JP4223892B2

JP4223892B2 - 角度位置検出装置

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Publication number: JP4223892B2
Application number: JP2003295282A
Authority: JP
Inventors: 昌樹桑原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP2005062098A

Description

本発明は極数の異なる複数のレゾルバを組み込んだ角度位置検出装置に関し、特に、外部基準エンコーダを用いることなく絶対位置精度の向上を図ることの可能な角度位置検出装置に関する。

減速器を用いずに負荷を直接駆動するダイレクトドライブモータは、バックラッシュ、ロストモーションのない高精度な位置決めが可能であるため、ＮＣ工作機などのインデックステーブル、搬送装置、組み立て装置のロボットアームなどの各種の用途に用いられており、より小型で高精度な位置決めを可能とするダイレクトドライブモータの開発が望まれている。

かかるダイレクトドライブモータに用いられる角度検出装置として、単極レゾルバと多極レゾルバを組み合わせたものが知られている。このような角度検出装置において、単極レゾルバは、そのメカ的芯ズレなどが絶対精度に影響し易く、特に径を小さくし小型化しようとすると絶対精度の向上が困難となる。一方、多極レゾルバの極数を多くし分解能を高めようとする場合には、単極レゾルバには多極レゾルバの１極分以下の精度が要求されるので、誤差の許容値が小さくなる。従って、高分解能と絶対測定の両立が困難であった。

特公平８−１３８８号公報（特許文献１）では、１回転検出レゾルバと多極レゾルバを備えた角度検出装置において、基準エンコーダを用いて補正データを作成し、出力精度を高めることが提案されている。
特公平８−１３８８号公報

しかし、基準エンコーダを用いる方法では装置が複雑化し、小型化及び高精度化の要請に十分対応することができない。

本発明は、簡単な装置構成で高分解能と絶対測定を両立させた角度位置検出装置を提案することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の角度位置検出装置は、回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され互いに異なる極数を有する複数のレゾルバを備え、前記複数のレゾルバのうち多極側の出力を基準に少極側のレゾルバの精度を補正する機能を備えることとした。

上記角度位置検出装置においては、多極側のレゾルバの出力に基づき、前記回転軸を少極側のレゾルバの極数より多い所定数の位置までそれぞれ回転させ、それぞれの位置における少極側のレゾルバの出力を読取る手段と、前記多極側のレゾルバの出力と、前記それぞれの位置における少極側のレゾルバの出力に基づき、前記少極側のレゾルバの出力の補正量を算出する手段と、前記補正量と、前記回転軸の任意の検出位置における前記少極側のレゾルバの出力に基づき、前記検出位置に関する補正後のデータを出力する手段と、を備えることが望ましい。

かかる構成により、高分解能と絶対測定を両立させることができる。

［発明の実施形態１］
以下、各図を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

図１は本実施形態のダイレクトドライブモータの断面図である。同図に示すように、ダイレクトドライブモータ１０は、中空筒型のインナハウジング１１の外周側面に固設された軸受１３を介して回転軸１２が回転自在に軸支されている。回転軸１２はその内部にインナハウジング１１を重装できるように中空円筒体として構成されている。

回転軸１２は筒壁の肉厚が凹凸状に変化しており、インナハウジング１１との間隙に単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を収容するための室内空間１と、モータ部１６を収容するための室内空間２を画成している。これらの室内空間１及び２は軸受１３によって分離画成されており、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないようにある程度の距離をおいて隔てられている。室内空間１及び２の間に軸受１３などが介在せず、両者が近接している場合には、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように遮蔽部材を設けるのが望ましい。

モータ部１６は回転子１４と固定子１５から構成されるアウタロータ式のＰＭモータである。回転子１４は回転軸１２の内壁において円周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に固着された永久磁石から成る。固定子１５は薄い鉄板を複数積層して成るモータコアであり、微小のエアギャップをおいて回転子１４と対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されている。ここでは、モータ部１６として、アウタロータ式のＰＭモータを例示するが、インナロータ式のＰＭモータを採用してもよい。また、モータ部１６として、ＰＭモータ以外の各種のモータを採用できる。例えば、回転子１４として永久磁石の代わりに薄い鉄板を積層して成り、内歯状又は外歯状の極歯を所定数備えるものであってもよい。

