JP4583153B2 - 回転角度検出システム - Google Patents

Description

本発明は、モータなどの回転機器の回転角度位置を検出する回転角度検出システムに関するものである。

従来、モータの回転角度位置を検出するための回転角度検出システムとしては、レゾルバを備えたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。レゾルバは、振動に強く、また、粉塵などの環境に対する耐性が高いので、車両や工作機械などに広く用いられている。
特開平１１−１１８５１９号公報 特開２００２−１６２２５５号公報

しかしながら、レゾルバは、巻線構造が複雑であるため小型化が困難であり、小型モータへの搭載が困難である。また、レゾルバからの位置検出信号の処理回路が複雑であるため、回転角度検出システムの大型化、コスト高を招いている。

一方、一般に市販されている磁気式や光学式のアナログセンサにおいては、小型モータに搭載可能な小型のセンサもあるが、直流電源が必要であり、位置検出信号の長距離伝送が行えず、信号をデジタル化したときの分解能を大きくできず、また、ノイズに弱いなどの理由から殆んど使用されていない。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、アナログセンサを用いて、小型で廉価なシステム構成でありながら、レゾルバと同等な性能を備えた回転角度検出システムを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の回転角度検出システムは、
モータなどの回転機器に取り付けられた磁気式あるいは光学式のアナログセンサと、
前記アナログセンサから出力される位置検出信号に変調を施して、平衡変調波として出力する信号変換回路と、
前記信号変換回路からの前記平衡変調信号を、外部の装置へ伝送するための出力端子とを有し、
前記位置検出信号は正弦波信号および余弦波信号を含み、
前記信号変換回路は、所定の周期および波形の１相のリファレンス信号（搬送波）を出力するリファレンス信号発振器と、前記リファレンス信号を前記正弦波信号により振幅変調して得られる正弦波平衡変調信号および前記リファレンス信号を前記余弦波信号により振幅変調して得られる余弦波平衡変調信号を生成する平衡変調器とを備えていることを特徴としている。

ここで、磁気センサや光学センサなどのアナログセンサは一般に直流電力が必要である。そこで、前記リファレンス信号発振器から出力されるリファレンス信号を整流平滑して直流駆動電力を発生する電源回路を有していることが望ましい。

本発明では、回転機器の回転角度位置を検出するアナログセンサとして、例えば市販されている磁気式あるいは光学式のアナログセンサを用いることができ、このアナログセンサから出力される位置検出信号である２相信号（正弦波信号および余弦波信号）をそれぞれ、信号変換回路において正弦波平衡変調信号および余弦波平衡変調信号に変換して出力するようにしている。平衡変調器を介して得られる平衡変調信号（搬送波抑圧変調信号）は、外部からのノイズに強く混信がなく、ＳＮ比（信号対雑音比）が大きいので、信号を増幅してもノイズが少ない。また、平衡変調器は簡単な回路構成により構成できる。それ故、アナログセンサを用いて、長距離伝送が可能であり、システムの信頼性が高く、しかも小型で廉価なレゾルバと同等の性能を備えた回転角度検出システムを実現できる。

また、リファレンス信号発振器から出力されるリファレンス信号を整流平滑して直流駆動電力を発生する電源回路を有している場合には、商用電源からＡＣアダプタなどを介して直流電力を得る必要がないので、システムをさらにコンパクトに構成することができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した回転角度検出システムの一例を説明する。

図１は、本発明を適用した回転角度検出システムの構成を示す説明図である。この図に示すように、回転角度検出システム１は、モータ１００のロータ１０１の回転角度位置を検出するためのものであり、モータ１００に取り付けられ、測定対象のロータ１０１の回転角度位置を２相信号（正弦波信号Ｓ１および余弦波信号Ｓ２）として出力するアナログセンサ２と、ここから出力された正弦波信号Ｓ１および余弦波信号Ｓ２に対して、長距離伝送が可能となるように変調を施す信号変換回路３とを有している。

アナログセンサ２は、一般に市販されている磁気式センサや光学式センサを用いることができ、正弦波信号ライン２１および余弦波信号ライン２２を備えている。これら信号ライン２１、２２はそれぞれ、信号変換回路３の入力側に接続されており、当該信号ライン２１、２２を介して、アナログセンサ２から信号変換回路３の側にロータ１０１の回転角度位置信号である正弦波信号Ｓ１および余弦波信号Ｓ２が出力される。

信号変換回路３は、所定の周期および波形を有するリファレンス信号（搬送波）Ｓ５を出力可能なリファレンス信号発振器５と、リファレンス信号Ｓ５を正弦波信号Ｓ１で振幅変調して正弦波平衡変調信号Ｓ１’を生成すると共にリファレンス信号Ｓ５を余弦波信号Ｓ２で振幅変調して余弦波平衡変調信号Ｓ２’生成する平衡変調器６とを備えている。

リファレンス信号発振器５としては、周知のものを使用できるので、その詳細な説明は省略するが、トランジスタによる増幅回路と、正帰還回路とから構成されている。リファレンス信号発振回路５の出力端子５１、５２から出力されるリファレンス信号Ｓ５は、コンパレータＣＭＰで波形整形された後に平衡変調器６に入力される。

