(57)【要約】【課題】位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できるブラシレスモータ制御装置を提供する。【解決手段】補正角算出部８０は、モータ５２の無通電相のコイルに生じた誘起電圧の信号をフーリエ変換することにより、誘起電圧の波形を抽出する。補正角算出部８０は、位置センサ１２が出力したモータ５２のロータの磁界の変化を示す信号の波形と、誘起電圧の波形と、の位相差に基づいて位置センサ１２が出力した信号を補正し、補正した信号からロータの磁極の位置を算出する。出力指令部６４は、算出されたロータの磁極の位置に応じて変化する電圧を駆動部７０に生成させてモータ５２のコイルに印加する制御を行う。【選択図】図２
2018186697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及びステータコイルを備えたブラシレスモータの前記ロータの回転位置を検出する回転センサと、
前記ロータの回転に応じて、駆動電圧を印加していない前記ステータコイルに誘起される誘起電圧を検出する電圧検出部と、
前記誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとの位相差を検出する位相差検出部と、
電圧指令、前記位相差検出部で検出された位相差、及び前記回転センサで検出されたロータの回転位置に基づいて、ステータコイルへの通電タイミングを設定し、前記ロータの回転を制御する制御回路と、
を含むブラシレスモータ制御装置。
【請求項２】
前記位相差検出部は、前記周波数領域のデータのうち、前記ブラシレスモータの極数に応じた次数の周波数データを用いて前記位相差を検出する請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項３】
前記電圧検出部は、前記ステータコイルの各相を無通電にして前記ロータが惰性回転している際に前記誘起電圧を所定サンプリング周期毎にサンプリングする請求項１または２に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出し、該補正角によって前記回転センサが出力した信号を前記誘起電圧の波形に同期させる請求項３に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項５】
前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号に基づき、前記ロータが機械角で３６０度回転する惰性回転周期が、前記所定サンプリング周期の所定倍数である規定周期に一致した際に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させ、サンプリング停止までの規定周期内にサンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとに基づいて前記位相差を検出すると共に、少なくとも１つの誘起電圧のサンプリングを行った時間と、該時間の間近で前記回転センサが出力した信号の矩形波のエッジが立ち上がった時間との時間差を検出し、
前記制御回路は、前記位相差及び前記時間差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する請求項４に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項６】
前記補正角を算出する式は、前記位相差の項、及び前記時間差と前記所定サンプリング周期との和の項を含む請求項５に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項７】
前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号の矩形波から１のエッジを検出した際に前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを開始させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを開始し、該サンプリングの開始から前記ロータが機械角で３６０度回転する惰性回転周期に相当するタイミングで前記矩形波からエッジが検出された場合に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを停止し、サンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られた波形と、前記回転センサが出力した信号をフーリエ変換して得られた波形との位相差を算出し、
前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する請求項４に記載のブラシレスモータ制御装置。
【請求項８】
前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換及び離散フーリエ変換のいずれかである請求項５〜７のいずれか１項に記載のブラシレスモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータの一種であるブラシレスモータは、ロータの周囲に設けられた電磁石であるステータ（固定子）のコイルに電圧を印加した結果生じた回転磁界に永久磁石で構成されたロータ（回転子）を追随させることにより、ロータを回転させる。ロータを円滑に回転させるためには、ロータの磁極の位置に応じたタイミングで、ステータのコイルに電圧を印加する必要がある。
【０００３】
ロータの磁極の位置の検出は、一例として、ホール素子を用いたセンサ（ホールセンサ、ホールＩＣ）又はＭＲ（磁気抵抗効果素子）を用いた絶対角センサによって行われる。これらのセンサは、ロータの磁界、又はロータの磁極の位置に対応して設けられたセンサマグネットの磁界の強度に応じた電気信号を出力する。ロータの回転によって、上記のセンサ（以下、「位置センサ」と称する）が検出するロータ又はセンサマグネットの磁界の強度は漸増及び漸減を繰り返すので、位置センサから出力される電気信号の電圧変化は、正弦波状を呈する。
【０００４】
ブラシレスモータでは、位置センサが出力した正弦波状の電気信号をコンパレータ等の回路によって図８（Ａ）に示したような矩形波状の信号１１０に変換し、かかる矩形波状の信号１１０のローレベルからハイレベルへの切り替わり（以下、「立ち上がりのエッジ」と称する）、及びハイレベルからローレベルへの切り替わり（以下、「立ち下がりのエッジ」と称する）を、ロータの磁極の位置が変化するタイミングとして検出するゼロクロス検出を行い、当該タイミングに基づいてコイルに印加する電圧の位相を決定する。
