WO2021187254A1 - 推定装置、推定方法及びプログラム - Google Patents

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WO2021187254A1
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magnet
magnetic
sensor
estimation
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弘幸 川上
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日本電産株式会社
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Definitions

  • the present invention relates to an estimation device, an estimation method and a program.
  • the above technique is a technique for estimating the position of a rotating body (rotor of a motor, etc.), and does not include a function for estimating the degree of change in the sensitivity of position detection. If the state of the sensor and the rotating body and the degree of sensitivity can be estimated, it is expected that the maintenance cost and the stop time will be shortened. Therefore, it is required to estimate the degree of change in the sensitivity of position detection without providing an additional dedicated sensor for estimating the degree of change.
  • the present invention can estimate the degree of change in position detection sensitivity without providing an additional dedicated sensor for estimating the degree of change in position detection sensitivity. It is intended to provide equipment, estimation methods and programs.
  • One aspect of the present invention is an estimation device that estimates the state of the device that detects the position of the rotating body, and detects the position of the magnet according to the magnetic flux of the magnet that can rotate in conjunction with the rotating body.
  • a position sensor that outputs a detection signal, which is a signal to be represented, an extraction unit that extracts a feature amount of the detection signal from the detection signal for each position, a feature amount of the detection signal for each position, and a reference for each position.
  • It is an estimation device including an estimation unit that derives an evaluation value representing a comparison result with a value and estimates the degree of change in sensitivity for detecting the position based on the evaluation value.
  • the present invention is capable of estimating the degree of change in position detection sensitivity without providing an additional dedicated sensor for estimating the degree of change in position detection sensitivity. It is intended to provide estimation methods and programs.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a sensor unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the correspondence between the pole pair number, the section, and the segment in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the position sensor in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of sample points of the detection signal in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in the first embodiment in which the feature amounts of the detection signals of all the phases change in one cycle of the electric angle.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in the first embodiment when the feature amount of the detection signal of a specific phase changes in one cycle of the mechanical angle.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in the first embodiment in which the feature amounts of the detection signals of all the phases change in one cycle of the mechanical angle.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an operation example of the sensor unit in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a detection signal in a modified example of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the position sensor in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the sensor unit in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the position sensor in the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the sensor unit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the sensor unit 1a in the first embodiment.
  • the sensor unit 1a includes a magnet 2 and an estimation device 3a.
  • the magnet 2 is a magnet for a position sensor that detects the position of a rotating object such as a rotor. In the following, the number of pole pairs of the magnet 2 is 4 as an example.
  • the estimation device 3a includes a position sensor device 30 and a determination device 31.
  • the position sensor device 30 includes M (M is an integer of 3 or more) magnetic sensors 300 and an extraction unit 301. In the first embodiment, "M" is 3 as an example.
  • the position sensor device 30 includes M magnetic sensors 300 as position sensors 302.
  • the determination device 31 includes a control unit 310, a storage unit 311, an estimation unit 312, and an output unit 313.
  • the sensor unit 1a includes a magnet 2 and a position sensor device 30 as a device for detecting the position of the rotating body.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the correspondence between the pole pair number, the section, and the segment.
  • a section number group is associated with the pole pair number.
  • the number of section numbers is equal to the number of 12 different logics including the magnitude relation of the detection signals output from the M magnetic sensors 300 and the positive / negative (zero cross) of the intermediate signal.
  • the pole pair number "0” is associated with a section number from “0" to "11".
  • the segment number is a unique number representing the absolute value of the mechanical angle of the magnet 2.
  • the section numbers "0" to “11” of the pole pair number "0” are associated with the segment numbers "0" to "11”.
  • the section numbers "0" to "11” of the pole pair number "1” are associated with the segment numbers "12" to "23”.
  • the data table showing the correspondence shown in FIG. 2 is stored in advance in, for example, the storage unit 311.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the position sensor 302 in the first embodiment.
  • the upper part of FIG. 3 represents the upper surface of the position sensor 302.
  • the lower part of FIG. 3 shows the side surface of the position sensor 302.
  • the M magnetic sensors 300 are provided on the substrate 100 whose position is fixed.
  • Rotor 201 is a rotating object. This rotating object is, for example, a rotating mechanism and is not limited to a motor.
  • the rotor 201 includes a spindle 200.
  • a magnet 2 is connected to the spindle 200. As the rotor 201 rotates, the spindle 200 rotates.
  • the magnet 2 is rotatable in conjunction with the rotor 201 and the spindle 200.
  • Each magnetic sensor 300 outputs a detection signal, which is a signal representing the detection result (magnetic flux component of the pole pair) of the position of the magnet 2, to the extraction unit 301.
  • the magnetic sensor 300-1 outputs a U-phase detection signal representing the position of the magnet 2 to the extraction unit 301.
  • the magnetic sensor 300-2 outputs a V-phase detection signal representing the position of the magnet 2 to the extraction unit 301.
  • the magnetic sensor 300-3 outputs a W-phase detection signal representing the position of the magnet 2 to the extraction unit 301.
  • the extraction unit 301 reduces in-phase noise in each detection signal.
  • the extraction unit 301 extracts the feature amount of the detection signal from each detection signal for each position of the magnet 2.
  • the extraction unit 301 outputs the feature amount (array data) of the detection signal for each position to the estimation unit 312 and the control unit 310.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of sample points of the detection signal in the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the rotor angle (position of the magnet 2).
  • the vertical axis represents the digital value of the detection signal.
  • “HU” represents a U-phase detection signal.
  • “HV” represents a V-phase detection signal.
  • “HW” represents a W phase detection signal.
  • sample points 401 to 424 are shown as an example of sample points representing n features (n is an integer of 1 or more) extracted from the detection signal.
  • Sample point 401, sample point 405, sample point 409, sample point 415, sample point 419, and sample point 423 are intersections of waveforms of detection signals, respectively.
  • the sample point 402, the sample point 404, the sample point 406, the sample point 408, the sample point 410, and the sample point 412 are each detected when the digital value of the detection signal is 0 (zero cross). It is a point that represents the feature amount of the signal.
  • the sample point 402 indicates the digital value of the detection signal “HU” when the digital value of the detection signal “HW” is 0.
  • Sample point 414, sample point 416, sample point 418, sample point 420, sample point 422, and sample point 424 are each other detection when the digital value of the detection signal is 0 (zero cross). It is a point that represents the feature amount of the signal.
  • the sample point 403, the sample point 407, and the sample point 411 are the maximum digital values of the detection signals, respectively.
  • the sample points 413, the sample points 417, and the sample points 421 are the minimum digital values of the detection signals, respectively.
  • the control unit 310 controls the operation of the storage unit 311. For example, the control unit 310 records the feature amount of the detection signal in the storage unit 311 for each sample point.
  • the storage unit 311 stores the feature amount (digital value) of the detection signal as the feature amount of the detection signal for each position for each sample point. Since there are not many sample points, the storage capacity of the storage unit 311 may be small.
  • the storage unit 311 stores the reference value for each position in advance.
