(57)【要約】【課題】格納するデータ量の増大を抑制しつつ角度分解能を向上させること。【解決手段】レゾルバから入力されるｓｉｎ相の信号をビットストリーム信号に変換する第１の変換手段と、該第１の変換手段の出力に、角度信号の余弦を時間配分比の決定された複数データとして乗算する第１の乗算手段と、該第１の乗算手段の出力をデジタル信号に復調する第１のデジタルフィルタと、前記レゾルバから入力されるｃｏｓ相の信号をビットストリーム信号に変換する第２の変換手段と、該第２の変換手段の出力に、前記角度信号の正弦を時間配分比の決定された複数データとして乗算する第２の乗算手段と、該第２の乗算手段の出力をデジタル信号に復調する第２のデジタルフィルタと、前記第１のデジタルフィルタ及び第２のデジタルフィルタの出力を用いてトラッキング方式により角度信号を決定し出力する角度信号決定手段と、を備えるレゾルバ・デジタル変換器。【選択図】図１
2010164451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバから入力されるｓｉｎ相の信号をビットストリーム信号に変換する第１の変換手段と、
該第１の変換手段の出力に、時間配分比の決定された複数データにより表現される角度信号の余弦を乗算する第１の乗算手段と、
該第１の乗算手段の出力をデジタル信号に変換する第１のデジタルフィルタと、
前記レゾルバから入力されるｃｏｓ相の信号をビットストリーム信号に変換する第２の変換手段と、
該第２の変換手段の出力に、時間配分比の決定された複数データにより表現される角度信号の正弦を乗算する第２の乗算手段と、
該第２の乗算手段の出力をデジタル信号に変換する第２のデジタルフィルタと、
前記第１のデジタルフィルタ及び第２のデジタルフィルタの出力を用いてトラッキング方式により角度信号を決定し出力する角度信号決定手段と、
を備えるレゾルバ・デジタル変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レゾルバから入力されるｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号に基づいて角度信号を出力するレゾルバ・デジタル変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非円形部分を有するロータとステータの間隔を磁気的方法により検出してロータの回転角を検出する可変リラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバが広く用いられている。可変リラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバでは、励磁用のコイルと検出用のコイルを、ロータの周方向に沿って並ぶようにステータに配置し、ロータとの距離変化に起因する磁気抵抗の変化を検出することによりロータの回転角を検出している。検出用コイルは、ロータの回転角のｓｉｎに比例した出力（ｓｉｎ相の信号）を得るように巻回されたｓｉｎ相の検出用コイル、及びロータの回転角のｃｏｓに比例した出力（ｃｏｓ相の信号）を得るように巻回されたｃｏｓ相の検出用コイルを含む。なお、本発明の適用対象は可変リラクタンス型（ＶＲ型）レゾルバに限られず、ｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号を出力する如何なるレゾルバにも適用可能である。
【０００３】
このように出力されるｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号は、レゾルバ・デジタル変換器によって角度信号に変換される。これに関連したアナログ信号のディジタル変換方法についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、回転角検出信号（上記ｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号）を乗算型Ｄ／Ａ変換器に導入し、ディジタル角度出力の余弦及び正弦と相互演算した後に同期検波して制御偏差を求めている。そして、制御偏差が値ゼロに近付くようにディジタル角度出力を決定している。係る方式は、トラッキング方式と称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５３９５７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、上記従来の方法では、ディジタル角度出力の余弦及び正弦をＲＯＭデータから読み出しており、３６０°の角度を４つに分けることにより、１０ビットのデータから１２ビットの角度分解能を得るものとしている。しかしながら、更に角度分解能を向上させることについての考慮がなされておらず、１ビット分解能を向上させるためにはデータ量が倍必要となる。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、格納するデータ量の増大を抑制しつつ角度分解能を向上させることが可能なレゾルバ・デジタル変換器を提供することを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
レゾルバから入力されるｓｉｎ相の信号をビットストリーム信号に変換する第１の変換手段と、
