JP4727283B2 - 多回転絶対角度検出方法および検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステアリングの絶対的な舵角などを検出する多回転絶対角度検出方法および検出装置に関する。

多回転絶対角度検出装置として、１回転以内の絶対角度を検出するエンコーダと、平歯車を並べた減速機構や、ウォームとウォームホイールを組み合わせた減速機構を用いて多回転量を検出するエンコーダとを設置し、その２つのエンコーダから得られる出力信号を信号処理回路で合成し、多回転絶対角度信号を検出する多回転式絶対値エンコーダ（特許文献１，２）が提案されている。
また、ステアリングシャフトと同軸的に大径のギヤを設け、この大径ギヤと噛合する小径ギヤを設置し、大径ギヤの外周部に９０度間隔で配設された磁石を検知する基準位置センサと、小径ギヤ設けられた回転角度検出用磁石の磁力線を検出する磁気センサの出力信号に基づいてステアリングシャフトの回転角度を求める舵角センサ（特許文献３）が提案されている。

この他に、軸受における保持器の減速を利用し、回転の絶対位置情報を多回転であっても検出可能とした回転センサ付軸受（特許文献４）が提案されている。
特開２００１−２８９６７１号公報 特開２００４−０４５０８３号公報 特開２００３−３４４００９号公報 特開２００４−３０８７２４号公報

これまでの減速機構を用いた多回転角度算出方法は、一般的には減速比分の回転数（例えば減速比が１／５であれば、５回転分）しか検出することができない。減速比を高くすると、検出できる回転数が増えるが、高い減速比を稼ごうとすると、歯車数の増加など、構造が複雑となり、設置スペースが大きくなる。
特許文献４に開示された回転センサ付軸受では、正逆回転の範囲における絶対位置検出方法が開示されており、減速比分の倍の回転数を検出することができる。しかし、正逆回転の判別は、多回転検出部と１回転検出部における正回転と負回転の値を比較することにより行っており、検出器の精度やノイズなどによりその値が変化すれば、正確な正逆判別ができない可能性がある。また、正逆回転の判別方法や減速比の選定方法については詳細に記載されていない。

従来の一般的な多回転絶対角度検出方法の概念、および減速比分の回転数しか検出することができない理由を説明する。
一般に、減速機構を用いた多回転絶対位置検出装置では、回転軸上に設置された絶対角度を検出する回転角度検出装置である１回転検出部と、減速機構出力部に設置された多回転量を検出する回転角度検出装置である多回転検出部とで構成される。これらの出力信号を信号処理回路で合成し、多回転絶対角度信号を検出する。１回転検出部を用いるのは、多回転検出部分の回転角度検出機構だけで絶対角度を算出すると、減速機構部のバックラッシなどにより、高い精度で算出することが困難であるからである。減速機構としては、平歯車を組み合わせたものやウォームとウォームホイールを組み合わせたものなど様々である。

図９は従来の検出方法を示す。なお、括弧付きで示す参照符号は、図１に示す多回転絶対角度検出装置における対応部分を示す。１回転検出部（２）は、１回転に１山の鋸波Ｓ１を出力する絶対角度検出装置（例えば出力１Ｘのレゾルバ等）を用い、減速機構の減速比を１／５とし、多回転検出部（４）に減速機構出力部（３ａ）の１回転に１山の鋸波Ｓ２を出す絶対角度検出装置（例えば出力１Ｘのレゾルバ等）を設置した例である。
そのため１回転検出部（２）では回転体（１）の５回転に５山の鋸波Ｓ１が出力され、多回転検出部（４）では回転体（１）の５回転に１山の鋸波Ｓ２が出力される。多回転検出部（４）により回転数を判別できるため、１回転検出部（２）の出力信号Ｓ１により、５回転分の絶対角度を精度良く算出することができる。

図１０は、上記方法において、±５回転の出力信号を示す。このとき、これらの信号だけでは、正側の回転か、負側の回転かを判別することができないため、減速比（分母）分の回転数（５回転）の絶対角度しか算出することができない。

この発明の目的は、減速機構の減速比を上げることなく、回転角度検出範囲を増加させることができて、角度検出装置のコンパクト化が実現でき、かつ高精度な検出が簡易な計算で行える多回転絶対角度検出方法および検出装置を提供することである。

