JP3540300B2 - 回転検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、出力信号に内在するリップル成分を低減させることにより回転機等のトルクリップルを低減することができる回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの出力トルクには一般にリップルが存在する。このトルクリップルはサーボモータの速度むらや位置誤差の要因となるため、たとえばＮＣ（数値制御）装置においては加工精度を悪化させる原因となり、エレベータにおいては乗りかごが加振され乗り心地を損なわせる要因となっている。
【０００３】
この種のトルクリップルを検出する場合、得られるトルクリップルには、減速機を含むモータ本体に起因する内的なものと、回転検出センサに起因して外的に発生するものとがある。前者はモータ固定子と回転子の工作精度や回転子軸受けの偏心、モータ内部の磁界の高調波および減速機の組立て精度に起因している。前者のトルクリップルの低減方法は従来から種々検討され提案されており、たとえば、特開平７−１２９２５１号公報に見られるように、減速機の発生するトルクリップルに着目してトルクリップル調整ゲインをＡ、減速機の回転角をθ、初期位相をα１として、補正信号Ｔcomp（＝Ａ・sin（θ＋α１））を演算し、モータの回転周期に同期させてフィードフォワード的に目標トルク指令に加算してトルクリップルを打ち消す方法や、特開平１１−２９９２７７号公報に見られるように、トルクリップルがモータの回転角と相関性を持つことからこの相関関係を記憶装置に記憶させ、モータ回転角に基づいてこれと対応するトルクリップルデータを読み出し、トルク指令値からリップル分を差し引いたものを新たなトルク指令値とする方法等がある。
【０００４】
一方、後者の回転検出センサに起因するトルクリップルは結果的にモータトルクリップルとして現れるため、モータの制御装置に上述のような制御方法を適用してリップルを低減することにより問題とならないことが多い。しかし、回転検出センサの出力値に検出対象の回転角に起因するリップルが含まれると、リップルの振幅が検出対象の角速度に比例して大きくなるため、モータのトルクや回転速度を制御する際に角速度フィードバックゲインを大きくすることができないという問題が生じ、制御装置に多大な負担がかかるばかりでなく、装置コストの上昇を招いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の回転検出装置にあっては、その出力にリップルが含まれていても回転検出装置が装備される回転機のトルクリップルや速度むらとなって顕在化しないよう回転機の駆動装置や制御装置内で種々の制御方式が適用されていた。このため、回転機の駆動装置や制御装置が複雑になり信頼性の低下やコストの上昇を招くという問題があった。しかも、電動機のトルクリップルには、回転検出装置出力のリップルのほかにも、減速機の組立て精度やモータ本体の工作精度、磁界の高調波等の要因もあり、回転検出装置出力のリップルはこれら要因の特定を困難にするものであり、センサとしての機能を十分に果たしているとは言えない状況にあった。
【０００６】
本発明は、かかる事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、出力リップルを低減し、回転検出装置が装備される回転機等のアクチュエータのトルクリップルや速度むらの削減、アクチュエータ駆動装置や制御装置の簡素化、コストの低減化および信頼性を向上させることができる回転検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、回転体の回転運動を検出する回転検出手段と、回転検出手段の出力に基づき回転体の回転角を検出する回転角検出部および回転体の角速度を検出する角速度検出部を含む回転演算手段とを備える回転検出装置において、回転演算手段は、回転角検出部によって検出された回転角の正弦値を演算する三角関数演算部と、三角関数演算部によって算出された正弦値に所定のゲインを乗じるゲイン調整部と、ゲイン調整部の出力に角速度検出部の出力を乗じる乗算部と、角速度検出部の出力から乗算部の出力を減じて角速度信号とする減算部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、三角関数演算部が、回転角検出部によって検出された回転角の位相を調整する位相調整手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