JP2013090478A - Brushless dc motor rotor position detection method and apparatus - Google Patents

Brushless dc motor rotor position detection method and apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brushless DC motor rotor position detection method and apparatus with which it is possible to discriminate a rotation direction of a motor rotor by generating a signal equivalent to an output of a two-phase encoder from values of four signals in total that are signal outputs of three Hall sensors and a pulse alternating signal.SOLUTION: A method includes steps of: discriminating a rotation direction of a rotor based on current values and their immediately preceding values of signals of three Hall sensors 2, 2, and 2; setting a rising edge or a falling edge of one of the three Hall sensors 2, 2, and 2as a reference position while determining which one of the rising edge and the falling edge is to be selected as the reference position based on the rotation direction of the rotor; generating an alternating signal that alternates each time the reference position is passed; generating a pulse signal equivalent to an output of a two-phase encoder from the signals of the three Hall sensors 2, 2, and 2and the alternating signal; and detecting a position of the rotor based on the pulse signal.

Description

本発明はブラシレスＤＣモータの回転子位置検出方法とその装置に関する。   The present invention relates to a rotor position detection method and apparatus for a brushless DC motor.

従来、この種のブラシレスＤＣモータの回転子位置を検出するには、ロータリーエンコーダを用いるのが一般的であった。
ロータリーエンコーダはデジタル信号を出力するため制御性に優れる。しかし、その反面、高価という問題がある。また、エンコーダ本体に加えて信号線等のスペースも必要になるため、装置の小型化にはマイナスとなる。
このような問題を解決するため、特許文献１では、ブラシレスＤＣモータを制御するための３相の磁極検出用ホールセンサの信号から、６逓倍化手段と２相化手段とを用いて、２相エンコーダ相当の信号を生成する回転角度検出装置を提案している。 Conventionally, it has been common to use a rotary encoder to detect the rotor position of this type of brushless DC motor.
The rotary encoder is excellent in controllability because it outputs a digital signal. However, on the other hand, there is a problem of being expensive. Further, since a space such as a signal line is required in addition to the encoder body, it is a minus for downsizing of the apparatus.
In order to solve such a problem, in Patent Document 1, a signal from a hall sensor for detecting a three-phase magnetic pole for controlling a brushless DC motor is used to obtain a two-phase signal by using a 6-fold multiplication unit and a two-phase unit. A rotation angle detection device that generates a signal corresponding to an encoder has been proposed.

特開平１０−１１１３０４号公報JP-A-10-111304

しかしながら、特許文献１の発明にあっては、２相エンコーダ相当の信号とはいうものの、Ｂ相の信号は単にＡ相の信号を電気角で９０°遅らせただけの信号であって、実質的には１相であるため、エンコーダの出力信号からモータ回転子の回転方向を判別することができないという問題がある。   However, in the invention of Patent Document 1, although it is a signal corresponding to a two-phase encoder, the B-phase signal is simply a signal obtained by delaying the A-phase signal by 90 ° in terms of electrical angle. Since there is a single phase, the rotation direction of the motor rotor cannot be determined from the output signal of the encoder.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、３つのホールセンサの信号出力とパルス交番信号の、合計４つの信号の値から、２相エンコーダの出力に相当する信号を生成することによって、モータ回転子の回転方向を判別することができるブラシレスＤＣモータの回転子位置検出方法とその装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and a signal corresponding to an output of a two-phase encoder from a total of four signal values of a signal output of three hall sensors and a pulse alternating signal. It is an object of the present invention to provide a brushless DC motor rotor position detection method and apparatus capable of determining the rotation direction of the motor rotor by generating the motor.

