(57)【要約】【課題】位置検出装置の高精度化と高速化を両立でき得る位置検出装置を提供する。【解決手段】検出コイル２，３から測定変位に対して波長λのピッチで正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの信号を出力する。記憶器６，７には、前記２つの信号についての振幅比・位相差が記憶されており、乗算器８，１０及び減算器９において前記２つの信号から位相差・振幅比がそれぞれ除去される。振幅比・位相差除去後の２つの信号は、内挿演算器１２において位置データに変換される。また、半径演算器１１は、振幅比・位相差を除去後の２つの信号の半径値を演算する。乗算器２２，２３、演算器２６，２７、２倍角正弦波テーブル２０、２倍角余弦波テーブル２１と前記位置データと半径値に基づいて、振幅比・位相差変位分を演算し、記憶器６，７に記憶されている振幅比・位相差を更新する。【選択図】図１
2016118439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定変位に応じた位置情報を出力する位置検出装置であって、
正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの信号を出力する位置センサと、
前記位置センサからの２つの出力信号の振幅比成分を除去する振幅比成分除去手段と、
前記振幅比成分除去後の２つの信号を位置情報に変換する内挿演算手段と、
前記位置センサからの２つの信号の自乗和の平方根を演算する半径演算手段と、
前記半径演算手段の出力の変動成分と前記内挿演算手段からの位置情報を元にした２倍の周波数の余弦波とを其々乗算する相関演算手段と、
前記相関演算手段の出力値のＤＣ成分を抽出するＤＣ成分抽出手段と、
を備え、
前記振幅比成分除去手段は、前記ＤＣ成分抽出手段の出力値に基づいて、前記振幅比成分を除去する、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
測定変位に応じた位置情報を出力する位置検出装置であって、
正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの信号を出力する位置センサと、
前記位置センサからの２つの出力信号の位相差成分を除去する位相差成分除去手段と、
前記位相差成分除去後の２つの信号を位置情報に変換する内挿演算手段と、
前記位置センサからの２つの信号の自乗和の平方根を演算する半径演算手段と、
前記半径演算手段の出力の変動成分と前記内挿演算手段からの位置情報を元にした２倍の周波数の正弦波とを其々乗算する相関演算手段と、
前記相関演算手段の出力値のＤＣ成分を抽出するＤＣ成分抽出手段と、
を備え、
前記位相差成分除去手段は、前記ＤＣ成分抽出手段の出力値に基づいて、前記位相差成分を除去する、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
前記ＤＣ成分抽出手段は、前記相関演算手段の出力を入力とする低域通過フィルタから成り、
前記位置検出装置は、さらに、
前記内挿演算手段からの位置情報を微分演算することで速度信号に変換する速度変換手段と、
前記速度信号の値に基づいて設定される前記振幅比成分を記憶する振幅比記憶手段、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記ＤＣ成分抽出手段は、前記相関演算手段の出力を入力とする低域通過フィルタから成り、
前記位置検出装置は、さらに、
前記内挿演算手段からの位置情報を微分演算することで速度信号に変換する速度変換手段と、
前記速度信号の値に基づいて設定される前記位相差成分を記憶する位相差記憶手段、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記相関演算手段は、前記半径演算手段の出力値のＤＣ成分を出力する低域通過フィルタを有し、前記半径演算手段の出力値からＤＣ成分を除去することにより、前記半径演算手段の出力の変動成分を入力とする、
ことを特徴とする請求項１または３に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記相関演算手段は、前記半径演算手段の出力値のＤＣ成分を出力する低域通過フィルタを有し、前記半径演算手段の出力値からＤＣ成分を除去することにより、前記半径演算手段の出力の変動成分を入力とする、
