WO2019159311A1 - Ｄｃモータの制御装置 - Google Patents

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WO2019159311A1
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rotation
absolute
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PCT/JP2018/005399
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純一 多田
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株式会社五十嵐電機製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
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    • 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
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
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    • 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
    • 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
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current

Definitions

  • the present invention relates to a DC motor control device, and more particularly to a DC motor control device suitable for servo control that operates a DC motor that drives a driven body at a target speed and a target position.
  • DC motors have a relatively simple structure and stable performance, and are inexpensive, they are widely used in a variety of fields as drive sources for various control systems such as automotive accessories. ing.
  • Patent Document 1 as a DC motor control device invented by the present inventor, MR is applied to a rotating shaft based on the relationship between positioning information from an MR sensor unit having a pair of MR sensors and a motor drive signal. Acquires the sensor origin position (Z ⁇ ) information, sets the absolute origin position of the motor rotation axis, and converts all data of the A phase, B phase, and relative origin position information into absolute signal data Thus, an invention for recording in an EEPROM is disclosed.
  • Patent Document 2 includes, as an absolute position encoder, a permanent magnet and first and second magnetic sensors opposed to the permanent magnet, and the first magnetic sensor is provided with two holes provided at a mechanical angle of 90 degrees apart.
  • the second magnetic sensor has three hall elements for U, V, and W phases that are separated by 30 degrees in mechanical angle, and detects the absolute angular position of the rotating shaft. Disclosed inventions are disclosed.
  • the invention of Patent Document 2 further includes an incremental encoder positioned on the outer side in the radial direction of the rotating shaft.
  • Patent Document 3 includes two sets of Hall ICs provided with a pair of Hall elements whose output values have an inverse correlation, a control device and a communication unit, and an added value of the pair of Hall elements.
  • a sensor device capable of determining an abnormality of the Hall element from the state is disclosed.
  • Patent Document 1 since a pair of MR sensors are used as encoders, the reliability of the sensors is high, but the cost is higher than when only Hall elements are used as encoder sensors. There is a problem.
  • the invention described in Patent Document 2 includes, as an absolute angular position detection device, an absolute position encoder provided on the end surface side of the rotating shaft, and an incremental encoder provided on the radially outer side of the rotating shaft. As a result, the configuration is complicated.
  • the output values of the four Hall elements are calculated, and the torsion angle of the torsion bar is calculated based on at least one of them.
  • Patent Document 3 does not disclose consideration for compensating for the low reliability of the Hall element as a sensor.
  • An object of the present invention is to provide a DC motor control device capable of generating highly accurate position information as an multi-turn / absolute position encoder using an output signal of an inexpensive Hall element.
  • Another object of the present invention is to provide a DC motor control device that can continue backup control with relatively high accuracy by the output of the Hall element even when the multi-rotation / absolute position encoder fails.
  • a control unit that generates and outputs a drive signal and controls power supplied to each of the three-phase stator coils of the U-phase, V-phase, and W-phase of the brushless DC motor;
  • a control device for a brushless DC motor having one encoder for detecting rotation of a rotor having a multipolar permanent magnet, The encoder is fixed to one end of the rotating shaft of the rotor and is a pair of radially magnetized flat magnets having an N-pole region and an S-pole region, and the motor at a position facing the magnet.
  • the two sets of Hall element groups include a first Hall element group in which three Hall elements are arranged at equal intervals on a single circumference centered on the rotation center of the rotation axis, and the first Hall element group.
  • the control unit uses the position on the boundary line between the N-pole region and the S-pole region of the magnet as a magnet origin position, and based on the outputs of the two sets of Hall element groups, the A phase associated with the rotation of the rotating shaft, A function for generating and outputting a B phase signal, a function for generating information on the origin position of the magnet, and a function for generating each phase information of the U phase, V phase, and W phase in accordance with the number of poles of the rotor And the drive signal based on the synchronous relationship between the relationship between the magnetic poles and currents of each field coil of the stator of the brushless DC motor and the rising phase of the A-phase or B-phase output signal corresponding to zero of the drive signal
  • the Hall elements of the first and second Hall element groups have the same specifications, and the control unit performs the first operation for each rotation of the rotating shaft.
  • An average value (h 1 -avg.) Of the outputs of the three Hall elements constituting one Hall element group is calculated and outputted, and the output of the three Hall elements constituting the second Hall element group is calculated.
  • the average value of the output of the first Hall element group, and the average value of the output of the second Hall element group, respectively It has a function of generating and outputting A-phase and B-phase signals accompanying rotation.
  • the hall elements of the first and second hall element groups have the same specifications, and the control unit is configured to make the hall elements H per rotation. If any one of the output pulses 1 -H 3 is outside the preset threshold range, it is determined that the Hall element is abnormal, a function of outputting a sensor abnormality signal, and the normal Hall element group If there is, there is a function of performing backup control based on the output.
  • control unit compares the absolute signals based on the outputs of the first and second Hall element groups, and if a difference value between the two absolute signals exceeds an allowable value. And a function of determining that the motor is abnormal and a function of performing backup control based on an output of the Hall element group when there is a normal Hall element group.
  • these features make it possible to generate relatively high-precision position information consisting of two sets of multi-rotation absolute signals having substantially the same value. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable DC motor control device that can smoothly perform backup control even when the first Hall element group or the second Hall element group of the rotation sensor fails.
  • the present invention can also be applied to a DC motor with a brush.
  • a DC motor control device that is inexpensive, highly reliable, and easy to determine the failure of a brushed DC motor.
  • control apparatus for a DC motor that can generate information on multi-rotation / absolute position at a low cost and with high reliability while using an output signal of an inexpensive Hall element as an encoder.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2A, showing a configuration example of a stator and a rotor of the brushless DC motor.
  • FIG. 2A shows the structural example of an encoder.
  • FIG. 2A shows the structural example of an encoder.
  • FIG. 2A shows the structural example of an encoder.
  • FIG. 2A shows the structural example of an encoder.
  • FIG. 2A shows the structural example of the drive circuit of the brushless DC motor in 1st Example.
  • FIG. 2B It is a flowchart which shows the detail of the absolute rotation information generation process at the time of the initialization process shown in FIG. It is a figure which shows the concept of the relationship between a PWM signal and the output of an encoder at the time of an initialization process, and a synchronous process. It is a figure which shows the relationship between the magnetic pole of each field coil of a stator, the electric current, and the relationship of a counter electromotive force in the motor provided with the rotor of FIG. 2B. It is a time chart for explaining the process of determining the absolute origin position of the rotation axis (Z 0) for the motor drive signal. It is a flowchart which shows the detail of the absolute rotation information generation process at the time of normal operation mode in 1st Example.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a laciless DC motor provided with a control device according to the first embodiment of the present invention.
  • the brushless DC motor 10 (hereinafter simply referred to as the motor 10) is an inner rotor type three-phase brushless DC servo motor.
  • As the motor main body 100 a permanent magnet type rotor integrally formed with the rotary shaft 13, a motor The rotating shaft 13 is rotatably held by a bearing provided in the housing. Inside the motor housing of the motor 10, an encoder 20, a motor control unit 30, and a motor drive circuit 40 provided on one end side of the rotary shaft 13 are disposed.
  • Reference numeral 42 denotes a main power source.
  • the motor control unit 30 and the motor drive circuit 40 are, for example, a dedicated ASIC (Application Specific Integrated Circuit) in which a plurality of necessary functions are integrated into a single chip in the form of a logic circuit, or a general-purpose single-chip microcomputer. It is realized as a chip of an IC circuit using Alternatively, it is realized as a part of the function of the computer. Below, the specific structural example using a single chip microcomputer is demonstrated.
  • a single-chip microcomputer has a CPU, a memory, an oscillation circuit, a timer, an I / O interface, and a communication function (such as a serial I / F) integrated in one LSI.
  • the functions of the motor control unit 30 and the motor drive circuit 40 of the brushless DC motor are realized by executing a specific program held in the memory on the CPU.
  • the other end of the rotating shaft 13 of the brushless DC motor 10 is provided with a pinion that constitutes a speed reducer. That is, the rotation of the rotating shaft 13 is decelerated by the reduction gear and is transmitted to the driven member 50 directly or via a clutch.
  • the driven member 50 include an automobile door opener, a water pump, and a wiper. Needless to say, the use of the motor 10 is not limited to automobiles.
  • An encoder 20 that outputs a signal associated with the rotation of the rotary shaft 13 is provided inside the motor housing.
  • the encoder 20 has a flat magnet 21 fixed to one end surface of the rotary shaft 13 and a change in magnetic field resistance caused by switching between the N-pole and S-pole of the magnet provided in the motor housing opposite to the magnet 21. And a magnetic sensor for detecting and outputting as an analog signal.
  • the magnet 21 is fixed to one end surface of the rotating shaft 13 via a fixing member 126 and a fixing pin 127.
  • the magnetic sensor includes a first Hall element group 22 composed of three Hall elements (H 1 -H 3 ), a second Hall element group 23 composed of three Hall elements (H 4 -H 6 ), A hall element power supply 24 for applying a common voltage Vcc to each hall element, and amplifiers 25 and 26 corresponding to the hall elements (H 1 to H 6 ) are provided.
  • the Hall ICs having the same specifications are used for each Hall element (H 1 -H 6 ) of the magnetic sensor (in this specification, the Hall IC is simply referred to as “Hall element” unless it is necessary to distinguish between them). ).
  • the first Hall element group (H 1 -H 3 ) 22 of the magnetic sensor is arranged on a single circumference centered on the rotation center of the rotary shaft 13 at equal intervals, that is, at 120 ° (mechanical angle) intervals. Has been placed.
  • the second Hall element group (H 4 -H 6 ) 23 has a phase in the middle of the first Hall element group, that is, 60 degrees (mechanical angle) each on the same circumference as the first Hall element group. It is arranged at a position shifted. If the first and second Hall element groups are arranged on concentric circles having different radii, the voltage waveforms of the output signals detected by the first and second Hall element groups are different even at the same rotation angle. The outputs of the first and second Hall element groups cannot be easily compared, which is not practical.
  • the motor control unit 30 and the motor drive circuit 40 include first and second absolute rotation information generation units 310 and 320, a memory 330, a motor 330, and the analog outputs 28 and 29 of the first and second Hall element groups, respectively.
  • a control unit 340, a motor abnormality determination processing unit 350, and a communication control unit 360 are provided.
  • the memory 330 includes a ROM, a RAM, and at least one rewritable (overwrite) non-volatile memory, and is connected to the CPU via a bus.
  • Reference numeral 500 denotes a host control device such as an ECU (Electric Control Unit), a portable terminal, or a server connected via a network.
  • the motor 10 In the motor control unit 340 of the motor control unit 30, the motor 10 according to the external command from the control device 500, the rotation information from the encoder 20, the current value of the motor main body 100, the information from the driven device 50, and the like. Drive signal is generated.
  • the controlled electric power is supplied from the power supply terminal 48 to each of the three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) stator coils of the motor 10 via the motor drive circuit 40.
  • the ROM stores programs and constants that are executed when the power is turned on or reset.
  • the RAM retains program variables, various external command values, control target values, absolute rotation information data to be described later, and the like.
  • an EEPROM an FRAM (registered trademark) (Ferroelectric Random Access Memory), or the like may be employed as a non-volatile memory that can be rewritten (overwritten).
  • a memory is simply referred to as an EEPROM.
  • each analog signal input from the encoder 20 is converted into a digital signal, and an incremental signal (A, B) is generated. Further, based on the A-phase and B-phase signals, absolute rotation information of the Z-phase signal, U, V, and W-phase signals is generated, and the absolute rotation information is sequentially stored in a nonvolatile memory (such as an EEPROM) of the memory 330. Recorded / updated. That is, the first and second absolute rotation information obtained and generated under the same conditions except that only the rotation phase is different by 60 degrees are recorded and updated in the nonvolatile memory. In this embodiment, the first absolute rotation information is used as main rotation information for motor control, and the second absolute rotation information is used as backup information.
  • the motor control unit 30 rotates the brushless DC motor that drives the driven member 50 based on command values from the outside stored in the memory 330 and various signals from the encoder 20, and consequently the driven member 50. Rotation position is calculated, and inverter drive signal information that supplies current to the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the brushless DC motor is generated so that the driven member 50 operates at a predetermined target position. To do. Information on an inverter drive signal for DC motor drive based on these signals is output from the motor control unit 30 of the brushless DC motor to the motor drive circuit 40 via a serial communication line.
  • a backup power source may be attached to the encoder 20, the control unit 30, and the memory (EEPROM) 330.
  • the backup power source include a button battery and a lithium battery.
  • This backup power supply is normally charged using the main power supply 42 as a power supply in a state where the key switch of the automobile is on. When the battery power is lost, it functions as a power source for the encoder, the motor control unit, and the EEPROM. Thereby, even if the battery power supply is lost due to an unexpected situation, the absolute position signal accompanying the driving of the driven member at the time of abnormal stop is recorded in the EEPROM.
  • FIG. 2A is a longitudinal sectional view of the brushless DC motor based on the first embodiment
  • FIG. 2B is a sectional view taken along line BB of FIG. 2A
  • 2C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 2A.
  • a three-phase stator coil 11 is fixed inside a cup-shaped motor housing constituting the motor body 100.
  • the stator coil 11 includes nine field iron cores 112 arranged at equal intervals in the circumferential direction, and a field coil 111 wound through an insulating member 113 in a slot around each field iron core. .
  • the field coil 111 wound around each field iron core 112 is a U-phase, V-phase, or W-phase, that is, a U-phase field coil (11U1), depending on the phase of the voltage applied from the motor drive circuit 40.
  • U-phase field coils 11V1 to 11V3
  • W-phase field coils 11W1 to 11W3
  • the rotor 12 having an 8-pole permanent magnet is formed integrally with the rotary shaft 13, and these are provided in the first end cover 18 constituting a part of the motor housing of the motor 10 and the motor housing.
  • a pair of bearings 16 and 17 are rotatably held.
  • the rotor 12 is an 8-pole rotor having a rotor yoke 121 fixed to the rotary shaft 13 and eight permanent magnets 122 fixed to the outer periphery thereof.
  • the outer peripheral surface of the rotor 12 faces the teeth of the stator core 11 via a gap.
  • the specific configuration of the brushless DC motor 10 such as the number of slots, the number of magnet poles, the motor housing, and the cover is not limited to the embodiment.
  • the encoder 20 and the motor control unit 30 are provided on a common substrate 27.
  • the substrate 27 is made of a non-magnetic and electrically insulating resin plate or the like, and each Hall element (H 1 -H 6 ) is opposed to the magnet 21 by a plurality of, for example, three columns 125, and Each Hall element and each rotation center of the magnet 21 and the axis of the rotary shaft 13 are in a relationship that coincides with each other, and is fixed to the side surface of the motor housing and covered with a second end cover 19 made of a nonmagnetic material.
