CN104901594A - 相位检出装置及其方法,电机驱动控制装置,电机装置 - Google Patents

相位检出装置及其方法,电机驱动控制装置,电机装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及相位检出装置及其方法，电机驱动控制装置，电机装置。提供与以往技术相比能抑制追加成本、提高旋转相位检出精度的相位检出装置。相位检出装置包括交点相位检出电路(10)，将多个传感器信号(U1、V1、W1)中各1对信号相互比较，生成分别表示各1对信号的交点相位的交点相位检出信号(UV、VW、WU)输出；交点电平检出电路(50)，检出各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号(Y)输出；信号选择电路(20)，从传感器信号(U1、V1、W1)中选择1个选择信号X；相位检出电路(30)，检出选择信号X的信号电平达到与转子的所设定相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号(PhC)；阈值电平补正电路(60)，根据交点电平信号(Y)对阈值电平进行补正。

Description

相位检出装置及其方法,电机驱动控制装置,电机装置
技术领域
本发明涉及例如无刷DC(直流)电机等的检出转子相位的相位检出装置，相位检出方法，具备该相位检出装置的电机驱动控制装置，以及具备该相位检出装置的电机装置。
背景技术
在无刷DC电机的停止控制等、控制电机的转动位置时，必须检出转子的转动角度。在旋转式编码器的方式中，一般将旋转式编码器连接到旋转轴上，输出具有对应旋转角度而变化的1/4周期的相位差的2相脉冲信号，检出其边缘，且从2相的高/低状态检出相对旋转角度。
在专利文献1中，公开了电机驱动控制装置，以进行多个相位检出为目的，根据具有与电机的转子的转动位置所对应的信号电平的多个传感器信号，产生相位信息信号，对电机进行驱动控制。在专利文献1中，公开以下构成，将多个传感器信号与所设定的多个阈值电平作比较，检出相位，输出显示检出相位的第1相位信息信号，将多个传感器信号相互比较检出相位，输出显示检出的相位的第2相位信息信号。再有，将检出的相位分为所设定的多个相位区间，在所设定的多个相位区间中选择多个传感器信号中的一个，检出所选择的传感器信号的电平达到与转子的所设定相位对应的所设定的阈值电平。
但是，在以往的旋转式编码器方式的控制中，一般是由外周部上等间距设置成为光学窗的缝隙的圆盘和以圆盘的缝隙间距的1/4间隔配置的2个光斩波器组成的结构，因此必须高额追加部件。
在专利文献1中，当传感器信号有相位错开时，会使理想的传感器信号产生相位误差。例如外设传感器场合，在电机的制造过程中，微小的安装错位都会引起相位错开，在以往的电机控制技术中，该传感器信号的相位错开会产生直接成为检出相位的误差的问题。
[专利文献1]
日本特开2013-099023号公报
发明内容
本发明的目的在于，与以往的技术相比，提供一种抑制追加成本、提高旋转相位的检出精度的相位检出装置。
本发明涉及的相位检出装置系以下相位检出装置，电机转子具有多个线圈，多个传感器信号分别具有与上述电机转子的转动位置对应的信号电平，根据上述多个传感器信号，产生相位信息信号输出，其特征在于，上述相位检出装置包括：
交点相位检出手段，将上述多个传感器信号或对该多个传感器信号进行所设定的信号处理之后的多个传感器处理信号之中的各1对信号进行相互比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号输出；
交点电平检出手段，检出作为上述各交点的信号电平的各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号输出；
信号选择手段，从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中选择1个选择信号；
相位检出手段，检出由上述信号选择手段选择的选择信号的信号电平达到与上述转子的所设定的相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号；以及
阈值电平补正手段，根据上述多个交点电平信号，补正上述阈值电平。
下面，说明本发明的效果：
根据本发明涉及的相位检出装置，与以往技术相比，可以抑制追加成本，提高旋转相位的检出精度。
附图说明
图1是显示本发明的实施形态1所涉及的相位检出装置1的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。
图2是显示图1的交点相位检出电路10中的各传感器信号U1、V1、W1的比较结果的交点相位检出信号UV、VW、WU的表。
图3是显示图1的信号选择电路20的信号选择条件的表。
图4是显示图1的相位检出装置1的动作状态的各信号的时间图。
图5是显示图1的信号选择电路20的选择信号X的电角度和振幅比例之间的关系的表。
图6是安装图1的传感器S1～S3的电机M1的平面图。
图7是显示由图6的传感器S3检出的相位误差的图形。
图8是显示相对图7的传感器信号W1，补正0点的阈值的相位检出装置1的动作的图形。
图9是显示本发明的实施形态1的变形例所涉及的相位检出装置1a的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。
图10是显示图9的交点电平偏压电压生成电路70和相位检出电路30a的构成的方框图。
图11是显示图9的相位检出装置1a的动作的图形。
图12是显示本发明的实施形态2所涉及的电机装置的构成的方框图。
图13是显示图12的电机驱动部110的构成的方框图。
图14是显示图13的电机驱动部110的动作的各信号的时间图。
图15是显示本发明的实施形态2的变形例1所涉及的电机装置的构成的方框图。
图16是显示本发明的实施形态2的变形例2所涉及的电机装置的构成的方框图。
图17是显示本发明的实施形态3所涉及的相位检出装置1b的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2b的方框图。
