WO2015059911A1 - 回転数検出装置 - Google Patents

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WO2015059911A1
WO2015059911A1 PCT/JP2014/005296 JP2014005296W WO2015059911A1 WO 2015059911 A1 WO2015059911 A1 WO 2015059911A1 JP 2014005296 W JP2014005296 W JP 2014005296W WO 2015059911 A1 WO2015059911 A1 WO 2015059911A1
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circuit
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state
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英雄 濱口
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/488—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by variable reluctance detectors

Definitions

  • the present invention relates to a rotational speed detection device that detects the rotational speed of a rotating body in an actuator having a rotating body that rotates multiple times, and in particular, a rotational speed that uses a battery or the like as a power source and is required to reduce current consumption.
  • the present invention relates to a detection device.
  • an actuator or the like for driving an arm such as an articulated robot has a rotating shaft as a rotating body.
  • a resolver is attached to the rotating shaft.
  • the rotation speed detection device derives the rotation speed of the rotation shaft using the result detected by the resolver attached to the rotation shaft.
  • a method for detecting the rotational speed of the rotational speed detection device there is a method for obtaining the rotational speed of the rotary shaft using a resolver even during a power failure when the main power is not supplied to an actuator or the like.
  • Patent Document 1 shows an absolute position detection device to be described later as an example.
  • the pulse excitation circuit 505 supplies a pulse excitation signal to the resolver 501.
  • the resolver 501 includes an excitation coil and a detection coil.
  • the resolver 501 outputs the result detected by the detection coil to the sample hold circuit 22 and the high pass filter 21.
  • the sample hold circuit 22 derives an A-phase sine wave signal and a B-phase sine wave signal from the result detected by the detection coil.
  • the sample hold circuit 22 outputs the derived A-phase sine wave signal and B-phase sine wave signal to the comparator 508.
  • the comparator 508 digitizes the input A-phase sine wave signal and the input B-phase sine wave signal.
  • the comparator 508 outputs the digitized A-phase sine wave signal and B-phase sine wave signal to the rotation speed counter 10.
  • the rotation speed counter 10 calculates a rotation speed signal N (11) from the digitized A-phase sine wave signal and B-phase sine wave signal.
  • the high pass filter 21 removes a low frequency component from the result detected by the detection coil.
  • the high-pass filter 21 outputs the result detected by the detection coil from which the low-frequency component has been removed to the resolver digital converter 506.
  • the resolver digital converter may be referred to as an RD converter.
  • the RD converter 506 calculates the rotation angle signal ⁇ (7) from the result detected by the detection coil from which the low frequency component has been removed.
  • the absolute position detection device calculates the absolute position of the rotating shaft by synthesizing the rotation speed signal N (7) and the rotation angle signal ⁇ (11).
  • the absolute position detection device includes a power supply voltage detector 502, an operation detector 23, and a pulse switch 24.
  • the power supply voltage detector 502 detects whether an actuator having a rotating shaft is in a power failure state or in an energized state.
  • the operation detector 23 detects an operation state in which the rotating shaft rotates.
  • the pulse switch 24 switches the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit 505 based on conditions described later.
  • one condition is that the power supply voltage detector 502 detects that the actuator or the like is in a power failure state.
  • the motion detector 23 detects that the rotating shaft is in a stopped state.
  • the pulse switch 24 increases the duty ratio of the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit 505.
  • the power supply voltage detector 502 detects that the actuator or the like is in a power failure state.
  • the motion detector 23 detects that the rotating shaft is in a rotating state.
  • the pulse switch 24 reduces the duty ratio of the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit 505.
  • the absolute position detection device described above has the following effects.
  • the pulse excitation circuit 505 when the actuator or the like is in a power failure state, the pulse excitation circuit 505 outputs a pulse excitation signal having a lower frequency and a certain width to the resolver 501 than when the actuator or the like is in an energized state.
  • the resolver 501 is excited by the input pulse excitation signal.
  • the pulse excitation circuit 505 when the actuator or the like is in a power failure state and the rotating shaft of the actuator or the like is in a rotating state, the pulse excitation circuit 505 has a lower frequency than the case where the actuator or the like is in an energized state and the rotation of the actuator or the like.
  • a pulse excitation signal having a frequency higher than that in a state where the shaft does not rotate is output to the resolver 501.
  • the resolver 501 is excited by the input pulse excitation signal.
  • the absolute position detection device can reduce current consumption when the actuator or the like is out of power.
  • the rotational speed detection device targeted by the present invention detects the rotational state of the rotating body using the output from the resolver attached to the rotating body.
  • the rotation speed detection device includes a resolver, a power supply voltage detector, an excitation switching circuit, an AC excitation circuit, a pulse excitation circuit, a resolver digital converter, a comparator, a reference detection circuit, a rotation speed counter, and a position change.
  • a detection circuit includes a resolver, a power supply voltage detector, an excitation switching circuit, an AC excitation circuit, a pulse excitation circuit, a resolver digital converter, a comparator, a reference detection circuit, a rotation speed counter, and a position change.
  • the resolver includes a one-phase excitation coil and a two-phase detection coil.
  • the power supply voltage detector detects whether the rotation speed detection device is in an energized state or in a power failure state.
  • the excitation switching circuit switches the path for exciting the excitation coil based on the result detected by the power supply voltage detector.
  • the AC excitation circuit outputs an AC excitation signal to the excitation coil via the excitation switching circuit.
  • the pulse excitation circuit outputs a pulse excitation signal to the excitation coil via the excitation switching circuit.
  • the resolver digital converter detects the rotation angle signal ⁇ based on the modulated wave whose amplitude is modulated by the rotation angle output from the detection coil.
  • the comparator receives the detection signal output from the detection coil, and outputs the output information as a result of comparing the input detection signal with the reference voltage.
  • the reference detection circuit detects a reference timing when the rotating body rotates based on the output information output from the comparator.
  • the rotation speed counter calculates the rotation speed signal N based on the result detected by the reference detection circuit.
  • the position change detection circuit detects a state in which the rotation position of the rotating body has changed based on the output information output from the comparator.
  • the position change detection circuit outputs the detected result as a position change detection signal.
  • the excitation switching circuit switches to a path in which the AC excitation circuit excites the excitation coil when the power supply voltage detector detects an energized state.
  • the excitation switching circuit switches to a path in which the pulse excitation circuit excites the excitation coil when the power supply voltage detector detects a power failure.
  • the pulse excitation circuit changes the frequency of the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit or the duty ratio of the pulse excitation signal according to the position change detection signal.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an AC excitation waveform output during energization from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing a pulse excitation waveform output at the time of a power failure from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an AC excitation waveform output during energization from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a pulse excitation waveform output at the time of a power failure from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention and other waveforms output by the resolver.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a position change detection circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state where the region where the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention is rotated is divided into four.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention rotates, a signal indicating a change in the position of the rotation shaft, and a pulse excitation signal.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state where the region in which the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the second embodiment of the present invention rotates is divided into four.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the rotating shaft rotates, a signal indicating a change in the position of the rotating shaft, and a pulse excitation signal as compared with the rotation speed detection device in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a state in which the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the second embodiment of the present invention rotates, a signal indicating a change in the position of the rotation shaft, and a pulse excitation signal.
  • FIG. 12 is a block diagram showing an example of a conventional rotational speed detection device.
  • the rotation speed detection device reduces the current consumption by detecting the rotation state of the rotation shaft of an actuator or the like with the configuration described later.
  • the rotation speed detection device can cope with a change from a state where the rotation shaft stops rotating to a state where the rotation shaft suddenly accelerates.
  • the rotational speed detection device in the present embodiment can further reduce the frequency of the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit or the duty ratio of the pulse excitation signal in a state where the rotation axis stops rotating.
  • the rotation speed detection device can suppress an increase in current consumption when the rotation shaft vibrates and operates in the following state due to the configuration described later.
  • the next state refers to a state in which the rotation shaft of the actuator or the like stops rotating at a predetermined rotation position.
  • the conventional technology had the following points to be improved. That is, the following two points are in a trade-off relationship, and it is difficult to achieve both.
  • the first point is to reduce the duty of the pulse excitation signal in order to reduce the current consumption during a power failure.