本発明は、上記課題を解決するため、ブラシレスＤＣモータの固定子に、一定間隔で３つのホールセンサを配置し、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の磁気を前記ホールセンサで検出し、前記ホールセンサの信号によって前記ブラシレスＤＣモータの回転子位置を検出する方法であって、前記３つのホールセンサ信号の現在値と、その１つ前の値とから、前記回転子の回転方向を判別し、前記３つのホールセンサのうち、いずれか１つの立ち上がりエッジまたは、立ち下がりエッジを基準位置とし、かつ、この基準位置として立ち上がりエッジを選択するか、あるいは、立ち下がりエッジを選択するかは、前記回転子の回転方向によって決定して、前記基準位置を通過する度に交番する交番信号を生成し、前記３つのホールセンサの信号と、前記交番信号とから、２相エンコーダ出力相当のパルス信号を生成し、このパルス信号によって前記回転子位置を検出することにある。
また、本発明は、前記３つのホールセンサ信号の現在値の１つ前の値が無い場合には、現在値に基づいて、回転方向と前記現在値の１つ前の値とが合致するように、前記現在値の１つ前の値を設定することにある。
さらに、本発明は、ブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータの固定子に、一定間隔で配置され、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の磁気を検出する３つのホールセンサと、前記ブラシレスＤＣモータの３つのホールセンサ信号をサンプリングし、現在値とその１つ前の値とから、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転方向を判別する回転方向判別部と、得られた回転方向情報と前記３つのホールセンサの信号とから、前記ホールセンサ信号の２倍の周期の交番信号を生成する交番信号生成部と、前記３つのホールセンサ信号と前記交番信号とに基づき２相エンコーダ相当の信号を生成する２相エンコーダ信号生成部とを備え、前記２相エンコーダ相当の信号から回転子位置を検出することにある。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides three Hall sensors arranged at regular intervals on a stator of a brushless DC motor, detects the magnetism of the rotor of the brushless DC motor by the Hall sensor, and The rotor position of the brushless DC motor is detected based on the signal of the following, wherein the rotational direction of the rotor is determined from the current value of the three Hall sensor signals and the previous value, Of the three Hall sensors, any one rising edge or falling edge is used as a reference position, and the rising edge or the falling edge is selected as the reference position. To generate an alternating signal that alternates every time it passes through the reference position, and the signals from the three Hall sensors From said alternating signal, generates a pulse signal of a two-phase encoder output equivalent is to detect the rotor position by this pulse signal.
Further, according to the present invention, when there is no value immediately before the current value of the three hall sensor signals, the rotation direction and the value immediately before the current value are matched based on the current value. Is to set the value immediately before the current value.
Furthermore, the present invention provides a brushless DC motor, three Hall sensors that are arranged at regular intervals on the stator of the brushless DC motor and detect the magnetism of the rotor of the brushless DC motor, and 3 of the brushless DC motor. A rotation direction discriminating unit for sampling the rotation direction of the rotor of the brushless DC motor from the current value and the previous value; and the obtained rotation direction information and the three holes An alternating signal generating unit that generates an alternating signal having a period twice that of the Hall sensor signal from a sensor signal, and a signal corresponding to a two-phase encoder based on the three Hall sensor signals and the alternating signal 2 And a phase encoder signal generation unit for detecting a rotor position from a signal corresponding to the two-phase encoder.

本発明によれば、ロータリーエンコーダなどを取り付けることなく、既存のブラシレスＤＣモータに取り付けられたホールセンサ出力を位置検出装置に入力することで回転子の位置をカウントする信号を得ることが可能となる。また回転方向を知ることもできる。
さらに、ブラシレスＤＣモータの駆動回路に本発明の装置が装備されている場合、そのまま回転子の位置をエンコーダカウンタでカウントできる。
ホールセンサと本発明の位置検出装置をバッテリーバックアップすることで、停電時の回転子位置情報を保持できる。 According to the present invention, it is possible to obtain a signal for counting the position of the rotor by inputting the Hall sensor output attached to the existing brushless DC motor to the position detection device without attaching a rotary encoder or the like. . You can also know the direction of rotation.
Further, when the brushless DC motor drive circuit is equipped with the device of the present invention, the position of the rotor can be counted by the encoder counter as it is.
By backing up the Hall sensor and the position detection device of the present invention with a battery, the rotor position information during a power failure can be retained.

