JP2011107022A - レゾルバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバの回転角をより適正に補正する。
【解決手段】レゾルバの出力信号により得られる回転角データとして現在より１つ前の前回周期で得られた回転角データとレゾルバが等速回転していたときの理想的な回転角データとして推定された理想角データとの差分を回転角データの補正すべき誤差として用いて現在周期での回転角データを補正するものにおいて、一周期中の回転角データＤＴのうち少なくとも２つである特定角ＤＰの各々について、現在より３回前周期で特定角が得られてから前々回周期で特定角が得られるまでの所要時間Ｔ２に対する現在より２回前周期で特定角が得られてから前回周期で特定角が得られるまでの所要時間Ｔ１の時間変化率が判定閾値以下のときには、前回周期でレゾルバが略等速で回転していたと判定して前回周期で得られた回転角データと理想角データとの差分を用いて現在周期での回転角データを補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、レゾルバ装置に関する。

従来、この種のレゾルバ装置としては、レゾルバの出力信号から得られる回転位置の各々について回転速度を算出し、レゾルバが入力する励磁信号の誤差や処理の時間遅れによりレゾルバの出力信号から得られる回転位置には誤差が含まれることを考慮して、算出された回転速度を補正するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、レゾルバを所定の等速度で回転させることによりレゾルバの各回転位置での回転速度を所定の等速度に補正するための速度補正係数を予め求めておき、予め求めた速度補正係数を用いて回転速度の補正を行なうことにより、レゾルバの各回転位置で正確な回転速度を得ようとしている。

特開平４−２０４１６１号公報

しかしながら、上述の装置で回転速度の補正を行なう際や同様にレゾルバの出力信号から得られる回転角（回転位置）の補正を行なう際に補正係数を予め求めたときの所定の等速度とは大きく異なる回転速度をもってレゾルバが回転しているときなどには、回転速度や回転角が適正に補正されないことがあるため、レゾルバの等速回転を条件として補正係数の更新を継続すると共に更新された補正係数を用いて回転速度や回転角を補正することが考えられるが、この場合、レゾルバの等速回転を適正に判定することができずに適正な補正を行なうことができない場合があった。例えば、レゾルバの回転周期の時間変化率が閾値未満であることをもってレゾルバの等速回転を判定するものでは、レゾルバが１回の回転周期の間に一旦減速してから加速するなど回転変動が生じていたときでもレゾルバが等速回転していたと誤って判定される場合があった。

本発明のレゾルバ装置は、レゾルバの回転角をより適正に補正することを主目的とする。

本発明のレゾルバ装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のレゾルバ装置は、
レゾルバの出力信号により得られる回転角として現在より１つ前の周期である直前周期で得られた前記回転角と前記レゾルバが前記直前周期で等速回転していたときの理想的な前記回転角として推定された理想角との差分を前記回転角の補正すべき誤差として用いて現在の周期での前記回転角を補正するレゾルバ装置において、
一周期中の前記回転角のうちの少なくとも２つである特定角の各々について現在より３つ前の周期で前記特定角が得られてから現在より２つ前の周期で前記特定角が得られるまでに要した時間に対する現在より２つ前の周期で前記特定角が得られてから前記直前周期で前記特定角が得られるまでに要した時間の変化率が前記レゾルバが略等速で回転していたと判定可能な範囲の上限として予め定められた閾値以下のときには、前記レゾルバが前記直前周期で略等速で回転していたと判定して前記直前周期で得られた前記回転角と前記理想角との差分を用いて現在の周期での前記回転角を補正する、
ことを特徴とする。

この本発明のレゾルバ装置では、一周期中のレゾルバの出力信号により得られる回転角のうちの少なくとも２つである特定角の各々について現在より３つ前の周期で特定角が得られてから現在より２つ前の周期で特定角が得られるまでに要した時間に対する現在より２つ前の周期で特定角が得られてから現在より１つ前の周期である直前周期で特定角が得られるまでに要した時間の変化率がレゾルバが略等速で回転していたと判定可能な範囲の上限として予め定められた閾値以下のときには、レゾルバが直前周期で略等速で回転していたと判定して直前周期で得られた回転角とレゾルバが直前周期で等速回転していたときの理想的な回転角として推定された理想角との差分を回転角の補正すべき誤差として用いて現在の周期での回転角を補正する。したがって、少なくとも２つの特定角の各々について特定角が得られる時間間隔の変化率を判定するから、レゾルバの回転周期の時間変化率など１つの角度が得られる時間間隔の変化率を判定するものに比して、レゾルバが略等速で回転していたと誤って判定されるのを抑制することができる。この結果、レゾルバの回転角をより適正に補正することができる。