  • the second point is to respond to the sudden change of the rotation axis of the actuator or the like from the state where the rotation has stopped.
  • the rotation shaft of an actuator or the like when the rotation shaft of an actuator or the like is in a state where the rotation is stopped at a predetermined rotation position, the current consumption increases when the rotation shaft vibrates due to the influence of the outside of the device. .
  • the influence from the outside of an apparatus has the influence by conveying an apparatus, for example.
  • Patent Document 1 does not show specific contents regarding the timing of switching the period of the pulse excitation signal and the switching method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an AC excitation waveform output during energization from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing a pulse excitation waveform output at the time of a power failure from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an AC excitation waveform output during energization from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention, and a waveform output by the resolver.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a pulse excitation waveform output at the time of a power failure from the AC excitation circuit included in the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention and other waveforms output by the resolver.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a position change detection circuit included in the rotation speed detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state where the region where the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention is rotated is divided into four.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the first embodiment of the present invention rotates, a signal indicating a change in the position of the rotation shaft, and a pulse excitation signal.
  • the rotation speed detection device 30 detects the rotation state of the rotating body 31 using the output from the resolver 1 attached to the rotating body 31.
  • the rotation speed detection device 30 includes a resolver 1, a power supply voltage detector 2, an excitation switching circuit 3, an AC excitation circuit (AC excitation circuit) 4, a pulse excitation circuit 5, a resolver digital converter 6, and a comparator 8.
  • the resolver 1 includes a one-phase excitation coil 101 and a two-phase detection coil 102.
  • the power supply voltage detector 2 detects whether the rotation speed detection device 30 is in an energized state or a power failure state.
  • the excitation switching circuit 3 switches the path for exciting the excitation coil 101 based on the result detected by the power supply voltage detector 2.
  • the AC excitation circuit 4 outputs an AC excitation signal (AC excitation signal) 50 to the excitation coil 101 via the excitation switching circuit 3.
  • the pulse excitation circuit 5 outputs a pulse excitation signal 51 to the excitation coil 101 via the excitation switching circuit 3.
  • the resolver digital converter 6 detects the rotation angle signal ⁇ (7) based on the modulated wave whose amplitude is modulated by the rotation angle 52 output from the detection coil 102.
  • the comparator 8 receives the detection signal 53 output from the detection coil 102, and outputs output information 54 as a result of comparing the input detection signal 53 with a reference voltage.
  • the reference voltage is a desired voltage set in advance. The desired voltage is appropriately set according to the situation where the rotation speed detection device is used.
  • a differential amplifier can be used as the comparator 8. That is, a differential signal is transmitted as the detection signal 53. At this time, comparing the detection signal 53 with the reference voltage can be replaced with comparing the positive signal and the negative signal.
  • the reference detection circuit 9 detects a reference timing 55 when the rotating body 31 rotates based on the output information 54 output from the comparator 8.
  • the rotation speed counter 10 calculates the rotation speed signal N (11) based on the result detected by the reference detection circuit 9.
  • the position change detection circuit 12 detects a state in which the rotational position of the rotating body 31 has changed based on the output information 54 output from the comparator 8.
  • the position change detection circuit 12 outputs the detected result as a position change detection signal 56.
  • the excitation switching circuit 3 switches to a path in which the AC excitation circuit 4 excites the excitation coil 101 when the power supply voltage detector 2 detects an energized state.
  • the excitation switching circuit 3 switches to a path in which the pulse excitation circuit 5 excites the excitation coil 101 when the power supply voltage detector 2 detects a power failure state.
  • the pulse excitation circuit 5 changes the frequency of the pulse excitation signal 51 output from the pulse excitation circuit 5 or the duty ratio of the pulse excitation signal 51 in accordance with the position change detection signal 56.
  • the position change detection circuit 12 further includes an area detection unit 121, a clock unit 122, a state detection unit 123, and a signal generation unit 124.
  • the area detection unit 121 divides the range in which the rotating body 31 rotates into two or more areas, and detects the movement of the rotating body 31. Based on the output information 54 output from the comparator 8, the region detection unit 121 detects that the rotating body 31 has moved between the regions, and outputs a region change signal 60.
  • the clock unit 122 measures the reference clock 61.
  • the state detection unit 123 determines that the rotating body 31 is in the rotating operation state when the region change signal 60 is output within the period in which the reference clock 61 is timed. The state detection unit 123 determines that the rotating body 31 is in the rotation stopped state when the region change signal 60 is not output within the period in which the reference clock 61 is timed. The state detection unit 123 outputs one of the determination results as the rotation state 62.
  • the signal generator 124 generates a position change detection signal 56 based on the rotation state 62 output from the state detector 123.
  • the resolver 1 is fixed to a rotating shaft of a rotating body 31 such as an actuator.
  • the resolver 1 includes a one-phase excitation coil 101 and a two-phase detection coil 102.
  • the exciting coil 101 is included in the rotating shaft.
  • Each of the two-phase detection coils 102 is included in the stator.
  • the outputs of the two-phase detection coils 102 are 90 ° out of phase with each other.
  • the power supply voltage detector 2 detects whether the main power supply included in the rotation speed detection device 30 is energized or whether the main power supply is in a power failure state.
  • the power supply voltage detector 2 outputs the detected energization state of the main power supply to the excitation switching circuit 3 as a state signal.
  • the excitation switching circuit 3 switches the path so that the AC excitation circuit 4 excites the excitation coil 101 included in the resolver 1.
  • the AC excitation signal 50 which is an output signal output from the AC excitation circuit 4, is input to the excitation coil 101 via the excitation switching circuit 3.
  • the AC excitation circuit 4 may be referred to as an AC excitation circuit.
  • the AC excitation signal may be referred to as an AC excitation signal.
  • the excitation switching circuit 3 switches the path so that the pulse excitation circuit 5 excites the excitation coil 101 included in the resolver 1.
  • the pulse excitation signal 51 which is an output signal output from the pulse excitation circuit 5, is input to the excitation coil 101 via the excitation switching circuit 3.
  • the resolver 1 when the main power supply is in an energized state, the resolver 1 outputs Va 202 and Vb 203 which are modulated waves as a result of being excited by the AC excitation signal 201.
  • the excitation coil 101 included in the resolver 1 is excited by the AC excitation signal 201 output from the AC excitation circuit 4.
  • the detection coil 102 included in the resolver 1 outputs Va202 and Vb203, which are modulated waves whose amplitude is modulated by the rotation angle 52 when the fixed shaft of the rotating body 31 rotates, to the resolver digital converter 6.
  • the resolver digital converter 6 detects a rotation angle signal ⁇ (7) of the rotating shaft that is the rotating body 31 from Va202 and Vb203 that are input modulated waves.
  • the resolver digital converter 6 may be referred to as an RD converter 6.
  • the resolver 1 is excited by the pulse excitation signal 301 and outputs Va 302 and Vb 303 which are modulated waves.
  • the excitation coil 101 included in the resolver 1 is excited by the pulse excitation signal 301 output from the pulse excitation circuit 5.
  • the detection coil 102 included in the resolver 1 outputs Va 302 and Vb 303, which are modulated waves whose amplitude is modulated by the rotation angle 52 when the fixed shaft of the rotating body 31 rotates, to the comparator 8.
  • the comparator 8 outputs an A-phase modulated wave signal Ma (304) and a B-phase modulated wave signal Mb (305) converted from the input modulated waves Va302 and Vb303.
  • the waveform indicating the output of the comparator 8 may be a waveform such as an A-phase modulated wave signal Ma (404) and a B-phase modulated wave signal Mb (405).
  • the rotation speed detection device 30 can suppress power consumption by selecting the waveform of the A-phase modulated wave signal Ma and the waveform of the B-phase modulated wave signal Mb described above.
  • the rotation speed detection device 30 can realize the circuit of the comparator 8 with a simple configuration by selecting the waveform of the A-phase modulated wave signal Ma and the waveform of the B-phase modulated wave signal Mb described above.
  • the A phase modulated wave signal Ma (304) and the B phase modulated wave signal Mb (305) output from the comparator 8 are digital signals converted into binary signals by the comparator 8.
  • the digital signal converted by the comparator 8 is input to the reference detection circuit 9.
