JPH0419511A - 回転角度検出装置 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、１つの回転子巻線と２つの固定子巻線を有
する回転角度検出用のレゾルバを用いた回転角度検出装
置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、レゾルバを角度検出器として用いる場合、第４図
に示すように、２つの固定子巻線１３．１４を備え、こ
の固定子巻線１３．１４に第５図に示す電気角で９０°
の位相の異なる２相の正弦波を供給して励磁電流を流し
、１個の回転子巻線１５に誘導される出力と励磁信号と
の位相差θを求め、この位相角θを回転角度としている
。正弦波励磁を採用した、従来の回転角度検出装置を第
６図に示している。この回転角度検出装置は、発振器２
１と、発振器２１からのパルスを受けて分周する分周回
路２２と、スタートタイミング発生回路２３と、このス
タートタイミング発生回路２３からの信号に同期してＳ
ＩＮ波、　ＣＯ３波をそれぞれ発生するＳＩＮ波発生回
路２４、ＣＯ８波発生回路２５と、ドライバ回路２６．
２７と、レゾルバ２８と、レゾルバ２８の回転子出力を
導出する出力回路２９と、出力の高調波成分を除去する
ローパスフィルタ３０と、０クロス点を検出するコンパ
レータ３Ｉと、スタート信号を受けてから、０クロス点
検出によるストップ信号入力まで分周回路３２からのパ
ルス信号をカウントするカウンタ２２と、ＣＰＵ３３と
から構成されている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記した従来の回転角検出装置では、正弦波の励磁信号
を使用するため、ＳＩＮ波発生回路、ＣＯ３波発生回路
を必要とするが、精度の良い２相の正弦波を発生するた
めには構成部品が多くなるため、装置が高価になるとい
う問題があった。

方矩形波等の発生の容易な非正弦波を励磁電流源とする
と、その中に含まれる高調波により計測誤差が大きくな
り、この高調波の誤差をなくすためには、−船釣にロー
パスフィルタを使用する。しかし、基本波を通過させて
３次高調波を十分（電圧比で４０ｄＢ程度）カットする
ためには、遮断傾度の大きい多段のアクティブフィルタ
かＬＣフィルタを使用する必要があり、構成が複雑にな
り、さらに温度特性を考えると基本波周波数での位相変
化の温度特性も、使用温度範囲内（例えば０°Ｃ〜５０
°Ｃ）で角度測定精度（例えば０．５°）以下に抑える
設計が必要となり、温度変化の非常に少ない素子でフィ
ルタを構成するため装置がやはり高価になるという問題
があった。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、非正弦波駆動において高価なフィルタを用いずとも
高調波の誤差を除去し得、高精度のものを安価に実現し
得る回転角度検出装置を提供することを目的としている
。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の回
転角度検出装置は、１つの回転子巻線と２つの固定子巻
線を有する回転角度検出用レゾルバを用いて回転角度を
検出するものにおいて、前記２つの固定子巻線にそれぞ
れに互いに９０°の位相差を有するｆ　（Ｔ／２＋ｔ）
＝−ｆ（１）［１：時間、Ｔ：周期］となる波形を、供
給する駆動部と、前記回転子巻線の出力をデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段より
の信号を受け、駆動波形の半周期間のデータを用いてフ
ーリエ変換法により回転子巻線出力波形に含まれる一定
周波数成分の位相を演算してレゾルバの回転角を算出す
る演算手段とを特徴的に備えている。

一般に、周期関数から特定の周波数成分を抽出する手法
としてフーリエ変換法が知られている。

すなわち時間ｔの関数ｇ　（ｔ）を下記演算により周波
数１の関数とすることができる。

Ｇ　（ｆ　）　＝　ｆ”ｇ（ｔ）　ｅ−ｔ”ｄｔ　（ω
＝２　Ｋ　ｆ　）この手法を用いれば、高調波成分を含
んだ励磁波と回転子巻線の出力のそれぞれの励磁基本周
波数の伝達関数を求めることにより位相差、すなわち角
度を求めることができる。この発明の回転角度検出装置
は、この手法を採用している。

