JP6973992B2 - Rotation detection device, motor device and rotation detection method - Google Patents
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Description
本発明は、回転検出装置、モータ装置及び回転検出方法に関する。 The present invention relates to a rotation detection device, a motor device, and a rotation detection method.
従来、光学式エンコーダを用いて、モータの回転角度(回転位置)を検出し、検出した結果を用いて、モータの回転を制御するモータ装置がある。 Conventionally, there is a motor device that detects a rotation angle (rotation position) of a motor by using an optical encoder and controls the rotation of the motor by using the detected result.
光学式エンコーダは、複数のスリットが形成されたホイールを有し、スリットの数が多いほど分解能が高くなる。 The optical encoder has a wheel in which a plurality of slits are formed, and the larger the number of slits, the higher the resolution.
ここで、分解能を高くするために、ホイールに、より多くのスリットを形成するような改良を行うことが考えられる。より多くのスリットをホイールに形成するためには、1つのスリットのサイズを小さくして、微小のスリットにする必要がある。しかしながら、微小のスリットを多く形成しようとすると、コストが高くなってしまうという問題がある。 Here, in order to increase the resolution, it is conceivable to make improvements such as forming more slits in the wheel. In order to form more slits on the wheel, it is necessary to reduce the size of one slit to make it a minute slit. However, there is a problem that the cost increases when trying to form many minute slits.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンコーダを改良することなく、高い分解能で回転角度を検出することができる回転検出装置、モータ装置及び回転検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a rotation detection device, a motor device, and a rotation detection method capable of detecting a rotation angle with high resolution without improving an encoder. do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転検出装置は、回転体の回転角度のうち間欠的な回転角度を検出するエンコーダと、前記エンコーダにより回転角度が検出された第1のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第1の電圧と、当該第1のタイミングよりも後の第2のタイミングであって前記エンコーダにより回転角度が検出された第2のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第2の電圧と、前記第2のタイミングよりも後の第3のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第3の電圧と、前記第1の電圧と前記第2の電圧との差を示す第1の差分と、前記第2の電圧と前記第3の電圧との差を示す第2の差分と、前記第1の差分に対応する第1の回転角度とに基づいて、前記第3のタイミングにおける前記回転体の回転角度を検出する検出部と、を備え、前記検出部は、前記回転体の回転に応じた信号を出力する三相のホール素子の信号のうち、前記第3のタイミングにおいて傾きの絶対値が最も大きいホール信号を選択し、前記第1のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第1の電圧とし、前記第2のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第2の電圧とし、前記第3のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第3の電圧として、前記第3のタイミングにおける前記回転体の回転角度を検出する。 To solve the above problems and achieve the object, the rotation detecting device according to one embodiment of the present invention, an encoder for detecting the intermittent rotation angle of the angle of rotation of the rotor, the rotation angle by the front Symbol encoder The first voltage of the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the first timing in which is detected, and the rotation angle detected by the encoder at the second timing after the first timing. The second voltage of the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the second timing and the third voltage of the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the third timing after the second timing. The first difference showing the difference between the first voltage and the second voltage, the second difference showing the difference between the second voltage and the third voltage, and the first difference. The detection unit includes a detection unit that detects the rotation angle of the rotary body at the third timing based on the first rotation angle corresponding to the above, and the detection unit outputs a signal corresponding to the rotation of the rotary body. Among the signals of the three-phase Hall elements to be output, the Hall signal having the largest absolute tilt value at the third timing is selected, and the value of the selected Hall signal at the first timing is the value of the first voltage. The value of the selected Hall signal at the second timing is defined as the second voltage, and the value of the selected Hall signal at the third timing is defined as the third voltage at the third timing. The rotation angle of the rotating body is detected .
本発明の一態様によれば、エンコーダを改良することなく、高い分解能で回転角度を検出することができる。 According to one aspect of the present invention, the rotation angle can be detected with high resolution without improving the encoder.
