(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のコイルを有するモータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数対の差動センサ信号に基づいて位相情報信号を発生してモータを駆動制御するモータ駆動制御装置において、
前記複数対の差動センサ信号のうちの各対の差動センサ信号をそれぞれ互いに比較して位相を検出し、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、
複数のしきい値レベルに到達したことを検出することにより、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力する第２の位相検出手段と、
前記各位相情報信号を合成することにより、１周期の１／４の位相差を有する２相デジタルエンコーダ信号を生成する合成手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記複数対の差動センサ信号は、モータ電流駆動装置の複数相のコイルの転流電流切り換え用センサからの差動センサ信号と兼用することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記２相デジタルエンコーダ信号をモータ駆動制御信号として用いることを特徴とする請求項２記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
前記第１の位相検出手段で検出された位相を所定の複数の位相区間に分ける位相分割手段と、
前記所定の複数の位相区間において前記複数対の差動センサ信号又はそれに対応する複数の信号の中から一つを選択する信号選択手段とをさらに備え、
前記第２の位相検出手段は、前記分割された複数の位相区間において前記信号選択手段により選択された前記複数対の差動センサ信号又はそれに対応する信号の信号レベルが前記回転子の所定の位相に応じた所定のしきい値レベルに到達したことを検出することにより、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項５】
前記第２の位相検出手段は、前記位相分割手段において分割された各々の位相区間で共通で使用されることを特徴とする請求項４記載のモータ駆動制御装置。
【請求項６】
前記複数対の差動センサ信号のピークレベルを検出し又は推定してその結果信号を出力する振幅検出手段と、
前記振幅検出手段からの結果信号に応じて前記複数対の差動センサ信号の信号レベルを調節する第１の調節手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項７】
前記複数対の差動センサ信号のピークレベルを検出し又は推定してその結果信号を出力する振幅検出手段と、
前記振幅検出手段からの結果信号に応じて前記第２の位相検出手段のしきい値レベルを調節する第２の調節手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項８】
分割された前記位相区間はモータの電気角で１２０度間隔であることを特徴とする請求項４記載のモータ駆動制御装置。
【請求項９】
分割された前記位相区間はモータの電気角で６０度間隔であることを特徴とする請求項４記載のモータ駆動制御装置。
【請求項１０】
前記複数対の差動センサ信号は、正弦波又はそれに準じた波形であることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載のモータ駆動制御装置。
【請求項１１】
複数相のコイルを有するモータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数対の差動センサ信号に基づいて位相情報信号を発生してモータを駆動制御するモータ駆動制御方法において、
前記複数対の差動センサ信号のうちの各対の差動センサ信号をそれぞれ互いに比較して位相を検出し、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力するステップと、
複数のしきい値レベルに到達したことを検出することにより、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力するステップと、
前記各位相情報信号を合成することにより、１周期の１／４の位相差を有する２相デジタルエンコーダ信号を生成するステップとを含むことを特徴とするモータ駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子の位相を検出する位相検出装置、及びそれを利用してモータを回転駆動するモータ駆動制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。一般に回転軸にロータリーエンコーダを接続して、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相パルス信号を出力し、そのエッジ検出と２相のハイ／ロー状態から相対的な回転角度を検出することができる。
