JP2009276325A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの出力軸等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of an output shaft or the like of a motor.
例えば、電動パワーステアリング装置では、車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源としてブラシレスモータが用いられている。このブラスレスモータは、ロータの回転むらに起因するトルクリップル等を防止するため、ロータの回転角度に応じてモータを流れる電流を適切に制御する必要がある。そこで、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置には、ロータの回転角度を検出するためのレゾルバが備えられ、このレゾルバによって検出された回転角度に基づいてモータを流れる電流値が適切に設定されている。
また、モータを流れる電流値は操舵トルクをも考慮して設定されており、この操舵トルクを検出するトルク検出装置には、操舵軸の捩れ角を検出するためのレゾルバを備えたものがある。
For example, in an electric power steering apparatus, a brushless motor is used as a generation source of a steering assist force to be applied to a vehicle steering mechanism. This brassless motor needs to appropriately control the current flowing through the motor in accordance with the rotation angle of the rotor in order to prevent torque ripple and the like due to uneven rotation of the rotor. Therefore, the motor control device that controls the brushless motor is provided with a resolver for detecting the rotation angle of the rotor, and the value of the current flowing through the motor is appropriately set based on the rotation angle detected by the resolver. .
Further, the value of the current flowing through the motor is set in consideration of the steering torque, and some torque detection devices for detecting the steering torque include a resolver for detecting the twist angle of the steering shaft.
一般に、レゾルバには、正弦波からなる励磁信号が入力され、この励磁信号により、90°位相の異なる2相の検出信号(sin信号、cos信号)が被検出体の回転角度に応じて出力される。2相の検出信号は、それぞれ1周期につき複数回(例えば4回)サンプリングされてA/D変換器によりA/D変換される。そして、A/D変換器によって変換された複数のサンプリング値をもとに、最小二乗法等の手法を用いて検出信号の振幅(最大値、最小値)がマイクロコンピュータによって演算で求められ、この振幅からロータ等の回転角度が演算で求められる。 Generally, an excitation signal consisting of a sine wave is input to the resolver, and a two-phase detection signal (sin signal, cos signal) having a 90 ° phase difference is output according to the rotation angle of the detected object. The The two-phase detection signals are sampled a plurality of times (for example, four times) for each period and A / D converted by the A / D converter. Then, based on a plurality of sampling values converted by the A / D converter, the amplitude (maximum value, minimum value) of the detection signal is calculated by a microcomputer using a method such as a least square method, From the amplitude, the rotation angle of the rotor or the like is obtained by calculation.
なお、被検出体の回転角度を検出するためのレゾルバとして、例えば特許文献1に記載されたものが公知である。
レゾルバから出力された2相の検出信号は、励磁信号の発振タイミングに応じたタイミングで複数回サンプリングされる。しかし、励磁信号と検出信号とは、レゾルバに関連する部品の特性のバラツキや温度特性等が原因で位相差が生じることがあり、励磁信号と検出信号とに位相差が生じると、検出信号に対するサンプリングのタイミングにもずれが生じる。
一方、励磁信号は理想的な正弦波ではなく歪み成分を含んでいるため、サンプリングのタイミングのずれが励磁信号の歪み成分の影響を受け、サンプリング値をもとに演算される検出信号の振幅や、この振幅をもとに演算される回転角度に誤差が生じるという問題がある。ブラシレスモータのロータの回転角度検出装置にレゾルバを用いた場合、回転角度の誤差はトルクリップルの増大や制御音の発生の原因となり、操舵トルク検出装置にレゾルバを用いた場合、操舵軸の捩れ角の誤差はトルク検出精度の低下に原因になる。
また、従来のレゾルバは、検出信号を1周期につき複数回サンプリングし、そのサンプリング値から演算で検出信号の振幅を求めているため、マイクロコンピュータの演算負荷が大きくなるという問題もある。
The two-phase detection signal output from the resolver is sampled a plurality of times at a timing corresponding to the oscillation timing of the excitation signal. However, there may be a phase difference between the excitation signal and the detection signal due to variations in the characteristics of components related to the resolver, temperature characteristics, etc. If a phase difference occurs between the excitation signal and the detection signal, There is also a deviation in sampling timing.
