(57)【要約】【課題】シリアルＩ／Ｆ信号線を設けることなく、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ内のカウンタのカウンタ値とモータ制御用ＣＰＵ内のカウンタのカウンタ値を一致させる。【解決手段】ＣＰＵ電源５の投入直後、もしくはＣＰＵ電源５の瞬低から復帰直後にＲ／Ｄ変換ＩＣ２内のカウンタ２０およびモータ制御用ＣＰＵ内のカウンタ３０をリセットし、その後カウンタ３０、カウンタ２０の順にリセット解除し、カウンタ２０のリセット解除から所定の時間後に両カウンタ２０、３０のカウンタ値φとカウンタ値ψが合う構成とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記回転角に一致する様にカウント値を増減する第１のカウンタを備え、かつ前記第１のカウンタの増減に応じた信号を出力するＲ／Ｄ変換手段と、
前記Ｒ／Ｄ変換手段から出力された信号に基づいてカウント値を増減する第２のカウンタを備え、かつ前記第２のカウンタのカウント値に基づいて前記回転角を検出する回転角検出手段と、
を備えた回転機の回転角検出装置において、
少なくとも前記回転角検出手段の電源が投入された、若しくは前記電源の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した事を検出する電源状態検出手段と、
前記第１のカウンタのリセット処理を行う第１のリセット手段と、
前記第２のカウンタのリセット処理を行う第２のリセット手投と、
前記第１のカウンタおよび前記第２のカウンタのリセット処理を解除するリセット解除手段と
を備え、前記第１のリセット手段と前記第２のリセット手段は、前記電源状態検出手段によって、前記電源が投入された、若しくは前記電源の電圧が前記所定値未満から前記所定値以上に復帰した事が検出された場合に、前記第１および前記第２のカウンタのリセット処理を行い、前記リセット解除手段は、前記第２のカウンタ、前記第１のカウンタの順でリセット処理を解除すること
、を特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記Ｒ／Ｄ変換手段が前記第１のカウンタのカウント値に基づいてＵ、Ｖ、Ｗ相信号を出力する３相信号出力手段を備え、前記回転角検出手段が前記Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号に基づいて６０度の分解能で回転機の回転角度を推定する回転角堆定手段と、前記第１のカウンタのリセット処理解除から所定時間後の前記回転角検出手段の検出角度と、前記回転角推定手段によって推定された回転角度とを比較し、所定値以上の差が有った場合に回転角検出装置が異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
【請求項３】
回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記回転角に一致する様にカウント値を増減する第１のカウンタを備え、かつ前記第１のカウンタの増減に応じた信号を出力するＲ／Ｄ変換手段と、
前記Ｒ／Ｄ変換手段から出力された信号に基づいてカウント値を増減する第２のカウンタを備え、かつ前記第２のカウンタのカウント値に基づいて前記回転角を検出する回転角検出手段と
を備えた回転機の回転角検出装置において、
Ｒ／Ｄ変換手段の電源を投入可能な電源制御手段と、
前記Ｒ／Ｄ変換手段の電源の投入時に前記第１のカウンタをリセットする第３のリセット手段と、
少なくとも回転角検出手段の電源が投入された、若しくは前記回転角検出手段の電源の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した事を検出する電源状態検出手段と、
前記電源状態検出手段によって、前記回転角検出手段の電源が投入された、若しくは前記回転角検出手段の電源の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した事が検出された場合に、前記第２のカウンタのリセットを行う第２のリセット手段と
を備え、前記電源制御手段は、前記第２のリセット手段によって前記第２のカウンタのリセットが行われた後に、前記Ｒ／Ｄ変換手段の電源を投入して、前記第３のリセット手段によって前記第１のカウンタをリセットすること
、を特徴とする回転角検出装置。
【請求項４】
