JP2007511778A - 位置決め装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
回転モータ(M)のロータの位置を決定するための位置決定システムはロータに結合されたセンサ(HS1,HS2)を有する。センサ(HS1,HS2)は、ロータの回転に応じて正弦成分(VH1)及び余弦成分(VH2)を有する直交信号(QS)を発生する。位置決定システムは、正弦成分を2乗した値(A2sin2x)と余弦成分を2乗した値(A2cos2x)との和(A2)を演算する(CU)。振幅補正係数(A)は和(A2)の平方根として演算される。振幅補正された正弦成分(sin(x))は前記振幅補正係数(A)で正弦成分(Asin(x))を除することにより得られる。振幅補正された余弦成分(cos(x))は前記振幅補正係数(A)で余弦成分(Acos(x))を除することにより得られる。
Description
本発明は、回転しているモータのロータの位置を決定するための位置決定システム、位置決定方法及びそのような位置決定システムを有する光又は磁気ドライブに関する。
米国特許第5,677,686号明細書において、周期において1つ又はそれ以上の正弦及び余弦の集合を発生させるための正弦及び余弦波発生器を有する絶対位置検出装置について開示されている。アナログからディジタルへの変換器は、正弦及び余弦波発生器により発生された入力正弦及び余弦波をディジタル値に変換する。算術ユニットは、アナログからディジタルへの変換器からのディジタル値に基づくオフセット、振幅及び位相エラーの補償を演算する。アナログからディジタルへの変換器により供給されるディジタル値は、エラー、大き過ぎる又は小さ過ぎる振幅及び2つの位相間のシフトを含む。米国特許第5,677,686号明細書においては、それらのエラーの静的及び動的補償について開示されている。
この先行技術の第6実施形態において、オフセット補償されたデータsin(AOF)及びcos(AOF)から、2乗された値R=sin2(AOF)+cos2(AOF)が決定される。このデータは、所定サンプリング計算の最大値又は平均値を与える動作中にサンプリングされる。90°において2乗された値は270°において2乗された値と比較され、オフセット補償値はそれらの2乗された値の間の差に従って変化される。例えば、90°において2乗された値が270°において2乗された値より小さい値を有する場合、オフセット補償値は、それらの2乗された値が等しくなるまで増加される。
その先行技術の第7実施形態においては、それらの2乗された値を用いる振幅補償について開示されている。振幅補償値は、等しい2乗された値により除された基準値の平方根である。その先行技術の第4実施形態においては、振幅補償値により除された基準振幅とオリジナルの正弦及び余弦を乗じることにより正弦及び余弦が振幅補償されることについて開示されている。それ故、正弦及び余弦は、2乗された値の平方根とオリジナルの正弦及び余弦を乗じることにより振幅補償される。
先行技術の短所は、モータが回転していないとき、振幅オフセット補償がずれることである。
米国特許第5,677,686号明細書
本発明の第1の目的は、モータが回転していないときに振幅オフセット補償を実行することができる位置決定システムを提供することである。
本発明の第1特徴は、回転しているモータのロータの位置を決定するための位置決定システムを与え、前記システムは、正弦成分及び余弦成分を有する直交信号をロータの回転に応じて発生するためにロータに結合された検出手段と、(i)正弦成分の2乗された値と余弦成分の2乗された値との和、(ii)その和の平方根としての振幅補正、及び(iii)振幅補正係数により除された正弦成分としての振幅補正正弦成分と振幅補正係数により除された余弦成分としての振幅補正余弦成分を演算するための演算手段と、を有する。