一方、単極レゾルバ２０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ２１と、このレゾルバロータ２１に対向するようにインナハウジング１１の外周壁に固定されたレゾルバステータ２２とを備えて構成されている。同様に多極レゾルバ３０は、回転軸１２の内周面に固定された環状のレゾルバロータ３１と、このレゾルバロータ３１に対向するようにインナハウジング１１の外壁に固定されたレゾルバステータ３２とを備えて構成されている。

単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０はロータ間座１８とステータ間座１９とを介して上下二段の積層構造となるように室内空間１内において微小な空隙をおいて固定されている。すなわち、回転軸１２の内周壁に複数のボルト１８ａにより固定されるレゾルバロータ２１及び３１の間にはロータ間座１８が介装される一方で、インナハウジング１１の外周壁にボルト１９ａにより固定されるレゾルバステータ２２及び３２の間にはステータ間座１９が介装されている。

室内空間１を画成するインナハウジング１１及び回転軸１２と、室内空間１内に装着されるロータ間座１８及びステータ間座１９はそれぞれ非磁性体で構成するのが好ましい。室内空間１を画成するこれらの部材を非磁性体で構成することにより、モータ部１６からの漏れ磁束が室内空間１に及ばないように構成することができる。

図２は単極レゾルバ２０の平面図である。同図に示すように、単極レゾルバ２０は、レゾルバロータ２１とレゾルバステータ２２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ２１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ２１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が１周期となるように構成された３相ＶＲ型レゾルバである。すなわち、レゾルバステータ２２の外径中心、内径中心、及びレゾルバロータ２１の外径中心はダイレクトドライブモータの回転中心Ｏ₁と一致するが、レゾルバロータ２１の内径中心Ｏ₂は回転中心Ｏ₁に対してΔｘだけ偏心するように、レゾルバロータ２１の径方向の肉厚を連続的に変化させている。

レゾルバステータ２２の外周には１２０°間隔でＡ相、Ｂ相及びＣ相を構成する計１８個のステータポール２３が等間隔に外歯状に凸設されている。各々のステータポール２３にはステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈を巻回したコイルボビン２４が装着されている。コイルボビン２４の材質として、適度な弾力性のある非磁性体であれば、特に限定されるものではなく、例えば、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂であれば、射出成形が容易である。

ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の共通端子に励磁信号が印加されると、レゾルバロータ２１が１回転する間にＡ相、Ｂ相及びＣ相の各ステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈からは１２０°位相がずれた１サイクルの電流信号が各々出力される。単極レゾルバ２０から出力される単極レゾルバ信号により絶対的な回転角度位置を検出することができる。

図３は単極レゾルバ２０のステータポール２３に巻回された各々のステータコイルＣ₁〜Ｃ₁₈の結線図である。共通端子ＣＯＭに励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ₁〜Ｃ₆，Ｃ₇〜Ｃ₁₂，Ｃ₁₃〜Ｃ₁₈を流れる電流信号の各々は検出抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃から成る電流／電圧変換器４１ａによって電圧信号に変換される。この電圧信号は単極レゾルバ信号（ＡＢＳ信号）として後述する３／２相変換器４２ａに供給される。

図４は多極レゾルバ３０の平面図である。同図に示すように、レゾルバロータ３１の内径中心Ｏはレゾルバステータ３２の内径中心Ｏと一致しており、レゾルバロータ３１とレゾルバステータ３２との間隙のリラクタンスがレゾルバロータ３１の回転角度位置により変化し、レゾルバロータ３１の１回転でリラクタンス変化の基本波成分が複数周期となる構造を備えている。レゾルバロータ３１の内周面には等間隔に径方向に向けて内歯状に凸設された極歯３５が計２４個形成されている。レゾルバステータ３２の外周面にはＡ相、Ｂ相及びＣ相が１２０°の電気角でずれるように計１８個のステータポール３３が等間隔に径方向に向けて外歯状に凸設されている。

