(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの相数よりも少ない数のホールセンサによって、回転速度を精確に検出可能なモータ回転速度検出装置を提供する。【解決手段】磁極ペア数Ｐ、Ｍ相モータの回転速度検出装置であって、電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置された第１〜第Ｎのホールセンサと、前記Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成する区間判別部と、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを計数するカウンタと、前記カウンタの計数値に基づいて、モータの回転速度を算出する回転速度算出部とを備える。【選択図】図６
2018017697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極ペア数Ｐ、Ｍ相モータの回転速度検出装置であって、
電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置された第１〜第Ｎ（Ｎは１より大きくＭより小さい整数）のホールセンサと、
前記Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成し、出力する区間判別部と、
前記第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉｊにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力するクロックパルス出力部と、
区間Ｂｉｊのそれぞれについて、前記出力部から出力されたクロックパルスを計数するカウンタと、
前記カウンタの計数値に基づいて、モータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
を備えるモータ回転速度検出装置。
【請求項２】
前記クロックパルス出力部は、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのうちの異なる周波数である第１〜第Ｋの周波数について、第１〜第Ｋの周波数のクロックパルスを発生する第１〜第Ｋのクロック発生器と、
第１〜第Ｎの演算部と、
論理和演算部と、
を備え、
第ｉの演算部は、前記第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号であった場合に、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生する前記クロック発生器からの出力を出力し、
前記論理和演算部は、前記第１〜第Ｎの演算部からの出力信号の論理和を演算し、区間Ｂｉにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力する請求項１に記載のモータ回転速度検出装置。
【請求項３】
前記第１の状態は、第１の論理であり、
前記第２の状態は、前記第１の論理と異なる第２の論理であり、
前記第１〜第Ｎの演算部は、論理積演算部であり、
前記第ｉの演算部は、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生する前記クロック発生器からの出力と前記第ｉの信号が表す論理との論理積を演算する請求項２に記載のモータ回転速度検出装置。
【請求項４】
前記クロックパルス出力部は、周波数ｆｃのクロックパルスを発生するクロック発生器と、
前記第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号であった場合に、前記クロック発生器からの出力を１／Ｌｉ倍し、区間Ｂｉｊにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生するクロック周波数変換器と、
を備える請求項１に記載のモータ回転速度検出装置。
【請求項５】
磁極ペア数Ｐ、Ｍ相モータの回転速度検出装置であって、
電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置された第１〜第Ｎ（Ｎは１より大きくＭより小さい整数）のホールセンサと、
前記Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１〜２Ｐの整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成し、出力する区間判別部と、
周波数ｆｃのクロックパルスを出力するクロックパルス出力部と、
区間Ｂｉｊのそれぞれについて、前記出力部から出力されたクロックパルスを計数するカウンタと、
前記第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉｊについて、前記カウンタの計数値を１／Ｌｉ倍した値に基づいて、モータの回転速度を算出する回転速度算出部と、
を備えるモータ回転速度検出装置。
【請求項６】
Ｐ＝１、Ｍ＝３、Ｎ＝２であり、
