JP3126843B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents

回転角度検出装置

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JP3126843B2
JP3126843B2 JP05052799A JP5279993A JP3126843B2 JP 3126843 B2 JP3126843 B2 JP 3126843B2 JP 05052799 A JP05052799 A JP 05052799A JP 5279993 A JP5279993 A JP 5279993A JP 3126843 B2 JP3126843 B2 JP 3126843B2
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智之 横川
隆司 徳丸
浩司 上村
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帝人製機株式会社
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ等の回転体の機
械的な回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来装置としては、モータ等の
回転体の回転方向に沿って複数の位置センサを等間隔に
配置し、それぞれの位置センサからの出力信号に基づい
て複数ビットの回転角度信号を生成するものが知られて
いる。図4、図5は、例えば3個の位置センサを用いる
場合の回転角度信号の生成回路図及びそのタイミングチ
ャートであり、#1〜#3はそれぞれの位置センサから
の出力信号、A6 〜A4 は3ビットの回転角度信号(但
し、A4 :最下位ビット)である。
【0003】図4において、1〜6はインバータゲー
ト、7〜10は3入力ナンドゲート、11、12は2入
力ノアゲートであり、#1〜#3の何れか2つがHレベ
ルのときにナンドゲート10の出力(A4 )がHレベル
となり、また、#1がHレベルで且つ#3がHレベルの
ときにノアゲート11の出力(A5 )がHレベルとな
り、さらに、#2がHレベルで且つ#3がLレベルのと
きにノアゲート12の出力(A6 )がHレベルとなるよ
うに論理構成されている。
【0004】今、#1〜#3の一周期がモータ等の回転
体の180度(但し一回転を360度とする機械角)に
一致しているとすると、上位2ビットA6 、A5 の一周
期は180度(但し、位相は異なる)となり、最下位ビ
ットA4 の一周期は180度÷3=60度となる。すな
わち、回転角度信号の分解能(精度)は、回転角度信号
の最下位ビット(A4 )で与えられるから、位置センサ
の数を3個とした場合の分解能は「60度」となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる従来
の回転角度検出装置にあっては、3個の位置センサで得
られる分解能が高々「60度」であり、実用的な分解能
を得るには位置センサの数を大幅に増やさなければなら
ないが、そうすると、コストの上昇を招くばかりか、多
数の位置センサを回転体に装着しなければならないから
比較的に小型の回転体には適用が困難であるといった問
題点がある。 [目的]そこで、本発明は、位置センサの数を増やすこ
となく、高い分解能を得ることができる回転角度検出装
置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、回転体の回転方向に沿って等間隔で配置
され、該回転体の回転に同期した矩形波を発生する複数
の位置センサと、前記複数の位置センサからの出力信号
に基づいて複数ビットの回転角度信号を生成する信号生
成手段と、前記回転角度信号の最下位ビットの半周期毎
にリセット信号を発生するリセット信号発生手段と、前
記リセット信号を遅延する遅延手段と、所定周波数のク
ロック信号をカウントすると共に、少なくとも前記遅延
手段の出力で該カウント値をリセットする第1および第
2のカウント手段と、前記リセット信号発生手段の出力
に応答して前記第1のカウント手段の下位nビットを除
くカウント値を取り込んで保持する保持手段と、前記第
2のカウント手段のカウント値と前記保持手段の保持内
容とを比較し、両者が一致したときに所定のパルス信号
を出力する比較手段と、前記パルス信号をカウントして
複数ビットの補間信号を出力する第3のカウント手段
と、を備え、前記複数ビットの回転角度信号を上位側、
前記複数ビットの補間信号を下位側とする検出回転角度
信号を出力することを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明では、第1のカウント手段のカウント値
の下位nビットを除く値、言い替えれば第1のカウント
手段のカウント値を1/2n した値が保持手段に保持さ
れ、この保持内容と第2のカウント手段のカウント値が
一致する度に所定のパルス信号が出力される。
【0008】ここで、第1のカウント手段のカウント期
間は、複数の位置センサの出力信号に基づいて生成され
た複数ビットの回転角度信号(例えば、従来例のA6
4)の最下位ビット(A4 )の半周期に相当する期間
であり、上記所定のパルス信号は、同期間を1/2n
