JP3423318B2 - 複数のセンサを有する制御用回路 - Google Patents
複数のセンサを有する制御用回路Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
- H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念による、複数のセンサ
を有する制御用回路に関する。この種の回路は、EP−B1
−0351697から公知であり、例えばビデオレコーダでの
キャプスタンモータの転流または速度制御に用いられ
る。
を有する制御用回路に関する。この種の回路は、EP−B1
−0351697から公知であり、例えばビデオレコーダでの
キャプスタンモータの転流または速度制御に用いられ
る。
回転子のそれぞれの角度位置のためのセンサとして、
ホール素子を使用することができる。ホール素子は大き
な出力電圧領域を有する。しかしこの種の素子の出力電
圧には障害が重畳されており、この障害はとりわけモー
タコイルから直接磁気的に発せられたものである。この
種の障害はすべての公差を考慮すると最小の信号電圧よ
りも大きい。この理由から簡単な解決手段、例えば障害
を閾値電圧またはヒステリシスによってろ波除去するこ
とはできないか、または制限的にしか適用できない。AG
C回路も適用できない。なぜなら、モータは静止状態か
ら直ちに正しく始動しなければならないからである。AG
C回路は、確実に安定するためには入力信号のいくつか
の周波を必要とする。
ホール素子を使用することができる。ホール素子は大き
な出力電圧領域を有する。しかしこの種の素子の出力電
圧には障害が重畳されており、この障害はとりわけモー
タコイルから直接磁気的に発せられたものである。この
種の障害はすべての公差を考慮すると最小の信号電圧よ
りも大きい。この理由から簡単な解決手段、例えば障害
を閾値電圧またはヒステリシスによってろ波除去するこ
とはできないか、または制限的にしか適用できない。AG
C回路も適用できない。なぜなら、モータは静止状態か
ら直ちに正しく始動しなければならないからである。AG
C回路は、確実に安定するためには入力信号のいくつか
の周波を必要とする。
本発明の基礎とする課題は、前記の障害を抑圧するこ
とができ、能力を時間的に制限されずに維持することの
できる回路を実現することである。モータに適用する際
には、回路はモータ静止状態でも障害を抑圧できなけれ
ばならない。
とができ、能力を時間的に制限されずに維持することの
できる回路を実現することである。モータに適用する際
には、回路はモータ静止状態でも障害を抑圧できなけれ
ばならない。
この課題は、請求項１に記載された本発明により解決
される。本発明の有利な実施例は従属請求項に記載され
ている。
される。本発明の有利な実施例は従属請求項に記載され
ている。
本発明は、以下の認識および知識に基づくものであ
る。センサのセンサ信号に対するそれぞれの比較器が応
答する時点、すなわち比較器の出力信号が両方の論理値
“0"と“1"との間で変化する時点では、周知のように比
較器に供給されるセンサ信号は０の付近にある。本発明
ではさらに次の事実が使用される。すなわち、他のセン
サのセンサ信号は形式が同じであり、位相差が一定であ
るからある程度の振幅を有する。例えば、120゜ずれた
対称性回転磁界に対する３つのセンサを有する構成で
は、それぞれ他方のセンサのセンサ信号は86％の領域の
振幅を有する。それぞれ１つのセンサ信号に対する比較
器において、ヒステリシスの変化のために地方のセンサ
のセンサ信号が使用される。
る。センサのセンサ信号に対するそれぞれの比較器が応
答する時点、すなわち比較器の出力信号が両方の論理値
“0"と“1"との間で変化する時点では、周知のように比
較器に供給されるセンサ信号は０の付近にある。本発明
ではさらに次の事実が使用される。すなわち、他のセン
サのセンサ信号は形式が同じであり、位相差が一定であ
るからある程度の振幅を有する。例えば、120゜ずれた
対称性回転磁界に対する３つのセンサを有する構成で
は、それぞれ他方のセンサのセンサ信号は86％の領域の
振幅を有する。それぞれ１つのセンサ信号に対する比較
器において、ヒステリシスの変化のために地方のセンサ
のセンサ信号が使用される。
有利にはすべてのセンサのセンサ信号が、センサ信号
の正および／または負のピーク値に応答するOR段に供給
される。このOR段の出力電圧は、ヒステリシスを定める
比較器の入力側に印加される。OR段は常に比較器に大き
な振幅を有するセンサ信号を送出する。
の正および／または負のピーク値に応答するOR段に供給
される。このOR段の出力電圧は、ヒステリシスを定める
比較器の入力側に印加される。OR段は常に比較器に大き
な振幅を有するセンサ信号を送出する。
その際に、センサ信号の正のピーク値に対する第１の
OR段と、負のピーク値に対する第２のOR段と、スイッチ
を設け、スイッチを比較器の出力電圧によって制御し、
比較器の入力側を２つのOR段の出力側の間に切り替える
ことができる。これによって、ゼロラインに対して対称
なヒステリシスが得られ、ひいては障害の抑圧がさらに
改善される。
OR段と、負のピーク値に対する第２のOR段と、スイッチ
を設け、スイッチを比較器の出力電圧によって制御し、
比較器の入力側を２つのOR段の出力側の間に切り替える
ことができる。これによって、ゼロラインに対して対称
なヒステリシスが得られ、ひいては障害の抑圧がさらに
改善される。
有利には、センサからの到来するセンサ信号のそれぞ
れとOR段の出力電圧が比較器の両方の入力側に供給され
る。ここでは、OR段の出力側と比較器の所属の入力側と
の間にそれぞれ１つのスイッチが接続され、このスイッ
チは比較器の出力電圧によって交互に開放／閉成され
る。
れとOR段の出力電圧が比較器の両方の入力側に供給され
る。ここでは、OR段の出力側と比較器の所属の入力側と
の間にそれぞれ１つのスイッチが接続され、このスイッ
チは比較器の出力電圧によって交互に開放／閉成され
る。
本発明の実施例では、前記第１のOR段に後置してさら
に、第２の指示に対する第２のOR段を設けることができ
る。この第２のOR段には、第１の極性のOR段の出力電圧
