角度検出装置、モータ駆動装置及び画像形成装置
【課題】コスト増加を伴わずにモータの回転角を安定的かつ高精度で検出することができる角度検出装置を提供する。
【解決手段】角度検出装置は、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサ（１５）と、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段（３０）と、前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段（４０）と、前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相のなす角度をモータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段（５０）とを備える。
【解決手段】角度検出装置は、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサ（１５）と、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段（３０）と、前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段（４０）と、前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相のなす角度をモータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段（５０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子などの回転角度を検出する角度検出装置、それを備えるモータを回転駆動するモータ駆動装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばモータを回転位置制御する場合、回転子の回転角度を検出する必要がある。モータの回転子の回転角度は、一般に、モータの回転子の回転軸にロータリーエンコーダを接続して検出することができる。この場合、ロータリエンコーダから、モータの回転子の回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を得、当該２相のパルス信号のエッジ検出結果と２相のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ状態から、相対的なモータの回転子の回転角度を検出することができる。
【０００３】
上記ロータリエンコーダとしての光学式エンコーダは、外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタにより構成される。そして２個のフォトインタラプタの出力信号を２値化することにより、２相のパルス信号を得ることができる。
【０００４】
また、特許文献１に記載の発明では、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する信号を出力する磁気センサを９０°の位相差を持って２つ配置している。ここでモータの回転子の回転角度をθ、得られる２相の磁気センサ信号出力のＸ相信号をＶｘ、Ｙ相信号をＶｙとする。その場合Ｖｘ、Ｖｙは、それぞれ振幅Ａｘを有する回転角度θについての余弦関数、振幅Ａｙを有する回転角度θについての正弦関数で表わすことができる。これら余弦関数及び正弦関数は、例えば図１９及び、９０°の位相差を有する２相正弦波信号を示す「数１」の式に示される。なお、磁気センサ信号出力の振幅Ａｘ、Ａｙの差によって誤差が生じるが、ここではこれらは事前に調整されており、Ａｘ＝Ａｙとする。
【０００５】
【数１】
ここで、磁気センサ出力信号の値Ｖｘ、Ｖｙを検出すると、図２０に示すように、検出したＶｘ、ＶｙがＸＹ平面上に形成するベクトルとＸ軸との角度が、モータの回転子の回転角度θに相当する。そこで、角度探索アルゴリズムを示す「数２」の式に従う回転変換により、図２０に示すように、所定のステップ角θｓｔｅｐずつ負の回転方向へ繰り返し回転させ、回転したベクトルのＹ成分Ｖｙ'（ｎ）が、正から負へ変化するまで繰り返す。このようにして得られるベクトルの総回転角度θｎが、モータの回転子の回転角度の検出角度になる。以上の動作を周期的に実行することにより、モータの回転子の回転角度を検出することができる。
【０００６】
【数２】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した光学式エンコーダは、スリット円盤とフォトインタラプタという部品が必要であり、さらにそれらの組み付けも必要になるため、これらがコスト増加の原因となる。
【０００８】
また、上述した特許文献１に記載の方式においても、例えば、ブラシレスモータは転流タイミング検知用に所定の位相差を持って配置された複数のホール素子を備えている。しかし、最も一般的な３相ブラシレスモータにおける転流用のホール素子は、出力信号が互いに１２０°の位相差を有するように配置されている。これに対し上述のようにしてモータの回転子の回転角度の検出を行うためには、９０°の位相差を有する信号を出力するホール素子を追加しなければならない。従ってコイル、回転子、１２０°の位相差を有するホール素子が一体に組み付けられている汎用のモータユニットを使用することはできず、やはりコスト増加の原因となる。
【０００９】
そこで本発明は、部品の追加等によるコスト増加を伴わずにモータの回転子の位置を安定的かつ高精度で検出することができる角度検出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】
【００１０】
本発明に従う角度検出装置は、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、前記ベクトル回転手段を用いて前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度をモータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従う角度検出装置により、高価な光学エンコーダなどを付加せずに回転子の位置を安定的かつ高精度で検出することができ、さらにセンサ出力の正弦波の位相差が９０°以外の場合でもモータの回転子の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における角度検出装置の構成図である。
【図２】ホール素子を備えたモータユニットの概略構成図である。
【図３】ホール素子の差動出力信号を示す図である。
【図４】相互演算結果のＸ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙの信号を示す図である。
【図５】実施例１におけるＵＶＷ軸からＸＹ軸への変換を示す図である。
【図６】実施例１におけるメモリに格納される正弦データと余弦データを示す図である。
【図７】実施例１における角度探索シーケンスのタイミングチャートを示す図である。
【図８ａ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝１）を示す図である。
【図８ｂ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝２）を示す図である。
【図８ｃ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝３）を示す図である。
【図８ｄ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝４）を示す図である。
【図９】２相のパルス信号の生成論理を示す図である。
【図１０】実施例２における差動アンプ及びベクトル生成部の構成図である。
【図１１】実施例２におけるＵＶＷ軸からＸＹ軸への変換を示す図である。
【図１２】実施例３におけるモータ駆動装置の全体構成図である。
【図１３】ホール信号を生成する条件を示す図である。
【図１４】駆動転流回路の上側アームの構成図である。
【図１５】変調部の動作を示す図である。
【図１６】ホール信号と矩形波駆動の相論理を示す図である。
【図１７】相論理とゲート信号の関係を示す図である。
【図１８】本発明を適用した画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
【図１９】９０°の位相差を有する２相正弦波信号の波形を示す図である。
【図２０】従来技術における角度探索アルゴリズムの動作例を示す図である。
【図２１】従来技術におけるモータ駆動装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施例１における装置構成について図面を用いて説明する。
【００１４】
先ず、図２に示すように、ブラシレスモータ１０は、互いに１２０°の位相差を持ち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成されるそれぞれのコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ（図２においては省略、図１２参照）を有する。ブラシレスモータ１０は更に、コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石を有する回転子１１を有する。ブラシレスモータ１０は、コイル端子１２Ｕ，１２Ｖ，１３Ｗからそれぞれコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗへ、回転角度に応じて適切に転流された電流（駆動電流）が供給されて回転駆動される（詳細については図１２乃至１７と共に後述する）。なお、本実施例における回転子１１の永久磁石は図２に示されるように８極（極ペア数は４）とする。
【００１５】
また図示のように、３個のホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗが、回転子１１の近傍に固定して配置されており、回転子１１の回転角度位置を検出する。それぞれのホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗは、ゲルマニウムやInSbのホール効果を利用して、回転子１１の磁界の変化に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を出力する。差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化することによってアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷを得る。シングルエンド化とは、差動信号をシングルエンド信号に変換することを言う。これらアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷは図３に示すように回転子１１の回転に応じて正弦波状に変化する。これらアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷが互いに１２０°の位相差を有する波形になるように、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは配置されている。なお、図３では仮に３相の振幅を等しく示している。
【００１６】
このとき、本実施例における回転子１１の磁極数は８であるため、図３に示す各正弦波は、回転子１１の１回転当たり４周期含まれる。逆に言えば回転子１１の１／４回転が図３に示す各正弦波の１周期に相当する。以下では説明の便宜上、ブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度（θ）を、アナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示す。従って、実際のブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度は、このようにしてアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された値（θ）に対し、その１／４の値となる。例えばこのようにしてアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された回転角度の値（θ）が３６０°であった場合、実際のブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度はその１／４の９０°ということになる。
【００１７】
なお、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗを駆動するためには、前記差動信号の出力方向及び検出する磁束の方向に対して垂直に電圧を掛ける必要があるが、図２における図示は省略する。
【００１８】
なお、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗは、回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサに相当する。
【００１９】
次に、図１を用いて本実施例における角度検出装置２０の構成を説明する。
【００２０】
角度検出装置２０は大略、差動アンプ２２，ベクトル生成部３０，ベクトル回転部４０，角度探索制御部５０，２相パルス生成部６５，ホール駆動部７０、発振器６２及び分周器６３を有する。
【００２１】
発振器６２は、周期的なパルス信号であるクロック信号ｃｌｋを出力する。分周器６３は、クロック信号ｃｌｋを分周してトリガｆｓを出力する。このとき、分周比は後述する角度探索のシーケンスに対して矛盾の無いように、後述する検出角度データθｄの語長よりも大きくする必要がある。
【００２２】
ブラシレスモータ１０のホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗからの差動信号を入力された差動アンプ２２は、Ｕ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、Ｖ相の差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−をシングルエンド化して、それぞれアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶとして出力する。このとき、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの波形は、３相ホール素子の差動出力波形を示す「数３」の式のように示される。すなわち、上記の如くアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された回転子１１の回転角度θ（以下単に「回転角度θ」と称する）に対し、位相が異なる２つの正弦関数で表わされる。ここで、ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅をそれぞれＡｕ、Ａｖとする。
【００２３】
【数３】
次に、ベクトル生成部３０の構成及び動作を説明する。
【００２４】
