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JP2012229981A - Position detecting device - Google Patents

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JP2012229981A
JP2012229981A JP2011098180A JP2011098180A JP2012229981A JP 2012229981 A JP2012229981 A JP 2012229981A JP 2011098180 A JP2011098180 A JP 2011098180A JP 2011098180 A JP2011098180 A JP 2011098180A JP 2012229981 A JP2012229981 A JP 2012229981A
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Japan
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resolver
rotation
motor
teeth
detection
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Withdrawn
Application number
JP2011098180A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Narige
正彦 成毛
Yutaka Koizumi
豊 小泉
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Priority to CN2012101274300A priority patent/CN102759324A/en
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Abstract

【課題】シンプルな構成で小型化が容易な位置検出装置を実現する。
【解決手段】磁気レゾルバの検出信号をもとにモータの回転位置を検出する位置検出装置において、
前記モータの回転中心軸を中心とした円環状に配置され、それぞれに回転位置の検出コイルが巻回された複数の歯が形成されたレゾルバステータと、
このレゾルバステータに対向するとともに前記回転中心軸から偏心した円環状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯を有するレゾルバロータと、
前記検出信号の信号振幅および位相に基づいて前記モータの絶対回転位置を算出する演算部と、
を備える。
【選択図】図1
A position detection device that has a simple configuration and can be easily miniaturized is realized.
In a position detection device for detecting a rotational position of a motor based on a detection signal of a magnetic resolver,
A resolver stator in which a plurality of teeth are formed, each of which is arranged in an annular shape around the rotation center axis of the motor, each of which is wound with a detection coil at a rotation position;
A resolver rotor having n teeth (n is an integer of 2 or more) arranged in an annular shape facing the resolver stator and decentered from the rotation center axis;
An arithmetic unit that calculates the absolute rotational position of the motor based on the signal amplitude and phase of the detection signal;
Is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、磁気レゾルバの検出信号をもとにモータの回転位置を検出する位置検出装置に関する。詳しくは、磁気レゾルバの磁気特性変化を電気信号に変換して得られるとともに、磁気レゾルバの移動により周期的に変化しそれぞれ位相の異なる複数の検出信号に基づいてモータの回転位置を検出する位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device that detects a rotational position of a motor based on a detection signal of a magnetic resolver. Specifically, the position detection is obtained by converting the magnetic characteristic change of the magnetic resolver into an electric signal, and detecting the rotational position of the motor based on a plurality of detection signals that change periodically due to the movement of the magnetic resolver and have different phases. Relates to the device.

位置決め動作を行なうアクチュエータとしては、モータとエンコーダを組み合わせたものがある。このアクチュエータでは、モータの回転位置をエンコーダで検出し、検出信号を帰還信号としてモータの回転位置をフィードバック制御することにより位置決め動作を行なう。このようなアクチュエータとしては、エンコーダに絶対回転位置の検出機能をもたせたものがある。   An actuator that performs a positioning operation includes a combination of a motor and an encoder. In this actuator, the rotational position of the motor is detected by an encoder, and the positioning operation is performed by feedback-controlling the rotational position of the motor using the detection signal as a feedback signal. As such an actuator, there is one in which an encoder has a function of detecting an absolute rotational position.

図5は、従来における絶対位置検出機能をもったアクチュエータの概略構成図である。
図5において、500はモータ部、600はエンコーダとしての磁気レゾルバ部である。磁気レゾルバ部600は、nXレゾルバ610と1Xレゾルバ620からなる。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an actuator having a conventional absolute position detection function.
In FIG. 5, 500 is a motor unit, and 600 is a magnetic resolver unit as an encoder. The magnetic resolver unit 600 includes an nX resolver 610 and a 1X resolver 620.

1Xレゾルバ620は、ロータ520が一回転すると検出信号の位相が一周期分変化する。nXレゾルバ610はロータ520が1/n回転(nは2以上の整数)すると検出信号の位相が一周期分変化する。   In the 1X resolver 620, when the rotor 520 makes one rotation, the phase of the detection signal changes by one cycle. In the nX resolver 610, when the rotor 520 rotates 1 / n (n is an integer of 2 or more), the phase of the detection signal changes by one cycle.

磁気レゾルバ部600では、1Xレゾルバ620により1/n回転を分解能にして絶対回転位置を検出し、検出した1/n回転内における回転位置をnXレゾルバ610により検出することにより高分解能に絶対回転位置を検出する。   In the magnetic resolver unit 600, the absolute rotation position is detected by the 1X resolver 620 with resolution of 1 / n rotation and the rotation position within the detected 1 / n rotation is detected by the nX resolver 610. Is detected.

モータ部500、nXレゾルバ610、1Xレゾルバ620はいずれもアウタ・ロータ型で、内側のステータ510は中空構造になっている。中空部分は配線スペース等として用いられる。   The motor unit 500, the nX resolver 610, and the 1X resolver 620 are all outer rotor type, and the inner stator 510 has a hollow structure. The hollow portion is used as a wiring space or the like.

