(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号の周波数成分のうち励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタと、
前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流部と、
前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号の周波数成分のうち前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタと、
前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流部と、
前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出する角度演算部とを備え、
前記第一及び第二のサンプリング同期整流部が、
前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取し、
前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、または、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、
これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するように構成されている、レゾルバ信号変換装置。
【請求項２】
前記励磁信号を予測される位相遅れ分で補正し、これを前記リファレンス信号として供給する位相補正部を備える、請求項１に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項３】
前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出する差分演算部と、
前記検出角度と前記回転速度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出する遅延補正部とを、さらに備える請求項１または２に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項４】
前記第一又は第二の帯域通過フィルタに入力される前記第一又は第二のレゾルバ信号を増幅する増幅部と、この増幅されたレゾルバ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して前記第一又は第二の前記帯域通過フィルタに出力するＡＤ変換部とを、さらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項５】
少なくとも前記第一及び第二の帯域通過フィルタと、前記第一及び第二のサンプリング同期整流部と、前記角度演算部とが、１つのプログラマブルデバイス上に構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項６】
レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号を、励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流ステップと、
前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号を、前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流ステップと、
前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出するステップとを含み、
前記第一及び前記第二のサンプリング同期整流ステップが、
前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取するステップと、
前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録する、または、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録するステップと、
これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するステップとを、各々に含むレゾルバ信号変換方法。
【請求項７】
前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出するステップと、
前記回転速度と前記検出角度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出するステップとを、さらに含む請求項６に記載のレゾルバ信号変換方法。
【請求項８】
レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号の周波数成分のうち励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタと、
前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流部と、
前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号の周波数成分のうち前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタと、
