JP6398233B2 - 位相検出装置、モータ駆動制御装置、及びモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばブラシレスＤＣ（直流）モータなどの回転子の位相を検出する位相検出装置、それを備えたモータ駆動制御装置、及びそれを備えたモータ装置に関する。

ブラシレスＤＣモータの停止制御など、モータの回転位置を制御する場合、回転子の回転角度を検出する必要がある。ロータリーエンコーダ方式では、一般に回転軸にロータリーエンコーダを接続して、回転角度に応じて変化する１／４周期の位相差を有する２相パルス信号を出力し、そのエッジ検出と２相のハイ／ロウ状態から相対的な回転角度を検出する。

特許文献１には、多くの位相検出を行う目的で、モータの回転子の回転位置に応じた信号レベルを有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生してモータを駆動制御するモータ駆動制御装置が開示されている。特許文献１においては、複数のセンサ信号を所定の複数のしきい値レベルと比較して位相を検出し、検出した位相を示す第１の位相情報信号を出力し、複数のセンサ信号どうしを比較して位相を検出し、検出した位相を示す第２の位相情報信号を出力する。さらに、検出された位相を所定の複数の位相区間に分け、所定の複数の位相区間において複数のセンサ信号の中の一つを選択し、選択されたセンサ信号のレベルが回転子の所定の位相に応じた所定のしきい値レベルに到達したことを検出する構成が開示されている。

しかしながら、従来のロータリーエンコーダ方式の制御においては、一般に外周部に光学窓となるスリットを等間隔に設けた円盤と、円盤のスリットピッチの１／４間隔で配置された２個のフォトインタラプタにより構成されているため、高額の追加部品を必要とする。

特許文献１においては、センサ信号が位相ずれを有する場合に理想的なセンサ信号から位相誤差が発生してしまう。例えばセンサを外付けする場合、モータの製造過程において微小な実装ずれにより位相ずれが生じ、従来のモータ制御技術では、このセンサ信号の位相ずれが直接検出位相の誤差となってしまう問題があった。

本発明の目的は、従来技術と比較して、追加コストを抑えて回転位相の検出精度を高めることができる位相検出装置を提供することにある。

本発明に係る位相検出装置は、複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る位相検出装置によれば、従来技術と比較して、追加コストを抑えて回転位相の検出精度を高めることができる。

本発明の実施形態１に係る位相検出装置１の構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。 図１の交点位相検出回路１０における各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の比較結果の交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵを示す表である。 図１の信号選択回路２０の信号選択条件を示す表である。 図１の位相検出装置１の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。 図１の信号選択回路２０からの選択信号Ｘの電気角と振幅割合との関係を示す表である。 図１のセンサＳ１〜Ｓ３を実装したモータＭ１の平面図である。 図６のセンサＳ３による検出位相誤差を示すグラフである。 図７のセンサ処理信号Ｗ１の同相レベルを調整する位相検出装置１の動作を示すグラフである。 図８のセンサ処理信号Ｗ１の同相レベル調整前後の検出位相誤差を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る位相検出装置１ａの構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。 図１０の振幅レベル検出回路１４０と交点レベル検出回路５０ａの構成を示すブロック図である。 図１０の位相検出装置１ａの動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。 図１０の位相検出装置１ａの動作を示すグラフである。 本発明の実施形態２の変形例に係る位相検出装置１ｂの構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。 図１５のモータ駆動部１１０の構成を示すブロック図である。 図１６のモータ駆動部１１０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施形態３の変形例に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の変形例に係る位相検出装置の動作を示すグラフである。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る位相検出装置１の構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。図１において、位相検出装置１は、交点位相検出回路１０と、信号選択回路２０と、位相検出回路３０と、交点レベル検出回路５０と、交点レベル比較回路１３０と、同相レベル調整回路２００とを備えて構成される。交点位相検出回路１０は、３個の比較器１１〜１３を備える。信号選択回路２０は、ロジック回路２１と、スイッチＳＷ１とを備える。位相検出回路３０は、複数Ｎ個の比較器３１−１〜３１−Ｎと、（Ｎ＋２）個の電圧源３２−１〜３２−Ｎと、可変電圧源３３，３４とを備える。同相レベル調整回路２００は、差動増幅回路２１０，２２０，２３０を備え、差動増幅回路２１０は、差動増幅器２１１と、抵抗２１２〜２１５と、可変電圧源２１６とを備える。差動増幅回路２２０は、差動増幅器２２１と、抵抗２２２〜２２５と、可変電圧源２２６とを備え、差動増幅回路２３０は、差動増幅器２３１と、抵抗２３２〜２３５と、可変電圧源２３６とを備える。

図１において、モータＭ１は例えばブラシレスＤＣモータで構成され、センサ回路２はモータＭ１の回転子の周囲に設けられる。センサ回路２はセンサＳ１〜Ｓ３を備え、各センサＳ１〜Ｓ３によって所定の電気角（例えば１２０°）の間隔を設定したモータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の回転角をそれぞれ検出する。センサＳ１〜Ｓ３は、例えばホール素子で構成される磁気センサであってモータＭ１の回転に応じて変化する磁束密度を検出する。センサ回路２のセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の磁束密度の検出信号Ｕｆ，Ｖｆ，Ｗｆと、それらの逆相信号Ｕｒ，Ｖｒ，Ｗｒを発生して同相レベル調整回路２００の差動増幅器２１１，２２１，２３１に入力する。

可変電圧源２１６の基準電圧は、抵抗２１４を介して差動増幅器２１１の非反転入力端子に印加される。差動増幅器２１１の出力端子は、帰還抵抗２１５を介して差動増幅器２１１の反転入力端子に接続される。差動増幅器２１１において、センサＳ１からの検出信号Ｕｆは抵抗２１２を介して反転入力端子に入力され、センサＳ１からの逆相信号Ｕｒは抵抗２１３を介して非反転入力端子に入力される。差動増幅器２１１は、検出信号Ｕｆと逆相信号Ｕｒとを差動増幅して、差動増幅結果のセンサ処理信号Ｕ１を出力する。可変電圧源２２６の基準電圧は、抵抗２２４を介して差動増幅器２２１の非反転入力端子に印加される。差動増幅器２２１の出力端子は、帰還抵抗２２５を介して差動増幅器２２１の反転入力端子に接続される。差動増幅器２２１において、センサＳ２からの検出信号Ｖｆは抵抗２２２を介して反転入力端子に入力され、センサＳ２からの逆相信号Ｖｒは抵抗２２３を介して非反転入力端子に入力される。差動増幅器２２１は、検出信号Ｖｆと逆相信号Ｖｒとを差動増幅して、差動増幅結果のセンサ処理信号Ｖ１を出力する。可変電圧源２３６の基準電圧は、抵抗２３４を介して差動増幅器２３１の非反転入力端子に印加される。差動増幅器２３１の出力端子は、帰還抵抗２３５を介して差動増幅器２３１の反転入力端子に接続される。差動増幅器２３１において、センサＳ３からの検出信号Ｗｆは抵抗２３２を介して反転入力端子に入力され、センサＳ３からの逆相信号Ｗｒは抵抗２３３を介して非反転入力端子に入力される。差動増幅器２３１は、検出信号Ｗｆと逆相信号Ｗｒとを差動増幅して、差動増幅結果のセンサ処理信号Ｗ１を出力する。

