JP2003134876A - 電子的に整流されるモータの制御用デバイス - Google Patents

電子的に整流されるモータの制御用デバイス

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JP2003134876A
JP2003134876A JP2002281458A JP2002281458A JP2003134876A JP 2003134876 A JP2003134876 A JP 2003134876A JP 2002281458 A JP2002281458 A JP 2002281458A JP 2002281458 A JP2002281458 A JP 2002281458A JP 2003134876 A JP2003134876 A JP 2003134876A
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rotor
encoder
track
control device
commutation
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JP2002281458A
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Pascal Desbiolles
デビオル パスカル
Christophe Nicot
ニコ クリストフ
Achim Friz
フリッツ アヒム
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NTN SNR Roulements SA
Original Assignee
Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトに、かつコストを最適化した構成
で、モータ制御の精度を高めること 【解決手段】Ｐ位相とＮ対の極５から成る、電子的に整
流されるモータ１を制御するデバイスは、主多極トラッ
ク４ａと角度的に等配分された２＊Ｐ＊Ｎ個の特異領域
４ｂ１〜４ｂ６から成る多極整流トラック４ｂとを備え
た円形多極エンコーダ４と、直角位相の方形デジタル信
号Ａ，Ｂと、エンコーダの１回転当たりの２＊Ｐ＊Ｎ個
のパルスＴＰ１〜ＴＰ６の形をしたデジタル信号Ｃとを
供給できる固定センサ６と、２＊Ｐ＊Ｎ個のスイッチＴ
１〜Ｔ６を有する整流回路７と、信号Ｃから、スイッチ
Ｔ１〜Ｔ６用の整流信号を供給し、信号Ａ、Ｂから、第
１電流設定点Ｉ＊に従って、モータ１の位相巻線に供給
する電流Ｉｍを制御する第２電流設定点Ｉｒｅｆを定義
する、整流回路７用の制御回路８とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｐ位相とＮ対の極
から成る電子的に整流されるモータを制御するデバイス
と、かかるデバイスを使用する方法と、かかるデバイス
のエンコーダとセンサを組み込んだ転がり軸受とに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電子的に整流されるモータあるいはブラ
シレスモータは、その比出力が高いため、多くの用途に
おいて機械部材の回転を制御するために使用できる。
【０００３】かかる用途の１特定例は、電気動力支援ス
テアリングシステムによる自動車の動力支援ステアリン
グである。その用途の範囲内で、最適で、可能な限り少
ない変調で設定点に等しいトルクを得るため、かかるモ
ータの位相に合わせて電流の整流を正確に制御する必要
がある。
【０００４】このために、Ｎ対の極を有すると共にモー
タにより回転されるエンコーダの反対側に配置された３
個の検出素子を備えたセンサの使用が知られている。３
相モータの場合、３個の検出素子が、機械的角度の分だ
け互いに対して位相をずらし、１２０電気角度の分だけ
位相がずれた３個の電気信号を供給できるようにするこ
とで、正しい瞬間にモータの位相間の整流を制御でき
る。
【０００５】しかし、この種の実施は、特に、 −モータのリラクタンストルク、 −モータの回転速度に基づくある位相から別の位相への
電流の整流不良、 −台形ＥＭＦの重複の不在、 により、モータトルクの変調を生じることがある。
【０００６】ある位相から別の位相への電流の整流に関
するトルク不良を部分的に回避できる、電子的に整流さ
れた電動モータを制御するデバイスが、特にフランス特
許第２７４９４５２号から知られている。
【０００７】しかし、モータの設計に関するトルク変調
（リラクタンストルクおよび台形ＥＭＦの重複の不在）
を防止するためには、回転子の位置に従った位相で電流
制御をするために、回転子の絶対位置を精密な程度にま
で知る必要がある。
【０００８】したがって、かかる制御方針によれば、整
流を制御するセンサに加えて、高分解能位置を提供する
さらなるセンサが必要とされる。この種の解決法は、２
個のセンサを提供する上で、一体化における大きな制約
とコストを最適にできないことにつながる。さらに、回
転子の機械的慣性という点で不利となることがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、回転
方向に移動可能な２トラックエンコーダと、一方で特定
位相の電流を整流する信号を、他方でモータトルク変調
を回避するのに十分に精密な分解能で、そのような位相
を供給する電流の制御を可能とする高分解能位置信号を
供給できる、回転方向に固定された１個のセンサとを備
