JP6340899B2 - 位相検出装置、モータ駆動制御装置およびモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、位相検出装置、モータ駆動制御装置およびモータ装置に関する。さらに詳述すると、モータの回転子の位相を検出する位相検出装置、およびこれを用いたモータ駆動制御装置、モータ装置に関する。

モータ回転位置を制御する場合、回転子の回転角度を検出する必要がある。一般に回転軸にロータリーエンコーダを接続して、回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差をもつ２相パルス信号を出力し、そのエッジ検出と２相のハイ／ロー状態から相対的な回転角度を検出することができる。

光学式エンコーダは、外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタにより構成され、前記２つのフォトインタラプタの出力信号を２値化することにより、２相パルス信号を得ることができる。

また、例えば、特許文献１には、光学式エンコーダを用いることなくモータの多くの位相（位置）情報を得て、モータを駆動するインバータ装置が開示されている。このインバータ装置はブラシレスモータの回転子が電気角６０°に相当する回転変化が起こるたびにホールセンサエッジを出力し、そのエッジ間隔の時間を計測しその時間の１／３２に相当する周期パルス信号を発生させている。つまり、６０°を３２等分した位相情報を得ていることになる。

また、特許文献２には、アブソリュート方式のロータリーエンコーダを用いることなくモータの多くの位相（位置）情報を得て、モータを駆動するモータ駆動装置が開示されている。すなわち、前述の電気角６０°間隔におけるホールセンサ信号とホールセンサ信号よりも小さい角度変動でパルスを発生するＦＧ信号又は光学式エンコーダを用い各々の計数処理により、より細かな位相情報を得てモータを駆動させている。

さらに、特許文献３には、８つの磁気センサの信号を直線性の高い角度領域である電気角４５度ずつに配置しそれぞれの信号を順次取り出して角度検出に利用した回転角度（位相）検出を実現する回転角度検出装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載のインバータ装置では、ホールセンサエッジ間隔において回転子の回転速度が変化すると回転子の回転位置変化の推定値と実際の回転変化とに誤差が生じ、正確な位相情報を得ることができない。

また、特許文献２に記載のモータ駆動制御装置では、ホールセンサエッジ間隔よりも細かな間隔のＦＧ信号を用いるためホールセンサエッジ間隔における回転速度変化にはある程度対応できるが、その構成を実現するためにセンサ信号、ＦＧ信号それぞれの計数処理装置やシステムクロック生成手段、ＦＧ信号発電機又はインクリメント方式の光学式エンコーダ、ＦＧ信号増幅器など装置規模の増大を招き駆動装置のコスト増が懸念される。

さらに、特許文献３に記載の角度検出装置では、８つの磁気センサを必要としており、小型モータの場合にはセンサ配置スペース、コスト増が懸念事項として挙げられる。

これらの問題点を解決するものとして、特許文献４には、ロータリーエンコーダやＦＧ信号発生器を用いることなく、安価で装置規模が小さく小型化可能であり、センサ信号変化間隔よりも多くの位相情報を有するモータ駆動制御装置が開示されている。

特許文献４に記載のモータ駆動制御装置は、モータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数のセンサ信号を所定の複数のしきい値レベルと比較して位相を検出し、検出した位相を示す第１の位相情報信号を出力し、複数のセンサ信号どうしを比較して位相を検出し、検出した位相を示す第２の位相情報信号を出力し、第１の位相情報信号及び第２の位相情報信号に含まれる検出された位相を所定の複数の位相区間に分け、所定の複数の位相区間において複数のセンサ信号の中から一つを選択し、選択されたセンサ信号の信号レベルが回転子の所定の位相に応じた所定のしきい値レベルに到達したことを検出して、回転位相を検出するものである。

また、特許文献４には、センサ信号のピークレベルを検出し又は推定してその結果信号を出力する振幅検出手段と、振幅検出手段からの結果信号に応じてセンサ信号の信号レベルを調節する調節手段をさらに備え、センサ信号を所定の振幅に調整して使用することが開示されている。

