JPH1047995A - センサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサからの出力レベルに基づくセンサ信号
の周期方向情報位置を高精度に得る。 【解決手段】 センサを複数等間隔に配置しセンサから
等間隔に位相ずれした信号を各々出力して各々の信号を
基準信号１〜４にすると共に信号１〜４の隣接する基準
電圧クロス点間に等間隔領域Ａ〜Ｈを画成する一方で、
例えば温度変化等が生じると各信号１〜４の振幅が変動
するがこの振幅変動は各信号で全て同じになると共に領
域Ａ〜Ｈでの真の周期方向の情報位置が、基準電圧クロ
ス後の基準信号に対して該基準信号に対応する第１セン
サからの出力レベルを対応させて得られる情報位置と、
基準電圧クロスに至る基準信号に対して該基準信号に対
応する第２センサからの出力レベルを対応させて得られ
る情報位置と、の間に位置する特性を利用して、第１、
２センサからの出力レベルに基き、近似式等の演算を用
いて同上位置間の真の情報位置を無視できる誤差の範囲
内で取得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ出力信号の
周期方向情報位置の決定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばブラシレスモータ等にあっ
ては、被検出体としての例えばマグネット等に対して所
定のギャップを介して検出体としての例えばＭＲセンサ
等（センサ部）を対向配置し、上記マグネットの回転に
伴って上記ＭＲセンサから出力される正弦波形状のセン
サ出力信号を比較器で所定の基準電圧と比較することに
よってパルス波形を得、このパルス波形に従って上記マ
グネットの回転位置を検出するように構成されている。

【０００３】ところで、近年においては、回転位置の検
出をより高精度化するために、電気分割方式が多々採用
されている。この電気分割方式とは、上記ＭＲセンサか
ら出力される正弦波形状のセンサ出力信号を基準信号と
して記憶しておき、上記ＭＲセンサから出力される出力
レベルを該基準信号に対応させることによって、マグネ
ットの回転位置を得るといったものである。

【０００４】すなわち、図８を参照にして説明すれば、
ＭＲセンサから出力される正弦波形状のセンサ出力信号
（ａ・ｓｉｎＸ）を基準信号として記憶しておき、上記
出力レベルが例えばＶａの場合には、この出力レベルＶ
ａを上記基準信号（ａ・ｓｉｎＸ）に対応させることに
よって、上記出力レベルがＶａの場合におけるマグネッ
トの回転位置（周期方向情報位置）Ｘａが得られるよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば温度変
化や上記ギャップのずれ等によりＭＲセンサから出力さ
れる正弦波形状のセンサ出力信号の振幅が変動する場合
がある。このようにセンサ出力信号の振幅が変動する
と、上記電気分割方式においては、回転位置の検出を、
上述のように、基準信号を基にして行うようにしている
ため、当該回転位置に誤差を生じることになる。

【０００６】すなわち、図８を参照にして説明すれば、
上記理由によりＭＲセンサから出力される正弦波形状の
センサ出力信号の振幅がａ→ｂまたはｃに変動すると、
上記出力レベルが例えばＶａの場合には、回転位置はＸ
ｂまたはＸｃとならなければならないが、上記基準信号
（ａ・ｓｉｎＸ）を基に回転位置の検出を行うようにし
ているため、回転位置は上記と同様にＸａとなってしま
い、位置誤差が生じることになる。

【０００７】このような位置誤差は、正弦波形状のセン
サ出力信号のゼロクロス点付近では然程大きくないが、
同上信号のピーク値に近づくにつれて大きくなるため、
特に当該ピーク値付近での位置が大幅にずれてしまうこ
とになる。