と、これと反対方向の極性を有するが、しかし第１の極
性へ変換される、センサの出力電圧の半波とが供給され
る。このようにすると全体で比較的多数の電圧ピークが
得られる。なぜなら、第１のORだんの電圧ピークと、極
性の反転された電圧ピークとが交番するからである。
に、第２の指示に対する第２のOR段を設けることができ
る。この第２のOR段には、第１の極性のOR段の出力電圧
と、これと反対方向の極性を有するが、しかし第１の極
性へ変換される、センサの出力電圧の半波とが供給され
る。このようにすると全体で比較的多数の電圧ピークが
得られる。なぜなら、第１のORだんの電圧ピークと、極
性の反転された電圧ピークとが交番するからである。
センサは有利にはホール素子である。ホール素子は磁
界に基づいて識別信号を形成する。しかし本発明は他の
形式のセンサ、発電器および信号源にも適用することが
できる。
界に基づいて識別信号を形成する。しかし本発明は他の
形式のセンサ、発電器および信号源にも適用することが
できる。
本発明を以下図面に基づいて説明する。
図１は、センサにより形成された信号を本発明の手段
により評価するためのブロック回路図である。
により評価するためのブロック回路図である。
図２は、図１の回路の作用を説明するための線図であ
り、前記の極性の変化された、すなわち正に反転された
電圧ピークを有している。
り、前記の極性の変化された、すなわち正に反転された
電圧ピークを有している。
図３は、種々異なる振幅のセンサ信号に対する、図２
の変形実施例の線図である。
の変形実施例の線図である。
ここで図１の回路に小文字で示された個所に図２、図
３の信号が発生する。
３の信号が発生する。
図１、２では、３つのセンサから到来する同種の、相
互に120゜だけ位相のシフトされた３つの信号a,b,cが抵
抗１、２、３を介して、比較器A,B,Cのそれぞれ負の入
力側に供給される。信号a,b,cはその他に、OR段を形成
するダイオードDa,Db,Dcに供給される。OR段の出力側を
形成するこれらの接続点ｄはそれぞれ抵抗４、５、６お
よびスイッチSa,Sb,Scを介して、比較器A,B,Cの正の入
力側と接続されている。この正の入力側はさらに抵抗
７、８、９を介して一定の基準電圧、例えばアースに接
続されている。
互に120゜だけ位相のシフトされた３つの信号a,b,cが抵
抗１、２、３を介して、比較器A,B,Cのそれぞれ負の入
力側に供給される。信号a,b,cはその他に、OR段を形成
するダイオードDa,Db,Dcに供給される。OR段の出力側を
形成するこれらの接続点ｄはそれぞれ抵抗４、５、６お
よびスイッチSa,Sb,Scを介して、比較器A,B,Cの正の入
力側と接続されている。この正の入力側はさらに抵抗
７、８、９を介して一定の基準電圧、例えばアースに接
続されている。
比較器A,B,Cは、いずれかの状態“0"または“1"を有
するデジタル出力電圧UA,UB,UCを形成する。これら電圧
UA,UB,UCはさらに線路La,Lb,Lcを介してスイッチSa,Sb,
Scを制御する。
するデジタル出力電圧UA,UB,UCを形成する。これら電圧
UA,UB,UCはさらに線路La,Lb,Lcを介してスイッチSa,Sb,
Scを制御する。
図１の回路の作用を図２に基づいて説明する。図２は
相互に120゜位相のシフトされた、振幅の同じ正弦波セ
ンサ信号a,b,cを示す。点ｄにはそれぞれ比較的に大き
な振幅を有する信号が発生する。これによって、点ｄに
対しては太い実線で示した曲線が生じる。以下、比較器
Ａにおけるセンサ信号ａに対する機能を説明する。時点
t1まで、信号ａはヒステリシス値の下にある。信号ａは
比較器Ａの負の入力側に印加されるから、UAは論理状態
“1"である。ここではまず、スイッチSaが開放されてお
り、したがって比較器Ａの正の入力側はゼロ電位にある
と仮定する。時点t1で信号ａはヒステリシス電圧に達す
る。これにより、UAは状態“0"となる。実線Saによりス
イッチSaの閉成していることが示され、破線によりスイ
ッチSaの開放していることが示される。したがってt1か
らt2までSaは開放し、比較器Ａの応答に対するゼロライ
ンは正確に0Vである。時点t2で信号ａは再びゼロライン
を通過し、負の値をとる。したがってUAの値は、“0"か
ら“1"に変化する。この跳躍は正確にゼロ通過の際に行
われる。なぜならスイッチSaがまだ開放しており、比較
器Ａの正の入力側はゼロ電位にあり、したがってヒステ
リシスは作用しないからである。時点t2でスイッチSaは
閉成される。比較器Ａの正の入力側はしたがって、抵抗
４と７の値、並びにセンサ信号の振幅に依存して電圧ｄ
の正の電圧値をとる。したがって比較器Ａのゼロライン
にオフセットが生じる。これはずらされたゼロライン0'
により示されている。すなわち、比較器Ａが応答する際
にゼロラインはシフトされる。比較器Ａの次の応答、す
なわちUAの“1"から“0"への切り替わりは、信号ａがゼ
ロラインと交差する時点t3ではなく、信号ａがシフトさ
れたゼロライン0'を横切る時点である。このことによっ
て、UAの逆切換には片側ヒステリシスの生じることがわ
かる。片側とは、切換時点が＋方向および−方向にずら
されるのではなく、＋方向にのみずらされることを意味
する。信号の＋から−への移行の際には、切換は理想的
にはゼロ値で行われる。すなわち例えばt2で行われる。
しかし−から＋への移行の際にはゼロ値ではなく、上記
のように遅れて行われる。
相互に120゜位相のシフトされた、振幅の同じ正弦波セ
ンサ信号a,b,cを示す。点ｄにはそれぞれ比較的に大き
な振幅を有する信号が発生する。これによって、点ｄに
対しては太い実線で示した曲線が生じる。以下、比較器
Ａにおけるセンサ信号ａに対する機能を説明する。時点
t1まで、信号ａはヒステリシス値の下にある。信号ａは
比較器Ａの負の入力側に印加されるから、UAは論理状態
“1"である。ここではまず、スイッチSaが開放されてお
り、したがって比較器Ａの正の入力側はゼロ電位にある
と仮定する。時点t1で信号ａはヒステリシス電圧に達す
る。これにより、UAは状態“0"となる。実線Saによりス
イッチSaの閉成していることが示され、破線によりスイ