該第１の変換手段の出力に、時間配分比の決定された複数データにより表現される角度信号の余弦を乗算する第１の乗算手段と、
該第１の乗算手段の出力をデジタル信号に復調する第１のデジタルフィルタと、
前記レゾルバから入力されるｃｏｓ相の信号をビットストリーム信号に変換する第２の変換手段と、
該第２の変換手段の出力に、時間配分比の決定された複数データにより表現される角度信号の正弦を乗算する第２の乗算手段と、
該第２の乗算手段の出力をデジタル信号に復調する第２のデジタルフィルタと、
前記第１のデジタルフィルタ及び第２のデジタルフィルタの出力を用いてトラッキング方式により角度信号を決定し出力する角度信号決定手段と、
を備えるレゾルバ・デジタル変換器である。
【０００８】
この本発明の第１の態様によれば、時間配分比の決定された複数データにより表現される角度信号の正弦や余弦がデジタルフィルタで復調され、複数データ間で線形補完が行なわれたのと同様の結果となるため、格納するデータ量の増大を抑制しつつ角度分解能を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、格納するデータ量の増大を抑制しつつ角度分解能を向上させることが可能なレゾルバ・デジタル変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例に係るレゾルバ・デジタル変換器１のシステム構成例である。
【図２】デルタシグマ変調器１０及び２０に入力される信号の時間変化と、デルタシグマ変調器１０及び２０が出力するビットストリーム信号の時間変化を併せて示す図である。
【図３】データセレクタ１１Ｂがｃｏｓφを示す信号を出力する処理を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の一実施例に係るレゾルバ・デジタル変換器１について説明する。図１は、本発明の一実施例に係るレゾルバ・デジタル変換器１のシステム構成例である。レゾルバ・デジタル変換器１には、レゾルバ１００が接続される。レゾルバ・デジタル変換器１は、レゾルバ１００から入力されるｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号に基づいて角度信号φを出力する装置である。
【００１３】
まず、レゾルバ１００の構成及び機能について概説する。レゾルバ１００は、例えば可変リラクタンス型レゾルバであり、電動モータ等の回転体に取り付けられる。レゾルバ１００は、取り付けられた回転体と一体回転するロータと、ケース等に固定されて用いられるステータとを有する。ロータは、ベアリング等によってステータに相対回転自在に連結されている。ロータの外形輪郭線は、一定の径ではなく周期的に変化する径により画成される。ステータは、例えば珪素鋼板を積層して構成され、ロータの外周面に対向する円環状の形状となっており、ロータの回転中心とステータの中心が一致するようにロータと連結される。
【００１４】
ステータには、ロータに対向する側（内側）に、ロータの周方向に沿って並ぶステータコア（歯）が突出するように形成されている。それぞれのステータコアには、電源装置に接続された励磁用コイル、及び発生した磁気に対する磁束抵抗を電圧に変換してレゾルバ・デジタル変換器１に出力するための検出用コイルが巻回されており、これによって、複数の励磁用コイル及び複数の検出用コイルがロータの周方向に沿って並ぶコイル列が配置されている。各コイルには、励磁用コイル、及び検出用コイルが同心状に巻回されている。検出用コイルは、ロータの回転角をθとすると、ｓｉｎθに比例した出力（ｓｉｎ相の信号）を得るように巻回されたｓｉｎ相の検出用コイルと、ｃｏｓθに比例した出力（ｃｏｓ相の信号）を得るように巻回されたｃｏｓ相の検出用コイルを含む。励磁用コイルの両端には、例えば数［ｋＨｚ］、数［Ｖｐ―ｐ］程度の交流が入力される。ｓｉｎ相の検出用コイル、及びｃｏｓ相の検出用コイルは、それぞれがレゾルバ・デジタル変換器１の入力端子に接続される。
【００１５】
励磁用コイルが励磁されてそれに磁気が発生すると、検出用コイルが起電する。そして、外力等によってロータが回転すると、検出用コイルとロータとの間隔が周期的に変化し、これに伴って、磁束抵抗が変化して、検出用コイルに誘起される電圧が変化する。励磁用コイルの両端に印可される入力電圧をｆ（ｔ）とすると、ｓｉｎ相の検出用コイルの出力電圧ＥＳＩＮ−ＧＮＤは、次式（１）で、ｃｏｓ相の検出用コイルの出力電圧ＥＣＯＳ−ＧＮＤは、次式（２）で、それぞれ表される。Ｋは定数であり、α、βは位相差である。これらのパラメータは、励磁巻線数、出力巻線数、ロータとステータの形状や材質等によって決定される。また、入力電圧ｆ（ｔ）は、例えばＥｓｉｎωｔ等と表現される。
【００１６】
ＥＳＩＮ−ＧＮＤ＝Ｋｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）  …（１）
ＥＣＯＳ−ＧＮＤ＝Ｋｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）  …（２）
【００１７】
