JP2018102031A - motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転位置を検出するエンコーダ機能を備えるモータに関する。 The present invention relates to a motor having an encoder function for detecting a rotational position.
モータの回転位置を制御するため、回転子の位置情報（回転位置）を検出するエンコーダ機能をモータに持たせたものがある。例えば、光学式エンコーダをモータに搭載し、光学式エンコーダのパルス信号に基づき、位置情報を検出することができる。あるいは、複数のホール素子をモータに搭載し、ホール素子が出力する信号を演算して回転子の回転位置を求めることもできる。特許文献１、２には、この種のモータが開示されている。
In order to control the rotational position of the motor, there is a motor provided with an encoder function for detecting position information (rotational position) of the rotor. For example, an optical encoder can be mounted on a motor, and position information can be detected based on a pulse signal of the optical encoder. Alternatively, a plurality of Hall elements can be mounted on a motor, and a rotation position of the rotor can be obtained by calculating a signal output from the Hall elements.
特許文献１、２には、３個のホール素子を異なる角度位置に配置し、これら３個のホール素子が出力する信号を比較演算して位置情報を得ることが開示されている。しかしながら、特許文献１、２の構成は、モータにホール素子を３個搭載しなければならず、このことはモータの小型化や低コスト化に不利である。また、モータの回転を高精度に制御するためには、位置情報（回転位置）を精度良く求める必要がある。
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型化および低コスト化に有利で、回転位置を精度良く検出できるモータを提案することにある。 In view of such a point, an object of the present invention is to propose a motor that is advantageous for downsizing and cost reduction and that can detect a rotational position with high accuracy.
上記の課題を解決するために、本発明は、
ロータおよびステータと、
ロータが備える駆動マグネットに対して異なる角度位置で対向し、ロータの回転位置に応じた信号をそれぞれ出力する第１ホール素子および第２ホール素子と、
第１ホール素子および第２ホール素子とさらに異なる角度位置で駆動マグネットに対向する仮想の第３ホール素子がロータの回転位置に応じて出力する仮想信号を第１ホール素子の信号および第２ホール素子の信号から算出する算出部と、
第１ホール素子の信号および第２ホール素子の信号並びに仮想信号の各３信号とロータの回転位置との各対応関係を表すデータのうち、各対応関係を表す３本の特性線の、極大値および極小値近傍を除いた変曲点を挟む各特性線の交点を含む傾斜範囲におけるデータを参照データとして記憶する記憶部と、
ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の相対関係から、検出対象の回転位置を含む特性線範囲の候補を前記傾斜範囲において定め、定めた１候補について、３信号のうちの１信号に対応して参照データに記憶される回転位置に基づいて、検出対象の回転位置を求める位置検出部と、を有して、モータを構成した。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A rotor and a stator;
A first Hall element and a second Hall element that face each other at different angular positions with respect to a drive magnet included in the rotor and output a signal corresponding to the rotational position of the rotor;
A virtual third Hall element facing the drive magnet at an angular position further different from that of the first Hall element and the second Hall element outputs a virtual signal output from the first Hall element and the second Hall element according to the rotational position of the rotor. A calculation unit for calculating from the signal of
Of the data representing the corresponding relationship between each of the three signals of the first Hall element signal, the second Hall element signal and the virtual signal and the rotational position of the rotor, the maximum value of the three characteristic lines representing each corresponding relationship And a storage unit that stores, as reference data, data in an inclination range including intersections of characteristic lines sandwiching an inflection point excluding the vicinity of the minimum value;
Based on the relative relationship of the three signals when the rotor is at the rotational position of the detection target, the characteristic line range candidate including the rotational position of the detection target is determined in the tilt range, and one signal out of the three signals for the determined candidate And a position detection unit that obtains the rotation position of the detection target based on the rotation position stored in the reference data.
本構成によれば、２つのホール素子から、ロータの回転位置に応じて変化する２信号を得、得た２信号から、第１ホール素子および第２ホール素子とさらに異なる角度位置で駆動マグネットに対向する仮想の第３ホール素子が出力する仮想信号を、算出することができる。そして、これら３信号とロータの回転位置との各対応関係を表す３本の特性線の、各特性線の交点を含む傾斜範囲において、ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の相対関係から定まる、検出対象の回転位置を含む特性線範囲の１候補に基づいて、ロータの回転位置を求めることができる。従って、回転位置検出用のマグネットや光学式エンコーダなどを用いることなく、モータに２つのホール素子を追加するだけでロータの回転位置を検出できる。よって、モータの小型化および低コスト化を図ることができる。また、記憶部に記憶する参照データは、３本の特性線の、極大値および極小値近傍を除いた変曲点を挟む各特性線の交点を含む傾斜範囲に限定される。このため、３本の特性線の全範囲を参照データとして記憶する場合に比較して、参照データのデータ量を抑制して、記憶部の記憶容量を小さくすることが出来る。したがって、高い処理能力を必要としない安価な演算処理装置を用いて、位置検出部を構成することが出来る。また、予め、モータ毎に作成した参照データを用いて回転位置を求めるので、また、特性線の極大値および極小値近傍における信号値変化が大きくて回転位置判定精度が低く、誤判定が起こりやすいデータを用いないので、簡単なアルゴリズムで、精度良く回転位置を検出できる。 According to this configuration, two signals that change in accordance with the rotational position of the rotor are obtained from the two Hall elements, and the drive magnets are obtained from the obtained two signals at angular positions that are further different from those of the first Hall element and the second Hall element. A virtual signal output from the opposing virtual third Hall element can be calculated. Then, relative to the three signals when the rotor is at the rotation position to be detected in the inclination range including the intersection of the three characteristic lines of the three characteristic lines representing the corresponding relationship between the three signals and the rotational position of the rotor. The rotational position of the rotor can be obtained based on one candidate of the characteristic line range including the rotational position to be detected, which is determined from the relationship. Therefore, the rotational position of the rotor can be detected by simply adding two Hall elements to the motor without using a rotational position detecting magnet or an optical encoder. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the motor. Further, the reference data stored in the storage unit is limited to an inclination range including the intersection of the characteristic lines sandwiching the inflection point except for the local maximum value and the local minimum value of the three characteristic lines. For this reason, compared with the case where the entire range of the three characteristic lines is stored as the reference data, the data amount of the reference data can be suppressed and the storage capacity of the storage unit can be reduced. Therefore, the position detection unit can be configured using an inexpensive arithmetic processing device that does not require high processing capability. In addition, since the rotational position is obtained in advance using reference data created for each motor, the change in the signal value in the vicinity of the maximum value and the minimum value of the characteristic line is large, the rotational position determination accuracy is low, and erroneous determination is likely to occur. Since no data is used, the rotational position can be detected with high accuracy by a simple algorithm.
また、本発明は、位置検出部が、前記傾斜範囲における各特性線の各傾斜特徴に応じて区別される、ロータの１回転分の複数の傾斜線の中から、ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の大小関係に基づいて、１つの傾斜特徴を持つ複数の傾斜線を特定し、特定した複数の傾斜線の中の１本の傾斜線に対応する参照データ中のロータの回転位置の中から、特定した傾斜線の傾斜特徴を持つ特性線の信号値に対応する回転位置を、検出対象の回転位置の電気角候補として求めることを特徴とする。 In the present invention, the position detection unit is distinguished according to each inclination characteristic of each characteristic line in the inclination range, and the rotor is detected from a plurality of inclination lines for one rotation. A plurality of inclined lines having one inclination characteristic are identified based on the magnitude relationship of the three signals at the time, and the rotor data in the reference data corresponding to one inclined line among the plurality of identified inclined lines is identified. The rotation position corresponding to the signal value of the characteristic line having the inclination characteristic of the specified inclination line is obtained from the rotation positions as electrical angle candidates of the rotation position to be detected.
本構成によれば、ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の相対関係は、ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の大小関係から認識される。そして、この３信号の大小関係に基づいて、各特性線の交点を含む傾斜範囲におけるロータの１回転分の複数の傾斜線の中から、１つの傾斜特徴を持つ複数の傾斜線を特定し、その中の１本の傾斜線に対応する参照データを参照することで、簡単に、検出対象の回転位置の電気角候補を求めることができる。検出対象の回転位置の絶対角が分からなくても、電気角候補が分かることで、モータへの通電制御を行う駆動部は、ロータに対する駆動制御を行うことが可能になり、ロータを回転駆動させられる。 According to this configuration, the relative relationship of the three signals when the rotor is at the detection target rotational position is recognized from the magnitude relationship of the three signals when the rotor is at the detection target rotational position. Based on the magnitude relationship of the three signals, a plurality of inclination lines having one inclination characteristic are identified from among a plurality of inclination lines for one rotation of the rotor in the inclination range including the intersection of the characteristic lines, By referring to the reference data corresponding to one of the inclined lines, the electrical angle candidate for the rotation position to be detected can be easily obtained. Even if the absolute angle of the rotational position of the detection target is not known, the drive unit that controls the energization of the motor can know the electrical angle candidate, and can perform drive control on the rotor, thereby rotating the rotor. It is done.
また、本発明は、
算出部が、ロータの回転時に所定時間毎に第１ホール素子の信号および第２ホール素子の信号から仮想信号を算出し、
位置検出部が、所定時間毎に３信号の大小関係に基づいて検出対象の回転位置の電気角候補を随時求めることを特徴とする。
The present invention also provides:
The calculation unit calculates a virtual signal from the signal of the first Hall element and the signal of the second Hall element every predetermined time when the rotor rotates,
The position detection unit obtains electrical angle candidates for the rotational position of the detection target at any time based on the magnitude relationship of the three signals every predetermined time.