前記Ｒ／Ｄ変換手段が前記第１のカウンタのカウント値に基づいてＵ、Ｖ、Ｗ相信号を出力する３相信号出力手段を備え、前記回転角検出手段が前記Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号に基づいて６０度の分解能で回転機の回転角度を堆定する回転角推定手段と、前記第３のリセット手段による前記第１のカウンタのリセット処理開始から所定時間後の前記回転角検出手段の検出角度と、前記回転角推定手段によって推定された回転角度とを比較し、所定値以上の差が有った場合に回転角検出装置が異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レゾルバを用いて電動機などの回転機の回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開平１１−３３７３７１号公報。
【０００３】
上記特許文献に示された回転角検出装置ではＲ／Ｄ変換ＩＣ（レゾルバ／デジタルコンバータ）とモータ制御用ＣＰＵの間にシリアルＩ／Ｆ信号線を設け、モータ制御用ＣＰＵ内のカウンタ値をこのシリアルＩ／Ｆ信号線を介して得たＲ／Ｄ変換ＩＣ内のカウンタ値に設定することで、両者のカウンタの値を一致させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例において、シリアルＩ／Ｆ信号線を設けるため、Ｒ／Ｄ変換ＩＣにシリアルＩ／Ｆ信号用の専用回路が必要となり、回路規模が増大するとともに、モータ制御用ＣＰＵ側にもシリアルＩ／Ｆ用端子および回路が必要となり、モータ制御用ＣＰＵのランクアップにより、小型化、低コスト化の障害となる問題があった。
【０００５】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、シリアルＩ／Ｆ信号線を設けることなく、Ｒ／Ｄ変換ＩＣのカウンタ値とモータ制御用ＣＰＵのカウンタ値を一致させることができる回転角検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明においては、回転角検出手段の電源状態を検出し、電源が投入された、若しくは電源の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した事が検出された場合に、Ｒ／Ｄ変換手段および回転角検出手段内のカウンタのリセット処理を行い、リセット解除は、回転角検出手段内のカウンタ、Ｒ／Ｄ変換手段内のカウンタの順でリセット処理を解除する構成とした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、回転角検出手段の電源の投入、あるいは瞬低から復帰後に、回転角検出手段内のカウンタおよびＲ／Ｄ変換手段内のカウンタの両方をリセットし、リセット解除は回転角検出手段内のカウンタ、Ｒ／Ｄ変換手段内のカウンタの順でリセット処理を解除する簡単な構成で、Ｒ／Ｄ変換手段内のカウンタ値に回転角検出手段内のカウンタ値を合わせることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
本発明の第１の実施の形態について、図１、２、３、４を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す回路構成図であり、この図１を用いて、第１の実施の形態の構成を説明する。レゾルバ１の１次巻線に励磁信号ｆ（ｔ）を入力し、９０゜の位相差を持って配置された２次巻線にレゾルバ１が取り付けられたモータの回転角θに応じて振幅変調された信号、ｓｉｎθ・ｆ（ｔ）およびｃｏｓθ・ｆ（ｔ）が得られる。Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２（Ｒ／Ｄ変換手段）では、レゾルバ１が示す回転角θの変換結果φを示すＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２０（第１のカウンタ）が設けられ、レゾルバ１から出力されるｓｉｎθ・ｆ（ｔ）およびｃｏｓθ・ｆ（ｔ）の２つの信号と、変換結果φから求められる２つの関数ｓｉｎφおよびｃｏｓφをｓｉｎφ／ｃｏｓφ生成手段２６で生成し、積和演算（掛算器２１、減算器２２）し、ｓｉｎ（θ−φ）・ｆ（ｔ）を求めた後、励磁信号ｆ（ｔ）で同期検波手段２３することにより、回転角θとカウンタ２０のカウンタ値φの差ｓｉｎ（θ−φ）が求められる。カウンタ値φを増減することで、この値がゼロになるように帰還作動回路をカウンタ２０、ｓｉｎφ／ｃｏｓφ生成手段２６、積和演算（掛算器２１、減算器２２）、同期検波手段２３、補償器２５で構成しており、カウンタ値φを回転角θに一致させている。このカウンタ値φはエンコーダＩ／Ｆ２７（３相信号出力手段）により、軸の回転方向と回転量を示すＡ、Ｂ信号、回転角がゼロを横切るタイミング（Ｕ相信号の立ち上がり）に出力されるＺ信号、絶対角度から求められる３相Ｕ、Ｖ、Ｗ信号として出力される。パワーオンリセット回路２８（第３のリセット手段）はＲ／Ｄ変換ＩＣ用電源４（Ｒ／Ｄ変換手段の電源）の投入時に、自らを初期化するために設けられているリセット回路である。
