JP4088774B2 - 磁気式位置検出システムおよび磁気式位置検出システム付アクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、FA、ロボット等に用いられるアクチュエータの位置を、レゾルバ等の磁気式位置検出器を用いて検出する磁気式位置検出システムに関し、特に、停電時においてバックアップ電池等のバッテリにより磁気式位置検出器を含むバックアップ領域のバックアップを行う磁気式位置検出システムおよび磁気式位置検出システム付アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、アクチュエータ等の被検出体の回転軸にレゾルバ等の磁気式位置検出器を結合し、この磁気式位置検出器で回転軸の回転量を検出することによって被検出体の位置データを得るシステムがあり、さらに、その中には、停電時においても磁気式位置検出器によって被検出体の位置データを得るシステムがある。
【0003】
その一例として、主電源と並列に接続されたバックアップ電池により励磁するようにした励磁回路からパルスをレゾルバに供給し、レゾルバの検出コイルの検出信号をサンプルホールド回路によりホールドし、ホールドされた検出信号から2相の相正弦波信号を出力し、コンパレータを介して回転数を検出すると共に、R/Dコンバータを介して回転角を検出して、回転数と回転角とを合成して回転軸の位置を求めるシステムがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
さらに他の例として、停電時にアクチュエータが停止しているような時には、励磁電流のパルスの周波数をアクチュエータが動作する時より低くして、バックアップ領域の消費電力を小さくすると共に、検出コイルからの回転数を示す出力をマイクロプロセッサに入力し、アクチュエータの回転軸の絶対位置を検出するようにしたシステムがある(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−005629号
【特許文献2】
特開平2−257003号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に開示されたシステムにおいては、停電時に、アクチュエータが動作していない時も、一定の周波数のパルスを励磁回路から出力しているため、多くのバックアップ電池を必要とすると共に、頻繁にバックアップ電池を交換しなければならないという問題があった。
【0007】
また、特許文献2に開示されたシステムにおいては、マイクロプロセッサにより高周波のレゾルバの出力パルスから回転数を検出する場合、サンプリングのために高速のデジタル同期処理が必要となるが、デジタル同期処理の場合、マイクロプロセッサが常に動作モードにあり、消費電力が大きいという問題があった。
【0008】
そこで、本発明の目的は、バッテリによるバックアップ時の消費電力を低減することができる磁気式位置検出システムおよび磁気式位置検出システム付アクチュエータを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の磁気式位置検出システムは、
被検出体の回転軸に取り付けられた1相の励磁コイルである可動子と位相の異なる2相の検出コイルからなり前記可動子の回転を検出する固定子とを備えた磁気式位置検出器と、前記磁気式位置検出器を含む所定領域をバックアップするためのバッテリとを有する磁気式位置検出システムにおいて、前記バッテリによるバックアップ時に、前記磁気式位置検出器の前記可動子を間欠励磁するためのサンプリングパルスを出力するBRMと、前記バッテリによるバックアップ時に、前記BRMから出力されたサンプリングパルスに同期して、前記2相の検出コイルにて検出された検出信号を4象限のデータとして微分したパルスを出力する微分回路と、前記バッテリによるバックアップ時に、前記微分回路の出力パルスの象限の切り替わりをカウントするカウンタと、前記バッテリによるバックアップ時に、前記微分回路の出力パルスのパルスレートの増減に応じて前記サンプリングパルスのパルスレートを増減させるための信号を前記BRMに出力するパルスレート検出器とを有することを特徴とするものである。
【0010】
この構成によれば、バッテリによるバックアップ時には、磁気式位置検出器の可動子の回転状態に応じてBRMのサンプリングパルスのパルスレートを増減させることで可動子の励磁回数を増減させることが可能となるため、例えば、バッテリによるバックアップ時に被検出体が回転していない場合に、磁気式位置検出器の可動子の励磁回数を減らすことが可能となり、それにより、バックアップ時の消費電力を低減することが可能となる。
【0011】
また、電源投入後の通常動作時に、前記カウンタの値を読み込むことで前記バッテリによるバックアップ時の前記磁気式位置検出器の前記可動子の回転量を読み込み、前記バッテリによるバックアップ時には動作しないCPUを有することとしても良い。
【0012】
この構成によれば、バッテリによるバックアップ時にCPUを動作させなくても、電源投入後の通常動作時にCPUがカウンタの値を読み込むことでバックアップ時の可動子の回転量を読み込むことが可能となるため、バックアップ時にCPUの動作に消費される消費電力をも低減することが可能となる。
【0013】
また、電源投入後の通常動作時に、前記磁気式位置検出器の前記可動子を励磁するためのパルスを出力し、前記バッテリによるバックアップ時には動作しない励磁回路と、電源投入後の通常動作時に、前記2相の検出コイルにて検出された検出信号をデジタル変換することで前記磁気式位置検出器の前記可動子の回転量を検出し、前記バッテリによるバックアップ時には動作しないR/D変換器とを有することとしても良い。
【0014】
