JP5733250B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる位置検出装置をレゾルバのデジタルコンバータに適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
ε=sinωt・sinθ・cosφ−sinωt・cosθ・sinφ
=sinωt・sin(θ―φ)…(c1)
誤差相関量εは、実際の回転角度θと算出角度φとの差がゼロとなることで、ゼロとなる。また、励磁信号Scの大きさの影響を除く場合、算出角度φと実際の回転角度θとの差に応じて絶対値が変化するものであって且つ、差が同一であれば、符号にかかわらず絶対値が同一となるものである。さらに、励磁信号Scの符号(sinωtの符号)の影響を除く場合、算出角度φが実際の回転角度θよりも進角側の値であるか遅角側の値であるかを示す量でもある。誤差相関量εから、励磁信号Scの符号の影響を除く除去処理は、同期検波によってなされる。
K・|sinωt|・sin(θ−φ)−sinφ・δ・Rd/|Rd| …(c2)
上記の式(c2)の右辺第2項は、検波信号Rdに応じた符号を有する量となる。このため、ノイズの重畳期間において検波信号Rdの符号が正のものと負のものとの数が等しいなら、上記右辺第2項の平均値は、ゼロとなる。しかし、正となるものと負となるものとの数に差が生じる場合には、右辺第2項の平均値がゼロとならないため、算出角度φの算出精度に影響しやすい。特に、本実施形態のように、角度算出部62を2重積分要素を備えて構成する場合にあっては、上記正となるものと負となるものとの数に差が生じることで、その影響が増幅される。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
ここで、基準サンプリング周期Tsrefは、励磁信号Scの周期が基準励磁周期Tprefであった場合に適切な周期である。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
励磁信号Sc(レファレンスREF)が0以上であるか否かに応じて2値の検波信号Rdを算出するものに限らない。たとえば、0よりも大きいか否かに応じて2値の検波信号Rdを算出するものであってもよい。
2値検波信号算出手段によって検波信号Rdを生成するものに限らない。たとえば、レファレンスREFを誤差相関量εに乗算したものを被検波量εcとし、これを誤差相関量εから励磁信号Scの符号の影響を除去する除去処理とするものであってもよい。
上記第2の実施形態(図5)では、タイマ72による計測結果(立ち上がり時間Th)に基づき、サンプリング周期Tsを補正したが、これに限らない。たとえば、立ち下がり時間の計測結果に基づき、サンプリング周期Tsを変更してもよく、これら立ち上がり時間および立ち下がり時間の合計値に基づき、サンプリング周期Tsを変更してもよい。
位相変更手段としては、CPU50を用いたソフトウェア処理を含むものに限らず、ハードウェア処理によって、アナログデジタル変換器46のサンプリング位相を変更する手段を構成することで実現してもよい。
上記第2の実施形態(図5)において、周期が変動する場合、サンプリング位相PHi自体も変動前のものからずれることとなる。このため、サンプリング周期Tsとともに、サンプリング位相を併せ変更することが望ましい。すなわち、周期変更手段と位相変更手段とをともに備える構成であることが望ましい。
入力側励磁信号SCのサンプリング周期やサンプリング位相を先の図3に示した態様にて固定することによって、入力側励磁信号SCの絶対値が規定値ΔS以下となるときのサンプリングを禁止するものに限らない。たとえば、励磁信号Scの周期や位相が変動した場合にあっては、先の図3に示した位相PH4に対応するサンプリングタイミングにおけるレファレンスREFの値が変動中心の値に近づくこともある。そしてこの場合にあっては、次回のサンプリングまでの時間間隔を変更することで、入力側励磁信号SCの絶対値が規定値ΔS以下となるときのサンプリングを禁止する手段としてもよい。
上記第4の実施形態(図9)では、励磁信号Scの第1番目の周期において、レファレンスREFが正のものの数と、負のものの数とに差が生じる場合、第2番目の周期において、その差を補償するように、サンプリング回数を制限したが、これに限らない。たとえば、第1番目および2番目の周期において、レファレンスREFが正のものの数と、負のものの数とに差が生じる場合、第3番目の周期において、その差を補償するように、サンプリング回数を制限するものであってもよい。ただし、この場合、励磁信号Scの2周期に渡る不均衡によっては、算出角度φに許容範囲を超える誤差が生じることはないシステムに適用することが望ましい。
