(57)【要約】【課題】ブリッジ回路を用いたセンサで高精度な計測を安価に行えるようにする。【解決手段】モータ制御装置１は、２つのセンサ３，４と、これに対応した２つの増幅手段５，６と、モータ制御手段７を備える。モータ制御手段７は、センサ３，４の接地側に設けられたトランジスタ１６をＯＮ、ＯＦＦさせるスイッチ制御部３５と、タイマ３４を有し、タイマ３４が所定時間が経過するごとにスイッチ制御部３５に信号を出力し、トランジスタ１６を一定時間ＯＦＦさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗を含むブリッジ回路から構成され、使用時に第１の入力端子が定電圧電源に接続され、第２の入力端子が接地され、２つの出力端子から信号を出力するセンサを有し、前記センサからの出力信号を処理するセンサ信号処理装置であって、
前記出力端子に接続され、前記センサから出力される信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅させた増幅信号を処理する信号処理部とを備え、
前記第１の出力端子と前記定電圧電源の間、又は前記第２の入力端子と接地の間の少なくとも一方に開閉制御可能なスイッチが設けられ、前記信号処理部は、前記スイッチを開閉制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開かせるタイミングを発生させるタイミング制御部と、前記スイッチを開いたときの増幅信号を記憶する記憶部と、前記スイッチを閉じたときの増幅信号を前記記憶部に記憶された増幅信号を用いて補正する演算部とを備えることを特徴とするセンサ信号処理装置。
【請求項２】
前記タイミング制御部は、所定時間ごとに前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力するタイマであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ信号処理装置。
【請求項３】
前記タイミング制御部は、前記定電圧電源の電圧値を検出し、その電圧値が予め定められた値に達したら前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力する電圧検出部であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ信号処理装置。
【請求項４】
前記センサを２つ有し、それぞれの前記センサは４つの磁気抵抗素子を用いたブリッジ回路を形成しており、一方の前記センサに対して他方の前記センサが４５°回転させて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ信号処理装置。
【請求項５】
前記スイッチは、前記センサの接地側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセンサ信号処理装置。
【請求項６】
モータの駆動制御をするモータ制御装置であって、
前記モータに通電する電流を切り換えるモータ駆動部と、
前記モータの回転位置を検出するために設けられ、磁気抵抗素子でブリッジ回路を形成した一対のセンサと、
前記一対のセンサのそれぞれの第１の入力端子と定電圧電源の間、又はそれぞれの第２の入力端子と接地の間の少なくとも一方に設けられ、開閉制御可能なスイッチと、
前記一対のセンサのそれぞれの出力端子に接続され、信号を増幅する増幅手段と、
前記スイッチを開閉制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開かせるタイミングを生成するタイミング制御部と、
前記スイッチを開いたときの増幅信号を記憶する記憶部と、
前記スイッチを閉じたときの増幅信号を前記記憶部に記憶された増幅信号を用いて補正する演算部と、
前記演算部で補正した信号に基づいて前記モータ駆動部にモータ駆動信号を出力するモータ制御部と、
を備えることを特徴とするモータの制御装置。
【請求項７】
前記タイミング制御部は、所定の時間ごとに前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力するタイマであることを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記タイミング制御部は、前記定電圧電源の電圧値を検出し、その電圧値が予め定められた値に達したら前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力する電圧検出部であることを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの信号を処理するセンサ信号処理装置と、センサ信号処理装置を含んで構成され、モータの駆動制御をするモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力変化に応じて電気信号を出力するタイプのセンサとしては、４つの歪ゲージでホイートストンブリッジ回路を形成したものが知られている。例えば、特許文献１に開示されているブリッジ回路では、電圧源と接地端子の中間位置から信号を取り出している。各歪ゲージは、同一の条件で形成され、同一の電気的及び物理的性質を有するものが使用され、例えば半導体成膜技術をダイヤフラム基体に適用することによって形成される。ブリッジ回路から取り出された信号は、差動増幅器からなる増幅手段に入力され、所定の信号レベルに増幅される。
