CN109874402A - 马达模块和马达认证方法 - Google Patents

马达模块和马达认证方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109874402A
CN109874402A CN201680072494.1A CN201680072494A CN109874402A CN 109874402 A CN109874402 A CN 109874402A CN 201680072494 A CN201680072494 A CN 201680072494A CN 109874402 A CN109874402 A CN 109874402A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
signal
value
detection signal
correction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680072494.1A
Other languages
English (en)
Inventor
川上弘幸
居超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/JP2015/085559 external-priority patent/WO2016104378A1/ja
Application filed by Nidec Corp filed Critical Nidec Corp
Publication of CN109874402A publication Critical patent/CN109874402A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09C—CIPHERING OR DECIPHERING APPARATUS FOR CRYPTOGRAPHIC OR OTHER PURPOSES INVOLVING THE NEED FOR SECRECY
    • G09C1/00—Apparatus or methods whereby a given sequence of signs, e.g. an intelligible text, is transformed into an unintelligible sequence of signs by transposing the signs or groups of signs or by replacing them by others according to a predetermined system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/0643—Hash functions, e.g. MD5, SHA, HMAC or f9 MAC
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3271—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using challenge-response
    • H04L9/3278—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using challenge-response using physically unclonable functions [PUF]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2053—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable non-ferromagnetic conductive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/3473—Circular or rotary encoders
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/84—Vehicles

Abstract

本公开的马达模块在实施方式中具有：具有动子的马达；控制马达的马达控制装置；以及存储装置，其记录有因马达的制造偏差而变动的马达所固有的马达指纹信息。

Description

马达模块和马达认证方法
技术领域
本申请涉及马达模块和马达认证方法。
背景技术
在此引用国际公开WO2016/104378号的全部内容。
马达控制装置的参数中例如包含位置环路增益、速度环路增益、惯性比等。这些参数规定马达和包含马达的系统的性能，因此被称作马达的控制参数，由设计者进行最优化。控制参数被保存在马达控制装置内的存储器中。如果第三者能够访问马达控制装置内的存储器，并自由读出该存储器内的控制参数的值，则第三者能够进行马达的特性复制，会失去由设计者进行最优化的马达的性能优越性。
日本特开2013-1491234号公报中公开了如下技术：限制从外部对马达控制装置的自由访问，因此使用马达控制装置内的控制参数的值本身作为密码。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-1491234号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据日本特开2013-1491234号公报所公开的技术，通过人所设计的值来规定用作密码的参数。因此，一般来讲，容易类推，不能说是安全强度较高。
根据本公开，提供使用与人设计的值不同的参数来进行认证的马达模块的实施方式。
用于解决问题的手段
在例示的实施方式中，本公开的马达模块具有：马达，其具有动子；马达控制装置，其控制所述马达；以及存储装置，其记录有因所述马达的制造偏差而变动的所述马达所固有的马达指纹信息。
在其他的例示的实施方式中，本公开的马达模块具有：马达，其具有动子；以及马达控制装置，其控制所述马达，所述马达控制装置具有：接口，其与外部进行通信；以及存储装置，其记录有用于认证的密钥信息，所述密钥信息包含因所述马达的制造偏差而变动的所述马达所固有的多个值。
在例示的实施方式中，本公开的马达认证方法在马达模块与外部装置之间进行认证，该马达认证方法包含以下步骤：从所述外部装置向所述马达模块发送所述马达模块的马达所固有的、因所述马达的制造偏差而变动的马达指纹信息；以及从所述马达模块接收认证的结果，该认证的结果是基于所述马达指纹信息与所述马达模块的存储装置内记录的马达指纹信息之间的对照而得到的。
在其他的例示的实施方式中，本公开的马达认证方法在马达模块与外部装置之间进行认证，该马达认证方法包含以下步骤：从所述马达模块具有的存储装置读出马达指纹信息，该马达指纹信息是所述马达模块的马达所固有的、因所述马达的制造偏差而变动的信息；进行所述马达指纹信息与从所述外部装置送到所述马达模块的马达指纹信息之间的对照；以及将基于所述对照而得到的认证的结果从所述马达模块发送到所述外部装置。
发明的效果
根据本发明的实施方式，由于根据马达的制造偏差而变动的马达所固有的马达指纹信息被记录在马达模块的存储装置中，因此，能够使用与人设计的值或任意设定的值不同的固有信息来进行认证。
附图说明
图1是示出第1实施方式的位置检测装置的结构的概略图。
图2是示出第1实施方式的马达的概略结构图。
图3是对第1实施方式的放大部输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一例进行说明的图。
图4是第1实施方式的位置估计部进行的处理的步骤的流程图。
图5是对第1实施方式的AD转换部输出的检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的一例进行说明的图。
图6A是对第1实施方式的3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系的组合、交叉点、过零点、分割信号进行说明的图。
图6B是对第1实施方式的电角1个周期的分割信号的连接进行说明的图。
图7是对第1实施方式的机械角1个周期的分割信号的连接进行说明的图。
图8是示出第2实施方式的本实施方式的马达控制系统的结构的概略图。
图9是第2实施方式的位置运算部进行的处理的步骤的流程图。
图10是第2实施方式的第1校正的处理的步骤的流程图。
图11是第2实施方式的进行第1校正的结果的一例的波形图。
图12是第2实施方式的进行第2校正的结果的一例的波形图。
图13是第2实施方式的偏移校正值、正侧增益校正值、负侧增益校正值的计算处理的流程图。
图14是将第2实施方式的电角1个周期的角度的分割信号结合而成的波形图。
图15是第2实施方式的进行本实施方式的第3校正的结果的一例的波形图。
图16是示出第3实施方式的马达控制系统的结构的概略图。
图17是对第3实施方式的分割信号的归一化进行说明的图。
图18是对第3实施方式的归一化系数的计算进行说明的图。
图19是对第3实施方式的机械角度的计算进行说明的图。
图20是第3实施方式的转子R的初始位置的估计处理的步骤的流程图。
图21是示出第4实施方式的马达控制系统的结构的概略图。
图22是示意地示出本实施方式中的旋转编码器13A的结构例的图。
图23A是示意地示出本实施方式中的旋转变压器13B的结构例的图。
图23B是示出在旋转变压器13B的励磁线圈13G、检测线圈13H、13K中流过的电流的波形的图。
图24是示出在马达模块与外部装置(操作者)之间进行的认证过程的一例的图。
图25是示出按照质询/响应认证方式将马达指纹信息的哈希值从外部装置发送到马达模块的例子的图。
图26是示出将马达指纹信息的哈希值从外部装置发送到马达模块的例子的图。
图27是示出本公开的马达模块的结构的一例的框图。
图28是更详细地示出本公开的马达模块的结构的一例的框图。
具体实施方式
在非限定的例示的实施方式中，本公开的马达模块具有：具有动子(典型地为转子)的马达；控制马达的马达控制装置；以及存储装置，其记录有因马达的制造偏差而变动的马达所固有的马达指纹信息。
本公开的实施方式中的“马达指纹信息”不是由人设定的参数，而是反映了各个马达具有的物理上的个体差异的参数。因此，该马达指纹信息作为认证的密钥信息是有效的。
在后述的实施方式中，存储装置包含记录有马达指纹信息的非易失性存储器。这种马达指纹信息例如可以根据在转子以固定速度旋转时由传感器输出的信号来决定。更详细地讲，测定由多个信号中的任意2个信号彼此交叉的交叉点划分的转子的旋转量(动子的移动量)，其中，该多个信号是当转子以固定速度旋转时从多个磁传感器输出的多个信号。这样，取得将与各区段对应的转子的旋转量与全部区段对应起来的测定数据。如后面详细说明的那样，这种测定数据能够用作“马达指纹信息”。这种测定数据例如可以是72个数值的序列。在利用2个字节来表现1个区段的情况下，6个极对马达的马达指纹信息的大小是72字节。这种数值序列通过安装在马达上的传感器来取得，并且在各个马达中是固有。
能够将基于出厂前取得的测定数据得到的马达指纹信息称作“出厂时马达指纹”。出厂时马达指纹从马达出厂时起被记录在非易失性存储器中。在修理了马达的情况下，可以变更马达指纹的内容。这是因为，在修理马达的前后，有时可能无法将前述的“测定数据”的内容维持固定。因此，在修理马达后，可以变更或更新马达指纹的内容。
马达指纹也可以在出厂后被记录在马达模块的存储装置内。
在后述的实施方式中，作为“马达指纹”的基础的测定数据被用于马达控制。这样的实施方式中的测定数据是各个马达的控制所需要的数据，因此，无法使用其他数据来正常驱动各个马达。因此，即使使用某个马达M1的马达指纹(测定数据)来冒充其他马达M2，使用马达M1的测定数据也无法正常驱动马达M2。因此，在无法通过作为操作者而发挥功能的外部装置(上位系统中的微控制器等)预先具有的马达指纹认证为作为控制对象的马达是正式登记的马达的情况下，作为其控制对象的马达不会正常工作。
例如在霍尔元件的情况下，制造偏差会引起灵敏度的偏差、马达中的转子磁铁的保持力的差异、霍尔元件的组装误差等。因此，霍尔元件的传感器的输出在各个马达中不会完全一致。此外，如后所述，在光学式编码器/旋转变压器中，缝隙的宽度的制造误差、轴的同轴偏离等成为制造偏差的主要原因。如上所述，作为“马达指纹”的基础的测定数据即使在得到相同制造工序的马达中也通过各种部件的制造偏差而反映了马达的个体差异。
参照图24来说明认证过程的一例。图24示出在出厂的马达模块与向该马达模块送出指令的外部装置(操作者)之间进行的认证过程的一例。马达模块将马达指纹信息保持在马达模块内部的非易失性存储器、典型地为闪存内。此外，外部装置具有存储了该马达模块的马达指纹信息的存储装置。该外部装置为了开始认证过程而将马达指纹信息发送到马达模块。认证过程的开始例如可以在物理地连接了马达模块和外部装置时、或者起动了马达模块和外部装置双方时执行。关于认证过程的开始，可以根据马达模块和外部装置中的一方向另一方请求认证来开始。
马达模块在从外部装置接收到马达指纹信息时，从存储器中读出上述的非易失性存储器中保持的马达指纹，与从外部装置发送来的马达指纹信息进行对照。根据两者是否一致来进行认证的判断。马达模块将认证判断的结果发送到外部装置。
在上述的例中，针对马达指纹信息，也可以不以明文来收发，而是对进行哈希化后的值(哈希值)进行收发。图25示出按照质询/响应认证方式将马达指纹信息的哈希值从外部装置发送到马达模块的例子。在该例中，外部装置首先将认证请求发送到马达模块。将认证请求发送到马达模块。接收到认证请求的马达模块生成随机的数值序列(质询代码)并将其返回给外部装置。外部装置使用质询代码和哈希函数来执行马达指纹信息的哈希化。外部装置将马达指纹信息的哈希值发送到马达模块。马达模块在接收到马达指纹信息的哈希值后，使用之前生成的质询代码和马达模块内的哈希函数，执行位于马达模块内的马达指纹信息的哈希化。对这样得到的哈希值和从外部装置接收到的哈希值进行对照，进行认证的判定。马达模块将认证结果发送到外部装置。
