JP2024032142A - Monitoring device, angle detection device, and monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視装置、角度検出装置および監視方法に関する。 The present invention relates to a monitoring device, an angle detection device, and a monitoring method.
従来、レゾルバを用いてモータなどの回転角度を検出する角度検出装置が知られている。また、レゾルバを用いた角度検出装置において、温度変化などを監視する機能を備えることも知られている。
例えば特許文献1には、レゾルバを用いた角度位置検出装置において、温度ドリフトの補償による検出精度向上を目的として、N相レゾルバ信号をアナログ加算することにより、N相レゾルバ信号の変調成分を相殺し、コイルの温度を反映した温度検出信号を生成する技術が提案されている。
2. Description of the Related Art An angle detection device that detects the rotation angle of a motor or the like using a resolver is conventionally known. It is also known that an angle detection device using a resolver has a function of monitoring temperature changes and the like.
For example, in
特許文献1の技術では、温度ドリフトに伴う検出精度の変化を監視して補償することができるが、N相の相互間でのアンバランスによる検出精度の変化を監視してアンバランスを修正することはできない。
そこで、本発明は、N相相互間でのアンバランスによる検出精度の変化を監視して修正することを課題とする。
The technique of
Therefore, an object of the present invention is to monitor and correct changes in detection accuracy due to imbalance between N phases.
上記課題を解決するために、本発明に係る監視装置の一態様は、N相(Nは3以上の整数)のレゾルバにおけるN相の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によって当該レゾルバにおける検出精度を監視する監視部と、監視によって得られた上記検出精度に応じて上記出力信号のバランスを調整する調整部と、を備える。 In order to solve the above problems, one aspect of the monitoring device according to the present invention provides a sine signal obtained by N-phase to two-phase conversion from an N-phase output signal in an N-phase (N is an integer of 3 or more) resolver. and a monitoring unit that monitors the detection accuracy in the resolver based on the sum of squares of the and cosine signals, and an adjustment unit that adjusts the balance of the output signal according to the detection accuracy obtained by monitoring.
このような監視装置によれば、sin信号とcos信号の二乗和によって精度よく検出精度を監視してアンバランスを修正することができる。
また、上記の監視装置において、上記調整部は、上記N相のうち、他の相に対してアンバランスを生じている相の出力信号を調整することが好ましい。アンバランスな相の出力信号が調整されることで相の相互間におけるアンバランスが容易に修正される。
According to such a monitoring device, it is possible to accurately monitor detection accuracy and correct imbalance using the sum of squares of the sine signal and the cosine signal.
Further, in the above-mentioned monitoring device, it is preferable that the adjustment section adjusts the output signal of a phase that is unbalanced with respect to other phases among the N phases. By adjusting the output signal of the unbalanced phase, the unbalance between the phases can be easily corrected.
また、上記の監視装置において、上記調整部は、上記二乗和における極大値と極小値との差に応じた調整量で上記出力信号を調整することが好ましい。2乗和における極大値と極小値との差は、相の相互間におけるアンバランスを精度よく示した指標となるので、当該差に応じた調整量によってアンバランスが精度よく修正される。 Further, in the above monitoring device, it is preferable that the adjustment section adjusts the output signal by an adjustment amount according to a difference between a local maximum value and a local minimum value in the sum of squares. The difference between the local maximum value and the local minimum value in the sum of squares is an index that accurately indicates the unbalance between the phases, so the unbalance can be accurately corrected by the adjustment amount according to the difference.
また、上記の監視装置において、上記監視部は、上記N相のうち、相番M(0~N-1)の相について、(360°÷N)×M+90°の第1電気角および(360°÷N)×M-90°の第2電気角の少なくとも一方で上記二乗和の値Eを監視し、上記第1電気角で値Eが増加した場合および上記第2電気角で値Eが減少した場合には相番Mの相でDC成分が増加したと判定し、上記第1電気角で値Eが減少した場合および上記第2電気角で値Eが増加した場合には相番Mの相でDC成分が減少したと判定することが好適である。このような判定手法により、容易且つ精度よく、アンバランスな相が特定される。 Further, in the above monitoring device, the monitoring unit may be arranged to set a first electrical angle of (360°÷N)×M+90° and a first electrical angle of (360 The value E of the sum of squares is monitored at least at one of the second electrical angles of °÷N)×M−90°, and if the value E increases at the first electrical angle and the value E increases at the second electrical angle. If the value E decreases, it is determined that the DC component has increased in the phase with the phase number M. If the value E decreases at the first electrical angle, and if the value E increases at the second electrical angle, the phase number M It is preferable to determine that the DC component has decreased in this phase. With such a determination method, an unbalanced phase can be easily and accurately identified.
