(57)【要約】【課題】回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号がノイズ等の影響を受けにくい構成を提供することが目的である。【解決手段】回転後のベクトルと所定位相との比較結果に応じベクトルを回転させる回転量を決定し、ベクトルを決定した回転量回転させることを繰り返しながら決定した回転量を回転軸の回転角度として取得し、決定した回転量にもとづき、回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号を生成するものであって、比較結果に応じて回転量を増加または減少させる場合、一定量増加または減少させる構成である。【選択図】  図１１
2015121519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対し所定の位置に配置され、前記回転軸の回転に応じて振幅が周期的に変化する複数の信号であって、前記所定の位置に応じて相互に位相の異なる複数の信号を出力する複数のセンサと、
前記回転軸の回転に応じて位相が変化するベクトルを前記複数のセンサが出力する前記複数の信号にもとづいて導出するベクトル生成手段と、
前記ベクトルを前記回転軸の回転とは別に回転させるベクトル回転手段と、前記ベクトル回転手段が回転させた前記ベクトルと所定位相とを比較し、当該比較の結果に応じて回転量決定信号を出力する比較手段と、前記回転量決定信号に応じて前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる回転量を決定する回転量決定手段とを有し、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる前記回転量を前記回転量決定信号に応じて前記回転量決定手段が決定する処理と、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを前記回転量決定手段が決定した回転量回転させる処理とを繰り返しながら前記回転量決定手段が決定した前記回転量を前記回転軸の回転角度として取得する角度探索手段と、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量にもとづいて前記回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号を生成する回転角度変化信号生成手段とを有し、
前記比較手段は、前記比較の結果に応じ、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる前記回転量を増加または減少させる場合、一定量増加または減少させることを示す前記回転量決定信号を出力することを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記複数のセンサが出力する複数の信号は、それぞれが正弦波状に変化する正弦波信号であり、
前記ベクトル生成手段は、少なくとも二つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果により表されるベクトルを生成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記複数のセンサが出力する複数の信号は、それぞれが正弦波状に変化する正弦波信号であり、
前記ベクトル生成手段は、前記正弦波信号と、少なくとも二つの前記正弦波信号同士を相互演算した結果とにより表されるベクトルを生成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記ベクトル回転手段は、前記ベクトルを表現する信号と、前記回転量決定手段が決定した前記回転量にもとづく複数の位相を有する基準正弦波とを積和演算することにより、前記ベクトル生成手段が生成したベクトルを回転させることを特徴とする、請求項２または３に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記回転角度変化信号生成手段は、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量に応じて変化する１／４周期の位相差を持つ２相のパルス信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記回転角度変化信号生成手段は、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量の増加または減少を示す２値信号と、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量の変化量を、パルス数またはパルスエッジ数で示すパルス信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記回転角度変化信号生成手段は、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量の増加量をパルス数またはパルスエッジ数で示す第１のパルス信号と、
前記回転量決定手段が決定した前記回転量の減少量をパルス数またはパルスエッジ数で示す第２のパルス信号との
２つのパルス信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記複数のセンサは、複数のホール素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の角度検出装置を備え、
前記回転軸はモータの回転子の回転軸であり、
前記複数のセンサが出力する前記複数の信号にもとづいて、周期的に変化する駆動電圧を、前記モータに印加して、前記モータの回転子を回転駆動するモータ駆動手段を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項１０】
前記回転量決定手段が決定した前記回転量を表す信号または前記回転角度変化信号生成手段が出力する前記回転角度変化信号にもとづいて、前記モータの回転子の回転速度、または回転角度を制御するモータ制御手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の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、角度検出装置、および角度検出装置を含むモータ駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを回転角度制御（位置制御）する場合、モータの回転子の回転角度を検出する必要がある。一般な方法として、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回転角度を検出する方法がある。この方法では、回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差をもつ２相のパルス信号を出力させ、そのエッジ検出と２相のＨｉ（すなわちＨｉｇｈ、以下同様）／Ｌｏ（すなわちＬｏｗ、以下同様）状態から相対的な回転角度を検出する。
【０００３】
例えば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。そして上記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相のパルス信号を得ることができる。
【０００４】
また、回転体の回転角度の検出方法として、以下の方法が知られている。この方法は、永久磁石を設けた回転体と、回転体の近傍に固定された磁気センサとを相対的に回転させ、回転に応じて変化する磁気センサの出力波形から回転角度を検出し、検出した回転角度に従って２相のパルス信号を出力する方法である。
【０００５】
以下、一例として、特許文献１に記載の装置構成につき、図１を用いて説明する。
【０００６】
永久磁石を備えた回転体の近傍に、所定の位相角をもって複数の磁気センサを配置する。そして磁気センサが出力する、回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化し、かつ互いに位相の異なる複数の正弦波信号を相互に加減算する。このようにして、図１および以下の数式
【０００７】
【数１】
2015121519.tif 000003
に示す、直交するＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙを生成する。  
図１に示す回転演算部３１は、乗算部３５、Ｙ軸減算部３６、Ｘ軸加算部３７およびメモリ３９を備える。そしてＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙにより表現されるベクトルを、後述するレジスタ値ＳＡＲの値に従って回転変換する。そして演算結果である回転Ｘ軸信号Ｘ'、回転Ｙ軸信号Ｙ'により表現される回転ベクトルを出力する。
【０００８】
乗算部３５は、以下の数式
【０００９】
【数２】
2015121519.tif 000004
に示す如く、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙに、後述する正弦データｄｓｉｎおよび余弦データｄｃｏｓをそれぞれ乗じ、演算結果をそれぞれＸｓｉｎ、Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎ、Ｙｃｏｓとして出力する。
