JP7272888B2 - Rotation detector and motor drive device for detecting rotation information of rotating body - Google Patents
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Description
本発明は、回転体の回転情報を検出する回転検出器及びモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a rotation detector and a motor driving device for detecting rotation information of a rotating body.
工作機械やロボットなどに設けられるモータや回転軸などの回転位置や回転速度などの回転情報を検出するために、回転検出器が用いられる。回転検出器では、回転体に設けられたセンサから回転体の回転に応じて出力される、位相が互いに異なる2相(A相及びB相)のアナログ信号のそれぞれを、周期的に(すなわち一定間隔ごとに)アナログディジタル(AD)変換し、このアナログディジタル変換処理により得られた2相のディジタル信号に基づいて、回転体の回転位置(回転角度)また回転速度に関する回転情報を計算している。回転検出器が取得した回転情報に基づいて回転体の回転を制御する機械装置においては、2相のアナログ信号のそれぞれに対する周期的なアナログディジタル変換処理の実行により、常に最新のディジタル信号を用いて回転情報を計算することができるので、回転体の回転の制御を高精度に行うことができる。例えば、モータ駆動装置においては、モータの回転子の回転情報を検出するための回転検出器が回転子近傍に設けられ、回転検出器が検出した回転情報に基づいて、モータの回転子の回転が制御される。 2. Description of the Related Art Rotation detectors are used to detect rotation information such as rotational positions and rotational speeds of motors and rotary shafts provided in machine tools and robots. In the rotation detector, analog signals of two phases (A phase and B phase) with different phases, which are output according to the rotation of the rotating body from a sensor provided on the rotating body, are periodically (that is, constant Each interval) is analog-to-digital (AD) converted, and based on the two-phase digital signals obtained by this analog-to-digital conversion processing, rotational information regarding the rotational position (rotational angle) and rotational speed of the rotating body is calculated. . In a mechanical device that controls the rotation of a rotating body based on the rotation information obtained by a rotation detector, the latest digital signal is always used by periodically performing analog-to-digital conversion processing on each of the two-phase analog signals. Since the rotation information can be calculated, the rotation of the rotating body can be controlled with high accuracy. For example, in a motor drive device, a rotation detector for detecting rotation information of the rotor of the motor is provided near the rotor, and the rotation of the rotor of the motor is detected based on the rotation information detected by the rotation detector. controlled.
また、回転体に設けられるセンサとして、回転体の回転に応じて周期的に出力される2相(A相及びB相)のアナログ信号に加え、回転体が特定の回転位置に到達したことを示す基準位置信号をさらに出力するものがある。この基準位置信号が出力されるタイミングは、周期的に取得される回転情報の精度を高めるための基準となる回転情報(基準回転情報)を取得するタイミングとして用いられる。基準位置信号として、例えば、回転体が一回転するごとにセンサから出力される一回転信号がある。 In addition, as a sensor provided on the rotating body, in addition to two-phase (A phase and B phase) analog signals that are periodically output according to the rotation of the rotating body, Some further output a reference position signal shown. The timing at which the reference position signal is output is used as the timing for acquiring rotation information (reference rotation information) that serves as a reference for increasing the accuracy of periodically acquired rotation information. As the reference position signal, for example, there is a one-rotation signal output from the sensor each time the rotating body makes one rotation.
回転検出器において、回転体が特定の回転位置に到達した時点すなわちセンサから基準位置信号が出力された時点で、当該センサから出力された2相(A相及びB相)のアナログ信号のそれぞれをアナログディジタル変換し、このとき得られるディジタル信号に基づいて回転体の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する。回転検出器において、基準回転情報は、これとは別に周期的に取得される回転情報の相対的な基準となる目安として用いられる。基準回転情報に基づいて、周期的に取得される回転情報を適宜調整することで、回転検出器の回転検出精度を高めることができる。 In the rotation detector, when the rotating body reaches a specific rotational position, that is, when the reference position signal is output from the sensor, each of the two-phase (A-phase and B-phase) analog signals output from the sensor is detected. Analog-to-digital conversion is performed, and reference rotation information regarding the reference rotation position or reference rotation speed of the rotating body is acquired based on the digital signal obtained at this time. In the rotation detector, the reference rotation information is used as a relative reference measure of the rotation information obtained separately periodically. By appropriately adjusting the periodically obtained rotation information based on the reference rotation information, the rotation detection accuracy of the rotation detector can be improved.
例えば、回転子と、該回転子に対向して固定されていて磁界を発生する磁界発生体と、前記回転子と前記磁界発生体との間に配置されていて前記回転子の回転に基づく前記磁界の変化に応じた信号を検出する検出部とを含む回転検出器において、前記回転子は、1つまたは複数の段を有する第一円筒部分と、1つまたは複数の段を有していて前記第一円筒部分に同軸で軸方向に偏倚して配置された第二円筒部分とを含んでおり、前記第二円筒部分は、前記第一円筒部分よりも周方向の幅が狭い第一部分周面と、該第一部分周面の半径よりも小さい半径を有する第二部分周面とを含んでおり、さらに、前記回転子は、前記第一円筒部分のそれぞれの段に形成された複数の歯部を含む第一被検出部と、前記第一被検出部の歯部と同位相で且つ同一の歯型寸法緒元を有していて、前記第二円筒部分の前記第一部分周面に形成された少なくとも一つの歯部を含む第二被検出部とを具備し、前記第二円筒部分の前記少なくとも一つの歯部と、該少なくとも一つの歯部に対応する前記第一円筒部分の歯部は機械加工により一度に形成されることを特徴とする回転検出器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a rotor, a magnetic field generator that is fixed opposite to the rotor and generates a magnetic field, and the magnetic field generator that is arranged between the rotor and the magnetic field generator and based on the rotation of the rotor. and a detector for detecting a signal in response to a change in the magnetic field, wherein the rotor has a first cylindrical portion having one or more stages and one or more stages. a second cylindrical portion disposed coaxially with and axially offset from said first cylindrical portion, said second cylindrical portion having a first circumferential width narrower than said first cylindrical portion; a surface and a second circumferential portion having a radius less than the radius of the first circumferential portion; and the rotor includes a plurality of teeth formed on respective stages of the first cylindrical portion. and a first detected portion having the same phase and the same tooth profile dimensions as the tooth portion of the first detected portion, and formed on the first portion peripheral surface of the second cylindrical portion and a second detected portion including at least one tooth that has been set, the at least one tooth of the second cylindrical portion and the tooth of the first cylindrical portion that corresponds to the at least one tooth. is formed at once by machining (see, for example, Patent Document 1).
上述した以外にも、モータや回転軸などの回転情報を検出する回転検出器としては、種々のものが知られている。 In addition to the above, various types of rotation detectors for detecting rotation information of motors, rotating shafts, etc. are known.