【０００５】
位置センサを用いたロータの位置検出は、当該位置センサがロータの磁界検出に最適な位置に実装されていることが前提となる。しかしながら、ブラシレスモータの生産時に位置センサが本来の位置とは異なる位置に実装される場合もあり、かかる場合は、ロータの位置を正確に検出できないおそれがあった。
【０００６】
ブラシレスモータのロータの位置は、上述のような位置センサによって検出する他に、無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて検出することが可能である。特許文献１には、図８（Ｂ）に示した正弦波状の誘起電圧の信号１１２をコンパレータ等の回路を用いて、図８（Ｃ）に示した矩形波状の信号１１４に変換し、当該信号１１４をホールＩＣによって検出した信号に基づく信号１１０と比較することにより、位置センサの実装位置に起因する磁界検出の誤差を修正するブラシレスモータ制御装置の発明が開示されている。
【０００７】
例えば、図８が４極６スロットモータの場合であり、時間Ｔがロータが実際に３６０度（機械角３６０度）回転する時間であれば、時間Ｔは電気角では７２０度回転する時間となる。図８において、信号１１０は、信号１１４に対して時間差ｔが生じているので、信号１１０の補正角（電気角）は、下記の式（１）となる。
補正角＝−７２０×ｔ／Ｔ                  …（１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２４００４１号公報
【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、近年は、制御対象であるブラシレスモータの回転速度が高回転化する傾向がある。かかる高回転化されたブラシレスモータでは、起電力係数が低回転なブラシレスモータよりも小さくなるので、検出される誘起電圧は図８（Ｂ）に示した信号１１６のように振幅が小さくなりやすい。また、図８（Ｂ）に示したコンパレータのオフセット誤差１１８による影響も見逃せない。コンパレータは、オペアンプと複数の抵抗とで構成される場合があるが、オペアンプ入力部の電流が回路中の抵抗を流れることによって生じるもので、図８（Ｂ）に示したように、基準電圧が１の値に収束しにくくなる。
【００１０】
誘起電圧の振幅が小さく、かつ基準電圧が収束しないことにより、図８（Ｃ）に示したゼロクロス検出誤差ｄが生じ、その結果、特許文献１に記載されたブラシレスモータ制御装置では、位置センサで検出したロータの位置の補正が困難になるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できるブラシレスモータ制御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】
【００１２】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置は、ロータ及びステータコイルを備えたブラシレスモータの前記ロータの回転位置を検出する回転センサと、前記ロータの回転に応じて、駆動電圧を印加していない前記ステータコイルに誘起される誘起電圧を検出する電圧検出部と、前記誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとの位相差を検出する位相差検出部と、電圧指令、前記位相差検出部で検出された位相差、及び前記回転センサで検出されたロータの回転位置に基づいて、ステータコイルへの通電タイミングを設定し、前記ロータの回転を制御する制御回路と、を含んでいる。
【００１３】
このブラシレスモータ制御装置によれば、例えばフーリエ変換により誘起電圧の周波数領域のデータを得て、当該周波数領域のデータと、位置センサである回転センサが出力した信号との位相差を検出することにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正でき、正確な通電タイミングでステータコイルに電圧を印加できる。
【００１４】
請求項２に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記周波数領域のデータのうち、前記ブラシレスモータの極数に応じた次数の周波数データを用いて前記位相差を検出する。
【００１５】
このブラシレスモータ制御装置によれば、誘起電圧の周波数領域から、モータの極数に応じた周波数データを前述の位相差の検出に用いることにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００１６】
請求項３に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項１または２に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記電圧検出部は、前記ステータコイルの各相を無通電にして前記ロータが惰性回転している際に前記誘起電圧を所定サンプリング周期毎にサンプリングする。
【００１７】
このブラシレスモータ制御装置によれば、ステータコイルの各相を無通電にしてロータを惰性回転させることにより、誘起電圧の検出が容易かつ正確になり、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００１８】
請求項４に記載のブラシレスモータ制御装置は、前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出し、該補正角によって前記回転センサが出力した信号を前記誘起電圧の波形に同期させる。
【００１９】
このブラシレスモータ制御装置によれば、回転センサが出力した信号を誘起電圧の波形に同期させることにより、ロータの位置を高精度で検出できる。
【００２０】
請求項５に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項４に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号に基づき、前記ロータが機械角で３６０度回転する惰性回転周期が、前記所定サンプリング周期の所定倍数である規定周期に一致した際に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させ、サンプリング停止までの規定周期内にサンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとに基づいて前記位相差を検出すると共に、少なくとも１つの誘起電圧のサンプリングを行った時間と、該時間の間近で前記回転センサが出力した信号の矩形波のエッジが立ち上がった時間との時間差を検出し、前記制御回路は、前記位相差及び前記時間差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する。
