TW536624B - Rotary detector - Google Patents

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536624 A7 B7 五、發明説明（1 ) [發明所屬之技術領域] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明是關於利用減少輸出信號內之漣波成分而可降 低旋轉機械等之轉矩漣波的旋轉檢測裝置。 [先前技術] 馬達之輸出轉矩一般都會存在漣波。因此轉矩漣波會 成爲伺服馬達之速度不均及位置誤差的要因，例如，NC( 數値控制）裝置時爲造成加工精度惡化之原因，電梯時則 會使電梯箱擴大振動而成爲損害電梯搭乘舒適度的要因。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 檢測此種轉矩漣波時，所檢測到之轉矩漣波包括含減 速裝置在內之馬達主體導致的內在原因、以及旋轉檢測感 測器導致之外在原因。前者是因爲馬達定子及轉子之機加 工精度、轉子軸承之偏心、馬達內部之磁場的高諧波、以 及減速裝置之組合精度所致。前者之轉矩漣波的降低方法 上，從以前就不斷進行檢討並提出各種方案，例如，如日 本特開平7- 1 2925 1號公報所示，著眼於減速裝置所產生 之轉矩漣波，若轉矩漣波調整增益爲A、減速裝置之旋轉 角度爲Θ、初相位爲α 1，則進行修正信號Tcomp( = A · sin(e+ α 1))之計算，使其和馬達之旋轉週期同步，並以前 饋方式計入目標轉矩指令來消除轉矩漣波之方法，又如曰 本特開平1 1 -299277號公報所示，因爲轉矩漣波和馬達之 旋轉角度具有相關性，將其相互之關係儲存於記憶裝置， 依據馬達旋轉角度讀取和該角度對應之轉矩漣波資料，再 將從轉矩指令値扣除漣波分後之値視爲新的轉矩指令値之 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4規格（210X297公釐) 一 -4- 536624 A7 _ B7 五、發明説明（2 ) 方法等。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，後者之旋轉檢測感測器導致之轉矩漣波， 因最終會以馬達轉矩漣波呈現出來，故在馬達之控制裝置 上採用前述控制方法來降低漣波，通常不會有問題。然而 ，旋轉檢測感測器之輸出値若含有檢測對象之旋轉角度所 引起之漣波，則漣波之振幅會和檢測對象之角速度成正比 變大，而產生控制馬達之轉矩或旋轉速度時無法擴大角速 度反饋增益之問題，不但會使控制裝置承受較大的負擔， 亦會導致裝置成本之上昇。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，傳統之旋轉檢測裝置雖然其輸出含有漣波，而 裝配著旋轉檢測裝置之旋轉機械仍然會出現轉矩漣波或速 度不均，只有在旋轉機械之驅動裝置或控制裝置內採用各 .種控制方式來降低其影響程度。因此，旋轉機械之驅動裝 置及控制裝置變得更爲複雜，而有信賴度降低及成本上昇 的問題。然而，電動馬達之轉矩漣波，除了旋轉檢測裝置 輸出之漣波以外，尙有減速裝置之組合精度、馬達主體之 機加工精度、磁場之高諧波等要因，很難認定旋轉檢測裝 置輸出之漣波爲那些原因，故爲無法充分發揮其感測器機 能之狀況。 [發明內容] V 有鑑於前述各種問題，故本發明之目的就在提供一種 旋轉檢測裝置，可降低輸出漣波、減少配備旋轉檢測裝置 之旋轉機械等之作動器的轉矩漣波及速度不均、簡化作動 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -5 - 536624 A7 B7 五、發明説明（3 ) 器驅動裝置及控制裝置、以及降低成本及提高信賴性。 爲了達成前述目的，申請專利範圍第1項之發明爲具 有：檢測旋轉體之旋轉運動的旋轉檢測手段；以及依據旋轉 檢測手段檢測旋轉體之旋轉角度的旋轉角度檢測部、及檢 測旋轉體之角速度的角速度檢測部之旋轉演算手段；其特 徵爲，旋轉演算手段具有：演算利用旋轉角度檢測部測得 之旋轉角度的正弦値或餘弦値之三角函數演算部、對三角 函數演算部計算所得之正弦値或餘弦値乘以特定增益之增 益調整部、對增益調整部之輸出乘以角速度檢測部之輸出 的乘算器、以及從角速度檢測部之輸出減去乘算器之輸出 並將其當做角速度信號之減算部。 申請專利範圍第2項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，三角函數演算部具有調整以 旋轉角度檢測部測得之旋轉角度相位的相位調整手段。 申請專利範圍第3項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉檢測手段具有產生對應 旋轉體旋轉角度之輸出的角度檢測器。 申請專利範圍第4項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉檢測手段具有輸出對應 旋轉體角速度之電壓的發電機。 