前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流部と、
前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出する角度演算部と、
前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出する差分演算部と、
前記検出角度と前記回転速度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出する遅延補正部とを
備えるレゾルバ信号変換装置。
【請求項９】
前記第一及び第二のサンプリング同期整流部は、
前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取し、
前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、または、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、
これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するように構成されている、請求項８に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項１０】
前記励磁信号を予測される位相遅れ分で補正し、これを前記リファレンス信号として供給する位相補正部を備える、請求項８又は９に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項１１】
前記第一又は第二の帯域通過フィルタに入力される前記第一又は第二のレゾルバ信号を増幅する増幅部と、この増幅されたレゾルバ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して前記第一又は第二の前記帯域通過フィルタに出力するＡＤ変換部とを、さらに備える請求項８〜１０のいずれか一項に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第一及び第二の帯域通過フィルタと、前記第一及び第二のサンプリング同期整流部と、前記角度演算部とが、１つのプログラマブルデバイス上に構成されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のレゾルバ信号変換装置。
【請求項１３】
レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号を、励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流ステップと、
前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号を、前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流ステップと、
前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出するステップと、
前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出するステップと、
前記回転速度と前記検出角度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出するステップとを
含むレゾルバ信号変換方法。
【請求項１４】
前記第一及び前記第二のサンプリング同期整流ステップが、
前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取するステップと、
前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録する、或いは、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録するステップと、
これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するステップとを、各々に含む請求項１３に記載のレゾルバ信号変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転角度を検出するレゾルバから出力される二相のレゾルバ信号の検出角度をデジタルな出力角度に変換するためのレゾルバ信号変換装置及びレゾルバ信号変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レゾルバはモータ等の回転角度を検出するために用いられている。レゾルバは、励磁コイルと検出コイルを備えており、励磁コイルに交流が供給されると、固定子と回転子の相対角度に応じて検出コイルに交流電圧が生じる。この交流電圧が検出コイルに接続された電圧計で検出されてレゾルバ−デジタルコンバータ（ＲＤコンバータ）へ出力される。このＲＤコンバータでは、入力されたレゾルバ信号に含まれる検出角度をデジタル角度データに変換して出力する。このように、レゾルバとＲＤコンバータは組み合わせて使用される。
【０００３】