上記課題を解決するために、本発明に係る上記角度検出装置の一態様は、N相(Nは3以上の整数)のレゾルバと、上記レゾルバの出力信号から当該レゾルバの電気角θを得る角度検出部と、上記レゾルバにおけるN相の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によって当該レゾルバにおける検出精度を監視する監視部と、監視によって得られた上記検出精度に応じて上記出力信号のバランスを調整する調整部と、を備える。
このような角度検出装置によれば、N相相互間でのアンバランスによる検出精度の変化を監視してアンバランスを修正することができ、高精度の角度検出が可能となる。
In order to solve the above problems, one aspect of the angle detection device according to the present invention includes an N-phase (N is an integer of 3 or more) resolver and an angle for obtaining an electrical angle θ of the resolver from an output signal of the resolver. a detection unit; a monitoring unit that monitors the detection accuracy in the resolver based on the sum of squares of a sine signal and a cosine signal obtained from the N-phase output signal of the resolver by N-phase to two-phase conversion; An adjustment section that adjusts the balance of the output signal according to detection accuracy.
According to such an angle detection device, it is possible to monitor changes in detection accuracy due to unbalance between the N phases and correct the unbalance, thereby enabling highly accurate angle detection.
上記課題を解決するために、本発明に係る監視装置における監視方法の一態様は、N相(Nは3以上の整数)のレゾルバにおけるN相の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によって当該レゾルバにおける検出精度を監視する監視ステップと、監視によって得られた上記検出精度に応じて上記出力信号のバランスを調整する調整ステップと、を有する。 In order to solve the above problems, one aspect of the monitoring method in the monitoring device according to the present invention is to obtain the output signal from the N-phase output signal of the N-phase (N is an integer of 3 or more) resolver by N-phase to 2-phase conversion. The present invention includes a monitoring step of monitoring the detection accuracy in the resolver based on the square sum of the sine signal and the cosine signal, and an adjustment step of adjusting the balance of the output signal according to the detection accuracy obtained by monitoring.
このような監視方法によれば、sin信号とcos信号の二乗和によって精度よく検出精度を監視してアンバランスを修正することができる。 According to such a monitoring method, it is possible to accurately monitor detection accuracy and correct imbalance using the sum of squares of the sine signal and the cosine signal.
本発明によれば、温度ドリフトに伴う検出精度の変化とN相相互間でのアンバランスによる検出精度の変化との双方を監視することができる。 According to the present invention, it is possible to monitor both changes in detection accuracy due to temperature drift and changes in detection accuracy due to imbalance between N phases.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. However, in order to avoid the following explanation from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of well-known matters or redundant explanations of substantially the same configurations may be omitted. Further, elements shown in the previously described figures may be appropriately referred to in the explanation of later figures.
本明細書において、三相(A相、B相、C相)の巻線を有する三相レゾルバの検出精度を監視する場合を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、四相または五相などを含むN相(Nは3以上の整数)の巻線を有するN相レゾルバの検出精度を監視する場合も本開示の範疇である。 In this specification, embodiments of the present disclosure will be described using as an example a case where detection accuracy of a three-phase resolver having three-phase (A-phase, B-phase, C-phase) windings is monitored. However, monitoring the detection accuracy of an N-phase resolver having N-phase windings (N is an integer of 3 or more) including four-phase or five-phase windings is also within the scope of the present disclosure.
