JP2016085195A

JP2016085195A - レゾルバの回転位置検出装置

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Publication number: JP2016085195A
Application number: JP2014220126A
Authority: JP
Inventors: 憲一岸本; Kenichi Kishimoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-19

Abstract

【課題】レゾルバの回転位置に不整合やずれが生じることなく、耐ノイズ性にも優れた信頼性の高いレゾルバの回転位置検出の提供すること。
【解決手段】レゾルバ１０１は略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相、Ｂ相の二相の信号を出力する。レゾルバの回転位置検出装置１０２は、この二相の信号からレゾルバ１０１の角度位置を検出すると同時にレゾルバ１０１の多回転位置を生成し、この角度位置と多回転位置を合成して、レゾルバ１０１の回転位置として、サーボアンプ１１２に出力する。サーボアンプ１１２は検出された回転位置に従い、モータ１１３の制御及び駆動を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、一相励磁二相出力のレゾルバの回転位置検出装置に関する。

従来から、主に産業分野、電装分野など、モータの回転位置を検出するための手段としてレゾルバがよく用いられる。

モータの出力軸の一部に装着されたレゾルバによってモータの角度位置を検出するが、ロボットなど用途によっては停電時も含めてモータが何回転、回ったか（多回転位置）を検出し、一回転以内の回転位置（角度位置）と併せてモータの回転位置を検出しモータの制御を行う場合があり、例えば特許文献１や特許文献２などに記された技術が良く知られている。

図８には従来例のレゾルバの回転位置検出装置８０２及びレゾルバの多回転位置検出装置８０３を示す。レゾルバ１０１は一相励磁二相出力の方式であり、モータ１１３の軸に取り付けられる。レゾルバ１０１は略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相、Ｂ相の二相の信号を出力する。

レゾルバの多回転位置検出装置８０３は、前記二相の信号からレゾルバの多回転位置を検出して出力する。また、レゾルバの回転位置検出装置８０２は、前記二相の信号からレゾルバの角度位置を検出し、前記レゾルバの多回転位置検出装置８０３の出力するレゾルバの多回転位置の値と合成し、レゾルバの回転位置としてサーボアンプ１１２に出力する。この検出された回転位置に従い、サーボアンプ１１２はモータ１１３の制御及び駆動を行う。

レゾルバの回転位置検出装置８０２は通電時のみ動作するものであり、通電時には正弦波励磁信号が出力され、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。一方、レゾルバの多回転位置検出装置８０３は通電時のみならず停電時にもバッテリー等により駆動されて常時動作するものであり、通電時は前記正弦波励磁信号によりレゾルバの多回転位置を検出するが、停電時には消費電流を抑えつつレゾルバの多回転位置を検出するため自らパルス励磁信号を出力しレゾルバ１０１を励磁する。

次に、レゾルバの回転位置検出装置８０２の内部の構成と動作について説明する。１０３、１０４はともにアナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器と記す）であり、レゾルバ１０１の出力するＡ相、Ｂ相の各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換して出力する。

ＡＤ変換器１０３、１０４によってデジタル値に変換されたＡ相、Ｂ相の信号はＲＤ変換処理部１０５においてレゾルバ１０１の角度位置を示す信号に変換され（一般にトラッキングループなどの方法が用いられる）、この値はレゾルバの多回転位置検出装置８０３の出力するレゾルバの多回転位置の値と合成処理部１０８にて合成され、インターフェイス処理部１０９を経由してサーボアンプ１１２にレゾルバ１０１の回転位置として出力される。

レゾルバの回転位置検出装置８０２には正弦波励磁信号生成処理部１１０も含まれ、通電時には正弦波励磁信号を出力し、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。また、この励磁信号はタイミング生成処理部１１１を経由し、レゾルバの多
回転位置検出装置８０３内部の多回転カウンタ８０４に対し動作タイミング信号が送られる。

動作モード切替指令生成処理部１０６は電源電圧の観測などを行い通電時の動作と停電時の動作を切り替える動作モード切替指令を生成する処理を行なう。動作モード切替指令はレゾルバの多回転位置検出装置８０３内部の励磁信号切替回路部１２５及び多回転カウンタ８０４に送られる。

次に、レゾルバの多回転位置検出装置８０３の内部の構成と動作について説明する。コンパレータで構成された第１の二値化処理部１２１と第２の二値化処理部１２２はそれぞれＡ相、Ｂ相の信号の極性（正負）に従いＨレベルまたはＬレベルに二値化して出力する。多回転カウンタ８０４は、この二値化された信号に基づき、レゾルバの多回転位置を検出する。

この検出動作は、通電時は前記タイミング生成処理部１１１の出力する動作タイミング信号のタイミングで行い、停電時はパルス励磁信号生成回路部１２４の出力するパルス励磁信号のタイミングで行う。レゾルバの多回転位置検出装置８０３にはパルス励磁信号生成回路部１２４も含まれ、停電時にはパルス励磁信号を出力し、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。