レゾルバは、通常、モータの近傍に配置される。このため、レゾルバはモータが発生する磁界の影響を強く受け、レゾルバ信号にモータが発生する磁界の影響によるノイズが重畳する。モータが回転しているとき、モータが発生する磁界はその回転に同期した磁界となるため、モータが発生する磁界の影響により重畳するノイズは低周波のノイズとなる。また、近年では、モータはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御された電圧で駆動されていることが多い。このようなＰＷＭ駆動されるモータに備えたレゾルバはスイッチングノイズの影響を受けてしまう。このスイッチングノイズは低周波に限らず高周波まで分布していることがある。このようにしてＲＤコンバータに入力されるレゾルバ信号に外乱ノイズが重畳していると、ＲＤコンバータの動作はその影響を受け、ＲＤコンバータから出力されるデジタル角度出力は、外乱ノイズに起因する角度誤差を含むものとなる。
【０００４】
これに対し、モータの発生磁界の影響によるノイズを除去できるようにしたＲＤコンバータが特許文献１で提案されている。このＲＤコンバータは、角度演算ループ内において励磁信号を参照して同期検波する同期検波回路と該同期検波回路の出力がゼロになるようにデジタル角度出力を制御する制御器との間に、レゾルバ信号に重畳する低周波のノイズ成分を除去する帯域除去フィルタを備えている。なお、この帯域除去フィルタは、励磁周波数１０ｋＨｚを中心周波数とし帯域幅を２ｋＨｚ以上として、この帯域の周波数を除去するように設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５０８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたＲＤコンバータをはじめとして一般的なＲＤコンバータは、入力角度に対して出力角度をフィードバックし、入力角度と出力角度との偏差が常時ゼロとなるように動作するトラッキングループを採用している。このようなトラッキングループを備えたＲＤコンバータは或特定の周波数でゲインが増加するという周波数特性を有するため、周波数によっては実際の角度と出力される角度とに誤差が生じることがある。
【０００７】
本発明は上記に鑑み、演算処理の周波数依存性を無くし、且つ、入力されたレゾルバ信号からモータが発生する磁界などの外乱ノイズによる影響を低減させることによって、レゾルバの検出角度の誤差を低減できるようにしたレゾルバ信号変換装置及びレゾルバ信号変換方法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】
【０００８】
本発明に係るレゾルバ信号変換装置は、レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号の周波数成分のうち励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタと、前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流部と、前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号の周波数成分のうち前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタと、前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流部と、前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出する角度演算部とを、備えるものである。
【０００９】
同様に、本発明に係るレゾルバ信号変換方法は、レゾルバからの正弦波出力である第一のレゾルバ信号を、励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第一の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、前記第一の帯域通過フィルタを通過した前記第一のレゾルバ信号を前記励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から検出角度信号の正弦値を作成する第一のサンプリング同期整流ステップと、前記レゾルバからの余弦波出力である第二のレゾルバ信号を、前記励磁信号の周波数を中心周波数とする所定の帯域を通過させるように設計された第二の帯域通過フィルタでフィルタリングするステップと、前記第二の帯域通過フィルタを通過した前記第二のレゾルバ信号を前記リファレンス信号と同期させてサンプリングし、このサンプリングされたレゾルバ信号から前記検出角度信号の余弦値を作成する第二のサンプリング同期整流ステップと、前記検出角度信号の正弦値及び余弦値から検出角度を算出するステップとを含むものである。
【００１０】
上記レゾルバ信号変換装置又は方法によれば、第一又は第二の帯域通過フィルタでレゾルバ信号をフィルタリングすることによって、レゾルバ信号がアナログ信号処理部を通過する間のオフセット誤差を補正する必要が無くなり、検出角度の誤差を低減させることができる。また、第一又は第二の帯域通過フィルタでレゾルバ信号をフィルタリングすることによって、レゾルバ信号から外乱ノイズの周波数成分を減衰させることも可能である。さらに、同期整流においてレゾルバ信号にリファレンス信号を乗じないので、リファレンス信号の高調波や外乱ノイズが増幅されることがなく、検出角度信号へのこれらの影響を低減させることができる。そして、レゾルバ信号の処理においてトラッキングループが存在しないので、周波数依存性がない。よって、このレゾルバ信号変換装置及びレゾルバ信号変換方法によれば、レゾルバの検出角度の誤差を低減することができる。