申請專利範圍第5項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉檢測手段具有產生對應 旋轉體旋轉角度之輸出的編碼器。 申請專利範圍第6項之發明爲如申請專利範圍第1項 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 聱-- A 事 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 536624 A7 B7 五、發明説明（4 ) 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉檢測手段爲和旋轉演算 手段分開配置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請專利範圍第7項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉檢測手段內含旋轉演算 手段。 申請專利範圍第8項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉演算手段具有降低角速 度漣波成分之手段。 申請專利範圍第9項之發明爲如申請專利範圍第1項 之旋轉檢測裝置，其特徵爲，若旋轉角度爲Θ、角速度爲 ω、增益調整部之增益爲G、相位調整部之相位調整値爲 Ψ、及旋轉角度檢測部輸出內含有之旋轉體每1旋轉的漣 波週期數爲η，則旋轉演算手段可利用 M〇Ut=M(l-G· sin(n0+¥)) ...(1) 演算角速度ω 。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍第1 〇項之發明爲如申請專利範圍第1 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉演算手段具有降低旋 轉角度漣波成分之手段。 申請專利範圍第11項之發明爲如申請專利範圍第1 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉角度檢測部具有對角 速度檢測部之輸出實施積分來求取旋轉角度之積分器。 申請專利範圍第1 2項之發明爲如申請專利範圍第1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " 536624 A7 B7 _ 五、發明説明（5 ) 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉演算手段具有對角速 度輸出ω ^實施積分之積分器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請專利範圍第1 3項之發明爲如申請專利範圍第1 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉演算手段會輸出可減 少旋轉角度之漣波成分的旋轉角度信號、及可減少角速度 之漣波成分的角速度信號。 申請專利範圍第14項之發明爲如申請專利範圍第1 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，旋轉演算手段爲複數串聯 之配置。 申請專利範圍第1 5項之發明爲如申請專利範圍第2 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，相位調整部具有複數調整 相位値，可對應旋轉體之轉矩符號，從複數之調整相位値 ,當中選取一個輸出。 申請專利範圍第1 6項之發明爲如申請專利範圍第1 項之旋轉檢測裝置，其特徵爲，增益調整部可對應作用於 旋轉體之轉子轉軸之重力方向的外力變動特定增益。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明可有效除去旋轉檢測手段輸出含有之漣波（高 諧波）成分，尤其是因爲測量對象物之旋轉週期而出現之 漣波成分。若該旋轉檢測手段之輸出含有複數之漣波成分 時，可對應各漣波設置複數旋轉演算手段，且可有效減少 所有的漣波成分。亦即，若檢測對象之旋轉角度爲Θ 〇，則 具有振幅a之漣波的旋轉檢測手段輸出，可利用旋轉角度 檢測部將其變更爲下式之旋轉角度輸出Θ。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -8- Μ