【０００３】
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、前記２つ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に記載のモータ駆動制御装置においては、光学式エンコーダを用いることなくモータの多くの位相（位置）情報を得て、モータを駆動している。すなわち、このインバータ装置はブラシレスモータの回転子が電気角６０°に相当する回転変化が起こるたびにホールセンサエッジを出力し、そのエッジ間隔の時間を計測しその時間の１／３２に相当する周期パルス信号を発生させている。つまり、６０°を３２等分した位相情報を得ていることになる。
【０００５】
さらに、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置においてはアブソリュート方式のロータリーエンコーダを用いることなくモータの多くの位相（位置）情報を得て、モータを駆動している。すなわち、前述の電気角６０°間隔におけるホールセンサ信号とホールセンサ信号よりも小さい角度変動でパルスを発生するＦＧ信号又は光学式エンコーダを用い各々の計数処理により、より細かな位相情報を得てモータを駆動させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のモータ駆動制御装置においては、ホールセンサエッジ間隔において回転子の回転速度が変化すると回転子の回転位置変化の推定値と実際の回転変化とに誤差が生じ、正確な位相情報を得ることができない。
【０００７】
また、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置では、ホールセンサエッジ間隔よりも細かな間隔のＦＧ信号を用いるためホールセンサエッジ間隔における回転速度変化にはある程度対応できるが、その構成を実現するためにセンサ信号、ＦＧ信号それぞれの計数処理装置やシステムクロック生成手段、ＦＧ信号発電機又はインクリメント方式の光学式エンコーダ、ＦＧ信号増幅器など装置規模の増大を招き駆動装置のコスト増が懸念される
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、ロータリーエンコーダやＦＧ信号発生器を用いることなく、安価で装置規模が小さく小型化可能であり、センサ信号変化間隔よりも多くの位相情報を出力することができるモータ駆動制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係るモータ駆動制御装置は、複数相のコイルを有するモータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生してモータを駆動制御するモータ駆動制御装置において、
前記センサ信号を所定の複数のしきい値レベルと比較して位相を検出し、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、
前記第１の位相検出手段で検出された位相を所定の複数の位相区間に分ける位相分割手段と、
前記所定の複数の位相区間において前記複数のセンサ信号又はそれに対応する複数の信号の中から一つを選択する信号選択手段と、
前記分割された複数の位相区間において前記センサ信号選択手段により選択された前記センサ信号又はそれに対応する信号の信号レベルが前記回転子の所定の位相に応じた所定のしきい値レベルに到達したことを検出することにより、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力する第２の位相検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明に係るモータ駆動制御方法は、複数相のコイルを有するモータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生してモータを駆動制御するモータ駆動制御方法において、
前記センサ信号を所定の複数のしきい値レベルと比較して位相を検出し、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力するステップと、
前記検出された位相を所定の複数の位相区間に分けるステップと、
前記所定の複数の位相区間において前記複数のセンサ信号又はそれに対応する複数の信号の中から一つを選択するステップと、
前記分割された複数の位相区間において前記選択された前記センサ信号又はそれに対応する信号の信号レベルが前記回転子の所定の位相に応じた所定のしきい値レベルに到達したことを検出することにより、当該検出した位相を示す位相情報信号を出力するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