本発明の一実施例としてのレゾルバ装置２０の構成の概略を示す構成図である。 回転角データＤＴと基準角信号ＮＭとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。 実施例の電子制御ユニット３４により実行される等速回転判定処理の一例を示すフローチャートである。 特定角ＤＰ（ｊ）についての前回迄周期時間Ｔ１（ｊ）と前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）とを説明するための説明図である。 前回周期でレゾルバ２２の回転変動が生じていたときの様子の一例を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのレゾルバ装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のレゾルバ装置２０は、例えば同期発電電動機として構成された図示しないモータの回転子の回転位置を検出するために回転子と一体に回転するモータの回転軸２１に取り付けられたレゾルバ２２と、レゾルバ２２に励磁信号を出力する発振回路３０と、レゾルバ２２からの出力信号をデジタル変換する周知のレゾルバデジタルコンバータ（以下、Ｒ／Ｄコンバータという）３２と、Ｒ／Ｄコンバータ３２からのデータを入力して補正する電子制御ユニット３４と、を備える。

レゾルバ２２は、図示するように、モータの回転軸２１と一体で回転する磁性体としてのロータ２４と、発振回路３０から励磁信号（図中、ＲＥＦ信号）として一定周波数の交流電流が印加される励磁コイル２５と互いに電気的に９０度の間隔をもって配置された２つの出力コイル２６，２７とを内蔵する磁性体としてのステータ２８とを備え、楕円形状のロータ２４の回転により生じるロータ２４とステータ２８との間隙の変化に伴って２つの出力コイル２６，２７の出力信号がそれぞれピーク値を補完すると正弦波状，余弦波状に変化する（以下、図示するように、出力コイル２６，２７の出力信号をそれぞれＳＩＮ信号，ＣＯＳ信号ともいう）。レゾルバ２２の出力信号はアナログ信号をデジタル変換するＲ／Ｄコンバータ３２に励磁信号と共に入力される。Ｒ／Ｄコンバータ３２は、ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号との差などから回転軸２１の回転角に相当する回転角データＤＴを生成すると共に、ＳＩＮ信号とＣＯＳ信号とがクロスするタイミングの１つで回転角データＤＴの回転周期を定める基準角（基準位置）を示すパルス状の基準角信号ＮＭを生成し、生成した回転角データＤＴと基準角信号ＮＭとを電子制御ユニット３４に出力する。なお、生成された回転角データＤＴは、レゾルバ２２の出力信号に含まれるレゾルバ２２の経年変化や個体差による誤差や、Ｒ／Ｄコンバータ３２のデジタル変換処理に伴う誤差などにより、回転軸２１の実際の回転角と比較して誤差を含んでいる。

電子制御ユニット３４は、ＣＰＵ３４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ３４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ３４ｃと、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット３４には、Ｒ／Ｄコンバータ３２からの回転角データＤＴや基準角信号ＮＭなどが入力ポートを介して入力され、電子制御ユニット３０からは、図示しないモータを駆動要求に応じて駆動制御するための図示しないインバータへのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。

また、電子制御ユニット３４では、入力した回転軸２１の回転角データＤＴが理想的な回転角としての理想角となるよう回転角データＤＴの補正量を回転角全域で設定すると共に、回転角データＤＴを設定した補正量で補正することにより補正回転角θを設定している。図２に、回転角データＤＴと基準角信号ＮＭとの時間変化の様子の一例を示す。図中、一点鎖線が理想角を示し、回転角データＤＴと理想角との差が補正量となる様子と、基準角信号ＮＭのオン信号を入力する時間間隔が回転周期時間となる様子とについても示してある。図示するように、現在の回転周期（現在周期）については回転周期時間は未だ演算されていないが、現在より１つ前の回転周期（前回周期）と現在より２つ前の回転周期（前々回周期）とについてはそれぞれ回転周期時間Ｔ１ｂと回転周期時間Ｔ２ｂとが演算されている様子が解る。また、理想角については、基準角信号ＮＭを入力する毎に、レゾルバ２２が前回周期で等速回転していたときの理想的な回転角データＤＴとして推定される角度であることが解る。