【００２１】
このブラシレスモータ制御装置によれば、誘起電圧のサンプリング時と、サンプリング時の直前または直後に位置センサから出力された信号の矩形波のエッジが立ち上がった時間との時間差も用いて、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００２２】
請求項６に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項５に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記補正角を算出する式は、前記位相差の項、及び前記時間差と前記所定サンプリング周期との和の項を含む。
【００２３】
このブラシレスモータ制御装置によれば、位置センサで検出されたロータの位置を、前述の位相差、時間差及びサンプリング周期に基づいて高精度で補正できる。
【００２４】
請求項７に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項４に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号の矩形波から１のエッジを検出した際に前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを開始させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを開始し、該サンプリングの開始から前記ロータが機械角で３６０度回転する惰性回転周期に相当するタイミングで前記矩形波からエッジが検出された場合に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを停止し、サンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られた波形と、前記回転センサが出力した信号をフーリエ変換して得られた波形との位相差を算出し、前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する。
【００２５】
このブラシレスモータ制御装置によれば、フーリエ変換して得た誘起電圧の波形と、フーリエ変換して得た回転センサが出力した信号の波形との位相差から補正角を算出することにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００２６】
請求項８に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項５〜７のいずれか１項に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換及び離散フーリエ変換のいずれかである。
【００２７】
このブラシレスモータ制御装置によれば、規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要する高速フーリエ変換のみならず、規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要しない離散フーリエ変換を用いてロータの回転位置の補正角を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置の概略を示す図である。
【図２】モータを高速回転させる場合の本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置のセンサエッジ角度情報補正の一例を示したブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置のセンサエッジ角度情報補正処理の一例を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態で、ＦＦＴによって得られる誘起電圧の周波数領域の一例を示した概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態で、ＦＦＴによる位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態で、Ｐ３＋９０で示された位相差の意味を示した説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態で、位置センサによって検出された信号と誘起電圧の波形との時間差ｔの算出に係る説明図の一例である。
【図８】（Ａ）は、位置センサが出力した正弦波状の電気信号から得た矩形波状の信号の一例を示し、（Ｂ）は、正弦波状の誘起電圧の信号の一例を示し、（Ｃ）は、正弦波状の誘起電圧の信号から得た矩形波状の信号の一例を示している。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置の概略を示す図である。
【図１０】コンパレート等により矩形波状の信号に変換されたセンサマグネットの磁界の変化を示すホール信号と、コンパレータ等によって変換される前の正弦波状のホール信号と、誘起電圧と、を併記した説明図である。
【図１１】ホール信号の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。
【図１２】誘起電圧の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０Ｂの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０の概略を示す図である。モータ５２は、４極６スロットのブラシレスモータである。また、インバータ回路４０は、スイッチング素子であるＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆによってモータ５２のステータ１４のコイルに供給する電力をスイッチングする。例えば、ＦＥＴ４４Ａ、４４ＤはＵ相のコイル１４Ｕ（図示せず）に、ＦＥＴ４４Ｂ、４４ＥはＶ相のコイル１４Ｖ（図示せず）に、ＦＥＴ４４Ｃ、４４ＦはＷ相のコイル１４Ｗ（図示せず）に、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【００３０】
