JP2012237619A - Rotational angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ブラシレスモータのロータ等の回転体の回転角を検出する回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating body such as a rotor of a brushless motor.
電動パワーステアリング装置などに使用されるブラシレスモータを制御するためには、ロータの回転角度に合わせてステータ巻線に電流を通電する必要がある。そこで、ブラシレスモータの回転に応じて回転する検出用ロータを用いて、ブラシレスモータのロータの回転角を検出する回転角検出装置が知られている。具体的には、図8に示すように、検出用ロータ101(以下、「ロータ101」という)は、ブラシレスモータのロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石102を備えている。ロータ101の周囲には、2つの磁気センサ121,122が、ロータ101の回転中心軸を中心として所定の角度間隔をおいて配置されている。各磁気センサ121,122からは、所定の位相差を有する正弦波信号が出力される。これらの2つの正弦波信号に基づいて、ロータ101の回転角(ブラシレスモータのロータの回転角)が検出される。
In order to control a brushless motor used in an electric power steering device or the like, it is necessary to apply a current to the stator winding in accordance with the rotation angle of the rotor. Therefore, a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a brushless motor rotor using a detection rotor that rotates in accordance with the rotation of the brushless motor is known. Specifically, as shown in FIG. 8, the detection rotor 101 (hereinafter referred to as “
この例では、磁石102は、4組の磁極対を有している。つまり、磁石102は、等角度間隔で配置された8個の磁極を有している。各磁極は、ロータ101の回転中心軸を中心として、45°(電気角では180°)の角度間隔で配置されている。また、2つの磁気センサ121,122は、ロータ101の回転中心軸を中心として22.5°(電気角では90°)の角度間隔をおいて配置されている。
In this example, the
図8に矢印で示す方向を検出用ロータ101の正方向の回転方向とする。そして、ロータ101が正方向に回転されるとロータ101の回転角が大きくなり、ロータ101が逆方向に回転されると、ロータ101の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ121,122からは、図9に示すように、ロータ101が1磁極対分に相当する角度(90°(電気角では360°))を回転する期間を一周期とする正弦波信号V1,V2が出力される。
A direction indicated by an arrow in FIG. 8 is a positive rotation direction of the
ロータ101の1回転分の角度範囲を、4つの磁極対に対応して4つの区間に分け、各区間の開始位置を0°とし終了位置を360°として表したロータ101の角度を、ロータ101の電気角θEということにする。
ここでは、第1の磁気センサ121からは、V1=A1・sinθEの出力信号が出力され、第2の磁気センサ122からは、V2=A2・cosθEの出力信号が出力されるものとする。A1,A2は、振幅である。両出力信号V1,V2の振幅A1,A2が互いに等しいとみなすと、ロータ101の電気角θEは、両出力信号V1,V2を用いて、次式(1)に基づいて求めることができる。
The angle range of one rotation of the
Here, an output signal of V1 = A1 · sin θ E is output from the first
θE=tan−1(sinθE/cosθE)
=tan−1(V1/V2) …(1)
このようにして、求められた電気角θEを使って、ブラシレスモータを制御する。
θ E = tan −1 (sin θ E / cos θ E )
= Tan -1 (V1 / V2) (1)
In this way, by using the obtained electrical angle theta E, controls the brushless motor.
前述したような従来の回転角検出装置においては、磁極ごとの磁力のばらつきなどにより、各磁気センサ121,122の出力信号V1,V2の振幅が磁極ごとに変動するため、ロータ101の回転角の検出に誤差が発生する。そこで、ロータ101の機械角に応じて、各磁気センサ121,122の出力信号V1,V2の振幅が等しくなるように、各磁気センサ121,122の出力信号V1,V2を補正(振幅補正)した後、ロータ101の電気角θEを演算することが考えられる。
In the conventional rotation angle detection device as described above, the amplitudes of the output signals V1 and V2 of the
磁極毎に磁力がばらつく場合には、各磁気センサ121,122の出力信号V1,V2に対して、電気角の1周期または半周期ごとに振幅を補正するために用いられる振幅補正値を変更しなければならない。したがって、このような振幅補正を行うためには、各磁気センサ121,122が感知している磁極を特定する必要がある。ロータ101が1回転した後においては、各磁極のピーク値の違いから各磁気センサ121,122が感知している磁極を特定することができるので、各磁気センサ121,122が感知している磁極に応じた振幅補正を行うことができる。しかしなから、ブラシモータの起動直後には、各磁気センサ121,122が感知している磁極を特定することができないため、各磁気センサ121,122が感知している磁極に応じた振幅補正を行うことができない。
When the magnetic force varies for each magnetic pole, the amplitude correction value used for correcting the amplitude for each cycle or half cycle of the electrical angle is changed for the output signals V1 and V2 of the
この発明の目的は、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、磁気センサが感知している磁極を特定できるようになる回転角検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotation angle detecting device that can identify a magnetic pole sensed by a magnetic sensor at an early stage immediately after the rotating body starts rotating.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、回転体(10)の回転に応じて回転しかつ周方向に等角度間隔で設けられた複数の磁極を有する検出用ロータ(1)と、検出用ロータの回転に応じて、所定の位相差を有する第1および第2の正弦波信号(V1,V2)をそれぞれ出力する第1および第2の磁気センサ(21,22)とを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、前記検出用ロータは、各磁極、または、N極もしくはS極のうちのいずれか一方の極性を有する各磁極を極位置特定用磁極とすると、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記各正弦波信号の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記各正弦波信号の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有しており、前記各正弦波信号の極値を検出する極値検出手段(20,S7)と、前記極値検出手段によって検出される極値から演算される、任意の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記第1または第2の正弦波信号の極値の比と、予め設定された極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定する磁極特定手段(20,S11)と、前記磁極特定手段によって特定された磁極に応じて、前記各正弦波信号の振幅を補正する振幅補正手段(20,S14)と、振幅補正後の各正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段(20,S15)と、を含む回転角検出装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, the invention according to
前記構成では、極値検出手段によって検出される極値から演算される、任意の隣り合う極位置特定用磁極に対する第1または第2の正弦波信号の極値の比と、予め設定された極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極が特定される。特定された磁極に応じて、各正弦波信号の振幅が補正される。そして、振幅補正後の各正弦波信号に基づいて、回転体の回転角が演算される。 In the above-described configuration, the ratio of the extreme value of the first or second sine wave signal to any adjacent pole position specifying magnetic pole calculated from the extreme value detected by the extreme value detection means, and a preset pole Based on the value ratio data, the magnetic pole sensed by each magnetic sensor is identified. The amplitude of each sine wave signal is corrected according to the specified magnetic pole. Then, the rotation angle of the rotating body is calculated based on each sine wave signal after amplitude correction.
上記構成では、検出用ロータは、各磁極、または、N極もしくはS極のうちのいずれか一方の極性を有する各磁極を極位置特定用磁極とすると、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有している。たとえば、ある一組の隣り合う極位置特定用磁極(以下「基準の隣り合う磁極」という)に対する各正弦波信号の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号の極値の比のいずれとも識別可能に異なっている場合には、回転体が回転を開始してから、前記基準の隣り合う磁極それぞれに対応する第1または第2の正弦波信号の極値が検出手段によって検出された時点で、検出された極値を出力した方の磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。また、両磁気センサの配置および角度間隔、検出用ロータの構成等により、他方の磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。これにより、回転体が回転を開始した後、検出用ロータが1回転する前に、各磁気センサが感知している磁極を特定することができる可能性が高くなる。つまり、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、各磁気センサが感知している磁極を特定することができるようになる。 In the above configuration, the detection rotor has at least one pair of adjacent pole position specifying poles, where each magnetic pole or each magnetic pole having one of the N or S poles is a pole position specifying magnetic pole. The ratio of the extreme value of each sine wave signal to the magnetic pole has a magnetic pole characteristic such that the ratio of the extreme value of each sine wave signal to another set of adjacent pole position specifying magnetic poles is distinguishable from each other. . For example, the ratio of the extreme value of each sine wave signal to a certain set of adjacent pole position specifying magnetic poles (hereinafter referred to as “reference adjacent magnetic poles”) If it is discriminably different from any of the extreme value ratios of the wave signal, the first or second sine wave signal corresponding to each of the reference adjacent magnetic poles after the rotating body starts rotating. When the extreme value is detected by the detection means, the magnetic pole sensed by the magnetic sensor that outputs the detected extreme value can be specified. Further, the magnetic pole sensed by the other magnetic sensor can be specified by the arrangement and angular interval of both magnetic sensors, the configuration of the detection rotor, and the like. Accordingly, there is a high possibility that the magnetic pole sensed by each magnetic sensor can be specified after the rotating body starts rotating and before the detection rotor makes one rotation. That is, the magnetic pole sensed by each magnetic sensor can be identified at an early stage immediately after the rotating body starts rotating.
