(57)【要約】【課題】本発明は、安価に複数の分解能で回転体の回転角度を検出する。【解決手段】回転角度検出装置１は、磁気センサ２ｕ、２ｖによって回転子の回転角度を検出し、ベクトル生成部４が、磁気センサ２ｕ、２ｖの検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる検出ベクトルを生成する。ベクトル回転演算部５は、不揮発性メモリに記憶されている所定の単位角度毎の基準正弦波データのうち、単位角度以上に対して適宜の倍数の角度を処理単位角度として、処理単位角度に応じた基準正弦波データと検出ベクトルに基づいて、検出ベクトルを処理単位角度ずつ回転させて、回転子ベクトルを生成する。回転角度検出部６が、回転子ベクトルが不感帯領域内に位置するか否かを判定して、回転子ベクトルを不感帯領域内に位置させる方向に回転させて、検出ベクトルと回転子ベクトルとのなす角度を、回転子の回転角度として検出する。【選択図】          図１
2014202724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、
複数の前記検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる検出ベクトルを生成するベクトル生成手段と、
所定の基準単位角度毎に基準正弦波データを記憶する正弦波記憶手段と、
前記基準単位角度に対して適宜の倍数の角度を処理単位角度として、該処理単位角度に応じた前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、該検出ベクトルを該処理単位角度ずつ回転させて、回転ベクトルを生成する回転ベクトル生成手段と、
前記回転ベクトルが所定の不感帯領域内に位置するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記回転ベクトルを前記不感帯領域内に位置させる方向に該回転ベクトルを回転させて、前記検出ベクトルと該回転ベクトルとのなす角度を、前記回転体の回転角度として検出する角度探索手段と、
を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記回転ベクトル生成手段は、
前記検出ベクトルと前記基準正弦データを積和して、前記回転ベクトルを生成することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記正弦波記憶手段は、
最小の前記処理単位角度毎に前記基準正弦波データを記憶しており、
前記回転ベクトル生成手段は、
前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データのうち、前記処理単位角度に対応する該基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、前記回転ベクトルを生成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転角度検出装置は、
前記処理単位角度が、２π／（２＾Ｎ）、Ｎは整数であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記回転ベクトル生成手段は、
抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣと加減算アンプを備え、前記積和演算を行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記加減算アンプは、
前記処理単位角度に応じてゲインを変更する可変利得加減算アンプであることを特徴とする請求項５記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転角度検出装置は、
前記不感帯領域の上限値と下限値を指定して該不感帯領域の範囲を設定する不感帯設定手段を、さらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記回転角度検出装置は、
前記処理単位角度を外部から受け取る角度受取手段を、さらに備え、
前記回転ベクトル生成手段は、
前記角度受取手段が受け取った前記処理単位角度に応じた前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、前記回転ベクトルを生成することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項９】
前記正弦波記憶手段は、
少なくとも１つの前記処理単位角度に応じた前記基準正弦波データを記憶し、
前記回転角度検出装置は、
前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データに対応する前記処理単位角度以外の処理単位角度に応じた正弦波データを、該基準正弦波データに基づいて生成する正弦波生成手段を、さらに備え、
前記回転ベクトル生成手段は、
前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データのうち、前記処理単位角度に応じて前記正弦波生成手段が生成した基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、前記回転ベクトルを生成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
回転体の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転体を回転制御し、該回転体の回転を利用して駆動機構を駆動させて各種画像処理を施す画像処理装置において、
前記回転角度検出部は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の回転角度検出装置であることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１１】
回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段によって該回転体の回転角度を検出する回転角度検出処理ステップと、
複数の前記検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる検出ベクトルを生成するベクトル生成処理ステップと、
正弦波記憶手段に記憶されている所定の基準単位角度毎の基準正弦波データのうち、該基準単位角度の整数倍の角度を処理単位角度として、該処理単位角度に応じた該基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、該検出ベクトルを該処理単位角度ずつ回転させて、回転ベクトルを生成する回転ベクトル生成処理ステップと、
前記回転ベクトルが所定の不感帯領域内に位置するか否かを判定する判定処理ステップと、
前記判定処理ステップでの判定結果に基づいて、前記回転ベクトルを前記不感帯領域内に位置させる方向に該回転ベクトルを回転させて、前記検出ベクトルと該回転ベクトルとのなす角度を、前記回転体の回転角度として検出する角度探索処理ステップと、
を有していることを特徴とする回転角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法に関し、詳細には、安価に複数の分解能で回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ装置、ファクシミリ装置、複写装置、スキャナ装置、複合装置等の画像処理装置においては、駆動モータによって駆動機構を駆動することで、画像読み取り動作や画像形成動作等の画像処理を行うのに必要な各部を所定速度で駆動させている。
【０００３】
