JP2002340610A - サーボ・アクチュエータ並びにその位置検出装置 - Google Patents
サーボ・アクチュエータ並びにその位置検出装置Info
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動回路におけるコイル電流のスイッチング
・ノイズによる影響を受けることなく回転軸の姿勢位置
を高精度に検出する。 【解決手段】 駆動回路一体型のアクチュエータにおい
ては、アクチュエータ内部のコイルに流れるスイッチン
グ電流がアクチュエータの位置センサ信号に含まれてし
まう。本発明によればノイズと同期したサンプリングを
行う検出回路を構成することにより、アクチュエータ自
身のモータ・コイル電流のスイッチング・ノイズが発生
しても、高調波を含まない回転位置を検出することがで
きる。ノイズの影響を除外することで、振動の少ない姿
勢位置制御が可能となる。
・ノイズによる影響を受けることなく回転軸の姿勢位置
を高精度に検出する。 【解決手段】 駆動回路一体型のアクチュエータにおい
ては、アクチュエータ内部のコイルに流れるスイッチン
グ電流がアクチュエータの位置センサ信号に含まれてし
まう。本発明によればノイズと同期したサンプリングを
行う検出回路を構成することにより、アクチュエータ自
身のモータ・コイル電流のスイッチング・ノイズが発生
しても、高調波を含まない回転位置を検出することがで
きる。ノイズの影響を除外することで、振動の少ない姿
勢位置制御が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットや汎用組
立機器、ロボット・ハンド機器、その多の多軸制御装置
などのような多軸駆動系の機械装置に対して適用される
サーボ・アクチュエータに係り、特に、回転軸の姿勢位
置を高精度に検出することができるサーボ・アクチュエ
ータ並びにその位置検出装置に関する。
立機器、ロボット・ハンド機器、その多の多軸制御装置
などのような多軸駆動系の機械装置に対して適用される
サーボ・アクチュエータに係り、特に、回転軸の姿勢位
置を高精度に検出することができるサーボ・アクチュエ
ータ並びにその位置検出装置に関する。
【０００２】更に詳しくは、本発明は、駆動回路を内蔵
して構成されたサーボ・アクチュエータ並びにその位置
検出装置に係り、特に、駆動回路におけるコイル電流の
スイッチング・ノイズによる影響を受けることなく回転
軸の姿勢位置を高精度に検出するサーボ・アクチュエー
タ並びにその位置検出装置に関する。
して構成されたサーボ・アクチュエータ並びにその位置
検出装置に係り、特に、駆動回路におけるコイル電流の
スイッチング・ノイズによる影響を受けることなく回転
軸の姿勢位置を高精度に検出するサーボ・アクチュエー
タ並びにその位置検出装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（industrial robot）であった。
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（industrial robot）であった。
【０００４】アーム式ロボットのように、ある特定の場
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間で
のみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業
空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を
自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行
したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わ
る種々の幅広いサービスを提供することができる。なか
でも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式のロ
ボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなる
が、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越えや、整地・不
整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動作を実現でき
るという点で優れている。
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間で
のみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業
空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を
自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行
したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わ
る種々の幅広いサービスを提供することができる。なか
でも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式のロ
ボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなる
が、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越えや、整地・不
整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動作を実現でき
るという点で優れている。
【０００５】最近では、イヌやネコのように４足歩行の
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物
の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた
「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（hu
manoid robot）など、脚式移動ロボットに関する研究開
発が進展し、実用化への期待も高まってきている。例え
ば、ソニー株式会社は、平成１２年１１月２１日に２足
歩行を行う人間型ロボット"ＳＤＲ−３Ｘ"を公表した。
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物
の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた
「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（hu
manoid robot）など、脚式移動ロボットに関する研究開
発が進展し、実用化への期待も高まってきている。例え
ば、ソニー株式会社は、平成１２年１１月２１日に２足
歩行を行う人間型ロボット"ＳＤＲ−３Ｘ"を公表した。
【０００６】この種の脚式移動ロボットは、一般に、多
数の関節自由度を備え、関節の動きをアクチュエータ・
モータで実現するようになっている。また、各モータの
回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行う
ことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、
姿勢制御を行うようになっている。
数の関節自由度を備え、関節の動きをアクチュエータ・
モータで実現するようになっている。また、各モータの
回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行う
ことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、
姿勢制御を行うようになっている。
【０００７】ロボットの関節自由度を実現するためにサ
ーボ・モータを用いるのが一般的である。これは、取扱
いが容易で、小型・高トルクで、しかも応答性に優れて
いるという理由に依拠する。特に、ＡＣサーボ・モータ
は、ブラシがなく、メンテナンス・フリーであることか
ら、無人化された作業空間で稼動することが望まれるよ
うな自動機械、例えば自由歩行を行う脚式ロボットの関
節アクチュエータなどに適用することができる。ＡＣサ
ーボ・モータは、回転子（ロータ）側に永久磁石を、固
定子（ステータ）側にコイルを配置して、正弦波磁束分
布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生
させるようになっている。
ーボ・モータを用いるのが一般的である。これは、取扱
いが容易で、小型・高トルクで、しかも応答性に優れて
いるという理由に依拠する。特に、ＡＣサーボ・モータ
は、ブラシがなく、メンテナンス・フリーであることか
ら、無人化された作業空間で稼動することが望まれるよ
うな自動機械、例えば自由歩行を行う脚式ロボットの関
節アクチュエータなどに適用することができる。ＡＣサ
ーボ・モータは、回転子（ロータ）側に永久磁石を、固
定子（ステータ）側にコイルを配置して、正弦波磁束分
布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生
させるようになっている。
【０００８】脚式移動ロボットは一般に多数の関節で構
成されている。したがって、関節自由度を構成するサー
ボ・モータを小型且つ高性能に設計・製作しなければなら
ない。例えば、本出願人に既に譲渡されている特願平１
１−３３３８６号明細書には、脚式移動ロボットの関節
アクチュエータとして適用することができる、ギア直結
型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニ
ットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエー
タについて開示されている。
成されている。したがって、関節自由度を構成するサー
ボ・モータを小型且つ高性能に設計・製作しなければなら
ない。例えば、本出願人に既に譲渡されている特願平１
１−３３３８６号明細書には、脚式移動ロボットの関節
アクチュエータとして適用することができる、ギア直結
型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニ
ットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエー
タについて開示されている。
【０００９】脚式移動ロボットのような多軸駆動系の機
械装置においては、各軸の回転位置を高精度に安定に検
出して、位置指令により正確に動作させる必要がある。
例えば、人間型ロボットのような２足直立型の脚式移動
ロボットにおいては、機体に電源を投入した直後からロ
ボットは自分の姿勢位置を自律的に確認して、安定な姿
勢位置に各軸を移動させる必要がある。
械装置においては、各軸の回転位置を高精度に安定に検
出して、位置指令により正確に動作させる必要がある。
例えば、人間型ロボットのような２足直立型の脚式移動
ロボットにおいては、機体に電源を投入した直後からロ
ボットは自分の姿勢位置を自律的に確認して、安定な姿
勢位置に各軸を移動させる必要がある。
【００１０】このため、各関節の回転自由度を与えるＡ
Ｃサーボ・アクチュエータにおいては、このような姿勢
位置の安定化を実現するためには、より高精度の回転位
置検出器を装備していなければならない。
Ｃサーボ・アクチュエータにおいては、このような姿勢
位置の安定化を実現するためには、より高精度の回転位
置検出器を装備していなければならない。
【００１１】しかしながら、上述したような脚式移動ロ
ボット用のサーボ・アクチュエータにおいては、駆動回
路をアクチュエータ・ユニットに内蔵して一体的に構成
されているため、位置センサ信号が駆動回路から発生す
るノイズの影響を及ぼすという問題がある。すなわち、
アクチュエータ・ユニット内では、回転子に対して磁界
を印加するために、固定子コイルに流すコイル電流がス
イッチング制御されるが、位置センサ信号にこのような
コイル電流のスイッチング・ノイズが含まれてしまう。
ボット用のサーボ・アクチュエータにおいては、駆動回
路をアクチュエータ・ユニットに内蔵して一体的に構成
されているため、位置センサ信号が駆動回路から発生す
るノイズの影響を及ぼすという問題がある。すなわち、
アクチュエータ・ユニット内では、回転子に対して磁界
を印加するために、固定子コイルに流すコイル電流がス
イッチング制御されるが、位置センサ信号にこのような
コイル電流のスイッチング・ノイズが含まれてしまう。
【００１２】例えば、ノイズにより回転軸の測定精度に
誤差が生じた結果として、脚式移動ロボットは姿勢安定
性を保つことができなくなり、転倒してしまうことさえ
ある。機体が転倒すると、ロボット自身が破損する他、
機体の傍らに居る作業員の損傷や衝突物の破壊など、不
測の事態を招来する。
誤差が生じた結果として、脚式移動ロボットは姿勢安定
性を保つことができなくなり、転倒してしまうことさえ
ある。機体が転倒すると、ロボット自身が破損する他、
機体の傍らに居る作業員の損傷や衝突物の破壊など、不
測の事態を招来する。
【００１３】従来用いられてきた位置センサ構成では、
回転軸の位置を高精度に検出するには不充分であるた
め、構造的にノイズの影響を分離するためのノイズ作用
を考慮したセンサ並びに検出回路が必要になってしま
う。
回転軸の位置を高精度に検出するには不充分であるた
め、構造的にノイズの影響を分離するためのノイズ作用
を考慮したセンサ並びに検出回路が必要になってしま
う。
【００１４】しかしながら、ノイズによる影響を抑えた
位置検出器は、回路構成が複雑で、且つ高度な機械精度
が要求されるため、大型で高価な検出センサと検出回路
となってしまう。この結果、関節アクチュエータ単体で
も大型で高価なものとなり、ロボット全体としても設計
や組立が困難で装置コストが増大してしまう。
位置検出器は、回路構成が複雑で、且つ高度な機械精度
が要求されるため、大型で高価な検出センサと検出回路
となってしまう。この結果、関節アクチュエータ単体で
も大型で高価なものとなり、ロボット全体としても設計
や組立が困難で装置コストが増大してしまう。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、駆動
回路を内蔵して小型に構成された優れたサーボ・アクチ
ュエータ並びにその位置検出装置を提供することにあ
る。
回路を内蔵して小型に構成された優れたサーボ・アクチ
ュエータ並びにその位置検出装置を提供することにあ
る。
【００１６】本発明の更なる目的は、内蔵された駆動回
路におけるコイル電流のスイッチング・ノイズによる影
響を受けることなく回転軸の姿勢位置を高精度に検出す
ることができる、優れたサーボ・アクチュエータ並びに
その位置検出装置を提供することにある。
路におけるコイル電流のスイッチング・ノイズによる影
響を受けることなく回転軸の姿勢位置を高精度に検出す
ることができる、優れたサーボ・アクチュエータ並びに
その位置検出装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、回転子側に永久磁石を配置するとともに固定子側に
コイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流によりト
ルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエータであ
って、前記回転子及び前記固定子を収容し、前記回転子
を所定の回転軸回りに回転可能に支持する筐体と、前記
固定子コイルの通過電流を所定周期でＰＷＭ（Pulse Wi
dth Modulation）スイッチング制御して回転子の回転を
制御する駆動制御部と、前記回転子の回転位置を検出す
る回転位置検出部と、前記駆動制御部における前記固定
子コイルの通過電流のスイッチング周期と同期して前記
回転位置検出部の出力をサンプリングするサンプリング
制御部と、を具備することを特徴とするサーボ・アクチ
ュエータである。
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、回転子側に永久磁石を配置するとともに固定子側に
コイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流によりト
ルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエータであ
って、前記回転子及び前記固定子を収容し、前記回転子
を所定の回転軸回りに回転可能に支持する筐体と、前記
固定子コイルの通過電流を所定周期でＰＷＭ（Pulse Wi
dth Modulation）スイッチング制御して回転子の回転を
制御する駆動制御部と、前記回転子の回転位置を検出す
る回転位置検出部と、前記駆動制御部における前記固定
子コイルの通過電流のスイッチング周期と同期して前記
回転位置検出部の出力をサンプリングするサンプリング
制御部と、を具備することを特徴とするサーボ・アクチ
ュエータである。
【００１８】また、本発明の第２の側面は、回転子側に
永久磁石を配置するとともに固定子側にコイルを配置し
て磁束分布とコイルの通過電流によりトルクを発生させ
るタイプのサーボ・アクチュエータのための位置検出装
置であって、前記固定子コイルの通過電流を所定周期で
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチング制御し
て回転子の回転を制御する駆動制御部と、前記回転子の
回転位置を検出する回転位置検出部と、前記駆動制御部
における前記固定子コイルの通過電流のスイッチング周
期と同期して前記回転位置検出部の出力をサンプリング
するサンプリング制御部と、を具備することを特徴とす
るサーボ・アクチュエータの位置検出装置である。
永久磁石を配置するとともに固定子側にコイルを配置し
て磁束分布とコイルの通過電流によりトルクを発生させ
るタイプのサーボ・アクチュエータのための位置検出装
置であって、前記固定子コイルの通過電流を所定周期で
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチング制御し
て回転子の回転を制御する駆動制御部と、前記回転子の
回転位置を検出する回転位置検出部と、前記駆動制御部
における前記固定子コイルの通過電流のスイッチング周
期と同期して前記回転位置検出部の出力をサンプリング
するサンプリング制御部と、を具備することを特徴とす
るサーボ・アクチュエータの位置検出装置である。
【００１９】本発明は、例えば、脚式移動ロボットの関
節アクチュエータに適用される、駆動制御回路一体型の
サーボ・アクチュエータに適用することができる。この
種のサーボ・アクチュエータの場合、前記駆動制御部並
びに前記回転位置検出部は前記筐体内に収容されている
ので、前記回転位置検出部は、前記駆動制御部における
スイッチング・ノイズの影響を受ける程度に前記駆動制
御部に近接して配置されている。
節アクチュエータに適用される、駆動制御回路一体型の
サーボ・アクチュエータに適用することができる。この
種のサーボ・アクチュエータの場合、前記駆動制御部並
びに前記回転位置検出部は前記筐体内に収容されている
ので、前記回転位置検出部は、前記駆動制御部における
スイッチング・ノイズの影響を受ける程度に前記駆動制
御部に近接して配置されている。
【００２０】ここで、前記回転位置検出部は、前記回転
子の一端面に前記回転軸と略同軸状に取り付けられた、
表面に正弦波着磁処理が施された回転子センサ・マグネ
ットと、前記回転子センサ・マグネットと対向する部位
に前記回転軸回りに略９０度の位相差を以って配設され
た、磁束密度の大きさを検出する２個の回転位置センサ
との組み合わせで構成することができる。
子の一端面に前記回転軸と略同軸状に取り付けられた、
表面に正弦波着磁処理が施された回転子センサ・マグネ
ットと、前記回転子センサ・マグネットと対向する部位
に前記回転軸回りに略９０度の位相差を以って配設され
た、磁束密度の大きさを検出する２個の回転位置センサ
との組み合わせで構成することができる。
【００２１】駆動回路一体型のアクチュエータにおいて
は、アクチュエータ内部のコイルに流れるスイッチング
電流がアクチュエータの位置センサ信号に含まれてしま
う。すなわち、スイッチング・ノイズの発生源としての
駆動制御部の近傍に配置されているため、各回転位置セ
ンサの出力信号にはスイッチング電流がノイズとして重
畳して含まれることになる。
は、アクチュエータ内部のコイルに流れるスイッチング
電流がアクチュエータの位置センサ信号に含まれてしま
う。すなわち、スイッチング・ノイズの発生源としての
駆動制御部の近傍に配置されているため、各回転位置セ