图18是显示本发明的变形例所涉及的相位检出装置1c的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。
图19A和图19B是显示本发明的变形例所涉及的阈值电平补正电路60的动作的图形。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边详细说明用于实施本发明的最佳形态，在以下实施形态中，虽然对构成要素，种类，组合，形状，相对配置等作了各种限定，但是，这些仅仅是例举，本发明并不局限于此。
实施形态1
图1是显示本发明的实施形态1所涉及的相位检出装置1的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。图1中相位检出装置1由交点相位检出电路10、信号选择电路20、相位检出电路30、信号合成电路40、交点电平检出电路50和阈值电平补正电路60构成。交点相位检出电路10具备3个比较器11、12、13。信号选择电路20具备逻辑电路21和开关SW1。相位检出电路30具备多个N个比较器31-1～31-N和(N+2)个可变电压源32-1～32-N、33、34。
图1中电机M1是由例如无刷DC电机构成，传感器电路2设在电机M1的转子周围。传感器电路2具备传感器S1～S3，由各传感器S1～S3分别检出设定一定的电角度(例如120°)间隔的电机M1的U相、V相、W相的旋转角。传感器S1～S3是由例如霍尔元件构成的磁性传感器，检出根据电机M1的旋转而变化的磁通量密度。传感器电路2将传感器S1～S3的检出结果的传感器信号U1、V1、W1输出至相位检出装置1的交点相位检出电路10、信号选择电路20以及交点电平检出电路50。在交点相位检出电路10中，比较器11将传感器信号U1的信号电平和传感器信号V1做比较，产生表示传感器信号U1、V1的交点相位(时刻)的交点相位检出信号UV。与比较器11一样，比较器12将传感器信号V1、W1做比较，生成表示传感器信号V1、W1的交点相位的交点相位检出信号VW，比较器13将传感器信号W1、U1做比较，产生表示传感器信号W1、U1的交点相位的交点相位检出信号WU。
图2是显示图1的交点相位检出电路10中的各传感器信号U1、V1、W1的比较结果的交点相位检出信号UV、VW、WU的表。如图2中所示，图1的比较器11当传感器信号U1的电平在传感器信号V1的电平以上时，产生具有高电平(Hi)的交点相位检出信号UV。另一方面，比较器11当传感器信号U1的电平不足传感器信号V1的电平时，产生具有低电平(Low)的交点相位检出信号UV。图1的比较器12、13也与比较器11一样，分别产生根据图2中的2个值的交点相位检出信号VW、WU。这样，交点相位检出电路10将传感器信号U1、V1、W1中的各1对的信号相互做比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号UV、VW、WU。交点相位检出电路10的比较器11～13分别将交点相位检出信号UV、VW、WU输出至信号选择电路20、交点电平检出电路50以及信号合成电路40。
图3是显示图1的信号选择电路20的信号选择条件的表。在图1的信号选择电路20中，传感器信号U1、V1、W1分别输入至开关SW1的端子a、b、c，逻辑电路21根据交点相位检出信号UV、VW、WU控制切换开关SW1的端子a、b、c。根据图3中所示的交点相位检出信号UV、VW、WU的输入条件，图1的信号选择电路20将从传感器信号U1、V1、W1中任意选出的一个选择信号X输出至相位检出电路30。
图1的交点电平检出电路50在交点相位检出信号UV上升或者下降的时刻，检出传感器信号U1或者传感器信号V1的信号电平，生成属于传感器信号U1、V1的交点的信号电平的交点电平信号Y。交点电平检出电路50在交点相位检出信号VW上升或者下降的时刻，检出传感器信号V1或者传感器信号W1的信号电平，生成属于传感器信号V1、W1的交点的信号电平的交点电平信号Y，交点电平检出电路50在交点相位检出信号WU上升或下降的时刻，检出传感器信号W1或者传感器信号U1的信号电平，生成传感器信号W1、U1的交点电平的交点电平信号Y。交点电平检出电路50将各交点电平的交点电平信号Y输出至阈值电平补正电路60。阈值电平补正电路60根据交点电平信号Y控制相位检出电路30的可变电压源32-1～32-N的各电压。
在图1的相位检出电路30中，可变电压源33产生选择信号X的相邻2个交点中较高信号电平的交点A的所设定电压BiasA。可变电压源34产生选择信号X的相邻2个交点中较低信号电平的交点B的所设定电压BiasB。可变电压源32-1～32-N在可变电压源33、34间串联连接插入，分别由产生的电压生成多个阈值电平。比较器31-n(n＝1，2，…，N)将选择信号X与可变电压源32-n的阈值电平做比较，输出选择信号X在阈值电平以上时的高电平的二进制信号。另一方面，比较器31-n当选择信号X不足可变电压源32-n的阈值电平时，输出低电平的二进制信号。相位检出电路30将全部的比较器31-1～31-N的比较结果的各二进制信号作为电机M1旋转所设定角度后得到的相位信息信号PhC输出至信号合成电路40。这样，相位检出电路30通过比较器31-1～31-N检出选择信号X的信号电平到达电机M1的转子的所设定相位所对应的阈值电平。然后相位检出电路30将表示检出该到达后的阈值电平所对应的相位的相位信息信号PhC输出至信号合成电路40。
下面，信号合成电路40通过将相位信息信号PhC和交点相位检出信号UV、VW、WU取得例如排他性的逻辑或，合成切换信号，输出合成后的相位信息的相位信息信号Phsyn。
在如上构成的相位检出装置1中，如下所示，可以根据传感器S1～S3的传感器信号U1、V1、W1检出电机M1的转子的相位信息。
图4是显示图1的相位检出装置1的动作状态的各信号的时间图。在图4中，将传感器S1、S2、S3的传感器信号U1、V1、W1以正弦波(取而代之，也可以是实质上和正弦波一样的基准波形)表示，传感器S1～S3的U相、V相、W相以电角度120°的间隔设定。