図1は、本実施形態の角度検出装置11を含んだ駆動装置10における全体構成を示す図である。図1には、主として角度検出装置11の回路構成が示されている。
駆動装置10は、モータ60と、モータ60の回転軸の回転角度に対応したレゾルバ信号を出力するレゾルバ40と、モータ60を駆動するドライブユニット20を備えている。ドライブユニット20は、レゾルバ信号からデジタル角度信号φを求める角度検出装置11と、駆動回路70を備えている。図1では便宜上、角度検出装置11のブロック内にレゾルバ40が示されているが、実際にはレゾルバ40は、例えばモータ60内に組み込まれて回転軸の回転角度を検出することができる。モータ60としては、例えば、ダイレクトドライブモータが好適であるが、ダイレクトドライブモータ以外のモータが用いられてもよい。
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a
The
駆動回路70は、角度検出装置11が出力するデジタル角度信号(電気角θを示す信号)に基づいてモータ60を駆動する。
角度検出装置11は、発信器21と、増幅器22と、電流電圧変換回路23と、3相2相変換器24と、R/D変換器(レゾルバ・デジタル・コンバータ)25と、温度検出回路30と、監視装置50とを備える。更に、角度検出装置11は、信号調整器26a、26b、26cと、温度補償器27を備える。
The
The
発信器21は、数kHz程度の励磁信号(正弦波信号)を出力する。増幅器22は、励磁信号を適度な信号レベルに増幅した上でレゾルバ40の共通端子COMに供給する。電流電圧変換回路23は、レゾルバ40から出力される電流信号を電圧信号に変換する。3相2相変換器24は、3相信号を2相信号(sin信号,cos信号)に変換する。R/D変換器25は、2相信号をデジタル角度信号(電気角θを示す信号)に変換する。つまり、3相2相変換器24およびR/D変換器25により、3相のレゾルバ信号からレゾルバ40の電気角θが得られる。温度検出回路30は、レゾルバ40の温度に対応した温度検出信号vtを出力する。
The
監視装置50は、例えばCPU(中央演算装置)によって構成される。後述するように、監視装置50は、レゾルバ40について温度監視と検出精度監視を行う。温度補償器27は、監視装置50で監視された温度に応じて検出角度の温度補償を行う。信号調整器26a、26b、26cは、監視装置50で監視された検出精度に応じて信号の調整を行う。
The
ここで、レゾルバ40の構造について説明する。
図2は、レゾルバ40の構造を示す断面図である。
レゾルバ40は、ステータ(固定子)43と中空環状のロータ(回転子)41を備える。図2に一例としてされたレゾルバ40は、VR(バリアブルリラクタンス)型レゾルバである。
Here, the structure of the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the
The
ステータ43は、先端部に複数の極片歯45を有する外歯状の極片44を複数有する。極片44は、円周を等分する各箇所に固定支持され、各々の極片44には3相のコイルCa,Cb,Ccが順番に巻回される。3相のコイルCa,Cb,Ccは相毎に直列に接続される。
The
ロータ41は、極片歯45に対向して形成されて円周方向に並んだ内歯状の歯42を有する。
A相、B相およびC相の極片44に巻回されるコイルCa,Cb,Ccの巻回方向は、隣り合う同一相の極片44において極性が反転する巻回方向に設定される。例えば、コイルの巻回方向が同一で電流の流れる方向が交互に逆向きとなるように結線される。あるいは結線方向が同一でコイルの巻回方向が時計巻き(CW)と反時計巻き(CCW)で交互に繰り返される。
The
The winding direction of the coils Ca, Cb, and Cc wound around the A-phase, B-phase, and C-
ロータ41とステータ43は同心配置されており、ロータ41とステータ43の間隙(エアギャップ)のリラクタンスがロータ41の回転角度位置により変化する。リラクタンス変化の基本波成分は、ロータ41の1回転で複数(ロータ歯数)周期となる。コイルCa,Cb,Ccの共通端子に励磁信号が供給されると、3相のコイルCa,Cb,Ccからは、ステータ43に対するロータ41の回転角度位置に応じたA相、B相およびC相の電流信号が出力される。A相、B相およびC相の電流信号は、互いに120°の電気角でずれた信号となる。
The
尚、レゾルバ40として図2にはアウタロータタイプのものが例示されるが、レゾルバ40としてインナロータタイプのものが用いられてもよい。
図1に戻って説明を続ける。
レゾルバ40を用いてモータ60の回転角度を検出する角度検出装置11において、レゾルバ40で得られる3相の電気信号にアンバランスが生じると角度検出の精度が変化する。アンバランスに伴う検出精度の変化は、モータ60の回転制御指令の誤差となるため、モータ60の回転における振動要因となり、滑らかな回転駆動が劣化する。また、モータ60に対し位置決め角度駆動が行われる場合には、誤差の分だけ位置決め角度がずれる要因になる。
更に、高温環境時のモータ駆動時には、位置検出精度を計測することそのものが難しい。位置検出精度を計測する通常の手段としては、基準エンコーダなどをレゾルバ40に対向させてモータ60に配置し、モータ60の検出精度を基準エンコーダとレゾルバ40とで比較・計測することが考えられる。また、レゾルバ40について基準エンコーダとの誤差を補正することで、より基準エンコーダの精度に近づけることが考えられる。
しかし、高温環境時のモータ回転駆動状態では、基準エンコーダの対向配置は大変難しい。なぜならば、基準エンコーダが監視用として常にモータ60に組み込まれた形態はスペースおよびコストの課題を生じるし、高精度な基準エンコーダの使用環境温度は、レゾルバ40の使用環境温度より低いため、高温環境下での稼働は困難となるからである。
本実施形態の角度検出装置11では、レゾルバ40がモータ60に搭載された状態で、高温環境下での駆動時にも検出精度の監視および修正が可能となり、高精度なモータ制御が可能となる。
電流電圧変換回路23は、A相、B相、およびC相それぞれのロータ41の回転角度に応じた電流信号を電圧信号(レゾルバ信号)に変換するためのセンス抵抗Ra1、Rb1、Rc1を備える。電流電圧変換回路23で得られる各相のレゾルバ信号は、高次成分を無視すると、下記の式(1)~式(3)に示す通りとなる。ここでは、説明の便宜上、A相を基準としてB相およびC相の位相がそれぞれ120度、240度の電気角で遅角位相である場合を例示する。
Although an outer rotor type resolver is illustrated in FIG. 2 as the
Returning to FIG. 1, the explanation will be continued.
