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JP3402597B2 - Actuator device - Google Patents
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JP3402597B2 - Actuator device - Google Patents

Actuator device

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JP3402597B2
JP3402597B2 JP2001347996A JP2001347996A JP3402597B2 JP 3402597 B2 JP3402597 B2 JP 3402597B2 JP 2001347996 A JP2001347996 A JP 2001347996A JP 2001347996 A JP2001347996 A JP 2001347996A JP 3402597 B2 JP3402597 B2 JP 3402597B2
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torque
phase
rotation angle
rotor shaft
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眞二 石井
義博 黒木
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータ装置
に関し、例えばAC(Alternating Current )サーボモ
ータに適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator device, and is suitable for application to, for example, an AC (Alternating Current) servo motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ACサーボモータにおいては、回
転自在に枢支されたロータと、当該ロータを取り囲むよ
うに所定間隔で固定配設された複数のステータ鉄心及び
各ステータ鉄心にそれぞれ巻回された複数のコイルから
なるステータとがモータケース内部に一体に収納される
ことにより構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an AC servomotor, a rotor rotatably supported, a plurality of stator cores fixedly arranged at a predetermined interval so as to surround the rotor, and each stator core are respectively wound. And a stator including a plurality of coils are integrally housed inside the motor case.

【0003】またACサーボモータにおいては、通常、
モータケースの外部におけるロータの軸(以下、これを
ロータ軸と呼ぶ)の反回転トルク出力側にロータ軸の回
転位置を検出する回転位置センサが設けられている。
Further, in the AC servo motor, normally,
A rotational position sensor for detecting the rotational position of the rotor shaft is provided on the side opposite to the rotational torque output of the rotor shaft (hereinafter referred to as the rotor shaft) outside the motor case.

【0004】そしてこのようなACサーボモータを用い
たアクチュエータシステムでは、ACサーボモータとは
別体にコントローラが設けられ、このコントローラにお
いてACサーボモータの回転位置センサから出力される
センサ信号を利用しながら所望回転出力を得るための各
種演算処理を実行し、当該演算結果に基づく駆動電流を
コントローラからACサーボモータに与えるようにして
当該ACサーボモータを回転制御するようになされてい
た。
In an actuator system using such an AC servo motor, a controller is provided separately from the AC servo motor, and the controller uses the sensor signal output from the rotational position sensor of the AC servo motor. Various arithmetic processes for obtaining a desired rotation output are executed, and a drive current based on the arithmetic result is supplied from the controller to the AC servo motor to control the rotation of the AC servo motor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところがかかるアクチ
ュエータシステムでは、コントローラ及びACサーボモ
ータ間を接続するケーブルとして、回転駆動用(コイル
用)に3本、回転位置センサ用に4本から12本の合計7
本から15本の比較的太い線材を必要とし、しかもこの線
材として、ノイズ等の影響や機械的振動による断線対策
を考慮した特殊なケーブル仕様のものが必要となる問題
があった。
However, in such an actuator system, a cable for connecting the controller and the AC servomotor is composed of three cables for rotational driving (for coils) and four to twelve cables for rotational position sensors. 7
There was a problem that a relatively thick wire rod from 15 to 15 was required, and that this wire rod also had a special cable specification in consideration of the influence of noise or the like and measures against disconnection due to mechanical vibration.

【0006】またかかるアクチュエータシステムにおい
ては、このようなACサーボモータ及びコントローラ間
の配線に加えて、当該コントローラ及びさらに上位のコ
ントローラ間の交信用配線等が必要であり、このためシ
ステム全体としての配線が多いことから構成が煩雑で組
立性が悪い問題があった。
Further, in such an actuator system, in addition to the wiring between the AC servo motor and the controller, communication wiring between the controller and a higher-order controller is required. Therefore, the wiring of the entire system is required. Since there are many cases, there is a problem that the structure is complicated and the assemblability is poor.

【0007】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、構造的にACサーボモータのロータ及び回転位
置センサが離れた位置に配置されるために、高精度かつ
高速に位置決めを行い得るようにするためにはACサー
ボモータのロータ軸を太くし、かつその結合部の構造材
としても機械的剛性の高いものが必要となるために、シ
ステム全体として重くかつ大きくなる問題があった。
Further, in such an actuator system, since the rotor of the AC servo motor and the rotational position sensor are structurally arranged at a distant position, the AC servo is required to perform positioning with high accuracy and high speed. Since the rotor shaft of the motor needs to be thick and the structural material of the connecting portion must have high mechanical rigidity, there is a problem that the system as a whole becomes heavy and large.

【0008】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、回転位置センサが大きく、重いために、高速な
位置決めを行い得るようにするためには、ACサーボモ
ータとして大きいものが必要となり、しかもその軸受け
として高剛性のものが必要となる問題があった。
Further, in such an actuator system, since the rotational position sensor is large and heavy, a large AC servomotor is required in order to perform high-speed positioning, and the bearing thereof has high rigidity. There was a problem that something was needed.

【0009】さらにかかるアクチュエータシステムにお
いては、ACサーボモータが駆動時に発熱するために当
該ACサーボモータに与える駆動電流の最大値が制限さ
れるが、実際上は最大の駆動電流値に対して安全率を含
んだ低い電流しかACサーボモータに与えることができ
ないために、出力トルクに制限を受ける問題があった。
Further, in such an actuator system, since the AC servo motor generates heat during driving, the maximum value of the drive current given to the AC servo motor is limited, but in reality, the safety factor with respect to the maximum drive current value. However, there is a problem in that the output torque is limited because only a low current including the current can be applied to the AC servomotor.

【0010】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、アクチュエータシステムの構成を簡易化させると共
に、性能を向上させながら容易に小型化させ得るアクチ
ュエータ装置を提案しようとするものである。
The present invention has been made in consideration of the above points, and it is an object of the present invention to propose an actuator device that simplifies the structure of an actuator system and can easily reduce the size while improving the performance.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、回転自在に枢支されたロータと、
ロータにトルクを発生させるステータとがハウジング内
に収納されたアクチュエータ装置において、ステータに
駆動電流を供給する駆動回路と、予め与えられた、回転
角度又は回転速度の指定に対する応答特性を決定する制
御ゲインパラメータを保持し、当該制御ゲインパラメー
タを用いて駆動回路に与える電流指令値を算出する演算
手段とをハウジングに設けるようにした。この結果、こ
のアクチュエータ装置では、当該アクチュエータ装置を
制御する演算手段を一体とすることができる。
In order to solve the above problems, in the present invention, a rotor rotatably supported,
In an actuator device in which a stator that generates torque in a rotor is housed in a housing, a drive circuit that supplies a drive current to the stator and a control gain that determines a response characteristic given in advance to a specified rotation angle or rotation speed. The housing is provided with an arithmetic means that holds the parameter and calculates the current command value to be given to the drive circuit using the control gain parameter. As a result, in this actuator device, the arithmetic means for controlling the actuator device can be integrated.

【0012】また本発明においては、回転自在に枢支さ
れたロータと、ロータにトルクを発生させるステータ
と、ロータ及びステータを収納するハウジングと、ロー
タに発生したトルクを増幅して出力軸を介して出力する
トルク増幅手段とを有するアクチュエータ装置におい
て、ハウジングに設けられ、ステータに駆動電流を供給
する駆動回路と、ハウジングに設けられ、予め与えられ
た、回転角度又は回転速度の指定に対する応答特性を決
定する制御ゲインパラメータを保持し、当該制御ゲイン
パラメータを用いて駆動回路に与える電流指令値を算出
する演算手段と、トルク増幅手段に設けられ、出力軸の
回転角度を検出する回転角度検出手段とを設け、演算手
段が、予め与えられたトルク増幅手段の数学的モデルを
用いて回転角度検出手段の検出結果からトルク増幅手段
の出力軸に与えられた外力の推定値を算出し、当該推定
結果に応じて電流指令値を決定するようにした。この結
果、このアクチュエータ装置では、当該アクチュエータ
装置を制御する演算手段を一体とすることができる。
Further, according to the present invention, a rotor rotatably supported, a stator for generating torque in the rotor, a housing for accommodating the rotor and the stator, and a torque generated in the rotor are amplified and passed through an output shaft. In an actuator device having a torque amplifying means for outputting as a drive signal, a drive circuit provided in a housing for supplying a drive current to a stator and a response characteristic given in advance in a housing for a specified rotation angle or rotation speed are provided. A calculation unit that holds the control gain parameter to be determined and calculates a current command value to be given to the drive circuit using the control gain parameter, and a rotation angle detection unit that is provided in the torque amplification unit and that detects the rotation angle of the output shaft. Is provided, and the calculation means uses the mathematical model of the torque amplification means given in advance to detect the rotation angle. And of calculating the estimated value of the external force given from the detection result to the output shaft of the torque amplifying means, and to determine the current command value in accordance with the estimation result. As a result, in this actuator device, the arithmetic means for controlling the actuator device can be integrated.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0014】(1)本実施の形態によるACサーボモー
タの構成 図1において、1は全体として本実施の形態によるAC
サーボモータを示し、回転トルクを発生させるモータ部
2と、当該モータ部2において発生された回転トルクを
増幅して出力するトルク増幅部3とから構成されてい
る。
(1) Configuration of AC Servo Motor According to the Present Embodiment In FIG. 1, reference numeral 1 indicates an AC according to the present embodiment as a whole.
A servo motor is shown, and includes a motor unit 2 that generates a rotation torque, and a torque amplification unit 3 that amplifies and outputs the rotation torque generated in the motor unit 2.

【0015】モータ部2においては、金属等の導電材か
らなるモータケース4の内部に回転軸受け5A、5Bに
より回転自在に枢支されたロータ軸6が設けられ、当該
ロータ軸6にロータ基体7及び図2(B)及び(C)の
ように4極に着磁されたリング状の永久磁石でなるロー
タマグネット8が同軸に一体化されることによりロータ
9が形成されている。
In the motor section 2, a rotor shaft 6 rotatably supported by rotary bearings 5A and 5B is provided inside a motor case 4 made of a conductive material such as metal, and a rotor base 7 is attached to the rotor shaft 6. Further, as shown in FIGS. 2B and 2C, a rotor 9 is formed by coaxially integrating a rotor magnet 8 which is a ring-shaped permanent magnet magnetized with four poles.

【0016】またモータケース4の内側には、図3及び
図4(A)に示すように、ロータ9を取り囲むように6
つのステータ鉄心10A〜10Fが等間隔(60〔°〕間
隔)で固着されると共に、これら各ステータ鉄心10
(10A〜10F)には、それぞれ巻線が施されること
によりコイル11(11A〜11F)が形成されてい
る。
Inside the motor case 4, as shown in FIG. 3 and FIG.
The stator cores 10A to 10F are fixed at equal intervals (60 [°] intervals), and each of the stator cores 10A to 10F is fixed.
The coils 11 (11A to 11F) are formed by winding the respective (10A to 10F).

【0017】これによりモータ部2においては、180
〔°〕対向する2つのコイル11(11A及び11D、
11B及び11E、11C及び11F)の組(合計3組
ある)をそれぞれU相、V相及びW相として、これらU
相、V相及びW相の各コイル11にそれぞれ120 〔°〕
ずつ位相がずれた駆動電流を印加して各コイル11に駆
動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生させることに
よってロータ9を介して駆動電流の電流値に応じた大き
さの回転トルクを発生させることができるようになされ
ている。
As a result, in the motor unit 2, 180
[°] Two opposing coils 11 (11A and 11D,
11B and 11E, 11C and 11F) (there are three sets in total) as U-phase, V-phase and W-phase, respectively.
120 [°] for each phase 11, V phase and W phase coil 11
By applying drive currents whose phases are shifted from each other to generate a magnetic field having a strength corresponding to the current value of the drive current in each coil 11, a rotational torque having a magnitude corresponding to the current value of the drive current is generated via the rotor 9. It is designed to be able to generate.

【0018】一方トルク増幅部3においては、図1及び
図5(A)〜(C)に示すように、モータケース4の先
端部に着脱自在に固定されたギアケース12を有する。
そしてこのギアケース12の内部には、当該ギアケース
12の内側面に固定された環状の内歯車13と、ロータ
軸6の先端部に固定された太陽歯車14と、内歯車13
及び太陽歯車14間に120 〔°〕間隔で配置された第1
〜第3の遊星歯車15A〜15Cとからなる遊星歯車機
構16が設けられている。
On the other hand, the torque amplification section 3 has a gear case 12 detachably fixed to the tip of the motor case 4, as shown in FIGS. 1 and 5A to 5C.
Inside the gear case 12, an annular internal gear 13 fixed to the inner surface of the gear case 12, a sun gear 14 fixed to the tip of the rotor shaft 6, and an internal gear 13
And the first arranged at 120 [°] intervals between the sun gear 14
~ A planetary gear mechanism 16 including third planetary gears 15A to 15C is provided.

【0019】また遊星歯車機構16の第1〜第3の遊星
歯車15A〜15Cの各軸17A〜17Cは、それぞれ
ギアケース12の先端に回転自在に配置された出力軸1
8に固定されている。
The shafts 17A to 17C of the first to third planetary gears 15A to 15C of the planetary gear mechanism 16 are rotatably arranged at the tip of the gear case 12, respectively.
It is fixed at 8.

【0020】これによりこのトルク増幅部3において
は、モータ部2からロータ軸6を介して与えられる回転
トルクを、遊星歯車機構16を介して増幅して出力軸1
8に伝達し、当該出力軸18を介して外部に出力し得る
ようになされている。
As a result, in the torque amplifying section 3, the rotational torque applied from the motor section 2 via the rotor shaft 6 is amplified via the planetary gear mechanism 16 to output the output shaft 1.
8 and can be output to the outside through the output shaft 18.

【0021】またトルク増幅部3には、出力軸18に固
着された環状の樹脂マグネット19と、当該樹脂マグネ
ット19の外周面と対向するようにギアケース12の外
周面に固着された第1及び第2の磁気センサ(以下、ホ
ール素子とする)20A、20Bとからなる1回転絶対
角度センサ21が設けられている。
In addition, the torque amplifying portion 3 has an annular resin magnet 19 fixed to the output shaft 18, and first and second resin magnets 19 fixed to the outer peripheral surface of the gear case 12 so as to face the outer peripheral surface of the resin magnet 19. A one-rotation absolute angle sensor 21 including a second magnetic sensor (hereinafter referred to as a Hall element) 20A and 20B is provided.

【0022】この場合樹脂マグネット19は、図5
(A)のように2極にかつ一周に亘って磁束密度φ(θ
g )が図6のように変化するように着磁されると共に、
第1及び第2のホール素子20A、20Bは、図5
(B)のように90〔°〕の位相差をもってギアケース1
2の外周面に固着されている。
In this case, the resin magnet 19 is shown in FIG.
As shown in (A), the magnetic flux density φ (θ
g) is magnetized so that it changes as shown in Fig. 6, and
The first and second Hall elements 20A and 20B are shown in FIG.
Gear case 1 with a phase difference of 90 ° as in (B)
It is fixed to the outer peripheral surface of 2.

【0023】これにより1回転絶対角度センサ21にお
いては、出力軸18の回転変位を、当該出力軸18の回
転に伴う第1及び第2のホール素子20A、20Bの配
設位置における磁束密度φ(θg )の変化として検出
し、検出結果を第1及び第2のホール素子20A、20
Bからそれぞれ図7に示すようなそれぞれsin(θ
g)及びcos(θg )で与えられる波形の第1及び第
2の1回転絶対角度センサ信号S1A、S1Bとして出
力することができるようになされている。
As a result, in the one-rotation absolute angle sensor 21, the rotational displacement of the output shaft 18 is caused by the magnetic flux density φ (at the position where the first and second Hall elements 20A and 20B are arranged due to the rotation of the output shaft 18. θg) as the change, and the detection result is detected by the first and second Hall elements 20A, 20
B to sin (θ
g) and cos (θg), the first and second single rotation absolute angle sensor signals S1A and S1B having a waveform can be output.

【0024】かかる構成に加えこのACサーボモータ1
の場合、モータ部2のモータケース4の内部には、ロー
タ軸6の磁極角度を検出するロータ軸磁極角度センサ2
2と、外部の上位コントローラ(図示せず)からの指令
に基づいて出力軸6の回転角度、回転速度及び回転トル
ク等を制御する制御基板23と、制御基板23の制御の
もとにモータ部2の各コイル11に駆動電流を供給する
パワー基板24とが収納されている。
In addition to this structure, this AC servomotor 1
In this case, the rotor shaft magnetic pole angle sensor 2 for detecting the magnetic pole angle of the rotor shaft 6 is provided inside the motor case 4 of the motor unit 2.
2, a control board 23 that controls a rotation angle, a rotation speed, a rotation torque, etc. of the output shaft 6 based on a command from an external host controller (not shown), and a motor unit under the control of the control board 23. A power board 24 for supplying a drive current to each of the coils 11 is housed.

