JP2002267496A

JP2002267496A - 回転軸の回転方向判別装置

Info

Publication number: JP2002267496A
Application number: JP2001072018A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Nakajima; 洋一郎中島; Shigeru Ito; 茂伊藤
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電動機の回転子の回転角を絶対角として検出
し、１回転して回転角検出信号を初期値にリセットする
回転角検出センサを用い、回転軸の回転角を検出すると
ともに回転方向を判定する。【解決手段】回転方向判別装置４は、回転角検出セン
サ３から出力された回転位置信号の現在値と前回値との
差分ｄθを算出する。そして、ＡＢＳ（ｄθ）（差分ｄ
θの絶対値）を所定の基準値Ａと比較する。回転位置信
号が初期値にリセットされれば、ＡＢＳ（ｄθ）は所定
の基準値Ａ以上となる。従って、差分ｄθが負であって
もＡＢＳ（ｄθ）が所定の基準値Ａ以上となれば、回転
子２が正転していると判定し、差分ｄθが正であっても
ＡＢＳ（ｄθ）が所定の基準値Ａ以上となれば、回転子
２は逆転していると判定する。また、差分ｄθが０のと
き、回転子２は停止していると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の回転方向
判別装置に関し、特に、回転軸の回転角を絶対角として
検出し、回転角検出信号を１回転毎に初期値にリセット
するタイプの回転角検出手段を用い、出力された回転角
検出信号に基づいて回転軸の回転方向を判別することが
できる回転軸の回転方向判別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機等のような回転軸の回転角を検出
する回転角検出センサには、例えば、レゾルバやアブソ
リュートエンコーダのように、回転角を、所定原点から
の絶対角として検出するタイプのものと、例えば、イン
クリメンタルエンコーダのように、回転角を、ある角度
からの相対角として検出するタイプのものと、がある。

【０００３】電動機等のような回転軸の回転方向を判別
するには、従来より、後者のタイプの回転角検出センサ
が用いられている。即ち、電動機のような回転体の回転
軸に、このタイプの回転角検出センサが取り付けられ
る。この回転角検出センサからは、Ａ相出力信号とＢ相
出力信号とが一定の位相差（例えば、９０度）をもって
出力され、Ｚ相出力信号が１回転につき１パルス出力さ
れる。このＡ相出力信号、Ｂ相出力信号及びＺ相出力信
号に基づいて回転方向、回転停止、回転位置の零点が判
別される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、巻き上げ機
のように、回転軸の回転角を原点からの絶対角として検
出するとともに、回転方向を変えつつ回転制御を行うよ
うな場合には、この回転角検出センサは不向きである。
従って、このような用途では、回転角を原点からの絶対
角として検出する回転角検出センサを用いる必要があ
る。

【０００５】しかし、このタイプの回転角検出センサで
は、回転軸が１回転して原点に戻ったとき、回転角検出
信号は初期値にリセットされてしまう。このように回転
角検出信号が初期値にリセットされてしまうと、回転角
検出信号が増加する方向に回転して原点を通過したと
き、回転角検出信号は減少する。一方、回転角検出信号
が減少する方向に回転して原点を通過したとき、回転角
検出信号は増加する。このようなとき、回転角検出信号
の前回値と今回値との差分を算出して回転方向を判別し
ようとしても、その差分の正負が逆になり、回転軸の回
転方向を誤って判定してしまう。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、回転軸の回転角を絶対角として検出
する回転角検出手段を用い、回転軸の回転角を検出する
とともに、１回転して回転角検出信号が初期値にリセッ
トされたとしても回転方向を正しく判別できるような回
転軸の回転方向判別装置を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、回転角を絶対角として検
出する回転角検出手段を用いた場合でも、回転軸の回転
停止を判別できるような回転軸の回転方向判別装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の回転軸の回転方向判別装置は、回転軸の回
転角を絶対角として検出し、検出した回転角を示す回転
角検出信号を１回転毎に初期値に設定して出力する回転
角検出手段を用い、当該回転角検出手段から出力された
回転角検出信号に基づいて、回転軸の回転方向を判別す
る回転軸の回転方向判別装置において、所定周期毎に、
前記回転角検出手段から出力された回転角検出信号の前
回値と今回値との差分を算出する差分算出手段と、前記
差分算出手段によって算出された差分の絶対値を所定の
基準値と比較し、当該差分の絶対値が前記基準値以上に
なったとき、回転角検出信号が初期値にリセットされた
と判定するリセット判定手段と、前記差分算出手段によ
って算出された差分及び前記リセット判定手段による判
定結果に基づいて回転軸の回転方向を判定する回転方向
判定手段と、を備えたものである。