前記区間判別部は、前記第１及び第２のホールセンサの出力信号の排他的論理和及び該排他的論理和の否定を演算し、その演算結果をそれぞれ前記第１の信号及び第２の信号として出力する請求項３〜５のいずれか１項に記載のモータ回転速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ回転速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの回転速度検出方法として、ホールセンサやエンコーダを用いた方法が一般に用いられている。特にホールセンサを用いた回転速度検出方法のうち、ホールセンサを３個使う方法が一般に広く知られている。
【０００３】
図１３は、従来の３相ブラシレスモータの動作原理を示す図である。図１３を参照して、従来のモータ回転速度検出装置の動作を説明する。
【０００４】
ブラシレスモータのロータは、Ｎ極とＳ極とからなる磁極ペアを備える。そして、ロータの周囲に位置センサとしてのホールセンサＨＳ1、ホールセンサＨＳ2、ホールセンサＨＳ3の３つのホールセンサが、電気角１２０°の等間隔で配置されている。
【０００５】
ブラシレスモータは、このロータが回転するように構成されている。各ホールセンサは、ロータが回転軸の周りに回転することによって磁極がＳ極からＮ極又はＮ極からＳ極に切り替わると、これを検出して、図１４に示されるように出力信号の状態（ハイレベル、ローレベル）を変化させる。ホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3のロータの回転位相角に対する出力信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの状況を図１４に示す。また、これを出力信号の値（ハイレベルが１、ローレベルが０）で示した図を図３に示す。Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの出力信号の値の組合せにより、ロータ回転位相角を６０度の等間隔で６つの状態の区間Ｂ１〜Ｂ６に分割することができる。
【０００６】
よって、この各ホールセンサの出力信号を用いて、ロータの回転速度を検出することができる。すなわち、この区間Ｂ１〜Ｂ６の各々においてクロックパルスの数をカウンタによって計数することにより、モータの回転速度（区間Ｂ１〜Ｂ６の各々における平均回転速度）を検出できる。いま、クロックパルスの周波数をｆｃ［Ｈｚ］とすると、位相間隔６０°の区間Ｂ１〜Ｂ６の各々において、カウンタは、１／６回転に対してクロックパルスの数ｎを計数するので、回転速度Ωは、
Ω＝６０ｆｃ／６ｎ＝１０ｆｃ／ｎ    ［ｒｐｍ］          （１）
と算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１４４２７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、例えばモータ回転速度検出装置の低コスト化や、小規模機器への搭載に向けた小型化等のために、モータの相数よりも少ない数のホールセンサ、例えばホールセンサの出力信号Ｈｕ、Ｈｖ、ＨｗのうちＨｕ、Ｈｖの２つの信号で回転速度を検出することを検討する。ロータ回転位相角に対するホールセンサの出力信号Ｈｕ、Ｈｖの値を図１６に示す。この場合、ロータ回転位相角を４つの状態の区間Ｂ１’〜Ｂ４’に分割することができる。
【０００９】
この場合、区間Ｂ１’及びＢ３’の位相間隔は１２０°であるが、区間Ｂ２’及びＢ４’の位相間隔は６０°であり、区間Ｂ１’及びＢ３’の位相間隔とは異なる。したがって、区間Ｂ２’及びＢ４’と区間Ｂ１’及びＢ３’では、クロックパルスを計数する時間が異なるため、従来の方法をそのまま適用して回転速度を精確に検出することはできない。
【００１０】
そこで、本発明は、モータの相数よりも少ない数のホールセンサによって、回転速度を精確に検出可能なモータ回転速度検出装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの態様は、磁極ペア数Ｐ、Ｍ相モータの回転速度検出装置であって、電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置された第１〜第Ｎ（Ｎは１より大きくＭより小さい整数）のホールセンサと、前記Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成し、出力する区間判別部と、前記第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉｊにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力するクロックパルス出力部と、区間Ｂｉｊのそれぞれについて、前記出力部から出力されたクロックパルスを計数するカウンタと、前記カウンタの計数値に基づいて、モータの回転速度を算出する回転速度算出部とを備えるモータ回転速度検出装置を提供するものである。
【００１２】
