(57)【要約】【課題】センサのオフセットを考慮してより高精度に位置検出をすることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】ホール素子２０１、２０２、２０３にバイアス電圧を印加する増幅器３０１が有するスイッチ部３０１ｊにより、バイアス電圧を印加する端子Ｈｐと端子Ｈｍとを短絡することができるので、ホール素子２０１、２０２、２０３のバイアス電圧の電位差を確実にゼロにして、ホール素子のオフセットを検出することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する可動体の近傍に配置された複数のセンサから出力される、前記可動体の位置に応じた位相の異なる複数の出力信号に基づき、前記可動体の位置を検出する位置検出装置であって、
各センサの前記出力信号に発生するオフセットを検出するオフセット検出手段を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記各センサの一方側と他方側との間に電圧を印加する電圧印加手段を有し、
前記オフセット検出手段は、前記各センサの前記一方側と前記他方側との電位差をゼロにする電位差制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記電位差制御手段は、制御信号によって前記センサの前記一方側と前記他方側との電位差をゼロにするか否かが切り替えられることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記電位差制御手段は、内部回路素子を保護する保護手段を有することを特徴とする請求項２または３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
モータのコイル端子に回転角度に応じて転流された電流を供給してモータを回転駆動するモータ駆動装置であって、
請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の位置検出装置を有することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ駆動装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体の位置を検出する位置検出装置、位置検出装置を有するモータ駆動装置およびモータ駆動装置を有する画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの位置や速度を精度良く制御するためには、モータの回転角度を検出してフィードバックする制御が一般的である。回転角度の検出には、よく知られた光学エンコーダやレゾルバ、あるいは磁気センサ等が用いられる。しかしながら、このようなセンサをモータ軸に取り付ける構成は、高価となり、さらに装置が大型化しやすいという問題がある。
【０００３】
ところで、ブラシレスモータは、多極着磁されたロータ（回転子）と、固定子側に配置した複数相のコイルからなり、コイルにロータ磁束位相（角度）に同期した交流電圧をかけることで回転トルクを発生させる。このため一般にモータ内に、ホール素子等のロータ磁束を検出できる複数の磁気センサを備えている。
【０００４】
この種の磁気センサを利用した特許文献１に記載の発明では、このホール素子等の磁気センサの出力信号を使って高分解能の角度検出を行う装置が開示されている。特許文献１では、２個の正弦波状のホール素子信号を演算により９０度（直交）位相間隔とし、これを直交２次元座標上のベクトルとみて、その所定座標軸からなす角度（すなわちベクトルの現在位相）を検出することによりモータ角度を検出している。
【０００５】
特許文献１に記載の角度検出装置を実装する場合、ホール素子信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル化し、デジタル信号処理で角度検出する方が扱いやすい。これは、角度検出演算に乗算が多く利用されるため、アナログ回路では高価になったり、精度低下を起こしやすいからである。デジタル回路であれば、集積化により低コストにでき、精度はｂｉｔ数（量子化分解能）で決まるので設計し易くなる。
【０００６】
しかしながら、デジタル信号処理とする場合、Ａ／Ｄ変換器に入力されるホール素子の出力信号レベルが小さいと、Ａ／Ｄ変換器のｂｉｔ数との関係で量子化誤差が大きくなり精度が悪化する。またホール素子信号レベルがＡ／Ｄ変換器のフルレンジより大きいと、Ａ／Ｄ変換器の出力が飽和して正常な動作ができなくなる。このような問題を一般にＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジ問題という。
【０００７】
このような問題に対して本出願人は、直交変換されたＸ，Ｙ座標上の原点からの距離である振幅の値に基づいて生成される感度調整信号のレベルが所定範囲内に収まるようにすることを出願している。このようにすることで、センサ信号の振幅の変化を抑え、ダイナミックレンジを確保して角度等の可動体の位置検出精度を向上させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した感度調整信号のレベルを所定範囲内に収める動作を行う装置では、センサの感度のバラつきや変動を信号処理で抑え、ダイナミックレンジを確保して位置検出精度を向上していた。しかしながらホール素子等のセンサは、駆動バイアスがゼロのときの出力は理想的にはゼロだが現実はゼロではなくオフセットが発生することが多い。このオフセットはデジタル処理を行う際の誤差の要因となりうるため、オフセットを考慮したより高い精度の位置検出が望まれている。
【０００９】
本発明はかかる問題を解決することを目的としている。
【００１０】
