JP3958434B2 - Rotation position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータたとえばブラシレスモータのロータ回転位置を検出する回転位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブラシレスモータは、複数の相巻線を装着したステータ、および永久磁石を装着したロータを備え、各相巻線に生じる磁界とロータの永久磁石が作る磁界との相互作用によりロータが回転する。
【0003】
このブラシレスモータの駆動にあたっては、駆動電圧供給用のインバータが用意される。そして、ブラシレスモータのロータの回転位置が検出され、その検出位置に応じてインバータのスイッチングが制御されることにより、各相巻線に対する駆動用電圧の供給が制御される。
【0004】
ロータの回転位置は、たとえばブラシレスモータのステータの周囲に磁気センサ(たとえばホール素子)が設けられ、その磁気センサの出力が回転位置検出信号として取出されることにより検出される。
【0005】
一方、磁気センサの出力に基づく回転位置検出信号(回転位置検出信号Aと称す)を用い、その回転位置検出信号Aよりも高分解の回転位置検出信号(回転位置検出信号Bと称す)を得る方法が特開平4-304191号公報に示されている。
【0006】
また、磁気センサを用いず、ブラシレスモータの各相巻線の非通電相に誘起する電圧を取出して回転位置を検出するものでは、たとえば特許第2642357 号公報に示されるように、誘起電圧信号を回転位置検出信号(回転位置検出信号Aと称す)としてその周波数の2倍の周波数の信号(回転位置検出信号Bと称す)を得るものがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した例のように回転位置検出信号Bを得る場合、回転位置検出信号Aの周期がカウンタによって量子化される。
この量子化の際に、カウンタのカウント値に“+1”(切り捨て)の範囲のビットエラーが発生し、このビットエラーが回転位置検出信号Bの誤差となって現われるという問題がある。
【0008】
すなわち、回転位置検出信号Bは、ブラシレスモータの各相巻線に対する印加電圧を決定するものであり、上記のように誤差が生じる状況の下では、モータの運転効率が悪くなるとともに、それに伴い相巻線温度の上昇が大きくなる。
【0009】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、誤差の少ない高分解の回転位置検出信号を得ることができ、これによりモータの運転効率の向上が図れるとともに、モータの巻線温度の上昇を抑えることが可能な回転位置検出装置を提供することにある。
【0010】
また、この発明の目的は、モータ駆動用のインバータやその駆動制御回路とともに集積回路化することができる回転位置検出装置を提供することにある。
さらに、この発明の目的は、モータのステータに一体化することができる回転位置検出装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するため手段】
第1の発明(請求項1)の回転位置検出装置は、モータの回転位置に応じた回転位置検出信号を出力するものにおいて、第1クロック信号をカウントし、上記回転位置検出信号に同期してリセットされる第1カウンタと、この第1カウンタのカウント値Caを上記回転位置検出信号に同期して保持する保持手段と、上記第1クロック信号より高い周波数の第2クロック信号をカウントし、上記回転位置検出信号に同期してリセットされる第2カウンタと、上記保持手段の保持値Caと上記第2カウンタのカウント値Cbとを比較し、Ca<Cbの条件で第1信号を出力し、Ca=Cbの条件で第2信号を出力する比較手段と、上記第1クロック信号の高レベル時に上記比較手段の第1信号を選択し、第1クロック信号の低レベル時に比較手段の第2信号を選択する選択手段と、を具備し、上記選択手段で選択される信号により上記第2カウンタをリセットし、同選択される信号を高分解の回転位置検出信号として出力することを特徴とする回転位置検出装置。
【0014】
第2の発明(請求項2)の回転位置検出装置は、モータの回転位置に応じた回転位置検出信号を出力するものにおいて、第1クロック信号をカウントし、上記回転位置検出信号に同期してリセットされる第1カウンタと、この第1カウンタのカウント値を上記回転位置検出信号に同期して保持する保持手段と、上記回転位置検出信号に同期してリセットされ、そのリセットごとに上記保持手段の保持値を上記第1クロック信号より高い周波数の第2クロック信号によりダウンカウントし、カウント値が零の期間で高レベル、その他の期間で低レベルとなるボロー信号を出力する第2カウンタと、第1クロック信号の高レベル時に上記第2カウンタのボロー信号の立下がりに同期し、第1クロック信号の低レベル時に上記第2カウンタのボロー信号の立上がりに同期する信号を選択出力する選択手段と、を具備し、上記選択手段の出力信号により上記第2カウンタをリセットし、同出力信号を高分解の回転位置検出信号として出力することを特徴とする回転位置検出装置。
【0015】
第3の発明(請求項3)の回転位置検出装置は、第1または第2の発明のいずれかにおいて、モータはブラシレスモータであり、このブラシレスモータを駆動するためのインバータおよびその駆動制御回路を当該装置とともに集積回路化する。
【0016】
