JPH08237986A

JPH08237986A - 回転位置検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JPH08237986A
Application number: JP7038794A
Authority: JP
Inventors: Takuya Mayuzumi; 黛　　拓也; Toshiyuki Yasujima; 俊幸安島; Kazuo Tawara; 和雄田原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な回路構成で、回転位置検出素子の出力に
一部回転位置精度の低い部分があっても、補完処理を行
って高精度で連続的な回転位置検出ができる回転位置検
出装置を提供する。【構成】回転体の回転位置を検出するホール素子部５１
と、回転体の回転運動に基づいて回転位置検出信号を生
成するオペアンプ部５２と、前記回転体の１回転の中
で、前記回転位置検出素子の検出精度の良い部分では、
直接回転位置を検出して絶対回転位置を算出する絶対回
転位置・回転速度・回転加速度算出部６１と、前記検出
精度の不足する部分では、前記絶対回転位置から求めた
回転速度と回転加速度により推定回転位置を算出する推
定回転位置・回転速度算出部６４と、前記推定回転位置
を補完し、絶対回転位置と推定回転位置を用いて連続的
に回転位置を出力する回転位置・回転速度出力部６５で
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転位置検出装置及び
検出方法に関し、特に、洗濯機、エアコン、掃除機等の
家電機器の駆動用モータ、または産業用モ−タの回転位
置検出に好適な回転位置検出装置及び検出方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブラシレスモータのインバータ制
御方式は制御方法の簡単な１２０°通電方式が一般的で
あるが、振動や騒音を減じるためにより滑らかなモータ
駆動が可能な１８０°通電方式を採用する要求が高くな
っている。しかし１８０°通電方式は１２０°通電方式
に比べ高精度に回転位置を検出する必要がある。そのた
め、一般にはエンコーダを用いた回転位置検出が行われ
ていたが、この場合、１２０°通電方式に対して、１８
０°通電方式の回転位置検出装置にエンコーダを用いる
というように回転位置検出装置を大型化しなければなら
なかった。

【０００３】また、従来ブラシレスモータの回転位置を
検出する方法として、ロータマグネットの磁界をホール
素子等の回転位置検出素子を用いて検出することによ
り、ロータマグネットの回転位置に応じて信号レベルが
変化する回転位置検出信号を得て回転位置信号とする方
法がある。その中において１回転周期中に検出精度が変
化して十分な検出精度が得られなくなるといった回転位
置検出素子の欠点を考慮し、特開平４−２９５２９３号
公報に記載のように回転位置に対して正弦波と余弦波を
生成する回転位置検出素子出力の直線性の良い方の出力
を用いることで回転位置の検出精度を向上させる技術が
提案されている。

【０００４】また、ブラシレスモータの１２０°通電方
式で用いられるモータ通流相を切り替えるために用い
る、ホール素子等の出力をデジタル化した転流位置信号
を、そのまま用いることも考えられる。その場合、ホー
ル素子等の回転位置信号として出力の最も精度の高い部
分がデジタル信号の立ち上り及び立ち下がりエッジとし
て表れるが、それ以外の時点において回転位置を読み取
ることはできない。

【０００５】これらの場合、信号精度の悪い部分や信号
の無い時点の回転位置を推定して補完することが考えら
れる。それに似た方法として、特開平５−３２８７８０
号公報に記載のように交流サーボモータ制御における回
転位置信号の入力から三相電圧の出力までの時間を考慮
して出力時の回転位置を推定する技術が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平４−２９５２９３号公報に記載の技術は、回転位置
検出素子を複数個用いる上に、回転位置検出素子の出力
信号を加工する回路が存在するために、回路構成が複雑
になるという問題があった。また、上記特開平５−３２
８７８０号公報に記載の技術は、モータの加減速が考慮
されていないので、加減速時には正確な回転位置を推定
できず、連続的な回転位置検出ができないという問題が
あった。

【０００７】本発明の目的は、これらの従来技術の持つ
問題点を解決すべく、簡単な回路構成で、回転位置検出
素子の出力に一部回転位置精度の低い部分があっても、
補完処理を行って高精度で連続的な回転位置検出ができ
る回転位置検出装置及び検出方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、磁気変化を利用して回転位置検出素子に
より回転体の回転位置を検出する回転位置検出素子部
と、前記回転位置に基づいて回転位置検出信号を生成す
る検出信号生成部と、前記回転位置検出信号に基づき前
記回転位置検出を制御する制御部を有する回転位置検出
装置において、前記制御部は、前記回転体の１回転の中
で、前記回転位置検出素子の検出精度の良い部分では、
直接前記回転位置を検出して絶対回転位置とし、前記検
出精度の不足する部分では、前記絶対回転位置と該絶対
回転位置から求めた絶対回転速度および絶対回転加速度
とにより推定回転位置を算出し、前記絶対回転位置と前
記推定回転位置を用いて連続的に回転位置を出力するこ
とを特徴とする。

