CN111801883A

CN111801883A - 位置推定方法、位置推定装置以及电动机模块

Info

Publication number: CN111801883A
Application number: CN201980016868.1A
Authority: CN
Inventors: 石上翔太; 藤田淳
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: US11448526B2; US20210003422A1; WO2019167763A1; CN111801883B

Abstract

本公开的位置推定方法包含：从存储学习数据的存储介质取得学习数据，该学习数据包含规定在转子(R)旋转时从传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列；取得规定在转子从停止状态开始旋转时从传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；通过在多个测定值的排列的增减图形和多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出第一电信号时的转子的旋转位置与输出第二电信号时的转子的旋转位置的关系。

Description

位置推定方法、位置推定装置以及电动机模块

技术领域

本申请涉及位置推定方法和位置推定装置。此外，本申请还涉及具备进行位置推定的信号处理电路的电动机模块。

背景技术

永磁同步电动机等电动机一般具备：具有多个磁极的转子、具有多个绕组的定子、输出与转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置。在需要高分辨率测量转子的旋转角度(位置)的情况下，利用旋转编码器或分解器等位置传感器。这些位置传感器难以使电动机模块小型化，并使其制造成本增加。

国际公开第2016/104378号公开了不使用特殊的位置传感器就能够高精度检测转子的位置的方法和装置。在该文献中，还记载了用于推定重新接通电源后的电动机启动时的转子的初始位置(机械角度下的转子的角度位置)的方法。引用国际公开第2016/104378号的全部公开内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/104378号

发明内容

发明要解决的课题

根据国际公开第2016/104378号记载的转子的初始位置推定方法，计算在电源接通后取得的数据和预先取得的数据之间的误差，根据使误差的累计值最小化的转子位置，决定转子的初始位置。

本公开的实施方式提供按照新的算法决定转子的初始位置的位置推定方法、位置推定装置以及电动机模块。

用于解决课题的手段

在示例的实施方式中，本公开的位置推定方法推定电动机的转子的旋转位置，该电动机具备：具有多个磁极的上述转子、具有多个绕组的定子、以及输出与上述转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置，该位置推定方法包含：从存储学习数据的存储介质取得上述学习数据，该学习数据包含规定在上述转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列；取得规定在上述转子从停止状态开始旋转时从上述传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；以及通过在上述多个测定值的排列的增减图形与上述多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转位置之间的关系。

在示例的实施方式中，本公开的位置推定装置与电动机连接来使用，该电动机具备：具有多个磁极的转子、具有多个绕组的定子、以及输出与上述转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置，上述位置推定装置具备信号处理电路；存储学习数据的存储介质，该学习数据包含规定在上述转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列。上述信号处理电路执行以下的动作：取得规定在上述转子从停止状态开始旋转时从上述传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；通过在上述多个测定值的排列的增减图形与上述多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转位置之间的关系。

在示例的实施方式中，本公开的电动机模块具备：电动机，其具备具有多个磁极的转子以及具有多个绕组的定子；传感器装置，其具备检测上述多个磁极形成的磁场并输出具有与分别检测出的磁场强度对应的大小的电信号的N个传感器，该N个传感器将相位各错开360度/N的角度来配置；信号处理电路；以及存储学习数据的存储介质，该学习数据包含规定在上述转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列。上述信号处理电路执行以下的动作：取得规定在上述转子从停止状态开始旋转时从上述传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；通过在上述多个测定值的排列的增减图形与上述多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转初始位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转初始位置的关系。

发明效果

根据本发明的实施方式，提供一种位置推定方法、位置推定装置以及电动机模块，其对于规定与转子的旋转对应地周期性变化的电信号的波形特征的多个数值的排列，在学习数据中包含的离线测定值与在电动机启动时取得的在线检测值之间进行图形匹配，决定电动机启动时的转子的初始位置。

附图说明

图1示意地表示例示的电动机M的与旋转中心轴垂直的截面的结构例子。

图2是表示从霍尔传感器Hu、Hv以及Hw取得的电信号的波形的例子的图表。

图3A表示在磁极对数为6个的转子R以机械角旋转一圈时从一个霍尔传感器输出的电信号的多个测定值的排列的例子。

图3B表示多个检测值的排列的例子。

图4表示重新启动时的转子的旋转开始位置分别位于取得学习数据时的6个磁极对R0、R1、R2、R3、R4以及R5的位置时的数值的排列。

图5是表示本公开的电动机模块的例示性的基本结构的框图。

图6表示本公开的电动机模块中的电动机控制电路20的硬件结构的例子。

图7A示意地表示电动机控制电路20的功能块。

图7B表示以下信号的例子，该信号表示从位置推定装置30输出的转子R的位置推定值Θ^。

图8表示本公开的电动机控制电路20的功能块的信息结构例子。

图9是表示本公开的实施方式的电动机模块1000的结构的一个例子的概要图。

图10是实施方式的电动机M的概要结构图。

图11说明实施方式的放大电路200输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一个例子。

图12说明实施方式的AD变换器31输出的检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的一个例子。

图13说明实施方式的3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系、交叉点、过零点、分割信号。

图14说明实施方式的电角度的1个周期的分割信号的连接。

图15表示线段连接部323进行的动作的分割信号的机械角的一个周期的连接的具体例子。

图16是表示实施方式的电动机模块1000的其他结构例的概要图。

具体实施方式

在非限定示例的实施方式中，本公开的位置推定方法推定具备具有多个磁极的转子、具有多个绕组的定子的电动机的转子的旋转位置。该电动机还具备输出与转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置。传感器装置的典型例子是将电动机中产生的磁场变换为电信号并输出的非接触的磁传感器，例如霍尔元件。

该位置推定方法包含以下的处理(1)～(3)。

处理(1)：从存储学习数据的存储介质取得上述学习数据，该学习数据包含规定在转子旋转时从传感器装置输出的电信号(第一电信号)的波形特征的多个测定值的排列。例如可在从工厂将电动机进行发货之前等离线动作时取得这样的学习数据，并存储在记录介质。因此，也可以将规定第一电信号的波形特征的多个测定值的排列称为“离线测定值”。对于规定电信号的波形特征的多个测定值的排列，即数值的排列，将在后面说明其例子。

处理(2)：取得规定在转子从停止状态开始旋转时从传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列。典型的是可以紧接着电动机的用户重新接通电源从而启动了电动机之后取得这些检测值。因此，也可以将规定第二电信号的波形特征的多个检测值的排列称为“在线检测值”。

处理(3)：在多个测定值的排列的增减图形与多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配。通过这样的图形匹配，推定输出了第一电信号时的转子的旋转位置与输出了第二电信号时的转子的旋转位置的关系。

可以通过位置推定装置执行上述处理，该位置推定装置具备信号处理电路以及存储学习数据的存储介质，该学习数据包含规定在转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列。具体地说，构成位置推定装置的信号处理电路执行上述处理。

接着，一边参照附图一边说明上述各处理的具体例子。

图1示意地表示例示的电动机M的与旋转中心轴垂直的截面的结构例子。该电动机M是内转子型的永磁同步电动机，但也可以是外转子型。图示的电动机M具备：具有4个磁极(磁极对的个数为2)的转子R、具有U、V、W这3相绕组的定子S。电动机M还具备输出与转子R的旋转对应地周期性变化的电信号的3个霍尔传感器Hu、Hv、以及Hw。在图1的例子中，霍尔传感器Hu、Hv以及Hw被配置为从这些霍尔传感器得到的检测信号的相位以电角度偏移120度(＝360度/3)。

为了简单当着眼于1个霍尔传感器Hu时，转子R的磁极向霍尔传感器Hu施加的磁场的强度与转子R的旋转对应地周期性变化。在转子R以机械角旋转360度的期间，向霍尔传感器Hu施加以与磁极对的个数相当的周期正弦波状变化的磁场。

与霍尔传感器Hu同样地，从旋转的转子R的磁极分别向其他霍尔传感器Hv和Hw施加以与磁极对的个数相当的周期正弦波状变化的磁场。各个霍尔传感器Hu、Hv以及Hw在各自不同的位置感测转子R的磁极产生的磁场，因此输出相位以电角度相互偏移120度的电信号。另外，一般霍尔传感器Hu、Hv以及Hw的灵敏度各自不同，因此即使同样地受到旋转的转子R的磁极产生的磁场，也可能输出不同大小的电信号。并且，霍尔传感器Hu、Hv以及Hw的位置也不一定没有误差地与设计位置匹配。因此，从霍尔传感器Hu、Hv以及Hw得到的电信号的相位并不限于准确地错开120度。

图2是表示从霍尔传感器Hu、Hv以及Hw取得的电信号的波形的例子的图表。用点划线表示来自霍尔传感器Hu的电信号，用虚线表示来自霍尔传感器Hv的电信号，用实线表示来自霍尔传感器Hw的电信号。从图2的左侧开始按顺序对各电信号的极大值附加了Hv_max[0]、Hw_max[0]、Hu_max[0]、Hv_max[1]、Hw_max[1]、Hu_max[1]的符号。从图2的左侧开始按顺序对各电信号的极小值附加了Hu_min[0]、Hv_min[0]、Hw_min[0]、Hu_min[1]、Hv_min[1]、Hw_min[1]的符号。

理想的是这些电信号的极小值和极大值分别具有相同的大小。但是，现实是由于上述的理由等，如图2所示，电信号的极小值和极大值可能具有相互不同的大小。

图2所示的3条曲线分别对应于2个周期的周期性变动。在图1所示的电动机M中，通过转子R以机械角旋转360度，实现这样的2个周期的周期性变动。例如，从霍尔传感器Hv得到的电信号所表示的2个极大值Hw_max[0]和Hw_max[1]表示出相互不同的大小。这意味着转子R具有的多个磁极分别向霍尔传感器Hv施加不同大小的磁场。转子R具有的多个磁极由于永磁铁和/或转子R的制造偏差，可能向各霍尔传感器Hu、Hv或Hw施加各自不同大小的磁场。因此，图2所示的电信号的波形的图形对于每个电动机不同。

