JP2021085810A - 位置検出装置および位置伝達方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイコンの起動後にマイコンへより早くかつ容易に現在位置を伝達する。【解決手段】所定の機械要素の位置を検出する位置伝達システム１であって、制御部１２を備える。制御部１２は、所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行し、機械要素の実際の現在位置に関わらずかかる機械要素の原点位置を示す信号を疑似的に出力する。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、位置検出装置および位置伝達方法に関する。

従来、車両やロボット等に搭載され、回転や直動による機械的変位量をパルス信号に変換して出力し、たとえばマイコンなどにかかるパルス信号に基づいて、所定の機械要素の位置を検出させる位置検出装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

かかる位置検出装置の一つとしては、たとえば回転角位置を検出させるロータリーエンコーダが知られている。ロータリーエンコーダには、インクリメンタル形とアブソリュート形とがあり、インクリメンタル形の場合、パルス信号は、Ａ相、Ｂ相およびＺ相の３種類が出力される。

Ａ相およびＢ相は、９０°の位相差を有しており、かかるＡ相およびＢ相のパルス信号により角度の増減が伝えられる。Ｚ相のパルス信号は、原点位置を示す信号であり、回転軸の１回転に１度出力され、いわゆる原点だしに用いられる。

マイコンは、かかるＡ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号に基づいて、たとえば角度測定用のカウンタのアップ／ダウン／クリアを実行し、現在の回転角位置を取得することとなる。

特開昭６１−２６５５２０号公報

しかしながら、従来技術は、マイコンの起動後にマイコンへより早くかつ容易に現在の回転角位置を伝達するうえで、さらなる改善の余地がある。たとえば、従来技術を用いた場合、起動直後のマイコンは、少なくともＺ相のパルス信号を受け取るまでは、正確な現在の回転角位置を知ることはできない。

この点、アブソリュート形では即座に現在の回転角位置を知ることができるが、分解能に応じてパラレル信号が必要となり、信号線を減らすためにはＡ／Ｂ／Ｚとシリアル通信などを併用している。なお、たとえばシリアル通信等の通信手段を別途設けて、かかる通信手段を介し、マイコンの起動後かつ最初のＺ相の出力前に、現在の回転角位置を伝えることは可能である。ただし、これを実現するためには、別途ハードウェアおよびソフトウェアが必要となり、煩雑である。

なお、こうした課題は、ロータリーエンコーダに限らず、レゾルバとマイコンとの間にＲＤＣ（Resolver to Digital Converter）が介在してマイコンに現在の回転角位置を検出させる場合や、リニアエンコーダが直線的位置を検出させる場合にも共通する課題である。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、マイコンの起動後にマイコンへより早くかつ容易に現在位置を伝達することができる位置検出装置および位置伝達方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る位置検出装置は、所定の機械要素の位置を検出する位置検出装置であって、制御部を備える。前記制御部は、所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行し、前記機械要素の実際の現在位置に関わらず該機械要素の原点位置を示す信号を疑似的に出力する。

実施形態の一態様によれば、マイコンの起動後にマイコンへより早く現在位置を伝達することができる。

図１Ａは、比較例に係る位置伝達方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、比較例に係る位置伝達方法の概要説明図（その２）である。 図１Ｃは、比較例に係る位置伝達方法の概要説明図（その３）である。 図１Ｄは、実施形態に係る位置伝達方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｅは、実施形態に係る位置伝達方法の概要説明図（その２）である。 図１Ｆは、実施形態に係る位置伝達方法の概要説明図（その３）である。 図２は、実施形態に係る位置伝達システムの構成例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る角度センサが実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する位置検出装置および位置伝達方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、実施形態に係る位置検出装置が、レゾルバ４０と、ＲＤＣ５０とを備える角度センサ１０である場合を主たる例に挙げて説明を行う。

まず、実施形態に係る位置伝達方法の概要について、図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、比較例に係る位置伝達方法の概要説明図（その１）〜（その３）である。また、図１Ｄ〜図１Ｆは、実施形態に係る位置伝達方法の概要説明図（その１）〜（その３）である。