同相レベル調整回路２００は、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を位相検出装置１の交点位相検出回路１０、信号選択回路２０及び交点レベル検出回路５０に出力する。交点位相検出回路１０において、比較器１１はセンサ処理信号Ｕ１の信号レベルをセンサ処理信号Ｖ１と比較して、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１の交点の位相（タイミング）を示す交点位相検出信号ＵＶを発生する。比較器１２は、比較器１１と同様にセンサ処理信号Ｖ１，Ｗ１を比較してセンサ処理信号Ｖ１，Ｗ１の交点位相を示す交点位相検出信号ＶＷを生成する。比較器１３は、比較器１１と同様にセンサ処理信号Ｗ１，Ｕ１を比較してセンサ処理信号Ｗ１，Ｕ１の交点位相を示す交点位相検出信号ＷＵを発生する。

図２は、図１の交点位相検出回路１０における各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の比較結果の交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵを示す表である。図２に示すとおり、図１の比較器１１はセンサ処理信号Ｕ１のレベルがセンサ処理信号Ｖ１のレベル以上のとき、ハイレベル（Ｈｉ）を有する交点位相検出信号ＵＶを発生する。一方、比較器１１はセンサ処理信号Ｕ１のレベルがセンサ処理信号Ｖ１のレベル未満のとき、ロウレベル（Ｌｏｗ）を有する交点位相検出信号ＵＶを発生する。図１の比較器１２，１３も、比較器１１と同様にして、それぞれ図２に従う二値の交点位相検出信号ＶＷ，ＷＵを生成する。このように、交点位相検出回路１０はセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵを生成する。交点位相検出回路１０の比較器１１〜１３はそれぞれ交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵを信号選択回路２０、及び交点レベル検出回路５０に出力する。

図３は、図１の信号選択回路２０の信号選択条件を示す表である。図１の信号選択回路２０において、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１はそれぞれスイッチＳＷ１の端子ａ，ｂ，ｃに入力され、ロジック回路２１は交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵに基づいてスイッチＳＷ１の端子ａ，ｂ，ｃを切り替え制御する。図３に示す交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵの入力条件に従って、図１の信号選択回路２０はセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちのいずれか一つを選択した選択信号Ｘを位相検出回路３０に出力する。

図１の交点レベル検出回路５０は交点位相検出信号ＵＶの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングにおいて、センサ処理信号Ｕ１又はセンサ処理信号Ｖ１の信号レベルを検出して、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１の交点の信号レベルである交点レベル信号Ｙを生成する。交点レベル検出回路５０は交点位相検出信号ＶＷの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングにおいて、センサ処理信号Ｖ１又はセンサ処理信号Ｗ１の信号レベルを検出して、センサ処理信号Ｖ１，Ｗ１の交点レベルの交点レベル信号Ｙを生成する。交点レベル検出回路５０は交点位相検出信号ＷＵの立ち上がり又は立ち下がりのタイミングにおいて、センサ処理信号Ｗ１又はセンサ処理信号Ｕ１の信号レベルを検出して、センサ処理信号Ｗ１，Ｕ１の交点レベルの交点レベル信号Ｙを生成する。交点レベル検出回路５０は、各交点レベルの交点レベル信号Ｙを交点レベル比較回路１３０に出力する。交点レベル比較回路１３０は、交点レベル信号Ｙを可変電圧源１３１の所定電圧Ｖｐｒｅと比較して、比較結果を示す信号を用いて、詳細を後述するように同相レベル調整回路２００の各可変電圧源２１６，２２６，２３６の各基準電圧を制御する。

図１の位相検出回路３０において、可変電圧源３３は選択信号Ｘの隣接する２つの交点のうちのより高い信号レベルの交点Ａの所定電圧ＢｉａｓＡを発生する。可変電圧源３４は選択信号Ｘの隣接する２つの交点のうちのより低い信号レベルの交点Ｂの所定電圧ＢｉａｓＢを発生する。電圧源３２−１〜３２−Ｎは、可変電圧源３３，３４間に直列接続されて挿入され、それぞれ発生する電圧により複数のしきい値レベルを生成する。比較器３１−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）は、選択信号Ｘを電圧源３２−ｎのしきい値レベルと比較して、選択信号Ｘがしきい値レベル以上のときハイレベルの二値信号を出力する。一方、比較器３１−ｎは選択信号Ｘが電圧源３２−ｎのしきい値レベル未満のとき、ロウレベルの二値信号を出力する。位相検出回路３０は、全ての比較器３１−１〜３１−Ｎの比較結果の各二値信号を、モータＭ１が所定の角度に回転したことを知り得る位相情報信号ＰｈＣとして出力する。このように、位相検出回路３０は比較器３１−１〜３１−Ｎによって、選択信号Ｘの信号レベルがモータＭ１の回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出する。

以上のように構成された位相検出装置１において、以下に示すように、センサＳ１〜Ｓ３からのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に基づいてモータＭ１の回転子の位相情報を検出することができる。

図４は、図１の位相検出装置１の動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。図４において、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を正弦波（これに代えて、正弦波に実質的に同一な、準じた波形であってもよい。）で表しており、センサＳ１〜Ｓ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相は電気角１２０°間隔で設定されている。なお、位相情報信号Ｐｈｓｙｎは、位相情報信号ＰｈＣと交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵとを例えば排他的論理和を取ることによりトグル信号に合成した、合成後の位相情報を示す。

交点位相検出回路１０を用いれば、交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵは、図２に示すようにセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の互いの比較結果として得る。次いで、信号選択回路２０は図３の入力条件に従って、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の交点間の位相区間毎にセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちのいずれか一つを選択して選択信号Ｘを得る。このようにして得られた選択信号Ｘは連結されており、図４の下段の太線で示すように時間的に連続した信号となる。選択信号Ｘは理想的には図３のように、
（１）センサ処理信号Ｗ１の正弦波位相１５０°〜２１０°の６０°区間の期間Ｔ１と、
（２）センサ処理信号Ｖ１の正弦波位相−３０°〜３０°の６０°区間の期間Ｔ２と、
（３）センサ処理信号Ｕ１の正弦波位相１５０°〜２１０°の６０°区間の期間Ｔ３と、
（４）センサ処理信号Ｗ１の正弦波位相−３０°〜３０°の６０°区間の期間Ｔ４と、
（５）センサ処理信号Ｖ１の正弦波位相１５０°〜２１０°の６０°区間の期間Ｔ５と、
（６）センサ処理信号Ｕ１の正弦波位相−３０°〜３０°の６０°区間の期間Ｔ６とから構成される。これらの各６０°区間は正弦波位相３０°〜９０°，正弦波位相９０°〜１５０°，正弦波位相２１０°〜２７０°及び正弦波位相２７０°〜３１０°の６０°区間よりも直線性が高い。図４において、選択信号Ｘに対して付した水平の矢印は前述の所定のしきい値レベルを示し、位相検出装置１は、選択信号Ｘが所定のしきい値レベルに到達したことを検出して、位相情報信号Ｐｈｓｙｎの二値を切り替えている。