第4の発明(請求項4)の回転位置検出装置は、第1または第2の発明のいずれかにおいて、モータはブラシレスモータであり、このブラシレスモータを駆動するためのインバータおよびその駆動制御回路を当該装置とともに同ブラシレスモータのステータに一体化する。
【0017】
【発明の実施の形態】
[1]以下、この発明の第1実施例について図面を参照して説明する。
まず、この発明に関わるブラシレスモータおよびその駆動制御回路について図1により説明する。
【0018】
図1において、直流電圧を発する主電源1にトランジスタインバータ2が接続される。トランジスタインバータ2は、モータMの各相ごとに一対のスイッチング用トランジスタの直列回路を有し、後述の切換部14から供給される三相分の駆動信号に応じて各トランジスタをオン,オフ駆動することにより、モータMのステータに装着された3つの相巻線に対する駆動用電圧(三相線間電圧)を出力する。
【0019】
モータMにロータ位置検出部3が設けられる。ロータ位置検出部3は、電気角120 度の間隔に配置した3つの磁気センサ(U相PS、V相PS、W相PS)を有し、ロータの回転位置に応じてレベル変化する信号を各磁気センサから発する。これら磁気センサの出力信号は論理合成部3aで論理合成され、1つの回転位置検出信号Aとなる。
【0020】
回転位置検出信号Aは、本発明の回転位置検出装置である回転位置検出部4に供給される。
回転位置検出部4は、回転位置検出信号Aに基づいてその回転位置検出信号Aよりも高分解の回転位置検出信号Bを作成し、出力する。この回転位置検出信号Bは波形読出部5に供給される。
【0021】
波形読出部5は、回転位置検出信号Bに基づく所定のカウント動作により波形パターンデータに対するアドレスを得る。この値は、アドレス指定指令として波形記憶部6に供給される。
【0022】
波形記憶部6は、後述する変調信号の波形パターンをディジタルデータとして予め記憶しており、そのディジタルデータを波形読出部5の値に応じて逐次にアドレス指定して読出す。読出されるディジタルデータはD/A(ディジタル/アナログ)変換部7でアナログ信号に変換され、変調増幅部8に供給される。変調増幅部8は、D/A変換部7からのアナログ信号を後述の作動増幅器17からの速度制御信号に応じて処理することにより所定の波形の変調信号を作成し、それを増幅して出力する。
【0023】
こうして得られる変調信号はアナログ式のコンパレータ(駆動信号作成手段)9の非反転入力端(+)に入力される。コンパレータ9の反転入力端(−)には、三角波信号発生部10から発せられる三角波信号(周波数16KHz 以上のキャリア信号)が入力される。
【0024】
コンパレータ9は、変調信号と三角波信号とを電圧比較することにより、インバータ2に対する駆動信号を出力する。この駆動信号は過電流保護部12およびデッドタイム設定部13を介して切換部14に供給される。
【0025】
過電流保護部12は、主電源1とインバータ2との間の通電ラインに挿接された過電流検出部11の検出結果に応動するもので、過電流検出時にコンパレータ9からデッドタイム設定部13への駆動信号の供給を遮断する
デッドタイム設定部13は、インバータ2における各相ごとの一対のスイッチング用トランジスタ(電流の上流側と下流側に位置する一対のトランジスタ)が交互にオン,オフ駆動される際に、一方のトランジスタのオン,オフ切換点と他方のトランジスタのオン,オフ切換点との間に一定の時間差いわゆるデッドタイムを確保し、両トランジスタが同時にオン期間を保有する事態(両トランジスタを通して短絡回路が形成される事態)を避けるためのものである。
【0026】
切換部14は、デッドタイム設定部13を経た駆動信号および後述する120 °マトリクス部15からの駆動信号のいずれか一方を回転位置検出部4からの指示に基づいて切換出力する。具体的には、モータMの起動から所定速度までの低速度域では120 °マトリクス部15からの駆動信号を出力し、所定速度を超えてからはデッドタイム設定部13を経た駆動信号を出力する。
【0027】
120 °マトリクス部15は、モータ起動用の駆動信号を出力する。
また、回転位置検出信号Aが速度検出部16に供給される。速度検出部16は、回転位置検出信号AからモータMの速度を検出し、その検出速度に対応する電圧レベルの信号を出力する。この出力は差動増幅器17の反転入力端(−)に入力される。差動増幅器17の非反転入力端(+)には、速度指令部18の出力が入力される。速度指令部18は、設定される速度に対応する電圧レベルの信号を出力する。
【0028】
差動増幅器17は、両入力電圧の差を増幅して出力する。この出力は速度制御信号として上記変調増幅部8に供給される。
以下、回転位置検出部4の構成について図2により説明する。
【0029】
クロック信号発生回路21から周波数F2のクロック信号CK2が発せられ、それがプリスケーラ22に供給される。プリスケーラ22は、クロック信号CK2を分周して、周波数F2の1/64の周波数F1のクロック信号CK1を発するもので(F1<F2)、回転位置検出信号Aに同期してリセットされる。
【0030】
プリスケーラ22から発せられるクロック信号CK1がアップカウンタ(第1カウンタ)23に供給される。カウンタ23は、クロック信号CK1をカウントアップするもので、回転位置検出信号Aに同期してリセットされる。
【0031】
カウンタ23のカウント値Caはラッチ回路(保持手段)25に供給される。ラッチ回路25は、カウント値Caを回転位置検出信号Aに同期して逐次に更新保持する。