  • the fixing member 126 is a cup-shaped member made of a non-magnetic material, such as a resin, and the magnet 21 is integrally molded at one end thereof, for example.
  • the fixing member 126 is rotatable in the circumferential direction with respect to the rotating shaft 13 in a state where the rotating shaft 13 is inserted into the cup-shaped hollow portion, and the fixing member 126 is rotated by a fixing pin 127 or an adhesive. It is fixed with respect to the shaft 13.
  • the relationship between the diameter of the rotating shaft 13, the diameter of the magnet, and the diameter of the circle in which each Hall element is arranged may be set as appropriate so that the same size or either side is slightly larger.
  • the diameter of the circle on which each Hall element is arranged is 12 mm with respect to the diameter of the rotating shaft 13 being 10 mm.
  • the magnet origin position (T 0 ) is defined as the position of one end of the flat magnet 21 on the boundary line between the N-pole region and the S-pole region. Also, a specific position on the rotation axis on the rotation axis corresponding to a position on the rotation axis synchronized with zero of the drive signal of the brushless DC motor, for example, a rising point of the A-phase pulse synchronized with zero of the drive signal. Is defined as the absolute origin position (Z 0 ).
  • the magnet origin position (T 0 ) in FIG. 2C indicates a temporary origin position. This position should be the same as the absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis.
  • the brushless DC motor is initially set so that the temporary origin position (T 0 ) of the magnet matches the absolute origin position Z 0. Is fixed to the rotation axis.
  • T 0 temporary origin position
  • the stator and rotor of the motor are assembled, an absolute origin position Z 0 on the rotation shaft with respect to the motor drive signal is obtained.
  • the magnet 21 is temporarily fixed to the rotating shaft, and the brushless DC motor is driven to thereby generate a specific Hall element.
  • This initial setting work is processed using, for example, an arm of a work robot with a camera function or by the worker himself. A specific method of this initial setting will be described in detail later.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a drive circuit of the brushless DC motor in the first embodiment.
  • each of the field coils 11U to 11W includes U1, U2, and U3 coils in series, V1, V2, and V3 coils in series, and W1, W2, and W3 coils in series. Connected. One end of each of these three coil groups is connected at a neutral point.
  • the motor drive circuit 40 includes an inverter 400 including six switching elements FET1 to FET6 composed of FET transistors, an inverter drive control unit 410 that applies a voltage, that is, an inverter drive signal, between the gate and source of each of the switching elements FET1 to FET6, and current control.
  • One end of each of the switching elements FET1 to FET6 is connected to one of the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11U to 11W of the main body 100 of the brushless DC motor, and the other end is a direct current that is a main power source via a switch. Connected to a power source 42.
  • the motor control unit 30 includes an operation command, a control signal generated based on the normal operation mode motor control signal (iu, iv, iw), and first and second absolute rotation information. Based on the above, the operation of the main body 100 of the brushless DC motor, for example, sinusoidal driving is continued. Thereby, the driven member 50 performs an operation based on a predetermined operation pattern within a predetermined operation range.
  • the motor control unit 30 is mounted on a single substrate 27 together with the motor drive circuit 40.
  • the substrate 27 is fixed to the inner surface of the motor housing and the second end cover 19 and at a position close to the encoder 20.
  • the substrate 27 may be installed outside the brushless DC motor depending on the environment in which the brushless DC motor is installed.
  • FIG. 4A shows a configuration example of the first absolute rotation information generation unit 310 and the second absolute rotation information generation unit 320.
  • the first absolute rotation information generation unit 310 includes a first Hall element output processing unit 311, a sensor abnormality output unit 312, a first absolute rotation information conversion / recording unit 313, an origin position setting unit 314, a phase synchronization processing unit 315, and a Z phase.
  • a signal and width signal generation unit 316 and a memory control unit 317 are provided.
  • the second absolute rotation information generation unit 320 includes a second Hall element output processing unit 321, a sensor abnormality output unit 322, a first absolute rotation information conversion / recording unit 323, an origin position setting unit 324, and a phase synchronization processing unit 325.
  • a Z-phase signal / width signal generation unit 326 and a memory control unit 327 are provided.
  • the phase synchronization processing units 315 and 325 determine whether or not there is a phase shift between the first and second absolute rotation information.
  • the motor control unit 340 and the motor abnormality determination processing unit 350 include a motor control signal generation unit 341, a drive signal generation unit 342, a self-initialization processing unit 343, a servo control unit 344, and a sensor / motor abnormality process.
  • the motor control signal generation unit 341 generates a motor control signal based on a command from the motor control unit 30, drives the motor drive circuit 40 based on the signal generated by the drive signal generation unit 342, and is supplied to each stator coil. To control the phase of the current to rotate the rotor.
  • the self-initialization processing unit 343 performs a self-initialization process of the control unit 30 when the motor is started, generates an initialization drive signal, outputs it to the motor drive circuit, drives the motor, and performs absolute rotation information necessary for initial setting. Processing such as generation and recording.
  • the servo control unit 344 performs servo control of the brushless DC motor 10 based on a preset operation command value, an operation condition instructed from the outside, first and second absolute rotation information of the encoder 20, and the like. Further, the motor control unit 30 controls the maximum power and current supplied to the inverter drive control unit 410 via the current control unit 440 based on the current detected by the current detection / limitation unit 450.
  • Reference numeral 460 denotes a current phase detector, which detects the back electromotive force (V BU , V BV , V BW ) of the coils of each phase of the brushless DC motor 10 at the initial setting, as will be described in detail later. 30. Further, the sensor / motor abnormality processing unit 345 executes processing when the sensor or motor is abnormal based on the first and second absolute rotation information from the encoder 20.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the first Hall element output processing unit 311 in the first absolute rotation information generation unit 310.
  • the processing circuit unit 311 includes an AD converter 3111, an axis deviation correction processing unit 3112, a sensor abnormality determination unit 3113, an amplitude / angle conversion processing unit 3114, an average angle value (h 1 -avg.) Calculation unit 3115, and an average angle value.
  • the output of the temperature sensor 318 is also input to the first hall element output processing unit 311 as necessary.
  • the processing circuit unit 311 is realized by, for example, executing a specific program on a microcomputer with a memory, and sequentially, based on the analog input of the first Hall element group, the average angle value ( h 1- avg.) and the like.
  • the second Hall element output processing unit 321 also has a similar configuration and has a function of calculating an average angle value (h 2 -avg.).
  • the initial setting is to start a program related to the initial setting of the motor control unit 30, that is, the self-initialization processing unit 343, and set necessary parameters from the external terminal device 700. Is started (S601).
  • the magnet 21 is temporarily fixed to the rotor (rotating shaft 13) of the motor at an arbitrary position (magnet origin position (T 0 )) (S603), and a pair of Hall element groups 22, 23 And the processing circuit (absolute rotation information generating units 310 and 320) are fixed to the side surface of the motor housing (S604), and the second end cover 19 is not yet fixed to the right side surface of the motor housing.
  • the motor control unit 30 generates an arbitrary (predetermined) initialization drive signal for initial setting in response to the start of a program related to the initial setting (S602), and generates a three-phase stator coil (stator winding) of the motor.
  • Drive power is supplied to start the motor (S605).
  • the rotor 12 and the magnet 21 are rotated at a predetermined rotational speed in both forward and reverse directions (S606), and the encoder 20 (Hall element group) and the processing circuit (first and second absolute rotation information generating units) 1.
  • a pulse signal based on the average angle values (h 1 -avg.) And (h 2 -avg.) Of the second Hall element group is generated (S607).
  • a signal (T 0 ) of the magnet origin position is also generated and output.
  • the motor control unit 30 generates an incremental A-phase / B-phase signal based on the average output values of the first and second hole groups, and assigns an EEPROM address to each A-phase and B-phase signal data. Then, a temporary absolute signal is generated (S608).
  • FIG. 7 shows a concept of processing the analog signals of the hall elements output from the encoder 20 by the first and second absolute rotation information generation units 310 and 320 of the motor control unit 30.
  • the Hall element group (H 1 -H 6 ) is provided such that the characteristic in which the electric resistance value varies with the direction of the acting magnetic field. For this reason, when the magnet 21 rotates positively (clockwise) by an angle ⁇ and the direction of the magnetic field acting on each Hall element rotates, the electrical resistance value of each Hall element, in other words, the output signal of each Hall element The voltage of fluctuates. That is, as shown in FIG. 7A, for each rotation 360 ° (mechanical angle) of the rotating shaft 13, an analog signal of a SIN wave for one cycle from each Hall element (H 1 -H 6 ). Is output.
  • Each analog signal of the Hall element group passes through the corresponding analog input terminal of the microcomputer constituting the motor control unit 30, the multiplexer, and the sample hold circuit, and then each A of the first and second absolute rotation information generation units 310 and 320 / D converter 3111 is input, where each is converted into a digital signal.
  • a digital signal obtained from each Hall element may include an error (mainly an axis deviation error) due to production errors, installation errors, temperature effects, and the like of each sensor.
  • the axis deviation correction processing unit 3112 extracts the rotation center of each Hall element based on the data for one rotation of the rotating shaft 13, detects the presence or absence of signal distortion with respect to the rotation angle ⁇ , and if there is distortion, these The correction process is performed.
  • the number of pulses of the A phase / B phase signal output for each rotation of the motor 10 depends on the accuracy of the Hall element, the resolution required for control, and the like. Any value can be set. For example, 500 to 1000 pulses are set for each rotation.
  • the sensor abnormality determination unit 3113 if any one of the output pulses of each Hall element H 1 -H 3 per rotation is outside the predetermined threshold range with respect to the predetermined value, the Hall element is abnormal.
  • the sensor abnormality output unit 312 outputs a sensor abnormality signal. For example, when the predetermined value for each rotation is set to 720 pulses, the threshold value is set to 2 pulses, and when this range is exceeded, it is determined that the Hall element is abnormal.
  • the digital signal of the normal Hall element is then converted by the amplitude / angle conversion processing unit 3114 based on, for example, the following relationship, the amplitude A included in the output analog signal of each Hall element to the rotation angle ⁇ .
  • A K ⁇ sin ⁇
  • K is a constant. Therefore, if the arc sine (asin ⁇ ) value of A / K is taken, the rotation angle ⁇ can be obtained. In the range of 180 ° to 360 °, the output signal has a negative value.
  • the average angle value calculation unit 3115 calculates the average value (h 1 -avg.) Of the outputs of the three Hall elements constituting the first Hall element group (H 1 -H 3 ) for each rotation of the rotation shaft. calculate. Note that the phase of the rotation angle at each Hall element (H 1 -H 3 ) installation position has a characteristic that it is hardly affected by temperature or the like. Therefore, in the present invention, an average value (h 1 -avg.) Is calculated based on the installation position of at least one of the following, and hereinafter the Hall element H 1 .
  • the amplitude data of the output signal at the installation position of the intermediate Hall elements (H 2 , H 3 ) is also weighted and divided into multiple parts by interpolation processing of electrical angles.
  • each rotation of the rotating shaft is converted into, for example, 720 pulses of A-phase and B-phase digital signals, respectively.
  • the data of ⁇ a shown in (b) of FIG. 7 is obtained corresponding to the outputs of the three points of the first Hall element group (H 1 -H 3 ) of (a) of FIG. That is, as shown in FIG.
  • FIG. 7D is an example of a first A-phase / B-phase signal based on the average value (h 1 -avg.) Of the outputs of the first hall element group (H 1 -H 3 ).
  • A-phase and B-phase signals are assigned EEPROM addresses in the order of input, and become the basis of the first absolute rotation information.
  • a magnet origin position (T 0 ) signal is generated once for each rotation of the rotating shaft 13 at an angle at which (h 1 -avg.) Becomes zero. This signal can also be used as a signal for detecting the rotational speed of the rotary shaft 13.
  • FIG. 7C shows an example of an average value (h 2 -avg.) Of detection angle values based on the output of the second Hall element group
  • FIG. 7E shows the detection of the second Hall element group. It is an example of a second A-phase / B-phase signal based on an average value (h 2- avg.) Of angle values.
  • These A-phase and B-phase signals are assigned EEPROM addresses in the order of input, and become the basis of the second absolute rotation information.
  • Positioning information Sn, Ssn (see FIG. 10) is generated every rotation angle (0 degree).
  • the first and second A-phase / B-phase signals, positioning information Sn, Ssn, and sensor abnormality signal are held in the buffer memory 3119, and further, the nonvolatile memory ( The data is recorded / updated sequentially in an EEPROM or the like.
  • the origin position setting unit 314 detects the back electromotive force (V BU , V BV , V BW ) of each phase accompanying the supply of driving power to the stator coil 111 of the motor.
  • step S609 information on the phase Pz of the integrated value peak of the back electromotive force is acquired.
  • the output signals of absolute rotation information A and B are used to adjust the motor to positive and negative rotational speeds in both forward and reverse directions according to the number of poles of the rotor 12.
  • phase information is generated for each of the U-phase, V-phase, and W-phase signals that are required to make one rotation each and rise at intervals of 120 ° in electrical angle.
  • a table of phase information of each signal of the U phase, the V phase, and the W phase is generated and recorded in the memory so that the rotor 12 rotates once every 45 ° of mechanical angle.
  • the rising edge of the U-phase and V-phase signals is synchronized with the rising phase of the A-phase signal.
  • phase information indicating the rising phase of the W-phase signal and the falling phase of the U-phase, V-phase, and W-phase signals is also recorded in the table. This point will be described later with reference to FIGS.
  • the magnetic origin position (T 0 ), the output signals of A and B, and the rising phase Sn of each phase signal of the U phase, V phase, and W phase are synchronized, and provisional absolute rotation information (T 0 reference) is generated and recorded in the memory (S611).
  • provisional absolute rotation information (T 0 reference) is generated and recorded in the memory (S611).
  • the rising phase Sn of each of the U-phase, V-phase, and W-phase signals is extracted based on the phase of the integral value peak Pz obtained previously (S612). Further, U-phase, V-phase, with respect to the signal for each coil of the W-phase, to determine the width of the Z-phase T 0 reference.
  • the Z-phase signal and width signal generation unit 316 generates a temporary absolute rotation information table to which the width signal of each phase is added (S613).
  • the excitation current to the U-phase coil increases from the rising position of the first A-phase signal corresponding to the magnet origin position (T 0 ), in other words, from the rising position of the U-phase signal. Therefore, in the example of FIG.
  • the integral value of the rotation angle ⁇ 100 ° (electrical angle), which is one in every rotation of the rotating shaft 13, for example, the exciting current to the U-phase coil is increasing.
  • the peak position is recorded in the EEPROM as one piece of “positioning information (Sn)” for obtaining the absolute origin position of the magnet of the encoder.
  • the origin position setting unit 314 obtains the absolute origin position (Z 0 ) of the rotating shaft with respect to the drive signal based on the relationship between the encoder output, the integral value peak, and the rotation angle information of the rotating shaft (S614). ). In this way, the data of the “absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis” based on the information on the integrated values of the A-phase, B-phase signal, and U-phase back electromotive force corresponding to the initial setting drive signal. Is obtained.
