JP5343887B2 - 回転角度検出装置、モータ及び回転テーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータの回転角に応じた出力信号を出力する角度検出手段を有するステータを備えた回転角度検出装置、モータ及び回転テーブル装置に関する。

従来、回転角度検出装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の従来例が知られている。
特許文献１記載の従来例は、第１の周波数を有する第１の励磁信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する第２の励磁信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号とを含んだレゾルバの検出出力に基づいて、上記第１の角度の情報を取得する角度検出信号処理装置であって、第１及び第２の位相ロック部において、検出対象の角度θ（ｔ）ではなく、周波数ω_０ｔのオフセットを持った位相角ω_０ｔ±θ（ｔ）を追従するように位相ロック動作を行って第１の位相ロック信号と第２の位相ロック信号との位相差を演算して上記第１の角度を求めるように構成されている。

また、特許文献２に記載の従来例は、互いに同軸に配置され、軸倍角が同一の２つの角度検出センサと、両角度センサから出力される出力信号を処理して、回転体の回転角情報を出力する信号処理部とを備え、信号処理部が、それぞれの角度センサから出力される出力信号を加算してから平均して、回転体の回転角情報を生成するようにした構成を有する。

特許第４２９４５５８号公報 特開２００８−５８１８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来例にあっては、１相励磁２相出力型のレゾルバから出力される２つの角度信号Ｖ_Ｉ及びＶ_Ｑを第１の位相ロック部及び第２の位相ロック部に供給して、周波数ω_０ｔのオフセットを持った位相角ω_０ｔ±θ（ｔ）を追従するように位相ロック動作を行って第１の位相ロック信号と第２の位相ロック信号との位相差を演算して上記第１の角度を求めるようにしているが、角度信号ｖ_Ｉ及びＶ_Ｑを複素信号処理部で処理した出力信号には周波数２ω_０の高調波成分が含まれており、この高調波成分を帰還部のフィルタ作用によって減衰するようにしており、高調波成分を相殺することはできないとともに、高調波成分の減衰をＲＤＣ（レゾルバ−デジタル変換装置）内で行うようにしており、市販の通常構成のＲＤＣを適用することができず、特殊なＲＤＣを必要とするという未解決の課題がある。

また、特許文献２に記載の従来例にあっては、構成の異なる２種類のＶＲ型（可変リラクタンス）レゾルバの出力信号を、レゾルバデジタルコンバータを使用して、ｓｉｎ相出力電圧とｃｏｓ相出力電圧と基づいてロータの回転角θを表すデジタル角度信号φを出力するようにしているため、２種類のレゾルバを必要とし、角度検出部の機械的構成が大形化するという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上述した従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、１つの角度検出手段を使用して、ロータ及びステータ間の形状やピッチ誤差、偏芯誤差などの誤差の影響を受けることがないとともに、特殊なＲＤＣを必要とすることなく位置検出信号の精度を向上させることができる回転角度検出装置、モータ及び回転テーブル装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る回転角度検出装置は、ロータの回転角に応じた３相出力信号を出力する角度検出手段を備えたステータを備え、前記角度検出手段の３相出力信号を３相２相変換する第１の相変換部と、前記角度検出手段の３相出力信号を前記第１の相変換部の座標に対して１８０°異なる座標に３相２相変換する第２の相変換部と、該第１の相変換部及び第２の相変換部の変換出力を第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に変換する角度信号変換部と、該角度信号変換部で変換した第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に基づいて誤差を相殺した回転角度検出値を演算する角度検出値演算部とを備えたことを特徴としている。

このような構成であれば、ロータの形状やピッチ誤差、偏芯誤差などの誤差が角度検出手段の出力信号に重畳する場合であっても、第１の相変換部及び第２の相変換部で、互いに１８０°異なる座標で、前記誤差が互いに反転されて重畳された変換出力を得、これら変換出力を角度信号変換部で第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に変換し、角度検出値演算部で第１回転角度信号及び第２の回転角度信号に基づいて誤差を相殺した正確な回転角度検出値を得ることができる。