【０００９】また、本発明の他の特徴は、磁気変化を利
用して回転位置検出素子により回転体の回転位置を検出
する回転位置検出素子ステップと、前記回転位置に基づ
いて回転位置検出信号を生成する検出信号生成ステップ
と、前記回転位置検出信号に基づき前記回転位置検出を
制御する制御ステップを有する回転位置検出方法におい
て、前記制御ステップは、前記回転体の１回転の中で、
前記回転位置検出素子の検出精度の良い部分では、直接
前記回転位置を検出して絶対回転位置とし、前記検出精
度の不足する部分では、前記絶対回転位置と該絶対回転
位置から求めた絶対回転速度および絶対回転加速度とに
より推定回転位置を算出し、前記絶対回転位置と前記推
定回転位置を用いて連続的に回転位置を出力することに
ある。

【００１０】

【作用】本発明によれば、回転位置検出素子部は、少な
くとも１つの回転位置検出素子を用いて回転体の回転位
置を検出する。出信号生成部は、前記回転体の回転運動
に基づいて回転位置検出信号を生成する。制御部の絶対
回転位置・回転速度・回転加速度算出部は、回転体の１
回転の中で、回転位置検出素子の検出精度の良い部分で
は、直接回転位置を検出して絶対回転位置とし該絶対回
転位置から絶対回転速度と絶対回転加速度を算出する。
推定回転位置・回転速度算出部は、検出精度の不足する
部分では、絶対回転位置と絶対回転速度と絶対回転加速
度により推定回転位置を算出する。回転位置・回転速度
出力部は、推定回転位置を補完し、絶対回転位置と推定
回転位置を用いて連続的に回転位置を出力する。

【００１１】これにより、回転位置検出素子の出力が１
回転周期中に回転位置精度が変化して実用に耐えない場
合であっても、回転位置精度不足の部分を推定して補完
するので、簡単な回路構成のままで高精度で連続的な回
転位置検出を行うことができる。

【００１２】更に、絶対回転位置検出時にのみ回転加速
度変化するようにモータ駆動を行うことで、回転加速度
変化を反映させて安定した推定回転位置検出を行うこと
ができる。

【００１３】また、上記回転位置検出素子として、回転
体の回転位置に対して１つの正弦波状のアナログ回転位
置信号を生成する手段を持つ場合においては、回転方向
を回転体の回転方向指令値等から判別するとともに、ア
ナログ回転位置信号の直線近似部分のみを絶対回転位置
情報として用いるようにすることで、アナログ回転位置
信号の持つ回転位置精度の変動を無くして、高精度で連
続的な回転位置検出ができる。

【００１４】更に、上記回転位置検出素子として、回転
体の回転位置に対して３つのデジタル転流位置信号を生
成する手段を持つ場合においては、デジタル転流位置信
号の転流位置検出エッジを絶対回転位置情報として用い
るようにすることで、本来不連続である回転位置情報を
連続的な回転位置検出とするとともに、ブラシレスモー
タの１２０°通電方式で用いられる回路を変更すること
なく、推定位置検出精度の低い低速回転では１２０°通
電を行い、推定位置検出精度が高くなる高速回転では１
８０°通電を行う等、モータ運転中に適切な運転方式に
切り替えて用いることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る回転位置検出装置及び検
出方法の第１の実施例、第２の実施例を図を用いて説明
する。

【００１６】まず、第１の実施例について説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係る回転
位置検出装置を有するブラシレスモータ制御装置の全体
構成を示す。ブラシレスモータ４と回転位置検出装置５
ａと該回転位置検出装置５ａから出力される回転位置信
号によって動作するインバータ装置からなるインバータ
装置は、交流電源１から整流回路２及び平滑コンデンサ
Ｃより、直流電圧Ｅｄを得て、インバータ３に供給する
ものである。

【００１８】このインバータ３はトランジスタＴＲ１〜
ＴＲ６と環流ダイオードＤ１〜Ｄ６とから構成されたイ
ンバータであり、その交流出力電圧は、直流電圧Ｅｄの
正電位側トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３及び負電位側トラ
ンジスタＴＲ４〜ＴＲ６がそれぞれパルス幅変調を受け
てチョッピング動作をすることにより制御されるもので
ある。

【００１９】また、トランジスタＴＲ４〜ＴＲ６の共通
エミッタ端子、及び環流ダイオードＤ４〜Ｄ６の共通ア
ノード端子は抵抗Ｒ１を通じて整流回路２のＧＮＤ側に
接続されている。

【００２０】ブラシレスモータ４は２極の永久磁石を界
磁としてロータ４１と電機子巻線Ｕ・Ｖ・Ｗを挿入した
ステータ４２からなり、電機子巻線Ｕ・Ｖ・Ｗに流れる
巻線電流は、前記抵抗Ｒ１を流れて整流回路２に戻る。
ここに抵抗Ｒ１を挿入することでその電圧降下によって
電流Ｉ１を検出できる。

【００２１】回転位置検出装置５ａは、回転位置を検出
する回転位置検出素子部、例えばホール素子部５１と、
ホール素子部５１からの出力に基づき検出信号を生成し
調節する検出信号生成部、例えばオペアンプ部５２と、
オペアンプ部５２で調節された信号に基ずき、回転位置
検出を制御する制御部、例えばマイクロコンピュータ６
ａで構成される。