平衡変調器６は、リファレンス信号Ｓ５に正弦波信号Ｓ１を乗ずることによって正弦波平衡変調信号Ｓ１’を生成する第１乗算回路８と、リファレンス信号Ｓ５に余弦波信号Ｓ２を乗ずることによって余弦波平衡変調信号Ｓ２’を生成する第２乗算回路９とから構成されている。第１および第２乗算回路８、９の出力は、それぞれ信号出力線８１および９１を介して、出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２から外部の伝送装置や復調装置などに伝送される。

第１および第２乗算回路８、９は周知の構成のものを採用できる。第１乗算回路８は、差動入力型のオペアンプＡ１と、この反転入力端子に接続された入力抵抗Ｒ１および帰還抵抗Ｒ５と、非反転入力端子に接続された入力抵抗Ｒ２とから構成されている。入力抵抗Ｒ１と入力抵抗Ｒ２との接点１５に正弦波信号ライン２１が接続されている。入力抵抗Ｒ２とオペアンプＡ１の非反転入力端子の間に、アナログスイッチＡＳ１を介して、リファレンス信号発振器５の出力ライン５３が接続されている。アナログスイッチＡＳ１としてはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いることができる。

一方、第２乗算回路９も第１乗算回路８と同一構成であり、オペアンプＡ２、入力抵抗Ｒ３、Ｒ４、帰還抵抗Ｒ６および、アナログスイッチＡＳ２を備えている。

次に、本例の回転角度検出システム１は、リファレンス信号発振器５から出力されるリファレンス信号Ｓ５を整流平滑して直流電力を生成する電源回路２０を備えている。ここから、アナログセンサ２や回路を構成している電子部品に対して電力供給が可能となっている。電源回路２０も周知の構成のものを採用できるので、その詳細な説明は省略するが、ダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ１、Ｃ２、レギュレータＲｅｇ１、Ｒｅｇ２などから構成されている。

このように構成した回転角度検出システム１の動作を説明する。モータ１００に取り付けられているアナログセンサ２は、例えばロータ１０１の回転角度位置をθとしたとき、Ｓｉｎθで表される正弦波信号Ｓ１、およびＣｏｓθで表される余弦波信号Ｓ２を平衡変調器６に向けて出力する。また、リファレンス信号発振器５は、リファレンス信号Ｓ５としてＳｉｎωｔ（但し、ω：角振動数、ｔ：時間）で表される高周波数の正弦搬送波を平衡変調器６に供給する。平衡変調器６の第１乗算回路８は、リファレンス信号（Ｓｉｎωｔ）Ｓ５に正弦波信号（Ｓｉｎθ）Ｓ１を乗じた形のＳｉｎθＳｉｎωｔで表される正弦波平衡変調信号Ｓ１’を生成して出力する。第２乗算回路９は、リファレンス信号（Ｓｉｎωｔ）Ｓ５に余弦波信号（Ｃｏｓθ）Ｓ２を乗じた形のＣｏｓθＳｉｎωｔで表される余弦波平衡変調信号Ｓ２’を出力する。

正弦波平衡変調信号Ｓ１’および余弦波平衡変調信号Ｓ２’は、既存の１相励磁２相出力型のレゾルバの出力信号と同一であり、これらの信号に基づき、ロータ１０１の回転角度位置θおよび回転速度を求めることができる。

本例の回転角度検出システム１は、レゾルバを備えた従来の回転角度検出システムと比べて、構造、回路構成が共にシンプルであり、小型化およびコスト低減に有利である。また、位置検出信号が平衡変調器を介して変調されて平衡変調信号（搬送波抑圧変調信号）として伝送される。平衡変調信号は、外部からのノイズに強く混信がなく、ＳＮ比（信号対雑音比）が大きいので、長距離伝送に適しており、また、信号を増幅した際のノイズが少ないという利点がある。

本発明を適用した回転角度検出システムの構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 回転角度検出システム
２ アナログセンサ
３ 信号変換回路
５ リファレンス信号発振器
６ 平衡変調器
８、９ 乗算回路
２０ 電源回路
１００ モータ
１０１ ロータ
Ｓ１ 正弦波信号（位置検出信号）
Ｓ２ 余弦波信号（位置検出信号）
Ｓ１’ 正弦波平衡変調信号
Ｓ２’ 余弦波平衡変調信号
Ｓ５ リファレンス信号

Claims (2)

1. モータなどの回転機器に取り付けられた磁気式あるいは光学式のアナログセンサと、
   前記アナログセンサから出力される位置検出信号に変調を施して平衡変調信号として出力する信号変換回路と、
   前記信号変換回路からの前記平衡変調信号を、外部の装置へ伝送するための出力端子とを有し、
   前記位置検出信号は正弦波信号および余弦波信号を含み、
   前記信号変換回路は、所定の周期および波形の１相のリファレンス信号を出力するリファレンス信号発振器と、前記リファレンス信号を前記正弦波信号により振幅変調して得られる正弦波平衡変調信号および前記リファレンス信号を前記余弦波信号により振幅変調して得られる余弦波平衡変調信号を生成する平衡変調器とを備えていることを特徴とする回転角度検出システム。
2. 請求項１において、
   前記リファレンス信号発振器から出力されるリファレンス信号を整流平滑して直流駆動電力を発生する電源回路を有していることを特徴とする回転角度検出システム。

Images