ッチSaの開放していることが示される。したがってt1か
らt2までSaは開放し、比較器Ａの応答に対するゼロライ
ンは正確に0Vである。時点t2で信号ａは再びゼロライン
を通過し、負の値をとる。したがってUAの値は、“0"か
ら“1"に変化する。この跳躍は正確にゼロ通過の際に行
われる。なぜならスイッチSaがまだ開放しており、比較
器Ａの正の入力側はゼロ電位にあり、したがってヒステ
リシスは作用しないからである。時点t2でスイッチSaは
閉成される。比較器Ａの正の入力側はしたがって、抵抗
４と７の値、並びにセンサ信号の振幅に依存して電圧ｄ
の正の電圧値をとる。したがって比較器Ａのゼロライン
にオフセットが生じる。これはずらされたゼロライン0'
により示されている。すなわち、比較器Ａが応答する際
にゼロラインはシフトされる。比較器Ａの次の応答、す
なわちUAの“1"から“0"への切り替わりは、信号ａがゼ
ロラインと交差する時点t3ではなく、信号ａがシフトさ
れたゼロライン0'を横切る時点である。このことによっ
て、UAの逆切換には片側ヒステリシスの生じることがわ
かる。片側とは、切換時点が＋方向および−方向にずら
されるのではなく、＋方向にのみずらされることを意味
する。信号の＋から−への移行の際には、切換は理想的
にはゼロ値で行われる。すなわち例えばt2で行われる。
しかし−から＋への移行の際にはゼロ値ではなく、上記
のように遅れて行われる。
信号a,b,cの振幅は同じ大きさであるから、この関係
は３つすべての信号a,b,cに対して当てはまる。UHyによ
り示されているヒステリシスに対して、センサ信号の所
定のパーセンテージを仮定すれば、このことによりセン
サ信号の振幅に依存して、ヒステリシスよりも小さなパ
ーセンテージで重畳された障害が回路を通過しないよう
にできる。
は３つすべての信号a,b,cに対して当てはまる。UHyによ
り示されているヒステリシスに対して、センサ信号の所
定のパーセンテージを仮定すれば、このことによりセン
サ信号の振幅に依存して、ヒステリシスよりも小さなパ
ーセンテージで重畳された障害が回路を通過しないよう
にできる。
回路はまた、ダイオードDa,Db,Dcの極性を入れ替えれ
ば、負の電圧ピークに応答するように構成することがで
きる。この場合、図２のt1〜t2のゼロラインは負方向に
ずらされ、図２とは反対にt2〜t3のゼロラインは正確に
０となる。生徒負のピークの評価を組み合わせることも
可能である。この場合は、ゼロラインに対して対称の１
つのヒステリシスが達成される。
ば、負の電圧ピークに応答するように構成することがで
きる。この場合、図２のt1〜t2のゼロラインは負方向に
ずらされ、図２とは反対にt2〜t3のゼロラインは正確に
０となる。生徒負のピークの評価を組み合わせることも
可能である。この場合は、ゼロラインに対して対称の１
つのヒステリシスが達成される。
図２はさらに次の特殊性を示す。信号ｂの負のピーク
は−1.0Vまで達し、極性を変化する。すなわち、上に向
かって反転する。このことは矢印Ｐによって示されてい
る。信号ｂの負のピークは前記OR段の出力側での電圧ｄ
のピーク間にあることがわかる。利点は、時間単位当た
りに比較的に大きな電圧ピークを使用できることであ
り、電圧ピーク間の落ち込みが小さくなることである。
この構成では、電圧ｄのピークと、その間にある振幅の
反転した電圧のピークを別のOR段に供給することができ
る。このことによって、ヒステリシス電圧UHyがさらに
良好に平滑化され、落ち込みが小さくなるという利点が
得られる。UHyの経過は、振幅が相応に分圧されて、電
圧ｄの経過に相応する。
は−1.0Vまで達し、極性を変化する。すなわち、上に向
かって反転する。このことは矢印Ｐによって示されてい
る。信号ｂの負のピークは前記OR段の出力側での電圧ｄ
のピーク間にあることがわかる。利点は、時間単位当た
りに比較的に大きな電圧ピークを使用できることであ
り、電圧ピーク間の落ち込みが小さくなることである。
この構成では、電圧ｄのピークと、その間にある振幅の
反転した電圧のピークを別のOR段に供給することができ
る。このことによって、ヒステリシス電圧UHyがさらに
良好に平滑化され、落ち込みが小さくなるという利点が
得られる。UHyの経過は、振幅が相応に分圧されて、電
圧ｄの経過に相応する。
図３は３つのセンサ信号a,b,cを示す。これらセンサ
信号は図２のように同じではなく、異なる振幅を有す
る。信号ａは最大振幅の100％、ｂは約75％、ｃは約50
％を有する。図３でも、図２で説明したように、すべて
の信号a,b,cの負のピークは、矢印Ｐにより示されてい
るように上に向かって反転している。負の極性は極性反
転用回路によって正の極性へ変換される。交互に連続し
て、100％の振幅を有する信号ａの元から正のピークS
1、信号ｂの正に反転されたピークS2、信号ｃの元から
正のピークS3、信号ａの反転されたピークS4、信号ｂの
元から正のピークS5、信号ｃの反転された負のピークS
6、信号ａの元から正のピークS7と続く。図示のヒステ
リシス電圧UHyは相応して振幅を分圧され、順次、ピー
クS2,S4,S5を有する曲線に追従する。異なる振幅を有す
るこの種の信号では、負の信号ピークを正の領域に反転
することにより付加的なピークが得られ、ピーク間の落
ち込みの減少することがわかる。OR段の出力側の電圧に
よるヒステリシスの変化に関しては、図１の回路は図３
の信号によっても前記のように動作する。
信号は図２のように同じではなく、異なる振幅を有す
る。信号ａは最大振幅の100％、ｂは約75％、ｃは約50
％を有する。図３でも、図２で説明したように、すべて
の信号a,b,cの負のピークは、矢印Ｐにより示されてい
るように上に向かって反転している。負の極性は極性反
転用回路によって正の極性へ変換される。交互に連続し
て、100％の振幅を有する信号ａの元から正のピークS
1、信号ｂの正に反転されたピークS2、信号ｃの元から
正のピークS3、信号ａの反転されたピークS4、信号ｂの
元から正のピークS5、信号ｃの反転された負のピークS
6、信号ａの元から正のピークS7と続く。図示のヒステ
リシス電圧UHyは相応して振幅を分圧され、順次、ピー
クS2,S4,S5を有する曲線に追従する。異なる振幅を有す
