JPH10111303A - 回転速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低速度領域での回転速度の検出精度を向上す
る。 【解決手段】正弦波エンコーダ２の出力である正弦波と
余弦波の各々について、パルス作成手段１３で中性点電
位とを比較して第２の２相パルス信号を作成する。パル
ス切り換え手段１５は、低速度領域で第２の２相パルス
信号を、高速度領域で正弦波エンコーダ２の出力である
第１の２相パルス信号を選択する。選択されたパルス信
号のパルス数がパルス・時間カウント手段１７で計数さ
れる。速度計算手段２０は、高速度領域で第１の２相パ
ルス信号の計数値により回転速度を算出し、低速度領域
で第２の２相パルス信号の計数値及び微小位置算出手段
２２で得られた位置ΔＭに基づいて回転速度を算出す
る。 【効果】低速度領域では位相遅れの少ない第２の２相パ
ルス信号の計数値を用いるので、パルスの位相遅れによ
る誤差が減少し、低速度領域での回転速度の精度が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転速度検出装置
に係り、特に、モータの速度制御装置に適用され、正弦
波エンコーダを速度検出器として用いて低速度領域の速
度を検出するに好適な回転速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、正弦波エンコーダを用いて回転速
度を求める方法として、一定周期内の正弦波エンコーダ
が出力するパルスをカウントすると共に、パルス間の位
置を正弦波エンコーダの出力である正弦波，余弦波から
角度を求めることで速度を検出する方法が知られてい
る。

【０００３】また、回転角度を求める方法としては、正
弦波エンコーダの出力である正弦波と余弦波を同一時点
で検出し、正弦波を余弦波で除算し、その商からその時
点の角度を求める方法が平3−46530号公報等をはじめ数
多く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、正弦波エンコーダから出力される正弦波と余弦波、
および正弦波と余弦波の各々に同相な２つのパルスを用
いるもので、２つのパルスにより正弦波と余弦波の象限
を判別している。しかしながら、２つのパルスは、それ
ぞれの正弦波，余弦波に対して位相遅れがあり、位相遅
れの発生している間に象限の判定が行われると判定ミス
が生じてしまい、精度良く位置を求めることができなく
なり、速度の検出に誤差が発生してしまう。

【０００５】本発明の目的は、低速度領域における回転
速度を精度良く検出できる回転速度検出装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の発明の特徴は、回転体の回転によって、プラス及びマ
イナスの両電圧極性を有しかつ互いに９０度の位相差を
有する正弦波及び余弦波の２相信号を出力する正弦波エ
ンコーダと、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のそれ
ぞれを中性点電位と比較することによって、９０度の位
相差を持つ２相パルス信号を出力するパルス作成手段
と、前記正弦波信号を、絶対値化してプラス側電圧のみ
の絶対値信号として出力する絶対値変換手段と、回転速
度演算装置とを具備し、前記回転速度演算装置は、前記
２相パルス信号の出力レベルに基づき前記正弦波信号あ
るいは余弦波信号の象限を判別すると共に、前記絶対値
信号に基づいて、判別された前記象限内での角度を求
め、この角度を用いて得られた回転位置、及び前記２相
パルス信号の計数値に基づいて、回転速度を算出するよ
うに構成されたことにある。

【０００７】上記目的を達成する第２の発明の特徴は、
前記回転速度演算装置が、入力した前記絶対値信号をデ
ィジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を
有し、ディジタル信号に変換された前記絶対値信号を演
算に用いることにある。

【０００８】上記目的を達成する第３の発明の特徴は、
回転体の回転によって、プラス及びマイナスの両電圧極
性を有しかつ互いに９０度の位相差を有する正弦波及び
余弦波の２相信号と、９０度の位相差を持つ第１の２相
パルス信号を出力する正弦波エンコーダと、前記正弦波
信号及び前記余弦波信号のそれぞれを中性点電位と比較
することによって、９０度の位相差を持つ第２の２相パ
ルス信号を出力するパルス作成手段と、前記回転体の高
速度領域では前記第１の２相パルス信号を、前記回転体
の低速度領域では前記第２の２相パルス信号を出力する
パルス切り換え手段と、前記パルス切り換え手段から出
力される２相パルス信号を計数するパルス計数手段と、
回転速度演算装置とを具備し、前記回転速度演算装置
は、前記高速度領域では、前記第１の２相パルス信号の
計数値に基づいて回転速度を算出し、前記低速度領域で
は、前記第２の２相パルス信号の計数値に基づいて、回
転速度を算出するように構成されたことにある。

【０００９】上記目的を達成する第４の発明の特徴は、
回転体の回転によって、プラス及びマイナスの両電圧極
性を有しかつ互いに９０度の位相差を有する正弦波及び
余弦波の２相信号と、９０度の位相差を持つ第１の２相
パルス信号を出力する正弦波エンコーダと、前記正弦波
信号及び前記余弦波信号のそれぞれを中性点電位と比較
することによって、９０度の位相差を持つ第２の２相パ
ルス信号を出力するパルス作成手段と、前記正弦波信号
を、絶対値化してプラス側電圧のみの絶対値信号として
出力する絶対値変換手段と、前記回転体の高速度領域で
は前記第１の２相パルス信号を、前記回転体の低速度領
域では前記第２の２相パルス信号を出力するパルス切り
換え手段と、前記パルス切り換え手段から出力される２
相パルス信号を計数するパルス計数手段と、回転速度演
算装置とを具備し、前記回転速度演算装置は、前記高速
度領域では、前記第１の２相パルス信号の計数値に基づ
いて回転速度を算出し、前記低速度領域では、前記第２
の２相パルス信号の出力レベルに基づき前記正弦波信号
の象限を判別すると共に、前記絶対値信号に基づいて、
判別された前記象限内での角度を求め、この角度を用い
て得られた回転位置、及び前記第２の２相パルス信号の
計数値に基づいて、回転速度を算出するように構成され
たことにある。

