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JP6419922B1 - DC motor controller - Google Patents

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JP6419922B1 JP2017204272A JP2017204272A JP6419922B1 JP 6419922 B1 JP6419922 B1 JP 6419922B1 JP 2017204272 A JP2017204272 A JP 2017204272A JP 2017204272 A JP2017204272 A JP 2017204272A JP 6419922 B1 JP6419922 B1 JP 6419922B1
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純一 多田
純一 多田
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株式会社 五十嵐電機製作所
株式会社 五十嵐電機製作所
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Abstract

【課題】回転軸のアブソリュート回転角を検出する機能を備えた、安価な、直流モータの制御装置を供する。【解決手段】制御ユニットと、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットとを備え、回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置において、ＭＲセンサユニットは、前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、制御ユニットは、イニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの位置決め情報と前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、回転軸に対するＭＲセンサの原点位置(Ｚα)の情報を取得し、Ａ相、Ｂ相、及び相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してメモリに記録するように構成されている。【選択図】図１An inexpensive DC motor control device having a function of detecting an absolute rotation angle of a rotary shaft is provided. An MR sensor unit includes a control unit and an MR sensor unit having a pair of MR sensors, and controls electric power supplied via a brush to an amateur fixed to a rotating shaft. Is a positioning based on the outputs of the pair of MR sensors, indicating a state where the incremental A phase and B phase signals accompanying the rotation of the rotary shaft and the A phase and B phase output signals are in a specific relationship. The control unit generates and outputs information from the MR sensor unit obtained by driving the DC motor by starting and driving the DC motor in a forward / reverse bidirectional manner at a predetermined rotational speed in response to an initialization drive signal. Obtains information on the origin position (Zα) of the MR sensor with respect to the rotation axis from the synchronization relationship between the positioning information, the A-phase and B-phase output signals, and the initialization drive signal. In addition, all data of the information on the A phase, the B phase, and the relative origin position are converted into absolute signal data and recorded in the memory. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、直流モータの制御装置に関するものであり、特に、被駆動体を駆動する直流モータを目標速度及び目標位置で作動させるサーボ制御に適した、ブラシ付き直流モータの制御装置に係るものである。   The present invention relates to a DC motor control device, and more particularly to a brushed DC motor control device suitable for servo control for operating a DC motor that drives a driven body at a target speed and a target position. is there.

ブラシ付き直流モータは、構造が比較的簡単で安定した性能が得られ、かつ、安価なため、各種の制御システムを構成する機器の駆動源として、様々な分野に広く採用されている。例えば、自動車のパワーシート、ワイパアーム、窓やトランクルームあるいはバックドアの開閉の駆動源としてのモータ、あるいは、エンジンの吸気系統や排気系統のバルブの開閉用駆動源として、ブラシ付き直流モータが使用されている。自動車用としては、正逆いずれの方向の回転でも同じトルク特性を有する、永久磁石型のブラシ付き直流モータが、小型でかつ価格も安い利点を生かして、多く採用されている。   The DC motor with a brush has a relatively simple structure, can obtain a stable performance, and is inexpensive. Therefore, the brush DC motor is widely used as a drive source for devices constituting various control systems in various fields. For example, DC motors with brushes are used as motors for opening and closing of power seats, wiper arms, windows, trunk rooms, and back doors of automobiles, or as drive sources for opening and closing valves of engine intake and exhaust systems. Yes. For automobiles, a permanent magnet type brushed direct current motor having the same torque characteristics in both forward and reverse rotations is often used because of its small size and low cost.

特許文献１には、自動車用ワイパアームの駆動装置である電動モータの制御技術として、モータのアマチュア軸の回転をホール素子センサ等の回転センサによって検出すると共に、磁気抵抗素子センサ（ＭＲセンサ）により、出力軸の回転角度、すなわち、ワイパアームの絶対位置（Ｚo）を認識して、モータの動作を制御する発明が開示されている。 In Patent Document 1, as a control technique of an electric motor that is a driving device for an automobile wiper arm, rotation of an armature shaft of a motor is detected by a rotation sensor such as a Hall element sensor, and a magnetoresistive element sensor (MR sensor) is used. An invention for controlling the operation of the motor by recognizing the rotation angle of the output shaft, that is, the absolute position (Z o ) of the wiper arm is disclosed.

特許文献２には、３個のホール素子と１個のＧＭＲ検出器の信号値に基づいて、３相永久磁石モータの任意の特定位置の情報やトルク変動情報を得る発明が開示されている。   Patent Document 2 discloses an invention that obtains information on arbitrary specific positions and torque fluctuation information of a three-phase permanent magnet motor based on signal values of three Hall elements and one GMR detector.

また、特許文献３には、ブラシレスＤＣモータ等のロータリエンコーダ用カウンタの、正転時と逆転時における出力値から、回転体の回転角度に関する情報と回転角度の変化に関する情報とを抽出し、多回転角度情報を生成する発明が開示されている。   Patent Document 3 extracts information on the rotational angle of the rotating body and information on changes in the rotational angle from the output values of the counter for a rotary encoder such as a brushless DC motor during forward rotation and reverse rotation. An invention for generating rotation angle information is disclosed.

特開２０１３―００１２３７号公報JP 2013-001237 A 特開２０１５―１４９８００号公報JP2015-149800A 特許第５０５８３３４号公報Japanese Patent No. 5058334

自動車等の各種被駆動部材において、被駆動体を駆動する直流モータを制御するためには、回転速度、回転方向の判別、回転数等の情報が必要である。これらの情報により、例えば、自動車の各種被駆動部材のスロースタートやスローストップ、速度制御、位置制御等をおこなうことで、自動車の安全な運転が可能になる。さらに、自動運転制御、若しくは自動運転制御を促進するためには、高精度の回転速度、回転方向の判別、回転数等の情報が必要であり、モータの回転軸の回転角度の情報のみならず、回転軸の絶対角度もしくは絶対位置（アブソリュート位置：Ｚo）の情報も必要になる。 In various driven members such as automobiles, in order to control the DC motor that drives the driven body, information such as the rotational speed, the determination of the rotational direction, and the rotational speed is required. By such information, for example, by performing slow start and slow stop, speed control, position control, and the like of various driven members of the automobile, it is possible to drive the automobile safely. Furthermore, in order to promote automatic operation control or automatic operation control, information such as high-precision rotation speed, determination of rotation direction, rotation speed, etc. is required, and not only information on the rotation angle of the motor rotation shaft. Information on the absolute angle or absolute position (absolute position: Z o ) of the rotating shaft is also required.

特許文献１に記載の発明では、多回転のアブソリュート位置の情報を得るために、センサとして、モータの位相角を検出する第１の検出手段と、モータの回転速度を検出する第２の検出手段の２種類の検出センサを用いている。特許文献２の発明でも、２種類の検出センサを採用している。このような、２種類の検出センサを採用した従来のアブソリュート位置の情報を得る手段は、構成が複雑で、かつ、高価なものとなる。すなわち、構造が比較的簡単で安定した性能が得られ、しかも価格も安い、というブラシ付き直流モータの利点が損なわれてしまう。
特許文献３に記載の発明は、１組のセンサ素子のデータを利用して、絶対位置に相当する位置情報を算出し、回転体の多回転角度情報を生成している。しかし、ブラシ付き直流モータに関して、絶対位置に相当する情報を高精度に求めることについては開示されていない。 In the invention described in Patent Document 1, in order to obtain information on the absolute position of multi-rotation, as a sensor, first detection means for detecting the phase angle of the motor and second detection means for detecting the rotation speed of the motor These two types of detection sensors are used. The invention of Patent Document 2 also employs two types of detection sensors. Such a conventional means for obtaining absolute position information employing two types of detection sensors has a complicated structure and is expensive. That is, the advantage of the brushed DC motor that the structure is relatively simple and stable performance is obtained and the price is low is lost.
In the invention described in Patent Document 3, position information corresponding to an absolute position is calculated using data of a set of sensor elements, and multi-rotation angle information of a rotating body is generated. However, there is no disclosure about obtaining the information corresponding to the absolute position with high accuracy with respect to the brushed DC motor.

また、自動車の各種被駆動部材を駆動する直流モータは、車載のバッテリを電源としている。バッテリの劣化や電源ラインの断線等、種々の要因で直流モータが停止し、被駆動部材が正常な状態に復帰しないままに、自動車の運転が停止になることもありうる。自動車の安全性をより高めるためには、このようなバッテリ電源の消失に伴う異常停止後であっても、安全に再起動できるのが望ましい。特許文献１〜３には、このような、異常停止後の再起動に関する配慮は開示されていない。   In addition, a DC motor that drives various driven members of an automobile uses an in-vehicle battery as a power source. The DC motor may stop due to various factors such as battery deterioration or power supply line disconnection, and the driving of the automobile may be stopped without the driven member returning to a normal state. In order to further improve the safety of the automobile, it is desirable that the vehicle can be safely restarted even after an abnormal stop accompanying the loss of the battery power. Patent Documents 1 to 3 do not disclose such consideration regarding restart after an abnormal stop.

本発明の１つの目的は、１組のセンサ素子を用いた簡単な構成で、モータの回転軸の原点位置に相当する高精度な位置情報を生成する機能を備えた、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することにある。   One object of the present invention is to control a brushed DC motor having a simple configuration using a pair of sensor elements and having a function of generating highly accurate position information corresponding to the origin position of the rotation axis of the motor. To provide an apparatus.

本発明の他の目的は、バッテリ電源の消失に伴う異常停止後もモータの回転軸の回転位相に関する情報を保有し、各種被駆動部材を安全に再起動できるようにした、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a brushed direct current motor that has information on the rotational phase of the rotating shaft of the motor even after an abnormal stop accompanying the disappearance of the battery power supply, and can safely restart various driven members. It is to provide a control device.

本発明の１つの態様によれば、直流モータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、１対のＭＲセンサにより前記直流モータの回転軸の回転を検知するＭＲセンサユニットとを備え、前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置において、前記ＭＲセンサユニットは、前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、前記制御ユニットは、イニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と前記位置決め情報と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、前記回転軸に対する前記ＭＲセンサの相対的原点位置(Ｚα)の情報を取得し、前記Ａ相、Ｂ相、及び前記相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してＥＥＰＲＯＭに記録するように構成されている。   According to one aspect of the present invention, a control unit that generates and outputs a drive signal for a DC motor, and an MR sensor unit that detects rotation of a rotating shaft of the DC motor by a pair of MR sensors, In the motor control device that controls electric power supplied to the amateur fixed to the rotation shaft via the brush, the MR sensor unit is accompanied by rotation of the rotation shaft based on the outputs of the pair of MR sensors. Incremental A-phase and B-phase signals and positioning information indicating a state in which the output signals of the A-phase and B-phase are in a specific relationship are generated and output, and the control unit receives the direct current in response to the initialization drive signal. The motor is started and operated in both forward and reverse directions at a predetermined rotational speed, and the output signals of the A phase and B phase from the MR sensor unit obtained by driving the DC motor and the level Information on the relative origin position (Zα) of the MR sensor with respect to the rotation axis is acquired from the synchronization relationship between the decision information and the initialization drive signal, and the A phase, B phase, and relative origin position All data of information is converted into absolute signal data and recorded in the EEPROM.

これにより、１組のセンサ素子のデータを利用した簡単な構成で、モータの回転軸の相対的原点位置の情報を生成する機能を備えた、ブラシ付き直流モータの制御装置を提供することができる。また、この相対的原点位置の情報がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも、次回の被駆動部材の起動時に、安全な運転開始を実現できる。   Thereby, it is possible to provide a control device for a brushed DC motor having a function of generating information on the relative origin position of the rotation shaft of the motor with a simple configuration using data of one set of sensor elements. . In addition, since the information of the relative origin position is recorded in the EEPROM, it is determined whether or not the driven member is abnormally stopped. Even when the driven member is abnormally stopped, a safe operation start is started at the next activation of the driven member. realizable.

本発明の他の態様によれば、前記制御ユニットは、前記直流モータの起動運転に伴い得られた、前記回転軸の前記相対的原点位置(Ｚα)信号と、前記Ａ相又は前記Ｂ相の出力信号を用いてＺ相の幅信号を生成し、前記Ｚ相の幅信号のデータに前記ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して前記アブソリュート信号のデータとするように構成されている。   According to another aspect of the present invention, the control unit obtains the relative origin position (Zα) signal of the rotating shaft, which is obtained along with the start-up operation of the DC motor, and the A phase or the B phase. The output signal is used to generate a Z-phase width signal, and the address of the EEPROM is assigned to the Z-phase width signal data to obtain the absolute signal data.

これにより、１組のセンサ素子のデータを利用した簡単な構成で、Ｚ相の幅信号を含むアブソリュート信号のデータが得られ、ブラシ付き直流モータの制御に利用することができる。   As a result, absolute signal data including the Z-phase width signal can be obtained with a simple configuration using data from one set of sensor elements, and can be used for controlling a brushed DC motor.

本発明によれば、１対のＭＲセンサの出力信号を基に得られた前記回転軸の相対的原点位置の情報がアブソリュート位置信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録されるので、ブラシ付き直流モータにより被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御できる。   According to the present invention, the information on the relative origin position of the rotating shaft obtained based on the output signals of the pair of MR sensors is recorded in the EEPROM as absolute position signal data. The position of the drive member can be controlled with extremely high accuracy.

また、本発明によれば、前記回転軸の相対的原点位置の情報がアアブソリュート位置信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録されているので、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも、次回の起動時に安全な運転開始を実現できる。   Further, according to the present invention, since the information on the relative origin position of the rotating shaft is recorded in the EEPROM as the absolute position signal data, it is determined whether or not the driven member is abnormally stopped. However, a safe start can be realized at the next startup.

