WO2009125479A1 - 磁極位置検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

　２つの磁気センサを任意の間隔で配置しても磁極位置を正しく取得できる磁極位置検出装置を得ることを目的として、モータの磁極配列方向に沿って所定の間隔Ｌを置いて配置される２つの磁気センサの各センサ出力ａ，ｂと、２つのセンサ出力ａ，ｂ間の位相差φとを入力として、ｓｉｎφ＞δである場合は、ａ・ｓｉｎφをｂ－ａ・ｃｏｓφで割り算してｔａｎθを求め、磁極位置θ＝ｔａｎ^－１｛ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）｝を出力する。また、ｓｉｎφ≦δである場合は、ａ＝ｓｉｎθ、ｂ＝ｃｏｓ（θ＋φ）であるから、磁極位置θ＝｛ｓｉｎ^－１（ａ）＋ｃｏｓ^－１（ｂ）－φ｝／２を出力する。φ＝２π×Ｌ／（磁極ピッチまたは極数）であるから、φを２つのセンサ出力ａ，ｂに対する補正係数として用いることで、間隔Ｌが理論値と異なる場合でも磁極位置誤差をキャンセルすることができる。つまり、２つの磁気センサを任意の間隔で配置できる。

Description

磁極位置検出装置及び方法

　この発明は、モータの可動部が位置する磁極位置を検出する磁極位置検出装置及び方法に関するものである。

　モータの磁極構造は、リニアモータでは、或る長さ（磁極ピッチ）の磁石を互いの極性を異ならせて直線状に複数配列した構造であり、回転モータ（ブラシレスモータなど）では、所定の極数を構成するように互いに異なる極性の磁極を環状に所定数配列した構造である。

　リニアモータや回転モータ（ブラシレスモータなど）では、可動部が位置する磁極位置での磁気を検出するために、磁極が発生する磁束の距離に応じた変化量を検出する２以上の磁気センサがモータの磁極配列方向に沿って或る間隔を置いて配置される。

　磁極位置検出装置は、上記した２以上の磁気センサのうち、２つの磁気センサのセンサ出力間の位相差に基づき、可動部が位置する磁極位置を演算検出する装置である。

　リニアモータでは、磁石配列方向に移動する際に、磁極ピッチ内のいずれの位置（磁極位置）に位置しているかの位置情報を得るために、磁極位置検出装置を搭載している。つまり、リニアモータに用いる磁極位置検出装置は、２つの磁気センサを装置内に備えている。一方、回転モータでは、２以上の磁気センサは当該モータの構成部分の一部となり、磁極位置検出装置は当該モータの外部に設けられる構成となる。

　ところで、２つの磁気センサの配置間隔に関して、従来では、センサ出力間の位相差が９０度となるように、２つの磁気センサを配置している（例えば、特許文献１，２等）。

　そうすると、リニアモータの例で言えば、２つの磁気センサの配置間隔Ｌと、磁極ピッチＰＩＴとの間に、
　　Ｌ＝ＰＩＴ／４　　　…（１）
の関係が成り立つ。なお、配置間隔Ｌは、回転モータでは、電気角で表され、
　　Ｌ＝１８０°／極数
である。

　各磁気センサの出力波形は、正弦波状をしているので、この式（１）の制約条件を満たすように２つの磁気センサを配置した場合、進み位相側のセンサ出力をａとし、遅れ位相側のセンサ出力をｂとすれば、センサ出力ａは正弦波と見なすことができ、センサ出力ｂは余弦波と見なすことができる。磁極位置は、センサ出力ａ，ｂの正接値を演算することで求めることができる。

　すなわち、磁極位置をθとすれば、ｔａｎθ＝ａ／ｂであるので、磁極位置θは、
　　θ＝ｔａｎ^－１（ａ／ｂ）　　　…（２）
と求めることができる。

　この場合の処理ブロックは、つまり、従来の磁極位置検出装置は、ａ／ｂを求める割算器と、割算器が求めた正接値ｔａｎθから逆正接値を求めるｔａｎ^－１の角度演算器とで構成される。