接着，如果转子具有的磁极对的个数增加，则在机械角360度的旋转中得到的上述电信号的极大值和极小值的个数增加。在磁极对的个数是整数N的情况下，在机械角360度的旋转中从一个霍尔传感器取得的电信号的极大值的个数是N。

以下，说明测定从一个霍尔传感器取得的电信号的极大值的例子。在该例子中，针对磁极对的个数是6的电动机，测定从某一个霍尔传感器取得的电信号的极大值。

图3A表示了在磁极对个数为6个的转子R以机械角旋转一圈时从一个霍尔传感器输出的电信号的多个测定值的排列的例子。该数值的排列是电信号的极大值的排列，规定了电信号的波形特征。也可以代替极大值或与极大值一起采用极小值，来作为电信号的波形特征。在图3A中，作为例子记载了表示7490、7590、7790、7495、7190、7390的数值列的6个白圆圈。这些数值的排列能够构成上述处理(1)中的学习数据的至少一部分。

在图3A中，为了参考，还记载了具有6个磁极对R0、R1、R2、R3、R4、以及R5的转子R的截面示意图。在该例子中，如果转子R旋转，则磁极对R0、R1、R2、R3、R4以及R5分别依次向关注的一个霍尔传感器施加磁场，结果是从该霍尔传感器取得的电信号产生6个极大值。在图3的例子中，给出了6个极大值(白圆圈)与6个磁极对(R0～R5)的对应关系。在开始了转子R的旋转时，能够使最初出现的极大值7490与磁极对R0对应。此外，这些数值也可以分别是转子R以机械角度旋转了多圈时取得的测定值的平均。具体地说，在设N为2以上的整数时，可以将在转子R以机械角度旋转了360度×N的期间从磁极对R0取得的N个极大值的总和除以N所得到的值保存为磁极对R0的“极大值”。

6个磁极对(R0～R5)也使其他的霍尔传感器产生正弦波状地周期性变化的电信号。根据这些电信号，能够同样地取得极大值和/或极小值的排列。即使磁极对(R0～R5)相同，各个霍尔传感器的灵敏度、固定位置以及固定角度等也会产生个体差，因此，电信号的波形可能不同。结果是各电信号的波形特征对于每个霍尔传感器也可能不同。学习数据根据从多个传感器输出的电信号可以包含各种各样的数值的排列。

图3B表示通过上述的处理(2)得到的多个检测值的排列的例子。换言之，图3B所示的6个数值的排列是在电动机重新启动后转子从停止状态开始旋转时从上述的一个霍尔传感器输出的电信号(第二电信号)的极大值的排列。该数值的排列规定“第二电信号”的波形特征。在图3B中，记载了从“0”到“5”的6个数值(极大值)的排列，即7400、7500、7600、7800、7505、7200。

图3B中的检测值的极大值的排列与图3A中的测定值的极大值的排列不同。这是因为图2所示的电信号的波形在处理(1)与处理(2)之间不同。从完全相同的转子R取得的电信号的波形的相位产生了不同的主要原因在于，转子R开始旋转时的转子R的朝向，即转子R的磁极对的位置在处理(1)与处理(2)之间不同。规定电信号的波形特征的数值自身产生了差异的原因有可能在于，在处理(1)与处理(2)之间，环境温度和/或霍尔传感器的特性发生了变动。

在本公开的位置推定方法中，通过在图3A所示的测定值的排列与图3B所示的检测值的排列之间进行图形匹配，检测出存在于测定值的排列与检测值的排列之间的相位差(角度差)。根据该相位差，能够知道本次的转子旋转开始位置相对于取得学习数据时的转子旋转开始位置的方向。

能够通过各种方法执行上述图形匹配。以下说明在本公开的实施方式中能够采用的方法的一个例子。

图4表示重新启动时的转子的旋转开始位置分别位于取得学习数据时的6个磁极对R0、R1、R2、R3、R4以及R5的位置时的数值的排列。在图4的例子中，假设产生了图3的“0”所示的最初的极大值的磁极对位于学习时的磁极对R0的位置的情况来进行“P0”的匹配。假定磁极对“0”的位置位于学习时的磁极对R1的位置的情况进行“P1”的匹配。假定磁极对“0”的位置位于学习时的磁极对R2、R3、R4以及R5的位置的情况来分别进行“P2”、“P3”、“P4”以及“P5”的匹配。

根据图4可知，在“P5”的图形匹配中误差最小。换言之，可知重新启动后的转子的磁极对0的位置位于取得学习数据时的磁极对R5的位置。反过来说，取得学习数据时的磁极对R0的位置相当于重新启动后的转子的磁极对1的位置。通过进行这样的图形匹配，能够求出在重新启动后取得的数值排列相对于学习数据中的数值排列的相位差。

在本公开的实施方式中，例如可按照以下的步骤进行这样的图形匹配。

首先，存储在存储介质中的学习数据包含表1所示的学习图形L1。该学习图形L1的数值的排列与图3A的数值的排列一致。

[表1]

使用磁极对R0的数值“7490”作为基准值，分别针对其他的磁极对R1～R5，判别数值相对于基准值的相对关系(“高”或“低”)。在表1中记载了该判别的结果。具体地说，如果计算磁极对R1的数值(7590)﹣磁极对R0的数值(7490：基准值)，则计算出7590﹣7490＝100。100是超出阈值范围的大的正值，因此得到“高”的判定结果。阈值范围例如是“﹣30以上+30以下的范围”。如果计算磁极对R2的数值(7790)﹣磁极对R0的数值(7490：基准值)，则计算出7790﹣7490＝300。300是超出阈值范围的大的正值，因此得到“高”的判定结果。如果计算磁极对R3的数值(7495)﹣磁极对R0的数值(7490：基准值)，则计算出7495﹣7490＝5。5处于阈值范围内，因此得到“无法判定”的判定结果。如果计算磁极对R4的数值(7190)﹣磁极对R0的数值(7490：基准值)，则计算出7190﹣7490＝﹣300。﹣300是比阈值范围小的负值，因此得到“低”的判定结果。如果计算磁极对R5的数值(7390)﹣磁极对R0的数值(7490：基准值)，则计算出7390﹣7490＝﹣100。﹣100是比阈值范围小的负值，因此得到“低”的判定结果。

表1中记载的“高”、“高”、“无法判定”、“低”、“低”对用于规定电信号的波形特征的多个测定值的增减图形进行规定。该增减图形既可以作为离线得到的学习数据的一部分存储在存储介质中，也可以在图形匹配时根据学习数据来生成。对于规定在电源重新接通后电动机启动时取得的电信号的波形特征的多个检测值，也能够决定同样的增减图形。在线生成该增减图形。以下，说明这样的增减图形的决定方法的例子。

在以下的表2中，针对转子的位置，记载了根据多个检测值得到的6个候选P1、P2、P3、P4、P5以及P6。

[表2]

转子的位置候选P0、P1、P2、P3、P4、以及P5分别是以预定的机械角度(360度/磁极对数)使在线得到的检测值的排列的相位进行偏移后的排列。候选P0是规定在电源重新接通后电动机启动时取得的电信号的波形特征的多个检测值(在该例子中为极大值)的排列。接着最初出现的极大值“7400”的后面，排列有5个极大值即“7500”、“7600”、“7800”、“7505”、“7200”。这些6个极大值分别对应于转子的6个磁极对，但相位关系不清楚。更具体地说，不清楚最初出现的极大值“7400”是通过转子的磁极对R0、R1、R2、R3、R4以及R5的哪个磁极对产生的极大值。

首先，对于候选P0，假定最初出现的极大值“7400”对应于磁极对R0。在表1中，对最初出现的极大值“7400”附加下划线。将该极大值“7400”作为基准值，判别对其他磁极对R0、R1、R2、R3、R4、以及R5分配的极大值的相对关系(“高”或“低”)。其结果是确定“高”、“高”、“无判定”、“高”、“低”的增减图形。通过将该增减图形与学习数据的增减图形进行比较，对不一致的个数(错误点)进行计数。候选P0中的不一致的个数是1个。

接着，对候选P1中的增减图形的不一致的个数进行计数。具体地说，假定最初出现的极大值“7400”对应于磁极对R1，使各极大值偏移一个磁极对。对于候选P1，将极大值“7200”作为基准值，判别对其他磁极对R0、R1、R2、R3、R4、以及R5分配的极大值的相对关系(“高”或“低”)。其结果是确定“高”、“高”、“无判定”、“高”、“高”的增减图形。通过将该增减图形与学习数据的增减图形进行比较，对不一致的个数(错误点)进行计数。候选P1中的不一致的个数是2个。

以下，也同样针对其他候选P2～P5确定增减图形，对与学习数据的增减图形的不一致的个数计数。其结果可知该例子中的候选P5的转子的位置表示出不一致最少的增减图形。因此，确定为最初出现的极大值“7400”对应于磁极对R1。

根据上述方法，能够针对转子的初始位置(相位)，从根据学习数据得到的6个候选中找出一个磁极对。

在该例子中，根据与基准值的大小关系，规定了多个测定值(检测值)的排列的增减图形。更具体地说，多个测定值的排列的增减图形是表示在转子从停止状态开始旋转而以机械角旋转360度的期间取得多个测定值分别相对于基准值的大小关系的符号的列。多个检测值的排列的增减图形是表示在转子从停止状态开始旋转而以机械角旋转360度的期间取得多个检测值分别相对于基准值的大小关系的符号的列。能够在本公开中采用的增减图形的例子并不限于此。

