JP2003009565A - 角度／位置検出装置およびそれを用いたモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＣオフセットを効果的に除去する角度検出
器を提供する。 【解決手段】 角度検出器は、モータの回転角度を示す
９０度位相がずれた少なくとも２相の検出信号を出力す
る２つの検出素子（１０）と、２つの検出素子から出力
されるアナログ検出信号を変換する２つのＡＤ変換手段
（２１，２２）と、ＡＤ変換手段で変換した２つのディ
ジタル信号に含まれるＤＣ成分を除去する２つのフィル
タ手段（２３，２４）と、フィルタ手段の２つの出力信
号からモータの回転位置または回転角度を算出する演算
手段（２５）と、モータの状態に応じてフィルタ手段を
適応的に制御する制御手段（２６）とを有する。フィル
タ手段はＨＰＦ部分とＬＰＦ部分とを有し、ＨＰＦ部分
においてＡＤ変換信号にＤＣ成分が加算され、ＬＰＦ部
分は可変利得増幅手段およびＤＣオフセット除去したＤ
Ｃ値を保持する手段を有し、制御手段はモータの状態に
応じて所定の値のＤＣ成分をハイパスフィルタ部分に印
加し、可変利得増幅手段の利得を変化させてフィルタ手
段の時定数を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータなどの回転
体の回転位置または回転角度などを検出する角度／位置
検出装置に関する。本発明は特に、角度／位置検出装置
に含まれるＤＣオフセットを除去して精度を高めた角度
／位置検出装置に関する。本発明はまた、そのような角
度／位置検出装置におけるＤＣオフセット除去方法に関
する。本発明はさらに、そのような角度／位置検出装置
を適用して回転体、たとえば、モータの制御を行う制御
装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータを用いる各種の機器、たとえば、
ビデオ信号記録再生装置（ＶＴＲ装置）、音声記録再生
装置などにおいては、ビデオテープなどの磁気記録媒体
を搬送するＶＴＲキャプスタンモータの位置を正確に検
出して磁気記録媒体の位置を正確に位置決めするため、
ＶＴＲキャプスタンモータの位置および角度またはいず
れか一方を検出する検出装置（以下、角度／位置検出装
置）を用いている。そのような角度／位置検出装置とし
て、エンコーダ、ＦＧ（Frequency Generator ）装置な
どが知られている。

【０００３】エンコーダ、ＦＧ装置はＶＴＲキャプスタ
ンモータなどのモータの軸の回転とともに回転して、そ
の回転に応じたパルス信号または交流信号を連続的に発
生する。そのようなパルス信号または交流信号はモータ
の１回転内の回転位置または回転角度を示す信号であ
る。ＶＴＲキャプスタンモータの回転位置または回転角
度を示す信号を検出する素子として、たとえば、ＭＲセ
ンサを用いた場合は交流信号であるが、信号処理はディ
ジタル的に行うことが多く、そのような交流信号はディ
ジタル信号に変換されてパルス状の信号に変換される。
したがって、以下、パルス信号を代表して信号処理につ
いて述べる。

【０００４】そのようなパルス信号を積算すればモータ
の総回転数とそのときの回転位置または回転角度が判る
から、たとえば、ＶＴＲキャプスタンモータによって磁
気テープがどれだけ搬送されたかが判る。

【０００５】たとえばＦＧ装置において、９０度位相が
異なる２種の位置（または角度）検出信号、たとえば、
２相のＦＧ信号を発生させ、２種のＦＧ信号の位相関
係、すなわち、一方のＦＧ信号の位相が他方のＦＧ信号
の位相より遅れているか進んでいるかを判定すると、Ｖ
ＴＲキャプスタンモータなどのモータが正（順）回転し
たか、逆回転したかが検出できる。もちろん、そのとき
の一方のＦＧ信号からモータの回転位置または角度も判
る。

【０００６】９０度位相がずれた２相のＦＧ信号から角
度を検出してモータの回転位置または角度位置を検出す
るＦＧ装置の位置／角度検出信号を用いて、ＶＴＲキャ
プスタンモータなどのモータを駆動制御する装置、たと
えば、ＶＴＲ装置において、ＦＧ信号にＤＣ成分のず
れ、すなわち、ＤＣオフセットがあるとＶＴＲキャプス
タンモータの位置検出を正しく行うことができない。た
とえば、ＶＴＲ装置においてそのような誤った位置検出
信号を用いてモータを制御すると、精度不良、あるい
は、モータの異常動作を招く可能性がある。

【０００７】したがって、ＶＴＲ装置などにＦＧ装置を
用いた場合、ＦＧ装置において、２相のＦＧ信号から角
度演算を行う前に、適切にＤＣずれ成分を除去する必要
がある。

【０００８】ＦＧ装置において、ＤＣオフセットを除去
するに際して、２相のＦＧ信号のいずれかに生じるＤＣ
オフセットが発生する原因を考察する必要がある。これ
まで追求されてきたＤＣオフセットの原因の主要なもの
を下記に挙げる。 （１）２相用の２つの位置検出素子の個々のばらつき （２）ＦＧ装置内の増幅回路（増幅アンプ）の個々のば
らつき（増幅アンプを使用している場合） （３）ＦＧ装置に使用している電源電圧の変動、 （４）ＦＧ装置内のＡＤ変換器のばらつき （５）温度変化に起因するＦＧ装置内の電子回路などの
特性変動 （６）ＦＧ装置の構成要素のの経時変化

【０００９】角度／位置を検出するＦＧ装置にＤＣオフ
セットがある場合の不具合の様子を図１および図２
（Ａ）〜（Ｃ）を参照して述べる。図１は、余弦波成分
（ｃｏｓθ）を示す第１相のＦＧ信号ＦＧ１と正弦波成
分（ｓｉｎθ）を示す第２相のＦＧ信号ＦＧ２との波形
とそれらの関係を示した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）
は、余弦波成分（ｃｏｓθ）を示す第１相のＦＧ信号Ｆ
Ｇ１をＸ紬に示し、正弦波成分（ｓｉｎθ）を示す第２
相のＦＧ信号ＦＧ２をＹ紬に示し、両者の交点をＸ−Ｙ
二次元座標平面にプロットした図である。この２信号Ｆ
Ｇ１，ＦＧ２から角度を計算してモータの角度信号（ま
たはモータの回転位置信号）θを得る。角度信号θは下
記の演算により求めることができる。

【００１０】

【数１】 θ＝ａｒｃｔａｎ（ＦＧ２／ＦＧ１）、（ＦＧ１≠０） θ＝９０° 、（ＦＧ１＝０、かつ、ＦＧ２＞０） θ＝２７０°、（ＦＧ１＝０、かつ、ＦＧ２＜０） θ＝任意の角度、（ＦＧ１＝０、かつ、ＦＧ２＝０） ・・・（１）

【００１１】単位時間あたりのモータの角度信号θの変
化量を計算すると、モータの回転速度が分かる。このよ
うにして算出した角度信号（または位置信号）および回
転速度信号を用いると、モータの速度制御や位置制御が
可能となる。

【００１２】図２（Ａ）〜（Ｃ）において、モータが正
回転している場合、Ｘ−Ｙ平面上の点が左周り（反時計
周り）に回転し、モータが逆回転している場合はＸ−Ｙ
平面上の点が右回り（時計周り）に回転する。したがっ
て、モータの回転の向き（方向）、すなわち、正回転か
逆回転かも判る。

【００１３】図２（Ａ）に破線が示したように、実線で
示した位置からＤＣオフセットが小さい時は位置検出の
問題は起きない。

【００１４】図２（Ｂ）に破線で示したように、実線で
示した位置からＤＣオフセットが大きい時で角速度の逆
転が起きるので、位置検出の問題が起きる。モータが正
回転するとＦＧ１、ＦＧ２信号はＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ点のよ
うに移動するが、Ａ→Ｂ点の場合は角速度の方向は合っ
ているが、Ｃ→Ｄ点の場合角速度の符号が反転する。こ
のような信号に基づいて算出した角度信号（または位置
信号）は、実際はモータが正回転方向に回転しているに
もかかわらずモータが逆回転（反転）してると検出され
た信号となり、制御手段がその検出信号を用いてモータ
を制御するとモータの速度を上げるほうに制御するの
で、モータが暴走する可能性がある。

