(57)【要約】【課題】比較的簡易な構成で安定的にモータなどの回転数を検出可能な回転状態検出装置を提供する。【解決手段】モータの回転状態を２系統以上のエンコーダ出力として出力するエンコーダと、前記エンコーダ出力よりも短い周期で変化する基準クロック信号を出力する基準クロック出力部と、前記エンコーダ出力に基づいて、前記モータの回転方向を判定する回転方向判定部と、前記エンコーダ出力の変化点、及び前記回転方向の変化点において、前記エンコーダ出力と前記基準クロック信号とにより生成されたパルス信号を所定数だけカウント値に加算または減算するカウント部と、を備える回転状態検出装置を採用する。【選択図】図１
2017044582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転状態を２系統以上のエンコーダ出力として出力するエンコーダと、
前記エンコーダ出力よりも短い周期で変化する基準クロック信号を出力する基準クロック出力部と、
前記エンコーダ出力に基づいて、前記モータの回転方向を判定する回転方向判定部と、
前記エンコーダ出力の変化点、及び前記回転方向の変化点において、前記エンコーダ出力と前記基準クロック信号とにより生成されたパルス信号を所定数だけカウント値に加算または減算するカウント部と、を備える
回転状態検出装置。
【請求項２】
前記カウント部は、前記回転方向に基づいて、カウント値に対する加算または減算のいずれを行うかを決定する、
請求項１に記載の回転状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、モータの単位時間当たりの回転数を検出する回転状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンコーダを用いて、単位時間当たりのモータの回転数を検出する装置がある。このような装置では、モータの回転数が１ｒｐｍ以下などの低速度になった場合には適切に回転数を検出することができないため、モータが低速で回転するときのみ、別の方法で回転数を検出することがあった。例えば、特許文献１には、タコジェネレータを利用して、１ｒｐｍ以下の低速時でもモータの回転を検出する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１１７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、１ｒｐｍ以下のような低速で動作するモータの回転数を低コストな構成で検出することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。
【０００６】
本発明の一の手段は、
モータの回転状態を２系統以上のエンコーダ出力として出力するエンコーダ（４０）と、
前記エンコーダ出力よりも短い周期で変化する基準クロック信号を出力する基準クロック出力部（マイコン部１０）と、
前記エンコーダ出力に基づいて、前記モータの回転方向を判定する回転方向判定部（正逆判定部５１）と、
前記エンコーダ出力の変化点、及び前記回転方向の変化点において、前記エンコーダ出力と前記基準クロック信号とにより生成されたパルス信号を所定数だけカウント値に加算または減算するカウント部（正逆判定部５１を除く、エンコーダパルス変換部５０）と、を備える
回転状態検出装置である。
【０００７】
上記構成の回転状態検出装置によれば、高解像のエンコーダやタコジェネレータを用いることなく、基準クロック信号を利用しながら擬似パルスを生成してカウントすることで、低コストで比較的安定的に、低速動作するモータの回転数を検出することが可能となる。
【０００８】
上記回転状態検出装置において、好ましくは、
前記カウント部は、前記回転方向に基づいて、カウント値に対する加算または減算のいずれを行うかを決定する。
【０００９】
上記構成の回転状態検出装置によれば、回転方向を検知して適切にカウントアップまたはカウントダウンを行うことが可能となり、これによりモータの回転方向及び回転数を適切にカウントすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンコーダパルス変換部を含むモータ回転制御装置の構成を示す図。
【図２】モータ回転制御装置の各部の波形の時間変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
（１）モータ回転制御装置の構成例
（２）動作例
２．補足事項
【００１２】
＜１．実施形態＞
本実施形態のモータ回転制御装置は、基準クロック信号を利用することで、モータが１ｒｐｍ以下などの低速動作をしている場合であっても適切にモータの回転状態（回転数）を検出可能な構成としている点に特徴がある。以下、本実施形態のモータ回転制御装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１３】