図6は、磁気レゾルバ部600の詳細図であり、図6の(a)はnXレゾルバ610の上面図、(b)は1Xレゾルバ620の上面図である。   6 is a detailed view of the magnetic resolver unit 600. FIG. 6A is a top view of the nX resolver 610, and FIG. 6B is a top view of the 1X resolver 620. FIG.

図6の(a)において、nXレゾルバ610のレゾルバロータ611には、モータ500の回転中心軸を中心として円環状に一定ピッチでn個の歯が形成されている。このレゾルバロータ611の歯に対向して複数の突極およびそれぞれの突極に1個以上の歯を有するレゾルバステータ612が配置されている。   In FIG. 6A, n teeth are formed on the resolver rotor 611 of the nX resolver 610 in an annular shape with a constant pitch around the rotation center axis of the motor 500. A resolver stator 612 having a plurality of salient poles and one or more teeth on each salient pole is disposed opposite to the teeth of the resolver rotor 611.

レゾルバロータ611の歯とレゾルバステータ612の突極の位置関係が変化すると、レゾルバステータ612に巻かれたコイルのインダクタンスが変化する。レゾルバロータ1/n回転につきインダクタンスが一周期分変化することを利用して、モータ1/n回転内の回転位置を検出する。   When the positional relationship between the teeth of the resolver rotor 611 and the salient poles of the resolver stator 612 changes, the inductance of the coil wound around the resolver stator 612 changes. Using the fact that the inductance changes by one period per resolver rotor 1 / n rotation, the rotational position within the motor 1 / n rotation is detected.

図6の(b)において、1Xレゾルバ620は、レゾルバステータ622には4個の突極が設けられている。レゾルバロータ621はリング形状になっていて、リング幅はリング1周につき一周期分変化する。そのため、レゾルバロータ621とレゾルバステータ622間のギャップがレゾルバロータ一回転につき一周期分変化する。   In FIG. 6B, the 1X resolver 620 is provided with four salient poles on the resolver stator 622. The resolver rotor 621 has a ring shape, and the ring width changes by one period per ring circumference. As a result, the gap between the resolver rotor 621 and the resolver stator 622 changes by one period per resolver rotor rotation.

レゾルバロータとレゾルバステータ間のギャップが変化するとレゾルバステータ622に巻かれたコイルの磁気特性が変化する。レゾルバロータ一回転につきインダクタンスが一周期分変化することを利用して、モータ一回転内の回転位置を検出する。   When the gap between the resolver rotor and the resolver stator changes, the magnetic characteristics of the coil wound around the resolver stator 622 change. The rotational position within one rotation of the motor is detected using the fact that the inductance changes by one period per one rotation of the resolver rotor.

下記特許文献には、上記のような絶対位置検出機能をもったアクチュエータが記載されている。   The following patent document describes an actuator having the absolute position detection function as described above.

実開平05−11776号公報Japanese Utility Model Publication No. 05-11776 特開平05−324075号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-324075

しかしながら、上記のような構成では、nXレゾルバ610と1Xレゾルバ620の2系統のレゾルバを持つため、磁気レゾルバ部600が大型化してしまう。
また、レゾルバ間の磁気干渉を抑えるため、(1)nXレゾルバ610と1Xレゾルバ620間の距離を離す、(2)nXレゾルバ610と1Xレゾルバ620間に磁気シールドを施す、(3)nXレゾルバ610と1Xレゾルバ620の励磁を時分割し、一方を励磁している間は他方の励磁を切るように制御する、など、(1)〜(3)の対策を単独あるいは組み合わせて実施する必要があり、検出部の構成が複雑になる。
However, in the configuration as described above, since there are two systems of resolvers, nX resolver 610 and 1X resolver 620, the magnetic resolver unit 600 is increased in size.
In order to suppress magnetic interference between resolvers, (1) the distance between the nX resolver 610 and the 1X resolver 620 is increased, (2) a magnetic shield is provided between the nX resolver 610 and the 1X resolver 620, and (3) the nX resolver 610. And the 1X resolver 620 are time-divided, and the control of (1) to (3) must be performed alone or in combination, such as controlling the other excitation to be cut off while one is excited. The configuration of the detection unit becomes complicated.

本発明は、従来の問題をなくし、シンプルな構成で小型化が容易な位置検出装置を実現することを目的とする。   It is an object of the present invention to realize a position detection device that eliminates the conventional problems and can be easily miniaturized with a simple configuration.

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)磁気レゾルバの検出信号をもとにモータの回転位置を検出する位置検出装置において、
前記モータの回転中心軸を中心とした円環状に配置され、それぞれに回転位置の検出コイルが巻回された複数の歯が形成されたレゾルバステータと、
このレゾルバステータに対向するとともに前記回転中心軸から偏心した円環状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯を有するレゾルバロータと、
前記検出信号の信号振幅および位相に基づいて前記モータの絶対回転位置を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a position detection device that detects the rotational position of a motor based on a detection signal of a magnetic resolver,
A resolver stator in which a plurality of teeth are formed, each of which is arranged in an annular shape around the rotation center axis of the motor, each of which is wound with a detection coil at a rotation position;
A resolver rotor having n teeth (n is an integer of 2 or more) arranged in an annular shape facing the resolver stator and decentered from the rotation center axis;
An arithmetic unit that calculates the absolute rotational position of the motor based on the signal amplitude and phase of the detection signal;
A position detection device comprising:

(2)前記演算部は、前記レゾルバロータと前記レゾルバステータ間のギャップが前記モータ一回転につき一周期分変化することによる前記検出信号の信号振幅変化に基づいて前記モータの一回転内における位置を算出することを特徴とする(1)に記載の位置検出装置。 (2) The calculation unit determines a position within one rotation of the motor based on a change in signal amplitude of the detection signal caused by a gap between the resolver rotor and the resolver stator changing by one period per one rotation of the motor. The position detection device according to (1), wherein the position detection device calculates the position detection device.

