(57)【要約】【課題】回転子の回転位置を高精度に検出する位相検出装置のための信号増幅装置を提供する。【解決手段】モータの回転子の回転位置に応じた振幅レベルを有するセンサ信号に基づいて回転位置を検出する位相検出装置のための信号増幅装置であって、センサ信号を所定のしきい値レベルと比較して位相を検出し、当該位相を示す第１の位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、第１の位相情報信号に基づき、センサ信号の信号増幅区間を算出するための位相カウンタ数を計数する位相カウンタと、センサ信号のピークレベルを検出してその結果信号を出力する振幅検出手段と、当該結果信号に示されるセンサ信号のピークレベルが所定の振幅レベルとなるようにセンサ信号の信号増幅率を演算する信号増幅率演算回路と、位相カウンタ数に基づいてセンサ信号の信号増幅区間を算出して信号増幅区間に応じた信号増幅率を格納して出力する信号増幅率制御手段と、当該信号増幅率に基づいてセンサ信号の振幅レベルを増幅する信号増幅手段とを備えた。【選択図】図１
2015208121.tif 000002
【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振幅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当該モータの回転子の回転位置を検出する位相検出装置のための信号増幅装置であって、
上記複数の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、当該検出された位相を示す第１の位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、
上記第１の位相情報信号に基づき、各センサ信号の信号増幅区間を算出するための位相カウンタ数を計数する位相カウンタと、
上記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、
上記振幅検出手段からの結果信号に示される上記センサ信号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各センサ信号の信号増幅率を演算する信号増幅率演算回路と、
上記位相カウンタ数に基づいて、上記各センサ信号の信号増幅区間を算出し、当該算出された信号増幅区間に応じた上記演算された信号増幅率を格納して出力する信号増幅率制御手段と、
上記出力された信号増幅率に基づいて、上記各センサ信号の振幅レベルを増幅する信号増幅手段とを備えたことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項２】
上記複数のセンサ信号又はそれに対応する信号どうしを比較して位相を検出し、当該検出された位相を示す第２の位相情報信号を出力する第２の位相検出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の信号増幅装置。
【請求項３】
上記信号増幅率制御手段は、上記モータの極数を表す極数情報に基づいて、上記信号増幅区間を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の信号増幅装置。
【請求項４】
上記極数情報は、上記信号増幅率制御手段に予め格納されるか、上記信号増幅装置の外部から入力されるか、もしくは上記各センサ信号の周期性に基づいて検出されることを特徴とする請求項３記載の信号増幅装置。
【請求項５】
上記極数情報は、上記各センサ信号の周期性に基づいて、上記各センサ信号の１周期内の最大値の数と最小値の数との合計により算出されることを特徴とする請求項４記載の信号増幅装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の信号増幅装置を備えた位置検出装置であって、上記位置検出装置はさらに、
上記第１の位相情報信号及び上記第２の位相情報信号に含まれる検出された位相、又は上記第２の位相情報信号に含まれる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、
上記複数の位相区間において上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、
上記分割された複数の位相区間において上記センサ信号選択手段により選択された上記センサ信号又はそれに対応する信号の信号レベルが上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３の位相検出手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
上記分割された上記位相区間において上記センサ信号選択手段により選択された上記センサ信号又はそれに対応する信号は上記位相区間の境界において連続した信号であり、
上記分割された上記位相区間はモータの電気角で３０度間隔又は６０度間隔であることを特徴とすることを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
【請求項８】
上記各位相情報信号を合成することにより、少なくとも１相のデジタル信号を生成する合成手段をさらに備え、
上記デジタル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６又は７記載の位置検出装置。
【請求項９】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の信号増幅装置を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項１０】
請求項６〜８のうちのいずれか１つに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子の回転位置に応じた振幅レベルを有する複数のセンサ信号を所定の振幅レベルに増幅する信号増幅装置及びそれを備えた位相検出装置、並びにモータ駆動制御装置に関する。
【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。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、ロータリーエンコーダから、モータの回転子の回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差をもつ２相パルス信号を出力し、そのエッジ検出と２相のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ状態から相対的な回転角度を検出することができる。