特開昭６０－１８０４６８号公報（第３図） 特開２００１－７８３９２公報（図１）

　しかし、従来の磁極位置検出装置での２つの磁気センサの配置間隔は、任意に定めることができず、式（１）の制約条件から理解できるように、リニアモータでは磁極ピッチによって決められるという制約があり、回転モータでは極数によって決められるという制約がある。

　それ故、磁気センサの取り付け位置に誤差がある場合には、面倒な補正処理が必要になっている。そして、リニアモータに搭載する磁極位置検出装置では、当該装置の大きさが磁極ピッチによって決まるので、小型化が困難である。また、磁極位置検出装置を磁極ピッチの異なるリニアモータ間で共用化することができない。

　この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、２つの磁気センサを任意の間隔で配置しても磁極位置を正しく取得できる磁極位置検出装置及び方法を得ることを目的とする。

　上述した目的を達成するために、この発明にかかる磁極位置検出装置は、モータの磁極配列方向に沿って所定の間隔を置いて配置される２以上の磁気センサのうち、２つの磁気センサのセンサ出力間の位相差に基づき、可動部が位置する磁極位置を演算検出する磁極位置検出装置であって、前記２つのセンサ出力のうちの進相側センサ出力をａ、遅相側センサ出力をｂとし、前記位相差をφとするとき、前記位相差の正弦値が判定閾値よりも大きい場合の磁極位置θを、θ＝＝ｔａｎ^－１｛（ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）｝の演算を行って検出する第１の演算系と、前記位相差の正弦値が判定閾値よりも小さい場合の磁極位置θを、θ＝｛ｓｉｎ^－１（ａ）＋ｓｉｎ^－１（ｂ）－φ｝／２の演算を行って検出する第２の演算系とを備えていることを特徴とする。

　この発明によれば、２つの磁気センサを任意の間隔で配置しても磁極位置を正しく取得できる磁極位置検出装置が得られるという効果を奏する。

図１は、この発明の一実施の形態による磁極位置検出装置の構成を示すブロック図である。 図２は、リニアモータに搭載する磁極位置検出装置のこの発明による磁極位置検出の原理を説明する図である。 図３は、図２に示す磁極位置検出装置が備える２つの磁気センサの出力波形を示す波形図である。 図４は、図２に示した構成において、配置間隔を５ｍｍ、磁極ピッチを３０ｍｍとした場合の磁極位置検出動作を説明する図である。 図５は、図４に示した条件の下でのシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。 図６は、図２に示した構成において、配置間隔を５ｍｍ、磁極ピッチを２０ｍｍとした場合の磁極位置検出動作を説明する図である。 図７は、図６に示した条件の下でのシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。 図８は、図２に示した構成において、配置間隔が理論値からずれている場合に補正係数を算出して求めた磁極位置のシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。 図９は、３つの磁気センサを用いて磁極位置検出を行う方法を説明する図である。

符号の説明

　１　磁極位置検出装置
　２　リニアモータ
　３　ガイド
　４　磁石
　１１，１２，１３　磁気センサ
　２０，２１，３１　乗算器
　２２，２３，３２　選択回路
　２４，２９　減算器
　２５　割算器
　２６，２７，２８　角度演算器
　３０　加算器
　ａ，ｂ　センサ出力
　φ　位相差（補正係数）

　以下に図面を参照して、この発明にかかる磁極位置検出装置及び方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

　図１は、この発明の一実施の形態による磁極位置検出装置の構成を示すブロック図である。なお、この実施の形態では、リニアモータに搭載して用いるものとして説明するが、回転モータでも利用できるものである。