例えば、駆動部を駆動するための位置を制御する位置制御装置であって、駆動部の駆動に応じた信号を生成する信号生成手段と、前記信号生成手段が生成した信号から逓倍信号を生成する逓倍手段と、前記逓倍手段の逓倍数を変更する変更手段とを備え、前記変更手段は逓倍数を変更する前後で前記逓倍手段が生成する逓倍信号の位相をそろえることを特徴とする位置制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, a position control device for controlling a position for driving a drive section includes signal generation means for generating a signal corresponding to the drive of the drive section, and a multiplied signal generated from the signal generated by the signal generation means. A position control apparatus comprising: multiplication means; and change means for changing the multiplication number of said multiplication means, wherein said change means aligns the phases of the multiplied signals generated by said multiplication means before and after changing the multiplication number. is known (see, for example, Patent Document 2).
例えば、光の反射特性または透過特性が互いに異なる第一のスケールおよび第二のスケールを備え、モータと連動して回転するコードホイールと、前記コードホイールに光を照射する光源と、前記光源が発し前記第二のスケールで反射または透過された光に基づいて前記モータの原点位置を検出する検出手段と、前記光源が発し前記第一のスケールおよび前記第二のスケールで反射または透過された光と、前記検出手段の検出した原点位置に基づいて前記モータの絶対位置を決定する決定手段と、を備えることを特徴とするモータ制御装置が知られている(例えば、特許文献3参照。)。 For example, a code wheel provided with a first scale and a second scale having different light reflection characteristics or light transmission characteristics and rotating in conjunction with a motor, a light source for irradiating the code wheel with light, and a detection means for detecting the origin position of the motor based on the light reflected or transmitted by the second scale; and light emitted by the light source and reflected or transmitted by the first scale and the second scale. and determining means for determining the absolute position of the motor based on the origin position detected by the detecting means (see, for example, Patent Document 3).
上述の基準位置信号を用いて基準回転情報が取得される回転検出器においては、2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)をそれぞれアナログディジタル変換処理するために、A相及びB相それぞれについて1個のAD(アナログディジタル)変換部が設けられる。すなわち、2相のアナログ信号のそれぞれについて、1個のAD変換部によりアナログディジタル変換処理が実行される。より詳細には、A相及びB相の各相ごとに設けられるAD変換部はそれぞれ、周期的に(すなわち一定間隔ごとに)回転体の回転情報を取得するために周期的に実行されるアナログディジタル変換処理、及び、回転体の基準回転情報を取得するために基準位置信号検出時(回転子の特定の回転位置到達時)に実行されるアナログディジタル変換処理、の両方を実行する。このため、周期的に実行されるアナログディジタル変換処理の合間に、基準位置信号検出時のアナログディジタル変換処理が割り込むことになる。AD変換部によるアナログディジタル変換処理には、数μ秒オーダー程度の時間を要するので、基準位置信号の検出のタイミングによっては、周期的なアナログディジタル変換処理の実行タイミングと基準位置信号検出時のアナログディジタル変換処理の実行タイミングとが時間的に重なることがある。A相及びB相それぞれについて1個のAD変換部を有する回転検出器においては、上述のように実行タイミングが重なった場合は、基準位置信号検出時のアナログディジタル変換処理の実行が優先され、周期的なアナログディジタル変換処理は実行できない。この場合、さらに以前に実行されたアナログディジタル変換処理により得られたディジタル信号に基づいて、等速補間などの推定処理により、回転体の回転情報を取得しなければならないので、回転検出器の検出精度が低下するという課題がある。特に回転体の加速度が大きい状態は、回転検出器の検出精度の低下はより顕著である。 In the rotation detector that acquires the reference rotation information using the reference position signal described above, the A-phase and B-phase One AD (analog-to-digital) converter is provided for each. That is, analog-to-digital conversion processing is executed by one AD converter for each of the two-phase analog signals. More specifically, the AD converters provided for each of the A phase and the B phase are periodically executed (ie, at regular intervals) to acquire the rotation information of the rotating body. It performs both digital conversion processing and analog-to-digital conversion processing that is executed when a reference position signal is detected (when the rotor reaches a specific rotational position) to obtain reference rotation information of the rotating body. Therefore, the analog-to-digital conversion processing at the time of detection of the reference position signal interrupts between analog-to-digital conversion processing that is performed periodically. Since the analog-to-digital conversion processing by the AD conversion section requires time on the order of several microseconds, depending on the timing of detection of the reference position signal, the execution timing of the periodic analog-to-digital conversion processing and the analog conversion processing at the time of detection of the reference position signal may vary. The execution timing of the digital conversion process may temporally overlap. In the rotation detector having one AD conversion unit for each of the A phase and the B phase, when the execution timings overlap as described above, priority is given to the execution of the analog-to-digital conversion processing when the reference position signal is detected. typical analog-to-digital conversion processing cannot be performed. In this case, the rotation information of the rotating body must be obtained by estimation processing such as uniform velocity interpolation based on the digital signal obtained by the previously executed analog-to-digital conversion processing. There is a problem that the accuracy is lowered. In particular, when the acceleration of the rotating body is large, the decrease in detection accuracy of the rotation detector is more pronounced.
したがって、回転体の回転に応じて出力される位相が互いに異なる2相のアナログ信号のそれぞれに対して、1個のAD変換部により、周期的なアナログディジタル変換処理及び回転子の特定の回転位置到達時のアナログディジタル変換処理の両方が実行される回転検出器において、回転体の回転位置または回転速度に関する回転情報を高精度に検出できるようにすることが望まれている。 Therefore, for each of the two-phase analog signals output in accordance with the rotation of the rotating body and having different phases, a single AD converter performs periodic analog-to-digital conversion processing and specific rotational position of the rotor. In a rotation detector that performs both analog-to-digital conversion processing upon arrival, it is desired to be able to detect rotation information regarding the rotational position or rotational speed of the rotating body with high accuracy.