従って、本発明によれば、モータの回転子付近に配置された複数の磁気センサから概略ある程度正確な回転子の位相を検出できる。そして、例えば検出した位相情報はモータコントローラへ位相・位置情報として１相以上のデジタル信号として出力することでモータを駆動制御できる。さらに、モータ駆動制御装置を集積化することで高価なロータリー光学エンコーダを用いることなく、安価で装置規模が小さく小型化可能な磁気センサ変化間隔よりも細かな位相検出手段を有するモータ駆動制御装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２ａ】図１のモータ駆動制御装置の第１の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。
【図２ｂ】図１のモータ駆動制御装置の第２の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。
【図２ｃ】図１のモータ駆動制御装置の第３の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。
【図３ａ】図１の第２の位相検出回路３０の実施例１に係る位相検出回路３０−１の構成を示す回路図である。
【図３ｂ】図１の第２の位相検出回路３０の実施例２に係る位相検出回路３０−２の構成を示す回路図である。
【図４】図１の第２の位相検出回路３０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態２に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態３に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６のモータ駆動部７０の構成を示す回路図である。
【図８】図７のモータ駆動部７０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。る。
【図９】本発明の実施形態４に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態７に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１の第１の位相検出回路１０への入力信号に対する比較結果信号を示す表である。
【図１３】図１の信号選択回路２１の第１の信号選択条件を示す表である。
【図１４】図１の信号選択回路２１からの選択信号Ｘの電気角と振幅割合との関係を示す表である。
【図１５】図１の信号選択回路２１の第２の信号選択条件を示す表である。
【図１６】図１の信号選択回路２１の第３の信号選択条件を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１４】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態に係るモータ駆動制御装置は、モータＭ１の回転子の周囲にその回転角の検出のために設けられた磁気センサ（以下、センサという。）Ｓ１〜Ｓ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）からの各差動センサ信号（Ｕ１，Ｕ１−；Ｖ１，Ｖ１−；Ｗ１，Ｗ１−）に基づいて、モータＭ１の位相情報を検出して出力する装置であり、第１の位相検出回路１０と、位相分割回路２０と、信号選択回路２１と、第２の位相検出回路３０と、合成回路４０とを備えて構成される。
【００１５】
図１において、センサＳ１〜Ｓ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）からの各差動センサ信号（Ｕ１，Ｕ１−；Ｖ１，Ｖ１−；Ｗ１，Ｗ１−）はそれぞれ第１の位相検出回路１０及び信号選択回路２１に入力される。図１２は図１の第１の位相検出回路１０への入力信号に対する比較結果信号を示す表である。第１の位相検出回路１０は３個の比較器１１，１２，１３を備えて構成され、各比較器１１，１２，１３はそれぞれ図１２に示すように、入力される各差動センサ信号の振幅を比較して、ハイ（Ｈｉ）レベル又はロー（Ｌｏｗ）レベルを有する比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を発生して位相分割回路２０及び合成回路４０に出力する。ここで、第１の位相検出回路１０からの比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、所定の位相を有する第１の位相情報信号ｐｈＡとなる。
【００１６】
また、位相分割回路２０は、比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に基づいて、所定の位相区間を持った区間に分割された信号選択信号を発生して信号選択回路２１に出力する。ここで、信号選択回路２１には、前述の差動センサ信号（Ｕ１，Ｕ１−；Ｖ１，Ｖ１−；Ｗ１，Ｗ１−）も入力されており、位相分割回路２０からの信号選択信号に基づき、以下に詳述するように適切な信号を選択して選択信号Ｘとして第２の位相検出回路３０に出力する。
【００１７】