以下、実施形態に係る回転検出装置、モータ装置及び回転検出方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, the rotation detection device, the motor device, and the rotation detection method according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、実施形態に係るモータ装置の構成の一例を示す図である。図1の例に示すように、モータ装置1は、モータ10と、回転検出装置15と、駆動回路16とを含む。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a motor device according to an embodiment. As shown in the example of FIG. 1, the motor device 1 includes a
モータ10は、事務作業等の業務を自動化、効率化する際に用いられる装置(例えば、コピー機やパソコン等)に組み込まれたり、工場の様々な作業や工程を自動化する際に用いられる機械等に組み込まれたりする。以下、モータ10が、インナーロータ型の三相のブラシレスDC(direct-current)モータである場合について説明するが、モータ10の種類はこれに限られない。モータ10は、駆動回路16からの後述する駆動信号により回転する。
The
モータ10は、回転子10aを含む。モータ10は、回転子10aが回転することにより回転する。回転子10aは、回転体の一例である。
The
回転検出装置15は、エンコーダ11と、磁気センサ12a,12b,12cと、オペアンプ(演算増幅器)13a,13b,13cと、マイクロコンピュータ14とを含む。
The
エンコーダ11は、モータ10(回転子10a)の回転角度(回転位置)を検出する。エンコーダ11は、モータ10(回転子10a)の回転に応じた信号を出力する。例えば、エンコーダ11は、モータ10(回転子10a)の回転に応じて、A相からの信号と、B相からの信号とを後述するカウンタ14aに出力する。以下、エンコーダ11が、400P/R(Pulse per Round)の分解能を有する場合について説明するが、エンコーダ11の分解能はこれに限られない。この場合、エンコーダ11は、モータ10(回転子10a)の回転角度のうち、0.9(360/400)度ごとの間欠的な回転角度を検出する。
The
磁気センサ12a,12b,12cは、例えば、ホール素子が用いられる。磁気センサ12a,12b,12cは、回転子10aの近傍の所定位置に固定配置される。磁気センサ12a,12b,12cは、回転子10aの磁界に応じて変化するU相、V相、W相の差動信号HU+/HU−,HV+/HV−,HW+/HW−をそれぞれ出力する。なお、U相、V相、W相の差動信号HU+/HU−,HV+/HV−,HW+/HW−は、互いに120度の位相差を有するアナログ信号である。
For the
オペアンプ13aは、HU+とHU−の差動信号からA/D(Analog to Digital)コンバータ14bに入力可能なホール信号HUを出力する。オペアンプ13bはHV+とHV−の差動信号からA/Dコンバータ14bに入力可能なホール信号HVを出力する。オペアンプ13cはHW+とHW−の差動信号からA/Dコンバータ14bに入力可能なホール信号HWを出力する。ホール信号HU,HV,HWは、モータ10(回転子10a)の回転に応じた信号である。
The
なお、本実施形態では、マイクロコンピュータ14は、カウンタ14aと、A/Dコンバータ14bと、CPU(Central Processing Unit)14cとを含むが、カウンタ14aと、A/Dコンバータ14bはマイクロコンピュータ14の外部に配置されても良い。
In the present embodiment, the
カウンタ14aは、エンコーダ11から出力されたA相からの信号の立ち上がり位置/立ち下がり位置と、B相からの信号の立ち上がり位置/立ち下がり位置とをカウントすることで、エンコーダ信号を出力する。
The counter 14a outputs an encoder signal by counting the rising / falling position of the signal from the A phase output from the
A/Dコンバータ14bは、オペアンプ13a,13b,13cから出力されたホール信号HU,HV,HWをデジタル信号に変換して出力する。なお、これ以降、実際にはこれらの信号はデジタル数値として処理が行われるが、動作説明の便宜上HU,HV,HWを電圧と表現して説明を進める。
The A / D converter 14b converts the Hall signals HU, HV, and HW output from the
CPU14cは、外部装置である速度指令信号生成部(図示しない)と接続される。CPU14cは、速度指令信号生成部から入力された速度指令信号により、最終的に駆動制御信号を生成する。速度指令信号は、速度指令信号生成部により生成される信号であり、モータ10の目標回転速度を指定する指令情報である。具体的には、速度指令信号は、パルス数が回転ステップ数となり、単位時間当たりのパルス数が回転速度となるパルス信号である。速度指令信号生成部は、例えば、パルス周波数変調(Pulse Frequency Modulation:PFM)により、目標回転速度に応じた周波数のクロック信号を速度指令信号として生成し、CPU14cに出力する。CPU14cは、例えば、パルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)により、速度指令信号に対応する回転速度でモータ10を回転させるためのPWM信号を生成する。