励磁信号切替回路部１２５は、動作モード切替指令生成処理部１０６の出力する動作モード切替指令に従い、通電時には正弦波励磁信号生成処理部１１０の出力する正弦波励磁信号を選択し、停電時にはパルス励磁信号生成回路部１２４の出力するパルス励磁信号を選択して出力する。

図９及び表１にレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号とレゾルバの角度位置を４象限（Ｉ〜ＩＶ）に分割した場合の対応関係を示す。ただし、レゾルバのＡ相、Ｂ相の信号はそれぞれｓｉｎθ、ｃｏｓθ（θはレゾルバ１０１の回転角）で振幅変調されるとする。この場合、レゾルバの角度位置が第１象限から第４象限に移った時、多回転位置が１つ減少し（桁下げ）、逆にレゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移った時、多回転位置が１つ増加する（桁上げ）。通電時、停電時で励磁信号は切り替えられるが図９及び表１に記載の関係は通電時、停電時ともに共通しており、前記構成によって共通した動作としてレゾルバの多回転位置を検出可能である。

以上、述べたように、通電時、停電時に関わらずレゾルバの多回転位置を検出可能であり、通電時にはレゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置を併せたレゾルバの回転位置が検出可能であり、検出された回転位置に従ってレゾルバが装着されたモータの制御が可能性である。

特開昭６３−２１４６１７号公報特開平６−３３１３８７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、レゾルバの回転位置検出装置とレゾルバの多回転位置検出装置ではレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号を処理する経路の違いによる伝達時間の相違があり、レゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置を合成する段階において、タイミングのずれからレゾルバの回転位置に不整合（検出値が一瞬、飛ぶ現象）が生じるという不具合点が考察された。また、通電時においてレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号にノイズが重畳した時に、多回転位置を誤検出するという不具合点が考察された。

本発明は、上述の不具合点をいずれも解決するもので、レゾルバの回転位置に不整合が生じることなく、また耐ノイズ性にも優れた信頼性の高いレゾルバの回転位置検出を可能にすることを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、レゾルバから出力される略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相及びＢ相の信号から前記レゾルバの角度位置を検出するＲＤ変換処理部と、前記ＲＤ変換処理部の出力値から多回転位置を生成する第１の多回転カウンタと、前記Ａ相及びＢ相の信号を二値化する第１の二値化処理部及び第２の二値化処理部と、前記第１の二値化処理部及び前記第２の二値化処理部の出力に基づいて多回転位置を生成する第２の多回転カウンタを備え、停電状態から通電状態への切り替わりのときに、前記第２の多回転カウンタの出力値を前記第１の多回転カウンタに設定するものである。

このような構成によって、レゾルバの回転位置に不整合が生じることなく、また耐ノイズ性にも優れた信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

また、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、第２の多回転カウンタにおいて２分の１回転までの検出も併せて行い、停電状態から通電状態への切り替わりのときに、第２の多回転カウンタの出力値を第１の多回転カウンタに設定する時に、前記２分の１回転の値をＲＤ変換処理部の出力値と照合することで第２の多回転カウンタの出力値を補正して第１の多回転カウンタに設定するものであり、これにより多回転位置の検出にずれが生じる
ことなく、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能となる。

また、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、通電状態において第１の多回転カウンタの出力値と第２の多回転カウンタの出力値を照合し、相違があればエラー情報を出力する第１の照合処理部を備えたものであり、これによりレゾルバの多回転位置検出装置の不具合検知が可能となり、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能となる。

さらに、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、Ａ相及びＢ相の信号をそれぞれ平均化して出力する第１の平均化処理部及び第２の平均化処理部又はＡ相及びＢ相の信号のノイズ成分を除去する第１のフィルタ処理部及び第２のフィルタ処理部と前記第１の平均化処理部及び第２の平均化処理部又は前記第１のフィルタ処理部及び第２のフィルタ処理部を経由したＡ相及びＢ相の信号をそれぞれ二値化して出力する第３の二値化処理部及び第４の二値化処理部を備え、通電時は前記第３の二値化処理部及び前記第４の二値化処理部の出力に基づき、停電時は第１の二値化処理部及び第２の二値化処理部の出力に基づいて多回転位置を生成する第２の多回転カウンタを備えたものであり、これにより通電時におけるノイズによるレゾルバの多回転位置検出装置の誤検出の発生を低減することが出来、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能となる。

また、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、通電状態において第１の二値化処理部の出力と第３の二値化処理部の出力を照合し、かつ第２の二値化処理部の出力と第４の二値化処理部の出力を照合し、相違があればエラー情報を出力する第２の照合処理部を備えたものであり、これによりレゾルバの多回転位置検出装置の不具合検知が可能となり、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能となる。

