検出装置、駆動装置
【課題】回転体の正確な回転角度の算出などに必要な処理量を削減する。
【解決手段】回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置。
【解決手段】回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石などを設けた回転体の回転角度の検出方法が様々提案されている。例えば、回転体の近傍に固定された磁気センサと、回転体と、を相対的に回転させる。そして、当該回転に応じて変化する、磁気センサからの出力信号に基づいて、回転体の回転速度を検出する。
【０００３】
ところで、磁気センサからの出力信号には、出力ゲイン（振幅）の相違が存在する場合がある。このような出力信号の出力ゲインの相違が存在する場合には、検出される回転角度に誤差が生じるようになる。
【０００４】
特許文献１記載の技術では、各相ごとに、出力信号をサンプリングして、当該サンプリングされたデータから標準偏差を算出する。そして、当該標準偏差の逆数を出力信号に乗算することで、振幅を規格化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の技術では、各相ごとに正弦波信号の所定区間内を複数回サンプリングして、誤差算出などの処理を行なう必要があるため、処理量が多くなるという問題がある。
【０００６】
本発明では、このような問題を鑑みて、回転体の正確な回転角度の算出などに必要な処理量を削減した検出装置、駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の検出装置、駆動装置であれば、回転体の正確な回転角度の算出などに必要な処理量を削減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の検出装置の機能構成例を示した図。
【図２】本実施形態の駆動アンプなどの機能構成例を示した図。
【図３】本実施形態の正弦波信号の一例を示した図。
【図４】本実施形態の振幅が同一の合成信号の一例を示した図。
【図５】本実施形態の振幅が異なる合成信号の一例を示した図。
【図６】本実施形態の逆正接角度の一例を示した図。
【図７】符号処理手段の処理の一例を示した図。
【図８】基準信号の一例を示した図。
【図９】データテーブルの一例を示した図。
【図１０】回転体の回転角度と、検出誤差との対応を示した図。
【図１１】振幅が同一の場合の差動信号の一例を示した図。
【図１２】変換手段の処理内容を説明するための図。
【図１３】本実施形態の供給手段の機能構成例を示した図。
【図１４】本実施形態の上側アームの機能構成例を示した図。
【図１５】本実施形態のコンパレータの処理内容を示す図。
【図１６】変調手段からの出力信号の一例を示す図。
【図１７】相状態とホール信号との対応を示す図。
【図１８】相状態と出力する信号の対応を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の各実施形態において、機能構成例、処理フローの説明では、同じ処理については、同じ参照番号、同じステップ番号を付加し、重複説明を省略する。
＜実施形態１＞
図１に、本実施例の検出装置１００とモータ１０１などの機能構成例を示す。また、図２に、図１記載の「差動アンプ１１６など」の機能構成例を示す。図１の例のモータ１０１は例えばブラシレスモータであり、固定子１０５、回転体（ロータ）１０６、Ｎ個のホール素子１１０を含む。Ｎは２以上の整数であり、図１の例では、Ｎ＝３となる。図１の例では、固定子１０５には、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗが設けられている。
【００１１】
供給手段１０２は、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗそれぞれに対して、交流電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを供給する。交流電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷが供給されると、励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗそれぞれで磁界が発生される。
【００１２】
図１の例では、モータ１０１の回転体１０６には、回転方向に沿って、永久磁石１０６ａが多極着磁されている。図１の例では、Ｎ極とＳ極の４ペアの永久磁石１０６ａが設けられている。そして、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗによる発生された磁界と、当該永久磁石１０６ａの磁界との相互関係により、回転トルクが生じ、回転体１０６が回転する。
【００１３】
３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗのそれぞれは、回転体１０６の回転角度に応じて、正弦波信号を出力する。正弦波信号とは、回転体１０６の回転角度（回転位置）を示す信号であり、正弦波形状である。これら３個の正弦波信号それぞれの位相は異なる。
【００１４】
図１の例では、３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗは、着磁位相基準で互いに１２０度ずつずらして、配置される。これにより、３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗは、位相がそれぞれ１２０度ずつ異なる３相の正弦波信号（正弦波形状の電圧）である差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−、ＨＷ＋、ＨＷ−を出力する。図１の例では、回転体１０６に着磁極数は４ペアなので、回転体１０６が１回転すると、正弦波信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷは４周期分出力される。
【００１５】
図１の例では、ホール素子１１０Ｕから出力された差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−は、差動アンプ１１６（図２参照）に入力される。また、ホール素子１１０Ｖから出力された差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−は、差動アンプ１１６に入力される。また、ホール素子１１０Ｗから出力された差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−は、コンパレータ１１２に入力される。図１の他の手段については後述する。
【００１６】
次に、図２について説明する。差動アンプ１１６は、Ｕ相用のＵ相差動アンプ１１６Ｕと、Ｖ相用の差動アンプ１１６Ｖと、が含まれている。Ｕ相差動アンプ１１６Ｕは、Ｕ相の差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−をシングルエンド化することにより、アナログホール信号ＨＡＵとして出力する。同様に、Ｖ相用の差動アンプ１１６Ｖは、Ｖ相の差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−をシングルエンド化することにより、アナログホール信号ＨＡＶを出力する。
【００１７】
図３に、アナログホール信号の一例を示す。なお、図３には、Ｗ相の差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−をシングルエンド化したアナログホール信号ＨＡＷも記載するが、この例では実際には、差動アンプ１１６ではアナログホール信号ＨＡＷは生成されておらず、参考のために記載している。ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗはそれぞれ、図３記載のように、位相差がそれぞれ１２０度ずつずれるように配置され、回転角度θに対して正弦波状に変化する信号を出力する。なお、図１の例では、回転体１０６に着磁極数は４ペアなので、回転角度θは回転子の１／４回転を３６０°で示すものとする。また、図３記載のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅値をそれぞれＡｕ、Ａｖ、Ａｗとする。そうすると、Ａｖ＝２となり、Ａｕ＝Ａｗ＝１となり、Ａｖ＞Ａｕ、Ａｗとなる。図３記載のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの式を以下の式（１）〜（３）に示す。
【００１８】
【数１】
そして、以降の処理で、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの各振幅Ａｕ、Ａｖを同一または略同一になるようにフィードバック処理を行なう。
【００１９】
変換手段１１８は、減算アンプ（減算手段）１１８２と、加算アンプ（加算手段）１１８４と、を含む。減算アンプ（減算手段）１１８２は以下の式（４）の左辺を演算し、加算アンプ（加算手段）１１８４は以下の式（５）の左辺を演算する。
【００２０】
【数２】
ただし、上記式（４）（５）では、以降の処理によるフィードバック制御が反映されること（つまり、回転体１０６を回転させ始めた時から所定時間を経過した場合）により、Ａｕ＝Ａｖとなる場合を示す。