本開示の一態様によれば、回転体の回転情報を検出する回転検出器は、回転体の回転に応じて回転体に設けられたセンサから出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号を、ディジタル信号に変換して出力する、アナログディジタル変換処理を実行するAD変換部と、一周期ごとに、AD変換部から出力されたディジタル信号に基づいて回転体の回転位置または回転速度に関する通常回転情報を取得し、回転体が特定の回転位置に到達するごとに、AD変換部から出力されたディジタル信号に基づいて回転体の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する回転情報取得部と、回転体が特定の回転位置に到達するごとにセンサから出力される基準位置信号を検出する基準位置信号検出部と、基準位置信号検出部が基準位置信号を検出したときに実行されるアナログディジタル変換処理である第1のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと、回転情報取得部が通常回転情報を取得するために用いられるディジタル信号を出力するために実行されるアナログディジタル変換処理である第2のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと、が時間的に重なるか否かを判定する判定部と、を備え、AD変換部は、一周期中に、アナログディジタル変換処理を複数回実行し、AD変換部は、基準位置信号検出部が基準位置信号を検出したとき、アナログディジタル変換処理を実行して、回転情報取得部が基準回転情報を取得するために用いられるディジタル信号を出力し、AD変換部は、判定部により第1のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと第2のアナログディジタル変換処理の実行タイミングとが時間的に重なると判定された場合、第2のアナログディジタル変換処理は実行せずに第1のアナログディジタル変換処理を実行する。 According to one aspect of the present disclosure, a rotation detector that detects rotation information of a rotating body receives two-phase analog signals with different phases output from a sensor provided on the rotating body according to the rotation of the rotating body. , an AD conversion unit that performs analog-to-digital conversion processing to convert to a digital signal and output; Rotation information acquisition for acquiring information and obtaining reference rotation information regarding a reference rotation position or a reference rotation speed of the rotation body based on the digital signal output from the AD conversion unit each time the rotation body reaches a specific rotation position. a reference position signal detector that detects a reference position signal output from a sensor each time the rotating body reaches a specific rotational position; and a reference position signal detector that is executed when the reference position signal is detected. The execution timing of the first analog-to-digital conversion processing, which is an analog-to-digital conversion processing, and the first analog-to-digital conversion processing, which is an analog-to-digital conversion processing executed for outputting a digital signal used by the rotation information acquisition unit to acquire normal rotation information. and a determination unit that determines whether or not the execution timing of the analog-to-digital conversion processing of 2 overlaps in terms of time . When the reference position signal detection unit detects the reference position signal, the conversion unit executes analog-to-digital conversion processing, outputs a digital signal used by the rotation information acquisition unit to acquire the reference rotation information, and performs AD conversion. The unit does not execute the second analog-to-digital conversion processing when the determination unit determines that the execution timing of the first analog-to-digital conversion processing overlaps with the execution timing of the second analog-to-digital conversion processing. , a first analog-to-digital conversion process is executed .
本開示の一態様によれば、回転体の回転に応じて出力される位相が互いに異なる2相のアナログ信号のそれぞれに対して、1個のAD変換部により、周期的なアナログディジタル変換処理及び回転子の特定の回転位置到達時のアナログディジタル変換処理の両方が実行される回転検出器において、回転体の回転位置または回転速度に関する回転情報を高精度に検出することができる。 According to one aspect of the present disclosure, one AD conversion unit performs periodic analog-to-digital conversion processing and Rotation information relating to the rotational position or rotational speed of the rotor can be detected with high precision in the rotation detector that performs both analog-to-digital conversion processing when the rotor reaches a specific rotational position.
以下図面を参照して、回転体の回転情報を検出する回転検出器及びこれを備えるモータ駆動装置について説明する。しかしながら、本発明は、図面又は以下に説明される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。また、以下の説明において、回転位置は、回転体の回転角度を意味し、回転速度は、回転体の回転角速度を意味する。 A rotation detector for detecting rotation information of a rotating body and a motor drive device including the same will be described below with reference to the drawings. However, it should be understood that the invention is not limited to the drawings or the embodiments described below. Further, in the following description, the rotational position means the rotational angle of the rotating body, and the rotational speed means the rotational angular velocity of the rotating body.
図1は、本開示の実施形態による回転検出器を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a rotation detector according to an embodiment of the present disclosure; FIG.
回転体50の回転情報を検出する回転検出器1は、AD変換部11と、回転情報取得部12と、基準位置信号検出部13と、判定部14とを備える。
A
回転情報の検出対象である回転体50には、センサ21が設置される。センサ21は、回転体50の回転に応じて位相が互いに異なる2相のアナログ信号であるA相信号及びB相信号を出力する。A相信号とB相信号との間で、位相は例えば約90度異なる。センサ21から出力されたA相信号及びB相信号は、AD変換部11へ送られる。また、センサ21は、A相信号及びB相信号とは別に、回転体50が特定の回転位置に到達する度にパルス状の基準位置信号を出力する。すなわち、回転体50が特定の回転位置に到達する度に、基準位置信号では「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化が発生する。本明細書において、「基準位置信号を出力する」は、「基準位置信号においてロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)の信号変化が発生する」と同義である。なお、回転体50が特定の回転位置に到達する度に「ハイ(H)、ロー(L)、ハイ(H)」の信号変化が発生する基準位置信号出力するものを、センサ21として用いてもよく、この場合、以下の説明は、「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」を「ハイ(H)、ロー(L)、ハイ(H)」に読み替えて適用される。
A
回転体50の特定の回転位置は、回転体50の1回転中において1か所設けられてもよく、あるいは、複数箇所設けられてもよい。例えば、基準位置信号のための回転体50の特定の回転位置が回転体50の1回転中において1か所設けられる場合、当該基準位置信号は、回転体50が1回転するごとにセンサ21から出力される一回転信号となる。この場合、回転体50が1回転するごとに基準位置信号(一回転信号)においてロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)の信号変化が1回だけ発生する。また例えば、基準位置信号のための回転体50の特定の回転位置が回転体50の1回転中において複数箇所設けられる場合、当該基準位置信号は、回転体50の1回転中にセンサ21からが複数回出力されることになる。この場合、回転体50が1回転するごとに基準位置信号においてロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)の信号変化が複数回(すなわち特定の回転位置の個数回)だけ発生する。