In the
Furthermore, it is difficult to measure position detection accuracy when the motor is driven in a high temperature environment. As a normal means for measuring the position detection accuracy, it is possible to arrange a reference encoder or the like on the
However, it is very difficult to arrange the reference encoders facing each other when the motor is rotating in a high-temperature environment. This is because the configuration in which the reference encoder is always incorporated into the
In the
The current-
φA=T・(Adc+Aac・sinθ)・sinωt … (1)
φB=T・{Bdc+Bac・sin(θ-120°)}・sinωt … (2)
φC=T・{Cdc+Cac・sin(θ-240°)}・sinωt … (3)
ここで、式(1)~式(3)のTは、コイルCa,Cb,Ccの温度係数を示しており、レゾルバ40の環境温度が高くなる程、温度係数Tの値は増加する。また、ωは発信器21の発信角周波数であり、θはロータ41とステータ43の相対的な回転で生じる電気角である。
φA=T・(Adc+Aac・sinθ)・sinωt… (1)
φB=T・{Bdc+Bac・sin(θ−120°)}・sinωt… (2)
φC=T・{Cdc+Cac・sin(θ−240°)}・sinωt… (3)
Here, T in equations (1) to (3) indicates the temperature coefficient of the coils Ca, Cb, and Cc, and the value of the temperature coefficient T increases as the environmental temperature of the
各相のレゾルバ信号は、それぞれ信号調整器26a、26b、26cに入力される。
信号調整器26a、26b、26cはアナログ演算手段である。各信号調整器26a、26b、26cは、オペアンプOPと、帰還抵抗Ra3、Rb3、Rc3と、入力信号用の抵抗Ra2、Rb2、Rc2と、調整信号用の抵抗Ra4、Rb4、Rc4とを備える。入力信号用の抵抗Ra2、Rb2、Rc2は、電流電圧変換回路23とオペアンプOPの非反転入力端子との間に設けられる。調整信号用の抵抗Ra4、Rb4、Rc4は、丸付き数字「1」「2」「3」が示す調整信号用の入力端子とオペアンプOPの非反転入力端子との間に設けられる。各相のレゾルバ信号には信号調整器26a、26b、26cで調整信号が加算される。調整信号は、各相のレゾルバ信号における直流成分を調整する信号である。調整信号の詳細については後述する。
Resolver signals of each phase are input to signal
The
信号調整器26a、26b、26cを経た3相のレゾルバ信号は3相2相変換器24に入力されて2相信号に変換される。下記の式(4)および式(5)は、3/2相変換器24で得られる2相信号sin、cosを示す。
sin信号=φA-(φB+φC)/2 … (4)
cos信号=sqr(3/4)・(φB-φC) … (5)
The three-phase resolver signals that have passed through the
sin signal = φA-(φB+φC)/2... (4)
cos signal = sqr(3/4)・(φB−φC)…(5)
式(5)においてsqr(x)は引数xの平方根を返す関数である。
3相2相変換器24で得られる2相信号はR/D変換器25に入力される。R/D変換器25は、2相信号をデジタルの角度信号に変換する。角度信号は電気角θを示し、温度補償器27での温度補償を経て角度検出装置11から出力され、駆動回路70に入力される。なお駆動回路70は、電気角θからモータ60の回転軸における回転角度を算出する機能を有する。
In equation (5), sqr(x) is a function that returns the square root of the argument x.
The two-phase signal obtained by the three-phase to two-
信号調整器26a、26b、26cを経た3相のレゾルバ信号は温度検出回路30にも入力される。
温度検出回路30は、アナログ加算回路31と、復調器32と、A/D変換器33を備える。アナログ加算回路31はアナログ演算手段であり、オペアンプOPと、帰還抵抗Rfと、抵抗Ra5、Rb5、Rc5を備える。抵抗Ra5、Rb5、Rc5は、信号調整器26a、26b、26cとオペアンプOPの非反転入力端子との間に設けられる。
The three-phase resolver signals that have passed through the
The
アナログ加算回路31は、レゾルバ信号φA、φB、φCを加算して、温度検出信号vtを出力する。復調器32は、温度検出信号vtの変調成分(sinωt)を復調して直流の振幅電圧VTを得る。A/D変換器33は、振幅電圧VTをデジタル値に変換する。
The
図3は、レゾルバ信号φA、φB、φCと温度検出信号vtを模式的に示すグラフである。
図3には、変調成分(sinωt)が捨象されたエンベロープで各信号が示される。図3のグラフの横軸は電気角θを示し、縦軸は信号強度を示す。
3相のレゾルバ信号φA、φB、φCは互いに位相が120度ずれており、3相のレゾルバ信号φA、φB、φCが加算された温度検出信号vtは、図3に示すように電気角θに依らない一定値となる。3相のレゾルバ信号φA、φB、φCにおける直流成分が3相の相互間でアンバランスとなった場合でも、温度検出信号vtは一定値を示す。そして、温度検出信号vtから復調器32およびA/D変換器33を介して得られる振幅電圧VTは、コイルCa,Cb,Ccの温度係数Tおよび環境温度を示す。
FIG. 3 is a graph schematically showing resolver signals φA, φB, φC and temperature detection signal vt.
