アクチュエータ装置
【課題】アクチュエータシステムの構成を簡易化させ得ると共に、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実現し難かった。
【解決手段】アクチュエータ装置において、回転軸の回転を駆動手段を介して制御する制御手段をハウジング内に設けるようにした。またアクチュエータ装置において、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにした。さらに本発明においては、アクチュエータ装置において、回転自在に枢支された回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、永久磁石に回転力を生じさせる磁界を発生する磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサとを設けるようにした。
【解決手段】アクチュエータ装置において、回転軸の回転を駆動手段を介して制御する制御手段をハウジング内に設けるようにした。またアクチュエータ装置において、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにした。さらに本発明においては、アクチュエータ装置において、回転自在に枢支された回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、永久磁石に回転力を生じさせる磁界を発生する磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサとを設けるようにした。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、アクチュエータ装置において、駆動手段を介して回転軸の回転を制御する制御手段をハウジング内に設けるようにした。
【００１２】この結果このアクチュエータ装置では、外部との間の配線量を格段的に低減させることができる。
【００１３】また本発明においては、アクチュエータ装置において、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにした。
【００１４】この結果このアクチュエータ装置では、回転軸の回転変位を高精度に行うことができ、しかも回転軸を太くしたり、当該回転軸の材料として剛性の高いものを用いたりすることなく高精度かつ高速に位置決めを行い得るようにすることができる。
【００１５】さらに本発明においては、アクチュエータ装置において、回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた大きさの磁界を発生するようにして永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサと設けるようにした。
【００１６】この結果このアクチュエータ装置では、温度センサの出力に基づいて、実際に許容されるコイルに与える駆動電流の電流値の上限を容易に検出し得るようにすることができる。
【００１７】
【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。
【００１８】（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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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１８に固定されている。
【００２４】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１８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。
【００２５】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。
【００２６】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（θg ）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１２の外周面に固着されている。
【００２７】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、２０Ｂからそれぞれ図７に示すようなそれぞれｓｉｎ（θg）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。
【００２８】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２２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。
【００２９】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。
【００３０】また第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄ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、２６Ｂ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。
【００３１】これによりこのロータ軸回転角度センサ２２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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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、Ｓ２Ｂ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、Ｓ１Ｂ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。
【００３５】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３２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。
【００３６】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３３を介してパワー基板２４に送出するようになされている。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】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。
【００４１】（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４４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。
【００４２】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。
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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Ｕr 、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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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Ｓ４Ａ〜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３４に送出する。
【００５２】コイル駆動ブロック３４においては、図１０R>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〜５０Ｃ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ＴＲ３、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。
【００５３】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ＮＰＮ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ＰＮＰ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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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〜Ｓ３Ｃ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１１１１）に送出するようになされている。
【００５７】（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４２、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。
【００５８】（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（Random 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Ｓ１０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。
【００５９】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。
【００６０】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Ｔ0 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。
【００６１】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６４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。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】（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。
【００６６】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
【００６７】
【数１】
【００６８】となるように選定されている。
【００６９】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
【００７０】
【数２】
【００７１】と表すことができる。
【００７２】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
【００７３】
【数３】
【００７４】
【数４】
【００７５】
【数５】
【００７６】
【数６】
【００７７】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。
【００７８】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
【００７９】
【数７】
【００８０】で与えられるその隣のコイル１１Ｂ、１１ＦをＶ相とし、座標位置θ0 が次式
【００８１】
【数８】
【００８２】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180 〔°〕対向するコイル１１ＤはＵ相となる。
【００８３】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
【００８４】
【数９】
【００８５】で与えられる。
【００８６】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
【００８７】
【数１０】
【００８８】
【数１１】
【００８９】
【数１２】
【００９０】
【数１３】