以下、これを前提として、レゾルバ・デジタル変換器１について説明する。図１に示す如く、レゾルバ・デジタル変換器１は、主要な構成として、デルタシグマ変調器１０及び２０と、ｃｏｓＲＯＭ１１Ａ及びデータセレクタ１１Ｂと、ｓｉｎＲＯＭ２１Ａ及びデータセレクタ２１Ｂと、乗算器１２及び２２と、デジタルフィルタ１３及び２３と、同期検波部１４及び２４と、減算器３０と、カウンタ回路３２と、検波信号生成部４０と、を備える。
【００１８】
デルタシグマ変調器１０には、ｓｉｎ相の信号ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）が、デルタシグマ変調器２０には、ｃｏｓ相の信号ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）が、それぞれ入力される。なお、以下、前述の定数Ｋを省略する。また、デジタルデータを｛…｝で表し、ビットストリームデータを［…］で表すこととする。
【００１９】
デルタシグマ変調器１０及び２０は、入力された信号をパルス密度変調し、それぞれ１ビットのビットストリーム信号［ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）］、［ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）］に変換する。図２は、デルタシグマ変調器１０及び２０に入力される信号の時間変化と、デルタシグマ変調器１０及び２０が出力するビットストリーム信号の時間変化を併せて示す図である。図示する如く、パルス密度変調が行なわれると、入力信号値が高くなる程、Ｈｉ信号の密度が高くなり、入力信号値が低くなる程、Ｌｏ信号の密度が高くなる。
【００２０】
以下の構成は、デルタシグマ変調器１０及び２０の出力を用いてトラッキング方式により角度信号を決定するためのものである。
【００２１】
デルタシグマ変調器１０の出力信号［ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）］は、乗算器１２によってデータセレクタ１１Ｂの出力と乗算される。データセレクタ１１Ｂには、カウンタ回路３２が出力する角度信号φ、及びデルタシグマ変調器１０が出力するビットストリーム信号が入力されており、ｃｏｓＲＯＭ１１Ａに記憶されたｃｏｓテーブルを参照してｃｏｓφを示す信号を出力する。
【００２２】
本実施例において、ｃｏｓＲＯＭ１１Ａに記憶されたｃｏｓテーブルは、例えば１０ビットのラベルデータと、そのラベルデータに対応するｃｏｓ角の組み合わせとして格納されている。そして、カウンタ回路３２が出力する角度信号φは、ｃｏｓテーブルのラベルデータよりもビット数が大きくなっている（例えば１２ビットとする）。データセレクタ１１Ｂは、角度信号φに含まれる上位１０ビットの値をｃｏｓテーブルの検索値として用い、下位２ビットをｃｏｓテーブルから検索されたｃｏｓ角の時間配分比として用いる。
【００２３】
図３は、データセレクタ１１Ｂがｃｏｓφを示す信号を出力する処理を説明するための説明図である。データセレクタ１１Ｂは、まず、角度信号φに含まれる上位１０ビットの値（データＡ）、及びこれに１を加算した値（データＢ；１を減算した値でも構わない）に相当する値をｃｏｓテーブルから読み出す。そして、データＡとデータＢを角度信号φに含まれる下位２ビットの値が示す時間配分比で乗算器１２に出力する。時間配分比は、例えばデルタシグマ変調器１０が出力するビットストリーム信号の１クロックを１回とカウントし、データＡを何回出力した後にデータＢを何回出力する等と定めることにより実現される。図３の例で説明すると、下位２ビットが「０１」であれば、使用データ比が「ＡＡＡＢ」となるため、データＡを３回出力した後にデータＢを１回出力することになる。
【００２４】
従って、乗算器１２は、時間配分比でデータが選択された多ビットのビットストリーム信号［ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）］を出力する。
【００２５】
デジタルフィルタ１３は、乗算器１２の出力について移動平均を求める等の手法を適用し、乗算器１２の出力［ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）］をデジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝に復調する。
【００２６】
時間配分比で制御されたビットストリーム信号を移動平均等の手法で復調することにより、角度信号φに含まれる下位２ビットの値が示す比率でデータＡとデータＢの線形補完（linear  interpolation）が行なわれたのと同様の結果が得られる。従って、１０ビットのデータから１２ビットの角度分解能を得ることができる。また、角度信号φに含まれる下位ビット数を大きくすれば、ｃｏｓＲＯＭ１１Ａに記憶されたｃｏｓテーブルのサイズを大きくすることなく、更に角度分解能を向上させることも可能となる。
【００２７】
一方、デルタシグマ変調器２０の出力信号［ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）］は、乗算器２２によってデータセレクタ２１Ｂの出力と乗算される。データセレクタ２１Ｂには、カウンタ回路３２が出力する角度信号φ、及びデルタシグマ変調器２０が出力するビットストリーム信号が入力されており、ｓｉｎＲＯＭ２１Ａに記憶されたｓｉｎテーブルを参照してｓｉｎφを示す信号を出力する。