另外，在上述例子中，规定多个测定值的排列的增减图形的大小关系的基准值是多个测定值的排列中的任意一个值。同样，规定多个检测值的排列的增减图形的大小关系的基准值是多个检测值的排列中的任意一个值。但是，各基准值既可以是预先设定的值，另外也可以是根据多个测定值和多个检测值计算出的值。

在上述例子中，根据从一个霍尔传感器输出的电信号的极大值的排列确定了增减图形。也可以根据从2个或3个霍尔传感器输出的电信号的极大值的排列确定增减图形。另外，也可以根据从一个或多个霍尔传感器输出的电信号的极大值和/或极小值的排列确定增减图形。为了提高图形匹配的正确度，理想的是增加构成增减图形的要素的个数。但是，这些要素的个数越是增加，则运算时间越长。因此，可以考虑正确度和运算时间来确定要素的个数。

在上述例子中，传感器装置具备多个磁场传感器元件。这些多个磁场传感器元件分别检测转子具备的磁极形成的磁场，生成具有与检测到的磁场的强度对应的大小的电信号。这时，规定电信号的波形特征的多个测定值和检测值可以为表示与检测到的磁场的强度对应的大小的值。此外，也可以对规定电信号的波形特征的多个测定值和检测值使用后述的表示与每个分段(segment)的时间信息对应的大小的值。另外，第一电信号和第二电信号都是从传感器装置中包含的共同的一个或多个磁场传感器元件输出的信号。但是，本公开的传感器装置并不限于这样的例子。传感器装置也可以具备多个电流传感器元件。在该情况下，多个电流传感器元件分别检测流过定子具备的多个绕组的电流，生成具有与检测到的电流的强度对应的大小的电信号。另外，第一电信号和第二电信号分别是从传感器装置中包含的共同的一个或多个电流传感器元件输出的信号。

实施方式的结构例子

以下，在没有特别禁止的情况下，上标的*表示指令值。另外，帽子的符号^表示推定值。在本公开中，CW旋转是指从电动机的输出轴侧看顺时针方向的旋转。CCW旋转是指从输出轴侧看逆时针方向的旋转。

一边参照图5，一边说明本公开的电动机模块的示例的基本结构。

图5所示例的电动机模块1000具备电动机M、控制电动机M的动作的控制系统1。电动机M具备转子R和定子S。本公开的电动机M的典型例子是无刷DC电动机。控制系统1具备驱动电动机M的电动机驱动电路10、与电动机驱动电路10连接的电动机控制电路20，能够使电动机M执行步进动作。此外，在图5中，在模块之间记载了双向的中空箭头。该箭头并不意味着信号和数据等信息能够始终双向移动。例如，在电动机驱动电路10和电动机控制电路20之间，也可以从电动机控制电路20向电动机驱动电路10单向地发送信号。

电动机模块1000与外部装置70连接。该例子中的外部装置70具备步进电动机控制器72、控制步进电动机控制器72的上位控制器74。步进电动机控制器72输出用于驱动通常的步进电动机的脉冲信号。电动机控制电路20接受该脉冲信号，能够使不是步进电动机的电动机M执行步进动作。电动机驱动电路10根据从电动机控制电路20输出的电压指令值，提供电动机M的动作所需要的电压。电动机驱动电路10例如具备逆变器电路和前置驱动器。逆变器电路可以是具备多个功率晶体管的桥电路。典型的是电动机驱动电路10从电动机控制电路20接受脉冲宽度调制(PWM)信号作为电压指令值，向电动机M提供准正弦波电压。

例如在多功能机中使用本公开的电动机模块1000的情况下，外部装置70具备步进电动机控制器72以外的各种控制电路。一般可以与步进电动机控制器72一起，通过一个或多个面向特定用途的集成电路芯片来实现这样的控制电路。因此，在将现有的多功能机的步进电动机置换为其他电动机(例如无刷DC电动机)的情况下，难以为了无刷DC电动机的动作而变更步进电动机控制器72的功能。根据本公开的电动机模块1000的结构，不变更以使用步进电动机为前提而制造的外部装置70的基本设计，就能够将步进电动机变更为其他种类的电动机M而使用。

图示的电动机模块1000还具备输出转子R的位置推定信号的位置推定装置30、存储了可变步长信息的可变步长存储器40。位置推定信号是表示转子R的位置推定值的信号。将位置推定信号从位置推定装置30输入到电动机控制电路20。

本实施方式的位置推定装置30通过执行上述的位置推定方法，来确定电动机启动时的转子的位置(初始位置)。在确定了转子的初始位置后，如后述那样，推定旋转的转子的位置，输出位置推定信号。本实施方式的位置推定装置30输出的位置推定信号不是脉冲列，而具有与转子R的位置对应地线性变化的大小。对于该点，本公开的位置推定信号与公知的转子编码器输出的旋转位置检测信号有很大不同。后面将参照图7B说明位置推定信号例子的概要。

在本公开的电动机模块的实施方式中，位置推定信号具有与转子R的位置(机械角)的变化对应地线性变化的大小。因此，能够不受转子编码器的分辨率限制地确定转子R的位置。另外，其结果是还能够自由地变更与外部装置70发送的脉冲信号的一个脉冲相对的“转子的位置变化量(步长)”。

规定与从外部装置70输入的脉冲信号的一个脉冲相对的“转子的位置变化量”的信息，即“可变步长信息”被存储在可变步长存储器40中。以前，将步进电动机的与脉冲信号的一个脉冲相对的转子的位置变化量(旋转角度)称为“步进角”。例如在步进角是0.9°的情况下，与脉冲信号的一个脉冲相对的转子的位置变化量是0.9°。在现有的步进电动机中，步进角的最小单位由电动机的机械构造决定。在使用步进角的最小单位是0.9°的步进电动机的情况下，无法通过比0.9°小的任意的角度进行转子的定位。但是，根据本公开的实施方式，能够不受电动机的机械构造限制地确定与脉冲信号的一个脉冲相对的转子的位置变化量。

本公开的电动机控制电路20如果从外部装置70接受了脉冲信号，则根据从位置推定装置30取得的转子R的位置推定值、从可变步长存储器40读出的可变步长信息，确定电压指令值。电动机驱动电路10根据该电压指令值驱动电动机M，使转子R的位置变化。

电动机控制电路20例如也可以具备图6所示的硬件结构。该例子中的电动机控制电路20具备相互通过总线连接的CPU(中央运算单元)54、PWM电路55、ROM(只读存储器)56、RAM(随机存取存储器)57、以及I/F(输入输出接口)58。也可以附加地将没有图示的其他电路或设备(AD变换器等)与总线连接。PWM电路55向图5的电动机驱动电路10提供PWM信号。规定CPU54的动作的程序和数据被存储在ROM56和RAM57的至少一方中。例如可以通过32位的通用的微控制器来实现这样的电动机控制电路20。这样的微控制器例如可以由一个或多个集成电路芯片构成。

在图5中，与电动机控制电路20分开地记载了上述可变步长存储器40，但也可以由电动机控制电路20内的ROM56和RAM57中的至少一方的一部分实现可变步长存储器40。另外，也可以由电动机控制电路20实现位置推定装置30的功能的一部分或全部。

将在后面说明电动机控制电路20进行的各种动作的详细。典型的是通过程序规定电动机控制电路20进行的各种动作。通过更新程序的内容的一部分或全部，能够变更电动机控制电路20的动作的一部分或全部。这样的程序的更新既可以使用存储了程序的记录介质来进行，也可以通过有线或无线的通信来进行。可以使用图6的I/F58进行通信。为了减少图6所示的CPU54的运算量，也可以通过该运算专用的硬件电路来执行电动机控制电路20进行的各种动作的一部分，例如向量运算的一部分。

图7A是示意地表示电动机控制电路20的功能模块的图。图示的电动机控制电路20具备信号处理电路500、位置指令值生成电路520、以及计算器540。位置指令值生成电路520根据从外部装置70输入的脉冲信号生成位置指令值Θ*，输入到计算器540。

还向计算器540输入从位置推定装置30输出的位置推定值Θ^。位置推定装置30根据来自感测转子R的位置的检测装置150的信号，推定转子R的位置。例如，在位置指令值Θ*是45.5°，位置推定值Θ^是30°时，计算器540和信号处理电路500计算用于使转子R从Θ＝30°的位置移动(旋转)到Θ＝45.5°的位置的电压指令值。对于该电压指令值，与转子R的位置变化对应地计算出适当的值，并按照例如约50微秒间隔提供给电动机驱动电路10。直到从位置推定装置30接受的位置推定值Θ^与位置指令值Θ*相等为止，电动机控制电路20控制电动机驱动电路10而驱动电动机M。在电动机控制电路20将PWM信号作为电压指令值而输出的情况下，也可以将输出电压指令值的周期称为“PWM周期”。

图7B表示以下信号的波形例子，该信号表示从位置推定装置30输出的的位置推定值Θ^。在转子R的机械角从0°增加到360°的过程中，表示位置推定值Θ^的信号的大小从零线性地增加到预定值为止。换言之，在转子R旋转一圈时，表示位置推定值Θ^的信号的大小连续并且线性地变化。在转子R旋转2圈以上时，表示位置推定值Θ^的信号的大小周期地变动。该周期与转子R旋转一圈的时间一致。另外，与转子R的机械角的位置对应地，表示位置推定值Θ^的信号具有不同的大小。能够根据表示位置推定值Θ^的信号的大小唯一地确定转子R的机械角(位置)。

在图7B的例子中，转子R在从时刻t1到时刻t2为止的期间，以固定的转速旋转4圈。另外，转子R在从时刻t3到时刻t4为止的期间，以固定的转速旋转4圈。从时刻t3到时刻t4为止的期间的转速比从时刻t1到时刻t2为止的期间的转速高。

接着，参照图8更详细地说明电动机控制电路20。图8是表示本公开的电动机控制电路20的功能模块的结构例子的图。在该例子中，通过微控制器实现电动机控制电路20、位置推定装置30、以及可变步长存储器40。在本申请中，将这样的微控制器称为“电动机控制装置”，有时用附图标记“100”表示。