如果采用交点相位检出电路10，交点相位检出信号UV、VW、WU作为如图2中所示的传感器信号U1、V1、W1的相互比较的结果得出。下面，信号选择电路20根据图3的输入条件，从各传感器信号U1、V1、W1的交点间的每个相位区间的传感器信号U1、V1、W1中任选1个，得到选择信号X。这样所得到的选择信号X连结，形成图4下段的粗线所表示的时间连续的信号。选择信号X理论上如图3中所示，由以下构成：
(1)传感器信号W1的正弦波相位150°～210°的60°区间的期间T1、
(2)传感器信号V1的正弦波相位-30°～30°的60°区间的期间T2、
(3)传感器信号U1的正弦波相位150°～210°的60°区间的期间T3、
(4)传感器信号W1的正弦波相位-30°～30°的60°区间的期间T4、
(5)传感器信号V1的正弦波相位150°～210°的60°区间的期间T5、
(6)传感器信号U1的正弦波相位-30°～30°的60°区间的期间T6。
这些各60°区间相比正弦波相位30°～90°、正弦波相位90°～150°、正弦波相位210°～270°以及正弦波相位270°～310°的60°区间线性度高。在图4中，相对选择信号X标示的水平箭头表示上述所设定的阈值电平，相位检出装置1检出选择信号X达到所设定阈值电平，切换相位信息信号Phsyn的二进制。
图5是显示图1的信号选择电路20的选择信号X的电角度和振幅比例之间的关系的表。例如，当相位检出电路30将选择信号X的电角度-30°到30°之间每7.5°进行8等分的时候，振幅和电角度的关系如图5中所示。但是，使选择的各传感器信号U1、V1、W1的振幅中心电平为0(零交叉电平)，使电角度90°的振幅为1，将振幅比例标准化。相位检出电路30通过相对图5中的选择信号X的正弦波振幅的各振幅比例，决定所设定的各阈值电平。电角度-30°、30°可以由交点相位检出信号UV、VW、WU检出，因此，与其对应的阈值电平不一定必要。
如上所述构成的相位检出装置1可以根据传感器S1～S3的传感器信号U1、V1、W1检出电机M1的相位。在此，如以下详述，传感器信号S1～S3相对电机M1有安装误差，但相位检出装置1采用阈值电平补正电路60对安装误差进行补正，可以检出电机M1的相位。
图6是安装图1的传感器S1～S3的电机M1的平面图。在图6中，电机M1是8极内转子，在电机M1的一周旋转中8极的转子磁极切换。电角度相对N/S的2极的通道环绕1周，电角度360°相当于电机角90°。传感器S1～S3分别以电角度120°的间隔配置很理想，但是，其可以对应电机角30°，从如图6的传感器S3那样理想位置，错开安装相位误差α配置。例如，安装于直径20mm的电机M1的转子外周正下方场合，要求电角度1°以内的相位误差时，电角度360°的周长20π/4mm＝15.7mm，必要的安装精度成为与电角度1°相当的周长43.6μm。
图7是显示由图6的传感器S3检出的相位误差的图形。如图7中所示，将相对传感器信号U1、V1、W1的相位θ的信号电平与比较器31-n(n＝1，2，…，N)的零交叉电平的阈值做比较，由此相位信息信号Phsyn中的零交叉点的相位被检出。另一方面，交点A的相位由图1的交点检出信号WU检出，反映为合成后的相位信息的相位信息信号Phsyn。理想的传感器信号Wi是根据图6的配置，将传感器信号U1只移动相位差120°后的信号。传感器S3的传感器信号W1由于传感器S3具有安装相位误差α，比理想的传感器信号Wi仅仅前进相位α。传感器信号U1、W1的交点A和传感器信号U1与理想的传感器信号Wi的交点Ai不一致，传感器V1、W1的交点B和传感器信号V1与理想的传感器信号Wi的交点Bi不一致。在此，在传感器信号W1的零交叉点，传感器S3的安装相位差α直接形成相位信息信号Phsyn的检出相位误差α。另一方面，相点A由于和传感器信号U1与理想的传感器信号Wi的交点Ai的信号电平不同，检出的相位误差减少。本实施形态的场合，理想的正弦波中的交点Ai位于电角度30°，所以，相位信息信号Phsyn具有交点A中检出相位误差α/2。传感器信号W1’表示具有安装相位误差(-α)的场合，比理想的传感器信号Wi仅仅延迟相位α。
图8是显示相对图7的传感器信号W1补正零交叉点的阈值的相位检出装置1的动作的图形。在图8中，各传感器信号U1、W1、V1和图7一样。图1的阈值电平补正电路60通过控制以交点电平信号Y为基础的相位检出电路30的可变电压源32-1～32-N的各电压，对各阈值电平进行补正。在图8中，阈值电平补正电路60对可变电压源32-n的零交叉电平的阈值进行补正，产生相对传感器信号W1的零交叉点的补正电平L0。在此，图8的零交叉点的补正电平L0由交点A、B的信号电平的中间值即中点算出。通过图1的相位检出电路30将传感器信号W1与零交叉点的补正电平L0做比较，传感器信号W1的零交叉点中的检出相位的误差与交点A中的检出相位误差同程度得到改善。例如当只前进安装相位误差α＝5°时，传感器信号Wi、V1分别具有以传感器信号U1为基准的120°和240°的相位差，因此，交点A检出相位θA和交点B的检出相位θB由下式表示：
[数式1]
sinθA＝sin(θA-240°+5°)   (1)
sin(θB-240°+5°)＝sin(θB-120°)   (2)
根据式(1)以及式(2)，求得检出相位θA＝27.5°，θB＝87.5°，另一方面，理想的交点A、B分别是电角度30°和电角度90°，因此，交点A、B的检出相位分别只前进误差2.5°。下面，零交叉点的补正电平L0和零交叉点的检出相位θ0按下式给予：
[数式2]
L0＝sin(θ0-240°+5°)   (4)
根据式(3)以及式(4)，求得零交叉点的检出相位另一方面，理想的传感器信号Wi的零交叉点是电角度60°。由此得出，零交叉点的检出相位只前进误差2.83°，和交点A中的检出相位误差同程度得以改善。其他的阈值电平也和零交叉点的补正电平一样可以补正。