しかしながら、特許文献４では、各センサ信号の振幅及び同相電圧を高精度に合わせこまないと、振幅および同相電圧の誤差が位相誤差の原因となってしまう。

例えば、特許文献４の図１０等に示されるような位相検出のための構成では、信号増幅回路５０ａを通過したセンサ信号について、ピークホールド回路１０１〜１０３でピークホールドした信号をＡＤ変換器においてデジタル信号に変換し、その後、増幅演算器１０４において、センサ信号が所定の振幅レベルになるように演算し、信号増幅回路５０ａの増幅率を決定するといった回路構成が必要となる。この際、ＡＤ変換器と増幅率の階調が多ければ検出位相誤差を小さくすることができるが、回路規模が大きくなり、階調が少なければ回路規模は抑制できるが検出位相誤差が大きくなってしまう。

このように、特許文献４では、センサ信号を所定の振幅に調整するために信号のピーク検出或いはピークレベル相当を検出するための検出手段と、その検出結果を演算し、増幅回路の増幅率を調整するための回路規模が増大するという問題があった。

そこで本発明は、回路規模を増大させることなく、位相情報の検出精度を高めることができる位相検出装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る位相検出装置は、入力信号を複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号を出力する増幅手段と、前記入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段と、前記増幅手段で増幅された前記複数の増幅信号と、前記基準値生成手段で生成された前記基準値と、を比較する比較手段と、前記比較手段での比較結果に基づいて、前記入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段と、を備えるものである。

本発明によれば、回路規模を増大させることなく、位相情報の検出精度を高めることができる。

第１の実施形態に係る位相検出装置の概略構成を示す図である。 基準信号と基準レベルと各センサ増幅信号とを示すタイミングチャートである。 図１の増幅部を詳細に示した位相検出装置の構成図である。 増幅部の他の構成例を示す図である。 従来の位相検出装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る位相検出装置の概略構成を示す図である。 複数のセンサ信号とそれぞれについて増幅されたセンサ増幅信号とを示すタイミングチャートである。 図７の囲み部分の拡大図である。 位相検出例の説明図である。 第３の実施形態に係る位相検出装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態に係る位相検出装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗについてゼロクロス点を中心に全波整流されている例を示すタイミングチャート、（Ｂ）位相検出例の説明図である。 位相検出装置を備えたモータ駆動制御装置の概略構成を示す図である。 モータ駆動部の構成例を示す図である。 モータ駆動部の動作を示す各信号のタイミングチャートである。

以下、本発明に係る構成を図１から図１５に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（位相検出装置）
［第１の実施形態］
本実施形態に係る位相検出装置（位相検出装置１００）は、入力信号（センサ信号Ｓ）を複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号（センサ増幅信号ａ１〜ａｎ）を出力する増幅手段（増幅部１０）と、入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段（基準値生成部３０）と、増幅手段で増幅された複数の増幅信号と、基準値生成手段で生成された基準値と、を比較する比較手段（比較部２０）と、比較手段での比較結果に基づいて、入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段（位相情報取得部４０）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

図１に本実施形態に係る位相検出装置１００の概略構成を示す。図１に示すように、位相検出装置１００は、増幅部１０と、比較部２０と、基準値生成部３０と、位相情報取得部４０と、を備えている。

増幅部１０は、入力される信号を複数の増幅率により増幅して、複数の増幅信号を比較部２０に対し出力するとともに、入力される信号を所定の増幅レベルにて増幅した信号を基準値生成部３０に対し出力する増幅手段である。

増幅部１０には、モータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有するセンサ信号Ｓが入力される。また、入力されたセンサ信号ＳをＫ倍、Ｌ倍、Ｍ倍・・・と異なる複数の増幅率で増幅したセンサ増幅信号ａ１，ａ２，ａ３・・・ａｎを比較部２０に出力する。また、センサ信号Ｓを所定の増幅レベルにて増幅した基準信号ｒｅｆ１を基準値生成部３０に出力する。

基準値生成部３０は、ピークボトムホールド回路、ＡＤ変換回路を備え、入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段である。基準値生成部３０は、ピークホールドレベル（またはボトムホールドレベル）を検出するレベル検出部３１と、レベル検出部３１にて検出した基準信号ｒｅｆ１のピークホールドレベル（またはボトムホールドレベル）を基準レベル（基準値）として比較部２０へ出力する基準レベル出力部３２と、を備えている。