【００１５】図２（Ｃ）は、角速度の反転が起こる限界
のＤＣずれ量を推定した例を図解している。ＤＣオフセ
ット量が大きい場合、検出信号が大きく誤ったものとな
り、その検出信号を用いてモータを制御すると、上記の
ごとくモータが暴走する可能性がある。しかし、ＤＣオ
フセット量が小さい場合にもモータの速度（位置）を正
しく検出できず、そのような検出信号を用いてモータを
制御すると制御不良を招く可能性がある。したがってＤ
Ｃオフセットを除去することが必要になる。

【００１６】上述したように、ＤＣオフセットが発生す
る要因は種々あり、ＤＣオフセットを除去するにはその
要因に則して行うことが望ましい。以下、そのようなＤ
Ｃオフセット除去方法の従来方法について例示する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ＤＣオフセット除去方
法として、ＦＧ装置を組み込んだ装置、たとえば、ＶＴ
Ｒ装置の製造時に、ＦＧ装置内のＤＣオフセットを測定
して、測定したＤＣオフセットを調整する方法が知られ
ている。しかしながら、ＡＤ変換器に入力されるアナロ
グ信号での段階で調整すると、ＦＧ装置にＤＡ変換器を
組み込むことが必要となり、ＦＧ機器の価格が高騰し、
さらにＦＧ装置の消費電力が増加するという問題があ
る。

【００１８】以上、角度／位置検出装置としてＦＧ装置
を例示して述べたが、ＦＧ装置以外の此の角度／位置検
出装置、たとえば、エンコーダなどにおいても上記ＤＣ
オフセットの問題に遭遇している。

【００１９】本発明は、ＤＣオフセットの影響がなく正
確な角度および／または位置を検出可能な、高精度で、
低価格で、消費電力が少ない角度／位置検出装置を提供
することにある。本発明はまた、そのような角度／位置
検出装置におけるＤＣオフセット除去方法を提供するこ
とにある。本発明はさらに、そのような角度／位置検出
装置を用いた装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点によ
れば、回転体の回転位置または回転角度を示す９０度位
相がずれた少なくとも２相の検出信号を出力する２つの
検出素子と、上記２つの検出素子から出力される２つの
アナログ検出信号を変換する２つのＡＤ変換手段と、上
記２つのＡＤ変換手段で変換した２つのディジタル信号
に含まれるＤＣ成分を除去する２つのフィルタ手段と、
上記２つのフィルタ手段の２つの出力信号から、少なく
とも前記回転体の回転位置または回転角度を算出する演
算手段と、上記回転体の状態に応じて前記フィルタ手段
を適応的に制御する制御手段とを有する角度／位置検出
装置が提供される。

【００２１】前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタ部
分と、ローパスフィルタ部分とを有し、前記ハイパスフ
ィルタ部分において前記ＡＤ変換手段の変換信号にＤＣ
成分が加算され、前記ローパスフィルタ部分は、可変利
得増幅手段およびＤＣオフセット除去したＤＣ値を保持
する手段を有し、前記制御手段は、前記回転体の状態に
応じて、所定の値のＤＣ成分を前記ハイパスフィルタ部
分に印加し、前記可変利得増幅手段の利得を変化させて
前記フィルタ手段の時定数を変化させる。

【００２２】前記制御手段は、前記回転体が回転してい
るときは前記フィルタ手段を動作させ、前記回転体が停
止しているときは前記フィルタ手段における前記可変利
得増幅手段の利得を０にしてＤＣ値を保持させる。

【００２３】前記制御手段は、前記回転体の起動後の所
定時間は前記可変利得増幅手段の利得を小さくして前記
フィルタ手段の時定数を短くし、一定時間経過後は前記
可変利得増幅手段の利得を大きくして前記フィルタ手段
の時定数を長くし、前記回転体が停止しているときは前
記フィルタ手段における前記可変利得増幅手段の利得を
０にして前記フィルタ手段においてＤＣ値を保持させ
る。

【００２４】前記制御手段は、前記回転体の回転時に前
記回転体の回転方向と前記演算手段で演算した前記回転
体の回転の向きが逆の場合は、前記回転体を回転させる
駆動手段の付勢力を下げ、前記フィルタ手段の時定数を
所定時間だけ極端に短くする。特定的には、前記回転体
はモータであり、前記制御手段は、前記モータ回転時に
前記モータの回転方向と前記演算手段で演算した前記モ
ータの回転の向きが逆の場合は、前記モータに印加する
電圧を下げ、前記フィルタ手段の時定数を所定時間だけ
極端に短くする。

【００２５】前記制御手段は、前記回転体を定常回転さ
せ、前記フィルタ手段で算出し保持しているＤＣ値から
前記フィルタ手段に現在印加しているＤＣ値加算量を減
じて、その値を新たなＤＣ加算量としてメモリ手段に保
持する。

【００２６】前記制御手段は、電源投入後の初期動作時
に、前記メモリ手段に保持した前記ＤＣ加算量を前記フ
ィルタ手段に設定する。

【００２７】本発明の第２の観点によれば、モータと、
前記モータの回転角度および／または位置を検出する上
記角度／位置検出装置と、モータ制御手段と、前記モー
タを駆動する駆動手段とを有するモータ制御装置が提供
される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べる。本願発明者は、回転体、たとえば、モータの
回転角度または回転位置（以下、角度／位置と表す）を
検出する角度／位置検出装置にＤＣオフセットが含まれ
た場合、その影響を排除する方法を種々考察した。特
に、本発明においては、そのような角度／位置検出装置
が回転体と協動して動作する観点から、回転体の動作に
関連させてＤＣオフセットを除去することを考案した。

【００２９】以下の記述において、回転体として、ＶＴ
Ｒキャプスタンモータなどのモータを例示し、本発明の
角度／位置検出装置はモータの回転角度／位置を検出す
るＦＧ装置について例示する。本実施の形態において
は、モータとして３相ＤＣモータ５０を用いた場合につ
いて述べる。

【００３０】ＦＧ装置 図３は本発明の角度／位置検出装置の１実施の形態とし
て、ＶＴＲ装置のＶＴＲキャプスタンモータの回転角度
／位置を検出するＦＧ装置の構成を示す図である。図３
に図解したＦＧ装置は、ＭＲセンサ１０と、下記に述べ
る各種演算処理を行うマイクロコンピュータ（μＣ）２
０と、不揮発性メモリ３０とを有している。

【００３１】ＦＧ装置で検出した３相ＤＣモータ５０の
回転角度／位置信号に基づいて、３相ＤＣモータ５０の
回転位置制御を行う場合、ＶＴＲ装置は、上記ＦＧ装置
の他に、マイクロコンピュータ（μＣ）２０を用いたモ
ータ制御部分２８、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１、
電力増幅回路４３、および、３相変換部４５を有する。
図３の図解において、μＣ２０はＦＧ装置の他、モータ
制御部分２８としても機能する。

【００３２】ＦＧ装置の構成について述べる。ＭＲセン
サ１０は、モータ、たとえば、ＶＴＲキャプスタンモー
タに用いる３相ＤＣモータ５０の回転軸５１の先端に設
けられ、周波数信号発生部５２の近傍に設けられてい
る。周波数信号発生部５２の周縁には交互に所定のピッ
チでＮ極とＳ極の磁性体が設けられており、周波数信号
発生部５２がモータ回転軸５１の回転とともに回転する
と、周波数信号発生部５２の近傍に設けられたＭＲセン
サ１０に交番磁界を発生する。

【００３３】ＭＲセンサ１０ ＭＲセンサ１０はその交番磁界の変化に応じて交流信号
を発生する。本実施の形態においては、図１に図解した
ように、２相のＦＧ信号ＦＧ１，ＦＧ２を生成するた
め、ＭＲセンサ１０は、図２のごとく接続されたＭＲ検
出素子１１〜１４から構成されている。図１に図解した
ように、第１相のＦＧ信号ＦＧ１は、本実施の形態では
余弦波（ｃｏｓθ）信号であり、第２相のＦＧ信号ＦＧ
２は、本実施の形態では正弦波（ｓｉｎθ）信号であ
る。このように、第１相のＦＧ信号ＦＧ１と第２相のＦ
Ｇ信号ＦＧ２とは位相が９０度ずれている。位相が異な
る２つの信号を用いるのは３相ＤＣモータ５０の回転の
向き（回転方向）を検出するためである。

【００３４】なお、第１相のＦＧ信号ＦＧ１と第２相の
ＦＧ信号ＦＧ２とは必ずしも正確に９０度位相がずれて
いる必要はなく、３相ＤＣモータ５０の回転方向（向
き）を検出可能な所定の範囲の位相ずれ、たとえば、３
０〜１２０度程度の位相ずれであっても構わない。この
ような位相ずれのある第１相のＦＧ信号ＦＧ１および第
２相のＦＧ信号ＦＧ２を生成するためには、ＭＲセンサ
１０を構成するＭＲ検出素子１１〜１４の位置をずらせ
ばよい。ただし、以下の実施の形態においては、第１相
のＦＧ信号ＦＧ１と第２相のＦＧ信号ＦＧ２とが９０度
位相ずれている場合について述べる。