ンサの出力信号にはスイッチング電流がノイズとして重
畳して含まれることになる。
【００２２】駆動制御部によるノイズは、このスイッチ
ング電流波形を基本成分としたノイズと、その電流変化
による回路共振により生ずるノイズとで構成される。こ
の場合、出力信号に重畳されるノイズは、ＰＷＭスイッ
チング周期にほぼ同期する周期的な信号として捉えるこ
とができる。
ング電流波形を基本成分としたノイズと、その電流変化
による回路共振により生ずるノイズとで構成される。こ
の場合、出力信号に重畳されるノイズは、ＰＷＭスイッ
チング周期にほぼ同期する周期的な信号として捉えるこ
とができる。
【００２３】そこで、本発明では、前記駆動制御部にお
ける前記固定子コイルの通過電流のスイッチング周期と
同期して前記回転位置検出部の出力をサンプリングする
ように構成した。このように構成することによって、電
流スイッチング・ノイズが各回転位置センサのセンサ出
力に重畳されても、サンプリングと同じ周期の信号の大
きさはゼロになるというサンプリングの性質から、ノイ
ズが重畳されたセンサ信号からトランジスタのスイッチ
ング・ノイズの影響を除去することができる。
ける前記固定子コイルの通過電流のスイッチング周期と
同期して前記回転位置検出部の出力をサンプリングする
ように構成した。このように構成することによって、電
流スイッチング・ノイズが各回転位置センサのセンサ出
力に重畳されても、サンプリングと同じ周期の信号の大
きさはゼロになるというサンプリングの性質から、ノイ
ズが重畳されたセンサ信号からトランジスタのスイッチ
ング・ノイズの影響を除去することができる。
【００２４】ＰＷＭスイッチがオンされている期間で
は、コイル電流の過渡期間に相当し、常にスイッチング
電流が変動しているので、ノイズも変動し、センサに重
畳されたノイズを除去することが比較的難しい。
は、コイル電流の過渡期間に相当し、常にスイッチング
電流が変動しているので、ノイズも変動し、センサに重
畳されたノイズを除去することが比較的難しい。
【００２５】これに対し、ＰＷＭスイッチのオフ期間で
は、コイル電流の過渡期間の中でも比較的安定した電流
変化が安定している。そこで、前記サンプリング制御部
は、前記駆動制御部が前記固定子コイルの通過電流をオ
フしている期間、あるいはオンする直前のタイミングに
同期させて前記回転位置検出部の出力をサンプリングす
ることにより、スイッチング・ノイズの影響を低減する
ことができる。
は、コイル電流の過渡期間の中でも比較的安定した電流
変化が安定している。そこで、前記サンプリング制御部
は、前記駆動制御部が前記固定子コイルの通過電流をオ
フしている期間、あるいはオンする直前のタイミングに
同期させて前記回転位置検出部の出力をサンプリングす
ることにより、スイッチング・ノイズの影響を低減する
ことができる。
【００２６】特に、ＰＷＭスイッチをオンにする直前に
割り当てられたデッド・バンド領域においては、ＰＷＭ
スイッチをオフにすることが確保されているので、最も
ノイズが小さく安定している期間となる。すなわち、デ
ッド・バンドにおいては、センサ出力に含まれるノイズ
の成分はほぼ一定で且つ小さい。
割り当てられたデッド・バンド領域においては、ＰＷＭ
スイッチをオフにすることが確保されているので、最も
ノイズが小さく安定している期間となる。すなわち、デ
ッド・バンドにおいては、センサ出力に含まれるノイズ
の成分はほぼ一定で且つ小さい。
【００２７】したがって、前記サンプリング制御部は、
デッド・バンドに同期させて前記回転位置検出部の出力
をサンプリングするスイッチング・ノイズによる影響を
最も効率的に削減することができる。
デッド・バンドに同期させて前記回転位置検出部の出力
をサンプリングするスイッチング・ノイズによる影響を
最も効率的に削減することができる。
【００２８】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。
の実施例を詳解する。
【００３０】図１には、本発明の実施に供されるサーボ
・アクチュエータ１０の軸方向の断面構成を示してい
る。
・アクチュエータ１０の軸方向の断面構成を示してい
る。
【００３１】図示の通り、サーボ・アクチュエータ１０
は、所定の回転軸を持った回転子１１の周囲に、例えば
３相の固定子１２が円周方向に配設されている。回転子
１１側に永久磁石を、固定子１２側にコイルを配置し
て、コイルに正弦波電流を供給して所望の正弦波磁束分
布を形成することにより、回転子１１に対して回転トル
クを印加することができる。これら回転子１１及び固定
子１２は、略円筒形状の筐体に収容されて、単一のサー
ボ・アクチュエータ・ユニットを構成する。そして、回
転子１１は、所定の回転軸回りに回転可能となるように
支持されている。本実施形態では、固定子１２は、Ｕ，
Ｖ，Ｗの各相からなる３相コイルで構成されており（後
述）、各相へ交流電流を流して磁界を発生させることに
より、回転子１１に対してトルクを起すことができる。
また、各相へ供給する電流を制御することにより、回転
子１１に付与する回転トルクを制御することができる。
は、所定の回転軸を持った回転子１１の周囲に、例えば
３相の固定子１２が円周方向に配設されている。回転子
１１側に永久磁石を、固定子１２側にコイルを配置し
て、コイルに正弦波電流を供給して所望の正弦波磁束分
布を形成することにより、回転子１１に対して回転トル
クを印加することができる。これら回転子１１及び固定
子１２は、略円筒形状の筐体に収容されて、単一のサー
ボ・アクチュエータ・ユニットを構成する。そして、回
転子１１は、所定の回転軸回りに回転可能となるように
支持されている。本実施形態では、固定子１２は、Ｕ，
Ｖ，Ｗの各相からなる３相コイルで構成されており（後
述）、各相へ交流電流を流して磁界を発生させることに
より、回転子１１に対してトルクを起すことができる。
また、各相へ供給する電流を制御することにより、回転
子１１に付与する回転トルクを制御することができる。
【００３２】サーボ・モータの小型化・高出力化を実現
するために、回転子側に磁束密度の高いマグネットを使
用する。例えば、極異方性マグネットは、磁束密度が高
いので、高出力化の点で優れている。例えば、本出願人
に既に譲渡されている特願２０００−１２８４０９号明
細書には、小型化・高出力化のために回転子に極異方性
マグネットを使用したサーボ・アクチュエータについて
開示されている。
するために、回転子側に磁束密度の高いマグネットを使
用する。例えば、極異方性マグネットは、磁束密度が高
いので、高出力化の点で優れている。例えば、本出願人
に既に譲渡されている特願２０００−１２８４０９号明
細書には、小型化・高出力化のために回転子に極異方性
マグネットを使用したサーボ・アクチュエータについて
開示されている。
【００３３】また、サーボ・モータの小型化・高出力化
を実現するために、固定子側の巻線密度を高密度化す
る。例えば、固定子に分割コア方式が採用される。分割
コア方式とは、鉄心すなわちコアをその周方向に分割す
るとともに、巻線を外部で整列状に巻き込んだ後、各鉄
心を組み立てることによって固定子を構成するものであ
り、コアへの高密度な巻線とアクチュエータの省スペー
ス化を可能にする。例えば、本出願人に既に譲渡されて
いる特願２０００−２８１０７２号明細書には、固定子
にコイルを巻設するために分割コア方式を採用したサー
ボ・アクチュエータについて開示されている。
を実現するために、固定子側の巻線密度を高密度化す
る。例えば、固定子に分割コア方式が採用される。分割
コア方式とは、鉄心すなわちコアをその周方向に分割す
るとともに、巻線を外部で整列状に巻き込んだ後、各鉄
心を組み立てることによって固定子を構成するものであ
り、コアへの高密度な巻線とアクチュエータの省スペー
ス化を可能にする。例えば、本出願人に既に譲渡されて
いる特願２０００−２８１０７２号明細書には、固定子
にコイルを巻設するために分割コア方式を採用したサー
ボ・アクチュエータについて開示されている。
【００３４】本実施形態に係るサーボ・アクチュエータ
１０は、駆動回路１３Ａを同一筐体に内蔵した小型アク
チュエータである。図示の例では、制御回路基板１３上
には、所定パターンの印刷配線が敷設されているととも
に、駆動回路１３Ａやその周辺回路チップが搭載されて
いる。制御回路基板１３は、略円盤状に形設されてい
る。制御回路基板１３の略中央には、回転子１１の回転
シャフトを挿通させるための開口が穿設されている。
１０は、駆動回路１３Ａを同一筐体に内蔵した小型アク
チュエータである。図示の例では、制御回路基板１３上
には、所定パターンの印刷配線が敷設されているととも
に、駆動回路１３Ａやその周辺回路チップが搭載されて
いる。制御回路基板１３は、略円盤状に形設されてい
る。制御回路基板１３の略中央には、回転子１１の回転
シャフトを挿通させるための開口が穿設されている。
【００３５】回転子１１の制御回路基板１３側の端面に
は、リング状の回転子センサ・マグネット１５が取り付
けられている。このリング状の回転子センサ・マグネッ
ト１５の表面は、図２に示すように正弦波着磁処理が施
されている。
は、リング状の回転子センサ・マグネット１５が取り付
けられている。このリング状の回転子センサ・マグネッ
ト１５の表面は、図２に示すように正弦波着磁処理が施
されている。
【００３６】リング状の回転子センサ・マグネット１５
の表面は正弦波着磁されており（上述）、その磁束密度
φは回転子１１の回転位置θmの関数として表される。
本実施形態では、回転子センサ・マグネット１５の磁束
密度φ（θm）は下式のように表されるものとする。こ
のセンサ・マグネット１５の極の位置と極数は、回転マ
グネット１４と同じになっている。
の表面は正弦波着磁されており（上述）、その磁束密度
φは回転子１１の回転位置θmの関数として表される。
本実施形態では、回転子センサ・マグネット１５の磁束
密度φ（θm）は下式のように表されるものとする。こ
のセンサ・マグネット１５の極の位置と極数は、回転マ
グネット１４と同じになっている。
【００３７】
【数１】
【００３８】回転子１１の回転位置θmは任意に変化
し、θm＝０は回転子１１の回転軸の出力用マグネット
の磁極軸の原点位置と定義する。
し、θm＝０は回転子１１の回転軸の出力用マグネット
の磁極軸の原点位置と定義する。
【００３９】一方、制御回路基板１３の回転子１１側の
表面上には、図３に示すように２個の回転位置センサ１
