JP2018113846A - デジタルホール効果センサを使用してマルチモードモータ速度を算出するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】更新されるモータのロータ速度を決定するための方法を提供する。【解決手段】本方法は、プロセッサによってモータの現在のロータ速度を取得し、現在のロータ速度に基づいてモータの現在のモードを決定し、現在のモードは低速モード、中速モード、または高速モードを含み、本方法は、現在のモードに基づいてモータに結合された複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数のホール事象を検出し、プロセッサによって、１つまたは複数のホール事象および現在のモードに基づいてモータの新しいロータ速度を算出し、モータのデジタル速度制御のために新しいロータ速度をモータ速度フィードバック信号として送信する。【選択図】図４

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１７年１月６日に出願された米国仮特許出願第６２／４４３，０７２号の利益を主張するものである。

[0002]本明細書で説明する主題の実施形態は、一般にモータ速度の算出に関し、より詳細にはモータ速度を算出するためにデジタルホール効果センサ（digital Hall Effect sensor）の事象および速度しきい値を使用することに関する。

[0003]直流（ＤＣ）モータ用の速度フィードバック更新レートは、モータ速度に依存する。ホール効果センサ遷移事象が、そのような速度の決定に使用されてもよい。ホール効果センサ遷移事象は、周期的でないが、フィードバックは、周期的デジタル制御装置によって使用されることが多い。したがって、モータ速度により、制御装置のサンプルレートは、導出される速度測定値の更新レートと適合し得ない。センサノイズもまた、問題であり得る。

[0004]したがって、速度の決定のためのさらなる方法の提供が望まれる。さらに、他の望ましい特徴および特性が、添付図面ならびに前述の技術分野および背景技術に関連して、後続の詳細な説明および添付の請求項から明白になる。

[0005]本開示のいくつかの実施形態は、更新されるモータのロータ速度を決定するための方法を提供する。本方法は、プロセッサによってモータの現在のロータ速度を取得し、現在のロータ速度に基づいてモータの現在のモードを決定し、現在のモードは低速モード、中速モード、または高速モードを含み、本方法は、現在のモードに基づいてモータに結合された複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数のホール事象を検出し、プロセッサによって、１つまたは複数のホール事象および現在のモードに基づいてモータの新しいロータ速度を算出し、モータのデジタル速度制御のために新しいロータ速度をモータ速度フィードバック信号として送信する。

[0006]本開示のいくつかの実施形態は、モータの更新されるロータ速度を決定するためのシステムを提供し、モータは、ロータ磁石を備える永久磁石同期モータを含む。本システムは、システム記憶構成要素と、モータの回転中に複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数のホール事象を検出するように構成された複数のデジタルホール効果センサと、システム記憶構成要素および複数のホール効果センサに通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサとを備え、少なくとも１つのプロセッサは、モータの現在のロータ速度を取得し、現在のロータ速度に基づいてモータのための現在のモードを決定し、現在のモードは、低速モード、中速モード、または高速モードを含み、現在のモードに基づいて複数のデジタルホール効果センサを通して１つまたは複数のホール事象を検出し、１つまたは複数のホール事象および現在のモードに基づいてモータの新しいロータ速度を算出し、モータのデジタル速度制御のために新しいロータ速度をモータ速度フィードバック信号として送信するように構成される。

[0007]本開示のいくつかの実施形態は、プロセッサによって実行されたとき、方法を実行する命令を備える非一時的コンピュータ読み出し可能媒体を提供する。本方法は、現在のロータ速度に基づいてモータの現在のモードを決定し、現在のモードは低速モード、中速モード、または高速モードを含み、モータは現在回転している永久磁石同期モータを含み、本方法は、現在のモードに基づいてモータに結合された複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数の極性変化を検出し、１つまたは複数の極性変化および現在のモードに基づいてモータの新しいロータ速度を算出し、モータのデジタル速度制御のために新しいロータ速度をモータ速度フィードバック信号として送信する。

[0008]本概要は、簡易化した形式の技術概念の抜粋の紹介を提供し、以下で詳細にさらに説明する。本概要は、権利を主張する主題の重要な特徴または本質的特徴を識別することを意図せず、権利を主張する主題の範囲の決定を支援するものとして使用されることも意図しない。

[0009]本主題のさらに完全な理解が、以下の図に関して考慮するとき、詳細な説明および請求項を参照することにより導出可能であり、図全体にわたって同様の参照番号は、同様の構成要素を参照する。

[0010]開示された実施形態による速度決定システムの機能ブロック図である。 [0011]開示された実施形態による永久磁石同期モータおよびデジタルホール効果センサの図である。 [0012]永久磁石同期モータの１回の電気的回転中に発生する事象を説明するグラフである。 [0013]更新されるモータのロータ速度を決定するためのプロセスの実施形態を説明するフローチャートである。