【特許文献１】実開平６−２５２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の構成では、差動増幅回路の抵抗素子にばらつきがあると信号が変動してしまい、高精度な測定が困難になることがあった。差動増幅回路の抵抗素子のばらつきの原因としては、抵抗温度係数のばらつきがあることによって温度が変化したときにオフセット誤差やゲイン誤差等が生じることがあげられる。特に、オフセット誤差は、増幅率が高くなるように設計した場合に大きな影響を与えるので、微小な信号を増幅する場合には、抵抗温度係数の小さい抵抗素子を使う必要があるが、このような抵抗素子は高価であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ブリッジ回路を用いたセンサで高精度な計測を安価に行えるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、抵抗を含むブリッジ回路から構成され、使用時に第１の入力端子が定電圧電源に接続され、第２の入力端子が接地され、２つの出力端子から信号を出力するセンサを有し、前記センサからの出力信号を処理するセンサ信号処理装置であって、前記出力端子に接続され、前記センサから出力される信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅させた増幅信号を処理する信号処理部とを備え、前記第１の出力端子と前記定電圧電源の間、又は前記第２の入力端子と接地の間の少なくとも一方に開閉制御可能なスイッチが設けられ、前記信号処理部は、前記スイッチを開閉制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開かせるタイミングを発生させるタイミング制御部と、前記スイッチを開いたときの増幅信号を記憶する記憶部と、前記スイッチを閉じたときの増幅信号を前記記憶部に記憶された増幅信号を用いて補正する演算部とを備えることを特徴とするセンサ信号処理装置とした。
このセンサ信号処理装置は、タイミング制御部で発生させたタイミングでスイッチを開かせる。センサに流れる電流がゼロになるので、このときの増幅信号は、センサと増幅手段のオフセット誤差になる。したがって、再びスイッチを閉じたときに得られる増幅信号をオフセット誤差の信号で補正すれば、正しいセンサ信号が得られる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、前記タイミング制御部は、所定時間ごとに前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力するタイマであることを特徴とする。
このセンサ信号処理装置は、タイマを用いて一定の時間ごとにスイッチの開閉制御をしてセンサの信号を補正する。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のセンサ信号処理装置において、前記タイミング制御部は、前記定電圧電源の電圧値を検出し、その電圧値が予め定められた値に達したら前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力する電圧検出部であることを特徴とする。
このセンサ信号処理装置は、電圧値をトリガーとしてスイッチの制御を行ってセンサの信号を補正する。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ信号処理装置において、前記センサを２つ有し、それぞれの前記センサは４つの磁気抵抗素子を用いたブリッジ回路を形成しており、一方の前記センサに対して他方の前記センサが４５°回転させて配置されていることを特徴とする。
このセンサ信号処理装置は、一対のセンサから位相の異なる信号が出力される。位相の異なる一対の信号を処理する際に、補正を行うことで精度の良いセンサ信号が得られる。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセンサ信号処理装置において、前記スイッチは、前記センサの接地側に設けられていることを特徴とする。
このセンサ信号処理装置は、スイッチを閉じるとセンサを流れる電流が略ゼロになるので、補正が容易になる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、モータの駆動制御をするモータ制御装置であって、前記モータに通電する電流を切り換えるモータ駆動部と、前記モータの回転を検出するために設けられ、磁気抵抗でブリッジ回路を形成した一対のセンサと、前記一対のセンサのそれぞれの第１の入力端子と定電圧電源の間、又はそれぞれの第２の入力端子と接地の間の少なくとも一方に設けられ、開閉制御可能なスイッチと、前記一対のセンサのそれぞれの出力端子に接続され、信号を増幅する増幅手段と、前記スイッチを開閉制御するスイッチ制御部と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを開かせるタイミングを生成するタイミング制御部と、前記スイッチを開いたときの増幅信号を記憶する記憶部と、前記スイッチを閉じたときの増幅信号を前記記憶部に記憶された増幅信号を用いて補正する演算部と、前記演算部で補正した信号に基づいて前記モータ駆動部にモータ駆動信号を出力するモータ制御部と、を備えることを特徴とするモータの制御装置とした。
このモータの制御装置は、タイミング制御部で発生させたタイミングでスイッチを閉じ、このときの信号を用いてセンサ信号を補正する。補正を行うことで、モータの回転位置の情報を精度良く取得することができるようにする。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載のモータの制御装置において、前記タイミング制御部は、所定の時間ごとに前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力するタイマであることを特徴とする。
このモータの制御装置は、タイマを用いて一定の時間ごとにセンサの信号を補正して、モータの回転位置を精度良く検出する。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項６に記載のモータの制御装置において、前記タイミング制御部は、前記定電圧電源の電圧値を検出し、その電圧値が予め定められた値に達したら前記スイッチを開かせる信号を前記スイッチ制御部に出力する電圧検出部であることを特徴とする。