【００９１】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。
【００９２】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、それぞれ次式
【００９３】
【数１４】
【００９４】
【数１５】
【００９５】
【数１６】
【００９６】
【数１７】
【００９７】となる。
【００９８】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９R>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
【００９９】
【数１８】
【０１００】
【数１９】
【０１０１】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。
【０１０２】そしてこれら第１及び第２のセンサ信号Ｓh12 、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。
【０１０３】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
【０１０４】
【数２０】
【０１０５】を演算する。
【０１０６】そしてＥθx ＝０とならない場合には、θx を次式
【０１０７】
【数２１】
【０１０８】により算出する。ここでＫrpは比例ゲイン、Ｋriは積分ゲインをそれぞれ示し、ともに正の定数である。
【０１０９】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
【０１１０】
【数２２】
【０１１１】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。
【０１１２】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
【０１１３】
【数２３】
【０１１４】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。
【０１１５】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４２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。
【０１１６】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。
【０１１７】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。
【０１１８】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
【０１１９】
【数２４】
【０１２０】（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Ｋrp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。
【０１２１】この結果加算器７４から磁極角度演算値θx 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。
【０１２２】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。
【０１２３】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。
【０１２４】なおロータ軸回転角度検出処理ブロック４２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。
【０１２５】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。
【０１２６】（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
【０１２７】
【数２５】
【０１２８】
【数２６】
【０１２９】
【数２７】
【０１３０】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。
【０１３１】なおこの第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 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ＰＷＭ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。
【０１３２】（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。
【０１３３】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１５１５）から与えられる第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、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。
【０１３４】実際上第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８４Ｃ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〜８０Ｃ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。
【０１３５】そして第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８４Ｃ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
【０１３６】
【数２８】
【０１３７】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。
【０１３８】そしてこのようにして得られたそれぞれ次式
【０１３９】
【数２９】
【０１４０】
【数３０】
【０１４１】
【数３１】
【０１４２】で与えられる各第２の乗算回路８２Ａ〜８２Ｃ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。
【０１４３】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。
【０１４４】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。
【０１４５】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。
【０１４６】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。
【０１４７】従って第１のＰＷＭパルス信号発生回路８５Ａ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８５Ａからは、論理「０」レベルの基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃが出力される。
【０１４８】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。
【０１４９】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。
【０１５０】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Ｓ４Ａ〜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。
【０１５１】（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Ｉu 、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。
【０１５２】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 を用いて次式
【０１５３】
【数３２】
【０１５４】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。
【０１５５】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
【０１５６】
【数３３】
【０１５７】
【数３４】
【０１５８】
【数３５】
【０１５９】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、
【０１６０】
【数３６】
【０１６１】
【数３７】
【０１６２】
【数３８】
【０１６３】となる。
【０１６４】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
【０１６５】
【数３９】
【０１６６】と表すことができる。
【０１６７】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。
【０１６８】（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。
【０１６９】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。
【０１７０】（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。
【０１７１】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
【０１７２】
【数４０】
【０１７３】
【数４１】
【０１７４】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
【０１７５】
【数４２】
【０１７６】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。
【０１７７】また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
【０１７８】
【数４３】
【０１７９】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。
【０１８０】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、Ｋvi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。
【０１８１】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。
【０１８２】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Ｄ１Ａ、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）。
【０１８３】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。
【０１８４】そしてこのロータ軸磁極回転数Ｎm は、図１９１９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θg 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。
【０１８５】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Ｐm1とに基づき、次式
【０１８６】
【数４４】
【０１８７】で与えられるＰm0を初期値として、次式
【０１８８】
【数４５】
【０１８９】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ＳＰ２）。
【０１９０】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）。
【０１９１】続いてＣＰＵ６０は、この回転角度誤差Ｐe 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）。
【０１９２】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）。
【０１９３】続いてＣＰＵ６０は、この速度誤差Ｖe に次式