【０００３】
上述したロータリー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相パルス信号を得ることができる。
【０００４】
また、特許文献１記載のモータ駆動制御装置においては、モータの回転子の回転位置に対応する信号レベルを有する複数のセンサ信号を利用して、位相情報信号を検出することが開示されている。すなわち、各センサ信号はコモンレベルや振幅レベルが均一でないので、各センサ信号の振幅レベルを検出し、当該検出された振幅レベルを所定の振幅レベルに増幅させて各センサ信号を理想正弦波となるように振幅調整し、当該振幅調整されたセンサ信号に基づいて位相情報信号を検出する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したモータ駆動制御装置においては、モータの回転子に使われる磁石の着磁ばらつき等により、１つセンサ信号のモータ１周期内でも極毎にセンサ信号の振幅にばらつきが発生する。従って、各センサ信号を一律で振幅調整を行う場合には、各センサ信号はそれぞれ理想正弦波にはならず、当該各センサ信号に基づいて位相情報信号を高精度に検出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、より高精度の位相情報信号を検出するために各センサ信号を理想正弦波となるように振幅調整を行う信号増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る信号増幅装置は、
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振幅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当該モータの回転子の回転位置を検出する位相検出装置のための信号増幅装置であって、
上記複数の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、当該検出された位相を示す第１の位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、
上記第１の位相情報信号に基づき、各センサ信号の信号増幅区間を算出するための位相カウンタ数を計数する位相カウンタと、
上記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、
上記振幅検出手段からの結果信号に示される上記センサ信号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各センサ信号の信号増幅率を演算する信号増幅率演算回路と、
上記位相カウンタ数に基づいて、上記各センサ信号の信号増幅区間を算出し、当該算出された信号増幅区間に応じた上記演算された信号増幅率を格納して出力する信号増幅率制御手段と、
上記出力された信号増幅率に基づいて、上記各センサ信号の振幅レベルを増幅する信号増幅手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータＭ１の極に応じた信号増幅区間を検出し、当該検出された信号増幅区間ごとに複数のセンサ信号の振幅レベルを増幅するので、回転子に使用される磁石の着磁ばらつき等で発生する各センサ信号の振幅ばらつきを抑制して理想正弦波とすることができる。従って、高精度の回転位相情報信号を生成することができ、モータＭ１の回転位置情報を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る位相検出装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の第３の位相検出回路３０の構成を示す回路図である。
【図３】図１の時間ｔに対するセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。
【図４】（ａ）は、図１の位相検出装置１の各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３により生成された、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の時間ｔに対する振幅レベルの変化を示す時間軸波形図であり、（ｂ）は（ａ）と経過時間軸を共通にし、第１の位相検出回路１０により生成された、各比較結果信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の時間ｔに対する信号レベルの変化を示す時間軸波形図であり、（ｃ）は（ａ）と経過時間軸を共通にし、位相カウンタ６０により計数される位相カウンタ数の変化を示すタイミングチャートであり、（ｄ）は（ａ）と経過時間軸を共通にし、（ｃ）の位相カウンタ数に基づいて算出される各相の信号増幅区間に格納される信号増幅率の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】図１の位相検出装置１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６】図１の位相検出装置１において分割位相区間内における動作を示す各信号のタイミングチャートである。
【図７】図１の第３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８】図１の位相検出装置１の各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３により生成された、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の時間ｔに対する振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。
【図９】時間ｔに対するセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。
【図１０】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１１】図１０のモータ駆動部２００の構成を示す回路図である。
【図１２】図１１のモータ駆動部２００の動作を示す各信号のタイミングチャートである。