差動アンプ２２に接続したベクトル生成手段としてのベクトル生成部３０は、減算アンプ３２によりアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶに対し「数４」の上式の左辺に示す減算を実行し、さらに減算結果にゲイン（１／√３）を乗じた演算結果を得る。そして得られた演算結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｘにより、前記トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドしてＸ軸成分Ｖｘとして出力する。同様に、ベクトル生成部３０は、加算アンプ３１によりアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶに対し「数４」の下式の左辺に示す加算を実行した演算結果を得る。そして得られた演算結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｙにより、前記トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドしてＹ軸出力Ｖｙとして出力する。
【００２５】
これによりＸ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙは、「数４」の各式の右辺及び図４に示すように、９０°の位相差を持って回転角度θに対して正弦波状に変化する。ただし、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖは、後述するホール駆動部７０の振幅調整により互いに等しくされている。
【００２６】
【数４】
ここで、図５を用いて「数４」の各式が示す演算の意味を説明する。
【００２７】
直交するＸＹ平面上に、Ｙ軸に対して＋６０°の方向にＵ軸を、−６０°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）はＹ軸上の単位ベクトルＹになり、ベクトル（Ｕ−Ｖ）はＸ軸上の長さ√３のベクトルになる。つまり、ＨＡＵ、ＨＡＶの相互演算を示す式である「数４」は、１２０°の角をなすＵＶ軸からＸＹ軸座標系への座標変換を示しており、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＵ−ＨＡＶ）には１／√３を乗じている。
【００２８】
なお、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトル」である。すなわち図４から明らかなように、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「数４」の各式の右辺、すなわちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）により表されるベクトルである。また、「数４」の各式の左辺に示されるように、これらＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）は、ＨＡＵ及びＨＡＶの加減算等（相互演算）によって求まり、「数３」に示されるように、ＨＡＵ及びＨＡＶはそれぞれ正弦波信号だからである。
【００２９】
次に、ベクトル回転部４０の構成及び動作を説明する。
【００３０】
ベクトル生成部３０に接続したベクトル回転手段としてのベクトル回転部４０は、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルを、後述する検出角度データθｄの値に従って回転変換して、それぞれ回転Ｘ軸成分Ｖｘ'、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'として出力する。
【００３１】
メモリ４５は、不揮発メモリであり、図６に示すように、それぞれ１周期を６４分割して、振幅を１２８［ＬＳＢ］で表す正弦データｓｉｎｄａｔ及び余弦データｃｏｓｄａｔを保持する。そして、後述する６ビットの語長を有する検出角度データθｄの値に従って、それぞれの対応するデータ値を出力する。
【００３２】
ＤＡＣ（デジタル−アナログコンバータ）４６は、メモリ４５の出力したデータ値ｓｉｎｄａｔ、ｃｏｓｄａｔを値に比例したアナログ値に変化して、アナログ正弦値Ａｓｉｎ、アナログ余弦値Ａｃｏｓとして出力する。このとき、出力値にはオフセットを与えてもよい。
【００３３】
乗算器４１は、アナログ乗算器であり、Ｘ軸成分Ｖｘ又はＹ軸成分Ｖｙと、アナログ正弦値Ａｓｉｎ又はアナログ余弦値Ａｃｏｓとを組み合わせて乗じた４つの乗算結果を出力する。
【００３４】
加算アンプ４２は、乗算器４１の乗算結果から所定の２つを加算して、回転Ｘ軸成分Ｖｘ'として出力する。なお、このときＶｘ'にゲインを乗じる構成としてもよい。
【００３５】
減算アンプ４３は、乗算器４１の乗算結果から所定の２つの一方から他方を減算して、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'として出力する。なお、このときＶｙ'にゲインを乗じる構成としてもよい。
【００３６】
次に、ベクトル回転部４０の演算について詳細に説明する。
【００３７】
回転Ｘ軸成分Ｖｘ'は、Ｘ軸成分Ｖｘとアナログ余弦値Ａｃｏｓの乗算結果と、Ｙ軸成分Ｖｙとアナログ正弦値Ａｓｉｎの乗算結果を加算した値である。すなわちＶｘ'＝Ａｃｏｓ・Ｖｘ＋Ａｓｉｎ・Ｖｙの演算がなされる。回転Ｙ軸成分Ｖｙ'は、Ｘ軸成分Ｖｘとアナログ正弦値Ａｓｉｎの乗算結果を、Ｙ軸成分Ｖｙとアナログ余弦値Ａｃｏｓの乗算結果から減算した値である。すなわちＶｙ'＝−Ａｓｉｎ・Ｖｘ＋Ａｃｏｓ・Ｖｙの演算がなされる。
【００３８】
ここで、「数５」に示す式による演算は、ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）をベクトル（Ｖｘ'、Ｖｙ'）へ時計周り方向へθだけ回転させる１次変換を意味する。「数５」によれば、Ｖｘ'，Ｖｙ'はそれぞれ、Ｖｘ'＝ｃｏｓθ・Ｖｘ＋ｓｉｎθ・Ｖｙ、Ｖｙ'＝−ｓｉｎθ・Ｖｘ＋ｃｏｓθ・Ｖｙとして得られる。「数５」の式による演算と同様に、前述のベクトル回転部４０の演算は、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙの表すベクトルを検出角度データθｄの値だけ時計回りに回転させることに相当する。
【００３９】
【数５】
なお、本実施例においては乗算器４１を４つ並べる構成としているが、１つの乗算器を時系列で交互に使い回すように構成してもよい。また、乗算器はアナログ乗算器を用いているが、全ての乗算器をデジタル回路で実現したデジタル乗算器を用いてもよい。この場合、デジタル回路の構成に合わせて信号のアナログ／デジタルの変換が必要となる。
【００４０】
なお、本実施例におけるアナログ正弦値Ａｓｉｎ及びアナログ余弦値Ａｃｏｓは、複数の位相を有する基準正弦波に相当する。
【００４１】
次に、角度探索手段としての角度探索制御部５０の構成及び動作を説明する。
【００４２】
角度探索制御部５０は、出力する検出角度データθｄを変化させて、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'が近似的に０になる検出角度を探索する処理をトリガｆｓの到来の度に実行する。
【００４３】
符号判定部５２は、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'の値の正負を判定して、符号判定結果ｓｉｇｎを出力する。なお、図１においては０を基準に示しているが、所定のオフセット値に対する大小により符号を判定するように構成してもよい。
【００４４】
ＳＡＲ５３は、逐次近似レジスタであり、後述するシーケンサ５１により値を適宜書き換えられ、その値を検出角度データθｄとして出力する。本実施例においては、データ語長は６ビットとする。
【００４５】
シーケンサ５１は、ＳＡＲ５３の値を書き換え、その結果として変化する符合判定結果ｓｉｇｎの値によりＳＡＲ５３の値を確定させるという角度探索シーケンスを、トリガｆｓの到来の度に実行する。
【００４６】
以下では、シーケンサ５１の動作を図７、図８ａ〜図８ｄを用いて詳細に説明する。
【００４７】
先ず、分周器６３からのトリガｆｓがシーケンサ５１に到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝１として、また図８ａに示すようにＳＡＲ５３の最上位ビットであるｂｉｔ５の値のみ１として、残りの値は全て０とする。なお、ＳＡＲ５３の値を書き換えることは、検出角度データθｄの値を変化させることと同じであり、以下でも同様である。この場合、ＳＡＲ５３の値が、６ビット全てが０の状態から、上記の如く、ｂｉｔ５の値のみが１の状態に変わる。これに応じて検出角度データθｄが変わり、このため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＝１８０°だけ回転させられる。このθ１＝１８０°が、上記ＳＡＲ５３の値が６ビット全てが０の状態からｂｉｔ５の値のみが１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。このときの回転Ｘ軸成分Ｖｘ'、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'をそれぞれＶｘ'（１）、Ｖｙ'（１）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（１）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ａの例ではＶｙ'（１）の符号は正である。このようにＶｙ'（１）の符号が正ならばＳＡＲ５３の最上位のビット５を１のまま確定する。
【００４８】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝２として、図８ｂに示すようにＳＡＲ５３の最上位から２ビット目であるｂｉｔ４の値を１に書き換える。ｂｉｔ５の値については、確定した値１のままでよいため書き換えず、その他のビットの値も書き換えない。再び検出角度データθｄが変わるため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２＝１８０°＋９０°だけ回転させられる。このθ１＋θ２＝１８０°＋９０°が、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ４のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（２）、Ｖｙ'（２）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（２）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｂの例では、Ｖｙ'（２）の符号は負である。このようにＶｙ'（２）の符号が負ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ４を０に戻して確定する。
【００４９】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝３として、図８ｃに示すようにＳＡＲ５３の最上位から３ビット目であるｂｉｔ３の値を１に書き換える。その他のビットの値（ｂｉｔ５が１，ｂｉｔ４が０，ｂｉｔ２〜０がそれぞれ０）は書き換えない。再び検出角度データθｄが変わるため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３＝１８０°＋９０°−４５°だけ回転させられる。このθ１＋θ２−θ３＝１８０°＋９０°−４５°（＝２２５°）は、θ１＋θ３＝１８０°＋４５°（＝２２５°）と等しく、すなわち、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ３のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（３）、Ｖｙ'（３）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（３）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｃの例では、Ｖｙ'（３）の符号は負である。このようにＶｙ'（３）の符号が負ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ３を０に戻して確定する。
【００５０】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝４として、図８ｄに示すようにＳＡＲ５３の最上位から４ビット目であるｂｉｔ２の値を１に書き換える。その他のビットの値（ｂｉｔ５が１，ｂｉｔ４〜３がそれぞれ０，ｂｉｔ１〜０がそれぞれ０）は書き換えない。再び、検出角度データθｄが変わることにより、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３−θ４＝１８０°＋９０°−４５°−２２．５°だけ回転する。このθ１＋θ２−θ３−θ４＝１８０°＋９０°−４５°−２２．５°（＝２０２．５°）は、θ１＋θ３＝１８０°＋２２．５°（＝２０２．５°）と等しく、すなわち、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ２のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（４）、Ｖｙ'（４）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（４）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｄの例では、Ｖｙ'（４）の符号は正である。このようにＶｙ'（４）の符号が正ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ２を１のまま確定する。
【００５１】
シーケンサ５１は、以上のようなシーケンスを、カウントｎ＝１から６まで、計６ステップ繰り返す。これはＳＡＲ５３の語長に相当し、全てのｂｉｔの値が確定される。
【００５２】
以上のシーケンサ５１の動作を一般化して説明すると、ベクトル（Ｖｘ'（ｎ）、Ｖｙ'（ｎ））の回転角度θｎ（ｎ＝１、２、・・・６）を１ステップごとに半分にして、また回転方向としては、回転したベクトルのＹ軸成分Ｖｙ'が正ならば次のステップは時計回り方向へ、負ならば次のステップは反時計回り方向へ、ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を回転させる。
【００５３】
最終的にベクトル（Ｖｘ'（ｎ）、Ｖｙ'（ｎ））がＸ軸に最も近くまで回転した角度位置が得られる。このようにして、角度探索シーケンスにおける総回転角度が、近似的にベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）とＸ軸とのなす角度として検出できる。これは２分法による近似探索アルゴリズムである。
【００５４】
以上のようにして、Ｘ軸を位相の基準とした、回転子１１の回転角度を示す検出角度データθｄを検出することができる。ここで図２０とともに上述した例では、ベクトルを所定のステップ角ずつ負の回転方向へ繰り返し回転させ、回転したベクトルのＹ成分が正から負へ変化するまで繰り返すことによって回転子の回転角度を求めていた。これに対し本実施例では、図７乃至図８ａとともに上述したように、上記の如く２分法による近似探索アルゴリズムに従い、ステップ毎に回転量を順次半分（１／２）にする。そして回転の結果Ｙ成分の符号が変化する度に回転方向を逆転させることを繰り返してベクトルを徐々にＸ軸に近づける（例えば図８ｂ乃至図８ｄ中、（Ｖｘ'（２）、Ｖｙ'（２））→（Ｖｘ'（３）、Ｖｙ'（３））→（Ｖｘ'（４）、Ｖｙ'（４）））。その結果上記の如く、最終的にベクトルがＸ軸に最も近くまで回転した角度位置を得ることができる。そして角度探索シーケンスにおける総回転角度が、回転子１１の回転角度を示すベクトルとＸ軸とのなす角度として検出できるのである。なおこのとき、検出角度データθｄに所定のオフセットを加えた値を回転子角度として検出し、Ｘ軸以外の所定の位相を基準として回転子１１の回転角度を示す検出角度データθｄを検出するように構成してもよい。