The
CPU14cは、速度指令信号とともに、カウンタ14aが出力するエンコーダ信号に基づいて、PWM信号を生成する。例えば、CPU14cは、速度指令信号の入力により、モータ10が回転している間、速度指令信号のカウント数と、エンコーダ信号のカウント数とを比較する。カウント数が異なる場合、CPU14cは、カウント数が一致するように、デューティ比を変更したPWM信号を生成する。なお、CPU14cは、モータ10が回転している間、カウンタ14aが出力するエンコーダ信号の代わりに、ホール信号HU,HV,HWを用いて、モータ10の回転速度を維持する制御を行っても良い。
The
CPU14cは、生成したPWM信号による制御に基づいて、後述する駆動回路16のインバータ回路を駆動するための駆動制御信号を生成し、インバータ回路に出力する。駆動制御信号としては、例えば、インバータ回路の各スイッチ素子に対応する6種類のスイッチング信号が出力される。これらの駆動制御信号が出力されることで、それぞれの駆動制御信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行い、モータ10に駆動信号が出力されてモータ10の各相に電力が供給され、モータ10が回転する。
The
また、CPU14cは、ホール信号HU,HV,HWに基づいて、インバータ回路の各スイッチ素子のオン、オフ動作を切り替えるタイミングを調整する。
Further, the
駆動回路16は、直流電源(図示しない)に接続され、CPU14cが生成した駆動制御信号により、駆動信号を生成してモータ10に出力する。例えば、駆動回路16は、インバータ回路を含む。インバータ回路は、CPU14cから出力された駆動制御信号に基づいてモータ10に駆動信号を出力し、モータ10が備える3つの電機子コイルに通電する。インバータ回路は、例えば、直流電源の両端に設けられた2つのスイッチ素子の直列回路の対が、3つの電機子コイルの各相(U相、V相、W相)に対してそれぞれ配置されて構成される。2つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ10の各相の端子が接続される。
The drive circuit 16 is connected to a DC power supply (not shown), generates a drive signal from the drive control signal generated by the
また、本実施形態に係るCPU14cは、高分解能検出処理を実行することにより、高分解能でモータ10(回転子10a)の回転角度を検出する。
Further, the
図2は、高分解能検出処理において用いられる信号の一例を示す図である。図2の例には、高分解能検出処理において用いられる信号であるエンコーダ11から出力されたA相からの信号21、B相からの信号22、A/Dコンバータ14bから出力されたホール信号HU,HV,HWが示されている。なお、図2の例において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a signal used in high resolution detection processing. In the example of FIG. 2, the
A相からの信号21とB相からの信号22とは、90度の位相差を有する。A相からの信号21及びB相からの信号22は、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有するパルスが形成される信号である。以下、立ちあがりエッジ及び立ち下がりエッジを区別することなく説明を行う場合には、「立ちあがりエッジ及び立ち下がりエッジ」を、単に「エッジ」と表記する。エンコーダ11が、例えば400P/Rの分解能を有する場合、A相からの信号21とB相からの信号22のエッジ間はモータ10(回転子10a)が0.9(360/400)度回転する事を意味する。すなわち、A相からの信号21及びB相からの信号22は、モータ10(回転子10a)の回転角度が、間欠的な複数の特定の回転角度のうちいずれかの特定の回転角度となる度にエッジを有する信号である。
The
ホール信号HU,HV,HWは、回転子10aの磁界に応じて変化する信号である。すなわち、ホール信号HU,HV,HWは、モータ10(回転子10a)の回転に応じた信号である。ホール信号HU,HV,HWは、互いに120度の位相差を有する。 The Hall signals HU, HV, and HW are signals that change according to the magnetic field of the rotor 10a. That is, the Hall signals HU, HV, and HW are signals corresponding to the rotation of the motor 10 (rotor 10a). The Hall signals HU, HV, and HW have a phase difference of 120 degrees from each other.