また、隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対応する第1または第2の正弦波信号の極値の比と、予め設定された極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定しているので、周辺温度の変化によって各正弦波信号が変動した場合でも、各磁気センサが感知している磁極を正確に特定することができる。
請求項2記載の発明は、前記検出用ロータは、隣り合う極位置特定用磁極の組合せ毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する前記各正弦波信号の極値の比が識別可能に異なるような磁極特性を有しており、前記極値比データは、隣り合う極位置特定用磁極の組み合わせ毎に予め設定された、隣り合う極位置特定用磁極に対する前記第1の正弦波信号の極値の比および/または前記第2の正弦波信号の極値の比を含み、前記磁極特定手段は、任意の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する前記第1または第2の正弦波信号の極値が、前記極値検出手段によって検出されたときに、検出された2つの極値の大きさの比と、前記極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定するように構成されている、請求項1に記載の回転角検出装置である。
Further, the magnetic pole sensed by each magnetic sensor based on the ratio of the extreme values of the first or second sine wave signal corresponding to each of the adjacent pole position specifying magnetic poles and preset extreme value ratio data Therefore, even when each sine wave signal fluctuates due to a change in ambient temperature, the magnetic pole sensed by each magnetic sensor can be accurately specified.
According to a second aspect of the present invention, in the detection rotor, for each combination of adjacent pole position specifying magnetic poles, the ratio of the extreme values of the sine wave signals to the adjacent pole position specifying magnetic poles is identifiable. The extreme value ratio data is the extreme value of the first sine wave signal with respect to adjacent pole position specifying magnetic poles set in advance for each combination of adjacent pole position specifying magnetic poles. And / or the ratio of the extreme values of the second sine wave signal, the magnetic pole specifying means is the extreme value of the first or second sine wave signal for each of the adjacent poles for specifying the pole position. Is detected by the extreme value detecting means, the magnetic pole sensed by each magnetic sensor is specified based on the ratio of the magnitudes of the two detected extreme values and the extreme value ratio data. The circuit according to
この構成では、回転体が回転を開始してから、いずれか組の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する第1または第2の正弦波信号の極値が最初に検出された時点で、各磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。このため、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、磁気センサが感知している磁極を特定できるようになる。
請求項3記載の発明は、前記所定の位相差が電気角で90°である請求項1または2に記載の回転角検出装置である。
In this configuration, each magnetic field is detected when the extreme value of the first or second sine wave signal for each of the adjacent pole position specifying magnetic poles is first detected after the rotating body starts rotating. It becomes possible to specify the magnetic pole sensed by the sensor. For this reason, the magnetic pole sensed by the magnetic sensor can be identified at an early stage immediately after the rotating body starts rotating.
A third aspect of the present invention is the rotation angle detection device according to the first or second aspect, wherein the predetermined phase difference is 90 ° in electrical angle.
以下では、この発明を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置100は、ブラシレスモータ10の回転に応じて回転する検出用ロータ(以下、単に「ロータ1」という)と、磁気センサ21,22と、回転角演算装置20とを備えている。図2に示すように、ロータ1は、ブラシレスモータ10のロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石(多極磁石)2を含んでいる。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor of a brushless motor will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration when a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention is applied to a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor of a brushless motor.
The rotation
磁石2は、4組の磁極対(M1,M2)(M3,M4)(M5,M6)(M7,M8)を有している。つまり、磁石2は、等角度間隔で配置された8個の磁極M1〜M8を有している。各磁極M1〜M8は、ロータ1の回転中心軸を中心として、45°(電気角では180°)の角度間隔で配置されている。各磁極M1〜M8の磁力の大きさは、一定ではない。
The
ロータ1の周囲には、2つの磁気センサ21,22が配置されている。これらの磁気センサ21,22は、ロータ1の回転中心軸を中心として、所定角度22.5°(電気角では90°)の角度間隔をおいて配置されている。これら2つの磁気センサ21,22を、それぞれ第1の磁気センサ21および第2の磁気センサ22という場合がある。磁気センサとしては、たとえば、ホール素子、磁気抵抗素子(MR素子)等、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子を備えたものを用いることができる。
Two
図2に矢印で示す方向をロータ1の正方向の回転方向とする。そして、ロータ1が正方向に回転されるとロータ1の回転角が大きくなり、ロータ1が逆方向に回転されると、ロータ1の回転角が小さくなるものとする。各磁気センサ21,22からは、図3に示すように、ロータ1が1磁極対分に相当する角度90°(電気角では360°)を回転する期間を一周期とする正弦波信号V1,V2が出力される。
A direction indicated by an arrow in FIG. 2 is a positive rotation direction of the
この実施形態では、ロータ1(磁石2)は、N極の極性を有する各磁極M1,M3,M5,M7を極位置特定用磁極とすると、隣り合う極位置特定用磁極の組合せ(M1,M3),(M3,M5),(M5,M7),(M7,M1)毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号V1,V2のピーク値(極値)の比が識別可能に異なるような磁極特性を有している。 In this embodiment, the rotor 1 (magnet 2) is a combination of adjacent pole position specifying magnetic poles (M1, M3), assuming that each of the magnetic poles M1, M3, M5, M7 having the polarity of N poles is a pole position specifying magnetic pole. ), (M3, M5), (M5, M7), (M7, M1), the ratio of the peak values (extreme values) of the sine wave signals V1, V2 to the adjacent pole position specifying magnetic poles can be identified. It has different magnetic pole characteristics.
