JPH0511458Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、検出精度を向上させたレゾルバ式位
置検出器に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、工作機械やロボツトなどの位置決め制
御には、位置検出手段として、機械的回転角の変
化に応じた周波数を有する二相パルス列信号と、
機械的回転角の原点を示す１回転に１パルスの原
点信号とを必要とする。この手段としては光学式
パルスエンコーダが一般に利用されている。

しかしながら、光学式パルスエンコーダは構造
上から機械的・熱的強度が低いので、耐環境性や
機械的取付け、取扱いなどに問題がある。

従つて、機械的・熱的強度が高く、ブラシレス
の回転機で信頼度の高い位置検出器としてレゾル
バが広く利用されていることは周知のことであ
る。このようなレゾルバを用いた従来の代表的な
レゾルバ式位置検出器を第２図に示す。同図にお
いて、１は回転体に連結される極対数がＰのレゾ
ルバで、このレゾルバは固定子に巻装された二相
励磁巻線１１，１２と、回転子に巻装されていて
回転軸２の機械的回転角θmの変化に応じて検出
信号eoを出力する検出巻線１３とを有する。３
はレゾルバ１の励磁回路であつて、水晶発振子な
どを用いた発振器３１と、該発振器３１から出力
される周波数Ｋ・（例えば、10MHz）のパルス
信号を計数して周波数で同一状態を繰り返すデ
ジタル信号DS1と周波数が2ⁿ・（ｎはビツト数）
のパルス信号Ep1を出力する計数回路３２と、該
デジタル信号DS1を入力として周波数のアナロ
グ量である二相正弦波信号（ex＝cos ωt、ey＝
sin ωt、ここでω＝2π）に変換してレゾルバ１
に励磁電圧として供給するデジタル−アナログ変
換器３３とからなつている。このデジタル−アナ
ログ変換器３３は、リードオンリーメモリとデジ
タル・アナログ変換回路からなる波形変換機能を
もつた回路で形成されている。

４は位相ロツクループ（以下、PLLと略記す
る。）回路であつて、レゾルバ１の検出信号eoと
後述する正弦波信号eo′とを入力としてこれら２
つの信号の位相差に比例した直流電圧を出力する
位相検出器４１と、この位相検出器４１から出力
される直流電圧を入力としてこの直流電圧に比例
した周波数Ｋ・（±Δ）のパルス信号を出力す
る電圧制御発振器４２と、該周波数Ｋ・（±
Δ）のパルス信号を計数して周波数（±Δ）
で同一状態を繰り返すデジタル信号DS2と周波数
2ⁿ・（±Δ）のパルス信号Ep2を出力する計数
回路４３と、上記のデジタル信号DS2を入力信号
として周波数（±Δ）なるアナログ量の正弦
波信号eo′に変換して前記レゾルバ１の検出信号
eoと共に位相検出器４１に両信号eo，eo′の電圧
位相が常に一致するように印加するデジタル−ア
ナログ変換器４４とから成つている。デジタル−
アナログ変換器４４はリードオンリーメモリとデ
ジタル・アナログ変換回路で形成されている。

５はパルス変換器であつて、励磁回路３の計数
回路３２から出力される周波数2ⁿ・のパルス信
号Ep1を入力として、この信号を1/2分周してパ
ルス列信号Ex1を出力するフリツプフロツプ回路
（以下、FF回路と略記す）５１と、PLL回路４の
計数回路４３から出力される周波数2ⁿ・（±
Δ）のパルス信号Ep2を入力として、この信号を
１／２分周してパルス列信号Eo1を出力するFF回路
５２と、FF回路５１の入力信号Ep1と出力信号
Ex1とを入力として、該信号Ex1と二相信号関係
をもつパルス列信号Ey1に変換して出力する排他
的論理和回路５３と、それぞれが上記のパルス列
信号Eo1とパルス列信号Ex1を入力とするＤ−FF
回路５４，５５とから成つている。このＤ−FF
回路５４は、入力されるパルス列信号Eo1をクロ
ツク端子CKへ受け、パルス列信号Ex1をデータ
端子Ｄへ受けて、出力端子Ｑからパルス列信号
Eaを出力する。また、Ｄ−FF回路５５は、パル
ス列信号Eo1をクロツク端子CKへ受け、パルス
列信号Ey1をデータ端子Ｄへ受けて、出力端子Ｑ
からパルス列信号Ebを出力する。