根据如上所述构成的实施形态1所涉及的相位检出装置1，根据分别具有多个线圈的电机M1的转子的转动位置所对应的信号电平的多个传感器信号U1、V1、W1，产生并输出相位信息信号PhC、Phsyn。相位检出装置1由交点相位检出电路10、交点电平检出电路50、信号选择电路20、相位检出电路30和阈值电平补正电路60构成。交点相位检出电路10将多个传感器信号U1、V1、W1中各1对信号相互比较，生成并输出分别表示上述各1对信号的交点相位的相位检出信号UV、VW、WU。交点电平检出电路50检出属于上述各交点的信号电平的各交点电平，生成并输出表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号Y。信号选择电路20选择上述多个传感器信号U1、V1、W1中的1个选择信号X。相位检出电路30检出由信号选择电路20选择的选择信号X的信号电平到达上述转子的所设定相位所对应的阈值电平，输出表示检出达到的阈值电平所对应的相位的相位信息信号PhC。阈值电平补正电路60根据交点电平信号Y对上述阈值电平进行补正。
根据实施形态1所涉及的相位检出装置1，和以往的技术比较，可以抑制追加成本并提高旋转相位的检出精度。在来自传感器S1～S3的传感器信号U1、V1、W1中线性好的区间，由相位检出电路30将信号电平和多个阈值电平做比较，可以检出电机M1的转子的相位信息。根据相位检出装置1，即使传感器信号S1～S3相对电机M1有安装误差，也可以采用阈值电平补正电路60，对安装误差进行补正，检出电机M1的相位。
检出电机M1的转子的磁性传感器的传感器S1～S3一般使用霍尔元件，转子通过旋转产生的磁通量密度是正弦波时多。即，来自磁性传感器的信号也是正弦波时多。但是，转子旋转时产生固定的磁性传感器上接收到的磁通量密度未必都是如图8中所示的漂亮的正弦波，有时是歪的正弦波。还有，由于传感的磁通量密度超过磁性传感器的容许值而引起的磁饱和，磁性传感器输出有时形成接近饱和梯形波输出。与此相反，相位检出装置1能进行以下检测：各传感器信号相邻的2个交点间的波形在如比其他交点间相位区间倾斜高的部分(例如正弦波相位±30°区间)那样接近直线的部分，即在实质的直线部分能检测相位。例如，通过将相位检出装置1放在正弦波或者近似波形的信号的电角度-60°～60°，120°～240°区间内使用，可以高精度地进行多个相位的检出。再有，对于上述波形的信号，通过由本实施形态所涉及的阈值电平补正电路60对阈值电平进行补正，可以提高相位检出的精度。
在图3中，选择信号X形成在各传感器信号U1、V1、W1的正弦波的-30°到30°的区间，或者150°到210°的区间，即使相位区间切换选择后的传感器信号有变化，还是会形成连续的信号。再有，来自相位检出电路30的相位信息信号PhC由于各比较器31-1～31-N相邻的比较结果的二进制信号是按顺序切换的，最终的合成信号有可能形成格雷码。还有，图5中表示得到电角度每7.5°的相位信息的机构，但本发明并不局限于此，既可以是例如按电角度每6°的振幅比例分区取得相位信息，也可以是电角度每3°分区，取得电角度每7.5°的2.5倍的相位信息。
实施形态1的变形例
图9是显示本发明的实施形态1的变形例所涉及的相位检出装置1a的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。图10是显示图9的交点电平偏压电压生成电路70和相位检出电路30a的构成的方框图。实施形态1的变形例所涉及的相位检出装置1a与实施形态1所涉及的相位检出装置1相比较，其特征在于，设有交点电平偏压电压生成电路70和相位检出电路30a，替代可变电压源33，34、相位检出电路30，再有，设有微调整设定电路61。关于上述不同点在以下说明。
在图9中，交点电平偏压电压生成电路70根据交点电平信号Y，生成交点A、B的信号电平的电压BiasA、BiasB，作为用于产生上述阈值所必须的2个信号电平供给至相位检出电路30a。微调整设定电路61根据传感器信号U1、V1、W1的高频波成分的观测信息等的外部信息，将由阈值电平补正电路60得出的演算的演算系数通知到阈值电平补正电路60，对阈值电平进行微调整。
在图10中，交点电平检出电路50由具有逻辑电路54和开关SW2的信号选择电路51、A/D转换器52和逻辑电路53构成。交点电平偏压电压生成电路70具备D/A转换器71，72。相位检出电路30a与相位检出电路30相比，取代可变电压源32-1～32-N、33、34，具备可变电阻35-1～35-(N+1)。
在图10的信号选择电路51中，图9的传感器信号U1、V1、W1分别输入开关SW2的端子a、b、c，逻辑电路54根据图9的交点相位检出信号UV、VW、WU控制切换开关SW2的端子a、b、c。信号选择电路51从传感器信号U1、V1、W1选择出选择信号X，将选择信号X的各交点电平的模拟信号输出至A/D转换器52。A/D转换器52将来自信号选择电路51的模拟信号转换成数字信号输出至逻辑电路53，逻辑电路53存储对应各交点电平的数字信号，输出至阈值补正电路60。逻辑电路53将存储的数字信号中的选择信号X相邻的2个交点中较高信号电平的交点A的数字信号输出至D/A转换器71，将较低信号电平的交点B的数字信号输出至D/A转换器72。
在交点电平偏压电压生成电路70中，D/A转换器71将来自逻辑电路53的交点A的数字信号转换成模拟信号，作为电压BiasA输出至相位检出电路30a。D/A转换器72将来自逻辑电路53的交点B的数字信号转换成模拟信号，作为电压BiasB输出至相位检出电路30a。在相位检出电路30a中，可变电阻35-1～35-(N+1)相互串联连接，可变电阻35-1和35-(N+1)分别在各自施加的电压BiasA、BiasB间电阻分压。可变电阻35-1～35-(N+1)的各电阻值和图1的可变电压源32-1～32-N一样，分别由阈值电平补正电路60设定。比较器31-1～31-N的各反转输入端子分别连接可变电阻35-1～35-N，和图1的可变电压源32-1～32-N一样从各可变电阻35-1～35-N被施加阈值电平的电压。
图11是显示图9的相位检出装置1a的动作的图形。图9的实施形态1的变形例所涉及的阈值电平补正电路60和图8的动作相比，如以下详述，在相位检出电路30a产生交点A的补正电平LA和以它为基础的零交叉点的补正电平L0a。