  • FIG. 8 shows the A-phase and B-phase signals based on the magnet origin position (T 0 ) generated in the absolute rotation information generation unit, and the Z-phase, U-phase, and V-phase generated based on these signals. The relationship of each signal of a phase and a W phase is shown.
  • the motor control unit 30 sends a command “fix the rotor, remove the temporary fixing of the magnet, and rotate the magnet with respect to the rotating shaft” to the work robot or worker (S616).
  • a command “fix the rotor, remove the temporary fixing of the magnet, and rotate the magnet with respect to the rotating shaft” to the work robot or worker (S616).
  • an output as shown in FIG. 7A that is, information on the magnet origin position (T 0 ) is obtained from the encoder 20 (S617).
  • Information on the magnet origin position (T 0 ) of the magnet 21 is transmitted to the external terminal device 700 via the motor control unit 30 (S618).
  • the motor control unit 30 further sends a command to “unlock the rotor” to the work robot or the like (S622).
  • the position data of all of the signal obtained from the encoder is changed to an absolute origin position Z 0 reference, Z phase signal, is related to the "width of the Z phase", the address of the EEPROM is applied. In this way, it is converted into absolute rotation information representing the absolute origin position of the rotating shaft 13. That is, provisional absolute rotation information ((T 0 ) reference) of each phase signal is generated as a table of absolute rotation information corrected to the absolute origin position Z 0 reference (S623) and recorded in the EEPROM.
  • the motor control unit 30 starts an initial setting program immediately after the power is turned on. First, immediately after the power is turned on, it is checked whether or not the initial setting has been completed. If not, the process proceeds to the initial setting processing mode.
  • FIG. 9 shows details of the absolute rotation information generation process during the initial setting process of the motor control unit 30.
  • the initial setting process first, the magnet 21 held by the fixing member 126 is temporarily fixed to the rotating shaft 13 by the fixing pin 127 at the temporary position ((T 0 ) reference) shown in FIG. 2C.
  • the EEPROM data is initialized (S910), and the self-initialization processing unit 343 generates an initial setting drive signal for initial setting, for example, an inverter driving PWM signal ( ⁇ N rotation).
  • the initial setting drive signals (iu, iv, iw) are sufficient to drive the brushless DC motor by one to several rotations in the forward and reverse directions with zero rotation therebetween (see FIG. 12).
  • the initial setting drive signal is output to the motor control signal generator 342, and the main body 100 of the brushless DC motor is driven by the inverter drive signal (PWM signal) generated by the servo controller 344 (S911).
  • the brushless DC motor is driven to supply power to the U-phase, V-phase, and W-phase coils in accordance with the initial setting drive signal while the brushless DC motor is in the open control state.
  • the average output values (h 1 -avg.) And (h 2 -avg.) Of the first and second hole groups are acquired (S912).
  • FIG. 10 shows average values (h 1 -avg.) And (h 2 -avg.) After the amplitude / angle conversion processing of the outputs of the first and second Hall element groups during the initial setting process, and positioning information ( (Sn, Ssn). Positioning information is generated at positions where the average value (h 1 -avg.) And (h 2 -avg.) Corresponding to 0 degrees of the A phase signal at the time of forward rotation command are zero (rotation angle 0 degree).
  • Z ⁇ and Z ⁇ ′ indicate phases corresponding to the absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis, as will be described later.
  • the absolute position of the magnet with respect to the rotation axis is obtained, and the process proceeds to a series of processes by the origin position setting unit 314 so that absolute signal data based on the absolute position information can be generated.
  • the back electromotive force of each phase accompanying the supply of the drive power to the stator coil is detected, and the integral value peak Pz of the back electromotive force is detected.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the magnetic poles of each field coil of the stator and the current and the relationship between the back electromotive force of each field coil in a DC motor having a rotor having an 8-pole permanent magnet.
  • the rotor 12 rotates by rotating the phase of the current supplied to the field coils 11U, 11V, 11W of the stator.
  • Back electromotive forces Vbu, Vbv, and Vbw are generated in each field coil in accordance with the magnitude and direction of the current supplied to each field coil.
  • the origin position setting unit 314 extracts the rising phase of each phase signal, performs an integration calculation of the back electromotive force of each phase, and detects a peak position Pz where the integration value exceeds a predetermined threshold value. Then, the rising position (Sn, Ssn) of each drive signal in the phase data of each drive signal of the U phase, V phase, and W phase is extracted (S918). For example, when attention is paid to the integral value peak of the U-phase counter electromotive force, six integral value peaks are obtained per one rotation (360 °). Similarly, for the V-phase field coils (11V1 to 11V3) and the W-phase field coils (11W1 to 11W3), six integral value peaks are obtained per rotation.
  • the Z-phase signal and width signal generation unit 316 next sets the signal width of each phase coil (S919). For example, in synchronization with the rise of the A-phase signal, a signal of “Z width (1)” having a width of 1 ⁇ 2 period of the A-phase signal is determined. Further, in synchronization with the rise of the A-phase signal, a signal of “Z width (2)” having a width of one period of the A-phase signal is determined. Similarly, in synchronization with the rise of the B phase signal, a signal of “Z width (3)” having a width of 1 ⁇ 2 period of the B phase signal is determined. Further, in synchronization with the rise of the B phase signal, a signal of “Z width (4)” having a width of one period of the B phase signal is determined. The data of the width of each Z phase is used for generating a PWM signal.
  • each A-phase / B-phase signal of the U-phase, V-phase, and W-phase signals from which the Z-phase signal was obtained is then calculated for each rotation (every 360 degrees) of the rotating shaft 13. It is converted into a cumulative added value, and the address of the EEPROM is given to the combination of this and the Z-phase signal, and it becomes (T 0 ) standard provisional absolute rotation information data.
  • the origin position setting unit 314 based on the relationship between the average output values of the first and second hole groups, the integrated value peak, and the information on the rotation angle of the rotation axis, the absolute origin of the rotation axis with respect to the drive signal The position (Z 0 ) is obtained (S920).
  • FIG. 12 is a time chart for explaining processing for obtaining the absolute origin position (Z 0 ) of the rotation axis with respect to the drive signal.
  • the encoder 20 and the first and second absolute rotation information generators correspond to the command values (U, V, and W phase drive signals).
  • a phase and B phase signals are obtained.
  • the origin position setting unit 314 obtains a plurality of corresponding peak positions, that is, a plurality of positioning information.
  • Positioning information (Sn, Ssn) corresponding to the absolute origin position (Z 0 ) on the rotating shaft should be output once for one rotation of the rotating shaft 13. Further, this positioning information is defined as a position corresponding to the rising point corresponding to 0 degrees of the A-phase signal in a section where the excitation current to any one of the U, V, and W coils is in the increasing direction. . In this case, it is necessary that the rotation axis passes through this absolute origin position (Z 0 ) while the brushless DC motor is rotating in the forward direction. Therefore, in the origin position setting unit 314, as shown in FIG. 12, the brushless DC motor is started, and the brushless DC motor is rotated forward or in a range including zero rotation between the initial setting drive signal (inverter drive signal). Reverse rotation.
  • the ON duty of the PWM signal of the U-phase coil of the inverter drive signal is synchronized with zero, and it is determined that the phase Z ⁇ of the positioning information (S4) is synchronized with the absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis. .
  • positioning information synchronized with the absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis may be output based on the excitation current to the V-phase or W-phase coil.
  • the structure of the field coil 111 and the field iron core 112, and the switching position of the magnetic pole in the field iron core are mechanically obtained, and the magnetic pole is placed on the motor stator May be displayed as a mark, and the absolute origin position (Z 0 ) on the rotation axis may be obtained using this mark.
  • the first absolute value table based on the magnet origin position (T 0 ) is a table of integrated values of high resolution A phase, B phase signal and U phase back electromotive force corresponding to the initial setting drive signal.
  • high-accuracy “absolute origin position (Z 0 ) on rotation axis” data and phase information data of each signal of U phase, V phase, and W phase, ie, absolute origin position It is converted into an absolute value table based on Z 0 ). The same processing is performed for the second absolute value table.
  • a request for magnet positioning is sent from the motor control unit 30 to the external terminal device 700, and in response to this, the motor control unit 30 proceeds to a magnet positioning process.
  • the magnet 21 is relatively rotated on the rotating shaft 13 with the rotating shaft 13 fixed, the average output value of the first hole group with respect to the rotating angle is as shown by a sine waveform in FIG. Changes, and a magnet origin position (T 0 ) signal is output. Therefore, the magnet 21 is rotated with respect to the rotating shaft 13, and the average output value (magnet origin position (T 0 ) signal) of the first hole group matches the absolute origin position (Z 0 ) obtained previously. The magnet 21 is fixed to the rotating shaft 13 at this position.
  • the magnet 21 is fixed at the absolute origin position (Z 0 ) on the rotating shaft 13. That is, the magnet 21 is fixed at a position where the origin position (T 0 ) of the magnet is synchronized with the absolute origin position (Z 0 ) of the rotating shaft 13.
  • the fixing member 126 is fixed to the rotating shaft 13 with a fixing pin 127 or an adhesive. From these pieces of information, the relationship between the drive signal and the angle of the magnet on the rotating shaft is obtained, and the magnet is rotated relative to the rotating shaft. That is, by correcting the phases of the rising position Sn absolute origin position Z 0, the data of the tentative absolute rotation information, converts the absolute origin position data of the absolute rotation information as a reference (S921). As a result, the drive signal and the output of the encoder 20 can be completely synchronized.
  • FIG. 13 is a flowchart showing details of the first absolute rotation information generation process in the normal operation mode after the initial setting process in the first embodiment.
  • the brushless DC motor control unit 30 includes a motor control signal generation unit 341, a drive signal generation unit 342, a servo control unit 344, and the like that operate during external command and initial setting processing (or
  • the brushless DC motor is caused to function as a servo motor on the basis of information in the EEPROM 333 (overwritten when the previous operation ends normally) or information from the encoder 20.
  • the following processing is processing when all the sensors in the first and second Hall element groups are determined to be normal in S913 in FIG.
  • the drive signal generation unit 342 generates U-phase, V-phase, and W-phase drive signals (S1301), and the initial setting process is performed from the memory (EEPROM, etc.) 333 (or the previous operation ends normally).
  • the number of U-phase, V-phase, and W-phase pulses corresponding to the drive signal (overwritten on) is acquired (S1302), and the Z-phase signal and Z-phase signal (Z1, Z2,-,-, Zn) are obtained.
  • Phase data is acquired (S1303).
  • the control unit 30 acquires Z signals based on the average values (h 1 -avg., H 2 -avg.) Of the detected angle values of the first and second Hall element groups.
  • the first and second signals including A, B, Z, U, V, and W signals for each rotation of the rotation shaft of the motor according to the forward rotation and reverse rotation of the rotation shaft of the brushless DC motor.
  • Absolute rotation information is incremented and decremented, and these pieces of information are sequentially recorded in the EEPROM via the RAM as information indicating the current position of the rotation axis of the brushless DC motor. This process is repeated until the end of operation (S1311).
  • the control unit 30 rotates the rotation speed of the brushless DC motor based on the A-phase / B-phase signal from the first absolute rotation information generation unit 310. -Recognizes the rotation direction and absolute origin position, compares the recognized rotation speed and rotation direction, and absolute origin position with the command value, and drives the inverter for each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils. A wave drive signal is generated. Further, the voltage is continuously changed by controlling the duty ratio of the PWM signal for the inverter as the motor drive circuit 40.
  • the motor control unit 340 of the control unit 30 first obtains each target position and target speed as a command value from a memory 330 such as a RAM based on a preset operation pattern of the brushless DC servo motor. (S1401).
  • a memory 330 such as a RAM based on a preset operation pattern of the brushless DC servo motor.
  • a motor drive signal based on sine wave drive or PID control for example, a PWM control signal Is stored.
  • the motor control unit 340 acquires multi-rotation / absolute origin position information based on the output of the first hall element group (S1402). Further, multi-rotation / absolute origin position information based on the output of the first Hall element group is also acquired (S1403). Next, the presence / absence of abnormality of the Hall elements of the first and second Hall element groups is checked (S1404). If any of the Hall elements is abnormal, the abnormality information is transmitted to the host ECU ( Along with S1405), when there is a normal Hall element group, backup control based on the output is performed (S1414).
  • the motor control unit 340 rotates the rotation shaft 13 of the brushless DC motor based on the acquired multi-rotation / absolute origin position information based on the acquired output of the first Hall element group. The angle and thus the absolute position of the driven member 50 is recognized.
  • the motor control unit 340 calculates a speed command value from the current position of the driven member 50 to the target position based on these pieces of information. Further, based on the speed command value and the like, an inverter drive signal for PID control of the rotation of the brushless DC motor is generated (S1406) and output to the motor drive circuit 40 (S1407).
  • the motor control unit 340 updates the first and second multi-rotation / absolute rotation information based on the outputs of the first and second Hall element groups accompanying the rotation of the motor (S1408, 1409).
  • the motor control unit 340 further calculates the presence / absence of a difference value of the multi-rotation / absolute rotation information based on the outputs of the first and second Hall element groups, and determines the “deviation” of the outputs of the first and second Hall element groups. The presence or absence is determined (S1410).
  • the first and second multi-rotation / absolute rotation information recorded in the EEPROM is compared with information on the A phase based on, for example, the current address, that is, the latest address.
  • the allowable value is 2 pulses, and when this range is exceeded, it is determined that the motor is abnormal.
  • “displacement” is the second determination (S1411, S1412), it is determined that there is an abnormality in the motor, and abnormality information is transmitted to the ECU 500 (S1413). Note that even when there is an abnormality in the EEPROM itself, not in the encoder 20, it can be checked at this point. Then, when there is a normal Hall element group, backup control based on the output is performed (S1414).
  • the first and second multi-rotation absolute signals are data having substantially the same value and the same absolute origin position (Z 0 ). Therefore, even if one set of Hall element group (or one set of absolute rotation information generation unit) breaks down, the output of the other Hall element group (or one set of absolute rotation information generation unit) smoothly shifts to backup control. it can. If there is no “deviation” in the deviation determination (S1410), a new inverter drive signal is generated (S1406), and the same processing is repeated thereafter, and the operation is terminated in the end determination (S1415).
  • the brushless DC motor of the present embodiment is a servo motor that is controlled using the output of one encoder 20 that functions as a rotary encoder.
  • multi-rotation / absolute rotation information consisting of data of substantially the same value is generated using the output signals of two sets of Hall element groups having the same characteristics, and the failure determination is inexpensive and highly reliable. Therefore, it is possible to provide a DC motor control device. Further, even when one set of hall element groups fails, backup control can be immediately performed by the output of the other hall element groups. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable DC motor control device that can generate position information with relatively high accuracy.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a brushless DC motor based on the second embodiment.