図５は、図１の信号選択回路２０からの選択信号Ｘの電気角と振幅割合との関係を示す表である。例えば、位相検出回路３０が選択信号Ｘの電気角−３０°から３０°の間を７．５°毎に８分割にする場合、振幅と電気角の関係は図５のとおりとなる。ただし、選択された各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅中心レベルを０とし（ゼロクロスレベル）、電気角９０°の振幅を１として振幅割合を規格化している。位相検出回路３０は、図５に従う選択信号Ｘの正弦波振幅に対する各振幅割合によって、所定の各しきい値レベルを決定する。なお、電気角−３０°、３０°は交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵによって検出可能であるため、これに対応するしきい値レベルは必ずしも必要ではない。

以上のように構成された位相検出装置１によれば、センサＳ１〜Ｓ３からのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に基づいてモータＭ１の位相を検出することができる。ここで、以下詳述するように、センサ処理信号Ｓ１〜Ｓ３はモータＭ１に対して取付け誤差を有し得るが、位相検出装置１は同相レベル調整回路２００を用いて取付け誤差を補正してモータＭ１の位相を検出できる。

図６は、図１のセンサＳ１〜Ｓ３を実装したモータＭ１の平面図である。図６において、モータＭ１は８極インナーロータであり、モータＭ１の１回転において８極の回転子磁極が切り替わる。電気角はＮ／Ｓ極の２極の通過に対して１周し、電気角３６０°はモータ角９０°に相当する。センサＳ１〜Ｓ３は、それぞれ電気角１２０°間隔で配置されるのが理想的だが、これはモータ角３０°に対応し、図６のセンサＳ３のように理想的な位置から取付け位相誤差αずれて配置され得る。例えば直径２０ｍｍのモータＭ１の回転子外周直下に実装する場合に電気角１°以内の位相誤差を要求するとき、電気角３６０°の周長２０π／４ｍｍ＝１５．７ｍｍより、必要な実装精度は電気角１°に相当する周長４３．６μｍとなる。

図７は、図６のセンサＳ３による検出位相誤差を示すグラフである。図７に示すように、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の位相θに対する信号レベルを比較器３１−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）のしきい値レベルと比較することで、各しきい値レベルに対応する位相が検出される。一方、交点Ａの位相は図１の交点検出信号ＷＵにより検出され、交点Ｂの位相は図１の交点検出信号ＶＷにより検出される。理想的なセンサ処理信号Ｗｉは、図６の配置により、センサ処理信号Ｕ１を位相差１２０°だけシフトした信号である。センサ処理信号Ｗ１の位相は、センサＳ３が取付け位相誤差を有するために理想的なセンサ処理信号Ｗｉよりも進んでいる。センサ処理信号Ｕ１，Ｗ１の交点Ａはセンサ処理信号Ｕ１と理想的なセンサ処理信号Ｗｉの交点Ａｉと一致せず、センサ処理信号Ｖ１，Ｗ１の交点Ｂはセンサ処理信号Ｖ１と理想的なセンサ処理信号Ｗｉの交点Ｂｉと一致しない。ここで、センサ処理信号Ｗ１のゼロクロス点においては、センサＷ１の取付け位相誤差が直接、位相情報の検出位相誤差となっている。一方、交点Ａは、センサ処理信号Ｕ１と理想的なセンサ処理信号Ｗｉの交点Ａｉと信号レベルが異なるために検出位相誤差が低減されている。本実施形態の場合、理想的な正弦波における交点Ａｉが電気角３０°に位置することから、位相情報は交点Ａにおいて１／２倍の検出位相誤差を有する。なお、センサ処理信号Ｗ１’は、逆方向の取付け位相誤差を有する場合を示しており、理想的なセンサ処理信号Ｗｉよりも遅れている。これに対して、位相検出装置１は可変電圧源２１６，２２６，２３６の各基準電圧を調整することによって、以下詳述するように各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅中心の信号レベル（同相レベル）を変更して、取付け位相誤差を補正する。

図８は、図７のセンサ処理信号Ｗ１の同相レベルを調整する位相検出装置１の動作を示すグラフである。図８において、各センサ処理信号Ｕ１，Ｗ１，Ｖ１は図７と同様である。図１の同相レベル調整回路２００は交点レベル比較回路１３０からの図７の交点Ａと理想的な交点Ａｉの交点レベルの比較結果を示す信号に基づいて図８のとおり交点Ａと理想的な交点Ａｉが一致するように同相レベルを調整したセンサ処理信号Ｗ１を出力している。図７のセンサ処理信号Ｗ１は理想的なセンサ処理信号よりも進んだ位相を有するため、交点Ａの交点レベルが理想的な交点Ａｉよりも低い。これに対して同相レベル調整回路２００は、図８に示すように同相レベルを増加したセンサ処理信号Ｗ１を出力している。一方、図７のセンサ処理信号Ｗ１’においては、理想的なセンサ処理信号よりも遅れた位相のために交点Ａ’の交点レベルが理想的な交点Ａｉよりも高い。これに対して、同相レベル調整回路２００は、図８のとおり同相レベルを減少したセンサ処理信号Ｗ１’を出力している。

このようにセンサ処理信号Ｗ１の同相レベルを調整することで、調整前よりも理想的なセンサ処理信号Ｗｉに近い信号レベルを有する選択信号Ｘが得られる。これにより、交点Ａにおける検出位相誤差が解消されるとともに、他のしきい値レベルにおける検出位相誤差も、図７の場合よりも改善される。特に、センサＳ２に取付け位相誤差がないとき、交点Ａにおいてセンサ処理信号Ｗ１の同相レベル調整を行うことで、同時に交点Ｂの交点レベルも理想的な交点Ｂｉ付近に調整される。なお、図６〜図８ではセンサＳ３のみに取付け位相誤差がある場合を例に説明したが、センサＳ２にも取付け位相誤差がある場合、センサ処理信号Ｕ１を基準として、図６〜図８のセンサ処理信号Ｗ１と同様の同相レベル調整をセンサ処理信号Ｖ１に対して行う。

図９は、図８のセンサ処理信号Ｗ１の同相レベル調整前後の検出位相誤差を示すグラフである。図９は、図８のセンサ処理信号Ｗ１の位相θに対する検出位相誤差Δθを示している。センサＳ３が取付け位相誤差５°を有するとき、検出位相誤差は、図７に示すとおり最大５°に達する。これに対して本実施形態における同相レベル調整を行うことで、図９に示すとおり、検出位相誤差は最大０．７°にまで緩和されており、位相検出の精度が検出精度１°未満にまで向上している。

以上のように構成された実施形態１に係る位相検出装置１によれば、複数のコイルを有するモータＭ１の回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に基づいて位相情報信号ＰｈＣ，Ｐｈｓｙｎを発生して出力する。位相検出装置１は、交点位相検出回路１０と、交点レベル検出回路５０と、信号選択回路２０と、位相検出回路３０と、同相レベル調整回路２００とを備える。交点位相検出回路１０は、複数のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵを生成して出力する。交点レベル検出回路５０は、上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号Ｙを生成して出力する。信号選択回路２０は、上記複数のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の中から１つの選択信号Ｘを選択する。位相検出回路３０は、信号選択回路２０により選択された選択信号Ｘの信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号ＰｈＣを出力する。同相レベル調整回路２００は、各交点レベルを信号レベルＬａｄｊＡ又は信号レベルＬａｄｊＢに近づけるように、複数のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の同相レベルをそれぞれ調整して出力する。