　図１に示すように、この実施の形態による磁極位置検出装置は、２つの磁気センサのセンサ出力ａ，ｂと、センサ出力ａ，ｂ間の位相差φとを入力とし、それらに基づき磁極位置θを演算出力する装置である。

　図１に示す磁極位置検出装置は、乗算器２０，２１、選択回路２２，２３、減算器２４、割算器２５、角度演算器２６，２７，２８、減算器２９、加算器３０、乗算器３１、及び選択回路３２を備えている。また、図示してないが、位相差φを下記の式（３）によって求める位相差演算部を備えている。

　この磁極位置検出装置は、次のような原理に基づき構成したものである。図２と図３を参照して説明する。なお、図２は、リニアモータに搭載する磁極位置検出装置のこの発明による磁極位置検出の原理を説明する図である。図３は、図２に示す磁極位置検出装置が備える２つの磁気センサの出力波形を示す波形図である。

　図２おいて、磁極位置検出装置１を搭載するリニアモータ２は、ガイド３に案内されて或る長さ（磁極ピッチ）を有する磁石４の配列方向に動くことができる。磁極位置検出装置１には、２つの磁気センサ１１，１２が磁石４の配列方向において間隔Ｌで配置されている。したがって、磁極位置検出装置１が或る位置に位置するときの磁気センサ１１，１２の出力値は、Ｎ極からの距離が異なるため違った値になる。

　磁極位置検出装置１がガイド３に沿って移動する場合、磁気センサ１１，１２の出力（センサ出力）ａ，ｂは、図３に示すように、磁極位置検出装置１の移動位置に応じて一定の位相差φ［ｒａｄ］を持つ正弦波状になる。センサ出力ａ，ｂの位相差φは、磁極ＰＩＴと磁気センサ１１，１２の配置間隔Ｌとで決まり、
　　φ＝２π×Ｌ／ＰＩＴ［ｒａｄ］　　　…（３）
と表せる。

　ここで、センサ出力ａは、進相側に配置される磁気センサ１１の出力で、センサ出力ｂは、遅相側に配置される磁気センサ１２の出力であるとすれば、磁気センサ１１の出力ａに比べて磁気センサ１２の出力ｂは、φ＝２π×Ｌ／ＰＩＴ［ｒａｄ］だけ位相が遅れることになる。このときの磁極位置をθとして、正接値ｔａｎθ＝ａ／ｂを求めると、
　　ａ／ｂ＝ｓｉｎθ／ｓｉｎ（θ＋φ）＝ａ／（ａ・ｃｏｓφ＋ｃｏｓθｓｉｎφ）
となる。したがって、磁極位置θの余弦値ｃｏｓθは、
　　ｃｏｓθ＝（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）／ｓｉｎφ　　…（４）
と計算できる。

　従来の磁極位置検出手法では、磁気センサ１１，１２の出力ａ，ｂは、９０度の位相差を有しているので、φ＝９０°となり、式（４）に適用すると、ｃｏｓθ＝ｂとなる。このように、式（４）は、従来手法の拡張になっている。

　磁極位置θを従来手法と同じように正接値ｔａｎθから算出すると、
　ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ａ／ｃｏｓθ＝ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）となるので、磁極位置θは、
　　θ＝ｔａｎ^－１｛（ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）｝　　…（５）
と算出することができる。

　式（５）は、磁極ピッチと、磁気センサ１１，１２の配置間隔とから得られる位相差φをセンサ出力ａ，ｂに対する補正係数として用い、センサ出力ａ，ｂから磁極位置の正接値ｔａｎθを求めれば、磁極位置θが得られることを示している。

　但し、式（５）において、ｓｉｎφ＝０となる条件では、ｔａｎθ＝０となるため、式（４）からｃｏｓθを求めることができない。実際に、ｓｉｎφ≪１のときは、磁気センサ１１，１２の配置間隔Ｌが磁極ピッチＰＩＴに比べて極めて小さく、磁気センサ１１，１２のセンサ出力ａ，ｂの値がほぼ一致するため、式（５）からｔａｎθを求めて磁極位置θを求めるのは困難になる。また、磁気センサ１１，１２の配置間隔Ｌが磁極ピッチＰＩＴの整数倍の場合にも、同じようにｓｉｎφ＝０となり、式（５）からｔａｎθを求めて磁極位置θを求めるのは困難になる。