【0032】
また、クロック信号発生回路21から発せられるクロック信号CK2がアップカウンタ(第2カウンタ)24に供給される。カウンタ24は、クロック信号CK2をカウントアップするもので、回転位置検出信号Aに同期してリセットされるとともに、後述する回転位置検出信号Bに同期してリセットされる。
【0033】
そして、ラッチ回路25の保持値Caおよびカウンタ24のカウント値Cbがマグニチュードコンパレータ(比較手段)26に供給される。マグニチュードコンパレータ26は、保持値Caとカウント値Cbとを比較し、Ca<Cbの条件で第1信号(以下、Ca<Cb信号と称す)を出力し、Ca=Cbの条件で第2信号(以下、Ca=Cbと称す)を出力する。この両信号は信号選択回路27に供給される。
【0034】
信号選択回路27は、プリスケーラ22から発せられるクロック信号CK1を取込み、クロック信号CK1の高レベル時にCa<Cb信号を選択し、クロック信号CK1の低レベル時にCa=Cbを選択する。
【0035】
信号選択回路27で選択される信号は、リセット信号としてカウンタ24に供給されるとともに、回転位置検出信号Aより高分解の回転位置検出信号Bとして最終出力される。
【0036】
この回転位置検出部4の具体的な構成を図3に示している。
つぎに、回転位置検出部4の作用を説明する。
まず、モータMのロータ回転に伴ってロータ位置検出部3の3つの磁気センサ(U相PS、V相PS、W相PS)から信号が出力され、その信号が論理合成されて回転位置検出信号Aが得られる様子、さらに回転位置検出信号Aがカウンタ23でアップカウントされる様子、高分解の回転位置検出信号Bが得られる様子を図4に示している。
【0037】
また、図5は、回転位置検出信号A、クロック信号CK1、カウンタ23のカウント値Caの相互関係を時系列で示し、その回転位置検出信号Aがレベル変化(位置検出タイミング)してからそれ以降におけるクロック信号CK2、カウンタ24のカウント値Cb、Ca<Cb信号、Ca=Cbの相互関係を時間軸を拡大して示している。
【0038】
すなわち、回転位置検出信号Aのレベル変化時、カウンタ23にはクロック信号CK1の16個目のパルス(高レベル期間)が供給され始めるが、その時点でカウンタ23のカウント値Caはまだ“15”であり(本来望まれるカウント値は“15.5”以上“16.0”未満であるがそれは不可能)、そのカウント値Ca=“15”がラッチ回路25に保持される。
【0039】
一方のカウンタ24のカウントアップが進み、そのカウント値Cbが“15”に達すると、Ca=Cbの条件が成立し、マグニチュードコンパレータ26からCa=Cb信号が発せられる。
【0040】
カウント値Cbが“15”を超えて“16”になると、Ca<Cbの条件が成立し、マグニチュードコンパレータ26からCa<Cb信号が発せられる。
ここで、信号選択回路27は、クロック信号CK1のレベルを監視しており、クロック信号CK1が高レベル(16個目のパルス期間)となっていることから、Ca<Cb信号を選択出力する。
【0041】
このCa<Cb信号により、カウンタ24がリセットされる。同時に、Ca<Cb信号が高分解の回転位置検出信号Bとなる。
要するに、カウンタ23のカウント値Caとして本来望まれるのは“15.5”以上“16.0”未満の値であるがそれは不可能であるため、その値を四捨五入した形の“16”にタイミングを合わせて回転位置検出信号Bが得られる。
【0042】
また、図6に示すように、回転位置検出信号Aのレベル変化時、カウンタ23にはクロック信号CK1の16個目のパルス供給がすでに終わっていて(低レベル期間)、かつクロック信号CK1の17個目のパルス供給(高レベル期間)がまだ始まっていない状況では、カウンタ23のカウント値Caは“16”である(本来望まれるカウント値は“16.0”よりも大きく“16.5”よりも小さい値であるがそれは不可能)。このカウント値Ca=“16”がラッチ回路25に保持される。
【0043】
一方のカウンタ24のカウントアップが進み、そのカウント値Cbが“16”に達すると、Ca=Cbの条件が成立し、マグニチュードコンパレータ26からCa=Cb信号が発せられる。
【0044】
ここで、信号選択回路27は、クロック信号CK1のレベルを監視しており、クロック信号CK1が低レベル(16個目のパルスと新たに始まる1個目のパルスとの間の期間)となっていることから、そのままCa=Cb信号を選択出力する。
【0045】
このCa=Cb信号により、カウンタ24がリセットされる。同時に、Ca=Cb信号が高分解の回転位置検出信号Bとなる。
なお、Ca=Cb信号によってカウンタ24がリセットされるので、カウント値Cbは“16”の次に“0”となり、Ca<Cbの条件が成立することはない。
【0046】
要するに、カウンタ23のカウント値Caとして本来望まれるのは“16”より大きく“16.5”より小さい値であるがそれは不可能であるため、その値を四捨五入した形の“16”にタイミングを合わせて回転位置検出信号Bが得られる。
【0047】
このように、カウンタ23のカウント値Caにおける“+1”(切り捨て)の範囲のビットエラーにかかわらず、そのビットエラーの影響を極力解消して、誤差の少ない回転位置検出信号Bを得ることができる。
【0048】
なお、モータMの回転速度に応じて回転位置検出信号Bの誤差がどのように現われるかを実験で確かめたのが図7のデータである。図7において、従来例とは、マグニチュードコンパレータ26にCa<Cb信号を出力する機能がなく、しかも信号選択回路27が無いものに相当する。