図3は、実施形態に係る高分解能検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。高分解能検出処理は、A相からの信号21及びB相からの信号22のエッジのタイミング以外のタイミング(以下、タイミングT3)で、モータ10(回転子10a)の回転角度を検出する際にCPU14cにより実行される。すなわち、タイミングT3は、エンコーダ11により回転角度が検出されるタイミングとは異なるタイミングである。高分解能検出処理を実行するCPU14cは、検出部の一例であり、タイミングT3における回転角度を検出する。また、タイミングT3は、第3のタイミングの一例である。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the flow of the high resolution detection process according to the embodiment. The high-resolution detection process is performed by the
図3の例に示すように、CPU14cは、まず、タイミングT3の指定を待つ(ステップS101)。CPU14cは、指定されるまで(ステップS101:No)はA相からの信号21又はB相からの信号22のエッジを待ち(ステップS102)、エッジが発生したら(ステップS102:Yes)、前回のタイミングT2における電圧をタイミングT1における電圧として特定し(ステップS103)、その後、タイミングT2における電圧を特定し(ステップS104)、ステップS102に戻る。ここで、タイミングT2は、タイミングT3よりも時間的に前のタイミングであって、A相からの信号21のエッジ及びB相からの信号22のエッジの複数のタイミングのうち、タイミングT3に時間的に最も近いタイミングである。また、タイミングT1は、タイミングT2よりも時間的に前のタイミングであって、A相からの信号21のエッジ並びにB相からの信号22のエッジの複数のタイミングのうち、タイミングT2に時間的に最も近いタイミングである。CPU14cは、一つのエッジタイミング毎に、この動作をホール信号HU、HV、HWの全てについて行う。また動作から判るようにタイミングT3の指定に先立ちタイミングT2、T1における両方の電圧を特定しておくためには少なくとも2回以上の処理が必要となる。
As shown in the example of FIG. 3, the
そして、CPU14cは、タイミングT3が指定されたら(ステップS101:Yes)、ホール信号の電圧を特定する(ステップS105)。なお、CPU14cは、この動作をホール信号HU、HV、HWの全てについて行う。その後、CPU14cは、タイミングT2、T1における電圧から、ホール信号HU,HV,HWのうち、傾き(変化の割合)の絶対値が他の部分と比して大きい、好ましくは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号を選択する(ステップS106)。図4は、高分解能検出処理を説明するための図である。図4では、タイミングT3までのホール信号HU,HV,HW、A相からの信号21、及び、B相からの信号22が上側に示されている。また、図4には、タイミングT3から微小時間T4だけ前のタイミングから、タイミングT3までの時間の範囲におけるホール信号HU、A相からの信号21及びB相からの信号22の一部を抜粋した拡大図が下側に示されている。例えば、図4においては、CPU14cは、ホール信号HU,HV,HWのそれぞれについて、タイミングT3における傾きの絶対値を算出し、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HUを選択する。
Then, when the timing T3 is specified (step S101: Yes), the
図5は、高分解能検出処理におけるステップS106の処理を説明するための図である。例えば、図5の例において、タイミングT3が、時間T11以上時間T12未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HWを選択する。また、タイミングT3が、時間T12以上時間T13未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HVを選択する。また、タイミングT3が、時間T13以上時間T14未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HUを選択する。また、タイミングT3が、時間T14以上時間T15未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HWを選択する。また、タイミングT3が、時間T15以上時間T16未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HVを選択する。また、タイミングT3が、時間T16以上時間T17未満の範囲内のタイミングである場合には、CPU14cは、傾きの絶対値が最も大きいホール信号HUを選択する。タイミングT3が上述した時間の範囲以外の他の時間の範囲内のタイミングであっても同様である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the process of step S106 in the high resolution detection process. For example, in the example of FIG. 5, when the timing T3 is within the range of the time T11 or more and less than the time T12, the
すなわち、ステップS106では、CPU14cは、タイミングT3において、信号の形状が最も直線(リニア)に近くなるホール信号を選択する。よって、本実施形態では、CPU14cは、ホール信号HU,HV,HWのうち傾きの絶対値が最も大きいホール信号を選択するという簡易な処理で、タイミングT3において、信号の形状が最も直線に近くなるホール信号を選択することができる。したがって、本実施形態によれば、簡易に、信号の形状が最も直線に近くなるホール信号を選択することができる。
That is, in step S106, the
また、タイミングT3がどのようなタイミングであっても、先の図5を参照して説明したように、信号の形状が最も直線に近くなるホール信号が存在する。このため、CPU14cは、タイミングT3がどのようなタイミングであっても、信号の形状が最も直線に近くなるホール信号を選択することができる。
Further, regardless of the timing of the timing T3, as described with reference to FIG. 5 above, there is a hall signal whose signal shape is closest to a straight line. Therefore, the
なお、図5の例に示すように、結果的に、ステップS106において、CPU14cは、タイミングT3において、ホール信号HU,HV,HWの交点によって定まる範囲R内に含まれるホール信号を選択することとなる。なお、磁気センサ12a,12b,12cの個体差や環境条件などにより、ホール信号HU,HV,HWの波形が変化し、各交点の箇所も変動することがあるため、必ずしも範囲Rは一定とはならない場合も考えられるが、上記の方法により最も直線に近くなるホール信号を随時選択する事が可能となる。
As shown in the example of FIG. 5, as a result, in step S106, the
なお、上述したタイミングT2は、ここではすでに特定されていることになる(ステップS102〜S104)。 The timing T2 described above has already been specified here (steps S102 to S104).
