JP2938472B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

回転角検出装置

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JP2938472B2
JP2938472B2 JP1190826A JP19082689A JP2938472B2 JP 2938472 B2 JP2938472 B2 JP 2938472B2 JP 1190826 A JP1190826 A JP 1190826A JP 19082689 A JP19082689 A JP 19082689A JP 2938472 B2 JP2938472 B2 JP 2938472B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はACサーボモータ等の回転角検出に用いられ
る回転角検出装置に関する。
「従来の技術」 第2図は従来の回転角検出装置の構成例を示すブロッ
ク図であり、この図において、1は図示せぬACサーボモ
ータに取り付けられ、ACサーボモータの回転角に応じた
サイン波検出電圧およびコサイン波検出電圧を出力する
1相入力2相出力型のレゾルバであり、入力コイル1a
と、入力コイル1aに対して電気的に同位相の出力コイル
1bと、入力コイル1aに対して電気的に90度の位相差があ
る出力コイル1cとから構成されている。
また、2は常時所定の周波数のサイン波信号電圧を発
生し、レゾルバ1の入力コイル1aの両端に印加するサイ
ン波発生器、3a〜3cはそれぞれコイル1a〜1cの両端の電
圧を増幅する増幅器である。
さらに、4は入力値に応じてコサイン波信号電圧を出
力するコサイン変換器、5は入力値に応じてサイン波信
号電圧を出力するサイン変換器、6は増幅器3bに出力電
圧とコサイン変換器4の出力電圧とを乗算する乗算器、
7は増幅器3cの出力電圧とサイン変換器5の出力電圧と
を乗算する乗算器、8は乗算器6および7のそれぞれの
出力電圧を入力してその差を増幅する差動増幅器、9は
差動増幅器8の出力電圧を増幅器3aの出力電圧によって
除算する除算器である。
加えて、10はパルス発振器であり、除算器9の出力電
圧が正ならば出力端子10aから“H"レベルの電圧を出力
すると共に、出力端子10bから除算器9の出力電圧の絶
対値に応じた周波数のパルスを出力し、除算器9の出力
電圧が負ならば出力端子10aから“L"レベルの電圧を出
力すると共に、出力端子10bからは除算器9の出力電圧
の絶対値に応じた周波数のパルスを出力する。11はアッ
プダウンカウンタであり、入力端子11aに印加される電
圧が“H"レベルならば入力端子11bから入力されるパル
スをカウントアップしてそのカウント値を出力し、入力
端子11aに印加される電圧が“L"レベルならば入力端子1
1bから入力されるパルスをカウントダウンしてそのカウ
ント値を出力する。
このような構成において、サイン発振器2の出力電圧
をsinωtとした場合、ACサーボモータが回転してレゾ
ルバ1が回転した時、コイル1aの電圧とコイル1cの出力
電圧との位相差がθ、即ち、レゾルバの回転角、言い換
えれば、ACサーボモータの回転角がθであるとき、コイ
ル1bおよび1cには次式で表す電圧V1bおよびV1cがそれぞ
れ誘起される。
V1b=k0・sinωt・sinθ ・・・ V1c=k0・sinωt・cosθ ・・・ ここで、k0は定数である。
これにより、増幅器3bおよび3cからは次式で表す電圧
V3bおよびV3cがそれぞれ出力される。
V3b=k0・sinωt・sinθ ・・・ V3b=k0・sinωt・cosθ ・・・ ここで、kは定数である。
一方、今、アップダウンカウント11の出力値がψであ
るとすると、コサイン変換器4およびサイン変換器5か
らは次式で表す電圧V4およびV5がそれぞれ出力される。
V4=cosψ ・・・ V5=sinψ ・・・ 従って、乗算器6および7からは次式で表す電圧V6
よびV7がそれぞれ出力される。
V6=k・sinωt・sinθ・cosψ ・・・ V7=k・sinωt・cosθ・sinψ ・・・ これにより、差動増幅器8からは次式で表す電圧V8
出力される。
V8=k・sinωt・(sinθ・cosψ−cosθ・sinψ) =k・sinωt・sin(θ−ψ) ・・・ 一方、コイル1aの両端の電圧V1aはsinωtであるの
で、この電圧V1aが増幅器3aにおいてk倍され、次式で
示す電圧V3aとなる。
V3a=k・sinωt ・・・・ 従って、除算器9からは次式で表す電圧V9が出力され
る。
V9=sin(θ−ψ) ・・・ そして、電圧V9がパルス発振器10に入力され、電圧V9
が正、即ち、θ>ψならばパルス発振器10の出力端子10
aから“H"レベルの電圧が出力されると共に、出力端子1
0bからは電圧V9の絶対値に応じた周波数のパルスが出力
される。
従って、アップダウンカウンタ11は、入力端子11bか
ら入力されるパルスを(θ−ψ)に応じた速度でカウン
トアップし、値がθ=ψになるとパルス発振器10がパル
スの発振を停止する。
一方、電圧V9が負、即ち、θ<ψならばパルス発振器