图8所示的电动机控制电路20具备位置指令值生成电路520、速度推定值生成电路545、比较器550a、550b、速度指令值生成电路560。在图8中，为了简化而省略了各构成要素的“电路”的术语的记载。

位置指令值生成电路520接受脉冲信号，生成位置指令值Θ*。位置指令值生成电路520也可以将可变步长存储器40的内容存储为表。位置指令值生成电路520具备接受从图5的外部装置70输出的信号(外部信号)的多个端子。

某实施方式的位置指令值生成电路520根据以下的数学公式，生成位置指令值Θ*。

Θ*＝Θset×N_STMP×Dir+Θ^ (公式1)

在此，Θ*是位置推定值，Θset是步长，N_STMP是在设定的期间内从外部装置70输入的脉冲信号的脉冲计数个数，Dir是规定转子的旋转方向(位置变化方向)的符号。在位置变化方向是第一方向时，Dir＝1，在是与第一方向相反的第二方向时，Dir＝﹣1。

说明例如选择0.45°的值作为步长Θset的例子。在该例子中，设为在输入到STMP端子的脉冲信号的时刻t0～t1的当前期间T毫秒的期间内，脉冲计数个数N_STMP是50个，另外在当前期间提供给DIR端子的信号显示出Dir＝1。另外，设为从位置推定装置30取得的转子R的当前的位置推定值Θ^是112.4°。在该情况下，根据上述的数学公式1，位置指令值Θ*具有以下的值。

0.45°×50×1+112.4°＝134.9°

在该例子中，位置指令值生成电路520输出表示134.9°的位置指令值的数字信号。

将从位置指令值生成电路520输出的位置指令值提供给比较器550a。比较器550a对从位置推定装置30取得的位置推定值和从位置指令值生成电路520取得的位置指令值进行比较，输出位置推定值和位置指令值之间的偏差。速度指令值生成电路560根据比较器550a的值，生成速度指令值。将从速度指令值生成电路560输出的速度指令值提供给比较器550b。比较器550b对从速度推定值生成电路545取得的速度推定值和速度指令值进行比较，输出偏差。

使用这些比较结果，电动机控制电路20确定电压指令值，从PWM信号生成电路570输出表示电压指令值的PWM信号。例如可以通过使用公知的向量控制技术进行运算，来执行电压指令值的确定。

此外，在图8中，省略了电流控制，但也可以在速度控制后，进行电流控制。另外，并不限于位置控制和速度控制的组合。在此，电动机控制电路20也可以根据可变步长信息和脉冲信号，生成位置指令值和速度指令值。

<位置推定装置的例子>

图9是表示本公开的实施方式的电动机模块1000的结构例子的概要图。

如图9所示，本实施方式的电动机模块1000具备电动机M、检测装置150、放大电路200、位置推定装置30、电动机控制装置(控制电路)20、以及电动机驱动电路(驱动电路)10。本实施方式的电动机M是无刷DC电动机，具备围绕中心轴旋转的转子R。

从外部装置(控制器)70向电动机模块1000输入指定转子R的旋转位置的脉冲信号等外部信号。将电动机模块1000安装到产品中使用。产品例如可以是具有打印机、扫描仪、传真机等的功能的多功能机、电动助力转向、天线仰角机构、风扇等电器。在用于多功能机的情况下，例如将电动机模块1000的电动机M安装到送纸功能部等机械结构部(机械部件)中使用。一个多功能机也可以具备多个电动机模块1000。

电动机M具备转子R。电动机M例如是永磁铁电动机。在电动机M中安装有未图示的基板。在基板上安装有检测装置150、放大电路200、位置推定装置30、电动机控制电路20、以及电动机驱动电路10。

此外，将电动机M具备转子R的情况作为一个例子进行说明，但本实施方式的结构并不限于此。电动机M也可以是直线电动机。在电动机M是直线电动机的情况下，电动机M具备直线运动的可动元件(mover或movable element)而代替转子R。在本申请中，“可动元件”的术语不只包括转子，在直线电动机中还包括直线运动的部件。在直线电动机的情况下，CW意味着直线上的第一方向，CCW意味着在同一直线上与第一方向相反的第二方向。

检测装置150具备传感器11～传感器13。传感器11～传感器13分别是将电动机M产生的磁场变换为电信号并输出的非接触的磁传感器。传感器11～传感器13例如分别是霍尔元件。检测装置150将检测出的差动传感器信号输出到放大电路200。本实施方式的电动机模块100的动作包括信号检测步骤。在信号检测步骤中，N(N是3以上的整数)个检测装置分别检测与转子的位置对应的磁场，输出作为电信号的检测信号。各个检测信号的相位逐一错开360度除以N的角度。在这样的传感器的个数是N(N是3以上的整数)个时，检测多个磁极形成的磁场，输出与分别检测出的磁场强度对应的大小的检测信号。N个传感器被配置为N个检测信号的相位逐一错开360度/N的角度。检测信号的相位逐一错开360度/N的角度的状态包括相位错开360度×整数±360度/N的电角度的状态。检测信号的相位例如逐一错开120度(360度/3)的角度的状态包括3个检测信号的相位错开240度(＝360度﹣120度)的电角度的状态。

放大电路200具备差动放大器21～差动放大器23。放大电路200根据从检测装置150输入的差动传感器信号，生成检测信号Hu0、检测信号Hv0、以及检测信号Hw0。放大电路200将生成的检测信号Hu0、检测信号Hv0、以及检测信号Hw0输出到位置推定装置30。此外，检测信号Hu0、检测信号Hv0、以及检测信号Hw0分别是模拟信号。

位置推定装置30根据从放大电路200输入的检测信号Hu0、检测信号Hv0、以及检测信号Hw0，推定转子R的旋转位置。位置推定装置30根据推定出的旋转位置(机械角)生成位置推定值Θ^，将生成的位置推定值Θ^提供给电动机控制电路20。

从位置推定装置30向电动机控制电路20输入位置推定值Θ^，从外部装置70向电动机控制电路20输入脉冲信号。如上述那样，电动机控制电路20生成用于驱动电动机M的电压指令，将生成的电压指令输出到电动机驱动电路10。

电动机驱动电路10根据从电动机控制电路20输入的电压指令生成驱动信号，根据生成的驱动信号驱动电动机M。电动机驱动电路10的典型例子之一是逆变器电路。逆变器电路可以具备接受电压指令而输出脉冲宽度调制(PWM)信号的PWM电路、根据PWM信号输出栅极驱动信号的前置驱动器电路、接受栅极驱动信号而进行开关的逆变器输出电路。

也可以通过一个集成电路封装实现电动机控制电路20、电动机驱动电路10的一部分(例如PWM电路)。能够作为通用的电动机控制用微计算机而得到这样的集成电路封装。另外，有时将驱动电路10的逆变器输出电路称为功率模块。这样的逆变器输出电路能够向电动机M的各线圈施加与电压指令对应的大小的电压，驱动电动机M。

如以上那样，电动机模块1000从外部装置70接受脉冲信号，生成位置指令值Θ*。另外，通过反馈位置指令值Θ*与位置推定值Θ^的偏差，进行电动机的控制。

在本实施方式中，表示位置推定值Θ^的位置推定信号具有与转子R的位置(角度)对应地线性变化的大小。更具体地说，位置推定信号的大小在转子R旋转一圈时不是离散的，而是连续线性变化的。以下详细说明这样的位置推定信号的生成的例子。

本实施方式的电动机模块1000逐次检测检测信号Hu0、检测信号Hv0、以及检测信号Hw0相互交叉的交叉点，并检测从所检测出的交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点为止的检测信号Hu0、检测信号Hv0、或检测信号Hw0的一部分(分割的线段)来作为分割信号(参照图13)。

相位错开120度的不同的3个检测信号Hu0、Hv0、以及Hw0中的连接或连结从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分是在检测信号Hu0、Hv0、以及Hw0中具有中间电平的任意一个信号Hu0、Hv0、或Hw0的一部分。如图13所示，连接从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分与基准值的电平交叉。换言之，连接从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分具有比基准值大的部分、比基准值小的部分。如后述那样，可以将连接从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分作为一个“分割信号”来处理，也可以作为2个“分割信号”处理。在后者的情况下，通过与基准值交叉的过零点而将连接从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分进行二分割。也可以将连接从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点的部分分为3个以上的“分割信号”。

电动机模块1000与转子的移动方向对应地逐次连接检测出的分割信号，根据连接后的多个分割信号推定转子的位置，生成位置推定信号(参照图14、图15)。此外，能够在电流控制系统、速度控制系统、位置控制系统、组合它们后的控制系统中，作为反馈值使用位置推定值。

接着，说明本实施方式的电动机M的概要结构。

图10是本实施方式的电动机M的概要结构图。在如图10所示的例子中，电动机M是永磁铁电动机。磁极p1～p12是永磁铁电动机的磁极(pole)。磁极数表示电动机M中的磁极的个数，在图10所示的例子中是12。另外，磁极对数是N极和S极的组数，在图10所示的例子中是6。另外，槽sl1～sl9是卷绕线圈的电枢(定子)。本实施方式中的永磁铁电动机的槽数是9。磁极p1～p12是转子R(参照图9)的一部分。图10中的电动机M表示外转子型的电动机。

接着，说明传感器11～传感器13的动作。

传感器11～传感器13分别检测相邻的N极和S极的一组磁极的磁场，输出一周期的信号。这相当于电角度一周期。传感器11～传感器13将检测出的电角度一周期的电信号作为差动传感器信号输出到放大器电路200。该一周期的差动传感器信号相当于电角度一周期。