また、本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、通電状態において第１の二値化処理部の出力と第３の二値化処理部の出力を照合する処理と、第２の二値化処理部の出力と第４の二値化処理部の出力を照合する処理を、Ａ相及びＢ相の信号の絶対値に基づいて切り替えて実行する第２の照合処理部を備えたものであり、これによりレゾルバの多回転位置検出装置の確実な不具合検知が可能となり、さらに信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能となる。

本発明のレゾルバの回転位置検出装置は、レゾルバの回転位置に不整合やずれが生じることなく、ノイズによる多回転位置の誤検出が抑制され、またレゾルバの多回転位置検出装置の不具合検知も可能なため、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が提供可能である。

本発明の実施例１におけるレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図（ａ）本発明の実施例１における各信号のうちＲＤ変換処理部１０５の出力値の波形を示す図（ｂ）本発明の実施例１における各信号のうち第２の多回転カウンタ１２３の出力値の波形を示す図（ｃ）本発明の実施例１における各信号のうち第１の多回転カウンタ１０７の出力するレゾルバの多回転位置の値の波形を示す図本発明の実施例２におけるレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図本発明の実施例３におけるレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図本発明の実施例４におけるレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図（ａ）本発明の実施例４における各部分の信号波形のうちＲＤ変換処理部１０５が出力する信号波形を示す図（ｂ）本発明の実施例４におけるレゾルバの角度位置に対応する象限の推移を示す図（ｃ）レゾルバの角度位置に対応する象限の推移が実際と異なる象限の推移となった場合の一例を示す図（ｄ）本発明の実施例４における各部分の信号波形のうち第１の多回転カウンタ１０７の出力値の信号波形を示す図（ｅ）レゾルバの角度位置に対応する象限の推移が実際と異なる象限の推移となった場合の第１の多回転カウンタ１０７の出力値の信号波形を示す図本発明の実施例５におけるレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図一従来例のレゾルバの回転位置検出装置、多回転位置検出装置及びモータ制御装置のブロック図レゾルバのＡ相、Ｂ相の信号とレゾルバの角度位置を４象限に分割した場合の対応関係を示す図

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態又は実施例によって本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１におけるレゾルバの回転位置検出装置を含むモータの制御装置のブロック図を示すものである。

図１において、レゾルバ１０１は一相励磁二相出力の方式であり、モータ１１３の軸に取り付けられる。レゾルバ１０１は略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相、Ｂ相の二相の信号を出力する。レゾルバの回転位置検出装置１０２は、この二相の信号からレゾルバ１０１の角度位置を検出すると同時にレゾルバ１０１の多回転位置を生成し、この角度位置と多回転位置を合成して、レゾルバ１０１の回転位置として、サーボアンプ１１２に出力する。サーボアンプ１１２は検出された回転位置に従い、モータ１１３の制御及び駆動を行う。

レゾルバの回転位置検出装置１０２は通電時のみ動作するものであり、通電時には正弦波励磁信号が出力され、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。一方、図１に示すレゾルバの多回転位置検出装置１２０は通電時のみならず停電時にもバッテリー等により駆動されて常時動作するものであり、通電時は前記正弦波励磁信号によりレゾルバ１０１の多回転位置を検出するが、停電時には消費電流を抑えつつレゾルバ１０１の多回転位置を検出するため自らパルス励磁信号を出力しレゾルバ１０１を励磁する。

次に、レゾルバの回転位置検出装置１０２の内部の構成と動作について説明する。１０３、１０４はともにＡＤ変換器であり、レゾルバ１０１の出力するＡ相、Ｂ相の各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換して出力する。ＡＤ変換器１０３、ＡＤ変換器１０４によってデジタル値に変換されたＡ相、Ｂ相の信号はＲＤ変換処理部１０５においてレゾルバ１０１の角度位置を示す信号に変換される（一般にトラッキングループなどの方法が用いられる）。この角度位置の値を元に第１の多回転カウンタ１０７によってレゾルバ１０１の多回転位置が生成される。

第１の多回転カウンタ１０７による多回転位置の生成については、図９及び表１にＡ相、Ｂ相の信号とレゾルバの角度位置を４象限（Ｉ〜ＩＶ）に分割した場合の対応関係を示している通り、レゾルバの角度位置が第１象限から第４象限に移った時、多回転位置が１つ減少し（桁下げ）、逆にレゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移った時、多回
転位置が１つ増加する（桁上げ）ように動作する。この第１の多回転カウンタ１０７が出力するレゾルバの多回転位置と前記ＲＤ変換処理部１０５が出力するレゾルバの角度位置が合成処理部１０８にて合成され、インターフェイス処理部１０９を経由してサーボアンプ１１２にレゾルバ１０１の回転位置として出力される。