【００１１】
前記レゾルバ信号変換装置において、前記第一及び第二のサンプリング同期整流部は、前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取し、前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、或いは、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録し、これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するように構成されている。
【００１２】
同様に、前記レゾルバ信号変換方法において、前記第一及び前記第二のサンプリング同期整流ステップは、前記リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで前記第一又は第二のレゾルバ信号を採取するステップと、前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録する、或いは、前記リファレンス信号の振幅が負側である場合は前記採取されたレゾルバ信号をそのまま記録するとともに前記リファレンス信号の振幅が正側である場合は前記採取されたレゾルバ信号の符号を正負で反転させて記録するステップと、これらの記録を時系列に並べて前記検出角度信号を作成するステップとを、各々に含んでいる。
【００１３】
上記によれば、リファレンス信号の周波数の２倍のサンプリング周期でレゾルバ信号をサンプリングすることができる。サンプリング周期を２倍とすることにより、応答速度（データ更新周期）を上げることができる。
【００１４】
前記レゾルバ信号変換装置において、前記励磁信号を予測される位相遅れ分で補正し、これを前記リファレンス信号として供給する位相補正部を備えることがよい。これによれば、励磁信号に基づく電流がレゾルバに供給されるまでやレゾルバ信号変換装置に入力されてからサンプリング同期整流部に至るまでの間に生じた位相遅れが補償されたリファレンス信号が供給されるので、より検出精度を高めることができる。
【００１５】
また、前記レゾルバ信号変換装置において、前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出する差分演算部と、前記検出角度と前記回転速度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出する遅延補正部とを、さらに備えることがよい。
【００１６】
同様に、前記レゾルバ信号変換方法において、前記検出角度のサンプリング毎の差分から回転速度を算出するステップと、前記回転速度と前記検出角度とから前記第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正した補正後の検出角度を算出するステップとを、さらに含むことがよい。
【００１７】
上記によれば、第一又は第二の帯域通過フィルタを通過することに起因する位相の遅延を補正して、検出角度の誤差をより低減させることができる。
【００１８】
また、前記レゾルバ信号変換装置において、前記第一又は第二の帯域通過フィルタに入力される前記第一又は第二のレゾルバ信号を増幅する増幅部と、この増幅されたレゾルバ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して前記第一又は第二の前記帯域通過フィルタに出力するＡＤ変換部とを、さらに備えることがよい。
【００１９】
さらに、前記レゾルバ信号変換装置において、少なくとも前記第一及び第二の帯域通過フィルタと、前記第一及び第二のサンプリング同期整流部と、前記角度演算部とが、１つのプログラマブルデバイス上に構成されていることがよい。これにより、各演算部で行われる演算がプログラマブルデバイス内部で処理されるのでマイクロコンピュータなどにおけるソフトウエア演算と比較して高速演算が可能となるとともに、各演算部間の調整が容易となる。さらに、少ない部品点数で装置が構成されているのでコンパクトとなってコストダウンに寄与することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、演算処理の周波数依存性が無く、且つ、入力されたレゾルバ信号からモータが発生する磁界のノイズやＰＷＭ駆動されることによるスイッチングノイズなどの外乱ノイズによる影響を低減することができるので、レゾルバの検出角度の誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るレゾルバ信号変換装置であるＲＤコンバータを備えた角度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】レゾルバ信号変換処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】帯域通過フィルタの設計例を示す図である。
【図４】帯域通過フィルタの設計例を示す図であり（ａ）は振幅応答特性を示し、（ｂ）は位相応答特性を示している。
【図５】レゾルバ信号をリファレンス信号でサンプリング同期整流する過程を説明する図であり（ａ）はリファレンス信号の波形を示し、（ｂ）はレゾルバ信号の波形を示し、（ｃ）は復調後の検出角度信号の波形を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。本発明の実施の形態に係るレゾルバ信号変換装置は、レゾルバ−デジタルコンバータ（以下、「ＲＤコンバータ１」という）として構成されている。図１では、このＲＤコンバータ１の構成が、レゾルバ１０及び励磁信号発生器２と共に角度検出装置として示されている。