【００３５】図３には図解していないが、ＭＲセンサ１
０の出力信号である第１相のＦＧ信号ＦＧ１および第２
相のＦＧ信号ＦＧ２を増幅する増幅回路をＭＲセンサ１
０の後段に設けることもできる。特に、ＭＲセンサ１０
とμＣ２０との距離が長い場合、あるいは、ＭＲセンサ
１０で検出した第１相のＦＧ信号ＦＧ１および第２相の
ＦＧ信号ＦＧ２のレベルが低い場合など、ＭＲセンサ１
０の後段に増幅回路を設けて、増幅した第１相のＦＧ信
号ＦＧ１および第２相のＦＧ信号ＦＧ２をマイクロコン
ピュータ（μＣ）２０内のＡＤ変換器２１，２２に入力
することが好ましい。

【００３６】マイクロコンピュータ（μＣ）２０ マイクロコンピュータ（μＣ）２０は、２つのＡＤ変換
器２１，２２、２つのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２
３，２４、角度演算器２５、サーボ演算角度検出器制御
部（ＣＰＵ）２６、および、パルス幅変調（ＰＷＭ）回
路２７を有している。なお、μＣ２０のサーボ演算角度
検出器制御を行うＣＰＵ２６において、ハイパスフィル
タ２３，２４のフィルタ処理および角度演算器２５の演
算処理を行うこともできる。

【００３７】ＡＤ変換器２１，２２ ＡＤ変換器２１，２２はそれぞれ、ＭＲセンサ１０から
出力されたアナログ信号形態の第１相のＦＧ信号ＦＧ１
および第２相のＦＧ信号ＦＧ２を所定のサンプリング周
期でディジタル信号に変換する。サンプリング周期は、
サンプリング理論に従って、周波数信号発生部５２で発
生する周波数の少なくとも２倍の周波数の周期である。
このＡＤ変換器２１，２２における変換時にＤＣオフセ
ットが含まれることがある。

【００３８】本実施の形態においては、２個のＡＤ変換
器２１，２２を用いた構成を例示しているが、１個のＡ
Ｄ変換器２１のみ設け、タイミングを異ならせて、第１
相のＦＧ信号ＦＧ１および第２相のＦＧ信号ＦＧ２を順
次入力して２つのＦＧ信号ＦＧ１，ＦＧ２をＡＤ変換す
る、多重化処理の回路構成にすることもできる。ただ
し、本実施の形態においては２個のＡＤ変換器２１，２
２を併設した場合について述べる。

【００３９】２つのＨＰＦ２３，２４はそれぞれＡＤ変
換器２１，２２で変換されたディジタル信号である第１
相のＦＧ信号ＦＧ１および第２相のＦＧ信号ＦＧ２に含
まれるＤＣオフセット成分を除去する。ＨＰＦ２３，２
４の回路構成を図４を参照して述べる。

【００４０】ＨＰＦ２３，２４（ＨＰＦ２００） ２つのＨＰＦ２３，２４は、図４に図解したＨＰＦ２０
０のように、基本的に同じ回路構成をしている。ＨＰＦ
２００は、最上位ビット反転部２０１と、第１加算部２
０２と、第２加算部（または減算部）２０３と、可変利
得増幅部２０４と、第３加算部２０５と、Ｄ型フリップ
フロップ（Ｄ−ＦＦ）２０６とを有する。

【００４１】ＨＰＦ２００の入力信号（パラメータ）は
余弦波入力信号ＣｏｓＳｉｎ＿Ｉｎ，余弦波ＤＣ加算信
号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄ，ハイパスフィルタ係数ＨＰＦｃ
ｏｅｆの３つである。ＨＰＦ２００の出力信号は余弦波
出力信号ＣｏｓＳｉｎ＿Ｏｕｔ，余弦波ＤＣ検出信号Ｃ
ｏｓＤＣ＿ｄｅｔの２つである。

【００４２】余弦波ＤＣ加算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄは
ＤＣオフセット除去用のデータである。その詳細は後述
する。フィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆはＨＰＦ２００の時
定数を変化させるためのパラメータである。フィルタ係
数ＨＰＦｃｏｅｆとＨＰＦ２００の時定数との関係につ
いては詳細を後述する。

【００４３】ＨＰＦ２００の外部、たとえば、サーボ演
算角度検出器制御部２６から制御可能なのは、余弦波Ｄ
Ｃ加算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄとフィルタ係数ＨＰＦｃ
ｏｅｆの２つであり、ＨＰＦ２００の外部から観測可能
なのは余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔである。

【００４４】ＨＰＦ２００においては、第１の加算部２
０２において、最上位ビット反転部２０１で符号反転さ
れた余弦波入力信号ＣｏｓＳｉｇ＿Ｉｎに余弦波ＤＣ加
算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄを加算し、第２の加算部（減
算部）２０３で余弦波入力信号ＣｏｓＳｉｇ＿Ｉｎに余
弦波ＤＣ加算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄを加算した結果に
余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを減じてＤＣオ
フセット除去処理を行い、第３の加算部２０５で、第２
の加算部（減算部）２０３で減じた余弦波ＤＣ検出信号
ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを可変利得増幅部２０４の出力に加
算している。

【００４５】余弦波ＤＣ加算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄ
は、ＤＣオフセットを除去するための加算信号である。
不揮発性メモリ３０にＤＣオフセット除去用データを格
納しておき、サーボ演算角度検出器制御部２６がそれを
読みだしてＤＣ加算信号ＣｏｓＤＣ＿ａｄｄとして、Ｈ
ＰＦ２００（具体的には、ＨＰＦ２３，２４）に与え
る。

【００４６】第２加算部（または減算部）２０３、可変
利得増幅部２０４、第３加算部２０５、Ｄ型フリップフ
ロップ２０６からなり、ノードＮ１〜Ｎ３において図３
の如く接続された回路は、一次ＩＩＲ型のフィルタ回路
を構成している。最上位ビット反転部２０１からノード
Ｎ３までの回路は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の特性
を示し、最上位ビット反転部２０１からノードＮ１まで
の回路は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性となる。
本明細書において、このようなＬＰＦおよびＨＰＦをそ
れぞれＨＰＦ２００内の局部ＬＰＦおよび局部ＨＰＦと
呼ぶ。

【００４７】代表例として、ＡＤ変換器２１において第
１相のＦＧ信号ＦＧ１がディジタル信号に変換されてＨ
ＰＦ２００に入力された場合についてＨＰＦ２００の動
作を述べる。

【００４８】ＡＤ変換された第１相のＦＧ信号ＦＧ１が
余弦波入力信号ＣｏｓＳｉｇ＿ＩｎとしてＨＰＦ２００
の最上位ビット反転部２０１に入力される。最上位ビッ
ト反転部２０１は、ＡＤ変換された第１相のＦＧ信号Ｆ
Ｇ１の最上位（ＭＳＢ）ビットを反転してＡＤ変換結果
である符号無しデータを符号付データに変換する。な
お、ＡＤ変換器２１において最上位ビット反転部２０１
の処理を行った信号を出力する場合は、換言すれば、Ａ
Ｄ変換器２１に最上位ビット反転部２０１の回路を組み
込んである場合は、上述した最上位ビット反転部２０１
は設ける必要はない。第１加算部２０２は、最上位ビッ
ト反転部２０１の出力信号に余弦波ＤＣ加算信号Ｃｏｓ
ＤＣ＿ａｄｄを加算する。

【００４９】第１加算部２０２の結果がノードＮ１から
局部ＨＰＦの出力信号としての余弦波出力信号ＣｏｓＳ
ｉｎ＿Ｏｕｔとして出力される。ただし、この実施の形
態における局部ＨＰＦには第２加算部（減算部）２０３
が含まれており、第１加算部２０２の出力信号から、局
部ＬＰＦの出力信号、すなわち、ノードＮ３における余
弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを減じた差分信号
を局部ＨＰＦの出力信号としている。

