JP5267368B2

JP5267368B2 - レゾルバの検出角度誤差の補正方法、レゾルバの検出角度誤差の補正方法を行うｒ／ｄ変換器およびレゾルバの検出角度誤差の補正方法を行うｒ／ｄ変換部を有するｃｐｕ

Info

Publication number: JP5267368B2
Application number: JP2009169742A
Authority: JP
Inventors: 慶太福永
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2011022103A

Description

本発明は、レゾルバの出力電圧に基づいて算出するモータ等の回転角度の補正に関するものである。

モータ等の回転角検出センサの一つとしてレゾルバが用いられている。このレゾルバによる回転検出センサの検出精度は、温度変化により低下することが一般的に知られている。この場合、なんらの角度補正を行わずにモータを制御すると、トルクリプルの増加（ＡＣＲ制御）、あるいはトルク出力の精度悪化といった不都合が生じるおそれがある。

このような不都合を解消するため温度変化時の角度補正を行うものが例えば特許文献１に開示されている。

特開２００８−７６０７８号公報。

特許文献１のものは、互いに異なる補正データを格納した複数の補正データテーブルを記憶しており、レゾルバを搭載した機器側で得た検出温度等に基づいて各補正データテーブルの切り替えを行っている。

しかし、特許文献1のものは補正データテーブルを利用しているため、補正データテーブルを記憶するための記憶手段または記憶領域が必要であった。

本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、角度補正を行う際に無駄な記憶手段または記憶領域を必要としないレゾルバの検出角度誤差の補正方法、その補正を行うＲ／Ｄ変換器およびその補正を行うＲ／Ｄ変換部を有するＣＰＵを提供することにある。

本発明は、前記課題の解決を図るために、レゾルバの出力電圧からモータの回転角度θを算出し、前記レゾルバに励磁信号ｓｉｎωｔを印加する信号変換手段によって実行されるレゾルバの検出角度誤差の補正方法であって、前記信号変換手段は、温度検出センサにより前記レゾルバの温度検出を行い、所定範囲の検出温度Ｔに対する前記レゾルバからのｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２を入力し、前記所定範囲の検出温度Ｔに対する、前記電圧Ｖ１と前記電圧Ｖ２との比率α＝Ｖ１／Ｖ２をあらかじめ算出し、補正された前記モータの回転角度φを、

（ただし、ｚ１はｓｉｎθ側電圧の励磁信号に対する位相差、ｚ２はｃｏｓθ側電圧の励磁信号に対する位相差、Ｖ１は前記比率αを算出するための前記レゾルバのｓｉｎθ側電圧、Ｖ２は前記比率αを算出するための前記レゾルバのｃｏｓθ側電圧、Ｖ１’は回転角度φを算出するための前記レゾルバのｓｉｎθ側電圧、Ｖ２’は回転角度φを算出するための前記レゾルバのｃｏｓθ側電圧）なる計算式により算出することを特徴とする。

また、Ｒ／Ｄ変換器は、請求項1に記載のレゾルバの検出角度誤差の補正を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、補正された回転角度φの算出式に１／（α・Ｔ）が乗算されるだけで、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１’とｃｏｓθ側電圧Ｖ２’との比率が１となり角度誤差をゼロに近づけることができる。また、回転角度φを補正する際に用いる補正データテーブルは、レゾルバ温度Ｔおよび比率αの関係のみである。これにより、レゾルバ温度Ｔと比率αの記憶領域のみで角度補正が行われるので、温度ごとの補正データテーブルが不要で、無駄な記憶手段または記憶領域が不要となる。また、補正する際にレゾルバ温度Ｔを用いているので、上記計算式のみでも温度変化に対応して角度補正を行うことができる。

また、ＣＰＵは、請求項1に記載のレゾルバの検出角度誤差の補正を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、角度誤差の補正を行うＲ／Ｄ変換部を有するＣＰＵを回路に設けることにより、回路基板上の部品を少なくすることができ、回路基板の省スペース化を図ることができる。

請求項１および２の発明によれば、補正された回転角度φの算出式に１／（α・Ｔ）が乗算されるだけで、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１’とｃｏｓθ側電圧Ｖ２’との比率が１となり角度誤差をゼロに近づけることができる。また、回転角度φを補正する際に用いる補正データテーブルは、レゾルバ温度Ｔおよび比率αの関係のみである。これにより、レゾルバ温度Ｔと比率αの記憶領域のみで角度補正が行われるので、温度ごとの補正データテーブルが不要で、無駄な記憶手段または記憶領域が不要となる。また、補正する際にレゾルバ温度Ｔを用いているので、上記計算式のみでも温度変化に対応して角度補正を行うことができる。

請求項３の発明によれば、角度誤差の補正を行うＲ／Ｄ変換部を有するＣＰＵを回路に設けることにより、回路基板上の部品を少なくすることができ、回路基板の省スペース化を図ることができる。