前記クロックパルス出力部は、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのうちの異なる周波数である第１〜第Ｋの周波数について、第１〜第Ｋの周波数のクロックパルスを発生する第１〜第Ｋのクロック発生器と、第１〜第Ｎの演算部と、論理和演算部とを備え、第ｉの演算部は、前記第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号であった場合に、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生する前記クロック発生器からの出力を出力し、前記論理和演算部は、前記第１〜第Ｎの演算部からの出力信号の論理和を演算し、区間Ｂｉにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力するものとすることができる。
【００１３】
前記第１の状態は、第１の論理であり、前記第２の状態は、前記第１の論理と異なる第２の論理であり、前記第１〜第Ｎの演算部は、論理積演算部であり、前記第ｉの演算部は、前記周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生する前記クロック発生器からの出力と前記第ｉの信号が表す論理との論理積を演算するものとすることができる。
【００１４】
前記クロックパルス出力部は、周波数ｆｃのクロックパルスを発生するクロック発生器と、前記第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号であった場合に、前記クロック発生器からの出力を１／Ｌｉ倍し、区間Ｂｉｊにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生するクロック周波数変換器とを備えるものとすることができる。
【００１５】
本発明の別の態様は、磁極ペア数Ｐ、Ｍ相モータの回転速度検出装置であって、電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置された第１〜第Ｎ（Ｎは１より大きくＭより小さい整数）のホールセンサと、前記Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成し、出力する区間判別部と、周波数ｆｃのクロックパルスを出力するクロックパルス出力部と、区間Ｂｉｊのそれぞれについて、前記出力部から出力されたクロックパルスを計数するカウンタと、前記第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が前記第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉｊについて、前記カウンタの計数値を１／Ｌｉ倍した値に基づいて、モータの回転速度を算出する回転速度算出部とを備えるモータ回転速度検出装置を提供するものである。
【００１６】
Ｐ＝１、Ｍ＝３、Ｎ＝２であり、前記区間判別部は、前記第１及び第２のホールセンサの出力信号の排他的論理和及び該排他的論理和の否定を演算し、その演算結果をそれぞれ前記第１の信号及び第２の信号として出力するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成を有する本発明によれば、モータの相数よりも少ない数のホールセンサによって、回転速度を精確に検出可能なモータ回転速度検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の原理を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の区間判別部及びクロック信号出力部の回路構成の一例を示す図である。
【図４】スロットと分割区間の関係の例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。
【図７】ロータ回転位相角に対するホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3の出力信号の値と区間判別部の出力を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。
【図９】ロータ回転位相角に対するホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3の出力信号の値と区間判別部の出力を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。
【図１１】ロータ回転位相角に対するホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＨＳ4の出力信号の値と区間判別部の出力を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。
【図１３】従来の３相ブラシレスモータの動作原理を示す図である。
【図１４】ホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3のロータの回転位相角に対する出力信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの状況を示す図である。
【図１５】ホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3のロータの回転位相角に対する出力信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの値で示す図である。