【０１９４】
【数４６】
【０１９５】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ＳＰ８）。これにより目標回転トルクＴ0 を得ることができる。
【０１９６】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４１に格納する。
【０１９７】（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。
【０１９８】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〜５２Ｃ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Ｉu 、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。
【０１９９】進相制御とは、この問題を改善するために次式
【０２００】
【数４７】
【０２０１】
【数４８】
【０２０２】
【数４９】
【０２０３】のように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 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。
【０２０４】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、次式
【０２０５】
【数５０】
【０２０６】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。
【０２０７】なお（５０）式においてＫv は、出力軸１８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。
【０２０８】（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。
【０２０９】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。
【０２１０】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。
【０２１１】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
【０２１２】
【数５１】
【０２１３】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。
【０２１４】（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。
【０２１５】（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。
【０２１６】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。
【０２１７】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
【０２１８】
【数５２】
【０２１９】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。
【０２２０】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
【０２２１】
【数５３】
【０２２２】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。
【０２２３】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。
【０２２４】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。
【０２２５】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
【０２２６】
【数５４】
【０２２７】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。
【０２２８】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）Ｅθg を算出すると共に、このモデル誤差Ｅθg に次式
【０２２９】
【数５５】
【０２３０】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。
【０２３１】そしてＣＰＵ６０は、この後外力推定値Ｔde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。
【０２３２】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。
【０２３３】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。
【０２３４】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。
【０２３５】（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 、Ｗr 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。
【０２３６】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。
【０２３７】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。
【０２３８】またこの場合において、ＰＷＭ変換器８３Ａ〜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。
【０２３９】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。
【０２４０】またこのように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。
【０２４１】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る。
【０２４２】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。
【０２４３】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。
【０２４４】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ＡＣ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。
【０２４５】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。
【０２４６】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。
【０２４７】（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。
【０２４８】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。
【０２４９】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。
【０２５０】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。
【０２５１】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。
【０２５２】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。
【０２５３】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。
【０２５４】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Ｉu 、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。
【０２５５】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。
【０２５６】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。
【０２５７】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。
【０２５８】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。
【０２５９】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 、Ｉw の電流値を制御するようにしても良い。
【０２６０】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
【０２６１】
【数５５】
【０２６２】のように可変するようにすれば良い。
【０２６３】
【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回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段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、回転軸の回転を駆動手段を介して制御する制御手段をハウジング内に設けるようにしたことにより、外部との間の配線量を格段的に低減させることができ、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。
【０２６４】また本発明によれば、回転自在に枢支された回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段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、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにしたことにより、回転軸の回転変位を高精度に行うことができると共に、回転軸を太くしたり、当該回転軸の材料として剛性の高いものを用いたりすることなく高精度かつ高速に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容易に小型化させ得るアクチュエータ装置を実現できる。
【０２６５】さらに本発明によれば、アクチュエータ装置において、回転自在に枢支された回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた大きさの磁界を発生させるようにして永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段を設けるようにしたことにより、永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサとを設けるようにしたことにより、温度センサの出力に基づいて、実際にコイルに許容される駆動電流の電流値の上限を容易に検出し得るようにすることができ、かくして性能を向上させ得るアクチュエータ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【図５】トルク増幅部の構成を示す略線図である。
【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。
【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。
【図８】制御基板の構成を示す略線図である。
【図９】制御基板の構成を示すブロック図である。
