JP2018183031A - 直流モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸のアブソリュート回転角を検出する機能を備えた、安価な、直流モータの制御装置を供する。【解決手段】制御ユニットと、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットとを備え、回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置において、ＭＲセンサユニットは、前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、制御ユニットは、イニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの位置決め情報と前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、回転軸に対するＭＲセンサの原点位置(Ｚα)の情報を取得し、Ａ相、Ｂ相、及び相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してメモリに記録するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、直流モータの制御装置に関するものであり、特に、被駆動体を駆動する直流モータを目標速度及び目標位置で作動させるサーボ制御に適した、ブラシ付き直流モータの制御装置に係るものである。

ブラシ付き直流モータは、構造が比較的簡単で安定した性能が得られ、かつ、安価なため、各種の制御システムを構成する機器の駆動源として、様々な分野に広く採用されている。例えば、自動車のパワーシート、ワイパアーム、窓やトランクルームあるいはバックドアの開閉の駆動源としてのモータ、あるいは、エンジンの吸気系統や排気系統のバルブの開閉用駆動源として、ブラシ付き直流モータが使用されている。自動車用としては、正逆いずれの方向の回転でも同じトルク特性を有する、永久磁石型のブラシ付き直流モータが、小型でかつ価格も安い利点を生かして、多く採用されている。

特許文献１には、自動車用ワイパアームの駆動装置である電動モータの制御技術として、モータのアマチュア軸の回転をホール素子センサ等の回転センサによって検出すると共に、磁気抵抗素子センサ（ＭＲセンサ）により、出力軸の回転角度、すなわち、ワイパアームの絶対位置（Ｚ_o）を認識して、モータの動作を制御する発明が開示されている。

特許文献２には、３個のホール素子と１個のＧＭＲ検出器の信号値に基づいて、３相永久磁石モータの任意の特定位置の情報やトルク変動情報を得る発明が開示されている。

また、特許文献３には、ブラシレスＤＣモータ等のロータリエンコーダ用カウンタの、正転時と逆転時における出力値から、回転体の回転角度に関する情報と回転角度の変化に関する情報とを抽出し、多回転角度情報を生成する発明が開示されている。

特開２０１３―００１２３７号公報 特開２０１５―１４９８００号公報 特許第５０５８３３４号公報

自動車等の各種被駆動部材において、被駆動体を駆動する直流モータを制御するためには、回転速度、回転方向の判別、回転数等の情報が必要である。これらの情報により、例えば、自動車の各種被駆動部材のスロースタートやスローストップ、速度制御、位置制御等をおこなうことで、自動車の安全な運転が可能になる。さらに、自動運転制御、若しくは自動運転制御を促進するためには、高精度の回転速度、回転方向の判別、回転数等の情報が必要であり、モータの回転軸の回転角度の情報のみならず、回転軸の絶対角度もしくは絶対位置（アブソリュート位置：Ｚ_o）の情報も必要になる。

特許文献１に記載の発明では、多回転のアブソリュート位置の情報を得るために、センサとして、モータの位相角を検出する第１の検出手段と、モータの回転速度を検出する第２の検出手段の２種類の検出センサを用いている。特許文献２の発明でも、２種類の検出センサを採用している。このような、２種類の検出センサを採用した従来のアブソリュート位置の情報を得る手段は、構成が複雑で、かつ、高価なものとなる。すなわち、構造が比較的簡単で安定した性能が得られ、しかも価格も安い、というブラシ付き直流モータの利点が損なわれてしまう。
特許文献３に記載の発明は、１組のセンサ素子のデータを利用して、絶対位置に相当する位置情報を算出し、回転体の多回転角度情報を生成している。しかし、ブラシ付き直流モータに関して、絶対位置に相当する情報を高精度に求めることについては開示されていない。

また、自動車の各種被駆動部材を駆動する直流モータは、車載のバッテリを電源としている。バッテリの劣化や電源ラインの断線等、種々の要因で直流モータが停止し、被駆動部材が正常な状態に復帰しないままに、自動車の運転が停止になることもありうる。自動車の安全性をより高めるためには、このようなバッテリ電源の消失に伴う異常停止後であっても、安全に再起動できるのが望ましい。特許文献１〜３には、このような、異常停止後の再起動に関する配慮は開示されていない。

本発明の１つの目的は、１組のセンサ素子を用いた簡単な構成で、モータの回転軸の原点位置に相当する高精度な位置情報を生成する機能を備えた、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、バッテリ電源の消失に伴う異常停止後もモータの回転軸の回転位相に関する情報を保有し、各種被駆動部材を安全に再起動できるようにした、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することにある。

本発明の１つの態様によれば、直流モータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、１対のＭＲセンサにより前記直流モータの回転軸の回転を検知するＭＲセンサユニットとを備え、前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置において、前記ＭＲセンサユニットは、前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、前記制御ユニットは、イニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と前記位置決め情報と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、前記回転軸に対する前記ＭＲセンサの相対的原点位置(Ｚα)の情報を取得し、前記Ａ相、Ｂ相、及び前記相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してＥＥＰＲＯＭに記録するように構成されている。

これにより、１組のセンサ素子のデータを利用した簡単な構成で、モータの回転軸の相対的原点位置の情報を生成する機能を備えた、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することができる。また、この相対的原点位置の情報がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも、次回の被駆動部材の起動時に、安全な運転開始を実現できる。

本発明の他の態様によれば、前記制御ユニットは、前記直流モータの起動運転に伴い得られた、前記回転軸の前記相対的原点位置(Ｚα)信号と、前記Ａ相又は前記Ｂ相の出力信号を用いてＺ相の幅信号を生成し、前記Ｚ相の幅信号のデータに前記ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して前記アブソリュート信号のデータとするように構成されている。

これにより、１組のセンサ素子のデータを利用した簡単な構成で、Ｚ相の幅信号を含むアブソリュート信号のデータが得られ、ブラシ付き直流モータの制御に利用することができる。

本発明によれば、１対のＭＲセンサの出力信号を基に得られた前記回転軸の相対的原点位置の情報がアブソリュート位置信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録されるので、ブラシ付き直流モータにより被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御できる。

また、本発明によれば、前記回転軸の相対的原点位置の情報がアアブソリュート位置信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録されているので、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも、次回の起動時に安全な運転開始を実現できる。