[0014]以下の詳細な説明は、単に本質を例示するものにすぎず、本主題または本出願の実施形態、およびそのような実施形態の使用を限定することを意図しない。本明細書で使用される、用語「例示の」は、「具体例、特徴例、または実例としてはたらく」を意味する。例示として本明細書で説明する任意の実施態様は、必ずしも他の実施態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。さらに、いかなる意図も、先述の技術分野、背景、発明の概要、または以下の詳細な説明で提示される任意の明示的または暗示的理論によって束縛されない。

[0015]本明細書で提示される主題は、速度範囲毎に適切なフィードバック信号を供給するマルチモード速度算出を使用することによって、デジタル速度制御に有用な広動作範囲にわたるモータ速度フィードバックを決定するための装置および方法に関する。より具体的には、本主題は、低速においてはモータの回転当たり多数の更新を提供し、一方高速においては速度推定中にノイズがより少なくなることに関する。

[0016]いくつかの技術用語が、本開示の多様な実施形態に関して使用される。６段階の、ブラシレスの、直流（ＤＣ）モータは、たとえば永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）または永久磁石ＡＣ（ＰＭＡＣ）モータであり、一定の角速度で回転するように機能する。デジタルホール効果センサは、磁界に応じてその出力電圧を変化させる変換器である。デジタルホール効果センサによって検出される極性変化は、モータの複数のロータ磁石の検出極性が交番する（alternate）とき発生する。ロータ磁石は、交番する極性に応じて配置され、検出された極性は、交番する極性を有する複数のロータ磁石がホール効果センサの前を通過するとき、交番する。永久磁石同期モータの機械的回転は、ロータの完全な物理的回転である。永久磁石同期モータの機械的１回転は、ｎ回の電気的回転を含んでもよく、ここでｎは、永久磁石同期モータの磁石ペアの数を示す。

[0017]ここで図を見ると、図１は、開示された実施形態による速度決定システム１００の機能ブロック図である。速度決定システム１００は通常、永久磁石同期モータに関連付けられるフィードバック信号の速度算出を更新するために使用される。速度決定システム１００は通常、それだけには限らないが、少なくとも１つのプロセッサ１０２と、ある種のシステムメモリ１０４と、複数のデジタルホール効果センサ１０６と、永久磁石同期モータ１０８と、モード決定モジュール１１０と、算出モジュール１１２とを含む。これらの速度決定システム１００の構成要素および特徴は、本明細書で説明したように、所望の機能性、特に永久磁石同期モータの速度に関連付けられるフィードバック信号を更新することを支援する必要に応じて、互いに動作可能に関連付けられ、互いに結合され、またはそうでなければ互いに協働するように構成され得る。説明しやすく明確にするために、これらの構成要素および特徴の多様な物理的、電気的、かつ論理的結合および相互接続は、図１では示さない。その上、速度決定システム１００の実施形態は、協働して所望の機能性を支援する、他の構成要素、モジュール、および特徴を含むことになることを理解されたい。簡単にするために、図１は、以下でさらに詳細に説明する速度決定技法に関する一定の構成要素のみを示す。

[0018]少なくとも１つのプロセッサ１０２は、１つまたは複数の汎用プロセッサ、連想メモリ（content addressable memory）、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、任意の適切なプログラマブル論理デバイス、個別のゲートまたはトランジスタロジック、個別のハードウェア構成部分、または本明細書で説明した機能を実行するために設計された任意の組合せ、を用いて実装または実現されてもよい。具体的には、少なくとも１つのプロセッサ１０２は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、制御装置、マイクロコントローラ、または状態機械として実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのプロセッサ１０２は、コンピュータデバイスを組み合わせたものとして実施されてもよく、たとえば、デジタルシグナルプロセッサとマイクロプロセッサとを組み合わせたもの、複数のマイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサコアに結合された１つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成であってもよい。

[0019]少なくとも１つのプロセッサ１０２は、システムメモリ１０４と通信する。システムメモリ１０４は、本実施形態の必要に応じて、任意のいくつかのデバイス、構成部分、またはモジュールを使用して実現され得る。さらに、速度決定システム１００は、具体的な実施形態の必要に応じて、その中に統合されたシステムメモリ１０４、および／またはそれに動作可能に結合されたシステムメモリ１０４を含み得る。実際には、システムメモリ１０４は、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能ディスク、または当技術分野で知られている記憶媒体の他の任意の形式として実現され得る。いくつかの実施形態では、システムメモリ１０４は、速度決定システム１００の機能を支援するためにも使用され得るハードディスクを含む。システムメモリ１０４は、少なくとも１つのプロセッサ１０２に結合され、少なくとも１つのプロセッサ１０２がシステムメモリ１０４に情報を読み書きできるようにされてもよい。別法として、システムメモリ１０４は、少なくとも１つのプロセッサ１０２と一体化され得る。一例として、少なくとも１つのプロセッサ１０２およびシステムメモリ１０４は、適切に設計された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内に存在してもよい。