【００２１】
また、変換手段１１８は、Ｕ相とＶ相との軸変換を行なったことから、Ｘ相、Ｙ相の信号Ｖｘ、Ｖｙを出力する。図４にフィードバック制御が反映されることにより、Ａｕ＝Ａｖとなる場合のＶｘ、Ｖｙの一例を示す。図４に示すように、信号Ｖｘ、Ｖｙは、それぞれ互いに９０度の位相差をもつ正弦波信号である。このように、正確に９０度の位相差を持つ正弦波信号であれば、後述する検出手段１２２により、正確な回転体１０６の回転角度θｄを検出することが出来る。
【００２２】
また、図５に、フィードバック制御が反映される前（つまり、回転体１０６が回転し始めた場合）、つまり、Ａｖ＞Ａｕの場合のＶｘ、Ｖｙの一例を示す。図５に示すように、振幅値が異なることから、正確に、９０度の位相差を持つ正弦波信号を生成することが出来ない。また、信号Ｖｘ、Ｖｙをそれぞれ合成信号という。変換手段１１８の詳細については後述する。
【００２３】
合成信号Ｖｘ、Ｖｙはそれぞれアナログデジタル変換手段１２０に入力される。そしてアナログデジタル変換手段１２０（以下、「ＡＤ変換手段１２０」という。）は、合成信号Ｖｘ、Ｖｙをアナログ値からデジタル値に変換する。図２の例では、ＡＤ変換手段１２０は、ｘ相用のＡＤ変換手段１２０ｘと、ｙ相用のＡＤ変換手段１２０ｙと、を含む。そして、ＡＤ変換手段１２０ｘは、合成信号Ｖｘに対してデジタル変換処理を行なう。また、ＡＤ変換手段１２０ｙが、合成信号Ｖｙに対してデジタル変換処理を行なう。
【００２４】
また、図２では、ｘ相用のＡＤ変換手段１２０ｘと、ｙ相用のＡＤ変換手段１２０ｙと、を設けたが、１つのＡＤ変換手段を合成信号Ｖｘ、合成信号Ｖｙに対して、時分割で使用するようにしてもよい。
【００２５】
デジタル値に変換された合成信号Ｖｘｄ、Ｖｙｄは、算出手段１２２に入力される。算出手段１２２は、合成信号Ｖｘｄ、Ｖｙｄに基づいて、回転体１０６の回転角度を算出する。図２の例では、算出手段１２２は、除算手段１２２２、逆正接手段１２２４、符号処理手段１２２６と、を含む。
【００２６】
除算手段１２２２は、合成信号Ｖｙｄを合成信号Ｖｘｄで除算し、除算結果を出力する。次に、逆正接手段１２２４は、当該出力された除算結果に対して逆正接を行なう。つまり、除算手段１２２２、逆正接手段１２２４による演算は以下の式（６）となる。
θｐ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ） （６）
ただし、θｐは、逆正接手段１２２４の出力結果であり、以下では、逆正接角度θｐという。図６に回転角度θと逆正接角度θｐとの関係を示す。
【００２７】
逆正接角度θｐは符号処理手段１２２６に入力される。図７に、符号化処理手段１２２６の処理の一例を示す。符号化処理手段１２２６は、図７に示す処理を行なうことで回転体１０６の回転角度を検出する。
【００２８】
図７の例では、逆正接角度θｐを９０度単位で処理する。図７では、例えば、０＜逆正接角度θｐ≦９０度の場合であり、合成信号Ｖｘの符号が＋の場合であり、かつ、合成信号Ｖｙの符号が−の場合である場合には、符号処理手段１２２６は、回転体１０６の検出角度θｄとしてθｐを出力する。また、他の条件の場合については、図７に示す通りである。
【００２９】
なお、回転体１０６を回転させ始めたときには、フィードバック制御が反映されていないことから、正弦波信号の振幅の相違（図３や図５参照）による誤差が、検出された回転角度θｄに含まれている。また、フィードバック制御が反映されると、検出される回転角度θｄには、誤差が含まれなくなる。
【００３０】
なお、ＡＤ変換手段１２０を、変換手段１１８と検出手段１２２の間に設けずに、除算手段１２２２と、逆正接手段１２２４の間に設けるようにしてもよい。この場合には、ＡＤ変換手段１２０は、除算手段１２２２のアナログ結果をデジタル変換して、逆正接手段１２２４に入力させるようにしてもよい。
【００３１】
符号処理手段１２２６により出力された回転角度（検出角度）θｄは、例えば、制御装置３００（図１参照）に入力される。制御装置３００は、入力された回転角度θｄを用いて、モータ１０１の位置制御などを行なう。また、回転角度θｄは、調整手段１２４にも入力される。調整手段１２４は、比較手段１２４２と、ゲイン決定手段１２４６と、ゲイン乗算手段１２４８とを含む。
【００３２】
また、基準信号出力手段１２５から、基準信号が出力され、比較手段１２４２に入力される。ここで、基準信号出力手段１２５とは、ホール素子１１０Ｗとコンパレータ１１２を含む。ホール素子１１０Ｗは、差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−をコンパレータ１１２に出力する。また、基準信号出力手段１２５は、同期センサともいう。
【００３３】
コンパレータ１１２は、差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−同士を大小比較して、２値化信号である基準信号θｈｗを出力する。例えば、基準信号θｈｗは、ＨＵ＋≧ＨＵ−となる区間ではハイ状態とし、ＨＵ＋＜ＨＵ−となる区間ではロー状態とする。
【００３４】
図８に、基準信号θｈｗの一例を示す。図８の横軸は、回転体１０６の回転角度θである。図８に示す基準信号θｈｗでは、θ＝０度〜１８０の場合には、ロー状態（値が０）となり、θ＝１８０度〜３６０度の場合には、ハイ状態（値が１）となる。
【００３５】
また、基準信号生成手段１２５は、ホール素子１１０Ｗおよびコンパレータ１１２とは別個に設けるようにしてもよい。
【００３６】
そして、比較手段１２４２は、基準信号θｈｗと、検出角度θｄと、を比較して、その比較結果である検出誤差Δθを出力する。ここで、比較手段１２４２の比較とは、基準信号θｈｗに含まれる、回転体１０６の回転角度から、検出角度θｄを減算することである。
【００３７】
更に詳細には、回転体１０６の回転角度が、基準信号θｈｗの立ち上がりエッジになる角度θＨ（以下、立ち上がり角度θＨという。）になる度に、以下の式（７）の演算を行なうことである。また、回転体１０６の回転角度が、基準信号θｈｗの立ち下がりエッジになる角度θＬ（以下、立ち下がり角度θＬという。）になる度に、以下の式（８）の演算を行なうことである。
Δθ＝θＨ−θｄ （７）
Δθ＝θＬ−θｄ （８）
図８の例では、立ち上がり角度θＨ＝１８０度となり、立ち下がり角度θＬ＝０度となる。
【００３８】
このように、基準信号θｈｗには、予め定められた所定角度（基準となる回転角度であり、上記例では、０度と１８０度）が含まれている。そして、基準信号出力手段１２５であるホール素子１１０Ｗからの出力信号が２値化された場合に、当該基準となる回転角度で立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジになるように、ホール素子１１０Ｗ、およびホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖを配置させる。
【００３９】
また、基準信号に含まれる回転角度θＨ、θＬは、算出手段１２２で算出された回転角度θｄよりも低分解能に示されている。
【００４０】
また、その他の例として、回転体１０６の回転角度が、立ち上がり角度θＨまたは立ち下がり角度θＬのうちどちらか一方になった時に、比較手段１２４２は、検出誤差Δθを算出するようにしてもよい。このようにすることで演算量を削減することが出来る。
【００４１】
検出誤差Δθは、ゲイン決定手段１２４６に入力される。ゲイン決定手段１２４６は、入力された検出誤差Δθに基づいて、ゲインＫを決定する。ここで、ゲイン決定手段１２４６は、予め記憶手段１２４７に記憶されたデータテーブルに基づいて、ゲインＫを決定する。
【００４２】
図９に、データテーブルの一例を示す。図９の例では、縦軸がゲインＫを示し、横軸が検出誤差Δθを示す。ゲイン決定手段１２４６は、当該データテーブルを参照して、検出誤差Δθに対応するゲインＫを決定する。
【００４３】
次に、図９に示すデータテーブルの作成手法について説明する。ホール素子１１０Ｕ、ホール素子１１０Ｖからのアナログホール信号（差動アンプ１１６からの出力信号）ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖに差がある場合には、例えば、図３のようになる。図３の例では、振幅比Ａｕ／Ａｖ＝０．５となる。
【００４４】
また、図３記載の、変換手段１１８による軸変換処理後のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶは、図５に示す信号となる。また、仮に、振幅Ａｕ＝Ａｖとなる場合のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶは、図４に示す信号となる。図４と図５の波形の差異が、回転角度の検出誤差Δθが生じる原因となる。
【００４５】
アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶが図５のときの検出誤差は、図１０に示すように、回転角度θに対して、１／２周期で変化することが、解析計算により算出することが出来る。そして、検出誤差Δθを演算するタイミングを回転体１０６の回転角度が所定角度（この例では、０度、１８０度）と定めていることから、振幅比Ａｕ／Ａｖ＝０．５の場合には、検出誤差は、３０度となる。