本発明の第2特徴は、回転しているモータのロータの位置を決定するための位置決定方法を与え、前記方法は、正弦成分及び余弦成分を有する直交信号をロータの回転に応じて発生する段階と、(i)正弦成分の2乗された値と余弦成分の2乗された値との和、(ii)その和の平方根としての振幅補正、及び(iii)振幅補正係数により除された正弦成分としての振幅補正正弦成分と振幅補正係数により除された余弦成分としての振幅補正余弦成分を演算する段階と、を有する。
本発明の第3特徴は、光又は磁気媒体から情報を読み取る及び/又は光又は磁気媒体に情報を書き込むためのピックアップユニットと、ロータを有する回転モータと、光ピックアップユニットの線形運動にロータの回転運動を変換するためのギアボックスと、ロータの位置を決定するための位置決定システムとを有する光又は磁気ドライブであって、前記システムは、正弦成分及び余弦成分を有する直交信号をロータの回転に応じて発生させるためにロータに結合された検出手段と、(i)正弦成分の2乗された値と余弦成分の2乗された値との和、(ii)その和の平方根としての振幅補正、及び(iii)振幅補正係数により除された正弦成分としての振幅補正正弦成分と振幅補正係数により除された余弦成分としての振幅補正余弦成分を演算するための演算手段とを有する、光又は磁気ドライブを提供する。
有利な実施形態については従属請求項に記載している。
本発明の第1特徴に従った位置決定システムは回転モータのロータの位置を決定する。位置決定システムは、ロータの回転に応じて、先行技術における方法と同じ方法で、正弦成分及び余弦成分を有する直交信号を発生させる。モータが回転している限り、正弦及び余弦成分は正弦波状信号である。モータが回転していないとき、正弦及び余弦成分はDCレベルである。位置決定システムは、正弦成分の2乗された値と余弦成分の2乗された値の和の平方根として振幅補正係数を演算する。振幅補正された正弦成分は振幅補正係数により除された正弦成分であり、振幅補正された余弦成分は振幅補正係数により除された余弦成分である。
それ故、正弦成分及び余弦成分の値の各々の集合について、その平方根が決定される。振幅補正された正弦及び余弦成分は、その平方根により正弦及び余弦成分を除することにより得られる。従って、振幅補正は又、モータが回転していない場合、有効である。対照的に、先行技術の振幅補償は、振幅補償を実行することができるように最小値及び最大値を決定する必要がある。これは、モータが回転している場合にのみ有効である。モータが回転していない場合、正弦及び余弦成分は異なる最大及び最小値を有しないDCレベルである。それ故、先行技術はDCレベルのドリフトを補償することができない。これは、モータが回転していない時間的な期間中、位置情報はずれ、そのことは、モータが回転し始めるときに補正位置を得るための余計な時間をとるという不利点を有する。
本発明に従った振幅補正は、直交信号の全ての位相において、次式となる洞察に基づいていて、
A2sin2(x)+A2cos2(x)=A2
ここで、Aは振幅である。
A2sin2(x)+A2cos2(x)=A2
ここで、Aは振幅である。
それ故、ロータの全ての位相において、動的振幅Aが決定される。振幅が補正された正弦及び余弦成分は、この動的な振幅により元々の正弦及び余弦成分を除することにより得られる。
本発明に従った振幅補正の更なる有利点は、引用した先行技術においては、それらの2乗された値が等しくなるまで、補償値は繰り返して増加する一方、本発明においては瞬間的であることである。
本発明に従った振幅補正においては、元々の正弦及び余弦成分は2乗された値の和の平方根に比例する係数により除される一方、先行技術においては、この除算のところは乗算であることに留意する必要がある。
請求項3に記載の実施形態においては、その位置は、正弦成分の振幅を得るように振幅補正された正弦成分の逆正弦(arcsine関数を適用することによる)と、余弦成分の振幅を得るように振幅補正された余弦成分の逆余弦(arccosine関数を適用することによる)と、それらの2つの振幅値の和とを演算することにより決定される。