  • the reference value is, for example, a feature amount of the detection signal measured at a past time point.
  • the past time point is, for example, a time point when the magnet 2 and the position sensor device 30 are attached or a time point at the time of shipment.
  • the reference value may be updated regularly.
  • the feature amount of the detection signal is input to the estimation unit 312 for each position (sample point).
  • the estimation unit 312 derives an evaluation value representing a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position and the reference value for each position.
  • the evaluation value is expressed using a mean square error as in the equation (1), for example.
  • ri represents a reference value (reference feature amount).
  • Di represents a feature amount (measured value) of the detection signal.
  • N represents the number of samples included in a predetermined evaluation unit.
  • the evaluation unit is, for example, one cycle of the mechanical angle or one cycle of the electric angle. If evaluation is performed in each unit (phase unit) of the detection signal "Hu”, the detection signal “Hv”, and the detection signal “Hw”, the reference value and the current value are the phase units for the maximum value and the minimum value of each phase. By comparing with, the change in the phase unit can be detected based on the evaluation value in the phase unit.
  • the estimation unit 312 estimates the degree of change in the sensitivity for detecting the position based on the evaluation value. For example, the estimation unit 312 compares a predetermined threshold value with the evaluation value. When the evaluation value is equal to or higher than the threshold value, the estimation unit 312 may determine that the sensitivity for detecting the position has changed.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in the first embodiment in which the feature amounts of the detection signals of all the phases change in one cycle of the electric angle.
  • the horizontal axis represents four cycles of the electric angle (position of the magnet 2).
  • the four cycles of the electric angle correspond to one cycle of the mechanical angle of the magnet 2.
  • the vertical axis represents the digital value of the detection signal.
  • the estimation unit 312 determines the electric angle. It is determined that the magnetic flux of the pole pair of the magnets associated with one cycle has changed. For example, when the evaluation value as in the equation (1) is equal to or greater than the threshold value, the estimation unit 312 may determine that the magnetic flux of the pole pair associated with one cycle of the electric angle has changed. In FIG. 5, the estimation unit 312 determines that the magnetic flux of the pair of poles associated with the electric angles “2 ⁇ ” to “4 ⁇ ” has changed.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example in the first embodiment when the feature amount of the detection signal of a specific phase changes in one cycle of the mechanical angle.
  • the horizontal axis represents four cycles of the electric angle (position of the magnet 2).
  • the vertical axis represents the digital value of the detection signal.
  • the feature amount of the detection signal of the magnetic sensor 300 of the detection signal “HU” changes with respect to the reference value for each position in one cycle of the machine angle.
  • the reasons for this are the possibility that the distance between the magnetic sensor 300 that outputs the detection signal "HU” and the magnet 2 has changed, and the possibility that the sensitivity of the magnetic sensor 300 that outputs the detection signal "HU” has changed. be.
  • the estimation unit 312 determines the detection signal “ It is determined that the distance between the magnetic sensor 300 that outputs "HU” and the magnet 2 has changed.
  • the estimation unit 312 may determine that the sensitivity of the magnetic sensor 300 that outputs the detection signal “HU” has changed.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in the first embodiment in which the feature amounts of the detection signals of all the phases change in one cycle of the mechanical angle.
  • the horizontal axis represents four cycles of the electric angle (position of the magnet 2).
  • the vertical axis represents the digital value of the detection signal.
  • the feature amounts of the detection signals of all the magnetic sensors 300 change with respect to the reference value for each position in one cycle of the mechanical angle.
  • the predetermined distance is, for example, a design distance between the magnet 2 and the magnetic sensor 300.
  • the estimation unit 312 evaluates that the feature quantities of the detection signals "HU”, “HV”, and “HW” of all the magnetic sensors 300 have changed with respect to the reference value for each position in one cycle of the mechanical angle. When it is represented, it is determined that the magnetic fluxes of all the pole pairs of the magnet 2 have changed. The estimation unit 312 may determine that the distance between the magnet 2 and all the magnetic sensors 300 has changed. The estimation unit 312 may determine that the sensitivities of all the magnetic sensors have changed.
  • the output unit 313 outputs the degree of change in the sensitivity for detecting the position to an external device (not shown).
  • the output unit 313 may output the comparison result between the degree of change in the sensitivity for detecting the position and the threshold value to a predetermined external device. For example, when the degree of change is equal to or greater than the threshold value, the output unit 313 may output a warning message to an external device (not shown) regarding the change in the sensitivity for detecting the position.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an operation example of the sensor unit 1a in the first embodiment.
  • Each magnetic sensor 300 outputs a detection signal for each position of the magnet 2 to the extraction unit 301 (step S101).
  • the extraction unit 301 extracts the feature amount of the detection signal from the detection signal for each position of the magnet 2 (step S102).
  • the estimation unit 312 derives the evaluation value.
  • the evaluation value represents a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position of the magnet 2 and the reference value for each position of the magnet 2 (step S103).
  • the estimation unit 312 estimates the degree of change in the sensitivity for detecting the position of the magnet 2 based on the evaluation value (step S104).
  • the output unit 313 outputs the degree of change in the sensitivity for detecting the position to a predetermined external device (not shown) (step S105).
  • the estimation device 3a is a device that estimates the state of the position sensor device 30 as a device for detecting the position of the rotor 201 (rotating body).
  • the estimation device 3a may estimate the state of the magnet 2 (for example, deterioration of magnetic flux).
  • the position sensor 302 outputs a detection signal, which is a signal indicating a detection result of the position of the magnet 2, to the extraction unit 301 according to the magnetic flux of the magnet 2 that can rotate in conjunction with the rotor 201 (rotating body).
  • the extraction unit 301 extracts the feature amount of the detection signal from the detection signal for each position of the magnet 2.
  • the estimation unit 312 derives an evaluation value representing a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position of the magnet 2 and the reference value for each position of the magnet 2.
  • the estimation unit 312 estimates the degree of change (for example, deterioration) in the sensitivity (for example, sensitivity) for detecting the position of the magnet 2 based on the evaluation value.
  • the estimation unit 312 derives an evaluation value representing a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position of the magnet 2 and the reference value for each position of the magnet 2.
  • the estimation unit 312 derives an evaluation value representing a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position of the magnet 2 and the reference value for each position of the magnet 2.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a detection signal in the modified example of the first embodiment.
  • the extraction unit 301 may use the digital value of each detection signal corrected for in-phase noise as it is as a feature amount of the detection signal as follows.
  • the storage unit 311 stores array data of each detection signal, such as the U-phase detection signal U [i], the V-phase detection signal W [i], and the W-phase detection signal W [i].
  • "i” represents a sample number (1 to s).
  • “S” represents the number of samples in one cycle of the mechanical angle. Since the number of sample points increases, the storage capacity of the storage unit 311 may be increased.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the position sensor 302 is provided in the housing of the motor. In the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of the position sensor 302 in the second embodiment.
  • the upper part of FIG. 10 represents the upper surface of the position sensor 302.
  • the lower part of FIG. 10 shows the side surface of the position sensor 302.