图26是示出从外部装置对马达模块发送哈希值和计数值的例子的图。不限于图25所示的例子(质询/响应认证方式)，能够采用各种认证方式。
通过这样使用马达指纹信息的哈希值，能够抑制马达指纹信息的泄漏。此外，即使在由于并用质询/响应认证方式而泄漏了哈希值的情况下，由于哈希值会根据质询代码而变化，因此马达指纹信息的内容也是隐秘的。
在上述的例中，使用哈希函数对马达指纹信息进行哈希化，但是，也可以代替哈希函数而使用其他的非公开函数。也可以使用通过输入值中包含有马达指纹信息的函数进行运算而得的结果来代替哈希值。
图27是示出本公开的马达模块的结构的一例的框图。
图示的马达模块具有：具有转子R的马达M；以及控制马达M的马达控制装置1000。马达控制装置1000具有：与外部装置2000进行通信的接口(通信I/F)1120；记录有用于认证的密钥信息的存储装置1140。接口1120是与网络连接的装置。接口1120也可以具有根据要连接的网络种类而不同的多个接口电路。密钥信息包含因马达M的制造偏差而变动的马达M中固有的多个值(马达指纹信息)。密钥信息典型地被记录在构成存储装置1140的至少一部分的非易失性存储器内。
在图27的例中，马达控制装置1000具有信号处理电路1160。信号处理电路1160与接口1120和存储装置1140连接。信号处理电路1160、接口1120和存储装置1140可以通过1个或多个微控制器来实现。信号处理电路1160、接口1120和存储装置1140可以通过不同的半导体芯片或封装来实现，也可以通过同一半导体芯片或封装来实现至少一部分。
在该例中，从检测装置1300输出表示马达M的状态(在未图示的定子绕组中流过的电流和转子R的旋转位置等)的信号，并输入到马达控制装置1000。在检测装置1300的例中，包含电流传感器、霍尔元件或霍尔IC等磁传感器、旋转编码器、或者旋转变压器。检测装置1300取得马达M的动作所需要的信息。此外，将马达M以特定的条件进行动作时通过检测装置1300取得的信息中的至少一部分用作因马达M的制造偏差而变动的马达M中固有的多个值(马达指纹信息)。
图28是更详细地示出图27的例子的结构的图。图28的马达控制装置1000具有控制电路1100和驱动部1200。控制电路1100除了具有上述的接口1120、存储装置1140和信号处理电路1160外，还具有PWM电路1180。驱动部1200具有：对马达M提供电力的逆变器1220；对逆变器1220的开关动作进行控制的栅极驱动器1240。栅极驱动器1240响应于来自控制电路1100的PWM电路1180的信号，输出对逆变器1220的开关动作进行控制的栅极信号。驱动部1200的结构是任意的，图示的结构的例子不限制本公开的实施方式。
马达控制装置1000经由接口1120从外部装置2000接收扭矩指令和速度指令等的指令。接口1120以无线或有线的方式与外部之间执行信号或数据的通信。
为了开始通信的连接，在本公开的马达模块中，利用存储装置1140中记录的密钥信息进行认证。在建立了认证的情况下，在外部装置2000与马达控制装置1000之间开始通信。马达控制装置1000根据来自外部装置2000的指令驱动马达M。另一方面，在没有建立认证的情况下，在外部装置2000与马达控制装置1000之间不开始通信。该情况下，马达控制装置1000例如将表示“异常”的信息经由接口1120或未图示的其他接口发送到外部。
以下，适当参照附图来详细说明本公开的实施方式。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已经公知的事项的详细说明、对于实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免使以下的说明不必要地冗长，便于本领域技术人员的理解。为了使本领域技术人员充分理解本公开，本发明者们提供附图和以下的说明。并不意图通过这些来限定权利要求书所记载的主题。
[第1实施方式]
图1是示出本实施方式的马达控制系统1的结构的一例的概略图。
如图1所示，本实施方式的马达控制系统1具有马达M、检测部10、放大部20、位置估计部30、减法器40、控制部(控制电路)50和驱动部(驱动电路)60。从外部装置70向马达控制系统1输入位置指令值Θ*。另外，作为上标的＊表示指令值。此外，上标＾表示估计值。在本发明的实施方式中，CW旋转是从输出轴侧观察到的顺时针方向的旋转。
马达控制系统1被安装在商品上来使用。商品例如是具有打印机、扫描仪、传真机等的功能的复合机、电动助力转向、天线仰角、风扇等。马达控制系统1在用于复合机的情况下，例如，被安装在送纸功能部等的机构部上进行使用。
另外，以下，以马达M具有转子R的情况作为一例来进行说明，但是不限于此。马达M也可以是线性马达。在马达M为线性马达的情况下，马达M也可以代替转子R而具有直线运动的动子(mover或movable element)。即，本发明的实施方式中，可以对进行旋转运动的动子(转子)进行控制，也可以对进行直线运动的动子进行控制。因此，无关于是旋转运动还是直线运动，只要是动子即可。另外，在本申请中，动子的用语意味着从外部受到力而进行旋转或移动的驱动子(drived element)。
马达M具有转子R。马达M例如是永久磁铁马达。在马达M上安装有未图示的基板。在基板上安装有检测部10、放大部20、位置估计部30、减法器40、控制部50和驱动部60。
检测部10具有传感器11～传感器13。传感器11～传感器13是分别将在马达M产生的磁场转换为电信号而输出的非接触的磁传感器。传感器11～传感器13例如分别为霍尔元件。检测部10将检测到的差动传感器信号输出到放大部20。本实施方式的马达控制系统1的动作具有信号检测步骤。在信号检测步骤中，N个(N为3以上的整数)检测部分别检测与动子的位置对应的磁场，输出作为电信号的检测信号，各个检测信号的相位分别错开360度除以N而得到的角度。当这样的传感器的个数为N个(N为3以上的整数)时，检测多个磁极所形成的磁场，分别输出具有与检测到的磁场的强度对应的大小的检测信号。N个传感器被配置成，使得N个检测信号的相位分别错开360度/N的角度。检测信号的相位分别错开360度/N的角度的状态包含相位错开了360度×整数±360度/N的电角的状态。检测信号的相位例如分别错开120度(＝360度/3)的角度的状态包含3个检测信号的相位错开240度(＝360度-120度)的电角的状态。
放大部20具有差动放大器21～差动放大器23。放大部20根据从检测部10输入的差动传感器信号，生成检测信号Hu0、检测信号Hv0和检测信号Hw0。放大部20将所生成的检测信号Hu0、检测信号Hv0和检测信号Hw0输出到位置估计部30。另外，检测信号Hu0、检测信号Hv0和检测信号Hw0分别是模拟信号。
位置估计部30根据从放大部20输入的检测信号Hu0、检测信号Hv0和检测信号Hw0，对转子R的旋转位置进行估计。位置估计部30根据所估计出的旋转位置生成机械角度Θ＾，将所生成的机械角度Θ＾输出到减法器40。
从位置估计部30向减法器40输入机械角度Θ＾，从外部装置70向减法器40输入位置指令值Θ*。减法器40计算位置指令值Θ*和机械角度Θ＾之间的偏差，将计算出的偏差输出到控制部50。
控制部50根据从减法器40输入的偏差，生成用于驱动马达M的电压指令，将所生成的电压指令输出到驱动部60。
驱动部60根据从控制部50输入的电压指令生成驱动信号，通过所生成的驱动信号来驱动马达M。驱动部60的一个典型例是逆变器电路。逆变器电路能够具有：接受电压指令而输出脉冲宽度调制(PWM)信号的PWM电路；根据PWM输出栅极驱动信号的前级驱动器电路；以及接受栅极驱动信号而进行开关的逆变器输出电路。
控制部50和驱动部60的一部分(例如PWM电路)可以通过1个集成电路封装而实现。这样的集成电路封装可以作为通用的马达控制用微机而得到。此外，驱动电路60的逆变器输出电路有时被称作电源模块。这样的逆变器输出电路能够将与电压指令对应的大小的电压施加到马达M的各线圈，从而驱动马达M。
如以上那样，马达控制系统1从外部装置70接收位置指令值Θ*，通过进行反馈来控制位置指令值Θ*与机械角度Θ＾之间的偏差。这里，马达控制系统1逐次检测检测信号Hu0、Hv0和Hw0彼此交叉的交叉点，检测从检测到的交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的检测信号Hu0、Hv0或Hw0的一部分(被分割的线段)作为分割信号(参照图6A)。
相位分别错开120度的不同的3个检测信号Hu0、Hv0和Hw0中的、从交叉点连接或联结至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分是在检测信号Hu0、Hv0和Hw0中具有中间电平的任意一个信号Hu0、Hv0或Hw0的一部分。如图6A所示，从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分与基准值的电平交叉。换言之，从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分具有大于基准值的部分和小于基准值的部分。如后所述，能够将从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分作为1个“分割信号”而进行处理，也可以作为2个“分割信号”而进行处理。后者的情况下，从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分通过与基准值交叉的过零点而分成二部分。从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分也可以划分为3个以上的“分割信号”。
马达控制系统1根据动子的移动方向，逐次连接所检测到的分割信号，根据所连接的多个分割信号估计动子的位置，生成位置估计值信号(参照图6B、图7)。另外，能够将位置估计值在电流控制系统、速度控制系统、位置控制系统、组合这些系统而得到的控制系中用作反馈值。位置运算部32和控制部50作为“位置控制装置”来发挥功能。
接着，对马达M的概略结构进行说明。
图2是本实施方式的马达M的概略结构图。
在图2所示的例中，马达M是永久磁铁马达。磁极p1～p12是永久磁铁马达的磁极(pole)。极数表示马达M的磁极的数量，图2所示的例中为12。此外，极对数是N极和S极的组数，图2所示的例中为6。此外，槽sl1～sl9是卷绕有线圈的电枢，槽(齿)的数量即槽数为9。例如，磁极p1～p12是转子R(图1参照)的一部分。图2中的马达M表示外转子型的马达。
接着，对传感器11～传感器13的动作进行说明。
传感器11～传感器13分别检测相邻的N极和S极的1组的磁场，输出1个周期的信号。这相当于电角1个周期。传感器11～传感器13分别将检测到的电角1个周期的电信号作为差动传感器信号而输出到放大部20。该1个周期的差动传感器信号相应于电角1个周期。
这里，传感器11～传感器13分别检测相位分别错开电角120度的电信号，输出到对应的差动放大器21～差动放大器23。即，检测部10所包含的传感器是3个，3个检测信号的相位分别错开120度。在某个具体例中，传感器11～传感器13检测相位分别错开机械角40度(电角240度)的电信号。
在本实施方式中，传感器11检测到的电信号为U相。传感器12检测到的电信号为V相。传感器13检测到的电信号为W相。传感器11输出的差动传感器信号是差动传感器信号U0+和U0-，彼此处于反转关系。传感器12输出的差动传感器信号是差动传感器信号V0+和V0-，彼此处于反转关系。传感器13输出的差动传感器信号是检测信号W0+和W0-，彼此处于反转关系。
接着，参照图1对放大部20输出的检测信号进行说明。
差动放大器21对从传感器11输入的U相的检测信号U0-和U0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hu0输出到位置估计部30。
差动放大器22对从传感器12输入的V相的检测信号V0-和V0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hv0输出到位置估计部30。
差动放大器23对从传感器13输入的W相的检测信号W0-和W0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hw0输出到位置估计部30。
接着，对放大部20输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一例进行说明。图3是对本实施方式的放大部20输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一例进行说明的图。在图3中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示信号的大小。
在图3所示的例中，转子角θ101～转子角θ113的区间E1表示电角1个周期。转子角θ113～转子角θ114的区间E2、转子角θ114～转子角θ115的区间E3、转子角θ115～转子角θ116的区间E4、转子角θ116～转子角θ117的区间E5和转子角θ117～转子角θ118的区间E6分别表示电角1个周期。而且，区间E1～区间E6的区间K1表示机械角1个周期。即，电角1个周期的区间是机械角1个周期的区间除以极对数后的区间。
此外，在图3所示的例中，检测信号Hu0的极大值是A3[V]。检测信号Hw0的极大值是小于A3的电压值的PeakHw[V]。检测信号Hv0的极大值是小于PeakHw的电压值的PeakHv[V]。这样，由于传感器11～13的安装误差、每个传感器的感度的不同，有时检测信号Hu0、Hv0、Hw0各自的振幅存在偏差。此外，信号Hu0、Hv0、Hw0的各信号的中心电压值不同。即，信号Hu0、Hv0、Hw0分别具有偏移成分。
接着，参照图1对位置估计部30的详细结构进行说明。