各々のステータポール３３には、予めステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cが巻回されたコイルボビン３４が装着されている。ステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cの共通線に励磁信号が供給されると、レゾルバロータ３１が１回転する間に各相毎に２４サイクルの交流信号が出力される。多極レゾルバ３０から出力される多極レゾルバ信号により相対的な回転角度位置を検出することができる。

図５は多極レゾルバ３０のステータポール３３に巻回された各々のステータコイルＣ_A〜Ｃ_Cの結線図である。共通端子ＣＯＭに励磁信号が印加されると、Ａ相、Ｂ相及びＣ相を構成するステータコイルＣ_a，Ｃ_b，Ｃ_cを流れるレゾルバ信号の各々は検出抵抗Ｒ_a，Ｒ_b，Ｒ_cから成る電流／電圧変換器４１ｂによって電圧信号に変換される。この電圧信号は多極レゾルバ信号（ＩＮＣ信号）として後述する３／２相変換器４２ｂに供給される。

尚、ステータポール３２の数は相数（この例では３）の倍数であればよく、１８個に限定されるものではない。また、この例では、極歯３５が２４個形成されているが、この極歯３５の数は２４に限定されるものではない。また、極歯３５をさらに電気的に細分割することにより、多極レゾルバ３０の分解能をさらに向上させることもできる。また、上記の説明では、単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０のステータポールを外歯とし、レゾルバステータの外側にレゾルバロータが配される構成を例示したが、これに限らず、ステータポールを内歯とし、レゾルバステータの内側にレゾルバロータが配される構成としてもよい。また、レゾルバ信号の相数についても、３相レゾルバに限らず、２相レゾルバ、４相レゾルバ、６相レゾルバなどを用いることもできる。

図６は本実施形態の角度位置検出装置を含むブロック構成図である。角度位置検出装置は、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれた単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０と、これらを制御するドライブユニット６０の一部から構成される。ドライブユニット６０は、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０の何れか一方に励磁信号を供給してレゾルバ信号を取り込み、デジタル角度信号φを出力するサーボドライバ５０と、デジタル角度信号φから回転角度位置信号を生成し、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力を供給するＣＰＵ６１とを備えて構成されている。ドライブユニット６０と単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０はレゾルバケーブル７１で結線されており、同ユニット６０とモータ部１６はモータケーブル７２で結線されている。

サーボドライバ５０は、発信器５１から出力される励磁信号を増幅器５２にて適度な信号レベルに増幅し、単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０の共通端子ＣＯＭに励磁信号を供給する。

単極レゾルバ２０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａによってＡＢＳ信号に変換された後、３／２相変換器４２ａによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

ここで、発信器５１の発信角周波数をωとし、高次成分を無視すると、電流／電圧変換器４１ａで得られる各相のレゾルバ信号は下記の（１）式〜（３）式に示す通りとなる。ここでは、説明の便宜上、Ａ相を基準としてＢ相及びＣ相の位相がそれぞれ１２０度遅れる場合を例示する。また、３／２相変換器４２ａで得られる２相信号を（４）式〜（５）式に示す。（５）式において、ｓｑｒ（ｘ）は引数ｘの平方根を返す関数とする。
φＡ＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（１）
φＢ＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（２）
φＣ＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（３）
ｓｉｎ信号＝φＡ−（φＢ＋φＣ）／２ …（４）
ｃｏｓ信号＝ｓｑｒ（３／４）・（φＢ−φＣ） …（５）
一方、励磁信号は多極レゾルバ３０にも供給される。多極レゾルバ３０から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ｂによってＩＮＣ信号に変換された後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換されてアナログスイッチ４３に供給される。

アナログスイッチ４３はＣＰＵ６１からのＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号によって切り換え制御されるスイッチ素子であり、２相のＡＢＳ信号と２相のＩＮＣ信号の何れか一方を選択的に通過させてＲＤＣ（レゾルバ・デジタル・コンバータ）４４へ供給する。

移相器４５は発信器５１から出力される励磁信号の位相を遅らせ、２相に変換されたＡＢＳ信号又はＩＮＣ信号のｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のうちのキャリア信号の位相と同期させたＲｅｆ信号をＲＤＣ４４に供給する。ＲＤＣ４４はアナログスイッチ４３から供給される２相信号をデジタル化し、ＣＰＵ６１にデジタル角度信号φを出力する。ＲＤＣ４４からは発信器５１の発振角周波数による同期整流後のアナログ速度信号が出力される。

