(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら、リアルタイムで精度の高い角度を求めることができる角度検出信号処理装置を提供する。【解決手段】位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において、検出対象の角度θ（ｔ）ではなく、周波数ωｏｔのオフセットを持った位相角ωｏｔ±θ（ｔ）を追随するように位相ロック動作が行われる。そのため、角度θ（ｔ）の周波数に対して励磁周波数ωｏｔを十分高く設定すれば、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において追従する位相角ωｏｔ±θ（ｔ）がゼロになるようなことはない。そのため、バイポーラＶＣＯやアップダウン型カウンタなど、構成が複雑で回路規模が大きく、消費電力も大きい従来の装置構成を大幅に簡略化することができる。【選択図】      図１
2006058232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数を有する第１の励磁信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する第２の励磁信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号とを含んだレゾルバの検出出力に基づいて、上記第１の角度の情報を取得する角度検出信号処理装置であって、
上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１の周波数を有するとともに上記第１の角度に応じた位相差を有する第１の信号および第２の信号を出力する信号処理部と、
上記第１の信号に位相をロックさせた第１の位相ロック信号を生成し、当該第１の位相ロック信号の位相角を示す第１のデータを出力する第１の位相ロック部と、
上記第２の信号に位相をロックさせた第２の位相ロック信号を生成し、当該第２の位相ロック信号の位相角を示す第２のデータを出力する第２の位相ロック部と、
上記第１のデータと上記第２のデータとに基づいて、上記第１の位相ロック信号と上記第２の位相ロック信号との位相差を演算する位相差演算部と、
を有する角度検出信号処理装置。
【請求項２】
上記第１の励磁信号および上記第２の励磁信号は、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号であり、
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号を虚部成分とする複素信号を上記第１の信号として上記第１の位相ロック部に出力するとともに、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号の極性を反転させた信号を虚部成分とする複素信号を上記第２の信号として上記第２の位相ロック部に出力し、
上記第１の位相ロック部および上記第２の位相ロック部は、
入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして生成する位相角データ生成部と、
上記信号処理部から入力される第１の複素信号と、上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有し互いに直交する第１信号成分および第２信号成分を含み、周波数が所定の極性に設定される第２の複素信号と、を乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号を生成する複素信号処理部と、
上記複素信号処理部において生成される信号に応じて、上記偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する帰還部と、
を有する、
請求項１に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項３】
上記位相角データ生成部は、
入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、
上記信号生成部において生成される信号を分周するカウンタと、
を有し、上記カウンタの計数値を上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして出力する、
請求項２に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項４】
上記複素信号処理部は、上記偏角に応じた信号として、上記第１の複素信号と上記第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の実部成分または虚部成分に応じた信号を生成し、
上記帰還部は、上記複素演算部において生成される信号が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する、
請求項２に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項５】
上記複素信号処理部は、
上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有し互いに直交する上記第１信号成分および上記第２信号成分をそれぞれ生成する複素信号生成部と、
上記複素信号生成部において生成される上記第１信号成分と上記第１の複素信号の実部成分とを掛け合わせる第１の演算部と、
上記複素信号生成部において生成される上記第２信号成分と上記第１の複素信号の虚部成分とを掛け合わせる第２の演算部と、
上記第２の演算部および上記第２の演算部の演算結果の和もしくは差を演算する第３の演算部と、
を有する、
請求項４に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項６】
上記複素信号処理部は、
１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第１信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わせる第４の演算部と、
１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第２信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わせる第５の演算部と、
上記第４の演算部および上記第５の演算部の演算結果の和もしくは差を演算する第６の演算部と、
を有する、
請求項４に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項７】
上記第４の演算部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに基づいて、上記第１の信号成分のｋ分の１（ｋは正の４の倍数を示す）周期ごとの瞬時値に応じた重み係数を、ｋ分の１周期ごとに切り替えて上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わせ、
上記第５の演算部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに基づいて、上記第２の信号成分のｋ分の１周期ごとの瞬時値に応じた重み係数を、ｋ分の１周期ごとに切り替えて上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わせる、
請求項６に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項８】
上記第４の演算部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに基づいて、上記第１の信号成分の半周期ごとのピーク値に応じた重み係数を、半周期ごとに切り替えて上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わせ、
上記第５の演算部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに基づいて、上記第２の信号成分の半周期ごとのピーク値に応じた重み係数を、半周期ごとに切り替えて上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わせる、
請求項６に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項９】
上記第１の励磁信号は上記第１の周波数を有する余弦関数の信号、上記第２の励磁信号は上記第１の周波数を有する正弦関数の信号であり、
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との差を上記第１の信号として上記第１の位相ロック部に出力するとともに、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との和を上記第２の信号として上記第２の位相ロック部に出力し、
上記第１の位相ロック部および上記第２の位相ロック部は、
入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして生成する位相角データ生成部と、
上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有する位相ロック信号と、上記信号処理部からの入力信号との位相差を検出する位相検出部と、
上記位相検出部において検出される位相差が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する帰還部と、
を有する、
請求項１に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１０】
上記位相角データ生成部は、
入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、
上記信号生成部において生成される信号を分周するカウンタと、
を有し、上記カウンタの計数値を上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして出力する、
請求項９に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１１】
上記位相検出部は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記位相ロック信号の瞬時値に応じた重み係数を選択して、該選択した重み係数を上記信号処理部からの入力信号に掛け合わせる、
請求項９に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１２】
第１の周波数を有する第１の励磁信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する第２の励磁信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号とを含んだレゾルバの検出出力に基づいて、上記第１の角度の情報を取得する角度検出信号処理装置であって、
レゾルバに供給する上記第１の周波数を有する励磁信号の位相角を示す第１のデータを生成する第１の位相角データ生成部と、
上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１のデータが示す位相角に対して上記第１の角度に応じた位相差を有するとともに上記第１の周波数を有する信号を出力する信号処理部と、
上記信号処理部の出力信号に位相をロックさせた位相ロック信号を生成し、当該位相ロック信号の位相角を示す第２のデータを出力する位相ロック部と、
上記第１のデータが示す位相角と上記第２のデータが示す位相角との差を演算する位相差演算部と、
を有する角度検出信号処理装置。
【請求項１３】
上記第１の励磁信号および上記第２の励磁信号は、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号であり、
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号を虚部成分とする複素信号を出力し、
上記位相ロック部は、
入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを上記第２のデータとして生成する第２の位相角データ生成部と、