請求項4に記載している実施形態においては、その和が演算される前に、先ず、余弦及び正弦成分の振幅が重み付けされる。重み付け係数又は関数は、ゼロクロスの周りの余弦及び正弦成分を採用するように選択される。それ故、余弦又は正弦成分の重み付け係数は、余弦又は正弦成分のピークの周りの値より大きい余弦又は正弦成分のゼロクロスの周りの値を有する。例えば、重み付け関数は、余弦又は正弦成分それぞれに対して、1−cos2x又は1−sin2xである。このような重み付けは、位置変動に対する感度が最大である場合に、余弦又は正弦成分の一部が採用される有利点を有する。それ故、重み付け関数は、位置変動に対して感度がよくない且つゼロクロスの周りの急勾配を抑制しない余弦及び正弦成分のピークを抑制する。
本発明の上記の及び他の特徴は、以下、詳述する実施形態に関連して明らかになる。
図1は、回転運動を線形運動に変換し且つ位置情報を供給するためのセンサを有する機構を示している。モータMは、モータが電力供給されるときにシャフトAXを回転するロータを有する。ロータは、モータハウジングの内側にあり、それ故、図示されていない。通常、光ドライブにおいて、シャフトAXは、出射軸の所望の回転速度にロータの回転速度を減少させるギアボックスに接続されている。ギアボックスは、光ピックアップユニットの線形運動に出射軸の回転速度を変換するための構成を更に有することが可能である。図1においては、単純化されたギアボックスを示している。このギアボックスは、シャフトAXに取り付けられているディスク状部材DMを有する。ディスク状部材DMの側壁は、光ユニットOPUである又はその光ユニットOPUの一部であるロッド状要素に対して押し付けられている。ギアボックスの実用化は本発明に関連しておらず、光ユニットOPUの線形運動にロータに接続されたシャフトAXの回転運動を変換することができる何れの適切な構成を有することが可能である。光ディスクと協働する光ディスクドライブにおいて用いられる光ユニットについて説明したが、このユニットは又、磁気記憶媒体と協働する磁気ユニットであることが可能である。
着磁リングMRが、シャフトAXの位置及び、それ故、光ユニットOPUの位置を決定することができるようにシャフトAXに取り付けられている。通常、このリングMRは、周期的に着磁され、例えば、9つの磁極対を有することが可能である。2つのホールセンサHS1及びHS2は、磁束を検出するように着磁リングMRに対して配置されている。ロータのシャフトAXが回転しているとき、着磁リングMRは回転子、ホールセンサHS1及びHS2は正弦波信号VH1及びVH2をもたらす変動磁場を検出する。ホールセンサHS1及びHS2を90°の角度で位置付けることにより2つの信号VH1及びVH2の位相差は90°であり、正弦及び余弦成分を有する直交信号QS(図2参照)が得られる。信号VH1は正弦成分であり、信号VH2は余弦成分である。図2に示す位置決定システムは、光ユニットOPUの線形位置又はシャフトAXの回転位置を表す位相信号x,SUにこの直交信号QSを変換する。位相信号x,SUは又、位置信号又はその位置と呼ばれる。
ホールセンサHS1及びHS2に代えて、変動磁場は、磁場に対して感度がある他のセンサにより検出されることが可能である。変動磁場又は光の変動量を用いることによりその位置を検出することが又、可能である。本発明は、システムにおける位置を決定することに関連し、直交信号QSは回転運動を表す。
直交信号QSを位相信号x,SUに変換する場合の主な問題点は、通常、正弦成分VH1及び余弦成分VH2は振幅誤差及びDCオフセット誤差を有することである。例えば、ホールセンサHS1及びHS2により供給される信号VH1及びVH2は、温度、着磁リングMRとホールセンサHS1及びHS2との間の距離並びに着磁リングMRの磁化領域の磁場の強度に依存する可能性がある。周知であるように、信号VH1及びVH2は静的誤差を補正することができる。補正された信号は、図2においては、VHC1及びVHC2で表されている。補正された信号VHC1及びVHC2は、平均DCオフセット及び平均振幅について静的に補正される。通常、この静的補正は、従来の直交復号化アルゴリズムに入る前に、信号に適用される単なる信号処理である。信号の回転依存性変動はキャンセルされる。本発明に従った位置決定システム及び方法は、信号VH1及びVH2の非常に高度な前処理、従って、より適切且つロバストな位置信号x,SUの結果を与える。