[0020]複数のデジタルホール効果センサ１０６は、永久磁石同期モータ１０８の定義された近傍内に配置され、磁石極性に関連付けられる出力電圧を供給するように構成される（図２に示すように）。複数のデジタルホール効果センサ１０６の出力電圧は、永久磁石同期モータ１０８の検出された極性変化に基づいた「高」または「低」である。高から低、または低から高の出力電圧の各々変化は、「ホール事象」または「ホール効果遷移事象」と呼ばれ得る。永久磁石同期モータ１０８の回転中、ホール事象間の時間差が、取得され、算出モジュール１１２によって永久磁石同期モータ１０８の正確な速度を算出するために使用され得る。

[0021]永久磁石同期モータ１０８は、多くの場合ベクトル制御（ＦＯＣ）方式を使用して制御される、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）または永久磁石ＡＣ（ＰＭＡＣ）モータを使用して実装され得る。永久磁石同期モータ１０８は、所定の角速度で回転動作可能であり、その結果、モード決定モジュール１１０および算出モジュール１１２は、特定のホール事象（複数のデジタルホール効果センサ１０６によって発生したホール事象）間の時間差を決定し、永久磁石同期モータ１０８の現在のモードを使用して正確なモータ速度を算出するように機能する。

[0022]モード決定モジュール１１０は、永久磁石同期モータ１０８の現在算出される速度に基づいて、永久磁石同期モータ１０８の現在の速度モード（算出モジュール１１２によって取得される）を識別するように構成される。通常、現在算出される速度は、フィードバックループの一部であり、モード決定モジュール１１０が現在の速度モードを識別できるように、算出モジュール１１２によって供給される。モードは、低速モード、中速モード、または高速モードであり得て、モード決定モジュール１１０は、現在のモードを識別するために所定の速度しきい値を使用する。

[0023]算出モジュール１１２は、現在のモード、および永久磁石同期モータ１０８に結合された複数のデジタルホール効果センサ１０６によって検出されたホール事象に基づいて、永久磁石同期モータ１０８の正確な速度を演算するように構成される。モータが低速モードで動作しているとき、算出モジュール１１２は、正確な速度を算出するために、モータの単一の電気的回転の間に発生する連続的なホール事象を使用する。低速モードに使用される、１回の電気的回転で続いて起きるホール状態変化の「ペアリング」の各々は、２つの分離した、別個のホール効果センサより生成される。モータが中速モードで動作しているとき、算出モジュール１１２は、第１の電気的回転に関連付けられる第１のホール事象と、第２の電気的回転に関連付けられた第２のホール事象とを使用する。中速モードでは、電気的１回転全体が、関連するホール事象間を通る。関連するホール事象は、低速モードで検出されるものよりも少なく、したがって、モータの中レベルの速度である間の信号ノイズを低減する。モータが高速モードで動作しているとき、算出モジュール１１２は、第１の機械的回転中に発生する第１のホール事象と、第２の続いて起きるモータの機械的回転中に発生する第２のホール事象とを使用する。このとき、機械的１回転全体が、関連するホール事象間を通る。関連するホール事象の数は、中速モードで検出される数よりも少なく、したがって、中速モードで動作中に発生する信号ノイズの低減よりもさらに信号ノイズを低減する。

[0024]ホール遷移事象は、周期的でなく、速度フィードバック更新レートは、モータ速度に依存する。フィードバックは通常、周期的デジタル制御装置によって使用されるので、導出される速度測定値の更新レート（すなわち、ホール事象がサンプリングされるレート）は、最終的に制御装置のサンプルレートよりも低くなる。さらに高速では、更新数は、サンプルレートよりも著しく大きいが、センサノイズは、モータ磁石位置決めにおける製造ばらつきにより導入される。しかし、永久磁石同期モータ１０８の適切な速度モード（モード決定モジュール１１０によって供給される）を使用することによって、算出モジュール１１２は、低速でより多くのホール遷移事象を、高速でより少ないホール遷移事象をサンプリングし、それによって低速ではサンプルレートを増加させ、高速ではノイズを低減する。新たに算出される正確な速度値はこのとき、永久磁石同期モータ１０８のデジタル速度制御用のモータ速度フィードバック信号として使用されてもよい。

[0025]実際には、モード決定モジュール１１０および／または算出モジュール１１２は、本明細書でさらに詳細に説明される機能および動作の少なくともいくつかを実行するために、少なくとも１つのプロセッサ１０２と共に実装され（または協働し）てもよい。この点に関連して、モード決定モジュール１１０および／または算出モジュール１１２は、適切に書き込まれた処理ロジック、アプリケーションプログラムコードなどとして実現されてもよい。