位置估计部30具有AD转换部31、位置运算部32和存储部33。AD转换部31将从放大部20输入的模拟信号的检测信号转换为数字信号的检测信号，将转换后的数字信号的检测信号输出到位置运算部32。更具体而言，具有AD转换电路311、AD转换电路312和AD转换电路313。AD转换电路311将模拟信号的检测信号Hu0转换为数字信号的检测信号Hu0’，并输出到位置运算部32。AD转换电路312将模拟信号的检测信号Hv0转换为数字信号的检测信号Hv0’，并输出到位置运算部32。AD转换电路313将模拟信号的检测信号Hw0转换为数字信号的检测信号Hw0’，并输出到位置运算部32。存储部33存储在线处理中使用的信息。在线处理是转子R正在旋转时实时进行的处理。另外，后面叙述存储部33中存储的信息。
能够将上述那样把检测信号转换为适于位置运算部32中的处理的信号的处理称作“预处理”。AD转换部31是进行预处理的电路的一例。在位置运算部32中，也可以设有进行其他预处理的电路。
在通过AD转换部31转换后的作为数字信号的检测信号Hu0’·Hv0’·Hw0’中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值的大小。位置运算部32具有交叉位置检测部321、分割检测部322和线段连接部323。交叉位置检测部321检测检测信号之间的交叉点、以及检测信号和基准值之间的过零点。即，交叉位置检测部321在从交叉点到与交叉点相邻的其他交叉点之间，根据交叉点逐次检测检测信号的电位与基准电压交叉的过零点。基准值是数字值示出0的值。交叉位置检测部321将表示检测到的交叉点的坐标的信息和表示过零点的坐标的信息输出到分割检测部322。这里，表示交叉点和过零点的坐标的信息是通过转子角和数字值的大小表示的信息。分割检测部322使用从交叉位置检测部321输入的表示交叉点的坐标的信息和表示过零点的坐标的信息，检测交叉点和过零点之间的检测信号作为分割信号。分割检测部322将表示检测到的分割信号的信息输出到线段连接部323。线段连接部323使用从分割检测部322输入的表示分割信号的信息，逐次连接分割信号。这里，表示分割信号的信息是从作为检测信号的一部分的分割信号的开始位置到结束位置为止，通过转子角和数字值的大小而表示的信息。
如上所述，本实施方式中的马达控制系统1的动作具有交叉位置检测步骤、分割检测步骤、线段连接步骤。在交叉位置检测步骤中，交叉位置检测部321逐次检测通过信号检测步骤输出的各个检测信号彼此交叉的交叉点。在分割检测步骤中，分割检测部322检测检测信号中的从交叉点连接至与该交叉点相邻的其他交叉点的部分，作为1个或多个分割信号。在线段连接步骤中，线段连接部323逐次连接分割信号，根据所连接的多个分割信号估计动子的位置，生成位置估计值信号。
接着，对位置估计部30进行的处理的流程的概要进行说明后，对位置估计部30进行的处理的流程的详细进行说明。首先，参照图4，对位置估计部30进行的处理的流程的概要进行说明。图4是本实施方式的位置估计部30进行的处理的步骤的流程图。另外，位置估计部30通过在线处理进行以下的处理。
(步骤S101)交叉位置检测部321取得从AD转换部31输入的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’。
(步骤S102)交叉位置检测部321使用步骤S101中取得的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’分别示出的值，逐次检测交叉点和过零点。接着，交叉位置检测部321依次将表示检测到的交叉点和过零点的坐标的信息以及所输入的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’输出到分割检测部322。
(步骤S103)分割检测部322检测从交叉点到与该交叉点相邻的过零点的检测信号的一部分，即检测信号中的从交叉点到与该交叉点相邻的过零点的检测信号的部分，作为第1分割信号。或者，分割检测部322检测从过零点到与该过零点相邻的交叉点的检测信号的一部，即检测信号中的从过零点到与该过零点相邻的交叉点的部分，作为第2分割信号。
(步骤S104)线段连接部323在转子R为CW旋转的情况下，将从分割检测部322输入的分割信号在机械角1个周期内逐次在正方向上连接。
(步骤S105)位置估计部30根据通过线段连接部323连接的分割信号进行机械位置的估计，从而估计机械角度Θ＾。
位置估计部30按照每个控制周期重复步骤S101～步骤S105的处理。控制周期例如是电流(扭矩)、速度或位置控制的各控制周期中的任意1个周期。另外，在以下的说明中，有时将图4中的步骤S102～S105的处理汇总为1个，称为步骤S110的处理。
接着，对位置估计部30进行的处理的流程的详细进行说明。首先，参照图4，对交叉位置检测部321在步骤S101中进行的处理进行说明。
交叉位置检测部321在转子R正在旋转时，取得分别从AD转换电路311～AD转换电路313输入的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’。参照图5说明AD转换部31输出的检测信号Hu0’、检测信号Hv0’和检测信号Hw0’。
图5是对本实施方式的AD转换部31输出的检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的一例进行说明的图。在图5中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值。图5所示的各波形Hu0’、Hv0’、Hw0’是表示通过AD转换电路311～AD转换电路313转换为数字信号后的检测信号的波形图。例如，在AD转换部31的比特数是12比特的情况下，数字信号值的范围是+2047～-2048。此外，在图5中，转子角θ101～转子角θ113的区间E1是电角1个周期。
返回图4，对交叉位置检测部321在步骤S102中进行的交叉点和过零点的检测处理进行详细说明。
交叉位置检测部321取得AD转换部31输出的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’。交叉位置检测部321取样得到2点间的坐标来计算所取得的检测信号之间的交叉点，从而进行逐次检测。此外，交叉位置检测部321逐次检测所取得的检测信号和基准值之间的过零点。横轴为转子角，纵轴为数字值，由此能够表示该交叉点和过零点的坐标。交叉位置检测部321检测交叉点的坐标，将表示检测到的交叉点的坐标的信息输出到分割检测部322。此外，交叉位置检测部321检测过零点的坐标，将表示检测到的过零点的坐标的信息输出到分割检测部322。此外，交叉位置检测部321将所取得的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’输出到分割检测部322。
接着，对分割检测部322在图4的步骤S103中进行的分割信号的提取处理进行详细说明。
分割检测部322依次取得从交叉位置检测部321输入的表示交叉点的坐标的信息、表示过零点的坐标的信息以及检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’。分割检测部322检测所取得的检测信号中的从交叉点到与该交叉点相邻的过零点的检测信号作为第1分割信号。分割检测部322检测所取得的检测信号中的从过零点到与该过零点相邻的交叉点的检测信号作为第2分割信号。分割检测部322依次将所检测到的分割信号输出到线段连接部323。这里，分割检测部322检测从交叉点到与该交叉点相邻的过零点的数字值的偏差和转子角的偏差的信息，作为表示第1分割信号的信息。
接着，依次说明交叉点、过零点、分割信号的具体例。
首先，参照图6A来说明交叉位置检测部321检测的交叉点和过零点的具体例。
图6A是对本实施方式的3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系、交叉点、过零点、分割信号进行说明的图。在图6A中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值。此外，图6A是对图5的转子角θ101～转子角θ113的区间E1进行放大的图。
在图6A中，点cp1～点cp7分别表示交叉点。这里，交叉点是2个检测信号交叉的点。例如，转子角θ101中的交叉点cp1是检测信号Hu0’与检测信号Hv0’交叉的点。
此外，点zc1～点zc6分别表示过零点。这里，过零点是检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’中的任意一方与数字值的基准值交叉的点。例如，转子角θ102中的过零点zc1是检测信号Hu0’与基准值交叉的点。
接着，参照图6A对分割检测部322检测的分割信号的具体例进行说明。以下，段是一个一个的分割信号。段的区间相当于每个分割信号的起点到终点。段在电角1个周期中为12个区间。当马达M的极对数是6时，电角6个周期相当于机械角1个周期。因此，段在机械角1个周期中为72个区间。节(section)是电角1个周期中的1～12分割信号的编号。分割信号是在图6A中从交叉点cp(n)到与该交叉点cp(n)相邻的过零点zc(m)的检测信号。或者，是从过零点zc(m)到与该过零点zc(m)相邻的交叉点cp(n+1)的检测信号。另外，n是1～7的整数。此外，m是1～6的整数。具体而言，例如，从交叉点cp1到过零点zc1的检测信号Hu0’的一部分是分割信号sg101。此外，从过零点zc1到交叉点cp2的检测信号Hu0’的一部分是分割信号sg102。在图6A中，θ101～θ102的区间，即分割信号sg101的区间相当于段的编号1的区间。此外，分割信号sg102～sg112各自的区间相当于段的编号2～12的区间。
另外，在图6A所示的例中，检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’是正弦波，因此，分割信号sg101～sg112是正弦波中的比其他部分更接近直线的范围的信号。
这里，参照图6A说明3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系。
例如，在段1和段2的区间即转子角θ101～θ103的区间中，检测信号Hw0’的数字值在3个检测信号中最大。数字值大小仅次于检测信号Hw0’的是检测信号Hu0’。数字值最小的是检测信号Hv0’。此外，检测信号Hu0’的数字值在段1的区间即转子角θ101～θ102的区间中小于基准值。检测信号Hu0’的数字值在段2的区间即转子角θ102～θ103的区间中大于基准值。
关于段3～段12，也按照每个段在存储部33中存储有3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系的组合。
这样，关于电角1个周期，按照每个段在存储部33中存储有3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系的组合和与基准值的大小关系。
接着，详细说明线段连接部323在图4的步骤S104中进行的分割信号的连接处理。
线段连接部323逐次连接分割检测部322的分割信号。这里，线段连接部323根据交叉点或过零点与检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系以及与基准值的大小关系，针对数字值的正负在一定方向上连接分割信号。
具体而言，线段连接部323按照每个段，检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的数字值的大小关系中，提取顺位正中间(图6A的例中，从较大一方(较小一方方)起的第2个)的检测信号(也称作中间信号)。线段连接部323对所提取出的各个中间信号的数字值与紧前的交叉点或过零点的检测信号的数字值(也称作交叉点信号值)的大小关系进行比较。这里，紧前的交叉点或过零点是相对于中间信号在转子角方向上成为紧前的点，例如，在图6A的例中，相对于分割信号sg101是交叉点cp1，相对于分割信号sg102是过零点zc1。
考虑分割信号sg102，在判断为中间信号sg102的数字值为紧前的交叉点信号值zc1以上的情况下，线段连接部323将从中间信号sg102的数字值减去紧前的交叉点信号值zc1得到的值与紧前的交叉点信号值zc1相加。另一方面，在判断为中间信号sg102的数字值小于紧前的交叉点信号值zc1的情况下，线段连接部323对从紧前的交叉点信号值zc1减去中间信号sg102的数字值得到的值进行相加。线段连接部323从转子角较小的一方起依次重复该加法。由此，线段连接部323能够朝向数字值的正方向连接分割信号(参照图6B)。
另外，线段连接部323也可以对中间信号的数字值与紧前的交叉点信号值之间的差分、即绝对值进行相加。
另外，马达M是6个极对，由此，分割信号sg112’的终点相当于机械角的60[deg(度)M]。分割信号sg124’的终点相当于机械角的120[degM]。分割信号sg136’的终点相当于机械角的180[degM]。分割信号sg148’的终点相当于机械角的240[degM]。分割信号sg160’的终点相当于机械角的300[degM]。分割信号sg172’的终点相当于机械角的360[degM]。
对基于线段连接部323的电角1个周期的分割信号的连接的具体例进行说明。
图6B是对本实施方式的电角1个周期的分割信号的连接进行说明的图。此外，图6B是对图6A的区间E1的分割信号sg101’～sg112’进行了连接的图。在图6B中，横轴表示转子角[deg(度)E]。纵轴表示数字值。此外，图6B所示的例子是转子R正在CW旋转的情况下的例子。此外，在图6B中，分割信号sg101’～sg112’是通过线段连接部323连接了图6A的分割信号sg101～sg112的信号。此外，点p101～p113是置换了图6A的交叉点cp1～cp7和过零点zc1～zc6的点。此外，曲线g132是连接了分割信号sg101’～sg112’的曲线。
以下，正向是数字值随着转子角的增大而增大的方向。线段连接部323例如将交叉点cp1置换为点p101。线段连接部323在正向上连接分割信号sg101’。具体而言，线段连接部323将图6A的分割信号sg101置换为以点p101为开始点、点p102为结束点的分割信号sg101’。此外，线段连接部323将过零点zc1置换为点p102。