さらに、具体的な演算例で説明する。

励磁波をｕ　（ｔ）、回転子出力をｙ　（ｔ）とすると
、ｕ　（ｔ）とｙ　（ｔ）をフーリエ変換し、励磁基本
周波数ｆの成分を求める。

ｕ（ｆ）　＝ｒ”ｕ（ｔ）　ｅ−〆ｄｔ＝　ｇ　ｕ　（
ｔ） （ｃｏｓωｔ ｊｓｉｎωｔ） ｄｔ ＝Ｓｙ（ｔ） （ｃｏｓωＬ ｊｓｉｎωｔ） ｄｔ ｕ　（ｆ） ＝ｕ１ （ｆ） ＋ｊｕ。

（ｆ） ｙ（ｆ） ＝ｙＩ （ｆ） ＋ｊｙｚ （ｆ） とすると、 周波数伝達関数は、 ｕｌ”（ｆ） ＋　ｕ　、”（ｆ） 位相差θは、 ｙ＋（ｆ）・ ｕ　Ｉ（ｆ）　十）’　ｚ（ｆ）・ ｕ　、（ｆ） となり、この（１）式を算出することにより、回転角度
θが求められる。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、この発明の一実施例を示す回転角度検出装置
のブロック図である。同図において、ＣＰＵ等で構成さ
れる演算装置１のタイミング発生部２より互いに９０°
位相の異なる矩形波信号が出力され、それぞれドライバ
回路３．４を経てレゾルバ５の一ステータ（固定子）Ａ
、ステータＢに入力されている。このステータＡとステ
ータＢに入力される信号ａ、ｂが第２図に示されている
。

レゾルバ５のロータ（回転子）より出力回路６を経て導
出された信号Ｃ（第２図参照）はＡ／Ｄ変換器７で１／
８周期でサンプリングされてデジタル信号ｄ（第２図参
照）に変換されて演算装置１に取り込まれ、演算装置１
ではＡ／Ｄ変換器７の出力信号ｄに基づいて角度θを算
出する。

回転子（ロータ）の角度は、励磁波とロータ出力の位相
差により求めることができるので、上記（１）式の演算
によりロータの角度を求めることができる。第３図に、
基本波他の周波数成分と、励磁波との位相の関係を示し
ている。

さらに、励磁波ｕ　（ｔ）に、ｔ＝Ｔ／４の時間軸に対
称（ｕ　（ｔ）　＝　ｕ　（−−ｔ　）　）であり、Ｔ
／２の点に対して対称（ｕ　（ｔ）　＝　−ｕ　（ｔ　
＋−）な波形を選ぶと（一般に発生が容易な矩形波、三
角波、台形波は、この条件を満たす）。

ｕ＋　（ｆ）　　＝　ｇ　ｕ（ｔ）　　・ｃｏｓωｔ−
ｄｔは、ＣＯＳω　ｔ であるので、 Ｕ宜 （ｆ） 一５ｕ（ｔ） ・　ｃＯ５ωｔ　−ｄｔ 千 ＝ｒｕ（ｔ） −ＣｏＳ（ＩＪｔ−ｄｔ ＋５ｕ（ｔ） 士 −ｃｏｓωｉｄｔ 壬 ＝Ｘｕ（ｔ） ’　ｃｏｓωｔ−ｄｔ ＋ ＋５ｕ（ｔ） ・ｃＯ３ωｔ−ｄｔ ＋ ＝２５ｕ（ｔ） ・ｃｏｓωｔ−ｄｔ ＝２ （Ｓ　ｕ　（ｔ） ・ｃｏｓωｔ−ｄｔ τ ＋　Ｓｕ　（ｔ） 干 ・ＣＯ３ωｔ　°ｄｔ） ＝０ となって、 （１）式は、 さらに簡単になり、 で求めることができる。