【0025】この場合ロータ軸磁極角度センサ22は、
ロータ9のロータ基体7の前端面に固着された樹脂マグ
ネット25と、制御基板23に搭載された第1〜第4の
磁気センサ(以下、ホール素子とする)26A〜26D
とから形成されている。そして樹脂マグネット25は、
図2(B)及び(C)に示すように、ロータ9のロータ
マグネット8と同じ4極に着磁され、当該ロータマグネ
ット8と同位相でロータ基体7に固着されている。
In this case, the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 is
Resin magnet 25 fixed to the front end surface of rotor base 7 of rotor 9 and first to fourth magnetic sensors (hereinafter referred to as Hall elements) 26A to 26D mounted on control board 23.
It is formed from and. And the resin magnet 25 is
As shown in FIGS. 2B and 2C, the same four magnets as the rotor magnet 8 of the rotor 9 are magnetized and fixed to the rotor base 7 in the same phase as the rotor magnet 8.

【0026】また第1〜第4のホール素子26A〜26
Dは、図8(B)に示すように、ロータ軸6と同心円上
に、第1及び第2のホール素子26A、26Bが180
〔°〕対向し、かつ第3及び第4のホール素子26C、
26Dがこれら第1及び第2のホール素子26A、26
Bと同じ方向に45〔°〕位相がずれた位置に位置するよ
うに制御基板23に搭載されている。
The first to fourth Hall elements 26A to 26
8D, the first and second Hall elements 26A and 26B are arranged on the concentric circle with the rotor shaft 6 as shown in FIG. 8B.
[°] Opposing, and the third and fourth Hall elements 26C,
26D is the first and second Hall elements 26A, 26
It is mounted on the control board 23 so as to be located at a position shifted by 45 [°] in the same direction as B.

【0027】これによりこのロータ軸回転角度センサ2
2においては、ロータ軸6の磁極角度を、当該ローラ軸
6と一体に回転する樹脂マグネット25の回転に伴う第
1〜第4のホール素子26A〜26Dの配設位置におけ
る磁束密度の変化として検出し得るようになされてい
る。
As a result, this rotor shaft rotation angle sensor 2
2, the magnetic pole angle of the rotor shaft 6 is detected as a change in the magnetic flux density at the positions where the first to fourth Hall elements 26A to 26D are arranged due to the rotation of the resin magnet 25 rotating integrally with the roller shaft 6. It is designed to be able to do.

【0028】なおロータ軸6の磁極角度とは、ロータ軸
6の機械的な回転角度にロータマグネット8の磁極数の
半分の値を掛けた角度((2)式参照)と定義する。こ
の実施の形態においては、ロータマグネット8が4極に
着磁されているため、磁気角度は0から2πまでの範囲
の値をとる。
The magnetic pole angle of the rotor shaft 6 is defined as the angle obtained by multiplying the mechanical rotation angle of the rotor shaft 6 by half the number of magnetic poles of the rotor magnet 8 (see equation (2)). In this embodiment, since the rotor magnet 8 is magnetized to have four poles, the magnetic angle takes a value in the range of 0 to 2π.

【0029】一方制御基板23は、図1、図2(A)、
図8及び図9に示すように、環状に形成されたプリント
配線板の一面側に1チップマイクロコンピュータ27及
びクロック発生用の水晶発振器28が搭載されると共
に、他面側に上述のロータ軸回転角度センサ22の第1
〜第4のホール素子26A〜26Dと、樹脂マグネット
25の温度を検出する温度センサ29とが搭載されるこ
とにより構成されている。
On the other hand, the control board 23 has a structure shown in FIG. 1, FIG.
As shown in FIGS. 8 and 9, the one-chip microcomputer 27 and the crystal oscillator 28 for clock generation are mounted on one side of the annular printed wiring board, and the above-described rotor shaft rotation is mounted on the other side. First of the angle sensor 22
The fourth hall elements 26A to 26D and the temperature sensor 29 that detects the temperature of the resin magnet 25 are mounted.

【0030】そしてこの制御基板23においては、図9
のようにロータ軸磁極角度センサ22における第1及び
第2のホール素子26A、26Bの出力と、第3及び第
4のホール素子26C、26Dの出力とをそれぞれ第1
及び第2の減算回路30A、30Bを介して加算して第
1及び第2のロータ軸磁極角度センサ信号S2A、S2
Bとして1チップマイクロコンピュータ27に取り込
み、かつ1回転絶対角度センサ21(図1、図5
(C))からケーブル31(図1)を介して供給される
第1及び第2の1回転絶対角度センサ信号S1A、S1
Bを1チップマイクロコンピュータ27に取り込み得る
ようになされている。
In the control board 23, as shown in FIG.
As described above, the outputs of the first and second Hall elements 26A and 26B and the outputs of the third and fourth Hall elements 26C and 26D in the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 are respectively set to the first output.
And the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor signals S2A and S2 by adding through the second and second subtraction circuits 30A and 30B.
B is taken into the one-chip microcomputer 27, and the one-rotation absolute angle sensor 21 (see FIGS. 1 and 5).
(C)) via the cable 31 (FIG. 1), the first and second one-turn absolute angle sensor signals S1A, S1
B can be incorporated into the one-chip microcomputer 27.

【0031】また制御基板23においては、2本の電源
ライン、1本の汎用のパラレル通信ライン、2本のRS
−232Cシリアル通信ライン及び3本の同期式シリア
ル通信ラインを有する第2のケーブル32(図1)を通
じて上位コントローラと接続されており、かくして1チ
ップマイクロコンピュータ27がこの第2のケーブル3
2を介して駆動電圧を入力し、かつ上位コントローラと
交信することができるようになされている。
In the control board 23, two power supply lines, one general-purpose parallel communication line, and two RSs.
-232C serial communication line and three synchronous serial communication lines are connected to the host controller through a second cable 32 (Fig. 1), and thus the one-chip microcomputer 27 connects the second cable 3
A drive voltage can be input via 2 and communication with a host controller is possible.

【0032】そして1チップマイクロコンピュータ27
は、この第2のケーブル32を介して上位コントローラ
から与えられる出力軸18(図1)の回転角度、回転速
度又は回転トルクの指定値(以下、これらをそれぞれ指
定回転角度、指定回転速度及び指定回転トルクと呼ぶ)
と、第1及び第2の1回転絶対角度センサ信号S1A、
S1Bと、第1及び第2のロータ軸磁極角度センサ信号
S2A、S2Bと、後述のようにパワー基板24から供
給される第1〜第3の駆動電流検出信号S3A〜S3C
とに基づいて、U相、V相及びW相の各コイル11にそ
れぞれ印加すべき駆動電流の電流値(以下、これらをそ
れぞれ第1〜第3の電流指令値と呼ぶ)を算出し、これ
ら算出した第1〜第3の電流指令値を第3のケーブル3
3を介してパワー基板24に送出するようになされてい
る。
Then, the one-chip microcomputer 27
Is a designated value of a rotation angle, a rotation speed or a rotation torque of the output shaft 18 (FIG. 1) given from the host controller via the second cable 32 (hereinafter, these are designated rotation angle, designated rotation speed and designation, respectively). (Turning torque)
And the first and second one-turn absolute angle sensor signals S1A,
S1B, first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor signals S2A and S2B, and first to third drive current detection signals S3A to S3C supplied from the power board 24 as described later.
The current values of the drive currents to be applied to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11 (hereinafter, referred to as first to third current command values, respectively) are calculated based on The calculated first to third current command values are applied to the third cable 3
3 to the power board 24.

【0033】パワー基板24においては、図1、図4
(B)及び(C)に示すように、環状に形成されたプリ
ント配線板の一面側に図10に示すコイル駆動ブロック
34を形成する複数のパワートランジスタチップ35が
搭載されることにより構成されている。
In the power board 24, as shown in FIGS.
As shown in (B) and (C), a plurality of power transistor chips 35 forming a coil drive block 34 shown in FIG. 10 are mounted on one surface side of an annular printed wiring board. There is.

【0034】そしてこのコイル駆動ブロック34は、制
御基板23の1チップマイクロコンピュータ27から与
えられる第1〜第3の電流指令値に基づいて、モータ部
2のU相、V相及びW相の各コイル11に対してそれぞ
れ対応する電流値の駆動電流を印加することによりモー
タ部2のロータ9を回転駆動させる。
The coil drive block 34 is based on the first to third current command values given from the one-chip microcomputer 27 of the control board 23, and each of the U-phase, V-phase and W-phase of the motor unit 2 is controlled. The rotor 9 of the motor unit 2 is rotationally driven by applying a drive current having a corresponding current value to the coil 11.

【0035】またこの際コイル駆動ブロック34は、こ
のときU相、V相及びW相の各コイル11にそれぞれ印
加されている駆動電流の電流値をそれぞれ検出し、検出
結果を第1〜第3の駆動電流検出信号S3A〜S3Cと
して第3のケーブル33(図1)を介して制御基板23
に送出する。
At this time, the coil drive block 34 detects the current values of the drive currents respectively applied to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11 at this time, and the detection results are detected as the first to third values. Drive current detection signals S3A to S3C of the control board 23 via the third cable 33 (FIG. 1).
Send to.

【0036】このようにしてこのACサーボモータ1で
は、制御基板23の1チップマイクロコンピュータ27
及びパワー基板24のコイル駆動ブロック34からなる
制御回路によって、上位コントローラから与えられた指
定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクに応じて
モータ部2を駆動する。
In this way, in the AC servomotor 1, the one-chip microcomputer 27 of the control board 23 is provided.
The motor circuit 2 is driven by the control circuit including the coil drive block 34 of the power board 24 according to the designated rotation angle, the designated rotation speed, or the designated rotation torque given from the host controller.

【0037】(2)1チップマイクロコンピュータ27
及びコイル駆動ブロック34の構成 ここで1チップマイクロコンピュータ27は、図11に
示すように、演算処理ブロック40、レジスタ41、ロ
ータ軸回転角度検出処理ブロック42、トルク−3相電
流信号変換処理ブロック43、電流制御処理ブロック4
4及び第1〜第4のアナログ/ディジタル変換回路45
〜48から構成されている。
(2) One-chip microcomputer 27
Configuration of Coil Drive Block 34 Here, the one-chip microcomputer 27, as shown in FIG. 11, includes an arithmetic processing block 40, a register 41, a rotor shaft rotation angle detection processing block 42, and a torque-3 phase current signal conversion processing block 43. , Current control processing block 4
4 and first to fourth analog / digital conversion circuits 45
It is composed of 48.

【0038】そして1チップマイクロコンピュータ27
では、1回転絶対角度センサ21(図1、図5(C))
から供給される第1及び第2の1回転絶対角度センサ信
号S1A、S1Bを第3のアナログ/ディジタル変換回
路47においてディジタル変換し、得られた第1及び第
2の1回転絶対角度センサデータD1A、D1Bをレジ
スタ41に格納する。
Then, the one-chip microcomputer 27
Then, one rotation absolute angle sensor 21 (FIG. 1, FIG. 5 (C))
The first and second one-rotation absolute angle sensor signals S1A and S1B supplied from the digital converter are digitally converted by the third analog / digital conversion circuit 47, and the obtained first and second one-rotation absolute angle sensor data D1A. , D1B are stored in the register 41.

【0039】また1チップマイクロコンピュータ27で
は、第1及び第2の減算回路30A、30B(図9)か
ら与えられるロータ軸磁極角度センサ22の出力に基づ
く第1及び第2のロータ軸磁極角度センサ信号S2A、
S2Bを第2のアナログ/ディジタル変換回路46にお
いてディジタル変換し、得られた第1及び第2のロータ
軸磁極角度センサデータD2A、D2Bをロータ軸回転
角度検出処理ブロック42に入力する。
In the one-chip microcomputer 27, the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensors based on the output of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 provided from the first and second subtraction circuits 30A and 30B (FIG. 9). Signal S2A,
The second analog / digital conversion circuit 46 digitally converts S2B, and the obtained first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor data D2A and D2B are input to the rotor shaft rotation angle detection processing block 42.

【0040】ロータ軸回転角度検出処理ブロック42
は、供給される第1及び第2のロータ軸磁極角度センサ
データD2A、D2Bに基づいてロータ軸6の磁極回転
角度(以下、これをロータ軸磁極回転角度と呼ぶ)Pml
と、磁極角度θp とを検出し、ロータ軸回転角度Pmlを
レジスタ41に格納すると共に磁極角度θp をトルク−
3相電流信号変換処理ブロック43に送出する。
Rotor shaft rotation angle detection processing block 42
Is the magnetic pole rotation angle of the rotor shaft 6 (hereinafter referred to as the rotor shaft magnetic pole rotation angle) Pml based on the supplied first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor data D2A, D2B.
And the magnetic pole angle θp are detected, the rotor shaft rotation angle Pml is stored in the register 41, and the magnetic pole angle θp is calculated as the torque −
It is sent to the three-phase current signal conversion processing block 43.

【0041】なおロータ軸6の磁極回転角度(ロータ軸
磁極回転角度Pml)とは、ロータ軸6の回転に伴い第1
〜第4のホール素子26A〜26Dにより検出される樹
脂マグネット25の隣接する一対のN極及びS極による
磁極変化を1周期(0〜2π)とする角度と定義する。
この実施の形態においては樹脂マグネット25が4極に
着磁されているため、ロータ軸磁極回転角度Pmlは0か
ら4πまでの範囲の値をとる。
It should be noted that the magnetic pole rotation angle of the rotor shaft 6 (rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml) is the first value as the rotor shaft 6 rotates.
~ It is defined as an angle in which one cycle (0 to 2π) is a magnetic pole change due to a pair of adjacent N and S poles of the resin magnet 25 detected by the fourth Hall elements 26A to 26D.
In this embodiment, since the resin magnet 25 is magnetized to have four poles, the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml takes a value in the range of 0 to 4π.

【0042】そして演算処理ブロック40は、このよう
にしてレジスタ41に格納された第1及び第2の1回転
絶対角度センサデータD1A、D1B並びにロータ軸磁
極回転角度Pmlと、上位コントローラから与えられる指
定回転角度、指定回転速度又は指定回転トルクとに基づ
いて、目標とする回転トルク(以下、これを目標回転ト
ルクと呼ぶ)T0 を演算し、演算結果をレジスタ41に
格納する。
Then, the arithmetic processing block 40 stores the first and second one-turn absolute rotation angle sensor data D1A and D1B and the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml thus stored in the register 41, and the designation given from the host controller. Based on the rotation angle, the designated rotation speed, or the designated rotation torque, a target rotation torque (hereinafter, referred to as target rotation torque) T0 is calculated, and the calculation result is stored in the register 41.

【0043】このレジスタ41に格納された目標トルク
T0 は、トルク−3相電流信号変換処理ブロック43に
より読み出される。そしてトルク−3相電流信号変換処
理ブロック43は、この目標トルクT0 と、ロータ軸回
転角度検出処理ブロック42から与えられるロータ軸6
の磁極角度θp とに基づいて、モータ部2におけるU
相、V相、W相の各コイル11にそれぞれ印加すべき駆
動電流の電流値を表す上述の第1〜第3の電流指令値U
r 、Vr 、Wr をそれぞれ算出し、これを電流制御処理
ブロック44に送出する。
The target torque T0 stored in the register 41 is read by the torque-3 phase current signal conversion processing block 43. Then, the torque-three-phase current signal conversion processing block 43 receives the target torque T0 and the rotor shaft 6 supplied from the rotor shaft rotation angle detection processing block 42.
U of the motor unit 2 based on the magnetic pole angle θp of
The first to third current command values U representing the current values of the drive currents to be applied to the coils 11 of the V-phase, V-phase, and W-phase, respectively.
r, Vr, and Wr are calculated, respectively, and sent to the current control processing block 44.

【0044】またこのとき電流制御処理ブロック44に
は、第1のアナログ/ディジタル変換回路45から、パ
ワー基板24から与えられる第1〜第3の駆動電流検出
信号S3A〜S3Cをディジタル変換することにより得
られた第1〜第3の駆動電流検出データD3A、D3B
が与えられる。
At this time, the current control processing block 44 digitally converts the first to third drive current detection signals S3A to S3C supplied from the power board 24 from the first analog / digital conversion circuit 45. Obtained first to third drive current detection data D3A, D3B
Is given.

【0045】かくして電流制御処理ブロック44は、こ
れら第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr と、第1
〜第3の駆動電流検出データD3A、D3Bとに基づい
て、第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr に対して
電圧変動に対する補償処理を含む所定の信号処理を施し
た後これをPWM(Pulse Width Modulation)変調し、
得られた第1〜第3のPWM信号S4A〜S4Cを第3
のケーブル33を介してこれをパワー基板24のコイル
駆動ブロック34に送出する。
Thus, the current control processing block 44 uses the first to third current command values Ur, Vr, Wr and the first current command values Ur, Vr, Wr.
-Based on the third drive current detection data D3A, D3B, predetermined signal processing including compensation processing for voltage fluctuation is applied to the first to third current command values Ur, Vr, Wr, and then this is applied. PWM (Pulse Width Modulation) modulation,
The obtained first to third PWM signals S4A to S4C
This is sent to the coil drive block 34 of the power board 24 via the cable 33 of FIG.