On the other hand, since the excitation signal includes a distortion component instead of an ideal sine wave, the deviation of the sampling timing is affected by the distortion component of the excitation signal, and the amplitude of the detection signal calculated based on the sampling value There is a problem that an error occurs in the rotation angle calculated based on this amplitude. When a resolver is used for the rotor rotation angle detection device of a brushless motor, an error in the rotation angle causes an increase in torque ripple and generation of control noise. When a resolver is used for the steering torque detection device, the twist angle of the steering shaft This error is caused by a decrease in torque detection accuracy.
In addition, since the conventional resolver samples the detection signal a plurality of times per cycle and obtains the amplitude of the detection signal by calculation from the sampled value, there is also a problem that the calculation load of the microcomputer increases.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、検出信号の最大値と最小値とが励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くし、回転角度の誤差を小さくすることができる回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the maximum value and the minimum value of the detection signal are less affected by the phase difference between the excitation signal and the detection signal and the distortion component of the excitation signal. An object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of reducing an angle error.
本発明の回転角度検出装置は、励磁信号の入力により90°位相が異なる2相の検出信号を被検出体の回転角度に応じて出力するレゾルバと、レゾルバから出力された各検出信号の最大値を保持するピークホールド回路と、レゾルバから出力された各検出信号の最小値を保持するボトムホールド回路と、ピークホールド回路及びボトムホールド回路により保持された各検出信号の最大値及び最小値をそれぞれA/D変換するA/D変換部と、前記A/D変換部によってA/D変換された各検出信号の最大値及び最小値から被検出体の回転角度を求める角度演算部と、を備えていることを特徴とする。 The rotation angle detection device of the present invention includes a resolver that outputs a two-phase detection signal having a phase difference of 90 ° according to the input of an excitation signal in accordance with the rotation angle of the detection target, and the maximum value of each detection signal output from the resolver. A peak hold circuit for holding the signal, a bottom hold circuit for holding the minimum value of each detection signal output from the resolver, and a maximum value and a minimum value of each detection signal held by the peak hold circuit and the bottom hold circuit, respectively. An A / D conversion unit that performs D / D conversion, and an angle calculation unit that obtains the rotation angle of the detected object from the maximum value and the minimum value of each detection signal A / D converted by the A / D conversion unit. It is characterized by being.
この構成によれば、レゾルバから出力された検出信号は、ピークホールド回路及びボトムホールド回路によって最大値と最小値とが保持され、この最大値及び最小値はA/D変換部によってA/D変換され、A/D変換された最大値及び最小値をもとに角度演算部によって被検出体の回転角度が求められる。したがって、従来のように励磁信号の発振タイミングに応じたタイミングで検出信号を複数回サンプリングする必要が無く、検出信号の最大値及び最小値が励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、回転角度の誤差を少なくすることができる。また、従来のように検出信号の複数のサンプリング値から最大値及び最小値を演算によって求める必要が無くなるので、マイコンによる演算負荷を低減することができる。 According to this configuration, the maximum value and the minimum value of the detection signal output from the resolver are held by the peak hold circuit and the bottom hold circuit, and the maximum value and the minimum value are A / D converted by the A / D converter. Then, the rotation angle of the detected object is obtained by the angle calculation unit based on the maximum value and the minimum value subjected to A / D conversion. Therefore, there is no need to sample the detection signal multiple times at the timing according to the oscillation timing of the excitation signal as in the past, and the maximum and minimum values of the detection signal are the phase difference between the excitation signal and the detection signal and the distortion of the excitation signal. It becomes difficult to be influenced by the components, and the error of the rotation angle can be reduced. Further, since it is not necessary to calculate the maximum value and the minimum value from the plurality of sampling values of the detection signal as in the prior art, it is possible to reduce the calculation load by the microcomputer.
