JP2006197762A - モータのセンサ信号補正回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】 位置検出センサの取り付け誤差を補正することができるモータのセンサ信号補正回路を実現する。
【解決手段】 本発明のモータのセンサ信号補正回路は、ロータの位置検出を行うセンサの電気的な取り付け誤差を示す位置ずれ情報に基づいて、センサからのセンサ信号Hu〜Hwを補正するための補正時間Tu〜Twを生成する補正値生成部12と、位置ずれ情報に基づいて、Hu〜Hwのうち1つを選択して出力するセンサ信号セレクト部16と、Tu〜Twおよびセンサ信号セレクト部16で選択されたセンサ信号を受信し、当該センサ信号をTu〜Twに基づいて補正し、モータ制御回路17へ出力する補正部13〜15を有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明のモータのセンサ信号補正回路は、ロータの位置検出を行うセンサの電気的な取り付け誤差を示す位置ずれ情報に基づいて、センサからのセンサ信号Hu〜Hwを補正するための補正時間Tu〜Twを生成する補正値生成部12と、位置ずれ情報に基づいて、Hu〜Hwのうち1つを選択して出力するセンサ信号セレクト部16と、Tu〜Twおよびセンサ信号セレクト部16で選択されたセンサ信号を受信し、当該センサ信号をTu〜Twに基づいて補正し、モータ制御回路17へ出力する補正部13〜15を有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、モータのセンサ信号補正回路に関する。
位置検出センサ付きのモータは、位置検出センサの取り付け位置が正しく設定されていることを前提に駆動電流の制御を行っている。このため、取り付け位置がずれている場合、モータの回転効率が大幅に低下する。モータに取り付けられた位置検出センサは位置の調整が困難であるため、量産工場では検査工程で規格選別を行い、規格外の製品は製造不良として廃棄していた。
このような問題に対処するため、位置検出センサからのセンサ信号が基準信号からずれている場合に、モータを駆動する駆動電流の位相を一定量前後させて、駆動電流の位相を設計段階での理想値に近づける方法(例えば、特許文献1を参照。)が用いられていた。
しかしながら、この従来の制御方法では、位置検出センサの最大位置ずれを設計段階で想定しなければならないという問題があった。すなわち、大きな位置ずれのあるセンサ信号を用いて駆動電流の位相ずれを小さな範囲に制御しようとすると、1回に変更できる位相量を小さくしなければならず、駆動電流の位相変更を何回も繰り返す必要があり、制御に時間がかかるという問題があった。このため、従来は、設計段階で想定した最大位置ずれを超える取り付け誤差が発生した場合は、やはり、製造不良として破棄していた。このような不良品の発生は、モータの製造歩留まりを低下させるばかりでなく、検査工程における検査コストの増大を招き、製造コストに無視できない影響を及ぼすという問題があった。
特開2001−275384号公報
本発明は、位置検出センサの取り付け誤差を補正することができるモータのセンサ信号補正回路を提供する。
本発明の一態様によれば、ロータの位置検出を行うセンサの電気的な取り付け誤差を示す位置ずれ情報と、前記位置ずれ情報に基づいて、前記センサからのセンサ信号を補正するための補正時間を生成する補正値生成手段と、複数の前記センサからのセンサ信号を受信し、前記位置ずれ情報に基づいて、当該センサ信号のうち1つを選択して出力する選択手段と、前記補正値生成手段からの前記補正時間および前記選択手段からの前記選択された前記センサ信号を受信し、当該センサ信号を前記補正時間に基づいて補正し、モータ駆動電流を制御するモータ制御手段へ出力する補正手段を有することを特徴とするモータのセンサ信号補正回路が提供される。
本発明によれば、位置検出センサからのセンサ信号を補正するので、取り付け誤差の大きさにかかわらず容易に効率よくモータを制御することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
図1は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11を示す回路ブロック図である。ここでは、一例として、DCモータに設置された3つの位置検出センサからのセンサ信号(以下、「Hu、Hv、Hw」という。)を補正する場合を示した。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11は、Hu〜Hwの補正時間(以下、「Tu、Tv、Tw」という。)を生成する補正値生成部12、Tu〜Twに基づいてセンサ信号を補正する3つの補正部13〜15、およびHu〜Hwのうち1つを選択して補正部13〜15へそれぞれ出力するセンサ信号セレクト部16を備えている。
