回転角度検出装置および検出装置付き軸受
【課題】 時間遅れによる誤差のない正確な回転角度検出が可能な回転角度検出装置、およびこの回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置する。この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段７を設ける。さらに、前記角度算出手段７で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段１１と、この回転速度算出手段１１で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段７で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段１３を設ける。
【解決手段】 固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置する。この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段７を設ける。さらに、前記角度算出手段７で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段１１と、この回転速度算出手段１１で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段７で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段１３を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機器における回転角度検出、例えば小型モータの回転制御のための回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置、およびその回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の機器に組み込み可能で、かつ高精度の回転角度検出が可能な回転角度検出装置として、磁気センサアレイを用いるものが提案されている（例えば特許文献１）。これは、図１３のように、磁気センサ素子（ＭＡＧＦＥＴ）を多数並べて構成した磁気センサアレイ４５を、信号増幅回路、ＡＤ変換回路、デジタル信号処理回路などの回路４６とともにセンサチップ４２に集積し、このセンサチップ４２を、回転側部材４１に配置される磁石４４に対向配置したものである。この場合、磁石４４は回転中心Ｏ回りの円周方向異方性を有するものとされ、前記センサチップ４２上では、仮想の矩形の４辺における各辺に沿って磁気センサアレイ４５が配置される。
このように構成された回転角度検出装置４３では、各辺の磁気センサアレイ４５の出力を信号増幅回路、ＡＤ変換回路で読み出して前記磁石４４の磁界分布を検出し、その検出結果に基づき磁石４４の回転角度をデジタル信号処理回路により算出する。
【特許文献１】特開２００３−３７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成の回転角度検出装置の動作では、磁界測定→角度計算→角度出力というサイクルを繰り返すので、そのサイクルに対応する一定時間間隔で角度データが出力されることになる。このため、出力される角度データは、角度計算に要する時間分だけの時間遅れが生じ、観測時刻における正確な角度情報が得られないという課題があった。また、この回転角度検出装置を用いて回転角度や回転速度を検出することにより、モータの回転制御を行う場合、任意の時刻における回転角度や回転速度を正確に検出することが難しいという課題もあった。
【０００４】
この発明の目的は、時間遅れによる誤差のない正確な回転角度検出が可能な回転角度検出装置、およびこの回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、モータなどの回転軸の角度検出に用いて、任意の時刻における回転角度を正確に検出することができる回転角度検出装置、およびこの回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の回転角度検出装置は、固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたことを特徴とする。
磁気センサの出力から回転軸の回転角度を検出する角度算出手段の出力は、磁気センサが磁石の磁界をサンプリングしてから回転角度を演算し出力するまでに時間遅れがある。そのため、回転角度のデータを読み込んだときの実際の回転軸の回転角度は、読み込んだデータと異なっている可能性がある。そこで、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度算出手段が算出する回転速度に基づき、回転速度算出手段は前記角度算出手段で検出される回転角度の時間遅れを補正する。これにより、回転軸の正確な回転角度を検出することができる。
【０００６】
この発明において、前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸の回転角度を推測する回転角度推測手段を設けても良い。
前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度データは、一定時間間隔で出力される離散的なデータであるため、データが更新される間隔よりも細かく角度情報を得ることができない。そこで、回転角度推定手段は、回転角度データを要求した時刻における角度値を、回転角度データと回転速度から予測して、任意の時刻における回転角度を推測する。これにより、任意の時刻における回転角度を正確に検出することができる。
【０００７】
この発明において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、および角度時間遅れ補正手段を集積しても良い。この構成の場合、大規模集積回路が集積される半導体チップから出力される回転角度のデータは、その時刻における回転角度を示すことになるので、このデータを受けて動作する各種機器での制御にとって、より扱いやすい回転角度検出装置とすることができる。
【０００８】
この発明において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、前記角度時間遅れ補正手段、および前記回転角度推測手段を集積しても良い。この構成の場合、任意の時刻における正確な回転角度を得ることができる小型で高精度な回転角度検出装置を実現できる。
【０００９】
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転角度検出装置を軸受に組み込んだものである。
この構成によると、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
【００１０】