  • the three-phase stator coil 11 is composed of nine field cores 112 arranged at equal intervals in the circumferential direction, and a field coil 111 wound through an insulating member 113 in a slot around each field core.
  • the rotor 12 having an 8-pole permanent magnet is formed integrally with the rotary shaft 13 and is rotatably held by a pair of bearings 16 and 17.
  • the rotor 12 is an 8-pole rotor having a rotor yoke 121 fixed to the rotating shaft 13 and eight permanent magnets 122 fixed to the outer periphery thereof (see FIG. 2B).
  • each hall element (H 1 -H 6 ) of the encoder 20 is opposed to eight permanent magnets 122 by three support pillars 125, and the center of rotation of each hall element and the axis of the rotary shaft 13 are arranged. It is fixed to the side surface (second end cover) 19 of the cup-shaped motor housing in a matching relationship.
  • substrate 27 is provided with the long hole for enabling the three support
  • the motor control unit 30 is fixed inside the second end cover 19 together with the motor drive circuit 40.
  • the motor control unit 30 and the motor drive circuit 40 may also be disposed on the substrate 27.
  • the function of the motor control unit 30 is almost the same as that of the first embodiment except for the points described below.
  • the position of the boundary line of the N pole and S pole of the pair of permanent magnets 122 which corresponds to the Z 0 in FIG. 12 And defined as a permanent magnet origin position (Z 0 ).
  • a specific position in the circumferential direction is defined as the Hall element origin position (T 0 ).
  • the origin positions (T 0 ) of the Hall element groups 22 and 23 in FIG. 15 are provisional origin positions, which should originally coincide with the permanent magnet origin position (Z 0 ).
  • the magnet 21 is temporarily fixed to the rotation shaft.
  • the rotation shaft 13 and the rotor 12 are integrated. Therefore, the position of each Hall element (H 1 -H 6 ) on the substrate 27 is set as a temporarily fixed position, the relative position of the rotor 12 with respect to the permanent magnet is corrected, and the origin positions of the Hall element groups 22 and 23 ( T 0) to coincide with the origin position of the permanent magnet (Z 0).
  • each column 125 for rotating the substrate 27 held by the three columns 125 in the circumferential direction is provided. Corresponding long holes are provided in the substrate 27.
  • the substrate 27 is fixed to each column 125 at an arbitrary position.
  • the change in the magnetic field strength as shown in FIG. 7A accompanying the change in the origin position (T 0 ) of the Hall element groups 22 and 23 is represented by the first and second absolute rotation information generation units 310 and 320. Detect with.
  • information on the absolute positional relationship of the substrate 27 (Hall element groups 22, 23) with respect to the rotation axis (permanent magnet 122) is acquired, and processing corresponding to Step 621 in FIG.
  • the substrate 27 is formally fixed to each column 125.
  • the subsequent processing is the same as in FIG.
  • position information consisting of data of substantially the same value is generated using output signals of two sets of Hall element groups having the same characteristics with respect to the permanent magnet of the rotor, and is inexpensive and highly reliable. It is possible to provide a DC motor control device capable of determining a failure. Further, even when one set of hall element groups fails, backup control can be immediately performed by the output of the other hall element groups. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable DC motor control device that can generate position information with relatively high accuracy.
  • FIG. 16 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a brushless DC motor control device based on the third embodiment.
  • the brushless DC motor 10 of the present embodiment includes an outer rotor 1000 and a stator 1200 that rotatably supports the rotor 1000.
  • the rotor 1000 includes a rotating shaft 1300, a cup-shaped rotor cover 1100 having the rotating shaft 1300 fixed to the bottom surface, and a multi-pole magnet 1120 disposed along the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the rotor cover 1100. It has.
  • the stator 1200 includes a support member 1205 that rotatably supports the rotating shaft 1300 via a pair of bearings 16 and 17, and a cylinder of the support member 1205 via a radial gap inside the magnet 1120 of the rotor 1000.
  • a stator core 1220 fixed to the shape part 1202 with screws or the like, and a stator coil 1210 wound around the stator core 1220 are provided.
  • the end cover 26 is fixed to the support member 1205 from the outside.
  • An encoder 20 is provided at one end of the rotating shaft 1300 and the end cover 26.
  • the encoder 20 includes a flat plate-like magnet 21 fixed to one end surface of the rotating shaft 1300 and two sets of hall element groups arranged on the motor housing side facing the magnet 21 in the axial direction of the rotating shaft. It is out.
  • the Hall element group includes a first Hall element group (H 1 -H 3 ) 22 composed of three Hall elements, a second Hall element group (H 4 -H 6 ) 23 composed of three Hall elements, A hall element power supply 24 for applying a common voltage Vcc to the hall elements and amplifiers 25 and 26 corresponding to the hall elements (H 1 to H 6 ) are provided.
  • the function of the motor control unit 30 is almost the same as that of the first embodiment.
  • position information composed of substantially the same value data is generated using the output signals of two sets of Hall element groups having the same characteristics, and is inexpensive and highly reliable. It is possible to provide a DC motor control device capable of determining a failure. Further, even when one set of hall element groups fails, backup control can be immediately performed by the output of the other hall element groups. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable outer rotor type DC motor control device that can generate position information with relatively high accuracy.
  • the present invention can also be applied to a DC motor with a brush.
  • the configuration of the magnet in the MR sensor unit in the DC motor described in Patent Document 1 is the same as that of the magnet in this embodiment, and the present invention is implemented in place of the pair of MR sensor and processing circuit section in Patent Document 1.
  • the first and second Hall element groups 22 and 23 described in Example 1 and the first and second absolute rotation information generation units 310 and 320 are employed. That is, according to the fourth embodiment, in the brushed DC motor, the encoder includes a flat magnet fixed to one end surface of the rotating shaft, and three Hall elements provided in the motor housing facing the magnet.
  • a first Hall element group consisting of (H 1 -H 3 ), a second Hall element group consisting of three Hall elements (H 4 -H 6 ), and a common voltage Vcc are applied to each Hall element.
  • the power source and amplifiers 25 and 26 corresponding to the Hall elements (H 1 to H 6 ) are included.
  • the output of the encoder is processed by the first and second absolute rotation information generation units 310 and 320.
  • the absolute origin position Z 0 of the rotating shaft to associate to the position of the boundary line of the N pole area and the S pole area of the magnet can be set at an arbitrary position. Therefore, the motor control unit of the fourth embodiment does not require the fixing member 126 and the fixing pin 127 of the first embodiment.
  • the motor control unit has average values (h 1 -avg.), (H 2 ) after the amplitude / angle conversion processing of the outputs of the first and second Hall element groups. -. and avg), obtains the relationship between the positioning information (Sn, Ssn), among these positioning information, oN duty of the drive signal is a position to be synchronized to zero, synchronized with the rising edge of the a-phase pulse
  • the absolute origin position of the encoder That is, the motor control unit of the fourth embodiment has substantially the same configuration and function as those of the first embodiment except for the function related to the extraction of the absolute origin position of the rotating shaft.
  • position information consisting of data of substantially the same value is generated using the output signals of two sets of Hall element groups having the same characteristics, and a low-cost and highly reliable failure It is possible to provide a control device for a DC motor that can be determined. Further, even when one set of hall element groups fails, backup control can be immediately performed by the output of the other hall element groups. Therefore, it is possible to provide an inexpensive and highly reliable DC motor controller with a brush that can generate position information with relatively high accuracy.

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Abstract

多回転・絶対位置エンコーダとして、安価なホール素子の出力信号を利用しながら高い精度の位置情報を生成できる、ＤＣモータの制御装置を提供する。　ＤＣモータの制御装置において、エンコーダは、ロータの回転軸の一端に固定された平板状のマグネットと、このマグネットに対向する位置でモータのハウジング側に固定された２組のホール素子群とを備えており、この２組のホール素子群は、回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、第１のホール素子群と同じ円周上において第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有している。制御ユニットは、マグネットのＮ、Ｓ極領域の境界線上の位置をマグネット原点位置とし、２組のホール素子群の出力に基づいて回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともにマグネットの原点位置の情報を生成する機能を備えている。

Description