【００１０】上記目的を達成する第５の発明の特徴は、
前記絶対値変換手段から出力される前記絶対値信号のピ
ーク値を検出する手段を備え、前記回転速度演算装置
は、前記正弦波エンコーダが出力する前記正弦波の規定
ピーク値、及び前記絶対値信号のピーク値に基づいて、
補正係数を算出し、前記絶対値信号に基づいて判別され
た前記象限内での角度の算出を、前記補正係数にて補正
された前記絶対値信号に基づいて前記判別された象限内
での角度の算出として実行することにある。

【００１１】上記目的を達成する第６の発明の特徴は、
前記回転速度演算装置は、前記絶対値信号がこの絶対値
信号に対して設定されたデッドバンド外にあるとき、前
記２相パルス信号の出力レベルに基づく前記正弦波信号
の象限判別を実行することにある。

【００１２】上記目的を達成する第７の発明の特徴は、
前記回転速度演算装置は、前記デッドバンドを、前記第
２の２相パルス信号が前記正弦波信号及び前記余弦波信
号に対して位相遅れが生じる部分に設定することにあ
る。

【００１３】上記目的を達成する第８の発明の特徴は、
前記角度は前記絶対値信号値のSin^-1 演算により算出す
ることにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転速度検出装置
の一実施例を説明する。図２は本実施例の回転速度検出
装置を適用したシステムであるモータ制御装置の全体構
成を示す。

【００１５】制御装置６は、演算装置７，ＰＷＭ信号発
生装置８，９、及び回転速度検出装置１０を備える。演
算装置７は、マイクロコンピュータなどの演算機能を有
する手段により構成され、所定のサンプリング周期毎に
回転速度検出装置１０で検出された回転速度検出値を入
力する。回転速度検出装置１０は、アナログ／ディジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ変換器）を備えた１チップのマイコン
などで構成される。回転速度検出装置１０は、モータ１
のシャフトに取付けられた正弦波エンコーダ２から出力
される正弦波と余弦波、及び正弦波と余弦波と同相なパ
ルスとを入力し、後述する処理を実行してモータ１の回
転速度を検出する。演算装置７は、速度指令値、及び回
転速度検出装置１０が出力する速度検出値を用いて回転
速度制御演算を実行し、電圧指令値をＰＷＭ信号発生装
置９に出力する。ＰＷＭ信号発生装置９は、電圧指令に
応じたＰＷＭ信号を変換器５へ出力する。変換器５は、
直流電力を交流電力に変換してモータ１に所定の交流電
力を供給することによって、速度指令値に従った回転速
度でモータ１を回転させる。変換器４は、交流電源３か
ら出力される交流電力を所定の直流電力に変換する。こ
の変換器４における変換は、ＰＷＭ信号発生装置８が演
算装置７から受けた電圧指令値に応じたPWM信号を変換
器４に出力することによって行われる。

【００１６】回転速度検出装置１０の詳細構成を図１を
用いて説明する。回転速度検出装置１０は、回転速度の
演算を実行する１チップのマイコンで構成される回転速
度演算装置１８を備える。回転速度演算装置１８は、プ
ラス電圧のみに対して変換能力があるＡ／Ｄ変換器１
９，回転速度計算手段２０，ピーク値補正係数算出手段
２１，微小位置算出手段２２及び所定の周期で回転速度
検出タイミングを発生するタイマ２３を有する。回転速
度検出装置１０は、更に、プラス／マイナスの両電圧極
性の正弦波を絶対値化しプラス電圧に変換する絶対値変
換手段１１，回転速度検出タイミングで絶対値化された
正弦波の波形値を保持する位相値ホールド手段１２，正
弦波，余弦波と中性点電位とを比較してパルスを作成す
るパルス作成手段１３，正弦波エンコーダ２から入力さ
れるパルスPsin，Pcos、及びパルス作成手段１３で作成
したパルスCPsin，CPcosの２種類のパルスを切り換えて
出力するパルス切り換え手段１５，正弦波のピーク検出
タイミングをピーク値補正係数算出手段２１及びピーク
値ホールド手段２４に出力するエッジ抽出手段１４，パ
ルス切り換え手段１５から出力される２つのパルス(例
えば、パルスCPsin，CPcos)の各出力レベルを保持する
象限保持手段１６，パルス切り換え手段１５から出力さ
れた２つのパルスの出力レベルの関係に基づきパルスの
カウントと時間を測定するパルス・時間カウント手段１
７，絶対値化された正弦波のピークの波形値を保持する
ピーク値ホールド手段２４を備える。