(3)前記演算部は、前記モータ1/n回転につき前記検出信号の位相が一周期分変化することに基づいて、前記モータの1/n回転内における位置を算出することを特徴とする(1)または(2)に記載の位置検出装置。 (3) The calculation unit calculates a position within 1 / n rotation of the motor based on a change of the phase of the detection signal by one cycle with respect to the motor 1 / n rotation. The position detection device according to 1) or (2).

(4)前記演算部は、前記レゾルバステータの複数の歯毎に巻回された検出コイル群を、近接する各相を組み合わせて複数のチャネルに分割し、チャネルごとに前記モータの回転位置を算出し、これらの算出値を平均化することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の位置検出装置。 (4) The calculation unit divides the detection coil group wound around the plurality of teeth of the resolver stator into a plurality of channels by combining adjacent phases, and calculates the rotational position of the motor for each channel. The position detection device according to any one of (1) to (3), wherein the calculated values are averaged.

(5)前記レゾルバステータに形成される歯の総数を、前記チャンネル×相数のm倍(mは2以上の整数)としたことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の位置検出装置。 (5) The total number of teeth formed on the resolver stator is set to m times the channel × the number of phases (m is an integer of 2 or more), according to any one of (1) to (4), Position detector.

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)モータの回転中心軸を中心とした円環状に配置され、それぞれ歯が形成された複数歯を有するレゾルバステータと、このレゾルバステータに対向するとともに前記回転中心軸から偏心した円環状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯を有するレゾルバロータと、磁気レゾルバの検出信号の信号振幅および位相に基づいて前記モータの絶対位置を算出する演算部と、を備えたことにより、単一のレゾルバでモータの絶対回転位置を検出できるようになり、シンプルな構成で小型化が容易な位置検出装置を実現できる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) A resolver stator having a plurality of teeth each having teeth formed on a rotation center axis of the motor, and an annular shape opposed to the resolver stator and decentered from the rotation center axis A resolver rotor having n teeth (n is an integer equal to or greater than 2) and an arithmetic unit that calculates the absolute position of the motor based on the signal amplitude and phase of the detection signal of the magnetic resolver. Thus, the absolute rotational position of the motor can be detected with a single resolver, and a position detection device that can be easily miniaturized with a simple configuration can be realized.

(2)また、単一のレゾルバで絶対回転位置を検出するため、従来の複数構成のレゾルバ間の磁気干渉に配慮する必要がなく、検出部の構成をシンプルかつ低コストにできる。 (2) Further, since the absolute rotational position is detected by a single resolver, it is not necessary to consider magnetic interference between conventional resolvers having a plurality of configurations, and the configuration of the detection unit can be simplified and reduced in cost.

(3)レゾルバステータの複数の歯は、それぞれに検出コイルを巻回した構成により、歯とコイルの構造が小型となり、歯の総数をチャンネル数×相数のm倍(mは2以上の整数)とすることができ、各チャンネルの平均演算の精度を向上させ、位置検出の精度向上に貢献することができる。 (3) The plurality of teeth of the resolver stator has a structure in which the detection coil is wound around each of the teeth, so that the structure of the teeth and the coil becomes small. It is possible to improve the accuracy of the average detection of each channel and contribute to the improvement of the accuracy of position detection.

本発明の実施例1を示す図である。It is a figure which shows Example 1 of this invention. 演算部2の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration of a calculation unit 2. FIG. 磁気レゾルバ1の状態と検出信号のイメージ図である。It is an image figure of the state of a magnetic resolver 1, and a detection signal. 位相検出回路23の動作のイメージ図である。5 is an image diagram of the operation of the phase detection circuit 23. FIG. 従来における絶対位置検出機能をもったアクチュエータの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the actuator with the absolute position detection function in the past. 磁気レゾルバ部101の詳細図である。2 is a detailed view of a magnetic resolver unit 101. FIG.

図1は、本発明の実施例1を示す図である。図1は、本発明による磁気レゾルバ1の上面図であり、1aはレゾルバロータ、1bはレゾルバステータである。磁気レゾルバ1はアウタ・ロータ型で、内側のレゾルバステータ1bは中空構造になっている。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a top view of a magnetic resolver 1 according to the present invention, wherein 1a is a resolver rotor and 1b is a resolver stator. The magnetic resolver 1 is an outer rotor type, and the inner resolver stator 1b has a hollow structure.