The specific rotational position of the
センサ21から出力された基準位置信号は、基準位置信号検出部13へ送られる。センサ21自体は、本実施形態を限定するものではなく、磁気式であっても光学式であってもよい。なお、センサ21の具体例については後述する。
A reference position signal output from the
基準位置信号検出部13は、回転体50が特定の回転位置に到達するごとにセンサ21から出力される基準位置信号を検出する。本明細書において、「基準位置信号を検出する」は、「基準位置信号においてロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)の信号変化を検出する」と同義である。
The reference
AD(アナログディジタル)変換部11は、回転体50の回転に応じて回転体50に設けられたセンサ21から出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)のそれぞれを、ディジタル信号に変換して出力する。AD変換部11は、A相信号に対してアナログディジタル変換処理を実行するAD(アナログディジタル)変換器と、B相信号に対してアナログディジタル変換処理を実行するAD(アナログディジタル)変換器とが別個に設けられるが、図1では、これら2つのAD変換器をまとめてAD変換部11として表記している。AD変換部11によるアナログディジタル変換処理(以下、「AD変換処理」と称する。)により得られたディジタル信号は、回転情報取得部12へ送られる。
The AD (analog-to-digital)
AD変換部11によるAD変換処理には、基準となる回転情報の取得のために回転体50が特定の回転位置に到達するごとに実行される第1のAD変換処理と、通常の回転情報の取得のために周期的に実行される第2のAD変換処理と、の合計2種類がある。例えば、基準位置信号のための回転体50の特定の回転位置が回転体50の1回転中において1か所設けられる場合、第1のAD変換処理はセンサ21から一回転信号が出力される度に実行される。以下、基準となる回転情報を「基準回転情報」と称し、通常の回転情報を「通常回転情報」と称する。基準回転情報は、回転体50の基準となる回転位置(以下、「基準回転位置」と称する。)または基準となる回転速度(以下、「基準回転速度」と称する。)に関する情報である。また、通常回転情報は、回転体50の通常の回転位置(以下、「通常回転位置」と称する。)または通常の回転速度(以下、「通常回転速度」と称する。)に関する情報である。
AD conversion processing by the
回転検出器1において、基準回転情報は、これとは別に周期的に取得される通常回転情報の相対的な基準となる目安として用いられる。すなわち、基準回転情報に基づいて、周期的に取得される通常回転情報を適宜調整することで、回転検出器1の回転検出精度を高めることができる。なお、図1では図示を省略したが、回転検出器1は、基準回転情報に基づいて通常回転情報を調整する調整部をさらに備えてもよい。
In the
本実施形態では、AD変換部11は、後述する回転情報取得部12による通常回転情報の取得周期(以下、「通常回転情報取得周期」と称する。)の一周期中に、通常回転情報の取得のための第2のAD変換処理を、複数回実行する。また、基準位置信号検出部13は、基準位置信号を検出したとき、AD変換部11に対して第1のAD変換処理を実行するよう指令し、この指令を受けて、AD変換部11は、センサ21から受信したA相信号及びB相信号のそれぞれに対して第1のAD変換処理を実行して2相のディジタル信号を得て回転情報取得部12へ出力する。
In the present embodiment, the
なお、第1のAD変換処理と第2のAD変換処理とは、回転体50の回転に応じてセンサ21から出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)のそれぞれをディジタル信号に変換する点については、相違はない。第1のAD変換処理は回転体50が特定の回転位置に到達する度に実行されるのに対し、第2のAD変換処理は、回転体50の回転の有無にかかわらず周期的に実行される点でのみ、両者は相違する。なお、第2のAD変換処理によるアナログディジタル(AD)変換結果は、後述するように回転情報取得部12において通常回転情報の推定処理に利用されることがあるので、これに備えて記憶部(図示せず)に一旦保持される。記憶部は、回転情報取得部12内にソフトウェアプログラム上の一機能として設けられてもよく、あるいは、回転情報取得部12とは別に、例えばEEPROM(登録商標)などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばDRAM、SRAMなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成されてもよい。
Note that the first AD conversion process and the second AD conversion process are two-phase analog signals (A-phase signal and B-phase signal) output from the
本実施形態では、通常回転情報取得周期に複数回実行される第2のAD変換処理の合間に、基準位置信号検出時に実行される第1のAD変換処理が割り込む。AD変換部11によるAD変換処理には、数μ秒オーダー程度の時間を要するので、基準位置信号の検出のタイミング如何によっては、周期的なAD変換処理の実行タイミングと基準位置信号検出時のAD変換処理の実行タイミングとが時間的に重なることがある。判定部14は、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出したときに実行される第1のAD変換処理の実行タイミングと、回転情報取得部12が通常回転情報を取得するために用いられるディジタル信号を出力するために実行される第2のAD変換処理の実行タイミングと、が時間的に重なるか否かを判定する。なお、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出しない限りは、第1のAD変換処理の実行タイミングと第2のAD変換処理の実行タイミングとが重なることは無い。したがって、判定部14による判定処理は、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出したときにのみ、実行されればよい。判定部14による判定処理の具体例については後述する。
In this embodiment, the first AD conversion process, which is performed when the reference position signal is detected, interrupts between the second AD conversion processes, which are performed a plurality of times in the normal rotation information acquisition period. Since the AD conversion process by the
AD変換部11は、判定部14により第1のAD変換処理の実行タイミングと第2のAD変換処理の実行タイミングとが時間的に重なると判定された場合、第2のAD変換処理は実行せずに第1のAD変換処理を実行する。判定部14の判定結果に基づくAD変換部11によるAD変換処理の選択的実行の具体例については後述する。
When the
回転情報取得部12は、AD変換部11が第2のAD変換処理を実行することにより出力されたディジタル信号に基づいて、回転体50の通常回転位置または通常回転速度に関する通常回転情報を、通常回転情報取得周期ごとに(すなわち一定間隔ごとに)取得する。また、基準位置信号検出部13による基準位置信号検出通知を受けて、回転情報取得部12は、AD変換部11が第1のAD変換処理を実行することにより出力されたディジタル信号に基づいて、回転体50の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する。このように、回転情報取得部12は、通常回転情報取得周期ごとに通常回転情報を取得するとともに、回転体50が特定の回転位置に到達するごとに基準回転情報を取得する。回転情報取得部12による通常回転情報の取得処理が開始される基準となるタイミングは、例えば回転検出器1が設けられる機械装置からの割り込み信号によって規定されてもよく、あるいは回転検出器1内に設けられたクロックにより規定されてもよい。
Rotation
なお、判定部14により第1のAD変換処理の実行タイミングと第2のAD変換処理の実行タイミングとが時間的に重なると判定された場合、AD変換部11により当該第2のAD変換処理は実行されない。この場合、回転情報取得部12は、当該第1のAD変換処理よりも前にAD変換部11が実行したAD変換処理において出力されたディジタル信号に基づいて、補間による推定処理を行うことで、通常回転情報を取得する。回転情報取得部12の補間による推定処理については後述する。
Note that if the
上述したように、回転検出器1において、基準回転情報は、これとは別に周期的に取得される通常回転情報の相対的な基準となる目安として用いられ、回転検出器1の回転検出精度を高めることに寄与する。すなわち、回転体50が特定の回転位置に到達したときに取得された基準回転情報(基準回転位置または基準回転速度)を原点(基準点)とすることで、より正確な通常回転情報(通常回転位置または通常回転速度)を取得することができる。
As described above, in the
上述の回転情報取得部12、基準位置信号検出部13及び判定部14は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよく、あるいは各種電子回路のみで構成されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、例えばASIC、DSPまたはFPGAなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、回転情報取得部12、基準位置信号検出部13及び判定部14を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、回転情報取得部12、基準位置信号検出部13及び判定部14を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ記録媒体として実現してもよい。
The rotation
また、上述のAD変換部11は、例えば逐次比較型AD(アナログディジタル)変換器で構成されるが、それ以外のAD変換器で構成されてもよい。
Further, the
また、上述のセンサ21は、回転体50の回転に応じて位相が互いに約90度異なる2相のアナログ信号であるA相信号及びB相信号を出力するとともに、回転体50が特定の回転位置に到達する度に基準位置信号を出力するものであれば、磁気式であっても光学式であってもよい。一例として、基準位置信号として一回転信号を出力可能な磁気式のセンサ21について、図2~図4を参照して説明する。
Further, the
図2は、回転体に設けられる磁気式のセンサを示す図であって、(A)は、センサの斜視図であり、(B)はセンサの側面図である。 2A and 2B are diagrams showing a magnetic sensor provided on a rotating body, where (A) is a perspective view of the sensor and (B) is a side view of the sensor.