本発明の第１の実施例に基づく、直流モータの制御装置を示す機能ブロック図である。 第１の実施例における、ＭＲセンサユニットのマグネットの一例を説明する図である。 第１の実施例における、ＭＲセンサの出力信号の処理方法の概念を示す図である。 第１の実施例における、ＭＲセンサユニットの処理回路部の構成の一例を示す図である。 第１の実施例における、制御ユニットの起動時の処理を示すフローチャートである。 図３Ａに示す起動時の処理における、自己イニシャライズ処理の詳細を示すフローチャートである。 自己イニシャライズ処理における、粗な位置決め情報に基づく、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。 正回転指令時のＭＲセンサの出力信号を示す図である。 逆回転指令時のＭＲセンサの出力信号を示す図である。 粗、密な位置決め情報の組み合わせに基づく、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。 第１の実施例における、制御ユニットの相対的原点位置の信号処理の詳細を示すフローチャートである。 図５の相対的原点位置の信号処理を説明する図である。 第１の実施例における、ＤＣサーボ制御部及びＰＷＭ信号生成部の動作の詳細を示すフローチャートである。 第１の実施例における、ＤＣモータ駆動回路の構成例を示す図である。 ＰＷＭ信号と直流モータの回転方向の関係を示す図である。 ＥＥＰＲＯＭのデータを用いた、直流モータの開ループ制御の一例を示す図である。 本発明を、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置に適用した、第２の実施例の構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施例における、アブソリュート信号とスロットルバルブの目標開度との関係を示す図である。 本発明の第３の実施例に基づく、直流モータの制御装置の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に基づく、ブラシ付き直流モータの制御装置の機能ブロック図である。直流モータ１００は、ブラシ付き直流モータ（以下、単に直流モータ）であり、有底筒状に形成されたモータハウジング１０の内部に、永久磁石１１が固定されている。また、アマチュア１２と一体の回転軸１３が、モータハウジング１０とエンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８に設けられた１対の軸受２４、２５により、回転自在に保持されている。コスト低減の観点から、例えば、軸受として回転軸１３の一端のみがボールベアリング２５で保持され、他端は平軸受２４で保持されている。回転軸１３に固定された整流子１７に、ブラシホルダーに保持されたブラシ１６が摺接している。直流モータ１００のアマチュア１２には、バッテリ４２からイグニッションスイッチ４３、ＤＣモータ駆動回路４０、給電端子１５、ブラシ１６、および整流子１７を介して、駆動電流が供給される。アマチュア１２は、ＤＣモータ駆動回路４０から供給される駆動電流の向き・大きさに応じて、正回転または逆回転する。回転軸１３の他端には、減速機１４を構成するピニオン等が設けられており、回転軸１３の回転は、減速機１４で減速され、直接もしくはクラッチを介して、被駆動部材５０、例えば自動車のワイパアームに伝達される。

回転軸１３の一端部には、この回転軸１３の回転に伴うインクリメンタル信号を出力するＭＲセンサユニット２０が設けられている。ＭＲセンサユニット２０は、回転軸１３の一端面に固定された平板状のマグネット２１と、このマグネット２１に対向する位置で離間してモータハウジング内に固定された、１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)２２と、処理回路部２３とを備えている。１対のＭＲセンサ２２（２２Ａ、２２Ｂ）としては、例えば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ等を用いることができる。１対のＭＲセンサ２２は、出力されるパルスの位相が互いに所定の角度、例えば９０度ずれるように、回転軸１３の回転方向に所定の間隔を空けて配置されている。ＭＲセンサ２２と処理回路部２３は、１枚のプリント基板上に設けられている。このＭＲセンサユニットのプリント基板は、ＭＲセンサ２２がマグネット２１に対向し、ＭＲセンサ２２及びマグネット２１の各回転中心と回転軸１３の軸芯とが一致するような関係で、エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８の内側面に固定されている。

１対のＭＲセンサのアナログ信号は、処理回路部２３において、量子化され電気角の内挿処理により多分割された、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に変換され、各々パルスカウンタで累積加算され、この累積加算値がインクリメンタルなＡ相・Ｂ相各信号のパルスのデータとして、通信ケーブルを介して直流モータの制御ユニット３００へ送信される。直流モータ１００の１回転毎にＭＲセンサユニットから出力されるパルスの数は、制御に必要とされる分解能等に応じて、任意に設定される。ＭＲセンサの素子としてＧＭＲを用いた場合、回転軸の１回転あたり、例えば３００００パルスの出力を得ることができる。

直流モータの制御ユニット３００は、例えば、必要な複数の機能を論理回路の形で一つのチップにまとめた専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、あるいは、汎用のシングルチップマイコンを用いたＩＣ回路のチップとして実現される。あるいはまた、ホストコンピュータの機能の一部として実現される。以下では、汎用のシングルチップマイコンを用いた具体的な構成例について説明するが、同じ機能を有する直流モータの制御装置を、専用のＡＳＩＣで実現しても良いことは言うまでもない。

直流モータの制御ユニット３００は、通信制御部３１０、メモリ制御部３２０、自己イニシャライズ処理部３４１、Ｚ相信号生成部３４２、Ｚ相の幅信号生成部３４３、相対的原点位置信号生成部３４４、ＤＣサーボ制御部３４５、ＰＷＭ信号生成部３４６等の機能を有している。シングルチップマイコンは、ＣＰＵ、メモリ、発振回路、タイマー、Ｉ／Ｏインタフェース、シリアルＩ／Ｆ等を１つのＬＳＩに集積したものであり、メモリに保持されたプログラムをＣＰＵ上で実行することで、直流モータの制御ユニット３００の上記各機能が実現される。なお、メモリ３３０には、ＲＯＭ３３１、ＲＡＭ３３２、及び少なくとも１つのＥＥＰＲＯＭ３３３等が含まれており、バス３５０を介してＣＰＵと接続されている。ＲＯＭには、電源投入時やリセット時に実行するプログラムやプログラム実行中に変化しない定数が保存される。ＲＯＭとしてフラッシュメモリを採用しても良い。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの指令値や、後述する多回転・アブソリュート位置信号のデータ等が保持される。また、ＲＡＭには、被駆動部材５０の目標の位置やこの位置に対応して設定された直流モータの目標速度（ＰＷＭ制御のduty比）も格納されている。ＥＥＰＲＯＭには、Ａ相、Ｂ相信号及び多回転・アブソリュート位置信号が、逐次、保持される。

一般に、ＥＥＰＲＯＭは他のメモリに比して書き込み速度が遅いので、アブソリュート位置信号のデータ等は、一旦、ＲＡＭに保持される。このＲＡＭに保持されたインクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号のデータは、ＥＥＰＲＯＭへ書き込むアドレスと共に、ＥＥＰＲＯＭのアプリケーションプログラムやドライバーによりＥＥＰＲＯＭへの書き込み（保存）がなされる。また、ＥＥＰＲＯＭからＲＡＭへのこれらのデータ等の読み込みも、このアプリケーションプログラムやドライバーにより、アドレスを用いて処理される。
なお、直流モータを駆動するための駆動信号として、ＰＷＭ信号以外の信号を用いても良いことは言うまでもない。

制御ユニット３００は、スイッチ、例えばイグニッションスイッチ４３を介してバッテリ４２と接続されており、上位のコンピュータ、例えば車載のＥＣＵ（Electric Control Unit）５００等からの外部指令や、ＭＲセンサ２２の出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、直流モータを駆動して被駆動部材５０、例えばワイパアーム、の動作形態を切り替える。すなわち、直流モータの制御ユニット３００において、Ａ相、Ｂ相信号等を基に、相対的原点位置信号やＺ相信号が生成され、さらに、多回転・アブソリュート位置信号が生成される。制御ユニット３００の情報の一部は、ＥＣＵ５００へも送信される。

制御ユニット３００は、メモリ３３０に記憶された指令値やＭＲセンサユニット２０からの各種の信号に基づいて、ワイパアームを駆動する直流モータの回動位置、ひいては、ワイパアームの回動位置を演算し、ワイパアームが払拭面の上下の反転位置を往復回動するように、直流モータの駆動を制御するＰＷＭ信号の情報を生成する。これらの信号に基づくＤＣモータ駆動用ＰＷＭ信号の情報が、直流モータの制御ユニット３００から、ＤＣモータ駆動制御部４１へシリアル通信ラインを介して出力される。