上記信号処理部から入力される第１の複素信号と、上記第２の位相角データ生成部において生成される上記第２のデータに応じた位相角を有し互いに直交する第１信号成分および第２信号成分を含み、周波数が所定の極性に設定される第２の複素信号と、を乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号を生成する複素信号処理部と、
上記複素信号処理部において生成される信号に応じて、上記偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する帰還部と、
を有する、
請求項１２に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１４】
上記位相角データ生成部は、
入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、
上記信号生成部において生成される信号を分周するカウンタと、
を有し、上記カウンタの計数値を上記第２のデータとして出力する、
請求項１３に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１５】
上記複素信号処理部は、上記偏角に応じた信号として、上記第１の複素信号と上記第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の実部成分または虚部成分に応じた信号を生成し、
上記帰還部は、上記複素演算部において生成される信号が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する、
請求項１３に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１６】
上記複素信号処理部は、
１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第１信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わせる第４の演算部と、
１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第２信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わせる第５の演算部と、
上記第４の演算部および上記第５の演算部の演算結果の和もしくは差を演算する第６の演算部と、
を有する、
請求項１５に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１７】
上記第１の励磁信号は上記第１の周波数を有する余弦関数の信号、上記第２の励磁信号は上記第１の周波数を有する正弦関数の信号であり、
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との和もしくは差を上記位相ロック部に出力し、
上記位相ロック部は、
入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを上記第２のデータとして生成する第２の位相角データ生成部と、
上記第２の位相角データ生成部において生成される上記第２のデータに応じた位相角を有する位相ロック信号と、上記信号処理部からの入力信号との位相差を検出する位相検出部と、
上記位相検出部において検出される位相差が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する帰還部と、
を有する、
請求項１２に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１８】
上記位相角データ生成部は、
入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、
上記信号生成部において生成される信号を分周するカウンタと、
を有し、上記カウンタの計数値を上記第２のデータとして出力する、
請求項１７に記載の角度検出信号処理装置。
【請求項１９】
上記位相検出部は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記位相ロック信号の瞬時値に応じた重み係数を選択して、該選択した重み係数を上記信号処理部からの入力信号に掛け合わせる、
請求項１７に記載の角度検出信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レゾルバの角度検出信号を処理して角度データを求める角度検出信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な機械装置において、回転軸や可動部の位置情報を知ることは最も基本的な機能である。例えば電動機において、回転子に最適なトルクを与えるためには、回転子の位置に応じた最適な回転磁界を発生するように制御を行う必要がある。例えば自動車関連ではハイブリッドカーの電動機やパワーステアリング等において高信頼性、低コストの角度センサが求められている。また、このような角度センサは、パワーショベル等の土木建築機材や様々な工作機械、製造設備、更には航空宇宙関係と、その応用が極めて多岐に渡る。
【０００３】
角度を検出し制御する方法は、極めて多様な方法が考案されている。例えば最も簡単な角度の制御には、ステッピングモータが用いられる。これは、回転に伴って発生するパルスの数を角度の情報として用いるものである。しかしながら、ステッピングモータを用いる方法は、回転にスリップが起こるとステッピングモータ自身でそれを検知することができないため、信頼性が高いとはいえない。
【０００４】
高信頼性の角度制御には、何らかの角度センサを用いることが一般的である。代表的な角度センサとしては、例えば、ホール素子を用いて着磁パターンとホール素子の相対的な位置を磁気的に検出するものや、光学エンコーダ等の光学的方法で角度を検出するものが知られている。
しかしながら、極めて高信頼性が要求される用途ではそれらも十分ではない。ホール素子を用いる方法は熱や振動に堅牢とはいえないし、光学的方法は油等の汚れに脆弱であり、そのうえ光源を必要とすることからその信頼性も問題になる。
【０００５】
現在、最も信頼性が高く堅牢な角度センサとして、電磁誘導を利用した角度センサが知られている。この角度センサはレゾルバと称されており、原理的には図２９に示すようにモータに類似した構造を持つ。
【０００６】
回転子５１に巻かれたコイル５２は周波数ωｏの励磁信号ＶＥによって励磁されており、固定子５３には２組のコイル５４および５５が直角に配置されている。回転子５１が回転軸を中心に角度θ（ｔ）だけ回転すると、コイル５４および５５には次式のような信号ＶＩおよびＶＱが誘起する。
【０００７】
【数１】
2006058232.tif 000003
【０００８】
この信号より角度θ（ｔ）を算出するのが角度検出信号処理装置であり、特にデジタルデータで角度を出力する信号処理装置をＲ−Ｄ（レゾルバ−デジタル）変換装置と呼ぶ。レゾルバは、基本的に磁性体でできた回転子と固定子と巻き線しかないために、堅牢で汚れや温度等の環境の影響が非常に小さいという特長を持つ。そのためレゾルバは、自動車、パワーショベル等の土木建設機材、工作機械や製造設備、更には宇宙航空関係など、高度な信頼性を要求される用途に最も適した角度検出方式である。
【０００９】
実際のレゾルバは、非常に多様な構造が提案されている。図２９は原理的なものであり、このままでは回転子に励磁電流を供給するための回転ブラシが必要である。それを無くすためにロータリトランスを使用したり、より新しい構造では回転子にコイルを持たせず固定子のコイルにより励磁し、回転子と固定子のギャップの変化による磁束変化を固定子で感知する構造等が提案されている。式（１）および式（２）で表される信号を出力するレゾルバを、以下では１相励磁２相出力型と称する。
【００１０】
上述のように様々な構造のものがある中で、レゾルバから出力として得られる信号に注目すると、式（１）および式（２）で示すように、励磁信号を軸回転角θ（ｔ）の余弦関数Ｃｏｓθ（ｔ）と正弦関数Ｓｉｎθ（ｔ）とで変調した信号を出力する１相励磁２相出力型のレゾルバが、最も一般的に用いられる。
【００１１】
一方、信号処理の容易さから考えると、余弦関数同士の積Ｃｏｓωｏｔ×Ｃｏｓθ（ｔ）、ならびに正弦関数同士の積Ｓｉｎωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）を出力するレゾルバの方がよい。ところが、そのような信号を出力するレゾルバは、図３０に示すような独立した回転子５６、５７と固定子５８、５９の対を２組用意して同軸上に構成する必要がある。このような方式は、２相励磁２相出力型と称されており、信号処理が非常に簡単になる。しかしながら、独立した回転子と固定子の対が２組必要で、機械的構造が複雑、かつ厚みの大きな構造となってしまうなど、構造上の不利益が大きいため、限定的にしか使われない。
【００１２】
２相励磁２相出力型の信号処理が簡単になる理由について簡単に説明する。
２相励磁２相出力型のレゾルバより出力される信号ＶＩ、ＶＱは次式で表される。
【００１３】
【数２】
2006058232.tif 000004
【００１４】
上式から、その差と和を取ることにより、コサイン信号Ｃｏｓ（ωｏｔ＋θ（ｔ））およびＣｏｓ（ωｏｔ−θ（ｔ））が簡単に得られる。
【００１５】
【数３】
2006058232.tif 000005
【００１６】
信号をこのように変換することができると、例えば、２つの信号のゼロクロス点の時間差を測定することによって非常に簡単に角度θ（ｔ）を求めることができる。
図３１はその信号処理を表すブロック図である。まず信号ＶＩおよびＶＱの加減算により信号ＶＰおよびＶＮを求める。次にコンパレータを通して信号ＶＰおよびＶＮのゼロクロスを求める。そして、例えばその立ち上がりエッジを微分回路により算出し、信号ＶＰとＶＮの立ち上がりエッジ間におけるクロックパルスの数をカウンタで計数すると、それは求める角度θ（ｔ）に比例する。従って、このカウンタの計数値から角度θ（ｔ）をデジタル変換した出力が取り出せる。
【００１７】
次に、１相励磁２相出力型レゾルバに広く用いられている従来のＲ−Ｄ変換装置について説明する。図３２にその構成の一例を示す。
例えば１２ビットの角度データを得るために少なくとも１１ビットの分解能、望ましくは１２ビットの分解能を有するサイン信号およびコサイン信号のＲＯＭ（Read only memory）が用意され、任意の角度φ（ｔ）に対してサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）およびコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）が生成される。これらは、Ｄ／Ａ変換器（ＤＡＣ）においてアナログ信号に変換される。求めるべき角度θ（ｔ）に対して角度φ（ｔ）を追従させるため、まずレゾルバより出力される信号ＶＩにサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）が乗ぜられるとともに、信号ＶＱにコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）が乗ぜられる。そして、前者を反転して後者に加算することにより、次式に示す信号Ｖ１が生成される。
【００１８】
【数４】
2006058232.tif 000006
【００１９】
更に式（７）の信号Ｖ１には、コサイン信号Ｃｏｓωｏｔが乗ぜられて同期検波が行われる。これにより、サイン信号Ｓｉｎ｛θ（ｔ）−φ（ｔ）｝の成分が取り出される。
【００２０】
【数５】
2006058232.tif 000007
【００２１】
式（８）におけるコサインの項Ｃｏｓ２ωｏｔは周波数が高いため、ループフィルタにおいて減衰し、式の末尾に示す低域の項のみが取り出される。このループフィルタの出力は、バイポーラ（両極性）ＶＣＯ（電圧制御発振器：Voltage Controlled Oscillator）に入力される。バイポーラＶＣＯでは、図３３に示すように、入力信号の絶対値に比例する周波数を持ったパルス信号と、入力の極性を判定した極性信号が生成される。アップダウンカウンタでは、極性信号が正の場合、バイポーラＶＣＯのパルス信号に応じてアップカウントがなされ、極性が負の場合にダウンカウントがなされる。その結果、アップダウンカウンタのカウンタ値は、角度φ（ｔ）のデジタルデータそのものとなる。
【００２２】