  • the reference detection circuit 9 has a reference timing 55 at which the combination of the A-phase modulated wave signal Ma (304) and the B-phase modulated wave signal Mb (305) changes from a predetermined state to another predetermined state. To detect.
  • the timing when the state is changed is set as a reference timing (55).
  • Lo indicates a state in which the signal level is low.
  • Hi indicates a state in which the signal level is high.
  • the timing signal indicating the reference timing (55) is indicated by the reference signal 306.
  • the rotation speed detection device 30 matches the timing signal with the origin of the rotation axis of the rotating body 31.
  • the count value is increased at the timing of changing to the Lo combination state.
  • the rotation speed counter 10 outputs the counter value as a rotation speed signal N (11).
  • the count value is decreased at the timing of the change.
  • the rotation speed detection device 30 according to the first embodiment can obtain the rotation speed signal N (11) even when the rotation shaft that is the rotating body 31 rotates in the reverse direction. Therefore, the rotation speed detection device 30 according to the first embodiment can grasp the state where the rotating shaft of the rotating body 31 such as an actuator is rotating.
  • the A-phase modulated wave signal Ma (304) and the B-phase modulated wave signal Mb (305) output from the comparator 8 are also output to the position change detection circuit 12.
  • the position change detection circuit 12 detects the timing when the combination of the A-phase modulated wave signal Ma (304) and the B-phase modulated wave signal Mb (305) changes from a predetermined state to another predetermined state.
  • the position change detection circuit 12 detects a timing at which the position change circuit 12 changes from a predetermined state to another predetermined state, so that the rotating shaft of the rotating body 31 has a predetermined region. It is possible to detect the movement to a predetermined other area. An example is shown in FIG.
  • the rotating shaft 32 is divided into four areas in which the rotating shaft 32 rotates.
  • the rotation shaft 32 is represented by four quadrants indicated by a to d at the position where the rotation shaft 32 is rotated once.
  • the position change detection circuit 12 can detect that the rotary shaft 32 has rotated from the region a to the region b.
  • the position change detection circuit 12 outputs a detection signal when the rotation shaft makes one rotation.
  • a state in which the rotation shaft makes one rotation is indicated by a state 601 of the rotation shaft.
  • the timing when the combination of the A-phase modulated wave signal Ma (304) and the B-phase modulated wave signal Mb (305) changes is indicated by the following four timings. That is, the position change detection (da) 602 indicates the timing at which the rotation axis rotates from the region d to the region a. Similarly, the position change detection (ab) 603 indicates the timing at which the rotation axis rotates from the region a to the region b. Position change detection (bc) 604 indicates the timing at which the rotation axis has rotated from region b to region c. Position change detection (cd) 605 indicates the timing at which the rotation axis has rotated from region c to region d. The position change detection circuit 12 obtains a position change detection signal 56 based on the timing at which the rotating shaft rotates. The position change detection circuit 12 outputs a position change detection signal 56 to the pulse excitation circuit 5.
  • the pulse excitation circuit 5 outputs the pulse excitation signal 51 output from the position change detection circuit 12 for a certain period while increasing the frequency of the pulse excitation signal 51 output from the pulse excitation circuit 5 based on the position change detection signal 56 output from the position change detection circuit 12.
  • the pulse excitation circuit 5 outputs an arbitrary number of pulse excitation signals 51 output from the pulse excitation circuit 5 based on the position change detection signal 56 output from the position change detection circuit 12.
  • the pulse excitation circuit 5 increases the duty ratio of the pulse excitation signal 51 output from the pulse excitation circuit 5 on the basis of the position change detection signal 56 output from the position change detection circuit 12, and for a certain period of time. Output.
  • the pulse excitation circuit 5 outputs an arbitrary number of pulse excitation signals 51 output from the pulse excitation circuit 5 based on the position change detection signal 56 output from the position change detection circuit 12.
  • the rotation speed detection device 30 incorrectly sets the rotation speed even if the rotation shaft of the rotating body 31 such as an actuator changes from a state where the rotation is stopped to a state where the rotation is suddenly accelerated.
  • the number of rotations of the rotating shaft can be detected accurately without counting.
  • the rotation speed detection device can accurately rotate the rotation axis without erroneously counting the rotation speed even when the rotation axis is suddenly accelerated from the stopped state. Since the number of rotations can be detected, the following effects are obtained. That is, when the rotation shaft is stopped rotating, the rotation speed detection device according to the first embodiment can sufficiently reduce the frequency of the pulse excitation signal. Alternatively, when the rotation shaft is in a stopped state, the rotation speed detection device according to the first embodiment can sufficiently reduce the duty ratio of the pulse excitation signal. As a result, the rotation speed detection device according to the first embodiment can reduce current consumption.
  • the rotation speed detection device 30 has a master clock formed by a crystal oscillation clock or the like.
  • the reference clock 61 can be measured with a master clock or the like.
  • the pulse excitation signal 51 can be used as the reference clock 61.
  • the region detection unit 121 detects the region change signal 60 within the period of reaching the predetermined reference clock 61, it is determined that the rotating shaft is in a rotating operation state. In addition, when the region detection unit 121 does not detect the region change signal 60 within the period of reaching the predetermined reference clock 61, it is determined that the rotation shaft is in the rotation stopped state.
  • the range in which the rotating body rotates is divided into four regions.
  • the range in which the rotating body rotates may be divided into two or more regions.
  • the range in which the rotating body rotates may be represented by two regions, that is, two quadrants.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a rotation speed detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state where the region in which the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the second embodiment of the present invention rotates is divided into four.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the rotating shaft rotates, a signal indicating a change in the position of the rotating shaft, and a pulse excitation signal as compared with the rotation speed detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a state in which the rotation shaft detected by the rotation speed detection device according to the second embodiment of the present invention rotates, a signal indicating a change in the position of the rotation shaft, and a pulse excitation signal.
  • the rotation speed detection device 30a shown in the second embodiment is different from the rotation speed detection device 30 described in the first embodiment in the following points. That is, the rotation speed detection device 30a shown in the second embodiment has a vibration detection circuit 13 in addition to the rotation speed detection device 30 shown in the first embodiment.
  • the rotation speed detection device 30a according to the second embodiment of the present invention further includes a vibration detection circuit 13.
  • the vibration detection circuit 13 is located between the position change detection circuit 12 and the pulse excitation circuit 5. When the vibration detection circuit 13 detects that the movement of the rotating body 31 detected by the area detection unit 121 moves back and forth continuously between two identical areas, the position generated based on the rotation state 62 is detected. Transmission of the change detection signal 56 is stopped.
  • the position change detection signal 56 which is the output of the position change detection circuit 12, is sent to the pulse excitation circuit 5 via the vibration detection circuit 13. Communicated.
  • the vibration detection circuit 13 stops the transmission of the position change detection signal 56 from the vibration detection circuit 13 to the pulse excitation circuit 5 when detecting the next state based on the signal output from the position change detection circuit 12. To do. Therefore, the pulse excitation circuit 5 stops the frequency of the pulse excitation signal 51 output from the pulse excitation circuit 5 from increasing. Alternatively, the pulse excitation circuit 5 stops the duty ratio of the pulse excitation signal 51 output from the pulse excitation circuit 5 from increasing.
  • the state detected by the vibration detection circuit 13 is a state in which the rotating shaft of the rotating body 31 reciprocates in the same region.
  • the rotating shaft 32 of the rotating body 31 is divided into four regions in the range in which the rotating shaft 32 rotates.
  • the rotation shaft 32 is represented by four quadrants indicated by a to d at the position where the rotation shaft 32 is rotated once.
  • a state in which the rotating shaft 32 operates by vibrating among the rotating shaft operations 40 is shown as a vibrating operation 41.
  • the comparative example shown in FIG. 10 shows a state in which the rotation speed detection device 30 described in the first embodiment is operated.
  • the rotation speed detection device 30 does not include the vibration detection circuit 13 included in the rotation speed detection device 30a.
  • the pulse excitation circuit 5 outputs a pulse excitation signal 906 every time the position change detection signal 56 of the position change detection circuit 12 is input.
  • the area detector 121 outputs an area change signal 60 every time the rotation axis reciprocates between the area d and the area a. This state is shown as position change detection (da) 902 in FIG.