例えば、回転体50の周囲に、センサギアである第1の円筒部分110及び第2の円筒部分120が設けられることで、センサ21が構成される。第1の円筒部分110の第1の部分周面121上に、位相が互いに異なる2相のアナログ信号であるA相信号及びB相信号の生成のための歯部115及び115aが設けられる。第2の円筒部分120の第2の部分周面122上に、一回転信号の生成のための歯部125が1個設けられる。磁石130が、回転体50の一部分に対面して設置される。この磁石130は、磁界を発生する磁界発生体として機能する。またさらに、2つの磁気抵抗素子131及び132が、磁石130と回転体50との間に設置されている。第1の磁気抵抗素子131は、位相が互いに約90度ずれたA相信号及びB相信号からなる2相のアナログ信号を検出するAB相信号用センサであり、回転体50の第1の円筒部分110に対応した位置に配置される。第2の磁気抵抗素子132は、回転体50が1回転する間に一度だけ発生する一回転信号(Z相信号)を検出する一回転信号用センサであり、回転体50の第2の円筒部分120に対応した位置に配置される。
For example, the
図3は、位相が互いに約90度異なる2相のアナログ信号に基づく回転体の回転位置の取得処理を説明する図であって、(A)は図2のセンサから出力されるA相信号及びB相信号を示し、(B)はA相信号及びB相信号を所定のレベルでコンパレートして得られるコンパレータ信号を示し、(C)はAB座標平面上の回転体の回転位置を示す。図3(A)及び図3(B)において、A相に係る信号は実線で示し、B相に係る信号は破線で示す。磁石130からの磁束は第1の磁気抵抗素子131を通過して回転体50の第1の円筒部分110を通って磁石130に戻る。図示しない駆動部により回転体50がその中心回りに回転されると、歯部115によって第1の磁気抵抗素子131の磁気抵抗が変化する。その結果、図3(A)に示すように、センサ21からは、位相が互いに約90度異なる2相のアナログ正弦波信号であるA相信号及びB相信号が出力される。センサ21から出力されたA相信号及びB相信号は、AD変換部11に送られ、それぞれアナログディジタル(AD)変換される。回転情報取得部12は、AD変換部11から出力されたA相及びB相の各ディジタル信号に基づき、図3(C)に示されるような回転体50の1回転中における回転体50の回転位置を取得する。回転体50の回転量は、A相及びB相の各ディジタル信号におけるハイ(H)及びロー(L)をカウントすることで取得することができ、回転体50の回転方向は、A相及びB相の各ディジタル信号間の位相差から取得することができる。回転検出器1に回転体50の回転速度の出力が要求される場合は、回転情報取得部12は、回転体50の回転位置を微分することで回転体50の回転速度を取得する。なお、図3(B)に示すコンパレータ信号から、センサギアである第1の円筒部分110の歯部115単位の粗い情報を得ることができる。回転体50の1回転中における回転体50の回転位置の取得にあたっては、図3(A)に示すA相信号及びB相信号のみならず、図3(B)示すコンパレータ信号を用いてもよい。
3A and 3B are diagrams for explaining the process of acquiring the rotational position of the rotating body based on two-phase analog signals whose phases are different from each other by about 90 degrees. A B-phase signal is shown, (B) shows a comparator signal obtained by comparing the A-phase signal and B-phase signal at a predetermined level, and (C) shows the rotational position of the rotating body on the AB coordinate plane. In FIGS. 3A and 3B, the A-phase signal is indicated by a solid line, and the B-phase signal is indicated by a broken line. The magnetic flux from
図4は、図2のセンサから出力される一回転信号を例示する図である。磁石130からの磁束は第2の磁気抵抗素子132を通過して回転体50の第2の円筒部分120を通って磁石130に戻る。図示しない駆動部により回転体50がその中心回りに回転されると、歯部125によって第2の磁気抵抗素子132の磁気抵抗が変化する。第2の磁気抵抗素子132からの出力電圧を所定のレベルでコンパレートすると、図4に示すようなパルス状の一回転信号が得られる。歯部125は、第2の円筒部分120の第2の部分周面122上に1個設けられるので、回転体50が1回転する度に、「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化が1回だけ発生する。センサ21から出力された一回転信号は、一回転信号検出部13へ送られる。一回転信号検出部13は、一回転信号を検出したとき、すなわち、「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化を検出したとき、AD変換部11に対して第1のAD変換処理を実行するよう指令するとともに、回転情報取得部12に対して一回転信号を検出したことを通知する。なお、歯部125は、第2の円筒部分120の第2の部分周面122上に複数個設ければ、回転体50の1回転中に、「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化が複数回(すなわち歯部125の個数回)発生する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a one-rotation signal output from the sensor of FIG. 2; Magnetic flux from
なお、図2~4では、A相信号及びB相信号と一回転信号(基準位置信号)との両方を出力する1個のセンサ21を回転体50に取り付ける場合について説明した。この代替例として、A相信号及びB相信号を出力するセンサと一回転信号(基準位置信号)を出力するセンサとを別々に回転体50に取り付けてもよい。
2 to 4, the case where one
また、回転体50からA相信号、B相信号及び基準位置信号を検出するセンサ21は、図2~4を参照して説明した磁気式のものに限られず、光学式であってもよい。光学式のセンサ21は、回転体50の回転に応じて変化する光の透過光または反射光の明暗変化に基づいて、A相信号、B相信号及び基準位置信号を出力する。
Further, the
続いて、本開示の実施形態による回転検出器1における判定部14の判定処理及びこの判定結果に基づくAD変換部11によるAD変換処理の選択的実行の具体例について、従来の回転検出器と比較しながら説明する。
Subsequently, specific examples of the determination processing of the
図5は、従来の回転検出器におけるAD変換処理及び回転情報取得処理の実行タイミングを例示する図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating execution timings of AD conversion processing and rotation information acquisition processing in a conventional rotation detector.