なお、被駆動部材５０は、制御ユニット３００による開ループ制御の対象であっても良く、閉ループ制御の対象であっても良い。閉ループ制御の場合には、被駆動部材５０の回転位置や移動量等がセンサで検知され、その情報（Ａ）は制御ユニット３００にフィードバックされ、制御ユニット３００により直流モータのサーボ制御が実行される。

直流モータの制御ユニット３００は、例えば、ＤＣモータ駆動制御部４１やＤＣモータ駆動回路４０と共に１枚のプリント基板６００の上に実装し、エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８の内側面でかつ、ＭＲセンサユニット２０に近接した位置に固定することもできる。この場合、ＤＣモータ駆動回路４０は、給電端子１５とブラシ１６との間の電源ラインに接続される。また、直流モータが設置される環境によっては、直流モータの外部にプリント基板６００を設置しても良い。なお、ブラシホルダー内等に、ＥＭＣ規格対応のノイズ防止回路が設置される場合、このノイズ防止回路よりもバッテリ側において、ＭＲセンサユニットのプリント基板やプリント基板６００がバッテリに接続されるのが望ましい。また、図面上、ＭＲセンサユニット２０やプリント基板６００等の電源ラインは省略されている。

図１に機能ブロックの形で示した、通信制御部３１０、メモリ制御部３２０、自己イニシャライズ処理部３４１、Ｚ相信号生成部３４２、Ｚ相の幅信号生成部３４３、相対的原点位置信号生成部３４４、ＤＣサーボ制御部３４５、及びＰＷＭ信号生成部３４６等のプログラムを実行することで実現される各機能は、一例として表示したものである。各機能の区分は任意であり、上記複数の機能を共通のプログラムで実現しても良く、或いは、特定の上記機能を異なる複数のプログラムやＩＣ回路で実現しても良いことは言うまでもない。

図２ＡにＭＲセンサユニットのマグネットの一例を示し、図２ＢにＭＲセンサの出力信号の処理方法の概念を示す。
回転軸１３の一端面に固定された平板状のマグネット２１に対向して配置された１対のＭＲセンサ２２は、Ｎ極とＳ極の磁極の切替りによる磁界の抵抗の変化を検出するものである。本発明では、ＭＲセンサ固有の横磁界を使用するため、マグネット２１は多局着磁せずＮ，Ｓ単発着磁である。直流モータの一方の軸受に平軸受２４を採用すると、直流モータの正転・逆転の切り替えに伴い回転軸１３が軸方向に、最大値で例えば０．２ｍｍ程度、移動する可能性がある。センサとして縦磁界を使用するホール素子を採用した場合、正転・逆転の切り替えに伴うこのような回転軸の移動があると、センサ出力に大きな影響がある。本発明では、回転軸１３の一端面に面対向するＭＲセンサを配置し、かつ、このＭＲセンサ固有の横磁界を使用する。そのため、マグネット２１が固定された回転軸１３が軸方向に若干移動したとしても、ＭＲセンサ２２の出力には影響がない。
マグネット２１は、Ｓｉもしくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅ等の強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されている。ＭＲセンサ２２を構成する１対の磁気抵抗効果素子は、出力されるパルス信号の位相が互いに９０度ずれるように、回転軸１３の回転方向に、所定の間隔を空けて配置されている。１対の磁気抵抗効果素子は直列に接続され、その両端に電圧Ｖccが印加され、両素子の接続点の電位を表す電圧信号がＭＲセンサ２２の出力となる。

ＭＲセンサ２２は、作用する磁界の方向に対して電気抵抗値の変化する特性が異なるように設けられている。このため、マグネット２１が角度Θだけ回転して各ＭＲセンサに作用する磁界の向きが回転すると、それに対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言するとＭＲセンサ２２の出力信号の電圧が変動する。回転軸１３の１回転に対応して、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度、各々１周期分のパルス信号が出力される。

図２Ｃに、ＭＲセンサユニット２０の処理回路部２３の一例を示す。処理回路部２３は、ＡＤ変換器２３１、軸ずれ補正処理部２３２、ＲＡＭなどのメモリ２３３、逆正接演算処理部２３４、パルスカウンタ２３５、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部２３６、位置決め情報生成部２３７、パラレル・シリアル変換部２３８、及び、シリアル通信部２３９の各機能を有している。処理回路部２３は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上でプログラムを実行することにより実現される。

処理回路部２３では、１対のＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂのアナログ信号の出力を、ＡＤ変換器２３１でデジタル信号に変換し、逆正接演算処理部２３４で逆正接演算し、パルスカウンタ２３５で加算し、その累積加算値が、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部２３６で、インクリメンタルなＡ相信号及びＢ相信号（以下、Ａ相・Ｂ相信号）として生成され、メモリ２３３に保持される。

また、位置決め情報生成部２３７は、ＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂのアナログ信号を基に、図２Ｂの右図に示した、逆正接演算の結果の特定の角度Θに相当する情報を、ＭＲセンサの相対的な原点の位置を決定するための「位置決め情報（Ｓｎ）」として生成し、メモリ２３３に保持する。例えば、回転軸の回転角度０に相当する、図２Ｂの右図の横軸、横軸の両角度が０度、換言すると、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する、ＳＩＮ,ＣＯＳ波形の０−０ポイントを、位置決め情報（Ｓｎ）とする。この場合、位置決め情報（Ｓｎ）は、回転軸１３の１回転毎に１つだけ生成される。
なお、位置決め情報（Ｓｎ）を生成する回転角度Θは、任意の値で良い。すなわち、ＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の関係にある位置において、位置決め情報（Ｓｎ）を生成する。
また、位置決め情報（Ｓｎ）は、回転軸１３の１回転毎に複数個、換言すると、ＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の関係にある複数の位置毎に、生成しても良い。あるいは、分解能の異なる異種の信号、例えば、１回転毎に１〜２回程度の粗な信号と、１回転毎に数十回程度の密な信号とを組み合わせても良い。あるいはまた、Ａ相信号とＢ相信号とを組み合わせて、異種の信号を生成しても良い。
本発明では、このような、Ａ相、Ｂ相信号の値、換言するとＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の大きさの関係にある位置を、「Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置」と定義する。

なお、１対のＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂから得られるＡ相、Ｂ相信号(さらには位置決め情報)は、各センサ等の制作誤差、設置誤差、温度の影響等により、誤差（主に軸ずれ誤差）を含んでいる可能性がある。すなわち、逆正接演算の結果得られたＡ相・Ｂ相信号は、本来、回転軸１３の回転角度Θに比例して直線上に位置すべきものである。しかし、軸ずれ等の誤差により、３６０度毎に、あるいは、１対のＭＲセンサの位相差９０度毎に、繰り返されるひずみを含んでいる場合がある。軸ずれ補正処理部２３２では、回転軸１３の少なくとも１回転分のデータに基づき、１対のＭＲセンサの回転中心を抽出し、回転角度Θに対するＡ相、Ｂ相信号等のひずみの有無を検知し、ひずみがある場合にはそれらの補正処理を行う。

さらに、パラレル伝送処理により生成されたＡ相・Ｂ相信号、及び、位置決め情報（Ｓｎ）は、パラレル・シリアル変換部２３８で、シリアル伝送通信の規格に適合したシリアル伝送用の送信データ（BUS信号）に変換され、このBUS信号がシリアル通信部２３９から１本の伝送路を介して直流モータの制御ユニット３００へ送信される。