【００１０】
Ｙ軸減算部３６は、以下の数式
【００１１】
【数３】
2015121519.tif 000005
の下段に示す減算を実行し、演算結果を回転Ｙ軸信号Ｙ'として出力する。
【００１２】
Ｘ軸加算部３７は、数式［数３］の上段に示す加算を実行して、演算結果を回転Ｘ軸信号Ｘ'として出力する。なお説明の便宜上、回転Ｘ軸信号Ｘ'の利用についての説明は省略する。
【００１３】
メモリ３９は不揮発メモリであり、それぞれ１周期を６４分割して、振幅を１２７［ＬＳＢ］で表す正弦データｄｓｉｎおよび余弦データｄｃｏｓを保持する。そして図３に示すように、後述する６ビットの語長をもつＳＡＲの値に従って、それぞれの対応するデータ値を出力する。
【００１４】
以上が、回転演算部３１の説明であり、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙと、回転Ｘ軸信号Ｘ'および回転Ｙ軸信号Ｙ'は、以下の数式
【００１５】
【数４】
2015121519.tif 000006
に示す関係になる。
【００１６】
発振器１５は、周期的なパルス信号であるクロック信号ｃｌｋを出力する。
【００１７】
分周器１６は、前記クロック信号ｃｌｋを分周して、トリガｆｓを出力する。
【００１８】
探索制御部２５は、符号判定部２６、シーケンサ２７、逐次比較レジスタ２８を備える。そして、出力するレジスタ値ＳＡＲを変化させ、回転Ｙ軸信号Ｙ'が近似的にゼロになるレジスタ値ＳＡＲの値を探索する処理を、トリガｆｓの到来の度に実行する。
【００１９】
以下、探索制御部２５の構成および動作を説明する。
【００２０】
符号判定部２６は、以下の数式
【００２１】
【数５】
2015121519.tif 000007
に示すように、回転Ｙ軸信号Ｙ'の正負を判定して、符号判定信号ｓｉｇｎを出力する。
【００２２】
逐次比較レジスタ２８は、レジスタであり、後述するシーケンサ２７により値を適宜書き換えられ、その値をレジスタ値ＳＡＲとして出力する。本構成においては、データ語長は６ビットとする。
【００２３】
シーケンサ２７は、逐次比較レジスタ２８の値を書き換え、その結果として変化する符号判定信号ｓｉｇｎの値により逐次比較レジスタ２８の値を確定させるという、角度探索シーケンスをトリガｆｓの到来の度に実行する。
【００２４】
以下、シーケンサ２７の動作の詳細を図４乃至図７、および図８を用いて説明する。
【００２５】
まず、トリガｆｓが到来すると、図８に示すようにカウントｎ＝１として、図４に示すように、逐次比較レジスタ２８の最上位ビットのみ１として、残りは全て０とする。なお、逐次比較レジスタ２８の値を書き換えることは、レジスタ値ＳＡＲの値を変化させることと同じであり、以降、同様とする。レジスタ値ＳＡＲが変化するため、回転演算部３１によりベクトル（Ｘ，Ｙ）が時計回りにθ１＝１８０度だけ回転する。回転Ｘ軸信号Ｘ'、回転Ｙ軸信号Ｙ'をそれぞれＸ'（１）、Ｙ'（１）とおくと、Ｙ'（１）の符号を符号判定信号ｓｉｇｎにより検出して、符号が正ならば、逐次比較レジスタ２８の最上位ビットを１に確定する。
【００２６】
次のクロック信号ｃｌｋが到来すると、図８に示すようにカウントｎ＝２とし、図５に示すように逐次比較レジスタ２８の最上位から２ビット目であるｂｉｔ４の値を１に書き換える。ｂｉｔ５は確定した値が１のままでよいため書き換えない。その他のビットの値も書き換えない。再びレジスタ値ＳＡＲが変わるため、回転演算部によりベクトル（Ｘ，Ｙ）が時計回りにθ１＋θ２＝１８０度＋９０度だけ回転する。ここで、同様に回転したベクトルをＸ'（２）、Ｙ'（２）とおき、Ｙ'（２）の符号を符号判定信号ｓｉｇｎにより検出して、符号が負ならば、逐次比較レジスタ２８のｂｉｔ４を０に確定する。
【００２７】
次のクロック信号ｃｌｋが到来すると、図８に示すようにカウントｎ＝３として、図６に示すように、逐次比較レジスタ２８の最上位から３ビット目であるｂｉｔ３の値を１に書き換える。同時に、ｎ＝２のときに確定したｂｉｔ４の値も０に書き換える。その他のビットの値は書き換えない。再びレジスタ値ＳＡＲが変化するため、回転演算部３１によりベクトル（Ｘ，Ｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３＝１８０度＋９０度−４５度だけ回転する。ここで、同様に回転したベクトルをＸ'（３）、Ｙ'（３）とおき、Ｙ'（３）の符号を符号判定信号ｓｉｇｎにより検出して、符号が負ならば、逐次比較レジスタ２８のｂｉｔ３を０に確定する。
【００２８】
次のクロック信号ｃｌｋが到来すると、図８に示すようにカウントｎ＝４として、図７に示すように逐次比較レジスタ２８の最上位から４ビット目であるｂｉｔ２の値を１に書き換える。同時に、ｎ＝３のときに確定したｂｉｔ３の値も０に書き換える。その他のビットの値は書き換えない。再び、レジスタ値ＳＡＲが変わることにより、ベクトル回転部によりベクトル（Ｘ、Ｙ）が時計回りにθ１＋θ２−θ３−θ４＝１８０度＋９０度−４５度−２２．５度だけ回転する。ここで、同様に回転したベクトルをＸ'（４）、Ｙ'（４）とおき、Ｙ'（４）の符号を符号判定信号ｓｉｇｎにより検出して、符号が正ならば、逐次比較レジスタ２８のｂｉｔ２を１に確定する。
【００２９】
以上のシーケンスをｎ＝１から６になるまで６ステップ繰り返す。これは逐次比較レジスタ２８の語長に相当し、全てのｂｉｔの値が確定される。ただし、最後のステップだけは次のステップがないため、逐次比較レジスタ２８のｂｉｔ０の値が０に確定した場合は、書き換える処理が必要になる。
【００３０】
以上の処理を一般化して説明すると以下の通りとなる。すなわち、ベクトル（Ｘ'（ｎ），Ｙ'（ｎ））の回転角度θｎ（ｎ＝１、２、・・・６）を１ステップごとに半分にして、かつ回転方向は、回転したベクトルのＹ軸成分Ｙ'が正ならば次ステップは時計回り方向へ、負ならば次ステップは反時計回り方向へ回転させる。
【００３１】
最終的にベクトル（Ｘ'（ｎ），Ｙ'（ｎ））はＸ軸の最も近くまで回転するため、６ステップの角度探索シーケンスによる総回転角度がベクトル（Ｘ，Ｙ）とＸ軸とのなす角度として検出できる。これは２分法による近似探索アルゴリズムである。
【００３２】
また、図８に示すように、トリガｆｓ到来からクロック信号ｃｌｋが７パルス到来したタイミングで、逐次比較レジスタ２８の値を角度データθｄとしてロードする。つまり、角度探索の処理が完了したタイミングで、回転角度の検出値である、角度データθｄの値を更新する。
【００３３】
パルス生成部６１は、角度データθｄの下位２ビットを参照し、図９に示す生成論理に従って、トリガｆｓの到来の度に出力する２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂを更新する。以上により、エンコーダを備えなくても、エンコーダ互換の１／４周期の位相差をもつ２相のパルス信号を得ることができる。
【００３４】
しかしながら、特許文献１に記載の２分法による逐次近似アルゴリズムを用いた角度検出方式においては、以下のような問題点が考えられる。
【００３５】
すなわち、検出した角度にもとづいて生成される１／４の位相差を持つ２相のパルス信号は、通常は１相ずつしか変化しない。しかしながら、例えば図１０に示すように、ノイズ等に起因して角度データが一度に２カウント以上変化すると、２相のパルス信号が２相同時に変化する、という異常が生じることがある。そのような場合、２相のパルス信号のＨｉ／Ｌｏの論理変化から回転角度の変化の方向と変化量を検出する（変化の態様を得る）ことができなくなるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
そこで本発明は、角度検出装置が生成する、回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号がノイズ等の影響を受けにくい角度検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の課題を解決するための本発明の一つの特徴にしたがった角度検出装置は、回転軸に対し所定の位置に配置され、前記回転軸の回転に応じて振幅が周期的に変化する複数の信号であって、前記所定の位置に応じて相互に位相の異なる複数の信号を出力する複数のセンサと、前記回転軸の回転に応じて位相が変化するベクトルを前記複数のセンサが出力する前記複数の信号にもとづいて導出するベクトル生成手段と、前記ベクトルを前記回転軸の回転とは別に回転させるベクトル回転手段と、前記ベクトル回転手段が回転させた前記ベクトルと所定位相とを比較し、当該比較の結果に応じて回転量決定信号を出力する比較手段と、前記回転量決定信号に応じて前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる回転量を決定する回転量決定手段とを有し、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる前記回転量を前記回転量決定信号に応じて前記回転量決定手段が決定する処理と、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを前記回転量決定手段が決定した回転量回転させる処理とを繰り返しながら前記回転量決定手段が決定した前記回転量を前記回転軸の回転角度として取得する角度探索手段と、前記回転量決定手段が決定した前記回転量にもとづいて前記回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号を生成する回転角度変化信号生成手段とを有し、前記比較手段は、前記比較の結果に応じ、前記ベクトル回転手段が前記ベクトルを回転させる前記回転量を増加または減少させる場合、一定量増加または減少させることを示す前記回転量決定信号を出力する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、角度検出装置が生成する、回転軸の回転角度の変化の態様を得るための回転角度変化信号がノイズ等の影響を受けにくい角度検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来技術における装置構成を示す図である。