実施形態１に係る位相検出装置１によると、従来技術と比較して、追加コストを抑えて回転位相の検出精度を高めることができる。センサＳ１〜Ｓ３からのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１における直線性の良い区間において、位相検出回路３０によって信号レベルを複数のしきい値レベルと比較することにより、モータＭ１の回転子の位相情報を検出することができる。位相検出装置１によると、センサ処理信号Ｓ１〜Ｓ３がモータＭ１に対して取付け誤差を有していても、同相レベル調整回路２００を用いて取付け誤差を補正してモータＭ１の位相を検出できる。

モータＭ１の回転子を検出する磁気センサのセンサＳ１〜Ｓ３は、一般的にホール素子が使用され、回転子が回転することで発生する磁束密度は正弦波である場合が多い。すなわち、磁気センサからの信号も正弦波である場合が多い。しかし、回転子が回転する際に発生し固定されている磁気センサにて受ける磁束密度が必ずしも図８に示す綺麗な正弦波ではなく歪んだ正弦波である場合がある。また、センシングする磁束密度が磁気センサの許容値を超えるために起こる磁気飽和により、磁気センサ出力が飽和し台形波に近い出力となる場合もある。これに対して、位相検出装置１は各センサ信号の互いに隣接する２つの交点の間の波形が、他の交点間の位相区間よりも傾きの高い部分（例えば正弦波位相±３０°区間）のように直線に近い部分において、すなわち実質的に直線の部分において位相を検出できる。例えば、位相検出装置１を、正弦波又はそれに近い波形の信号の電気角−６０°〜６０°，１２０°〜２４０°区間内に用いることで、複数の位相検出を高精度で行うことが可能である。さらに、上記波形の信号に対して、本実施形態に係る同相レベル調整回路２００による各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の同相レベル調整を行うことにより、位相検出の精度を高められる。

図２において、選択信号Ｘは各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の正弦波の−３０°から３０°の区間又は１５０°から２１０°区間となっており、位相区間が切り換わり選択されたセンサ処理信号が変化しても連続した信号となっている。さらに、位相検出回路３０からの位相情報信号ＰｈＣは各比較器３１−１〜３１−Ｎからの隣り合う比較結果の二値信号が順番に切り換わるため、最終的な合成信号はグレイコードとなすことが可能となっている。また、図５では電気角７．５°毎の位相情報を得る手段を示したが、一例であって本発明はこれに限らず、例えば電気角６°毎の振幅割合に区切って位相情報を得てもよいし、電気角３°毎に区切って電気角７．５°毎の２．５倍の位相情報を得ることもできる。

実施形態２．
図１０は、本発明の実施形態２に係る位相検出装置１ａの構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。図１１は、図１０の振幅レベル検出回路１４０と交点レベル検出回路５０ａの構成を示すブロック図である。実施形態２に係る位相検出装置１ａは、実施形態１に係る位相検出装置１と比較して、同相レベル調整回路２００と交点レベル検出回路５０と交点レベル比較回路１３０に代えて同相レベル調整回路２００ａと交点レベル検出回路５０ａを備える。また、実施形態２に係る位相検出装置１ａは、実施形態１に係る位相検出装置１と比較して、振幅レベル検出回路１４０を更に備える。この相違点について、以下説明する。

図１０において、同相レベル調整回路２００ａは、同相レベル調整回路２００と比較して、差動増幅回路２１０，２２０，２３０に代えて差動増幅回路２１０ａ，２２０ａ，２３０ａを備える。差動増幅回路２１０ａは、差動増幅回路２１０と比較して抵抗２１４，２１５に代えて可変抵抗２１４ａ，２１５ａを備える。差動増幅回路２２０ａ，２３０ａは、差動増幅回路２１０ａと同様にそれぞれ可変抵抗２２４ａ，２２５ａと可変抵抗２３４ａ，２３５ａを備える。振幅レベル検出回路１４０は、同相レベル調整回路２００ａからのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に基づいて、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の信号レベルの各ピーク値を検出する。振幅レベル検出回路１４０は、検出結果を示す信号に基づいて各差動増幅回路２１０ａ〜２３０ａのゲイン（増幅率）を制御する。

交点レベル検出回路５０ａは、実施形態１に係る交点レベル検出回路５０と同様に、各交点検出信号ＵＶ，ＶＷ，ＷＵのタイミングによってセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちの２つの交点の交点レベルをそれぞれ検出する。さらに、交点レベル検出回路５０ａは、後述するように検出した各交点レベルに基づいて、同相レベル調整回路２００の各可変電圧源２１６，２２６，２３６の各基準電圧を制御する。

図１１は、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちのセンサ処理信号Ｖ１の振幅レベルと同相レベルを調整する構成を示している。図１１の振幅レベル検出回路１４０は、目標振幅上限レベル生成回路１４１と、目標振幅下限レベル生成回路１４２と、比較器１４３，１４４と、信号立ち上がり検出回路１４５と、アップダウンカウンタ１４６とを備える。交点レベル検出回路５０ａは、目標交点上限レベル生成回路５１と、目標交点下限レベル生成回路５２と、比較器５３，５４と、信号立ち上がり検出回路５５と、信号立ち上がり検出回路５６と、アップダウンカウンタ５７とを備える。交点レベル検出回路５０ａは、同相レベル格納回路５８，５９と、スイッチＳＷ２とをさらに備える。

図１１において、振幅レベル検出回路１４０の目標振幅上限レベル生成回路１４１はセンサ処理信号Ｖ１の振幅レベルの目標値よりも所定の許容誤差だけ高い信号レベルを有する目標振幅上限レベルＬｔａｒＰＡを生成して、比較器１４３の反転入力端子に出力する。目標振幅下限レベル生成回路１４２は、センサ処理信号Ｖ１の振幅レベルの目標値よりも所定の許容誤差だけ低い信号レベルを有する目標振幅下限レベルＬｔａｒＰＢを生成して、比較器１４４の反転入力端子に出力する。

比較器１４３は、非反転入力端子に入力されるセンサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標振幅上限レベルＬｔａｒＰＡ以上のとき、ハイレベルを有する比較信号Ｓｐａを生成してアップダウンカウンタ１４６に出力する。一方、比較器１４３は、センサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標振幅上限レベルＬｔａｒＰＡ未満のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｐａを生成してアップダウンカウンタ１４６に出力する。比較器１４４は、非反転入力端子に入力されるセンサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標振幅下限レベルＬｔａｒＰＢ以上のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｐｂを生成してアップダウンカウンタ１４６に出力する。一方、比較器１４４は、センサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標振幅上限レベルＬｔａｒＰＢ未満のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｐｂを生成してアップダウンカウンタ１４６に出力する。

信号立ち上がり検出回路１４５は、センサ処理信号Ｗ１，Ｕ１に基づいて、図１０の交点位相検出信号ＷＵの立ち上がりを検出して、交点位相検出信号ＷＵが立ち上がったタイミングにおいてアップダウンカウンタ１４６のカウント動作を有効化する。アップダウンカウンタ１４６は、比較信号Ｓｐａ，Ｓｐｂがともにハイレベルのとき、カウントアップし、比較信号Ｓｐａ，Ｓｐｂがともにロウレベルのとき、カウントダウンし、それ以外のとき、カウントを維持する。アップダウンカウンタ１４６は、カウント結果を示す信号に従って、差動増幅回路２２０ａのゲインが増減するように抵抗２２５ａ，２２６ａの抵抗値を変更する。

