CN111693072A - 位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位置检测装置，其构成简单且精度高。编码器(1)具备旋转检测部(11)、基准位置检测部(12)、输出部(15)、存储部(18)。旋转检测部(11)根据转子(81)的旋转位置，输出具有第一分辨率(Ri)的周期性旋转检测信号(S1)。基准位置检测部(12)检测转子(81)的旋转位置是否为给定的基准位置。在存储部(18)中，存储与旋转检测信号(S1)对应的预先设定的校正信息(19)。输出部(15)基于从旋转检测部(11)输出的旋转检测信号(S1)、基准位置检测部(12)的检测结果、存储于存储部(19)的校正信息(19)，输出具有比第一分辨率(Ri)低的第二分辨率(Rt)的周期性输出信号(S2)。

Description

位置检测装置

技术领域

本发明涉及位置检测装置，尤其涉及对应于旋转体的旋转位置而输出信号的位置检测装置。

背景技术

例如使用对应于电动机(motor)的转子等旋转体的旋转位置(旋转角度)而输出信号的位置检测装置。

例如在下述专利文献1中公开了如下内容：在行星齿轮装置中，基于旋转角度校正量，校正伺服电动机的旋转指令，从而降低旋转角度误差，所述旋转角度校正量对应于由旋转编码器等检测出的、输入时的旋转角度。

(在先技术文献)

(专利文献)

专利文献1：JP特开平9-311725号公报。

发明内容

(发明要解决的问题)

本发明的目的在于，提供具有简单构成的高精度位置检测装置。

(用于解决课题的技术方案)

为了达到上述目的，根据本发明的一个技术方案，位置检测装置具备：旋转体；旋转检测部，其根据旋转体的旋转位置，输出具有第一分辨率的周期性第一脉冲信号；基准位置检测部，其检测旋转体的旋转位置是否为给定的基准位置；存储部，其存储与第一脉冲信号对应的预先设定的校正信息；以及输出部，其基于从旋转检测部输出的第一脉冲信号、基准位置检测部的检测结果、以及存储于存储部的校正信息，输出具有比第一分辨率低的第二分辨率的周期性第二脉冲信号。

优选地，输出部基于如下定时产生第二脉冲信号的脉冲，在所述定时输出第一脉冲信号的各脉冲中的基于校正信息所确定的脉冲。

优选地，校正信息被设定为与所述旋转体在可旋转范围的整个区域中进行旋转的期间被输出的第一脉冲信号中所含的各脉冲对应。

(发明效果)

根据本发明，能够提供具有简单构成的高精度位置检测装置。

附图说明

图1是表示使用本发明的实施方式之一的编码器的电动机装置的构成的框图。

图2是表示编码器的示意性构成的框图。

图3是说明编码器的动作的时序图。

图4是说明本实施方式的第一变形例所涉及的编码器的动作的时序图。

图5是说明本实施方式的第二变形例所涉及的编码器的动作的时序图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施方式中的编码器(位置检测装置的一个例子)进行说明。

[实施方式]

图1是表示使用本发明的实施方式之一中的编码器1的电动机装置91的构成的框图。

如图1所示，电动机装置91具有编码器1、控制装置50和电动机80。电动机80基于控制装置50的控制，使转子(旋转体的一个例子)81旋转。编码器1输出与电动机80的转子81的旋转位置(旋转角度)对应的输出信号(第二脉冲信号的一个例子)S2。输出信号S2例如被输出至控制装置50，但不限于此。

控制装置50例如具有：控制部51；以及逆变电路(Inverter Circuit)52，其基于控制部51的控制，对电动机80施加驱动电压。控制部51通过进行逆变电路52的控制，从而使电动机80驱动。控制部51例如能根据从编码器1输出的输出信号S2使电动机80驱动，但不限于此。

此外，编码器1不限于这种电动机装置91，例如能与具有电刷等的电动机一起使用或者与具有旋转体的其他各种装置一起使用。

图2是表示编码器1的示意性构成的框图。

如图2所示，编码器1具有旋转检测部11、基准位置检测部12、输出部15、存储有校正信息19的存储部18。

旋转检测部11根据转子81的旋转位置，输出旋转检测信号(第一脉冲信号的一个例子)S1。旋转检测信号S1是具有第一分辨率Ri的周期性脉冲信号。即，在转子81旋转给定角度的期间，旋转检测部11输出包含第一数量的脉冲的旋转检测信号S1。旋转检测信号S1被输入至输出部15。