実施形態に係る位置伝達方法に先立って、比較例の方から説明する。図１Ａに示すように、比較例に係る位置伝達方法では、起動直後のマイコンは、図中のマイコン側カウンタの推移から分かるように、角度センサが少なくとも最初のＺ相のパルス信号を出力するまでは（図中のＭ１部参照）、実際の現在位置（すなわち、ここでは原点位置）を正確に知ることはできない。

そこで、たとえばシリアル通信等の通信手段を別途設けて、かかる通信手段を介し、マイコンの起動後かつ最初のＺ相の出力前に、角度センサが実際の現在位置を伝達することは可能である。

かかる場合、たとえば図１Ｂに示すように、比較例に係る角度センサ１０’とマイコン２０とはＡ相、Ｂ相およびＺ相のデジタル信号線以外に、シリアル通信用の通信線で接続されることとなる。

そして、かかる場合、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、角度センサ１０’は、マイコン２０の起動後かつ最初のＺ相の出力前に、シリアル通信を介してマイコン２０へ実際の現在位置を伝達する。そして、マイコン２０は、かかる現在位置によってマイコン側カウンタをクリアし、後は通常のＡ相、Ｂ相およびＺ相の出力に基づいてカウンタのアップ／ダウン／クリアを繰り返し、実際の現在位置と同期することとなる。

ただし、かかる図１Ｂおよび図１Ｃに示す比較例の場合、シリアル通信用のハードウェアが必要となるし、マイコン２０は、シリアル通信を介した現在位置の受け取り、および、これによるカウンタのクリアというソフトウェア的な対応が必要となる。したがって、煩雑である。

そこで、実施形態に係る位置伝達方法では、角度センサ１０に対し、所定の初期化条件が成立した場合に、実際の現在位置に関わりなくマイコン側カウンタをクリアさせるとともに、実際の現在位置に一致するようにマイコン側カウンタをカウントさせる疑似的なＺ相、Ａ相およびＢ相のパルス出力を行う初期化モードを設けることとした。

具体的には、まず図１Ｄに示すように、実施形態に係る角度センサ１０は、初期化用カウンタを有する。また、角度センサ１０は、実際の現在位置を保持する。

そのうえで、図１Ｅに示すように、角度センサ１０は、マイコン２０の起動後、所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行する。所定の初期化条件は、たとえば電源が投入され、所定時間が経過したタイミング、たとえばマイコン２０が準備段階を経て正常に立ち上がったタイミング等である。

初期化モードでは、角度センサ１０は、まず実際の現在位置に関わらず、疑似的にＺ相のパルス信号を出力する（図中のＭ２部参照）。すると、これを受けてマイコン２０は、通常モード時と同様に、マイコン側カウンタをクリアする。一方で、角度センサ１０は、自身が有する初期化用カウンタをクリアしてマイコン側カウンタに同期させる。

つづいて、初期化モードでは、角度センサ１０は、マイコン側カウンタが実際の現在位置に一致するまで疑似的にＡ相およびＢ相のパルス信号を高速で出力し、通常モード時と同様に、マイコン２０に、マイコン側カウンタをカウントさせる。

このとき、角度センサ１０は、自身が有する初期化用カウンタをマイコン側カウンタと同期してカウントし、図１Ｄに示すように、初期化用カウンタと現在位置とを比較して、マイコン側カウンタが実際の現在位置に一致したか否かを判定する。

そして、マイコン側カウンタが実際の現在位置に一致したならば、角度センサ１０は通常モードへ移行し、実際の現在位置に応じつつＡ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号を出力する。

これにより、マイコン２０の起動後にマイコン２０へより早くかつ容易に現在位置を伝達することが可能となる。なお、所定の初期化条件は、たとえば電源が投入され、マイコン２０が準備段階を経て正常に立ち上がったタイミングを例に挙げたが、図１ＤのＯ１部に示すように、マイコン２０からの初期化要求があった場合に初期化条件成立としてもよい。

また、かかる場合、初期化状態であることを示す応答を返すようにしてもよい。かかるＯ１部を実現する場合、通信線を設ける必要があるが、Ｈｉ／Ｌｏ状態が識別できればよいので、デジタル信号線で足りる。また、Ｏ１部は、オプション的な構成であってもよい。

