JPWO2020152836A1 - 角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記第1系統の励磁巻線に第1周期の交流電圧を印加する第1系統の励磁部と、
前記第2系統の励磁巻線に、前記第1周期よりも長い第2周期の交流電圧を印加する第2系統の励磁部と、
前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号を予め設定された検出タイミングで周期的に検出する第1系統の出力信号検出部と、
前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に対して、前記第2周期の成分を除去する第2周期成分除去処理を行う第1系統の除去処理部と、
前記第2周期成分除去処理後の前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記レゾルバの第1角度を算出する第1系統の角度算出部と、を備えたものである。
実施の形態1に係る角度検出装置について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る角度検出装置の概略構成図である。
角度検出装置は、レゾルバ1を備えている。レゾルバ1は、第1系統の励磁巻線10A、第1系統の2つの出力巻線111A、112A(第1系統の第1出力巻線111A、第1系統の第2出力巻線112Aとも称す)、第2系統の励磁巻線10B、第2系統の2つの出力巻線111B、112B(第2系統の第1出力巻線111B、第2系統の第2出力巻線112Bとも称す)を有している。第1系統の巻線と第2系統の巻線との間で磁気干渉が生じる。すなわち、第1系統の励磁巻線10Aが発生した磁束により、第1系統の2つの出力巻線111A、112Aだけでなく、第2系統の2つの出力巻線111B、112Bにも、誘起電圧が生じ、第2系統の励磁巻線10Bが発生した磁束により、第2系統の2つの出力巻線111B、112Bだけでなく、第1系統の2つの出力巻線111A、112Aにも、誘起電圧が生じる。
角度検出装置は、制御装置50を備えている。制御装置50は、図1に示すように、第1系統の励磁部51A、第1系統の出力信号検出部52A、第1系統の除去処理部53A、第1系統の角度算出部54A、第2系統の励磁部51B、第2系統の出力信号検出部52B、第2系統の除去処理部53B、及び第2系統の角度算出部54Bを備えている。制御装置50の各機能は、制御装置50が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置50は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
第1系統の励磁部51Aは、第1系統の励磁巻線10Aに第1周期TAの交流電圧VRA(本例では、正弦波の交流電圧VRA)を印加する。本実施の形態では、第1系統の励磁部51Aは、第1周期TAの交流電圧指令を算出し、交流電圧指令と三角波との比較結果に基づいて、出力回路93に設けられた第1系統の励磁巻線用のスイッチング素子をオンオフするPWM信号(Pulse Width Modulation)を生成する。スッチング素子がオンされると、電源電圧が第1系統の励磁巻線10A側に印加され、スッチング素子がオフされると、電源電圧の印加が停止する。
<第1系統の出力信号検出部52A>
第1系統の出力信号検出部52Aは、第1系統の2つの出力巻線111A、112Aの出力信号V1A、V2Aを予め設定された検出タイミング(以下、第1系統の検出タイミングとも称す)で周期的に検出する。
図4に第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aの例を示すように、第1系統の2つの出力巻線111A、112Aの出力信号V1A、V2Aには、それぞれ、系統間の磁気干渉により、第2系統の励磁巻線10Bに励磁された第2周期TBの磁束により誘起された第2周期の成分V1A_TB、V2A_TBが重畳する。図4の上段のグラフに、第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aを示し、中段のグラフに、第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aに含まれる、第1系統の励磁巻線10Aの磁束により誘起された第1周期の成分V1A_TAを示し、下段のグラフに、第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aに含まれる、第2系統の励磁巻線10Bの磁束により誘起された第2周期の成分V1A_TBを示す。第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aは、第1周期の成分V1A_TAと第2周期の成分V1A_TBとを合計した信号となり、この信号により角度を算出すると検出誤差が生じる。そのため、角度の検出誤差を抑制するため、第1系統の第1出力巻線の出力信号V1Aから、第2周期の成分V1A_TBを除去する必要がある。
そこで、第1系統の除去処理部53Aは、第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1A_S、V2A_Sに対して、第2周期の成分を除去(低減)する第2周期成分除去処理を行う。そして、第1系統の角度算出部54Aは、第2周期成分除去処理後の第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1A_F、V2A_Fに基づいて第1角度θ1を算出する。
ΔT1=TB/2+TB×M ・・・(1)
TB=TA×2×N ・・・(2)
ΔT1=TA×(N+2×N×M) ・・・(3)
V1A_F≒2×V1A_TA
V2A_F≒2×V2A_TA ・・・(4)
図6に示すように、系統間の磁気干渉がない場合は、第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1A_S、V2A_Sは、相互に電気角で90度異なる正弦波及び余弦波となっており、両者の比のアークタンジェントを算出することにより、第1角度θ1を算出することができる。系統間の磁気干渉がある場合も、第2周期成分除去処理後の第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1A_F、V2A_Fを用いれば、第1角度θ1を算出することができる。
θ1=tan−1(V1A_F/V2A_F) ・・・(5)
θ1≒tan−1{(2×V1A_TA)/(2×V2A_TA)}
=tan−1(V1A_TA/V2A_TA) ・・・(6)
<第2系統の出力信号検出部52B>