なお、ＭＲセンサユニットのパルスカウンタ２３５としてアップダウンカウンタを採用し、パルスの累積加減算値に、回転軸１３の正逆の回転方向の情報も付加したＡ相、Ｂ相信号を生成し、位置決め情報と共に、直流モータの制御ユニット３００へ送信するようにしても良い。本発明では、このようなアップダウンカウンタによる回転方向の情報付きのカウント情報も、累積加算値として扱うものとする。

表１に、ＭＲセンサユニット２０で生成され、メモリ２３３に記録され、制御ユニット３００へ送信される各種の情報の一例を示す

次に、図３Ａは、本発明の第１の実施例における制御ユニットの、起動時の処理を示すフローチャートである。まず、電源立ち上げ直後に、直流モータの制御ユニット３００は、自己イニシャライズ済か否かをチェックする（Ｓ３０１）。否の場合、自己イニシャライズ処理モードに移行する（Ｓ３０２）。

図３Ｂに、起動時の処理における、制御ユニット３００の自己イニシャライズ処理（Ｓ３０２）の詳細を示す。自己イニシャライズ処理では、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ３１１）、自己イニシャライズのためのイニシャライズ駆動信号、例えばＰＷＭ信号(・Ｎ回転)を生成してＤＣサーボ制御部３４５へ出力し（Ｓ３１２）、ＰＷＭ信号生成部３４６で駆動信号を生成し、ＰＷＭ信号により直流モータを駆動する。
電源立ち上げ直後のＡ相、Ｂ相信号の検出は、直流モータを、ＰＷＭ信号に基づき正逆双方向に回転させ、回転軸１３上のマグネット２１をＭＲセンサ２２に対して相対運動させることによって行われる（Ｓ３１３）。
なお、イニシャライズ駆動信号は、直流モータのＤＣサーボ制御信号に代わるものである。対象の直流モータが本来閉ループ制御されるものであっても、まず、自己イニシャライズ処理では、直流モータをオープン制御の状態で、イニシャライズ駆動信号により、直流モータを駆動する。

モータ駆動信号としてＰＷＭ信号で直流モータ１００を正転、逆転双方向に駆動すると、ＭＲセンサユニット２０から、指令値（モータ駆動信号）に対応するＡ相、Ｂ相信号、及び、位置決め情報（Ｓｎ）が得られる。
図４Ａは、自己イニシャライズ処理時の、ＰＷＭ信号とＭＲセンサの出力との関係を示している。図４Ｂは、ＰＷＭ信号として正回転指令時、図４Ｃは、ＰＷＭ信号として逆回転指令時の、ＭＲセンサの出力信号（Ａ相、Ｂ相）を示す図である。位相のずれ方向は、回転軸１３の回転方向に応じて反転する。
ここでは、位置決め情報（Ｓｎ）は、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する、ＳＩＮ,ＣＯＳ波形の０−０ポイントで生成されるものとする。この場合、直流モータが正回転の状態で回転軸が原点位置を通過する必要がある。
そこで、図４Ａの最下段に示すように、直流モータを起動し、イニシャライズ駆動信号（ＰＷＭ信号）により、−２．５回転から＋３．５回転まで正回転させる。図４Ａの最上段に示すように、直流モータが、正回転しながら−２、−１、０、＋１、＋２、＋３の各回転を超える時点で、各々、逆正接演算の結果が０−０ポイントとなる。すなわち、上記各時点で、Ａ相信号の０度に対応するデジタル値の立ち上がりが得られる。このようにして、各時点に対応する位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）が出力される。
制御ユニット３００は、自己イニシャライズ処理時に、表１に記載されたこれらの情報を、ＭＲセンサユニット２０から取得する。

得られたＡ相、Ｂ相信号は、自己イニシャライズ処理の指令値と比較され、その累積加算値が正常か否か、すなわち、Ａ相、Ｂ相信号の累積加算値がＰＷＭ信号の指令値に対応し、直流モータやＭＲセンサの応答状態が正常であるのか、否かが判定される（Ｓ３１４）。対応関係に異常有りと判定された場合には、指令値とＡ相、Ｂ相の信号の累積加算値とが対応するように、別途、ＭＲセンサの温度特性の補正等の出力補正の処理が行われる（Ｓ３１５）。なお、出力補正の処理（Ｓ３１５）を複数回実施しても正常状態にならない場合は、ＥＥＰＲＯＭ自体に異常がある等の別の原因も考えられるので、その旨のエラー表示を行う。

ＭＲセンサが正常と判定された場合、もしくは補正処理がなされた場合、自己イニシャライズ処理は、次に、ＭＲセンサユニット２０から取得した情報のアブソリュート化を行う（Ｓ３１６）。すなわち、ＥＥＰＲＯＭへの記録のために、Ａ相、Ｂ相信号の各データに書き込み用のアドレスの付与（番地付け）を行う。このように、アブソリュート化のために、ＭＲセンサユニットの時系列の出力値であるＡ相・Ｂ相の各信号に、その累積加算値に対応するＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、アブソリュート信号とする。また、モータ駆動信号の０値に同期する位置決め情報（Ｓ４）の時点を、暫定的な原点位置（Ｚβ）とする。暫定的な原点位置（Ｚβ）は、ＭＲセンサの出力にのみ基づいて成されているため、ＭＲセンサの絶対的な原点の位置（絶対位置Ｚ_o）と正確に対応しているかは明確ではない。回転軸１３に対してある程度の精度の角度情報を与えるのに適した、暫定的なアブソリュート信号と言える。

そして、この暫定的な原点位置（Ｚβ）と対応付けられた暫定的なアブソリュート信号のデータを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ３１７）。これらのＡ相、Ｂ相信号の累積加算値のデータと暫定的なアブソリュート信号のデータに、アドレスを付与してＥＥＰＲＯＭへ記録することにより、例えば、表２に示すような、簡易アブソリュート値のテーブルを、作成することができる。

次に、ＭＲセンサ２２の回転軸１３に対する絶対位置（Absolute）に相当する、相対的原点位置Ｚαの抽出を行う、相対的原点位置の抽出モード（Ｓ３１８）に移行する。ＭＲセンサの絶対的原点位置（Ｚ_o）は、回転軸１３上のマグネット２１の特定の位置に対して、ＭＲセンサ２２Ａの出力がゼロの状態を指す。本発明では、絶対的原点位置（Ｚ_o）を直接検出するのに代えて、間接的に、絶対的原点位置に相当する相対的原点位置Ｚαを抽出する。
相対的原点位置抽出モード（Ｓ３１８）では、上記定義に基づき、図４Ａに示したように、ＭＲセンサのＡ相、Ｂ相信号の逆正接演算の結果から得られる位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）の中で、ＰＷＭ信号のＯＮデューティが零に同期、図の例では、位置決め情報（Ｓ４）の位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）とする。このようにして、絶対位置（Absolute）に対して、かなり高い精度の相対的原点位置を決定できる。
また、イニシャライズ駆動信号の指令値（ＰＷＭ信号）の送信タイミングと、Ａ相、Ｂ相信号、及び位置決め情報の受信タイミング等の時間情報を利用することで、より精度の高い相対的原点位置Ｚαの決定を行うことができる。
このように、イニシャライズ駆動信号に対応する高分解能のＡ相、Ｂ相信号及び位置決め情報を基にして、高精度の「ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）」のデータが得られる。