補正量記憶メモリ６３は、フラッシュＲＯＭなどの記憶装置からなり、後述の補正量を記憶する。

尚、上述の説明においては、単極レゾルバ２０として３相レゾルバを用いる構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、単極レゾルバ２０として６相レゾルバを用いることもできる。６相レゾルバを用いる場合には、レゾルバ信号として、上述の（１）式〜（３）式に替えて下記の（６）式〜（１１）式が用いられるので、図７に示すように、電流／電圧変換器４１ａと３／２相変換器４２ａとの間に減算器４６ａを介在させればよい。減算器４６ａは各相のレゾルバ信号の差分ｄＡ，ｄＢ，ｄＣを演算して６相レゾルバ信号を（１２）式〜（１４）式の３相レゾルバ信号に変換する。同式の３相レゾルバ信号は３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換される。
φＡ＋＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎθ）・ｓｉｎωｔ …（６）
φＡ−＝（Ａ₁＋Ａ₂ｓｉｎ（θ−π））・ｓｉｎωｔ …（７）
φＢ＋＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（８）
φＢ−＝｛Ｂ₁＋Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（９）
φＣ＋＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）｝・ｓｉｎωｔ …（１０）
φＣ−＝｛Ｃ₁＋Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３−π）｝・ｓｉｎωｔ …（１１）
ｄＡ＝２Ａ₂ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ …（１２）
ｄＢ＝２Ｂ₂ｓｉｎ（θ−２π／３）・ｓｉｎωｔ …（１３）
ｄＣ＝２Ｃ₂ｓｉｎ（θ−４π／３）・ｓｉｎωｔ …（１４）
さらに、例えば、２相レゾルバ、４相レゾルバなどの他の種類のレゾルバを用いる場合には、それぞれの場合に合わせて適宜検出回路部４０の構成を変更すればよい。

また、上述の説明においては励磁信号が単極レゾルバ２０及び多極レゾルバ３０の双方に供給される構成となっているが、本発明はこれに限られるものではなく、励磁信号が単極レゾルバ２０又は多極レゾルバ３０の何れかに供給されるように選択的に切り換えることにより、レゾルバ相互間の磁気的干渉を防止するようにしてもよい。

図８はデジタル変換されたレゾルバ信号のグラフである。ＲＤＣ４４として１２ビット仕様の変換器を用いると、２相のＡＢＳ信号は同図（Ｂ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６（＝２¹²）パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、ＡＢＳ信号は単極レゾルバ２０が一回転する間に、０から４０９５までカウントアップされたデジタル値となる。一方、２相のＩＮＣ信号は同図（Ａ）に示すように、レゾルバロータ１回転あたり４０９６×２４（極歯３５の総数）＝９８３０４パルスのデジタル角度信号φに変換される。つまり、ＩＮＣ信号は、多極レゾルバ３０が一回転する間に、０から４０９５までのカウントアップが２４回繰り返されたデジタル値となる。

同図において、ｏｆｆｓｅｔ値とは、ＡＢＳ信号の基本成分波の始点に相当する回転角０度を基準とした場合に、ＩＮＣ信号の２４周期の基本波成分のうち一つの基本波成分とのずれの値のことである。

ＣＰＵ６１はこれらのデジタル角度信号φを取り込み、ダイレクトドライブモータ１０の回転角度位置を演算する。２相のＡＢＳ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をａｂｓとし、２相のＩＮＣ信号がＲＤＣ４４でデジタル信号に変換されたデジタル角度信号φの値をｉｎｃとすれば、回転角度位置は、ａｂｓ×２４＋（２０４８−ｉｎｃ）＋ｏｆｆｓｅｔ値の演算により求めることができる。補正量記憶メモリ６３に後述の補正量が記憶されている場合は、ａｂｓの値は補正後の値を用いる。