さらに、第２の位相検出回路３０は、主として、複数Ｎ−１個の電圧源３２−１〜３２−（Ｎ−１）と、複数Ｎ個の位相検出器３１−１〜３１−Ｎを備えて構成され、選択信号Ｘを、複数Ｎ−１個の電圧源３２−１〜３２−（Ｎ−１）により生成された複数のしきい値レベルと比較することで、モータＭ１が所定の角度を回転したことを知り得る位相情報信号ｐｈＣとして合成回路４０に出力する。次いで、合成回路４０は、当該位相情報信号ｐｈＣと、上述の第１の位相情報信号ｐｈＡとを合成して、合成後の第２の位相情報信号ｐｈＢを出力する。前述の所定のしきい値レベルとは、回転角度センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の信号振幅に応じたレベルを指し、予め設定されているものとする。
【００１８】
図２ａは図１のモータ駆動制御装置の第１の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートであり、図２ｂは図１のモータ駆動制御装置の第２の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートであり、図２ｃは図１のモータ駆動制御装置の第３の信号選択条件の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。図２ａ〜図２ｃにおいて、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの差動センサ信号の非反転信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を正弦波（これに代えて、正弦波に実質的に同一な、準じた波形であってもよい。）で表しており、センサＳ１〜Ｓ３を電気角１２０°間隔で配置されており、差動センサ信号の反転信号Ｕ１−，Ｖ１−，Ｗ１−はそれぞれの正弦波の逆相をなすように構成されている。
【００１９】
第１の位相検出回路１０を用いれば、差動センサ信号（Ｕ１，Ｕ１−；Ｖ１，Ｖ１−；Ｗ１，Ｗ１−）のそれぞれゼロクロス点で値が切り換わる比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２信号を得る。第１の位相情報信号ｐｈＡは比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２のエッジで切り換わる合成波形を示している。比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の所定のエッジ、もしくは第１の位相情報信号ｐｈＡの立ち上がりエッジ区間で、前記位相分割回路２０により所定の位相分割を行っており、その所定の位相分割区間において、例えば図２ａの第１の動作状態では、図１３の表に従い選択信号を選択して切り換える。ここで、図１３は図１の信号選択回路２１の第１の信号選択条件を示す表である。
【００２０】
各選択信号Ｘを図２ａの下段の太線で示す。各選択信号Ｘは正弦波位相−６０°〜６０°の直線性の高い１２０°区間に分割される。すなわち、分割された位相区間は電気角１２０°に相当する。さらに、図２ａ中の選択信号Ｘに水平方向の点線が示されているが、これは前述の所定のしきい値レベルであり、選択信号Ｘが所定のしきい値レベルに達した際にパルスエッジを出力するようにしている。例えば、選択信号Ｘの電気角−６０°から６０°の間を１２°毎に１０分割にする場合、振幅と電気角の関係は図１４の表のとおりとなる。ここで、図１４は図１の信号選択回路２１からの選択信号Ｘの電気角と振幅割合との関係を示す表である。ただし、差動センサ信号のコモンレベルを０とし、電気角９０°の振幅を１としている。図１４に従い、選択信号Ｘの正弦波振幅に対しての各割合で所定レベルを決定する。なお、電気角−６０°、０°、６０°は各差動センサ信号のゼロクロス点が利用できるため必ずしも第２の位相検出回路３０に必要ではない。
【００２１】
図３ａは図１の第２の位相検出回路３０の実施例１に係る位相検出回路３０−１の構成を示す回路図である。図３ａにおいて、位相検出回路３０−１は、３つの電圧源４３，４４，４５と、互いに直列に接続された複数２Ｎ個の抵抗４７−Ｎ〜４７−１，４８−１〜４８−Ｎと、複数２Ｎ個の比較器４１−Ｎ〜４１−１，４２−１〜４２−Ｎとを備えて構成され、選択信号Ｘの信号振幅を複数のしきい値レベルと比較して位相検出信号ｐｈＣ（ｐｈ（Ｎ）−〜ｐｈ（１）−，ｐｈ（１）＋〜ｐｈ（Ｎ）＋）を発生して出力する。図３ａにおいて、電圧源４４の電圧Ｖ１レベルは正弦波の振幅中心（コモン）レベルであり、電圧源４５，４３の電圧Ｖ２レベル、電圧Ｖ０レベルはそれぞれ正弦波振幅上限及び下限レベルに対応したレベルとなっている。電圧Ｖ１レベルを中心に電気角に応じた振幅割合間隔で分圧されたレベルと選択信号Ｘが比較される。選択信号Ｘが単調増加、又は単調減少することで、順番に位相検出信号ｐｈＣが切り換わって出力される。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、選択信号Ｘを電気角に応じた所定の振幅しきい値レベルに達するたびに出力される位相検出信号ｐｈＣを用いることによりセンサ・ゼロクロス点で得られる位相情報信号ｐｈＣ以上の位相データを得ることが可能となる。図１４では電気角１２°毎の位相情報を得る手段を提供しており、あくまで一例である。その他の例としては、電気角６°毎の振幅割合に区切れば位相情報信号ｐｈＣは１２°毎の倍の位相情報を得ることになるし、３°毎に区切れば４倍の位相情報信号ｐｈＣを得ることが可能である。