【図１０】パワー基板の構成を示す回路図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１７】ＰＷＭ変換器の処理の説明に供する略線図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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〜１０Ｆ……ステータ鉄心、１１、１１Ａ〜１１Ｆ……コイル、１６……遊星歯車機構、１８……出力軸、１９、２５……樹脂マグネット、２０Ａ、２０Ｂ、２６Ａ〜２６Ｄ……ホール素子、２１……１回転絶対角度センサ、２２……ロータ軸磁極角度センサ、２３……制御基板、２４……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、Ｐm1……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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、アクチュエータ装置において、駆動手段を介して回転軸の回転を制御する制御手段をハウジング内に設けるようにした。
【００１２】この結果このアクチュエータ装置では、外部との間の配線量を格段的に低減させることができる。
【００１３】また本発明においては、アクチュエータ装置において、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにした。
【００１４】この結果このアクチュエータ装置では、回転軸の回転変位を高精度に行うことができ、しかも回転軸を太くしたり、当該回転軸の材料として剛性の高いものを用いたりすることなく高精度かつ高速に位置決めを行い得るようにすることができる。
【００１５】さらに本発明においては、アクチュエータ装置において、回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた大きさの磁界を発生するようにして永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサと設けるようにした。
【００１６】この結果このアクチュエータ装置では、温度センサの出力に基づいて、実際に許容されるコイルに与える駆動電流の電流値の上限を容易に検出し得るようにすることができる。
【００１７】
【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。
【００１８】（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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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１８に固定されている。
【００２４】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１８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。
【００２５】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。
【００２６】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（θg ）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１２の外周面に固着されている。
【００２７】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、２０Ｂからそれぞれ図７に示すようなそれぞれｓｉｎ（θg）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。
【００２８】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２２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。
【００２９】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。
【００３０】また第１〜第４のホール素子２６Ａ〜２６Ｄ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、２６Ｂ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。
【００３１】これによりこのロータ軸回転角度センサ２２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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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、Ｓ２Ｂ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、Ｓ１Ｂ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。
【００３５】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３２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。
【００３６】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３３を介してパワー基板２４に送出するようになされている。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】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。
【００４１】（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４４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。
【００４２】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。
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】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Ｕr 、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。
【００４８】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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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Ｓ４Ａ〜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３４に送出する。
【００５２】コイル駆動ブロック３４においては、図１０R>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〜５０Ｃ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ＴＲ３、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。
【００５３】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ＮＰＮ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ＰＮＰ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。
【００５４】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。
【００５５】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。
【００５６】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〜Ｓ３Ｃ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１１１１）に送出するようになされている。
【００５７】（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４２、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。
【００５８】（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（Random 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Ｓ１０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。
【００５９】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。
【００６０】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Ｔ0 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。
【００６１】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６４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。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】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。
【００６５】（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。
【００６６】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
【００６７】
【数１】
【００６８】となるように選定されている。
【００６９】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
【００７０】
【数２】
【００７１】と表すことができる。
【００７２】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
【００７３】
【数３】
【００７４】
【数４】
【００７５】
【数５】
【００７６】
【数６】
【００７７】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。
【００７８】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
【００７９】
【数７】
【００８０】で与えられるその隣のコイル１１Ｂ、１１ＦをＶ相とし、座標位置θ0 が次式
【００８１】
【数８】
【００８２】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180 〔°〕対向するコイル１１ＤはＵ相となる。
【００８３】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
【００８４】
【数９】
【００８５】で与えられる。
【００８６】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
【００８７】
【数１０】
【００８８】
【数１１】
【００８９】
【数１２】
【００９０】
【数１３】
【００９１】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。
【００９２】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、それぞれ次式
【００９３】
【数１４】
【００９４】
【数１５】
【００９５】
【数１６】
【００９６】
【数１７】
【００９７】となる。
【００９８】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９R>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
【００９９】
【数１８】