【００２３】
レゾルバ１０は、モータ(図示せず)の巻線の近傍に配置されており、モータの回転子に設けられた１つの励磁コイル１１と、固定子に設けられた第一の検出コイル１３及び第二の検出コイル１５とを備えている。励磁コイル１１には、励磁信号発生器２で生成された励磁信号に基づく交流電圧が交流電源１２から供給される。第一の検出コイル１３と第二の検出コイル１５とは、回転子の周囲において該回転子の軸心を中心として位相を電気角換算で９０°ずらして配置されている。各コイル１３，１５にはその両端に生じる電圧を検出してＲＤコンバータ１へ出力する電圧計１４，１６が各々に接続されている。
【００２４】
励磁信号発生器２は、正弦波発生部２１と、ＤＡ変換部（デジタル−アナログコンバータ）２２と、増幅部２３と、位相補正部２４とを備えている。正弦波発生部２１は、正弦波状の励磁信号Asinωtを発生する。この励磁信号は、ＤＡ変換部２２に入力されてデジタル信号からアナログ信号に変換され、増幅部２３に入力されて増幅され、レゾルバ１０の交流電源１２に入力される。
【００２５】
励磁信号Asinωtが入力された交流電源１２は、励磁コイル１１に該励磁信号に基づく励磁電圧を供給する。なお、交流電源１２を介さずに直接に増幅部２３から励磁コイル１１へ励磁電圧が供給されるように構成してもよい。励磁コイル１１に励磁電圧が供給されると、この励磁電圧を回転子の回転角度（検出角度θ）で変調した電圧が各検出コイル１３，１５に発生し、第一の検出コイル１３に接続された電圧計１４からその検出信号として第一のレゾルバ信号Ｓ１が出力され、第二の検出コイル１５に接続された電圧計１６からその検出信号として第二のレゾルバ信号Ｓ２が出力される。なお、電圧計１４，１６を介さずに、直接に各コイル１３，１５からＲＤコンバータ１へレゾルバ信号が入力されるように構成することもできる。
【００２６】
第一のレゾルバ信号Ｓ１は正弦波sinθに依存し、Ｓ１＝kAsinωt・sinθで表される。ここで、ｋは変圧比を表している。一方、第二のレゾルバ信号Ｓ２は検出角度θの余弦波cosθに依存し、Ｓ２＝kAsinωt・cosθで表される。このように、検出角度θに対して正弦波状に振幅が変化する２相の９０°ずれたレゾルバ信号がレゾルバ１０からＲＤコンバータ１へ入力され、ＲＤコンバータ１ではこれらのレゾルバ信号が角度データに変換されてデジタル信号として出力される。このように、励磁信号発生器２と、レゾルバ１０と、ＲＤコンバータ１とを組み合わせることにより、デジタル角度検出装置として機能することができる。
【００２７】
（ＲＤコンバータ１の構成）
続いて、ＲＤコンバータ１の構成について詳細に説明する。ＲＤコンバータ１は、第一の増幅部３１、第二の増幅部４１、第一のＡＤ変換部（アナログ−デジタルコンバータ）３２、第二のＡＤ変換部（アナログ−デジタルコンバータ）４２、第一の帯域通過フィルタ３３、第二の帯域通過フィルタ４３、第一のサンプリング同期整流部３４、第二のサンプリング同期整流部４４、角度演算部３５、遅延補正部３６、及び差分演算部３７を備えている。以下、ＲＤコンバータ１の各構成要素について、図２に示すレゾルバ信号変換処理の流れとともに説明する。
【００２８】
レゾルバ１０からＲＤコンバータ１に入力された第一のレゾルバ信号Ｓ１は（ステップＳ１１）、第一の増幅部３１で増幅され（ステップＳ１２）、第一のＡＤ変換部３２でアナログ信号からデジタル信号に変換され（ステップＳ１３）、第一の帯域通過フィルタ３３でフィルタリングされ（ステップＳ１４）、第一のサンプリング同期整流部３４で励磁信号に基づくリファレンス信号と同期整流され（ステップＳ１５）、この復調後（同期整流後）の検出角度信号が角度演算部３５へ正弦波sinθとして入力される。一方、レゾルバ１０からＲＤコンバータ１に入力された第二のレゾルバ信号Ｓ２は（ステップＳ２１）、第二の増幅部４１で増幅され（ステップＳ２２）、第二のＡＤ変換部４２でアナログ信号からデジタル信号に変換され（ステップＳ２３）、第二の帯域通過フィルタ４３でフィルタリングされ（ステップＳ２４）、第二のサンプリング同期整流部４４でリファレンス信号と同期整流され（ステップＳ２５）、この復調後（同期整流後）の検出角度信号が角度演算部３５へ余弦波cosθとして入力される。
【００２９】
第一の帯域通過フィルタ３３は、第一のＡＤ変換部３２でアナログ−デジタル変換されたレゾルバ信号のうち、設定された通過帯域の外の周波数を減衰させて、通過帯域の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタである。第一の帯域通過フィルタ３３に入力されたレゾルバ信号には、第一の増幅部３１及び第一のＡＤ変換部３２のアナログ信号処理部を通過する間のオフセット誤差が含まれている。第一の帯域通過フィルタ３３は、このオフセット誤差に関する問題を解消することを目的の一つとして設けられている。従って、ＲＤコンバータ１では第一の帯域通過フィルタ３３を備えることによって、検出されたレゾルバ信号からオフセット量を減算するような補正処理は行われない。
【００３０】
