JPH0356819A - 回転角度検出装置 - Google Patents

回転角度検出装置

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JPH0356819A
JPH0356819A JP19341989A JP19341989A JPH0356819A JP H0356819 A JPH0356819 A JP H0356819A JP 19341989 A JP19341989 A JP 19341989A JP 19341989 A JP19341989 A JP 19341989A JP H0356819 A JPH0356819 A JP H0356819A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明(よ 回転機の回転角度を検出する電磁式の回転
角度検出装置に関する。
[従来の技術] 従来より、モータなどの回転機の回転角度を検出する回
転角度検出装置として、ステータ突極に巻回された巻線
に励磁信号を加え、巻線の出力側に設けられ巻線に流れ
る電流を検出するための電流検出用抵抗器からの電圧信
号に基づいて、回転機の回転軸と一体的に回転するロー
タの回転角度を検出するものや、ステータ突極に一次巻
線(励磁巻線)と二次巻線(出力巻線)とを設けて、二
次巻線に誘起される電圧の変化を信号として取り出し、
この電圧信号に基づいて回転角度を検出するものが、知
られている。
[発明が解決しようとする課題] しかし、上記検出装置で{上 電流検出用抵抗器あるい
は二次巻線からの電圧信号に高調波が1畳されており信
号波形が歪むために、回転角度の検出誤差が生じ高精度
な回転角度検出ができないという問題があり、従来より
その原因の究明と共に検出精度の向上が求められていら たとえ{L 第5図に示すように、半径方向に対向する
励磁突極対(a相とC相及びb相とd相)のそれぞれに
巻回された巻線La、 ヒb,Lc、Ldと、各巻線L
 a − L dに直列に接続された電流検出用の接地
抵抗Ra,Rb,Rc,Rdとを備えたりラクタンス型
のレゾルバ10で(表 励磁回路EXCの出力する励磁
信号(正弦波電圧信号)により各励磁突極a相〜d相E
励磁すると共{こ各巻線しa − L dを流れる電流
の変化を各接地抵抗RA−RDから信号(電圧信号)と
して取り出している.この電圧信号(上 回転機(図示
略)の回転軸と一体的に回転するロータ(図示略)の回
転にともなう、巻線La〜しdのインダクタンスの周期
的変化を、励磁信号で変調した信号であり、この変調信
号に基づいて、周知のレゾルバ/ディジタルコンバータ
RDCがロータの回転角度検出信号を作成する。
しかし、上記信号に基づいてロータの回転角度を検出す
ると、実際の回転角度との間1二無視できない誤差がで
る。上記信号の波形や周波数エネルギ分布をシンクロス
コープやスペクトルアナライザなどで分析すると、上記
信号にはレベルの高い高調波成分が含まれおり、そのた
め波形が歪んでいるのが判る。そのため、従来は上記信
号を電気的に補正[,たり、実測により予め回転角度の
検出誤差を測定しておき、これを用いて検出回転角度の
補正をしなければならながっtミ そこで本発明(上 こうした検出後の補正をすることな
く高精度の回転角度が直接得られる回転角度検出装置を
提供することを目的としてなされL[課題を解決するた
めの手段] 本発明の要旨とするところ(上 巻線が巻回された励磁突極を複数設けたステータと、 上記各巻線のインダクタンスを回転角度に応じて変化さ
せるロータと、 上記各励磁突極を励磁する励磁手段と、上記各巻線から
の信号に基づいて上記ロータの回転角度を検出する回転
角度検出手段と、を備えた回転角度検出装置において、 上記各巻線の出力側に設けられ、 該巻線仁流れる電流
を電圧信号として検出するための接地抵抗器と、 上記励磁手段に設けられ、 該各接地抵抗器の篭圧信号
を上記励磁手段の入力側に戻すことで上記励磁手段に負
帰還をかける負帰還回路と、を備えたこと特徴とする回
転角度検出装置にある。
[作用] 以上のように構成された本発明の回転角度検出装置によ
れif. 励磁手段が各励磁突極を励磁する。すると、各巻線に流
れる電流の変化が接地抵抗器から電圧信号として取り出
されると共に 負帰還回路が電圧信号を励磁手段の入力
側に戻して負帰還をかける。
そして、回転角度信号作成手段が、各巻線からの電圧信
号に基づいて、ロー夕の回転角度信号を検出する。
[実施例] 以下に本発明の一実施例を図面と共に説明する。
まず、第1図は本発明が適用されたりラクタンス型レゾ
ルバ(以下、単にレゾルバという)の電気回路は 第2
図はレゾルバの構造を表す説明図である。
第2図に示すよう1ミ レゾルバ]のステータ3の内周
にf.t,90度の等間隔で4個の励磁突極八、B. 
