JP6568452B2 - リラクタンスレゾルバのロータ芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、リラクタンスレゾルバのロータ芯出し方法に関し、特に出力信号がノイズなどによりばらついた場合でも、正確な芯出しができる芯出し方法に関する。

従来から、被測定物の位置または角度の変化に応じて生成される出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号から出力信号のオフセットを補正する補正方法がある。特許文献１には、デジタル信号により生成されるリサージュ波形上の少なくとも３点を用い、各点の出力信号間の垂直二等分線の交点をリサージュの中心位置として芯出しをすることが開示されている。

特開２００９−１６２６７３号公報

しかしながら、出力信号はノイズなどの影響により真の値からずれる場合がある。ずれた値を用いて芯位置を計算してしまうと、正確な芯位置を計算できない場合がある。この対策として、垂直二等分線を３本以上計算し、得られた各交点の中点を芯位置とする方法もある。しかしながら、この方法では、すべての計算が終了してからでないと芯位置が計算できず、通信が途切れた場合は芯位置の計算ができなくなる。

本発明は、上述のような事情から成されたものであり、ノイズや通信異常などに強い芯出し方法を提供する。

本発明のロータの芯出し方法は、リラクタンスレゾルバのロータ芯出し方法であって、第一の方向におけるロータとの距離に応じた第一信号を出力する巻線と、第二の方向におけるロータとの距離に応じた第二信号を出力する巻線と、が巻回された検出用コアを、前記リラクタンスレゾルバのステータと同じ位置に配するステップと、前記ロータを回転させたときに得られる前記第一、第二信号に基づいて、リサージュ波形を取得するステップと、前記リサージュ波形に基づいて、前記芯出しのための前記ロータの変位量および変位方向を特定するステップと、を備え、前記変位量および変位方向を特定するステップは、前記リサージュ波形を構成する複数の点のうち三つの点を抽出し、前記三つの点を通る円と前記複数の点との誤差量が予め規定された閾値以下か否かを判断する処理を、前記誤差量が前記閾値以下となるまで前記抽出する三つの点を変えながら繰り返すステップと、前記誤差量が前記閾値以下となった際の前記三つの点を通る円の中心および半径に基づいて、前記芯出しのための前記ロータの移動量および移動方向を特定するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明の方法によれば、リラクタンスレゾルバの出力信号がノイズなどで変化する場合でも高精度な芯位置が検出できる。

本発明における、ロータ、コアを説明する図である。 本発明における、芯位置検出のフローチャートである。 本発明における、芯位置検出の過程を模式的に示した図である。 本発明における、４つの巻線を用いた芯出し方法を説明する図である。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、ここに示す位置検出用のコアの構成は一例であり、ロータの２方向における変位を出力できるのであれば、他の構成のコアでもよい。

図１にレゾルバのロータ１と位置検出用のコア２の構造を示す。ロータ１は磁性体から成り、外周部に３５個の凹凸形状を持つ。コア２は、レゾルバのステータコアの位置に配される位置検出用のコアである。このコア２は、ステータコアの替わりに設けられた芯出し専用部材であってもよい。また、芯出し用のコア２として、ステータコアを用いてもよい。コア２は、磁性体から成り、内周部２０個の歯を等間隔に配置している。コア２の歯には４つの巻線３，４，５，６が巻装されている。