In FIG. 3, each signal is shown as an envelope in which the modulation component (sinωt) is abstracted. The horizontal axis of the graph in FIG. 3 represents the electrical angle θ, and the vertical axis represents the signal strength.
The three-phase resolver signals φA, φB, and φC are out of phase with each other by 120 degrees, and the temperature detection signal vt, which is the sum of the three-phase resolver signals φA, φB, and φC, has an electrical angle of θ as shown in FIG. It is a constant value that does not depend on Even if the DC components of the three-phase resolver signals φA, φB, and φC become unbalanced among the three phases, the temperature detection signal vt shows a constant value. The amplitude voltage VT obtained from the temperature detection signal vt via the
図1に示す温度検出回路30から出力される振幅電圧VTは、監視装置50の温度監視部51に入力される。温度監視部51は、振幅電圧VTが示す環境温度を監視し、電気角θを示したデジタル角度信号に対する温度補償値を環境温度に基づいて、従来周知の任意の方法で算出する。別の観点によれば、温度監視部51は、N相(例えば3相)のレゾルバ40におけるN相の出力信号の総和によって当該レゾルバ40における環境温度を監視する。温度監視部51で算出された温度補償値は、丸付き数字「4」が示すように温度補償器27に入力され、デジタル角度信号に対する温度補償に用いられる。
The amplitude voltage VT output from the
3相2相変換器24で得られる2相信号sin、cosは、復調器34およびA/D変換器35を介してデジタルの2相信号SIN、COSに変換され、監視装置50の二乗和算出部52に入力される。二乗和算出部52は、下記の式(6)に示す二乗和Eを算出する。
The two-phase signals sin and cos obtained by the three-phase two-
E=sin2θ+cos2θ … (6)
二乗和Eは、監視装置50の検出精度監視部53に入力され、検出精度監視部53では二乗和Eに基づいて検出精度が監視される。つまり、検出精度監視部53は、N相の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によってレゾルバ40における検出精度を監視する。検出精度監視部53は、監視部54と、相特定部55と、調整値設定部56とを有する。
E=sin 2 θ+cos 2 θ… (6)
The sum of squares E is input to the detection
検出精度監視部53の監視部54は、レゾルバ信号の相の相互間におけるアンバランスの有無を二乗和Eに基づいて監視する。具体的には、二乗和Eの値が電気角θに依存した変動を生じるか否かでアンバランスの有無を判定する。
別の観点では、監視部54は、二乗和Eにおける極大値と極小値との差を指標として検出精度を監視する。そして監視部54は、極大値と極小値との差が閾値を越えた場合、相の相互間におけるアンバランスを生じて検出精度が低下したと判定する。
The
From another perspective, the
そして、アンバランスが生じて検出精度が低下した場合には、相特定部55により、他の相に対してアンバランスを生じた相が特定される。調整値設定部56は、特定された相について、アンバランスを修正するための調整量を信号調整器26a、26b、26cに設定する。即ち、調整値設定部56で算出された調整量に相当する調整信号が、丸付き数字「1」「2」「3」に示すように監視装置50から出力されて信号調整器26a、26b、26cに入力される。信号調整器26a、26b、26cでレゾルバ信号に調整信号が加算されることにより、相のアンバランスが修正され、検出精度が向上する。
When an unbalance occurs and the detection accuracy decreases, the
ここで、検出精度監視部53における具体的な処理を、信号例に基づいて説明する。
図4~図6は、相の相互間でアンバランスを生じた場合における信号例を模式的に示すグラフである。図4~図6の各グラフには、2相信号SIN、COSと二乗和Eが示され、図4には、他の相に対してA相がアンバランスな場合が示される。また、図5には、他の相に対してB相がアンバランスな場合が示され、図6には、他の相に対してC相がアンバランスな場合が示される。図4~図6の各グラフの横軸は電気角を示し、縦軸は信号強度を示す。
Here, specific processing in the detection
4 to 6 are graphs schematically showing signal examples when unbalance occurs between phases. Each of the graphs in FIGS. 4 to 6 shows the two-phase signals SIN, COS, and the sum of squares E, and FIG. 4 shows a case where the A phase is unbalanced with respect to the other phases. Further, FIG. 5 shows a case where the B phase is unbalanced with respect to other phases, and FIG. 6 shows a case where the C phase is unbalanced with respect to other phases. The horizontal axis of each graph in FIGS. 4 to 6 indicates electrical angle, and the vertical axis indicates signal strength.
