JPH0528486Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、レゾルバによつて回転角を検出する
レゾルバ式回転角検出装置に関する。

［従来の技術］ 近年、レゾルバは回転角および回転速度を同時
に検出する装置として、特にサーボモータ用とし
て広く用いられつつあり、従来のロータリエンコ
ーダ（パルスピツクアツプ）等に比べ安価にして
堅牢であるという利点を有する。

かかるレゾルバの原理を簡単に説明する。すな
わちレゾルバはステータとロータとを有してお
り、このステータの２相巻線にそれぞれ90°位相
差の２相交流電流を流すと、ロータ巻線には位相
変調されたsin（θ＋θr）なる誘起電圧が発生す
る。ここで、θrはロータ回転角である。

そして、この電圧信号sin（θ＋θr）より位相信
号θrを抽出すれば、ロータ回転角θrを検出するこ
とができ、更にこれを時間微分すれば、dθr／dt
となりロータ回転速度を検出することができる。

第３図に従来のレゾルバ式回転角検出装置例を
示す。この第３図において、１はクロツク発振
器、２はカウンタ、３はカウンタ出力のインクリ
メンタルデータ（又はデクリメンタルデータ）に
基づきsinθ，cosθの２相交流出力を発生する回路
で、この回路３は、カウンタ２からのデジタル信
号に相応するスイツチパターンを２相のパルス幅
変調（PWM）正弦波信号の形で予め記録されて
いるデコーダと、sinθ，cosθ相当のPWM信号に
より高速で動作してPWM波形から成る90°位相差
の２相交流電流を出力するスイツチ回路とで構成
されている。このようにして、発振器１、カウン
タ２ならびにデコーダおよびスイツチ回路から成
る２相交流発生回路３で、レゾルバを励振するた
め相互に90°の位相差を有する２相交流電流を生
成するための２相励振回路を構成する。

また、第３図において、５はレゾルバロータ４
Ｂ（このレゾルバロータ４Ｂには回転トランスを
含む）に誘起された位相変調された電圧を検出す
る誘起電圧信号検出ラインで、この誘起電圧信号
検出ライン５には、波形整形回路６が接続されて
いる。この波形整形回路６は位相変調された正弦
波sin（θ＋θr）を矩形波に整形するもので、この
波形整形回路６には、この波形整形回路６の出力
信号の360°毎のエツジでカウンタ２の出力デジタ
ル値をラツチして回転角θr情報を検出するラツチ
回路７が接続されている。

なお、４Ａは２相励振型のレゾルバの固定子
（ステータ）である。

また、８はラツチ回路７からの回転角θrデータ
を取り込んで回転角θr情報をそのまま取り出すと
ともに時間微分して回転速度を求めるマイコン
（マイクロコンピユータ）である。

上述の構成により、２相交流発生回路３から
90°位相差の２相交流電流（励振波）がレゾルバ
ステータ４Ａへ供給されると、レゾルバロータ４
Ｂにはロータの回転角で位相変調された信号sin
（θ＋θr）が帰還信号として誘起される。その後
はこのレゾルバの帰還信号のゼロクロス点で、カ
ウンタ出力θをラツチすることが行なわれ、これ
により励振波sinθ，cosθと帰還波sin（θ＋θr）と
の位相差θrがラツチ回路７からデジタルデータで
出される。このθrデータをマイコン８にて取り込
み微分して回転速度を得るとともに、そのままで
回転角θrのフイードバツク用として使用すること
が行なわれる。なお、参考までにθと帰還信号の
１波長毎のエツジ、そしてθrとの関係をタイムチ
ヤートで示すと、第４図ａ〜ｃのようになる。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来のレゾルバ式回
転角検出装置では、帰還信号の１波長毎でしか、
回転角θrのフイードバツクデータを更新すること
ができない。そこで、励振用周波数を高くして、
帰還周波数を高くすることも考えられるが、これ
では位相差の時間幅をクロツクで計数するデータ
の分解能が低下するという問題点がある。