  • the pulse excitation circuit 5 increases the frequency of the pulse excitation signal 51 every time the position change detection signal 56 is input.
  • the pulse excitation circuit 5 increases the duty ratio of the pulse excitation signal 51 every time the position change detection signal 56 is input. Since the pulse excitation circuit 5 unnecessarily increases the frequency of the pulse excitation signal 51, the current consumption is unnecessarily increased.
  • the vibration detection circuit 13 responds to the position change detection signal 56 output from the position change detection circuit 12 as follows. That is, when the vibration detection circuit 13 detects that the rotation axis is reciprocating between adjacent regions, the pulse excitation signal 51 is not transmitted from the vibration detection circuit 13 to the pulse excitation circuit 5.
  • the area detection unit 121 outputs the area change signal 60.
  • This state is shown as position change detection (da) 902 in FIG.
  • a first signal indicating that the rotation axis has moved from the region d to the region a is assumed to be a position change detection (da) 902a.
  • a second signal indicating that the rotation axis has moved from the region a to the region d is defined as a position change detection (da) 902b.
  • the vibration detection circuit 13 determines from the position change detection (da) 902a and 902b from the position change detection circuit 12 that the rotation axis is reciprocating between the same two areas d and a. Accordingly, the output 1001 of the vibration detection circuit does not output the position change detection signal 56 corresponding to the subsequent position change detection (da) 902 b to the pulse excitation circuit 5.
  • the pulse excitation circuit 5 does not output an unnecessary pulse excitation signal 1006.
  • the rotation speed detection device 30a according to the second embodiment can suppress an unnecessary increase in the frequency of the pulse excitation signal 51.
  • the rotation speed detection apparatus 30a in this Embodiment 2 can suppress increasing the duty ratio of the pulse excitation signal 51 unnecessarily. Therefore, the rotation speed detection device 30a according to the second embodiment can suppress an increase in current consumption.
  • the influence from the outside of the rotation speed detection device 30a includes a case where the rotation speed detection device 30a is conveyed.
  • the rotation speed detection device can be implemented independently without worrying about the following two points that are in a trade-off relationship. That is, the first point is that the duty of the pulse excitation signal can be reduced in order to reduce the current consumption during a power failure.
  • the second point can correspond to the fact that the rotation axis of the actuator or the like changes from a state where the rotation is stopped to a state where the rotation is suddenly accelerated.
  • the rotational speed detection device of the present invention detects the rotational state of the rotary shaft of a rotary body such as an actuator.
  • the rotation number detection device of the present invention detects the rotation state of the rotation shaft, so that even if the rotation shaft is suddenly accelerated from a stopped state, the rotation number is not counted erroneously, The rotational speed of the rotating shaft can be detected accurately.
  • the rotation speed detection device of the present invention reduces the current consumption by reducing the frequency of the pulse excitation signal output from the pulse excitation circuit or the duty ratio of the pulse excitation signal. Can be reduced.
  • the rotation speed detection device of the present invention detects the vibration state of the rotating shaft of a rotating body such as an actuator.
  • the rotational speed detection device of the present invention detects the vibration state of the rotary shaft, so that even if the rotary shaft stops rotating at a certain rotational position, An increase in current can be suppressed.
  • the rotation speed detection device of the present invention can be used for all rotation speed detection devices that detect the rotation speed of a rotating shaft regardless of the configuration using a resolver.