【図１３】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１４】図１の第２の位相検出回路１２０への入力信号に対する比較結果信号を示す表である。
【図１５】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１６】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１７】図１の位相カウンタ６０の動作を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る位相検出装置１の構成を示すブロック図である。図１において、位相検出装置１は、モータＭ１の回転子の周囲にその回転角の検出のための磁気センサ（以下、センサという。）Ｓ１〜Ｓ３を備えて構成される。ここで、位相検出装置１は、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−）が信号増幅回路５０により増幅されたセンサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に基づいて、モータＭ１の位相情報を検出して出力する。ここで、信号増幅回路５０は、３個の増幅器５１，５２，５３を備えて構成される。また、位相検出装置１は、信号増幅装置３００と、位相分割回路２０と、信号選択回路２１と、第３の位相検出回路３０と、合成回路４０とを備えて構成される。
【００１２】
信号増幅装置３００は、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を各所定のしきい値レベルと比較して位相を検出し、当該検出された位相を示す第１の位相情報信号を出力する第１の位相検出手段である第１の位相検出回路１０を備えて構成される。また、信号増幅装置３００は、第１の位相情報信号に基づき、各センサ信号Ｕ１〜Ｗ１の信号増幅区間を算出するための位相カウンタ数を計数する位相カウンタ６０と、各センサ信号Ｕ１〜Ｗ１の信号増幅率を演算する振幅検出回路１００とを備えて構成される。また、信号増幅装置３００は、位相カウンタ数に基づいて、各センサ信号Ｕ１〜Ｗ１の信号増幅区間を算出し、当該算出された信号増幅区間に応じた演算された信号増幅率を格納して出力する信号増幅率制御手段の信号増幅率コントローラ７０を備えて構成される。さらに、信号増幅装置３００は、当該出力された信号増幅率に基づいて、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅レベルを増幅する信号増幅手段である信号増幅回路５０を備えて構成される。またさらに、信号増幅装置３００は、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１又はそれに対応する信号どうしを比較して位相を検出し、当該検出された位相を示す第２の位相情報信号を出力する第２の位相検出手段とを備えて構成される。
【００１３】
振幅検出回路１００は、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１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であるサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０１，１０２，１０３を備えて構成される。また、振幅検出回路１００は、当該結果信号に示される各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１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各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の信号増幅率を演算する信号増幅率演算回路とを備えて構成される。
【００１４】
図１において、センサＳ１〜Ｓ３からの各差動センサ信号はそれぞれ、信号増幅回路５０により増幅されかつシングルエンド信号に変換された後、第１の位相検出回路１０、第２の位相検出回路１２０及び信号選択回路２１に入力される。図１３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を備えて構成される。図１３に示すように、各比較器１１〜１３はそれぞれ、入力される各差動センサ信号の振幅を所定の基準レベルＲｅｆと比較し、ハイ（Ｈｉ）もしくはロー（Ｌｏｗ）レベルを有する比較結果信号Ｕ２〜Ｗ２を発生して合成回路４０及び位相カウンタ６０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。
【００１５】
また、第２の位相検出回路１２０は３個の比較器１２１，１２２，１２３とを備えて構成され、各比較器１２１，１２２，１２３はそれぞれ図１４に従って、２値の比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３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２の位相検出回路１２０からの比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３はそれぞれ所定の位相を有する第２位相情報信号ｐｈＢとなる。
【００１６】
また、位相分割回路２０は、上記比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３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、前述のセンサ信号Ｕ１，Ｖ１，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３の位相検出回路３０に出力する。
【００１７】
さらに、第３の位相検出回路３０は、選択信号Ｘを、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第３の位相情報信号ｐｈＣとして合成回路４０に出力する。複数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】