レゾルバの回転位置検出装置１０２には正弦波励磁信号生成処理部１１０も含まれ、通電時には正弦波励磁信号を出力し、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。また、この励磁信号はタイミング生成処理部１１１を経由し、レゾルバの多回転位置検出装置１２０内部の第２の多回転カウンタ１２３に対し動作タイミング信号が送られる。

動作モード切替指令生成処理部１０６は電源電圧の観測などを行い通電時の動作と停電時の動作を切り替える動作モード切替指令を生成する処理を行なう。動作モード切替指令はレゾルバの多回転位置検出装置１２０内部の励磁信号切替回路部１２５及び第２の多回転カウンタ１２３に送られる。

次に、レゾルバの多回転位置検出装置１２０の内部の構成と動作について説明する。第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２はコンパレータで構成され、それぞれレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号の極性（正負）に従いＨレベルまたはＬレベルに二値化して出力する。第２の多回転カウンタ１２３は、この二値化された信号に基づき、レゾルバ１０１の多回転位置を検出する。

この検出動作は、通電時は前記タイミング生成処理部１１１の出力する動作タイミング信号のタイミングで行い、停電時はパルス励磁信号生成回路部１２４の出力するパルス励磁信号のタイミングで行う。レゾルバの多回転位置検出装置１２０にはパルス励磁信号生成回路部１２４も含まれ、停電時にはパルス励磁信号を出力し、励磁信号切替回路部１２５を経由してレゾルバ１０１を励磁する。

第２の多回転カウンタ１２３は第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力に従ってレゾルバの多回転位置を検出するが、この信号は図９及び表１に示すＡ相、Ｂ相の信号と対応しているため、レゾルバの多回転位置を検出することが出来る。

この場合も、レゾルバの角度位置が第１象限から第４象限に移った時、多回転位置が１つ減少し（桁下げ）、逆にレゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移った時、多回転位置が１つ増加する（桁上げ）。通電時、停電時で励磁信号が切り替えられるが図９及び表１に記載の関係は共通しており、前記構成によって共通した動作としてレゾルバの多回転位置を検出可能である。

次に、レゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置の合成について説明する。ＲＤ変換処理部１０５が出力するレゾルバの角度位置にはＲＤ変換処理部１０５内部の平均化、トラッキングループなどの処理による検出の遅れがある。また、レゾルバの多回転位置検出装置１２０においても外来ノイズ対策等を盛り込むことで検出の遅れが発生する場合もあり、第２の多回転カウンタ１２３の出力するレゾルバの多回転位置においても前記レゾルバの角度位置と同様に検出の遅れがある。

図２（ａ）はＲＤ変換処理部１０５の出力値の信号波形を示す図である。図２（ｂ）は第２の多回転カウンタ１２３の出力値の信号波形を示す図である。従来の実施例のようにレゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置を単純に合成したのでは、両者の検出遅れ時間の差によってレゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置の変化タイミングにずれが生じ、図２（ａ）〜（ｂ）のように両者に不整合が生じる恐れがある。

第１の多回転カウンタ１０７においてはＲＤ変換処理部１０５の出力を元にレゾルバの多回転位置の検出を行っており、第１の多回転カウンタ１０７の出力するレゾルバの多回転位置の値の信号波形を示す図は図２（ｃ）である。図２（ｃ）に示すように、ＲＤ変換処理部１０５の出力するレゾルバの角度位置と同期したタイミングとなる。このように、レゾルバの角度位置とレゾルバの多回転位置の変化タイミングが一致し、両者に不整合が生じることはなくなる。

しかしながら、第１の多回転カウンタ１０７の出力値は停電によってリセットされてしまう。そこで、停電状態から通電状態への切り替わりのときに、第２の多回転カウンタ１２３の出力するレゾルバの多回転位置の値を第１の多回転カウンタ１０７に設定する処理を行なう。この処理によって、停電状態から通電状態に復帰した時に、第２の多回転カウンタ１２３に保持されたレゾルバの多回転位置の値が第１の多回転カウンタ１０７に設定されるので、停電した場合でもレゾルバの多回転位置の情報を失うことなく、継続して動作が可能となる。

なお、第１の多回転カウンタ１０７はＲＤ変換処理部１０５の出力を元に多回転位置を検出しているが、ＲＤ変換処理部１０５の伝達特性自体が内部の平均化処理、トラッキングループ等によりローパス特性を有しているため、通電時においてレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号にノイズが重畳した場合でも、第１の多回転カウンタ１０７の検出動作に与える影響は小さく、第２の多回転カウンタ１２３と比較すると誤検出を起こして多回転位置がずれる恐れは少ない。

以上説明したように、本発明の実施例１によって、レゾルバの回転位置に不整合が生じることがなく、また耐ノイズ性にも優れた信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