　そこで、このような場合は、センサ出力ａ，ｂから直接値ｓｉｎθを求めて磁極位置θを算出することにする。すなわち、ａ＝ｓｉｎθ、ｂ＝ｓｉｎ（θ＋φ）の関係から、
　　θ＝ｓｉｎ^－１（ａ）
　　θ＝ｓｉｎ^－１（ｂ）－φ
となるので、この２式を、磁極位置θを２つのセンサ出力ａ，ｂを利用して算出できるように、
　θ＝｛ｓｉｎ^－１（ａ）＋ｓｉｎ^－１（ｂ）－φ｝／２　　…（６）
と変形する。このようにすれば、ｓｉｎφが小さい場合には、センサ出力ａ，ｂから直接ｓｉｎθを計算することによって磁極位置θを算出することができる。

　なお、回転モータの場合は、磁極ピッチＰＩＴを極数とし、配置間隔Ｌと位相差φと磁極位置θをそれぞれ電気角で考えることにより、上記と同様の手順で磁極位置を算出することができる。

[規則91に基づく訂正 14.11.2008]
　図１は、以上の内容を処理ブロックの形に整理して示したものである。図１において、値δは、ｓｉｎφ＝ｓｉｎ（２π×Ｌ／ＰＩＴ）の大きさに応じて、式（５）によってｔａｎθを算出して磁極位置θを算出するか、式（６）によってｓｉｎθから磁極位置θを算出するか、を決定する判定閾値である。この判定閾値δは、０＜δ≪１の範囲内に定められる設計値である。

　乗算器２０は、センサ出力ａにｓｉｎφを乗算した「ａ・ｓｉｎφ」を選択回路２２の一方の入力端１５ａに出力する。乗算器２１は、センサ出力ａにｃｏｓφを乗算した「ａ・ｃｏｓφ」を選択回路２３の一方の入力端１６ａに出力する。選択回路２２の他方の入力端１５ｂには、センサ出力ａが直接入力される。選択回路２３の他方の入力端１６ｂには、値０が入力される。

　選択回路２２の出力は、割算器２５の一方の入力端と角度演算器２７とに入力される。選択回路２３の出力は、減算器２４の一方の入力端に入力される。減算器２４は、他方の入力であるセンサ出力ｂから選択回路２３の出力を引き算した値を割算器２５の他方の入力端と角度演算器２８とに出力する。

　角度演算器２６は、割算器２５の出力「ｔａｎθ」に「ｔａｎ^－１」の角度演算を施して逆正接値（磁極位置）θを求め、選択回路３２の一方の入力端１７ａに出力する。

　角度演算器２８は、減算器２４の出力に「ｓｉｎ^－１」の角度演算を施し、求めた逆正弦値を減算器２９の一方の入力端に出力する。減算器２９は、角度演算器２８の出力から他方の入力である位相差φを引き算した値を加算器３０の一方の入力端に出力する。

　角度演算器２７は、選択回路２２の出力に「ｓｉｎ^－１」の角度演算を施し、求めた逆正弦値を加算器３０の他方の入力端に出力する。乗算器３１は、加算器３０が出力する「（減算器２９の出力」＋（角度演算器２７の出力）」に１／２を乗算した値を選択回路３２の他方の入力端１７ｂに出力する。

　以上の構成において、選択回路２２，２３，３２は、それぞれ、ｓｉｎφ＞δである場合は、一方の入力端１５ａ，１６ａ，１７ａを選択し、ｓｉｎφ≦δである場合は、他方の入力端１５ｂ，１６ｂ，１７ｂを選択する。