【0046】なお第3のケーブル33には、第1〜第3
のPWM信号S4A〜S4C用にそれぞれ2本のライン
が設けられている。そして電流制御処理ブロック44
は、出力軸18(図1)を正転駆動するときには第1〜
第3のPWM信号S4A〜S4Cをそれぞれ一方の第1
のラインを介してパワー基板24のコイル駆動ブロック
34に送出すると共に、第1〜第3のPWM信号S4A
〜S4Cにおける論理「0」レベルの信号(以下、これ
らを第1〜第3の基準信号と呼ぶ)S5A〜S5Cを他
方の各第2のラインをそれぞれ介してパワー基板24の
コイル駆動ブロック34に送出する。
The third cable 33 has first to third cables.
Two lines are provided for each of the PWM signals S4A to S4C. The current control processing block 44
1 to 1 when driving the output shaft 18 (FIG. 1) in the normal direction.
The third PWM signals S4A to S4C are respectively applied to one of the first PWM signals.
To the coil drive block 34 of the power board 24 through the line of the first to third PWM signals S4A.
Signals of logic "0" level in S4 to S4C (hereinafter, referred to as first to third reference signals) S5A to S5C are sent to the coil drive block 34 of the power board 24 through the respective second lines of the other side. Send out.

【0047】また電流制御処理ブロック44は、出力軸
18を逆転駆動するときには第1〜第3のPWM信号S
4A〜S4Cをそれぞれ第2のラインを介してパワー基
板24のコイル駆動ブロック34に送出すると共に、第
1〜第3の基準信号S5A〜S5Cをそれぞれ各第1の
ラインを介してパワー基板24のコイル駆動ブロック3
4に送出する。
Further, the current control processing block 44, when the output shaft 18 is driven in reverse, drives the first to third PWM signals S.
4A to S4C are sent to the coil drive block 34 of the power board 24 via the second lines, respectively, and the first to third reference signals S5A to S5C are sent to the power board 24 via the first lines, respectively. Coil drive block 3
Send to 4.

【0048】コイル駆動ブロック34においては、図1
0に示すように、U相、V相、W相の各コイル11にそ
れぞれ対応させて、それぞれ4個の増幅器50A〜50
Cからなる同様構成の第1〜第3のゲートドライブ回路
51A〜51Cと、それぞれ2個のPNP型トランジス
タTR1、TR2及び2個のNPN型トランジスタTR
3、TR4からなる同様構成の第1〜第3のインバータ
回路52A〜52Cから構成されている。
The coil drive block 34 is shown in FIG.
As shown in 0, four amplifiers 50A to 50 are provided corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11, respectively.
First to third gate drive circuits 51A to 51C having the same configuration as C, two PNP type transistors TR1 and TR2, and two NPN type transistors TR respectively.
3 and TR4 having the same configuration as the first to third inverter circuits 52A to 52C.

【0049】そしてこのコイル駆動ブロック34では、
U相、V相及びW相の各第1のラインがそれぞれ対応す
る第1〜第3のゲートドライブ回路51A〜51Cの第
1及び第3の増幅器50A、50Cをそれぞれ介して対
応する第1〜第3のインバータ回路52A〜52Cの第
2のPNP型トランジスタTR2のベース及び第1のN
PN型トランジスタTR3のベースと接続され、U相、
V相及びW相の各第2のラインがそれぞれ対応する第1
〜第3のゲートドライブ回路52A〜52Cの第2及び
第4の増幅器50B、50Dをそれぞれ介して対応する
第1〜第3のインバータ回路52A〜52Cの第2のP
NP型トランジスタTR2のベース及び第1のNPN型
トランジスタTR4のベースと接続されている。
In the coil drive block 34,
The U-phase, V-phase, and W-phase first lines respectively correspond to the corresponding first to third gate drive circuits 51A to 51C through the corresponding first and third amplifiers 50A and 50C, respectively. The base and the first N of the second PNP transistor TR2 of the third inverter circuits 52A to 52C.
It is connected to the base of PN type transistor TR3,
The first line to which each second line of V phase and W phase respectively corresponds
-The 2nd P of the 1st-3rd inverter circuits 52A-52C corresponding via the 2nd and 4th amplifiers 50B and 50D of the 3rd gate drive circuits 52A-52C, respectively.
It is connected to the base of the NP type transistor TR2 and the base of the first NPN type transistor TR4.

【0050】またこのコイル駆動ブロック34では、モ
ータ部2のU相、V相及びW相の各コイル11がそれぞ
れ対応する第1〜第3のインバータ回路52A〜52C
における第1のPNP型トランジスタTR1のコレクタ
及び第1のNPN型トランジスタTR3のコレクタの接
続中点と、第2のPNP型トランジスタTR2のコレク
タ及び第2のNPN型トランジスタTR4のコレクタの
接続中点との間に接続されている。
In the coil drive block 34, the U-phase, V-phase and W-phase coils 11 of the motor section 2 correspond to the first to third inverter circuits 52A to 52C, respectively.
At the connection midpoint between the collector of the first PNP transistor TR1 and the collector of the first NPN transistor TR3, and the connection midpoint between the collector of the second PNP transistor TR2 and the collector of the second NPN transistor TR4. Connected between.

【0051】これによりこのコイル駆動ブロック34に
おいては、U相、V相及びW相の各相毎に、第1又は第
2のラインを介して与えられる第1〜第3のPWM信号
S4A〜S4Cをそれぞれ対応する第1〜第3のインバ
ータ回路52A〜52Cにおいてアナログ波形の駆動電
流Iu 、Iv 、Iw に変換し、これらをそれぞれ対応す
るU相、V相及びW相の各コイル11に印加することが
できるようになされている。
As a result, in the coil drive block 34, the first to third PWM signals S4A to S4C provided via the first or second line for each of the U phase, V phase and W phase. Are converted into analog waveform drive currents Iu, Iv, and Iw in the corresponding first to third inverter circuits 52A to 52C, and these are applied to the corresponding U-phase, V-phase, and W-phase coils 11, respectively. Is made possible.

【0052】またコイル駆動ブロック34においては、
U相、V相及びW相の各コイル11に供給する駆動電流
Iu 、Iv 、Iw の大きさを第1〜第3のインバータ回
路52A〜52Cにそれぞれ設けられたコイルからなる
電流センサ53により検出し、検出結果を上述のように
第1〜第3の第1〜第3の駆動電流検出信号S3A〜S
3Cとして制御基板23の1チップマイクロコンピュー
タ27の第1のアナログ/ディジタル変換回路45(図
11)に送出するようになされている。
In the coil drive block 34,
The magnitudes of the drive currents Iu, Iv, and Iw supplied to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11 are detected by the current sensors 53 each including a coil provided in each of the first to third inverter circuits 52A to 52C. Then, as described above, the detection result is the first to third first to third drive current detection signals S3A to S3.
3C is sent to the first analog / digital conversion circuit 45 (FIG. 11) of the one-chip microcomputer 27 of the control board 23.

【0053】(3)1チップマイクロコンピュータ27
の各処理ブロックの詳細構成 ここで、1チップマイクロコンピュータ27の演算処理
ブロック40、ロータ軸回転角度検出処理ブロック4
2、トルク−3相電流信号変換処理ブロック43及び電
流制御処理ブロック44について、それぞれ構成を詳細
に説明する。
(3) One-chip microcomputer 27
Detailed configuration of each processing block of the operation processing block 40 of the 1-chip microcomputer 27, the rotor shaft rotation angle detection processing block 4
2, the configuration of the torque-three-phase current signal conversion processing block 43 and the current control processing block 44 will be described in detail.

【0054】(3−1)演算処理ブロック40の詳細構
成 まず演算処理ブロック40は、図11からも明らかなよ
うに、CPU(Central Processing Unit )60と、各
種プログラムが格納されたROM(Read OnlyMemory)
61と、CPU60のワークメモリとしてのRAM(Ra
ndom Access Memory)62と、汎用のパラレル通信に対
応したパラレル通信用入出力回路63と、上位コントロ
ーラとの間の入出力インターフェース回路でなるシリア
ル通信用入出力回路64と、サーボ割込みのための1
〔ms〕周期のサーボ割込信号S10及びPWM周期であ
る50〔μm 〕周期のPWMパルス信号S11を発生する
カウンタ・タイマ・コントロール回路65と、カウンタ
・タイマ・コントロール回路65からサーボ割込信号S
10が正しく発生されているかをCPU60が判断する
ための1〔ms〕周期以上の所定周期の基準信号でなるウ
ォッチドッグ信号S12を発生するウォッチドッグ信号
発生回路66とがCPUバス67を介して相互に接続さ
れることにより構成されている。
(3-1) Detailed Configuration of Arithmetic Processing Block 40 First, as is apparent from FIG. 11, the arithmetic processing block 40 includes a CPU (Central Processing Unit) 60 and a ROM (Read Only Memory) storing various programs. )
61 and a RAM (Ra as a work memory for the CPU 60).
ndom Access Memory) 62, parallel communication input / output circuit 63 that supports general-purpose parallel communication, serial communication input / output circuit 64 that is an input / output interface circuit with a host controller, and 1 for servo interrupt.
A counter timer control circuit 65 for generating a servo interrupt signal S10 of [ms] cycle and a PWM pulse signal S11 of 50 [μm] cycle which is a PWM cycle, and a servo interrupt signal S from the counter timer control circuit 65.
The CPU 60 and the watchdog signal generation circuit 66 for generating the watchdog signal S12, which is a reference signal of a predetermined cycle of 1 [ms] cycle or more, for mutual determination by the CPU 60 via the CPU bus 67. It is configured by being connected to.

【0055】この場合CPU60は、シリアル通信用入
出力回路64を介して上位コントローラから電源電圧
(5〔V〕)が供給されると、まずROM61に格納さ
れた初期プログラムに基づいて、パラレル通信用入出力
回路63、シリアル通信用入出力回路64、カウンタ・
タイマ・コントロール回路65、ロータ軸回転角度検出
処理ブロック42、トルク−3相電流信号変換処理ブロ
ック43、電流制御処理ブロック44に対する各種初期
値やパラメータの設定処理等の立上がり処理を実行す
る。
In this case, when the power supply voltage (5 [V]) is supplied from the host controller via the serial communication input / output circuit 64, the CPU 60 first executes parallel communication based on the initial program stored in the ROM 61. I / O circuit 63, I / O circuit 64 for serial communication, counter
The timer control circuit 65, the rotor shaft rotation angle detection processing block 42, the torque-3 phase current signal conversion processing block 43, and the current control processing block 44 are subjected to rising processing such as processing for setting various initial values and parameters.

【0056】またCPU60は、この結果としてカウン
タ・タイマ・コントロール回路65から与えられるサー
ボ割込信号S10及びROM61に格納された対応する
プログラムに基づいて、上述のように目標回転トルクT
0 を生成するモータ回転制御演算処理や、進相制御処
理、温度補償制御処理及びシリアル通信制御処理を1
〔ms〕内に時分割的に実行する。なおこれら各処理モー
ド時におけるCPU60の処理については後述する。
As a result, the CPU 60, based on the servo interrupt signal S10 given from the counter / timer control circuit 65 and the corresponding program stored in the ROM 61, sets the target rotational torque T as described above.
The motor rotation control calculation process that generates 0, the phase advance control process, the temperature compensation control process, and the serial communication control process
Execute in time division within [ms]. The processing of the CPU 60 in each of these processing modes will be described later.

【0057】ここでシリアル通信用入出力回路64の構
成について説明する。このシリアル通信用入出力回路6
4においては、RS−232Cシリアル通信方式及び同
期式シリアル通信方式のいずれにも対応できるように構
成されている。
Here, the configuration of the serial communication input / output circuit 64 will be described. This serial communication input / output circuit 6
4 is configured to be compatible with both RS-232C serial communication system and synchronous serial communication system.

【0058】実際上シリアル通信用入出力回路64は、
例えばRS−232Cシリアル通信方式での通信時に
は、2本のラインを用いて送信信号としてのTXD信
号、受信信号としてのRXD信号を送受することにより
通信を行う。このときデータ転送速度は9600〔ビット/
秒〕、転送データ長は8ビット、ストップビット1ビッ
ト及びスタートビット1ビットで、パリティビットなし
のデータ構造により転送フォーマットで上位コントロー
ラとの通信が行われる。
In practice, the serial communication input / output circuit 64 is
For example, during communication in the RS-232C serial communication system, communication is performed by transmitting and receiving a TXD signal as a transmission signal and an RXD signal as a reception signal using two lines. At this time, the data transfer rate is 9600 [bit /
Second], the transfer data length is 8 bits, the stop bit is 1 bit, and the start bit is 1 bit, and communication with the upper controller is performed in the transfer format by the data structure without the parity bit.

【0059】またシリアル通信用入出力回路64は、同
期式シリアル通信方式での通信時には、3本のラインを
用いて送信信号としてのTXD信号、受信信号としての
RXD信号及び同期クロック信号を送受することにより
通信を行う。このときデータ転送速度は800 又は1500
〔キロビット/秒〕、同期キャラクタデータは2バイ
ト、転送データ長は1バイト(8ビット)から数十バイ
トのデータ構造による転送フォーマットで上記コントロ
ーラとの通信が行われる。
The serial communication input / output circuit 64 transmits / receives a TXD signal as a transmission signal, an RXD signal as a reception signal, and a synchronous clock signal using three lines during communication in the synchronous serial communication system. To communicate. At this time, the data transfer rate is 800 or 1500
[Kilobits / second], the synchronization character data is 2 bytes, and the transfer data length is 1 byte (8 bits) to several tens of bytes.

【0060】そしてこの通信方式では、高速にデータ通
信を行えるため実時間でコマンドを与えることができ
る。なおNバイトのデータを転送する場合、1フレーム
のデータ構造は、「同期キャラクタ1+同期キャラクタ
2+データ1(8ビット)+データ2(8ビット)+…
…+データN(8ビット)+同期キャラクタ1+同期キ
ャラクタ2」のような構造となる。
In this communication system, since data communication can be performed at high speed, commands can be given in real time. When transferring N bytes of data, the data structure of one frame is as follows: "sync character 1 + sync character 2 + data 1 (8 bits) + data 2 (8 bits) + ...
... + data N (8 bits) + sync character 1 + sync character 2 ".

【0061】(3−2)ロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック42の詳細構成 次にロータ軸回転角度検出処理ブロック42の構成を詳
細に説明する。なおその前提として、先にロータ軸磁極
角度センサ22(図1)の構成について説明する。
(3-2) Detailed Structure of Rotor Shaft Rotation Angle Detection Processing Block 42 Next, the structure of the rotor shaft rotation angle detection processing block 42 will be described in detail. As a premise, the configuration of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 (FIG. 1) will be described first.

【0062】まずロータ軸磁極角度センサ22において
は、樹脂マグネット25が、ロータマグネット8と同極
に着磁され、当該ロータマグネット8と同位相でロータ
基体7に固着されている。そして樹脂マグネット25の
着磁パターンは、最大磁束密度をφ0 として、磁束密度
φ(θp )が図12及び次式
First, in the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22, the resin magnet 25 is magnetized to the same pole as the rotor magnet 8 and fixed to the rotor base 7 in the same phase as the rotor magnet 8. The magnetization pattern of the resin magnet 25 has a magnetic flux density φ (θp) shown in FIG.

【0063】[0063]

【数1】 [Equation 1]

【0064】となるように選定されている。Are selected so that

【0065】ここでθp はロータ軸6の磁束角度であ
る。そしてこの磁極角度θp とロータ軸6の機械的な回
転角度θm との関係は、磁極数をP(本実施の形態にお
いては4)として次式
Here, θ p is the magnetic flux angle of the rotor shaft 6. The relationship between the magnetic pole angle θp and the mechanical rotation angle θm of the rotor shaft 6 is given by the following equation, where P is the number of magnetic poles (4 in this embodiment).

【0066】[0066]

【数2】 [Equation 2]

【0067】と表すことができる。It can be expressed as

【0068】一方ロータ軸磁極角度センサ22の第1〜
第4のホール素子26A〜26Dは、図8(B)につい
て上述したように樹脂マグネット25と対向し、かつロ
ータ軸6と同心円上の次式
On the other hand, the first to the first rotor shaft magnetic pole angle sensors 22
The fourth Hall elements 26A to 26D face the resin magnet 25 as described above with reference to FIG.

【0069】[0069]

【数3】 [Equation 3]

【0070】[0070]

【数4】 [Equation 4]

【0071】[0071]

【数5】 [Equation 5]

【0072】[0072]

【数6】 [Equation 6]

【0073】で与えられる位置に位置するように制御基
板23に搭載されている。
It is mounted on the control board 23 so as to be located at the position given by.