この発明のモータの回転制御装置は、この発明の上記いずれかの構成の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたものである。
この構成によると、モータの回転制御を高精度に行うことができる。とくに、前記回転角度推測手段を設けた場合には、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするために、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効である。この場合、小型の回転角度検出装置で高精度の角度検出が可能になり、装置を小型化、高性能化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回転角度検出装置は、固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたため、時間遅れによる誤差のない正確な回転角度検出が可能となる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の回転角度検出装置を軸受に組み込んだものであるため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。 この発明のモータの回転制御装置は、この発明の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたものであるため、モータの回転制御を高精度に行うことができる。とくに、回転角度検出装置が回転角度推測手段を有する場合には、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするため、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態の回転角度検出装置を組み込んだ軸受の断面図を示す。この検出装置付き軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させた転がり軸受である。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は単列の深溝玉軸受とされている。内輪２１には回転部材である回転軸１０が圧入状態に嵌合しており、外輪２２は軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置されている。
【００１３】
転がり軸受２０に組み込まれる回転角度検出装置１は、転がり軸受２０の内輪２１側に配置された磁石２と、外輪２２側に配置された回転センサ３とを備える。具体的には、内輪２１と共に回転する回転軸１０に、一対の磁極Ｎ，Ｓが形成された永久磁石２が配置され、外輪２２と固定関係にあるセンサ取付部材２７に回転センサ３が配置される。
磁石２は、図２に示すように、その一対の磁極Ｎ，Ｓから発生する磁気が転がり軸受２０の軸心Ｏの回りの方向性を有するものである。この磁石２は、転がり軸受２０の軸心Ｏが磁石２の中心と一致するように、回転軸１０の一端の中央に固定される。磁石２が回転軸１０と一体に回転することによって、上記軸受軸心Ｏの回りをＮ磁極およびＳ磁極が旋回移動する。
【００１４】
回転センサ３は磁石２の磁気を感知して回転角度の情報を出力するセンサである。回転センサ３は、転がり軸受２０の軸心Ｏの軸方向に向けて磁石２と対面するように、センサ取付部材２７を介して外輪２２側に取付けられる。具体的には、外輪２２に前記センサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に回転センサ３が固定されている。センサ取付部材２７は、外周部の先端円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の幅面に係合させて軸方向に位置決めがなされている。また、センサ取付部材２７には、回転センサ３の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取付けられている。
【００１５】
回転センサ３は、図３に平面図で示すように、１つの半導体チップ４上に大規模集積回路（ＬＳＩ）を集積して構成される。その大規模集積回路は、磁気センサ５を構成する複数の磁気センサ素子５ａと、その磁気センサ素子５ａの出力から回転角度を演算して出力する演算回路部６とからなる。半導体チップ４上において、磁気センサ素子５ａは、仮想の矩形上の４辺における各辺に沿って配置されて、４辺の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄとされる。この場合、前記矩形の中心Ｏ’は、転がり軸受２０の軸心Ｏに一致する。４辺の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄは、同図の例ではセンサ素子５ａが一列に並んだものとしているが、センサ素子５ａが複列に平行に並んだものであっても良い。前記演算回路部６は、磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの矩形配置の内部に配置される。半導体チップ４は、その素子形成面が前記磁石２と対向するように前記センサ取付部材２７に固定される。
【００１６】
このように、半導体チップ４上に磁気センサ素子５ａと演算回路部６とを集積して一体化すると、磁気センサ素子５ａと演算回路部６間の配線が不要となり、回転センサ３のコンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、回転角度検出装置１の組み立て作業も容易になる。特に、上記したように矩形に配置された磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの内部に演算回路部６を配置すると、チップサイズをより小さくすることができる。
【００１７】
演算回路部６は、角度算出手段７、回転速度算出手段１１、角度時間遅れ補正手段１３（図７）、および回転角度推測手段１４（図８）を有する。角度算出手段７は、前記磁気センサ５の出力から前記回転軸１０の回転角度を検出する手段である。回転速度算出手段１１は、前記角度算出手段７で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する手段である。角度時間遅れ補正手段１３は、前記磁気センサ５による磁界の検出から前記角度算出手段７で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する手段である。回転角度推測手段１４は、前記角度時間遅れ手段１３で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段１１の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸１０の回転角度を推測する手段である。
【００１８】