また、本発明の他の形態に係る回転角度検出装置は、前記角度検出値演算部は、前記第１の回転角度信号及び前記第２の回転角度信号の一方の回転角度信号の座標を他方の回転角度信号の座標に一致させるオフセット角度信号を算出するオフセット処理手段と、該オフセット処理手段から出力されるオフセット角度信号と前記他方の回転角度信号との平均値を算出して誤差を相殺した前記回転角度検出値を演算する回転角度検出値演算手段とを備えたことを特徴としている。

このような構成であれば、第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号とが互いの座標が１８０°ずれているので、これら出力の何れかの一方の座標を１８０°ずらすオフセット処理することにより、他方の座標と一致させることができ、このときのオフセット角度信号と他方の回転角度信号とに重畳された誤差成分が互いに逆位相とするなることから、オフセット角度信号と他方の回転角度信号とを加算した値を２で除して平均値を算出することにより、誤差を含まない正確な角度検出信号を得ることができる。
また、本発明の一の形態に係るモータは、上記回転角度検出装置を備えたことを特徴としている。
さらに、本発明の一の形態に係る回転テーブル装置は、上記回転角度検出装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、１つの角度位置検出手段の出力から１８０°ずれた座標の３相／２相変換出力を得、これらを個別に回転角度信号に変換して第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号を得、これら第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に基づいてロータの形状やピッチ誤差、偏心誤差等の誤差を相殺した正確な位置検出信号を得ることができ、簡易な構成で正確な角度検出信号を得ることができるという効果が得られる。

本発明の回転角度検出装置としてのレゾルバを装着した回転テーブル装置の軸方向の断面図である。 図１のレゾルバの平面から見た模式図である。 １相励磁３相出力のレゾルバステータのコイルの配線構造を示す回路図である。 制御システムの構成を示すブロック図である。 レゾルバ信号の座標系を示す説明図である。 本発明の動作の説明に供する信号波形図である。 第１のレゾルバ信号及び第２のレゾルバ信号に重畳される誤差成分を示す波形図である。 アウターロータ形のレゾルバを示す平面から見た模式図である。 インクリメンタル型レゾルバを示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は絶対角度位置検出装置としての３相のアブソリュートレゾルバを装着した回転テーブル装置を示す断面図である。
回転テーブル装置１０は、図１に示すように、上端を開放した円筒状の固定ケース体２２と、この固定ケース体２２にクロスローラ軸受１４を介して回転自在に支持された回転テーブル１２とで構成されている。そして、固定ケース体２２に対する回転テーブル１２の絶対角度位置を絶対角度位置検出装置としてのアブソリュートレゾルバ３０によって検出している。ここで、アブソリュートレゾルバ３０およびクロスローラ軸受１４は、回転テーブル装置１０の半径方向内側からその順序で半径方向の同一平面上に配置されている。

固定ケース体２２には、内周側に軸方向上方（図１の上方向）に突出した円環状の内壁体２２ａが形成され、内壁体２２ａよりも径方向外側には、軸方向上方に突出した円環状の外壁体２２ｂが形成されている。一方、回転テーブル１２には、内周側に軸方向下方（図１の下方向）に突出した円環状の内壁体１２ａが形成され、内壁体１２ａよりも半径方向外側には、軸方向下方に突出した円環状の外壁体１２ｂが形成されている。そして、固定ケース体２２および回転テーブル１２は、固定ケース体２２の内壁体２２ａが回転テーブル１２の内壁体１２ａと外壁体１２ｂの間に、回転テーブル１２の外壁体１２ｂが固定ケース体２２の内壁体２２ａと外壁体２２ｂの間に位置するように互いに跨って配置されている。

クロスローラ軸受１４は、内輪１４ａと、外輪１４ｂと、内輪１４ａおよび外輪１４ｂの間で転動可能に設けられた複数のクロスローラ（ころ）１４ｃとを有して構成されている。クロスローラ１４ｃは、直径が長さよりわずかに大きな略円筒状で、軌道上偶数番目の回転軸と、軌道上奇数番目の回転軸が互いに９０°傾斜している。
内輪１４ａは、固定ケース体２２の内壁体２２ａに軸方向に押圧された状態で固定されている。具体的には、固定ケース体２２の内壁体２２ａの上端を内輪１４ａの下面に当接させ、内輪押え２６の押圧部２６ｂを内輪１４ａの上面に接触させ、内輪押え２６をボルト２６ａで固定ケース体２２の内壁体２２ａに締結することにより固定される。