図4は、上述したように、先のステップS106においてCPU14cがタイミングT3においてホール信号HUを選択した場合を示す。例えば、図4における上述した拡大図に示すように、ステップS103〜104において、CPU14cは、タイミングT3よりも時間的に前のタイミングであって、B相からの信号22の立ち下がりエッジのタイミングであるタイミングT2を特定する。タイミングT2は、第2のタイミングの一例であり、エンコーダ11によりモータ10(回転子10a)の回転角度が検出されたタイミングである。
FIG. 4 shows a case where the
また、上述したタイミングT1も、ここではすでに特定されていることになる(ステップS102〜104)。 Further, the timing T1 described above has already been specified here (steps S102 to 104).
例えば、図4における上述した拡大図に示すように、ステップS102〜104において、CPU14cは、タイミングT2よりも時間的に前のタイミングであって、A相からの信号21の立ち下がりエッジのタイミングであるタイミングT1を特定する。タイミングT1は、第1のタイミングの一例であり、エンコーダ11によりモータ10(回転子10a)の回転角度が検出されたタイミングである。
For example, as shown in the enlarged view described above in FIG. 4, in steps S102 to 104, the
このように、CPU14cは、ステップS105で、選択したホール信号において、タイミングT3における電圧V3を特定し、ステップS102〜104で、タイミングT2における電圧V2と、タイミングT1における電圧V1を特定する。なお、タイミングT1における電圧V1は、第1の値の一例であり、タイミングT2における電圧V2は、第2の値の一例であり、タイミングT3における電圧V3は、第3の値の一例である。
As described above, the
例えば、図4における上述した拡大図に示すように、CPU14cは、選択したホール信号HUにおいて、ステップS105で、タイミングT3における電圧V3を特定し、ステップS102〜104で、タイミングT2における電圧V2と、タイミングT1における電圧V1とを特定する。
For example, as shown in the enlarged view described above in FIG. 4, the
そして、CPU14cは、タイミングT1における電圧V1とタイミングT2における電圧V2との差を示す電圧差(以下、第1の差分Vd1と称する)を算出し(ステップS107)、タイミングT2における電圧V2とタイミングT3における電圧V3との差を示す電圧差(以下、第2の差分Vd2と称する)を算出する(ステップS108)。
Then, the
例えば、図4における上述した拡大図の例では、CPU14cは、ステップS107で、(V2−V1)を第1の差分Vd1として算出し、ステップS108で、(V3−V2)を第2の差分Vd2として算出する。
For example, in the example of the above-mentioned enlarged view in FIG. 4, the
すなわち、CPU14cは、A相からの信号21又はB相からの信号22のエッジのタイミングT1における、選択したホール信号(ホール信号HU、HV又はHW)の電圧V1と、タイミングT1よりも後のタイミングであってA相からの信号21又はB相からの信号22のエッジのタイミングであるタイミングT2における選択したホール信号の電圧V2との差を示す第1の差分Vd1を算出する。また、CPU14cは、電圧V2とタイミングT2よりも後のタイミングであってA相からの信号21又はB相からの信号22のエッジのタイミングであるタイミングT3における選択したホール信号の電圧V3との差を示す第2の差分Vd2を算出する。
That is, the
そして、CPU14cは、第1の差分Vd1を、所定値αで除した、(Vd1/α)を算出する(ステップS109)。所定値αは、回転角度の検出分解能を何倍にするかを示す値であり、ユーザにより設定される。例えば、所定値αが「25」である場合には、高分解能検出処理により、検出される回転角度の分解能が25倍となる。なお、この算出された(Vd1/α)の値が1より小さかった場合は、要求される分解能を満足していないことになるため、分解能を見直すか、A/Dコンバータ14bの性能を再検討すればよい。
Then, the
そして、CPU14cは、第2の差分Vd2が(Vd1/α)の何倍であるのかを算出する(ステップS110)。例えば、CPU14cは、第2の差分Vd2を(Vd1/α)で除して(α・Vd2/Vd1)を算出することにより、第2の差分Vd2が(Vd1/α)の何倍であるのかを算出する。すなわち、第2の差分Vd2は、(Vd1/α)の(α・Vd2/Vd1)倍である。
Then, the
なお、CPU14cは、(α・Vd2/Vd1)が、自然数にならずに、小数点以下の数値を含む場合には、(α・Vd2/Vd1)の小数第1位を四捨五入した値を用いればよい。以下の説明において、(α・Vd2/Vd1)の小数第1位を四捨五入した値も(α・Vd2/Vd1)と表記する。
If (α ・ Vd2 / Vd1) does not become a natural number and includes a numerical value after the decimal point, the
そして、CPU14cは、下記の式(1)にしたがって、タイミングT3におけるモータ10(回転子10a)の回転角度θT3を算出し(ステップS111)、高分解能検出処理を終了する。 Then, the CPU 14c calculates the rotation angle θ T3 of the motor 10 (rotor 10a) at the timing T3 according to the following equation (1) (step S111), and ends the high resolution detection process.
