JP5541332B2 - ロボット及び移動体 - Google Patents
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[形態1]
回転可能なアームと、
電磁コイルを有し、前記アームを駆動する電動モータと、
外部から供給される供給電圧と前記電磁コイルとの間の接続を断続するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の断続によって前記電磁コイルに前記供給電圧を断続的に供給するドライバ回路と、
前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
前記供給電圧に応じた値を有する供給電圧指令値を前記スイッチング信号生成回路に供給する供給電圧設定部と、
を備え、
前記スイッチング信号生成回路は、
周期的な波状の変化を示し、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
前記波形信号を利用したPWM制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効値変化を示す前記スイッチング信号を生成するPWM制御回路と、
を含み、
前記供給電圧指令値に応じて前記スイッチング信号のパルス幅を調整することによって、前記電磁コイルに印加される実効電圧を調整する、ロボット。
このロボットによれば、スイッチング信号生成回路が、供給電圧指令値に応じてスイッチング信号のパルス幅を調整することによって電磁コイルに印加される実効電圧を調整するので、電動モータの供給電圧が変更されても同じ駆動制御回路を用いて電動モータ及びロボットを適切に制御可能である。また、PWM制御に従って電動モータを効率良く駆動しつつ、電動モータの供給電圧に応じて適切に電動モータ及びロボットを制御可能である。
[形態2]
形態1記載のロボットであって、
前記スイッチング信号生成回路は、前記供給電圧の値に拘わらず、前記電磁コイルに印加される実効電圧が所定の一定値になるように前記スイッチング信号のパルス幅を調整する、ロボット。
[形態3]
形態1または形態2記載のロボットであって、
前記波形信号生成部は、前記波形信号を、前記電動モータに設けられた磁気センサの出力のアナログ的変化と比例した変化を示すとともに、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する信号として生成する、ロボット。
[形態4]
形態3記載のロボットであって、
前記供給電圧指令値は、前記供給電圧の値に反比例した値を有し、
前記波形信号生成部は、
前記電動モータに設けられた磁気センサの出力を示すセンサ出力値と前記供給電圧指令値とを乗算することによって、前記波形信号を生成する乗算部を備える、ロボット。
[形態5]
形態4記載のロボットであって、
前記乗算部は、
前記センサ出力値と、前記供給電圧指令値と、他の少なくとも1つの電圧指令値を乗算することによって前記波形信号を生成するための複数段の乗算器を有する、ロボット。
[形態6]
形態1ないし5のいずれかに記載のロボットであって、
前記供給電圧設定部は、所定の複数の値の1つに前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、ロボット。
[形態7]
形態1ないし5のいずれかに記載のロボットであって、
前記供給電圧設定部は、所定範囲の任意の値に前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、ロボット。
[形態8]
アームと、
電磁コイルを有し、前記アームを駆動する電動モータと、
前記電動モータに供給する供給電圧を断続するスイッチング素子を有するドライバ回路と、
前記供給電圧の値を設定する供給電圧設定部と、
前記供給電圧に反比例した振幅を有する波形信号を生成し、前記波形信号と同じ実効値変化を示すスイッチング信号であって、前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
を備えた、ロボット。
[形態9]
車輪と、
電磁コイルを有し、前記車輪を駆動する電動モータと、
前記電動モータに供給する供給電圧を断続するスイッチング素子を有するドライバ回路と、
前記供給電圧の値を設定する供給電圧設定部と、
前記供給電圧に反比例した振幅を有する波形信号を生成し、前記波形信号と同じ実効値変化を示すスイッチング信号であって、前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
を備えた、移動体。
外部から供給される供給電圧と前記電磁コイルとの間の接続をオン/オフするためのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のオン/オフによって前記電磁コイルに前記供給電圧を断続的に供給するドライバ回路と、
前記複数のスイッチング素子をオン/オフ制御するためのスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
前記供給電圧に応じた値を有する供給電圧指令値を前記スイッチング信号生成回路に供給する電圧設定部と、
を備え、
前記スイッチング信号生成回路は、前記供給電圧指令値に応じて前記スイッチング信号のパルス幅を調整することによって、前記電磁コイルに印加される実効電圧を調整する、駆動制御回路。
前記スイッチング信号生成回路は、前記供給電圧の値に拘わらず、前記電磁コイルに印加される実効電圧が所定の一定値になるように前記スイッチング信号のパルス幅を調整する、駆動制御回路。
前記スイッチング信号生成回路は、
周期的な波状の変化を示し、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