本発明の第１の実施例に基づく、直流モータの制御装置を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the control apparatus of a DC motor based on 1st Example of this invention. 第１の実施例における、ＭＲセンサユニットのマグネットの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the magnet of MR sensor unit in the 1st example. 第１の実施例における、ＭＲセンサの出力信号の処理方法の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the processing method of the output signal of MR sensor in 1st Example. 第１の実施例における、ＭＲセンサユニットの処理回路部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the processing circuit part of MR sensor unit in a 1st Example. 第１の実施例における、制御ユニットの起動時の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process at the time of starting of a control unit in a 1st Example. 図３Ａに示す起動時の処理における、自己イニシャライズ処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the self-initialization process in the process at the time of starting shown to FIG. 3A. 自己イニシャライズ処理における、粗な位置決め情報に基づく、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the process of the determination of a relative origin position based on rough positioning information in the self-initialization process. 正回転指令時のＭＲセンサの出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of MR sensor at the time of normal rotation command. 逆回転指令時のＭＲセンサの出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of MR sensor at the time of reverse rotation command. 粗、密な位置決め情報の組み合わせに基づく、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the process of the determination of a relative origin position based on the combination of rough and fine positioning information. 第１の実施例における、制御ユニットの相対的原点位置の信号処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the signal processing of the relative origin position of a control unit in a 1st Example. 図５の相対的原点位置の信号処理を説明する図である。It is a figure explaining the signal processing of the relative origin position of FIG. 第１の実施例における、ＤＣサーボ制御部及びＰＷＭ信号生成部の動作の詳細を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing details of operations of a DC servo control unit and a PWM signal generation unit in the first embodiment. 第１の実施例における、ＤＣモータ駆動回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the DC motor drive circuit in 1st Example. ＰＷＭ信号と直流モータの回転方向の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a PWM signal and the rotation direction of a DC motor. ＥＥＰＲＯＭのデータを用いた、直流モータの開ループ制御の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the open loop control of a DC motor using the data of EEPROM. 本発明を、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置に適用した、第２の実施例の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the 2nd Example which applied this invention to the throttle-valve drive device and EGR valve drive device of a motor vehicle. 第２の実施例における、アブソリュート信号とスロットルバルブの目標開度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the absolute signal and the target opening degree of a throttle valve in a 2nd Example. 本発明の第３の実施例に基づく、直流モータの制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control apparatus of a DC motor based on 3rd Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に基づく、ブラシ付き直流モータの制御装置の機能ブロック図である。直流モータ１００は、ブラシ付き直流モータ（以下、単に直流モータ）であり、有底筒状に形成されたモータハウジング１０の内部に、永久磁石１１が固定されている。また、アマチュア１２と一体の回転軸１３が、モータハウジング１０とエンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８に設けられた１対の軸受２４、２５により、回転自在に保持されている。コスト低減の観点から、例えば、軸受として回転軸１３の一端のみがボールベアリング２５で保持され、他端は平軸受２４で保持されている。回転軸１３に固定された整流子１７に、ブラシホルダーに保持されたブラシ１６が摺接している。直流モータ１００のアマチュア１２には、バッテリ４２からイグニッションスイッチ４３、ＤＣモータ駆動回路４０、給電端子１５、ブラシ１６、および整流子１７を介して、駆動電流が供給される。アマチュア１２は、ＤＣモータ駆動回路４０から供給される駆動電流の向き・大きさに応じて、正回転または逆回転する。回転軸１３の他端には、減速機１４を構成するピニオン等が設けられており、回転軸１３の回転は、減速機１４で減速され、直接もしくはクラッチを介して、被駆動部材５０、例えば自動車のワイパアームに伝達される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram of a control device for a brushed DC motor based on a first embodiment of the present invention. The DC motor 100 is a brushed DC motor (hereinafter simply referred to as DC motor), and a permanent magnet 11 is fixed inside a motor housing 10 formed in a bottomed cylindrical shape. The rotating shaft 13 integral with the armature 12 is rotatably held by a pair of bearings 24 and 25 provided on the motor housing 10 and the end bracket (or shield cap) 18. From the viewpoint of cost reduction, for example, only one end of the rotating shaft 13 is held as a bearing by a ball bearing 25 and the other end is held by a flat bearing 24. A brush 16 held by a brush holder is in sliding contact with a commutator 17 fixed to the rotary shaft 13. A driving current is supplied from the battery 42 to the amateur 12 of the DC motor 100 via the ignition switch 43, the DC motor driving circuit 40, the power supply terminal 15, the brush 16, and the commutator 17. The amateur 12 rotates forward or backward depending on the direction and magnitude of the drive current supplied from the DC motor drive circuit 40. The other end of the rotating shaft 13 is provided with a pinion or the like constituting the speed reducer 14. The rotation of the rotating shaft 13 is decelerated by the speed reducer 14 and is directly or via a clutch, for example, a driven member 50. It is transmitted to the wiper arm of the car.

回転軸１３の一端部には、この回転軸１３の回転に伴うインクリメンタル信号を出力するＭＲセンサユニット２０が設けられている。ＭＲセンサユニット２０は、回転軸１３の一端面に固定された平板状のマグネット２１と、このマグネット２１に対向する位置で離間してモータハウジング内に固定された、１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)２２と、処理回路部２３とを備えている。１対のＭＲセンサ２２（２２Ａ、２２Ｂ）としては、例えば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ等を用いることができる。１対のＭＲセンサ２２は、出力されるパルスの位相が互いに所定の角度、例えば９０度ずれるように、回転軸１３の回転方向に所定の間隔を空けて配置されている。ＭＲセンサ２２と処理回路部２３は、１枚のプリント基板上に設けられている。このＭＲセンサユニットのプリント基板は、ＭＲセンサ２２がマグネット２１に対向し、ＭＲセンサ２２及びマグネット２１の各回転中心と回転軸１３の軸芯とが一致するような関係で、エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８の内側面に固定されている。   An MR sensor unit 20 that outputs an incremental signal accompanying the rotation of the rotary shaft 13 is provided at one end of the rotary shaft 13. The MR sensor unit 20 includes a flat plate-shaped magnet 21 fixed to one end surface of the rotary shaft 13 and a pair of MR sensors (magnetic resistance) fixed in the motor housing at a position facing the magnet 21 so as to be separated from each other. An element sensor) 22 and a processing circuit unit 23 are provided. As the pair of MR sensors 22 (22A, 22B), for example, GMR, TMR, AMR or the like can be used. The pair of MR sensors 22 are arranged at predetermined intervals in the rotation direction of the rotary shaft 13 so that the phases of the output pulses are shifted from each other by a predetermined angle, for example, 90 degrees. The MR sensor 22 and the processing circuit unit 23 are provided on a single printed board. The printed circuit board of this MR sensor unit has an end bracket (or shield) in such a relationship that the MR sensor 22 faces the magnet 21 and the rotation centers of the MR sensor 22 and the magnet 21 coincide with the axis of the rotary shaft 13. Cap) is fixed to the inner surface of 18.

１対のＭＲセンサのアナログ信号は、処理回路部２３において、量子化され電気角の内挿処理により多分割された、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に変換され、各々パルスカウンタで累積加算され、この累積加算値がインクリメンタルなＡ相・Ｂ相各信号のパルスのデータとして、通信ケーブルを介して直流モータの制御ユニット３００へ送信される。直流モータ１００の１回転毎にＭＲセンサユニットから出力されるパルスの数は、制御に必要とされる分解能等に応じて、任意に設定される。ＭＲセンサの素子としてＧＭＲを用いた場合、回転軸の１回転あたり、例えば３００００パルスの出力を得ることができる。   The analog signals of the pair of MR sensors are quantized and converted into A-phase and B-phase digital signals that are quantized and divided into multiple by electrical angle interpolation processing in the processing circuit unit 23, and are cumulatively added by each pulse counter. The accumulated addition value is transmitted to the control unit 300 of the DC motor via the communication cable as incremental pulse data of the A-phase and B-phase signals. The number of pulses output from the MR sensor unit for each rotation of the DC motor 100 is arbitrarily set according to the resolution required for the control. When GMR is used as the element of the MR sensor, an output of, for example, 30000 pulses can be obtained per rotation of the rotation shaft.

直流モータの制御ユニット３００は、例えば、必要な複数の機能を論理回路の形で一つのチップにまとめた専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、あるいは、汎用のシングルチップマイコンを用いたＩＣ回路のチップとして実現される。あるいはまた、ホストコンピュータの機能の一部として実現される。以下では、汎用のシングルチップマイコンを用いた具体的な構成例について説明するが、同じ機能を有する直流モータの制御装置を、専用のＡＳＩＣで実現しても良いことは言うまでもない。   The DC motor control unit 300 is, for example, a dedicated ASIC (Application Specific Integrated Circuit) in which a plurality of necessary functions are integrated into a single chip in the form of a logic circuit, or an IC circuit using a general-purpose single-chip microcomputer. It is realized as a chip. Alternatively, it is realized as a part of the function of the host computer. Hereinafter, a specific configuration example using a general-purpose single-chip microcomputer will be described, but it goes without saying that a DC motor control device having the same function may be realized by a dedicated ASIC.

直流モータの制御ユニット３００は、通信制御部３１０、メモリ制御部３２０、自己イニシャライズ処理部３４１、Ｚ相信号生成部３４２、Ｚ相の幅信号生成部３４３、相対的原点位置信号生成部３４４、ＤＣサーボ制御部３４５、ＰＷＭ信号生成部３４６等の機能を有している。シングルチップマイコンは、ＣＰＵ、メモリ、発振回路、タイマー、Ｉ／Ｏインタフェース、シリアルＩ／Ｆ等を１つのＬＳＩに集積したものであり、メモリに保持されたプログラムをＣＰＵ上で実行することで、直流モータの制御ユニット３００の上記各機能が実現される。なお、メモリ３３０には、ＲＯＭ３３１、ＲＡＭ３３２、及び少なくとも１つのＥＥＰＲＯＭ３３３等が含まれており、バス３５０を介してＣＰＵと接続されている。ＲＯＭには、電源投入時やリセット時に実行するプログラムやプログラム実行中に変化しない定数が保存される。ＲＯＭとしてフラッシュメモリを採用しても良い。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの指令値や、後述する多回転・アブソリュート位置信号のデータ等が保持される。また、ＲＡＭには、被駆動部材５０の目標の位置やこの位置に対応して設定された直流モータの目標速度（ＰＷＭ制御のduty比）も格納されている。ＥＥＰＲＯＭには、Ａ相、Ｂ相信号及び多回転・アブソリュート位置信号が、逐次、保持される。   The DC motor control unit 300 includes a communication control unit 310, a memory control unit 320, a self-initialization processing unit 341, a Z-phase signal generation unit 342, a Z-phase width signal generation unit 343, a relative origin position signal generation unit 344, a DC It has functions of a servo control unit 345, a PWM signal generation unit 346, and the like. A single-chip microcomputer integrates a CPU, memory, oscillation circuit, timer, I / O interface, serial I / F, etc. in one LSI, and by executing a program held in the memory on the CPU, The above functions of the DC motor control unit 300 are realized. The memory 330 includes a ROM 331, a RAM 332, at least one EEPROM 333, and the like, and is connected to the CPU via a bus 350. The ROM stores a program that is executed at power-on or reset, and constants that do not change during program execution. A flash memory may be employed as the ROM. The RAM stores program variables, external command values, multi-rotation / absolute position signal data, which will be described later, and the like. The RAM also stores the target position of the driven member 50 and the target speed of the DC motor (duty ratio of PWM control) set corresponding to this position. The EEPROM sequentially holds the A-phase and B-phase signals and the multi-rotation / absolute position signal.

一般に、ＥＥＰＲＯＭは他のメモリに比して書き込み速度が遅いので、アブソリュート位置信号のデータ等は、一旦、ＲＡＭに保持される。このＲＡＭに保持されたインクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号のデータは、ＥＥＰＲＯＭへ書き込むアドレスと共に、ＥＥＰＲＯＭのアプリケーションプログラムやドライバーによりＥＥＰＲＯＭへの書き込み（保存）がなされる。また、ＥＥＰＲＯＭからＲＡＭへのこれらのデータ等の読み込みも、このアプリケーションプログラムやドライバーにより、アドレスを用いて処理される。
なお、直流モータを駆動するための駆動信号として、ＰＷＭ信号以外の信号を用いても良いことは言うまでもない。 In general, since the writing speed of the EEPROM is slower than that of other memories, the data of the absolute position signal and the like are once held in the RAM. Incremental A-phase / B-phase signal data held in the RAM is written (saved) to the EEPROM by an EEPROM application program or driver together with an address to be written to the EEPROM. Also, reading of these data and the like from the EEPROM to the RAM is processed by the application program and the driver using the address.
Needless to say, a signal other than the PWM signal may be used as a drive signal for driving the DC motor.

制御ユニット３００は、スイッチ、例えばイグニッションスイッチ４３を介してバッテリ４２と接続されており、上位のコンピュータ、例えば車載のＥＣＵ（Electric Control Unit）５００等からの外部指令や、ＭＲセンサ２２の出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、直流モータを駆動して被駆動部材５０、例えばワイパアーム、の動作形態を切り替える。すなわち、直流モータの制御ユニット３００において、Ａ相、Ｂ相信号等を基に、相対的原点位置信号やＺ相信号が生成され、さらに、多回転・アブソリュート位置信号が生成される。制御ユニット３００の情報の一部は、ＥＣＵ５００へも送信される。   The control unit 300 is connected to the battery 42 via a switch, for example, an ignition switch 43, and is an external command from an upper computer, for example, an in-vehicle ECU (Electric Control Unit) 500, or the output of the MR sensor 22. Based on input information such as digital values of the A-phase and B-phase signals, the DC motor is driven to switch the operation mode of the driven member 50, for example, the wiper arm. That is, in the DC motor control unit 300, a relative origin position signal and a Z-phase signal are generated based on the A-phase and B-phase signals, and a multi-rotation / absolute position signal is further generated. A part of the information of the control unit 300 is also transmitted to the ECU 500.

制御ユニット３００は、メモリ３３０に記憶された指令値やＭＲセンサユニット２０からの各種の信号に基づいて、ワイパアームを駆動する直流モータの回動位置、ひいては、ワイパアームの回動位置を演算し、ワイパアームが払拭面の上下の反転位置を往復回動するように、直流モータの駆動を制御するＰＷＭ信号の情報を生成する。これらの信号に基づくＤＣモータ駆動用ＰＷＭ信号の情報が、直流モータの制御ユニット３００から、ＤＣモータ駆動制御部４１へシリアル通信ラインを介して出力される。   Based on the command value stored in the memory 330 and various signals from the MR sensor unit 20, the control unit 300 calculates the rotational position of the DC motor that drives the wiper arm, and thus the rotational position of the wiper arm, and the wiper arm. Generates the information of the PWM signal for controlling the driving of the DC motor so as to reciprocately rotate up and down inversion positions on the wiping surface. Information on the DC motor drive PWM signal based on these signals is output from the DC motor control unit 300 to the DC motor drive control unit 41 via a serial communication line.