【図２】図１の構成におけるＸ軸信号、Ｙ軸信号を示す図である。
【図３】図１の構成においてメモリに格納される正弦データ、余弦データを示す図である。
【図４】図１の構成における角度探索シーケンスの動作を示す図（その１）である。
【図５】図１の構成における角度探索シーケンスの動作を示す図（その２）である。
【図６】図１の構成における角度探索シーケンスの動作を示す図（その３）である。
【図７】図１の構成における角度探索シーケンスの動作を示す図（その４）である。
【図８】図１の構成における角度探索シーケンスのタイミングチャートである。
【図９】図１の構成における2相パルス信号生成方法を示す図である。
【図１０】図１の構成において２相のパルス信号が呈し得る異常な変化の例を示す図である。
【図１１】実施例１における装置全体構成例を示す図である。
【図１２】ブラシレスモータの構成とホール素子の配置例を示す図である。
【図１３】実施例１におけるＵＶＷ相の正弦波信号の一例を示す図である。
【図１４】Ｘ軸信号、Ｙ軸信号の一例を示す図である。
【図１５】実施例１におけるＵＶ軸からＸＹ軸への変換の一例を示す図である。
【図１６】メモリに格納される正弦データ、余弦データの一例を示す図である。
【図１７】実施例１におけるベクトルの回転によるＸ軸への追従と不感帯の一例を示す図である。
【図１８】実施例１における角度カウンタの動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１９】実施例１におけるパルス信号生成方法の一例を示す図である。
【図２０】実施例１におけるパルス信号生成の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図２１】実施例１で得られる効果の一つを説明するための図である。
【図２２】実施例２におけるパルス生成部の一例を示す図である。
【図２３】実施例２におけるパルス生成部の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図２４】実施例３におけるパルス生成部の一例を示す図である。
【図２５】実施例３におけるパルス信号生成方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図２６】実施例４におけるデータ出力部の一例示す図である。
【図２７】実施例４におけるシリアルデータ信号の一例を示す図である。
【図２８】実施例５における装置全体構成例を示す図である。
【図２９】実施例５におけるＵＶＷ相の正弦波信号の一例を示す図である。
【図３０】実施例５におけるＵＶＷ軸からＸＹ軸への変換例を示す図である。
【図３１】実施例６における装置全体構成例を示す図である。
【図３２】実施例６におけるモータ、転流駆動部、角度検出装置の構成例を示す図である。
【図３３】駆動転流回路の上側アームの構成例を示す図である。
【図３４】ホール信号を生成する条件の一例を示す図である。
【図３５】ＰＷＭ部の動作の一例を示す図である。
【図３６】ホール信号と矩形波駆動の相論理の一例を示す図である。
【図３７】相論理とゲート信号の関係例を示す図である。
【図３８】実施例６におけるモータ制御部の構成例を示す図である。
【図３９】従来技術におけるモータ、転流駆動部、エンコーダの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
［実施例１］
以下、実施例１における装置構成について、図を用いて説明する。
【００４１】
まず、実施例１における角度検出装置の構成例を図１１に示す。
【００４２】
ホール素子０１Ｕは、図１２に示すブラシレスモータ１０の永久磁石を備えた回転子１１の近傍に配置された磁気センサ素子であり、２対の端子を備え、一方の対には駆動電圧が印加され、他方の対からはＵ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−を出力する。Ｕ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−は、その差分が、回転子１１の回転角度θについて、以下の数式
【００４３】
【数６】
2015121519.tif 000008
の上段に示す正弦波形であり、その振幅は、ホール素子感度、永久磁石による磁界の強さ等により決まる係数と、ホール素子を駆動する電圧に比例する。
【００４４】
ホール素子０１Ｖは、ホール素子０１Ｕと１２０度の位相差をもって配置され、構成はホール素子０１Ｕと同様であり、出力するＶ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−は、その差分が、数式［数６］の下段に示す波形となる。
【００４５】
ホール素子０１Ｗは、ホール素子０１Ｕおよびホール素子０１Ｖと１２０度の位相差をもって配置され、構成はホール素子０１Ｕと同様である。ただし実施例１においては出力信号を利用しない。
【００４６】
ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗの駆動電圧を印加する端子対は、直列に接続され、片側は駆動電圧源Ｖｄｒｖに接続され、他方は抵抗を介して接地ＧＮＤに接続される。
【００４７】
なお、実施例１のホール素子０１Ｕ、０１Ｖは、複数のセンサの一例である。
【００４８】
このように複数のセンサとして安価なホール素子を利用するため、安価に装置を構成することができる。
【００４９】
次に差動部５０の構成および動作を説明する。
【００５０】
差動部５０は、Ｕ相差動アンプ５１ＵおよびＶ相差動アンプ５１Ｖを備える。
【００５１】
Ｕ相差動アンプ５１Ｕは、オペアンプを用いた減算器であり、数式［数６］の上段に示す差分演算を実行して、演算結果をＵ相正弦波信号Ｖｕとして出力する。
【００５２】
Ｖ相差動アンプ５１Ｖは、Ｕ相差動アンプ５１Ｕと同様の減算器であり、数式［数６］の下段に示す差分演算を実行して、演算結果をＶ相正弦波信号Ｖｖとして出力する。
【００５３】
なお、差動アンプ５１Ｕ、５１Ｖにおいて、倍率や、波形の中心をオフセットする演算を加える構成としてもよい。
【００５４】
以上が差動部５０の説明であり、差動部５０が出力するＵ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖは、１２０度の位相差を持ち、理想的には、回転子１１の回転角度θについて図１３示す波形となる。
【００５５】
ただし、図１３の波形においては、簡単のため正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖの振幅Ａｕ、Ａｖは等しいものとしている。
【００５６】
次にベクトル生成部４０の構成および動作を説明する。
【００５７】
ベクトル生成部４０は、Ｘ軸生成部４１ＸおよびＹ軸生成部４１Ｙを備え、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖにもとづいて、直交する２つの信号であるＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙを生成する。
【００５８】
Ｘ軸生成部４１Ｘは、以下の数式
【００５９】
【数７】
2015121519.tif 000009
の上段に示すように、正弦波信号ＶｕおよびＶｖの減算に倍率を乗じて、演算結果をＸ軸信号Ｘとして出力する。
【００６０】
Ｙ軸生成部４１Ｙは、数式［数７］の下段に示すように、正弦波信号ＶｕおよびＶｖを加算して、演算結果をＹ軸信号Ｙとして出力する。
【００６１】
以上が、ベクトル生成部４０の構成であり、ベクトル生成部４０の動作はＵ相およびＶ相の信号に対して図１５に示す軸変換を行うことに相当し、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙとして、図１４および数式［数７］に示すように直交した波形を有する。
【００６２】
また、実施例１においては、１２０度の位相差をもつ２つの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖから直交するＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙを生成している。しかしながら、直交した２つの信号が得られるならば、２つ以上の正弦波信号から加減算して生成してもよい。また、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖが元から直交するならば、そのままＸ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙとして、ベクトル生成部４０を備えない、といった構成としてもよい。
【００６３】