図４および図５は、前記角度算出手段７（図７）による回転角度算出処理の説明図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、回転軸１０が回転している時の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる出力波形図を示し、それらの横軸は各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄにおける磁気センサ素子５ａを、縦軸は検出磁界の強度をそれぞれ示す。
いま、図４に示す位置Ｘ１とＸ２に磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの検出磁界のＮ磁極とＳ磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。この状態で、各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの出力は、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２は、磁気センサアレイ５Ａ，５Ｃの出力から直線近似することで算出できる。
角度計算は、次式（１）で行うことができる。
θ＝ｔａｎ-1（２Ｌ／ｂ） ……（１）
ここでθは、磁石２の回転角度を絶対角度（アブソリュート値）で示した値である。２Ｌは、矩形に並べられる各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄより構成される四角形の１辺の長さである。ｂは、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２間の横方向長さである。
ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２が磁気センサアレイ５Ｂ，５Ｄにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θが算出される。
【００１９】
図６は、前記磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄと角度算出手段７とでなる磁気センサ回路８（図７）が、回転角度θを検出して出力する処理動作のサイクルを示すタイミングチャートである。その１サイクルの時間Ｔの前半の区間Ｔａにおいて、回転センサ３の磁気センサ５である磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄが回転側の磁石２の磁界をサンプリングし、その１サイクルの後半の区間Ｔｂにおいて、前記サンプリング値から角度算出手段７が回転角度θを演算し出力する。このように、角度データが算出されるまでには時間遅れがあるため、回転角度のデータを読み込んだときの実際の回転軸１０の回転角度は、読み込んだデータと異なっている可能性がある。
【００２０】
前記演算回路部６における回転速度算出手段１１（図７）は、上記したように時間Ｔごとに角度算出手段７から出力される回転角度θのデータからその変化量を求めることで、回転軸１０の回転速度ωを算出する。
【００２１】
図７は、回転センサ３の回路構成の一部をブロック図で示したものである。磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる毎回のサンプリングによって得られる磁気データは、増幅・ＡＤ変換されて角度演算手段７に入力される。角度算出手段７は、磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる毎回のサンプリング値に基づき、図４および図５に示した演算処理を行って回転角度θをその都度算出する。
一方、回転速度算出手段１１は、時間Ｔ毎に前記角度算出手段７より毎回出力される回転角度データθの変化量と、タイマー１２によって求められるその間の経過時間Ｔとから回転速度ωおよび回転方向を演算する。回転速度ωの演算は例えば以下のように行われる。
毎回サンプリングされる回転角度θ（ｎ）が変化しているものとすると、連続したサンプリング間の角度変化量から次式（２）のように回転速度ωを求めることができる。
ω＝｛θ（ｎ＋１）−θ（ｎ）｝／Ｔ ……（２）
ただし、θ（ｎ），θ（ｎ＋１）は、ｎ回目，（ｎ＋１）回目のサンプリングで求められた回転角度を表す。
【００２２】
このようにして求められた回転速度ωのデータと、タイマー１２によって求められる経過時間とにより、角度時間遅れ補正手段１３が前記角度算出手段７により演算された回転角度θを補正する。すなわち、角度時間遅れ補正手段１３は、回転速度算出手段１１が算出する回転速度ωで回転軸１０が回転している場合、角度算出手段７が回転角度θ（ｎ）を算出するのに必要な時間Ｔｂの間に、どれだけ回転角度θが変化しているかを、次式（３）のようにして推測することができる。
θ（ｎ＋Ｔｂ）＝θ（ｎ）＋ω×Ｔｂ ……（３）
ただし、θ（ｎ＋Ｔｂ）は、ｎ回目のサンプリングから角度算出手段７による演算が終了した時点での回転角度である。
この回転角度検出装置１は、回転軸１０の軸端に設けた磁石２の回転を回転センサ３で検出する構成であるため、回転体である回転軸１０の慣性によって回転速度ωは急激な変動が起きにくい状態にあり、上記した回転角度補正により、かなり高い精度の回転角度を推測することができる。
ここでは、前記半導体チップ４の上に集積される大規模集積回路の一部として、前記角度算出手段７と共に、前記回転速度算出手段１１および前記角度時間遅れ補正手段１３を設けているので、半導体チップ４から出力される回転角度θのデータは、その時刻における回転角度を示すことになり、このデータを受けて動作する各種機器での制御にとってより扱いやすい回転角度検出装置１となる。
なお、回転速度算出手段１１および角度時間遅れ補正手段１３は、半導体チップ４と別に設けても良い。
【００２３】
図８は、前記演算回路部６における回転角度推定手段１４の構成を示すブロック図である。同図において、回転角度検出回路９は、図７における角度算出段７、回転速度算出段１１、タイマー１２、および角度時間遅れ補正手段１３を含めた回路部を示す。この回転角度検出回路９で得られる時間遅れ補正済みの回転角度データθは、上記したように一定時間Ｔの間隔で出力される離散的なデータであるため、データが更新される間隔よりも細かく角度情報を得ることができない。
そこで、上記回転角度推定手段１４は、回転角度データを要求した時刻における角度値を、回転角度データθと回転速度ωから予測して補間するものである。具体的には、図９のように、回転角度推定手段１４は、回転角度検出回路９から出力された最新の回転角度データ（例えばθ2 ）が出力された時刻ｔ2 から、要求トリガａを受け取るまでの経過時間Δｔをタイマー１５で測定し、回転速度ωから予測される角度変化量をデータに加算する処理を実行する。すなわち、前記回転角度推定手段１４は前記回転角度データθ、回転速度ω、および経過時間を一旦メモリ１６に記憶して、これらの値から要求トリガ信号ａを受け取ったときの回転角度θを予測する。その結果、要求トリガａが入力された時刻ｔ2 ＋Δｔにおける回転角度データθ2 ＋Δθを出力することができる。すなわち、任意の時刻における回転角度を、回転軸１０が回転している状態においても、静止している状態においても、正確に検出して出力することができる。演算回路部６で算出された回転角度θは前記出力ケーブル２９（図１）により出力される。