転検出手段が、回転体の回転角に応じた出力を生じるレゾルバを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転検出手段が、回転体の角速度に応じた電圧を出力する発電機を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転検出手段が、回転体の回転角に応じた出力を生じるエンコーダを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転検出手段が、回転演算手段から離隔して配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転検出手段が回転演算手段を内包していることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が、角速度のリップル成分を低減する手段を備えていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が、回転角をθ、角速度をω、ゲイン調整部のゲインをＧ、位相調整部の調整位相値をΨ、回転体１回転当たりの回転角検出部の出力に含まれるリップル周期数をｎとして、
ω_ｏｕｔ＝ω（１−Ｇ・sin（ｎθ＋Ψ）） ・・・（１）
として得られる角速度ω_ｏｕｔを演算することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が、回転角のリップル成分を低減する手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転角検出部が、角速度検出部の出力を積分して回転角を得る積分器を備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が角速度出力ω_ｏｕｔを積分する積分器を備えていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１３に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が、回転角のリップル成分を低減した回転角信号および角速度のリップル成分を低減した角速度信号を出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項１４に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、回転演算手段が、複数段直列に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１５に係る発明は、請求項２記載の回転検出装置において、位相調整部が複数の調整位相値を有し、回転体のトルクの符号に応じて複数の調整位相値のうち一つを選択的に出力することを特徴とする。
【００２１】
請求項１６に係る発明は、請求項１記載の回転検出装置において、ゲイン調整部が、回転体の回転子回転軸に作用する重力方向の外力に応じて所定のゲインを変動させることを特徴とする。
【００２２】
＜発明の原理＞
本発明は回転検出手段の出力に含まれるリップル成分、特に測定対象物の回転周期に依存して出現するリップル成分を効果的に除去することができる。そして、当該回転検出手段の出力が複数のリップル成分を持つ場合にはそれぞれのリップルに対応する回転演算手段を複数個設けることですべてのリップル成分を効果的に低減することが可能である。すなわち、検出対象の回転角をθ_０とすれば、振幅ａのリップルを持つ回転検出手段の出力は回転角検出部により次式の回転角出力θに変換される。
【００２３】
θ＝θ_０−ａ・cos（nθ_０＋φ） ・・・（２）
ただし、nは検出対象１回転当たりのリップル周期数、φは回転検出対象に回転検出手段を取付ける際の初期位相差である。
【００２４】
ここで本発明では、たとえば角速度検出部で回転角出力θを時間微分して次式の角速度出力ωを得る。
【００２５】
ω＝dθ_０/dt（１＋a・n・sin（nθ_０＋φ）） ・・・（３）
回転演算手段が、たとえば式（１）に基づいて当該手段の出力ω_ｏｕｔを演算するとすれば、出力ω_ｏｕｔは、式（１）に式（２）および式（３）を代入して、
ω_ｏｕｔ＝dθ_０/dt（１−Ｇ・sin（Ψ−ａ・ｎ・cos（ｎθ_０＋φ）＋ｎθ_０）＋ａ・ｎ・sin（ｎθ_０＋φ）−ａ・ｎ・Ｇ・sin（Ψ−ａ・ｎ・cos（ｎθ_０＋φ）＋ｎθ_０）sin（ｎθ_０＋φ）） ・・・（４）