本構成によれば、モータへの通電制御を行う駆動部は、随時求まる検出対象の回転位置の電気角候補に基づいて、ロータの動きに追従してロータの回転駆動を継続させることができる。 According to this configuration, the drive unit that controls the energization of the motor can continue the rotation drive of the rotor following the movement of the rotor based on the electrical angle candidate of the rotation position to be detected that is obtained as needed.
また、本発明は、位置検出部が、ロータの回転速度をＮ[ｒｐｍ]、駆動マグネットの磁極数を２ｎとしたときにおける前記所定時間が６０／（Ｎ×２ｎ×３）[ｓｅｃ]以下の場合、検出対象の回転位置を求めた前回と３信号の大小関係が同じであれば前回と同じ１本の傾斜線を特定し、３信号の大小関係が異なれば前回特定した１本の傾斜線に隣接する１本の傾斜線を複数の傾斜線の中から特定することを特徴とする。 Further, according to the present invention, the position detection unit has a predetermined time of 60 / (N × 2n × 3) [sec] or less when the rotational speed of the rotor is N [rpm] and the number of magnetic poles of the drive magnet is 2n. In this case, if the magnitude relationship between the three signals is the same as the previous time when the rotational position of the detection target is obtained, the same single slope line as the previous one is specified, and if the magnitude relation between the three signals is different, the previous one slope line is specified. One sloping line adjacent to is specified from a plurality of sloping lines.
本構成によれば、検出対象の回転位置の電気角候補を６０／（Ｎ×２ｎ×３）[ｓｅｃ]以下の所定時間毎に求めることで、特定すべき１本の傾斜線の選択候補は、ロータが１本の傾斜線を描く回転範囲にある傾斜線に限定される。したがって、少ない選択候補から１本の傾斜線を特定することができるので、１本の傾斜線を特定する処理は簡単になる。このため、検出対象の回転位置の電気角候補を求める処理負荷が軽くなって、ロータのより速い回転に追従してロータの高速回転駆動を継続させることが可能になる。 According to this configuration, by selecting the electrical angle candidate for the rotation position to be detected at predetermined time intervals of 60 / (N × 2n × 3) [sec] or less, the selection candidate for one inclined line to be specified is The rotor is limited to an inclined line in a rotation range that draws one inclined line. Therefore, since one inclined line can be specified from a small selection candidate, the process of specifying one inclined line is simplified. For this reason, the processing load for obtaining the electrical angle candidate of the rotation position to be detected is reduced, and it is possible to continue the high-speed rotation drive of the rotor following the faster rotation of the rotor.
また、本発明は、
ロータの回転位置の原点を検出する原点検出部を備え、
位置検出部が、ロータが検出対象の回転位置にあるときの３信号の大小関係に基づいて、ロータの１回転分の複数の傾斜線の中から選んだ１本の傾斜線に対応して求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、原点検出部によって検出された原点を基準にして、検出対象の回転位置の絶対角を算出することを特徴とする。
The present invention also provides:
It has an origin detection unit that detects the origin of the rotational position of the rotor,
The position detection unit is obtained corresponding to one inclination line selected from a plurality of inclination lines for one rotation of the rotor based on the magnitude relationship of the three signals when the rotor is at the rotation position to be detected. The absolute angle of the rotational position of the detection target is calculated from the electrical angle candidate of the rotational position of the detection target with reference to the origin detected by the origin detection unit.
本構成によれば、原点検出部によって検出された原点の位置を基準にして、求めた電気角候補から、検出対象の回転位置の絶対角が算出される。このため、モータへの通電制御を行う駆動部は、ロータに対する駆動制御を正確に行え、最適なモータ制御を実行することが可能になる。 According to this configuration, the absolute angle of the rotation position of the detection target is calculated from the obtained electrical angle candidates based on the position of the origin detected by the origin detection unit. For this reason, the drive part which performs energization control to a motor can perform drive control with respect to a rotor correctly, and can perform optimal motor control.
また、本発明は、原点検出部が、ロータの原点位置で生じるロータからの反射光もしくは透過光を検出する光学センサ、または、ロータの原点位置で生じる磁気を検出する磁気センサの位置センサから構成され、ロータの１回転分の３本の特性線においてロータの原点位置に対して所定の回転位置関係になる原点パルスを位置検出部へ出力することを特徴とする。 Further, according to the present invention, the origin detection unit includes an optical sensor that detects reflected or transmitted light from the rotor generated at the origin position of the rotor, or a position sensor of a magnetic sensor that detects magnetism generated at the origin position of the rotor. In addition, an origin pulse having a predetermined rotational position relationship with respect to the origin position of the rotor is output to the position detection unit on three characteristic lines for one rotation of the rotor.
本構成によれば、位置センサが位置検出部へ出力する原点パルスにより、位置検出部はロータの原点位置を把握することができる。このため、位置検出部は、原点位置を検出するための計算処理を行う必要が無いので、計算負荷が軽減される。 According to this configuration, the position detection unit can grasp the origin position of the rotor by the origin pulse output from the position sensor to the position detection unit. For this reason, the position detection unit does not need to perform a calculation process for detecting the origin position, thereby reducing the calculation load.
また、本発明は、原点検出部が、駆動マグネットの磁極数を２ｎ、任意の数値をαとしたときに（３６０／ｎ）−α度分の幅の機械角で、ロータの原点位置を含む原点パルスを出力することを特徴とする。 In the present invention, the origin detection unit includes the origin position of the rotor at a mechanical angle of (360 / n) -α degrees when the number of magnetic poles of the drive magnet is 2n and an arbitrary value is α. An origin pulse is output.
本構成によれば、ロータの回転前に原点パルスが位置センサから出力されていれば、その原点パルスのパルス幅である（３６０／ｎ）−α度の範囲内に原点があることを判断できるので、ロータを回転させることなく、位置検出部はロータの原点位置を検出することができる。また、ロータの回転前に原点パルスが位置センサから出力されていなければ、３６０−（３６０／ｎ）＋α度分ロータを回転することで、原点パルスが位置センサから出力されるので、ロータが１回転する前に、位置検出部はロータの原点位置を検出することができる。 According to this configuration, if the origin pulse is output from the position sensor before the rotation of the rotor, it can be determined that the origin is within the range of (360 / n) -α degrees which is the pulse width of the origin pulse. Therefore, the position detector can detect the origin position of the rotor without rotating the rotor. Also, if the origin pulse is not output from the position sensor before the rotor is rotated, the origin pulse is output from the position sensor by rotating the rotor by 360− (360 / n) + α degrees. Before the rotation, the position detector can detect the origin position of the rotor.
なお、原点パルスは、ロータの原点位置を含むタイミングに出力が立ち上がる正論理、ロータの原点位置を含むタイミングに出力が立ち下がる負論理のいずれの論理で出力されてもよい。 Note that the origin pulse may be output by either positive logic in which the output rises at a timing including the origin position of the rotor or negative logic in which the output falls at a timing including the origin position of the rotor.
また、本発明は、
記憶部が、ロータの１回転分の３本の特性線における交点の信号値を交点が現れる順にリファレンステーブルとして記憶すると共に、ロータの原点位置を記憶し、
位置検出部が、モータの起動時に計測される３信号から定まる１本の傾斜線を起動時傾斜線として特定し、起動時傾斜線の端部にある交点から連続する所定標本数の交点の信号値列を元値列として算出し、リファレンステーブルに記憶されたロータの１回転分の回転範囲における交点の信号値を参照して、起動時傾斜線が持つ傾斜特徴と同じ傾斜特徴を持つ傾斜線の端部にある交点の信号値を先頭にする前記標本数と同じ数の交点の信号値列を参照値列としてリファレンステーブルから複数取り出し、取り出した各参照値列と元値列との各間における相関係数の値を算出し、算出した最大値の相関係数値と最大値に次ぐ大きさの相関係数値との間の差が所定値以上になるまで、前記標本数を増やしながら各参照値列と元値列との間の相関係数値を算出することで、前記差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させる参照値列を特定し、特定した参照値列の先頭にある交点の信号値が端部にある検出傾斜線に、モータの起動持における検出対象の回転位置があると判断し、検出傾斜線を基にして求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、記憶部に記憶されたロータの原点位置を基準にして、検出対象の回転位置の絶対角を算出することを特徴とする。
The present invention also provides:
The storage unit stores the signal values of the intersections in the three characteristic lines for one rotation of the rotor as a reference table in the order in which the intersections appear, and stores the origin position of the rotor,
The position detection unit identifies one inclined line determined from the three signals measured at the time of starting the motor as the starting inclined line, and signals of intersections of a predetermined number of samples continuous from the intersection at the end of the starting inclined line. An inclination line having the same inclination characteristic as the inclination characteristic of the starting inclination line by calculating the value string as an original value string and referring to the signal value of the intersection in the rotation range of one rotation of the rotor stored in the reference table A plurality of signal value sequences at the intersection points equal to the number of samples starting from the signal value at the intersection point at the end of the reference value sequence are extracted from the reference table as reference value sequences, and between each of the retrieved reference value sequences and original value sequences The correlation coefficient value is calculated for each reference, and each reference is made while increasing the number of samples until the difference between the calculated maximum correlation coefficient value and the correlation coefficient value next to the maximum value exceeds a predetermined value. Correlation coefficient between value sequence and original value sequence By calculating, a reference value sequence for calculating the maximum correlation coefficient value at which the difference is equal to or greater than a predetermined value is specified, and the detected slope at the end of the signal value of the intersection point at the head of the specified reference value sequence It is determined that the rotation position of the detection target when the motor is started is on the line, and the origin position of the rotor stored in the storage unit is used as a reference from the electrical angle candidates of the rotation position of the detection target obtained based on the detection inclination line Thus, the absolute angle of the rotational position of the detection target is calculated.