【００５０】一次ＩＩＲ型ＬＰＦ２１０内の第２加算部
（減算部）２０３において、第１加算部２０２の出力信
号から局部ＬＰＦの出力信号であるノードＮ３における
余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを減じた後、利
得増幅部２０４において第２加算部（減算部）２０３で
算出した差分信号に利得（ゲイン）を乗じて増幅する。
可変利得増幅部２０４の利得は可変であり、ＨＰＦ２０
０の外部から、たとえば、サーボ演算角度検出器制御部
２６から与えるハイパスフィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆに
よって利得増幅部２０４の利得を変化させる。表１に、
例示として、フィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆの値０〜３に
対する利得増幅部２０４の利得の例を示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】表１に示すように、フィルタ係数ＨＰＦｃ
ｏｅｆの値０〜３に応じて利得増幅部２０４の利得を変
化させることは、その内部で実質的に時定数を変化させ
ることを意味する。本実施の形態ではＨＰＦ２００の外
部から、たとえば、サーボ演算角度検出器制御部２６か
ら、ＶＴＲ装置の状態、たとえばＶＴＲキャプスタンモ
ータの状態に応じてフィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆの値を
０〜３の範囲で利得増幅部２０４に与えることにより、
フィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆを受けた利得増幅部２０４
は事前に表１に例示したように、フィルタ係数ＨＰＦｃ
ｏｅｆの値に応じた利得を選択して、その利得で第２加
算部２０３の出力信号を増幅する。

【００５３】以下、表１に示した具体的な例示について
説明する。なおサーボ演算角度検出器制御部２６には、
図解を省略したが、下記の動作処理を行うためのＶＴＲ
装置の状態、特に、３相ＤＣモータ５０としてのＶＴＲ
キャプスタンモータの動作状態などの信号が入力されて
いるものとする。

【００５４】（ａ）ＶＴＲキャプスタンモータが停止し
ているときにサーボ演算角度検出器制御部２６はフィル
タ係数ＨＰＦｃｏｅｆ＝０を利得増幅部２０４に与える
と、利得増幅部２０４は利得＝０を選択する。利得＝０
は時定数が無限大であることを意味しており、その場合
は、Ｄ−ＦＦ２０６のＤＣ値は保持される（ホールドさ
れる）。

【００５５】（ｂ）ＶＴＲキャプスタンモータが定常動
作時にサーボ演算角度検出器制御部２６はフィルタ係数
ＨＰＦｃｏｅｆ＝１を利得増幅部２０４に与えると、利
得増幅部２０４は利得＝１／１０００を選択する。利得
＝１／１０００は時定数が１秒であることを意味してお
り、その場合は、ＨＰＦ２００は時定数＝１秒で動作す
る。

【００５６】（ｃ）ＶＴＲキャプスタンモータの起動時
にサーボ演算角度検出器制御部２６はフィルタ係数ＨＰ
Ｆｃｏｅｆ＝２を利得増幅部２０４に与えると、利得増
幅部２０４は利得＝１／１００を選択する。利得＝１／
１００は時定数が１００ｍｓであることを意味してお
り、その場合は、ＨＰＦ２００は時定数＝１００ｍｓで
動作する。

【００５７】（ｄ）ＶＴＲキャプスタンモータの逆転を
検出時にサーボ演算角度検出器制御部２６はフィルタ係
数ＨＰＦｃｏｅｆ＝３を利得増幅部２０４に与えると、
利得増幅部２０４は利得＝１／１０を選択する。利得＝
１／１０は時定数が１０ｍｓであることを意味してお
り、その場合は、ＨＰＦ２００は時定数＝１０ｍｓで動
作する。

【００５８】（ｅ）フィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆが０か
ら１の範囲でＨＰＦ２００はＤＣ値をホールドし、ＨＰ
Ｆｃｏｅｆ＝１でＨＰＦ２００はスルー状態となり、Ｈ
ＰＦｃｏｅｆが０から１の間の数値の場合は０に近い値
になるほど時定数は長くなる。したがって、利得の値を
０にすることでＶＴＲ装置（またはＨＰＦ２００）の電
源が入っている限り、現状のＤＣ除去量を無限時間ホー
ルドすることができる。

【００５９】このように、本実施の形態は、ＨＰＦ２０
０の外部から、たとえば、サーボ演算角度検出器制御部
２６からフィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆを指定し、利得増
幅部２０４が指定されたフィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆに
応じて予め記憶されている時定数を選択して一次ＩＩＲ
型ＬＰＦ２１０の時定数を変化させて、ＤＣオフセット
を除去する特性を変化可能にしている。換言すれば、Ｈ
ＰＦ２００は外部の指示によって時定数を変化させ、Ｄ
Ｃオフセット除去特性を調整可能な構成になっている。

【００６０】なお、サーボ演算角度検出器制御部２６は
上述したようにフィルタ係数ＨＰＦｃｏｅｆをＨＰＦ２
００に指定するのではなく、直接、時定数そのものを指
定するようにしてもよい。そのように構成すれば、上述
したように、事前に利得増幅部２０４にフィルタ係数Ｈ
ＰＦｃｏｅｆに対応させて複数の時定数を記憶しておく
必要もなく、サーボ演算角度検出器制御部２６は、多数
の時定数をＨＰＦ２００に設定することができるように
なり、種々の時定数をきめ細かく設定でき、ＨＰＦ２０
０のＤＣオフセット除去特性を高い自由度で調整でき
る。

【００６１】利得増幅部２０４の出力信号が第３加算部
２０５においてノードＮ３における余弦波ＤＣ検出信号
ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔが加算される。第３加算部２０５に
おいて余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを加算す
るのは、上述したように、第２の加算部（減算部）２０
３において、余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔを
減じたのでそれを補償するためである。

【００６２】第３の加算部２０５の出力信号がＤ−ＦＦ
２０６に入力されて保持される。Ｄ−ＦＦ２０６にはＤ
Ｃ値が蓄積されることになり、その値が余弦波ＤＣ検出
信号ＣｏｓＤＣ＿ｄｅｔとしてＨＰＦ２００（一次ＩＩ
Ｒ型ＬＰＦ２１０）から出力される。なお、Ｄ−ＦＦ２
０６は、初期状態においてＦＧ装置の電源がオフ状態か
らオンになったとき、０にクリアされているものとす
る。

【００６３】以上を要約すると、第１加算部２０２の出
力信号が一次ＩＩＲ型ＬＰＦ２１０においてローパスフ
ィルタ処理されて、余弦波ＤＣ検出信号ＣｏｓＤＣ＿ｄ
ｅｔとして一次ＩＩＲ型ＬＰＦ２１０から出力されるこ
とを意味している。

【００６４】以上、第１相のＦＧ信号ＦＧ１について述
べたが、第２相のＦＧ信号ＦＧ２についても同様であ
る。

【００６５】角度演算器２５ 角度演算器２５は、ＨＰＦ２３，２４の出力を参照して
ＶＴＲキャプスタンモータの角度（θ）を算出する。角
度演算の方法は式１を参照して述べた従来と同様であ
る。その方法の概要を述べる。ＦＧ装置において、モー
タ１回転当たり、たとえば、３００波の第１および第２
層のＦＧ信号ＦＧ１、ＦＧ２が発生する。角度演算器２
５は、周波数特性を向上させるため、１波のＦＧ内の信
号を角度に変換してサーボ制御に使用する角度信号を発
生する。ＶＴＲキャプスタンモータ５０の周波数信号発
生部５２が基準位置を通過したとき、基準のリセットパ
ルスが角度演算器２５に入力される。角度演算器２５は
各回転ごと、基準のリセットパルスが入力されるたび、
１回転当たりの角度データをクリアする。角度演算器２
５は、ＨＰＦ２３の出力信号ＣｏｓＳｉｇ ｏｕｔ（ま
たは、ＨＰＦ２４の出力信号ＳｉｎＳｉｇ ｏｕｔ）を
所定のしきい値レベルで識別して２値化し、ディジタル
パルス信号に変換する。角度演算器２５はこのパルスを
計数して角度データに加算する。この加算結果がＶＴＲ
キャプスタンモータ５０のＦＧ装置の１波内の角度を示
している。

【００６６】パルス信号の発生時間間隔を測定すれば、
瞬間的な角速度信号が得られる。また、１回転する時間
を測定すれば、ＶＴＲキャプスタンモータ５０の１回転
当たりの平均速度が算出できる。

【００６７】ＶＴＲキャプスタンモータ５０の回転の向
きは、図５に図解したように、本来９０度位相がずれて
いるＨＰＦ２３の出力信号ＣｏｓＳｉｇ ｏｕｔとＨＰ
Ｆ２４の出力信号ＳｉｎＳｉｇ ｏｕｔのいずれかが先
に到来するを検出して判断する。このようにして算出し
た回転の向きを含むモータ５０の１ＦＧ波形内の角度信
号、角速度信号を角度信号θと称して、サーボ演算角度
検出器制御部（ＣＰＵ）２６に出力する。