ことを特徴とする請求項２または４に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定変位に対応して正弦波状に変化するとともに互いに９０度位相が異なる２つの信号を出力する位置センサからの出力信号を位置情報に変換する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定変位に対応して正弦波状に変化し、互いに９０度位相が異なる２つの信号を出力する位置センサからの出力信号に含まれる２つの信号の振幅比・位相差成分を、前記２つの信号の自乗和の平方根を演算する半径演算手段を用いて求め、オフセット成分を自動的に除去し、高精度な位置情報に変換する位置検出装置が、特許文献１に開示されている。図２は特許文献１から引用した図であり、本発明に関して必要性がない装置等に関しては省略している。
【０００３】
図２のロータ１は、外周部に波長λ＝１０度のピッチで１回転内に３６個の凹凸を有する磁性体からできており、回転軸に固定されている。そして回転軸が回転するとロータ外周部の凹凸によるリラクタンス変化により、２種類の検出コイル２と３では、回転変位θ／３６の余弦波アナログ信号ＡＣと正弦波アナログ信号ＡＳが発生する。これらの信号は、それぞれＡＤ変換器４，５により、デジタル信号ＤＣ，ＤＳに変換される。
【０００４】
電源投入時、記憶器６と７には、位置検出装置製造時に測定された信号ＤＣ，ＤＳに対する振幅比・位相差成分が記憶されている。乗算器８は記憶器６からの位相差成分ＰＪと信号ＤＣを乗算する。減算器９は乗算器８の出力信号と信号ＤＳを減算し、信号ＤＳに含まれる信号ＤＣに対する位相差成分を除去する。乗算器１０は記憶器７からの振幅比成分ＢＪと減算器９から出力される位相差成分除去後の信号ＤＳを乗算し、信号ＤＳに含まれる信号ＤＣに対する振幅比成分を除去する。その結果、乗算器１０からは信号ＤＳに含まれる信号ＤＣに対する振幅比・位相差成分を除去した信号ＤＳＣが出力される。
【０００５】
内挿演算器１２で、信号ＤＣ，ＤＳＣは２変数を入力とする逆正接演算が行われ、回転軸の１／３６回転内の回転量を示す位置信号ＩＰに変換される。また、信号ＤＣ，ＤＳＣは、半径演算器１１により、式１の計算が行われ、信号ＤＣ，ＤＳＣの自乗和の平方根であるリサージュ円の半径量ＲＤが出力される。なお、ＳＱＲＴは平方根、＾２は２乗を表す。
ＲＤ＝ＳＱＲＴ（ＤＣ＾２＋ＤＳＣ＾２）  ・・・（式１）
【０００６】
なお、オフセットや位相差や振幅比等の内挿精度を悪化させる成分があった場合の半径量の変化について、表計算ツール等で数値解析を行うと、悪化させる成分の量と同じか、少なくとも１／２程度の変化が得られることが判明している。また、２つの信号の一方にオフセット誤差があると、半径量はλの波長で余弦波状に変化し、他方にオフセット誤差があると、半径量はλの波長で正弦波状に変化することが判明している。また、２つの信号に振幅差があると、半径量はλ／２の波長で余弦波状に変化することが判明している。また、２つの信号に位相差があると、半径量はλ／２の波長で正弦波状に変化することが判明している。その他、２つの信号の一方に２次高調波歪みがあると、半径量はλとλ／３の波長を持つ２つの同振幅の正弦波状に変化し、他方に２次高調波歪みがあると、半径量はλとλ／３の波長を持つ２つの同振幅の余弦波状に変化することが判明している。また、波長λのピッチで変化する２つの信号の変化量に比べ、半径量の変化は極めて変動が小さいことは明らかである。以上から、特許文献１に開示の技術は、変動の小さな半径量をもとに、オフセットや位相差や振幅比等の内挿精度を悪化させる成分を定量的に求めるものである。
【０００７】
フーリエ解析器（ＦＦＴ）１３では、回転位置がλ変化するごとに、内挿演算器１２が出力した内挿値ＩＰと、λ／２ｎ（ｎは３以上の整数）の位置変化ごとの半径量ＲＤに相当する値に基づき、フーリエ解析が行われる。
【０００８】
演算器１４では、ＦＦＴ１３が演算した半径量ＲＤの波長λ／２の正弦成分である信号Ｓ２と、平均半径である信号ＲＤＡに対して、式２の計算が行われ、信号ＤＰが出力される。
ＤＰ＝２＊Ｓ２／ＲＤＡ  ・・・（式２）
【０００９】
減算器１６では、記憶器６が記憶する信号ＤＳの位相差成分を除去するための信号ＰＪから、演算器１４が出力した信号ＤＰが減算される。減算器１６が減算した信号は、ＦＦＴ１３からの記憶指令信号ＳＥＴにより、記憶器６に記憶され、信号ＤＳの位相差修正値として使用される。
【００１０】
以上の構成により、波長λの回転変化だけで、信号ＤＳの信号ＤＣに対する位相差が９０度に対してどれだけずれているか検出し、信号ＤＳから位相差成分を除去することが可能である。
【００１１】
演算器１５では、ＦＦＴ１３が演算した半径量ＲＤの波長λ／２の余弦成分である信号Ｃ２と、平均半径である信号ＲＤＡに対して、式３の計算が行われ、信号ＤＢが出力される。
ＤＢ＝（ＲＤＡ＋Ｃ２）／（ＲＤＡ−Ｃ２）  ・・・（式３）