＜（１）モータ回転制御装置＞
図１は、本実施形態のモータ回転制御装置の構成例を示す図である。図１に示されるように、本実施形態のモータ回転制御装置は、マイコン部１０、インバータ２０、３相ブラシレスＤＣモータ３０、エンコーダ４０、及びエンコーダパルス変換部５０を含んで構成される。また、エンコーダパルス変換部５０は、正逆判定部５１、ＡＮＤゲート部５２、計数カウンタゲート部５３、合成部５４、セレクタ部５５、及びアップダウンカウンタ部５６を含む。以下の説明では、まず各構成の機能について説明し、その後に各部分の信号の具体的な時間変化を説明していく。
【００１４】
＜インバータ２０＞
インバータ２０は、マイコン部１０から与えられるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のためのＰＷＭ信号（印加電圧）から、３相ブラシレスＤＣモータ３０を動作させるためのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧を生成して、３相ブラシレスＤＣモータ３０に印加する。
【００１５】
＜３相ブラシレスＤＣモータ３０＞
３相ブラシレスＤＣモータ３０は、インバータ２０から印加されたＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧により駆動されることで回転する。３相ブラシレスＤＣモータ３０にはエンコーダ４０が設けられている。
【００１６】
＜エンコーダ４０＞
エンコーダ４０は、３相ブラシレスＤＣモータ３０と一体的に形成されたエンコーダであって、３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転状態をＡ相及びＢ相の２系統のディジタル信号（２値の矩形波）として出力する。Ａ相信号及びＢ相信号は、互いに異なる位相で３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転状態を示す。エンコーダ４０は、生成したＡ相及びＢ相の信号を、マイコン部１０、正逆判定部５１、及びＡＮＤゲート部５２に出力する。
【００１７】
＜正逆判定部５１＞
正逆判定部５１は、エンコーダ４０から出力されたＡ相及びＢ相の信号に基づき、３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転方向を判定して、判定した回転方向をセレクタ部５５に出力する。正逆判定部５１は、本発明における回転方向判定部として機能する。
【００１８】
＜ＡＮＤゲート部５２＞
ＡＮＤゲート部５２は、入力された信号の論理積（ＡＮＤ）を生成して出力する。具体的には、ＡＮＤゲート部５２は、マイコン部１０から入力された基準クロック信号、及びエンコーダ４０から入力されたＡ相及びＢ相の信号から、基準クロック信号とＡ相信号とのＡＮＤゲート出力（論理積出力）、及び基準クロック信号とＢ相信号とのＡＮＤゲート出力（論理積出力）を生成して、計数カウンタゲート部５３に出力する。
【００１９】
＜計数カウンタゲート部５３＞
計数カウンタゲート部５３は、上記のＡＮＤゲート部５２から入力されたＡ相信号及びＢ相信号のそれぞれと基準クロック信号とのＡＮＤゲート出力のパルスから、必要な個数（例えば４つ）のパルス列を所定のタイミングで取り出して、合成部５４に出力する。
【００２０】
＜合成部５４＞
合成部５４は、計数カウンタゲート部５３から入力されたＡ相及びＢ相の２系統のパルス列を合成してＯＲゲート出力（論理和出力）を生成して、セレクタ部５５に出力する。
【００２１】
＜セレクタ部５５＞
セレクタ部５５は、正逆判定部５１による回転方向の判定結果に基づき、合成部５４から入力されたパルス列を、カウントアップすべきＵＰパルス、またはカウントダウンすべきＤＯＷＮパルスに切り替えて、アップダウンカウンタ部５６に出力する。すなわち、正逆判定部５１による回転方向の判定結果が正方向であればＵＰパルスとし、判定結果が逆方向であればＤＯＷＮパルスとして出力する。
【００２２】
＜アップダウンカウンタ部５６＞
アップダウンカウンタ部５６は、セレクタ部５５から入力されたＵＰパルス及びＤＯＷＮパルスに基づき、内部カウンタをそれぞれカウントアップまたはカウントダウンしてカウント値を生成し、生成したカウント値をマイコン部１０に出力する。
【００２３】
なお、ＡＮＤゲート部５２、計数カウンタゲート部５３、合成部５４、セレクタ部５５、及びアップダウンカウンタ部５６は、本発明におけるカウント部として機能する。
【００２４】
＜マイコン部１０＞