６は信号変換器であつて、励磁回路３の計数回
路３２から出力されるデジタル信号DS1と、PLL
回路４の計数回路４３から出力されるデジタル信
号DS2とを入力として、デジタル信号DS1とDS2
とが信号一致したときにだけパルス信号Eを出
力する一致回路６１と、該パルス信号Eを波計
整形してパルス信号Eeを得て該信号を原点信号
として出力する波形変換回路６２とからなつてい
る。

このような構成のレゾルバ式位置検出器におい
て、レゾルバ１の検出巻線１３から出力される検
出信号eoは、回転角θmの変化に対して(1)式で表
わされる。

eo＝cos（ωt±θm） ＝cos（ωt±Ｐ・θ） ……(1) ここで、θは電気的位相角で、回転角θmとの
関係は、θm＝Ｐ・θである。

更に、回転角θmが回転数Nmで変化している
ときの検出信号eoの変化状態は(2)式で与えられ
る。

eo＝cos［2π（±Δ）ｔ±θmo］ ……(2) ここで、Δ＝（Nm／60）・Ｐ ……(3) θmoは回転角θmの初期条件、符号（±）は回
転角θmの回転方向に関する符号である。

(3)式に示すように、周波数差Δは回転数Nm
に比例して大きくなる。周波数差Δが大きくな
るということは、固定周波数の正弦波信号ex
と波形比較をすると、位相が回転数Nmに応じて
時間と共に変化していることを示している。
PLL回路４においては、上記の位相が時間と共
に変化する検出信号eoと信号eo′との位相差が位
相検出器４１で検出され、その位相差が零になる
ように電圧制御発振器４２から出力されるパルス
信号の周波数Ｋ・（±Δ）が増加（又は減少）
するように該電圧制御発振器４２が作動する。そ
して、計数回路４３から出力される周波数2ⁿ・
（±Δ）のパルス信号Ep2と、励磁回路３から
出力される周波数2ⁿ・のパルス信号Ep1とがパ
ルス変換器５に入力されると、パルス変換器５か
ら周波数（1/2）・2ⁿ・Δの二相パルス列信号Ea，
Ebが出力される。この二相パルス列信号Ea，Eb
の周波数Ｆと回転数Nmとの関係は、前記(3)式に
基づいて次式で表わされる。

Ｆ＝（1/2）・2ⁿ・Δ ＝（1/2）・2_o・（Nm／60）・Ｐ……(4) 例えば、レゾルバ１の極対数Ｐ＝１の場合、回
転数Nm＝60rpmとし、ｎ＝11ビツト、即ち、2ⁿ
＝2048とすると、Ｆ＝1024Hzとなる。このこと
は、θm＝360゜回転（１回転）したときに二相パ
ルス列信号Ea，Ebは1024パルス得られるという
ことになる。

他方、前記の計数回路３２及び４３からそれぞ
れ出力されるデジタル信号DS1及びDS2が信号変
換器６に入力されると、デジタル信号DS1，DS2
の各ビツトが相互に一致する期間に一致回路６１
がパルス信号Eを出力する。このパルス信号E
は周波数差Δに応じた数だけ発生する。上記の
デジタル信号DS1，DS2の各ビツトの一致の仕方
は、初め浅くて次第に深まり完全一致後または次
第に浅くなるので、信号Eの波形は第４図に示
すような１郡のパルス列波形となる。また、一致
の始まりから終りまでの期間は前記のパルス列信
号Eaの１サイクル幅となる。上記の信号Eは波
形変換回路６２で波形整形されてパルス信号Ee
となり、該信号Eeが原点信号となるものである。

［考案が解決しようとする問題点］ この種の従来のレゾルバ式位置検出器では、位
置検出に必要な回転軸１回転に１回の原点信号
Eeを得るには、使用するレゾルバの極対数Ｐは
１に限定される。他方、二相パルス列信号Ea，
Ebの一回転当りのパルス数を多くする（高分解
能にする）には、(4)式からわかるように計数回路
のビツト数ｎ又はレゾルバの極対数Ｐを大きくす
る必要がある。しかしながら、ビツト数ｎは
PLL回路４の安定度上から限界があり、極対数
Ｐは前記の理由で１に限定されるため１回転当り
の二相パルス数を多く出来ない欠点があつた。