【００２３】
図２ａでは、選択信号Ｘは正弦波の−６０°から６０°の区間であり、信号選択の切り替えは６０°となっており、次の信号は−６０°から始まるため不連続となる。第２の位相検出回路３０においては、出力された位相情報信号ｐｈＣを一旦リセットする等の処理の際、位相情報信号ｐｈＣの出力にノイズが走り位相の誤情報を防ぐための信号処理が必要となる。
【００２４】
以上の問題点を避けるため、図２ｂでは選択される信号Ｘが選択信号切り替え時に連続となるよう信号選択回路２１の構成を変更している。一例を挙げると、信号選択回路２１は、図１５に従って入力信号を選択的に切り替える。図１５は図１の信号選択回路２１の第２の信号選択条件を示す表である。図１５において、ｎ＝１，２，３，…である。すなわち、奇数回又は偶数回に分けて選択信号Ｘを選択的に切り替えることで、図２ｂの選択信号Ｘのように選択信号Ｘの切り替わり時に連続した信号として第２の位相検出回路３０に入力することができる。つまり、第２の位相検出回路３０においては出力信号である位相検出信号のリセットは必要なく、グレイコードにおける信号出力が可能となる。なお、奇数又は偶数を見分けるためには前述の位相分割回路２０に簡単なカウンタ装置を備えるだけでよい。
【００２５】
さらに、図２ｃでは、さらに分割区間を電気角６０°毎に分割し選択信号を切り替えた場合のタイミングチャートを示している。選択する信号の切り替えの一例を図１６に示す。図１６は図１の信号選択回路２１の第３の信号選択条件を示す表である。図１６に示すように適切な信号を選択することで、図２ｃの選択信号Ｘのように信号振幅は、図２ａ及び図２ｂの半分（正弦波振幅中心以上の振幅のみ）となる。
【００２６】
図３ｂは図１の第２の位相検出回路３０の実施例２に係る位相検出回路３０−２の構成を示す回路図である。実施例２に係る位相検出回路３０−２は、実施例１に係る図３ａの位相検出回路３０−１に比較して、電圧源４４及び比較器４２−１よりも下側の回路を削除したことを特徴とする。当該実施例２によれば、図３ｂに図示したように、第２の位相検出回路３０−２における所定のしきい値レベル数が半分となっても、実施例１に係る位相検出回路３０−１と同様の作用効果が得られ、モータ駆動制御装置の装置規模が縮小できる。
【００２７】
次いで、第２の位相検出回路３０からの位相情報信号ｐｈＣと第１の位相検出回路１０の位相情報信号ｐｈＡとを合成して２相のデジタル信号である第２の位相情報信号ｐｈＢを発生して出力する合成回路４０の一例について以下に説明する。
【００２８】
図４は図１の第２の位相検出回路３０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。図４では、図２ｃの選択信号Ｘと、電気角６０°区間を１０等分するように、９個の所定しきい値レベルＬＶ（１）〜ＬＶ（９）を有する第２の位相検出回路３０からの位相情報信号ｐｈＢをそれぞれｐｈ（１）〜ｐｈ（９）とした場合を示している。合成回路４０からの第２の位相情報信号ｐｈＢは、２種類の出力デジタル信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２からなる。ここで、出力デジタル信号ＯＵＴ１は、位相情報信号ｐｈ（１），ｐｈ（３），ｐｈ（５），ｐｈ（７），ｐｈ（９）をそれらの立ち上がりエッジに基づき合成して構成され、出力デジタル信号ＯＵＴ２は、位相情報信号ｐｈ（２），ｐｈ（４），ｐｈ（６），ｐｈ（８），Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２をそれらの立ち上がりエッジに基づき合成して構成される。これにより、光学エンコーダを備えなくとも、周期１／４位相差を有するエンコーダ信号（第２の位相情報信号ｐｈＢ）を簡単に得ることができる。
【００２９】
以上の実施形態においては、２つの出力デジタル信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を発生しているが、本発明はこれに限らず、必要な位相情報信号を含む少なくとも１つ又は１相の出力デジタル信号を発生して出力してもよい。
【００３０】
以上の実施形態において、第２の位相検出回路３０は、位相分割回路２０において分割された各々の位相区間で共通で使用されているので、１つの回路で動作でき、回路サイズを小さくできる。
【００３１】
実施形態２．