えた整流デバイスを提供することで、上記の欠点を解決
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、Ｐ位相とＮ対の極から
成る、電子的に整流されるモータを制御するデバイスで
あって、モータの回転子とともに、その回転軸を中心と
して複数回の回転を実行するよう意図される円形多極エ
ンコーダであって、主多極トラックと、角度的に等配分
された２＊Ｐ＊Ｎ個の特異領域から成る多極整流トラッ
クとを備え、主主多極トラックおよび整流トラックがエ
ンコーダ上で同心であるエンコーダと、エンコーダの反
対側で、エンコーダから空隙距離をあけて配置され、３
個の検出素子の内の少なくとも２個が、直角位相で２個
の周期的な電気信号Ｓ１、Ｓ２を供給するため主多極ト
ラックの反対側に配置され、３個の検出素子の内の少な
くとも１個が、電気信号Ｓ３を供給するため整流トラッ
クの反対側に配置された、少なくとも３個の検出素子を
有する固定センサであって、信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３
から、直角位相の方形デジタル信号Ａ，Ｂと、エンコー
ダの１回転当たりの２＊Ｐ＊Ｎ個のパルスの形でデジタ
ル信号Ｃとを供給できる電子回路を備えた固定センサ
と、２＊Ｐ＊Ｎ個のスイッチを有するモータの位相巻線
で電流を整流する回路と、整流回路用の制御回路であっ
て、 信号Ｃから、スイッチ用の整流信号を供給し、信
号Ａ、Ｂから、第１電流設定点に従って、モータの位相
巻線に供給する電流を制御する第２電流設定点を定義す
る制御回路と、から成る制御デバイスを要旨とする。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の制御デバイスにおいて、制御回路が、電子回路から生
じる第２電流設定点により制御される調整ループを有
し、制御回路が、論理積関数により、幅と期間に関して
整流信号を変調できることを要旨とする。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の制御デバイスにおいて、制御回路が、整流回
路用の少なくとも１個の整流論理を組み込んだマイクロ
プロセッサから成ることを要旨とする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の制御デバイスにおいて、エンコ
ーダが、主トラックと整流トラックを形成するため、一
定の角度幅で等配分された複数個の対のＮおよびＳ極が
磁化される多極磁気リングから形成され、磁気特異領域
が、他とは異なる２対の極から形成されることを要旨と
する。
【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の制御デバイスにおいて、検出素子が、ホール効果セン
サと、磁気抵抗と、巨大磁気抵抗から成るグループの中
から選択されることを要旨とする。
【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の制御デバイスにおいて、エンコ
ーダが、多極磁気パターンに類似の光学パターンを形成
するために、基準および整流トラックがエッチング加工
されるターゲットから形成され、検出素子が光学検出器
から形成されることを要旨とする。
【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項５または
６に記載の制御デバイスにおいて、センサが、主トラッ
クの反対側で、主トラックから空隙距離をあけて配置さ
れた複数個の整列した検出素子から成ることを要旨とす
る。
【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７
のいずれか１項に記載の制御デバイスにおいて、センサ
が、出力信号の分解能を増加する補間回路を備えること
を要旨とする。
【００１８】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８
のいずれか１項に記載の制御デバイスにおいて、センサ
が、ＡＳＩＣ型回路に組み込まれることを要旨とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか
１項に記載の制御デバイスにおいて、エンコーダが、回
転子の回転または、回転子によって回転される部材の回
転を可能にする、転がり軸受の回転リングに連結される
ことを要旨とする。
【００１９】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載の制御デバイスにおいて、センサが、転がり軸受の
固定リングに連結されることを要旨とする。請求項１２
に記載の発明は、請求項１０に記載の制御デバイスにお
いて、センサが、転がり軸受の固定リングから離れてい
ることを要旨とする。
【００２０】請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至
１２のいずれか１項に記載の制御デバイスにおいて、制
御回路が、整流信号を回転子に望ましい回転方向に順応
させる、回転子の位置を初期化する手段を備えることを
要旨とする。
【００２１】請求項１４に記載の発明は、所定整流論理
に従って、制御信号がスイッチを２個ずつ順番に起動す
ることを可能し、信号Ｃの電気パルスが検出されるたび
に、２個のスイッチの起動から、次の２個のスイッチへ
の移行が起こる、請求項１乃至１３のいずれか１項に記