なお、被駆動部材５０は、制御ユニット３００による開ループ制御の対象であっても良く、閉ループ制御の対象であっても良い。閉ループ制御の場合には、被駆動部材５０の回転位置や移動量等がセンサで検知され、その情報（Ａ）は制御ユニット３００にフィードバックされ、制御ユニット３００により直流モータのサーボ制御が実行される。   The driven member 50 may be an object of open loop control by the control unit 300 or may be an object of closed loop control. In the case of closed-loop control, the rotational position and movement amount of the driven member 50 are detected by a sensor, and the information (A) is fed back to the control unit 300, and servo control of the DC motor is executed by the control unit 300. .

直流モータの制御ユニット３００は、例えば、ＤＣモータ駆動制御部４１やＤＣモータ駆動回路４０と共に１枚のプリント基板６００の上に実装し、エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）１８の内側面でかつ、ＭＲセンサユニット２０に近接した位置に固定することもできる。この場合、ＤＣモータ駆動回路４０は、給電端子１５とブラシ１６との間の電源ラインに接続される。また、直流モータが設置される環境によっては、直流モータの外部にプリント基板６００を設置しても良い。なお、ブラシホルダー内等に、ＥＭＣ規格対応のノイズ防止回路が設置される場合、このノイズ防止回路よりもバッテリ側において、ＭＲセンサユニットのプリント基板やプリント基板６００がバッテリに接続されるのが望ましい。また、図面上、ＭＲセンサユニット２０やプリント基板６００等の電源ラインは省略されている。   The DC motor control unit 300 is mounted on a single printed circuit board 600 together with the DC motor drive control unit 41 and the DC motor drive circuit 40, for example, on the inner surface of the end bracket (or shield cap) 18 and MR. It can also be fixed at a position close to the sensor unit 20. In this case, the DC motor drive circuit 40 is connected to a power supply line between the power supply terminal 15 and the brush 16. Further, depending on the environment where the DC motor is installed, the printed circuit board 600 may be installed outside the DC motor. When a noise prevention circuit compliant with the EMC standard is installed in the brush holder or the like, it is desirable that the printed circuit board of the MR sensor unit or the printed circuit board 600 be connected to the battery on the battery side of the noise prevention circuit. . In the drawing, power supply lines such as the MR sensor unit 20 and the printed circuit board 600 are omitted.

図１に機能ブロックの形で示した、通信制御部３１０、メモリ制御部３２０、自己イニシャライズ処理部３４１、Ｚ相信号生成部３４２、Ｚ相の幅信号生成部３４３、相対的原点位置信号生成部３４４、ＤＣサーボ制御部３４５、及びＰＷＭ信号生成部３４６等のプログラムを実行することで実現される各機能は、一例として表示したものである。各機能の区分は任意であり、上記複数の機能を共通のプログラムで実現しても良く、或いは、特定の上記機能を異なる複数のプログラムやＩＣ回路で実現しても良いことは言うまでもない。   The communication control unit 310, the memory control unit 320, the self-initialization processing unit 341, the Z-phase signal generation unit 342, the Z-phase width signal generation unit 343, and the relative origin position signal generation unit illustrated in the form of functional blocks in FIG. Each function realized by executing programs such as 344, DC servo control unit 345, and PWM signal generation unit 346 is displayed as an example. The functions can be arbitrarily classified, and it is needless to say that the plurality of functions may be realized by a common program, or the specific function may be realized by a plurality of different programs or IC circuits.

図２ＡにＭＲセンサユニットのマグネットの一例を示し、図２ＢにＭＲセンサの出力信号の処理方法の概念を示す。
回転軸１３の一端面に固定された平板状のマグネット２１に対向して配置された１対のＭＲセンサ２２は、Ｎ極とＳ極の磁極の切替りによる磁界の抵抗の変化を検出するものである。本発明では、ＭＲセンサ固有の横磁界を使用するため、マグネット２１は多局着磁せずＮ，Ｓ単発着磁である。直流モータの一方の軸受に平軸受２４を採用すると、直流モータの正転・逆転の切り替えに伴い回転軸１３が軸方向に、最大値で例えば０．２ｍｍ程度、移動する可能性がある。センサとして縦磁界を使用するホール素子を採用した場合、正転・逆転の切り替えに伴うこのような回転軸の移動があると、センサ出力に大きな影響がある。本発明では、回転軸１３の一端面に面対向するＭＲセンサを配置し、かつ、このＭＲセンサ固有の横磁界を使用する。そのため、マグネット２１が固定された回転軸１３が軸方向に若干移動したとしても、ＭＲセンサ２２の出力には影響がない。
マグネット２１は、Ｓｉもしくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅ等の強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されている。ＭＲセンサ２２を構成する１対の磁気抵抗効果素子は、出力されるパルス信号の位相が互いに９０度ずれるように、回転軸１３の回転方向に、所定の間隔を空けて配置されている。１対の磁気抵抗効果素子は直列に接続され、その両端に電圧Ｖccが印加され、両素子の接続点の電位を表す電圧信号がＭＲセンサ２２の出力となる。 FIG. 2A shows an example of the magnet of the MR sensor unit, and FIG. 2B shows the concept of the processing method of the output signal of the MR sensor.
A pair of MR sensors 22 arranged to face a flat magnet 21 fixed to one end face of the rotating shaft 13 detects a change in magnetic field resistance caused by switching between the N pole and the S pole. It is. In the present invention, since the transverse magnetic field unique to the MR sensor is used, the magnet 21 is not subjected to multi-site magnetization but N and S single-shot magnetization. When the plain bearing 24 is adopted as one of the bearings of the DC motor, the rotary shaft 13 may move in the axial direction by a maximum value of, for example, about 0.2 mm in accordance with the forward / reverse switching of the DC motor. When a Hall element that uses a longitudinal magnetic field is employed as a sensor, such a movement of the rotating shaft accompanying switching between normal rotation and reverse rotation has a great influence on the sensor output. In the present invention, an MR sensor facing the one end surface of the rotating shaft 13 is disposed and a transverse magnetic field unique to the MR sensor is used. Therefore, even if the rotating shaft 13 to which the magnet 21 is fixed moves slightly in the axial direction, the output of the MR sensor 22 is not affected.
The magnet 21 is composed of a thin film of an alloy mainly composed of a Si or glass substrate and a ferromagnetic metal such as Ni or Fe formed thereon. The pair of magnetoresistive elements constituting the MR sensor 22 are arranged at a predetermined interval in the rotation direction of the rotary shaft 13 so that the phases of the output pulse signals are shifted from each other by 90 degrees. The pair of magnetoresistive elements are connected in series, and a voltage Vcc is applied to both ends thereof, and a voltage signal representing the potential at the connection point between the two elements is the output of the MR sensor 22.

ＭＲセンサ２２は、作用する磁界の方向に対して電気抵抗値の変化する特性が異なるように設けられている。このため、マグネット２１が角度Θだけ回転して各ＭＲセンサに作用する磁界の向きが回転すると、それに対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言するとＭＲセンサ２２の出力信号の電圧が変動する。回転軸１３の１回転に対応して、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度、各々１周期分のパルス信号が出力される。   The MR sensor 22 is provided so that the characteristic in which the electric resistance value varies with the direction of the acting magnetic field. Therefore, when the magnet 21 rotates by an angle Θ and the direction of the magnetic field acting on each MR sensor rotates, the electrical resistance value of the MR sensor, in other words, the voltage of the output signal of the MR sensor 22 fluctuates accordingly. Corresponding to one rotation of the rotary shaft 13, a pulse signal for one cycle is output for each of the SIN wave and the COS wave at 360 degrees.

図２Ｃに、ＭＲセンサユニット２０の処理回路部２３の一例を示す。処理回路部２３は、ＡＤ変換器２３１、軸ずれ補正処理部２３２、ＲＡＭなどのメモリ２３３、逆正接演算処理部２３４、パルスカウンタ２３５、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部２３６、位置決め情報生成部２３７、パラレル・シリアル変換部２３８、及び、シリアル通信部２３９の各機能を有している。処理回路部２３は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上でプログラムを実行することにより実現される。   FIG. 2C shows an example of the processing circuit unit 23 of the MR sensor unit 20. The processing circuit unit 23 includes an AD converter 231, an axis deviation correction processing unit 232, a memory 233 such as a RAM, an arctangent calculation processing unit 234, a pulse counter 235, an incremental A phase / B phase signal generation unit 236, and a positioning information generation unit. 237, a parallel / serial conversion unit 238, and a serial communication unit 239. The processing circuit unit 23 is realized, for example, by executing a program on a microcomputer with a memory.

処理回路部２３では、１対のＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂのアナログ信号の出力を、ＡＤ変換器２３１でデジタル信号に変換し、逆正接演算処理部２３４で逆正接演算し、パルスカウンタ２３５で加算し、その累積加算値が、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部２３６で、インクリメンタルなＡ相信号及びＢ相信号（以下、Ａ相・Ｂ相信号）として生成され、メモリ２３３に保持される。   In the processing circuit unit 23, the analog signal output from the pair of MR sensors 22A and 22B is converted into a digital signal by the AD converter 231, the arc tangent calculation unit 234 performs arc tangent calculation, and the pulse counter 235 adds them. The accumulated addition value is generated as an incremental A-phase signal and B-phase signal (hereinafter referred to as A-phase / B-phase signal) by the incremental A-phase / B-phase signal generation unit 236 and held in the memory 233.

また、位置決め情報生成部２３７は、ＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂのアナログ信号を基に、図２Ｂの右図に示した、逆正接演算の結果の特定の角度Θに相当する情報を、ＭＲセンサの相対的な原点の位置を決定するための「位置決め情報（Ｓｎ）」として生成し、メモリ２３３に保持する。例えば、回転軸の回転角度０に相当する、図２Ｂの右図の横軸、横軸の両角度が０度、換言すると、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する、ＳＩＮ,ＣＯＳ波形の０−０ポイントを、位置決め情報（Ｓｎ）とする。この場合、位置決め情報（Ｓｎ）は、回転軸１３の１回転毎に１つだけ生成される。
なお、位置決め情報（Ｓｎ）を生成する回転角度Θは、任意の値で良い。すなわち、ＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の関係にある位置において、位置決め情報（Ｓｎ）を生成する。
また、位置決め情報（Ｓｎ）は、回転軸１３の１回転毎に複数個、換言すると、ＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の関係にある複数の位置毎に、生成しても良い。あるいは、分解能の異なる異種の信号、例えば、１回転毎に１〜２回程度の粗な信号と、１回転毎に数十回程度の密な信号とを組み合わせても良い。あるいはまた、Ａ相信号とＢ相信号とを組み合わせて、異種の信号を生成しても良い。
本発明では、このような、Ａ相、Ｂ相信号の値、換言するとＳＩＮ波形の値とＣＯＳ波形の値が予め設定された特定の大きさの関係にある位置を、「Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置」と定義する。 In addition, the positioning information generation unit 237 uses the analog signals of the MR sensors 22A and 22B to display information corresponding to a specific angle Θ as a result of the arctangent calculation shown in the right diagram of FIG. Is generated as “positioning information (Sn)” for determining the position of the original origin, and is stored in the memory 233. For example, both the horizontal axis and the horizontal axis in the right diagram in FIG. 2B corresponding to the rotation angle 0 of the rotation axis are 0 degrees, in other words, SIN, which corresponds to the rising time corresponding to 0 degrees of the A-phase signal. The 0-0 point of the COS waveform is used as positioning information (Sn). In this case, only one positioning information (Sn) is generated for each rotation of the rotating shaft 13.
The rotation angle Θ for generating the positioning information (Sn) may be an arbitrary value. That is, the positioning information (Sn) is generated at a position where the value of the SIN waveform and the value of the COS waveform have a specific relationship set in advance.
Further, a plurality of positioning information (Sn) is generated for each rotation of the rotary shaft 13, in other words, for each of a plurality of positions where the value of the SIN waveform and the value of the COS waveform are in a specific relationship set in advance. May be. Alternatively, different types of signals having different resolutions, for example, a coarse signal of about 1 to 2 times per rotation and a dense signal of about several tens of times per rotation may be combined. Alternatively, different types of signals may be generated by combining the A-phase signal and the B-phase signal.
In the present invention, such a position where the value of the A phase and B phase signals, in other words, the value of the SIN waveform and the value of the COS waveform are in a specific relationship set in advance is expressed as “A phase, B phase. Is defined as a position indicating a state in which the output signal is in a specific relationship.

なお、１対のＭＲセンサ２２Ａ、２２Ｂから得られるＡ相、Ｂ相信号(さらには位置決め情報)は、各センサ等の制作誤差、設置誤差、温度の影響等により、誤差（主に軸ずれ誤差）を含んでいる可能性がある。すなわち、逆正接演算の結果得られたＡ相・Ｂ相信号は、本来、回転軸１３の回転角度Θに比例して直線上に位置すべきものである。しかし、軸ずれ等の誤差により、３６０度毎に、あるいは、１対のＭＲセンサの位相差９０度毎に、繰り返されるひずみを含んでいる場合がある。軸ずれ補正処理部２３２では、回転軸１３の少なくとも１回転分のデータに基づき、１対のＭＲセンサの回転中心を抽出し、回転角度Θに対するＡ相、Ｂ相信号等のひずみの有無を検知し、ひずみがある場合にはそれらの補正処理を行う。   Note that the A-phase and B-phase signals (and positioning information) obtained from the pair of MR sensors 22A and 22B are errors (mainly axis misalignment errors) due to production errors, installation errors, temperature effects, etc. of each sensor. ) May be included. That is, the A-phase / B-phase signal obtained as a result of the arctangent calculation should be positioned on a straight line in proportion to the rotation angle Θ of the rotating shaft 13. However, due to errors such as axial misalignment, repeated distortion may be included every 360 degrees or every 90 degrees of phase difference between a pair of MR sensors. The axis deviation correction processing unit 232 extracts the rotation center of a pair of MR sensors based on data for at least one rotation of the rotating shaft 13 and detects the presence or absence of distortions such as A-phase and B-phase signals with respect to the rotation angle Θ. If there is distortion, the correction process is performed.