マイコン部１０は、Ｕ相ＰＷＭ、Ｖ相ＰＷＭ、及びＷ相ＰＷＭの各電圧を生成してインバータ２０に対して出力する。これらの電圧は、マイコン部１０に印加される電源電圧から生成される。また、マイコン部１０は、内蔵の、または外部に接続された水晶発振器を含む基準クロック生成回路により生成された基準クロック信号を、ＡＮＤゲート部５２に出力する。基準クロック信号は、観測対象のエンコーダ４０の出力よりも十分に短い周期で変化する信号である。言い換えれば、基準クロック信号は、エンコーダ４０の出力信号よりも十分高い周波数の信号である。基準クロック信号の周波数は、例えば数Ｈｚ〜数十Ｈｚ以上の周波数とする。なお、モータ停止時は、基準クロック信号の出力を停止する。
【００２５】
また、マイコン部１０は、アップダウンカウンタ部５６の出力から３相ブラシレスＤＣモータ３０の単位時間当たりの回転数を検出し、検出された回転数に基づいてＵ相ＰＷＭ、Ｖ相ＰＷＭ、及びＷ相ＰＷＭを調整することで、３相ブラシレスＤＣモータ３０を所望の回転数で回転するよう制御する。すなわち、マイコン部１０は、エンコーダパルス変換部５０の出力に基づくフィードバック制御により、３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転を制御する。
【００２６】
＜動作例＞
ここで、本実施形態のモータ回転制御装置の動作について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態のエンコーダパルス変換部５０を含むモータ回転制御装置の各部の動作波形の時間変化を示す図である。
【００２７】
図２に示された信号は、上から順に、
（１）エンコーダ４０から出力されるＡ相信号
（２）エンコーダ４０から出力されるＢ相信号
（３）正逆判定部５１から出力される回転方向信号
（４）モータ回転時にマイコン部１０から出力される基準クロック信号
（５）ＡＮＤゲート部５２から出力されるＡ相信号と基準クロック信号との論理積
（６）ＡＮＤゲート部５２から出力されるＢ相信号と基準クロック信号との論理積
（７）計数カウンタゲート部５３から出力されるＡ相の計数カウントゲート
（８）計数カウンタゲート部５３から出力されるＢ相の計数カウントゲート
（９）合成部５４から出力されるＡ相及びＢ相のパルス列を合成した合成信号
となっている。なお、図中において「ｃｗ」はモータが正方向（時計回り）に回転していることを示し、「ｃｃｗ」はモータが逆方向（反時計回り）に回転していることを示す。また、図中においてＴ１〜Ｔ９は、それぞれ所定のタイミングを示す。
【００２８】
Ｔ１のタイミングでは、エンコーダ４０の出力信号であるＡ相信号がＬｏからＨｉｇｈへと変化しており、３相ブラシレスＤＣモータ３０が回転していることが判る。このタイミングにおいてＢ相信号はＬｏのままであるため、正逆判定部５１は、回転方向が正方向であると判定し、出力信号をＨｉｇｈ（ｃｗ）にする。そして、ＡＮＤゲート部５２からは、Ａ相信号と基準クロック信号との論理積としてパルスが出力され始める。計数カウンタゲート部５３は、このＡ相のＡＮＤゲート部５２の出力から４つのパルスを抽出して、合成部５４に出力する。そして合成部５４からは、合成信号として４つのパルス列がマイコン部１０に対して出力される。
【００２９】
Ｔ２のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０がさらに正方向に回転し、Ｂ相信号がＬｏからＨｉｇｈへと変化する。これにより、ＡＮＤゲート部５２からはＢ相信号と基準クロックとの論理積のパルスが出力され始める。計数カウンタゲート部５３は、このＢ相のＡＮＤゲート部５２の出力から４つのパルスを抽出して、合成部５４に出力する。合成部５４からは、合成信号として４つのパルス列がマイコン部１０に対して出力される。
【００３０】
Ｔ３のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０がさらに正方向に回転し、これによりＡ相信号がＨｉｇｈからＬｏへと変化する。このタイミングでは、Ａ相信号と基準クロック信号との論理積としてのＡＮＤゲート部５２からのパルス出力が停止する。
【００３１】
Ｔ４のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０がさらに正方向に回転し、これによりＢ相信号がＨｉｇｈからＬｏへと変化する。このタイミングでは、Ｂ相信号と基準クロック信号との論理積としてのＡＮＤゲート部５２からのパルス出力が停止する。
【００３２】
Ｔ５のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０がさらに正方向に回転し、Ａ相信号がＬｏからＨｉｇｈへと変化する。このときの動作はＴ１のタイミングの動作と同様である。