本構成によれば、モータの起動時に特定される起動時傾斜線の端部にある交点から連続する所定標本数の元値列と、リファレンステーブルから取り出される、起動時傾斜線が持つ傾斜特徴と同じ傾斜特徴を持つ傾斜線の端部にある交点の信号値を先頭にする、元値列の標本数と同じ数の参照値列との間で、相関係数値が計算されることで、元値列と各参照値列とのパターンマッチングがとられる。このパターンマッチングでは、最大値に次ぐ大きさの相関係数値との間の差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させる参照値列が、元値列とパターンが一致すると判断される。そして、この参照値列の先頭にある交点の信号値が端部にある検出傾斜線に、モータの起動持における検出対象の回転位置があると判断される。検出対象の回転位置の絶対角は、検出傾斜線を基にして求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、記憶部に記憶されたロータの原点位置を基準にして算出される。このため、原点検出部を用いることなく、ハードウエア構成を簡略化して安価に、ロータの回転位置の絶対角を算出することが可能になる。 According to this configuration, the original value sequence of a predetermined number of samples continuous from the intersection at the end of the starting slope line specified at the time of starting the motor, and the slope characteristics of the starting slope line taken from the reference table The correlation coefficient value is calculated between the same number of reference value sequences as the number of samples in the original value sequence starting from the signal value of the intersection point at the end of the slope line with the same slope characteristic. Pattern matching is performed between the value string and each reference value string. In this pattern matching, it is determined that the reference value sequence for calculating the maximum correlation coefficient value that makes the difference between the correlation coefficient value next to the maximum value equal to or greater than a predetermined value matches the pattern with the original value sequence. The Then, it is determined that the detected inclination line at the end of the signal value of the intersection at the head of the reference value sequence has the rotation position to be detected when the motor is started. The absolute angle of the rotational position of the detection target is calculated based on the origin position of the rotor stored in the storage unit from the electrical angle candidate of the rotational position of the detection target obtained based on the detected inclination line. For this reason, the absolute angle of the rotational position of the rotor can be calculated at a low cost by simplifying the hardware configuration without using an origin detection unit.
また、本発明は、相関係数値に代えて相関係数値の二乗値を用いることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a square value of a correlation coefficient value is used instead of the correlation coefficient value.
本構成によれば、相関係数値を算出するのに必要とされる平方根を開く算出処理が不要になる。このため、位置検出部の計算負荷を減らすことができる。また、元値列と参照値列とのパターンが一致したか否かの判断の基になる前記差の値を大きくすることができるので、パターンマッチングの誤認判定を抑制することができる。 According to this configuration, a calculation process for opening the square root required for calculating the correlation coefficient value is not required. For this reason, the calculation load of a position detection part can be reduced. In addition, since the difference value, which is a basis for determining whether or not the patterns of the original value sequence and the reference value sequence match, can be increased, it is possible to suppress misidentification of pattern matching.
また、本発明は、位置検出部によって算出された検出対象の回転位置をモータ外部へ出力する出力部を備えることを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized by including an output unit that outputs the rotational position of the detection target calculated by the position detection unit to the outside of the motor.
本構成によれば、出力部から外部機器へ検出対象の回転位置が出力されるので、モータの上位装置はその意図する制御を正確に行うことができる。 According to this configuration, since the rotation position to be detected is output from the output unit to the external device, the higher-level device of the motor can accurately perform the intended control.
本発明によれば、回転位置検出用のマグネットや光学式エンコーダなどを用いることなく、モータに２つのホール素子を追加するだけでロータの回転位置を検出できる。さらに、参照データのデータ量を抑制して、記憶部の記憶容量を小さくすることが出来る。また、予め、モータ毎に作成した参照データを用いて回転位置を求めるので、また、信号値変化が大きくて回転位置判定精度が低く、誤判定が起こりやすいデータを用いないので、簡単なアルゴリズムで、精度良く回転位置を検出できる。従って、モータの小型化および低コスト化に有利で、回転位置を精度良く検出できるモータを提供することができる。 According to the present invention, the rotational position of the rotor can be detected simply by adding two Hall elements to the motor without using a rotational position detection magnet or an optical encoder. Furthermore, the data volume of the reference data can be suppressed and the storage capacity of the storage unit can be reduced. In addition, since the rotational position is obtained using reference data created for each motor in advance, and since there is a large change in the signal value, the rotational position determination accuracy is low, and data that is prone to erroneous determination is not used, a simple algorithm is used. The rotational position can be detected with high accuracy. Accordingly, it is possible to provide a motor that is advantageous for miniaturization and cost reduction of the motor and that can accurately detect the rotational position.
以下に、図面を参照して、本発明を適用したモータの実施の形態を説明する。 Embodiments of a motor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
（モータの構造）
図１は本発明を適用したモータの外観斜視図である。また、図２は本発明を適用したモータの構造を示す説明図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）はロータを部分的に切り欠いた斜視図である。モータ１は、回路基板２と、回路基板２の中央部分に取り付けられたモータ本体３と、回路基板２上に実装されたモータ制御ユニット４とを備えるモータユニットである。
(Motor structure)
FIG. 1 is an external perspective view of a motor to which the present invention is applied. FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of a motor to which the present invention is applied. FIG. 2 (a) is a sectional view and FIG. 2 (b) is a perspective view in which a rotor is partially cut away. The
回路基板２の中央部分には、図２（ａ）に示すように、モータ本体３を固定するための固定孔１１（固定部）が設けられている。モータ制御ユニット４は、モータ本体３を駆動するためのドライバ回路、モータ本体３の駆動を制御するためのコントローラ回路、および、アンプ回路等を備える。つまり、本例のモータ１は、モータ本体３と当該モータ本体３の制御基板を一体化したものである。
As shown in FIG. 2A, a fixing hole 11 (fixing portion) for fixing the
モータ本体３は３相永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）である。モータ本体３は、ステータ１２と、出力軸１３を備えるロータ１４と、固定孔１１を貫通した状態でステータ１２を支持するスリーブ１５と、スリーブ１５に固定されたベアリング１６を有する。モータ本体３の軸線Ｌ（出力軸１３の回転中心線）は、回路基板２と直交する方向に延びる。ベアリング１６はスリーブ１５における回路基板２の裏面２ｂの側の端部分に固定されている。ベアリング１６は、出力軸１３（ロータ１４）を軸線Ｌ回りに回転可能に支持する。