【0074】なお(3)式〜(6)式において、θ0 は
1つのコイル11の位置を原点とする座標位置を示し、
以下においては1つのU相のコイル11Aの極中心位置
をθ0 =0とする(図4(A)参照)。さらに座標位置
θ0 が次式
In the equations (3) to (6), θ 0 indicates the coordinate position with the position of one coil 11 as the origin,
In the following, the pole center position of one U-phase coil 11A is set to θ0 = 0 (see FIG. 4A). Furthermore, the coordinate position θ0 is

【0075】[0075]

【数7】 [Equation 7]

【0076】で与えられるその隣のコイル11B、11
FをV相とし、座標位置θ0 が次式
The adjacent coils 11B, 11 given by
F is the V phase, and the coordinate position θ0 is

【0077】[0077]

【数8】 [Equation 8]

【0078】で与えられるコイル11F、11CをW相
とする。なお極中心位置がθ0 =0のコイル11Aと18
0 〔°〕対向するコイル11DはU相となる。
The coils 11F and 11C given by are set to the W phase. It should be noted that coils 11A and 18 with the pole center position at θ 0 = 0
0 [°] The opposing coils 11D are in the U phase.

【0079】因にステータ鉄心10(図3)の極数Ps
(本実施の形態においては4)と、樹脂マグネット25
の磁極数Pとの関係は、次式
Incidentally, the number of poles Ps of the stator iron core 10 (FIG. 3) is Ps.
(4 in the present embodiment) and resin magnet 25
The relation with the number of magnetic poles P of

【0080】[0080]

【数9】 [Equation 9]

【0081】で与えられる。Is given by

【0082】そして上述のように配置された第1〜第4
のホール素子26A〜26Dの出力Sh1、Sh2、Sh3、
Sh4は、これら第1〜第4の素子26A〜26Dのセン
サ感度係数をG0 、ロータ軸6の回転角度をθm として
それぞれ次式
Then, the first to fourth portions arranged as described above.
Outputs Sh1, Sh2, Sh3 of Hall elements 26A to 26D of
Sh4 is expressed by the following equation, where G0 is the sensor sensitivity coefficient of these first to fourth elements 26A to 26D and θm is the rotation angle of the rotor shaft 6.

【0083】[0083]

【数10】 [Equation 10]

【0084】[0084]

【数11】 [Equation 11]

【0085】[0085]

【数12】 [Equation 12]

【0086】[0086]

【数13】 [Equation 13]

【0087】のようになる。従ってロータ軸6が1回転
するとき、第1〜第4のホール素子26A〜26Dの出
力Sh1、Sh2、Sh3、Sh4の信号レベルが樹脂マグネッ
ト25の磁極数Pに比例して変化する。
It becomes as follows. Therefore, when the rotor shaft 6 makes one revolution, the signal levels of the outputs Sh1, Sh2, Sh3, Sh4 of the first to fourth Hall elements 26A to 26D change in proportion to the number P of magnetic poles of the resin magnet 25.

【0088】ただし実際上は組み立ての際にロータ軸6
と、第1〜第4のホール素子26A〜26Dのセンサ面
との直角度に精度誤差が生じたり、同心度に誤差が生じ
るため、これら誤差をそれぞれφe1、φe2、θe1、θe2
として、第1〜第4のホール素子26A〜26Dの実際
の出力Sh1′、Sh2′、Sh3′、Sh4′は、それぞれ次
However, the rotor shaft 6 is actually
And an error in the squareness between the sensor surfaces of the first to fourth Hall elements 26A to 26D and an error in the concentricity occur. Therefore, these errors can be calculated as φe1, φe2, θe1, and θe2, respectively.
As the actual outputs Sh1 ', Sh2', Sh3 ', Sh4' of the first to fourth Hall elements 26A to 26D,

【0089】[0089]

【数14】 [Equation 14]

【0090】[0090]

【数15】 [Equation 15]

【0091】[0091]

【数16】 [Equation 16]

【0092】[0092]

【数17】 [Equation 17]

【0093】となる。It becomes

【0094】そしてこれら実際の第1及び第2のホール
素子26A、26Bの各出力Sh1′、Sh2′を加算した
第1のセンサ信号Sh12 (本実施の形態においては、図
9の第1のロータ軸磁極角度センサ信号S2Aに相当)
と、第3及び第4のホール素子26C、26Dの各出力
Sh3′、Sh4′を加算した第2のセンサ信号Sh34 (本
実施の形態においては、図9の第2のロータ軸磁極角度
センサ信号S2Bに相当)は、θe1、θe2が十分に小さ
いものとして、それぞれ次式
Then, the first sensor signal Sh12 obtained by adding the outputs Sh1 'and Sh2' of the actual first and second Hall elements 26A and 26B (in the present embodiment, the first rotor signal shown in FIG. 9). Equivalent to the shaft magnetic pole angle sensor signal S2A)
And a second sensor signal Sh34 obtained by adding the respective outputs Sh3 ', Sh4' of the third and fourth Hall elements 26C, 26D (in the present embodiment, the second rotor shaft magnetic pole angle sensor signal of FIG. 9). Equivalent to S2B), assuming that θe1 and θe2 are sufficiently small,

【0095】[0095]

【数18】 [Equation 18]

【0096】[0096]

【数19】 [Formula 19]

【0097】として表すことができる。なおこの第1及
び第2のセンサ信号Sh12 、Sh34 の波形を図13に示
す。
Can be expressed as: The waveforms of the first and second sensor signals Sh12 and Sh34 are shown in FIG.

【0098】そしてこれら第1及び第2のセンサ信号S
h12 、Sh34 に基づいて、以下の手順によりロータ軸6
の磁極角度θp 及びロータ軸磁極回転速度Pmlを求める
ことができる。
Then, these first and second sensor signals S
Based on h12 and Sh34, the rotor shaft 6
The magnetic pole angle θp and the rotor shaft magnetic pole rotation speed Pml can be obtained.

【0099】すなわち、まずその初期値を0として磁極
角度演算値θx を設定し、次式
That is, first, the initial value is set to 0, and the magnetic pole angle calculation value θx is set,

【0100】[0100]

【数20】 [Equation 20]

【0101】を演算する。Is calculated.

【0102】そしてEθx =0とならない場合には、θ
x を次式
If Eθx = 0 is not satisfied, θ
x is

【0103】[0103]

【数21】 [Equation 21]

【0104】により算出する。ここでKrp1は比例ゲイ
ン、Kri1は積分ゲインをそれぞれ示し、ともに正の定
数である。
It is calculated by Here, Krp1 indicates a proportional gain and Kri1 indicates an integral gain, both of which are positive constants.

【0105】この算出したθx を用いて(20)式を再
び演算し、この後Eθx =0となるまでこれを繰り返
す。この結果Eθx はゼロ値に収束してゆき、このとき
θx が次式
The equation (20) is calculated again using the calculated θx, and this is repeated until Eθx = 0. As a result, Eθx converges to zero, and θx is

【0106】[0106]

【数22】 [Equation 22]

【0107】として与えられ、これがすなわちロータ軸
磁極回転角度Pmlに相当する。
Which corresponds to the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml.

【0108】またこのようにしてロータ軸磁極回転角度
Pmlが得られると、ロータ軸磁極回転角度Pmlと、磁極
角度θp との間に次式
Further, when the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml is obtained in this way, the following equation is obtained between the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml and the magnetic pole angle θp.

【0109】[0109]

【数23】 [Equation 23]

【0110】の関係があることから、ロータ軸磁極回転
角度Pmlに基づいて磁極角度θp も求めることができ
る。なお(23)式においてNx は0以上の整数を表
す。
Since there is a relation of (1), the magnetic pole angle θp can also be obtained based on the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml. In the formula (23), Nx represents an integer of 0 or more.

【0111】かかる原理に基づいてロータ軸回転角度検
出処理ブロック42は、図14に示すように構成されて
いる。そしてこのロータ軸回転角度検出処理ブロック4
2では、ロータ軸磁極角度センサ22から第2のアナロ
グ/ディジタル変換回路46を介して与えられる第1及
び第2のロータ軸磁極角度センサデータD2A、D2B
を演算器70に入力する。
Based on this principle, the rotor shaft rotation angle detection processing block 42 is constructed as shown in FIG. And this rotor shaft rotation angle detection processing block 4
2, the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor data D2A and D2B are given from the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 via the second analog / digital conversion circuit 46.
To the arithmetic unit 70.

【0112】このとき演算器70には、後述のように関
数変換器71から先行して算出した磁極角度演算値θx
の正弦値(sinθx )及び余弦値(cosθx )が与
えられる。
At this time, the arithmetic unit 70 informs the arithmetic unit 70 of the magnetic pole angle arithmetic value θx calculated in advance from the function converter 71 as described later.
The sine value (sin θx) and cosine value (cos θx) of are given.

【0113】かくして演算器70は、第1及び第2のロ
ータ軸磁極角度センサデータD2A、D2Bと、先行し
て算出した磁極角度演算値θx の正弦値及び余弦値とに
基づいて(20)式を演算することにより、(2)式で
与えられる磁極角度θp と、そのときのθx との誤差を
演算し、演算結果を第1の乗算器72に送出する。
Thus, the calculator 70 calculates the equation (20) based on the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor data D2A and D2B and the sine value and cosine value of the magnetic pole angle calculation value θx calculated in advance. Is calculated to calculate the error between the magnetic pole angle θp given by the equation (2) and θx at that time, and the calculation result is sent to the first multiplier 72.

【0114】そしてこの乗算結果には、この後第1の乗
算器72において次式
Then, this multiplication result is obtained by the following equation in the first multiplier 72.

【0115】[0115]

【数24】 [Equation 24]

【0116】(ただしSはラプラス演算子)で与えられ
る積分ゲインが乗算され、第2の乗算器73において比
例ゲインKrp1が乗算され、加算器74において1/S
(Sはラプラス演算子)が乗算される。
(Where S is the Laplace operator) is multiplied by the integral gain, the second multiplier 73 is multiplied by the proportional gain Krp1, and the adder 74 is multiplied by 1 / S.
(S is a Laplace operator) is multiplied.

【0117】この結果加算器74から磁極角度演算値θ
x が出力されて、これが関数変換器71に送出されると
共に、磁極角度演算器75に与えられる。かくして磁極
角度演算器75は、このときの磁極角度演算値θx の値
をロータ軸磁極角度Pmlとしてレジスタ41(図11)
に格納する。
As a result, the magnetic pole angle calculation value θ is obtained from the adder 74.
x is output and is sent to the function converter 71 and is also given to the magnetic pole angle calculator 75. Thus, the magnetic pole angle calculator 75 uses the calculated magnetic pole angle value θx at this time as the rotor shaft magnetic pole angle Pml in the register 41 (FIG. 11).
To store.

【0118】またこのとき磁極角度演算器75は、これ
と共に(23)式におけるNx の値を0から順番に増加
させながら0から2πまでの範囲に入るθp の値を求
め、これを磁気角度θp としてトルク−3相電流信号変
換処理ブロック43に送出する。
At this time, the magnetic pole angle calculator 75 also obtains the value of θp within the range from 0 to 2π while sequentially increasing the value of Nx in the equation (23) from 0, and determines this as the magnetic angle θp. Is sent to the torque-three-phase current signal conversion processing block 43.

【0119】このようにしてロータ軸回転角度検出処理
ブロック42では、第1及び第2のロータ軸磁極角度セ
ンサデータD2A、D2Bに基づいて磁極角度θp 及び
ロータ軸磁極回転角度Pmlを検出する。
In this way, the rotor shaft rotation angle detection processing block 42 detects the magnetic pole angle θp and the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pml based on the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor data D2A, D2B.

【0120】なおロータ軸回転角度検出処理ブロック4
2において、上述のような磁気角度θp 及びロータ軸磁
極回転角度Pm1の演算処理は、演算処理ブロック40の
カウンタ・タイマ・コントロール回路65から与えられ
るPWMパルス信号S11に基づいて行われる。
The rotor shaft rotation angle detection processing block 4
2, the calculation processing of the magnetic angle θp and the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pm1 as described above is performed based on the PWM pulse signal S11 given from the counter / timer control circuit 65 of the calculation processing block 40.

【0121】従ってこのロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック42から出力される磁気角度θp 及びロータ軸磁極
回転角度Pm1は、PWMパルス信号S11の周期である
50〔μs 〕毎に更新される。
Therefore, the magnetic angle θp and the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pm1 output from the rotor shaft rotation angle detection processing block 42 are the cycle of the PWM pulse signal S11.
It is updated every 50 [μs].

【0122】(3−3)トルク−3相電流信号変換処理
ブロック43の詳細構成 トルク−3相電流信号変換処理ブロック43は、図15
に示すように、レジスタ41(図11)に格納された目
標回転トルクT0 を後述のPWMパルス周期(50〔μs
〕周期)で読み出し、当該目標回転トルクT0 と、ロ
ータ軸回転角度検出処理ブロック42(図14)から与
えられる磁極角度θp とに基づいて次式
(3-3) Detailed Configuration of Torque-3 Phase Current Signal Conversion Processing Block 43 The torque-3 phase current signal conversion processing block 43 is shown in FIG.
As shown in FIG. 11, the target rotational torque T0 stored in the register 41 (FIG. 11) is compared with the PWM pulse cycle (50 [μs
]), And based on the target rotation torque T0 and the magnetic pole angle θp given from the rotor shaft rotation angle detection processing block 42 (FIG. 14),

【0123】[0123]

【数25】 [Equation 25]

【0124】[0124]

【数26】 [Equation 26]

【0125】[0125]

【数27】 [Equation 27]

【0126】を演算することにより、第1〜第3の電流
指令値Ur 、Vr 及びWr を算出し、これらを電流制御
処理ブロック44(図11)に送出する。
The first to third current command values Ur, Vr, and Wr are calculated by calculating, and these are sent to the current control processing block 44 (FIG. 11).

【0127】なおこの第1〜第3の電流指令値Ur 、V
r 及びWr の演算処理は、演算処理ブロック40のカウ
ンタ・タイマ・コントロール回路65から与えられるP
WMパルス信号S11に基づいて行われる。従ってこれ
ら第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 及びWr もPWM
パルス信号S11の周期である50〔μs 〕毎に更新され
る。
The first to third current command values Ur, V
The arithmetic processing of r and Wr is given by P from the counter / timer control circuit 65 of the arithmetic processing block 40.
It is performed based on the WM pulse signal S11. Therefore, the first to third current command values Ur, Vr and Wr are also PWM
It is updated every 50 [μs] which is the period of the pulse signal S11.

【0128】(3−4)電流制御処理ブロック44の詳
細構成 一方電流制御処理ブロック44には、図16に示すよう
に、U相、V相及びW相の各コイル11にそれぞれ対応
させて、減算回路80A〜80C、第1及び第2の乗算
回路81A〜81C、82A〜82C及びPWM変換器
83A〜83Cからなる第1〜第3の信号処理系84A
〜84Cが設けられている。
(3-4) Detailed Configuration of Current Control Processing Block 44 On the other hand, the current control processing block 44, as shown in FIG. 16, is made to correspond to the U-phase, V-phase and W-phase coils 11, respectively. First to third signal processing systems 84A including subtraction circuits 80A to 80C, first and second multiplication circuits 81A to 81C, 82A to 82C, and PWM converters 83A to 83C.
~ 84C are provided.

【0129】そしてこの電流制御処理ブロック44で
は、これら第1〜第3の信号処理系84A〜84Cにお
いて、トルク−3相電流信号変換処理ブロック43(図
15)から与えられる第1〜第3の電流指令値Ur 、V
r 、Wr と、パワー基板24から与えられる第1〜第3
の駆動電流検出信号S3A〜S3Cとに基づいて、電圧
変動の補償処理を含む所定の信号処理を施しながら、第
1〜第3のPWM信号S4A〜S4C及び第1〜第3の
基準信号S5A〜S5Cを生成し得るようになされてい
る。
In the current control processing block 44, in the first to third signal processing systems 84A to 84C, the first to third signals supplied from the torque-3 phase current signal conversion processing block 43 (FIG. 15) are supplied. Current command value Ur, V
r, Wr and the first to third provided from the power board 24
Based on the drive current detection signals S3A to S3C, the first to third PWM signals S4A to S4C and the first to third reference signals S5A to are performed while performing predetermined signal processing including voltage fluctuation compensation processing. It is adapted to generate S5C.

【0130】実際上第1〜第3の信号処理系84A〜8
4Cにおいては、それぞれ供給される第1〜第3の電流
指令値Ur 、Vr 及びWr と、第1〜第3の駆動電流検
出信号S3A〜S3Cとの誤差を減算回路80A〜80
Cにおいて検出し、検出結果を第1の乗算回路81A〜
81Cに送出する。
In practice, the first to third signal processing systems 84A-8
In 4C, the subtraction circuits 80A to 80 subtract the errors between the supplied first to third current command values Ur, Vr and Wr and the first to third drive current detection signals S3A to S3C.
C and the detection result is detected by the first multiplication circuit 81A-
Send to 81C.

