JP3134707B2 - モータの位置および速度検出装置 - Google Patents

モータの位置および速度検出装置

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JP3134707B2
JP3134707B2 JP07082238A JP8223895A JP3134707B2 JP 3134707 B2 JP3134707 B2 JP 3134707B2 JP 07082238 A JP07082238 A JP 07082238A JP 8223895 A JP8223895 A JP 8223895A JP 3134707 B2 JP3134707 B2 JP 3134707B2
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音響映像機器,OA機
器,家電機器などの民生機器に搭載され、位置制御ある
いは速度制御が必要なモータに使用されるモータの位置
および速度検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、各種民生機器の小形化,高性能化
が進む中、これらの機器に搭載されるモータも小形で高
度な制御性能を有するものが要求されている。
【0003】しかし、モータにとって一般に小形化と高
制御性能化とは相反するものである。
【0004】すなわち、モータを小形化するとその慣性
(イナーシャ)が低下し制御性能が悪化するのが常であ
る。
【0005】小形化にともなう制御性能の悪化をおさえ
るにはモータの位置あるいは速度の検出密度を上げ、こ
れらの変動を速やかにフィードバックし制御を安定化す
る必要がある。
【0006】モータの位置あるいは速度の検出密度を上
げるためには、高性能な高い検出分解能を有する検出装
置が必要である。
【0007】このようなモータの位置および速度検出装
置で比較的安価なものとしては、従来よりモータの可動
子の位置または速度に応じた概略正弦波状の信号を得、
これを電気的に内挿分割処理し検出分解能を上げるもの
がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の内挿分割処理により検出分解能を上げる方式のもの
は、内挿分割処理をほどこす信号が純粋にオフセットや
高調波成分を含まない正弦波信号でない限り検出分解能
を上げるには限度がある。通常はオフセットや高調波成
分を含んでいるため正弦波一周期当たり2〜3分割が限
界であり、モータの制御性能を充分に向上させるほどの
位置および速度の検出密度を得ることができない。
【0009】図8(a)に純粋正弦波信号を内挿分割処
理し検出分解能を上げた場合を、図8(b),図8
(c)に高調波成分,オフセットを含む正弦波信号を内
挿分割処理し、検出分解能を上げようとした場合の内挿
分割処理の動作を示す。
【0010】図8(a)は、純粋正弦波信号を各しきい
値と比較することにより、理想的な内挿分割信号が得ら
れている様子を示している。
【0011】図8(b),図8(c)は、高調波成分,
オフセットのために大きな検出誤差が発生し、実用的な
内挿分割数には限界があることを示している。
【0012】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、たとえば内挿分割処理をほどこすことで理想的にモ
ータの位置および速度の検出密度を上げることができ、
充分にモータの制御性能を高めることが可能なモータの
位置および速度検出装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のモータの位置および速度検出装置は、一つに
はモータの可動子の位置または速度を磁気的あるいは光
学的に検出した後、概略正弦波状の電気信号に変換して
出力する検出器と、前記検出器の出力を電気角で
【0014】
【数3】
【0015】ラジアン(mは自然数)遅延させる遅延手
段と、前記検出器の出力から前記遅延手段の出力を減算
する減算手段とにより構成し、二つにはモータの可動子
の位置または速度を磁気的あるいは光学的に検出した
後、概略正弦波状の電気信号に変換して出力する検出器
と、前記検出器の出力を電気角で
【0016】
【数4】
