(57)【要約】【課題】ロータ１０の回転角を測定するレゾルバにおいて、コイル１４，１６と差動増幅器２６，２８を接続する信号線１８，２０，２２，２４の断線を、ロータ１０の回転角によらず、確実に検出する。【解決手段】断線判定部４２は、正弦信号、余弦信号および信号線１８と信号線２４の線間信号を取得すると、まず、線間信号がゼロであるか否かを判定し、その後、正弦信号および余弦信号がゼロであるか否かを判定する。線間信号がゼロであり、正弦信号と余弦信号のいずれかがゼロである場合には、信号線１８，２０，２２，２４のいずれかに断線が生じていることを検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子の変位に応じた正弦信号を信号線を介して出力する正弦信号出力手段と、
前記可動子の変位に応じた余弦信号を信号線を介して出力する余弦信号出力手段と、
前記各信号線を介して前記正弦信号および前記余弦信号を取得し、これらの信号に基づき前記可動子の変位を求める変位演算手段と、
前記各信号線間の線間信号を検出して出力する線間信号出力手段と、
前記正弦信号、前記余弦信号および前記線間信号に基づき、前記各信号線の断線を判定する断線判定手段と、
を備えたことを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位測定装置であって、
前記断線判定手段は、前記線間信号がゼロであり、且つ、前記正弦信号または前記余弦信号がゼロである場合に、前記各信号線のいずれかの断線を判定することを特徴とする変位測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の変位測定装置であって、
前記断線判定手段は、
前記線間信号がゼロであり、且つ、前記正弦信号がゼロである場合に、前記正弦信号出力手段に接続される信号線の断線を判定し、
前記線間信号がゼロであり、且つ、前記余弦信号がゼロである場合に、前記余弦信号出力手段に接続される信号線の断線を判定することを特徴とする変位測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の変位測定装置であって、
前記正弦信号出力手段および前記余弦信号出力手段が接続する各信号線はそれぞれ２本の導線で構成され、
前記線間信号出力手段は、前記各信号線の一方の導線間の線間信号を検出して出力し、
前記各信号線の他方の導線は互いに接続されることを特徴とする変位測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の変位測定装置であって、
前記断線判定手段が線間信号を検出する信号線は、グラウンドに接続されることを特徴とする変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動子の変位に応じた正弦信号および余弦信号に基づき、この可動子の変位を求める変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータやエンジンなどの制御のために、これらの回転軸にレゾルバを取り付け、回転角を検出することが行われている。このようなレゾルバでは、レゾルバのロータに近接した位置に配置された２つのセンサにより、回転角に応じた正弦信号ｓｉｎθと余弦信号ｃｏｓθを検出し、これらの信号に基づき演算処理装置（ＣＰＵ）が計算をおこなうことにより、回転角を検出している。
【０００３】
上記の２つのセンサと演算処理装置を接続する信号線は希に断線することがあり、問題となっている。このため、断線を検出する技術が検討されており、その一例が特開平１−２６２４１５号公報、特開平６−１４７９２２号公報、実開平６−６０２９９号公報などに示されている。これらの文献では、断線検出回路は、正弦信号と余弦信号の二乗を加算した値（ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ）を所定の閾値と比較して信号線の断線を検出する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２６２４１５号公報
【特許文献２】
特開平６−１４７９２２号公報
【特許文献３】
実開平６−６０２９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の断線検出方法では、信号線の断線が生じて正弦信号と余弦信号のいずれかがゼロとなっても、他方の信号が最大値付近であれば、上述の二乗加算値は閾値以下とならず断線は検出されない。よって、このような場合には、信号線の断線が生じても、正常であることが判定されてしまう、といった問題があった。
【０００６】
なお、このような問題は、レゾルバに限らず、回転角を測定するロータリーエンコーダや、直線的な移動位置を測定するリニアエンコーダなど、同様な原理で変位を測定する他の装置でも発生し得る。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、変位測定装置において、可動子の回転角や移動位置などの変位が如何なる値であっても、変位によらず信号線の断線を検出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る変位測定装置は、可動子の変位に応じた正弦信号を信号線を介して出力する正弦信号出力手段と、前記可動子の変位に応じた余弦信号を信号線を介して出力する余弦信号出力手段と、前記各信号線を介して前記正弦信号および前記余弦信号を取得し、これらの信号に基づき前記可動子の変位を求める変位演算手段と、前記各信号線間の線間信号を検出して出力する線間信号出力手段と、前記正弦信号、前記余弦信号および前記線間信号に基づき、前記各信号線の断線を判定する断線判定手段と、を備えたものである。この構成によれば、断線判定手段が正弦信号、余弦信号および線間信号に基づいた処理をするため、信号線のいずれかの位置で断線が生じたときには、可動子の変位によらず断線を検出することができる。