基準値生成部３０のレベル検出部３１には、基準信号ｒｅｆ１が入力され、基準信号ｒｅｆ１のピークホールド（Ｐ／Ｈ）またはボトムホールド（Ｂ／Ｈ）レベルが検出され、基準レベル出力部３２は、基準レベルとして比較部２０へ出力する。

比較部２０は、複数のセンサ増幅信号と基準レベルとを比較する比較手段である。比較部２０は、センサ増幅信号に対応した複数の比較器を備え、基準値生成部３０から入力される基準レベルと、増幅部１０から入力されるセンサ信号Ｓを異なる複数の増幅率で増幅したセンサ増幅信号ａ１〜ａｎと、を比較する。

位相情報取得部４０は、比較部２０での比較結果に基づいて、入力されたセンサ信号の位相情報を取得する位相情報取得手段ある。

なお、図１に示す例では、増幅部１０にてセンサ信号Ｓを所定の増幅レベルにて増幅した基準信号ｒｅｆ１をレベル検出部３１に入力するようにしているが、増幅部１０を介さずにセンサ信号Ｓを直接、レベル検出部３１に入力するようにしても良い。この点は、他の実施形態でも同様である。

図２は、図１に示す位相検出装置１００における基準信号（元信号）ｒｅｆ１と、基準信号ｒｅｆ１の基準レベルと、各センサ増幅信号ａ１〜ａ５と、を示すタイミングチャートの一例である。

ここでは、基準レベルは基準信号ｒｅｆ１の最大値レベルとしている。複数のセンサ増幅信号ａ１〜ａ５は、基準レベルとの交差点が目的となる位相情報になるよう増幅されている。ここで、目的位相（位相差）は、それぞれ６，１２，１８，２４，３０［ｄｅｇ］としている。

基準レベルと各センサ増幅信号ａ１〜ａ５との交差点が目的となる位相情報となるため、例えば、表１に示すように、各センサ増幅信号ａ１〜ａ５について増幅率を設定することができる。

図３は、図１に示した位相検出装置１００について増幅部１０の詳細を示した図である。センサ信号Ｓは増幅部１０に差動で入力される（差動信号（ｓ１，−ｓ１））。増幅部１０は、比較器１１〜１４と抵抗器を組み合わせた計装アンプ回路で構成されており、入力される差動信号（ｓ１，−ｓ１）を差動増幅する。

図３に示す増幅部１０を構成する計装アンプ回路は、差動信号の同相電圧を、比較器１３でバッファし、計装アンプ回路内２段目の差動増幅回路の基準レベルとしている。また、差動増幅レベルを複数出力している。

基準信号ｒｅｆ１は、センサ信号Ｓを増幅部１０にて所定の増幅レベル、例えば、α倍｛（ｓ１―（―ｓ１）)×α} 但しα＞０、で増幅した信号である。基準信号ｒｅｆ１について、基準値生成部３０のレベル検出部３１にてピークホールドレベル（またはボトムホールドレベル）を検出し、基準レベル出力部３２は、この検出した信号を基準レベルとして比較部２０へ入力する。

基準信号ｒｅｆ１以外の他のセンサ増幅信号ａ１〜ａｎは、基準信号ｒｅｆ１を基準として、例えば、表１に示した倍率と増幅数に分けて比較部２０に入力される。これにより、図２に示したタイミングチャートと同等のタイミングチャートが得られる。

増幅部１０は、入力された信号を異なる複数の増幅率により増幅し、それぞれの増幅率で増幅された複数の増幅信号を出力する増幅回路であればよく、図３に示す構成に限られるものではない。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に増幅部１０のその他の構成例を示す。

図４（Ａ）は、図３に示した増幅部１０を簡易化した増幅部１０Ａを示している。増幅率が複雑になるが、比較器および抵抗器の数を減らして、回路構成を簡略化することが可能となる。また、図４（Ｂ）に示す増幅部１０Ｂのように、回路構成をさらに簡略化することとしても良い。また、図４（Ｃ）に示す増幅部１０Ｃのように、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを基準に増幅された信号をリファレンス基準で分圧して、それぞれの増幅信号するようにしても良い。さらに、図４（Ｄ）に示す増幅部１０Ｄのように、増幅部１０Ｃの回路構成をさらに簡略化することとしても良い。