  • the M magnetic sensors 300 are provided on the substrate 100 whose position is fixed.
  • "M" is 3 as an example.
  • the stator 202 is an electromagnet having a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil. A magnetic flux is generated in the stator 202 by the current flowing in each phase coil according to the command value.
  • the rotor 203 is a magnet.
  • the stator 202 and rotor 203 form a motor.
  • the rotor 203 includes a spindle 200.
  • a magnet 2 is connected to the spindle 200. As the rotor 203 rotates, the spindle 200 rotates.
  • the magnet 2 is rotatable in conjunction with the rotor 203 and the spindle 200.
  • the spindle 200 is arranged so as to pass through the substrate 100. That is, the position sensor 302 does not come into contact with the spindle 200 and is fixed to the housing 400 to which the stator 202 is fixed.
  • the magnet 2 connected to the spindle 200 may be provided outside the housing 400.
  • the position sensor 302 is provided between the magnet 2 and the housing 400.
  • M magnetic sensors 300 are provided on the surface of the substrate 100 of the position sensor 302 on the side close to the magnet 2.
  • the position sensor 302 does not come into contact with the spindle 200 and is fixed to the housing to which the stator 202 is fixed.
  • the position sensor 302 outputs a detection signal, which is a signal representing the detection result of the position of the magnet 2, to the extraction unit 301.
  • the estimation unit 312 derives an evaluation value representing a comparison result between the feature amount of the detection signal for each position of the magnet 2 and the reference value for each position of the magnet 2. This makes it possible to estimate the degree of change in position detection sensitivity without having to equip the motor with an additional dedicated sensor to estimate the degree of change in position detection sensitivity.
  • the third embodiment differs from the first and second embodiments in that the rotor (magnet) of the motor is used as a magnet for the position sensor.
  • the differences from the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the sensor unit 1b in the third embodiment.
  • the sensor unit 1b includes an estimation device 3b and a control device 4.
  • the estimation device 3b includes a position sensor device 30 and a determination device 31.
  • the position sensor device 30 includes M magnetic sensors 300 and an extraction unit 301.
  • the position sensor device 30 includes M magnetic sensors 300 as position sensors 302. In the third embodiment, "M" is 6 as an example.
  • the determination device 31 includes a control unit 310, a storage unit 311, an estimation unit 312, and an output unit 313.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the position sensor 302 in the third embodiment.
  • the upper part of FIG. 12 represents the upper surface of the position sensor 302.
  • the lower part of FIG. 12 shows the side surface of the position sensor 302.
  • the stator 202 is an electromagnet having a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil. A magnetic flux is generated in the stator 202 by the current flowing in each phase coil according to the command value.
  • the rotor 203 is a magnet.
  • the stator 202 and rotor 203 form a motor.
  • the rotor 203 includes a spindle 200. The rotation of the rotor 203 (magnet) causes the spindle 200 to rotate.
  • the spindle 200 is arranged so as to pass through the substrate 100. That is, the position sensor 302 does not come into contact with the spindle 200 and is fixed to the housing 400 to which the stator 202 is fixed.
  • the rotor 203 is used as a magnet for a position sensor that detects the position of the rotor 203 instead of the magnet 2.
  • the control device 4 applies to the stator 202 (electromagnet) based on command values such as rotation speed and torque value and position information (angle information) of the rotor 203 (magnet) obtained from the position sensor device 30. Determine the current value to be.
  • the control device 4 generates a magnetic field by passing a current through the stator 202 (electromagnet) based on the determined current value, and controls the drive of the rotor 203.
  • the M magnetic sensors 300 are provided on the substrate 100 whose position is fixed.
  • "M" is 6 as an example.
  • the magnetic sensors 300-1 to 300-3 (plurality of first magnetic sensors) are provided in the vicinity of the magnets constituting the rotor 203.
  • the magnetic sensors 300-4 to 300-6 (plurality of second magnetic sensors) are located closer to the stator 202 than the distance between the magnetic sensors 300-1 to 300-3 and the spindle 200. Be prepared for.
  • the magnetic sensor 300-4, the magnetic sensor 300-1, and the spindle 200 are aligned on a straight line.
  • the magnetic sensor 300-5, the magnetic sensor 300-2, and the spindle 200 are aligned on a straight line.
  • the magnetic sensor 300-6, the magnetic sensor 300-3, and the spindle 200 are aligned on a straight line.
  • the magnetic sensors 300-1 to 300-3 detect the magnetic flux from both the rotor 203 (magnet) and the stator 202 (electromagnet), and output the detection signal to the extraction unit 301.
  • the detection signal output from any of the magnetic sensors 300-1 to 300-3 is represented by the equation (2).
  • the magnetic sensors 300-4 to 300-6 also detect the magnetic flux from both the rotor 203 (magnet) and the stator 202 (electromagnet), and output the detection signal to the extraction unit 301.
  • the detection result of the magnetic flux component output from any of the magnetic sensors 300-4 to 300-6 is expressed by the equation (3).
  • VHA represents a detection signal (magnetic flux component amount) output from any of the magnetic sensors 300-1 to 300-3.
  • VHB represents a detection result (detection result of magnetic flux component) output from any one of the magnetic sensors 300-4 to 300-6.
  • ⁇ s ( ⁇ , I) represents the magnetic flux component (leakage magnetic flux component) of the stator 202.
  • ⁇ m ( ⁇ ) represents the magnetic flux component of the rotor 203.
  • ⁇ represents the electrical angle of the rotor 203.
  • I represents the value of the current flowing through the coil of the stator 202.
  • the coefficients "x”, "y”, “j”, and “k” are coefficients that depend on the structure of the motor and the arrangement of the magnetic sensors, and are determined based on, for example, the results of an experiment or simulation.
  • “X” is a coefficient in the magnetic flux term of the rotor 203, and is, for example, a coefficient corresponding to each distance between the magnetic sensors 300-1 to 300-3 and the rotor 203.
  • “Y” is a coefficient in the magnetic flux term of the stator 202, and is, for example, a coefficient corresponding to each distance between the magnetic sensors 300-4 to 300-6 and the rotor 203.
  • J is a coefficient in the magnetic flux term of the stator 202, for example, a coefficient corresponding to each distance between the magnetic sensors 300-1 to 300-3 and the stator 202.
  • K is a coefficient in the magnetic flux term of the stator 202, and is, for example, a coefficient corresponding to each distance between the magnetic sensors 300-4 to 300-6 and the stator 202.
  • the extraction unit 301 uses the detection result of the magnetic flux component of the stator 202 to output a signal representing the detection result of the magnetic flux component of only the stator 202 from each of the detections 300-1 to 300-6. Extract from the signal.
  • the detection result (correction value) of the magnetic flux component of only the stator 202 is expressed as shown on the right side of the equation (4).
  • the extraction unit 301 has a stator 202 based on the detection signal “VHA” output from the magnetic sensor 300-1 and the detection signal (magnetic flux component amount) “VHB” output from the magnetic sensor 300-4.
  • the detection result of the magnetic flux component of only is derived as shown on the right side of the equation (4).