前記波形信号を利用したPWM制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効値変化を示す前記スイッチング信号を生成するPWM制御回路と、
を含む、駆動制御回路。
前記波形信号生成部は、前記波形信号を、前記電動モータに設けられた磁気センサの出力のアナログ的変化と比例した変化を示すとともに、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する信号として生成する、駆動制御回路。
前記供給電圧指令値は、前記供給電圧の値に反比例した値を有し、
前記波形信号生成部は、
前記電動モータに設けられた磁気センサの出力を示すセンサ出力値と前記供給電圧指令値とを乗算することによって、前記波形信号を生成する乗算部を備える、駆動制御回路。
前記乗算部は、
前記センサ出力値と、前記供給電圧指令値と、他の少なくとも1つの電圧指令値を乗算することによって前記波形信号を生成するための複数段の乗算器を有する、駆動制御回路。
前記供給電圧設定部は、所定の複数の値の1つに前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、駆動制御回路。
前記供給電圧設定部は、所定範囲の任意の値に前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、駆動制御回路。
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
適用例1ないし8のいずれかに記載の駆動制御回路と、
を備える電動モータ。
A.モータの構成と動作の概要:
B.駆動制御回路の構成と動作:
C.駆動制御回路の他の構成:
D.変形例:
図1(A),1(B)は、本発明の一実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体100は、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部10及びロータ部30を有している。ステータ部10は、略十字状に配列された4つのコイル11〜14と、2つのコイル11,12の間の中央の位置に配置された磁気センサ40とを有している。磁気センサ40は、ロータ部30の位置(すなわちモータの位相)を検出するためのものである。各コイル11〜14には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク20が設けられている。この磁気ヨーク20は、いわゆるデッドロックポイント(始動不能点)を回避するために設けられている。コイル11〜14と磁気センサ40は、回路基板120(図1(B))の上に固定されている。回路基板120は、ケーシング102に固定されている。なお、ケーシング102の蓋は図示が省略されている。
図3(A)は、本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路200は、CPU220と、駆動信号生成部240と、ドライバ回路250と、電源レギュレータ260と、供給電圧設定部270とを備えている。但し、CPU220を省略してもよい。CPU220を省略した場合には、本実施例で説明されているCPU220の機能は、他の回路(論理回路や不揮発性メモリ等)によって実現される。あるいは、CPU220の代わりに通信回路又はインターフェイス回路を設け、その回路で外部装置から各種の動作指示を受けて駆動制御回路200内部の回路要素に指示を転送するようにしてもよい。
Y=a(X+b) …(2)
図12は、駆動信号生成部の他の構成を示す説明図である。この駆動信号生成部240aは、図5に示した回路240に、乗算器551と、印加電圧指令値レジスタ581と、印加電圧設定部271とを追加した構成を有している。印加電圧設定部271は、印加電圧指令値Zaを設定する回路である。印加電圧指令値Zaは、例えば、モータの動作中に、電磁コイルに印加すべき有効電圧を変更するために使用することができる。また、印加電圧設定部271の具体的な回路構成としては、供給電圧設定部270と同様なものを採用することが可能である。印加電圧指令値Zaは、印加電圧設定部271から印加電圧指令値レジスタ581に供給されて保持される。乗算器551は、設定電圧指令値Yaと印加電圧指令値Zaとを乗算して、その乗算値(Ya×Za)を乗算器550に供給する。乗算器550は、この値(Ya×Za)とセンサ出力値Xaとを乗算して、乗算器Ma(=Xa×Ya×Za)をPWM部530に供給する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
スイッチング信号を生成する回路としては、図5に示した駆動信号生成部240の構成以外の種々の回路構成を採用することが可能である。例えば、センサ出力と基準三角波とを比較することによってPWM制御を行う回路を利用してもよい。また、PWM制御以外の方法でスイッチング信号を生成するようにしてもよい。一般に、スイッチング信号生成回路としては、供給電圧に応じてスイッチング信号のパルス幅を調整することによって、電磁コイルに印加される実効電圧を調整する種々の回路を採用することが可能である。
上記実施例では、供給電圧VSUPとして複数の所定の値(8V,10V,12V,14V)のいずれかを選択できるものとしていたが、この代わりに、所定範囲の任意の値に供給電圧VSUPを設定できるようにしても良い。
上記実施例ではアナログ磁気センサを利用していたが、アナログ磁気センサの代わりに、多値のアナログ的出力を有するデジタル磁気センサを使用してもよい。アナログ磁気センサも多値出力を有するデジタル磁気センサも、アナログ的変化を示す出力信号を有する点で共通している。なお、本明細書において、「アナログ的変化を示す出力信号」とは、オン/オフの2値出力ではなく、3値以上の多数レベルを有するデジタル出力信号と、アナログ出力信号との両方を包含する広い意味で使用されている。また、磁気センサの代わりに、他の位置センサを用いてアナログ的変化を示す出力信号を生成することも可能である。