【００２２】ブラシレスモータ４の回転速度を制御する
制御回路は、マイクロコンピュータ６ａ内にある。この
マイクロコンピュータ６ａに入力される信号として、ロ
ータ４１の回転位置を検出するホール素子部５１からの
出力Ｓ１・Ｓ２をオペアンプ部５２を通して調節された
正弦波状のホール素子出力信号Ｓ３、抵抗Ｒ１の電圧降
下信号Ｓ１４から該ブラシレスモータ４に流れる電流Ｉ
１の過電流状態を検知する過電流検出回路８の過電流出
力信号Ｓ１５、該ブラシレスモータ制御装置の外部から
マイクロコンピュータ６ａに基準となる速度と回転方向
を与える回転速度指令信号Ｓ５がある。また、マイクロ
コンピュータ６ａが出力する信号として、トランジスタ
ＴＲ１〜ＴＲ６を駆動するドライバ回路７へのドライブ
出力信号Ｓ１３がある。

【００２３】過電流検出回路８は、抵抗Ｒ１の電圧降下
信号Ｓ１４を用いてコンパレータ等により、電流Ｉ１を
予め設定された基準電流値と比較して過電流であると判
定されるとＬＯＷレベルとなるデジタルの過電流信号Ｓ
１５を出力する。

【００２４】回転位置検出装置５ａは、マイクロコンピ
ュータ６ａ内において、まず絶対回転位置情報としての
ホール素子出力信号Ｓ３の回転位置精度が良い時点で
は、ホール素子出力信号Ｓ３から絶対回転位置を直接検
出し、ホール素子出力信号Ｓ３の回転位置精度が不足し
ている時点では、絶対回転位置から求めた回転速度と回
転加速度を用いて、推定回転位置を求めて補完する。

【００２５】図２は、図１の回転位置検出装置５ａの機
能構成を示す。

【００２６】ホール素子部５１は、ブラシレスモータ４
に取り付けられており、永久磁石ロータ４１の回転位置
に応じて変化する信号を、Ｓ１・Ｓ２間の電位差として
出力するものである。

【００２７】オペアンプ部５２は、ホール素子部５１の
出力信号Ｓ１とＳ２を、マイクロコンピュータ６ａのＡ
／Ｄ変換器に入力可能な正弦波状のホール素子出力信号
Ｓ３に波形のゲイン調整をして出力する。

【００２８】絶対回転位置・回転速度・回転加速度算出
部６１は、オペアンプ部５２からのホール素子出力信号
Ｓ３をＡ／Ｄ変換器を用いて入力して、更に後述するタ
イマ部６３からの現時刻信号ｔ及び回転方向判定部６２
からの回転方向信号Ｓ４を用いることで、絶対回転位置
信号Ｓ６、絶対回転速度信号Ｓ７、絶対回転加速度信号
Ｓ８を算出して出力する。

【００２９】回転方向判別部６２は、ブラシレスモータ
制御装置の外部から与えられる回転方向指令を含む回転
速度指令信号Ｓ５と前記絶対回転位置・回転速度・回転
加速度算出部６１からの絶対回転速度信号Ｓ７を用いて
回転方向信号Ｓ４を出力する。また、ホール素子出力信
号Ｓ３の波形パターンを監視することで、回転方向信号
Ｓ４の補正を行う。

【００３０】タイマ部６３は、一定時間毎にタイマカウ
ンタをカウントアップするものである。このタイマカウ
ンタの値を現時刻信号ｔとして出力する。

【００３１】推定回転位置・回転速度算出部６４は、絶
対回転位置・回転速度・回転加速度算出部６１から得た
絶対回転位置信号Ｓ６、絶対回転速度信号Ｓ７、絶対回
転加速度信号Ｓ８とタイマ部６３からの現時刻信号ｔを
用いて、推定回転位置信号Ｓ９、推定回転速度信号Ｓ１
０を算出して出力する。

【００３２】回転位置・回転速度出力部６５は、絶対回
転位置・回転速度・回転加速度算出部６１から得た絶対
回転位置信号Ｓ６、絶対回転速度信号Ｓ７と推定回転位
置・回転速度算出部６４から得た推定回転位置信号Ｓ
９、推定回転速度信号Ｓ１０を用いて、最も妥当な回転
位置信号Ｓ１１、回転速度信号Ｓ１２を算出してモータ
駆動部６６に出力する。また、出力する回転位置信号Ｓ
１１が、絶対回転位置・回転速度・回転加速度算出部６
１から得たものなのか、推定回転位置・回転速度算出部
６４から得たものなのかの判定に用いる絶対回転位置検
出信号Ｓ１６も出力する。

【００３３】モータ駆動部６６は、ブラシレスモータ制
御装置の外部から与えられる回転速度指令信号Ｓ５の回
転速度でブラシレスモータ４を回転させるべく、トラン
ジスタＴＲ１〜ＴＲ６を駆動するドライバ回路７へのド
ライブ出力信号Ｓ１３を出力する。その際、回転位置・
回転速度出力部６５から回転位置信号Ｓ１１、回転速度
信号Ｓ１２を入力して、１８０°通電によってロータ４
１の実際の回転位置と回転速度に対応したドライブ出力
信号Ｓ１３を出力するが、推定回転位置検出時に回転加
速度に変化が生じた場合、回転加速度変化が反映できず
に、正しい回転位置検出が行えずモータ電流波形が乱れ
る恐れがある。そのため、絶対回転位置検出信号Ｓ１６
により絶対回転位置検出が行われている時にのみ、モー
タ出力を変化させるようにすることで、絶対回転位置検
出時にのみ回転加速度変化させるようにして、推定回転
位置検出に正しく反映できるようにする。また、ブラシ
レスモータ４が過電流状態になった場合は、これを過電
流信号Ｓ１５により検知してブラシレスモータ４の運転
を停止させる処理を行う。