この構成によれば、電源投入後の通常動作時には、正規の励磁回路およびR/D変換器に切り換えて、可動子の励磁および可動子の回転量の検出を行うため、被検出体の位置データとして精度の良い値を得ることが可能となる。
最後に、本発明は上記で示した磁気式位置検出システムと、それによって回転位置を検出されるアクチュエータを備える磁気式位置検出システム付アクチュエータを構成するようにしても良い。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0016】
図1は、本発明の磁気式位置検出システムに用いられるBRM(Binary Rate Multiplier)の一例を示す図であり、テキサスインスツルメント社製のTTL SN7497(Synchronous 6bit Binary Rate Multiplier)の概略を示している。なお、BRMに関しては当業者にとって公知であるため、本明細書ではBRMの概略説明のみを行うこととする。
【0017】
図1に示したBRMは、パルス入力(CK)と6ビットのパラレル入力(A〜F)を入力とし、パラレル入力に応じて出力Yのパルス数が決定される。
【0018】
具体的には、パラレル入力が「H」であるビットに相当するパルス数が出力される。即ち、パラレル入力A(20に相当するビット)が「H」である場合、パルス入力(CK)が64パルスで1発のパルスが出力され、パラレル入力B(21に相当するビット)が「H」である場合、同じように2発のパルスが出力され、以下同じように、パラレル入力C〜F(各々22〜25に相当するビット)が「H」である場合、各々4〜32発のパルスが出力され、これらの総和がBRMの出力となる。従って、パラレル入力A〜Fの全てが「H」である場合、63発(20+21+22+23+24+25=63)のパルスが出力されることになる。
【0019】
このように、BRMは、パルス入力(CK)の一定のパルス列からパルスを歯抜けさせるものであり、BMRから出力されるパルス間隔は均一ではない。即ち、BRMの入出力前後のパルスは、単位時間当たりのパルスレート(PPS)が変化するが、周波数が変化する訳ではない。
【0020】
図2は、本発明の一実施形態の磁気式位置検出システムのブロック図である。なお、図2においては、バックアップ電池等であるバッテリによるバックアップ時にバッテリから電源供給を受けて動作するバックアップ領域内の構成要素のみが示されており、バッテリや、電源投入後の通常動作時に動作する励磁回路、R/D変換器、CPU等は本発明の本質的な部分ではないため省略されている。
【0021】
図2を参照すると、本実施形態の磁気式位置検出システムは、磁気式位置検出器としてのレゾルバ1と、AMP2と、微分回路3と、カウンタ4と、パルスレート検出器5と、BRM6と、トランジスタ7とを有している。
【0022】
レゾルバ1は、アクチュエータ等の被検出体の回転軸に取り付けられ、該回転軸の回転に伴い回転する1相の励磁コイルである可動子11と、互いに直交に配置され、可動子11の回転を検出した時に所定の起電力を発生する2相(SinθとCosθ)の検出コイル12a,12bからなる固定子とを備えている。
【0023】
AMP2は、検出コイル12a,12bの各々の検出信号を増幅し、微分回路3は、BRM6の出力に同期して、AMP2にて増幅された検出コイル12a,12bの各々の検出信号を4象限のデータとして微分したパルスを出力する。
【0024】
カウンタ4は、微分回路3の出力パルスの象限の切り替わりをカウントする。即ち、カウンタ4のカウント値は、バックアップ時のレゾルバ1の可動子11の回転量に応じた値となる。
【0025】
パルスレート検出器5は、微分回路3の出力パルスのパルスレート(PPS)の増減に応じて出力値が増減する信号をBRM6に出力するものであり、例えば、特許第1777352号明細書に開示されている追従比較型速度電圧発生回路等を適用することができる。
【0026】
なお、BRM6が図1のような構成である場合、パルスレート検出器5の出力値が増大するということは、例えば、その出力値によってパラレル入力A〜Fのいずれかが「L」から「H」に切り換えられることを意味し、パルスレート検出器5の出力値が減少するということは、例えば、その出力値によってパラレル入力A〜Fのいずれかが「H」から「L」に切り換えられることを意味する。
【0027】
BRM6は、パルスレート検出器5の出力値の増減に応じてパルスレート(PPS)が増減するサンプリングパルスを出力する。このサンプリングパルスのパルスレートに応じてトランジスタ7が駆動され、それにより、レゾルバ1の可動子11が間欠励磁されることになる。
【0028】
上記のように構成された本実施形態の磁気式位置検出システムにおいては、バッテリによるバックアップ時に、レゾルバ1の可動子11が回転することで微分回路3の出力パルスのパルスレートが増大すると、パルスレート検出器5の出力が増大し、BRM6への入力も増大する。
【0029】
すると、BRM6から出力されるサンプリングパルスのパルスレートが増大するため、トランジスタ7による可動子11の励磁回数が増えることになり、それにより、カウンタ4によるカウントミスを防止することができる。
【0030】
一方、バッテリによるバックアップ時に、レゾルバ1の可動子11の回転が低下することで微分回路3の出力パルスのパルスレートが減少すると、パルスレート検出器5の出力が減少し、BRM6への入力も減少する。
【0031】
すると、BRM6から出力されるサンプリングパルスのパルスレートが減少するため、トランジスタ7による可動子11の励磁回数が減ることになり、それにより、消費電力を低減することができる。
【0032】