交点レベル検出回路５０ａの目標交点上限レベル生成回路５１は、センサ処理信号Ｖ１の交点レベルの目標値よりも所定の許容誤差だけ高い信号レベルを有する目標交点上限レベルＬｔａｒＣＡを生成して、比較器５３の反転入力端子に出力する。目標交点下限レベル生成回路５２は、センサ処理信号Ｖ１の交点レベルの目標値よりも所定の許容誤差だけ低い信号レベルを有する目標交点下限レベルＬｔａｒＣＢを生成して、比較器５４の反転入力端子に出力する。

比較器５３は、非反転入力端子に入力されるセンサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標交点上限レベルＬｔａｒＣＡ以上のとき、ハイレベルを有する比較信号Ｓｃａを生成してアップダウンカウンタ５７に出力する。一方、比較器５３は、センサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標交点上限レベルＬｔａｒＣＡ未満のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｃａを生成してアップダウンカウンタ５７に出力する。比較器５４は、非反転入力端子に入力されるセンサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標交点上限レベルＬｔａｒＣＢ以上のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｃｂを生成してアップダウンカウンタ５７に出力する。一方、比較器５４は、センサ処理信号Ｖ１の信号レベルが目標交点上限レベルＬｔａｒＣＢ未満のとき、ロウレベルを有する比較信号Ｓｃｂを生成してアップダウンカウンタ５７に出力する。

信号立ち下がり検出回路５５は、図１０の交点位相検出回路１０からの交点位相検出信号ＶＷの立ち下がりを検出して、交点位相検出信号ＶＷが立ち下がったタイミングにおいてアップダウンカウンタ５７と同相レベル格納回路５８の動作を有効化する。信号立ち上がり検出回路５６は、交点位相検出回路１０からの交点位相検出信号ＶＷの立ち上がりを検出して、交点位相検出信号ＶＷが立ち上がったタイミングにおいてアップダウンカウンタ５７と同相レベル格納回路５９の動作を有効化する。

アップダウンカウンタ５７は、比較信号Ｓｃａ，Ｓｃｂがともにハイレベルのとき、カウントアップして、比較信号Ｓｃａ，Ｓｃｂがともにロウレベルのとき、カウントダウンして、それ以外のとき、カウントを維持する。アップダウンカウンタ５７は、カウント結果を同相レベル格納回路５８，５９に出力する。同相レベル格納回路５８，５９は、それぞれアップダウンカウンタ５７のカウント結果を格納して、格納した信号をそれぞれスイッチＳＷ２の端子ａ，ｂに出力する。スイッチＳＷ２は、センサ処理信号Ｖ１の位相−６０°〜６０°区間において端子ａを選択し、位相１２０°〜２４０°区間において端子ｂを選択し、それ以外のときオフするように制御される。交点レベル検出回路５０ａは、スイッチＳＷ２の選択結果に従って可変電圧源２２６の電圧を制御する。

以上のように構成された位相検出装置１において、図１１の振幅レベル検出回路１４０は、センサ処理信号Ｖ１が目標振幅レベルＬｔａｒＰＡ以上のとき、差動増幅回路２２０ａのゲインを減少させる。一方、センサ処理信号Ｖ１が目標振幅レベルＬｔａｒＰＢ未満のとき、振幅レベル検出回路１４０は差動増幅回路２２０ａの電圧源のゲインを増加させる。これにより、センサ処理信号Ｖ１は、振幅レベルの目標値から所定の許容誤差の範囲内に収まるように振幅を調整される。交点レベル検出回路５０ａは、センサ処理信号Ｖ１が目標交点レベルＬｔａｒＣＡ以上のとき、可変電圧源２２６の電圧を減少させる。一方、センサ処理信号Ｖ１が目標交点レベルＬｔａｒＣＢ以上のとき、可変電圧源２１６の電圧を増加させる。これにより、センサ処理信号Ｖ１は、交点レベルの目標値から所定の許容誤差の範囲内に収まるように同相レベルを調整される。交点レベル検出回路５０ａは、上記の同相レベル調整を、各同相レベル格納回路５８，５９に格納した信号に基づいて、それぞれセンサ処理信号Ｖ１の位相−６０°〜６０°区間と位相１２０°〜２４０°区間とに別個に調整する。

図１２は、図１０の位相検出装置１ａの動作状態を示す各信号のタイミングチャートである。図１３は、図１０の位相検出装置１ａの動作を示すグラフである。

図１２の期間Ｔ７において、センサ処理信号Ｖ１は位相区間−６０°〜６０°の領域にあり、センサ処理信号Ｖ１が選択信号Ｘとなる位相区間−３０°〜３０°の領域を含んでいる。交点レベル検出回路５０ａは、選択信号Ｘの下端の調整レベルＬａｄｊＢを交点レベルの目標値として、同相レベル格納回路５８に格納した信号に基づいてセンサ処理信号Ｖ１の同相レベルを調整している。次いで、期間Ｔ８において、センサ処理信号Ｖ１は位相区間６０°〜１２０°の領域にあり、センサ処理信号Ｖ１のピーク値を含んでいる。このとき、同相レベル調整回路２００ａは同相レベルがデフォルト値のセンサ処理信号Ｖ１を出力する。センサ処理信号Ｖ１がピーク値を取るタイミングと、センサ処理信号Ｕ１，Ｗ１の交点のタイミングとは、理想的には同時である。そのため、振幅レベル検出回路１４０は期間Ｔ８においてセンサ処理信号Ｕ１，Ｗ１の交点のタイミングを検出することにより、センサ処理信号Ｖ１のピーク値を簡単に検出して振幅調整をすることができる。次いで、期間Ｔ９において、センサ処理信号Ｖ１は位相区間１２０°〜２４０°の領域にあり、センサ処理信号Ｖ１が選択信号Ｘとなる位相区間１５０°〜２１０°の領域を含んでいる。交点レベル検出回路５０ａは、選択信号Ｘの上端の調整レベルＬａｄｊＡを交点レベルの目標値として、同相レベル格納回路５９に格納した信号に基づいてセンサ処理信号Ｖ１の同相レベルを調整している。センサ処理信号Ｗ１に対しても同様に、図１１と同様の構成によって位相区間ごとに同相レベル及び振幅レベルを調整している。このように、期間Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９においてそれぞれセンサ処理信号Ｖ１の同相レベルを切り替えることにより、選択信号Ｘの各交点レベルが等しくなるように信号調整をすることができる。

図１３は、複数のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を信号調整する手順を示している。まず、センサ処理信号Ｕ１の位相−６０°〜６０°区間が選択信号Ｘとなるとき、位相検出装置１ａはセンサ処理信号Ｕ１の位相検出を行い、この基準三角波の一辺の検出結果を後続のセンサ処理信号Ｗ１，Ｖ１の信号レベルを調整する基準とする。センサ処理信号Ｕ１，Ｗ１の交点のタイミングにおいて選択信号Ｘはセンサ処理信号Ｗ１に切り替えられるが、同相レベル調整回路２００ａはこのときのセンサ処理信号Ｗ１の交点レベルに対して上述の同相レベルの調整を行う。その後、センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各交点に到達する度に、その交点から選択信号Ｘとなるセンサ処理信号の同相レベルが順次、センサ処理信号Ｕ１の位相−６０°〜６０°区間に再度至るまで調整される。センサ処理信号Ｗ１，Ｖ１の振幅レベルは、センサ処理信号Ｕ１の振幅レベルを基準に調整される。センサ処理信号Ｗ１，Ｖ１の同相レベルを調整する位相区間、及び振幅レベルを検出して調整する区間は、図１２と同様に位相差を有している。センサ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各交点に到達する度に、後続のセンサ信号の同相レベルを調整することにより、全ての交点レベルが一致するように信号調整を行うことができる。

