JP3665733B2

JP3665733B2 - レゾルバの位相誤差補正方法及び装置

Info

Publication number: JP3665733B2
Application number: JP2000302527A
Authority: JP
Inventors: 秀幸石井; 栄岸; 茂春加藤
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-10-02
Also published as: JP2001165707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正するレゾルバの位相誤差補正装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レゾルバは、回転電機と同様にロータ巻線及びステータ巻線を有しているために、電機子反作用によりレゾルバから出力される位置データに位相誤差が現れる。図３（Ａ）〜（Ｅ）の波形は、山洋電気株式会社がＲ０３Ｓ２１１３Ａ１の製品番号で製造販売するレゾルバのロータを１０００r.p.m.，２０００r.p.m.,３０００r.p.m.，４０００r.p.m.，４５００r.p.m.で回転させたときに、ステータ巻線から出力される位置データに含まれる位相誤差をそれぞれ示している。なお図３（Ａ）〜（Ｅ）において、縦軸は位相誤差であり、横軸は回転角度(機械角度）であり、図中の滑らかな曲線は位相誤差の細かい変動を平均化したものである。また横軸はロータの回転角度を機械角で示しており、縦軸は位相誤差を示している。位相誤差がなければ位相誤差は０分となる。なお図３（Ａ）〜（Ｅ）から分かるように、ロータの回転数が変化すると、位相誤差の振幅も変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レゾルバの出力に位相誤差が含まれていることは当業者には周知の事項である。しかし従来のレゾルバの用途は、レゾルバから出力される位置データに位相誤差が含まれていたとしても差し支えのないものであった。しかしながら最近になって、レゾルバの用途でもできるだけ位相誤差を小さくすることが要求されるようになってきたが、回転速度と方向を含んだレゾルバの位相誤差を補正する方法及び装置は従来なかった。
【０００４】
本発明の目的は、レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正することができるレゾルバの位相誤差補正装置及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正する本発明のレゾルバの位相誤差補正装置は、回転速度検出手段と、補正データ生成手段と加算手段とから構成される。回転速度検出手段は、レゾルバのロータの回転速度を検出する。また回転方向検出手段は、ロータの回転方向を検出する。また回転角度検出手段は、レゾルバの回転角度を電気角で検出する。なお回転速度検出手段、回転方向検出手段と回転角度検出手段が１つまたは２つの手段によって構成されていてもよいのは勿論である。回転速度だけでなく、回転方向も検出するのは、回転方向によって電機子反作用の表れ方が異なってくるため、同じ回転速度でも、回転方向によって表れる位相誤差が相違するためである。
【０００６】
補正データ生成手段は、予め測定したロータの特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差と、回転速度検出手段から得たロータの回転速度と、回転方向検出手段から得たロータの回転方向と、回転角度検出手段から得たロータの回転角度とに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを生成する。なお特定の回転速度は、１つの回転速度であってもよいが、複数ヵ所の回転速度であってもよい。すべての回転速度における位相誤差を測定しておき、その測定した位相誤差に基いて補正をすれば、位相誤差の補正精度が上がることは明白である。しかしながら、物理的に同一なレゾルバを作ることは不可能であり、１台ごとのレゾルバについて、すべての回転速度における位相誤差を測定することは非現実的である。
【０００７】
発明者は、図３（Ａ）〜（Ｅ）の波形から、回転速度が変わると位相誤差の振幅は変わるものの、波形の周期には大きな変化がないという傾向があることを見い出した。回転方向が変わった場合も、基本的にこの傾向には変わりがない。そこで本発明では、特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差とロータの回転方向とに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを生成することにした。具体的には、回転速度の変化と振幅の変化の相関関係が予め分かっていれば、この相関関係と特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差とに基いて、各回転速度における位相誤差補正データを決定するこができる。そして各回転速度における位相誤差補正データを位置データに加算すれば、位置データから位相誤差分の主要部分を除去することができ、補正をしない場合よりも位相誤差は小さくなる。なお「特定の回転速度」は、基本的には任意であり、ロータの回転範囲の全範囲に対して１つの「特定の回転速度における位相誤差補正データ」を基準データとして用いてもよい。また精度を高めるために、回転速度を複数の速度範囲に別けて各速度範囲ごとに「特定の回転速度」を決めて、その速度範囲においてはその特定の回転速度における位相誤差補正データを基準データとして用いてもよい。