サンプリング周期を単一の値(基準サンプリング周期Tsref)とするものに限らない。たとえば、励磁信号Scの一周期の間でサンプリングタイミング間の時間間隔を変化させるものであってもよい。この場合、励磁信号Scの絶対値が大きい領域においてサンプリング頻度を上昇させてもよい。また、たとえば上記規定値ΔSが大きくなる場合にあっては、励磁信号Scがゼロに近づくにつれてサンプリング頻度が低下する事態を回避すべく、規定値ΔSを超える領域において値が小さいほどサンプリング頻度が上昇するようにしてもよい。
被変調波SIN,COSおよび入力側励磁信号SCをデジタルデータに変換する手段としては、単一のアナログデジタル変換器46に限らない。たとえば、被変調波SIN,COSと、入力側励磁信号SCとで各別の変換器を備えてもよく、またたとえば、被変調波SIN,被変調波COS、および入力側励磁信号SCのそれぞれで、各別の変換器を備えてもよい。換言すれば、励磁信号サンプリング手段と被変調波サンプリング手段とで、アナログデジタル変換器を各別としてもよい。
a)誤差相関量εについて
励磁信号Scの符号の影響を除くことで、回転角度θに対する算出角度φのずれの方向に応じた符号を有する量としては、上記第1の実施形態(図1)において例示した誤差相関量εに限らない。たとえば、被変調波COSに「cos(φ−π/2)」を乗算したものと、被変調波SINに「sin(φ−π/2)」を乗算したものとの和であってもよい。この場合、誤差相関量εは、「sinωtcos(θ―φ+π/2)」に比例した量となり、励磁信号sinωtの符号の影響を除くことで、回転角度θに対して算出角度φが進角している場合に正、遅角している場合に負となる。
被検波量εcを入力とし、算出角度φを算出する処理としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば積分要素を3つ(3重積分)以上有するものであってもよい。
ソフトウェア処理手段として構成されるものに限らない。ハードウェア処理手段であっても、復調に用いられる入力側励磁信号SC等のサンプリング頻度が低くなるにつれて、励磁信号Scの符号が正のもののサンプリング回数と負のもののサンプリング回数との差が、ノイズに対する耐性を低下させる事情についてはなんら変わりがないと考えられる。
回転機の回転子に限らない。要は、位置情報に応じて励磁信号を振幅変調可能なものであるなら、本発明の適用は有効である。
Claims (13)
- 交流の励磁信号(Sc)が位置検出対象(10a)の位置情報に応じて振幅変調された一対の被変調波(Sin,Cos)を入力とし、前記励磁信号の一周期の間に前記被変調波の複数のサンプリング値を用いて前記位置情報を復調する復調手段(40)を備え、
前記一対の被変調波のうち一方の被変調波は、前記位置情報を独立変数とする変調波であって、正弦関数又は余弦関数である変調波によって前記励磁信号を変調したものであり、他方の被変調波は、前記位置情報を独立変数とする変調波であって、前記一方の被変調波を変調する変調波の位相が「π/2」だけずれた変調波によって前記励磁信号を変調したものであり、
前記復調手段は、
前記位置情報の算出値(φ)を独立変数とする余弦関数を前記一方の被変調波に乗算した値と、前記位置情報の算出値を独立変数とする正弦関数を前記他方の被変調波に乗算した値との差に応じた値を誤差相関量(ε)として算出する誤差相関量算出手段と、
前記励磁信号を入力とし、前記誤差相関量から前記励磁信号の符号の影響を除去する除去処理を行なう検波手段(60)と、
前記除去処理によって符号の影響が除去された誤差相関量に基づき、前記算出値を出力する角度算出手段と、
所定期間において前記除去処理に用いられる前記励磁信号について、その符号が正のもののサンプリング回数と負のもののサンプリング回数との差が生じることを回避する不均衡回避手段と、
を備え、
前記不均衡回避手段は、所定期間において前記位置情報の復調に用いられる前記励磁信号について、その符号が正のもののサンプリング回数と負のもののサンプリング回数との差が生じると予測される場合、前記差が生じることを回避する予測回避手段(50)を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 前記検波手段は、前記励磁信号を周期的にサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)を備え、
前記不均衡回避手段は、前記励磁信号が正である期間と負である期間とで前記所定期間におけるサンプリング回数が等しくなるように、前記サンプリングの周期と位相とを設定するものであり、
前記予測回避手段は、前記励磁信号を入力とし、その周期の変動に応じて前記励磁信号サンプリング手段による前記サンプリングの周期を変更する周期変更手段(74)を備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 前記検波手段は、前記励磁信号を周期的にサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)を備え、