【0131】そして第1〜第3の信号処理系84A〜8
4Cでは、この後この誤差を0に収束させるため、この
誤差に対して各第1の乗算回路81A〜81Cにおいて
ラプラス演算子をSとして次式
The first to third signal processing systems 84A to 8
In 4C, since this error is thereafter converged to 0, the Laplace operator is set to S in each of the first multiplication circuits 81A to 81C, and the following formula is applied to this error.

【0132】[0132]

【数28】 [Equation 28]

【0133】で与えられる積分ゲインを乗算し、乗算結
果に第2の乗算回路82A〜82Cにおいて比例ゲイン
Krpを乗算する。
The integral gain given by is multiplied, and the multiplication result is multiplied by the proportional gain Krp in the second multiplication circuits 82A to 82C.

【0134】そしてこのようにして得られたそれぞれ次
Then, each of the following expressions obtained in this way

【0135】[0135]

【数29】 [Equation 29]

【0136】[0136]

【数30】 [Equation 30]

【0137】[0137]

【数31】 [Equation 31]

【0138】で与えられる各第2の乗算回路82A〜8
2Cから出力される値X1 、X2 、X3 が、それぞれU
相、V相及びW相の各コイル11に実際に印加すべき駆
動電流の電流値であり、これら値X1 、X2 、X3 がそ
れぞれ対応するPWM変換器83A〜83Cに与えられ
る。
Each of the second multiplication circuits 82A to 82A given by
The values X1, X2 and X3 output from 2C are U
The current values of the drive currents that should be actually applied to the phase 11, V phase, and W phase coils 11, and these values X1, X2, and X3 are provided to the corresponding PWM converters 83A to 83C.

【0139】そして各PWM変換器83A〜83Cは、
それぞれ供給される値X1 、X2 、X3 に基づいて、そ
れぞれ50〔μs 〕周期のパルスのパルス幅を制御するこ
とにより第1〜第3のPWM信号S4A〜S4Cと、第
1〜第3の基準信号S5A〜S5Cとを発生する。
Each of the PWM converters 83A to 83C has
The first to third PWM signals S4A to S4C and the first to third reference signals are controlled by controlling the pulse widths of the pulses of 50 [μs] cycles based on the supplied values X1, X2 and X3, respectively. Signals S5A-S5C are generated.

【0140】実際上各PWM変換器83A〜83Cは、
図17に示すように、それぞれ供給される値X1 、X2
、X3 を図示しない内部レジスタにセットし、値X1
、X2、X3 が正のときには、当該値X1 、X2 、X3
を演算処理ブロック40のカウンタ・タイマ・コントロ
ール回路65から与えられる50〔μs 〕周期のPWMパ
ルス信号S11の立ち上がりエッジ毎に第1のPWMパ
ルス信号発生回路85A内のダウンカウンタ(図示せ
ず)にセットする。
In practice, each of the PWM converters 83A-83C is
As shown in FIG. 17, the supplied values X1 and X2, respectively.
, X3 are set in an internal register (not shown), and the value X1 is set.
, X2, X3 are positive, the corresponding values X1, X2, X3
To a down counter (not shown) in the first PWM pulse signal generation circuit 85A at every rising edge of the PWM pulse signal S11 of 50 [μs] period given from the counter timer control circuit 65 of the arithmetic processing block 40. set.

【0141】そしてこのダウンカウンタは、演算処理ブ
ロック40(図11)のCPUクロック(0.1 〔μs
〕)の立ち上がりエッジ毎にカウンタ値を減少させて
ゼロ値で停止する。従って第1のPWMパルス信号発生
回路85Aの出力は、ダウンカウンタのカウント値がゼ
ロ値になるまで出力が論理「1」レベル、カウンタ値が
ゼロ値となってからは論理「0」レベルとなる。
This down counter is the CPU clock of the arithmetic processing block 40 (FIG. 11) (0.1 [μs
]) The counter value is decremented at each rising edge and the process stops at a zero value. Therefore, the output of the first PWM pulse signal generation circuit 85A becomes the logic "1" level until the count value of the down counter reaches the zero value, and becomes the logic "0" level after the count value becomes the zero value. .

【0142】また次のPWMパルス信号S11の立ち上
がりエッジで再びレジスタに格納された値X1 、X2 、
X3 が第1のPWMパルス信号発生回路85Aのダウン
カウンタに再びセットされて上述の処理が繰り返され
る。
At the next rising edge of the PWM pulse signal S11, the values X1, X2,
X3 is set again in the down counter of the first PWM pulse signal generation circuit 85A, and the above processing is repeated.

【0143】従って第1のPWMパルス信号発生回路8
5Aからは、レジスタに格納される値X1 、X2 、X3
が更新されるまで、当該値X1 、X2 、X3 に比例した
一定のパルス幅Tonの第1〜第3のPWM信号S4A〜
S4Cが出力され、第2のPWMパルス信号発生回路8
5Aからは、論理「0」レベルの基準信号S5A〜S5
Cが出力される。
Therefore, the first PWM pulse signal generation circuit 8
From 5A, the values X1, X2, X3 stored in the register
Until the value is updated, the first to third PWM signals S4A to S4A having a constant pulse width Ton proportional to the values X1, X2, and X3.
S4C is output and the second PWM pulse signal generation circuit 8
From 5A, reference signals S5A to S5 of logic "0" level
C is output.

【0144】一方、各PWM変換器83A〜83Cにお
いては、値X1 、X2 、X3 が負の値であった場合には
その絶対値を演算して正の整数に変換した後、この値を
第2のPWMパルス信号発生回路85B内のダウンカウ
ンタ(図示せず)にセットする。
On the other hand, in each of the PWM converters 83A to 83C, when the values X1, X2, and X3 are negative values, the absolute value is calculated and converted into a positive integer, and then this value is converted to the first value. The down counter (not shown) in the PWM pulse signal generating circuit 85B of No. 2 is set.

【0145】この結果このときには第2のPWMパルス
信号発生回路85Bからは、上述の第1のPWMパルス
信号発生回路85Aと同様にして、レジスタに格納され
る値X1 、X2 、X3 が更新されるまで、当該値X1 、
X2 、X3 に比例した一定のパルス幅Tonの第1〜第3
のPWM信号S4A〜S4Cが出力される。またこのと
き第1のPWMパルス信号発生回路85Bからは、論理
「0」レベルの基準信号S5A〜S5Cが出力される。
As a result, at this time, the values X1, X2, X3 stored in the registers are updated from the second PWM pulse signal generation circuit 85B in the same manner as the above-mentioned first PWM pulse signal generation circuit 85A. Up to the relevant value X1,
First to third constant pulse width Ton proportional to X2 and X3
PWM signals S4A to S4C are output. Further, at this time, the first PWM pulse signal generation circuit 85B outputs the reference signals S5A to S5C of the logic "0" level.

【0146】このようにして第1〜第3のPWM変換器
83A〜83Cにおいては、供給される値X1 、X2 、
X3 に応じたパルス幅Tonの第1〜第3のPWM信号S
4A〜S4C及び第1〜第3の基準信号S5A〜S5C
を生成し、これをそれぞれ第3のケーブル33を介して
パワー基板24のコイル駆動ブロック34に送出するよ
うになされている。
Thus, in the first to third PWM converters 83A to 83C, the supplied values X1, X2,
First to third PWM signals S having a pulse width Ton according to X3
4A to S4C and first to third reference signals S5A to S5C
Are generated and sent to the coil drive block 34 of the power board 24 via the third cables 33, respectively.

【0147】(4)コイル駆動電流と出力トルクの関係 ここでこのACサーボモータ1におけるモータ部2のU
相、V相及びW相の各コイル11に印加する駆動電流I
u 、Iv 、Iw と、出力軸18を介して外部に出力され
る回転トルク(以下、出力トルクと呼ぶ)との関係につ
いて説明する。
(4) Relationship between coil drive current and output torque Here, U of the motor unit 2 in this AC servomotor 1 is used.
Current I applied to each phase 11, V phase and W phase coil 11
The relationship between u, Iv, and Iw and the rotational torque output to the outside through the output shaft 18 (hereinafter referred to as output torque) will be described.

【0148】まずU相、V相及びW相の各コイル11に
駆動電流Iu 、Iv 、Iw を印加したときにおけるこれ
らU相、V相及びW相の各コイル11の交差する磁束密
度をφu 、φv 、φw とすると、出力トルクT(θp )
は、モータ部2のロータ軸6の磁極角度θp を用いて次
First, when the driving currents Iu, Iv, and Iw are applied to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11, the magnetic flux densities of the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11 intersecting are φu, If φv and φw, output torque T (θp)
Is the following equation using the magnetic pole angle θp of the rotor shaft 6 of the motor unit 2.

【0149】[0149]

【数32】 [Equation 32]

【0150】のように与えられる。なおこの(32)式
において、K0 は各コイル11に駆動電流Iu 、Iv 、
Iw を印加したときの一定の係数値を表す。
It is given as follows. In this equation (32), K0 is the drive current Iu, Iv,
It represents a constant coefficient value when Iw is applied.

【0151】ここでU相、V相及びW相の各コイル11
に印加する駆動電流Iu 、Iv 、Iw は、上述のように
それぞれ次式
Here, each coil 11 of U phase, V phase and W phase
The drive currents Iu, Iv, and Iw applied to the

【0152】[0152]

【数33】 [Expression 33]

【0153】[0153]

【数34】 [Equation 34]

【0154】[0154]

【数35】 [Equation 35]

【0155】のように制御され、このため各磁束密度は
φu 、φv 、φw はそれぞれ次式、
Therefore, the magnetic flux densities of φu, φv, and φw are expressed by the following equations, respectively.

【0156】[0156]

【数36】 [Equation 36]

【0157】[0157]

【数37】 [Equation 37]

【0158】[0158]

【数38】 [Equation 38]

【0159】となる。It becomes

【0160】従って出力トルクT(θp )は、これら
(33)式〜(38)式を(32)式に代入して、次式
Therefore, the output torque T (θp) is calculated by the following equation by substituting the equations (33) to (38) into the equation (32).

【0161】[0161]

【数39】 [Formula 39]

【0162】と表すことができる。It can be expressed as

【0163】従ってこのACサーボモータ1では、各コ
イル11に印加する駆動電流Iu 、Iv 、Iw の大きさ
に比例した出力トルクが得られることが分かる。
Therefore, in this AC servomotor 1, it can be seen that an output torque proportional to the magnitude of the drive currents Iu, Iv, Iw applied to each coil 11 can be obtained.

【0164】(5)ACサーボモータ1におけるソフト
ウェア制御 次にこのACサーボモータ1の演算処理ブロック40
(図11)におけるソフトウェア制御について説明す
る。
(5) Software Control in AC Servo Motor 1 Next, the arithmetic processing block 40 of this AC servo motor 1 will be described.
The software control in FIG. 11 will be described.

【0165】演算処理ブロック40では、上述のように
CPU60がカウンタ・タイマ・コントロール回路65
から与えられるサーボ割込信号S10及びROM61に
格納された対応するプログラムに基づいて、1〔ms〕内
に時分割的にモータ回転制御演算処理、進相制御処理、
温度補償制御処理及びシリアル通信制御処理を実行す
る。以下、これら各処理モード時におけるCPU60の
処理について説明する。
In the arithmetic processing block 40, the CPU 60 controls the counter / timer / control circuit 65 as described above.
Based on the servo interrupt signal S10 given from the above and the corresponding program stored in the ROM 61, the motor rotation control calculation process, the phase advance control process, in a time division manner within 1 [ms],
The temperature compensation control process and the serial communication control process are executed. The processing of the CPU 60 in each of these processing modes will be described below.

【0166】(5−1)モータ回転制御演算処理モード
時におけるCPU60の処理 モータ回転制御演算処理モード時におけるCPU60の
処理は、上述のように上位コントローラから与えられる
指定回転位置、指定回転速度又は指定回転トルクの値の
指定に応じた目標回転トルクT0 を算出することであ
る。
(5-1) Processing of CPU 60 in Motor Rotation Control Calculation Processing Mode The processing of CPU 60 in the motor rotation control calculation processing mode is the designated rotation position, designated rotation speed or designation given from the host controller as described above. The target rotational torque T0 is calculated according to the designation of the rotational torque value.

【0167】そしてCPU60は、この目標回転トルク
T0 を、上位コントローラから指定回転位置Pref が与
えられている場合には、ロータ軸回転角度検出処理ブロ
ック42によりレジスタ41に格納されるロータ軸磁極
回転角度Pm1に基づいて出力軸18(図1)の回転位置
Pm を算出すると共に、この回転位置Pm を用いて次式
When the designated rotation position Pref is given from the host controller, the CPU 60 applies the target rotation torque T0 to the rotor shaft magnetic pole rotation angle stored in the register 41 by the rotor shaft rotation angle detection processing block 42. The rotational position Pm of the output shaft 18 (FIG. 1) is calculated based on Pm1, and this rotational position Pm is used to calculate the following equation.

【0168】[0168]

【数40】 [Formula 40]

【0169】[0169]

【数41】 [Formula 41]

【0170】をそれぞれ演算することにより、指定回転
位置Pref に対する目標の回転速度Vmrefと、出力軸の
現在の回転速度Vm とを算出する。そしてこのようにし
て得られた(40)式及び(41)式から次式
The target rotational speed Vmref with respect to the designated rotational position Pref and the current rotational speed Vm of the output shaft are calculated by respectively calculating From the expressions (40) and (41) thus obtained, the following expression

【0171】[0171]

【数42】 [Equation 42]

【0172】の演算を実行することにより目標回転トル
クT0 を算出する。
The target rotation torque T0 is calculated by executing the calculation of.

【0173】また上位コントローラから指定回転速度V
ref が与えられている場合には、(41)式を用いて出
力軸18の現在の回転速度Vm を算出し、この回転速度
Vmに基づいて次式
Also, the designated rotation speed V is sent from the host controller.
When ref is given, the current rotational speed Vm of the output shaft 18 is calculated using the equation (41), and the following equation is calculated based on this rotational speed Vm.

【0174】[0174]

【数43】 [Equation 43]

【0175】を演算することにより目標回転トルクT0
を算出する。また上位コントローラから指定回転トルク
Tref が与えられている場合には、これをそのまま目標
回転トルクT0 とする。
By calculating the target rotational torque T0
To calculate. When the designated rotation torque Tref is given from the host controller, this is directly used as the target rotation torque T0.

【0176】なおこれら(40)〜(43)式におい
て、Sはラプラス演算子を示し、Kpp、Kvi及びKvpは
それぞれ上位コントローラにより設定される制御ゲイン
パラメータを表す。この制御ゲインパラメータKpp、K
vi及びKvpの値を変化させることにより、指定回転角度
Pref や指定回転速度Vref に対するACサーボモータ
1の応答を変化させることができる。
In these equations (40) to (43), S represents a Laplace operator, and Kpp, Kvi and Kvp represent control gain parameters set by the host controller. This control gain parameter Kpp, K
By changing the values of vi and Kvp, the response of the AC servomotor 1 to the designated rotation angle Pref and the designated rotation speed Vref can be changed.

【0177】因にこのようなモータ回転制御演算処理モ
ード時におけるCPU60の具体的な処理手順を図18
に示す。
Incidentally, a concrete processing procedure of the CPU 60 in such a motor rotation control calculation processing mode is shown in FIG.
Shown in.

【0178】CPU60は、上位コントローラから指定
回転角度Pref が与えられた場合、まずレジスタ41に
格納された第1及び第2の絶対角度センサデータD1
A、D1Bに基づいてロータ軸6の磁極回転数(以下、
ロータ軸磁極回転数と呼ぶ)Nm を算出する(ステップ
SP1)。
When the designated rotation angle Pref is given from the host controller, the CPU 60 firstly stores the first and second absolute angle sensor data D1 stored in the register 41.
Based on A and D1B, the magnetic pole rotation speed of the rotor shaft 6 (hereinafter,
Nm of the rotor shaft magnetic pole rotation number) is calculated (step SP1).

【0179】なおロータ軸磁極回転数Nm とは、ロータ
軸6の回転に伴いロータ軸磁極角度センサ22の第1〜
第4のホール素子26A〜26Dにより検出される樹脂
マグネット25の隣接する一対のN極及びS極による磁
束変化を1回転とする回転数と定義する。この実施の形
態においては、樹脂マグネット25は4極に着磁されて
いるため、ロータ軸6が機械的に1回転するとロータ軸
磁極回転数Nm は2となる。
The rotor shaft magnetic pole rotational speed Nm means the first to the first values of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 as the rotor shaft 6 rotates.
The change in magnetic flux due to a pair of adjacent N and S poles of the resin magnet 25 detected by the fourth Hall elements 26A to 26D is defined as the number of revolutions. In this embodiment, since the resin magnet 25 is magnetized to have four poles, the rotor shaft magnetic pole rotation number Nm becomes 2 when the rotor shaft 6 makes one mechanical rotation.

