JP2017223562A - 回転検出装置、モータ装置及び回転検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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の値と、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の値と、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の値と、前記第１の値と前記第２の値との差を示す第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。【選択図】図１

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。

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。

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。

特開２０１５−９０３０９号公報

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。

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。

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の値と、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の値と、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の値と、前記第１の値と前記第２の値との差を示す第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。

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。

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。 図４は、高分解能検出処理を説明するための図である。 図５は、高分解能検出処理におけるステップＳ１０２の処理を説明するための図である。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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θ_Ｔ３を算出し（ステップＳ１１１）、高分解能検出処理を終了する。

θ_Ｔ３＝θ_Ｔ２＋θ_ｄｉｖ×（α・Ｖｄ２／Ｖｄ１） （１）

式（１）におけるθ_Ｔ２について説明する。θ_Ｔ２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θ_Ｔ２を算出する。

また、式（１）におけるθ_ｄｉｖ×（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θ_ｄｉｖ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。

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、θ_ｄｉｖ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。

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。

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。

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θ_ｄｉｖ×（α・Ｖｄ２／Ｖｄ１）を算出する。そして、ＣＰＵ１４ｃは、算出した第２の回転角度θ_ｄｉｖ×（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θ_Ｔ２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。

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。

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。

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。

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。

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θ_Ｔ３を算出してもよい。

θ_Ｔ３＝θ_Ｔ２＋θ_Ｖｄ１×（Ｖｄ２／Ｖｄ１） （２）

ここで、式（２）におけるθ_Ｖｄ１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θ_Ｔ３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。

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θ_Ｖｄ１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。

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θ_Ｖｄ１から第２の差分Ｖｄ２に対応する第２の回転角度θ_Ｖｄ１×（Ｖｄ２／Ｖｄ１）を算出する。そして、ＣＰＵ１４ｃは、算出した第２の回転角度θ_Ｖｄ１×（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θ_Ｔ２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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の値と、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の値と、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の値と、前記第１の値と前記第２の値との差を示す第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、
   回転検出装置。
2. 前記検出部は、前記第１の差分と、前記第２の値と前記第３の値との差を示す第２の差分と、前記第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、請求項１に記載の回転検出装置。
3. 前記検出部は、前記第１の差分と前記第２の差分との比率に基づいて、前記第１の回転角度から前記第２の差分に対応する第２の回転角度を算出し、算出した前記第２の回転角度と前記第２のタイミングにおける前記回転体の回転角度との和を、前記第３のタイミングにおける前記回転角度として検出する、請求項２に記載の回転検出装置。
4. 前記検出部は、前記信号のうち、傾きの絶対値が他の部分と比して大きい部分における、前記第１の差分と前記第２の差分とに基づいて、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、請求項２又は３に記載の回転検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転検出装置と、
   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。
6. 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の値と、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信号の第２の値と、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信号の第３の値と、前記第１の値と前記第２の値との差を示す第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、
   回転検出方法。

Images