【００１７】正弦波エンコーダ２は、一定量回転する毎
にモータの回転速度に比例した周波数で、かつ９０度の
位相差とプラス／マイナスの両電圧極性を有する正弦波
Vsin、及び余弦波Vcos、並びに正弦波Vsinと同相なパル
スPsin、及び余弦波Vcosと同相なパルスPcosを出力す
る。絶対値変換手段１１は、正弦波Vsinのマイナス電圧
をプラス電圧に変換した絶対値正弦波Vabsを出力する。
この絶対値正弦波Vabsがプラス電圧のみ変換可能である
Ａ／Ｄ変換器１９に入力されることは、プラス／マイナ
スの両電圧極性を有する正弦波エンコーダ２の出力であ
る正弦波Vsinが実質的にＡ／Ｄ変換器１９に入力される
ことに相当する。位相値ホールド手段１２は、タイマ２
３から出力される回転速度検出タイミングで、位置の算
出に必要な絶対値正弦波Vabsを保持した信号として検出
位相値Viを出力する。正弦波エンコーダ２から出力され
る正弦波Vsinには、モータの回転位置により振幅の変動
が生じるため、検出精度の低下を招いてしまう。そこ
で、振幅の変動を補正する必要があり、ピーク値ホール
ド手段２４は、後述のエッジ抽出手段１４から出力され
るピーク検出タイミングで絶対値正弦波Vabsのピーク値
Vpeak をホールドする。正弦波エンコーダ２から出力さ
れるパルスPsin及びPcosは、それぞれ同相な正弦波Vsi
n，余弦波Vcosに対して位相遅れが存在する。この位相
遅れを低減するために、パルス作成手段１３は、正弦波
Vsin及び余弦波Vcosと中性点電位とを比較することによ
ってパルスCPsin及びCPcosを作成する。従って、パルス
CPsin 及びCPcos は、パルスPsin及びPcosより立ち上が
り／立ち下がりの早いパルスとなる。パルス切り換え手
段１５は、回転速度演算装置１８の回転速度計算手段２
０が出力する切り換え信号ＳＷに応じて、正弦波エンコ
ーダ２から出力されたパルスPsin及びPcos、及びパルス
作成手段１３で作成されたパルスCPsin及びCPcosの２種
類のパルスうち、いずれかをパルスSPsin及びSPcosとし
て出力する。すなわち、パルス切り換え手段１５は、後
述する高速度領域を示す切り換え信号ＳＷに対してはパ
ルスPsin及びPcosをパルスSPsin及びSPcosとして出力す
る。パルス切り換え手段１５は、後述する低速度領域を
示す切り換え信号ＳＷに対してはパルスCPsin及びCPcos
をパルスSPsin及びSPcosとして出力する。このパルスの
切り換えのタイミングは、パルスPsinの立ち下がりに連
動する。

【００１８】エッジ抽出手段１４は、絶対値正弦波Vabs
のピークのタイミングがパルスSPcosの立ち上がり、及
び立ち下がりと一致することから、パルスSPcosの立ち
上がり、及び立ち下がりのエッジを抽出し、ピークの検
出タイミングとして出力する。パルス・時間カウント手
段１７は、パルスカウンタ１７Ａ及び時間カウンタ１７
Ｂを有する。パルスカウンタ１７Ａは、入力となるパル
スSPsin の立ち上がり、及び立ち下がりで回転方向に従
いカウントアップ、又はダウンカウントする。また、時
間カウンタ１７Ｂは、常に一定周期の基準クロックをカ
ウントしており、パルスカウンタ１７Ａがカウントした
時点に同期して測定する。このため、パルスをカウント
するのに要した時間を正確に求めることができる。ただ
し、パルスカウンタ１７Ａのアップ／ダウンは、パルス
SPsin及びSPcosの出力レベルの関係から決まる。例え
ば、モータの回転方向が正転であればアップカウント、
逆転であればダウンカウントとなる。象限保持手段１６
は、正弦波における９０度毎に区切られた４つの象限
（図７参照）の判定に必要なパルスSPsin及びSPcosの出
力レベルを、タイマ２３から出力される回転速度検出タ
イミングで保持する。回転速度演算装置１８内のＡ／Ｄ
変換器１９，ピーク値補正係数算出手段２１及び微小位
置算出手段２２は、低速度領域における回転速度を補正
する補正値（後述の位置ΔＭ）を求める補正値算出手段
である。

【００１９】ピーク値補正係数算出手段２１は、エッジ
抽出手段１４から出力されるピーク検出タイミングで実
行されるプログラムに基づいて演算処理を行う。ピーク
値補正係数算出手段２１は、ピーク検出タイミング時の
パルスSPsin のレベルと絶対値正弦波Vabsのピーク値Vp
eakとを取り込み、ピーク値Vpeakを正弦波Vsinの規定ピ
ーク値Voに補正する補正係数（αｐ，αｎ）の算出を行
う。

【００２０】微小位置算出手段２２は、タイマ２４から
所定の回転速度検出周期で出力される回転速度検出タイ
ミングで実行されるプログラムに基づいて演算処理を行
う。微小位置算出手段２２は、回転速度検出タイミング
で、検出位相値Vi，象限保持手段１６で保持されている
パルスSPsin及びSPcosの出力レベル、及びピーク値補正
係数算出手段２１で得られた補正係数αｐまたはαｎを
入力し、検出位相値Viに対して後述のピーク補正及びデ
ッドバンド処理を行って補正位相値Vadjを求める。更
に、微小位置算出手段２２は、位置ΔＭを算出する。す
なわち、微小位置算出手段２２は、パルスSPsin及びSPc
osの出力レベルに基づいて補正位相値Vadjの象限を判定
し、この象限内の角度θを、補正位相値Vadjを用いSin
^-1 演算にて算出する。位置ΔＭはこの角度θに基づい
て算出される。回転速度計算手段２０は、パルス・時間
カウント手段１７から出力されたパルス数（パルスカウ
ンタ１７Ａの出力）、これに要した時間(時間カウンタ
１７Ｂの出力)、及び微小位置算出手段２２の出力であ
る位置ΔＭに基づいて回転速度を演算し出力する。回転
速度計算手段２０における回転速度の演算については、
後で詳細に説明する。