【０００９】このような構成によれば、回転軸が１回転
して回転角検出手段から出力された回転角検出信号が初
期値にリセットされたとき、差分算出手段によって算出
された差分の絶対値は所定の基準値以上となる。従っ
て、差分の絶対値を所定の基準値と比較することによ
り、回転角検出信号が初期値にリセットされたか否かを
判別でき、回転角検出信号のリセットを判別できれば、
回転角検出信号の差分の正負に基づいて回転方向を正し
く判別できる。

【００１０】前記リセット判定手段は、所定の基準値
を、数式２に基づいて設定するように構成されたもので
あってもよい。

【数２】ＡＢＳ（ｄθ）max＜Ａ＜θfull−ＡＢＳ（ｄθ）max 但し、Ａ：所定の基準値ｄθ：差分算出手段によって算出された差分ＡＢＳ（ｄθ）max：差分ｄθの絶対値の最大値 θfull：回転角検出信号の最大値

【００１１】また、前記回転角検出手段から出力される
回転角検出信号が増加する回転方向を正方向、回転角検
出信号が減少する回転方向を逆方向とし、前記回転方向
判定手段は、回転角検出信号が初期値にリセットされて
いないと判定されたときに、回転角検出信号の差分が正
のとき、正方向に回転軸が回転し、回転角検出信号の差
分が負のときは、逆方向に回転軸が回転していると判定
し、回転角検出信号が初期値にリセットされたと判定さ
れたときに、回転角検出信号の差分が正のとき、逆方向
に回転軸が回転し、回転角検出信号の差分が負のとき、
正方向に回転軸が回転していると判定するように構成さ
れてもよい。

【００１２】また、前記差分算出手段によって算出され
た回転角検出信号の差分が所定値未満のとき、回転軸の
回転は停止していると判定する回転停止判定手段を備え
るようにしてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
回転軸の回転方向判別装置を図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る回転軸の回転方向判別装置
の構成を示すブロック図である。

【００１４】電動機１の回転子２には、回転角検出セン
サ３が取り付けられている。この電動機１は、例えば、
回転方向を変えつつ回転制御が行われる巻き上げ機に用
いられるものであり、直流電動機でも交流電動機でもよ
い。この電動機１は、電動機１への通電方法を切り換え
ることで正転、逆転のどちらにも回転駆動される。

【００１５】回転角検出センサ３は、例えば、レゾルバ
やアブソリュートエンコーダのように、電動機１の回転
子２の回転角を原点からの絶対角として検出するタイプ
のセンサであり、回転角の検出信号として回転位置信号
を出力する。

【００１６】本実施の形態に係る回転軸の回転方向判別
装置４は、この回転角検出センサ３に接続されている。
この回転軸の回転方向判別装置４は、回転角検出センサ
３から出力された回転位置信号に基づいて回転子２の回
転方向を判別するものであり、結果として、回転方向を
判別するための回転方向判別信号、回転位置信号が初期
値にリセットされたことを示す回転位置リセット信号、
回転子２の回転が停止したことを示す回転停止信号を出
力する。また、この回転軸の回転方向判別装置４は、Ｃ
ＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read On
ly Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、
を備えて構成されている（図示せず）。

【００１７】ＣＰＵは、回転子２の回転方向の判別処理
を行うためのものであり、ＲＯＭは、ＣＰＵによって実
行されるプログラムを格納しておくためのメモリであ
り、ＲＡＭは、プログラムの実行に必要なデータを一時
格納しておくためのためのメモリである。