なお、ここで、実施形態に係る位置伝達システム１の構成の概要について述べておく。図１Ｆに示すように、位置伝達システム１は、レゾルバ４０と、ＲＤＣ５０と、マイコン２０とを含む。レゾルバ４０およびＲＤＣ５０は、角度センサ１０を構成し、レゾルバ４０はＲＤＣ５０に対し、励磁信号、Ｓｉｎ信号およびＣｏｓ信号を出力する。

ＲＤＣ５０は、これらの信号に基づき、マイコン２０に対し、Ａ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号を出力する。また、ＲＤＣ５０は、上述した初期化モードを有しており、初期化条件が成立した場合に、これまで説明した初期化モードで動作することとなる。

このように、実施形態に係る位置伝達方法では、角度センサ１０に対し、所定の初期化条件が成立した場合に、実際の現在位置に関わりなくマイコン側カウンタをクリアさせるとともに、実際の現在位置に一致するようにマイコン側カウンタをカウントさせる疑似的なＺ相、Ａ相およびＢ相のパルス出力を行う初期化モードを設けることとした。

したがって、実施形態に係る位置伝達方法によれば、マイコン２０の起動後にマイコン２０へより早くかつ容易に現在位置を伝達することができる。

以下、上述した実施形態に係る位置伝達方法を適用した位置伝達システム１の構成例について、より具体的に説明する。

図２は、実施形態に係る位置伝達システム１の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

また、図２を用いた説明では、既に説明済みの構成要素については、説明を簡略するか、説明を省略する場合がある。

図２に示すように、実施形態に係る位置伝達システム１は、角度センサ１０と、マイコン２０とを含む。

角度センサ１０は、記憶部１１と、制御部１２と、角度検出機構１３とを備える。上述のＲＤＣ５０は、記憶部１１および制御部１２に相当する。また、レゾルバ４０は、角度検出機構１３に相当する。

記憶部１１は、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子等によって実現され、図２の例では、現在位置１１ａと、初期化用カウンタ１１ｂとを記憶する。

現在位置１１ａは、角度センサ１０自身が保持する実際の現在位置である。初期化用カウンタ１１ｂは、図１Ｄおよび図１Ｅの初期化用カウンタに相当する。

制御部１２は、コントローラ（controller）であり、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、角度センサ１０内部の記憶デバイスに記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部１２は、たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現することができる。

制御部１２は、取得部１２ａと、モード制御部１２ｂと、生成部１２ｃとを有し、以下に説明する情報処理の機能や作用を実現または実行する。

取得部１２ａは、初期化条件の成立に関するイベントの発生を取得する。たとえば取得部１２ａは、角度センサ１０の電源が投入されたことを取得する。また、取得部１２ａは、初期化条件の成立がマイコン２０からの初期化要求に基づく場合、かかる初期化要求を取得する。

モード制御部１２ｂは、取得部１２ａの取得結果に基づいて初期化条件が成立したか否かを判定し、初期化条件が成立していなければ通常モードで角度センサ１０を動作させる。また、モード制御部１２ｂは、初期化条件が成立していれば角度センサ１０を初期化モードで動作させる。また、モード制御部１２ｂは、初期化モードの動作が終了すれば、通常モードで角度センサ１０を動作させる。

モード制御部１２ｂは、通常モード制御部１２ｂａと、初期化モード制御部１２ｂｂとを有する。通常モード制御部１２ｂａは、通常モードで動作するように角度センサ１０を制御する。すなわち、通常モード制御部１２ｂａは、入力軸Ｓへ接続された角度検出機構１３を制御し、角度検出機構１３に、入力軸Ｓの実際の回転に応じた機械的変位量を出力させる。

また、通常モード制御部１２ｂａは、角度検出機構１３から出力された実際の機械的変位量に基づき、生成部１２ｃに、Ａ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号を生成してマイコン２０へ出力させる。また、通常モード制御部１２ｂａは、実際の現在位置を現在位置１１ａへセットする。