外輪１４ｂは、回転テーブル１２の外壁体１２ｂに軸方向に押圧された状態で固定されている。具体的には、回転テーブル１２の外壁体１２ｂの下端を外輪１４ｂの上面に当接させ、外輪押え２８の押圧部２８ｂを外輪１４ｂの下面に接触させ、外輪押え２８をボルト２８ａで回転テーブル１２の外壁体１２ｂに締結することにより固定される。
なお、固定ケース体２２は、ボルト２４ａにより固定板２４に固定され、回転テーブル１２は、例えば内壁体１２ａの内周面が後述するモータ４０の回転軸の外周面に嵌合して回転駆動される。

アブソリュートレゾルバ３０は、図２に示すように、インナーロータ式レゾルバであって、環状の成層鉄心からなる環状のレゾルバロータ１８と、レゾルバロータ１８の外側に所定間隔をもって対向して配置された環状の成層鉄心からなる環状のレゾルバステータ２０とを有し、レゾルバロータ１８はレゾルバステータ２０との間の空隙がレゾルバステータ２０の中心に対して偏芯して回転自在に支持されている。レゾルバステータ２０には、先端に複数極片歯２０ａを先端に有する極片２０ｂが円周方向に等間隔で相数３の８倍となる２４個に形成されている。そのため、アブソリュートレゾルバ３０は、レゾルバロータ１８の１回転につきリラクタンス変化の基本波成分が１周期となるアブソリュートレゾルバ信号を出力する。
そして、レゾルバロータ１８は、ボルト１８ｂにより回転テーブル１２の内壁体１２ａの外周面に取り付けられている。一方、レゾルバステータ２０は、ボルト２０ｃにより固定ケース体２２における内輪押え２６の内周面に取り付けられ、内輪押え２６と一体に固定ケース体２２の内壁体２２ａの内周面側に固定されている。

次に、レゾルバステータ２０の配線構造を説明する。
図３は、１相励磁３相出力のアブソリュートレゾルバ３０のレゾルバステータ２０のコイルの配線構造を示す回路図である。
レゾルバステータ２０は、環状部材の内周に等間隔で複数の極片２０ａと、各極片２０ａに巻装した３相のＡ相コイルＬＡ、Ｂ相コイルＬＢ及びＣ相コイルＬＣを備えている。
Ａ〜Ｃ相コイルＬＡ〜ＬＣのそれぞれは、図２に示すように、レゾルバステータ２０の内周面に１２０°間隔で巻装されている。

ここで、Ａ相コイルＬＡは、図２及び図３に示すように、隣接する８つの極片２０ｂに個別に巻装された８つのコイル部Ｌ_Ａ１１、Ｌ_Ａ１２、……Ｌ_Ａ１８が直列に接続されている。また、Ｂ相コイルＬＢも、図２及び図３に示すように、隣接する８つの極片２０ｂに個別に巻装された４つのコイル部Ｌ_Ｂ１１、Ｌ_Ｂ１２、……Ｌ_Ｂ１８が直列に接続されている。さらに、Ｃ相コイルＬＣも、図２及び図３に示すように、隣接する８つの極片２０ｂに個別に巻装された４つのコイル部Ｌ_Ｃ１１、Ｌ_Ｃ１２、……Ｌ_Ｃ１８が直列に接続されている。

そして、Ａ相コイルＬＡ、Ｂ相コイルＬＢ及びＣ相コイルＬＣのコイル部Ｌ_Ａ１１、Ｌ_Ｂ１１及びＬ_Ｃ１１側の端部が互いに接続されて中性点が形成され、この中性点が接続端子ＣＯＭに接続されている。
そして、Ａ相コイルＬＡ、Ｂ相コイルＬＢ及びＣ相コイルＬＣのコイルＬ_Ａ１１、Ｌ_Ｂ１１、Ｌ_Ｃ１１および第２系統のコイルＬ_Ａ２１、Ｌ_Ｂ２１、Ｌ_Ｃ２１に、端子ＣＯＭから正弦波からなる励磁信号ｓｉｎωｔが入力されることにより、他端側から下式に示すように、互いに位相が１２０°異なる３相のレゾルバ信号を得ることができる。