  • the present invention is effective for a rotational speed detection device that uses a battery or the like as a power source and is required to reduce current consumption.

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Abstract

本発明の回転数検出装置（３０）は、レゾルバ（１）と、電源電圧検出器（２）と、励磁切替回路（３）と、交流励磁回路（４）と、パルス励磁回路（５）と、レゾルバデジタルコンバータ（６）と、コンパレータ（８）と、基準検出回路（９）と、回転数カウンタ（１０）と、位置変化検出回路（１２）と、を備える。励磁切替回路（３）は、電源電圧検出器（２）が通電状態を検出したときには、交流励磁回路（４）が励磁コイル（１０１）を励磁する経路に切り替える。励磁切替回路（３）は、電源電圧検出器（２）が停電状態を検出したときには、パルス励磁回路（５）が励磁コイル（１０１）を励磁する経路に切り替える。パルス励磁回路（５）は、位置変化検出信号（５６）に応じて、パルス励磁回路（５）から出力されるパルス励磁信号（５１）の周波数またはパルス励磁信号（５１）のデューティ比を変更する。

Description

回転数検出装置
　本発明は、多回転する回転体を有するアクチュエータ等において、回転体の回転数を検出する回転数検出装置に関するものであり、特に、バッテリ等を電源とする、消費電流の低減が求められる回転数検出装置に関する。
　従来、多関節ロボットなどのアームを駆動するアクチュエータ等は、回転体として回転軸などを有する。例えば、回転軸には、レゾルバが取り付けられる。回転数検出装置は、回転軸に取り付けられたレゾルバが検出した結果を用いて、回転軸の回転数を導き出す。回転数検出装置の回転数を検出する方法として、主電源がアクチュエータ等に供給されていない停電時であっても、レゾルバを用いて、回転軸の回転数を得る方法がある。
　特許文献１には、一例として、後述する絶対位置検出装置が示される。
　すなわち、図１２に示すように、パルス励磁回路５０５は、パルス励磁信号をレゾルバ５０１に供給する。レゾルバ５０１は、励磁コイルと、検出コイルと、を含む。レゾルバ５０１は、検出コイルが検出した結果を、サンプルホールド回路２２とハイパスフィルタ２１と、に出力する。
　まず、サンプルホールド回路２２は、検出コイルが検出した結果から、Ａ相の正弦波信号とＢ相の正弦波信号とを導き出す。サンプルホールド回路２２は、導き出した、Ａ相の正弦波信号とＢ相の正弦波信号とをコンパレータ５０８に出力する。コンパレータ５０８は、入力されたＡ相の正弦波信号と入力されたＢ相の正弦波信号とに対して、２値のデジタル化を施す。コンパレータ５０８は、デジタル化された、Ａ相の正弦波信号とＢ相の正弦波信号とを回転数カウンタ１０に出力する。回転数カウンタ１０は、デジタル化された、Ａ相の正弦波信号とＢ相の正弦波信号とから、回転数信号Ｎ（１１）を算出する。
　一方、ハイパスフィルタ２１は、検出コイルが検出した結果から、低域の周波数成分を除去する。ハイパスフィルタ２１は、低域の周波数成分が除去された、検出コイルが検出した結果を、レゾルバデジタルコンバータ５０６に出力する。以下、レゾルバデジタルコンバータは、ＲＤコンバータと記すこともある。ＲＤコンバータ５０６は、低域の周波数成分が除去された、検出コイルが検出した結果から、回転角信号θ（７）を算出する。
　絶対位置検出装置は、回転数信号Ｎ（７）と回転角信号θ（１１）とを合成して、回転軸の絶対位置を算出する。
　さらに、絶対位置検出装置は、電源電圧検出器５０２と、動作検出器２３と、パルス切替器２４と、を備える。
　電源電圧検出器５０２は、回転軸を有するアクチュエータなどが、停電状態であるか、通電状態であるか、を検出する。
　動作検出器２３は、回転軸が回転する動作状態を検出する。
　パルス切替器２４は、後述する条件に基いて、パルス励磁回路５０５から出力されるパルス励磁信号を切り替える。
　すなわち、１つの条件は、電源電圧検出器５０２は、アクチュエータなどが停電状態であることを検出する。動作検出器２３は、回転軸が停止状態であることを検出する。このとき、パルス切替器２４は、パルス励磁回路５０５が出力するパルス励磁信号のデューティ比を大きくする。
　２つの条件は、電源電圧検出器５０２は、アクチュエータなどが停電状態であることを検出する。動作検出器２３は、回転軸が回転状態であることを検出する。このとき、パルス切替器２４は、パルス励磁回路５０５が出力するパルス励磁信号のデューティ比を小さくする。
　上述した絶対位置検出装置は、つぎの作用効果を奏する。
　すなわち、アクチュエータなどが停電状態の場合、パルス励磁回路５０５は、アクチュエータなどが通電状態の場合よりも低い周波数で、かつ、一定の幅を有するパルス励磁信号を、レゾルバ５０１に出力する。レゾルバ５０１は、入力されたパルス励磁信号により、励磁される。
　また、アクチュエータなどが停電状態で、かつ、アクチュエータなどが有する回転軸が回転状態である場合、パルス励磁回路５０５は、アクチュエータなどが通電状態の場合よりも低い周波数で、かつ、アクチュエータなどが有する回転軸が回転しない状態よりも高い周波数のパルス励磁信号を、レゾルバ５０１に出力する。レゾルバ５０１は、入力されたパルス励磁信号により、励磁される。
　以上、説明したように、アクチュエータなどが停電時、絶対位置検出装置は、消費電流を低減できる。
特開平６－２４１８３４号公報
　本発明が対象とする回転数検出装置は、回転体に取り付けたレゾルバからの出力を用いて、回転体の回転状態を検出する。
　回転数検出装置は、レゾルバと、電源電圧検出器と、励磁切替回路と、交流励磁回路と、パルス励磁回路と、レゾルバデジタルコンバータと、コンパレータと、基準検出回路と、回転数カウンタと、位置変化検出回路と、を備える。
　レゾルバは、１相の励磁コイルと、２相の検出コイルと、を含む。
　電源電圧検出器は、回転数検出装置が通電状態であるか、停電状態であるか、を検出する。
　励磁切替回路は、電源電圧検出器が検出した結果に基いて、励磁コイルを励磁する経路を切り替える。
　交流励磁回路は、励磁切替回路を介して、励磁コイルに交流励磁信号を出力する。
　パルス励磁回路は、励磁切替回路を介して、励磁コイルにパルス励磁信号を出力する。
　レゾルバデジタルコンバータは、検出コイルから出力された回転角によって振幅が変調された変調波に基いて、回転角信号θを検出する。
　コンパレータは、検出コイルから出力された検出信号が入力され、入力された検出信号と基準電圧とを比較した結果、出力情報を出力する。
　基準検出回路は、コンパレータから出力された出力情報に基いて、回転体が回転する際の基準となるタイミングを検出する。
　回転数カウンタは、基準検出回路が検出した結果に基いて、回転数信号Ｎを算出する。
　位置変化検出回路は、コンパレータから出力された出力情報に基いて、回転体の回転位置が変化した状態を検出する。位置変化検出回路は、検出した結果を位置変化検出信号として出力する。
　特に、励磁切替回路は、電源電圧検出器が通電状態を検出したときには、交流励磁回路が励磁コイルを励磁する経路に切り替える。
　励磁切替回路は、電源電圧検出器が停電状態を検出したときには、パルス励磁回路が励磁コイルを励磁する経路に切り替える。
　また、パルス励磁回路は、位置変化検出信号に応じて、パルス励磁回路から出力されるパルス励磁信号の周波数またはパルス励磁信号のデューティ比を変更する。
図１は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から通電時に出力される交流励磁波形と、レゾルバが出力する波形とを示す波形図である。 図３は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から停電時に出力されるパルス励磁波形と、レゾルバが出力する波形とを示す波形図である。 図４は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から停電時に出力されるパルス励磁波形と、レゾルバが出力する他の波形とを示す波形図である。 図５は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する位置変化検出回路を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する領域を４分割した状態を示す説明図である。 図７は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。 図８は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置を示すブロック図である。 図９は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する領域を４分割した状態を示す説明図である。 図１０は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置と比較する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。 図１１は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。 図１２は、従来の回転数検出装置の一例を示すブロック図である。
　本発明の実施の形態である回転数検出装置は、後述する構成により、アクチュエータなどが有する回転軸の回転状態を検出することで、消費電流を低減する。
　つまり、本実施の形態における回転数検出装置は、回転軸が回転を停止している状態から、回転軸が急に加速する状態に変化することへの対応が為される。しかも、本実施の形態における回転数検出装置は、回転軸が回転を停止する状態において、パルス励磁回路から出力されるパルス励磁信号の周波数、あるいは、パルス励磁信号のデューティ比を、より小さくできる。