ここで、本実施形態に係る位相検出装置１００（図１、図３）との比較のために図５に従来の位相検出装置の構成例を示す。図５に示す位相検出装置９００では、入力されるセンサ信号Ｓの位相情報を取得する位相情報取得部９０６までに、可変増幅器９０１、振幅検出器９０２、増幅率演算器９０３、位相情報取得のための比較器９０４、それぞれの比較器に入力される位相に応じた基準レベル発生器９０５が設けられる。

可変増幅器９０１から出力された信号を振幅検出器９０２において振幅検出し、所定の振幅レベルになるように増幅率を演算し、可変増幅器９０１の増幅率を決定し比較器９０４へ入力している。このように従来の位相検出装置９００は、位相検出装置１００に比べ、構成が複雑であり、回路規模が大きくなってします。

また、本実施形態に係る位相検出装置１００では、基準レベルの設定にレベル検出部３１（ピークボトムホールド回路）を用いており、このレベル検出部３１での検出精度が取得される位相情報の精度に影響を与える。これに対して、図５に示す位相検出装置９００では、振幅検出器９０２での振幅検出精度、可変増幅器９０１での階調精度、および基準レベル発生器９０５の基準レベル設定精度が取得される位相情報の精度に影響し、最終的な位相情報への誤差要因が多くなるという問題がある。

以上説明したように本実施形態に係る位相検出装置１００は、センサ信号の位相情報を取得する際に、センサ信号の振幅に応じた基準レベルと交差するレベルが目的の位相になるよう、センサ信号を増幅し、増幅した信号が基準レベルを通過した際に、目的位相に達したことを検出するものである。

換言すれば、センサ信号を複数の異なる増幅率で増幅して得られた複数のセンサ増幅信号を、センサ信号の振幅レベルに応じた基準レベルと比較した結果によってセンサ信号の位相情報を取得するものである。例えば、基準レベルをセンサ信号の振幅レベルとした場合、センサ信号を２倍に増幅した信号と基準レベルとの交差点によりセンサ信号の３０ｄｅｇ位相を得ることができる。

上述したように、従来におけるセンサ信号の振幅調整では、可変増幅器、振幅レベル検出器、増幅率演算器、位相情報取得のための比較器（比較器群）、それぞれの比較器に入力される位相に応じた基準レベルが必要であるのに対し、本実施形態に係る位相検出装置では、複数の増幅信号を出力する増幅器、位相情報取得のための比較器（比較器群）、センサ信号に応じた基準値生成回路（Ｐ／Ｈや、Ａ／Ｄ変換器を含む）により構成している。よって、回路規模を小規模のものとし、低コスト化を図ることができるとともに、位相情報の検出精度を高めることが可能となる。

なお、本実施形態では、センサ信号が正弦波である例を説明したが、これに限られるものではない。位相情報の高い検出精度とするために、センサ信号は、正弦波又はそれに準じた波形（略正弦波）、または台形波に準じた波形（略台形波）であることが好ましい。

［第２の実施形態］
以下、本発明に係る位相検出装置の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。

第２の実施形態に係る位相検出装置（位相検出装置２００）は、入力信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）が複数であるとともに、センサ信号数に応じた数の増幅手段（増幅部１０ａ〜ｃ）および比較手段（比較部２０ａ〜ｃ）を備え、それぞれの増幅手段は、複数のセンサ信号のいずれかを異なる複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号（センサ増幅信号）を出力し、基準値生成手段（基準値生成部３０）は、複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成し、それぞれの比較手段は、対応する増幅手段で増幅された複数の増幅信号と、基準値生成手段で生成された基準値と、を比較し、位相情報取得手段（位相情報取得部４０）は、複数の比較手段での比較結果に基づいて、複数の入力信号の位相情報を取得するものである。

図６に第２の実施形態に係る位相検出装置２００の概略構成を示す。この位相検出装置２００は、複数の位相の異なるセンサ信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）が入力されるとともに、それぞれのセンサ信号に対応した増幅部１０ａ〜ｃ、比較部２０ａ〜ｃ、基準値生成部３０ａ〜ｃと、位相情報取得部４０と、を備え、位相情報取得部４０は、比較部２０ａ〜ｃからの出力に基づいて位相情報を取得している。