レゾルバ２２の出力信号から得られる回転角データＤＴの補正は、電子制御ユニット３４により所定時間毎に繰り返し実行される以下に説明する回転角補正処理によって行なわれる。実施例の回転角補正処理では、電子制御ユニット３４のＣＰＵ３４ａは、まず、現在周期の回転角データＤＴとしての回転角データＤＴ０（ｉ）（ただし変数ｉ＝１〜Ｎｉ，値Ｎｉは回転角全域でデータを設定するための所定の整数，以下同じ）と基準角信号ＮＭとを入力すると共に、入力した回転角データＤＴ０（ｉ）をＲＡＭ３４ｃに順次記憶する。続いて、入力した基準角信号ＮＭがオン信号であるかオフ信号であるかを判定し、基準角信号ＮＭがオン信号であるときには、１回の回転周期が終了したと判断し、前回周期時間Ｔ１ｂを前々回周期時間Ｔ２ｂとして記憶すると共に前回周期時間Ｔ１ｂを図示しないタイマの計時時間により演算してＲＡＭ３４ｃに記憶し、現在周期の回転角データＤＴ０（ｉ）と前回周期の回転角データＤＴ１（ｉ）と前々回周期の回転角データＤＴ２（ｉ）とをそれぞれ１回前の周期のデータとなるよう前回周期の回転角データＤＴ１（ｉ）と前々回周期の回転角データＤＴ２（ｉ）と３回前周期の回転角データＤＴ３（ｉ）としてＲＡＭ３４ｃに記憶し、さらに 本ルーチンで設定された後述の実行用補正量ＤＡ０（ｉ）を前回周期で補正に用いた前回実行用補正量ＤＡ１（ｉ）としてＲＡＭ３４ｃに記憶する。次に、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたか否かを判定し、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたと判定されたときには、前回周期についての理想角を示す理想角データＤＲ１（ｉ）を設定すると共に、前回周期の回転角データＤＴ１（ｉから理想角データＤＲ１（ｉ）を減じたものを現在周期で用いる補正量としての実行用補正量ＤＡ０（ｉ）に設定してＲＡＭ３４ｃに記憶する。なお、レゾルバ２２の等速回転判定処理については、説明の都合上、後述する。前回周期でレゾルバ２２が略等速では回転していなかったと判定されたときには、レゾルバ２２の等速回転を想定して設定された理想角データＤＲ１（ｉ）を用いると適正な補正を行なうことができないと判断し、記憶された前回実行用補正量ＤＡ１（ｉ）をそのまま実行用補正量ＤＡ０（ｉ）に設定してＲＡＭ３４ｃに記憶する。こうして基準角信号ＮＭがオン信号であるときにレゾルバ２２の前回周期での等速回転の判定結果に応じて実行用補正量ＤＡ０（ｉ）が記憶されたときや、基準角信号ＮＭがオフ信号であるときに回転周期の途中であると判断されたときには、記憶されている実行用補正量ＤＡ０（ｉ）を現在周期の回転角データＤＴ０（ｉ）から順次減じて補正したものを補正回転角θとして設定して、回転角補正処理を終了する。こうした処理により、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたときには、前回周期のデータを用いて設定された補正量を用いることになり、現在のモータの回転軸２１の回転状態（例えば高速や低速で回転している状態）をより反映した補正量をもってレゾルバ２２からの回転角データＤＴを補正することができる。また、前回周期でレゾルバ２２が略等速では回転していなかったときには、前回周期のデータを用いて設定された補正量を用いることなく前回以前にレゾルバ２２が略等速で回転していた直近の周期のデータを用いて設定された補正量を用いることになるため、現在のモータの回転軸２１の回転状態に近い状態を反映した補正量をもってレゾルバ２２からの回転角データＤＴを補正することができる。