得られた角度φ（ｔ）のデジタルデータは、サイン／コサインＲＯＭによってサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）およびコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）のデジタルデータに変換され、これらがＤ／Ａ変換器においてアナログ信号に変換される。ループフィルタは積分特性をしており、直流利得が無限大のため、出力が有限であるためには入力の定常値はゼロでなければならない。従って、角度φ（ｔ）は角度θ（ｔ）に追従するように変化する。
【００２３】
【特許文献１】特開平１１−８３５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、２相励磁２相出力型レゾルバの信号処理における図３１に示すような信号のゼロクロス点を用いる角度の検出方法には、次のような不利益がある。
【００２５】
図３４は、図３１に示す回路における各部の信号波形の一例を示す図である。
図３４の例において、信号ＶＰがゼロクロスする時刻ｔ１からクロックパルスＣＰのカウントが開始され、信号ＶＮがゼロクロスする時刻ｔ２でカウントが終了する。このカウンタ値は、角度θ（ｔ）を反映しており、そのまま角度のデジタル値として使うことが可能である。カウント値は、時刻ｔ２において１つ取り出される。
【００２６】
図３１に示す回路では、角度θ（ｔ）が非常に早く変化している場合、時刻ｔ２で得られる角度のデジタル値が一体どの時点の角度を検出したデータであるか、厳密には定義できない。なぜなら、信号ＶＰのゼロクロス点は時刻ｔ１における信号ＶＰの状態を示し、信号ＶＮのゼロクロス点は時刻ｔ２における信号ＶＮの状態を示しているため、両者の位相差である角度θ（ｔ）は、せいぜい時刻ｔ１とｔ２のあたりにおける角度と定義するしかないからである。また、こうした角度のデータが時刻ｔ２で出力されるということは、角度を検出してデータを得るまでに明らかに遅延が生じることを意味する。しかも、励磁周波数の１周期ごとに１つのデータしか得られないため、角度の連続的な変化を把握することができない。
こうした不利益があることから、ゼロクロス点によって角度を求めるＲ−Ｄ変換装置は、例えば高速で回転する軸の角度をリアルタイムで得るような応用には適さない。
【００２７】
加えて、信号のゼロクロス点を用いる方式の不利益として、外来ノイズに脆弱なことが挙げられる。ゼロクロス点の付近にわずかなノイズが混入すると、ゼロクロスの時間が揺らいでしまうからである。
【００２８】
一方、図３２に示すＲ−Ｄ変換装置の特徴は、出力をリアルタイムで得ることである。アップダウンカウンタは角度φ（ｔ）のデータを常に持ち続ける。角度φ（ｔ）が角度θ（ｔ）を追随するための遅延は存在するが、通常その遅延は角度θ（ｔ）の機械的な動きに対して十分短いものである。また、この方式では波形全体を照合するため、一部に外来ノイズが重畳しても、ゼロクロス検出のように脆弱ではない。
【００２９】
しかしながら、図３２に示すＲ−Ｄ変換装置は、処理が複雑で回路規模が大きく、その結果消費電力が大きくコストが高いという不利益がある。
すなわち、複雑なバイポーラＶＣＯやアップダウンカウンタを必要とする。また、１２ビット分解能を得るためには最低１１ビット、望ましくは１２ビットの分解能と精度を持つ大容量のサイン／コサインＲＯＭと高分解能のＤ／Ａ変換器を必要とする。
【００３０】
図３５は、サイン／コサインＲＯＭとＤ／Ａ変換器に必要な分解能を説明するための図である。角度２πを１２ビットで分解するためには、正弦波の最大傾斜を考えると１２ビットのπ分の１の分解能が必要である。すなわち、２πを２12に分解すると、出力のステップの最大値は‘１／（２12／π）’となる。従って１０ビットでは少し足らず、１１ビットが必要である。他の誤差要因を考えると余裕を見て１２ビットが望ましい。これを単純にＲＯＭのテーブルで用意すると、かなり大きな容量のメモリが必要である。補間等によりメモリ容量を間引く手法も存在するが、いずれにしてもこの実現手段は高度で大規模なアナログ回路とデジタル回路の双方を必要とし、消費電力が大きく、高価なものとなる。
【００３１】
バイポーラＶＣＯは、周波数ゼロから発振しなければならないため、実現が難しい回路である。しかも、周波数ゼロ付近でデッドゾーンを生じ易くなり、位相ロックループの制御が不安定になる不利益がある。
【００３２】
アナログ乗算回路もシステムの性能を制約する要素である。アナログ乗算回路は、ギルバート型乗算回路と呼ばれる図３６に示す回路が汎用的に用いられる。この回路は、無線通信回路のミキサ（周波数混合回路）を筆頭に、広く用いられているアナログ機能回路である。非常にシンプルな回路で高周波まで動作できるように、バイポーラトランジスタの特性を巧みに利用している。しかしながら、例えば１２ビットあるいはそれ以上の精度を必要とするＲ−Ｄ変換装置などの高精度な信号処理の機能回路としては、絶対精度が必要なレベルには及ばない。この回路の入力のダイナミックレンジは例えば２０ｍＶｐ−ｐ程度であり、それに対する入力換算オフセット電圧は典型的には１〜２ｍＶ程度である。従って、絶対精度としては１０％程度が保証範囲に過ぎない。エミッタ帰還抵抗等の手段でダイナミックレンジを拡大する方法もあるが、オフセット電圧も増えるため相対的な精度は大して改善されない。回路的な工夫にトリミング等の方法を併用しても１％の絶対精度を保証することは非常に困難である。従って、８ビット程度の精度は実現可能であるが、１２ビットには遠く及ばない。
そのため、従来の高精度なＲ−Ｄ変換装置においては、ギルバート型乗算回路に替えて乗算型Ｄ／Ａ変換器等を用いる等により乗算回路の精度の制約を回避する必要があった。従ってアナログ乗算回路の実現手段も、高精度を実現するためには消費電力の増大とコストの増加を招く要因となっていた。
【００３３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でありながら、リアルタイムで精度の高い角度を求めることができる角度検出信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
第１の発明は、第１の周波数を有する第１の励磁信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する第２の励磁信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号とを含んだレゾルバの検出出力に基づいて、上記第１の角度の情報を取得する角度検出信号処理装置であって、信号処理部と、第１の位相ロック部と、第２の位相ロック部と、位相差演算部とを有する。
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１の周波数を有するとともに上記第１の角度に応じた位相差を有する第１の信号および第２の信号を出力する。
上記第１の位相ロック部は、上記第１の信号に位相をロックさせた第１の位相ロック信号を生成し、当該第１の位相ロック信号の位相角を示す第１のデータを出力する。
上記第２の位相ロック部は、上記第２の信号に位相をロックさせた第２の位相ロック信号を生成し、当該第２の位相ロック信号の位相角を示す第２のデータを出力する。
上記位相差演算部は、上記第１のデータと上記第２のデータとに基づいて、上記第１の位相ロック信号と上記第２の位相ロック信号との位相差を演算する。
【００３５】
上記第１の発明の作用を説明する。
上記信号処理部において、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１の周波数を有するとともに上記第１の角度に応じた位相差を有する第１の信号および第２の信号が生成される。上記第１の位相ロック部では、上記第１の信号に位相をロックさせた第１の位相ロック信号が生成され、当該第１の位相ロック信号の位相角を示す第１のデータが出力される。上記第２の位相ロック部では、上記第２の信号に位相をロックさせた第２の位相ロック信号が生成され、当該第２の位相ロック信号の位相角を示す第２のデータが出力される。そして、上記位相差演算部において、上記第１のデータと上記第２のデータとに基づいて、上記第１の位相ロック信号と上記第２の位相ロック信号との位相差が演算される。
これにより、上記第１の信号および上記第２の信号の位相差は上記第１の角度に応じた値を持つ。また、これらの信号に位相ロックした上記第１の位相ロック信号および上記第２の位相ロック信号の位相差も、上記第１の信号および上記第２の信号の位相差に応じた値を持つ。従って、上記第１の位相ロック信号および上記第２の位相ロック信号の位相差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。すなわち、上記位相差演算部の演算結果の位相差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。
上記第１、第２の位相ロック部においては、何れも上記第１の周波数を有する信号に位相がロックされるため、仮に上記第１の角度が周波数ゼロの一定値になる場合でも、上記第１、第２の位相ロック信号は上記第１の周波数を持つように制御される。そのため、上記第１、第２の位相ロック信号の位相角を示す上記第１、第２のデータを出力するために、例えばバイポーラＶＣＯのような周波数ゼロで発振する手段を設ける必要がない。
また、上記第１の信号と上記第２の信号との位相差を、ゼロクロス点の時間差により求めるのではなく、上記第１、第２の位相ロック部において刻々に出力される上記第１、第２のデータに基づいて求めるため、上記第１の角度の情報をリアルタイムで取得することが可能になる。また、ゼロクロス点を用いる方法に比べて、外来ノイズの影響を受け難くなる。
【００３６】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１の励磁信号および上記第２の励磁信号が、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号である場合に適用可能な発明である。
この場合、上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号を虚部成分とする複素信号を上記第１の信号として上記第１の位相ロック部に出力するとともに、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号の極性を反転させた信号を虚部成分とする複素信号を上記第２の信号として上記第２の位相ロック部に出力する。
上記第１の位相ロック部および上記第２の位相ロック部は、位相角データ生成部と、複素信号処理部と、帰還部とを有する。
上記位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして生成する。
上記複素信号処理部は、上記信号処理部から入力される第１の複素信号と、上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有し互いに直交する第１信号成分および第２信号成分を含み、周波数が所定の極性に設定される第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号を生成する。
上記帰還部は、上記複素信号処理部において生成される信号に応じて、上記偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する。
【００３７】
上記第２の発明の作用を説明する。
上記位相角データ生成部において生成されるデータは、上記帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータである。そのため、このデータに応じた位相角を有する上記第１信号成分および上記第２信号成分は、いずれも、上記帰還制御信号に応じた周波数を有する。すなわち、上記第２の複素信号は、上記帰還制御信号に応じた大きさの周波数を有するとともに該周波数が所定の極性に設定された複素信号である。
上記複素信号処理部においては、この第２の複素信号と上記第１の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号が生成される。
上記第２の複素信号と上記第１の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の偏角は、上記第１の複素信号の偏角と上記第２の複素信号の偏角とを足し合わせた偏角に等しい。そのため、上記複素信号処理部においては、この足し合わせた偏角に応じた信号が生成される。