【００６８】また、角度演算器２５は、上記１回転毎の
角度データを累積していき、そのときのＶＴＲキャプス
タンモータ５０の合計角度移動量（または位置変化量）
を算出する。ただし、ＶＴＲキャプスタンモータ５０の
合計角度移動量（または位置変化量）を算出は、角度信
号θを入力したサーボ演算角度検出器制御部（ＣＰＵ）
２６で行うこともできる。

【００６９】サーボ演算角度検出器制御部 サーボ演算角度検出器制御部２６は、表１を参照して述
べたＶＴＲ装置の状態に応じた制御を行う他、角度演算
器２５で算出した角度信号θを参照してＶＴＲ装置のＶ
ＴＲキャプスタンモータの速度制御、位置制御演算を行
う。速度制御および位置制御演算は従来と同様である。

【００７０】ＰＷＭ回路 サーボ演算角度検出器制御部（ＣＰＵ）２６の制御演算
結果は、ＰＷＭ回路２７においてパルス幅変調されて、
ＰＷＭ変調制御信号Ｓ２７としてＬＰＦ４１に出力され
る。

【００７１】ＬＰＦ４１はＰＷＭ変調制御信号Ｓ２７の
低周波成分を通過させ、その結果を電力増幅回路４３が
３相ＤＣモータ５０を駆動可能なレベルの電圧信号に増
幅して、３相変換部４５に出力する。３相変換部４５
は、３相ＤＣモータ５０を駆動する３相の駆動信号に変
換して３相ＤＣモータ５０に印加する。

【００７２】３相ＤＣモータ５０の制御信号としては、
上述した他、論理信号として、モータオン信号、モータ
正回転／逆回転（ＦＷＤ／ＲＶＳ）信号が、サーボ演算
角度検出器制御部（ＣＰＵ）２６から出力される。

【００７３】不揮発性メモリ３０は、ＦＧ装置における
ＤＣオフセット量を記憶するなどのために設けられてお
り、演算部２８またはサーボ演算角度検出器制御部（Ｃ
ＰＵ）２６の指令により、不揮発性メモリ３０へのデー
タの書き込みまたは不揮発性メモリ３０からの読み出し
が行われる。不揮発性メモリ３０から読み出されたデー
タは上述したように、余弦波ＤＣ加算信号ＣｏｓＤＣ＿
ａｄｄとしてＨＰＦ２００（具体的には、ＨＰＦ２３，
２４）に与えられる。

【００７４】ＤＣオフセット除去方法の例 ＦＧ装置を用いて３相ＤＣモータ５０の角度／位置を検
出する場合にＦＧ装置にＤＣオフセットが含まれる場合
のＤＣオフセットの除去方法の概要を下記の表２に示
す。表２は図４にＨＰＦ２００として代表回路例を示し
たＨＰＦ２３，２４の時定数をモータの駆動時は停止時
に応じて変化させるか否か、モータ駆動時の起動時と定
常時にどのようなサーボ方式を用いるのか、それらの場
合の利点と欠点、判定結果を簡単に示している。

【００７５】

【表２】

【００７６】方法１ 表２の方法１はモータの回転、停止に関わらずＤＣオフ
セット値を常に除去する方法である。この方法では信号
のＤＣ成分を常に除去しているためＤＣオフセットの影
響は受けないが、モータ停止時には位置情報の意味を持
っているＦＧ信号をＧＮＤレベルに引き込んでしまうた
め、次回のモータ起動時には、起動後しばらくの間は角
度を正確に検出できないという不具合がある。かりにＦ
Ｇ信号に振幅変動があり起動後、信号の振幅が小さくな
ったときには、検出角速度の逆転が起き、その検出信号
を用いてモータを制御するとモータが暴走することもあ
りうる。したがって方法１は実際には採用できない。換
言すれば、モータの回転・停止に係わらず無条件にＤＣ
オフセット除去を行うことが好ましくないことを意味し
ている。

【００７７】改正方法１ 方法１の欠点を改善したものが改正方法１である。改正
方法１においては、モータ起動後、一定時間は角度信号
からモータ駆動せずに、ＤＣオフセットの収束を待ち、
一定時間経過後、角度信号θをもとにモータを駆動す
る。表２においては、角度信号θをもとにモータを動か
すことを角度サーボと命名している。

【００７８】方法２ 方法２は一度ＤＣオフセット量を調整した後（調整しな
くてもよい）、ＨＰＦ２３，２４においてＤＣオフセッ
ト成分をいかなる時にも除去しない方法である。方法２
では温度変化等によるＤＣ変動が大きい場合にはモータ
暴走の不具合を生じるが、ＤＣ変動量が小さい場合はこ
の方法でも問題はない。

【００７９】方法３ 方法３はモータ回転時にはＤＣオフセットを補正し、モ
ータ停止時にはＤＣ値ホールドとする方法である。方法
３では、モータ回転中はＤＣオフセット補正しているの
で、温度特性によるＤＣ変動の影響は受けないという利
点がある。モータ停止時にはＤＣ値をホールドしている
のでモータ停止期間中にＤＣオフセットがなければ、次
回の最初のモータ起動も問題ない。温度によるＤＣ変化
量が小さければ、方法３のみを実施すれば問題はない。
方法３が優れている点は、ＤＣオフセットの悪影響を受
けるのが、モータ停止時にＤＣオフセットがあった後の
モータ最初の起動のみという点である。

【００８０】以上の考察から、本発明の実施の形態とし
ては改正方法１および方法３を適用した。

【００８１】方法３の実施の形態 方法３の具体的例として、モータ起動後の一定時間、Ｈ
ＰＦ２３，２４の時定数を短くすることによりＤＣオフ
セットの引き込みを速くし、その後、ＨＰＦ２３，２４
の時定数を長くすることによりモータの起動が安定し、
モータの定常走行特性も安定させることができる。

【００８２】ＤＣオフセット対応策 ＤＣオフセットが非常に大きい場合、モータが反転して
いると勘違いしてモータを制御するとモータが暴走する
可能性がある。実際にその現象が起きる可能性があるの
は、方法３を実施している場合には、モータ停止時や、
ＶＴＲ装置の電源オフ時に、大きな環境変化が起きてＤ
Ｃ値が大きくずれた後の最初のモータ起動時に起きると
予想される。そこで、たとえば、サーボ演算角度検出器
制御部２６またはモータ制御部分２８において、検出角
速度がモータの走行方向と逆であることが分かった場合
には、サーボ演算角度検出器制御部２６またはモータ制
御部分２８は、３相ＤＣモータ５０に印加する電圧を低
下させ、かつ、ＨＰＦ時定数を一定時間大幅に短くす
る。この処理でＨＰＦ２３，２４において短時間でＤＣ
オフセットを引き込み、安定した起動動作を実現でき
る。

【００８３】本願発明者はＤＣオフセットの除去方法と
して大きく２つに分けて考えた。第１の方法は、ＶＴＲ
装置の製造時等にＤＣオフセットを調整し、その調整値
を不揮発性メモリ３０に記憶しておき、ＶＴＲ装置の電
源立ち上げ時にはこの調整値を使用する方法である。第
２の方法は、ＶＴＲ装置の動作中に起きるＤＣオフセッ
トをリアルタイムで除去する方法である。以下、これら
のＤＣオフセット除去方法、および、モータ駆動の方式
について詳細に述べる。

【００８４】ＦＧ装置におけるＤＣオフセットの調整方
法 ＦＧ装置のＤＣオフセットの調整を行うのは、ＶＴＲ装
置またはＦＧ装置の製造時や、ユーザから調整の要求が
あった時、もしくは、ＶＴＲ装置またはＦＧ装置が自己
診断調整が必要だと判断した時に自動で調整してもよ
い。

【００８５】その第１の処理方法を図６および図７にフ
ローチャートとして示した。図６は初期状態の余弦ＤＣ
加算量ＣｏｓＤＣ ａｄｄおよび正弦ＤＣ加算量Ｓｉｎ
ＤＣ ａｄｄの設定方法を図解している。初期状態、す
なわち、ＦＧ装置またはＶＴＲ装置の電源をオンにした
とき（ステップ１）、サーボ演算角度検出器制御部２６
が不揮発性メモリ３０からＦＧ装置固有のＤＣオフセッ
ト量を補正するデータを読み出し（ステップ２）、図４
に図解した余弦ＤＣ加算量ＣｏｓＤＣ ａｄｄおよび正
弦ＤＣ加算量ＳｉｎＤＣ ａｄｄとして、ＨＰＦ２３，２
４に入力する（ステップ３）。