センサ信号セレクト部16の第1の入力には第1の位置検出センサ(図1には示していない。)からのHuが接続され、第2の入力には第2の位置検出センサ(図1には示していない。)からのHvが接続され、第3の入力には第3の位置検出センサ(図1には示していない。)からのHwが接続されている。
また、センサ信号セレクト部16の第1の出力は選択されたセンサ信号Hxとして補正部13の第1の入力に接続され、第2の出力は選択されたセンサ信号Hyとして補正部14の第1の入力に接続され、第3の出力は選択されたセンサ信号Hzとして補正部15の第1の入力に接続されている。
補正値生成部12の第1の出力は補正時間Tuとして補正部13の第2の入力に接続され、第2の出力は補正時間Tvとして補正部14の第2の入力に接続され、第3の出力は補正時間Twとして補正部15の第2の入力に接続されている。
また、補正値生成部12の第4の出力はセンサ信号セレクト部16の第4の入力に接続され、補正値生成部12の第4の入力にはセンサ信号セレクト部16の第4の出力から基準信号(以下、「Hc」という。)が接続されている。
補正部13の出力はHMuとしてモータ制御回路17の第1の入力に接続され、補正部14の出力はHMvとしてモータ制御回路17の第2の入力に接続され、補正部15の出力はHMwとしてモータ制御回路17の第3の入力に接続されている。
センサ信号セレクト部16は、Hu〜Hwのうち適切な信号を選択し、それぞれHx〜Hzとして補正部13〜15へ出力する。また、センサ信号セレクト部16は、Hu〜Hwのうち1つを選択してHcとして補正値生成部12へ出力する。
さらに、センサ信号セレクト部16は、Hu〜Hwを基にロータの回転方向を検出し、これを記憶しておく。すなわち、センサ信号の立ち上がりがHu→Hv→Hwの順であれば、“+方向”の回転(以下、「順回転」という。)、Hu→Hw→Hvの順であれば、“−方向”の回転(以下、「逆回転」という。)である。
以下、角度は時計回りを“+方向”とし、反時計回りを“−方向”とする。
ロータの回転方向によって後述するように補正方法が変わってくるので、回転方向を検出してレジスタなどにフラグ情報として記憶しておく。
補正値生成部12は、センサ信号セレクト部16からのHcに基づいて、Hcの1周期の時間を計測する。そして、これに基づいてTu〜Twを生成し、補正部13〜15へ出力する。
補正部13〜15は、Tu〜Twに基づいて、Hx〜Hzを補正し、補正されたセンサ信号HMu〜HMwとしてモータ制御回路17へ出力する。位置検出センサの取り付け位置がずれていないHx〜Hzについては、補正せずにそのままHMu〜HMwとして出力する。
モータ制御回路17は、HMu〜HMwに基づいて、モータ駆動信号u〜wおよび−u〜−wを出力する。
図2は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11の補正値生成部12を示す回路ブロック図である。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11の補正値生成部12は、Hu〜Hwの位置ずれ情報21が格納されたEEPROM22(電気的に書き換え可能な不揮発性半導体メモリ。)、Hcの1周期をカウントするタイマ回路23、および位置ずれ情報21に基づいてHu〜Hwの補正時間Tu〜Twを算出する演算回路24を備えている。
タイマ回路23の入力にはセンサ信号セレクト部16からのHcが接続され、タイマ回路23の出力は演算回路24の第1の入力に接続されている。
EEPROM22の第1の出力はセンサ信号セレクト部16の第4の入力へ接続され、EEPROM22の第2の出力は演算回路24の第2の入力に接続されている。
演算回路24の第1の出力はTuとして補正部13の第2の入力に接続され、第2の出力はTvとして補正部14の第2の入力に接続され、第3の出力はTwとして補正部15の第2の入力に接続されている。
EEPROM22に格納されている位置ずれ情報21は、図3に示したように、1bitのずれ方向31と7bitの補正角度32から構成されている。
ずれ方向31は、取り付け位置が“+方向”にずれている場合に“0”に設定され、取り付け位置が“−方向”にずれている場合に“1”に設定される。補正角度32は、取り付け位置のずれ量を7bitのディジタル値で表している。
位置ずれ情報21は、検査工程でHu〜Hwに対してあらかじめ測定され、EEPROM22に書き込まれる。
タイマ回路23は、Hcの1周期をカウントしてこれを1周期のカウント値として演算回路24へ出力する。
演算回路24は、EEPROM22からの位置ずれ情報21とタイマ回路23からの1周期のカウント値を基にTu〜Twを算出する。ここで、後述するように、補正すべきHu〜Hwの位相によって算出する値が異なる。