　さらに、本実施の形態における回転数検出装置は、後述する構成により、つぎの状態において、回転軸が振動して動作する際、消費電流が増加することを抑制できる。
　つぎの状態とは、アクチュエータなどが有する回転軸が、所定の回転位置において、回転を停止している状態をいう。
　つまり、従来の技術では、つぎの改善すべき点があった。すなわち、つぎの２点は、トレードオフの関係にあり、両立することが困難であった。
　１点目は、停電時の消費電流を低減するために、パルス励磁信号のデューティを小さくすることである。
　２点目は、アクチュエータなどが有する回転軸が、回転を停止している状態から、急に加速する状態に変化することへの対応である。
　さらに、アクチュエータなどが有する回転軸が、ある所定の回転位置において、回転を停止している状態であるとき、機器の外部からの影響によって、回転軸が振動した場合、消費電流が増大していた。なお、機器の外部からの影響とは、例えば、機器を搬送することによる影響がある。
　これらの解決が求められる点に対して、特許文献１をはじめとする従来の技術には、パルス励磁信号の周期を切り替えるタイミングと、その切替方法について、具体的な内容が示されていない。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から通電時に出力される交流励磁波形と、レゾルバが出力する波形とを示す波形図である。図３は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から停電時に出力されるパルス励磁波形と、レゾルバが出力する波形とを示す波形図である。図４は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する交流励磁回路から停電時に出力されるパルス励磁波形と、レゾルバが出力する他の波形とを示す波形図である。図５は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が有する位置変化検出回路を示すブロック図である。図６は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する領域を４分割した状態を示す説明図である。図７は、本発明の実施の形態１における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。
　図１に示すように、本発明の実施の形態１における回転数検出装置３０は、回転体３１に取り付けたレゾルバ１からの出力を用いて、回転体３１の回転状態を検出する。
　回転数検出装置３０は、レゾルバ１と、電源電圧検出器２と、励磁切替回路３と、交流励磁回路（ＡＣ励磁回路）４と、パルス励磁回路５と、レゾルバデジタルコンバータ６と、コンパレータ８と、基準検出回路９と、回転数カウンタ１０と、位置変化検出回路１２と、を備える。
　レゾルバ１は、１相の励磁コイル１０１と、２相の検出コイル１０２と、を含む。
　電源電圧検出器２は、回転数検出装置３０が通電状態であるか、停電状態であるか、を検出する。
　励磁切替回路３は、電源電圧検出器２が検出した結果に基いて、励磁コイル１０１を励磁する経路を切り替える。
　交流励磁回路４は、励磁切替回路３を介して、励磁コイル１０１に交流励磁信号（ＡＣ励磁信号）５０を出力する。
　パルス励磁回路５は、励磁切替回路３を介して、励磁コイル１０１にパルス励磁信号５１を出力する。
　レゾルバデジタルコンバータ６は、検出コイル１０２から出力された回転角５２によって振幅が変調された変調波に基いて、回転角信号θ（７）を検出する。
　コンパレータ８は、検出コイル１０２から出力された検出信号５３が入力され、入力された検出信号５３と基準電圧とを比較した結果、出力情報５４を出力する。ここで、基準電圧とは、予め設定された所望の電圧である。所望の電圧は、回転数検出装置が使用される状況等に応じて、適宜、設定される。
　なお、コンパレータ８として差動増幅器を用いることもできる。つまり、検出信号５３として、差動信号が伝達される。このとき、検出信号５３と基準電圧とを比較することは、正極の信号と負極の信号とを比較することに、置き換えることができる。
　基準検出回路９は、コンパレータ８から出力された出力情報５４に基いて、回転体３１が回転する際の基準となるタイミング５５を検出する。
　回転数カウンタ１０は、基準検出回路９が検出した結果に基いて、回転数信号Ｎ（１１）を算出する。
　位置変化検出回路１２は、コンパレータ８から出力された出力情報５４に基いて、回転体３１の回転位置が変化した状態を検出する。位置変化検出回路１２は、検出した結果を位置変化検出信号５６として出力する。
　特に、励磁切替回路３は、電源電圧検出器２が通電状態を検出したときには、交流励磁回路４が励磁コイル１０１を励磁する経路に切り替える。
　励磁切替回路３は、電源電圧検出器２が停電状態を検出したときには、パルス励磁回路５が励磁コイル１０１を励磁する経路に切り替える。
　また、パルス励磁回路５は、位置変化検出信号５６に応じて、パルス励磁回路５から出力されるパルス励磁信号５１の周波数またはパルス励磁信号５１のデューティ比を変更する。
　図５に示すように、さらに、位置変化検出回路１２は、領域検出部１２１と、クロック部１２２と、状態検出部１２３と、信号生成部１２４と、を有する。
　領域検出部１２１は、回転体３１が回転する範囲を２以上の領域に区分けして、回転体３１の移動を検出する。領域検出部１２１は、コンパレータ８から出力された出力情報５４に基いて、回転体３１が各々の領域間を移動したことを検出して、領域変化信号６０を出力する。
　クロック部１２２は、基準クロック６１を計時する。
　状態検出部１２３は、基準クロック６１が計時される期間内に領域変化信号６０が出力された場合、回転体３１は回転動作状態であると判定する。状態検出部１２３は、基準クロック６１が計時される期間内に領域変化信号６０が出力されない場合、回転体３１は回転停止状態であると判定する。状態検出部１２３は、いずれかの判定結果を回転状態６２として出力する。
　信号生成部１２４は、状態検出部１２３から出力された回転状態６２に基いて、位置変化検出信号５６を生成する。
　図面を用いて、さらに詳細に説明する。
　図１に示すように、レゾルバ１は、アクチュエータなどの回転体３１が有する回転軸に固定される。本実施の形態１において、レゾルバ１は、１相の励磁コイル１０１と、２相の検出コイル１０２と、を含む。励磁コイル１０１は、回転軸に含まれる。２相の検出コイル１０２は、それぞれ固定子に含まれる。２相の検出コイル１０２の出力は、お互いに位相が９０°異なる。
　電源電圧検出器２は、回転数検出装置３０が備える主電源が通電状態か、主電源が停電状態かを検出する。電源電圧検出器２は、検出した主電源の通電状態を、状態信号として励磁切替回路３に出力する。
　主電源が通電状態の場合、励磁切替回路３は、交流励磁回路４がレゾルバ１に含まれる励磁コイル１０１を励磁するように、経路を切り替える。
　交流励磁回路４から出力された出力信号である、交流励磁信号５０は、励磁切替回路３を介して、励磁コイル１０１に入力される。なお、以下の説明において、交流励磁回路４は、ＡＣ励磁回路と記すこともある。また、交流励磁信号は、ＡＣ励磁信号と記すこともある。
　また、主電源が停電状態の場合、励磁切替回路３は、パルス励磁回路５がレゾルバ１に含まれる励磁コイル１０１を励磁するように、経路を切り替える。
　パルス励磁回路５から出力された出力信号である、パルス励磁信号５１は、励磁切替回路３を介して、励磁コイル１０１に入力される。
　図２に示すように、主電源が通電状態の場合、レゾルバ１は、ＡＣ励磁信号２０１により励磁された結果、変調波であるＶａ２０２、Ｖｂ２０３を出力する。
　すなわち、レゾルバ１が含む励磁コイル１０１は、ＡＣ励磁回路４から出力されたＡＣ励磁信号２０１により、励磁される。レゾルバ１が含む検出コイル１０２は、回転体３１が有する固定軸が回転する際の回転角５２によって振幅が変調された変調波であるＶａ２０２、Ｖｂ２０３を、レゾルバデジタルコンバータ６に出力する。レゾルバデジタルコンバータ６は、入力された変調波であるＶａ２０２、Ｖｂ２０３から、回転体３１である回転軸の回転角信号θ（７）を検出する。なお、以下の説明において、レゾルバデジタルコンバータ６は、ＲＤコンバータ６と記すこともある。
　また、図３に示すように、主電源が停電状態の場合、レゾルバ１は、パルス励磁信号３０１により励磁された結果、変調波であるＶａ３０２、Ｖｂ３０３を出力する。
　すなわち、レゾルバ１が含む励磁コイル１０１は、パルス励磁回路５から出力されたパルス励磁信号３０１により、励磁される。レゾルバ１が含む検出コイル１０２は、回転体３１が有する固定軸が回転する際の回転角５２によって振幅が変調された変調波であるＶａ３０２、Ｖｂ３０３を、コンパレータ８に出力する。コンパレータ８は、入力された変調波であるＶａ３０２、Ｖｂ３０３から変換された、Ａ相変調波信号Ｍａ（３０４）、Ｂ相変調波信号Ｍｂ（３０５）を出力する。
　なお、図４に示すように、コンパレータ８の出力を示す波形は、Ａ相変調波信号Ｍａ（４０４）、Ｂ相変調波信号Ｍｂ（４０５）のような波形でもよい。
　回転数検出装置３０は、上述した、Ａ相変調波信号Ｍａの波形とＢ相変調波信号Ｍｂの波形とを選択することで、消費電力を抑制できる。あるいは、回転数検出装置３０は、上述した、Ａ相変調波信号Ｍａの波形とＢ相変調波信号Ｍｂの波形とを選択することで、コンパレータ８の回路を簡易な構成で実現できる。
　コンパレータ８から出力されたＡ相変調波信号Ｍａ（３０４）、Ｂ相変調波信号Ｍｂ（３０５）は、コンパレータ８で２値の信号に変換されたデジタル信号である。コンパレータ８で変換されたデジタル信号は、基準検出回路９に入力される。基準検出回路９は、Ａ相変調波信号Ｍａ（３０４）とＢ相変調波信号Ｍｂ（３０５）との組み合わせが、所定の状態から所定の他の状態へと変化する、基準となるタイミング５５を検出する。