 C,  Dが設けられており、各励磁突極A−Dに(
よ それぞれ第1巻線LA、第2巻線LB、第3巻線L
C、第4巻線LDが巻回されている。
口−夕5{上 円筒形状をなし、ステータ3の内周空間
1:,回転機(図示略)の回転軸心○と軸心を同じくし
て配置されて、その回転軸と一体的に回転するように配
設されている。ロータ5外周に1上 等間隔で3個の歯
Fが突設されており、ロータ5が回転すると、各巻線L
A−LDのインダクタンスは周期的に変化する。
第1図に示すよう1:.巻線LAとしCとの接続端及び
巻線LBとLDとの接続端1よ 励磁手段としての励磁
回路EXCに接続さ札 各巻線LA〜しDのそれぞれの
他端は抵抗器RA,  RB,  RC、RDに接続さ
ね かつ抵抗器RA及びRC、抵抗器RB及びRDIt
:,  それぞれ電流検出用の接地抵抗器R AC, 
 R BDを介して接地されている。励磁回路EXCか
ら各巻線LA−LDには正弦波電流ISTDが出力され
る。すなわち、正弦波電流I STD{よ 信号発生器
OSCの正弦波電圧信号V STDに応じて、オペアン
プとトランジスタとからなる周知の電圧一電流変換増幅
回路VICI、VIC2から出力されるもので、この正
弦波電流I STDによって、各巻線LA−LDが励磁
される。
そして、巻線LA〜LDにおける出力点(巻線LA−L
Dと抵抗器RA〜RDとの接続点)PA、P B.P 
C,  P D カらの出力信号VA,  VC,  
VB.VDf上 それぞれ差動増幅器OPI、OP2二
入力される。すなわち、差動増幅器OPIの反転入力端
子1二出力信号VAが、非反転入力端子に出力信号VC
が、差動増幅器○P2の反転入力端子に出力信号VBが
、非反転入力端子にVDが、それぞれ入力される。そし
て、それらの信号VA・VC,VB−VDに基づいて、
差動増幅器op1、○P2が差信号V AC,  V 
BDを、回転角度検出手段としてのR/Dコンバータ(
レゾルバ/ディジタルコンバータ)RDCに出力する。
R/DコンバータRDC{九 二つの差信号VACとV
BDとからロータ5の回転角度θを検出するもので、回
転角度θと回転角度のディジタル値θdgとの偏差(θ
−θdig )に応じた偏差信号(電圧)を出力する乗
算器及び同期整流器(図示略)と、その偏差信号を積分
する積分器(図示略)と、積分器の出力に応じて発振周
波数を可変する電圧制御発振器(図示略)と、電圧制御
発振器の出力に基づいて、偏差が零になるように(θ=
θdig )乗算器に補正信号をフィードバック出力す
ると共にロータ5の回転角度θをディジタル信号θdi
gとして出力するカウンタ(図示略)とを集積化したも
のである(R/Dコンバータは周知のものであって、た
とえばアナログデバイス社のAD2S80,DOC社の
RDC−17210などが知られている). 一方、抵抗器RA及びRCと接地抵抗器RACとの接続
点からの電圧出力FBAC、抵抗器RB及びRDと接地
抵抗器RBDとの接続点からの電圧出力FBBDE  
それぞれ励磁回路EXCの電圧一電流変換増幅回路VI
CI,VIC2の入力側に戻されて負帰還がかけられる
。そのため、電圧一電流変換増幅回路VICI,VIC
21i  その出力電流( l STD= l OX 
sinωt )の位相が接地抵抗器RAC.RBDを流
れる電流の位相と等しくなるように作動する。
つぎに 励磁信号I STD及び基準信号V STDと
差動増幅器OPi、OP2(7)差信号VAC、VBD
との関係について説明する。
励磁回路EXCから各巻線LA−LDに出力される励磁
信号I STDを、 I STD= I OX sinωt 信号発生器○SCの電圧信号V STDを、V STD
= V OX sinωt 各巻線LA−LDのインダクタンスをそれぞれQa, 
 Qb.  Qc.  Qdとすれ{L 各巻線LA〜
しDの電位VA,VB、VC,VDI友 次式で表され
る。
12a+(lc Qa+Qc Q b+ Q d Q b+Qd したがって、差信号V AC、 VAC: − (V A−V B) V BDf上 Qa+Qc. VBD=−  (VC−V D) Q b十Q d と表される。