【図１６】ロータ回転位相角に対するホールセンサの出力信号Ｈｕ、Ｈｖの値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の原理を示す図である。
【００２１】
上述のように、ホールセンサを３つ用いた場合は、区間Ｂ１〜Ｂ６のそれぞれの区間について、カウンタによりクロックパルスを計数し、その計数値に基づいて、モータの回転速度を算出することができた。
【００２２】
従来の方法において、ホールセンサを２つ用いた場合の問題点は、位相間隔の異なる区間で同一の周波数のクロックパルスを計数することにより生じている。そこで、本発明者らは、区間Ｂ１'及びＢ３'と区間Ｂ２'及びＢ４'で、計数するクロックパルスの周波数を切り替えることによって、当該問題を解決することを見出した。
【００２３】
そのために、位相間隔が１２０°である区間Ｂ１’及びＢ３’と、位相間隔が６０°である区間Ｂ２’及びＢ４’とを判別する必要がある。例えば、ホールセンサの出力信号ＨｕとＨｖのＸＯＲ演算及び、そのＮＯＴ演算で、それぞれの区間を判別することができる。図１に、演算結果を示す。
【００２４】
したがって、位相間隔が１２０°である区間Ｂ１’及びＢ３’では、ｆｃ／２［Ｈｚ］のクロックパルスを計数し、位相間隔がその１／２の６０°である区間Ｂ２'及びＢ４'では、ｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルスを計数すれば、同一のカウンタで回転速度を検出することができる。
【００２５】
すなわち、位相間隔が１２０°である区間Ｂ１’及びＢ３’では、１／３回転に対してｆｃ／２［Ｈｚ］のクロックパルスの数Ｎを計数するので、回転速度Ωは、
Ω＝６０ｆｃ／２／３Ｎ＝１０ｆｃ／Ｎ    ［ｒｐｍ］      （２）
となる。
一方、位相間隔が６０°である区間Ｂ２’及びＢ４’では、１／６回転に対してｆｃ  ［Ｈｚ］のクロックパルスの数Ｎを計数するので、回転速度は、
Ω＝６０ｆｃ／６Ｎ＝１０ｆｃ／Ｎ    ［ｒｐｍ］          （３）
となる。
したがって、モータの相数よりも少ない２つのホールセンサによっても、同一のカウンタで回転速度を検出することができる。
【００２６】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の全体構成を示す図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。
【００２７】
モータ回転速度検出装置１は、第１のホールセンサＨＳ1、第２のホールセンサＨＳ2、区間判別部１１、クロックパルス出力部１３、区間Ｂ１'〜Ｂ４'のそれぞれについて、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数するカウンタ１５と、カウンタ１５の計数値に基づいてモータの回転速度を算出する回転速度算出部１７を備える。
【００２８】
第１のホールセンサＨＳ1と第２のホールセンサＨＳ2は、時計回りに電気角１２０°の間隔で配置されている。
【００２９】
区間判別部１１は、ＸＯＲ素子１１１、ＮＯＴ素子１１３を備える。また、クロックパルス出力部１３は、周波数ｆｃ／２のクロックパルスを発生する第１のクロックパルス発生器１３１1、周波数ｆｃのクロックパルスを発生する第２のクロックパルス発生器１３１2、第１のＡＮＤ素子１３３1、第２のＡＮＤ素子１３３2、ＯＲ素子１３５を備える。
【００３０】
第１のホールセンサＨＳ1及び第２のホールセンサＨＳ2の出力線はＸＯＲ素子１１１の入力線に接続されている。ＸＯＲ素子１１１の出力線と第１のクロックパルス発生器１３１1の出力線は、第１のＡＮＤ素子１３３1の入力線に接続されている。また、ＸＯＲ素子１１１の出力線が、ＮＯＴ素子１１３を介して第２のＡＮＤ素子１３３2の入力線に接続されると共に、第２のクロックパルス発生器１３１2の出力線が第２のＡＮＤ素子１３３2の入力線に接続されている。第１のＡＮＤ素子１３３1の出力線と第２のＡＮＤ素子１３３2の出力線は、ＯＲ素子１３５の入力線に接続され、ＯＲ素子１３５からの出力がクロックパルス出力部１３の出力として出力される。
【００３１】
カウンタ１５は、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数するが、ＸＯＲ素子１１１からの出力に基づいて、区間Ｂ１'〜Ｂ４'のいずれかの区間が別の区間に変わるときにその計数値はリセットされる。これにより、区間Ｂ１'〜Ｂ４'のそれぞれについて、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数することができる。
【００３２】
回転速度算出部１７は、カウンタ１５の計数値に基づいて、モータの回転速度を算出する。
【００３３】
以上の装置構成を前提に、本発明の第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の動作を説明する。
【００３４】