【００８６】図７はＦＧ装置の製造時、ユーザから調整
が要求されたときなどに行う調整処理を示すフローチャ
ートである。ステップ１〜３は上記処理方法と同じであ
る。ステップ４において、たとえば、ユーザから調整が
要求されたとき、たとえば、サーボ演算角度検出器制御
部２６は３相ＤＣモータ５０を回転させ、ＨＰＦ２３，
２４をオン状態にする（ステップ５）。サーボ演算角度
検出器制御部２６は３相ＤＣモータ５０の回転が安定す
るまで待ち、ＨＰＦ２３，２４のＤＣ除去値が収束する
のを待つ（ステップ６）。サーボ演算角度検出器制御部
２６は、ＨＰＦ２３，２４それぞれのＤＣ除去値Ｃｏｓ
ＤＣ ｄｅｔ，ＳｉｎＤＣ ｄｅｔとＤＣ加算値Ｃｏｓ
ＤＣ ａｄｄ，ＳｉｎＤＣ ａｄｄから下記式２に基づ
いて、新たなＤＣ加算値ＣｏｓＤＣ ａｄｄ，ＳｉｎＤ
Ｃ ａｄｄを計算する（ステップ７）。

【００８７】

【数２】 ＣｏｓＤＣ ａｄｄ（新）＝ＣｏｓＤＣ ａｄｄ（現在） −ＣｏｓＤＣ ｄｅｔ ＳｉｎＤＣ ａｄｄ（新）＝ＳｉｎＤＣ ａｄｄ（現在） −ＳｉｎＤＣ ｄｅｔ ・・・（２）

【００８８】サーボ演算角度検出器制御部２６は計算し
た新たなＣｏｓＤＣ ａｄｄ（新）およびＳｉｎＤＣ
ａｄｄ（新）を不揮発性メモリ３０に記憶する（ステッ
プ８）。

【００８９】不揮発性メモリ３０に記憶されたＣｏｓＤ
Ｃ ａｄｄ（新）およびＳｉｎＤＣ ａｄｄ（新）は、次
回のＶＴＲ装置またはＦＧ装置の初期状態、すなち、電
源投入時に、図６に図解した処理によって不揮発性メモ
リ３０から読みだされてＨＰＦ２３，２４に設定され
る。これらのＤＣ加算値ＣｏｓＤＣ ａｄｄ（新），Ｓ
ｉｎＤＣ ａｄｄ（新）は、適正な値であるため、ＨＰ
Ｆ２３，２４において適切にＤＣオフセット除去が行わ
れ、角度演算器２５で算出した角度信号θを用いて３相
ＤＣモータ５０を起動すると、初回から３相ＤＣモータ
５０の起動が良好に行われる。

【００９０】具体例 以下、表３〜表５を参照して具体例を例示する。

【００９１】

【表３】

【００９２】表３の諸元のとき、入力電圧０．１Ｖに対
するＡＤ変換器２１，２２におけるＡＤ変換値のずれ
は、（０．１／３．０）×２５６デジット（桁）＝８．
５デジットとなる。３相ＤＣモータ５０を回転させ、Ｈ
ＰＦ２３，２４をオンにして、ＨＰＦ２３，２４のＣｏ
ｓＤＣ ｄｅｔ，ＳｉｎＤＣ ｄｅｔが安定した時、下
記になる。

【００９３】

【表４】

【００９４】式２を適用して新たなＤＣ加算値を計算す
ると下記表５に示す値になる。したがって、不揮発性メ
モリ３０には表５に示した下記のデータを書き込む。

【００９５】

【表５】

【００９６】この値は、第１相のＦＧ信号ＦＧ１および
第２相のＦＧ信号ＦＧ２のＤＣオフセットを補正する値
である。

【００９７】このように実際にＡＤ変換器２１，２２の
入力端で見たＤＣオフセット量を推定計算できることが
分かる。推定計算したＤＣずれ量を不揮発性メモリ３０
に記憶し、電源投入時に不揮発性メモリ３０に記憶させ
ているＣｏｓＤＣ ａｄｄ（新）およびＳｉｎＤＣ ａ
ｄｄ（新）を読みだして、ＨＰＦ２３，２４に印加する
ことにより、ＤＣオフセットの除去をＶＴＲ装置、ＦＧ
装置の電源投入直後から行うことができる。

【００９８】次いで一般動作におけるＤＣオフセットの
補正方法について述べる。図８（Ａ）〜（Ｃ）および図
９（Ａ）〜（Ｂ）は、ＨＰＦ２３，２４の時定数制御、
および、モータ制御のタイミングチャートである。

【００９９】図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して定常的な制
御方式について述べる。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、モータ
動作時にＨＰＦ２３，２４オン、モータ停止時にＤＣホ
ールドする制御の例を示したタイミングチャートであ
る。表６にＨＰＦ２３，２４（ＨＰＦ２００）の利得増
幅部２０４の利得とその動作を示した。

【０１００】

【表６】

【０１０１】図８（Ａ）図解した例１は、モータ動作時
にはいつでも同じＨＰＦ時定数を使用する。

【０１０２】図８（Ｂ）に図解した例２は、モータ起動
後一定時間のみＨＰＦ２３，２４の時定数を短くする。
起動後なるべく速くＤＣずれを補正するためである、モ
ータ定常時にはＨＰＦ２３，２４の時定数を長くし、Ｈ
ＰＦ２３，２４によるＤＣオフセット除去をしすぎるこ
とによる不利益を軽減させる。この不利益とは、具体的
にはＨＰＦ２３，２４でＤＣオフセット除去をした後の
ＦＧ信号の振幅が小さくなる、モータが一瞬停止あるい
はモータの速度が少し落ちただけでＤＣの誤引き込みし
てしまうなどである。

【０１０３】図８（Ｃ）に図解した例３は、例２をさら
に改善したもので、モータ起動後、モータの速度が遅い
ときにはＨＰＦ２３，２４の時定数を長くしておき、加
速完了後にＨＰＦ２３，２４の時定数短くしてＤＣずれ
を高速で引き込み、定常時はＨＰＦ２３，２４の時定数
を下げる。このように制御する理由は、モータ起動後、
モータがまだゆっくり回っているときに、ＤＣ引き込み
が間違って行われることをなくすためであり、案２より
も安定したモータ制御、特に安定したモータ起動特性が
実現できる。

【０１０４】そもそもＦＧ信号のＤＣオフセットを除去
するには、ＦＧ信号（モータ）は止まっていてはだめ
で、ある程度以上の周波数で動いている時に初めてＤＣ
を検出して、ＤＣを除去できるという事実を考えれば、
図８（Ｃ）に図解した例３の制御が効果的なのは当然で
ある。より一般的に、何らかの方法でＦＧ周波数を検出
し、それに従ってＨＰＦの時定数を切り替えるという制
御方式でも良い。たとえば、ＦＧ周波数の１／１０にＨ
ＰＦのカットオフ周波数を持っていく方法でもよい。

【０１０５】次に図９（Ａ）〜（Ｂ）を参照して過渡的
な制御方式について表６を参照して説明する。表６は、
上述したように、にＨＰＦ２３，２４（ＨＰＦ２００）
の利得増幅部２０４の利得とその動作を示したものであ
る。

【０１０６】図９（Ａ）に図解した例４は、図８（Ｃ）
に図解した例３の制御方式を用いて制御中に、ＤＣずれ
が非常に大きくて角速度の反転が起きた場合である。こ
の場合、モータの暴走を食い止めるために、モータに加
える電圧を０Ｖにして、かつ、ＦＧのＤＣを急速に引き
込むため、ＨＰＦ２３，２４の時定数を一定時間（８ｍ
ｓｅｃ）大きく上げている。この制御方式により、例え
モータ起動時にＤＣずれが非常に大きい場合にもモータ
暴走させずに起動が行える。

【０１０７】図９（Ｂ）図解した例５は、ＨＰＦ２３，
２４をモータ停止時にもオンする制御方式である。モー
タ起動時には一定時間角度サーボをかけられない。この
区間の制御方式の具体例としては、モータ駆動電圧を固
定電圧にして、モータを起動させモータの速度が上がっ
てしばらく待ち、ＤＣ値が引き込んだら角度サーボを行
えばよい。

【０１０８】実際の機器の動作波形 図１０〜図１３は実際の機器の動作波形を示すグラフで
ある。ＶＴＲキャプスタンモータの停止からＸ１（ＦＧ
周波数３６０Ｈｚ）定常走行になる時の波形である。Ｆ
Ｇエッジ信号１波は、ＦＧ１信号アナログ信号１波に対
応するデジタル信号である。この周期をみるとモータ速
度が分かる。