【００１８】次に、本実施の形態に係る回転軸の回転方
向判別装置４の動作を説明する。図２は、本実施の形態
に係る回転軸の回転方向判別装置４の動作を示すフロー
チャートである。電動機１の回転子２の回転角は、回転
角検出センサ３によって検出され、回転角検出センサ３
から回転位置信号が出力される。

【００１９】回転方向判別装置４のＣＰＵは、回転角検
出センサ３から出力された回転位置信号の現在値θnと
前回値θn-1との差分ｄθを計算する（ステップＳ１
１）。尚、回転角は、電動機１の回転周期よりもかなり
短い周期で検出され、回転位置信号は、例えば、電動機
１の回転軸が１回転する間に例えば、数千回程度、出力
される。

【００２０】次に、ＣＰＵは、回転角の現在値θnを、
次回処理のため、前回値θn-1に代入する（ステップＳ
１２）。次に、ＣＰＵは、差分ｄθが正であるか否かを
判定し（ステップＳ１３）、さらに差分ｄθ＝０である
か否かを判定する（ステップＳ１４）。回転子２の回転
が停止しているときは、差分ｄθは０となる。従って、
差分ｄθ＝０のとき、ＣＰＵは、回転子２の回転が停止
していると判定し、回転停止信号を出力する（ステップ
Ｓ１５）。

【００２１】ステップＳ１４において、差分ｄθが０で
はないと判定したときは、ＣＰＵは、差分ｄθの絶対値
（以後、「ＡＢＳ（ｄθ）」と記す。）を所定の基準値
Ａと比較する（ステップＳ１６）。

【００２２】この比較は、回転位置信号が初期値にリセ
ットされたか否かを判別するためのものある。図３は、
回転子２の実際の回転角と回転角検出センサ３から出力
された回転位置信号との関係を示す説明図である。尚、
ここでは、回転角検出センサ３から出力される回転位置
信号が増加する回転方向を正方向、そのときの回転子２
の回転を正転とし、回転位置信号が減少する回転方向を
負、そのときの回転子２の回転を逆転とする。従って、
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ回転子２の正転時、逆
転時を示す図となる。尚、通常、時計回りを正転、反時
計回りを逆転とする。

【００２３】回転子２が正転しているとき、図３（ａ）
に示すように、回転角検出センサ３から出力された回転
位置信号の値はカウントアップされ、１回転して原点に
戻ったとき、回転位置信号は、初期値として０にリセッ
トされる。

【００２４】また、回転子２が逆転しているとき、図３
（ｂ）に示すように、回転位置信号の値はカウントダウ
ンされ、１回転して原点に戻ったとき、回転位置信号
は、初期値として回転角検出センサ３のフルスケール値
であるθfullにリセットされる。

【００２５】従って、回転角検出センサ３から出力され
た回転位置信号の値がリセットされなければ、回転子２
が正転しているときの差分ｄθ（図３（ａ）のｄθ１）
は正となり、回転子２が逆転しているときの差分ｄθ
（図３（ｂ）のｄθ１）は負となる。

【００２６】しかし、回転位置信号の値がリセットされ
たとき、回転子２の回転方向と差分ｄθの正負は逆にな
る。即ち、回転子２の正転時に回転位置信号の値がリセ
ットされれば、差分ｄθは負（図３（ａ）のｄθ２）と
なり、回転子２の逆転時に回転位置信号の値がリセット
されれば、差分ｄθは正（図３（ｂ）のｄθ２）とな
る。

【００２７】回転位置信号の値がリセットされたとき、
回転角の現在値θnは、前回値θn-1と比較して大きく変
化する。従って、差分ｄθの正負及び差分の値に基づい
て、回転子２の回転方向及び回転位置信号がリセットさ
れたか否かを判別できる。

【００２８】基準値Ａは、回転位置信号が初期値にリセ
ットされたか否かを判別するための値であり、次の数式
３に従って設定される。

【数３】ＡＢＳ（ｄθ）max＜Ａ＜θfull−ＡＢＳ（ｄθ）max 尚、ＡＢＳ（ｄθ）max：差分ｄθの絶対値の最大値で
あり、ＡＢＳ（ｄθ）maxは、回転角検出センサ３の分
解能、電動機１の最高回転数、回転子位置の検出周期に
基づいて設定される。