【００１２】
乗算器１７では、記憶器７が記憶する信号ＤＳの振幅比成分を除去するための信号ＢＪと演算器１５が出力した信号ＤＢとが乗算される。乗算器１７が乗算した信号は、ＦＦＴ１３からの記憶指令信号ＳＥＴにより、記憶器７に記憶され、信号ＤＳの振幅比修正値として使用される。
【００１３】
以上の構成により、波長λの回転変化だけで、信号ＤＳの信号ＤＣに対する振幅比が１に対して異なる量を高精度に同定し、信号ＤＳから除去することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−２３２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に記載されている半径量ＲＤより、振幅比・位相差成分を演算する方法では、フーリエ解析を行うために波長λピッチ内で２のｎ乗分の１の位置変化ごとの半径量ＲＤに相当する値を算出しなければならない。しかし、ＡＤサンプル周期あたり２のｎ乗分のλ以上位置が変化する速度ではフーリエ解析を行うことが出来ないため、振幅比・位相差成分を抽出することが出来ないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の位置検出装置は、測定変位に応じた位置情報を出力する位置検出装置であって、正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの信号を出力する位置センサと、前記位置センサからの２つの出力信号の振幅比成分を除去する振幅比成分除去手段と、前記振幅比成分除去後の２つの信号を位置情報に変換する内挿演算手段と、前記位置センサからの２つの信号の自乗和の平方根を演算する半径演算手段と、前記半径演算手段の出力の変動成分と前記内挿演算手段からの位置情報を元にした２倍の周波数の余弦波とを其々乗算する相関演算手段と、前記相関演算手段の出力値のＤＣ成分を抽出するＤＣ成分抽出手段と、を備え、前記振幅比成分除去手段は、前記ＤＣ成分抽出手段の出力値に基づいて、前記振幅比成分を除去する、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の位置検出装置は、測定変位に応じた位置情報を出力する位置検出装置であって、正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの信号を出力する位置センサと、前記位置センサからの２つの出力信号の位相差成分を除去する位相差成分除去手段と、前記位相差成分除去後の２つの信号を位置情報に変換する内挿演算手段と、前記位置センサからの２つの信号の自乗和の平方根を演算する半径演算手段と、前記半径演算手段の出力の変動成分と前記内挿演算手段からの位置情報を元にした２倍の周波数の正弦波とを其々乗算する相関演算手段と、前記相関演算手段の出力値のＤＣ成分を抽出するＤＣ成分抽出手段と、を備え、前記位相差成分除去手段は、前記ＤＣ成分抽出手段の出力値に基づいて、前記位相差成分を除去する、ことを特徴とする。
【００１８】
好適な態様では、前記ＤＣ成分抽出手段は、前記相関演算手段の出力を入力とする低域通過フィルタから成り、前記位置検出装置は、さらに、前記内挿演算手段からの位置情報を微分演算することで速度信号に変換する速度変換手段と、前記速度信号の値に基づいて設定される前記振幅比成分を記憶する振幅比記憶手段、を備えることを特徴とする。
【００１９】
好適な態様では、前記ＤＣ成分抽出手段は、前記相関演算手段の出力を入力とする低域通過フィルタから成り、前記位置検出装置は、さらに、前記内挿演算手段からの位置情報を微分演算することで速度信号に変換する速度変換手段と、前記速度信号の値に基づいて設定される前記位相差成分を記憶する位相差記憶手段、を備えることを特徴とする。
【００２０】
他の好適な態様では、振幅比成分除去における前記相関演算手段は、前記半径演算手段の出力値のＤＣ成分を出力する低域通過フィルタを有し、前記半径演算手段の出力値からＤＣ成分を除去することにより、前記半径演算手段の出力の変動成分を入力とする、ことを特徴とする。
【００２１】
他の好適な態様では、位相差成分除去における前記相関演算手段は、前記半径演算手段の出力値のＤＣ成分を出力する低域通過フィルタを有し、前記半径演算手段の出力値からＤＣ成分を除去することにより、前記半径演算手段の出力の変動成分を入力とする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、フーリエ変換を用いずとも、半径演算手段の出力と位置センサの２つの信号の相関演算により、振幅比・位相差成分に相当する成分を抽出できる。このため、特許文献１と同様に振幅比・位相差成分を高精度に同定することが可能である。また、ＡＤ変換器のサンプル周期あたり２のｎ乗分のλ以上位置が変化する回転速度の場合でも高精度に振幅比・位相差を同定することが可能である。したがって、高速回転でも振幅比・位相差の経時変化を正確に同定し、かつ精度悪化成分を除去し、内挿精度を大幅に向上させることが可能である。つまり、位置検出装置の高精度化と高速化を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態を示す位置検出装置のブロック図である。