此外，线段连接部323在正向上连接分割信号sg102’。具体而言，将图6A的分割信号sg101置换为以点p102为开始点、点p103为结束点的分割信号sg102’。此外，线段连接部323将交叉点cp2置换为点p103。
如图6B的曲线g132所示，线段连接部323在正向上逐次连接图6A所示的分割信号sg101’～sg112’。其结果是，转子角θ101中的交叉点cp1被置换为数字值0。此外，线段连接部323将转子角θ113中的交叉点cp7置换为数字值1200。另外，在图6B中，数字值的12000相当于电角1个周期的360[degE]。
参照图7对由线段连接部323进行的动作的分割信号的机械角1个周期的连接的具体例进行说明。
在第1周期E1中，线段连接部323在电角1个周期内逐次在正向上连接图6A的分割信号sg101～分割信号sg112。其结果是，如图6B的分割信号sg101’～分割信号sg112’所示，对图6A的分割信号sg101～～分割信号sg112进行连接。
接着，在第2周期E2中，线段连接部323将第2周期E2的分割信号sg113’的起点连接到分割信号sg112’的终点。接着，线段连接部323在正向上连接电角1个周期的分割信号sg113～分割信号sg124。其结果是，如图7的分割信号sg113’～分割信号sg124’所示，对分割信号sg113～分割信号sg124进行连接。
以下，线段连接部323将第3周期E3的分割信号sg125’的起点连接到第2周期E2的分割信号sg124’的终点。接着，线段连接部323将第4周期E4的分割信号sg137’的起点连接到第3周期E3的分割信号sg136’的终点。接着，线段连接部323将第5周期E5的分割信号sg149’的起点连接到第4周期E4的分割信号sg148’的终点。接着，线段连接部323将第6周期E6的分割信号sg161’的起点连接到第5周期E5的分割信号sg160’的终点。
图7是对本实施方式的机械角1个周期的分割信号的连接结果的一例进行说明的图。如图7所示，电角1个周期分别包含12个分割信号。第1周期E1包含分割信号sg101’～分割信号sg112’。第2周期E2包含分割信号sg113’～分割信号sg124’。第3周期E3包含分割信号sg125’～分割信号sg136’。第4周期E4包含分割信号sg137’～分割信号sg148’。第5周期E5包含分割信号sg149’～分割信号sg160’。第6周期E6包含分割信号sg161’～分割信号sg172’。
因此，在机械角1个周期的周期K1中包含72个分割信号sg101’～分割信号sg172’。
接着，对位置估计部30在图4的步骤S105中进行的机械角度的生成处理进行说明。这里，考虑sg102’中的任意的点的机械角度。sg102’的机械角度位置位于图7中的E1的区间，E1的区间的放大图是图6B。线段连接部323将从中间信号的数字值减去紧前的交叉点信号值zc1得到的值与紧前的交叉点信号值zc1相加。此外，如上所述，线段连接部323将交叉点信号值zc1置换为点p102。然后，线段连接部323针对点p102，加上从中间信号的数字值减去紧前的交叉点信号值zc1得到的值。位置估计部30根据通过线段连接部323连接的分割信号的线段的长度，估计转子的机械角度位置。
对存储部33所存储的信息的具体例进行说明。
存储部33存储极对数、节、段之间的关系。此外，存储部33按照每个节存储3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系。3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系和与基准值的大小关系用于对节的编号进行判定。
在本实施方式的位置估计方法中，以过零点为界将检测信号划分为2个段。由此，机械角的1周具有72个分割信号。其结果是，在本实施方式的位置估计方法中，1个分割信号的长度变短。其结果是，结合的分割信号更接近与理想角度成比例的直线信号。而且，在本实施方式的位置估计方法中，能够根据接近直线的形状的分割信号，得到转子R的角度信息即位置。由于位置估计部30使用这样连接的线段来估计转子R的位置，因此，在本实施方式中，不需要精度高的光学式编码器就能够进行高精度的位置检测。
马达控制系统1能够使用这样估计出的机械角度Θ＾进行位置控制。其结果是，在本实施方式的位置估计方法中，检测转子R的位置的检测部不需要使用容易受到环境影响的编码器。其结果是，能够使马达小型化，位置控制的精度不会受到粉尘等环境的影响。
[变形例]
另外，在本实施方式中，说明了检测交叉点和过零点，并检测交叉点和过零点之间的检测信号作为分割信号的例子，但不限于此。
例如，分割检测部322也可以提取从交叉点到与该交叉点相邻的交叉点的检测信号作为分割信号。而且，也可以是，分割检测部322以位于交叉点和与该交叉点相邻的交叉点之间的过零点为界，将所提取出的分割信号分割为2个分割信号。
另外，在本实施方式中，说明了位置运算部32对被转换为数字信号的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’进行各个处理的例子，但不限于此。例如，位置运算部32也可以对模拟信号的检测信号Hu0、Hv0和Hw0进行各个处理。
此外，在本实施方式中，马达M的驱动方式也可以是例如矢量控制方法、其他驱动方法。其他驱动方法可以是使用例如120度矩形波、正弦波的驱动手法。
此外，在本实施方式中，说明了12极的马达M的例子，但不限于此。马达M的极数例如可以是2极、4极、8极等。例如，在8极马达的情况下，机械角1个周期具有4个电角1个周期的分割信号。此时，在检测部输出3相的检测信号的情况下，1个电角1个周期具有12个分割信号。因此，机械角1个周期包含48(＝12×4)个的分割信号。8极马达的情况下，也可以是，线段连接部323在转子R为CW旋转的情况下，使机械角1个周期的48个分割信号在正向逐次结合。
另外，在转子R为CCW旋转的情况下，在图4的步骤S104中，线段连接部323在反向上连接机械角1个周期的分割信号。这里，CCW是从输出轴侧观察时逆时针方向的旋转。此外，反向是数字值随着转子角的增大而减小的方向。也可以是，线段连接部323根据转子角的增大，在从360[degM]向0[degM]减小的方向上逐次连接所连接的机械角1个周期的分割信号。该情况下，位置估计部30在存储部33所存储的3个检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’的大小关系发生了变化时，判别转子R是CW旋转还是CCW旋转。
由此，根据本实施方式，无论转子R是CW旋转还是CCW旋转，都能够高精度地估计转子R的位置。
参照图6A说明旋转方向与检测信号之间的关系。
在当前位置位于转子角θ105和θ107之间的情况下，位置估计部30例如使存储部33存储当前的位置处的纵轴的数字值和之前1个交叉点即转子角θ105的纵轴的数字值。
在转子R为CW旋转情况下，转子R的位置在转子角θ107和θ109之间移动。位置估计部30对从转子角θ105和θ107之间的大小关系变化到转子角θ107和θ109之间的大小关系时、中间信号从检测信号Hv0’向检测信号Hu0’的切换、以及切换后的中间信号相对于基准值的正负进行判别，判别为转子R是CW旋转。接着，位置估计部30在正向上将转子角θ107和θ109之间的分割信号sg107和sg108连接到分割信号sg106。
另一方面，在转子R为CCW旋转的情况下，转子R的位置在转子角θ103和θ105之间移动。位置估计部30对从转子角θ105和θ107之间的大小关系变化到转子角θ103和θ105之间的大小关系时、中间信号从检测信号Hv0’向检测信号Hw0’的切换、以及切换后的中间信号相对于基准值的正负进行判别，判别为转子R是CCW旋转。接着，位置估计部30在反向上将转子角θ103和θ105之间的分割信号sg103和sg104连接到分割信号sg105。
另外，在本实施方式中，作为检测部10的传感器，以霍尔元件为例进行了说明，但不限于此。检测部10所使用的传感器的检测信号也可以是正弦波或在正弦波中包含谐波的输出信号。例如，检测部10的传感器也可以是使用了磁阻效果的传感器。
另外，在本实施方式中，说明了提取从交叉点到与该交叉点相邻的过零点或从过零点到与该过零点相邻的交叉点的检测信号的一部分来作为分割信号的例子，但不限于此。分割检测部322也可以通过生成从交叉点到与该交叉点相邻的过零点或从过零点到与该过零点相邻的交叉点的线段，从而提取分割信号。线段例如可以是直线，也可以是正弦波的一部分。
此外，在本实施方式中，图2示出了外转子的例子，但不限于此。马达M也可以是槽为转子R的一部分的有刷马达。
进而，马达M也可以是线性马达。在马达M是线性马达的情况下，转子R例如也可以是具有磁铁的动子。
此外，在本实施方式中，说明了检测部10的相位分别错开120度的3个传感器11～传感器13的例子，但不限于此。检测部10所具有的传感器的数量不限于3个。该情况下，各传感器的输出也可以分别错开除以传感器的总数得到的相位。
此外，在本实施方式中，说明了交叉位置检测部321检测交叉点和过零点的例子，但不限于此。交叉位置检测部321也可以仅检测交叉点。该情况下，分割检测部322也可以将从交叉点到与该交叉点相邻的交叉点的检测信号的一部分作为分割信号而进行逐次检测。该情况下，电角1个周期的分割信号的个数为6个。此外，马达M的极对数为6的情况下，机械角1个周期的分割信号的个数为36个。
[第2实施方式]
在本实施方式中，对第1实施方式的位置估计部30还具有校正部的例子进行说明。
图8是示出本实施方式的马达控制系统1A的结构的概略图。
如图8所示，马达控制系统1A代替位置估计部30而具有位置估计部30A。
位置估计部30A代替位置运算部32而具有位置运算部32A，代替存储部33而具有存储部33A。
位置运算部32A还具有校正部324。
校正部324具有第1校正部3241、第2校正部3242和第3校正部3243。除了AD转换部31以外，校正部324也作为预处理电路的一部分而发挥功能。
第1校正部3241在转子R正在旋转时，对各相的检测信号具有的同相噪声进行校正，将校正后的检测信号输出到第2校正部3242。另外，同相噪声是各相的检测信号具有的噪声成分。
如使用图3说明的那样，检测信号Hu0、Hv0和Hw0具有偏移成分。此外，如使用图3进行说明的那样，检测信号Hu0、Hv0和Hw0的峰值存在偏差。另外，峰值是检测信号的极大值和极小值。位置运算部32A对数字信号的检测信号进行各个处理。第2校正部3242的校正是为了有效使用位置运算部32A的动态范围而进行的。在转子R正在旋转时，对检测信号的振幅的偏差和偏移成分进行校正，将校正后的检测信号输出到第3校正部3243。
第3校正部3243的校正是为了将分割信号的大致S字的形状校正为直线而进行的。由于分割信号是检测信号的一部分，因此呈大致S字的形状。因此，通过进行第3校正部3243的校正，将校正后的检测信号输出到交叉位置检测部321。
存储部33A还存储校正部324在校正中使用的校正式、用于校正的校正值和系数。另外，后面叙述校正式和系数。
接着，对位置运算部32A进行的校正处理的步骤进行说明。
本实施方式的马达控制系统1的动作包含第1校正步骤、第2校正步骤、第3校正步骤。
图9是本实施方式的位置运算部32A进行的处理的步骤的流程图。此外，在图9所示的例中，对校正部324进行全部的第1校正～第3校正的例子进行说明。此外，关于与图7中说明的处理相同的处理，使用相同的标号并省略说明。另外，位置估计部30A进行以下的处理。
(步骤S201)第1校正部3241进行第1校正。另外，后面叙述第1校正。
(步骤S202)第2校正部3242在第1校正后进行第2校正。另外，后面叙述第2校正。
(步骤S203)第3校正部3243在第2校正后进行第3校正。另外，后面叙述第3校正。
步骤S203的处理后，校正部324进行步骤S110的处理。
以上，结束位置运算部32A进行的处理。
＜第1校正的说明＞
接着，对第1校正部3241在图9的步骤S201中进行的第1校正的处理的步骤进行说明。
图10是本实施方式的第1校正的处理的步骤的流程图。
(步骤S2011)第1校正部3241逐次选择U相、V相和W相的检测信号中的1个相。
(步骤S2012)第1校正部3241使用与所选择的检测信号对应的校正式来进行第1校正。校正式是后述的式(1)～式(3)。例如，在步骤S2011中选择了U相的检测信号的情况下，第1校正部3241使用式(1)进行第1校正。
(步骤S2013)第1校正部3241针对全部相的检测信号，判别步骤S2012的处理是否已结束。第1校正部3241在针对全部相的检测信号，判别为步骤S2012的处理已结束的情况下(步骤S2013；是)，结束处理。第1校正部3241在针对全部相的检测信号，判别为步骤S2012的处理未结束的情况下(步骤S2013；否)，进入步骤S2014的处理。
(步骤S2014)第1校正部3241选择还未选择的相的检测信号，返回步骤S2012的处理。
接着，对第1校正部3241进行的第1校正进行详细说明。
第1校正部3241使用下式(1)～下式(3)对3个检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’进行第1校正。
Hiu0’＝Hu0’-(Hv0’+Hw0’)/2…(1)
Hiv0’＝Hv0’-(Hu0’+Hw0’)/2…(2)
Hiw0’＝Hw0’-(Hu0’+Hv0’)/2…(3)
在式(1)中，Hiu0’是对检测信号Hu0’进行了第1校正后的校正值。在式(2)中，Hiv0’是对检测信号Hv0’进行了第1校正后的校正值。在式(3)中，Hiw0’是对检测信号Hw0’进行了第1校正后的校正值。如上所述，在第1校正步骤中，校正部324依次选择检测信号中的1个，从所选择的检测信号中减去未选择的其他的检测信号的平均值，从而针对各个检测信号生成对所选择的检测信号进行了校正后的检测信号。
接着，对第1校正的效果进行说明。