この発明の多回転絶対角度検出方法を、実施形態に対応する図８と共に説明する。この角度検出方法は、回転体（１）に接続された減速機構（３）と、前記回転体（１）および減速機構（３）の出力部（３ａ）に対してそれぞれ設置された１回転検出部（２）および多回転検出部（４）を有し、前記１回転検出部（２）は、回転体（１）の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波（Ｓ１）を出力して回転体（１）の絶対角度を検出するものとし（ｎ≧２の場合は１／ｎ回転ごとの絶対角度を検出する）、前記多回転検出部（４）は、減速機構出力部（３ａ）の１回転に１山の正弦波または鋸波（Ｓ２）を出力して減速機構出力部（３ａ）の絶対角度を検出するものとした多回転絶対角度検出装置を用いる絶対角度検出方法であって、次のように行う方法である。
前記減速機構（３）の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とする。
また、多回転検出部（４）の検出値から所定の計算基準で計算された境界値（Ｂ）を用いて回転体（１）の原点位置（Ｏ）に対する回転方向の正負の判別を行う過程と、前記多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）から求められる回転数、前記正負の判別結果、および１回転検出部（２）で検出される出力信号（Ｓ１）から、前記回転体（１）の原点位置（Ｏ）から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出する過程とを含む。

この方法によると、減速機構（３）の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とするため、つまりＬの値を中途半端な値に設定するため、正回転と負回転とでは、多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）の値が同じでも、１回転検出部（２）の出力信号（Ｓ１）の値が異なる。そのため、正負を判別することができる。この正負の判別は、多回転検出部（４）の検出値から所定の計算基準で計算された境界値（Ｂ）を用いて行う。境界値（Ｂ）を用いることにより、簡単な計算で精度良く正負の判定を行うことができる。
このように、正負の判別が可能なため、回転角度検出範囲が増加する。減速比１／Ｌを適切な値にすれば、回転角度検出範囲を減速比の約２倍の回転数とできる。また、減速機構（３）の減速比を上げる必要がないため、コンパクトな構成の多回転絶対角度検出装置を実現できる。

正負の判別を行う過程は、１回転検出部（２）の正側回転時の出力波形（Ｓ１＋）と負側回転時の出力波形（Ｓ１−）の間に、これらの波形の位相をずらせた曲線に相当する境界値曲線（ＬＢ）を設定しておいて、多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）の値から前記境界値曲線（ＬＢ）上の境界値（Ｂ）を求め、この境界値（Ｂ）と１回転検出部（２）の出力信号（Ｓ１）の値とを比較して所定の基準で回転方向の正負の判別を行う。
このように境界値曲線（ＬＢ）を設定しておくことで、正負判別をより容易に行うことができる。

前記正負の判別を行う過程は、１回転検出部（２）および多回転検出部（４）が鋸波を出力するものである場合に、より具体的には次のように行っても良い。前記境界値曲線（ＬＢ）は、１回転検出部（２）の出力波形を、正側回転時の位相と負側回転時の位相の間における中央にずらせた曲線とする。多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）から得られる回転角度における前記境界値（Ｂ）と１回転検出部（２）の出力信号との差（Ａ）を取り、その差（Ａ）の正負の判別結果と、差（Ａ）の大きさの設定値に対する大小判別結果との組み合わせを、設定された場合分け判別条件と比較して、前記正負の判別を行う。
このように境界値曲線（ＬＢ）を正側回転時の位相と負側回転時の位相の中央とすることにより、誤差やノイズに対して許容範囲が広くなり、より信頼性の高い正負判定が行える。また、場合分け判別条件を設定することで、正負判別の計算が容易に行える。
なお、１回転検出部（２）および多回転検出部（４）が正弦波を出力するものである場合にも、例えば検出部に９０°位相差で配置されたホールＩＣ２個から、１回転で１周期となる位相差９０°の正弦波状の信号ａ，ｂを検出し（ａ： sin波、ｂ： cos波）、電源電圧Ｖｃの半分の値Ｖｃ／２を０として、ａ／ｂの各出力の象限判別により１回転の絶対角度を算出することで鋸波を作成してから、上記のように境界値曲線（ＬＢ）を正側回転時の位相と負側回転時の位相の中央とし、また上記場合分け判別条件を設定して正負判別を行うことが好ましい。