ＤＣモータの制御装置
　本発明は、ＤＣ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ＤＣ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、ＤＣモータの制御装置に係るものである。
　ＤＣ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、自動車の補器類等、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。
　特許文献１には、本願発明者の発明になるＤＣモータの制御装置として、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットからの位置決め情報とモータの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、モータの回転軸の絶対的原点位置の設定を行い、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ＥＥＰＲＯＭに記録する発明が開示されている。
　特許文献２には、絶対位置エンコーダとして、永久磁石とこれに対向する第１、第２の磁気センサとを備え、第１磁気センサは機械角で９０度離間して設けられた２個のホール素子を有し、第２の磁気センサは機械角で３０度離間して設けられたＵ，Ｖ，Ｗ相用の３個のホール素子と有し、回転軸の絶対角度位置を検出するようにした発明が開示されている。特許文献２の発明では、さらに、回転軸の半径方向外側に位置する、インクリメンタル形エンコーダを備えている。
　また、特許文献３には、出力値が逆の相関関係を有する１対のホール素子を設けた２組のホールＩＣと、制御装置と通信部とを有し、１対のホール素子の加算値の状態からホール素子の異常を判定できるセンサ装置が開示されている。また、制御装置とホール素子間でチェック信号を送受することにより、通信部やホール素子の異常も検出することもできる。
特許第６２３２５２６号公報 特開２０１７―１８１２３５号公報 特開２０１５－０９８２２３号公報
　自動車等の各被駆動部材を駆動するＤＣモータを、サーボモータとして閉ループで制御するためには、モータの回転速度、回転位相、回転方向等の正確な情報が必要である。これらの正確な情報により、被駆動部材の起動・停止、速度制御、位置制御等を行うことで、被駆動部材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、より高精度の情報が必要であり、モータの回転軸の絶対角度もしくは絶対的原点位置（アブソリュート位置：Ｚｏ）の情報が必要になる。
　また、被駆動部材の安全な運転を行うためには、モータの回転軸の角度を検出する角度センサの故障に対する冗長性を高めることも必要である。
　特許文献１に記載の発明では、エンコーダとして１対のＭＲセンサを使用しているため、センサの信頼度は高いものの、エンコーダのセンサとしてホール素子のみを使用する場合に比べて、コスト高になるという課題がある。
　特許文献２に記載の発明は、絶対角度位置検出装置として、回転軸の端面側に設けられた絶対位置エンコーダと、回転軸の半径方向外側に設けられたインクリメンタル形エンコーダとを備えており、全体として、構成が複雑である。
　特許文献３に記載の発明では、４個のホール素子の出力値を演算し、それらの少なくとも１つに基づきトーションバーの捩じれ角を演算している。しかし、特許文献３には、ホール素子のセンサとしての信頼度の低さを補うことについての配慮は開示されていない。
　本発明の１つの目的は、多回転・絶対位置エンコーダとして、安価なホール素子の出力信号を利用しながら高い精度の位置情報を生成できる、ＤＣ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、上記多回転・絶対位置エンコーダが故障した場合にも、ホール素子の出力で比較的高精度にバックアップ制御を継続できる、ＤＣ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、駆動信号を生成して出力し、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各ステータコイルに供給される電力を制御する制御ユニットと、多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダとを有する、ブラシレスＤＣモータの制御装置において、
　前記エンコーダは、前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
　前記２組のホール素子群は、前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
　前記制御ユニットは、前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置を、マグネット原点位置とし、前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともに、前記マグネットの原点位置の情報を生成する機能と、前記ロータの極数に合わせて前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報を生成する機能と、前記ブラシレスＤＣモータのステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係と前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、前記マグネットは前記原点位置が、前記回転軸の前記絶対原点位置と同期する位置に固定されており、
　前記エンコーダを前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記モータを駆動するように構成されている。
　これにより、２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値の２組のアブソリュート位置情報を生成できる。そのため、安価で信頼性が高く、かつ、故障判定が容易な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度にサーボ制御を継続できる。
　本発明の他の態様によれば、前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、前記制御ユニットは、前記回転軸の１回転毎に、前記第１ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１－avg.）を算出して出力し、前記第２ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ２－avg.）を算出して出力する機能と、前記第１ホール素子群の出力の平均値及び前記第２ホール素子群の出力の平均値に基づき、各々、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力する機能を有する。
　また、本発明の他の態様によれば、前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、前記制御ユニットは、１回転毎の前記各ホール素子Ｈ１－Ｈ３のいずれかの出力パルスが予め設定された閾値の範囲外である場合には、当該ホール素子に異常有りと判定し、センサ異常信号を出力する機能と、正常な前記ホール素子群がある場合にはその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有する。
　本発明の他の態様によれば、前記制御ユニットは、前記第１、第２ホール素子群の出力に基づく前記アブソリュート信号を比較し、前記両アブソリュート信号の差分値が許容値を超えていれば、前記モータの異常と判定する機能と、正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有するする機能を有することを特徴とする。
　本発明によれば、これらの特徴により、実質的に同じ値の２組の多回転のアブソリュート信号からなる比較的高精度の位置情報を生成できる。そのため、回転センサの第１のホール素子群若しくは第２のホール素子群が故障した場合でもバックアップ制御を円滑に行える、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。
　本発明は、ブラシ付のＤＣモータにも適用することができる。これにより、ブラシ付のＤＣモータについても、安価で信頼性が高く、かつ、故障判定が容易なＤＣモータの制御装置を提供できる。
　本発明によれば、エンコーダとして安価なホール素子の出力信号を利用しながら、安価で信頼性の高い、多回転・絶対位置の情報を生成できる、ＤＣモータの制御装置を提供することができる。
本発明の第１の実施例に基づく制御装置を備えた、ブラシレスＤＣモータの構成例を示す機能ブロック図である。 第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの縦断面図である。 ブラシレスＤＣモータのステータ及びロータの構成例を示す、図２ＡのＢ－Ｂ断面図である。 エンコーダの構成例を示す、図２ＡのＣ－Ｃ断面図である。 第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の構成例を示す図である。 第１の実施例における、アブソリュート回転情報生成部の構成例を示す図である。 第１の実施例における、モータ制御部及びモータ異常判定処理部の構成例を示す図である。 図４Ａにおける、ホール素子出力処理部の具体的な構成例を示す図である。 第１の実施例における、初期設定処理の概要を説明するタイムチャートである。 エンコーダから出力されたホール素子群のアナログ信号を、モータ制御ユニットで処理する概念を示す図である。 アブソリュート回転情報生成部において生成されるＡ相、Ｂ相の信号と、これらの信号に基づいて生成される、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号、及び、仮の原点位置（Ｔ０）との関係を説明する図である。 図６に示した初期設定処理時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。 初期設定処理時の、ＰＷＭ信号とエンコーダの出力との関係、及び同期処理の概念を示す図である。 図２Ｂのロータを備えたモータにおける、ステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係、及び、逆起電力の関係を示す図である。 モータの駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める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、通常運転モード時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。 通常運転モード時の、モータ制御部及びモータ異常判定処理部の動作の詳細を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例に基づく、制御装置を備えたアウターロータ型のブラシレスＤＣモータの構成例を示す機能ブロック図である。 第２の実施例における、エンコーダのマグネットの位置決め方法を説明する図である。
　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、制御装置を備えたるラシレスＤＣモータの機能ブロック図である。ブラシレスＤＣモータ１０（以下、単に、モータ１０）は、インナーロータ形の三相ブラシレスＤＣサーボモータであり、モータ本体１００として、回転軸１３と一体に形成された永久磁石タイプのロータと、モータのハウジングに設けられたステータとを備え、ハウジングに設けられた軸受により回転軸１３が回転自在に保持されている。モータ１０のモータハウジングの内部には、回転軸１３の一端側に設けられたエンコーダ２０、モータ制御ユニット３０、及び、モータ駆動回路４０が配設されている。４２は主電源である。
　なお、モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０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。あるいはコンピュータの機能の一部として実現される。以下では、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。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、通信機能（シリアルＩ／Ｆ等）を１つのＬＳＩに集積したものである。メモリに保持された特定のプログラムをＣＰＵ上で実行することで、ブラシレスＤＣモータのモータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０の各機能が実現される。
　ブラシレスＤＣモータ１０の回転軸１３の他端には、減速機を構成するピニオン等が設けられている。すなわち、回転軸１３の回転が減速機で減速され、直接もしくはクラッチを介して、被駆動部材５０に伝達される。被駆動部材５０としては、例を挙げると、自動車のドアオープナーや、ウオーターポンプ、ワイパー等がある。モータ１０の用途が自動車に限定されないことは言うまでもない。
　モータハウジングの内部には、回転軸１３の回転に伴う信号を出力するエンコーダ２０が設けられている。エンコーダ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、これに対向してモータハウジングに設けられマグネットの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しアナログ信号として出力する磁気センサとを有している。マグネット２１は、回転軸１３の一端面に固定部材１２６及び固定ピン１２７を介して固定されている。一方、磁気センサは、３個のホール素子（Ｈ１－Ｈ３）からなる第１のホール素子群２２、３個のホール素子（Ｈ４－Ｈ６）からなる第２のホール素子群２３、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加するホール素子電源２４、及び、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６を備えている。磁気センサの各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）には、全て同じ仕様のホールＩＣを用いる（本明細書では、特に区別する必要のない場合、ホールＩＣを、単に「ホール素子」と記載する）。
　磁気センサの第１のホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）２２は、回転軸１３の回転中心を中心とする単一の円周上に、等間隔、すなわち、１２０度（機械角）間隔で配置されている。第２のホール素子群（Ｈ４－Ｈ６）２３は、第１のホール素子群と同じ円周上において、第１のホール素子群の中間に、すなわち、各々６０度（機械角）ずつ位相のずれた位置に配置されている。なお、半径の異なる同心円上に、第１、第２のホール素子群を配置すると、同じ回転角でも第１、第２のホール素子群で検知される出力信号の電圧波形に差異があるため、第１、第２のホール素子群の出力を簡単に比較することができず、実用的ではない。
　モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０は、第１、第２のホール素子群のアナログ出力２８、２９が各々入力される第１、第２のアブソリュート回転情報生成部３１０、３２０、メモリ３３０、モータ制御部３４０、モータ異常判定処理部３５０、及び、通信制御部３６０を備えている。メモリ３３０には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び少なくとも１つの書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリが含まれており、バスを介してＣＰＵと接続されている。
　５００は、上位の制御装置、例えば、ＥＣＵ（Electric Control Unit）、携帯端末、あるいはネットワークを介して接続されたサーバ等であり、モータ制御部３４０及びモータ異常判定処理部３５０とシリアル通信ライン５０１、５０２等を介して接続されている。
　モータ制御ユニット３０のモータ制御部３４０では、制御装置５００からの外部指令や、エンコーダ２０からの回転情報、モータ本体１００の電流値、及び、被駆動装置５０からの情報等に応じて、モータ１０の駆動信号を生成する。そして、制御された電力がモータ駆動回路４０を介して給電端子４８からモータ１０の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各ステータコイルに供給される。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定数が保存されている。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの各種の指令値や制御上の目標値、後述するアブソリュート回転情報のデータ等が保持さる。
　なお、書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリとして、ＥＥＰＲＯＭやＦＲＡＭ（登録商標）（Ferroelectric Random Access Memory）などを採用すればよい。以下の説明では、このようなメモリを、単にＥＥＰＲＯＭとして記載する。
　モータ制御ユニット３０の第１、第２のアブソリュート回転情報生成部３１０、３２０において、エンコーダ２０から入力された各アナログ信号は各々デジタル信号に変換され、モータの回転に応じたインクリメンタルな信号（Ａ，Ｂ）が生成される。さらに、このＡ相、Ｂ相信号に基づいて、Ｚ相信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート回転情報が生成され、アブソリュート回転情報として、メモリ３３０の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に逐次、記録・更新される。すなわち、回転位相のみ互いに６０度異なり他は同じ条件で取得・生成された、第１、第２のアブソリュート回転情報が不揮発性メモリに、記録・更新される。
　本実施例では、第１のアブソリュート回転情報をモータ制御用のメインの回転情報として使用し、第２のアブソリュート回転情報はバックアップ情報として使用する。
　モータ制御ユニット３０は、メモリ３３０に記憶された外部からの指令値やエンコーダ２０からの各種の信号に基づいて、被駆動部材５０を駆動するブラシレスＤＣモータの回動位置、ひいては、被駆動部材５０の回動位置を演算し、被駆動部材５０が所定の目標位置で動作するように、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルへ電流を供給するインバータ駆動信号の情報を生成する。これらの信号に基づくＤＣモータ駆動用インバータ駆動信号の情報が、ブラシレスＤＣモータのモータ制御ユニット３０から、モータ駆動回路４０へシリアル通信ラインを介して出力される。
　なお、エンコーダ２０、制御ユニット３０、及び、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）３３０にバックアップ電源を付設しても良い。こ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。このバックアップ電源は、通常は、自動車のキースイッチがオンの状態で主電源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、エンコーダ、モータ制御ユニット、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。
　次に、第１の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの具体的な構成例について、説明する。図２Ａは、第１の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの縦断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＢ－Ｂ断面図である。図２Ｃは、図２ＡのＣ－Ｃ断面図である。
　ブラシレスＤＣモータ１０は、モータ本体１００を構成するカップ状のモータハウジングの内部に、３相のステータコイル１１が固定されている。ステータコイル１１は、周方向に等間隔に配置された９個の界磁鉄心１１２と、各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材１１３を介して巻かれた界磁コイル１１１とで構成されている。各界磁鉄心１１２に巻回された界磁コイル１１１は、モータ駆動回路４０から印加される電圧の位相によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相、すなわち、Ｕ相の界磁コイル（１１Ｕ１～１１Ｕ３）、Ｖ相の界磁コイル（１１Ｖ１～１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（１１Ｗ１～１１Ｗ３）に分類される。