图11是本实施方式的进行第1校正的结果的一例的波形图。图11所示的波形图是在将图3所示的波形转换为数字信号后，使用式(1)～式(3)通过第1校正部3241进行校正后的波形。在图11中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值。此外，在AD转换部31的比特数为12比特的情况下，B2是2047。此外，-B2是-2048。如图11所示，第1校正部3241能够通过第1校正降低检测信号的数字值方向的变动。由此，第1校正部3241能够通过第1校正来降低同相噪声。
这里，对能够降低同相噪声的理由进行说明。
当设同相噪声信号为Hn0’时，分别在3个检测信号中产生同相噪声信号Hn0’。考虑了同相噪声信号Hn0’的式(1)的校正后的检测值Hiu0’由下式(4)表示。
Hiu0’＝(Hu0’+Hn0’)-{(Hv0’+Hn0’)+(Hw0’+Hn0’)}/2
＝(Hu0’+Hn0’)-{Hn0’+(Hv0’+Hw0’)/2}
＝Hu0’-(Hv0’+Hw0’)/2…(4)
如式(4)所示，各相的检测信号具有的同相噪声Hn0’通过式(1)的校正而抵消。由此，在第1校正中能够降低同相噪声。
同样，通过式(2)能够降低检测信号Hv0’的同相噪声。此外，通过式(3)能够降低检测信号Hw0’的同相噪声。
另外，在马达M例如为4相的情况下，第1校正部3241从4个相的检测信号中选择1个相。这里，4相的检测信号是U相、V相、W相和Z相。接着，第1校正部3241使用与所选择的检测信号对应的校正式进行第1校正。即，第1校正部3241在4相的马达M的情况下，使用每个相的4个校正式来进行第1校正。例如，对U相的检测信号的校正式是下式(5)。
Hiu0’＝Hu0’-(Hv0’+Hw0’+Hz0’)/3…(5)
即使从检测部输出的检测信号为4相的马达，第1校正部3241也使用每个相的4个校正式来进行第1校正，从而能够降低同相噪声。即，根据本实施方式，通过使用与相的数量对应的校正式进行第1校正，能够降低同相噪声。
＜第2校正的说明＞
接着，对第2校正部3242在图9的步骤S202中进行的第2校正的处理的步骤进行说明。
第2校正部3242在电角1周期中逐次选择U相、V相和W相的检测信号中的1个相。接着，第2校正部3242针对所选择的相的检测信号，使用存储部33A中存储的校正值和与所选择的相的检测信号对应的校正式来进行第2校正。另外，校正式是后述的式(6)～式(11)。例如，在选择了U相的检测信号的情况下，第2校正部3242使用式(6)和式(7)来进行第2校正。
接着，参照图11对各检测信号的极大值和极小值进行说明。
以下，点Hiu_max是U相的极大值的例子。点Hiv_max是V相的极大值的例子。点Hiw_max是W相的极大值的例子。点Hiu_min是U相的极小值的例子。点Hiv_min是V相的极小值的例子。点Hiw_min是W相的极小值的例子。bu、bv和bw分别是存储部33A中存储的各相的偏移校正值。
接着，对第2校正部3242进行的第2校正进行详细说明。
第2校正部3242针对各相的检测信号，判别数字值是正侧还是负侧。这里，在图11中，正侧的数字值是数字值大于0的值。此外，在图11中，负侧的数字值是数字值小于0的值。第2校正部3242进行在规定的最大值B2和规定的最小值-B2的范围内使振幅的范围均一化的校正。
第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(6)对校正后的检测信号Hiu0’的正侧的数字值进行第2校正。此外，第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(7)对校正后的检测信号Hiu0’的负侧的数字值进行第2校正。
第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(8)对校正后的检测信号Hiv0’的正侧的数字值进行第2校正。此外，第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(9)对校正后的检测信号Hiv0’的负侧的数字值进行第2校正。
第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(10)对校正后的检测信号Hiw0’的正侧的数字值进行第2校正。此外，第2校正部3242使用存储部33A中存储的信息，通过下式(11)对校正后的检测信号Hiw0’的负侧的数字值进行第2校正。
Hiu1(ppn)’＝au_max(ppn)×(Hiu0’(ppn)+bu)…(6)
Hiu1(ppn)’＝au_min(ppn)×(Hiu0’(ppn)+bu)…(7)
Hiv1(ppn)’＝av_max(ppn)×(Hiv0’(ppn)+bv)…(8)
Hiv1(ppn)’＝av_min(ppn)×(Hiv0’(ppn)+bv)…(9)
Hiw1(ppn)’＝aw_max(ppn)×(Hiw0’(ppn)+bw)…(10)
Hiw1(ppn)’＝aw_min(ppn)×(Hiw0’(ppn)+bw)…(11)
在式(6)和式(7)中，Hiu1’是对U相的检测信号进行了第2校正后的校正值。在式(8)和式(9)中，Hiv1’是对V相的检测信号进行了第2校正后的校正值。在式(10)和式(11)中，Hiw1’是对W相的检测信号进行了第2校正后的校正值。
此外，在式(6)～式(11)中，ppn是1～6的整数，是表示磁极对的值。在式(6)、式(8)和式(10)中，au_max(ppn)、av_max(ppn)和aw_max(ppn)分别是存储部33A中存储的针对与各磁极对对应的电角1个周期的正侧的数字值的正侧增益校正值。在式(7)、式(9)和式(11)中，au_min(ppn)、av_min(ppn)和aw_min(ppn)分别是存储部33A中存储的针对与各磁极对对应的电角1个周期的负侧的数字值的负侧增益校正值。在式(6)～式(11)中，bu、bv和bw分别是存储部33A中存储的各相的偏移校正值。
另外，au_max(ppn)、av_max(ppn)、aw_max(ppn)、au_min(ppn)、av_min(ppn)和aw_min(ppn)分别是每个极对的校正值。因此，正侧增益校正值的个数是18个(＝3相×6极对数)。同样，负侧增益校正值的个数是18个。
接着，对第2校正的效果进行说明。
图12是进行了本实施方式的第2校正的结果的一例的波形图。图12所示的波形图是在第2校正后通过第2校正部3242进行了校正后的波形。在图12中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值。
如图12所示，通过第2校正进行了检测信号的偏移成分的校正。此外，通过第2校正，振幅的范围在+B2～-B2的范围内大致被均一化。通过该校正，位置估计部30B能够有效利用各部可使用的数字信号值的范围。
如以上那样，通过第2校正，能够降低检测信号Hiu0’、Hiv0’和Hiw0’的各相的偏移成分，使各相的各极的振幅一致。
＜在线处理的校正的说明＞
另外，在本实施方式中，说明了正侧增益校正值、负侧增益校正值和偏移校正值存储在存储部33A中的例子，但不限于此。第2校正部3242也可以通过在线处理来计算正侧增益校正值、负侧增益校正值和偏移校正值。例如，第2校正部3242也可以使用前一个机械角1个周期的检测信号，来计算正侧增益校正值、负侧增益校正值和偏移校正值。
接着，对第2校正部3242进行的偏移校正值、正侧增益校正值、负侧增益校正值的计算步骤进行说明。
图13是本实施方式的偏移校正值、正侧增益校正值、负侧增益校正值的计算处理的流程图。
(步骤S2021)第2校正部3242检测电角6个周期的各相的极大值和极小值。
(步骤S2022)第2校正部3242在电角6个周期的区间中，计算各相的偏移校正值。具体而言，第2校正部3242计算电角6个周期的各相的振幅最大值和振幅最小值的平均。计算根据各相中求出的振幅最大值的平均值和振幅最小值的平均值而计算出的最大最小平均值。所计算出的最大最小平均值为每个相的偏移校正值bu、bv、bw。这里，电角6个周期是逐次得到的最新的电角6个周期的平均值。另外，也可以不是电角6个周期的平均值，只用根据至少2个周期以上的电角每1周期的振幅最大值和振幅最小值来计算即可。接着，第2校正部3242将计算出的各相的偏移校正值存储在存储部33A中。
(步骤S2023)第2校正部3242在电角1个周期的区间中，按照每个相和每个极对，计算正侧增益校正值和负侧增益校正值。接着，第2校正部3242按照每个相和每个极对，将计算出的正侧增益校正值和负侧增益校正值存储在存储部33A中。
第2校正部3242通过步骤S2021～步骤S2023的处理，利用存储部33A中存储的校正值和对应的式(6)～式(11)，例如对接下来的电角1个周期的检测信号进行第2校正。
另外，在马达M例如是4相的情况下，第2校正部3242也可以按照每个相来计算偏移校正值、正侧增益校正值、负侧增益校正值。在马达M是4相的情况下，偏移校正值的个数是4个。此外，正侧增益校正值和负侧增益校正值的个数分别是24个(＝4相×6极对)。如上所述，本实施方式中的马达控制系统1的动作包含极大极小检测步骤、平均计算步骤、偏移计算步骤、第1增益计算步骤、第2增益计算步骤。
＜第3校正的说明＞
接着，对第3校正部3243在图9的步骤S203中进行的第3校正进行说明。
首先，对进行第3校正的理由进行说明。
图14是将本实施方式的电角1个周期的角度的分割信号结合的波形图。横轴表示估计角度[度]。纵轴表示角度真值[度]。
在图14中，曲线g211是连接电角6个周期的角度的分割信号的波形。此外，直线g212是理想的直线。此外，直线g221和直线g222表示曲线g211的偏差的范围。
另外，图14所示的曲线g211是在校正部324的第1校正～第3校正后，通过线段连接部323将第1实施方式中说明的分割检测部322的分割信号连接后的波形。通过进行这些校正和处理，位置检测的精度如直线g221和直线g222所示，成为大约±α[度]。
如前所述，分割信号呈大致S字的形状。在不进行第3校正的情况下，曲线g211的偏差的范围比图14所示的例子大。即，位置检测的精度成为比±α[度]大的值。因此，第3校正部3243通过将分割信号的大致S字的形状校正为直线来进行第3校正。其结果是，通过第3校正，能够进一步提高位置检测的精度。
另外，关于图14中的标号g311、g312、x1和x2，在第3实施方式中进行说明。
接着，对第3校正进行详细说明。
第3校正部3243针对各相的检测信号，使用存储部33A中存储的值作为系数，由此进行对检测信号的比例(scale)进行变更的第3校正。
通过进行第3校正，能够将各分割信号的大致S字状的形状直线化。这里，存储部33A中存储的值是预先设计的值。
该第3校正使用预先设计的值，通过二次函数、三次函数、三角函数等的校正式来进行计算处理。
另外，在以下的说明中，说明对第2校正后的检测信号Hiu1’、Hiv2’和Hiw1’进行第3校正的例子。
Hiu2’是对第2校正后的U相的检测信号进行了第3校正后的校正值。Hiv2’是对第2校正后的V相的检测信号进行了第3校正后的校正值。Hiw2’是对第2校正后的W相的检测信号进行了第2校正后的校正值。
接着，对第3校正的效果进行说明。
图15是进行了本实施方式的第3校正的结果的一例的波形图。图15所示的波形图是在第2校正后进行了第3校正后的波形。在图15中，横轴表示转子角[度]。纵轴表示数字值。
图15的标号g201所示的区域的波形是对标号g200所示的区域的波形进行放大后的波形。在标号g201所示的区域的波形中，曲线Hiu1(1)’是在第1校正后进行了第2校正后的检测信号Hiu1(1)’的波形的一部分。此外，曲线Hiu2’是在第1校正后进行了第2校正后，又进行了第3校正后的检测信号Hiu2’的波形的一部分。
与交叉点cp101’～cp102’的区间的曲线Hiu1(1)’相比，交叉点cp101～cp102的区间的曲线Hiu2’的交叉点间的检测信号的直线性提高。
这样，根据第3校正，检测信号Hiu2’、Hiv2’和Hiw2’相比于图12所示的检测信号Hiu1(ppn)’、Hiv1(ppn)’和Hiw1(ppn)’，直线性提高，能够得到与角度成比例的信号。
另外，第3校正部3243通过与检测信号的波形的形状对应的校正式，针对第3校正处理进行计算处理。
此外，第3校正部3243也可以代替预先设计的值而与第2校正同样地，根据前一个1机械角1个周期的检测信号，使用逐次计算出的值。而且，第3校正部3243也可以将计算出的值作为系数而存储到存储部33A中。
另外，在上述例中，说明了校正部324进行全部的第1校正～第3校正的例子，但不限于此。例如，校正部324也可以对检测信号进行第1校正～第3校正中的至少1个校正。
如以上那样，在本实施方式的位置估计方法中，通过第1校正，能够降低检测信号的同相噪声。此外，在本实施方式中，通过第2校正，能够对多个检测信号的相互偏差进行校正。这里，多个信号的相互偏差例如是检测信号的振幅和偏移成分的偏差。进而，在本实施方式中，通过第3校正，能够将波形的曲线部分直线化。特别地，通过进行第2校正而使分割信号的长度均一化，因此，在第3校正中，容易对全部的分割信号应用同样的计算处理。因此，通过在第3校正的前工序中进行第2校正，能够进一步将波形的曲线部分直线化。
其结果是，在本实施方式中，能够将位置信息所需要的信号部分进一步直线化，能够缩小位置估计值与真值之间的差，因此能够进行高精度的位置检测。
另外，在本实施方式中，说明了校正部324对被转换为数字信号的检测信号进行校正的例子，但不限于此。校正部324也可以设于放大部20和AD转换部31之间。该情况下，校正部324也可以对作为模拟信号的检测信号Hu0、Hv0和Hw0进行校正。此外，在本实施方式中，检测部10所具有的传感器的数量不限于3个。该情况下，各传感器的输出分别错开除以传感器的总数后得到的相位即可。
如上所述，马达控制系统1通过使用校正后的检测信号，能够进行更高精度的位置控制。例如，在如现有技术那样使用光学式的编码器来进行转子R的旋转位置的检测的情况下，检测精度依赖于编码器的分辨率。这里，光学式的编码器例如具有光斩波器和编码器盘。编码器盘的圆周上具有以等间隔形成的缝隙。例如，分辨率为400脉冲的编码器的检测精度大约是±0.9度。另一方面，在使用了本实施方式的位置估计方法的位置估计部30中，能够实现与光学式编码器的检测精度相同的精度。