ここでは、前記半導体チップ４の上に集積される大規模集積回路の一部として、前記角度算出手段７、回転速度算出手段１１および角度時間遅れ補正手段１３と共に、前記回転角度推定手段１４を設けているので、任意の時刻における正確な回転角度情報を得ることができる小型で高精度な回転センサ３が構成されることになり、コンパクトな回転角度検出装置１を実現できる。
なお、回転角度推定手段１４は、半導体チップ４と別に設けても良い。
また、上記の例では、磁気センサとして磁気センサアレイを用いた半導体センサを使用する場合を示したが、磁界の方向を検出するベクトル式の磁気センサなどの半導体センサを使用しても同様な効果を得ることができる。
【００２４】
また、図１の検出装置付き軸受２０では、上記回転角度検出装置１を転がり軸受２０に組み込んでいるので、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。
【００２５】
図１０は、前記構成の回転角度検出装置１を搭載したサーボモータ，ブラシレスモータ等のモータの回転制御装置の一例の概略構成を示すブロック図である。このモータ回転制御装置３０は、上記回転角度検出装置１と、この検出装置の回転角度検出値に応じて、ロータ３１を回転させるためのステータコイルの励磁電流の切替えを行うドライバー回路３２と、前記励磁電流の切替えタイミングを調整してモータの回転状態の制御を行う制御回路３３とを備える。ここではステータコイルは３相とされ、各相のステータコイルへの励磁電流の切替えがドライバー回路３２で行われる。制御回路３３は、回転角度検出装置１で検出されたロータ２５の回転角度θに基づき前記励磁電流の切替え制御を行うと共に、ステータコイルを流れる励磁電流をフィードバックして励磁電流の進み角制御も行う。とくに、前記回転角度検出装置１によると、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするため、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効である。この場合、小型の回転角度検出装置１で高精度の角度検出が可能になり、装置を小型化、高性能化することができる。
【００２６】
図１１は、図１の検出装置付き軸受２０を、ブラシレスモータ３４の回転軸１０の軸端に組み込んだ例を示す。ブラシレスモータ３４は、両端が閉塞された円筒状のモータハウジング３５と、このモータハウジング３５に同心状に配置した回転軸１０と、この回転軸１０に設けたロータ３６と、このロータ３６と径方向に対向してモータハウジング周壁３５ａの内周面に設けたステータ３７とを備える。回転軸１０は前記検出装置付き軸受２０と他の軸受１９とでモータハウジング３５の両端部に回転自在に支持されている。
この場合、前記回転角度検出装置１が軸受２０と一体化されているため、コンパクトで組立調整が不要となり、組立工数が削減され、利便性が高い。
【００２７】
図１２は、上記回転角度検出装置１を、ブラシレスモータ３４の回転軸１０の軸端に組み込んだ他の例を示す。ここでは、軸受２０の外輪２２にセンサ取付部材２７を取付けるのに代えて、モータハウジング端部壁３５ｂに形成された軸受嵌合部３９にセンサ取付部材４７を取付け、このセンサ取付部材４７に、回路基板３８を介して回転センサ３を取付けている。すなわち、この例では、回転角度検出装置１を軸受２０から完全に分離している。前記軸受嵌合部３９には、回転軸１０の軸心Ｏと同心の段部３９ａが形成され、この段部３９ａに上記センサ取付部材４７の本体４７ａの裏面に設けられた環状凸部４７ｂを嵌合させることにより、回転軸１０と同心に回転センサ３（図１）が配置される。センサ取付部材４７は、環状突部４７ｂを軸受嵌合部３９の段部３９ａに嵌合させると共に、センサ取付部材本体４７ａを取付ねじ４０で締結することにより、モータハウジング端部壁３５ｂに固定される。この場合、軸受２０に対する回転センサ３の軸方向位置が定まり、軸受２０の内輪２１に回転軸１０を嵌合させた時に軸受２０に対する磁石２の軸方向位置が定まるので、回転軸１０を内輪２１に嵌合させた状態で、磁石２と回転センサ３の軸方向隙間（ギャップ）を規定の範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態に係る回転速度信号出力付き回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受の断面図である。
【図２】同軸受における回転角度検出装置設置部を示す拡大側面図である。
【図３】同軸受における回転センサの一例を構成する半導体チップの平面図である。
【図４】同回転センサの角度算出手段による角度算出処理の説明図である。
【図５】同回転センサにおける磁気センサアレイの出力を示す波形図である。
【図６】同回転センサが回転角度を検出して出力する処理動作のサイクルを示すタイミングチャートである。
【図７】同回転センサの回路構成の一部を示すブロック図である。
【図８】同回転センサにおける回転角度推測手段を示すブロック図である。
【図９】回転角度推測手段の処理動作を示す説明図である。
【図１０】回転角度検出装置を組み込んだモータの駆動装置の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】回転角度検出装置を組み込んだブラシレスモータの一例の断面図である。
【図１２】回転角度検出装置を組み込んだブラシレスモータの他の例の部分拡大断面図である。
【図１３】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…回転角度検出装置
２…磁石
３…回転センサ
４…半導体チップ
５…磁気センサ
７…角度算出手段
１０…回転軸
１１…回転速度算出手段
１３…角度時間遅れ補正手段
１４…回転角度推測手段
２０…検出装置付き軸受
２７…センサ取付部材（固定部材）
３０…モータ回転制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の機器における回転角度検出、例えば小型モータの回転制御のための回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置、およびその回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の機器に組み込み可能で、かつ高精度の回転角度検出が可能な回転角度検出装置として、磁気センサアレイを用いるものが提案されている（例えば特許文献１）。これは、図１３のように、磁気センサ素子（ＭＡＧＦＥＴ）を多数並べて構成した磁気センサアレイ４５を、信号増幅回路、ＡＤ変換回路、デジタル信号処理回路などの回路４６とともにセンサチップ４２に集積し、このセンサチップ４２を、回転側部材４１に配置される磁石４４に対向配置したものである。この場合、磁石４４は回転中心Ｏ回りの円周方向異方性を有するものとされ、前記センサチップ４２上では、仮想の矩形の４辺における各辺に沿って磁気センサアレイ４５が配置される。