他の相に対してA相がアンバランスな場合、二乗和Eの信号強度は、0度に対し±90度の電気角において極小あるいは極大を示す。即ち、A相の直流成分が他の相よりも大きい場合には、図4(A)に示すように、90度で極大を示し、270度で極小を示す。また、A相の直流成分が他の相よりも小さい場合には、図4(B)に示すように、90度で極小を示し、270度で極大を示す。 When the A phase is unbalanced with respect to the other phases, the signal strength of the sum of squares E shows a minimum or maximum at an electrical angle of ±90 degrees from 0 degrees. That is, when the DC component of the A phase is larger than the other phases, it shows a maximum at 90 degrees and a minimum at 270 degrees, as shown in FIG. 4(A). Furthermore, when the DC component of the A phase is smaller than the other phases, it shows a minimum at 90 degrees and a maximum at 270 degrees, as shown in FIG. 4(B).
他の相に対してB相がアンバランスな場合、二乗和Eの信号強度は、120度に対し±90度の電気角において極小あるいは極大を示す。即ち、B相の直流成分が他の相よりも大きい場合には、図5(A)に示すように、210度で極大を示し、30度で極小を示す。また、B相の直流成分が他の相よりも小さい場合には、図5(B)に示すように、210度で極小を示し、30度で極大を示す。 When the B phase is unbalanced with respect to the other phases, the signal strength of the sum of squares E shows a minimum or maximum at an electrical angle of ±90 degrees with respect to 120 degrees. That is, when the DC component of the B phase is larger than the other phases, it shows a maximum at 210 degrees and a minimum at 30 degrees, as shown in FIG. 5(A). Furthermore, when the DC component of the B phase is smaller than the other phases, it shows a minimum at 210 degrees and a maximum at 30 degrees, as shown in FIG. 5(B).
他の相に対してC相がアンバランスな場合、二乗和Eの信号強度は、240度に対し±90度の電気角において極小あるいは極大を示す。即ち、C相の直流成分が他の相よりも大きい場合には、図6(A)に示すように、330度で極大を示し、150度で極小を示す。また、B相の直流成分が他の相よりも小さい場合には、図6(B)に示すように、330度で極小を示し、150度で極大を示す。 When the C phase is unbalanced with respect to the other phases, the signal strength of the sum of squares E shows a minimum or maximum at an electrical angle of ±90 degrees with respect to 240 degrees. That is, when the DC component of the C phase is larger than the other phases, it shows a maximum at 330 degrees and a minimum at 150 degrees, as shown in FIG. 6(A). Furthermore, when the DC component of the B phase is smaller than the other phases, it shows a minimum at 330 degrees and a maximum at 150 degrees, as shown in FIG. 6(B).