この発明方法において、１回転検出部（２）が出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、前記減速比１／ＬにおけるＬの小数部分αを、
α≠β／ｎ （０≦β≦ｎ−１、β：整数）
としても良い。
このようにＬの値を選定することで、±Ｌ回転の絶対的な回転角度を検出することができる。

この発明方法において、検出する回転数の範囲を±ｒ（ｒ：整数）、1 回転検出部（２）が出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、前記減速比１／ＬのＬの値を、Ｌ＝ｒ＋１／（２ｎ）
としても良い。
減速比１／ＬにおけるＬの値をこのように選定した場合は、１回転検出部（２）における正側回転の信号（Ｓ１＋）と負側回転の信号（Ｓ１−）の位相差が最大となり、多回転検出部（４）の信号（Ｓ２）も最大限に利用できるため、回転数の判別が容易となる。そのため、減速機構（３）に遊びがあったり、信号にノイズが載っても、精度の良い回転数の判別が容易となる。

この発明方法において、検出する回転数の範囲を±ｒ（ｒ：整数）、１回転検出部が出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、前記減速比１／ＬにおけるＬの小数部分を、
ａ／ｎ＋１／（２ｎ）
０≦ａ＜ｎ、（ａ：整数）
としても良い。
減速比１／Ｌの小数部分をこのように選定した場合は、１回転検出部（２）における正側回転の信号（Ｓ１＋）と負側回転の信号（Ｓ１−）の位相差（Ｐ）が最大となる。そのため、減速機構（３）の遊びがあったり、信号にノイズが載っても、精度の良い回転数の判別が容易となる。

この発明方法において、多回転検出部（４）および１回転検出部（２）から出力される少なくとも一方の信号（Ｓ２），（Ｓ１）を理想波形に補正しても良い。この補正は、例えば電気的に行っても良い。
この補正を行うことで、回転数の判別をより確実に行うことができ、角度検出精度も向上する。

１回転検出部（２）については、検出する正負の回転角度の全範囲にわたり、出力される正弦波または鋸波に対して補正値を設定した補正テーブル（１３）を持つようにしても良い。全範囲の補正テーブル（１３）を持つことで、回転数の判別が更に確実に行うことができ、角度検出精度が更に向上する。

この発明の多回転絶対角度検出装置は、回転体（１）に接続された減速機構（３）と、前記回転体（１）および減速機構（３）の出力部（３ａ）に対してそれぞれ設置された１回転検出部（２）および多回転検出部（４）を有する。前記１回転検出部（２）は、回転体（１）の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波（Ｓ１）を出力して回転体（１）の絶対角度を検出するものとする（ｎ≧２の場合は、１／ｎ回転ごとに絶対角度を検出）。前記多回転検出部（４）は、減速機出力部（３）の１回転に１山の正弦波または鋸波を出力して減速機構出力部（３ａ）の絶対角度を検出するものとする。
前記減速機構（３）の減速比１／Ｌは、そのＬの値を非整数とし、信号処理手段として回転方向判別手段（１０）、回転数計算手段（１１）、および多回転絶対角度計算手段（１２）を備えるものとする。
回転方向判別手段（１０）は、多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）から所定の計算基準で計算された境界値（Ｂ）を用いて回転体（１）の原点位置（Ｏ）に対する回転方向の正負の判別を行うものとする。
回転数計算手段（１１）は、前記多回転検出部（４）の検出信号（Ｓ２）の値から求められる回転数、および前記回転方向判別手段（１０）による回転方向の正負の判別結果から回転数の絶対値を計算する手段とする。
多回転絶対角度計算手段（１２）は、回転数計算手段（１１）の計算した回転数の絶対値と前記１回転検出部（２）の出力信号（Ｓ１）の値とから、前記回転体（１）の原点位置から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出するものとする。
この構成の角度検出装置とすると、この発明方法が実施できて、減速機構（３）の減速比を上げることなく、回転角度検出範囲を増加させることができて、装置のコンパクト化が実現でき、かつ高精度な検出が簡易な計算で行える。