そして、画像処理装置は、駆動モータを意図する速度で回転駆動するために、従来、駆動モータの回転軸（回転子）に、ロータリエンコーダを接続して、回転軸の回転角度、すなわち、ロータリエンコーダ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相パルス信号である検出信号を出力させる。画像処理装置は、該２相パルス信号のエッジ検出と２相のＨｉとＬｏの状態から相対的な回転角度を検出して、駆動モータの駆動信号を制御することで、駆動モータを意図する速度で回転駆動させている。
【０００４】
このロータリエンコーダは、例えば、光学式２相エンコーダでは、外周部に光学窓となるスリットが等間隔に設けられた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置されている２個のフォトインタラプタと、を備えており、この２個のフォトインタラプタの出力信号を２値化することで、２相パルス信号を得ることができる。
【０００５】
ところが、このような光学式エンコーダを用いた回転角度検出装置は、スリット円盤とフォトインタラプタ等の部品を必要とするだけでなく、これらの部品を高精度に駆動モータに組み付ける必要があり、大型化するとともに、コストが高くつくという問題があった。
【０００６】
また、モータ毎に異なる分解能での角度検出を行う場合には、異なる分解能を備えた回転角度検出装置を用意する必要があり、少量で多品種の角度検出装置が必要である。
【０００７】
そして、従来、ほぼ直角のオフセット角で配置された２つの磁気センサからの出力により表現されるベクトルを用いて、前記磁気センサの磁界に対する相対的な回転角度を求める磁気センサ信号処理集積回路であって、所定の角度毎に正弦および余弦を記憶した記憶手段と、前記ベクトルを、前記記憶手段に記憶された正弦および余弦を用いて所定の角度ずつ回転させる手段と、該回転させる手段が前記ベクトルを基準位置まで回転させたときの回転角度の合計を検出する手段とを備えた磁気センサ信号処理集積回路が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
すなわち、この従来技術は、ほぼ直角のオフセット角で配置された２つの磁気センサからの出力により表現されるベクトルを用いて、前記磁気センサの磁界に対する相対的な回転角度を求めるのに、予め所定の角度毎に正弦及び余弦を記憶手段に記憶して、前記ベクトルと、この記憶手段の正弦及び余弦を用いて回転させ、該ベクトルを基準位置まで回転させたときの回転角度の合計を検出している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、正確に回転角度を検出するためには、ほぼ直角のオフセット各で２つの磁気センサを配置する必要があり、大型化するとともに、コストが高くつくという問題が解決されていなかった。
【００１０】
また、モータ毎に異なる分解のでの角度検出を行う場合に、少量で多品種の回転角度検出装置が必要であることについては、解決されておらず、コストが高くつくという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、回転体の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の回転角度検出装置は、回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、複数の前記検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる検出ベクトルを生成するベクトル生成手段と、所定の基準単位角度毎に基準正弦波データを記憶する正弦波記憶手段と、前記単位角度以上に対して適宜の倍数の角度を処理単位角度として設定する角度設定手段と、前記角度設定手段で設定された処理単位角度に応じた前記正弦波記憶手段の前記基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、該検出ベクトルを該処理単位角度ずつ回転させて、回転ベクトルを生成する回転ベクトル生成手段と、前記回転ベクトルが所定の不感帯領域内に位置するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記回転ベクトルを前記不感帯領域内に位置させる方向に該回転ベクトルを回転させて、前記検出ベクトルと該回転ベクトルとのなす角度を、前記回転体の回転角度として検出する角度探索手段と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転体の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【図２】ＤＣブラシレスモータの概略構成図。
【図３】ＵＶアナログホール信号の一例を示す図。
【図４】ベクトル成分生成部におけるベクトル生成処理の説明図。
【図５】ベクトル回転演算部の回路構成図。
【図６】回転角度検出部の回路構成図。
【図７】分解能変更処理と回転子ベクトル成分を変換軸成分へ変換する変換処理の説明図。
【図８】初期回転角度検出処理の説明図。
【図９】トリガｎ＋１回目の回転時における回転子ベクトルと回転変換ベクトルの説明図。
【図１０】トリガｎ＋２回目の回転時における回転子ベクトルと回転変換ベクトルの説明図。
【図１１】単位回転角度回転に伴う回転変換ベクトルの回転変換の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。
【実施例１】
【００１６】
図１〜図１１は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を適用した回転角度検出装置１の回路構成図である。
【００１７】
図１において、回転角度検出装置１は、センサ部２、差動部３、ベクトル生成部４、ベクトル回転演算部５、回転角度検出部６及び２相パルス生成部７等を備えている。
【００１８】
センサ部２は、図２に示すＤＣブラシレスモータ１０に取り付けられており、３つの磁気センサ（回転検出手段）２ｕ、２ｖ、２ｗを備えている。
【００１９】
すなわち、回転駆動検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ１０の回転体である回転子１１（図２参照）を検出対象として、該回転子１１の回転角度を検出する。
【００２０】
そして、ＤＣブラシレスモータ１０は、図２に示すように、通常、相互に１２０度の位相差を有し、Ｙ字結線されているＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル１２と、該コイル１２と対向するとともにＳ極とＮ極が交互に並ぶ状態で位置に配置されている永久磁石である回転子１１とを備えている。ＤＣブラシレスモータ１０は、端子１３からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流が、回転子１１の角度に応じて適切に転流されることで、回転駆動される。なお、ＤＣブラシレスモータ１０は、回転子１１を駆動するためには、磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗの検出する差動信号の出力方向及び磁束の方向に対して、垂直に電圧を印加する必要があるが、図２では、省略している。
【００２１】
この回転角度検出装置１及びＤＣブラシレスモータ１０は、複合装置等の画像処理装置に適用され、回転子１１である回転軸（図示略）には、画像処理装置の駆動機構が連結される。
【００２２】