６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して９０度の位相差を以っ
て配設されている。
表面上には、図３に示すように２個の回転位置センサ１
６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して９０度の位相差を以っ
て配設されている。
【００４０】回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂは、磁極
軸の原点位置に磁束密度の大きさを検出する素子（ホー
ル素子）で構成される。一方の回転位置センサ１６Ａ
は、回転子センサ・マグネットが発する磁界に応じたホ
ール・センサ信号ＳＩＮを出力し、他方の回転位置セン
サ１６Ｂは同様にホール・センサ信号ＣＯＳを出力す
る。これらセンサ出力としてのＳＩＮ信号及びＣＯＳ信
号は駆動回路１３Ａに入力される。
軸の原点位置に磁束密度の大きさを検出する素子（ホー
ル素子）で構成される。一方の回転位置センサ１６Ａ
は、回転子センサ・マグネットが発する磁界に応じたホ
ール・センサ信号ＳＩＮを出力し、他方の回転位置セン
サ１６Ｂは同様にホール・センサ信号ＣＯＳを出力す
る。これらセンサ出力としてのＳＩＮ信号及びＣＯＳ信
号は駆動回路１３Ａに入力される。
【００４１】これらホール・センサ信号ＳＩＮ及びＣＯ
Ｓは、サーボ・アクチュエータ１０における回転位置を
表す。すなわち、駆動回路１３Ａは、外部（例えば中央
コントローラ）からの位置指令を基にアクチュエータ・
モータの回転駆動のフィードバック制御を行う。例え
ば、サーボ・アクチュエータ１０が脚式移動ロボットの
関節アクチュエータに適用されている場合においては、
アクチュエータ・モータのフィードバック制御は機体の
姿勢安定制御に大いに関わる。サーボ・アクチュエータ
１０のサーボ構成を図１４に示しておく。
Ｓは、サーボ・アクチュエータ１０における回転位置を
表す。すなわち、駆動回路１３Ａは、外部（例えば中央
コントローラ）からの位置指令を基にアクチュエータ・
モータの回転駆動のフィードバック制御を行う。例え
ば、サーボ・アクチュエータ１０が脚式移動ロボットの
関節アクチュエータに適用されている場合においては、
アクチュエータ・モータのフィードバック制御は機体の
姿勢安定制御に大いに関わる。サーボ・アクチュエータ
１０のサーボ構成を図１４に示しておく。
【００４２】これらホール・センサ信号ＳＩＮ及びＣＯ
Ｓはともに、回転子１１の回転位置θmの関数であり、
本実施形態ではそれぞれ下式のように表される。
Ｓはともに、回転子１１の回転位置θmの関数であり、
本実施形態ではそれぞれ下式のように表される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
【数３】
【００４５】ここで、Ｇ0（ｔ）は、ホール・センサの
感度係数である。ｔは絶対温度であり、ｔによりφ
0（ｔ）並びにＧ0（ｔ）は変化する。また、φ0（ｔ）
Ｇ0（ｔ）は正の定数である。
感度係数である。ｔは絶対温度であり、ｔによりφ
0（ｔ）並びにＧ0（ｔ）は変化する。また、φ0（ｔ）
Ｇ0（ｔ）は正の定数である。
【００４６】この２つのセンサ信号ＳＩＮ（θm）及び
ＣＯＳ（θm）から、フィードバック型トラッキング回
路によって回転位置θmを求めることができる。図４に
は、フィードバック型トラッキング回路の構成例を示し
ている。
ＣＯＳ（θm）から、フィードバック型トラッキング回
路によって回転位置θmを求めることができる。図４に
は、フィードバック型トラッキング回路の構成例を示し
ている。
【００４７】このフィードバック型トラッキングのシス
テムの誤差関数Ｅ（θ）は、以下の式で表される。
テムの誤差関数Ｅ（θ）は、以下の式で表される。
【００４８】
【数４】
【００４９】この誤差関数Ｅ（θ）が安定すなわちゼロ
に収束する条件を満たせば、以下の式が成立して、θm
が求まる。
に収束する条件を満たせば、以下の式が成立して、θm
が求まる。
【００５０】
【数５】
【００５１】この場合、図４に示したフィードバック型
トラッキング回路を図５のように近似した等価回路の構
成として扱うことができる。図示のシステムの極値Ｐ
は、下式の通りとなる。
トラッキング回路を図５のように近似した等価回路の構
成として扱うことができる。図示のシステムの極値Ｐ
は、下式の通りとなる。
【００５２】
【数６】
【００５３】したがって、このシステムの安定条件は、
極の値Ｐが負であるように、係数Ｋ p及びＫiを与えれば
よい。よって、安定条件のＰ＜０は、Ｋp＞０、Ｋi＞０
となる。応答周波数は、これら係数の積Ｋp・Ｋiの平方
根により定まる。
極の値Ｐが負であるように、係数Ｋ p及びＫiを与えれば
よい。よって、安定条件のＰ＜０は、Ｋp＞０、Ｋi＞０
となる。応答周波数は、これら係数の積Ｋp・Ｋiの平方
根により定まる。
【００５４】上述のようにして得られたθXの値は温度
ｔに依存する係数Ｇ0（ｔ）とφ0（ｔ）の大きさに依存
しないで位置を検出することができる。したがって、温
度による回転位置の測定精度変化を抑制することができ
る。
ｔに依存する係数Ｇ0（ｔ）とφ0（ｔ）の大きさに依存
しないで位置を検出することができる。したがって、温
度による回転位置の測定精度変化を抑制することができ
る。
【００５５】ホール・センサ１６Ａ及び１６Ｂからの各
センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）から回転子
１１の回転位置θmを求める演算は、専用のハードウェ
ア回路、あるいはソフトウェア・プログラムの実行とい
ういずれの実装形態であっても、実現することができ
る。
センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）から回転子
１１の回転位置θmを求める演算は、専用のハードウェ
ア回路、あるいはソフトウェア・プログラムの実行とい
ういずれの実装形態であっても、実現することができ
る。
【００５６】図６には、ホール・センサ１６Ａ及び１６
Ｂからの各センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）
から回転子１１の回転位置θmを求めることができるデ
ジタル回路の構成例を図解している。但し、同図におい
て、ｃｌｉｐ１及びｃｌｉｐ２は、オーバフロー値が入
力された場合、３２ビット・データ長の最大値又は再招
致により上限値、下限値を定める。また、Ｇ1の値は、
正の値であれば任意でよい。
Ｂからの各センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）
から回転子１１の回転位置θmを求めることができるデ
ジタル回路の構成例を図解している。但し、同図におい
て、ｃｌｉｐ１及びｃｌｉｐ２は、オーバフロー値が入
力された場合、３２ビット・データ長の最大値又は再招
致により上限値、下限値を定める。また、Ｇ1の値は、
正の値であれば任意でよい。
【００５７】アナログのセンサ信号ＳＩＮ（θm）及び
ＣＯＳ（θm）は、一定周期のサンプリング期間によ
り、ゼロ・オーダ・ホールド回路ＺＯＨにより信号が保
持され取り込まれる。このゼロ・オーダ・ホールド回路
ＺＯＨ（ｓ）の等価式は、下式として知られている。
ＣＯＳ（θm）は、一定周期のサンプリング期間によ
り、ゼロ・オーダ・ホールド回路ＺＯＨにより信号が保
持され取り込まれる。このゼロ・オーダ・ホールド回路
ＺＯＨ（ｓ）の等価式は、下式として知られている。
【００５８】
【数７】
【００５９】上式において、ｓはラプラス演算子であ
り、Ｔ0はサンプリング周期である。ｓをｊｗとして表
すことができる。また、ωｓ＝２π／Ｔ0とすると、上
式を以下のように変形することができる。
り、Ｔ0はサンプリング周期である。ｓをｊｗとして表
すことができる。また、ωｓ＝２π／Ｔ0とすると、上
式を以下のように変形することができる。
【００６０】
【数８】
【００６１】つまり、上式から信号の周波数ωは、ω＝
ωｓの入力信号が入力された場合、ＺＯＨ（ｊｗ）＝０
となることが証明されている。
ωｓの入力信号が入力された場合、ＺＯＨ（ｊｗ）＝０
となることが証明されている。
【００６２】また、上式から、サンプリング周期に比べ
て充分低い周波数信号が信号であれば、元の信号を再現
することができるということが知られている。
て充分低い周波数信号が信号であれば、元の信号を再現
することができるということが知られている。
【００６３】図６に示した回路構成では、センサ信号Ｓ
ＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）は、サンプリング周期に
比べ充分に低い周波数であるとする。本実施形態では、
サンプリング周波数を２０ＫＨｚ（５０μｓｅｃ）とす
るとともに、各センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ
（θm）の最大周波数を１ＫＨｚと設定している。
ＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）は、サンプリング周期に
比べ充分に低い周波数であるとする。本実施形態では、
サンプリング周波数を２０ＫＨｚ（５０μｓｅｃ）とす
るとともに、各センサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ
（θm）の最大周波数を１ＫＨｚと設定している。
【００６４】このとき、各回転子センサ１６Ａ及び１６
Ｂに図７に示したようなアナログのセンサ信号ＳＩＮ
（θm）及びＣＯＳ（θm）が入力されたとすると、この
ときのデジタル回路による演算結果の出力θXdは、同図
に示した通りとなる。但し、現実のデジタル回路での出
力θXdは整数の離散値となる。
Ｂに図７に示したようなアナログのセンサ信号ＳＩＮ
（θm）及びＣＯＳ（θm）が入力されたとすると、この
ときのデジタル回路による演算結果の出力θXdは、同図
に示した通りとなる。但し、現実のデジタル回路での出
力θXdは整数の離散値となる。
【００６５】図６に示したデジタル回路による演算は、
所定のサンプリング周期内に演算を一巡するように構成
されている。すなわち、サンプリング周期（５０μｓｅ
ｃ）毎に回路出力θXdは更新するようになっている。
所定のサンプリング周期内に演算を一巡するように構成
されている。すなわち、サンプリング周期（５０μｓｅ
ｃ）毎に回路出力θXdは更新するようになっている。
【００６６】既に述べたように、サーボ・アクチュエー