[0026]図２は、開示された実施形態による、永久磁石同期モータ２０２および複数のデジタルホール効果センサ２０４を含む構造２００の図である。なお、構造２００は、図１で示した永久磁石同期モータ１０８および複数のデジタルホール効果センサ１０６と共に実装され得ることに留意されたい。この点に関連して、構造２００は、永久磁石同期モータ１０８および複数のデジタルホール効果センサ１０６の一定の構成要素および構成部分をさらに詳細に示す。さらに、図２は、簡易化した構造２００の実施形態を示し、構造２００のいくつかの実施態様は、特定の用途が所望されるとき、さらなる構成要素または構成部分が含まれ得ることを理解されたい。たとえば、コンピュータデバイス、ディスプレイ、および／またはユーザ入力構成部分などのさらなる構成部分は、本開示の範囲から逸脱することなく利用され得る。

[0027]示したように、永久磁石同期モータ２０２は、モータ２０２の円周の周りに配置された複数の磁石を備え、磁石は、各々の磁石が第１の磁石のすぐ左およびすぐ右に磁石の反対の極性を呈するように配置される。したがって、磁石は、モータ２０２の円周の周りで極性が交番する。極性変化２０６は、モータ２０２が時計方向で回転するとき、ホール効果センサ「ホールＣ」において、検出される「Ｓ」極から「Ｎ」極への遷移を示す。複数のデジタルホール効果センサ２０４は、永久磁石同期モータ２０２の外部に配置される。

[0028]動作中、永久磁石同期モータ２０２が回転し、この回転中、交番する極性を有する磁石の各々は、デジタルホール効果センサ２０４の近傍内を通過する。本技法は、現在の検出されるモータ速度に基づいて、モータ２０２が低速モード、中速モード、または高速モードで動作中であるかを識別し、識別されたモードに基づいて、複数のデジタルホール効果センサ２０４によって発生したホール遷移事象を検出するためのものである。正確なモータ速度値はこのとき、検出されるホール遷移事象に基づいて算出される。新しいモータ速度値は、モータのデジタル速度制御用に、速度制御装置によってモータ速度フィードバック信号として使用されてもよい。

[0029]図３は、３つのホール効果センサに結合されている２２の極を有する永久磁石同期モータの１回の電気的回転３１２中に発生する事象を説明するグラフ３００である。グラフ３００は、時間３０４に対する３つのホール効果センサの出力電圧３０２を、出力電圧信号３０６、３０８、３１０の形式で示している。示したように、出力電圧信号３１０のために、電気的回転毎に１つの立上がりエッジがある（参照３１６を参照のこと）。電気的回転３１２毎に６回のホール状態変化３１４があり、各々のホール状態変化は、極性変化、ホール事象、ホール遷移などと呼ばれ得る。各々のホール状態変化は、電気的回転の６０度に関連付けられ、１回の電気的回転は、３６０度からなる。ホール状態変化３１４の各々は、出力電圧信号３０６、３０８、３１０の立上りまたは立下りエッジであり、ホール状態変化（すなわち、ホール事象３１４）が、５Ｖ出力信号から０Ｖ出力信号への、または０Ｖ出力信号から５Ｖ出力信号への急激な変化であることを示している。

[0030]この例では、モータは、２２の極を備え、３つのホール効果センサに結合されている。モータの１回の機械的回転は、６６回のホール状態変化（２２極×３ホールセンサ＝６６回のホール遷移）を含む。モータの１回の電気的回転には６回のホール状態変化があり、モータの１回の機械的回転で６６回のホール状態変化がある。したがって、機械的回転毎に１１回の電気的回転がある（６６回の機械的回転毎のホール遷移／６回の電気的回転毎のホール遷移＝機械的回転毎の１１回の電気的回転）。

[0031]この例示的な実施形態では、モータ速度フィードバック値は、速度範囲毎に適切なモータ速度フィードバック信号を提供するマルチモード速度算出を使用することによって、デジタル速度制御に有用な広い動作範囲にわたって決定される。モータ速度が、ホール遷移事象間の時間周期を測定することによって決定され、適用可能なホール遷移事象は、モータの現在のモードに基づいて決定される。速度範囲（すなわち、モード）は、現在のモータ速度に基づいた、低速モード、中速モード、および高速モードを含む。現在のモータ速度は、事前に算出された速度値であり、算出され、フィードバックループを介してシステム内に再導入済みである。しかし、モータが直近で始動され、事前の速度算出が実行されていないとき、現在のモータ速度は、ゼロの初期条件である。速度決定システム（図１〜２を参照のこと）は、低速ではモータ回転毎に増大された数の更新を取得し、一方、高速ではより少ない更新を取得し、それゆえ発生するノイズはより少なくなる。