ＦＥＴ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの各々のドレインは、電源であるバッテリ９０の正極に接続されている。また、ＦＥＴ４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆの各々のソースは抵抗Ｒ６を介して接地されている。
【００３１】
また、本実施の形態のブラシレスモータ制御装置１０の基板上には、前述のインバータ回路４０に加え、差動増幅回路５４、位置検出部５６、ＡＤ変換部５８、センサ位相補正部６０、角度演算部６２、出力指令部６４、駆動部７０及び位置センサ１２等が実装されている。位置検出部５６、ＡＤ変換部５８、センサ位相補正部６０、角度演算部６２、出力指令部６４、駆動部７０は、マイコン３０として、１つの集積回路に構成してもよい。
【００３２】
本実施の形態では、モータ５２のロータの磁界又はロータと同軸に設けられたセンサマグネットの磁界をホールＩＣ等の位置センサ１２で検出する。位置センサ１２は、センサマグネットの磁界の変化を正弦波状の信号として検出するホール素子を備え、当該ホール素子が検出した正弦波状の信号を図８（Ａ）に示したような矩形波状の信号に変換して出力する。位置検出部５６は、位置センサ１２が出力した矩形波の立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジを検出するゼロクロス検出を行う。位置検出部５６で検出された立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジの情報は、センサエッジ角度情報として後述する角度演算部６２及びセンサ位相補正部６０に入力される。
【００３３】
差動増幅回路５４は、モータ５２のコイル１４Ｖに発生した誘起電圧を増幅してＡＤ変換部５８に出力する装置である。図１に示したように、差動増幅回路５４は、−入力端子５４Ｎが抵抗Ｒ４を介してＦＥＴ４４Ａのソース及びＦＥＴ４４Ｄのドレインに接続されると共に、−入力端子５４Ｎに制御電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで構成された分圧回路から出力された基準電圧が入力されるオペアンプ５４Ａを有している。オペアンプ５４Ａの＋入力端子５４Ｐは、抵抗Ｒ５を介してＦＥＴ４４Ｂのソース及びＦＥＴ４４Ｅのドレインに接続されると共に、抵抗Ｒ３を介してオペアンプ５４Ａの出力端子５４Ｏに短絡されている。
【００３４】
図１に示した構成は、モータ５２のＶ相のコイルに発生した誘起電圧を検出する。図１には図示していないが、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０では、Ｕ相のコイルに発生した誘起電圧及びＷ相に発生した誘起電圧の各々も検出するように差動増幅回路に係る回路を構成してもよい。
【００３５】
ＡＤ変換部５８は、差動増幅回路５４から出力された信号を規定サンプリングタイミング毎にデジタル信号に変換することにより、図８（Ｃ）に示したような矩形波状の信号を生成する回路である。ＡＤ変換部５８によって生成された信号は、センサ位相補正部６０に入力される。
【００３６】
センサ位相補正部６０では、ＡＤ変換部５８から入力された誘起電圧に基づく信号と、位置検出部５６から入力されたセンサエッジ角度情報の信号とを比較して、上述の式（１）に基づいて、補正角を算出して、角度演算部６２に出力する。
【００３７】
角度演算部６２は、センサ位相補正部６０から入力された補正角に基づいて、位置検出部５６から入力された位置センサ１２が検出したロータの位置を示すセンサエッジ角度情報を補正し、補正したセンサエッジ角度情報を出力指令部６４に出力する。
【００３８】
出力指令部６４は、外部から入力された電圧指令と角度演算部６２から入力された補正後のセンサエッジ角度情報とに基づいて、インバータ回路４０に生成させる電圧の位相、電圧の大きさ（パルス幅変調（ＰＷＭ）による電圧のデューティ比）を決定して駆動部７０に出力する。
【００３９】
駆動部７０は、出力指令部６４から入力された位相及びデューティ比に従ったＰＷＭ信号をインバータ回路４０に出力し、インバータ回路４０は、ＰＷＭ信号に従って、６つのＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆをスイッチングさせて、モータ５２のコイルに印加する電圧を生成する。
【００４０】
図２は、モータ５２を高速回転させる場合の本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０のセンサエッジ角度情報補正の一例を示したブロック図である。図２に示した場合は、差動増幅回路５４、ＡＤ変換部、センサ位相補正部６０及び角度演算部６２に代えて、補正角算出部８０を有している。図２に示した構成は、例えば、製品出荷前の試験において用いられる。当該試験では、差動増幅回路５４に代えて、モータ５２のコイルに生じた誘起電圧が補正角算出部８０の誤差検出器８０Ａに入力される。誤差検出器８０Ａには、位置検出部５６が、位置センサ１２からの信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて算出したセンサエッジ角度情報も入力される。
【００４１】
誤差検出器８０Ａでは、モータ５２のロータを惰性回転させた場合に検出された誘起電圧を規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ＡＤ変換したデータの位相をフーリエ変換によって解析し、正弦波状に変化する誘起電圧の正確な位相を抽出し、抽出した位相に基づいて、補正角を算出する。フーリエ変換は、一例として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いるが、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）でもよい。
【００４２】
そして、補正角算出部８０は、算出した補正角で位置検出部５６が出力したセンサエッジ角度情報を補正して出力指令部６４に出力する。出力指令部６４は、外部から入力された電圧指令と補正角算出部８０から入力された補正後のセンサエッジ角度情報とに基づいて、インバータ回路４０に生成させる電圧の位相及び電圧のデューティ比を決定して駆動部７０に出力する。
【００４３】