The
ステータ１２は、半径方向に突出する複数の突極を備える環状のステータコア１８と、各突極に巻き回された駆動コイル１９を備える。ステータコア１８は回路基板２の表面２ａの側に位置する。ステータコア１８の中心穴には、スリーブ１５において回路基板２の表面２ａの側に突出した表面側突出部分が挿入されている。これにより、ステータコア１８はスリーブ１５を介して回路基板２に固定される。
The
ロータ１４は、円形の底板部２１と底板部２１の外周縁部分から回路基板２の側に向って延びる環状板部２２を備えるロータケース２３と、環状板部２２の内周面に固定された駆動マグネット２４を備える。出力軸１３は底板部２１の中心に固定されて環状板部２２の内側をロータケース２３と同軸に延びる。出力軸１３はロータケース２３の円形開口部（回路基板２の側の開口）から突出する。
The
ロータ１４は、ロータケース２３が回路基板２の表面２ａの側からステータコア１８に被せられ、出力軸１３がスリーブ１５に挿入され、出力軸１３の先端部分がスリーブ１５から回路基板２の裏面２ｂの側に突出した状態に組み付けられる。これにより、ステータコア１８の突極と駆動マグネット２４が径方向に対向する。
In the
駆動マグネット２４は、回路基板２の表面２ａに実装された第１ホール素子２５および第２ホール素子２６と所定間隔で対向する。第１ホール素子２５と第２ホール素子２６は、ロータ１４の軸線Ｌを中心として見た場合に、周方向に離れた位置に配置される。ステータ１２は３相の駆動コイル１９を備えており、第１ホール素子２５と第２ホール素子２６は、隣り合う駆動コイル１９の隙間に配置される。
The
駆動マグネット２４は、正弦波状の着磁パターンで６極着磁されている。ロータ１４が回転すると、第１ホール素子２５および第２ホール素子２６の位置では、駆動マグネット２４の回転に伴って周期的な磁界の変化が生じる。第１ホール素子２５および第２ホール素子２６は、駆動マグネット２４に対して異なる角度位置で対向し、ロータ１４の回転に伴う磁界の変化に基づき、ロータ１４の回転位置に応じた周期的に変動する信号Ｈａ、Ｈｂをそれぞれ出力する。第１ホール素子２５と第２ホール素子２６は、第１ホール素子２５が電気角０度、第２ホール素子２６が電気角１２０度に配置されており、信号Ｈａ、Ｈｂが電気角で１２０度位相のずれた信号となる。本実施形態では、第１ホール素子２５および第２ホール素子２６とさらに異なる角度位置で駆動マグネット２４に対向する、電気角２４０度に相当する角度位置に配置される仮想の第３ホール素子を想定する。
The
（モータ制御ユニット）
図３はモータ１の制御系の概略ブロック図である。モータ制御ユニット４は、ＭＰＵ、メモリ、ＡＤ変換器等を内蔵するコントロールユニット４１を備える。コントロールユニット４１には、上位装置７からの制御信号が入力され、電源回路８を介して電源が供給される。コントロールユニット４１の出力側には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイル１９への通電を制御するドライバ回路４２ｕ、４２ｖ、４２ｗが接続される。上述したように、モータ本体３は、異なる角度位置に配置された第１ホール素子２５および第２ホール素子２６を備えており、第１ホール素子２５および第２ホール素子２６が出力する信号Ｈａ、Ｈｂは、差動アンプ回路４３、４４で増幅されたのち、コントロールユニット４１に入力される。なお、差動アンプ回路４３、４４は第１ホール素子２５および第２ホール素子２６の側に組み込まれていても良い。
(Motor control unit)
FIG. 3 is a schematic block diagram of the control system of the
コントロールユニット４１は、第１ホール素子２５と第２ホール素子２６の信号Ｈａ、Ｈｂを最大振幅に対応する係数で除して正規化データに変換する処理を行う正規化処理部５０と、想定した第３ホール素子がロータ１４の回転位置に応じて出力する仮想信号Ｈｃを算出する算出部５１と、予め作成された参照データＲ等を記憶する記憶部５２と、記憶部５２で記憶する参照データＲを用いてロータ１４の回転位置を検出する位置検出部５３と、参照データＲを作成するためのキャリブレーションを実行するキャリブレーション実行部５４と、位置検出部５３で検出した回転位置と目標位置とを比較して、回転位置を目標位置に一致させるための制御信号（ＰＷＭ信号）をドライバ回路４２ｕ、４２ｖ、４２ｗに供給するフィードバック制御部５５と、位置検出部５３によって算出された検出対象の回転位置をモータ１の外部へ出力する出力部５６等を備える。
The control unit 41 is assumed to be a
（正規化処理）
図４は第１ホール素子２５の信号Ｈａと第２ホール素子２６の信号Ｈｂを正規化した正規化データの特性線図であり、ロータ１４が１回転する範囲（機械角で３６０度）の正規化データを示す。図４の横軸はロータ１４の回転位置であり、ロータ１４の１回転がパルス数で７２００に相当する。また、図４の縦軸は各ホール素子２５，２６の信号を正規化した値であり、最大振幅を４０９６とするように信号Ｈａ、Ｈｂを変換したことを示す。図４の実線は、第１ホール素子２５の信号Ｈａを正規化した正規化信号Ｈ１ａを、ロータ１４が１回転する範囲で生成して得られる第１特性線Ｎａである。また、図４の破線は、第２ホール素子２６の信号Ｈｂを正規化した正規化信号Ｈ１ｂを、ロータ１４が１回転する範囲で生成して得られる第２特性線Ｎｂである。
(Normalization processing)
FIG. 4 is a characteristic diagram of normalized data obtained by normalizing the signal Ha of the
正規化処理部５０は、コントロールユニット４１に入力された信号Ｈａ、Ｈｂに対してノイズ除去処理を行うフィルタ回路を備えており、ノイズ除去後の信号Ｈａ、Ｈｂに対して正規化処理を行って正規化信号Ｈ１ａ、Ｈ１ｂを求め、第１特性線Ｎａおよび第２特性線Ｎｂを得る。また、正規化処理部５１は、最大振幅が４０９６となるように信号Ｈａ、Ｈｂを変換する処理を行うが、この変換処理に用いる係数（例えば、信号Ｈａ、Ｈｂの最大振幅値をそれぞれ４０９６で除した値）を、予め定めたタイミングで更新する。例えば、一定時間毎に係数を更新する。
The
（仮想信号Ｈｃの算出処理）
算出部５１は、想定した第３ホール素子が出力する仮想信号Ｈｃの正規化信号Ｈ１ｃを、第１ホール素子２５の正規化信号Ｈ１ａおよび第２ホール素子２６の正規化信号Ｈ１ｂから、次の（１）式に基づいて、算出する。
Ｈ１ｃ＝（４０９６×１．５−１）−Ｈ１ａ−Ｈ１ｂ …（１）
(Calculation process of virtual signal Hc)
The calculation unit 51 calculates the normalized signal H1c of the virtual signal Hc output from the assumed third Hall element from the normalized signal H1a of the
H1c = (4096 × 1.5-1) −H1a−H1b (1)
図５は、算出した仮想信号Ｈｃの正規化信号Ｈ１ｃを含む各正規化信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの特性線図である。図５の横軸もロータ１４の回転位置であり、縦軸は各正規化信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの値である。また、図５の実線および破線は図４と同様に正規化信号Ｈ１ａおよびＨ１ｂの第１特性線Ｎａおよび第２特性線Ｎｂを示し、二点鎖線は（１）式によって算出した正規化信号Ｈ１ｃの第３特性線Ｎｃを示す。上記の（１）式は、正規化信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの各信号波形は１２０度ずつ位相のずれたｓｉｎ波形になり、各瞬時値の総和が０になることを想定して、導かれている。（１）式の右辺第１項の（４０９６×１．５−１）は定数である。なお、本実施形態では、第１ホール素子２５の正規化信号Ｈ１ａおよび第２ホール素子２６の正規化信号Ｈ１ｂから仮想信号Ｈｃの正規化信号Ｈ１ｃを算出しているが、正規化する前の信号Ｈａ，Ｈｂから第３ホール素子が出力する仮想信号Ｈｃを算出した後、上記の正規化処理を行うようにしてもよい。
FIG. 5 is a characteristic diagram of the normalized signals H1a, H1b, and H1c including the normalized signal H1c of the calculated virtual signal Hc. The horizontal axis in FIG. 5 is also the rotational position of the
（参照データＲ）
図６は、回転位置の検出処理に用いる参照データＲの元になる参照原データの特性線図であり、ロータ１４の１回転分の各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃを１つのグラフに表示した図である。同図の横軸は正規化信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの値であり、縦軸は、出力部５６から出力されるロータ１４の回転位置である。キャリブレーション実行部５４で参照されるロータ１４の回転位置は１回転当たり７２００のパルス数で表されるが、出力部５６から出力されるロータ１４の回転位置は１回転当たり３６００のパルス数で表される。各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは図５と同じ線種で示されている。
(Reference data R)
FIG. 6 is a characteristic diagram of the reference original data that is the basis of the reference data R used in the rotational position detection process, and the characteristic lines Na, Nb, and Nc for one rotation of the
キャリブレーション実行部５４は、モータ１の製造後、出荷前や修理時、メンテナンス時などの各種のタイミングで、参照用のエンコーダを用いてロータ１４の回転位置を検出しながら、第１ホール素子２５の信号Ｈａおよび第２ホール素子２６の信号Ｈｂを検出する、キャリブレーションを実行する。このキャリブレーションにより、各特性線Ｎａ，Ｎｂを得て、特性線Ｎｃを算出するために必要なデータを得る。
The calibration execution unit 54 detects the rotational position of the
キャリブレーションを実行するときには、モータ１に参照用のエンコーダを装着し、参照用のエンコーダの信号をモータ制御ユニット４に入力するようにモータ１と参照用のエンコーダとを接続する。この状態で、キャリブレーション実行部５４は、まず、ロータ１４を１回転させる間、参照用のエンコーダを用いてロータ１４の回転位置を検出しながら、第１ホール素子２５の信号Ｈａを取得して信号Ｈａを正規化し、且つ、第２ホール素子２６の信号Ｈｂを取得して信号Ｈｂを正規化する。これにより、図４の横軸が参照回転位置である場合の、第１特性線Ｎａおよび第２特性線Ｎｂが求められる。算出部５１はこの第１特性線Ｎａおよび第２特性線Ｎｂのデータから、（１）式を用いて第３特性線Ｎｃを算出する。
When executing the calibration, a reference encoder is attached to the
３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは、第１ホール素子２５の正規化信号Ｈ１ａおよび第２ホール素子２６の正規化信号Ｈ１ｂ並びに仮想信号の正規化信号Ｈ１ｃの各３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃと、ロータ１４の回転位置との各対応関係を表す。キャリブレーション実行部５４は、この３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの、図７に示す特性線図の傾斜範囲Ｗにおける、各３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃとロータ１４の回転位置とを対応づけるデータを参照データＲとして抜き取り、記憶部５２に記憶させる。図７の横軸および縦軸、並びに特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃを示す線種は図６と同じである。傾斜範囲Ｗは、３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの、図６に示す極大値ｍおよび極小値ｎ近傍を除いた、変曲点ｆを挟む各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの交点ｘを含む範囲である。本実施形態では、傾斜範囲Ｗの下限ラインＬ１の信号値は５１２、上限ラインＬ２の信号値は３５８４に設定されている。各交点ｘは、各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃが理想的なｓｉｎ波形にならないため、定位置にはなく、変動するが、傾斜範囲Ｗの範囲内に収まっている。