図３Ｂに戻り、Ｚ相信号生成部３４２は、次に、Ｚ相信号及びＺ層の幅を設定する（Ｓ３１９）。まず、Ｚ相信号を設定する。ここでは、前のステップで得られた相対的原点の位置Ｚαを基に、インクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号に対してＺ層信号を設定する。すなわち、Ａ相・Ｂ相信号の累積加算値に対して、３６０度間隔でＡ相のデジタル出力の各立ち上りに同期する、Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）を設定する。例えば、Ｚ０は回転軸１３が１回転未満、Ｚ１は回転軸１３が１回転以上２回転未満であることを表わしている。なお、Ｚ相信号は、Ｂ相のデジタル出力の各立ち上りに同期させても良い。

Ｚ相信号が得られたＡ相・Ｂ相信号の累積加算値は、次に、回転軸１３の１回転毎（３６０度毎）の累積加算値に変換され、これとＺ相信号の組み合わせに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して多回転アブソリュート信号のデータとなる。この多回転アブソリュート信号のデータは、例えば、表３のようなテーブル形式で、ＥＥＰＲＯＭに記録される。表３に示した、Ａ相、Ｂ相信号のデータは、例えば、回転軸に関する、回転数、回転角度（位相）の情報を含んだ、高い精度のアブソリュートの値のテーブルとなる。このテーブルは、直流モータの制御情報として用いることができる。

次に、相対的原点の位置Ｚαを起点とするＺ層の幅を確定する。
まず、図４Ｂに示すように、各Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）の最初のＡ信号の立ち上がりに同期し、Ａ信号の１／２周期の幅を有する「Ｚ相の幅（１）」の信号を確定する。さらに、Ａ信号の立ち上がりに同期し、Ａ信号の１周期の幅を有する「Ｚ相の幅（２）」の信号を確定する。「Ｚ相の幅（１）」、「Ｚ相の幅（２）」の信号は、各々、３６０度間隔で繰り返す信号である。
同様にして、図４Ｃに示すように、各Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）の最初のＢ信号の立ち上がりに同期し、Ｂ信号の１／２周期の幅を有する「Ｚ相の幅（３）」の信号を確定する。さらに、Ｂ信号の立ち上がりに同期し、Ｂ信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（４）」の信号を確定する。「Ｚ相の幅（３）」、「Ｚ相の幅（４）」も、各々、３６０度間隔で繰り返す信号である。なお、「Ｚ相の幅」の周期や、「Ｚ相の幅」の数は任意に設定できる。これらのＡ相、Ｂ相信号、Ｚ相のデータに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、例えば表４のようにＥＥＰＲＯＭに記録する。

次に、ＭＲセンサユニットから得られた全てのＡ相、Ｂ相信号は、相対的原点の位置ＺαやＺ相信号、「Ｚ相の幅」と関係づけられ、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、回転軸１３の相対的原点位置を表す、多回転・アブソリュート位置信号に変換される（Ｓ３２０）。

そして、自己イニシャライズ処理の結果としての、起動時のＡ相、Ｂ相、相対的原点位置（Ｚα）、Ｚ相の位置、及び各Ｚ相の幅の信号の全データを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ３２１）。すなわち、表２、表３，表４の各テーブルをリンク付けし、ＥＥＰＲＯＭアドレスなどで相互に参照可能にして、ＥＥＰＲＯＭに記録する。
例えば、表４の各データは、回転軸の位置や角度のアブソリュート情報等を与えるテーブルとして、利用することができる。また、各「Ｚ相の幅（１）」〜「Ｚ相の幅（４）」は、ＰＷＭ信号等、直流モータの各種の制御信号等を生成するのに利用される。

図３Ａに戻り、自己イニシャライズ処理済の場合、次に、異常終了判定モードに移行する。このモードでは、ＥＥＰＲＯＭからＲＡＭを経由して多回転のアブソリュート位置信号のデータを読み込み（Ｓ３０３）、読み込んだアブソリュート位置信号のデータを基に、前回の直流モータの運転の終了が、正常になされたか、異常状態で終了したのかを判定する（Ｓ３０４）。正常終了であれば、ＥＥＰＲＯＭのアブソリュート位置信号のデータは、直流モータの起動時の回転軸の絶対値０の位置、すなわち、相対的原点の位置Ｚαに対応しているはずである。アブソリュート位置信号のデータが位置Ｚα、すなわち絶対値０から離れていれば、異常終了であったと判定される。異常終了の場合、上位のＥＣＵにエラー情報を送信し（Ｓ３０５）、ＥＣＵ側から、被駆動部材５０の運転再開に向けた復帰処理がなされる。
異常がなければ、直流モータの制御ユニット３００は、正規の運転処理モードに移行する（Ｓ３０６）。

なお、位置決め情報（Ｓｎ）は、自己イニシャライズ処理のみで使用され、正規の運転処理モードでは、本来不要なものである。そのため、自己イニシャライズ処理が完了したら、ＭＲセンサユニットから受信した位置決め情報（Ｓｎ）のデータのメモリへの記録は停止しても良い。逆に、位置決め情報（Ｓｎ）を、相対的原点の位置Ｚαにより補正して、Ｚ相信号等、正規の運転処理モードにおける角度情報の１つとしてモータの制御に利用しても良い。

また、自動車用のブラシ付き直流モータは、例えば、パワーシート、電子ターボチャージャ、ワイパアーム等の駆動源として、正逆両方向に、数十〜数百回転（ｒｐｍ）するものがある一方で、エンジンのスロットルバルブの駆動源としての直流モータのように、正逆両方向に１〜２回転以内でしか駆動されないものもある。このような、回転範囲の狭い直流モータにおいては、自己イニシャライズ処理時に、より狭い角度範囲における相対的原点の位置Ｚαを正確に決定することが求められる。このような要求に応えるために、密、あるいは粗と密の位置決め情報の組み合わせに基づき、原点位置を決定することもできる。

図４Ｄは、粗と密な位置決め情報の組み合わせに基づく、自己イニシャライズ処理時の、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。図４Ｄの例では、ＭＲセンサユニットの置決め情報生成部２３７から出力される位置決め情報として、回転軸の１８０度回転毎に１回の粗な位置決め情報と、回転軸の６度回転毎に１回の密な位置決め情報とが出力される。まず、粗な位置決め情報(−，Ｓ２０，−，Ｓ４５，−，)の中でＰＷＭ信号のオンデューティが零に同期する、この例では、位置決め情報（Ｓ４０）の位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）に仮決めする。次に、仮決め位置（Ｓ４０）付近に関して、密な位置決め情報(−，Ｓ３８８，−，−，Ｓ４１８，−，)を採用し、その付近でＰＷＭ信号のオンデューティが零に同期する、この例では、位置決め情報（Ｓ４０６）の位置を、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）に正式決定する。このようにして、絶対位置（Absolute）に対して、±６度程度の誤差を含む可能性のある、かなり高い精度の相対的原点位置を決定できる。