　図３に示すように、例えば、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｌｏ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態から、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｈｉ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態に変化したタイミングを、基準となるタイミング（５５）とする。ここで、Ｌｏは、信号レベルがロー（Ｌｏｗ）の状態を示す。Ｈｉは、信号レベルがハイ（Ｈｉｇｈ）の状態を示す。以降の説明においても同様である。このとき、基準となるタイミング（５５）を示すタイミング信号は、基準信号３０６で示される。
　本実施の形態１における回転数検出装置３０は、タイミング信号と、回転体３１が有する回転軸の原点と、を一致させる。本仕様とすれば、回転数カウンタ１０は、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｌｏ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態から、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｈｉ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態に変化したタイミングで、カウント値を増加する。回転数カウンタ１０は、カウンタ値を、回転数信号Ｎ（１１）として出力する。
　一方、回転数カウンタ１０は、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｈｉ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態から、Ａ相変調波信号Ｍａ＝Ｌｏ、Ｂ相変調波信号Ｍｂ＝Ｌｏの組み合わせ状態に変化したタイミングで、カウント値を減少する。
　本仕様とすれば、本実施の形態１における回転数検出装置３０は、回転体３１である回転軸が逆方向に回転したときでも、回転数信号Ｎ（１１）を得ることができる。よって、本実施の形態１における回転数検出装置３０は、アクチュエータなどの回転体３１が有する回転軸が回転している状態を、把握できる。
　ところで、コンパレータ８から出力されたＡ相変調波信号Ｍａ（３０４）、Ｂ相変調波信号Ｍｂ（３０５）は、位置変化検出回路１２にも出力される。
　位置変化検出回路１２は、Ａ相変調波信号Ｍａ（３０４）とＢ相変調波信号Ｍｂ（３０５）との組み合わせが、所定の状態から他の所定の状態に変化するタイミングを検出する。本実施の形態１における回転数検出装置３０は、位置変化検出回路１２が、所定の状態から他の所定の状態に変化するタイミングを検出することにより、回転体３１が有する回転軸が所定の領域から所定の他の領域に移動したことを検出できる。図６に一例を示す。
　図６に示すように、回転軸３２は、回転軸３２が回転する範囲を４つの領域に区分けされている。換言すれば、回転軸３２は、回転軸３２が１回転している位置を、ａ～ｄで示す４象限で表される。例えば、位置変化検出回路１２は、回転軸３２が領域ａから領域ｂに回転したことを検出できる。
　図７に示すように、回転軸が１回転するにあたり、位置変化検出回路１２は、検出信号を出力する。回転軸が１回転する状態は、回転軸の状態６０１で示される。
　具体的には、Ａ相変調波信号Ｍａ（３０４）とＢ相変調波信号Ｍｂ（３０５）との組み合わせが変化するタイミングは、つぎの４つのタイミングで示される。すなわち、位置変化検出（ｄ－ａ）６０２は、回転軸が領域ｄから領域ａに回転したタイミングを示す。以下、同様に、位置変化検出（ａ－ｂ）６０３は、回転軸が領域ａから領域ｂに回転したタイミングを示す。位置変化検出（ｂ－ｃ）６０４は、回転軸が領域ｂから領域ｃに回転したタイミングを示す。位置変化検出（ｃ－ｄ）６０５は、回転軸が領域ｃから領域ｄに回転したタイミングを示す。位置変化検出回路１２は、回転軸が回転するタイミングに基いて、位置変化検出信号５６を得る。位置変化検出回路１２は、位置変化検出信号５６をパルス励磁回路５に出力する。
　パルス励磁回路５は、位置変化検出回路１２から出力された位置変化検出信号５６に基いて、パルス励磁回路５が出力するパルス励磁信号５１の周波数を増加させた状態で、一定期間、出力する。または、パルス励磁回路５は、位置変化検出回路１２から出力された位置変化検出信号５６に基いて、パルス励磁回路５が出力するパルス励磁信号５１を任意の数だけ出力する。
　あるいは、パルス励磁回路５は、位置変化検出回路１２から出力された位置変化検出信号５６に基いて、パルス励磁回路５が出力するパルス励磁信号５１のデューティ比を増加させた状態で、一定期間、出力する。または、パルス励磁回路５は、位置変化検出回路１２から出力された位置変化検出信号５６に基いて、パルス励磁回路５が出力するパルス励磁信号５１を任意の数だけ出力する。
　よって、本実施の形態１における回転数検出装置３０は、アクチュエータなどの回転体３１が有する回転軸が、回転を停止している状態から急に加速する状態に変化しても、回転数を誤ってカウントすることなく、正確に回転軸の回転数を検出できる。
　つまり、本実施の形態１における回転数検出装置は、回転軸が回転を停止している状態から急に加速する状態に変化しても、回転数を誤ってカウントすることなく、正確に回転軸の回転数を検出できるため、つぎの作用効果を奏する。すなわち、回転軸が回転を停止している状態の場合、本実施の形態１における回転数検出装置は、パルス励磁信号の周波数を十分に低くすることができる。あるいは、回転軸が回転を停止している状態の場合、本実施の形態１における回転数検出装置は、パルス励磁信号のデューティ比を十分に低くすることができる。この結果、本実施の形態１における回転数検出装置は、消費電流を低減することができる。
　また、アクチュエータなどの回転体３１が有する回転軸が、回転動作状態であるか、回転停止状態であるかは、つぎの手順で実施できる。
　すなわち、回転数検出装置３０は、水晶の発振クロックなどで形成されるマスタークロックを有する。基準クロック６１は、マスタークロックなどで計時できる。あるいは、基準クロック６１は、パルス励磁信号５１が利用できる。
　予め定められた基準クロック６１に到達する期間内に、領域検出部１２１が領域変化信号６０を検出した場合、回転軸は回転動作状態であると判定される。また、予め定められた基準クロック６１に到達する期間内に、領域検出部１２１が領域変化信号６０を検出しない場合、回転軸は回転停止状態でると判定される。
　なお、上述した回転数検出装置の説明では、回転体が回転する範囲を４つの領域に区分けする例を示して説明した。回転体が回転する範囲は、２以上の領域に区分けしていればよい。例えば、回転体が回転する範囲は、２つの領域、すなわち、２象限で表されてもよい。
　（実施の形態２）
　図８は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置を示すブロック図である。図９は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する領域を４分割した状態を示す説明図である。図１０は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置と比較する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。図１１は、本発明の実施の形態２における回転数検出装置が検出する回転軸が回転する状態と、回転軸の位置変化を示す信号およびパルス励磁信号を示す説明図である。
　実施の形態２で示す回転数検出装置３０ａは、実施の形態１で説明した回転数検出装置３０と比べて、つぎの点で異なる。すなわち、実施の形態２で示す回転数検出装置３０ａは、実施の形態１で示した回転数検出装置３０に加えて、振動検出回路１３を有する。
　すなわち、図８に示すように、本発明の実施の形態２における回転数検出装置３０ａは、さらに、振動検出回路１３を備える。
　振動検出回路１３は、位置変化検出回路１２とパルス励磁回路５との間に位置する。振動検出回路１３は、領域検出部１２１で検出する回転体３１の領域間の移動が、２つの同じ領域間を連続して往復することを検出したとき、回転状態６２に基いて生成された位置変化検出信号５６の伝達を停止する。
　以下、図８から図１１を用いて説明する。
　なお、上述した実施の形態１に示した構成と同一のものについては、同じ符号を付して、説明を援用する。
　図８に示すように、本発明の実施の形態２における回転数検出装置３０ａは、位置変化検出回路１２の出力である位置変化検出信号５６が振動検出回路１３を介して、パルス励磁回路５に伝達される。
　振動検出回路１３は、位置変化検出回路１２から出力された信号に基いて、つぎの状態を検出した場合、振動検出回路１３からパルス励磁回路５に位置変化検出信号５６が伝達されることを停止する。よって、パルス励磁回路５は、パルス励磁回路５から出力されるパルス励磁信号５１の周波数が増加することを停止する。あるいは、パルス励磁回路５は、パルス励磁回路５から出力されるパルス励磁信号５１のデューティ比が増加することを停止する。ここで、振動検出回路１３が検出する状態とは、回転体３１が有する回転軸が同じ領域を往復している状態である。
　図９に示すように、回転体３１が有する回転軸３２は、回転軸３２が回転する範囲を４つの領域に区分けされている。換言すれば、回転軸３２は、回転軸３２が１回転している位置を、ａ～ｄで示す４象限で表される。図９において、回転軸の動作４０のうち、回転軸３２が振動して動作する状態が、振動動作４１として示される。