このように構成された回転角度検出装置４３では、各辺の磁気センサアレイ４５の出力を信号増幅回路、ＡＤ変換回路で読み出して前記磁石４４の磁界分布を検出し、その検出結果に基づき磁石４４の回転角度をデジタル信号処理回路により算出する。
【特許文献１】特開２００３−３７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構成の回転角度検出装置の動作では、磁界測定→角度計算→角度出力というサイクルを繰り返すので、そのサイクルに対応する一定時間間隔で角度データが出力されることになる。このため、出力される角度データは、角度計算に要する時間分だけの時間遅れが生じ、観測時刻における正確な角度情報が得られないという課題があった。また、この回転角度検出装置を用いて回転角度や回転速度を検出することにより、モータの回転制御を行う場合、任意の時刻における回転角度や回転速度を正確に検出することが難しいという課題もあった。
【０００４】
この発明の目的は、時間遅れによる誤差のない正確な回転角度検出が可能な回転角度検出装置、およびこの回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受を提供することである。
この発明の他の目的は、モータなどの回転軸の角度検出に用いて、任意の時刻における回転角度を正確に検出することができる回転角度検出装置、およびこの回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の回転角度検出装置は、固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたことを特徴とする。
磁気センサの出力から回転軸の回転角度を検出する角度算出手段の出力は、磁気センサが磁石の磁界をサンプリングしてから回転角度を演算し出力するまでに時間遅れがある。そのため、回転角度のデータを読み込んだときの実際の回転軸の回転角度は、読み込んだデータと異なっている可能性がある。そこで、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度算出手段が算出する回転速度に基づき、回転速度算出手段は前記角度算出手段で検出される回転角度の時間遅れを補正する。これにより、回転軸の正確な回転角度を検出することができる。
【０００６】
この発明において、前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸の回転角度を推測する回転角度推測手段を設けても良い。
前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度データは、一定時間間隔で出力される離散的なデータであるため、データが更新される間隔よりも細かく角度情報を得ることができない。そこで、回転角度推定手段は、回転角度データを要求した時刻における角度値を、回転角度データと回転速度から予測して、任意の時刻における回転角度を推測する。これにより、任意の時刻における回転角度を正確に検出することができる。
【０００７】
この発明において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、および角度時間遅れ補正手段を集積しても良い。この構成の場合、大規模集積回路が集積される半導体チップから出力される回転角度のデータは、その時刻における回転角度を示すことになるので、このデータを受けて動作する各種機器での制御にとって、より扱いやすい回転角度検出装置とすることができる。
【０００８】
この発明において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、前記角度時間遅れ補正手段、および前記回転角度推測手段を集積しても良い。この構成の場合、任意の時刻における正確な回転角度を得ることができる小型で高精度な回転角度検出装置を実現できる。
【０００９】
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転角度検出装置を軸受に組み込んだものである。
この構成によると、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
【００１０】
この発明のモータの回転制御装置は、この発明の上記いずれかの構成の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたものである。
この構成によると、モータの回転制御を高精度に行うことができる。とくに、前記回転角度推測手段を設けた場合には、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするために、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効である。この場合、小型の回転角度検出装置で高精度の角度検出が可能になり、装置を小型化、高性能化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回転角度検出装置は、固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたため、時間遅れによる誤差のない正確な回転角度検出が可能となる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の回転角度検出装置を軸受に組み込んだものであるため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。 この発明のモータの回転制御装置は、この発明の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたものであるため、モータの回転制御を高精度に行うことができる。とくに、回転角度検出装置が回転角度推測手段を有する場合には、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするため、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態の回転角度検出装置を組み込んだ軸受の断面図を示す。この検出装置付き軸受２０は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させた転がり軸受である。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受２０は単列の深溝玉軸受とされている。内輪２１には回転部材である回転軸１０が圧入状態に嵌合しており、外輪２２は軸受使用機器のハウジング（図示せず）に設置されている。