本発明の実施の形態によるブラシレスＤＣモータの回転子位置検出装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the rotor position detection apparatus of the brushless DC motor by embodiment of this invention. ２相エンコーダ相当の信号Ａ，Ｂを生成する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which produces | generates the signals A and B equivalent to a 2-phase encoder. ホールセンサ出力の位相が１２０度で回転方向が時計方向であるときの３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。It is a timing pulse waveform indicating encoder signals and outputs from three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W when the phase of the Hall sensor output is 120 degrees and the rotation direction is clockwise. ホールセンサ出力の位相が１２０度で回転方向が反時計方向であるときの３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。This is a timing pulse waveform indicating outputs from three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W when the phase of the Hall sensor output is 120 degrees and the rotation direction is counterclockwise, and encoder signals. 図１の回転子位置検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the rotor position detection apparatus of FIG. ホールセンサ出力の位相が６０度で回転方向が時計方向であるときの３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。It is a timing pulse waveform indicating encoder signals and outputs from the three hall sensors 2 U , 2 V , 2 W when the phase of the hall sensor output is 60 degrees and the rotation direction is clockwise. ホールセンサ出力の位相が６０度で回転方向が反時計方向であるときの３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力と、エンコーダ信号を示すタイミングパルス波形である。It is a timing pulse waveform indicating encoder signals and outputs from the three hall sensors 2 U , 2 V , 2 W when the phase of the hall sensor output is 60 degrees and the rotation direction is counterclockwise. 本発明の他の実施の形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるブラシレスＤＣモータの回転子位置検出装置を示す概念図で、ブラシレスＤＣモータ１には、回転子の位置を検出する３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが内蔵されている。ホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、固定子の内側に一定間隔で３個配置され、例えば１２０度の位相でそれぞれ配置されている。この位相は６０度の位相で３個配置することもできる。
ブラシレスＤＣモータ１は、固定子を構成する固定子鉄心に巻線を巻装して一定間隔で例えば６つの磁極が設けられている。これら磁極には、デルタ結線またはスター結線により、それぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線を構成するように固定子巻線が巻装されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a brushless DC motor rotor position detecting device according to an embodiment of the present invention. The brushless DC motor 1 includes three hall sensors 2 U , 2 V , 2 W is built-in. Three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W are arranged at regular intervals inside the stator, and are arranged, for example, at a phase of 120 degrees. Three of these phases can be arranged with a phase of 60 degrees.
The brushless DC motor 1 is provided with, for example, six magnetic poles at regular intervals by winding a winding around a stator core constituting the stator. A stator winding is wound around these magnetic poles so as to constitute a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, respectively, by delta connection or star connection.

３はブラシレスＤＣモータ１を駆動する駆動回路であり、この駆動回路３は、例えば、対をなすスイッチング素子を三組、並列接続して構成されるもので、電源から流れる電流を、スイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦ制御して前記固定子巻線に駆動電流を流して駆動制御するものである。   Reference numeral 3 denotes a drive circuit for driving the brushless DC motor 1, and this drive circuit 3 is constituted by connecting, for example, three pairs of switching elements in parallel. ON / OFF control is performed to drive control by flowing a drive current through the stator winding.

４は前記３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗから回転子の位置情報が入力され、回転子位置を検出する回転子位置検出装置である。この回転子位置検出装置４は、回転方向判別部４１と、交番信号生成部４２と、２相エンコーダ信号生成部４３とを備えている。前記回転方向判別部４１は、前記３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ信号の現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎ相信号と、その１つ前の値Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１相信号から回転子の回転方向を判別するものである。前記交番信号生成部４２は、前記回転方向判別部４１で得られた回転方向情報と、前記３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２ＷのＵ，Ｖ，Ｗ相信号とから前記ホールセンサ信号の２倍の周期の交番信号を生成するものである。前記２相エンコーダ信号生成部４３は、前記３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２ＷのＵ，Ｖ，Ｗ相信号と、前記交番信号生成部４２からの交番信号Ｐとに基づき２相エンコーダ相当のＡ相，Ｂ相信号を生成するものである。このＡ相，Ｂ相信号はエンコーダカウンタ５に入力されてブラシレスＤＣモータ１の回転子位置が検出される。 Reference numeral 4 denotes a rotor position detection device that receives rotor position information from the three hall sensors 2 U , 2 V , 2 W and detects the rotor position. The rotor position detection device 4 includes a rotation direction determination unit 41, an alternating signal generation unit 42, and a two-phase encoder signal generation unit 43. The rotation direction discriminating unit 41 includes the current values U n , V n , and W n phase signals of the three hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W signals, and the previous values U n-1 and V n. The rotation direction of the rotor is discriminated from the -1 and W n-1 phase signals. The alternating signal generation unit 42 generates the Hall sensor signal from the rotation direction information obtained by the rotation direction determination unit 41 and the U, V, and W phase signals of the three Hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W. An alternating signal having a period twice as long as the above is generated. The two-phase encoder signal generator 43 is a two-phase encoder based on the three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W U, V, W phase signals and the alternating signal P from the alternating signal generator 42. A considerable A-phase and B-phase signal is generated. The A-phase and B-phase signals are input to the encoder counter 5 to detect the rotor position of the brushless DC motor 1.