本発明によれば、検出信号から取得される最大値と最小値が、励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、回転角度の誤差を小さくすることができる。 According to the present invention, the maximum value and the minimum value acquired from the detection signal are hardly affected by the phase difference between the excitation signal and the detection signal and the distortion component of the excitation signal, and the rotation angle error can be reduced. it can.
図1は、本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を示すブロック図である。以下、回転角度検出装置10の概要について説明する。
この回転角度検出装置10はレゾルバ11を備え、このレゾルバ11は、公知のように、ブラシレスモータ等のロータと同軸に取り付けられるとともに励磁コイルを備えた回転子と、90°位相の異なる2相の検出コイルを備えた固定子とを備え、励磁コイルに入力された励磁信号に基づき、回転子の回転角度に応じた2相の検出信号を各検出コイルから出力するように構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an outline of the rotation
The rotation
また、回転角度検出装置10は、CPU,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータを含む制御手段13を備えており、この制御手段13は、PWM信号発振部14、A/D変換部19、角度演算部21等を有している。PWM信号発振部14は、PWM信号を出力し、このPWM信号はフィルタ15により濾波されてsin波信号としてドライブ回路16に入力され、さらに、ドライブ回路16から励磁信号としてレゾルバ11に入力される。
レゾルバ11から出力された2相の検出信号、すなわちsin信号とcos信号とは、それぞれピークホールド回路17及びボトムホールド回路18に入力され、検出信号の最大値及び最小値がサンプリングされる。そして、そのサンプリングされた最大値及び最小値の信号は制御手段13のA/D変換部19に入力される。
The rotation
The two-phase detection signals output from the resolver 11, that is, the sine signal and the cosine signal are input to the
A/D変換部19は、ピークホールド回路17及びボトムホールド回路18から出力された信号をデジタル信号としてのサンプル信号に変換する。A/D変換部19によってデジタル変換されたサンプル信号は角度演算部21に入力され、このサンプル信号をもとに回転子の回転角度が演算によって求められる。
なお、制御手段13は、上記の他に、A/D変換部19に変換開始信号を与えるA/D変換開始指示部22、ピークホールド回路17及びボトムホールド回路18にリセット信号を与えるリセット部23を備える。
The A /
In addition to the above, the control means 13 includes an A / D conversion start instruction unit 22 that provides a conversion start signal to the A /
ピークホールド回路17及びボトムホールド回路18は、オペアンプ、ホールドコンデンサ、及びリセットスイッチ等を有する公知の構成であり、入力された信号(電圧)の最大値又は最小値をホールドコンデンサで保持し、A/D変換部19に出力するように構成されている。
図2は、回転角度検出装置10の動作の時間的経過を示すタイムチャートである。ピークホールド回路17は、検出開始時点t0以降、入力された検出信号(sin信号、cos信号)のうち基準電位よりも高電位の検出信号を監視する。そして、ピークホールド回路17は、検出信号の最大値を逐次更新し、検出信号が増加から減少に転じる時点t1における最大値Hを保持する。
The
FIG. 2 is a time chart showing the time course of the operation of the rotation
一方、制御手段13のA/D変換開始指示部22は、発振部14におけるPWM信号の発振タイミングに基づいて、所定の時点t2(t1以降の時点)にA/D変換部19に変換開始信号を与える。A/D変換部19は、変換開始信号に基づきピークホールド回路17から出力された検出信号の最大値HをA/D変換することによりサンプル信号を生成し、そのサンプル信号を角度演算部21へ出力する。
On the other hand, the A / D conversion start instructing unit 22 of the
A/D変換終了後、リセット部23は、PWM信号の発振タイミングに基づいて所定の時点t3(例えば、検出信号又は励磁信号が基準電位となる時点)にピークホールド回路17にリセット信号を与える。ピークホールド回路17は、リセット信号に基づき保持していた最大値Hを基準電位にリセットする。
After completion of the A / D conversion, the
同様に、ボトムホールド回路18は、検出開始時点t0以降、入力された検出信号のうち基準電位よりも低電位の検出信号を監視するとともに最小値を逐次更新し、検出信号が減少から増加に転じる時点t4における最小値Lを保持する。A/D変換開始指示部22は、PWM信号の発振タイミングに基づき所定の時点t5(t4以降の時点)にA/D変換部19に変換開始信号を与える。