在图11中，图10的阈值电平补正电路60设定可变电阻35-(N+1)的电阻值，在相位检出电路30生成交点A的补正电平LA。相位检出电路30通过将选择信号X和补正电平LA做比较，检出交点A所对应的相位。在选择信号X的近似线性中正确检出理想的交点Ai的相位，从交点Ai的信号电平减去交点Ai和交点A的信号电平的差的2倍，从而算出交点A的补正电平LA。另一方面，零交叉点的补正电平L0a是从理想的零交叉电平减去交点Ai和交点A的信号电平的差、交点Bi和交点B的信号电平的差而算出的。在图11中，采用相对理想的交点Ai、零交叉点、交点Bi的相位30°、60°、90°的检出相位误差ΔθA，Δθ0，传感器信号W1的检出相位(30°-ΔθA)，(60°-Δθ0)和各补正电平LA，L0a以下式给予：
[数式3]
LA＝sin(30°-ΔθA-240°+α)
＝sin(-210°)-2(sin(-210°)-sin(-210°+α))   (5)
[数式4]
L0a＝sin(60°-Δθ0-240°+α)
＝0-(sin(-210°)-sin(-210°+α))-(sin(-150°)-sin(-150°+α))   (6)
例如，与图8一样，当安装相位误差α＝5°时，从式(5)以及式(6)算出各补正电平这时，检出相位误差 通过各补正电平LA、L0a将相位检出的精度提高到检出精度不满1°为止。阈值电平补正电路60根据理想的传感器信号Wi和作为第1信号的传感器信号U1之间的第1交点Ai的信号电平与作为第2信号的传感器信号W1和第1信号U1之间的第2交点A的信号电平，对阈值电平进行补正。理想的传感器信号Wi是只从作为第1信号的传感器信号U1移动相位差120°后的信号。阈值电平补正电路60通过将第2交点A的信号电平仅仅移动式(5)中第1交点Ai和第2交点A的信号电平差，演算出该第2交点A的补正电平LA。阈值电平补正电路60将该第2交点A的补正电平LA设定为上述阈值电平。
以上所述构成的实施形态1的变形例所涉及的相位检出装置1a，根据交点电平信号Y，交点电平偏压电压生成电路70生成电压BiasA、BiasB，由此，可以简单将偏压电压供给至相位检出电路30。还有，根据信号选择电路51、A/D转换器52和逻辑电路53，在交点电平检出电路50中可以简单检出交点电平。由D/A转换器71、72构成的交点电平偏压电压生成电路70，可以简单构成将复原交点电平后的偏压电压供给至相位检出电路30的电路。通过可变电阻35-1～35-(N+1)对电压BiasA、BiasB进行分压，生成多个阈值电平，通过由阈值电平补正电路60设定可变电阻35-1～35-(N+1)的各电阻值的构成，可以简单补正阈值电平。
实施形态2
图12是显示本发明的实施形态2所涉及的电机装置的构成的方框图。在图12中，实施形态2所涉及的电机装置由电机M1、传感器电路2和电机驱动控制装置3构成。电机驱动控制装置3具备实施形态1所涉及的相位检出装置1、电机控制器100和电机驱动部110。电机控制器100根据相位信息信号Phsyn，生成PWM信号输出至电机驱动部110。电机驱动部110根据电机控制器100的PWM信号，使驱动电流选择性流入多个电机线圈，驱动电机M1的转子旋转。
图13是显示图12的电机驱动部110的构成的方框图。在图13中，电机驱动部110具备预驱动器80和主驱动器90。将例如用于驱动无刷DC电机的电机M1的3相线圈标为U相、V相、W相，各自线圈的一端在电机M1内Y线连结。因此，主驱动器90由各自线圈另一端连接到电源侧的高侧开关元件91、93、95和连接到接地侧的低侧开关元件92、94、96构成。再有，用于驱动各相的开关元件91～96的开关控制信号UH、UL、VH、VL、WH、WL由前段的预驱动器80输出。
在图13中，预驱动器80由驱动相控制器81和3个驱动增幅器82、83、84构成。驱动相控制器81根据各传感器信号U1、V1、W1，将来自电机控制器100的PWM信号依次选择性的输出至驱动增幅器82、83、84中的任意一个。驱动增幅器82根据驱动相控制器81的输出，生成一对控制信号UH、UL，通过控制信号UH控制高侧的开关元件91打开/关闭，通过控制信号UL控制低侧的开关元件92打开/关闭。驱动增幅器83根据驱动相控制器81的输出，生成一对控制信号VH、VL，通过控制信号VH控制高侧的开关元件93打开/关闭，通过控制信号VL控制低侧的开关元件94打开/关闭。驱动增幅器84根据驱动相控制器81的输出，生成一对控制信号WH、WL，通过控制信号WH控制高侧的开关元件95打开/关闭，通过控制信号WL控制低侧的开关元件96打开/关闭。
图14是显示图13的电机驱动部110的动作的各信号的时间图。在图14中，表示各传感器信号U1、V1、W1的信号理论上各相切换的例子，是作为驱动无刷DC电机的方法的一般驱动方法。图12的电机控制器100根据旋转中电机M1的尽可能正确的相位信息，控制上述的PWM信号的适当占空比，将PWM信号输出至电机驱动部110。图13的驱动相控制器81根据各传感器信号U1、V1、W1，生成表示各传感器信号U1、V1、W1的信号电平是否分别在零交叉电平以上的换向信号HU、HV、HW。驱动相控制器81根据换向信号HU、HV、HW，对驱动增幅器82、83、84中的一个进行PWM控制，将其他2个驱动增幅器中一个的一对控制信号设为低电平。驱动相控制器81将残留的一个驱动增幅器的高侧开关元件的控制信号设为低电平，同时将低侧的开关元件的控制信号设为高电平。由此，驱动相控制器81分为PWM占空比同期整流的相、只接通低侧开关元件的相、高侧开关元件以及低侧开关元件都断开的相的某种状态。
根据以上构成的实施形态2所涉及的电机装置，由于将传感器S1、S2、S3与由例如无刷DC电机构成的电机M1的驱动所必须的线圈电流的换向用传感器共通化使用，可以省略追加的传感器。即，由于电机驱动控制装置3中采用以往的电机装置所具有的传感器形成的线圈电流的换向信号，可以实现由相位检出装置1取得多个相位信息。
实施形态2的变形例1