そして、上記帰還部では、上記複素信号処理部において生成された信号に応じて、上記足し合わせた偏角が一定値（例えばゼロ）に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号が生成される。
偏角が一定になるということは、偏角が時間的に一定で、周波数がゼロになることに相当する。したがって、上記足し合わせた偏角が一定値に収束するためには、上記第１の複素信号および上記第２の複素信号が、互いに等しい大きさで極性が正負に反対の周波数を持っている必要がある。
そのため、上記第２の複素信号が負の周波数を持つ場合、この負の周波数が上記第１の複素信号の正の周波数を相殺するように、上記第２の複素信号の周波数が制御される。上記第２の複素信号が正の周波数を持つ場合は、この正の周波数が上記第１の複素信号の負の周波数を相殺するように、上記第２の複素信号の周波数が制御される。
これに対して、上記第２の複素信号と上記第１の複素信号とが同一極性の周波数を持っていると、上記足し合わされた偏角は常に周波数を持ち、これを一定値に収束させることができない。そのため、この場合、上記帰還制御が働かず、上記第２の複素信号の周波数は上記第１の複素信号の周波数に追従しない。
以上のことから、上記第１、第２の位相ロック部においてそれぞれ位相がロックされる上記第２の複素信号は、何れも、入力される上記第１の複素信号に含まれる特定の極性（上記所定の極性と反対の極性）の周波数成分に対して位相をロックさせた信号になる。
ところで、上記第１の位相ロック部に入力される上記第１の複素信号（上記第１の信号）は、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号を実部成分とし、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号を虚部成分とする複素信号である。この複素信号は、上記第１の周波数を持ち、その符号が互いに異なる、正と負の周波数成分を有している。
また、上記第２の位相ロック部に入力される上記第１の複素信号（上記第２の信号）は、上記第１の角度検出信号を実部成分とし、上記第２の角度検出信号の極性反転信号を虚部成分とする複素信号である。この複素信号も、上記第１の周波数を持ち、その符号が互いに異なる、正と負の周波数成分を有している。
ただし、この上記第１の信号と上記第２の信号との間で同一極性の周波数を持つ信号成分同士を比較すると、正負何れの周波数についても、上記第１の角度に応じた位相差を有している。
そのため、このような上記第１、第２の信号に位相がロックされる上記第１、第２の位相ロック部の上記第２の複素信号も、同様に、上記第１の角度に応じた位相差を有している。
従って、これら２つの第２の複素信号の位相差を示す上記第１のデータおよび上記第２のデータに基づいて上記位相差演算部により演算される位相差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。
【００３８】
なお、上記位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、上記信号生成部において生成される信号を分周する所定ビット長のカウンタとを有しても良く、上記カウンタの計数値を上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして出力しても良い。
【００３９】
また、上記複素信号処理部は、上記偏角に応じた信号として、上記第１の複素信号と上記第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の実部成分または虚部成分に応じた信号を生成しても良く、上記帰還部は、上記複素演算部において生成される信号が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成しても良い。
【００４０】
この場合、上記複素信号処理部は、複素信号生成部と、第１の演算部と、第２の演算部と、第２の演算部とを有しても良い。
上記複素信号生成部は、上記第１の演算部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有し互いに直交する上記第１信号成分および上記第２信号成分をそれぞれ生成する。
上記第１の演算部は、上記複素信号生成部において生成される上記第１信号成分と上記第１の複素信号の実部成分とを掛け合わせる。
上記第２の演算部は、上記複素信号生成部において生成される上記第２信号成分と上記第１の複素信号の虚部成分とを掛け合わせる。
上記第３の演算部は、上記第２の演算部および上記第２の演算部の演算結果の和もしくは差を演算する。
【００４１】
上記の構成によると、上記複素信号生成部において、上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有し互いに直交する上記第１信号成分および上記第２信号成分がそれぞれ生成される。上記第１の演算部では、上記複素信号生成部において生成される上記第１信号成分と上記第１の複素信号の実部成分とが掛け合わされる。上記第２の演算部では、上記複素信号生成部において生成される上記第２信号成分と上記第１の複素信号の虚部成分とが掛け合わされる。そして、上記第３の演算部において、上記第１の演算部および上記第２の演算部の演算結果の和もしくは差が演算される。
この和もしくは差の演算結果は、上記第１の複素信号と上記第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の実部または虚部に相当する信号になる。
【００４２】
あるいは、上記複素信号処理部は、第４の演算部と、第５の演算部と、第６の演算部とを有しても良い。
上記第４の演算部は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第１信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わせる。
上記第５の演算部は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第２信号成分の瞬時値に応じた重み係数を選択して、上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わせる。
上記第６の演算部は、上記第４の演算部および上記第５の演算部の演算結果の和もしくは差を演算する。
【００４３】
上記の構成によると、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合に、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第１信号成分の瞬時値に応じた重み係数が選択されて、上記第１の複素信号の実部成分に掛け合わされる。これにより、上記第１信号成分と上記第１の複素信号の実部成分との乗算結果が得られる。
上記第５の演算部では、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合に、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記第２信号成分の瞬時値に応じた重み係数が選択されて、上記第１の複素信号の虚部成分に掛け合わされる。これにより、上記第２信号成分と上記第１の複素信号の虚部成分との乗算結果が得られる。
そして、上記第６の演算部において、上記第４の演算部および上記第５の演算部の乗算結果の和もしくは差が演算されると、その演算結果は、上記第１の複素信号と上記第２の複素信号とを乗算した場合に得られる複素信号の実部または虚部に相当する信号になる。
【００４４】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記第１の励磁信号が上記第１の周波数を有する余弦関数の信号、上記第２の励磁信号が上記第１の周波数を有する正弦関数の信号である場合に適用可能な発明である。
この場合、上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との差を上記第１の信号として上記第１の位相ロック部に出力するとともに、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との和を上記第２の信号として上記第２の位相ロック部に出力する。
上記第１の位相ロック部および上記第２の位相ロック部は、位相角データ生成部と、位相検出部と、帰還部とを有する。
上記位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして生成する。
上記位相検出部は、上記位相角データ生成部において生成されるデータに応じた位相角を有する位相ロック信号と、上記信号処理部からの入力信号との位相差を検出する。
上記帰還部は、上記位相検出部において検出される位相差が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する。
【００４５】
上記第３の発明の作用を説明する。
上記第１の位相ロック部では、上記信号処理部から入力される上記第１の信号と上記第１の位相ロック信号との位相差が一定値に収束するように帰還制御が働く。また、上記第２の位相ロック部では、上記信号処理部から入力される上記第２の信号と上記第２の位相ロック信号との位相差が一定値に収束するように帰還制御が働く。そのため、上記位相差演算部において演算される上記第１の位相ロック信号と上記第２の位相ロック信号との位相差は、上記第１の信号と上記第２の信号との位相差に応じた値を持つ。
一方、上記第１の信号は、第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する正弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号との差である。また、上記第２の信号は、この第１の角度検出信号と第２の角度検出信号との和である。そのため、上記第１の信号と上記第２の信号との間には、上記第１の角度に応じた位相差がある。
従って、上記位相差演算部において演算される上記位相差から、上記第１の角度の情報が取得される。
【００４６】
なお、上記第３の発明において、上記位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周波数を有する信号を生成する信号生成部と、上記信号生成部において生成される信号を分周するカウンタとを有しても良く、上記カウンタの計数値を上記第１のデータもしくは上記第２のデータとして出力しても良い。
【００４７】
また、上記位相検出部は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、上記位相角データ生成部のデータが示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での上記位相ロック信号の瞬時値に応じた重み係数を選択して、該選択した重み係数を上記信号処理部からの入力信号に掛け合わせても良い。
これにより、上記信号処理部からの入力信号と上記位相ロック信号との乗算結果が得られる。
【００４８】
第４の発明は、第１の周波数を有する第１の励磁信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する第２の励磁信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号とを含んだレゾルバの検出結果に基づいて、上記第１の角度の情報を取得する角度検出信号処理装置であって、第１の位相角データ生成部と、信号処理部と、位相ロック部と、位相差演算部とを有する。
上記第１の位相角データ生成部は、レゾルバに供給する上記第１の周波数を有する励磁信号の位相角を示す第１のデータを生成する。
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１のデータが示す位相角に対して上記第１の角度に応じた位相差を有するとともに上記第１の周波数を有する信号を出力する。
上記位相ロック部は、上記信号処理部の出力信号に位相をロックさせた位相ロック信号を生成し、当該位相ロック信号の位相角を示す第２のデータを出力する。
上記位相差演算部は、上記第１のデータが示す位相角と上記第２のデータが示す位相角との差を演算する。
【００４９】
上記第４の発明の作用を説明する。