図2は、その位置情報から位置表示x,SUを決定する位置決定システムのブロック図を示している。静的補償回路1は、ホールセンサHS1及びHS2それぞれから、A2sin(x−φ/2)である正弦成分VH1及びA1cos(x+φ/2)である余弦成分VH2を有する直交信号QSを受け取る。静的補償回路1は、Asin(x)である静的に補正された位置情報VHC1とAcos(x)であるVHC2とを供給する。それらの信号VHC1及びVHC2の例について、図3に示す。図2に示す実施形態においては、信号VHC1及びVHC2は、それぞれのラインにおいて8で表されるような8ビットディジタルワードである。
関数が示されているブロックは、それぞれの出力信号を得るようにそれぞれの入力信号に関するそれらの関数を実行する。それらのブロックは、マイクロコンピュータのような処理回路により実行されるハードウェア回路及び段階を表すことが可能である。
ブロック2は、入力信号として信号VHC2=Acos(x)を受け取り、そして出力信号として2乗された入力信号A2cos2xを供給する。ブロック3は、入力信号として信号VHC1=Asin(x)を受け取り、そして出力信号として2乗された入力信号A2sin2xを供給する。ブロック2及び3の2乗された信号A2cos2x及びA2sin2xが、図3における例として示されている信号VHC1及びVHC2について図4に示されている。ブロック4において、直交信号QSの各々の位相xにおける実際の振幅Aを表す動的ゲイン補正値A2を得るように、ブロック2及び3の出力信号A2cos2x及びA2sin2xを加算する。静的補償回路1において実行される静的ゲインキャリブレーションにおいて、静的に補正された正弦成分VHC1及び静的に補正された余弦成分VHC2の振幅Aが等しくなるように注意が払われる。ゲイン補正値A2は、図3において例として示されている信号VHC1及びVHC2について図5に示されている。
ブロック5は、補正係数1/Aを得るように、ゲイン補正値A2の平方根の逆数を演算する。乗算器6は、動的に正規化された信号cos(x)を得るように補正係数1/Aと信号VHC2を乗算する。乗算器7は、動的に正規化された信号sin(x)を得るように補正係数1/Aと信号VHC1を乗算する。正規化された信号sin(x)及びcos(x)は、図3における例として示されている信号VHC1及びVHC2について図6に示されている。それらの正規化された信号sin(x)及びcos(x)は単一のピーク振幅を有する必要がなく、それらの信号は何れの所望の所定のピーク振幅を有することが可能である。
信号sin(x)及びcos(x)の実際の振幅は、ここでは、対応する位相x,SUに変換されることができる。先ず、sin(x)信号が、arcsin(sin(x))として値x,ISを演算するブロック11のarcsin(x)関数により値x,ISに変換される。そして、cos(x)信号が、arccos(cos(x))として値x,ISを演算するブロック10のarccos(x)関数により値x,ISに変換される。変換された値x,ISは、位相x,SUを得るように、ブロック16において加算される。
しかしながら、改善された実施形態においては、ブロック9及び14がcos(x)信号を重み付けするように付加され、ブロック10及び15がsin(x)信号を重み付けするように付加される。そのような重み付けは、位置変動に対する感度は信号のゼロクロスの周りで最大であり、信号のピークの周りで最小であるという認識に基づいている。それ故、ゼロクロスの周りで信号を採用するように、重み付け関数が選択される。ブロック9は、信号x(1−cos2(x))を得るように乗算器14において信号x,ICと乗算される値1−cos2(x)を演算する。ブロック10は、信号x(1−sin2(x))を得るように乗算器15において信号x,ISと乗算される値1−sin2(x)を演算する。信号(1−cos2(x))arccos(cos(x))及び(1−sin2(x))Aarcsin(sin(x))が、図3の例として示されている信号VHC1及びVHC2について図7に示されている。