【００２１】上述した個々の処理について詳細に説明す
る。ピーク値補正係数算出手段２１における補正方法
を、図３を用いて説明する。正弦波エンコーダ２から出
力される正弦波Vsinは、モータの回転位置などによっ
て、正弦波Vsinの振幅に変動を生じる。位置ΔＭは、速
度検出タイミング時点に検出した位相値Viの角度θから
算出される。正弦波Vsinにピーク値変動が生じると、正
確な角度θを算出できないので、ピーク値変動を補正す
る必要がある。この補正方法は、正弦波Vsinのピーク値
Vpeakを検出し、ピーク値Vpeakを正弦波Vsinの規定ピー
ク値Voに補正する補正係数αを次式から計算し、この補
正係数αを位相値Viに乗算して補正を加えるものであ
る。なお、正弦波Vsinのピーク値は、プラス／マイナス
電圧の極性によって大きさが異なることから、各極性毎
にそれぞれ補正係数αｐ，αｎを（１）式及び（２）式
により算出する。但し、ピーク値Vpeak は絶対値である
ため、その極性は正弦波Vsinと同相なパルスCPsinの出
力レベルにて判定する。

【００２２】 補正係数αｐ＝規定ピーク値Vo／プラス極性の検出ピーク値Vpeak …（１） 補正係数αｎ＝規定ピーク値Vo／マイナス極性の検出ピーク値Vpeak …（２） 例えば、図３のｃ周期内で回転速度検出のタイミングが
発生した場合の検出位相値Viに対する補正は、同極性の
前周期となるａ周期内で検出した検出ピーク値Vpp(i）
にて算出された補正係数αｐ(i)を用いて行われる(補正
係数αｐ(i)との乗算)。この補正の結果として、補正正
弦波Vadjが求められる。

【００２３】実際には、ピーク値補正係数算出手段２１
は補正係数αｐ及びαｎの算出を行い、微小位置算出手
段２２は補正係数αｐ及びαｎを用いて検出位相値Viに
補正を加える。

【００２４】ピーク値補正係数算出手段２１が、エッジ
抽出手段１４から供給されるピーク検出タイミングにて
実行する補正係数算出処理を、図４に基づいて説明す
る。まず、ピーク値ホールド手段２４から出力された検
出ピーク値Vpeak をＡ／Ｄ変換器１０８を介して入力す
る（ステップ３１）。ステップ３２で正弦波Vsinと同相
なパルスCPsinを取り込む。ステップ３３では検出ピー
ク値Vpeakの極性をパルスCPsin の出力レベルにて判定
する。プラス極性の場合はステップ３４で（１）式によ
り補正係数αｐを算出する。マイナス極性の場合はステ
ップ３５で（２）式により補正係数αｎを算出する。

【００２５】微小位置算出手段２２におけるデッドバン
ド処理を、図５及び図６を用いて説明する。デッドバン
ド処理は、パルスの位相遅れ幅分をデッドバンドとし、
デッドバンド内での象限判定と角度θの算出を行わない
ことで、位相遅れに起因する誤差を防ぐものである。パ
ルス作成手段１３にて作成されたパルスCPsin 及びCPco
s は、正弦波Vsin，余弦波Vcosに対して立ち上がり、又
は立ち下がりで若干の位相遅れTdがある。この位相遅れ
Tdによって、パルス・時間カウント手段１７のパルスカ
ウンタ１７Ａに位相遅れTd分のカウント遅れCdが発生す
る。更に、位相遅れTdが発生している間に微小位置算出
手段２２において象限の判定が行われると、象限判定ミ
スが発生する。つまり、微小位置算出手段２２でのデッ
ドバンド処理は、このカウント遅れCd、及び象限判定ミ
スを防止するために、図６に示すように絶対値正弦波Va
bsにデッドバンドDl及びDhを設定する。デッドバンドＤ
ｌ及びＤｈは、パルスCPsin，CPcosの位相遅れTdが発生
する零クロス付近、及びピーク値付近に設定される。デ
ッドバンドDl及びDhの幅は、位相遅れTdの時間における
絶対値正弦波Vabsの出力値としている。デッドバンド内
か否かの判定は、検出位相値Viにピーク補正を加えた補
正正弦波Vadjに対して行う。デッドバンド内であると判
定された場合には象限の判定が行われず、デッドバンド
外であると判定された場合に象限の判定が行われる。