【０００８】そこで本発明は、例えば温度変化やギャッ
プのずれ等によりセンサ出力信号の振幅が変動しても、
センサ部から出力された出力レベルに基づくセンサ出力
信号の周期方向情報位置を高精度に得ることができるセ
ンサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１のセンサ出力信号の周期方向情報位置の決
定方法は、所定の定まった波形を周期的に繰り返す周期
波形信号をセンサ出力信号として出力するセンサ部を複
数個等間隔に配置し、前記センサ部から出力される等間
隔に位相ずれした本来の各センサ出力信号を基準信号と
し、これら基準信号の隣接する基準電圧クロス点間に等
間隔領域を連続して画成すると共に、各等間隔領域ごと
に、基準電圧クロス後の基準信号に対応する第１のセン
サ部から出力されたセンサ出力信号の出力レベルと、基
準電圧クロスに至る基準信号に対応する第２のセンサ部
から前記出力レベルと同一時点で出力されたセンサ出力
信号の出力レベルと、に基づいて、基準電圧クロス後の
基準信号に対して前記第１のセンサ部からの出力レベル
を対応させることによって得られる周期方向の所定の情
報の位置と、基準電圧クロスに至る基準信号に対して前
記第２のセンサ部からの出力レベルを対応させることに
よって得られる周期方向の所定の情報の位置と、の間に
位置する真の周期方向の所定の情報の位置を決定するよ
うにしたことを特徴としている。

【００１０】上記目的を達成するために、請求項２のセ
ンサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法は、請求項
１に加えて、センサ出力信号は疑似正弦波形状であり、
１周期に４つのセンサ部を１／８波長づつ位相をずらし
て配置したことを特徴としている。

【００１１】上記目的を達成するために、請求項３のセ
ンサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法は、請求項
１に加えて、基準電圧クロス後の基準信号に対して第１
のセンサ部からの出力レベルを対応させることによって
周期方向の所定の情報の位置を第１の位置として得ると
共に、基準電圧クロスに至る基準信号に対して前記出力
レベルと同一時点で出力された第２のセンサ部からの出
力レベルを対応させることによって周期方向の所定の情
報の位置を第２の位置として得、これら第１、第２の位
置と基準電圧クロス点の位置に基づいた近似式に従っ
て、前記第１、第２の位置間に位置する真の周期方向の
所定の情報の位置を決定するようにしたことを特徴とし
ている。

【００１２】このような本発明のセンサ出力信号の周期
方向情報位置の決定方法によれば、センサ部が複数個等
間隔に配置されて当該センサ部から等間隔に位相ずれし
た本来のセンサ出力信号がそれぞれ出力されて各々が基
準信号にされると共に、これら基準信号の隣接する基準
電圧クロス点間に等間隔領域が連続して画成される。こ
の時、例えば温度変化やギャップのずれ等が生じると、
各センサ部から出力されるセンサ出力信号の振幅が変動
するが、この振幅の変動は各センサ部から出力されるセ
ンサ出力信号で全て同じとなる。従って、上記等間隔領
域においては、真の周期方向の所定の情報の位置が、基
準電圧クロス後の基準信号に対してこの基準信号に対応
する第１のセンサ部からの出力レベルを対応させること
によって得られる周期方向の所定の情報の位置と、基準
電圧クロスに至る基準信号に対してこの基準信号に対応
する第２のセンサ部からの出力レベルを対応させること
によって得られる周期方向の所定の情報の位置と、の間
に位置することになるため、基準電圧クロス後の基準信
号に対応する第１のセンサ部から出力されたセンサ出力
信号の出力レベルと、基準電圧クロスに至る基準信号に
対応する第２のセンサ部から前記出力レベルと同一時点
で出力されたセンサ出力信号の出力レベルと、に基づい
て、例えば請求項３のように、近似式等の演算を用いれ
ば、同上位置間に位置する真の周期方向の所定の情報の
位置が、無視できる誤差の範囲内で得られるようにな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明を適用したセン
サ出力信号の周期方向情報位置の決定装置を表した構成
図である。同図において、符号１１は、例えばブラシレ
スモータ等に設けられている被検出体としてのマグネッ
トを示しており、このマグネット１１には１周期（着磁
幅）をＴとしたＮ、Ｓ着磁が交互に施されている。