るこの種の信号では、負の信号ピークを正の領域に反転
することにより付加的なピークが得られ、ピーク間の落
ち込みの減少することがわかる。OR段の出力側の電圧に
よるヒステリシスの変化に関しては、図１の回路は図３
の信号によっても前記のように動作する。
本発明の実施例では、センサの出力電圧に対する比較
器の入力側にそれぞれ、相互に位相のずれた２つの別個
のセンサのセンサ信号の和が供給される。有利には異な
るセンサのそれぞれの出力側は直接相互に接続される。
ｎ個のセンサを有する構成では、センサのそれぞれの出
力側は次のセンサの出力側と接続され、最後のセンサの
出力側が第１のセンサの出力側と再び接続される。所望
の作用を得るために出力側を直接相互に接続すること、
すなわち短絡接続することは必ずしも必要ではない。比
較器のそれぞれ１つの入力側に供給される信号が、２つ
の別個のせんんさの２つの出力側からの信号から統合さ
れることが重要である。別個のセンサの２つの出力側の
信号を加算段、または減算段に供給し、この段の出力側
を比較器の相応する入力側とそれぞれ接続することも可
能である。この手段に、両方の加算または減算された信
号がそのまま保存されたままであり、短絡の場合のよう
にそのまますべてが失われるようなことがない、という
利点がある。センサは有利にはホール素子として構成さ
れ、ホール素子は磁界の作用に応答する。センサは有利
には電気モータの回転子の角度位置の検出に用いる。こ
れは、例えばビデオレコーダのキャプスタンモータの転
流または回転数制御に使用する。
器の入力側にそれぞれ、相互に位相のずれた２つの別個
のセンサのセンサ信号の和が供給される。有利には異な
るセンサのそれぞれの出力側は直接相互に接続される。
ｎ個のセンサを有する構成では、センサのそれぞれの出
力側は次のセンサの出力側と接続され、最後のセンサの
出力側が第１のセンサの出力側と再び接続される。所望
の作用を得るために出力側を直接相互に接続すること、
すなわち短絡接続することは必ずしも必要ではない。比
較器のそれぞれ１つの入力側に供給される信号が、２つ
の別個のせんんさの２つの出力側からの信号から統合さ
れることが重要である。別個のセンサの２つの出力側の
信号を加算段、または減算段に供給し、この段の出力側
を比較器の相応する入力側とそれぞれ接続することも可
能である。この手段に、両方の加算または減算された信
号がそのまま保存されたままであり、短絡の場合のよう
にそのまますべてが失われるようなことがない、という
利点がある。センサは有利にはホール素子として構成さ
れ、ホール素子は磁界の作用に応答する。センサは有利
には電気モータの回転子の角度位置の検出に用いる。こ
れは、例えばビデオレコーダのキャプスタンモータの転
流または回転数制御に使用する。
この解決手段によって、複数の利点が得られる。別個
のセンサのそれぞれ２つの出力側を１つの出力側にまと
めることにより、すべてのセンサの出力側の総数が半分
になる。センサがICに配置されるなら、このことによっ
てICで必要な端子ピンの数が半分になる。このことは実
際のIC製造とスペース効率の点でとくに有利である。障
害抑圧に関しては次の有利な作用が達成される。例えば
センサを含むモータにあるコイルに電流が流れると、す
べてのセンサ、有利には３つのセンサへのクロストーク
が生じる。その際に１つのセンサはクロストークを正の
方向で受け取り、別のセンサは負の方向で受け取る。別
個のセンサの種々異なる位相の出力電圧をまとめること
によって、例えば出力側を短絡することによって、両方
のセンサ出力側におけるクロストークの割合が共通の出
力側で補償される。例えば第１の比較器は第１のセンサ
からのクロストークと、第２のセンサからの別の位相の
クロストークを受け取る。このようにして障害電圧成分
（これらは有利には相互に120゜の位相ずれを有してい
る）のベクトル加算によって、クロストークが補償され
る。このことによっても、比較器の出力側における信号
は、センサの出力側におけるセンサ信号に対して相対的
に正しい位相を再び有するようになる。
のセンサのそれぞれ２つの出力側を１つの出力側にまと
めることにより、すべてのセンサの出力側の総数が半分
になる。センサがICに配置されるなら、このことによっ
てICで必要な端子ピンの数が半分になる。このことは実
際のIC製造とスペース効率の点でとくに有利である。障
害抑圧に関しては次の有利な作用が達成される。例えば
センサを含むモータにあるコイルに電流が流れると、す
べてのセンサ、有利には３つのセンサへのクロストーク
が生じる。その際に１つのセンサはクロストークを正の
方向で受け取り、別のセンサは負の方向で受け取る。別
個のセンサの種々異なる位相の出力電圧をまとめること
によって、例えば出力側を短絡することによって、両方
のセンサ出力側におけるクロストークの割合が共通の出
力側で補償される。例えば第１の比較器は第１のセンサ
からのクロストークと、第２のセンサからの別の位相の
クロストークを受け取る。このようにして障害電圧成分
（これらは有利には相互に120゜の位相ずれを有してい
る）のベクトル加算によって、クロストークが補償され
る。このことによっても、比較器の出力側における信号
は、センサの出力側におけるセンサ信号に対して相対的
に正しい位相を再び有するようになる。
この改善実施例を以下、図面に基づいて説明する。
図４は、３つのセンサに対する公知の評価回路の回路
図、 図５は、本発明の評価回路の回路図、 図６は、図５に発生する信号に対する表、 図７〜８は、図４を説明するための線図、 図９〜11は、図５の本発明の回路を説明するための線
図、 図12は、改善実施例に対する変形回路図、 図13は、図12の回路の作用を説明するための線図、 図14は、改善実施例に対する別の回路図、 図15は、図14の回路の作用を説明するための線図、 図16は、回路の変形図、 図17は、図16の回路の作用を説明するための線図であ
る。
図、 図５は、本発明の評価回路の回路図、 図６は、図５に発生する信号に対する表、 図７〜８は、図４を説明するための線図、 図９〜11は、図５の本発明の回路を説明するための線