レゾルバステータ1bは積層鋼板で構成されており、モータ(図示せず)の回転中心軸を中心とした円環状に形成されている。レゾルバステータ1bの先端には、複数の歯1b1が形成され、それぞれに検出コイル1b2が巻回されている。   The resolver stator 1b is composed of laminated steel plates, and is formed in an annular shape centering on the rotation center axis of a motor (not shown). A plurality of teeth 1b1 are formed at the tip of the resolver stator 1b, and a detection coil 1b2 is wound around each of the teeth.

歯数は、円周を90度毎に4分割したチャンネルch0〜ch3毎に4相×2(m1,m2)=8個、4チャンネルでの総数で32個が形成されている。各歯1b1それぞれに巻回された検出コイル1b2は、後述の演算部2に接続され、モータの絶対回転位置の算出が行われる。   The number of teeth is 4 phases × 2 (m1, m2) = 8 for each of channels ch0 to ch3 obtained by dividing the circumference into 90 degrees every 90 degrees, and a total of 32 teeth are formed in 4 channels. The detection coil 1b2 wound around each tooth 1b1 is connected to the calculation unit 2 described later, and the absolute rotation position of the motor is calculated.

レゾルバロータ1aは積層鋼板で構成されたリング形状になっていて、リング幅はリング1周につき一周期分変化するように形成されている。そして、このリング形状内側のレゾルバステータ1bの歯と対向する位置に、一定ピッチでn個(図1では40個)の歯1a1が形成されている。すなわち、レゾルバロータ1aは、レゾルバステータ1bに対向するとともにモータの回転中心軸から偏心した円環状にn個の歯が形成された構成となっている。   The resolver rotor 1a has a ring shape made of laminated steel plates, and the ring width is formed so as to change by one period per ring circumference. Then, n (40 in FIG. 1) teeth 1a1 are formed at a constant pitch at positions facing the teeth of the resolver stator 1b inside the ring shape. That is, the resolver rotor 1a has a configuration in which n teeth are formed in an annular shape that faces the resolver stator 1b and is eccentric from the rotation center axis of the motor.

磁気レゾルバ1は、全体が90度毎に4つのチャネルch0〜ch3に4分割され、レゾルバステータ1bの歯1b2は、近接するsin0相、sinπ相、cos0相、cosπ相の4つの相を1組として各チャネルに対応する。   The magnetic resolver 1 is divided into four channels ch0 to ch3 every 90 degrees, and the tooth 1b2 of the resolver stator 1b is composed of a set of four adjacent phases of sin0 phase, sinπ phase, cos0 phase, and cosπ phase. Corresponding to each channel.

レゾルバステータ1bの歯1b1は、レゾルバロータ1aの歯1a1に対して機械角が90°異なる位置ごとに設けられ、近接する相ごとにsin0相、sinπ相、cos0相、cosπ相の4相を形成する。   The teeth 1b1 of the resolver stator 1b are provided at positions where the mechanical angle is 90 ° different from the teeth 1a1 of the resolver rotor 1a, and four phases of sin0 phase, sinπ phase, cos0 phase, and cosπ phase are formed for each adjacent phase. To do.

各歯1b1に巻回された検出コイル1b2は、後述の演算部2に接続され、モータの絶対回転位置の算出を行う。   The detection coil 1b2 wound around each tooth 1b1 is connected to a calculation unit 2 described later, and calculates the absolute rotational position of the motor.

レゾルバロータ1aの歯1a1とレゾルバステータ1bの歯1b1間のギャップは、レゾルバロータ1a一回転につき一周期分変化する。図1において、ch0中央付近におけるギャップはd0、ch1中央付近におけるギャップはd1、ch2中央付近におけるギャップはd2、ch3中央付近におけるギャップはd3で示される。   The gap between the teeth 1a1 of the resolver rotor 1a and the teeth 1b1 of the resolver stator 1b changes by one period per revolution of the resolver rotor 1a. In FIG. 1, the gap near the center of ch0 is indicated by d0, the gap near the center of ch1 is indicated by d1, the gap near the center of ch2 is indicated by d2, and the gap near the center of ch3 is indicated by d3.

レゾルバロータ1aが回転すると、レゾルバロータ1aの歯1a1とレゾルバステータ1bの歯1b1間のギャップはd0→d1→d2→d3→d0→・・・のように連続的に変化する。   When the resolver rotor 1a rotates, the gap between the teeth 1a1 of the resolver rotor 1a and the teeth 1b1 of the resolver stator 1b changes continuously as d0 → d1 → d2 → d3 → d0 →.

レゾルバロータ1aの歯1a1とレゾルバステータ1bの歯1b1間のギャップが変化すると、検出信号の振幅はギャップに反比例するため、レゾルバステータ1bの歯1b1に巻回された検出コイル1b2の磁気特性が変化する。レゾルバロータ1a一回転につき検出信号の振幅は一周期分変化する。   When the gap between the tooth 1a1 of the resolver rotor 1a and the tooth 1b1 of the resolver stator 1b changes, the amplitude of the detection signal is inversely proportional to the gap, so the magnetic characteristics of the detection coil 1b2 wound around the tooth 1b1 of the resolver stator 1b change. To do. The amplitude of the detection signal changes by one period per revolution of the resolver rotor 1a.

