(57)【要約】【課題】従来のポテンショメータは、摺動接触子を使用しているので、接触不良の発生自体を防ぐことができず、センサとしての信頼性が低下している。【解決手段】本発明によるポテンショメータは、レゾルバ１００と励磁信号生成回路２００とに信号処理回路３００が接続されており、この信号処理回路３００が、励磁信号生成回路２００からの励磁信号２００ａを用いて、レゾルバ１００からの第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂの搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを生成する構成である。【選択図】図１
2010203952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の励磁信号（２００ａ）を出力する励磁信号生成回路（２００）と、
前記励磁信号生成回路（２００）に接続され、前記励磁信号（２００ａ）から第１及び第２レゾルバ信号（１００ａ，１００ｂ）を生成するレゾルバ（１００）と、
前記励磁信号生成回路（２００）と前記レゾルバ（１００）とに接続され、前記励磁信号（２００ａ）を用いて前記第１及び第２レゾルバ信号（１００ａ，１００ｂ）の搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力（３００ａ，３００ｂ）を生成する信号処理回路（３００）と
を備えていることを特徴とするポテンショメータ。
【請求項２】
前記信号処理回路（３００）に接続され、前記第１及び第２ポテンショメータ出力（３００ａ，３００ｂ）をそれぞれ二乗した後に合算し二乗和信号（４１０ａ）を生成する二乗和処理部（４１０）と、
前記二乗和処理部（４１０）に接続され、前記二乗和信号（４１０ａ）と基準電圧（４３０ａ）との偏差（４２０ａ）を出力する比較部（４２０）と
をさらに備え、
前記励磁信号生成回路（２００）は、前記比較部（４２０）から出力される前記偏差（４２０ａ）に応じて前記励磁信号（２００ａ）の電圧レベルを変更し、前記第１及び第２ポテンショメータ出力（３００ａ，３００ｂ）を安定させることを特徴とする請求項１記載のポテンショメータ。
【請求項３】
前記励磁信号生成回路（２００）に接続され、前記励磁信号（２００ａ）の電圧レベルを監視するとともに、該電圧レベルが基準変動範囲から外れた際に異常検出信号（５００ａ）を出力する電圧監視回路（５００）
をさらに備えていることを特徴とする請求項２記載のポテンショメータ。
【請求項４】
前記信号処理回路（３００）は、
前記励磁信号生成回路（２００）に接続され、前記第１及び第２レゾルバ信号（１００ａ，１００ｂ）の搬送波成分の位相と合致するように、前記励磁信号（２００ａ）の位相をずらす位相調整部（３０１）と、
前記位相調整部（３０１）に接続され、前記位相調整部（３０１）の出力（３０１ａ）を２値のデジタル信号である整流用信号（３０２ａ）に変換するコンパレータ（３０２）と、
前記レゾルバ（１００）に接続され、前記第１レゾルバ信号（１００ａ）を増幅する第１ゲイン増幅部（３０３）と、
前記第１ゲイン増幅部（３０３）と前記コンパレータ（３０２）とに接続され、前記第１ゲイン増幅部（３０３）の出力（３０３ａ）の搬送波成分を前記整流用信号（３０２ａ）で同期整流する第１同期整流部（３０４）と、
前記第１同期整流部（３０４）に接続され、前記第１同期整流部（３０４）の出力（３０４ａ）を平滑化して第１ポテンショメータ出力（３００ａ）を生成する第１フィルタ（３０５）と、
前記レゾルバ（１００）に接続され、前記第２レゾルバ信号（１００ｂ）を増幅する第２ゲイン増幅部（３０７）と、
前記第２ゲイン増幅部（３０７）と前記コンパレータ（３０２）とに接続され、前記第２ゲイン増幅部（３０７）の出力（３０７ａ）の搬送波成分を前記整流用信号（３０２ａ）で同期整流する第２同期整流部（３０８）と、
前記第２同期整流部（３０８）に接続され、前記第２同期整流部（３０８）の出力（３０８ａ）を平滑化して第２ポテンショメータ出力（３００ｂ）を生成する第２フィルタ（３０９）と