図、 図12は、改善実施例に対する変形回路図、 図13は、図12の回路の作用を説明するための線図、 図14は、改善実施例に対する別の回路図、 図15は、図14の回路の作用を説明するための線図、 図16は、回路の変形図、 図17は、図16の回路の作用を説明するための線図であ
る。
ここで、図４、５の小文字のａ〜ｋの点には図７〜11
の信号が発生する。図６で使用されるシンボルは以下の
意味を有する。
の信号が発生する。図６で使用されるシンボルは以下の
意味を有する。
H1＋ センサH1の正出力側のセンサ信号
H1− センサH1の負出力側のセンサ信号
H2＋ センサH2の正出力側のセンサ信号
H2− センサH2の負出力側のセンサ信号
H3＋ センサH3の正出力側のセンサ信号
H3− センサH3の負出力側のセンサ信号
図４は、ホール素子として構成された３つのセンサH
1、H2、H3を示す。これらのセンサはブリッジ回路の抵
抗の形でそれぞれ示されている。各センサは信号Ｖ＋を
有する正出力側と、信号Ｖ−を有する負出力側を有す
る。センサH1〜H3のそれぞれの出力信号Ｖ＋とＶ−は３
つの差動増幅器K1,K2,K3の入力側に供給される。これら
の差動増幅器はその出力側に図示の信号を送出する。デ
ジタル回路に適用する場合は、差動増幅器K1〜K3を比較
器によって置換することができる。
1、H2、H3を示す。これらのセンサはブリッジ回路の抵
抗の形でそれぞれ示されている。各センサは信号Ｖ＋を
有する正出力側と、信号Ｖ−を有する負出力側を有す
る。センサH1〜H3のそれぞれの出力信号Ｖ＋とＶ−は３
つの差動増幅器K1,K2,K3の入力側に供給される。これら
の差動増幅器はその出力側に図示の信号を送出する。デ
ジタル回路に適用する場合は、差動増幅器K1〜K3を比較
器によって置換することができる。
図７は、センサH1,H2,H3の正の出力側における信号a,
b,cを示す。これらの信号は同じ振幅を有するが、相互
に120゜位相がずれている。相応する180゜逆相のセンサ
信号Ｖ−は図７には簡単にするため図示されていない。
b,cを示す。これらの信号は同じ振幅を有するが、相互
に120゜位相がずれている。相応する180゜逆相のセンサ
信号Ｖ−は図７には簡単にするため図示されていない。
図８は、比較器K1,K2,K3の出力側の信号h,i,kを示
す。これらの信号は、傾きが２倍であるため図７の信号
の２倍の振幅を有する。垂直の破線Z1により示されてい
るように、図７と図８の信号は同じ位相を有する。この
回路は、モータのコイルの磁気的クロストークによりセ
ンサに達する障害を抑圧しない。
す。これらの信号は、傾きが２倍であるため図７の信号
の２倍の振幅を有する。垂直の破線Z1により示されてい
るように、図７と図８の信号は同じ位相を有する。この
回路は、モータのコイルの磁気的クロストークによりセ
ンサに達する障害を抑圧しない。
図５では、センサH1,H2,H3の出力側が図示の線路によ
り相互に接続されている。すなわち、短絡接続されてい
る。この場合、センサ構成全体は３つの出力側d,e,fを
有し、これらの出力側は線路L1,L2,L3,L4を介して比較
器K1,K2,K3の相応する入力側に導かれている。ここで線
路L1とL2は同じ信号を導く。
り相互に接続されている。すなわち、短絡接続されてい
る。この場合、センサ構成全体は３つの出力側d,e,fを
有し、これらの出力側は線路L1,L2,L3,L4を介して比較
器K1,K2,K3の相応する入力側に導かれている。ここで線
路L1とL2は同じ信号を導く。
図６は、図５に発生する信号を示す。センサH1,H2,H3
の出力側は同じ出力抵抗を有するから、１つのセンサの
センサ信号はこのセンサの出力抵抗と、これに接続され
たセンサの出力抵抗により半分にされる。したがってそ
れぞれの出力側には相互に接続された２つのセンサのセ
ンサ信号の和の半分が得られる。比較器K1〜K3の入力側
における各信号は２つのセンサ出力信号から組成された
ものであることがわかる。同じように、差動増幅器K1〜
K3の出力側の信号h,i,kは常に、３つすべてのセンサH1,
H2,H3の信号成分から組成されたものである。ここで符
号は、３つのセンサH1,H2,H3の障害が比較器において相
互に相殺され、その際に有用信号は影響を受けないこと
を示す。
の出力側は同じ出力抵抗を有するから、１つのセンサの
センサ信号はこのセンサの出力抵抗と、これに接続され
たセンサの出力抵抗により半分にされる。したがってそ
れぞれの出力側には相互に接続された２つのセンサのセ
ンサ信号の和の半分が得られる。比較器K1〜K3の入力側
における各信号は２つのセンサ出力信号から組成された
ものであることがわかる。同じように、差動増幅器K1〜
K3の出力側の信号h,i,kは常に、３つすべてのセンサH1,
H2,H3の信号成分から組成されたものである。ここで符
号は、３つのセンサH1,H2,H3の障害が比較器において相
互に相殺され、その際に有用信号は影響を受けないこと
を示す。
図９は再度、図７の信号a,b,cを示す。図10は、ここ
から得られる図５の信号e,f,dを示す。別個のセンサの
センサ信号をベクトル加算することによって、図９の信
号と図10の信号との間に位相差の生じていることがわか
る。信号のゼロ通過も、図９と図10が示すようにずれて
いる。
から得られる図５の信号e,f,dを示す。別個のセンサの
センサ信号をベクトル加算することによって、図９の信
号と図10の信号との間に位相差の生じていることがわか
る。信号のゼロ通過も、図９と図10が示すようにずれて
いる。
図11は、差動増幅器K1,K2,K3の出力側における出力信
号i,h,kを示す。ここでこれら信号の振幅には意味がな
い。なぜなら、ゼロ通過だけを評価するからである。図
11の信号のゼロ通過は、図９の信号に対して再び正しい
位置を有することがわかる。したがって差動増幅器の各
出力側では、ゼロ通過の検出の際に、センサ信号の組み
合わせであるにもかかわらず、比較器に配属されたセン
サのセンサ信号のみが評価される。
号i,h,kを示す。ここでこれら信号の振幅には意味がな
い。なぜなら、ゼロ通過だけを評価するからである。図
11の信号のゼロ通過は、図９の信号に対して再び正しい
位置を有することがわかる。したがって差動増幅器の各
出力側では、ゼロ通過の検出の際に、センサ信号の組み