  • the extraction unit 301 acquires the command value of the amount of current flowing through the stator 202 from the control device 4.
  • the extraction unit 301 derives an estimated value of the magnetic flux component of only the stator 202 based on the command value of the amount of current flowing through the stator 202.
  • the estimation unit 312 can estimate the state of the stator 202 by comparing the estimated value of the magnetic flux component of the stator 202 only with the detection result of the magnetic flux component of the stator 202 only.
  • the magnetic flux component of the stator 202 is measured at the time of assembly or factory shipment, and is stored in the storage unit 311 in advance.
  • the estimation unit 312 can also estimate the state of the stator 202 by comparing the magnetic flux component of the stator 202 stored in advance in the storage unit 311 with the detected magnetic flux component.
  • the estimation device 3b is a device that estimates the state of the position sensor device 30 and the state of the stator 202 as a device for detecting the position of the rotor 203 (rotor).
  • the estimation device 3b may estimate the state of the rotor 203 (for example, deterioration of the magnetic flux).
  • the estimation unit 312 estimates the degree of change in the stator 202 based on the difference between the estimated value of the magnetic flux component of the stator 202 based on the current flowing through the stator 202 and the detection result of the magnetic flux component of the stator 202 only. do. Thereby, it is possible to improve the sensitivity for estimating the degree of change in the sensitivity of position detection without providing an additional dedicated sensor for estimating the degree of change in the sensitivity of position detection.
  • the point that the sensor unit includes a plurality of position sensor devices and a single determination device is a point from the first embodiment to the third embodiment. It is different from the form. In the fourth embodiment, the differences from the first embodiment to the third embodiment will be mainly described.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the sensor unit 1c in the fourth embodiment.
  • the sensor unit 1c includes P (P is an integer of 2 or more) magnets 2 and an estimation device 3c.
  • the estimation device 3c includes P position sensor devices 30 and a determination device 31.
  • the position sensor device 30 includes M magnetic sensors 300 and an extraction unit 301.
  • the position sensor device 30 includes M magnetic sensors 300 as position sensors 302.
  • the determination device 31 includes a control unit 310, a storage unit 311, an estimation unit 312, and an output unit 313.
  • the position sensor 302-p (p is any integer from 2 to P) outputs a detection signal, which is a signal representing the detection result (magnetic flux component of the pole pair) of the position of the magnet 2-p, to the extraction unit 301. do.
  • the extraction unit 301 reduces in-phase noise in each detection signal.
  • the extraction unit 301 extracts the feature amount of the detection signal from each detection signal for each position of the magnet 2.
  • the extraction unit 301 outputs the feature amount (array data) of the detection signal for each position to the estimation unit 312 and the control unit 310.
  • the estimation device 3c is a device that estimates the state of the position sensor device 30 as a device for detecting the position of the rotor 201 or the rotor 203 (rotating body).
  • the estimation device 3c may estimate the state of the magnet 2.
  • the number of magnets 2 is plural.
  • the position sensor device 30 includes a position sensor 302 for each magnet 2. Thereby, it is possible to estimate the degree of change in the position detection sensitivity for the plurality of magnets 2 without providing an additional dedicated sensor for estimating the degree of change in the position detection sensitivity.
  • stator 202 change in magnetic flux
  • change in distance between the stator 202 and the magnetic sensor 300 It is possible to estimate the state of the stator 202.