本考案はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、レゾルバロータの回転角の分解能
を低下させることなく、サンプリング周波数を高
めて、制御の応答性や精度を向上させることがで
きるようにした、レゾルバ式回転角検出装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため、本考案のレゾルバ式回転角検出装置
は、レゾルバロータに誘起される位相変調された
交流電圧を検出する信号検出ラインからの上記交
流電圧信号を矩形波信号に整形する波形整形回路
が設けられるとともに、同波形整形回路からの矩
形波信号の立上がりおよび立下がりごとにトリガ
信号を発生するトリガ信号発生回路が設けられ
て、上記トリガ信号が出力されるたびにデータを
取り込んで上記レゾルバロータの回転角を演算す
る演算手段が設けられ、同演算手段が、上記トリ
ガ信号が出力されるたびに交互にデータをラツチ
する一対のラツチ手段と、上記の各ラツチ手段で
ラツチされたデータから上記レゾルバロータの回
転角誤差分を求める誤差演算手段と、同誤差演算
手段で演算された上記回転角誤差分を上記ラツチ
手段の一方の記憶値から引いて出力する誤差補正
手段と、同誤差補正手段の出力と上記ラツチ手段
の他方の出力とを交互に切り替えて出力する切替
手段とで構成されたことを特徴としている。

［作用］ 上述の本考案のレゾルバ式回転角検出装置で
は、２相励振回路から２相交流がレゾルバのステ
ータに供給され、これによりレゾルバロータにロ
ータ回転角情報をもつた誘起交流電圧が出力され
るが、この交流電圧は波形整形回路にて矩形波信
号に整形され、その後この矩形波信号はトリガ信
号発生回路へ入力され、このトリガ信号発生回路
から上記矩形波信号の立上がりおよび立下がりご
とにトリガ信号が出力される。そして演算手段は
トリガ信号が出されるたびにデータを取り込んで
レゾルバの回転角を演算する。

このとき、波形整形回路出力ひいてはトリガ信
号発生回路出力にはレゾルバロータの回転角誤差
が含まれている可能性があるので、演算手段にお
いては、この回転角誤差分を除去することが行な
われる。すなわちトリガ信号が出力されるたびに
交互にデータをラツチする一対のラツチ手段でそ
れぞれラツチされたデータから、誤差演算手段に
よつて回転角誤差分が演算され、誤差補正手段に
より、この回転角誤差分がラツチ手段の一方の記
憶値から引いて除かれる。その後は切替手段によ
つて、誤差補正手段からの出力とラツチ手段の他
方の出力とが交互に出力される。

［考案の実施例］ 以下、図示する実施例につき本考案を具体的に
説明する。第１，２図は本考案の一実施例として
のレゾルバ式回転角検出装置を示すもので、第１
図はその演算手段の要部を示す電気回路図、第２
図はその全体構成を示す電気回路図である。まず
第２図において、１は発振器、２はカウンタ、３
は２相交流発生回路、４Ａはレゾルバステータ、
４Ｂはレゾルバロータ、５は誘起電圧信号検出ラ
イン、６は波形整形回路で、これらは第３図にお
いて説明したものと同様のものである。

ところで、本装置では、波形整形回路６からの
矩形波信号の立上がりおよび立下がりごとにトリ
ガ信号（立上がりエツジ信号）を発生するトリガ
信号発生回路９をそなえている。このトリガ信号
発生回路９としては、例えば波形整形回路６から
の信号を微分する微分回路と、負信号を正信号に
変換す絶対値回路とを組合せたものが用いられ
る。