以上が、ベクトル生成部４０の説明である。
【００６４】
なお、実施例１のベクトル生成部４０はベクトル生成手段の一例であり、実施例１のＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙは、ベクトルを表現する信号の一例である。
【００６５】
次に回転演算部３０の構成および動作を説明する。
【００６６】
回転演算部３０は、乗算部３５、Ｙ軸減算部３６、Ｘ軸加算部３７およびメモリ３８を備える。そして、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙにより表現されるベクトルを、後述する角度データθｄの値に従って回転変換して、演算結果である回転Ｘ軸信号Ｘ'、回転Ｙ軸信号Ｙ'により表現される回転ベクトルを出力する。
【００６７】
乗算部３５は、以下の数式
【００６８】
【数８】
2015121519.tif 000010
に示すように、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙに、後述する正弦データｄｓｉｎおよび余弦データｄｃｏｓをそれぞれ乗じて、演算結果をそれぞれＸｓｉｎ、Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎ、Ｙｃｏｓとして出力する。
【００６９】
Ｙ軸減算部３６は、以下の数式
【００７０】
【数９】
2015121519.tif 000011
の下段に示す減算を実行して、演算結果を回転Ｙ軸信号Ｙ'として出力する。
【００７１】
Ｘ軸加算部３７は、数式［数９］の上段に示す加算を実行して、演算結果を回転Ｘ軸信号Ｘ'として出力する。ただし、実施例１においては、回転Ｘ軸信号Ｘ'は利用しない。
【００７２】
なお、上記乗算部３５、Ｙ軸減算部３６、Ｘ軸加算部３７による演算が積和演算の一例であり、正弦データｄｓｉｎおよび余弦データｄｃｏｓが基準正弦波を示すデータの一例である。
【００７３】
メモリ３８は、不揮発メモリであり、それぞれ１周期を６４分割して、振幅を１２７［ＬＳＢ］で表す正弦データｄｓｉｎおよび余弦データｄｃｏｓを保持する。そして図１６に示すように、後述する６ビットの語長をもつ角度データθｄの値に従って、それぞれの対応するデータ値を出力する。
【００７４】
以上が、回転演算部３０の説明であり、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙと、回転Ｘ軸信号Ｘ'および回転Ｙ軸信号Ｙ'は、以下の数式
【００７５】
【数１０】
2015121519.tif 000012
に示す関係になる。
【００７６】
なお、実施例１における回転演算部３０が、ベクトル回転手段の一例である。
【００７７】
次に符号判定部２０の構成および動作を説明する。
【００７８】
符号判定部２０は、上側判定部２１および下側判定部２２を備える。そして回転Ｘ軸信号Ｘ'および回転Ｙ軸信号Ｙ'により表現される、回転されたベクトルが、回転の目標であるＸ軸（Ｙ'＝０）を挟んで設けられた、幅が（２＊ｔｈ）の不感帯に対して、上か下かを判定する。そして判定結果を上側判定信号ＵＰ、下側判定信号ＤＮとして出力する。
【００７９】
なお、これら上側判定信号ＵＰおよび下側判定信号ＤＮは、回転量決定信号の一例である。
【００８０】
上側判定信号ＵＰは、以下の数式
【００８１】
【数１１】
2015121519.tif 000013
に示すように、回転Ｙ軸データＹ'が正側の不感帯幅（＋ｔｈ）以上のときに、Ｈｉとして出力する。
【００８２】
下側判定信号ＤＮは、以下の数式
【００８３】
【数１２】
2015121519.tif 000014
に示すように、回転Ｙ軸データＹ'が負側の不感帯幅（−ｔｈ）以下のときに、Ｈｉとして出力する。
【００８４】
なお、符号判定部２０は比較手段の一例であり、上側判定信号ＵＰおよび下側判定信号ＤＮは角度決定信号の一例である。
【００８５】
以上が、符号判定部２０の説明である。
【００８６】
発振器１５は、周期的なパルス信号であるクロック信号ｃｌｋを出力する。
【００８７】
分周器１６は、前記クロック信号ｃｌｋを分周して、トリガｆｓを出力する。
【００８８】
次に角度カウンタ２３の動作を、図１８を用いて説明する。
【００８９】
角度カウンタ２３は、トリガｆｓが到来するたびに、上側判定信号ＵＰの論理がＨｉならば、角度データθｄを１カウント増加させ、下側判定信号ＤＮ論理がＨｉならば、 角度データθｄを１カウント減少させ、角度データθｄを出力する。２つの判定信号ＵＰ、ＤＮは、上側基準値（＋ｔｈ）および下側基準値（−ｔｈ）の設定により、同時にＨｉとなることはない。
【００９０】
角度データθｄは、角度検出装置による回転子１１の回転角度の検出値であり、実施例１においては語長６ビットの繰り返しカウントとする。
【００９１】
以上が、角度カウンタ２３の説明である。
【００９２】
なお、角度カウンタ２３は、回転角度決定手段の一例である。
【００９３】
また、回転演算部３０、符号判定部２０および角度カウンタ２３は、角度探索手段の一例である。
【００９４】
以上のように、回転演算部３０、符号判定部２０、角度カウンタ２３を備えることにより、以下の動作がなされる。すなわち、回転Ｘ軸信号Ｘ'および回転Ｙ軸信号Ｙ'により表現される回転ベクトルは、以下の動作を行う。すなわち、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙにより表現される元のベクトルの位置から、目標であるＸ軸（所定位相）へと１カウントずつ回転し、Ｘ軸近傍まで回転した後は、常にＸ軸に追従する。
【００９５】
この元のベクトルから回転ベクトルへの回転量が角度データθｄであり、回転子１１の回転角度θの検出値である。
【００９６】
なお、実施例１における符号判定部２０の構成は、図１７に示すように、Ｘ軸近傍に不感帯を設けることにより、角度データθｄがサンプリング周期ごとにアップ、ダウンを繰り返すチャタリングを防止することができる。
【００９７】
パルス生成部６１は、角度データθｄの下位２ビットを参照して、図１９に示す生成論理に従って、図２０に示すようにトリガｆｓの到来の度に出力する２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂを更新する。以上により、エンコーダを備えなくても、エンコーダ互換の１／４周期の位相差をもつ２相のパルス信号を得ることができる。
【００９８】
なお、実施例１のパルス生成部６１は、回転角度変化信号生成手段の一例である。
【００９９】
以上が、実施例１における角度検出装置の説明である。同回転検出装置によれば、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する、位相の異なる複数の正弦波信号を出力するホール素子の出力信号の相互演算にもとづいてベクトルを生成する。そして当該ベクトルの回転変換を用いてモータの回転子の回転角度を検出する。その結果、複数のセンサが出力する正弦波の位相差が９０°でない場合において、高価な光学エンコーダ等を付加せずに回転子の回転角度を検出することができる。
【０１００】
また、検出した角度データの値にもとづいて、２相のパルス信号を生成するよう構成した。その結果、高価な光学エンコーダ等を付加せずに、回転軸の回転方向と回転量（回転角度の変化の態様）を示す信号（回転角度変化信号）を得ることができるため、安価に装置を構成することができる。
【０１０１】
以上が、実施例１における角度検出装置の説明である。ここで、本発明の実施例１が奏する効果の一つにつき、図１０および図２１を用いて説明する。
【０１０２】
従来技術では、前述の如く、例えば図１０に示すように、例えば角度データθｄに＋２［ＬＳＢ］の誤差を生じさせる大きさのノイズが混入した場合、次の角度検出タイミングにおいて、角度データθｄは＋２［ＬＳＢ］変化する。このとき、通常は１相ずつＨｉ／Ｌｏの論理が変化することにより角度データθｄの変化の方向と変化量（変化の態様）を示す、２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂにおいて、２相同時の変化が発生する。このため、２相のパルス信号の変化から角度データθｄを正常に検出することができないおそれがある。
【０１０３】
しかしながら実施例１においては、図２１に示すように、図１０と同等のノイズが混入した場合においても、角度データθｄは１［ＬＳＢ］（一定量）ずつ変化する。このため、２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂが２相同時に変化することはなく、常に２相のパルス信号の論理変化から角度データθｄの変化の方向と変化量を検出する（変化の態様を得る）ことができる。また、ノイズの影響により一時的に角度データθｄの値が乱れるが、ノイズが消えた後は正常な値へ戻り、破綻なく角度検出ができる。
【０１０４】
なお、２相のパルス信号は、回転角度変化信号の一例である。
【０１０５】
すなわち実施例１によれば、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転子の回転角度の検出に大きな誤差が生じるような場合においても、回転角度変化信号における異常な変化を防止する。その結果、回転角度変化信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
【０１０６】