図5において、通常回転情報の取得周期をTとする。従来の回転検出器においては、通常回転情報取得処理と通常回転情報の取得のための第2のAD変換処理とが一対一に対応しており、ともに同じ周期Tで実行されていた。図5に示す例では、時刻t0で開始される通常回転情報取得処理S1に対応してその直前に第2のAD変換処理Q11が実行され、時刻t2で開始される通常回転情報取得処理S2に対応してその直前に第2のAD変換処理Q21が実行される。また、時刻t4で開始される通常回転情報取得処理S3に対しては、その直前に第2のAD変換処理Q31が実行されるべきである。しかしながら、時刻t4の直前の時刻txにおいて、基準位置信号が検出されると(すなわち「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化が検出されると)、AD変換部は、基準回転情報の取得のための第1のAD変換処理Pを実行する。AD変換部によるAD変換処理には、数μ秒オーダー程度の時間を要する。時刻txが、AD変換処理に要する時間よりも短い時間だけ時刻t4よりも時間的に前である場合、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと第2のAD変換処理Q31の実行タイミングとが重なってしまう。この場合、AD変換部は、時刻txで第1のAD変換処理Pの実行を開始するので、第2のAD変換処理Q31を実行することができない。よって、第2のAD変換処理Q31によるディジタル信号を得ることができないので、通常回転情報取得処理S3においては、さらに以前に実行された第2のAD変換処理Q11及びQ21により得られたディジタル信号に基づいて、等速補間などの推定処理により、回転体の回転情報を取得する必要がある。 In FIG. 5, T is the acquisition cycle of normal rotation information. In the conventional rotation detector, the normal rotation information obtaining process and the second AD conversion process for obtaining the normal rotation information are in one-to-one correspondence, and both are executed at the same cycle T. In the example shown in FIG. 5, the second AD conversion process Q11 is executed immediately before the normal rotation information acquisition process S1 started at time t0 , and the normal rotation information acquisition process started at time t2 . A second AD conversion process Q21 is executed immediately before S2 corresponding to S2. Also, the second AD conversion process Q31 should be executed immediately before the normal rotation information acquisition process S3 that starts at time t4 . However, when the reference position signal is detected at time tx immediately before time t4 (i.e., when a signal change of "low (L), high (H), low (L)" is detected), AD The conversion unit executes a first AD conversion process P for obtaining reference rotation information. The AD conversion processing by the AD conversion unit requires time on the order of several microseconds. When the time t x is earlier than the time t 4 by a time shorter than the time required for the AD conversion process, the execution timing of the first AD conversion process P and the execution timing of the second AD conversion process Q31 overlaps. In this case, the AD converter starts executing the first AD conversion process P at the time tx , so it cannot execute the second AD conversion process Q31. Therefore, since the digital signal obtained by the second AD conversion processing Q31 cannot be obtained, in the normal rotation information acquisition processing S3, the digital signal obtained by the previously executed second AD conversion processing Q11 and Q21 is Based on this, it is necessary to acquire the rotation information of the rotating body by estimation processing such as uniform velocity interpolation.
図6は、本開示の実施形態による回転検出器におけるAD変換処理及び回転情報取得処理の実行タイミングを例示する図である。ここでは一例として、時刻t3と時刻t4との間の時刻txにおいて、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出した場合について説明する。
FIG. 6 is a diagram illustrating execution timings of AD conversion processing and rotation information acquisition processing in the rotation detector according to the embodiment of the present disclosure. Here, as an example, a case where the reference
図6において、回転情報取得部12の通常回転情報取得周期をTとする。すなわち、回転情報取得部12は、時刻t0に回転情報取得処理S1を実行し、時刻t0から1周期T後の時刻t2に回転情報取得処理S2を実行し、時刻t2から1周期T後の時刻t4に回転情報取得処理S3を実行する。
In FIG. 6, T is the normal rotation information acquisition period of the rotation
第1のAD変換処理Pとは別に、AD変換部11は、通常回転情報の取得のための第2のAD変換処理を周期的に実行する。第2のAD変換処理は、通常回転情報取得周期の一周期Tの間に複数回実行される。図6に示す例では、一周期T中に2回実行される。一周期Tの間において、第2のAD変換処理は、均一の間隔で実行されてもよく、不均一の間隔で実行されてもよい。
Aside from the first AD conversion process P, the
AD変換部11は、時刻t0の直前に第2のAD変換処理Q11を実行する。また、時刻t0から時刻t2の1周期T中において、AD変換部11は、時刻t0と時刻t2との間の中間にあたる時刻t1の直前に第2のAD変換処理Q12を実行し、時刻t2の直前に第2のAD変換処理Q21を実行する。
The
また、時刻t2から時刻t4の1周期T中において、AD変換部11は、時刻t2と時刻t4との間の中間にあたる時刻t3の直前に第2のAD変換処理Q22を実行する。
During one cycle T from time t2 to time t4 , the
ここで、時刻t3と時刻t4との間の時刻txにおいて、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出すると(すなわち「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化を検出すると)、AD変換部11は、センサ21から出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)のそれぞれに対して、基準回転情報の取得のための第1のAD変換処理Pを実行する。また、時刻txにおいては、判定部14は、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと、第2のAD変換処理Q31の実行タイミングとが、時間的に重なるか否かを判定する。時刻txが、AD変換処理に要する時間よりも短い時間だけ時刻t4よりも時間的に前である場合、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと第2のAD変換処理Q31の実行タイミングとが重なる。この場合、判定部14は、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと第2のAD変換処理Q31の実行タイミングとが時間的に重なったと判定する。AD変換部11は、判定部14により第1のAD変換処理の実行タイミングと第2のAD変換処理の実行タイミングとが時間的に重なると判定したので、第2のAD変換処理Q31は実行せずに第1のAD変換処理Pを実行する。図6では図示しないが、回転情報取得部12は、AD変換部11が第1のAD変換処理Pを実行することにより出力されたディジタル信号に基づいて、回転体50の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する。また、図6に示すように、回転情報取得部12は、第2のAD変換処理Q31によるディジタル信号を得ることができないので、通常回転情報取得処理S3においては、さらに以前に実行された第2のAD変換処理Q21及びS22により得られたディジタル信号に基づいて、等速補間などの推定処理により、回転体50の通常回転情報を取得する。
Here, when the reference
ここで、時刻t4で実行が開始される通常回転情報取得処理S3に関して、図5に示す従来の回転検出器の動作と図6に示す本開示の実施形態による回転検出器1の動作とを比較する。図5に示す従来の回転検出器では、時刻t0の直前に実行された第2のAD変換処理Q11と時刻t2の直前に実行された第2のAD変換処理Q21とにより得られたディジタル信号に基づいて、等速補間などの推定処理により、回転体の回転情報を得る。これに対し、図6に示す本開示の実施形態による回転検出器1では、時刻t2の直前に実行された第2のAD変換処理Q21と時刻t3の直前に実行された第2のAD変換処理Q22とにより得られたディジタル信号に基づいて、等速補間などの推定処理により、回転体の回転情報を得る。このように、本開示の実施形態による回転検出器1では、従来の回転検出器と比べ、通常回転情報取得処理S3の実行が開始される時刻t4に、より近い時間で実行される第2のAD変換処理により出力されるディジタル信号に基づいて、回転情報を取得することができる。よって、本開示の実施形態による回転検出器1は、従来の回転検出器と比べ、「より新鮮な」ディジタル信号を用いて回転情報を計算することができるので、より検出精度が高い。
Here, with respect to the normal rotation information acquisition process S3 that starts to be executed at time t4 , the operation of the conventional rotation detector shown in FIG. 5 and the operation of the