图15是显示本发明的实施形态2的变形例1所涉及的电机装置的构成的方框图。实施形态2的变形例1所涉及的电机装置和实施形态2所涉及的电机装置作比较，其特征是；取代电机驱动控制装置3，具备电机驱动控制装置3a。实施形态2的变形例1所涉及的电机驱动控制装置3a和实施形态2所涉及的电机驱动控制装置3作比较，其特征是：取代传感器信号U1、V1、W1，电机驱动部110根据来自相位检出电路30的相位信息信号PhB动作。相位信息信号PhB是将传感器信号U1、V1、W1分别与零交叉点的补正电平L0比较后的结果的各二进制信号，输入至电机驱动部110。电机驱动部110和图14一样的动作，将相位信息信号PhB取代换向信号HU、HV、HW使用，控制驱动增幅器82、83、84。
根据以上构成的实施形态2的变形例1所涉及的电机驱动控制装置3a，将传感器信号U1、V1、W1与零交叉点的补正电平L0比较后的结果的相位信息信号PhB在电机驱动部110中作为线圈电流的换向信号再利用。这样，使线圈电流的换向时刻比原来的零交叉点更接近理想的电角度设定，可以抑制由相位误差的扩大产生的微小速度的不均。通过采用来自相位检出电路30的相位信息信号PhB，可以省略用于生成传感器信号U1、V1、W1的线圈电流的换向信号HU、HV、HW的电路，可以减少电路面积。
实施形态2的变形例2
图16是显示本发明的实施形态2的变形例2所涉及的电机装置的构成的方框图。实施形态2的变形例2所涉及的电机装置其特征是将实施形态2所涉及的电机装置的相位检出装置1和电机驱动部110作为半导体集成电路(以下称为半导体LSI)被集成化。电机驱动部110一般由原来的半导体LSI集成化，且将相位检出电路30做成片状，因此，几乎没有以往装置的规模增大，且可以形成无光学式编码器的分装置的小型化。
作为半导体LSI集成化的例子，不局限于图16的半导体LSI5，可以是例如只将交点相位检出电路10和相位检出电路30集成化，还可以在图16的构成上电机控制器100再集成化。图16的电机驱动部110驱动上述驱动相线圈形成发热源，由此也可以仅仅将电机驱动部110分离而集成化。
实施形态3
图17是显示本发明的实施形态3所涉及的相位检出装置1b的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2b的方框图。实施形态3所涉及的相位检出装置1b和实施形态1所涉及的相位检出装置1作比较，其特征是取代交点电平检出电路50，具备交点检出电路50b，还具备信号调整电路120。上述不同点在下面说明。
在图17中，信号调整电路120具备增幅器121、122、123。传感器电路2b的传感器S1、S2、S3产生各自U相、V相、W相的磁通量密度的检出信号Ub、Vb、Wb和其逆相信号Uc、Vc、Wc，输入至信号调整电路120。信号调整电路120的增幅器121、122、123对分别输入非反转点输入端子的信号Ub、Vb、Wb和输入反转输入端子的信号Uc、Vc、Wc进行差动增幅，生成差动增幅结果的传感器信号U1、V1、W1。传感器信号U1、V1、W1和图1一样输入到交点相位检出电路10、信号选择电路20以及交点电平检出电路50。
交点电平检出电路50b和实施形态1一样，根据各交点检出信号UV、VW、WU的时间分别检出传感器信号U1、V1、W1中2个交点电平，将检出的交点电平信号Y输出至阈值电平补正电路60。交点电平检出电路50b再根据传感器信号U1、V1、W1，检出各传感器信号U1、V1、W1的信号电平的峰值，将检出的3个峰值信号Yp输出至信号调整电路120。信号调整电路120根据各传感器信号U1、V1、W1的峰值信号Yp，使各传感器信号U1、V1、W1的信号振幅相等，调整各增幅器121～123的增量。
根据以上构成的实施形态3所涉及的相位检出装置1b，通过由信号调整电路120生成调整来自传感器S1、S2、S3的检出信号后的传感器信号U1、V1、W1，可以抑制传感器信号的变异。传感器S1～S3由于每个元素的变异、一周旋转中偏心、磁极的变异等，使输出信号的振幅发生变异，这变异的信号会使交点检出的误差变大，但通过信号调整电路120可以减少这个误差。再有，由交点电平检出电路50检出各传感器信号U1、V1、W1的振幅，控制信号调整电路120，这样的构成可以抑制电路规模的扩大。
变形例
图18是显示本发明的变形例所涉及的相位检出装置1c的构成，同时显示电机M1以及传感器电路2的方框图。实施形态1所涉及的相位检出装置1具备信号合成电路40，输出相位信息信号Phsyn，但不局限于本发明，也可以是例如实施形态1的变形例2所涉及的相位检出装置1c那样不具备信号合成电路40。相位检出装置1c将相位信息信号PhC作为相位信息直接输出到外部。
图19是显示本发明的变形例所涉及的阈值电平补正电路60的动作的图形。本发明的各实施形态所涉及的相位检出装置1、1a、1b、1c检出相对3相的传感器信号U1、V1、W1的电机M1的转动位置，本发明并不局限于此，可以是检出相对多个相的传感器信号的电机M1的转动位置。例如图19A中所示，在设定电角度90°间隔的2个传感器信号U1、V1中，如图19B中所示，生成各传感器信号的逆相信号并叠加。如图19B所示，根据各传感器信号的交点取得选择信号X，由此和实施形态1一样可以通过所设定的阈值电平检出相位。这时的阈值电平也可以根据各交点电平和电角度90°间隔的理想的交点电平，通过阈值电平补正电路60进行补正。
在图6～图8以及图11中，说明只有传感器S3有安装相位误差的情况的例子，但本发明并不局限于此，可以是传感器S2也有安装相位误差。当传感器S2、S3分别有安装相位误差时，通过以传感器S1为基准，设定只离开所设定电角度的理想的传感器信号，可以与图8以及图11一样，计算各阈值的补正电平。对于多个相的传感器信号也一样。
实施形态1所涉及的相位检出装置1由可变电压源33、34产生交点电平的电压BiasA、BiasB，但本发明并不局限于此，还可以是例如从相位检出装置1的外部供给交点电平的电压BiasA、BiasB。还有，传感器电路2输出传感器S1～S3的检出结果的传感器信号U1、V1、W1，但本发明并不局限于此。相位检出装置1取代传感器信号U1、V1、W1，对于相对多个传感器信号U1、V1、W1进行所设定的信号处理后的多个传感器处理信号，也可以进行上述动作。其他实施形态中也一样。