【０００８】
例えば、補正データ生成手段は、位相誤差補正データαをα＝（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐn×sin(nθ＋ρn）の式により求めて出力するように構成することができる。ｎは機械角で３６０°の範囲内において発生する位相誤差のサイクル数である。例えば、レゾルバが２極対で４極であるとすると、機械角で３６０°の範囲内において４サイクルの位相誤差が発生する。したがってこの場合にはｎ＝４となる。機械角で３６０°の範囲内において８サイクルの位相誤差が発生する場合には、ｎ＝８となる。ここでＶは回転速度であり、ＶOは前記特定の回転速度であり、Ｈnは位相誤差がｎサイクルのときで回転方向が正回転のときに＋となり逆回転のときに−となる係数、Ｐnは位相誤差がｎサイクルのときで予め測定した位相誤差の最大振幅値、θはレゾルバ回転角の電気角である。（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐnが、回転速度の変化と振幅の変化の相関関係を示している。またρnは、位相誤差がｎサイクルのときの補正カーブの位相を合わせるための係数であり、固定値とすることができる。したがってＨn、Ｐn及びρnは、位相誤差のサイクル数と対象となるレゾルバに応じて定められる。
【０００９】
なお位相誤差補正データαを毎回演算せずに、α＝（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐn×sin(nθ＋ρn）の式により求めた値を予めメモリに記憶しておき、このメモリに記憶したデータに基いて位相誤差補正データを得るようにしてもよい。
【００１０】
なお位相誤差補正データαを求めるための式は、前述の式に限定されるものではなく、補正精度を高めるために他の式を用いることも当然にして本発明に包含される。
【００１１】
なお本発明のレゾルバの位相誤差を補正する方法では、レゾルバのロータの特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差を測定し、測定した位相誤差と、ロータの回転速度、回転方向及び回転角度とに基いて、各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを作り、ロータの回転速度と回転方向と回転角度を検出して、検出した回転速度と回転方向と回転角度に応じた位相誤差補正データに基づいて位置データの各回転速度における位相誤差を補正する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のレゾルバの位相誤差補正装置の構成を示す図である。図１において、符号１で示す手段は、ロータ巻線を備えたロータと、ステータ巻線を備えたステータとを備えたレゾルバであり、このレゾルバ１はモータ等の回転機器の回転軸に取付られて、回転機器の回転軸の回転位置を示す位置データＳをアナログ信号として出力する。この装置では、回転速度検出手段２と、回転方向検出手段３と、回転角度検出手段４と、補正データ生成手段５とを備えている。
【００１３】
回転角度検出手段４は、レゾルバ１のアナログ信号をデジタルの回転角度θに変換する。回転速度検出手段２は回転角度θに基づいて回転速度Ｖを検出し、回転方向検出手段４は、回転角度θの変化量からロータの回転方向Ｈｎを検出する。
【００１４】
補正データ生成手段５は、予め測定したロータの特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差と回転速度検出手段２から得たロータの回転速度Ｖと、回転方向検出手段３から得たロータの回転方向（Ｈ）と、回転角度検出手段４から得たロータの回転角度信号θに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データαを生成する。特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差の測定は、例えば次のようにして行った。まず補正の対象となるレゾルバ１が取付けられたモータの回転軸に光学式のエンコーダを取付け、モータを特定（一定）の回転速度で回転させる。そしてこのときにエンコーダの出力を位相誤差のない基準位置データとし所定のサンプリング速度でサンプリングする。またこのときのレゾルバ１から出力される位置データＳも同じサンプリング速度でサンプリングして、基準位置データと位置データＳとの差を、特定の回転速度における位相誤差とした。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、このようにして測定した位相誤差である。
【００１５】
理論的には、例えばロータが１０００r.p.m.で回転しているときに、図３（Ａ）に示されるような位相誤差を打ち消すことができる位相誤差補正データαを補正データ生成手段５で生成して、この位相誤差補正データαとレゾルバ１からの位置データＳを電気角の回転角度に変換した値θに加算（θ＋α）すれば、位相誤差が相殺されて位相誤差のない位置データが得られる。しかしながらすべての回転速度における位相誤差を測定し、その測定結果に基いて決定した位相誤差補正データαを予めメモリに保存しておくことは、非現実的である。
【００１６】