　一方、８極の永久磁石を有するロータ１２が、回転軸１３と一体に形成され、これらが、モータ１０のモータハウジングの一部を構成する第１のエンドカバー１８、及びモータハウジングに設けられた１対の軸受１６、１７により、回転自在に保持されている。ロータ１２は、回転軸１３に固定されたロータヨーク１２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石１２２を有する、８極のロータである。ロータ１２の外周面は、ステータコア１１のティースに、空隙を介して対向している。
　なお、ブラシレスＤＣモータ１０のスロット数やマグネットの極数、モータハウジングやカバーなどの具体的構成は、実施例に限定されるものではない。
　エンコーダ２０とモータ制御ユニット３０は、共通の基板２７上に設けられている。この基板２７は、非磁性かつ電気的に絶縁性の樹脂板等からなり、複数、例えば、３本の支柱１２５により、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）がマグネット２１に対向し、かつ、各ホール素子及びマグネット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、モータハウジングの側面に固定され、非磁性材の第２のエンドカバー１９で覆われている。
　図面上では分かり易くするために、回転軸１３のモータハウジングの端からの突出長さや、固定部材１２６を、大きく表示している。実用上は、突出長さをできるだけ短く、例えば、３ｍｍ程度とするのが望ましい。固定部材１２６は非磁性材料、例えば樹脂製のカップ状の部材であり、例えばその一端にマグネット２１が一体にモールドされている。固定部材１２６は、そのカップ状の中空部に回転軸１３を挿入した状態で、回転軸１３に対して円周方向に回動自在であり、固定ピン１２７や接着剤により、固定部材１２６が回転軸１３に対して固定されている。
　また、回転軸１３の直径と、マグネットの直径、各ホール素子が配置される円の直径の関係は、同等のサイズ、あるいは、いずれかの側が若干大きくなるように、適宜設定すれば良い。一例を挙げると、回転軸１３の直径が１０ｍｍに対して、各ホール素子の配置される円の直径は１２ｍｍである。
　図２Ｃに示すように、本発明では、マグネット原点位置（Ｔ０）を平板状のマグネット２１の、Ｎ極領域とＳ極領域の境界線上の一方の端の位置と定義する。また、ブラシレスＤＣモータの駆動信号の零に同期する回転軸上の位置、例えば、駆動信号の零に同期するＡ相のパルスの立ち上がり時点に相当する、回転軸上の周方向上の特定の位置を、絶対原点位置（Ｚ０）と定義する。
　図２Ｃのマグネット原点位置（Ｔ０）は、仮の原点位置を示している。この位置は、本来、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）と一致すべきものである。
　本実施例では、ブラシレスＤＣモータの製造工程の最終段階において、ブラシレスＤＣモータの初期設定を行い、マグネットの仮の原点位置（Ｔ０）と絶対原点位置Ｚ０とが一致するようして、マグネットを回転軸に対して固定する。そのために、モータのステータとロータとが組み立てられた段階で、モータの駆動信号に対する回転軸上の絶対原点位置Ｚ０を求める。具体的には、第２のエンドカバー１９がモータハウジングの右側面に固定されていない状態で、回転軸に対してマグネット２１を仮固定し、ブラシレスＤＣモータを駆動することにより、特定のホール素子の出力の位相と、Ｕ相の界磁コイルの逆起電力の積分値ピークの位相と、インバータ駆動信号の零に対応するＵ相コイルの立ち上がりの位相の情報とを取得する。これらの各位相の同期関係に基づいて、回転軸上の絶対原点位置Ｚ０を求める。そして、次に、マグネット原点位置（Ｔ０）と絶対原点位置Ｚ０の位相が一致するように、回転軸上のマグネット２１の位置を決定し、回転軸にマグネット２１を正式に固定する。
　この初期設定の作業は、例えば、カメラ機能付きの作業ロボットのアーム等を用いて、あるいは、作業者自身によって処理される。この初期設定の具体的な方法については、後で詳細に述べる。
　図３は、第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の構成例を示す図である。
　ステータコイル１１において、各相の界磁コイル１１Ｕ～１１Ｗは、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３のコイルが直列に、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のコイルが直列に、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のコイルが直列に、各々結線されている。これらの３つのコイル群は、各々の一端が中性点で接続されている。
　モータ駆動回路４０は、ＦＥＴトランジスタから成る６つのスイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ６を含むインバータ４００、各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ６のゲート・ソース間に電圧、すなわちインバータ駆動信号を加えるインバータ駆動制御部４１０、電流制御部４４０、電流検出／制御部４５０、ステータ位相検出部４６０、電源電圧を平滑化する電解コンデンサ４７０、抵抗素子等で構成されている。各スイッチング素子ＦＥＴ１～ＦＥＴ６は、一端がブラシレスＤＣモータの本体１００の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイル１１Ｕ～１１Ｗに接続され、他端がスイッチを介して主電源である直流電源４２に接続されている。
　モータ制御ユニット３０は、ブラシレスＤＣモータの通常運転モードにおいて、運転指令と、通常運転モードモータ制御信号（iu，iv，iw）を基に生成された制御信号と、第１、第２アブソリュート回転情報とに基づいて、ブラシレスＤＣモータの本体１００の運転、例えば正弦波駆動を継続する。これにより、被駆動部材５０は、所定の動作範囲で、所定の運転パターンに基づく動作を行う。
　モータ制御ユニット３０は、モータ駆動回路４０と共に、１枚の基板２７上に実装される。この基板２７は、モータハウジングや第２のエンドカバー１９の内側面でかつ、エンコーダ２０に近接した位置に固定される。なお、基板２７は、ブラシレスＤＣモータが設置される環境によっては、ブラシレスＤＣモータの外部に設置しても良い。
　図４Ａに、第１アブソリュート回転情報生成部３１０及び第２アブソリュート回転情報生成部３２０の構成例を示す。第１アブソリュート回転情報生成部３１０は、第１ホール素子出力処理部３１１、センサ異常出力部３１２、第１アブソリュート回転情報変換・記録部３１３、原点位置設定部３１４、位相同期処理部３１５、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６、メモリ制御部３１７を備えている。第２アブソリュート回転情報生成部３２０も、同様に、第２ホール素子出力処理部３２１、センサ異常出力部３２２、第１アブソリュート回転情報変換・記録部３２３、原点位置設定部３２４、位相同期処理部３２５、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３２６、メモリ制御部３２７を備えている。
　位相同期処理部３１５、３２５は、第１、第２のアブソリュート回転情報間の位相のずれの有無を判定する。
　図４Ｂに示すように、モータ制御部３４０及びモータ異常判定処理部３５０は、モータ制御信号生成部３４１、駆動信号生成部３４２、自己イニシャライズ処理部３４３、サーボ制御部３４４、センサ・モータ異常時処理部３４５、及び、メモリ制御部３４６を備えている。
　モータ制御信号生成部３４１において、モータ制御ユニット３０からの指令に基づきモータ制御信号を生成し、駆動信号生成部３４２で生成された信号に基づきモータ駆動回路４０を駆動して各ステータコイルに供給される電流の位相を制御し、ロータを回転させる。自己イニシャライズ処理部３４３は、モータの起動時に、制御ユニット３０の自己イニシャライズ処理を行い、イニシャライズ駆動信号を生成してモータ駆動回路へ出力し、モータを駆動して、初期設定に必要なアブソリュート回転情報の生成・記録等の処理を行う。サーボ制御部３４４は、予め設定された運転指令値や外部から指示された運転条件とエンコーダ２０の第１、第２アブソリュート回転情報等基づいて、ブラシレスＤＣモータ１０のサーボ制御を実行する。また、モータ制御ユニット３０は、電流検出／制限部４５０で検出された電流に基づき、電流制御部４４０を介して、インバータ駆動制御部４１０に供給される最大の電力や電流を制御する。４６０は電流位相検出部であり、後で詳細に述べるように、初期設定時にブラシレスＤＣモータ１０の各相のコイルの逆起電力（ＶＢＵ、ＶＢＶ、ＶＢＷ）を検出し、モータ制御ユニット３０に伝送する。また、センサ・モータ異常時処理部３４５は、エンコーダ２０からの第１、第２アブソリュート回転情報に基づいて、センサやモータの異常時における処理を実行する。
　図５に、第１アブソリュート回転情報生成部３１０における、第１ホール素子出力処理部３１１の構成例を示す。この処理回路部３１１は、ＡＤ変換器３１１１、軸ずれ補正処理部３１１２、センサ異常判定部３１１３、振幅／角度変換処理部３１１４、平均角度値（ｈ１－avg.）算出部３１１５、平均角度値のパルスカウンタ３１１６、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部３１１７、位置決め情報生成部３１１８、及び、バッファメモリ３１１９を有している。第１ホール素子出力処理部３１１には必要に応じて温度センサ３１８の出力も入力される。この処理回路部３１１は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上で特定のプログラムを実行することにより実現され、逐次、第１ホール素子群のアナログ入力に基づき、第１ホール素子群の平均角度値（ｈ１－avg.）などを生成する機能を有している。第２ホール素子出力処理部３２１も、同様な構成を備え、平均角度値（ｈ２－avg.）を算出する機能等を備えている。
　次に、図６～図８を参照しながら、第１の実施例における、初期設定処理の概要を説明する。
　初期設定は、図６のタイムチャートに示したように、外部端末装置７００から、モータ制御ユニット３０の初期設定に関係したプログラム、すなわち自己イニシャライズ処理部３４３を起動し、必要なパラメータを設定することにより、開始される(Ｓ６０１)。
　なお、この段階では、モータのロータ（回転軸１３）に、マグネット２１が任意の位置（マグネット原点位置（Ｔ０））で仮固定されており(Ｓ６０３)、１対のホール素子群２２、２３や処理回路（アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０）が、モータハウジングの側面に固定され(Ｓ６０４)、かつ、第２のエンドカバー１９はまだモータハウジングの右側面に固定されていない。
　モータ制御ユニット３０では、初期設定に関係したプログラムの起動に伴い、初期設定用の任意（所定）のイニシャライズ駆動信号を生成し(Ｓ６０２)、モータの３相のステータコイル(固定子巻線)に駆動電力を供給し、モータを起動運転する(Ｓ６０５)。これに伴いロータ１２及びマグネット２１が正逆双方向に所定の回転数で回転し(Ｓ６０６)、エンコーダ２０(ホール素子群)や処理回路（第１、第２アブソリュート回転情報生成部)により、第１、第２ホール素子群の平均角度値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）に基づくパルス信号が生成される(Ｓ６０７)。また、マグネット原点位置の信号（Ｔ０）も生成出力される。モータ制御ユニット３０では、第１、第２のホール群の平均出力値に基づき、インクリメンタルなＡ相・Ｂ相の信号を生成し、各Ａ相，Ｂ相の信号のデータにＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、暫定的なアブソリュート信号を生成する(Ｓ６０８)。
　図７に、エンコーダ２０から出力された各ホール素子のアナログ信号を、モータ制御ユニット３０の第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で処理する概念を示している。
　ホール素子群（Ｈ１－Ｈ６）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だけ正回転（時計周り）して各ホール素子に作用する磁界の向きが回転すると、それに対応して各ホール素子の電気抵抗値、換言すると各ホール素子の出力信号の電圧が変動する。すなわち、図７の（ａ）に示したように、回転軸１３の１回転３６０°（機械角）毎に、各々のホール素子（Ｈ１－Ｈ６）から１周期分のＳＩＮ波のアナログ信号が出力される。
　ホール素子群の各アナログ信号は、モータ制御ユニット３０を構成するマイクロコンピュータの対応するアナログ入力端子、マルチプレクサ、及びサンプルホールド回路を経て、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０の各Ａ／Ｄ変換器３１１１に入力され、ここで、各々デジタル信号に変換される。
　各ホール素子から得られるデジタル信号は、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。軸ずれ補正処理部３１１２では、回転軸１３の１回転分のデータに基づき、各ホール素子の回転中心を抽出し、回転角度Θに対する信号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。
　インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部３１１７で、モータ１０の１回転毎に出力されるＡ相・Ｂ相の信号のパルス数は、ホール素子の精度や制御に必要とされる分解能等に応じて、任意の値に設定すればよい。例えば、１回転毎に５００～１０００パルスを設定する。
　センサ異常判定部３１１３では、１回転毎の各ホール素子Ｈ１－Ｈ３のいずれかの出力パルスが所定値に対して予め設定された閾値の範囲外である場合には、そのホール素子に異常有りと判定し、センサ異常出力部３１２からセンサ異常信号を出力する。例えば１回転毎の所定値が７２０パルスに設定されている場合、閾値を２パルスとし、この範囲を超えた場合には、そのホール素子に異常有りと判定する。
　正常なホール素子のデジタル信号は、次に、振幅／角度変換処理部３１１４で、例えば以下の関係に基づき、各ホール素子の出力アナログ信号が有していた振幅Ａが各々回転角度θに変換される。ホール素子の出力信号の振幅をＡとし、回転軸のマグネット原点位置（Ｔ０）からの回転角をθとすると、
　Ａ＝Ｋ×ｓｉｎθ
　但し、Ｋは定数
　従って、Ａ／Ｋのアークサイン（ａｓｉｎθ）値をとれば、回転角θが得られる。１８０°～３６０°の範囲では、出力信号が負の値となる。
　ホール素子１個のみの出力では、回転位置による誤差、ホール素子のばらつき、温度の影響などによる検出誤差がある。そこで、平均角度値算出部３１１５において、回転軸の１回転毎に第１ホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）を構成する３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１－avg.）を算出する。なお、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ３）設置位置における回転角の位相は、温度などの影響を受け難いという特性がある。そこで、本発明では、少なくともいずれかの１つ、以下ではホール素子Ｈ１の設置位置を基準として、その間の平均値（ｈ１－avg.）を算出する。平均値の算出にあたっては、中間のホール素子（Ｈ２、Ｈ３）の設置位置における出力信号の振幅のデータにも重みをつけ、電気角の内挿処理により多分割する。このようにして、回転軸の１回転あたり、例えば、各々、７２０パルスの、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に各々変換される。
　例えば、図７の（ａ）の第１ホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）の３点の出力に対応して、図７の（ｂ）に示すθａのデータが得られる。すなわち、図７の（ｂ）に示したように、同一円周上でかつ１２０度ずつ位相の異なる３点の第１ホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）の出力を平均値化することで、より精度の高い角度のデータ（ｈ１－avg.）を取得する。
　この検出角度値の平均値（ｈ１－avg.）を、エンコーダ２０の第１ホール素子群の出力とする。
　なお、ホール素子の数を４個以上とすることも考えられるが、構成が複雑化しコストアップするのに比して得られる精度向上の効果が少ないので、実用的ではない。
　この平均値の出力は次に、平均角度値のパルスカウンタ３１１６で加算され、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３１１７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）パルスのデータとして生成される。図７の（ｄ）は、第１ホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）の出力の平均値（ｈ１－avg.）に基づく第１のＡ相・Ｂ相信号の一例である。これらのＡ相・Ｂ相信号には、入力順に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、第１アブソリュート回転情報の基となる。
　なお、パルスカウンタ３１１６には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相信号を生成するのが望ましい。また、回転軸１３の１回転毎に１回、（ｈ１－avg.）が零になる角度において、マグネット原点位置（Ｔ０）信号を生成する。この信号は、回転軸１３の回転数を検知する信号と兼用することもできる。
　第２ホール素子群の出力（ｈ２－avg.）の処理についても、同様である。図７の（ｃ）は、第２ホール素子群の出力に基づく検出角度値の平均値（ｈ２－avg.）の一例であり、図７の（ｅ）は、第２ホール素子群の検出角度値の平均値（ｈ２－avg.）に基づく第２のＡ相・Ｂ相信号の一例である。これらのＡ相・Ｂ相信号には入力順に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、第２アブソリュート回転情報の基となる。
　第１アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ１－avg.）と第２アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ２－avg.）との間には、位相差（機械角）θBの差がある。換言すると、マグネット２１が逆回転する場合には、この位相差の関係は逆になる。
　また、位置決め情報生成部３１１８では、第１、第２アブソリュート回転情報生成部による検出角度値の平均値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）に基づき、それらの値が零（回転角０度）毎に、位置決め情報Ｓｎ、Ｓｓｎ（図１０参照）を生成する。第１、第２のＡ相・Ｂ相信号、位置決め情報Ｓｎ、Ｓｓｎ、及び、センサ異常信号は、バッファメモリ３１１９に保持され、さらに、メモリ制御部３１７を介して、メモリ３３０の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に逐次、記録・更新される。
　図６のタイムチャートに戻り、次に、原点位置設定部３１４において、モータのステータコイル１１１への駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力（ＶＢＵ、ＶＢＶ、ＶＢＷ）の検出を行い(Ｓ６０９)、逆起電力の積分値ピークの位相Ｐｚの情報を取得する(Ｓ６１０)。
　一方、初期設定駆動信号（iu，iv，iw）に合わせて、アブソリュート回転情報のＡ，Ｂの出力信号から、ロータ１２の極数に合わせて、モータを正逆双方向に正負の回転数、例えば各々１回転させるのに必要な、電気角で１２０°の間隔で立ち上がるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報を生成する。例えば、機械角４５°毎に、ロータ１２が１回転するように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のテーブルを生成し、メモリに記録する。
　また、Ｕ相、Ｖ相の信号の立ち上がりは、Ａ相信号の立ち上がり位相に同期している。同様にして、Ｗ相の信号の立ち上がり位相や、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の立ち下がり位相を示す位相情報も、テーブルに記録される。この点に関しては、後で図１１、図１２を参照して説明する。
　次に、マグネット原点位置（Ｔ０）と、Ａ，Ｂの出力信号と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相信号の立ち上がり位相Ｓnとを同期させ、各相の暫定アブソリュート回転情報（Ｔ０基準）を生成し、メモリに記録する(Ｓ６１１)。
　なお、この段階では、このマグネット原点位置（Ｔ０）が、エンコーダの絶対原点位置（Ｚ０）とどのような対応関係にあるかは明確ではない。
　次に、前に求めた積分値ピークＰzの位相に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の立ち上がり位相Ｓnを抽出する(Ｓ６１２)。