536624 五、發明説明（6 ) θ = θ〇 - a · cos(n0〇 + φ ) ... (2) 此時，η爲檢測對象1次旋轉之漣波週期數，φ爲 旋轉檢測手段裝設於旋轉檢測對象時之初相位差。 本發明中，例如在角速度檢測部實施旋轉角度輸出Θ 之時間微分而得到下式之角速度輸出ω。 ω =d0〇/dt( 1+ a · η · sin (ηθ〇 + φ ) ...(3) 旋轉演算手段若依據式（1)演算該手段之輸出ω。^， 則輸出ω…可以將式（2)及式（3)代入式（1)來表示。 w〇ut=d60/dt ( 1 - G · sin (Ψ- a · n - cos (ηθ〇+φ) +ηθ〇 + a · η · sin (ηθ〇 +φ) 一 a · η · G · sin (Ψ— a · η · cos (ηθ0 +φ) + ηθ〇) sin (ηθ〇+φ)) ...(4) 此時，de〇/dt爲檢測對象之角速度。 一般，式（4)因漣波之振幅較小而可視爲aDl，若在角 度爲零之附近實施線性近似展開三角函數，則如下所示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -9 - 536624 A7 B7 五、發明説明（7 ) (0〇ut:=::de〇/dt ( 1 -G · sin (Ψ+ηθ〇) + a · η · G · cos (Ψ+ηθ〇) cos (ηθ0+φ) + a · η · sin ( ηθ〇 +φ) 一 a · η · G · sin (Ψ— a · η · cos ( ηθ0 + φ) + ηθ〇) sin (ηθ〇+φ)) · · - (5) 又，若將a · G = 0，則如下所示。

Qout=d0〇/dt ( 1 —G · sin (ηθ〇+Ψ) + a · η · sin (ηθ〇+φ)) • · · (6) 式（6)是將式（1)之增益G設定爲和漣波含有率a · n相 等，且將調整相位Ψ設定爲和初相位差Ρ相等，故旋轉演 算手段之輸出ω…和檢測對象之角速度de〇/dt相等，而可 除去旋轉檢測手段輸出所含有之漣波成分。 又，旋轉演算手段之輸出ω…和檢測對象之角速度 d0〇/dt間的誤差e〃可由式（6)求取。 e rr =Q-d0〇/dt =(a · η · sin (ηθ0 +φ) - G · sin (ηθ0 + Ψ)) d0〇/dt • · ·⑺ 將式（7)展開整理後，則如下所示。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 536624 ^θ〇 + φ - tan'

• · · ( 8) 2an範圍之增益G 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) de〇/diyj^ct2n1 + G2 - 2anGcos(y/ - ¢))父

Gsin(i//-(p) an - G cos(y/ - φ) 誤差e〃之振幅因具有相對於如〇 、及-Π + ρ〜Π + ¢)之範圍調整相位Ψ的極小値爲零時之 唯一極小點的凹形函數，故可從適當之G及Ψ出發即可 很簡單就找到最小値零。又，若漣波含有率an及初相位 P爲已知，則將G及Ψ從一開始即設定爲已知値即可。 利用此方式，本發明中，不但可減少旋轉檢測裝置之 輸出漣波，亦可減少裝配著旋轉檢測裝置之旋轉機等之作 動器的轉矩漣波及速度不均。又，利用式（1)之簡單演算 可減少輸出漣波，故可實現作動器驅動裝置及控制裝置、 及降低成本。又，由式（8)可知，若誤差e〃之振幅爲零， 則不論檢測對象之旋轉速度爲何，皆可減少漣波成分，故 可提高旋轉檢測裝置之精度及信賴性。 [實施方式] 以下將參照圖面進行本發明之實施例的詳細說明。 <第1實施例> 參照第1圖至第2圖說明本發明之第1實施例。 第1圖及第2圖中，以符號1代表第1實施例之旋轉 檢測裝置之整體。此旋轉檢測裝置1具有旋轉檢測手段 C1及旋轉演算手段C2、C2’。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

11 - 536624 A7 B7 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本實施例之旋轉檢測手段C 1裝設於旋轉電動機丨i之 轉子轉軸1 3上，由輸出和轉子轉軸1 3之旋轉角度成正比 之電壓的角度檢測器15、直接連接至角度檢測器15(圖上 未標示）之旋轉輸入軸1 7、及連接至轉子轉軸1 3及將轉 子轉軸1 3之旋轉傳送至角度檢測器1 5之旋轉輸入軸1 7 的旋轉傳送手段1 9所構成。 旋轉傳送手段丨9具有例如萬向接頭及聯結器，角度 檢測器1 5之旋轉輸入軸1 7會以相對於轉子轉軸1 3之理 想同軸狀態進行旋轉。角度檢測器15由具有捲線（圖上未 標示）之轉子、及同樣具有捲線之定子2 1所構成，同時， 具有每一從旋轉輸入軸1 7之特定原點至旋轉角度〇〜Π (rad)會對應旋轉角度輸出電壓…例如〇〜5(V)之電壓的信 號處理部23。角度檢測器1 5之定子2 1則利用支持構件 27以特定方法固定於台板25上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 針對檢測對象之旋轉電動機1 1進行說明。利用載置 於基座29上之擋塊3 1固定旋轉電動機1 1，而使其和基 座29成爲一體。