この発明の多回転絶対角度検出方法は、回転体（１）に接続された減速機構（３）と、前記回転体（１）および減速機構出力部（３ａ）に対してそれぞれ設置された１回転検出部（２）および多回転検出部（４）を有し、前記１回転検出部（２）は、回転体（１）の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波を出力して回転体（１）の絶対角度を検出するものとし、前記多回転検出部（４）は、減速機構出力部（３ａ）の１回転に１山の正弦波または鋸波を出力して減速機構出力部（３ａ）の絶対角度を検出するものとした多回転絶対角度検出装置を用いる絶対角度検出方法であって、前記減速機構（３）の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とし、多回転検出部（４）の出力信号の値から所定の計算基準で計算された境界値を用いて回転体の原点位置に対する正負の判別を行う過程と、前記多回転検出部の出力信号から求められる回転数、前記正負の判別結果、および１回転検出部で検出される出力信号から、前記回転体（１）の原点位置から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出する過程とを含み、正負の判別を行う過程は、１回転検出部（２）の正側回転時の出力波形（Ｓ１＋）と負側回転時の出力波形（Ｓ１−）の間に、これらの波形の位相をずらせた曲線に相当する境界値曲線（ＬＢ）を設定しておいて、多回転検出部（４）の出力信号（Ｓ２）の値から前記境界値曲線（ＬＢ）上の境界値（Ｂ）を求め、この境界値（Ｂ）と１回転検出部（２）の出力信号（Ｓ１）の値とを比較して所定の基準で回転方向の正負の判別を行う方法であるため、回転角度検出範囲が増加し、また減速機構（３）の減速比を上げる必要がないため、コンパクトな構成の多回転絶対角度検出装置を実現できる。正負の判別は上記境界値を用いて行うようにしたため、高精度な検出が簡易な計算で行える。

この発明の多回転絶対角度検出装置は、回転体に接続された減速機構（３）と、前記回転体（１）および減速機構出力部（３ａ）に対してそれぞれ設置された１回転検出部（２）および多回転検出部（４）を有し、前記１回転検出部（２）は、回転体（１）の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波を出力して減速機構出力部（３ａ）の絶対角度を検出するものとし、前記多回転検出部（４）は、減速機出力部（３ａ）の１回転に１山の正弦波または鋸波を出力して回転体の絶対角度を検出するものとした多回転絶対角度検出装置であって、前記減速機構（３）の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とし、１回転検出部（２）の正側回転時の出力波形と負側回転時の出力波形の間に、これらの波形の位相をずらせた曲線に相当する境界値曲線が設定され、多回転検出部（４）の出力信号の値から前記境界値曲線上の境界値を求め、この境界値と１回転検出部（２）の出力信号の値とを比較して所定の基準で回転方向の正負の判別を行う回転方向判別手段（１０）と、前記多回転検出部（４）の検出値から求められる回転数、および前記回転方向判別手段（１０）による回転方向の正負の判別結果から回転数の絶対値を計算する回転数計算手段（１１）と、この回転数計算手段（１１）の計算した回転数の絶対値と前記１回転検出部（２）の出力信号の値とから、前記回転体（１）の原点位置から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出する多回転絶対角度計算手段（１２）とを備えるため、回転角度検出範囲が増加し、また減速機構の減速比を上げる必要がなく、コンパクトな構成にできる。正負の判別は上記境界値を用いて行うようにしたため、高精度な検出が簡易な計算で行える。

この発明の一実施形態を図１ないし図８と共に説明する。図１は、この多回転絶対角度検出方法に用いる多回転絶対角度検出装置の概念図を示す。回転体１は、軸受（図示せず）に支持された回転軸であり、この回転体１に、多回転検出のための減速機構３を接続する。回転体１と同軸上に、この回転体１の絶対的な回転角度を検出する１回転検出部２を設けている。減速機構３に対して、その出力部３ａの絶対的な回転角度を検出する多回転検出部４を設けている。
１回転検出部２は、回転体１の１回転にｎ山の正弦波または鋸波を出力する絶対角度検出装置であり、例えば出力が１Ｘのレゾルバ等からなる。ｎは自然数、つまりｎ＝１、２、３、…である。
多回転検出部４は、減速機構出力部３ａの１回転に１山の正弦波または鋸波を出力する絶対角度検出装置であり、例えば出力が１Ｘのレゾルバ等からなる。

この多回転検出部４の出力により回転数を判別し、１回転検出部２の出力により精度良く多回転中の絶対角度を検出できる。

なお、図１では、１回転検出部２と減速機構３とは回転体１の両端に設置しているが、これら１回転検出部２および減速機構３は、回転体１上であれば、どこに設置しても構わない。また、多回転検出部４は、回転体１と同軸上に設置していないが、回転体１と同軸上に設置しても構わない。減速機構３は、平歯車の歯車列など、回転体１を減速できる機構であれば、どのような機構を用いても構わない。