【００３４】図３は、図２の回転位置検出の制御手順の
フローチャートを示す。回転位置検出の制御手順のプロ
グラムは、予めマイクロコンピュータ６ａ内のメモリ
（ＲＯＭ）に蓄えられており、割り込み機能等を使って
モータ駆動プログラムに並行して実行される。

【００３５】始めに、ステップ１０で回転位置検出プロ
グラムを起動し、次にタイマ設定を開始する（１１）。
ここでは、現時刻ｔを知るためのタイマを初期設定した
後に起動させる処理を行う。次に、マイクロコンピュー
タ６ａの回転位置検出に関連する機能を初期化する（１
２）。また、回転方向、絶対回転位置、絶対回転速度、
絶対回転加速度の初期検出も行う。

【００３６】次に、Ａ／Ｄ変換器を用いてホール素子出
力信号Ｓ３を読み込み、ホール素子出力値を入力する
（１３）。そして、タイマよりホール素子出力信号Ｓ３
を読み込んだ時刻ｔを入力する（１４）。

【００３７】次に、読み込んだホール素子出力信号Ｓ３
が、図４（ａ）に示した直線近似区間ｄ１に入っている
か判断を行う（１５）。直線近似区間ｄ１内、すなわち
回転位置とホール素子出力信号Ｓ３の出力が比例する範
囲であれば、次に述べる絶対回転位置に関する処理を行
い、区間外の場合、すなわち回転位置とホール素子出力
信号Ｓ３の出力が比例しない範囲の場合は、その後で述
べる推定回転位置に関する処理を行う。

【００３８】絶対回転位置の処理では、まず回転方向を
判別する必要があるので、回転方向指令を含む回転速度
指令値Ｓ５をモータ駆動プログラムより入力する回転方
向指令値入力を行う（１６）。次に、前回の計算で得ら
れた回転速度信号Ｓ７をはじめ、回転方向指令を含む回
転速度指令値Ｓ５やホール素子出力信号Ｓ３を用いて回
転方向を判定する（１７）。

【００３９】次に、ホール素子出力信号Ｓ３をはじめ、
前回の計算結果Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ８や回転方向信号Ｓ
４を用いて、絶対回転位置信号Ｓ６、絶対回転速度信号
Ｓ７、絶対回転加速度信号Ｓ８を算出する（１８）。

【００４０】次に、ステップ１５の条件分岐において、
ホール素子出力信号Ｓ３が直線近似区間ｄ１の区間外で
あった場合は、推定回転位置・回転速度計算を行う（１
９）。ここでは、ステップ１８で計算された絶対回転位
置信号Ｓ６、絶対回転速度信号Ｓ７、絶対回転加速度信
号Ｓ８を用いて、現時刻ｔの推定回転位置信号Ｓ９、推
定回転速度信号Ｓ１０を計算する。

【００４１】次に、ステップ１８又はステップ１９で計
算された回転位置信号、回転速度信号を、最も妥当な回
転位置信号Ｓ１１、回転速度信号Ｓ１２として、モータ
駆動プログラム等に出力する（２０）。ステップ２０の
処理が終了した後は、ステップ１３からステップ１９ま
での処理を繰り返し実行することで、連続的な回転位置
検出を行う。

【００４２】図４は、図２の回転位置検出装置５ａの回
転位置信号の生成過程における信号波形を示す。

【００４３】（ａ）は、ホール素子出力信号Ｓ３の波形
である。ホール素子出力信号Ｓ３は図のようにロータ４
１の回転位置に従って正弦波状の波形となるが、破線部
では回転位置の変化に対してＳ３の変化が小さいので、
Ｓ３の信号はほとんど回転位置情報を含まなくなる。そ
こで本発明では、Ｓ３の信号の変化が回転位置変化に対
して直線近似できる実線で示した直線近似区間ｄ１、す
なわち回転位置とホール素子出力信号Ｓ３の出力が比例
する範囲にある時のみＳ３の信号を使った絶対回転位置
の検出を行い、それ以外の破線部、すなわち回転位置と
ホール素子出力信号Ｓ３の出力が比例しない範囲では、
直接回転位置の検出は行わずにｄ１区間で求めた回転速
度や回転加速度により推定回転位置を算出することで補
完する。推定回転位置は、前記絶対回転位置と前記絶対
回転加速度および絶対回転速度に時間系数を乗じて算出
する回転位置とを加算して算出される。また、破線部ｔ
１〜ｔ１５はそれぞれ検出方法の切替点を示している。

【００４４】（ｂ）は、回転位置信号Ｓ１１の波形であ
る。これは、回転位置信号としてモータ駆動部６６等に
出力されるものである。また、ここではモータはｄ２の
区間で定加速回転、それ以外の時点では定速回転してい
るものとしており、絶対回転位置検出時にのみ回転加速
度を変化させるようにモータ駆動を行って、回転加速度
変化を推定回転位置検出に正しく反映できるようにして
いる。