また、補正すべきHu〜Hwの位相が進んでいる場合は、(1)式の補正角度32の替わりに120°を代入してTu〜Twを算出する。これは、取り付け位置のずれていない別のセンサ信号を120°遅らせて補正されたセンサ信号MHu〜MHwを生成するためである。
図4は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11の補正部13を示す回路ブロック図である。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11の補正部13は、Tuに基づいてHxを遅延させる補正用タイマ41、および補正用タイマ41の出力またはHxを選択してHMuとして出力するセレクタ42を備えている。
補正用タイマ41の第1の入力は補正値生成部12からのTuに接続され、第2の入力はセンサ信号セレクト部16からのHxに接続され、出力はセレクタ42の第1の入力に接続されている。
セレクタ42の第2の入力はセンサ信号セレクト部16からのHxに接続され、出力はHMuとしてモータ制御回路17の第1の入力に接続されている。
補正用タイマ41は、Tuに基づいて、Hxを遅延させる。
セレクタ42は、位置検出センサの取り付け位置がずれていない場合は、Hxを選択し、これを補正せずにHMuとして出力する。補正が必要な場合は、Tuに基づいてHxを補正用タイマ41で遅延させた信号を選択し、これをHMuとして出力する。
補正部14および補正部15の構成、機能、および動作は補正部13と同様なので、詳しい説明は省略する。補正部13との違いは、Hxの替わりに補正部14ではHyが入力され、補正部15ではHzが入力され、Tuの替わりに補正部14ではTvが入力され、補正部15ではTwが入力され、HMuの替わりに補正部14からはHMvが出力されてモータ制御回路17の第2の入力に接続され、補正部15からはHMwが出力されてモータ制御回路17の第3の入力に接続されていることである。
次に、DCモータのセンサ信号Hu〜Hwについて説明する。はじめに、位置検出センサが正常な位置に取り付けられている場合を説明する。
図5は、本発明の実施例に係わるDCモータにおける位置検出センサの正常な取り付け位置を示すイメージ図である。ここでは、一例として、位置検出センサ51aがHuを出力し、位置検出センサ51bがHvを出力し、位置検出センサ51cがHwを出力する場合を示した。
位置検出センサ51a〜51cが正常に取り付けられている場合は、図5に示したように、位置検出センサ51a〜51cはそれぞれ互いに角度にして120°離れている。
図6は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11に入力される正常なセンサ信号Hu〜Hwを示す波形図である。ここでは、横軸として、Huの立ち上がりを基準(0°)としたロータの回転角を示した。また、縦軸は、Hu〜Hwのロジックレベルで示した。
図6は、位置検出センサが理想的な位置にある場合のセンサ信号の波形である。
次に、位置検出センサの取り付け位置に誤差がある場合を説明する。
図7は、本発明の実施例に係わるDCモータにおける誤差のある位置検出センサの取り付け位置を示すイメージ図である。
ここでは、図5と同様に、位置検出センサ71aがHuを出力し、位置検出センサ71bがHvを出力し、位置検出センサ71cがHwを出力する場合を示した。また、ここでは、一例として、位置検出センサ71bがロータの回転方向に+20°ずれている場合を示した。
図7に示したように、位置検出センサ71aと位置検出センサ71bの間は130°離れており、位置検出センサ71bと位置検出センサ71cの間は110°離れており、位置検出センサ71cと位置検出センサ71aの間は120°離れている。
図8は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11に入力される誤差のあるセンサ信号Hu〜Hwの一例を示す波形図である。ここでは、ロータが順回転しており、位置検出センサ71bが、図7に示したように、“+方向”に20°ずれている場合を示した。また、図8の横軸および縦軸は図6と同様である。
ロータの回転方向と位置検出センサ71bのずれ方向31が同じなので、Hvの立ち上がりおよび立ち下がりは理想的な位置から20°遅れている。
次に、Hu〜Hwを受信して、これらを補正する本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11の動作について説明する。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11は、取り付け位置のずれた位置検出センサからのセンサ信号を位置ずれ情報21に基づいて補正し、モータ制御回路17へ設計段階で想定している正常なセンサ信号を出力する。