【００１４】このマグネット１１の対向位置には、所定
のギャップを介して４個のＭＲセンサ１２が並設されて
おり、これらＭＲセンサ１２は、各々がＴ／８づつ位相
をずらして配置されている。

【００１５】上記ＭＲセンサ１２の各出力には、マイク
ロコンピュータよりなる周期方向情報位置決定手段１３
が接続されており、この周期方向情報位置決定手段１３
には、処理手順をプログラム及び固定データの形で格納
するＲＯＭ１４、演算に使用するデータや演算式や演算
結果等を記憶するＲＡＭ１５が接続されている。この周
期方向情報位置決定手段１３は、例えば温度変化やギャ
ップのずれ等により上記センサ出力信号の振幅が変動し
た場合であっても（前述したようにこの振幅の変動幅は
各センサ出力信号とも同じとなる）、上記マグネット１
１の回転位置を高精度に取得し得る機能を有している。
なお、この周期方向情報位置決定手段１３の詳細な機能
に関しては後述する。

【００１６】次に、上記周期方向情報位置決定手段１３
を有するセンサ出力信号の周期方向情報位置の決定装置
の動作について、以下説明する。モータが駆動される
と、上記マグネット１１が回転し、このマグネット１１
の回転に伴う磁界の変化に従って上記４個のＭＲセンサ
１２からは疑似正弦波形状のセンサ出力信号が各々出力
される。

【００１７】この時、上記４個のＭＲセンサ１２は、前
述したように、各々がＴ／８づつ位相がずれているた
め、当該周期方向情報位置決定手段１３には、図２に示
されるように、Ｔ／８づつ位相がずれた４つの疑似正弦
波形状のセンサ出力信号１，２，３，４が入力される。

【００１８】周期方向情報位置決定手段１３は、これら
センサ出力信号１〜４のデータを基準信号としてＲＡＭ
１５に記憶すると共に、これら基準信号１〜４の隣接す
る基準電圧クロス点としての例えばゼロクロス点間に等
間隔領域を連続して画成する。すなわち、センサ出力信
号のゼロクロス点ごとに領域を区画し、例えばセンサ出
力信号１，２のゼロクロス点間の領域を領域Ａとし、例
えばセンサ出力信号２，３のゼロクロス点間の領域を領
域Ｂとし、このようにしてセンサ出力信号の１周期を８
個の等間隔領域Ａ〜Ｈに区画する。これら領域Ａ〜Ｈも
上記ＲＡＭ１５に記憶される。

【００１９】上記各領域においては、領域の両端にゼロ
クロス点を有するセンサ出力信号を用いて上記マグネッ
ト１１の回転位置を得るようになっている。すなわち、
例えば領域Ａにおいてはセンサ出力信号１，２を用い、
例えば領域Ｂにおいてはセンサ出力信号２，３を用いる
というようになっている。

【００２０】ここで、領域Ａを代表にして当該領域Ａに
おけるマグネット１１の回転位置の決定方法を、図３を
参照しながら説明する。領域Ａにおいては、上述したよ
うに、センサ出力信号１，２を用いるが、例えば温度変
化やギャップのずれ等によりセンサ出力信号の振幅が変
動すると、センサ出力信号は実際には符号１’，２’の
ように変化する。すなわち、センサ出力信号１’，２’
は、上述したように、その振幅の変動幅（勿論変動方向
も）が同じであるから、センサ出力信号１に対してセン
サ出力信号１’の振幅が小さくなって図における下側に
位置する場合には、センサ出力信号２に対してセンサ出
力信号２’は図における上側に必ず位置することにな
る。

【００２１】ここで、マグネット１１の真の回転位置が
Ｘ０だとすると、センサ出力信号は符号１’，２’に変
化しているため、センサ出力信号１に対応する（検出し
た）ＭＲセンサから出力されるその時点での出力電圧の
レベルはＶ１となり、センサ出力信号２に対応する（検
出した）ＭＲセンサから出力される同上時点での出力電
圧のレベルはＶ２となる。