載の制御デバイスを使用する方法を要旨とする。
【００２２】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載の方法において、位相のずれが制御回路のＥＥＰＲ
ＯＭまたはフラッシュ型メモリに格納される、エンコー
ダを指標に合わせる予備工程から成ることを要旨とす
る。
【００２３】請求項１６に記載の発明は、請求項１３に
従属する場合の、請求項１４または１５に記載の方法に
おいて、デバイスの電源投入時、回転子の位置を初期化
する手順が実行され、該手順が、ａ）固定子電界を１方
向に回転させる整流論理を選択する工程と、ｂ）回転子
を回転させるに十分な電流をモータの２個の位相に供給
するため、任意の時間間隔で２個のスイッチを起動する
よう前記整流論理の第１状態に従って制御回路を操作す
る工程と、ｃ）信号Ａ，Ｂの分析により、前記電流の作
用下で回転子の回転方向を検出する工程と、ｄ）回転子
が回転しない場合に、整流論理の第２状態への移行を行
い、前記ａ）〜ｃ）の工程を繰り返す工程と、ｅ）回転
子が固定子電界と同じ方向で回転する場合に、整流論理
を変更し、次にａ）〜ｃ）の工程を繰り返す工程と、
ｆ）回転子が固定子電界と反対の方向で回転する場合
に、回転子の回転方向の逆転があるまで、整流論理の連
続状態で工程ｂ）とｃ）を繰り返す工程と、ｇ）回転子
の回転方向の逆転時、回転子の回転方向の新たな逆転を
検出するため、整流論理の状態ｎ−２への移行を行う工
程と、ｈ）パルスに対する回転子の相対位置を得るた
め、工程ｇ）の間に記録された信号Ｃのパルスの位置を
検出する工程とから成り、前記方法が、回転子に望まし
い回転方向に従って、対応する整流論理を選択すること
を可能にすることを要旨とする。
【００２４】請求項１７に記載の発明は、Ｐ位相とＮ対
の極から成る、電子的に整流されるモータの回転子の回
転と、回転子によって回転される部材の回転とを提供す
るよう意図された転がり軸受であって、固定リングと、
回転リングと、固定リングと回転リング間に配置された
転がり体とを備え、回転リングには、主多極トラック
と、角度的に等配分された２＊Ｐ＊Ｎ個の特異領域から
成る多極整流トラックとを備えた円形多極エンコーダが
連結し、主多極トラックと整流トラックがエンコーダ上
で同心であり、固定リングには、エンコーダの反対側
で、エンコーダから空隙距離をあけて配置され、３個の
検出素子の内の少なくとも２個が、直角位相で２個の方
形デジタル信号Ａ、Ｂを供給するため主多極トラックの
反対側に配置され、３個の検出素子の内の少なくとも１
個が、エンコーダの１回転当たりの２＊Ｐ＊Ｎ個のパル
スの形で電気信号Ｃを供給するため整流トラックの反対
側に配置された、少なくとも３個の検出素子から成る固
定センサが連結し、信号Ｃが、整流信号をモータに供給
するよう意図され、信号Ａ，Ｂが、電流設定点に従っ
て、モータに供給される電流を制御するよう意図される
ことを要旨とする。
【００２５】本発明の他の目的と利点は、添付図面を参
照して以下に行われる説明において明らかとなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明は、Ｐ位相から成る電子的
に整流されるモータ１またはブラシレスモータを制御す
るデバイスに関する。
【００２７】この種のモータは、一般に、Ｎ対のＮ極／
Ｓ極を有する回転子２と、位相巻線からそれぞれ形成さ
れるＰコイルＢ１〜Ｂ３を有する固定子３とを備え、回
転子２は、Ｐ位相巻線での電気供給を制御することで、
既知の様態にて回転される。
【００２８】図１は、３相と１対の極から成るそのよう
なモータ１を制御するデバイスのブロック図を示す。デ
バイスは、回転子２と共にその回転軸を中心として複数
回の回転を実行するよう意図された円形多極エンコーダ
４から成る。
【００２９】図２に示すように、エンコーダ４は、主ト
ラック４ａと、角度的に等配分された２＊Ｐ＊Ｎ個の特
異領域４ｂ１〜４ｂ６から成る整流トラック４ｂとを有
し、主トラック４ａと整流トラック４ｂはエンコーダ４
上で同心に配置される。
【００３０】１特定例では、主トラック４ａと整流トラ
ック４ｂを形成するため、一定の角度幅で等配分された
複数個の対のＮ極とＳ極５が磁化される多極磁気リング
から、エンコーダ４は形成され、整流トラック４ｂの磁
気特異領域４ｂ１〜４ｂ６は、他とは異なる２対の極か
ら形成される。
【００３１】図２に図示される特定実施例において、リ
ングの内側に向かって配置される主トラック４ａと、リ
ングの外側に向かって配置される整流リング４ｂは、２
４対の極から成る。整流トラック４ｂの対極５は、主ト
ラック４ａの対極と比較して、値ψ、例えば１期間の８
分の１に等しい値だけ位相が進んでいる。
【００３２】Ｐ＝３で、Ｎ＝１の本例の場合、整流トラ
ック４ｂは、２対の極だけ互いに離れて間隔があいてい
る６個の磁気特異領域４ｂ１〜４ｂ６から成る。各特異
領域は、２対の極５から形成され、極の幅は、極が、主
トラック４ａの対応する極に対してそれぞれψ、０、−
ψ、０と位相がずれるよう配置される。かくして、以下
で分かるように、信号Ｃの各パルスは、主トラック４ａ
と整流トラック４ｂの間の位相ずれの逆転の検出に対応
する。
【００３３】図１に戻ると、制御デバイスは、エンコー
ダ４の反対側で、エンコーダ４から空隙距離をあけて配
置される固定センサ６も備えている。センサ６は、少な
くとも３個の検出素子から成り、３個の内の少なくとも
２個が主トラック４ａの反対側に配置され、３個の内の