を有していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポテンショメータに関し、特に、励磁信号を用いてレゾルバからの第１及び第２レゾルバ信号の搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力を生成するように構成することで、摺動接触子の使用を回避でき、センサとしての信頼性を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種のポテンショメータは、以下の特許文献１等に示されている。図４は、従来のポテンショメータを示すブロック図である。図において、符号１０で示されるものはポテンショメータ本体であり、このポテンショメータ本体１０は、周知のように、回転軸１１に連結された回転体（図示せず）と、この回転体に摺動接触するように設けられた一対の摺動接触子（図示せず）とを内蔵している。ポテンショメータ本体１０には、ＤＣ電圧源１２が接続されており、ポテンショメータ本体１０は、回転軸１１の回転位置に応じて９０°の位相差で電圧レベルが変動する第１ポテンショメータ出力１０ａ（ｃｏｓ信号）と第２ポテンショメータ出力１０ｂ（ｓｉｎ信号）とを出力する。
【０００３】
ここで、摺動接触子を用いたポテンショメータでは、振動や衝撃により接触不良が発生するので、接触不良を検出するために接触不良検出回路２０が必須となる。接触不良検出回路２０には、二乗和処理部２１、比較部２２、及び基準電圧源２３が設けられており、二乗和処理部２１は、第１及び第２ポテンショメータ出力１０ａ，１０ｂをそれぞれ二乗した後に合算することで二乗和信号２１ａを生成する。この二乗和信号２１ａは、第１及び第２ポテンショメータ出力１０ａ，１０ｂがｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号に相当するので、接触不良が発生していなければ常に一定レベルの信号となる。比較部２２は、基準電圧源２３からの基準電圧２３ａと二乗和信号２１ａとの比較結果から接触不良を検出し、接触不良を検出した際に異常検出信号２２ａを出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１８００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来のポテンショメータでは、接触不良検出回路２０により接触不良を検出することができるが、やはり摺動接触子を使用しているので、接触不良の発生自体を防ぐことができず、センサとしての信頼性が低下している。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、摺動接触子の使用を回避でき、センサとしての信頼性を向上できるポテンショメータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るポテンショメータは、高周波の励磁信号を出力する励磁信号生成回路と、前記励磁信号生成回路に接続され、前記励磁信号から第１及び第２レゾルバ信号を生成するレゾルバと、前記励磁信号生成回路と前記レゾルバとに接続され、前記励磁信号を用いて前記第１及び第２レゾルバ信号の搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力を生成する信号処理回路とを備える。
また、前記信号処理回路に接続され、前記第１及び第２ポテンショメータ出力をそれぞれ二乗した後に合算し二乗和信号を生成する二乗和処理部と、前記二乗和処理部に接続され、前記二乗和信号と基準電圧との偏差を出力する比較部とをさらに備え、前記励磁信号生成回路は、前記比較部から出力される前記偏差に応じて前記励磁信号の電圧レベルを変更し、前記第１及び第２ポテンショメータ出力を安定させる。
また、前記励磁信号生成回路に接続され、前記励磁信号の電圧レベルを監視するとともに、該電圧レベルが基準変動範囲から外れた際に異常検出信号を出力する電圧監視回路をさらに備える。
また、前記信号処理回路は、前記励磁信号生成回路に接続され、前記第１及び第２レゾルバ信号の搬送波成分の位相と合致するように、前記励磁信号の位相をずらす位相調整部と、前記位相調整部に接続され、前記位相調整部の出力を２値のデジタル信号である整流用信号に変換するコンパレータと、前記レゾルバに接続され、前記第１レゾルバ信号を増幅する第１ゲイン増幅部と、前記第１ゲイン増幅部と前記コンパレータとに接続され、前記第１ゲイン増幅部の出力の搬送波成分を前記整流用信号で同期整流する第１同期整流部と、前記第１同期整流部に接続され、前記第１同期整流部の出力を平滑化して第１ポテンショメータ出力を生成する第１フィルタと、前記レゾルバに接続され、前記第２レゾルバ信号を増幅する第２ゲイン増幅部と、前記第２ゲイン増幅部と前記コンパレータとに接続され、前記第２ゲイン増幅部の出力の搬送波成分を前記整流用信号で同期整流する第２同期整流部と、前記第２同期整流部に接続され、前記第２同期整流部の出力を平滑化して第２ポテンショメータ出力を生成する第２フィルタとを有している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のポテンショメータによれば、信号処理回路は、励磁信号を用いてレゾルバからの第１及び第２レゾルバ信号の搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力を生成するので、摺動接触子の使用を回避でき、センサとしての信頼性を向上できる。