【００５５】
次に、２相パルス生成手段としての２相パルス生成部６５の構成及び動作を説明する。
【００５６】
２相パルス生成部６５は、図９に示す生成論理に従い、上記検出角度データθｄの下位２ビットを参照して、分周器６３からのトリガｆｓの到来の度に出力する２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを更新する（図７の最下段のＥＮＣＡ、ＥＮＣＢ参照）。このようにして、コスト増加の原因となる高価な光学エンコーダなどを備えなくても、１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を得ることができるため、装置を安価に構成することができる。なお、この点につき、図２１と共に後述する。
【００５７】
次に、ホール駆動部７０の構成及び動作を説明する。
【００５８】
ホール駆動部７０は、Ｕ相のホール素子１５Ｕを駆動するための、不図示の電源から供給される所定の電圧又は電流であるホール素子駆動信号Ｈｄｒｖ、及びＶ相のホール素子１５Ｖを駆動するためのＶ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖを出力する。
【００５９】
ここで、Ｖ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖは、以下のピーク検出部７１、比較部７２、可変ゲイン部７３により生成される。
【００６０】
振幅検出手段としてのピーク値検出部７１は、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶのそれぞれの正弦波形のピーク値を検出し、それぞれのピーク値を出力する。
【００６１】
振幅調整手段としての比較部７２は、前記Ｕ相、Ｖ相のピーク値を比較して、Ｕ相のピーク値がＶ相のピーク値より大きい場合は振幅差が正の値となるように、Ｕ相のピーク値がＶ相のピーク値より小さい場合は振幅差が負の値となるように、比較結果を出力する。
【００６２】
振幅調整手段としての可変ゲイン部７３は、前記ホール素子駆動信号Ｈｄｒｖにゲインを乗じてＶ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖとして出力する。このとき、比較部７２の出力する比較結果が正のときはゲインが大きくなるように、負のときはゲインが小さくなるようにゲインを変化させる。なお、積分器を用いて比較結果を積分し、積分結果に応じてゲインを変化させるように構成してもよい。
【００６３】
Ｗ相のホール素子１５Ｗを駆動するためのホール素子駆動信号を出力するための構成については説明を省略するが、Ｕ相のホール素子１５Ｕ又はＶ相のホール素子１５Ｖを駆動するためのホール素子駆動信号を出力するための構成と同様の構成である。
【００６４】
ホール駆動部７０の上記構成によって、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅はほぼ等しく調整される。
【００６５】
以上が、本実施例１における角度検出装置２０の構成及び動作の説明である。
【００６６】
本実施例１では、ベクトル生成部３０によって、ブラシレスモータ１０に備えられているホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗが出力する、位相差が９０°でない正弦波信号から、図５とともに上記した演算により、位相差が９０°の正弦波信号を合成する。従って新たにセンサを追加することなく回転子１１の回転角度の検出をすることができる。
【００６７】
また、角度探索制御部５０により、２分法による近似探索アルゴリズムを用いて回転子１１の回転角度を探索するため、簡易な構成で、所定のステップ数で安定的に回転子の回転角度を検出することができる。また、２相パルス生成部６５を備えているため、モータに高価な光学エンコーダ等を備えていなくても、これと同等の２相のパルス信号を得ることができる。この点につき、図２１と共に後述する。
【００６８】
また、振幅検出手段としてのピーク値検出部７１、振幅調整手段としての比較部７２及び可変ゲイン部７３を備えているため、高精度に角度検出することができる。
【００６９】
また、センサとして安価なホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを用いることで、装置を安価に構成することができる。
【００７０】
次に、本発明の実施例２における装置構成について図１０を用いて説明する。ただし、前記実施例１と共通する説明は適宜省略する。
【００７１】
ここで、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、発振器６２、分周器６３、２相パルス生成部６５、ベクトル回転部４０、角度探索制御部５０の構成は実施例１と同様である。ホール駆動部７０も実施例１と同様である。従ってＷ相についてもＶ相と同様の構成を有する。
【００７２】
先ず、差動アンプ２５の構成及び動作を説明する。
【００７３】
差動アンプ２５は、前記Ｕ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、前記Ｖ相の差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−、Ｗ相の差動信号ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化して、それぞれアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷとして出力する。このとき、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの波形は、「数６」の式に示すような回転子１１の回転角度θに対して位相が異なる３つの正弦波の関数で表わされる。この式は３相ホール素子の差動出力波形を示す式である。ここで、ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅をそれぞれＡｕ、Ａｖ、Ａｗとする。
【００７４】
【数６】
次に、ベクトル生成部３５の構成及び動作を説明する。
【００７５】
ベクトル生成手段としてのベクトル生成部３５は、先ず「数７」の下式に示すように、前記アナログホール信号ＨＡＵをそのまま、Ｓ／Ｈ部３３Ｙにより、トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドして、Ｙ軸成分Ｖｙとして出力する。一方で、ベクトル生成部３５は、「数７」の上式の左辺に示すように、減算アンプ３６により、前記アナログホール信号ＨＡＶ、ＨＡＷの相互の減算結果にゲイン（１／√３）を乗じた結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｘにより、トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドして、Ｘ軸出力Ｖｘとして出力する。
【００７６】
【数７】
この演算により、Ｘ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙは、図４に示すように、９０°の位相差を持って回転角度θに対して正弦波状に変化する。ただし、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅Ａｕ、Ａｖ、Ａｗは、前述のホール駆動部７０の振幅調整によりほぼ等しくされる。
【００７７】
ここで、図１１を用いて「数７」の式が示す演算の意味を説明する。
【００７８】
直交するＸＹ平面上において、Ｙ軸と同じ方向にＵ軸を、−１２０°の方向にＶ軸を、＋１２０°の方向にＷ軸をとる。Ｕ軸、Ｖ軸、Ｗ軸上の長さ１の単位ベクトルＵ、Ｖ、Ｗを考えれば、ベクトルＵはＹ軸上の単位ベクトルになり、ベクトル（Ｗ−Ｖ）は、Ｘ軸上の長さ√３のベクトルになる。つまり、ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの相互演算を示す「数７」の式は、１２０°の角をなすＵＶＷ軸からＸＹ軸座標系への座標変換を示しており、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＷ−ＨＡＶ）には１／√３を乗じている。
【００７９】
なお、Ｙ軸成分ＶｙとＸ軸成分Ｖｘにより表されるベクトルが、「正弦波信号と、少なくとも２つの正弦波信号同士を相互演算した結果とにより表されるベクトル」である。すなわち図４から明らかなように、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「数７」の各式の右辺、すなわちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）により表されるベクトルである。また、「数７」の各式の左辺に示されるように、これらのうちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）はＨＡＷ及びＨＡＶの減算等（相互演算）によって求まり、Ａｕ＊ｓｉｎ（θ）はＨＡＵである。そしてこれらＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷは、「数６」に示されるように、それぞれ正弦波信号だからである。
【００８０】
以上が本実施例２における角度検出装置の構成及び動作であり、この角度検出装置によれば実施例１と同様の効果が得られる。
【００８１】
次に、本発明の実施例３におけるモータ駆動装置５００の構成について図１２を用いて説明する。ただし、実施例１又は実施例２と共通する部分の説明は適宜省略する。
【００８２】
ここで、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、角度検出装置２０は、実施例１における構成と同様である。
【００８３】
角度検出装置２０は上述した実施例１における角度検出装置２０であり、回転子１１の回転角度の変化に応じて２相のパルス信号ＥＮＣＡ，ＥＮＣＢを出力する（図１、図９参照）。なお、図１２における角度検出装置２０は検出角度データθｄを出力していないが、検出角度データθｄを出力して位置制御や正弦波駆動等に利用するように構成してもよい。
【００８４】
ブラシレスモータ１０及び角度検出装置２０に接続したホールコンパレータ８３は、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗのそれぞれの差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を、図１３に示す論理に従って２値化する比較器であり、２値化した信号をホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）として出力する。図１３中、例えば最上段のＨＧ（ＨＵ）は、ＨＵ＋がＨＵ−以上の場合ハイ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を出力し、ＨＵ＋がＨＵ−未満の場合ロー（Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。ＨＧ（ＨＶ），ＨＧ（ＨＷ）のそれぞれについても同様である。
【００８５】
駆動転流回路８５は、図１２及び図１４に示すように、電源Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子８８とダイオード８９が並列に接続された上側アーム８６と、これと同様に構成されて、接地ＧＮＤに接続された下側アーム８７とが、３相接続されて構成されている。それぞれのスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）により駆動され、ブラシレスモータ１０のコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗにパルス幅変調された電圧を印加して、コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗへ駆動電流を供給し、ブラシレスモータ１０を回転駆動する。
【００８６】
変調部８０は、駆動電圧指令値Ｖａｍｐ＊をパルス幅変調（Pulse Wide Modulation：以下「ＰＷＭ」と呼ぶ）して、所定の論理に基づいてＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ、ＸＬを生成する。
【００８７】
以下では、図１５を用いて変調部８０の動作を説明する。
【００８８】
図１５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までの振幅を有するとする。変調部８０は、非負の値をとる振幅指令値Ｖａｍｐ＊と、搬送波Ｖｃの大小を比較して、２段目に示すＰＷＭ信号Ｘｏｎを生成する。
【００８９】
次に、変調部８０は、図１５の３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｘｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アームのスイッチング素子８８のＰＷＭ相ゲート信号ＸＨを生成する。また、変調部８０は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎを反転させ、かつ立ち上がり（Ｘｏｎでは立ち下がり部分）をｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アームのスイッチング素子のＰＷＭ相ゲート信号ＸＬを生成する。なお、ｔｄは、上側アームと下側アームのスイッチング素子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）であり、ｔｐｗｍはＰＷＭ周期（搬送波Ｖｃの周期）の長さである。
【００９０】
次に、転流制御部８１の構成及び動作を説明する。
【００９１】
ＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ、ＸＬを入力された転流制御部８１は、上記ホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ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。
【００９２】
先ず、矩形波駆動でモータを回転駆動するためには、転流制御部８１は、図１６に示すようにホール信号ＨＧの状態に従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をＰＷＭ相、ＬＯＷ相、ＨｉＺ相のいずれかの相状態に割り振る。そして、相状態毎に以下に示すゲート信号を出力する。
【００９３】
すなわち、図１７に示すように、転流制御部８１は、ＰＷＭ相の場合、上側アームのゲート信号ＹＨとしてＸＨを選択し、下側アームのゲート信号ＹＬとしてＸＬを選択する。ＬＯＷ相の場合、上側アームのゲート信号ＹＨは常にＬｏ（ロー、Ｌｏｗ）とし、下側アームのゲート信号ＹＬは常にＨｉ（ハイ、Ｈｉｇｈ）に設定する。ＨｉＺ相の場合は、上側アームのゲート信号ＹＨも下側アームのゲート信号ＹＬも、常にＬｏ（ロー、Ｌｏｗ）に設定する。なお駆動転流回路８５に含まれる各スイッチング素子は、印加されるゲート信号がＨｉの場合導通し、Ｌｏの場合遮断される。又ゲート信号ＹＨ，ＹＬは、それぞれ、Ｕ相の場合上記ゲート信号ＵＨ，ＵＬ，Ｖ相の場合上記ゲート信号ＶＨ，ＶＬ，Ｗ相の場合上記ゲート信号ＷＨ，ＷＬをそれぞれ意味する（図１２参照）。