旋轉電動機丨丨除了具有轉子轉軸丨3以 外’尙具有內建旋轉電動機丨丨之定子的定子殼體3 3、位 於定子殼體33之圓筒底面中央部且以可旋轉方式支持轉 子轉軸13之軸承35、對應裝設於轉子轉軸13之輸出端 側的旋轉電動機11負荷以圖上未標示之特定方法傳送動 力的滑輪37、依據旋轉檢測裝置1之輸出演算以控制轉 子轉軸1 3之旋轉速度爲目的之轉矩指令値的速度控制裝 置3 9、以及從三相交流電源4丨接受電力同時依據速度控 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇><297公釐） -12 - 536624 A7 B7 五、發明説明（10 ) 制裝置39之輸出使轉子轉軸13產生等於轉矩指令値之轉 矩的驅動裝置4 3。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將旋轉檢測手段C1之輸出信號導入旋轉演算手段C2 。此輸出信號含有因旋轉傳送手段19之裝設偏心誤差等 而產生依照轉子轉軸1 3旋轉週期變動之第1漣波成分、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 及因角度檢測器1 5之圖上未標示捲線的不均一捲線的電 磁作用而產生轉子轉軸13旋轉週期整數倍…例如4倍變 動之第2漣波成分。爲了減少這些漣波成分且獲得正確對 應測得之旋轉角度的信號，而具有旋轉演算手段C2、C2’ 。旋轉演算手段C2具有將信號處理部23之輸出信號轉變 爲轉子轉軸1 3之旋轉角度信號的旋轉角度檢測部45、將 該旋轉角度信號轉變爲轉子轉軸1 3之角速度信號的角速 度檢測部47、以對旋轉角度檢測部45之輸出信號調整相 位角的相位調整部49、將轉子轉軸1 3之一旋轉期間含於 旋轉角度檢測部45之輸出內且必須除去之漣波週期數--例如4乘以輸入信號之週期數增益乘算器5 1、實施相位 調整部49之輸出及週期數增益乘算器5 1之輸出的加算之 加算器53、輸入加算器53之輸出並計算輸入値之正弦値 的正弦演算部55、對正弦演算部55之輸出乘以可調整之 增益的增益調整部57、實施增益調整部57之輸出及角速 度檢測部47之輸出的乘算之乘算器59、以及從角速度檢 測部47之輸出減去乘算器59之輸出的減算器61。此時 ，正弦演算部55亦可計算餘弦値。又，相位調整部49、 週期數增益乘算器5 1、及加算器5 3則共同構成三角函數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 536624 A7 ___ B7 五、發明説明（11 ) 演算部C3。 旋轉演算手段C2U具有實施旋轉演算手段C2之輸 出…角速度的積分且當做積分器使用之旋轉角度檢測部 45’、對應旋轉角度檢測部45’之輸出調整相位角的相位調 整部49’、實施相位調整部49’之輸出及旋轉角度檢測部 45’之輸出的加算之加算器53’、輸入加算器53’之輸出同 時計算輸入値之正弦値的正弦演算部5 5 ’、對正弦演算部 55’之輸出乘以可調整之增益的增益調整部57^實施增益 調整部57’之輸出及旋轉演算手段C2之輸出的乘算之乘 算器59’、從旋轉演算手段C2之輸出減去乘算器59’之輸 出的減算器61’、以及實施減算器61’之輸出…角速度之積 分的積分器63’。又，相位調整部、加算器53,、及正 弦演算部55’共同構成三角函數演算部C3’。 此次，以容易理解之方式，針對速度控制裝置39及 驅動裝置4 3進行說明。速度控制裝置3 9具有角速度目標 樣態產生器65及轉矩指令演算部67，前述角速度目標樣 態產生器65會依據輸出轉子轉軸1 3角速度必須追隨之角 速度目標樣態，而前述轉矩指令演算部67則會依據角速 度目標樣態產生器65之輸出、以及旋轉演算手段C2’具 有之減算器6 Γ的角速度輸出，演算使轉子轉軸1 3之旋轉 速度追隨目標樣態之轉矩指令値。又，驅動裝置43具有 將三相交流電源4 1之交流電力轉換成直流電力的轉換器 69、以及依據轉矩指令演算部67之輸出及積分器63,之輸 出將轉換器69之直流電力視爲輸入並輸出三相交流電力 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 536624 A7 B7 五、發明説明（12) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以使旋轉電動機11產生等於轉矩指令値之轉矩的反向器 7 1。又，反向器7 1具有以會將產生特定轉矩之三相交流 電流提供給旋轉電動機1 1而依據轉矩指令演算部67之輸 出及積分器63’之輸出來控制閘流體點弧角之點弧角控制 部73、以及利用點弧角控制部73之輸出對旋轉電動機1 1 提供三相交流電流之閘流體部75。 旋轉檢測裝置1、速度控制裝置39、及驅動裝置43 之動作必要電力是由單相交流電源77提供。又，以下之 方塊線圖中，附箭頭之線爲信號路徑，而實線則爲旋轉電 動機11及旋轉檢測裝置1周邊之電力路徑。 