さらに、パラレル伝送処理により生成されたＡ相・Ｂ相信号、及び、位置決め情報（Ｓｎ）は、パラレル・シリアル変換部２３８で、シリアル伝送通信の規格に適合したシリアル伝送用の送信データ（BUS信号）に変換され、このBUS信号がシリアル通信部２３９から１本の伝送路を介して直流モータの制御ユニット３００へ送信される。   Further, the A-phase / B-phase signal generated by the parallel transmission processing and the positioning information (Sn) are transmitted by the parallel-serial conversion unit 238 for transmission data (BUS signal for serial transmission conforming to the serial transmission communication standard). And the BUS signal is transmitted from the serial communication unit 239 to the control unit 300 of the DC motor via one transmission path.

なお、ＭＲセンサユニットのパルスカウンタ２３５としてアップダウンカウンタを採用し、パルスの累積加減算値に、回転軸１３の正逆の回転方向の情報も付加したＡ相、Ｂ相信号を生成し、位置決め情報と共に、直流モータの制御ユニット３００へ送信するようにしても良い。本発明では、このようなアップダウンカウンタによる回転方向の情報付きのカウント情報も、累積加算値として扱うものとする。   An up / down counter is adopted as the pulse counter 235 of the MR sensor unit, and A and B phase signals are generated by adding information on the forward / reverse rotation direction of the rotating shaft 13 to the cumulative addition / subtraction value of the pulse, and positioning information At the same time, it may be transmitted to the control unit 300 of the DC motor. In the present invention, count information with information on the rotation direction by such an up / down counter is also handled as a cumulative addition value.

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

Figure 0006419922
Table 1 shows an example of various information generated by the MR sensor unit 20, recorded in the memory 233, and transmitted to the control unit 300.
Figure 0006419922

次に、図３Ａは、本発明の第１の実施例における制御ユニットの、起動時の処理を示すフローチャートである。まず、電源立ち上げ直後に、直流モータの制御ユニット３００は、自己イニシャライズ済か否かをチェックする（Ｓ３０１）。否の場合、自己イニシャライズ処理モードに移行する（Ｓ３０２）。   Next, FIG. 3A is a flowchart showing processing at the time of activation of the control unit in the first embodiment of the present invention. First, immediately after the power is turned on, the DC motor control unit 300 checks whether or not self-initialization has been completed (S301). If not, the process proceeds to the self-initialization processing mode (S302).

図３Ｂに、起動時の処理における、制御ユニット３００の自己イニシャライズ処理（Ｓ３０２）の詳細を示す。自己イニシャライズ処理では、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ３１１）、自己イニシャライズのためのイニシャライズ駆動信号、例えばＰＷＭ信号(・Ｎ回転)を生成してＤＣサーボ制御部３４５へ出力し（Ｓ３１２）、ＰＷＭ信号生成部３４６で駆動信号を生成し、ＰＷＭ信号により直流モータを駆動する。
電源立ち上げ直後のＡ相、Ｂ相信号の検出は、直流モータを、ＰＷＭ信号に基づき正逆双方向に回転させ、回転軸１３上のマグネット２１をＭＲセンサ２２に対して相対運動させることによって行われる（Ｓ３１３）。
なお、イニシャライズ駆動信号は、直流モータのＤＣサーボ制御信号に代わるものである。対象の直流モータが本来閉ループ制御されるものであっても、まず、自己イニシャライズ処理では、直流モータをオープン制御の状態で、イニシャライズ駆動信号により、直流モータを駆動する。 FIG. 3B shows details of the self-initialization process (S302) of the control unit 300 in the startup process. In the self-initialization process, the EEPROM data is initialized (S311), and an initialization drive signal for self-initialization, for example, a PWM signal (.N rotation) is generated and output to the DC servo control unit 345 (S312). The signal generation unit 346 generates a drive signal, and drives the DC motor by the PWM signal.
The detection of the A phase and B phase signals immediately after the power is turned on is performed by rotating the DC motor in both forward and reverse directions based on the PWM signal and causing the magnet 21 on the rotating shaft 13 to move relative to the MR sensor 22. Performed (S313).
The initialization drive signal is a substitute for the DC servo control signal of the DC motor. Even if the target DC motor is originally closed-loop controlled, first, in the self-initialization process, the DC motor is driven by the initialization drive signal in the open control state.

モータ駆動信号としてＰＷＭ信号で直流モータ１００を正転、逆転双方向に駆動すると、ＭＲセンサユニット２０から、指令値（モータ駆動信号）に対応するＡ相、Ｂ相信号、及び、位置決め情報（Ｓｎ）が得られる。
図４Ａは、自己イニシャライズ処理時の、ＰＷＭ信号とＭＲセンサの出力との関係を示している。図４Ｂは、ＰＷＭ信号として正回転指令時、図４Ｃは、ＰＷＭ信号として逆回転指令時の、ＭＲセンサの出力信号（Ａ相、Ｂ相）を示す図である。位相のずれ方向は、回転軸１３の回転方向に応じて反転する。
ここでは、位置決め情報（Ｓｎ）は、Ａ相信号の０度に対応する立ち上がり時点に相当する、ＳＩＮ,ＣＯＳ波形の０−０ポイントで生成されるものとする。この場合、直流モータが正回転の状態で回転軸が原点位置を通過する必要がある。
そこで、図４Ａの最下段に示すように、直流モータを起動し、イニシャライズ駆動信号（ＰＷＭ信号）により、−２．５回転から＋３．５回転まで正回転させる。図４Ａの最上段に示すように、直流モータが、正回転しながら−２、−１、０、＋１、＋２、＋３の各回転を超える時点で、各々、逆正接演算の結果が０−０ポイントとなる。すなわち、上記各時点で、Ａ相信号の０度に対応するデジタル値の立ち上がりが得られる。このようにして、各時点に対応する位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）が出力される。
制御ユニット３００は、自己イニシャライズ処理時に、表１に記載されたこれらの情報を、ＭＲセンサユニット２０から取得する。 When the DC motor 100 is driven in the normal direction and the reverse direction with a PWM signal as a motor drive signal, the MR sensor unit 20 outputs an A phase signal, a B phase signal corresponding to the command value (motor drive signal), and positioning information (Sn ) Is obtained.
FIG. 4A shows the relationship between the PWM signal and the output of the MR sensor during the self-initialization process. FIG. 4B is a diagram showing an output signal (A phase, B phase) of the MR sensor when a forward rotation command is used as a PWM signal, and FIG. 4C is a reverse rotation command as a PWM signal. The phase shift direction is reversed according to the rotation direction of the rotary shaft 13.
Here, it is assumed that the positioning information (Sn) is generated at 0-0 points of the SIN and COS waveforms corresponding to the rising time corresponding to 0 degree of the A phase signal. In this case, the rotating shaft needs to pass through the origin position while the DC motor is rotating forward.
Therefore, as shown in the lowermost stage of FIG. 4A, the DC motor is started and rotated forward from −2.5 to +3.5 by the initialization drive signal (PWM signal). As shown in the uppermost part of FIG. 4A, when the direct current motor exceeds the respective rotations of −2, −1, 0, +1, +2, and +3 while rotating forward, the result of the arc tangent calculation is 0−0. It becomes a point. That is, at each time point, the rising edge of the digital value corresponding to 0 degree of the A phase signal is obtained. In this way, positioning information (S1) to (S6) corresponding to each time point is output.
The control unit 300 acquires the information described in Table 1 from the MR sensor unit 20 during the self-initialization process.

得られたＡ相、Ｂ相信号は、自己イニシャライズ処理の指令値と比較され、その累積加算値が正常か否か、すなわち、Ａ相、Ｂ相信号の累積加算値がＰＷＭ信号の指令値に対応し、直流モータやＭＲセンサの応答状態が正常であるのか、否かが判定される（Ｓ３１４）。対応関係に異常有りと判定された場合には、指令値とＡ相、Ｂ相の信号の累積加算値とが対応するように、別途、ＭＲセンサの温度特性の補正等の出力補正の処理が行われる（Ｓ３１５）。なお、出力補正の処理（Ｓ３１５）を複数回実施しても正常状態にならない場合は、ＥＥＰＲＯＭ自体に異常がある等の別の原因も考えられるので、その旨のエラー表示を行う。   The obtained A-phase and B-phase signals are compared with the command value of the self-initialization process, and whether or not the accumulated addition value is normal, that is, the accumulated addition value of the A-phase and B-phase signals becomes the command value of the PWM signal. Correspondingly, it is determined whether or not the response state of the DC motor or MR sensor is normal (S314). When it is determined that there is an abnormality in the correspondence relationship, output correction processing such as correction of temperature characteristics of the MR sensor is separately performed so that the command value corresponds to the cumulative addition value of the A-phase and B-phase signals. Performed (S315). Note that if the output correction process (S315) is not performed normally even if it is performed a plurality of times, another cause such as an abnormality in the EEPROM itself may be considered, and an error display to that effect is displayed.

ＭＲセンサが正常と判定された場合、もしくは補正処理がなされた場合、自己イニシャライズ処理は、次に、ＭＲセンサユニット２０から取得した情報のアブソリュート化を行う（Ｓ３１６）。すなわち、ＥＥＰＲＯＭへの記録のために、Ａ相、Ｂ相信号の各データに書き込み用のアドレスの付与（番地付け）を行う。このように、アブソリュート化のために、ＭＲセンサユニットの時系列の出力値であるＡ相・Ｂ相の各信号に、その累積加算値に対応するＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、アブソリュート信号とする。また、モータ駆動信号の０値に同期する位置決め情報（Ｓ４）の時点を、暫定的な原点位置（Ｚβ）とする。暫定的な原点位置（Ｚβ）は、ＭＲセンサの出力にのみ基づいて成されているため、ＭＲセンサの絶対的な原点の位置（絶対位置Ｚo）と正確に対応しているかは明確ではない。回転軸１３に対してある程度の精度の角度情報を与えるのに適した、暫定的なアブソリュート信号と言える。 If it is determined that the MR sensor is normal, or if correction processing has been performed, the self-initialization processing next performs absolute conversion of information acquired from the MR sensor unit 20 (S316). That is, for recording to the EEPROM, a write address is assigned (addressed) to each data of the A phase and B phase signals. Thus, in order to make an absolute signal, the address of the EEPROM corresponding to the accumulated addition value is assigned to each of the A-phase and B-phase signals, which are time-series output values of the MR sensor unit, to obtain an absolute signal. . Further, the time point of the positioning information (S4) synchronized with the 0 value of the motor drive signal is set as a temporary origin position (Zβ). Since the provisional origin position (Zβ) is based only on the output of the MR sensor, it is not clear whether it corresponds exactly to the absolute origin position (absolute position Z o ) of the MR sensor. . It can be said that this is a provisional absolute signal suitable for giving angle information with a certain degree of accuracy to the rotating shaft 13.

そして、この暫定的な原点位置（Ｚβ）と対応付けられた暫定的なアブソリュート信号のデータを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ３１７）。これらのＡ相、Ｂ相信号の累積加算値のデータと暫定的なアブソリュート信号のデータに、アドレスを付与してＥＥＰＲＯＭへ記録することにより、例えば、表２に示すような、簡易アブソリュート値のテーブルを、作成することができる。   Then, temporary absolute signal data associated with the temporary origin position (Zβ) is recorded in the EEPROM via the RAM (S317). A table of simple absolute values as shown in Table 2, for example, is provided by assigning addresses to the data of the cumulative addition value of the A-phase and B-phase signals and provisional absolute signal data and recording them in the EEPROM. Can be created.

Figure 0006419922
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次に、ＭＲセンサ２２の回転軸１３に対する絶対位置（Absolute）に相当する、相対的原点位置Ｚαの抽出を行う、相対的原点位置の抽出モード（Ｓ３１８）に移行する。ＭＲセンサの絶対的原点位置（Ｚo）は、回転軸１３上のマグネット２１の特定の位置に対して、ＭＲセンサ２２Ａの出力がゼロの状態を指す。本発明では、絶対的原点位置（Ｚo）を直接検出するのに代えて、間接的に、絶対的原点位置に相当する相対的原点位置Ｚαを抽出する。
相対的原点位置抽出モード（Ｓ３１８）では、上記定義に基づき、図４Ａに示したように、ＭＲセンサのＡ相、Ｂ相信号の逆正接演算の結果から得られる位置決め情報（Ｓ１）〜（Ｓ６）の中で、ＰＷＭ信号のＯＮデューティが零に同期、図の例では、位置決め情報（Ｓ４）の位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）とする。このようにして、絶対位置（Absolute）に対して、かなり高い精度の相対的原点位置を決定できる。
また、イニシャライズ駆動信号の指令値（ＰＷＭ信号）の送信タイミングと、Ａ相、Ｂ相信号、及び位置決め情報の受信タイミング等の時間情報を利用することで、より精度の高い相対的原点位置Ｚαの決定を行うことができる。
このように、イニシャライズ駆動信号に対応する高分解能のＡ相、Ｂ相信号及び位置決め情報を基にして、高精度の「ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）」のデータが得られる。 Next, the process proceeds to a relative origin position extraction mode (S318) in which the relative origin position Zα corresponding to the absolute position (Absolute) of the MR sensor 22 with respect to the rotation axis 13 is extracted. The absolute origin position (Z o ) of the MR sensor indicates a state in which the output of the MR sensor 22A is zero with respect to a specific position of the magnet 21 on the rotating shaft 13. In the present invention, instead of directly detecting the absolute origin position (Z o ), the relative origin position Zα corresponding to the absolute origin position is indirectly extracted.
In the relative origin position extraction mode (S318), based on the above definition, as shown in FIG. 4A, positioning information (S1) to (S6) obtained from the results of arctangent calculation of the A phase and B phase signals of the MR sensor. ) In which the ON duty of the PWM signal is synchronized with zero. In the example shown in the figure, the position of the positioning information (S4) is synchronized with the rise time of the A-phase pulse, and the relative origin position (Zα) of the MR sensor. And In this way, it is possible to determine a relative origin position with considerably high accuracy with respect to the absolute position (Absolute).
Further, by using time information such as the transmission timing of the command value (PWM signal) of the initialization drive signal and the reception timing of the A-phase and B-phase signals and positioning information, the relative origin position Zα can be set with higher accuracy. A decision can be made.
In this way, highly accurate “MR sensor relative origin position (Zα)” data is obtained based on the high-resolution A-phase and B-phase signals and positioning information corresponding to the initialization drive signal.