図１の角度検出装置を用いて角度検出するときに、発明が解決しようとする課題の欄で図９と共に前述したように、従来方法であっても減速機構３の減速比が１／５であれば、５回転分の絶対角度を精度良く算出することができる。Ｓ１は１回転検出部２の出力信号、Ｓ２は多回転検出部４の出力信号である。しかし、図１０に±５回転分を示すように、これらの信号Ｓ１，Ｓ２だけでは、正回転か負回転かを判別することができない。そのため、減速比（分母）の回転数（５回転）の絶対角度しか算出することができない。

そこで、この発明方法では、減速機構３の減速比を、例えば１／５．２や１／５．５などの中途半端な値、つまり減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数としている。これにより正負の判別が可能になる。一般に、１回転検出部２から出力される山の数をｎ（自然数）とした場合に、多回転検出部４の減速比１／ＬにおけるＬの小数部分αを
α≠β／ｎ （０≦β≦ｎ−１、β：整数）
とすれば良い。αは、０≦α＜１の範囲で計算される。
その様子を図２に示す。ここでは、１回転検出部２は回転体１の１回転に１山の鋸波を出力し、多回転検出部４は減速機構出力部３ａの１回転に１山の鋸波を出力している。同図からわかるように、正側回転と負側回転とで、多回転検出部４の出力信号Ｓ２の値が同じでも、１回転検出部２の出力信号Ｓ１の値が異なるため、正負を判別することができる。特に減速比が１／５．５の場合には、正側回転と負側回転とで、１回転検出部２の出力信号Ｓ１の値の差が最大となる（電源電圧Ｖｃの半分となり、角度で換算すると１８０°の位相差となる）。

次のように、１回転検出部２から出力される山の数ｎ（ｎ：１、２、３、…）に合わせて多回転検出部４の減速比１／Ｌを適切な値に設定すれば、±ｒ回転（ｒ：整数）を検出する場合にも、判別が容易となる。
Ｌ＝ｒ＋１／（２ｎ）

勿論、実際に検出したい回転数よりも大きい減速比１／Ｌとして、Ｌの値の小数部分だけを１／（２ｎ）の値に合わせても良い。また、Ｌの値の小数部をａ／ｎ＋１／（２ｎ）（ただし、０≦ａ＜ｎ，ａ：整数）としても良い。また、検出回転数が整数でない場合は、これまで記載した条件を満たし、さらにＬ≧ｒとなるように減速比１／Ｌを選定すれば良い。

図５は、この多回転絶対角度検出方法のアルゴリズムのフローチャートを示す。また、図３，図４には、多回転検出部４の出力信号Ｓ２を基準にして、１回転検出部２の出力信号Ｓ１を重ね合わせた図を示す。これらの図を基に、このアルゴリズムを説明する。
ステップＲ１の時点では、それぞれ１回転中にほぼリニアに出力される１回転検出部２および多回転検出部４の出力信号Ｓ１，Ｓ２を検出する。出力信号Ｓ１，Ｓ２は、電圧値〔Ｖ〕である。
ステップＲ２では、この電圧値の出力信号Ｓ１，Ｓ２を、電源電圧Ｖｃとの割合を計算して角度（０°〜３６０°）に換算する。この電圧−角度換算処理は、ステップＲ６以前のどこで行っても構わないが、どこで行うかで、ステップＲ３〜Ｒ５の計算式は異なってくる。
ステップＲ３では、ステップＲ２で得た多回転検出部４の出力信号Ｓ２より、境界値Ｂを計算する。

この境界値Ｂは、正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋と、負側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１−との中間点に来ることが望ましい。ここで言う中間点は中央のことである。
この中間点となる境界値Ｂは、図３を見ても分かるように、正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋と負側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１−と同じ傾きを持つ直線（これを境界値曲線ＬＢと称す）上に存在する。正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋と、負側回転時の出力信号Ｓ１−は、回転体１の角度（図中の横軸）が０°から３６０°変化すると、出力値（縦軸）も０°から３６０°変化するため、傾き１の直線となっている。そのため、境界値Ｂも傾き１の直線（境界値直線ＬＢ）上に存在する。また、正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋と、負側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１−との位相差Ｐは、減速比１／Ｌから容易に求めることができる。
位相差Ｐは、例えば、減速比１／ＬにおけるＬの小数部分が０．５であれば、Ｐ＝３６０°×０．５＝１８０°、小数部分が０．２であれば、Ｐ＝３６０°×０．２＝７２°である。