【００１３】
転がり軸受２０に組み込まれる回転角度検出装置１は、転がり軸受２０の内輪２１側に配置された磁石２と、外輪２２側に配置された回転センサ３とを備える。具体的には、内輪２１と共に回転する回転軸１０に、一対の磁極Ｎ，Ｓが形成された永久磁石２が配置され、外輪２２と固定関係にあるセンサ取付部材２７に回転センサ３が配置される。
磁石２は、図２に示すように、その一対の磁極Ｎ，Ｓから発生する磁気が転がり軸受２０の軸心Ｏの回りの方向性を有するものである。この磁石２は、転がり軸受２０の軸心Ｏが磁石２の中心と一致するように、回転軸１０の一端の中央に固定される。磁石２が回転軸１０と一体に回転することによって、上記軸受軸心Ｏの回りをＮ磁極およびＳ磁極が旋回移動する。
【００１４】
回転センサ３は磁石２の磁気を感知して回転角度の情報を出力するセンサである。回転センサ３は、転がり軸受２０の軸心Ｏの軸方向に向けて磁石２と対面するように、センサ取付部材２７を介して外輪２２側に取付けられる。具体的には、外輪２２に前記センサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に回転センサ３が固定されている。センサ取付部材２７は、外周部の先端円筒部２７ａを外輪２２の内径面に嵌合させ、この先端円筒部２７ａの近傍に形成した鍔部２７ｂを外輪２２の幅面に係合させて軸方向に位置決めがなされている。また、センサ取付部材２７には、回転センサ３の出力を取り出すための出力ケーブル２９も取付けられている。
【００１５】
回転センサ３は、図３に平面図で示すように、１つの半導体チップ４上に大規模集積回路（ＬＳＩ）を集積して構成される。その大規模集積回路は、磁気センサ５を構成する複数の磁気センサ素子５ａと、その磁気センサ素子５ａの出力から回転角度を演算して出力する演算回路部６とからなる。半導体チップ４上において、磁気センサ素子５ａは、仮想の矩形上の４辺における各辺に沿って配置されて、４辺の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄとされる。この場合、前記矩形の中心Ｏ’は、転がり軸受２０の軸心Ｏに一致する。４辺の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄは、同図の例ではセンサ素子５ａが一列に並んだものとしているが、センサ素子５ａが複列に平行に並んだものであっても良い。前記演算回路部６は、磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの矩形配置の内部に配置される。半導体チップ４は、その素子形成面が前記磁石２と対向するように前記センサ取付部材２７に固定される。
【００１６】
このように、半導体チップ４上に磁気センサ素子５ａと演算回路部６とを集積して一体化すると、磁気センサ素子５ａと演算回路部６間の配線が不要となり、回転センサ３のコンパクト化が可能で、断線等に対する信頼性も向上し、回転角度検出装置１の組み立て作業も容易になる。特に、上記したように矩形に配置された磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの内部に演算回路部６を配置すると、チップサイズをより小さくすることができる。
【００１７】
演算回路部６は、角度算出手段７、回転速度算出手段１１、角度時間遅れ補正手段１３（図７）、および回転角度推測手段１４（図８）を有する。角度算出手段７は、前記磁気センサ５の出力から前記回転軸１０の回転角度を検出する手段である。回転速度算出手段１１は、前記角度算出手段７で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する手段である。角度時間遅れ補正手段１３は、前記磁気センサ５による磁界の検出から前記角度算出手段７で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する手段である。回転角度推測手段１４は、前記角度時間遅れ手段１３で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段１１の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸１０の回転角度を推測する手段である。
【００１８】
図４および図５は、前記角度算出手段７（図７）による回転角度算出処理の説明図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、回転軸１０が回転している時の磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる出力波形図を示し、それらの横軸は各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄにおける磁気センサ素子５ａを、縦軸は検出磁界の強度をそれぞれ示す。
いま、図４に示す位置Ｘ１とＸ２に磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの検出磁界のＮ磁極とＳ磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。この状態で、各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄの出力は、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２は、磁気センサアレイ５Ａ，５Ｃの出力から直線近似することで算出できる。
角度計算は、次式（１）で行うことができる。
θ＝ｔａｎ-1（２Ｌ／ｂ） ……（１）
ここでθは、磁石２の回転角度を絶対角度（アブソリュート値）で示した値である。２Ｌは、矩形に並べられる各磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄより構成される四角形の１辺の長さである。ｂは、ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２間の横方向長さである。
ゼロクロス位置Ｘ１，Ｘ２が磁気センサアレイ５Ｂ，５Ｄにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θが算出される。
【００１９】
図６は、前記磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄと角度算出手段７とでなる磁気センサ回路８（図７）が、回転角度θを検出して出力する処理動作のサイクルを示すタイミングチャートである。その１サイクルの時間Ｔの前半の区間Ｔａにおいて、回転センサ３の磁気センサ５である磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄが回転側の磁石２の磁界をサンプリングし、その１サイクルの後半の区間Ｔｂにおいて、前記サンプリング値から角度算出手段７が回転角度θを演算し出力する。このように、角度データが算出されるまでには時間遅れがあるため、回転角度のデータを読み込んだときの実際の回転軸１０の回転角度は、読み込んだデータと異なっている可能性がある。