【００４５】（ｃ）は、回転速度信号Ｓ１２の波形であ
る。これは、回転位置信号Ｓ１１とともに、モータ駆動
部６６等に出力される他、推定回転位置信号Ｓ９の計算
にも用いられる。

【００４６】（ｄ）は、回転加速度信号Ｓ８の波形であ
る。これは、推定回転位置信号Ｓ９と回転速度信号Ｓ１
０の推定計算に用いられる。

【００４７】以上のような回転位置検出を行うことで、
１つのみのホール素子等を使うといった場合であって
も、ブラシレスモータの１８０°通電方式のように高精
度な回転位置検出を必要とするモータ駆動を、非常に簡
単な回路構成で実現することができる。

【００４８】次に第２の実施例について説明する。

【００４９】図５は、本発明の第２の実施例に係る回転
位置検出装置を有するブラシレスモータ制御装置の全体
構成を示す。本ブラシレスモータ制御装置は、図１の第
１の実施例のブラシレスモータ制御装置とほぼ同じ構成
であるが、回転位置検出装置５ｂが異なり、すなわち、
回転位置検出装置５ｂのブラシレスモータ４の回転位置
を検出する回転位置検出素子部、例えばホール素子部５
４と、ホール素子部５１からの出力に基づき検出信号を
生成しその信号を比較してデジタル化する検出信号生成
部、例えば転流位置信号生成部５５及びモータを駆動す
る制御部、例えばマイクロコンピュータ６ｂの動作アル
ゴリズムが異なる。ここで、図１と同一符号の部分は、
図１と同じ動作をする。

【００５０】ブラシレスモータ４の回転速度を制御する
制御回路は、マイクロコンピュータ６ｂ内にある。この
マイクロコンピュータ６ｂに入力される信号として、ロ
ータ４１の電気角で１２０°ずつずれた３ヶ所について
の回転位置を検出するホール素子５４ａ，５４ｂ，５４
ｃからなるホール素子部５４からの出力Ｓ２０〜Ｓ２５
を比較して１２０°通電用のデジタル転流位置信号とし
て転流位置信号生成部５５から出力される転流位置信号
Ｓ２６〜Ｓ２８、抵抗Ｒ１の電圧降下信号Ｓ１４から該
ブラシレスモータ４に流れる電流Ｉ１の過電流状態を検
知する過電流検出回路８からの過電流出力信号Ｓ１５、
該ブラシレスモータ制御装置の外部からマイクロコンピ
ュータ６ｂに基準となる速度を与える回転速度指令信号
Ｓ５がある。また、マイクロコンピュータ６ｂが出力す
る信号として、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６を駆動する
ドライバ回路７へのドライブ出力信号Ｓ１３がある。

【００５１】図６は、図５の回転位置検出装置５ａの機
能構成を示す。

【００５２】ホール素子部５４は、３つのホール素子５
４ａ，５４ｂ，５４ｃが永久磁石ロータ４１の回転位置
に対して電気角１２０°間隔で取り付けられている。こ
のホール素子部５４はそれぞれＳ２０・Ｓ２１間、Ｓ２
２・Ｓ２３間、Ｓ２４・Ｓ２５間の電位差として永久磁
石ロータ４１の回転位置に応じて変化する信号を出力す
る。

【００５３】転流位置信号生成部５５は、ホール素子部
５４の出力信号Ｓ２０〜Ｓ２５をコンパレータでデジタ
ル化して、モータを１２０°通電型で駆動する場合の転
流位置信号Ｓ２６〜Ｓ２８として出力する。

【００５４】絶対回転位置検出部６７は、転流位置信号
生成部５５からの転流位置信号Ｓ２６〜Ｓ２８を入力し
て、更にタイマ部６３からの現時刻信号ｔを用いること
で、絶対回転位置信号Ｓ２９を算出して出力する。

【００５５】回転速度・回転加速度算出部６８は、絶対
回転位置検出部６７からの絶対回転位置信号Ｓ２９とタ
イマ部６３からの現時刻信号ｔから、絶対回転速度信号
Ｓ７と絶対回転加速度信号Ｓ８を出力する。

【００５６】モータ駆動部６９は、実施例１の図２のも
のと同一であってもよいが、実施例２では特に１２０°
通電のハード回路と同一であるために、その特徴を生か
して低速回転では１２０°通電を、高速回転ではより効
率の高い制御方式である１８０°通電方式を切り替えて
用いるというようにしてもよい。その場合モータ駆動部
６９は、１２０°通電方式では転流位置信号Ｓ２６〜Ｓ
２８を用いて１２０°型のドライブ信号Ｓ１３を出力
し、１８０°通電では本発明の実施例２の回転位置検出
装置からの回転位置信号Ｓ１１と回転速度信号Ｓ１２を
用いて１８０°型のドライブ信号の出力を行うことによ
って、ブラシレスモータ４の駆動を行う。

【００５７】図７は、図６の回転位置検出の制御手順の
フローチャートを示す。回転位置検出の制御手順のプロ
グラムは、予めマイクロコンピュータ６ｂ内のメモリ
（ＲＯＭ）に蓄えられており、割り込み機能等を使って
モータ駆動プログラムに並行して実行される。