図２に示した構成は、上述のように、製品出荷前の試験で用いられる場合があるが、図１の差動増幅回路５４、ＡＤ変換部５８、センサ位相補正部６０角度演算部６２及び位置検出部５６に代えて、図２に示した補正角算出部８０及び位置検出部５６を合わせたセンサエッジ角度情報補正部８２を基板に実装してもよい。センサエッジ角度情報補正部８２を基板に実装した場合には、モータ５２の動作毎に後述するセンサエッジ角度情報補正処理を行うことにより、ロータの位置検出を厳密に行う。
【００４４】
センサエッジ角度情報補正処理は、モータ５２を始動する際、又はモータ５２を停止する際のいずれでも可能であるが、後述するように、モータ５２のロータを惰性回転させることを要するので、モータ５２を停止する際に行うことが合理的である。停止直前に算出した補正角はメモリにホールドし、次にモータ５２を始動する際に、メモリにホールドした補正角を用いて位置検出部５６が出力したセンサエッジ角度情報を補正する。
【００４５】
以下、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０の作用及び効果について説明する。図３は、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０のセンサエッジ角度情報補正処理の一例を示したフローチャートである。図３に示した処理は、例えば、モータ５２が停止する際、モータ５２のコイルへの通電が停止され、ロータが惰性回転している場合に開始される。
【００４６】
ステップ３００では、ロータが惰性回転中か否かを判定する。本実施に形態では、位置センサ１２がロータの回転を示し、かつ駆動部７０からインバータ回路４０にＰＷＭ信号が出力されていない場合に、ロータが惰性回転しているとして肯定判定をする。
【００４７】
ステップ３０２で肯定判定の場合には、手順をステップ３０２に移行させる。ステップ３０２で否定判定の場合には、手順をステップ３１０に戻し、ロータが惰性回転しているか否かを再判定する。
【００４８】
ステップ３０２では、規定サンプリング周期毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ステップ３０４では、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期×２Nで示される規定周期と一致するか否かを判定する。なお、Ｎは自然数であり、一例としてＮ＝４である。また、ロータの惰性回転周期は、位置センサ１２で検出したロータの磁界の変化に基づいて算出する。ＦＦＴでは、データサンプリングに際して規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要するので、上述のように規定周期を設定する。しかしながら、ＤＦＴであれば、ＦＦＴのような規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要しない。従って、ＤＦＴを用いる場合は、ステップ３０４での判定を要しない。ＤＦＴを用いる場合は、モータ５２のロータが機械角で３６０度回転する範囲を含む十分なデータがサンプリングされればよい。
【００４９】
ステップ３０４で肯定判定の場合には、ステップ３０６で誘起電圧のサンプリングを停止する。ステップ３０４で否定判定の場合には、手順をステップ３０２に戻し、誘起電圧のサンプリングを継続する。
【００５０】
ステップ３０８では、サンプリングした誘起電圧のデータにＦＦＴ処理を行い、ステップ３１０では、ＦＦＴ処理の結果に基づいてセンサエッジ角度情報の補正角を算出し、算出した補正角で位置センサ１２が検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行い、処理を終了する。
【００５１】
図４は、ＦＦＴによって得られる誘起電圧の周波数領域の一例を示した概略図である。図４の原点Ｏは、ホールＩＣ等の位置センサ１２によって検出された信号の矩形波のエッジが立ち上がるタイミングである。図４に示したように、ＦＦＴ処理を行うと、ｃｏｓθ、ｃｏｓ（２θ−Ｐ３）、ｃｏｓ（３θ−ＰＸ）等の様々な位相を有する波形が検出される。これは、本実施の形態に係るモータ５２が４極モータであることによる。１のロータに複数のＳ極、Ｎ極が存在しているので、複数の位相が重畳された誘起電圧の波形がサンプリングされるためである。なお、モータの制御において、誘起電圧の波形は正弦波として扱われる場合が少なくないが、本実施の形態では、ＦＦＴの実数項を構成する余弦の項に基づき、波形が余弦波で表現されている。
【００５２】
本実施に形態では、ＦＦＴ処理によって異なる位相の波形が重畳された誘起電圧の位相スペクトラムを解析し、４極ロータ、すなわち極対数が２の場合の誘起電圧の位相を抽出し、抽出した極対数２の誘起電圧の位相に基づいて、センサエッジ角度情報の補正角を算出する。
【００５３】
上述のように、図４の原点Ｏは、位置センサ１２によって検出された信号の矩形波のエッジが立ち上がるタイミングなので、ｃｏｓ（θ−ＰＸ）のＰＸは、位置センサ１２が検出した信号に基づく矩形波との位相差を示している。
【００５４】
図５は、ＦＦＴによる位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図５では、４極ロータ、すなわち極対数が２の場合の位相差であるＰ３は、一例として「−５度」であることを示している。
【００５５】
本実施の形態では、上述のようにＦＦＴの実数項を構成する余弦の項に基づいて誘起電圧の波形を余弦波で表現した。しかしながら、ブラシレスモータ制御装置１０が、誘起電圧を正弦波としてロータの位置検出の制御を行うのであれば、下記の式（２）を用いてＦＦＴで抽出した余弦波を正弦波に変換する。式（２）の正弦の項におけるＰ３＋９０は、後述するように、誘起電圧の波形と位置センサ１２によって検出された信号との位相差に相当する。
ｃｏｓ（Ｐ３）＝ｓｉｎ（Ｐ３＋９０）          …（２）
【００５６】
図６は、Ｐ３＋９０で示された位相差の意味を示した説明図である。図６において、矩形波９２は位置センサ１２によって検出された信号の一例であり、曲線９４は、ＦＦＴによって抽出された誘起電圧の波形を正弦波に変換した後の波形の一例である。
【００５７】
誘起電圧の波形である曲線９４が０の際に、矩形波９２は立ち上がりのエッジを示すべきであるから、図６に示した場合、矩形波９２は、誘起電圧の波形を示す曲線９４に対して、Ｐ３＋９０の遅れを有している。従って、前述の補正角を算出する式（１）は、図６の場合では、下記の式（３）のようになる。
補正角＝（Ｐ３＋９０）−７２０×ｔ／Ｔ        …（３）
【００５８】