Similarly, after the detection start time t0, the
A/D変換部19は、変換開始信号に基づきボトムホールド回路18から出力された検出信号の最小値LをA/D変換することによってサンプル信号を生成し、そのサンプル信号を角度演算部21へ出力する。A/D変換終了後、リセット部23は、PWM信号の発振タイミングに基づいて所定の時点t6でボトムホールド回路18にリセット信号を与える。ボトムホールド回路18は、リセット信号に基づき保持していた最小値Lを基準電位にリセットする。
The A /
制御手段13のROM等のメモリには、sin信号及びcos信号のサンプル信号とレゾルバ11の回転子の回転角度との関係がテーブル化されて格納されており、角度演算部21は、このテーブルを参照することによってサンプル信号から回転角度を求める。
A memory such as a ROM of the
以上の構成において、本実施形態の回転角度検出装置10は、レゾルバ11から出力された検出信号の最大値H及び最小値Lをピークホールド回路17及びボトムホールド回路18によって取得しているので、従来のように、レゾルバ11の検出信号を励磁信号の発振タイミングに基づいて1周期の間に複数回サンプリングし、そのサンプリング値から検出信号の振幅(最大値及び最小値)を演算によって求める場合に比べて、励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、角度演算部21によって求める回転角度の誤差が小さくなる。そのため、回転角度検出装置10がブラシレスモータに用いられる場合には、トルクリップルや制御音の発生を抑制することができ、トルクセンサに用いられる場合にはトルク検出精度を向上することができる。
特に、本実施の形態の回転角度検出装置10では、検出信号の最大値H又は最小値Lが保持される時点t1,t4からリセット信号が出力される時点t3,t6までの間に、最大値H及び最小値LをサンプリングしてA/D変換を行えばよいので、厳密なサンプリングのタイミングを要求されず、励磁信号と検出信号の位相差に影響されることはほとんどなくなる。
In the above configuration, the rotation
In particular, in the rotation
また、ピークホールド回路17及びボトムホールド回路18によって、検出信号を1周期につき2回サンプリングすれば足りるため、従来のように検出信号を1周期につき4回サンプリングし、しかも演算によって振幅を求める場合に比べてマイクロコンピュータの負荷を小さくすることができる。
Further, since it is sufficient to sample the detection signal twice per cycle by the
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、本発明の回転角度検出装置10は、電動ステアリング装置のブラシレスモータやトルク検出装置に限らず、他の用途にも採用することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed in design. For example, the rotation
10 回転角度検出装置
11 レゾルバ
13 制御手段
14 発振部
17 ピークホールド回路
18 ボトムホールド回路
19 A/D変換部
21 角度演算部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記レゾルバから出力された各検出信号の最大値を保持するピークホールド回路と、
前記レゾルバから出力された各検出信号の最小値を保持するボトムホールド回路と、
前記ピークホールド回路及び前記ボトムホールド回路によって保持された各検出信号の最大値及び最小値をそれぞれA/D変換するA/D変換部と、
前記A/D変換部によってA/D変換された各検出信号の最大値及び最小値から被検出体の回転角度を求める角度演算部と、を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。 A resolver that outputs a two-phase detection signal having a phase difference of 90 ° according to the input of an excitation signal in accordance with the rotation angle of the detected object;
A peak hold circuit that holds the maximum value of each detection signal output from the resolver;
A bottom hold circuit that holds the minimum value of each detection signal output from the resolver;
An A / D converter for A / D converting the maximum value and the minimum value of each detection signal held by the peak hold circuit and the bottom hold circuit;
And a rotation angle detector that obtains a rotation angle of the detected object from a maximum value and a minimum value of each detection signal A / D converted by the A / D converter.
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