【００２６】微小位置算出手段２２における位置ΔＭの
算出について説明する。モータ１の回転速度は、速度検
出周期内でのパルス数から求める。このパルス数はパル
スカウンタ１７Ａでカウントしている。パルスカウンタ
１７Ａは、入力されるパルスSPsin の立ち上がり及び立
ち下がりで回転方向に応じてアップカウント又はダウン
カウントする。位置ΔＭは、パルスSPsin 内の微小位置
を示している。つまり、位置ΔＭは、パルスカウンタ１
７Ａのカウントから次のカウントまでを表した量(０≦
ΔＭ＜１)である。そして、位置ΔＭは、カウントに用
いるパルスSPsinと同相な絶対値正弦波Vabsを用いて算
出する。図７は、位置ΔＭ，絶対値正弦波Vabs、及びパ
ルスカウンタの関係を示す。絶対値正弦波Vabsは、９０
度毎に区切られた４つの象限(Ｉ〜IV)を有する。パルス
CPsinの出力レベルとパルスCPcosの出力レベルの関係
は、図７のようになる。位置ΔＭは、モータ１が正回転
しているならば０≦ΔＭ＜１の値であり、パルスカウン
タ１７Ａのカウントと同期して０〜１を繰り返す。同様
に、モータ１が逆転回転する場合においても、位置ΔＭ
は常に０≦ΔＭ＜１の値をとり、パルスカウンタの減少
に同期して１〜０を繰り返す。つまり、逆回転時の位置
ΔＭの値は０≦ΔＭ＜１の範囲となる。しかしながら、
パルスカウンタ１７Ａの値が正のときにおけるパルスカ
ウンタ値、及び加算後の位置ΔＭ相当分は１〜０と減少
し、逆にパルスカウンタの値が負のときは、パルスカウ
ンタ値と加算後の位置ΔＭ相当分は０〜−１の値を繰り
返すこととなる。なお、逆回転時の位置ΔＭの値のとり
方は、正回転時の各象限における位置ΔＭとの関係を、
逆回転時の象限に置き換えたものである。

【００２７】次に、補正正弦波Vadjを用いた位置ΔＭの
算出方法を説明する。微小位置算出手段２２は、Ａ／Ｄ
変換器１９を介して回転速度検出タイミングで検出位相
値Viを入力し、検出位相値Viに対してピーク値補正処理
及びデッドバンド処理を行い補正正弦波Vadjを算出す
る。また、パルスCPsin及びCPcosの出力レベルから象限
を判定すると共に、この象限を基に補正正弦波Vadjから
Sin^-1 演算にて角度θを求める。次に、求めた角度θを
パルスのカウント点である１８０°で除算することで位
置ΔＭを算出できる。微小位置算出手段２２における位
置ΔＭの算出を図８のフローチャートを用いて説明す
る。ステップ４１〜４３にて、パルスCPsin及びCPcos
の出力レベルから象限を判定する。次に、ステップ４４
〜４７にて各象限における角度θを、補正正弦波Vadjを
用いてSin^-1 演算により算出する。但し、Sin^-1 演算で
算出される角度は０°≦θ＜９０°であるから、各象限
での角度θは次のようになる。Ｉ象限，III 象限におけ
る角度θは（３）式より求められる。

【００２８】 θ＝Sin^-1Vadj …（３） II象限，IV象限では（４）式によって角度θを算出す
る。

【００２９】 θ＝１８０°−Sin^-1Vadj …（４） ステップ４８で、求めた角度θを１８０°で除算するこ
とで位置ΔＭを算出する。

【００３０】 ΔＭ＝θ／１８０ …（５） 回転速度計算手段２０にて実行される回転速度の演算に
ついて説明する。モータ１の回転速度は、正弦波エンコ
ーダ２からモータ１の回転速度に比例した周波数で出力
されるパルスPsinおよびPcos，正弦波Vsin、及びパルス
作成手段１３で作成されたパルスCPsin，CPcosを用いて
演算される。モータ１の回転速度は、一般的な速度を求
める式（距離／時間）と同様にして求められる。すなわ
ち、距離はパルスのカウント数Ｍであり、時間は距離と
なるパルス数のカウントに要した時間Ｔである。パルス
のカウント数及びこのカウントに要した時間は、パルス
・時間カウント手段１７で得られる。

【００３１】モータ１の回転速度が低くなると、正弦波
エンコーダ２から出力されるパルスPsin及びPcosの周期
が長くなり、所定の回転速度検出周期内でカウントでき
るパルス数も減少する。このため、パルス数の減少を補
うことが必要となる。そこで、前述した位置ΔＭを用い
ることで、パルス数の減少を補うことができる。ここ
で、回転速度検出周期毎にカウントできるパルス数が多
く、パルス数の減少の補正をする必要がなくカウントさ
れたパルス数を用いた演算で十分に精度がでる回転速度
領域を高速度領域とし、パルス数の減少から正弦波Vsin
によりパルス数の減少を補う必要のある回転速度領域を
低速度領域と定義する。高速度領域と低速度領域との切
り換えは、任意に設定可能である。

【００３２】回転速度計算手段２０は、高速度領域及び
低速度領域における回転速度を算出する。まず、高速度
領域における回転速度の算出方法を、図９を用いて説明
する。高速度領域においては、パルス数の減少の補正を
する必要がなくカウントされたパルス数を用いて回転速
度を算出する。このため、回転速度の算出に用いるパル
スは、正弦波エンコーダ２から出力されるパルスPsin及
びPcosを用いる。パルス切り換え手段１５は、高速度領
域において、後述の高速度領域を示す信号ＳＷに基づい
て、入力したパルスPsin及びPcos、及びパルスCsin及び
Ccosのうち、パルスPsin及びPcosをパルスSPsin及びSPc
osとしてパルス・時間カウント手段１７に出力する。パ
ルス・時間カウント手段１７のパルスカウンタ１７Ａ
は、入力したパルスSPsin の立ち上がり及び立ち下がり
でアップカウント（モータ１は正回転）し、パルス数Ｍ
を出力する。時間カウンタ１７Ｂは、基準クロックをカ
ウントしてパルスカウンタ１７Ａのカウントに同期して
カウントに要する時間Ｔを測定する。回転速度計算手段
２０は、回転速度検出タイミング(i）でパルスカウンタ
１７Ａからパルス数Ｍ(i)を、また、時間カウンタ１７
Ｂから時間Ｔ(i)を入力する。回転速度計算手段２０
は、前回の回転速度検出タイミング(i-1）で入力したパ
ルス数Ｍ(i-1)及び時間Ｔ(i-1)を用いて、（６）式によ
り高速度領域における回転速度を算出する。