【００３３】
Ｔ６のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０がさらに正方向に回転し、Ｂ相信号がＬｏからＨｉｇｈへと変化する。このときの動作はＴ２のタイミングの動作と同様である。
【００３４】
Ｔ７のタイミングで、３相ブラシレスＤＣモータ３０が正方向から逆方向へとその回転方向が変化する。このとき３相ブラシレスＤＣモータ３０は正方向の回転が一旦停止し、マイコン部１０から出力される基準クロック信号も停止する。そして３相ブラシレスＤＣモータ３０が逆方向に回転を始めると、マイコン部１０からの基準クロック信号の出力を開始する。ただし、このタイミングではエンコーダ４０から出力されるＡ相信号もＢ相信号も変化しないため、エンコーダ４０の出力からは、３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転方向が変化したことを検出できない。
【００３５】
Ｔ８のタイミングでは、３相ブラシレスＤＣモータ３０が逆方向に回転することで、Ｂ相信号がＨｉｇｈからＬｏへと変化する。このとき、正逆判定部５１は、Ａ相信号が立ち下がることなくＢ相信号が立ち下がったことから、３相ブラシレスＤＣモータ３０が逆方向に回転していることを検出する。このタイミングで、計数カウンタゲート部５３からは、このＢ相のＡＮＤゲート部５２の出力から４つのパルスを抽出して、合成部５４に出力する。合成部５４からは、合成信号として４つのパルス列がマイコン部１０に対して出力される。ここで合成部５４から出力された４つのパルス列は、３相ブラシレスＤＣモータ３０が逆方向に回転しているため、ＤＯＷＮパルスになっている。
【００３６】
以上の動作により、合成部５４からは、図２の下に表示されたようなＵＰパルスまたはＤＯＷＮパルスが出力される。図において、最後の４つのパルス列は上記のとおりＤＯＷＮパルスであり、それ以外のパルス列はＵＰパルス信号である。したがって、このパルス列をカウントしたカウント値は、ＵＰパルスのタイミングで０から１６までカウントアップをしていき、その後、４つのＤＯＷＮパルスで１６から、１５、１４、１３、１２へとカウントダウンされていく。
【００３７】
上記のとおりカウントされたカウント値が、アップダウンカウンタ部５６からマイコン部１０に対して出力される。マイコン部１０は、このカウント値に基づいて、３相ブラシレスＤＣモータ３０の回転数を検出することが可能となる。そして、マイコン部１０は、例えば、検出された３相ブラシレスＤＣモータ３０の単位時間当たりの回転数（回転状態）に基づいて、３相ブラシレスＤＣモータ３０が所望の速度で回転しているか否かを確認しつつ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のＰＷＭ信号を調整することでフィードバック制御を行う。
【００３８】
上記のような動作が可能な本実施形態のモータ回転制御装置に含まれる回転状態検出装置によれば、高解像のエンコーダやタコジェネレータを用いることなく、モータ回転時にマイコン部１０から出力される基準クロック信号を利用して擬似パルスを作成しながらカウントすることが可能となり、これにより、低コストかつ安定的に、低速動作するモータの回転数を検出することが可能となる。
【００３９】
＜２．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明は、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。
【００４０】
上記実施形態では、計数カウンタゲート部５３から所定のタイミングで取り出されるパルスは４つであったが、このパルスの数は任意に変更可能である。ただし、４つ程度のパルス列を抽出して出力する構成は、適切にモータの回転数を検出することができるため好ましい。
【００４１】
また、上記実施形態では、３相ブラシレスＤＣモータ３０を含む構成について説明したが、これ以外のモータを利用してもよい。また、必ずしもモータの回転数を検出するのみならず、エンコーダを利用した回転物の回転数を検出する装置としても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、モータの回転数を検出する回転状態検出装置などとして好適に適用される。
【符号の説明】
【００４３】
１０…マイコン部
２０…インバータ
３０…モータ
４０…エンコーダ
５０…エンコーダパルス変換部
５１…正逆判定部
５２…ゲート部
５３…計数カウンタゲート部
５４…合成部
５５…セレクタ部
５６…アップダウンカウンタ部
【図１】
2017044582.tif 000003
【図２】
2017044582.tif 000004