そして、上記磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗは、例えば、ホール素子が用いられており、回転子１１の近傍の所定位置に固定配置されている。磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗは、回転子１１の磁界に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をそれぞれ出力する。磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗは、差動信号ＨＵ＋、／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化して、アナログ変換したアナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷが、相互に１２０度の位相差を持つ正弦波となる位置に固定配置されている。なお、本実施例では、検出対象のＤＣブラシレスモータ１０の回転子１１の磁極数を、「８」（４ペア）としているが、磁極数は、「８」に限られるものではない。
【００２３】
すなわち、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−は、シングルエンド化（グラウンド（０Ｖ）を基準に電圧レベルで、「Ｌ」と「Ｈ」が決まる信号シングルエンド（single-ended）信号化）すると、回転子１１の回転角度に対して正弦波状に変化する。
【００２４】
ところが、本実施例では、磁気センサ２ｕ、２ｖの出力する差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−のみを用いて、回転子１１の回転角度を検出する。
【００２５】
この差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を信号シングルエンド信号化すると、図３に示すような正弦波形となる。
【００２６】
上記アナログホール信号ＨＡＵ、ＨＡＶ、ＨＡＷは、次式（１）により算出することができる。
【００２７】
【数１】
2014202724.tif 000003
【００２８】
いま、本実施例では、ＤＣブラシレスモータ１０の回転子１１の磁極数を「８」としているため、図３に示す正弦波は、回転子１１の１回転当たり４周期であり、回転子１１の１／４回転が、図３に示す正弦波１周期に相当する。なお、以下の説明において、角度θは、正弦波１周期を、３６０度として示すものとし、また、この角度θを回転子１１の角度として扱うものとする。
【００２９】
図１に戻って、センサ部２は、上述のように、Ｕ相の磁気センサ２ｕとＶ相の磁気センサ２ｖを備え、磁気センサ２ｕ、２ｖは、それぞれ、回転子１１の回転角度θに応じて正弦波状に変化する差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を、差動部３へ出力する。
【００３０】
差動部３は、差動アンプ３ａと差動アンプ３ｂを備えており、差動アンプ３ａには、磁気センサ２ｕから差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−が、差動アンプ３ａには、磁気センサ２ｖから差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−が、それぞれ入力される。
【００３１】
差動アンプ３ａは、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−を、上述のように、シングルエンド化して、回転子１１の回転角度θに応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＵを、ベクトル生成部４へ出力する。
【００３２】
差動アンプ３ｂは、差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−を、上述のように、シングルエンド化して、回転子１１の回転角度θに応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＶを、ベクトル生成部４へ出力する。
【００３３】
ベクトル生成部（ベクトル生成手段）４は、減算アンプ４ａと加算アンプ４ｂを備えている。減算アンプ４ａは、そのプラス端子にアナログホール信号ＨＶが入力され、そのマイナス端子にアナログホール信号ＨＵが入力される。減算アンプ４ａは、アナログホール信号ＨＶからアナログホール信号ＨＵを減算して、回転子ベクトル成分Ｘを生成して、ベクトル回転演算部５へ出力する。加算アンプ４ｂは、そのプラス端子に、アナログホール信号ＨＶとアナログホール信号ＨＵが入力される。減算アンプ４ａは、アナログホール信号ＨＶとアナログホール信号ＨＵを加算して、回転子ベクトル成分Ｙを生成して、ベクトル回転演算部５へ出力する。上記回転子ベクトル成分Ｘ、Ｙで表されるベクトルを、以下、回転子ベクトル（検出ベクトル）という。
【００３４】
すなわち、ベクトル生成部４は、その減算アンプ４ａによって、次式（２）に演算を行って、回転子ベクトル成分Ｘ（以下、適宜、回転子ベクトルのＸ軸成分Ｘともいう。）を生成する。
【００３５】
【数２】
2014202724.tif 000004
【００３６】
また、ベクトル生成部４は、その加算アンプ４ｂによって、次式（３）に演算を行って、回転子ベクトル成分Ｙ（以下、適宜、回転子ベクトルのＹ軸成分Ｙともいう。）を生成する。
【００３７】
【数３】
2014202724.tif 000005
【００３８】
すなわち、ベクトル生成部４は、図４に示すようなＸＹ平面上に、Ｘ軸に対して、−３０度の方向にＵ軸を、Ｙ軸に対して、−６０度の方向にＶ軸を、それぞれとったＵ軸Ｖ軸上の長さ「１」の単位ベクトルＵ、Ｖを設定する。このＸＹ軸とＵＶ軸において、ベクトル（Ｕ＋Ｖ）がＹ軸上の単位ベクトルとなり、ベクトル（Ｕ−Ｖ）がＸ軸上の長さ√３のベクトルになる。そして、上記（２）式及び（３）式は、１２０度の角をなす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、（ＨＵ−ＨＶ）に対しては、１／√３を乗算している。すなわち、ベクトル生成部４は、減算アンプ４ａのゲインが１／√３となるように、抵抗（図示略）が設定されている。
【００３９】
ベクトル回転演算部（回転ベクトル生成手段、正弦波生成手段）５は、図５に示すように、乗算部２１、入力端子切替部２２、加減算部２３、可変ゲイン加減算部２４、符号切替信号生成部２５、データ整形演算部２６及び不揮発性メモリ２７等を備えている。ベクトル回転演算部５には、上記ベクトル生成部４からの回転子ベクトル成分Ｘ、Ｙ、回転角度検出部６の検出する検出角度θｄ及び外部からの分解能切替信号resolが入力される。ベクトル回転演算部５は、この分解能切替信号resolを、回転角度検出装置１に設けられている外部入力ピン（角度受取手段）を介して、外部から受け取る。
【００４０】
不揮発性メモリ（正弦波記憶手段）２７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、所定の単位回転角度（基準単位角度）θstep（＝２π／（２＾Ｎ））毎の正弦振幅値に相当するデータ（正弦波データsindat）が予め格納されている。なお、本実施例においては、基準単位角度θstep＝２π／（２＾６）とし、基準単位角度での検出分解能は、６とする。したがって、不揮発性メモリ２７は、所定の基準単位角度毎に基準正弦波データを記憶する正弦波記憶手段として機能している。
【００４１】
データ整形演算部２６は、検出角度θｄと分解能切替信号resolが入力され、検出角度θｄに従って、分解能切替信号resolに応じた分解能で、不揮発性メモリ２７に格納されている正弦波データsindat（基準正弦波データ）を、読み出して整形して、正弦波データsindatと余弦波データcosdatとして、乗算部２１に出力する。
【００４２】
符号切替信号生成部２５は、後述する回転角度検出部６の出力する検出角度θｄ［Ｎ：０］のうち、θｄ［Ｎ：Ｎ−１］に従って符号切替信号signを生成して、入力端子切替部２２に出力する。