図３は、本発明の実施例２におけるレゾルバの回転位置検出装置を含むモータの制御装置のブロック図を示すものである。

図１に示す本発明の実施例１におけるレゾルバの回転位置検出装置１０２と図３に示す本発明の実施例２におけるレゾルバの回転位置検出装置３０２の構成上の相違点は、補正処理部３０３のみである。第１の多回転カウンタ１０７と第２の多回転カウンタ１２３を比較すると多回転位置の検出の元となる信号の伝達経路の差異を要因とするごくわずかな角度誤差が生じる場合がある。停電時から通電時の切り替わりの際に、第２の多回転カウンタ１２３の出力するレゾルバの多回転位置の値を第１の多回転カウンタ１０７に設定する処理を行なうが、この時、レゾルバの角度位置がゼロ近辺であった場合、この角度誤差によって、レゾルバの多回転位置が１だけずれて設定される可能性がある。これを回避するために補正処理部３０３を設けて第２の多回転カウンタ１２３の出力するレゾルバの多回転位置の値を補正した上で第１の多回転カウンタ１０７に設定する処理を行なう。

表２は補正処理部３０３における入力信号と出力信号の関係を示したものである。第２の多回転カウンタ１２３はレゾルバの多回転位置と共に２分の１回転の値も出力する。レゾルバの角度位置に対応する象限がＩまたはＩＩの場合、２分の１回転の値が０、レゾル
バの角度位置に対応する象限がＩＩＩまたはＩＶの場合、２分の１回転の値が１となる。すなわち、レゾルバの多回転位置として少数点以下を１ビット追加する形となる。

停電状態から通電状態への切り替わりの際は、補正処理部３０３は第２の多回転カウンタ１２３の出力する多回転カウント値を２分の１回転の値と共に取り込み、またＲＤ変換処理部１０５の出力する２分の１回転の値も取り込み、表２に示すような補正処理を行なった後、その補正された多回転位置の値を第１の多回転カウンタ１０７に設定する。

補正処理については前記２つの経路の２分の１回転の値を比較し、一致すれば補正無しとし、不一致の場合は１つ増加、または１つ減少の補正を行う。このような補正処理によって前述した第１の多回転カウンタ１０７と第２の多回転カウンタ１２３の間における角度誤差の影響を完全に解消することが出来る。

以上説明したように、補正処理を設け、第２の多回転カウンタから取り込んだ多回転位置の値の補正処理を行なった後に第１の多回転カウンタに設定することで、レゾルバの多回転位置がずれることがない信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

図４は、本発明の実施例３におけるレゾルバの回転位置検出装置を含むモータの制御装置のブロック図を示すものである。

図３に示す本発明の実施例２におけるレゾルバの回転位置検出装置３０２と図４に示す本発明の実施例３におけるレゾルバの回転位置検出装置４０２の構成上の相違点は、第１の照合処理部４０３のみである。図４に示すレゾルバの回転位置検出装置４０２においては、レゾルバの多回転位置検出装置１２０の回路不具合、又はレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号に過大なノイズが重畳する等により、第２の多回転カウンタ１２３におけるレゾルバの多回転位置の検出に不具合が生じ、第１の多回転カウンタ１０７の出力値と第２の多回転カウンタ１２３の出力値に相違が生じる可能性がある。

このように第２の多回転カウンタ１２３の出力値がずれたままの状態でモータ１１３の制御を継続するのは危険な場合がある。そこで第１の照合処理部４０３は通電時において第１の多回転カウンタ１０７の出力値と第２の多回転カウンタ１２３の出力値を所定の周期で継続的に比較し、相違が生じた場合に外部に対しエラー情報を出力する。これにより前もって危険を回避することが可能となる。

以上説明したように、第１の照合処理部を設け、第１の多回転カウンタの出力値と第２の多回転カウンタの出力値を所定の周期で継続的に比較し相違が生じた場合に外部に対しエラー情報を出力することでレゾルバの多回転位置検出装置の不具合検知が可能となり、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

図５は、本発明の実施例４におけるレゾルバの回転位置検出装置を含むモータの制御装置のブロック図を示すものである。

前述の本発明の実施例１、２、３及び従来例では次のような課題点も考察される。すなわち、レゾルバの多回転位置検出装置（１２０及び８０３）が通電時においてレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号からコンパレータを経由して多回転位置の検出を行っているため、レゾルバのＡ相、Ｂ相の信号にノイズが重畳した場合、コンパレータの出力レベルが反転し、レゾルバの多回転位置を誤検出する恐れがある。

また、このような誤検出を回避するためには、コンパレータの前段にノイズ除去回路を付加するなど対策が必要となるが、停電時には消費電流を抑えるためパルス幅の細いパルス励磁信号によって多回転位置を検出する必要があり、パルス励磁信号によるレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号が前記ノイズ除去回路によって減衰するため多回転位置の検出が困難となり、耐ノイズ性能の改善が難しいという課題点の考察である。