分した時間毎に出力されることとなるから、例えば、同
期間を回転体の機械角でX度に相当するものとすると、
所定のパルス信号の一周期はX度×(1/2n )とな
り、X度に対して1/2n もの分解能向上が図られる。
なお、回転角度信号の最下位ビット(A4 )に対して
は、1/2n+1 の分解能となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1〜図4は本発明に係る回転角度検出装置の一
実施例を示す図である。まず、構成を説明する。図1に
おいて、10は回転体(例えばブラシレスDCモータの
ロータ)、11は回転体10に取り付けられた磁石、1
2a〜12cは回転体10の回転方向に沿ってステータ
側に等間隔に配置された位置センサとしてのホール素子
である。ホール素子12a〜12cは、磁石11からの
磁束により回転体10の回転に同期してHレベルとLレ
ベルの2値に変化する矩形波状の信号#1〜#3を出力
し、これらの信号#1〜#3の一周期は、何れも180
度(但し、回転体10の一回転を360度とする機械
角;以下、角度は特に指定する場合を除き機械角)であ
り、また、#1〜#3の間には、位置センサ12a〜1
2cの取り付け間隔(60度)に応じた位相差がつけら
れている。
【0010】13は信号#1〜#3に基づいて3ビット
の回転角度信号A6 〜A4 を生成する信号生成手段とし
ての磁極コミテーションロジック(詳細構成図は図4参
照)、14は本実施例のポイントとなるスムージング回
路であり、このスムージング回路14は上記回転角度信
号A6 〜A4 の最下位ビット(A4 )を基にして、4ビ
ットの補間信号A3 〜A0 を生成するものである。
【0011】15は第1のROM(read only memor
y)、16は第2のROMであり、これらのROM1
5、16は、上記3ビットの回転角度信号A6 〜A4
上位側、上記4ビットの補間信号A3 〜A0 を下位側と
する7ビットの検出回転角度信号(A6 〜A0 )で表現
される所定のアドレス空間を有し、その空間内に予め格
納されたディジタルデータを7ビットの検出回転角度信
号の組み合せに応じて読み出すものである。
【0012】ここで、上記ディジタルデータは、回転体
10(ブラシレスDCモータを想定)を駆動するための
電圧波形の基礎となるデータであり、最終的に、第1の
ROM15から読み出したデータDαでA相の駆動電圧
波形φA を生成し、第2のROM16から読み出したデ
ータDβでC相の駆動電圧波形φC を生成し、また、D
αとDβとを加算してB相の駆動電圧波形φB を生成す
るようになっている。
【0013】すなわち、17、18はDα、Dβに係数
Mを乗じ、係数Mに応じた振幅を有する正弦波状のアナ
ログ電圧波形を生成する乗算型のディジタル/アナログ
変換器(以下「A/D変換器」)、19はA/D変換器
17、18の出力を加算する加算器、20はPWM(パ
ルス幅変調)用の基準パルスを発生する発振器、21〜
23は基準パルスの幅をA/D変換器17、18又は加
算器19からのアナログ電圧信号の大きさに応じて変化
させ(駆動電圧波形φA 、φB 、φC として)出力する
コンパレータ(略称「COMP」)、24〜26は駆動
電圧波形φA 、φB 、φC の反転電圧波形(バー付の符
号で識別)を出力するインバータである。
【0014】なお、27は位置センサ12a〜12cか
らの出力信号(図では#3)の周波数、すなわち回転体
10の回転速度に応じた電圧VV を出力する周波数/電
圧変換器(以下「F/V変換器」)、28はF/V変換
器27からの電圧VV と任意の指令電圧VC とを加算し
た係数Mを出力する加算器である。指令電圧VC を変化
させると、係数Mの値が変化してD/A変換器17、1
8から出力される正弦波状アナログ電圧波形の振幅が変
わり、結局、回転体10の回転速度が指令電圧に応じて
加減制御されることになる。
【0015】図2は、スムージング回路14の概念構成
図である。この図において、14aは回転角度信号の最
下位ビットA4 の立ち下がりエッジと立上りエッジ(す
なわちA4 の半周期毎)でリセット信号RST1 を出力
するリセット信号発生手段、14bはRST1 を遅延す
る(RST2 は遅延後のリセット信号)遅延手段、14
cは所定周波数のクロック信号CLKを発生するクロッ
ク発生手段、14dはCLKをカウントすると共にその
カウント内容をRST2 のタイミングでリセットするm
(便宜的にm=12)ビット構成の第1のカウント手
段、14eは第1のカウント手段14dのカウント値の
下位のn(便宜的にn=4)ビットを除くm−n=8ビ
ット(以下「CNT1 」)をRST1 に応答して取り込
み保持する保持手段、14fはCLKをカウントすると
共にそのカウント内容をRST2 又は後述のパルス信号
PLSのタイミングでリセットするm−nビット(ここ
では8ビット)構成の第2のカウント手段、14gは第
2のカウント手段14fのカウント値(以下「CN
2 」)と保持手段14eの保持内容(以下
「CREF 」)とを比較して両者が一致したとき(CNT
2 =CREF )に所定のパルス信号PLSを出力する比較
手段、14hはパルス信号PLSをカウントしてA0
らA3までの4ビットの補間信号を出力するすると共に