【００４３】
乗算部２１は、４つの抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ（digital analog convertor）２１ａ〜２１ｄが並列に配設されたものであり、ベクトル生成部４の減算アンプ４ａと加算アンプ４ｂから回転子ベクトル成分Ｘと回転子ベクトル成分Ｙが入力される。すなわち、この検出角度θｄは、デジタル値であるため、乗算に用いるアナログ値の三角関数の振幅値に変換するためには、ＤＡ（デジタル−アナログ）変換器が必要となる。そこで、本実施例では、ＤＡ変換器と乗算器の両方を兼ね備えている抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄを用いている。この抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄは、抵抗とスイッチを用いた簡単な構成となっており、ＤＡ変換器とアナログ乗算器を用いた構成よりも、簡素で、安価なものとなっている。また、モノリシックＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いると、抵抗値を高精度に揃えることができ、アナログ乗算器を用いた場合よりも高精度の乗算処理を行うことができる。さらに、本実施例の抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄは、ユニポーラモードが用いられており、より一層簡素な構成で、安価なものとなっている。なお、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄとして、ユニポーラモードを用いると、三角関数の乗算においては、必須となる負の乗算を行うことはできないが、後段の入力端子切替部２２で、加減算部２３、可変ゲイン加減算部２４への入力信号を切り替えることで、対応している。
【００４４】
演算部２１は、後述するデータ整形演算部２６から入力される正弦波データsindatと余弦波データcosdatを元に、値に比例したアナログ値に変化させたアナログ正弦絶対値｜ｓｉｎ｜、アナログ余弦絶対値｜ｃｏｓ｜を、ベクトル生成部４からの回転子ベクトルのＸ軸成分ＸとＹ軸成分Ｙに乗算して、Ｘ・｜ｓｉｎ｜、Ｘ・｜ｃｏｓ｜、Ｙ・｜ｓｉｎ｜、Ｙ・｜ｃｏｓ｜を入力端子切替部２２に出力する。
【００４５】
入力端子切替部２２は、マルチプレクサ等が用いられ、演算部２１からＸ・｜ｓｉｎ｜、Ｘ・｜ｃｏｓ｜、Ｙ・｜ｓｉｎ｜、Ｙ・｜ｃｏｓ｜が入力されるとともに、符号切替信号生成部２５からθｄ［Ｎ：０］に従って生成された符号切替信号signが入力される。入力端子切替部２２は、この符号切替信号signに従って、加減算部２３、可変ゲイン加減算部２４の正相入力端子、逆相入力端子に入力するＸ・｜ｓｉｎ｜、Ｘ・｜ｃｏｓ｜、Ｙ・｜ｓｉｎ｜、Ｙ・｜ｃｏｓ｜を切り替える。
【００４６】
加減算部２３は、乗算部２１における乗算結果のＸ・｜ｃｏｓ｜とＹ・｜ｓｉｎ｜が、入力端子切替部２２を介して、正相入力端子と、逆相入力端子に、切り替えて入力される。加減算部２３は、Ｘ・｜ｃｏｓ｜とＹ・｜ｓｉｎ｜を加減算して、回転変換ベクトルの変換Ｘ軸成分Ｘ’として出力する。
【００４７】
可変ゲイン加減算部２４は、乗算部２１における乗算結果のＸ・｜ｓｉｎ｜とＹ・｜ｃｏｓ｜が、入力端子切替部２２を介して、正相入力端子と、逆相入力端子に、切り替えて入力される。可変ゲイン加減算部２４は、Ｘ・｜ｓｉｎ｜とＹ・｜ｃｏｓ｜を加減算するとともに、ゲインを乗じて、回転変換ベクトルの変換Ｙ軸成分Ｙ’として出力する。
【００４８】
すなわち、ベクトル回転演算部５は、ベクトル生成部４から入力される回転子ベクトル成分Ｘ、Ｙに対して、次式（４）で示す演算を行って、変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’を生成して、回転角度検出部６へ出力する。
【００４９】
【数４】
2014202724.tif 000006
【００５０】
具体的には、例えば、検出角度θｄが、第３象限（１８０−２７０度）に相当する値である場合、回転子ベクトル成分Ｘ、回転子ベクトル成分Ｙに乗算されるべき三角関数は、−｜ｓｉｎθｄ｜、−｜ｃｏｓθｄ｜である。この場合、ベクトル回転演算部５は、変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’の演算を実現させるためには、入力端子切替部２２が、以下のように、入力先を切り替える必要がある。
すなわち、入力端子切替部２２は、加減算部２３に対しては、Ｘ・｜ｃｏｓθｄ｜を、逆相入力端子へ、（Ｘ・（−｜ｃｏｓθｄ｜）として入力させ、Ｙ・｜ｓｉｎθｄ｜を、逆相入力端子へ、（Ｙ・（−｜ｓｉｎθｄ｜）として入力させる。
【００５１】
そして、加減算部２３は、Ｘ’＝（Ｘ・（−｜ｃｏｓθｄ｜）＋（Ｙ・（−｜ｓｉｎθｄ｜）を演算する。この場合、符号関係は一致している。
【００５２】
また、入力端子切替部２２は、可変ゲイン加減算部２４に対しては、Ｘ・｜ｓｉｎθｄ｜を、正相入力端子へ、Ｘ・｜ｓｉｎθｄ｜＝−Ｘ・（―｜ｓｉｎθｄ｜）として入力させ、Ｙ・｜ｃｏｓθｄ｜を、逆相入力端子へ、Ｙ・（−｜ｃｏｓθｄ｜）として入力させる。
【００５３】
そして、可変ゲイン加減算部２４は、Ｙ’＝−Ｘ・（−｜ｓｉｎθｄ｜）＋Ｙ・（−｜ｃｏｓθｄ｜）を演算する。この場合、符号関係は一致している。
【００５４】
すなわち、ベクトル回転演算部５は、基準単位角度以上に大きな角度を処理単位角度である単位回転角θstepとして、該単位回転角θstepに応じた不揮発性メモリ２７の正弦波データsindatと検出ベクトルである回転子ベクトル（Ｘ、Ｙ）に基づいて、該回転子ベクトル（Ｘ、Ｙ）を該単位回転角θstepずつ回転させて、回転変換ベクトル（回転ベクトル）を生成する。なお、上記構成では、入力端子切替部２２及び符号切替信号生成部２５を、乗算部２１と加減算部２３及び可変ゲイン加減算部２４との間に配置しているが、差動部３の差動アンプ３ａと差動アンプ３ｂの前段、あるいは、ベクトル生成部４の減算アンプ４ａと加算アンプ４ｂの前段、に配置してもよい。
【００５５】
そして、本実施例のベクトル回転演算部５は、例えば、分解能として、６ビット（＝１周期を６４分割）、４ビット（＝１周期を１６分割）及び８ビットの３種類備えている。すなわち、不揮発性メモリ２７は、基準単位角度θstepの分解能に対応する正弦波データsindat、具体的には、正弦波の１周期を６４（＝２＾６）分割に対応する正弦波データsindat（ｎ）を記憶している。
【００５６】
そして、回転角度検出部（角度探索手段）６は、図６に示すように回路構成されており、比較器３１、３２と繰り返しカウンタ３３等を備えている。回転角度検出部６は、比較器３１、３２に、変換Ｙ軸成分Ｙ’が、入力されるとともに、２つの基準値＋α、−αが、入力される。また、回転角度検出部６は、繰り返しカウンタ３３に、変換Ｘ軸成分Ｘ’、分解能切替信号resol及び検出トリガｆｓが入力されるとともに、比較器３１、３２の比較結果であるカウントダウン司令ｄｎとカウントアップ司令ｕｐが入力される。
【００５７】
比較器（判定手段）３１は、変換Ｙ軸成分Ｙ’と基準値−αとの比較を行い、変換Ｙ軸成分Ｙ’が基準値−α未満であると（Ｙ’＜−α）、カウントダウン指令ｄｎをＨｉに、変換Ｙ軸成分Ｙ’が基準値−αを超えていると（Ｙ’＞−α）、カウントダウン指令ｄｎをＬｏにする。
【００５８】
比較器（判定手段）３２は、変換Ｙ軸成分Ｙ’と基準値＋αとの比較を行い、変換Ｙ軸成分Ｙ’が基準値＋αを超えていると（Ｙ’＞＋α）、カウントアップ指令ｕｐをＨｉに、変換Ｙ軸成分Ｙ’が基準値＋α未満であると（Ｙ’＜−α）、カウントアップ指令ｕｐをＬｏにする。
【００５９】
すなわち、比較器３１、３２は、回転ベクトルの変換Ｙ軸成分Ｙ’が不感帯±α内に位置しているか否か判定している。