巻線３は、歯１０１、歯１０２、歯１１９、歯１２０に巻回されている。巻線４は、歯１０４、歯１０５、歯１０６、歯１０７に巻回されている。巻線５は、歯１０９、歯１１０、歯１１１、歯１１２に巻回されている。巻線６は、歯１１４、歯１１５、歯１１６、歯１１７に巻回されている。歯１０２、歯１０５、歯１０７、歯１１０、歯１１２、歯１１５、歯１１７、歯１２０は回転軸中心からの交流磁束に対して同位相の起電圧が発生するように巻回しており、歯１０１、歯１０４、歯１０６、歯１０９、歯１１１、歯１１４、歯１１６、歯１１９は回転軸中心からの交流磁束に対して逆位相の起電圧が発生するように巻回している。図に記載はないが、励磁巻線は検出巻線と同様、隣り合う歯が回転軸中心からの交流磁束に対して逆位相となるように巻回している。このように巻線を巻回することにより、４つの巻線３，４，５，６からは、それぞれ隣接する４つの歯を通る磁束の平均に比例した起電圧が発生する。これにより、ロータ１の外周部の凹凸の影響がキャンセルされ、４つの巻線３，４，５，６には、ロータ１と各巻線の距離に比例した起電圧が発生する。巻線３、巻線４、巻線５、巻線６は、図１に示すように、回転中心に対して９０°ずつずれた位置に巻回されており、巻線３と巻線５は互いに接続され、巻線４と巻線６も互いに接続されている。かかる構成とすることで、巻線３，５、および、巻線４，６から２相の信号が出力されるため、直交する２方向におけるロータ１の変位に応じた信号変化が検知できる。巻線３と巻線５の信号、巻線４と巻線６の信号により生成されるリサージュ波形は円となる。リサージュ円の中心座標を（ｘｃ，ｙｃ）としたとき、ロータ１の磁気的中心７が、回転軸中心に近づくにつれ、リサージュ円の半径は小さくなり、ロータ１の磁気的中心７と回転軸中心が一致すれば、巻線３，５からの出力信号はｘｃで、巻線４，６の出力信号は、ｙｃで一定となる。そのため、出力信号が円の中心座標と一致するようにロータ１を移動させることで、ロータ１について２方向の芯出しができる。

次に、本発明で示す芯出し方法を説明する。芯位置検出のフローチャートを図２に示す。また、芯位置検出の過程を模式的に示した図を図３に示す。まず、ロータ１又はコア２を９０度（４分の１回転分）以上、回転させ、４分の１回転以上のリサージュ波形を描かせる（図３＜１＞）。このとき、サンプリング回数をｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）、巻線３，５から得られた信号をｘｉ、巻線４，６から得られた信号をｙｉとして記憶する。リサージュ波形は、この巻線３，５から得られた信号ｘｉをＸ軸座標値、巻線４，６から得られた信号ｙｉをＹ軸座標値として描いた波形である。

次に、このリサージュ波形から３点を抽出し、この３点を通る円の中心位置と半径を計算する（図２のＳ１０，Ｓ１２、図３＜２＞）。抽出する３点の初期値は、始点、中点、終点とする。すなわち、ｐ１＝（ｘ１，ｙ１）、ｐｍ＝（ｘｍ，ｙｍ）、ｐｎ＝（ｘｎ，ｙｎ）である。なお、ここで、ｍは、ｎが偶数の場合ｎ／２であり、ｎが奇数の場合（（ｎ−１）／２）である。また、３点を通る円の中心位置ｐｃ＝（ｘｃ，ｙｃ）、半径ｒは以下の式により計算する。

ｘｃ＝−１／２×（（ｙ１ − ｙｎ）×（ｘ１^２ −ｘｍ^２ ＋ ｙ１^２−ｙｍ^２）
−（ｙ１ - ｙｍ）×（ｘ１^２−ｘｎ^２ ＋ｙ１^２ −ｙｎ^２））／（（ｙ１ - ｙｍ）×（ｘ１ - ｘｎ）
−（ｙ１ - ｙｎ）×（ｘ１ - ｘｍ））

ｙｃ＝−１／２×（（ｘ１−ｘｍ）／（ｙｍ−ｙ１）×ｘｃ
＋（ｘ１^２−ｘｍ^２＋ｙ１^２−ｙｍ^２））

ｒ＝（（ｙ１×ｘｎ−ｙｎ×ｘ１）×（ｘ１×ｘｍ×（ｘ１−ｘｍ）
＋ｙ１^２ ×ｘｍ−ｙｍ^２ ×ｘ１）
−（ｙ１×ｘｍ−ｙｍ×ｘ１）×（ｘ１×ｘｎ×（ｘ１−ｘｎ）
＋ｙ１^２ ×ｘｎ−ｙｎ^２ ×ｘ１））／（（ｙ１×ｘｍ−ｙｍ×ｘ１）×（−（ｘ１−ｘｎ））
−（ｙ１×ｘｎ−ｙｎ×ｘ１）×（−（ｘ１−ｘｍ）））