本発明は、上記実施例で説明した単相ブラシレスモータに限らず、任意の相数及び極数のモータに適用することが可能である。
本発明は、ファンモータ、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
11〜14…電磁コイル
20…磁気ヨーク
30…ロータ部
31〜34…永久磁石
36…磁気ヨーク
40…磁気センサ
42…ホール素子
44…バイアス調整部
46…ゲイン調整部
100…モータ本体
102…ケーシング
112…回転軸
114…部
120…回路基板
200…駆動制御回路
202…電源端子
220…CPU
240…駆動信号生成部
250…ドライバ回路
251〜254…スイッチングトランジスタ
260…電源レギュレータ
270…供給電圧設定部
311,313…レベルシフタ
510…基本クロック生成回路
520…分周器
530…PWM部
531…カウンタ
533…EXOR回路
535…駆動波形形成部
540…正逆方向指示値レジスタ
550…乗算器
551…乗算器
560…符号化部
570…AD変換部
580…供給電圧指令値レジスタ
581…印加電圧指令値レジスタ
590…励磁区間設定部
592…電子可変抵抗器
594,596…電圧比較器
598…OR回路
600…プロジェクタ
610R,610G,610B…光源
640R,640G,640B…液晶ライトバルブ
650……クロスダイクロイックプリズム
660…投写レンズ系
670…冷却ファン
680…制御部
700…携帯電話
710…MPU
720…ファン
730…燃料電池
800…電動自転車(電動アシスト自転車)
810…モータ
820…制御回路
830…充電池
900…ロボット
910…アーム
920…アーム
930…モータ
Claims (9)
- 回転可能なアームと、
電磁コイルを有し、前記アームを駆動する電動モータと、
外部から供給される供給電圧と前記電磁コイルとの間の接続を断続するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の断続によって前記電磁コイルに前記供給電圧を断続的に供給するドライバ回路と、
前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
前記供給電圧に応じた値を有する供給電圧指令値を前記スイッチング信号生成回路に供給する供給電圧設定部と、
を備え、
前記スイッチング信号生成回路は、
周期的な波状の変化を示し、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
前記波形信号を利用したPWM制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効値変化を示す前記スイッチング信号を生成するPWM制御回路と、
を含み、
前記供給電圧指令値に応じて前記スイッチング信号のパルス幅を調整することによって、前記電磁コイルに印加される実効電圧を調整する、ロボット。 - 請求項1記載のロボットであって、
前記スイッチング信号生成回路は、前記供給電圧の値に拘わらず、前記電磁コイルに印加される実効電圧が所定の一定値になるように前記スイッチング信号のパルス幅を調整する、ロボット。 - 請求項1または請求項2記載のロボットであって、
前記波形信号生成部は、前記波形信号を、前記電動モータに設けられた磁気センサの出力のアナログ的変化と比例した変化を示すとともに、前記供給電圧の値に反比例した振幅を有する信号として生成する、ロボット。 - 請求項3記載のロボットであって、
前記供給電圧指令値は、前記供給電圧の値に反比例した値を有し、
前記波形信号生成部は、
前記電動モータに設けられた磁気センサの出力を示すセンサ出力値と前記供給電圧指令値とを乗算することによって、前記波形信号を生成する乗算部を備える、ロボット。 - 請求項4記載のロボットであって、
前記乗算部は、
前記センサ出力値と、前記供給電圧指令値と、他の少なくとも1つの電圧指令値を乗算することによって前記波形信号を生成するための複数段の乗算器を有する、ロボット。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のロボットであって、
前記供給電圧設定部は、所定の複数の値の1つに前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、ロボット。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のロボットであって、
前記供給電圧設定部は、所定範囲の任意の値に前記供給電圧の値を指定可能に構成されている、ロボット。 - アームと、
電磁コイルを有し、前記アームを駆動する電動モータと、
前記電動モータに供給する供給電圧を断続するスイッチング素子を有するドライバ回路と、
前記供給電圧の値を設定する供給電圧設定部と、
前記供給電圧に反比例した振幅を有する波形信号を生成し、前記波形信号と同じ実効値変化を示すスイッチング信号であって、前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
を備えた、ロボット。 - 車輪と、
電磁コイルを有し、前記車輪を駆動する電動モータと、
前記電動モータに供給する供給電圧を断続するスイッチング素子を有するドライバ回路と、
前記供給電圧の値を設定する供給電圧設定部と、
前記供給電圧に反比例した振幅を有する波形信号を生成し、前記波形信号と同じ実効値変化を示すスイッチング信号であって、前記スイッチング素子を断続制御するスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成回路と、
を備えた、移動体。
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