　そうすると、ｓｉｎφ＞δである場合は、選択回路２２の出力はａ・ｓｉｎφであり、選択回路２３の出力はａ・ｃｏｓφである。減算器２４の出力は、ｂ－ａ・ｃｏｓφである。割算器２５の出力は、ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）＝ｔａｎθとなる。したがって、角度演算器２６の出力には、式（５）の演算による磁極位置θが得られる。

　一方、ｓｉｎφ≦δである場合は、選択回路２２の出力はセンサ出力ａであり、選択回路２３の出力は値０である。減算器２４の出力は、センサ出力ｂである。角度演算器２７の出力は、θ＝ｓｉｎ^－１（ａ）である。角度演算器２８の出力は、θ＝ｓｉｎ^－１（ｂ）である。減算器２９の出力は、θ＝ｓｉｎ^－１（ｂ）－φである。加算器３０の出力は、２θ＝｛ｓｉｎ^－１（ａ）＋ｓｉｎ^－１（ｂ）－φ｝である。したがって、乗算器３１の出力には、式（６）の演算による磁極位置θが得られる。

　図１に示す構成によって、任意の配置間隔Ｌにおいて磁極位置θを算出できるようになることが解る。そして、磁気センサ１１，１２の取り付けにおいて、配置間隔Ｌが理論値からずれた場合でも、位相差φを補正係数として用いることで、特別な補正処理をせずに取り付けに起因する配置間隔Ｌの誤差を補正することができる。

　すなわち、磁気センサ１１，１２の取り付けにおいて、配置間隔Ｌが理論値からずれた場合は、実際の配置間隔Ｌを実測したり、磁極位置誤差波形の観測から取り付け位置の誤差を算出して実際の配置間隔Ｌを推定したりして、配置間隔Ｌの実際値を求め、それを式（３）に適用して求めた位相差φを補正係数として図１におけるφに適用すればよい。つまり、配置間隔Ｌに誤差があっても、補正係数φを上記のように適切に求めて図１の構成に適用すれば、自動的に正しい磁極位置が得られる。以下に、実施例として各種の具体的な態様を示す。

（実施例１）
　図４は、図２に示した構成において、配置間隔を５ｍｍ、磁極ピッチを３０ｍｍとした場合の磁極位置検出動作を説明する図である。図５は、図４に示した条件の下でのシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。

　配置間隔Ｌが５ｍｍ、磁極ピッチＰＩＴが３０ｍｍの場合の補正係数φは、式（３）から、φ＝２π×５／３０＝π／３［ｒａｄ］となる。この補正係数φ＝π／３を図１に示す構成に適用して磁極位置θを算出する。

　図５では、横軸が実磁極位置［ｍｍ］であり、縦軸が磁極位置誤差［ｍｍ］である。図５において、符号３５は、図１に示す構成を用いる本手法によって磁極位置検出を行った場合の特性を示し、符号３６は、式（２）の条件による従来手法によって磁極位置検出を行った場合の特性を示す。

　図５に示すように、補正係数φをπ／３に設定したときには、本手法によれば、磁極位置誤差はゼロとなり、磁極位置を正しく検出できることが解る。これに対して、従来手法では、磁極位置に誤差を生じており、正しい磁極位置を得られないことが解る。これは、従来手法では、磁極ピッチと配置間隔との関係が式（２）の制約条件を満足していないためである。

　この場合、従来手法で正しく磁極位置を検出できるようにするには、配置間隔Ｌを磁極ピッチＰＩＴの１／４である７．５ｍｍにする必要がある。つまり、本手法を用いることにより、配置間隔が７．５ｍｍよりも短い５ｍｍでも磁極位置検出が可能になるので、磁極位置検出装置１の小型化を図ることができる。