【０１００】
【数１９】
【０１０１】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。
【０１０２】そしてこれら第１及び第２のセンサ信号Ｓh12 、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。
【０１０３】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
【０１０４】
【数２０】
【０１０５】を演算する。
【０１０６】そしてＥθx ＝０とならない場合には、θx を次式
【０１０７】
【数２１】
【０１０８】により算出する。ここでＫrpは比例ゲイン、Ｋriは積分ゲインをそれぞれ示し、ともに正の定数である。
【０１０９】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
【０１１０】
【数２２】
【０１１１】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。
【０１１２】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
【０１１３】
【数２３】
【０１１４】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。
【０１１５】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４２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。
【０１１６】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。
【０１１７】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。
【０１１８】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
【０１１９】
【数２４】
【０１２０】（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Ｋrp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。
【０１２１】この結果加算器７４から磁極角度演算値θx 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。
【０１２２】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。
【０１２３】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。
【０１２４】なおロータ軸回転角度検出処理ブロック４２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。
【０１２５】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。
【０１２６】（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
【０１２７】
【数２５】
【０１２８】
【数２６】
【０１２９】
【数２７】
【０１３０】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。
【０１３１】なおこの第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 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ＰＷＭ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。
【０１３２】（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。
【０１３３】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１５１５）から与えられる第１〜第３の電流指令値Ｕr 、Ｖr 、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。
【０１３４】実際上第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８４Ｃ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〜８０Ｃ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。
【０１３５】そして第１〜第３の信号処理系８４Ａ〜８４Ｃ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
【０１３６】
【数２８】
【０１３７】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。
【０１３８】そしてこのようにして得られたそれぞれ次式
【０１３９】
【数２９】
【０１４０】
【数３０】
【０１４１】
【数３１】
【０１４２】で与えられる各第２の乗算回路８２Ａ〜８２Ｃ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。
【０１４３】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。
【０１４４】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。
【０１４５】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。
【０１４６】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。
【０１４７】従って第１のＰＷＭパルス信号発生回路８５Ａ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８５Ａからは、論理「０」レベルの基準信号Ｓ５Ａ〜Ｓ５Ｃが出力される。
【０１４８】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。
【０１４９】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。
【０１５０】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Ｓ４Ａ〜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。
【０１５１】（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Ｉu 、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。
【０１５２】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 を用いて次式
【０１５３】
【数３２】
【０１５４】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。
【０１５５】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
【０１５６】
【数３３】
【０１５７】
【数３４】
【０１５８】
【数３５】
【０１５９】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、
【０１６０】
【数３６】
【０１６１】
【数３７】
【０１６２】
【数３８】
【０１６３】となる。
【０１６４】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
【０１６５】
【数３９】
【０１６６】と表すことができる。
【０１６７】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。
【０１６８】（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。
【０１６９】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。
【０１７０】（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。
【０１７１】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
【０１７２】
【数４０】
【０１７３】
【数４１】
【０１７４】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
【０１７５】
【数４２】
【０１７６】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。
【０１７７】また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
【０１７８】
【数４３】
【０１７９】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。
【０１８０】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、Ｋvi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。
【０１８１】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。
【０１８２】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Ｄ１Ａ、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）。
【０１８３】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。
【０１８４】そしてこのロータ軸磁極回転数Ｎm は、図１９１９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θg 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。
【０１８５】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Ｐm1とに基づき、次式
【０１８６】
【数４４】
【０１８７】で与えられるＰm0を初期値として、次式
【０１８８】
【数４５】
【０１８９】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ＳＰ２）。
【０１９０】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）。
【０１９１】続いてＣＰＵ６０は、この回転角度誤差Ｐe 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）。
【０１９２】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）。
【０１９３】続いてＣＰＵ６０は、この速度誤差Ｖe に次式
【０１９４】
【数４６】
【０１９５】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ＳＰ８）。これにより目標回転トルクＴ0 を得ることができる。
【０１９６】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４１に格納する。
【０１９７】（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。
【０１９８】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〜５２Ｃ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Ｉu 、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。
【０１９９】進相制御とは、この問題を改善するために次式