と表されることになる。ここで、dθ_０/dtは検出対象の角速度である。
【００２６】
式（４）は、リップルの振幅が一般に小さく、ａ≪１とみなせることから、三角関数を角度ゼロの近傍で線形近似して展開すると、
ω_ｏｕｔ＝dθ_０/dt（１−Ｇ・sin（Ψ＋ｎθ_０）＋ａ・ｎ・Ｇ・cos（Ψ＋ｎθ_０）cos（ｎθ_０＋φ）＋ａ・ｎ・sin（ｎθ_０＋φ）−ａ・ｎ・Ｇ・sin（Ψ−ａ・ｎ・cos（ｎθ_０＋φ）＋ｎθ_０）sin（ｎθ_０＋φ）） ・・・（５）
となる。さらに、ａ・Ｇ＝０とみなせば、
ω_ｏｕｔ＝dθ_０/dt（１−Ｇ・sin（ｎθ_０＋Ψ）＋ａ・ｎ・sin（ｎθ_０＋φ））・・・（６）
を得る。式（６）は、式（１）においてゲインＧをリップル含有率ａ・ｎに等しく設定し、かつ調整位相Ψを初期位相差φに等しく設定できれば、回転演算手段の出力ω_ｏｕｔが検出対象の角速度dθ_０/dtと等しくなることを示しており、回転角検出手段の出力に含まれていたリップル成分を除去することができることを示している。
【００２７】
さらにまた、回転演算手段の出力ω_ｏｕｔと検出対象の角速度dθ_０/dtとの間の誤差ｅ_ｒｒは式（６）から、

となる。
【００２８】
式（７）を展開整理すると、
【数１】

を得る。
【００２９】
誤差ｅ_ｒｒの振幅は、たとえば０〜２ａｎの範囲のゲインＧおよび、−π＋φ〜π＋φの範囲の調整位相Ψに対して極小値がゼロとなる唯一の極小点を持つ凹形関数となるため適当な値のＧやΨから出発して簡単に最小値ゼロを探し当てることができる。また、リップル含有率ａｎや初期位相φが既知の場合にはＧやΨを当初から既知の値に設定すればよいことは言うまでもない。
【００３０】
このように、本発明では回転検出装置の出力リップルを低減することができ、回転検出装置の装備される回転機等のアクチュエータのトルクリップルや速度むらを低減することができる。また、式（１）の簡単な演算で出力リップルを低減することができるので、アクチュエータ駆動装置や制御装置の簡素化、コストの低減化を図ることができる。さらに、式（８）から明らかなように、誤差ｅ_ｒｒの振幅がゼロであれば、検出対象の回転速度のいかんに係わらずリップル成分を低減させることができるので、回転検出装置の精度および信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図７を参照して説明する。
【００３３】
図１および図２には、第１の実施の形態における回転検出装置が全体として符号１で示されている。この回転検出装置１は回転検出手段Ｃ１および回転演算手段Ｃ２，Ｃ２’を備えている。
【００３４】
本実施の形態における回転検出手段Ｃ１は検出対象としての回転電動機１１の回転子回転軸１３に取付けられ、回転子回転軸１３の回転角に比例した電圧を出力するレゾルバ１５と、レゾルバ１５の図示していない回転子に直結された回転入力軸１７と、回転子回転軸１３に接続され回転子回転軸１３の回転をレゾルバ１５の回転入力軸１７に伝達する回転伝達手段１９とで構成されている。
【００３５】
回転伝達手段１９は、たとえばユニバーサルジョイントやカップラーを備えており、レゾルバ１５の回転入力軸１７は回転子回転軸１３に対して理想的には互いの軸心が一致して回転する。レゾルバ１５は巻線を施された図示しない回転子および同じく巻線を備えた固定子２１で構成されるとともに、回転入力軸１７の所定の原点からの回転角０〜２π（rad）ごとに回転角に対応する電圧、たとえば０〜５（Ｖ）の電圧を出力する信号処理部２３を備えている。レゾルバ１５の固定子２１は台板２５上に支持部材２７により所定の方法で固定されている。
【００３６】
検出対象である回転電動機１１について説明する。回転電動機１１はベース２９上に載置されストッパ３１によって固定されており、結果的にベース２９と一体化されている。回転電動機１１は回転子回転軸１３のほかに、回転電動機１１の固定子を内蔵する固定子ハウジング３３、固定子ハウジング３３の円筒底面中央部で回転子回転軸１３を回転可能に支持する軸受け３５、回転子回転軸１３の出力端側に取付けられ回転電動機１１の負荷に対して図示していない所定の方法で動力を伝達するプーリ３７、回転検出装置１の出力に基づいて回転子回転軸１３の回転速度を制御するためのトルク指令値を演算する速度制御装置３９、三相交流電源４１から電力を受けるとともに速度制御装置３９の出力に基づいて回転子回転軸１３にトルク指令値に等しいトルクを発生させる駆動装置４３を備えている。
【００３７】