【００５８】始めに、ステップ３０で回転位置検出プロ
グラムを起動し、次にタイマ設定を開始する（３１）。
ここでは、現時刻ｔを知るためのタイマを初期設定した
後、起動させる。次に、マイクロコンピュータ６ｂの回
転位置検出に関連する機能を初期化する（３２）。ま
た、回転方向、絶対回転位置、絶対回転速度、絶対回転
加速度の初期検出も行う。

【００５９】次に、タイマより現時刻ｔを入力する（３
３）。次に、既に得た絶対回転位置信号Ｓ２９、絶対回
転速度信号Ｓ７、絶対回転加速度信号Ｓ８を用いて、現
時刻ｔの推定回転位置信号Ｓ９、推定回転速度信号Ｓ１
０を計算する（３４）。

【００６０】また、転流位置信号Ｓ２６〜Ｓ２８のいず
れかの信号レベルがＬＯＷからＨＩＧＨ、もしくはＨＩ
ＧＨからＬＯＷに変化した場合、割り込み機能により絶
対回転位置検出に関する処理を行う。以下では、この絶
対回転位置検出に関する処理について述べる。

【００６１】転流位置を検出すると（３５）、まず時刻
入力を行う（３６）。ここでは、タイマよりこの転流位
置信号を検出した時刻ｔを入力する。次に、転流位置信
号の変化を分析して絶対回転位置信号Ｓ２９を得る（３
７）。

【００６２】次に、現時点の絶対回転位置信号Ｓ２９と
時刻ｔ及び、以前の絶対回転位置検出で得た絶対回転位
置信号Ｓ２９、絶対回転速度信号Ｓ７、絶対回転加速度
信号Ｓ８を用いて、現時点での絶対回転速度信号Ｓ７、
絶対回転加速度信号Ｓ８を算出する（３８）。

【００６３】このようにして得られた回転位置と回転速
度は、最も妥当な回転位置信号Ｓ１１、回転速度信号Ｓ
１２として、モータ駆動プログラム等に出力される（３
９）。

【００６４】ステップ３９の処理が終了した後は、ステ
ップ３３、ステップ３４、ステップ３９の処理を繰り返
しつつ、転流位置信号が入力されるとステップ３５から
始まる絶対回転位置検出に関する処理を行う。

【００６５】図８は、図５の回転位置検出装置５ｂの回
転位置信号の生成過程における信号波形を示す。なお、
モータは、実施例１と同じくｄ２の区間で定加速回転し
ており、それ以外の時点では定速回転しているものとす
る。

【００６６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ転流位置信号
Ｓ２６〜Ｓ２８である。転流位置信号Ｓ２６〜Ｓ２８
は、転流位置信号生成部５５のコンパレータ５５ａ〜５
５ｃによりデジタル化されているので図のように矩形波
になる。また、ｔ２０〜ｔ４２は転流位置信号が変化し
て、絶対回転位置検出が行われる時点を示している。

【００６７】（ｄ）は、回転位置信号Ｓ１１の波形であ
る。これは、回転位置信号としてモータ駆動部６９等に
出力されるものである。ほとんどすべての時点で推定補
完処理を行ってるので、転流位置検出とともに不連続に
なることがあるが、定加速回転であればやや遅れて正確
な回転位置検出を行うようになる。

【００６８】（ｅ）は、回転速度信号Ｓ１２の波形であ
る。これは、回転位置信号Ｓ１１とともに、モータ駆動
部６９等に出力される他、推定回転位置信号Ｓ９の計算
にも用いられる。

【００６９】（ｆ）は、回転加速度信号Ｓ８の波形であ
る。これは、回転位置信号Ｓ９と回転速度信号Ｓ１０の
推定計算に用いられる。

【００７０】以上のような回転位置検出を行うことで、
本来不連続である回転位置情報から高精度で連続的な回
転位置検出ができ、ブラシレスモータの１２０°通電方
式で用いられる回路を変更することなく、推定回転位置
検出精度の低い低速回転では１２０°通電を行い、推定
回転位置精度が高くなる高速回転では１８０°通電を行
う等、モータ運転中に適切な運転方式に切り替えて用い
ることができる。また、モータドライブ信号の位相を自
由に変化させて高効率なモータ駆動を実現することもで
きる。

【００７１】なお、上述の実施例１については図１のオ
ペアンプ５の出力信号Ｓ３、実施例２については図５の
コンパレータ５４ａ〜５４ｃの出力信号Ｓ２６〜Ｓ２８
を用いて、回転位置を推定しながらロータ４１の回転位
置を検出した場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、ホール素子の回転位置精度の低下する信号を用い
ながら、その高精度部分のみを用いて精度の低い部分を
補完処理して、実質的に回転位置検出精度を高精度に保
つこともできる。

【００７２】また、上述の実施例においては、回転位置
検出素子としてホール素子を用いた場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、例えば磁気抵抗素子等、他
の素子を適用することができ、使用するホール素子の数
についても、実施例１では１つ、実施例２では３つとな
っているが、実施例１で回転方向を確実に検出するため
にもう１つのホール素子を用いたり、実施例２で実施例
１のように回転方向も推定するようにしてホール素子を
１つ用いる等、使用するホール素子は検出精度の要求等
により様々な個数の適用ができる。