また、励磁信号生成回路は、比較部から出力される偏差に応じて励磁信号の電圧レベルを変更し、前記第１及び第２ポテンショメータ出力を安定させるので、第１及び第２ポテンショメータ出力の絶対電圧レベルがレゾルバの特性により変動することを回避でき、センサとしての信頼性をさらに向上できる。
また、電圧監視回路は、励磁信号の電圧レベルが基準変動範囲から外れた際に異常検出信号を出力するので、断線などの異常状態を検出でき、センサとしての信頼性をさらに向上できる。
また、信号処理回路は、位相調整部と、コンパレータと、第１及び第２ゲイン増幅部と、第１及び第２同期整流部と、第１及び第２フィルタとを有するので、より確実に第１及び第２レゾルバ信号から第１及び第２ポテンショメータ出力を生成でき、センサとしての信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるポテンショメータを示すブロック図である。
【図２】図１のポテンショメータ内での信号を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるポテンショメータを示すブロック図である。
【図４】従来のポテンショメータを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるポテンショメータを示すブロック図であり、図２は、図１のポテンショメータ内での信号を示す説明図である。図１において、符号１００で示されるものはレゾルバであり、このレゾルバ１００は、周知のように、回転軸１０１に連結されたロータ（図示せず）と、このロータの外方に配置されたステータ（図示せず）とを含んでいる。レゾルバ１００には、励磁信号生成回路２００と信号処理回路３００とが接続されている。
【００１１】
励磁信号生成回路２００は、レゾルバ１００に励磁信号２００ａを入力するための回路であり、発信部２１０と励磁アンプ２２０とを有している。発信部２１０は、例えば１０ｋＨｚ等の高周波信号２１０ａを出力し、励磁アンプ２２０は高周波信号２１０ａを増幅することで図２の（ａ）に示す励磁信号２００ａ（Ｖｒｅｆ・ｓｉｎωｔ）を生成する。
【００１２】
周知のように、レゾルバ１００は、励磁信号２００ａから第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂを生成する。具体的に説明すると、レゾルバ１００のステータには励磁巻線（図示せず）と出力巻線（図示せず）とが設けられており、励磁巻線に励磁信号２００ａが入力されることで出力巻線が励磁される。出力巻線からは、励磁信号２００ａを搬送波として、ロータの回転位置に応じて９０°の位相差で電圧レベルが変動する第１レゾルバ信号１００ａ（ｃｏｓ信号：（Ｖｒｅｆ×Ｋ）・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α））と第２レゾルバ信号１００ｂ（ｓｉｎ信号：（Ｖｒｅｆ×Ｋ）・ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α））とが出力される（但し、Ｋはレゾルバ変圧率、θはロータの回転位置、αは励磁信号２００ａに対する位相ずれ）。図２の（ｄ）に示すレゾルバ信号１００ａ，１００ｂは、時間軸で表されており、レゾルバ信号１００ａ，１００ｂの搬送波成分が示されている。
【００１３】
第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂは、励磁信号２００ａを搬送波成分として含んでいるので、そのままでは、回転位置に応じて電圧レベルが変動するＤＣ信号であるポテンショメータ出力（図４参照）として使用できない。信号処理回路３００は、励磁信号２００ａを用いて第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂの搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを生成する。