回転検出手段Ｃ１の出力信号は回転演算手段Ｃ２に導入される。この出力信号には、回転伝達手段１９の取付け偏心誤差などで生じる回転子回転軸１３の回転周期で変動する第１のリップル成分や、レゾルバ１５の図示していない巻線の不均一な巻装が電磁気的に作用して生じる回転子回転軸１３の回転周期の整数倍、たとえば４倍で変動する第２のリップル成分が含まれている。これらのリップル成分を低減し、検出される回転角に正しく対応する信号を得るために回転演算手段Ｃ２，Ｃ２’が備えられている。回転演算手段Ｃ２は、信号処理部２３の出力信号を回転子回転軸１３の回転角信号に変換する回転角検出部４５、その回転角信号を回転子回転軸１３の角速度信号に変換する角速度検出部４７、回転角検出部４５の出力信号に対する位相角を調節するための位相調整部４９、回転子回転軸１３が１回転する間に回転角検出部４５の出力に含まれる除去すべきリップルの周期数、たとえば４を入力信号に乗じる周期数ゲイン乗算部５１、位相調整部４９の出力と周期数ゲイン乗算部５１の出力とを加算する加算器５３、加算器５３の出力を入力するとともに入力した値の正弦値を計算する正弦演算部５５、正弦演算部５５の出力に調整可能なゲインを乗じるゲイン調整部５７、ゲイン調整部５７の出力と角速度演算部４７の出力とを乗算する乗算器５９、および角速度演算部４７の出力から乗算器５９の出力を減じる減算器６１を備えている。そして、位相調整部４９、周期数ゲイン乗算部５１、加算器５３および正弦演算部５５は全体として三角関数演算部Ｃ３を構成している。
【００３８】
回転演算手段Ｃ２’は、回転演算手段Ｃ２の出力である角速度を積分する積分器としての回転角検出部４５’、回転角検出部４５’の出力に対する位相角を調節するための位相調整部４９’、位相調整部４９’の出力と回転角検出部４５’の出力とを加算する加算器５３’、加算器５３’の出力を入力するとともに入力した値の正弦値を計算する正弦演算部５５’、正弦演算部５５’の出力に調整可能なゲインを乗じるゲイン調整部５７’、ゲイン調整部５７’の出力と回転演算手段Ｃ２の出力とを乗算する乗算器５９’、回転演算手段Ｃ２の出力から乗算器５９’の出力を減じる減算器６１’、および減算器６１’の出力である角速度を積分する積分器６３’を備えている。なお、位相調整部４９’、加算器５３’および正弦演算部５５’によって三角関数演算部Ｃ３’を構成している。
【００３９】
ここで、理解を容易にするため速度制御装置３９および駆動装置４３について説明する。速度制御装置３９は、回転子回転軸１３の角速度が追従すべき角速度目標パターンを出力する角速度目標パターン発生器６５、角速度目標パターン発生器６５の出力、および回転演算手段Ｃ２’が備える減算器６１’の角速度出力に基づいて、回転子回転軸１３の回転速度を目標パターンに追従させるためのトルク指令値を演算するトルク指令演算部６７を備えている。また、駆動装置４３は、三相交流電源４１からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ６９、トルク指令演算部６７の出力および積分器６３’の出力に基づいてトルク指令値と等しいトルクを回転電動機１１が発生するようにコンバータ６９からの直流電力を入力として所要の三相交流電力を出力するインバータ７１を備えている。ここで、インバータ７１は、所定のトルクを発生させる三相交流電流を回転電動機１１に供給するようにトルク指令演算部６７の出力および積分器６３’の出力に基づいてサイリスタ点弧角を制御する点弧角制御部７３、および点弧角制御部７３の出力によりに回転電動機１１に三相交流電流を供給するサイリスタ部７５を備えている。
【００４０】
回転検出装置１、速度制御装置３９および駆動装置４３において、これらの装置の動作に必要な電力は単相交流電源７７から供給される。なお、以下のブロック図において、矢印線は信号経路を、また棒線は回転電動機１１および回転検出装置１周辺の電力経路を示している。
【００４１】
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る回転検出装置の動作について説明する。
【００４２】