タ１０においては、固定子１２に巻設されたモータ・コ
イルに電流を流すことで磁界を発生させて、マグネット
からなる回転子１１に対して回転トルクを発生させる。
より具体的には、モータ・コイルには正弦波電流を供給
して、正弦波磁束分布を形成する。そして回転位置や回
転量などのセンサ出力を基にコイル電流をサーボ制御す
る。
タ１０においては、固定子１２に巻設されたモータ・コ
イルに電流を流すことで磁界を発生させて、マグネット
からなる回転子１１に対して回転トルクを発生させる。
より具体的には、モータ・コイルには正弦波電流を供給
して、正弦波磁束分布を形成する。そして回転位置や回
転量などのセンサ出力を基にコイル電流をサーボ制御す
る。
【００６７】一般に、固定子１２を構成するＵ相，Ｖ
相，Ｗ相の各相コイルに供給するコイル電流は、スイッ
チング動作するトランジスタ素子で構成される電流制御
回路によって制御される。
相，Ｗ相の各相コイルに供給するコイル電流は、スイッ
チング動作するトランジスタ素子で構成される電流制御
回路によって制御される。
【００６８】図８には、本実施形態に係るサーボ・アク
チュエータ１０に適用される、コイル電流供給用の電流
制御回路２０の等価回路の構成例を図解している。この
ような電流制御回路２０は、例えば固定子１２の各相の
コイル毎に配設される。
チュエータ１０に適用される、コイル電流供給用の電流
制御回路２０の等価回路の構成例を図解している。この
ような電流制御回路２０は、例えば固定子１２の各相の
コイル毎に配設される。
【００６９】電流制御回路２０は、フルブリッジ構成で
あり、２個のトランジスタＱ１及びＱ２を順方向接続し
た回路と、同じく２個のトランジスタＱ３及びＱ４を順
方向接続した回路を電源電圧ＶccとグランドＧＮＤの間
に並列接続し、さらにトランジスタＱ１及びＱ２の中間
点とトランジスタＱ３及びＱ４の中間点を固定子１２の
単相コイルＺ１で接続している。Ｚ１は、Ｕ相、Ｖ相、
又はＷ相のうち１つを示す。それ以外の相も、図示と同
様の回路により構成される。
あり、２個のトランジスタＱ１及びＱ２を順方向接続し
た回路と、同じく２個のトランジスタＱ３及びＱ４を順
方向接続した回路を電源電圧ＶccとグランドＧＮＤの間
に並列接続し、さらにトランジスタＱ１及びＱ２の中間
点とトランジスタＱ３及びＱ４の中間点を固定子１２の
単相コイルＺ１で接続している。Ｚ１は、Ｕ相、Ｖ相、
又はＷ相のうち１つを示す。それ以外の相も、図示と同
様の回路により構成される。
【００７０】トランジスタＱ１及びＱ４をオンにすると
ともに、トランジスタＱ２及びＱ３をオフにすることに
よって、コイルＺ１には、図示の矢印方向の電流Ａが流
れる。次に、トランジスタＱ２及びＱ３をオフにすると
ともに、トランジスタＱ１及びＱ４をオフにすることに
よって、コイルＺ１には、電流Ａとは逆方向の電流Ｂが
流れる。
ともに、トランジスタＱ２及びＱ３をオフにすることに
よって、コイルＺ１には、図示の矢印方向の電流Ａが流
れる。次に、トランジスタＱ２及びＱ３をオフにすると
ともに、トランジスタＱ１及びＱ４をオフにすることに
よって、コイルＺ１には、電流Ａとは逆方向の電流Ｂが
流れる。
【００７１】トランジスタＱ１及びＱ４をオンにすると
ともにトランジスタＱ２及びＱ３をオフにして電流Ａを
流す期間をＡ領域とし、トランジスタＱ２及びＱ３をオ
フにするとともにトランジスタＱ１及びＱ４をオフにし
て電流Ｂを流す期間をＢ領域とする。
ともにトランジスタＱ２及びＱ３をオフにして電流Ａを
流す期間をＡ領域とし、トランジスタＱ２及びＱ３をオ
フにするとともにトランジスタＱ１及びＱ４をオフにし
て電流Ｂを流す期間をＢ領域とする。
【００７２】コイルＺ１を流れる電流Ｉ1は、各トラン
ジスタのスイッチング制御によって決定されるスイッチ
ング電流である。スイッチング電流Ｉ1の大きさは、Ｐ
ＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチ、すなわちＡ
領域及びＢ領域の時間幅によって決定される。
ジスタのスイッチング制御によって決定されるスイッチ
ング電流である。スイッチング電流Ｉ1の大きさは、Ｐ
ＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチ、すなわちＡ
領域及びＢ領域の時間幅によって決定される。
【００７３】図９及び図１０には、電流制御回路２０に
おける各トランジスタのＰＷＭスイッチングとスイッチ
ング電流との関係を示している（図９にはコイル端子電
圧波形を、図１０にはコイル電流波形を、それぞれ示し
ている）。但し、ＴonはＡ領域の長さで定まるパルス幅
であり、ＴPWMはＰＷＭスイッチングの一定周期であ
る。例えば、Ｔonは３０μｓｅｃであり、ＴPWMは５０
μｓｅｃであるときに、コイルに流れる電流Ｉ1は図１
０に示す通りとなる。
おける各トランジスタのＰＷＭスイッチングとスイッチ
ング電流との関係を示している（図９にはコイル端子電
圧波形を、図１０にはコイル電流波形を、それぞれ示し
ている）。但し、ＴonはＡ領域の長さで定まるパルス幅
であり、ＴPWMはＰＷＭスイッチングの一定周期であ
る。例えば、Ｔonは３０μｓｅｃであり、ＴPWMは５０
μｓｅｃであるときに、コイルに流れる電流Ｉ1は図１
０に示す通りとなる。
【００７４】一般には、ＰＷＭスイッチング信号により
コイル電流Ｉ1の大きさを制御するようになっている。
その最大電流は、パルス幅の最大量により決定される。
この最大パルス幅ＴonAは、電流制御回路２０を構成す
る各トランジスタのオン・オフに要する過渡期間の最大
期間により決定される。すなわち、トランジスタのオン
／オフの過渡期間を考慮して、一方のトランジスタの組
Ｑ１及びＱ４と、他方のトランジスタの組Ｑ２及びＱ３
とが同時にオンにならないように、パルス幅の上限Ｔ
onAが設定されている。
コイル電流Ｉ1の大きさを制御するようになっている。
その最大電流は、パルス幅の最大量により決定される。
この最大パルス幅ＴonAは、電流制御回路２０を構成す
る各トランジスタのオン・オフに要する過渡期間の最大
期間により決定される。すなわち、トランジスタのオン
／オフの過渡期間を考慮して、一方のトランジスタの組
Ｑ１及びＱ４と、他方のトランジスタの組Ｑ２及びＱ３
とが同時にオンにならないように、パルス幅の上限Ｔ
onAが設定されている。
【００７５】ＰＷＭスイッチング周期ＴPWMから最大パ
ルス幅ＴonAを減じた残りはデッド・バンドとして確保
される。図１１には、電流制御回路２０のＰＷＭスイッ
チング制御において、デッド・バンドが確保されている
様子を図解している。同図に示す例では、ＰＷＭスイッ
チング周期ＴPWMは５０μｓｅｃであり、デッド・バン
ドとして１μｓｅｃを確保する。したがって、最大パル
ス幅ＴonAは４９μｓｅｃとなる。
ルス幅ＴonAを減じた残りはデッド・バンドとして確保
される。図１１には、電流制御回路２０のＰＷＭスイッ
チング制御において、デッド・バンドが確保されている
様子を図解している。同図に示す例では、ＰＷＭスイッ
チング周期ＴPWMは５０μｓｅｃであり、デッド・バン
ドとして１μｓｅｃを確保する。したがって、最大パル
ス幅ＴonAは４９μｓｅｃとなる。
【００７６】駆動回路１３Ａで発生するノイズは、この
ような電流制御回路におけるスイッチング電流の高調波
を含む信号を基本波形とする。この波形の周波数は、ス
イッチング周波数に依存する周期的な信号として捉える
ことができる。
ような電流制御回路におけるスイッチング電流の高調波
を含む信号を基本波形とする。この波形の周波数は、ス
イッチング周波数に依存する周期的な信号として捉える
ことができる。
【００７７】本実施形態におけるサーボ・アクチュエー
タ１０においては、図１に示したように、駆動回路１３
Ａなどのサーボ制御用の回路基板が、回転子１１並びに
固定子１２などのアクチュエータ本体を収容するアクチ
ュエータ・ユニットに内蔵された一体型構成である。言
い換えれば、回転子１１の回転位置を検出するための回
転位置センサ１６Ａ，１６Ｂは、ノイズ発生源としての
駆動回路１３Ａの近傍に配置されている。このため、回
転位置センサ１６Ａ，１６Ｂの出力信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）には、電流制御回路２０におけ
るスイッチング電流がノイズとして重畳して含まれるこ
とになる。
タ１０においては、図１に示したように、駆動回路１３
Ａなどのサーボ制御用の回路基板が、回転子１１並びに
固定子１２などのアクチュエータ本体を収容するアクチ
ュエータ・ユニットに内蔵された一体型構成である。言
い換えれば、回転子１１の回転位置を検出するための回
転位置センサ１６Ａ，１６Ｂは、ノイズ発生源としての
駆動回路１３Ａの近傍に配置されている。このため、回
転位置センサ１６Ａ，１６Ｂの出力信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）には、電流制御回路２０におけ
るスイッチング電流がノイズとして重畳して含まれるこ
とになる。
【００７８】より具体的には、ノイズは、このスイッチ
ング電流波形を基本成分としたノイズと、その電流変化
による回路共振により生ずるノイズとで構成される。こ
の場合、出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）に重畳
されるノイズは、ＰＷＭスイッチング周期ＴPWMに同期
する周期的な信号として捉えることができる。各回転位
置センサ１６Ａ，１６Ｂのセンサ出力信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）にノイズが重畳されている様子
を図１２に示している。
ング電流波形を基本成分としたノイズと、その電流変化
による回路共振により生ずるノイズとで構成される。こ
の場合、出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）に重畳
されるノイズは、ＰＷＭスイッチング周期ＴPWMに同期
する周期的な信号として捉えることができる。各回転位
置センサ１６Ａ，１６Ｂのセンサ出力信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）にノイズが重畳されている様子
を図１２に示している。
【００７９】例えば、電流制御回路と回転位置センサと
を、機械的に分離した構造と電気的に絶縁して分離する