The three characteristic lines Na, Nb, and Nc represent the three signals H1a, H1b, and H1c of the normalized signal H1a of the
記憶部５２に記憶される参照データＲは、正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの各値を列、出力回転位置を行とするマトリクステーブルとして記憶される。すなわち、マトリクステーブルは、３列×駆動マグネット２４の磁極数（＝２ｎ）で構成される。本実施形態では、磁極数が６極であるから、１つの正規化信号値に対して１本の特性線当たりロータ１４の１回転毎に６つの回転位置が対応づけられ、３列６行で構成される。
The reference data R stored in the storage unit 52 is stored as a matrix table in which each value of the three signals H1a, H1b, and H1c of the normalized signal is a column and the output rotation position is a row. That is, the matrix table is composed of 3 rows × the number of magnetic poles of the drive magnet 24 (= 2n). In this embodiment, since the number of magnetic poles is six, six rotation positions are associated with one normalized signal value for each rotation of the
各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃは、ロータ１４が１回転する間に、６極の磁極数に応じて、１周期のｓｉｎ波形を３周期分繰り返す。１回転分の傾斜範囲Ｗには、図７に示すように、６種類の傾斜特徴を持つ傾斜線Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−，Ｃ＋，Ｃ−が各交点ｘの間に存在する。傾斜線Ａ＋，Ａ−は第１特性線Ｎａが作る傾斜線であり、傾斜線Ａ＋は正規化信号Ｈ１ａの値の増加に対して回転位置が進む傾斜特徴１、傾斜線Ａ−は正規化信号Ｈ１ａの値の増加に対して回転位置が戻る傾斜特徴２を有する。傾斜線Ｂ＋，Ｂ−は第２特性線Ｎｂが作る傾斜線であり、傾斜線Ｂ＋は正規化信号Ｈ１ｂの値の増加に対して回転位置が進む傾斜特徴３、傾斜線Ｂ−は正規化信号Ｈ１ｂの値の増加に対して回転位置が戻る傾斜特徴４を有する。また、傾斜線Ｃ＋，Ｃ−は第３特性線Ｎｃが作る傾斜線であり、傾斜線Ｃ＋は正規化信号Ｈ１ｃの値の増加に対して回転位置が進む傾斜特徴５、傾斜線Ｃ−は正規化信号Ｈ１ｃの値の増加に対して回転位置が戻る傾斜特徴６を有する。
Each characteristic line Na, Nb, and Nc repeats one cycle of the sin waveform for three cycles in accordance with the number of magnetic poles of six poles while the
上記６種類の傾斜線は、ロータ１４が１回転する間に３回出現する。したがって、ロータ１４が１回転する間には、６×３＝１８本の傾斜線が存在することになる。６種類の各傾斜線の出現順序は決まっており、図７に示すように、Ａ＋，Ｃ−，Ｂ＋，Ａ−，Ｃ＋，Ｂ−の傾斜線の順に出現する。ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの傾斜線の種類は、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて、１つに定まる。すなわち、３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係が、Ｈ１ｂ≦Ｈ１ａかつＨ１ａ≦Ｈ１ｃのときには傾斜線Ａ＋、Ｈ１ｂ≦Ｈ１ｃかつＨ１ｃ≦Ｈ１ａのときには傾斜線Ｃ−、Ｈ１ｃ≦Ｈ１ｂかつＨ１ｂ≦Ｈ１ａのときには傾斜線Ｂ＋、Ｈ１ｃ≦Ｈ１ａかつＨ１ａ≦Ｈ１ｂのときには傾斜線Ａ−、Ｈ１ａ≦Ｈ１ｃかつＨ１ｃ≦Ｈ１ｂのときには傾斜線Ｃ＋、それ以外のときには傾斜線Ｂ−に定まる。したがって、傾斜範囲Ｗにおける各傾斜線Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−，Ｃ＋，Ｃ−は、その傾斜特徴に応じて６本の傾斜線の中から区別される。
The six kinds of inclined lines appear three times during one rotation of the
（回転位置の検出方法）
位置検出部５３は、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの相対関係から、検出対象の回転位置を含む特性線範囲（傾斜線）の候補を傾斜範囲Ｗにおいて定め、定めた１候補について、３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃのうちの１信号に対応して参照データＲに記憶される回転位置に基づいて、検出対象の回転位置を求める。本実施形態では、位置検出部５３は、傾斜範囲Ｗにおける各傾斜線Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−，Ｃ＋，Ｃ−の各傾斜特徴に応じて区別される、ロータ１４の１回転分の１８本の傾斜線の中から、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて、１つの傾斜特徴を持つ３本の傾斜線を特定し、特定した３本の傾斜線の中の１本の傾斜線に対応する参照データＲ中のロータ１４の回転位置の中から、特定した傾斜線の傾斜特徴を持つ特性線の正規化信号値に対応する回転位置を、検出対象の回転位置の電気角候補として求める。
(Rotation position detection method)
The position detection unit 53 determines a characteristic line range (inclination line) candidate including the rotation position of the detection target from the relative range of the three signals H1a, H1b, and H1c when the
例えば、位置検出部５３が、モータ１の起動時に、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて、ロータ１４の１回転分の１８本の傾斜線の中から、１つの傾斜特徴１を持つ３本の傾斜線Ａ＋を特定した場合を考える。この場合、位置検出部５３は、ロータ１４の原点位置が判明していないので、暫定で３本の傾斜線Ａ＋の中から１本の傾斜線Ａ＋を選び、選んだ傾斜線Ａ＋に対応する参照データＲ中のロータ１４の回転位置の中から、特定した傾斜線Ａ＋の傾斜特徴１を持つ特性線Ｎａの正規化信号値Ｈａ１に対応する回転位置を、ロータ１４の初期位置情報とする。初期位置の電気角は、出力回転位置を１２００で割った余りとして求まる。選んだ傾斜線Ａ＋が本来の傾斜線Ａ＋と異なっても、電気角としての誤差は小さいので、ロータ１４の原点位置が判明していなくても、ロータ１４を回転させるのに支障は無い。
For example, when the
（初期原点の設定）
また、モータ制御ユニット４が、ロータ１４の回転位置の原点を検出する原点検出部を位置センサとして備える場合、位置センサは、例えば、図８に示すような原点パルスＰを出力する。図８における特性線図の横軸および縦軸、並びに符号の意味は図５および図７におけるものと同じである。このような位置センサは、ロータ１４の原点位置で生じるロータ１４からの反射光もしくは透過光を反射部材や遮光部材などによって検出する光学センサや、ロータ１４の原点位置で生じる磁気を検出する磁気センサなどから構成される。位置センサは、ロータ１４の１回転分の３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃにおいて、ロータ１４の原点位置に対して所定の回転位置関係になる原点パルスＰを位置検出部５３へ出力する。本実施形態におけるロータ１４の原点位置は、モータ１の起動時に最初に検出される正規化信号Ｈ１ｃの特性線Ｎｃにおけるピーク値に設定され、図８に示す特性線図では、位置センサの原点パルスＰのパルス幅に含まれている。
(Initial origin setting)
When the
位置検出部５３は、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて、ロータ１４の１回転分の３本の傾斜線の中から１本の傾斜線を選ぶ。そして、選んだ１本の傾斜線に対応して求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、位置センサによって検出された原点を基準にして、検出対象の回転位置の絶対角を算出する。例えば、ロータ１４の１回転分の３本の傾斜線Ａ＋の中から１本の傾斜線Ａ＋を位置検出部５３が選んだと仮定する。この場合、位置検出部５３は、選んだ１本の傾斜線Ａ＋に対応する参照データＲ中における、特定した傾斜線Ａ＋の傾斜特徴１を持つ特性線Ｎａの正規化信号値Ｈａ１に対応する回転位置を参照する。そして、参照する回転位置から、原点パルスＰに含まれる特性線Ｎｃのピーク値として判明するロータ１４の原点位置を基準に、検出対象の回転位置の絶対角を算出する。
Based on the magnitude relationship among the three signals H1a, H1b, and H1c of the normalized signals when the
（追従処理）
算出部５１は、ロータ１４の回転時に所定時間毎に第１ホール素子２５の正規化信号Ｈ１ａおよび第２ホール素子２６の正規化信号Ｈ１ｂから仮想正規化信号Ｈ１ｃを算出する。位置検出部５３は、所定時間毎に３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて検出対象の回転位置の電気角候補を随時求める。本実施形態では、所定時間は、ロータ１４の回転速度をＮ[ｒｐｍ]、駆動マグネット２４の磁極数を２ｎ（＝６）としたときに、６０／（Ｎ×２ｎ×３）＝１０／３Ｎ[ｓｅｃ]以下に設定される。位置検出部５３は、検出対象の回転位置を求めた前回と正規化信号の３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係が同じであれば、前回と同じ１本の傾斜線を特定する。また、３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係が異なれば、前回特定した１本の傾斜線に隣接する１本の傾斜線を特定する。例えば、前回に傾斜線Ａ＋が特定されており、今回求めた３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係が前回と同じであれば、前回と同じ傾斜線Ａ＋を特定する。また、今回求めた３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係が前回と異なれば、前回特定した傾斜線Ａ＋に隣接する傾斜線Ｃ−を特定する。
(Follow-up processing)
The calculation unit 51 calculates a virtual normalization signal H1c from the normalization signal H1a of the
（作用効果）