【００２０】
前記演算回路部６における回転速度算出手段１１（図７）は、上記したように時間Ｔごとに角度算出手段７から出力される回転角度θのデータからその変化量を求めることで、回転軸１０の回転速度ωを算出する。
【００２１】
図７は、回転センサ３の回路構成の一部をブロック図で示したものである。磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる毎回のサンプリングによって得られる磁気データは、増幅・ＡＤ変換されて角度演算手段７に入力される。角度算出手段７は、磁気センサアレイ５Ａ〜５Ｄによる毎回のサンプリング値に基づき、図４および図５に示した演算処理を行って回転角度θをその都度算出する。
一方、回転速度算出手段１１は、時間Ｔ毎に前記角度算出手段７より毎回出力される回転角度データθの変化量と、タイマー１２によって求められるその間の経過時間Ｔとから回転速度ωおよび回転方向を演算する。回転速度ωの演算は例えば以下のように行われる。
毎回サンプリングされる回転角度θ（ｎ）が変化しているものとすると、連続したサンプリング間の角度変化量から次式（２）のように回転速度ωを求めることができる。
ω＝｛θ（ｎ＋１）−θ（ｎ）｝／Ｔ ……（２）
ただし、θ（ｎ），θ（ｎ＋１）は、ｎ回目，（ｎ＋１）回目のサンプリングで求められた回転角度を表す。
【００２２】
このようにして求められた回転速度ωのデータと、タイマー１２によって求められる経過時間とにより、角度時間遅れ補正手段１３が前記角度算出手段７により演算された回転角度θを補正する。すなわち、角度時間遅れ補正手段１３は、回転速度算出手段１１が算出する回転速度ωで回転軸１０が回転している場合、角度算出手段７が回転角度θ（ｎ）を算出するのに必要な時間Ｔｂの間に、どれだけ回転角度θが変化しているかを、次式（３）のようにして推測することができる。
θ（ｎ＋Ｔｂ）＝θ（ｎ）＋ω×Ｔｂ ……（３）
ただし、θ（ｎ＋Ｔｂ）は、ｎ回目のサンプリングから角度算出手段７による演算が終了した時点での回転角度である。
この回転角度検出装置１は、回転軸１０の軸端に設けた磁石２の回転を回転センサ３で検出する構成であるため、回転体である回転軸１０の慣性によって回転速度ωは急激な変動が起きにくい状態にあり、上記した回転角度補正により、かなり高い精度の回転角度を推測することができる。
ここでは、前記半導体チップ４の上に集積される大規模集積回路の一部として、前記角度算出手段７と共に、前記回転速度算出手段１１および前記角度時間遅れ補正手段１３を設けているので、半導体チップ４から出力される回転角度θのデータは、その時刻における回転角度を示すことになり、このデータを受けて動作する各種機器での制御にとってより扱いやすい回転角度検出装置１となる。
なお、回転速度算出手段１１および角度時間遅れ補正手段１３は、半導体チップ４と別に設けても良い。
【００２３】
図８は、前記演算回路部６における回転角度推定手段１４の構成を示すブロック図である。同図において、回転角度検出回路９は、図７における角度算出段７、回転速度算出段１１、タイマー１２、および角度時間遅れ補正手段１３を含めた回路部を示す。この回転角度検出回路９で得られる時間遅れ補正済みの回転角度データθは、上記したように一定時間Ｔの間隔で出力される離散的なデータであるため、データが更新される間隔よりも細かく角度情報を得ることができない。
そこで、上記回転角度推定手段１４は、回転角度データを要求した時刻における角度値を、回転角度データθと回転速度ωから予測して補間するものである。具体的には、図９のように、回転角度推定手段１４は、回転角度検出回路９から出力された最新の回転角度データ（例えばθ2 ）が出力された時刻ｔ2 から、要求トリガａを受け取るまでの経過時間Δｔをタイマー１５で測定し、回転速度ωから予測される角度変化量をデータに加算する処理を実行する。すなわち、前記回転角度推定手段１４は前記回転角度データθ、回転速度ω、および経過時間を一旦メモリ１６に記憶して、これらの値から要求トリガ信号ａを受け取ったときの回転角度θを予測する。その結果、要求トリガａが入力された時刻ｔ2 ＋Δｔにおける回転角度データθ2 ＋Δθを出力することができる。すなわち、任意の時刻における回転角度を、回転軸１０が回転している状態においても、静止している状態においても、正確に検出して出力することができる。演算回路部６で算出された回転角度θは前記出力ケーブル２９（図１）により出力される。
ここでは、前記半導体チップ４の上に集積される大規模集積回路の一部として、前記角度算出手段７、回転速度算出手段１１および角度時間遅れ補正手段１３と共に、前記回転角度推定手段１４を設けているので、任意の時刻における正確な回転角度情報を得ることができる小型で高精度な回転センサ３が構成されることになり、コンパクトな回転角度検出装置１を実現できる。
なお、回転角度推定手段１４は、半導体チップ４と別に設けても良い。
また、上記の例では、磁気センサとして磁気センサアレイを用いた半導体センサを使用する場合を示したが、磁界の方向を検出するベクトル式の磁気センサなどの半導体センサを使用しても同様な効果を得ることができる。
【００２４】
また、図１の検出装置付き軸受２０では、上記回転角度検出装置１を転がり軸受２０に組み込んでいるので、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。
【００２５】
図１０は、前記構成の回転角度検出装置１を搭載したサーボモータ，ブラシレスモータ等のモータの回転制御装置の一例の概略構成を示すブロック図である。このモータ回転制御装置３０は、上記回転角度検出装置１と、この検出装置の回転角度検出値に応じて、ロータ３１を回転させるためのステータコイルの励磁電流の切替えを行うドライバー回路３２と、前記励磁電流の切替えタイミングを調整してモータの回転状態の制御を行う制御回路３３とを備える。ここではステータコイルは３相とされ、各相のステータコイルへの励磁電流の切替えがドライバー回路３２で行われる。制御回路３３は、回転角度検出装置１で検出されたロータ２５の回転角度θに基づき前記励磁電流の切替え制御を行うと共に、ステータコイルを流れる励磁電流をフィードバックして励磁電流の進み角制御も行う。とくに、前記回転角度検出装置１によると、任意の時刻でのモータの磁極位置を正確に知ることができるので、モータの効率を高めたり、回転音を低く抑えたりするため、励磁タイミングを制御する場合などに、回転速度およびロータの回転角度に応じた細かな制御が有効である。この場合、小型の回転角度検出装置１で高精度の角度検出が可能になり、装置を小型化、高性能化することができる。
【００２６】