Ａ相：φＡ＝（Ａ_ＤＣ＋Ａ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ)）ｓｉｎωｔ ……（１）
Ｂ相：φＢ＝（Ｂ_ＤＣ＋Ｂ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋１２０°)）ｓｉｎωｔ ……（２）
Ｃ相：φＣ＝（Ｃ_ＤＣ＋Ｃ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋２４０°)）ｓｉｎωｔ ……（３）
ここで、Ａ_ＤＣ、Ｂ_ＤＣ及びＣ_ＤＣはＡ相、Ｂ相及びＣ相に含まれる直流成分であり、Ａ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ)、Ｂ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋１２０°)及びＣ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋２４０°)はＡ相、Ｂ相及びＣ相に含まれる１次の交流成分である。
また、後述するように発振器５０から励磁信号の供給を受けて３相コイルＬＡ〜ＬＣのコイル部Ｌ_Ａ１１〜Ｌ_Ｃ１８によりレゾルバ信号が検出されるので、励磁用コイルを設ける必要がなく、配線構造が簡素となる。

次に、本実施の形態に係る制御システムの構成を説明する。
図４は、制御システムの構成を示すブロック図である。
制御システムは、図４に示すように、モータ４０と、モータ４０の回転軸の外周面に嵌合するアブソリュートレゾルバ３０と、アブソリュートレゾルバ３０からのレゾルバ信号に基づいて回転角度を検出する中継装置２００と、中継装置２００で検出した回転角度に基づいてモータ４０を制御するモータ制御装置３００とを有して構成されている。

中継装置２００は、発振器５０と、発振器５０から出力される励磁信号を適度な信号レベルに増幅する増幅器５２と、発振器５０から出力される励磁信号を移相する移相器５３とを有する励磁信号形成回路５４を備えている。増幅器５２から出力される励磁信号ｓｉｎωｔがアブソリュートレゾルバ３０のＡ〜Ｃ相のコイルＬＡ〜ＬＣの中性点に接続された端子ＣＯＭに供給される。また、移相器５３は、発振器５０から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相のレゾルバ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させたＲｅｆ信号を後述するＲＤＣ６０ａ及び６０ｂに供給する。

中継装置２００は、さらに、コイルＬＡ〜ＬＣから出力される３相検出電流ＩＡ、ＩＢ及びＩＣが入力される電流／電圧変換器５６と、この電流／電圧変換器５６の出力がそれぞれ入力される第１の制御回路５７ａ及び第２の制御回路５７ｂと、第１の制御回路５７ａ及び第２の制御回路５７ｂから出力される角度信号の平均値を算出する平均値演算手段としての平均値算出回路５８とを備えている。

電流／電圧変換器５６では、コイルＬＡ〜ＬＣから出力される３相検出電流ＩＡ、ＩＢ及びＩＣを下記（４）式、（４）式及び（６）式で表される３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣに変換する。
Ａ相：ＶＡ＝（Ａ_ＤＣ＋Ａ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ)）ｓｉｎωｔ …………（４）
Ｂ相：ＶＢ＝（Ｂ_ＤＣ＋Ｂ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋１２０°)）ｓｉｎωｔ……（５）
Ｃ相：ＶＣ＝（Ｃ_ＤＣ＋Ｃ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋２４０°)）ｓｉｎωｔ……（６）
ここで、Ａ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ)、Ｂ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋１２０°）およびＣ_ＡＣ１ｓｉｎ(θ＋２４０°)はＡ相、Ｂ相及びＣ相に含まれる１次（基本波）成分である。

また、第１の制御回路５７ａは、電流／電圧変換器５６から出力される３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣを３相／２相変換する相変換部としての３相／２相変換回路５９ａと、この３相／２相変換回路５９ａから出力される２相出力を移相器６０から供給される移相出力に基づいて角度信号に変換する角度信号変換部としてのＲＤＣ（Resolver Digital Converter）６０ａとを備えている。