【０２００】
【数４７】
【０２０１】
【数４８】
【０２０２】
【数４９】
【０２０３】のように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 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。
【０２０４】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、次式
【０２０５】
【数５０】
【０２０６】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。
【０２０７】なお（５０）式においてＫv は、出力軸１８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。
【０２０８】（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。
【０２０９】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。
【０２１０】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。
【０２１１】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
【０２１２】
【数５１】
【０２１３】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。
【０２１４】（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。
【０２１５】（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。
【０２１６】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。
【０２１７】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
【０２１８】
【数５２】
【０２１９】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。
【０２２０】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
【０２２１】
【数５３】
【０２２２】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。
【０２２３】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。
【０２２４】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。
【０２２５】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
【０２２６】
【数５４】
【０２２７】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。
【０２２８】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）Ｅθg を算出すると共に、このモデル誤差Ｅθg に次式
【０２２９】
【数５５】
【０２３０】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。
【０２３１】そしてＣＰＵ６０は、この後外力推定値Ｔde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。
【０２３２】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。
【０２３３】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。
【０２３４】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。
【０２３５】（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 、Ｗr 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。
【０２３６】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。
【０２３７】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。
【０２３８】またこの場合において、ＰＷＭ変換器８３Ａ〜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。
【０２３９】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。
【０２４０】またこのように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。
【０２４１】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る。
【０２４２】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。
【０２４３】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。
【０２４４】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ＡＣ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。
【０２４５】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。
【０２４６】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。
【０２４７】（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。
【０２４８】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。
【０２４９】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。
【０２５０】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。
【０２５１】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。
【０２５２】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。
【０２５３】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。
【０２５４】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Ｉu 、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。
【０２５５】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。
【０２５６】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。
【０２５７】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。
【０２５８】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。
【０２５９】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 、Ｉw の電流値を制御するようにしても良い。
【０２６０】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
【０２６１】
【数５５】
【０２６２】のように可変するようにすれば良い。
【０２６３】
【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回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段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、回転軸の回転を駆動手段を介して制御する制御手段をハウジング内に設けるようにしたことにより、外部との間の配線量を格段的に低減させることができ、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。
【０２６４】また本発明によれば、回転自在に枢支された回転軸と、回転軸を回転駆動する駆動手段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、回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段をハウジング内に設けるようにしたことにより、回転軸の回転変位を高精度に行うことができると共に、回転軸を太くしたり、当該回転軸の材料として剛性の高いものを用いたりすることなく高精度かつ高速に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容易に小型化させ得るアクチュエータ装置を実現できる。
【０２６５】さらに本発明によれば、アクチュエータ装置において、回転自在に枢支された回転軸と、当該回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた大きさの磁界を発生させるようにして永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段を設けるようにしたことにより、永久磁石に回転力を生じさせる磁界発生手段と、永久磁石の温度を検出する温度センサとを設けるようにしたことにより、温度センサの出力に基づいて、実際にコイルに許容される駆動電流の電流値の上限を容易に検出し得るようにすることができ、かくして性能を向上させ得るアクチュエータ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【図５】トルク増幅部の構成を示す略線図である。
【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。
【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。
【図８】制御基板の構成を示す略線図である。
【図９】制御基板の構成を示すブロック図である。
【図１０】パワー基板の構成を示す回路図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図１７】ＰＷＭ変換器の処理の説明に供する略線図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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〜１０Ｆ……ステータ鉄心、１１、１１Ａ〜１１Ｆ……コイル、１６……遊星歯車機構、１８……出力軸、１９、２５……樹脂マグネット、２０Ａ、２０Ｂ、２６Ａ〜２６Ｄ……ホール素子、２１……１回転絶対角度センサ、２２……ロータ軸磁極角度センサ、２３……制御基板、２４……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、Ｐm1……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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】回転自在に枢支された回転軸と、上記回転軸を回転駆動する駆動手段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、上記ハウジング内に設けられ、上記駆動手段を介して上記回転軸の回転を制御する制御手段を具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】上記制御手段は、上記回転軸の回転角度、回転速度及び又は回転トルクを制御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。