[第3实施方式]
说明第1实施方式的位置估计部30还具有归一化部的例子。
图16是示出本实施方式的马达控制系统1B的结构的概略图。
如图16所示，马达控制系统1B代替位置估计部30而具有位置估计部30B。
位置估计部30B代替位置运算部32而具有位置运算部32B，代替存储部33而具有存储部33B。
位置运算部32B还具有归一化部325。归一化部325进行对分割检测部322检测到的分割信号的线段的斜率进行均一化的校正，将校正后的检测信号输出到线段连接部323。
存储部33B还存储每个段的归一化系数。另外，后面叙述归一化系数。
＜归一化的说明＞
首先，参照图14来说明进行归一化的理由。
根据传感器11～传感器13各自的检测感度和安装位置的误差等，传感器11～传感器13的检测信号的形状不会成为理想的同一形状。此外，检测信号的相位不会成为理想的相位的偏移。其结果是，检测信号的形状的不同等会影响到检测信号的交叉位置和过零点。于是，各个分割信号的线段的斜率不固定。这里，归一化是使分割信号的线段的斜率均一的校正。
以图14为例，角度真值为60[度]，与此相对，估计角度为x1，大约是40[度]。此外，角度真值为120[度]，与此相对，估计角度为x2，大约是100[度]。在图14所示的例中，角度真值为0[度]～60[度]之间的线段g311的斜率与角度真值为60[度]～120[度]之间的线段g312的斜率不同。
在检测信号的线段的斜率不同的情况下，如果连接分割信号sg311和分割信号sg312，根据连接的线段的斜率求出机械角的角度，则由于线段的斜率的差异，有时位置估计的结果会产生误差。
因此，在本实施方式中，通过对分割信号进行归一化，降低位置估计的结果的误差。
图17是对本实施方式的分割信号的归一化进行说明的图。在图17中，横轴表示机械角度[度]。纵轴表示数字值。在图17中，为了简化说明，仅示出2个分割信号。
图17的标号g321所示的波形是连接了分割信号sg341’和分割信号sg342’的波形。分割信号sg341’的机械角度是Θ[1]’。分割信号sg341’的数字值是ΔX[1]。此外，分割信号sg342’的机械角度是Θ[2]’。此外，分割信号sg342’的数字值是ΔX[2]。
归一化部325使用存储部33B中存储的每个段的归一化系数k[i]和每个分割信号的数字值ΔX[i]，通过下式(12)计算机械角Θ[i]’。另外，i是段的编号，是1～72的整数。
Θ[i]’＝ΔX[i]×k[i]…(12)
此外，归一化部325使用下式(13)来计算图17所示的从前次存储的交叉位置或过零点到当前时刻的机械角度的偏差ΔΘ[n]。
ΔΘ[n]＝X[n]×k[i]…(13)
在式(13)中，n表示当前时点的非常数。
归一化部325将分割信号的纵轴的X[n]与归一化系数k[i]相乘，将相乘的结果输出到线段连接部323。
在本实施方式中，通过对分割信号进行归一化并进行连接，由此能够将每个分割信号的线段的斜率大致均一化。其结果是，根据本实施方式，即使在产生了检测部的安装精度的偏差、检测部的信号的偏差的情况下，也能够进一步提高位置的检测精度。
＜归一化系数k[i]的利用离线处理的计算＞
这里，对上式(13)中的归一化系数k[i]的利用离线处理的计算方法进行说明。离线处理例如是在出厂前预先进行的处理、或者是在实际使用马达控制系统1B之前进行的处理。在通过在线处理计算归一化系数的情况下，位置运算部32B的运算负荷增加。因此，归一化部325也可以利用离线处理计算归一化系数，并将其存储在存储部33B中。此外，根据来自外部装置70的位置指令值Θ*，马达控制系统1B以恒定旋转速度使转子R旋转，从而进行以下的处理。图18是对本实施方式的归一化系数的计算进行说明的图。图18所示的信号表示通过离线处理求出的分割信号的值。在图18中，横轴表示机械角度的真值[度]。纵轴表示数字值。在图18中，为了简化说明，仅示出2个分割信号。
归一化部325在马达M以规定的转速旋转时，测定机械角1个周期的从每个分割信号的交叉点到过零点的经过时间t[i]、以及机械角1个周期的从每个分割信号的交叉点到过零点的数字值的偏差ΔXnorm[i]。
接着，归一化部325根据所测定出的每个分割信号的各经过时间，使用下式(14)来计算机械角的真值Θnorm[i]。
Θnorm[i]＝{t[i]/(t[1]+….+t[72])}×360[度]…(14)
在式(14)中，i是段的编号，是1～72的整数。
图18的标号g331所示的波形是连接分割信号sg341和分割信号sg342的波形。分割信号sg341的机械角度的真值是Θnorm[1]。此外，分割信号sg341的数字值是ΔXnorm[1]。
归一化部325按照每个分割信号、即每个段，使用通过式(14)求出的机械角度的真值Θnorm[i]，根据下式(15)来计算归一化系数k[i]。将计算出的归一化系数k[i]存储在存储部33B中。
k[i]＝Θnorm[i]/ΔXnorm[i]…(15)
如以上那样，通过进行离线处理，能够计算根据式(15)求出的归一化系数k[i]。如上所述，将该归一化系数k[i]用于在线时的机械角度Θ[i]’式(12)或ΔΘ[n]式(13)的导出。其结果是，能够进行对每个分割信号的线段的斜率的偏差进行校正后的机械位置的估计。即，本发明的位置估计方法的一个方式包含：计测步骤，归一化部在动子以规定的转速旋转时，对每个分割信号的时间、动子旋转1周所需要的时间、每个分割信号的时间内增加的信号值或分割信号的线段的长度进行计测；机械角度计算步骤，归一化部根据通过计测步骤计测出的每个分割信号的时间和动子旋转一周所需要的时间，计算每个分割信号的机械角度；归一化系数计算步骤，归一化部用通过机械角度计算步骤计算出的机械角度除以通过计测步骤计测出的信号值或线段的长度，从而计算每个分割信号的归一化系数；归一化步骤，归一化部按照每个分割信号，将通过归一化系数计算步骤计算出的归一化系数乘以新检测出的分割信号的信号值或线段的长度来进行归一化，由此对机械角度进行校正。
＜Θoffset[i]的利用离线处理的计算＞
图19是对本实施方式的机械角度位置的计算进行说明的图。在图19所示的例中，是对极对编号为1进行说明的图。
在图19中，希望求出的机械位置是从节sc2起的ΔΘ[n]的位置。ΔΘ[n]是从前1个交叉点和过零位置到当前时刻n的转子R的角度。
这里，将机械位置的角度为0[degM]的位置设为Θoffset[1]。将Θnorm[1]后的位置设为Θoffset[2]。将机械位置的角度为0[degM]的位置起Θnorm[2]后的位置设为Θoffset[3]。因此，将机械位置的角度为0[degM]的位置起Θnorm[i]后的位置设为Θoffset[i]。
Θoffset[i]如下式(16)那样表示。
Θoffset[i]＝Σ(Θnorm[i-1])…(16)
其中，i＝1～72，Θnorm[0]＝0。
此时，将利用离线处理计算出的Θoffset[i]保持在存储部33B中。
＜机械角度Θ[n]的计算＞
因此，当前的位置、即当前时刻的转子R的机械角度Θ[n]如下式(17)那样表示。
Θ[n]＝Θoffset[i]+X[n]×k[i]
＝Θoffset[i]+ΔΘ[n]…(17)
如式(17)所示，在计算当前时刻的转子R的机械角度Θ[n]的情况下，从存储部33B调出Θoffset[i]。
这里，考虑在线处理中计算当前时刻的转子R的机械角度Θ[n]。有时利用在线处理计算的Θoffset[i]所表示的机械角度的位置与利用离线处理计算的Θoffset[i]的机械角度的位置不同。该误差成为当前时刻的转子R的机械角度Θ[n]的计算误差。其结果是，由于该误差，转子R在旋转了机械角一个周期后，有时无法返回到相同的机械角度的位置。
因此，使用利用离线处理计算的Θoffset[i]。如式(17)所示，以到ΔΘ[n]的前一个交叉位置或过零点的机械角度的位置为基准，计算ΔΘ[n]。通过该方法，能够不累积在Θoffset[i]之前的区间产生的误差地计算ΔΘ[n]。即，在机械角度计算步骤中，归一化部将在动子旋转一周所需要的区间内通过归一化步骤校正后的机械角度与新检测到的分割信号的前1个所述机械角度相加，来计算当前的所述机械角度。
在本说明书中，将通过上述的离线处理取得的数据称作“测定数据”。测定数据是将与各段对应的动子的移动量与全部的段对应起来的数据。在段的个数是72个的情况下，能够针对段1至段72分别分配通过测定而取得的机械角度(段的起点至终点的机械角度的真值)。这样的测定数据例如作为信息表而存储并保存在存储部33、33A、33B中。如果从存储部33、33A、33B中读出测定数据并进行参照，则能够根据段的编号来读出由该编号指定的段的机械角度或者付随于该机械角度的其他的信息。
例如，假设通过离线处理得到了如下情况：段1、段2，······、段72分别具有4.1度、4.9度、······、5.3度的机械角度。这样得到的测定数据作为表而存储在记录装置中。该情况下，如果根据所检测到的段的编号来参照测定数据，则能够得到与该段对应的机械角度(真值)。这样的机械角度的数值的序列是各个马达所固有的，能够作为马达的所谓“指纹”而发挥功能。如前所述，该马达指纹可用作用于认证的密钥信息。这样的密钥信息包含有因马达的制造偏差而变动的马达所固有的多个值，因此，可作为安全性高的认证的密钥而用于各种场合。
规定了马达指纹的内容的上述测定数据典型地在出厂前被保持在存储部中，但是，也可以在之后被更新。利用离线处理进行了学习的归一化系数k[i]的值可以经时地变化。因此，也可以定期地或不定期地进行离线处理，执行测定数据的再取得。因此，可以在马达模块出厂前取得可在认证中使用的马达指纹信息并将其记录在存储装置内，也可以在马达模块出厂后取得该信息并将其记录在存储装置内。
另外，测定数据也可以经由因特网或其他的通信回线而汇集，存储在云上的存储装置中。如上所述更新了测定数据的情况下，云上的存储装置中的测定数据也被更新。还能够根据所更新的测定数据的内容对马达M进行诊断。
＜机械位置的确定＞
接着，对机械位置的初始位置的确定方法进行说明。
本实施方式中的马达控制系统1的动作包含存储步骤、节判别步骤、误差计算步骤、评价步骤、位置确定步骤、判别步骤。在再次投入电源后，段i的信息被初始化。因此，无法正确地应用利用离线处理进行了学习的归一化系数k[i]。因此，在再次投入电源后，需要确定机械位置(段或极对编号)。这里，段或极对编号利用段的编号＝12×极对编号+节的编号这样的式子表示。因此，通过确定极对编号，能够确定段的编号(机械位置)。
图20是本实施方式的转子R的初始位置的确定处理的步骤的流程图。
(步骤S701)归一化部325在马达M或安装了马达M的商品出厂时，将使转子R以恒定速度旋转时的各分割信号中的机械角度的真值Θnorm[i]逐次存储在存储部33B中。在再次投入电源后，从闪存ROM向RAM调用存储部33B中存储的保存信息。这样，归一化部325通过将使转子R以恒定速度旋转时的各分割信号中的机械角度的真值Θnorm[i]逐次存储在存储部33B中，来进行学习。
(步骤S702)位置估计部30B根据存储部33B中存储的检测信号Hu0’、Hv0’和Hw0’的大小关系的组合，来判别转子R的节的编号。
(步骤S703)位置估计部30B按照每个节来计算机械角度的真值Θnorm[i]和机械角度Θ[i]之间的误差。
(步骤S704)位置估计部30B进行步骤S703中计算出的误差的累积评价。
(步骤S705)位置估计部30B依次抛弃误差达到上限的极对编号(段)的候选。
(步骤S706)位置估计部30B判别在规定时间内是否全部的候选达到了误差上限。在位置估计部30B判别为并非在规定时间内全部的候选达到误差上限的情况下(步骤S706；否)，进入步骤S707的处理。在位置估计部30B判别为在规定时间内全部的候选达到了误差上限的情况下(步骤S706；是)，进入步骤S708的处理。
(步骤S707)从最后剩下的极对编号(段)的候选确定段，从而确定转子R的初始位置。然后，结束段的编号的确定处理。
(步骤S708)位置估计部30B将所取得的检测信号一起判别为与进行了归一化的马达M不同。
以上，结束转子R的初始位置的确定处理。另外，在(步骤S701)中，存储部33B中存储的保存信息不限于机械角度的真值Θnorm[i]。例如，也可以按照每个分割信号将数字值或每个分割信号的线段的长度等存储在存储部33B中。此外，在存储部33B所存储的保存信息中，也可以包含归一化系数k[i]、校正式(1)～(3)、(6)～(11)、第3校正所使用的校正式、正侧增益校正值、负侧增益校正值、各相的偏移校正值、预先设计的值。即，在(步骤S701)的存储步骤中，将通过计测步骤或机械角度计算步骤而计算出的保存信息预先存储在存储部33B中。在(步骤S703)的误差计算步骤中，不限于计算机械角度的真值Θnorm[i]与机械角度Θ[i]之间的误差的情况。例如，也可以是保存信息的每个分割信号的数字值或每个分割信号的线段的长度、和在线处理中的每个分割信号的数字值或每个分割信号的线段的长度。如以上那样，在本实施方式的位置估计方法中，通过将各分割信号的机械角和归一化系数存储在存储部33B中，在再次投入电源后也能够确定当前机械位置。此外，在本实施方式的位置估计方法中，在规定时间内全部的候选达到误差上限的情况下，能够判别为检测信号与进行了归一化的马达M不同。
另外，在本实施方式中，位置运算部32B也可以还具有第2实施方式中说明的校正部324。由此，能够进一步提高位置检测精度。
此外，还具有校正部324的位置运算部32B或位置运算部32A也可以在离线处理时取得存储部33B存储的信息而进行学习，并将其存储在存储部33B或存储部33A中。这里，存储部33B或存储部33A存储的保存信息是校正式(1)～(3)、(6)～(11)、第3校正所使用的校正式、正侧增益校正值、负侧增益校正值、各相的偏移校正值、预先设计的值。
例如，在利用在线处理计算第2校正中使用的校正值的情况下，位置运算部32的运算负荷增加。因此，第2校正部3242也可以利用离线处理来计算第2校正中使用的校正值，并将其存储在存储部33A。在存储部33例如由闪存ROM和RAM构成的情况下，第2校正部3242也可以在位置运算部32的电源接通的状态下，将闪存ROM中存储的校正值移动到RAM而进行使用。第3校正部3243也可以利用离线处理将第3校正的校正值存储到存储部33中。