回路を装備することによって、ノイズを除去することが
できる。しかしながらこのような機械的・電気的設計を
サーボ・アクチュエータに施すと、大掛かりな装置構成
となり、アクチュエータの小型化を阻害するとともに装
置コストを増大させる結果となる。
を、機械的に分離した構造と電気的に絶縁して分離する
回路を装備することによって、ノイズを除去することが
できる。しかしながらこのような機械的・電気的設計を
サーボ・アクチュエータに施すと、大掛かりな装置構成
となり、アクチュエータの小型化を阻害するとともに装
置コストを増大させる結果となる。
【００８０】そこで、本発明では、電流ノイズの基本周
波数である、電流制御回路のＰＷＭ信号と同期してサン
プリングするように、回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂを
構成することにした。このように構成することによっ
て、電流スイッチング・ノイズが各回転位置センサ１６
Ａ，１６Ｂのセンサ出力ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）
に重畳されても、サンプリングと同じ周期の信号の大き
さはゼロになるというサンプリングの性質から、ノイズ
が重畳されたセンサ信号からトランジスタのスイッチン
グ・ノイズの影響を除去することができる。
波数である、電流制御回路のＰＷＭ信号と同期してサン
プリングするように、回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂを
構成することにした。このように構成することによっ
て、電流スイッチング・ノイズが各回転位置センサ１６
Ａ，１６Ｂのセンサ出力ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）
に重畳されても、サンプリングと同じ周期の信号の大き
さはゼロになるというサンプリングの性質から、ノイズ
が重畳されたセンサ信号からトランジスタのスイッチン
グ・ノイズの影響を除去することができる。
【００８１】ここで、図１１を参照しながら考察する
と、ＰＷＭスイッチがオンされている期間に相当するＡ
領域は、コイル電流の過渡期間に相当し、常にスイッチ
ング電流が変動しているので、ノイズも変動し、センサ
に重畳されたノイズを除去することが比較的難しい。
と、ＰＷＭスイッチがオンされている期間に相当するＡ
領域は、コイル電流の過渡期間に相当し、常にスイッチ
ング電流が変動しているので、ノイズも変動し、センサ
に重畳されたノイズを除去することが比較的難しい。
【００８２】これに対し、ＰＷＭスイッチのオフ期間に
相当するＢ領域では、コイル電流の過渡期間の中でも比
較的安定した電流変化が安定している。特に、ＰＷＭス
イッチをオンにする直前に割り当てられたデッド・バン
ド領域においては、ＰＷＭスイッチを構成するすべての
トランジスタをオフにすることが確保されているので、
最もノイズが小さく安定している期間となる。すなわ
ち、デッドバンドにおいては、センサ出力ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）に含まれるノイズの成分はほぼ
一定で且つ小さい。
相当するＢ領域では、コイル電流の過渡期間の中でも比
較的安定した電流変化が安定している。特に、ＰＷＭス
イッチをオンにする直前に割り当てられたデッド・バン
ド領域においては、ＰＷＭスイッチを構成するすべての
トランジスタをオフにすることが確保されているので、
最もノイズが小さく安定している期間となる。すなわ
ち、デッドバンドにおいては、センサ出力ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）に含まれるノイズの成分はほぼ
一定で且つ小さい。
【００８３】したがって、回転位置センサ１６Ａ，１６
Ｂをデッド・バンド領域と同期して同時にサンプリング
するように構成することによって、スイッチング・ノイ
ズによる影響を最も効率的に削減することができる。
Ｂをデッド・バンド領域と同期して同時にサンプリング
するように構成することによって、スイッチング・ノイ
ズによる影響を最も効率的に削減することができる。
【００８４】真の信号に含まれたノイズの周波数成分
で、回転位置検出系の応答周波数以上の高い周波数は減
衰されるので、要求される周波数以上のノイズ成分の影
響は減衰することができる。回転位置検出系で扱う周波
数の範囲で、こうしたノイズは、上述したように一定で
あることにより、信号も一定に保つことかできる。つま
り、一定の誤差であることにより、出力は一定の誤差を
含んだ精度となる。
で、回転位置検出系の応答周波数以上の高い周波数は減
衰されるので、要求される周波数以上のノイズ成分の影
響は減衰することができる。回転位置検出系で扱う周波
数の範囲で、こうしたノイズは、上述したように一定で
あることにより、信号も一定に保つことかできる。つま
り、一定の誤差であることにより、出力は一定の誤差を
含んだ精度となる。
【００８５】一般に、サーボ・モータでは、位置の信号
と同様に速度の信号を扱うことが多い。この場合には、
速度は位置の差分を用いた検出や状態オブザーバを用い
ることがある。いずれにしても、位置の差分信号は使用
される。このとき、ノイズがあっても一定のノイズであ
れば検出系への影響がないことが知られている。
と同様に速度の信号を扱うことが多い。この場合には、
速度は位置の差分を用いた検出や状態オブザーバを用い
ることがある。いずれにしても、位置の差分信号は使用
される。このとき、ノイズがあっても一定のノイズであ
れば検出系への影響がないことが知られている。
【００８６】本実施形態に係る回転位置検出系では、モ
ータに電流を流さない高周波ノイズが小さい状態（すな
わちＢの領域でＡの直前の状態）では、固定子コイルへ
の電流を流さないので、より正確な位置情報を得ること
ができる。仮に、固定子コイルに大電流が流れ、ノイズ
比率が大きくなったとしても、比率の一定性が保たれる
ので、回転位置の測定精度への悪影響を与えるような高
周波数ノイズを少なくすることができる。
ータに電流を流さない高周波ノイズが小さい状態（すな
わちＢの領域でＡの直前の状態）では、固定子コイルへ
の電流を流さないので、より正確な位置情報を得ること
ができる。仮に、固定子コイルに大電流が流れ、ノイズ
比率が大きくなったとしても、比率の一定性が保たれる
ので、回転位置の測定精度への悪影響を与えるような高
周波数ノイズを少なくすることができる。
【００８７】図１２には、各回転位置センサ１６Ａ，１
６Ｂのセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）に
ノイズが重畳されている波形を示しているが、ＰＷＭス
イッチング周期ＴPWMの点線時に同期してセンサ信号を
入力することによって、スイッチング・ノイズに基因す
る誤差の影響を低減することができる。特に、高周波の
影響は大きく減衰される。勿論、ノイズによる影響はオ
フセットという形態でセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、
ＣＯＳ（θm）に現れるが、オフセットによる検出系へ
の影響は小さい。
６Ｂのセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）に
ノイズが重畳されている波形を示しているが、ＰＷＭス
イッチング周期ＴPWMの点線時に同期してセンサ信号を
入力することによって、スイッチング・ノイズに基因す
る誤差の影響を低減することができる。特に、高周波の
影響は大きく減衰される。勿論、ノイズによる影響はオ
フセットという形態でセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、
ＣＯＳ（θm）に現れるが、オフセットによる検出系へ
の影響は小さい。
【００８８】図１３には、スイッチング・ノイズが重畳
された各回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂから、ＰＷＭス
イッチング周期ＴPWMに同期して同時にセンサ出力信号
ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）をサンプリングする様子
を示している。同図に示す例では、デッド・バンド領域
を利用して、ＰＷＭスイッチング周期ＴPWMに同期して
同時にセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）を
サンプリングしているものとする。
された各回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂから、ＰＷＭス
イッチング周期ＴPWMに同期して同時にセンサ出力信号
ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）をサンプリングする様子
を示している。同図に示す例では、デッド・バンド領域
を利用して、ＰＷＭスイッチング周期ＴPWMに同期して
同時にセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）を
サンプリングしているものとする。
【００８９】電流制御回路のスイッチング電流から生じ
るノイズを含むセンサ信号は、真のセンサ信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）に電流波形に相似したノイズが
ほぼ同じ大きさで重畳されるので、図１３において実線
で示したような波形となる。
るノイズを含むセンサ信号は、真のセンサ信号ＳＩＮ
（θm）、ＣＯＳ（θm）に電流波形に相似したノイズが
ほぼ同じ大きさで重畳されるので、図１３において実線
で示したような波形となる。
【００９０】このとき、電流制御回路のスイッチング周
波数と同期して、ｔa以降でｔ1の直前の信号を一定周期
ＴPWM毎に信号をサンプリングすると、図１３におい
て、点Ｃ0，Ｃ1，Ｓ0，Ｓ1の各信号が得られる。
波数と同期して、ｔa以降でｔ1の直前の信号を一定周期
ＴPWM毎に信号をサンプリングすると、図１３におい
て、点Ｃ0，Ｃ1，Ｓ0，Ｓ1の各信号が得られる。
【００９１】これらの点Ｃ0，Ｃ1，Ｓ0，Ｓ1の信号は、
サンプリングの性質から一定値となる。こうして得られ
た信号と、真のセンサ信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ
（θm）の差分をＮdとおとく、このＮdは下式のように
表される。
サンプリングの性質から一定値となる。こうして得られ
た信号と、真のセンサ信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ
（θm）の差分をＮdとおとく、このＮdは下式のように
表される。
【００９２】
【数９】
【００９３】但し、上式において、θmの時間変化に比
べサンプリング間隔ＴPWMは充分に短いので、Ｃ0＝
Ｃ1、並びに、Ｓ0＝Ｓ1とみなすことができる。
べサンプリング間隔ＴPWMは充分に短いので、Ｃ0＝
Ｃ1、並びに、Ｓ0＝Ｓ1とみなすことができる。
【００９４】これまで説明したように、スイッチング・
ノイズによる信号と同期して各回転位置センサ１６Ａ，
１６Ｂの出力をサンプリングすることによって、センサ
出力に重畳されたノイズＮdを一定値として扱うことが
できる。したがって、２つのセンサ信号ＳＩＮ（θm）
及びＣＯＳ（θm）から回転位置θXを求めるためのフィ
ードバック型トラッキング回路を、図１３に示すような
等価回路で表現することができる。
ノイズによる信号と同期して各回転位置センサ１６Ａ，
１６Ｂの出力をサンプリングすることによって、センサ
出力に重畳されたノイズＮdを一定値として扱うことが
できる。したがって、２つのセンサ信号ＳＩＮ（θm）
及びＣＯＳ（θm）から回転位置θXを求めるためのフィ
ードバック型トラッキング回路を、図１３に示すような
等価回路で表現することができる。
【００９５】図１３に示すような等価回路構成において
は、エラー関数Ｅ（θ）は、下式の通りとなる。
は、エラー関数Ｅ（θ）は、下式の通りとなる。
【００９６】
【数１０】
【００９７】ノイズと同期してサンプリングした信号の
ノイズの大きさＮdは小さくすることができ、且つ一定
であるので、検出系の収束条件により、収束する状態は
Ｅ（θ）＝０となる。したがって、図１４に示した等価
回路の出力θXは、以下に示す近似式によって表すこと
ができる。
ノイズの大きさＮdは小さくすることができ、且つ一定
であるので、検出系の収束条件により、収束する状態は
Ｅ（θ）＝０となる。したがって、図１４に示した等価
回路の出力θXは、以下に示す近似式によって表すこと
ができる。
【００９８】
【数１１】
【００９９】上述したようにノイズＮdは一定値とみな
すことができるので、θxは真の回転位置θmに電流制御
回路のトランジスタ・スイッチングに伴う高調波が含ま
れることがない一定のオフセットを含んだ信号となる。
また、上式［数１１］から、θX＝π／４、並びにθX＝
３π／４であるときにノイズの影響が０になる測定位置
が存在する。
すことができるので、θxは真の回転位置θmに電流制御
回路のトランジスタ・スイッチングに伴う高調波が含ま
れることがない一定のオフセットを含んだ信号となる。
また、上式［数１１］から、θX＝π／４、並びにθX＝
３π／４であるときにノイズの影響が０になる測定位置
が存在する。
【０１００】以上から、ノイズＮdは一定とみなすこと
ができることにより、図１１に示すように、等価回路の
出力θXはノイズにより変化する連続的な曲線となる。
ができることにより、図１１に示すように、等価回路の
出力θXはノイズにより変化する連続的な曲線となる。
【０１０１】図１５には、本実施形態に係るサーボ・ア
クチュエータにおけるサーボ制御構成を示している。
クチュエータにおけるサーボ制御構成を示している。
【０１０２】図１５に示すフィードバック系では、位置
信号の招待変数とその微分信号の状態変数を扱う。この
ときに、位置信号θX又はθXdに何らかの高調波を含む
ノイズが含まれると、この系ではノイズにより振動が励
起されるという問題が発生する。
信号の招待変数とその微分信号の状態変数を扱う。この
ときに、位置信号θX又はθXdに何らかの高調波を含む
ノイズが含まれると、この系ではノイズにより振動が励
起されるという問題が発生する。
【０１０３】本発明によれば、サーボ・アクチュエータ
を小型で駆動回路を一体に構成して、回転位置センサと
電流制御回路を接近させても、上述したようにスイッチ
ング・ノイズの影響を低減することができる。
を小型で駆動回路を一体に構成して、回転位置センサと
電流制御回路を接近させても、上述したようにスイッチ
ング・ノイズの影響を低減することができる。
【０１０４】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。
【０１０５】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
ロボットや汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その
多の多軸制御装置などのような多軸駆動系の機械装置に
対して適用することができる、優れたサーボ・アクチュ
エータ並びにその位置検出装置を提供することができ
る。
ロボットや汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その
多の多軸制御装置などのような多軸駆動系の機械装置に
対して適用することができる、優れたサーボ・アクチュ
エータ並びにその位置検出装置を提供することができ
る。
【０１０６】また、本発明によれば、駆動回路を内蔵し
て構成された優れたサーボ・アクチュエータ並びにその
位置検出装置を提供することができる。
て構成された優れたサーボ・アクチュエータ並びにその
位置検出装置を提供することができる。
【０１０７】また、本発明によれば、内蔵された駆動回
路におけるコイル電流のスイッチング・ノイズによる影
響を受けることなく回転軸の姿勢位置を高精度に検出す
ることができる、優れたサーボ・アクチュエータ並びに
その位置検出装置を提供することができる。
路におけるコイル電流のスイッチング・ノイズによる影
響を受けることなく回転軸の姿勢位置を高精度に検出す
ることができる、優れたサーボ・アクチュエータ並びに
その位置検出装置を提供することができる。
【０１０８】本発明に係るサーボ・アクチュエータによ
れば、アクチュエータ自身のモータ・コイル電流のスイ
ッチング・ノイズが発生しても、ノイズと同期したサン
プリングを行う検出回路を構成することにより、高調波
を含まない回転位置を検出することができる。また、本
発明に係る位置検出装置は小型且つ低価格で構成するこ
とができるので、サーボ・アクチュエータの小型化を阻
害することなく、且つ装置全体のコストを増大させるこ
ともない。
れば、アクチュエータ自身のモータ・コイル電流のスイ
ッチング・ノイズが発生しても、ノイズと同期したサン
プリングを行う検出回路を構成することにより、高調波
を含まない回転位置を検出することができる。また、本
発明に係る位置検出装置は小型且つ低価格で構成するこ
とができるので、サーボ・アクチュエータの小型化を阻
害することなく、且つ装置全体のコストを増大させるこ
ともない。
【０１０９】本発明に係るサーボ・アクチュエータを２
足直立型の脚式移動ロボットに適用した場合、ノイズの
影響を除外することができるので、振動の少ない姿勢位
置制御を実現することができる。また、サーボ・アクチ
ュエータは小型化されるので、各関節付近がアクチュエ
ータ・ユニットのために膨らむことなく、均整のとれた
容姿の整った機体を設計することができる。
足直立型の脚式移動ロボットに適用した場合、ノイズの
影響を除外することができるので、振動の少ない姿勢位
置制御を実現することができる。また、サーボ・アクチ
ュエータは小型化されるので、各関節付近がアクチュエ
ータ・ユニットのために膨らむことなく、均整のとれた
容姿の整った機体を設計することができる。
【０１１０】一般に、サーボ・アクチュエータのフィー
ドバック制御系においては、位置の信号の微分を用いる
ことが多いため、ノイズによるオフセットの問題に比
べ、ノイズの高調波による信号が系に悪影響を与える。
本発明によれば、電流制御回路におけるトランジスタ・
スイッチングと同期したタイミングによりセンサ信号を
サンプリングすることによって、このような高調波の問
題を取り除くことができる。この結果、駆動回路を一体
化させたサーボ・アクチュエータにおいて、小型で安価
な回路により安定な制御を実現することができる。
ドバック制御系においては、位置の信号の微分を用いる
ことが多いため、ノイズによるオフセットの問題に比
べ、ノイズの高調波による信号が系に悪影響を与える。
本発明によれば、電流制御回路におけるトランジスタ・
スイッチングと同期したタイミングによりセンサ信号を
サンプリングすることによって、このような高調波の問
題を取り除くことができる。この結果、駆動回路を一体
化させたサーボ・アクチュエータにおいて、小型で安価
な回路により安定な制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に供されるサーボ・モータ１の軸
方向の断面構成を示した図である。
方向の断面構成を示した図である。
【図２】回転子センサ・マグネット１５の表面に正弦波
着磁処理が施されている様子を描写した図である。
着磁処理が施されている様子を描写した図である。
【図３】制御回路基板１３の回転子１１側の表面上に２
個の回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して
９０度の位相差を以って配設されている様子を示した図
である。
個の回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して
９０度の位相差を以って配設されている様子を示した図
である。
【図４】２つのセンサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ
（θm）から回転位置θmを求めるためのフィードバック
型トラッキング回路の構成例を示した図である。
（θm）から回転位置θmを求めるためのフィードバック
型トラッキング回路の構成例を示した図である。
【図５】図４に示したフィードバック型トラッキング回
路を近似した等価回路の構成を示した図である。
路を近似した等価回路の構成を示した図である。
【図６】ホール・センサ１６Ａ及び１６Ｂからの各セン
サ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）から回転子１１
の回転位置θmを求めることができるデジタル回路の構
成例を示した図である。