次に、２相エンコーダ相当の信号Ａ，Ｂを生成する手順を図２のフローチャートを用いて説明する。
始めにホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ信号の現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎ相信号から電気角１周期中の位置情報を得る（ステップ１）。
次にホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ信号の現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎ相信号とその１つ前の値Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１相信号と、から回転方向情報を得る（ステップ２）。
次に、３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗのうちのどれか１つを選択し、選択したホールセンサの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを基準位置とし、基準位置を通過するごとに交番するパルス交番信号を生成する（ステップ３）。
この際、回転方向によって立ち上がりエッジか、立ち下がりエッジかを決定する。
たとえば回転方向が時計回り方向のときに立ち上がりエッジを基準位置にするように決めた場合、回転方向が反時計回り方向になったら、今度は立ち下がりエッジを基準位置としてパルス交番信号を生成するように変更する（ステップ４）。
そして、３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの信号出力とパルス交番信号の、合計４つの信号の値から、２相エンコーダの出力Ａ，Ｂに相当する信号を生成する（ステップ５）。 Next, a procedure for generating the signals A and B corresponding to the two-phase encoder will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, position information in one electrical angle cycle is obtained from the current values U n , V n , and W n phase signals of the Hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W signals (step 1).
Next, the present values U n , V n , and W n phase signals of the Hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W signals and the previous values U n−1 , V n−1 , W n−1 phase signals and , To obtain rotation direction information (step 2).
Next, one of the three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W is selected, and the rising edge or the falling edge of the selected Hall sensor is set as a reference position, and alternates every time the reference position is passed. A pulse alternating signal is generated (step 3).
At this time, a rising edge or a falling edge is determined depending on the rotation direction.
For example, when the rotation direction is the clockwise direction and the rising edge is determined to be the reference position, when the rotation direction becomes the counterclockwise direction, a pulse alternating signal is generated with the falling edge as the reference position. (Step 4).
Then, signals corresponding to the outputs A and B of the two-phase encoder are generated from the total of four signal values of the signal outputs of the three hall sensors 2 U , 2 V and 2 W and the pulse alternating signal (step 5). .

次に、図３および図４には、ホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの位相が１２０度位相で、回転方向が時計回り方向（ＣＷ方向）、回転方向が反時計回り方向（ＣＣＷ方向）に回転しているブラシレスＤＣモータに取り付けられた３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力を示す。
図３は時計回り方向（ＣＷ方向）に回転しているブラシレスＤＣモータに取り付けられた３個のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗからの出力を示す。 Next, FIGS. 3 and 4 show that the hall sensors 2 U , 2 V and 2 W have a phase of 120 degrees, the rotation direction is clockwise (CW direction), and the rotation direction is counterclockwise (CCW direction). ) Shows the outputs from three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W attached to the rotating brushless DC motor.
FIG. 3 shows outputs from three Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W attached to the brushless DC motor rotating in the clockwise direction (CW direction).