このような本実施形態によるモータ１によれば、２つのホール素子２５，２６から、ロータ１４の回転位置に応じて変化する２信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂを得、得た２信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂから、第１ホール素子２５および第２ホール素子２６とさらに異なる角度位置で駆動マグネット２４に対向する仮想の第３ホール素子が出力する仮想信号Ｈ１ｃを、算出部５１で算出することができる。そして、これら３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃとロータ１４の回転位置との各対応関係を表す３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの傾斜範囲Ｗにおいて、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの相対関係から定まる、検出対象の回転位置を含む特性線範囲（傾斜線）の１候補に基づいて、ロータ１４の回転位置を求めることができる。従って、回転位置検出用のマグネットや光学式エンコーダなどを用いることなく、モータ１に２つのホール素子２５，２６を追加するだけでロータ１４の回転位置を検出できる。よって、モータ１の小型化および低コスト化を図ることができる。
(Function and effect)
According to the
また、記憶部５２に記憶する参照データＲは、図６に示す、３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの、極大値ｍおよび極小値ｎ近傍を除いた、変曲点ｆを挟む各特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの交点ｘを含む傾斜範囲Ｗ（図７参照）に限定される。このため、３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの全範囲を参照データＲとして記憶する場合に比較して、参照データＲのデータ量を抑制して、記憶部５２の記憶容量を小さくすることが出来る。したがって、高い処理能力を必要としない安価な演算処理装置を用いて、位置検出部５３を構成することが出来る。また、予め、モータ１毎に作成した参照データＲを用いて回転位置を求めるので、また、特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃの極大値ｍおよび極小値ｎ近傍における信号値変化が大きくて回転位置判定精度が低く、誤判定が起こりやすいデータを用いないので、簡単なアルゴリズムで、精度良く回転位置を検出できる。
Further, the reference data R stored in the storage unit 52 includes each characteristic sandwiching the inflection point f except for the local maximum value m and the local minimum value n of the three characteristic lines Na, Nb, and Nc shown in FIG. It is limited to the inclination range W (see FIG. 7) including the intersection point x of the lines Na, Nb, and Nc. Therefore, compared with the case where the entire range of the three characteristic lines Na, Nb, and Nc is stored as the reference data R, the data amount of the reference data R is suppressed and the storage capacity of the storage unit 52 is reduced. I can do it. Therefore, the position detector 53 can be configured using an inexpensive arithmetic processing device that does not require high processing capability. In addition, since the rotational position is obtained in advance using the reference data R created for each
また、本実施形態によるモータ１によれば、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの相対関係は、ロータ１４が検出対象の回転位置にあるときの３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係から認識される。そして、この３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて、傾斜範囲Ｗにおけるロータ１４の１回転分の１８本の傾斜線の中から、１つの傾斜特徴を持つ３本の傾斜線を特定し、その中の１本の傾斜線に対応する参照データＲを参照することで、簡単に、検出対象の回転位置の電気角候補を求めることができる。検出対象の回転位置の絶対角が分からなくても、電気角候補が分かることで、通電制御を行うフィードバック制御部５５は、ロータ１４に対する駆動制御を行うことが可能になり、ロータ１４を回転駆動させられる。
Further, according to the
また、本実施形態によるモータ１によれば、位置検出部５３が、所定時間毎に３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃの大小関係に基づいて検出対象の回転位置の電気角候補を随時求めるので、通電制御を行うフィードバック制御部５５は、随時求まる検出対象の回転位置の電気角候補に基づいて、ロータ１４の動きに追従してロータ１４の回転駆動を継続させることができる。
Further, according to the
また、本実施形態によるモータ１によれば、検出対象の回転位置の電気角候補を１０／３Ｎ[ｓｅｃ]以下の所定時間毎に求めることで、特定すべき１本の傾斜線の選択候補は、ロータ１４が１本の傾斜線を描く回転範囲にある傾斜線に限定される。したがって、少ない選択候補から１本の傾斜線を特定することができるので、１本の傾斜線を特定する処理は簡単になる。このため、検出対象の回転位置の電気角候補を求める処理負荷が軽くなって、ロータ１４のより速い回転に追従してロータ１４の高速回転駆動を継続させることが可能になる。
Further, according to the
また、本実施形態によるモータ１によれば、出力部５６から外部機器へ検出対象の回転位置が出力されるので、モータ１の上位装置７はその意図する制御を正確に行うことができる。
Further, according to the
また、本実施形態によるモータ１によれば、原点検出部によって検出された原点の位置を基準にして、求めた電気角候補から、検出対象の回転位置の絶対角が算出される。このため、通電制御を行うフィードバック制御部５５は、ロータ１４に対する駆動制御を正確に行え、最適なモータ制御を実行することが可能になる。
Further, according to the
また、本実施形態によるモータ１によれば、位置センサが位置検出部５３へ出力する原点パルスＰ（図８参照）により、位置検出部５３はロータ１４の原点位置を把握することができる。このため、位置検出部５３は、原点位置を検出するための計算処理を行う必要が無いので、計算負荷が軽減される。
Further, according to the
（変形例１）
位置センサは、駆動マグネット２４の磁極数を２ｎ、任意の数値をαとしたときに（３６０／ｎ）−α度分の幅の機械角で、本実施形態では１２０−α度分の幅の機械角で、ロータ１４の原点位置を含む原点パルスＰを出力するように構成することもできる。本構成によれば、ロータ１４の回転前に原点パルスＰが位置センサから出力されていてハイレベルであれば、その原点パルスＰのパルス幅である１２０−α度のハイレベルの範囲内に原点があることを判断できるので、ロータ１４を回転させることなく、位置検出部５３はロータ１４の原点位置を検出することができる。また、ロータ１４の回転前に原点パルスＰが位置センサから出力されておらず、ローレベルであれば、２４０＋α（＝３６０−（３６０／ｎ）＋α）度分ロータ１４を回転することで、原点パルスＰが位置センサから出力されるので、ロータ１４が１回転する前に、位置検出部５３はロータ１４の原点位置を検出することができる。
(Modification 1)
The position sensor has a mechanical angle with a width of (360 / n) -α degrees when the number of magnetic poles of the
なお、原点パルスＰは、ロータ１４の原点位置を含むタイミングに出力が立ち上がってハイレベルになる正論理、ロータ１４の原点位置を含むタイミングに出力が立ち下がってローレベルになる負論理のいずれの論理で出力されてもよい。上記の説明は、原点パルスＰが正論理で出力される場合である。原点パルスＰが負論理で出力される場合、ロータ１４の回転前に原点パルスＰが立ち下がってローレベルであれば、その原点パルスＰのパルス幅である１２０−α度のローレベルの範囲内に原点があることを判断できるので、ロータ１４を回転させることなく、位置検出部５３はロータ１４の原点位置を検出することができる。また、ロータ１４の回転前に原点パルスＰが立ち上がってハイレベルであれば、その原点パルスＰのハイレベルの範囲外に原点があることを判断でき、２４０＋α度分ロータ１４を回転することで、ローレベルの原点パルスＰが位置センサから出力されるので、ロータ１４が１回転する前に、位置検出部５３はロータ１４の原点位置を検出することができる。
The origin pulse P is either positive logic whose output rises at a timing including the origin position of the
（変形例２）
上記の実施形態では、原点検出部を位置センサから構成した場合について説明したが、位置センサを用いずに次のように構成することで、ロータ１４の原点位置を検出することもできる。
(Modification 2)
In the above embodiment, the case where the origin detection unit is configured from a position sensor has been described. However, the origin position of the
本構成における記憶部５２は、ロータ１４の１回転分の３本の特性線Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃにおける交点ｘの正規化信号値ｘａを、交点ｘが現れる順にリファレンステーブルに参照値Ｒａとして記憶する。さらに、記憶部５２は、ロータ１４の原点位置にある交点ｘの正規化信号値ｘａを参照値Ｒａとして記憶する。図９は、記憶部５２に記憶される、ロータ１４の１回転分の交点ｘの参照値Ｒａを示す棒グラフである。同グラフの横軸は交点ｘの標本数、縦軸はリファレンステーブルに記憶される交点ｘの参照値Ｒａである。
The storage unit 52 in this configuration stores the normalized signal value xa of the intersection point x at the three characteristic lines Na, Nb, and Nc for one rotation of the
同グラフにおける交点ｘの参照値Ｒａは、ロータ１４の回転に連れて交点ｘが現れる順に並んでいる。例えば、図８に示す特性線図において説明すると、１番目の標本数の標本は傾斜線Ｂ−と傾斜線Ａ＋との交点ｘ１の参照値Ｒａ１、２番目の標本数の標本は傾斜線Ａ＋と傾斜線Ｃ−との交点ｘ２の参照値Ｒａ２、３番目の標本数の標本は傾斜線Ｃ−と傾斜線Ｂ＋との交点ｘ３の参照値Ｒａ３、４番目の標本数の標本は傾斜線Ｂ＋と傾斜線Ａ−との交点ｘ４の参照値Ｒａ４、５番目の標本数の標本は傾斜線Ａ−と傾斜線Ｃ＋との交点ｘ５の参照値Ｒａ５、６番目の標本数の標本は傾斜線Ｃ＋と傾斜線Ｂ−との交点ｘ６の参照値Ｒａ６である。以後、同様に、６標本毎に、７番目〜１２番目の交点ｘ７〜交点ｘ１２の参照値Ｒａ７〜Ｒａ１２、１３番目〜１８番目の交点ｘ１３〜交点ｘ１８の参照値Ｒａ１３〜Ｒａ１８が順番に、リファレンステーブルに記憶される。
The reference values Ra of the intersection points x in the graph are arranged in the order in which the intersection points x appear as the