一般的なＲ／Ｄ変換器の構成図。実施例１の基本構成を示す構成図。レゾルバ温度とレゾルバ出力電圧の特性を示す特性図。レゾルバ電圧の比率αの説明図。実施例２の基本構成を示す構成図。

まず、一般的なＲ／Ｄ変換器について説明する。Ｒ／Ｄ変換器は、レゾルバより出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する半導体集積回路（ＩＣ）である。例えば、振幅変調方式レゾルバ（ＢＲＸ）に対応したトラッキング方式のものが知られている。トラッキング方式のＲ／Ｄ変換器は、閉ループ構成による負帰還制御により，レゾルバのアナログ信号をデジタル信号に変換している。

図1は、レゾルバ１０と一般的なＲ／Ｄ変換器２０とが接続した状態を示している。レゾルバ１０は、前述した回転角センサで、内部のコイルにＲ／Ｄ変換器２０に設けられている図示省略の発信器からの励磁信号ｓｉｎωｔが印加され、ｓｉｎθ側電圧Ｋ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔおよびｃｏｓθ側電圧Ｋ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔをＲ／Ｄ変換器２０に送信する。なお、Ｋは信号の大きさ、θは図示省略のモータ等の回転角度、ωは励磁信号の角周波数である。

Ｒ／Ｄ変換器２０の内部には、ｓｉｎ用１０Ｂｉｔｓ乗算型Ｄ／Ａコンバータ２１、ｃｏｓ用１０Ｂｉｔｓ乗算型Ｄ／Ａコンバータ２２、制御偏差を算出する減算器２３、制御偏差を直流化する同期検出部２４、制御偏差に基づいて角速度を算出する補償器２５、デジタル変換されたモータ等の回転角度を求める１２Ｂｉｔｓカウンタ２６、所定の非線形特性が記憶されたｃｏｓＲＯＭ（リードオンリーメモリー）２７およびｓｉｎＲＯＭ２８を備えている。

本実施例の基本構成を図２を用いて説明する。

本実施例の基本構成は、モータ１、レゾルバ１０、Ｒ/Ｄ変換器２、ＣＰＵ（中央処理演算装置）３および図示しない温度検出センサを備えるようになっている。

レゾルバ１０は、Ｒ／Ｄ変換器２から励磁信号Ｖ３ｓｉｎωｔが印加されている。回転角度θのｓｉｎθ側電圧Ｖ１・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ＋ｚ１）およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ＋ｚ２）をＲ／Ｄ変換器２に送信する。また、温度検出センサにより検出されたレゾルバ１０のレゾルバ温度ＴもＲ／Ｄ変換器２に送信される。ここで、Ｖ１はｓｉｎθ側電圧の大きさであり、Ｖ２はｃｏｓθ側電圧の大きさであり、ｚ１はｓｉｎθ側の励磁信号に対する位相であり、ｚ２はｃｏｓθ側の励磁信号に対する位相であり、Ｖ３は励磁信号の大きさである。

本実施例の処理を行わない場合のモータ１の回転角度θの算出角度σは、式（１）のようになる。

また、回転角度θは、式（２）のように表すことができる。

この場合、回転角度θと算出角度δとの差が角度誤差となり、角度誤差εは式（３）のようになる。

ｚ１＝ｚ２＝０とすると、角度誤差εは式（４）のようになる。

式（４）からｓｉｎθ側電圧Ｖ１とｃｏｓθ側電圧Ｖ２との比率を１にすると角度誤差εはゼロになることがわかる。

ｓｉｎθ側電圧Ｖ１とｃｏｓθ側電圧Ｖ２との比率を１にするため、本実施例のＲ／Ｄ変換器２では以下の（１）〜（４）の処理が行われる。

（１）レゾルバ温度Ｔの各温度でのレゾルバ１０のｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２を取得する。

この場合のレゾルバ温度Ｔとｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２との関係は例えば図３に示される。ｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２は、図３（ａ）がｓｉｎθ側電圧Ｖ１の特性を示し、図３（ｂ）がｃｏｓθ側電圧Ｖ２の特性を示している。図３（ａ），（ｂ）共にレゾルバ温度Ｔの上昇に伴って、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２は直線的に減少している。

（２）次に、レゾルバ１０のｓｉｎθ側電圧Ｖ１とｃｏｓθ側電圧Ｖ２との比率α（＝Ｖ１／Ｖ２）を算出する。

図４（ａ）は、図３（ａ），（ｂ）を一つにまとめたものであり、レゾルバ温度Ｔの上昇に伴ってｓｉｎθ側電圧Ｖ１とｃｏｓθ側電圧Ｖ２との差（検出誤差）が広がっていることがわかる。また、図４（ｂ）はレゾルバ温度Ｔと比率αとの関係である。比率αは、レゾルバ温度Ｔの上昇に伴って直線的に減少している。この図４（ｂ）のレゾルバ温度と比率αとの関係は図示しない記憶手段に記憶される。