すなわち、本発明は、センサのオフセットを考慮してより高精度に位置検出をすることができる位置検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記に記載された課題を解決するために請求項１に記載された発明は、永久磁石を有する可動体の近傍に配置された複数のセンサから出力される、前記可動体の位置に応じた位相の異なる複数の出力信号に基づき、前記可動体の位置を検出する位置検出装置であって、各センサの前記出力信号に発生するオフセットを検出するオフセット検出手段を有することを特徴とする位置検出装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、センサのオフセットを考慮してより高精度に位置検出をすることができる位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるモータ駆動装置を説明する図である。
【図２】図１に示された増幅器の概略構成図である。
【図３】図２に示された増幅器の概略構成図の要部回路図である。
【図４】モータユニットの概略構成を説明する図である。
【図５】ホール素子の出力信号の一例を示す図である。
【図６】直交座標上における正規化センサ信号のベクトル成分と振幅と位相の関係を示す図である。
【図７】振幅を横軸にして直交座標上における正規化センサ信号のベクトル成分をプロットした図である。
【図８】振幅位相検出部を説明する第一の図である。
【図９】振幅位相検出部を説明する第二の図である。
【図１０】振幅調整部を説明する図である。
【図１１】ゲイン設定テーブルの一例を示す図である。
【図１２】図１に示されたモータ駆動装置が搭載された画像形成装置の概略構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態のモータ駆動装置を説明する図である。
【００１５】
本実施形態のモータ駆動装置１００は、ホール素子２０１、２０２、２０３が設けられたモータユニット２００と接続される。モータユニット２００の詳細は後述する。
【００１６】
本実施形態のモータ駆動装置１００は、位置検出装置３００と、比較器３１０、３１１、３１２と、モータ駆動部３２０と、シングルエンド化部３３０と、を有する。
【００１７】
本実施形態の位置検出装置３００は、モータの有する回転体の回転に応じて回転体の回転角度を検出する。
【００１８】
シングルエンド化部３３０は、ホール素子２０１、２０２、２０３から出力される出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３をそれぞれシングルエンド化して、シングルエンド信号を出力する。シングルエンド化とは、差動信号をシングルエンド信号に変換することを言う。
【００１９】
比較器３１０、３１１、３１２は、ゼロクロス比較器であり、シングルエンド化部３３０から出力される信号がゼロより大きいとき１を、ゼロ以下の場合０を出力する。比較器３１０、３１１、３１２のそれぞれからの出力は、出力信号ｚ１、ｚ２、ｚ３として出力され、モータ駆動部３２０へ供給される。
【００２０】
モータ駆動部３２０は、出力信号ｚ１、ｚ２、ｚ３から電気角６０度ごとに３相コイル駆動電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを出力し、モータの回転子の角度に同期したコイルの駆動電圧を発生させる。
【００２１】
位置検出装置３００は、増幅器３０１と、演算器３０３、３０４と、振幅位相検出部３０５と、振幅調整部３０６と、ゲイン調整部３０７と、を有する。増幅器３０１には、ホール素子２０１からの出力信号ｈ１、ホール素子２０２からの出力信号ｈ２およびホール素子２０３からの出力信号ｈ３が入力される。
【００２２】
増幅器３０１は、出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３のうちのいずれか２つを選択して増幅し、正規化センサ信号ｎｈ１、ｎｈ２として出力する。増幅器３０１は、ゲイン調整部３０７からの信号によりゲインが調整される。増幅器３０１のゲインの調整についての詳細は後述する。
【００２３】
増幅器３０１の構成を図２および図３を参照して説明する。ホール素子２０１の出力信号ｈ１は、実際は差動信号として増幅器３０１に入力される（ＨＵ＋、ＨＵ−）。ホール素子２０２、２０３の出力信号ｈ２、ｈ３も同様である（ＨＶ＋、ＨＶ−、ＨＷ＋、ＨＷ−）。
【００２４】
また、増幅器３０１は、端子Ｈｐ、Ｈｍからホール素子２０１、２０２、２０３にそれぞれバイアス電圧を印加している。即ち、増幅器３０１は電圧印加手段として機能する。
【００２５】
増幅器３０１は、図２に示したように、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａと、増幅器３０１ｂ、３０１ｃと、セレクタ３０１ｄ、３０１ｅと、差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇと、Ａ／Ｄコンバータ３０１ｈ、３０１ｉと、スイッチ部３０１ｊと、を有する。
【００２６】
Ｄ／Ａコンバータ３０１ａは、後述する振幅調整部３０６から入力される感度調整信号ｈｄｒｉｖｅをデジタル／アナログ変換してアナログ信号にする。Ｄ／Ａコンバータ３０１ａは、例えばＲ−２Ｒ型のＤ／Ａコンバータで構成されている。なお、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａは本実施形態では８ｂｉｔとするが、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのｂｉｔ数に応じて変更してもよい。
【００２７】
増幅器３０１ｂは、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａの出力を所定のレベルに増幅して端子Ｈｐから一方側の電圧としてホール素子２０１、２０２、２０３に出力する。増幅器３０１ｃは、一定電圧（例えば０．８［Ｖ］）を増幅して端子Ｈｍから他方側の電圧としてホール素子２０１、２０２、２０３に出力する。これらの電圧はホール素子のバイアス電圧となる。
【００２８】
セレクタ３０１ｄは、ホール素子２０１の出力信号ｈ１（ＨＵ＋、ＨＵ−）またはホール素子２０２の出力信号ｈ２（ＨＶ＋、ＨＶ−）を選択して差動増幅器３０１ｆに出力する。セレクタ３０１ｅは、ホール素子２０２の出力信号ｈ２（ＨＶ＋、ＨＶ−）またはホール素子２０３の出力信号ｈ３（ＨＷ＋、ＨＷ−）を選択して差動増幅器３０１ｇに出力する。