上記第１の位相角データ生成部において、レゾルバに供給する励磁信号の位相角を示す第１のデータが生成される。上記信号処理部においては、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号とに基づいて、上記第１のデータが示す位相角に対して上記第１の角度に応じた位相差を有するとともに上記第１の周波数を有する信号が出力される。上記位相ロック部では、上記信号処理部の出力信号に位相をロックさせた位相ロック信号が生成され、当該位相ロック信号の位相角を示す第２のデータが出力される。そして、上記位相差演算部において、上記第１のデータが示す位相角と上記第２のデータが示す位相角との差が演算される。
これにより、上記第１のデータが示す上記励磁信号の位相角と上記信号処理部より出力される信号の位相角との差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。また、上記信号処理部の出力信号に位相ロックした上記位相ロック信号の位相角と上記信号処理部より出力される信号の位相角との差も、上記第１の角度に応じた値を持つ。従って、上記第１のデータが示す上記励磁信号の位相角と上記第２のデータが示す上記位相ロック信号の位相角との差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。すなわち、上記位相差演算部の演算結果の位相差は、上記第１の角度に応じた値を持つ。
上記位相ロック部においては、上記第１の周波数を有する信号に位相がロックされるため、仮に上記第１の角度が周波数ゼロの一定値になる場合でも、上記位相ロック信号は上記第１の周波数を持つように制御される。そのため、上記位相ロック信号の位相角を示す上記第２のデータを出力するために、例えばバイポーラＶＣＯのような周波数ゼロで発振する手段を設ける必要がない。
また、上記信号処理部の出力信号と上記励磁信号との位相差を、ゼロクロス点の時間差により求めるのではなく、上記第１の位相角データ生成部と上記位相ロック部とにおいて刻々に出力される上記第１、第２のデータに基づいて求めるため、上記第１の角度の情報をリアルタイムで取得することが可能になる。また、ゼロクロス点を用いる方法に比べて、外来ノイズの影響を受け難くなる。
【００５０】
第５の発明は、上記第４の発明において、上記第１の励磁信号および上記第２の励磁信号が、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号である場合に適用可能な発明である。
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号を実部成分、上記第２の角度検出信号を虚部成分とする複素信号を出力する。
上記位相ロック部は、第２の位相角データ生成部と、複素信号処理部と、帰還部とを有する。
上記第２の位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを上記第２のデータとして生成する。
上記複素信号処理部は、上記信号処理部から入力される第１の複素信号と、上記第２の位相角データ生成部において生成される上記第２のデータに応じた位相角を有し互いに直交する第１信号成分および第２信号成分を含み、周波数が所定の極性に設定される第２の複素信号と、を乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号を生成する。
上記帰還部は、上記複素信号処理部において生成される信号に応じて、上記偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する。
【００５１】
上記第５の発明の作用を説明する。
上記位相ロック部の上記第２の複素信号は、先に説明した上記第２の発明における上記第１、第２の位相ロック部と同様に、入力される上記第１の複素信号に含まれる特定の極性（上記所定の極性と反対の極性）の周波数を持つ成分に対して位相をロックさせた信号になる。
一方、上記第１の複素信号は、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号を実部成分とし、上記第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号を虚部成分とする、複素信号である。この複素信号は、上記第１の周波数を持っており、その正の極性を持つ周波数成分が、上記励磁信号に対して上記第１の角度に応じた位相差を有している。また、負の極性を持つ周波数成分も、上記励磁信号に対して上記第１の角度に応じた位相差を有している。
そのため、上記第１の複素信号における一方の極性の周波数成分に対して位相をロックさせた上記第２の複素信号は、上記励磁信号に対して上記第１の角度に応じた位相差を有している。
従って、第１のデータが示す上記励磁信号の位相角と、上記第２のデータが示す上記第２の複素信号の位相角との差を上記位相差演算部において演算することにより、その演算結果から、上記第１の角度の情報を取得することが可能になる。
【００５２】
第６の発明は、上記第４の発明において、上記第１の励磁信号が上記第１の周波数を有する余弦関数の信号、上記第２の励磁信号が上記第１の周波数を有する正弦関数の信号である場合に適用可能な発明である。
上記信号処理部は、上記第１の角度検出信号と上記第２の角度検出信号との和もしくは差を上記位相ロック部に出力する。
上記位相ロック部は、第２の位相角データ生成部と、位相検出部と、帰還部とを有する。
上記第２の位相角データ生成部は、入力される帰還制御信号に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを上記第２のデータとして生成する。
上記位相検出部は、上記第２の位相角データ生成部において生成される上記第２のデータに応じた位相角を有する位相ロック信号と、上記信号処理部からの入力信号との位相差を検出する。
上記帰還部は、上記位相差検出部において検出される位相差が一定値に収束するように帰還制御を働かせる上記帰還制御信号を生成する。
【００５３】
上記第６の発明の作用を説明する。
上記位相ロック部では、上記信号処理部からの入力信号と上記位相ロック信号との位相差が一定値に収束するように帰還制御が働く。また、上記位相ロック信号は、上記第２の位相角データ生成部において生成される上記第２のデータに応じた位相角を有する。そのため、上記第２のデータは、上記信号処理部からの入力信号の位相角に応じたデータとなる。
一方、上記信号処理部の出力信号は、第１の周波数を有する余弦関数の信号の振幅が第１の角度を有する余弦関数の信号によって変調された第１の角度検出信号と、上記第１の周波数を有する正弦関数の信号の振幅が上記第１の角度を有する正弦関数の信号によって変調された第２の角度検出信号との和もしくは差である。この和の信号および差の信号は、何れも、上記励磁信号（第１の励磁信号、第２の励磁信号）との間に上記第１の角度に応じた位相差を有する。
そのため、上記第１のデータが示す上記励磁信号の位相角と上記第２のデータが示す上記信号処理部の出力信号の位相角との間には、上記第１の角度に応じた位相差がある。
従って、上記位相差演算部において演算される上記位相差から、上記第１の角度の情報が取得される。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、バイポーラＶＣＯ等を含まない簡易な構成でありながら、リアルタイムで精度の高い角度を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明を実施するための５つの形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
第１の実施形態に係る角度検出信号処理装置は、１相励磁２相出力型のレゾルバから出力される式（１）および式（２）に示す角度検出信号
ＶＩ＝Ｃｏｓωｏｔ・Ｃｏｓθ（ｔ）；
ＶＱ＝Ｃｏｓωｏｔ・Ｓｉｎθ（ｔ）；
を入力し、角度θ（ｔ）の情報を取得するものである。なお、以下の説明では、角度検出信号の振幅Ｖｏを‘１’として表記を省略する。
【００５７】
図１に示す角度検出信号処理装置は、信号処理部４００と、第１の位相ロック部ＰＬＬ１と、第２の位相ロック部ＰＬＬ２と、位相差演算部５００とを有する。
信号処理部４００は、本発明の信号処理部の一実施形態である。
第１の位相ロック部ＰＬＬ１は、本発明の第１の位相ロック部の一実施形態である。
第２の位相ロック部ＰＬＬ２は、本発明の第２の位相ロック部の一実施形態である。
位相差演算部５００は、本発明の位相差演算部の一実施形態である。
【００５８】
［信号処理部４００］
信号処理部４００は、角度検出信号ＶＩおよびＶＱとに基づいて、周波数ωｏを有するとともに角度θ（ｔ）に応じた位相差を有する複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮを出力する。なお、本明細書では、複素信号の記号に下線‘＿’を付すことによって複素信号と実信号とを区別する。
【００５９】
信号処理部４００は、例えば図１に示すように、角度検出信号ＶＩを実部成分、角度検出信号ＶＱを虚部成分とする複素信号＿ＶＣＰと、角度検出信号ＶＩを実部成分、角度検出信号ＶＱの極性を反転した信号を虚部成分とする複素信号＿ＶＣＮとを出力する。
後で詳しく述べるように、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮは、正の周波数（ωｏ）の成分と負の周波数（−ωｏ）の成分をそれぞれ有しており、互いに同一極性の周波数成分同士を比較すると、その位相差は角度２×θ（ｔ）になっている。
【００６０】
信号処理部４００に含まれる極性反転回路４０１は、角度検出信号ＶＱの極性を反転する回路である。
【００６１】
［ＰＬＬ１，ＰＬＬ２］
位相ロック部ＰＬＬ１は、複素信号＿ＶＣＰに位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯを生成し、この複素信号＿ＶＵＯの位相角に応じたデータＰＡ１を出力する。
位相ロック部ＰＬＬ２は、複素信号＿ＶＣＮに位相をロックさせた複素信号＿ＶＬＯを生成し、この複素信号＿ＶＬＯの位相角に応じたデータＰＡ２を出力する。
【００６２】
通常の位相ロック回路が実信号の位相にロックするものであるのに対し、位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２は、入力される複素信号に含まれる特定の極性を持つ周波数成分の位相にロックする。すなわち、入力される複素信号が正と負の周波数成分を有する場合に、例えば正の周波数成分に位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯ、＿ＶＬＯを生成する。そして、生成した複素信号の位相角のデータＰＡ１、ＰＡ２をそれぞれ出力する。
【００６３】
位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２の詳細な構成について説明する。
【００６４】
図１の例において、位相ロック部ＰＬＬ１は、位相角データ生成部３００−１と、複素信号処理部１００−１と、帰還部２００−１とを有する。
また、位相ロック部ＰＬＬ２は、位相角データ生成部３００−２と、複素信号処理部１００−２と、帰還部２００−２とを有する。
位相角データ生成部３００−１，３００−２は、本発明の位相角データ生成部の一実施形態である。
複素信号処理部１００−１，１００−２は、本発明の複素信号処理部の一実施形態である。
帰還部２００−１，２００−２は、本発明の帰還部の一実施形態である。
【００６５】
位相角データ生成部３００−１は、帰還部２００−１より入力される帰還制御信号Ｖｆ１に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上述した位相角のデータＰＡ１として生成する。
【００６６】
位相角データ生成部３００−１は、例えば、信号生成部３０１とカウンタ３０２とを有する。
信号生成部３０１は、本発明の信号生成部の一実施形態である。
カウンタ３０２は、本発明のカウンタの一実施形態である。
【００６７】
信号生成部３０１は、帰還制御信号Ｖｆ１に応じた周波数を有する信号を生成する回路であり、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）などを用いて構成される。
【００６８】
カウンタ３０２は、信号生成部３０１において生成される信号を分周する回路であり、所定ビット長ｎの計数値を出力する。例えば、‘０’から‘２ｎ−１’まで１ずつ増える計数値を反復して出力する。カウンタ３０２は、このカウンタ３０２の計数値を先に述べた位相角のデータＰＡ１として出力する。
【００６９】