算出したいエンコーダ信号Ａ，Ｂの一例は、図３の下部のとおりである。
ホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの出力は１周期６箇所の位置情報が検出可能である。一方、エンコーダＡ，Ｂから得られる位置情報は４種類である。このため、ホールセンサ出力が区間０から５まで経過すると区間０の出力に戻るが、エンコーダ出力は同一とはならない。 An example of encoder signals A and B to be calculated is as shown in the lower part of FIG.
The output of the hall sensors 2 U , 2 V , 2 W can detect position information at six locations in one cycle. On the other hand, there are four types of position information obtained from the encoders A and B. For this reason, when the Hall sensor output passes from section 0 to section 5, it returns to the section 0 output, but the encoder output is not the same.

このことを、表１，２を使って説明する。この表１は、図３の信号を数値で表したものである。ただし、説明の都合上ＵＤカウンタは除いてある。   This will be described with reference to Tables 1 and 2. Table 1 shows numerical values of the signals in FIG. However, the UD counter is omitted for convenience of explanation.

Figure 2013090478
Figure 2013090478

区間「０」のホールセンサ信号値は「１０１」で、エンコーダ値は「１０」である。
区間「６」のホールセンサ信号値は区間「０」と同じく「１０１」であるが、エンコーダ値は「０１」である。 The Hall sensor signal value in the section “0” is “101”, and the encoder value is “10”.
The Hall sensor signal value in the section “6” is “101” as in the section “0”, but the encoder value is “01”.

このように、ホールセンサ信号値とエンコーダ値が一意対応になっていないため、３つのホールセンサ信号値から２相エンコーダの信号を直接生成することはできない。
そこで本実施例においては、図５に示すように、前記交番信号生成部４２にアップダウンカウンタ（ＵＤカウンタ）４２ＵＤを用いて、表２のように、ホールセンサ信号の他に、新たにもう１つの信号を生成することにした。 As described above, since the Hall sensor signal value and the encoder value are not uniquely associated, it is not possible to directly generate the signal of the two-phase encoder from the three Hall sensor signal values.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, an up / down counter (UD counter) 42 UD is used for the alternating signal generator 42, and as shown in Table 2, in addition to the hall sensor signal, a new one is newly added. We decided to generate one signal.

Figure 2013090478
Figure 2013090478

アップダウンカウンタ４２ＵＤの出力信号の生成方法について、表２を用いて以下に説明する。この表は、図３の信号を数値で表したものである。
便宜上、左から右へ進むのをＣＷ方向、その逆をＣＣＷ方向とする。
本実施例では、ＣＷ方向に回転した時のホールＵの立ち上がりエッジを基準位置として、交番信号生成部４２でパルス交番信号を生成することとする。 A method for generating the output signal of the up / down counter 42 UD will be described below with reference to Table 2. This table is a numerical representation of the signal of FIG.
For convenience, the direction from left to right is the CW direction, and the opposite is the CCW direction.
In the present embodiment, the alternating signal generation unit 42 generates a pulse alternating signal with the rising edge of the hole U when rotated in the CW direction as a reference position.

ＣＷ方向に回転していてホールＵの信号が立ち上がりエッジとなるのは、ホールＵの信号値が０から１に変わる区間「５」から「６」の間と、区間「１１」から「０」の間である。
よって表２のように、アップダウンカウンタ４２ＵＤの出力値は、区間「５」と区間「１１」を通過する度に０→１→０→１…と交番するパルス信号となる。 Rotating in the CW direction, the signal of the hall U becomes a rising edge because the signal value of the hall U changes from 0 to 1 between the intervals “5” to “6” and the intervals “11” to “0”. Between.
Therefore, as shown in Table 2, the output value of the up / down counter 42 UD becomes a pulse signal alternating with 0 → 1 → 0 → 1... Every time the section “5” and the section “11” are passed.