【００９４】
これらの選択は、前記ＰＷＭ周期の先頭において３相とも同時に更新される。回転方向を逆転する場合は、図１６においてＰＷＭ相とＬＯＷ相を入れ替えて選択すればよい。以下に駆動転流回路８５による転流動作の一例について説明を行う。
【００９５】
例えば図１６中、最初のＰＷＭ周期の相論理はＵ相がＬＯＷ相、Ｖ相がＰＷＭ相、Ｗ相がＨｉｚ相である。この場合、図１７の関係に従い、Ｕ相では上側アーム８６のスイッチング素子８８が遮断されて下側アーム８７のスイッチング素子が導通する。又Ｖ相では図１５のＸＨ，ＸＬに従い、上側アーム８６のスイッチング素子８８が一定期間導通し、下側アーム８７のスイッチング素子は当該上側アームの一定期間の導通期間を含む一定期間遮断される。Ｗ相では上側アーム８６、下側アーム８７の双方のスイッチング素子が遮断される。その結果この場合、上記一定期間の導通期間の間、Ｖ相の上側アーム８６及びＵ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｖ相のコイル１３ＶからＵ相のコイル１３Ｕへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｖ，１３Ｕに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９６】
図１６中、次（２番目）のＰＷＭ周期の相論理は、Ｕ相がＬＯＷ相、Ｖ相がＨｉｚ相、Ｗ相がＰＷＭ相である。この場合上記同様の転流動作により、Ｗ相の上側アーム８６の一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＵ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｗ相のコイル１３ＷからＵ相のコイル１３Ｕへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｗ，１３Ｕに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９７】
図１６中、更に次（３番目）のＰＷＭ周期の相論理は、Ｕ相がＨｉｚ相、Ｖ相がＬＯＷ相、Ｗ相がＰＷＭ相である。この場合上記同様の転流動作により、Ｗ相の上側のアーム８６の一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＶ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｗ相のコイル１３ＷからＶ相のコイル１３Ｖへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｗ，１３Ｖに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９８】
以降、図１６中、４番目のＰＷＭ周期ではＵ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＶ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｕ相のコイル１３ＵからＶ相のコイル１３Ｖへ駆動電流が流れる。５番目のＰＷＭ周期ではＵ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＷ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｕ相のコイル１３ＵからＷ相のコイル１３Ｗへ駆動電流が流れる。６番目のＰＷＭ周期ではＶ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＷ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｖ相のコイル１３ＶからＷ相のコイル１３Ｗへ駆動電流が流れる。以降、上述した、図１６に示す一連のＰＷＭ周期（６周期）のパターンが繰り返され、駆動転流回路８５の転流動作によってコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのそれぞれに適宜流される駆動電流により、回転子１１が連続して回転駆動される。
【００９９】
以上が、本実施例３におけるモータ駆動装置５００の構成及び動作である。
【０１００】
ここで、実施例３のモータ駆動装置５００の効果を説明するため、比較の目的で、図２１を用いて従来のモータ駆動装置５１０の構成を説明する。なお、実施例３のモータ駆動装置５００と共通する部分の説明は省略する。
【０１０１】
図２１の構成において、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、変調器８０、転流制御部８１、ホールコンパレータ８３及び駆動転流回路８５は、図１２に示される、実施例３のモータ駆動装置５００におけるものとそれぞれ同様である。
【０１０２】
図２１中、エンコーダ１６は光学式エンコーダであり、ブラシレスモータ１０の回転軸に接続された、外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタを有する。当該エンコーダ１６は、上記２個のフォトインタラプタの出力信号を２値化することにより、ブラシレスモータ１０の回転に応じて変化する、２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを出力する。なお、図１２に示される、実施例３のモータ駆動装置５００に含まれる角度検出器２０が出力する２相のパルス信号は、上記エンコーダ１６が出力する２相のパルス信号と等価である。
【０１０３】
以上が、従来のモータ駆動装置５１０の構成である。
【０１０４】
このように、図１２に示される実施例３のモータ駆動装置５００では、ブラシレスモータ１０の転流駆動のために必ず備えられているホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの出力信号を以下に述べる用途に利用する。すなわち、図２１の従来例と同様にホールコンパレータ８３，転流制御部８１，駆動転流回路８５及び変調器８０による転流タイミングの検出に利用するだけではなく、角度検出器２０による回転角度の検出にも利用する。その結果、図２１に示されるエンコーダ１６等の如くの別個のセンサの追加が不要となり、転流タイミングの検出のための構成とは別に角度検出のための構成を備えるモータ駆動装置を安価に構成することができる。ここで「転流タイミングの検出のための構成」とは、例えば図１２の実施例３の場合、上記ホールコンパレータ８３，転流制御部８１，駆動転流回路８５及び変調器８０を含む構成であり、「角度検出のための構成」とは例えば上記角度検出装置２０を含む構成である。
【０１０５】
最後に、本発明のモータ駆動装置５００を適用可能な画像形成装置の一例について説明する。
【０１０６】
図１８に示す画像形成装置１００は、いわゆるタンデム型のフルカラー装置であり、画像読み取り部を備えて複写装置として構成されたものである。本例の複写装置は、給紙テーブル１２０の上に装置本体１１０を搭載し、装置本体１１０の最上部にはスキャナ１３０が配置され、さらにその上に自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１４０を設けてある。
【０１０７】
スキャナ１３０の内部には、照明用光源とミラーから構成された第一走行体１３１と、ミラーを含む第二走行体１３２とがコンタクトガラス１３３に平行に移動可能に設けられている。第二走行体１３２は、第一走行体１３１の１／２の速度で移動する公知の光学系を採用しており、これらの走行体１３１，１３２が移動しながらコンタクトガラス１３２上に停止された原稿画像を走査する。光源で照明された原稿からの反射光は、集光レンズ１３４で結像され、ＣＣＤ等の固体撮像素子１３５に取り込まれる。そのデータは複写装置本体１１０の画像処理部（図示を省略）にて処理される。
【０１０８】
複写装置本体１１０のほぼ中央には、中間転写ベルト１０１が配設されている。この中間転写ベルト１０１の上辺に沿って４つの作像ユニット１０２が並べて配置されている。各作像ユニット１０２においては、感光体ドラム１０３の周囲に電子写真プロセスに必要な各機器が配置されている。
【０１０９】
中間転写ベルト１０１は、複数の支持ローラに張架されて図中時計回りに回転可能に設けられている。中間転写ベルト１０１の内側で、各作像ユニットの感光体ドラム１０３に対向する位置には、一次転写手段である転写ローラが配置されている。
【０１１０】
上記各作像ユニット１０２の上方には露光装置１０４が配設されている。露光装置１０４からの書き込み光は、各作像ユニット１０２の感光体ドラム１０３にそれぞれ照射される。
【０１１１】
中間転写ベルト１０１の下方には転写搬送ベルト１０５が配置されている。転写搬送ベルト１０５を支持する一方のローラが二次転写ローラとして機能し、中間転写ベルト１０１上の画像を記録媒体（転写紙等）に二次転写する。
【０１１２】
転写搬送ベルト１０５の左方には定着装置１０６が設けられている。定着装置１０６の左方の装置側面には排紙トレイ１０７が設けられている。また、装置本体１１０の最下部には、シート反転部１０８が設けられている。そして、給紙テーブル１２０には、２段の給紙カセット１２１，１２２が備えられている。
【０１１３】
さて、本例のカラー複写装置を用いてコピーをとるときは、ユーザはＡＤＦ１４０の原稿テーブル又はスキャナのコンタクトガラス１３３上に原稿をセットする。そして、図示しない操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、スキャナ１３０が駆動され、光源からの反射光をミラーで反射することにより集光レンズ１３４を通して読取りセンサ（画像撮像素子１３５）に入射させて原稿情報を読み取る。
【０１１４】
また、同じく操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、図示しない駆動モータで中間転写ベルト１０１が回転駆動される。同時に、個々の作像ユニット１０２において感光体１０３が回転され、各感光体１０３上にそれぞれ、ブラック，イエロー，マゼンタ，シアンの単色画像が形成される。そして、それらの単色画像が中間転写ベルト１０１上に順次転写されて合成カラー画像が形成される。
【０１１５】
ここで上記中間転写ベルト１０１を回転駆動する図示しない駆動モータとして、図１２と共に上述した実施例３のモータ駆動装置５００によって駆動されるブラシレスモータ１０を適用することができる。そして当該駆動モータとしてのブラシレスモータ１０を駆動するモータ駆動装置として、上記実施例３のモータ駆動装置５００を適用することができる。その場合、図１８においては図示が省略されているが、実施例３のモータ駆動装置５００が画像形成装置１００に含まれる。
【０１１６】
また、スタートスイッチが押されると、給紙テーブル１２０から用紙が繰り出され、レジストローラ１２６に突き当てられて一時停止される。
【０１１７】
そして、中間転写ベルト１０１上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ１２６が回転され、中間転写ベルト１０１と転写搬送ベルト１０５との間に用紙が送り込まれ、二次転写部で画像が転写されて用紙上にカラー画像が記録される。画像転写後の用紙は定着装置１０６に送られ、トナー像が定着されて排紙トレイ１０７に排出される。
【０１１８】
以上、本発明を図示の実施例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モータはアウタ・ロータ型に限らず、インナ・ロータ型も可能である。コイルの結線パターンもＹ字結線（スター結線）に限らずデルタ結線も可能である。モータ回転子の極数も８極に限らない。
【０１１９】
本発明のモータ駆動装置は家電製品、ＯＡ機器等に好適に適用可能であるが、ＯＡ機器としては上述した画像形成装置の他にも画像読取装置等に適用することができる。
【０１２０】
また、画像形成装置においては、作像部の構成等は任意であり、タンデム式における各色作像ユニットの並び順などは任意である。また、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものや、リボルバ型現像装置を用いる構成も可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１０ ブラシレスモータ
１１ 回転子
１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ ホール素子（センサ）
２０ 角度検出装置
３０，３５ ベクトル生成部（ベクトル生成手段）
４０ ベクトル回転部（ベクトル回転手段）
５０ 角度探索制御部（角度探索手段）
６５ ２相パルス生成部（２相パルス生成手段）
７１ ピーク値検出部（振幅検出手段）
７２ 比較器（振幅調整手段）
７３ 可変ゲイン（振幅調整手段）
１００ 画像形成装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２２】
【特許文献１】特許第４１１１８１３号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子などの回転角度を検出する角度検出装置、それを備えるモータを回転駆動するモータ駆動装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばモータを回転位置制御する場合、回転子の回転角度を検出する必要がある。モータの回転子の回転角度は、一般に、モータの回転子の回転軸にロータリーエンコーダを接続して検出することができる。この場合、ロータリエンコーダから、モータの回転子の回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を得、当該２相のパルス信号のエッジ検出結果と２相のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ状態から、相対的なモータの回転子の回転角度を検出することができる。
【０００３】
上記ロータリエンコーダとしての光学式エンコーダは、外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタにより構成される。そして２個のフォトインタラプタの出力信号を２値化することにより、２相のパルス信号を得ることができる。
【０００４】
また、特許文献１に記載の発明では、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する信号を出力する磁気センサを９０°の位相差を持って２つ配置している。ここでモータの回転子の回転角度をθ、得られる２相の磁気センサ信号出力のＸ相信号をＶｘ、Ｙ相信号をＶｙとする。その場合Ｖｘ、Ｖｙは、それぞれ振幅Ａｘを有する回転角度θについての余弦関数、振幅Ａｙを有する回転角度θについての正弦関数で表わすことができる。これら余弦関数及び正弦関数は、例えば図１９及び、９０°の位相差を有する２相正弦波信号を示す「数１」の式に示される。なお、磁気センサ信号出力の振幅Ａｘ、Ａｙの差によって誤差が生じるが、ここではこれらは事前に調整されており、Ａｘ＝Ａｙとする。
【０００５】
【数１】