ここで、各巻線LA−Ldのインダクタンスは等しく、 Q  a= Q  O+ Q  X sinθ    
  Q  b=  Q  O+ Q  XcosθQ 
 c= Q  O+ Q  X sin(θ+π)Q 
 d= Q  O+ Q  X cos(θ+π)で与
えられるものとすれば(ただし、QOはステータ3及び
ロータ5の機械構造、材質により定まるインダクタンス
のオフセット分、 Qはインダクタンスの周期的変化の
幅で、共に所定の定数である)、 V AC== ( Q / Q O) X sinθX
sinωt−・(1 )VBD= (12,/120)
 XcosθX sinωt − (2 )と表される
(1)式及び(2)式より、差信号VAC及びVBDl
i信号発生器○SCの正弦波電圧信号V(=VOXsn
ωt)で、インダクタンスの周期的変化(sinθ,c
osθ)を変調した信号であり、高調波成分が含まれて
いないことが判る(なお、差信号VBDIQ  差信号
VACより位相がπ/2遅れている).そして、これら
の信号V AC,  V BDにはR/DコンバータR
DCに入力さ札 回転角度θと回転角度のデイジタル値
θd1gとの偏差(θ一θdig )が零となるように
フィードバック制御されることで、正確なロータ5の回
転角度信号θdigを得る。
このように本実施例のレゾルバ1では差信号VAC及び
VBDには高調波成分が含まれないことが明かとなった
が、ここで、従来のレゾルバでの差信号の解析を行って
みる。
第5図に示したレゾルバ10において、励磁信号を、 V=VOXsinω t 巻線電流を、 1= (VOXsinωt)/ (jXωXR)各巻線
L a − L dのインダクタンスをそれぞれQa.
 12b,  Qc,  Qdとすれ{ヱ 各巻線L 
a − L dの電位V a,  V b,  V c
,  V d LL  次式テ表サレル。
したがって、差動増幅器OP3、 る差信号V ac%V bdl@ Vac= 一(V a−V b) Qa−Qc ○P4の出力す Vbd=−  (V c−V d) Q b+ Q d と表される。
ここで、各巻線L a − L dのインダクタンスは
等しく、 Q a= Q O+Q X sinθ    Q b=
 Q O+ Q X cosθQc =120+QXs
in(θ+π)Q d= Q O+Q X cos(θ
+π)で与えられるものとすれ(′L Vac= K X((1 /Q c)−(1 /Q a
)lXsinωt ={3)Vbd=KX((1/Qd
)一(L’(ib)lXsinωt−(4)(ただし、
  k=Vo/(ノ ×ω))と表される。
(3)式及び(4)式より、差信号VAC及びVBDに
高調波成分が含まれることが判る。
本発明者(よ このような従来のレゾルバの信号解析に
踏まえて、レゾルバ励磁信号回路及び信号検出回路の改
良を積み重ね九 本実施例のレゾルバ1はその成果の一
つである。
上記したように本実施例のレゾルバ11上 接地抵抗器
RAC,  RBDからの電圧信号FBAC,  FB
BDを、電圧一電流変換増幅回路VICI、VIC2の
入力側に戻して負帰還をかけることで、高調波成分を含
まない差信号VAC,  VBDを作成するので、正確
に回転機の回転角度を検出することができる。
したがって、従来のレゾルバのように検出後の補正をす
ることなく、高精度の回転角度が直接得られる. また、励磁回路EXCの出力する励磁信号1と接地抵抗
器RAC,  RBDを流れる電流との位相のずれがな
いので、従来のよう1:,励磁信号の位相を周知の位相
シフタによりπ/2だけシフトしてR/DコンバータR
DCに基準信号として入力する必要がない。つまり、巻
線を流れる電流の位相は巻線の電圧よりπ/2だけ遅れ
るため、従来の回転角度検出器で(よ 位相シフタを要
したが、本実施例では不要となる。
なお、本実施例で{上 R/DコンバータRDCにより
ディジタルの回転角度信号θdigを作成したが、この
ほかに励磁信号と巻線からの信号との位相差をクロツク
パルスでカウントする周知の位相制御方式によって回転