【0049】
たとえば、回転速度が41,000回転/分の場合、回転位置検出信号Bに直接的に関わるカウント値Cbは従来例が“68”、本実施例が“63”であり、計算上の値“64”との差は従来例で“4”、本実施例で“1”となり、本実施例の方が良好な結果が得られる。
【0050】
回転速度が39,678回転/分の場合、カウント値Cbは従来例が“66”、本実施例が“62”であり、計算上の値“64”との差は従来例および本実施例のいずれも“2”となる。
【0051】
回転速度が39,679回転/分の場合、カウント値Cbは従来例が“65”、本実施例も“65”であり、計算上の値“64”との差は従来例および本実施例のいずれも“1”となる。
【0052】
すなわち、回転速度によって異なるが、回転位置検出信号Bの誤差が少なくなることは確かである。
回転位置検出信号Bの誤差が少なくなることにより、モータMの各相巻線に対する印加電圧が極力適正となり、モータMの運転効率の向上が図れるとともに、モータMの巻線温度の上昇を抑えることができる。
【0053】
モータMの巻線温度の上昇を抑えられることにより、当該回転位置検出部4をインバータ2やその他の回路と共に図1に二点鎖線で示すように1チップIC化(集積回路化)することが可能となる。当該回転位置検出部4をモータMのステータに一体化することも可能である。
【0054】
[2]次に、この発明の第2実施例について説明する。
図8に示すように、第1実施例のアップカウンタ24およびマグニチュードコンパレータ26に代わりダウンカウンタ28が設けられ、信号選択回路27に代わりエッジ選択回路29が設けられる。
【0055】
ダウンカウンタ28は、回転位置検出信号Aに同期してリセットされ、そのリセットごとにラッチ回路25の保持値Caをクロック信号CK2によりダウンカウントし、カウント値Ccが零か否かに応じてレベル変化する信号いわゆるボロー信号を出力する。具体的には、カウント値Ccが零の期間で高レベル、その他の期間で低レベルとなるボロー信号を出力する。
【0056】
エッジ選択回路29は、カウンタ28の出力信号(ボロー信号)の立上がりに同期する信号および立下がりに同期する信号のいずれかをクロック信号CK1のレベルに応じて選択出力する。
【0057】
エッジ選択回路29で選択される信号は、リセット信号としてカウンタ28に供給されるとともに、回転位置検出信号Aより高分解の回転位置検出信号Bとして最終出力される。
【0058】
他の構成は第1実施例と同じである。
作用を説明する。
クロック信号CK1およびそのカウント動作について、初めに図5の例で説明する。
【0059】
回転位置検出信号Aのレベル変化時、カウンタ23にはクロック信号CK1の16個目のパルス(高レベル期間)が供給され始めるが、その時点でカウンタ23のカウント値Caはまだ“15”であり(本来望まれるカウント値は“15.5”以上“16.0”未満であるがそれは不可能)、そのカウント値Ca=“15”がラッチ回路25に保持される。
【0060】
ラッチ回路25の保持値Caはカウンタ28にロードされ、そのカウンタ28においてダウンカウントが開始される。
カウンタ28のカウントダウンが進み、そのカウント値Ccが“0”に達すると、カウンタ28のボロー信号が高レベルに立上がる。そして、カウンタ28に保持値Caがロードされると、ボロー信号が低レベルに立下がる。
【0061】
ここで、エッジ選択回路29は、クロック信号CK1のレベルを監視しており、クロック信号CK1が高レベル(16個目のパルス期間)となっていることから、ボロー信号の立下がりに同期する信号を出力する。
【0062】
このエッジ選択回路29の出力信号により、カウンタ24がリセットされる。これと同時に、エッジ選択回路29の出力信号が高分解の回転位置検出信号Bとなる。
【0063】
要するに、カウンタ23のカウント値Caとして本来望まれるのは“15.5”以上“16.0”未満の値であるがそれは不可能であるため、その値を四捨五入した形の“16”にタイミングを合わせて回転位置検出信号Bが得られる。
【0064】
次に、図6の例で説明する。
回転位置検出信号Aのレベル変化時、カウンタ23にはクロック信号CK1の16個目のパルス供給がすでに終わっていて(低レベル期間)、かつクロック信号CK1の17個目のパルス供給(高レベル期間)がまだ始まっていない状況では、カウンタ23のカウント値Caは“16”である(本来望まれるカウント値は“16.0”よりも大きく“16.5”よりも小さい値であるがそれは不可能)。このカウント値Ca=“16”がラッチ回路25に保持される。
【0065】
ラッチ回路25の保持値Caはカウンタ28にロードされ、そのカウンタ28においてダウンカウントが開始される。
カウンタ28のカウントダウンが進み、そのカウント値Ccが“0”に達すると、カウンタ28のボロー信号が高レベルに立上がる。そして、カウンタ28に保持値Caがロードされると、ボロー信号が低レベルに立下がる。
【0066】
ここで、エッジ選択回路29は、クロック信号CK1のレベルを監視しており、クロック信号CK1が低レベル(16個目のパルスと新たに始まる1個目のパルスとの間の期間)となっていることから、ボロー信号の立上がりに同期する信号を出力する。
【0067】
このエッジ選択回路29の出力信号により、カウンタ24がリセットされる。これと同時に、エッジ選択回路29の出力信号が高分解の回転位置検出信号Bとなる。