在此，传感器11～传感器13分别检测相位逐一错开电角度120度的电信号，输出到对应的差动放大器21～差动放大器23。即，检测装置150具备的传感器是3个，3个检测信号的相位逐一错开120度。在某具体例子中，传感器11～传感器13检测相位逐一错开机械角40度(电角度240度)的电信号。

在本实施方式中，设传感器11检测出的电信号为U相。设传感器12检测出的电信号为V相。设传感器13检测出的电信号为W相。传感器11输出的差动传感器信号是差动传感器信号U0+和U0﹣，处于相互反转的关系。传感器12输出的差动传感器信号是差动传感器信号V0+和V0﹣，处于相互反转的关系。传感器13输出的差动传感器信号是检测信号W0+和W0﹣，处于相互反转的关系。

接着，参照图9说明放大电路200输出的检测信号。

差动放大器21对从传感器11输入的U相的检测信号U0﹣和U0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hu0输出到位置推定装置30。

差动放大器22对从传感器12输入的V相的检测信号V0﹣和V0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hv0输出到位置推定装置30。

差动放大器23对从传感器13输入的W相的检测信号W0﹣和W0+之间的电压差进行放大，将放大后的检测信号Hw0输出到位置推定装置30。

接着，说明放大电路200输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一个例子。图11是说明本实施方式的放大电路200输出的检测信号Hu0、Hv0、Hw0的一个例子的图。在图11中，横轴表示转子角(度)。纵轴表示信号的大小。

在图11所示的例子中，转子角θ101～转子角θ113的区间E1表示电角度一周期。转子角θ113～转子角θ114的区间E2、转子角θ114～转子角θ115的区间E3、转子角θ115～转子角θ116的区间E4、转子角θ116～转子角θ117的区间E5、以及转子角θ117～转子角θ118的区间E6也分别表示电角度一周期。另外，区间E1～区间E6的区间K1表示机械角一周期。即，电角度一周期的区间是机械角一周期的区间除以磁极对数所得的区间。

另外，在图11所示的例子中，检测信号Hu0的极大值是A3(V)。检测信号Hw0的极大值是比A3的电压值小的PeakHw(V)。检测信号Hv0的极大值是比PeakHw的电压值小的PeakHv(V)。这样，由于传感器11～13的安装误差、或每个传感器的灵敏度的不同，检测信号Hu0、Hv0、Hw0各自的振幅存在偏差。另外，对于各个检测信号Hu0、Hv0、Hw0，各信号的中心电压值不同。即，检测信号Hu0、Hv0、Hw0分别具有偏离分量。

接着，参照图9说明位置推定装置30的详细结构。

位置推定装置30具备AD变换器31、位置计算部32、以及存储装置33。AD变换器31将从放大电路200输入的模拟信号的检测信号变换为数字信号的检测信号，将变换后的数字信号的检测信号输出到位置计算部32。更具体地说，具备AD变换电路311、AD变换电路312、以及AD变换电路313。AD变换电路311将模拟信号的检测信号Hu0变换为数字信号的检测信号Hu0’并输出到位置计算部32。AD变换电路312将模拟信号的检测信号Hv0变换为数字信号的检测信号Hv0’并输出到位置计算部32。AD变换电路313将模拟信号的检测信号Hw0变换为数字信号的检测信号Hw0’并输出到位置计算部32。存储装置33存储在在线处理中使用的信息。在线处理是指在转子R旋转时实时地进行的处理。此外，将在后面说明存储在存储装置33中的信息。

可以将如上述那样将检测信号变换为适合于位置计算部32的处理的信号称为“预处理”。AD变换器31是进行预处理的电路的一个例子。也可以在位置计算部32中设置进行其他预处理的电路。

在表示通过AD变换器31变换后的数字信号的检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的图12中，横轴表示转子角(度)。纵轴表示数字值的大小。位置计算部32具备交叉位置检测装置321、分割检测装置322、以及线段连接部323。交叉位置检测装置321检测检测信号彼此的交叉点、检测信号与基准值的过零点。即，交叉位置检测装置321在从交叉点到与交叉点相邻的其他交叉点之间，从交叉点逐次检测检测信号的电位与基准电压交叉的过零点。基准值是指数字值表示0的值。交叉位置检测装置321将表示检测出的交叉点的坐标的信息和表示过零点的坐标的信息输出到分割检测装置322。在此，表示交叉点和过零点的坐标的信息是指通过转子角和数字值的大小表示的信息。分割检测装置322使用从交叉位置检测装置321输入的表示交叉点的坐标的信息、表示过零点的坐标的信息，检测交叉点和过零点之间的检测信号作为分割信号。分割检测装置322将表示检测出的分割信号的信息输出到线段连接部323。线段连接部323使用从分割检测装置322输入的表示分割信号的信息，逐次将分割信号连接起来。在此，表示分割信号的信息是指从作为检测信号的一部分的分割信号的开始位置到结束位置通过转子角和数字值的大小表示的信息。

如上述那样，本实施方式的电动机模块1000的动作包括交叉位置检测步骤、分割检测步骤、线段连接步骤。在交叉位置检测步骤中，交叉位置检测装置321逐次检测通过信号检测步骤输出的各个检测信号相互交叉的交叉点。在分割检测步骤中，分割检测装置322检测出检测信号中的从交叉点到与该交叉点相邻的其他交叉点为止连接的部分作为一个或多个分割信号。在线段连接步骤中，线段连接部323逐次将分割信号连接起来，根据连接后的多个分割信号，推定转子的位置，生成位置推定信号。

接着，在说明位置推定装置30进行的处理的流程的概要后，说明位置推定装置30进行的处理的流程的详细。位置推定装置30通过在线处理进行以下的处理。(步骤S101)交叉位置检测装置321取得从AD变换器31输入的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’。(步骤S102)交叉位置检测装置321使用在步骤S101中取得的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’分别所示的值，逐次检测交叉点和过零点。接着，交叉位置检测装置321顺序地将表示检测出的交叉点和过零点的坐标的信息、输入的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’输出到分割检测装置322。(步骤S103)分割检测装置322检测从交叉点到与该交叉点相邻的过零点为止的检测信号的一部分，即检测信号中的从交叉点到与该交叉点相邻的过零点为止的检测信号的一部分作为第一分割信号。或者，分割检测装置322检测从过零点到与该过零点相邻的交叉点为止的检测信号的一部分，即检测信号中的从过零点到与该过零点相邻的交叉点为止的部分作为第二分割信号。(步骤S104)线段连接部323在转子R进行CW旋转的情况下，将从分割检测装置322输入的机械角一周期的分割信号逐次地正向连接起来。(步骤S105)位置推定装置30根据由线段连接部323连接后的分割信号，进行机械位置的推定，由此确定位置推定值Θ^。

位置推定装置30在每个控制周期重复进行步骤S101～步骤S105的处理。控制周期例如是指电流(转矩)、速度以及位置控制的各控制周期中的任意一个周期。

接着，说明位置推定装置30进行的处理的流程的详细。

交叉位置检测装置321在转子R旋转时，取得从AD变换电路311～AD变换电路313分别输入的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’。参照图12说明AD变换器31输出的检测信号Hu0’、检测信号Hv0’、以及检测信号Hw0’。

图12是说明本实施方式的AD变换器31输出的检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的一个例子的图。在图12中，横轴表示转子角(度)。纵轴表示数字值。图12所示的各波形Hu0’、Hv0’、Hw0’是表示通过AD变换电路311～AD变换电路313变换为数字信号后的检测信号的波形图。例如，在AD变换器31的位数是12位的情况下，数字信号值的范围是+2047～﹣2048。另外，在图5中，转子角θ101～转子角θ113的区间E1是电角度一周期。

接着，详细说明交叉位置检测装置321在步骤S102中进行的交叉点和过零点的检测处理。

交叉位置检测装置321取得AD变换器31输出的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’。交叉位置检测装置321根据采样到的2点之间的坐标来计算所取得的检测信号彼此的交叉点，由此来逐次检测。另外，交叉位置检测装置321逐次检测所取得的检测信号与基准值的过零点。该交叉点和过零点可以通过横轴的转子角、纵轴的数字值来表示其坐标。交叉位置检测装置321检测交叉点的坐标，将表示检测出的交叉点的坐标的信息输出到分割检测装置322。另外，交叉位置检测装置321检测过零点的坐标，将表示检测出的过零点的坐标的信息输出到分割检测装置322。另外，交叉位置检测装置321将取得的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’输出到分割检测装置322。

接着，详细说明分割检测装置322在步骤S103中进行的分割信号的检测处理。

分割检测装置322顺序地取得从交叉位置检测装置321输入的表示交叉点的坐标的信息、表示过零点的坐标的信息、检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’。分割检测装置322检测所取得的检测信号中的从交叉点到与该交叉点相邻的过零点为止的检测信号作为第一分割信号。分割检测装置322检测所取得的检测信号中的从过零点到与该过零点相邻的交叉点为止的检测信号作为第二分割信号。分割检测装置322将检测出的分割信号顺序地输出到线段连接部323，由此分割检测装置322检测从交叉点到与该交叉点相邻的过零点为止的数字值的偏差和转子角的偏差的信息作为表示第一分割信号的信息。

接着，顺序地说明交叉点、过零点、分割信号的具体例子。

首先，参照图13说明交叉位置检测装置321检测出的交叉点和过零点的具体例子。

图13是说明本实施方式的3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系、交叉点、过零点、分割信号的图。在图13中，横轴表示转子角(度)。纵轴表示数字值。另外，图13是放大了图12的转子角θ101～转子角θ113的区间E1的图。

在图13中，点cp1～点cp7分别表示交叉点。在此，交叉点是指2个检测信号交叉的点。例如，转子角θ101的交叉点cp1是检测信号Hu0’与检测信号Hv0’交叉的点。

另外，点zc1～点zc6分别表示过零点。在此，过零点是指检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的任意一个与数字值的基准值交叉的点。例如，转子角θ102的过零点zc1是检测信号Hu0’与基准值交叉的点。