【００２９】
差動増幅器３０１ｆは、セレクタ３０１ｄから出力された差動信号（Ｈｕｐ、Ｈｕｍ）をシングルエンド信号に変換して増幅し、ホール信号ＨｕとしてＡ／Ｄコンバータ３０１ｈに出力する。差動増幅器３０１ｇは、セレクタ３０１ｅから出力された差動信号（Ｈｖｐ、Ｈｖｍ）をシングルエンド信号に変換して増幅し、ホール信号ＨｖとしてＡ／Ｄコンバータ３０１ｉに出力する。
【００３０】
また、差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇは、ゲイン調整部３０７から入力されるゲイン調整信号ｇｓｅｌによってゲインが調整可能となっている。
【００３１】
Ａ／Ｄコンバータ３０１ｈは、差動増幅器３０１ｆから入力されたホール信号Ｈｕをアナログ／デジタル変換し、デジタル信号である正規化信号ｎｈ１として演算器３０３に出力する。Ａ／Ｄコンバータ３０１ｉは、差動増幅器３０１ｇから入力されたホール信号Ｈｖをアナログ／デジタル変換し、デジタル信号である正規化信号ｎｈ２として演算器３０４に出力する。
【００３２】
スイッチ部３０１ｊは、制御信号ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎによってＯＮまたはＯＦＦが切り替えられる回路であり、ＯＮの場合は、端子Ｈｐと端子Ｈｍとが短絡（ショート）される。制御信号ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎは、振幅調整部３０６から感度調整信号ｈｄｒｉｖｅとともに入力される信号である。制御信号ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎは、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅが１６進数で“００”の場合にＨｉｇｈレベルになる。
【００３３】
図３は、図２に示した回路のうち、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａと、増幅器３０１ｂ、３０１ｃと、スイッチ部３０１ｊと、の詳細な回路構成例を示した回路図である。なお、図３はホール素子２０１のみを例示するが、ホール素子２０２、２０３も同様に接続や制御がされている。
【００３４】
図３に示したように、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａと増幅器３０１ｂとの間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とで構成されたローパスフィルタＬＰＦが設けられている。このローパスフィルタＬＰＦは、Ｄ／Ａコンバータ３０１ａの出力信号の高周波ノイズを除去するとともに、後段回路やスイッチ部３０１ｊ等の内部回路素子の保護回路（保護手段）としても機能する。
【００３５】
増幅器３０１ｂは、その−側入力にはローパスフィルタＬＰＦの出力が接続され、＋側入力には抵抗Ｒ２の他端とＲ３の一端とが接続されている。増幅器３０１ｂの出力にはトランジスタＴｒ１が設けられている。トランジスタＴｒ１のゲートには増幅器３０１ｂの出力が接続され、トランジスタＴｒ１のソースには電源が接続され、トランジスタＴｒ１のドレインには端子Ｈｐと抵抗Ｒ２の一端とトランジスタＴｒ２のドレインとが接続されている。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とは直列に接続され、抵抗Ｒ３の他端は接地されている。
【００３６】
また、増幅器３０１ｂは、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅの値に基づいた電圧を一方側のバイアス電圧として端子Ｈｐからホール素子２０１、２０２、２０３にそれぞれ印加する。
【００３７】
増幅器３０１ｃは、その＋側入力には抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の一端とが接続され、−側入力には自身の出力が接続されている。増幅器３０１ｃの出力には、自身の−側入力と端子ＨｍとトランジスタＴｒ２のソースとが接続されている。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とは直列に接続され、抵抗Ｒ４の一端には電源が接続され、抵抗Ｒ５の他端は接地されている。
【００３８】
増幅器３０１ｃは、電源電圧を抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とで分圧された電圧（例えば０．８［Ｖ］）が入力され、その電圧を他方側のバイアス電圧としてホール素子２０１、２０２、２０３に印加する。
【００３９】
スイッチ部３０１ｊは、論理積回路ＡＮＤと、バッファＢＵＦと、トランジスタＴｒ２と、を有する。論理積回路ＡＮＤは、制御信号ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎと制御信号ｈｂｉ＿ｓｌｐの負論理との論理積演算を行う。バッファＢＵＦは、論理積回路ＡＮＤの出力をそのままトランジスタＴｒ２のゲートに出力する。なお、制御信号ｈｂｉ＿ｓｌｐは、図２では図示されていないがスリープモードを示す信号であり、スリープモード時のみＨｉｇｈレベルで、後述するオフセット検出動作も含む通常時はＬｏｗレベルとなっている。
【００４０】
トランジスタＴｒ２は、ゲートにはバッファＢＵＦの出力に接続され、ソースには増幅器３０１の出力および端子Ｈｍに接続され、ドレインにはトランジスタＴｒ１のドレインと抵抗Ｒ２の一端と端子Ｈｐとに接続されている。
【００４１】
トランジスタＴｒ２は、制御信号ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎがＨｉｇｈレベルかつ制御信号ｈｂｉ＿ｓｌｐがＬｏｗレベルの場合にＯＮ状態となり、端子Ｈｐと端子Ｈｍとを短絡して同電位にする。即ち、スイッチ部３０１ｊは、ホール素子（センサ）の一方側と他方側との電位差をゼロにする電位差制御手段として機能する。また、このとき制御信号ｈｄｒｉｖｅは１６進数で“００”となるので、端子ＨｐにはトランジスタＴｒ１のソースに印加されている電源電圧（例えば３．５［Ｖ］）が出力される。