前記不均衡回避手段は、前記励磁信号が正である期間と負である期間とで前記所定期間におけるサンプリング回数が等しくなるように、前記サンプリングの周期と位相とを設定するものであり、
前記予測回避手段は、前記励磁信号を入力とし、その位相の変動に応じて前記励磁信号サンプリング手段による前記サンプリングの位相を変更する位相変更手段(76)を備えることを特徴とする請求項1または2記載の位置検出装置。 - 前記検波手段は、
前記励磁信号をサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)と、
前記励磁信号が0以上であるか否かに応じて、または0よりも大きいか否かに応じて、2値の検波信号を算出する2値検波信号算出手段(58)と、を備え、
該2値検波信号算出手段によって算出された検波信号を用いて前記除去処理を行なうものであり、
前記予測回避手段は、前記励磁信号の値が0である場合に、該励磁信号のサンプリングに基づく復調処理を禁止する復調禁止手段を備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 前記検波手段は、前記励磁信号をサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)を備え、
前記予測回避手段は、所定期間において前記位置情報の復調に用いられる前記励磁信号について、その符号が正のもののサンプリング回数と負のもののサンプリング回数との差が生じると予測される場合、前記復調手段に復調処理の間隔を変更させる間隔変更手段を備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 前記間隔変更手段は、前記所定期間よりも短い規定期間において前記位置情報の復調に用いられる前記励磁信号について、その符号が正のもののサンプリング回数と負のもののサンプリング回数との差が生じると判断される場合、前記励磁信号が前記サンプリング回数の多い方の符号となるときにおける前記復調処理の回数を制限する処理、または前記励磁信号が前記サンプリング回数の少ない方の符号となるときにおける前記復調処理の回数を増加させる処理を行なうことを特徴とする請求項5記載の位置検出装置。
- 前記検波手段は、前記励磁信号をサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)を備え、
前記不均衡回避手段は、前記励磁信号の1周期における前記サンプリングの回数が、前記励磁信号が正の値となる期間と前記励磁信号が負の値となる期間とで互いに等しくなるように、前記励磁信号サンプリング手段による前記サンプリングのタイミングを設定するタイミング設定手段を備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 前記励磁信号サンプリング手段は、前記サンプリングを周期的に行なうものであることを特徴とする請求項2,3または7のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記不均衡回避手段は、前記励磁信号の値の絶対値が規定値以下となるタイミングがサンプリングタイミングとならないように、前記サンプリングの位相を設定することを特徴とする請求項2,3,7または8のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記検波手段は、前記励磁信号をサンプリングする励磁信号サンプリング手段(46)を備え、
前記励磁信号の値の絶対値が規定値以下である場合、該励磁信号のサンプリング値を用いた復調処理を禁止する復調禁止手段を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の位置検出装置。 - 前記復調手段は、ソフトウェア処理手段であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の位置検出装置。
- 前記復調手段は、
前記励磁信号をサンプリングする励磁信号サンプリング手段と、
前記被変調波をサンプリングする被変調波サンプリング手段とを備え、
前記励磁信号サンプリング手段と前記被変調波サンプリング手段とは、単一のアナログデジタル変換器(46)を共有して構成されており、
前記アナログデジタル変換器は、前記被変調波と前記励磁信号とを時分割でデジタルデータに変換することを特徴とする請求項11記載の位置検出装置。 - 前記検波手段は、前記励磁信号が正であるか負であるかに応じた2値の検波信号を算出する2値検波信号算出手段(58)を備えて且つ、該検波信号に基づき前記除去処理を行なうものであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の位置検出装置。
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