図３Ｂに戻り、Ｚ相信号生成部３４２は、次に、Ｚ相信号及びＺ層の幅を設定する（Ｓ３１９）。まず、Ｚ相信号を設定する。ここでは、前のステップで得られた相対的原点の位置Ｚαを基に、インクリメンタルなＡ相・Ｂ相信号に対してＺ層信号を設定する。すなわち、Ａ相・Ｂ相信号の累積加算値に対して、３６０度間隔でＡ相のデジタル出力の各立ち上りに同期する、Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）を設定する。例えば、Ｚ０は回転軸１３が１回転未満、Ｚ１は回転軸１３が１回転以上２回転未満であることを表わしている。なお、Ｚ相信号は、Ｂ相のデジタル出力の各立ち上りに同期させても良い。   Returning to FIG. 3B, the Z-phase signal generator 342 next sets the Z-phase signal and the width of the Z layer (S319). First, a Z phase signal is set. Here, based on the relative origin position Zα obtained in the previous step, the Z layer signal is set for the incremental A phase / B phase signal. That is, Z phase signals (Z0, Z1, Z2,-,-, Zn) are set in synchronization with each rising edge of the A phase digital output at 360 degree intervals with respect to the cumulative addition value of the A phase and B phase signals. To do. For example, Z0 represents that the rotation shaft 13 is less than one rotation, and Z1 represents that the rotation shaft 13 is one rotation or more and less than two rotations. The Z-phase signal may be synchronized with each rising edge of the B-phase digital output.

Ｚ相信号が得られたＡ相・Ｂ相信号の累積加算値は、次に、回転軸１３の１回転毎（３６０度毎）の累積加算値に変換され、これとＺ相信号の組み合わせに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して多回転アブソリュート信号のデータとなる。この多回転アブソリュート信号のデータは、例えば、表３のようなテーブル形式で、ＥＥＰＲＯＭに記録される。表３に示した、Ａ相、Ｂ相信号のデータは、例えば、回転軸に関する、回転数、回転角度（位相）の情報を含んだ、高い精度のアブソリュートの値のテーブルとなる。このテーブルは、直流モータの制御情報として用いることができる。   The cumulative addition value of the A-phase / B-phase signal from which the Z-phase signal was obtained is then converted into a cumulative addition value for each rotation (every 360 degrees) of the rotating shaft 13, and this is combined with this Z-phase signal. The address of the EEPROM is given to become multi-rotation absolute signal data. The data of the multi-rotation absolute signal is recorded in the EEPROM in a table format as shown in Table 3, for example. The A-phase and B-phase signal data shown in Table 3 is a high-accuracy absolute value table including information on the rotation speed and rotation angle (phase) regarding the rotation axis, for example. This table can be used as control information for the DC motor.

Figure 0006419922
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次に、相対的原点の位置Ｚαを起点とするＺ層の幅を確定する。
まず、図４Ｂに示すように、各Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）の最初のＡ信号の立ち上がりに同期し、Ａ信号の１／２周期の幅を有する「Ｚ相の幅（１）」の信号を確定する。さらに、Ａ信号の立ち上がりに同期し、Ａ信号の１周期の幅を有する「Ｚ相の幅（２）」の信号を確定する。「Ｚ相の幅（１）」、「Ｚ相の幅（２）」の信号は、各々、３６０度間隔で繰り返す信号である。
同様にして、図４Ｃに示すように、各Ｚ相信号（Ｚ０,Ｚ１,Ｚ２，―,―，Ｚｎ）の最初のＢ信号の立ち上がりに同期し、Ｂ信号の１／２周期の幅を有する「Ｚ相の幅（３）」の信号を確定する。さらに、Ｂ信号の立ち上がりに同期し、Ｂ信号の１周期の幅を有する「Ｚの幅（４）」の信号を確定する。「Ｚ相の幅（３）」、「Ｚ相の幅（４）」も、各々、３６０度間隔で繰り返す信号である。なお、「Ｚ相の幅」の周期や、「Ｚ相の幅」の数は任意に設定できる。これらのＡ相、Ｂ相信号、Ｚ相のデータに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、例えば表４のようにＥＥＰＲＯＭに記録する。 Next, the width of the Z layer starting from the relative origin position Zα is determined.
First, as shown in FIG. 4B, in synchronization with the rising of the first A signal of each Z-phase signal (Z0, Z1, Z2,-,-, Zn), "Z Determine the phase width (1) "signal. Further, in synchronization with the rise of the A signal, a signal of “Z phase width (2)” having a width of one period of the A signal is determined. The signals of “Z-phase width (1)” and “Z-phase width (2)” are signals that repeat at intervals of 360 degrees.
Similarly, as shown in FIG. 4C, it has a width of 1/2 cycle of the B signal in synchronization with the rise of the first B signal of each Z-phase signal (Z0, Z1, Z2,-,-, Zn). The signal of “Z phase width (3)” is determined. Further, in synchronization with the rise of the B signal, a signal of “Z width (4)” having a width of one period of the B signal is determined. “Z-phase width (3)” and “Z-phase width (4)” are also signals repeated at intervals of 360 degrees. The period of “Z phase width” and the number of “Z phase width” can be arbitrarily set. An EEPROM address is assigned to the A-phase, B-phase signal, and Z-phase data, and the data is recorded in the EEPROM as shown in Table 4, for example.

Figure 0006419922
Figure 0006419922

次に、ＭＲセンサユニットから得られた全てのＡ相、Ｂ相信号は、相対的原点の位置ＺαやＺ相信号、「Ｚ相の幅」と関係づけられ、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、回転軸１３の相対的原点位置を表す、多回転・アブソリュート位置信号に変換される（Ｓ３２０）。   Next, all the A-phase and B-phase signals obtained from the MR sensor unit are related to the relative origin position Zα, Z-phase signal, and “Z-phase width”, are assigned the address of the EEPROM, and are rotated. It is converted into a multi-rotation / absolute position signal representing the relative origin position of the shaft 13 (S320).

そして、自己イニシャライズ処理の結果としての、起動時のＡ相、Ｂ相、相対的原点位置（Ｚα）、Ｚ相の位置、及び各Ｚ相の幅の信号の全データを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ３２１）。すなわち、表２、表３，表４の各テーブルをリンク付けし、ＥＥＰＲＯＭアドレスなどで相互に参照可能にして、ＥＥＰＲＯＭに記録する。
例えば、表４の各データは、回転軸の位置や角度のアブソリュート情報等を与えるテーブルとして、利用することができる。また、各「Ｚ相の幅（１）」〜「Ｚ相の幅（４）」は、ＰＷＭ信号等、直流モータの各種の制御信号等を生成するのに利用される。 And, as a result of the self-initialization process, all data of the A phase, B phase, relative origin position (Zα), Z phase position, and Z phase width signals at the time of startup are passed through the RAM. Recorded in the EEPROM (S321). That is, the tables shown in Table 2, Table 3, and Table 4 are linked to each other so that they can be referred to each other by an EEPROM address or the like and recorded in the EEPROM.
For example, each data in Table 4 can be used as a table that gives absolute information on the position and angle of the rotating shaft. Each of the “Z-phase width (1)” to “Z-phase width (4)” is used to generate various control signals for the DC motor, such as a PWM signal.

図３Ａに戻り、自己イニシャライズ処理済の場合、次に、異常終了判定モードに移行する。このモードでは、ＥＥＰＲＯＭからＲＡＭを経由して多回転のアブソリュート位置信号のデータを読み込み（Ｓ３０３）、読み込んだアブソリュート位置信号のデータを基に、前回の直流モータの運転の終了が、正常になされたか、異常状態で終了したのかを判定する（Ｓ３０４）。正常終了であれば、ＥＥＰＲＯＭのアブソリュート位置信号のデータは、直流モータの起動時の回転軸の絶対値０の位置、すなわち、相対的原点の位置Ｚαに対応しているはずである。アブソリュート位置信号のデータが位置Ｚα、すなわち絶対値０から離れていれば、異常終了であったと判定される。異常終了の場合、上位のＥＣＵにエラー情報を送信し（Ｓ３０５）、ＥＣＵ側から、被駆動部材５０の運転再開に向けた復帰処理がなされる。
異常がなければ、直流モータの制御ユニット３００は、正規の運転処理モードに移行する（Ｓ３０６）。 Returning to FIG. 3A, if the self-initialization process has been completed, the process proceeds to the abnormal termination determination mode. In this mode, the absolute position signal data of multiple revolutions is read from the EEPROM via the RAM (S303). Based on the read absolute position signal data, is the previous DC motor operation completed normally? Then, it is determined whether the process has ended in an abnormal state (S304). If the operation is normally completed, the absolute position signal data of the EEPROM should correspond to the position of the absolute value 0 of the rotating shaft when the DC motor is started, that is, the relative origin position Zα. If the data of the absolute position signal is away from the position Zα, that is, the absolute value 0, it is determined that the abnormal end has occurred. In the case of abnormal termination, error information is transmitted to the host ECU (S305), and a return process for resuming operation of the driven member 50 is performed from the ECU side.
If there is no abnormality, the control unit 300 of the DC motor shifts to a normal operation processing mode (S306).

なお、位置決め情報（Ｓｎ）は、自己イニシャライズ処理のみで使用され、正規の運転処理モードでは、本来不要なものである。そのため、自己イニシャライズ処理が完了したら、ＭＲセンサユニットから受信した位置決め情報（Ｓｎ）のデータのメモリへの記録は停止しても良い。逆に、位置決め情報（Ｓｎ）を、相対的原点の位置Ｚαにより補正して、Ｚ相信号等、正規の運転処理モードにおける角度情報の１つとしてモータの制御に利用しても良い。   The positioning information (Sn) is used only in the self-initialization process and is essentially unnecessary in the normal operation process mode. Therefore, when the self-initialization process is completed, the recording of the positioning information (Sn) data received from the MR sensor unit into the memory may be stopped. Conversely, the positioning information (Sn) may be corrected by the relative origin position Zα and used for controlling the motor as one of angle information in the normal operation processing mode such as a Z-phase signal.

また、自動車用のブラシ付き直流モータは、例えば、パワーシート、電子ターボチャージャ、ワイパアーム等の駆動源として、正逆両方向に、数十〜数百回転（ｒｐｍ）するものがある一方で、エンジンのスロットルバルブの駆動源としての直流モータのように、正逆両方向に１〜２回転以内でしか駆動されないものもある。このような、回転範囲の狭い直流モータにおいては、自己イニシャライズ処理時に、より狭い角度範囲における相対的原点の位置Ｚαを正確に決定することが求められる。このような要求に応えるために、密、あるいは粗と密の位置決め情報の組み合わせに基づき、原点位置を決定することもできる。   In addition, DC motors with brushes for automobiles include, for example, power sources such as power seats, electronic turbochargers, wiper arms and the like that rotate several tens to several hundreds of revolutions (rpm) in both forward and reverse directions. Some DC motors such as a throttle valve drive source can be driven only within one or two revolutions in both forward and reverse directions. In such a DC motor with a narrow rotation range, it is required to accurately determine the relative origin position Zα in a narrower angle range during the self-initialization process. In order to meet such a requirement, the origin position can also be determined based on a combination of fine or coarse and fine positioning information.

図４Ｄは、粗と密な位置決め情報の組み合わせに基づく、自己イニシャライズ処理時の、相対的原点位置の決定の処理を説明するタイムチャートである。図４Ｄの例では、ＭＲセンサユニットの置決め情報生成部２３７から出力される位置決め情報として、回転軸の１８０度回転毎に１回の粗な位置決め情報と、回転軸の６度回転毎に１回の密な位置決め情報とが出力される。まず、粗な位置決め情報(−，Ｓ２０，−，Ｓ４５，−，)の中でＰＷＭ信号のオンデューティが零に同期する、この例では、位置決め情報（Ｓ４０）の位置を、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に同期する、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）に仮決めする。次に、仮決め位置（Ｓ４０）付近に関して、密な位置決め情報(−，Ｓ３８８，−，−，Ｓ４１８，−，)を採用し、その付近でＰＷＭ信号のオンデューティが零に同期する、この例では、位置決め情報（Ｓ４０６）の位置を、ＭＲセンサの相対的原点位置（Ｚα）に正式決定する。このようにして、絶対位置（Absolute）に対して、±６度程度の誤差を含む可能性のある、かなり高い精度の相対的原点位置を決定できる。   FIG. 4D is a time chart for explaining the process of determining the relative origin position during the self-initialization process based on a combination of coarse and fine positioning information. In the example of FIG. 4D, as positioning information output from the placement information generation unit 237 of the MR sensor unit, coarse positioning information once for every 180 degrees of rotation of the rotating shaft and 1 for every 6 degrees of rotation of the rotating shaft. And the dense positioning information of the times are output. First, in the rough positioning information (-, S20,-, S45,-,), the on-duty of the PWM signal is synchronized with zero. In this example, the position of the positioning information (S40) is changed to the A-phase pulse. A relative origin position (Zα) of the MR sensor that is synchronized with the rising point is provisionally determined. Next, in this example, dense positioning information (-, S388,-,-, S418,-,) is adopted in the vicinity of the provisional position (S40), and the on-duty of the PWM signal is synchronized with zero in the vicinity. Then, the position of the positioning information (S406) is formally determined as the relative origin position (Zα) of the MR sensor. In this way, it is possible to determine a relative origin position with considerably high accuracy that may include an error of about ± 6 degrees with respect to the absolute position (Absolute).

図５は、正規の運転処理モードにおける、相対的原点位置信号処理の詳細を示すフローチャートである。
直流モータの制御ユニット３００は、正規の運転処理モードにおいては、メモリのＥＥＰＲＯＭからＲＡＭを経由して表３、表４に示したような相対的原点ＺαやＺ相信号（Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）を取得し（Ｓ５０１）、Ｚ相の幅の信号も取得する（Ｓ５０２）。さらに、ＭＲセンサユニットからのＡ相・Ｂ相信号を、ＲＡＭを経由して取得し（Ｓ５０３）、そのインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、１回転毎のＡ相・Ｂ相信号のアブソリュート化を行い、ＲＡＭに記録する（Ｓ５０４）。さらに、Ａ相・Ｂ相信号と、Ｚ相信号とから、直流モータの回転速度と回転角の情報を含む多回転のアブソリュート位置信号を生成し、表３、表４に相当するテーブルを生成し、ＲＡＭに記録する（Ｓ５０５）。 FIG. 5 is a flowchart showing details of relative origin position signal processing in the normal operation processing mode.
In the normal operation processing mode, the direct current motor control unit 300 transmits the relative origin Zα and Z-phase signals (Z0, Z1, Z2, etc.) as shown in Tables 3 and 4 from the EEPROM of the memory via the RAM. -,-, Zn) are acquired (S501), and the signal of the width of the Z phase is also acquired (S502). Further, the A-phase / B-phase signal from the MR sensor unit is acquired via the RAM (S503), and the EEPROM address is assigned based on the incremental cumulative addition value, and the A-phase for each rotation.・ Absolute the B phase signal and record it in the RAM (S504). Furthermore, a multi-rotation absolute position signal including information on the rotational speed and rotation angle of the DC motor is generated from the A-phase / B-phase signal and the Z-phase signal, and tables corresponding to Tables 3 and 4 are generated. And recorded in the RAM (S505).