図3は、ロータ1の磁極M8と磁極M1との境界が第1の磁気センサ21に対向している場合のロータ1の回転角を0°にとった場合のロータ角度(機械角)に対する、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2を示している。また、図3には、ロータ角度に対応して、第1の磁気センサ21が感知している磁極M1〜M8が示されている。
所定の基準位置からのロータ1の絶対的な回転角を、ロータ1の機械角θMということにする。ロータ1の1回転分の角度範囲を、5つの磁極対に対応して4つの区間に分け、各区間の開始位置を0°とし終了位置を360°として表したロータ1の回転角を、ロータ1の電気角θEということにする。
FIG. 3 shows the rotor angle (mechanical angle) when the rotation angle of the
An absolute rotation angle of the
ここでは、第1の磁気センサ21からは、4つの磁極対に対応する区間毎に、V1=A1・sinθEの出力信号が出力されるものとする。この場合、第2の磁気センサ22からは、4つの磁極対に対応する区間毎に、V2=A2・sin(θE+90°)=A2・cosθEの出力信号が出力される。したがって、各磁気センサ21,22からは、互いに所定の位相差90°(電気角)を有する正弦波信号が出力される。A1,A2は、それぞれ振幅を表している。ただし、振幅A1,A2は、磁極の磁力の大きさによって変動する。各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2を、それぞれ第1の出力信号V1および第2の出力信号V2という場合がある。
Here, it is assumed that an output signal of V1 = A1 · sin θ E is output from the first
図1に戻り、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2は、回転角演算装置20に入力される。回転角演算装置20は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ(ROM,RAM,書き換え可能な不揮発性メモリ等)を含んでいる。
回転角演算装置20は、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2のピーク値(極値:極大値および極小値)を検出する。回転角演算装置20は、検出されたピーク値に基づいて、任意の隣り合う極位置特定用磁極(この例では、N極の磁極)それぞれに対する第1または第2の出力信号V1,V2のピーク値(この例では、極大値)の比を演算する。回転角演算装置20は、演算された極値比と、隣り合う極位置特定用磁極の組み合わせ毎に予め設定された極値比データに基づいて、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定する。回転角演算装置20は、特定した磁極に応じて、各出力信号V1,V2の振幅を補正する。回転角演算装置20は、振幅補正後の各出力信号V1’,V2’に基づいて、ロータ1の電気角θEを算出する。また、回転角演算装置20は、得られた電気角θEに基いて、ロータ1の機械角θMを算出する。
Returning to FIG. 1, the output signals V <b> 1 and V <b> 2 of the
The rotation
回転角演算装置20によって演算された電気角θEおよび機械角θMは、モータコントローラ30に与えられる。モータコントローラ30は、回転角演算装置20から与えられる電気角θE等を用いて、ブラシレスモータ10を制御する。
回転角演算装置20の不揮発性メモリには、磁気センサ21,22毎に、ピーク値テーブルが記憶されているとともに、隣り合う極位置特定用磁極の組み合わせ毎に予め設定された極値比データが記憶されている。
The electrical angle θ E and the mechanical angle θ M calculated by the rotation
The non-volatile memory of the rotation
図4は、ピーク値テーブルの内容を示す模式図である。
ピーク値テーブルには、各磁極M1〜M8の極番号1〜8毎に、その磁極に対応する第1の磁気センサ21の出力信号V1のピーク値(極大値または極小値)P1(1)〜P1(8)(図3参照)と、その磁極に対応する第2の磁気センサ22の出力信号V2のピーク値(極大値または極小値)P2(1)〜P2(8)とが記憶されている。なお、各磁気センサ21,22としては、特性がほぼ等しいものが用いられているので、同じ磁極に対する各磁気センサ21,22のピーク値はほぼ同様な値となる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the contents of the peak value table.
In the peak value table, for each
前記ピーク値テーブルへのピーク値の記憶は、たとえば、ブラシレスモータ10の出荷前に行われる。前記振幅補正用ピーク値テーブルに記憶されるピーク値は、1周期分のデータから求めてもよいし、複数周期分のデータの平均値から求めてもよい。
極値比データは、この実施形態では、次の4種類のデータD1〜D4からなる。
(i) D1=P1(1)/ P1(3)
磁極M1に対するピーク値(極大値)P1(1)と磁極M3に対するピーク値(極大値)P1(3)との比であり、この実施形態では、0.6である。なお、D1をD1=P2(1)/ P2(3)によって求めてもよい。
(ii)D2= P1(3)/ P1(5)
磁極M3に対するピーク値(極大値)P1(3)と磁極M5に対するピーク値(極大値)P1(5)との比であり、この実施形態では、0.83である。なお、D2をD2=P2(3)/ P2(5)によって求めてもよい。
(iii) D3=P1(5)/ P1(7)
磁極M5に対するピーク値(極大値)P1(5)と磁極M7に対するピーク値(極大値)P1(7)との比であり、この実施形態では、2.0である。なお、D3をD3=P2(5)/ P2(7)によって求めてもよい。
(Vi) D4=P1(7)/ P1(1)
磁極M7に対するピーク値(極大値)P1(7)と磁極M1に対するピーク値(極大値)P1(1)との比であり、この実施形態では、1.0である。なお、D4をD4=P2(7)/ P2(1)によって求めてもよい。
For example, the peak value is stored in the peak value table before the
In this embodiment, the extreme value ratio data includes the following four types of data D1 to D4.
(i) D1 = P1 (1) / P1 (3)
The ratio of the peak value (maximum value) P1 (1) for the magnetic pole M1 to the peak value (maximum value) P1 (3) for the magnetic pole M3, which is 0.6 in this embodiment. Note that D1 may be obtained by D1 = P2 (1) / P2 (3).
(ii) D2 = P1 (3) / P1 (5)
The ratio of the peak value (maximum value) P1 (3) for the magnetic pole M3 to the peak value (maximum value) P1 (5) for the magnetic pole M5 is 0.83 in this embodiment. Note that D2 may be obtained by D2 = P2 (3) / P2 (5).
(iii) D3 = P1 (5) / P1 (7)
The ratio of the peak value (maximum value) P1 (5) for the magnetic pole M5 to the peak value (maximum value) P1 (7) for the magnetic pole M7, which is 2.0 in this embodiment. Note that D3 may be obtained by D3 = P2 (5) / P2 (7).
(Vi) D4 = P1 (7) / P1 (1)
The ratio of the peak value (maximum value) P1 (7) for the magnetic pole M7 to the peak value (maximum value) P1 (1) for the magnetic pole M1, which is 1.0 in this embodiment. Note that D4 may be obtained by D4 = P2 (7) / P2 (1).
なお、出力信号V1,V2毎に、極値比データを設定してもよい。具体的には、第1の出力信号V1に対しては、DA1=P1(1)/ P1(3),DA2= P1(3)/ P1(5),DA3=P1(5)/ P1(7)およびDA4=P1(7)/ P1(1)の4つの極値比データを設定する。一方、第2の出力信号V2に対しては、DB1=P2(1)/ P2(3),DB2= P2(3)/ P2(5),DB3=P2(5)/ P2(7)およびDB4=P2(7)/ P2(1)の4つの極値比データを設定する。 The extreme value ratio data may be set for each of the output signals V1 and V2. Specifically, for the first output signal V1, DA1 = P1 (1) / P1 (3), DA2 = P1 (3) / P1 (5), DA3 = P1 (5) / P1 (7 ) And four extreme value ratio data of DA4 = P1 (7) / P1 (1). On the other hand, for the second output signal V2, DB1 = P2 (1) / P2 (3), DB2 = P2 (3) / P2 (5), DB3 = P2 (5) / P2 (7) and DB4. = Four extreme value ratio data of P2 (7) / P2 (1) are set.
図5は、回転角演算装置20による回転角演算処理の手順を示すフローチャートである。
図5に示される回転角演算処理は、所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。
回転角演算処理開始時において第1の磁気センサ21が感知している磁極を基準磁極として、各磁極に相対的な番号を割り当てた場合の各磁極の番号を相対的極番号と定義する。第1の磁気センサ21が感知している磁極の相対的極番号(以下、「第1の相対的極番号」という)を変数r1で表し、第2の磁気センサ22が感知している磁極の相対的極番号(以下、「第2の相対的極番号」という)を変数r2で表すことにする。なお、各相対的極番号r1,r2は、1〜8の整数をとり、1より1少ない相対的極番号は8となり、8より1大きい相対的極番号は1となるものとする。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of rotation angle calculation processing by the rotation
The rotation angle calculation process shown in FIG. 5 is repeatedly performed every predetermined calculation cycle.