　さらに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに関する信号に対して、Ｔ０基準のＺ相の幅を確定する。そして、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６で、各相の幅信号を付加した暫定アブソリュート回転情報のテーブルを生成する(Ｓ６１３)。
　マグネット原点位置（Ｔ０）に対応する最初のＡ相信号の立ち上がり位置、換言するとＵ相信号の立ち上がり位置から、Ｕ相コイルへの励磁電流が増加する。そのため、図７の（ｂ）の例では、回転軸１３の１回転に１つ、例えば、Ｕ相コイルへの励磁電流が増加方向にある、回転角度Θ＝１００°（電気角）の積分値ピークの位置が、エンコーダのマグネットの絶対原点位置を求めるための１つの「位置決め情報（Ｓn）」とし、ＥＥＰＲＯＭに記録される。
　次に、原点位置設定部３１４において、エンコーダの出力、前記積分値ピーク及び前記回転軸の回転角の情報の関係に基づいて、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める（Ｓ６１４）。
　このようにして、初期設定駆動信号に対応するＡ相、Ｂ相信号及びＵ相の逆起電力の積分値の情報を基にした、「回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）」のデータが得られる。
　図８は、アブソリュート回転情報生成部において生成される、マグネット原点位置（Ｔ０）基準の、Ａ相、Ｂ相の信号と、これらの信号に基づいて生成される、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の関係を示している。
　ここまでの一連の処理が完了したら、次に、モータ制御ユニット３０から外部端末装置７００へ、回転軸に対するマグネットの位置決めの要求を送る(Ｓ６１５)。
　これを受けて、モータ制御ユニット３０は、作業ロボットもしくは作業者に、「ロータを固定し、マグネットの仮固定を外し、マグネットを回転軸に対して回転させる」指令を送る(Ｓ６１６)。マグネット２１の回転に伴いエンコーダ２０から図７の（ａ）に示したような出力、すなわち、マグネット原点位置（Ｔ０）の情報が得られる(Ｓ６１７)。このマグネット２１のマグネット原点位置（Ｔ０）の情報はモータ制御ユニット３０を経由して(Ｓ６１８)、外部端末装置７００に送信される。作業ロボットや作業者などは、マグネット原点位置（Ｔ０）の情報を基に、マグネットを回転軸に対して絶対原点位置Ｚ０に固定すべき位置（Ｔ０＝Ｚ０）を決定する(Ｓ６１９)。これに伴い、マグネットの回転軸に対する位置が絶対位置Ｚ０に設定され(Ｓ６２０)、作業ロボット等がマグネット２１を回転軸に固定する(Ｓ６２１)。モータ制御ユニット３０は、さらに、作業ロボット等に、「ロータの固定を解除」する指令を送る(Ｓ６２２)。
　その後、エンコーダから得られた全ての信号の位置データが絶対原点位置Ｚ０基準に変更され、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る。このようにして、回転軸１３の絶対原点位置を表す、アブソリュート回転情報に変換される。すなわち、各相信号の暫定アブソリュート回転情報(（Ｔ０）基準）を、絶対原点位置Ｚ０基準に補正したアブソリュート回転情報のテーブルとして生成し(Ｓ６２３)、ＥＥＰＲＯＭに記録する。
　同様にして、各相の多回転アブソリュート回転情報を生成し、ＥＥＰＲＯＭに記録する(Ｓ６２４)。これを受けて、初期設定は終了する(Ｓ６２５)。
　次に、初期設定の処理について、図９～図１２を参照しながら、より詳細に説明する。
　本発明の第１の実施例におけるモータ制御ユニット３０は、電源立ち上げ直後に、初期設定プログラムを起動する。まず、電源立ち上げ直後に、初期設定済か否かをチェックし、否の場合、初期設定処理モードに移行する。
　図９に、モータ制御ユニット３０の初期設定処理時の、アブソリュート回転情報生成処理の詳細を示す。
　初期設定処理では、まず、固定部材１２６に保持されたマグネット２１を、図２Ｃに示した暫定位置(（Ｔ０）基準）で回転軸１３に対して固定ピン１２７により仮固定する。そして、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ９１０）、自己イニシャライズ処理部３４３で、初期設定のための初期設定駆動信号、例えばインバータ駆動用のＰＷＭ信号(±Ｎ回転)を生成する。初期設定駆動信号（iu，iv，iw）は、ブラシレスＤＣモータを、零回転を挟んで正、逆方向に各々１～数回転だけ駆動する信号で足りる（図１２参照）。この初期設定駆動信号を、モータ制御信号生成部３４２へ出力し、サーボ制御部３４４において生成されたインバータ駆動信号（ＰＷＭ信号）で、ブラシレスＤＣモータの本体１００を駆動する（Ｓ９１１）。初期設定処理では、ブラシレスＤＣモータをオープン制御の状態で、初期設定駆動信号により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルへ電力を供給してブラシレスＤＣモータを駆動する。そして、第１、第２のホール群の平均出力値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）を取得する（Ｓ９１２）。
　図１０は、初期設定処理時の、第１、第２ホール素子群の出力の振幅／角度変換処理後の平均値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）と、位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）の関係を示している。位置決め情報は、正回転指令時のＡ相信号の０度に対応する平均値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）が各々零（回転角０度）に相当する位置で生成されている。なお、ＺαとＺα’は、後述するように、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に相当する位相を示している。
　そして、第１、第２のホール群の平均出力値に基づく、Ａ相・Ｂ相の信号を生成する。また、第１、第２のホール素子群のセンサが正常か判定する（Ｓ９１３）。例えば、位相同期処理部３１５、３２５により、第１、第２のホール群の平均出力値に基づく、Ａ相・Ｂ相の信号の位相が所定の関係（位相差＝θB）にあるかを判定する。また、異常信号が出力されているセンサがある場合には、正常なホール素子群の出力でＡ相・Ｂ相の信号を生成する（Ｓ９１４）。第１、第２のホール素子群のセンサが共に異常の場合には、安全のための緊急の運転モードに移行する。ホール素子の異常は、上位のＥＣＵに通知するとともに、センサ・モータ異常時処理部３４５で所定の処理を実行する（Ｓ９１５）。
　各センサが正常な場合、次に、第１、第２のホール群の平均出力値に基づくＡ相、Ｂ相信号のアブソリュート化を行う（Ｓ９１６）。すなわち、第１、第２のホール素子群のＡ相、Ｂ相信号の各データにＥＥＰＲＯＭへの書き込み用のアドレスの付与（番地付け）を行う。このようにして、暫定的な第１、第２の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。暫定的な第１、第２のアブソリュート信号のデータには、共に、絶対原点位置（Ｚ０）を基準とするアドレスが付与される。すなわち、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与された後の第１、第２のアブソリュート値のテーブルのデータは、図１０において、相対応する位置決め情報（Ｓn）、（Ｓｓn）間に位相差（＝θB）の無い、絶対原点位置基準のデータである。
　次に、回転軸に対するマグネットの絶対位置を求め、絶対位置情報に基づくアブソリュート信号のデータを生成できるようにするための、原点位置設定部３１４による一連の処理に移行する。まず、最初に駆動信号に基づく、ステータコイルへの駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力の検出を行い、逆起電力の積分値ピークＰzを検出する。
　この逆起電力の検出について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、８極の永久磁石を有するロータを備えたＤＣモータにおける、ステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係、及び、各界磁コイルの逆起電力の関係を示す図である。ここでは、０°～１２０°（電気角）の範囲のみの関係を示している。
　ステータの各界磁コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗへ供給される電流の位相を回転させることにより、ロータ１２が回転する。この各界磁コイルへ供給される電流の大きさとその方向に応じて、各界磁コイルに逆起電力Ｖｂｕ、Ｖｂｖ、Ｖｂｗが発生する。
　原点位置設定部３１４では、各相信号の立ち上り位相の抽出を行い、各相の逆起電力の積分演算を行い、積分値が所定の閾値を超えたピーク位置Ｐzを検出する。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各駆動信号の位相データにおける、各駆動信号の立ち上がり位置（Ｓｎ、Ｓｓｎ）を抽出する（Ｓ９１８）。
　例えば、Ｕ相の逆起電力の積分値ピークに着目すると、１回転（３６０°）当たり、６回の積分値ピークが得られる。同様に、Ｖ相の界磁コイル（１１Ｖ１～１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（１１Ｗ１～１１Ｗ３）に関しても、各々、１回転当たり、６回の積分値ピークが得られる。
　図９に戻り、Ｚ相信号及び幅信号の生成部３１６は、次に、各相コイルの信号の幅を設定する（Ｓ９１９）。
　例えば、Ａ相信号の立ち上がりに同期し、Ａ相信号の１／２周期の幅を有する「Ｚの幅（１）」の信号を確定する。さらに、Ａ相信号の立ち上がりに同期し、Ａ相信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（２）」の信号を確定する。同様にして、Ｂ相信号の立ち上がりに同期し、Ｂ相信号の１／２周期の幅を有する「Ｚの幅（３）」の信号を確定する。さらに、Ｂ相信号の立ち上がりに同期し、Ｂ相信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（４）」の信号を確定する。各Ｚ相の幅のデータは、ＰＷＭ信号の生成などに用いられる。
　Ｚ相信号が得られた、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の、各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、（Ｔ０）基準の暫定アブソリュート回転情報のデータとなる。
　次に、原点位置設定部３１４において、第１、第２のホール群の平均出力値、前記積分値ピーク及び前記回転軸の回転角の情報の関係に基づいて、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める（Ｓ９２０）。
　図１２は、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める処理を説明するタイムチャートである。
　インバータ駆動信号を出力してブラシレスＤＣモータを正・逆双方向に駆動すると、エンコーダ２０及び第１、第２アブソリュート回転情報生成部から、指令値（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の駆動信号）に対応するＡ相、Ｂ相信号が得られる。また、前記した通り、位相検出部４６０からのデータに基づき、原点位置設定部３１４において、対応する複数のピーク位置、すなわち、複数の位置決め情報が得られる。
　回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に対応する位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）は、回転軸１３の１回転に１つ出力されるべきである。さらに、この位置決め情報は、Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１相のコイルへの励磁電流が増加方向にある区間内の、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する位置と定義する。この場合、ブラシレスＤＣモータが正回転の状態で、回転軸がこの絶対原点位置（Ｚ０）を通過する必要がある。
　そこで、原点位置設定部３１４において、図１２に示すように、ブラシレスＤＣモータを起動し、初期設定駆動信号（インバータ駆動信号）により、間に零回転を含む範囲で、ブラシレスＤＣモータを正回転もしくは逆回転させる。
　ブラシレスＤＣモータを、例えば、－１回転から＋１回転まで正回転させた場合、－１回転から零回転を通過し＋１回転まで回転する間に、図１２の上段に示すように、Ｕ相コイルの逆起電力の積分値（ピーク値）が閾値に達する。このようにして、各信号の立ち上がり時点に対応する位置決め情報（Ｓ１）～（Ｓ６）が出力される。
　次に、これらＵ相の逆起電力の積分値（ピーク値）が閾値に達する位置決め情報（Ｓ１）～（Ｓ６）の位相の中で、上記定義に基づき、図１２の中段に示したように、インバータ駆動信号のＵ相コイルのＰＷＭ信号のＯＮデューティが零に同期する、位置決め情報（Ｓ４）の位相Ｚαが、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に同期していると判定する。
　なお、Ｕ相コイルに代えて、Ｖ相若しくはＷ相のコイルへの励磁電流を基に、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）に同期する位置決め情報を出力するようにしても良い。
　また、逆起電力の積分値の代わりに、設計情報に基づき、界磁コイル１１１と界磁鉄心１１２の構造、ひいては界磁鉄心における磁極の切り替わり位置を機械的に求め、モータのステータ上に磁極の切り替わり位置をマークで表示し、このマークを使用して、回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）を求めるようにしても良い。
　このようにして、マグネット原点位置（Ｔ０）基準の第１のアブソリュート値のテーブルが、初期設定駆動信号に対応する高分解能のＡ相、Ｂ相信号及びＵ相の逆起電力の積分値の情報を基にした、高精度の「回転軸上の絶対原点位置（Ｚ０）」のデータ、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のデータ、すなわち、絶対原点位置（Ｚ０）を基準としたアブソリュート値のテーブルに変換される。
　第２のアブソリュート値のテーブルについても同様に処理される。
　ここまでの一連の処理が完了したら、モータ制御ユニット３０から外部端末装置７００へ、マグネットの位置決めの要求を送り、これを受けて、モータ制御ユニット３０は、マグネットの位置決めの処理に移行する。
　回転軸１３を固定した状態で、回転軸１３上でマグネット２１を相対的に回転させると、回転角度に対して、第１ホール群の平均出力値が、図７にサイン波形で示されるように変化し、マグネット原点位置（Ｔ０）信号が出力される。そこで、マグネット２１を回転軸１３に対して回転させ、第１ホール群の平均出力値（マグネット原点位置（Ｔ０）信号）が、先に求めた絶対原点位置（Ｚ０）と一致する位置を求め、この位置でマグネット２１を回転軸１３に固定する。このようにして、マグネット２１は回転軸１３上の絶対原点位置（Ｚ０）に固定される。すなわち、マグネット２１は、このマグネットの原点位置（Ｔ０）が、回転軸１３の絶対原点位置（Ｚ０）と同期する位置に固定される。
　回転軸１３に対するマグネット２１の位置固定法の一例として、固定ピン１２７や接着剤等で、固定部材１２６を回転軸１３に固定する。
　これらの情報から、駆動信号と回転軸上のマグネットの角度の関係が求まり、マグネットを回転軸に対して相対的に回転させる。すなわち、各相の立ち上がり位置Ｓｎを絶対原点位置Ｚ０で補正して、暫定アブソリュート回転情報のデータを、絶対原点位置を基準とするアブソリュート回転情報のデータに変換する（Ｓ９２１）。これにより、駆動信号とエンコーダ２０の出力とを完全に同期させることが可能になる。
　次に、エンコーダから得られた全てのＡ相、Ｂ相信号は、各相信号の絶対位置Ｚ０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の絶対原点位置を表す、アブソリュート回転情報に変換される（Ｓ９２２）。すなわち、各相信号の暫定アブソリュート回転情報(Ｔ０基準）を、Ｚ０基準のデータに補正して、多回転のアブソリュート回転情報を生成する。
　これらの第１、第２のアブソリュート回転情報は、いずれも同じ絶対原点位置（Ｚ０）を基準としている。従って、全ホール素子群（Ｈ１－Ｈ６）が正常に機能している場合、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号にＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与された後の第１、第２のアブソリュート値のテーブルのデータは、実質的に同じ値のデータである。
　モータ制御ユニット３０では、次に、Ｚ０基準の第１、第２の多回転のアブソリュート回転情報（累積加算値）を、各々、ＥＥＰＲＯＭ３３３に記録する（Ｓ９２３)。
　次に、図１３は、第１の実施例における、初期設定処理が終わった後の、通常運転モード時における、第１のアブソリュート回転情報生成処理の詳細を示すフローチャートである。
　ブラシレスＤＣモータの制御ユニット３０は、正規の運転処理モードにおいては、モータ制御信号生成部３４１、駆動信号生成部３４２、サーボ制御部３４４等が動作し、外部指令、初期設定処理時の（又は、前回の運転が正常に終了した場合に上書きされた）ＥＥＰＲＯＭ３３３の情報やエンコーダ２０からの情報に基づき、ブラシレスＤＣモータを、サーボモータとして機能させる。なお、以下の処理は、図９のＳ９１３で、第１、第２のホール素子群の全てのセンサが正常と判定された場合の処理である。
　すなわち、駆動信号生成部３４２でＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号を生成し（Ｓ１３０１）、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）３３３から初期設定処理時の（又は、前回の運転が正常に終了した場合に上書きされた）駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数を取得し（Ｓ１３０２）、さらに、Ｚ相の幅の信号やＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）の位相のデータを取得する（Ｓ１３０３）。そして、制御ユニット３０は、ブラシレスＤＣモータが回転すると、第１、第２ホール素子群の検出角度値の平均値（ｈ１－avg.、ｈ２－avg.）に基づくＺ信号を各々取得する（Ｓ１３０４）。さらに、Ｕ相の立ち上がりを絶対原点位置（Ｚ０）に同期させる（Ｓ１３０５）。そして、第１、第２ホール素子群の検出角度値の平均値に基づくインクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号を取得し（Ｓ１３０６）、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、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート化を行う（Ｓ１３０７）。そして、Ｚ相信号とＡ相・Ｂ相信号とから、ブラシレスＤＣモータの回転速度と回転角の情報を含む第１、第２の多回転のアブソリュート信号を生成し（Ｓ１３０８、Ｓ１３０９）、これらのデータを、ＲＡＭを介してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ１３１０）。
　すなわち、ブラシレスＤＣ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、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各信号を含む第１、第２のアブソリュート回転情報がインクリメント、デクリメントされ、これらの情報は、ブラシレスＤＣモータの回転軸の現在位置を表す情報として、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録される。この処理を、運転終了（Ｓ１３１１）まで繰り返えす。
　次に、通常の運転モードでは、ブラシレスＤＣモータの本体１００が回転すると、制御ユニット３０は、第１のアブソリュート回転情報生成部３１０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいてブラシレスＤＣモータの回転速度・回転方向及び絶対原点位置を認識し、認識した回転速度と回転方向、及び絶対原点位置と、指令値とを比較して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに対するインバータ駆動用の正弦波駆動信号を生成する。さらに、モータの駆動回路４０としてのインバータに対して、ＰＷＭ信号のデューティ比を制御して電圧を連続的に変化させる。
　図１４のフローチャートを参照しながら、通常運転モードにおける、アブソリュート回転情報を利用した、制御ユニット３０の動作について説明する。