[0032]図４は、更新されるモータのロータ速度を決定するためのプロセス４００の実施形態を示すフローチャートである。プロセス４００に関連して実行される多様なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、または任意のその組合せによって実行され得る。例示の目的のために、以下のプロセス４００の説明は、図１〜３に関連して上述した構成要素を参照してもよい。実際には、プロセス４００の一部分は、説明したシステムの異なる構成要素によって実行され得る。プロセス４００は、任意の数の追加の、または代替のタスクを含むことができ、図４で示したタスクは、図示された順序で実行される必要はなく、プロセス４００は、本明細書で詳細には説明されない追加の機能を有するさらに包括的な手順またはプロセスに組み込まれ得ることを理解されたい。さらに、図４で示した１つまたは複数のタスクは、意図された全体の機能が損なわれないままである限り、プロセス４００の実施形態から省略され得る。

[0033]説明を容易にして明確にするために、プロセス４００は、現在のモータのロータ速度を取得することによって開始することとする（ステップ４０２）。モータが直近で始動され、フィードバックループから取得する算出された速度がないとき、その場合現在のロータ速度は、ゼロの初期条件である。現在のロータ速度は通常、現在のモードに基づいて算出された値であり、算出され、フィードバックループを介してシステム内に再導入済みである。

[0034]本明細書で説明する例示的な実施形態において、プロセス４００はさらに、現在のロータ速度に基づいてモータの現在のモードを決定し、このとき現在のモードは、低速モード、中速モード、または高速モードを含む（ステップ４０４）。ここで、プロセス４００は、現在のモードを識別するために、所定のしきい値を使用する。たとえば、低速のしきい値より下のモータ速度は、低速モードを指示し、低速のしきい値と高速のしきい値との間のモータ速度は、中速モードを指示し、高速のしきい値を超えるモータ速度は、高速モードを指示し得る。任意の選択される速度範囲が、低速モード、中速モード、および高速モードの各々として使用されることができ、そのような範囲は通常、選択され、システムのノイズ要件に対応するために、設計時にプロセス４００に組み込まれる。

[0035]次に、プロセス４００は、現在のモードに基づいて、モータに結合された複数のホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数のホール事象を検出する（ステップ４０６）。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、モータの回転中、複数のデジタルホール効果センサに対するモータのロータ磁石の極性変化を検出し、１つまたは複数のホール事象は、極性変化を含む。このことは、図２に関連してさらに詳細に上述した。しかし、いくつかの実施形態では、プロセス４００は、ホール効果センサのうちの１つの出力での変化を発生させる他の任意の遷移または事象を、検出される「ホール事象」として、検出および用いることができる。

[0036]モータが、低速モードで動作しているとき、プロセス４００は、モータの単一の電気的回転の間に発生する連続的なホール事象を検出する。図３の実施例に戻り参照すると、電気的回転３１２は、６つのホール状態変化３１４を含み、ホール状態変化３１４の各々は、モータに結合されたホール効果センサの数により、６０°のモータの電気的回転を指示する。言い換えると、モータに結合された３つのホール効果センサが存在し、ホール状態変化３１４の各々は、６０°の電気的回転に関連付けられる。図中、低速モード算出に適用可能なホール状態変化３１４は、電気的回転３１２における、ホール状態変化３１４のうちの任意の２つの連続した状態変化を含み得る。機械的回転毎の電気的回転の数は、２で割った磁石の極性ペアの数に等しい。この実施例では、２２の磁石（すなわち、２２の磁石の極性ペア）が存在し、したがって、機械的回転毎に１１回の電気的回転が存在する。

[0037]ホール状態変化３１４の続いて起こる各々の変化が、異なるホール効果センサに関連付けられる。この具体的な実施例では、３つのホール効果センサ、すなわちホールセンサＡ、ホールセンサＢ、およびホールセンサＣが存在する。モータの電気的回転３１２全体にわたって、各々の検出されるホール状態変化３１４の発生は、３つのホール効果センサの各々を介して同一の順序に交番する。図中、ホールセンサＡは、ホール状態変化３１４の第１番目および第４番目を発生させ、第１番目は、ホールセンサＡにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジであり、第４番目は、ホールセンサＡにとって高（５Ｖ）から低（０Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立下りエッジである。ホールセンサＢは、ホール状態変化３１４の第２番目および第５番目を発生させ、第２番目は、ホールセンサＢにとって高（５Ｖ）から低（０Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立下りエッジであり、第５番目は、ホールセンサＢにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジである。ホールセンサＣは、ホール状態変化３１４の第３番目および第６番目を発生させ、第３番目は、ホールセンサＣにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジであり、第６番目は、ホールセンサＣにとって高（５Ｖ）から低（０Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立下りエッジである。したがって、本構成では、電気的回転３１２毎に６回の速度更新が存在する。