次に上記の式（３）中の時間差ｔの値の算出について説明する。図７は、位置センサ１２によって検出された信号と誘起電圧の波形との時間差ｔの算出に係る説明図の一例である。
【００５９】
前述のように、本実施の形態では、規定サンプリング周期ｔ２毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期×２Nで示される規定周期と一致した場合に、誘起電圧のサンプリングを停止する。また、本実施の形態では、一例としてＮ＝４なので、サンプリングの数は１６である。
【００６０】
図７の矩形波９２は、位置センサ１２によって検出された信号の一例であり、図７の曲線９６は、図６の曲線９４と矩形波９２との位相差（Ｐ３＋９０）を補正し、矩形波９２が立ち上がりのエッジを示す際に、誘起電圧が０になるようにした誘起電圧の波形である。また、時間Ｔは、ロータの惰性回転周期であり、モータ５２が４極モータの場合、ロータが実際に３６０度（機械角３６０度）回転する時間であり、電気角では７２０度回転する時間となる。
【００６１】
図７において、サンプルＳ1からサンプリングを開始し、サンプルＳ16でサンプリングを終了する。規定周期間でサンプリングしたサンプルＳ1〜Ｓ16は、上述のようにＦＦＴ処理される。そして、サンプルＳ16をサンプリングした時間１０２と、時間１０２の直前または直後、換言すれば時間１０２の間近で矩形波９２が立ち上がった時間１００との時間差ｔ１を検出する。
【００６２】
時間差ｔ１は補正角の算出に係る時間差であるが、図７に示したように、時間Ｔは、サンプルＳ1からサンプルＳ16をサンプリングするまでの時間Ｔ0は、時間Ｔに対して規定サンプリング周期ｔ２分短い。
【００６３】
前述のように、本実施の形態では、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期ｔ２×２Nで示される規定周期と一致した場合に、補正角算出に係る誘起電圧のサンプリングを完了する。Ｎ＝４の場合、規定周期は、ｔ２×１６である。また、ロータの惰性回転周期は図７の時間Ｔであるから、Ｔ＝ｔ２×１６であることを要する。
【００６４】
しかしながら、時間Ｔ0は、図７に示したように、Ｔ0＝ｔ２×１５となっているので、サンプリングを開始した時間からサンプリングを終了した時間に規定サンプリング周期ｔ２を加算した時間が規定周期である。従って、矩形波９２と曲線９６との時間差ｔは、時間差ｔ１に規定サンプリング周期ｔ２を加算した値となる。
【００６５】
以上より、本実施の形態における補正角の算出式は、下記の式（４）になる。
補正角＝（Ｐ３＋９０）−７２０×（ｔ１＋ｔ２）／Ｔ  …（４）
【００６６】
本実施の形態では、上記式（４）で算出した補正角を用いて、位置センサ１２が検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行う。または、上記式（４）で算出した補正角により、位置センサ１２が出力した信号から生成した矩形波を誘起電圧の波形に同期させ、誘起電圧の波形に同期させた矩形波に基づいてロータの位置を算出してもよい。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態では、ＦＦＴにより、誘起電圧の波形を解析し、解析した波形に基づいて位置センサ１２で検出されたロータの位置を補正する補正角を算出している。ＦＦＴにより、誘起電圧の波形が正確に抽出できるので、モータ５２が高回転の特性を有する場合でも位置センサ１２で検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００６８】
また、本実施の形態は、製品出荷時に図２に示したセンサエッジ角度情報補正部８２を製品に接続して、図３の処理を行うのであれば、図１に示した差動増幅回路５４等の回路が不要になり、製品の構成を簡素化できる。
【００６９】
また、本実施の形態によれば、位置センサ１２の実装ずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、位置センサ１２を実装した回路基板の筐体への組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。
【００７０】
さらに、本実施の形態によれば、ロータとセンサマグネットとの組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、ロータ又はセンサマグネットの着磁のばらつきによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。
【００７１】
［第２の実施の形態］
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０Ａの概略を示す図である。本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０Ａは、位置センサ１２が出力した正弦波状の信号が、位置検出部５６のみならず、ＡＤ変換部５８Ａにも入力されると共に、位置検出部５６で検出された立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジの情報であるセンサエッジ角度情報が角度演算部６２のみに入力され、センサ位相補正部６０Ａには入力されない点で第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０と相違する。また、本実施の形態に係る位置センサ１２Ａは、コンパレータ等の回路を有し、センサマグネットの磁界の変化を矩形波状の信号で出力するホールＩＣのみならず、センサマグネットの磁界の変化を正弦波状の信号で出力するホールセンサを含む点で第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０と相違する。しかしながら、その他の構成は第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０と同一なので、その他の構成については、第１の実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
ＡＤ変換部５８Ａは、コンパレータ等の回路を有し、差動増幅回路５４から出力された信号を規定サンプリングタイミング毎にデジタル信号に変換することにより、図８（Ｃ）に示したような矩形波状の信号である誘起電圧波形１２０を生成すると共に、位置センサ１２Ａが正弦波状の信号を出力するホールセンサの場合、当該正弦波状の信号を図８（Ａ）に示したような矩形波状の信号であるセンサ波形１２２に変換する。なお、位置センサ１２Ａが矩形波状の信号を出力するホールＩＣの場合は、位置センサ１２Ａが出力した信号を変換せずにセンサ波形１２２として扱う。