装置が待機状態、すなわち三相交流電源４１および単相交流電源７７が投入されるとともに回転検出装置１、速度制御装置３９および駆動装置４３が稼動状態であるが角速度目標パターン発生器６５がゼロを出力している状態のときは、回転子回転軸１３は角速度ゼロの状態を維持している。やがて、角速度目標パターン発生器６５がたとえば図３に示すような台形パターンを発生し目標角速度が増加し始めると、トルク指令演算部６７において減算器６１’から出力される現在の回転子回転軸１３の角速度と目標パターン発生器６５の角速度目標値に基づいて回転電動機１１が発生すべきトルク指令値が演算され、その演算結果が駆動装置４３に出力される。そうすると点弧角制御部７３は回転電動機１１が指令値どおりのトルクを発生するようにサイリスタ部７５に対する点弧角を制御し、インバータ７１の出力電流により回転電動機１１は指令値どおりのトルクをもって所定回転速度で回転する。このようにして回転電動機１１の発生トルクによりプーリ３７が回転子回転軸１３とともに回転を開始する。
【００４３】
回転子回転軸１３の回転は回転伝達手段１９および回転入力軸１７を介してレゾルバ１５に伝達され、信号処理部２３では回転子回転軸１３の回転角の増加に対応して出力電圧が上昇する。信号処理部２３の出力電圧に基づいて、一方で回転角検出部４５において回転子回転軸１３の回転角が検出され、他方で角速度検出部４７においてたとえば微分器等を通して角速度が検出される。この時、信号処理部２３の出力電圧には上述の理由により第１のリップル成分や第２のリップル成分が含まれることになる。
【００４４】
回転角検出部４５で得られる回転角に対して、周期数ゲイン乗算部５１で回転子回転軸１３の１回転当たりのリップル周期数、ここでは４が乗算され、加算器５３において位相調整部４９の所定の位相角との和がとられて正弦演算部５５に導入され、加算器５３の出力値の正弦値が演算される。正弦演算部５５の出力にはゲイン調整部５７で所定のゲインが乗ぜられた後、乗算器５９において角速度検出部４７からの角速度が乗ぜられる。乗算器５９の出力は、角速度検出部４７からの角速度とともに減算器６１に導入され、角速度検出部４７の出力から減算され、その結果が回転演算手段Ｃ２の出力となる。つまり、回転子回転軸１３の回転角および角速度に対し、上述の式（１）における演算結果が角速度として回転演算手段Ｃ２から出力されることになる。したがって、回転演算手段Ｃ２から出力される角速度では第２のリップル成分が除去されている。
【００４５】
回転演算手段Ｃ２の角速度出力はさらに回転演算手段Ｃ２’に導入される。ここでは、積分器を備えた回転角検出部４５’で角速度が積分されて回転角に変換される。一方、第１のリップル成分の初期位相角に相当する所定の位相角が位相調整部４９’から出力されており、回転角検出部４５’および位相調整部４９’の出力が加算器５３’に導入される。ここで、回転演算手段Ｃ２では回転角検出部４５’と加算器５３’の間に介在した周期数ゲイン乗算部５１が存在しないのは、除去すべき第１のリップル成分が回転子回転軸と同期しているためである。正弦演算部５５’では、加算器５３’が出力する回転角の正弦値が計算され、ゲイン調整部５７’で正弦演算部５５’の出力値に第１のリップル成分の振幅に相当する所定のゲインが乗算される。ゲイン調整部５７’の出力は乗算器５９’において回転演算手段Ｃ２から出力された角速度を乗ぜられ、減算器６１’において乗算器５９’の出力を引く数として回転演算手段Ｃ２から出力された角速度に関して減算が行われる。つまり、ここにおいて第１のリップル成分について式（１）における演算結果が角速度として減算器６１’から出力されることになる。したがって、減算器６１’から出力される角速度では、すべてのリップル成分が除去されていることになる。減算器６１’の角速度出力はそのまま回転演算手段Ｃ２’の第１の出力として速度制御装置３９に導入される一方、積分器６３’に導入され回転角に変換される。積分器６３’の回転角出力は回転演算手段Ｃ２’の第２の出力として駆動装置４３に導入される。ここで、角速度目標値の増加に伴って増大する回転子回転軸１３の回転角および角速度が正確にトルク指令演算部６７および点弧角制御部７３に入力されることになるため、回転電動機１１には角速度の増加に伴う異常振動や角速度一定時のトルクリップルが発生せず、図３に示す角速度目標パターンに良好に追従する角速度をもってプーリ３７が回転する。やがて目標角速度がゼロになるとプーリ３７の角速度もゼロとなり、回転電動機１１は再び待機状態となる。
【００４６】