实施形态1的变形例所涉及的相位检出装置1a具有微调整设定电路61，但本发明并不局限于此，也可以没有微调整设定电路61。还可以将从相位检出装置1a的外部调整补正电平的信息通知到阈值电平补正电路60。
相位检出电路30如图8以及图11中所示算出补正电平，但本发明并不局限于此，也可以由其他演算算出。例如，交点A的补正电平LA可以从交点A的信号电平的2倍减去交点Ai的信号电平计算，交点B的补正电平也一样。零交叉点的补正电平和图8一样，也可以设定为交点A的补正电平和交点B的补正电平的中间值。
图16的半导体LSI5是具备相位检出装置1的电机驱动控制装置集成化的结构，但本发明并不局限于此。本发明所涉及的半导体集成电路装置也可以是具备相位检出装置1、1a、1b、1c的结构。
实施形态的总结
本发明的第1形态所涉及的相位检出装置，电机转子具有多个线圈，多个传感器信号分别具有与上述电机转子的转动位置对应的信号电平，根据上述多个传感器信号，产生相位信息信号输出，其特征在于，上述相位检出装置包括：
交点相位检出手段，将上述多个传感器信号或对该多个传感器信号进行所设定的信号处理之后的多个传感器处理信号之中的各1对信号进行相互比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号输出；
交点电平检出手段，检出作为上述各交点的信号电平的各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号输出；
信号选择手段，从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中选择1个选择信号；
相位检出手段，检出由上述信号选择手段选择的选择信号的信号电平达到与上述转子的所设定的相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号；以及
阈值电平补正手段，根据上述多个交点电平信号，补正上述阈值电平。
本发明的第2形态所涉及的相位检出装置系在第1形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，上述阈值电平补正手段根据上述各交点之中互相邻接的2个交点的信号电平的中点，对上述阈值电平进行补正。
本发明的第3形态所涉及的相位检出装置系在第1形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，上述阈值电平补正手段根据上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的从第1信号仅移动所设定的相位差的信号和该第1信号间的第1交点的信号电平，以及上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的第2信号和上述第1信号间的第2交点的信号电平，对上述阈值电平进行补正。
本发明的第4形态所涉及的相位检出装置系在第3形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，上述阈值电平补正手段仅仅以上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的从第1信号仅移动所设定的相位差的信号和该第1信号间的第1交点的信号电平，以及上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的第2信号和上述第1信号间的第2交点的信号电平之差，使得上述第2交点的信号电平移动，计算该第2交点的补正电平，通过将该第2交点的补正电平作为上述阈值设定，补正上述阈值。
本发明的第5形态所涉及的相位检出装置系在第1乃至第4形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，上述多个传感器信号或该多个传感器处理信号的波形是以下波形：上述各交点中互相邻接的2个交点间的波形实质上为直线。
本发明的第6形态所涉及的相位检出装置系在第1乃至第5形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，进一步包括交点电平偏压生成手段，其根据上述多个交点电平信号，生成上述各交点中互相邻接的交点的交点电平，作为用于产生上述阈值电平所必须的2个信号电平，供给至上述相位检出手段。
本发明的第7形态所涉及的相位检出装置系在第1乃至第6形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，上述信号选择手段通过在上述各交点中互相邻接的交点间的各相位区间，从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中分别选择1个选择信号连结，生成选择信号。
本发明的第8形态所涉及的相位检出装置系在第1乃至第7形态所涉及的相位检出装置中，其特征在于，进一步包括信号调整手段，调整上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号输出，使得上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号的各信号振幅互相分别相等。
本发明的第9形态所涉及的电机驱动控制装置包括相位检出装置，根据来自上述相位检出装置的相位信息信号对电机进行驱动控制，其特征在于：
上述相位检出装置是权利要求第1～第8形态记载的相位检出装置；
上述多个传感器信号或上述相位信息信号用于切换上述电机的线圈电流。
本发明的第10形态所涉及的电机装置的特征在于，包括：
第9形态中记载的电机驱动控制装置；以及
由上述电机驱动控制装置控制驱动的电机。
本发明的第11形态所涉及的相位检出方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多个传感器信号或多个传感器处理信号之中的各1对信号进行相互比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号输出；