次に、図４のように回転方向がＣＣＷ方向に変わった場合について説明する。
モータ回転子の回転方向については、３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの値から判別可能である。ただし、現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎだけからでの判別は不可能で、現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎとその１つ前の値Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１とを比較することによって回転方向を判別する。
たとえばホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎが「１００」で、その前の値Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１が「１１０」だったとする。現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎが「１００」ということは区間でいうと「１」か「７」ということになる。その前Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１は「１１０」であるから、区間でいうと「２」か「８」ということになる。したがって、現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎの如何に係わらず回転方向はＣＣＷ方向であると判別できる。このように、３つのホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの現在値Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎとその１つ前の値Ｕｎ-１，Ｖｎ-１，Ｗｎ-１から回転方向の判別が可能である。 Next, the case where the rotation direction is changed to the CCW direction as shown in FIG. 4 will be described.
The rotation direction of the motor rotor can be determined from the values of the three hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W. However, the current value U n, V n, W discrimination n in color only impossible, the current value U n, V n, W n the value U n-1 of the previous one that, V n-1, W The rotation direction is determined by comparing with n-1 .
For example, the current values U n , V n and W n of the hall sensors 2 U , 2 V and 2 W are “100”, and the previous values U n−1 , V n−1 and W n−1 are “110”. Suppose that. The current values U n , V n , and W n being “100” mean “1” or “7” in the section. Before that, U n−1 , V n−1 , and W n−1 are “110”, and therefore, “2” or “8” in the section. Therefore, it can be determined that the rotation direction is the CCW direction regardless of the current values U n , V n , and W n . As described above, the current values U n , V n , and W n of the three hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W and the previous value U n−1 , V n−1 , and W n−1 are rotated. The direction can be determined.

そして、回転方向がＣＣＷ方向になった場合には、パルス交番信号の基準位置をホールＵの立ち下がりエッジに変更する。
ただしこれは、基準位置自体を別の位置に移してしまうという意味ではない。
表２を用いて具体的に説明すると、区間「５」から「６」に移る際はホールＵの値は「０」から「１」になる。すなわち、立ち上がりエッジとなる。逆に区間「６」から「５」に移る際はホールＵの値は「１」から「０」になる。これは立ち下がりエッジということになる。
このように回転方向によって立ち上がり／立ち下がりが逆転してしまうため、回転方向によって立ち上がりエッジでカウントするか、立ち下がりエッジでカウントするかを変更する必要がある。 When the rotation direction becomes the CCW direction, the reference position of the pulse alternating signal is changed to the falling edge of the hole U.
However, this does not mean that the reference position itself is moved to another position.
Specifically, using Table 2, the value of the hole U is changed from “0” to “1” when the section “5” is changed to “6”. That is, it becomes a rising edge. On the contrary, when moving from the section “6” to “5”, the value of the hole U is changed from “1” to “0”. This is a falling edge.
As described above, since the rising / falling direction is reversed depending on the rotation direction, it is necessary to change whether counting is performed at the rising edge or the falling edge depending on the rotation direction.

本実施例では、時計（ＣＷ）方向の回転時のホールＵの立ち上がりエッジを基準位置とし、基準位置から1周期を1bitのアップダウンカウンタ４２ＵＤでカウントした。このときＣＷ方向回転の場合にはアップカウント、反時計（ＣＣＷ）方向の回転の場合にはダウンカウントするようにした。
以上のようにして、図３のＵＤカウンタ４２ＵＤの出力信号を生成した。 In this embodiment, the rising edge of the hole U during rotation in the clockwise (CW) direction is used as a reference position, and one cycle from the reference position is counted by the 1-bit up / down counter 42 UD . At this time, in the case of rotation in the CW direction, an up-count is performed, and in the case of rotation in the counterclockwise (CCW) direction, a down-count is performed.
As described above, the output signal of the UD counter 42 UD of FIG. 3 was generated.

なお、上記実施例のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの信号に対応するエンコーダ信号出力はー例であり、区間単位でずれる分には一向に問題はない。これは本発明に係わるエンコーダ相当出力信号が、インクリメンタルタイプであるためである。 The encoder signal output corresponding to the signals of the hall sensors 2 U , 2 V , 2 W in the above embodiment is an example, and there is no problem as long as the encoder signal output deviates in units of sections. This is because the encoder-equivalent output signal according to the present invention is an incremental type.