【００４６】
そして、振幅比を様々変えて、定めた振幅比ごとに、検出誤差を求める。そして、複数の振幅比と、当該複数の振幅比についての検出誤差を対応させて、プロットする。なお、図９の例では、ゲインＫは、振幅比の逆数としているが、ゲインＫを振幅比としてもよい。また、図９記載のデータテーブルは、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの配置位相差により変化する。従って、データテーブルを作成作業は、実際に実施する検出装置１００のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの配置位相差と同一の状況下で行なう。
【００４７】
説明を図２に戻す。ゲイン決定手段１２４６により決定されたゲインＫは、ゲイン乗算手段１２４８に入力される。また、信号出力手段１２６は、ホール素子１１０Ｕを駆動させる駆動信号（駆動電圧）ＨＵｄをゲイン乗算手段１２４８及びホール素子１１０Ｕに対して出力している。ホール素子１１０Ｕは、当該駆動信号ＨＵｄにより駆動している。
【００４８】
ゲイン乗算手段１２４８は、入力された駆動信号ＨＵｄに対して、入力されたゲインＫ（ゲイン決定手段１２４６により決定されたゲインＫ）を乗算して、駆動信号ＨＶｄを出力する。ここで、駆動信号ＨＶｄとは、ホール素子１１０Ｖを駆動するための信号である。このように、駆動信号ＨＶｄは、検出誤差を解消するためのゲインＫが駆動号ＨＵｄに乗算されていることから、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖとの振幅を同一または略同一にすることが出来る。
【００４９】
また、駆動信号ＨＶｄにゲインＫを乗算する構成とせずに、差動アンプ１１６や変換手段１１８からの出力信号に対してゲインＫを乗算する構成としても良い。
【００５０】
このように調整手段１２４は、算出手段１２２により算出された回転角度θｄと、基準信号出力手段１２４が出力した基準信号ＨＡＷに含まれる回転角度θｈｗ（上記例では、９０度と１８０度）とに基づいて、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖにより出力された複数の正弦波信号の振幅比を調整する。
【００５１】
図１１にＨＡＵ、ＨＡＶの振幅が同一になった場合を示す。このようにフィードバック制御が反映されると、図１１に示すように、ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅が同一となる。また、上述したように、ＨＡＵ、ＨＡＶが図１１になった場合の変換手段１１８からの出力信号は図４のようになる。なお、図１１には、ＨＡＷの波形も示す。
【００５２】
次に、図１２を用いて変換手段１１８の軸変換処理（式（４）（５））の意味を説明する。図１２に示すように、直交するＸＹ平面上に、Ｙ軸に対して＋６０度の方向にＵ軸を、−６０度の方向にＶ軸をとる。Ｕ軸Ｖ軸上の長さ１の単位ベクトルＵ、Ｖを考えれば、ベクトル（Ｕ＋Ｖ）がＹ軸上の単位ベクトルになり、ベクトル（Ｕ−Ｖ）は、Ｘ軸上の長さ３１／２（ルート３）のベクトルになる。つまり、変換手段１１８は、１２０度の角をなすＵＶ軸から９０度の角をなすＸＹ軸への座標変換を示している。そして、式（４）において、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＵ−ＨＡＶ）には１／３１／２を乗じることでＶｘを求めている。
【００５３】
また、上述では、変換手段１１８は、それぞれの位相差が９０度となる合成信号を出力すると説明したが、変換手段１１８に入力される複数の正弦波信号のうち少なくとも１つ（ＨＡＵまたは／およびＨＡＶ）と９０度の位相差をもつ合成信号を、当該少なくとも１つの正弦波信号と共に出力するようにしてもよい。
【００５４】
上記説明では、３つのホール素子１１０Ｕ、Ｖ、Ｗについて説明した。４つ以上のホール素子であっても、本実施例の発明は実施することが出来る。この場合には、基準信号出力手段１２５は、２つ以上のホール素子としてもよい。この場合には、当該２つ以上のホール素子それぞれからの出力信号をコンパレータ１１２に入力させ基準信号を生成する。
【００５５】
この実施形態１の検出装置によれば、算出手段１２２からの回転角度θｄと、基準信号（図２の例ではθｈｗ）に含まれる回転角度に基づいて、調整手段１２４はホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの振幅を同一または略同一になるように調整する。
【００５６】
従って、正弦波信号のサンプリングなどをする必要はなく、演算量を削減することが出来る。
【００５７】
また、変換手段１１８を設けることが好ましい。変換手段１１８を設けることで、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖから出力される正弦波信号の位相差が９０度でない場合でも、当該変換手段１１８から位相差が９０度となる合成信号を出力することが出来る。従って、算出手段１２２は、正確な回転角度θｄを求めることが出来る。
【００５８】
また、基準信号出力手段１２５として、安価であり、モータ１０１に備えられているホール素子１１０Ｗを用いることが好ましい。そして、ホール信号１１０Ｗから出力された正弦波信号をコンパレータ１１２により２値化した信号を基準信号として用いるので、安価に検出装置１００を製造することが出来る。
【００５９】
また、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖとして、安価であり、モータ１０１に備えられているホール素子を用いることが好ましい。従って、安価に検出装置１００を製造することが出来る。
［実施形態２］
実施形態２では、実施形態１で説明した検出装置１００を含むモータ１０１の駆動装置を説明する。図１３に、図１に示す供給手段１０２の詳細な機能構成例を示す。本実施形態２では、図１と図１３を用いて説明する。
【００６０】
図１、図１３に示すように、コンパレータ１１２は、ホール素子１１０Ｕから出力される差動信号ＨＵ＋およびＨＵ−、ホール素子１１０Ｖから出力される差動信号ＨＶ＋およびＨＶ−、ホール素子１１０Ｗから出力される差動信号ＨＷ＋およびＨＷ−は全て、コンパレータ１１２に入力される。
【００６１】
図１４にコンパレータ１１２の２値手法について示す。コンパレータ１１２は、図１４に示す処理を行なう。例えば、ＨＵ＋≧ＨＵ−となる区間ではハイ状態であり、ＨＵ＋＜ＨＵ−となる区間ではロー状態となる。コンパレータ１１２により出力された２値化信号をホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）として供給手段１０２に対して、出力する。
【００６２】
また、図１３の例では、供給手段１０２は、変調手段１０２２と、転流制御手段１０２４と、駆動転流手段１０２６と、を含む。図１３に示すように、駆動転流手段１０２６は、Ｕ相用の上側アーム１０２８ｕとＵ相用の下側アーム１０３０ｕと、Ｖ相用の上側アーム１０２８ｖとＵ相用の下側アーム１０３０ｖと、Ｗ相用の上側アーム１０２８ｗと下側アーム１０３０ｗとを有する。上側アームが第１アームともいい、下側アームは第２アームともいう。
【００６３】
Ｕ相用の上側アーム１０２８ｕとＵ相用の下側アーム１０３０ｕは、励磁コイル１０４ｕに接続されており、励磁コイル１０４ｕに電流を供給する。Ｖ相用の上側アーム１０２８ｖとＵ相用の下側アーム１０３０ｖは、励磁コイル１０４ｖに接続されており、励磁コイル１０４ｖに電流を供給する。Ｗ相用の上側アーム１０２８ｗとＵ相用の下側アーム１０３０ｗは、励磁コイル１０４ｗに接続されており、励磁コイル１０４ｗに電流を供給する。
【００６４】
図１５に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８の機能構成例を示す。上側アーム１０２８は、電源Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子１０３２とダイオード１０３４が並列に接続されている。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の下側アーム１０３０も同様の構成である。
【００６５】
Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８、下側アーム１０３０のスイッチング素子１０３２は、ゲート信号ＵＨ、ＶＨ、Ｗｈ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬにより切り換え駆動される。そして、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８、下側アーム１０３０は、相が対応するコイル端子１０３Ｕ、１０３Ｖ、１０３Ｗにパルス幅変調された電圧を印加することにより、相が対応する励磁コイル１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗに電流を供給する。当該電流の供給により、回転体１０６を回転駆動させる。
【００６６】