このギャップ変化による検出信号の振幅変化を利用して、モータ一回転内の回転位置が検出される。なお、モータ一回転内の回転位置は、n歯分位置関係を検出された位置をもとにして特定し、モータ1/n回転を分解能として検出する。   Using the change in the amplitude of the detection signal due to this gap change, the rotational position within one rotation of the motor is detected. The rotational position within one rotation of the motor is specified based on the detected position relationship for n teeth, and the motor 1 / n rotation is detected as the resolution.

また、レゾルバロータの歯1a1とレゾルバステータ1bの歯1b1の相対位置が変化すると、レゾルバステータに巻回された検出コイルの磁気特性が変化する。レゾルバロータ1/n回転につき検出信号の位相は一周期分変化する。この検出信号の位相変化を利用して、モータ1/n回転内の回転位置が検出される。   When the relative position of the resolver rotor teeth 1a1 and the resolver stator 1b teeth 1b1 changes, the magnetic characteristics of the detection coil wound around the resolver stator change. The phase of the detection signal changes by one cycle per resolver rotor 1 / n rotation. Using the phase change of the detection signal, the rotational position within the motor 1 / n rotation is detected.

すなわち、検出信号の振幅変化に基づいてモータの回転位置を分解能1/n回転で検出し、さらに、その1/n回転内における回転位置を検出信号の位相変化に基づいて高精度に求める。   That is, the rotational position of the motor is detected with a resolution of 1 / n rotation based on the amplitude change of the detection signal, and the rotational position within the 1 / n rotation is obtained with high accuracy based on the phase change of the detection signal.

図2は、演算部2の構成を示すブロック図であり、200〜203は検出回路、210〜213は位相振幅検出回路、22は平均化手段、23は位相検出回路である。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the arithmetic unit 2, wherein 200 to 203 are detection circuits, 210 to 213 are phase amplitude detection circuits, 22 is an averaging means, and 23 is a phase detection circuit.

検出回路200〜201は、それぞれ磁気レゾルバ1の各チャネルch0〜ch3に対し励磁信号を出力し、各チャネルからの検出信号が入力される。検出回路200〜203は、検出信号に基づいて磁気特性の変化を検出信号の振幅変化として取り出し、位相振幅検出回路210〜213に出力する。   The detection circuits 200 to 201 output excitation signals to the respective channels ch0 to ch3 of the magnetic resolver 1, and the detection signals from the respective channels are input. The detection circuits 200 to 203 take out a change in magnetic characteristics as an amplitude change of the detection signal based on the detection signal and output it to the phase amplitude detection circuits 210 to 213.

具体的には、検出回路200〜203は、検出信号に基づいてそれぞれ以下の演算を行い、結果を位相振幅検出回路210〜213に出力する。
・検出回路200において、

Figure 2012229981
Specifically, the detection circuits 200 to 203 perform the following calculations based on the detection signals, and output the results to the phase amplitude detection circuits 210 to 213.
In the detection circuit 200,
Figure 2012229981

・検出回路201において、

Figure 2012229981
In the detection circuit 201,
Figure 2012229981

・検出回路202において、

Figure 2012229981
In the detection circuit 202,
Figure 2012229981

・検出回路203において、

Figure 2012229981
In the detection circuit 203,
Figure 2012229981

なお、Aは磁気特性のモータ回転の平均値、Bは磁気特性のモータ回転中のギャップ変化による変動の振幅、θはモータ一回転内における回転位置を分解能1/nで検出した回転角、θn0〜θn3は各チャネルch0〜ch3で検出されるモータ1/n回転内における回転角である。   A is an average value of motor rotation of magnetic characteristics, B is an amplitude of fluctuation due to gap change during motor rotation of magnetic characteristics, θ is a rotation angle obtained by detecting a rotation position within one rotation of the motor with resolution 1 / n, θn0 ˜θn3 is a rotation angle within the motor 1 / n rotation detected by each channel ch0 to ch3.

位相振幅検出回路210〜213は、検出回路200〜203からの入力に基づいて、各チャネルごとに1/n回転内における回転角θn0〜θn3を算出する。また、検出回路200〜203からの出力の二乗平均により振幅値を得る。   The phase amplitude detection circuits 210 to 213 calculate the rotation angles θn0 to θn3 within 1 / n rotation for each channel based on the inputs from the detection circuits 200 to 203. Further, an amplitude value is obtained by a mean square of outputs from the detection circuits 200 to 203.

具体的には、位相振幅検出回路210は、式(0−1)と式(0−2)に基づいてtan−1処理を行い、1/n回転内における回転角θn0を算出する。さらに、位相振幅検出回路210は、式(0−1)と式(0−2)の二乗平均をとり、

Figure 2012229981
を算出する。 Specifically, the phase amplitude detection circuit 210 performs tan −1 processing based on the equations (0-1) and (0-2), and calculates the rotation angle θn0 within 1 / n rotation. Further, the phase amplitude detection circuit 210 takes the root mean square of the equations (0-1) and (0-2),
Figure 2012229981
Is calculated.