少なくとも１個が整流トラック４ｂの反対側に配置され
る。
【００３４】１特定例において、検出素子は、ホール効
果センサと、磁気抵抗と、巨大磁気抵抗から成るグルー
プの中から選択される。使用されるセンサ６は、主トラ
ック４ａの反対側に配置される検出素子によって直角位
相の２個の周期的な電気信号Ｓ１，Ｓ２を、整流トラッ
ク４ｂの反対側に配置される検出素子によって１個の電
気信号Ｓ３を供給できる。
【００３５】複数個の整列した検出素子から信号Ｓ１，
Ｓ２を得る原理は、例えば、本出願人のフランス特許第
２７９２４０３号に記載されている。しかし、信号Ｓ
１，Ｓ２を供給できる２個の検出素子から成るセンサ６
も知られている。
【００３６】センサ６はさらに、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３
から、直角位相の方形デジタル信号Ａ，Ｂと、エンコー
ダ４の１回転当たり６個（Ｐ＝３およびＮ＝１）の電気
パルスＴＰ１〜ＴＰ６の形態でデジタル信号Ｃとを供給
する電子回路から成る（図３参照）。
【００３７】デジタル信号Ａ，Ｂ，Ｃを得る１つの原理
は、磁気特異領域４ｂ１〜４ｂ６の異なる実施形態と共
に、フランス特許第２７６９０８８号と欧州特許第０８
７１０１４号に記載されている。
【００３８】信号Ａ，Ｂ，Ｃの改良電子処理により、セ
ンサ６に対するエンコーダ４の回転速度、角位置および
／または回転方向を精密な程度まで得ることができる。
１実施によると、センサ６は、例えば、本出願人が開示
するフランス特許２７５４０６３号に記載される種類の
補間回路も備え、出力信号の分解能の増加を可能にす
る。
【００３９】センサ６は、特定の用途にカスタマイズさ
れる集積回路、必要条件に部分的または完全に従って設
計される集積回路を表す用語「ＡＳＩＣ」と称される回
路、を形成するため、シリコンか、例えばＧａＡｓなど
の均等品の基板上に組み込むことができる。
【００４０】磁気エンコーダ／センサアセンブリに関連
して説明しているが、本発明は、光学技術を利用して同
様の様態で実施することも可能である。例えば、エンコ
ーダ４は、前述の多極磁気パターンに類似の光学パター
ンを形成するために、基準および整流トラックがエッチ
ング加工される金属またはガラスターゲットから形成で
き、検出素子は光学検出器から形成される。
【００４１】制御デバイスは、モータ１の位相巻線の電
流を整流する回路７もさらに備えている。整流回路７
は、例えば位相巻線を適切に供給するため、ブリッジと
して配置される２０ｋＨｚで動作するＭＯＳＦＥＴ型の
電界効果トランジスタから各々が形成される２＊Ｐ＊Ｎ
個のスイッチＴ１〜Ｔ６を有する。
【００４２】２＊Ｐ＊Ｎ個のスイッチＴ１〜Ｔ６は、２
＊Ｐ＊Ｎ個の可能な状態にしたがって２個ずつ起動で
き、ある状態から別の状態への移行は、信号Ｃの２＊Ｐ
＊Ｎ個のパルス（ＴＰ１〜ＴＰ６）の１個の検出によっ
て制御される。
【００４３】図１に図示される実施例において、整流デ
バイス７は、それぞれ電流Ｉ１、Ｉ２およびＩ３で３つ
の位相巻線への供給を可能にする６個のスイッチＴ１〜
Ｔ６を有し、Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３は０に等しい。
【００４４】整流デバイス７の制御、すなわちスイッチ
Ｔ１〜Ｔ６の選択的な起動は、−信号Ｃから、複数個の
スイッチＴ１〜Ｔ６に整流信号を供給し、−信号Ａ，Ｂ
から、第１電流設定点Ｉ＊にしたがって、モータ１の位
相巻線に供給する電流Ｉｍを制御する第２電流設定点Ｉ
ｒｅｆを定義する、制御回路８によって実行される。
【００４５】電流設定点Ｉ＊は、例えば、回転子２の速
度用の制御ループ、回転子２の位置用の制御ループ、ま
たは回転子２によって機械部材に加えられなければなら
ないトルクの測定から得られる。
【００４６】設定点Ｉ＊は、信号Ａ，Ｂから得られる回
転子の位置にしたがって、設定点Ｉ＊から設定点Ｉｒｅ
ｆの変調を導く電子回路９に供給される。変調は、Ｉ＊
の関数である振幅を有し、変調のない、モータ１の有効
トルクを得るため、モータ１での固有トルク変調に対し
て位相が逆である。
【００４７】図示する実施形態において、制御回路８
は、例えばＰＩＤ（比例微積分）型の調整器１０と、調
整器１０によってデューティファクタが制御される２０
ｋＨｚ方形信号を供給する可変幅制御（ＰＷＭ）１１
と、電子回路９から生じるＩｒｅｆとＩｍを比較するコ
ンパレータ２２とを備えた調整ループとを有する。
【００４８】既知の様態において、設定点Ｉ＊と常に等
しいモータトルクを得るため、調整ループは、Ｉｒｅｆ
から、回転子２の位置にしたがって位相巻線の電流を変
調することを可能にする。
【００４９】制御回路８は、様々なスイッチＴ１〜Ｔ６
の開閉シーケンスを決定する整流回路７の少なくとも１
個の整流論理を組み込んだ単一のマイクロプロセッサ１
２の形態で実施できる。
【００５０】１つの変形例において、調整ループはアナ
ログ形式で実施できる。１実施によると、制御回路８
は、モータに供給される電流Ｉｍを電流接点Ｉｒｅｆと
比較することで、論理積(AND logic) 関数１３によって
幅と期間に関して、整流信号の変調を可能にする。
【００５１】かくして、信号Ｃの２＊Ｐ＊Ｎ個のパルス
ＴＰ１〜ＴＰ６が検出されるたびに、幅と期間に関して
変調された整流信号が、対応する２個の位相巻線に、調
整された電流Ｉｍを供給するため、スイッチ論理で選択
された２個のスイッチの閉鎖を選択的に制御する。