また、制御装置３００は、駆動電圧指令値Ｖａｍｐを変調手段１０２２に対して出力する。図１６に変調手段１０２２の動作原理を示す。図１６の１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ周期の三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つ。搬送波ＶｃのＰＷＭ周期をＴｐとする。変調手段１０２２は、０以上の値である振幅指令値Ｖａｍｐと、搬送波Ｖｃを大小比較して、図１６の２段目に示すＰＷＭ信号Ｘｏｎを生成する。
【００６７】
次に、図１６の３段目に示すように、変調手段１０２２は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎに対して時間ｔｄだけ遅れた信号であるＰＷＭ相ゲート信号ＸＨを生成する。また、図１６の４段目に示すように、変調手段１０２２は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎを反転し、立ち上がり（Ｘｏｎでは立ち下がり部分）を時間ｔｄの２倍だけ遅らせた信号であるＰＷＭ相ゲート信号ＸＬを生成する。なお、時間ｔｄは、上側アーム１０２８ｕ、ｖ、ｗと下側アーム１０３０ｕ、ｖ、ｗそれぞれのスイッチング素子１０３２（図１５記載）の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。
【００６８】
転流制御部８１は、コンパレータ１１２から出力されたホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のハイまたはローの論理に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに適切なゲート信号を選択して出力する。
【００６９】
まず、矩形波駆動で回転体１０６を回転させるためには、図１７に示すようにホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態（ハイ状態またはロー状態）の組み合わせに従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をＰＷＭ相、ＬＯＷ相、ＨｉＺ相のいずれかの相状態に予め割り振る。このように、ホール信号の状態と、当該相状態と、を対応付けて、転流制御手段１０２４は、当該対応情報を保持しておく。図１７の例では、Ａに示すように、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態が（ハイ状態、ロー状態、ハイ状態）の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれＬＯＷ相、ＰＷＭ相、Ｈｉｚ相とする。
【００７０】
図１８に、相状態と、出力する信号の対応表を示す。転流制御手段１０２４は、図１８に示す対応表を保持している。ただし、図１８中のＹは、Ｕ、Ｖ、Ｗに相当する。例えば、転流制御手段１０２４は、図１７の例では、Ａに示すように、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態が（ハイ状態、ロー状態、ハイ状態）の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれＬＯＷ相、ＰＷＭ相、Ｈｉｚ相とする。
【００７１】
そして、Ｕ相はＬＯＷ相であることから、上側アーム１０２８ｕに送信される信号ＵＨは常にロー信号となり、下側アーム１０３０ｕに送信される常にハイ信号となる。また、Ｖ相はＰＷＭ相であることから、上側アーム１０２８ｖに送信される信号ＶＨは、ＸＨ信号（変調手段１０２２から出力された信号）となり、下側アーム１０３０ｖに送信される信号ＶＬは、ＸＬ信号（変調手段１０２２から出力された信号）となる。また、Ｗ相はＨｉｚ相であることから、上側アーム１０２８ｗに送信される信号ＷＨは、常にロー信号となり、下側アーム１０３０ｗに送信される信号ＷＬは、常にロー信号となる。
【００７２】
転流制御手段１０２４による、上側アーム信号ＹＨ、下側アーム信号ＹＬ（Ｙ＝Ｕ、Ｖ、Ｗ）への信号出力は、ＰＷＭ周期Ｔｐ（図１６参照）ごとに、３相とも同時に更新される。つまり、転流制御手段１０２４は、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗからの出力信号（正弦波信号）に基づいて、転流タイミングを決定している。つまり、モータ１０１の駆動には、転流制御手段１０２４による転流タイミングの検出処理も含まれる。また、回転体１０６の回転方向を逆転する場合は、図１７においてＰＷＭ相とＬＯＷ相を入れ替えて選択すればよい。
【００７３】
また、検出手段１１０および基準信号出力手段１２５をホール素子とした場合には、供給手段１０２４は、検出手段から出力された複数の正弦波信号と、基準信号出力手段１２５から出力された基準信号と、に基づいて、駆動信号を供給するという構成になる。また、検出手段１１０をホール素子とし、基準信号出力手段１２５を別個に設けた場合には、供給手段１０２４は、検出手段から出力された複数の正弦波信号に基づいて、駆動信号を供給するという構成になる。
【００７４】
本実施形態２の駆動装置によれば、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖ（検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖ）とから出力された正弦波信号、および、基準信号出力手段１２５（ホール素子１１０Ｗ）から出力された基準信号（正弦波信号）と、により回転体１０６の正確な回転角度θｄを検出できる（実施形態１で説明）。それと共に、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖからの正弦波信号ＨＵ、ＨＷと、基準信号出力手段１２５からの基準信号ＨＷとに基づいて、回転体１０６に対して駆動信号を供給することが出来る。
【００７５】
つまり、モータ１０６（例えば、ブラシレスモータ）に既存のホール素子からの出力信号を、回転体１０６の回転駆動、回転体１０６の回転角度θｄの検出処理にも利用することが出来、角度検出機能を備えるモータ駆動装置を安価に製造することが出来る。
【符号の説明】
【００７６】
１００ 検出装置
１０１ モータ
１０２ 供給手段
１０４ 励磁コイル
１０５ 固定子
１０６ 回転体
１１０ ホール素子
１１２ コンパレータ
１１６ 差動アンプ
１１８ 変換手段
１２０ ＡＤ変換手段
１２２ 算出手段
１２４ 調整手段
１２６ 信号出力手段
１２４２ 比較手段
１２４６ ゲイン決定手段
１２４８ ゲイン乗算手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特開２０１０−２５８３０号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石などを設けた回転体の回転角度の検出方法が様々提案されている。例えば、回転体の近傍に固定された磁気センサと、回転体と、を相対的に回転させる。そして、当該回転に応じて変化する、磁気センサからの出力信号に基づいて、回転体の回転速度を検出する。
【０００３】
ところで、磁気センサからの出力信号には、出力ゲイン（振幅）の相違が存在する場合がある。このような出力信号の出力ゲインの相違が存在する場合には、検出される回転角度に誤差が生じるようになる。
【０００４】
特許文献１記載の技術では、各相ごとに、出力信号をサンプリングして、当該サンプリングされたデータから標準偏差を算出する。そして、当該標準偏差の逆数を出力信号に乗算することで、振幅を規格化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の技術では、各相ごとに正弦波信号の所定区間内を複数回サンプリングして、誤差算出などの処理を行なう必要があるため、処理量が多くなるという問題がある。
【０００６】
本発明では、このような問題を鑑みて、回転体の正確な回転角度の算出などに必要な処理量を削減した検出装置、駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の検出装置、駆動装置であれば、回転体の正確な回転角度の算出などに必要な処理量を削減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の検出装置の機能構成例を示した図。
【図２】本実施形態の駆動アンプなどの機能構成例を示した図。
【図３】本実施形態の正弦波信号の一例を示した図。
【図４】本実施形態の振幅が同一の合成信号の一例を示した図。
【図５】本実施形態の振幅が異なる合成信号の一例を示した図。
【図６】本実施形態の逆正接角度の一例を示した図。
【図７】符号処理手段の処理の一例を示した図。
【図８】基準信号の一例を示した図。
【図９】データテーブルの一例を示した図。
【図１０】回転体の回転角度と、検出誤差との対応を示した図。
【図１１】振幅が同一の場合の差動信号の一例を示した図。
【図１２】変換手段の処理内容を説明するための図。
【図１３】本実施形態の供給手段の機能構成例を示した図。
【図１４】本実施形態の上側アームの機能構成例を示した図。
【図１５】本実施形態のコンパレータの処理内容を示す図。
【図１６】変調手段からの出力信号の一例を示す図。
【図１７】相状態とホール信号との対応を示す図。