接着，参照图13说明分割检测装置322检测出的分割信号的具体例子。以下，分段是指一个一个的分割信号。分段的区间相当于每个分割信号的从起点到终点。分段在电角度一周期中为12个区间。在电动机M的磁极对数是6时，电角度6周期相当于机械角一周期。因此，分段在机械角一周期中为72个区间。也可以将电角度一周期中的1～12的分割信号编号称为区段。分割信号在图13中是指从交叉点cp(n)到与该交叉点cp(n)相邻的过零点zc(m)的检测信号。或者，是从过零点zc(m)到与该过零点zc(m)相邻的交叉点cp(n+1)的检测信号。此外，n是1～7的整数。另外，m是1～6的整数。具体地说，例如从交叉点cp1到过零点zc1为止的检测信号Hu0’的一部分是分割信号sg101。另外，从交叉点zc1到交叉点cp2为止的检测信号Hu0’的一部分是分割信号sg102。在图13中，θ101～θ102的区间，即分割信号sg101的区间相当于分段编号1的区间。另外，分割信号sg102～sg112的各个区间相当于分段编号2～12的区间。

此外，在图13所示的例子中，检测信号Hu0’、Hv0’以及Hw0’是正弦波，因此分割信号sg101～sg112是正弦波中的比其他部分更接近直线的范围的信号。

在此，参照图13说明3个检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’的大小关系。

例如，在分段1和分段2的区间即转子角θ101～θ103的区间中，检测信号Hw0’的数字值在3个检测信号中是最大的。检测信号Hu0’的数字值是检测信号Hw0’之后下一个大的数字值。检测信号Hv0’的数字值最小。另外，检测信号Hu0’的数字值在分段1的区间即转子角θ101～θ102的区间中比基准值小。检测信号Hu0’的数字值在分段2的区间即转子角θ102～θ103的区间中比基准值大。

关于分段3～分段12，也对每个分段将3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系的组合存储到存储装置33。

这样，针对电角度一周期，对每个分段将3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系的组合以及与基准值的大小关系存储到存储装置33。

接着，详细说明线段连接部323在图4的步骤S104中进行的分割信号的连接处理。

线段连接部323逐次地将分割检测装置322的分割信号连接起来。在此，线段连接部323根据交叉点或过零点与检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系以及与基准值的大小关系，针对数字值的正负在固定方向上将分割信号连接起来。

具体地说，线段连接部323对每个分段，在检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的数字值的大小关系中，抽出排位为正中(在图13的例子中，从大(小)的一方开始第二个)的检测信号(也称为中间信号)。线段连接部323将抽出的中间信号的各个数字值与紧前的交叉点或过零点的检测信号的数字值(也称为过零点信号值)之间的大小关系进行比较。在此，紧前的交叉点或过零点是指在转子角方向上相对于中间信号为上一个，例如在图13的例子中，相对于分割信号sg101是交叉点cp1，相对于分割信号sg102是过零点zc1。

当考虑分割信号sg102时，在判断为中间信号sg102的数字值为紧前的过零点信号值zc1以上的情况下，线段连接部323将从中间信号sg102的数字值减去紧前的过零点信号值zc1所得的值与紧前的过零点信号值zc1相加。另一方面，在判断为中间信号sg102的数字值比紧前的过零点信号值zc1小的情况下，线段连接部323将从紧前的过零点信号值zc1减去中间信号sg102的数字值所得的值相加。线段连接部323从转子角小的一方开始，顺序地重复进行该加法运算。由此，线段连接部323能够向数字值的正方向连接分割信号(参照图14)。

此外，线段连接部323也可以将中间信号的数字值与紧前的过零点信号值之间的差分，即绝对值相加。

此外，电动机M有6个磁极对，因此分割信号sg112’的终点相当于机械角的60(机械角度)。分割信号sg124’的终点相当于机械角的120(机械角度)。分割信号sg136’的终点相当于机械角的180(机械角度)。分割信号sg148’的终点相当于机械角的240(机械角度)。分割信号sg160’的终点相当于机械角的300(机械角度)。分割信号sg172’的终点相当于机械角的360(机械角度)。

说明线段连接部323进行的电角度一周期的分割信号的连接的具体例子。

图14是说明本实施方式的电角度一周期的分割信号的连接的图。在图14中，表示将图13的区间E1的分割信号sg101’～sg112’连接起来的图。在图14中，横轴表示转子角(机械角度)。纵轴表示数字值。在图14的例子中，转子R进行CW旋转。在图13中，分割信号sg101’～sg112’是通过线段连接部323将图13的分割信号sg101～sg112连接起来后的信号。点p101～p113是置换了图13的交叉点cp1～cp7和过零点zc1～zc6的点。曲线g132是将分割信号sg101’～sg112’连接起来的曲线。

以下，正向是指数字值随着转子角的增加而增加的方向。线段连接部323例如将交叉点cp1置换为点p101。线段连接部323在正向上连接分割信号sg101’。具体地说，线段连接部323将图13的分割信号sg101置换为以点p101为开始点且以点p102为结束点的分割信号sg101’。另外，线段连接部323将过零点zc1置换为点p102。

另外，线段连接部323在正向上连接分割信号sg102’。具体地说，将图13的分割信号sg101置换为以点p102为开始点且以点p103为结束点的分割信号sg102’。另外，线段连接部323将交叉点cp2置换为点p103。

如图13的曲线g132所示那样，线段连接部323逐次地在正向上连接图13所示的分割信号sg101’～sg112’。其结果是转子角θ101的交叉点cp1被置换为数字值0。另外，线段连接部323将转子角θ113的交叉点cp7置换为数字值1200。此外，在图13中，数字值的12000相当于电角度一周期的360(机械角度)。

参照图15说明与线段连接部323进行的动作的分割信号的机械角一周期的连接有关的具体例子。

在第一周期E1中，线段连接部323将电角度一周期的图13的分割信号sg101～分割信号sg112逐次在正向上连接起来。其结果是如图13的分割信号sg101’～分割信号sg112’所示，将图13的分割信号sg101～分割信号sg112连接起来。

接着，在第二周期E2中，线段连接部323将第二周期E2的分割信号sg113’的起点与分割信号sg112’的终点连接起来。接着，线段连接部323在正向上将电角度一周期的分割信号sg113～sg124连接起来。其结果是如图15的分割信号sg113’～分割信号sg124’所示，将分割信号sg113～分割信号sg124连接起来。

以下，线段连接部323将第三周期E3的分割信号sg125’的起点与第二周期E2的分割信号sg124’的终点连接起来。接着，线段连接部323将第四周期E4的分割信号sg137’的起点与第三周期E3的分割信号sg136’的终点连接起来。接着，线段连接部323将第五周期E5的分割信号sg149’的起点与第四周期E4的分割信号sg148’的终点连接起来。接着，线段连接部323将第六周期E6的分割信号sg161’的起点与第五周期E5的分割信号sg160’的终点连接起来。

图15是表示本实施方式的机械角一周期的分割信号的连接结果的一个例子的图。如图15所示，电角度一周期分别包含12个分割信号。第一周期E1包含分割信号sg101’～分割信号sg112’。第二周期E2包含分割信号sg113’～分割信号sg124’。第三周期E3包含分割信号sg125’～分割信号sg136’。第四周期E4包含分割信号sg137’～分割信号sg148’。第五周期E5包含分割信号sg149’～分割信号sg160’。第六周期E6包含分割信号sg161’～分割信号sg172’。

因此，在机械角一周期的周期K1中，包含72个分割信号sg101’～分割信号sg172’。

接着，说明位置推定装置30在步骤S105中进行的机械角度的生成处理。在此，考虑sg102’中的任意的点的机械角度。sg102’的机械角度位置位于图15中的E1的区间，E1的区间的放大图是图14。线段连接部323将从中间信号的数字值减去紧前的过零点信号值zc1所得的值与紧前的过零点信号值zc1相加。另外，如上述那样，线段连接部323将过零点信号值zc1置换为点p102。然后，线段连接部323针对点p102，将从中间信号的数字值减去紧前的过零点信号值zc1所得的值相加。位置推定装置30根据通过线段连接部323连接后的分割信号的线段的长度，推定转子的机械角度位置。

说明存储在存储装置33中的信息的具体例子。

存储装置33存储磁极对数和区段和分段的关系。另外，存储装置33对每个区段存储3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系。为了判定区段的编号而使用3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系和与基准值的大小关系。

在本实施方式的位置推定方法中，以过零点为边界，将检测信号分为2个分段。由此，机械角的一周具有72个分割信号。在本实施方式的位置推定方法中，一个分割信号的长度短。其结果是结合后的分割信号接近于更理想的与角度成比例的直线信号。另外，在本实施方式的位置推定方法中，根据接近于直线的形状的分割信号，能够得到转子R的角度信息即位置。位置推定装置30使用这样连接的线段推定转子R的位置，因此在本实施方式中，不需要高精度的光学式编码器，就能够进行高精度的位置检测。

电动机模块1000能够使用这样得到的位置推定值Θ^进行位置控制。在本实施方式的位置推定方法中，检测转子R的位置的检测装置不需要使用容易受到环境的影响的编码器。其结果是能够使电动机小型化，难以被粉尘等环境影响位置控制的精度。另外，位置推定信号不是离散的脉冲信号，而是大小直线状地变化，因此能够以任意大小的分辨率进行转子(可动元件)的定位。

此外，位置推定值的生成并不限于上述方法。重要点在于位置推定信号不是离散的脉冲信号，而具有与转子R的位置对应地线性变化的大小。

[变形例子]

