特許 6174393 レゾルバ励磁装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6174393

(24)【登録日】2017年7月14日

(45)【発行日】2017年8月2日

(54)【発明の名称】レゾルバ励磁装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20170724BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/20 110Q

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-136296(P2013-136296)

(22)【出願日】2013年6月28日

(65)【公開番号】特開2015-10930(P2015-10930A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2016年5月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 宏司

(72)【発明者】

【氏名】瀬野尾 和隆

(72)【発明者】

【氏名】植野 修吾

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５０６７８８０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６３−１３３００１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レゾルバの励磁コイルに供給するための逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号を生成するレゾルバ励磁装置であって、
所定周波数の正弦波信号を生成する正弦波信号生成回路と、
前記正弦波信号を反転増幅して前記逆相レゾルバ励磁信号を生成する第１の反転増幅回路と、前記逆相レゾルバ励磁信号を反転増幅して前記正相レゾルバ励磁信号を生成する第２の反転増幅回路と、を備えるレゾルバ励磁信号生成部と、
第１の直流電圧を出力する直流電圧生成回路とを備え、
前記第１の反転増幅回路は、前記正弦波信号及び前記第１の直流電圧を入力として、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号を出力し、
前記第２の反転増幅回路は、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号及び前記第１の直流電圧を入力とし、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記正相レゾルバ励磁信号を出力する
ことを特徴とするレゾルバ励磁装置。

【請求項2】

前記正弦波信号が第２の直流電圧を含む場合には、前記第１の反転増幅回路は、前記第２の直流電圧をも入力として前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のレゾルバ励磁装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レゾルバ励磁装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ：磁石埋込型）モータなどの動力モータでは、回転子の回転角を検出する回転角センサとして、レゾルバが用いられる。レゾルバは、基本的にはコイルと鉄心によって簡易に構成されているため高い耐環境性能を有し、温度変化、塵や埃等に影響されることなく正常に動作する。レゾルバの励磁コイルには、正弦波信号が印加される。レゾルバの２つの出力コイルからは、回転子の回転角に応じて、励磁信号が正弦波状に振幅変調された２相の出力信号が出力される。そして、各相の出力信号を所定周期毎に検出し、回転角が算出される。

【0003】

下記特許文献１には、レゾルバの励磁コイルの一端にオフセット電圧（直流バイアス）を含む励磁信号（正弦波信号）を供給し、励磁コイルの他端にも同一のオフセット電圧を含む反転励磁信号を供給する回転角度検出装置が開示されている。この回転角度検出装置は、上記励磁コイルの地絡を検出した場合に、励磁信号及び反転励磁信号にオフセット電圧を加えることを禁止することにより、オフセット電圧を含まない励磁信号を励磁コイルに供給し、これによってオフセット電圧に起因する素子の破壊や励磁コイルの断線を防止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５０６７８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の回転角度検出装置は、正弦波信号に基づいてレゾルバ励磁信号を生成すると共に、この正弦波信号の逆相信号に基づいて反転レゾルバ励磁信号を生成する。このため、逆相信号を生成するためのインバータ回路が必要になるため、部品点数が多くなり、生産コストが上がってしまう問題があった。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を抑制して安価に構成できるレゾルバ励磁装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、レゾルバの励磁コイルに供給するための逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号を生成するレゾルバ励磁装置であって、所定周波数の正弦波信号を生成する正弦波信号生成回路と、正弦波信号を反転増幅して逆相レゾルバ励磁信号を生成する第１の反転増幅回路と逆相レゾルバ励磁信号を反転増幅して正相レゾルバ励磁信号を生成する第２の反転増幅回路とを備えるレゾルバ励磁信号生成部と、を具備する、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、第１の直流電圧を出力する直流電圧生成回路をさらに備え、前記第１の反転増幅回路は、前記正弦波信号及び前記第１の直流電圧を入力として、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号を出力し、前記第２の反転増幅回路は、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号及び前記第１の直流電圧を入力とし、前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記正相レゾルバ励磁信号を出力する、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記正弦波信号が第２の直流電圧を含む場合には、前記第１の反転増幅回路は、前記第２の直流電圧をも入力として前記第１の直流電圧を直流バイアスとする前記逆相レゾルバ励磁信号を出力する、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、レゾルバ励磁信号生成部が正弦波信号を反転増幅して逆相レゾルバ励磁信号を生成する第１の反転増幅回路と、逆相レゾルバ励磁信号を反転増幅して正相レゾルバ励磁信号を生成する第２の反転増幅回路とを備えるので、従来技術のようなインバータ回路が不要であり、よって部品点数を抑制して安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る回転角検出装置１の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態におけるレゾルバ励磁信号生成部２２の構成を示す回路図である。