【０１０９】図１０はＤＣオフセットがないときのモー
タの起動波形を示すグラフである。図１０において、Ｄ
Ｃオフセットがないときは、起動後すぐに速度が安定し
モータ駆動電圧のうねりも少ない。通常はこのような起
動特性である。

【０１１０】図１１はＤＣオフセットがあるときでＤＣ
オフセット除去処理をしない場合のモータの起動波形を
示すグラフである。図１１において、ＤＣオフセット除
去処理を行わない場合、モータ停止時にＤＣがずれてい
る（ＤＣオフセットしている）。ＤＣオフセット量はＦ
Ｇ１／ＦＧ２ともに０−ｐ値の１倍で、角速度に反転が
生じ、モータが暴走している。

【０１１１】図１２はＦＧ１／ＦＧ２ともに０−ｐ（ピ
ーク）値の１／２^1/2 倍のＤＣオフセットがあり、ＤＣ
オフセット除去対策を講じたときのモータの起動波形を
示すグラフである。図１２において、モータ停止時はＨ
ＰＦ２３，２４オフ、モータオンから６０ｍｓｅｃまで
の間はＨＰＦ２３，２４の時定数を短くし、その後はＨ
ＰＦ２３，２４の時定数を長くするという制御を行い、
ＤＣずらし量をＦＧ１／ＦＧ２ともに０−ｐ値の１／√
２培（角速度反転ぎりぎり）にした。起動後、モータ駆
動電圧のうねりが急速になくなっているのは、ＨＰＦ２
３，２４によりＤＣ成分を除去している効果である。起
動後しばらくの間は、モータ駆動電圧にうねりがある
が、これはＤＣずれがあるために、モータが一定速度で
回っていても速度変化していると検出されて、サーボ演
算により駆動電圧を変化させているためである。この駆
動電圧変動によりモータ速度も変化する。それではＶＴ
Ｒ装置においてＶＴＲキャプスタンモータを用いて安定
したビデオテープの走行ができない。このため、ＤＣず
れはないほうが良い。あったとしても、起動後なるべく
速くＤＣずれを除去するのが望ましい。モータ走行時に
ＨＰＦ２３，２４をオンしておけばこのＤＣずれは除去
できる。

【０１１２】図１３は角速度逆転時の暴走対策処理を入
れた時の波形を示すグラフである。図１３において、Ｄ
Ｃずらし量をＦＧ１／ＦＧ２ともに０−ｐ値の１倍（角
速度反転は生じる）にしてある。ＤＣオフセット除去対
策なしの場合は図１１に例示したように、モータが暴走
するが、図１３に図解した例ではモータ起動後、角速度
反転検出し、モータ駆動電圧を下げた後、モータ駆動波
形はしばらくうねってから収束する。モータの速度をＦ
Ｇエッジ信号の周期で見ても、モータ速度のあばれは少
ないのが分かる。

【０１１３】シミュレーション波形 図１４はＤＣずれあるときの、ＨＰＦのＤＣ引き込みの
シミュレーション波形である。モータ停止時に生じたＤ
Ｃずれをモータ起動後、ＨＰＦ２３，２４をオンにして
ＤＣずれを引き込み、検出角速度が安定する様子が確認
できる。

【０１１４】ＨＰＦ２３，２４の内部ＤＣ値は時刻０に
て、データ０からスタートし、 ＦＧ１（ｃｏｓ）信号入力＝ｃｏｓ（２×π×ｆ×Ｔ）
＋１／２ ＦＧ２（ｓｉｎ）信号入力＝ｓｉｎ（２×π×ｆ×Ｔ）
一１／２ 入力信号周波数／f ＝２００Ｈｚの場合である。

【０１１５】図１４の図解から時間と共に入力信号のＤ
Ｃ値（ｃｏｓ信号側は１／２，ｓｉｎ信号側は−１／
２）に、ＨＰＦ２３，２４のＤＣ除去値（ＣｏｓＤＣ＿
ｄｅｔ，ＳｉｎＤＣ＿ｄｅｔ値）が引き込んでいく様
子、ＤＣ除去後のＨＰＦ出力信号（ｃｏｓＯｕｔｐｕ
ｔ，ｓｉｎＯｕｔｐｕｔ）の信号ＤＣレベルが０センタ
に近づいていく事、検出角速度の変動（あばれ）がなく
なっていく事が確認できた。

【０１１６】図１５はＦＧ１，ＦＧ２をＸ−Ｙ軸にプロ
ットしたグラフであり、ＦＧリサージュ波形が時間と共
に、０センタで回転する様になる事が分かる。実際には
モータの速度が上がらないうちに、時定数短いＨＰＦを
入れてしまうとＤＣの誤引き込みを生じるのでモータ起
動後少しの時間は時定数を上げすぎないほうが良い。

【０１１７】

【発明の効果】本発明の角度／位置検出装置によれば、
回転体の状態に応じてＤＣオフセットを除去するフィル
タの時定数を変化させることにより、ＤＣオフセットを
有効に除去できる。

【０１１８】本発明の角度／位置検出装置におけるＤＣ
オフセット除去方法は、ディジタル的に行うので、アナ
ログ信号にて調整する場合に比べて、装置の価格が低
く、消責電力が少なく、精度が高い。

【０１１９】本発明の角度／位置検出装置を用いた場合
にＤＣオフセット調整後に生じたＤＣオフセットは、回
転体をある程度回転させると除去できる。本発明の角度
／位置検出装置において回転体の動作中に起きるＤＣオ
フセットは完全に除去できる。本発明の角度／位置検出
装置において、回転体の回転が停止中には、前回回転し
ていた時のＤＣずれ量を記憶手段に記憶しているので、
回転体の回転停止時にＤＣずれが大きくなければ、次の
起動も安定して行える。本発明の角度／位置検出装置に
おいて、回転体停止中に生じたＤＣずれの大きさが小さ
い時には、そのＤＣずれを回転体の起動後すぐに除去で
きる。特に回転体の起動時にはＤＣオフセットを除去す
るフィルタの時定数を小さくし、一定時間経過後はフィ
ルタの時定数を長くし、回転体が停止したときはフィル
タにおけるＤＣ値を保持することにより、回転体の起動
時に生じているＤＣずれの除去をさらに迅速に行うこと
ができ、さらに、定常時のフィルタ処理をかけるすぎる
という不具合も起きない。

【０１２０】本発明の角度／位置検出装置を用いた制御
装置において、たとえば、モータの起動時などにＤＣオ
フセットなどの存在によりモータの回転時にモータの回
転の向きと逆方向の回転向きを検出した場合に、モータ
の印加電圧を低くし、ＤＣオフセット除去用フィルタの
時定数を一定時間だけ非常に大幅に短くすることによ
り、通常なら角度サーボをかけるとモータの回転が暴走
してしまう場合でも、モータを暴走させずに駆動させる
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はＦＧ波形を図解した波形図である。

【図２】図２（Ａ）〜（Ｃ）はＦＧにＤＣオフセットが
ある場合の検出の可否を説明するグラフである。

【図３】図３は本発明の角度／位置検出装置の１実施の
形態としての角度検出器の構成図である。

【図４】図４は図３に図解した角度検出器におけるＨＰ
Ｆの構成図である。

【図５】図５はモータの回転の向きを判定する方法を示
すグラフである。

【図６】図６は通常動作時にＦＧのＤＣオフセットを調
整する方法の手順を示すフローチャートである。

【図７】図７は機器の製造時などにＦＧのＤＣオフセッ
トを調整する方法の手順を示すフローチャートである。

【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）はモータ動作時にＨＰＦオ
ン、モータ停止時にＤＣホールドする第１形態の制御例
を示したタイミングチャートである。