振幅検出回路１００は、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３毎に設けたサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０１，１０２，１０３と、信号増幅率演算回路１０４とを備えて構成される。各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３毎に設けたサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０１，１０２，１０３は、各センサ信号の振幅のピーク値をそれぞれ検出する。また、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１０１，１０２，１０３は、所定の電気角（例えばセンサクロス点など）における振幅をそれぞれサンプルホールドしその値からピーク値をそれぞれ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それぞれ推定する。信号増幅率演算回路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、当該演算された信号増幅率を信号増幅率コントローラ７０のメモリ７０ｍに出力する。
【００１９】
位相カウンタ６０は、第１の位相検出回路１０から比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を入力し、当該比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジを検出する。位相カウンタ６０は、当該検出されたエッジに基づいて、モータＭ１の回転子の位置を示す位相を表す情報である位相カウンタ数を計数する。すなわち、第１の位相情報信号ｐｈＡの組み合わせを用いて位相カウンタ数が計数される。本実施形態では、図１７に図示するように、位相カウンタ６０は、位相カウンタ数１から位相カウンタ数６まで位相カウンタ数が１つずつ増加するように設定される。ここで、位相カウンタ６０は、モータＭ１が順方向で回転する場合にカウントアップするように設定されてもよいし、もしくはカウントダウンするように設定されてもよい。
【００２０】
信号増幅率コントローラ７０は、メモリ７０ｍ内に予め格納され、モータＭ１の中にできる磁極の数を表す極数情報及び位相カウンタ６０からの位相カウンタ数に基づいて、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの差動センサ信号をそれぞれ増幅する信号増幅区間を算出する。信号増幅率コントローラ７０は、当該算出された信号増幅区間において、信号増幅率演算回路１０４により演算された信号増幅率をメモリ７０ｍに格納して信号増幅回路５０に出力する。次に、信号増幅率コントローラ７０は、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からの差動センサ信号をそれぞれ増幅する信号増幅区間に対応する信号増幅率を信号増幅回路５０に出力する。なお、当該信号増幅区間は、各相の第１の位相情報信号ｐｈＡのエッジ前後の位相カウンタ６０の動作状態で決まる。すなわち、位相カウンタ６０がカウントアップしている場合には、信号増幅区間もカウントアップする。また、位相カウンタ６０がカウントダウンしている場合には、信号増幅区間もカウントダウンする。さらに、１周期内の各相の信号増幅区間はモータＭ１の極数に応じて変更し、１２極のモータＭ１の場合は１２区間に設定し、８極のモータＭ１の場合は８区間に設定する。
【００２１】
信号増幅回路５０は、信号増幅率コントローラ７０から出力された信号増幅率に基づいて、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの差動センサ信号をそれぞれ増幅する。信号増幅回路５０は当該それぞれ増幅された差動センサ信号を各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１として第１の位相検出回路１０、第２の位相検出回路１２０及び信号選択回路２１に出力する。すなわち、信号増幅回路５０は、信号増幅率コントローラ７０から信号増幅率を受信し、当該受信された信号増幅率に基づいて各センサ信号の振幅レベルを調整する。従って、各々のセンサＳ１〜Ｓ３は、所定の振幅レベルを出力するので、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。
【００２２】
合成回路４０は、第１の位相情報信号ｐｈＡと、第２の位相情報信号ｐｈＢと、第３の位相情報信号ｐｈＣとを合成して、少なくとも１つのデジタル信号を生成してモータ制御信号として出力する。
【００２３】
図２は図１の第３の位相検出回路３０の構成を示す回路図である。図２において、位相検出回路３０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る。位相検出回路３０は、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２において、電圧源４４の電圧ＶＲ１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ＶＲ２レベル、電圧ＶＲ０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ＶＲ１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。
【００２４】
図３は、図１の時間ｔに対するセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。図３において、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は均一でない。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。それらのレベルが均一でありかつ振幅が大きければ、第３の位相情報信号ｐｈＣは、実際の回転子の回転角に近い値を示す。すなわち、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの差動センサ信号が均一でない場合には、信号増幅回路５０は、信号増幅率コントローラ７０からの信号増幅率に基づいて、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を理想正弦波となるようにコモンレベル及び振幅レベルを調整する。また、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、コモンレベル及び振幅レベルの他に、回転子に使われる磁石の着磁ばらつき等により１つの相でも振幅がばらつく（以下、１周期内振幅ばらつきという。）。従って、１つの相で一律にコモンレベル及び振幅レベルを増幅しても１周期内振幅ばらつきを除去することができず、高精度で位相を検出することは不可能である。よって、当該着磁ばらつきにあわせて、極毎に振幅を調整する必要がある。なお、図１の各センサ信号Ｕ１、Ｖ１も図３のセンサ信号Ｕ１と同様に１周期内振幅ばらつきが存在し、当該着磁ばらつきにあわせて、極毎に振幅を調整する必要がある。