【請求項３】上記制御手段は、外部から与えられる駆動命令に応じた状態に上記回転軸が回転するように、上記駆動手段を制御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。
【請求項４】上記ハウジング内に設けられ、上記回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段を具え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。
【請求項５】上記回転軸回転変位検出手段は、上記回転軸と一体に設けられた第１の構成部と、上記ハウジング内の所定位置に固定配置された第２の構成部とを具え、上記回転軸と一体に回転する上記第１の構成部の回転変位を上記第２の構成部により検出するようにして、上記回転軸の回転変位を検出することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】上記第１の構成部は、所定パターンで着磁されたマグネットでなり、上記第２の構成部は、磁気センサでなることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】上記駆動手段は、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段とを有し、上記制御手段は、上記軸回転変位検出手段の検出結果に基づいて上記回転軸の回転速度を算出し、当該算出結果に応じた補正値分だけ上記駆動電流の位相を進相させ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。
【請求項８】上記駆動手段は、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段とを有し、上記ハウジング内には、上記永久磁石の温度を検出する温度センサが設けられ、上記制御手段は、上記温度センサの検出結果に基づいて、上記駆動手段に与える上記駆動電流の上記電流値の上限を設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。
【請求項９】上記駆動手段は、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた大きさ回転力を上記回転軸に生じさせ、上記ハウジング内には、上記駆動手段に与えられる上記駆動電流の上記電流値を検出する駆動電流値検出手段が設けられ、上記制御手段は、上記駆動電流検出手段の検出結果に基づいて、上記駆動手段に与える上記駆動電流の上記電流値を制御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。
【請求項１０】上記制御手段は、外部と所定のシリアル通信方式により通信する機能を有することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】上記シリアル通信方式は、ＲＳ−２３２Ｃシリアル通信方式及び又は同期式通信方式でなることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】上記回転軸を介して出力される回転トルクを増幅するトルク増幅手段と、上記トルク増幅手段により増幅された上記回転トルクに基づいて回転する出力軸と、上記出力軸の回転変位を検出する出力軸回転変位検出手段と、演算手段とを具え、上記トルク増幅手段は、外部から上記出力軸に与えられる負荷トルクに比例して上記入力軸が変位を生じるのに十分な可逆駆動性を有し、上記演算手段は、上記回転軸回転変位検出手段及び上記出力軸変位検出手段の検出結果に基づいて、上記出力軸に外部から与えられる負荷トルクを検出することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】上記駆動手段は、上記制御手段から与えれる駆動電流の電流値に応じた大きさ回転力を上記回転軸に発生させ、上記制御手段は、上記駆動手段に与えるべき上記駆動電流の電流値を表すパルス信号を発生する制御部と、上記制御部から与えられる上記パルス信号に応じた上記電流値の上記駆動電流を生成し、当該駆動電流を上記駆動手段に与える駆動電流生成部とを有し、上記ハウジングが導電性材料を用いて形成された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。
【請求項１４】回転自在に枢支された回転軸と、上記回転軸を回転駆動する駆動手段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、上記ハウジング内に設けられ、上記回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段を具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項１５】回転自在に枢支された回転軸と、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段と、上記永久磁石の温度を検出する温度センサとを具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項１】回転自在に枢支された回転軸と、上記回転軸を回転駆動する駆動手段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、上記ハウジング内に設けられ、上記駆動手段を介して上記回転軸の回転を制御する制御手段を具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】上記制御手段は、上記回転軸の回転角度、回転速度及び又は回転トルクを制御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。
【請求項３】上記制御手段は、外部から与えられる駆動命令に応じた状態に上記回転軸が回転するように、上記駆動手段を制御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。
【請求項４】上記ハウジング内に設けられ、上記回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段を具え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。
【請求項５】上記回転軸回転変位検出手段は、上記回転軸と一体に設けられた第１の構成部と、上記ハウジング内の所定位置に固定配置された第２の構成部とを具え、上記回転軸と一体に回転する上記第１の構成部の回転変位を上記第２の構成部により検出するようにして、上記回転軸の回転変位を検出することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】上記第１の構成部は、所定パターンで着磁されたマグネットでなり、上記第２の構成部は、磁気センサでなることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】上記駆動手段は、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段とを有し、上記制御手段は、上記軸回転変位検出手段の検出結果に基づいて上記回転軸の回転速度を算出し、当該算出結果に応じた補正値分だけ上記駆動電流の位相を進相させ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。
【請求項８】上記駆動手段は、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段とを有し、上記ハウジング内には、上記永久磁石の温度を検出する温度センサが設けられ、上記制御手段は、上記温度センサの検出結果に基づいて、上記駆動手段に与える上記駆動電流の上記電流値の上限を設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。
【請求項９】上記駆動手段は、上記制御手段から与えられる駆動電流の電流値に応じた大きさ回転力を上記回転軸に生じさせ、上記ハウジング内には、上記駆動手段に与えられる上記駆動電流の上記電流値を検出する駆動電流値検出手段が設けられ、上記制御手段は、上記駆動電流検出手段の検出結果に基づいて、上記駆動手段に与える上記駆動電流の上記電流値を制御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。
【請求項１０】上記制御手段は、外部と所定のシリアル通信方式により通信する機能を有することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】上記シリアル通信方式は、ＲＳ−２３２Ｃシリアル通信方式及び又は同期式通信方式でなることを特徴とする請求項１０に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】上記回転軸を介して出力される回転トルクを増幅するトルク増幅手段と、上記トルク増幅手段により増幅された上記回転トルクに基づいて回転する出力軸と、上記出力軸の回転変位を検出する出力軸回転変位検出手段と、演算手段とを具え、上記トルク増幅手段は、外部から上記出力軸に与えられる負荷トルクに比例して上記入力軸が変位を生じるのに十分な可逆駆動性を有し、上記演算手段は、上記回転軸回転変位検出手段及び上記出力軸変位検出手段の検出結果に基づいて、上記出力軸に外部から与えられる負荷トルクを検出することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】上記駆動手段は、上記制御手段から与えれる駆動電流の電流値に応じた大きさ回転力を上記回転軸に発生させ、上記制御手段は、上記駆動手段に与えるべき上記駆動電流の電流値を表すパルス信号を発生する制御部と、上記制御部から与えられる上記パルス信号に応じた上記電流値の上記駆動電流を生成し、当該駆動電流を上記駆動手段に与える駆動電流生成部とを有し、上記ハウジングが導電性材料を用いて形成された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。
【請求項１４】回転自在に枢支された回転軸と、上記回転軸を回転駆動する駆動手段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、上記ハウジング内に設けられ、上記回転軸の回転変位を検出する回転軸回転変位検出手段を具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項１５】回転自在に枢支された回転軸と、所定パターンで着磁され、上記回転軸と同軸に一体化された永久磁石と、供給される駆動電流の電流値に応じた強さの磁界を発生することにより、上記永久磁石に上記回転軸を中心とする回転力を生じさせる磁界発生手段と、上記永久磁石の温度を検出する温度センサとを具えることを特徴とするアクチュエータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１１】
【図１４】
【図１７】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図１１】
【図１４】
【図１７】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０００−２９９９７０（Ｐ２０００−２９９９７０Ａ）
【公開日】平成１２年１０月２４日（２０００．１０．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−３８０９７（Ｐ２０００−３８０９７）
【出願日】平成１２年２月９日（２０００．２．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１０月２４日（２０００．１０．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年２月９日（２０００．２．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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