JP5776925B2 - 回転角検出装置 - Google Patents
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Description
=tan−1(V1/V2) …(1)
このようにして、求められた相対角θRを使って、ブラシレスモータを制御する。
なお、ロータ101の絶対回転角θA は、相対角θRを用いて、たとえば、次式(2)に基づいて求めることができる。
この発明の目的は、磁気センサが感知している磁極を特定できるようになる回転角検出装置を提供することである。
図1は、この発明の一実施形態に係る回転角検出装置を、ブラシレスモータのロータの回転角を検出するための回転角検出装置に適用した場合の構成を示す模式図である。
この回転角検出装置は、ブラシレスモータ10の回転に応じて回転する検出用ロータ(以下、単に「ロータ1」という)を有している。図2に示すように、ロータ1は、ブラシレスモータ10のロータに設けられている磁極対に相当する複数の磁極対を有する円筒状の磁石2を含んでいる。つまり、ロータ1には、周方向に並んだ複数の磁極が設けられている。この例では、磁石2は、5組の磁極対(M0,M1),(M2,M3),(M4,M5),(M6,M7),(M8,M9)を有している。つまり、磁石2は、10個の磁極M0〜M9を有している。
θR=tan−1(sinθR/cosθR)
=tan−1(V1/V2) …(3)
図1に戻り、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2は、回転角演算装置20に入力される。回転角演算装置20は、各磁気センサ21,22の出力信号V1,V2に基づいて、ロータ1の相対回転角θRを算出する。また、回転角演算装置20は、得られた相対回転角θR等に基いて、ロータ1の絶対回転角(機械角)θAを算出し、得られたロータ1の絶対回転角θAに基づいて、ブラシレスモータのロータの電気角θEを演算する。回転角演算装置20は、たとえば、マイクロコンピュータから構成され、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ(ROM,RAM,書き換え可能な不揮発性メモリ等)を含んでいる。
以下、回転角演算装置20の動作について説明する。回転角演算装置20内の書き換え可能な不揮発性メモリには、磁気センサ21,22毎に、振幅補正用テーブルが記憶されている。
図4(b)は、第2の磁気センサ22に対応する振幅補正用テーブル(以下、「第2テーブル」という場合がある)の内容例を示している。第2テーブルには、各磁極M0〜M9の磁極番号0〜9毎に、その磁極に対応する第2の磁気センサ22の出力信号V2のピーク値(極大値または極小値)、その磁極の角度幅[deg]および補正ゲインG2が記憶されている。補正ゲインG2は、第2の磁気センサ22の振幅の磁極毎のばらつきを補正するためのゲインである。図4(b)では、説明の便宜上、各磁極に対する第2の磁気センサ22のピーク値は、対応する磁極に対する第1の磁気センサ21のピーク値と同じ値となっているが、実際には互いに異なる場合もある。
前記振幅補正用テーブルへのピーク値および補正ゲインの記憶は、ブラシレスモータ10の出荷前に行ってもよいし、ブラシレスモータ10の出荷後において、モータ制御中にピーク値を検出することにより、行ってもよい。前記振幅補正用テーブルに記憶されるピーク値および補正ゲインは、1周期分のデータから求めてもよいし、複数周期分のデータの平均値から求めてもよい。
第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号を変数p1で表し、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号を変数p2で表すものとする。また、回転角演算処理の開始時において第1の磁気センサ21が感知している磁極を基準磁極として、各磁極に番号を割り当てた場合の各磁極の番号を相対的極番号と定義する。第1の磁気センサ21が感知している相対的極番号(第1の相対的極番号)を変数p1’で表し、第2の磁気センサ22が感知している相対的極番号(第2の相対的極番号)を変数p2’で表すことにする。この実施形態では、制御開始時において第1の磁気センサ21が感知している基準磁極には、例えば、0の相対的極番号が割り当てられる。
図6(a)(b)において、S1で示す領域は、第1の磁気センサ21および第2の磁気センサ22が共に磁極M0を感知している領域である。S2で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M0を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M1を感知している領域である。S3で示す領域は、第1の磁気センサ21および第2の磁気センサ22が共に磁極M1を感知している領域である。S4で示す領域は、第1の磁気センサ21が磁極M1を感知し、第2の磁気センサ22が磁極M2を感知している領域である。