  • the state of the stator 202 is, for example, a change in the resistance of the winding of the slot, the presence or absence of disconnection, a change in the amount of current due to a temperature rise, a change in the amount of magnetic flux components, and the like.
  • an additional magnetic sensor 300 may be provided on the substrate 100. If the leakage flux of the stator 202 can be detected sufficiently large by the additional magnetic sensor 300, the state of the stator 202 can be estimated.
  • a program for realizing the function of the estimation device in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium (not shown), and the program recorded on this recording medium (non-temporary recording medium) is read into a computer system. , The procedure of each process may be performed by executing.
  • the term "computer system” as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. Further, the “computer system” shall also include a WWW system provided with a homepage providing environment (or display environment). Further, the "computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • a "computer-readable recording medium” is a volatile memory (RAM) inside a computer system that serves as a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.
  • RAM volatile memory
  • the above program may be transmitted from a computer system in which this program is stored in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium.
  • the "transmission medium” for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
  • the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system.

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Abstract

回転体の位置を検出する装置の状態を推定する推定装置は、前記回転体に連動して回転可能な磁石の磁束に応じて前記磁石の位置の検出結果を表す信号である検出信号を出力する位置センサと、検出信号の特徴量を位置ごとに検出信号から抽出する抽出部と、位置ごとの検出信号の特徴量と位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出し、位置を検出する感度の変化の度合いを評価値に基づいて推定する推定部とを備える。

Description

推定装置、推定方法及びプログラム
　本発明は、推定装置、推定方法及びプログラムに関する。
　モータに標準搭載されている汎用の磁気センサを用いて、そのモータの回転子の位置を推定する技術がある（特許文献１参照）。このような磁気センサは安価かつ小型であるため、当該磁気センサを用いた推定装置とその推定装置を搭載したモータ自体とを、安価かつ小型にすることができる。また、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダなどの高価でサイズが大きい専用の位置センサを用いることなく、回転子の位置が推定できる。
国際公開第２０１６／１０４３７８号 特開２００７－２０６０１８号公報 国際公開第２００８／０６２７７８号 特開２０１１－１８５７４７号公報
　しかしながら、上記技術は回転体（モータの回転子等）の位置を推定する技術であり、位置検出の感度の変化の度合いを推定する機能は含まれていない。センサ及び回転体の状態と感度の度合いとが推定できれば、保守コストの低減と停止時間の短縮とが見込める。このため、この変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定することが求められている。
　上記事情に鑑み、本発明は、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定することが可能である状態推定装置、推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、回転体の位置を検出する装置の状態を推定する推定装置であって、前記回転体に連動して回転可能な磁石の磁束に応じて前記磁石の位置の検出結果を表す信号である検出信号を出力する位置センサと、前記検出信号の特徴量を前記位置ごとに前記検出信号から抽出する抽出部と、前記位置ごとの前記検出信号の特徴量と前記位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出し、前記位置を検出する感度の変化の度合いを前記評価値に基づいて推定する推定部とを備える推定装置である。
　本発明により、本発明は、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定することが可能である推定装置、推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
図１は、第１実施形態における、センサユニットの構成例を示す図である。 図２は、第１実施形態における、極対番号とセクションとセグメントとの対応関係の例を示す図である。 図３は、第１実施形態における、位置センサの構成例を示す図である。 図４は、第１実施形態における、検出信号のサンプル点の例を示す図である。 図５は、第１実施形態における、電気角の１周期において全ての相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。 図６は、第１実施形態における、機械角の１周期において特定の相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。 図７は、第１実施形態における、機械角の１周期において全ての相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。 図８は、第１実施形態における、センサユニットの動作例を示すフローチャートである。 図９は、第１実施形態の変形例における、検出信号の例を示す図である。 図１０は、第２実施形態における、位置センサの構成例を示す図である。 図１１は、第３実施形態における、センサユニットの構成例を示す図である。 図１２は、第３実施形態における、位置センサの構成例を示す図である。 図１３は、第４実施形態における、センサユニットの構成例を示す図である。
　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。　（第１実施形態）　図１は、第１実施形態における、センサユニット１ａの構成例を示す図である。センサユニット１ａは、磁石２と、推定装置３ａとを備える。磁石２は、回転子等の回転する物体の位置を検出する位置センサ用の磁石である。以下では、磁石２の極対の数は、一例として４である。推定装置３ａは、位置センサ装置３０と、判定装置３１とを備える。位置センサ装置３０は、Ｍ（Ｍは３以上の整数）個の磁気センサ３００と、抽出部３０１とを備える。第１実施形態では、「Ｍ」は一例として３である。位置センサ装置３０は、Ｍ個の磁気センサ３００を、位置センサ３０２として備える。判定装置３１は、制御部３１０と、記憶部３１１と、推定部３１２と、出力部３１３とを備える。センサユニット１ａは、回転体の位置を検出する装置として、磁石２及び位置センサ装置３０を備える。
　図２は、極対番号とセクションとセグメントとの対応関係の例を示す図である。極対番号には、セクション番号群が対応付けられている。セクション番号の個数は、Ｍ個の磁気センサ３００から出力される検出信号の大小関係と中間信号の正負（ゼロクロス）とを含めた１２通りの論理の数に等しい。