θT3=θT2+θdiv×(α・Vd2/Vd1) (1) θ T3 = θ T2 + θ div × (α · Vd2 / Vd1) (1)
式(1)におけるθT2について説明する。θT2は、タイミングT2におけるモータ10(回転子10a)の回転角度である。CPU14cは、エンコーダ信号のパルスを計数することによりθT2を算出する。
The θ T2 in the equation (1) will be described. θ T2 is the rotation angle of the motor 10 (rotor 10a) at the timing T2. The
また、式(1)におけるθdiv×(α・Vd2/Vd1)の項は、タイミングT2におけるモータ10(回転子10a)の回転角度からタイミングT3における回転角度までの変化量を指す。式(1)におけるθdivは、第1の差分Vd1に対応する回転角度(第1の回転角度)を所定値αで除した回転角度であり、ステップS109で算出された(Vd1/α)に対応する回転角度である。なお、第1の差分Vd1に対応する回転角度とは、タイミングT1におけるモータ10(回転子10a)の回転角度からタイミングT2における回転角度までの変化量を指す。 Further, the term θ div × (α · Vd2 / Vd1) in the equation (1) refers to the amount of change from the rotation angle of the motor 10 (rotor 10a) at the timing T2 to the rotation angle at the timing T3. The θ div in the equation (1) is a rotation angle obtained by dividing the rotation angle (first rotation angle) corresponding to the first difference Vd1 by a predetermined value α, and is calculated in step S109 (Vd1 / α). The corresponding rotation angle. The rotation angle corresponding to the first difference Vd1 refers to the amount of change from the rotation angle of the motor 10 (rotor 10a) at the timing T1 to the rotation angle at the timing T2.
例えば、エンコーダ11が400P/Rの分解能を有し、所定値αが「25」である場合には、0.036(360/(400×25))度が、(Vd1/α)に対応する回転角度であり、θdivである。この場合、式(1)を見れば分かるように、検出可能な回転角度の分解能が0.036度である。一方、エンコーダ11が400P/Rの分解能である場合には、検出可能な回転角度の分解能が0.9(360/400)度である。よって、検出可能な回転角度の分解能が0.9度から0.036度に25倍大きくなる。すなわち、本実施形態に係る回転検出装置15及びモータ装置1によれば、エンコーダ11自体が400P/Rの分解能であっても、400P/Rの25倍の分解能(10000P/R)で回転角度を検出することができる。
For example, when the
以上のことから、CPU14cは、ステップS102〜104で特定されたタイミングT1における電圧と、タイミングT2における電圧と、ステップS105で特定されたタイミングT3における電圧と、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度とに基づいて、タイミングT3におけるモータ10(回転子10a)の回転角度を検出する。
From the above, the
また、CPU14cは、第1の差分Vd1と、第2の差分Vd2と、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度とに基づいて、タイミングT3におけるモータ10(回転子10a)の回転角度を検出する。
Further, the
また、CPU14cは、式(1)を用いて、第1の差分Vd1と第2の差分Vd2との比率に基づいて、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度から第2の差分Vd2に対応する第2の回転角度θdiv×(α・Vd2/Vd1)を算出する。そして、CPU14cは、算出した第2の回転角度θdiv×(α・Vd2/Vd1)とタイミングT2におけるモータ10(回転子10a)の回転角度θT2との和を、タイミングT3における回転角度として検出する。
Further, the
以上のことから、本実施形態に係る回転検出装置15及びモータ装置1によれば、エンコーダを改良することなく、高い分解能で回転角度を検出することができる。
From the above, according to the
また、タイミングT3に最も近い2つのエッジのタイミングの電圧(値)を用いて、回転角度を検出するので、誤差がなく、精度良く回転角度を検出することができる。 Further, since the rotation angle is detected by using the voltage (value) of the timing of the two edges closest to the timing T3, the rotation angle can be detected accurately without any error.