３相／２相変換回路５９ａは、電流／電圧変換器５６から出力される３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣをスコットトランスの原理に基づく演算を行って３相／２相変換するもので、３相／２相変換回路５９ａは、３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣに基づいて図５（ａ）に示すように、第１象限のＣＯＳ信号及びＳＩＮ信号を形成するように、下記（７）式及び（８）式の演算を行って、２相出力信号ＣＯＳ及びＳＩＮでなるレゾルバ信号を出力する。
ＣＯＳ＝ＶＡ−０．５（ＶＢ＋ＶＣ） ……（７）
ＳＩＮ＝（√３／２）（ＶＢ−ＶＣ） ……（８）

ＲＤＣ６０ａは、移相器５３からのＲｅｆ信号に基づいて、３／２相変換回路５９ａ、５９ｂからのレゾルバ信号を所定周期でサンプリングし、サンプリングして得られた信号値をデジタル角度信号φａとして平均値算出回路５８に出力する。具体的には、２相のレゾルバ信号は、レゾルバロータ１８の１回転当たり４０９６（＝２^１２）×１＝４０９６パルスのデジタル角度信号φａに変換される。つまり、０から４０９５までのカウントアップされたデジタル値となる。

また、第２の制御回路５７ｂは、電流／電圧変換器５６から出力される３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣを３相／２相変換する前述した第１の制御回路５７ａの３相／２相変換回路５９ａの２相出力に対して１８０°位相が異なる２相出力に変換する相変換部としての３相／２相変換回路５９ｂと、この３相／２相変換回路５９ａから出力される２相出力を移相器６０から供給される移相出力に基づいて角度信号に変換する角度信号変換部としてのＲＤＣ（Resolver Digital Converter）６０ｂと、このＲＤＣ６０ｂから出力される回転位置の座標のみを１８０°オフセットするオフセット処理手段としての座標オフセット回路６１とを備えている。

ここで、３相／２相変換回路５９ｂは、３相検出電圧ＶＡ、ＶＢ及びＶＣに基づいて図５（ｂ）に示すように、３相／２相変換回路５９ａの２相変換出力に対して１８０°位相が異なる第３象限の−ＣＯＳ信号及び−ＳＩＮ信号を形成するように、下記（９）式及び（１０）式の演算を行って、２相出力信号−ＣＯＳ及び−ＳＩＮでなるレゾルバ信号を出力する。
−ＣＯＳ＝−ＶＡ＋０．５（ＶＢ＋ＶＣ） ……（９）
−ＳＩＮ＝（√３／２）（ＶＣ−ＶＢ） ……（１０）

ＲＤＣ６０ｂは、例えば１２ビットのＡ／Ｄ変換器を有しており、移相器５３からのＲｅｆ信号に基づいて、３／２相変換回路５９ｂから入力されるレゾルバ信号（−ＣＯＳ，−ＳＩＮ）を所定周期でサンプリングし、サンプリングして得られた信号値を第２のデジタル角度信号φｂとして座標オフセット回路６１に出力する。具体的には、２相のレゾルバ信号は、レゾルバロータ１８の１回転当たり４０９６（＝２^１２）×１＝４０９６パルスのデジタル角度信号φｂに変換される。つまり、０から４０９５までのカウントアップされたデジタル値となる。

座標オフセット回路６１では、入力される第２のデジタル角度信号φｂに対して座標のみを１８０°加算するか又は減算してオフセット回転角度信号φｂｏを算出し、算出したオフセット回転角度信号φｂｏを平均値算出回路５８に供給する。
平均値算出回路５８は、第１の制御回路５７ａ及び第２の制御回路５７ｂから入力される第１の回転角度信号φａ及び第２の回転角度信号φｂをオフセットしたオフセット回転角度信号φｂｏを加算した値を２で除することにより、平均値θｍ（＝（θａ＋θｂ）／２）を算出し、算出した平均値θｍを真の絶対回転角度検出信号φｐとしてモータ制御装置３００に出力する。ここで、平均値算出回路５８と座標オフセット回路６１とで角度検出値演算部が構成されている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
モータ制御装置３００によって、モータ４０が回転駆動されると、回転テーブル１２に回転トルクが付与され、回転テーブル１２が回転する。
このときに、アブソリュートレゾルバ３０の３相コイルＬＡ〜ＬＣの中性点には、端子ＣＯＭを介して中継装置２００の励磁信号形成回路５４から励磁信号ｓｉｎωｔが供給されている。このため、回転テーブル１２と一体に回転するレゾルバロータ１８との間のリラクタンス変化が検出され、３相コイルＬＡ〜ＬＣにおけるコイル部Ｌ_Ａ１８〜Ｌ_Ｃ１８から３相検出電流ＩＡ〜ＩＣが出力される。