本发明的各实施方式中，将数字值示出0的值作为基准值而进行了说明，但不限于此。例如，在不对检测信号进行AD转换而利用模拟信号进行本发明的情况下，基准值也可以不必须是示出0的值。此外，在采用数字信号的情况下，基准值也可以不是0。
在本发明的各实施方式中，“检测”交叉位置和过零点以及分割信号是指，位置估计部通过计算交叉位置和过零点以及分割信号而求出的结果为，能够检测交叉位置和过零点即可。
另外，也可以是，将用于实现本发明的各实施方式中的位置估计部(30、30A、30B)的功能的程序记录在未图示的计算机可读取的记录介质中，使计算机系统读入该记录介质中记录的程序并执行该程序，从而进行各处理的步骤。另外，这里所说的“计算机系统”包含OS和周边设备等硬件。此外，“计算机系统”还包含具有主页提供环境(或显示环境)的WWW系统。此外，“计算机可读取的记录介质”是指，软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、计算机系统中内置的硬盘等存储装置。进而“计算机可读取的记录介质”还包含如经由因特网等网络和电话回线等通信回线发送程序的情况下的作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)那样，在一定时间内保持程序的记录介质。
此外，也可以从在存储装置等中存储了该程序的计算机系统中，经由传送介质或通过传送介质中的传送波将上述程序传送到其他计算机系统。这里，对程序进行传送的“传送介质”是指因特网等网络(通信网)和电话回线等通信回线(通信线)那样具有传送信息的功能的介质。此外，上述程序也可以是用于实现前述的功能的一部分的程序。进而，也可以是通过与计算机系统中已经记录的程序的组合而实现前述功能的所谓差分文件(差分程序)。
[第4实施方式]
能够使用信号处理电路和存储了对该信号处理电路的动作进行控制的计算机程序的记录介质，来实现上述的各实施方式的位置估计部30、30A、30B。以下，对这样的实施方式进行说明。
图21是示出本实施方式的马达控制系统1的结构例的概略图。如图21所示，本实施方式的马达控制系统1具有马达M、检测部10、放大部20、位置估计装置300、栅极驱动器450、逆变器460和控制器500。
检测部10具有N个(N为3以上的整数)传感器，该N个传感器检测转子R具有的多个磁极所形成的磁场，输出具有与各自检测到的磁场的强度对应的大小的检测信号。N个传感器被配置成N个检测信号的相位分别错开360度/N的角度。在图示的例中，N为3，检测部10具有传感器11、12、13。本实施方式中的马达M、检测部10和放大部20的结构和动作与其他实施方式中说明的相同，因此，这里不重复详细的说明。
本实施方式中的位置估计装置300具有：预处理电路350，其根据N个检测信号生成N个校正检测信号；信号处理电路400，其根据N个校正检测信号生成表示动子的位置估计值的信号，并对该信号进行输出。
本实施方式中的信号处理电路400可以是例如中央运算处理装置(CPU)、数字信号处理处理器等集成电路(IC)芯片。位置估计装置300具有记录介质，该记录介质存储了对信号处理电路400的动作进行控制的计算机程序。该记录介质例如是闪存ROM等非易失性存储器420，与信号处理电路400连接。
在本实施方式中，从预处理电路350输出的N个校正检测信号作为变量而随时存储在RAM 410中。
预处理电路350具有前述的AD转换部31，根据需要也可以具有校正部。通过预处理电路350将检测信号转换为数字信号，能够接受各种校正处理。这里，将接受了这样的预处理的检测信号称作“校正检测信号”。
信号处理电路400根据计算机程序的指令执行以下的步骤。
首先，信号处理电路400从RAM 410读出校正检测信号。接着，逐次检测N个校正检测信号中的任意2个信号彼此交叉的交叉点。
信号处理电路400将从交叉点联结到与交叉点相邻的其他交叉点的校正检测信号分割成1个或多个段，检测各段作为分割信号。
信号处理电路400从存储装置读出将与各段对应的动子的移动量与全部的段对应起来的测定数据。该存储装置可以是存储了上述的计算机程序的记录介质，也可以是存储卡等其他存储装置。在本实施方式中，在非易失性存储器420中保存有测定数据，从非易失性存储器420读出测定数据。如上所述，通过出厂前的离线处理取得该测定数据，并将该测定数据保存在存储介质中。在出厂后，可以更新测定数据。
信号处理电路400参照该测定数据，根据N个校正检测信号的关系和分割信号，确定与转子R的当前位置对应的段。
如上所述，在某个方式中，当设i为1以上的整数、n为规定当前时刻的整数、所确定的段的编号为i、所确定的段的起点处的转子R的位置为Θoffset[i]、段的起点处的分割信号的值与该分割信号的当前值之间的差分为X[n]、转子R的位置估计值为Θ[n]、比例系数为k[i]时，Θ[n]＝Θoffset[i]+k[i]×X[n]的关系成立。根据该关系来决定转子R的位置估计值。
表示转子R的位置估计值的信号具有与从基准位置起的转子R的移动量成比例地直线增加的值。在优选的方式中，表示转子R的位置估计值的信号具有与Θ成比例的数字值或模拟值。
这样，信号处理电路400根据所确定出的段，基于分割信号的电平来决定动子的位置估计值，输出表示位置估计值的信号。位置估计信号可以以数字值的状态输入到控制器500的反馈(F/B)端子。位置估计信号可以作为串行数据而输出到外部，或者通过DA转换电路(DAC)440转换为模拟值后输出。例如在进行维护时，通过示波器观测被转换为模拟值的信号，从而能够对位置指令值和位置估计值进行比较。
位置估计装置300也可以具有如下的电路，该电路响应于来自信号处理电路400的指示，输出脉冲状的Z相信号。还能够通过信号处理电路400实现各功能块。
信号处理电路400内的预处理电路350也可以构成为程序，使得执行从前述的第1校正步骤、第2校正步骤和第3校正步骤中选择出的任意一个校正步骤，生成校正检测信号。当信号处理电路400根据这样的程序进行动作时，在第1校正步骤中，从检测信号中依次选择1个，从所选择的检测信号中减去未选择的其他的检测信号的平均值，从而对所选择的检测信号进行校正，生成校正检测信号。在第2校正步骤中包括以下步骤：针对各相的检测信号，检测每个极对的极大值和极小值、以及至少2个周期的电角每1周期的振幅最大值和振幅最小值；校正部针对各相的检测信号，计算振幅最大值的平均和振幅最小值的平均；将根据振幅最大值的平均和振幅最小值的平均而计算出的最大最小平均值作为偏移校正值；针对各个检测信号，计算将极大值作为规定的最大值的每个磁极对的正侧增益校正值；针对各相的检测信号，计算将极小值作为规定的最小值的每个磁极对的负侧增益校正值；针对各相的检测信号，加上偏移校正值，并将每个磁极对的正侧的信号值与正侧增益校正值相乘，将每个磁极对的负侧的信号值与负侧增益校正值相乘。第3校正步骤中包含以下步骤：针对各个检测信号，根据检测信号的波形的状态，乘以预先决定的系数。
另外，作为信号处理电路400执行的动作，以下动作并非本发明必不可少的动作：从存储装置读出将与各段对应的动子的移动量与全部的段对应起来的测定数据；参照测定数据，根据N个校正检测信号的关系和分割信号，确定与动子的当前位置对应的段。也可以代替执行这些动作，而由信号处理电路400逐次连接分割信号，并根据所连接的多个分割信号，基于分割信号的电平来决定动子的位置估计值，输出表示位置估计值的信号。
信号处理电路400除了执行上述的位置估计处理以外，也可以被编程，使得执行马达驱动所需要的运算。在信号处理电路400执行的各种处理中，不需要通过1个IC芯片来执行。第1至第3实施方式的位置估计部30、30A和30B、以及控制部50执行的功能的一部分或全部可以通过数字信号的处理而实现。因此，也可以由多个运算处理单元或数字信号处理器(DSP)分担由位置估计部30、30A和30B的各功能块执行的不同的处理。此外，还能够使用FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)的这样的可编程逻辑器件来实现本实施方式的信号处理电路400。
在本实施方式中，信号处理电路400根据转子R的位置估计值来计算马达控制所需要的电压指令值，并将其提供到脉冲宽度调制(PWM)电路430。脉冲宽度调制电路430根据该电压指令值，向栅极驱动器450提供PWM信号。栅极驱动器450根据PWM信号对逆变器460内的开关晶体管进行开闭，将所需要的电压和电流提供给马达M。
当在离线的情况下取得或更新测定数据时，信号处理电路400根据计算机程序的指令，以恒定速度使转子R移动(旋转)。然后，测定每个段的转子R的移动(旋转)时间，生成将与各段对应的转子R的移动量(机械角度)与全部的段对应起来的数据。信号处理电路400将该数据作为测定数据而存储在非易失性存储器420中。
在系统具有温度检测元件的情况下，能够将取得测定数据时的温度作为基准温度而存储在存储装置中。也可以是，在由于周围温度而使检测信号的振幅发生变化时，从存储装置读出基准温度，根据从温度检测元件取得的当前的温度和基准温度来校正检测信号。
[其他实施方式]
上述的各实施方式具有磁传感器作为根据转子的旋转而输出信号的传感器，从转子以特定的条件旋转时由磁传感器输出的信号中取得“测定数据”。与用于认证的密钥信息相关联的测定数据不需要基于霍尔元件或霍尔IC等磁传感器输出的信号而得到，而可以是从其他传感器、例如光学式旋转编码器或旋转变压器输出的信号。以下，作为根据转子的旋转而输出信号的传感器，对使用旋转编码器或旋转变压器的例子进行说明。
图22是示意地示出本实施方式中的旋转编码器13A的结构例的图。该例中旋转编码器13A具有：与马达M的转子R一起旋转的盘130A；以及隔着盘130A而对置的光源130B和多个受光元件130C。在盘130A中具有沿着圆周排列的大量开口孔(旋转缝隙)130D。从光源130B放射的光通过旋转的盘130A的开口孔130D而入射到各受光元件130C。在盘130A与各受光元件130C之间配置有固定缝隙130E。
受光元件130C在接收到通过旋转的盘130A的开口孔130D和固定缝隙130E而到来的光时，例如输出高电平(High)的信号，在未接收到这样的光时输出低电平(Low)的信号。这些信号130F包含与转子R的旋转对应的脉冲序列。通过对脉冲序列进行计数，能够求出转子R的旋转位置。
盘130A的开口孔130D的形状和大小以设计尺寸为中心而具有偏差(制造误差)。同样，固定缝隙130E的形状和大小也以设计尺寸为中心而具有偏差(制造误差)。进而，盘130A的轴的位置和方向通常具有一些对准偏离、轴偏离或偏心。构成这样的旋转编码器13A的各要素可能具有的形状、大小和位置的偏差具有人无法决定的值。其结果是，从旋转编码器13A输出的信号130F中包含的各个脉冲的宽度和位置根据旋转编码器13A的不同而不同。因此，根据信号F而测定出的各种数值是具有这种旋转编码器13A的马达模块中固有的参数，能够作为“马达指纹”而用于认证用的密钥信息。
图23A是示意的示出旋转变压器13B的结构例的图。该例中的旋转变压器13B具有励磁线圈13G、检测线圈13H、13K。检测线圈13H、13K被配置成相互垂直。检测线圈13H、13K分别经由转子R而与励磁线圈13G磁耦合。如图23B所示，励磁线圈13G中流过具有波形13G的励磁电流。如图23B所示，检测线圈13H、13K中分别流过具有波形13H1、13K1的检测电流。检测线圈13H、13K中感应的电压根据励磁电流和转子R的位置而变动。如果通过未图示的电路检测检测线圈13H、13K中流过的电流，则能够估计转子R的旋转位置。
关于在检测线圈13H、13K中流过的电流的波形13H1、13K1的具体形状，根据旋转变压器13B所具有的励磁线圈13G、检测线圈13H、13K的形状和位置的偏差而在各个旋转变压器13B中是固有的。因此，根据从旋转变压器13B输出的信号而测定的各种数值也是在具有这种旋转变压器13B的马达模块中固有的参数，能够作为“马达指纹”而用于认证用的密钥信息。
另外，上述的旋转编码器13A和旋转变压器13B的结构分别只是公知的旋转编码器和旋转变压器的一例，不限定本公开的实施方式。只要是能够输出反映了马达的构造和传感器的构造所具有的物理上的个体差异的信号的传感器，就能够取得与认证的密钥信息(马达指纹)相关联的测定数据。
标号说明
1，1A，1B，1C…马达控制系统，10…检测部，11，12，13…传感器，20…放大部，21，22，23…差动放大器，30，30A，30B…位置估计部，31…AD转换部，311，312，313…AD转换电路，321…交叉位置检测部，322…分割检测部，323…线段连接部，324…校正部，3241…第1校正部，3242…第2校正部，3243…第3校正部，325…归一化部，33，33A，33B…存储部，40…减法器，50…控制部，60…驱动部，M…马达。

Claims (21)

1.一种马达模块，该马达模块具有：
马达，其具有动子；
马达控制装置，其控制所述马达；以及
存储装置，其记录有因所述马达的制造偏差而变动的所述马达中所固有的马达指纹信息。
2.根据权利要求1所述的马达模块，其中，
所述存储装置包含记录有所述马达指纹信息的非易失性存储器。
3.根据权利要求1或2所述的马达模块，其中，
所述马达指纹信息是根据在所述动子以固定速度旋转时由传感器输出的信号而决定的。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述传感器是包含霍尔元件或霍尔IC的多个磁传感器。
5.根据权利要求4所述的马达模块，其中，
所述马达指纹信息是如下的测定数据：该测定数据将当所述动子以固定速度旋转时计测出的、与各区段对应的所述动子的旋转量与全部区段对应起来，所述各区段是由从所述多个磁传感器输出的多个信号中的任意2个信号彼此交叉的交叉点划分的。
6.根据权利要求5所述的马达模块，其中，
所述多个磁传感器是如下的N个传感器：该N个传感器检测具有多个磁极的动子的所述多个磁极所形成的磁场，输出具有与分别检测到的磁场的强度对应的大小的检测信号，N为3以上的整数，