図６は、相対的原点位置の信号処理を説明する図である。この図では、特に、Ａ相、Ｂ相信号及びＺ位置の信号(Ｚ０, Ｚ１,-, Ｚn)の一例を示している。直流モータの回転軸の正回転、逆回転に応じて、モータの回転軸の１回転毎にＺ位置の信号(Ｚ０, Ｚ１,-, Ｚn)がインクリメント、デクリメントされ、相対的原点位置（Ｚα）及びＡ相、Ｂ相信号を基にした回転軸の回転角度の情報も、インクリメント、デクリメントされる。
多回転のアブソリュート位置信号として、例えば、図６の下段の例では、１回転の位置Ｐ１に対応する、Ｚ１−Ａ相−２０４３５が示されている。これらの情報は、相対的原点位置（Ｚα）を基準とした直流モータの回転軸の現在位置を表す情報としてＭＲセンサユニット２０で生成され、制御ユニット３００に送信され、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに、例えば表３、表４のようなテーブルとして、記録される（Ｓ５０６）。これを、運転処理モードが終了するまで繰り返して行い（Ｓ５０７）、運転終了に伴って終了する。 FIG. 6 is a diagram for explaining the signal processing of the relative origin position. In this figure, in particular, examples of the A phase, B phase signals, and Z position signals (Z0, Z1,-, Zn) are shown. The Z position signal (Z0, Z1,-, Zn) is incremented or decremented for each rotation of the motor rotation shaft in accordance with the forward or reverse rotation of the DC motor rotation shaft, and the relative origin position (Zα) Information on the rotation angle of the rotation axis based on the A phase and B phase signals is also incremented and decremented.
As the multi-rotation absolute position signal, for example, Z1-A phase-20435 corresponding to the position P1 of one rotation is shown in the lower example of FIG. These pieces of information are generated by the MR sensor unit 20 as information representing the current position of the rotating shaft of the DC motor with respect to the relative origin position (Zα), transmitted to the control unit 300, and sequentially via the RAM. For example, it is recorded in the EEPROM as a table as shown in Tables 3 and 4 (S506). This is repeated until the operation processing mode ends (S507), and ends when the operation ends.

次に、正規の運転処理モードにおける、ＤＣサーボ制御部３４５及びＰＷＭ信号生成部３４６の動作につい、図１及び図７を参照しながら、説明する。
ＤＣサーボ制御部３４５は、ＥＥＰＲＯＭに表３、表４のようなテーブルなどの形で記録されている、回転速度と回転角の信号、及び、多回転・アブソリュート位置信号に基づいて、直流モータ１００の回転軸１３の現在の回転角度、ひいては被駆動部材５０の現在の相対的原点位置を認識する。ＤＣサーボ制御部３４５は、これらの情報に基づいて、被駆動部材５０の現在位置から目標位置までの速度指令値等を演算する。ＰＷＭ信号生成部３４６は、ＤＣサーボ制御部３４５の出力を受けて、直流モータ１００の回転を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する。 Next, operations of the DC servo control unit 345 and the PWM signal generation unit 346 in the normal operation processing mode will be described with reference to FIGS. 1 and 7.
The DC servo control unit 345 is based on the rotational speed and rotational angle signals and the multi-rotation / absolute position signals recorded in the EEPROM in the form of tables such as Tables 3 and 4, and the DC motor 100. The current rotation angle of the rotary shaft 13 and the current relative origin position of the driven member 50 are recognized. The DC servo control unit 345 calculates a speed command value from the current position of the driven member 50 to the target position based on these pieces of information. The PWM signal generation unit 346 receives the output of the DC servo control unit 345, generates a PWM signal for controlling the rotation of the DC motor 100, and outputs the PWM signal to the DC motor drive control unit 41.

図７は、正規の運転処理モードにおける、ＤＣサーボ制御部３４５及びＰＷＭ信号生成部３４６の動作の詳細を示すフローチャートである。
ＤＣサーボ制御部３４５は、まず、ＲＡＭ等のメモリ３３０から、予め設定された直流モータの運転パターンに基づく、各目標の位置や目標速度を指令値として取得する（Ｓ６０１）。メモリには、被駆動部材であるワイパアームブレードの各目標位置に対応して設定された直流モータの運転パターンに対応する目標速度として、ＰＩＤ制御を前提としたモータ駆動信号、例えばＰＷＭ制御信号のデータが格納されている。各目標の位置を含む運転パターンの例として、例えば、ワイパモータは、ワイパアームブレードの反転位置から加速終了までは加速領域、加速終了からブレーキ開始までは定速領域、ブレーキ開始から反転位置までは減速領域となっている。直流モータは、このような所定の運転パターンに従ってＰＷＭ制御される。 FIG. 7 is a flowchart showing details of operations of the DC servo control unit 345 and the PWM signal generation unit 346 in the normal operation processing mode.
First, the DC servo control unit 345 acquires, from the memory 330 such as a RAM, each target position and target speed based on a preset DC motor operation pattern as a command value (S601). In the memory, as a target speed corresponding to the operation pattern of the DC motor set corresponding to each target position of the wiper arm blade which is a driven member, data of a motor drive signal based on PID control, for example, PWM control signal data Is stored. As an example of an operation pattern including the position of each target, for example, the wiper motor is an acceleration region from the reverse position of the wiper arm blade to the end of acceleration, a constant speed region from the end of acceleration to the start of braking, and a deceleration region from the start of braking to the reverse position. It has become. The DC motor is PWM controlled according to such a predetermined operation pattern.

速度(ＰＷＭ)信号生成部３４６は、多回転のアブソリュート位置信号を取得し（Ｓ６０２）、指令値との差分値を算出する（Ｓ６０３）。この算出結果に基づいて、速度(ＰＷＭ)信号生成部３４６は、「ずれ」の有無を判定し（Ｓ６０４）、差分が許容値を超えていれば「ずれ」有と判定し、それが２回目である場合（Ｓ６０５、Ｓ６０６）、ずれを含むエラーがエンコーダ（ＭＲセンサユニット２０）にあると判定し、ＥＣＵ５００に、異常情報を送信し（Ｓ６０７）、処理を終了する。なお、エンコーダではなく、ＥＥＰＲＯＭ自体に異常がある場合にも、この時点でチェックできる。
ずれの判定（Ｓ６０４）で「ずれ」がなかった場合は、ＰＩＤ制御に基づくＰＷＭ信号を生成し（Ｓ６０８）、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する（Ｓ６０９）。そして、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づく多回転・アブソリュート位置信号を取得し（Ｓ６１０）、ＰＷＭ信号と多回転・アブソリュート位置信号との差分ずれ量を算出する（Ｓ６１１）。次に、ずれの有無の判定（Ｓ６１２）を行い、もし、２回連続して差分ずれ量が許容値を超えた場合には（Ｓ６１３、Ｓ６１４）、直流モータの異常と判定し、ＥＣＵ５００に直流モータの異常情報を送信し（Ｓ６１５）、処理を終了する。
差分ずれ量の判定（Ｓ６１２）で「ずれ」がなかった場合、新たなＰＷＭ信号を生成し（Ｓ６０８）、以下、同様の処理を繰り返す。 The speed (PWM) signal generation unit 346 acquires a multi-rotation absolute position signal (S602), and calculates a difference value from the command value (S603). Based on the calculation result, the speed (PWM) signal generation unit 346 determines the presence or absence of “deviation” (S604), and if the difference exceeds the allowable value, determines that there is “deviation”. If this is the case (S605, S606), it is determined that there is an error including deviation in the encoder (MR sensor unit 20), abnormal information is transmitted to the ECU 500 (S607), and the process is terminated. Note that even when there is an abnormality in the EEPROM itself instead of the encoder, it can be checked at this point.
If there is no “deviation” in the deviation determination (S604), a PWM signal based on PID control is generated (S608) and output to the DC motor drive control unit 41 (S609). Then, a multi-rotation / absolute position signal based on the A-phase / B-phase signal from the MR sensor unit 20 is acquired (S610), and a difference deviation amount between the PWM signal and the multi-rotation / absolute position signal is calculated (S611). Next, the presence / absence of deviation is determined (S612). If the difference deviation exceeds the allowable value twice consecutively (S613, S614), it is determined that the DC motor is abnormal, and the ECU 500 is connected to the DC. Motor abnormality information is transmitted (S615), and the process is terminated.
If there is no “deviation” in the difference deviation amount determination (S612), a new PWM signal is generated (S608), and the same processing is repeated thereafter.

図８Ａは、ＤＣモータ駆動回路４０の構成例を示す図である。ＤＣモータ駆動回路４０は、トランジスタから成る４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をＨ形に組んだＨブリッジ回路となっている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のベースには、ＤＣモータ駆動制御部４１で生成されたＰＷＭ信号が入力される。
図８Ａにおいて、第１のスイッチング素子ＳＷ１は、一端が直流モータの一方のブラシ１６Ａに接続され、他端が直流電源（Ｖｃｃ）に接続されている。第２のスイッチング素子ＳＷ２は、一端が直流モータの他方のブラシ１６Ｂに接続され、他端が直流電源（Ｖｃｃ）に接続されている。第３のスイッチング素子ＳＷ３は、一端が直流モータの一方のブラシ１６Ａに接続され他端が接地されている。第４のスイッチング素子ＳＷ４は、一端が直流モータの他方のブラシ１６Ｂに接続され、他端が接地されている。 FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration example of the DC motor driving circuit 40. The DC motor drive circuit 40 is an H bridge circuit in which four switching elements SW1 to SW4 made of transistors are assembled in an H shape. The PWM signal generated by the DC motor drive control unit 41 is input to the bases of the switching elements SW1 to SW4.
In FIG. 8A, the first switching element SW1 has one end connected to one brush 16A of the DC motor and the other end connected to a DC power supply (Vcc). The second switching element SW2 has one end connected to the other brush 16B of the DC motor and the other end connected to a DC power supply (Vcc). The third switching element SW3 has one end connected to one brush 16A of the DC motor and the other end grounded. The fourth switching element SW4 has one end connected to the other brush 16B of the DC motor and the other end grounded.

この状態で、イグニッションスイッチ４３がオンされると、直流モータの制御ユニット３００は、メモリのＥＥＰＲＯＭから多回転のアブソリュート位置信号を取得し、ワイパアームの前回の停止時の相対的原点位置を認識する。相対的原点位置が、相対的原点の位置Ｚαから離れた異常停止に相当する場合、イグニッションスイッチ４３によりエンジンが起動されるまでの間に、直流モータでワイパアームを駆動して正常状態に復帰させる処理がなされる。   When the ignition switch 43 is turned on in this state, the DC motor control unit 300 acquires a multi-rotation absolute position signal from the EEPROM of the memory, and recognizes the relative origin position of the wiper arm at the previous stop. When the relative origin position corresponds to an abnormal stop away from the relative origin position Zα, the wiper arm is driven by the DC motor until the engine is started by the ignition switch 43 to return to the normal state. Is made.

正常状態として起動が可能な場合に、ワイパのスイッチがオンされると、直流モータの制御ユニット３００は、ワイパアームの所定の運転パターンに基づく指令値を取得し、ＰＷＭ制御にて直流モータ１００を駆動する。正常状態で、第１、第４のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオンされると、ＳＷ１を介してブラシ１６Ａがバッテリに接続され、ＳＷ４を介してブラシ１６Ｂが接地され、ブラシ１６Ａ、１６Ｂ間に直流電流が流れて直流モータは正転する。第２、第３のスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオンされると、ＳＷ２を介してブラシ１６Ｂがバッテリに接続されると共にＳＷ３を介してブラシ１６Ａが接地され、ブラシ１６Ｂ、１６Ａ間に正転時とは逆向きの直流電流が流れて直流モータは逆転する。   When the wiper switch is turned on when starting in the normal state, the DC motor control unit 300 acquires a command value based on a predetermined operation pattern of the wiper arm, and drives the DC motor 100 by PWM control. To do. When the first and fourth switching elements SW1 and SW4 are turned on in a normal state, the brush 16A is connected to the battery via SW1, the brush 16B is grounded via SW4, and a direct current is applied between the brushes 16A and 16B. Current flows and the DC motor rotates forward. When the second and third switching elements SW2 and SW3 are turned on, the brush 16B is connected to the battery via SW2, and the brush 16A is grounded via SW3, and during forward rotation between the brushes 16B and 16A. Reverse DC current flows and the DC motor reverses.

直流モータ１００が回転すると、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて直流モータの回転速度・回転方向及び相対的原点位置を認識し、認識した回転速度と回転方向、及び相対的原点位置と、指令値とを比較して、ＰＷＭ制御にて直流モータの運転制御を行う。
このようにして、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて逐次ワイパアームの動作状態を認識しながら、直流モータの駆動を継続する。これにより、ワイパアームは所定の角度範囲で、運転パターンに基づく揺動払拭動作を行う。 When the DC motor 100 rotates, the DC motor control unit 300 recognizes the rotational speed / rotation direction and relative origin position of the DC motor based on the A-phase / B-phase signals from the MR sensor unit 20, and the recognized rotation. The speed, rotation direction, relative origin position, and command value are compared, and DC motor operation control is performed by PWM control.
In this way, the DC motor control unit 300 continues to drive the DC motor while recognizing the operation state of the wiper arm sequentially based on the A-phase / B-phase signals from the MR sensor unit 20. Thereby, the wiper arm performs a swinging wiping operation based on the operation pattern in a predetermined angle range.