【0180】そしてこのロータ軸磁極回転数Nm は、図
19に示すロータ軸磁極回転数検出処理手順に従って、
それぞれsinθg 、cosθg で表される第1及び第
2の1回転絶対角度センサ信号S1A、S1Bの位相θ
g をレジスタ41に格納された第1及び第2の絶対角度
センサデータD1A、D1Bに基づいてソフトウエア処
理により算出し(ステップSP1A)、この位相θg に
トルク増幅部3の遊星ギア機構部16のギア比Nを乗算
し(ステップSP1B)、この乗算結果を2πで割り算
してその割算結果の整数部分にロータ軸磁極角度センサ
22(図1)の樹脂マグネット25の磁極数(本実施の
形態においては4)の半分の値Np を乗算する(ステッ
プSP1C)ことにより得ることができる。
The rotor shaft magnetic pole rotational speed Nm is calculated according to the rotor shaft magnetic pole rotational speed detection processing procedure shown in FIG.
Phase θ of the first and second one-rotation absolute angle sensor signals S1A, S1B represented by sin θg and cos θg, respectively.
g is calculated by software processing based on the first and second absolute angle sensor data D1A, D1B stored in the register 41 (step SP1A), and the phase θg of the planetary gear mechanism unit 16 of the torque amplification unit 3 is calculated. The gear ratio N is multiplied (step SP1B), the multiplication result is divided by 2π, and the integer part of the division result is the number of magnetic poles of the resin magnet 25 of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 (FIG. 1) (the present embodiment). Can be obtained by multiplying by half the value Np of 4) (step SP1C).

【0181】またCPU60は、図18に示すように、
このようにして算出したロータ軸磁極回転数Nm と、レ
ジスタ41に格納されたロータ軸磁極回転角度データP
m1とに基づき、次式
Further, the CPU 60, as shown in FIG.
The rotor shaft magnetic pole rotation speed Nm calculated in this way and the rotor shaft magnetic pole rotation angle data P stored in the register 41
Based on m1 and

【0182】[0182]

【数44】 [Equation 44]

【0183】で与えられるPm0を初期値として、次式With Pm0 given by as the initial value,

【0184】[0184]

【数45】 [Equation 45]

【0185】の演算を実行することによりそのときの出
力軸18の回転角度Pm を算出する(ステップSP
2)。
The rotation angle Pm of the output shaft 18 at that time is calculated by executing the calculation of (step SP).
2).

【0186】そしてCPU60は、指定回転角度Pref
からこの回転角度Pm を減算することにより、指定回転
角度Pref に対する誤差(以下、これを回転角度誤差と
呼ぶ)Pe を検出する(ステップSP3)。
Then, the CPU 60 sends the designated rotation angle Pref.
By subtracting this rotation angle Pm from, an error (hereinafter referred to as a rotation angle error) Pe with respect to the designated rotation angle Pref is detected (step SP3).

【0187】続いてCPU60は、この回転角度誤差P
e に比例ゲインKppを乗算することにより、指定回転角
度Pref に対する目標回転角度Vmrefを算出する(ステ
ップSP4)。
Subsequently, the CPU 60 determines the rotation angle error P
The target rotation angle Vmref with respect to the designated rotation angle Pref is calculated by multiplying e by the proportional gain Kpp (step SP4).

【0188】次いでCPU60は、レジスタ41に格納
されたロータ軸磁極回転角度Pm1を微分することにより
そのときの出力軸の回転速度Vm を算出する(ステップ
SP5)と共に、この後ステップSP4において算出し
た目標回転速度VmrefからステップSP5において算出
した回転速度Vm を減算することにより速度誤差Veを
算出する(ステップSP6)。
Next, the CPU 60 calculates the rotational speed Vm of the output shaft at that time by differentiating the rotor shaft magnetic pole rotation angle Pm1 stored in the register 41 (step SP5), and thereafter the target calculated in step SP4. The speed error Ve is calculated by subtracting the rotation speed Vm calculated in step SP5 from the rotation speed Vmref (step SP6).

【0189】続いてCPU60は、この速度誤差Ve に
次式
Subsequently, the CPU 60 calculates the speed error Ve by the following equation.

【0190】[0190]

【数46】 [Equation 46]

【0191】で与えられる速度積分ゲイン及び比例ゲイ
ンKvpを順次乗算する(ステップSP7及びステップS
P8)。これにより目標回転トルクT0 を得ることがで
きる。
The velocity integral gain and the proportional gain Kvp given by are successively multiplied (steps SP7 and S).
P8). As a result, the target rotation torque T0 can be obtained.

【0192】なおCPU60は、モータ回転制御演算処
理モード時、上位コントローラから指定回転速度Vref
が与えられているときにはこの処理をステップSP6に
から開始し、回転トルクTref が与えられているときに
はこれをそのまま目標回転トルクT0 としてレジスタ4
1に格納する。
In the motor rotation control calculation processing mode, the CPU 60 receives the designated rotation speed Vref from the host controller.
Is started, the process is started from step SP6. When the rotational torque Tref is given, this process is used as it is as the target rotational torque T0 in the register 4
Store in 1.

【0193】(5−2)進相制御処理モード時における
CPU60の処理 まず進相制御について説明する。モータ部2のU相、V
相及びW相の各コイル11に供給する各駆動電流Iu 、
Iv 、Iw は、それぞれトルク−3相電流信号変換処理
ブロック43及び電流制御処理ブロック44においてそ
れぞれ(33)式、(34)式及び(35)式となるよ
うに制御される。
(5-2) Processing of the CPU 60 in the phase advance control processing mode First, the phase advance control will be described. U phase of the motor unit 2, V
Drive current Iu to be supplied to each phase 11 and W phase coil 11,
The Iv and Iw are controlled by the torque-three-phase current signal conversion processing block 43 and the current control processing block 44, respectively, so that they become equations (33), (34), and (35), respectively.

【0194】このとき例えばロータ9が高速に回転して
いると、パワー基板24の各インバータ回路52A〜5
2Cにこれら(33)式、(34)式及び(35)式の
ような駆動電流Iu 、Iv 、Iw が与えられても実際に
U相、V相及びW相の各コイル11に流れる駆動電流I
u 、Iv 、Iw はコイル11のインピーダンスにより遅
れが生じ、この結果出力トルクが低下する。
At this time, for example, when the rotor 9 is rotating at a high speed, the inverter circuits 52A to 5A of the power board 24 are formed.
Even if the drive currents Iu, Iv, and Iw as shown in the equations (33), (34), and (35) are given to 2C, the drive currents actually flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11 are given. I
u, Iv, and Iw are delayed by the impedance of the coil 11, and as a result, the output torque is reduced.

【0195】進相制御とは、この問題を改善するために
次式
The phase advance control is performed by the following equation in order to improve this problem.

【0196】[0196]

【数47】 [Equation 47]

【0197】[0197]

【数48】 [Equation 48]

【0198】[0198]

【数49】 [Equation 49]

【0199】のようにU相、V相及びW相の各コイル1
1に印加する駆動電流Iu 、Iv 、Iw の位相を予めロ
ータ9の回転速度に応じた補正値θoff 分だけ進ませて
おく制御のことである。
Each coil 1 of U phase, V phase and W phase as shown in
This is a control in which the phases of the drive currents Iu, Iv, and Iw applied to 1 are advanced in advance by a correction value θoff corresponding to the rotation speed of the rotor 9.

【0200】そして実際上CPU60は、この進相制御
処理として補正値θoff を例えば図18におけるステッ
プSP5において算出した回転速度Vm を利用して、次
In actuality, the CPU 60 uses the rotation speed Vm calculated in step SP5 in FIG.

【0201】[0201]

【数50】 [Equation 50]

【0202】により算出してこれらをトルク−3相電流
信号変換処理ブロック43に与えることにより、当該ト
ルク−3相電流信号変換処理ブロック43において発生
させる第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、Wr をそれ
ぞれ(47)式〜(49)式のように補正値θoff 分だ
け進相させるように制御する。
The torque-three-phase current signal conversion processing block 43 is calculated according to the above equations and applied to the torque-three-phase current signal conversion processing block 43 to generate the first to third current command values Ur and Vr. , Wr are controlled so as to advance the phase by the correction value θoff as in equations (47) to (49).

【0203】なお(50)式においてKv は、出力軸1
8の回転速度の大きさと、進相補正の量との関係を決め
るゲインで、モータ部2の各コイル11の仕様により決
定される定数である。
In the equation (50), Kv is the output shaft 1
8 is a gain that determines the relationship between the magnitude of the rotation speed and the amount of phase advance correction, and is a constant determined by the specifications of each coil 11 of the motor unit 2.

【0204】(5−3)温度補償制御処理モード時にお
けるCPU60の処理 永久磁石を用いたACサーボモータでは、コイルに流れ
る電流による発熱や渦電流損による発熱が生じる。こう
した熱により永久磁石の磁気特性が変化する。一般的に
高温の雰囲気でコイル電流を流し、高い磁束密度を加え
ると永久磁石は減磁してしまう。このためコイル電流の
最大値は、安全性をもたせるために一般的に低く抑えら
れた設計となっている。
(5-3) Processing of CPU 60 in temperature compensation control processing mode In an AC servomotor using a permanent magnet, heat is generated by the current flowing through the coil and heat is generated by eddy current loss. Such heat changes the magnetic characteristics of the permanent magnet. Generally, when a coil current is passed in a high temperature atmosphere and a high magnetic flux density is applied, the permanent magnet is demagnetized. Therefore, the maximum value of the coil current is generally designed to be low in order to ensure safety.

【0205】温度補償制御とは、温度により許容される
最大電流を制御することにより永久磁石のもつ磁気特性
を有効に利用する制御である。
The temperature compensation control is control for effectively utilizing the magnetic characteristic of the permanent magnet by controlling the maximum current allowed by the temperature.

【0206】この実施の形態の場合、図9に示すよう
に、制御基板23の温度センサ29から出力される温度
センサ信号S14が1チップマイクロコンピュータ27
の第4のアナログ/ディジタル変換回路48を介して温
度センサデータD14としてレジスタ41に格納され
る。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 9, the temperature sensor signal S14 output from the temperature sensor 29 of the control board 23 is the one-chip microcomputer 27.
It is stored in the register 41 as the temperature sensor data D14 via the fourth analog / digital conversion circuit 48.

【0207】そしてCPU60は、この温度センサデー
タD14の値THに基づいて、(33)式〜(35)式
におけるI0 の最大値Imax を次式
Then, the CPU 60 calculates the maximum value Imax of I0 in the equations (33) to (35) based on the value TH of the temperature sensor data D14 by the following equation.

【0208】[0208]

【数51】 [Equation 51]

【0209】により演算し、この演算結果に基づいてト
ルク−3相電流信号変換処理ブロック43を制御するこ
とにより、モータ部2のU相、V相及びW相の各コイル
11に流す駆動電流Iu 、Iv 、Iw の上限を設定す
る。なおKthは、永久磁石(本実施の形態においてはロ
ータ9のロータマグネット8(図1))の温度特性に応
じて決まる温度係数である。
The drive current Iu supplied to each of the U-phase, V-phase and W-phase coils 11 of the motor unit 2 is calculated by controlling the torque-three-phase current signal conversion processing block 43 based on the calculation result. , Iv and Iw are set. Kth is a temperature coefficient determined according to the temperature characteristics of the permanent magnet (the rotor magnet 8 (FIG. 1) of the rotor 9 in the present embodiment).

【0210】(5−4)シリアル通信処理モード時にお
けるCPU60の処理 CPU60は、シリアル通信処理モード時、上位コント
ローラとの間で通信を行い、制御コマンドや変更パラメ
ータを入力し、またはモニタ用に内部信号を送信する。
(5-4) Processing of CPU 60 in serial communication processing mode In the serial communication processing mode, the CPU 60 communicates with the host controller, inputs control commands and change parameters, or internally monitors for monitoring. Send a signal.

【0211】(5−5)外力推定処理モード時における
CPU60の処理 ここでこのACサーボモータ1の場合、演算処理ブロッ
ク40では、上述のようなモータ回転制御演算処理、進
相制御処理、温度補償制御処理及びシリアル通信制御処
理に加えて、出力軸18に与えられる外力(負荷トル
ク)の大きさを推定し得るようになされている。
(5-5) Processing of CPU 60 in external force estimation processing mode Here, in the case of this AC servomotor 1, the arithmetic processing block 40 has the above-described motor rotation control arithmetic processing, phase advance control processing, and temperature compensation. In addition to the control process and the serial communication control process, the magnitude of the external force (load torque) applied to the output shaft 18 can be estimated.

【0212】この場合一般的なモータにおける出力トル
クTm と、ロータの機械的な回転角度θm と、出力軸に
与えられる外力Td と、ギア機構の出力角度(以下、出
力軸の回転角度とする)θg との関係は、図20のよう
に表すことができる。
In this case, the output torque Tm of a general motor, the mechanical rotation angle θm of the rotor, the external force Td applied to the output shaft, and the output angle of the gear mechanism (hereinafter referred to as the rotation angle of the output shaft). The relationship with θg can be expressed as shown in FIG.

【0213】すなわちロータの機械的な回転角度θm
は、出力トルクTm からギア機構の構造的な負荷トルク
Tdmを減算し、その減算結果に次式
That is, the mechanical rotation angle θm of the rotor
Is the output torque Tm subtracted from the structural load torque Tdm of the gear mechanism.

【0214】[0214]

【数52】 [Equation 52]

【0215】を乗算することにより算出することができ
る。なおJm はロータの慣性モーメントを表し、Dm は
ロータの軸受け等との摩擦係数を表す。
It can be calculated by multiplying by. Note that Jm represents the moment of inertia of the rotor, and Dm represents the coefficient of friction with the bearing of the rotor.

【0216】また出力軸の回転角度θg は、外力Td
と、ギア機構の構造的な負荷トルクTdmにギア機構のギ
ア比Nを乗算した乗算結果(以下、これを構造的出力軸
負荷トルクと呼ぶ)Tdlとを加算し、この加算結果Tdl
に次式
The rotation angle θg of the output shaft is determined by the external force Td.
And a multiplication result (hereinafter, referred to as structural output shaft load torque) Tdl obtained by multiplying the structural load torque Tdm of the gear mechanism by the gear ratio N of the gear mechanism, and the addition result Tdl
To

【0217】[0217]

【数53】 [Equation 53]

【0218】を乗算することにより算出することができ
る。なおJl はギア機構における慣性モーメント、Dl
はギア機構内における摩擦係数、Sはラプラス演算子を
それぞれ示す。
It can be calculated by multiplying by. Jl is the moment of inertia of the gear mechanism, Dl
Indicates a friction coefficient in the gear mechanism, and S indicates a Laplace operator.

【0219】そしてギア機構の構造的な負荷Tdmは、出
力軸の回転角度θg にギア機構におけるギア比Nを乗算
した乗算結果をモータロータの機械的な回転角度θm か
ら減算し、減算結果にギア機構におけるばね係数Kg を
乗算することにより算出することができる。
The structural load Tdm of the gear mechanism is obtained by subtracting the multiplication result obtained by multiplying the rotation angle θg of the output shaft by the gear ratio N in the gear mechanism from the mechanical rotation angle θm of the motor rotor, and by subtracting the result, the gear mechanism. It can be calculated by multiplying the spring coefficient Kg at.

【0220】かかる原理に基づいて、CPU60は、図
21に示す以下の手順に従って外部から出力軸18に与
えられる外力の大きさを推定する。
Based on this principle, the CPU 60 estimates the magnitude of the external force applied to the output shaft 18 from the outside according to the following procedure shown in FIG.

【0221】すなわちCPU60は、まず外力の推定値
(以下、これを外力推定値と呼ぶ)Tdeとして適当な大
きさの初期値を発生し、当該外力推定値Tdeと、遊星歯
車機構16の構造的出力軸負荷トルクTdlとの加算結果
に次式
That is, the CPU 60 first generates an appropriate initial value as an external force estimated value (hereinafter referred to as an external force estimated value) Tde, and the external force estimated value Tde and the structure of the planetary gear mechanism 16 are structurally determined. The addition result of the output shaft load torque Tdl is

【0222】[0222]

【数54】 [Equation 54]

【0223】を乗算することにより出力軸18の数学モ
デル的な回転角度θgmを算出する。
A mathematical model rotation angle θgm of the output shaft 18 is calculated by multiplying by.

【0224】そして演算により求められる実際の出力軸
18の回転角度θg からこの回転角度θgmを減算するこ
とにより、実際の回転角度θg に対する数学モデルの回
転角度θgmの誤差(以下、これをモデル誤差と呼ぶ)E
θg を算出すると共に、このモデル誤差Eθg に次式
Then, by subtracting this rotation angle θgm from the actual rotation angle θg of the output shaft 18 obtained by calculation, the error of the rotation angle θgm of the mathematical model with respect to the actual rotation angle θg (hereinafter, this is referred to as the model error). Call) E
θg is calculated and this model error Eθg is given by

【0225】[0225]

【数55】 [Equation 55]

【0226】で与えられる推定ゲインを乗算することに
より外力推定値Tdeを算出する。なおこの(55)式に
おいて、Ka は一定の正の係数値である。
The external force estimated value Tde is calculated by multiplying the estimated gain given by. In the equation (55), Ka is a constant positive coefficient value.