【図１８】相状態と出力する信号の対応を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の各実施形態において、機能構成例、処理フローの説明では、同じ処理については、同じ参照番号、同じステップ番号を付加し、重複説明を省略する。
＜実施形態１＞
図１に、本実施例の検出装置１００とモータ１０１などの機能構成例を示す。また、図２に、図１記載の「差動アンプ１１６など」の機能構成例を示す。図１の例のモータ１０１は例えばブラシレスモータであり、固定子１０５、回転体（ロータ）１０６、Ｎ個のホール素子１１０を含む。Ｎは２以上の整数であり、図１の例では、Ｎ＝３となる。図１の例では、固定子１０５には、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗが設けられている。
【００１１】
供給手段１０２は、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗそれぞれに対して、交流電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷを供給する。交流電流ｉＵ、ｉＶ、ｉＷが供給されると、励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗそれぞれで磁界が発生される。
【００１２】
図１の例では、モータ１０１の回転体１０６には、回転方向に沿って、永久磁石１０６ａが多極着磁されている。図１の例では、Ｎ極とＳ極の４ペアの永久磁石１０６ａが設けられている。そして、３相の励磁コイル１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗによる発生された磁界と、当該永久磁石１０６ａの磁界との相互関係により、回転トルクが生じ、回転体１０６が回転する。
【００１３】
３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗのそれぞれは、回転体１０６の回転角度に応じて、正弦波信号を出力する。正弦波信号とは、回転体１０６の回転角度（回転位置）を示す信号であり、正弦波形状である。これら３個の正弦波信号それぞれの位相は異なる。
【００１４】
図１の例では、３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗは、着磁位相基準で互いに１２０度ずつずらして、配置される。これにより、３個のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗは、位相がそれぞれ１２０度ずつ異なる３相の正弦波信号（正弦波形状の電圧）である差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−、ＨＷ＋、ＨＷ−を出力する。図１の例では、回転体１０６に着磁極数は４ペアなので、回転体１０６が１回転すると、正弦波信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷは４周期分出力される。
【００１５】
図１の例では、ホール素子１１０Ｕから出力された差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−は、差動アンプ１１６（図２参照）に入力される。また、ホール素子１１０Ｖから出力された差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−は、差動アンプ１１６に入力される。また、ホール素子１１０Ｗから出力された差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−は、コンパレータ１１２に入力される。図１の他の手段については後述する。
【００１６】
次に、図２について説明する。差動アンプ１１６は、Ｕ相用のＵ相差動アンプ１１６Ｕと、Ｖ相用の差動アンプ１１６Ｖと、が含まれている。Ｕ相差動アンプ１１６Ｕは、Ｕ相の差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−をシングルエンド化することにより、アナログホール信号ＨＡＵとして出力する。同様に、Ｖ相用の差動アンプ１１６Ｖは、Ｖ相の差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−をシングルエンド化することにより、アナログホール信号ＨＡＶを出力する。
【００１７】
図３に、アナログホール信号の一例を示す。なお、図３には、Ｗ相の差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−をシングルエンド化したアナログホール信号ＨＡＷも記載するが、この例では実際には、差動アンプ１１６ではアナログホール信号ＨＡＷは生成されておらず、参考のために記載している。ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗはそれぞれ、図３記載のように、位相差がそれぞれ１２０度ずつずれるように配置され、回転角度θに対して正弦波状に変化する信号を出力する。なお、図１の例では、回転体１０６に着磁極数は４ペアなので、回転角度θは回転子の１／４回転を３６０°で示すものとする。また、図３記載のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅値をそれぞれＡｕ、Ａｖ、Ａｗとする。そうすると、Ａｖ＝２となり、Ａｕ＝Ａｗ＝１となり、Ａｖ＞Ａｕ、Ａｗとなる。図３記載のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの式を以下の式（１）〜（３）に示す。
【００１８】
【数１】
そして、以降の処理で、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの各振幅Ａｕ、Ａｖを同一または略同一になるようにフィードバック処理を行なう。
【００１９】
変換手段１１８は、減算アンプ（減算手段）１１８２と、加算アンプ（加算手段）１１８４と、を含む。減算アンプ（減算手段）１１８２は以下の式（４）の左辺を演算し、加算アンプ（加算手段）１１８４は以下の式（５）の左辺を演算する。
【００２０】
【数２】
ただし、上記式（４）（５）では、以降の処理によるフィードバック制御が反映されること（つまり、回転体１０６を回転させ始めた時から所定時間を経過した場合）により、Ａｕ＝Ａｖとなる場合を示す。
【００２１】
また、変換手段１１８は、Ｕ相とＶ相との軸変換を行なったことから、Ｘ相、Ｙ相の信号Ｖｘ、Ｖｙを出力する。図４にフィードバック制御が反映されることにより、Ａｕ＝Ａｖとなる場合のＶｘ、Ｖｙの一例を示す。図４に示すように、信号Ｖｘ、Ｖｙは、それぞれ互いに９０度の位相差をもつ正弦波信号である。このように、正確に９０度の位相差を持つ正弦波信号であれば、後述する検出手段１２２により、正確な回転体１０６の回転角度θｄを検出することが出来る。
【００２２】
また、図５に、フィードバック制御が反映される前（つまり、回転体１０６が回転し始めた場合）、つまり、Ａｖ＞Ａｕの場合のＶｘ、Ｖｙの一例を示す。図５に示すように、振幅値が異なることから、正確に、９０度の位相差を持つ正弦波信号を生成することが出来ない。また、信号Ｖｘ、Ｖｙをそれぞれ合成信号という。変換手段１１８の詳細については後述する。
【００２３】
合成信号Ｖｘ、Ｖｙはそれぞれアナログデジタル変換手段１２０に入力される。そしてアナログデジタル変換手段１２０（以下、「ＡＤ変換手段１２０」という。）は、合成信号Ｖｘ、Ｖｙをアナログ値からデジタル値に変換する。図２の例では、ＡＤ変換手段１２０は、ｘ相用のＡＤ変換手段１２０ｘと、ｙ相用のＡＤ変換手段１２０ｙと、を含む。そして、ＡＤ変換手段１２０ｘは、合成信号Ｖｘに対してデジタル変換処理を行なう。また、ＡＤ変換手段１２０ｙが、合成信号Ｖｙに対してデジタル変換処理を行なう。
【００２４】
また、図２では、ｘ相用のＡＤ変換手段１２０ｘと、ｙ相用のＡＤ変換手段１２０ｙと、を設けたが、１つのＡＤ変換手段を合成信号Ｖｘ、合成信号Ｖｙに対して、時分割で使用するようにしてもよい。
【００２５】
デジタル値に変換された合成信号Ｖｘｄ、Ｖｙｄは、算出手段１２２に入力される。算出手段１２２は、合成信号Ｖｘｄ、Ｖｙｄに基づいて、回転体１０６の回転角度を算出する。図２の例では、算出手段１２２は、除算手段１２２２、逆正接手段１２２４、符号処理手段１２２６と、を含む。
【００２６】
除算手段１２２２は、合成信号Ｖｙｄを合成信号Ｖｘｄで除算し、除算結果を出力する。次に、逆正接手段１２２４は、当該出力された除算結果に対して逆正接を行なう。つまり、除算手段１２２２、逆正接手段１２２４による演算は以下の式（６）となる。
θｐ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ） （６）
ただし、θｐは、逆正接手段１２２４の出力結果であり、以下では、逆正接角度θｐという。図６に回転角度θと逆正接角度θｐとの関係を示す。
【００２７】
逆正接角度θｐは符号処理手段１２２６に入力される。図７に、符号化処理手段１２２６の処理の一例を示す。符号化処理手段１２２６は、図７に示す処理を行なうことで回転体１０６の回転角度を検出する。
【００２８】