直流モータの回転速度は、ＰＷＭ信号オン期間のデューティ比により任意に制御できる。図８Ｂは、ＰＷＭ信号と直流モータの回転方向の関係の一例を示す図である。スイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４のオン・オフ期間の組み合わせやオン期間のデューティ比の制御により、直流モータを任意の速度で正回転回生制動、もしくは逆転回生制動させることもできる。
図８Ｃは、ＥＥＰＲＯＭのデータを用いた直流モータ一の開ループ制御の例を示すものである。直流モータは、ＥＥＰＲＯＭの多回転・アブソリュート位置信号の情報、及びＰＩＤ制御とＰＷＭ制御とを組み合わせた回転指令により、現在位置Ｐnから目標位置Ｐn+1まで、正確、かつ、迅速に駆動される。 The rotational speed of the DC motor can be arbitrarily controlled by the duty ratio during the PWM signal ON period. FIG. 8B is a diagram illustrating an example of the relationship between the PWM signal and the rotation direction of the DC motor. The direct-current motor can be forward regeneratively braked or reversely regeneratively braked at an arbitrary speed by controlling the combination of the on / off periods of the switching elements SW1 to SW4 and the duty ratio of the on period.
FIG. 8C shows an example of open loop control of a DC motor using EEPROM data. The DC motor is accurately and quickly driven from the current position P n to the target position P n + 1 by the information of the EEPROM's multi-rotation / absolute position signal and the rotation command that combines PID control and PWM control. The

このようにして、直流モータの制御ユニット３００は、ＭＲセンサユニット２０からのＡ相・Ｂ相信号に基づいて逐次ワイパアームの動作状態を認識しながら、直流モータの駆動を継続する。これにより、ワイパアームは所定の角度範囲で、運転パターンに基づく揺動払拭動作を行う。   In this way, the DC motor control unit 300 continues to drive the DC motor while recognizing the operation state of the wiper arm sequentially based on the A-phase / B-phase signals from the MR sensor unit 20. Thereby, the wiper arm performs a swinging wiping operation based on the operation pattern in a predetermined angle range.

本発明の一実施例によれば、１対のＭＲセンサの出力信号を基に生成された多回転・相対的原点位置の信号の情報に基づいて、回転軸が駆動されるので、被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御でき、かつ、簡単な構成で安価な、直流モータの制御装置を提供することができる。また、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットの出力信号を用いた相対的原点位置に基づき生成された多回転・アブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されている。そのため、被駆動部材の異常停止の有無を判定し、多回転異常停止の場合でも、次回の起動時に、安全な運転開始を実現できる。   According to one embodiment of the present invention, the rotating shaft is driven based on the information of the multi-rotation / relative origin position signal generated based on the output signals of the pair of MR sensors. It is possible to provide a DC motor control apparatus that can control the position of the motor with high accuracy and that is inexpensive with a simple configuration. Further, a multi-rotation / absolute position signal generated based on the relative origin position using the output signal of the MR sensor unit having a pair of MR sensors is recorded in the EEPROM. Therefore, the presence or absence of an abnormal stop of the driven member is determined, and a safe start of operation can be realized at the next startup even in the case of an abnormal stop of multiple rotations.

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図９は、本発明を、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置に適用した、第２の実施例の構成図である。この実施例は、各々ブラシ付き直流モータで駆動される、自動車のスロットル弁駆動装置及びＥＧＲ弁駆動装置を含んでいる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a configuration diagram of a second embodiment in which the present invention is applied to a throttle valve driving device and an EGR valve driving device of an automobile. This embodiment includes an automobile throttle valve drive and an EGR valve drive, each driven by a brushed DC motor.

本実施例において、制御ユニット３００Ａの各機能は、図１の制御ユニット３００とは異なり、車載のエンジン制御用のＥＣＵ７００の中に組みこまれている。ＤＣモータ駆動制御部４１の機能も、車載のＥＣＵ７００の中に組みこまれている。パワー回路４０Ａ、４０Ｂは、図１のＤＣモータ駆動回路４０に対応している。図９の制御ユニット３００Ａの各機能、パワー回路４０Ａ、４０Ｂ、ＤＣモータ駆動制御部４１の機能、及び、直流モータ１００Ａ、１００Ｂの構成は、図１の制御ユニット３００の各機能、ＤＣモータ駆動回路４０、ＤＣモータ駆動制御部４１、及び、直流モータ１００の機能と同じなので、説明を省略する。   In this embodiment, each function of the control unit 300A is incorporated in an in-vehicle engine control ECU 700, unlike the control unit 300 of FIG. The function of the DC motor drive control unit 41 is also incorporated in the in-vehicle ECU 700. The power circuits 40A and 40B correspond to the DC motor drive circuit 40 of FIG. The functions of the control unit 300A in FIG. 9, the power circuits 40A and 40B, the functions of the DC motor drive control unit 41, and the configurations of the DC motors 100A and 100B are the same as the functions of the control unit 300 in FIG. 40, the functions of the DC motor drive control unit 41 and the DC motor 100 are the same, and the description thereof is omitted.

自動車のスロットル弁やＥＧＲ弁を駆動する直流モータの回転範囲は、通常、±１〜２回転以内である。そのため、原点位置の情報にはより高い精度が要求される。
特に、被駆動部材を駆動する直流モータの回転軸の回転角度が３６０度未満の場合には、相対的原点の位置、及び、Ａ相、Ｂ相信号を基に、回転軸の１回転内でのアブソリュート位置信号を生成し、ＥＥＰＲＯＭに記録し、この情報を利用して直流モータの駆動を行う。この場合、相対的原点位置信号３４４は、１回転のアブソリュート位置信号生成機能部として機能し、位置決め情報として分解能の高い信号や、図４Ｄで説明したような、分解能の異なる異種の信号を採用して、自己イニシャライズ処理時の相対的原点位置の決定を行うのが望ましい。 The rotation range of a direct current motor that drives a throttle valve or EGR valve of an automobile is usually within ± 1 to 2 rotations. Therefore, higher accuracy is required for the information on the origin position.
In particular, when the rotation angle of the rotating shaft of the DC motor that drives the driven member is less than 360 degrees, within one rotation of the rotating shaft based on the position of the relative origin and the A-phase and B-phase signals. The absolute position signal is generated and recorded in the EEPROM, and the DC motor is driven using this information. In this case, the relative origin position signal 344 functions as an absolute position signal generation function unit for one rotation, and employs a high-resolution signal as positioning information or a different type of signal with different resolution as described in FIG. 4D. Thus, it is desirable to determine the relative origin position during the self-initialization process.

制御ユニット３００Ａは、ＥＣＵ７００等からの外部指令や、第１のＭＲセンサ２２Ａの出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、パワー回路４０によりブラシ付き直流モータ１００Ａを駆動して、エンジン８１０の吸気管８００に設けられたスロットル弁５０Ａを開閉する。制御ユニット３００Ａは、また、ＥＣＵ７００等からの外部指令や、第２のＭＲセンサ２２Ｂの出力であるＡ相、Ｂ相信号のデジタル値等の入力情報に基づき、パワー回路４０によりブラシ付き直流モータ１００Ｂを駆動して、排気管８１２に設けられたＥＧＲ弁５０Ｂを開閉する。ＥＧＲ弁５０Ｂは、排気管８１２から吸気管８００への排気ガスの還流量を制御するものであり、還流路８１４の途中には、クーラー８１５が設けられている。   The control unit 300A drives the brushed DC motor 100A by the power circuit 40 based on input information such as an external command from the ECU 700 or the like and digital values of the A phase and B phase signals output from the first MR sensor 22A. Then, the throttle valve 50A provided in the intake pipe 800 of the engine 810 is opened and closed. The control unit 300A also uses the power circuit 40 to generate a brushed DC motor 100B based on input information such as an external command from the ECU 700 or the like, or digital values of the A-phase and B-phase signals output from the second MR sensor 22B. To open and close the EGR valve 50B provided in the exhaust pipe 812. The EGR valve 50 </ b> B controls the recirculation amount of the exhaust gas from the exhaust pipe 812 to the intake pipe 800, and a cooler 815 is provided in the middle of the recirculation path 814.

直流モータ１００Ａにより駆動されスロットル弁５０Ａを開閉する被駆動部材にはスロットル開度センサが取付けられている。直流モータ１００Ｂにより駆動されＥＧＲ弁５０Ｂを開閉する被駆動部材にはＥＧＲ弁センサが取付けられている。その他、吸入空気量検出器、空燃比センサ、アクセルペダルの踏み込み量を検知する負荷センサ８１６、およびクランク角やエンジンの回転数を検出するクランク角センサ８１７の各出力信号は夫々対応するＡＤ変換器を介してＥＣＵ７００の入力ポートに入力される。ＥＣＵ７００の出力ポートは、対応する駆動回路を介してエンジンの点火栓、燃料噴射弁に接続される。また、ＥＣＵ７００の出力ポートは各パワー回路４０Ａ、および４０Ｂを介して、スロットル弁駆動用の直流モータ１００Ａ、およびＥＧＲ弁駆動用の直流モータ１００Ｂに接続される。   A throttle opening sensor is attached to a driven member that is driven by the DC motor 100A and opens and closes the throttle valve 50A. An EGR valve sensor is attached to a driven member that is driven by the DC motor 100B and opens and closes the EGR valve 50B. In addition, the output signals of the intake air amount detector, the air-fuel ratio sensor, the load sensor 816 for detecting the amount of depression of the accelerator pedal, and the crank angle sensor 817 for detecting the crank angle and the engine speed are respectively corresponding AD converters. Through the input port of the ECU 700. The output port of the ECU 700 is connected to an engine spark plug and a fuel injection valve via a corresponding drive circuit. The output port of the ECU 700 is connected to the DC motor 100A for driving the throttle valve and the DC motor 100B for driving the EGR valve via the power circuits 40A and 40B.

すなわち、直流モータの制御ユニット３００Ａにおいて、直流モータ１００Ａに設けられた第１のＭＲセンサユニット２０の出力として得られたＡ相、Ｂ相信号等を用いた相対的原点位置に基づく、アブソリュート位置信号が生成される。そして、ＰＷＭ信号生成部３４６が、ＤＣサーボ制御部３４５の出力を受けてＰＷＭ信号を生成し、ＤＣモータ駆動制御部４１へ出力する。ＤＣモータ駆動制御部４１の出力により、パワー回路（モータ駆動回路）４０Ａを介して、直流モータ１００Ａによりスロットル弁５０Ａを開閉する。同様にして、ＥＧＲ弁５０Ｂも、パワー回路（モータ駆動回路）４０Ｂを介して直流モータ１００Ｂで開閉される。   That is, in the DC motor control unit 300A, the absolute position signal based on the relative origin position using the A phase, B phase signals, etc. obtained as the output of the first MR sensor unit 20 provided in the DC motor 100A. Is generated. The PWM signal generation unit 346 receives the output of the DC servo control unit 345, generates a PWM signal, and outputs the PWM signal to the DC motor drive control unit 41. According to the output of the DC motor drive control unit 41, the throttle valve 50A is opened and closed by the DC motor 100A via the power circuit (motor drive circuit) 40A. Similarly, the EGR valve 50B is also opened and closed by the DC motor 100B via the power circuit (motor drive circuit) 40B.

スロットル弁５０Ａが何らかの原因で正常な位置に復帰しないままに電源がオフになった場合、キースイッチが投入された時点で、制御ユニット３００Ａは、メモリのＥＥＰＲＯＭからアブソリュート位置信号を取得し、スロットル弁５０Ａの前回停止時の相対的原点位置を認識する。相対的原点位置が、相対的原点の位置Ｚαから離れた異常停止に相当する場合、正常状態での起動に向けた処理がなされる。   When the power is turned off without the throttle valve 50A returning to its normal position for some reason, when the key switch is turned on, the control unit 300A acquires an absolute position signal from the EEPROM of the memory, and the throttle valve Recognize the relative origin position at the last stop of 50A. When the relative origin position corresponds to an abnormal stop away from the relative origin position Zα, a process for starting in a normal state is performed.

スロットル弁５０Ａの開度は、アブソリュート位置信号を用いて高精度に制御される。
また、スロットル弁５０Ａの相対的原点位置を示す開度情報が、スロットル開度センサとＭＲセンサユニット２０とから、二重に得られるため、装置としての信頼性が高まる。 The opening degree of the throttle valve 50A is controlled with high accuracy using an absolute position signal.
Further, since the opening degree information indicating the relative origin position of the throttle valve 50A is obtained twice from the throttle opening degree sensor and the MR sensor unit 20, the reliability of the apparatus is improved.

さらに、異常停止後の再起動時にアブソリュート位置信号として、ＥＥＰＲＯＭから例えば、図１０に示すような、Ｐ２＝Ｚ0Ｂ0２８５６０の情報が得られたと仮定する。ＥＣＵは、このアブソリュート位置信号の情報に基づき、ＰＩＤ制御を前提とした適切なＰＷＭ制御信号を生成し、出力する。これにより、キースイッチが投入後、ユーザーによりエンジンが起動される前に、ＰＷＭ信号を生成してＤＣモータ１００Ａを駆動し、スロットル弁５０Ａの開度を、全閉位置に復帰する処理を迅速に実行することができる。   Furthermore, it is assumed that information of P2 = Z0B028560 as shown in FIG. 10, for example, is obtained from the EEPROM as an absolute position signal when restarting after an abnormal stop. The ECU generates and outputs an appropriate PWM control signal based on the PID control based on the information on the absolute position signal. Thus, after the key switch is turned on and before the engine is started by the user, the PWM signal is generated to drive the DC motor 100A, and the process of returning the opening of the throttle valve 50A to the fully closed position is quickly performed. Can be executed.

本実施例によれば、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号の情報に基づいて、スロットル弁及びＥＧＲ弁が直流モータにより駆動されるので、各弁の位置をきわめて精度良く制御できる。本発明はコンピュータに簡単なプログラムを組み込むことで容易に実現でき、安価で汎用性の高い直流モータの制御装置を提供できる。また、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、次回の起動時に、自動車のスロットル弁やＥＧＲ弁の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも安全な運転開始を実現できる。   According to the present embodiment, since the throttle valve and the EGR valve are driven by the DC motor based on the information of the absolute position signal generated based on the output signals of the pair of MR sensors, the position of each valve is extremely different. It can be controlled with high accuracy. The present invention can be easily realized by incorporating a simple program into a computer, and can provide an inexpensive and highly versatile DC motor control device. In addition, since the absolute position signal generated based on the output signals of the pair of MR sensors is recorded in the EEPROM, at the next start-up, it is determined whether or not there is an abnormal stop of the throttle valve or EGR valve of the vehicle. Even in the case of a stop, safe operation start can be realized.