ここで、初期設定について説明する。
電源投入直後は、当然であるが、現在値の１つ前の値が存在しない。
そこで、電源投入後の初期値は、現在値と1bitカウンタの値を０もしくは１とし、ＣＷ方向回転もしくはＣＣＷ回転時の正常な１つ前の値を選択し、エンコーダ出力を決定するようにする。
それは例えば、ホールセンサ信号の現在値が「１００」で、回転方向をＣＷ方向とする場合、１つ前の値を「１０１」に選択する、ということである。 Here, the initial setting will be described.
Naturally immediately after the power is turned on, there is no value immediately before the current value.
Therefore, the initial value after power-on is set so that the current value and the value of the 1-bit counter are 0 or 1, the normal previous value at the time of CW direction rotation or CCW rotation is selected, and the encoder output is determined. .
For example, if the current value of the Hall sensor signal is “100” and the rotation direction is the CW direction, the previous value is selected as “101”.

図６と図７は、本発明の他の実施の形態で、図３と図４では、１２０度位相のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを使用した場合について説明したが、ブラシレスＤＣモータでは、ホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの位相が６０度で使用される場合もある。このときのＣＷ方向回転時のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと1bitアップダウンカウンタ４２ＵＤ、エンコーダ出力の関係を示したのが図６である。
また、回転方向ＣＣＷ時のホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと1bitアップダウンカウンタ４２ＵＤ、エンコーダ出力の関係を示したのが図７である。
このようにホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの位相が６０度であっても、１２０度位相の場合と同様に、２相エンコーダ相当の信号を生成することが可能である。 FIGS. 6 and 7 show another embodiment of the present invention. In FIGS. 3 and 4, the case where 120 degree phase Hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W are used has been described. Then, the phases of the Hall sensors 2 U , 2 V and 2 W may be used at 60 degrees. FIG. 6 shows the relationship between the Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W , the 1-bit up / down counter 42 UD , and the encoder output during rotation in the CW direction at this time.
FIG. 7 shows the relationship between the Hall sensors 2 U , 2 V , 2 W , the 1-bit up / down counter 42 UD , and the encoder output when the rotation direction is CCW.
As described above, even if the phases of the Hall sensors 2 U , 2 V , and 2 W are 60 degrees, it is possible to generate a signal corresponding to a two-phase encoder as in the case of the 120-degree phase.

本願発明における回転位置検出装置４は、前記実施の形態では、ブラシレスＤＣモータの駆動回路装置とは別体に設けたが、図８に示すように、ブラシレスＤＣモータの駆動回路装置に内蔵させることもできる。
なお、上記実施の形態では、交番信号生成部４２で、交番信号を生成するのにアップダウンカウンタを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の素子を使用して交番信号を生成しても良い。 The rotational position detection device 4 in the present invention is provided separately from the brushless DC motor drive circuit device in the above embodiment, but as shown in FIG. 8, it is built in the brushless DC motor drive circuit device. You can also.
In the above embodiment, the alternating signal generation unit 42 uses the up / down counter to generate the alternating signal. However, the present invention is not limited to this, and the alternating signal is generated using other elements. A signal may be generated.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
ロータリーエンコーダなどを取り付けることなく、既存のブラシレスＤＣモータに取り付けられたホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの出力を位置検出装置４に入力することで回転子の位置をカウントする信号を得ることが可能となる。また回転方向を知ることもできる。
さらに、ブラシレスＤＣモータ１の駆動回路３に本発明の装置が装備されている場合、そのまま回転子の位置をエンコーダカウンタ５でカウントできる。
ホールセンサ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと本発明の位置検出装置４をバッテリーバックアップすることで、停電時の回転子位置情報を保持できる。 As described above, according to the above embodiment, the effects listed below can be obtained.
A signal for counting the position of the rotor is obtained by inputting the outputs of the hall sensors 2 U , 2 V and 2 W attached to the existing brushless DC motor to the position detection device 4 without attaching a rotary encoder or the like. Is possible. You can also know the direction of rotation.
Furthermore, when the drive circuit 3 of the brushless DC motor 1 is equipped with the device of the present invention, the position of the rotor can be counted by the encoder counter 5 as it is.
By backing up the hall sensors 2 U , 2 V , 2 W and the position detection device 4 of the present invention with a battery, the rotor position information during a power failure can be retained.