【００２５】
以上のように構成された実施形態１に係る位相検出装置１の動作について以下に説明する。
【００２６】
図４（ａ）は、図１の位相検出装置１の各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３により生成された、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の時間ｔに対する振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。図４（ｂ）は図４（ａ）と経過時間軸を共通にし、第１の位相検出回路１０により生成された、各比較結果信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の時間ｔに対する信号レベルの変化を示す時間軸波形図である。図４（ｃ）は図４（ａ）と経過時間軸を共通にし、位相カウンタ６０により計数される位相カウンタ数の変化を示すタイミングチャートである。図４（ｄ）は図４（ａ）と経過時間軸を共通にし、図４（ｃ）の位相カウンタ数に基づいて算出される各相の信号増幅区間に格納される信号増幅率の変化を示すタイミングチャートである。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に基づいて、各比較結果信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の信号レベルが算出される。ここで、第１の位相検出回路１０は、各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の正弦波信号の振幅レベルが基準レベルとなるタイミングを検出して位相カウンタ６０に出力する。すなわち、第１の位相検出回路１０は各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の振幅レベルが基準レベルを通過するタイミングでハイレベルもしくはローレベルの信号レベルを位相カウンタ６０に出力する。次に、位相カウンタ６０は、第１の位相検出回路１０からの信号レベルが変化するタイミングで位相カウンタ数を１つずつ増加させる。ここで、位相カウンタ６０はモータＭ１の順方向回転でカウントアップするように設定されており、位相カウンタ６０により計数された位相カウンタ数に基づき、信号増幅区間が算出される。すなわち、信号増幅区間は各相の第１の位相情報信号ｐｈＡの立ち上がりもしくは立ち下がりエッジの前後の位相カウンタ６０の動作状態で決まる。例えば、位相カウンタ６０がカウントアップの動作状態にあれば、信号増幅区間もカウントアップされ、位相カウンタ６０がカウントダウンの動作状態にあれば、信号増幅区間もカウントダウンされる。本実施形態では、図４（ｃ）に図示するように、位相カウンタ６０は位相カウンタ数１から位相カウンタ数６までをカウントアップする。なお、信号増幅区間はモータＭ１の極数に応じて変更され、１２極のモータの場合には１２個となり、８極のモータＭ１の場合には８個となる。次に、図４（ｄ）に図示されるように、算出された信号増幅区間毎に信号増幅率演算回路１０４により演算された信号増幅率が格納される。例えばＵ相のセンサ信号の場合には、位相カウンタ数１から位相カウンタ数３までは信号増幅区間１に対応し、この対応した信号増幅区間に信号増幅率Ｕａｍｐ１が格納される。位相カウンタ数４から位相カウンタ数６までは信号増幅区間２に対応し、この対応した信号増幅区間に信号増幅率Ｕａｍｐ２が格納される。以下同様である。なお、Ｖ相及びＷ相のセンサ信号についてもＵ相のセンサ信号と同様である。
【００２８】
図５は、図１の位相検出装置１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５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度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。
【００２９】
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−）のそれぞれ振幅中心レベル（コモンレベル）と比較した結果として比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を得る。また、第２の位相検出回路１２０を用いれば、比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３は図１５に示すように、センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のそれぞれの比較結果として得る。
【００３０】
さらに、位相分割回路２０は、比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３信号のそれぞれの切り換わりエッジとエッジの区間において位相分割を行っており、その所定位相分割区間において、例えば図５では、図１５に従って選択信号Ｘを選択的に切り換えて得る。図５から明らかなように、各選択信号Ｘを図５の下段の太線で示す。各選択信号Ｘは正弦波位相−３０度〜３０度又は１５０度〜２１０度の直線性の高い６０度区間に分割される。すなわち分割された位相区間は電気角６０度に相当する。さらに、図２中の選択信号Ｘに水平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−３０度から３０度の間を７．５度毎に８分割にする場合、振幅と電気角の関係は図１６の通りとなる。ただし、選択されたセンサ信号のコモンレベルを０とし、電気角９０度の振幅を１としている。図１６に従って、選択信号Ｘの正弦波振幅に対しての各割合で所定のしきい値レベルを決定する。なお、電気角−３０度、３０度は第２の位相情報信号ｐｈＢが使用可能であるし、電気角０度は第１の位相情報信号ｐｈＡが使用可能であるため必ずしも第３の位相比較回路３０の所定のしきい値レベルとして必要ではない。
