(57)【要約】【課題】検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なうことが可能なレゾルバ・デジタル変換器を提供すること。【解決手段】レゾルバからのｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号が入力されるスイッチトキャパシタフィルタと、該スイッチトキャパシタフィルタの出力を演算処理して角度信号を出力する演算処理手段と、前記レゾルバを励磁する励磁信号が入力されるＰＬＬ（Phase-Locked  Loop）回路と、を備え、前記スイッチトキャパシタは、前記ＰＬＬ回路が有するＶＣＯ（Voltage-Controlled  Oscillator）によって駆動されることを特徴とする、レゾルバ・デジタル変換器。【選択図】図１
2010164449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバからのｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号が入力されるスイッチトキャパシタフィルタと、
該スイッチトキャパシタフィルタの出力を演算処理して角度信号を出力する演算処理手段と、
前記レゾルバを励磁する励磁信号が入力されるＰＬＬ（Phase-Locked  Loop）回路と、を備え、
前記スイッチトキャパシタは、前記ＰＬＬ回路が有するＶＣＯ（Voltage-Controlled  Oscillator）によって駆動されることを特徴とする、
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（トラッキング方式）。
【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、レゾルバ・デジタル変換器においては、入力信号をフィルタ処理してノイズを除去することが望ましい。ところが、フィルタ処理による信号の位相ズレが大きくなる場合があり、これによって検出角度に誤差を生じる場合があるため、急峻なフィルタを挿入するのではなく、信号振幅を十分なものとするためにレゾルバの励磁信号振幅を大きくしたり、励磁信号生成回路の電源電圧や検出回路の電源電圧を大きくして回路のダイナミックレンジを広げたりする必要が生じる。
【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、検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なう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一態様は、
レゾルバからのｓｉｎ相の信号とｃｏｓ相の信号が入力されるスイッチトキャパシタフィルタと、
該スイッチトキャパシタフィルタの出力を演算処理して角度信号を出力する演算処理手段と、
前記レゾルバを励磁する励磁信号が入力されるＰＬＬ（Phase-Locked  Loop）回路と、を備え、
前記スイッチトキャパシタは、前記ＰＬＬ回路が有するＶＣＯ（Voltage-Controlled  Oscillator）によって駆動されることを特徴とする、
レゾルバ・デジタル変換器である。
【０００８】
この本発明の一態様によれば、レゾルバを励磁する励磁信号に同期した信号でスイッチトキャパシタフィルタが駆動されるため、スイッチトキャパシタフィルタにおけるカットオフ周波数が励磁信号の変動に追従することとなる。この結果、検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なうことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なう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。
【図２】ＰＬＬ回路５の回路構成例である。
【図３】スイッチトキャパシタフィルタ６及び７の回路構成例、及びこれと等価な回路構成を示す図である。
【図４】単純なスイッチトキャパシタの回路構成、及びこれと等価な回路構成を示す図である。
【図５】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６】検波信号生成部４０が参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝を生成する際の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。Ｅは定数である。
【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、ＰＬＬ回路５と、スイッチトキャパシタフィルタ６及び７と、デルタシグマ変調器１０及び２０と、ｃｏｓＲＯＭ１１と、ｓｉｎＲＯＭ２１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】
図２は、ＰＬＬ回路５の回路構成例である。ＰＬＬ回路５は、位相比較器５Ａと、ローパスフィルタ５Ｂと、ＶＣＯ（Voltage-Controlled  Oscillator）５Ｃと、分周器５Ｄとを有する。位相比較器５Ａには、レゾルバ１００の励磁信号ｓｉｎωｔと（以下、定数Ｅ及びＫを省略する）、ＶＣＯ５Ｃから分周器５Ｄを介してフィードバック入力される信号が入力され、これらの信号の位相差に基づく電圧信号をローパスフィルタ５Ｂに出力する。ＶＣＯ５Ｃは、ローパスフィルタ５Ｂから入力される電圧信号によって周波数が決定されるパルス信号を出力する。分周器５Ｄは、例えばプログラマブルカウンターを有し、入力された周波数をＮ分割（Nは整数または分数）して出力する。係る構成によってＰＬＬ回路５は、レゾルバ１００の励磁信号ｓｉｎωｔの周波数ωのＮ倍の周波数Ｎωを有する信号を出力する。なお、Ｎ＝１の場合は分周器５Ｄが不要となる。ＶＣＯ５Ｃの出力信号は、スイッチトキャパシタフィルタ６及び７に出力され、これらを駆動する。
【００１９】
スイッチトキャパシタフィルタ６には、ｓｉｎ相の信号ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）が、スイッチトキャパシタフィルタ７には、ｃｏｓ相の信号ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）が、それぞれ入力され、フィルタ処理を行なう。
【００２０】
図３（Ａ）は、スイッチトキャパシタフィルタ６及び７の回路構成例であり、図３（Ｂ）は、これと等価な回路構成を示す図である。
【００２１】
ここで、スイッチトキャパシタフィルタの働きについて説明する。図４（Ａ）は、単純なスイッチトキャパシタの回路構成であり、図４（Ｂ）は、これと等価な回路構成を示す図である。図示する如く、スイッチトキャパシタは、スイッチング周波数をｆ、キャパシタの容量をＣとすると、抵抗値１／（ｆ・Ｃ）の可変抵抗と等価である。これを図３（Ａ）のスイッチトキャパシタフィルタ５及び６に適用すると、次式（３）によりスイッチトキャパシタフィルタ５及び６のカットオフ周波数Ｆｃが求められる。
【００２２】
Ｆｃ＝１／（２π・Ｃ２・Ｒ）＝（ｆ・Ｃ１）／（２π・Ｃ２）  …（３）
【００２３】