図７の例では、逆正接角度θｐを９０度単位で処理する。図７では、例えば、０＜逆正接角度θｐ≦９０度の場合であり、合成信号Ｖｘの符号が＋の場合であり、かつ、合成信号Ｖｙの符号が−の場合である場合には、符号処理手段１２２６は、回転体１０６の検出角度θｄとしてθｐを出力する。また、他の条件の場合については、図７に示す通りである。
【００２９】
なお、回転体１０６を回転させ始めたときには、フィードバック制御が反映されていないことから、正弦波信号の振幅の相違（図３や図５参照）による誤差が、検出された回転角度θｄに含まれている。また、フィードバック制御が反映されると、検出される回転角度θｄには、誤差が含まれなくなる。
【００３０】
なお、ＡＤ変換手段１２０を、変換手段１１８と検出手段１２２の間に設けずに、除算手段１２２２と、逆正接手段１２２４の間に設けるようにしてもよい。この場合には、ＡＤ変換手段１２０は、除算手段１２２２のアナログ結果をデジタル変換して、逆正接手段１２２４に入力させるようにしてもよい。
【００３１】
符号処理手段１２２６により出力された回転角度（検出角度）θｄは、例えば、制御装置３００（図１参照）に入力される。制御装置３００は、入力された回転角度θｄを用いて、モータ１０１の位置制御などを行なう。また、回転角度θｄは、調整手段１２４にも入力される。調整手段１２４は、比較手段１２４２と、ゲイン決定手段１２４６と、ゲイン乗算手段１２４８とを含む。
【００３２】
また、基準信号出力手段１２５から、基準信号が出力され、比較手段１２４２に入力される。ここで、基準信号出力手段１２５とは、ホール素子１１０Ｗとコンパレータ１１２を含む。ホール素子１１０Ｗは、差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−をコンパレータ１１２に出力する。また、基準信号出力手段１２５は、同期センサともいう。
【００３３】
コンパレータ１１２は、差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−同士を大小比較して、２値化信号である基準信号θｈｗを出力する。例えば、基準信号θｈｗは、ＨＵ＋≧ＨＵ−となる区間ではハイ状態とし、ＨＵ＋＜ＨＵ−となる区間ではロー状態とする。
【００３４】
図８に、基準信号θｈｗの一例を示す。図８の横軸は、回転体１０６の回転角度θである。図８に示す基準信号θｈｗでは、θ＝０度〜１８０の場合には、ロー状態（値が０）となり、θ＝１８０度〜３６０度の場合には、ハイ状態（値が１）となる。
【００３５】
また、基準信号生成手段１２５は、ホール素子１１０Ｗおよびコンパレータ１１２とは別個に設けるようにしてもよい。
【００３６】
そして、比較手段１２４２は、基準信号θｈｗと、検出角度θｄと、を比較して、その比較結果である検出誤差Δθを出力する。ここで、比較手段１２４２の比較とは、基準信号θｈｗに含まれる、回転体１０６の回転角度から、検出角度θｄを減算することである。
【００３７】
更に詳細には、回転体１０６の回転角度が、基準信号θｈｗの立ち上がりエッジになる角度θＨ（以下、立ち上がり角度θＨという。）になる度に、以下の式（７）の演算を行なうことである。また、回転体１０６の回転角度が、基準信号θｈｗの立ち下がりエッジになる角度θＬ（以下、立ち下がり角度θＬという。）になる度に、以下の式（８）の演算を行なうことである。
Δθ＝θＨ−θｄ （７）
Δθ＝θＬ−θｄ （８）
図８の例では、立ち上がり角度θＨ＝１８０度となり、立ち下がり角度θＬ＝０度となる。
【００３８】
このように、基準信号θｈｗには、予め定められた所定角度（基準となる回転角度であり、上記例では、０度と１８０度）が含まれている。そして、基準信号出力手段１２５であるホール素子１１０Ｗからの出力信号が２値化された場合に、当該基準となる回転角度で立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジになるように、ホール素子１１０Ｗ、およびホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖを配置させる。
【００３９】
また、基準信号に含まれる回転角度θＨ、θＬは、算出手段１２２で算出された回転角度θｄよりも低分解能に示されている。
【００４０】
また、その他の例として、回転体１０６の回転角度が、立ち上がり角度θＨまたは立ち下がり角度θＬのうちどちらか一方になった時に、比較手段１２４２は、検出誤差Δθを算出するようにしてもよい。このようにすることで演算量を削減することが出来る。
【００４１】
検出誤差Δθは、ゲイン決定手段１２４６に入力される。ゲイン決定手段１２４６は、入力された検出誤差Δθに基づいて、ゲインＫを決定する。ここで、ゲイン決定手段１２４６は、予め記憶手段１２４７に記憶されたデータテーブルに基づいて、ゲインＫを決定する。
【００４２】
図９に、データテーブルの一例を示す。図９の例では、縦軸がゲインＫを示し、横軸が検出誤差Δθを示す。ゲイン決定手段１２４６は、当該データテーブルを参照して、検出誤差Δθに対応するゲインＫを決定する。
【００４３】
次に、図９に示すデータテーブルの作成手法について説明する。ホール素子１１０Ｕ、ホール素子１１０Ｖからのアナログホール信号（差動アンプ１１６からの出力信号）ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖに差がある場合には、例えば、図３のようになる。図３の例では、振幅比Ａｕ／Ａｖ＝０．５となる。
【００４４】
また、図３記載の、変換手段１１８による軸変換処理後のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶは、図５に示す信号となる。また、仮に、振幅Ａｕ＝Ａｖとなる場合のアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶは、図４に示す信号となる。図４と図５の波形の差異が、回転角度の検出誤差Δθが生じる原因となる。
【００４５】
アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶが図５のときの検出誤差は、図１０に示すように、回転角度θに対して、１／２周期で変化することが、解析計算により算出することが出来る。そして、検出誤差Δθを演算するタイミングを回転体１０６の回転角度が所定角度（この例では、０度、１８０度）と定めていることから、振幅比Ａｕ／Ａｖ＝０．５の場合には、検出誤差は、３０度となる。
【００４６】
そして、振幅比を様々変えて、定めた振幅比ごとに、検出誤差を求める。そして、複数の振幅比と、当該複数の振幅比についての検出誤差を対応させて、プロットする。なお、図９の例では、ゲインＫは、振幅比の逆数としているが、ゲインＫを振幅比としてもよい。また、図９記載のデータテーブルは、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの配置位相差により変化する。従って、データテーブルを作成作業は、実際に実施する検出装置１００のホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの配置位相差と同一の状況下で行なう。
【００４７】
説明を図２に戻す。ゲイン決定手段１２４６により決定されたゲインＫは、ゲイン乗算手段１２４８に入力される。また、信号出力手段１２６は、ホール素子１１０Ｕを駆動させる駆動信号（駆動電圧）ＨＵｄをゲイン乗算手段１２４８及びホール素子１１０Ｕに対して出力している。ホール素子１１０Ｕは、当該駆動信号ＨＵｄにより駆動している。
【００４８】
ゲイン乗算手段１２４８は、入力された駆動信号ＨＵｄに対して、入力されたゲインＫ（ゲイン決定手段１２４６により決定されたゲインＫ）を乗算して、駆動信号ＨＶｄを出力する。ここで、駆動信号ＨＶｄとは、ホール素子１１０Ｖを駆動するための信号である。このように、駆動信号ＨＶｄは、検出誤差を解消するためのゲインＫが駆動号ＨＵｄに乗算されていることから、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖとの振幅を同一または略同一にすることが出来る。
【００４９】
また、駆動信号ＨＶｄにゲインＫを乗算する構成とせずに、差動アンプ１１６や変換手段１１８からの出力信号に対してゲインＫを乗算する構成としても良い。
【００５０】
このように調整手段１２４は、算出手段１２２により算出された回転角度θｄと、基準信号出力手段１２４が出力した基準信号ＨＡＷに含まれる回転角度θｈｗ（上記例では、９０度と１８０度）とに基づいて、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖにより出力された複数の正弦波信号の振幅比を調整する。
【００５１】
図１１にＨＡＵ、ＨＡＶの振幅が同一になった場合を示す。このようにフィードバック制御が反映されると、図１１に示すように、ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅が同一となる。また、上述したように、ＨＡＵ、ＨＡＶが図１１になった場合の変換手段１１８からの出力信号は図４のようになる。なお、図１１には、ＨＡＷの波形も示す。
【００５２】