【００７３】
ＡＤ変換部５８Ａによって生成された誘起電圧波形１２０及びセンサ波形１２２は、センサ位相補正部６０Ａに入力される。センサ位相補正部６０Ａでは、ＡＤ変換部５８Ａから入力された誘起電圧波形１２０とセンサ波形１２２とに基づいて補正角１２４を算出して、角度演算部６２に出力する。
【００７４】
本実施の形態では、センサ位相補正部６０Ａで、誘起電圧波形１２０及びセンサ波形１２２に対してフーリエ変換を行う。実行するフーリエ変換は、一般にはＦＦＴ（ＦＦＴ処理）だがＤＦＴ（ＤＦＴ処理）でもよい。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、位相スペクトラムを解析するが、誘起電圧波形１２０のみならずセンサ波形１２２に対しても位相スペクトラムを解析する。
【００７５】
本実施の形態では、モータ５２のロータを惰性回転させた状態で、位置センサ１２Ａが検出したセンサマグネットの磁界の変化を示す正弦波状の信号を、位置センサ１２Ａ又はＡＤ変換部５８Ａ等が有するコンパレータ等により矩形波状の信号に変換し、当該矩形波状の信号からエッジを検出する。ＡＤ変換部５８Ａは、検出した１のエッジを基点にして、モータ５２のロータを惰性回転させた状態で、差動増幅回路５４が出力した誘起電圧の信号及び位置センサ１２Ａが検出したセンサマグネットの磁界の変化を示す信号を規定のサンプリング周期毎にサンプリングする。
【００７６】
サンプリングは、機械角周期（機械角３６０度）の周期で行われる。本実施の形態のように、４極ロータ、すなわち極対数が２の場合、機械角３６０度は電気角７２０度に相当する。ＡＤ変換部５８Ａは、機械角３６０度（電気角７２０度）の周期に相当するエッジを検出した時点で、規定のサンプリング周期でのサンプリングを終了し、当該サンプリングによって得た誘起電圧の信号及びセンサマグネットの磁界の変化を示す信号をフーリエ変換で処理する。
【００７７】
図１０は、コンパレート等により矩形波状の信号に変換されたセンサマグネットの磁界の変化を示すホール信号ＣＯＭＰ１３０と、コンパレータ等によって変換される前の正弦波状のホール信号１３２と、誘起電圧１３４と、を併記した説明図である。
【００７８】
図１０に示したように、上述の１のエッジであるエッジ１３６が検出されると、ホール信号１３２及び誘起電圧１３４のサンプリングを開始し、機械角３６０度（電気角７２０度）の周期に相当するエッジ１３８を検出した時点で、規定のサンプリング周期でのサンプリングを終了する。
【００７９】
図１０に示したように、誘起電圧１３４とホール信号１３２との間には位相差がある。本実施の形態では、誘起電圧１３４とホール信号１３２との位相差に基づいて、センサ位相補正部６０Ａが、補正角１２４を算出する。
【００８０】
誘起電圧１３４とホール信号１３２との位相差を算出するには、モータ５２のロータを惰性回転させた場合に検出された誘起電圧１３４を、ＡＤ変換部５８Ａで規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ＡＤ変換したデータの位相をフーリエ変換（ＦＦＴ又はＤＦＴ）によって解析する。また、モータ５２のロータを惰性回転させた場合に検出されたホール信号１３２を、ＡＤ変換部５８Ａで規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ＡＤ変換したデータの位相をフーリエ変換（ＦＦＴ又はＤＦＴ）によって解析する。
【００８１】
本実施の形態に係るモータ５２が４極モータなので、フーリエ変換処理を行うと、誘起電圧１３４とホール信号１３２は、図４に示したような様々な位相を有する波形が検出される。本実施の形態では、誘起電圧１３４及びホール信号１３２の各々のデータを、フーリエ変換による位相スペクトラムの解析を行う。
【００８２】
図１１は、ホール信号１３２の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図１１では、極対数が２の場合の位相差であるＰ３は、一例として「−５度」であることを示している。
【００８３】
図１２は、誘起電圧１３４の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図１２では、極対数が２の場合の位相差であるＰ３'は、一例として「−３５度」であることを示している。
【００８４】
以上の位相スペクトラムの解析結果より、誘起電圧１３４とホール信号１３２との位相差は、下記の式（５）で示される。
誘起電圧１３４とホール信号１３２との位相差＝(Ｐ３)−(Ｐ３')    …（５）
【００８５】
そして、上記の式（５）で示される位相差が、センサ位相補正部１２４が出力する補正角１２４である。
【００８６】
本実施の形態では、上記式（５）で算出した補正角を用いて、位置センサ１２Ａが検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行う。または、上記式（５）で算出した補正角により、位置センサ１２Ａが出力した信号から生成した矩形波を誘起電圧の波形に同期させ、誘起電圧の波形に同期させた矩形波に基づいてロータの位置を算出してもよい。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態では、フーリエ変換により、誘起電圧１３４及びホール信号の各々の波形を解析し、解析した波形に基づいて位置センサ１２Ａで検出されたロータの位置を補正する補正角を算出している。フーリエ変換により、誘起電圧１３４及びホール信号１３２の波形が正確に抽出できるので、モータ５２が高回転の特性を有する場合でも位置センサ１２Ａで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、位置センサ１２の実装ずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、位置センサ１２を実装した回路基板の筐体への組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。
【００８９】
[第３の実施の形態]