ここで、磁気センサ出力信号の値Ｖｘ、Ｖｙを検出すると、図２０に示すように、検出したＶｘ、ＶｙがＸＹ平面上に形成するベクトルとＸ軸との角度が、モータの回転子の回転角度θに相当する。そこで、角度探索アルゴリズムを示す「数２」の式に従う回転変換により、図２０に示すように、所定のステップ角θｓｔｅｐずつ負の回転方向へ繰り返し回転させ、回転したベクトルのＹ成分Ｖｙ'（ｎ）が、正から負へ変化するまで繰り返す。このようにして得られるベクトルの総回転角度θｎが、モータの回転子の回転角度の検出角度になる。以上の動作を周期的に実行することにより、モータの回転子の回転角度を検出することができる。
【０００６】
【数２】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した光学式エンコーダは、スリット円盤とフォトインタラプタという部品が必要であり、さらにそれらの組み付けも必要になるため、これらがコスト増加の原因となる。
【０００８】
また、上述した特許文献１に記載の方式においても、例えば、ブラシレスモータは転流タイミング検知用に所定の位相差を持って配置された複数のホール素子を備えている。しかし、最も一般的な３相ブラシレスモータにおける転流用のホール素子は、出力信号が互いに１２０°の位相差を有するように配置されている。これに対し上述のようにしてモータの回転子の回転角度の検出を行うためには、９０°の位相差を有する信号を出力するホール素子を追加しなければならない。従ってコイル、回転子、１２０°の位相差を有するホール素子が一体に組み付けられている汎用のモータユニットを使用することはできず、やはりコスト増加の原因となる。
【０００９】
そこで本発明は、部品の追加等によるコスト増加を伴わずにモータの回転子の位置を安定的かつ高精度で検出することができる角度検出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】
【００１０】
本発明に従う角度検出装置は、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、前記ベクトル回転手段を用いて前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度をモータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従う角度検出装置により、高価な光学エンコーダなどを付加せずに回転子の位置を安定的かつ高精度で検出することができ、さらにセンサ出力の正弦波の位相差が９０°以外の場合でもモータの回転子の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における角度検出装置の構成図である。
【図２】ホール素子を備えたモータユニットの概略構成図である。
【図３】ホール素子の差動出力信号を示す図である。
【図４】相互演算結果のＸ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙの信号を示す図である。
【図５】実施例１におけるＵＶＷ軸からＸＹ軸への変換を示す図である。
【図６】実施例１におけるメモリに格納される正弦データと余弦データを示す図である。
【図７】実施例１における角度探索シーケンスのタイミングチャートを示す図である。
【図８ａ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝１）を示す図である。
【図８ｂ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝２）を示す図である。
【図８ｃ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝３）を示す図である。
【図８ｄ】実施例１における角度探索シーケンスの動作（カウントｎ＝４）を示す図である。
【図９】２相のパルス信号の生成論理を示す図である。
【図１０】実施例２における差動アンプ及びベクトル生成部の構成図である。
【図１１】実施例２におけるＵＶＷ軸からＸＹ軸への変換を示す図である。
【図１２】実施例３におけるモータ駆動装置の全体構成図である。
【図１３】ホール信号を生成する条件を示す図である。
【図１４】駆動転流回路の上側アームの構成図である。
【図１５】変調部の動作を示す図である。
【図１６】ホール信号と矩形波駆動の相論理を示す図である。
【図１７】相論理とゲート信号の関係を示す図である。
【図１８】本発明を適用した画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
【図１９】９０°の位相差を有する２相正弦波信号の波形を示す図である。
【図２０】従来技術における角度探索アルゴリズムの動作例を示す図である。
【図２１】従来技術におけるモータ駆動装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施例１における装置構成について図面を用いて説明する。
【００１４】
先ず、図２に示すように、ブラシレスモータ１０は、互いに１２０°の位相差を持ち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成されるそれぞれのコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ（図２においては省略、図１２参照）を有する。ブラシレスモータ１０は更に、コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石を有する回転子１１を有する。ブラシレスモータ１０は、コイル端子１２Ｕ，１２Ｖ，１３Ｗからそれぞれコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗへ、回転角度に応じて適切に転流された電流（駆動電流）が供給されて回転駆動される（詳細については図１２乃至１７と共に後述する）。なお、本実施例における回転子１１の永久磁石は図２に示されるように８極（極ペア数は４）とする。
【００１５】
また図示のように、３個のホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗが、回転子１１の近傍に固定して配置されており、回転子１１の回転角度位置を検出する。それぞれのホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗは、ゲルマニウムやInSbのホール効果を利用して、回転子１１の磁界の変化に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を出力する。差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化することによってアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷを得る。シングルエンド化とは、差動信号をシングルエンド信号に変換することを言う。これらアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷは図３に示すように回転子１１の回転に応じて正弦波状に変化する。これらアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷが互いに１２０°の位相差を有する波形になるように、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは配置されている。なお、図３では仮に３相の振幅を等しく示している。
【００１６】
このとき、本実施例における回転子１１の磁極数は８であるため、図３に示す各正弦波は、回転子１１の１回転当たり４周期含まれる。逆に言えば回転子１１の１／４回転が図３に示す各正弦波の１周期に相当する。以下では説明の便宜上、ブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度（θ）を、アナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示す。従って、実際のブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度は、このようにしてアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された値（θ）に対し、その１／４の値となる。例えばこのようにしてアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された回転角度の値（θ）が３６０°であった場合、実際のブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度はその１／４の９０°ということになる。
【００１７】
なお、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗを駆動するためには、前記差動信号の出力方向及び検出する磁束の方向に対して垂直に電圧を掛ける必要があるが、図２における図示は省略する。
【００１８】
なお、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗは、回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサに相当する。
【００１９】
次に、図１を用いて本実施例における角度検出装置２０の構成を説明する。
【００２０】
角度検出装置２０は大略、差動アンプ２２，ベクトル生成部３０，ベクトル回転部４０，角度探索制御部５０，２相パルス生成部６５，ホール駆動部７０、発振器６２及び分周器６３を有する。
【００２１】
発振器６２は、周期的なパルス信号であるクロック信号ｃｌｋを出力する。分周器６３は、クロック信号ｃｌｋを分周してトリガｆｓを出力する。このとき、分周比は後述する角度探索のシーケンスに対して矛盾の無いように、後述する検出角度データθｄの語長よりも大きくする必要がある。
【００２２】
ブラシレスモータ１０のホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗからの差動信号を入力された差動アンプ２２は、Ｕ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、Ｖ相の差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−をシングルエンド化して、それぞれアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶとして出力する。このとき、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの波形は、３相ホール素子の差動出力波形を示す「数３」の式のように示される。すなわち、上記の如くアナログホール信号ＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷの正弦波の１周期を３６０°として示された回転子１１の回転角度θ（以下単に「回転角度θ」と称する）に対し、位相が異なる２つの正弦関数で表わされる。ここで、ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅をそれぞれＡｕ、Ａｖとする。
【００２３】
【数３】
次に、ベクトル生成部３０の構成及び動作を説明する。
【００２４】
差動アンプ２２に接続したベクトル生成手段としてのベクトル生成部３０は、減算アンプ３２によりアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶに対し「数４」の上式の左辺に示す減算を実行し、さらに減算結果にゲイン（１／√３）を乗じた演算結果を得る。そして得られた演算結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｘにより、前記トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドしてＸ軸成分Ｖｘとして出力する。同様に、ベクトル生成部３０は、加算アンプ３１によりアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶに対し「数４」の下式の左辺に示す加算を実行した演算結果を得る。そして得られた演算結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｙにより、前記トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドしてＹ軸出力Ｖｙとして出力する。
【００２５】
これによりＸ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙは、「数４」の各式の右辺及び図４に示すように、９０°の位相差を持って回転角度θに対して正弦波状に変化する。ただし、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅Ａｕ、Ａｖは、後述するホール駆動部７０の振幅調整により互いに等しくされている。
【００２６】
【数４】
ここで、図５を用いて「数４」の各式が示す演算の意味を説明する。
【００２７】
直交するＸＹ平面上に、Ｙ軸に対して＋６０°の方向にＵ軸を、−６０°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）はＹ軸上の単位ベクトルＹになり、ベクトル（Ｕ−Ｖ）はＸ軸上の長さ√３のベクトルになる。つまり、ＨＡＵ、ＨＡＶの相互演算を示す式である「数４」は、１２０°の角をなすＵＶ軸からＸＹ軸座標系への座標変換を示しており、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＵ−ＨＡＶ）には１／√３を乗じている。
【００２８】
なお、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトル」である。すなわち図４から明らかなように、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「数４」の各式の右辺、すなわちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）により表されるベクトルである。また、「数４」の各式の左辺に示されるように、これらＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）は、ＨＡＵ及びＨＡＶの加減算等（相互演算）によって求まり、「数３」に示されるように、ＨＡＵ及びＨＡＶはそれぞれ正弦波信号だからである。
【００２９】
次に、ベクトル回転部４０の構成及び動作を説明する。
【００３０】
ベクトル生成部３０に接続したベクトル回転手段としてのベクトル回転部４０は、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルを、後述する検出角度データθｄの値に従って回転変換して、それぞれ回転Ｘ軸成分Ｖｘ'、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'として出力する。
【００３１】
メモリ４５は、不揮発メモリであり、図６に示すように、それぞれ１周期を６４分割して、振幅を１２８［ＬＳＢ］で表す正弦データｓｉｎｄａｔ及び余弦データｃｏｓｄａｔを保持する。そして、後述する６ビットの語長を有する検出角度データθｄの値に従って、それぞれの対応するデータ値を出力する。
【００３２】