次に、レゾルバ２２の等速回転判定処理について説明する。図３は等速回転判定処理の一例を示すフローチャートである。等速回転判定処理では、電子制御ユニット３４のＣＰＵ３４ａは、まず、前述の回転角補正処理で設定されて記憶された前回周期時間Ｔ１ｂおよび前々回周期時間Ｔ２ｂや、一周期中の特定の回転角に対応する回転角データＤＴである特定角ＤＰ（ｊ）（ただし変数ｊ＝１〜Ｎｊ，値Ｎｊは例えば値１や値５などの値１以上の所定の整数，以下同じ）についての前回迄周期時間Ｔ１（ｊ）および前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）など判定処理に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。図４は、特定角ＤＰ（ｊ）についての前回迄周期時間Ｔ１（ｊ）と前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）とを説明するための説明図である。図示するように、特定角ＤＰ（ｊ）についての前回迄周期時間Ｔ１（ｊ）は、前々回周期で特定角ＤＰ（ｊ）に相当する回転角データが入力されてから前回周期で特定角ＤＰ（ｊ）に相当する回転角データが入力されるまでの一周期分の所要時間として図示しないタイマの計時時間により演算されてＲＡＭ３４ｃに記憶されたものであり、特定角ＤＰ（ｊ）についての前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）は、同様に３回前周期から前々回周期までの一周期分の所要時間として演算されてＲＡＭ３４ｃに記憶されたものである。なお、実施例では、特定角ＤＰ（ｊ）は、値Ｎｊが値１のときには１８０度，値Ｎｊが値６のときには６０度，１２０度，…，３００度など、一周期分の回転角としての３６０度を値（Ｎｊ＋１）で割って得られる角度のうち３６０度（０度）を除いた角度として特定されるものとした。

こうしてデータを入力すると、入力した前回周期時間Ｔ１ｂから前々回周期時間Ｔ２ｂを減じて前々回周期時間Ｔ２ｂで割ったものの絶対値を回転周期時間の時間変化率Ｒｂとして演算すると共に（ステップＳ１１０）、特定角ＤＰ（ｊ）についての前回迄周期時間Ｔ１（ｊ）から前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）を減じて前々回迄周期時間Ｔ２（ｊ）で割ったものの絶対値を特定角ＤＰ（ｊ）についての一周期所要時間の時間変化率Ｒ（ｊ）として値Ｎｊ個分演算し（ステップＳ１２０）、演算した回転周期時間の時間変化率Ｒｂが判定閾値としての１％以下であるか否かと（ステップＳ１３０）、演算した任意角ＤＰ（ｊ）についての一周期所要時間の時間変化率Ｒ（ｊ）の全てが判定閾値としての１％以下であるか否かとを判定し（ステップＳ１４０）、時間変化率Ｒｂと全ての時間変化率Ｒ（ｊ）とが判定閾値（１％）以下のときには、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたと判定し（ステップＳ１５０）、時間変化率Ｒｂが判定閾値（１％）より大きいか又は時間変化率Ｒ（ｊ）の少なくとも１つが判定閾値（１％）より大きいときには、前回周期ではレゾルバ２２が略等速では回転していなかったと判定して（ステップＳ１６０）、等速回転判定処理を終了する。ここで、判定閾値は、レゾルバ２２の等速回転を前提とする理想角を用いて回転角データＤＴを補正する際に許容され得る回転変動（回転速度の加速や減速）が生じていると判定可能な時間変化率の範囲の上限として、レゾルバ２２やＲ／Ｄコンバータ３２，電子制御ユニット３４の特性などに基づいて予め実験や解析により求められたものである。図５に前回周期でレゾルバ２２の回転変動が生じていたときの様子の一例を示す。図示するように、特にモータの回転数が低いときに、前回周期でレゾルバ２２の一時的な減速後の加速などの回転変動が生じたときでも、前々回周期時間Ｔ２ｂと前回周期時間Ｔ１ｂとが略等しくなり、時間変化率Ｒｂとしては判定閾値以下の許容範囲内となる場合がある。この場合、前回周期でレゾルバ２２が等速回転していたものと判定してしまうと、前述の回転角補正処理では前回周期のデータを用いて設定された補正量による回転角データＤＴの補正が行なわれる結果、適正な補正を行なうことができなくなる。このため、実施例では、回転周期時間の時間変化率Ｒｂに加えて、特定角ＤＰ（ｊ）についての一周期所要時間の時間変化率Ｒ（ｊ）の全てが判定閾値未満であるか否かを判定することによって、回転周期時間の時間変化率Ｒｂが判定閾値以下であっても一周期中にレゾルバ２２の回転変動が生じていた場合にレゾルバ２２が略等速で回転していたと誤って判定されるのを抑制するのである。これにより、回転角データＤＴが適正に補正されなくなるのを抑制することができる。なお、基準角信号ＮＭのオン信号を入力する時間間隔としての回転周期時間の時間変化率Ｒｂは、特定角として３６０度（０度）を用いたときの一周期所要時間の時間変化率と考えることができるから、回転周期時間の時間変化率Ｒｂおよび値１以上の値Ｎｊ個の特定角ＤＰ（ｊ）についての一周期所要時間を判定することは、一周期中の回転角データのうち少なくとも２つの特定角についての一周期所要時間を判定すること、ということができる。また、特定角ＤＰ（ｊ）での回転角データＤＴの時間微分値でレゾルバ２２の等速回転を判定しようとすると回転角データＤＴの誤差が判定結果に反映されやすいことから、特定角ＤＰ（ｊ）についての一周期所要時間の時間変化率Ｒｂ（ｊ）を用いてレゾルバ２２の等速回転を判定することにより、時間微分値で判定するものに比して、レゾルバ２２の等速回転をより適正に判定することができる。この結果、レゾルバ２２の出力信号から得られる回転角データＤＴをより適正に補正することができる。