この場合のトルク指令演算部６７のトルク指令値は図４に示す波形（図３の各速度パターンの微分値相当）となるが、従来のように回転子回転軸１３の回転情報が回転検出手段Ｃ１から直に速度制御装置３９に入力されると、図３の角速度の増加に伴って、図５に示すようにトルク指令にリップルが発生する。このリップルの振動数と振幅は回転子回転軸１３の角速度の増加に伴って最大角速度に到達するまで増大し、やがて角速度の減少に伴って消滅する。このようにトルク指令値にゼロから最大角速度運転時の周波数に至るリップルが含まれると、回転電動機１１に連結されるシステムに特定周波数の共振を励起することがある。システムに共振を励起すると回転子回転軸１３が特定の角速度になるとシステムから騒音や振動が発生することになり、場合によってはシステムの破損を招くことになる。こうした現象を防止しシステムの信頼性を向上させるためには、回転電動機１１を含むシステム全体の剛性を上げ、共振周波数を上昇させればよい。しかし、システムの剛性を上げるには高強度の材料や補強が必要なため、結果として回転電動機１１に連結されるシステム全体のコスト上昇を招く。しかし、本実施の形態においては、図４に示すようにトルク指令にリップルが含まれないため、上述のようなコスト上昇を招くことがない。
【００４７】
なお、上記の第１の実施の形態では回転検出手段がレゾルバ１５を備えているが、これは回転検出手段の構成を何ら限定するものではなく、種々の変更が可能である。たとえば、回転入力軸１７の角速度に比例した出力電圧が得られる発電機であっても何ら差し支えない。また、回転電動機１１の回転を回転伝達手段１９および回転入力軸１７により伝達しているが、これは回転伝達手段１９の形態や回転入力軸１７の使用を何ら制限するものではなく、たとえば、図６に示すように回転子回転軸１３の端部周囲に等間隔の縞模様７９を形成し、信号処理部２３’に含まれる光学素子８１によってこれを読み取る、回転検出手段Ｃ１としての光学式エンコーダ８３であったり、図７に示すように回転子回転軸１３の回転を回転伝達手段としてのローラ８５を介してロータリーエンコーダ８７に伝達したりするものであってもよい。
【００４８】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態を図８および図９を参照して説明する。
【００４９】
第１の実施の形態では、回転検出手段Ｃ１の出力信号が直列に設けられた２つの回転演算手段Ｃ２，Ｃ２’で処理されているが、これは回転演算手段の個数や構成を何ら限定するものではなく、回転検出手段の出力信号が有するリップル成分の特徴に合わせ、回転演算手段の個数や構成を変更してもなんら差し支えないものである。たとえば、レゾルバ１５に代えてロータリーエンコーダ８７を備えた回転検出手段Ｃ１’にあっては、レゾルバ１５に起因する第２のリップル成分は存在しない。一方、たとえばカップリングで構成される回転伝達手段１９にガタが存在するような場合には、回転電動機１１のトルクの方向に応じて調整位相が変動することになる。また、回転電動機１１の負荷が軸心を歪ませる方向の外力を回転子回転軸１３に作用させる場合には、負荷の大きさに従って回転子回転軸１３の軸心とロータリーエンコーダ８７の図示しない回転軸に直結する回転入力軸１７の軸心にズレが生じてリップル成分の振幅が変動する場合もあり得る。このような場合には、トルク指令部６７の出力の正負符号で調整位相値を変えることのできる位相調整部４９”、および軸心を歪ませる方向の外力を検出しその大きさで補償用ゲインを変えることのできるゲイン調整部５７”を備えた回転演算手段Ｃ２”を用いてもよい。図８および図９は、このような実施形態を示すものである。
【００５０】
回転演算手段Ｃ２”は、位相調整部４９”と、ゲイン調整部５７”と、トルク指令演算部６７の出力を入力しその正負を判定する符号判定器８９とを備えている。符号判定器８９の出力は位相調整部４９”に導入されており、これにより位相調整部４９”はトルク指令部６７の出力の正負に基づいて正負それぞれ対応した所定の位相調整値を出力する。また、たとえば重力方向の外力が回転子回転軸１３の軸心を歪ませる場合には、外力検出手段９３の出力に基づいてゲイン調整部５７”のゲインを増減し、当該ゲインは常に上述の第１のリップル成分の振幅に等しい値に調整される。外力検出手段９３はベース２９の四隅位置と図示していない床面との間に介在して重力方向の力に応じた電圧信号を出力する４つのロードセル９１と、それぞれのロードセル９１の出力から重力方向の外力を計算する外力演算手段９５を備えており、外力演算手段９５からは当該外力の演算結果が出力される。つまり、符号判定器８９および外力検出手段９３は回転検出装置１の動作環境がいかなるものであっても、式（８）における誤差ｅ_ｒｒをゼロに等しくさせるための手段として作用している。ここで、回転演算手段Ｃ２”中の周期数ゲイン乗算部５１のゲインが１に設定されていることは言うまでもない。また、本実施の形態では、三角関数演算部Ｃ３”が位相調整部４９”、周期数ゲイン乗算部５１、加算器５３および正弦演算部５５によって構成されている。