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０Ｂの概略を示す図である。本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０Ｂは、差動増幅回路１５４の構成が第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０の差動増幅回路５４と相違する。しかしながら、その他の構成は第１の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置１０と同一なので、その他の構成については、第１の実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９０】
差動増幅回路１５４は、＋入力端子５４Ｐが、抵抗Ｒ４を介してＦＥＴ４４Ａのソース、ＦＥＴ４４Ｄのドレイン及びモータ５２のコイル１４Ｕに接続されると共に、抵抗Ｒ３を介して出力端子５４Ｏに短絡されるオペアンプ５４Ｂを有している。オペアンプ５４Ｂの−入力端子５４Ｎは、抵抗Ｒ５を介してＦＥＴ４４Ｂのソース、ＦＥＴ４４Ｅのドレイン及びモータ５２のコイル１４Ｖに接続されている。また、ＦＥＴ４４Ｃのソース、ＦＥＴ４４Ｆのドレイン及びモータ５２のコイル１４Ｗは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで構成され、制御電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の各々の抵抗値に応じたバイアス電圧に分圧して出力する分圧回路の出力端子５４Ｄが、抵抗Ｒ７を介して接続されている。さらに、分圧回路の出力端子５４Ｄは、オペアンプ５４Ｂの−入力端子５４Ｎに接続されると共に、抵抗Ｒ３の＋入力端子５４Ｐ側の一端と抵抗Ｒ４の＋入力端子５４Ｐ側の一端との間に接続されている。従って、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの各々には、分割回路の出力端子５４Ｄから出力されたバイアス電圧が印加される。
【００９１】
ブラシレスモータのロータの回転位置の検出には、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに発生した誘起電圧が用いられる。差動増幅回路１５４は、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗのいずれかに発生した誘起電圧とバイアス電圧との差分に相当する電圧を増幅して、出力端子５４ＯからＡＤ変換部５８に出力する。
【００９２】
以後、第１の実施の形態と同様に、規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてＡＤ変換し、ＡＤ変換したデータの位相をフーリエ変換（ＦＦＴ又はＤＦＴ）によって解析し、モータ５２の極対数に応じた誘起電圧の正確な位相を抽出し、抽出した位相に基づいて、補正角を算出する。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態では、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに発生した誘起電圧を各々用いて、位置センサ１２で検出されたロータの位置を補正する補正角を各々の算出できる。位置センサ１２がホール素子を用いている場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対して別個のホール素子を一般に要するが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々で、ホール素子の実装位置にずれが生じる場合がある。本実施の形態では、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに発生した誘起電圧を各々用いて、位置センサ１２で検出されたロータの位置を補正する補正角を各々算出することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのホール素子の実装位置のずれに起因するロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。
【符号の説明】
【００９４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ…ブラシレスモータ制御装置、１２，１２Ａ…位置センサ、１４…ステータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ…コイル、３０…マイコン、４０…インバータ回路、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ…ＦＥＴ、５２…モータ、５４…差動増幅回路、５４Ａ，５４Ｂ…オペアンプ、５４Ｄ…出力端子、５４Ｎ…−入力端子、５４Ｏ…出力端子、５４Ｐ…＋入力端子、５６…位置検出部、５８，５８Ａ…ＡＤ変換部、６０，６０Ａ…センサ位相補正部、６２…角度演算部、６４…出力指令部、７０…駆動部、８０…補正角算出部、８０Ａ…誤差検出器、８２…センサエッジ角度情報補正部、９０…バッテリ、９２…矩形波、９４，９６…曲線、１００，１０２…時間、１１０，１１２，１１４，１１６…信号、１１８…オフセット誤差、１２０…誘起電圧波形、１２２…センサ波形、１２４…補正角、１２４…センサ位相補正部、１３０…ホール信号ＣＯＭＰ、１３２…ホール信号、１３４…誘起電圧、１３６，１３８…エッジ、１５４…差動増幅回路、Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ…信号、Ｏ…原点、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７…抵抗、Ｓ1，Ｓ16…サンプル、Ｔ，Ｔ0…時間、Ｖｃｃ…制御電圧、ｄ…ゼロクロス検出誤差、ｔ，ｔ１…時間差、ｔ２…規定サンプリング周期
【図１】
2018186697.tif 000003
【図２】
2018186697.tif 000004
【図３】
2018186697.tif 000005
【図４】
2018186697.tif 000006
【図５】
2018186697.tif 000007
【図６】
2018186697.tif 000008
【図７】
2018186697.tif 000009
【図８】
2018186697.tif 000010
【図９】
2018186697.tif 000011
【図１０】
2018186697.tif 000012
【図１１】
2018186697.tif 000013
【図１２】
2018186697.tif 000014
【図１３】
2018186697.tif 000015