また、後述するように、図１１の回路構成において、パルス生成部６１を図２２に示されているパルス生成部６２に置き換えることが可能である。その場合、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転角度の検出に大きな誤差が生じる場合においても、後述する２値信号とパルス信号における異常な変化を防止することができる。よって２値信号とパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
【０１０７】
更に、後述するように、図１１の回路構成において、パルス生成部６１を図２４に示されているパルス生成部６３に置き換えることも可能である。その場合、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転角度の検出に大きな誤差が生じる場合においても、第１のパルス信号および第２のパルス信号における異常な変化を防止することができる。その結果、第１のパルス信号および第２のパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
［実施例２］
以下、実施例２における装置構成について、図２２および図２３を用いて説明する。ただし、実施例１と共通する説明は省略する。
【０１０８】
パルス生成部６２を除いた構成は、実施例１と同様である。
【０１０９】
パルス生成部６２は、図２２に示すように、角度データθｄにもとづいて、回転角度の変化量を示すパルス信号Ｐｌｓと、回転角度の変化の方向を示す方向信号Ｄｉｒを生成する。
【０１１０】
以下、各信号について説明する。
【０１１１】
トリガｆｓは、実施例１と同様である。
【０１１２】
パルス信号Ｐｌｓは、トリガｆｓが到来するたびに、所定幅のパルスを角度データθｄの値が変化した数だけ出力する。つまり、パルス数が回転角度の変化量を示す。
【０１１３】
方向信号Ｄｉｒは、図２３に示すように、トリガｆｓが到来するたびに、角度データθｄの値が増加すればＬｏを出力し、減少すればＨｉを出力する。角度データθｄが変化しなければ、信号を保持（維持）する。角度データの増加は回転角度の正転方向への変化を示し、減少は逆転方向への変化を示す。つまり、Ｈｉ／Ｌｏの論理が回転角度の変化の方向を示す。
【０１１４】
このとき、仮に角度データθｄの値が大きく変化した場合を想定する。その場合、次のトリガｆｓが到来するまでに角度データθｄの値が変化した数のパルスの出力が完了できない場合には、パルス信号および２値信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出できない可能性が想定される。
【０１１５】
しかしながら実施例２によれば、実施例１に記載のように、角度データθｄはトリガｆｓ到来のごとに、１［ＬＳＢ］（一定量）ずつしか変化しないため、トリガｆｓ到来周期内で出力するパルス数は１以下である。したがってトリガｆｓ到来周期をパルス信号の１パルスの所定幅より長く設定するだけでパルス信号および２値信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
【０１１６】
このため、ノイズ等の影響によって角度データθｄが２カウント以上変化することによる影響を考慮する必要はない。
【０１１７】
なお、方向信号Ｄｉｒは２値信号の一例である。また、パルス信号Ｐｌｓおよび方向信号Ｄｉｒは、回転角度変化信号の一例である。
【０１１８】
以上が、パルス生成部６２の説明である。
【０１１９】
なお、実施例２におけるパルス生成部６２は回転角度変化信号生成手段の一例である。
【０１２０】
以上が、実施例２における角度検出装置の説明である。ここでも実施例１と同様に、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する、位相の異なる複数の正弦波信号を出力するホール素子の出力信号の相互演算もとづいてベクトルを生成する。そして、ベクトルの回転変換を用いて前記回転角度を検出する。その結果、複数のセンサが出力する正弦波の位相差が９０°でない場合において、高価な光学エンコーダ等を付加せずに角度を検出することができる。
【０１２１】
また、検出した角度データの値にもとづいて、回転角度の変化量を示すパルス信号と、変化の方向を示す方向信号を生成する。その結果、高価な光学エンコーダ等を付加せずに、回転軸の回転方向と回転量（回転角度の変化の態様）を示す信号を得ることができるため、安価に装置を構成することができる。
【０１２２】
また、実施例２によれば、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転子の回転角度の検出に大きな誤差が生じるような場合においても、回転角度変化信号における異常な変化を防止する。その結果、回転角度変化信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
［実施例３］
以下、実施例３における装置構成について、図２４および図２５を用いて説明する。ただし、実施例１と共通する説明は省略する。
【０１２３】
パルス生成部６３を除いた構成は、実施例１と同様である。
【０１２４】
パルス生成部６３は、図２４に示すように、角度データθｄにもとづいて、回転角度の増加量を示す正方向パルス信号Ｐｌｓｐと、回転角度の減少量を示す負方向パルス信号Ｐｌｓｎを生成する。
【０１２５】
以下、各信号について説明する。
【０１２６】
トリガｆｓは、実施例１と同様である。
【０１２７】
正方向パルス信号Ｐｌｓｐは、トリガｆｓ到来のたびに、所定幅のパルスを角度データθｄの値が増加した数だけ出力する。角度データθｄが変化しないとき、および減少したときは、パルスを出力しない。つまり、パルス数が回転角度の正転方向への変化量を示す。
【０１２８】
負方向パルス信号Ｐｌｓｎは、力トリガｆｓ到来のたびに、所定幅のパルスを角度データθｄの値が減少した数だけ出力する。角度データθｄが変化しないとき、および増加したときは、パルスを出力しない。つまり、パルス数が回転角度の逆転方向への変化量を示す。
【０１２９】
このとき、仮に角度データθｄの値が大きく変化した場合を想定する。その場合、次のトリガｆｓが到来するまでに角度データθｄの値が変化した数のパルスの出力が完了できない場合には、２つのパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出できない可能性が想定される。
【０１３０】
しかしながら実施例３によれば、実施例１に記載のように、角度データθｄはトリガｆｓ到来のごとに１［ＬＳＢ］（一定量）ずつしか変化しないため、トリガｆｓ到来周期内で出力するパルス数は１以下である。したがってトリガｆｓ到来周期をパルス信号の１パルスの所定幅より長く設定するだけで２つのパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
【０１３１】
このため、ノイズ等の影響によって角度データθｄが２カウント以上変化することによる影響を考慮する必要はない。
【０１３２】
なお、正方向パルス信号Ｐｌｓｐおよび負方向パルス信号Ｐｌｓｎは、それぞれ第１のパルス信号および第２のパルス信号の一例であり、かつ回転角度変化信号の一例である。
【０１３３】
以上が、パルス生成部６３の説明である。
【０１３４】
なお、実施例３におけるパルス生成部６３は回転角度変化信号生成手段の一例である。
【０１３５】
以上が、実施例３における角度検出装置の説明である。ここでも実施例1と同様に、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する、位相の異なる複数の正弦波信号を出力するホール素子の出力信号の相互演算もとづいてベクトルを生成する。そしてベクトルの回転変換を用いて前記回転角度を検出する。その結果、複数のセンサが出力する正弦波の位相差が９０°でない場合において、高価な光学エンコーダ等を付加せずに角度を検出することができる。
【０１３６】
また、検出した角度データの値にもとづいて、回転角度の正転方向への変化量を示す第１のパルス信号と、逆転方向への変化量を示す第２にパルス信号を生成する。その結果、高価な光学エンコーダ等を付加せずに、回転軸の回転方向と回転量を示す信号を得ることができるため、安価に装置を構成することができる。
【０１３７】
また、実施例３によれば、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転子の回転角度の検出に大きな誤差が生じるような場合においても、回転角度変化信号における異常な変化を防止する。その結果、回転角度変化信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
［実施例４］
以下、実施例４における装置構成について、図２６および図２７を用いて説明する。ただし、実施例１と共通する説明は省略する。
【０１３８】
実施例１と同様の構成を備え、さらに、図２６に示すデータ出力部６４を備える。
【０１３９】
なお、データ出力部６４は、実施例１以外の他の実施例２〜６の各々の構成においても、実施例４同様に設けることができる。
【０１４０】
データ出力部６４は、角度データθｄをシリアル変換して、１本の信号であるシリアルデータ信号ＴｘＤとして出力する。
【０１４１】
シリアルデータ信号ＴｘＤは、調歩同期式であり、図２７に示すように、最初にスタートビットを送信し、次に、角度データθｄを１ビットずつ順番に送信して、次に、パリティビットを送信し、最後にストップビットを送信する。以上のデータ送信を周期的に繰り返す。