【０００９】
ここで、断線判定の態様として、前記断線判定手段は、前記線間信号がゼロであり、且つ、前記正弦信号または前記余弦信号がゼロである場合に、前記各信号線のいずれかの断線を判定することが好ましい。また、このとき、前記断線判定手段は、前記線間信号がゼロであり、且つ、前記正弦信号がゼロである場合に、前記正弦信号出力手段に接続される信号線の断線を判定し、前記線間信号がゼロであり、且つ、前記余弦信号がゼロである場合に、前記余弦信号出力手段に接続される信号線の断線を判定することが好ましい。これにより、いずれの信号線で断線が生じているのかを特定することができる。また、断線判定の別の態様として、前記断線判定手段は、前記正弦信号、前記余弦信号および前記線間信号を所定の閾値と比較したり、これらの信号を加減算した値を所定値と比較して、断線を判定してもよい。
【００１０】
また、本発明に係る変位測定装置は、前記正弦信号出力手段および前記余弦信号出力手段が接続する各信号線はそれぞれ２本の導線で構成され、前記線間信号出力手段は、前記各信号線の一方の導線間の線間信号を検出して出力し、前記各信号線の他方の導線は抵抗、コイルなどを介して互いに接続されることが好ましい。さらに、前記断線判定手段が線間信号を検出する信号線は、抵抗、コイルなどを介してグラウンドに接続されることが好ましい。これにより、断線が生じた際には線間信号をゼロとして、断線を確実に検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態に係る変位測定装置について説明する。変位測定装置は、レゾルバ、ロータリーエンコーダ、リニアエンコーダなど、可動子の変位を測定可能な装置であるが、本実施形態では変位測定装置をレゾルバとして構成している。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る変位測定装置の構成を示すブロック図である。可動子であるロータ１０に近接した位置には、ロータ１０周辺に磁界を発生させるための励磁用コイル１２と、ロータ１０の回転角に応じて振幅が変化する正弦波形の電圧信号を出力する正弦信号出力用の第一のコイル１４と、ロータ１０の回転角に応じて振幅が変化する余弦波形の電圧信号を出力する余弦信号出力用の第二のコイル１６と、が配置されている。このように本実施形態では、正弦信号および余弦信号を出力する手段としてコイル１４，１６を用いているが、正弦信号および余弦信号を同様に出力するものであれば、他の種類のセンサを用いてもよい。
【００１３】
第一のコイル１４は、２本の信号線（導線）１８，２０を介して、第一の差動増幅器２６に接続されている。同様に、第二のコイル１６は、２本の信号線（導線）２２，２４を介して、第二の差動増幅器２８に接続されている。第一のコイル１４と接続する２本の信号線１８，２０のうち一方の信号線１８は、接続線３６を介して、第三の差動増幅器３０に接続され、第二のコイル１６と接続する２本の信号線２２，２４のうち一方の信号線２４は、接続線３８を介して、第三の差動増幅器３０に接続されている。また、第三の差動増幅器３０に接続されない他方の信号線２０，２２どうしは、互いに抵抗３２を介して接続されている。なお、信号線１８と接続線３６が接続される箇所付近は、抵抗３４を介してグラウンドに接続されているが、この構成は設計者の任意である。
【００１４】
この回路では、第一のコイル１４から出力された正弦信号は、第一の差動増幅器２６で増幅され、変位演算部４０および断線判定部４２に入力される。第二のコイル１６から出力された余弦信号は、第二の差動増幅器２８で増幅され、変位演算部４０および断線判定部４２に入力される。また、２本の信号線１８，２４間の電圧である線間信号（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）は、第三の差動増幅器３０で増幅され、断線判定部４２に入力される。
【００１５】
変位演算部４０は、入力された正弦信号、余弦信号に基づき、位置演算のための所定の処理をおこなう。本実施形態では、この変位演算部４０を一般的な演算処理装置（ＣＰＵ）で構成しているが、アナログ回路により構成してもよい。変位演算部４０は、具体的には、入力される正弦信号または余弦信号をカウントする処理や、正弦信号および余弦信号に基づきロータ１０の回転角を演算する処理など、一般的な公知の変位の計算処理をおこなう。
【００１６】
また、断線判定部４２は、入力された正弦信号、余弦信号および線間電圧の信号に基づき、信号線１８，２０，２２，２４の断線を判定する処理をおこなう。この断線の判定処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態では、断線判定部４２は一般的な演算処理装置（ＣＰＵ）で構成されており、プログラムを実行して一連の処理をおこなっているが、アナログ回路で同じ処理をおこなってもよい。
【００１７】