正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋の０°を原点とすると、正側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１＋は、傾き１、切片０の直線、負側回転時の１回転検出部２の出力信号Ｓ１−は、傾き１、切片−Ｐの直線となる。
つまり、境界値Ｂは、傾き１、切片−１／２の直線である境界値曲線ＬＢ上に存在する。この境界値曲線ＬＢは、角度検出時よりも前に、予め設定しておく。

多回転検出部４の出力信号Ｓ２の値より、境界値曲線ＬＢに代入する角度（横軸）を求めることができるため、境界値Ｂ（縦軸）が計算できる。
この境界値Ｂは、図４で、ｃ：ｄ＝ｅ：ｆとなるように求める。

ステップＲ４では、１回転検出部２の出力信号Ｓ１と境界値Ｂとの差Ａを求めて、その差の符号と大きさにより、＋回転と−回転の判別を行う。
１回転検出部２の出力信号Ｓ１と境界値Ｂとの差をＡ（＝Ｓ１−Ｂ）と定義すると、図３の場合、次の場合分け判別条件となる。

多回転検出部４の出力信号Ｓ２や１回転検出部２の出力信号Ｓ１が誤差やノイズの全くのらない理想的な波形の場合、領域(1) 〜(7) 毎に差Ａを求めていくと以下の条件で判別できる。
〔１〕 Ａ＝Ｐ／２の場合、正回転と判別。
〔２〕 Ａ＝−Ｐ／２の場合、負回転と判別。

ただし、実際には多回転検出部４の出力信号Ｓ２や１回転検出部２の出力信号Ｓ１が誤差やノイズを生じるため、領域(1) 〜(7) ごとに差Ａを求め、以下の条件で判別する。
〔１〕０≦Ａ≦Ｐ／２＋α、もしくは Ａ≧３６０ の場合、正回転と判別。
〔２〕−（Ｐ／２＋α）≦Ａ＜０、もしくはＡ＜−３６０ の場合、負回転と判別。
〔３〕(1) 〜(7) の領域で〔１〕〔２〕の条件を満たさずＡ≦０の場合、正回転と判別。〔４〕(1) 〜(7) の領域で〔１〕〔２〕の条件を満たさずＡ＞０の場合、負回転と判別。 ここで、Ａ≧３６０やＡ＜−３６０、〔３〕、〔４〕の条件は、領域の境界部分の判別に用いる（詳細は記載しない）。

条件中に記載したαの値は、それぞれ、位相差Ｐや１回転検出部２および多回転検出部４となるレゾルバ等の実際の回転角度検出装置の角度誤差やノイズなどに応じて任意に設定される値である。この値を調整することより、＋回転と−回転の判別をより正確にすることができる。

±の判別ができれば、多回転検出部４の出力信号Ｓ２により回転数（−ｒ回転〜＋ｒ回転）がわかる。このとき、多回転検出部４における回転角度検出装置の誤差やノイズが存在するため、回転数の境界部分は１回転検出部２の出力信号Ｓ１により判別することが好ましい。これが、ステップＲ５の処理に該当する。

最後に、ステップＲ６で、回転数と１回転検出部２の出力信号Ｓ１より、多回転の絶対角度θを計算する。

このような方法を用いると、最終的な絶対角度の精度は、１回転検出部２となる回転角度検出装置の精度と同等となる。例えば、１回転検出部２の回転角度検出装置にレゾルバを用いた場合、一般に出力波形の山数ｎが多くなるほど角度算出精度は良くなると言われている。なお、１回転検出部２の出力波形（Ｓ１）の山数ｎを１＜ｎとすると、正負の回転数を判別する以外に、１回転検出部２の出力信号Ｓ１が何個目の山に相当するかを判別する必要があり、多回転検出部４となる回転角度検出装置の精度も要求される。