【００７３】さらに、上述の実施例においては、本発明
をブラシレスモータ制御装置に適用した場合について述
べたが、電気掃除機、エアコン、電気洗濯機等に、本発
明の回転位置検出装置を有するブラシレスモータ制御装
置を用いれば、低振動化、低騒音化を容易に図ることが
できる。また、本発明はこれに限らず、他の種々の回転
体の回転位置検出装置に広く適用することができる他
に、リニアモータ等線形移動する動力源の駆動制御にお
ける位置測定にも適用することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、所定の回転体の回転運
動に基づいて変化する回転位置検出素子の出力を用い
て、この回転位置検出精度が回転体の１回転中に変化し
て実用に耐えない場合であっても、精度の良い部分では
絶対回転位置として直接回転位置を検出し、精度の不足
する部分に関しては絶対回転位置から求めた回転速度と
回転加速度によって推定回転位置を求めて補完すること
で、実質的に高精度で連続的な回転位置検出を実現でき
る。このような回転位置検出を行うことで、エンコーダ
のような大型でコストの高い回転位置センサを用いずと
も、ホール素子のように小型でコストの低いセンサを利
用できるため、回転位置検出装置の小型化、低コスト化
が図れる。

【００７５】また、上記回転位置検出素子として回転体
の回転位置に対して１つの正弦波状のアナログ回転位置
信号を生成する手段を持つ場合においては、回転方向を
回転体の回転方向指令値等から判別するとともに、アナ
ログ回転位置信号の直線近似部分のみを絶対回転位置情
報として用いるようにすることで、高精度で連続的な回
転位置検出ができる。このように回転位置検出を行うこ
とで、１つのみのホール素子等を使うといった非常に簡
単な回路構成で、ブラシレスモータの１８０°通電方式
のように高精度な回転位置検出を必要とするモータ駆動
を実現することができる。

【００７６】更に、絶対回転位置検出時にのみ回転加速
度変化させるようにモータ駆動を行うようにすること
で、推定回転位置検出を安定させて、モータ電流波形の
乱れを防ぐことができる。

【００７７】これとは別に、上記回転位置検出素子とし
て回転体の回転位置に対して３つのデジタル転流位置信
号を生成する手段を持つ場合においては、デジタル転流
位置信号の転流位置検出エッジを絶対回転位置情報とし
て用いるようにすることで、本来不連続である回転位置
情報から高精度で連続的な回転位置検出ができる。この
ような回転位置検出を行うことで、ブラシレスモータの
１２０°通電方式で用いられる回路を変更することな
く、推定回転位置検出精度の低い低速回転では１２０°
通電を行い、推定回転位置精度が高くなる高速回転では
１８０°通電を行う等、モータ運転中に適切な運転方式
に切り替えて用いることができる。また、モータドライ
ブ信号の位相を自由に変化させて高効率なモータ駆動を
実現することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る回転位置検出装置
を有するブラシレスモータ制御装置の全体構成図であ
る。

【図２】図１の回転位置検出装置５ａの機能構成を示す
ブロック図である。

【図３】図２の回転位置検出の制御手順のフローチャー
ト図である。

【図４】図２の回転位置検出装置５ａの回転位置信号の
生成過程における信号波形図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る回転位置検出装置
を有するブラシレスモータ制御装置の全体構成図であ
る。