１ ブラシレスＤＣモータ
２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ ホールセンサ
３ 駆動回路
４ 回転子位置検出装置
４１ 回転方向判別部
４２ 交番信号生成部
４２ＵＤ アップダウンカウンタ
４３ ２相エンコーダ信号生成部
５ エンコーダカウンタ 1 brushless DC motor 2 U, 2 V, 2 W Hall sensor 3 driving circuit 4 rotor position detector 41 rotational direction discriminator 42 alternating signal generating unit 42 UD up-down counter 43 2-phase encoder signal generating unit 5 encoder counter

Claims (3)

ブラシレスＤＣモータの固定子に、一定間隔で３つのホールセンサを配置し、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の磁気を前記ホールセンサで検出し、前記ホールセンサの信号によって前記ブラシレスＤＣモータの回転子位置を検出する方法であって、
前記３つのホールセンサ信号の現在値と、その１つ前の値とから、前記回転子の回転方向を判別し、
前記３つのホールセンサのうち、いずれか１つの立ち上がりエッジまたは、立ち下がりエッジを基準位置とし、かつ、この基準位置として立ち上がりエッジを選択するか、あるいは、立ち下がりエッジを選択するかは、前記回転子の回転方向によって決定して、前記基準位置を通過する度に交番する交番信号を生成し、
前記３つのホールセンサの信号と、前記交番信号とから、２相エンコーダ出力相当のパルス信号を生成し、
このパルス信号によって前記回転子位置を検出することを特徴とするブラシレスＤＣモータの回転子位置検出方法。 Three hall sensors are arranged at regular intervals on the stator of the brushless DC motor, the magnetism of the rotor of the brushless DC motor is detected by the hall sensor, and the rotor position of the brushless DC motor is determined by the signal of the hall sensor. A method of detecting
From the current value of the three hall sensor signals and the previous value, the rotational direction of the rotor is determined,
Of the three Hall sensors, any one rising edge or falling edge is used as a reference position, and whether the rising edge or the falling edge is selected as the reference position depends on the rotation. Determined by the rotation direction of the child, generating an alternating signal that alternates every time it passes the reference position,
A pulse signal equivalent to a two-phase encoder output is generated from the signals of the three hall sensors and the alternating signal,
A rotor position detection method for a brushless DC motor, wherein the rotor position is detected by the pulse signal. 前記３つのホールセンサ信号の現在値の１つ前の値が無い場合には、現在値に基づいて、回転方向と前記現在値の１つ前の値とが合致するように、前記現在値の１つ前の値を設定することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの回転子位置検出方法。   If there is no previous value of the current values of the three hall sensor signals, the current value is set so that the rotation direction and the previous value of the current value match based on the current value. 2. The method of detecting a rotor position of a brushless DC motor according to claim 1, wherein the previous value is set. ブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータの固定子に、一定間隔で配置され、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の磁気を検出する３つのホールセンサと、
前記ブラシレスＤＣモータの３つのホールセンサ信号をサンプリングし、現在値と、その１つ前の値とから、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転方向を判別する回転方向判別部と、
得られた回転方向情報と前記３つのホールセンサの信号とから、前記ホールセンサ信号の２倍の周期の交番信号を生成する交番信号生成部と、
前記３つのホールセンサ信号と前記交番信号とに基づき２相エンコーダ相当の信号を生成する２相エンコーダ信号生成部と、
を備え、前記２相エンコーダ相当の信号から回転子位置を検出することを特徴とするブラシレスＤＣモータの回転子位置検出装置。 A brushless DC motor, and three Hall sensors that are arranged at regular intervals on the stator of the brushless DC motor and detect the magnetism of the rotor of the brushless DC motor;
A rotation direction determination unit that samples three hall sensor signals of the brushless DC motor and determines a rotation direction of the rotor of the brushless DC motor from a current value and a previous value;
An alternating signal generating unit that generates an alternating signal having a period twice that of the Hall sensor signal from the obtained rotation direction information and the signals of the three Hall sensors;
A two-phase encoder signal generator for generating a signal corresponding to a two-phase encoder based on the three Hall sensor signals and the alternating signal;
A rotor position detecting device for a brushless DC motor, wherein the rotor position is detected from a signal corresponding to the two-phase encoder.
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