ブロック16において、x,SU(図8参照)で表されるx−xcos2(x)−xsin2(x)=2x−x=xを得るようにそれらの信号を加算し、それが位置決定システム又は方法の出力における位相信号であることを明確にする。
乗算器12及び13は、図8及び9に関連して明らかになるように、2πラップアラウンドを補正するために用いられる。乗算器12は、乗算器14に出力信号を供給するように符号ビットSB1及び8ビット信号x,ICを受け取る。乗算器13は、乗算器15に出力信号を供給するように符号ビットSB2及び8ビット信号x,ISを受け取る。
図3は、静的に補正された位置情報正弦及び余弦信号を示している。静的に補正された位置情報VHC1は正弦信号Asin(x)を表し、静的に補正された位置情報VHC2は正弦信号Acos(x)を表す。
図4は、2乗された静的に補正された位置情報信号A2cos2(x)A2sin2xを示している。
図5は、それらの2乗された静的に補正された位置情報信号により得られた動的ゲイン補正係数A2を示している。
図6は、動的に正規化された正弦信号sin(x)及び余弦信号cos(x)を表している。図6から明らかであるように、図3に示すAsin(x)及びAcos(x)は、ここで、全ての位相について係数Aで除算される。結果的に得られる信号sin(x)及びcos(x)は所望の正規化された振幅を有する。それらの結果として得られた信号が、逆正弦関数Aarcsin(x)及び逆余弦関数Aarccos(x)により処理される場合、対応する位相が回復される。それらの回復された位相の加算は直交座標の位相であり、それ故、シャフトAX又はモータMのロータの位置を表す。
図7は、正弦及び余弦信号の重み付けされた位相を示している。それらの信号sin(x)及びcos(x)の重み付けは、ゼロクロスの周りのそれらの信号の一部がピーク値の周りの部分に比べてより決定的であるという効果を有する。これは、位置変動に対して最も良好な感度を有する部分が最も大きい影響を及ぼすという有利点を有する。
図8は、乗算器12及び13が存在しない場合に重み付けされた位相から導き出された位相Xx,SUを示している。同じ極性を有する2つのピークの位相差は2πである。2πラップアラウンドを検出することにより、位相の特徴は、図9に示すスムーズな位置信号を得るようにラップアラウンドポイントにおいて2πを減算することにより広げられる。乗算器12及び13それぞれに供給される符号ビットSB1及びSB2により反対符号が得られる。
図9は、乗算器12及び13が存在するときの広げられた位相x,SUを示している。この広げられた位相x,SUは、シャフトAXの回転位置又は線形に運動する光要素OPUの線形位置を表す位置表示である。
上記の実施形態は本発明を限定するのではなく、例示されたものであり、同時提出の特許請求の範囲における範囲から逸脱することなく多くの代替の実施形態をデザインすることができることに留意する必要がある。
例えば、図2に示す回路は、上記の機能及び演算を実行する専用のハードウェア回路を有することが可能である。好適には、ホールセンサHS1及びHS2により供給される信号VH1及びVH2は、ディジタル信号処理を可能にするようにアナログディジタル変換器によりディジタル化される。上記の信号を表すディジタルワードのビット数は、所望の精度を得るように選択されることが可能である。適切にプログラムされたコンピュータ又はディジタル処理ユニットによりアルゴリズムを又、実行することが可能である。好適には、演算はディジタルドメインにおいて実行されるが、アナログドメインにおいて演算を実行することが又、可能である。
位置表示である広げられた位相Xx,SUは、設定ポイントを更に受け取る制御ループにおいて用いられることが可能である。設定ポイントと位置表示との間の差分は、モータに対して制御信号を発生させるために用いられる。