【００４２】
端子Ｈｐと端子Ｈｍとが同電位となると、ホール素子２０１の駆動電位差がゼロになるために、ホール素子２０１の出力信号ｈ１の振幅値もホール素子のオフセットがなければゼロになる。しかしながら、実際は、ホール素子の特性等にばらつきがあるのでオフセットが発生し振幅値はゼロにならない。つまり、端子Ｈｐと端子Ｈｍとを短絡させることで、ホール素子のオフセットを検出することができる。即ち、スイッチ部３０１ｊがオフセット検出手段として機能し、当該スイッチ部３０１ｊは制御信号の切り替えによって駆動電位差をゼロにするか否かが切り替えられる。
【００４３】
検出されたオフセットは、後述する演算器３０３及び演算器３０４において、演算の際の補正処理等の調整に使用される。例えば、演算器３０３及び演算器３０４において、オフセット分を減算してから各演算を行うといったことが可能となる。
【００４４】
このオフセットの検出は、ホール素子２０１、２０２、２０３それぞれに行う。例えば、セレクタ３０１ｄをホール素子２０１側、セレクタ３０１ｅをホール素子２０２側に切り替えることで、ホール素子２０１、２０２のオフセットが同時に検出できる。そして、セレクタ３０１ｅをホール素子２０３側に切り替えることで、ホール素子２０３のオフセットが検出できる。
【００４５】
また、このオフセット検出を行うタイミングは、後述するホール素子２０１、２０２の感度調整やゲイン調整部３０７によるゲイン調整と異なるタイミングで行われる。例えば、感度調整やゲイン調整の前に行えば、感度調整やゲイン調整に用いられる振幅位相検出部３０５の出力の誤差を少なくすることができるため好ましい。
【００４６】
以上のように本実施形態では、スイッチ部３０１ｊにより、端子Ｈｐと端子Ｈｍとを短絡することができるので、ホール素子２０１、２０２、２０３のバイアス電圧の電位差を確実にゼロにして、ホール素子のオフセットを検出することができる。また、オフセットを検出することで、ホール素子のばらつきを検出することができる。
【００４７】
また、オフセットを検出することで、角度検出処理時の演算誤差を少なくすることができる。即ち、オフセットを考慮してより高精度に角度検出（位置検出）をすることができる。
【００４８】
また、制御端子ｈｂ＿ｓｈｏｒｔ＿ｏｎにより、任意のタイミングでオフセットを検出することができる。
【００４９】
増幅器３０１から出力された正規化センサ信号ｎｈ１と正規化センサ信号ｎｈ２は、演算器３０３及び演算器３０４へ供給される。演算器３０３及び演算器３０４は、正規化センサ信号ｎｈ１と正規化センサ信号ｎｈ２の相互演算を行い、正規化センサ信号Ｘと正規化センサ信号Ｙを出力する。なお、以降の説明において、正規化センサ信号ｎｈ１と正規化センサ信号ｎｈ２として出力されるのは、ホール素子２０１、２０２の出力信号ｈ１、ｈ２をシングルエンド化してデジタル信号に変換したものとする。
【００５０】
本実施形態の演算器３０３、３０４において行われる演算は、例えば以下の演算である。
Ｘ＝ｎｈ１＋ｎｈ２
Ｙ＝（ｎｈ２−ｎｈ１）×定数
【００５１】
尚、定数は、固定ゲインにより実現される。本実施形態では、正規化センサ信号ｎｈ１と正規化センサ信号ｎｈ２が１２０度の位相間隔であった場合に、この演算を行うことで、この２つの信号を位相間隔が９０度である正規化センサ信号Ｘと正規化センサ信号Ｙとすることができ、両者の直交関係を利用できる。
【００５２】
本実施形態の振幅位相検出部３０５は、正規化センサ信号Ｘ，Ｙから、振幅と位相を検出する。本実施形態の振幅調整部３０６は、振幅位相検出部３０５により検出された振幅が所定の値となるように、ホール素子２０１、２０２、２０３の感度を制御する感度調整信号を出力する。ホール素子２０１、２０２、２０３の感度とは、ホール素子２０１、２０２、２０３の出力信号の振幅の大きさを示す。本実施形態のゲイン調整部３０７は、振幅調整部３０６から出力される感度調整信号に応じて増幅器３０１の差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインを調整する。
【００５３】
尚、振幅位相検出部３０５、振幅調整部３０６及びゲイン調整部３０７の詳細は後述する。
【００５４】
図４は、モータユニットの概略構成を説明する図である。
【００５５】
本実施形態のモータユニット２００は、ブラシレスモータ２１０、回転子２１１を有し、回転子２１１の近傍にホール素子２０１、２０２、２０３が固定して配置されている。
【００５６】
本実施形態のブラシレスモータ２１０は、互いに１２０°の位相差を持ち、Ｙ字結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成されるそれぞれのコイルＵ，Ｖ，Ｗを有する。ブラシレスモータ２１０は更に、コイルＵ，Ｖ，Ｗ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を有する回転子２１１を有する。ブラシレスモータ２１０は、コイル（コイル端子）Ｕ，Ｖ，Ｗへ、回転角度に応じて適切に転流された電流（駆動電流）が供給されて回転駆動される。尚、回転子２１１の永久磁石は、例えば図４に示されるように８極（極ペア数は４）とする。
【００５７】
本実施形態のホール素子２０１、２０２、２０３は、回転子２１１の回転角度位置を検出する。即ち、永久磁石を有する回転子２１１が可動体に相当し、ホール素子２０１、２０２、２０３が可動体の近傍に配置された複数のセンサに相当する。それぞれのホール素子２０１、２０２、２０３は、例えばゲルマニウムやＩｎＳｂ(インジウム・アンチモン）のホール効果を利用して、回転子２１１の磁界の変化に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を出力する。差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−は、図１ではｈ１、ｈ２、ｈ３として示している。本実施形態では、このアナログホール信号ｈ１、ｈ２、ｈ３をホール素子２０１、２０２、２０３からの出力信号と呼ぶ。