【0017】ラジアン(m,nは自然数)遅延させる遅
延手段と、前記検出器の出力と前記遅延手段の出力とを
加算する加算手段とにより構成している。
【0018】
【作用】この構成によって、モータの可動子の位置また
は速度に応じた概略正弦波状の信号に含まれる高調波成
分およびオフセット成分を除去し、純粋な正弦波信号の
検出が可能となる。
【0019】したがって、この純粋な正弦波信号をたと
えば内挿分割処理することにより、理想的にモータの位
置および速度の検出密度を上げることができ、充分にモ
ータの制御性能を高めることが可能となる。
【0020】
【実施例】
(実施例1)以下本発明の第1の実施例について、図面
を参照しながら説明する。
【0021】図1は本発明の第1の実施例におけるモー
タの位置および速度検出装置を示すものである。図1に
おいて、1はモータの可動子の位置または速度に応じた
信号を出力する検出器であり、たとえば可動子とともに
回転駆動される磁石とその磁石の磁束変化を電気信号に
変換するホール素子やMR素子などの磁電変換素子によ
り構成されるものであり、2は前記検出器1の出力信号
を電気角で(数3)ラジアン(mは自然数)遅延させる
遅延手段、3は前記検出器1の出力から前記遅延手段2
の遅延出力を減算する減算手段である。
【0022】以上のように構成されたモータの位置およ
び速度検出装置について、その動作を図2を用いて説明
する。
【0023】検出器1より出力される概略正弦波状の信
号には、本来信号として有効な純粋正弦波信号である基
本波とこれに重畳する高調波があり、これらをベクトル
図で示したものが図2である。
【0024】なお、ここでは基本波に重畳する高調波は
偶数次のものを考える。図2において、実線矢印は検出
器1より出力される可動子の位置または速度に応じた概
略正弦波状の信号の基本波ベクトルa0と2k次高調波
ベクトルa2k(kは任意の自然数)を示すものである。
ここで、各ベクトルのなす角度は電気角の差つまり位相
差に相当するものであり、反時計まわりを位相遅れ方向
として示している。なお、ベクトルの大きさは信号出力
の大きさを表している。
【0025】一方、破線矢印は遅延手段2より出力され
る信号のベクトルを示すものである。
【0026】すなわち、前記基本波ベクトルa0 は、遅
延手段2により電気角で(数3)ラジアン(mは任意の
自然数)位相が遅れたベクトルb0 として出力される。
また、上記2k次高調波ベクトルa2Kは、位相遅れの割
合が基本波ベクトルに対して2k倍となるため、電気角
【0027】
【数5】
【0028】ラジアン位相が遅れたベクトルb2kとして
出力される。ここで、前記各ベクトルa0 とb0 とを比
較すると、互いに大きさは同じで方向が反対のベクトル
であることがわかる。また、前記各ベクトルa2kとb2k
とを比較すると互いに大きさと方向が同じベクトルであ
ることがわかる。
【0029】したがって、検出器1の出力信号から遅延
手段2の出力信号を減算手段3により減算することによ
り、前記基本波ベクトルa0 の大きさは2倍となり、2
k次高調波ベクトルa2kは除去されることになる。
【0030】図2に示すx0 は減算手段3の出力ベクト
ルである。すなわち、検出器1より出力される概略正弦
波状の信号から、本来信号として有効な純粋正弦波信号
である基本波のみが検出され減算手段3より出力される
ことになる。
【0031】図3は上述した内容を各部出力波形により
示したものであり、特にk=1,m=1とした場合の動
作説明図である。
【0032】図3において、V0 は検出器1の出力に存
在するオフセット電圧であり、V0は遅延手段2の出力
にも同じレベルで存在するが、このオフセット電圧は減
算手段3による減算処理により偶数次(2k次)高調波
成分と同様に除去されることを示している。
【0033】以上のように本実施例によれば、モータの
可動子の位置または速度に応じた信号を出力する検出器
1と、前記検出器1の出力信号を電気角で(数3)ラジ
アン(mは自然数)遅延させる遅延手段2と、前記検出
器1の出力から前記遅延手段2の遅延出力を減算する減
算手段3とを設けたことにより、検出器1より出力され
る可動子の位置または速度に応じた概略正弦波状の信号
から、オフセット成分と偶数次高調波成分を除去し本来
信号として有効な純粋正弦波信号である基本波成分のみ