図５は、正規の運転処理モードにおける、相対的原点位置信号処理の詳細を示すフローチャートである。
直流モータの制御ユニット３００は、正規の運転処理モードにおいては、メモリのＥＥＰＲＯＭからＲＡＭを経由して表３、表４に示したような相対的原点ＺαやＺ相信号（Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）を取得し（Ｓ５０１）、Ｚ相の幅の信号も取得する（Ｓ５０２）。さらに、ＭＲセンサユニットからのＡ相・Ｂ相信号を、ＲＡＭを経由して取得し（Ｓ５０３）、そのインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、１回転毎のＡ相・Ｂ相信号のアブソリュート化を行い、ＲＡＭに記録する（Ｓ５０４）。さらに、Ａ相・Ｂ相信号と、Ｚ相信号とから、直流モータの回転速度と回転角の情報を含む多回転のアブソリュート位置信号を生成し、表３、表４に相当するテーブルを生成し、ＲＡＭに記録する（Ｓ５０５）。

図６は、相対的原点位置の信号処理を説明する図である。この図では、特に、Ａ相、Ｂ相信号及びＺ位置の信号(Ｚ０, Ｚ１,-, Ｚn)の一例を示している。直流モータの回転軸の正回転、逆回転に応じて、モータの回転軸の１回転毎にＺ位置の信号(Ｚ０, Ｚ１,-, Ｚn)がインクリメント、デクリメントされ、相対的原点位置（Ｚα）及びＡ相、Ｂ相信号を基にした回転軸の回転角度の情報も、インクリメント、デクリメントされる。
多回転のアブソリュート位置信号として、例えば、図６の下段の例では、１回転の位置Ｐ１に対応する、Ｚ１−Ａ相−２０４３５が示されている。これらの情報は、相対的原点位置（Ｚα）を基準とした直流モータの回転軸の現在位置を表す情報としてＭＲセンサユニット２０で生成され、制御ユニット３００に送信され、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに、例えば表３、表４のようなテーブルとして、記録される（Ｓ５０６）。これを、運転処理モードが終了するまで繰り返して行い（Ｓ５０７）、運転終了に伴って終了する。

次に、正規の運転処理モードにおける、ＤＣサーボ制御部３４５及びＰＷＭ信号生成部３４６の動作につい、図１及び図７を参照しながら、説明する。
ＤＣサーボ制御部３４５は、ＥＥＰＲＯＭに表３、表４のようなテーブルなどの形で記録されている、回転速度と回転角の信号、及び、多回転・アブソリュート位置信号に基づいて、直流モータ１００の回転軸１３の現在の回転角度、ひいては被駆動部材５０の現在の相対的原点位置を認識する。ＤＣサーボ制御部３４５は、これらの情報に基づいて、被駆動部材５０の現在位置から目標位置までの速度指令値等を演算する。ＰＷＭ信号生成部３４６は、ＤＣサーボ制御部３４５の出力を受けて、直流モータ１００の回転を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する。

図７は、正規の運転処理モードにおける、ＤＣサーボ制御部３４５及びＰＷＭ信号生成部３４６の動作の詳細を示すフローチャートである。
ＤＣサーボ制御部３４５は、まず、ＲＡＭ等のメモリ３３０から、予め設定された直流モータの運転パターンに基づく、各目標の位置や目標速度を指令値として取得する（Ｓ６０１）。メモリには、被駆動部材であるワイパアームブレードの各目標位置に対応して設定された直流モータの運転パターンに対応する目標速度として、ＰＩＤ制御を前提としたモータ駆動信号、例えばＰＷＭ制御信号のデータが格納されている。各目標の位置を含む運転パターンの例として、例えば、ワイパモータは、ワイパアームブレードの反転位置から加速終了までは加速領域、加速終了からブレーキ開始までは定速領域、ブレーキ開始から反転位置までは減速領域となっている。直流モータは、このような所定の運転パターンに従ってＰＷＭ制御される。

速度(ＰＷＭ)信号生成部３４６は、多回転のアブソリュート位置信号を取得し（Ｓ６０２）、指令値との差分値を算出する（Ｓ６０３）。この算出結果に基づいて、速度(ＰＷＭ)信号生成部３４６は、「ずれ」の有無を判定し（Ｓ６０４）、差分が許容値を超えていれば「ずれ」有と判定し、それが２回目である場合（Ｓ６０５、Ｓ６０６）、ずれを含むエラーがエンコーダ（ＭＲセンサユニット２０）にあると判定し、ＥＣＵ５００に、異常情報を送信し（Ｓ６０７）、処理を終了する。なお、エンコーダではなく、ＥＥＰＲＯＭ自体に異常がある場合にも、この時点でチェックできる。
ずれの判定（Ｓ６０４）で「ずれ」がなかった場合は、ＰＩＤ制御に基づくＰＷＭ信号を生成し（Ｓ６０８）、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する（Ｓ６０９）。そして、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づく多回転・アブソリュート位置信号を取得し（Ｓ６１０）、ＰＷＭ信号と多回転・アブソリュート位置信号との差分ずれ量を算出する（Ｓ６１１）。次に、ずれの有無の判定（Ｓ６１２）を行い、もし、２回連続して差分ずれ量が許容値を超えた場合には（Ｓ６１３、Ｓ６１４）、直流モータの異常と判定し、ＥＣＵ５００に直流モータの異常情報を送信し（Ｓ６１５）、処理を終了する。
差分ずれ量の判定（Ｓ６１２）で「ずれ」がなかった場合、新たなＰＷＭ信号を生成し（Ｓ６０８）、以下、同様の処理を繰り返す。

図８Ａは、ＤＣモータ駆動回路４０の構成例を示す図である。ＤＣモータ駆動回路４０は、トランジスタから成る４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をＨ形に組んだＨブリッジ回路となっている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のベースには、ＤＣモータ駆動制御部４１で生成されたＰＷＭ信号が入力される。
図８Ａにおいて、第１のスイッチング素子ＳＷ１は、一端が直流モータの一方のブラシ１６Ａに接続され、他端が直流電源（Ｖｃｃ）に接続されている。第２のスイッチング素子ＳＷ２は、一端が直流モータの他方のブラシ１６Ｂに接続され、他端が直流電源（Ｖｃｃ）に接続されている。第３のスイッチング素子ＳＷ３は、一端が直流モータの一方のブラシ１６Ａに接続され他端が接地されている。第４のスイッチング素子ＳＷ４は、一端が直流モータの他方のブラシ１６Ｂに接続され、他端が接地されている。

この状態で、イグニッションスイッチ４３がオンされると、直流モータの制御ユニット３００は、メモリのＥＥＰＲＯＭから多回転のアブソリュート位置信号を取得し、ワイパアームの前回の停止時の相対的原点位置を認識する。相対的原点位置が、相対的原点の位置Ｚαから離れた異常停止に相当する場合、イグニッションスイッチ４３によりエンジンが起動されるまでの間に、直流モータでワイパアームを駆動して正常状態に復帰させる処理がなされる。

正常状態として起動が可能な場合に、ワイパのスイッチがオンされると、直流モータの制御ユニット３００は、ワイパアームの所定の運転パターンに基づく指令値を取得し、ＰＷＭ制御にて直流モータ１００を駆動する。正常状態で、第１、第４のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオンされると、ＳＷ１を介してブラシ１６Ａがバッテリに接続され、ＳＷ４を介してブラシ１６Ｂが接地され、ブラシ１６Ａ、１６Ｂ間に直流電流が流れて直流モータは正転する。第２、第３のスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオンされると、ＳＷ２を介してブラシ１６Ｂがバッテリに接続されると共にＳＷ３を介してブラシ１６Ａが接地され、ブラシ１６Ｂ、１６Ａ間に正転時とは逆向きの直流電流が流れて直流モータは逆転する。