この実施形態では、１回転検出部２および多回転検出部４として、鋸波が出力される回転角度検出装置（例えばレゾルバ）を用いた場合の説明を行ったが、その他に、例えば、１回転検出部２および多回転検出部４として、それぞれ、被検出部に対して９０°位相差で配置されたホールＩＣを２個用いても良い。その場合、１回転で１周期となる位相差９０°の信号ｐ，ｑを検出し（ｐ： sin波、ｑ：cos 波）を検出し、電源電圧Ｖｃの半分の値Ｖｃ／２を０として、ｐ／ｑと各出力の象限判別により１回転の絶対角度を算出することができる。

また、回転数の判別をより確実に行い、多回転の１回転検出部２では角度算出精度を向上させるためには、多回転検出部４や１回転検出部２の回転角度検出装置の補正テーブルを持つことが好ましい。
図６は、１回転検出部２の補正テーブルの使用例を示す。補正テーブルは、実際の回転角度検出装置の出力に対して、理想の波形に補正する補正データを設けたものである。同図の例では、一つの山の鋸波に対して補正テーブルを作成し、それを全ての山の鋸波に適用する例である。
図７は、全ての山の鋸波の補正テーブルを持つ補正方法を示す。図５のステップＲ５で回転数が計算されるため、その回転数の鋸波の補正テーブルを選択して、多回転の絶対回転角度を計算すれば良い。全ての鋸波の補正テーブルを持つ方が、より角度検出精度が向上する。

図８は、この発明の一実施形態にかかる多回転絶対角度検出装置の概念構成の説明図である。この多回転絶対角度検出装置は、前記実施形態に係る多回転絶対角度検出方法を実施する装置である。回転体１、１回転検出部２、減速機構３、および多回転検出部４は、図１と共に前述した構成のものである。１回転検出部２および多回転検出部４は、電子回路またはコンピュータで構成される角度演算手段６に接続されている。
角度演算手段６は、補正手段７、角度換算手段８、境界値計算手段９、回転方向判別手段１０、回転数計算手段１１、および多回転絶対角度計算手段１１を有している。

補正手段６は、図６または図７で説明した補正を行う手段であり、補正テーブル１３を有している。補正テーブル１３は、図６または図７と共に説明した補正データが設定されたテーブルである。角度換算手段８は、図５のステップＲ２で説明した処理を行う手段である。境界値計算手段９は、図５のステップＲ３と共に説明した方法で境界値を計算する手段である。回転方向判別手段１０は、図５のステップＲ４と共に説明した方法で回転体１の回転方向を判別する手段である。回転数計算手段１１は、図５のステップＲ５と共に説明した方法で回転数ｎを計算する手段である。多回転絶対値計算手段１２は、図５のステップＲ６と共に説明した方法で多回転絶対角度を計算する手段である。

この構成の多回転絶対角度検出方法を用いることにより、図１ないし図７と共に説明した多回転絶対角度検出方法を実施することができる。

この発明の一実施形態にかかる多回転絶対角度検出方法を実施する多回転絶対角度検出装置を示す模式図である。 正方向回転および負方向回転にわたり、１回転検出部と多回転検出部の出力信号を示した波形図である。 正方向回転および負方向回転の１回転検出部の出力信号を重ねて示し、これに多回転検出部の出力信号を重ねて示す波形図である。 境界値の説明図である。 同多回転絶対角度検出方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。 出力波形の補正方法の一例を示す説明図である。 出力波形の補正方法の他の例を示す説明図である。 この発明の一実施形態にかかる多回転絶対角度検出装置の概念構成を示す説明図およびその処理における波形の説明図である。 従来の多回転絶対角度検出方法の一例を示す説明図である。 従来の多回転絶対角度検出方法で正負の回転方向の検出を行おうとした場合の不適切例を示す説明図である。

符号の説明

１…回転体
２…１回転検出部
３…減速機構
３ａ…出力部
４…多回転検出部
７…補正手段
８…角度換算手段
９…境界値計算手段
１０…回転方向判別手段
１１…回転数計算手段
１２…多回転絶対角度計算手段
Ａ…境界値と１回転検出部の出力との差
Ｂ…境界値
ＬＢ…境界値曲線
Ｐ…位相差

Claims (8)