【図２】従来の位置検出装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、図１に示した構成要件のうち、図２と同様の機能を有するものは図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
半径演算器１１から出力される半径量ＲＤは低域通過フィルタ１８に入力され、半径量ＲＤのＤＣ成分である信号ＲＤＤＣが出力される。そして半径ＲＤから信号ＲＤＤＣが減算器１９により減算され、半径ＲＤの変動成分である信号ＲＤＡＣが出力される。２倍角正弦波テーブル２０は、内挿演算器１２より出力される１／３６回転内の位置信号ＩＰを元に、回転変位θ／３６の２倍の周波数の正弦波信号２ＳＴを出力する。２倍角余弦波テーブル２１は、内挿演算器１２より出力される１／３６回転内の位置信号ＩＰを元に、回転変位θ／３６の２倍の周波数の余弦波信号２ＣＴを出力する。乗算器２２は信号ＲＤＡＣと２倍角正弦波信号２ＳＴを相関演算し、信号ＲＤＡ２Ｓを出力する。乗算器２３は信号ＲＤＡＣと２倍角余弦波信号２ＣＴを相関演算し、信号ＲＤＡ２Ｃを出力する。ＤＣ成分抽出手段である低域通過フィルタ２４，２５に信号ＲＤＡ２Ｓ，ＲＤＡ２Ｃが入力され、信号ＲＤＡ２Ｓ，ＲＤＡ２ＣのＤＣ成分Ｒ２ＳＤＣ，Ｒ２ＣＤＣが出力される。
【００２６】
演算器２６は、式４に示される演算を行い、信号ＤＳに含まれる、信号ＤＣに対する位相差変位信号ＤＰＡを出力する。
ＤＰＡ＝Ｒ２ＳＤＣ＊４／ＲＤＤ  ・・・（式４）
【００２７】
演算器２７は、式５に示される演算を行い、信号ＤＳに含まれる、信号ＤＣに対する振幅比変位信号ＤＢＡを出力する。
ＤＢＡ＝（ＲＤＤ＋Ｒ２ＣＤＣ＊２）／（ＲＤＤ−Ｒ２ＣＤＣ＊２）／ＲＤＤ  ・・・（式５）
【００２８】
減算器１６は、記憶器６が記憶する信号ＤＳの位相差成分を除去するための信号ＰＪから、演算器２６が出力した信号ＤＰＡを減算し、減算信号ＰＪＤＦを出力する。この減算信号ＰＪＤＦは位相差変位分を含んだ位相差成分となる。
【００２９】
低域通過フィルタ１８，２４，２５のカットオフ周波数よりも低い周波数で回転する場合、低域通過フィルタ１８，２４，２５はＤＣ成分を抽出できないため、低速回転では、位相差変位分を含んだ位相差信号ＰＪＤＦの記憶器６への設定を止める必要がある。内挿演算器１２が出力した内挿値ＩＰを微分演算することにより、速度変換器２８は速度信号ＶＥＬを出力する。速度信号ＶＥＬは記憶器３０に記憶されている設定速度と比較器２９にて比較され、速度信号ＶＥＬが設定速度よりも大きい速度の場合、比較器２９は記憶指令信号ＳＥＴを出力する。記憶器６は記憶指令信号ＳＥＴが入力された時、減算器１６が出力する位相差変位分を含んだ位相差信号ＰＪＤＦを記憶し、信号ＤＳの位相差修正値として使用される。したがって、低域通過フィルタ１８，２４，２５のカットオフ周波数より十分高い回転速度の場合のみ、位相差成分である信号ＰＪが更新される。
【００３０】
乗算器１７は、記憶器７が記憶する信号ＤＳの振幅比を除去するための信号ＢＪから、演算器２７が出力した信号ＤＢＡを乗算し、乗算信号ＢＪＤＦを出力する。この乗算信号ＢＪＤＦは振幅比変位分を含んだ振幅比成分となる。
【００３１】
記憶器７は、記憶指令信号ＳＥＴが入力されたとき、乗算器１７が出力する振幅比変位分を含んだ振幅比信号ＢＪＤＦを記憶し、信号ＤＳの振幅比修正値として使用される。したがって、低域通過フィルタ１８，２４，２５のカットオフ周波数より十分高い回転速度の場合のみ、振幅比成分である信号ＢＪが更新される。
【符号の説明】
【００３２】
１  ロータ、２，３  検出コイル、４，５  ＡＤ変換器、６，７，３０  記憶器、８，
１０，１７，２２，２３  乗算器、９，１６，１９  減算器、１１  半径演算器、１２  内挿演算器、１３  フーリエ解析器、１４，１５，２６，２７  演算器、１８，２４，２５  低域通過フィルタ、２０  ２倍角正弦波テーブル、２１  ２倍角余弦波テーブル、２８  速度変換器、２９  比較器。
【図１】
2016118439.tif 000003
【図２】
2016118439.tif 000004