高い分解能で検出された回転角度は、様々な制御に用いられる。例えば、モータ装置1が、モータ10が回転駆動することにより、ボールねじを回転させて直線的に移動させる制御を行う場合には、高い分解能で回転角度を検出することができることから、ボールねじを停止させる所定の位置に、高い精度で停止させることができる。
The rotation angle detected with high resolution is used for various controls. For example, when the motor device 1 controls to rotate and linearly move the ball screw by driving the
また、上述した実施形態では、磁気センサ12a,12b,12cからのホール信号HU,HV,HWを用いて高分解能検出処理を行う場合について例示したが、モータ10の回転に伴って波形が変化する信号であれば、どのような信号を用いてもよい。例えば、モータ10の逆起電力の信号を用いて、高分解能検出処理を行ってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where high-resolution detection processing is performed using the Hall signals HU, HV, and HW from the
また、CPU14cは、第1の差分Vd1の値が大きく取れて指定の分解能が確実に満足される条件の場合、下記の式(2)にしたがって、タイミングT3におけるモータ10(回転子10a)の回転角度θT3を算出してもよい。
Further, the
θT3=θT2+θVd1×(Vd2/Vd1) (2) θ T3 = θ T2 + θ Vd1 × (Vd2 / Vd1) (2)
ここで、式(2)におけるθVd1は、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度である。回転角度θT3を算出するという観点では、式(1)と式(2)は、実質的に同一の式であるが、式(1)は、要求される分解能が考慮された式である。 Here, θ Vd1 in the equation (2) is a first rotation angle corresponding to the first difference Vd1. From the viewpoint of calculating the rotation angle θ T3 , the equation (1) and the equation (2) are substantially the same equation, but the equation (1) is an equation in consideration of the required resolution.
CPU14cは、式(2)にしたがって、第1の差分Vd1と、第2の差分Vd2と、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度θVd1とに基づいて、タイミングT3におけるモータ10(回転子10a)の回転角度を検出する。
According to the equation (2), the
また、CPU14cは、式(2)にしたがって、第1の差分Vd1と第2の差分Vd2との比率に基づいて、第1の差分Vd1に対応する第1の回転角度θVd1から第2の差分Vd2に対応する第2の回転角度θVd1×(Vd2/Vd1)を算出する。そして、CPU14cは、算出した第2の回転角度θVd1×(Vd2/Vd1)とタイミングT2におけるモータ10(回転子10a)の回転角度θT2との和を、タイミングT3における回転角度として検出する。
Further, the
以上のことから、式(2)を用いた場合であっても、本実施形態に係る回転検出装置15及びモータ装置1によれば、エンコーダを改良することなく、高い分解能で回転角度を検出することができる。
From the above, even when the equation (2) is used, the
ここで、本実施形態に係る回転検出装置15についての時間軸要素の一例について説明する。例えば、A/Dコンバータ14bが、アナログ信号である1つのチャネルのホール信号HU、HV又はHWをデジタル信号に変換する際に1μsの時間がかかり、その変換準備時間に2μsの時間がかかる場合には、変換準備時間を含めると1つのチャネルのホール信号HU、HV又はHWをアナログ信号からデジタル信号に変換する際には3μsの時間がかかる。A/Dコンバータ14bは、3つのチャネルのホール信号HU、HV、HWをアナログ信号からデジタル信号に変換するので、A/Dコンバータ14bの全体の変換時間としては9μs(3(μs)×3)の時間がかかる。
Here, an example of a time axis element for the
そして、分解能を25倍にする場合には、モータ10(回転子10a)が1回転するのに、9(μs)×25×400(パルス)=90msの時間がかかる。そして、処理限界回転数は、(1000/90)×60=666.7min−1となる。よって、上述した各種の条件で動作する回転検出装置15は、約667min−1で利用可能と考えられる。
When the resolution is increased 25 times, it takes 9 (μs) × 25 × 400 (pulse) = 90 ms for the motor 10 (rotor 10a) to make one rotation. The processing limit rotation speed is (1000/90) × 60 = 666.7 min -1 . Therefore, it is considered that the
また、本実施形態に係る回転検出装置15についての振幅軸要素の一例について説明する。A/Dコンバータ14bのフルスケール電圧が5000mVであり、フルスケールデータが4095であり、上述した第1の電圧差Vd1が120mVである場合について説明する。ここで、A相からの信号21のエッジ及びB相からの信号22のエッジの複数のエッジについて、時間的に隣接する2つのエッジを1パルスとする。この場合には、1パルス分の電圧が120mVとなる。また、1パルス分のデータは、(120/5000)×4095=98.28となる。
Further, an example of the amplitude axis element of the
そして、分解能を25倍にする場合には、分解能あたりのデータ値は、98.25/25=3.93となる。よって、3デジット程度の誤差マージンが見込まれる。 When the resolution is increased 25 times, the data value per resolution is 98.25 / 25 = 3.93. Therefore, an error margin of about 3 digits is expected.