其次，針對具有如上構成之本實施例旋轉檢測裝置的 動作進行說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裝置爲待機狀態，亦即，打開三相交流電源4 1及單 相交流電源77時，旋轉檢測裝置1、速度控制裝置39、 及驅動裝置43會進入運轉狀態，然而，當角速度目標樣 態產生器65輸出零之狀態時，轉子轉軸1 3會維持於角速 度爲零之狀態。而當角速度目標樣態產生器65產生如第 3圖所示之台形樣態並開始增加目標角速度，轉矩指令演 算部67會依據減算器61’輸出之目前轉子轉軸13之角速 度及角速度目標樣態產生器65之角速度目標値，實施旋 轉電動機11必須產生之轉矩指令値的演算，並將該演算 結果輸出至驅動裝置43。而點弧角控制部73則會以使旋 轉電動機11產生如指令値之轉矩的方式，對閘流體部75 實施點弧角控制，並利用反向器7 1之輸出電流，使旋轉 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 536624 A7 __ B7_ 五、發明説明（13) 電動機11會以具有如指令値之轉矩的特定旋轉速度進行 旋轉。利用此方式’利用旋轉電動機11產生之轉矩，、滑 輪3 7及轉子轉軸1 3會開始旋轉。 轉子轉軸1 3之旋轉會經由旋轉傳送手段1 9及旋轉車俞 入軸1 7傳送至角度檢測器1 5，信號處理部23會對應轉 子轉軸1 3之旋轉角度的增加而提高輸出電壓。依據信§虎 處理部23之輸出電壓，一方面旋轉角度檢測部45會檢測 轉子轉軸1 3之旋轉角度，另一方面，角速度檢測部47則 會透過例如微分器等檢測角速度。此時，基於前述諸理由 ，信號處理部23之輸出電壓含有第1漣波成分及第2健 波成分。 針對旋轉角度檢測部45所得之旋轉角度，週期數增 益乘算器5 1在本例中會對轉子轉軸1 3之每1旋轉的漣波 週期數乘以4，並在加算器53求取及和相位調整部49之 特定相位角的和，然後將其導入正弦演算部5 5，實施加 算器53之輸出値的正弦値演値。增益調整部57對正弦演 算部55之輸出乘以特定增益後，在乘算器59會再乘上來 自角速度檢測邰47之角速度。乘算器59之輸出會和來自 角速度檢測部47之角速度同時被導入減算器6丨，然後將 角速度檢測部47之輸出減去乘算器59之輸出的結果輸出 至旋轉演算手段C 2。亦即，在式（1)中針對轉子轉軸1 3之 旋轉角度及角速度的演算結果會被視爲角速度，且會被從 旋轉演算手段C 2輸出。因此，從旋轉演算手段c 2輸出 之角速度已經除去第2漣波成分。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16 - 536624 A7 B7 五、發明説明（14) 旋轉演算手段C 2之角速度輸出會再被導入旋轉演算 手段C2’。此時，具有積分器之旋轉角度檢測部45’會實 施角速度之積分並將其轉換成旋轉角度。另一方面，相當 於第1漣波成分之初相位角的特定相位角會從相位調整部 49’輸出，旋轉角度檢測部45’及相位調整部49’之輸出會 被導入加算器53’。而旋轉演算手段C2之旋轉角度檢測 部45’及加算器53’間沒有週期數增益乘算器51的原因， 則是因爲必須除去之第1漣波成分和轉子旋轉軸同步。正 弦演算部55’中會計算加算器53’輸出之旋轉角度的正弦値 ，而在增益調整部57’，則會對正弦演算部55’之輸出値乘 以相當於第1漣波成分之振幅的特定增益。增益調整部 57’之輸出，會在乘算器59’乘以旋轉演算手段C2輸出之 角速度，且被視爲在減算器61’減去乘算器59’之輸入的數 ，而實施旋轉演算手段C2輸出之角速度相關的減算。亦 即，針對第1漣波成分之式（1)的演算結果會被視爲角速 度而從減算器61’輸出。因此，減算器61’輸出之角速度已 經除去所有漣波成分。減算器6 Γ之角速度輸出則會被視 爲旋轉演算手段C2’之第1輸出而被導入至速度控制裝置 39，另一方面，也會轉換成被導入至積分器63’之旋轉角 度。積分器63’之旋轉角度輸出會被視爲旋轉演算手段 C2’之第2輸出而被導入至驅動裝置43。此時，因爲隨著 角速度目標値之增加而增大的轉子轉軸1 3旋轉角度及角 速度會被正確地輸入至轉矩指令演算部67及點弧角控制 部73，旋轉電動機11不會發生角速度增加導致的異常振 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 536624 A7 B7 五、發明説明（15) 動、或角速度一定時之轉矩漣波，滑輪3 7會以良好追隨 第3圖所示之角速度目標樣態的角速度進行旋轉。而當目 標角速度變成零時，滑輪37之角速度亦爲零，旋轉電動 機11會再度處於待機狀態。 此時，轉矩指令演算部67之轉矩指令値爲第4圖所 示之波形（相當於第3圖之各速度樣態的微分値），然而， 和傳統方式相同，當轉子轉軸1 3之旋轉資訊直接從旋轉 檢測手段C1輸入至速度控制裝置39時，會如第5圖所示 ，隨著第3圖之角速度的增加，轉矩指令會產生漣波。此 漣波之振動數及振幅會隨著轉子轉軸1 3之角速度的增加 而增大，直到達到最大角速度爲止，然而才會隨著角速度 之減少而變小。如上面所述，轉矩指令値若含有從零到最 大角速度運轉時之頻率的漣波，有時會使連接於旋轉電動 機11之系統產生特定頻率之共振。