【００５２】位相整流の瞬間は、パルスＴＰ１〜ＴＰ６
の立ち上がりまたは立ち下がりエッジの検出時に提供さ
れる。１つの変形例において、整流の精度を向上させる
ため、回転の１方向で立ち上がりエッジが使用され、反
対方向で立ち下がりエッジが使用される準備ができる。
【００５３】図４（ａ），（ｂ）は、図１に図示される
実施範囲内で、それぞれ、回転子２の反時計方向と時計
方向の回転での、コイルの整流論理と、スイッチＴ１〜
Ｔ６のシーケンス決定と、対応位相での電流Ｉ１〜Ｉ３
とを図示する。
【００５４】この実施によると、信号ＣのパルスＴＰ１
〜ＴＰ６が１個検出されるたびに、スイッチＴ１とＴ５
（Ｉ１＝−Ｉ２、Ｉ３＝０）、Ｔ１とＴ６（Ｉ１＝−Ｉ
３、Ｉ２＝０）、Ｔ２とＴ６（Ｉ２＝−Ｉ３、Ｉ１＝
０）、Ｔ２とＴ４（Ｉ２＝−Ｉ１、Ｉ３＝０）、Ｔ３と
Ｔ４（Ｉ３＝−Ｉ１、Ｉ２＝０）、Ｔ３とＴ５（Ｉ３＝
−Ｉ２、Ｉ１＝０）、Ｔ１とＴ５（Ｉ１＝−Ｉ２、Ｉ３
＝０）などが、順番に反時計回転で起動される。
【００５５】時計方向の回転の場合、スイッチＴ１とＴ
６（Ｉ１＝−Ｉ３、Ｉ２＝０）、Ｔ１とＴ５（Ｉ１＝−
Ｉ２、Ｉ３＝０）、Ｔ３とＴ５（Ｉ３＝−Ｉ２、Ｉ１＝
０）、Ｔ３とＴ４（Ｉ３＝−Ｉ１、Ｉ２＝０）、Ｔ２と
Ｔ４（Ｉ２＝−Ｉ１、Ｉ３＝０）、Ｔ２とＴ６（Ｉ２＝
−Ｉ３、Ｉ１＝０）、Ｔ１とＴ６（Ｉ１＝−Ｉ３、Ｉ２
＝０）などが順番に起動される。
【００５６】ここから、図５（ａ）〜（ｃ）に図示さ
れ、図４（ａ），（ｂ）で示された固定子電界の６個の
位置（ａ）〜（ｆ）が引き出される。これらの位置は、
パルスＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４、ＴＰ５、ＴＰ
６、ＴＰ１などのそれぞれの検出によりこれらの位置の
ある位置から別の位置への移行を伴って反時計方向に回
転するため、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ａなどの順番で
進められる。
【００５７】時計方向の回転の場合、固定子電界の位置
は、パルスＴＰ４、ＴＰ３、ＴＰ２、ＴＰ１、ＴＰ６、
ＴＰ５、ＴＰ４などのそれぞれの検出によりこれらの位
置のある位置から別の位置への移行を伴って、ｂ、ａ、
ｆ、ｅ、ｄ、ｃ、ｂなどの順番で進められる。
【００５８】次に図１の制御デバイスの操作は以下のと
おりである。−回転子２と、従って連結するエンコーダ
４とが回転できるよう、モータ１が、調整ループにより
調整される電流Ｉｍを供給され、−センサ６が、回転子
２の位置を特に表す信号Ａ，Ｂと、１回転あたりの６個
のパルスＴＰ１〜ＴＰ６の形式の信号Ｃを供給し、−パ
ルスＴＰ１〜ＴＰ６が検出されるたびに、マイクロプロ
セッサ１２が、選択された整流論理に従って２個のスイ
ッチＴ１〜Ｔ６を選択的に閉じ、−回転子２の位置を特
に表す信号Ａ，Ｂが、第１電流設定点Ｉ＊に従い、制御
回路８によって、その変調を制限するため、モータ１に
供給される電流Ｉｍを制御することを可能にする。
【００５９】１特定例（図４（ａ），（ｂ）、図５
（ａ）〜（ｃ））において、モータ１によって供給され
るトルクを最適化するため、回転子電界が、６０°〜１
２０°の間の角度分、固定子電界から位相がずらされる
よう、整流論理が実行される。
【００６０】エンコーダ４が回転子に対して完璧に指標
に合わせていない場合、すなわち、パルスの位置が図５
（ａ）〜（ｃ）に図示される理想的な整流位置に一致し
ていない場合、ライン出力で専用ベンチにて、パルスＴ
Ｐ１〜ＴＰ６の位置と、整流に望ましい位置との間に存
在する位相のずれを保存できる。
【００６１】このため、モータ１の逆起電力ゼロへの移
行と、基準パルスＴＰ１〜ＴＰ６の移行の間の位相ずれ
を測定するため、回転子の位置を表わす信号Ａ，Ｂが用
いられる。
【００６２】位相のずれの値は、タイミング変更によ
り、望ましい整流位置でのパルスＴＰ１〜ＴＰ６の検出
が可能になるよう、制御回路８のＥＥＰＲＯＭかフラッ
シュ型メモリ内に格納できる。
【００６３】整流信号を回転子２に望ましい回転方向に
順応させる、例えば制御デバイス８に組み込まれた、回
転子２の位置を初期化する手段をさらに備えた制御デバ
イスの使用方法について以下に説明する。
【００６４】デバイスの電源投入時、方法は、固定子電
界を１方向に回転させる整流論理をまず選択する工程か
ら成る、回転子２の位置の初期化手順から成る。次に、
回転子２を回転させるに十分な電流Ｉｉｎｉｔをモータ
の２個の位相に供給するため、任意の時間間隔で２個の
スイッチＴ１〜Ｔ６を起動するよう上述の整流論理の第
１状態に従って制御回路８が操作される。
【００６５】時間間隔は通常３０ミリ秒で、電流Ｉｉｎ
ｉｔは、考慮される用途に従って、回転子２の回転を可
能にするよう、例えばシミュレーションによって選択さ
れなければならない。時間間隔は、システムの慣性に従
って最適化できる。
【００６６】かくして、回転子２が回転しない、回転子
２が固定子電界と同じ方向に回転する、または回転子２
が固定子電界とは反対方向に回転する、という３つの状
況が生じる。
【００６７】この状況は、信号Ａ，Ｂの制御回路８での
分析により決定される。最初の２つの場合は、初期化電
流Ｉｉｎｉｔが効果がない（位相が反対の固定子電界と
回転子電界）か、整流論理の状態が通過する間に回転子
電界と固定子電界が交差しないため、回転子２の位置を
初期化できない。
【００６８】従って、回転子２が回転しなければ、回転
子２の回転が検出されるまで、整流論理の第２状態へ移