【００５８】
出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３は、増幅器３０１やシングルエンド化部３３０でシングルエンド化されると回転子２１１の回転に応じて正弦波状に変化する。本実施形態のホール素子２０１、２０２、２０３は、出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３が互いに１２０°の位相差を有する波形になるように配置されている。
【００５９】
尚、本実施形態では、位置検出装置３００は、永久磁石を有し回転運動を行う回転子２１１の回転角度を検出するものとしたが、これに限定されない。位置検出装置３００は、例えば永久磁石を有し直線運動を行う移動体の位置を検出しても良い。
【００６０】
すなわち本実施形態の位置検出装置３００は、永久磁石を有する可動体の近傍に配置された複数のホール素子から出力される出力信号に基づき、可動体の位置を検出する。可動体は、永久磁石を有する回転子と、永久磁石を有する移動体とを含む。
【００６１】
図５は、ホール素子の出力信号をシングルエンド信号に変換した一例を示す図である（図５では便宜上ｈ１、ｈ２、ｈ３と表示している）。図５に示すように、本実施形態のホール素子の出力信号は、互いに１２０°の位相差を有する波形となっている。即ち、本実施形態のホール素子の出力信号は、可動体の位置に応じた位相の異なる複数の出力信号となっている。
【００６２】
このとき、回転子２１１の磁極数は８であるため、図３に示す各正弦波は、回転子２１１の１回転当たり４周期含まれる。逆に言えば回転子２１１の１／４回転が図５に示す各正弦波の１周期に相当する。以下では説明の便宜上、ブラシレスモータ２１０の回転子２１１の回転角度（θ）を、出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の正弦波の１周期を３６０°として示す。従って、実際のブラシレスモータ２１０の回転子２１１の回転角度は、このようにして出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の正弦波の１周期を３６０°として示された値（θ）に対し、その１／４の値となる。例えばこのようにして出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の正弦波の１周期を３６０°として示された回転角度の値（θ）が３６０°であった場合、実際のブラシレスモータ２１０の回転子２１１の回転角度はその１／４の９０°ということになる。
【００６３】
尚、本実施形態では、回転子２１１の回転角度を検出するセンサをホール素子２０１、２０２、２０３としたが、これに限定されない。本実施形態では、着磁された回転体の回転に応じて磁界の変化を電気信号に変換し、正弦波状の周期信号を出力する磁気センサであれば、ホール素子の代用とすることができる。
【００６４】
次に、本実施形態の振幅位相検出部３０５について説明する。本実施形態の振幅位相検出部３０５は、正規化センサ信号Ｘ，Ｙを直交座標（ｘ軸，ｙ軸）上のベクトル成分とみて、その原点からの距離を振幅（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、ｘ軸からの角度（ａｎｇｌｅ）を位相（ｐｈａｓｅ）として検出する。尚、以下の本実施形態の説明では、位相と角度あるいは角度記号θを同義で用いている。また本実施形態の位相は電気角であり、回転子２１１の角度と対応している。したがって本実施形態の振幅位相検出部３０５により検出される位相は、回転子２１１の角度ということになる。
【００６５】
図６は、直交座標上における正規化センサ信号のベクトル成分と振幅と位相の関係を示す図である。また図５は、振幅を横軸にして直交座標上における正規化センサ信号のベクトル成分をプロットした図である。
【００６６】
さらに図８、図９を参照し、本実施形態の振幅位相検出部３０５の構成について説明する。図８は、振幅位相検出部を説明する第一の図である。
【００６７】
図８に示す振幅位相検出部３０５は、演算器３５１、３５２を有する。本実施形態の演算器３５１、３５２は、以下の数式から振幅と位相を算出する。
振幅＝Ｘ２＋Ｙ２
位相＝ａｒｃｔａｎ（Ｙ／Ｘ）  （ａｒｃｔａｎは逆正接）
【００６８】
図９は、振幅位相検出部を説明する第二の図である。図９に示す振幅位相検出部３０５は、ベクトル回転演算器３５３、ゼロ比較器３５４、カウンタ３５５、正弦波発生部３５６を有する。
【００６９】
本実施形態のベクトル回転演算器３５３は、正規化センサ信号Ｘ，Ｙを直交座標（ｘ軸，ｙ軸）上のベクトル成分を入力ベクトルとし、入力ベクトル（Ｘ，Ｙ）を角度θｄだけ回転させたベクトル（Ｘ′，Ｙ′）を得る。具体的にはベクトル回転演算器３５３は、以下の数式を計算する。
Ｘ′＝Ｘ×ｃｏｓ（θｄ）＋Ｙ×ｓｉｎ（θｄ）
Ｙ′＝−Ｘ×ｓｉｎ（θｄ）＋Ｙ×ｃｏｓ（θｄ）
【００７０】
本実施形態のゼロ比較器３５４は、Ｙ′が０より大きいかどうかを判定する。カウンタ３５５は、定期的にゼロ比較器３５４の判定結果を監視し、Ｙ′が０より大きい場合に角度θｄをアップ、Ｙ′が０以下なら角度θｄをダウンさせる。またカウンタ３５５は、Ｙ′＝０の場合は角度θｄを維持する。
【００７１】
本実施形態の正弦波発生部３５６は、角度θｄを入力としてｓｉｎ（θｄ）とｃｏｓ（θｄ）を出力する。本実施形態のベクトル回転演算器３５３は、このｓｉｎ（θｄ）とｃｏｓ（θｄ）によりベクトルを回転させる演算を行う。
【００７２】
図９に示す例では、ａｒｃｔａｎを算出しないため、簡易な構成で振幅位相検出部３０５を実現でき好ましい。
【００７３】
次に図１０を参照して本実施形態の振幅調整部３０６について説明する。図１０は、振幅調整部を説明する図である。
【００７４】
