JP3691491B2 - 複数のセンサを有する制御用回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念による、３つのセンサを有する制御回路であって、該センサは、相互に逆相であり、かつ同種のセンサ信号を形成するために正の信号出力側と負の信号出力側とを有し、前記センサ信号は評価のために、３つの差動増幅器のそれぞれ２つの信号入力側に供給される形式の制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。ＡＧＣ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。ＡＧＣ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。
【０００４】
【特許文献１】
ＥＰ−Ｂ１−０３５１６９７
【特許文献２】
ＵＳ−Ａ−４５３５２９４
【特許文献３】
ＵＳ−Ａ−４２５９６６２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は冒頭に述べた制御回路において、差動増幅器の各信号入力側は、それぞれ２つのセンサの信号出力側のそれぞれ１つと接続されており、
各信号入力側には、異なるセンサの２つのセンサ信号からなる組合せが供給され、
差動増幅器の１つの信号入力側と接続されたセンサのそれぞれ２つの信号出力は異なる極性を有するように構成して解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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他方のセンサのセンサ信号が使用される。
【０００８】
【実施例】
本発明の参考例を図１から図３に基づいて説明する。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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る利点が得られる。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。
【００１６】
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Ｓ１、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Ｓ６、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。
【００１７】
この参考実施例では、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。この手段には、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。
【００１８】
この参考実施例によって、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。
【００１９】
次に本発明の実施例を以下、図面に基づいて説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
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Ｈ１、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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はセンサ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、センサにより形成された信号を評価するためのブロック回路図である。
【図２】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。
【図３】図３は、種々異なる振幅のセンサ信号に対する線図である。
【図４】図４は、３つのセンサに対する公知の評価回路の回路図である。
【図５】図５は、本発明の評価回路の回路図である。
【図６】図６は、図５に発生する信号に対する表である。
【図７】図７は、図４を説明するための線図である。
【図８】図８は、図４を説明するための線図である。
【図９】図９は、図５の本発明の回路を説明するための線図である。
【図１０】図１０は、図５の本発明の回路を説明するための線図である。
【図１１】図１１は、図５の本発明の回路を説明するための線図である。
【図１２】図１２は、改善実施例に対する変形回路図である。
【図１３】図１３は、図１２の回路の作用を説明するための線図である。
【図１４】図１４は、改善実施例に対する別の回路図である。
【図１５】図１５は、図１４の回路の作用を説明するための線図である。
【図１６】図１６は、回路の変形図である。
【図１７】図１７は、図１６の回路の作用を説明するための線図である。
【符号の説明】
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３ センサ
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６ 比較器

Claims (4)

1. ３つのセンサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）を有する制御回路であって、
   該センサは、相互に逆相であり、かつ同種のセンサ信号（Ｖ＋，Ｖ−）を形成するために正（＋）の信号出力側と負（−）の信号出力側とを有し、
   前記センサ信号は評価のために、３つの差動増幅器（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）のそれぞれ２つの信号入力側に供給される形式の制御回路において、
   差動増幅器（Ｋ１〜Ｋ３；Ｋ４〜Ｋ６）の各信号入力側は、それぞれ２つのセンサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の信号出力側のそれぞれ１つと接続されており、
   各信号入力側には、異なるセンサの２つのセンサ信号からなる組合せが供給され、
   差動増幅器（Ｋ１〜Ｋ３；Ｋ４〜Ｋ６）の１つの信号入力側と接続されたセンサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）のそれぞれ２つの信号出力（＋、−）は異なる極性を有する、
   ことを特徴とする制御回路。
2. センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）はホール素子として構成されている、請求項１記載の回路。
3. センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）は、電子的に転流可能な電気モータの角度位置を、当該電気モータの転流および／または回転数制御の際に検出するために設けられている、請求項１または２記載の回路。
4. デジタル適用では、差動増幅器（Ｋ１〜Ｋ３；Ｋ４〜Ｋ６）の代わりに比較器を使用する、請求項１記載の回路。

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