ところで高調波を含んだ回転子出力は、Ｅ　（ｔ）　＝
　Ａ　＋５ｉｎ（ωｔ＋θ）＋Ａｓ５ｉｎ（３ωｔ＋θ
＋ψ３）＋Ａｓ５ｉｎ（５ωを十〇＋ψ、）＋・・・十
Ｎ ・・・（２） であるから、 サンプリング後Ａ／Ｄ変換すると （Ｔ　／　ｍの周期でサンプリングする）十Ａ３５ｉｎ
（ｎ θ＋ψ、） ＋Ｎ（ｎ） となり、 これをフーリエ変換すると、 基本波の実数部は、 基本波の虚数部は、 Ｙ。

＝ΣＥｄ（ｎ） ・−５ｉｎ（２πｎ　／　ｍ　） となるから、 を演算すればよい。

さらに、励磁波形を偶数次高調波を含まない波形とする
ことは容易であり、ｆ　（ｔ＋Ｔ／２）＝−ｆ　（ｔ）
の関係にある波形は偶数次高調波を含まない。

ロータ出力に含まれる偶数次高調波成分は、角度計測上
影響ない程度に小さい。この場合、基本波周期をＴとす
ると（Ｔ＝２π／ω）、上記（２）式％式％） ＝−ｆ（ｔ）であるので、フーリエ変換は０〜Ｔ／２の
区間とＴ／２〜Ｔの区間の結果が同じものになり、０〜
Ｔ／２の区間で演算することにより、角度θを求めるこ
とができる。すなわちを演算すればよい。

通常、角度検出装置は、角度を求めるだけでなく、その
結果を外部にデータとして転送したり、表示、入カキ−
の処理、さらには、設定値との比較演算等も行う必要が
ある。この実施例によれば、励磁波の半周期の間にデー
タの読み取り、角度、演算を行い、残りの半周期で他の
処理を行えるため、角度検出用の演算装置で角度検出以
外の処理を併せて行うことができる。

（へ）発明の効果 この発明によれば、２つの固定子巻線にそれぞれ互いに
９０°の位相差を有するｆ　（Ｔ／２＋ｔ）−−ｆ（ｔ
）となる波形を供給する駆動部と、回転子巻線の出力を
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、駆動波形の
半周期間のデータを用いてフーリエ変換法により回転子
巻線出力波形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し
てレゾルバの回転角を算出する演算手段とを特徴的に備
えるものであるから、従来装置のような高価な正弦波発
生回路（Ｄ／Ａ変換器等）が不要であり、また高価な高
調波除去用ローパスフィルタが不要であり、Ａ／Ｄ変換
器内蔵の演算装置の入手は容易であるので、この場合は
、さらに構成が簡単になる。また、演算手段における角
度演算は、駆動波形の半周期間で済み、処理時間に余裕
が生じるので、角度演算以外の処理（データ転送、表示
、設定値との比較等）も、角度演算用演算手段で処理で
きるので、高機能角度検出装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例回転角度検出装置のブロ
ック図、第２図は、同回転角度検出装置の動作を説明す
るための波形図、第３図は、基本波、高調波と位相の関
係を示す図、第４図は、レゾルバの原理的構成を示す図
、第５図は、同しヅルパを使用した従来の回転角度検出
装置の励磁信号、出力信号を示す波形図、第６図は、従
来の回転角度検出装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 １：演算装置、　　　　２：タイミング発生部、３・４
：ドイパ回路、５：レゾルバ、 ７：Ａ／Ｄ変換器、　　１３・１４：ステータ、１５：
ロータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの回転子巻線と２つの固定子巻線を有する回
   転角度検出用レゾルバを用いて回転角度を検出する回転
   角度検出装置において、 前記２つの固定子巻線にそれぞれに互いに９０゜の位相
   差を有するｆ（Ｔ／２＋ｔ）＝−ｆ（ｔ）〔ｔ：時間、
   Ｔ：周期〕となる波形を、供給する駆動部と、前記回転
   子巻線の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
   と、このＡ／Ｄ変換手段よりの信号を受け、駆動波形の
   半周期間のデータを用いてフーリェ変換法により回転子
   巻線出力波形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し
   てレゾルバの回転角を算出する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。