第一の帯域通過フィルタ３３の通過帯域の中心周波数は励磁信号の周波数であり、同じく通過帯域の幅は角度検出に必要な周波数特性と低減させるべきノイズの周波数とその減衰量から決定される。つまり、第一の帯域通過フィルタ３３はレゾルバ信号から、レゾルバ１０で励磁信号が変調されて出力された周波数成分のみを取り出すように機能する。例えば、図３では第一の帯域通過フィルタ３３の設定を入力する画面表示の一例を示している。ここでは、励磁信号の周波数を７．３ｋＨｚ、ノイズの周波数を１０ｋＨｚ、及び通過帯域の幅を±２．３ｋＨｚとそれぞれ設定して、通過帯域を５．０〜９．６ｋＨｚとしている。そして、この通過帯域外で４０デシベル以上の減衰量を確保するためのＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタの次数を８３次としている。図４（ａ）は第一の帯域通過フィルタ３３の振幅応答特性を示したグラフであって縦軸は振幅を表し横軸は周波数を表している。この図に示されるように、上述のように設定された第一の帯域通過フィルタ３３では、通過帯域である５．０〜９．６ｋＨｚ以外の周波数は４０デシベル以上の減衰量で減衰される。
【００３１】
上記第一の帯域通過フィルタ３３は、レゾルバ信号の通過帯域の周波数成分を通過させるので、第一の帯域通過フィルタ３３を通過したレゾルバ信号Ｓ１’には励磁信号がレゾルバ１０で変調されて出力された周波数成分が含まれ、ゼロ及びその近傍の周波数成分（直流成分）は含まれない。よって、この第一の帯域通過フィルタ３３を通過したレゾルバ信号Ｓ１’に対してオフセット誤差を考慮する必要がない。さらに、この第一の帯域通過フィルタ３３を通過したレゾルバ信号Ｓ１’は、通過帯域の外のノイズ成分が減衰除去されている。
【００３２】
なお、検出角度精度を確保するためには第一のレゾルバ信号Ｓ１と第二のレゾルバ信号Ｓ２の両チャンネルを同一の特性でフィルタリングしなければならない。従って、第一の帯域通過フィルタ３３と第二の帯域通過フィルタ４３のフィルタ特性にバラツキを無くして、両チャンネルに対するフィルタ特性を完全に一致させなければならない。これを実現するために、第一の帯域通過フィルタ３３と第二の帯域通過フィルタ４３は、いずれもデジタルフィルタが採用され、これらの帯域通過フィルタ３３，４３に対して同一の帯域通過が設定される。このようにデジタルフィルタを用いることにより、アナログフィルタのように各フィルタの構成部品の特性のバラツキが角度検出性能に与える影響を排除できる。
【００３３】
第一のサンプリング同期整流部３４は、交流電源１２（レゾルバ１０）へ供給された励磁信号に基づくリファレンス信号と同期させて第一の帯域通過フィルタ３３を通過した第一のレゾルバ信号Ｓ１’のサンプリングを行って整流し、これを復調後の検出角度信号として角度演算部３５へ出力するものである。但し、励磁信号発生器２の正弦波発生部２１で生成されて交流電源１２へ供給された励磁信号には、ＤＡ変換部２２及び増幅部２３を通過するうちに生じた位相遅れが含まれている。そこで、この位相遅れに加え、レゾルバ１０の巻き線、第一の増幅部３１、第一のＡＤ変換部３２、及び第一の帯域通過フィルタ３３を通過するうちに生じた位相遅れを予測し、これらの予測された位相遅れぶんだけ位相補正部２４で励磁信号の位相を遅らせたものがリファレンス信号として、第一のサンプリング同期整流部３４へ入力される。
【００３４】
図５では、第一のサンプリング同期整流部３４で第一のレゾルバ信号Ｓ１’をサンプリング及び整流する過程を説明しており、（ａ）は励磁信号発生器２から第一のサンプリング同期整流部３４へ入力されたリファレンス信号Asinωtの波形を示し、（ｂ）はＲＤコンバータ１へ入力されて第一の増幅部３１と第一のＡＤ変換部３２と第一の帯域通過フィルタ３３とを通過した第一のレゾルバ信号Ｓ１’の波形を示し、（ｃ）は復調後の検出角度信号の波形を示している。なお、図５の（ａ）〜（ｃ）では縦軸が振幅、横軸が時間をそれぞれ示している。第一のサンプリング同期整流部３４は、リファレンス信号の振幅が正側及び負側でそれぞれ最大となるタイミングで第一のレゾルバ信号Ｓ１’を採取し、リファレンス信号の振幅が正側である場合は採取された第一のレゾルバ信号Ｓ１’をそのまま記録し、リファレンス信号の振幅が負側である場合は採取された第一のレゾルバ信号Ｓ１’に−１を乗じて符号を正負で反転させて記録し、これらの記録を時系列に並べて角度検出信号を作成する。このようにしてサンプリング同期整流されることによって、リファレンス信号の周波数の２倍のサンプリング周期で第一のレゾルバ信号Ｓ１’のサンプリングが行われる。なお、一般にリファレンス信号の周波数は数ｋＨｚであるため、サンプリング周期は十数ｋＨｚになる。このサンプリング周期でサンプリングされた信号は不連続となるが、モータ等の制御を行うマイクロコンピュータの一般的な演算周期は周波数にして数ｋＨｚ以下であることが多いので、これによる問題は生じない。また、第一のサンプリング同期整流部３４では、リファレンス信号はサンプリングのタイミングをとるために利用され、リファレンス信号とレゾルバ信号とが乗算されないことから、外乱ノイズが増幅されないので復調後の検出角度信号に外乱ノイズが表れにくくなり、また、リファレンス信号の高調波による歪みが検出角度信号に生じない。
【００３５】