系統若出現共振，則 轉子轉軸1 3爲形成特定角速度，而使系統產生噪音或振 動，有時更會導致系統損壞。爲了防止此現象且提高系統 之信賴性，只要提高含旋轉電動機11在內之系統整體的 剛性及提高共振頻率即可。然而，提高系統剛性需要採用 高強度之材料或進行補強，結果，會導致連結至旋轉電動 機11之系統的整體成本上揚。然而，在本實施例中，如 第4圖所示，因轉矩指令未含漣波，故不會出現前述成本 上揚的情形。 又，前述第1實施例中，旋轉檢測手段雖然具有角度 檢測器1 5，對旋轉檢測手段之構成並無任何限制，而可 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4規格（21GX297公襲) '~ -18- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 536624 A7 _B7 __ 五、發明説明（16) 實施各種變更。例如，亦可以爲可獲得和旋轉輸入軸1 7 之角速度成正比之輸出電壓的發電機。丌，旋轉電動機 11之旋轉是利用旋轉傳送手段19及旋轉輸入軸17來傳 送，然而，對旋轉傳送手段1 9之形態及旋轉輸入軸1 7之 使用並無任何限制，例如，如第6圖所示，在轉子轉軸 1 3之端部周圍形成等間隔之紋模樣79，而以信號處理部 23’含有之光學元件81來讀取並被當做旋轉檢測手段C1 之光學式編碼器83，或者，如第7圖所示，經由被當做 旋轉傳送手段之滾筒85將轉子轉軸1 3之旋轉傳送至旋轉 式編碼器87。 <第2實施例〉 其次，參照第8圖及第9圖進行本發明第2實施例之 說明。 第1實施例中，旋轉檢測手段C 1之輸出信號是由串 聯設置之2個旋轉演算手段C2、C2’來處理，然而，對旋 轉演算手段之個數及構成並無任何限制，亦可配合旋轉檢 測手段之輸出信號所具有之漣波成分特徵來變更旋轉演算 手段之個數及構成。例如，以具有旋轉式編碼器87之旋 轉檢測手段C Γ來取代角度檢測器1 5時，沒有角度檢測 器1 5導致之第2漣波成分。另一方面，例如以聯結器構 成之旋轉傳送手段1 9若有間隙時，則調整相位會對應旋 轉電動機11之轉矩方向而變動。又，當轉子轉軸1 3承受 到外力，而該外力來自會使旋轉電動機11之負荷導致軸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一~ -19- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 536624 A7 B7 五、發明説明（17) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 心偏離之方向時，隨著負荷之大小，轉子轉軸1 3之軸心 、及直接連結於旋轉式編碼器87之旋轉軸（圖上未標示） 之旋轉輸入軸1 7的軸心會產生位置偏離，漣波成分之振 幅亦可能因而產生變動。此時，只要使用具有可利用轉矩 指令演算部67之輸出的正負符號來改變調整相位値之相 位調整部49 "、及可檢測使軸心偏離之方向的外力且可依 據其大小來改變補償用增益之增益調整部57"的旋轉演算 手段C2"即可。第8圖及第9圖爲其實施形態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 旋轉演算手段C2"具有相位調整部49"、增益調整部 57 "、及輸入轉矩指令演算部67之輸出並判斷其正負的符 號判斷器89。符號判斷器89之輸出被導入相位調整部 49 "，而相位調整部49 "則會依據轉矩指令部67之輸出的 正負輸出分別對應正負之特定相位調整値。又，如重力方 向之外力會使轉子轉軸1 3之軸心偏離時，依據外力檢測 手段93之輸出來增減增益調整部57”之增益，將該增益 隨時調整爲和前述第1漣波成分之振幅相等的値。外力檢 測手段93具有存在於基座29之四角位置及圖上未標示之 底面之間且輸出對應重力方向之力的電壓信號的4個測力 器9 1、以及計算分別從測力器9 1輸出之重力方向外力之 外力演算手段95，外力演算手段95會輸出該外力之演算 結果。亦即，符號判斷器89及外力檢測手段93是一種手 段，不論旋轉檢測裝置1之動作環境如何，都會產生使式 (8)之誤差e〃等於零的作用。此時，旋轉演算手段C2"中 之週期數增益乘算器51的增益當然是設定爲1。又，本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20- 536624 A7 _______Β7 五、發明説明（18 ) 實施例中，三角函數演算部C3"是由相位調整部49"、週 期數增益乘算器51、加算器53、及正弦演算部55所構成 〇 <第3實施例> 參照第1 0圖及第11圖說明本發明之第3實施例。 在第1及第2實施例中，旋轉檢測手段（ci、C1’）及 旋轉演算手段（C2、C2’、C2")爲相鄰，由其整體構成旋轉 檢測裝置1，然而，旋轉檢測手段及旋轉演算手段之距離 及構成位置並無任何限制，如第10圖及第11圖所示，亦 可將旋轉演算手段C2組合於速度控制裝置39’或驅動裝 置43’內。