（実施例２）
　図６は、図２に示した構成において、配置間隔を５ｍｍ、磁極ピッチを２０ｍｍとした場合の磁極位置検出動作を説明する図である。つまり、図６は、磁極ピッチのみを実施例１と異ならせた場合を示す。図７は、図６に示した条件の下でのシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。

　配置間隔Ｌが５ｍｍ、磁極ピッチＰＩＴが２０ｍｍの場合の補正係数φは、式（３）から、φ＝２π×５／２０＝π／２［ｒａｄ］となる。この補正係数φ＝π／２を図１に示す構成に適用して磁極位置θを算出する。

　図７では、横軸が実磁極位置［ｍｍ］であり、縦軸が磁極位置誤差［ｍｍ］である。図７において、符号３７は、図１に示す構成を用いる本手法によって磁極位置検出を行った場合と、式（２）の条件による従来手法によって磁極位置検出を行った場合との特性を示す。

　図７に示すように、本手法によれば、補正係数φをπ／２に設定したときも磁極位置誤差はゼロとなり、磁極位置が正しく検出できることが解る。これに対して、従来手法でも正しく磁極位置検出ができ、磁極位置誤差はゼロとなっている。これは、図６に示す条件は、配置間隔が磁極ピッチの１／４となっていて、従来手法で用いる式（２）の制約条件を満たすからである。

　このように、本手法では、図４と図６に示すように、磁極ピッチが異なっても補正係数φを適切に設定すれば、磁極位置誤差をゼロにすることができる。これに対して、従来手法では、図４の条件では、式（２）の制約条件を満たさないので、正しく磁極位置を算出できず、磁極位置誤差が生ずる。

　したがって、本手法では、磁極ピッチの異なるリニアモータの間でも、補正係数φを適切に設定することにより、共通の磁極位置検出装置を使用して磁極位置を検出することができるようになる。

（実施例３）
　図８は、図２に示した構成において、配置間隔が理論値からずれている場合に補正係数を算出して求めた磁極位置のシミュレーション結果を従来手法と比較して示す図である。図８では、配置間隔Ｌの理論値は、図６に示す５ｍｍであるが、実際の配置間隔が４．９ｍｍであった場合に、本手法によって補正を行った場合の特性３８と、式（２）の条件による従来手法によって磁気センサ１１，１２のセンサ出力ａ，ｂから磁極位置検出を行った場合の特性３９とが示されている。なお、図８では、横軸が実磁極位置［ｍｍ］で、縦軸が磁極位置誤差［ｍｍ］である。

　図６に示す条件の場合、理論的には、従来手法でも、式（２）の制約条件を満たしているので、図７に示したように、正しく磁極位置検出を行うことができる。今の例は、実際の取り付けに誤差がある場合であるので、実際は式（２）の制約条件を満たしていない場合に相当する。

　したがって、従来手法である式（２）によって磁極位置を算出した場合、センサ出力ｂが実際には理論値よりも位相が進んでいるにもかかわらず、センサ出力ｂはｃｏｓθとして扱うために、特性３９に示すように、最大５．０－４．９＝０．１ｍｍ程度の誤差が発生する。

　これに対して、本手法では、取り付け後の磁気センサの配置間隔を実測したり、磁極位置誤差波形の振幅値から取り付け後の磁気センサの配置間隔を推定したりして、実際の配置間隔を取得し、それを式（３）に適用して補正係数φを算出し、図１の構成に適用すると、取り付けに起因する誤差を補正できる。今の例では、補正係数φに、φ＝２π×４．９／２０＝１．５３９３８を与えることにより、取り付け誤差が補正されるので、特性３８に示すように、磁極位置誤差がゼロとなる。

　このように、磁気センサの配置間隔が理論値からずれている場合は、本手法により補正係数φを適切に設定することにより、誤差がキャンセルされるのが分かる。

（実施例４）
　図９は、３つの磁気センサを用いて磁極位置検出を行う方法を説明する図である。本手法を用いた場合、磁気センサの位置に関する制約が無いため、３以上の磁気センサを用いて磁極位置検出を行うことができる。