第2系統の出力信号検出部52Bは、第2系統の2つの出力巻線111B、112Bの出力信号V1B、V2Bを予め設定された検出タイミング(以下、第2系統の検出タイミングとも称す)で周期的に検出する。
図7に第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bの例を示すように、第2系統の2つの出力巻線111B、112Bの出力信号V1B、V2Bには、系統間の磁気干渉により、第1系統の励磁巻線10Aに励磁された第1周期TAの磁束により誘起された第1周期の成分が重畳する。図7の上段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bを示し、中段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bに含まれる、第2系統の励磁巻線10Bの磁束により誘起された第2周期の成分V1B_TBを示し、下段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bに含まれる、第1系統の励磁巻線10Aの磁束により誘起された第1周期の成分V1B_TAを示す。第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bは、第2周期の成分V1B_TBと第1周期の成分V1B_TAとを合計した信号となり、この信号により角度を算出すると検出誤差が生じる。そのため、角度の検出誤差を抑制するため、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bから、第1周期の成分V1B_TAを除去する必要がある。
そこで、第2系統の除去処理部53Bは、第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1B_S、V2B_Sに対して、第1周期の成分を除去(低減)する第1周期成分除去処理を行う。そして、第2系統の角度算出部54Bは、第1周期成分除去処理後の第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1B_F、V2B_Fに基づいて第2角度θ2を算出する。
ΔT2=TA×P ・・・(7)
TB=TA×2×N ・・・(8)
ΔT2=TB/2+TB×L ・・・(9)
ΔT2=TA×N×(1+2×L) ・・・(10)
V1B_F≒2×V1B_TB
V2B_F≒2×V2B_TB ・・・(11)
本実施の形態では、第1系統と同様に、第2系統の角度算出部54Bは、次式に示すように、第1周期成分除去処理後の第2系統の第1出力巻線の出力信号の検出値V1B_Fと、第2系統の第2出力巻線の出力信号の検出値V2B_Fとの比の、アークタンジェント(逆正接関数)を算出することにより、第2角度θ2を算出する。
θ2=tan−1(V1B_F/V2B_F) ・・・(12)
θ2≒tan−1{(2×V1B_TB)/(2×V2B_TB)}
=tan−1(V1B_TB/V2B_TB) ・・・(13)
次に、実施の形態2に係る角度検出装置について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る角度検出装置の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、制御装置50の第2系統の各処理部51B〜54Bの構成が、実施の形態1と異なる。
図9に第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bの例を示すように、第2系統の2つの出力巻線111B、112Bの出力信号V1B、V2Bには、系統間の磁気干渉により、第1系統の励磁巻線10Aに励磁された第1周期TAの磁束により誘起された第1周期の成分が重畳する。図9の上段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bを示し、中段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bに含まれる、第2系統の励磁巻線10Bの磁束により誘起された第2周期の成分V1B_TBを示し、下段のグラフに、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bに含まれる、第1系統の励磁巻線10Aの磁束により誘起された第1周期の成分V1B_TAを示す。第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bは、第2周期の成分V1B_TBと第1周期の成分V1B_TAとを合計した信号となり、この信号により角度を算出すると検出誤差が生じる。そのため、角度の検出誤差を抑制するため、第2系統の第1出力巻線の出力信号V1Bから、第1周期の成分V1B_TAを除去する必要がある。
本実施の形態でも、第2系統の除去処理部53Bは、第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1B_S、V2B_Sに対して、第1周期の成分を除去する第1周期成分除去処理を行う。そして、第2系統の角度算出部54Bは、第1周期成分除去処理後の第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値V1B_F、V2B_Fに基づいて第2角度θ2を算出する。
ΔT2=TA/2+TA×X ・・・(14)
ΔTM12=ΔT2/2 ・・・(15)
V1B_F≒2×V1B_TB
V2B_F≒2×V2B_TB ・・・(16)
このため、後述する式(18)、式(19)において、加算処理後の第2系統の第1出力巻線の出力信号の検出値V1B_Fと加算処理後の第2系統の第2出力巻線の出力信号の検出値V2B_Fとの比を算出することにより、2が通分されるため、第2角度θ2を精度よく算出できる。
TB=TA×2
ΔT2=TA/2
ΔTM12=TA/4 ・・・(17)
実施の形態1と同様に、第2系統の角度算出部54Bは、次式に示すように、第1周期成分除去処理後の第2系統の第1出力巻線の出力信号の検出値V1B_Fと、第2系統の第2出力巻線の出力信号の検出値V2B_Fとの比の、アークタンジェント(逆正接関数)を算出することにより、第2角度θ2を算出する。
θ2=tan−1(V1B_F/V2B_F) ・・・(18)
θ2≒tan−1{(2×V1B_TB)/(2×V2B_TB)}
=tan−1(V1B_TB/V2B_TB) ・・・(19)
次に、実施の形態3に係る角度検出装置について説明する。上記の実施の形態1又は2と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る角度検出装置の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、レゾルバ1の構成が、実施の形態1又は2と異なる。図11は、本実施の形態に係る角度検出装置の概略構成図である。