此時，因爲驅動裝置43’需要旋轉角度資訊，旋 轉演算手段C2之輸出會經由積分器63’輸入至點弧角控 制部73。又，未使用旋轉演算手段C2’之原因，則是因爲 旋轉傳送手段導致之前述第1漣波成分極小。在本實施例 中，只要將旋轉檢測手段C 1裝設於旋轉電動機1 1上即可 ，具有裝置之裝設十分簡單的優點。 <其他實施例> 在前述各實施例中，以類比演算方式者來說明旋轉演 算手段C2、C2’、C2"，然而，並未限定爲類比演算方式 ，亦可爲數位演算方式。 又，前述各實施例之說明中，是以旋轉發電機爲旋轉 檢測對象，然而，旋轉檢測裝置之檢測對象並無任何限制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 536624 A7 B7 五、發明説明（19) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，只要爲旋轉體皆可。例如，可以爲發電機，或者，亦可 以利用旋轉式編碼器將經由車輪之滾針的直線移動距離轉 換成旋轉角度之線性馬達等爲檢測對象。 此外，只要不背離本發明之要旨的範圍內，可實施各 種變更。 如上面所述，利用本發明之旋轉檢測裝置，因爲可大 幅降低旋轉檢測手段本身所導致且會混入輸出信號內之漣 波成分，故可降低旋轉角度檢測手段起因而發生於電動機 或各種作動器的轉矩漣波，而且可提高這些作動器之控制 性能。 又，因爲可以除去旋轉檢測手段起因之轉矩漣波成分 ，而容易確認其他原因所造成之轉矩漣波。 又，因爲只要簡單之演算即可降低旋轉檢測手段之輸 出漣波，故可實現作動器驅動裝置及控制裝置之簡化及成 本之降低。 此外，因可在和旋轉檢測對象之旋轉速度無關的情形 下降低漣波成分，故可提高旋轉檢測裝置之精度及信賴性 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [圖式簡單說明] 第1圖爲本發明第1實施例之整體構造的斜視圖。 第2圖爲第1實施例之整體構成的方塊線圖。 第3圖爲第1實施例之目標角速度及時間的關係樣態 圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 536624 A7 B7 五、發明説明（20) 第4圖爲第1實施例之轉矩指令値及時間的關係樣態 圖。 第5圖爲先前技術之轉矩指令値及時間的關係樣態圖 〇 第6圖爲第1實施例之旋轉檢測手段的變形例斜視圖 〇 弟7圖爲弟1貫施例之旋轉檢測手段的另一變形例斜 視圖。 第8圖爲本發明第2實施例之整體構造的斜視圖。 弟9圖爲弟2貫施例之整體構成的方塊線圖。 第1 0圖爲本發明第3實施例之整體構造的斜視圖。 弟1 1圖爲弟3貫施例之整體構成的方塊線圖。 [元件符號之說明] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· ''ll 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Cl 旋轉檢測手段 C 2、 C 2’ 、 C 2” 旋轉演算手段 C. 3、 C 3’ 三角函數演算部 1 旋轉檢測裝置 11 旋轉電動機 13 轉子轉軸 15 角度檢測器 17 旋轉輸入軸 19 旋轉傳送手段 21 定子 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 536624 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（21 ) 23 信 號 處 理 部 25 台 板 27 支 持 構 件 29 基 座 31 擋 塊 33 定 子 殼 體 35 軸 承 37 滑 輪 39 速 度 控 制 裝 置 41 二 相 交 流 電 源 43 驅 動 裝 置 45、 45， 旋 轉 角 度 檢 測 部 47 角 速 度 檢 測 部 49、 49’ 、 49” 相 位 調 整 部 51 週 期 數 增 益 乘 算 器 53、 53， 加 算 器 55 ' 55， 正 弦 演 算 部 57 > 5 7， 、5 7 ” 增 益 調 整 部 59、 59， 乘 算 器 61、 61， 減 算 器 63, 積 分 器 65 角 速 度 a 標 樣 態 產生器 67 轉 矩 指 令 演 算 部 69 轉 換 器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -24- 536624 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22 ) 71 反向器 73 點弧角控制部 75 閘流體部 77 單相交流電源 79 紋模樣 81 光學元件 83 光學式編碼器 85 滾筒 87 旋轉式編碼器 89 符號判斷器 91 測力器 93 外力檢測手段 95 外力演算手段 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -25-