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments. The present invention also includes those configured by appropriately combining the above-mentioned constituent elements. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
1 モータ装置
10 モータ
10a 回転子
11 エンコーダ
12a、12b、12c 磁気センサ
13a、13b、13c オペアンプ(演算増幅器)
14 マイクロコンピュータ
14a カウンタ
14b A/Dコンバータ
14c CPU(検出部)
15 回転検出装置
16 駆動回路
1
14 Microcomputer 14a Counter 14b A /
15 Rotation detector 16 Drive circuit
Claims (5)
前記エンコーダにより回転角度が検出された第1のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第1の電圧と、当該第1のタイミングよりも後の第2のタイミングであって前記エンコーダにより回転角度が検出された第2のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第2の電圧と、前記第2のタイミングよりも後の第3のタイミングにおける前記回転体の回転に応じた信号の第3の電圧と、前記第1の電圧と前記第2の電圧との差を示す第1の差分と、前記第2の電圧と前記第3の電圧との差を示す第2の差分と、前記第1の差分に対応する第1の回転角度とに基づいて、前記第3のタイミングにおける前記回転体の回転角度を検出する検出部と、を備え、
前記検出部は、前記回転体の回転に応じた信号を出力する三相のホール素子の信号のうち、前記第3のタイミングにおいて傾きの絶対値が最も大きいホール信号を選択し、前記第1のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第1の電圧とし、前記第2のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第2の電圧とし、前記第3のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第3の電圧として、前記第3のタイミングにおける前記回転体の回転角度を検出する、
回転検出装置。 An encoder for detecting the intermittent rotation angle of the rotation angle of the rotating body,
A first voltage signal corresponding to the rotation of the rotating body at the first timing rotational angle is detected by the pre-Symbol encoder, by the first of the encoder and a second timing later than the timing The second voltage of the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the second timing when the rotation angle is detected, and the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the third timing after the second timing. The third voltage, the first difference showing the difference between the first voltage and the second voltage, and the second difference showing the difference between the second voltage and the third voltage. A detection unit that detects the rotation angle of the rotating body at the third timing based on the first rotation angle corresponding to the first difference.
The detection unit selects the Hall signal having the largest absolute value of inclination at the third timing from the signals of the three-phase Hall element that outputs a signal corresponding to the rotation of the rotating body, and the first one. The value of the selected Hall signal at the timing is defined as the first voltage, the value of the selected Hall signal at the second timing is defined as the second voltage, and the value of the selected Hall signal at the third timing is defined as the second voltage. Using the value as the third voltage, the rotation angle of the rotating body at the third timing is detected.
Rotation detector.
請求項1又は2に記載の回転検出装置。 In the detection unit, Vd2 is (Vd1 / α) when predetermined values indicating the magnification of the detection resolution of the first difference, the second difference, and the rotation angle of the rotating body are Vd1, Vd2, and α, respectively. ) Is (α × Vd2 / Vd1) times, the rotation angle of the rotating body at the third timing is detected.
The rotation detection device according to claim 1 or 2.
前記回転体を回転子として備えるモータと、
を含むモータ装置。 The rotation detection device according to any one of claims 1 to 3.
A motor equipped with the rotating body as a rotor and
Motor equipment including.
前記工程では、前記回転体の回転に応じた信号を出力する三相のホール素子の信号のうち、前記第3のタイミングにおいて傾きの絶対値が最も大きいホール信号を選択し、前記第1のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第1の電圧とし、前記第2のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第2の電圧とし、前記第3のタイミングにおける前記選択したホール信号の値を前記第3の電圧として、前記第3のタイミングにおける前記回転体の回転角度を検出する、
回転検出方法。 From the first voltage of the signal corresponding to the rotation of the rotating body at the first timing when the rotation angle is detected by the encoder that detects the intermittent rotation angle among the rotation angles of the rotating body, and the first timing. The second voltage of the signal at the second timing after the second timing and the rotation angle is detected by the encoder, and the signal at the third timing after the second timing. A third voltage, a first difference showing the difference between the first voltage and the second voltage, and a second difference showing the difference between the second voltage and the third voltage. A step of detecting the rotation angle of the rotating body at the third timing based on the first rotation angle corresponding to the first difference is included.
In the step, among the signals of the three-phase Hall element that outputs a signal corresponding to the rotation of the rotating body, the Hall signal having the largest absolute value of inclination at the third timing is selected, and the first timing is described. The value of the selected Hall signal in the above is the first voltage, the value of the selected Hall signal at the second timing is the second voltage, and the value of the selected Hall signal at the third timing. Is the third voltage, and the rotation angle of the rotating body at the third timing is detected.
Rotation detection method.
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