【００３３】 高速度領域での回転速度＝移動距離Ｌ／移動距離Ｌに要した時間 ＝(Ｍ(i)−Ｍ(i-1))／(Ｔ(i)−Ｔ(i-1)) …（６） なお、高速度領域では、エンコーダ２から多数のパルス
Psin及びPcosが出力されパルスの位相遅れの影響は小さ
くなるので、パルスPsin及びPcosのパルス数Ｍ(i)を用
いて得られた高速度領域での回転速度の精度は、高い状
態にある。

【００３４】回転速度計算手段２０で実行される低速度
領域における回転速度の算出方法を、図１０を用いて説
明する。パルス数が減少する低速度領域においては、パ
ルス数の減少を補正するために、正弦波Vsinからパルス
間の位置ΔＭ(０≦ΔＭ＜１)を用いて回転速度を算出す
る。位置ΔＭは、微小位置算出手段２２から出力され
る。低速度領域においては、正弦波を用いて回転速度を
算出することから、正弦波Vsin，余弦波Vcosに対するパ
ルスPsin及びPcosの位相遅れが問題となる。そこで、低
速度領域における回転速度の算出に用いるパルスは、位
相遅れの少ないパルスCPsin及びCPcosである。パルス切
り換え手段１５は、低高速度領域において、後述の低速
度領域を示す信号ＳＷに基づいて、入力したパルスPsin
及びPcos、及びパルスCsin及びCcosのうち、パルスCPsi
n及びCPcosをパルスSPsin及びSPcosとしてパルス・時間
カウント手段１７に出力する。パルス切り換え手段１５
から出力されるパルスSPsin及びSPcosであるパルスCPsi
n及びCPcosは、エッジ抽出手段１４及び象限保持手段１
６にも入力される。高速度領域での回転速度の算出と同
様に、回転速度検出タイミング(i）で、パルスカウンタ
１７Ａからパルス数Ｍ(i)が、また、時間カウンタ１７
Ｂから時間Ｔ(i)が入力される。低速度領域における回
転速度の算出においては、タイミング(i）で、微小位置
検出手段２２から位置ΔＭ(i)が入力される。前回の回
転速度検出のタイミング（i-1）で入力したパルス数Ｍ
(i-1)，時間Ｔ(i-1)及び位置ΔＭ(i-1）を用いて、
（７）式により低速度領域における回転速度を算出す
る。

【００３５】 低速度領域での回転速度＝移動距離Ｌ／移動距離Ｌに要した時間 ＝Ｍ(i)＋ΔＭ(i)−{Ｍ(i-1)＋ΔＭ(i-1)}／(Ｔ(i)−Ｔ(i-1))…（７） 但し、移動距離Ｌに要した時間は高速度時のパルスカウ
ンタ１７Ａがカウントしたときの時間ではなく、速度検
出タイミング時点での時間カウンタ１７Ｂの測定値であ
る。

【００３６】回転速度計算手段２０で実行される上記し
た回転速度算出の処理の内容を、図１１に基づいて説明
する。回転速度を求める演算は、タイマ２３から所定の
回転速度検出周期で出力される回転速度検出タイミング
に同期して実行される。まず、ステップ５１で、パルス
カウンタ１７Ａからパルス数Ｍ(i）を、時間カウンタ１
７Ｂから時間Ｔ(i)を入力する。回転速度検出周期内で
の移動距離Ｌ（＝Ｍ(i)−Ｍ(i-1))を算出する(ステップ
５２)。移動距離Ｌに基づいて、高速度領域か、低速度
領域かが判定される(ステップ５３)。ステップ５２で算
出された移動距離Ｌが設定移動距離Ｌ₀ よりも大きい場
合は、高速度領域と判定される。逆に、この移動距離Ｌ
が設定移動距離Ｌ₀ 以下の場合は、低速度領域と判定さ
れる。回転速度計算手段２０は、ステップ５３の判定結
果に基づいて、高速度領域を示す信号ＳＷ、及び低速度
領域を示す信号ＳＷのいずれかを出力する。高速度領域
を示す信号ＳＷが出力された場合に、パルス切り換え手
段１５はパルスPsin及びPcosをパルスSPsin及びSPcosと
して出力する。低速度領域を示す信号ＳＷが出力された
場合に、パルス切り換え手段１５はパルスCPsin及びCPc
osをパルスSPsin 及びSPcosとして出力する。ステップ
５３の判定結果が高速度領域であるとき、（６)式によ
る演算が実行される(ステップ６３)。ステップ６１で、
微小位置算出手段２２において算出された位置ΔＭを入
力する。ステップ５３の判定結果が低速度領域であると
き、（７）式による演算が実行される(ステップ６２)。
最後に、ステップ６２または６３にて得られた回転速度
が演算装置７に出力される（ステップ６４）。ステップ
６４においては、回転速度検出タイミング(i）での回転
速度演算に用いたパルス数Ｍ(i)，時間Ｔ(i)，位置ΔＭ
の各値を前回値として更新し、次回の回転速度検出タイ
ミング時での回転速度演算に用いるデータとしてメモリ
(図示せず)に格納する。