直流モータ１００が回転すると、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて直流モータの回転速度・回転方向及び相対的原点位置を認識し、認識した回転速度と回転方向、及び相対的原点位置と、指令値とを比較して、ＰＷＭ制御にて直流モータの運転制御を行う。
このようにして、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて逐次ワイパアームの動作状態を認識しながら、直流モータの駆動を継続する。これにより、ワイパアームは所定の角度範囲で、運転パターンに基づく揺動払拭動作を行う。

直流モータの回転速度は、ＰＷＭ信号オン期間のデューティ比により任意に制御できる。図８Ｂは、ＰＷＭ信号と直流モータの回転方向の関係の一例を示す図である。スイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４のオン・オフ期間の組み合わせやオン期間のデューティ比の制御により、直流モータを任意の速度で正回転回生制動、もしくは逆転回生制動させることもできる。
図８Ｃは、ＥＥＰＲＯＭのデータを用いた直流モータ一の開ループ制御の例を示すものである。直流モータは、ＥＥＰＲＯＭの多回転・アブソリュート位置信号の情報、及びＰＩＤ制御とＰＷＭ制御とを組み合わせた回転指令により、現在位置Ｐ_nから目標位置Ｐ_n+1まで、正確、かつ、迅速に駆動される。

このようにして、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて逐次ワイパアームの動作状態を認識しながら、直流モータの駆動を継続する。これにより、ワイパアームは所定の角度範囲で、運転パターンに基づく揺動払拭動作を行う。

本発明の一実施例によれば、１対のＭＲセンサの出力信号を基に生成された多回転・相対的原点位置の信号の情報に基づいて、回転軸が駆動されるので、被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御でき、かつ、簡単な構成で安価な、直流モータの制御装置を提供することができる。また、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットの出力信号を用いた相対的原点位置に基づき生成された多回転・アブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されている。そのため、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、多回転異常停止の場合でも、次回の起動時に、安全な運転開始を実現できる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図９は、本発明を、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置に適用した、第２の実施例の構成図である。この実施例は、各々ブラシ付き直流モータで駆動される、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置を含んでいる。

本実施例において、制御ユニット３００Ａの各機能は、図１の制御ユニット３００とは異なり、車載のエンジン制御用のＥＣＵ７００の中に組みこまれている。ＤＣモータ駆動制御部４１の機能も、車載のＥＣＵ７００の中に組みこまれている。パワー回路４０Ａ、４０Ｂは、図１のＤＣモータ駆動回路４０に対応している。図９の制御ユニット３００Ａの各機能、パワー回路４０Ａ、４０Ｂ、ＤＣモータ駆動制御部４１の機能、及び、直流モータ１００Ａ、１００Ｂの構成は、図１の制御ユニット３００の各機能、ＤＣモータ駆動回路４０、ＤＣモータ駆動制御部４１、及び、直流モータ１００の機能と同じなので、説明を省略する。

自動車のスロットル弁やＥＧＲ弁を駆動する直流モータの回転範囲は、通常、±１〜２回転以内である。そのため、原点位置の情報にはより高い精度が要求される。
特に、被駆動部材を駆動する直流モータの回転軸の回転角度が３６０度未満の場合には、相対的原点の位置、及び、Ａ相、Ｂ相信号を基に、回転軸の１回転内でのアブソリュート位置信号を生成し、ＥＥＰＲＯＭに記録し、この情報を利用して直流モータの駆動を行う。この場合、相対的原点位置信号３４４は、１回転のアブソリュート位置信号生成機能部として機能し、位置決め情報として分解能の高い信号や、図４Ｄで説明したような、分解能の異なる異種の信号を採用して、自己イニシャライズ処理時の相対的原点位置の決定を行うのが望ましい。

制御ユニット３００Ａは、ＥＣＵ７００等からの外部指令や、第１のＭＲセンサ２２Ａの出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、パワー回路４０によりブラシ付き直流モータ１００Ａを駆動して、エンジン８１０の吸気管８００に設けられたスロットル弁５０Ａを開閉する。制御ユニット３００Ａは、また、ＥＣＵ７００等からの外部指令や、第２のＭＲセンサ２２Ｂの出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、パワー回路４０によりブラシ付き直流モータ１００Ｂを駆動して、排気管８１２に設けられたＥＧＲ弁５０Ｂを開閉する。ＥＧＲ弁５０Ｂは、排気管８１２から吸気管８００への排気ガスの還流量を制御するものであり、還流路８１４の途中には、クーラー８１５が設けられている。

直流モータ１００Ａにより駆動されスロットル弁５０Ａを開閉する被駆動部材にはスロットル開度センサが取付けられている。直流モータ１００Ｂにより駆動されＥＧＲ弁５０Ｂを開閉する被駆動部材にはＥＧＲ弁センサが取付けられている。その他、吸入空気量検出器、空燃比センサ、アクセルペダルの踏み込み量を検知する負荷センサ８１６、およびクランク角やエンジンの回転数を検出するクランク角センサ８１７の各出力信号は夫々対応するＡＤ変換器を介してＥＣＵ７００の入力ポートに入力される。ＥＣＵ７００の出力ポートは、対応する駆動回路を介してエンジンの点火栓、燃料噴射弁に接続される。また、ＥＣＵ７００の出力ポートは各パワー回路４０Ａ、および４０Ｂを介して、スロットル弁駆動用の直流モータ１００Ａ、およびＥＧＲ弁駆動用の直流モータ１００Ｂに接続される。

すなわち、直流モータの制御ユニット３００Ａにおいて、直流モータ１００Ａに設けられた第１のＭＲセンサユニット２０の出力として得られたＡ相、Ｂ相信号等を用いた相対的原点位置に基づく、アブソリュート位置信号が生成される。そして、ＰＷＭ信号生成部３４６が、ＤＣサーボ制御部３４５の出力を受けてＰＷＭ信号を生成し、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する。ＤＣモータ駆動制御部４１の出力により、パワー回路（モータ駆動回路）４０Ａを介して、直流モータ１００Ａによりスロットル弁５０Ａを開閉する。同様にして、ＥＧＲ弁５０Ｂも、パワー回路（モータ駆動回路）４０Ｂを介して直流モータ１００Ｂで開閉される。

スロットル弁５０Ａが何らかの原因で正常な位置に復帰しないままに電源がオフになった場合、キースイッチが投入された時点で、制御ユニット３００Ａは、メモリのＥＥＰＲＯＭからアブソリュート位置信号を取得し、スロットル弁５０Ａの前回停止時の相対的原点位置を認識する。相対的原点位置が、相対的原点の位置Ｚαから離れた異常停止に相当する場合、正常状態での起動に向けた処理がなされる。

スロットル弁５０Ａの開度は、アブソリュート位置信号を用いて高精度に制御される。
また、スロットル弁５０Ａの相対的原点位置を示す開度情報が、スロットル開度センサとＭＲセンサユニット２０とから、二重に得られるため、装置としての信頼性が高まる。

さらに、異常停止後の再起動時にアブソリュート位置信号として、ＥＥＰＲＯＭから例えば、図１０に示すような、Ｐ２＝Ｚ0Ｂ0２８５６０の情報が得られたと仮定する。ＥＣＵは、このアブソリュート位置信号の情報に基づき、ＰＩＤ制御を前提とした適切なＰＷＭ制御信号を生成し、出力する。これにより、キースイッチが投入後、ユーザーによりエンジンが起動される前に、ＰＷＭ信号を生成してＤＣモータ１００Ａを駆動し、スロットル弁５０Ａの開度を、全閉位置に復帰する処理を迅速に実行することができる。