【図９】図９（Ａ）〜（Ｂ）はＨＰＦの時定数を制御
し、モータを制御する第２の形態のタイミングを示すタ
イミングチャートである。

【図１０】図１０は本発明の角度検出器を用いて実際の
モータを起動させたときの第１の動作結果を示すグラフ
である。

【図１１】図１１は本発明の角度検出器を用いて実際の
モータを起動させたときの第２の動作結果を示すグラフ
である。

【図１２】図１２は本発明の角度検出器を用いて実際の
モータを起動させたときの第３の動作結果を示すグラフ
である。

【図１３】図１３は本発明の角度検出器を用いて実際の
モータを起動させたときの第４の動作結果を示すグラフ
である。

【図１４】図１４はＨＰＦのＤＣ引き込み特性を示すグ
ラフである。

【図１５】図１５は角度検出器の２相の信号のリサージ
ュ波形図である。

【符号の説明】

１０・・ＭＲセンサ １１〜１４・・ＭＲ検出素子 ２０・・マイクロコンピュータ（μＣ） ２１，２２・・ＡＤ変換器 ２３，２４・・ＨＰＦ ２００・・ＨＰＦ ２１０・・一次ＩＩＲ型ＬＰＦ ２０１・・最上位ビット反転部 ２０２・・第１加算部 ２０３・・第２加算部（減算部） ２０４・・可変利得増幅部 ２０５・・第３加算部 ２０６・・Ｄ型フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ） Ｎ１〜Ｎ３・・ノード ２５・・角度演算器 ２６・・サーボ演算角度検出器制御部（ＣＰＵ） ２７・・ＰＷＭ回路 ３０・・不揮発性メモリ ４１・・ＬＰＦ ４３・・電力増幅回路 ４５・・３相変換部 ５０・・３相ＤＣモータ ５１・・モータ回転軸 ５２・・周波数信号発生部（ＦＧ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F077 AA11 CC02 NN24 PP14 QQ05 QQ10 TT33 TT42 TT52 TT66 5H303 AA24 AA26 CC01 CC06 DD01 EE03 EE07 FF04 FF16 GG08 GG09 GG29 HH02 LL03 MM08 5H550 AA10 BB08 GG01 JJ16 JJ17 JJ26 LL35

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の回転位置または回転角度を示す９
   ０度位相がずれた少なくとも２相の検出信号を出力する
   ２つの検出素子と、 上記２つの検出素子から出力される２つのアナログ検出
   信号を変換する２つのＡＤ変換手段と、 上記２つのＡＤ変換手段で変換した２つのディジタル信
   号に含まれるＤＣ成分を除去する２つのフィルタ手段
   と、 上記２つのフィルタ手段の２つの出力信号から、少なく
   とも前記回転体の回転位置または回転角度を算出する演
   算手段と、 上記回転体の状態に応じて前記フィルタ手段を適応的に
   制御する制御手段とを有する角度／位置検出装置。
2. 【請求項２】前記フィルタ手段は、ハイパスフィルタ部
   分と、ローパスフィルタ部分とを有し、 前記ハイパスフィルタ部分において前記ＡＤ変換手段の
   変換信号にＤＣ成分が加算され、 前記ローパスフィルタ部分は、可変利得増幅手段および
   ＤＣオフセットを除去したＤＣ値を保持する手段を有
   し、 前記制御手段は、前記回転体の状態に応じて、所定の値
   のＤＣ成分を前記ハイパスフィルタ部分に印加し、前記
   可変利得増幅手段の利得を変化させて前記フィルタ手段
   の時定数を変化させる、 請求項１記載の角度／位置検出装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、回転体が回転していると
   きは前記フィルタ手段を動作させ、回転体が停止してい
   るときは前記フィルタ手段における前記可変利得増幅手
   段の利得を０にしてＤＣ値を保持させる、 請求項２記載の角度／位置検出装置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、前記回転体の起動後の所
   定時間は前記可変利得増幅手段の利得を小さくして前記
   フィルタ手段の時定数を短くし、一定時間経過後は前記
   可変利得増幅手段の利得を大きくして前記フィルタ手段
   の時定数を長くし、前記回転体が停止しているときは前
   記フィルタ手段における前記可変利得増幅手段の利得を
   ０にして前記フィルタ手段においてＤＣ値を保持させ
   る、 請求項２記載の角度／位置検出装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記回転体の回転時に前
   記回転体の回転方向と前記演算手段で演算した前記回転
   体の回転の向きが逆の場合は、前記回転体を回転させる
   駆動手段の付勢力を下げ、前記フィルタ手段の時定数を
   所定時間だけ極端に短くする、 請求項２記載の角度／位置検出装置。
6. 【請求項６】前記回転体はモータであり、 前記制御手段は、前記モータ回転時に前記モータの回転
   方向と前記演算手段で演算した前記モータの回転の向き
   が逆の場合は、前記モータに印加する電圧を下げ、前記
   フィルタ手段の時定数を所定時間だけ極端に短くする、 請求項５記載の角度／位置検出装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、前記回転体を定常回転さ
   せ、前記フィルタ手段で算出し保持しているＤＣ値から
   前記フィルタ手段に現在印加しているＤＣ値加算量を減
   じて、その値を新たなＤＣ加算量としてメモリ手段に保
   持する、 請求項１記載の角度／位置検出装置。
8. 【請求項８】前記制御手段は、電源投入後の初期動作時
   に、前記メモリ手段に保持した前記ＤＣ加算量を前記フ
   ィルタ手段に設定する、 請求項７記載の角度／位置検出装置。
9. 【請求項９】前記回転体はモータである、 請求項１記載の角度／位置検出装置。
10. 【請求項１０】モータと、 前記モータの回転角度および／または位置を検出する角
    度／位置検出装置と、モータ制御手段と、 前記モータを駆動する駆動手段と を有するモータ制御装置であって、 前記角度／位置検出装置は、 前記モータの回転位置または回転角度を示す９０度位相
    がずれた少なくとも２相の検出信号を出力する２つの検
    出素子と、 上記２つの検出素子から出力される２つのアナログ検出
    信号を変換する２つのＡＤ変換手段と、 上記２つのＡＤ変換手段で変換した２つのディジタル信
    号に含まれるＤＣ成分を除去する２つのフィルタ手段
    と、 上記２つのフィルタ手段の２つの出力信号から、少なく
    とも前記モータの回転位置または回転角度を算出する演
    算手段と、 上記モータの状態に応じて前記フィルタ手段を適応的に
    制御する角度検出制御手段とを有し、 上記モータの動作状態に応じて前記フィルタ手段を適応
    的に制御する制御手段とを有するモータ制御装置。
11. 【請求項１１】前記角度／位置検出装置の前記フィルタ
    手段は、ハイパスフィルタ部分と、ローパスフィルタ部
    分とを有し、 前記ハイパスフィルタ部分において前記ＡＤ変換手段の
    変換信号にＤＣ成分が加算され、 前記ローパスフィルタ部分は、可変利得増幅手段および
    ＤＣオフセットを除去したＤＣ値を保持する手段を有
    し、 前記角度検出制御手段は、前記モータの状態に応じて、
    所定の値のＤＣ成分を前記ハイパスフィルタ部分に印加
    し、前記可変利得増幅手段の利得を変化させて前記フィ
    ルタ手段の時定数を変化させる、 請求項１０記載のモータ制御装置。
12. 【請求項１２】前記角度検出制御手段は、前記モータが
    回転しているときは前記フィルタ手段を動作させ、前記
    モータが停止しているときは前記フィルタ手段における
    前記可変利得増幅手段の利得を０にしてＤＣ値を保持さ
    せる、 請求項１１記載のモータ制御装置。
13. 【請求項１３】前記角度検出制御手段は、前記モータの
    起動後の所定時間は前記可変利得増幅手段の利得を小さ
    くして前記フィルタ手段の時定数を短くし、一定時間経
    過後は前記可変利得増幅手段の利得を大きくして前記フ
    ィルタ手段の時定数を長くし、前記モータが停止してい
    るときは前記フィルタ手段における前記可変利得増幅手
    段の利得を０にして前記フィルタ手段においてＤＣ値を
    保持させる、 請求項１１記載のモータ制御装置。
14. 【請求項１４】前記角度検出制御手段は、前記モータの
    回転時に前記モータの回転方向と前記演算手段で演算し
    た前記モータの回転の向きが逆の場合は、前記モータ駆
    動手段を介して前記モータに印加する電圧を低下させ、
    前記フィルタ手段の時定数を所定時間だけ極端に短くす
    る、 請求項１１記載のモータ制御装置。
15. 【請求項１５】ＤＣ加算量を保持するメモリ手段をさら
    に有し、 前記モータ制御手段は前記モータを定常回転させ、 前記角度検出制御手段は、前記フィルタ手段で算出し保
    持しているＤＣ値から前記フィルタ手段に現在印加して
    いるＤＣ値加算量を減じて、その値を新たなＤＣ加算量
    として前記メモリ手段に保持する、 請求項１０記載のモータ制御装置。
16. 【請求項１６】前記角度検出制御手段は、電源投入後の
    初期動作時に、前記メモリ手段に保持した前記ＤＣ加算
    量を前記フィルタ手段に設定する、 請求項１５記載のモータ制御装置。