【0068】
要するに、カウンタ23のカウント値Caとして本来望まれるのは“16”より大きく“16.5”より小さい値であるがそれは不可能であるため、その値を四捨五入した形の“16”にタイミングを合わせて回転位置検出信号Bが得られる。
[3]なお、この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【0069】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、モータの回転位置に応じた回転位置検出信号を出力するものにおいて、第1クロック信号をカウントし、上記回転位置検出信号に同期してリセットされる第1カウンタと、この第1カウンタのカウント値Caを上記回転位置検出信号に同期して保持する保持手段と、上記第1クロック信号より高い周波数の第2クロック信号をカウントする第2カウンタと、上記保持手段の保持値Caと上記第2カウンタのカウント値Cbとを比較し、Ca<Cbの条件で第1信号を出力し、Ca=Cbの条件で第2信号を出力する比較手段と、この比較手段の第1信号および第2信号のいずれかを上記第1クロック信号のレベルに応じて選択する選択手段とを備え、上記選択手段で選択される信号により上記第2カウンタをリセットし、同選択される信号を高分解の回転位置検出信号として出力する構成としたので、誤差の少ない高分解の回転位置検出信号を得ることができ、これによりモータの運転効率の向上が図れるとともに、モータの巻線温度の上昇を抑えることが可能な回転位置検出装置を提供できる。
【0070】
また、この発明によれば、モータ駆動用のインバータやその駆動制御回路とともに集積回路化することができる回転位置検出装置を提供できる。
さらに、この発明によれば、モータのステータに一体化することができる回転位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わるモータ駆動制御回路の構成を示すブロック図。
【図2】第1実施例の構成を示すブロック図。
【図3】図2の具体的な構成を示すブロック図。
【図4】第1実施例の全体的な動作を説明するためのタイムチャート。
【図5】第1実施例の要部の動作を説明するためのタイムチャート。
【図6】第1実施例の要部の動作を図5と別の条件において説明するためのタイムチャート。
【図7】第1実施例の効果を従来例と対比した実験データを示す図。
【図8】第2実施例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
2…インバータ
3…ロータ位置検出部
4…回転位置検出部
21…クロック信号発生回路
22…プリスケーラ
23…アップカウンタ(第1カウンタ)
24…アップカウンタ(第2カウンタ)
25…ラッチ回路(保持手段)
26…マグニチュードコンパレータ(比較手段)
27…信号選択回路(選択手段)
28…ダウンカウンタ(第2カウンタ)
29…エッジ選択回路(選択手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotational position detection device that detects a rotational position of a rotor of a motor, for example, a brushless motor.
[0002]
[Prior art]
The brushless motor includes a stator having a plurality of phase windings and a rotor having a permanent magnet, and the rotor rotates by the interaction between the magnetic field generated in each phase winding and the magnetic field created by the permanent magnet of the rotor.
[0003]
In driving the brushless motor, an inverter for supplying a driving voltage is prepared. Then, the rotational position of the rotor of the brushless motor is detected, and the switching of the inverter is controlled according to the detected position, whereby the supply of the driving voltage to each phase winding is controlled.
[0004]
The rotational position of the rotor is detected, for example, by providing a magnetic sensor (for example, a Hall element) around the stator of the brushless motor and taking out the output of the magnetic sensor as a rotational position detection signal.