上式（３）で示す如く、カットオフ周波数Ｆｃは、スイッチング周波数ｆ、及びキャパシタの容量比で決定される。従って、スイッチング周波数ｆをレゾルバ１００の励磁信号ｓｉｎωｔと同期させる（比例させる）ことにより、励磁信号ｓｉｎωｔがバラツキを生じても、カットオフ周波数Ｆｃがバラツキに追従することとなる。この結果、フィルタ処理による信号のゲインの変動や位相ズレが生じるのを防止することができる。すなわち、検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なうことができる。
【００２４】
また、スイッチトキャパシタフィルタ５及び６で用いられるキャパシタは、通常、半導体集積回路（ＩＣ）として構成され、絶対値のバラツキは大きいが、相対比精度が良いという特性を有するため、２つのキャパシタを用いることにより、フィルタ特性のバラツキを抑制することができる。
【００２５】
デルタシグマ変調器１０には、スイッチトキャパシタフィルタ６を介したｓｉｎ相の信号ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）が、デルタシグマ変調器２０には、スイッチトキャパシタフィルタ７を介したｃｏｓ相の信号ｃｏｓθ・ｆ（ｔ＋β）が、それぞれ入力される。以下、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。
【００２６】
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５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。
【００２７】
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ｃｏｓＲＯＭ１１の出力と乗算される。ｃｏｓＲＯＭ１１には、カウンタ回路３２が出力する角度信号φがフィードバック入力されており、ＲＯＭ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。従って、乗算器１２は、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。
【００２８】
また、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ｓｉｎＲＯＭ２１の出力と乗算される。ｓｉｎＲＯＭ２１には、カウンタ回路３２が出力する角度信号φがフィードバック入力されており、ＲＯＭ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。従って、乗算器２２は、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。
【００２９】
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。同様に、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２２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。
【００３０】
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。
【００３１】
図６は、検波信号生成部４０が参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝を生成する際の処理を説明するための説明図である。なお、参照データ｛Ｆ（ｔ＋β）｝を生成する際の処理も同様に行なわれる。
【００３２】
検波信号生成部４０は、入力された励磁信号｛ｆ（ｔ）｝に基づいて励磁信号クロックを生成する。そして、デジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝を平準化した平準化信号を生成し、デジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝と平準化信号がクロスする点で立ち上がる又は立ち下がるように参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝を生成する。
【００３３】
参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝の立ち上がりと立ち下がりは、励磁信号クロックに基づいて決定する。例えば、励磁信号クロックの立ち下がりを含む区間（図中Ａ）と、立ち上がりを含む区間（図中Ｂ）を区別して設定し、励磁信号クロックの立ち下がりを含む区間でデジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝と平準化信号がクロスする場合、当該クロス点で参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝が立ち下がるものとする。逆に、励磁信号クロックの立ち上がりを含む区間でデジタルデータ｛ｃｏｓφ・ｓｉｎθ・ｆ（ｔ＋α）｝と平準化信号がクロスする場合、当該クロス点で参照データ｛Ｆ（ｔ＋α）｝が立ち上がるものとする。このように、検波信号生成部４０は、励磁信号を立ち上がりと立ち下がりの選択にのみ使用するため、誤差の発生を抑制することができる。
【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】
このように、入力されたｓｉｎ相の信号及びｃｏｓ相の信号を、まずビットストリーム信号に変換してから角度信号の余弦及び正弦と乗算しているため、乗算に係る演算負荷を小さくすると共に演算誤差が生じるのを抑制することができる。
【００３７】
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、検出誤差を抑制しつつノイズ除去を行なうことができる。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、スイッチトキャパシタフィルタ６及び７の出力を演算処理して角度信号を出力するデルタシグマ変調器１０及び２０以降の構成については、実施例のものに限定されず、種々の構成を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
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】
【００４１】
１  レゾルバ・デジタル変換器
５  ＰＬＬ回路
５Ａ  位相比較器
５Ｂ  ローパスフィルタ
５Ｃ  ＶＣＯ
５Ｄ  分周器
６、７  スイッチトキャパシタフィルタ
１０、２０  デルタシグマ変調器
１１  ｃｏｓＲＯＭ
１２、２２  乗算器
１３、２３  デジタルフィルタ
１４、２４  同期検波部
２１  ｓｉｎＲＯＭ
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】
2010164449.tif 000003
【図２】
2010164449.tif 000004
【図３】
2010164449.tif 000005
【図４】
2010164449.tif 000006
【図６】
2010164449.tif 000007
【図５】
2010164449.tif 000008