　図２では、極対番号「０」には、「０」から「１１」までのセクション番号が対応付けられている。セグメント番号は、磁石２の機械角の絶対値を表す固有番号である。例えば、極対番号「０」のセクション番号「０」から「１１」までには、セグメント番号「０」から「１１」までが対応付けられている。例えば、極対番号「１」のセクション番号「０」から「１１」までには、セグメント番号「１２」から「２３」までが対応付けられている。図２に示された対応関係を表すデータテーブルは、例えば、記憶部３１１に予め記憶される。
　図３は、第１実施形態における、位置センサ３０２の構成例を示す図である。図３の上段は、位置センサ３０２の上面を表す。図３の下段は、位置センサ３０２の側面を表す。Ｍ個の磁気センサ３００は、位置が固定された基板１００に備えられる。
　回転子２０１は、回転する物体である。この回転する物体は、例えば回転機構であり、モータに限定されない。回転子２０１は、主軸２００を備える。主軸２００には磁石２が接続されている。回転子２０１が回転することにより、主軸２００が回転する。回転子２０１及び主軸２００に連動して、磁石２は回転可能である。
　次に、センサユニット１ａの詳細を説明する。　各磁気センサ３００は、磁石２の位置の検出結果（極対の磁束成分）を表す信号である検出信号を、抽出部３０１に出力する。以下では、一例として、磁気センサ３００－１は、磁石２の位置を表すＵ相の検出信号を、抽出部３０１に出力する。磁気センサ３００－２は、磁石２の位置を表すＶ相の検出信号を、抽出部３０１に出力する。磁気センサ３００－３は、磁石２の位置を表すＷ相の検出信号を、抽出部３０１に出力する。
　抽出部３０１は、各検出信号における同相ノイズを低減する。抽出部３０１は、検出信号の特徴量を、磁石２の位置ごとに各検出信号から抽出する。抽出部３０１は、位置ごとの検出信号の特徴量（配列データ）を、推定部３１２及び制御部３１０に出力する。
　図４は、第１実施形態における、検出信号のサンプル点の例を示す図である。横軸は、回転子角（磁石２の位置）を表す。縦軸は、検出信号のデジタル値を表す。「ＨＵ」は、Ｕ相の検出信号を表す。「ＨＶ」は、Ｖ相の検出信号を表す。「ＨＷ」は、Ｗ相の検出信号を表す。図４では、検出信号から抽出されたｎ個（ｎは１以上の整数）の特徴量を表すサンプル点の一例として、サンプル点４０１～４２４が示されている。
　サンプル点４０１と、サンプル点４０５と、サンプル点４０９と、サンプル点４１５と、サンプル点４１９と、サンプル点４２３とは、それぞれ検出信号の波形の交点である。
　サンプル点４０２と、サンプル点４０４と、サンプル点４０６と、サンプル点４０８と、サンプル点４１０と、サンプル点４１２とは、それぞれ検出信号のデジタル値が０である場合（ゼロクロス）における他の各検出信号の特徴量を表す点である。例えば、サンプル点４０２は、検出信号「ＨＷ」のデジタル値が０である場合における、検出信号「ＨＵ」のデジタル値を示す。サンプル点４１４と、サンプル点４１６と、サンプル点４１８と、サンプル点４２０と、サンプル点４２２と、サンプル点４２４とは、それぞれ検出信号のデジタル値が０（ゼロクロス）である場合における他の各検出信号の特徴量を表す点である。
　サンプル点４０３と、サンプル点４０７と、サンプル点４１１とは、それぞれ検出信号のデジタル値の極大値である。サンプル点４１３と、サンプル点４１７と、サンプル点４２１とは、それぞれ検出信号のデジタル値の極小値である。
　図１に戻り、センサユニット１ａの構成例の説明を続ける。制御部３１０は、記憶部３１１の動作を制御する。例えば、制御部３１０は、サンプル点ごとに検出信号の特徴量を記憶部３１１に記録する。
　記憶部３１１は、検出信号の特徴量（デジタル値）を、位置ごとの検出信号の特徴量として、サンプル点ごとに記憶する。サンプル点が多くないので、記憶部３１１の記憶容量は小さくてよい。記憶部３１１は、位置ごとの基準値を予め記憶する。基準値は、例えば、過去の時点において測定された検出信号の特徴量である。過去の時点とは、例えば、磁石２と位置センサ装置３０を取り付けた時点又は出荷時である。基準値は、定期的に更新されてもよい。
　推定部３１２には、検出信号の特徴量が位置（サンプル点）ごとに入力される。推定部３１２は、位置ごとの検出信号の特徴量と位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出する。評価値は、例えば、式（１）のように平均二乗誤差を用いて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、「ｒｉ」は、基準値（基準特徴量）を表す。「ｄｉ」は、検出信号の特徴量（測定値）を表す。「ｎ」は、予め定められた評価単位に含まれるサンプルの数を表す。評価単位は、例えば、機械角の１周期、又は、電気角の１周期である。検出信号「Ｈｕ」と検出信号「Ｈｖ」と検出信号「Ｈｗ」との各単位（相単位）で評価するのであれば、それぞれの相の極大値並びに極小値について基準値及び現在値が相単位で比較されることによって、相単位の評価値に基づいて、相単位での変化が検出できる。
　推定部３１２は、位置を検出する感度の変化の度合いを、評価値に基づいて推定する。例えば、推定部３１２は、予め定められた閾値と評価値とを比較する。評価値が閾値以上である場合、推定部３１２は、位置を検出する感度が変化したと判定してもよい。
　図５は、第１実施形態における、電気角の１周期において全ての相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。横軸は、電気角（磁石２の位置）の４周期を表す。電気角の４周期は、磁石２の機械角の１周期に相当する。縦軸は、検出信号のデジタル値を表す。
　磁石２の1個の極対のみで磁束が変化した場合、その極対に対応付けられた電気角の１周期において全ての相の検出信号（ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ）の特徴量が変化する。そこで、推定部３１２は、機械角の１周期における電気角の１周期において、位置ごとの基準値に対して検出信号の特徴量が変化したことを評価値が表している場合、その電気角の１周期に対応付けられた磁石の極対の磁束が変化したと判定する。例えば、式（１）のような評価値が閾値以上である場合、推定部３１２は、電気角の１周期に対応付けられた極対の磁束が変化したと判定してもよい。図５では、推定部３１２は、電気角「２π」から「４π」までに対応付けられた極対の磁束が変化したと判定する。
　図６は、第１実施形態における、機械角の１周期において特定の相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。横軸は、電気角（磁石２の位置）の４周期を表す。縦軸は、検出信号のデジタル値を表す。
　図６では、機械角の１周期において、一例として、位置ごとの基準値に対して検出信号「ＨＵ」の磁気センサ３００の検出信号の特徴量が変化している。この要因として、検出信号「ＨＵ」を出力する磁気センサ３００と磁石２との間の距離が変化した可能性と、検出信号「ＨＵ」を出力する磁気センサ３００の感度が変化した可能性とがある。
　そこで、推定部３１２は、機械角の１周期において、位置ごとの基準値に対して磁気センサ３００の検出信号「ＨＵ」の特徴量が変化したことを評価値が表している場合、検出信号「ＨＵ」を出力する磁気センサ３００と磁石２との間の距離が変化したと判定する。推定部３１２は、検出信号「ＨＵ」を出力する磁気センサ３００の感度が変化したと判定してもよい。
　図７は、第１実施形態における、機械角の１周期において全ての相の検出信号の特徴量が変化した場合の例を示す図である。横軸は、電気角（磁石２の位置）の４周期を表す。縦軸は、検出信号のデジタル値を表す。
　図７では、機械角の１周期において、位置ごとの基準値に対して全ての磁気センサ３００の検出信号の特徴量が変化している。この要因として、磁石２の全ての極対の磁束が変化している可能性と、磁石２に対して全ての磁気センサ３００が所定距離以上に離れた可能性とがある。所定距離とは、例えば、磁石２と磁気センサ３００との間の設計上の距離である。
　そこで、推定部３１２は、機械角の１周期において、位置ごとの基準値に対して全ての磁気センサ３００の検出信号「ＨＵ」「ＨＶ」「ＨＷ」の特徴量が変化したことを評価値が表している場合、磁石２の全ての極対の磁束が変化したと判定する。推定部３１２は、磁石２と全ての磁気センサ３００との間の距離が変化したと判定してもよい。推定部３１２は、全ての磁気センサの感度が変化したと判定してもよい。
　出力部３１３は、出力部３１３は、位置を検出する感度の変化の度合いを、外部装置（不図示）に出力する。出力部３１３は、位置を検出する感度の変化の度合いと閾値との比較結果を、所定の外部装置に出力してもよい。例えば、出力部３１３は、変化の度合いが閾値以上である場合、位置を検出する感度の変化に関して、外部装置（不図示）に警告メッセージを出力してもよい。
　次に、センサユニット１ａの動作例を説明する。　図８は、第１実施形態における、センサユニット１ａの動作例を示すフローチャートである。各磁気センサ３００は、磁石２の位置ごとの検出信号を、抽出部３０１に出力する（ステップＳ１０１）。抽出部３０１は、検出信号の特徴量を、磁石２の位置ごとに検出信号から抽出する（ステップＳ１０２）。