このモータの制御装置は、電圧値をトリガーとしてセンサの信号を補正する。例えば、電源が入ったときに常に補正を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るセンサ信号処置装置では、センサ及び増幅手段のオフセット誤差を簡単に検出できる。オフセット誤差を補正することが可能になるので、増幅手段に安価な素子を使用しても正しいセンサ信号が得られ、装置の低コスト化が図れる。
本発明に係るセンサ信号処置装置では、所定のタイミングでオフセット補正を行うことで、モータの回転位置を正しく検出できる。モータの回転制御を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１にセンサ信号処理装置を含むモータ制御装置の概略構成を示す。モータ制御装置１は、モータ２に近接して配置される２つのセンサ３，４と、各センサ３，４からのそれぞれの信号を受け付ける２つの増幅手段５，６と、各増幅手段５，６から出力される増幅信号に基づいてモータ２を駆動させるモータ駆動信号を作成するモータ制御手段７と、モータへの通電を制御するモータ駆動部８とを含んで構成されている。
【００１５】
２つのセンサ３，４は、それぞれが４つの磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を用いたホイートストンブリッジからなる磁気抵抗センサであり、モータ２の不図示の回転軸に固定されたマグネットに近接して配置されている。各センサ３，４は、モータ２の回転軸からみて４５°位相をずらして配置されている。各センサ３，４は、磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の接続箇所に相当する４つの端子１１，１２，１３，１４を有する。第１のセンサ３の第１の入力端子１１は、定電圧電源１５に接続されている。第２の入力端子１２は、スイッチング素子であるトランジスタ１６を介して接地されている。第１の入力端子１１から第２の入力端子１２に至るまでの間に設けられた第１、第２の出力端子１３，１４は、第１の増幅手段５に接続されている。
第２のセンサ４は、第１、第２の入力端子１１，１２のそれぞれが定電圧電源１５と、トランジスタ１６に接続されている。第１、第２の出力端子１３，１４は、第２の増幅手段６に接続されている。
【００１６】
第１の増幅手段５は、差動増幅回路からなる。差動増幅回路には、複数の抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４とオペアンプ１７が用いられている。第１の増幅手段５の出力は、モータ制御手段７の入力部３１に接続されている。第２の増幅手段６も同様の構成を有し、モータ制御手段７の入力部３１に接続されている。
【００１７】
モータ制御手段７は、センサ信号を処理する信号処理部２１と、駆動信号を作成するモータ制御部２２とを有する。信号処理部２１は、入力部３１と、メモリなどからなる記憶部３２と、ＣＰＵ（中央演算装置）などからなる演算部３３と、タイミング制御部であるタイマ３４と、スイッチ制御部３５とを有する。スイッチ制御部３５は、トランジスタ１６に接続されており、トランジスタ１６の開閉（以下、ＯＮ、ＯＦＦとする）を切り換える機能を有する。演算部３３は、モータ制御部２２に後述するセンサ信号を出力可能に接続されている。
【００１８】
この実施の形態における動作を説明する。
最初に、各センサ３，４及び各増幅手段５，６のオフセット補正を行う処理について図２のフローチャートを参照して説明する。タイマ３４が所定のタイミングでタイマ信号を発生させ（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、スイッチ制御部３５がトランジスタ１６をＯＦＦにする（ステップＳ１０２）。タイマ３４がタイマ信号を出力するタイミングとしては、例えば、角度検出する直前のタイミングがあげられる。
このとき、各センサ３，４のそれぞれのホイーストンブリッジ回路に流れる電流がゼロになる。トランジスタ１６が接地側に設けられているので、各増幅手段５，６に入力される電圧を同相入力電圧範囲に収めることができる。したがって、オフセット誤差がなければ、各増幅手段５，６の出力が規定値（この場合には、２．５Ｖ）になるはずである。各センサ３，４又は各増幅手段５，６にオフセット誤差があったときには、各増幅手段５，６の出力がオフセット誤差のぶんだけシフトする。
【００１９】
そこで、予め定められた一定時間待機してから（ステップＳ１０３）、入力部３１から各増幅手段５，６で増幅した増幅信号を取り込む（ステップＳ１０４）。このときの増幅信号は、前記したようにオフセット誤差に相当する信号なので、この信号を補正値として記憶部３２に記憶させる（ステップＳ１０５）。その後、スイッチ制御部３５がトランジスタ１６をＯＮにする（ステップＳ１０６）。センサ３，４の出力を安定させるために、予め定められた時間待機したら（ステップＳ１０７）、入力部３１から増幅信号を新たに取り込む（ステップＳ１０８）。
【００２０】
演算部３３は、入力部３１から取り込んだ現在の増幅信号から、記憶部３２に格納されている補正値を引いてセンサ信号を演算する（ステップＳ１０９）。演算結果であるセンサ信号は、モータ制御部２２に出力される（ステップＳ１１０）。そして、モータ制御部２２がセンサ信号に基づいてモータ制御信号をモータ駆動部８に出力する（ステップＳ１１０）。なお、モータ制御部２２では、センサ信号に基づいてモータ２の回転位置を特定し、励磁の切り替えタイミングを演算する。そして、励磁の切り換えタイミングに従ってモータ駆動部８にモータ制御信号を出力してモータ２への給電を制御する。モータ２は、モータ駆動部８から供給される電流に応じてロータを回転させる。