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１１は、本発明の第３の実施例に基づく、直流モータの制御装置の機能ブロック図である。
本実施例において、制御ユニット３００の各機能は、図１の制御ユニット３００とは異なり、車載のＥＣＵ１０００の中に組みこまれている。ＤＣモータ駆動制御部４１やＤＣモータ駆動回路４０の機能も、車載のＥＣＵ１０００の中に組みこまれている。ＥＣＵ１０００は、制御ユニット３００に対する上位のプロセッサ１０１０と上位のメモリ１０１４を含むコントロールユニット１０１２を備えている。制御ユニット３００、ＤＣモータ駆動回路４０及びＤＣモータ駆動制御部４１の各機能は、図１の対応するものの機能と同じなので、説明を省略する。
被駆動部材としては、直流モータで駆動される車載の複数の機器を対象とすることができる。例えば、被駆動部材として、先に述べたワイパなどの例の他に、パワーシート、パワーウインド、電子ターボチャージャ、ウオーターポンプ、オイルポンプ等がある。これらの被駆動部材は、ブラシ付きの直流モータ１００により、多回転・アブソリュート位置信号に基づく正確な多回転の位置制御がなされるとともに、異常停止後の再起動時にも迅速に正常状態に復帰できる。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a functional block diagram of a control device for a DC motor based on the third embodiment of the present invention.
In this embodiment, each function of the control unit 300 is incorporated in an in-vehicle ECU 1000 unlike the control unit 300 of FIG. The functions of the DC motor drive control unit 41 and the DC motor drive circuit 40 are also incorporated in the in-vehicle ECU 1000. The ECU 1000 includes a control unit 1012 including an upper processor 1010 and an upper memory 1014 for the control unit 300. The functions of the control unit 300, the DC motor drive circuit 40, and the DC motor drive control unit 41 are the same as the corresponding functions in FIG.
As the driven member, a plurality of in-vehicle devices driven by a DC motor can be targeted. For example, as a driven member, there are a power seat, a power window, an electronic turbocharger, a water pump, an oil pump, and the like in addition to the above-described example of the wiper. These driven members are accurately controlled by multi-rotation based on the multi-rotation / absolute position signal by the DC motor 100 with a brush, and can quickly return to a normal state upon restart after an abnormal stop. .

また、第３の実施例のＥＣＵ１０００には、図９のＥＣＵ７００と同様に、自動車やエンジンの制御に関係する各種の情報が入力される（図示略）。
各被駆動部材を駆動する直流モータには各々ＭＲセンサユニット２０が設けられ、各ＭＲセンサユニット２０で生成されたＡ相・Ｂ相信号がＩＳＯ２６２６２の規格に対応するシリアル信号として、通信ケーブルを介してＥＣＵ１０００に送信される。各被駆動部材を駆動するために必要な情報には、他の被駆動部材と共通の情報も含まれていることが多いので、ＥＣＵ１０００で一括して管理するのが望ましい。 Also, the ECU 1000 of the third embodiment receives various types of information related to the control of the automobile and the engine (not shown) as in the ECU 700 of FIG.
Each of the DC motors that drive each driven member is provided with an MR sensor unit 20, and the A-phase and B-phase signals generated by each MR sensor unit 20 are serial signals corresponding to the ISO 26262 standard via a communication cable. Is transmitted to ECU 1000. Since information necessary for driving each driven member often includes information common to other driven members, it is desirable that the ECU 1000 collectively manage the information.

本実施例によれば、１対のＭＲセンサを有するＭＲセンサユニットの出力信号を用いた相対的原点位置に基づいて生成されたアブソリュート位置信号の情報に基づいて、各被駆動部材が直流モータにより駆動される。そのため、各被駆動部材の位置をきわめて精度良く制御できる。本発明はコンピュータに簡単なプログラムを組み込むことで容易に実現でき、安価で汎用性の高い直流モータの制御装置を提供できる。また、１対のＭＲセンサの出力信号に基づいて生成されたアブソリュート位置信号がＥＥＰＲＯＭに記録されているので、次回の起動時に、自動車の各被駆動部材の異常停止の有無を判定し、異常停止の場合でも安全な運転開始を実現できる。   According to the present embodiment, each driven member is driven by a DC motor based on the information of the absolute position signal generated based on the relative origin position using the output signal of the MR sensor unit having a pair of MR sensors. Driven. Therefore, the position of each driven member can be controlled with extremely high accuracy. The present invention can be easily realized by incorporating a simple program into a computer, and can provide an inexpensive and highly versatile DC motor control device. In addition, since the absolute position signal generated based on the output signals of the pair of MR sensors is recorded in the EEPROM, at the next start-up, the presence or absence of abnormal stop of each driven member of the vehicle is determined, and the abnormal stop Even in the case of, safe start of operation can be realized.

次に、本発明の第４の実施例について説明する。本実施例は、上記各実施例において、ＭＲセンサユニット、制御ユニット、及び、ＥＥＰＲＯＭにバックアップ電源を付設するものである。ＥＥＰＲＯＭのデータは、自動車の異常停止後、バッテリからの電力がＥＥＰＲＯＭに供給されなくなっても保持されるため、車の安全な再起動に利用できる。ただし、異常停止後に、被駆動部材が、自動車のキースイッチを介した通常の正規の再起動ではなく、被駆動部材のみ強制的に駆動される想定外の不適切な再起動状態になる可能性もある。この場合、被駆動部材が多回転したとしても、ＥＥＰＲＯＭのデータは更新されない。この想定外の状態でも、自動車が再起動される事態は避けるのが望ましい。そこで、より安全性を高めるために、ＭＲセンサユニットの出力を直流モータの制御ユニットに送信しＥＥＰＲＯＭに記録するまでの処理が、自動車の停止後も維持されるような、バックアップ電源を確保する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a backup power source is attached to the MR sensor unit, the control unit, and the EEPROM in each of the above embodiments. Since the data in the EEPROM is retained even after power from the battery is not supplied to the EEPROM after the vehicle has stopped abnormally, it can be used for safe restart of the vehicle. However, after an abnormal stop, the driven member may be in an unexpected inappropriate restart state in which only the driven member is forcibly driven instead of the normal normal restart via the car key switch. There is also. In this case, even if the driven member is rotated many times, the EEPROM data is not updated. Even in this unexpected state, it is desirable to avoid a situation where the automobile is restarted. Therefore, in order to further improve safety, a backup power source is secured so that the processing from the output of the MR sensor unit to the control unit of the DC motor being recorded in the EEPROM is maintained even after the automobile is stopped.

ＥＥＰＲＯＭのバックアップ電源としては、例えば、ボタン電池やリチウム電池などがある。これらのバックアップ電源は、通常は、キースイッチがオンの状態でバッテリ４２を電源として充電される。そして、バッテリ電源の消失時には、ＭＲセンサユニット、制御ユニット、及び、ＥＥＰＲＯＭに対する電源として機能する。これにより、想定外の事態でバッテリ電源が消失しても、異常停止時の被駆動部材の駆動に伴うアブソリュート位置信号が、ＥＥＰＲＯＭに記録される。   As a backup power source of the EEPROM, for example, there are a button battery, a lithium battery, and the like. These backup power supplies are normally charged using the battery 42 as a power source with the key switch turned on. When the battery power is lost, it functions as a power source for the MR sensor unit, the control unit, and the EEPROM. Thereby, even if the battery power supply is lost due to an unexpected situation, the absolute position signal accompanying the driving of the driven member at the time of abnormal stop is recorded in the EEPROM.

また、何らかの原因で、アブソリュート位置信号をＥＥＰＲＯＭに記録している途中で、バッテリからの電力がＥＥＰＲＯＭに供給されなくなったり、一時的に電源電圧が定格電圧、例えば１．２Ｖよりも異常に低下したりすることもありうる。このような場合でも、バックアップ電源をＥＥＰＲＯＭに付設しておくことにより、ＥＥＰＲＯＭに不完全なデータが記録されることを防止することができる。   In addition, for some reason, while the absolute position signal is being recorded in the EEPROM, the power from the battery is not supplied to the EEPROM, or the power supply voltage temporarily drops to a rated voltage, for example, 1.2 V abnormally. It can also happen. Even in such a case, it is possible to prevent incomplete data from being recorded in the EEPROM by providing a backup power supply to the EEPROM.

次に、本発明の第５の実施例について説明する。本発明の直流モータの制御装置は、自動車に搭載される直流モータのみならず、他の分野の、絶対原点の位置の情報に基づく多回転・アブソリュート位置信号を必要とする被駆動部材を駆動する直流モータにも適用可能である。例えば、ロボットのハンドのアクチュエータ等に本発明の直流モータを採用することにより、アクチュエータの位置をアブソリュート位置信号できわめて精度良く制御できる。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The DC motor control apparatus according to the present invention drives not only a DC motor mounted on an automobile but also a driven member that requires a multi-rotation / absolute position signal based on information on the position of the absolute origin in other fields. It can also be applied to a DC motor. For example, by employing the DC motor of the present invention for an actuator of a robot hand or the like, the position of the actuator can be controlled with an absolute position signal with extremely high accuracy.

１０ モータハウジング
１１ 永久磁石
１２ アマチュア
１３ 回転軸
１４ 減速機
１５ 給電端子
１６ ブラシ
１７ 整流子
１８ エンドブラケット（若しくはシールドキャップ）
２０ ＭＲセンサユニット
２１ マグネット
２２ ＭＲセンサ
２３ 処理回路部
２４ 軸受
２５ 軸受
４０ ＤＣモータ駆動回路
４０Ａ パワー回路
４０Ｂ パワー回路
４１ ＤＣモータ駆動制御部
４２ バッテリ
４３ イグニッションスイッチ
５０ 被駆動部材
５０Ａ スロットル弁
５０Ｂ ＥＧＲ弁
１００ 直流モータ
１００Ａ 直流モータ
１００Ｂ 直流モータ
３００ 直流モータの制御ユニット
３１０ 通信制御部
３２０ メモリ制御部
３３０ メモリ
３３１ ＲＯＭ
３３２ ＲＡＭ
３３３ ＥＥＰＲＯＭ
３４１ 自己イニシャライズ処理部
３４２ Ｚ相信号生成部
３４３ Ｚ相の幅信号生成部
３４４ 相対的原点位置信号生成部
３４５ ＤＣサーボ制御部
３４６ ＰＷＭ信号生成部
５００ 車載のＥＣＵ
６００ プリント基板
７００ エンジン制御用ＥＣＵ
１０００ ＥＣＵ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor housing 11 Permanent magnet 12 Amateur 13 Rotating shaft 14 Reduction gear 15 Power supply terminal 16 Brush 17 Commutator 18 End bracket (or shield cap)
20 MR sensor unit 21 Magnet 22 MR sensor 23 Processing circuit unit 24 Bearing 25 Bearing 40 DC motor drive circuit 40A Power circuit 40B Power circuit 41 DC motor drive control unit 42 Battery 43 Ignition switch 50 Driven member 50A Throttle valve 50B EGR valve 100 DC motor 100A DC motor 100B DC motor 300 DC motor control unit 310 Communication control unit 320 Memory control unit 330 Memory 331 ROM
332 RAM
333 EEPROM
341 Self-initialization processing unit 342 Z-phase signal generation unit 343 Z-phase width signal generation unit 344 Relative origin position signal generation unit 345 DC servo control unit 346 PWM signal generation unit 500 In-vehicle ECU
600 Printed circuit board 700 Engine control ECU
1000 ECU.

Claims (1)

直流モータの駆動信号を生成して出力する制御ユニットと、
１対のＭＲセンサにより前記直流モータの回転軸の回転を検知するＭＲセンサユニットとを備え、
前記回転軸に固定されたアマチュアにブラシを介して供給される電力を制御する、モータ制御装置であって、
前記制御ユニットは、ＤＣサーボ制御信号を生成し、被駆動部材を駆動する前記直流モータのサーボ制御を行う、ＤＣサーボ制御部を備えたものにおいて、
前記１対のＭＲセンサの出力に基づいて、前記回転軸の回転に伴うインクリメンタルなＡ相、Ｂ相の信号と、該Ａ相、Ｂ相の出力信号が特定の関係にある状態を示す位置決め情報とを生成して出力し、
前記制御ユニットは、
前記ＤＣサーボ制御信号に代わるイニシャライズ駆動信号により前記直流モータを正逆双方向に所定の回転数で起動運転し、該直流モータを駆動して得られる前記ＭＲセンサユニットからの前記Ａ相、Ｂ相の出力信号と前記位置決め情報と、前記イニシャライズ駆動信号との同期の関係から、前記回転軸に対する前記ＭＲセンサの相対的原点位置(Ｚα)の情報を取得し、
前記Ａ相、Ｂ相、及び前記相対的原点位置の情報の全データをアブソリュート信号のデータに変換してＥＥＰＲＯＭに記録すると共に、
前記ＥＥＰＲＯＭの前記データと、前記被駆動部材の回転位置や移動量の情報とに基づき前記ＤＣサーボ制御信号を生成するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。 A control unit that generates and outputs a drive signal for the DC motor;
An MR sensor unit that detects rotation of the rotary shaft of the DC motor by a pair of MR sensors;
A motor control device that controls electric power supplied via a brush to an amateur fixed to the rotating shaft ,
The control unit includes a DC servo control unit that generates a DC servo control signal and performs servo control of the DC motor that drives the driven member.
Positioning information indicating a state in which the incremental A-phase and B-phase signals accompanying the rotation of the rotary shaft and the output signals of the A-phase and B-phase are in a specific relationship based on the outputs of the pair of MR sensors And output
The control unit is
The A-phase and B-phase from the MR sensor unit obtained by driving the DC motor by starting the DC motor at a predetermined rotational speed in both forward and reverse directions by an initialization drive signal instead of the DC servo control signal. From the relationship of synchronization between the output signal, the positioning information, and the initialization drive signal, information on the relative origin position (Zα) of the MR sensor with respect to the rotating shaft is obtained,
The A-phase, B-phase, and all data and records in the EEPROM is converted into data of the absolute signal of the relative position of the origin of the information,
A motor control device configured to generate the DC servo control signal based on the data of the EEPROM and information on the rotational position and movement amount of the driven member .
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