　このとき、図１０、図１１を用いて、比較例と本実施の形態２との違いを説明する。以下の説明は、振動を受けた回転軸が、領域ｄと領域ａとの間を往復している状態を例示して行う。回転軸が領域ｄと領域ａとの間を往復している状態は、回転軸の状態９０１として示される。
　なお、以下の説明において、図１０で示す比較例は、実施の形態１で説明した、回転数検出装置３０を動作させた状態が示される。回転数検出装置３０は、回転数検出装置３０ａが備える振動検出回路１３を、備えていない。
　図１０に示すように、振動検出回路１３を備えていない場合、パルス励磁回路５は、位置変化検出回路１２の位置変化検出信号５６が入力される毎に、パルス励磁信号９０６を出力する。
　すなわち、図５に示すように、回転軸が領域ｄと領域ａとの間を往復する毎に、領域検出部１２１は領域変化信号６０を出力する。図１０中、この状態が、位置変化検出（ｄ－ａ）９０２として示される。
　つまり、比較例では、回転体３１が有する回転体が、回転動作に至っていない状態であったとしても、パルス励磁回路５には、連続して位置変化検出回路１２からの位置変化検出信号５６が入力される。よって、パルス励磁回路５は、位置変化検出信号５６が入力される毎に、パルス励磁信号５１の周波数を増加している。あるいは、パルス励磁回路５は、位置変化検出信号５６が入力される毎に、パルス励磁信号５１のデューティ比を増加している。パルス励磁回路５が、パルス励磁信号５１の周波数を不要に増加等するため、不要に消費電流の増加を招いている。
　これに対して、図１１に示すように、振動検出回路１３を備えている場合、振動検出回路１３は、位置変化検出回路１２から出力された位置変化検出信号５６について、つぎの対応をする。すなわち、振動検出回路１３が、回転軸が隣接する領域を往復していることと検出した場合、振動検出回路１３からパルス励磁回路５にパルス励磁信号５１を伝達しない。
　図１１に示す、具体例を用いて説明する。回転軸が領域ｄと領域ａとの間を往復する毎に、領域検出部１２１は領域変化信号６０を出力する。図１１中、この状態が、位置変化検出（ｄ－ａ）９０２として示される。特に、回転軸が領域ｄから領域ａに移動したことを示す、１回目の信号を位置変化検出（ｄ－ａ）９０２ａとする。続けて、回転軸が領域ａから領域ｄに移動したことを示す、２回目の信号を位置変化検出（ｄ－ａ）９０２ｂとする。
　このとき、振動検出回路１３は、位置変化検出回路１２からの位置変化検出（ｄ－ａ）９０２ａ、９０２ｂより、回転軸が２つの同じ領域ｄ、領域ａ間を往復していると判定する。よって、振動検出回路の出力１００１は、後段の位置変化検出（ｄ－ａ）９０２ｂに対応する位置変化検出信号５６を、パルス励磁回路５に出力しない。
　この結果、パルス励磁回路５は、不要なパルス励磁信号１００６を出力することがない。
　すなわち、本実施の形態２における回転数検出装置３０ａは、パルス励磁信号５１の周波数を不要に増加することを抑制できる。あるいは、本実施の形態２における回転数検出装置３０ａは、パルス励磁信号５１のデューティ比を不要に増加することを抑制できる。よって、本実施の形態２における回転数検出装置３０ａは、消費電流が増加することを抑制できる。
　以上の構成により、アクチュエータなどの回転体３１が有する回転軸が停止している状態のとき、回転数検出装置３０ａの外部からの影響によって、回転軸が振動して動作した場合であっても、消費電流が増加することを抑制できる。
　なお、回転数検出装置３０ａの外部からの影響には、回転数検出装置３０ａが搬送される場合などがある。
　以上の説明から明らかなように、本発明の実施の形態における回転数検出装置によれば、トレードオフの関係にあった、つぎの２点を気にすることなく、各々独立して実施できる。すなわち、１点目は、停電時の消費電流を低減するために、パルス励磁信号のデューティを小さくできる。また、２点目は、アクチュエータなどが有する回転軸が、回転を停止している状態から、急に加速する状態に変化することに対応できる。
　本発明の回転数検出装置は、アクチュエータなどの回転体が有する回転軸の回転状態を検出する。本発明の回転数検出装置は、回転軸の回転状態を検出することにより、回転軸が停止している状態から急に加速する状態に変化しても、回転数を誤ってカウントすることなく、正確に回転軸の回転数を検出できる。
　特に、回転軸が停止している状態において、本発明の回転数検出装置は、パルス励磁回路が出力するパルス励磁信号の周波数、あるいは、パルス励磁信号のデューティ比を小さくすることで、消費電流を低減できる。
　さらに、本発明の回転数検出装置は、アクチュエータなどの回転体が有する回転軸の振動状態を検出する。本発明の回転数検出装置は、回転軸の振動状態を検出することにより、回転軸がある所定の回転位置で回転を停止している状態において、回転軸が振動しながら動作しても、消費電流が増加することを抑制できる。
　本発明の回転数検出装置は、レゾルバを用いる構成に依らず、回転軸の回転数を検出する回転数検出装置全般に利用できる。特に、バッテリなどを電源とする、消費電流の低減が求められる回転数検出装置に有効である。
　１，５０１　レゾルバ
　２，５０２　電源電圧検出器
　３　励磁切替回路
　４　交流励磁回路（ＡＣ励磁回路）
　５，５０５　パルス励磁回路
　６，５０６　レゾルバデジタルコンバータ（ＲＤコンバータ）
　７　回転角信号θ
　８，５０８　コンパレータ
　９　基準検出回路
　１０　回転数カウンタ
　１１　回転数信号Ｎ
　１２　位置変化検出回路
　１３　振動検出回路
　２１　ハイパスフィルタ
　２２　サンプルホールド回路
　２３　動作検出器
　２４　パルス切替器
　３０，３０ａ　回転数検出装置
　３１　回転体
　３２　回転軸
　４０　回転軸の動作
　４１　振動動作
　５０，２０１　交流励磁信号（ＡＣ励磁信号）
　５１，３０１，９０６，１００６　パルス励磁信号
　５２　回転角
　５３　検出信号
　５４　出力情報
　５５　基準となるタイミング
　５６　位置変化検出信号
　６０　領域変化信号
　６１　基準クロック
　６２　回転状態
　１０１　励磁コイル
　１０２　検出コイル
　１２１　領域検出部
　１２２　クロック部
　１２３　状態検出部
　１２４　信号生成部
　２０２，３０２　Ｖａ
　２０３，３０３　Ｖｂ
　３０４，４０４　Ａ相変調波信号Ｍａ
　３０５，４０５　Ｂ相変調波信号Ｍｂ
　３０６　基準信号
　６０１，９０１　回転軸の状態
　６０２，９０２，９０２ａ，９０２ｂ　位置変化検出（ｄ－ａ）
　６０３　位置変化検出（ａ－ｂ）
　６０４　位置変化検出（ｂ－ｃ）
　６０５　位置変化検出（ｃ－ｄ）
　１００１　振動検出回路の出力

Claims (3)

  1. 回転体に取り付けたレゾルバからの出力を用いて、前記回転体の回転状態を検出する回転数検出装置であって、
    前記回転数検出装置は、
    　　　　　　１相の励磁コイルと、
    　　　　　　２相の検出コイルと、
    　　　を含むレゾルバと、
    　　　前記回転数検出装置が通電状態であるか、停電状態であるか、を検出する電源電圧検出器と、
    　　　前記電源電圧検出器が検出した結果に基いて、前記励磁コイルを励磁する経路を切り替える励磁切替回路と、
    　　　前記励磁切替回路を介して、前記励磁コイルに交流励磁信号を出力する交流励磁回路と、
    　　　前記励磁切替回路を介して、前記励磁コイルにパルス励磁信号を出力するパルス励磁回路と、
    　　　前記検出コイルから出力された回転角によって振幅が変調された変調波に基いて、回転角信号θを検出するレゾルバデジタルコンバータと、
    　　　前記検出コイルから出力された検出信号が入力され、入力された前記検出信号と基準電圧とを比較した結果、出力情報を出力するコンパレータと、
    　　　前記コンパレータから出力された前記出力情報に基いて、前記回転体が回転する際の基準となるタイミングを検出する基準検出回路と、
    　　　前記基準検出回路が検出した結果に基いて、回転数信号Ｎを算出する回転数カウンタと、
    　　　前記コンパレータから出力された前記出力情報に基いて、前記回転体の回転位置が変化した状態を検出して、検出した結果を位置変化検出信号として出力する位置変化検出回路と、
    を備え、
    　　　前記励磁切替回路は、前記電源電圧検出器が通電状態を検出したときには、前記交流励磁回路が前記励磁コイルを励磁する経路に切り替え、
    　　　前記電源電圧検出器が停電状態を検出したときには、前記パルス励磁回路が前記励磁コイルを励磁する経路に切り替えるとともに、
    　　　前記パルス励磁回路は、前記位置変化検出信号に応じて、前記パルス励磁回路から出力される前記パルス励磁信号の周波数または前記パルス励磁信号のデューティ比を変更する、回転数検出装置。
  2. 前記位置変化検出回路は、
    　　　前記回転体が回転する範囲を２以上の領域に区分けし、前記コンパレータから出力された前記出力情報に基いて、前記回転体が各々の前記領域間を移動したことを検出して領域変化信号を出力する領域検出部と、
    　　　基準クロックを計時するクロック部と、
    　　　前記基準クロックが計時される期間内に前記領域変化信号が出力された場合、前記回転体は回転動作状態であると判定し、前記基準クロックが計時される期間内に前記領域変化信号が出力されない場合、前記回転体は回転停止状態であると判定して、いずれかの判定結果を回転状態として出力する状態検出部と、
    　　　前記状態検出部から出力された前記回転状態に基いて、前記位置変化検出信号を生成する信号生成部と、
    を有する、請求項１に記載の回転数検出装置。
  3. 前記位置変化検出回路と前記パルス励磁回路との間に位置し、
    前記領域検出部で検出する前記回転体の前記領域間の移動が、２つの同じ領域間を連続して往復することを検出したとき、
    前記回転状態に基いて生成された前記位置変化検出信号の伝達を停止する振動検出回路を、さらに備える、請求項２に記載の回転数検出装置。
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