10の出力端子10aから“L"レベルの電圧が出力されると
共に、出力端子10bからは電圧V9の絶対値に応じた周波
数のパルスが出力される。
従って、アップダウンカウンタ11は、入力端子11bか
ら入力されるパルスを(θ−ψ)に応じた速度でカウン
トダウンし、値がθ=ψになるとパルス発振器10がパル
スの発振を停止する。
以上説明したように、電圧V9が常にゼロ、即ち、θ=
ψとなるように、制御される。従って、アップダウンカ
ウント11の出力値ψにより、レゾルバ1の回転角θ、即
ち、ACサーボモータの回転角θが検出できる。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来の回転角検出装置に用いられ
るレゾルバは、エンコーダに比べて耐環境性に優れてお
り、また、容易に高分解能が得られるという利点を持っ
ている。
しかし、このレゾルバを回転角検出装置に用いると、
周辺回路が複雑になり、回路の構成部品が多くなるた
め、以下に示す欠点があった。
高価である。
装置が大型である。
信頼性が低い。
検出精度が低い。
実用化が困難である。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、安
価で小型かつ軽量で、信頼性が高く、しかも、検出精度
が高い回転角検出装置を提供することを目的としてい
る。
「課題を解決するための手段」 この発明による回転角検出回路は、所定の周波数の発
振信号が印加される入力コイルと、該入力コイルに対し
て電気的に同位相の第1の出力コイルと、前記入力コイ
ルに対して電気的に90度の位相差がある第2の出力コイ
ルとを具備するレゾルバと、前記発振信号のピーク値を
検出してサンプル信号を出力するピーク検出器と、前記
サンプル信号を入力して前記第1の出力コイルに誘起さ
れる第1の出力電圧を保持する第1のサンプルホールド
回路と、前記第1のサンプルホールド回路と同時に前記
サンプル信号を入力して前記第2の出力コイルに誘起さ
れる第2の出力電圧を保持する第2のサンプホールド回
路と、保持された前記第1および第2の出力電圧を第1
および第2のディジタルデータに変換するアナログ/デ
ィジタル変換器と、 前記サンプル信号を入力すると共に、前記第1および第
2のディジタルデータを入力して、該第1および第2の
ディジタルデータを、 レゾルバの回転角=tan-1((第1のディジタルデー
タ)/(第2のディジタルデータ)) なる式に各々代入することにより、前記レゾルバの回転
角の演算を行う制御回路とを具備することを特徴として
いる。
「作用」 この発明によれば、レゾルバが回転した時の発振信号
の電圧と第2の電圧との位相差、即ち、レゾルバの回転
角がθであるとすると、まず、ピーク検出器は発振信号
のピーク値を検出してサンプル信号を出力する。
次に、第1のサンプルホールド回路は、第1の出力コ
イルに誘起される第1の出力電圧を保持する。これと同
時に、第2のサンプルホールド回路は、第1の出力コイ
ルに誘起される第2の出力電圧を保持する。すなわち、
第1の出力電圧と第2の出力電圧とは、同時に保持され
る。
そして、保持された第1および第2の出力電圧は、ア
ナログ/ディジタル変換器により第1および第2のディ
ジタルデータに各々変換される。
これにより、制御回路は、サンプル信号のタイミング
に応じて、第1および第2のディジタルデータを入力し
て、該第1および第2のディジタルデータを、 レゾルバの回転角=tan-1((第1のディジタルデー
タ)/(第2のディジタルデータ)) なる式に各々代入することにより、レゾルバの回転角の
演算を行う。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説
明する。第1図はこの発明の一実施例による回転角検出
装置の構成を示すブロック図であり、この図において、
第2図の各部に対応する部分には同一の符号を付け、そ
の説明を省略する。
第1図に示す回転角検出装置においては、構成要素4
〜11に代えて、増幅器3aの出力電圧V3aのピーク値Vp
検出してサンプル信号が出力するピーク検出器12、サン
プル信号を入力して増幅器3bおよび3cの出力電圧V3b
よびV3cをそれぞれ保持するサンプルホールド回路13お
よび14、サンプホールド回路13および14の出力電圧をそ
れぞれディジタルデータに変換するA/D変換器15および1
6、サンプル信号を入力すると共に、A/D変換器15および
16のそれぞれの出力データを入力してレゾルバ1の回転
角の演算を行うCPU(中央処理装置)17が新たに設けら
れている。
このような構成において、サイン発振器2の出力電圧
をsinωtとし、ACサーボモータが回転してレゾルバ1
が回転した時のコイル1aの電圧とコイル1cの出力電圧と
の位相差、即ち、レゾルバの回転角がθであるとする
と、増幅器3bおよび3cからは次式で表す電圧V3bおよびV
3cがそれぞれ出力される。
V3b=k・sinωt・sinθ ・・・ V3b=k・sinωt・cosθ ・・・ ここで、kは定数である。
一方、増幅器3aからは次式で示す電圧V3aが出力され
る。