所述N个检测信号的相位被配置成分别错开360度/N的角度。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述马达指纹信息在出厂前被记录在所述存储装置中。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述马达指纹信息在出厂后被记录在所述存储装置中。
9.一种马达模块，
该马达模块具有：
马达，其具有动子；以及
马达控制装置，其控制所述马达，
所述马达控制装置具有：
接口，其与外部进行通信；以及
存储装置，其记录有用于认证的密钥信息，
所述密钥信息包含因所述马达的制造偏差而变动的所述马达所固有的多个值。
10.根据权利要求9所述的马达模块，其中，
所述存储装置包含记录有所述密钥信息的非易失性存储器。
11.根据权利要求9或10所述的马达模块，其中，
所述马达控制装置在从外部接收到认证请求时，经由所述接口向外部发送通过输入值中包含所述密钥信息的函数进行运算而得的结果。
12.根据权利要求11所述的马达模块，其中，
所述函数是非公开函数或哈希函数。
13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述马达控制装置在开始与外部之间的通信连接时向外部发送认证请求。
14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述马达模块具有根据所述动子的旋转而输出信号的传感器，
所述密钥信息与所述动子以特定的条件旋转时由所述传感器输出的信号相关联。
15.根据权利要求14所述的马达模块，其中，
所述传感器是霍尔元件、霍尔IC、旋转编码器或旋转变压器。
16.根据权利要求15所述的马达模块，其中，
所述传感器包含多个磁传感器，
所述密钥信息是如下的测定数据：该测定数据将当所述动子以固定速度旋转时计测出的、与各区段对应的所述动子的旋转量与全部区段对应起来，所述各区段是由从所述多个磁传感器输出的多个信号中的任意2个信号彼此交叉的交叉点划分的。
17.根据权利要求16所述的马达模块，其中，
所述多个磁传感器是如下的N个传感器：该N个传感器检测具有多个磁极的动子的所述多个磁极所形成的磁场，输出具有与分别检测到的磁场的强度对应的大小的检测信号，N为3以上的整数，
所述N个检测信号的相位被配置成分别错开360度/N的角度。
18.根据权利要求9至17中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述密钥信息在出厂前被记录在所述存储装置中。
19.根据权利要求9至17中的任意一项所述的马达模块，其中，
所述密钥信息在出厂后被记录在所述存储装置中。
20.一种马达认证方法，在马达模块与外部装置之间进行认证，该马达认证方法包含以下步骤：
从所述外部装置向所述马达模块发送所述马达模块的马达所固有的、因所述马达的制造偏差而变动的马达指纹信息；以及
从所述马达模块接收认证结果，该认证结果是通过进行所述马达指纹信息与所述马达模块的存储装置内记录的马达指纹信息之间的对照而得到的。
21.一种马达认证方法，在马达模块与外部装置之间进行认证，该马达认证方法包含以下步骤：
从所述马达模块具有的存储装置读出马达指纹信息，该马达指纹信息是所述马达模块的马达所固有的、因所述马达的制造偏差而变动的信息；
进行所述马达指纹信息与从所述外部装置送到所述马达模块的马达指纹信息之间的对照；以及
将通过所述对照而得到的认证结果从所述马达模块发送到所述外部装置。
CN201680072494.1A 2015-12-18 2016-12-13 马达模块和马达认证方法 Pending CN109874402A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPPCT/JP2015/085559 2015-12-18
PCT/JP2015/085559 WO2016104378A1 (ja) 2014-12-22 2015-12-18 位置推定方法および位置制御装置
PCT/JP2016/087099 WO2017104674A1 (ja) 2014-12-22 2016-12-13 モータモジュールおよびモータ認証方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109874402A true CN109874402A (zh) 2019-06-11

Family

ID=63681978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680072494.1A Pending CN109874402A (zh) 2015-12-18 2016-12-13 马达模块和马达认证方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190003856A1 (zh)
JP (1) JPWO2017104674A1 (zh)
CN (1) CN109874402A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019134514A (ja) 2018-01-29 2019-08-08 オムロン株式会社 モータ制御装置およびモータ制御システム
WO2019167763A1 (ja) 2018-03-02 2019-09-06 日本電産株式会社 位置推定方法、位置推定装置およびモータモジュール
US11571803B2 (en) * 2019-05-30 2023-02-07 Milwaukee Electric Tool Corporation Power tool with combined chip for wireless communications and power tool control
EP4295478A1 (en) * 2021-02-16 2023-12-27 Insight Automation, Inc. System and method for motor control through improved location measurement
US20220390257A1 (en) * 2021-05-27 2022-12-08 Allegro Microsystems, Llc Auto-calibration for multi-pole angle sensors with mechanical modulation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101847963A (zh) * 2009-03-23 2010-09-29 翔风技术有限公司 马达旋转控制系统
JP2011135464A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Nec Corp 認証システム、認証装置、端末装置、認証方法、及びプログラム
WO2013008352A1 (ja) * 2011-07-08 2013-01-17 株式会社野村総合研究所 認証システムおよび認証方法
US20130106326A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Ricoh Company, Ltd. Motor drive controller and control method
JP2013149123A (ja) * 2012-01-20 2013-08-01 Panasonic Corp モータ制御システムおよびそのパラメータプロテクト設定方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6038523A (en) * 1996-05-24 2000-03-14 Seiko Epson Corporation Position detector, encoder board, position detecting method, timer and electronic device
US7800326B2 (en) * 2008-03-08 2010-09-21 Silicon Valley Micro MCorp. Brushless D.C. motor with RFID rotor magnet position sensing
US20090315496A1 (en) * 2008-06-23 2009-12-24 Young-Chun Jeung Data transfer between motors
US9059649B1 (en) * 2013-03-04 2015-06-16 Google Inc. Dynamic motor position determination
US10574167B2 (en) * 2017-02-24 2020-02-25 Fuji Electric Co., Ltd. Load control system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101847963A (zh) * 2009-03-23 2010-09-29 翔风技术有限公司 马达旋转控制系统
JP2011135464A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Nec Corp 認証システム、認証装置、端末装置、認証方法、及びプログラム
WO2013008352A1 (ja) * 2011-07-08 2013-01-17 株式会社野村総合研究所 認証システムおよび認証方法
US20130106326A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Ricoh Company, Ltd. Motor drive controller and control method
JP2013149123A (ja) * 2012-01-20 2013-08-01 Panasonic Corp モータ制御システムおよびそのパラメータプロテクト設定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017104674A1 (ja) 2018-09-27
US20190003856A1 (en) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6888659B2 (ja) モータモジュールおよびモータ認証方法
CN109874402A (zh) 马达模块和马达认证方法
US10663319B2 (en) Sensor device for determining the position of the rotor of an electrical machine and control device for an electric motor
KR101610473B1 (ko) 레졸버 위치 오차를 보상하기 위한 장치 및 방법
US9909853B2 (en) Calibration and monitoring of an angle measuring system for electrical machines
US7671585B2 (en) Rotation angle detecting device with a selecting means for selecting a pair of output signals of the magneto-sensing elements
US11609082B2 (en) Calibration and linearization of position sensor
CN105651324A (zh) 校正表格制作装置、编码器以及校正表格制作方法
TW201842299A (zh) 旋轉角度檢測裝置及旋轉角度檢測方法
CN101398316A (zh) 一种电机转子位置传感器的标定方法
CN101924514A (zh) 一种旋转变压器初始位置信号自动校正方法
CN108448979A (zh) 一种基于磁编码器误差神经网络补偿的永磁同步电机系统
CN109696187A (zh) 旋转编码器偏心校正装置
JP5176208B2 (ja) 回転角度検出方法および回転角度センサ
CN109799469A (zh) 磁极方向检测装置
CN109075727A (zh) 马达模块、马达步进动作控制系统以及马达控制装置
US20190137303A1 (en) Method and Apparatus for Calibrating an Actuator System
López-Contreras et al. Design of a magnetic encoder using Hall effect
CN108123645A (zh) 一种无编码器的无刷电机控制方法及系统
US20120038349A1 (en) Triple Hall Effect Sensor Absolute Angular Encoder
CN109283355A (zh) 基于角度的速度传感器设备
CN108551282A (zh) 双通道旋转变压器解算校正方法、模块及电机控制系统
Lee et al. A study on 13bit rotary encoder of serial communication output using single bipolar magnet and detecting a displacement of singleturn and multiturn
JP2023041534A (ja) 磁気式エンコーダ
Bhaskarrao et al. A linearizing analog front-end for sine-cosine shaft encoder

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190611