【０１４２】
パリティビットは、簡素な誤り検出符号であり、例えば偶数パリティ方式の場合は、送信する角度データθｄの中に、値が１のビットが偶数個ならばパリティビットを０に、奇数個ならばパリティビットを１にして出力する。これにより、受信側では、値が１のビット数をカウントして、受信したパリティビットと比較して、異なっていればエラーとすることにより、通信の誤りを検出することができる。なお、パリティビットを付加しない構成としてもよい。
【０１４３】
このとき、シリアルデータ信号ＴｘＤの１ビット当たりの周期は、クロック信号ｃｌｋを分周した所定の周期とする。
【０１４４】
なお、シリアルデータ信号は、実施例４の方式に限るものではなく、他のデータフォーマットを用いてもよい。
【０１４５】
以上がデータ出力部６４の説明である。
【０１４６】
なお、データ出力部６４は、データ変換手段の一例である。  
以上が、実施例４における角度検出装置の説明である。ここでは検出した角度データをシリアル変換して出力するため、実施例１の効果に加えて、光学エンコーダ等を付加せずに検出した角度データを、少ない信号線で回転角度の値を出力することができる。したがって安価に装置を構成することができる。 
［実施例５］
以下、実施例５における装置構成について、図２８を用いて説明する。ただし、実施例１と共通する説明は省略する。
【０１４７】
ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗは、実施例１と同様である。ただし、それぞれの差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶー、ＨＷ＋、ＨＷ−は、それぞれの差分が以下の数式
【０１４８】
【数１３】
2015121519.tif 000015
および図２９に示す波形になるとする。
【０１４９】
なお、実施例５のホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗは複数のセンサの一例である。
【０１５０】
次に差動部５５の構成および動作を説明する。
【０１５１】
差動部５５は、Ｕ相差動アンプ５１Ｕ、Ｖ相差動アンプ５１ＶおよびＷ相差動アンプ５１Ｗを備える。
【０１５２】
Ｕ相差動アンプ５１ＵおよびＶ相差動アンプ５１Ｖは、それぞれ実施例１と同様である。
【０１５３】
Ｗ相差動アンプ５１Ｗは、オペアンプを用いた減算器であり、数式［数１３］の下段に示す差分演算を実行して、演算結果をＷ相正弦波信号Ｖｗとして出力する。
【０１５４】
以上が差動部５５の説明であり、差動部５５が出力するＵ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖ、Ｗ相正弦波信号Ｖｗは、互いに１２０度の位相差を持ち、理想的には、回転角度θについて図２９に示す波形となる。
【０１５５】
ただし、図２９の波形においては、簡単のため正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの振幅Ａｕ、Ａｖ、Ａｗは等しいものとしている。
【０１５６】
次にベクトル生成部４５の構成および動作を説明する。
【０１５７】
ベクトル生成部４５は、Ｘ軸生成部４６Ｘを備え、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗにもとづいて、直交する２つの信号であるＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙを生成する。
【０１５８】
Ｕ相正弦波信号は、以下の数式
【０１５９】
【数１４】
2015121519.tif 000016
の下段に示すように、そのままＹ軸信号Ｙとして出力する。
【０１６０】
Ｘ軸生成部４６Ｘは、数式［数１４］の上段に示すように、正弦波信号ＶｗおよびＶｖの減算に倍率を乗じて、演算結果をＸ軸信号Ｘとして出力する。
【０１６１】
以上が、ベクトル生成部４５の構成であり、ベクトル生成部４５の動作はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号に対して図３０に示す軸変換を行うことに相当し、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙは、図１４および数式［数１４］に示すように直交した波形を有する。
【０１６２】
また、実施例５においては、互いに１２０度の位相差をもつ正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗにおいて、ＶｖおよびＶｗから、Ｖｕに直交する信号を生成しているが、正弦波信号のいずれか１つに直交する信号が得られるならば、他の演算でもよい。
【０１６３】
以上が、ベクトル生成部４５の説明である。
【０１６４】
なお、ベクトル生成部４５はベクトル生成手段の一例であり、Ｘ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙは、ベクトルを表現する信号の一例である。
【０１６５】
発振器１５および分周器１６は、それぞれ実施例１と同様である。
【０１６６】
逆正接演算部２９は、トリガｆｓが到来するたびに、以下の数式
【０１６７】
【数１５】
2015121519.tif 000017
に示す演算を実行して、直交するＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙから、回転子の回転角度を示す角度データθｄを出力する。
【０１６８】
逆正接演算部２９は、プロセッサを用いて容易に実現することができる。
【０１６９】
以上が、実施例５の角度検出装置の構成であるが、以下に説明するように、実施例１と同様に、角度データθｄにもとづいて、２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂを生成する構成としてもよい。
【０１７０】
以上が、実施例５における角度検出装置の説明である。同角度検出装置によれば、モータの回転子の回転角度に応じて正弦波状に変化する、位相の異なる複数の正弦波信号を出力するホール素子の出力信号の相互演算結果と、正弦波信号の１つにもとづいてベクトルを生成する。そして当該ベクトルの回転変換を用いて前記回転角度を検出する。その結果、複数のセンサが出力する正弦波の位相差が９０°でない場合において、高価な光学エンコーダ等を付加せずに角度を検出することができる。 
なお、実施例５の回路構成において、逆正接演算部２９に代えて、実施例１の回転演算部３０，符号判定部２０，角度カウンタ２３およびパルス生成部６１を設けることが可能である。その場合、実施例１においてベクトル生成部４０から出力されるＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙが回転演算部３０に入力されるのと同様に、ベクトル生成部４５から出力されるＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙが回転演算部３０に入力される。それ以降の構成およびＸ軸信号ＸおよびＹ軸信号Ｙに対し行われる処理内容は上述した実施例１におけるものと同様であり、ここでの説明を省略する。このような変形の結果、実施例１同様、角度データθｄにもとづいて２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂを得ることができ。更に実施例１について図１０，図２１を用いて説明した効果と同様の効果を得ることができる。なお、同効果を得ることができる点についての説明は実施例１について図１０，図２１を用いて行ったものと同様の内容であるため、ここでの説明は省略する。
【０１７１】
またその場合、実施例１においても述べた如く、上記パルス生成部６１を図２２に示されているパルス生成部６２に置き換えることが可能である。その場合、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転角度の検出に大きな誤差が生じる場合においても、２値信号とパルス信号における異常な変化を防止して、２値信号とパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。同様に、上記パルス生成部６１を図２４に示されているパルス生成部６３に置き換えることも可能である。その場合、ベクトルを表現する信号等へのノイズ混入により回転角度の検出に大きな誤差が生じる場合においても、第１のパルス信号および第２のパルス信号における異常な変化を防止することができる。その結果、第１のパルス信号および第２のパルス信号の変化にもとづいて回転角度の変化を正しく検出することができる。
［実施例６］
以下、実施例６におけるモータ駆動制御装置の構成について、図３１および図３２を用いて説明する。ただし、実施例１または実施例２と共通する説明は省略する。
【０１７２】
図３１は当該モータ駆動制御装置の全体構成を示すブロック図であり、図３２は、当該モータ駆動制御装置のうち、特にＰＷＭ部７４，モータ駆動部８０、モータ１０および角度検出装置１００に限定して示す図である。
【０１７３】