在本实施方式中，旋转检测部11是具有较高第一分辨率Ri的脉冲发生器。旋转检测部11例如可以是通过光学式的检测方式而检测转子81的旋转位置的部分，也可以是利用磁性方法等其他方法而检测转子81的旋转位置部分。并且，也可以构成为通过将转子81的周向位移的检测结果乘以整数而生成较高的第一分辨率Ri的脉冲信号。

基准位置检测部12检测转子81的旋转位置是否为给定的基准位置。检测结果作为基准位置信号Sp而输出并输入至输出部15。在本实施方式中，在转子81旋转一周的期间，当转子81位于给定的旋转位置时生成基准位置信号Sp的脉冲。基准位置信号Sp例如是PG信号，但不限于此。例如，基准位置信号Sp可以是从设置于电动机80的霍尔元件等输出的信号，也可以将各种信号用作基准位置信号Sp。

存储部18例如是存储器。存储部18存储与旋转检测信号S1对应的校正信息19。校正信息19如后所述，针对各编码器1而预先设定，并存储于存储部18。在校正信息19中包含与如下旋转检测信号S1中所含的各脉冲对应的信息，该旋转检测信号S1是转子81在可旋转范围的整个区域中进行旋转的期间，即，转子81旋转一周的期间被输出的信号。

输出部15基于输入的信号等输出输出信号S2。输出信号S2是具有第二分辨率Rt的周期性脉冲信号。即，在转子81旋转给定角度的期间，输出部15输出包含第二数量的脉冲的输出信号S2。

第二分辨率Rt低于第一分辨率Ri。即，在转子81旋转给定角度的期间被输出的输出信号S2中所含的脉冲的数量(第二数量)小于在该期间被输出的旋转检测信号S1中所含的脉冲的数量(第一数量)。在本实施方式中，第一分辨率Ri是分辨率Rt的数倍或数十倍，但不限于此。

在本实施方式中，输出部15基于从旋转检测部11输出的旋转检测信号S1、基准位置检测部12的检测结果即基准位置信号Sp、存储于存储部18的校正信息19，输出输出信号S2。

图3是说明编码器1的动作的时序图。

在图3中，示意性地示出在电动机80的转子81以大致恒定速度旋转的情况下由编码器1处理的信号的波形。即，在图3中，左右方向与时间对应，并且，也可谓与转子81的旋转位置对应。在图3的上侧，从上部开始示出基准位置信号Sp、校准用信号S0、旋转检测信号S1、以及输出信号S2的各自的波形。在图3的下部分，示出将校准用信号S0、旋转检测信号S1、校正信息19、以及输出信号S2的各自的波形等局部放大后的波形。

如图3的上侧所示，基准位置信号Sp是在转子81到达给定的旋转位置时，脉冲上升的信号。每当转子81旋转一周时，基准位置信号Sp的1个脉冲上升。旋转检测信号S1以及输出信号S2分别包含伴随转子81的旋转位置的变化而被周期性地输出的脉冲。

校准用信号S0具有第三分辨率Rx。在本实施方式中，校准用信号S0的第三分辨率Rx与输出信号S2的第二分辨率Rt相同，但不限于此。第三分辨率Rx优选与第二分辨率Rt相同，或比第二分辨率Rt高。

在本实施方式中，在通过基准位置信号Sp输出脉冲时，输出部15以此时的转子81的旋转位置(以下，有时将该旋转位置称为原点)为基准，基于旋转检测信号S1和校正信息19输出其后转子81旋转一周的期间的输出信号S2的脉冲。输出部15基于旋转检测信号S1的各脉冲中的、根据校正信息19所确定的脉冲被输出的定时，产生输出信号S2的脉冲。即，校正信息19是预先将用于确定如下定时的信息与旋转检测信号S1建立关联而得到的，在所述定时对输出信号S2的脉冲进行输出，输出部15基于旋转检测信号S1的脉冲，在被校正信息19确定的定时产生输出信号S2的脉冲。

更具体而言，在旋转检测信号S1的各脉冲中的、基于校正信息19所确定的脉冲被输出的期间，输出部15生成输出信号S2的脉冲。即，如图3的下侧所示，校正信息19是以原点为基准，将“0”或“1”的信息关联至旋转检测信号S1的各脉冲而得到的。输出部15以原点为基准，基于旋转检测信号S1的脉冲与校正信息19的对应关系，在与作为校正信息19的“1”相关联的旋转检测信号S1的脉冲被输出时，使输出信号S2的脉冲输出。