次に、図１２を用いて変換手段１１８の軸変換処理（式（４）（５））の意味を説明する。図１２に示すように、直交するＸＹ平面上に、Ｙ軸に対して＋６０度の方向にＵ軸を、−６０度の方向にＶ軸をとる。Ｕ軸Ｖ軸上の長さ１の単位ベクトルＵ、Ｖを考えれば、ベクトル（Ｕ＋Ｖ）がＹ軸上の単位ベクトルになり、ベクトル（Ｕ−Ｖ）は、Ｘ軸上の長さ３１／２（ルート３）のベクトルになる。つまり、変換手段１１８は、１２０度の角をなすＵＶ軸から９０度の角をなすＸＹ軸への座標変換を示している。そして、式（４）において、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＵ−ＨＡＶ）には１／３１／２を乗じることでＶｘを求めている。
【００５３】
また、上述では、変換手段１１８は、それぞれの位相差が９０度となる合成信号を出力すると説明したが、変換手段１１８に入力される複数の正弦波信号のうち少なくとも１つ（ＨＡＵまたは／およびＨＡＶ）と９０度の位相差をもつ合成信号を、当該少なくとも１つの正弦波信号と共に出力するようにしてもよい。
【００５４】
上記説明では、３つのホール素子１１０Ｕ、Ｖ、Ｗについて説明した。４つ以上のホール素子であっても、本実施例の発明は実施することが出来る。この場合には、基準信号出力手段１２５は、２つ以上のホール素子としてもよい。この場合には、当該２つ以上のホール素子それぞれからの出力信号をコンパレータ１１２に入力させ基準信号を生成する。
【００５５】
この実施形態１の検出装置によれば、算出手段１２２からの回転角度θｄと、基準信号（図２の例ではθｈｗ）に含まれる回転角度に基づいて、調整手段１２４はホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖの振幅を同一または略同一になるように調整する。
【００５６】
従って、正弦波信号のサンプリングなどをする必要はなく、演算量を削減することが出来る。
【００５７】
また、変換手段１１８を設けることが好ましい。変換手段１１８を設けることで、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖから出力される正弦波信号の位相差が９０度でない場合でも、当該変換手段１１８から位相差が９０度となる合成信号を出力することが出来る。従って、算出手段１２２は、正確な回転角度θｄを求めることが出来る。
【００５８】
また、基準信号出力手段１２５として、安価であり、モータ１０１に備えられているホール素子１１０Ｗを用いることが好ましい。そして、ホール信号１１０Ｗから出力された正弦波信号をコンパレータ１１２により２値化した信号を基準信号として用いるので、安価に検出装置１００を製造することが出来る。
【００５９】
また、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖとして、安価であり、モータ１０１に備えられているホール素子を用いることが好ましい。従って、安価に検出装置１００を製造することが出来る。
［実施形態２］
実施形態２では、実施形態１で説明した検出装置１００を含むモータ１０１の駆動装置を説明する。図１３に、図１に示す供給手段１０２の詳細な機能構成例を示す。本実施形態２では、図１と図１３を用いて説明する。
【００６０】
図１、図１３に示すように、コンパレータ１１２は、ホール素子１１０Ｕから出力される差動信号ＨＵ＋およびＨＵ−、ホール素子１１０Ｖから出力される差動信号ＨＶ＋およびＨＶ−、ホール素子１１０Ｗから出力される差動信号ＨＷ＋およびＨＷ−は全て、コンパレータ１１２に入力される。
【００６１】
図１４にコンパレータ１１２の２値手法について示す。コンパレータ１１２は、図１４に示す処理を行なう。例えば、ＨＵ＋≧ＨＵ−となる区間ではハイ状態であり、ＨＵ＋＜ＨＵ−となる区間ではロー状態となる。コンパレータ１１２により出力された２値化信号をホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）として供給手段１０２に対して、出力する。
【００６２】
また、図１３の例では、供給手段１０２は、変調手段１０２２と、転流制御手段１０２４と、駆動転流手段１０２６と、を含む。図１３に示すように、駆動転流手段１０２６は、Ｕ相用の上側アーム１０２８ｕとＵ相用の下側アーム１０３０ｕと、Ｖ相用の上側アーム１０２８ｖとＵ相用の下側アーム１０３０ｖと、Ｗ相用の上側アーム１０２８ｗと下側アーム１０３０ｗとを有する。上側アームが第１アームともいい、下側アームは第２アームともいう。
【００６３】
Ｕ相用の上側アーム１０２８ｕとＵ相用の下側アーム１０３０ｕは、励磁コイル１０４ｕに接続されており、励磁コイル１０４ｕに電流を供給する。Ｖ相用の上側アーム１０２８ｖとＵ相用の下側アーム１０３０ｖは、励磁コイル１０４ｖに接続されており、励磁コイル１０４ｖに電流を供給する。Ｗ相用の上側アーム１０２８ｗとＵ相用の下側アーム１０３０ｗは、励磁コイル１０４ｗに接続されており、励磁コイル１０４ｗに電流を供給する。
【００６４】
図１５に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８の機能構成例を示す。上側アーム１０２８は、電源Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子１０３２とダイオード１０３４が並列に接続されている。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の下側アーム１０３０も同様の構成である。
【００６５】
Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８、下側アーム１０３０のスイッチング素子１０３２は、ゲート信号ＵＨ、ＶＨ、Ｗｈ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬにより切り換え駆動される。そして、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アーム１０２８、下側アーム１０３０は、相が対応するコイル端子１０３Ｕ、１０３Ｖ、１０３Ｗにパルス幅変調された電圧を印加することにより、相が対応する励磁コイル１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗに電流を供給する。当該電流の供給により、回転体１０６を回転駆動させる。
【００６６】
また、制御装置３００は、駆動電圧指令値Ｖａｍｐを変調手段１０２２に対して出力する。図１６に変調手段１０２２の動作原理を示す。図１６の１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ周期の三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つ。搬送波ＶｃのＰＷＭ周期をＴｐとする。変調手段１０２２は、０以上の値である振幅指令値Ｖａｍｐと、搬送波Ｖｃを大小比較して、図１６の２段目に示すＰＷＭ信号Ｘｏｎを生成する。
【００６７】
次に、図１６の３段目に示すように、変調手段１０２２は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎに対して時間ｔｄだけ遅れた信号であるＰＷＭ相ゲート信号ＸＨを生成する。また、図１６の４段目に示すように、変調手段１０２２は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎを反転し、立ち上がり（Ｘｏｎでは立ち下がり部分）を時間ｔｄの２倍だけ遅らせた信号であるＰＷＭ相ゲート信号ＸＬを生成する。なお、時間ｔｄは、上側アーム１０２８ｕ、ｖ、ｗと下側アーム１０３０ｕ、ｖ、ｗそれぞれのスイッチング素子１０３２（図１５記載）の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。
【００６８】
転流制御部８１は、コンパレータ１１２から出力されたホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のハイまたはローの論理に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに適切なゲート信号を選択して出力する。
【００６９】
まず、矩形波駆動で回転体１０６を回転させるためには、図１７に示すようにホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態（ハイ状態またはロー状態）の組み合わせに従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をＰＷＭ相、ＬＯＷ相、ＨｉＺ相のいずれかの相状態に予め割り振る。このように、ホール信号の状態と、当該相状態と、を対応付けて、転流制御手段１０２４は、当該対応情報を保持しておく。図１７の例では、Ａに示すように、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態が（ハイ状態、ロー状態、ハイ状態）の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれＬＯＷ相、ＰＷＭ相、Ｈｉｚ相とする。
【００７０】