合わせであるにもかかわらず、比較器に配属されたセン
サのセンサ信号のみが評価される。
センサH1,H2,H3の信号が異なる振幅または異なる内部
抵抗を有していれば、形成された出力信号にひずみが生
じることがある。これはとくに、ホール素子がいわゆる
オフセットを有している場合にそうである。図12から図
17に基づいて、オフセットによるこの種の偏差を回避す
るための変形実施例を説明する。
抵抗を有していれば、形成された出力信号にひずみが生
じることがある。これはとくに、ホール素子がいわゆる
オフセットを有している場合にそうである。図12から図
17に基づいて、オフセットによるこの種の偏差を回避す
るための変形実施例を説明する。
この実施例の基本的作用をまず図13に基づいて説明す
る。図13の上部にはセンサH1,H2,H3の信号が両方の極性
に対して示されている。実線はそれぞれ正の信号を示
し、破線は負の信号を示す。これらの信号はそれぞれ１
つのセンサにおいて180゜ずれている。例えばH3−とH3
＋の加算により再び、同じゼロ通過を有する信号が得ら
れる。評価するのは、例えばモータの次のコイルの投入
接続に対する信号のゼロ通過だけである。したがって信
号の振幅は評価に対しては重要でない。ラインＬにより
示された信号H1＋の最初のゼロ通過に注目する。このゼ
ロ通過の際に信号H3−とH2＋は交差点Ｐを有することが
わかる。すなわち同じ振幅を有する。したがって、H1＋
の最初のゼロ通過は、２つの別のセンサの信号H2＋とH3
−が同じ振幅を有するという基準から導くことができ
る。このことは、１つのセンサの本来の出力信号を形成
するためにこのセンサの信号は全く必要なく、他の２つ
のセンサの信号により代替できることを意味する。した
がって１つのセンサに対して、ゼロ通過の評価を当該セ
ンサの信号自体を使用しないで行うことができる。その
代わりに２つの別のセンサの信号を使用される。しかし
この別のセンサ信号は第１のセンサの前記ゼロ通過の際
には特別の振幅を有する。
る。図13の上部にはセンサH1,H2,H3の信号が両方の極性
に対して示されている。実線はそれぞれ正の信号を示
し、破線は負の信号を示す。これらの信号はそれぞれ１
つのセンサにおいて180゜ずれている。例えばH3−とH3
＋の加算により再び、同じゼロ通過を有する信号が得ら
れる。評価するのは、例えばモータの次のコイルの投入
接続に対する信号のゼロ通過だけである。したがって信
号の振幅は評価に対しては重要でない。ラインＬにより
示された信号H1＋の最初のゼロ通過に注目する。このゼ
ロ通過の際に信号H3−とH2＋は交差点Ｐを有することが
わかる。すなわち同じ振幅を有する。したがって、H1＋
の最初のゼロ通過は、２つの別のセンサの信号H2＋とH3
−が同じ振幅を有するという基準から導くことができ
る。このことは、１つのセンサの本来の出力信号を形成
するためにこのセンサの信号は全く必要なく、他の２つ
のセンサの信号により代替できることを意味する。した
がって１つのセンサに対して、ゼロ通過の評価を当該セ
ンサの信号自体を使用しないで行うことができる。その
代わりに２つの別のセンサの信号を使用される。しかし
この別のセンサ信号は第１のセンサの前記ゼロ通過の際
には特別の振幅を有する。
図12、14、16に示されており、数式の補充された回路
は次のように構成される。すなわち、１つのセンサの出
力信号がそれぞれ他のセンサの出力信号からのみ組成さ
れ、前記１つのセンサの本来の出力信号を全く含まない
ように構成される。図示の差動増幅器K4,K5,K6のセンサ
H1,H2,H3に配属されているが、それぞれ別のセンサの信
号のみを受け取る。図12は、センサH1の出力信号を送出
する差動増幅器K4がセンサH2とH3の信号成分のみを受け
取りことを示す。同じようにセンサH2に対する比較器K5
はセンサH1とH3の信号成分のみを、センサH3に対する比
較器K6はセンサH1とH2の信号成分のみを受け取る。
は次のように構成される。すなわち、１つのセンサの出
力信号がそれぞれ他のセンサの出力信号からのみ組成さ
れ、前記１つのセンサの本来の出力信号を全く含まない
ように構成される。図示の差動増幅器K4,K5,K6のセンサ
H1,H2,H3に配属されているが、それぞれ別のセンサの信
号のみを受け取る。図12は、センサH1の出力信号を送出
する差動増幅器K4がセンサH2とH3の信号成分のみを受け
取りことを示す。同じようにセンサH2に対する比較器K5
はセンサH1とH3の信号成分のみを、センサH3に対する比
較器K6はセンサH1とH2の信号成分のみを受け取る。
図13はまた、信号H2＋とH3＋の和がH1＋のゼロ通過の
時にゼロであり、したがって同じように評価できること
を示す。この変形実施例は図14に示されている。同じよ
うに信号H2−とH3−とを加算することができる。この和
も同じように図13ではH1＋のゼロ通過の際に値ゼロであ
る。
時にゼロであり、したがって同じように評価できること
を示す。この変形実施例は図14に示されている。同じよ
うに信号H2−とH3−とを加算することができる。この和
も同じように図13ではH1＋のゼロ通過の際に値ゼロであ
る。
本発明の前記の改善実施例は次のような利点を有す
る。センサ、例えばホール素子がオフセットを有するこ
とができるという利点を有する。このオフセットは
“＋”出力側と“−”出力側とで同じ大きさである。と
くに図12と図14が示すように、数式は差動増幅器K4,K5,
K6の出力側において、反対極性の別のセンサのそれぞれ
の信号成分を含む。すなわち、K4の出力側では例えばH2
＋とH2−、およびH3＋とH3−である。オフセットは
“＋”出力側と“−”出力側とで常に同じ大きさである
から、これによって有利にはそれ自体障害となるオフセ
ットを補償することができる。
る。センサ、例えばホール素子がオフセットを有するこ
とができるという利点を有する。このオフセットは
“＋”出力側と“−”出力側とで同じ大きさである。と
くに図12と図14が示すように、数式は差動増幅器K4,K5,
K6の出力側において、反対極性の別のセンサのそれぞれ
の信号成分を含む。すなわち、K4の出力側では例えばH2