【００６０】
繰り返しカウンタ３３は、検出トリガｆｓが入力される毎に、比較器３１からのカウントダウン司令ｄｎと比較器３２からのカウントアップ司令ｕｐに応じて、回転角度θｄ［Ｎ：０］のカウントアップとカウントダウンを行う。
【００６１】
また、繰り返しカウンタ３３は、そのカウント幅wcntが、分解能切替信号resolによって決定される。例えば、分解能切替信号resolによって分解能が６ビットとなった場合、繰り返しカウンタ３３のカウント幅wcntは、０〜６３（wcnt＝６４）となる。このカウント幅wcntは、単位回転角θstepを決定する。カウント幅wcntと単位回転角θstepは、θstep＝２π／（wcnt）の関係にある。
【００６２】
すなわち、繰り返しカウンタ３３は、カウントアップ指令ｕｐ＝Ｈｉ、カウントダウン指令ｄｎ＝Ｌｏであると、回転角度θｄを１カウント増加させる。すなわち、変換Ｙ軸成分Ｙ’が不感帯より大きい状態のときに、回転角度θｄをもとに回転演算すると、回転子ベクトルは、Ｘ軸に向かって時計回りに、処理単位角度である単位回転角θstepだけ回転する。この単位回転角θstepは、外部から入力される分解能切替信号resolによって決定される。
【００６３】
また、繰り返しカウンタ３３は、カウントアップ指令ｕｐ＝Ｌｏ、カウントダウン指令ｄｎ＝Ｈｉであると、回転角度θｄを１カウント減少させる。すなわち、変換Ｙ軸成分Ｙ’が不感帯より小さい状態のときに、回転角度θｄをもとに回転演算すると、回転子ベクトルは、Ｘ軸に向かって反時計回りに、単位回転角θstepだけ回転する。
【００６４】
さらに、繰り返しカウンタ３３は、カウントアップ指令ｕｐ＝Ｌｏ、カウントダウン指令ｄｎ＝Ｌｏであると、回転角度θｄを維持する。すなわち、変換Ｙ軸成分Ｙ’が不感帯内に存在する状態のときに、回転角度θｄをもとに回転演算すると、回転子ベクトルは、回転しない。
【００６５】
そして、繰り返しカウンタ３３は、カウントアップ指令ｕｐ＝Ｈｉ、カウントダウン指令ｄｎ＝Ｈｉであると、この状態は通常起こり得ないため、エラーと判定する。
【００６６】
回転角度検出装置１は、回転角度検出部６が検出した検出角度θｄを、ベクトル回転演算部５にフィードバックさせ、検出角度θｄの値を元に回転演算を行わせることで、回転変換ベクトルを、目標であるＸ軸へ単位回転角θstepずつ回転させ、Ｘ軸近傍まで回転させた後は、常にＸ軸に追従させる。
【００６７】
２相パルス生成部７には、回転角度検出部６から検出角度θｄ、特に、検出角度θｄ［１：０］が入力され、２相パルス生成部７は、検出角度θｄ［１：０］の下位２ビットに基づいて、２相パルスＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを生成する。なお、２相パルス生成部７は、検出角度θｄの下位２＾ｎビットに基づいて、２相パルスＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを生成し、ｎの値が可変となっていてもよい。
【００６８】
なお、本実施例においては、ベクトル回転演算部５の乗算部２１は、４つの抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄが並列に配設されたものであるが、乗算部２１の構成としては、上記の構成に限るものではなく、例えば、１つの乗算器を時系列で交互に使い回す構成であってもよい。
【００６９】
次に、本実施例の作用について説明する。本実施例の回転角度検出装置１は、回転体である回転子１１の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出する。
【００７０】
回転角度検出装置１は、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を出力する磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗを備えているＤＣブラシレスモータ１０の回転子１１の回転角度を、該磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗのうち、磁気センサ２ｕ、２ｖの出力する差動信号から該回転子１１の回転ベクトルを算出して、該回転ベクトルに基づいて該回転子１１の回転角度を検出する。
【００７１】
すなわち、回転角度検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ１０の磁気センサ２ｕ、２ｖに接続されている。回転角度検出装置１は、その差動部３の差動アンプ３ａに、Ｕ相の磁気センサ２ｕの出力する差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−が、その差動アンプ３ｂに、Ｖ相の差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−が、それぞれ入力される。
【００７２】
差動部３は、差動アンプ３ａが、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−を、シングルエンド化して、回転子１１の回転角度θに応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＵを、ベクトル生成部４へ出力する。また、差動部３は、差動アンプ３ｂが、差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−を、シングルエンド化して、回転子１１の回転角度θに応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＶを、ベクトル生成部４へ出力する。
【００７３】
ベクトル生成部４は、その減算アンプ４ａが、アナログホール信号ＨＶからアナログホール信号ＨＵを減算して、回転子ベクトル成分Ｘを生成して、ベクトル回転演算部５へ出力する。ベクトル生成部４は、その加算アンプ４ｂが、アナログホール信号ＨＶとアナログホール信号ＨＵを加算して、回転子ベクトル成分Ｙを生成して、ベクトル回転演算部５へ出力する。すなわち、ベクトル生成部４は、その減算アンプ４ａによって、上記式（２）に演算を行って、回転子ベクトル成分Ｘを生成し、その加算アンプ４ｂによって、上記式（３）に演算を行って、回転子ベクトル成分Ｙを生成する。
【００７４】
そして、ベクトル回転演算部５は、ベクトル生成部４から入力される回転子ベクトル成分Ｘ、Ｙに対して、上記式（４）で示した演算を行って、変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’を生成して、回転角度検出部６へ出力する。
【００７５】
このベクトル回転演算部５は、その乗算部２１の抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄが、データ整形演算部２６から入力される正弦波データsindatと余弦波データcosdatを元に、値に比例したアナログ値に変化させたアナログ正弦絶対値｜ｓｉｎ｜、アナログ余弦絶対値｜ｃｏｓ｜を、ベクトル生成部４からの回転子ベクトルのＸ軸成分ＸとＹ軸成分Ｙに乗算して、Ｘ・｜ｓｉｎ｜、Ｘ・｜ｃｏｓ｜、Ｙ・｜ｓｉｎ｜、Ｙ・｜ｃｏｓ｜を入力端子切替部２２に出力する。
【００７６】
入力端子切替部２２は、符号切替信号生成部２５から入力されるθｄ［Ｎ：０］に従って、演算部２１から入力されるＸ・｜ｓｉｎ｜、Ｘ・｜ｃｏｓ｜、Ｙ・｜ｓｉｎ｜、Ｙ・｜ｃｏｓ｜を、切り替えて、加減算部２３、可変ゲイン加減算部２４の正相入力端子、逆相入力端子へ入力する。
【００７７】
加減算部２３は、乗算部２１における乗算結果のＸ・｜ｃｏｓ｜とＹ・｜ｓｉｎ｜を加減算して、変換Ｘ軸成分Ｘ’として回転角度検出部６へ出力する。
【００７８】