【図６】図５の回転位置検出装置５ａの機能構成を示す
ブロック図である。

【図７】図６の回転位置検出の制御手順のフローチャー
ト図である。

【図８】図５の回転位置検出装置５ｂの回転位置信号の
生成過程における信号波形図である。

【符号の説明】

５ａ，５ｂ…回転位置検出装置、５１，５４…ホール素
子部、５２…オペアンプ、５５…転流位置信号生成部、
６ａ・６ｂ……マイクロコンピュータ、６１……絶対回
転位置・回転速度・回転加速度算出部、６２……回転方
向判定部、６３……タイマ部、６４……推定回転位置・
回転速度算出部、６５……回転位置・回転速度出力部、
６６・６９……モータ駆動部、６７……絶対回転位置検
出部、６８……回転速度・回転加速度算出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気変化を利用して回転位置検出素子によ
り回転体の回転位置を検出する回転位置検出素子部と、
前記回転位置に基づいて回転位置検出信号を生成する検
出信号生成部と、前記回転位置検出信号に基づき前記回
転位置検出を制御する制御部を有する回転位置検出装置
において、前記制御部は、前記回転体の１回転の中で、前記回転位
置検出素子の検出精度の良い部分では、直接前記回転位
置を検出して絶対回転位置とし、前記検出精度の不足す
る部分では、前記絶対回転位置と該絶対回転位置から求
めた絶対回転速度および絶対回転加速度とにより推定回
転位置を算出し、前記絶対回転位置と前記推定回転位置
を用いて連続的に回転位置を出力することを特徴とする
回転位置検出装置。
【請求項２】磁気変化を利用して回転位置検出素子によ
り回転体の回転位置を検出する回転位置検出素子部と、
前記回転位置に基づいて回転位置検出信号を生成する検
出信号生成部と、前記回転位置検出信号に基づき前記回
転位置検出を制御する制御部を有する回転位置検出装置
において、前記回転位置検出素子部は、前記回転体の回転位置を検
出する少なくとも１つの回転位置検出素子を有し、前記検出信号生成部は、前記回転体の回転運動に基づい
て回転位置検出信号を生成し前記制御部は、前記回転体
の１回転の中で、前記回転位置検出素子の検出精度の良
い部分では、直接前記回転位置を検出して絶対回転位置
とし該絶対回転位置から絶対回転速度と絶対回転加速度
を算出する絶対回転位置・回転速度・回転加速度算出部
と、前記検出精度の不足する部分では、前記絶対回転位
置と前記絶対回転速度と前記絶対回転加速度により推定
回転位置を算出する推定回転位置・回転速度算出部と、
前記推定回転位置を補完し、前記絶対回転位置と前記推
定回転位置を用いて連続的に回転位置を出力する回転位
置・回転速度出力部を有することを特徴とする回転位置
検出装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記検
出精度の良い部分は、前記回転位置と前記回転位置検出
信号の出力が比例する範囲であり、前記検出精度の不足
する部分は、前記回転位置と前記回転位置検出信号の出
力が比例しない範囲であることを特徴とする回転位置検
出装置。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記推
定回転位置は、前記絶対回転位置と前記絶対回転加速度
および絶対回転速度に時間系数を乗じて算出する回転位
置とを加算して算出することを特徴とする回転位置検出
装置。
【請求項５】請求項１または請求項２において、前記回
転位置検出素子部は、所定の１つの回転位置検出素子で
前記回転体の回転位置を検出し、前記検出信号生成部
は、前記回転体の回転運動に基づいて変化する正弦波状
の回転位置検出信号を生成し、前記制御部は、前記回転
位置検出信号の直線近似部分のみを前記絶対回転位置の
情報として用いることを特徴とする回転位置検出装置。
【請求項６】請求項１または請求項２において、前記回
転位置検出素子部は、所定の３つの回転位置検出素子で
前記回転体の回転位置を検出し、前記検出信号生成部
は、前記回転体の回転運動に基づいて矩形波状のデジタ
ル転流位置信号を生成し、前記制御部は、前記回転位置
検出信号の転流位置検出エッジを前記絶対回転位置の情
報として用いることを特徴とする回転位置検出装置。
【請求項７】請求項１または請求項２において、前記制
御部は、前記絶対回転位置の算出をするための直接回転
位置の検出時にのみ回転加速度を変化させるようにモー
タ駆動を行うモータ駆動部を有することを特徴とする回
転位置検出装置。
【請求項８】請求項１または請求項２において、前記制
御部は、前記絶対回転位置の算出に必要で、前記回転体
の回転方向を判別する回転方向判定部を有することを特
徴とする回転位置検出装置。
【請求項９】磁気変化を利用して回転位置検出素子によ
り回転体の回転位置を検出する回転位置検出素子ステッ
プと、前記回転位置に基づいて回転位置検出信号を生成
する検出信号生成ステップと、前記回転位置検出信号に
基づき前記回転位置検出を制御する制御ステップを有す
る回転位置検出方法において、前記制御ステップは、前記回転体の１回転の中で、前記
回転位置検出素子の検出精度の良い部分では、直接前記
回転位置を検出して絶対回転位置とし、前記検出精度の
不足する部分では、前記絶対回転位置と該絶対回転位置
から求めた絶対回転速度および絶対回転加速度とにより
推定回転位置を算出し、前記絶対回転位置と前記推定回
転位置を用いて連続的に回転位置を出力することを特徴
とする回転位置検出方法。
【請求項１０】磁気変化を利用して回転位置検出素子に
より回転体の回転位置を検出する回転位置検出素子ステ
ップと、前記回転位置に基づいて回転位置検出信号を生
成する検出信号生成ステップと、前記回転位置検出信号
に基づき前記回転位置検出を制御する制御ステップを有
する回転位置検出方法において、前記回転位置検出素子ステップは、前記回転体の回転位
置を検出する少なくとも１つの回転位置検出素子を有
し、前記検出信号生成ステップは、前記回転体の回転運動に
基づいて回転位置検出信号を生成し前記制御ステップ
は、前記回転体の１回転の中で、前記回転位置検出素子
の検出精度の良い部分では、直接前記回転位置を検出し
て絶対回転位置とし該絶対回転位置から絶対回転速度と
絶対回転加速度を算出する絶対回転位置・回転速度・回
転加速度算出ステップと、前記検出精度の不足する部分
では、前記絶対回転位置と前記絶対回転速度と前記絶対
回転加速度により推定回転位置を算出する推定回転位置
・回転速度算出ステップと、前記推定回転位置を補完
し、前記絶対回転位置と前記推定回転位置を用いて連続
的に回転位置を出力する回転位置・回転速度出力ステッ
プを有することを特徴とする回転位置検出方法。
【請求項１１】請求項９または請求項１０において、前
記検出精度の良い部分は、前記回転位置と前記回転位置
検出信号の出力が比例する範囲であり、前記検出精度の
不足する部分は、前記回転位置と前記回転位置検出信号
の出力が比例しない範囲であることを特徴とする回転位
置検出方法。
【請求項１２】請求項９または請求項１０において、前
記推定回転位置は、前記絶対回転位置と前記絶対回転加
速度および絶対回転速度に時間系数を乗じて算出する回
転位置とを加算して算出することを特徴とする回転位置
検出方法。