同様に、位相振幅検出回路211は、式(1−1)と式(1−2)に基づいてtan−1処理を行い、1/n回転内における回転角θn1を算出する。さらに、位相振幅検出回路211は、式(1−1)と式(1−2)の二乗平均をとり、

Figure 2012229981
を算出する。 Similarly, the phase amplitude detection circuit 211 performs tan −1 processing based on the equations (1-1) and (1-2), and calculates the rotation angle θn1 within 1 / n rotation. Furthermore, the phase amplitude detection circuit 211 takes the root mean square of the equations (1-1) and (1-2),
Figure 2012229981
Is calculated.

位相振幅検出回路212は、式(2−1)と式(2−2)に基づいてtan−1処理を行い、1/n回転内における回転角θn2を算出する。さらに、位相振幅検出回路212は、式(2−1)と式(2−2)の二乗平均をとり、

Figure 2012229981
を算出する。 The phase amplitude detection circuit 212 performs tan −1 processing based on the equations (2-1) and (2-2), and calculates the rotation angle θn2 within 1 / n rotation. Further, the phase amplitude detection circuit 212 takes the root mean square of the equations (2-1) and (2-2),
Figure 2012229981
Is calculated.

位相振幅検出回路213は、式(3−1)と式(3−2)に基づいてtan−1処理を行い、1/n回転内における回転角θn3を算出する。さらに、位相振幅検出回路213は、式(3−1)と式(3−2)の二乗平均をとり、

Figure 2012229981
を算出する。 The phase amplitude detection circuit 213 performs tan −1 processing based on the equations (3-1) and (3-2), and calculates the rotation angle θn3 within 1 / n rotation. Further, the phase amplitude detection circuit 213 takes the root mean square of the equations (3-1) and (3-2),
Figure 2012229981
Is calculated.

式(0−3)から式(1−3)を減算して2B・sinθを求める。また、式(1−3)から式(3−3)を減算して2B・cosθを求める。算出された2B・sinθと2B・cosθは位相検出回路23に入力され、tan−1処理により、モータ一回転内における回転角θを算出する。 The equation (1-3) is subtracted from the equation (0-3) to obtain 2B · sin θ. Further, 2B · cos θ is obtained by subtracting Expression (3-3) from Expression (1-3). The calculated 2B · sin θ and 2B · cos θ are input to the phase detection circuit 23, and the rotation angle θ within one rotation of the motor is calculated by tan −1 processing.

また、位相振幅検出回路210〜213で算出されたθn0〜θn3は、平均化手段22に入力される。平均化手段22は、θn0〜θn3の平均をとり、モータ1/n回転内における回転角θnを算出する。更に、位相検出回路23で算出したθと平均化手段22で算出したθnを組み合わせ、モータの絶対回転位置を高精度に検出する。   Further, θn0 to θn3 calculated by the phase amplitude detection circuits 210 to 213 are input to the averaging means 22. The averaging means 22 takes the average of θn0 to θn3 and calculates the rotation angle θn within the motor 1 / n rotation. Further, the absolute rotation position of the motor is detected with high accuracy by combining θ calculated by the phase detection circuit 23 and θn calculated by the averaging means 22.

図3は、磁気レゾルバ1の状態と検出信号のイメージ図である。図3では、(a)〜
(d)にかけて磁気レゾルバ1が回転していく様子を示している。図3の(a)において、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はチャネルch1で最も小さくなっている。
FIG. 3 is a conceptual diagram of the state of the magnetic resolver 1 and detection signals. In FIG. 3, (a) to
A state in which the magnetic resolver 1 is rotated toward (d) is shown. In FIG. 3A, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is the smallest in the channel ch1.

レゾルバロータ1aが回転するにつれてレゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離が最小となるチャネルが移動していき、図3の(b)ではチャネルch0、図3の(c)ではチャネル3、図3の(d)ではチャネル2でそれぞれ距離が最小となっている。   As the resolver rotor 1a rotates, the channel having the smallest distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a moves. The channel ch0 in FIG. 3B, the channel 3 in FIG. In (d), the distance is the smallest in channel 2.

また、図3のチャネルch0〜ch3の図では、円の大きさは検出信号の磁気特性のモータ回転中のギャップ変化による変動の振幅Bの大きさを示し、矢印は回転角θnにおける式(0−1)と式(0−2)、式(1−1)と式(1−2)、式(2−1)と式(2−2)、式(3−1)と式(3−2)のベクトルを示している。   In the channel ch0 to ch3 diagram of FIG. 3, the size of the circle indicates the magnitude of the amplitude B of the fluctuation due to the gap change during the motor rotation of the magnetic characteristics of the detection signal, and the arrow indicates the equation (0) at the rotation angle θn. -1) and formula (0-2), formula (1-1) and formula (1-2), formula (2-1) and formula (2-2), formula (3-1) and formula (3- The vector of 2) is shown.

図3の(a)では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はチャネルch1で最も小さいため、チャネルch1の円の大きさが最大(すなわち磁気特性の振幅Bが最大)となる。   In FIG. 3A, since the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is the smallest in the channel ch1, the size of the circle of the channel ch1 is maximum (that is, the amplitude B of the magnetic characteristics is maximum).