ＣＰＵ６１は、パワーアンプ６２を介してダイレクトドライブモータ１０に電力が供給されるように、回転角度位置信号を出力する。

尚、レゾルバ信号からデジタル角度信号φを得るためには、必ずしもハードウエア（３／２相変換器、ＲＤＣなど）で処理する必要はなく、レゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、ソフトウエアによる情報処理でデジタル角度信号φを得るように構成してもよい。

図９はＣＰＵ６１による補正量算出処理ルーチンを記述したフローチャートである。多極レゾルバ３０は分解能及び絶対精度が高いため、この多極レゾルバ３０を利用して単極レゾルバ２０の誤差を測定し、補正量を算出する。

まず、ステップＳ１において電源ＯＮとなったことを検出した場合、ステップＳ２において単極レゾルバ２０の出力に基づくデジタル角度信号φの値ａｂｓを読み取る。単極レゾルバ２０の出力を読み取ったら、ステップＳ３において単極レゾルバ２０の位置信号ａｂｓが０となる位置までの回転指令をパワーアンプ６２に与え、モータ７２を回転させる。

次に、ステップＳ４以降の誤差測定処理に移行する。具体的には、単極レゾルバ２０の極数より多い数、例えば多極レゾルバ３０の極数又はこれより少ない数だけ、それぞれ位置決めし、その位置毎の単極レゾルバ２０の誤差を測定する。図９の例ではまず、ステップＳ５において、所定角度の回転指令信号をパワーアンプ６２に与え、所定位置までモータ７２を回転させる。その際の位置決めは、多極レゾルバ３０の出力に基づくデジタル角度信号φの値ｉｎｃをもとに行うことにより、真値に近い位置決めが可能である。次にステップＳ６において、当該回転後の位置における単極レゾルバ２０の位置信号ａｂｓを読み込む。そしてステップＳ７において、真値との差を算出し、単極レゾルバ２０の誤差Ｅとする。

図１０に、機械角３０度ごとに一周測定した結果の例を示す。単極レゾルバ２０の位置信号ａｂｓが１２ｂｉｔで表示される場合、ａｂｓは０から４０９５までの数値範囲で出力される。機械角３０度の真値は３４１（＝４０９６×３０／３６０）となる。その位置における単極レゾルバの位置信号ａｂｓが３４２であった場合、単極レゾルバ２０の誤差Ｅは、＋１となる。

次にステップＳ８において、上記単極レゾルバの誤差に基づいて補正量データを作成する。具体的には、ｎ回目の測定における単極レゾルバの誤差Ｅ（ｎ）と、前回の測定における単極レゾルバの誤差Ｅ（ｎ−１）の平均値を算出し、これを補正量とする。図１０の例では、前回の位置における単極レゾルバの誤差が０であったため、補正量は＋０．５となる。

作成された補正量データは、ステップＳ９において補正量記憶メモリ６３に記憶される。以上の動作を繰り返し、１周分（図１０の例では１２箇所）の位置決め、測定及び補正量データの作成が終了したら（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

図１１に、図１０の誤差の測定結果及び補正量データの適用結果がグラフで表示されている。隣り合う測定位置間の誤差Ｅの差（図１１に符号Ｄで示す差）が、多極数によって決まる要求精度内に収まっていれば、精度の高いアブソリュート出力を得ることができる。この要求精度は、多極数が２０なら１２ｂｉｔで１０２．４、多極数が２００なら１０．２と、多極数が増えるほど厳しくなる。隣り合う測定位置間の誤差の差が要求精度内に収まらない場合もあり得るが、そのときは、より多くの測定位置で測定し、補正量を算出する必要がある。例えば、上記の例では３０度ごとに１２箇所の測定をしたが、それで要求精度内に収まらない場合は例えば１５度ごとに２４箇所の測定をすればよい。

図１２はＣＰＵ６１の位置検出処理ルーチンを記述したフローチャートである。上記の処理によって算出及び記憶された補正量データに従って、アブソリュート位置が算出される。

まず、ステップＳ１１において電源がＯＮとなったことを検出した場合、ステップＳ１２において、その位置における単極レゾルバの出力を取り込む。詳しくは、発信器５１から出力される励磁信号が単極レゾルバ２０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンスが電流信号として検出回路部４０に供給される。検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ａで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ａによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＡＢＳ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する。２相のＡＢＳ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をａｂｓとして取得する。