また、カウンタ２の出力データをトリガ信号発
生回路９のトリガ出力（立上がりエツジ出力）ご
とにラツチするラツチ回路１０が設けられてお
り、これにより回転角データθrおよびθr＋π（こ
の角度データをＡとする）を検出することができ
る。さらに、このラツチ回路１０の出力を受信す
るとともにラツチされたデータがθrまたはθr＋π
のいずれかであるのかを認識するために波形整形
回路６の波形整形出力（この位相データをＢとす
る）も受信するマイコン（マイクロコンピユー
タ）１１が設けられており、このマイコン１１に
よつて回転速度dθr／dtの演算が施されたり、回
転角情報θr＋πからθrを求めたり、この回転角θr
（このθrにはラツチ回路１０から入力されて演算
を施こされていない回転角θrを含む）をサーボモ
ータにおける速度制御系のフイードバツク用とし
て出力させたりする。すなわちラツチ回路１０や
マイコン１１で、トリガ信号が出力されるたびに
データを取り込んでレゾルバロータ４Ｂの回転角
θrを演算する演算手段を構成する。

ところで、演算手段を構成するマイコン１１
は、第１図に示すごとく、矩形波信号の立上がり
および立下がりごとに、即ちトリガ信号が出力さ
れるたびに、交互にラツチ回路１０からの角度デ
ータＡ（θr，θr＋π）をラツチするラツチ手段１
２，１３を有している。なお、このラツチ手段１
２，１３のラツチタイミングの制御は波形整形回
路６からの位相データＢを若干遅らせる遅延手段
２０からのタイミング信号によつて行なわれる。
これによりラツチ手段１２にはデータθr＋πが、
ラツチ手段１３にはデータθrがそれぞれラツチさ
れる。

ここで、波形整形回路入力のオフセツト、波形
整形回路６の立上がり、立下がりの感度の差等に
よつて、現実には微小ではあるが、波形整形回路
出力は正しく180°毎にハイレベルとローレベルと
になる矩形波とはならない場合がある。すなわち
この波形整形回路６のエツジでラツチされるデー
タは、360°毎の１つのエツジで得られるデータを
仮りに真値θrとすれば、それから180°ずれた360°
毎のエツジでラツチされるデータはθr＋π＋Δθr
と表現される回転角誤差Δθrを含んでいる。

従つて、実際はラツチ手段１２には回転角誤差
Δθrを含んだθr＋π＋Δθrがラツチされる。

また、マイコン１１はラツチ手段１２，１３で
ラツチされたデータθr，θr＋π＋Δθrからレゾル
バロータ４Ｂの回転角誤差分Δθrを求める誤差演
算手段２１をそなえている。この誤差演算手段２
１は、ラツチ手段１２からのデータθr＋π＋Δθr
とラツチ手段１３からのデータθrと定数設定手段
２３からのデータπとを受けて、（θr＋π＋Δθr）
−θr−πなる演算を行なう加減算手段２２を有し
ており、この加減算手段２２からの演算結果は、
サンプラ１７を介して１次記憶手段１８へ入力さ
れ、この１次記憶手段１８で記憶されこの記憶値
が最新値として更新されるようになつている。

サンプラ１７は、ラツチ手段１３からのデータ
θrを時間微分する微分手段１５からの出力が回転
速度の絶対値で所定値以下になつたときにゼロ速
と判定してその旨の出力を出す判定手段１６から
のゼロ速判定信号を受けて閉じるもので、サンプ
ラ１７が閉じると、加減算手段２２からのデータ
が１次記憶手段１８へ入力されて１次記憶手段１
８の記憶値が更新されるようになつている。

さらに、マイコン１１は、誤差演算手段２１で
演算された回転角誤差分Δθrをラツチ手段１２の
記憶値θr＋π＋Δθrから引いて出力する誤差補正
手段２４を有している。この誤差補正手段２４
は、１次記憶手段１８からのデータΔθr、定数設
定手段２３からのデータπを加算する加算手段２
５と、この加算手段２５からの出力Δθr＋πをラ
ツチ手段１２からの出力θr＋π＋Δθrより引いて
出力する引算手段２６とをそなえている。