行が行われる。また、回転子２が固定子電界と同じ方向
で回転すると、整流論理が変更され、すなわち、固定子
電界が反対方向に回転するようになる。
【００６９】回転子２が固定子電界とは反対方向に回転
すると、回転子２の回転方向の逆転が検出されるまで、
整流論理の状態が実行される。回転子２の回転方向の逆
転時に、回転子２の回転方向の新たな逆転を検出するた
め、整流論理の状態ｎ−２への移行がある。
【００７０】図に示される例において、回転子電界は最
初位置Ｐ１（図５（ｂ）参照）にあり、整流論理が固定
子電界の反時計方向の回転を誘導する。整流論理の第１
状態は、回転子と固定子電界間に形成される角度によっ
て誘導されるトルクの作用下で回転子２の時計方向の回
転を生じる位置ａに固定子電界を置く。
【００７１】次に、整流論理の第２状態（位置ｂ）が、
位置Ｐ２と同じ方向への回転子２の回転を誘導する（図
５（ｃ）参照）。整流論理の第３状態は、回転子２の回
転方向の逆転へとつながる、位置Ｐ２に対する位相前進
にある固定子電界（位置ｃ）を誘導する。
【００７２】次に、回転子２を再び時計方向に回転させ
るため、状態ｎ−２すなわち位置ａが固定子電界に適用
され、パルスＴＰ３が検出される。以上の工程から、パ
ルスＴＰ３に対する回転子２の相対位置Ｐ３が演繹さ
れ、位置ｂの周囲で回転子２を振動させるよう、整流論
理の第１状態（位置ａ）および第３状態（位置ｃ）状態
を繰り返すことで、そのような決定を確実にすることが
できる。
【００７３】回転子２の位置の初期化は、回転子２に望
ましい回転方向に従って、制御デバイスの操作中に、整
流論理の選択を可能にし、方向Ｓは制御回路８に挿入さ
れる。
【００７４】これは、図５（ｃ）に図示される例では、
ＴＰ３に対する回転子の位置Ｐ３を考慮すると、−反時
計方向の回転では、固定子電界ｄを得るように電流が固
定子３が供給され、次に新しいパルスＴＰ１〜ＴＰ６が
検出されるたびにシーケンスｅ、ｆ、ａ、ｂ、ｃなどが
実行され、−時計方向の回転では、固定子電界ａを得る
ように電流が固定子３が供給され、ＴＰ３の検出が
（ａ）〜（ｆ）への移行を誘導し、次に新しいパルスＴ
Ｐ１〜ＴＰ６が検出されるたびにシーケンスｅ、ｄ、
ｃ、ｂ、ａなどが実行される
【００７５】ということを知ることで、回転子２の位置
に関する情報が制御回路８に格納できるためである。か
くして、上記手順は、固定子と回転子電界間の最適の位
相のずれを維持しながら、回転子２に望ましい回転方向
に従った整流論理の選択を可能にする。
【００７６】図６に図示される１実施によると、エンコ
ーダ４は、転がり軸受１５の回転リング１４に連結さ
れ、センサ６は、転がり軸受の固定リング１６に連結さ
れる。かくして、本発明は、制御デバイスのエンコーダ
４とセンサ６を組み込んだ転がり軸受１５を提案し、転
がり軸受は、回転子２の回転か、回転子２によって回転
される部材の回転を提供できる。
【００７７】エンコーダ４は、エンコーダ４がオーバー
モールドされる環状フレーム１７によって、回転リング
１４に連結できる。図６は、転がり軸受１５の外側固定
リング１６上へのセンサ６の連結の１実施例を図示す
る。センサ６は、一方でＡＳＩＣ１９を、他方でセンサ
６の入出力コネクタ２０を搭載した、（例えばＰＣＢ型
の）支持体１８に連結される。ＡＳＩＣ１９は、検出素
子がエンコーダ４のトラックの反対側で、トラックから
空隙距離を開けられるように配置される。さらに、入出
力コネクタ２０は、転がり軸受１５に対して径方向に延
びるハウジング２１内に配置される。
【００７８】転がり軸受１５へのエンコーダ４とセンサ
６の連結の別の実施例は、特に、出願人のフランス特許
第２７９４５０４号および第２７００５８８号に記載さ
れたものが予想される。
【００７９】１変形例において、センサ６が転がり軸受
１５の固定リング１６から離れ、しかも、検出の位置は
エンコーダ４のトラックの反対側で、トラックから空隙
距離をあけた位置であるものも提供される。
【００８０】
【発明の効果】本発明によると、コンパクトに、かつコ
ストを最適化した構成で、モータ制御の精度を高めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３相と１対の極から成る電子的に整流されるモ
ータを制御するデバイスのブロック図。
【図２】図１の制御デバイスで使用可能なエンコーダの
略正面図。
【図３】図２に図示されるエンコーダの回転中に、セン
サにより供給される信号Ａ，Ｂ，Ｃの図。
【図４】（ａ），（ｂ）信号Ｃと、信号Ｃにより制御さ
れる整流論理と、スイッチのシーケンスと、対応する位
相における電流との図。（ａ）は回転子の反時計方向の
回転、（ｂ）は回転子の時計方向の回転を示す。
【図５】（ａ）図４（ａ），（ｂ）の整流論理のための
固定子の電界、回転子の電界、およびパルスの相対位置
をベクトルで示す。（ｂ），（ｃ）図５（ａ）と同様
に、回転子の位置を初期化する手順の工程を示す。
【図６】本発明による転がり軸受の縦断面図。
【符号の説明】
１…モータ、２…回転子、４…エンコーダ、４ａ…主多
極トラック、４ｂ…整流トラック、４ｂ１〜４ｂ６…特
異領域、５…Ｎ／Ｓ極、６…固定センサ、７…整流回
路、８…制御回路、９…電子回路、１２…マイクロプロ
セッサ、１４…回転リング、１５…転がり軸受、１６…
固定リング、１９…ＡＳＩＣ型回路。Ｔ１〜Ｔ６…スイ
ッチ、ＴＰ１〜ＴＰ６…電気パルス、Ｉ＊…第１電流設