【図3】本発明の一実施形態において、（ａ）逆相レゾルバ励磁信号、（ｂ）正相レゾルバ励磁信号、及び（ｃ）励磁コイルＬ１の両端に生じる電圧を示す波形図である。

【図4】本発明の一実施形態の変形例におけるレゾルバ励磁信号生成部２２Ａの構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る回転角検出装置１の構成を示すブロック図である。回転角検出装置１は、レゾルバ１０と、レゾルバ１０にレゾルバ励磁信号を出力すると共にレゾルバ１０の出力信号をデジタル信号に変換するレゾルバ励磁装置２０と、レゾルバ励磁装置２０の出力信号（角度データ）に基づいてモータのベクトル制御を行うＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０と、を備えている。

【0013】

レゾルバ１０は、回転子であるロータ１１と、ロータ１１の周囲に配置された励磁コイルＬ１と、同じくロータ１１の周囲に配置された第１出力コイルＬ２及び第２出力コイルＬ３と、を備えている。ロータ１１の周囲には、円周方向に沿って磁極（図示省略）が形成されたステータ（図示省略）が設けられている。上記励磁コイルＬ１及び第１、第２出力コイルＬ２，Ｌ３は、ステータの個々の磁極に個別に巻かれている。

【0014】

レゾルバ励磁装置２０は、正弦波信号を生成する正弦波信号生成回路２１と、レゾルバ励磁信号を生成するレゾルバ励磁信号生成部２２と、レゾルバ１０の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するレゾルバデジタル変換部２３とを備えている。なお、レゾルバ励磁装置２０は、図示しないが、正弦波信号生成回路２１、レゾルバ励磁信号生成部２２及びレゾルバデジタル変換部２３に正極の電源電圧を供給する片電源回路（プラス電源回路）をも備えている。

【0015】

正弦波信号生成回路２１は、角周波数ωの正弦波信号を生成してレゾルバ励磁信号生成部２２に出力する。この角周波数ωは、例えば１０ｋＨｚである。なお、正弦波信号生成回路２１は、正極の電源電圧Ｖｃｃで動作するものであり、この関係で正弦波信号は、電源電圧Ｖｃｃの中間電圧Ｖｃｃ／２（第１の中間電圧）に直流バイアスされた交流信号である。

【0016】

レゾルバ励磁信号生成部２２は、正弦波信号生成回路２１から入力される正弦波信号に基づいて、正相レゾルバ励磁信号及び当該レゾルバ励磁信号と逆相の（位相が１８０度反転した）逆相レゾルバ励磁信号を生成する。また、レゾルバ励磁信号生成部２２は、正相レゾルバ励磁信号を励磁コイルＬ１の一端に、また反転レゾルバ励磁信号を励磁コイルＬ１の他端に出力する。

【0017】

レゾルバデジタル変換部２３は、レゾルバ１０の出力信号であり、第１出力コイルＬ２から入力される正弦関数信号（アナログ信号）及び第２出力コイルＬ３から入力される余弦関数信号（アナログ信号）をデジタル信号（角度データ）に変換する。また、レゾルバデジタル変換部２３は、上記角度データをＭＰＵ３０へ出力する。