図１１は、図１の検出装置付き軸受２０を、ブラシレスモータ３４の回転軸１０の軸端に組み込んだ例を示す。ブラシレスモータ３４は、両端が閉塞された円筒状のモータハウジング３５と、このモータハウジング３５に同心状に配置した回転軸１０と、この回転軸１０に設けたロータ３６と、このロータ３６と径方向に対向してモータハウジング周壁３５ａの内周面に設けたステータ３７とを備える。回転軸１０は前記検出装置付き軸受２０と他の軸受１９とでモータハウジング３５の両端部に回転自在に支持されている。
この場合、前記回転角度検出装置１が軸受２０と一体化されているため、コンパクトで組立調整が不要となり、組立工数が削減され、利便性が高い。
【００２７】
図１２は、上記回転角度検出装置１を、ブラシレスモータ３４の回転軸１０の軸端に組み込んだ他の例を示す。ここでは、軸受２０の外輪２２にセンサ取付部材２７を取付けるのに代えて、モータハウジング端部壁３５ｂに形成された軸受嵌合部３９にセンサ取付部材４７を取付け、このセンサ取付部材４７に、回路基板３８を介して回転センサ３を取付けている。すなわち、この例では、回転角度検出装置１を軸受２０から完全に分離している。前記軸受嵌合部３９には、回転軸１０の軸心Ｏと同心の段部３９ａが形成され、この段部３９ａに上記センサ取付部材４７の本体４７ａの裏面に設けられた環状凸部４７ｂを嵌合させることにより、回転軸１０と同心に回転センサ３（図１）が配置される。センサ取付部材４７は、環状突部４７ｂを軸受嵌合部３９の段部３９ａに嵌合させると共に、センサ取付部材本体４７ａを取付ねじ４０で締結することにより、モータハウジング端部壁３５ｂに固定される。この場合、軸受２０に対する回転センサ３の軸方向位置が定まり、軸受２０の内輪２１に回転軸１０を嵌合させた時に軸受２０に対する磁石２の軸方向位置が定まるので、回転軸１０を内輪２１に嵌合させた状態で、磁石２と回転センサ３の軸方向隙間（ギャップ）を規定の範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態に係る回転速度信号出力付き回転角度検出装置を組み込んだ検出装置付き軸受の断面図である。
【図２】同軸受における回転角度検出装置設置部を示す拡大側面図である。
【図３】同軸受における回転センサの一例を構成する半導体チップの平面図である。
【図４】同回転センサの角度算出手段による角度算出処理の説明図である。
【図５】同回転センサにおける磁気センサアレイの出力を示す波形図である。
【図６】同回転センサが回転角度を検出して出力する処理動作のサイクルを示すタイミングチャートである。
【図７】同回転センサの回路構成の一部を示すブロック図である。
【図８】同回転センサにおける回転角度推測手段を示すブロック図である。
【図９】回転角度推測手段の処理動作を示す説明図である。
【図１０】回転角度検出装置を組み込んだモータの駆動装置の一例の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】回転角度検出装置を組み込んだブラシレスモータの一例の断面図である。
【図１２】回転角度検出装置を組み込んだブラシレスモータの他の例の部分拡大断面図である。
【図１３】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…回転角度検出装置
２…磁石
３…回転センサ
４…半導体チップ
５…磁気センサ
７…角度算出手段
１０…回転軸
１１…回転速度算出手段
１３…角度時間遅れ補正手段
１４…回転角度推測手段
２０…検出装置付き軸受
２７…センサ取付部材（固定部材）
３０…モータ回転制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、
前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸の回転角度を推測する回転角度推測手段を設けた回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、および角度時間遅れ補正手段を集積した回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項２において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、前記角度時間遅れ補正手段、および前記回転角度推測手段を集積した回転角度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置を軸受に組み込んだ検出装置付き軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたモータの回転制御装置。
【請求項１】
固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、
前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段と、この回転速度算出手段で算出した回転速度によって、前記磁気センサによる磁界の検出から前記角度算出手段で回転角度を出力するまでの回転角度の時間遅れを補正する角度時間遅れ補正手段とを設けたことを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記角度時間遅れ補正手段で補正された回転角度を一定時間毎に得て、この一定時間毎の回転角度情報と前記回転速度算出手段の算出する回転速度の情報とから、任意の時刻における前記回転軸の回転角度を推測する回転角度推測手段を設けた回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、および角度時間遅れ補正手段を集積した回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項２において、前記磁気センサを構成する大規模集積回路に、前記角度算出手段、回転速度算出手段、前記角度時間遅れ補正手段、および前記回転角度推測手段を集積した回転角度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置を軸受に組み込んだ検出装置付き軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置と、この回転角度検出装置の回転角度の出力によって、モータの励磁電流および励磁タイミングを制御する制御回路とを備えたモータの回転制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−２５６０３４（Ｐ２００７−２５６０３４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７９８９６（Ｐ２００６−７９８９６）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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