定点、Ｉｒｅｆ…第２電流設定点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ｕ ３７１Ｗ (72)発明者 クリストフ ニコ フランス国 Ｆ−74600 キンタル シュ マン ブメット 294 (72)発明者 アヒム フリッツ フランス国 Ｆ−74600 セノ シュマン クレ ペセイ 18 Ｆターム(参考） 5H560 AA10 BB04 BB12 DA02 DA04 DA05 DA09 EB01 HA07 HA09 RR01 TT13 TT15 UA05 XA12 5H605 AA07 BB05 BB10 CC04 EB10 EC07 EC13 5H611 AA01 BB01 BB08 PP07 QQ03 RR02 RR03 RR04 UA05 UA08

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｐ位相とＮ対の極から成る、電子的に整流
    されるモータ（１）を制御するデバイスであって、 モータ（１）の回転子（２）とともに、その回転軸を中
    心として複数回の回転を実行するよう意図される円形多
    極エンコーダ（４）であって、主多極トラック（４ａ）
    と、角度的に等配分された２＊Ｐ＊Ｎ個の特異領域（４
    ｂ１〜４ｂ６）から成る多極整流トラック（４ｂ）とを
    備え、主主多極トラック（４ａ）および整流トラック
    （４ｂ）がエンコーダ（４）上で同心であるエンコーダ
    と、 エンコーダ（４）の反対側で、エンコーダ（４）から空
    隙距離をあけて配置され、３個の検出素子の内の少なく
    とも２個が、直角位相で２個の周期的な電気信号Ｓ１、
    Ｓ２を供給するため主多極トラック（４ａ）の反対側に
    配置され、３個の検出素子の内の少なくとも１個が、電
    気信号Ｓ３を供給するため整流トラック（４ｂ）の反対
    側に配置された、少なくとも３個の検出素子を有する固
    定センサ（６）であって、信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３か
    ら、直角位相の方形デジタル信号Ａ，Ｂと、エンコーダ
    の１回転当たりの２＊Ｐ＊Ｎ個のパルス（ＴＰ１〜ＴＰ
    ６）の形でデジタル信号Ｃとを供給できる電子回路を備
    えた固定センサと、 ２＊Ｐ＊Ｎ個のスイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を有するモータ
    （１）の位相巻線で電流を整流する回路（７）と、 −整流回路（７）用の制御回路（８）であって、 信号Ｃから、スイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）用の整流信号を供
    給し、 信号Ａ、Ｂから、第１電流設定点（Ｉ＊）に従って、モ
    ータ（１）の位相巻線に供給する電流（Ｉｍ）を制御す
    る第２電流設定点（Ｉｒｅｆ）を定義する、整流回路
    （７）用の制御回路（８）と、から成る制御デバイス。
  2. 【請求項２】制御回路（８）が、電子回路（９）から生
    じる第２電流設定点（Ｉｒｅｆ）により制御される調整
    ループを有し、制御回路（８）が、論理積関数（１３）
    により、幅と期間に関して整流信号を変調できることを
    特徴とする、請求項１に記載の制御デバイス。
  3. 【請求項３】制御回路（８）が、整流回路（７）用の少
    なくとも１個の整流論理を組み込んだマイクロプロセッ
    サ（１２）から成ることを特徴とする、請求項１または
    ２に記載の制御デバイス。
  4. 【請求項４】エンコーダ（４）が、主トラック（４ａ）
    と整流トラック（４ｂ）を形成するため、一定の角度幅
    で等配分された複数個の対のＮおよびＳ極（５）が磁化
    される多極磁気リングから形成され、磁気特異領域（４
    ｂ１〜４ｂ６）が、他とは異なる２対の極から形成され
    ることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に
    記載の制御デバイス。
  5. 【請求項５】検出素子が、ホール効果センサと、磁気抵
    抗と、巨大磁気抵抗から成るグループの中から選択され
    ることを特徴とする、請求項４に記載の制御デバイス。
  6. 【請求項６】エンコーダ（４）が、多極磁気パターンに
    類似の光学パターンを形成するために、基準（４ａ）お
    よび整流（４ｂ）トラックがエッチング加工されるター
    ゲットから形成され、検出素子が光学検出器から形成さ
    れることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項
    に記載の制御デバイス。
  7. 【請求項７】センサ（６）が、主トラック（４ａ）の反
    対側で、主トラック（４ａ）から空隙距離をあけて配置
    された複数個の整列した検出素子から成ることを特徴と
    する、請求項５または６に記載の制御デバイス。
  8. 【請求項８】センサ（６）が、出力信号の分解能を増加
    する補間回路を備えることを特徴とする、請求項１乃至
    ７のいずれか１項に記載の制御デバイス。
  9. 【請求項９】センサ（６）が、ＡＳＩＣ型回路（１９）
    に組み込まれることを特徴とする、請求項１乃至８のい
    ずれか１項に記載の制御デバイス。