　推定部３１２は、評価値を導出する。評価値は、磁石２の位置ごとの検出信号の特徴量と、磁石２の位置ごとの基準値との比較結果を表す（ステップＳ１０３）。推定部３１２は、磁石２の位置を検出する感度の変化の度合いを、評価値に基づいて推定する（ステップＳ１０４）。出力部３１３は、位置を検出する感度の変化の度合いを、所定の外部装置（不図示）に出力する（ステップＳ１０５）。
　以上のように、推定装置３ａは、回転子２０１（回転体）の位置を検出する装置としての位置センサ装置３０の状態を推定する装置である。推定装置３ａは、磁石２の状態（例えば、磁束の劣化）を推定してもよい。位置センサ３０２は、回転子２０１（回転体）に連動して回転可能な磁石２の磁束に応じて磁石２の位置の検出結果を表す信号である検出信号を、抽出部３０１に出力する。抽出部３０１は、検出信号の特徴量を、磁石２の位置ごとに検出信号から抽出する。推定部３１２は、磁石２の位置ごとの検出信号の特徴量と、磁石２の位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出する。推定部３１２は、磁石２の位置を検出する感度（例えば、感度）の変化（例えば、劣化）の度合いを、評価値に基づいて推定する。
　このように、推定部３１２は、磁石２の位置ごとの検出信号の特徴量と、磁石２の位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出する。これによって、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定することが可能である。ここで、図４に示されているように、磁気センサ３００の感度の変化の度合いを極対単位で検出することが可能である。また、図５に示されているように、磁気センサ３００の感度の変化の度合いを磁気センサ単位（位置センサ単位）で検出することが可能である。
　＜変形例＞　図９は、第１実施形態の変形例における、検出信号の例を示す図である。抽出部３０１は、同相ノイズが補正された各検出信号のデジタル値を、以下のように検出信号の特徴量としてそのまま利用してもよい。
　記憶部３１１は、Ｕ相の検出信号Ｕ［ｉ］と、Ｖ相の検出信号Ｗ［ｉ］と、Ｗ相の検出信号Ｗ［ｉ］のように、各検出信号の配列データを記憶する。ここで、「ｉ」は、サンプル番号（１～ｓ）を表す。「ｓ」は、機械角の１周期におけるサンプルの数を表す。なお、サンプル点が多くなるので、記憶部３１１の記憶容量は増やされてもよい。
　（第２実施形態）　第２実施形態では、モータの筐体に位置センサ３０２が備えられている点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点を主に説明する。
　図１０は、第２実施形態における、位置センサ３０２の構成例を示す図である。図１０の上段は、位置センサ３０２の上面を表す。図１０の下段は、位置センサ３０２の側面を表す。Ｍ個の磁気センサ３００は、位置が固定された基板１００に備えられる。第２実施形態では、「Ｍ」は一例として３である。
　固定子２０２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有する電磁石である。指令値に応じた電流が各相コイルに流れることによって、固定子２０２には磁束が発生する。回転子２０３は、磁石である。固定子２０２及び回転子２０３は、モータを構成する。回転子２０３は、主軸２００を備える。主軸２００には磁石２が接続されている。回転子２０３が回転することにより、主軸２００が回転する。回転子２０３及び主軸２００に連動して、磁石２は回転可能である。図１０では、主軸２００は、基板１００を通るように配置されている。すなわち、位置センサ３０２は、主軸２００と接触せず、固定子２０２が固定された筐体４００に固定されている。
　なお、主軸２００に接続された磁石２は、筐体４００の外に備えられてもよい。主軸２００に接続された磁石２が筐体４００の外に備えられた場合、磁石２と筐体４００との間に位置センサ３０２が備えられる。また、Ｍ個の磁気センサ３００は、位置センサ３０２の基板１００において磁石２に近い側の面に備えられる。
　以上のように、位置センサ３０２は、主軸２００と接触せず、固定子２０２が固定された筐体に固定４００されている。位置センサ３０２は、磁石２の位置の検出結果を表す信号である検出信号を、抽出部３０１に出力する。このように、推定部３１２は、磁石２の位置ごとの検出信号の特徴量と、磁石２の位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出する。これによって、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサをモータに備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定することが可能である。
　（第３実施形態）　第３実施形態では、モータの回転子（磁石）が位置センサ用の磁石として使用される点が、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との相違点を主に説明する。
　図１１は、第３実施形態における、センサユニット１ｂの構成例を示す図である。センサユニット１ｂは、推定装置３ｂと、制御装置４とを備える。推定装置３ｂは、位置センサ装置３０と、判定装置３１とを備える。位置センサ装置３０は、Ｍ個の磁気センサ３００と、抽出部３０１とを備える。位置センサ装置３０は、Ｍ個の磁気センサ３００を、位置センサ３０２として備える。第３実施形態では、「Ｍ」は一例として６である。判定装置３１は、制御部３１０と、記憶部３１１と、推定部３１２と、出力部３１３とを備える。
　図１２は、第３実施形態における、位置センサ３０２の構成例を示す図である。図１２の上段は、位置センサ３０２の上面を表す。図１２の下段は、位置センサ３０２の側面を表す。
　固定子２０２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルを有する電磁石である。指令値に応じた電流が各相コイルに流れることによって、固定子２０２には磁束が発生する。回転子２０３は、磁石である。固定子２０２及び回転子２０３は、モータを構成する。回転子２０３は、主軸２００を備える。回転子２０３（磁石）が回転することにより、主軸２００が回転する。図１２では、主軸２００は、基板１００を通るように配置されている。すなわち、位置センサ３０２は、主軸２００と接触せず、固定子２０２が固定された筐体４００に固定されている。回転子２０３は、磁石２の代わりとしての回転子２０３の位置を検出する位置センサ用の磁石として用いられる。制御装置４は、回転速度及びトルク値等の指令値と、位置センサ装置３０から得られる回転子２０３（磁石）の位置情報（角度情報）とに基づいて、固定子２０２（電磁石）に印加すべき電流値を決定する。制御装置４は、決定された電流値に基づいて固定子２０２（電磁石）に電流を流すことで磁界を発生させ、回転子２０３の駆動を制御する。
　Ｍ個の磁気センサ３００は、位置が固定された基板１００に備えられる。第３実施形態では、「Ｍ」は一例として６である。磁気センサ３００－１～３００－３（複数の第１磁気センサ）は、回転子２０３を構成する磁石の近傍に備えられる。磁気センサ３００－４～３００－６（複数の第２磁気センサ）は、磁気センサ３００－１～３００－３と主軸２００との間の距離よりも主軸２００から離されて、固定子２０２の近傍に備えられる。図１２では、磁気センサ３００－４と磁気センサ３００－１と主軸２００とは、直線上に並んでいる。磁気センサ３００－５と磁気センサ３００－２と主軸２００とは、直線上に並んでいる。磁気センサ３００－６と磁気センサ３００－３と主軸２００とは、直線上に並んでいる。
　磁気センサ３００－１～３００－３は、回転子２０３（磁石）と固定子２０２(電磁石)との両方からの磁束を検出し、検出信号を抽出部３０１に出力する。磁気センサ３００－１～３００－３のうちのいずれかから出力された検出信号は、式（２）のように表される。
　磁気センサ３００－４～３００－６も、回転子２０３（磁石）と固定子２０２（電磁石）との両方からの磁束を検出し、検出信号を抽出部３０１に出力する。磁気センサ３００－４～３００－６のうちのいずれかから出力された磁束成分の検出結果は、式（３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、「ＶＨＡ」は、磁気センサ３００－１～３００－３のうちのいずれかから出力された検出信号（磁束成分量）を表す。「ＶＨＢ」は、磁気センサ３００－４～３００－６のうちのいずれかから出力された検出結果（磁束成分の検出結果）を表す。「φｓ（θ，Ｉ）」は、固定子２０２の磁束成分（漏れ磁束成分）を表す。「φｍ（θ）」は、回転子２０３の磁束成分を表す。「θ」は、回転子２０３の電気角を表す。「Ｉ」は、固定子２０２のコイルを流れる電流の値を表す。
　係数「ｘ」「ｙ」「ｊ」「ｋ」は、モータの構造と磁気センサの配置とに依存した係数であり、例えば、実験又はシミュレーションの結果に基づいて定められる。「ｘ」は、回転子２０３の磁束の項における係数であり、例えば磁気センサ３００－１～３００－３と回転子２０３との間の各距離に応じた係数である。「ｙ」は、固定子２０２の磁束の項における係数であり、例えば磁気センサ３００－４～３００－６と回転子２０３との間の各距離に応じた係数である。