本実施例によれば、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号の情報に基づいて、スロットル弁及びＥＧＲ弁が直流モータにより駆動されるので、各弁の位置をきわめて精度良く制御できる。本発明はコンピュータに簡単なプログラムを組み込むことで容易に実現でき、安価で汎用性の高い直流モータの制御装置を提供できる。また、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、次回の起動時に、自動車のスロットル弁やＥＧＲ弁の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも安全な運転開始を実現できる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１１は、本発明の第３の実施例に基づく、直流モータの制御装置の機能ブロック図である。
本実施例において、制御ユニット３００の各機能は、図１の制御ユニット３００とは異なり、車載のＥＣＵ１０００の中に組みこまれている。ＤＣモータ駆動制御部４１やＤＣモータ駆動回路４０の機能も、車載のＥＣＵ１０００の中に組みこまれている。ＥＣＵ１０００は、制御ユニット３００に対する上位のプロセッサ１０１０と上位のメモリ１０１４を含むコントロールユニット１０１２を備えている。制御ユニット３００、ＤＣモータ駆動回路４０及びＤＣモータ駆動制御部４１の各機能は、図１の対応するものの機能と同じなので、説明を省略する。
被駆動部材としては、直流モータで駆動される車載の複数の機器を対象とすることができる。例えば、被駆動部材として、先に述べたワイパなどの例の他に、パワーシート、パワーウインド、電子ターボチャージャ、ウオーターポンプ、オイルポンプ等がある。これらの被駆動部材は、ブラシ付きの直流モータ１００により、多回転・アブソリュート位置信号に基づく正確な多回転の位置制御がなされるとともに、異常停止後の再起動時にも迅速に正常状態に復帰できる。

また、第３の実施例のＥＣＵ１０００には、図９のＥＣＵ７００と同様に、自動車やエンジンの制御に関係する各種の情報が入力される（図示略）。
各被駆動部材を駆動する直流モータには各々ＭＲセンサユニット２０が設けられ、各ＭＲセンサユニット２０で生成されたＡ相・Ｂ相信号がＩＳＯ２６２６２の規格に対応するシリアル信号として、通信ケーブルを介してＥＣＵ１０００に送信される。各被駆動部材を駆動するために必要な情報には、他の被駆動部材と共通の情報も含まれていることが多いので、ＥＣＵ１０００で一括して管理するのが望ましい。

本実施例によれば、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットの出力信号を用いた相対的原点位置に基づいて生成されたアブソリュート位置信号の情報に基づいて、各被駆動部材が直流モータにより駆動される。そのため、各被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御できる。本発明はコンピュータに簡単なプログラムを組み込むことで容易に実現でき、安価で汎用性の高い直流モータの制御装置を提供できる。また、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、次回の起動時に、自動車の各被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも安全な運転開始を実現できる。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。本実施例は、上記各実施例において、ＭＲセンサユニット、制御ユニット、及び、ＥＥＰＲＯＭにバックアップ電源を付設するものである。ＥＥＰＲＯＭのデータは、自動車の異常停止後、バッテリからの電力がＥＥＰＲＯＭに供給されなくなっても保持されるため、車の安全な再起動に利用できる。ただし、異常停止後に、被駆動部材が、自動車のキースイッチを介した通常の正規の再起動ではなく、被駆動部材のみ強制的に駆動される想定外の不適切な再起動状態になる可能性もある。この場合、被駆動部材が多回転したとしても、ＥＥＰＲＯＭのデータは更新されない。この想定外の状態でも、自動車が再起動される事態は避けるのが望ましい。そこで、より安全性を高めるために、ＭＲセンサユニットの出力を直流モータの制御ユニットに送信しＥＥＰＲＯＭに記録するまでの処理が、自動車の停止後も維持されるような、バックアップ電源を確保する。

ＥＥＰＲＯＭのバックアップ電源としては、例えば、ボタン電池やリチウム電池などがある。これらのバックアップ電源は、通常は、キースイッチがオンの状態でバッテリ４２を電源として充電される。そして、バッテリ電源の消失時には、ＭＲセンサユニット、制御ユニット、及び、ＥＥＰＲＯＭに対する電源として機能する。これにより、想定外の事態でバッテリ電源が消失しても、異常停止時の被駆動部材の駆動に伴うアブソリュート位置信号が、ＥＥＰＲＯＭに記録される。

また、何らかの原因で、アブソリュート位置信号をＥＥＰＲＯＭに記録している途中で、バッテリからの電力がＥＥＰＲＯＭに供給されなくなったり、一時的に電源電圧が定格電圧、例えば１．２Ｖよりも異常に低下したりすることもありうる。このような場合でも、バックアップ電源をＥＥＰＲＯＭに付設しておくことにより、ＥＥＰＲＯＭに不完全なデータが記録されることを防止することができる。

次に、本発明の第５の実施例について説明する。本発明の直流モータの制御装置は、自動車に搭載される直流モータのみならず、他の分野の、絶対原点の位置の情報に基づく多回転・アブソリュート位置信号を必要とする被駆動部材を駆動する直流モータにも適用可能である。例えば、ロボットのハンドのアクチュエータ等に本発明の直流モータを採用することにより、アクチュエータの位置をアブソリュート位置信号できわめて精度良く制御できる。

１０ モータハウジング
１１ 永久磁石
１２ アマチュア
１３ 回転軸
１４ 減速機
１５ 給電端子
１６ ブラシ
１７ 整流子
１８ エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）
２０ ＭＲセンサユニット
２１ マグネット
２２ ＭＲセンサ
２３ 処理回路部
２４ 軸受
２５ 軸受
４０ ＤＣモータ駆動回路
４０Ａ パワー回路
４０Ｂ パワー回路
４１ ＤＣモータ駆動制御部
４２ バッテリ
４３ イグニッションスイッチ
５０ 被駆動部材
５０Ａ スロットル弁
５０Ｂ ＥＧＲ弁
１００ 直流モータ
１００Ａ 直流モータ
１００Ｂ 直流モータ
３００ 直流モータの制御ユニット
３１０ 通信制御部
３２０ メモリ制御部
３３０ メモリ
３３１ ＲＯＭ
３３２ ＲＡＭ
３３３ ＥＥＰＲＯＭ
３４１ 自己イニシャライズ処理部
３４２ Ｚ相信号生成部
３４３ Ｚ相の幅信号生成部
３４４ 相対的原点位置信号生成部
３４５ ＤＣサーボ制御部
３４６ ＰＷＭ信号生成部
５００ 車載のＥＣＵ
６００ プリント基板
７００ エンジン制御用ＥＣＵ
１０００ ＥＣＵ。

Claims (1)

1. 直流モータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、
   １対のＭＲセンサにより前記直流モータの回転軸の回転を検知するＭＲセンサユニットとを備え、
   前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置において、
   前記ＭＲセンサユニットは、
   前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、
   前記制御ユニットは、
   イニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と前記位置決め情報と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、前記回転軸に対する前記ＭＲセンサの原点位置(Ｚα)の情報を取得し、
   前記Ａ相、Ｂ相、及び前記原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してメモリに記録するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。

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