【００２９】図３（ａ）に示すように、回転位置信号の
前回値、現在値がそれぞれθn-1、θnになったとき、差
分ｄθ１は正となり、ＡＢＳ（ｄθ）は基準値Ａ未満と
なる。このとき、ＣＰＵは、回転子２が正転していると
判定して回転方向判別信号FL_CCWに０をセットする（ス
テップＳ１７）。

【００３０】そして、回転位置信号は０にリセットされ
ていないので、回転位置リセット信号に０をセットする
（ステップＳ１８）。ＣＰＵは、この回転方向判別信号
FL_CCW及び回転位置リセット信号を出力する。

【００３１】一方、回転位置信号の前回値、現在値がそ
れぞれθm-1、θmになったとき、差分ｄθ２は負となる
ので、ＣＰＵは、ステップＳ１３においてステップＳ２
０に分岐し、ＡＢＳ（ｄθ）を基準値Ａと比較した結
果、ＡＢＳ（ｄθ）が基準値Ａ以上となるので、ステッ
プＳ２０においてステップＳ２１に分岐する。

【００３２】このとき、ＣＰＵは、回転子２が正転して
いると判定して回転方向判別信号FL_CCWに０をセットし
（ステップＳ２１）、回転位置信号が０にリセットされ
たと判定して回転位置リセット信号に１をセットする
（ステップＳ２２）。そして、ＣＰＵは、この回転方向
判別信号FL_CCW及び回転位置リセット信号を出力する。

【００３３】ＣＰＵは、ステップＳ１３において、ｄθ
が負になったときも、ＡＢＳ（ｄθ）を所定の基準値Ａ
と比較する（ステップＳ２０）。図３（ｂ）に示すよう
に、回転位置信号の前回値、現在値がそれぞれθn-1、
θnになったとき、差分ｄθ１は負となり、ＡＢＳ（ｄ
θ）は基準値Ａ未満となるので、ＣＰＵは、回転子２が
逆転していると判定して回転方向判別信号FL_CCWに１を
セットし（ステップＳ２３）、回転位置信号はθfullに
リセットされていないので、回転位置リセット信号に０
をセットする（ステップＳ１８）。そして、ＣＰＵは、
この回転方向判別信号FL_CCW及び回転位置リセット信号
を出力する。

【００３４】一方、回転位置信号の前回値、現在値がそ
れぞれθm-1、θmになったとき、差分ｄθ２は正となる
ので、ＣＰＵは、ステップＳ１３においてステップＳ１
４に分岐し、さらにステップＳ１４においてステップＳ
１６に分岐する。そして、ＣＰＵは、ＡＢＳ（ｄθ）を
所定の基準値Ａと比較した結果、ＡＢＳ（ｄθ）が基準
値Ａ以上となるので、ステップＳ１６において、ステッ
プＳ１９に分岐する。

【００３５】このとき、ＣＰＵは、回転子２が逆転して
いると判定して回転方向判別信号FL_CCWに１をセットし
（ステップＳ１９）、回転位置信号がθfullにリセット
されたと判定して回転位置リセット信号に１をセットす
る（ステップＳ２２）。そして、ＣＰＵは、この回転方
向判別信号FL_CCW及び回転位置リセット信号を出力す
る。

【００３６】電動機１の回転子２の回転方向、回転位置
信号のリセットは、この回転方向判別装置４から出力さ
れた回転方向判別信号FL_CCW、回転位置リセット信号に
基づいて判別される。

【００３７】即ち、回転位置リセット信号が０であり、
回転方向判別信号FL_CCWが０のとき、回転位置信号は０
にリセットされずに電動機１の回転子２は正転している
ことになる。

【００３８】また、回転位置リセット信号が１であり、
回転方向判別信号FL_CCWが０のときは、電動機１の回転
子２は正転し、回転位置信号は０にリセットされたこと
になる。

【００３９】また、回転位置リセット信号が０であり、
回転方向判別信号FL_CCWが１のときは、回転位置信号は
θfullにリセットされずに電動機１の回転子２は逆転し
ていることになる。

【００４０】また、回転位置リセット信号が１であり、
回転方向判別信号FL_CCWが１のときは、電動機１の回転
子２は逆転し、回転位置信号はθfullにリセットされた
ことになる。