この時点で中心位置ｐｃ＝（ｘｃ，ｙｃ）と半径ｒは計算できているため、このタイミングで通信が途切れたとしても芯出しは可能である。次に、リサージュ波形上の一つの点（ｘｉ，ｙｉ）を抽出する（図２のＳ１４）。そして、計算した中心位置Ｐｃと注出した点（ｘｉ，ｙｉ）との距離ｄｉ＝√［（ｘｉ−ｘｃ）^２＋（ｙｉ−ｙｃ）^２］を、半径ｒと比較する（図３＜３＞）。この距離ｄｉと半径ｒとの差、Δｄｉ＝｜ｒ−ｄｉ｜は、三つの点を通る円と、リサージュ波形を構成する複数の点との誤差量と、を示す値となる。比較の結果、距離ｄｉと半径ｒの差、Δｄｉ＝｜ｒ−ｄｉ｜が、予め設定した閾値より大きい場合（図２のＳ１６でＮｏ）、円の中心位置ｐｃ＝（ｘｃ，ｙｃ）と半径ｒを計算するために用いた３点を選びなおし、再度、円の中心位置と半径を計算する（図３＜４＞）。選びなおす方法は、始点の番号を１増加し、それに伴い中点の番号も変化させる。終点は変化させない。なお、選びなおす方法はこれに限らない。また、終点の変位量が他点に比べて大きな場合、始点を変化させずに、中点と終点を変化させてもよい。

一方、距離ｄｉと半径ｒの差Δｄｉが規定の閾値以下の場合（図２のＳ１６でＹｅｓ）、全ての点について、差Δｄｉと閾値との比較が出来たかを確認する（図２のＳ１８）。確認の結果、全て点についての比較が出来ない場合（Ｓ１８でＮｏ）は、ステップＳ１４に進み、再度、別の点について、差Δｄｉと閾値との比較を行う（Ｓ１６）。一方、全ての点において、差Δｄｉが閾値以下であると確認できれば（Ｓ１８でＹｅｓ）、計算した半径ｒ、中心位置ｐｃに基づいて、ロータ１の芯出しを行う。すなわち、上記の処理を行うことで、リサージュ波形上の全ての点との距離が閾値以下となる円の中心位置ｐｃ＝（ｘｃ，ｙｃ）が計算できる（図３＜５＞）。かかる中心位置ｐｃ＝（ｘｃ，ｙｃ）が得られれば、巻線３，５および巻線４，６からの出力値が、この（ｘｃ，ｙｃ）に近づくように、ロータ１を移動させることで芯出しができる。

上記実施形態により、ノイズなどの信号変化の影響を軽減し、芯位置（リサージュ波形の中心座標）、ひいては、芯出しのためのロータ１の移動量および移動方向を検出することができる。また、出力信号が芯位置と一致するようにロータを移動させることで、２方向の芯出しができる。図４は、４つの巻線を用いた芯出し方法を説明する図である。図４において図示していないが、巻線３と巻線５、巻線４と巻線６が接続されており、各巻線は処理回路基板に接続されている。各巻線とロータ１が図４左のような位置関係であると、リサージュ波形は図４右のようになり、図４右の白丸がロータ位置を示す。よって、白丸を計算した中心位置ｃ（ｘｃ、ｙｃ）と一致させるよう、ロータを図４左の位置７へ移動させることで、芯出しが可能である。

１ ロータ、２ コア、３〜６ 巻線、７ 磁気的中心。

Claims (1)

1. リラクタンスレゾルバのロータ芯出し方法であって、
   第一の方向におけるロータとの距離に応じた第一信号を出力する巻線と、第二の方向におけるロータとの距離に応じた第二信号を出力する巻線と、が巻回された検出用コアを、前記リラクタンスレゾルバのステータと同じ位置に配するステップと、
   前記ロータを回転させたときに得られる前記第一、第二信号に基づいて、リサージュ波形を取得するステップと、
   前記リサージュ波形に基づいて、前記芯出しのための前記ロータの変位量および変位方向を特定するステップと、
   を備え、
   前記変位量および変位方向を特定するステップは、
   前記リサージュ波形を構成する複数の点のうち三つの点を抽出し、前記三つの点を通る円と前記複数の点との誤差量が予め規定された閾値以下か否かを判断する処理を、前記誤差量が前記閾値以下となるまで前記抽出する三つの点を変えながら繰り返すステップと、
   前記誤差量が前記閾値以下となった際の前記三つの点を通る円の中心および半径に基づいて、前記芯出しのための前記ロータの移動量および移動方向を特定するステップと、
   を備えることを特徴とするロータ芯出し方法。