図１を参照して、区間Ｂ１'及びＢ３'において、ＸＯＲ素子１１１からの出力は１である。よって、区間判別部１１は、第１の状態である値が１の第１の信号と、第２の状態である値が０の第２の信号とを生成し、出力する。第１のＡＮＤ素子１３３1には、区間判別部１１からの値が１の第１の信号と、第１のクロックパルス発生器１３１1からの周波数ｆｃ／２のクロックパルスとが入力される。一方、第２のＡＮＤ素子１３３2には、区間判別部１１からの値が０の第２の信号が入力される。したがって、ＯＲ素子１３５からは、すなわちクロックパルス出力部１３からは、第１のクロックパルス発生器１３１1からの出力である周波数ｆｃ／２のクロックパルスがそのまま出力される。このとき、区間Ｂ１'及びＢ３’の位相間隔は、１２０°であるから、カウンタ１５は、１／３回転に対してｆｃ／２［Ｈｚ］のクロックパルスの数ｎを計数するので、回転速度算出部１７は、これに基づいて、上記の式（２）から、回転速度Ωを算出する。
【００３５】
これに対して、区間Ｂ２’及びＢ４’において、ＸＯＲ素子１１１からの出力は０である。よって、区間判別部１１は、第２の状態である値が０の第１の信号と、第１の状態である値が１の第２の信号とを生成し、出力する。第１のＡＮＤ素子１３３1には、区間判別部１１からの値が０の第２の信号が入力される。一方、第２のＡＮＤ素子１３３2には、区間判別部１１からの値が１の第２の信号と、第１のクロックパルス発生器１３１1からの周波数ｆｃのクロックパルスとが入力される。したがって、ＯＲ素子１３５からは、すなわちクロックパルス出力部１３からは、第２のクロックパルス発生器１３１2からの出力である周波数ｆｃのクロックパルスがそのまま出力される。このとき、区間Ｂ２’及びＢ４’の位相間隔は、６０°であるから、カウンタ１５は、１／６回転に対してｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルス数のｎを計数するので、回転速度算出部１７は、これに基づいて、上記の式（３）から、回転速度Ωを算出する。
【００３６】
この場合、図１から分かるように、第１のＡＮＤ素子１３３1の出力信号と第２のＡＮＤ素子１３３2の出力信号は背反である（一方が１のときはもう一方は０）ので、第１のＡＮＤ素子１３３1の出力信号と第２のＡＮＤ素子１３３2の出力信号が同時にカウンタ１５に入力されることはない。
【００３７】
上記実施形態においては、第１の状態として「０」、第２の状態として「１」を用いたが、区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成を換えて、第１の状態として「１」、第２の状態として「０」を用いてもよいし、また任意の適切な区別可能な異なる状態を用いてもよい。
【００３８】
ｆｃ［Ｈｚ］とｆｃ／２［Ｈｚ］の２種類のクロックパルス発生器を用意できない場合、１つのｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用いて、クロックパルス出力部１３は、ＸＯＲ素子１１１からの出力に基づいて、各区間を判別し、区間Ｂ１’及びＢ３’においては、クロックパルス出力部１３からのクロックパルスを１／２に分周して出力し、区間Ｂ２'及びＢ４'においては、クロックパルスをそのまま出力するように構成してもよい。
【００３９】
また、これに替えて、１つのｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用いて、カウンタ１５は、ＸＯＲ素子１１１からの出力に基づいて、各区間を判別し、区間Ｂ１'及びＢ３'においては、クロックパルス出力部１３からのクロックパルスの計数値を１／２にして、回転速度算出部１７に出力し、区間Ｂ２'及びＢ４'においては、クロックパルス出力部１３からのクロックパルスの計数値をそのまま回転速度算出部１７に出力ように構成してもよい。
【００４０】
このような構成により、モータの相数よりも少ない数のホールセンサによって、モータの回転速度を検出することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態に係るモータ回転速度検出装置は、磁極ペア数が１の３相モータの回転速度を２つのホールセンサで検出するものであった。本実施形態においては、これを一般化し、磁極ペア数ＰのＭ相モータの回転速度を、時計回りに電気角３６０／Ｎ°（Ｎは１より大きくＭよりも小さい整数）の整数倍の間隔で配置されたＮ個のホールセンサで検出するものである。
【００４２】
まず、磁極ペア数が１の場合について考える。Ｎ個のホールセンサを用いると、位相はホールセンサ１個当たり２つに分割できるから、位相を２Ｎ個の区間に分割することができる。一方で、分割した区間の位相間隔の最小値は１８０／Ｍ°となる。よって、この位相間隔の最小値１８０／Ｍ°の区間を「スロット」と呼ぶこととすると、ロータ１回転当たりのスロット数は、３６０／（１８０／Ｍ）＝２Ｍ個となる。
【００４３】
このように、用いるホールセンサの数Ｎが決まると、ロータ位相分割数が一意に決まるが、分割区間の位相間隔（以下では、最小値１８０／Ｍ°を基本単位１とする）は、Ｎ個のホールセンサのうちのどのホールセンサの出力信号を用いるかで異なる。
【００４４】