一方、チャネルch1の反対側であるチャネルch3では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離は最大となり、チャネルch3の円の大きさが最小(すなわち磁気特性の振幅Bが最小)となる。   On the other hand, in the channel ch3 opposite to the channel ch1, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is maximized, and the size of the circle of the channel ch3 is minimized (that is, the amplitude B of the magnetic characteristics is minimized).

チャネルch0,ch2では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はちょうど中間程度となる。そのため、チャネルch0,ch2の円の大きさはチャネル1とチャネル3の中間程度となる。   In the channels ch0 and ch2, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is just about the middle. Therefore, the size of the circles of channels ch0 and ch2 is about the middle of channel 1 and channel 3.

図3の(b)では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はチャネルch0で最小、チャネルch2で最大、チャネルch1,ch3で中間程度となる。そのため、各チャネルの円の大きさはチャネルch0で最大、チャネルch2で最小、チャネルch1,ch3で中間程度となる。   In FIG. 3B, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is minimum for the channel ch0, maximum for the channel ch2, and intermediate between the channels ch1 and ch3. Therefore, the circle size of each channel is maximum for channel ch0, minimum for channel ch2, and intermediate between channels ch1 and ch3.

図3の(c)では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はチャネルch3で最小、チャネルch1で最大、チャネルch0,ch2で中間程度となる。そのため、各チャネルの円の大きさはチャネルch3で最大、チャネルch1で最小、チャネルch0,ch2で中間程度となる。   In FIG. 3C, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is the minimum in the channel ch3, the maximum in the channel ch1, and the middle in the channels ch0 and ch2. Therefore, the circle size of each channel is the maximum for channel ch3, the minimum for channel ch1, and the middle for channels ch0 and ch2.

図3の(d)では、レゾルバステータ1bとレゾルバロータ1a間の距離はチャネルch2で最小、チャネルch0で最大、チャネルch1,ch3で中間程度となる。そのため、各チャネルの円の大きさはチャネルch2で最大、チャネルch0で最小、チャネルch1,ch3で中間程度となる。   In FIG. 3D, the distance between the resolver stator 1b and the resolver rotor 1a is the minimum for the channel ch2, the maximum for the channel ch0, and the middle for the channels ch1 and ch3. Therefore, the circle size of each channel is the maximum for channel ch2, the minimum for channel ch0, and the middle for channels ch1 and ch3.

このように、磁気特性の振幅Bは、モータ1が一回転につき一周期分変化するため、この変化を検出することによりモータ一回転内の回転位置を求めることができる。なお、図3の各チャネルch0〜ch3の円の大きさが、それぞれ式(0−3),式(1−3),式(2−3),式(3−3)に対応している。   Thus, since the amplitude B of the magnetic characteristics changes by one cycle per rotation, the rotation position within one rotation of the motor can be obtained by detecting this change. Note that the sizes of the circles of the channels ch0 to ch3 in FIG. 3 correspond to the equations (0-3), (1-3), (2-3), and (3-3), respectively. .

図4は、位相検出回路23の動作のイメージ図である。図4の(a)において、上段の図はch0振幅−ch2振幅(2B・sinθ)、下段の図はch1振幅−ch3振幅(2B・cosθ)を示したものである。図4の(b)は、回転角θとch0振幅−ch2振幅およびch1振幅−ch3振幅の関係をベクトルで示す図である。   FIG. 4 is an image diagram of the operation of the phase detection circuit 23. 4A, the upper diagram shows ch0 amplitude−ch2 amplitude (2B · sin θ), and the lower diagram shows ch1 amplitude−ch3 amplitude (2B · cos θ). FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the rotation angle θ and the ch0 amplitude−ch2 amplitude and the ch1 amplitude−ch3 amplitude as vectors.

位相検出回路23において、ch0振幅−ch2振幅(2B・sinθ)とch1振幅−ch3振幅(2B・cosθ)の算出結果を、図4の(b)に示すようにベクトルの成す角度をtan−1処理することにより、モータ一回転内における回転角θが求まる。 In the phase detection circuit 23, the calculation result of ch0 amplitude−ch2 amplitude (2B · sin θ) and ch1 amplitude−ch3 amplitude (2B · cos θ) is calculated as the angle formed by the vector tan −1 as shown in FIG. By processing, the rotation angle θ within one rotation of the motor is obtained.