【００３１】
以上説明したように、選択信号Ｘを電気角に応じた振幅レベルに達するたびに出力される信号を用いることにより、第１の位相情報信号ｐｈＡで得られる位相情報信号数以上の位相データを得ることが可能となる。図５において、選択信号Ｘは各センサ信号の正弦波の電気角−３０度から電気角３０度の幅に対応する区間又は電気角１５０度から電気角２１０度の幅に対応する区間となっており位相区間が切り換わり選択されたセンサ信号が変化しても連続した信号となっている。また、図１で示される第３の位相検出回路からの比較結果信号である第３の位相情報信号ｐｈＣは隣り合う信号が順番に切り換わるため、最終的な合成信号はグレイコードとなすことが可能となっている。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。次いで、第３の位相検出回路からの位相情報信号ｐｈＣと、第１の位相検出回路及び第２の位相検出回路からの各位相情報信号ＰｈＡ，ｐｈＢとを合成して２相のデジタル信号を出力する合成回路の一例について以下に説明する。
【００３２】
図６は、図１の位相検出装置１において分割位相区間内における動作を示す各信号のタイミングチャートである。図６を参照して、振幅レベル検出タイミングの一例について、図６の一部を用いて以下説明する。
【００３３】
図６で示されている分割位相区間では、センサ信号Ｗ１が選択信号Ｘとして第３の位相検出回路３０において位相検出されている状態である。センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１はそれぞれ１２０度の位相差を持っていることから、センサ信号Ｖ１とＷ１のクロス点において理想的にセンサ信号Ｕ１は正弦波振幅ピークに達している。従って、センサ信号Ｕ１の信号レベルを前述のクロス点においてサンプリングすることで、センサ信号Ｕ１の振幅が検出される。以下、センサ信号Ｖ１，Ｗ１においても同様に振幅検出が可能である。ここで、分割位相切り換わり点で選択信号Ｘは、センサ信号Ｗ１からセンサ信号Ｕ１に切り換わっている。従って、センサ信号Ｕ１の信号振幅を検出し演算して、センサ信号Ｕ１に係る増幅器５１の信号増幅率調整を即座に実施しても、第１、２及び３の位相検出回路１０，１２０，３０において、誤差や誤動作が起きる心配はない。そのため、各分割位相区間において第３の位相検出を実行しながら、位相検出を実施していない信号の振幅検出から信号増幅調整を同時に実施し、リアルタイムに常時信号の補正を実施することが可能となる。
【００３４】
図７は、図１の第３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７では、図５の選択信号Ｘと、電気角３０度区間を５等分するようにＬＶ（１）〜ＬＶ（４）の所定のしきい値レベルを有する第３の位相検出回路３０からの第３の位相情報信号ｐｈＣを位相情報信号ｐｈ（１）〜ｐｈ（４）とした場合を示している。合成回路４０は、２種類の出力デジタル信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を出力する。ここで、合成回路４０は、位相情報信号ｐｈ（１），ｐｈ（３），比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３を合成してその合成信号を出力デジタル信号ＯＵＴ１として出力する。また、合成回路４０は、位相情報信号ｐｈ（２），ｐｈ（４），比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を合成してその合成信号を出力デジタル信号ＯＵＴ２として出力する。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を簡単に得ることが可能となる。
【００３５】
以上の実施形態に係る信号増幅装置３００によれば、モータＭ１の極に応じた信号増幅区間を検出し、当該検出された信号増幅区間ごとに各センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅レベルを調整することができる。従って、回転子に使用される磁石の着磁ばらつき等で発生する各センサ信号の振幅ばらつきを抑制して理想正弦波とすることができるので、高精度の回転位相情報信号を生成することができ、モータＭ１の回転位置情報を正確に検出することが可能となる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、信号増幅率コントローラ７０は、信号増幅率演算回路１０４により演算された信号増幅率をリアルタイムで信号増幅回路５０に出力したが、本発明はこれに限らない。例えば、１周期先の同一の信号増幅区間において、当該信号増幅区間に対応する信号増幅率を出力してもよい。すなわち、モータＭ１が１回転して各相の信号増幅区間で信号増幅率が演算されて格納され、当該格納された信号増幅率がモータＭ１の次の１回転の同一の信号増幅区間において利用されて各相の信号レベルが調整されてもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、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Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の振幅レベルのピーク値２０１〜２０８（図８参照）を検出したが、本発明はこれに限らない。例えば、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の各交点３０１〜３０９（図８参照）の振幅レベルを検出して、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を理想正弦波となるように振幅調整してもよい。この場合には、振幅検出回路１００の各サンプルホールド回路１０１〜１０３は、信号増幅回路５０から各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を入力する代わりに、第１の位相検出回路１２０からの各比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３を入力する。
【００３８】