断線判定部４２は、まず、第三の差動増幅器３０から入力される線間信号の電圧値がゼロであるか否かを判定する（Ｓ２０１）。ここで、線間信号がゼロではないと判定された場合には、断線を検出することなく、そのまま処理を終了する（Ｓ２０６）。一方、線間信号がゼロであると判定された場合には、信号線１８，２０，２２，２４のいずれかに断線が生じている可能性があるため、続いて、正弦信号の電圧値がゼロであるか否かを判定する（Ｓ２０２）。ここで、正弦信号がゼロであると判定された場合には、第一のコイル１４と接続した信号線１８，２０に断線が生じていることを判定し、これを示す信号を図示しない制御装置に向けて出力し（Ｓ２０３）、判定処理を終了する（Ｓ２０６）。一方、正弦信号がゼロでないと判定された場合には、第一のコイル１４と接続した信号線１８，２０に断線はないため、続いて、余弦信号の電圧値がゼロであるか否かを判定する（Ｓ２０４）。余弦信号がゼロであると判定された場合には、第二のコイル１６と接続した信号線２２，２４に断線が発生していることを判定し、これを示す信号を図示しない制御装置に向けて出力し（Ｓ２０５）、判定処理を終了する（Ｓ２０６）。一方、余弦信号がゼロでないと判定された場合には、断線はないと判定し、判定処理を終了する（Ｓ２０６）。
【００１８】
上述した本実施形態の特徴的事項は、断線判定部４２が、正弦信号、余弦信号および線間信号に基づき、複数の信号線のいずれかの断線を検出することである。特に、本実施形態では、断線判定部４２が、線間信号がゼロであり、且つ、正弦信号または余弦信号がゼロであることを条件として、各信号線１８，２０，２２，２４の断線を検出している。このような処理によれば、ロータ１０の回転角によらず、ロータ１０の回転角を検出することができる。この効果を、ロータ回転角に対する各信号の電圧値を示したグラフ（図３）を参照して説明する。
【００１９】
従来技術のように、正弦信号と余弦信号を二乗して加算した値（ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ）を閾値と比較して断線の発生を判定する場合には、９０ｄｅｇ，２７０ｄｅｇ付近の位置では、正弦信号は最大値近傍の値である。このため、第二のコイル１６に接続された信号線２２，２４に断線が生じ、余弦信号がゼロとなっても上記の二乗加算値は閾値以下とならず、信号線の断線は検出されない。これに対して、本実施形態では、断線のない正常な状態では、正弦信号、余弦信号、線間信号のうち２つ以上が同時にゼロとなることがなく、断線が生じた状態では、正弦信号、余弦信号、線間信号のすくなくとも２つが同時にゼロとなる、という回路の特性を利用して、断線を検出している。すなわち、正弦信号、余弦信号、線間信号のうち２つが同時にゼロである場合には、断線を生じていることを判定することにより、従来技術では断線を検出できなかった状況においても、信号線の断線を確実に検出することができる。
【００２０】
また、本実施形態では、断線判定部４２は、線間信号がゼロであり、且つ、正弦信号がゼロである場合に、第一のコイル１４に接続される信号線１８，２０の断線を検出し、線間電圧がゼロであり、且つ、余弦電圧がゼロである場合に、第二のコイル１６に接続される信号線２２，２４の断線を検出している。これにより、いずれの信号線１８，２０，２２，２４で断線が生じているのかを特定することができる。
【００２１】
なお、本実施形態では、上述の方法で断線を検出しているが、正弦信号、余弦信号、線間信号の電圧値を所定の閾値と比較することにより断線を判定したり、これらの信号の電圧値を加減算した値に基づき断線を判定するなど、他の方法で断線を検出してもよい。
【００２２】
なお、本実施形態において、信号線１８の接続線３６が接続される箇所付近は、抵抗３４を介してグラウンドに接続されているが、これは、断線が生じた際に線間信号をゼロとして、断線を確実に検出するためである。断線時に上記接続位置が安定してゼロ電位となる回路では、この接地を必要としない。
【００２３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。例えば、断線判定部４２において、上述した本実施形態の特徴的な断線判定処理をおこなうと同時に、二乗加算値（ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ）の判定など、他の従来技術の断線検出を併用し、断線の検出精度を高めてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、正弦信号、余弦信号および線間信号に基づき、複数の信号線のいずれかの断線を検出するため、可動子の変位によらず、断線を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る変位測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る変位測定装置がおこなう断線判定処理を示すフローチャートである。
【図３】正弦信号、余弦信号および線間信号を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  ロータ、１２  励磁用コイル、１４  第一のコイル、１６  第二のコイル、１８，２０，２２，２４  信号線、２６，２８，３０  差動増幅器、３２，３４  抵抗、３６，３８  接続線、４０  変位演算部、４２  断線判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004286591.tif 000005