[規則91に基づく訂正 14.11.2008]
　例えば、図９に示すように、第３の磁気センサ１３を追加し、磁気センサ１１，１２を間隔Ｌ１＝２．５ｍｍの位置に配置し、磁気センサ１２，１３を間隔Ｌ２＝２．５ｍｍの位置に配置する。磁極位置の検出は、３つの磁気センサの組み合わせで行う。

　すなわち、磁気センサ１１と磁気センサ１２とを用いて磁極位置θ１２を計算し、磁気センサ１１と磁気センサ１３とを用いて磁極位置θ１３を計算し、磁気センサ１２と磁気センサ１３とを用いて磁極位置θ２３計算し、磁極位置θを、
　　θ＝（θ１２＋θ１３＋θ２３）／３
と算出する。

　このように、例えば、３つの磁気センサを組み合わせて用いることができるので、ノイズなどによる影響を緩和し、検出精度を上げることができる。また、３つの磁気センサのうち１つが故障した場合でも残りの２つによって磁極位置検出が行えるので、磁極検出装置の信頼性を上げることができる。

　以上説明したように、この実施の形態によれば、２つの磁気センサの配置間隔と磁極ピッチ（回転モータでは極数）との関係を規定する式（３）によって算出した位相差φを補正係数として、２つのセンサ出力の各値を補正するようにしたので、磁極ピッチ（回転モータでは極数）と磁気センサの配置間隔との間に制約のない磁極位置検出装置を実現することができる。

　また、磁極位置検出装置は、２つのセンサ出力と、補正係数である位相差φとを入力として磁極位置θを演算検出する構成として、位相差φの正弦値が１≫δ＞０の範囲内に定めた判定閾値δよりも大きい場合は、式（５）によって磁極位置θを演算検出し、位相差φの正弦ｓｉｎφが判定閾値δよりも小さい場合は、式（６）によって磁極位置θを演算検出するように、位相差φの正弦値の大きさに応じて適切に切り換える構成としたので、２つの磁気センサの任意の配置間隔において磁極位置を検出することができる。

　したがって、２つの磁気センサの取り付けに誤差があり実際の配置間隔が理論値からずれている場合でも、計測した実際の配置間隔を、或いは、磁極位置誤差波形の振幅値から取り付け誤差を見出して推定した実際の配置間隔を式（３）に適用して算出した補正係数φを用いることで、取り付け誤差を取り除くことができる。従来のような面倒な補正処理はしないで済むようになる。

　また、従来のような磁極ピッチ（回転モータでは極数）による制約がなくなり、２つの磁気センサは、任意の間隔で自由に配置できる。したがって、リニアモータに搭載する用途の磁極位置検出装置では、装置の小型化が可能となり、また、磁極ピッチが異なるリニアモータ間での共用化が可能になる。

　加えて、磁気センサの配置の自由度が上がることから、リニアモータに搭載する用途の磁極位置検出装置では、３以上の磁気センサを搭載することが容易となり、磁気センサに冗長性を持たせることができる。これによって、検出精度を向上させたり、信頼性を向上させたりすることができるようになる。

　以上のように、この発明にかかる磁極位置検出装置は、２つの磁気センサを任意の間隔で配置しても磁極位置を正しく取得できる磁極位置検出装置として有用であり、特に、リニアモータに搭載する用途に適している。

Claims (6)