【００５１】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１０および図１１を参照して説明する。
【００５２】
第１および第２の実施の形態では、回転検出手段（Ｃ１，Ｃ１’）と回転演算手段（Ｃ２，Ｃ２’，Ｃ２”）が隣接し、それらが全体として回転検出装置１を構成していたが、これは回転検出手段と回転演算手段の距離および構成位置をなんら限定するものではなく、図１０および図１１に示すように、回転演算手段Ｃ２が速度制御装置３９’や駆動装置４３’に組み込まれていても良い。ここで、駆動装置４３’では回転角情報が必要なため、回転演算手段Ｃ２の出力は積分器６３’を介して点弧角制御部７３に入力されている。また、回転演算手段Ｃ２’が用いられていないのは、回転伝達手段に起因する上述の第１のリップル成分が十分小さいためである。本実施の形態では、回転検出手段Ｃ１を回転電動機１１に装着すれば良く、装置の取付けが簡単になるという利点がある。
【００５３】
＜他の実施の形態＞
上記各実施の形態では、回転演算手段Ｃ２，Ｃ２’，Ｃ２”はアナログ演算方式のものとして説明されているが、これはアナログ演算方式に限定されるものではなく、デジタル演算方式のものであってもよい。
【００５４】
また、上記各実施の形態では回転の検出対象が回転電動機であるとして説明したが、これは回転検出装置による検出対象をなんら限定するものではなく、回転体でさえあれば何でも良い。たとえば発電機であってもよいし、さらには可動子の直線移動距離を車輪を介してロータリーエンコーダで回転角に変換するリニアモータ等が検出対象であっても良い。
【００５５】
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の回転検出装置によれば、回転検出手段自体に起因して出力信号に混入し得るリップル成分を大幅に低減することができるので、回転角検出手段が原因で発生する電動機や各種アクチュエータのトルクリップルを低減することができ、これらアクチュエータの制御性能を向上させることができる。
【００５７】
また、回転検出手段が原因で発生するトルクリップル成分を除去することができるので、他の要因で発生するトルクリップルの原因特定が容易になる。
【００５８】
さらに、簡単な演算で回転検出手段の出力リップルを低減することができるので、アクチュエータ駆動装置や制御装置の簡素化およびコストの低減化を達成することができる。
【００５９】
加えて、回転検出対象の回転速度に係わらずリップル成分を低減することができるので、回転検出装置の精度および信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体的な構造を示す斜視図。
【図２】第１の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施の形態における目標角速度と時間との関係を示すパターン図。
【図４】第１の実施の形態におけるトルク指令値と時間との関係を示すパターン図。
【図５】従来技術によるトルク指令値と時間との関係を示すパターン図。
【図６】第１の実施の形態における回転検出手段の変形例を示す斜視図。
【図７】第１の実施の形態における回転検出手段の他の変形例を示す斜視図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の全体的な構造を示す斜視図。
【図９】第２の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の全体的な構造を示す斜視図。
【図１１】第３の実施の形態における全体的な構成を示すブロック図。
【符号の説明】
Ｃ１，Ｃ１’ 回転検出手段
Ｃ２，Ｃ２’，Ｃ２” 回転演算手段
Ｃ３，Ｃ３’，Ｃ３” 三角関数演算手段
１ 回転検出装置
１１ 回転電動機
１３ 回転子回転軸
１５ レゾルバ
１７ 回転入力軸
１９ 回転伝達手段
２１ 固定子
２３，２３’ 信号処理部
２５ 台板
２７ 支持部材
２９ ベース
３１ ストッパ
３３ 固定子ハウジング
３５ 軸受け
３７ プーリ
３９，３９’ 速度制御装置
４１ 三相交流電源
４３，４３’ 駆動装置
４５，４５’ 回転角検出部
４７ 角速度検出部
４９，４９’，４９” 位相調整部
５１ 周期数ゲイン乗算部
５３ 加算器
５５，５５’ 正弦演算部
５７，５７’，５７” ゲイン調整部
５９，５９’ 乗算器
６１，６１’ 減算器
６３’ 積分器
６５ 角速度目標パターン発生器
６７ トルク指令演算部