可変ゲイン加減算部２４は、乗算部２１における乗算結果のＸ・｜ｓｉｎ｜とＹ・｜ｃｏｓ｜を、加減算するとともに、ゲインを乗じて、変換Ｙ軸成分Ｙ’として回転角度検出部６へ出力する。
【００７９】
すなわち、ベクトル回転演算部５は、ベクトル生成部４から入力される回転子ベクトル成分Ｘ、Ｙに対して、上記式（４）で示す演算を行って、変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’を生成して、回転角度検出部６へ出力する。
【００８０】
そして、ベクトル回転演算部５は、上記演算処理において、データ整形演算部２６が各抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄへ出力する正弦波データsindatと余弦波データcosdatを、分解能切替信号resolに基づいて切り替えて出力する。
【００８１】
すなわち、ベクトル回転演算部５は、基準単位角度の分解能に対する正弦波データsindat、具体的には、正弦波の１周期を６４（＝２＾６）分割）に対応するする正弦波データsindat（ｎ）を記憶している。ベクトル回転演算部５は、分解能として、６ビット（＝１周期を６４分割）と、４ビット（＝１周期を１６分割）と、８ビットの３種類備えていて、分解能切替信号resolに基づいて切り替える。
【００８２】
すなわち、不揮発性メモリ２７は、上述のように、基準単位角度の分解能に対応する正弦波データsindat（ｎ）のみを記憶している。いま、基準単位角度の分解能では、本実施例の場合、６ビットであるので、例えば、図７に示すように、４分の１周期分の正弦波データsindat（ｎ）が不揮発性メモリ２７に格納されている。そして、ベクトル回転演算部５のデータ整形演算部２６は、分解能切替信号resolの示す分解能が６ビットであるときには、検出角度θｄに基づいて、不揮発性メモリ２７の正弦波データsindat（ｎ）をそのまま参照して、正弦波データsindat（ｎ）を取り出して、乗算部２１へ出力する。例えば、データ整形演算部２６は、図７から分かるように、検出角度θｄ＝０００００１のときには、sindat（1）を、検出角度θｄ＝００１０００のときには、sindat（８）を、不揮発性メモリ２７から読み出して、乗算部２１へ出力する。なお、θｄ＞１６で取り出す正弦波データsindat（ｎ）は、正弦波の対称性を利用することで、正弦波データsindat（０〜１６）から値を得ることができる。また、データ整形演算部２６は、検出角度θｄ＝０１０１００（＝２０）のように、θｄ［Ｎ：Ｎ−１］＝０１となるときには、ｎ＝１６−（θｄ−１６）＝１２として、データを整形して正弦波データsindat（１２）を取り出す。さらに、データ整形演算部２６は、検出角度θｄ＝１００１００（＝３６）のように、θｄ［Ｎ：Ｎ−１］＝１０となるときには、ｎ＝θｄ−３２＝４として、データ整形して正弦波データsindat（４）を取り出す。また、データ整形演算部２６は、検出角度θｄ＝１１０１００（＝５２）のように、θｄ［Ｎ：Ｎ−１］＝１１となるときには、ｎ＝４８−（θｄ−４８）＝１２として、データ整形して正弦波データsindat（１２）を取り出す。そして、余弦波データcosdatについても同様に、正弦波の対称性を利用することで、正弦波データsindat（０〜１６）から値を得ることができる。
【００８３】
また、データ整形演算部２６は、分解能切替信号resolの示す分解能が４ビットのように基準単位角度より低分解能であるときには、検出角度θｄのカウント幅を、［３：０］に変更した状態で処理できるように、データ語長が６ビットとなるように、下位２ビットにデータ「００」を追加する処理を行う。なお、下位２ビットに付加する値は、「００」に限るものではなく、他の値であってもよい。
【００８４】
そして、データ整形演算部２６は、例えば、検出角度θｄ［３：０］＝００１０が入力されると、検出角度θｄ［５：０］＝００１０００に変換して、変換した検出角度θｄ［５：０］＝００１０００に対応する正弦波データsindat（ｎ）を不揮発性メモリ２７から読み出して、乗算部２１へ出力する。具体的には、データ整形演算部２６は、図７から分かるように検出角度θｄ＝０００１であると、正弦波データsindat（４）を、検出角度θｄ＝００１１であると、正弦波データsindat（１２）を、それぞれ不揮発性メモリ２７から読み出して乗算部２１へ出力する。
【００８５】
また、データ整形演算部２６は、分解能切替信号resolの示す分解能が８ビットのように基準単位角度よりも高分解能であるときには、６ビットの単位回転角に対応する基準正弦波sindat（ｎ）の値の線形補完した値を基準正弦波として得る。例えば、θｄ＝０００００００１のときはsindat（０）＋（sindat（１）−sindat（０））／４の値を基準正弦波の値として乗算部２１に出力する。
【００８６】
したがって、分解能毎に不揮発性メモリを備えている必要が無く、回転角度検出装置１の構成を簡略化することができるとともに、コストを削減することができる。
【００８７】
また、複数のカウント幅を用意して、外部信号である分解能切替信号resolによって切替可能とすることで、分解能を必要に応じて変更することができ、利用性と処理速度を適宜向上させることができる。
【００８８】
そして、本実施例の回転角度検出装置１は、上記ベクトル回転演算部５の演算結果に基づいて、回転角度検出部６が、回転子１１の回転角度θを検出して検出角度θｄとして出力する。
【００８９】
まず、初期回転角度検出について、説明する。回転角度検出部６は、ＤＣブラシレスモータ１０及び回転角度検出装置１の電源がオン（ＯＮ）となってから回転子１１の回転が始まるまでの停止期間中に、初期回転角度検出処理を行う。なお、トリガｆｓの実行周期が、回転子ベクトルの回転速度に比較して、十分に遅いときには、回転子１１の回転が開始されても初期回転時に、初期回転角度検出処理を行うことができる。
【００９０】
この初期回転角度検出処理時においては、図８に示すように、回転子ベクトル成分Ｘと回転子ベクトル成分Ｙ及び変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’は、トリガｆｓ毎に単位回転角θstepずつ回転し、ｎ−１回目のトリガｆｓまでは、変換Ｙ軸成分Ｙ’＞基準値αである。したがって、回転角度検出部６は、検出角度θｄを、カウントアップし、回転演算によって、変換Ｘ軸成分Ｘ’と変換Ｙ軸成分Ｙ’を、Ｘ軸に近づくように、単位回転角θstepずつ時計回りに回転させる。
【００９１】
ただし、初期回転角度検出処理においては、１８０度側の不感帯±αに回転ベクトルが存在する場合、回転角度検出部６は、初期回転角度検出処理の開始を行わない。そこで、回転角度検出部６は、初期回転角度検出処理の開始時に、回転子ベクトル成分Ｘ（Ｘ’（０）＜０であると、回転角度θをカウントする繰り返しカウンタ３３を、２＾（Ｎ−１）カウントだけカウントアップする。
【００９２】
そして、回転角度検出部６は、ｎ回目のトリガｆｓによって回転変換ベクトル（Ｘ’、Ｙ’）が、不感帯±α内に収まり、初期回転角度検出処理が完了すると、図９から図１２に示すように、回転子１１の回転が始まったときの回転開始時回転角度検出処理を行う。なお、以下の説明において、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ、ｍ）、Ｙ’（ｎ、ｍ））と表記する場合、検出角度θｄ＝ｍであることを示している。
【００９３】
上記条件が整ったところで、ｎ回目のトリガｆｓが入力された後に、ｎ＋１回目のトリガｆｓが入力されると、回転子１１の回転に伴って、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ）、Ｙ（ｎ））は、図９に示すように、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋１）、Ｙ（ｎ＋１））へと回転する。