　通常運転モードにおいて、制御ユニット３０のモータ制御部３４０は、まず、ＲＡＭ等のメモリ３３０から、予め設定されたブラシレスＤＣサーボ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（Ｓ１４０１）。メモリには、被駆動部材の各目標位置に対応して設定されたブラシレスＤＣサーボモータの運転パターンに対応する目標速度として、正弦波駆動や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。
　モータ制御部３４０は、第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報を取得する（Ｓ１４０２）。また、第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報も取得する（Ｓ１４０３）。次に、第１、第２のホール素子群のホール素子の異常の有無をチェックし（Ｓ１４０４）、もし、いずれかのホール素子に異常がある場合は、上位のＥＣＵに異常情報を送信する（Ｓ１４０５）と共に、正常なホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う（Ｓ１４１４）。
　いずれのホール素子にも異常が無い場合には、モータ制御部３４０は、取得した第１ホール素子群の出力に基づく多回転・絶対原点位置情報に基づいて、ブラシレスＤＣモータの回転軸１３の回転角度、ひいては被駆動部材５０の絶対位置を認識する。モータ制御部３４０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。さらに、この速度指令値等に基づき、ブラシレスＤＣモータの回転をＰＩＤ制御するためのインバータ駆動信号を生成し（Ｓ１４０６）、モータ駆動回路４０へ出力する（Ｓ１４０７）。
　モータ制御部３４０は、モータの回転に伴う、第１、第２ホール素子群の出力に基づく第１、第２の多回転・アブソリュート回転情報を更新する（Ｓ１４０８、１４０９）。
　モータ制御部３４０は、さらに、第１、第２ホール素子群の出力に基づく多回転・アブソリュート回転情報の差分値の有無を算出し、第１、第２ホール素子群の出力の「ずれ」の有無を判定する（Ｓ１４１０）。
　「ずれ」判定においては、ＥＥＰＲＯＭに記録されている第１、第２の多回転・アブソリュート回転情報に関して、例えば現在の、換言すると最新のアドレスに基づきＡ相の情報を比較する。Ａ相の累積加算値の差分値が許容値を超えていれば「ずれ」有と判定する。例えば１回転７２０パルスの場合、許容値を２パルスとし、この範囲を超えた場合には、モータの異常と判定する。これらの結果に基づいて、「ずれ」有りが２回目の判定である場合（Ｓ１４１１、Ｓ１４１２）、モータに異常があると判定し、ＥＣＵ５００に、異常情報を送信する（Ｓ１４１３）。なお、エンコーダ２０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。そして、正常なホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御を行う（Ｓ１４１４）。
　また、第１、第２の多回転のアブソリュート信号は、絶対原点位置（Ｚ０）が共通な、実質的に同じ値のデータである。そのため、１組のホール素子群（あるいは１組のアブソリュート回転情報生成部）が故障した場合も、他のホール素子群（あるいは１組のアブソリュート回転情報生成部）の出力でスムーズにバックアップ制御に移行できる。
　ずれ量の判定（Ｓ１４１０）で「ずれ」がなかった場合、新たなインバータ駆動信号を生成し（Ｓ１４０６）、以下、同様の処理を繰り返し、終了の判定（Ｓ１４１５）で運転を終了する。
　このように、本実施例のブラシレスＤＣモータは、ロータリーエンコーダとして機能する1個のエンコーダ２０の出力を利用して制御されるサーボモータである。
　本実施例によれば、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる多回転・アブソリュート回転情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。
　次に、本発明の第２の実施例を説明する。この実施例では、実施例１におけるエンコーダのマグネット２１の代わりに、ブラシレスＤＣモータロータの磁極を利用する。図１５は、第２の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの縦断面図である。
　３相のステータコイル１１は、周方向に等間隔に配置された９個の界磁鉄心１１２と、各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材１１３を介して巻かれた界磁コイル１１１で構成されている。一方、８極の永久磁石を有するロータ１２が、回転軸１３と一体に形成され、１対の軸受１６、１７により、回転自在に保持されている。ロータ１２は、回転軸１３に固定されたロータヨーク１２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石１２２を有する、８極のロータである（図２Ｂ参照）。
　エンコーダ２０の６個のホール素子（Ｈ１－Ｈ６）が基板２７上に設けられている。この基板２７は、３本の支柱１２５により、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）が８個の永久磁石１２２に対向し、かつ、各ホール素子の回転中心と回転軸１３の軸芯とが一致するような関係で、カップ状のモータハウジングの側面（第２のエンドカバー）１９に固定されている。なお、基板２７には、３本の支柱１２５を円周方向に回転可能にするための長孔が設けられている。モータ制御ユニット３０はモータ駆動回路４０と共に、第２のエンドカバー１９の内側に固定されている。モータ制御ユニット３０やモータ駆動回路４０も、基板２７上に配置しても良い。モータ制御ユニット３０の機能は、以下に述べる点を除いて、実施例１のものとほぼ同じである。
　本実施例では、ロータ１２の隣接する複数のＮ極とＳ極の境界線の中で、図１２のＺ０に相当する１組の永久磁石１２２のＮ極とＳ極の境界線上の位置を、永久磁石原点位置（Ｚ０）と定義する。一方、ブラシレスＤＣモータの駆動信号の零に同期する回転軸上の位置、換言すると、駆動信号の零に同期するＡ相のパルスの立ち上がり時点に相当する、２組のホール素子群２２、２３の周方向上の特定の位置を、ホール素子原点位置（Ｔ０）と定義する。
　図１５のホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）は、仮の原点位置であり、この位置は、本来、永久磁石原点位置（Ｚ０）と一致すべきものである。
　実施例１では、回転軸に対してマグネット２１を仮固定していたが、本実施例では、回転軸１３とロータ１２は一体である。そこで、基板２７上の各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）の位置を、仮固定位置とし、ロータ１２の永久磁石に対する相対的な位置を修正して、ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）を永久磁石の原点位置（Ｚ０）と一致させる。ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）を修正できるように、換言すると、３本の支柱１２５で保持されている基板２７を円周方向に回転可能にするための、各支柱１２５に対応する長孔が基板２７に設けられている。本実施例では、図６のステップ６０３に相当する処理として、基板２７を任意の位置で各支柱１２５に固定する。そして、ホール素子群２２、２３の原点位置（Ｔ０）の変化に伴う、図７の（ａ）に示したような磁界の強度変化を、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で検知する。以下、図６と同様な処理を経て、回転軸（永久磁石１２２）に対する基板２７（ホール素子群２２、２３）の絶対的な位置関係の情報を取得し、図６のステップ６２１に相当する処理として、基板２７を正式に各支柱１２５に固定する。以降の処理は、図６と同じである。
　本実施例によれば、ロータの永久磁石に対する同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して、実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いＤＣモータの制御装置を提供することができる。
　次に、本発明を、アウターロータ形のブラシレスＤＣモータに適用した第５の実施例を説明する。図１６は、第３の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
　本実施例のブラシレスＤＣモータ１０は、アウター型のロータ１０００と、このロータ１０００を回転自在に支持するステータ１２００とから構成される。ロータ１０００は、回転軸１３００と、この回転軸１３００が底面に固定されたカップ状のロータカバー１１００と、ロータカバー１１００の筒状部の内周面に沿って配置された複数極のマグネット１１２０とを備えている。一方、ステータ１２００は、１対の軸受け１６、１７を介して回転軸１３００を回転自在に支持する支持部材１２０５と、ロータ１０００のマグネット１１２０の内側で半径方向のギャップを介して支持部材１２０５の筒状部１２０２にねじ等で固定されたステータコア１２２０と、このステータコア１２２０に巻回されたステータコイル１２１０とを備えている。支持部材１２０５には、外側からエンドカバー２６が固定されている。回転軸１３００の一端部及びエンドカバー２６には、エンコーダ２０が設けられている。
　エンコーダ２０は、回転軸１３００の一端面に固定された平板状のマグネット２１と、回転軸の軸方向においてこのマグネット２１に対向してモータのハウジング側に配置された２組のホール素子群を含んでいる。ホール素子群は、３個のホール素子からなる第１のホール素子群（Ｈ１－Ｈ３）２２、３個のホール素子からなる第２のホール素子群（Ｈ４－Ｈ６）２３、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加するホール素子電源２４、及び、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６を備えている。
　モータ制御ユニット３０の機能は、実施例１のものとほぼ同じである。
　本実施例でも、実施例１と同様にして、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高いアウターロータ形のＤＣモータの制御装置を提供することができる。
　本発明は、ブラシ付のＤＣモータにも適用することができる。例えば、特許文献１に記載のＤＣモータにおけるＭＲセンサユニットにおけるマグネットと本実施例のマグネットの構成は同じものとし、特許文献１の１対のＭＲセンサと処理回路部に代えて、本発明の実施例１に記載した第１、第２のホール素子群２２、２３と、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０とを採用する。
　すなわち、実施例４によれば、ブラシ付のＤＣモータにおいて、エンコーダは、回転軸の一端面に固定された平板状のマグネットと、これに対向してモータハウジングに設けられた３個のホール素子（Ｈ１－Ｈ３）からなる第１のホール素子群、及び、３個のホール素子（Ｈ４－Ｈ６）からなる第２のホール素子群、各ホール素子に共通の電圧Ｖccを印加する電源、及び、各ホール素子（Ｈ１－Ｈ６）に対応する増幅器２５、２６で構成される。エンコーダの出力は、第１、第２アブソリュート回転情報生成部３１０、３２０で処理される。なお、ブラシ付のＤＣモータの場合、マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置に対応づけるべき回転軸の絶対原点位置Ｚ０は、任意の位置に設定できる。そのため、実施例４のモータ制御ユニットは、実施例１の固定部材１２６及び固定ピン１２７が不要である。また、初期設定処理時に、実施例１の図９のステップ９２０に相当する処理を行う必要はない。モータ制御ユニットは、実施例１の図１０に示した例のように、第１、第２ホール素子群の出力の振幅／角度変換処理後の平均値（ｈ１－avg.）、（ｈ２－avg.）と、位置決め情報（Ｓｎ、Ｓｓｎ）の関係を取得し、これらの位置決め情報の中で、駆動信号のＯＮデューティが零に同期する位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、エンコーダの絶対原点位置とする。
　すなわち、実施例４のモータ制御ユニットは、回転軸の絶対原点位置の抽出に関する機能を除いて、実施例１とほぼ同じ構成、機能を有する。
　本実施例でも、実施例１と同様に、同じ特性の２組のホール素子群の出力信号を利用して実質的に同じ値のデータからなる位置情報を生成し、安価で信頼性の高い故障判定が可能な、ＤＣモータの制御装置を提供できる。また、１組のホール素子群が故障した場合も、他のホール素子群の出力で直ちにバックアップ制御できる。そのため、比較的高精度の位置情報を生成できる、安価で信頼性の高い、ブラシ付ＤＣモータの制御装置を提供することができる。
１０　モータ
１１　ステータコイル
１２　ロータ
１３　回転軸
１４　減速機
１６、１７　軸受
１８　第１のエンドカバー
１９　第２のエンドカバー
２０　エンコーダ
２１　マグネット
２２　第１のホール素子群
２３　第２のホール素子群
２４　ホール素子電源
２５、２６　増幅器
２８　第１のホール素子群のアナログ出力
２９　第２のホール素子群のアナログ出力
３０　モータ制御ユニット
４０　モータ駆動回路
４２　主電源
４８　給電端子
５０　被駆動装置
１００　モータ本体
１１１　界磁コイル
１１２　界磁鉄心
１２６　固定部材
１２７　固定ピン
３１０　第１のアブソリュート回転情報生成部
３１１　第１ホール素子出力処理部
３１１１　ＡＤ変換器
３１１２　軸ずれ補正処理部
３１１３　センサ異常判定部
３１１４　振幅／角度変換処理部
３１１５　平均角度値（ｈ１－avg.）算出部
３１１６　平均角度値のパルスカウンタ
３１１７　インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部
３１１８　位置決め情報生成部
３１１９　バッファメモリ
３１２　センサ異常出力部
３１３　第１アブソリュート回転情報変換・記録部
３１４　原点位置設定部
３１５　位相同期処理部
３１６　Ｚ相信号及び幅信号の生成部
３１７　メモリ制御部
３２０　第２のアブソリュート回転情報生成部
３３０　メモリ
３４０　モータ制御部
３４１　モータ制御信号生成部
３４２　駆動信号生成部
３４３　自己イニシャライズ処理部
３４４　サーボ制御部
３４５　センサ・モータ異常時処理部
３４６　メモリ制御部
３５０　モータ異常判定処理部
３６０　通信制御部
４００　インバータ
４１０　インバータ駆動制御部
４４０　電流制御部
４５０　電流検出／制限部
４６０　位相検出部
４７０　電解コンデンサ
５００　上位の制御装置

Claims (6)

  1. 　駆動信号を生成して出力し、ブラシレスＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各ステータコイルに供給される電力を制御する制御ユニットと、
    　多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダとを有する、ブラシレスＤＣモータの制御装置において、
    　前記エンコーダは、
    　前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
    　前記２組のホール素子群は、
    　前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
    　前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
    　前記制御ユニットは、
    　前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置を、マグネット原点位置とし、前記２組のホール素子群の出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力するとともに、前記マグネットの原点位置の情報を生成する機能と、
    　前記ロータの極数に合わせて前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報を生成する機能と、
    　前記ブラシレスＤＣモータのステータの各界磁コイルの磁極と電流の関係と前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
    　前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
    　前記マグネットは前記原点位置が、前記回転軸の前記絶対原点位置と同期する位置に固定されており、
    　前記エンコーダを前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記モータを駆動するように構成されていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
    　前記制御ユニットは、
    　前記回転軸の１回転毎に、前記第１ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ１－avg.）を算出して出力し、前記第２ホール素子群を構成する前記３個のホール素子の出力の平均値（ｈ２－avg.）を算出して出力する機能と、
    　前記第１ホール素子群の出力の平均値及び前記第２ホール素子群の出力の平均値に基づき、各々、前記回転軸の回転に伴うＡ相、Ｂ相の信号を生成して出力する機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記第１、第２のホール素子群の各ホール素子は、同じ仕様を有しており、
    　前記制御ユニットは、１回転毎の前記各ホール素子Ｈ１－Ｈ３のいずれかの出力パルスが予め設定された閾値の範囲外である場合には、当該ホール素子に異常有りと判定し、センサ異常信号を出力する機能と、
    　正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
  4. 　請求項２において、
    　前記制御ユニットは、
    　前記第１、第２ホール素子群の出力に基づく前記アブソリュート信号を比較し、前記両アブソリュート信号の差分値が許容値を超えていれば、前記モータの異常と判定する機能と、
    　正常な前記ホール素子群がある場合にその出力に基づくバックアップ制御等を行う機能とを有することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
  5. 　多極の永久磁石を有するロータの回転を検知する１個のエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づいてロータの回転を制御する制御装置を備えた、ブラシレスＤＣモータであって、
    　請求項１－４のいずれか１項に記載の前記エンコーダと前記制御ユニットを備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
  6. 　ＤＣモータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、
    　前記ＤＣモータの回転軸の回転を検知するエンコーダとを備え、
    　前記駆動信号に基づき、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、ブラシ付きＤＣモータの制御装置であって、
    　前記エンコーダは、
    　前記ロータの回転軸の一端に固定され、径方向に着磁された１組のＮ極領域とＳ極領域を有する平板状のマグネットと、該マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定された、２組のホール素子群とを備えており、
    　前記２組のホール素子群は、
    　前記回転軸の回転中心を中心とする単一の円周上に、３個のホール素子が等間隔で配置された第１のホール素子群と、
    　前記第１のホール素子群と同じ円周上において、前記第１のホール素子群の中間に３個のホール素子が等間隔で配置された第２のホール素子群とを有しており、
    　前記制御ユニットは、
    　前記２組のホール素子群の出力に基づいて、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する機能と、
    　前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の位置をマグネット原点位置とし、前記駆動信号の零に対応する前記Ａ相若しくは前記Ｂ相の出力信号の立ち上がり位相との同期関係に基づき、前記駆動信号に対する前記回転軸の絶対原点位置を取得する機能と、
    　前記Ａ相、Ｂ相、及び、前記Ａ相若しくは前記Ｂ相信号に基づくＺ相の信号を生成する機能と、
    　前記Ａ相、Ｂ相、及び前記Ｚ相の情報を、前記回転軸の前記絶対原点位置を基準とするアブソリュート信号のデータに変換する機能とを備えており、
    　前記エンコーダをロータリーエンコーダとして、前記アブソリュート信号に基づき前記ＤＣモータを駆動するように構成されていることを特徴とするＤＣモータの制御装置。
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