Using the magnetic pole sensed by the first
この実施形態では、回転角演算処理開始時において第1の磁気センサ21が感知している磁極(基準磁極)がN極の磁極である場合には、当該磁極に”1”の相対的極番号が割り当てられる。一方、回転角演算処理の開始時において第1の磁気センサ21が感知している磁極(基準磁極)がS極の磁極である場合には、当該磁極に”2”の相対的極番号が割り当てられる。
In this embodiment, when the magnetic pole (reference magnetic pole) sensed by the first
また、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号(絶対的極番号)をq1、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号(絶対的極番号)をq2で表すことにする。なお、各絶対的極番号q1,q2は、1〜8の整数をとり、1より1少ない極番号は8となり、8より1大きい極番号は1となるものとする。
回転角演算処理が開始されると、回転角演算装置20は、各磁気センサ21,22の出力信号(センサ値)V1,V2を読み込む(ステップS1)。なお、回転角演算装置20のメモリ(たとえば、RAM)には、出力信号V1,V2毎に、所定回数前に読み込まれたセンサ値から最新に読み込まれたセンサ値までの、複数回数分のセンサ値が記憶されるようになっている。
Further, the pole number (absolute pole number) of the magnetic pole sensed by the first
When the rotation angle calculation process is started, the rotation
また、この実施形態では、センサ値V1のピーク値(極大値および極小値)を検出するために、読み込まれたセンサ値V1のうち絶対値がより大きいセンサ値が、センサ値V1のピーク値候補としてメモリに保存される。同様に、センサ値V2のピーク値(極大値および極小値)を検出するために、読み込まれたセンサ値V2のうち絶対値がより大きいセンサ値が、センサ値V2のピーク値候補としてメモリに保存される。ただし、これらのピーク値候補は、対応する出力信号のゼロクロスが検出されたときには、後述するような所定のタイミングで零にリセットされる。 In this embodiment, in order to detect the peak value (maximum value and minimum value) of the sensor value V1, a sensor value having a larger absolute value among the read sensor values V1 is a peak value candidate of the sensor value V1. Is stored in memory. Similarly, in order to detect the peak value (maximum value and minimum value) of the sensor value V2, a sensor value having a larger absolute value among the read sensor values V2 is stored in the memory as a peak value candidate of the sensor value V2. Is done. However, these peak value candidates are reset to zero at a predetermined timing, which will be described later, when a zero cross of the corresponding output signal is detected.
前記ステップS1で各センサ値V1,V2が読み込まれると、回転角演算装置20は、今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理であるか否かを判別する(ステップS2)。今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理である場合には(ステップS2:YES)、回転角演算装置20は、相対的極番号の設定処理を行う(ステップS3)。
図6は、相対的極番号の設定処理の詳細な手順を示している。
When the sensor values V1 and V2 are read in step S1, the rotation
FIG. 6 shows the detailed procedure of the relative pole number setting process.
回転角演算装置20は、まず、第1の出力信号V1が0より大きいか否かを判別する(ステップS21)。第1の出力信号V1が0より大きい場合には(ステップS21:YES)、回転角演算装置20は、第1の磁気センサ21が感知している磁極(基準磁極)がN極の磁極であると判別し、第1の相対的極番号r1を1に設定する(ステップS24)。そして、ステップS26に進む。
First, the rotation
一方、第1の出力信号V1が0以下である場合には(ステップS21:NO)、回転角演算装置20は、第1の出力信号V1が0より小さいか否かを判別する(ステップS22)。第1の出力信号V1が0より小さい場合には(ステップS22:YES)、第1の磁気センサ21が感知している磁極(基準磁極)がS極の磁極であると判別し、第1の相対的極番号r1を2に設定する(ステップS25)。そして、ステップS26に進む。
On the other hand, when the first output signal V1 is 0 or less (step S21: NO), the rotation
前記ステップS22において、第1の出力信号V1が0以上であると判別された場合には(ステップS22:NO)、つまり、第1の出力信号V1が0である場合には、回転角演算装置20は、ロータ回転角(電気角)が0°であるか180°であるかを判別するために、第2の出力信号V2が0より大きいか否かを判別する(ステップS23)。第2の出力信号V2が0より大きい場合には(ステップS23:YES)、回転角演算装置20は、ロータ回転角(電気角)が0°であると判別し、第1の相対的極番号r1を1に設定する(ステップS24)。そして、ステップS26に進む。
If it is determined in step S22 that the first output signal V1 is equal to or greater than 0 (step S22: NO), that is, if the first output signal V1 is 0, the rotation angle calculation device. 20 determines whether the second output signal V2 is greater than 0 in order to determine whether the rotor rotation angle (electrical angle) is 0 ° or 180 ° (step S23). When the second output signal V2 is greater than 0 (step S23: YES), the rotation
一方、第2の出力信号V2が0以下である場合には(ステップS23:NO)、回転角演算装置20は、ロータ回転角(電気角)が180°であると判別し、第1の相対的極番号r1を2に設定する(ステップS25)。そして、ステップS26に進む。
ステップS26では、回転角演算装置20は、「V1>0かつV2≦0」または「V1<0かつV2≧0」の条件を満たしているか否かを判別する。この条件を満たしている場合には(ステップS26:YES)、回転角演算装置20は、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号より1だけ大きい番号であると判別し、第2の相対的極番号r2に、第1の相対的極番号r1より1だけ大きい番号(r2=r1+1)を設定する(ステップS27)。そして、図5のステップS13に移行する。
On the other hand, when the second output signal V2 is 0 or less (step S23: NO), the rotation
In step S26, the rotation
一方、前記ステップS26の条件を満たしていない場合には(ステップS26:NO)、回転角演算装置20は、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号と同じであると判別し、第2の相対的極番号r2に第1の相対的極番号r1と同じ番号(r2=r1)を設定する(ステップS28)。そして、図5のステップS13に移行する。
On the other hand, when the condition of step S26 is not satisfied (step S26: NO), the rotation
前記ステップS26の条件を満たしている場合に、第2の相対的極番号r2に第1の相対的極番号r1より1だけ大きい番号(r2=r1+1)を設定し、前記ステップS26の条件を満たしていない場合に、第2の相対的極番号r2に第1の相対的極番号r1と同じ番号(r2=r1)を設定している理由について説明する。
たとえば、ロータ1における磁極M1と磁極M2とからなる磁極対が第1の磁気センサ21を通過する際の、第1および第2の磁気センサ21,22の出力信号V1,V2の信号波形を模式的に表すと、図7(a)(b)に示すようになる。
When the condition of step S26 is satisfied, a number (r2 = r1 + 1) larger than the first relative pole number r1 by 1 is set for the second relative pole number r2, and the condition of step S26 is satisfied. The reason why the same number (r2 = r1) as the first relative pole number r1 is set in the second relative pole number r2 in the case where the second relative pole number r2 is not set will be described.
For example, the signal waveforms of the output signals V1, V2 of the first and second
図7(a)(b)において、S1で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M1を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M1を感知している領域である。S2で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M1を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M2を感知している領域である。S3で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M2を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M2を感知している領域である。S4で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M2を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M3を感知している領域である。
7A and 7B, a region indicated by S1 is a region where the first
つまり、領域S1およびS3では、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号と同じ番号となる。一方、領域S2およびS4では、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号より1だけ大きくなる。
領域S1においては、両センサ値V1,V2は、V1≧0かつV2>0の第1条件を満たす。領域S2においては、両センサ値V1,V2は、V1>0かつV2≦0の第2条件を満たす。領域S3においては、両センサ値V1,V2は、V1≦0かつV2<0の第3条件を満たす。領域S4においては、両センサ値V1,V2は、V1<0かつV2≧0の第4条件を満たす。
That is, in the areas S1 and S3, the pole number of the magnetic pole sensed by the second
In the region S1, the sensor values V1 and V2 satisfy the first condition of V1 ≧ 0 and V2> 0. In the region S2, both sensor values V1 and V2 satisfy the second condition of V1> 0 and V2 ≦ 0. In the region S3, the sensor values V1 and V2 satisfy the third condition of V1 ≦ 0 and V2 <0. In the region S4, both sensor values V1 and V2 satisfy the fourth condition of V1 <0 and V2 ≧ 0.
そこで、回転角演算装置20は、前記第2条件(V1>0かつV2≦0)または前記第4条件(V1<0かつV2≧0)を満たしている場合には、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号より1だけ大きくなると判別し、前記第2条件または前記第4条件を満たしていない場合には、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号と同じになると判別している。
Therefore, when the rotation
図5に戻り、前記ステップS2において、今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理ではないと判別された場合には(ステップS2:NO)、ステップS4に移行する。
ステップS4では、回転角演算装置20は、メモリに記憶されているセンサ値V1,V2に基づいて、センサ値V1,V2毎に、センサ値の符号が反転するゼロクロスを検出したか否かを判別する。ゼロクロスが検出されなかったときには(ステップS4:NO)、回転角演算装置20は、ステップS13に移行する。
Returning to FIG. 5, if it is determined in step S2 that the current process is not the first process after the start of the rotation angle calculation process (step S2: NO), the process proceeds to step S4.