位相角データ生成部３００−２は、帰還部２００−２より入力される帰還制御信号Ｖｆ２に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータを、上述した位相角のデータＰＡ２として生成する。
位相角データ生成部３００−２も、例えば上述した信号生成部３０１とカウンタ３０２とを用いて構成されており、カウンタ３０２の計数値を位相角のデータＰＡ２として出力する。
【００７０】
複素信号処理部１００−１は、信号処理部４００から入力される複素信号＿ＶＣＰと、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に応じた位相角（ωｏｔ＋φ（ｔ））を有し互いに直交する信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑを含み、周波数が所定の極性（例えば負）に設定される複素信号＿ＶＵＯと、を乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号ＶＵＣを生成する。この偏角に応じた信号ＶＵＣとして、例えば、複素信号＿ＶＣＰと複素信号＿ＶＵＯとを複素乗算した場合に得られる複素信号の実部成分または虚部成分に応じた信号を生成する。
【００７１】
複素信号処理部１００−１は、例えば、乗算部１０１および１０２と、加算部
１０３と、複素信号生成部１０７とを有する。
乗算部１０１は、本発明の第１の演算部の一実施形態である。
乗算部１０２は、本発明の第２の演算部の一実施形態である。
加算部１０３は、本発明の第３の演算部の一実施形態である。
複素信号生成部１０７は、本発明の複素信号生成部の一実施形態である。
【００７２】
複素信号生成部１０７は、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に応じた位相角を有し互いに直交する信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑをそれぞれ生成する。信号成分ＶＵＯ−Ｉを実部成分、信号成分ＶＵＯ−Ｑを虚部成分とする複素信号の周波数は、所定の極性（例えば負）を持つように設定される。
【００７３】
複素信号生成部１０７は、例えば、サイン／コサインの振幅データをテーブルとして持つＲＯＭを用いて位相角のデータを振幅のデータに変換し、それをＤ／Ａ変換器によってアナログの信号に変換することにより、信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑを生成しても良い。
【００７４】
また、複素信号生成部１０７は、図２に示すような簡易的な回路を用いて、位相が４分の１周期ずれている矩形状の信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑを生成しても良い。
図２は、複素信号生成部１０７の構成の一例を示す図である。複素信号生成部１０７は、例えば図２（Ａ）に示すように、排他的論理和回路ＸＯＲと、アンプＡ１およびＡ２を用いて構成することができる。
排他的論理和回路ＸＯＲは、カウンタ３０２の計数値の最上位ビットｂＭＳＢとその下位ビットｂＭＳＢ−１との排他的論理和を演算する。
アンプＡ１は、ビットｂＭＳＢが‘１’の場合に正、‘０’の場合に負の極性を持つ正負が同一振幅の矩形状の信号を、信号成分ＶＵＯ−Ｑとして出力する。
アンプＡ２は、ビットｂＭＳＢ−１が‘１’の場合に正、‘０’の場合に負の極性を持つ正負が同一振幅の信号ＶＵＯ−Ｉを出力する。
このような回路によれば、図２（Ｂ）に示す論理値のパターンからも分かるように、位相が４分の１周期ずれている矩形信号を生成することができる。
【００７５】
このような矩形信号を用いると、乗算結果に高調波成分が含まれるが、後で詳しく説明するように、角度θ（ｔ）が比較的ゆっくり変化する場合や位相ロック部の帯域が狭い場合などでは、この高調波成分を帰還部２００−１によって十分に減衰させることができるため、必要十分な精度を得ることができる。
【００７６】
なお、図２（Ａ）に示す回路は、後の実施形態で説明する擬似正弦波を用いた乗算に対応させると、図２（Ｃ）に示すように、最も簡単な２値の擬似正弦波乗算を行っていることに対応する。
図２（Ｃ）の例においては、乗算部１０１および１０２にそれぞれスイッチ回路１１１および極性反転回路１１２が設けられる。
乗算部１０１のスイッチ回路１１１は、ビットｂＭＳＢ−１が‘１’の場合に角度検出信号ＶＩをそのまま出力し、‘０’の場合には角度検出信号ＶＩを極性反転回路１１２で極性反転して出力する。
乗算部１０２のスイッチ回路１１１は、排他的論理和回路ＸＯＲの出力が‘１’の場合に角度検出信号ＶＱ（もしくは−ＶＱ）をそのまま出力し、‘０’の場合には角度検出信号ＶＩ（もしくは−ＶＱ）を極性反転回路１１２で極性反転して出力する。
【００７７】
乗算部１０１は、複素信号生成部１０７において生成される信号成分ＶＵＯ−Ｑと、複素信号＿ＶＣＰの実部成分である角度検出信号ＶＩとを掛け合わせる。乗算部１０１は、例えばギルバート型乗算回路などのアナログ乗算器を用いて構成しても良いし、乗算型のＤ／Ａ変換器を用いても良い。あるいは、図２（Ｃ）に示すように、スイッチ回路と極性判定回路を用いて極性を切り替えて出力する構成でも良い。
【００７８】
乗算部１０２は、複素信号生成部１０７において生成される信号成分ＶＵＯ−Ｉと、複素信号＿ＶＣＰの虚部成分である角度検出信号ＶＱとを掛け合わせる。乗算部１０２についても、乗算部１０１と同様、アナログ乗算器や乗算型Ｄ／Ａ変換器で構成しても良いし、図２（Ｃ）に示すようにスイッチ回路と極性判定回路を用いて構成しても良い。
【００７９】
加算部１０３は、乗算部１０１および１０２の乗算結果の和を上述した信号ＶＵＣとして出力する。加算部１０３より出力される信号ＶＵＣは、複素信号＿ＶＣＰと＿ＶＵＯとを複素乗算した場合に得られる複素信号の虚部成分に相当する信号になる。
【００８０】
なお、複素乗算結果の実部成分を出力する場合などにおいては、乗算部１０１および１０２の乗算結果の差を演算して出力する構成としても良い。
【００８１】
複素信号処理部１００−２は、信号処理部４００から入力される複素信号＿ＶＣＮと、位相角データ生成部３００−２において生成されるデータＰＡ２に応じた位相角（ωｏｔ−φ（ｔ））を有し互いに直交する信号成分ＶＬＯ−ＩおよびＶＬＯ−Ｑを含み、周波数が所定の極性（例えば負）に設定される複素信号＿ＶＬＯと、を乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号ＶＬＣを生成する。この偏角に応じた信号ＶＬＣとしては、例えば、複素信号＿ＶＣＮと＿ＶＬＯとを複素乗算した場合に得られる複素信号の実部成分または虚部成分に応じた信号を生成する。
複素信号処理部１００−２は、例えば上述と同様な乗算部１０１および１０２と、加算部１０３と、複素信号生成部１０７とを用いて構成しても良い。この場合、複素信号＿ＶＣＮと＿ＶＬＯとを複素乗算した場合に得られる複素信号の虚部成分に相当する信号ＶＬＣを生成する。
【００８２】
帰還部２００−１は、複素信号処理部１００−１において生成される信号ＶＵＣに応じて、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯの乗算結果として得られる複素信号の偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる帰還制御信号Ｖｆ１を生成する。
【００８３】
帰還部２００−１は、例えば、複素信号処理部１００−１において生成される信号ＶＵＣを所定の伝達特性をもって増幅するフィルタ回路として構成される。
【００８４】
図３（Ａ）は、帰還部２００−１の構成の一例を示す図であり、図３（Ｂ）はその伝達特性の一例を示す図である。
図３（Ａ）に示す帰還部２００−１は、演算増幅器ＯＰ１と、抵抗Ｒ１およびＲ２と、キャパシタＣ１およびＣ２を有する。
演算増幅器ＯＰ１の負側入力端子（−）と出力との間には、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ２の直列回路とキャパシタＣ１とが並列に接続されており、正側入力端子（＋）はグランドに接続される。帰還部２００−１の入力信号は、抵抗Ｒ１を介して演算増幅器ＯＰ１の負側入力端子（−）へ入力さる。帰還部２００−１の出力信号は、演算増幅器ＯＰ１の出力端子から出力される。
このような構成によると、図３（Ｂ）の伝達特性に示すように、周波数が低くなるほど帰還部２００−１のゲインは大きくなり、直流では演算増幅器ＯＰ１の開ループゲインに応じた非常に大きなゲインとなる。
【００８５】
このように、帰還部２００−１の直流利得が非常に大きくなる場合、複素信号処理部１００−１の出力信号ＶＵＣは定常状態においてゼロになる必要がある。この場合、出力信号ＶＵＣがゼロの状態において、複素信号＿ＶＵＯの位相が複素信号＿ＶＣＰにロックする。
【００８６】
帰還部２００−２は、複素信号処理部１００−２において生成される信号ＶＬＣに応じて、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＬＯの乗算結果として得られる複素信号の偏角が一定値に収束するように帰還制御を働かせる帰還制御信号Ｖｆ２を生成する。
帰還部２００−２についても、例えば複素信号処理部１００−１と同様に、直流利得が大きくなる伝達特性を持ったフィルタ回路によって構成することができる。
【００８７】
［位相差演算部５００］
位相差演算部５００は、位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２より出力される位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて、複素信号＿ＶＵＯと複素信号＿ＶＬＯとの位相差を演算する。
【００８８】
複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮは、後で述べるように角度θ（ｔ）に応じた位相差（２×θ（ｔ））を有しているため、これらに位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯも角度θ（ｔ）に応じた位相差（２×θ（ｔ））を有している。そのため、位相差演算部５００の演算結果として得られる位相差から、角度θ（ｔ）の情報を取得することができる。
【００８９】
ここで、上述した構成を有する第１の実施形態に係る角度検出信号処理装置の動作を説明する。
【００９０】
まず、信号処理部４００、位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２、位相差演算部５００による概略的な動作を説明する。
【００９１】
信号処理部４００において、角度検出信号ＶＩおよびＶＱに基づいて、周波数ωｏを有するとともに角度θ（ｔ）に応じた位相差を有する複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮが出力される。位相ロック部ＰＬＬ１では、複素信号＿ＶＣＰに位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯが生成され、この複素信号＿ＶＵＯの位相角（ロック時にはωｏｔ＋φ（ｔ）≒ωｏｔ＋θ（ｔ））に応じたデータＰＡ１が出力される。位相ロック部ＰＬＬ２では、複素信号＿ＶＣＮに位相をロックさせた複素信号＿ＶＬＯが生成され、この複素信号＿ＶＬＯの位相角（ロック時にはωｏｔ−φ（ｔ）≒ωｏｔ−θ（ｔ））に応じたデータＰＡ２が出力される。そして、位相差演算部５００において、データＰＡ１およびＰＡ２とに基づいて、複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯとの位相差（２×θ（ｔ））が演算される。例えば、カウンタ３０２のカウント値であるデータＰＡ１およびＰＡ２の差が演算される。
【００９２】
このように位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２においては、何れも周波数ωｏを有する信号に位相がロックされるため、仮に角度θ（ｔ）が周波数ゼロの一定値になる場合でも、複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯは周波数ωｏを持つように制御される。従って、複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯの位相角に応じたデータＰＡ１およびＰＡ２を出力するために、例えばバイポーラＶＣＯのような周波数ゼロで発振する手段を設ける必要がない。