【0018】

図２は、上記レゾルバ励磁信号生成部２２の詳細構成を示す回路図である。レゾルバ励磁信号生成部２２は、２つの演算増幅器４１，４２（オペアンプ）と、上記片電源回路から入力された直流電圧Ｖｂを１／２に分圧する１／２分圧回路４３（直流電圧生成回路）と、７つの抵抗Ｒ１〜Ｒ７と、を備えている。なお、レゾルバ励磁信号生成部２２は正極の電源電圧Ｖｂで動作するものである。

【0019】

演算増幅器４１の反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介して、当該演算増幅器４１の出力端子に接続されている。さらに、演算増幅器４１の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して、正弦波信号生成回路２１の出力端子に接続されている。

【0020】

演算増幅器４１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ３を介して１／２分圧回路４３の出力端子に接続されていると共に、例えば正弦波信号生成回路２１から抵抗Ｒ４を介して中間電圧Ｖｃｃ／２が印加される。演算増幅器４１の出力端子は、励磁コイルＬ１の他端に接続されると共に、抵抗Ｒ６を介して演算増幅器４２の反転入力端子に接続される。

【0021】

一方、演算増幅器４２の反転入力端子は、抵抗Ｒ５を介して、当該演算増幅器４２の出力端子に接続されていると共に、抵抗Ｒ６を介して演算増幅器４１の出力端子に接続されている。演算増幅器４２の非反転入力端子は、抵抗Ｒ７を介して、１／２分圧回路４３の出力端子に接続されている。演算増幅器４２の出力端子は、励磁コイルＬ１の一端に接続される。

【0022】

なお、このようなレゾルバ励磁信号生成部２２において、一方の演算増幅器４１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４は第１の反転増幅回路を構成し、他方の増幅回路４２及び抵抗Ｒ５〜Ｒ７は第２の反転増幅回路を構成している。１／２分圧回路４３は、上記電源電圧Ｖｂを１／２に分圧することにより中間電圧Ｖｂ／２（第２の中間電圧）を出力する。

【0023】

次に、このように構成された回転角検出装置１の作用効果について詳しく説明する。
この回転角検出装置１では、レゾルバ励磁装置２０のレゾルバ励磁信号生成部２２における逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号の生成処理が行われる。そして、この逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号がレゾルバ励磁装置２０からレゾルバ１０に出力されることによって、正弦関数信号及び余弦関数信号がレゾルバ１０からレゾルバ励磁装置２０に出力される。

【0024】

そして、この正弦関数信号及び余弦関数信号がレゾルバ励磁装置２０のレゾルバデジタル変換部２３で角度データに変換されてＭＰＵ３０に出力される。そして、ＭＰＵ３０は、上記角度データに基づいてモータをベクトル制御する。

【0025】

回転角検出装置１の全体的な動作は以上の通りであるが、レゾルバ励磁信号生成部２２における逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号の生成処理の詳細をさらに詳しく説明する。図２に示すように、演算増幅器４１の反転入力端子には、中間電圧Ｖｃｃ／２に直流バイアスされた正弦波信号が抵抗Ｒ２を介して入力される。一方、演算増幅器４１の非反転入力端子には、中間電圧Ｖｃｃ／２が抵抗Ｒ４を介して入力されると共に１／２分圧回路４３から出力される直流電圧Ｖｂ／２が抵抗Ｒ３を介して入力される。

【0026】

このような入力状態において、正弦波信号の直流バイアスつまり中間電圧Ｖｃｃ／２はキャンセルされ、新たな直流バイアスとして直流電圧Ｖｂ／２を有すると共に正弦波信号の位相が反転した逆相レゾルバ励磁信号が演算増幅器４１の出力端子から励磁コイルＬ１の一端に出力される（図３（ａ）参照）。

【0027】

また、このような逆相レゾルバ励磁信号は、抵抗Ｒ６を介して演算増幅器４２の反転入力端子に入力される。一方、演算増幅器４２の非反転入力端子には、１／２分圧回路４３から出力される直流電圧Ｖｂ／２が抵抗Ｒ７を介して入力される。このような入力状態において、直流バイアスとして直流電圧Ｖｂ／２を有すると共に逆相レゾルバ励磁信号の位相が反転した正相レゾルバ励磁信号が演算増幅器４２の出力端子から励磁コイルＬ１の他端に出力される（図３（ｂ）参照）。