In step S4, the rotation
前記ステップS4において、いずれかのセンサ値V1,V2に対してゼロクロスが検出された場合には(ステップS4:YES)、回転角演算装置20は、後述するステップS11の極番号特定処理によって、各磁極センサ21,22が検知している磁極が既に特定されているか否かを判別する(ステップS5)。
各磁極センサ21,22が検知している磁極が特定されていない場合には(ステップS5:NO)、回転角演算装置20は、相対的極番号の更新処理を行なう(ステップS6)。具体的には、回転角演算装置20は、前記ステップS4でゼロクロスが検出された磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号r1またはr2を、ロータ1の回転方向に応じて、1だけ大きい番号または1だけ小さい番号に変更する。
If a zero cross is detected for any one of the sensor values V1 and V2 in step S4 (step S4: YES), the rotation
When the magnetic pole detected by each of the
ロータ1の回転方向が正方向(図2に矢印で示す方向)である場合には、回転角演算装置20は、前記ステップS4でゼロクロスが検出された磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号r1またはr2を、1だけ大きい番号に更新する。一方、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、回転角演算装置20は、ゼロクロスが検出された磁気センサに対して現在設定されている相対的極番号r1またはr2を、1だけ小さい番号に更新する。ただし、前述したように、”1”の相対的極番号に対して、1だけ小さい相対的極番号は、”8”となる。また、”8”の相対的極番号に対して、1だけ大きい相対的極番号は、”1”となる。
When the rotation direction of the
なお、ロータ1の回転方向は、例えば、ゼロクロスが検出された出力信号の前回値および今回値と、他方の出力信号の今回値とに基づいて判定することができる。具体的には、ゼロクロスが検出された出力信号が第1の出力信号V1である場合には、「第1の出力信号V1の前回値が0より大きくかつその今回値が0以下であり、第2の出力信号V2が0より小さい」という条件、または「第1の出力信号V1の前回値が0未満でかつその今回値が0以上であり、第2の出力信号V2が0より大きい」という条件を満たしている場合には、回転方向は正方向(図2に矢印で示す方向)であると判定される。
Note that the rotation direction of the
一方、「第1の出力信号V1の前回値が0以上でかつその今回値が0未満であり、第2の出力信号V2が0より大きい」という条件、または「第1の出力信号V1の前回値が0以下でかつその今回値が0より大きく、第2の出力信号V2が0より小さい」という条件を満たしている場合には、回転方向は逆方向であると判定される。
ゼロクロスが検出された出力信号が第2の出力信号V2である場合には、「第2の出力信号V2の前回値が0より大きくかつその今回値が0以下であり、第1の出力信号V1が0より大きい」という条件、または「第2の出力信号V2の前回値が0未満でかつその今回値が0以上であり、第1の出力信号V1が0より小さい」という条件を満たしている場合には、回転方向は正方向(図2に矢印で示す方向)であると判定される。一方、「第2の出力信号V2の前回値が0以上でかつその今回値が0未満であり、第1の出力信号V1が0より小さい」という条件、または「第2の出力信号V2の前回値が0以下でかつその今回値が0より大きく、第1の出力信号V1が0より大きい」という条件を満たしている場合には、回転方向は逆方向であると判定される。
On the other hand, the condition that “the previous value of the first output signal V1 is greater than or equal to 0 and the current value is less than 0 and the second output signal V2 is greater than 0” or “the previous time of the first output signal V1. When the condition that the value is 0 or less and the current value is greater than 0 and the second output signal V2 is less than 0 is satisfied, the rotation direction is determined to be the reverse direction.
When the output signal in which the zero cross is detected is the second output signal V2, “the previous value of the second output signal V2 is greater than 0 and the current value is less than or equal to 0, and the first output signal V1 Or the condition that the previous value of the second output signal V2 is less than 0 and the current value is 0 or more and the first output signal V1 is less than 0 is satisfied. In this case, the rotation direction is determined to be the positive direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 2). On the other hand, the condition that “the previous value of the second output signal V2 is 0 or more and the current value is less than 0 and the first output signal V1 is less than 0” or “the previous time of the second output signal V2” When the condition that the value is 0 or less and the current value is greater than 0 and the first output signal V1 is greater than 0 is satisfied, the rotation direction is determined to be the reverse direction.
前記ステップS6の相対的極番号の更新処理が終了すると、回転角演算装置20は、ピーク値検出処理を行なう(ステップS7)。ピーク値検出処理について具体的に説明する。前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号に対応する磁気センサをピーク値検出対象の磁気センサということにする。回転角演算装置20は、まず、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したか否かを判別する。つまり、回転角演算装置20は、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極位置が、当該磁気センサの出力信号のゼロクロスが前回検出された時点と、今回検出された時点とで、異なっているか同じであるかを判定する。ロータ1の回転方向が逆転した場合には、前記両時点での磁極位置が同じになる可能性がある。
When the update process of the relative pole number in step S6 is completed, the rotation
この判定は、たとえば、ピーク値検出対象の磁気センサの出力信号のゼロクロスが前回検出された時点でのロータ1の回転方向と、当該出力信号のゼロクロスが今回検出された時点でのロータ1の回転方向が同じ方向であるか否かに基づいて行うことができる。すなわち、回転角演算装置20は、前記両時点でのロータ1の回転方向が同じ方向であれば、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したと判定する。一方、前記両時点でのロータ1の回転方向が異なっていれば、回転角演算装置20は、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化していないと判定する。
This determination is made, for example, by the rotation direction of the
ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化したと判定された場合には、回転角演算装置20は、ピーク値を検出したと判別するとともに、当該磁気センサに対応するピーク値候補をピーク値として特定する。一方、ピーク値検出対象の磁気センサが感知している磁極が変化していないと判定された場合には、回転角演算装置20は、ピーク値を検出しなかったと判定する。
When it is determined that the magnetic pole sensed by the magnetic sensor targeted for peak value detection has changed, the rotation
なお、ピーク値には、0より大きな極大値と、0より小さな極小値とがある。この実施形態では、極位置特定用磁極がN極の磁極であるので、ピーク値のうち、極大値に基づいて、第1の磁気センサ21が感知している磁極対が特定される。以下において、ピーク値検出処理において検出された第1の出力信号V1および第2の出力信号V2の極大値を、それぞれP1およびP2で表す場合がある。
The peak value has a maximum value larger than 0 and a minimum value smaller than 0. In this embodiment, since the pole position specifying magnetic pole is an N-pole magnetic pole, the magnetic pole pair sensed by the first
ピーク値検出処理において極大値が検出されなかった場合には(ステップS8:NO)、回転角演算装置20は、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号に対応するピーク値候補を0にリセットした後、ステップS13に移行する。なお、ピーク値検出処理においてピーク値が検出された場合であっても、検出されたピーク値が極小値である場合には、ピーク値検出処理において極大値が検出されなかったと判別される。
When the maximum value is not detected in the peak value detection process (step S8: NO), the rotation
ピーク値検出処理において極大値が検出されたときには(ステップS8:YES)、当該極大値を、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号に対する極大値P1またはP2としてメモリに記憶する(ステップS9)。なお、メモリには、極大値P1およびP2毎に、前回検出された極大値と今回検出された極大値との2回分の極大値が記憶されるようになっている。この後、回転角演算装置20は、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号に対応するピーク値候補を0にリセットした後、ステップS10に移行する。
When the maximum value is detected in the peak value detection process (step S8: YES), the maximum value is stored in the memory as the maximum value P1 or P2 with respect to the output signal in which the zero cross is detected in step S4 (step S9). . The memory stores, for each local maximum value P1 and P2, the local maximum value for two times of the local maximum value detected last time and the local maximum value detected this time. Thereafter, the rotation
ステップS10では、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号の極大値が2回以上検出されているか否かを判別する。前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号の極大値が2回以上検出されていない場合には(ステップS10:NO)、回転角演算装置20は、ステップS13に移行する。一方、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号の極大値が2回以上検出されている場合には(ステップS10:YES)、回転角演算装置20は、極番号特定処理を行なう(ステップS11)。