図５は本発明の実施形態２に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態２に係るモータ駆動制御装置は、図５に示すように、実施形態１に係るモータ駆動制御装置と比較して、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からの差動センサ信号の振幅を調整しかつ増幅する信号増幅回路５０を備えたことを特徴としている。それ以外の構成は実施形態１と同様であり、その説明を省略する。ここで、信号増幅回路５０は、３個の差動増幅器５１，５２，５３を備えて構成される。
【００３２】
図５において、信号増幅回路５０の役割について以下説明する。センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からの差動センサ信号はコモンレベルや振幅レベルが均一ではないことが多い。また、その振幅レベルは電気的に非常に小さいレベルであることも多い。それらのレベルが均一で振幅が大きければ大きいほど第２の位相検出回路３０から所定の回転角を狙った出力信号が実際の回転子の回転角に近い値を示すことになる。つまり、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの差動センサ信号が均一でなかった場合において、信号増幅回路５０においてコモンレベルの調整、振幅レベルの調整及び増幅することが目的である。
【００３３】
以上の実施形態において、第１の位相検出回路１０は信号増幅回路５０により増幅・調整された差動センサ信号を用いて位相検出を行っているが、本発明はこれに限らず、例えばセンサＵ，Ｖ，Ｗの信号をそのまま比較してもよい。また、信号増幅回路５０からの出力信号は差動センサ信号からのシングルエンド信号でもよいし、調整・増幅後の信号を差動で出力してもよい。センサ信号の増幅の有無に関わらず図２ａ，図２ｂ，図２ｃと同様の位相情報を得ることは可能である。
【００３４】
実施形態３．
図６は本発明の実施形態３に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態３に係るモータ駆動制御装置は、図６に示すように、実施形態２に係るモータ駆動制御装置に比較して、（１）モータＭ１の回転子を回転駆動させるために駆動電流を複数のモータコイルに選択的に流すためのモータ駆動部７０と、（２）第２の位相情報信号ｐｈＢに基づいてＰＷＭ信号を発生してモータ駆動部７０に出力するモータコントローラ６０を備えたことを特徴としている。それ以外の構成は実施形態２と同様であり、その説明を省略する。
【００３５】
図７は図６のモータ駆動部７０の構成を示す回路図である。図７において、モータ駆動部７０は、プリドライバ８０と、ドライバ９０とを備えて構成される。例えばブラシレスＤＣモータであるモータＭ１を駆動するための３相コイルを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とし、それぞれのコイルはモータＭ１内でＹ結線されている。ここで、メインドライバ９０は、それぞれのコイルの他端には電源側に接続されたハイサイドスイッチ素子９１，９３，９５と、接地側に接続されたローサイドスイッチ９２，９４，９６とを備えて構成される。さらに、各相のスイッチ素子９１〜９６を駆動するためのスイッチ制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬが前段のプリドライバ８０より出力される。プリドライバ８０は、駆動相コントローラ８１と３個の駆動増幅器８２，８３，８４とを備えて構成される。前記スイッチ制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは対をなしており、駆動相コントローラ８１は、ＰＷＭデューティサイクルで同期整流動作する相、ローサイドのみオンする相、ハイ／ロー共にオフする相のいずれかの状態に振り分けるために設けられ、モータコントローラ６０によって決定されたデューティサイクルのＰＷＭ信号に従って、同期整流相を駆動する。ここで、前述の各相を各状態、すなわちＰＷＭ同期整流駆動、ローサイドオン、両サイドオフの状態に振り分けるためにモータＭ１の回転子付近に配置された位置情報取得のための磁気センサＳ１〜Ｓ３からのセンサ信号に基づいて生成された位相情報信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の信号論理によって定めることによってモータＭ１を回転駆動している。
【００３６】
図８は図７のモータ駆動部７０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。図８では、各相のセンサ信号の信号論理における各状態切り換え例を示しており、ブラシレスＤＣモータを駆動する方法として一般的な駆動方法である。
【００３７】
モータコントローラ６０は回転しているモータＭ１のできるだけ正確な位相・位置情報に基づいて、前述のＰＷＭ信号の然るべきデューティサイクルを制御し、ＰＷＭ信号をモータ駆動部７０に出力する。なお、モータコントローラ６０を設けず、ＰＷＭ信号の代わりに駆動制御電圧をモータ駆動部７０に入力し、モータ駆動部７０内においては入力された駆動制御電圧を一定のフレーム周期を有する三角波によって比較してＰＷＭ信号を生成するようにしてもよい。