本実施形態の振幅調整部３０６は、比較器３６１と、カウンタ３６２とを有する。本実施形態の比較器３６１は、振幅位相検出部３０５で検出された振幅の値と、予め設定された所定値ｃｏｎｓｔとの比較を行い、その結果を出力する。カウンタ３６２は、比較器３６１の出力に応じてレベルを調整した感度調整信号ｈｄｒｉｖｅを出力する。
【００７５】
より具体的にはカウンタ３６２は、振幅の値＞所定値ｃｏｎｓｔの場合には、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルを下げ、振幅の値＜所定値ｃｏｎｓｔの場合には感度調整信号ｈｄｒｉｖｅｋのレベルを上げる。またカウンタ３６２は、振幅の値＝所定値ｃｏｎｓｔの場合には、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルを維持する。
【００７６】
なお、上述したオフセット検出動作時には、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅには、カウンタ３６２の値によらず強制的に１６進数で“００”が出力される。このオフセット検出動作の切り替えは、例えば図示しない位置検出装置３００に入力される制御信号等で切り替えればよい。
【００７７】
本実施形態の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅは、増幅器３０１とゲイン調整部３０７とへ供給される。尚、本実施形態の所定値ｃｏｎｓｔは、例えばモータ駆動装置１００の仕様等によって予め設定される目標値である。
【００７８】
ここで本実施形態の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅについて説明する。
【００７９】
本実施形態の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅは、ホール素子２０１、２０２、２０３の感度を調整するための信号である。より具体的には本実施形態は、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅにより、ホール素子２０１、２０２、２０３の出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の振幅を調整することで、ホール素子２０１、２０２、２０３の感度を調整する。
【００８０】
本実施形態の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅは、増幅器３０１を介して例えばホール素子２０１、２０２、２０３に供給されるホール素子２０１、２０２、２０３の駆動電圧（バイアス電圧）が調整される。つまり、本実施形態の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅは、ホール素子２０１、２０２、２０３の駆動電圧を制御する制御信号となる。
【００８１】
この場合、振幅調整部３０６は、振幅位相検出部３０５で検出された振幅の値が所定値ｃｏｎｓｔ未満のとき、カウンタ３６２によりホール素子２０１、２０２、２０３の駆動電圧を上げれば、各ホール素子からの出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の振幅を大きくできる。また振幅調整部３０６は、振幅位相検出部３０５で検出された振幅の値が所定値ｃｏｎｓｔより大きいとき、カウンタ３６２によりホール素子２０１、２０２、２０３の駆動電圧を下げれば、各ホール素子からの出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３の振幅を小さくできる。
【００８２】
次に、本実施形態のゲイン調整部３０７について説明する。本実施形態のゲイン調整部３０７は、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅに応じて増幅器３０１の差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインを調整する。
【００８３】
本実施形態では、ゲイン調整部３０７により増幅器３０１の差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインを調整することで、振幅位相検出部３０５において検出される振幅の値を所定値に近づけ、振幅調整部３０６における感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルの調整幅を狭くする。具体的にはゲイン調整部３０７は、振幅調整部３０６における調整の幅が所定範囲内となるように差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインを調整することが好ましい。この所定範囲とは、例えば振幅調整部３０６の機能に応じて予め決められていても良い。
【００８４】
本実施形態のゲイン調整部３０７は、例えば感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルと、差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインとを対応付けたゲイン設定テーブルを有し、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルに応じたゲインを差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇへ設定しても良い。
【００８５】
図１１は、ゲイン設定テーブルの一例を示す図である。図１１に示すゲイン設定テーブル３７１では、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅの信号レベルを４段階とし、各段階に対してゲインが対応付けられている。ゲイン設定テーブル３７１では、ｇａｉｎ１が最も小さいゲインであり、ｇａｉｎ１から順にゲインが高くなり、ｇａｉｎ４が最も高いゲインとなる。
【００８６】
以下に、本実施形態の位置検出装置３００によるゲインの調整の動作について説明する。
【００８７】