本発明の実施例４は、前記従来の課題を解決するための構成を示すものである。図４に示す本発明の実施例３におけるレゾルバの回転位置検出装置４０２と図５に示す本発明の実施例４におけるレゾルバの回転位置検出装置５０２の構成上の相違点は、第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４、第３の二値化処理部５０５と第４の二値化処理部５０６、信号切替回路部１２６を含むレゾルバの多回転位置検出装置５２０、タイミング生成処理部１１１である。これらの相違点について、以下、詳細に説明する。

レゾルバ１０１が出力するＡ相、Ｂ相の信号はＡＤ変換器１０３、１０４において離散的に順次、ＡＤ変換（サンプリング）された値がそれぞれ第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４に入力され、過去Ｎ回分（Ｎは所定の自然数）の入力値について平均化した値が順次出力される。第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４の出力値はそれぞれ第３の二値化処理部５０５と第４の二値化処理部５０６に入力され、その値の極性（正負）に従いＨレベルまたはＬレベルの二値化した信号が各々出力される。

信号切替回路部１２６は、動作モード切替指令生成処理部１０６の出力する動作モード切替指令に従い、第３の二値化処理部５０５及び第４の二値化処理部５０６の出力と第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力を切り替えて出力する。すなわち、通電時は第３の二値化処理部５０５及び第４の二値化処理部５０６の出力を選択し、停電時は第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力を選択して第２の多回転カウンタ１２３に出力する。

前記第３の二値化処理部５０５及び第４の二値化処理部５０６の出力と第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力は、両者とも図９及び表１に示すＡ相、Ｂ相の信号と対応しており、第２の多回転カウンタ１２３において、レゾルバの角度位置が第１象限から第４象限に移った時、多回転位置が１つ減少し（桁下げ）、逆にレゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移った時、多回転位置が１つ増加する（桁上げ）ように動作する。

なお、第３の二値化処理部５０５及び第４の二値化処理部５０６の出力はＡＤ変換器１０３、１０４においてＡＤ変換（サンプリング）された後の信号から生成されているので、第２の多回転カウンタ１２３においては図４におけるタイミング生成処理部１１１は必要が無く、常にパルス励磁信号生成回路部１２４の出力するパルス励磁信号のタイミング
で動作すればよい。

次に第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４及び第３の二値化処理部５０５と第４の二値化処理部５０６の動作の詳細について説明する。第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４を導入する目的はレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号に含まれるノイズ成分を低減することである。特に通電時においてはレゾルバ周辺から混入するノイズが増大する可能性があるため、従来の構成のように、通電時において第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力を用いて多回転位置の検出を行った場合、誤検出が生じる恐れがある。

図６（ａ）〜（ｅ）は多回転位置の検出について説明するための各部分の信号波形を示す図である。レゾルバは一定速度で回転しているとする。図６（ａ）はＲＤ変換処理部１０５が出力するレゾルバの角度位置を示す信号波形である。また、これに対応したレゾルバの角度位置に対応する象限の推移を図６（ｂ）に示す。これを元にした第１の多回転カウンタ１０７の出力値を示す信号波形は図６（ｄ）のようになり、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２において、レゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移行するので多回転位置の値が１つずつ増加している。

従来例のように、通電時において第１の二値化処理部１２１及び第２の二値化処理部１２２の出力を用いて多回転位置の検出を行った場合、レゾルバのＡ相、Ｂ相の信号にノイズが重畳した時、第１の二値化処理部１２１と第２の二値化処理部１２２の出力から導出されたレゾルバの角度位置に対応する象限が実際と異なる象限となる可能性がある。

例えば図６（ｃ）のような象限の推移になった場合、時刻ｔ０においてレゾルバの角度位置が第４象限から第１象限に移行した後、再び第１象限から第４象限に移行し多回転位置の値が１つ減少し、図６（ｅ）のような信号波形となり多回転位置の検出値が実際とは異なるものになる可能性がある。

しかしながら、第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４によって、レゾルバのＡ相の信号、Ｂ相の信号に含まれるノイズ成分が減少するので、通電時には、これらを経由した第３の二値化処理部５０５と第４の二値化処理部５０６の出力を元に多回転位置を検出することで耐ノイズ性が向上し、第２の多回転カウンタ１２３においてもレゾルバの多回転位置の誤検出が少なくなる。

以上のように、第２の多回転カウンタにおいても誤検出の少ない信頼性の高いレゾルバの多回転位置の検出が可能となる。

ただし、前述の多回転位置の検出の動作が成立する条件としては、第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４の出力に大幅な遅れが無く、第３の二値化処理部５０５と第４の二値化処理部５０６の出力において４象限（Ｉ〜ＩＶ）の判別が確実に出来ることが必要となる。