そのカウント内容をRST2 のタイミングでリセットす
る第3のカウント手段である。
【0016】このような構成において、信号A4 の半周
期における第1のカウント手段14dのカウント値を、
例えば10進表現で「4000(10)」とすると、これの
2進表現は「1111 1010 0000(2) 」となる
が、このカウント値の下位側のnビット(ここでは4ビ
ット)を除くm−nビット(8ビット)は「1111
010(2)」、すなわち10進表現で「250(10)」と
なるから、結局、信号A4 の半周期が1/2n (n=4
であるから1/16)に分割されたこととなる。
【0017】従って、信号A4 の半周期の1/2n に相
当する周期を有するパルス信号PLSの分解能は、例え
ば信号A4 の半周期を回転体10の機械角で30度とす
ると、30度×(1/2n )となり、1/2n もの分解
能向上効果が得られる。その結果、冒頭の従来例と同数
(3個)の位置センサを備えているにもかかわらず、同
従来例の分解能(A4 =60度)に比べ、本実施例のパ
ルス信号PLSでは、30度÷16=1.875度(n
=4)もの高分解能を得ることができ、位置センサの数
を増やすことなく、高い検出精度を実現することができ
る。
【0018】なお、本実施例では、図3に示すように、
第3のカウント手段14hから出力される4ビットの補
間信号A3 〜A0 の周期を、信号A4 の周期に対してそ
れぞれ1/2、1/4、1/8、1/16としている。
これは、最終的に生成される検出回転角度信号(A6
0 )の各ビットの重み付け(次表参照)の連続性を考
慮したからである。このため、本実施例の実際の分解能
は、検出回転角度信号の最下位ビットA0 の分解能とな
り、図3からも分かるように、A0 はA4 の半周期を1
6分割(※)したものとなるから、上記と同様に計算す
ると、30度÷16=1.875度となる。
【0019】※最下位ビットA0 は、A4 の半周期当た
りに8周期となるため、あたかもA 4 の1/8の分解能
に見えるが、実際にはA0 の一周期のHレベル期間とL
レベル期間が分解能となるので、最終的にはA4 の半周
期(30度)を1/16分割した分解能となるのであ
る。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、位置センサからの信号
に基づいて生成される回転角度信号の最下位ビットの半
周期をさらに1/2n 分割して上記回転角度信号を補間
するように構成したので、位置センサの数を増やすこと
なく、低コストで高い分解能の回転角度検出装置を実現
でき、特に、比較的に小型の回転体に適用して有用な技
術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の全体ブロック図である。
【図2】一実施例のスムージング回路の概念構成図であ
る。
【図3】一実施例のスムージング回路のタイミングチャ
ートである。
【図4】従来例と兼用の磁極コミテーションロジックの
構成図である。
【図5】磁極コミテーションロジックのタイミングチャ
ートである。
【符号の説明】
10:回転体 12a〜12c:位置センサ 13:磁極コミテーションロジック(信号生成手段) 14a:リセット信号発生手段 14b:遅延手段 14d:第1のカウント手段 14e:保持手段 14f:第2のカウント手段 14g:比較手段 14h:第3のカウント手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−63811(JP,A) 特開 平5−203463(JP,A) 特開 平5−79856(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 102 G01D 5/00 - 5/252 G01D 5/39 - 5/62

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転体の回転方向に沿って等間隔で配置さ
    れ、該回転体の回転に同期した矩形波を発生する複数の
    位置センサと、 前記複数の位置センサからの出力信号に基づいて複数ビ
    ットの回転角度信号を生成する信号生成手段と、 前記回転角度信号の最下位ビットの半周期毎にリセット
    信号を発生するリセット信号発生手段と、 前記リセット信号を遅延する遅延手段と、 所定周波数のクロック信号をカウントすると共に、少な
    くとも前記遅延手段の出力で該カウント値をリセットす
    る第1および第2のカウント手段と、 前記リセット信号発生手段の出力に応答して前記第1の
    カウント手段の下位nビットを除くカウント値を取り込
    んで保持する保持手段と、 前記第2のカウント手段のカウント値と前記保持手段の
    保持内容とを比較し、両者が一致したときに所定のパル
    ス信号を出力する比較手段と、 前記パルス信号をカウントして複数ビットの補間信号を
    出力する第3のカウント手段と、を備え、 前記複数ビットの回転角度信号を上位側、前記複数ビッ
    トの補間信号を下位側とする検出回転角度信号を出力す
    ることを特徴とする回転角度検出装置。
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