領域S1においては、両センサ値V1,V2は、V1≧0かつV2>0の第1条件を満たす。領域S2においては、両センサ値V1,V2は、V1≧0かつV2≦0の第2条件を満たす。領域S3においては、両センサ値V1,V2は、V1<0かつV2<0の第3条件を満たす。領域S4においては、両センサ値V1,V2は、V1<0かつV2≧0の第4条件を満たす。
相対的極番号の設定処理が終了すると、ステップS4に移行する。前記ステップS2において、今回の処理が回転角演算処理開始後の初回の処理ではないと判別された場合には(ステップS2:NO)、ステップS4に移行する。
前記ステップS4において、いずれかのセンサ値V1,V2に対してゼロクロスが検出された場合には、回転角演算装置20は、ゼロクロスのタイミング(以下、「ゼロクロスタイミング」という)を演算してメモリに記憶する(ステップS5)。この際、メモリには、当該ゼロクロスタイミングが、出力信号V1,V2のうちのいずれに対応するゼロクロスタイミングであるかが識別可能に記憶される。
ただし、Tsは、センサ値V1,V2のサンプリング間隔である。
たとえば、y1=0.2,y2=−0.1,Ts=100μsecである場合には、ta=0.0667msecとなる。
また、図7に示すように、符号が反転する直前に検出されたセンサ値がy3で、符号が反転した直後に検出されたセンサ値がy4である場合には、前記センサ値y1が検出された時点を基準とすると、ゼロクロスタイミングtbは、次式(7)に基づいて演算される。
ただし、ΔTは、センサ値y1が検出されてからセンサ値y3が検出されるまでの時間間隔である。
たとえば、y3=−0.2,y4=0.1,Ts=100μsec,ΔT=44msecである場合には、tb=44.0667msecとなる。
具体的には、回転角演算装置20は、まず、前記ステップS8のピーク値検出処理によって検出されたピーク値(極大値または極小値)と、当該ピーク値を出力した磁気センサに対応する振幅補正用テーブル(第1または第2テーブル)の内容とに基づいて、当該磁気センサが感知している磁極の極番号p1またはp2を特定する。つまり、回転角演算装置20は、振幅補正用テーブルに記憶されている複数のピーク値のうち、ピーク値検出処理によって検出されたピーク値に最も近いピーク値に対応する極番号を、当該磁気センサが感知している磁極の極番号p1またはp2として特定する。
前記磁気センサが感知している磁極の極番号p1またはp2を特定できた場合には、回転角演算装置20は、当該磁気センサが感知している磁極の極番号p1またはp2と、第1および第2の相対的極番号p1’,p2’とに基づいて、他方の磁気センサが感知している磁極を特定する。たとえば、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号p1が特定された場合には、回転角演算装置20は、p2=(p1−p1’)+p2’に基づいて、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号p2を特定する。一方、第2の磁気センサ22が感知している磁極の極番号p2が特定された場合には、回転角演算装置20は、p1=(p2−p2’)+p1’に基づいて、第1の磁気センサ21が感知している磁極の極番号p1を特定する。これにより、各磁気センサ21,22がそれぞれ感知している磁極の極番号p1,p2が特定される。ステップS11の処理が終了すると、ステップS17に移行する。
ステップS13では、回転角演算装置20は、回転角演算処理開始後において前記ステップS11の極番号特定処理または後述するステップS15の極番号特定処理によって各磁気センサが感知している磁極が既に特定されているか否かを判別する。各磁気センサが感知している磁極が特定されていない場合には(ステップS13:NO)、回転角演算装置20は、相対的極番号の更新処理を行なう(ステップS14)。具体的には、前記ステップS4でゼロクロスが検出された方の磁気センサに対して既に設定されている相対的極番号p1’またはp2’を、ロータ1の回転方向に基づいて更新する。より具体的には、回転角演算装置20は、当該磁気センサに対して既に設定されている相対的極番号p1’またはp2’を、ロータ1の回転方向に応じて、1だけ多い番号または1だけ少ない番号に変更する。