６９ コンバータ
７１ インバータ
７３ 点弧角制御部
７５ サイリスタ部
７７ 単相交流電源
７９ 縞模様
８１ 光学素子
８３ 光学式エンコーダ
８５ ローラ
８７ ロータリーエンコーダ
８９ 符号判定器
９１ ロードセル
９３ 外力検出手段
９５ 外力演算手段

Claims (16)

1. 回転体の回転運動を検出する回転検出手段と、前記回転検出手段の出力に基づき前記回転体の回転角を検出する回転角検出部および前記回転体の角速度を検出する角速度検出部を含む回転演算手段とを備える回転検出装置において、前記回転演算手段は、前記回転角検出部によって検出された回転角の正弦値を演算する三角関数演算部と、前記三角関数演算部によって算出された正弦値に所定のゲインを乗じるゲイン調整部と、前記ゲイン調整部の出力に前記角速度検出部の出力を乗じる乗算部と、前記角速度検出部の出力から前記乗算部の出力を減じて角速度信号とする減算部とを備えていることを特徴とする回転検出装置。
2. 前記三角関数演算部は、前記回転角検出部によって検出された回転角の位相を調整する位相調整手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
3. 前記回転検出手段は、前記回転体の回転角に応じた出力を生じるレゾルバを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
4. 前記回転検出手段は、前記回転体の角速度に応じた電圧を出力する発電機を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
5. 前記回転検出手段は、前記回転体の回転角に応じた出力を生じるエンコーダを備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
6. 前記回転検出手段は、前記回転演算手段から離隔して配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
7. 前記回転検出手段は前記回転演算手段を内包していることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
8. 前記回転演算手段は、前記角速度のリップル成分を低減する手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
9. 前記回転演算手段は、前記回転角をθ、前記角速度をω、前記ゲイン調整部のゲインをＧ、前記位相調整部の調整位相値をΨ、前記回転体１回転当たりの前記回転角検出部の出力に含まれるリップル周期数をｎとして、
   ω_ｏｕｔ＝ω（１−Ｇ・sin（ｎθ＋Ψ））
   として得られる角速度ω_ｏｕｔを演算することを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
10. 前記回転演算手段は、前記回転角のリップル成分を低減する手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
11. 前記回転角検出部は、前記角速度検出部の出力を積分して回転角を得る積分器を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
12. 前記回転演算手段が前記角速度出力ω_ｏｕｔを積分する積分器を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
13. 前記回転演算手段は、前記回転角のリップル成分を低減した回転角信号および前記角速度のリップル成分を低減した角速度信号を出力することを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
14. 前記回転演算手段は、複数段直列に設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
15. 前記位相調整部は複数の調整位相値を有し、前記回転体のトルクの符号に応じて前記複数の調整位相値のうち一つを選択的に出力することを特徴とする請求項２記載の回転検出装置。
16. 前記ゲイン調整部は、前記回転体の回転子回転軸に作用する重力方向の外力に応じて前記所定のゲインを変動させることを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。

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