在图3中，针对时刻t1之前的旋转检测信号S1的脉冲，关联作为校正信息19的“0”，在输出与该“0”相关联的脉冲的期间，输出信号S2成为低电平。针对从时刻t1到时刻t2输出的旋转检测信号S1的脉冲，关联作为校正信息19的“1”，从时刻t1到时刻t2的期间，输出信号S2成为高电平。其后，从时刻t2到时刻t3的期间以及时刻t4以后，与作为校正信息19的“0”相关联的旋转检测信号S1的脉冲被输出，因此输出信号S2成为低电平。另外，从时刻t3到时刻t4的期间，与作为校正信息19的“1”相关联的旋转检测信号S1的脉冲被输出，因此输出信号S2成为高电平。换言之，从时刻t1到时刻t2的期间以及从时刻t3到时刻t4的期间，输出部15输出输出信号S2的脉冲。

在将编码器1安装于电动机80后，例如按以下方式生成校正信息19。在生成校正信息19时，使用能够根据转子81的旋转位置而输出可高精度地检测该旋转位置的校准用信号S0的装置。

首先，在将编码器1安装于电动机80的状态下，将能输出校准用信号S0的装置临时安装于电动机80。在该状态下使转子81旋转，从而得到基准位置信号Sp、旋转检测信号S1、校准用信号S0。

接下来，将旋转检测信号S1与校准用信号S0在以基准位置信号Sp的脉冲为基准进行同步的状态下进行比较。使作为校正信息的“1”对应至旋转检测信号S1的脉冲中的与校准用信号S0的脉冲对应的脉冲，并使作为校正信息的“0”对应至旋转检测信号S1的脉冲中的不与校准用信号S0的脉冲对应的脉冲。具体而言，如图3的下侧所示，在从时刻t1b到时刻t2b以及从时刻t3b到时刻t4b校准用信号S0的脉冲被输出的情况下，设定“1”作为与该期间的旋转检测信号S1的脉冲对应的校正信息，并设定“0”作为与除此以外的旋转检测信号S1的脉冲对应的校正信息。

如此，以原点为基准设定转子81旋转一周的期间的校正信息19并将该校正信息19存储于存储部18，从而能执行上述编码器1的动作。

通常，在需要准确检测转子81的旋转位置的情况下，需要高成本。例如，为了得到如角度的精度在0.01度以下的高精度的角度信息，需要使用如下的昂贵的编码器：具有每旋转一周产生36000脉冲以上的分辨率，输出的信号自身也能够稳定且高精度地输出。并且，还需要提高编码器对电动机的安装精度。并且，存在编码器的大小也变为大型的情况。

在本实施方式中，使用具有较高分辨率Ri的旋转检测信号S1，并基于预先与校准用信号S0对应设定的校正信息19，输出具有与转子81的旋转位置相应的较低分辨率Rt的输出信号S2。因此，即使旋转检测信号S1自身的精度较低，也能输出与校准用信号S0近似的高精度的输出信号S2。例如，如图3所示，输出信号S2的脉冲的边沿(上升沿或下降沿)被输出的时刻t1、t2、t3、t4与作为高精度校准用信号S0的脉冲的边沿被输出的时刻t1b、t2b、t3b、t4b之间的差异变小。在本实施方式的构成中，作为旋转检测部11，只要使用能得到具有比最终输出的输出信号S2的分辨率Rt高的分辨率Ri的旋转检测信号S1的旋转检测部即可，无需使用高精度的旋转检测部。并且，即使编码器1对电动机80的安装精度低，也能输出高精度的输出信号S2。因此，能在不使用高精度且高价的编码器的前提下，以低成本制造能输出具有需要的分辨率Rt且高精度的输出信号S2的编码器1。

校正信息19设定为与在转子81旋转一周的期间被输出的旋转检测信号S1中所含的各脉冲对应。因此，能在以原点为基准至转子81旋转一周为止的全部的区间，根据转子81的旋转位置输出高精度的输出信号S2。

此外，校正信息19不限于如上所述的形态。

图4是说明本实施方式的第一变形例所涉及的编码器1的动作的时序图。

在图4中与图3的下侧同样，示出校准用信号S0、旋转检测信号S1、校正信息19、以及输出信号S2的各自的波形等。

在第一变形例中，校正信息19如下所述与旋转检测信号S1的各脉冲建立关联：针对旋转检测信号S1的各脉冲中的与输出信号S2的脉冲的边沿(上升沿或下降沿)对应的脉冲，关联“1”，针对除此以外的脉冲，关联“0”。

在旋转检测信号S1的各脉冲中的基于校正信息19所确定的脉冲被输出的定时，输出部15生成输出信号S2的脉冲的边沿。即，在输出信号S2为低电平的情况下，在检测到相关联的校正信息19为“1”的旋转检测信号S1的脉冲时，开始输出信号S2的脉冲的输出(输出上升沿)，其后，维持高电平的输出。并且，在输出信号S2为高电平的情况下，在检测到相关联的校正信息19为“1”的旋转检测信号S1的脉冲时，结束输出信号S2的脉冲的输出(输出下降沿)，其后，维持低电平的输出。换言之，输出部15每当检测到相关联的校正信息19为“1”的旋转检测信号S1的脉冲时，对输出信号S2的电平进行切换。