＋とH2−、およびH3＋とH3−である。オフセットは
“＋”出力側と“−”出力側とで常に同じ大きさである
から、これによって有利にはそれ自体障害となるオフセ
ットを補償することができる。
本発明では２つのセンサ信号から第３のセンサ信号が
発生されるから、全部で２つのセンサのみを使用するこ
とができる。したがってセンサが１つ節約されることと
なる。第１のセンサから公知のように第１の信号が、第
２のセンサから公知のように第２の信号が得られ、これ
ら２つのセンサの出力信号を本発明により結合すること
によって第３の信号が得られる。
発生されるから、全部で２つのセンサのみを使用するこ
とができる。したがってセンサが１つ節約されることと
なる。第１のセンサから公知のように第１の信号が、第
２のセンサから公知のように第２の信号が得られ、これ
ら２つのセンサの出力信号を本発明により結合すること
によって第３の信号が得られる。
本発明の別の実施例では、とくに固定子コイルから発
する障害磁界がセンサにおいて特別に減少されない。し
かし回転子の永久磁石から発する有用信号が力線の作用
によって高められる。これにより全体としてセンサにお
けるS/N比が上昇する。
する障害磁界がセンサにおいて特別に減少されない。し
かし回転子の永久磁石から発する有用信号が力線の作用
によって高められる。これにより全体としてセンサにお
けるS/N比が上昇する。
この解決手段は、永久磁石からホールセンサに達する
磁力線の大きさは、永久磁石のセンサ側のエッジの純粋
な形状デザインによってかなり高めることができるとい
う知識に基くものである。大きな利点は、有用信号の増
大のためになんら付加的な部材を必要としないことであ
る。有利な作用は単に、センサ側における永久磁石の形
状を変更するだけで達成される。その際に永久磁石の作
用はモータ駆動の点では実質的に何の影響も受けない。
ただ永久磁石の製造に対してわずかな工具変更が必要な
だけである。
磁力線の大きさは、永久磁石のセンサ側のエッジの純粋
な形状デザインによってかなり高めることができるとい
う知識に基くものである。大きな利点は、有用信号の増
大のためになんら付加的な部材を必要としないことであ
る。有利な作用は単に、センサ側における永久磁石の形
状を変更するだけで達成される。その際に永久磁石の作
用はモータ駆動の点では実質的に何の影響も受けない。
ただ永久磁石の製造に対してわずかな工具変更が必要な
だけである。
この解決手段を以下図18〜図21に基づいて説明する。
図18は、モータ内のホールセンサの公知の構成を示す
概略図、 図19は、図18の構成の本発明による実施例の概略図、 図20は、本発明の別の実施例の概略図、 図21は、図20の構成の詳細図である。
概略図、 図19は、図18の構成の本発明による実施例の概略図、 図20は、本発明の別の実施例の概略図、 図21は、図20の構成の詳細図である。
図18は、固定子ポール11を示す。この固定子ポールは
多数がモータの固定子に配置されている。各固定子ポー
ル11は巻線12により包囲されており、巻線はモータ駆動
のための本来のコイルを形成する。巻線12には転流電流
が給電される。回転子はリング13を含み、このリングは
断面でのみ示されている。リング13は外周に沿って、交
互に反対の極性で半径方向に極性付けられた永久磁石を
有し、この永久磁石はコイルの転流によって惹起された
固定子の相応のＮ極およびＳ極と共働してモータを駆動
させる。さらに裏板17が示されている。固定子、すなわ
ちモータケーシングには定常的にホールセンサ14が設け
られている。このホールセンサにはリング13の永久磁石
の磁力線15の漂遊磁界が加わり、これによりその出力側
に制御信号を形成する。この制御信号はリング13を含む
ロータのそれぞれの位置を指示する。これらの制御信号
は有利には速度制御または転流に用いられる。ホールセ
ンサ14にはその他にコイル12から障害磁界16が達する。
この障害磁界はセンサの出力信号においてS/N比を低減
する。このことによって低い回転数では最大可能回転数
の場合よりも不均一にモータの回転することがある。
多数がモータの固定子に配置されている。各固定子ポー
ル11は巻線12により包囲されており、巻線はモータ駆動
のための本来のコイルを形成する。巻線12には転流電流
が給電される。回転子はリング13を含み、このリングは
断面でのみ示されている。リング13は外周に沿って、交
互に反対の極性で半径方向に極性付けられた永久磁石を
有し、この永久磁石はコイルの転流によって惹起された
固定子の相応のＮ極およびＳ極と共働してモータを駆動
させる。さらに裏板17が示されている。固定子、すなわ
ちモータケーシングには定常的にホールセンサ14が設け
られている。このホールセンサにはリング13の永久磁石
の磁力線15の漂遊磁界が加わり、これによりその出力側
に制御信号を形成する。この制御信号はリング13を含む
ロータのそれぞれの位置を指示する。これらの制御信号
は有利には速度制御または転流に用いられる。ホールセ
ンサ14にはその他にコイル12から障害磁界16が達する。
この障害磁界はセンサの出力信号においてS/N比を低減
する。このことによって低い回転数では最大可能回転数
の場合よりも不均一にモータの回転することがある。
図19も図18の部材11〜17を示す。図18との相違点は、
リング13のホールセンサ14に向いた側のエッジが図18の
ように矩形ではなく、面取り部18の設けられていること
である。磁力線は実質的に永久磁石から垂直に発生する
から、リング13の磁石からセンサ14に達する磁力線と大
きさは図18の場合よりもかなり増大する。有利には面取
り部18はリング13のセンサ14側エッジとセンサ14との接
続線に対して垂直である。
リング13のホールセンサ14に向いた側のエッジが図18の
ように矩形ではなく、面取り部18の設けられていること
である。磁力線は実質的に永久磁石から垂直に発生する
から、リング13の磁石からセンサ14に達する磁力線と大
きさは図18の場合よりもかなり増大する。有利には面取
り部18はリング13のセンサ14側エッジとセンサ14との接
続線に対して垂直である。
図20は、図18の部材11〜17を示す。図18ないし図19と
の相違点は、リング13のホールセンサ14側のエッジが図