このとき、位相間隔ＭをＮ個に分割する通りの数、すなわちMＣN通りだけ場合が発生する。区間の最大の位相間隔は、Ｎ−１個の区間の位相間隔が１のときに、残り１個の区間の位相間隔のＭ−Ｎ＋１となる。図４に、スロットと分割区間の関係の例を示す。
【００４５】
Ｍ相モータの１回転分の位相区間をＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／Ｍ）・Ｌｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉのそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態（例えばハイレベル＝１）を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態（例えばローレベル＝０）を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成するような論理演算回路を構成可能である。すなわち、区間Ｂｉと第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号組合せが１対１に対応するので、第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号を論理値として、第ｉの信号のみが第１の状態（例えばハイレベル＝１）を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態（例えばローレベル＝０）を表す信号を出力するような論理関数が考えられる。同じ論理関数を表現する論理式は多数存在するが、第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成するような論理式が作られるように、論理演算回路を構成することは可能である。
【００４６】
したがって、各区間の位相間隔Ｌｉに応じた、周波数ｆｃ／Ｌｉ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用意し、第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力するようにし、そのクロックパルスをカウンタで計数すれば、同一のカウンタで回転速度を検出できる。
【００４７】
すなわち、Ｌｉ／２Ｍ回転に対してｆｃ／Ｌｉ［Ｈｚ］のクロックパルスの数ｎを計数するので、回転速度Ωは、
Ω＝６０×(Ｌｉ／２Ｍ)×(ｆｃ／(ｎＬｉ))＝３０ｆｃ／Ｍｎ［ｒｐｍ］      （４）
となり、区間の位相間隔Ｌｉに依らず、モータの相数よりも少ないＮ個のホールセンサによっても、同一のカウンタで回転速度を検出することができる。
【００４８】
以上の議論は、磁極ペア数１で行ったが、磁極ペア数をＰに一般化した拡張も容易である。磁極ペア数がＰになると、位相分割数はＰ倍となる。Ｐ倍となった分割状態のホールセンサの出力信号も同じ周期の繰り返しとなるだけである。そして、Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）は、以下の性質を有する。
（１）ｊが奇数同士、ｊ偶数同士の区間Ｂｉｊにおける論理は一致する。すなわち、
Ｂｉ１  ＝  Ｂｉ３  ＝  ・・・  ＝  Ｂｉ,(２ｍ−１)
Ｂｉ２  ＝  Ｂｉ４  ＝  ・・・  ＝  Ｂｉ,２ｍ。
（２）互いにｊが１だけ異なる区間Ｂｉｊにおける論理は、反転した関係となる。すなわち、
2018017697.tif 000003
ここで、ｍはＰ以下の整数である。
【００４９】
また、区間Ｂｉｊのそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、前記第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成するような論理演算回路を構成可能である。すなわち、区間Ｂｉｊと第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号組合せが１対１に対応するので、第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号を論理値として、第ｉの信号のみが第１の状態（例えばハイレベル＝１）を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態（例えばローレベル＝０）を表す信号を出力するような論理関数が考えられる。同じ論理関数を表現する論理式は多数存在するが、第１〜第Ｎのホールセンサの出力信号から生成するような論理式が作られるように、論理演算回路を構成することは可能である。
【００５０】
したがって、各区間の位相間隔Ｌｉに応じた、周波数ｆｃ／Ｌｉ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用意し、第１〜第Ｎの信号のうちの第ｉの信号が第１の状態を表す信号である場合、区間Ｂｉｊにおいて、周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを出力するようにし、そのクロックパルスをカウンタで計数すれば、同一のカウンタで回転速度を検出できる。
【００５１】