位置検出部５３は、モータ１の起動時に計測される３信号Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ，Ｈ１ｃから定まる１本の傾斜線を起動時傾斜線として特定し、起動時傾斜線の端部にある交点ｘから連続する所定標本数の交点ｘの信号値ｘａの列を元値列として算出する。例えば、起動時傾斜線が傾斜線Ｂ−である場合には、起動時傾斜線Ｂ−の端部にある交点ｘ１から連続する２つの標本数の交点ｘの信号値列（ｘａ１，ｘａ２）を元値列として算出する。
The position detection unit 53 identifies one slope line determined from the three signals H1a, H1b, and H1c measured when the
次に、位置検出部５３は、リファレンステーブルに記憶されたロータ１４の１回転分の回転範囲における交点ｘの参照値Ｒａを参照して、元値列の標本数と同じ数の交点ｘの信号値Ｒａの列を参照値列として、リファレンステーブルから３組取り出す。参照値列は、起動時傾斜線が持つ傾斜特徴と同じ傾斜特徴を持つ傾斜線の端部にある交点ｘの参照値Ｒａを、先頭に有する。例えば、起動時傾斜線が傾斜線Ｂ−である上記の場合には、元値列の標本数と同じ２つの交点ｘの信号値列（Ｒａ１，Ｒａ２）、（Ｒａ７，Ｒａ８）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４）を参照値列として、リファレンステーブルから３組取り出す。これらの参照値列は、起動時傾斜線Ｂ−が持つ傾斜特徴４と同じ傾斜特徴４を持つ傾斜線Ｂ−の端部にある交点ｘ１，ｘ７，ｘ１３の参照値Ｒａ１，Ｒａ７，Ｒａ１３を、先頭に有する。
Next, the position detection unit 53 refers to the reference value Ra of the intersection point x in the rotation range of one rotation of the
次に、位置検出部５３は、取り出した各参照値列と元値列との各間における相関係数の値を算出する。例えば、起動時傾斜線が傾斜線Ｂ−である上記の場合には、取り出した各参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２）、（Ｒａ７，Ｒａ８）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４）と、元値列（ｘａ１，ｘａ２）との各間における相関係数ρの値を算出する。相関係数ρは２組の対応するデータの間の関係を表す数値であり、共分散を規格化したものである。相関係数ρは−１から＋１の間の数値をとり、＋１の時は完全相関となって２つのデータ群に強い関連性が存在する。一方、０の時は無相関となり、２つのデータ群に関連性がないと判断される。相関係数ρは共分散を２組のデータ群の各標準偏差の積で割ったものであり、その演算には分散の平方根を求める必要がある。 Next, the position detection unit 53 calculates the value of the correlation coefficient between each extracted reference value sequence and original value sequence. For example, in the above case where the startup inclination line is the inclination line B-, the extracted reference value sequences (Ra1, Ra2), (Ra7, Ra8), (Ra13, Ra14) and the original value sequence (xa1, The value of the correlation coefficient ρ between xa2) and each is calculated. The correlation coefficient ρ is a numerical value representing the relationship between two sets of corresponding data, and is a standardized covariance. The correlation coefficient ρ takes a numerical value between −1 and +1. When the correlation coefficient ρ is +1, there is a complete correlation and there is a strong relationship between the two data groups. On the other hand, when 0, there is no correlation and it is determined that the two data groups are not related. The correlation coefficient ρ is obtained by dividing the covariance by the product of the standard deviations of the two sets of data groups. For the calculation, the square root of the variance needs to be obtained.
位置検出部５３は、算出した相関係数の各値の中で最大値をとる相関係数ρの値と、最大値に次ぐ大きさの相関係数ρの値との間の差を、算出する。そして、最大値の相関係数値と最大値に次ぐ大きさの相関係数値との間の差が所定値以上になるまで、交点ｘの標本数を１つずつ増やしながら、各参照値列と元値列との間の相関係数値を算出する。例えば、２つの標本数の交点ｘについての各参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２）、（Ｒａ７，Ｒａ８）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４）と、元値列（ｘａ１，ｘａ２）との各間における相関で、上記の差が所定値以上でなかった場合には、３つの標本数の交点ｘについての各参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３）、（Ｒａ７，Ｒａ８，Ｒａ９）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４，Ｒａ１５）と、元値列（ｘａ１，ｘａ２，ｘａ３）との各間における相関をとる。これらの相関でも上記の差が所定値以上でなかった場合には、４つの標本数の交点ｘについての各参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３，Ｒａ４）、（Ｒａ７，Ｒａ８，Ｒａ９，Ｒａ１０）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４，Ｒａ１５，Ｒａ１６）と、元値列（ｘａ１，ｘａ２，ｘａ３，ｘａ４）との各間における相関をとる。 The position detection unit 53 calculates the difference between the value of the correlation coefficient ρ that takes the maximum value among the calculated values of the correlation coefficient and the value of the correlation coefficient ρ that is the second largest after the maximum value. To do. Then, while increasing the number of samples of the intersection x by one until the difference between the correlation coefficient value of the maximum value and the correlation coefficient value of the magnitude next to the maximum value is equal to or greater than a predetermined value, A correlation coefficient value between the value strings is calculated. For example, the correlation between each reference value sequence (Ra1, Ra2), (Ra7, Ra8), (Ra13, Ra14) and the original value sequence (xa1, xa2) for the intersection x of two samples is If the difference is not greater than or equal to the predetermined value, the reference value sequences (Ra1, Ra2, Ra3), (Ra7, Ra8, Ra9), (Ra13, Ra14, Ra15) for the intersection x of the three sample numbers And the original value sequence (xa1, xa2, xa3). Even in these correlations, when the above difference is not greater than or equal to the predetermined value, the reference value sequences (Ra1, Ra2, Ra3, Ra4), (Ra7, Ra8, Ra9, Ra10) for the intersection x of the four sample numbers. , (Ra13, Ra14, Ra15, Ra16) and the original value sequence (xa1, xa2, xa3, xa4).
図１０（ａ）は、このようにして算出された交点ｘの標本数と相関係数ρとの関係を示すグラフであり、同グラフの横軸は交点ｘの標本数、縦軸は相関係数ρの値である。また、菱形のプロットで示される特性線６１は参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）と元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）との間における相関関係、正方形のプロットで示される特性線６２は参照値列（Ｒａ７，Ｒａ８，…）と元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）との間における相関関係、三角形のプロットで示される特性線６３は参照値列（Ｒａ１３，Ｒａ１４，…）と元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）との間における相関関係を表す。 FIG. 10A is a graph showing the relationship between the number of samples at the intersection x calculated in this way and the correlation coefficient ρ. The horizontal axis of the graph is the number of samples at the intersection x, and the vertical axis is the correlation. The value of the number ρ. A characteristic line 61 indicated by a rhombus plot is a correlation between the reference value sequence (Ra1, Ra2,...) And the original value sequence (xa1, xa2,...), And a characteristic line 62 indicated by a square plot is The correlation between the reference value sequence (Ra7, Ra8,...) And the original value sequence (xa1, xa2,...), The characteristic line 63 indicated by the triangular plot is the reference value sequence (Ra13, Ra14,...) This represents the correlation between the value strings (xa1, xa2,...).