また、マイコン１１は、誤差補正手段２４から
の出力θrとラツチ手段１３かの出力θrとを交互に
切り替えることによりθr^*として出力する切替手
段（サンプラ１９をそなえている。すなわちこの
切替手段１９はサンプラコントローラ１４からの
180°ごとの切替信号によつて誤差補正手段２４側
とラツチ手段１３側とが交互に切り替わる。な
お、サンプラコントローラ１４は遅延手段２０か
らの信号を受けて180°ごとの切替信号を出力す
る。

また、マイコン１１は、切替手段１９の出力を
時間微分dθr^*／dtして回転速度を演算する微分手
段２７もそなえている。

上述の構成により、第２図に示す２相交流発生
回路３から90°位相差の２相交流電流がレゾルバ
ステータ４Ａに供給され、これによりレゾルバロ
ータ４Ｂにロータ回転角θrで位相変調された誘起
交流電圧sin（θ＋θr）が出力されるが、この交流
信号sin（θ＋θr）は波形整形回路６にて矩形波信
号に整形され、その後この矩形波信号はトリガ信
号発生回路９へ入力されこのトリガ信号発生回路
９から矩形波信号の立上がりおよび立下がりごと
にトリガ信号（立上がりエツジ信号）が出力され
る。このトリガ信号はラツチ回路１０へ入力さ
れ、ラツチ回路１０はこの立上がりエツジ信号
（トリガ信号）ごとにカウンタ２の出力データを
ラツチし、マイコン１１はこのラツチ回路１０か
らの回転角データθr，θr＋πと波形整形回路６か
らの出力とを受けて、回転速度dθr／dtを演算し
たり、回転角情報θr＋πからの回転角θrを求めた
りする。このとき帰還信号の１波長につき２回回
転角θrデータをマイコン１１は認識できるので、
フイードバツクのサンプル周波数を１回のサンプ
ルデータの分解能を落すことなく、２倍にするこ
とができ、これによりサーボモータ制御系の応答
がほぼ２倍に向上する。また回転角情報θrの差分
をとつて速度を演算する場合におけるΔθr／Δtの
Δtが1/2になり、これにより等価的に速度の分解
能が２倍となつて、その結果制御精度をあげるこ
とができる。すなわち、レゾルバの帰還信号の半
波毎にマイコン１１に信号を取り込み、かつ回転
角情報θrまたはθr＋πのいずれかの認識信号もマ
イコン１１に取り込み、ソフト的にθr＋πをθrに
変換し、結果として回転角θrデータを半波毎にサ
ンプルすることができるので、上記制御系の応答
速度を２倍にしたり、回転速度演算の際の分解能
を２倍にしたりすることができ、制御応答性や制
御精度を向上できるのである。

ところで、波形整形回路出力ひいてはトリガ信
号発生回路出力にはレゾルバロータ４Ｂの回転角
誤差Δθrが含まれている可能性があるので、マイ
コン１１においては、この回転角誤差分Δθrを除
去することが行なわれる。すなわち位相データＢ
の180°ごとに交互に角度データＡをラツチするラ
ツチ手段１２，１３でそれぞれラツチされた角度
データθr，θr＋π＋Δθrから、誤差演算手段２１
によつて回転角誤差分Δθrが演算され、誤差補正
手段２４により、この回転角誤差分Δθrがラツチ
手段１２の記憶値からち引いて除かれる。

その後は切替手段１９によつて、誤差補正手段
２４の出力とラツチ手段１３の出力とが交互に出
力される。

なお、誤差演算手段２１の１次記憶手段１８で
行なわれる回転角誤差分の記憶の更新は、回転速
度がゼロ速に相当するときに行なわれ、回転時は
Δθrの更新は行なわず、記憶されたΔθrに基づい
て補正が行なわれる。すなわち今、レゾルバのロ
ータ４Ｂが静止している時は、励振信号と帰還信
号との位相差は静止し、一定値を保持しているは
ずである。したがつて静止状態では帰還信号が理
想の正弦波交流（オフセツトがない）で、且つ波
形整形回路６も理想の動作をするならば、180°毎
に第２図の回路で交互に180°毎に検出される角度
データθr，θr＋π，θr，θr＋π…は正しくπの角
度差を有するはずである。そして、第１図に示す
回路において、サンプラ１７がゼロ以外のサンプ
ル値をサンプルした場合、前記理由によりそれは
回路のオフセツト遅れ等により生成した誤差角
Δθrに他ならない。したがつてこのΔθrをゼロ速
時に記憶し、この誤差角Δθrを回転時にθr＋π＋
Δθrのデータすなわち２つのラツチ手段１２，１
３から除くことにより、誤差角Δθrの補正が可能
となるのである。