また、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮの位相差を、ゼロクロス点の時間差により求めるのではなく、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において刻々に出力されるデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて求めるため、角度θ（ｔ）の情報をリアルタイムで取得することが可能になる。また、ゼロクロス点を用いる方法に比べて、外来ノイズの影響を受け難くなる。
【００９３】
次に、位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２における複素信号の位相ロック動作（複素位相ロック動作）について詳しく説明する。
【００９４】
複素位相ロック動作を説明するにあたり、先ずは、実信号と複素信号との関係について説明する。
【００９５】
複素周波数ωsは、次のように定義される。
【００９６】
【数６】
2006058232.tif 000008
【００９７】
複素信号は、複素平面で定義されるために、単純に実信号としては表現することができず、実部成分Ｃｏｓωｓｔと虚部成分Ｓｉｎωｓｔに分け、２つの信号の組として定義することができる。
【００９８】
図４は、複素平面上で表された複素信号を示す図である。
図４に示すように、複素信号は、原点を角速度ωで回転する複素平面上のベクトルと考えることができる。複素信号の実部は余弦成分、虚部は正弦成分になる。
【００９９】
このような複素信号に対し、単一信号として実世界に存在する通常の信号を、本明細書では実信号と呼んでいる。
以下では、正弦波および余弦波の実信号を複素信号として見たときに、これらがどのような複素信号として表されるかについて考察する。実信号としての余弦波と正弦波は次式で表すことができる。
【０１００】
【数７】
2006058232.tif 000009
【０１０１】
この式から明らかなように、実信号は、正負対称な周波数を持つ２つの複素信号の和で表されることが判る。
【０１０２】
図４の複素平面において、正の周波数は反時計回りに廻るベクトルであり、負の周波数とは時計回りに廻るベクトルであると定義する。この定義に基づいて式（１０）および（１１）の関係を図示すると、図５のようになる。
実信号２Ｃｏｓωｓｔは、正の周波数を有する複素信号ｅjωstと負の周波数を有する複素信号ｅ-jωstとの和である。これを複素平面上に描くと、図５の左図に示すように、互いに逆向きに回転する２つのベクトルの和として表すことができる。２つのベクトルは、時間ｔ＝０において実軸上で重なり、時間とともに回転しても実軸に対して常に線対称になる。そのため、２つのベクトルを合成した場合、常に虚部が打ち消されてゼロになり、実部のみが残る。
同様に、実信号２Ｓｉｎωｓｔは、正の周波数を有する複素信号−ｊｅjωstと負の周波数を有する複素信号ｊｅ-jωstとの和であり、図５の右図に示すように、実軸に対しては常に線対称になるため、やはり２つのベクトルを合成すると虚部は常に打ち消されてゼロになり、実部のみが残る。
【０１０３】
これを静止したベクトルとして表すために、図６に示す座標系を用いる。
図６の座標系では、虚部を表すｚ軸と実部を表すｙ軸とがなす複素平面に対して垂直な方向に、複素信号の角周波数または周波数を表すｘ軸を設ける。
図７は、複素平面（ｚ−ｙ平面）上に、時間ｔ＝０のときの正弦波信号および余弦波信号をベクトルで図解した図である。ただし、時間ｔ＝０のときの位相は何れもゼロであるとする。図７（Ａ）は余弦波信号Ｃｏｓωｓｔのベクトルを示し、図７（Ｂ）は正弦波信号Ｓｉｎωｓｔのベクトルを示す。
【０１０４】
このように、実信号はどんな信号であろうとも、複素信号として見ると正負の対称な周波数を持つ２つの複素信号を含んでいる。そして、これらのベクトルは、時間と共に互いに逆回転しており、常に虚部が打ち消し合うため、両者の和としての実信号には虚部が存在しない。
【０１０５】
以上、実信号と複素信号との関係について述べた。
位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２は、入力信号を複素信号として扱い、この複素信号の正の周波数成分または負の周波数成分の何れか一方に位相をロックさせた複素信号を生成して、その位相角に応じたデータＰＡ１、ＰＡ２を得るものである。
【０１０６】
位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１は、帰還制御信号Ｖｆ１に応じた周期で反復されるデータであって、当該周期内の位相角を示すデータである。例えばカウンタ３０２の計数値は、帰還制御信号Ｖｆ１に応じた周期で‘０’から‘２ｎ−１’までの変化を繰り返す。そのため、このデータＰＡ１に応じた位相角を有する直交信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑは、いずれも、帰還制御信号Ｖｆ１に応じた周波数を有する。
すなわち、複素信号＿ＶＵＯは、帰還制御信号Ｖｆ１に応じた大きさの周波数を有しており、その極性が所定の極性に設定された複素信号である。
【０１０７】
複素信号処理部１００−１においては、この複素信号＿ＶＣＰと複素信号＿ＶＵＯとを乗算した場合に得られる複素信号の偏角に応じた信号ＶＵＣが生成される。仮に、次式に示すように、複素信号＿ＶＣＰが正の周波数を有し、複素信号＿ＶＵＯが負の周波数を有するものとする。
【０１０８】
【数８】
2006058232.tif 000010
【０１０９】
これらを乗算すると、次式のようになる。
【０１１０】
【数９】
2006058232.tif 000011
【０１１１】
式（１４）に示す複素信号の偏角は‘θ（ｔ）−φ（ｔ）’であり、帰還部２００−１はこの偏角が一定値（例えばゼロ）に近づくように、帰還制信号Ｖｆ１を生成する。例えば、複素信号処理部１００−１において、式（１４）に示す複素信号の虚部成分
Ｓｉｎ（θ（ｔ）−φ（ｔ））；
が信号ＶＵＣとして出力されるものとする。この場合、図３（Ｂ）に示すように帰還部２００−１の直流ゲインを非常に大きくすると、定常的には、
ＶＵＣ＝Ｓｉｎ（θ（ｔ）−φ（ｔ））≒０；
が成立するように帰還制御が働く。そのため、角度θ（ｔ）とφ（ｔ）とがほぼ等しくなるように、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯの位相がロックする。
【０１１２】
すなわち、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯを乗算した場合に得られる複素信号の偏角は、複素信号＿ＶＣＰの偏角（ωｏｔ＋θ（ｔ））と複素信号＿ＶＵＯの偏角（ωｏｔ＋φ（ｔ））とを足し合わせた偏角（θ（ｔ）−φ（ｔ））に等しいくなる。複素信号処理部１００−１においては、これらを足し合わせた偏角（θ（ｔ）−φ（ｔ））に応じた信号ＶＵＣが生成される。
そして、帰還部２００−１では、複素信号処理部１００−１において生成された信号ＶＵＣに応じて、上記足し合わせた偏角が一定値（例えばゼロ）に収束するように帰還制御を働かせる帰還制御信号Ｖｆ１が生成される。その結果、複素信号＿ＶＵＯの位相が複素信号＿ＶＣＰの位相にロックする。
【０１１３】
ところで、偏角が一定になるということは、偏角が時間的に一定で、周波数がゼロになることに相当する。したがって、上記足し合わせた偏角が一定値に収束するためには、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯが、互いに等しい大きさで極性が正負に反対の周波数を持っている必要がある。
【０１１４】
例えば、式（１３）に示すように複素信号＿ＶＵＯが負の周波数を持つ場合、この負の周波数が複素信号＿ＶＣＰの正の周波数を相殺するように、複素信号＿ＶＵＯの周波数が制御される。複素信号＿ＶＵＯが正の周波数を持つ場合は、この正の周波数が複素信号＿ＶＣＰの負の周波数を相殺するように、複素信号＿ＶＵＯの周波数が制御される。
これに対し、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯが同一極性の周波数を持っていると、上記足し合わせた偏角は常に周波数を持ち、これを一定値に収束させることができない。そのため、この場合、帰還制御が働かず、複素信号＿ＶＵＯの位相は複素信号＿ＶＣＰに追従しない。
【０１１５】
仮に、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＵＯが次式に示すように何れも正の周波数を有するものとする。
【０１１６】
【数１０】
2006058232.tif 000012
【０１１７】
これらを乗算すると、次式のようになる。
【０１１８】
【数１１】
2006058232.tif 000013
【０１１９】
この場合、乗算結果の複素信号の偏角には角周波数２ωｏという周波数が残存し、これを一定値に収束させることはできない。そのため、複素信号＿ＶＵＯの位相を複素信号＿ＶＣＰにロックさせることはできない。
【０１２０】
従って、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２においては、入力の複素信号＿ＶＣＰ、＿ＶＣＮに含まれる特定の極性（例えば正極性）の周波数を持つ成分に対してのみ位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯ、＿ＶＬＯが生成される。
【０１２１】
以上、位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２における複素位相ロック動作について説明した。
【０１２２】
位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２では、この複素位相ロック動作によって、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮの所定極性の周波数成分（例えば正の周波数成分）にそれぞれ位相をロックさせた複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯが生成される。そして、この複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯの位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２が出力される。
位相差演算部５００では、この位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて、複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯの位相差が演算され、この演算結果より、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮにおける所定極性の周波数成分同士の位相差に関する情報が取得される。
【０１２３】
そこで次に、この複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮにおける所定極性の周波数成分同士が、角度θ（ｔ）に応じた位相差を持つ理由について説明する。
【０１２４】
構造の簡単な１相励磁２相出力型のレゾルバの出力信号ＶＩ，ＶＱは、次式で与えられる。
【０１２５】
【数１２】
2006058232.tif 000014
【０１２６】
これらの信号から式（５）および（６）に示すような信号を作ることが、ある種のＲ−Ｄ（レゾルバ−デジタル）変換信号処理回路の命題になっていることは先に述べた。
【０１２７】
図８は、レゾルバの出力信号ＶＩ、ＶＱを複素周波数のベクトルとして表したものである。
図８における‘Ｐ’および‘Ｎ’は、周波数ωｏの極性と角度θの極性との関係を表している。すなわち、正の周波数ωｏにおいて角度θ（ｔ）が反時計方向に廻るベクトルを正の信号ベクトル（ωｏｔ＋θ（ｔ））と定義し、時計方向に廻るベクトルを負の信号ベクトル（ωｏｔ−θ（ｔ））と定義し、各々‘Ｐ’、‘Ｎ’の符号を付して示している。また、負の周波数−ωｏにおいて角度θ（ｔ）が時計方向に廻るベクトルを正の信号ベクトル（−ωｏｔ−θ（ｔ））と定義し、反時計方向に廻るベクトルを負の信号ベクトル（−ωｏｔ＋θ（ｔ））と定義し、各々‘Ｐ’、‘Ｎ’の符号を付して示している。
これを言い換えると、周波数ωｏと角度θの極性が等しいベクトルを正のベクトル‘Ｐ’、周波数ωｏと角度θの極性が異なるベクトルを負のベクトル‘Ｎ’として表している。