以上のように構成された実施形態２に係る位相検出装置１ａによれば、振幅レベル検出回路１４０の検出結果に基づいて各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅を調整することで、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅を互いに等しくなるように調整できる。各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の振幅をそれぞれ等しく制御することで、位相検出装置１ａの位相検出精度向上できる。差動増幅回路２１０ａ，２２０ａ，２３０ａにより、同相レベル調整回路２００ａが同相レベル調整手段と振幅レベル調整手段を兼ねることができ、回路面積を削減できる。図１２の期間Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９に示すように位相区間を分けてセンサ処理信号の同相レベルを切り替えることにより、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のピーク値を有する位相６０°〜１２０°区間の同相レベルをデフォルト値に維持できる。これにより、同相レベルの調整結果に合わせて振幅レベルの調整をし直すなどの煩雑さを回避でき、各センサ処理信号に対する目標振幅上限レベル及び目標振幅下限レベルを共通化でき、回路面積を削減できる。センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各交点に到達する度に、後続のセンサ処理信号の同相レベルを調整することにより、全ての交点レベルが一致するように信号調整を行うことができる。

実施形態２の変形例．
図１４は、本発明の実施形態２の変形例に係る位相検出装置１ｂの構成を、モータＭ１及びセンサ回路２とともに示すブロック図である。実施形態２の変形例に係る位相検出装置１ｂは、実施形態２に係る位相検出装置１ａと比較して、ゼロクロス位相検出回路１５０をさらに備えることを特徴とする。この相違点について、以下説明する。

比較器１５１は、非反転入力端子に入力される逆相信号Ｕｒの信号レベルが反転入力端子に入力される検出信号Ｕｆの信号レベル以上のとき、ハイレベルを有する位相検出信号Ｕ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。一方、比較器１５１は、逆相信号Ｕｒの信号レベルが検出信号Ｕｆの信号レベル未満のとき、ロウレベルを有する位相検出信号Ｕ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。比較器１５２は、非反転入力端子に入力される逆相信号Ｖｒの信号レベルが反転入力端子に入力される検出信号Ｖｆの信号レベル以上のとき、ハイレベルを有する位相検出信号Ｖ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。一方、比較器１５２は、逆相信号Ｖｒの信号レベルが検出信号Ｖｆの信号レベル未満のとき、ロウレベルを有する位相検出信号Ｖ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。比較器１５３は、非反転入力端子に入力される逆相信号Ｗｒの信号レベルが反転入力端子に入力される検出信号Ｗｆの信号レベル以上のとき、ハイレベルを有する位相検出信号Ｗ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。一方、比較器１５３は、逆相信号Ｗｒの信号レベルが検出信号Ｗｆの信号レベル未満のとき、ロウレベルを有する位相検出信号Ｗ２を生成して同相レベル調整回路２００ａに出力する。同相レベル調整回路２００ａは、各位相検出信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に基づいて各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の同相レベルを調整する位相区間を決定する。

以上のように構成された実施形態２の変形例に係る位相検出装置１ｂによれば、ゼロクロス位相検出回路１５０の検出結果に基づいて各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１毎に同相レベルを調整する位相区間を重畳させずに簡単に決定できる。図１２に示すとおり、理想的にはセンサ処理信号Ｖ１の位相−６０°のタイミングはセンサ処理信号Ｗ１のゼロクロス点と同時であり、位相６０°のタイミングはセンサ処理信号Ｕ１のゼロクロス点と同時である。また、理想的にはセンサ処理信号Ｖ１の位相１２０°のタイミングはセンサ処理信号Ｗ１のゼロクロス点と同時であり、位相２４０°のタイミングはセンサ処理信号Ｕ１のゼロクロス点と同時である。よって、位相検出信号Ｕ２，Ｗ２によってセンサ処理信号Ｖ１の同相レベルの調整区間を簡単に決定できる。

実施形態３．
図１５は、本発明の実施形態３に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。図１５において、実施形態３に係るモータ装置は、モータＭ１と、センサ回路２と、モータ駆動制御装置３とを備えて構成される。モータ駆動制御装置３は、実施形態２の変形例に係る位相検出装置１ｂと、モータコントローラ１００と、モータ駆動部１１０とを備えて構成される。モータコントローラ１００は、位相情報信号Ｐｈｓｙｎに基づいて、ＰＷＭ信号を発生してモータ駆動部１１０に出力する。モータ駆動部１１０は、モータコントローラ１００のＰＷＭ信号に基づいて、駆動電流を複数のモータコイルに選択的に流してモータＭ１の回転子を回転駆動させる。

図１６は、図１５のモータ駆動部１１０の構成を示すブロック図である。図１６において、モータ駆動部１１０は、プリドライバ８０と、メインドライバ９０とを備えて構成される。例えばブラシレスＤＣモータであるモータＭ１を駆動するための３相コイルを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とし、それぞれのコイルの一端はモータＭ１内でＹ結線されている。ここで、メインドライバ９０は、それぞれのコイルの他端には電源側に接続されたハイサイドのスイッチ素子９１，９３，９５と、接地側に接続されたロウサイドのスイッチ素子９２，９４，９６とを備えて構成される。さらに、各相のスイッチ素子９１〜９６を駆動するためのスイッチの制御信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬが前段のプリドライバ８０より出力される。

図１６において、プリドライバ８０は、駆動相コントローラ８１と３個の駆動増幅器８２，８３，８４とを備えて構成される。駆動相コントローラ８１は各位相検出信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に基づいて、モータコントローラ１００からのＰＷＭ信号を駆動増幅器８２，８３，８４のいずれか１つに選択的に順次出力する。駆動増幅器８２は、駆動相コントローラ８１からの出力に基づいて、一対の制御信号ＵＨ，ＵＬを生成して、制御信号ＵＨによりハイサイドのスイッチ素子９１をオン／オフ制御し、制御信号ＵＬによりロウサイドのスイッチ素子９２をオン／オフ制御する。駆動増幅器８３は、駆動相コントローラ８１からの出力に基づいて、一対の制御信号ＶＨ，ＶＬを生成して、制御信号ＶＨによりハイサイドのスイッチ素子９３をオン／オフ制御し、制御信号ＶＬによりロウサイドのスイッチ素子９４をオン／オフ制御する。駆動増幅器８４は、駆動相コントローラ８１からの出力に基づいて、一対の制御信号ＷＨ，ＷＬを生成して、制御信号ＷＨによりハイサイドのスイッチ素子９５をオン／オフ制御し、制御信号ＷＬによりロウサイドのスイッチ素子９６をオン／オフ制御する。