　「ｊ」は、固定子２０２の磁束の項における係数であり、例えば磁気センサ３００－１～３００－３と固定子２０２との間の各距離に応じた係数である。「ｋ」は、固定子２０２の磁束の項における係数であり、例えば磁気センサ３００－４～３００－６と固定子２０２との間の各距離に応じた係数である。
　そこで、抽出部３０１は、固定子２０２の磁束成分の検出結果を用いて、固定子２０２のみの磁束成分の検出結果を表す信号を、磁気センサ３００－１～３００－６から出力された各検出信号から抽出する。固定子２０２のみの磁束成分の検出結果（補正値）は、式（４）の右辺のように表される。例えば、抽出部３０１は、磁気センサ３００－１から出力された検出信号「ＶＨＡ」と、磁気センサ３００－４から出力された検出信号（磁束成分量）「ＶＨＢ」とに基づいて、固定子２０２のみの磁束成分の検出結果を、式（４）の右辺のように導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　抽出部３０１は、固定子２０２に流されている電流量の指令値を、制御装置４から取得する。抽出部３０１は、固定子２０２に流されている電流量の指令値に基づいて、固定子２０２のみの磁束成分の推定値を導出する。推定部３１２は、固定子２０２のみの磁束成分の推定値と固定子２０２のみの磁束成分の検出結果とを比較することによって、固定子２０２の状態を推定することが可能である。固定子２０２の磁束成分は、組立時又は工場出荷時に測定されて、記憶部３１１に予め記憶される。推定部３１２は、記憶部３１１に予め記憶された固定子２０２の磁束成分と検出された磁束成分とを比較することによって、固定子２０２の状態を推定することも可能である。
　以上のように、推定装置３ｂは、回転子２０３（回転体）の位置を検出する装置としての位置センサ装置３０の状態と固定子２０２の状態とを推定する装置である。推定装置３ｂは、回転子２０３の状態（例えば、磁束の劣化）を推定してもよい。推定部３１２は、固定子２０２を流れる電流に基づく固定子２０２の磁束成分の推定値と、固定子２０２のみの磁束成分の検出結果との差に基づいて、固定子２０２の変化の度合いを推定する。これによって、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、位置検出の感度の変化の度合いを推定する感度を向上させることが可能である。
　（第４実施形態）　第４実施形態では、複数の位置センサ装置と単体の判定装置とをセンサユニットが備える点（判定装置がセンタ判定型である点）が、第１実施形態から第３実施形態までと相違する。第４実施形態では、第１実施形態から第３実施形態までとの相違点を主に説明する。
　図１３は、第４実施形態における、センサユニット１ｃの構成例を示す図である。センサユニット１ｃは、Ｐ（Ｐは２以上の整数）個の磁石２と、推定装置３ｃとを備える。推定装置３ｃは、Ｐ個の位置センサ装置３０と、判定装置３１とを備える。位置センサ装置３０は、Ｍ個の磁気センサ３００と、抽出部３０１とを備える。位置センサ装置３０は、Ｍ個の磁気センサ３００を、位置センサ３０２として備える。判定装置３１は、制御部３１０と、記憶部３１１と、推定部３１２と、出力部３１３とを備える。
　位置センサ３０２－ｐ（ｐは２からＰまでの整数のいずれか）は、磁石２－ｐの位置の検出結果（極対の磁束成分）を表す信号である検出信号を、抽出部３０１に出力する。抽出部３０１は、各検出信号における同相ノイズを低減する。抽出部３０１は、検出信号の特徴量を、磁石２の位置ごとに各検出信号から抽出する。抽出部３０１は、位置ごとの検出信号の特徴量（配列データ）を、推定部３１２及び制御部３１０に出力する。
　以上のように、推定装置３ｃは、回転子２０１又は回転子２０３（回転体）の位置を検出する装置としての位置センサ装置３０の状態を推定する装置である。推定装置３ｃは、磁石２の状態を推定してもよい。磁石２の個数は複数である。位置センサ装置３０は、位置センサ３０２を磁石２ごとに備える。これによって、位置検出の感度の変化の度合いを推定するために追加の専用のセンサを備えることなく、複数の磁石２について位置検出の感度の変化の度合いを推定することが可能である。
　また、固定子２０２の変化（磁束の変化）を推定することが可能である。固定子２０２と磁気センサ３００との間の距離の変化を推定することが可能である。固定子２０２の状態を推定することが可能である。固定子２０２の状態とは、例えば、スロットの巻線の抵抗の変化、断線の有無、温度上昇による電流量の変化、又は、磁束成分量の変化等である。なお、上述の第２実施形態において、追加の磁気センサ３００が、基板１００に備えられてもよい。追加の磁気センサ３００によって固定子２０２の漏れ磁束を十分に大きく検出できるのであれば、固定子２０２の状態を推定することが可能である。
　本発明における推定装置の機能を実現するためのプログラムを不図示のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体（非一時的な記録媒体）に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各処理の手順を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
　また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
１ａ，１ｂ，１ｃ…センサユニット、２…磁石、３ａ，３ｂ，３ｃ…推定装置、４…制御装置、３０…位置センサ装置、３１…判定装置、１００…基板、２００…主軸、２０１…回転子、２０２…固定子、２０３…回転子、３００…磁気センサ、３０１…抽出部、３０２…位置センサ、３１０…制御部、３１１…記憶部、３１２…推定部、３１３…出力部、４００…筐体、４０１～４２４…サンプル点

Claims (8)

  1. 　回転体の位置を検出する装置の状態を推定する推定装置であって、
    　前記回転体に連動して回転可能な磁石の磁束に応じて前記磁石の位置の検出結果を表す信号である検出信号を出力する位置センサと、
    　前記検出信号の特徴量を前記位置ごとに前記検出信号から抽出する抽出部と、
    　前記位置ごとの前記検出信号の特徴量と前記位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出し、前記位置を検出する感度の変化の度合いを前記評価値に基づいて推定する推定部と
    　を備える推定装置。
  2. 　前記推定部は、前記位置を表す機械角の１周期における電気角の１周期において、前記位置ごとの基準値に対して前記検出信号の特徴量が変化したことを前記評価値が表している場合、前記電気角の１周期に対応付けられた前記磁石の極対の磁束が変化したと判定する、
    　請求項１に記載の推定装置。
  3. 　複数の磁気センサが、前記回転体の回転軸の回転方向に沿って等間隔で配置され、
    　前記推定部は、前記位置を表す機械角の１周期において、前記位置ごとの基準値に対していずれかの前記磁気センサの前記検出信号の特徴量が変化したことを前記評価値が表している場合、前記磁石と前記磁気センサとの間の距離が変化した、又は、前記磁気センサの感度が変化したと判定する、
    　請求項１に記載の推定装置。
  4. 　前記位置センサは、前記磁石の磁束を検出する磁気センサを前記検出信号ごとに有し、
    　前記推定部は、前記位置を表す機械角の１周期において、前記位置ごとの基準値に対して全ての前記磁気センサの前記検出信号の特徴量が変化したことを前記評価値が表している場合、前記磁石の全ての極対の磁束が変化した、前記磁石と全ての前記磁気センサとの間の距離が変化した、又は、全ての前記磁気センサの感度が変化したと判定する、請求項１に記載の推定装置。
  5. 　前記位置センサは、モータの回転子を構成する前記磁石の近傍に備えられた複数の第１磁気センサと、前記モータの固定子の近傍に備えられた複数の第２磁気センサとをそれぞれ有し、
    　前記抽出部は、前記第１磁気センサから入力された前記検出信号と、前記第２磁気センサから入力された磁束成分の検出結果とに基づいて、前記固定子の磁束成分の検出結果を導出し、
    　前記推定部は、前記固定子を流れる電流に基づく前記固定子の磁束成分の推定値と、前記固定子の磁束成分の検出結果との差に基づいて、前記固定子の変化の度合いを推定する、　請求項１に記載の推定装置。
  6. 　前記磁石の個数は、複数であり、　前記位置センサは、前記磁石ごとに備えられる、
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の推定装置。
  7. 　回転体の位置を検出する装置の状態を推定する推定装置が実行する推定方法であって、
    　前記回転体に連動して回転可能な磁石の磁束に応じて前記磁石の位置の検出結果を表す信号である検出信号を出力する出力ステップと、
    　前記検出信号の特徴量を前記位置ごとに前記検出信号から抽出する抽出ステップと、
    　前記位置ごとの前記検出信号の特徴量と前記位置ごとの基準値との比較結果を表す評価値を導出し、前記位置を検出する感度の変化の度合いを前記評価値に基づいて推定する推定ステップと
    　を含む推定方法。
  8. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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