（３）次に、レゾルバ温度Ｔに比例したαの逆比１／αと１／Ｔとを式（１）のａｒｃｔａｎ内に乗算する。

Ｒ／Ｄ変換器２は、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２を取得した後、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１に１／（α・Ｔ）を乗算する。この場合、ｃｏｓθ側電圧Ｖ２にα・Ｔを乗算してもよい。このレゾルバ温度Ｔは、ｃｏｓθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２が温度特性を有しているため必要になる。そして、式（５）により補正された算出角度φを算出する。なお、式（５）の算出に用いるｓｉｎθ側電圧Ｖ１’およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２’は、比率αを算出するためのｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２を取得した後に取得されたものである。

（４）補正された算出角度φをデジタル変換した後に、ＣＰＵ３へ送信する。

本実施例のＲ／Ｄ変換器２は、以上の（１）〜（４）の処理を行うことで以下の効果を奏する。すなわち、デジタル変換するために算出するモータ１の補正された算出角度φの算出式に１／（α・Ｔ）が乗算されているので、ｓｉｎθ側電圧Ｖ１’とｃｏｓθ側電圧Ｖ２’との比率が１となり角度誤差をゼロに近づけることができる。また、算出角度φを補正する際に用いる補正データテーブルは、図４（ｂ）のみである。これにより、わずかな記憶領域だけを必要とする図４（ｂ）の補正データテーブルと式（５）とにより角度補正が行われるので、無駄な記憶手段または記憶領域が不要となる。また、補正する際にレゾルバ温度Ｔを用いているので、式（５）のみでも温度変化に対応して角度補正を行うことができる。

本実施例について図５を用いて説明する。

本実施例が実施例１と相違するのは、ＣＰＵ４がＲ／Ｄ変換器２の機能を有していることである。その他の実施例１と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。

ＣＰＵ４は、Ｒ／Ｄ変換部５およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）６を備えている。Ｒ／Ｄ変換部５は、励磁信号Ｖ３ｓｉｎωｔをレゾルバ１０に印加し、レゾルバ１０から送信されたｓｉｎθ側電圧Ｖ１・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ＋ｚ１）およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ＋ｚ２）ならびにレゾルバの温度ＴがＲ／Ｄ変換部５に入力される。その後のＲ／Ｄ変換部５の処理は、実施例１と同様の処理が行われ、デジタル変換された回転角度δがＲＡＭ６に送信される。

本実施例によれば、実施例１で述べた（１）〜（４）の方法をＣＰＵ４で行うようにしている。これにより、Ｒ／Ｄ変換器を回路に設ける必要がなくなるので、回路基板上の部品を少なくすることができ、回路基板の省スペース化を図ることができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１…モータ
２，２０…Ｒ／Ｄ変換器
３，４…ＣＰＵ
１０…レゾルバ
２１…ｓｉｎ用１０ｂｉｔｓ乗算型Ｄ／Ａコンバータ
２２…ｃｏｓ用１０ｂｉｔｓ乗算型Ｄ／Ａコンバータ
２３…減算器
２４…同期検出部
２５…補償器
２６…１２Ｂｉｔｓカウンタ
２７…ｃｏｓＲＯＭ
２８…ｓｉｎＲＯＭ

Claims

レゾルバの出力電圧からモータの回転角度θを算出し、前記レゾルバに励磁信号ｓｉｎωｔを印加する信号変換手段によって実行されるレゾルバの検出角度誤差の補正方法であって、
前記信号変換手段は、温度検出センサにより前記レゾルバの温度検出を行い、所定範囲の検出温度Ｔに対する前記レゾルバからのｓｉｎθ側電圧Ｖ１およびｃｏｓθ側電圧Ｖ２を入力し、
前記所定範囲の検出温度Ｔに対する、前記電圧Ｖ１と前記電圧Ｖ２との比率α＝Ｖ１／Ｖ２をあらかじめ算出し、
補正された前記モータの回転角度φを、

（ただし、ｚ１はｓｉｎθ側電圧の励磁信号に対する位相差、ｚ２はｃｏｓθ側電圧の励磁信号に対する位相差、Ｖ１は前記比率αを算出するための前記レゾルバのｓｉｎθ側電圧、Ｖ２は前記比率αを算出するための前記レゾルバのｃｏｓθ側電圧、Ｖ１’は回転角度を算出するための前記レゾルバのｓｉｎθ側電圧、Ｖ２’は回転角度を算出するための前記レゾルバのｃｏｓθ側電圧）なる計算式により算出することを特徴とするレゾルバの検出角度誤差の補正方法。
請求項1に記載のレゾルバの検出角度誤差の補正方法を行うことを特徴とするＲ／Ｄ変換器。
請求項1に記載のレゾルバの検出角度誤差の補正方法を行うＲ／Ｄ変換部を備えたことを特徴とするＣＰＵ。