【００３７】本実施例によれば、回転体の回転速度に応
じて、すなわち高速度領域と低速度領域で回転速度の算
出方法を切り換えるため、特に、高速度領域ではパルス
数Ｍ及び時間Ｔを用いて行うため、回転速度を求める処
理時間が減少できる。また、低速度領域では、正弦波，
余弦波に基づいて作成された位相遅れの少ないパルスCP
sin及びCPcosを用いて、回転速度を算出するので、パル
スの位相遅れに起因する誤差が減少し、得られた低速度
領域での回転速度の精度が向上する。位置ΔＭを用いて
補正するので、求められた回転速度の精度が更に向上す
る。

【００３８】本実施例によれば、パルスCPsin及びCPcos
を用いて象限を判定するので、象限の判定ミスを防止で
き象限を適切に判定できる。また、デッドバンドを設け
て象限の判定を行うことによって象限のずれを無くすこ
とができる。これらは、それぞれ得られた回転速度の精
度を向上させる。また、プラス／マイナスの両極性を持
つ正弦波を絶対値化することで、パルス間の位置を求め
る際に用いる正弦波を、１チップマイコンで作られた回
転速度演算装置１８にこれに内蔵されるＡ／Ｄ変換器１
９を用いて入力することができるため、回転速度演算装
置１８を小型化できる。これは、回転速度検出装置１０
の小型化にもつながる。

【００３９】回転速度演算装置１８で実行される前述の
回転速度算出の処理の内容を、図１２に基づいて説明す
る。ステップ５１〜５３、及び６２〜６４は、図１１で
説明した処理と同じである。ステップ５３で高速度領域
と判定された場合は、ステップ６３の演算が実行され
る。

【００４０】ステップ５３で低速度領域と判定された場
合を、以下に説明する。低速度領域と判定された場合に
は、ステップ５４〜６２の低速度領域の回転速度算出処
理が実行される。まず、位相値ホールド手段１２にてホ
ールドされている位相値Vi(i）をＡ／Ｄ変換器１９を介
して入力する。更に、象限保持手段１６が保持している
パルスSPsin及びSPcosの各出力レベルを入力する(ステ
ップ５５)。ステップ５６で、パルスSPsin及びSPcosの
各出力レベルの関係から位相値Viの象限を判定する。

【００４１】次に、位相値Vi(i）をピーク値補正係数算
出手段２１で算出したピーク値補正係数αｐまたはαｎ
を用いて補正する。まず、パルスSPsin の出力レベルか
ら、位相値Vi(i）の極性を判断する(ステップ５７)。位
相値Vi(i）の極性がプラスであると判定された場合に
は、補正正弦波Vadjが位相値Vi(i)と補正係数αｐ(i-1)
との乗算により求められる(ステップ５８)。位相値Vi
(i）の極性がマイナスであると判定された場合には、補
正正弦波Vadjが位相値Vi(i)と補正係数αｎ(i-1)との乗
算により求められる(ステップ５９)。その後、補正正弦
波Vadjが、デッドバンド内か否かのチェックを行う(ス
テップ６０)。デッドバンド内であれば、ステップ５１
からの処理を再度行う。これは、ステップ５６で象限の
判定がデッドバンド内で行われており、判定ミスが生じ
ている象限の判定結果に基づいた位置ΔＭの算出を避け
るためである。ステップ６０の判定がＮｏであれば、ス
テップ６１Ａでの算出、すなわち、求めた象限をもと
に、補正サインVadjからの角度θの算出、及び角度θか
らの位置ΔＭの算出を行う。ステップ５６の処理は、前
述のステップ５５とステップ５７との間ではなく、ステ
ップ６０とステップ６１との間で行ってもよい。ステッ
プ６１Ａの処理後に、ステップ６２及び６４の処理が実
行される。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、正弦波エンコーダから
出力される正弦波，余弦波を用いて位相遅れの少ないパ
ルスを作成すると共に、正弦波にデッドバンドを設けて
象限判別することにより象限のずれを無くすことができ
るため、精度の良い速度検出を実現できるという効果が
ある。また、プラス／マイナスの両極性を持つ正弦波を
絶対値化することで、パルス間の位置を求める際に用い
る正弦波を１チップマイコンが内蔵するＡ／Ｄ変換器を
用いて入力することができるため、検出回路を小型化で
きるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である回転速度検出装
置の構成図である。