[0038]図４に戻ると、モータが、中速モードで動作しているとき、プロセス４００は、第１のホール効果センサに関連付けられる第１の立上りエッジに関連付けられる第１のホール事象と、第２のホール効果センサに関連付けられる第２の立上りエッジに関連付けられる第２のホール事象と、第３のホール効果センサに関連付けられる第３のホール事象とを検出する。図中、中速モードでは、第１のホール事象（ホール事象（１））、第２のホール事象（ホール事象（２））、および第３のホール事象（ホール事象（３））は、３つの異なるホール効果センサによって生成され、ホール状態変化３１４のホール事象（１）、（３）、（５）を表す（図３を参照のこと）。たとえば、第１のホール事象は、第１の電気的回転３１２中に発生し、検出されるホール状態変化３１４の第１番目であってもよく、第１番目は、ホールセンサＡにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジである。第２のホール事象は、ホールセンサＢにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の、次に発生する立上りエッジである。第３のホール事象は、ホールセンサＣにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の、次に発生する立上りエッジである。グラフ３００が、さらなる電気的回転を示すために拡張されるとき、第１の電気的回転３１２、および第１の電気的回転３１２中に生成される出力電圧信号は、繰り返される。したがって、ホール状態変化３１４のホール事象（１）、ホール事象（２）、およびホール事象（３）は、後続の電気的回転中、繰り返される。ここで、関連するホール事象は、低速モードで検出されるものよりも少なく、それゆえに、モータの中レベルの速度の間、信号ノイズを低減する。

[0039]再び図４を参照すると、モータが、高速モードで動作しているとき、プロセス４００は、モータの、第１の機械的回転中発生する第１のホール事象と、第２の機械的回転中発生する第２のホール事象とを検出する。図３で説明した実施例では、３つのホール効果センサに結合された２２極のモータの１回の機械的回転は、６６回のホール状態変化３１４および１１回の電気的回転に関連付けられる。高速モードで動作しているとき、第１の関連するホール事象は、第１の機械的回転中に検出され、第１の機械的回転の残りの事象は、次の続いて起こる機械的回転中に発生する第２の関連するホール事象の検出前に完了される。たとえば、第１のホール事象は、第１の機械的回転中に発生し、検出されるホール状態変化３１４の第１番目であり、第１番目は、ホールセンサＡにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジである。第２のホール事象は、機械的１回転全体（すなわち、１１回の電気的回転）が通過した後のホール状態変化３１４の別の第１番目である。第２のホール事象は次の、１１回の電気的回転後に発生するホール状態変化３１４の第１番目であり、ホールセンサＡにとって低（０Ｖ）から高（５Ｖ）への遷移を示す出力電圧信号の立上りエッジである。基本的に、ホール状態変化の第１番目は、１つの特定のホール効果センサの前を回転するまたは前を通過する、１つの特定の磁石に関連付けられる。同一の特定の磁石が、次の続いて起こる機械的回転中、１つの特定のホール効果センサの前を再び通過するとき、第２のホール事象が発生する。グラフ３００が、さらなる電気的回転を示すために拡張されるとき、第１の電気的回転３１２、および第１の電気的回転３１２中に生成される出力電圧信号は、繰り返される。したがって、ホール状態変化３１４の第１番目は、第１のホール事象および第２のホール事象を表す。ここで、高速モードでは、１１回の電気的回転３１２を含む機械的１回転全体が、関連するホール事象間を通る。関連するホール事象は中速モードで検出されるよりも少なく、より低い更新レートをもたらす。信号ノイズは、ホール効果センサの位置決めおよび／または製造誤差による誤差を低減することにより低減される。高速モードは、電気的サンプリング誤差を除去するように機能し、それゆえに、モータが高速の間は信号ノイズを低減する。高速モードで動作しているとき、機械的１回転全体が、関連するホール事象間を通る。関連するホール事象の数は、中速モードで検出される数よりも少なく、それゆえに、中速モードで動作中に低減されるよりもさらに大きく信号ノイズを低減する。

[0040]図４に戻ると、プロセス４００は次に、１つまたは複数のホール事象の第１番目と、１つまたは複数のホール事象の第２番目との間の時間差を決定する（ステップ４０８）。いくつかの実施形態では、各々のホール事象は、タイムスタンプに関連付けられることができる。他の実施形態では、ホール効果センサに通信可能に結合されたプロセッサまたは制御装置が、各々のホール事象用の時刻を内部クロックから検出し、提供することができる。プロセス４００は、各々のホール事象に関連付けられたタイムスタンプまたは時刻値を使用して、時間差を演算する。