が検出可能となる。
【0034】したがって、この検出出力にたとえば内挿
分割処理をほどこすことで理想的にモータの位置および
速度の検出密度を上げることができ、充分にモータの制
御性能を高めることが可能なモータの位置および速度検
出装置が実現できる。
【0035】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。
【0036】図4は本発明の第2の実施例におけるモー
タの位置および速度検出装置を示すものである。図4に
おいて、1は検出器、4は前記検出器1の出力信号を電
気角で(数4)ラジアン(m,nは自然数)遅延させる
遅延手段、5は前記検出器1の出力と前記遅延手段4の
遅延出力とを加算する加算手段である。
【0037】以上のように構成されたモータの位置およ
び速度検出装置について、その動作を図5を用いて説明
する。
【0038】検出器1より出力される概略正弦波状の信
号には、本来信号として有効な純粋正弦波信号である基
本波とこれに重畳する高調波があり、これらをベクトル
図で示したものが図5である。
【0039】図5において、実線矢印は検出器1より出
力される可動子の位置または速度に応じた概略正弦波状
の信号の基本波ベクトルa0 とn次高調波ベクトルan
(nは任意の自然数)を示すものである。ここで、各
ベクトルのなす角度は電気角の差つまり位相差に相当す
るものであり、反時計まわりを位相遅れ方向として示し
ている。なお、ベクトルの大きさは信号出力の大きさを
表している。
【0040】一方、破線矢印は遅延手段4より出力され
る信号のベクトルを示すものである。
【0041】すなわち、前記基本波ベクトルa0 は、遅
延手段4により電気角で(数4)ラジアン(mは任意の
自然数)位相が遅れたベクトルc0 として出力される。
また、前記n次高調波ベクトルan は位相遅れの割合が
基本波ベクトルに対してn倍となるため、電気角で
【0042】
【数6】
【0043】ラジアン位相が遅れたベクトルcn として
出力される。ここで、前記各ベクトルan とcn とを比
較すると互いに大きさが同じで方向が反対のベクトルで
あることがわかる。したがって、検出器1の出力信号と
遅延手段4の出力信号を加算手段5により加算すること
により、前記n次高調波ベクトルan は除去されること
になる。
【0044】図5に示すy0 は加算手段5の出力ベクト
ルである。すなわち、検出器1より出力される概略正弦
波状の信号から、本来信号として有効な純粋正弦波信号
である基本波のみが検出され、加算手段5より出力され
ることになる。
【0045】以上のように本実施例によれば、モータの
可動子の位置または速度に応じた信号を出力する検出器
1と、前記検出器1の出力信号を電気角で(数4)ラジ
アン(m,nは自然数)遅延させる遅延手段4と、前記
検出器1の出力と前記遅延手段4の遅延出力とを加算す
る加算手段5とを設けたことにより、検出器1より出力
される可動子の位置または速度に応じた概略正弦波状の
信号からn次高調波成分を除去し、本来信号として有効
な純粋正弦波信号である基本波成分のみが検出可能とな
る。
【0046】したがって、この検出出力にたとえば内挿
分割処理をほどこすことで理想的にモータの位置および
速度の検出密度を上げることができ、充分にモータの制
御性能を高めることが可能なモータの位置および速度検
出装置が実現できる。
【0047】なお、本実施例においては加算手段5より
出力される基本波検出信号y0 は、検出器1の出力信号
に含まれる基本波信号a0 に対して位相にズレが生じて
いる。このズレが問題となるときは、たとえば図6
(a)および図6(b)に示すようにすれば解決でき
る。
【0048】すなわち、検出器1の出力を
【0049】
【数7】
【0050】ラジアン遅延させる遅延手段7と加算手段
8および9を設け、すでに説明した同様の方法で純粋正
弦波信号を検出して加算手段8より基本波検出信号y0'
を出力し、加算手段5より出力される基本波検出信号y
0 とy0'とを加算手段9により加算することにより検出
信号z0 を得る。
【0051】このようにして得られた検出信号z0 は、
図6(b)に示すように基本波信号a0 に対して位相ズ
レのない基本波検出信号となる。