本実施形態の位置検出装置３００では、例えば所定のタイミングでゲインの調整を行う。本実施形態では、ホール素子２０１、２０２、２０３から出力信号ｈ１、ｈ２、ｈ３が出力されている期間は、振幅調整部３０６による振幅の調整（ホール素子２０１、２０２、２０３の感度の調整）が行われる。そこで本実施形態では、ゲイン調整部３０７によるゲインの調整を、予め設定されたタイミングで行うことで、振幅調整部３０６とゲイン調整部３０７との動作の干渉を避ける。
【００８８】
本実施形態においてゲインの調整を行うタイミングは、例えばモータ駆動装置１００によりモータの駆動が開始されてから所定時間が経過した後であっても良い。この所定時間とは、例えばモータの駆動が開始してから定常状態となるまでの時間であっても良い。この場合、本実施形態のゲイン調整部３０７は、タイマ機能を有していても良い。また本実施形態のゲイン調整部３０７は、単に所定間隔毎にゲインの調整を行っても良い。
【００８９】
またゲインの調整を行うタイミングは、例えば振幅位相検出部３０５により検出された振幅の値と、所定値ｃｏｎｓｔとの差が予め設定された値以上となったときであっても良い。この場合、ゲイン調整部３０７は、例えば振幅調整部３０６から振幅の値と、所定値ｃｏｎｓｔとの差が予め設定された値以上となったことを示す信号を受けて、ゲインの調整を行っても良い。またゲイン調整部３０７は、例えば感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルを監視し、このレベルが所定のレベルとなったとき、振幅の値と、所定値ｃｏｎｓｔとの差が予め設定された値以上となったものと判断し、ゲインの調整を行っても良い。
【００９０】
以下に、本実施形態の位置検出装置３００において、差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇの初期ゲインがゲイン設定テーブル３７１のｇａｉｎ３であった場合について説明する。
【００９１】
本実施形態のゲイン調整部３０７は、ゲインの調整を行うタイミングになると、ゲイン設定テーブル３７１を参照してゲインを新たに決定する。
【００９２】
以下の例では、ｇａｉｎ１＝３倍、ｇａｉｎ２＝６倍、ｇａｉｎ３＝９倍、ｇａｉｎ４＝１２倍とした。
【００９３】
例えば初期ゲインがｇａｉｎ３＝９倍であり、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルが０．９［Ｖ］であったとき、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅは、１［Ｖ］未満である。よってゲイン調整部３０７は、差動増幅器３０１ｆ、３０１ｇのゲインをｇａｉｎ３＝９倍、ｇａｉｎ１＝３倍へ切り替える。すると、ゲイン切り替え後の感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルは、（０．９×９）／３＝２．７［Ｖ］となる。
【００９４】
以上のように本実施形態では、ゲイン調整部３０７により、振幅調整部３０６における感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルの調整の幅を制限することで、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルを過大にも過小にもならないよう、適切なレベルに保つことができる。したがって本実施形態では、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルが過小になることで発生するノイズの影響や、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルが過大により発生する異常を回避することができる。尚、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅのレベルが過大により発生する異常とは、具体的には例えば、ホール素子２０１、２０２、２０３に供給される駆動電圧（バイアス電圧）が定格を超えたり、回路能力を超えて飽和したりする動作等である。
【００９５】
また本実施形態では、振幅調整部３０６による調整により、連続的に感度調整信号ｈｄｒｉｖｅが制御される。このため本実施形態では、ホール素子２０１、２０２、２０３の感度のばらつきや温度変化による感度の変動等があった場合でも、振幅位相検出部３０５で検出される振幅を一定に保つことができ、ノイズの影響を抑制できる。すなわち本実施形態では、ホール素子２０１、２０２、２０３の性能に関わらず、出力信号ｈ１〜ｈ３の振幅の変動を抑制することができる。
【００９６】
また本実施形態では、振幅調整部３０６による調整により、ホール素子２０１、２０２、２０３の出力信号ｈ１〜ｈ３の振幅を一定以上の値に確保することができる。すなわち本実施形態によれば、モータ駆動装置１００を集積回路とした場合に、ホール素子２０１、２０２、２０３とモータ駆動装置１００の間の信号の振幅の値を一定以上の値とすることができる。
【００９７】
よって本実施形態では、ノイズの影響を抑制し、高精度な角度検出が可能となる。
【００９８】
なお、本実施形態では、感度調整信号ｈｄｒｉｖｅによってホール素子２０１、２０２、２０３のバイアス電圧を変更できるようにしていたが、バイアス電圧（端子Ｈｐから印加する電圧）は固定値であってもよい。つまり、感度調整を行わなくてもよい。また、ゲイン調整部３０７を設けなくてもよい。即ち、感度調整やゲイン調整を行わずにオフセットの検出を行って、オフセットに基づく調整のみを行う構成でもよい。
【００９９】
また、ホール素子に印加する電圧は、通常時に所定の電位差を生じるような電圧であればよく、例えば、一方側または他方側のいずれかが接地あるいは電源に接続され、残りが所定の電圧（固定値あるいは可変値）となっている構成でもよい。
【０１００】
図１２は、第１の実施形態のモータ駆動装置が搭載された画像形成装置の概略構成を説明する図である。
【０１０１】