In step S10, it is determined whether or not the maximum value of the output signal in which the zero cross is detected in step S4 is detected twice or more. When the maximum value of the output signal in which the zero cross is detected in step S4 is not detected twice or more (step S10: NO), the rotation
極番号特定処理の考え方について説明する。前述したように、隣り合う極位置特定用磁極の組み合わせ(M1,M3),(M3,M5),(M5,M7),(M7,M1)毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2のピーク値(この例では極大値)の比は異なる。したがって、任意の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する第1の出力信号V1の極大値が検出された時点(ゼロクロス検出時点)において、それらの極大値の比と、極値比データD1〜D4と、ロータ1の回転方向とに基づいて、第1の磁気センサ21が現在感知している磁極の極番号q1を特定することができる。なお、極値比データが出力信号V1,V2毎に設定されている場合には、極値比データD1〜D4の代わりに第1の出力信号V1に対して設定されている極値比データDA1〜DA4が用いられる。
The concept of the pole number identification process will be described. As described above, for each combination (M1, M3), (M3, M5), (M5, M7), (M7, M1) of adjacent pole position specifying magnetic poles, each output for the adjacent pole position specifying magnetic poles. The ratio of the peak values (maximum values in this example) of the signals V1 and V2 is different. Therefore, at the time when the maximum value of the first output signal V1 is detected for each of the adjacent poles for specifying the local position (zero cross detection time), the ratio of these maximum values and the extreme value ratio data D1 to D4, Based on the rotation direction of the
たとえば、図3を参照して、ロータ1が正方向(図2に矢印で示す方向)に回転している場合に、図3にZ1で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、磁極M3に対する第1の出力信号V1の極大値P1n−1が検出され、その後に、図3にZ2で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、磁極M5に対する第1の出力信号V1の極大値P1nが検出されたとする。この場合には、両極大値の比P1n−1/P1nは、極値比データD1〜D4のうちのD2(=P1(3)/P1(5))とほぼ等しくなるので、図3にZ2で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、第1の磁気センサ21は、磁極M6を感知していると判別することができる。
For example, referring to FIG. 3, when the
また、図3を参照して、ロータ1が逆方向に回転している場合に、図3にZ3で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、磁極M5に対する第1の出力信号V1の極大値P1n−1が検出され、その後に、図3にZ4で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、磁極M5に対する第1の出力信号V1の極大値P1nが検出されたとする。この場合には、両極大値の比P1n/P1n−1は、極値比データD1〜D4のうちのD2(=P1(3)/P1(5))とほぼ等しくなるので、図3にZ4で示すゼロクロスが検出されたタイミングにおいて、第1の磁気センサ21は、磁極M2を感知していると判別することができる。このようにして、現在感知している磁極の極番号q1が特定できれば、相対的極番号r1,r2に基づいて第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2を特定することができる。
Referring to FIG. 3, when the
同様に、任意の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する第2の出力信号V2の極大値が検出された時点(ゼロクロス検出時点)において、それらの極大値の比と、極値比データD1〜D4と、ロータ1の回転方向とに基づいて、第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2を特定することができる。なお、極値比データが出力信号V1,V2毎に設定されている場合には、極値比データD1〜D4の代わりに第2の出力信号V2に対して設定されている極値比データDB1〜DB4が用いられる。第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2が特定できれば、相対的極番号r1,r2に基づいて第1の磁気センサ23が現在感知している磁極の極番号q1を特定することができる。
Similarly, at the time when the maximum value of the second output signal V2 is detected for each of the adjacent poles for specifying the local position (zero cross detection time), the ratio between these maximum values and the extreme value ratio data D1 to D4. Based on the rotation direction of the
以下、より具体的に説明する。まず、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号が第1の出力信号V1である場合に行われる極番号特定処理について説明する。この場合には、回転角演算装置20は、前回検出された第1の出力信号V1の極大値P1n−1と今回検出された第1の出力信号V1の極大値P1nとの比と、極値比データD1〜D4と、ロータ1の回転方向とに基づいて、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号(絶対的極番号)q1を特定する。極値比データD1〜D4を、iを極値比データ番号として、Di(i=1,2,3,4)で表す場合がある。
More specific description will be given below. First, the pole number specifying process that is performed when the output signal in which the zero cross is detected in step S4 is the first output signal V1 will be described. In this case, the rotation
回転角演算装置20は、ロータ1の回転方向が正方向(図2に矢印で示す方向)である場合には、P1n−1/P1nを極値比Xとして演算し、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、P1n/P1n−1を極値比Xとして演算する。次に、回転角演算装置20は、演算された極値比Xと極値比データD1〜D4とに基づいて、極値比Xに最も近い極値比データDiの極値比データ番号iを特定する。そして、回転角演算装置20は、特定された極値比データ番号iと、ロータ1の回転方向と、次表1の内容とに基づいて、第1の磁気センサ21が現在感知している磁極の極番号q1を特定する。
When the rotation direction of the
表1は、極値比Xに最も近い極値比データDiの極値比データ番号iとロータ1の回転方向との組合せと、第1の磁気センサ21が現在感知している磁極の極番号q1との関係を示している。
Table 1 shows the combinations of the extreme value ratio data number i of the extreme value ratio data D i closest to the extreme value ratio X and the rotation direction of the
具体的には、回転角演算装置20は、ロータ1の回転方向が正方向である場合には、q1=2・i+2に基づいて、第1の磁気センサ21が現在感知している磁極の極番号q1を演算する。ただし、(2・i+2)の値が8を超える場合には、回転角演算装置20は、q1=2・i+2−8に基づいてq1を演算する。一方、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、回転角演算装置20は、q1=2・i−2に基づいて、第1の磁気センサ21が現在感知している磁極の極番号q1を演算する。ただし、(2・i−2)の値が0以下となる場合には、回転角演算装置20は、q1=2・i−2+8に基づいてq1を演算する。
Specifically, when the rotation direction of the
この後、回転角演算装置20は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号q1と、第1および第2の相対的極番号r1,r2とに基づいて、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号q2を特定する。具体的には、回転角演算装置20は、q2=(q1−r1)+r2に基づいて、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号q2を特定する。
After that, the rotation
次に、前記ステップS4でゼロクロスが検出された出力信号が第2の出力信号V2である場合に行われる極番号特定処理について説明する。この場合には、回転角演算装置20は、前回検出された第2の出力信号V2の極大値P2n−1と今回検出された第2の出力信号V2の極大値P2nとの比と、極値比データD1〜D4と、ロータ1の回転方向とに基づいて、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号(絶対的極番号)q2を特定する。
Next, the pole number specifying process that is performed when the output signal in which the zero cross is detected in step S4 is the second output signal V2 will be described. In this case, the rotation
回転角演算装置20は、ロータ1の回転方向が正方向(図2に矢印で示す方向)である場合には、P2n−1/P2nを極値比Yとして演算し、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、P2n/P2n−1を極値比Yとして演算する。次に、回転角演算装置20は、演算された極値比Yと極値比データD1〜D4とに基づいて、極値比Yに最も近い極値比データDiの極値比データ番号iを特定する。そして、回転角演算装置20は、特定された極値比データ番号iと、ロータ1の回転方向と、次表2の内容とに基づいて、第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2を特定する。
When the rotation direction of the
表2は、極値比Yに最も近い極値比データDiの極値比データ番号iとロータ1の回転方向との組合せと、第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2との関係を示している。
Table 2 shows a combination of the extreme value ratio data number i of the extreme value ratio data D i closest to the extreme value ratio Y and the rotation direction of the