【００２２】しかしながら、周期方向情報位置決定手段
１３では、上述したように、基準信号としてセンサ出力
信号１，２を記憶しているため、上記電圧レベルＶ１を
センサ出力信号１に対応させることにより回転位置Ｘ１
が得られ、上記電圧レベルＶ２をセンサ出力信号２に対
応させることにより回転位置Ｘ２が得られることにな
る。すなわち、このような回転位置の求め方は従来技術
と同様であるため、真の回転位置Ｘに対して従来技術で
説明したのと同様な無視することができない大きさの位
置誤差を生じることになる。

【００２３】そこで、本実施形態においては、上記誤差
を含む回転位置Ｘ１，Ｘ２に基づいて、これら回転位置
Ｘ１，Ｘ２間に位置する真の回転位置Ｘ０を近似的に求
め、この近似解と真の回転位置Ｘ０との誤差が無視でき
る（許容できる）範囲内の誤差となるような方法を採用
している。

【００２４】すなわち、真の回転位置Ｘ０に対する近似
解Ｙは、図４に示されるような原理説明図を参照にする
と、以下の近似式で求まることになる。 Ｙ＝Ｌ１＋（Ｌ１・Ｌ３）／（Ｌ１＋Ｌ２）………………………………… ここで、Ｌ１＝Ｘ１……………………………………………………………… Ｌ２＝Ｔ／８−Ｘ２…………………………………………………… Ｌ３＝Ｘ２−Ｘ１………………………………………………………

【００２５】そして、このような式〜はＲＡＭ１５
に記憶されて、適宜周期方向情報位置決定手段１３によ
り呼び出し可能となっている。また、以下の関係式、
もＲＡＭ１５に記憶されて、適宜周期方向情報位置決
定手段１３により呼び出し可能となっている。

【００２６】 Ｘ１＝ｓｉｎ^-1（Ｖ１／ａ）…………………………………………………… Ｘ２＝ｓｉｎ^-1（Ｖ２／ａ）＋Ｔ／８………………………………………… 但し、ａは基準信号１，２の振幅値

【００２７】従って、該周期方向情報位置決定手段１３
にて式〜を用いて近似式の演算を行うことにより
近似解Ｙが得られるようになっている。

【００２８】また、以下の関係式、により真の回転
位置Ｘ０が得られる。 Ｖ１＝ｂ・ｓｉｎＸ０…………………………………………………………… Ｖ２＝ｂ・ｓｉｎ（Ｘ０−Ｔ／８）…………………………………………… 但し、ｂはセンサ出力信号１’，２’の振幅値

【００２９】ここで、上記ａ＝１、Ｔ＝２００μｍと
し、ｂを０．６、０．８、１．２、１．４と変化させ、
真の回転位置での当該真の回転位置と近似解との誤差の
レベル（度合い）を表したのが図５である。すなわち、
図５はマグネット１１の回転位置を横軸とし、上述した
誤差を縦軸として、これらの関係を表したものであり、
各領域において用いられるセンサ出力信号は中央に対し
て対称となるため、領域の半分（Ｘ＝０〜Ｔ／１６）に
対するものが表されている。

【００３０】図より明らかなように、センサ出力信号の
振幅が±４０％変化しても（ｂ＝０．６、ｂ＝１．４と
した場合）、誤差は０．４μｍより小さく、従って上述
のようにして求めた近似解を用いても、実用上全く問題
ないことが判る。

【００３１】なお、上記等間隔領域をさらに細かく区分
して該領域内のセンサ出力信号が直線と見做せるように
した場合には、上記真の回転位置と近似解との誤差は０
となる。