【００１４】
信号処理回路３００は、位相調整部３０１、コンパレータ３０２、第１ゲイン増幅部３０３、第１同期整流部３０４、第１フィルタ３０５、第１バッファ３０６、第２ゲイン増幅部３０７、第２同期整流部３０８、第２フィルタ３０９、及び第２バッファ３１０を有している。
【００１５】
位相調整部３０１は、励磁信号生成回路２００に接続されており、第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂの搬送波成分の位相と合致するように、励磁信号２００ａの位相をずらす（図２の（ｂ）参照）。これは、レゾルバ１００の特性として、レゾルバ信号１００ａ，１００ｂが励磁信号２００ａに対する位相ずれαを含み、この位相ずれに合致させなければ、励磁信号２００ａを同期整流に使用できないためである。コンパレータ３０２は、位相調整部３０１に接続され、位相調整部３０１の出力３０１ａを２値のデジタル信号である整流用信号３０２ａに変換する（図２の（ｃ）参照）。
【００１６】
第１ゲイン増幅部３０３、第１同期整流部３０４、第１フィルタ３０５、及び第１バッファ３０６は、第１レゾルバ信号１００ａから第１ポテンショメータ出力３００ａを生成するものである。
【００１７】
すなわち、第１ゲイン増幅部３０３は、レゾルバ１００に接続されており、第１レゾルバ信号１００ａを増幅する。第１同期整流部３０４は、第１ゲイン増幅部３０３とコンパレータ３０２とに接続されており、第１ゲイン増幅部３０３の出力３０３ａの搬送波成分を整流用信号３０２ａで同期整流する（図２の（ｅ）参照）。すなわち、第１同期整流部３０４は、整流用信号３０２ａに基づいてレゾルバ信号１００ａの搬送波成分を全波整流する。第１フィルタ３０５は、第１同期整流部３０４に接続されており、第１同期整流部３０４の出力３０４ａを平滑化して第１ポテンショメータ出力３００ａを生成する（図２の（ｆ）参照）。第１バッファ３０６は、第１ポテンショメータ出力３００ａを増幅するものであり、必要に応じて設けられる。
【００１８】
同様に、第２ゲイン増幅部３０７、第２同期整流部３０８、第２フィルタ３０９、及び第２バッファ３１０は、第２レゾルバ信号１００ｂから第２ポテンショメータ出力３００ｂを生成するものである。
【００１９】
すなわち、第２ゲイン増幅部３０７は、レゾルバ１００に接続されており、第２レゾルバ信号１００ｂを増幅する。第２同期整流部３０８は、第２ゲイン増幅部３０７とコンパレータ３０２とに接続されており、第２ゲイン増幅部３０７の出力３０７ａの搬送波成分を整流用信号３０２ａで同期整流する。第２フィルタ３０９は、第２同期整流部３０８に接続されており、第２同期整流部３０８の出力３０８ａを平滑化して第２ポテンショメータ出力３００ａを生成する。第２バッファ３１０は、第２ポテンショメータ出力３００ｂを増幅するものであり、必要に応じて設けられる。
【００２０】
このようなポテンショメータでは、信号処理回路３００は、励磁信号２００ａを用いてレゾルバ１００からの第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂの搬送波成分を同期整流するとともに平滑化して第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを生成するので、摺動接触子の使用を回避でき、センサとしての信頼性を向上できる。特に、レゾルバ１００は、車載分野で実績があり、センサとしての信頼性を確実に向上できる。
【００２１】
また、信号処理回路３００は、位相調整部３０１と、コンパレータ３０２と、第１及び第２ゲイン増幅部３０３，３０７と、第１及び第２同期整流部３０４，３０８と、第１及び第２フィルタ３０５，３０９とを有するので、より確実に第１及び第２レゾルバ信号１００ａ，１００ｂから第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを生成でき、センサとしての信頼性を向上できる。
【００２２】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるポテンショメータを示すブロック図である。なお、実施の形態１のポテンショメータと同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。周知のように、レゾルバ１００は、変圧比のばらつき、温度ドリフト、及び位相ずれのバラツキを含むので、第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂの相対電圧比は変化しないが、その絶対電圧は変化する可能性がある。この実施の形態２のポテンショメータでは、第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂの絶対電圧を安定化するためにＡＧＣ回路４００が設けられている。