この３相検出電流ＩＡ〜ＩＣは、電流／電圧変換器５６で３相検出電圧ＶＡ〜ＶＣに変換される。これら３相検出電圧ＶＡ〜ＶＣは第１の制御回路５７ａ及び第２の制御回路５７ｂの３相／２相変換回路５９ａ及び５９ｂに供給されて、スコットトランスの原理に基づく前述した（４），（５）式及び（６），（７）式の演算を行って、図５（ａ）及び（ｂ）に示す１８０°位相の異なる第１象限の２相信号ＣＯＳ，ＳＩＮでなる第１のレゾルバ信号と、第３象限の２相信号−ＣＯＳ，−ＳＩＮでなる第２のレゾルバ信号に変換する。

これら第１のレゾルバ信号ＣＯＳ，ＳＩＮと、第２のレゾルバ信号−ＣＯＳ，−ＳＩＮは、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように表され、互いに位相が１８０°異なる正弦波形及び余弦波形となる。
このとき、レゾルバステータ２０とレゾルバロータ１８とを組付けた際に、誤差なく理想的に組付けが行われた場合には、３相コイルＬＡ〜ＬＣから出力される３相検出電流ＩＡ〜ＩＣを電圧に変換した３相検出電圧Ｖａ〜Ｖｃを３相／２相変換した第１及び第２のレゾルバ信号は波形歪みを生じることなく、図６（ａ）及び（ｂ）に示す理想的な正弦波形及び余弦波形となる。

このため、第１のレゾルバ信号及び第２のレゾルバ信号を、ＲＤＣ６０ａ及び６０ｂでデジタル角度信号φａ及びφｂに変換したときには理想的な波形となって、機械角と第１及び第２の回転角度信号φａ及びφｂとの関係が、互いに１８０°ずれて、図６（ｃ）及び（ｄ）で破線図示の特性線Ｌ０で表される誤差が重畳されていない特性となる。このため、座標オフセット回路６１で、第２の回転角度信号φｂの座標に１８０°の座標オフセット値を加算又は減算してオフセット回転角度信号φｂｏを算出することにより、このオフセット回転角度信号φｂｏの座標は図６（ｅ）で実線図示のように、第１の回転角度信号φａの座標と一致することになる。

このため、平均値算出回路５８で、オフセット回転角度信号φｂｏと第１の回転角度信号φａとを加算した値を２で除して平均値θｍを算出すると、誤差のない真の回転位置検出信号φｐを得ることができる。
ところで、３相／２相変換回路５９ａ及び５９ｂで変換されるレゾルバ信号に重畳される誤差成分のみの波形は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、位相が丁度１８０°ずれた互いに逆相の信号波形となっている。

そして、レゾルバステータ２０とレゾルバロータ１８とを組付けた際に、ロータの形状やピッチ誤差、偏心誤差等の誤差が生じていると、３相コイルＬＡ〜ＬＣから出力される３相検出電流を変換した３相検出電圧ＶＡ〜ＶＣは前述した（４）式〜（６）式で表される基本波成分に対して下記（１１）〜（１３）式で表される２次高調波成分及び３次高調波成分が重畳される状態となる。