以上で説明した第一のレゾルバ信号Ｓ１に対する第一の増幅部３１から第一のサンプリング同期整流部３４までの構成及びその処理（ステップＳ１１〜Ｓ１５）は、第二のレゾルバ信号Ｓ２に対する第二の増幅部４１から第二のサンプリング同期整流部４４までの構成及びその処理（ステップＳ２１〜Ｓ２５）と同様であるので、第二の増幅部４１、第二のＡＤ変換部４２、第二の帯域通過フィルタ４３、及び第二のサンプリング同期整流部４４についての詳細な説明は省略する。なお、第一のサンプリング同期整流部３４から角度演算部３５へ復調後の検出角度信号の正弦値kAsinθが出力されるのに対し、第二のサンプリング同期整流部４４から角度演算部３５へ復調後の検出角度信号の余弦値kAcosθが出力される。
【００３６】
そして、上述のように検出角度信号の正弦値kAsinθと、検出角度信号の余弦値kAcosθが入力された角度演算部３５は、これらの検出角度信号の逆正接arctanから、検出角度θを算出する（ステップＳ１６）。但し、角度演算部３５で算出された検出角度θには、第一の帯域通過フィルタ３３又は第二の帯域通過フィルタ４３を通ることにより生じた位相のズレが含まれている。図４（ｂ）は第一の帯域通過フィルタ３３の位相応答特性を示したグラフであって縦軸は位相を表し横軸は周波数を表している。この図に示されるように、ＦＩＲフィルタを用いて構成された第一の帯域通過フィルタ３３は、その通過帯域において位相ズレが生じているものの位相が周波数に対して直線的に変化しているので、正確な位相補正を行うことが容易である。そこで、角度演算部３５から出力された検出角度θを取得した差分演算部３７は、取得した複数の検出角度θのサンプリング毎の差分から回転子の回転速度を算出し、これを速度データとして遅延補正部３６及び外部へ出力する（ステップＳ１７）。さらに、角度演算部３５から出力された検出角度θと差分演算部３７から出力された速度データとを取得した遅延補正部３６は、第一の帯域通過フィルタ３３又は第二の帯域通過フィルタ４３を通過することに起因して検出角度θに含まれる位相の遅延を速度データに基づいて補正し、補正された検出角度θをデジタル角度データとして外部へ出力する（ステップＳ１８）。
【００３７】
上記構成のＲＤコンバータ１は、内部にフィードバック構造を持たないので、周波数特性が平坦である。つまり、一般的なトラッキングループを備えた従来品は、ループのゲインが周波数特性を有することから周波数依存性を持つが、本発明に係るＲＤコンバータ１はこのような周波数依存性を持たない。よって、このＲＤコンバータ１でレゾルバ信号が変換されて出力されたデジタル角度データ（検出角度θ）と実際の回転子の回転角度との誤差を低減することができる。
【００３８】
なお、上記構成のＲＤコンバータ１において少なくとも第一の帯域通過フィルタ３３、第二の帯域通過フィルタ４３、第一のサンプリング同期整流部３４、第二のサンプリング同期整流部４４、及び角度演算部３５は１つのプログラマブルデバイス上に構成された１以上の回路及び／又は１以上のプログラムで実現されることが望ましい。さらに、このプログラマブルデバイスは正弦波発生部２１及び／又は位相補正部２４を含めることもできる。このようなプログラマブルデバイスとして、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を挙げることができる。これらの各演算部で行われる演算が１つのプログラマブルデバイス内部で処理されることにより高速演算が可能となるとともに、各演算器間の調整が容易となる。なお、ＲＤコンバータの従来品は、使用するレゾルバと組み合わされて提供されることが一般的であり、このためにユーザがその特性や形状を選択することが難しい場合が多かった。特定のレゾルバと組み合わされない汎用のＲＤコンバータの従来品もあるが、この場合は外付けの部品が多く設定や調整が煩雑となっていた。いずれにしても、ＲＤコンバータの従来品は高密度実装が要求される昨今の事情にそぐわないものであった。これに対し、上記のようにワンチップの上に構成されたＲＤコンバータ１は、少ない部品点数で構成されるのでコンパクトとなって高密度実装が可能となり、さらにコストダウンに寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るレゾルバ信号変換装置及び方法は、上記実施例に記載されたＲＤコンバータ１に限定されず、レゾルバ信号に含まれる検出角度をデジタルな角度データに変換して出力するための演算器及び回路として広く利用することができる。さらに、本発明に係るレゾルバ信号変換装置及び方法は、レゾルバ、ホール素子、及びＭＲ素子（磁気抵抗素子）などの２相の回転角度位置信号を出力する検出器に接続されて、この回転角度位置信号に含まれる検出角度をデジタルな角度データに変換して出力する装置に応用させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＲＤコンバータ（レゾルバ信号変換装置）
２  励磁信号発生器
１０  レゾルバ
１１  励磁コイル
１２  交流電源
１３  第一の検出コイル
１４  電圧計
１５  第二の検出コイル
１６  電圧計
２１  正弦波発生部
２２  ＤＡ変換部
２３  増幅部
２４  位相補正部
３１  第一の増幅部
３２  第一のＡＤ変換部
３３  第一の帯域通過フィルタ
３４  第一のサンプリング同期整流部
３５  角度演算部
３６  遅延補正部
３７  差分演算部
４１  第二の増幅部
４２  第二のＡＤ変換部
４３  第二の帯域通過フィルタ
４４  第二のサンプリング同期整流部
【図１】
0005422401.tif 000002
【図２】
0005422401.tif 000003
【図３】
0005422401.tif 000004
【図４】
0005422401.tif 000005
【図５】
0005422401.tif 000006