角度検出信号を得るようにしてもよい。
ここで、本実施例のレゾルバ1{よ 二次巻線がないも
のであったが、本発明の第二実施例として回転角度の検
出用信号を取り出すために二次巻線を用いたレゾルバに
ついて説明する。
第3図に示すよう1:,レゾルバ20の励磁突極A相及
びC相に{上 それぞれ差動に巻回されたー次巻線LA
I及びLCIと同じく差動に巻回された二次巻線LA2
及びしC2とが設けられ、 励磁突極B相及びD相に{
友 それぞれ差動に巻回された一次巻線LB1及びLD
Iと同じく差動に巻回された二次巻線LB2及びLD2
とが設けられている。そして、C相の一次巻線しC1と
B相の一次巻線LSIとは直列に接続さt?=C相の二
次巻線LC2の一端及びD相の二次巻線LD2の一端{
よ それぞれ接地されている. また、A相の一次巻線LAIが励磁回路EXCに接続さ
kD相の一次巻線LDIの一端{上 励磁回路EXCの
電圧一電流変換器VCIに接続されて、一次巻線LAI
〜LDIを流れる電流を検出する接地抵抗器R1からの
電圧信号が、電圧一電流変換器VICの入力側に戻さ札
 負帰還がかけられる。
上記のレゾルバ20において(よ 励磁回路E×Cから
一次巻線LAI〜LDIに正弦波電流I STD  (
= I OXsinωt)が出力されると共1:,一次
巻線LA1〜LDIに流れる電流と位相を等しくした正
弦波電圧信号VFBが電圧一電流変換器VCの入力側に
戻されて、負帰還がかけられる。したがって、基準信号
発生器OSCの出力V STDと接地抵抗器R1を流れ
る正弦波電流の位相が等しくなるように電圧一電流変換
器vC1が作動する。
そして、A相及びC相の二次巻線LA2及びLC2から
の出力をVAC,B相及びD相の二次巻線LC2及びL
D2からの出力をVBD、各一次巻線LAI〜LD1の
インダクタンスをそれぞれQa,  Qc.  Qb,
  Qd とすると、VAC=  ((ia−12c)
X I OXsinωt=Q  (sinθ−sin(
θ+ff))−(5)sinθ−sin(θ+α) = 2 sin(α/2) (−cos(θ+α/:2
)) ・(6)(5)式と(6)式とから VAC=2  Q X  l  ロxsin(α/2)
X sin(θ+(cr/2)−(x/2))Xcos
cc+ t二二で、 φ=θ+(π/2)− (π/2) K=2 QX I OXsin(a/2)とおくと、 VAC=KXsinφX sir+ωt ・−(7 )
となる。
同様にして VBD=KXcosφX sinωt ・−(8 )と
なる。
(7)式及び(8)式から明らかなよう(:,出力信号
VAC及びV B D LL  高調波成分を含まない
ことが判る。したがって、第1実施例と同様にして、出
力信号VAC及びV B D7’l(R/ DDン/(
一タRDCに入力されて回転角度信号θdigが得られ
る.以上 説明したよう]:.高調波成分を含まない信
号VAC及びVBDに基づいて、回転角度信号θd1g
を作成するので、従来の二次巻線を用いたレゾルバのよ
うに二次巻線からの信号の波形が歪まない。
たとえ{ヱ 第4図に示す従来のレゾルバ30において
(友 以下に示すようにA相とC相との位相差及びB相
とD相との位相差が±π以外の場合は波形が歪む. すなわち、二次巻線La2、 Lb+2、 Lc2、L
d2の出力Vac% Vbdlt, V a c =((Qa−Q c))/((l a+Q
 c)}XVOXsinωtV b d = ((Q 
b−(l dl/((! b+Q d)lXVOXsi
nωt(ただし、一次巻線しal,Lcl、Lbl,L
d1のインダクタンスをQa.  Qc,  Qb, 
 Qdとする) と表される。
ここで、 Q a= Q O+ Q X sinθ    Q b
= Q O+ Q XcosθQ c= Q O+ Q
 Xsin(θ+α)Q d= Q O+ Q Xco
s(θ+α)(ただし、 QOはインダクタンスのオフ
セット分、Qはインダクタンスの周期的変化の幅で、共
に所定の定数であり、αはA相とC相と及びB相とD相
との位相差) とすると、 2XEiO+(2X (sinθ一sin(θ+α))