  10. 【請求項１０】エンコーダ（４）が、回転子（２）の回
    転または、回転子（２）によって回転される部材の回転
    を可能にする、転がり軸受（１５）の回転リング（１
    ４）に連結されることを特徴とする、請求項１乃至９の
    いずれか１項に記載の制御デバイス。
  11. 【請求項１１】センサ（６）が、転がり軸受（１５）の
    固定リング（１６）に連結されることを特徴とする、請
    求項１０に記載の制御デバイス。
  12. 【請求項１２】センサ（６）が、転がり軸受（１５）の
    固定リング（１６）から離れていることを特徴とする、
    請求項１０に記載の制御デバイス。
  13. 【請求項１３】制御回路（８）が、整流信号を回転子
    （２）に望ましい回転方向に順応させる、回転子（２）
    の位置を初期化する手段を備えることを特徴とする、請
    求項１乃至１２のいずれか１項に記載の制御デバイス。
  14. 【請求項１４】所定整流論理に従って、制御信号がスイ
    ッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を２個ずつ順番に起動することを可
    能し、信号Ｃの電気パルス（ＴＰ１〜ＴＰ６）が検出さ
    れるたびに、２個のスイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）の起動か
    ら、次の２個のスイッチへの移行が起こる、請求項１乃
    至１３のいずれか１項に記載の制御デバイスを使用する
    方法。
  15. 【請求項１５】位相のずれが制御回路（８）のＥＥＰＲ
    ＯＭまたはフラッシュ型メモリに格納される、エンコー
    ダ（４）を指標に合わせる予備工程から成ることを特徴
    とする、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】デバイスの電源投入時、回転子（２）の
    位置を初期化する手順が実行され、該手順が、 ａ）固定子電界を１方向に回転させる整流論理を選択す
    る工程と、 ｂ）回転子（２）を回転させるに十分な電流（Ｉｉｎｉ
    ｔ）をモータ（１）の２個の位相に供給するため、任意
    の時間間隔で２個のスイッチ（Ｔ１〜Ｔ６）を起動する
    よう前記整流論理の第１状態に従って制御回路（８）を
    操作する工程と、 ｃ）信号Ａ，Ｂの分析により、前記電流（Ｉｉｎｉｔ）
    の作用下で回転子（２）の回転方向を検出する工程と、 ｄ）回転子（２）が回転しない場合に、整流論理の第２
    状態への移行を行い、前記ａ）〜ｃ）の工程を繰り返す
    工程と、 ｅ）回転子（２）が固定子電界と同じ方向で回転する場
    合に、整流論理を変更し、次にａ）〜ｃ）の工程を繰り
    返す工程と、 ｆ）回転子（２）が固定子電界と反対の方向で回転する
    場合に、回転子（２）の回転方向の逆転があるまで、整
    流論理の連続状態で工程ｂ）とｃ）を繰り返す工程と、 ｇ）回転子（２）の回転方向の逆転時、回転子（２）の
    回転方向の新たな逆転を検出するため、整流論理の状態
    ｎ−２への移行を行う工程と、 ｈ）パルスに対する回転子（２）の相対位置を得るた
    め、工程ｇ）の間に記録された信号Ｃのパルス（ＴＰ１
    〜ＴＰ６）の位置を検出する工程とから成り、前記方法
    が、回転子（２）に望ましい回転方向に従って、対応す
    る整流論理を選択することを可能にすることを特徴とす
    る、請求項１３に従属する場合の、請求項１４または１
    ５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】Ｐ位相とＮ対の極（５）から成る、電子
    的に整流されるモータ（１）の回転子（２）の回転と、
    回転子（２）によって回転される部材の回転とを提供す
    るよう意図された転がり軸受（１５）であって、固定リ
    ング（１６）と、回転リング（１４）と、固定リング
    （１６）と回転リング（１４）間に配置された転がり体
    とを備え、 回転リング（１４）には、主多極トラック（４ａ）と、
    角度的に等配分された２＊Ｐ＊Ｎ個の特異領域（４ｂ１
    〜４ｂ６）から成る多極整流トラック（４ｂ）とを備え
    た円形多極エンコーダ（４）が連結し、主多極トラック
    （４ａ）と整流トラック（４ｂ）がエンコーダ（４）上
    で同心であり、 固定リング（１６）には、エンコーダ（４）の反対側
    で、エンコーダ（４）から空隙距離をあけて配置され、
    ３個の検出素子の内の少なくとも２個が、直角位相で２
    個の方形デジタル信号Ａ、Ｂを供給するため主多極トラ
    ック（４ａ）の反対側に配置され、３個の検出素子の内
    の少なくとも１個が、エンコーダ（４）の１回転当たり
    の２＊Ｐ＊Ｎ個のパルス（ＴＰ１〜ＴＰ６）の形で電気
    信号Ｃを供給するため整流トラック（４ｂ）の反対側に
    配置された、少なくとも３個の検出素子から成る固定セ
    ンサ（６）が連結し、信号Ｃが、整流信号をモータ
    （１）に供給するよう意図され、信号Ａ，Ｂが、電流設
    定点（Ｉ＊）に従って、モータ（１）に供給される電流
    （Ｉｍ）を制御するよう意図される、転がり軸受（１
    ５）。
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