[0005]
On the other hand, using a rotational position detection signal (referred to as rotational position detection signal A) based on the output of the magnetic sensor, a rotational position detection signal (referred to as rotational position detection signal B) with higher resolution than that rotational position detection signal A is obtained. The method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-304191.
[0006]
Further, in the case of detecting the rotational position by extracting the voltage induced in the non-energized phase of each phase winding of the brushless motor without using the magnetic sensor, the induced voltage signal is expressed as shown in, for example, Japanese Patent No. 2642357. As a rotational position detection signal (referred to as rotational position detection signal A), there is a signal that obtains a signal having a frequency twice that frequency (referred to as rotational position detection signal B).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When the rotational position detection signal B is obtained as in the above example, the period of the rotational position detection signal A is quantized by the counter.
During this quantization, there is a problem that a bit error in the range of “+1” (truncated) occurs in the count value of the counter, and this bit error appears as an error of the rotational position detection signal B.
[0008]
That is, the rotational position detection signal B determines the voltage applied to each phase winding of the brushless motor. Under the situation where an error occurs as described above, the operation efficiency of the motor deteriorates and the phase is increased accordingly. Increase in winding temperature increases.
[0009]
The present invention takes the above-mentioned circumstances into consideration, and an object of the present invention is to obtain a high-resolution rotational position detection signal with little error, thereby improving motor operating efficiency and winding the motor. An object of the present invention is to provide a rotational position detection device capable of suppressing an increase in linear temperature.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a rotational position detection device that can be integrated into an integrated circuit together with an inverter for driving a motor and its drive control circuit.
A further object of the present invention is to provide a rotational position detecting device that can be integrated with a stator of a motor.
[0012]
[Means for solving the problems]
Rotational position detecting device of the first invention (Claim 1), in which outputs a rotation position detection signal corresponding to the rotational position of the motor, the first clock signal is counted in synchronization with the rotational position detection signal A first counter to be reset, holding means for holding the count value Ca of the first counter in synchronization with the rotational position detection signal, a second clock signal having a frequency higher than the first clock signal, A second counter that is reset in synchronization with the rotational position detection signal, the holding value Ca of the holding means and the count value Cb of the second counter are compared, and the first signal is output under the condition Ca <Cb; Comparing means for outputting a second signal under the condition of Ca = Cb; selecting the first signal of the comparing means when the first clock signal is at a high level; comparing means when the first clock signal is at a low level Selection means for selecting the second signal, and resetting the second counter by the signal selected by the selection means, and outputting the selected signal as a high resolution rotational position detection signal. A rotational position detection device characterized.
[0014]
Rotational position detecting device of the second aspect of the present invention (Claim 2), in which outputs a rotation position detection signal corresponding to the rotational position of the motor, the first clock signal is counted in synchronization with the rotational position detection signal The first counter to be reset, the holding means for holding the count value of the first counter in synchronization with the rotational position detection signal, and the resetting means that is reset in synchronization with the rotational position detection signal, and the holding means for each reset. A second counter that outputs a borrow signal that counts down with a second clock signal having a frequency higher than that of the first clock signal and that is high when the count value is zero and low when the count value is zero ; When the first clock signal is at a high level, the second counter is synchronized with the falling edge of the borrow signal, and when the first clock signal is at a low level, the second counter is borrowed. Selecting means for selectively outputting a signal synchronized with the rise of the signal, resetting the second counter by the output signal of the selection means, and outputting the output signal as a high resolution rotational position detection signal. A rotational position detection device characterized.
[0015]
The third rotation position detecting device of the invention (claim 3), in either the first or second aspect of the invention, the motor is a brushless motor, an inverter and a drive control circuit for driving the brushless motor An integrated circuit is formed with the device.
[0016]
Fourth rotational position detecting device of the present invention (Claim 4), in any one of the first or second aspect of the invention, the motor is a brushless motor, an inverter and a drive control circuit for driving the brushless motor It is integrated with the stator of the brushless motor together with the device.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[1] A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a brushless motor and its drive control circuit according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0018]
In FIG. 1, a transistor inverter 2 is connected to a
[0019]
A
[0020]
The rotational position detection signal A is supplied to the rotational position detector 4 which is the rotational position detector of the present invention.
Based on the rotational position detection signal A, the rotational position detection unit 4 creates and outputs a rotational position detection signal B with higher resolution than the rotational position detection signal A. The rotational position detection signal B is supplied to the waveform reading unit 5.
[0021]
The waveform reading unit 5 obtains an address for the waveform pattern data by a predetermined counting operation based on the rotational position detection signal B. This value is supplied to the
[0022]
The
[0023]
The modulation signal thus obtained is input to a non-inverting input terminal (+) of an analog comparator (drive signal generating means) 9. The inverting input terminal (−) of the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The switching
[0027]
The 120 °
Further, the rotational position detection signal A is supplied to the
[0028]
The
Hereinafter, the configuration of the rotational position detector 4 will be described with reference to FIG.