位置検出部５３は、上記の差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させる参照値列を特定する。そして、特定した参照値列の先頭にある交点ｘの正規化信号値が端部にある検出傾斜線に、モータ１の起動持における検出対象の回転位置があると判断し、検出傾斜線を基にして、記憶部５２に記憶されたロータ１４の原点位置を特定する。例えば、図１０（ａ）に示すグラフにおいては、特性線６１の参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）が、差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させるものと特定される。そして、特定された参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）の先頭にある交点ｘ１の正規化信号値ｘａ１が端部にある検出傾斜線Ｂ−に、モータ１の起動持における検出対象の回転位置があると判断される。この場合、位置検出部５３は、検出傾斜線Ｂ−を基にして求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、記憶部５２に記憶されたロータ１４の原点位置を基準にして、検出対象の回転位置の絶対角を算出する。
The position detection unit 53 specifies a reference value sequence for calculating the maximum correlation coefficient value at which the above difference is equal to or greater than a predetermined value. Then, it is determined that the detected inclination line at the end of the normalized signal value of the intersection point x at the head of the identified reference value sequence has the rotation position to be detected when the
このような構成によれば、モータ１の起動時に特定される起動時傾斜線の端部にある交点ｘから連続する所定標本数の元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）と、リファレンステーブルから取り出される、元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）の標本数と同じ数の３組の参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）、（Ｒａ７，Ｒａ８，…）、（Ｒａ１３，Ｒａ１４，…）との間で、相関係数値が計算されることで、元値列と参照値列とのパターンマッチングがとられる。これら３組の参照値列は、起動時傾斜線、例えば、起動時傾斜線Ｂ−が持つ傾斜特徴４と同じ傾斜特徴４を持つ傾斜線Ｂ−の端部にある交点ｘの信号値を、先頭に有する。このパターンマッチングでは、最大値に次ぐ大きさの相関係数値との間の差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させる参照値列、例えば、参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）が、元値列（ｘａ１，ｘａ２，…）とパターンが一致すると判断される。そして、この参照値列（Ｒａ１，Ｒａ２，…）の先頭にある交点ｘ１の正規化信号値ｘａ１が端部にある検出傾斜線Ｂ−に、モータ１の起動持における検出対象の回転位置があると判断される。検出対象の回転位置の絶対角は、検出傾斜線Ｂ−を基にして求まる検出対象の回転位置の電気角候補から、記憶部５２に記憶されたロータ１４の原点位置を基準にして算出される。このため、原点検出部を用いることなく、ハードウエア構成を簡略化して安価に、ロータ１４の回転位置の絶対角を算出することが可能な、インクリメントエンコーダを構成できる。
According to such a configuration, the original value sequence (xa1, xa2,...) Having a predetermined number of samples continuous from the intersection point x at the end of the starting slope line specified when the
図１０（ｂ）は、上記の相関係数値に代えて相関係数値の二乗値を決定係数として用いて算出される、交点ｘの標本数と決定係数との関係を示すグラフである。同グラフは縦軸だけが同図（ａ）と相違する。本構成によれば、相関係数値の二乗値を決定係数として用いるので、相関係数値を算出するのに必要とされる平方根を開く算出処理が不要になる。このため、位置検出部５３の計算負荷を減らすことができる。また、元値列と参照値列とのパターンが一致したか否かの判断の基になる差の値を大きくすることができる。例えば、相関係数ρの値０．９８を使って値１との差を判定する場合と、その二乗値０．９６を決定係数の値に使って値１との差を判定する場合とでは、決定係数の値を使う後者の方が値１との差を大きくとることができる。このため、相関係数値の二乗値を決定係数として用いる本構成によれば、パターンマッチングの誤認判定を抑制することができる。
FIG. 10B is a graph showing the relationship between the number of samples at the intersection point x and the determination coefficient calculated using the square value of the correlation coefficient value as the determination coefficient instead of the correlation coefficient value. The graph is different from FIG. According to this configuration, since the square value of the correlation coefficient value is used as the determination coefficient, a calculation process for opening the square root required for calculating the correlation coefficient value is not necessary. For this reason, the calculation load of the position detection part 53 can be reduced. In addition, it is possible to increase a difference value that is a basis for determining whether or not the patterns of the original value sequence and the reference value sequence match. For example, in the case of determining the difference from the
なお、上記の実施形態および変形例では、駆動マグネット２４が６極着磁されている場合について説明したが、６極着磁以外の例えば４極着磁や、８極着磁等されている場合においても、上記の実施形態および変形例と同様な作用効果が奏される。
In the above-described embodiment and modification, the case where the
１…モータ
２…回路基板
２ａ…表面
２ｂ…裏面
３…モータ本体
４…モータ制御ユニット
７…上位装置
８…電源回路
１１…固定孔
１２…ステータ
１３…出力軸
１４…ロータ
１５…スリーブ
１６…ベアリング
１８…ステータコア
１９…駆動コイル
２１…底板部
２２…環状板部
２３…ロータケース
２４…駆動マグネット
２５…第１ホール素子
２６…第２ホール素子
４１…コントロールユニット
４２ｕ、４２ｖ、４３ｗ…ドライバ回路
４３、４４…差動アンプ回路
５０…正規化処理部
５１…算出部
５２…記憶部
５３…位置検出部
５４…キャリブレーション実行部
５５…フィードバック制御部
５６…出力部
Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ…特性線
ｍ…極大値
ｎ…極小値
ｆ…変曲点
ｘ…交点
Ｗ…傾斜範囲
Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｂ−，Ｃ＋，Ｃ−…傾斜線
Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ…正規化信号
Ｈ１ｃ…仮想正規化信号
Ｈａ…第１ホール素子の信号
Ｈｂ…第２ホール素子の信号
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ロータが備える駆動マグネットに対して異なる角度位置で対向し、前記ロータの回転位置に応じた信号をそれぞれ出力する第１ホール素子および第２ホール素子と、
前記第１ホール素子および第２ホール素子とさらに異なる角度位置で前記駆動マグネットに対向する仮想の第３ホール素子が前記ロータの回転位置に応じて出力する仮想信号を前記第１ホール素子の信号および前記第２ホール素子の信号から算出する算出部と、
前記第１ホール素子の信号および前記第２ホール素子の信号並びに前記仮想信号の各３信号と前記ロータの回転位置との各対応関係を表すデータのうち、各対応関係を表す３本の特性線の、極大値および極小値近傍を除いた変曲点を挟む各特性線の交点を含む傾斜範囲におけるデータを参照データとして記憶する記憶部と、
前記ロータが検出対象の回転位置にあるときの前記３信号の相対関係から、前記検出対象の回転位置を含む特性線範囲の候補を前記傾斜範囲において定め、定めた１候補について、前記３信号のうちの１信号に対応して前記参照データに記憶される回転位置に基づいて、前記検出対象の回転位置を求める位置検出部と、を有することを特徴とするモータ。 A rotor and a stator;
A first Hall element and a second Hall element that face each other at different angular positions with respect to a drive magnet included in the rotor and output a signal corresponding to the rotational position of the rotor;
A virtual signal output by the virtual third Hall element facing the drive magnet at an angular position further different from the first Hall element and the second Hall element according to the rotational position of the rotor and the signal of the first Hall element and A calculation unit for calculating from a signal of the second Hall element;
Of the data representing the correspondence between each of the three signals of the first Hall element, the signal of the second Hall element, and the virtual signal and the rotational position of the rotor, three characteristic lines representing the correspondence A storage unit for storing, as reference data, data in an inclination range including an intersection of characteristic lines sandwiching an inflection point excluding the local maximum value and the local minimum value;
From the relative relationship of the three signals when the rotor is at the rotational position of the detection target, a candidate for the characteristic line range including the rotational position of the detection target is determined in the tilt range, and for the determined one candidate, And a position detection unit that obtains a rotation position of the detection target based on a rotation position stored in the reference data corresponding to one of the signals.
前記位置検出部は、前記所定時間毎に前記３信号の大小関係に基づいて前記検出対象の回転位置の電気角候補を随時求めることを特徴とする請求項２に記載のモータ。 The calculation unit calculates the virtual signal from the signal of the first Hall element and the signal of the second Hall element every predetermined time when the rotor rotates.
The motor according to claim 2, wherein the position detection unit obtains electrical angle candidates for the rotation position of the detection target as needed based on the magnitude relationship of the three signals at each predetermined time.
前記位置検出部は、前記ロータが検出対象の回転位置にあるときの前記３信号の大小関係に基づいて、前記ロータの１回転分の前記複数の傾斜線の中から選んだ１本の傾斜線に対応して求まる前記検出対象の回転位置の電気角候補から、前記原点検出部によって検出された原点を基準にして、前記検出対象の回転位置の絶対角を算出する
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。 An origin detection unit for detecting the origin of the rotational position of the rotor;
The position detection unit is configured to select one inclination line selected from the plurality of inclination lines for one rotation of the rotor based on the magnitude relationship of the three signals when the rotor is at a rotation position to be detected. The absolute angle of the rotational position of the detection target is calculated based on the origin detected by the origin detection unit from the electrical angle candidate of the rotational position of the detection target obtained corresponding to The motor according to any one of claims 2 to 4.
前記位置検出部は、モータの起動時に計測される前記３信号から定まる１本の傾斜線を起動時傾斜線として特定し、前記起動時傾斜線の端部にある前記交点から連続する所定標本数の前記交点の信号値列を元値列として算出し、前記リファレンステーブルに記憶された前記ロータの１回転分の回転範囲における前記交点の信号値を参照して、前記起動時傾斜線が持つ傾斜特徴と同じ傾斜特徴を持つ傾斜線の端部にある前記交点の信号値を先頭にする前記標本数と同じ数の前記交点の信号値列を参照値列として前記リファレンステーブルから複数取り出し、取り出した各参照値列と元値列との各間における相関係数の値を算出し、算出した最大値の相関係数値と最大値に次ぐ大きさの相関係数値との間の差が所定値以上になるまで、前記標本数を増やしながら各参照値列と元値列との間の相関係数値を算出することで、前記差が所定値以上になる最大値の相関係数値を算出させる参照値列を特定し、特定した参照値列の先頭にある前記交点の信号値が端部にある検出傾斜線に、モータの起動持における検出対象の回転位置があると判断し、前記検出傾斜線を基にして求まる前記検出対象の回転位置の電気角候補から、前記記憶部に記憶されたロータの原点位置を基準にして、前記検出対象の回転位置の絶対角を算出することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。 The storage unit stores the signal values of the intersections in the three characteristic lines for one rotation of the rotor as a reference table in the order in which the intersections appear, and stores the origin position of the rotor,
The position detection unit identifies one slope line determined from the three signals measured at the time of starting the motor as a start-up slope line, and a predetermined number of samples continuous from the intersection at the end of the start-up slope line. The slope of the start-up slope line is calculated with reference to the signal value of the intersection in the rotation range of one rotation of the rotor stored in the reference table. A plurality of signal value sequences of the intersections as many as the number of samples starting from the signal value of the intersection point at the end of the inclined line having the same inclination feature as the feature are extracted from the reference table as a reference value sequence and extracted. The correlation coefficient value between each reference value sequence and the original value sequence is calculated, and the difference between the calculated maximum correlation coefficient value and the correlation coefficient value next to the maximum value is a predetermined value or more. The number of samples until By calculating a correlation coefficient value between each reference value sequence and the original value sequence while increasing, a reference value sequence for calculating the maximum correlation coefficient value at which the difference is equal to or greater than a predetermined value is identified, and the identified reference It is determined that the detection inclination line at the end of the signal value of the intersection point at the beginning of the value sequence has the rotation position of the detection object when the motor is started, and the detection object obtained based on the detection inclination line 5. The absolute angle of the rotation position of the detection target is calculated from electrical angle candidates of the rotation position with reference to the origin position of the rotor stored in the storage unit. 6. The motor according to claim 1.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020031882A1 (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 日本電産株式会社 | Position estimation method, motor control device and motor system |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2020031882A1 (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 日本電産株式会社 | Position estimation method, motor control device and motor system |
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