用語“を有する”及びその用語の派生表現は、請求項に記載の要素又は段階以外の要素及び段階の存在を排除するものではない。要素の単数表現は、その要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェア及び適切にプログラムされたコンピュータにより実施されることが可能である。幾つかの手段を挙げている装置請求項においては、それらの手段の幾つかは、ハードウェアにより同一に具現することが可能である。特定の手段が互いに異なる独立請求項において挙げられているということは、それらの手段の組み合わせが有利に使用されることがないことを意味するものではない。
Claims (5)
- 回転モータのロータの位置を決定するための位置決定システムであって:
正弦成分と余弦成分とを有する直交信号を前記ロータの回転に応じて発生させるために前記ロータに結合された検出手段;並びに
(i)正弦成分を2乗した値(A2sin2x)と余弦成分を2乗した値(A2cos2x)との和(A2)、
(ii)前記和(A2)の平方根としての振幅補正係数(A)、及び
(iii)前記振幅補正係数(A)で除された正弦成分(Asin(x))として振幅補正された正弦成分(sin(x))と前記振幅補正係数(A)で除された余弦成分(Acos(x))として振幅補正された余弦成分(cos(x))
を演算するための演算手段;
を有することを特徴とする位置決定システム。 - 回転モータのロータの位置を決定するための位置決定方法であって:
正弦成分と余弦成分とを有する直交信号を前記ロータの回転に応じて発生させる段階;並びに
(i)正弦成分を2乗した値(A2sin2x)と余弦成分を2乗した値(A2cos2x)との和(A2)、
(ii)前記和(A2)の平方根としての振幅補正係数(A)、及び
(iii)前記振幅補正係数(A)で除された正弦成分(Asin(x))として振幅補正された正弦成分(sin(x))と前記振幅補正係数(A)で除された余弦成分(Acos(x))として振幅補正された余弦成分(cos(x))
を演算する段階;
を有することを特徴とする位置決定方法。 - 請求項2に記載の位置決定方法であって、前記演算する段階は:
前記振幅補正された正弦成分(sin(x))の逆正弦値と前記振幅補正された余弦成分(cos(x))の逆余弦値との和を演算することにより前記ロータの前記位置を決定する手順;
を更に有する、ことを特徴とする位置決定方法。 - 請求項3に記載の位置決定方法であって、前記演算する段階は:
重み付けされた正弦値を得るように、ゼロクロスの周りの前記逆正弦値を採用するために重み付け係数により前記逆正弦値を重み付けする手順;及び
重み付けされた余弦値を得るように、ゼロクロスの周りの前記逆余弦値を採用するために重み付け係数により前記逆余弦値を重み付けする手順;
を更に有する方法であり、
前記振幅補正された正弦成分(sin(x))の逆正弦値と前記振幅補正された余弦成分(cos(x))の逆余弦値との前記和の前記演算は前記重み付けされた正弦値と前記重み付けされた余弦値とに関して実行される;
ことを特徴とする位置決定方法。 - 光又は磁気ドライブであって:
光又は磁気媒体から情報を読み取る及び/又は光又は磁気媒体に情報を書き込むためのピックアップユニット;
ロータを有する回転モータ;
前記ロータの回転運動を光ピックアップユニットの線形運動に変換するためのギアボックス;並びに
前記ロータの位置を決定するための位置決定システム;
を有する光又は磁気ドライブであり、
前記位置決定システムは:
正弦成分と余弦成分とを有する直交信号を前記ロータの回転に応じて発生させるために前記ロータに結合された検出手段;並びに
(i)正弦成分を2乗した値(A2sin2x)と余弦成分を2乗した値(A2cos2x)との和(A2)、
(ii)前記和(A2)の平方根としての振幅補正係数(A)、及び
(iii)前記振幅補正係数(A)で除された正弦成分(Asin(x))として振幅補正された正弦成分(sin(x))と前記振幅補正係数(A)で除された余弦成分(Acos(x))として振幅補正された余弦成分(cos(x))
を演算するための演算手段;
を有する、ことを特徴とする光又は磁気ドライブ。
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