なお、電源投入後の通常動作時には、不図示のCPUがBUSを介してカウンタ4の値を読み込むことで、バックアップ時のレゾルバ1の可動子11の回転量を読み込む。なお、このCPUは、バックアップ時には動作しない。
【0033】
また、電源投入後の通常動作時には、不図示の励磁回路が出力したパルスによってVBA端子を介してレゾルバ1の可動子11への励磁を行うと共に、不図示のR/D変換器が検出コイル12a,12bにて検出された検出信号をデジタル変換することでレゾルバ1の可動子11の回転量の検出を行う。それにより、電源投入後の通常動作時には、被検出体の位置データとして精度の良い値を得ることが可能となる。なお、これらの励磁回路およびR/D変換器は、バックアップ時には動作しない。
【0034】
上述したように本実施形態においては、バッテリによるバックアップ時に、レゾルバ1の可動子11が回転を開始した場合は、BRM6のサンプリングパルスのパルスレートを上げることで可動子11の励磁回数を増やし、レゾルバ1の可動子11の回転が低下した場合は、BRM6のサンプリングパルスのパルスレートを下げることで可動子11の励磁回数を減らしている。
【0035】
したがって、バックアップ時に被検出体が回転していない場合、レゾルバ1の可動子11の励磁回数を減らすことができるため、消費電力を低減することができる。また、バックアップ時にCPUを動作させる必要がないため、CPUの動作に消費される消費電力をも低減することができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、バッテリによるバックアップ時に、磁気式位置検出器の可動子を間欠励磁するためのサンプリングパルスを出力するBRMと、BRMの出力に同期して、可動子の検出信号を微分する微分回路と、微分回路の出力パルスの象限の切り替わりをカウントするカウンタと、微分回路の出力パルスの増減に応じてサンプリングパルスのパルスレートを増減させるための信号をBRMに出力するパルスレート検出器とを設けた構成としている。
【0037】
したがって、バッテリによるバックアップ時には、磁気式位置検出器の可動子の回転状態に応じてBRMのサンプリングパルスのパルスレートを増減させることで可動子の励磁回数を増減させることができるため、例えば、被検出体が回転していない場合、磁気式位置検出器の可動子の励磁回数を減らすことができ、それにより、バックアップ時の消費電力を低減することができる。
【0038】
また、バッテリによるバックアップ時にはCPUを動作させず、電源投入後の通常動作時に、CPUがカウンタの値を読み込むことでバックアップ時の可動子の回転量を読み込むこととすれば、バックアップ時にCPUの動作に消費される消費電力をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気式位置検出システムに用いられるBRMの一例を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態の磁気式位置検出システムのブロック図である。
【符号の説明】
1 レゾルバ
2 AMP
3 微分回路
4 カウンタ
5 パルスレート検出器
6 BRM
7 トランジスタ
11 可動子(励磁コイル)
12a,12b 検出コイル
Claims (4)
- 被検出体の回転軸に取り付けられた1相の励磁コイルである可動子と位相の異なる2相の検出コイルからなり前記可動子の回転を検出する固定子とを備えた磁気式位置検出器と、前記磁気式位置検出器を含む所定領域をバックアップするためのバッテリとを有する磁気式位置検出システムにおいて、
前記バッテリによるバックアップ時に、前記磁気式位置検出器の前記可動子を間欠励磁するためのサンプリングパルスを出力するBRMと、
前記バッテリによるバックアップ時に、前記BRMから出力されたサンプリングパルスに同期して、前記2相の検出コイルにて検出された検出信号を4象限のデータとして微分したパルスを出力する微分回路と、
前記バッテリによるバックアップ時に、前記微分回路の出力パルスの象限の切り替わりをカウントするカウンタと、
前記バッテリによるバックアップ時に、前記微分回路の出力パルスのパルスレートの増減に応じて前記サンプリングパルスのパルスレートを増減させるための信号を前記BRMに出力するパルスレート検出器とを有することを特徴とする磁気式位置検出システム。 - 電源投入後の通常動作時に、前記カウンタの値を読み込むことで前記バッテリによるバックアップ時の前記磁気式位置検出器の前記可動子の回転量を読み込み、前記バッテリによるバックアップ時には動作しないCPUを有することを特徴とする、請求項1に記載の磁気式位置検出システム。
- 電源投入後の通常動作時に、前記磁気式位置検出器の前記可動子を励磁するためのパルスを出力し、前記バッテリによるバックアップ時には動作しない励磁回路と、
電源投入後の通常動作時に、前記2相の検出コイルにて検出された検出信号をデジタル変換することで前記磁気式位置検出器の前記可動子の回転量を検出し、前記バッテリによるバックアップ時には動作しないR/D変換器とを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の磁気式位置検出システム。 - 請求項1に記載の磁気式位置検出システムと、それによって回転位置を検出されるアクチュエータを備えたことを特徴とする磁気式位置検出システム付アクチュエータ
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2003
- 2003-01-22 JP JP2003013503A patent/JP4088774B2/ja not_active Expired - Lifetime
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