【００９４】
回転子ベクトル（Ｘ（ｎ）、Ｙ（ｎ））が、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋１）、Ｙ（ｎ＋１））へと回転すると、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ、ｍ）、Ｙ’（ｎ、ｍ））は、図９に示すように、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋１、ｍ）、Ｙ’（ｎ＋１、ｍ））へと回転することになる。
【００９５】
ところが、ｎ＋１回目のトリガｆｓが入力された時点では、まだ、変換Ｙ軸成分Ｙ’（ｎ＋１、ｍ）は、図９に示すように、不感帯±α内（−α＜Ｙ’（ｎ＋１、ｍ）＜＋α）である。したがって、回転角度検出部６は、回転演算を行わない。
【００９６】
そして、ｎ＋２回目のトリガｆｓが入力されると、回転子１１の回転に伴って、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋１）、Ｙ（ｎ＋１））は、図１０に示すように、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋２）、Ｙ（ｎ＋２））へと回転する。
【００９７】
回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋１）、Ｙ（ｎ＋１））が、回転子ベクトル（Ｘ（ｎ＋２）、Ｙ（ｎ＋２））へと回転すると、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋１、ｍ）、Ｙ’（ｎ＋１、ｍ））は、図１０に示すように、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋２、ｍ）、Ｙ’（ｎ＋２、ｍ））へと回転することになる。
【００９８】
そして、ｎ＋２回目のトリガｆｓが入力された時点で、変換Ｙ軸成分Ｙ’（ｎ＋２、ｍ）は、図１０に示すように、不感帯±α外（Ｙ’（ｎ＋２、ｍ）＞＋α）に出る。したがって、回転角度検出部６は、回転演算を実行する。
【００９９】
このｎ＋２回目のトリガｆｓが入力されると、上述のように、変換Ｙ軸成分Ｙ’（ｎ＋２、ｍ）は、図１０に示すように、不感帯±αからでる（Ｙ’（ｎ＋２、ｍ）＞＋α）ので、回転角度検出部６は、回転演算を実行する。この回転演算によって、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋２）、ｍ）、Ｙ’（ｎ＋２、ｍ））は、図１１に示すように、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋２）、ｍ）、Ｙ’（ｎ＋２、ｍ））から回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋２）、ｍ＋１）、Ｙ’（ｎ＋２、ｍ＋１））へと回転する。
【０１００】
このとき、回転変換ベクトル（Ｘ’（ｎ＋２）、ｍ＋１）、Ｙ’（ｎ＋２、ｍ＋１））は、その変換Ｙ軸成分Ｙ’（ｎ＋２、ｍ＋１）は、不感帯内にあるので（−α＜Ｙ’（ｎ＋２、ｍ＋１）＜＋α）、回転演算を行わない。
【０１０１】
また、このとき、回転角度検出装置１は、不感帯の幅（不感帯幅）αを、Ｘ軸近傍で、単位回転角θstep回転したときの回転子ベクトル成分Ｙの変化量以上に設定することで、Ｘ軸近傍でベクトルがチャタリングすることを防止することができる。
【０１０２】
この場合の不感帯幅αは、次式（５）に基づいて設定することが適切である。
【０１０３】
【数５】
2014202724.tif 000007
【０１０４】
すなわち、回転角度検出装置１は、分解能を分解能切替信号resolで変更することができ、単位回転角θstepを調整することができる。したがって、回転角度検出装置１は、単位回転角θstepを変更すると、基準値αの値を変更して、チャタリングを防止する。例えば、回転角度検出装置１は、分解能切替信号resolによって分解能が６ビットから４ビットに変更されると、基準値αを、１／４に設定する。また、回転角度検出装置１は、変換Ｙ軸成分Ｙ’を生成する可変ゲイン加減算部２４のゲインを調整する。例えば、回転角度検出装置１は、分解能切替信号resolによって分解能が６ビットから４ビットに変更されると、分解能切替信号resolに基づいて、可変ゲイン加減算部２４のゲインを、１／４倍に変更する。
【０１０５】
したがって、ＤＣブラシレスモータ１０にエンコーダを設けることなく、既存の磁気センサ２ｕ、２ｖ、２ｗの出力信号を利用して、ＤＣブラシレスモータ１０の回転軸である回転子１１の回転角度を検出することができるとともに、ＤＣブラシレスモータ１０を回転駆動させるための１／４周期の位相差を有する２相パルス信号を生成することができる。
【０１０６】
このように、本実施例の回転角度検出装置１は、回転子（回転体）１１の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、それぞれ位相の異なる複数の検出信号を出力する状態で配設されている複数の磁気センサ（回転検出手段）２ｕ、２ｖと、複数の前記検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる回転子ベクトル（検出ベクトル）を生成するベクトル生成部（ベクトル生成手段）４と、所定の単位角度（基準単位角度）θstep毎に正弦波データ（基準正弦波データ）を記憶する不揮発性メモリ（正弦波記憶手段）２７と、前記単位角度に対して適宜の倍数の角度を処理単位角度として、該処理単位角度に応じた該不揮発性メモリ２７の該正弦波データと前記回転子ベクトルに基づいて、該回転子ベクトルを該処理単位角度ずつ回転させて、回転変換ベクトル（回転ベクトル）を生成するベクトル回転演算部５（回転ベクトル生成手段）５と、前記回転変換ベクトルが所定の不感帯領域±α内に位置するか否かを判定する比較器（判定手段）３１、３２と、比較器３１、３２の判定結果に基づいて、前記回転変換ベクトルを前記不感帯領域内に位置させる方向に該回転変換ベクトルを回転させて、前記回転子ベクトルと該回転変換ベクトルとのなす角度を、前記回転子１１の回転角度（検出角度θｄ）として検出する回転角度検出部（角度探索手段）６と、を備えている。
【０１０７】
したがって、物理的な部品交換を行うことなく、回転子１１の回転角度検出の分解能を変更することができ、回転子１１の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出することができる。
【０１０８】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、回転子（回転体）１１の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転子１１を回転制御し、該回転子１１の回転を利用して駆動機構を駆動させて各種画像処理を施す画像処理装置において、前記回転角度検出部として、適用されている。
【０１０９】
したがって、ＤＣブラシレスモータ１０等の回転子１１の回転を利用して画像形成動作や画像読み取り動作等の画像処理動作を行う場合の回転機構の回転角度を、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出することができる。