【００２３】
ＡＧＣ回路４００には、二乗和処理部４１０と、比較部４２０と、基準電圧源４３０とが設けられている。二乗和処理部４１０は、第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂをそれぞれ二乗した後に合算することで二乗和信号４１０ａを生成する。第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂがｃｏｓ信号及びｓｉｎ信号に相当するので、二乗和信号４１０ａは常に一定レベルの信号となる。比較部４２０は、基準電圧源４３０からの基準電圧４３０ａと二乗和信号４１０ａとの偏差４２０ａを出力する。この偏差４２０ａは、前述した変圧比のばらつき等によるポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂの変動の大きさを示している。
【００２４】
励磁信号生成回路２００は、比較部４２０から出力される偏差４２０ａに応じて励磁信号２００ａの電圧レベルを変更し、第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを安定させる。具体的には、偏差４２０ａをΔとした場合に、発信部２１０が（１±Δ）ｓｉｎωｔの高周波信号２１０ａを出力し、励磁アンプ２２０が高周波信号２１０ａを増幅することにより、Ｖｒｅｆ・（１±Δ）ｓｉｎωｔの励磁信号２００ａが生成される。第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂの電圧レベルは、励磁信号２００ａの電圧レベルの変動に連動される。すなわち、ＡＧＣ回路４００が追加されることで、偏差４２０ａが０となるように動作するフィードバックループが形成される。
【００２５】
このフィードバックループは、断線等の異常状態をも吸収するように動作するので、断線等の異常状態を検出できる手段が設けられることが好ましい。変圧比のばらつき、温度ドリフト、及び位相ずれのバラツキによる励磁信号２００ａの変動範囲は予め想定することができるが、断線等の異常状態ではその変動範囲を外れた励磁信号２００ａが出力される。この実施の形態２のポテンショメータでは、励磁信号生成回路２００に電圧監視回路５００が接続されており、電圧監視回路５００は、励磁信号２００ａの電圧レベルが所定の基準変動範囲から外れた際に、断線等の異常状態が発生したことを検出し異常検出信号５００ａを出力する。
【００２６】
このようなポテンショメータでは、励磁信号生成回路２００は、比較部４２０から出力される偏差４２０ａに応じて励磁信号２００ａの電圧レベルを変更し、前記第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂを安定させるので、第１及び第２ポテンショメータ出力３００ａ，３００ｂの絶対電圧レベルがレゾルバ１００の特性により変動することを回避でき、センサとしての信頼性をさらに向上できる。
【００２７】
また、電圧監視回路５００は、励磁信号２００ａの電圧レベルが基準変動範囲から外れた際に異常検出信号５００ａを出力するので、断線などの異常状態を検出でき、センサとしての信頼性をさらに向上できる。
【符号の説明】
【００２８】
１００  レゾルバ
１００ａ，１００ｂ  第１及び第２レゾルバ信号
２００  励磁信号生成回路
２００ａ  励磁信号
３００  信号処理回路
３００ａ，３００ｂ  第１及び第２ポテンショメータ出力
３０１  位相調整部
３０２  コンパレータ
３０２ａ  整流用信号
３０３  第１ゲイン増幅部
３０４  第１同期整流部
３０５  第１フィルタ
３０６  第１バッファ
３０７  第２ゲイン増幅部
３０８  第２同期整流部
３０９  第２フィルタ
３１０  第２バッファ
４１０  二乗和処理部
４１０ａ  二乗和信号
４２０  比較部
４２０ａ  偏差
４３０ａ  基準電圧
５００  電圧監視回路
５００ａ  異常検出信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010203952.tif 000005
【図４】
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