各象限は、レゾルバの回転角で９０度に相当するが、例えば、レゾルバが１２，０００［ｒ／ｍｉｎ］の速度で回転していたとすると、レゾルバが９０度回転する時間は、１．２５［ｍｓｅｃ］となる。一方、ＡＤ変換器１０３、１０４の出力値は例えば２５［μｓｅｃ］で更新される（励磁信号周波数を１０［ｋＨｚ］とし励磁信号１波内に４回ＡＤ変換すると仮定する）ので、第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４における平均回数を仮に８回に設定した（Ｎ＝８）としても平均化処理による遅れ時間の平均値は０．１［ｍｓｅｃ］程度であり、レゾルバの多回転位置を検出するための信号としては十分である。

なお、第１の平均化処理部５０３と第２の平均化処理部５０４において平均化処理の代わりにローパスフィルタを用いても同様にレゾルバのＡ相、Ｂ相の信号に含まれるノイズ成分を低減できるので、その時定数を適正に設定することで多回転位置の検出の動作が成立し、耐ノイズ性向上の効果が得られる。

以上説明したように、第１の平均化処理部と第２の平均化処理部、第３の二値化処理部と第４の二値化処理部、信号切替回路部を設け、通電状態と停電状態で信号経路を切り替えて第２の多回転カウンタにおける多回転検出の動作を行うことで、レゾルバの多回転位置検出装置について耐ノイズ性を高めることが出来、信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

図７は、本発明の実施例５におけるレゾルバの回転位置検出装置を含むモータの制御装置のブロック図を示すものである。

図５に示す本発明の実施例４におけるレゾルバの回転位置検出装置５０２と図７に示す本発明の実施例５におけるレゾルバの回転位置検出装置７０２の構成上の相違点は、第２の照合処理部７０３及び絶対値比較処理部７０４のみである。なお、図７においては、動作モード切替指令生成処理部１０６及びその出力信号の図示を省略している。

図７に示すレゾルバの回転位置検出装置７０２においては、第１の二値化処理部１２１または第２の二値化処理部１２２に不具合が生じた場合、停電時においてレゾルバの多回転位置の検出を正常に行うことが出来ず、停電時にレゾルバ１０１が回転した場合、結果として第２の多回転カウンタ１２３は正しい値を出力することが出来ない。

また、第１の照合処理部４０３においても通電時にしか照合処理を行なわないので、第２の多回転カウンタ１２３の出力値が妥当であるかの確認において十分とは言えない。仮に第１の二値化処理部１２１または第２の二値化処理部１２２に不具合が生じ、第２の多回転カウンタ１２３の出力値がずれたままの状態でモータ１１３の制御を継続するのは危険な場合がある。

そこで、第２の照合処理部７０３を設け、第３の二値化処理部５０５の出力と第１の二値化処理部１２１の出力、及び第４の二値化処理部５０６の出力と第２の二値化処理部１２２の出力を所定の周期で継続的に比較し、相違があれば外部に対しエラー情報を出力する。これにより前もって危険を回避することが可能となる。

ただし、第３の二値化処理部５０５の出力と第１の二値化処理部１２１の出力の比較はレゾルバのＡ相の信号の振幅が大きい時、また、第４の二値化処理部５０６の出力と第２の二値化処理部１２２の出力の比較はレゾルバのＢ相の信号の振幅が大きい時でなければ、確実な比較は出来ない。

絶対値比較処理部７０４はレゾルバのＡ相の信号の振幅を示す第１の平均化処理部５０３の出力とレゾルバのＢ相の信号の振幅を示す第２の平均化処理部５０４の出力を絶対値として比較し、振幅が大きい方を比較対象とするように第２の照合処理部７０３に対し指令を出力する。これにより第２の照合処理部７０３において確実な比較動作が可能となる。

前述において、Ａ相の信号はｓｉｎθにＢ相の信号はｃｏｓθに対応しているので、レゾルバの回転に従って、第２の照合処理部７０３はＡ相、Ｂ相の両方の信号経路を交互に
照合することになり、第１の二値化処理部１２１と第２の二値化処理部１２２のどちらが不具合していてもレゾルバが１回転する間に不具合の検出が可能であり、信頼性高いものとなる。

以上説明したように、第２の照合処理部を設け、第１の二値化処理部の出力と第３の二値化処理部の出力、及び第２の二値化処理部の出力と第４の二値化処理部の出力を所定の周期で継続的に比較し相違が生じた場合に外部に対しエラー情報を出力することでレゾルバの多回転位置検出装置について万全な不具合検知が可能となり、さらに信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が実現可能である。