针对本实施方式，说明了检测交叉点和过零点并检测交叉点和过零点之间的检测信号作为分割信号的例子，但本公开的实施方式并不限于此。例如，分割检测装置323也可以抽出从交叉点到与该交叉点相邻的交叉点的检测信号作为分割信号。另外，分割检测装置322也可以以位于交叉点和与该交叉点相邻的交叉点之间的过零点为边界，将抽出的分割信号分割为2个分割信号。

针对本实施方式，说明了位置计算部32对变换为数字信号后的检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’进行各处理的例子，但本公开的实施方式并不限于此。例如，位置计算部32也可以对模拟信号的检测信号Hu0、Hv0、Hw0进行各处理。

电动机M的驱动方式例如也可以是向量控制方法、其他驱动方法。其他驱动方法例如也可以是利用了120度矩形波、正弦波的驱动方法。

电动机M的磁极数不限于12磁极，例如也可以是2磁极、4磁极、8磁极等。例如，在8磁极电动机的情况下，机械角一周期具有4个电角度一周期的分割信号。这时，在检测装置输出3相的检测信号的情况下，一个电角度一周期具有12个分割信号。因此，机械角一周期包含48(＝12×4)个分割信号。在8磁极电动机的情况下，线段连接部323在转子R进行CW旋转的情况下，也可以针对机械角一周期的48个分割信号，在正向上逐次地将其结合。

在转子R进行CCW旋转的情况下，在步骤S104中，线段连接部323也可以在反方向上将机械角一周期的分割信号连接起来。在此，CCW是指从输出轴侧看逆时针方向的旋转。另外，反方向是指数字值随着转子角的增加而减少的方向。线段连接部323也可以与转子角的增加对应地，在从360(机械角度)减少到0(机械角度)的方向上，逐次地将所连接的机械角一周期的分割信号连接起来。在该情况下，位置推定装置30在存储在存储装置33中的3个检测信号Hu0’、Hv0’、以及Hw0’的大小关系变化时，判别转子R是CW旋转还是CCW旋转。根据本实施方式，无论转子R进行CW旋转还是进行CCW旋转，都能够高精度地推定转子R的位置。

参照图13说明旋转方向和检测信号的关系。

在当前位置位于转子角θ105和θ107之间的情况下，位置推定装置30例如将当前位置处的纵轴的数字值和作为前一个交叉点的转子角θ105的纵轴的数字值存储到存储装置33。

在转子R进行CW旋转的情况下，转子R的位置在转子角θ107和θ109之间移动。位置推定装置30检测中间信号从检测信号Hv0’向检测信号Hu0’的切换以及切换后的中间信号相对于基准值的正负，判别为转子R是CW旋转。接着，位置推定装置30在正向上将转子角θ107与θ109之间的分割信号sg107和sg108与分割信号sg106连接。

另一方面，在转子R是CCW旋转的情况下，转子R的位置在转子角θ103和θ105之间移动。位置推定装置30检测中间信号从检测信号Hv0’向检测信号Hw0’的切换以及切换后的中间信号相对于基准值的正负，判别为转子R是CCW旋转。接着，位置推定装置30在反方向上将转子角θ103与θ105之间的分割信号sg103和sg104与分割信号sg105连接。

检测装置150的传感器并不限于霍尔元件。检测装置150所使用的传感器的检测信号也可以是正弦波、或在正弦波中包含高次谐波的输出信号。例如，检测装置150的传感器也可以是利用了磁阻效应的传感器。

分割检测装置322也可以通过生成从交叉点到与该交叉点相邻的过零点、或从过零点到与该过零点相邻的交叉点的线段，而抽出分割信号。线段例如既可以是直线，也可以是正弦波的一部分。

电动机M并不限于外转子型，也可以是槽成为转子R的一部分的有刷电动机。进而，如上述那样，电动机M也可以是直线电动机。

检测装置150具备的传感器的个数并不限于3个。各传感器的输出逐一错开除以传感器的总数所得的相位即可。

另外，针对本实施方式，说明了交叉位置检测装置321检测交叉点和过零点的例子，但并不限于此。交叉位置检测装置321也可以只检测交叉点。在该情况下，分割检测装置322也可以逐次地检测从交叉点到与该交叉点相邻的交叉点的检测信号的一部分作为分割信号。在该情况下，电角度一周期的分割信号的个数为6个。另外，在电动机M的磁极对数为6的情况下，机械角一周期的分割信号的个数为36个。

在如现有技术那样使用光学式的编码器进行转子R的旋转位置的检测的情况下，检测精度依存于编码器的分辨率。在此，光学式的编码器例如具备光遮断器和编码盘。在编码盘上，具有在圆周上等间隔地形成的狭缝。例如，分辨率为400脉冲的编码器的检测精度是约±0.9度。

在本申请中，对交叉位置和过零点、以及分割信号“进行检测”只要通过位置推定装置计算交叉位置和过零点、以及分割信号而求出的结果是能够检测出交叉位置和过零点即可。

也可以通过将用于实现具备位置推定装置的电动机控制装置的功能的程序记录到未图示的计算机可读取的记录介质中，使计算机系统读入记录在该记录介质中的程序并执行，而进行各处理的步骤。此外，此处所述的“计算机系统”包括OS、外围设备等硬件。另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、安装了闪存的存储卡、CD-ROM等可移动介质、内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读的记录介质”还包括如在经由因特网等网络、电话线路等通信线路发送程序的情况下成为服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)那样在一定时间内保存程序的介质。

也可以从将该程序存储在存储装置等中的计算机系统，经由传输介质、或通过传输介质中的传送波，将上述程序发送到其他计算机系统。在此，传输程序的“传输介质”是指如因特网等网络(通信网)、电话线路等通信线路(通信线)那样具有传输信息的功能的介质。另外，上述程序也可以用于实现上述功能的一部分。进而，也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述功能的所谓的差异文件(差异程序)。

能够使用信号处理电路、存储了控制该信号处理电路的动作的计算机程序的记录介质，来实现本公开的电动机控制装置100。以下说明这样的实施方式。

图16是表示本实施方式的电动机模块1000的其他结构例子的概要图。如图16所示，本实施方式的电动机模块1000可以具备电动机M、检测装置150、放大电路200、电动机控制装置100、栅极驱动器450、逆变器460。电动机模块1000从外部装置(控制器)70接受脉冲信号等外部信号，根据该外部信号控制电动机M的动作。在图16所示的例子中，通过信号处理电路400实现上述的电动机控制电路20和位置推定装置30的全部或一部分。

检测装置150具备N(N为3以上的整数)个传感器，该传感器检测转子R具备的多个磁极所形成的磁场，输出具有与分别检测出的磁场的强度对应的大小的检测信号。N个传感器被配置得N个检测信号的相位逐一错开360度/N的角度。在图示的例子中，N是3，检测装置150具备传感器11、12、13。本实施方式的电动机M、检测装置150、以及放大电路200的结构和动作如已经说明的那样，因此此处不重复进行详细说明。

图示的电动机控制装置100具备根据N个检测信号生成N个修正检测信号的预处理电路350、进行各种信号处理的信号处理电路400。本实施方式的信号处理电路400例如可以是中央运算处理装置(CPU)、数字信号处理器等集成电路(IC)芯片。电动机控制装置100具备存储了控制信号处理电路400的动作的计算机程序的记录介质。该记录介质例如是快闪ROM等非易失性存储器420，与信号处理电路400连接。将从预处理电路350输出的N个修正检测信号作为变量随时存储到RAM410。

预处理电路350也可以具备上述的AD变换器31，并根据需要具备对AD变换器31的输出进行修正或标准化等处理的电路。可以通过预处理电路350将检测信号变换为数字信号，并接受各种修正处理。在此，将接受了这样的预处理后的检测信号称为“修正检测信号”。

信号处理电路400作为位置推定装置发挥功能，因此依照计算机程序的指令执行以下的步骤。

首先，信号处理电路400从RAM410读出修正检测信号。接着，逐次检测N个修正检测信号中的任意2个信号相互交叉的交叉点。

信号处理电路400将连结从交叉点到与交叉点相邻的其他交叉点的修正检测信号分割为一个或多个分段，检测出各分段作为分割信号。

信号处理电路400从存储装置读出使与各分段对应的转子的移动量与全部分段对应起来所得的学习数据。该存储装置既可以是存储了上述计算机程序的记录介质，也可以是存储卡等其他存储装置。在本实施方式中，将学习数据保存在非易失性存储器420中，从非易失性存储器420读出学习数据。通过出厂前的离线处理取得该学习数据，保存到存储介质。在出厂后，能够更新学习数据。

信号处理电路400参照该学习数据，根据N个修正检测信号的关系和分割信号，确定与转子R的当前位置对应的分段。

在某实施例中，在设i为1以上的整数，n为规定当前时刻的整数，所确定的分段的编号为i，所确定的分段的起点处的转子R的位置为Θoffset[i]，分段的起点处的分割信号的值与该分割信号的当前值的差分为X[n]，转子R的位置推定值为Θ[n]，比例系数为k[i]时，Θ[n]＝Θoffset[i]+k[i]×X[n]的关系成立。根据该关系，确定转子R的位置推定值。

这样，信号处理电路400执行以下的动作：将从传感器装置输出的第一电信号分割为多个分段，检测出各分段作为分割信号；使与各分段对应的上述转子的旋转机械角度与全部的分段对应起来；输出表示转子的位置推定值的信号，该信号是具有与相对于基准位置的转子的旋转机械角度成比例地线性增加的值的信号。表示转子R的位置推定值的信号具有与相对于基准位置的转子R的移动量成比例地线性增加的值。在理想的实施例中，表示转子R的位置推定值的信号具有与Θ成比例的数字值或模拟值。