図１２に示す画像形成装置１０は、いわゆるタンデム型のフルカラー装置であり、画像読み取り部を備えて複写装置として構成されたものである。本例の複写装置は、給紙テーブル１２の上に装置本体１１を搭載し、装置本体１１の最上部にはスキャナ１３が配置され、さらにその上に自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１４を設けてある。
【０１０２】
スキャナ１３の内部には、照明用光源とミラーから構成された走行体１３１と、ミラーを含む走行体１３２とがコンタクトガラス１３３に平行に移動可能に設けられている。走行体１３２は、走行体１３１の１／２の速度で移動する公知の光学系を採用しており、これらの走行体１３１，１３２が移動しながらコンタクトガラス１３３上に停止された原稿画像を走査する。光源で照明された原稿からの反射光は、集光レンズ１３４で結像され、ＣＣＤ等の固体撮像素子１３５に取り込まれる。そのデータは装置本体１１の画像処理部（図示を省略）にて処理される。
【０１０３】
装置本体１１のほぼ中央には、中間転写ベルト１０１が配設されている。この中間転写ベルト１０１の上辺に沿って４つの作像ユニット１０２が並べて配置されている。各作像ユニット１０２においては、感光体１０３の周囲に電子写真プロセスに必要な各機器が配置されている。
【０１０４】
中間転写ベルト１０１は、複数の支持ローラに張架されて図中時計回りに回転可能に設けられている。中間転写ベルト１０１の内側で、各作像ユニットの感光体１０３に対向する位置には、一次転写手段である転写ローラが配置されている。
【０１０５】
上記各作像ユニット１０２の上方には露光装置１０４が配設されている。露光装置１０４からの書き込み光は、各作像ユニット１０２の感光体１０３にそれぞれ照射される。
【０１０６】
中間転写ベルト１０１の下方には転写搬送ベルト１０５が配置されている。転写搬送ベルト１０５を支持する一方のローラが二次転写ローラとして機能し、中間転写ベルト１０１上の画像を記録媒体（転写紙等）に二次転写する。
【０１０７】
転写搬送ベルト１０５の左方には定着装置１０６が設けられている。定着装置１０６の左方の装置側面には排紙トレイ１０７が設けられている。また、装置本体１１の最下部には、シート反転部１０８が設けられている。そして、給紙テーブル１２には、２段の給紙カセット１４０，１５０が備えられている。
【０１０８】
さて、本実施形態のカラー複写装置を用いてコピーをとるときは、ユーザはＡＤＦ１４の原稿テーブル又はスキャナのコンタクトガラス１３３上に原稿をセットする。そして、図示しない操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、スキャナ１３が駆動され、光源からの反射光をミラーで反射することにより集光レンズ１３４を通して読取りセンサ（固体撮像素子１３５）に入射させて原稿情報を読み取る。
【０１０９】
また、同じく操作パネル上に設けられたスタートスイッチを押すと、図示しない駆動モータで中間転写ベルト１０１が回転駆動される。同時に、個々の作像ユニット１０２において感光体１０３が回転され、各感光体１０３上にそれぞれ、ブラック，イエロー，マゼンタ，シアンの単色画像が形成される。そして、それらの単色画像が中間転写ベルト１０１上に順次転写されて合成カラー画像が形成される。
【０１１０】
ここで上記中間転写ベルト１０１を回転駆動する図示しない駆動モータとして、上述した本実施形態のモータ駆動装置１００によって駆動されるブラシレスモータを適用することができる。
【０１１１】
また、スタートスイッチが押されると、給紙テーブル１２から用紙が繰り出され、レジストローラ１２６に突き当てられて一時停止される。
【０１１２】
そして、中間転写ベルト１０１上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ１２６が回転され、中間転写ベルト１０１と転写搬送ベルト１０５との間に用紙が送り込まれ、二次転写部で画像が転写されて用紙上にカラー画像が記録される。画像転写後の用紙は定着装置１０６に送られ、トナー像が定着されて排紙トレイ１０７に排出される。
【０１１３】
尚、本実施形態では、モータ駆動装置１００が画像形成装置１０に搭載される例を説明したが、これに限定されない。本実施形態のモータ駆動装置１００が搭載される装置は、モータを使用する装置であれば良い。
【０１１４】
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の位置検出装置やモータ駆動装置および画像形成装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１５】
１０               画像形成装置
１００             モータ駆動装置
２００             モータユニット
３００             位置検出装置
３０１             増幅器（電圧印加手段、オフセット検出手段）
３０１ｊ           スイッチ部（電位差制御手段）
３０３、３０４     演算器
３０５             振幅位相検出部
３０６             振幅調整部
３０７             ゲイン調整部
ＬＰＦ             ローパスフィルタ（保護手段）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１６】
【特許文献１】特開２０１３−１０８９７１号公報
【図１】
2016065796.tif 000003
【図２】
2016065796.tif 000004
【図３】
2016065796.tif 000005
【図４】
2016065796.tif 000006
【図５】
2016065796.tif 000007
【図６】
2016065796.tif 000008
【図７】
2016065796.tif 000009
【図８】
2016065796.tif 000010
【図９】
2016065796.tif 000011
【図１０】
2016065796.tif 000012
【図１１】
2016065796.tif 000013
【図１２】
2016065796.tif 000014