なお、本発明のレゾルバの回転位置検出装置においては、従来の構成におけるレゾルバの回転位置検出装置と比較して構成要素が増加している。しかしながら、ワンチップマイコン等の集積回路デバイスなどを用いる構成を採用することで、レゾルバの回転位置検出装置の回路規模は抑制可能であり、かつ実現可能なものである。

以上のように、本発明に係るレゾルバの回転位置検出装置は、レゾルバの回転位置に不整合やずれが生じることがなく、またレゾルバの多回転位置の検出について通電時のノイズによる誤検出が発生しにくく、またレゾルバの多回転位置検出装置について不具合検知も可能なため信頼性の高いレゾルバの回転位置検出装置が提供可能である。従って、ロボット駆動、産業用ＦＡサーボモータなどに適用することの産業的価値は大いなるものである。

１０１レゾルバ
１０２レゾルバの回転位置検出装置
１０３、１０４ＡＤ変換器
１０５ＲＤ変換処理部
１０６動作モード切替指令生成処理部
１０７第１の多回転カウンタ
１０８合成処理部
１０９インターフェイス処理部
１１０正弦波励磁信号生成処理部
１１１タイミング生成処理部
１１２サーボアンプ
１１３モータ
１２０レゾルバの多回転位置検出装置
１２１第１の二値化処理部
１２２第２の二値化処理部
１２３第２の多回転カウンタ
１２４パルス励磁信号生成回路部
１２５励磁信号切替回路部
１２６信号切替回路部
３０２レゾルバの回転位置検出装置
３０３補正処理部
４０２レゾルバの回転位置検出装置
４０３第１の照合処理部
５０２レゾルバの回転位置検出装置
５０３第１の平均化処理部
５０４第２の平均化処理部
５０５第３の二値化処理部
５０６第４の二値化処理部
５２０レゾルバの多回転位置検出装置
７０２レゾルバの回転位置検出装置
７０３第２の照合処理部
７０４絶対値比較処理部
８０２レゾルバの回転位置検出装置
８０３レゾルバの多回転位置検出装置
８０４多回転カウンタ

Claims

レゾルバから出力される略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相及びＢ相の信号から前記レゾルバの角度位置を検出するＲＤ変換処理部と、前記ＲＤ変換処理部の出力値から多回転位置を生成する第１の多回転カウンタと、前記Ａ相及びＢ相の信号を二値化する第１の二値化処理部及び第２の二値化処理部と、前記第１の二値化処理部及び前記第２の二値化処理部の出力に基づいて多回転位置を生成する第２の多回転カウンタを備え、停電状態から通電状態への切り替わりのときに、前記第２の多回転カウンタの出力値を前記第１の多回転カウンタに設定するレゾルバの回転位置検出装置。
第２の多回転カウンタにおいて２分の１回転までの検出も併せて行い、停電状態から通電状態への切り替わりのときに、第２の多回転カウンタの出力値を第１の多回転カウンタに設定する時に、前記２分の１回転の値をＲＤ変換処理部の出力値と照合することで第２の多回転カウンタの出力値を補正して第１の多回転カウンタに設定する請求項１記載のレゾルバの回転位置検出装置。
通電状態において第１の多回転カウンタの出力値と第２の多回転カウンタの出力値を照合し、相違があればエラー情報を出力する第１の照合処理部を備えた請求項１又は請求項２のいずれかに記載のレゾルバの回転位置検出装置。
Ａ相及びＢ相の信号をそれぞれ平均化して出力する第１の平均化処理部及び第２の平均化処理部又はＡ相及びＢ相の信号のノイズ成分を除去する第１フィルタ処理部及び第２のフィルタ処理部と前記第１の平均化処理部及び前記第２の平均化処理部又は前記第１のフィルタ処理部及び前記第２のフィルタ処理部を経由したＡ相及びＢ相の信号をそれぞれ二値化して出力する第３の二値化処理部及び第４の二値化処理部を備え、通電時は前記第３の二値化処理部及び前記第４の二値化処理部の出力に基づき、停電時は第１の二値化処理部及び第２の二値化処理部の出力に基づいて多回転位置を生成する第２の多回転カウンタを備えた請求項１、請求項２又は請求項３のいずれかに記載のレゾルバの回転位置検出装置。
通電状態において第１の二値化処理部の出力と第３の二値化処理部の出力を照合し、かつ第２の二値化処理部の出力と第４の二値化処理部の出力を照合し、相違があればエラー情報を出力する第２の照合処理部を備えた請求項４記載のレゾルバの回転位置検出装置。
通電状態において第１の二値化処理部の出力と第３の二値化処理部の出力を照合する処理と、第２の二値化処理部の出力と第４の二値化処理部の出力を照合する処理を、Ａ相及びＢ相の信号の絶対値に基づいて切り替えて実行する第２の照合処理部を備えた請求項５記載のレゾルバの回転位置検出装置。