ＶＡ＝｛Ａ_ＤＣ＋Ａ_ＡＣ１sin(θ)＋Ａ_ＡＣ２sin(2θ)＋Ａ_ＡＣ３sin(3θ)｝sinωｔ
…………（１１）
ＶＢ＝｛Ｂ_ＤＣ＋Ｂ_ＡＣ１sin(θ+120°)＋Ｂ_ＡＣ２sin(2(θ+120°))
＋Ｂ_ＡＣ３sin(3(θ+120°))｝sinωｔ …………（１２）
ＶＣ＝｛Ｃ_ＤＣ＋Ｃ_ＡＣ１sin(θ+240°)＋Ｃ_ＡＣ２sin(2(θ+240°))
＋Ｃ_ＡＣ３sin(3(θ+240°))｝sinωｔ …………（１３）
ここで、Ａ_ＡＣ２sin(2θ)、Ｂ_ＡＣ２sin(2(θ+120°))及びＣ_ＡＣ２sin(2(θ+240°))はＡ相、Ｂ相及びＣ相に含まれる２次高調波成分である。また、Ａ_ＡＣ３sin(3θ)、Ｂ_ＡＣ３sin(3(θ+120°))およびＣ_ＡＣ３sin(3(θ+240°))はＡ相、Ｂ相及びＣ相に含まれる３次高調波成分である。

このため、上記（８）式〜（１０）式で表される誤差成分を含んだ３相検出電圧ＶＡ〜ＶＣを３相／２相変換回路５９ａ及び５９ｂで２相の第１及び第２のレゾルバ信号に変換し、これらレゾルバ信号をＲＤＣ６０ａ及び６０ｂで第１及び第２のデジタル角度信号φａ及びφｂに変換する。このとき、ＲＤＣ６０ａから出力される第１の回転角度信号φａは、図６（ｃ）に示すように、機械角０°〜１８０°の範囲で誤差成分が零である鎖線図示の特性線Ｌ０を下回る実線図示の誤差特性線Ｌ１ａで表される誤差成分が重畳され、１８０°〜３６０°の範囲で鎖線図示の特性線Ｌ０を上回る実線図示の誤差特性線Ｌ２ａで現れる誤差成分が重畳される。

一方、ＲＤＣ６０ｂから出力される第２の回転角度信号φｂは、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の第１の回転角度信号θａに対して座標が１８０°ずれているとともに、機械角０°〜１８０°の範囲で誤差成分が零である鎖線図示の特性線Ｌ０を上回る実線図示の誤差特性線Ｌ１ｂで表される誤差成分が重畳され、１８０°〜３６０°の範囲で鎖線図示の特性線Ｌ０を下回る実線の誤差特性線Ｌ２ｂで表される誤差成分が重畳される。
このとき、前述したように、３相／２相変換回路５９ａ及び５９ｂで変換されるレゾルバ信号に重畳される誤差成分のみの波形は、位相が丁度１８０°ずれた互いに逆相の信号波形となっている。

このため、ＲＤＣ６０ｂから出力される第２の回転角度信号φｂを座標オフセット回路６１で図６（ｅ）に示すように座標のみを１８０°ずらしたオフセット回転角度信号θｂｏを算出することにより、第１の回転角度信号φａと同一回転角度とすることができ、両者を重ね合わせると、図６（ｆ）に示すように、誤差成分がない理想的な鎖線図示の特性線Ｌ０を挟んで上下に対象な値となる誤差成分波形となる。

したがって、ＲＤＣ６０ａから出力される第１の回転角度信号φａと、座標オフセット回路６１から出力されるオフセット回転角度信号φｂｏとを平均値算出回路５８に供給して、両者を加算した値を２で除して平均値θｍを算出することにより、誤差成分を相殺した真の位置出力θｐを算出することができる。このとき、位置出力θｂの座標のみをオフセットするので、アブソリュートレゾルバ３０で検出したい偏芯成分はキャンセルされることはなく、真の位置出力を正確に検出することができる。このためロータの組付誤差などの影響による絶対角度位置精度の劣化を確実に抑制することができる。

この回転角度信号θｐをモータ制御装置３００に供給することにより、このモータ制御装置３００でモータ４０を回転駆動して回転テーブル装置１０を正確に駆動制御することができる。
なお、上記実施形態においては、第２の回転角度信号φｂの座標を１８０°オフセットする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の回転角度信号φａの座標のみを１８０°オフセットしてオフセット角度信号φａｏを算出し、このオフセット角度信号φａｏと第２回転角度信号φｂとの平均値φｍを算出するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、３相／２相変換回路５９ａ，５９ｂで直交座標系の第１象限のＳＩＮ、ＣＯＳ信号と第３象限の−ＳＩＮ、−ＣＯＳ信号に変換した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、両信号を所定角度回転させた座標系として算出するようにしてもよく、要は第１のレゾルバ信号と第２のレゾルバ信号との位相差が１８０°となっていれば良いものである。
また、上記実施形態においては、ステータ２０の極片２０ｂに極片歯２０ａを有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、極片歯２０ａを省略することもできる。