具体的には、回転角演算装置20は、ロータ1の回転方向が正方向である場合には、q2=2・i+2に基づいて、第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2を演算する。ただし、(2・i+2)の値が8を超える場合には、回転角演算装置20は、q2=2・i+2−8に基づいてq2を演算する。一方、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、回転角演算装置20は、q2=2・i−2に基づいて、第2の磁気センサ22が現在感知している磁極の極番号q2を演算する。ただし、(2・i−2)の値が0以下となる場合には、回転角演算装置20は、q2=2・i−2+8に基づいてq2を演算する。
Specifically, when the rotation direction of the
この後、回転角演算装置20は、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号q2と、第1および第2の相対的極番号r1,r2とに基づいて、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号q1を特定する。具体的には、回転角演算装置20は、q1=(q2−r2)+r1に基づいて、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号q1を特定する。ステップS11の極番号特定処理が終了すると、回転角演算装置20は、ステップS14に移行する。
Thereafter, the rotation
前記ステップS5において、各磁気センサ21,22が感知している磁極が既に特定されていると判別された場合には(ステップS5:YES)、回転角演算装置20は、極番号の更新処理を行なう(ステップS12)。具体的には、回転角演算装置20は、前記ステップS4でゼロクロスが検出された磁気センサに対して既に特定されている極番号q1またはq2を、ロータ1の回転方向に応じて、1だけ大きい極番号または1だけ小さい極番号に変更する。
If it is determined in step S5 that the magnetic poles sensed by the
ロータ1の回転方向が正方向である場合には、回転角演算装置20は、ゼロクロスが検出された磁気センサに対して既に特定されている前記極番号q1またはq2を、1だけ大きい極番号に更新する。一方、ロータ1の回転方向が逆方向である場合には、回転角演算装置20は、ゼロクロスが検出された磁気センサに対して既に特定されている前記極番号q1またはq2を、1だけ小さい極番号に更新する。ただし、”1”の極番号に対して、1だけ小さい極番号は、”8”となる。また、”8”の極番号に対して、1だけ大きい極番号は、”1”となる。回転角演算装置20は、ステップS12の極番号の更新処理が終了すると、ステップS14に移行する。
When the rotation direction of the
ステップS14では、回転角演算装置20は、振幅補正処理を行う。つまり、回転角演算装置20は、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2の振幅を補正する。
具体的には、回転角演算装置20は、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号q1に対応する第1の出力信号V1のピーク値と、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号q2に対応する第2の出力信号V2のピーク値とを、ピーク値テーブル(図4参照)から取得する。ピーク値テーブルから取得された第1および第2の出力信号V1,V2のピーク値を、それぞれP1x,P2xで表すことにする。そして、取得した各ピーク値(振幅補正値)P1x,P2xと予め設定されている基準振幅φとに基づいて、各出力信号V1,V2の振幅を補正する。
In step S14, the rotation
Specifically, in the rotation
具体的には、第1および第2の出力信号V1,V2の振幅補正後の信号をそれぞれV1’,V2’とすると、補正後の第1および第2の出力信号V1’,V2’は、それぞれ次式(2)(3)に基づいて演算される。
V1’=(V1/P1x)×φ …(2)
V2’=(V2/P2x)×φ …(3)
振幅補正処理が終了すると、回転角演算装置20は、振幅補正後の各出力信号V1’,V2’に基づいて、電気角θEを演算する(ステップS15)。具体的には、次式(4)に基づいて、ロータ1の回転角(電気角)θEを演算する。
Specifically, assuming that the amplitude-corrected signals of the first and second output signals V1 and V2 are V1 ′ and V2 ′, respectively, the corrected first and second output signals V1 ′ and V2 ′ are Each is calculated based on the following equations (2) and (3).
V1 ′ = (V1 / P1x) × φ (2)
V2 ′ = (V2 / P2x) × φ (3)
The amplitude correction process is completed, the rotation
θE=tan−1(V1’/V2’) …(4)
電気角θEが演算されると、回転角演算装置20は、ロータ1の機械角(絶対角)θMを演算する。具体的には、回転角演算装置20は、前記ステップS15で演算された電気角θEと第1の磁気センサ21が感知している極番号q1とを用い、次式(5)に基づいて、機械角θMを演算する(ステップS16)。
θ E = tan −1 (V1 ′ / V2 ′) (4)
When the electrical angle θ E is calculated, the rotation
θM={θE+m×360°}/4 …(5)
ただし、q1=1または2の場合、m=0、
q1=3または4の場合、m=1、
q1=5または6の場合、m=2、
q1=7または8の場合、m=3である。
θ M = {θ E + m × 360 °} / 4 (5)
However, when q1 = 1 or 2, m = 0,
If q1 = 3 or 4, m = 1,
If q1 = 5 or 6, m = 2,
When q1 = 7 or 8, m = 3.
回転角演算装置20は、前記ステップS15で演算された電気角θEと、ステップS16で演算された、機械角θMとをモータコントローラ30に与える。そして、今演算周期での処理を終了する。
ステップS13では、各磁気センサ21,22が感知している磁極が特定されていないので、回転角演算装置20は、前記ステップS1で読み込まれたセンサ値V1,V2に基づいて、電気角θEを演算する。具体的には、次式(6)に基づいて、ロータ1の回転角(電気角)θEを演算する。
Rotation
In step S13, since the magnetic pole sensed by each of the
θE=tan−1(V1/V2) …(6)
前記ステップS13で電気角θEが演算されると、回転角演算装置20は、当該電気角θEをモータコントローラ30に与える。そして、今演算周期での処理を終了する。
前記実施形態によれば、いずれかの組の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する第1の出力信号V1の極値P1n−1,P1nまたは第2の出力信号V2の極大値P2n−1,P2nが最初に検出された時点で、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定することが可能となる。このため、回転体が回転を開始した直後の早い段階で、磁気センサ21,22が感知している磁極を特定できるようになる。これにより、回転角演算処理開始後において、ロータ1が回転を開始した直後の早い段階で、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2の振幅を補正することが可能となるから、ロータ1(ブラシレスモータ)の回転角演算精度が向上する。
θ E = tan −1 (V1 / V2) (6)
When the electrical angle theta E is calculated in the step S13, the rotation
According to the embodiment, the extreme values P1 n−1 and P1 n of the first output signal V1 or the maximum value P2 n− of the second output signal V2 for any pair of adjacent pole position specifying magnetic poles. 1 and P2 n are detected for the first time, it becomes possible to specify the magnetic pole sensed by each of the
また、隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する第1の出力信号V1の極値P1n−1,P1nの比または第2の出力信号V2の極大値P2n−1,P2nの比に基づいて、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定しているので、周辺温度の変化によって各出力信号V1,V2が変動した場合でも、各磁気センサ21,22が感知している磁極を正確に特定することができる。
Further, based on the ratio of the extreme values P1 n−1 and P1 n of the first output signal V1 or the ratio of the maximum values P2 n−1 and P2 n of the second output signal V2 to the adjacent poles for specifying the pole position. Thus, the magnetic poles sensed by the
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、ロータ1は、隣り合う極位置特定用磁極の組合せ(M1,M3),(M3,M5),(M5,M7),(M7,M1)毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号V1,V2のピーク値の比が識別可能に異なるような磁極特性を有しているが、ロータ1は、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有していればよい。たとえば、ある一組の隣り合う極位置特定用磁極(以下「基準の隣り合う磁極」という)に対する各出力信号V1,V2の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比のいずれとも識別可能に異なっている場合には、回転体が回転を開始してから、前記基準の隣り合う磁極それぞれに対応する第1の出力信号V1または第2の出力信号V2の極値が検出手段によって最初に検出された時点で、検出された極値を出力した方の磁気センサが感知している磁極を特定することが可能となる。これにより、ブラシレスモータ30が起動されてから、ロータ1が1回転する前に、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定することができる可能性が高くなる。つまり、ブラシレスモータが起動された直後の早い段階で、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定することができるようになる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the
また、前記実施形態では、N極の極性を有する各磁極M1,M3,M5,M7が極位置特定用磁極とされているが、S極の極性を有する各磁極M2,M4,M6,M8を極位置特定用磁極としてもよい。この場合にも、ロータ1は、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有していればよい。ロータ1(磁石2)は、隣り合う極位置特定用磁極の組合せ(M2,M4),(M4,M6),(M6,M8),(M8,M2)毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号V1,V2のピーク値の比が識別可能に異なるような磁極特性を有していることが好ましい。この場合、回転角演算装置20は、任意の隣り合う極位置特定用磁極に対する第1または第2の出力信号V1,V2の極小値の比と、極値比データとに基づいて、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定する。この場合には、極値比データは、例えば、D1=P1(2)/ P1(4)、D2=P1(4)/ P1(6)、D3=P1(6)/ P1(8)およびD4=P1(8)/ P1(2)の4つのデータD1〜D4からなる。
In the above-described embodiment, the magnetic poles M1, M3, M5, and M7 having the polarity of the N pole are the pole position specifying magnetic poles, but the magnetic poles M2, M4, M6, and M8 having the polarity of the S pole are used. A pole for specifying the pole position may be used. Also in this case, the