【図２】図１の回転速度検出装置を適用したモータ制御
装置の構成図である。

【図３】ピーク値補正係数算出手段で行われるピーク値
の変動補正方法の概要を示す説明図である。

【図４】ピーク値補正係数算出手段で行われるピーク値
変動補正処理のフローチャートである。

【図５】パルス位相遅れの説明図である。

【図６】デッドバンドの設置に関する説明図である。

【図７】正転時(ａ)及び逆転時(ｂ)における位置ΔＭの
変化を示す説明図である。

【図８】微小位置算出手段にて実行される位置ΔＭの算
出のフローチャートである。

【図９】高速度領域における回転速度の算出の概要を示
す説明図である。

【図１０】低速度領域における回転速度の算出の概要を
示す説明図である。

【図１１】回転速度計算手段で実行される回転速度算出
の全体のフローチャートである。

【図１２】回転速度演算装置で実行される回転速度算出
の処理の全体を示すフローチャートである。

【符号の説明】 ２…正弦波エンコーダ、１０…回転速度検出装置、１１
…絶対値変換手段、１２…位相値ホールド手段、１３…
パルス作成手段、１５…パルス切り換え手段、１７…パ
ルス・時間カウント手段、１８…回転速度演算装置、１
９…Ａ／Ｄ変換器、２０…回転速度計算手段、２１…ピ
ーク値補正係数算出手段、２２…微小位置算出手段、２
４…ピーク値ホールド手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 敏彦 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 川原吹 和男 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体の回転によって、プラス及びマイナ
   スの両電圧極性を有しかつ互いに９０度の位相差を有す
   る正弦波及び余弦波の２相信号を出力する正弦波エンコ
   ーダと、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のそれぞれ
   を中性点電位と比較することによって、９０度の位相差
   を持つ２相パルス信号を出力するパルス作成手段と、前
   記正弦波信号を、絶対値化してプラス側電圧のみの絶対
   値信号として出力する絶対値変換手段と、回転速度演算
   装置とを具備し、 前記回転速度演算装置は、前記２相パルス信号の出力レ
   ベルに基づき前記正弦波信号あるいは余弦波信号の象限
   を判別すると共に、前記絶対値信号に基づいて、判別さ
   れた前記象限内での角度を求め、この角度を用いて得ら
   れた回転位置、及び前記２相パルス信号の計数値に基づ
   いて、回転速度を算出するように構成されたことを特徴
   とする回転速度検出装置。
2. 【請求項２】前記回転速度演算装置は、入力した前記絶
   対値信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジ
   タル変換器を有し、ディジタル信号に変換された前記絶
   対値信号を演算に用いる請求項１の回転速度検出装置。
3. 【請求項３】回転体の回転によって、プラス及びマイナ
   スの両電圧極性を有しかつ互いに９０度の位相差を有す
   る正弦波及び余弦波の２相信号と、９０度の位相差を持
   つ第１の２相パルス信号を出力する正弦波エンコーダ
   と、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のそれぞれを中
   性点電位と比較することによって、９０度の位相差を持
   つ第２の２相パルス信号を出力するパルス作成手段と、
   前記回転体の高速度領域では前記第１の２相パルス信号
   を、前記回転体の低速度領域では前記第２の２相パルス
   信号を出力するパルス切り換え手段と、前記パルス切り
   換え手段から出力される２相パルス信号を計数するパル
   ス計数手段と、回転速度演算装置とを具備し、 前記回転速度演算装置は、前記高速度領域では、前記第
   １の２相パルス信号の計数値に基づいて回転速度を算出
   し、前記低速度領域では、前記第２の２相パルス信号の
   計数値に基づいて、回転速度を算出するように構成され
   たことを特徴とする回転速度検出装置。
4. 【請求項４】回転体の回転によって、プラス及びマイナ
   スの両電圧極性を有しかつ互いに９０度の位相差を有す
   る正弦波及び余弦波の２相信号と、９０度の位相差を持
   つ第１の２相パルス信号を出力する正弦波エンコーダ
   と、前記正弦波信号及び前記余弦波信号のそれぞれを中
   性点電位と比較することによって、９０度の位相差を持
   つ第２の２相パルス信号を出力するパルス作成手段と、
   前記正弦波信号を、絶対値化してプラス側電圧のみの絶
   対値信号として出力する絶対値変換手段と、前記回転体
   の高速度領域では前記第１の２相パルス信号を、前記回
   転体の低速度領域では前記第２の２相パルス信号を出力
   するパルス切り換え手段と、前記パルス切り換え手段か
   ら出力される２相パルス信号を計数するパルス計数手段
   と、回転速度演算装置とを具備し、 前記回転速度演算装置は、前記高速度領域では、前記第
   １の２相パルス信号の計数値に基づいて回転速度を算出
   し、前記低速度領域では、前記第２の２相パルス信号の
   出力レベルに基づき前記正弦波信号の象限を判別すると
   共に、前記絶対値信号に基づいて、判別された前記象限
   内での角度を求め、この角度を用いて得られた回転位
   置、及び前記第２の２相パルス信号の計数値に基づい
   て、回転速度を算出するように構成されたことを特徴と
   する回転速度検出装置。
5. 【請求項５】前記絶対値変換手段から出力される前記絶
   対値信号のピーク値を検出する手段を備え、前記回転速
   度演算装置は、前記正弦波エンコーダが出力する前記正
   弦波の規定ピーク値、及び前記絶対値信号のピーク値に
   基づいて、補正係数を算出し、前記絶対値信号に基づい
   て判別された前記象限内での角度の算出を、前記補正係
   数にて補正された前記絶対値信号に基づいて前記判別さ
   れた象限内での角度の算出として実行する請求項１また
   は請求項４の回転速度検出装置。
6. 【請求項６】前記回転速度演算装置は、前記絶対値信号
   がこの絶対値信号に対して設定されたデッドバンド外に
   あるとき、前記２相パルス信号の出力レベルに基づく前
   記正弦波信号の象限判別を実行する請求項１の回転速度
   検出装置。
7. 【請求項７】前記回転速度演算装置は、前記絶対値信号
   がこの絶対値信号に対して設定されたデッドバンド外に
   あるとき、前記第２の２相パルス信号の出力レベルに基
   づく前記正弦波信号の象限判別を実行する請求項４の回
   転速度検出装置。
8. 【請求項８】前記回転速度演算装置は、前記デッドバン
   ドを、前記第２の２相パルス信号が前記正弦波信号及び
   前記余弦波信号に対して位相遅れが生じる部分に設定す
   る請求項７の回転速度検出装置。
9. 【請求項９】前記角度は前記絶対値信号値のSin^-1 演算
   により算出する請求項４の回転速度検出装置。