【００４１】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、電動機１の回転子２の回転角を絶対角として検出す
る回転角検出センサ３を用い、この回転角検出センサ３
から出力された回転位置信号に基づいて、回転位置信号
がリセットされたか否かを判定し、かつＡＢＳ（ｄθ）
を所定の基準値Ａと比較することにより、回転子２の回
転角を原点からの絶対角として検出するとともに、回転
子２が正転しているのか、逆転しているのか、あるいは
停止しているのかを正しく判別することができ、回転角
の誤検出を防止することができる。

【００４２】尚、本発明を実施するにあたっては、種々
の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものでは
ない。例えば、上記実施の形態では、電動機１は、巻き
上げ機に用いられるものとして説明したが、これに限ら
れるものではなく、どのような電動機でもよい。

【００４３】また、回転軸は、このような電動機１の回
転子２に限られるものではなく、例えば、発電機の軸、
あるいは、動力を伝達する伝達軸等であってもよい。ま
た、上記実施の形態では、差分ｄθ＝０のとき、回転子
２の回転が停止していると判定するようにしたが、差分
ｄθが０にならなくても所定値未満になったときに、回
転が停止したと判定するようにしてもよい。さらに、Ａ
ＢＳ（ｄθ）を基準値Ａと比較してから差分ｄθの正負
を判別するようにすることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る回転
軸の回転方向判別装置によれば、回転軸の回転角を絶対
角として検出する回転角検出手段を用いて、回転軸の回
転方向を正しく判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る回転軸の回転方向判
別装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る回転軸の回転方向判
別装置の動作を示すフローチャートである。

【図３】図１の回転子の実際の回転角と回転角検出セン
サから出力された回転位置信号との関係を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１電動機２回転子３回転角検出センサ４回転方向判別装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の回転角を絶対角として検出し、検
出した回転角を示す回転角検出信号を１回転毎に初期値
に設定して出力する回転角検出手段を用い、当該回転角
検出手段から出力された回転角検出信号に基づいて、回
転軸の回転方向を判別する回転軸の回転方向判別装置に
おいて、所定周期毎に、前記回転角検出手段から出力された回転
角検出信号の前回値と今回値との差分を算出する差分算
出手段と、前記差分算出手段によって算出された差分の絶対値を所
定の基準値と比較し、当該差分の絶対値が前記基準値以
上になったとき、回転角検出信号が初期値にリセットさ
れたと判定するリセット判定手段と、前記差分算出手段によって算出された差分及び前記リセ
ット判定手段による判定結果に基づいて回転軸の回転方
向を判定する回転方向判定手段と、を備えたことを特徴
とする回転軸の回転方向判別装置。
【請求項２】前記リセット判定手段は、所定の基準値
を、数式１に基づいて設定するように構成されたことを
特徴とする請求項１に記載の回転軸の回転方向判別装
置。【数１】ＡＢＳ（ｄθ）max＜Ａ＜θfull−ＡＢＳ（ｄθ）max 但し、Ａ：所定の基準値ｄθ：差分算出手段によって算出された差分ＡＢＳ（ｄθ）max：差分ｄθの絶対値の最大値 θfull：回転角検出信号の最大値
【請求項３】前記回転角検出手段から出力される回転角
検出信号が増加する回転方向を正方向、回転角検出信号
が減少する回転方向を逆方向とし、前記回転方向判定手段は、回転角検出信号が初期値にリ
セットされていないと判定されたときに、回転角検出信
号の差分が正のとき、正方向に回転軸が回転し、回転角
検出信号の差分が負のときは、逆方向に回転軸が回転し
ていると判定し、回転角検出信号が初期値にリセットされたと判定された
ときに、回転角検出信号の差分が正のとき、逆方向に回
転軸が回転し、回転角検出信号の差分が負のとき、正方
向に回転軸が回転していると判定するように構成された
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸の回転
方向判別装置。
【請求項４】前記差分算出手段によって算出された回転
角検出信号の差分が所定値未満のとき、回転軸の回転は
停止していると判定する回転停止判定手段を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回
転軸の回転方向判別装置。