第１の実施形態のように、センサ信号を１つとした場合、例えば、センサ信号が正弦波であった場合、６０ｄｅｇ以上の位相検出では、増幅率の調整が難しい場合がある。また、基準レベルと増幅レベルとの差が小さくなり、検出誤差を生じやすくなってしまう。

そこで、本実施形態では、以下に説明するように、複数のセンサ信号のゼロクロス点を中心として、±６０ｄｅｇ以内で順次切り換えて位相検出することで、検出誤差を抑制することが可能となる。

図７は、複数のセンサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗと、それぞれについて増幅された増幅センサ信号についてのタイミングチャートである。図７では、３相のセンサ信号Ｕ（ｒｅｆ１ｕ），Ｖ（ｒｅｆ１ｖ），Ｗ（ｒｅｆ１ｗ）がそれぞれ１２０ｄｅｇの位相差を持った正弦波であって、それぞれ位相に応じた複数の増幅率で増幅された増幅センサ信号ｕ１〜ｕ５，ｖ１〜ｖ５，ｗ１〜ｗ５の例を示している。

図８は、図７の囲み部分を拡大したタイミングチャートである。上述したように、本実施形態では、複数のセンサ信号のゼロクロス点を中心として±６０ｄｅｇ以内である±３０ｄｅｇ以内で各信号の位相検出をするため、例えば、（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（６）の順に位相情報を取得することが望ましい。

また、図９は、それぞれの基準レベルとセンサ増幅信号の交点から６ｄｅｇずつ位相を検出していることを示す例である。なお、実際には、センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗの信号振幅と正弦波中心レベルが揃っていることは稀であるが、簡単に説明するために、図９の例では、信号振幅と正弦波中心レベルが同一である例を示している。

図９では、基準レベルは正弦波中心から上下に基準レベルＡ，Ｂと配置され、それぞれ目的検出位相に応じて増幅された増幅センサ信号が基準レベルを通過した際に位相を検出している。また、位相検出した点を、図中矢印にて位相検出ポイントを示している。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る位相検出装置（位相検出装置３００）は、複数の入力信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）をそれぞれ複数の異なる増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号（センサ増幅信号）を出力する複数の増幅手段（増幅部１０ａ〜ｃ）と、複数の増幅手段から出力される複数の増幅信号から所定の信号を選択し、該選択信号を出力する信号選択手段（信号選択部５０）と、複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段（基準値生成部３０）と、信号選択手段から出力される選択信号と、該選択信号に対応した基準値と、を比較する比較手段（比較部２０）と、比較手段での比較結果に基づいて、複数の入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段（位相情報取得部４０）と、を備えるものである。

図１０に第３の実施形態に係る位相検出装置３００の概略構成を示す。この位相検出装置３００は、複数の位相の異なるセンサ信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）が入力されるとともに、それぞれのセンサ信号に対応した増幅部１０ａ〜ｃと、信号選択部５０、比較部２０、基準値生成部３０、位相情報取得部４０を備え、位相情報取得部４０は、比較部２０からの出力に基づいて位相情報を取得している。

第３の実施形態では、第２の実施形態と異なり、基準値生成部３０および比較部２０を複数のセンサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗについて共通化するとともに、信号選択部５０を設けたものである。

信号選択手段としての信号選択部５０は、図８にて説明したように、連続的に位相検出できるように各信号が選択される。信号選択部５０において、各増幅器１０ａ〜ｃからの信号が選択されて比較部２０に入力されるとともに、入力される増幅信号（選択信号）に応じた基準レベルも比較部２０に同時に入力されることにより、連続した位相検出が可能となっている。なお、信号選択部５０での信号選択は、取得した位相情報により容易に切り替え可能である。また、基準値生成部３０は、各信号の基準レベルを記憶し、先に選択された選択信号に応じた基準レベルを比較部２０に入力するものである。