また、本実施形態では、第１の位相情報信号ｐｈＡを用いて位相カウンタ数を計数したが、本発明はこれに限らない。例えば、第２の位相情報信号ｐｈＢを用いて位相カウンタ数を計数してもよいし、第１の位相情報信号ｐｈＡ及び第２の位相情報信号ｐｈＢの両方を用いて位相カウンタ数を計数してもよい。ここで、第２の位相情報信号ｐｈＢを用いて位相カウンタ数を計数する場合は、位相カウンタ数、信号増幅区間数は第１の位相情報信号ｐｈＡと同様に決定される。すなわち、位相カウンタの動作状態は各比較結果信号Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３の組み合わせで決まる。また、信号増幅区間は各相の第２の位相情報信号ｐｈＢの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの前後の位相カウンタの動作状態で決まる。位相カウンタがカウントアップ（ダウン）していれば信号増幅区間もカウントアップ（ダウン）する。さらに、第１の位相情報信号ｐｈＡ及び第２の位相情報信号ｐｈＢを用いて位相カウンタ数を計数する場合は、位相カウンタの動作状態は各比較結果信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３の組み合わせで決まる。信号増幅区間は各相の第１の位相情報信号ｐｈＡ及び第２の位相情報信号ｐｈＢの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジの前後の位相カウンタの動作状態で決まる。位相カウンタがカウントアップ（ダウン）していれば信号増幅区間もカウントアップ（ダウン）する。
【００３９】
さらに、本実施形態では、極数情報が信号増幅率コントローラ７０内のメモリ７０ｍ内に予め格納されていたが、本発明はこれに限らない。例えば、位相検出装置１の外部から極数情報が入力されるように構成されてもよいし、各センサ信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の振幅レベルの周期性に基づいて極数情報を検出するようにしてもよい。図９は、時間ｔに対するセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの変化を示す時間軸波形図である。図９では、領域ＡＢＣＤ内でのセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの最大値４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０と、領域ＥＦＧＨ内でのセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの最大値５００、５０２、５０４、５０６、５０８、５１０とが一致する。さらに、領域ＡＢＣＤ内でのセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの最小値４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１と、領域ＥＦＧＨ内でのセンサ信号Ｕ１の振幅レベルの最小値５０１、５０３、５０５、５０７、５０９、５１１とが一致する。図９に図示するようなセンサ信号のパターンの場合には、最大値及び最小値の数は１２個であるので、１２極の極数情報を有することを検出する。すなわち、極数情報は、各センサ信号の周期性に基づいて、各センサ信号の１周期内の最大値の数と最小値の数との合計により算出される。
【００４０】
実施形態２．
図１０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１０に示すように、図１の実施形態１の位相検出装置１に比較して、モータ駆動部２００と、モータコントローラ１３０とを備えたことを特徴としている。ここで、モータ駆動部２００は、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。また、モータコントローラ１３０は、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２００に出力する。それ以外の構成は実施形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４１】
図１１は、図１０のモータ駆動部２００の構成を示す回路図である。図１１において、モータ駆動部２００は、プリドライバ８０と、メインドライバ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。スイッチ制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは対をなしている。また、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ている。また、駆動相コントローラ８１は、モータコントローラ１３０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、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回転子付近に配置された磁気センサＳ１〜Ｓ３からのセンサ信号に基づき生成された位相情報信号Ｕ２〜Ｗ２の信号論理によって定めることによって回転子を回転駆動している。
【００４２】
図１２は、図１１のモータ駆動部２００の動作を示す各信号のタイミングチャートである。図１２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。
【００４３】
モータコントローラ１３０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２００に出力する。なお、モータコントローラ１３０を設けなくてもよい。この場合には、ＰＷＭ信号の代わりに駆動制御電圧をモータ駆動部２００に入力し、モータ駆動部２００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。
【００４４】
図７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。
【００４５】
本実施の形態に係るモータ駆動制御装置によれば、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
実施形態のまとめ