初期化モード制御部１２ｂｂは、初期化モードで動作するように角度センサ１０を制御する。すなわち、初期化モード制御部１２ｂｂはまず、入力軸Ｓの実際の回転角位置に関わりなく、生成部１２ｃに、疑似的なＺ相のパルス信号を生成してマイコン２０へ出力させる。このとき初期化モード制御部１２ｂｂは、あわせて初期化用カウンタ１１ｂをクリアする。

また、初期化モード制御部１２ｂｂは、生成部１２ｃに疑似的なＺ相のパルス信号を出力させた後、生成部１２ｃに、疑似的にＡ相およびＢ相のパルス信号を通常モード時よりも高速で生成してマイコン２０へ出力させる。

このとき、初期化モード制御部１２ｂｂは、疑似的なＡ相およびＢ相のパルス信号に応じて初期化用カウンタ１１ｂをカウントし、現在位置１１ａと比較して一致するまで、生成部１２ｃに、疑似的にＡ相およびＢ相のパルス信号を出力させる。

そして、初期化モード制御部１２ｂｂは、初期化用カウンタ１１ｂと現在位置１１ａとが一致したならば初期化モードを終了させ、以降は通常モード制御部１２ｂａが、通常モードで動作するように角度センサ１０を制御する。

なお、疑似的にＡ相およびＢ相のパルス信号を出力させる際、初期化用カウンタ１１ｂが現在位置１１ａへ一致するまでの到達時間が短くなるように、たとえば０°〜１８０°ならカウントアップ、１８０°〜３６０°ならカウントダウンされるように出力させるとよい。

生成部１２ｃは、モード制御部１２ｂからの指示に基づいて、実際のあるいは疑似的なＡ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号を生成し、マイコン２０へ出力する。

マイコン２０は、記憶部２１と、制御部２２とを備える。記憶部２１は、たとえば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現され、図２の例では、カウンタ２１ａを記憶する。カウンタ２１ａは、図１Ａ〜図１Ｅのマイコン側カウンタに相当する。

制御部２２は、制御部１２と同様に、コントローラ（controller）であり、たとえば、ＣＰＵやＭＰＵ等によって、マイコン２０内部の記憶デバイスに記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部２２は、たとえば、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の集積回路により実現することができる。

制御部２２は、取得部２２ａと、カウント部２２ｂと、要求部２２ｃとを有し、以下に説明する情報処理の機能や作用を実現または実行する。

取得部２２ａは、生成部１２ｃから出力されるＡ相、Ｂ相およびＺ相のパルス信号を取得する。

カウント部２２ｂは、取得部２２ａによって取得された各パルス信号に基づいてカウンタ２１ａをアップ／ダウン／クリアさせる。

要求部２２ｃは、角度センサ１０における初期化条件の成立がマイコン２０からの初期化要求に基づく場合、かかる初期化要求を角度センサ１０へ出力する。また、かかる場合、取得部２２ａは、角度センサ１０からの応答を取得することとなる。

次に、実施形態に係る角度センサ１０が実行する処理手順について、図３を用いて説明する。図３は、実施形態に係る角度センサ１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、図３には、初期化モード時の処理手順を示している。

図３に示すように、まず、モード制御部１２ｂが、初期化条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、初期化条件が成立していなければ（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、図示は略するがモード制御部１２ｂは角度センサ１０を通常モードで動作させつつ、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。

また、初期化条件が成立していれば（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、モード制御部１２ｂは、角度センサ１０を初期化モードへ移行させ、生成部１２ｃに疑似的なＺ相のパルス信号を生成して出力させるとともに、初期化用カウンタ１１ｂをクリアする（ステップＳ１０２）。

そして、モード制御部１２ｂは、初期化用カウンタ１１ｂが現在位置１１ａに近づくように、生成部１２ｃに疑似的なＡ相およびＢ相のパルス信号を生成して出力させるとともに、かかるパルス信号に応じて初期化用カウンタ１１ｂをアップ／ダウンする（ステップＳ１０３）。