本考案の目的は、位置検出の分解能が高く、し
かも正確な規定パルス幅の原点信号を発生するこ
とができるレゾルバ式位置検出器を堤供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本考案の構成を実
施例に対応する第１図を参照して以下に説明す
る。

本考案のレゾルバ式位置検出器は、周波数の
二相正弦波信号ex，eyと周波数2ⁿ・（ｎはビツ
ト数）のパルス信号Ep1と周波数で同一状態を
繰り返すデジタル信号DS1とを出力する励磁回路
３と、前記二相正弦波信号ex，eyで励磁されて
回転体の回転角θmに応じた電気的位相角を有す
る周波数（±Δ）の検出信号eoを出力するレ
ゾルバ１と、前記検出信号eoを入力信号として
周波数2ⁿ・（±Δ）のパルス信号Ep2と周波数
（±Δ）で同一状態を繰り返すデジタル信号
DS2とを出力しつつ位相ロツクループ動作する位
相ロツクループ回路４と、前記パルス信号Ep1，
Ep2を入力信号として回転角θmあるいは周波数
差Δに応じて周波数が変化する二相パルス列信
号Ea，Ebを出力するパルス変換器５と、前記デ
ジタル信号DS1，DS2を入力信号として周波数差
Δに応じた数のパルス信号Eeを出力する信号変
換器６とを備えたレゾルバ式位置検出器におい
て、前記レゾルバ１に極対数が複数のレゾルバを
用い、前記回転体に連結されて前記回転体が１回
転するごとに１回の機械的原点信号Emを出力す
る機械的原点検出器７と、前記パルス信号Ee及
び機械的原点信号Emを入力信号として規定の信
号幅を有する電気的原点信号Ecを出力する信号
合成回路８とを設けたものである。

［作用］ 上記の構成になるレゾルバ式位置検出器は、極
対数Ｐが複数のレゾルバ１を用いることによつ
て、位置信号として出力する二相パルス列信号
Ea，Ebの１回転当りのパルス数の増加が図れ、
検出分解能を上げることができる。また、機械的
原点検出器７から得られる機械的原点信号Em
（１回転当り１回）と、信号変換器６から得られ
るパルス信号Ee（１回転当りＰ回）とを合成して
１回転当り１回でそのパルス幅が規定幅の電気的
原点信号Ecを得るものである。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。第１図は本考案の実施例を示したもので、同
図において、第２図と同一部分には同一符号を付
してある。７は回転体に連結される機械的原点検
出器であつて、レゾルバ１の回転軸２と同軸に取
り付けられたマグネツト７１とホール効果を用い
た磁気検出器７２とで構成され、回転軸１回転当
り１回の機械的原点信号Emを送出する。８は信
号合成回路であつて、上記の機械的原点信号Em
と前記信号変換器６からのパルス信号Eeとを入
力信号とし、これらの信号の論理積が成立したと
きに電気的原点信号Ecを出力する論理回路で形
成されている。

次に第１図の実施例の動作について説明する。
第２図で説明したと同様にレゾルバ１を二相正弦
波信号ex，eyで励磁して検出信号eoを得ると、
PLL回路４を介してパルス変換器５から(4)式に
示すように１回転当りのパルス数が（1/2）・2ⁿ・
Ｐとなる二相のパルス列信号Ea，Ebが出力され
る。また、信号変換器６からは１回転当りのパル
ス数がＰでそのパルス幅がパルス列信号Eaの１
サイクル幅［機械角＝360゜／（1/2）・2ⁿ・Ｐ］に
規定されたパルス信号Eeが出力される。

今例えば、(4)式においてレゾルバ１の極対数Ｐ
＝４とし、ｎ＝11ビツト、即ち2ⁿ＝2048とする
と、二相パルス列信号Ea，Ebの１回転当りのパ
ルス数は4096パルスとなり、パルス信号Eeは１
回転当り４パルスでパルス幅は機械角度で表わす
と、360／4096＝0.09度となる。