[0041]次に、プロセス４００は、時間差および現在のモードに基づいてモータの新しいロータ速度を算出する（ステップ４１０）。ここで、モータの新しいロータ速度を算出することは、複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる位置での変化を時間差で割ることをさらに含む。各々のデジタルホール効果センサは、位置（θ）を有し、２つのホール効果センサ間の各々の距離値は、Δθとして定義される。各々のデジタルホール効果センサの位置（θ）および（ステップ４０６で取得されるタイミング情報に基づいた）時刻値は、プロセス４００に知られる。新しいロータ速度は、式、ω＝Δθ／Δｔによって算出されることが可能であり、ここでΔｔは、ホール事象間の時間差である。

[0042]モータの新しいロータ速度を算出した後（ステップ４１０）、プロセス４００は、新しいロータ速度を、モータのデジタル速度制御のためのモータ速度フィードバック信号として送信する（ステップ４１２）。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、モータ速度フィードバック信号を、フィードバック信号を使用するモータを制御するために動作するモータ速度制御装置へ送信する。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、モータ速度フィードバック信号を、遠隔測定動作を実行するために、別のアルゴリズムまたはプロセスへ送信し得る。いくつかの実施形態では、プロセス４００は、モータ速度フィードバック信号を、永久磁石同期モータに関連付けられる他のサブシステムへ送信し得る。

[0043]技法および技術が、機能的および／または論理的ブロック構成部分によって、多様な演算構成部分またはデバイスによって実行され得る動作、処理タスク、および機能の象徴的表現を用いて、本明細書で説明され得る。そのような動作、タスク、および機能は、コンピュータで実行される、コンピュータ化された、ソフトウェアが実装された、またはコンピュータが実装された、と表される場合がある。実際には、１つまたは複数のプロセッサデバイスは、他の信号処理と同様に、システムメモリのメモリ位置のデータビットを表す電気的信号を操作することによって、説明した動作、タスク、および機能を実行することができる。データビットが維持されるメモリ位置は、データビットに対応する特定の電気的、磁気的、光学的、または有機的特性を有する物理的位置である。図において示される多様なブロック構成部分は、指定された機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア構成部分によって実現され得ることを理解されたい。たとえば、システムまたは構成部分の実施形態は、１つまたは複数のマイクロプロセッサまたは他の制御デバイスの制御下で、種々の機能を実行できる多様な集積回路構成要素、たとえば、メモリ素子、デジタル信号処理素子、論理素子、ルックアップ表などを利用することができる。

[0044]ソフトウェアまたはファームウェアに実装されるとき、本明細書で説明したシステムの多様な構成要素は、本質的に多様なタスクを実行するコードセグメントまたは命令である。プログラムまたはコードセグメントは、プロセッサ読み出し可能媒体内に記憶され、または伝送媒体または通信パスを介した搬送波内で具現化されるコンピュータデータ信号によって送信され得る。「コンピュータ読み出し可能媒体」、「プロセッサ読み出し可能媒体」、または「機械読み出し可能媒体」は、情報を格納または転送可能な任意の媒体を含み得る。プロセッサ読み出し可能媒体の例は、電子回路、半導体メモリデバイス、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、消去可能ＲＯＭ（ＥＲＯＭ）、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ハードディスク、光ファイバ媒体、無線周波数（ＲＦ）リンクなどを含む。コンピュータデータ信号は、電子ネットワーク通信路、光ファイバ、空気、電磁的パス、またはＲＦリンクなどの伝送媒体上を伝播することができる任意の信号を含み得る。コードセグメントは、インターネット、イントラネット、ＬＡＮなどのコンピュータネットワークを介してダウンロードされ得る。

[0045]以下の説明は、互いに「接続される」もしくは「結合される」構成要素またはノードまたは特徴に言及する。本明細書で使用されるように、別段示されない限り、「結合される」は、１つの構成要素／ノード／特徴が直接的または間接的に別の構成要素／ノード／特徴につながれる（または直接的もしくは間接的に通信する）ことを意味し、それは必ずしも機械的に行われない。同様に、別段示されない限り、「接続される」は、１つの構成要素／ノード／特徴が直接的に別の構成要素／ノード／特徴につながれる（または直接的に通信する）ことを意味し、それは必ずしも機械的に行われない。したがって、図１で示した図式は、構成要素の１つの例示的構成を示すが、付加的な介在する構成要素、デバイス、特徴、または構成部分が、示された主題の実施形態内に存在し得る。

[0046]簡潔のために、システムの信号処理、データ転送、信号方式、ネットワーク制御、および他の機能的態様（ならびにシステムの単独動作構成部分）に関する従来の技法は、本明細書で詳細に説明されないこともある。さらに、本明細書に含まれる多様な図で示される接続線は、多様な構成要素間の例示の機能的関係性、および／または物理的結合を表現することを意図する。なお、多数の代替の、または付加的な機能的関係性もしくは物理的接続が、主題の実施形態内に存在し得ることに留意されたい。