【００１０】
モータ制御用ＣＰＵ３（回転角検出手段）内のカウンタ３０（第２のカウンタ）はエンコーダＩ／Ｆ２７からのＡ、Ｂ、Ｚ信号を受け、Ａ、Ｂ信号のエッジ数を計測することでカウントを行い回転量を読み取り、Ｚ信号でカウンタ３０をリセットすることで、カウンタ値φとカウンタ３０のカウンタ値ψを一致させることができる。ただし電源投入直後の初期状態ではこのＺ信号が出力されないため、カウンタ値φとカウンタ値ψは一致していない。モータはこのカウンタ３０の状態により、制御される。回転角推定手段３２はＵ、Ｖ、Ｗ信号から大まかな回転角推定を行う。リセットシーケンス発生手段３４（第１のリセット手段、第２のリセット手段およびリセット解除手段）は電源投入／瞬低検出手段３３（電源状態検出手段）からの指示により、カウンタ２０のリセット８１とカウンタ３０のリセット８３およびカウンタ２０と３０のリセット解除８２、８４を行う。電源投入／瞬低検出手段３３はＣＰＵ電源５（回転角検出手段の電源）の電源投入と、ＣＰＵ電源５の電圧が瞬低等により電圧が下がった状態の所定値未満から所定値以上に復帰したことを検出する。比較診断手段３１（異常判定手段）は回転角推定手段３２の出力とカウンタ値ψを比較し、回転角検出装置が異常か否か判断する。
【００１１】
図２は本第１の実施の形態の動作を示すタイムチャートであり、図３は本第１の実施の形態のモータ制御用ＣＰＵ３の動作を示すフローチャートである。この図２および図３を用いて、本第１の実施の形態の動作を説明する。まず図２を用いて、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２の初期化追従作動について説明する。Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２は、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源４投入時にはＲ／Ｄ変換ＩＣ２内部を自ら初期化するためにパワーオンリセット回路２８により初期化されるため、カウンタ２０のカウンタ値φはレゾルバ回転角θ（初期値：α）と一致していないので、パワーオンリセット時間ｂ経過後のパワーオンリセット解除後はカウンタ値φを増減し、レゾルバ回転角θ（α）に一致するように帰還作動する。この帰還作動によりパワーオンリセット解除後、所定の期間ｃが経過した後、カウンタ値φ（α）が実際のレゾルバ回転角θ（α）に一致する。このパワーオンリセット解除からレゾルバ回転角θ（α）とカウンタ値φ（α）の両者が一致するまでの期間を初期化追従期間ｃと呼ぶ。初期化追従期間ｃにおいては、カウンタ値φはリセット状態から、レゾルバ回転角θに向かって、単調増加または単調減少する。初期化追従期間ｃ終了後は、レゾルバ回転角θが変化しても、それをトラッキングしてカウンタ値φも変化するため、許容される変化量を超えない限り、常にレゾルバ回転角θとカウンタ値φの差はほぼゼロとなり、一致しているとみなすことができる。モータ制御にＲ／Ｄ変換ＩＣ２の変換結果を用いる場合は、初期化追従期間ｃ終了後のカウンタ値φを用いるのが、一般的である。
【００１２】
通常、カウンタ２０のリセット作動はパワーオンリセット回路２８により初期化される。この初期化（パワーオンリセット時間ｂ）および、初期化追従期間ｃの合計時間ｔ１（例えば数十ｍｓ）は、モータ制御用ＣＰＵ３のリセット時間ｔ２（例えば数十ｍｓ）とモータ制御用ＣＰＵ３自体のソフトによる初期化時間ｔ３（例えば数百ｍｓ）の合計時間と比較して充分短いのが一般的であるため、モータ制御用ＣＰＵ３がモータ制御を開始する時点では、カウンタ値φは、レゾルバ回転角θに一致しているため、モータ制御に必要な回転角の変換値φを提供できる状態となっている。しかしながら、上記作動のみでは、モータ制御開始時にカウンタ値φとカウンタ値ψが一致していない。
【００１３】
次に図３のフローチャートおよび図２を用いて、モータ制御用ＣＰＵ３の動作とカウンタ２０および３０の動作を説明する。まずＲ／Ｄ変換ＩＣ用電源４とＣＰＵ電源５の投入（あるいはＣＰＵ電源５の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した）後、モータ制御用ＣＰＵ３のリセットと初期化を始める（Ｓ１００）。モータ制御用ＣＰＵ３のリセット完了（時間ｔ２後）（Ｓ１０１）、モータ制御用ＣＰＵ３のソフトを含めた初期化完了（時間ｔ３後）（Ｓ１０２）、ソフトの初期化ばらつき等を考慮し、時間余裕ａ１を取った後、カウンタ２０リセット（Ｓ１０３）、続いてカウンタ３０リセット（Ｓ１０４）、この操作によりカウンタ２０およびカウンタ３０の値はゼロとなり、一致する。続いてカウンタ３０のリセットを解除（Ｓ１０５）し、カウンタ３０のＡ、Ｂ信号による計測を許可する。