【００３２】また、区画領域内のセンサ出力信号が方物
線であるとすると、真の回転位置での当該真の回転位置
と近似解との誤差のレベル（度合い）との関係は図６に
示されるようになる。図より明らかなように、センサ出
力信号の振幅が±２０％変化しても（ｂ＝０．８、ｂ＝
１．２とした場合）、誤差は０．３μｍより小さく、従
って区画領域内のセンサ出力信号が方物線であっても、
実用上全く問題ないことが判る。

【００３３】また、区画領域内のセンサ出力信号を正弦
波形状、放物線、直線等に近似できるとした場合、図７
に示されるように（図７では放物線が示されている）、
真の回転位置をＸ０、センサ出力信号１に対応するＭＲ
センサから出力されるその時点での出力電圧のレベルを
Ｙ１、センサ出力信号２に対応するＭＲセンサから出力
される同上時点での出力電圧のレベルをＹ２、近似解を
Ｙとすると、近似解Ｙは、以下の近似式にて得られ、
このような近似解Ｙを用いても、真の回転位置Ｘ０との
誤差が上述した誤差と略同じとなるため、式による近
似解Ｙを用いることも可能である。 Ｙ＝（Ｔ／８）・Ｙ１／（Ｙ１＋Ｙ２）………………………………………

【００３４】なお、上記式、のような簡単な近似式
は、オペアンプ等によるアナログ演算でも求められる。
このようなアナログ演算では、コンピュータによる演算
に比して処理時間を短くすることができるという利点が
ある。

【００３５】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変形可能であるというのはいうまでもなく、例
えば、上記実施形態においては、４つのＭＲセンサ１２
をＴ／８づつずらして配置するようにしているが、セン
サ数及び位相ずれの組み合わせは、これに限定されるも
のではない。

【００３６】また、上記実施形態においては、ＭＲセン
サに対する適用形態が述べられているが、例えば光セン
サ、静電容量式センサ等に対しても適用可能である。

【００３７】また、上記実施形態においては、基準電圧
クロス点をゼロクロス点としているが、ゼロクロス点以
外の例えば所定の電圧とのクロス点としても良い。

【００３８】また、上記実施形態においては、センサ出
力レベルに基づいて回転位置を決定するようにしている
が、センサ出力レベルに基づいて回転位置以外の情報の
位置を決定する場合にも同様に適用できるというのはい
うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のセンサ出力
信号の周期方向情報位置の決定方法は、センサ部を複数
個等間隔に配置し当該センサ部から等間隔に位相ずれし
た本来のセンサ出力信号をそれぞれ出力するようにして
各々の信号を基準信号にすると共に、これら基準信号の
隣接する基準電圧クロス点間に等間隔領域を連続して画
成する一方で、例えば温度変化やギャップのずれ等が生
じると、各センサ部から出力されるセンサ出力信号の振
幅が変動するが、この振幅の変動は各センサ部から出力
されるセンサ出力信号で全て同じになると共に、上記等
間隔領域における真の周期方向の所定の情報の位置が、
基準電圧クロス後の基準信号に対してこの基準信号に対
応する第１のセンサ部からの出力レベルを対応させるこ
とによって得られる周期方向の所定の情報の位置と、基
準電圧クロスに至る基準信号に対してこの基準信号に対
応する第２のセンサ部からの出力レベルを対応させるこ
とによって得られる周期方向の所定の情報の位置と、の
間に位置することになるという特性を利用して、基準電
圧クロス後の基準信号に対応する第１のセンサ部から出
力されたセンサ出力信号の出力レベルと、基準電圧クロ
スに至る基準信号に対応する第２のセンサ部から前記出
力レベルと同一時点で出力されたセンサ出力信号の出力
レベルと、に基づいて、例えば請求項３のように、近似
式等の演算を用いて、同上位置間に位置する真の周期方
向の所定の情報の位置を、無視できる誤差の範囲内で取
得し得るようにしたものであるから、上記理由によりセ
ンサ出力信号の振幅が変動しても、センサ部から出力さ
れた出力レベルに基づくセンサ出力信号の周期方向情報
位置を高精度に得ることができ、信頼性を向上すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したセンサ出力信号の周期方向情
報位置の決定装置を表した構成図である。