はじめに、補正値生成部12の動作について説明する。図9は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11における補正値生成部12の動作を示すフロー図である。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11における補正値生成部12の動作は、補正角度32およびずれ方向31の設定(ST91)、タイマ回路23の起動(ST92)、Hcのカウント(ST93)、および補正時間の算出(ST94)から構成される。
ST91では、演算回路24がEEPROM22から位置ずれ情報21を読み出す。
ST92では、Hcをトリガとしてタイマ回路23が起動される。
ST93では、Hcの1周期がカウントされ、カウント値として演算回路24へ出力される。
ST94では、EEPROM22から読み出した位置ずれ情報21とタイマ回路23からのカウント値を用いて、(1)式にしたがってTu〜Twが算出される。
次に、位置検出センサの取り付け位置が“−方向”にずれた場合と、“+方向”にずれた場合のそれぞれについて、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11におけるセンサ信号Hu〜Hwの補正方法を説明する。
図10は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11における補正方法を示す波形図である。ここでは、一例として、ロータが順回転しており、Hvが“−方向”に20°ずれている場合を示した。また、横軸、縦軸は図6と同様である。
位置検出センサ71bが“−方向”にずれている場合は、図10に示したように、Hvが設計値より早く立ち上がるため、HvにTvの遅延をかけることで正常な信号に補正することができる。
図11は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11における補正方法を示す別の波形図である。ここでは、一例として、ロータが順回転しており、Hvが“+方向”に20°ずれている場合を示した。また、横軸、縦軸は図6と同様である。
位置検出センサ71bが“+方向”にずれている場合は、図11に示したように、Hvが設計値より遅く立ち上がるため、Hvの替わりにHuをTv遅らせることで正常な信号に補正することができる。
この場合、センサ信号セレクト部16は、Hvの替わりにHuを選択してHyとして出力し、補正値生成回路は、Tvとして120°に相当する補正時間を出力している。
次に、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11におけるセンサ信号セレクト部16および補正部13〜15の動作について説明する。
図12は、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11におけるセンサ信号セレクト部16および補正部13〜15の動作を示すフロー図である。
本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11におけるセンサ信号セレクト部16の動作は、Hu〜Hwの入力(ST121)、ずれ方向31の検出(ST122)、補正角度32の判定(ST123)、および補正部13〜15の選択(ST124)から構成されている。
また、本発明の実施例に係わるDCモータのセンサ信号補正回路11における補正部13〜15の動作は、センサ信号の補正(ST125)、およびセンサ信号の出力(ST126)から構成されている。
ST121では、センサ信号セレクト部16が、Hu〜Hwに基づいて、ロータの回転方向を検出する。
ST122では、センサ信号セレクト部16が、ロータの回転方向と位置ずれ情報21からセンサ信号のずれ方向31を検出する。
ST123では、センサ信号セレクト部16は、位置ずれ情報21から補正角度32を判定する。補正角度32が“0”の場合(“No”)には、センサ信号セレクト部16は、Hu〜HwをそのままHx〜Hzとして出力する。
すなわち、Huに対応する補正角度32が“0”の場合には、HuをHxとして出力し、Hvに対応する補正角度32が“0”の場合には、HvをHyとして出力し、Hwに対応する補正角度32が“0”の場合には、HwをHzとして出力する。そして、Hx〜Hzの出力が終了すると、動作はST126へ移行する。
ST123で、補正角度32が“0”でない場合(“Yes”)には、動作はST124へ移行する。
ST124では、センサ信号セレクト部16は、位置ずれ情報21とロータの回転方向からセンサ信号の位相のずれ方向31を検出し、これに従ってHx〜Hzを出力する。
例えば、図10のように、Hvの位相が正常な位置より進んでいれば、HvをそのままHxとして出力し、図11のように、Hvの位相が正常な位置より遅れていれば、Hvより位相の進んだHuをHvの替わりに選択して、Hxとして出力する。