具体的には、回転角演算装置20は、まず、前記ステップS6において演算されたゼロクロス間隔と、対応する磁気センサの出力信号に基づいて最新に演算されたロータ1の1回転分のゼロクロス間隔の総和(ロータ1が1回転するのに要している時間に相当)と、ロータ1の回転方向と、当該磁気センサに対応する振幅補正用テーブル(第1または第2テーブル)の内容とに基づいて、当該磁気センサが感知している磁極を特定する。
D=(Tx/ΣT)×1800 …(8)
前記式(8)中の1800は、各磁極M0〜M9の角度幅(機械角×磁極対数)の総和である。つまり、前記式(8)中の1800は、ロータ1の1回転分の回転角度(電気角)である。
V2’=V1×G2 …(10)
ただし、各磁気センサ21,22が感知している磁極の極番号p1,p2が特定されていない場合には、ステップS17では、センサ値V1,V2の補正は行われずに、ステップS18に移行する。
θR=tan−1(V1’/V2’) …(11)
次に、回転角演算装置20は、ステップS18で算出されたロータ1の相対角θRと、磁気センサ21が感知している磁極の極番号p1と、振幅補正テーブルの内容とに基づいて、ロータ1の絶対角(機械角)θAを算出する(ステップS19)。具体的には、回転角演算装置20は、磁気センサ21が感知している磁極の極番号p1に基づいて、磁気センサ21が感知している磁極を特定する。そして、特定した磁極に対応する角度幅Wを求める。たとえば、磁気センサ21が感知している磁極が、10個の磁極のうち、1番目の磁極M0である場合には、その磁極に対応する角度幅Wは、170[deg]となる。
そして、回転角演算装置20は、磁気センサ21が感知している磁極と、変換後の相対角θR’とに基づいて、ロータ1の絶対角(機械角)θAを算出する。たとえば、磁気センサ21が感知している磁極が1番目の磁極M0である場合には、ロータ1の絶対角θAは、変換後の相対角θR’と一致する。つまり、θA=θR’/5となる。ここで、5は、磁極対数である。
この後、回転角演算装置20は、モータ制御が終了したか否かを判別する(ステップS21)。モータ制御が終了していなければ(ステップS21:NO)、ステップS1に戻る。モータ制御が終了していれば(ステップS21:YES)、回転角演算装置20は、制御終了処理を行なう(ステップS22)。
制御終了処理においては、回転角演算装置20は、今回のモータ制御期間中において、ブラシレスモータ10が十分に回転したか否かを判定する(ステップS31)。具体的には、回転角演算装置20は、今回のモータ制御期間中におけるモータ10の回転数が、所定回転数以上であるか否かを判定する。ブラシレスモータ10が十分に回転したと判別された場合には(ステップS31:YES)、振幅補正用テーブル(第1テーブルおよび第2テーブル)内の各極番号に対応するピーク値を、その極番号に対応するピーク値として最新に検出されたピーク値に更新する(ステップS32)。そして、制御終了処理を終了する。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Claims (4)
- 回転体の回転に応じて回転しかつ周方向に複数の磁極が設けられた検出用ロータと、検出用ロータの回転に応じて、所定の位相差を有する複数の正弦波信号をそれぞれ出力する複数の磁気センサとを含み、これらの磁気センサの出力信号に基づいて前記回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記各磁極の角度幅を記憶する記憶手段と、
前記各正弦波信号のゼロクロスのタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロス検出手段によって検出されたゼロクロスタイミングに基づいて、前記正弦波信号毎に、隣接するゼロクロスの時間間隔を演算するゼロクロス間隔演算手段と、
前記ゼロクロス間隔演算手段によって演算される時間間隔と、各磁極の角度幅とに基づいて、各磁気センサが感知している磁極を特定する磁極特定手段と、
を含む回転角検出装置。 - 前記検出用ロータは、複数の磁極のうちの少なくとも一つの磁極の角度幅が、他の磁極の角度幅のいずれとも識別可能に異なっている、請求項1に記載の回転角検出装置。
- 前記磁極特定手段によって特定された磁極に応じて、前記各正弦波信号の振幅を補正する補正手段と、
振幅補正後の各正弦波信号に基づいて、前記回転体の回転角を演算する回転角演算手段と、
をさらに含む請求項1または2に記載の回転角検出装置。 - 前記ゼロクロス検出手段は、前記各正弦波信号を一定周期でサンプリングし、前記各正弦波信号の符号が反転する前後のサンプリング値を線形補間することによってゼロクロスのタイミングを検出するものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
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