【００２８】
ｓｉｎＲＯＭ２１Ａに記憶されたｓｉｎテーブルは、ｃｏｓＲＯＭ１１Ａに記憶されたｃｏｓテーブルと同様、例えば１０ビットのラベルデータと、そのラベルデータに対応するｓｉｎ角の組み合わせとして格納されている。そして、カウンタ回路３２が出力する角度信号φは、ｓｉｎテーブルのラベルデータよりもビット数が大きくなっている（例えば１２ビットとする）。データセレクタ２１Ｂは、角度信号φに含まれる上位１０ビットの値をｓｉｎテーブルの検索値として用い、下位２ビットをｓｉｎテーブルから検索されたｓｉｎ角の時間配分比として用いる。
【００２９】
データセレクタ２１Ｂは、図３を用いて説明したデータセレクタ１１Ｂの処理と同様の処理を行なって、ｓｉｎφを示す信号を出力する。データセレクタ２１Ｂは、まず、角度信号φに含まれる上位１０ビットの値（データＡ）、及びこれに１を加算した値（データＢ；１を減算した値でも構わない）に相当する値をｓｉｎテーブルから読み出す。そして、データＡとデータＢを角度信号φに含まれる下位２ビットの値が示す時間配分比で乗算器１２に出力する。時間配分比は、例えばデルタシグマ変調器２０が出力するビットストリーム信号の１クロックを１回とカウントし、データＡを何回出力した後にデータＢを何回出力する等と定めることにより実現される。
【００３０】
従って、乗算器２２は、時間配分比でデータが選択された多ビットのビットストリーム信号［ｓｉｎφ・ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）］を出力する。
【００３１】
デジタルフィルタ２３は、乗算器２２の出力について移動平均を求める等の手法を適用し、乗算器１２の出力［ｓｉｎφ・ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）］をデジタルデータ｛ｓｉｎφ・ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）｝に復調する。
【００３２】
時間配分比で制御されたビットストリーム信号を移動平均等の手法で復調することにより、角度信号φに含まれる下位２ビットの値が示す比率でデータＡとデータＢの線形補完（linear  interpolation）が行なわれたのと同様の結果が得られる。従って、１０ビットのデータから１２ビットの角度分解能を得ることができる。また、角度信号φに含まれる下位ビット数を大きくすれば、ｓｉｎＲＯＭ２１Ａに記憶されたｓｉｎテーブルのサイズを大きくすることなく、更に角度分解能を向上させることも可能となる。
【００３３】
同期検波部１４は、デジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝を、検波信号生成部４０から入力される参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝で除してレゾルバ１００の励磁成分を近似的に除去し、減算器３０に出力する。同様に、同期検波部２４は、デジタルデータ｛ｓｉｎφ・ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）｝を、検波信号生成部４０から入力される参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝で除してレゾルバ１００の励磁成分を近似的に除去し、減算器３０に出力する。参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝は、例えば値Ｘと値−Ｘの２値信号である。本来は、デジタルデータを正弦波で除してレゾルバ１００の励磁成分を除去するのであるが、正弦波の正の部分を値Ｘ（Ｈｉ信号）で、負の部分を値−Ｘ（Ｌｏ信号）で置換しても、近似的に励磁成分を除去することができる。なお、値Ｘは、例えば正弦波のゼロ〜πまでの積分値を期間πで除した値を用いることができる。
【００３４】
減算器３０では、同期検波部１４及び２４の出力の差分を演算し、制御偏差ε＝ｓｉｎ（θ−φ）を出力する。
【００３５】
カウンタ回路３２では、制御偏差εが値ゼロに近付くように、角度信号φを増減変更する。なお、この角度信号φの制御においては、比例成分、積分成分、一時遅れ成分等が考慮されてよい。
【００３６】
以上説明した本実施例のレゾルバ・デジタル変換器１によれば、ｃｏｓＲＯＭ１１ＡやｓｉｎＲＯＭ２１Ａに格納するデータ量の増大を抑制しつつ、角度分解能を向上させることができる。
【００３７】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  レゾルバ・デジタル変換器
１０、２０  デルタシグマ変調器
１１Ａ  ｃｏｓＲＯＭ
１１Ｂ、２１Ｂ  データセレクタ
２１Ａ  ｓｉｎＲＯＭ
１２、２２  乗算器
１３、２３  デジタルフィルタ
１４、２４  同期検波部
３０  減算器
３２  カウンタ回路
４０  検波信号生成部
１００  レゾルバ
【図１】
2010164451.tif 000003
【図３】
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【図２】
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