【0052】また、図6(c)に示すように構成しても
同様に位相ズレを補正することができる。
【0053】
【発明の効果】以上のように本発明は、一つにはモータ
の可動子の位置または速度を、磁気的あるいは光学的に
検出した後、概略正弦波状の電気信号に変換して出力す
る検出器と、前記検出器の出力を電気角で(数3)ラジ
アン(mは自然数)遅延させる遅延手段と、前記検出器
の出力から前記遅延手段の出力を減算する減算手段とに
より構成し、二つにはモータの可動子の位置または速度
を磁気的あるいは光学的に検出した後、概略正弦波状の
電気信号に変換して出力する検出器と、前記検出器の出
力を電気角で(数4)ラジアン(m,nは自然数)遅延
させる遅延手段と、前記検出器の出力と前記遅延手段の
出力とを加算する加算手段とにより構成することによ
り、モータの可動子の位置または速度に応じた概略正弦
波状の信号に含まれる高調波成分およびオフセット成分
を除去し、本来信号として有効な純粋正弦波信号である
基本波成分のみの検出が可能となる。
【0054】したがって、この純粋な正弦波信号をたと
えば図8(a)に示したような内挿分割処理をすること
により、理想的にモータの位置および速度の検出密度を
上げることができ充分にモータの制御性能を高めること
が可能となる。
【0055】なお、本発明における第1の実施例および
第2の実施例を組み合わせ、複数の高調波成分を除去
し、検出装置としての性能を一層高めることができるこ
とはいうまでもない。
【0056】たとえば図7に示すように構成すると、検
出器1の概略正弦波状の信号出力からオフセット成分,
偶数次高調波成分,3次高調波成分,5次高調波成分を
除去し基本波成分を検出することができる。
【0057】また、本発明では減算手段あるいは加算手
段の出力信号をモータの位置および速度の検出信号とし
ているため、その検出信号は図2のx0 ,図5のy0
図6(b)のz0 に示すとおり検出器に含まれる基本波
0 よりもレベルが大きく、したがってS/N比(信号
対ノイズのレベル比)が向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるモータの位置お
よび速度検出装置のブロック図
【図2】本発明の第1の実施例における動作説明図
【図3】本発明の第1の実施例における動作説明図
【図4】本発明の第2の実施例におけるモータの位置お
よび速度検出装置のブロック図
【図5】本発明の第2の実施例における動作説明図
【図6】(a)本発明の実施例における位相ズレを補正
するブロック図 (b)同実施例における位相ズレの補正の様子の説明図 (c)同実施例における位相ズレを補正するためのブロ
ック図
【図7】本発明の実施例における複数の高調波成分の除
去の説明図
【図8】(a)内挿分割処理の動作で純粋正弦波の場合
の説明図 (b)内挿分割処理の動作で高調波成分を含む場合の説
明図 (c)内挿分割処理の動作でオフセットを含む場合の説
明図
【符号の説明】 1 検出器 2,4,7 遅延手段 3 減算手段 5,8,9 加算手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータの可動子の位置または速度を、磁気
    的あるいは光学的に検出した後、概略正弦波状の電気信
    号に変換して出力する検出器と、前記検出器の出力を電
    気角で 【数1】 ラジアン(mは自然数)遅延させる遅延手段と、前記検
    出器の出力から前記遅延手段の出力を減算する減算手段
    とにより構成し、前記減算手段の出力信号をモータの位
    置および速度の検出信号とするモータの位置および速度
    検出装置。
  2. 【請求項2】モータの可動子の位置または速度を、磁気
    的あるいは光学的に検出した後、概略正弦波状の電気信
    号に変換して出力する検出器と、前記検出器の出力を電
    気角で 【数2】 ラジアン(m,nは自然数)遅延させる遅延手段と、前
    記検出器の出力と前記遅延手段の出力とを加算する加算
    手段とにより構成し、前記加算手段の出力信号をモータ
    の位置および速度の検出信号とするモータの位置および
    速度検出装置。
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