【００３８】
図６におけるモータ駆動制御装置において、特徴的なことは、ブラシレスモータ駆動に必要な相切り換え用のセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を、実施形態１、２で説明した複数の位相情報を持つセンサと共通で使用していることにある。さらに、第１の位相検出回路１０をも共通化していることにある。つまり、従来あるセンサ信号を利用しているため多数の位相情報を得るために追加センサなしに実現することができる。
【００３９】
実施形態４．
図９は本発明の実施形態４に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態４に係るモータ駆動制御装置は、図９に示すように、実施形態２に係るモータ駆動制御装置と比較して、振幅検出回路１００を備えたことを特徴とする。それ以外の構成は実施形態２と同様であり、その説明を省略する。振幅検出回路１００は、例えば各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３毎に設けたサンプルホールド回路１０１，１０２，１０３と、増幅率演算回路１０４とを備えて構成され、検出された振幅により所定の振幅となるようにセンサ信号の増幅率を演算し信号増幅回路５０にフォードバックする。
【００４０】
前述したように、各々のセンサ信号はコモンレベルや振幅レベルが均一でないことが多く、本実施形態は、そのコモンレベルと振幅レベルを調整する手段を具備したモータ駆動制御装置であり、その調整例を以下に記載する。
【００４１】
振幅検出回路１００は、例えばピークホールド回路１０１〜１０３を用いて各センサ信号の振幅のピーク値を検出し、もしくは所定の電気角（例えばセンサクロス点など）における振幅をサンプルホールドしその値からピーク値を換算するピークレベル換算手段を用いてピークレベルを推定する。次いで、増幅率演算回路１０４は、検出された信号振幅のピークレベル又はピークレベル推定値が所定の振幅レベルとなるように演算し、あるいはアップダウンカウンタを用いて増幅手段にフィードバックし振幅レベル調整することで各々のセンサＳ１〜Ｓ３が所定の振幅レベルを出力することが可能となり、より回転子の実際の回転角に近い位相情報を得ることが可能となる。
【００４２】
実施形態５．
図１０は本発明の実施形態５に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態５に係るモータ駆動制御装置は、図１０に示すように、実施形態２に係るモータ駆動制御装置に比較して、振幅検出回路１１０を備え、それにより検出された信号レベルを第２の位相検出回路３０の電圧源３２−１〜３２−（Ｎ−１）の基準しきい値レベルを変更することを特徴としている。それ以外の構成は実施形態２と同様であり、その説明を省略する。振幅検出回路１１０は、サンプルホールド回路１１１，１１２，１１３と、基準電圧調整回路１１４とを備えて構成される。ここで、各々のセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３の振幅レベルが異なることを第２の位相検出回路３０への選択信号Ｘ毎に当該基準しきい値レベルを変更することは該当センサ振幅レベルを調整することと等価であり、本実施形態においてもより回転子の実際の回転角に近い位相情報を得ることが可能となる。
【００４３】
以上の実施形態５において、振幅検出回路１１０と第２の位相検出回路３０とを１つの回路で構成してもよい。
【００４４】
実施形態６．
本発明の実施形態６に係るモータ駆動制御装置は、その構成を図示しないが、第２の位相検出回路３０が図３ａ又は図３ｂで示したような比較器群（４１−１〜４１−Ｎ、４２−１〜４２−Ｎ）であることを利用して振幅レベルを調整する方法も有効となる。例えば、比較器群の比較器個数が１６個であった場合、第２の位相検出回路３０が４ビットの簡易的な並列比較（フラッシュ）型ＡＤコンバータとみなされ各相のピーク振幅レベルを検出又は予想することが可能となる。例えば、ある期間においてある選択信号が位相情報信号ｐｈ（ｎ）を超えなかった場合、該選択信号Ｘのピーク振幅は位相情報信号ｐｈ（ｎ−１）以上で位相情報信号ｐｈ（ｎ）以下と結論付けることが可能である。その結果を持って前述の基準電圧調整又は増幅率調整又はその両方を調整するようにすることで、装置全体の規模を小さくすることが可能である。
【００４５】
以上の実施形態４〜６の構成を持つモータ駆動制御装置において、振幅増幅率調整又は基準電圧調整は、モータＭ１の初回回転時に実施してもよいし、リアルタイムでモニタしながら実施してもよい。また、信号増幅回路５０の増幅率変更及び第２の位相検出回路３０の基準電圧調整はセンサ信号ゼロクロス点で実施することが最良である。
【００４６】
実施形態７．