【図２】各基準信号及びこの各基準信号を基に画成され
る等間隔領域を表した説明図である。

【図３】センサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法
を説明するために、図２に示した等間隔領域のうちの領
域Ａ及びこの領域Ａ内のゼロクロス点を通過する各基準
信号を、この各基準信号に対応する振幅が変動した各セ
ンサ出力信号と共に表した説明図である。

【図４】第１、第２の位置とゼロクロス点の位置を用い
た近似式に基づいて真の周期方向の所定の情報の位置を
決定する方法を表した原理説明図である。

【図５】センサ出力信号を正弦波形状として同上方法に
より決定された真の位置の実際の誤差をセンサ出力信号
の振幅変動に応じて表した線図である。

【図６】センサ出力信号を放物線形状として同上方法に
より決定された真の位置の実際の誤差をセンサ出力信号
の振幅変動に応じて表した線図である。

【図７】センサ出力信号の周期方向情報位置の決定方法
の他の方法を表した説明図である。

【図８】従来技術におけるセンサ出力信号の周期方向情
報位置の決定方法及びその問題点を表した説明図であ
る。

【符号の説明】 １〜４ 基準信号 １１ マグネット（被検出体） １２ センサ部 １３ 周期方向情報位置決定手段 Ａ，Ｂ，Ｃ〜Ｈ 等間隔領域 Ｔ １周期 Ｖ１，Ｙ１ 第１のセンサ部から出力されたセンサ出力
信号の出力レベル Ｖ２，Ｙ２ 第２のセンサ部から出力されたセンサ出力
信号の出力レベル Ｘ０ 真の位置 Ｘ１ 第１の位置 Ｘ２ 第２の位置 Ｙ 近似解

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の定まった波形を周期的に繰り返す
   周期波形信号をセンサ出力信号として出力するセンサ部
   を複数個等間隔に配置し、 前記センサ部から出力される等間隔に位相ずれした本来
   の各センサ出力信号を基準信号とし、これら基準信号の
   隣接する基準電圧クロス点間に等間隔領域を連続して画
   成すると共に、 各等間隔領域ごとに、基準電圧クロス後の基準信号に対
   応する第１のセンサ部から出力されたセンサ出力信号の
   出力レベルと、基準電圧クロスに至る基準信号に対応す
   る第２のセンサ部から前記出力レベルと同一時点で出力
   されたセンサ出力信号の出力レベルと、に基づいて、 基準電圧クロス後の基準信号に対して前記第１のセンサ
   部からの出力レベルを対応させることによって得られる
   周期方向の所定の情報の位置と、基準電圧クロスに至る
   基準信号に対して前記第２のセンサ部からの出力レベル
   を対応させることによって得られる周期方向の所定の情
   報の位置と、の間に位置する真の周期方向の所定の情報
   の位置を決定するようにしたことを特徴とするセンサ出
   力信号の周期方向情報位置の決定方法。
2. 【請求項２】 センサ出力信号は疑似正弦波形状であ
   り、 １周期に４つのセンサ部を１／８波長づつ位相をずらし
   て配置したことを特徴とする請求項１記載のセンサ出力
   信号の周期方向情報位置の決定方法。
3. 【請求項３】 基準電圧クロス後の基準信号に対して第
   １のセンサ部からの出力レベルを対応させることによっ
   て周期方向の所定の情報の位置を第１の位置として得る
   と共に、基準電圧クロスに至る基準信号に対して前記出
   力レベルと同一時点で出力された第２のセンサ部からの
   出力レベルを対応させることによって周期方向の所定の
   情報の位置を第２の位置として得、これら第１、第２の
   位置と基準電圧クロス点の位置に基づいた近似式に従っ
   て、前記第１、第２の位置間に位置する真の周期方向の
   所定の情報の位置を決定するようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載のセンサ出力信号の周期方向情報位置の
   決定方法。