【0028】

この結果として、励磁コイルＬ１の両端には、図３（ｃ）に示すように、正相レゾルバ励磁信号及び逆相レゾルバ励磁信号の差動電圧、つまり、正相レゾルバ励磁信号及び逆相レゾルバ励磁信号の各振幅の２倍の振幅を有する正弦波電圧が印加される。この結果、第１、第２出力コイルＬ２，Ｌ３から出力される正弦関数信号及び余弦関数信号は、振幅が大きなものとなり、よってノイズの影響が少なくなるのでロータ１１の回転角度の検出精度が向上する。

【0029】

このような回転角検出装置１によれば、レゾルバ励磁信号生成部２２において、第１の反転増幅回路で逆相レゾルバ励磁信号を生成し、また第１の反転増幅回路に直列接続されることにより逆相レゾルバ励磁信号を入力信号とする第２の反転増幅回路で正相レゾルバ励磁信号を生成するので、従来技術のようなインバータ回路が不要であり、よって部品点数を少なくして生産コストを抑制でき、かつ簡易に構成することができる。

【0030】

また、レゾルバ励磁信号生成部２２は、正弦波信号生成回路２１から入力された正弦波信号の直流バイアス（中間電圧Ｖｃｃ／２）をキャンセルし、自らの電源電圧Ｖｂの中間電圧Ｖｂ／２を直流バイアスとする正相レゾルバ励磁信号及び逆相レゾルバ励磁信号を生成するので、自らの電源電圧Ｖｂに対して最も大きな振幅の正相レゾルバ励磁信号及び逆相レゾルバ励磁信号を生成することができる。

【0031】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）例えば、図２に示したレゾルバ励磁信号生成部２２に代えて、図４に示すレゾルバ励磁信号生成部２２Ａを採用してもよい。すなわち、正弦波信号生成回路２１が生成する正弦波信号の直流バイアスは、正弦波信号生成回路２１の電源電圧Ｖｃｃの中間電圧Ｖｃｃ／２以外の場合が考えられる。正弦波信号が任意の直流電圧Ｖ１（好ましくは中間電圧Ｖｃｃ／２近傍の電圧）の場合には、正弦波信号生成回路２１から別途取り込む直流電圧（第２の直流電圧）も上記直流電圧Ｖ１と同一となる。

【0032】

（２）また、レゾルバ励磁信号生成部２２では、１／２分圧回路４３を直流電圧生成回路として備えることにより第１、第２の反転増幅回路から励磁コイルＬ１に出力される逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号の直流バイアスを電源電圧Ｖｂの中間電圧Ｖｂ／２に設定したが、１／２分圧回路４３に代えて、電源電圧Ｖｂを分圧比β（０＜β＜１）で分圧するβ分圧回路４３Ａを直流電圧生成回路として備えることにより、β分圧回路４３Ａが出力する直流電圧（第１の直流電圧）を逆相レゾルバ励磁信号及び正相レゾルバ励磁信号の直流バイアスとしてもよい。また、この場合であっても、分圧比βは１／２近傍の値、つまり直流バイアスは中間電圧Ｖｂ／２近傍の電圧が好ましい。

【0033】

（３）例えば、レゾルバデジタル変換部２３はレゾルバ励磁装置２０の必須構成要素ではなく、レゾルバデジタル変換部２３の機能を例えばＭＰＵ３０内に組み込んでもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ 回転角検出装置
１０ レゾルバ
１１ ロータ
２０ レゾルバ励磁装置
２１ 正弦波信号生成回路
２２ レゾルバ励磁信号生成部
４１，４２ 演算増幅器
４３ １／２分圧回路（直流電圧生成回路）
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗
Ｌ１ 励磁コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】