ブラシレスモータ１０は、図１２および図３２に示すように、互いに１２０度の位相差をもつ。また、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成されるコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ（図１２においては省略する）と、コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと対向する位置に配置され、Ｓ極、Ｎ極が交互に並んだ永久磁石である回転子１１とにより構成される。ブラシレスモータ１０は、コイル端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗからコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗへ、回転子１１の角度に応じて適切に転流された電流を供給されて回転する。
【０１７４】
ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗは、実施例１と同様である。
【０１７５】
角度検出装置１００は、実施例１における角度検出装置であり、ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗと角度検出部１０１を備える。
【０１７６】
ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗは、実施例１と同様である。ただし、差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−、ＨＷ＋、ＨＷ−を、後述するモータ駆動部８０へ出力する。
【０１７７】
角度検出部１０１は、ホール素子０１Ｕ，０１Ｖ，０１Ｗを除く、実施例１の角度検出装置の構成を備える。角度検出装置１００は、回転子角度の変化に応じて変化する、１／４周期の位相差をもつ２相のパルス信号である２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂを出力する。なお、角度データθｄは出力していないが、出力して位置制御や正弦波駆動等に利用する構成としてもよい。
【０１７８】
なお、当該モータ駆動制御装置における角度検出装置１００として他の構成を用いてもよい。すなわち当該角度検出装置１００として、図２８に示す実施例５の角度検出装置において上記の如く逆正接演算部２９に代えて実施例１の回転演算部３０，符号判定部２０，角度カウンタ２３およびパルス生成部６１を設けたものを用いてもよい。
【０１７９】
更に、当該モータ駆動制御装置における角度検出装置１００としての、実施例１の角度検出装置或いは実施例５において逆正接演算部２９に代えて実施例１の各部３０，２０，２３および６１を設けた角度検出装置において、パルス生成部６１を置き換えてもよい。すなわち当該いずれかの角度検出装置において、上記の如く、パルス生成部６１をパルス生成部６２またはパルス生成部６３に置き換えてもよい。
【０１８０】
すなわち実施例６のモータ駆動制御装置における角度検出装置１００は、実施例１の角度検出装置に限るものではなく、他の実施例の角度検出装置や、これらを適宜変形したものでもよい。その場合、必要に応じ、当該角度検出装置の出力するパルス信号等の信号の仕様にあわせて、後述する速度検出器７３を適宜変更すればよい。
【０１８１】
以上が角度検出装置１００の説明である。
【０１８２】
次にＰＷＭ部７４は、後述する、モータを駆動するための電圧の大きさを示す、駆動電圧指令値Ｖａｍｐ＊をパルス幅変調して、所定の論理にもとづいて、ＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ、ＸＬを生成する。
【０１８３】
以下、図３５を用いてＰＷＭ部７４の動作を説明する。
【０１８４】
図３５の１段目に示す搬送波Ｖｃは、所定のＰＷＭ周期の三角波であり、接地ＧＮＤから電源電圧Ｖｃｃまでの振幅を持つとする。非負の値をとる駆動電圧指令値Ｖａｍｐ＊と、搬送波Ｖｃを大小比較して、図３５の２段目に示すＰＷＭ信号Ｘｏｎを生成する。
【０１８５】
次に、図３５の３段目、４段目に示すように、ＰＷＭ信号Ｘｏｎに対してｔｄだけ遅れた信号である、上側アームのスイッチング素子のＰＷＭ相ゲート信号ＸＨを生成する。また、ＰＷＭ信号Ｘｏｎを反転し、立ち上がり（Ｘｏｎでは立ち下がり部分）をｔｄの２倍だけ遅らせた信号である、下側アームのスイッチング素子のＰＷＭ相ゲート信号ＸＬを生成する。なお、前記ｔｄは、上側アームと下側アームのスイッチング素子の短絡防止を目的に設けられた短絡防止区間（デッドタイム）である。  以上が、ＰＷＭ部７４の説明である。
【０１８６】
モータ駆動部８０は、転流制御部８１、ホールコンパレータ８３、駆動転流回路８５を備える。モータを駆動する電圧の大きさを示すＰＷＭ相ゲート信号ＸＨ／ＸＬ、方向を示す符号指令ＣＷ＊、回転子１１の角度を示すホール素子０１Ｕ，０１Ｖ，０１Ｗの出力信号にもとづいて回転子１１を回転駆動する電圧をコイル端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗへ印加する。
【０１８７】
以下、モータ駆動部８０について説明する。
【０１８８】
ホールコンパレータ８３は、ホール素子０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗそれぞれの差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を、図３４に示す論理に従って２値化する比較器であり、２値化した信号をホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）として出力する。
【０１８９】
転流制御部８１は、ホール信号ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のＨｉ／Ｌｏの論理にもとづいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに適切なゲート信号を選択して出力する。
【０１９０】
まず、矩形波駆動でモータを回転駆動するためには、図３６に示すようにホール信号ＨＧの状態に従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をＰＷＭ相、ＬＯＷ相、ＨｉＺ相のいずれかの相状態に割り振る。このとき、モータを駆動する方向の指令値である符号指令ＣＷ＊の値に従って、ＰＷＭ相とＬＯＷ相を入れ替えることにより、駆動方向の正逆を切り替える。
【０１９１】
次に、図３７に示すように、各相状態ごと上側ゲート信号および下側ゲート信号を選択して出力する。
【０１９２】
ＰＷＭ相の場合は、上側アームのゲート信号はＸＨを選択し、下側アームのゲート信号にはＸＬを選択する。ＬＯＷ相の場合は、上側アームのゲート信号は常にＬｏとし、下側アームのゲート信号には常にＨｉに設定する。ＨｉＺ相の場合は、上側アームのゲート信号も下側アームのゲート信号も常にＬｏに設定する。これらの選択は、前記ＰＷＭ周期の先頭において、３相とも同時に更新する。
【０１９３】
以上が、転流制御部８１の構成および動作の説明である。
【０１９４】
駆動転流回路８５は、図３２および図３３に示すように、電源Ｖｃｃに接続されたスイッチング素子８８とダイオード８９が並列に接続された上側アーム８６と、同様に構成され、接地ＧＮＤに接続された下側アーム８７が、３相接続された構成を有する。そして、それぞれのスイッチング素子は、ゲート信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）により駆動される。そしてブラシレスモータ１０のコイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗにパルス幅変調された電圧を印加して、コイルへ駆動電流を供給し、回転子１１を回転駆動する。
【０１９５】
以上が、モータ駆動部８０の説明である。
【０１９６】
なお、実施例６におけるモータ駆動部８０はモータ駆動手段の一例である。
【０１９７】
目標生成部７１は、回転子１１を回転制御する速度の目標値である、目標速度ωｔｇｔを生成する。
【０１９８】
速度検出部７３は、２相のパルス信号Ｅａ、Ｅｂの周波数を検出して、回転子１１の速度に相当する、検出速度ωｄとして出力する。
【０１９９】
誤差算出部７２は、目標速度ωｔｇｔと検出速度ωｄの差分をとり、速度誤差Δωを算出する。
【０２００】
モータ制御部９０は、速度誤差Δωにもとづいて、回転子１１を目標の速度で回転するためにコイルへ印加する電圧の大きさを示す駆動電圧指令値すＶａｍｐ＊と、方向を示す符号指令ＣＷ＊を出力する。
【０２０１】
以下、モータ制御部９０の構成について、図３８を用いて説明する。  
速度誤差Δωに比例ゲイン９１を乗じた比例系出力と、速度誤差Δωに積分ゲイン９２を乗じて積分部９３で積分した積分系出力とを、加算部９４で加算して、制御出力Ｖｃｔｌ＊として出力する。
【０２０２】
符号分離部９５は、以下の数式
【０２０３】
【数１６】
2015121519.tif 000018
に示すように、制御出力Ｖｃｔｌ＊の絶対値を駆動電圧指令値Ｖａｍｐ＊として出力し、制御出力Ｖｃｔｌ＊の符号を示す符号指令ＣＷ＊を出力する。
【０２０４】
モータ制御部９０はこのようにして、モータ１０の回転子１１の回転速度或いは回転角度を制御するのである。
【０２０５】
以上がモータ制御部９０の構成である。
【０２０６】
なお、実施例６の誤差算出部７２およびモータ制御部９０はモータ制御手段の一例である。