【０１１０】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、回転子（回転体）１１の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の磁気センサ（回転検出手段）２ｕ、２ｖによって該回転子１１の回転角度を検出する回転角度検出処理ステップと、複数の前記検出信号に基づいて、相互に９０度位相差を有するＸ軸信号とＹ軸信号からなる回転子ベクトル（検出ベクトル）を生成するベクトル生成処理ステップと、不揮発性メモリ（正弦波記憶手段）２７に記憶されている所定の基準単位角度毎の基準正弦波データのうち、該基準単位角度以上に大きな角度を処理単位角度として、該処理単位角度に応じた該基準正弦波データと前記回転子ベクトルに基づいて、該回転子ベクトルを該処理単位角度ずつ回転させて、回転変換ベクトル（開店ベクトル）を生成する回転ベクトル生成処理ステップと、前記回転変換ベクトルが所定の不感帯領域内に位置するか否かを判定する判定処理ステップと、前記判定処理ステップでの判定結果に基づいて、前記回転変換ベクトルを前記不感帯領域内に位置させる方向に該回転変換ベクトルを回転させて、前記回転子ベクトルと該回転変換ベクトルとのなす角度を、前記回転子１１の回転角度として検出する角度探索処理ステップと、を有する回転角度検出方法を実行している。
【０１１１】
したがって、物理的な部品交換を行うことなく、回転子１１の回転角度検出の分解能を変更することができ、回転子１１の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能で安価に検出することができる。
【０１１２】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記ベクトル回転演算部５が、前記検出ベクトルと前記基準正弦波データsindatを積和して、前記回転ベクトルを生成している。
【０１１３】
したがって、簡単な演算処理により回転ベクトルを生成することができ、回転子１１の回転角度を、構成を大きくすることなく、容易に変更可能な異なる分解能でより一層安価に検出することができる。
【０１１４】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記不揮発性メモリ２７が、最小の前記処理単位角度毎に前記基準正弦波データを記憶しており、前記ベクトル回転演算部５が、該不揮発性メモリ２７の前記基準正弦波データのうち、適宜の前記処理単位角度に対応する該基準正弦波データと前記回転子ベクトルに基づいて、前記回転変換ベクトルを生成している。
【０１１５】
したがって、分解能毎に基準正弦波データを記憶する必要が無く、より一層小型に、異なる分解能で、安価に、回転子１１の回転角度を検出することができる。
【０１１６】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記処理単位角度が、２π／（２＾Ｎ）、Ｎは整数である。
【０１１７】
したがって、分解能毎に基準正弦波データを記憶する必要が無く、より一層小型に、異なる分解能で、安価に、回転子１１の回転角度を検出することができる。
【０１１８】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記ベクトル回転演算部５が、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ２１ａ〜２１ｄと、加減算アンプとして加減算部２３、可変ゲイン加減算部２４を備え、前記積和演算を行っている。
【０１１９】
したがって、安価かつ簡単な構成で、高精度な三角関数の乗算を行って回転ベクトルを生成することができ、より一層小型に、異なる分解能で、安価に、回転子１１の回転角度を検出することができる。
【０１２０】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記加減算アンプが、前記処理単位角度に応じてゲインを変更する可変ゲイン加減算部（可変利得加減算アンプ）２４である。
【０１２１】
したがって、分解能が変化しても、チャタリングを防止しつつ角度検出を行うことができる。
【０１２２】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記不感帯領域の上限値＋αと下限値−αを指定して該不感帯領域の範囲を設定する不感帯設定手段を、さらに備えている。
【０１２３】
したがって、分解能が変化しても、不感帯領域の範囲を調整することで、チャタリングを防止しつつ角度検出を行うことができる。
【０１２４】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記処理単位角度を外部から取得する端子（角度取得手段）を、さらに備え、ベクトル回転演算部５が、該端子が取得した前記処理単位角度に応じた不揮発性メモリ２７の前記基準正弦波データと前記回転子ベクトルに基づいて、前記回転ベクトルを生成している。
【０１２５】
したがって、外部から適宜の処理単位角度を指定することで、分解能を変更して、回転子１１の回転角度を検出することができる。
【０１２６】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、不揮発性メモリ（正弦波記憶手段）２７が、少なくとも１つの前記処理単位角度に応じた前記基準正弦波データを記憶し、該不揮発性メモリ２７の該基準正弦波データに対応する前記処理単位角度以外の処理単位角度に応じた正弦波データを、該基準正弦波データに基づいて生成するデータ整形演算部（正弦波生成手段）２６を、さらに備え、ベクトル回転演算部（回転ベクトル生成手段）５が、該不揮発性メモリ２７の前記基準正弦波データのうち、前記処理単位角度に応じて前記正弦波生成手段としてのデータ整形演算部２６が生成した基準正弦波データと前記検出ベクトルに基づいて、前記回転ベクトルを生成している。
【０１２７】
したがって、少なくとも１つの処理単位角度に応じた基準正弦波データを保管しておくだけで、必要な基準正弦波データを生成して回転ベクトルを生成することができる。
【０１２８】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１２９】
１  回転角度検出装置
２  センサ部
２ｕ、２ｖ、２ｗ  磁気センサ
３  差動部
３ａ、３ｂ  差動アンプ
４  ベクトル生成部
４ａ  減算アンプ
４ｂ  加算アンプ
５  ベクトル回転演算部
６  回転角度検出部
７  ２相パルス生成部
１０  ＤＣブラシレスモータ
１１  回転子
１２  コイル
１３  端子
２１  乗算部
２１ａ〜２１ｄ  抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ
２２  入力端子切替部
２３  加減算部
２４  可変ゲイン加減算部
２５  符号切替信号生成部
２６  データ整形演算部
２７  不揮発性メモリ
３１、３２  比較器
３３  繰り返しカウンタ
Ｘ、Ｙ  回転子ベクトル成分
θｄ  検出角度
resol  分解能切替信号
θstep  単位回転角度
sindat  正弦データ
cosdat  余弦データ
sign  符号切替信号
＋α、−α  基準値
ｄｎ  カウントダウン指令
ｕｐ  カウントアップ指令
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３０】
【特許文献１】特開２００４−１９１１０１号公報
【図１】
2014202724.tif 000008
【図２】
2014202724.tif 000009
【図３】
2014202724.tif 000010
【図４】
2014202724.tif 000011
【図５】
2014202724.tif 000012
【図６】
2014202724.tif 000013
【図７】
2014202724.tif 000014
【図８】
2014202724.tif 000015
【図９】
2014202724.tif 000016
【図１０】
2014202724.tif 000017
【図１１】
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