サ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）から回転子１１
の回転位置θmを求めることができるデジタル回路の構
成例を示した図である。
【図７】各回転子センサ１６Ａ及び１６Ｂにおけるアナ
ログのセンサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）の入
力例と、その場合の図６に示したデジタル回路からの出
力θXdの関係を示したタイミング・チャートである。
ログのセンサ信号ＳＩＮ（θm）及びＣＯＳ（θm）の入
力例と、その場合の図６に示したデジタル回路からの出
力θXdの関係を示したタイミング・チャートである。
【図８】本実施形態に係るサーボ・アクチュエータ１０
に適用される、コイル電流供給用の電流制御回路２０の
等価回路の構成例を示した図である。
に適用される、コイル電流供給用の電流制御回路２０の
等価回路の構成例を示した図である。
【図９】電流制御回路２０における各トランジスタのＰ
ＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示した
タイミング・チャートであり、より具体的にはコイル端
子電圧の波形を示したタイミング・チャートである。
ＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示した
タイミング・チャートであり、より具体的にはコイル端
子電圧の波形を示したタイミング・チャートである。
【図１０】電流制御回路２０における各トランジスタの
ＰＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示し
たタイミング・チャートであり、より具体的にはコイル
電流波形を示したタイミング・チャートである。
ＰＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示し
たタイミング・チャートであり、より具体的にはコイル
電流波形を示したタイミング・チャートである。
【図１１】電流制御回路２０における各トランジスタの
ＰＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示し
たタイミング・チャートである。
ＰＷＭスイッチングとスイッチング電流との関係を示し
たタイミング・チャートである。
【図１２】各回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂのセンサ出
力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）にノイズが重畳さ
れている様子を示したタイミング・チャートである。
力信号ＳＩＮ（θm）、ＣＯＳ（θm）にノイズが重畳さ
れている様子を示したタイミング・チャートである。
【図１３】スイッチング・ノイズが重畳された各回転位
置センサ１６Ａ，１６Ｂから、ＰＷＭスイッチング周期
ＴPWMに同期して同時にセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、
ＣＯＳ（θm）をサンプリングする様子を示したタイミ
ング・チャートである。
置センサ１６Ａ，１６Ｂから、ＰＷＭスイッチング周期
ＴPWMに同期して同時にセンサ出力信号ＳＩＮ（θm）、
ＣＯＳ（θm）をサンプリングする様子を示したタイミ
ング・チャートである。
【図１４】各回転位置センサ１６Ａ，１６Ｂの出力をサ
ンプリングすることによって、センサ出力に重畳された
ノイズＮdを一定値として扱うことができるフィードバ
ック型トラッキング回路の等価回路を示した図である
（駆動回路１３Ａの内部に実装される）。
ンプリングすることによって、センサ出力に重畳された
ノイズＮdを一定値として扱うことができるフィードバ
ック型トラッキング回路の等価回路を示した図である
（駆動回路１３Ａの内部に実装される）。
【図１５】本実施形態に係るサーボ・アクチュエータに
おけるサーボ制御構成を示したブロック図である。
おけるサーボ制御構成を示したブロック図である。
１０…サーボ・アクチュエータ １１…回転子 １２…固定子 １３…制御回路基板，１３Ａ…駆動回路 １４…回転マグネット １５…回転子センサ・マグネット １６Ａ，１６Ｂ…回転位置センサ ２０…電流制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA35 DA05 DD03 EA03 GA52 GA67 KA02 KA05 LA30 2F077 AA11 AA13 CC02 JJ01 JJ08 JJ23 NN02 NN24 PP12 QQ05 TT00 5H019 BB01 BB05 BB15 BB19 BB22 CC03 EE14 5H560 AA07 BB04 BB12 DA02 DA14 DA18 DC12 GG04 UA05 XA05 XA12
Claims (12)
- 【請求項１】回転子側に永久磁石を配置するとともに固
定子側にコイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流
によりトルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエ
ータであって、 前記回転子及び前記固定子を収容し、前記回転子を所定
の回転軸回りに回転可能に支持する筐体と、 前記固定子コイルの通過電流を所定周期でＰＷＭ（Puls
e Width Modulation）スイッチング制御して回転子の回
転を制御する駆動制御部と、 前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出部と、 前記駆動制御部における前記固定子コイルの通過電流の
スイッチング周期と同期して前記回転位置検出部の出力
をサンプリングするサンプリング制御部と、を具備する
ことを特徴とするサーボ・アクチュエータ。 - 【請求項２】前記駆動制御部並びに前記回転位置検出部
は前記筐体内に収容されており、 前記回転位置検出部は、前記駆動制御部におけるスイッ
チング・ノイズの影響を受ける程度に前記駆動制御部に
近接して配置されている、ことを特徴とする請求項１に
記載のサーボ・アクチュエータ。 - 【請求項３】前記回転位置検出部は、前記回転子の一端
面に前記回転軸と略同軸状に取り付けられた、表面に正
弦波着磁処理が施された回転子センサ・マグネットと、 前記回転子センサ・マグネットと対向する部位に前記回
転軸回りに略９０度の位相差を以って配設された、磁束
密度の大きさを検出する２個の回転位置センサと、を備
えることを特徴とする請求項１に記載のサーボ・アクチ
ュエータ。 - 【請求項４】前記サンプリング制御部は、前記駆動制御
部が前記固定子コイルの通過電流をオフしている期間に
同期させて前記回転位置検出部の出力をサンプリングす
る、ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ・アクチ
ュエータ。 - 【請求項５】前記サンプリング制御部は、前記駆動制御
部が前記固定子コイルの通過電流をオンする直前のタイ
ミングに同期させて前記回転位置検出部の出力をサンプ
リングする、ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ
・アクチュエータ。 - 【請求項６】前記駆動制御部は前記固定子コイルの通過
電流をオンする直前に所定期間オフ状態を維持するデッ
ド・バンドを有し、 前記サンプリング制御部は、前記デッド・バンドに同期
させて前記回転位置検出部の出力をサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ・アクチュエ
ータ。 - 【請求項７】回転子側に永久磁石を配置するとともに固
定子側にコイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流
によりトルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエ
ータのための位置検出装置であって、 前記固定子コイルの通過電流を所定周期でＰＷＭ（Puls
e Width Modulation）スイッチング制御して回転子の回
転を制御する駆動制御部と、 前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出部と、 前記駆動制御部における前記固定子コイルの通過電流の
スイッチング周期と同期して前記回転位置検出部の出力
をサンプリングするサンプリング制御部と、を具備する
ことを特徴とするサーボ・アクチュエータの位置検出装
置。 - 【請求項８】前記駆動制御部並びに前記回転位置検出部
は、前記回転子及び前記固定子を収容し前記回転子を所
定の回転軸回りに回転可能に支持する筐体内に収容され
ており、 前記回転位置検出部は、前記駆動制御部におけるスイッ
チング・ノイズの影響を受ける程度に前記駆動制御部に
近接して配置されている、ことを特徴とする請求項７に
記載のサーボ・アクチュエータの位置検出装置。 - 【請求項９】前記回転位置検出部は、 前記回転子の一端面に前記回転軸と略同軸状に取り付け
られた、表面に正弦波着磁処理が施された回転子センサ
・マグネットと、 前記回転子センサ・マグネットと対向する部位に前記回
転軸回りに略９０度の位相差を以って配設された、磁束
密度の大きさを検出する２個の回転位置センサと、を備
えることを特徴とする請求項７に記載のサーボ・アクチ
ュエータの位置検出装置。 - 【請求項１０】前記サンプリング制御部は、前記駆動制
御部が前記固定子コイルの通過電流をオフしている期間
に同期させて前記回転位置検出部の出力をサンプリング
する、ことを特徴とする請求項７に記載のサーボ・アク
チュエータの位置検出装置。 - 【請求項１１】前記サンプリング制御部は、前記駆動制
御部が前記固定子コイルの通過電流をオンする直前のタ
イミングに同期させて前記回転位置検出部の出力をサン
プリングする、ことを特徴とする請求項７に記載のサー
ボ・アクチュエータの位置検出装置。 - 【請求項１２】前記駆動制御部は前記固定子コイルの通
過電流をオンする直前に所定期間オフ状態を維持するデ
ッド・バンドを有し、 前記サンプリング制御部は、前記デッド・バンドに同期
させて前記回転位置検出部の出力をサンプリングする、
ことを特徴とする請求項７に記載のサーボ・アクチュエ
ータの位置検出装置。
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