その後、カウンタ２０のリセットを解除（Ｓ１０６）する。このカウンタ２０のリセット解除により、カウンタ２０は初期化追従作動を行い、カウンタ２０のカウンタ値φの増減に応じて、Ａ、Ｂ信号が出力され、カウンタ３０はカウンタ２０の初期化追従作動中に発生するＡ、Ｂ信号を計測することで、カウンタ２０の初期化追従終了時にはレゾルバ回転角θ、カウンタ値φ、カウンタ値ψの３つの値が全て一致する。なお、初期化追従期間ｃはレゾルバ回転角θの初期値αによっても変化するため、カウンタ値ψがカウンタ値φに一致したと判断する時間は、カウンタ２０のリセット解除８２からＲ／Ｄ変換ＩＣ２の帰還作動回路の帰還利得によって決まるカウンタ２０の初期化追従期間ｃの最大値ｃｍａｘに対して、十分な余裕時間ａ２を含めた所定の待ち時間τの経過後である。
【００１４】
なお、所定の待ち時間τの後、本発明ではカウンタ値φの増減に応じて、出力されるＡ、Ｂ信号をカウントすることによって得られたカウンタ値ψとエンコーダＩＦ２７から出力されるＵ、Ｖ、Ｗ信号によって決まる角度ψ′との差Δψが、所定値を超えた場合に、回転角検出装置が異常と判断する診断も併せて実施している。図４に示すようにＵ、Ｖ、Ｗ信号の組み合わせにより、６０゜分解能で回転角の推定ができる。例えばＵ／Ｖ／Ｗ＝ハイレベル／ローレベル／ハイレベルの組み合わせを検出した場合、この組み合わせが取るべき角度範囲の中央値を推定回転角ψ′とすれば、ψ′＝３０゜と求められる（Ｓ１０８）。このときカウンタ値ψは０〜６０゜の範囲を取るはずであり、推定回転角ψ′とカウンタ値ψの差Δψ（＝ψ−ψ′）は−３０゜〜３０゜となる。これに分解能誤差などの若干の余裕を見込んで閾値ψＴＨを求め、｜Δψ｜＜ψＴＨの範囲を超えた場合（Ｓ１０９）、エンコーダＩ／Ｆ２７、もしくはＡ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ信号線のいずれか、またはカウンタ３０や、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２あるいはモータ制御用ＣＰＵ３の入出力ポートなどの故障による異常、すなわち回転角検出装置の異常と判断することができる。特に異常がなかった場合、モータの通常制御状態に移行し、モータはカウンタ３０のカウンタ値ψに基づき制御され、回転動作し、レゾルバ回転角θは初期値αから変化する。
【００１５】
本第１の実施の形態によれば、ＣＰＵ電源５の投入直後、もしくはＣＰＵ電源５の瞬低から復帰直後にカウンタ２０およびカウンタ３０をリセットし、カウンタ３０、カウンタ２０の順にリセット解除するという、簡単な回路構成で、専用のシリアルインターフェース回路を用いることなく、カウンタ２０とカウンタ３０のカウンタ値φとψを一致させることができる。更にカウンタ値φとカウンタ値ψが一致した後に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相出力の状態から推定できるレゾルバ回転角範囲とカウンタ値ψを比較することにより、エンコーダＩ／Ｆ２７、もしくはＡ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ信号線のいずれか、またはカウンタ３０や、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２あるいはモータ制御用ＣＰＵ３の入出力ポートなどの故障が判断でき、カウンタ値ψの信頼性を向上させることが可能となっている。
【００１６】
次に図５、６、７を用いて、本第２の実施の形態について説明する。図５は本第２の実施の形態を示す回路構成図であり、この図５を用いて、第２の実施の形態の構成を説明する。なお、図１と同じ構成については説明を省略する。電源制御回路３５（電源制御手段、および第２のリセット手段、リセット解除手段）は電源投入／瞬低検出手段３３からの指示により、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源オン／オフ回路６へのオン８５／オフ８６制御およびカウンタ３０のリセット８３、リセット解除８４を行う。Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源オン／オフ回路６は電源制御回路３５からの制御を受け、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源４（Ｒ／Ｄ変換手段の電源）をオン／オフする。
【００１７】