なお、一周期Tに複数回実行される第2のAD変換処理の各々の直後に毎回、通常回転情報取得処理を実行することは、回転情報取得部12の機能を実現する演算処理装置に負担をかけることになるので、好ましくない。そこで、本開示の実施形態による回転検出器1では、通常回転情報処理の実行頻度は従来と同程度に維持しつつ、通常回転情報取得のための第2のAD変換処理の実行頻度を増やす。これにより、回転情報取得部12の機能を実現する演算処理装置に負担をかけることなく、回転検出器1の検出精度を高めることができる。
It should be noted that executing the normal rotation information acquisition process immediately after each of the second AD conversion processes that are executed multiple times in one cycle T imposes a burden on the arithmetic processing unit that realizes the function of the rotation
また、図6に示す例では、通常回転情報取得周期の一周期Tの間における第2のAD変換処理の実行回数を、一例として2回とした。本実施形態においては、通常回転情報取得周期の一周期Tの間における第2のAD変換処理の実行回数が多いほど、第2のAD変換処理の実行タイミングの間隔がより短くなる。したがって、常回転情報取得周期の一周期Tの間における第2のAD変換処理の実行回数が多いほど、回転情報取得部12は、本来の実行タイミングにより近いタイミングで過去に実行された第2のAD変換処理により出力されたディジタル信号を用いることができるので、より検出精度が高くなる。
In addition, in the example shown in FIG. 6, the number of executions of the second AD conversion process during one cycle T of the normal rotation information acquisition cycle is two times as an example. In the present embodiment, the greater the number of executions of the second AD conversion process during one period T of the normal rotation information acquisition period, the shorter the interval between execution timings of the second AD conversion process. Therefore, as the number of executions of the second AD conversion process during one cycle T of the normal rotation information acquisition cycle increases, the rotation
続いて、本開示の実施形態による回転検出器1における回転情報取得部12の補間による推定処理の具体例について説明する。
Next, a specific example of estimation processing by interpolation of the rotation
図7は、本開示の実施形態による回転検出器における回転情報取得部の補間による推定処理を説明する図であって、(A)はAD変換処理及び回転情報取得処理の実行タイミングを例示し、(B)は補間による推定処理に直線近似を用いた場合を示す。ここでは一例として、通常回転情報取得周期の一周期Tの間に3回の第2のAD変換処理が不均一の間隔で実行され、時刻t3と時刻t4との間の時刻txにおいて基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出した場合について説明する。
FIG. 7 is a diagram for explaining estimation processing by interpolation of the rotation information acquisition unit in the rotation detector according to the embodiment of the present disclosure. (B) shows a case where linear approximation is used for estimation processing by interpolation. Here, as an example, the second AD conversion process is executed three times at irregular intervals during one cycle T of the normal rotation information acquisition cycle, and at time t x between time t 3 and time t 4 A case where the reference
図7(A)に示すように、時刻t0の直前に、AD変換部11は第2のAD変換処理Q11を実行する。回転情報取得部12は、時刻t0に第2のAD変換処理Q11で出力されたディジタル信号D11に基づいて、通常回転情報を取得する通常回転情報取得処理S1を実行する。
As shown in FIG. 7A, immediately before time t0 , the
時刻t1の直前に、AD変換部11は第2のAD変換処理Q12を実行し、ディジタル信号D12を出力する。また、時刻t2の直前に、AD変換部11は第2のAD変換処理Q13を実行し、ディジタル信号D13を出力する。
Immediately before time t1 , the
時刻t3と時刻t4との間の時刻txにおいて、基準位置信号検出部13が基準位置信号を検出すると(すなわち「ロー(L)、ハイ(H)、ロー(L)」の信号変化を検出すると)、AD変換部11は、センサ21から出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)のそれぞれに対して、基準回転情報の取得のための第1のAD変換処理Pを実行する。また、時刻txにおいて、判定部14は、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと、第2のAD変換処理Q31の実行タイミングとが、時間的に重なるか否かを判定する。時刻txが、AD変換処理に要する時間よりも短い時間だけ時刻t4よりも時間的に前である場合、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと第2のAD変換処理Q21の実行タイミングとが重なる。この場合、判定部14は、第1のAD変換処理Pの実行タイミングと第2のAD変換処理Q21の実行タイミングとが時間的に重なったと判定する。この判定結果に基づき、AD変換部11は、第2のAD変換処理Q21は実行せずに第1のAD変換処理Pを実行する。図7では図示しないが、回転情報取得部12は、AD変換部11が第1のAD変換処理Pを実行することにより出力されたディジタル信号に基づいて、回転体50の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する。
At time tx between time t3 and time t4 , when the reference
また、回転情報取得部12は、第2のAD変換処理Q21によるディジタル信号を得ることができないので、通常回転情報取得処理S2においては、さらに以前に実行された例えば第2のAD変換処理Q11により得られたディジタル信号D11、第2のAD変換処理Q12により得られたディジタル信号D12及び第2のAD変換処理Q13により得られたディジタル信号D13に基づいて、等速補間などの推定処理により、第2のAD変換処理Q21によるディジタル信号D21を推定し、この推定されたディジタル信号D21に基づいて、回転体50の通常回転情報を取得する通常回転情報取得処理S2を実行する。
Further, since the rotation
回転情報取得部12による通常回転情報取得処理S2において、ディジタル信号D21を近似直線を用いて算出する場合、例えば時刻tにおけるディジタル信号の推定値をDeとしたとき、推定値を算出するための近似直線は下記式1のように表される。
In the normal rotation information acquisition process S2 by the rotation
例えば、式1で示される近似直線の傾きα及び切片βを最小二乗法を用いて求める場合は、ディジタル信号D11、ディジタル信号D12及びディジタル信号D13の値を、A相及びB相の各相ごとに用いる。また例えば式1で示される近似直線の傾きα及び切片βを1次近似(線形近似)を用いて求める場合は、ディジタル信号D11、ディジタル信号D12及びディジタル信号D13のうちの2つの値を、A相及びB相の各相ごとに用いる。回転情報取得部12は、このように算出された近似直線の傾きα及び切片βを有する式1に、時刻t3を代入することで、時刻t3の直前に実行されるはずであった第2のAD変換処理Q21で得られる2相分のディジタル信号D21を推定することができる。
For example, when obtaining the slope α and the intercept β of the approximate straight line shown in
このように、回転情報取得部12の補間による推定処理にあたっては、実行することができなかった第2のAD変換処理よりも以前に実行された過去の第2のAD変換処理により得られたアナログディジタル(AD)変換結果とともに、時刻情報が必要である。このため、AD変換部11による第2のAD変換処理で得られるディジタル信号には、アナログディジタル変換結果に加え、時刻情報が付与される。図8は、本開示の実施形態による回転検出器におけるAD変換部により得られる1相分のディジタル信号のデータ構成を例示する図である。図8に示すように、AD変換部11による第2のAD変換処理により出力されるディジタル信号は、センサ21から出力されたアナログ信号(A相信号またはB相信号)に対するアナログディジタル変換結果からなるデータ部分と、当該アナログディジタル変換結果が得られた時刻情報からなるデータ部分とからなる。図8に示す時刻データは、一例として、通常回転情報取得周期の1周期内の時間期間を8ビットで表している。図8に示した数値はあくまで一例であって、その他の数値であってもよい。
As described above, in the estimation processing by interpolation of the rotation
上述した本開示の実施形態による回転検出器1は、回転体を備える機械装置における当該回転体の回転の制御のために用いることができる。
The
図9は、本開示の実施形態による回転検出器を備えるモータ駆動装置を示すブロック図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置1000により、交流電源2から供給された交流電力に基づいてモータ3を制御する場合について説明する。交流電源2及びモータ3の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相交流であっても単相交流であってもよい。また、モータ3の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。ここで、モータ3が設けられる機械には、工作機械やロボットの他に、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。また、交流電源2の一例を挙げると、三相交流400V電源、三相交流200V電源、三相交流600V電源、単相交流100V電源などがある。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a motor drive with a rotation detector according to an embodiment of the present disclosure; Here, as an example, a case in which the
図9に示すように、モータ駆動装置1000は、整流器101と、インバータ102と、モータ制御部103と、回転検出器1とを備える。
As shown in FIG. 9 ,