【0227】そしてCPU60は、この後外力推定値T
deを新たに得られた外力推定値Tdeに順次更新しながら
上述の演算処理を繰り返す。この結果このような演算処
理を繰り返すことによってモデル誤差Eθg はゼロ値に
収束してゆき、これに伴って外力推定値Tdeも実際に出
力軸18に与えられる外力の大きさに近づいてゆく。
The CPU 60 then determines the external force estimated value T
The above calculation process is repeated while sequentially updating de to the newly obtained external force estimated value Tde. As a result, by repeating such calculation processing, the model error Eθg converges to a zero value, and along with this, the external force estimated value Tde also approaches the magnitude of the external force actually applied to the output shaft 18.

【0228】そしてモデル誤差Eθg が0となったとき
の外力推定値Tdeが実際に出力軸18に与えられている
外力と推定することができ、CPU60はこの値を演算
により得られた外力推定値Tdeとする。
The external force estimated value Tde when the model error Eθg becomes 0 can be estimated as the external force actually applied to the output shaft 18, and the CPU 60 estimates this value as the external force estimated value obtained by calculation. Tde.

【0229】そしてCPU60は、この後この外力推定
値Tdeを上位コントローラに送信したり、または上位コ
ントローラの制御のもとに、この外力推定値Tdeに基づ
いて、出力軸18に与えられる外力に拮抗した出力トル
クの発生及び出力トルク制御や、外力を上回る出力トル
クの発生及び出力制御、又は外力を下回る出力トルクの
発生及び出力制御を実行する。
Then, the CPU 60 thereafter transmits this external force estimated value Tde to the host controller or, under the control of the host controller, antagonizes the external force given to the output shaft 18 based on this external force estimated value Tde. The generation and output torque control of the output torque, the generation and output control of the output torque that exceeds the external force, or the generation and output control of the output torque that falls below the external force are executed.

【0230】なおこの実施の形態の場合においては、上
述のように1回転絶対角度センサ21により検出される
出力軸18の回転変位に基づいて当該出力軸18に与え
られる外力の大きさを推定するようになされている。こ
のためトルク増幅部3の減速機構(遊星歯車機構16)
は、出力軸18に与えられる外力に比例して入力軸(ロ
ータ軸6)が変位を生じるのに十分な可逆駆動性(バッ
クドライバビリティ)をもつように構築されている。
In the case of this embodiment, the magnitude of the external force applied to the output shaft 18 is estimated based on the rotational displacement of the output shaft 18 detected by the one-rotation absolute angle sensor 21 as described above. It is done like this. Therefore, the reduction mechanism of the torque amplification unit 3 (planetary gear mechanism 16)
Is constructed so as to have reversible driveability (back drivability) sufficient to cause displacement of the input shaft (rotor shaft 6) in proportion to the external force applied to the output shaft 18.

【0231】(6)本実施の形態の動作及び効果 以上の構成において、このACサーボモータ1では、上
位コントローラから与えられる指定回転角度、指定回転
速度又は指定回転トルクに基づいて制御基板23の1チ
ップマイクロコンピュータ27においてU相、V相及び
W相の各コイル11に印加すべき駆動電流Iu 、Iv 、
Iw の値でなる第1〜第3の電流指令値Ur 、Vr 、W
r をそれぞれ算出し、当該算出した第1〜第3の電流指
令値Ur、Vr 、Wr に基づく第1〜第3のPWM信号
S4A〜S4Cをパワー基板24のコイル駆動ブロック
34に送出する。
(6) Operation and Effect of the Present Embodiment In the above-mentioned configuration, in the AC servomotor 1, the control board 23 is set to 1 based on the designated rotation angle, designated rotation speed or designated rotation torque given from the host controller. Driving currents Iu, Iv to be applied to the U-phase, V-phase and W-phase coils 11 in the chip microcomputer 27,
First to third current command values Ur, Vr, W which are values of Iw
Each r is calculated, and the first to third PWM signals S4A to S4C based on the calculated first to third current command values Ur, Vr, and Wr are sent to the coil drive block 34 of the power board 24.

【0232】そしてパワー基板24のコイル駆動ブロッ
ク34は、供給される第1〜第3のPWM信号S4A〜
S4Cに基づいて駆動電流Iu 、Iv 、Iw を生成し、
これをU相、V相及びW相の各コイル11に印加するよ
うにしてロータ9を回転駆動する。
Then, the coil drive block 34 of the power board 24 supplies the supplied first to third PWM signals S4A.about.
Generate drive currents Iu, Iv, Iw based on S4C,
The rotor 9 is rotationally driven by applying this to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 11.

【0233】そしてこのACサーボモータ1では、上述
のようにロータ9の回転を制御する制御手段としての制
御基板23及びパワー基板24が、ロータ9や、ステー
タ鉄心10A及びコイル11からなるステータと一体に
モータケース4の内部に収納されているため、外部との
接続配線量を格段的に減少させることができると共に、
アクチュエータシステム全体としての配線量をも減少さ
せることができる。
In this AC servomotor 1, the control board 23 and the power board 24 as the control means for controlling the rotation of the rotor 9 as described above are integrated with the rotor 9 and the stator composed of the stator core 10A and the coil 11. Since it is housed inside the motor case 4, the amount of wiring connected to the outside can be significantly reduced, and
The amount of wiring in the entire actuator system can also be reduced.

【0234】またこの場合において、PWM変換器83
A〜83C(スイッチング素子)が導電材からなるモー
タケース4の内部に収納されており、このため例えば従
来のACサーボモータのようにPWM信号(スイッチン
グ信号)を外部からACサーボモータに与える場合に比
べてスイッチングノイズが外部に悪影響を及ぼすのを格
段的に低減することができる。またこのことからACサ
ーボモータ1と上位コントローラとを接続する第2のケ
ーブル32として比較的一般的なものを使用することが
できる。
Also in this case, the PWM converter 83
A to 83C (switching elements) are housed inside the motor case 4 made of a conductive material. Therefore, for example, when a PWM signal (switching signal) is externally applied to the AC servomotor like a conventional AC servomotor. In comparison, it is possible to significantly reduce the adverse effects of switching noise on the outside. Also, from this fact, a relatively common cable can be used as the second cable 32 for connecting the AC servomotor 1 and the host controller.

【0235】さらにこのACサーボモータ1では、ロー
タ軸磁極角度センサ22をモータケース4内部における
ロータ9の近傍に配置し、当該ロータ軸磁極角度センサ
22の出力に基づいてロータの回転角度θm を求めるよ
うにしているため、ロータ軸6を太くすることなく高精
度かつ高速の位置決めを行い得るようにすることがで
き、その分全体として小型に構築することができる。
Furthermore, in this AC servomotor 1, the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 is arranged in the vicinity of the rotor 9 inside the motor case 4, and the rotor rotation angle θm is obtained based on the output of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22. Therefore, it is possible to perform high-accuracy and high-speed positioning without making the rotor shaft 6 thick, and accordingly, it is possible to construct a small size as a whole.

【0236】またこのようにロータ軸磁極角度センサ2
2をモータケース4内部におけるロータ9の近傍に配置
しているため、機械的な変動が少なく、ロータ軸6の回
転角度を安定して検出するもことができる。
In addition, the rotor shaft magnetic pole angle sensor 2
Since 2 is arranged near the rotor 9 inside the motor case 4, there is little mechanical fluctuation, and the rotation angle of the rotor shaft 6 can be detected stably.

【0237】さらにこのACサーボモータ1では、温度
センサ29をモータケース4内部におけるロータマグネ
ット8の近傍に設けられているため、当該温度センサ2
9の出力に基づいて、ロータマグネット8の磁気特性に
応じて実際に各コイル11に印加できる駆動電流Iu 、
Iv 、Iw の上限を正確にかつ容易に求めることがで
き、その分駆動電流Iu 、Iv 、Iw の上限を従来のよ
うに安全性を含んで設定する場合に比べて、当該上限を
上昇させて最大出力トルクを増加させることができる。
Further, in this AC servomotor 1, since the temperature sensor 29 is provided in the motor case 4 in the vicinity of the rotor magnet 8, the temperature sensor 2 is not provided.
Based on the output of 9, the drive current Iu that can be actually applied to each coil 11 according to the magnetic characteristics of the rotor magnet 8,
The upper limits of Iv and Iw can be accurately and easily obtained, and the upper limits of the drive currents Iu, Iv, and Iw can be increased as compared with the conventional case where the upper limits are set to include safety. The maximum output torque can be increased.

【0238】さらにこのACサーボモータ1では、ロー
タ9及び当該ロータ9の回転を制御する制御回路とが平
面上に配置されているため、小型偏平に構築することが
できる。
Further, in this AC servomotor 1, since the rotor 9 and the control circuit for controlling the rotation of the rotor 9 are arranged on a plane, it can be constructed in a small and flat shape.

【0239】さらにこのACサーボモータ1では、構造
が簡単でかつ部品点数が少ないため、製造時における組
立作業や調整作業を容易化させ得る利点もある。
Further, the AC servomotor 1 has a simple structure and a small number of parts, so that there is an advantage that the assembling work and the adjusting work at the time of manufacturing can be facilitated.

【0240】以上の構成によれば、上位コントローラの
制御のもとにモータ部2の回転を制御する制御基板23
及びパワー基板24をロータ9及びスタータと一体にモ
ータケース4の内部に収納するようにしたことによりA
Cサーボモータ1の外部との接続配線量を格段的に減少
させることができると共に、アクチュエータシステム全
体としての配線量をも減少させることができ、かくして
アクチュエータシステム全体としての構成を簡易化させ
得るACサーボモータを実現できる。
According to the above configuration, the control board 23 for controlling the rotation of the motor section 2 under the control of the host controller.
And the power board 24 is housed inside the motor case 4 integrally with the rotor 9 and the starter.
An AC that can significantly reduce the amount of wiring connected to the outside of the C servomotor 1 and can also reduce the amount of wiring of the entire actuator system, thus simplifying the configuration of the entire actuator system. Servo motor can be realized.

【0241】またロータ軸6の回転角度を検出するロー
タ軸磁極角度センサ22をモータケース4内部における
ロータ9の近傍に配置するようにしたことにより、ロー
タ軸6を太くすることなく高精度かつ高速位置決めを行
い得るようにすることができ、かくして性能を向上させ
ながら小型化をも図ることのできるACサーボモータを
実現できる。
Since the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 for detecting the rotation angle of the rotor shaft 6 is arranged in the motor case 4 in the vicinity of the rotor 9, the rotor shaft 6 can be accurately and quickly operated without being thickened. It is possible to realize positioning, and thus it is possible to realize an AC servomotor that can be downsized while improving performance.

【0242】さらに温度センサ29をモータケース4内
部におけるロータマグネット8の近傍に設けるようにし
たことにより、当該温度センサ29の出力に基づいて、
ロータマグネット8の磁気特性に応じて実際に各コイル
11に印加できる駆動電流Iu 、Iv 、Iw の上限を正
確にかつ容易に求めることができ、その分駆動電流Iu
、Iv 、Iw の上限を従来のように安全性を含んで設
定する場合に比べて、当該上限を上昇させて最大出力ト
ルクを増加させることができ、かくして性能を向上させ
得るACサーボモータを実現できる。
Further, since the temperature sensor 29 is provided inside the motor case 4 in the vicinity of the rotor magnet 8, based on the output of the temperature sensor 29,
The upper limits of the drive currents Iu, Iv, and Iw that can be actually applied to each coil 11 can be accurately and easily obtained according to the magnetic characteristics of the rotor magnet 8, and the drive current Iu can be calculated accordingly.
It is possible to increase the maximum output torque by increasing the upper limit of Iv, Iv, and Iw as compared with the conventional case in which the safety is set, and thus, the AC servomotor capable of improving the performance is realized. it can.

【0243】(7)他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、本発明をACサーボ
モータに適用するようにした場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、要は、回転自在に枢支された回転
軸(本実施の形態においてはロータ軸6)と、回転軸を
回転駆動する駆動手段(本実施の形態においてはロータ
9と、ステータ鉄心10及びコイルからなるステータ)
とがハウジング(本実施の形態においてはモータケース
4)内に収納されたアクチュエータ装置であるのなら
ば、この他種々のアクチュエータ装置に広く適用するこ
とができる。
(7) Other Embodiments In the above-mentioned embodiments, the case where the present invention is applied to the AC servomotor has been described. However, the present invention is not limited to this, and in short, rotation is essential. A freely rotatable pivot shaft (rotor shaft 6 in the present embodiment) and drive means for rotationally driving the rotary shaft (rotor 9, stator iron core 10 and a stator in the present embodiment).
If and are the actuator devices housed in the housing (motor case 4 in the present embodiment), they can be widely applied to various other actuator devices.

【0244】また上述の実施の形態においては、例えば
ロータマグネット8を4極に着磁するようにした場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えば8極や
これ以外の極数に着磁するようにしても良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the rotor magnet 8 is magnetized to have four poles has been described, but the present invention is not limited to this, and for example, eight poles or the number of poles other than this is used. It may be magnetized.

【0245】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ9の回転を制御する制御手段としての制御基板23及
びパワー基板24を別体に形成するようにした場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、一体に形成する
ようにしても良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the control board 23 and the power board 24 as the control means for controlling the rotation of the rotor 9 are separately formed is described, but the present invention is not limited to this. Not limited to this, they may be integrally formed.

【0246】さらに上述の実施の形態においては、1チ
ップマイクロコンピュータ27が上位コントローラから
与えられる指定回転角度、指定回転速度又は指定回転ト
ルクに基づいてロータ9の回転を制御するようにした場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば予
めプログラムされている回転角度や、回転速度又は回転
トルクの変化パターンに基づいてロータ9の回転を制御
するようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the case where the one-chip microcomputer 27 controls the rotation of the rotor 9 based on the designated rotation angle, the designated rotation speed or the designated rotation torque given from the host controller will be described. However, the present invention is not limited to this, and the rotation of the rotor 9 may be controlled based on, for example, a preprogrammed rotation angle or a change pattern of the rotation speed or the rotation torque.

【0247】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ軸6の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段と
してのロータ軸磁極角度センサ22を、所定パターンで
着磁さた樹脂マグネット25(第1の構成部)と、第1
〜第4のホール素子26A〜26D(第2の構成部)と
で構成するようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、この他種々の構成を広く適用することが
できる。
Further, in the above-described embodiment, the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 as the rotary shaft rotational displacement detecting means for detecting the rotational displacement of the rotor shaft 6 is magnetized in a predetermined pattern into the resin magnet 25 (first Component) and the first
The case where the fourth hall elements 26A to 26D (the second component) are used has been described, but the present invention is not limited to this, and various other configurations can be widely applied.

【0248】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ軸6の回転変位として、ロータ軸6の磁極角度θp を
検出するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、磁極角度θp 以外の回転変位情報を検出す
るようにしても良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the magnetic pole angle θp of the rotor shaft 6 is detected as the rotational displacement of the rotor shaft 6 has been described, but the present invention is not limited to this, and the magnetic pole angle θp is not limited to this. Other rotational displacement information may be detected.

【0249】さらに上述の実施の形態においては、ロー
タ部2においてパワー基板24から供給される駆動電流
Iu 、Iv 、Iw の電流値に応じた大きさの磁界を発生
させる磁界発生手段としてコイル11を適用するように
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、こ
の他種々の磁界発生手段を広く適用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the coil 11 is used as a magnetic field generating means for generating a magnetic field having a magnitude corresponding to the current values of the drive currents Iu, Iv, Iw supplied from the power substrate 24 in the rotor section 2. Although the case where it is applied has been described, the present invention is not limited to this, and various other magnetic field generating means can be widely applied.

【0250】さらに上述の実施の形態においては、U
相、V相及びW相の各コイル11に印加する駆動電流I
u 、Iv 、Iw の電流値を検出する駆動電流値検出手段
をコイル53(図10)により構成するようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々
の構成の駆動電流値検出手段を広く適用することができ
る。
Further, in the above embodiment, U
Current I applied to each phase 11, V phase and W phase coil 11
The case where the drive current value detecting means for detecting the current values of u, Iv, and Iw is configured by the coil 53 (FIG. 10) has been described, but the present invention is not limited to this, and the drive of various other configurations. The current value detecting means can be widely applied.

【0251】さらに上述の実施の形態においては、制御
基板23の1チップコンピュータ27に、上位コントロ
ーラとの通信するためのシリアル通信機能としてRS−
232Cシリアル通信機能及び同期式シリアル通信機能
をもたせるようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、これ以外のシリアル通信機能をもたせる
ようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the one-chip computer 27 of the control board 23 is provided with the RS- as a serial communication function for communicating with the host controller.
The case where the 232C serial communication function and the synchronous serial communication function are provided has been described, but the present invention is not limited to this, and other serial communication functions may be provided.