最後に、本開示のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (12)
- 第1系統と第2系統との間で磁気干渉が生じる、第1系統の励磁巻線、第1系統の2つの出力巻線、第2系統の励磁巻線、及び第2系統の2つの出力巻線を有するレゾルバと、
前記第1系統の励磁巻線に第1周期の交流電圧を印加する第1系統の励磁部と、
前記第2系統の励磁巻線に、前記第1周期よりも長い第2周期の交流電圧を印加する第2系統の励磁部と、
前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号を予め設定された検出タイミングで周期的に検出する第1系統の出力信号検出部と、
前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に対して、前記第2周期の成分を除去する第2周期成分除去処理を行う第1系統の除去処理部と、
前記第2周期成分除去処理後の前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記レゾルバの第1角度を算出する第1系統の角度算出部と、を備えた角度検出装置。 - 前記第1系統の除去処理部は、前記第2周期成分除去処理として、今回の検出タイミングで検出した前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値と、今回の検出タイミングよりも第1系統除去処理間隔前の検出タイミングで検出した前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値とを加算し、前記第1系統除去処理間隔は、前記第2周期をTBとして、TB/2+TB×M(Mは、0以上の整数)に設定されており、
前記第1系統の角度算出部は、加算後の前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記第1角度を算出する請求項1に記載の角度検出装置。 - 前記第2周期は、前記第1周期をTAとして、TA×2×N(Nは、1以上の整数)に設定されている請求項2に記載の角度検出装置。
- 前記第1系統の出力信号検出部は、前記第1系統の励磁巻線に印加される前記第1周期の交流電圧が最大値又は最小値になるタイミングで、前記第1系統の2つの出力巻線の出力信号を検出する請求項2又は3に記載の角度検出装置。
- 前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号を予め設定された検出タイミングで周期的に検出する第2系統の出力信号検出部と、
前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に対して、前記第1周期の成分を除去する第1周期成分除去処理を行う第2系統の除去処理部と、
前記第1周期成分除去処理後の前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記レゾルバの第2角度を算出する第2系統の角度算出部と、を更に備えた請求項1から4のいずれか一項に記載の角度検出装置。 - 前記第2系統の除去処理部は、前記第1周期成分除去処理として、今回の検出タイミングで検出した前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値と今回の検出タイミングよりも第2系統除去処理間隔前の検出タイミングで検出した前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値との差を算出する減算処理を行い、前記第2系統除去処理間隔は、前記第1周期をTAとして、TA×P(Pは、1以上の整数)に設定されており、
前記第2系統の角度算出部は、減算処理後の前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記第2角度を算出する請求項5に記載の角度検出装置。 - 前記第2周期は、前記第1周期をTAとして、TA×2×N(Nは、1以上の整数)に設定され、
前記第2系統除去処理間隔は、前記第2周期をTBとして、TB/2+TB×L(Mは、0以上の整数)に設定されている請求項6に記載の角度検出装置。 - 前記第2系統の出力信号検出部は、前記第2系統の励磁巻線に印加される前記第2周期の交流電圧が最大値又は最小値になるタイミングで、前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号を検出する請求項6又は7に記載の角度検出装置。
- 前記第2系統の除去処理部は、前記第1周期成分除去処理として、今回の検出タイミングで検出した前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号と今回の検出タイミングよりも第2系統除去処理間隔前の検出タイミングで検出した前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号とを加算し、加算後の前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記第2角度を算出し、
前記第2系統除去処理間隔は、前記第1周期をTAとして、TA/2+TA×X(Xは、0以上の整数)に設定されている請求項5に記載の角度検出装置。 - 前記第2系統の出力信号検出部は、前記第2系統の励磁巻線に印加される前記第2周期の交流電圧が最大値又は最小値になる基準タイミングに対して前後対称になる2つのタイミングで、周期的に前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号を検出し、
前記2つのタイミングの間隔は、前記第2系統除去処理間隔に設定され、
前記第2系統の除去処理部は、前記2つのタイミングで検出した前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値を互いに加算し、加算後の前記第2系統の2つの出力巻線の出力信号の検出値に基づいて前記第2角度を算出する請求項9に記載の角度検出装置。 - 前記第1系統の励磁巻線、前記第1系統の2つの出力巻線、前記第2系統の励磁巻線、及び前記第2系統の2つの出力巻線は、同じ1つのステータに巻装されている請求項1から10のいずれか一項に記載の角度検出装置。
- 前記第1系統の励磁巻線及び前記第1系統の2つの出力巻線は第1系統のステータに巻装され、前記第2系統の励磁巻線及び前記第2系統の2つの出力巻線は、前記第1系統のステータと軸方向に隣接する第2系統のステータに巻装されている請求項1から10のいずれか一項に記載の角度検出装置。
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