次にステップＳ１３において、上記補正量データを補正量記憶メモリ６３から読み取り、この補正量に基づいてアブソリュート位置データを算出する。つまり、補正量が正であれば、単極レゾルバに基づくデジタル角度信号の値ａｂｓから補正量を差し引く。

次にステップＳ１４において、多極レゾルバ３０の出力を取り込む。詳しくは、発信器５１から出力される励磁信号が多極レゾルバ３０に供給され、回転角度位置に対応したリラクタンスが電流信号として検出回路部４０に供給される。検出回路部４０ではこの電流信号を電流／電圧変換器４１ｂで電圧信号に変換した後、３／２相変換器４２ｂによって２相信号に変換し、アナログスイッチ４３に供給する。ＣＰＵ６１はアナログスイッチ４３を通過すべき信号として２相のＩＮＣ信号を選択するようにＡＢＳ／ＩＮＣ切換信号を出力する。２相のＩＮＣ信号はアナログスイッチ４３を通過してＲＤＣ４４でデジタル信号に変換され、デジタル角度信号φとしてＣＰＵ６１に供給される。ＣＰＵ６１はこのデジタル角度信号φの値をｉｎｃとして取得する。

以上の処理により、電源投入直後のアブソリュート位置を正確に得ることができる。アブソリュート位置は、電源投入直後のみ必要な情報であり、以降の駆動はｉｎｃつまり多極レゾルバの位置信号を用いた駆動となる。

ＣＰＵ６１は電源ＯＦＦを検知すると（ステップＳ１５）、本制御ルーチンを終了する。

尚、上記の説明では、ダイレクトドライブモータ１０に組み込まれる少極レゾルバ及び多極レゾルバとして、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０を備える構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の異種レゾルバをダイレクトドライブモータ１０に組み込む場合にも適用できる。２種類のレゾルバを組み合わせた構成例を以下に例示する。
（組み合わせ例１）
本組み合わせ例は、ＰＭモータのロータ位置検出機能を実装するタイプであり、ＰＭモータの極数と同数の極数（例えば、２０歯）を備えるレゾルバを第１レゾルバとし、高分解能位置検出用レゾルバ（例えば、１２０歯）を第２レゾルバとしている。例えば、電源投入時にまず第１レゾルバによるデジタル角度信号の読み取りを行い、次いで第２レゾルバのデジタル角度信号の読み取りを行うことによって、ＰＭモータとの位相差からロータの回転位置を検知できるため、以後は第２レゾルバからの信号に基づき回転角度位置とともにＰＭモータの励磁タイミングを認識できる。つまり、第１レゾルバはＵＶＷセンサ（例えば、ホール素子）の代わりとして機能するため、ＵＶＷセンサを省略できる。
（組み合わせ例２）
本組み合わせ例は、所定の角度範囲で回転軸１２の絶対角度位置を検出するタイプであり、３６０度／Ｍの角度範囲で絶対角度位置を検出するには、Ｍ極レゾルバを第１レゾルバとし、高分解能のレゾルバ（例えば、極数１２０）を第２レゾルバとしている。但し、Ｍは２以上の整数である。多極レゾルバをこのように組み合わせることで、例えば、ロボットアームを１８０度、１２０度、９０度等の予め定められた所定の角度範囲内で旋回させる用途に好適である。第１レゾルバのロータ形状は、レゾルバロータとレゾルバステータのギャップが周期的に変化する構成であれば、特に制限はなく、各種の形状を採用できる。例えば、極数２の第１レゾルバを製作するのであれば、レゾルバロータの形状を楕円形状、ヒョウタン形状、歯形状などの各種の形状を採用できる。
［発明の実施形態２］
図１３は本発明の第２実施形態に係わる角度位置検出装置のブロック構成図である。基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、図６と同符号のブロックは同一ブロックであるとしてその詳細な説明を省略する。本実施形態においては、単極レゾルバ２０と多極レゾルバ３０に替えて、複数の少極レゾルバと多極レゾルバをダイレクトライブモータ１０に組み込んでいる。ここでは、同モータ１０の回転軸に３種類のレゾルバ８１〜８３を組み込み、各レゾルバに励磁信号を供給している。