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 536624 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1 · 一種旋轉檢測裝置，爲具有：檢測旋轉體之旋轉運 動的旋轉檢測手段；以及依據前述旋轉檢測手段檢測前述 旋轉體之旋轉角度的旋轉角度檢測部、及檢測前述旋轉體 之角速度的角速度檢測部之旋轉演算手段；其特徵爲： 前述旋轉演算手段具有： 三角函數演算部，演算利用前述旋轉角度檢測部測得 之旋轉角度的正弦値或餘弦値、 增益調整部，對前述三角函數演算部計算所得之正弦 値或餘弦値乘以特定增益、 乘算器，對前述增益調整部之輸出乘以角速度檢測部 之輸出、以及 減算部，從前述角速度檢測部之輸出減去前述乘算器 之輸出並將其當做角速度信號。 > 2.如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述三角函數演算部具有調整以前述旋轉角度檢測部 測得之旋轉角度相位的相位調整手段。 3 ·如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉檢測手段具有產生對應前述旋轉體旋轉角度 之輸出的角度檢測器。 4.如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝眞，其中 前述旋轉檢測手段具有輸出對應前述旋轉體角速度之 電壓的發電機。 5 .如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置·，其中 前述旋轉檢測手段具有產生對應前述旋轉體旋轉角度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 裝------訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -26 - 536624 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 之輸出的編碼器。 6. 如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉檢測手段爲和前述旋轉演算手段分開配置。 7. 如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉檢測手段內含前述旋轉演算手段。 8. 如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉演算手段具有降低前述角速度漣波成分之手 段。 9. 如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 若前述旋轉角度爲Θ、前述角速度爲ω、前述增益調 整部之增益爲G、前述相位調整部之相位調整値爲Ψ、及 前述旋轉角度檢測部輸出內含有之前述旋轉體每1旋轉的 漣波週期數爲η，則前述旋轉演算手段可利用 ω 〇ut=6J (1-G · sin(n0+¥ )) 演算角速度ω m。 · 1 〇如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉演算手段具有降低前述旋轉角度漣波成分之 手段。 . 1 1 .如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉角度檢測部具有對前述角速度檢測部之輸出 實施積分來求取旋轉角度之積分器。 ’ 12.如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27 - 536624 A8 B8 C8 _ D8 _ 六、申請專利範圍 3 前述旋轉演算手段具有對前述角速度輸出ω DUt實施 積分之積分器。. 1 3 ·如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉演算手段會輸出可減少前述旋轉角度之漣波 成分的旋轉角度信號、及可減少前述角速度之漣波成分的 角速度信號。 14. 如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述旋轉演算手段爲複數串聯之配置。 15. 如申請專利範圍第2‘項之旋轉檢測裝置，其中 前述相位調整部具有複數調整相位値，可對應前述旋 轉體之轉矩符號，從前述複數之調整相位値當中選取一個 輸出。 1 6·如申請專利範圍第1項之旋轉檢測裝置，其中 前述增益調整部可對應作用於前述旋轉體之轉子轉軸 之重力方向的外力變動前述特定增益。 ----：--;---裝-------訂-------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） -28 -