なお、誤差角Δθrはこのハード回路固有のもの
であり、温度等により時間的に変動する要因も含
まれるので、静止時のΔθrでもつて、他の時の
Δθrとするのは、100％正しくはない。しかしな
がら、温度変動以外の時間に対し固定の誤差要素
が支配的であるので、かかる手段で十分Δθrの補
正が実用上可能であるということができる。その
結果、正確にサンプル周波数の倍増が可能とな
り、サーボモータ制御系の応答の向上、改善、高
精度化が実現されるのである。

なお、このようなマイコン１１でのソフト処理
を適宜のハードウエアにて処理することももちろ
ん可能である。

［考案の効果］ 以上詳述したように、本考案のレゾルバ式回転
角検出装置によれば、レゾルバロータ回転角の分
解能を低下させることなく、サンプリング周波数
を正確に高めることができ、これにより制御の応
答性や精度の向上に大いに寄与しうる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本考案の一実施例としてのレゾル
バ式回転角検出装置を示すもので、第１図はその
演算手段の要部を示す電気回路図、第２図はその
全体構成を示す電気回路図であり、第３，４図は
従来のレゾルバ式回転角検出装置を示すもので、
第３図はその電気回路図、第４図はその作用を説
明するためのタイムチヤートである。 図において、１……発振器、２……カウンタ、
３……２相交流発生回路、４Ａ……レゾルバステ
ータ、４Ｂ……レゾルバロータ、５……誘起電圧
信号検出ライン、６……波形整形回路、９……ト
リガ信号発生回路、１０……ラツチ回路、１１…
…マイコン、１２，１３……ラツチ手段、１４…
…サンプルコントローラ、１５……微分手段、１
６……判定手段、１７……サンプラ、１８……１
次記憶手段、１９……切替手段（サンプラ）、２
０……遅延手段、２１……誤差演算手段、２２…
…加減算手段、２３……定数設定手段、２４……
誤差補正手段、２５……加算手段、２６……引算
手段、２７……微分手段。なお、図中、同一符号
は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. レゾルバにより回転角を検出するレゾルバ式回
   転角検出装置において、上記レゾルバを励振する
   ため相互に90°の位相差を有する２相交流を生成
   する２相励振回路と、レゾルバロータに誘起され
   る位相変調された交流電圧を検出する信号検出ラ
   インとをそなえ、同信号検出ラインからの上記交
   流電圧信号を矩形波信号に整形する波形整形回路
   が設けられるとともに、同波形整形回路からの矩
   形波信号の立上がりおよび立下がりごとにトリガ
   信号を発生するトリガ信号発生回路が設けられ
   て、上記トリガ信号が出力されるたびにデータを
   取り込んで上記レゾルバロータの回転角を演算す
   る演算手段が設けられ、同演算手段が、上記トリ
   ガ信号が出力されるたびに交互にデータをラツチ
   する一対のラツチ手段と、上記の各ラツチ手段で
   ラツチされたデータから上記レゾルバロータの回
   転角誤差分を求める誤差演算手段と、同誤差演算
   手段で演算された上記回転角誤差分を上記ラツチ
   手段の一方の記憶値から引いて出力する誤差補正
   手段と、同誤差補正手段の出力と上記ラツチ手段
   の他方の出力とを交互に切り替えて出力する切替
   手段とで構成されたことを特徴とする、レゾルバ
   式回転角検出装置。