また、各磁極M1〜M8を極位置特定用磁極としてもよい。この場合にも、ロータ1は、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する各出力信号V1,V2の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有していればよい。ロータ1(磁石2)は、隣り合う極位置特定用磁極の組合せ(M1,M2),(M2,M3),(M3,M4),(M4,M5),(M5,M6),(M6,M7),(M7,M8),(M8,M1)毎に、隣り合う極位置特定用磁極に対する各正弦波信号V1,V2のピーク値(極値)の比が識別可能に異なるような磁極特性を有していることが好ましい。この場合、回転角演算装置20は、任意の隣り合う極位置特定用磁極に対する第1または第2の出力信号V1,V2のピーク値の比の絶対値と、極値比データとに基づいて、各磁気センサ21,22が感知している磁極を特定する。この場合には、極値比データは、例えば、D1=|P1(1)/ P1(2)|、D2=|P1(2)/ P1(3)|、D3=|P1(3)/ P1(4)|、D4=|P1(4)/ P1(5)|、D5=|P1(5)/ P1(6)|、D6=|P1(6)/ P1(7)|、D7=|P1(7)/ P1(8)|およびD8=|P1(8)/ P1(1)|の8つのデータD1〜D8からなる。
The magnetic poles M1 to M8 may be pole position specifying magnetic poles. Also in this case, the
また、前記実施形態では、第1の出力信号V1と第2の出力信号V2との位相差は電気角で90°であるが、両信号V1,V2間の位相差は、任意の角度であってもよい。たとえば、第1の出力信号V1と第2の出力信号V2との位相差をαとし、第1の出力信号V1をV1=A1・sinθEとし、第2の出力信号V2をV2=A2・sin(θE+α)とすると、振幅補正後の第1の出力信号V1’はV1’=φ・sinθEで表され、振幅補正後の第2の出力信号V2’はV2’=φ・sin(θE+α)で表される。この場合には、回転角演算装置20は、たとえば、振幅補正後の第1および第2の出力信号V1’,V2’とから、振幅補正後の第1の出力信号V1’に対する位相差が90°となる信号V12’(=φ・sin(θE+90°)=φ・cosθE)を生成する。具体的には、回転角演算装置20は、V12’=(V2’−V1’・cosα)/sinαに基づいて、信号V12’を生成する。そして、回転角演算装置20は、θE=tan−1(V1’/V12’)に基づいてロータの電気角θEを演算する。
In the above embodiment, the phase difference between the first output signal V1 and the second output signal V2 is 90 ° in electrical angle, but the phase difference between the signals V1 and V2 is an arbitrary angle. May be. For example, the first output signal V1 of the phase difference between the second output signal V2 and alpha, the first output signal V1 and V1 = A1 · sin [theta E, the second output signal V2 V2 = A2 · sin Assuming that (θ E + α), the first output signal V1 ′ after amplitude correction is expressed by V1 ′ = φ · sin θ E , and the second output signal V2 ′ after amplitude correction is V2 ′ = φ · sin ( θ E + α). In this case, for example, the rotation
この発明は、ブラシレスモータのロータ以外の回転体の回転角を検出する場合にも、適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
The present invention can also be applied when detecting the rotation angle of a rotating body other than the rotor of a brushless motor.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…検出用ロータ、2…磁石、21,22…磁気センサ、10…ブラシレスモータ、20…回転角演算装置、M1〜M8…磁極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記検出用ロータは、各磁極、または、N極もしくはS極のうちのいずれか一方の極性を有する各磁極を極位置特定用磁極とすると、少なくとも1組の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記各正弦波信号の極値の比が、他の組の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記各正弦波信号の極値の比のいずれとも識別可能に異なるような磁極特性を有しており、
前記各正弦波信号の極値を検出する極値検出手段と、
前記極値検出手段によって検出される極値から演算される、任意の隣り合う極位置特定用磁極に対する前記第1または第2の正弦波信号の極値の比と、予め設定された極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定する磁極特定手段と、
前記磁極特定手段によって特定された磁極に応じて、前記各正弦波信号の振幅を補正する振幅補正手段と、
振幅補正後の各正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段と、
を含む回転角検出装置。 A detection rotor having a plurality of magnetic poles rotated according to the rotation of the rotating body and provided at equal angular intervals in the circumferential direction, and first and second having a predetermined phase difference according to the rotation of the detection rotor A rotation angle detection device that detects the rotation angle of the rotating body based on the output signals of these magnetic sensors, the first and second magnetic sensors each outputting a sine wave signal of
The detection rotor has at least one pair of adjacent pole position specifying magnetic poles, where each magnetic pole or each magnetic pole having one of the N and S poles is a pole position specifying magnetic pole. The ratio of the extreme values of each sine wave signal has a magnetic pole characteristic such that the ratio of the extreme value of each sine wave signal with respect to another set of adjacent pole position specifying magnetic poles is distinguishably different from each other.
Extreme value detection means for detecting an extreme value of each sine wave signal;
The ratio of the extreme value of the first or second sine wave signal to an arbitrary adjacent pole position specifying magnetic pole calculated from the extreme value detected by the extreme value detection means, and a preset extreme value ratio Magnetic pole identification means for identifying the magnetic pole sensed by each magnetic sensor based on the data;
Amplitude correction means for correcting the amplitude of each sine wave signal in accordance with the magnetic pole specified by the magnetic pole specifying means;
Based on each sine wave signal after amplitude correction, rotation angle calculation means for calculating the rotation angle of the rotating body,
Rotation angle detection device.
前記極値比データは、隣り合う極位置特定用磁極の組み合わせ毎に予め設定された、隣り合う極位置特定用磁極に対する前記第1の正弦波信号の極値の比および/または前記第2の正弦波信号の極値の比を含み、
前記磁極特定手段は、任意の隣り合う極位置特定用磁極それぞれに対する前記第1または第2の正弦波信号の極値が、前記極値検出手段によって検出されたときに、検出された2つの極値の大きさの比と、前記極値比データに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定するように構成されている、請求項1に記載の回転角検出装置。 The detection rotor has a magnetic pole characteristic such that for each combination of adjacent pole position specifying magnetic poles, the ratio of the extreme values of the sine wave signals to the adjacent pole position specifying magnetic poles is identifiable. ,
The extreme value ratio data is a ratio of the extreme value of the first sine wave signal to the adjacent pole position specifying magnetic pole and / or the second value set in advance for each combination of adjacent pole position specifying magnetic poles. Including the ratio of the extreme values of the sinusoidal signal
The magnetic pole specifying means detects the two poles detected when the extreme value of the first or second sine wave signal for each adjacent pole position specifying magnetic pole is detected by the extreme value detecting means. The rotation angle detection device according to claim 1, configured to specify a magnetic pole sensed by each magnetic sensor based on a ratio of magnitudes of values and the extreme value ratio data.
The rotation angle detection device according to claim 1 or 2, wherein the predetermined phase difference is an electrical angle of 90 °.
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