すなわち、Ｌｉ／２ＭＰ回転に対してｆｃ／Ｌｉ［Ｈｚ］のクロックパルスの数ｎを計数するので、回転速度Ωは、
Ω＝６０×(Ｌｉ／(２ＭＰ))×(ｆｃ／(ｎＬｉ))＝６０ｆｃ／２ＭＰｎ［ｒｐｍ］   （５）
となり、区間の位相間隔Ｌｉに依らず、モータの相数よりも少ないＮ個のホールセンサによっても、同一のカウンタで回転速度を検出することができる。
【００５２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るモータ回転速度検出装置１の全体構成を示す図、図６は、本発明の第２の実施形態に係るモータ回転速度検出装置の区間判別部及びクロックパルス出力部の回路構成の一例を示す図である。図５、６において図２、３と対応する部分には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００５３】
モータ回転速度検出装置１は、第１〜第ＮのホールセンサＨＳ1〜ＨＳN、区間判別部１１、クロックパルス出力部１３、区間Ｂｉｊのそれぞれについて、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数するカウンタ１５と、カウンタ１５の計数値に基づいてモータの回転速度を算出する回転速度算出部１７を備える。
【００５４】
第１〜第ＮのホールセンサＨＳ1〜ＨＳNは、時計回りに電気角１８０／Ｍ°の整数倍の間隔で配置されている。
【００５５】
区間判別部１１は、Ｍ相モータの１回転分の位相区間を２Ｐ個に分割した区間の各々を更にＮ個に分割することにより得られる、その各々が（１８０／ＭＰ）・Ｌｉ°（ｉは１以上Ｎ以下の整数、Ｌｉは１以上（Ｍ−Ｎ＋１）以下のうちのいずれかの整数）の位相間隔を有する区間Ｂｉｊ（ｊは１以上２Ｐ以下の整数）のそれぞれにおいて、第ｉの信号のみが第１の状態を表す信号で、その他のすべての信号が前記第１の状態とは異なる第２の状態を表す信号となる第１〜第Ｎの信号を、第１〜第ＮのホールセンサＨＳ1〜ＨＳNの出力信号から生成し、出力する。
【００５６】
クロックパルス出力部１３は、周波数ｆｃ／Ｌｉのうちの異なる周波数である第１〜第Ｋの周波数について、第１〜第Ｋの周波数のクロックパルスを発生する第１〜第Ｋのクロックパルス発生器１３１1〜１３１Kと、第１〜第Ｎの演算部である第１〜第ＮのＡＮＤ素子１３３1〜１３３N、論理和演算部であるＯＲ素子１３５を備える。第ｉのＡＮＤ素子１３３iには、区間判別部１１から出力された第ｉの信号と第１〜第Ｋのクロックパルス発生器１３１1〜１３１Kのうちの周波数ｆｃ／Ｌｉのクロックパルスを発生するクロックパルス発生器１３１jからのクロックパルスが入力される。ＯＲ素子１３５には、第１〜第ＮのＡＮＤ素子１３３1〜１３３Nからの出力が入力され、ＯＲ素子１３５からの出力がクロックパルス出力部１３の出力として出力される。
【００５７】
カウンタ１５は、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数するが、区間判別部１１からの出力に基づいて、区間Ｂｉｊのいずれかの区間が別の区間に変わるときにその計数値はリセットされる。これにより、区間Ｂｉｊのそれぞれについて、クロックパルス出力部１３から出力されたクロックパルスを計数することができる。
【００５８】
回転速度算出部１７は、カウンタ１５の計数値に基づいて、上記の式（４）からモータの回転速度Ωを算出する。
【００５９】
ｆｃ／Ｌｉ［Ｈｚ］（ｉ＝１，２，・・・、Ｋ）のＫ種類のクロックパルス発生器を用意できない場合、１つのｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用いて、区間判別部１１からの出力に基づいて、各区間を判別し、クロックパルス出力部１３からのクロックパルスを区間の位相間隔に応じて１／Ｌｉに分周して出力するように構成してもよい。
【００６０】
また、これに替えて、１つのｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルス発生器を用いて、区間判別部１１からの出力に基づいて、各区間を判別し、区間の位相間隔に応じて、カウンタの計数値を１／Ｌｉ倍し、回転速度算出部１７に出力ように構成してもよい。
【００６１】
以下、いくつかの具体例について述べる。
【００６２】
＜磁極ペア数１、相数５、ホールセンサ数３＞
磁極ペア数Ｐ＝１、相数Ｍ＝５、ホールセンサ数Ｎ＝３の場合、ロータ位相分割数は２Ｎ＝６であり、６つの状態が検出できる。時計回りに電気角１８０／５＝３６°の間隔で配置されたホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3の出力信号を用いた場合のロータ回転位相角に対するホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3の出力信号の値を図７に示す。
【００６３】