第３の実施形態に係る位相検出装置３００によれば、第２の実施形態に係る位相検出装置２００よりも、さらに回路規模を小規模のものとし、低コスト化を図ることができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る位相検出装置（位相検出装置４００）は、複数の入力信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）から所定の入力信号を選択する１または２以上の入力信号選択手段（第１、第２の信号選択部５０ａ，ｂ）と、入力信号選択手段に対応して設けられ、入力信号選択手段で選択された入力信号を複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号（センサ増幅信号）を出力する増幅手段（増幅部１０ａ、ｂ）と、増幅手段から出力される複数の増幅信号から所定の信号を選択し、該選択信号を出力する信号選択手段（第３の信号選択部５０ｃ）と、複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段（基準値生成部３０）と、信号選択手段から出力される選択信号と、該選択信号に対応した基準値と、を比較する比較手段（比較部２０）と、比較手段での比較結果に基づいて、複数の入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段（位相情報取得部４０）と、を備えるものである。

図１０に第４の実施形態に係る位相検出装置４００の概略構成を示す。この位相検出装置４００は、複数の位相の異なるセンサ信号（センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗ）が入力されるとともに、２つの増幅部１０ａ，ｂ、入力信号選択手段としての第１、第２の信号選択部５０ａ，ｂ、信号選択手段としての第３の信号選択部５０ｃ、ゼロクロス検出部６０、比較部２０、基準値生成部３０と、位相情報取得部４０と、を備え、位相情報取得部４０は、比較部２０からの出力に基づいて位相情報を取得している。

第４の実施形態に係る位相検出装置４００では、第３の実施形態に係る位相検出装置３００と同様に、複数の位相の異なるセンサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗにより位相情報を取得しているが、位相検出装置４００では、増幅部１０の数をセンサ信号の数よりも少なくし、第１、第２の信号選択部５０ａ，ｂおよび入力される信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部６０（ゼロクロス検出回路）を備えたものである。

第１および第２の信号選択部５０ａ，ｂおよびゼロクロス検出部６０による信号の選択について、図８を例に説明する。例えば、取得位相がＷ相の（２）の位置にあった場合、次に位相情報が必要な範囲は（１）或いは（３）の範囲である。ここで、（１）はＵ相、（３）はＷ相を使用した位相検出であるため、センサ信号Ｕおよびセンサ信号Ｗが選択され、各増幅部１０ａ，ｂに入力される。同様に、取得位相がＷ相の（３）の位置にあった場合は、センサ信号Ｖおよびセンサ信号Ｗが選択され、各増幅部１０ａ，１０ｂに入力される。選択される信号は、各々のセンサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗについてゼロクロス検出部６０を用いることで設定することができる。

第３の信号選択部５０ｃは、第３の実施形態に係る位相検出装置３００の信号選択部５０と同様に機能する。

図１１に示す例では、３本のセンサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗに対し、増幅部１０を２つ設けているが、信号が進む位相が確定しており、例えば、図８の（１）→（２）→（３）の方向へ進むことが既知であれば、第１、第２の信号選択部５０ａ，ｂは１つの信号選択部とするとともに、増幅部１０も１つとし、第３の信号選択部５０ｃを省くことができる。

第４の実施形態に係る位相検出装置４００によれば、第３の実施形態に係る位相検出装置３００よりも、さらに回路規模を小規模のものとし、低コスト化を図ることができる。

また、ゼロクロス検出部６０により、センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗが常に正になるように増幅器１０ａ，ｂに入力される信号を入れ換えて、増幅部１０ａ，ｂに入力される信号を選択することで、センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗを全波整流（折り返し）することが可能となる。

例えば、図１２（Ａ）は、センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗについてゼロクロス点を中心に全波整流されている例を示すタイミングチャートである。また、図１２（Ｂ）は、センサどうしの信号振幅と正弦波中心レベルが一致し、かつ、ゼロクロスを中心に正側に全波整流した際の基準レベルとの交点を位相検出している例である。図１２に示すように、基準レベルを正方向、すなわち、ピークホールドのみ実施して、設定することで、さらに回路規模を小規模のものとすることが可能となる。

（モータ駆動制御装置、モータ装置）
以下、位相検出装置を備えたモータ駆動制御装置、および該モータ駆動制御装置を備えらモータ装置について説明する。ここでは、第４の実施形態で説明した位相検出装置４００を備える例を説明する。