[0029]
A clock signal CK 2 having a frequency F 2 is generated from the clock
[0030]
A
[0031]
The count value Ca of the
[0032]
Further, the clock signal CK 2 generated from the clock
[0033]
Then, the hold value Ca of the
[0034]
The
[0035]
The signal selected by the
[0036]
A specific configuration of the rotational position detector 4 is shown in FIG.
Next, the operation of the rotational position detector 4 will be described.
First, as the rotor of the motor M rotates, signals are output from the three magnetic sensors (U-phase PS, V-phase PS, and W-phase PS) of the
[0037]
FIG. 5 shows the correlation between the rotational position detection signal A, the clock signal CK1, and the count value Ca of the
[0038]
That is, when the level of the rotational position detection signal A changes, the
[0039]
When the count up of one
[0040]
When the count value Cb exceeds “15” and becomes “16”, the condition of Ca <Cb is satisfied, and the
Here, the
[0041]
The
In short, the count value Ca of the
[0042]
As shown in FIG. 6, when the rotational position detection signal A changes in level, the 16th pulse of the clock signal CK1 has already been supplied to the counter 23 (low level period), and 17 of the clock signal CK1. In a situation where the first pulse supply (high level period) has not yet started, the count value Ca of the
[0043]
When the count up of one
[0044]
Here, the
[0045]
The
Since the
[0046]
In short, the count value Ca of the
[0047]
As described above, regardless of the bit error in the range of “+1” (truncated) in the count value Ca of the
[0048]
Note that the data shown in FIG. 7 confirms how the error of the rotational position detection signal B appears according to the rotational speed of the motor M. In FIG. 7, the conventional example corresponds to the case where there is no function for outputting the Ca <Cb signal to the
[0049]
For example, when the rotational speed is 41,000 revolutions / minute, the count value Cb directly related to the rotational position detection signal B is “68” in the conventional example, “63” in the present example, and the calculated value “64”. The difference is “4” in the conventional example and “1” in the present example, and a better result is obtained in this example.
[0050]
When the rotation speed is 39,678 revolutions / minute, the count value Cb is “66” in the conventional example and “62” in the present example, and the difference from the calculated value “64” is any of the conventional example and the present example. Is also “2”.
[0051]
When the rotational speed is 39,679 revolutions / minute, the count value Cb is “65” in the conventional example and “65” in the present example, and the difference from the calculated value “64” is any of the conventional example and the present example. Is also “1”.
[0052]
That is, although it depends on the rotational speed, it is certain that the error of the rotational position detection signal B is reduced.
By reducing the error of the rotational position detection signal B, the voltage applied to each phase winding of the motor M becomes as appropriate as possible, so that the operating efficiency of the motor M can be improved and the increase in the winding temperature of the motor M is suppressed. Can do.
[0053]
By suppressing an increase in the winding temperature of the motor M, the rotational position detector 4 can be integrated into a one-chip IC (integrated circuit) together with the inverter 2 and other circuits as shown by a two-dot chain line in FIG. It becomes possible. It is also possible to integrate the rotational position detector 4 with the stator of the motor M.
[0054]
[2] Next, a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 8, a
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
The signal selected by the
[0058]
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
The operation will be described.
First, the clock signal CK1 and its counting operation will be described with reference to the example of FIG.
[0059]
When the level of the rotational position detection signal A changes, the
[0060]
The holding value Ca of the
When the countdown of the
[0061]
Here, the
[0062]
The
[0063]
In short, the count value Ca of the
[0064]
Next, an example of FIG. 6 will be described.
When the level of the rotational position detection signal A changes, the 16th pulse supply of the clock signal CK1 has already been completed to the counter 23 (low level period), and the 17th pulse supply of the clock signal CK1 (high level period) ) Has not yet started, the count value Ca of the
[0065]
The holding value Ca of the
When the countdown of the
[0066]
Here, the
[0067]
The
[0068]
In short, the count value Ca of the
[3] The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first clock signal is counted and reset in synchronization with the rotational position detection signal in the output of the rotational position detection signal corresponding to the rotational position of the motor. A counter, holding means for holding the count value Ca of the first counter in synchronization with the rotational position detection signal, a second counter for counting a second clock signal having a higher frequency than the first clock signal, and the holding A comparison means for comparing the holding value Ca of the means with the count value Cb of the second counter, outputting a first signal under the condition of Ca <Cb, and outputting a second signal under the condition of Ca = Cb; Selecting means for selecting one of the first signal and the second signal of the means according to the level of the first clock signal, and the second count by the signal selected by the selecting means. And the selected signal is output as a high-resolution rotational position detection signal, so that a high-resolution rotational position detection signal with few errors can be obtained, thereby improving the driving efficiency of the motor. It is possible to provide a rotational position detection device that can reduce the increase in the winding temperature of the motor.
[0070]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a rotational position detecting device that can be integrated into an integrated circuit together with an inverter for driving a motor and its drive control circuit.