そこで本発明で用いる補正データ生成手段５では、予め測定したロータの特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差と回転速度検出手段２から得たロータの回転速度Ｖと、回転方向検出手段３から得たロータの回転方向と、回転角度検出手段４から得たロータの回転角度θとに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データαを生成している。図３（Ａ）〜（Ｅ）の波形（特に滑らか曲線で示した平均値）から分かるように、回転速度が変わると位相誤差の振幅は正比例の相関関係をもって変わるものの、波形の周期には大きな変化がない。回転方向が変わった場合も、基本的にこの傾向には変わりがない。回転速度の変化と振幅の変化の相関関係が正比例の関係にあることが分かっているため、この相関関係と特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差とに基いて、各回転速度における位相誤差補正データαを決定するこができる。
【００１７】
図３（Ａ）〜（Ｅ）の波形は、各回転速度における位相誤差が正弦波と同様の周期で振幅が変化していると見做すことができる。そこでこの例では、補正データ生成手段５は、位相誤差補正データαを理論的にはα＝（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐn×sin(nθ＋ρn）の式により求めることにした。レゾルバが２極対，４極の場合には、機械角３６０°（電気角で７２０°）の間に４サイクルの位相誤差が発生する。ｎはこの位相誤差のサイクル数を意味する。この例ではｎ＝４となる。したがって位相誤差補正データをα＝（Ｖ／ＶO）×Ｈ4×Ｐ4×sin(4θ＋ρ4)の式より求める。ここでＶは回転速度検出手段２で検出した回転速度であり、ＶOは位相誤差を測定した特定の回転速度である。またＨ4は、位相誤差が４サイクルの場合において、回転方向検出手段３により検出した回転方向が正回転のときに＋となり逆回転のときに−となる係数である。例えばこの係数は、回転方向が正回転のときに＋１となり、逆回転のときに−０．８となる係数である。回転方向によって係数が異なるのは、回転方向によってレゾルバ１のロータとステータとの間に発生する電機子反作用に差があるためである。この係数はレゾルバによって任意に定めることになる。Ｐ4は位相誤差が４サイクルの場合における予め測定した位相誤差の最大振幅値（＋極性の位相誤差の最大値と−極性の位相誤差の最大値の絶対値を加算した値）である。具体的には、図３（Ａ）の波形から得た位相誤差の最大振幅値は３０分であり、図３（Ｅ）の波形から得た位相誤差の最大振幅値は３９分である。したがって特定の回転速度を１０００r.p.m.とすれば、Ｐ4を３０分に比例した値とすることになり、特定の回転速度を４５００r.p.m.とすれば、Ｐ4を３９分に比例した値とすることになる。そしてθは、回転角度検出手段４により検出したロータの回転角度（電気角）である。この演算式において、（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐnとρnが、回転速度の変化と振幅の変化の相関関係を示している。したがってＨn、Ｐn及びρnの値は、対象となるレゾルバに応じて適宜に定められることになる。この演算を、マイクロコンピュータを用いて実施する場合には、デジタル値の位相誤差補正データαを得ればよい。
【００１８】
このようにして補正データ生成手段５により生成された位相誤差補正データαは、加算手段６で回転角度θと加算される。これにより回転角度θに含まれる位相誤差が位相誤差補正データαによって補正されて、位相誤差が小さくなる。
【００１９】
図２（Ａ）は、レゾルバ１のロータの回転速度が６８０r.p.m.のときを前述の特定の回転速度として位相誤差を測定して、この位相誤差を打ち消す位相誤差補正データαを生成し、回転速度が６８０r.p.m.のときにこの位相誤差補正データαを位置データ（回転角度θ）に加算した結果を示している。このときの位相誤差の最大振幅値は約１２分であった。図２（Ｂ）は、回転速度が６８０r.p.m.のときに用いる位相誤差補正データαを回転速度が４２００r.p.m.のときのレゾルバ１からの位置データ（回転角度θ）に加算したときの、位相誤差を示している。この場合の位相誤差の最大振幅値は約３９分であった。そして図２（Ｃ）は、回転速度が６８０r.p.m.のときの位相誤差から決定したＨnとＰnの係数と前述の演算式を用いて得た位相誤差補正データαを回転速度が４２００r.p.m.のときのレゾルバ１からの位置データ（回転角度θ）に加算したときの、位相誤差を示している。この場合の位相誤差の最大振幅値は約１７分であった。図２（Ｂ）と図２（Ｃ）とを対比すると分かるように、特定の回転速度における位相誤差からＨnとＰnの係数を定め、更に回転速度の相関関係（Ｖ／Ｖ0 ）を用いて得た位相誤差補正データαにより位相補正を行うと［図２（Ｃ）の場合］、回転速度を考慮せずに一定の位相補正を行った場合［図２（Ｂ）の場合］と比べて、大幅に位相誤差が小さくなっているのが分かる。
【００２０】
補正データ生成手段５は、Ｐn×sin(nθ+ρn)の式により求めた位相誤差補正データα´を予めメモリに記憶しておき、このメモリに記憶した位相誤差補正データα´に基いて各回転速度における位相誤差補正データα＝（Ｖ／Ｖ0）×Ｈｎ×α´を生成してもよい。なおこの場合には、公知のデータ補間法を利用することにより、メモリに記憶させておくデータ量を少なくすることが可能である。
【００２１】