【０２０７】
以上が、実施例６におけるモータ駆動制御装置の構成および動作であり、実施例６の構成を示す図３２と、エンコーダを備えた従来の構成を示す図３９とを比較すると、実施例６の構成は以下の点で有利である。すなわち、ブラシレスモータの転流駆動に必要なため、必ず備えられているホール素子の出力信号を、転流タイミングの検出だけでなく、角度検出および回転制御にも利用する。その結果、高価な光学エンコーダ等を付加せずに、モータを駆動制御することができるため、モータ駆動制御装置を安価に構成することができる。
【０２０８】
すなわちモータの転流駆動用に元から備えられているホール素子を用いて位置検出をするため、新規にセンサの追加が不要となり、安価に装置を構成することができる。更に、高価な光学エンコーダ等を付加せずに、モータを回転制御することができるため、安価に装置を構成することができる。
【０２０９】
なお、図１１に示されるパルス生成部６１，図２２に示されるパルス生成部６２，図２４に示されるパルス生成部６３は、それぞれ角度データθｄを処理する処理部である。よってこれらパルス生成部６１，６２および６３は、交互に置き換え可能である。すなわち、パルス生成部６１は、実施例１以外でも、実施例５において逆正接演算部２９に代えて実施例１の各部３０，２０，２３および６１を設けた角度検出装置においても設けることが可能である。
【０２１０】
同様に実施例２におけるデータ生成部６２は、実施例２以外でも、実施例１においても設けることが可能である。即ち図１１に示される実施例１の場合、角度カウンタ２３の出力信号（角度データθｄ）がパルス生成部６２に入力されるように設ければよい。また実施例５において逆正接演算部２９に代えて実施例１の各部３０，２０，２３および６１を設けた角度検出装置においても同様にして設けることが可能である。
【０２１１】
同様にパルス生成部６３は、実施例１においても設けることが可能である。即ち図１１に示される実施例１の場合、角度カウンタ２３の出力信号がパルス生成部６３に入力されるように設けることができる。また実施例５において逆正接演算部２９に代えて実施例１の各部３０，２０，２３および６１を設けた角度検出装置においても同様にして設けることが可能である。
【符号の説明】
【０２１２】
０１Ｕ、０１Ｖ、０１Ｗ  ホール素子
１０  ブラシレスモータ
１１  回転子
１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ  コイル端子
１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ  コイル
１４  エンコーダ
１５  発振器
１６  分周器
２０  符号判定部
２１  上側判定部
２２  下側判定部
２３  角度カウンタ
２５  角度探索制御部
２６  符号判定部
２７  シーケンサ
２８  逐次比較レジスタ
２９  逆正接演算部
３０  回転演算部（実施例１）
３１  回転演算部（実施例２）
３５  乗算部
３６  Ｙ軸減算部
３７  Ｘ軸加算部
３８  メモリ（実施例１）
３９  メモリ（実施例２）
４０  ベクトル生成部（実施例１）
４１Ｘ、４１Ｙ  Ｘ軸生成部、Ｙ軸生成部（実施例１）
４５  ベクトル生成部（実施例５）
４６Ｘ  Ｘ軸生成部（実施例５）
５０  差動部（実施例１）
５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ  Ｕ相差動アンプ、Ｖ相差動アンプ、Ｗ相差動アンプ
５５  差動部（実施例５）
６１  パルス生成部（実施例１）
６２  パルス生成部（実施例２）
６３  パルス生成部（実施例３）
６４  データ出力部
７１  目標生成部
７２  誤差算出部
７３  速度検出部
７４  ＰＷＭ部
８０  モータ駆動部
８１  転流制御部
８３  ホールコンパレータ
８５  駆動転流回路
８６  上側アーム
８７  下側アーム
８８  スイッチング素子
８９  ダイオード
９０  モータ制御部
９１  比例ゲイン
９２  積分ゲイン
９３  積分部
９４  加算部
９５  符号分離部
１００  角度検出装置
１０１  角度検出部
２０１Ｘ、２０１Ｙ  磁気センサ（Ｘ相、Ｙ相）
２０２  回転体
ＨＵ＋、ＨＵ−  Ｕ相差動信号
ＨＶ＋、ＨＶ−  Ｖ相差動信号
ＨＷ＋、ＨＷ−  Ｗ相差動信号
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ  正弦波信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）
ＨＧ（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）  ホール信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）
Ｖｘ、Ｖｙ  センサ出力信号（Ｘ相、Ｙ相）
Ｘ    Ｘ軸信号
Ｙ    Ｙ軸信号
Ｘ'  回転Ｘ軸信号
Ｙ'  回転Ｙ軸信号
ｃｌｋ  クロック信号
ｆｓ  トリガ
ｆｓｄ  出力トリガ
ｄｓｉｎ  正弦データ
ｄｃｏｓ  余弦データ
Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎ、Ｘｓｉｎ、Ｙｃｏｓ  乗算結果
Ｘ'  回転Ｘ軸信号
Ｙ'  回転Ｙ軸信号
ＵＰ  上側判定信号
ＤＮ  下側判定信号
ｔｈ  不感帯幅
ｓｉｇｎ  符号判定信号
ＳＡＲ  レジスタ値
ｎ  カウント
θ  回転角度
θｄ  検出角度
θｓｔｅｐ  ステップ角
ωｔｇｔ  目標速度
ωｄ  検出速度
Δω  速度誤差
Ｅａ、Ｅｂ  ２相のパルス信号（Ａ相、Ｂ相）
Ｐｌｓ  パルス信号
Ｄｉｒ  方向信号
Ｐｌｓｐ  正方向パルス信号
ＰｌｓＮ  負方向パルス信号
ＴｘＤ  シリアルデータ信号
Ｖｃｔｌ＊  制御出力
Ｖａｍｐ＊  駆動電圧指令値
ＣＷ＊  符号指令
Ｘｏｎ      ＰＷＭ信号（矩形波駆動部）
ＸＨ、ＸＬ          ＰＷＭ相ゲート信号（矩形波駆動部  上側アーム、下側アーム）
ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ    ゲート信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相  上側アーム）
ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ    ゲート信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相  下側アーム）
Ｖｃ      搬送波
ｔｄ      短絡防止区間（デッドタイム）の長さ
ｔｐｗｍ  ＰＷＭ周期の長さ（搬送波の周期）
Ｖｃｃ    電源電圧
Ｖｄｒｖ  駆動電圧源
ＧＮＤ    接地
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２１３】
【特許文献１】特開２０１３‐１０８９７１
【図１】
2015121519.tif 000019
【図２】
2015121519.tif 000020
【図３】
2015121519.tif 000021
【図４】
2015121519.tif 000022
【図５】
2015121519.tif 000023
【図６】
2015121519.tif 000024
【図７】
2015121519.tif 000025
【図８】
2015121519.tif 000026
【図９】
2015121519.tif 000027
【図１０】
2015121519.tif 000028
【図１１】
2015121519.tif 000029
【図１２】
2015121519.tif 000030
【図１３】
2015121519.tif 000031
【図１４】
2015121519.tif 000032
【図１５】
2015121519.tif 000033
【図１６】
2015121519.tif 000034
【図１７】
2015121519.tif 000035
【図１８】
2015121519.tif 000036
【図１９】
2015121519.tif 000037
【図２０】
2015121519.tif 000038
【図２１】
2015121519.tif 000039
【図２２】
2015121519.tif 000040
【図２３】
2015121519.tif 000041
【図２４】
2015121519.tif 000042
【図２５】
2015121519.tif 000043
【図２６】
2015121519.tif 000044
【図２７】
2015121519.tif 000045
【図２８】
2015121519.tif 000046
【図２９】
2015121519.tif 000047
【図３０】
2015121519.tif 000048
【図３１】
2015121519.tif 000049
【図３２】
2015121519.tif 000050
【図３３】
2015121519.tif 000051
【図３４】
2015121519.tif 000052
【図３５】
2015121519.tif 000053
【図３６】
2015121519.tif 000054
【図３７】
2015121519.tif 000055
【図３８】
2015121519.tif 000056
【図３９】
2015121519.tif 000057