他方、回転軸２の回転によつて機械的原点検出
器７の磁気検出器７から機械的原点信号Emが出
力されるが、この信号Emは第３図の波形図に示
すように、回転軸１回転当り１回で、そのパルス
幅はパルス信号Eeより広く、機械角度は回転角
360゜／Ｐより小さい。この信号Emの出る位置は、
パルス信号Eeのいずれか一つと重なる位置にな
るように、マグネツト７１の寸法及び取付位置が
選定されている。

パルス信号Ee及び機械的原点信号Emは信号合
成回路８で論理積が取り出され、１回転当り１回
でパルス幅がパルス信号Eeのパルス幅と同じに
規定された電気的原点信号Ecが得られる。

なお、機械的原点信号Emのパルス幅をパルス
信号Eeのパルス幅と同等にできれば信号変換器
６と信号合成回路８は不要となるが、簡単な構成
の機械的原点検出器で、前述の0.09度のような小
さい機械角をもつ信号Emを取り出すことは極め
て困難である。一方、信号変換器６で得るパルス
信号Eeはデジタル信号の変換で容易に得られ、
そのパルス幅は、ビツト数ｎの大きさを変えるこ
とによつて、二相パルス列信号Ea，Ebのパルス
数に逆比例して変えることができる。従つて、上
記のパルス信号Eeと機械的原点信号Emを合成し
て電気的原点信号Ecを得るようにすれば、機械
的原点検出器７は簡単な構成のもので済むという
利点がある。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案の係るレゾルバ式
位置検出器によれば、極対数が複数のレゾルバを
用いることによつて、１回転当りのパルス数が十
分多い位置検出用の二相パルス列信号を得ること
ができて、極めて分解能の高い位置検出を行うこ
とができる。また、回転体が１回転するごとに１
回の機械的原点信号を出力する機械的原点検出器
を設け、その出力信号と、前記レゾルバから
PLL回路及び信号変換器を介して得られるパル
ス信号とに基づいて電気的原点信号を得るように
したので、極対数が複数のレゾルバを用いなが
ら、１回転当り１回で正確な規定パルス幅をもつ
電気的原点信号を得ることができる。

以上のように本考案は、従来、原点信号の生成
上からレゾルバの極対数が１に制約されていた形
のレゾルバ式位置検出器に対して、簡単な機械的
原点検出器と信号合成回路を付加するだけで、極
対数が複数のレゾルバを支障なく用い得て、位置
検出精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るレゾルバ式位置検出器の
実施例を示すブロツク図、第２図は従来のレゾル
バ式位置検出器の一例を示すブロツク図、第３図
は第１図の位置検出器の動作を説明するための信
号波形図、第４図は第２図の位置検出器の動作を
説明するための信号波形図である。 １……レゾルバ、２……回転軸、３……励磁回
路、４……位相ロツクループ回路、５……パルス
変換器、６……信号変換器、７……機械的原点検
出器、８……信号合成回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 周波数の二相正弦波信号ex，eyと周波数
   2ⁿ・（ｎはビツト数）のパルス信号Ep1と周波
   数で同一状態を繰り返すデジタル信号DS1とを
   出力する励磁回路と、前記二相正弦波信号ex，
   eyで励磁されて回転体の回転角θmに応じた電気
   的位相角を有する周波数（±Δ）の検出信号
   eoを出力するレゾルバと、前記検出信号eoを入
   力信号として周波数2ⁿ・（±Δ）のパルス信号
   Ep2と周波数（±Δ）で同一状態を繰り返すデ
   ジタル信号DS2とを出力しつつ位相ロツクループ
   動作をする位相ロツクループ回路と、前記パルス
   信号Ep1，Ep2を入力信号として回転角θmあるい
   は周波数差Δに応じて周波数が変化する二相パ
   ルス列信号Ea，Ebを出力するパルス変換器と、
   前記デジタル信号DS1，DS2を入力信号として周
   波数差Δに応じた数のパルス信号Eeを出力する
   信号変換器とを備えたレゾルバ式位置検出器にお
   いて、 前記レゾルバに極対数が複数のレゾルバを用
   い、前記回転体に連結されて前記回転体が１回転
   するごとに１回の機械的原点信号Emを出力する
   機械的原点検出器と、前記パルス信号Ee及び機
   械的原点信号Emを入力信号として規定の信号幅
   を有する電気的原点信号Ecを出力する信号合成
   回路とを設けたことを特徴とするレゾルバ式位置
   検出器。