【0252】さらに上述の実施の形態においては、モー
タ部2において発生された回転トルクを増幅するトルク
増幅手段を、図5に示すような遊星歯車機構16により
構成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の構成を広く適用することがで
きる。
Further, in the above embodiment, the case where the torque amplifying means for amplifying the rotating torque generated in the motor section 2 is constituted by the planetary gear mechanism 16 as shown in FIG. 5 has been described. The present invention is not limited to this, and various other configurations can be widely applied.

【0253】さらに上述の実施の形態においては、出力
軸18の回転変位を検出する出力軸回転変位検出手段と
しての1回転絶対角度センサ21を樹脂マグネット19
と、第1及び第2のホール素子20A、20Bとにより
構成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、この他種々の構成を広く適用することがで
きる。
Further, in the above embodiment, the one-rotation absolute angle sensor 21 as the output shaft rotational displacement detecting means for detecting the rotational displacement of the output shaft 18 is provided with the resin magnet 19.
The case where the first and second Hall elements 20A and 20B are configured has been described, but the present invention is not limited to this, and various other configurations can be widely applied.

【0254】さらに上述の実施の形態においては、1回
転絶対角度センサ21から出力される第1及び第2の1
回転絶対角度センサ信号S1A、S1Bと、ロータ軸磁
極角度センサ22の出力に基づく第1及び第2のロータ
軸磁極角度センサ信号S2A、S2Bとに基づいて外部
から出力軸18に与えられる負荷トルク(外力)を検出
する演算手段を、1チップマイクロコンピュータ27に
より構成するようにした場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、これを1チップマイクロコンピュータ
27と別体に設けるようにしても良い。
Further, in the above-mentioned embodiment, the first and second 1 output from the one-rotation absolute angle sensor 21.
A load torque externally applied to the output shaft 18 based on the absolute rotation angle sensor signals S1A and S1B and the first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor signals S2A and S2B based on the output of the rotor shaft magnetic pole angle sensor 22 ( The case where the calculating means for detecting (external force) is configured by the 1-chip microcomputer 27 has been described, but the present invention is not limited to this, and the calculating means may be provided separately from the 1-chip microcomputer 27. good.

【0255】さらに上述の実施の形態においては、パワ
ー基板24において検出されたU相、V相及びW相の各
コイル11に印加される各駆動電流Iu 、Iv 、Iw に
基づいて各駆動電流Iu 、Iv 、Iw の電流値をフィー
ドバック制御するようにして、電源電圧の変動の影響を
減少させるようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、オープンループ制御によりV相及びW相
の各コイル11に印加される各駆動電流Iu 、Iv 、I
w の電流値を制御するようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, each drive current Iu is based on each drive current Iu, Iv, Iw applied to each U-phase, V-phase and W-phase coil 11 detected in the power board 24. , Iv, and Iw are feedback-controlled to reduce the influence of fluctuations in the power supply voltage, the present invention is not limited to this, and the V-phase and W-phase are controlled by open-loop control. Drive currents Iu, Iv, I applied to the respective coils 11 of
The current value of w may be controlled.

【0256】実際上、このような方法としては、電源電
圧Vcmの大きさを検出し、当該検出結果に基づいて電流
制御処理ブロック44におけるゲインGv を次式
In practice, as such a method, the magnitude of the power supply voltage Vcm is detected, and the gain Gv in the current control processing block 44 is calculated by the following equation based on the detection result.

【0257】[0257]

【数56】 [Equation 56]

【0258】のように可変するようにすれば良い。It may be variable as shown in FIG.

【0259】[0259]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、回転自在
に枢支されたロータと、ロータにトルクを発生させるス
テータとがハウジング内に収納されたアクチュエータ装
置において、ステータに駆動電流を供給する駆動回路
と、予め与えられた、回転角度又は回転速度の指定に対
する応答特性を決定する制御ゲインパラメータを保持
し、当該制御ゲインパラメータを用いて駆動回路に与え
る電流指令値を算出する演算手段とをハウジングに設け
るようにしたことにより、当該アクチュエータ装置を制
御する演算手段を一体とすることができ、かくしてアク
チュエータシステムの構成を簡易化させ得るアクチュエ
ータ装置を実現できる。
As described above, according to the present invention, in the actuator device in which the rotor rotatably supported and the stator for generating torque in the rotor are housed in the housing, the drive current is supplied to the stator. A driving circuit that holds the control gain parameter that determines the response characteristic to the designation of the rotation angle or the rotation speed given in advance, and calculates a current command value to be given to the drive circuit using the control gain parameter. By providing the housing in the housing, it is possible to integrate an arithmetic means for controlling the actuator device, and thus it is possible to realize an actuator device that can simplify the configuration of the actuator system.

【0260】また本発明によれば、回転自在に枢支され
たロータと、ロータにトルクを発生させるステータと、
ロータ及びステータを収納するハウジングと、ロータに
発生したトルクを増幅して出力軸を介して出力するトル
ク増幅手段とを有するアクチュエータ装置において、ハ
ウジングに設けられ、ステータに駆動電流を供給する駆
動回路と、ハウジングに設けられ、予め与えられた、回
転角度又は回転速度の指定に対する応答特性を決定する
制御ゲインパラメータを保持し、当該制御ゲインパラメ
ータを用いて駆動回路に与える電流指令値を算出する演
算手段と、トルク増幅手段に設けられ、出力軸の回転角
度を検出する回転角度検出手段とを設け、演算手段が、
予め与えられたトルク増幅手段の数学的モデルを用いて
回転角度検出手段の検出結果からトルク増幅手段の出力
軸に与えられた外力の推定値を算出し、当該推定結果に
応じて電流指令値を決定するようにしたことにより、当
該アクチュエータ装置を制御する演算手段を一体とする
ことができ、かくしてアクチュエータシステムの構成を
簡易化させ得るアクチュエータ装置を実現できる。
Further, according to the present invention, a rotor rotatably supported, a stator for generating torque in the rotor,
In an actuator device having a housing for accommodating a rotor and a stator and a torque amplifying means for amplifying torque generated in the rotor and outputting the torque via an output shaft, a drive circuit provided in the housing and supplying a drive current to the stator An arithmetic means that is provided in the housing, holds a control gain parameter that determines a response characteristic to a designated rotation angle or rotation speed, and calculates a current command value to be given to the drive circuit using the control gain parameter. And a rotation angle detecting means provided in the torque amplifying means for detecting the rotation angle of the output shaft, and the calculating means is
An estimated value of the external force applied to the output shaft of the torque amplification means is calculated from the detection result of the rotation angle detection means using a mathematical model of the torque amplification means given in advance, and the current command value is calculated according to the estimation result. By making the determination, the calculation means for controlling the actuator device can be integrated, and thus the actuator device that can simplify the configuration of the actuator system can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施の形態によるACサーボモータの構成を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an AC servomotor according to the present embodiment.

【図2】ロータ及びロータ軸磁極角度センサの構成を示
す略線図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a rotor and a rotor shaft magnetic pole angle sensor.

【図3】ロータ及びステータ鉄心の位置関係を示す略線
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a positional relationship between a rotor and a stator iron core.

【図4】ステータ及びパワー基板の構成を示す略線図で
ある。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a stator and a power board.

【図5】トルク増幅部の構成を示す略線図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a torque amplification unit.

【図6】1回転絶対角度センサにおける樹脂マグネット
の着磁パターンの説明に供する特性曲線図である。
FIG. 6 is a characteristic curve diagram for explaining a magnetization pattern of a resin magnet in a one-rotation absolute angle sensor.

【図7】1回転絶対角度センサ信号の波形を示す特性曲
線図である。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing a waveform of a one-rotation absolute angle sensor signal.

【図8】制御基板の構成を示す略線図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a control board.

【図9】制御基板の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control board.

【図10】パワー基板の構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a power board.

【図11】1チップマイクロコンピュータの構成を示す
ブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a one-chip microcomputer.

【図12】ロータ軸磁極角度センサにおける樹脂マグネ
ットの着磁パターンの説明に供する特性曲線図である。
FIG. 12 is a characteristic curve diagram for explaining a magnetization pattern of a resin magnet in a rotor shaft magnetic pole angle sensor.

【図13】第1及び第2のセンサ信号(第1及び第2の
ロータ軸磁極角度センサ信号)の波形を示す特性曲線図
である。
FIG. 13 is a characteristic curve diagram showing waveforms of first and second sensor signals (first and second rotor shaft magnetic pole angle sensor signals).

【図14】ロータ軸回転角度検出処理ブロックの構成を
示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a rotor shaft rotation angle detection processing block.

【図15】トルク−3相電流信号変換処理ブロックの構
成を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a torque-3 phase current signal conversion processing block.

【図16】電流制御処理ブロックの構成を示すブロック
図である。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a current control processing block.

【図17】PWM変換器の処理の説明に供する略線図で
ある。
FIG. 17 is a schematic diagram used to describe a process of a PWM converter.

【図18】モータ回転制御処理モード時におけるCPU
の演算処理の説明に供するブロック図である。
FIG. 18: CPU in motor rotation control processing mode
3 is a block diagram provided for explaining the arithmetic processing of FIG.

【図19】モータ軸磁極回転数検出処理手順を示すブロ
ック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a motor shaft magnetic pole rotation speed detection processing procedure.

【図20】ロータ及びギア機構の関係の数学モデルを示
すブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram showing a mathematical model of the relationship between the rotor and the gear mechanism.

【図21】外力推定処理モード時におけるCPUの演算
処理の説明に供するブロック図である。
FIG. 21 is a block diagram for explaining the calculation processing of the CPU in the external force estimation processing mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……ACサーボモータ、2……モータ部、3……トル
ク増幅部、4……モータケース、6……ロータ軸、8…
…ロータマグネット、9……ロータ、10、10A〜1
0F……ステータ鉄心、11、11A〜11F……コイ
ル、16……遊星歯車機構、18……出力軸、19、2
5……樹脂マグネット、20A、20B、26A〜26
D……ホール素子、21……1回転絶対角度センサ、2
2……ロータ軸磁極角度センサ、23……制御基板、2
4……パワー基板、27……1チップマイクロコンピュ
ータ、29……温度センサ、31〜33……ケーブル、
34……コイル駆動ブロック、40……演算処理ブロッ
ク、42……ロータ軸回転角度検出ブロック、43……
トルク−3相電流信号変換処理ブロック、44……電流
制御処理ブロック、52A〜52C……インバータ回
路、60……CPU、64……シリアル通信用入出力回
路、83A〜83C……PWM変換器、S1A、S1B
……1回転絶対角度センサ信号、S2A、S2B……ロ
ータ軸磁極角度センサ信号、S3A〜S3C……駆動電
流検出信号、S4A〜S4B……PWM信号、S13…
…温度センサ信号、Ur 、Vr 、Wr ……電流指令値、
Iu 、Iv 、Iw ……駆動電流、θp ……磁気角度、P
m1……ロータ軸磁極回転角度、Pref ……指定回転角
度、Vref ……指定回転速度、Tref ……指定回転トル
ク、T0 ……目標回転トルク、Tde……外力推定値。
1 ... AC servo motor, 2 ... motor part, 3 ... torque amplification part, 4 ... motor case, 6 ... rotor shaft, 8 ...
… Rotor magnet, 9 …… Rotor, 10, 10A-1
0F ... Stator core, 11, 11A to 11F ... Coil, 16 ... Planetary gear mechanism, 18 ... Output shaft, 19, 2
5: Resin magnet, 20A, 20B, 26A to 26
D: Hall element, 21 ... 1-turn absolute angle sensor, 2
2 ... Rotor shaft magnetic pole angle sensor, 23 ... Control board, 2
4 ... Power board, 27 ... 1-chip microcomputer, 29 ... Temperature sensor, 31-33 ... Cable,
34 ... Coil drive block, 40 ... Arithmetic processing block, 42 ... Rotor shaft rotation angle detection block, 43 ...
Torque-3 phase current signal conversion processing block, 44 ... Current control processing block, 52A-52C ... Inverter circuit, 60 ... CPU, 64 ... Serial communication input / output circuit, 83A-83C ... PWM converter, S1A, S1B
...... 1 rotation absolute angle sensor signal, S2A, S2B ...... Rotor shaft magnetic pole angle sensor signal, S3A to S3C ...... Drive current detection signal, S4A to S4B ...... PWM signal, S13 ...
... Temperature sensor signal, Ur, Vr, Wr ... Current command value,
Iu, Iv, Iw ... drive current, θp ... magnetic angle, P
m1 ... Rotor shaft magnetic pole rotation angle, Pref ... Designated rotation angle, Vref ... Designated rotation speed, Tref ... Designated rotation torque, T0 ... Target rotation torque, Tde ... External force estimated value.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02P 6/16 H02K 11/00 C E H02P 6/02 341N (56)参考文献 特開 平8−265919(JP,A) 特開 平8−75831(JP,A) 特開 平10−264057(JP,A) 特開 平10−296400(JP,A) 特開 平8−87330(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/06 H02K 11/00 H02K 21/14 H02K 29/08 H02P 5/41 H02P 6/16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H02P 6/16 H02K 11/00 CE H02P 6/02 341N (56) Reference JP-A-8-265919 (JP, A) Kaihei 8-75831 (JP, A) JP 10-264057 (JP, A) JP 10-296400 (JP, A) JP 8-87330 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) H02P 6/06 H02K 11/00 H02K 21/14 H02K 29/08 H02P 5/41 H02P 6/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転自在に枢支されたロータと、上記ロー
タにトルクを発生させるステータとがハウジング内に収
納されたアクチュエータ装置において、 上記ステータに駆動電流を供給する駆動回路と、 予め与えられた、回転角度又は回転速度の指定に対する
応答特性を決定する制御ゲインパラメータを保持し、当
該制御ゲインパラメータを用いて上記駆動回路に与える
電流指令値を算出する演算手段とを上記ハウジングに具
え、 ことを特徴とするアクチュエータ装置。
1. An actuator device in which a rotor rotatably supported and a stator for generating torque in the rotor are housed in a housing, and a drive circuit for supplying a drive current to the stator is provided in advance. Also , for the designation of rotation angle or rotation speed
Holds the control gain parameter that determines the response characteristics ,
An actuator device, characterized in that the housing is provided with a calculating means for calculating a current command value to be given to the drive circuit using the control gain parameter .
【請求項2】上記ハウジング内に設けられ、上記ロータ
を構成する駆動用の永久磁石の温度を検出する温度検出
手段を具え、 上記演算手段は、 予め与えられた上記永久磁石の温度特性に応じて決まる
温度係数を用い、上記温度検出手段の検出結果に基づい
て上記電流指令値を決定する ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ装
置。
2. A temperature detecting means provided in the housing for detecting a temperature of a permanent magnet for driving which constitutes the rotor, wherein the calculating means is responsive to a temperature characteristic of the permanent magnet given in advance. 2. The actuator device according to claim 1, wherein the current command value is determined based on the detection result of the temperature detection means using a temperature coefficient determined by the above.
【請求項3】回転自在に枢支されたロータと、上記ロー
タにトルクを発生させるステータと、上記ロータ及び上
記ステータを収納するハウジングと、上記ロータに発生
した上記トルクを増幅して出力軸を介して出力するトル
ク増幅手段とを有するアクチュエータ装置において、 上記ハウジングに設けられ、上記ステータに駆動電流を
供給する駆動回路と、 上記ハウジングに設けられ、予め与えられた、回転角度
又は回転速度の指定に対する応答特性を決定する制御ゲ
インパラメータを保持し、当該制御ゲインパラメータを
用いて上記駆動回路に与える電流指令値を算出する演算
手段と、 上記トルク増幅手段に設けられ、上記出力軸の回転角度
を検出する回転角度検出手段とを具え、 上記演算手段が、 予め与えられた上記トルク増幅手段の数学的モデルを用
いて上記回転角度検出手段の検出結果から上記トルク増
幅手段の上記出力軸に与えられた外力の推定値を算出
し、当該推定結果に応じて上記電流指令値を決定するこ
とを特徴とするアクチュエータ装置。
3. A rotor rotatably supported, a stator for generating torque in the rotor, a housing for accommodating the rotor and the stator, and an output shaft for amplifying the torque generated in the rotor. in the actuator device having a torque amplifying means for outputting through, provided on said housing, a drive circuit for supplying a drive current to the stator, provided in the housing, given in advance, the rotation angle
Alternatively, the control gain parameter for determining the response characteristic to the designation of the rotation speed is held, and the control gain parameter is used to calculate a current command value to be given to the drive circuit. And a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the output shaft, wherein the computing means uses the mathematical model of the torque amplifying means given in advance to detect the torque from the detection result of the rotation angle detecting means. An actuator device, characterized in that an estimated value of an external force applied to the output shaft of the amplification means is calculated, and the current command value is determined according to the estimated result.
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