図１１は本発明の実施形態７に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態７に係るモータ駆動制御装置は、図６の実施形態３に係るモータ駆動制御装置において、モータＭ１、センサＳ１〜Ｓ３、モータコントローラ６０を除いた回路を半導体集積回路（以下、半導体ＬＳＩという。）１２０として集積したことを特徴としている。モータ駆動部７０は一般に元々半導体集積回路にて集積されており、そこに複数の位相検出回路１０，３０をオンチップすることで、従来装置からの規模増大はほぼなく、且つ、光学エンコーダがなくなる分装置の小型化が可能となる。
【００４７】
なお、半導体ＬＳＩ（半導体装置）として集積する例としては、図１１の装置に限られず、例えば複数位相検出回路１０，３０のみを集積してもよいし、図１１の構成に加えてモータコントローラ６０も集積してもよい。駆動相コイルを駆動する図７で示されるモータ駆動部７０は発熱源となるため場合によってはモータ駆動部７０のみ集積回路から切り離してもよい。さらに、実施形態４〜６で示されている振幅検出回路１００，１１２や第２の位相検出回路３０を同時に集積化してもよい。
【００４８】
上述してセンサＳ１〜Ｓ３は、モータＭ１の回転子（ロータ）を検出する磁気センサであり、一般的にホール素子が使用される。また、回転子が回転することで発生する磁束密度は正弦波である場合が多く、すなわち、磁気センサからの信号も正弦波である場合が多い。ただし、回転子が回転する際に発生し固定されている磁気センサにて受ける磁束密度が必ずしも綺麗な正弦波ではなく歪んだ正弦波である場合がある。また、センシングする磁束密度が磁気センサの許容値を超えるために起こる磁気飽和により、磁気センサ出力が飽和し台形波に近い出力となる場合もある。しかしながら、電気角−６０°〜６０°区間において正弦波又はそれに近い波形の信号であれば、本発明においては正確な複数の位相検出が可能である。
【００４９】
以上の実施形態において、前記センサ信号は、モータ電流駆動装置の複数相のコイルの転流電流切り換え用センサからのセンサ信号と兼用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上詳述したように、本発明によれば、モータの回転子付近に配置された複数の磁気センサから概略ある程度正確な回転子の位相を検出できる。そして、例えば検出した位相情報はモータコントローラへ位相・位置情報として１相以上のデジタル信号として出力することでモータを駆動制御できる。さらに、モータ駆動制御装置を集積化することで高価なロータリー光学エンコーダを用いることなく、安価で装置規模が小さく小型化可能な磁気センサ変化間隔よりも細かな位相検出手段を有するモータ駆動制御装置が実現可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…第１の位相検出回路、
１１，１２，１３…位相検出器、
２０…位相分割回路、
２１…信号選択回路、
３０…第２の位相検出回路、
３１−１〜３１−Ｎ…位相検出器、
３２−１〜３２−（Ｎ−１）…電圧源、
４０…信号合成回路、
４１−１〜４１−Ｎ，４２〜４２−Ｎ…比較器、
４３，４４，４５…電圧源、
４７−１〜４７−Ｎ，４８−１〜４８−Ｎ…抵抗、
５０…信号増幅回路、
５１，５２，５３…差動増幅器、
６０…モータコントローラ、
７０…モータ駆動部、
８０…プリドライバ、
８１…駆動相コントローラ、
８２，８３，８４…駆動増幅器、
９０…メインドライバ、
９１〜９６…スイッチ素子、
１００…振幅検出回路、
１０１〜１０３…サンプルホールド回路、
１０４…増幅率演算回路、
１１０…振幅検出回路、
１１１〜１１３…サンプルホールド回路、
１１４…基準電圧調整回路、
１２０…半導体ＬＳＩ、
Ｍ１…モータ、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…磁気センサ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特許第３５００３２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−４１４１７号公報
【図１】
0005919730.tif 000002
【図２ａ】
0005919730.tif 000003
【図２ｂ】
0005919730.tif 000004
【図２ｃ】
0005919730.tif 000005
【図３ａ】
0005919730.tif 000006
【図３ｂ】
0005919730.tif 000007
【図４】
0005919730.tif 000008
【図５】
0005919730.tif 000009
【図６】
0005919730.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005919730.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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