ＤＡＣ（デジタル−アナログコンバータ）４６は、メモリ４５の出力したデータ値ｓｉｎｄａｔ、ｃｏｓｄａｔを値に比例したアナログ値に変化して、アナログ正弦値Ａｓｉｎ、アナログ余弦値Ａｃｏｓとして出力する。このとき、出力値にはオフセットを与えてもよい。
【００３３】
乗算器４１は、アナログ乗算器であり、Ｘ軸成分Ｖｘ又はＹ軸成分Ｖｙと、アナログ正弦値Ａｓｉｎ又はアナログ余弦値Ａｃｏｓとを組み合わせて乗じた４つの乗算結果を出力する。
【００３４】
加算アンプ４２は、乗算器４１の乗算結果から所定の２つを加算して、回転Ｘ軸成分Ｖｘ'として出力する。なお、このときＶｘ'にゲインを乗じる構成としてもよい。
【００３５】
減算アンプ４３は、乗算器４１の乗算結果から所定の２つの一方から他方を減算して、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'として出力する。なお、このときＶｙ'にゲインを乗じる構成としてもよい。
【００３６】
次に、ベクトル回転部４０の演算について詳細に説明する。
【００３７】
回転Ｘ軸成分Ｖｘ'は、Ｘ軸成分Ｖｘとアナログ余弦値Ａｃｏｓの乗算結果と、Ｙ軸成分Ｖｙとアナログ正弦値Ａｓｉｎの乗算結果を加算した値である。すなわちＶｘ'＝Ａｃｏｓ・Ｖｘ＋Ａｓｉｎ・Ｖｙの演算がなされる。回転Ｙ軸成分Ｖｙ'は、Ｘ軸成分Ｖｘとアナログ正弦値Ａｓｉｎの乗算結果を、Ｙ軸成分Ｖｙとアナログ余弦値Ａｃｏｓの乗算結果から減算した値である。すなわちＶｙ'＝−Ａｓｉｎ・Ｖｘ＋Ａｃｏｓ・Ｖｙの演算がなされる。
【００３８】
ここで、「数５」に示す式による演算は、ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）をベクトル（Ｖｘ'、Ｖｙ'）へ時計周り方向へθだけ回転させる１次変換を意味する。「数５」によれば、Ｖｘ'，Ｖｙ'はそれぞれ、Ｖｘ'＝ｃｏｓθ・Ｖｘ＋ｓｉｎθ・Ｖｙ、Ｖｙ'＝−ｓｉｎθ・Ｖｘ＋ｃｏｓθ・Ｖｙとして得られる。「数５」の式による演算と同様に、前述のベクトル回転部４０の演算は、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙの表すベクトルを検出角度データθｄの値だけ時計回りに回転させることに相当する。
【００３９】
【数５】
なお、本実施例においては乗算器４１を４つ並べる構成としているが、１つの乗算器を時系列で交互に使い回すように構成してもよい。また、乗算器はアナログ乗算器を用いているが、全ての乗算器をデジタル回路で実現したデジタル乗算器を用いてもよい。この場合、デジタル回路の構成に合わせて信号のアナログ／デジタルの変換が必要となる。
【００４０】
なお、本実施例におけるアナログ正弦値Ａｓｉｎ及びアナログ余弦値Ａｃｏｓは、複数の位相を有する基準正弦波に相当する。
【００４１】
次に、角度探索手段としての角度探索制御部５０の構成及び動作を説明する。
【００４２】
角度探索制御部５０は、出力する検出角度データθｄを変化させて、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'が近似的に０になる検出角度を探索する処理をトリガｆｓの到来の度に実行する。
【００４３】
符号判定部５２は、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'の値の正負を判定して、符号判定結果ｓｉｇｎを出力する。なお、図１においては０を基準に示しているが、所定のオフセット値に対する大小により符号を判定するように構成してもよい。
【００４４】
ＳＡＲ５３は、逐次近似レジスタであり、後述するシーケンサ５１により値を適宜書き換えられ、その値を検出角度データθｄとして出力する。本実施例においては、データ語長は６ビットとする。
【００４５】
シーケンサ５１は、ＳＡＲ５３の値を書き換え、その結果として変化する符合判定結果ｓｉｇｎの値によりＳＡＲ５３の値を確定させるという角度探索シーケンスを、トリガｆｓの到来の度に実行する。
【００４６】
以下では、シーケンサ５１の動作を図７、図８ａ〜図８ｄを用いて詳細に説明する。
【００４７】
先ず、分周器６３からのトリガｆｓがシーケンサ５１に到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝１として、また図８ａに示すようにＳＡＲ５３の最上位ビットであるｂｉｔ５の値のみ１として、残りの値は全て０とする。なお、ＳＡＲ５３の値を書き換えることは、検出角度データθｄの値を変化させることと同じであり、以下でも同様である。この場合、ＳＡＲ５３の値が、６ビット全てが０の状態から、上記の如く、ｂｉｔ５の値のみが１の状態に変わる。これに応じて検出角度データθｄが変わり、このため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＝１８０°だけ回転させられる。このθ１＝１８０°が、上記ＳＡＲ５３の値が６ビット全てが０の状態からｂｉｔ５の値のみが１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。このときの回転Ｘ軸成分Ｖｘ'、回転Ｙ軸成分Ｖｙ'をそれぞれＶｘ'（１）、Ｖｙ'（１）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（１）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ａの例ではＶｙ'（１）の符号は正である。このようにＶｙ'（１）の符号が正ならばＳＡＲ５３の最上位のビット５を１のまま確定する。
【００４８】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝２として、図８ｂに示すようにＳＡＲ５３の最上位から２ビット目であるｂｉｔ４の値を１に書き換える。ｂｉｔ５の値については、確定した値１のままでよいため書き換えず、その他のビットの値も書き換えない。再び検出角度データθｄが変わるため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２＝１８０°＋９０°だけ回転させられる。このθ１＋θ２＝１８０°＋９０°が、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ４のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（２）、Ｖｙ'（２）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（２）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｂの例では、Ｖｙ'（２）の符号は負である。このようにＶｙ'（２）の符号が負ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ４を０に戻して確定する。
【００４９】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝３として、図８ｃに示すようにＳＡＲ５３の最上位から３ビット目であるｂｉｔ３の値を１に書き換える。その他のビットの値（ｂｉｔ５が１，ｂｉｔ４が０，ｂｉｔ２〜０がそれぞれ０）は書き換えない。再び検出角度データθｄが変わるため、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３＝１８０°＋９０°−４５°だけ回転させられる。このθ１＋θ２−θ３＝１８０°＋９０°−４５°（＝２２５°）は、θ１＋θ３＝１８０°＋４５°（＝２２５°）と等しく、すなわち、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ３のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（３）、Ｖｙ'（３）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（３）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｃの例では、Ｖｙ'（３）の符号は負である。このようにＶｙ'（３）の符号が負ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ３を０に戻して確定する。
【００５０】
次のクロックｃｌｋが到来すると、図７に示すようにカウントｎ＝４として、図８ｄに示すようにＳＡＲ５３の最上位から４ビット目であるｂｉｔ２の値を１に書き換える。その他のビットの値（ｂｉｔ５が１，ｂｉｔ４〜３がそれぞれ０，ｂｉｔ１〜０がそれぞれ０）は書き換えない。再び、検出角度データθｄが変わることにより、ベクトル回転部４０によりベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３−θ４＝１８０°＋９０°−４５°−２２．５°だけ回転する。このθ１＋θ２−θ３−θ４＝１８０°＋９０°−４５°−２２．５°（＝２０２．５°）は、θ１＋θ３＝１８０°＋２２．５°（＝２０２．５°）と等しく、すなわち、当初のＳＡＲ５３の値が６ビット全て０の状態から、ｂｉｔ５及びｂｉｔ２のそれぞれの値が１の状態へ変化したことに対応するベクトル回転量である。ここで、同様に回転結果をＶｘ'（４）、Ｖｙ'（４）とおくと、シーケンサ５１は、Ｖｙ'（４）の符号を符号判定結果ｓｉｇｎにより検出する。図８ｄの例では、Ｖｙ'（４）の符号は正である。このようにＶｙ'（４）の符号が正ならばＳＡＲ５３のｂｉｔ２を１のまま確定する。
【００５１】
シーケンサ５１は、以上のようなシーケンスを、カウントｎ＝１から６まで、計６ステップ繰り返す。これはＳＡＲ５３の語長に相当し、全てのｂｉｔの値が確定される。
【００５２】
以上のシーケンサ５１の動作を一般化して説明すると、ベクトル（Ｖｘ'（ｎ）、Ｖｙ'（ｎ））の回転角度θｎ（ｎ＝１、２、・・・６）を１ステップごとに半分にして、また回転方向としては、回転したベクトルのＹ軸成分Ｖｙ'が正ならば次のステップは時計回り方向へ、負ならば次のステップは反時計回り方向へ、ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を回転させる。
【００５３】
最終的にベクトル（Ｖｘ'（ｎ）、Ｖｙ'（ｎ））がＸ軸に最も近くまで回転した角度位置が得られる。このようにして、角度探索シーケンスにおける総回転角度が、近似的にベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）とＸ軸とのなす角度として検出できる。これは２分法による近似探索アルゴリズムである。
【００５４】
以上のようにして、Ｘ軸を位相の基準とした、回転子１１の回転角度を示す検出角度データθｄを検出することができる。ここで図２０とともに上述した例では、ベクトルを所定のステップ角ずつ負の回転方向へ繰り返し回転させ、回転したベクトルのＹ成分が正から負へ変化するまで繰り返すことによって回転子の回転角度を求めていた。これに対し本実施例では、図７乃至図８ａとともに上述したように、上記の如く２分法による近似探索アルゴリズムに従い、ステップ毎に回転量を順次半分（１／２）にする。そして回転の結果Ｙ成分の符号が変化する度に回転方向を逆転させることを繰り返してベクトルを徐々にＸ軸に近づける（例えば図８ｂ乃至図８ｄ中、（Ｖｘ'（２）、Ｖｙ'（２））→（Ｖｘ'（３）、Ｖｙ'（３））→（Ｖｘ'（４）、Ｖｙ'（４）））。その結果上記の如く、最終的にベクトルがＸ軸に最も近くまで回転した角度位置を得ることができる。そして角度探索シーケンスにおける総回転角度が、回転子１１の回転角度を示すベクトルとＸ軸とのなす角度として検出できるのである。なおこのとき、検出角度データθｄに所定のオフセットを加えた値を回転子角度として検出し、Ｘ軸以外の所定の位相を基準として回転子１１の回転角度を示す検出角度データθｄを検出するように構成してもよい。
【００５５】
次に、２相パルス生成手段としての２相パルス生成部６５の構成及び動作を説明する。
【００５６】
２相パルス生成部６５は、図９に示す生成論理に従い、上記検出角度データθｄの下位２ビットを参照して、分周器６３からのトリガｆｓの到来の度に出力する２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを更新する（図７の最下段のＥＮＣＡ、ＥＮＣＢ参照）。このようにして、コスト増加の原因となる高価な光学エンコーダなどを備えなくても、１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を得ることができるため、装置を安価に構成することができる。なお、この点につき、図２１と共に後述する。
【００５７】
次に、ホール駆動部７０の構成及び動作を説明する。
【００５８】
ホール駆動部７０は、Ｕ相のホール素子１５Ｕを駆動するための、不図示の電源から供給される所定の電圧又は電流であるホール素子駆動信号Ｈｄｒｖ、及びＶ相のホール素子１５Ｖを駆動するためのＶ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖを出力する。
【００５９】
ここで、Ｖ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖは、以下のピーク検出部７１、比較部７２、可変ゲイン部７３により生成される。
【００６０】
振幅検出手段としてのピーク値検出部７１は、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶのそれぞれの正弦波形のピーク値を検出し、それぞれのピーク値を出力する。
【００６１】
振幅調整手段としての比較部７２は、前記Ｕ相、Ｖ相のピーク値を比較して、Ｕ相のピーク値がＶ相のピーク値より大きい場合は振幅差が正の値となるように、Ｕ相のピーク値がＶ相のピーク値より小さい場合は振幅差が負の値となるように、比較結果を出力する。
【００６２】
振幅調整手段としての可変ゲイン部７３は、前記ホール素子駆動信号Ｈｄｒｖにゲインを乗じてＶ相ホール素子駆動信号ＨＶｄｒｖとして出力する。このとき、比較部７２の出力する比較結果が正のときはゲインが大きくなるように、負のときはゲインが小さくなるようにゲインを変化させる。なお、積分器を用いて比較結果を積分し、積分結果に応じてゲインを変化させるように構成してもよい。
【００６３】
Ｗ相のホール素子１５Ｗを駆動するためのホール素子駆動信号を出力するための構成については説明を省略するが、Ｕ相のホール素子１５Ｕ又はＶ相のホール素子１５Ｖを駆動するためのホール素子駆動信号を出力するための構成と同様の構成である。
【００６４】
ホール駆動部７０の上記構成によって、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶの振幅はほぼ等しく調整される。
【００６５】
以上が、本実施例１における角度検出装置２０の構成及び動作の説明である。
【００６６】
本実施例１では、ベクトル生成部３０によって、ブラシレスモータ１０に備えられているホール素子１５Ｕ、１５Ｖ，１５Ｗが出力する、位相差が９０°でない正弦波信号から、図５とともに上記した演算により、位相差が９０°の正弦波信号を合成する。従って新たにセンサを追加することなく回転子１１の回転角度の検出をすることができる。
【００６７】
また、角度探索制御部５０により、２分法による近似探索アルゴリズムを用いて回転子１１の回転角度を探索するため、簡易な構成で、所定のステップ数で安定的に回転子の回転角度を検出することができる。また、２相パルス生成部６５を備えているため、モータに高価な光学エンコーダ等を備えていなくても、これと同等の２相のパルス信号を得ることができる。この点につき、図２１と共に後述する。
【００６８】