Furthermore, according to this invention, the rotational position detection apparatus which can be integrated with the stator of a motor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor drive control circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of FIG. 2;
FIG. 4 is a time chart for explaining the overall operation of the first embodiment.
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the main part of the first embodiment.
6 is a time chart for explaining the operation of the main part of the first embodiment under conditions different from those in FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a diagram showing experimental data comparing the effect of the first embodiment with a conventional example.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ...
24 ... Up counter (second counter)
25. Latch circuit (holding means)
26 ... Magnitude comparator (comparison means)
27: Signal selection circuit (selection means)
28 ... Down counter (second counter)
29 ... Edge selection circuit (selection means)
Claims (4)
第1クロック信号をカウントし、前記回転位置検出信号に同期してリセットされる第1カウンタと、
この第1カウンタのカウント値Caを前記回転位置検出信号に同期して保持する保持手段と、
前記第1クロック信号より高い周波数の第2クロック信号をカウントし、前記回転位置検出信号に同期してリセットされる第2カウンタと、
前記保持手段の保持値Caと前記第2カウンタのカウント値Cbとを比較し、Ca<Cbの条件で第1信号を出力し、Ca=Cbの条件で第2信号を出力する比較手段と、
前記第1クロック信号の高レベル時に前記比較手段の第1信号を選択し、第1クロック信号の低レベル時に比較手段の第2信号を選択する選択手段と、
を具備し、前記選択手段で選択される信号により前記第2カウンタをリセットし、同選択される信号を高分解の回転位置検出信号として出力することを特徴とする回転位置検出装置。In what outputs a rotational position detection signal according to the rotational position of the motor,
A first counter that counts a first clock signal and is reset in synchronization with the rotational position detection signal;
Holding means for holding the count value Ca of the first counter in synchronization with the rotational position detection signal;
A second counter that counts a second clock signal having a frequency higher than that of the first clock signal and is reset in synchronization with the rotational position detection signal;
Comparing means for comparing the holding value Ca of the holding means with the count value Cb of the second counter, outputting a first signal under the condition Ca <Cb, and outputting a second signal under the condition Ca = Cb;
Selecting means for selecting a first signal of the comparing means when the first clock signal is at a high level, and selecting a second signal of the comparing means when the first clock signal is at a low level;
A rotation position detection device, wherein the second counter is reset by a signal selected by the selection means, and the selected signal is output as a high resolution rotation position detection signal.
第1クロック信号をカウントし、前記回転位置検出信号に同期してリセットされる第1カウンタと、
この第1カウンタのカウント値を前記回転位置検出信号に同期して保持する保持手段と、
前記回転位置検出信号に同期してリセットされ、そのリセットごとに前記保持手段の保持値を前記第1クロック信号より高い周波数の第2クロック信号によりダウンカウントし、カウント値が零の期間で高レベル、その他の期間で低レベルとなるボロー信号を出力する第2カウンタと、
第1クロック信号の高レベル時に前記第2カウンタのボロー信号の立下がりに同期し、第1クロック信号の低レベル時に前記第2カウンタのボロー信号の立上がりに同期する信号を選択出力する選択手段と、
を具備し、前記選択手段の出力信号により前記第2カウンタをリセットし、同出力信号を高分解の回転位置検出信号として出力することを特徴とする回転位置検出装置。In what outputs a rotational position detection signal according to the rotational position of the motor,
A first counter that counts a first clock signal and is reset in synchronization with the rotational position detection signal;
Holding means for holding the count value of the first counter in synchronization with the rotational position detection signal;
It is reset in synchronization with the rotational position detection signal, and at each reset, the holding value of the holding means is down-counted by a second clock signal having a frequency higher than that of the first clock signal, and is high when the count value is zero. A second counter that outputs a borrow signal that is low in other periods ;
Selecting means for selecting and outputting a signal that is synchronized with a fall of the borrow signal of the second counter when the first clock signal is at a high level and that is synchronized with a rise of the borrow signal of the second counter when the first clock signal is at a low level ; ,
A rotation position detecting device, wherein the second counter is reset by an output signal of the selection means, and the output signal is output as a high resolution rotation position detection signal.
前記モータはブラシレスモータであり、
このブラシレスモータを駆動するためのインバータおよびその駆動制御回路を当該装置とともに集積回路化することを特徴とする回転位置検出装置。In the rotational position detection device according to claim 1 or 2 ,
The motor is a brushless motor;
An inverter for driving the brushless motor and a drive control circuit for the inverter are integrated into an integrated circuit together with the device.
前記モータはブラシレスモータであり、
このブラシレスモータを駆動するためのインバータおよびその駆動制御回路を当該装置とともに同ブラシレスモータのステータに一体化することを特徴とする回転位置検出装置。In the rotational position detection device according to claim 1 or 2 ,
The motor is a brushless motor;
An inverter for driving the brushless motor and a drive control circuit thereof are integrated with a stator of the brushless motor together with the apparatus.
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