ST125では、Tu〜Twに基づいて、補正部13〜15が、Hx〜Hzを遅延させてセンサ信号を補正する。
ST126では、補正部13〜15が、ST125で遅延された信号またはHx〜Hzを選択し、補正されたセンサ信号MHu〜MHwとして出力する。
すなわち、補正角度32が“0”の場合には、Hx〜Hzをそのまま出力し、補正角度32が“0”でない場合には、遅延されたセンサ信号を出力する。
上記実施例によれば、位置検出センサからのセンサ信号Hu〜Hwを直接補正するので、位置検出センサの取り付け誤差の大きさにかかわらず容易にDCモータを制御することができる。
また、上記実施例によれば、位置検出センサの取り付け位置を変更することなく、理想的なセンサ信号を得ることができるので、既存のモータ制御装置とセンサとの間に容易に追加でき、設計変更することなく既存のモータ制御装置で効率よくDCモータを制御することができる。
したがって、上記実施例によれば、DCモータの製造歩留まりを飛躍的に改善でき、量産における検査工程での検査コスト、ひいては製造コストを大幅に低減することができる。
上述の実施例では、位置検出センサは3つであるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、原理的には位置検出センサの数には関わりなく適用可能である。
また、上述の実施例では、一例として、Hvに取り付け誤差がある場合を示したが、本発明はこれに限られるものではない。
11 センサ信号補正回路
12 補正値生成部
13〜15 補正部
16 センサ信号セレクト部
17 モータ制御回路
Hu、Hv、Hw センサ信号
Hx、Hy、Hz 選択されたセンサ信号
HMu、HMv、HMw 補正されたセンサ信号
Hc 基準信号
Tu、Tv、Tw 補正時間
u、−u、v、−v、w、−w モータ駆動信号
12 補正値生成部
13〜15 補正部
16 センサ信号セレクト部
17 モータ制御回路
Hu、Hv、Hw センサ信号
Hx、Hy、Hz 選択されたセンサ信号
HMu、HMv、HMw 補正されたセンサ信号
Hc 基準信号
Tu、Tv、Tw 補正時間
u、−u、v、−v、w、−w モータ駆動信号
Claims (5)
- ロータの位置検出を行うセンサの電気的な取り付け誤差を示す位置ずれ情報と、
前記位置ずれ情報に基づいて、前記センサからのセンサ信号を補正するための補正時間を生成する補正値生成手段と、
複数の前記センサからのセンサ信号を受信し、前記位置ずれ情報に基づいて、当該センサ信号のうち1つを選択して出力する選択手段と、
前記補正値生成手段からの前記補正時間および前記選択手段からの前記選択された前記センサ信号を受信し、当該センサ信号を前記補正時間に基づいて補正し、モータ駆動電流を制御するモータ制御手段へ出力する補正手段を有することを特徴とするモータのセンサ信号補正回路。 - 前記補正値生成手段は、
前記位置ずれ情報が格納された記憶手段と、
前記センサ信号の1周期を所定の単位時間でカウントしそのカウント値を出力する計数手段と、
前記カウント値を用いて前記位置ずれ情報を前記補正時間に換算する演算手段を有することを特徴とする請求項1に記載のモータのセンサ信号補正回路。 - 前記位置ずれ情報は、対応する前記センサが前記ロータの回転方向に対してどちらの向きにずれているかを示すずれ方向と、前記センサの取り付け誤差を角度で表した補正角度を有することを特徴とする請求項1に記載のモータのセンサ信号補正回路。
- 前記センサからの第1のセンサ信号に対応した前記位置ずれ情報がロータの回転方向と同じ方向のずれを示す場合に、
前記選択手段は、受信した前記複数のセンサ信号のうち位相が前記第1のセンサ信号より進んだ第2のセンサ信号を選択して出力し、
前記補正値生成手段は、前記第2のセンサ信号に対応した前記位置ずれ情報を基に前記補正時間を生成し、
前記補正手段は、前記第2のセンサ信号に基づいて生成された前記補正時間分前記第2のセンサ信号を遅らせて前記モータ制御手段へ出力することを特徴とする請求項1に記載のモータのセンサ信号補正回路。 - 前記センサからの第1のセンサ信号に対応した前記位置ずれ情報がロータの回転方向と反対方向のずれを示す場合に、
前記選択手段は、受信した前記複数のセンサ信号のうち前記第1のセンサ信号を選択して出力し、
前記補正値生成手段は、前記第1のセンサ信号に対応した前記位置ずれ情報を基に前記補正時間を生成し、
前記補正手段は、前記第1のセンサ信号に基づいて生成された前記補正時間分前記第1のセンサ信号を遅らせて前記モータ制御手段へ出力することを特徴とする請求項1に記載のモータのセンサ信号補正回路。
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