そして、初期化用カウンタ１１ｂと現在位置１１ａとが一致したか否かが判定される（ステップＳ１０４）。ここで、一致していなければ（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０３からの処理を繰り返す。一方、一致していれば（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、初期化モードとしての処理を終了する。

上述してきたように、実施形態に係る角度センサ１０（「位置検出装置」の一例に相当）は、入力軸Ｓ（「所定の機械要素」の一例に相当）の回転角位置（「位置」の一例に相当）を検出する角度センサ１０であって、制御部１２を備える。制御部１２は、所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行し、入力軸Ｓの実際の現在位置に関わらずＺ相のパルス信号（「機械要素の原点位置を示す信号」の一例に相当）を疑似的に出力する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、マイコン２０の起動後にマイコン２０へより早くかつ容易に現在位置を伝達することができる。

また、制御部１２は、Ｚ相のパルス信号を疑似的に出力した後、原点位置から上記現在位置に近づくように、Ａ相およびＢ相のパルス信号（「機械要素の位置の増減を示す信号」の一例に相当）を疑似的に出力する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、疑似的に伝達した原点位置に基づいて正確にマイコン２０へ現在位置を伝達することができる。

また、制御部１２は、初期化モードにおいて、Ａ相およびＢ相のパルス信号を、初期化モード以外のモードである通常モード時よりも高速に出力する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、マイコン２０へより早く現在位置を伝達することができる。

また、制御部１２は、角度センサ１０の電源投入後、所定時間が経過した場合に、初期化モードへ移行する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、マイコン２０が正常に立ち上がった後、迅速に現在位置を伝達することが可能となる。

また、制御部１２は、マイコン２０から所定の初期化要求を受け付けた場合に、初期化モードへ移行する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、マイコン２０からの要求に応じた適切なタイミングで現在位置を伝達することが可能となる。

また、入力軸Ｓは、車両に搭載される電動機の回転軸であり、角度センサ１０は、かかる回転軸の回転角位置を検出する。

したがって、実施形態に係る角度センサ１０によれば、車両に搭載された電動機の回転角位置をより早くかつ容易に伝達することが可能となる。

なお、上述した各実施形態では、位置検出装置が回転角位置を検出する場合を例に挙げたが、リニアエンコーダのような直線的位置を検出する位置検出装置に適用してもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 位置伝達システム
１０ 角度センサ
１１ 記憶部
１１ａ 現在位置
１１ｂ 初期化用カウンタ
１２ 制御部
１２ａ 取得部
１２ｂ モード制御部
１２ｂａ 通常モード制御部
１２ｂｂ 初期化モード制御部
１２ｃ 生成部
１３ 角度検出機構
２０ マイコン
２１ 記憶部
２１ａ カウンタ
２２ 制御部
２２ａ 取得部
２２ｂ カウント部
２２ｃ 要求部
４０ レゾルバ
５０ ＲＤＣ

Claims (7)

1. 所定の機械要素の位置を検出する位置検出装置であって、
   所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行し、前記機械要素の実際の現在位置に関わらず該機械要素の原点位置を示す信号を疑似的に出力する制御部
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記制御部は、
   前記原点位置を示す信号を疑似的に出力した後、前記原点位置から前記現在位置に近づくように、前記機械要素の位置の増減を示す信号を疑似的に出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記制御部は、
   前記初期化モードにおいて、前記機械要素の位置の増減を示す信号を、前記初期化モード以外のモードである通常モード時よりも高速に出力する
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記制御部は、
   前記位置検出装置の電源投入後、所定時間が経過した場合に、前記初期化モードへ移行する
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の位置検出装置。
5. 前記制御部は、
   外部から所定の初期化要求を受け付けた場合に、前記初期化モードへ移行する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の位置検出装置。
6. 前記機械要素は、車両に搭載される電動機の回転軸であり、
   前記回転軸の回転角位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の位置検出装置。
7. 所定の機械要素の位置を検出する位置検出装置を用いた位置伝達方法であって、
   所定の初期化条件が成立した場合に、初期化モードへ移行し、前記機械要素の実際の現在位置に関わらず該機械要素の原点位置を示す信号を疑似的に出力する制御工程
   を含むことを特徴とする位置伝達方法。

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