位相誤差補正データαを求めるための式は、前述の式に限定されるものではなく、補正精度を高めるために他の式を用いてもよいの勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正することができるレゾルバの位相誤差補正装置及び方法を得ることができる。特に、本発明によれば、予め測定したロータの特定の回転速度における位置データに含まれる位相誤差とロータの回転速度と回転方向とに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを生成し、この位相誤差補正データに基づいてレゾルバから出力される位置データを補正するため、少ない測定データで、各回転速度における位相誤差を補正することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレゾルバの位相誤差補正装置の実施の形態の一例の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は回転速度が６８０r.p.m.のときに位相誤差補正データを位置データに加算したときの位相誤差を示しており、（Ｂ）は回転速度が６８０r.p.m.のときに用いる位相誤差補正データを回転速度が４２００r.p.m.のときのレゾルバからの位置データに加算したときの位相誤差を示しており、（Ｃ）は回転速度が４２００r.p.m.のときのレゾルバからの位置データを図１の実施の形態で補正したときの位相誤差を示している。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）の波形は、山洋電気株式会社がR０３Ｓ２１１３Aの製品番号で製造販売するレゾルバのロータを１０００r.p.m.，２０００r.p.m.３０００r.p.m.，４０００r.p.m.，４５００r.p.m.で回転させたときに、ステータ巻線から出力される位置データに含まれる位相誤差をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１レゾルバ
２回転速度検出手段
３回転方向検出手段
４回転角度検出手段
５補正データ生成手段
６加算手段

Claims

レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正するレゾルバの位相誤差補正装置であって、
前記レゾルバの回転角度を検出して電気角として出力する回転角度検出手段と、
前記レゾルバの前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記レゾルバの前記ロータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、
予め測定した前記ロータの特定の回転速度における前記位置データに含まれる位相誤差と、前記回転速度検出手段から得た前記ロータの回転速度と、前記回転方向検出手段から得た前記ロータの前記回転方向と、前記回転角度検出手段により検出した回転角度とに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを生成する補正データ生成手段と、
前記位置データを前記位相誤差補正データに基づいて前記位置データに含まれる位相誤差を補正する手段とを具備してなるレゾルバの位相誤差補正装置。
レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正するレゾルバの位相誤差補正装置であって、
前記レゾルバの回転角度を検出して電気角として出力する回転角度検出手段と、
前記レゾルバの前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記レゾルバの前記ロータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、
予め測定した前記ロータの特定の回転速度における前記位置データに含まれる位相誤差と、前記回転速度検出手段から得た前記ロータの回転速度と、前記回転方向検出手段から得た前記ロータの前記回転方向と、前記回転角度検出手段により検出した回転角度とに基いて各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを生成する補正データ生成手段と、
前記回転角度に前記位相誤差補正データを加算して前記回転角度に含まれる位相誤差を補正する加算手段とを具備してなるレゾルバの位相誤差補正装置。
前記補正データ生成手段は、前記位相誤差補正データαをα＝（Ｖ／ＶO）×Ｈn×Ｐn×sin(nθ+ρn)の式により求めて出力するように構成されている（但しＶは回転速度、ＶOは前記特定の回転速度、Ｈnは機械角で３６０°の間における位相誤差がｎサイクルの場合における回転方向が正回転のときと逆回転のときに異なる値となる係数、Ｐnは機械角で３６０°の間における位相誤差がｎサイクルの場合における予め測定した前記位相誤差の最大振幅値、θは前記ロータの回転角の電気角であり、ρnは機械角で３６０°の間における位相誤差がｎサイクルの場合における位相を合わせるための係数である）請求項２に記載のレゾルバの位相誤差補正装置。
前記補正データ生成手段は、前記位相誤差補正データαのＨn×Ｐn×sin(nθ+ρn)の値を予めメモリに記憶している請求項３に記載のレゾルバの位相誤差補正装置。
レゾルバから出力される位置データの位相誤差を補正する方法であって、
前記レゾルバのロータの特定の回転速度における前記位置データに含まれる位相誤差を測定し、
測定した前記位相誤差と、前記ロータの回転速度、回転方向及び回転角度とに基いて、各回転速度において発生する位相誤差を減少させるための位相誤差補正データを作り、
前記ロータの回転速度、回転方向及び回転角度を検出して、検出した回転速度と回転方向と回転角度に応じた前記位相誤差補正データを前記位置データに加算して各回転速度における位相誤差を補正することを特徴とするレゾルバの位相誤差補正方法。