図９から、区間Ｂ１１，Ｂ２１、Ｂ１２、Ｂ２２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ１、Ｌ２は２で、区間Ｂ３１、Ｂ３２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ３は１だから、クロックパルス発生器としては、周波数ｆｃ／２［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第１のクロックパルス発生器と周波数ｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第２のクロックパルス発生器を用意すればよい。この場合の回路構成例を図８に、またこの場合の区間判別部１１の出力を図９に示す。
【００６４】
次に、時計回りに電気角１８０／５＝３６°の間隔で配置された第１及び第２のホールセンサＨＳ1、ＨＳ2と第２のホールセンサＨＳ2に対して時計回りに電気角７２°の間隔で配置された第４のホールセンサＨＳ4の出力信号を用いた場合のロータ回転位相角に対する第１、第２、及び第４のホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ4の出力信号の値を図９に示す。
【００６５】
図１０から、区間Ｂ１１，Ｂ２１、Ｂ１２、Ｂ２２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ１、Ｌ２は１で、区間Ｂ３１、Ｂ３２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ３は３だから、クロックパルス発生器としては、周波数ｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第１のクロックパルス発生器と周波数ｆｃ／３［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第２のクロックパルス発生器を用意すればよい。この場合の回路構成例を図１０に、またこの場合の区間判別部１１の出力を図９に示す。
【００６６】
＜磁極ペア数１、相数５、ホールセンサ数４＞
磁極ペア数Ｐ＝１、相数Ｍ＝５、ホールセンサ数Ｎ＝４の場合、ロータ位相分割数は２Ｎ＝８であり、８つの状態が検出できる。時計回りに電気角１８０／５＝３６°の間隔で配置された第１〜第４のホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＨＳ4の出力信号を用いた場合のロータ回転位相角に対するホールセンサＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＨＳ4の出力信号の値を図１１に示す。
【００６７】
図１１から、区間Ｂ１１，Ｂ２１、Ｂ４１、Ｂ１２、Ｂ２２、Ｂ４２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４は１で、区間Ｂ３１、Ｂ３２の３６°を基本単位としたときの位相間隔Ｌ３は２だから、クロックパルス発生器としては、周波数ｆｃ［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第１のクロックパルス発生器と周波数ｆｃ／２［Ｈｚ］のクロックパルスを発生する第２のクロックパルス発生器を用意すればよい。この場合の回路構成例を図１２に、またこの場合の区間判別部１１の出力を図１１に示す。
【００６８】
このような構成により、モータの相数よりも少ない数のホールセンサによって、モータの回転速度を検出することができる。
【００６９】
上記実施形態においては、ブラシレスモータを例に説明したが、ブラシレスモータに限定されるものではなく、ブラシレスモータと類似の構成を有するすべてのモータ（例えばシンクロナスモータ）に適用可能であることは言うまでもない。
【００７０】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００７１】
ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＨＳ4、ＨＳN  第１〜第４、第Ｎのホールセンサ
１  モータ回転速度検出装置
１１  区間判別部
１１１  ＸＯＲ素子
１１３  ＮＯＴ素子
１３  クロックパルス出力部
１３１1、１３１2、１３１j、１３１K  第１、第２、第ｊ、第Ｋのクロックパルス発生器
１３３1、１３３2、１３３3、１３３i、１３３N  第１、第２、第３、第ｉ、第ＮのＡＮＤ素子
１３５  ＯＲ素子
１５  カウンタ
１７  回転速度算出部
【図１】
2018017697.tif 000004
【図２】
2018017697.tif 000005
【図３】
2018017697.tif 000006
【図４】
2018017697.tif 000007
【図５】
2018017697.tif 000008
【図６】
2018017697.tif 000009
【図７】
2018017697.tif 000010
【図８】
2018017697.tif 000011
【図９】
2018017697.tif 000012
【図１０】
2018017697.tif 000013
【図１１】
2018017697.tif 000014
【図１２】
2018017697.tif 000015
【図１３】
2018017697.tif 000016
【図１４】
2018017697.tif 000017
【図１５】
2018017697.tif 000018
【図１６】
2018017697.tif 000019