信号处理电路400能够在取得学习数据时，在转子以恒定速度旋转时，测定每个分段的转子的旋转时间，并使与各分段对应的转子的旋转机械角度与全部的分段对应起来。

在重新接通电源后，对分段i的信息进行初始化。因此，为了使用通过离线处理的学习得到的比例系数k[i]，需要确定重新接通电源后的转子的机械位置(分段或磁极对编号)。例如根据分段的编号＝12×磁极对编号+区段的编号这样的关系式，而使分段的编号或磁极对编号对应起来。因此，通过根据本公开的位置推定方法确定重新接通电源后的转子的磁极对编号，能够确定分段的编号(机械位置)。即，根据本实施方式，根据3个检测信号Hu0’、Hv0’、Hw0’的大小关系和与基准值的大小关系，判定区段的编号。在此，在磁极对数是6的情况下，在72个分割信号中，具有相同区段的编号(具有同样的3个检测信号的大小关系和与基准值的大小关系)的分割信号是6个。在此，通过本公开的位置推定方法，能够确定转子的初始位置的磁极对编号，判定区段的编号的排列，因此确定6个分割信号的候选中的一个。

在本实施方式中，学习数据包含使比例系数k[i]与各分段对应起来的数据。作为位置推定装置发挥功能的信号处理电路400根据在取得学习数据时输出第一电信号时的转子的旋转初始位置与在重新接通电源后输出第二电信号时的转子的旋转初始位置的关系，确定(决定)分段的编号i。

这样，信号处理电路400基于所确定的分段，根据分割信号的电平决定转子的位置推定值，生成表示位置推定值的信号。

作为信号处理电路400执行的动作，对于本实施方式来说以下的动作不是不可缺少的动作：从存储装置读出使与各分段对应的转子的移动量与全部分段对应起来所得的学习数据；参照学习数据，根据N个修正检测信号的关系和分割信号，确定与转子的当前位置对应的分段。信号处理电路400也可以基于逐次连接分割信号而连接的多个分割信号，根据分割信号的电平决定转子的位置推定值，输出表示位置推定值的信号，来代替执行这些动作。

进而，在信号处理电路400作为位置指令值生成电路发挥功能的情况下，依照计算机程序的指令，首先信号处理电路400从存储器取得规定与从外部装置输入的脉冲信号的每个脉冲相对的转子的位置变化量的可变步长信息。接着，如果从外部装置接受了脉冲信号，则根据通过上述方法得到的转子的位置推定值和可变步长信息，生成位置指令值。

使用这样生成的位置指令值，信号处理电路400执行向量控制等公知的电动机控制所需要的运算，从PWM电路430向栅极驱动器450提供PWM信号。栅极驱动器450根据PWM信号使逆变器460内的开关晶体管开关，向电动机M供给必要的电压和电流。

此外，也可以在数字值的状态下将位置推定信号输入到外部装置70的未图示的反馈(F/B)端子。位置推定信号可以作为串行数据输出到外部，或在通过DA变换电路(DAC)440变换为模拟值后输出。例如在维护时，通过示波器观测变换为模拟值后的信号，由此能够比较位置指令值和位置推定值。

不必须通过一个IC芯片执行信号处理电路400执行的各种处理。也可以由多个运算处理单元或数字信号处理器(DSP)分担各功能模块所执行的不同处理。另外，也能够使用FPGA(现场可编程门阵列)那样的可编程逻辑器件来实现本实施方式的信号处理电路400。

在离线时取得或更新学习数据时，信号处理电路400依照计算机程序的指令，使转子R以恒定速度移动(旋转)。然后，测定每个分段的转子R的移动(旋转)时间，制作使与各分段对应的转子R的移动量(机械角度)与全部分段对应起来的数据。信号处理电路400将该数据作为学习数据存储到非易失性存储器420。

工业上的可利用性

能够与在打印机、扫描仪、复印机、以及多功能机等装置中广泛使用的电动机组合地利用本公开的位置推定方法和位置推定装置。本公开的电动机模块能够在这些装置中广泛地替代步进电动机、或安装有位置传感器的电动机。

附图标记说明

10：电动机驱动电路；11、12、13：传感器；20：电动机控制电路；21、22、23：差动放大器；30：位置推定装置；31：AD变换器；311、312、313：AD变换电路；321：交叉位置检测装置；322：分割检测装置；323：线段连接部；33：存储装置；40：可变步长存储器；50：电动机控制装置；60：电动机驱动电路；70：外部装置；72：步进电动机控制器；74：上位控制器；100：电动机控制装置；150：检测装置；200：放大电路；M：电动机；500：信号处理电路；520、520A、520B：位置指令值生成电路；540：计算器；545：速度推定值生成电路；550a：比较器；550b：比较器；560：速度指令值生成电路；570：PWM信号生成电路；1000：电动机模块。

Claims

1.一种位置推定方法，其推定电动机的转子的旋转位置，该电动机具备具有多个磁极的上述转子、具有多个绕组的定子、以及输出与上述转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置，其特征在于，

上述位置推定方法包含：

从存储学习数据的存储介质取得上述学习数据，该学习数据包含规定在上述转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列；

取得规定在上述转子从停止状态开始旋转时从上述传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；

通过在上述多个测定值的排列的增减图形与上述多个检测值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转位置的关系。

2.一种位置推定装置，其与电动机连接来使用，该电动机具备具有多个磁极的转子、具有多个绕组的定子、以及输出与上述转子的旋转对应地周期性变化的电信号的传感器装置，其特征在于，

上述位置推定装置具备：

信号处理电路；以及

存储学习数据的存储介质，该学习数据包含规定在上述转子旋转时从上述传感器装置输出的第一电信号的波形特征的多个测定值的排列，

上述信号处理电路执行以下动作：

取得规定在上述转子从停止状态开始旋转时从上述传感器装置输出的第二电信号的波形特征的多个检测值的排列；以及

3.根据权利要求2所述的位置推定装置，其特征在于，

上述多个测定值的排列是从上述传感器装置输出的上述第一电信号的极大值和/或极小值的排列，

上述多个检测值的排列是从上述传感器装置输出的上述第二电信号的极大值和/或极小值的排列。

4.根据权利要求2或3所述的位置推定装置，其特征在于，

通过相对于基准值的大小关系规定上述多个测定值的排列的增减图形以及上述多个检测值的排列的增减图形。

5.根据权利要求4所述的位置推定装置，其特征在于，

上述多个测定值的排列的增减图形是以下符号的列，该符号表示在上述转子从停止状态开始旋转以机械角旋转360度的期间取得的上述多个测定值各自相对于上述基准值的大小关系，

上述多个检测值的排列的增减图形是以下符号的列，该符号表示在上述转子从停止状态开始旋转以机械角旋转360度的期间取得的上述多个检测值各自相对于上述基准值的大小关系。

6.根据权利要求4或5所述的位置推定装置，其特征在于，

规定上述多个测定值的排列的增减图形的大小关系的上述基准值是上述多个测定值的排列中的某一个值，

规定上述多个检测值的排列的增减图形的大小关系的上述基准值是上述多个检测值的排列中的某一个值。

7.根据权利要求2～6中的任意一项所述的位置推定装置，其特征在于，

上述传感器装置具备多个磁场传感器元件，

上述多个磁场传感器元件分别检测上述转子具有的上述磁极形成的磁场，生成具有与检测到的磁场强度对应的大小的电信号。

8.根据权利要求7所述的位置推定装置，其特征在于，

上述第一电信号和上述第二电信号都是从上述传感器装置中包含的共同的一个或多个磁场传感器元件输出的信号。

9.根据权利要求2～8中的任意一项所述的位置推定装置，其特征在于，

上述传感器装置具备多个电流传感器元件，

上述多个电流传感器元件分别检测流过上述定子具备的上述多个绕组的电流，生成具有与检测到的电流强度对应的大小的电信号。

10.根据权利要求9所述的位置推定装置，其特征在于，

上述第一电信号和上述第二电信号分别是从上述传感器装置中包含的共同的一个或多个电流传感器元件输出的信号。

11.根据权利要求2～10中的任意一项所述的位置推定装置，其特征在于，

上述信号处理电路执行以下的动作：

将从上述传感器装置输出的上述第一电信号分割为多个分段，检测各分段作为分割信号；

将与各分段对应的上述转子的旋转机械角度与全部分段对应起来；以及

输出表示上述转子的位置推定值，并具有与相对于基准位置的上述转子的旋转机械角度成比例地线性增加的值的信号，

在设i为1以上的整数，n为规定当前时刻的整数，所确定的上述分段的编号为i，在所确定的上述分段的起点的上述转子的位置为Θoffset[i]，在上述分段的起点的分割信号的值与上述分割信号的当前值之间的差为ΔX[n]，上述转子的位置推定值为Θ[n]，比例系数为k[i]时，

Θ[n]＝Θoffset[i]+k[i]×X[n]的关系成立，

表示上述转子的位置推定值的信号具有与Θ成比例的数字值或模拟值。

12.根据权利要求11所述的位置推定装置，其特征在于，

上述信号处理电路在上述转子以恒定速度旋转时，测定每个分段的上述转子的旋转时间，将与各分段对应的上述转子的旋转机械角度与全部的分段对应起来。

13.根据权利要求11或12所述的位置推定装置，其特征在于，

上述学习数据包含将比例系数k[i]与各分段对应起来的数据，

上述信号处理电路根据输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转初始位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转初始位置的关系，决定所确定的上述分段的编号i。

14.一种电动机模块，其特征在于，具备：

电动机，其具备具有多个磁极的转子以及具有多个绕组的定子；

传感器装置，其具备将相位各错开360度/N的角度配置的N个传感器元件，该N个传感器元件检测上述多个磁极形成的磁场，输出具有与分别检测出的磁场强度对应的大小的电信号；

信号处理电路；以及

上述信号处理电路执行以下的动作：

通过在上述多个检测值的排列的增减图形与上述多个测定值的排列的增减图形之间进行匹配，推定输出了上述第一电信号时的上述转子的旋转初始位置与输出了上述第二电信号时的上述转子的旋转初始位置的关系。