図１７は、図１６のモータ駆動部１１０の動作を示す各信号のタイミングチャートである。図１７では、各位相検出信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の信号論理における各フェーズの切り換え例を示しており、ブラシレスＤＣモータを駆動する方法として一般的な駆動方法である。図１５のモータコントローラ１００は回転しているモータＭ１のできるだけ正確な位相情報に基づいて、前述のＰＷＭ信号の然るべきデューティサイクルを制御し、ＰＷＭ信号をモータ駆動部１１０に出力する。図１３の駆動相コントローラ８１は、各位相検出信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を、各センサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の信号レベルがそれぞれゼロクロスレベル以上であるか否かを示す転流信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷとして用いる。駆動相コントローラ８１は転流信号ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに基づいて、駆動増幅器８２，８３，８４のうちの１つをＰＷＭ制御し、他の２つの駆動増幅器のうちの１つの一対の制御信号をロウレベルにする。駆動相コントローラ８１は、残る１つの駆動増幅器のハイサイドのスイッチ素子の制御信号をロウレベルにするとともに、ロウサイドのスイッチ素子の制御信号をハイレベルにする。これにより、駆動相コントローラ８１は、ＰＷＭデューティサイクルで同期整流する相と、ロウサイドのスイッチ素子のみをオンする相と、ハイサイドのスイッチ素子及びロウサイドのスイッチ素子を共にオフする相のいずれかの状態に振り分ける。

以上のように構成された実施形態３に係るモータ装置によれば、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３を、例えばブラシレスＤＣモータで構成されるモータＭ１の駆動に必要なコイル電流の転流用のセンサと共通化して使用することで、追加のセンサを省略できる。すなわち、モータ駆動制御装置３において従来のモータ装置が有するセンサによるコイル電流の転流信号を用いることで、位相検出装置１による多数の位相情報の取得を実現できる。

実施形態３の変形例．
図１８は、本発明の実施形態３の変形例に係るモータ装置の構成を示すブロック図である。実施形態３の変形例に係るモータ装置は、実施形態３に係るモータ装置の位相検出装置１とモータ駆動部１１０を半導体集積回路（以下、半導体ＬＳＩという。）５として集積化したことを特徴としている。モータ駆動部１１０は一般に元々半導体ＬＳＩにて集積化されており、そこに位相検出回路３０をオンチップすることで、従来装置からの規模増大はほぼなく、且つ、光学エンコーダがなくなる分装置の小型化が可能となる。

なお、半導体ＬＳＩとして集積化する例としては、図１８の半導体ＬＳＩ５に限られず、例えば交点位相検出回路１０と位相検出回路３０のみを集積化してもよいし、図１８の構成に加えてモータコントローラ１００も集積化してもよい。図１６のモータ駆動部１１０は駆動相コイルを駆動して発熱源となり得るため、モータ駆動部１１０のみ切り離して集積化してもよい。

変形例．
実施形態１に係る位相検出装置１は、可変電圧源３３，３４によって、交点レベルの電圧ＢｉａｓＡ，ＢｉａｓＢを発生したが、本発明はこれに限らず、例えば位相検出装置１の外部から交点レベルの電圧ＢｉａｓＡ，ＢｉａｓＢを供給してもよい。また、センサ回路２はセンサＳ１〜Ｓ３の検出結果のセンサ信号である検出信号Ｕｆ，Ｖｆ，Ｗｆ及び逆相信号Ｕｆ，Ｖｆ，Ｗｆを出力したが、本発明はこれに限らない。位相検出装置１は、検出信号Ｕｆ，Ｖｆ，Ｗｆ及び逆相信号Ｕｆ，Ｖｆ，Ｗｆに代えて、複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号に対して、上述の動作を行ってもよい。他の実施形態においても同様である。

図１９は、本発明の変形例に係る位相検出装置の動作を示すグラフである。本発明の各実施形態に係る位相検出装置１，１ａ，１ｂは、３相のセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に対してモータＭ１の回転位置を検出したが、本発明はこれに限らず、複数相のセンサ処理信号に対してモータＭ１の回転位置を検出できる。例えば図１９（ａ）のように、電気角９０°の間隔で設定された２つのセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１において、図１９（ｂ）に示すように各センサ処理信号の逆相信号を生成して重ね合わせる。図１９（ｂ）に示すように、各センサ処理信号の交点に基づいて選択信号Ｘを取ることで、実施形態１と同様に所定のしきい値レベルで位相を検出することができる。このときの同相レベルも、各交点レベルと電気角９０°間隔の理想的な交点レベルに基づいて、同相レベル調整回路２００によって補正できる。

図６〜図８においては、センサＳ３のみに取付け位相誤差がある場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、センサＳ２も取付け位相誤差を有してもよい。センサＳ２，Ｓ３がそれぞれ取付け位相誤差を有するとき、センサＳ１を基準に所定の電気角だけ離れた理想的なセンサ処理信号を設定することで、図７と同様に同相レベルの調整を行うことができる。複数相のセンサ処理信号に対しても同様である。

図１６の半導体ＬＳＩ５は、位相検出装置１を備えるモータ駆動制御装置を集積化して構成されたが、本発明はこれに限らない。本発明に係る半導体集積回路装置は、位相検出装置１，１ａ，１ｂを備えて構成されてもよい。

実施形態２に係る位相検出装置１ａは振幅レベル検出回路１４０においてセンサ処理信号の最大値を検出して振幅調整を行ったが、本発明はこれに限らず、センサ処理信号の最小値を検出して調整してもよいし、最大値と最小値の双方を検出して調整してもよい。位相検出装置１ａは、一般的で簡単に構成される差動増幅回路２１０ａ，２２０ａ，２３０ａを用いたが、本発明はこれに限らず、差動増幅回路２１０ａ，２２０ａ，２３０ａに代えてセンサ処理信号の同相レベル及び振幅レベル増幅できる調整手段を用いてもよい。同相レベルを調整する位相区間は、位相−６０°〜６０°区間と位相１５０°〜２４０°に限らず、選択信号Ｘとなる位相区間を包括するものであればよい。

図１１に同相レベル及び振幅レベルを調整する構成を示したが、本発明はこれに限らず、例えば振幅レベルの検出においてＡ／Ｄ変換器によって検出した結果をデジタル処理して、振幅レベルを所定の信号レベルになるように制御信号を生成してもよい。同相レベルの調整において、交点レベルの目標値はセンサ処理信号の振幅レベルに基づく予測値に設定してもよい。例えば、図１３の場合、振幅レベルの１／２倍の信号レベルを交点レベルの目標値に設定できる。また、交点レベルの目標値は、位相検出装置１ａの外部から設定するようにしてもよいし、センサ処理信号の一周期またはモータの一回転において、隣接する交点の上側と下側の信号レベルの各交点に対する平均値に設定してもよい。この平均値で交点レベルの目標値を設定することで、センサ処理信号に正弦波に対して高調波成分が重畳されて、位相検出領域に影響を及ぼしている場合に、理想的な交点レベルから誤差を有することとなるが、その高調波成分の影響を有効に取り入れられる。

図１２において、同相レベル及び信号レベルの調整はセンサ処理信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちの特定のセンサ処理信号Ｕ１の位相−６０°〜６０°区間を基準として行っていた。本発明はこれに限らず、特定のセンサ処理信号自体を基準としてもよいし、モータの一回転において隣接する交点に挟まれた区間のセンサ処理信号であってもよい。モータの一回転において一つの基準を設けることにより、モータの永久磁石の着磁ばらつきや偏心などによる位相誤差も補正することができる。