×OXsinω t 2 X Q O+ Q X  (cosθ−cos(θ
+α))X V OX sinω t となり、α=±πのとき以外(友 分母が定数にならな
いので、波形が歪む。しかし、本実施例で{上前述の(
7)及び(8)式から明らかなように 出力信号の波形
は歪まない。
つまり、従来は位相差α=±πのとき以外は波形が歪ん
だが、本実施例のレゾルバ20で(よ 位相差に関係な
く二次巻線LA2・LC,LB−LDの出力VAC及び
VBDの波形が歪まないので、第1実施例と同様な効果
を奏する [発明の効果] 以上説明したよう1:,本発明によれ{ヱ 接地抵抗器
からの電圧信号を励磁手段の入力側に戻して負帰還をか
けるので、高調波成分がない信号を各巻線から得ること
ができ、この信号に基づいて正確に回転角度を検出する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例のレゾルバの電気回路は 第2図はレゾ
ルバの構造を表す説明は 第3図は第2実施例のレゾル
バの電気回路は 第4図は二次巻線を用いた従来のレゾ
ルバの電気回路は 第5図は電流検出用抵抗器を備えた
従来のレゾルバの電気回路図である。 1・・・リラクタンス型レゾルバ  3・・・ステータ
5・・・ロータ    A.  8,  C,  D・
・・励磁突極LA・・・第1巻線      LB・・
・第2巻線LC・・・第3巻線      LD・・・
第4巻線EXC・・・励磁回路 VIC1,VIC2・・・電圧一電流変換器R AC,
  R BD・・・接地抵抗器RDC・・・R/Dコン
バータ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 巻線が巻回された励磁突極を複数設けたステータと、 上記各巻線のインダクタンスを回転角度に応じて変化さ
    せるロータと、 上記各励磁突極を励磁する励磁手段と、 上記各巻線からの信号に基づいて上記ロータの回転角度
    を検出する回転角度検出手段と、 を備えた回転角度検出装置において、 上記各巻線の出力側に設けられ、該巻線を流れる電流を
    電圧信号として検出するための接地抵抗器と、 上記励磁手段に設けられ、該各接地抵抗器の電圧信号を
    上記励磁手段の入力側に戻すことで上記励磁手段に負帰
    還をかける負帰還回路と、 を備えたこと特徴とする回転角度検出装置。
JP19341989A 1989-07-26 1989-07-26 回転角度検出装置 Expired - Lifetime JPH07104178B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6882163B2 (en) * 2002-04-25 2005-04-19 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Measured value detecting device
DE19628286B4 (de) * 1995-07-12 2007-01-04 Okuma Corp., Nagoya Winkelpositionsgeber mit Stator und speziell geformtem Rotor unter Verwendung von Spannungsimpulsen und Strommessungen zur Positionsbestimmung
JP2010271333A (ja) * 1999-03-15 2010-12-02 Amitec:Kk 回転型位置検出装置

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US6882163B2 (en) * 2002-04-25 2005-04-19 Toyoda Koki Kabushiki Kaisha Measured value detecting device

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