また、上記実施形態においては、アブソリュートレゾルバ３０の内側が回転するインナーロータ式で構成したが、これに限らず、アブソリュートレゾルバ３０を図８に示すようにレゾルバロータ１８が外側で、レゾルバステータ２０が内側となるアウターロータ式で構成することもでき、この場合には回転テーブル装置１０もインナーロータ式に代えてアウターロータ式を適用する。また、アブソリュートレゾルバ３０としてはレゾルバロータ１８のレゾルバステータ２０との間の空隙がレゾルバステータ２０の中心に対して偏芯している可変リラクタンス型レゾルバに限らず、図９に示すようなインクリメンタル型レゾルバを適用することもできる。このインクリメンタル型レゾルバは、レゾルバロータ７１がレゾルバステータ７２の中心に対して偏芯せずに同軸上に回転自在に支持され、レゾルバステータ７２との対向面には突起状の複数の歯７１ａが、円周方向に等間隔に形成されている。一方、レゾルバステータ７２のレゾルバロータ７１との対向面にも歯７２ａが形成されているが、隣り合うポールとは１／３歯分のずれを持ち、且つポールは円周方向に等間隔に形成されている。このインクリメンタル型レゾルバは、この例ではレゾルバロータ７１の歯が８０個形成されており、１回転につき、基本波成分が８０周期となるインクリメンタルレゾルバ信号を出力する。すなわち、レゾルバロータ７１の一回転当たり、４０９６（＝２^１２）×８０＝３２７６８０パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、０から４０９５までのカウントが８０回繰り返されたデジタル値となる。

また、上記実施の形態においては、本発明を回転テーブル装置１０に設置したアブソリュートレゾルバに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転テーブル１２をロータとし、固定ケース体２２の内周面にステータを配置したダイレクトモータ構成とすることもでき、さらに電動モータの回転軸の回転角度を直接検出したり、他の任意の回転駆動装置に適用して回転角度を検出したりすることができる。

１０…回転テーブル装置
１２…回転テーブル
１４…クロスローラ軸受
１８…レゾルバロータ
２０…レゾルバステータ
２２…固定ケース体
３０…アブソリュートレゾルバ
５０…発振器
５２…増幅器
５３…移相器
５６…電流／電圧変換器
５７ａ…第１の制御回路
５７ｂ…第２の制御回路
５８…平均値算出回路
５９ａ，５９ｂ…３相／２相変換回路
６０ａ，６０ｂ…ＲＤＣ
６１…座標オフセット回路
２００…中継装置
３００…モータ制御装置

Claims (3)

1. ロータの回転角に応じた３相出力信号を出力する角度検出手段を備えたステータを備え、
   前記角度検出手段の３相出力信号を３相２相変換する第１の相変換部と、
   前記角度検出手段の３相出力信号を前記第１の相変換部の座標に対して１８０°異なる座標に３相２相変換する第２の相変換部と、
   該第１の相変換部及び第２の相変換部の変換出力を第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に変換する角度信号変換部と、
   該角度信号変換部で変換した第１の回転角度信号及び第２の回転角度信号に基づいて誤差を相殺した回転角度検出値を演算する角度検出値演算部と
   を備え、
   前記角度検出値演算部は、前記第１の回転角度信号及び前記第２の回転角度信号の一方の回転角度信号の座標を他方の回転角度信号の座標に一致させるオフセット角度信号を算出するオフセット処理手段と、該オフセット処理手段から出力されるオフセット角度信号と前記他方の回転角度信号との平均値を算出して誤差を相殺した前記回転角度検出値を演算する平均値演算手段とを備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置を備えたモータ。
3. 請求項１に記載の回転角度検出装置を備えた回転テーブル装置。

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