実施形態のまとめ．
本発明の第１の態様に係る位相検出装置は、
複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る位相検出装置は、第１の態様に係る位相検出装置において、
上記位相検出装置は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のピーク値の信号レベルを示す振幅レベルを検出する振幅レベル検出手段をさらに備え、
上記同相レベル調整手段は、上記振幅レベル検出手段により検出された各振幅レベルが互いに等しい振幅レベルに近づくように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各信号レベルを調整して出力することを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る位相検出装置は、第１又は第２の態様に係る位相検出装置において、上記選択信号として選択される位相区間を含む所定の位相区間毎に、
上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整することを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る位相検出装置は、第１乃至第３の態様に係る位相検出装置において、
上記所定の位相区間は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちで上記同相レベル調整手段によって同相レベルを調整されている信号とは異なる信号が所定の信号レベルに到達したことによって決定されることを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る位相検出装置は、第１乃至第４の態様に係る位相検出装置において、
上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号の波形は、上記各交点のうちの互いに隣接する２つの交点の間の波形が実質的に直線である波形であることを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る位相検出装置は、第１乃至第５の態様に係る位相検出装置において、
上記所定の信号レベルは、上記所上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のピーク値に基づく所定値、上記選択信号に含まれる複数の交点の平均値、又は外部情報によって設定される設定値であることを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る位相検出装置は、第１乃至第６の態様に係る位相検出装置において、
上記同相レベル調整手段は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つ、
上記選択信号として選択された位相区間の上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つ、又は
上記モータの一回転における上記選択信号として選択された位相区間の上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つを基準として、各同相レベルを調整することを特徴とする。

本発明の第８の態様に係る位相検出装置は、第１乃至第７の態様に係る位相検出装置において、
上記信号選択手段は、上記各交点のうちの互いに隣接する交点間の位相区間毎に、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中からそれぞれ１つの選択信号を選択して連結することにより選択信号を生成することを特徴とする。

本発明の第９の態様に係るモータ駆動制御装置は、第１乃至第８の態様に係る位相検出装置を備え、上記位相検出装置からの位相情報信号に基づいてモータを駆動制御するモータ駆動制御装置であって、
上記複数のセンサ信号、又は上記位相情報信号は、上記モータのコイル電流を切り換えるために用いられることを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係るモータ装置は、第９の態様に係るモータ駆動制御装置と、
上記モータ駆動制御装置によって駆動制御されるモータとを備えることを特徴とする。

１，１ａ，１ｂ…位相検出装置、
２…センサ回路、
３…モータ駆動制御装置、
５…半導体集積回路（半導体ＬＳＩ）、
１０…交点位相検出回路、
１１，１２，１３…比較器、
２０…信号選択回路、
２１…ロジック回路、
３０…位相検出回路、
３１−１〜３１−Ｎ…比較器、
３２−１〜３２−Ｎ，３３，３４…電圧源、
５０，５０ａ…交点レベル検出回路、
５１…目標交点上限レベル生成回路、
５２…目標交点下限レベル生成回路、
５３，５４…比較器、
５５…信号立ち下がり検出回路、
５６…信号立ち上がり検出回路、
５７…アップダウンカウンタ、
５８，５９…同相レベル格納回路
８０…プリドライバ、
８１…駆動相コントローラ、
８２〜８４…駆動増幅器、
９０…メインドライバ、
９１〜９６…スイッチ素子、
１００…モータコントローラ、
１１０…モータ駆動部、
１３０…交点レベル比較回路、
１３１…可変電圧源、
１４０…振幅レベル検出回路、
１４１…目標振幅上限レベル生成回路、
１４２…目標振幅下限レベル生成回路、
１４３，１４４…比較器、
１４５…信号立ち上がり検出回路、
１４６…アップダウンカウンタ、
１５０…ゼロクロス位相検出回路、
１５１，１５２，１５３…比較器、
２００…同相レベル調整回路、
２１０，２２０，２３０…差動増幅回路、
２１１，２２１，２３１…差動増幅器、
２１２〜２１４，２２２〜２２４，２３２〜２３４…抵抗、
２１５，２２５，２３５…帰還抵抗、
２１４ａ，２１５ａ，２２４ａ，２２５ａ，２３４ａ，２３５ａ…可変抵抗、
２１６，２２６，２３６…可変電圧源、
Ｍ１…モータ、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…センサ、
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ。

特開２０１３−０９９０２３号公報

Claims (7)

1. 複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
   上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
   上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
   上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
   上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
   上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備え、
   上記同相レベル調整手段は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号において、上記選択信号として選択される位相区間を含む所定の位相区間毎に、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整することを特徴とする位相検出装置。
2. 複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
   上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
   上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
   上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
   上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
   上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備え、
   上記所定の位相区間は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちで上記同相レベル調整手段によって同相レベルが調整されている信号とは異なる信号が所定の信号レベルに到達したことによって決定されることを特徴とする位相検出装置。
3. 複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
   上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
   上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
   上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
   上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
   上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備え、
   上記所定の信号レベルは、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のピーク値に基づく所定値、又は上記選択信号に含まれる複数の交点の平均値であることを特徴とする位相検出装置。
4. 複数のコイルを有するモータの回転子の回転位置に対応する信号レベルをそれぞれ有する複数のセンサ信号に基づいて位相情報信号を発生して出力する位相検出装置において、
   上記複数のセンサ信号又は当該複数のセンサ信号に対して所定の信号処理を行った後の複数のセンサ処理信号のうちの各１対の信号を互いに比較して、上記各１対の信号の交点の位相をそれぞれ示す交点位相検出信号を生成して出力する交点位相検出手段と、
   上記各交点の信号レベルである各交点レベルを検出して、上記検出した各交点レベルを示す複数の交点レベル信号を生成して出力する交点レベル検出手段と、
   上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中から１つの選択信号を選択する信号選択手段と、
   上記信号選択手段により選択された選択信号の信号レベルが上記回転子の所定の位相に対応するしきい値レベルに到達したことを検出して、当該到達を検出したしきい値レベルに対応する位相を示す位相情報信号を出力する位相検出手段と、
   上記各交点レベルを所定の信号レベルに近づけるように、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の各同相レベルをそれぞれ調整して出力する同相レベル調整手段とを備え、
   上記同相レベル調整手段は、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つ、上記選択信号として選択された位相区間の上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つ、又は上記モータの一回転における上記選択信号として選択された位相区間の上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号のうちの一つを基準として、各同相レベルを調整することを特徴とする位相検出装置。
5. 上記信号選択手段は、上記各交点のうちの互いに隣接する交点間の位相区間毎に、上記複数のセンサ信号又は上記複数のセンサ処理信号の中からそれぞれ１つの選択信号を選択して連結することにより選択信号を生成することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の位相検出装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の位相検出装置を備え、上記位相検出装置からの位相情報信号に基づいてモータを駆動制御するモータ駆動制御装置であって、
   上記複数のセンサ信号、又は上記位相情報信号は、上記モータのコイル電流を切り換えるために用いられることを特徴とするモータ駆動制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ駆動制御装置と、
   上記モータ駆動制御装置によって駆動制御されるモータとを備えることを特徴とするモータ装置。

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