第１の態様に係る信号増幅装置は、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振幅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当該モータの回転子の回転位置を検出する位相検出装置のための信号増幅装置であって、
上記複数の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、当該検出された位相を示す第１の位相情報信号を出力する第１の位相検出手段と、
上記第１の位相情報信号に基づき、各センサ信号の信号増幅区間を算出するための位相カウンタ数を計数する位相カウンタと、
上記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、
上記振幅検出手段からの結果信号に示される上記センサ信号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各センサ信号の信号増幅率を演算する信号増幅率演算回路と、
上記位相カウンタ数に基づいて、上記各センサ信号の信号増幅区間を算出し、当該算出された信号増幅区間に応じた上記演算された信号増幅率を格納して出力する信号増幅率制御手段と、
上記出力された信号増幅率に基づいて、上記各センサ信号の振幅レベルを増幅する信号増幅手段とを備えたことを特徴とする。
【００４７】
第２の態様に係る信号増幅装置は、第１の態様に係る信号増幅装置において、上記複数のセンサ信号又はそれに対応する信号どうしを比較して位相を検出し、当該検出された位相を示す第２の位相情報信号を出力する第２の位相検出手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００４８】
第３の態様に係る信号増幅装置は、第１又は第２の態様に係る信号増幅装置において、上記信号増幅率制御手段は、上記モータの極数を表す極数情報に基づいて、上記信号増幅区間を算出することを特徴とする。
【００４９】
第４の態様に係る信号増幅装置は、第３の態様に係る信号増幅装置において、上記極数情報は、上記信号増幅率制御手段に予め格納されるか、上記信号増幅装置の外部から入力されるか、もしくは上記各センサ信号の周期性に基づいて検出されることを特徴とする。
【００５０】
第５の態様に係る信号増幅装置は、第４の態様に係る信号増幅装置において、上記極数情報は、上記各センサ信号の周期性に基づいて、上記各センサ信号の１周期内の最大値の数と最小値の数との合計により算出されることを特徴とする。
【００５１】
第６の態様に係る位置検出装置は、第１〜第３の態様のうちのいずれか１つに記載の信号増幅装置を備えた位置検出装置であって、上記位置検出装置はさらに、
上記第１の位相情報信号及び上記第２の位相情報信号に含まれる検出された位相、又は上記第２の位相情報信号に含まれる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、
上記複数の位相区間において上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、
上記分割された複数の位相区間において上記センサ信号選択手段により選択された上記センサ信号又はそれに対応する信号の信号レベルが上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３の位相検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００５２】
第７の態様に係る位置検出装置は、第６の態様に係る位置検出装置において、上記分割された上記位相区間において上記センサ信号選択手段により選択された上記センサ信号又はそれに対応する信号は上記位相区間の境界において連続した信号であり、上記分割された上記位相区間はモータの電気角で３０度間隔又は６０度間隔であることを特徴とする。
【００５３】
第８の態様に係る位置検出装置は、第６又は第７の態様に係る位置検出装置において、上記各位相情報信号を合成することにより、少なくとも１相のデジタル信号を生成する合成手段をさらに備え、上記デジタル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。
【００５４】
第９の態様に係るモータ駆動制御装置であって、第１〜第５の態様のうちのいずれか１つに記載の信号増幅装置を備えたことを特徴とする。
【００５５】
第１０の態様に係るモータ駆動制御装置であって、第６〜第８の態様のうちのいずれか１つに記載の位置検出装置を備えたことを特徴とする。
【符号の説明】
【００５６】
１…位相検出装置、
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３の位相検出回路、
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…増幅器、
６０…位相カウンタ、
７０…信号増幅率コントローラ、
７０ｍ…メモリ、
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、
１２０…第２の位相検出回路、
１２１，１２２，１２３…位相検出器、
１３０…モータコントローラ、
２００…モータ駆動部、
３００…信号増幅装置、
Ｍ１…モータ、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…磁気センサ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特開２０１３−９９０２３号公報
【図１】
2015208121.tif 000003
【図２】
2015208121.tif 000004
【図３】
2015208121.tif 000005
【図４】
2015208121.tif 000006
【図５】
2015208121.tif 000007
【図６】
2015208121.tif 000008
【図７】
2015208121.tif 000009
【図８】
2015208121.tif 000010
【図９】
2015208121.tif 000011
【図１０】
2015208121.tif 000012
【図１１】
2015208121.tif 000013
【図１２】
2015208121.tif 000014
【図１３】
2015208121.tif 000015
【図１４】
2015208121.tif 000016
【図１５】
2015208121.tif 000017
【図１６】
2015208121.tif 000018
【図１７】
2015208121.tif 000019