図６は本第２の実施の形態の動作を示すタイムチャートであり、図７は本第２の実施の形態のモータ制御用ＣＰＵ３の動作を示すフローチャートである。この図６および図７を用いて、本第２の実施の形態の動作を説明する。まずＲ／Ｄ変換ＩＣ用電源４とＣＰＵ電源５の投入（あるいはＣＰＵ電源５の電圧が所定値未満から所定値以上に復帰した）後、モータ制御用ＣＰＵ３のリセットと初期化を始め、モータ制御用ＣＰＵ３の初期化完了まで（Ｓ１００〜Ｓ１０２）は図３のフローチャートと同じである。モータ制御用ＣＰＵ３のソフトを含めた初期化完了（時間ｔ３後）（Ｓ１０２）、ソフトの初期化ばらつき等を考慮し、時間余裕ａ１を取った（モータ制御用ＣＰＵ３がセットアップされた安定状態）後、カウンタ３０をリセット（Ｓ１０４）し、次いでＲ／Ｄ変換ＩＣ用電源４をオフ（Ｓ２０３）した後、カウンタ３０のリセット解除（Ｓ１０５）を行い、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２からのＡ、Ｂ出力等の待ち受け状態を作った後、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源４をオン（Ｓ２０６）する。Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源４のオンによりカウンタ２０はＲ／Ｄ変換ＩＣ２内にあるパワーオンリセット回路２８でリセットされる。パワーオンリセット時間ｂ後、カウンタ２０は初期化追従作動を行い、カウンタ２０のカウンタ値φの増減に応じて、Ａ、Ｂ信号が出力され、カウンタ３０はカウンタ２０の初期化追従作動中に発生するＡ、Ｂ信号を計測することで、カウンタ２０の初期化追従終了時にはレゾルバ回転角θ、カウンタ値φ、カウンタ値ψの３つの値が全て一致する。なお、初期化追従期間ｃはレゾルバ回転角θの初期値αによっても変化するため、カウンタ値ψがカウンタ値φに一致したと判断する時間は、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源４のオンからパワーオンリセット時間ｂと、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２の帰還作動回路の帰還利得によって決まるカウンタ２０の初期化追従期間ｃの最大値ｃｍａｘに対して、十分な余裕時間ａ２を含めた所定の待ち時間τ１の経過後である。Ｓ２０７で所定時間をτ１経過したかどうかの判定後の動作については先に述べた第１の実施の形態と同じである。
【００１８】
本第２の実施の形態によれば、ＣＰＵ電源５の投入直後、もしくはＣＰＵ電源５の瞬低から復帰直後にＲ／Ｄ変換ＩＣ用電源４をオフ／オンさせる動作と、カウンタ３０のリセットおよびリセット解除と言う簡単な構成で、ＣＰＵ電源５の投入直後、もしくはＣＰＵ電源５の瞬低から復帰直後にカウンタ値φとψを一致させることができる。更にカウンタ値φとカウンタ値ψが一致した後に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相出力の状態から推定できるレゾルバ回転角範囲とカウンタ値ψを比較することにより、エンコーダＩ／Ｆ２７、もしくはＡ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ信号線のいずれか、またはカウンタ３０や、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ２あるいはモータ制御用ＣＰＵ３の入出力ポートなどの故障が判断でき、カウンタ値ψの信頼性を向上させることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す回路構成図。
【図２】第１の実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【図３】第１の実施の形態のモータ制御用ＣＰＵ３の動作を示すフローチャート。
【図４】Ｕ、Ｖ、Ｗ相出力の動作を示すタイムチャート。
【図５】第２の実施の形態を示す回路構成図。
【図６】第２の実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施の形態のモータ制御用ＣＰＵ３の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…レゾルバ
２…Ｒ／Ｄ変換ＩＣ
３…モータ制御用ＣＰＵ
４…Ｒ／Ｄ変換ＩＣ用電源
５…ＣＰＵ電源
２０…ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
２７…エンコーダ信号Ｉ／Ｆ
２８…パワーオンリセット回路
３０…カウンタ
３１…比較診断手段
３２…回転角推定手段
３３…電源投入／瞬低検出手段
３４…リセットシーケンス発生手段
３５…電源制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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