図1に示す検出精度監視部53の監視部54は、二乗和Eにおける極大値と極小値との差を指標として検出精度を監視し、極大値と極小値との差が閾値を越えた場合、相の相互間におけるアンバランスを生じて検出精度が低下したと判定する。
相特定部55は、二乗和Eの値が極大あるいは極小を示す電気角θに基づいて、他の相に対してアンバランスを生じた相を特定する。
The
The
即ち、相特定部55は、N相レゾルバにおける相番M(0~N-1)の相について、(360°÷N)×M+90°の第1電気角および(360°÷N)×M-90°の第2電気角の少なくとも一方で二乗和Eを監視する。そして相特定部55は、第1電気角で値Eが増加した場合および第2電気角で値Eが減少した場合には相番Mの相でDC成分が増加したと判定する。また相特定部55は、第1電気角で値Eが減少した場合および第2電気角で値Eが増加した場合には相番Mの相でDC成分が減少したと判定する。
That is, the
調整値設定部56は、検出精度に応じた調整量として、極大値と極小値との差に応じた調整量を算出する。そして、調整値設定部56は、相特定部55で特定された、他の相に対してアンバランスを生じている相の信号調整器26a、26b、26cに調整信号を入力する。この結果、信号調整器26a、26b、26cは、二乗和における極大値と極小値との差に応じた調整量で、他の相に対してアンバランスを生じている相の出力信号を調整する。
ここで、調整量の具体例について説明する。
例えば、A相のレゾルバ信号φAにおけるDC成分Adcのみ10.1vで、B相とC相のDC成分Bdc、Cdcがいずれも10vである場合に、sin2θ+cos2θ=Eの波形は、
電気角0度(=360度):4.02[v2]
電気角90度が極大 :4.55[v2]
電気角270度が極小 :3.48[v2]
となる。上述したように、上記波形の極大値と極小値の電気角から、A相でアンバランスが生じていることとアンバランスの正負が確認される。また、極大値と極小値との差分値=4.55-3.48=1.07に所定の係数を掛けた調整量が、調整値設定部56によってA相の信号調整器26aに入力され、アンバランスの少なくとも一部が修正される。係数はレゾルバ40やモータ60に応じた値に設定されている。
このような調整値によりアンバランス修正が繰り返されることで、A相のレゾルバ信号φAにおけるDC成分Adcが0.1v低くなり、その結果二乗和Eの波形は電気角全域で4.00[v2]となる。
3相のレゾルバ信号の調整により、相の相互間におけるアンバランスが修正される。従って、温度監視部51は、検出精度監視部53による監視結果に基づいて調整された3相のレゾルバ信号から得られた二乗和によってレゾルバ40における検出精度を監視することになる。
相の相互間におけるアンバランスは、レゾルバ40による角度検出の精度に影響するとともに、環境温度の変化に対応するための温度監視や温度補償の精度にも影響する。従って、アンバランスの修正によるモータ60の駆動制御の精度向上が望まれる。
図1に示す角度検出装置11では、信号調整器26a、26b、26cに入力された 調整信号によって相の相互間におけるアンバランスが修正されることで、電気角θの検出精度が向上するとともに、温度検出信号vtの精度も向上するので温度補償の精度も向上する。従って、電気角θを示すデジタル角度信号の精度が向上し、モータ60に対する駆動制御の精度も向上する。
The adjustment
Here, a specific example of the adjustment amount will be explained.
For example, when only the DC component Adc in the A-phase resolver signal φA is 10.1 V, and the B-phase and C-phase DC components Bdc and Cdc are both 10 V, the waveform of sin 2 θ + cos 2 θ = E is as follows.
Maximum electrical angle: 90 degrees: 4.55 [v 2 ]
Minimum electrical angle: 270 degrees: 3.48 [v 2 ]
becomes. As described above, it is confirmed from the electrical angles of the maximum value and minimum value of the waveform that an unbalance has occurred in the A phase and whether the unbalance is positive or negative. Further, the adjustment amount obtained by multiplying the difference value between the local maximum value and the local minimum value = 4.55-3.48 = 1.07 by a predetermined coefficient is input to the
By repeating unbalance correction using such adjustment values, the DC component Adc in the A-phase resolver signal φA is lowered by 0.1v, and as a result, the waveform of the sum of squares E becomes 4.00[ v2] over the entire electrical angle. ].
By adjusting the three-phase resolver signals, the imbalance among the phases is corrected. Therefore, the
The unbalance between the phases affects the accuracy of angle detection by the
In the
図1に示す角度検出装置11では、温度検出回路30などにハードウェアによる演算手段が用いられているが、角度検出装置11は、図1に示す構成を等価回路としたプログラムによって信号処理を行ってもよい。
In the
図7は、角度検出装置11の信号処理がプログラムで実現される場合のフローチャートである。
プログラムが開始されると、ステップS101で、レゾルバ40から3相のレゾルバ信号φA、φB、φCが取得される。そして、ステップS102で、3相のレゾルバ信号φA、φB、φCが2相信号(sin信号,cos信号)に変換され、電気角θが算出される。
FIG. 7 is a flowchart when the signal processing of the
When the program is started, three-phase resolver signals φA, φB, and φC are obtained from the
その後、ステップS103~ステップS106の処理と、ステップS107~ステップS109の処理が並列で実行される。
ステップS103では、2相信号から二乗和Eが算出され、ステップS104では、二乗和Eに基づいて検出精度が監視される。言い換えると、ステップS104では、N相(例えば3相)の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によってレゾルバ40における検出精度が監視される。
Thereafter, the processing in steps S103 to S106 and the processing in steps S107 to S109 are executed in parallel.
In step S103, a sum of squares E is calculated from the two-phase signals, and in step S104, detection accuracy is monitored based on the sum of squares E. In other words, in step S104, the detection accuracy in the
ステップS105では、相番に対応した電気角における二乗和Eの極大あるいは極小の存在により、アンバランスを生じた相が特定される。ステップS106では、特定された相のレゾルバ信号に対し、二乗和Eにおける極大と極小との差分に基づいた調整が行われる。つまり、ステップS106では、監視によって得られた検出精度に応じて出力信号のバランスが調整される。 In step S105, the phase causing the imbalance is identified based on the presence of a maximum or minimum of the sum of squares E in the electrical angle corresponding to the phase number. In step S106, the resolver signal of the identified phase is adjusted based on the difference between the maximum and minimum in the sum of squares E. That is, in step S106, the balance of the output signal is adjusted according to the detection accuracy obtained by monitoring.