检出作为上述各交点的信号电平的各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号输出；
从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中选择1个选择信号；
检出上述选择信号的信号电平达到与转子的所设定的相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号；以及
根据上述多个交点电平信号，补正上述阈值电平。
上面参照上述各实施形态说明了本发明，但本发明并不局限于上述实施形态，合适地组合或置换各实施形态的构成也包含在本发明中。又，根据本技术领域者的知识合适地替换各实施形态的组合或处理顺序，或各种设计变更等的变形也可以对各实施形态加入，加入这种变形的实施形态也属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种相位检出装置，电机转子具有多个线圈，多个传感器信号分别具有与上述电机转子的转动位置对应的信号电平，根据上述多个传感器信号，产生相位信息信号输出，其特征在于，上述相位检出装置包括：
交点相位检出手段，将上述多个传感器信号或对该多个传感器信号进行所设定的信号处理之后的多个传感器处理信号之中的各1对信号进行相互比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号输出；
交点电平检出手段，检出作为上述各交点的信号电平的各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号输出；
信号选择手段，从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中选择1个选择信号；
相位检出手段，检出由上述信号选择手段选择的选择信号的信号电平达到与上述转子的所设定的相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号；以及
阈值电平补正手段，根据上述多个交点电平信号，补正上述阈值电平。
2.根据权利要求1中记载的相位检出装置，其特征在于：
上述阈值电平补正手段根据上述各交点之中互相邻接的2个交点的信号电平的中点，对上述阈值电平进行补正。
3.根据权利要求1中记载的相位检出装置，其特征在于：
上述阈值电平补正手段根据上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的从第1信号仅移动所设定的相位差的信号和该第1信号间的第1交点的信号电平，以及上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的第2信号和上述第1信号间的第2交点的信号电平，对上述阈值电平进行补正。
4.根据权利要求3中记载的相位检出装置，其特征在于：
上述阈值电平补正手段仅仅以上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的从第1信号仅移动所设定的相位差的信号和该第1信号间的第1交点的信号电平，以及上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中的第2信号和上述第1信号间的第2交点的信号电平之差，使得上述第2交点的信号电平移动，计算该第2交点的补正电平，通过将该第2交点的补正电平作为上述阈值设定，补正上述阈值。
5.根据权利要求1至4中任意一项记载的相位检出装置，其特征在于：
上述多个传感器信号或该多个传感器信号的波形是以下波形：上述各交点中互相邻接的2个交点间的波形实质上为直线。
6.根据权利要求1至4中任意一项记载的相位检出装置，其特征在于：
进一步包括交点电平偏压生成手段，其根据上述多个交点电平信号，生成上述各交点中互相邻接的交点的交点电平，作为用于产生上述阈值电平所必须的2个信号电平，供给至上述相位检出手段。
7.根据权利要求1至4中任意一项记载的相位检出装置，其特征在于：
上述信号选择手段通过在上述各交点中互相邻接的交点间的各相位区间，从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中分别选择1个选择信号连结，生成选择信号。
8.根据权利要求1至4中任意一项记载的相位检出装置，其特征在于：
进一步包括信号调整手段，调整上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号输出，使得上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号的各信号振幅互相分别相等。
9.一种电机驱动控制装置，包括相位检出装置，根据来自上述相位检出装置的相位信息信号对电机进行驱动控制，其特征在于：
上述相位检出装置是权利要求1～8中任意一项记载的相位检出装置；
上述多个传感器信号或上述相位信息信号用于切换上述电机的线圈电流。
10.一种电机装置，其特征在于，包括：
权利要求9中记载的电机驱动控制装置；以及
由上述电机驱动控制装置控制驱动的电机。
11.一种相位检出方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多个传感器信号或多个传感器处理信号之中的各1对信号进行相互比较，生成分别表示上述各1对信号的交点相位的交点相位检出信号输出；
检出作为上述各交点的信号电平的各交点电平，生成表示上述检出的各交点电平的多个交点电平信号输出；
从上述多个传感器信号或上述多个传感器处理信号中选择1个选择信号；
检出上述选择信号的信号电平达到与转子的所设定的相位对应的阈值电平，输出表示与检出该达到的阈值电平对应的相位的相位信息信号；以及
根据上述多个交点电平信号，补正上述阈值电平。
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