図１８に、相状態と、出力する信号の対応表を示す。転流制御手段１０２４は、図１８に示す対応表を保持している。ただし、図１８中のＹは、Ｕ、Ｖ、Ｗに相当する。例えば、転流制御手段１０２４は、図１７の例では、Ａに示すように、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの状態が（ハイ状態、ロー状態、ハイ状態）の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれＬＯＷ相、ＰＷＭ相、Ｈｉｚ相とする。
【００７１】
そして、Ｕ相はＬＯＷ相であることから、上側アーム１０２８ｕに送信される信号ＵＨは常にロー信号となり、下側アーム１０３０ｕに送信される常にハイ信号となる。また、Ｖ相はＰＷＭ相であることから、上側アーム１０２８ｖに送信される信号ＶＨは、ＸＨ信号（変調手段１０２２から出力された信号）となり、下側アーム１０３０ｖに送信される信号ＶＬは、ＸＬ信号（変調手段１０２２から出力された信号）となる。また、Ｗ相はＨｉｚ相であることから、上側アーム１０２８ｗに送信される信号ＷＨは、常にロー信号となり、下側アーム１０３０ｗに送信される信号ＷＬは、常にロー信号となる。
【００７２】
転流制御手段１０２４による、上側アーム信号ＹＨ、下側アーム信号ＹＬ（Ｙ＝Ｕ、Ｖ、Ｗ）への信号出力は、ＰＷＭ周期Ｔｐ（図１６参照）ごとに、３相とも同時に更新される。つまり、転流制御手段１０２４は、ホール素子１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗからの出力信号（正弦波信号）に基づいて、転流タイミングを決定している。つまり、モータ１０１の駆動には、転流制御手段１０２４による転流タイミングの検出処理も含まれる。また、回転体１０６の回転方向を逆転する場合は、図１７においてＰＷＭ相とＬＯＷ相を入れ替えて選択すればよい。
【００７３】
また、検出手段１１０および基準信号出力手段１２５をホール素子とした場合には、供給手段１０２４は、検出手段から出力された複数の正弦波信号と、基準信号出力手段１２５から出力された基準信号と、に基づいて、駆動信号を供給するという構成になる。また、検出手段１１０をホール素子とし、基準信号出力手段１２５を別個に設けた場合には、供給手段１０２４は、検出手段から出力された複数の正弦波信号に基づいて、駆動信号を供給するという構成になる。
【００７４】
本実施形態２の駆動装置によれば、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖ（検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖ）とから出力された正弦波信号、および、基準信号出力手段１２５（ホール素子１１０Ｗ）から出力された基準信号（正弦波信号）と、により回転体１０６の正確な回転角度θｄを検出できる（実施形態１で説明）。それと共に、検出手段１１０Ｕ、１１０Ｖからの正弦波信号ＨＵ、ＨＷと、基準信号出力手段１２５からの基準信号ＨＷとに基づいて、回転体１０６に対して駆動信号を供給することが出来る。
【００７５】
つまり、モータ１０６（例えば、ブラシレスモータ）に既存のホール素子からの出力信号を、回転体１０６の回転駆動、回転体１０６の回転角度θｄの検出処理にも利用することが出来、角度検出機能を備えるモータ駆動装置を安価に製造することが出来る。
【符号の説明】
【００７６】
１００ 検出装置
１０１ モータ
１０２ 供給手段
１０４ 励磁コイル
１０５ 固定子
１０６ 回転体
１１０ ホール素子
１１２ コンパレータ
１１６ 差動アンプ
１１８ 変換手段
１２０ ＡＤ変換手段
１２２ 算出手段
１２４ 調整手段
１２６ 信号出力手段
１２４２ 比較手段
１２４６ ゲイン決定手段
１２４８ ゲイン乗算手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特開２０１０−２５８３０号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、
前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、
前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、
前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号を相互演算することにより、当該複数の正弦波信号それぞれの位相差を９０度とする変換手段を有することを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記基準信号は、前記回転体の回転角度が前記基準となる回転角度になったときに、ハイまたはローに切り替わる２値信号であり、
前記調整手段は、前記基準信号は、前記ハイまたは前記ローに切り替わる度に、前記複数の正弦波信号の振幅比を調整することを特徴とする請求項１または２記載の検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、ホール素子であることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の検出装置。
【請求項５】
前記基準信号出力手段は、ホール素子を含むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の検出装置。
【請求項６】
前記基準信号に含まれる回転角度は、前記算出手段により算出された回転角度より低分解能であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６何れか１項記載の検出装置と、
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体に対して駆動信号を供給して前記回転体を回転させる供給手段と、を有する駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜６何れか１項記載の検出装置と、
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号と、前記基準信号出力手段から出力された前記基準信号とに基づいて、前記回転体に対して駆動信号を供給して前記回転体を回転させる供給手段と、を有する駆動装置。
【請求項１】
回転体の回転角度に応じて、それぞれの位相が異なる複数の正弦波信号を出力する検出手段と、
前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角度を算出する算出手段と、
前記回転体の、基準となる回転角度を含む基準信号を出力する基準信号出力手段と、
前記算出手段により算出された回転角度と、前記基準信号出力手段が出力した基準信号に含まれる回転角度とに基づいて、前記検出手段により出力された前記複数の正弦波信号の振幅が同一または略同一になるように調整する調整手段と、を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号を相互演算することにより、当該複数の正弦波信号それぞれの位相差を９０度とする変換手段を有することを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記基準信号は、前記回転体の回転角度が前記基準となる回転角度になったときに、ハイまたはローに切り替わる２値信号であり、
前記調整手段は、前記基準信号は、前記ハイまたは前記ローに切り替わる度に、前記複数の正弦波信号の振幅比を調整することを特徴とする請求項１または２記載の検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、ホール素子であることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の検出装置。
【請求項５】
前記基準信号出力手段は、ホール素子を含むことを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の検出装置。
【請求項６】
前記基準信号に含まれる回転角度は、前記算出手段により算出された回転角度より低分解能であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６何れか１項記載の検出装置と、
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号に基づいて、前記回転体に対して駆動信号を供給して前記回転体を回転させる供給手段と、を有する駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜６何れか１項記載の検出装置と、
前記検出手段から出力された前記複数の正弦波信号と、前記基準信号出力手段から出力された前記基準信号とに基づいて、前記回転体に対して駆動信号を供給して前記回転体を回転させる供給手段と、を有する駆動装置。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−１０１０００（Ｐ２０１３−１０１０００Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３７６４（Ｐ２０１１−２４３７６４）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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