V3a=k・sinωt ・・・ 従って、ピーク検出器12は電圧V3aのピーク値Vp、即
ち、±kを検出してサンプル信号を出力する。そして、
サンプホールド回路13および14は、サンプル信号を入力
してピーク値Vpが出力された時の増幅器3bおよび3cの出
力電圧V3bおよびV3c、即ち、次式で表す電圧VhbおよびV
hcをそれぞれ保持する。
Vhb=±k・sinθ ・・・ Vhc=±k・cosθ ・・・ 次に、A/D変換器15および16は、サンプルホールド回
路13および14の出力電圧VhbおよびVhcをそれぞれディジ
タルデータに変換して出力する。
そして、CPU17は、サンプル信号のタイミングに応じ
て、A/D変換器15および16のそれぞれの出力データを入
力した後、以下に示す演算を行ってレゾルバ1の回転角
θ、即ち、ACサーボモータの回転角θを検出する。
尚、上述した一実施例において、ピーク検出器12を用
いたのは増幅器3aの出力電圧V3aの絶対値が大きいほど
検出精度が上がるためである(sinωt=0の時は検出
不能である)。
また、サンプルホールド回路13および14は、増幅器3b
および3cの出力電圧を同時に保持するために必要であ
る。つまり、この保持時刻がずれた場合には、検出精度
が上がらないからである。
さらに、上述した一実施例においては、A/D変換器15
および16を2つ用いた例を示したが、これらは一般に高
価かつサイズが大きいため、どちらか1つだけを用い、
増幅器3bおよび3cの出力電圧を切り換えて入力してもよ
い。
加えて、上述した一実施例においては、レゾルバ1の
入力コイル1aにサイン波を入力した例を示したが、これ
は三角波あるいは矩形波でもよく、矩形波の場合には、
ピーク検出器12は、増幅器3aの出力電圧が“H"レベルの
間の適当なタイミングでサンプル信号を出力すればよ
い。また、この場合、検出角θの変化がないか遅い場合
には、サンプルホールド回路13および14における多少の
電圧保持のタイミングのずれは許容できる。
ところで、最近では、上述したACサーボモータの制御
にCPU(マイクロプロセッサ)を用いる場合が多いが、
このような場合には、上述したCPU17を改めて設けるこ
となく、このマイクロプロセッサがCPU17の役割を担っ
てもよい。
また、最近では、ACサーボモータの制御を行う場合、
電流値をA/D変換器によってディジタルデータに変換
し、このディジタルデータをマイクロプロセッサに入力
してACサーボモータを制御する全ディジタルサーボ制御
を行う場合があるが、この場合には、A/D変換器15およ
び16を設けることなく、上述したA/D変換器の前段にア
ナログマルチプレクサを設けて入力信号を切り換えて用
いてもよい。
以上説明したように、モータ制御回路まで拡張して考
えることにより、共用できる部品が多くあるため、トー
タルの部品多数を従来に比べて格段に少なくすることが
できる。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、従来に比べ
て回路が簡単であり、部品多数が格段に少ないため、以
下に示す効果がある。
安価である。
小型かつ軽量である。
信頼性が高い。
検出精度が高い。
実用化が容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による回転角検出装置の構
成を示すブロック図、第2図は従来の回転角検出装置の
構成例を示すブロック図である。 1……レゾルバ、2……サイン波発振器、3a〜3c……増
幅器、12……ピーク検出器、13,14……サンプルホール
ド回路、15,16……A/D変換器、17……CPU。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の周波数の発振信号が印加される入力
    コイルと、該入力コイルに対して電気的に同位相の第1
    の出力コイルと、前記入力コイルに対して電気的に90度
    の位相差がある第2の出力コイルとを具備するレゾルバ
    と、 前記発振信号のピーク値を検出してサンプル信号を出力
    するピーク検出器と、 前記サンプル信号を入力して前記第1の出力コイルに誘
    起される第1の出力電圧を保持する第1のサンプルホー
    ルド回路と、 前記第1のサンプルホールド回路と同時に前記サンプル
    信号を入力して前記第2の出力コイルに誘起される第2
    の出力電圧を保持する第2のサンプルホールド回路と、 保持された前記第1および第2の出力電圧を第1および
    第2のディジタルデータに変換するアナログ/ディジタ
    ル変換器と、 前記サンプル信号を入力すると共に、前記第1および第
    2のディジタルデータを入力して、該第1および第2の
    ディジタルデータを、 レゾルバの回転角=tan-1((第1のディジタルデー
    タ)/(第2のディジタルデータ)) なる式に各々代入することにより、前記レゾルバの回転
    角の演算を行う制御回路とを具備することを特徴とする
    回転角検出装置。
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