【００２１】
この実施の形態では、一対のセンサ３，４、一対の増幅手段５，６、信号処理部２１を有するセンサ信号処理装置において、タイマ３４で発生させたタイミングに従ってトランジスタ１６をＯＦＦにしてセンサ３，４を流れる電流をゼロにできるようにしたので、モータ２の運転中であってもオフセット補正を行うことができる。従来であれば磁気抵抗にかかる磁界がゼロになるように回転制御してからオフセット補正を行わなければならず、位相の異なる２つのセンサを有する場合には制御が困難であったが、この実施の形態では簡単にオフセット補正ができる。
増幅手段５，６も含んでオフセット補正を行うことができるので、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の抵抗温度係数にばらつきが大きい場合でも誤差の少ないセンサ信号が得られる。増幅手段５，６を安価な部品から構成できる。
センサ信号処理装置をモータ２の制御に使用したので、モータ２の回転位置を精度良く検出できる。
【００２２】
ここで、図３に変形例を示す。センサ３，４の第２の入力端子１２に接続されたトランジスタ１６に加え、第１の入力端子１１と定電圧電源１５の間にもトランジスタ４１を設けてある。このトランジスタ４１は、開閉制御が可能なスイッチング素子である。各トランジスタ１６，４１は、信号処理部２１のスイッチ制御部３５に接続されている。オフセット補正をするときは、両方のトランジスタ１６，４１をＯＦＦにしてセンサ３，４のブリッジ回路に流れる電流をゼロにする。又は、定電圧電源１５側のトランジスタ４１のみをＯＦＦにしても良い。これらの場合でも前記と同様にオフセット補正を行うことができる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図４にセンサ信号処理装置を含むモータ制御装置の概略構成を示す。モータ制御装置５１は、信号処理部２１がタイマの代わりに電圧検出部５２を備える。電圧検出部５２は、センサ３，４の第１の入力端子１１の電位、つまり定電圧電源１５の電源電圧を検出できるようにセンサ３，４に接続されている。信号処理部２１内では、入力部３１とスイッチ制御部３５に接続されている。
【００２４】
このモータ制御装置５１における動作を図５のフローチャートを参照して説明する。モータ制御装置５１の電源がＯＮになって、定電圧電源１５から各センサ３，４に電圧が印加されると、電圧検出部５２が定電圧電源１５の電圧値を検出する（ステップＳ２０１）。
定電圧電源１５の電圧値を検出したら、スイッチ制御部３５が予め定められた一定時間の間、トランジスタ１６をＯＦＦにする（ステップＳ２０２）。各センサ３，４のホイーストンブリッジ回路に流れる電流がゼロになり、各センサ３，４又は各増幅手段５，６にオフセット誤差があったときには、各増幅手段５，６の出力がオフセット誤差のぶんだけシフトする。
【００２５】
予め定められた一定時間待機した後（ステップＳ２０３）、入力部３１で増幅信号を検出して（ステップＳ２０４）、記憶部３２に記憶させる（ステップＳ２０５）。以降は、通常動作として、ステップＳ２０５からステップＳ２１１を実施する。これら各ステップＳ２０５〜Ｓ２１１は、第１の実施の形態のステップＳ１０５からＳ１１１と同じである。そして、センサ信号から生成したモータ制御信号に基づいてモータ２が回転制御される。
【００２６】
この実施の形態では、制御装置の電源が入る度にオフセット補正が行われるので、モータ２の回転位置を常に正しく検出できる。
図３に示すように、定電圧電源１５側にスイッチング素子としてトランジスタ４１を接続しても良い。
【００２７】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、図３の構成において、差動増幅回路の構成によっては２つのトランジスタ１６，４１を両方ともＯＦＦにしても良い。
スイッチング素子は、モータ制御手段７からの開閉制御が可能であれば良く、トランジスタに限定されない。
タイマ３４は、角度を検出するタイミングと関係なく、所定の時間間隔でスイッチ制御部３５に指令信号を出力しても良い。
センサ信号処理装置の用途は、モータ制御に限定されない。例えば、センサ信号処理装置を物体の歪を検出する用途に使用する場合には、センサ３，４に電気抵抗素子を使用する。この場合、センサ３，４は１つでも良いし、３つ以上でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】所定時間ごとにオフセット補正を行ってから通常動作に移る処理を示すフローチャートである。
【図３】スイッチング素子を２つ有する場合のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】電圧検出部を備える構成を示すブロック図である。
【図５】電源ＯＮ時にオフセット補正を行ってから通常動作に移る処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１，５１      モータ制御装置
２      モータ
３，４      センサ
５，６      増幅手段
７      モータ制御手段
８      モータ駆動部
１１      第１の入力端子
１２      第２の入力端子
１３      第１の出力端子
１４      第２の出力端子
１５      定電圧電源
１６，４１      トランジスタ（スイッチ）
２１      信号処理部
２２      モータ制御部
３２      記憶部
３３      演算部
３４      タイマ（タイミング制御部）
３５      スイッチ制御部
５２      電圧検出部（タイミング制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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