図１３に、位相検出装置４００（図１１）を備えたモータ駆動制御装置５００の概略構成を示す。このモータ駆動制御装置５００は、モータ駆動制御手段としてのモータ駆動部７０、モータ制御コントローラ７５および磁気センサＳ１〜Ｓ３を備え、位相情報取得部４０からの出力結果に基づいて、ブラシレスＤＣモータ（以下、モータＭ）を駆動制御するものである。また、モータ駆動制御装置５００とモータＭとをモータ装置と呼ぶ。

ここで、位相検出装置４００への入力信号は、複数相のコイルを有するモータＭの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数の磁気センサ信号であって、コイル電流を切り換えるために用いられる転流用センサ信号、または、そのセンサ信号を加工した信号である。

このモータ駆動制御装置５００では、位相検出装置４００（図１１）の構成に加えて、（１）センサ信号Ｕ，Ｖ，Ｗが複数相のコイルを有するモータＭの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有するモータＭのコイル転流電流切り換えのために、ロータの磁極切り換えに応じた差動信号を出力する磁気センサＳ１〜Ｓ３であること、（２）ゼロクロス検出部６０でのゼロクロス検出信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷを、モータ駆動部７０に入力し、コイル電流を切り換えていること、（３）位相情報取得部４０から出力された位相情報信号（ゼロクロス信号を含む場合もある）をモータ位相検出し、モータ制御コントローラ７５へ入力すること、（４）モータ制御コントローラ７５からの信号がモータ駆動部７０に入力される、ものとなっている。

モータ駆動部７０は、モータＭのコイル電流を駆動するものである（詳細は後述する）。また、モータ制御コントローラ７５は、位相情報取得部４０から入力される位相情報に基づいて、速度や位置検出を行い、モータＭを所定の回転速度で回転させる、または停止させる制御を実施する。

ゼロクロス検出部６０からモータ駆動部７０に入力されるゼロクロス信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷは、モータＭのコイル電流転流用信号に用いられる。すなわち、コイル転流用センサ信号を位相検出信号に用いるものである。

このモータ駆動制御装置５００のように、モータＭの磁極毎に基準電圧値を設定することにより、磁極ばらつきなどの影響でセンサ信号振幅がばらついた場合であっても位相検出を精度良く実行することが可能となる。

図１４は、図１３に示したモータ駆動部７０の構成例を示す図である。モータ駆動部７０は、プリドライバ８０とメインドライバ９０を備えて構成される。例えば、ブラシレスＤＣモータであるモータＭを駆動するための３相コイルを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とし、それぞれのコイルはモータＭ内でＹ結線されている。

メインドライバ９０は、それぞれのコイルの他端には電源側に接続されたハイサイドスイッチ９１，９３，９５と、接地側に接続されたローサイドスイッチ９２，９４，９６とを備えて構成される。さらに、各相のスイッチ９１〜９６を駆動するためのスイッチ制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬが前段のプリドライバ８０より出力される。

プリドライバ８０は、駆動相コントローラ８１と３個の駆動増幅器８２，８３，８４とを備えて構成される。スイッチ制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは対をなしており、駆動相コントローラ８１は、ＰＷＭデューティサイクルで同期整流動作する相、ローサイドのみオンする相、ハイ／ロー共にオフする相のいずれかの状態に振り分けるために設けられ、モータ制御コントローラ７５によって決定されたデューティサイクルのＰＷＭ信号に従って、同期整流相を駆動する。

図１５は、図１４に示すモータ駆動部７０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。図１５では、各相のセンサ信号の信号論理における各状態切り換え例を示しており、ブラシレスＤＣモータを駆動する方法として一般的な駆動方法を示している。