18のように矩形、または図19のように面取り部によって
構成されているのではなく、張出部19が設けられている
ことである。この張出部19はホールセンサ14に向いた側
のリング状の突起とすることができる。この突起はリン
グ13の全長にわたって延在し、センサ14のごく近傍まで
センサ14に向けられている。
の相違点は、リング13のホールセンサ14側のエッジが図
18のように矩形、または図19のように面取り部によって
構成されているのではなく、張出部19が設けられている
ことである。この張出部19はホールセンサ14に向いた側
のリング状の突起とすることができる。この突起はリン
グ13の全長にわたって延在し、センサ14のごく近傍まで
センサ14に向けられている。
図21は、図20の一部拡大図である。リング13には、同
じように循環するリングとして構成された張出部19がは
め込まれている。張出部19はリング13と共に次のように
磁化される。すなわち、リング13と張出部19が多数の永
久磁石を有するように磁化され、これら永久磁石が半径
方向に極性付けられ、外周方向では交互に反対方向の極
性が連続する。張出部19はホールセンサ14に向いた面10
を有し、この面は張出部19とホールセンサ14との接続線
に対してほぼ垂直である。張出部19はホールセンサ14の
ごく近傍まで達し、ホールセンサ14に向いたある程度の
磁極を形成する。この磁極によってホールセンサ14は前
記の永久磁石の磁力を受ける。
じように循環するリングとして構成された張出部19がは
め込まれている。張出部19はリング13と共に次のように
磁化される。すなわち、リング13と張出部19が多数の永
久磁石を有するように磁化され、これら永久磁石が半径
方向に極性付けられ、外周方向では交互に反対方向の極
性が連続する。張出部19はホールセンサ14に向いた面10
を有し、この面は張出部19とホールセンサ14との接続線
に対してほぼ垂直である。張出部19はホールセンサ14の
ごく近傍まで達し、ホールセンサ14に向いたある程度の
磁極を形成する。この磁極によってホールセンサ14は前
記の永久磁石の磁力を受ける。
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 Ｐ４３３４４８０．１
(32)優先日 平成５年10月11日(1993．10．11)
(33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ）
(31)優先権主張番号 Ｐ４３３００８６．８
(32)優先日 平成５年11月24日(1993．11．24)
(33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ）
(72)発明者 フリードリッヒ ハイツマン
ドイツ連邦共和国 Ｄ―78052 フィリ
ンゲン―シュヴェニンゲン ヘーフェン
シュトラーセ 30
(72)発明者 ベルント レクラ
ドイツ連邦共和国 Ｄ―78052 フィリ
ンゲン―シュヴェニンゲン ライトガッ
セ ６ ウント ８
(56)参考文献 特開 平３−89887（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−262089（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−83983（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−103090（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−265654（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−322153（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 6/14
G11B 15/46
Claims (4)
- 【請求項１】複数のセンサを有する制御回路であって、
該センサは同一形式の相互に位相のずれた複数のセンサ
信号（a,b,c）を形成し、 該センサ信号はそれぞれ１つの比較器（A,B,C）の第１
入力側に供給される形式の回路において、 回路素子（Da,Db,Dc）が設けられており、 該回路素子によって、最大の正および／または負のセン
サ信号（ａ）がそれぞれのスイッチ手段（Sa）を介して
それぞれの比較器（Ａ）の第２入力側に、それぞれの比
較器（Ａ）の出力信号に依存して、それぞれのスイッチ
手段（Sa）が第１の切替状態のときにそれぞれの比較器
（Ａ）の第２入力側が第１の電位に接続されるようにし
て供給され、 ヒステリシスを形成するために、それぞれスイッチ手段
（Sa）が第２の切替状態のときにそれぞれの比較器
（Ａ）の第２入力側が第２の電位に接続され、 該第２の電位は、他方の比較器（Ｂ、Ｃ）に配属された
センサ信号（ｂ、ｃ）の１つまたは複数によって定めら
れる、 ことを特徴とする、複数のセンサを有する制御回路。 - 【請求項２】前記センサ信号（a,b,c）はOR段（Da,Db,D
c）に供給され、 該OR段は正および／または負のセンサ信号に応答し、 当該OR段の出力電圧（ｄ）が、ヒステリシスを定める比
較器（A,B,C）の第２入力側に印加される、請求項１記
載の回路。 - 【請求項３】OR段の出力側と、比較器（A,B,C）の第２
入力側との間にはそれぞれ１つのスイッチ手段（Sa,Sb,
Sc）が接続されており、 該スイッチ手段は配属された比較器（A,B,C）の出力電
圧（UA,UB,UC）によって操作される、請求項２記載の回
路。 - 【請求項４】請求項１から３までのいずれか１項記載の
回路が電気モータの制御のために設けられている、電気
モータを有する機器。
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934331742 DE4331742A1 (de) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren |
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