ステップS107では、3相のレゾルバ信号φA、φB、φCが加算され、ステップS108では、加算値に基づいて温度監視が行われる。言い換えると、ステップS108では、N相(例えば3相)のレゾルバ40におけるN相の出力信号の総和によって当該レゾルバ40における環境温度が監視される。ステップS109では、監視温度に応じた温度補償が行われる。
In step S107, three-phase resolver signals φA, φB, and φC are added, and in step S108, temperature monitoring is performed based on the added value. In other words, in step S108, the environmental temperature in the N-phase (for example, three-phase)
角度検出装置11では、レゾルバ信号の演算処理だけで温度情報および検出精度情報が取得されるため、モータの部品点数の増加を生じずに温度監視機能および検出精度監視機能が実現される。このため、システム設計の容易化、角度検出装置11の省スペース化とコンパクト化、システムの高信頼性化が実現される。
In the
角度検出対象としては、ダイレクトドライブモータに限られるものではなく、例えば、車両の電動パワーステアリング装置に角度位置検出装置11が組み込まれてステアリング操舵角が検出されてもよい。
The object of angle detection is not limited to a direct drive motor; for example, the angular
10…駆動装置、11…角度検出装置、20…ドライブユニット、21…発信器、
22…増幅器、23…電流電圧変換回路、24…3相2相変換器、25…R/D変換器、
26a、26b、26c…信号調整器、27…温度補償器、30…温度検出回路、
31…アナログ加算回路、32、34…復調器、33、35…A/D変換器、
40…レゾルバ、50…監視装置、51…温度監視部、52…二乗和算出部、
53…検出精度監視部、54…監視部、55…相特定部、56…調整値設定部、
60…モータ、70…駆動回路
DESCRIPTION OF
22... Amplifier, 23... Current-voltage conversion circuit, 24... Three-phase two-phase converter, 25... R/D converter,
26a, 26b, 26c...signal conditioner, 27...temperature compensator, 30...temperature detection circuit,
31... Analog addition circuit, 32, 34... Demodulator, 33, 35... A/D converter,
40... Resolver, 50... Monitoring device, 51... Temperature monitoring section, 52... Square sum calculation section,
53...Detection accuracy monitoring section, 54...Monitoring section, 55...Phase identification section, 56...Adjustment value setting section,
60...Motor, 70...Drive circuit
Claims (7)
監視によって得られた前記検出精度に応じて前記出力信号のバランスを調整する調整部と、
を備えたことを特徴とする監視装置。 a monitoring unit that monitors the detection accuracy in the N-phase (N is an integer of 3 or more) resolver based on the sum of squares of a sine signal and a cosine signal obtained from the N-phase output signal in the N-phase resolver through N-phase to two-phase conversion;
an adjustment unit that adjusts the balance of the output signal according to the detection accuracy obtained by monitoring;
A monitoring device characterized by comprising:
前記レゾルバの出力信号から当該レゾルバの電気角θを得る角度検出部と、
前記レゾルバにおけるN相の出力信号からN相-2相変換で得られたsin信号とcos信号の二乗和によって当該レゾルバにおける検出精度を監視する監視部と、
監視によって得られた前記検出精度に応じて前記出力信号のバランスを調整する調整部と、
を備えたことを特徴とする角度検出装置。 an N-phase resolver (N is an integer of 3 or more);
an angle detection unit that obtains the electrical angle θ of the resolver from the output signal of the resolver;
a monitoring unit that monitors detection accuracy in the resolver based on the sum of squares of a sine signal and a cosine signal obtained from the N-phase output signal of the resolver through N-phase to two-phase conversion;
an adjustment unit that adjusts the balance of the output signal according to the detection accuracy obtained by monitoring;
An angle detection device characterized by comprising:
監視によって得られた前記検出精度に応じて前記出力信号のバランスを調整する調整ステップと、
を有することを特徴とする監視装置における監視方法。 a monitoring step of monitoring the detection accuracy in the N-phase (N is an integer of 3 or more) resolver based on the sum of squares of a sine signal and a cosine signal obtained from the N-phase output signal in the N-phase resolver through N-phase to two-phase conversion;
an adjusting step of adjusting the balance of the output signal according to the detection accuracy obtained by monitoring;
A monitoring method in a monitoring device, characterized in that it has the following.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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