1. 　モータの磁極配列方向に沿って所定の間隔を置いて配置される２以上の磁気センサのうち、２つの磁気センサのセンサ出力間の位相差に基づき、可動部が位置する磁極位置を演算検出する磁極位置検出装置であって、前記２つのセンサ出力のうちの進相側センサ出力をａ、遅相側センサ出力をｂとし、前記位相差をφとするとき、
   　前記位相差の正弦値が判定閾値よりも大きい場合の磁極位置θを、
   　　θ＝ｔａｎ^－１｛（ａ・ｓｉｎφ／（ｂ－ａ・ｃｏｓφ）｝
   の演算を行って検出する第１の演算系と、
   　前記位相差の正弦値が判定閾値よりも小さい場合の磁極位置θを、
   　　θ＝｛ｓｉｎ^－１（ａ）＋ｓｉｎ^－１（ｂ）－φ｝／２
   の演算を行って検出する第２の演算系と、
   　を備えていることを特徴とする磁極位置検出装置。
2. 　前記第１の演算系は、
   　前記２つのセンサ出力のうちの進相側センサ出力に前記位相差の正弦値を乗算する第１の乗算器と、前記進相側センサ出力に前記位相差の余弦値を乗算する第２の乗算器と、前記２つのセンサ出力のうちの遅相側センサ出力から前記第２の乗算器の出力値を減算する第１の減算器と、前記第１の乗算器の出力値を前記減算器の出力値で割り算する割算器と、前記割算器が出力する正接値の逆正接値を求め、それを前記磁極位置として出力する第１の角度演算器と、を備え、
   　前記第２の演算系は、
   　前記進相側センサ出力の逆正弦値を求める第２の角度演算器と、前記遅相側センサ出力の逆正弦値を求める第３の角度演算器と、第３の角度演算器の出力値から前記位相差を減算する第２の減算器と、前記第２の角度演算器の出力値と前記第２の減算器の出力値とを加算する加算器と、前記加算器の出力値に１／２を乗算した値を前記磁極位置として出力する第３の乗算器と、を備えている、
   　ことを特徴とする請求項１に記載の磁極位置検出装置。
3. 　前記位相差を（２π×前記２つの磁気センサの配置間隔）／（磁極ピッチまたは極数）の演算を行って求める位相差演算部を備え、前記配置間隔は、前記演算検出した磁極位置に誤差がある場合に、実際に測定した配置間隔、或いは、磁極位置誤差波形の振幅値から推定した配置間隔が適用される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁極位置検出装置。
4. 　前記２つの磁気センサに１以上の磁気センサを加えて、それら複数の磁気センサの組み合わせによって前記磁極位置を検出する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の磁極位置検出装置。
5. 　モータの磁極配列方向に沿って所定の間隔を置いて配置される２以上の磁気センサのうちの２つの磁気センサのセンサ出力間の位相差を（２π×前記２つの磁気センサの配置間隔）／（磁極ピッチまたは極数）の演算を行って求める第１の工程と、
   　前記位相差の正弦値と判定閾値との大小関係を判定する第２の工程と、
   　前記第２の工程での判定結果、前記位相差の正弦値が判定閾値よりも大きい場合に、前記２つの磁気センサのセンサ出力のうちの進相側センサ出力に前記位相差の正弦値を乗算した値を分子とし、前記進相側センサ出力に前記位相差の余弦値を乗算した値を前記２つの磁気センサのセンサ出力のうちの遅相側センサ出力から減算した値を分母とする正接値の逆正接値を第１の磁極位置として演算検出する第３の工程と、
   　前記第２の工程での判定結果、前記位相差の正弦値が判定閾値よりも小さい場合に、前記進相側センサ出力の逆正弦値と前記遅相側センサ出力の逆正弦値との和から前記位相差を減算した値の半分の値を第２の磁極位置として演算検出する第４の工程と、
   　を含むことを特徴とする磁極位置検出方法。
6. 　前記演算検出した磁極位置に誤差がある場合に、前記２つの磁気センサの配置間隔を実際に測定する、或いは、磁極位置誤差波形の振幅値から推定する工程と、
   　前記実際に測定した配置間隔を、或いは、前記推定した配置間隔を、前記第１の工程に適用する工程と、
   　を含むことを特徴とする請求項５に記載の磁極位置検出方法。

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