また、振幅検出手段としてのピーク値検出部７１、振幅調整手段としての比較部７２及び可変ゲイン部７３を備えているため、高精度に角度検出することができる。
【００６９】
また、センサとして安価なホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを用いることで、装置を安価に構成することができる。
【００７０】
次に、本発明の実施例２における装置構成について図１０を用いて説明する。ただし、前記実施例１と共通する説明は適宜省略する。
【００７１】
ここで、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、発振器６２、分周器６３、２相パルス生成部６５、ベクトル回転部４０、角度探索制御部５０の構成は実施例１と同様である。ホール駆動部７０も実施例１と同様である。従ってＷ相についてもＶ相と同様の構成を有する。
【００７２】
先ず、差動アンプ２５の構成及び動作を説明する。
【００７３】
差動アンプ２５は、前記Ｕ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、前記Ｖ相の差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−、Ｗ相の差動信号ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化して、それぞれアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷとして出力する。このとき、アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの波形は、「数６」の式に示すような回転子１１の回転角度θに対して位相が異なる３つの正弦波の関数で表わされる。この式は３相ホール素子の差動出力波形を示す式である。ここで、ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅をそれぞれＡｕ、Ａｖ、Ａｗとする。
【００７４】
【数６】
次に、ベクトル生成部３５の構成及び動作を説明する。
【００７５】
ベクトル生成手段としてのベクトル生成部３５は、先ず「数７」の下式に示すように、前記アナログホール信号ＨＡＵをそのまま、Ｓ／Ｈ部３３Ｙにより、トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドして、Ｙ軸成分Ｖｙとして出力する。一方で、ベクトル生成部３５は、「数７」の上式の左辺に示すように、減算アンプ３６により、前記アナログホール信号ＨＡＶ、ＨＡＷの相互の減算結果にゲイン（１／√３）を乗じた結果を、Ｓ／Ｈ部３３Ｘにより、トリガｆｓのタイミングでサンプルホールドして、Ｘ軸出力Ｖｘとして出力する。
【００７６】
【数７】
この演算により、Ｘ軸出力Ｖｘ、Ｙ軸出力Ｖｙは、図４に示すように、９０°の位相差を持って回転角度θに対して正弦波状に変化する。ただし、前記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの振幅Ａｕ、Ａｖ、Ａｗは、前述のホール駆動部７０の振幅調整によりほぼ等しくされる。
【００７７】
ここで、図１１を用いて「数７」の式が示す演算の意味を説明する。
【００７８】
直交するＸＹ平面上において、Ｙ軸と同じ方向にＵ軸を、−１２０°の方向にＶ軸を、＋１２０°の方向にＷ軸をとる。Ｕ軸、Ｖ軸、Ｗ軸上の長さ１の単位ベクトルＵ、Ｖ、Ｗを考えれば、ベクトルＵはＹ軸上の単位ベクトルになり、ベクトル（Ｗ−Ｖ）は、Ｘ軸上の長さ√３のベクトルになる。つまり、ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷの相互演算を示す「数７」の式は、１２０°の角をなすＵＶＷ軸からＸＹ軸座標系への座標変換を示しており、変換後の長さを等しくするために（ＨＡＷ−ＨＡＶ）には１／√３を乗じている。
【００７９】
なお、Ｙ軸成分ＶｙとＸ軸成分Ｖｘにより表されるベクトルが、「正弦波信号と、少なくとも２つの正弦波信号同士を相互演算した結果とにより表されるベクトル」である。すなわち図４から明らかなように、Ｘ軸成分Ｖｘ、Ｙ軸成分Ｖｙにより表されるベクトルは、「数７」の各式の右辺、すなわちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）及びＡｕ＊ｓｉｎ（θ）により表されるベクトルである。また、「数７」の各式の左辺に示されるように、これらのうちＡｕ＊ｃｏｓ（θ）はＨＡＷ及びＨＡＶの減算等（相互演算）によって求まり、Ａｕ＊ｓｉｎ（θ）はＨＡＵである。そしてこれらＨＡＵ，ＨＡＶ，ＨＡＷは、「数６」に示されるように、それぞれ正弦波信号だからである。
【００８０】
以上が本実施例２における角度検出装置の構成及び動作であり、この角度検出装置によれば実施例１と同様の効果が得られる。
【００８１】
次に、本発明の実施例３におけるモータ駆動装置５００の構成について図１２を用いて説明する。ただし、実施例１又は実施例２と共通する部分の説明は適宜省略する。
【００８２】
ここで、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、角度検出装置２０は、実施例１における構成と同様である。
【００８３】
角度検出装置２０は上述した実施例１における角度検出装置２０であり、回転子１１の回転角度の変化に応じて２相のパルス信号ＥＮＣＡ，ＥＮＣＢを出力する（図１、図９参照）。なお、図１２における角度検出装置２０は検出角度データθｄを出力していないが、検出角度データθｄを出力して位置制御や正弦波駆動等に利用するように構成してもよい。
【００８４】
ブラシレスモータ１０及び角度検出装置２０に接続したホールコンパレータ８３は、ホール素子１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗのそれぞれの差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を、図１３に示す論理に従って２値化する比較器であり、２値化した信号をホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）として出力する。図１３中、例えば最上段のＨＧ（ＨＵ）は、ＨＵ＋がＨＵ−以上の場合ハイ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を出力し、ＨＵ＋がＨＵ−未満の場合ロー（Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。ＨＧ（ＨＶ），ＨＧ（ＨＷ）のそれぞれについても同様である。
【００８５】
駆動転流回路８５は、図１２及び図１４に示すように、電源Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子８８とダイオード８９が並列に接続された上側アーム８６と、これと同様に構成されて、接地ＧＮＤに接続された下側アーム８７とが、３相接続されて構成されている。それぞれのスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）により駆動され、ブラシレスモータ１０のコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗにパルス幅変調された電圧を印加して、コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗへ駆動電流を供給し、ブラシレスモータ１０を回転駆動する。
【００８６】
変調部８０は、駆動電圧指令値Ｖａｍｐ＊をパルス幅変調（Pulse Wide Modulation：以下「ＰＷＭ」と呼ぶ）して、所定の論理に基づいてＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ、ＸＬを生成する。
【００８７】
以下では、図１５を用いて変調部８０の動作を説明する。
【００８８】
図１５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までの振幅を有するとする。変調部８０は、非負の値をとる振幅指令値Ｖａｍｐ＊と、搬送波Ｖｃの大小を比較して、２段目に示すＰＷＭ信号Ｘｏｎを生成する。
【００８９】
次に、変調部８０は、図１５の３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｘｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アームのスイッチング素子８８のＰＷＭ相ゲート信号ＸＨを生成する。また、変調部８０は、ＰＷＭ信号Ｘｏｎを反転させ、かつ立ち上がり（Ｘｏｎでは立ち下がり部分）をｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アームのスイッチング素子のＰＷＭ相ゲート信号ＸＬを生成する。なお、ｔｄは、上側アームと下側アームのスイッチング素子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）であり、ｔｐｗｍはＰＷＭ周期（搬送波Ｖｃの周期）の長さである。
【００９０】
次に、転流制御部８１の構成及び動作を説明する。
【００９１】
ＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ、ＸＬを入力された転流制御部８１は、上記ホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ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。
【００９２】
先ず、矩形波駆動でモータを回転駆動するためには、転流制御部８１は、図１６に示すようにホール信号ＨＧの状態に従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をＰＷＭ相、ＬＯＷ相、ＨｉＺ相のいずれかの相状態に割り振る。そして、相状態毎に以下に示すゲート信号を出力する。
【００９３】
すなわち、図１７に示すように、転流制御部８１は、ＰＷＭ相の場合、上側アームのゲート信号ＹＨとしてＸＨを選択し、下側アームのゲート信号ＹＬとしてＸＬを選択する。ＬＯＷ相の場合、上側アームのゲート信号ＹＨは常にＬｏ（ロー、Ｌｏｗ）とし、下側アームのゲート信号ＹＬは常にＨｉ（ハイ、Ｈｉｇｈ）に設定する。ＨｉＺ相の場合は、上側アームのゲート信号ＹＨも下側アームのゲート信号ＹＬも、常にＬｏ（ロー、Ｌｏｗ）に設定する。なお駆動転流回路８５に含まれる各スイッチング素子は、印加されるゲート信号がＨｉの場合導通し、Ｌｏの場合遮断される。又ゲート信号ＹＨ，ＹＬは、それぞれ、Ｕ相の場合上記ゲート信号ＵＨ，ＵＬ，Ｖ相の場合上記ゲート信号ＶＨ，ＶＬ，Ｗ相の場合上記ゲート信号ＷＨ，ＷＬをそれぞれ意味する（図１２参照）。
【００９４】
これらの選択は、前記ＰＷＭ周期の先頭において３相とも同時に更新される。回転方向を逆転する場合は、図１６においてＰＷＭ相とＬＯＷ相を入れ替えて選択すればよい。以下に駆動転流回路８５による転流動作の一例について説明を行う。
【００９５】
例えば図１６中、最初のＰＷＭ周期の相論理はＵ相がＬＯＷ相、Ｖ相がＰＷＭ相、Ｗ相がＨｉｚ相である。この場合、図１７の関係に従い、Ｕ相では上側アーム８６のスイッチング素子８８が遮断されて下側アーム８７のスイッチング素子が導通する。又Ｖ相では図１５のＸＨ，ＸＬに従い、上側アーム８６のスイッチング素子８８が一定期間導通し、下側アーム８７のスイッチング素子は当該上側アームの一定期間の導通期間を含む一定期間遮断される。Ｗ相では上側アーム８６、下側アーム８７の双方のスイッチング素子が遮断される。その結果この場合、上記一定期間の導通期間の間、Ｖ相の上側アーム８６及びＵ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｖ相のコイル１３ＶからＵ相のコイル１３Ｕへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｖ，１３Ｕに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９６】
図１６中、次（２番目）のＰＷＭ周期の相論理は、Ｕ相がＬＯＷ相、Ｖ相がＨｉｚ相、Ｗ相がＰＷＭ相である。この場合上記同様の転流動作により、Ｗ相の上側アーム８６の一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＵ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｗ相のコイル１３ＷからＵ相のコイル１３Ｕへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｗ，１３Ｕに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９７】
図１６中、更に次（３番目）のＰＷＭ周期の相論理は、Ｕ相がＨｉｚ相、Ｖ相がＬＯＷ相、Ｗ相がＰＷＭ相である。この場合上記同様の転流動作により、Ｗ相の上側のアーム８６の一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＶ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｗ相のコイル１３ＷからＶ相のコイル１３Ｖへ駆動電流が流れる。その結果、各コイル１３Ｗ，１３Ｖに流れる駆動電流と図２に示す回転子１１の永久磁石による磁界との関係で回転駆動力が生じ、回転子１１が駆動される。
【００９８】
以降、図１６中、４番目のＰＷＭ周期ではＵ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＶ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｕ相のコイル１３ＵからＶ相のコイル１３Ｖへ駆動電流が流れる。５番目のＰＷＭ周期ではＵ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＷ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｕ相のコイル１３ＵからＷ相のコイル１３Ｗへ駆動電流が流れる。６番目のＰＷＭ周期ではＶ相の上側アームの一定期間の導通期間の間、当該上側アーム８６及びＷ相の下側アーム８７のそれぞれのスイッチング素子を介し、Ｖ相のコイル１３ＶからＷ相のコイル１３Ｗへ駆動電流が流れる。以降、上述した、図１６に示す一連のＰＷＭ周期（６周期）のパターンが繰り返され、駆動転流回路８５の転流動作によってコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのそれぞれに適宜流される駆動電流により、回転子１１が連続して回転駆動される。
【００９９】
以上が、本実施例３におけるモータ駆動装置５００の構成及び動作である。
【０１００】
ここで、実施例３のモータ駆動装置５００の効果を説明するため、比較の目的で、図２１を用いて従来のモータ駆動装置５１０の構成を説明する。なお、実施例３のモータ駆動装置５００と共通する部分の説明は省略する。
【０１０１】
図２１の構成において、ブラシレスモータ１０、ホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、変調器８０、転流制御部８１、ホールコンパレータ８３及び駆動転流回路８５は、図１２に示される、実施例３のモータ駆動装置５００におけるものとそれぞれ同様である。
【０１０２】