同図に示すように、検出回路部４０は、電流／電圧変換器４１ａ〜４１ｃと、３／２相変換器４２ａ〜４２ｃと、アナログスイッチ４３と、ＲＤＣ４４と、移相器４５を備えて構成されている。各々のレゾルバ８１〜８３から出力される電流信号は電流／電圧変換器４１ａ〜４１ｃによってレゾルバ信号に変換され、３／２相変換器４２ａ〜４２ｃによって２相信号に変換される。アナログスイッチ４３はこれら３種類の２相信号を選択的に通過させ、ＲＤＣ４４に供給する。第１レゾルバ８１〜第３レゾルバ８３の組み合わせ例として、例えば、以下に示す例が好適である。

例えば、ＰＭモータのロータ位置検出機能と絶対位置検機能を実装する。ＰＭモータの極数と同数の極数（例えば、２０歯）を備えるレゾルバを第１レゾルバ８１とし、高分解能位置検出用レゾルバ（例えば、１２０歯）を第２レゾルバ８２とし、単極レゾルバを第３レゾルバとしている。本組み合わせにより、第１実施形態の組み合わせ例１の効果に加えて、ダイレクトドライブモータ１０の絶対角度位置を検出できる。

以上は回転角度を検出するレゾルバ装置について説明したが、本発明は少極と多極を組み合わせた検出器であれば直線型へも応用することができる。

以上述べたように本発明の各実施形態によれば、外部基準を用いることなく自らのシステム機能によってアブソリュート補正をすることができるので、簡単な構成でアブソリュート機能を高精度に実現することができ、高分解能とアブソリュート機能の両立が可能である。また、組立時のメカ的誤差の許容度が増し、製造工程を簡略化することができる。

また、最終ユーザによる補正も可能であり、メンテナンスを容易にすることができる。更に過大な衝撃が加わって絶対精度が悪化した場合も補正量を演算し直すだけで済み、モータごと交換する必要がない。

また、ドライバ等に故障が起きた場合でも、補正量記憶メモリ６３をフラッシュＲＯＭなどで構成してあれば、そのドライバだけ交換すればよく、レゾルバと補正量記憶メモリの組み合わせをそのまま使うことができるなど、互換性が飛躍的に向上する。

ダイレクトドライブモータの断面図である。単極レゾルバの平面図である。単極レゾルバのステータコイルの結線図である。多極レゾルバの平面図である。多極レゾルバのステータコイルの結線図である。第１実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。検出回路部のハードウエア構成の一部である。デジタル変換されたレゾルバ信号のグラフである。補正量算出処理ルーチンのフローチャートである。機械角３０度ごとに一周測定した場合の測定結果を示す図である。図１０の誤差の測定結果及び補正量データの適用結果を示すグラフである。位置検出処理ルーチンのフローチャートである。第２実施形態の角度位置検出装置のブロック構成図である。

符号の説明

１０…ＤＤモータ２０…単極レゾルバ３０…多極レゾルバ４０…検出回路部４１…電流／電圧変換器４２…３／２相変換器４３…アナログスイッチ４４…ＲＤＣ４５…移相器５０…サーボドライバ６０…ドライブユニット６１…ＣＰＵ６３…補正量記憶メモリ

Claims

回転軸の回転角度位置に応じた信号を出力するように構成され互いに異なる極数を有する複数のレゾルバを備え、
前記複数のレゾルバのうち多極側の出力を基準に少極側のレゾルバの精度を補正する機能を備えた、角度位置検出装置。
請求項１において、
多極側のレゾルバの出力に基づき、前記回転軸を少極側のレゾルバの極数より多い所定数の位置までそれぞれ回転させ、それぞれの位置における少極側のレゾルバの出力を読取る手段と、
前記多極側のレゾルバの出力と、前記それぞれの位置における少極側のレゾルバの出力に基づき、前記少極側のレゾルバの出力の補正量を算出する手段と、
前記補正量と、前記回転軸の任意の検出位置における前記少極側のレゾルバの出力に基づき、前記検出位置に関する補正後のデータを出力する手段と、
を備えた、角度位置検出装置。