[0047]本明細書で説明した機能単位のいくつかは、それらの実施の独立性をより具体的に強調するために「モジュール」と呼んできた。たとえば、モジュールとして本明細書で呼ばれる機能は、全体的に、または部分的に、カスタムＶＬＳＩ回路、ゲートアレイ、および論理チップ、トランジスタ、または他の個別の構成部品などの既製の半導体を含むハードウェア回路として実施され得る。モジュールはまた、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、プログラマブル・アレイ・ロジック、プログラマブル・ロジック・デバイスなどのプログラム可能なハードウェアデバイスで実施され得る。モジュールはまた、多様なタイプのプロセッサによる実行のためのソフトウェアで実施され得る。たとえば、実行可能なコードの識別されるモジュールは、たとえばオブジェクト、プロシージャ、またはファンクションとして組織化され得る、コンピュータ命令の１つまたは複数の物理的または論理的モジュールを備え得る。それにもかかわらず、識別されるモジュールの実行可能なものは、物理的に同一の位置に配置されることを必要とせず、しかし論理的に共に結合されたとき、モジュールを構成し、モジュールの所定の目的を達成する、異なる位置に格納された異種の命令を含み得る。実際、実行可能なコードのモジュールは、単一の命令または多数の命令であり得て、いくつかの異なるコードセグメントにわたり、異なるプログラムの間で、およびいくつかのメモリデバイスにわたり、分散化されることさえあり得る。同様に、運用データは、任意の適切な形式で具体化され、任意の適切なタイプのデータ構造内部で組織化され得る。運用データは、単一のデータセットとして収集されることもあり、または異なる記憶装置にわたることも含み異なる位置にわたって分散化されていることもあり、システムまたはネットワーク上に、少なくとも部分的に、単に電子信号として存在し得る。

[0048]前述の詳細な説明で、少なくとも１つの例示的な実施形態が提示されたことに対して、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。例示的な実施形態または本明細書で説明した実施形態は、権利を主張する主題の範囲、適用可能性、または構成を何ら制限することを意図しないこともさらに理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、当業者に、説明した実施形態または実施形態群を実行するための有用なロードマップを提供するであろう。構成要素の機能および構成において、本特許出願が出願された時点における周知の等価物および予測可能な等価物を含む請求項によって定義される範囲から逸脱することなく、多様な変更がなされ得ることを理解されたい。

１００ 速度決定システム
１０２ プロセッサ
１０４ システムメモリ
１０６ デジタルホール効果センサ
１０８ 永久磁石同期モータ
１１０ モード決定モジュール
１１２ 算出モジュール
２００ 構造
２０２ 永久磁石同期モータ
２０４ デジタルホール効果センサ
２０６ 極性変化
３００ グラフ
３０２ 出力電圧
３０４ 時間
３０６ 出力電圧信号
３０８ 出力電圧信号
３１０ 出力電圧信号
３１２ 電気的回転
３１４ ホール状態変化

Claims (3)

1. 更新されるモータのロータ速度を決定するための方法であって、
   プロセッサによって前記モータの現在のロータ速度を取得するステップと、
   前記現在のロータ速度に基づいて、前記モータの現在のモードを決定するステップであって、前記現在のモードが、低速モード、中速モード、または高速モードを含む、ステップと、
   前記現在のモードに基づいて、前記モータに結合された複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる１つまたは複数のホール事象を検出するステップと、
   前記プロセッサによって、前記１つまたは複数のホール事象および前記現在のモードに基づいて、前記モータの新しいロータ速度を算出するステップと、
   前記モータのデジタル速度制御のために、前記新しいロータ速度をモータ速度フィードバック信号として送信するステップとを含む、方法。
2. 前記１つまたは複数のホール事象の第１番目と、前記１つまたは複数のホール事象の第２番目との間の時間差を検出するステップをさらに含み、
   前記第１番目および前記第２番目が、前記複数のデジタルホール効果センサのうちの１つによって検出され、
   前記モータの前記新しいロータ速度を算出するステップが、前記複数のデジタルホール効果センサに関連付けられる位置での変化を前記時間差で割るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記現在のモードが、前記低速モードを含むとき、前記第１番目および前記第２番目は、前記モータの単一の電気的回転中に続いて起こるホール事象を含み、
   前記現在のモードが前記中速モードを含むとき、前記第１番目は、第１の電気的回転に関連付けられ、前記第２番目は、第２の電気的回転に関連付けられ、
   前記現在のモードが前記高速モードを含むとき、前記第１番目は、第１の機械的回転中に発生し、前記第２番目は、前記モータの第２の機械的回転中に発生する、
   請求項２に記載の方法。

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