モータ制御コントローラ７５は回転しているモータＭのできるだけ正確な位相・位置情報に基づいて、ＰＷＭ信号の然るべきデューティサイクルを制御し、ＰＷＭ信号をモータ駆動部７０に出力する。なお、モータ制御コントローラ７５を設けず、ＰＷＭ信号の代わりに駆動制御電圧をモータ駆動部７０に入力し、モータ駆動部７０内においては入力された駆動制御電圧を一定のフレーム周期を有する三角波によって比較してＰＷＭ信号を生成するようにしてもよい。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１０，１０Ａ〜１０Ｄ，１０ａ〜１０ｃ 増幅部
１１〜１４ 比較器
２０，２０ａ〜２０ｃ 比較部
３０，３０ａ〜３０ｃ 基準値生成部
３１ レベル検出部
３２ 基準レベル出力部
４０ 位相情報取得部
５０，５０ｃ 信号選択部（信号選択手段）
５０ａ，５０ｂ 信号選択部（入力信号選択手段）
６０ ゼロクロス検出部
７０ モータ駆動部
７５ モータ制御コントローラ
８０ プリドライバ
８１ 駆動相コントローラ
８２，８３，８４ 駆動増幅器
９０ メインドライバ
９１，９３，９５ ハイサイドスイッチ
９２，９４，９６ ローサイドスイッチ
１００，２００，３００，４００ 位相検出装置
５００ モータ駆動制御装置
ａ１〜ａ５，ｕ１〜ｕ５，ｖ１〜ｖ５，ｗ１〜ｗ５ センサ増幅信号
ｒｅｆ１，ｒｅｆ１ｕ，ｒｅｆ１ｖ，ｒｅｆ１ｗ 基準信号
Ｓ，Ｕ，Ｖ，Ｗ センサ信号（入力信号）
Ｍ モータ
Ｓ１〜Ｓ３ 磁気センサ
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ ゼロクロス検出信号
ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ スイッチ制御信号

特許第３５００３２８号公報 特開２０１１−４１４１７号公報 特開２００７−１３２７４２号公報 特開２０１３−９９０２３号公報

Claims (8)

1. 入力信号を複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号を出力する増幅手段と、
   前記入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段と、
   前記増幅手段で増幅された前記複数の増幅信号と、前記基準値生成手段で生成された前記基準値と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段での比較結果に基づいて、前記入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段と、
   を備え、
   前記入力信号が複数であるとともに、前記入力信号数に応じた数の前記増幅手段および前記比較手段を備え、
   それぞれの前記増幅手段は、前記複数の入力信号のいずれかを複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号を出力し、
   前記基準値生成手段は、前記複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成し、
   それぞれの前記比較手段は、対応する前記増幅手段で増幅された前記複数の増幅信号と、前記基準値生成手段で生成された前記基準値と、を比較し、
   前記位相情報取得手段は、複数の前記比較手段での比較結果に基づいて、前記複数の入力信号の位相情報を取得することを特徴とする位相検出装置。
2. 複数の入力信号をそれぞれ複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号を出力する複数の増幅手段と、
   前記複数の増幅手段から出力される複数の増幅信号から所定の信号を選択し、該選択信号を出力する信号選択手段と、
   前記複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段と、
   前記信号選択手段から出力される前記選択信号と、該選択信号に対応した前記基準値と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段での比較結果に基づいて、前記複数の入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段と、
   を備えることを特徴とする位相検出装置。
3. 複数の入力信号から所定の入力信号を選択する１または２以上の入力信号選択手段と、
   前記入力信号選択手段に対応して設けられ、前記前記入力信号選択手段で選択された前記入力信号を複数の増幅率により増幅し、増幅された複数の増幅信号を出力する増幅手段と、
   前記増幅手段から出力される複数の増幅信号から所定の信号を選択し、該選択信号を出力する信号選択手段と、
   前記複数の入力信号の振幅レベルに応じた基準値を生成する基準値生成手段と、
   前記信号選択手段から出力される前記選択信号と、該選択信号に対応した前記基準値と、を比較する比較手段と、
   前記比較手段での比較結果に基づいて、前記複数の入力信号の位相情報を取得する位相情報取得手段と、
   を備えることを特徴とする位相検出装置。
4. 前記入力信号は、正弦波、略正弦波、または略台形波のいずれかの波形であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の位相検出装置。
5. 前記入力信号は、複数相のコイルを有するモータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数の磁気センサ信号であって、コイル電流を切り換えるために用いられる転流用のセンサ信号、または該センサ信号の加工信号であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の位相検出装置。
6. 前記基準値生成手段が生成する前記基準値は、前記モータの回転子磁極毎に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の位相検出装置。
7. 請求項１から６までのいずれかに記載の位相検出装置と、
   該位相検出装置の前記位相情報取得手段からの出力に基づいて、モータを駆動制御するモータ駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
8. 請求項７に記載のモータ駆動制御装置と、
   該モータ駆動制御装置が制御するモータと、
   を備えることを特徴とするモータ装置。