以上説明した実施例のレゾルバ装置２０によれば、レゾルバ２２の出力信号により得られる回転角データとして現在より１つ前の前回周期で得られた回転角データとレゾルバ２２が等速回転していたときの理想的な回転角データとして推定された理想角データとの差分を回転角データの補正すべき誤差として用いて現在周期での回転角データを補正するものにおいて、一周期中の回転角データのうち少なくとも２つである特定角の各々について、現在より３回前周期で特定角が得られてから前々回周期で特定角が得られるまでの所要時間に対する現在より２回前周期で特定角が得られてから前回周期で特定角が得られるまでの所要時間の時間変化率が判定閾値以下のときには、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたと判定して前回周期で得られた回転角データと理想角データとの差分を用いて現在周期での回転角データを補正するから、回転周期時間の時間変化率Ｒｂなど１つの角度が得られる時間間隔の変化率が判定閾値以下であるか否かによってレゾルバ２２の等速回転を判定するものに比して、一周期中にレゾルバ２２の回転変動が生じていたときなどにレゾルバ２２が略等速で回転していたと誤って判定されるのが抑制され、回転角データが適正に補正されなくなるのを抑制することができる。この結果、レゾルバ２２の回転角データをより適正に補正することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、レゾルバ２２と、発振回路３０と、Ｒ／Ｄコンバータ３２と、一周期中の回転角データＤＴのうち少なくとも２つである特定角ＤＰの各々について現在より３回前周期で特定角が得られてから前々回周期で特定角が得られるまでの所要時間Ｔ２に対する現在より２回前周期で特定角が得られてから前回周期で特定角が得られるまでの所要時間Ｔ１の時間変化率が判定閾値以下のときには前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたと判定する図３の等速回転判定処理を実行し、前回周期でレゾルバ２２が略等速で回転していたと判定されたときには前回周期で得られた回転角データと理想角データとの差分を用いて現在周期での回転角データを補正する回転角補正処理を実行する電子制御ユニット３４と、を備えるレゾルバ装置２０が「レゾルバ装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、レゾルバ装置の製造産業に利用可能である。

２０ レゾルバ装置、２１ 回転軸、２２ レゾルバ、２４ ロータ、２５ 励磁コイル、２６，２７ 出力コイル、２８ ステータ、３０ 発振回路、３２ レゾルバデジタルコンバータ（Ｒ／Ｄコンバータ）、３４ 電子制御ユニット、３４ａ ＣＰＵ、３４ｂ ＲＯＭ、３４ｃ ＲＡＭ。

Claims (1)

1. レゾルバの出力信号により得られる回転角として現在より１つ前の周期である直前周期で得られた前記回転角と前記レゾルバが前記直前周期で等速回転していたときの理想的な前記回転角として推定された理想角との差分を前記回転角の補正すべき誤差として用いて現在の周期での前記回転角を補正するレゾルバ装置において、
   一周期中の前記回転角のうちの少なくとも２つである特定角の各々について現在より３つ前の周期で前記特定角が得られてから現在より２つ前の周期で前記特定角が得られるまでに要した時間に対する現在より２つ前の周期で前記特定角が得られてから前記直前周期で前記特定角が得られるまでに要した時間の変化率が前記レゾルバが略等速で回転していたと判定可能な範囲の上限として予め定められた閾値以下のときには、前記レゾルバが前記直前周期で略等速で回転していたと判定して前記直前周期で得られた前記回転角と前記理想角との差分を用いて現在の周期での前記回転角を補正する、
   ことを特徴とするレゾルバ装置。

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