整流器101は、交流電源2側の交流電力と直流電力に変換して直流側に出力する。整流器101は、交流電源2から三相交流が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源2から単相交流が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。整流器101は、例えば、ダイオード整流回路、120度通電型整流回路、PWMスイッチング制御方式の整流回路などで構成される。例えば、整流器101がPWMスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、上位制御装置(図示せず)から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、FETなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT、サイリスタ、GTOなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
The
なお、交流電源ではなくバッテリなどの直流電源に基づいてモータ3を制御する場合は、整流器101は省略してもよい。
Note that the
インバータ102は、直流側から供給された直流電力を、モータ3を駆動するための交流電力に変換して出力する。インバータ102は、例えば、内部に半導体スイッチング素子を備えるPWMインバータで構成される。インバータ102は、モータ3が三相交流モータである場合は三相ブリッジ回路として構成され、モータ3が単相モータである場合は単相ブリッジ回路として構成される。インバータ102がPWMインバータで構成される場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、FET、IGBT、サイリスタ、GTO(Gate Turn-OFF thyristor:ゲートターンオフサイリスタ)、SiC(シリコンカーバイド)、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。
The
モータ3の回転子の近傍には、センサ21が設けられる。本開示の実施形態による回転検出器1は、センサ21から出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号(A相信号及びB相信号)に基づいて、回転体50であるモータの回転子51の回転情報を検出する。回転検出器1により検出された回転情報は、モータ制御部103へ送られる。
A
モータ制御部103は、インバータ102の電力変換動作を制御する。すなわち、モータ制御部103は、回転検出器1により検出されるモータ3の回転子51の回転情報、モータ3の巻線に流れる電流(電流フィードバック)、所定のトルク指令、及びモータ3の動作プログラムなどに基づいて、モータ3の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための駆動指令をPWM制御方式に従って生成する。モータ制御部103によって作成された駆動指令に基づいて、インバータ102による電力変換動作が制御される。モータ3は、インバータ102から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。モータ制御部103は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、DSPやFPGAなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述のモータ制御部103の機能を実現することができる。またあるいは、モータ制御部103を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
このように、モータ駆動装置1000は、本開示の実施形態による回転検出器1により検出された回転情報に基づいてモータ3の回転子51の回転を制御するので、高精度のモータ制御を実現することができる。
In this way, the
1 回転検出器
2 交流電源
3 モータ
11 AD変換部
12 回転情報取得部
13 基準位置信号検出部
14 判定部
21 センサ
50 回転体
51 回転子
101 整流器
102 インバータ
103 モータ制御部
110 第1の円筒部分
115、115a、125 歯部
120 第2の円筒部分
121 第1の部分周面
122 第2の部分周面
130 磁石
131 第1の磁気抵抗素子
132 第2の磁気抵抗素子
1000 モータ駆動装置
1
Claims (4)
前記回転体の回転に応じて前記回転体に設けられたセンサから出力された位相が互いに異なる2相のアナログ信号を、ディジタル信号に変換して出力する、アナログディジタル変換処理を実行するAD変換部と、
一周期ごとに、前記AD変換部から出力された前記ディジタル信号に基づいて前記回転体の回転位置または回転速度に関する通常回転情報を取得し、前記回転体が特定の回転位置に到達するごとに、前記AD変換部から出力された前記ディジタル信号に基づいて前記回転体の基準回転位置または基準回転速度に関する基準回転情報を取得する回転情報取得部と、
前記回転体が特定の回転位置に到達するごとに前記センサから出力される基準位置信号を検出する基準位置信号検出部と、
前記基準位置信号検出部が前記基準位置信号を検出したときに実行される前記アナログディジタル変換処理である第1のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと、前記回転情報取得部が前記通常回転情報を取得するために用いられるディジタル信号を出力するために実行される前記アナログディジタル変換処理である第2のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと、が時間的に重なるか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記AD変換部は、前記一周期中に、前記アナログディジタル変換処理を複数回実行し、
前記AD変換部は、前記基準位置信号検出部が前記基準位置信号を検出したとき、前記アナログディジタル変換処理を実行して、前記回転情報取得部が前記基準回転情報を取得するために用いられるディジタル信号を出力し、
前記AD変換部は、前記判定部により前記第1のアナログディジタル変換処理の実行タイミングと前記第2のアナログディジタル変換処理の実行タイミングとが時間的に重なると判定された場合、前記第2のアナログディジタル変換処理は実行せずに前記第1のアナログディジタル変換処理を実行する、回転検出器。 A rotation detector for detecting rotation information of a rotating body,
An AD converter for executing analog-to-digital conversion processing for converting two-phase analog signals having different phases output from a sensor provided on the rotating body according to the rotation of the rotating body into digital signals and outputting the analog signals. and,
For each cycle, normal rotation information about the rotational position or rotational speed of the rotating body is acquired based on the digital signal output from the AD conversion unit, and each time the rotating body reaches a specific rotational position, a rotation information acquisition unit that acquires reference rotation information about a reference rotation position or a reference rotation speed of the rotating body based on the digital signal output from the AD conversion unit;
a reference position signal detection unit that detects a reference position signal output from the sensor each time the rotating body reaches a specific rotational position;
execution timing of a first analog-to-digital conversion process which is the analog-to-digital conversion process executed when the reference position signal detection unit detects the reference position signal; and the rotation information acquisition unit acquires the normal rotation information. a determination unit that determines whether or not the execution timing of the second analog-to-digital conversion processing, which is the analog-to-digital conversion processing executed to output the digital signal used for
with
The AD conversion unit executes the analog-to-digital conversion process a plurality of times during the one cycle,
When the reference position signal detection section detects the reference position signal, the AD conversion section executes the analog-to-digital conversion processing, and the rotation information acquisition section performs the digital signal used by the rotation information acquisition section to acquire the reference rotation information. output a signal,
The AD conversion unit converts the second analog-digital A rotation detector that performs the first analog-to-digital conversion process without performing a digital conversion process .
直流側から供給された直流電力を、モータ駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
前記回転検出器により検出された前記回転情報に基づいて、前記インバータによる前記直流電力を前記交流電力に変換する処理を制御するモータ制御部と、
を備える、モータ駆動装置。 The rotation detector according to any one of claims 1 to 3 , which detects rotation information of the rotor of the motor, which is the rotating body;
an inverter that converts the DC power supplied from the DC side into AC power for driving the motor and outputs it;
a motor control unit that controls a process of converting the DC power to the AC power by the inverter based on the rotation information detected by the rotation detector;
A motor drive device.
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