図２１中、エンコーダ１６は光学式エンコーダであり、ブラシレスモータ１０の回転軸に接続された、外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタを有する。当該エンコーダ１６は、上記２個のフォトインタラプタの出力信号を２値化することにより、ブラシレスモータ１０の回転に応じて変化する、２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを出力する。なお、図１２に示される、実施例３のモータ駆動装置５００に含まれる角度検出器２０が出力する２相のパルス信号は、上記エンコーダ１６が出力する２相のパルス信号と等価である。
【０１０３】
以上が、従来のモータ駆動装置５１０の構成である。
【０１０４】
このように、図１２に示される実施例３のモータ駆動装置５００では、ブラシレスモータ１０の転流駆動のために必ず備えられているホール素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの出力信号を以下に述べる用途に利用する。すなわち、図２１の従来例と同様にホールコンパレータ８３，転流制御部８１，駆動転流回路８５及び変調器８０による転流タイミングの検出に利用するだけではなく、角度検出器２０による回転角度の検出にも利用する。その結果、図２１に示されるエンコーダ１６等の如くの別個のセンサの追加が不要となり、転流タイミングの検出のための構成とは別に角度検出のための構成を備えるモータ駆動装置を安価に構成することができる。ここで「転流タイミングの検出のための構成」とは、例えば図１２の実施例３の場合、上記ホールコンパレータ８３，転流制御部８１，駆動転流回路８５及び変調器８０を含む構成であり、「角度検出のための構成」とは例えば上記角度検出装置２０を含む構成である。
【０１０５】
最後に、本発明のモータ駆動装置５００を適用可能な画像形成装置の一例について説明する。
【０１０６】
図１８に示す画像形成装置１００は、いわゆるタンデム型のフルカラー装置であり、画像読み取り部を備えて複写装置として構成されたものである。本例の複写装置は、給紙テーブル１２０の上に装置本体１１０を搭載し、装置本体１１０の最上部にはスキャナ１３０が配置され、さらにその上に自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１４０を設けてある。
【０１０７】
スキャナ１３０の内部には、照明用光源とミラーから構成された第一走行体１３１と、ミラーを含む第二走行体１３２とがコンタクトガラス１３３に平行に移動可能に設けられている。第二走行体１３２は、第一走行体１３１の１／２の速度で移動する公知の光学系を採用しており、これらの走行体１３１，１３２が移動しながらコンタクトガラス１３２上に停止された原稿画像を走査する。光源で照明された原稿からの反射光は、集光レンズ１３４で結像され、ＣＣＤ等の固体撮像素子１３５に取り込まれる。そのデータは複写装置本体１１０の画像処理部（図示を省略）にて処理される。
【０１０８】
複写装置本体１１０のほぼ中央には、中間転写ベルト１０１が配設されている。この中間転写ベルト１０１の上辺に沿って４つの作像ユニット１０２が並べて配置されている。各作像ユニット１０２においては、感光体ドラム１０３の周囲に電子写真プロセスに必要な各機器が配置されている。
【０１０９】
中間転写ベルト１０１は、複数の支持ローラに張架されて図中時計回りに回転可能に設けられている。中間転写ベルト１０１の内側で、各作像ユニットの感光体ドラム１０３に対向する位置には、一次転写手段である転写ローラが配置されている。
【０１１０】
上記各作像ユニット１０２の上方には露光装置１０４が配設されている。露光装置１０４からの書き込み光は、各作像ユニット１０２の感光体ドラム１０３にそれぞれ照射される。
【０１１１】
中間転写ベルト１０１の下方には転写搬送ベルト１０５が配置されている。転写搬送ベルト１０５を支持する一方のローラが二次転写ローラとして機能し、中間転写ベルト１０１上の画像を記録媒体（転写紙等）に二次転写する。
【０１１２】
転写搬送ベルト１０５の左方には定着装置１０６が設けられている。定着装置１０６の左方の装置側面には排紙トレイ１０７が設けられている。また、装置本体１１０の最下部には、シート反転部１０８が設けられている。そして、給紙テーブル１２０には、２段の給紙カセット１２１，１２２が備えられている。
【０１１３】
さて、本例のカラー複写装置を用いてコピーをとるときは、ユーザはＡＤＦ１４０の原稿テーブル又はスキャナのコンタクトガラス１３３上に原稿をセットする。そして、図示しない操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、スキャナ１３０が駆動され、光源からの反射光をミラーで反射することにより集光レンズ１３４を通して読取りセンサ（画像撮像素子１３５）に入射させて原稿情報を読み取る。
【０１１４】
また、同じく操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、図示しない駆動モータで中間転写ベルト１０１が回転駆動される。同時に、個々の作像ユニット１０２において感光体１０３が回転され、各感光体１０３上にそれぞれ、ブラック，イエロー，マゼンタ，シアンの単色画像が形成される。そして、それらの単色画像が中間転写ベルト１０１上に順次転写されて合成カラー画像が形成される。
【０１１５】
ここで上記中間転写ベルト１０１を回転駆動する図示しない駆動モータとして、図１２と共に上述した実施例３のモータ駆動装置５００によって駆動されるブラシレスモータ１０を適用することができる。そして当該駆動モータとしてのブラシレスモータ１０を駆動するモータ駆動装置として、上記実施例３のモータ駆動装置５００を適用することができる。その場合、図１８においては図示が省略されているが、実施例３のモータ駆動装置５００が画像形成装置１００に含まれる。
【０１１６】
また、スタートスイッチが押されると、給紙テーブル１２０から用紙が繰り出され、レジストローラ１２６に突き当てられて一時停止される。
【０１１７】
そして、中間転写ベルト１０１上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ１２６が回転され、中間転写ベルト１０１と転写搬送ベルト１０５との間に用紙が送り込まれ、二次転写部で画像が転写されて用紙上にカラー画像が記録される。画像転写後の用紙は定着装置１０６に送られ、トナー像が定着されて排紙トレイ１０７に排出される。
【０１１８】
以上、本発明を図示の実施例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、モータはアウタ・ロータ型に限らず、インナ・ロータ型も可能である。コイルの結線パターンもＹ字結線（スター結線）に限らずデルタ結線も可能である。モータ回転子の極数も８極に限らない。
【０１１９】
本発明のモータ駆動装置は家電製品、ＯＡ機器等に好適に適用可能であるが、ＯＡ機器としては上述した画像形成装置の他にも画像読取装置等に適用することができる。
【０１２０】
また、画像形成装置においては、作像部の構成等は任意であり、タンデム式における各色作像ユニットの並び順などは任意である。また、タンデム式に限らず、一つの感光体の周囲に複数の現像装置を配置したものや、リボルバ型現像装置を用いる構成も可能である。また、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としては複写機に限らず、プリンタやファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１０ ブラシレスモータ
１１ 回転子
１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ ホール素子（センサ）
２０ 角度検出装置
３０，３５ ベクトル生成部（ベクトル生成手段）
４０ ベクトル回転部（ベクトル回転手段）
５０ 角度探索制御部（角度探索手段）
６５ ２相パルス生成部（２相パルス生成手段）
７１ ピーク値検出部（振幅検出手段）
７２ 比較器（振幅調整手段）
７３ 可変ゲイン（振幅調整手段）
１００ 画像形成装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２２】
【特許文献１】特許第４１１１８１３号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、
少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、
前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、
前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度を前記モータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備える
ことを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、
前記正弦波信号と、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果とにより表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、
前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、
前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度を前記モータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備える
ことを特徴とする角度検出装置。
【請求項３】
前記ベクトル生成手段は、互いに１２０°の角をなす座標軸による座標系から互いに９０°の角をなす座標軸による座標系への座標変換を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
検出した回転角度に基づいて、前記モータの回転子の回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を生成する２相パルス生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記角度探索手段は、２分法により回転前の前記ベクトルと前記所定位相とがなす角度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記正弦波信号の振幅を検出する振幅検出手段と、検出した振幅に基づいて、前記正弦波信号の振幅を所望の値に調整する振幅調整手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記複数のセンサは複数のホール素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
モータのコイル端子に周期的に変化する駆動電圧を印加してモータを回転駆動するモータ駆動装置であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項９】
前記複数のセンサはモータの回転子の近傍に配置され、前記複数のセンサの出力信号に基づいてモータを転流駆動することを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、
少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、
前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、
前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度を前記モータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備える
ことを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する正弦波信号であって、互いの配置位置により位相の異なる正弦波信号を出力する複数のセンサと、
前記正弦波信号と、少なくとも２つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果とにより表されるベクトルを生成するベクトル生成手段と、
前記ベクトルと複数の位相を有する基準正弦波とを演算することにより、前記ベクトルを回転させるベクトル回転手段と、
前記ベクトル回転手段を用いて、前記ベクトルが所定位相になるまで前記ベクトルを順次回転させ、回転前の前記ベクトルと当該所定位相とがなす角度を前記モータの回転子の回転角度として検出する角度探索手段とを備える
ことを特徴とする角度検出装置。
【請求項３】
前記ベクトル生成手段は、互いに１２０°の角をなす座標軸による座標系から互いに９０°の角をなす座標軸による座標系への座標変換を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
検出した回転角度に基づいて、前記モータの回転子の回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差を有する２相のパルス信号を生成する２相パルス生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記角度探索手段は、２分法により回転前の前記ベクトルと前記所定位相とがなす角度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記正弦波信号の振幅を検出する振幅検出手段と、検出した振幅に基づいて、前記正弦波信号の振幅を所望の値に調整する振幅調整手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記複数のセンサは複数のホール素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
モータのコイル端子に周期的に変化する駆動電圧を印加してモータを回転駆動するモータ駆動装置であって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項９】
前記複数のセンサはモータの回転子の近傍に配置され、前記複数のセンサの出力信号に基づいてモータを転流駆動することを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のモータ駆動装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図８ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図８ｃ】
【図８ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−１０８９７１（Ｐ２０１３−１０８９７１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９４０１２（Ｐ２０１２−１９４０１２）
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【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６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月４日（２０１２．９．４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]