本実施例は以上のように構成され、
モータの回転中心軸を中心とした円環状に配置された複数の突極1b3を有するレゾルバステータ1bと、このレゾルバステータ1bに対向するとともに回転中心軸から偏心した円環状に配置されたn個の歯1a1を有するレゾルバロータ1aと、磁気レゾルバ1の検出信号の信号振幅および位相に基づいてモータの絶対回転位置を算出する演算部2と、を備えたことにより、単一のレゾルバでモータの絶対回転位置を検出できるようになり、シンプルな構成で小型化が容易な位置検出装置を実現できる。また、単一のレゾルバで絶対回転位置を検出するため、レゾルバ間の磁気干渉に配慮する必要がなく、検出部の構成をシンプルかつ低コストにできる。
This embodiment is configured as described above,
A resolver stator 1b having a plurality of salient poles 1b3 arranged in an annular shape around the rotation center axis of the motor, and n pieces arranged in an annular shape facing the resolver stator 1b and decentered from the rotation center axis By providing the resolver rotor 1a having the teeth 1a1 and the calculation unit 2 that calculates the absolute rotational position of the motor based on the signal amplitude and phase of the detection signal of the magnetic resolver 1, the absolute resolution of the motor can be obtained with a single resolver. A rotational position can be detected, and a position detecting device that can be easily miniaturized with a simple configuration can be realized. Further, since the absolute rotational position is detected by a single resolver, it is not necessary to consider magnetic interference between resolvers, and the configuration of the detection unit can be simplified and reduced in cost.

モータ1/n回転内における回転角θnを求める構成については、従来の通常のnXレゾルバによる位置検出と同等である。本発明では、さらにレゾルバロータ1aをレゾルバステータ1bに対して相対的に偏心させることにより、検出信号の振幅変化からレゾルバロータ一回転内における絶対位置情報を検出できるようにし、単一の磁気レゾルバで分解能の高い絶対位置検出ができる。   The configuration for obtaining the rotation angle θn within the rotation of the motor 1 / n is equivalent to the position detection by the conventional normal nX resolver. In the present invention, the resolver rotor 1a is further decentered relative to the resolver stator 1b so that absolute position information within one revolution of the resolver rotor can be detected from a change in the amplitude of the detection signal, and a single magnetic resolver is used. Absolute position detection with high resolution is possible.

また、本実施例では、磁気レゾルバ1を4つのチャネルch0〜ch3に分割したが、分割数は4に限定されない。歯1b1の総数を増やし、分割数を増やせば、より高精度に回転角θnを求めることができる。   In this embodiment, the magnetic resolver 1 is divided into four channels ch0 to ch3, but the number of divisions is not limited to four. If the total number of teeth 1b1 is increased and the number of divisions is increased, the rotation angle θn can be obtained with higher accuracy.

1 磁気レゾルバ
1a レゾルバロータ
1a1 歯
1b レゾルバステータ
1b1 歯
1b2 検出コイル
2 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic resolver 1a Resolver rotor 1a1 tooth | gear 1b Resolver stator 1b1 tooth | gear 1b2 Detection coil 2 Calculation part

Claims (5)

磁気レゾルバの検出信号をもとにモータの回転位置を検出する位置検出装置において、
前記モータの回転中心軸を中心とした円環状に配置され、それぞれに回転位置の検出コイルが巻回された複数の歯が形成されたレゾルバステータと、
このレゾルバステータに対向するとともに前記回転中心軸から偏心した円環状に配置されたn個(nは2以上の整数)の歯を有するレゾルバロータと、
前記検出信号の信号振幅および位相に基づいて前記モータの絶対回転位置を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
In the position detection device that detects the rotational position of the motor based on the detection signal of the magnetic resolver,
A resolver stator in which a plurality of teeth are formed, each of which is arranged in an annular shape around the rotation center axis of the motor, each of which is wound with a detection coil at a rotation position;
A resolver rotor having n teeth (n is an integer of 2 or more) arranged in an annular shape facing the resolver stator and decentered from the rotation center axis;
An arithmetic unit that calculates the absolute rotational position of the motor based on the signal amplitude and phase of the detection signal;
A position detection device comprising:
前記演算部は、前記レゾルバロータと前記レゾルバステータ間のギャップが前記モータ一回転につき一周期分変化することによる前記検出信号の信号振幅変化に基づいて前記モータの一回転内における位置を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。   The calculation unit calculates a position within one rotation of the motor based on a change in signal amplitude of the detection signal caused by a change in the gap between the resolver rotor and the resolver stator by one period per one rotation of the motor. The position detection device according to claim 1. 前記演算部は、前記モータ1/n回転につき前記検出信号の位相が一周期分変化することに基づいて、前記モータの1/n回転内における位置を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出装置。   The said calculating part calculates the position in 1 / n rotation of the said motor based on the phase of the said detection signal changing for 1 period per said motor 1 / n rotation. 2. The position detection device according to 2. 前記演算部は、
前記レゾルバステータの複数の歯毎に巻回された検出コイル群を、近接する各相を組み合わせて複数のチャネルに分割し、チャネルごとに前記モータの回転位置を算出し、これらの算出値を平均化することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の位置検出装置。
The computing unit is
The detection coil group wound around each of the plurality of teeth of the resolver stator is divided into a plurality of channels by combining adjacent phases, the rotational position of the motor is calculated for each channel, and the calculated values are averaged. The position detection device according to claim 1, wherein
前記レゾルバステータに形成される歯の総数を、前記のチャンネル数×相数のm倍(mは2以上の整数)としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の位置検出装置。   5. The position detection according to claim 1, wherein the total number of teeth formed on the resolver stator is m times the number of channels × the number of phases (m is an integer of 2 or more). apparatus.
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