即使这样，也能从编码器1输出高精度的输出信号S2，并得到与上述实施方式同样的有益效果。此外，在校正信息19中，可以区分与上升沿相关联的信息和与下降沿相关联的信息。

图5是说明本实施方式的第二变形例所涉及的编码器1的动作的时序图。

在图5中也与图3的下侧同样，示出了校准用信号S0、旋转检测信号S1、校正信息19以及输出信号S2的各自的波形等。

在第二变形例中，校正信息19是通过从原点起的脉冲的计数而确定旋转检测信号S1的各脉冲中的与输出信号S2的脉冲的边沿(上升沿或下降沿)对应的脉冲的信息。

在旋转检测信号S1的各脉冲中的基于校正信息19所确定的脉冲被输出的定时，输出部15生成输出信号S2的脉冲的边沿。即，生成输出信号S2的脉冲的边沿的定时例如可谓是对从原点起的旋转检测信号S1的脉冲进行计数而得到的数量与在校正信息19中指定的数量一致的定时。

在旋转检测信号S1的各脉冲中的输出信号S2为低电平的情况下，在检测到通过校正信息19所确定的旋转检测信号S1的脉冲时，输出部15开始输出信号S2的脉冲的输出(输出上升沿)，其后，维持高电平的输出。并且，在输出信号S2为高电平的情况下检测到通过校正信息19所确定的旋转检测信号S1的脉冲时，结束输出信号S2的脉冲的输出(输出下降沿)，其后，维持低电平的输出。换言之，每当从原点起的旋转检测信号S1的脉冲的计数成为通过校正信息19所指定的数量时，输出部15对输出信号S2的电平进行切换。

即使这样，也能从编码器1输出高精度的输出信号S2，得到与上述实施方式同样的有益效果。此外，在校正信息19中可以区分用于确定上升沿的信息与用于确定下降沿的信息。

[其他]

不限于上述实施方式的构成本身，也可以将上述实施方式的一部分组成部分适当变更或置换。另外，也可以将上述实施方式中的一部分组成部分、功能省略。

编码器不限于绝对型，也可以是增量型。在增量型的编码器中也以旋转体旋转一周的期间在给定的旋转位置生成的基准位置信号为基准，与上述同样，能得到高精度的输出信号。

也可以基于第一脉冲信号以及校正信息进行对将第一脉冲信号间隔剔除的脉冲的校正。校正信息可以是经间隔剔除的信息，可以是如下构成：在间隔剔除校正的期间，每当进行一定计数时，输出第二脉冲信号。通过对经间隔剔除的脉冲进行校正，能抑制输出第二脉冲信号的输出部的处理速度(处理能力)。即，能廉价地构成。

编码器不限于在电动机中使用，还能在具有旋转体的各种装置中使用。

应该认为，上述实施方式在全部层面只是例示，并非限制。本发明的范围不是由上述说明示出，而是由权利要求的范围示出，旨在包含与权利要求的范围等效的含义以及范围内的全部变更。

(标号说明)

1 编码器(位置检测装置的一个例子)；

11 旋转检测部；

12 基准位置检测部；

15 输出部；

18 存储部；

19 校正信息；

80 电动机；

81 转子(旋转体的一个例子)；

91 电动机装置；

S1 旋转检测信号(第一脉冲信号的一个例子)；

S2 输出信号(第二脉冲信号的一个例子)；

Sp 基准位置信号。

Claims (3)

1.一种位置检测装置，其特征在于，具备：

旋转体；

旋转检测部，其根据所述旋转体的旋转位置，输出具有第一分辨率的周期性的第一脉冲信号；

基准位置检测部，其检测所述旋转体的旋转位置是否为给定的基准位置；

存储部，其存储与所述第一脉冲信号对应的预先设定的校正信息；

输出部，其基于从所述旋转检测部输出的第一脉冲信号、所述基准位置检测部的检测结果、存储于所述存储部的校正信息，输出具有比所述第一分辨率低的第二分辨率的周期性的第二脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，

所述输出部基于如下定时产生所述第二脉冲信号的脉冲，在所述定时输出所述第一脉冲信号的各脉冲中的、基于所述校正信息而被确定的脉冲。

3.根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其中，

所述校正信息被设定为与所述旋转体在可旋转范围的整个区域中进行旋转的期间所输出的所述第一脉冲信号中所含的各脉冲对应。

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