1. 回転体に接続された減速機構と、前記回転体および減速機構の出力部に対してそれぞれ設置された１回転検出部および多回転検出部を有し、前記１回転検出部は、回転体の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波を出力して回転体の絶対角度を検出するものとし、前記多回転検出部は、減速機構出力部の１回転に１山の正弦波または鋸波を出力して減速機構出力部の絶対角度を検出するものとした多回転絶対角度検出装置を用いる絶対角度検出方法であって、
   前記減速機構の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とし、
   多回転検出部の出力信号の値から所定の計算基準で計算された境界値を用いて回転体の原点位置に対する正負の判別を行う過程と、
   前記多回転検出部の出力信号から求められる回転数、前記正負の判別結果、および１回転検出部で検出される出力信号から、前記回転体の原点位置から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出する過程とを含み、
   前記正負の判別を行う過程は、１回転検出部の正側回転時の出力波形と負側回転時の出力波形の間に、これらの波形の位相をずらせた曲線に相当する境界値曲線を設定しておいて、多回転検出部の出力信号の値から前記境界値曲線上の境界値を求め、この境界値と１回転検出部の出力信号の値とを比較して所定の基準で回転方向の正負の判別を行う、
   ことを特徴とする多回転絶対角度検出方法。
2. 請求項１において、１回転検出部および多回転検出部が鋸波を出力するものであり、前記正負の判別を行う過程では、前記境界値曲線が、１回転検出部の出力波形を、正側回転時の位相と負側回転時の位相の間における中央にずらせた曲線であり、多回転検出部の出力信号から得られる回転角度における前記境界値と１回転検出部の出力信号との差を取り、その差の正負の判別結果と、差の大きさの設定値に対する大小判別結果との組み合わせを、設定された場合分け判別条件と比較して、前記正負の判別を行う多回転絶対角度検出方法。
3. 請求項１または請求項２において、１回転検出部が出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、前記減速比１／ＬにおけるＬの小数部分αを、
   α≠β／ｎ （０≦β≦ｎ−１、β：整数）
   とする多回転絶対角度検出方法。
4. 請求項１または請求項２において、検出する回転数の範囲を±ｒ（ｒ：整数）、1 回転検出部が１回転中に出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、前記減速比１／ＬにおけるＬの値を、
   Ｌ＝ｒ＋１／（２ｎ）
   とする多回転絶対角度検出方法。
5. 請求項１または請求項２において、検出する回転数の範囲を±ｒ（ｒ：整数）、１回転検出部が出力する正弦波または鋸波の山数をｎ（ｎ：自然数）とした場合に、減速比１／ＬにおけるＬの小数部分を、
   ａ／ｎ＋１／（２ｎ）
   ０≦ａ＜ｎ、（ａ：整数）
   とする多回転絶対角度検出方法。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、多回転検出部および１回転検出部から出力される少なくとも一方の信号を理想波形に補正する多回転絶対角度検出方法。
7. 請求項６において、検出する正負の回転角度の全範囲にわたり、１回転検出部から出力される正弦波または鋸波に対して補正値を設定した補正テーブルを持つ、多回転絶対角度検出方法。
8. 回転体に接続された減速機構と、前記回転体および減速機構の出力部に対してそれぞれ設置された１回転検出部および多回転検出部を有し、前記１回転検出部は、回転体の１回転にｎ山（ｎ：自然数）の正弦波または鋸波を出力して回転体の絶対角度を検出するものとし、前記多回転検出部は、減速機出力部の１回転に１山の正弦波または鋸波を出力して減速機構出力部の絶対角度を検出するものとした多回転絶対角度検出装置であって、
   前記減速機構の減速比１／ＬにおけるＬの値を非整数とし、
   １回転検出部の正側回転時の出力波形と負側回転時の出力波形の間に、これらの波形の位相をずらせた曲線に相当する境界値曲線が設定され、多回転検出部の出力信号の値から前記境界値曲線上の境界値を求め、この境界値と１回転検出部の出力信号の値とを比較して所定の基準で回転方向の正負の判別を行う回転方向判別手段と、
   前記多回転検出部の検出値から求められる回転数、および前記回転方向判別手段による回転方向の正負の判別結果から回転数の絶対値を計算する回転数計算手段と、
   この回転数計算手段の計算した回転数の絶対値と前記１回転検出部の出力信号の値とから、前記回転体の原点位置から±Ｌ回転以内の回転絶対角度を算出する多回転絶対角度計算手段とを備える、
   ことを特徴とする多回転絶対角度検出装置。

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