【０１２８】
図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、レゾルバの出力信号ＶＩ、ＶＱそのものは、同じ周波数に正の信号ベクトルと負の信号ベクトルが混在するため、そのままでは分離することができない。
【０１２９】
そこで、２相励磁２相出力に立ち返ると、‘Ｓｉｎωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’のベクトルは、図８（Ｃ）のように表記することができる。この信号は、‘Ｃｏｓωｏｔ×Ｃｏｓθ（ｔ）’との和と差を演算することにより、‘Ｃｏｓ（ωｏｔ＋θ（ｔ））’および‘Ｃｏｓ（ωｏｔ−θ（ｔ））’へ簡単に変換できることは前述した。
ここで、図８（Ｂ）の‘Ｃｏｓωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’と図８（Ｃ）の‘Ｓｉｎωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’とを、正の周波数に注目して比較すると、‘Ｃｏｓωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’を時計方向に９０°、すなわち−９０°回転させることにより、これを‘Ｓｉｎωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’へ変換できることが分かる。
【０１３０】
ベクトルを−９０°回転させるには、図９に示すような操作を行う。すなわち、実部を負の虚部とし、虚部を実部とすれば良い。
【０１３１】
以上の考察から、’Ｃｏｓωｏｔ×Ｓｉｎθ（ｔ）’を図９の操作によって−９０°回転させ、この回転して得た信号と’Ｃｏｓωｏｔ×Ｃｏｓθ（ｔ）’とを加算ならびに減算する。
図１０は、上記の演算の様子をベクトルによって図解したものである。
図１０の最下段の演算結果を見ると、加算と減算によって得られた２つの複素信号において同一の周波数を持つ成分同士は、互いの位相差が’２×θ’になっていることが分かる。
【０１３２】
しかしながら、図１０に示す演算結果の複素信号には、それぞれ、正と負の周波数を持って逆回転するベクトルが存在している。そこで、上述した位相ロック動作によって正の周波数の信号成分のみを取り出せば、式（５）および（６）と同等な信号を得ることができる。
【０１３３】
図１１は、上述した信号処理をブロック図として表したものである。
ここでは、レゾルバの出力信号ＶＩとＶＱを複素信号として扱う。信号ＶＩおよびＶＱ自体は実信号なので、虚部成分はゼロである。
次に信号ＶＱを−９０°回転させるために、実部と虚部を入れ替え、虚部を反転する。それを複素信号として加減算すると、図１０に示す減算出力信号＿ＶＣＰおよび加算出力信号＿ＶＣＮが得られる。
【０１３４】
図１１において太線で示した経路は、レゾルバの出力信号が通る。ところが細線で示した経路は、元の信号の虚部であり、実際には信号が存在しない。したがって、その経路を除去すると、図１１の信号処理は図１２のように簡素化することができる。
【０１３５】
図１２の信号処理を式で表すと次のようになる。
【０１３６】
【数１３】
2006058232.tif 000015
【０１３７】
式（２０）および（２１）からも分かるように、同一極性の周波数成分同士の位相差は、正負の何れにおいても‘２×θ（ｔ）’となっている。
以上、複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮの同一極性の周波数成分同士が位相差‘２×θ（ｔ）’を持つ理由について説明した。
【０１３８】
次に、複素信号処理部１００−１、１００−２の出力信号ＶＵＣ，ＶＬＣが角度θ（ｔ）と角度φ（ｔ）との差に応じた信号になることについて、数式を用いて説明する。
【０１３９】
複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＬＯが何れも負の周波数ωｏを持つものとして、複素信号＿ＶＵＯおよび＿ＶＣＰ、複素信号＿ＶＬＯおよび＿ＶＣＮそれぞれ複素乗算すると、次式のようになる。
【０１４０】
【数１４】
2006058232.tif 000016
【０１４１】
一方、複素数の乗算は次のように表される。
【０１４２】
【数１５】
2006058232.tif 000017
【０１４３】
式（２４）の演算をブロック図で表すと、図１３（Ａ）のようになる。この複素乗算結果のうち、実際に必要な信号は位相角データ生成部３００−１、３００−２に入力する実信号である。そのため、複素信号処理部１００−１、１００−２には、図１３（Ａ）における虚部の演算部分のみを抽出した図１３（Ｂ）の構成をそれぞれ設ければよい。すなわち図１３（Ｂ）から、２つの乗算部（１０１、１０２）と１つの加算部（１０３）をそれぞれ設ければよい。
【０１４４】
複素信号＿ＶＵＯの実部成分ＶＵＯ−Ｉと虚部成分ＶＵＯ−Ｑ、複素信号＿ＶＬＯの実部成分ＶＬＯ−Ｉと虚部成分ＶＬＯ−Ｑは、それぞれ次式のように表される。
【０１４５】
【数１６】
2006058232.tif 000018
【０１４６】
これらの式で表される信号を、式（３）および（４）で表される角度検出信号ＶＩおよびＶＱとともに図１に示す回路に当てはめて演算を行うと、複素信号処理部１００−１、１００−２の出力信号ＶＵＣ、ＶＬＣはそれぞれ次式のように表される。
【０１４７】
【数１７】
2006058232.tif 000019
【０１４８】
式（２９）および（３０）は、確かに式（２２）および（２３）の虚部を表しており、角度θ（ｔ）およびφ（ｔ）を反映した信号が得られることが分かる。
式（２９）および（３０）の第２項目は、周波数２ωｏの高周波成分であり、帰還部２００−１のフィルタ作用によって減衰する。そのため、何れも第１項の成分
Ｓｉｎ（θ（ｔ）−φ（ｔ））；
が帰還制御信号Ｖｆ１、Ｖｆ２となり、‘θ（ｔ）≒φ（ｔ）’となるように帰還制御が働く。
【０１４９】
以上説明したように、本実施形態に係る角度検出信号処理装置によれば、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において、検出対象の角度θ（ｔ）ではなく、周波数ωｏｔのオフセットを持った位相角ωｏｔ±θ（ｔ）を追随するように位相ロック動作が行われる。そのため、角度θ（ｔ）の周波数に対して励磁周波数ωｏｔを十分高く設定すれば、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において位相ロック動作が行われる位相角ωｏｔ±θ（ｔ）がゼロになるようなことはない。機械の回転は、周波数としてみれば極めて低いものであり、例えば５００Ｈｚは実に３０，０００ｒｐｍもの回転速度になる。従って、周波数ωｏを周波数に換算して例えば数ｋＨｚ以上に設定しておけば、通常こうした問題を生じることはない。
従来は、構造の簡単な１相励磁２相出力型のレゾルバにおいて、位相角ωｏｔ±θ（ｔ）ではなく、検出対象の角度θ（ｔ）に追随するような位相ロックループを構成して角度θ（ｔ）を求めていた。その場合、角度θ（ｔ）は正負の方向に変化したり、静止して直流値になる。そのため、位相ロックループに搭載するＶＣＯは直流値を含め正負の値を表現できるバイポーラ（両極性）型である必要があった。また、カウンタもアップダウンカウントの機能が必要であった。
従って、本実施形態によれば、バイポーラＶＣＯやアップダウン型カウンタなど、構成が複雑で回路が大きく、消費電力も大きい構成を削除することができる。
【０１５０】
また、本実施形態では、位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２において、検出対象の角度θ（ｔ）に対し周波数ωｏｔのオフセットを持った位相角ωｏｔ±θ（ｔ）を追随するように位相ロック動作が行われる。そのため、仮にレゾルバが静止していても位相ロック部ＰＬＬ１、ＰＬＬ２は周波数ωｏｔで廻り続けることになり、振幅に分解能が無くとも位相角には高い分解能を得ることができる。
従来は、ＶＣＯからの位相出力φ（ｔ）が角度θ（ｔ）を追随するため、乗算器に入力するコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）やサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）には高い分解能が要求される。例えば１２ビットの角度分解能を得るためには、少なくともコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）、サイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）に１１ビットの分解能が必要である。このことは、レゾルバが静止してコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）およびサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）が一定値（直流）になったとき、直流信号に高い分解能が無い限り、高い角度分解能の位相追随が不可能であることからも直感的に明らかである。このように、従来は正確なコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）やサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）を出力する必要があったために、波形データを格納する大容量のＲＯＭや高分解能のＤ／Ａ変換器、オフセットの少ない乗算型Ｄ／Ａ変換器などが必要とされていた。
従って、本実施形態によれば、大容量のＲＯＭや高分解能のＤ／Ａ変換器、乗算型Ｄ／Ａ変換器など、構成が複雑で回路が大きく、消費電力も大きい構成を削除することができる。
【０１５１】
このように、本実施形態によれば、波形データのＲＯＭ、アップダウンカウンタといった複雑なデジタル機能や、乗算型Ｄ／Ａ変換器、バイポーラＶＣＯといった特殊な機能回路を必要とせず、シンプルなシステムにより高性能な角度検出信号処理装置を実現することができる。これにより、レソルバの角度検出信号処理装置を極めてシンプルに小さなハードウェアで構成することが可能になり、大幅な低消費電力化、低コスト化を実現することができる。また、ハードウェアがシンプルになることで、信頼性を向上させることができる。
【０１５２】
また、本実施形態では、位相ロック部において入力信号に位相をロックさせる信号が厳密に正弦波である必要がなくなり、極端な場合は図２に示すように矩形波でもよくなる。矩形波の場合、第３次高調波が含まれるために高速あるいは時間変化率が高い角度の検出には適さないが、回路構成を大幅に簡易化できる利点がある。
【０１５３】
しかも、位相ロック部において入力信号に位相をロックさせる信号が、例えば階段波、極端な場合には矩形波でも良くなることから、後の実施形態でも述べるように、アナログ信号同士の乗算ではなくスイッチにより極性や重み係数を切り替える方式のアナログ乗算回路を使うことも可能になる。これにより、前述したアナログ乗算回路に起因する精度の制約を飛躍的に緩和することが可能になる。
【０１５４】
更には、従来、位相角ωｏｔ±θ（ｔ）の信号を得るために構造の複雑な２相励磁２相出力型レゾルバを用いるか、あるいは、１励磁２相出力型レゾルバにおいて複雑な信号処理を行う必要があったが、本実施形態によれば、特定の極性を持つ周波数成分のみに位相をロックさせる複素信号の位相ロック動作を用いることによって、非常にシンプルなハードウェア構成により、１励磁２相出力型レゾルバの出力信号から位相角ωｏｔ±θ（ｔ）の情報を取得することができる。
【０１５５】
その上、本実施形態の方法によれば、刻々に更新される位相角ωｏｔ±θ（ｔ）のデータＰＡ１、ＰＡ２に基づいて角度θ（ｔ）の情報を得ることができるため、リアルタイムの角度検出が可能になるとともに、ゼロクロス点の時間差から位相差を求める方法に比べて外来ノイズに対する耐性を大幅に向上できる。
【０１５６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【０１５７】
先の実施形態において述べた本発明の重要な特長として、位相ロック部において入力信号に位相がロックされる信号、すなわち、入力信号と乗算される信号の振幅情報が、厳密な正弦波である必要がないことが挙げられる。例えば図２に示す複素信号生成部１０７では、矩形波を入力する例を示している。また、より高調波を低減させる場合、例えば第１５図に示すような階段波を使っても良い。図１６に示す４値の階段波は、信号周期の８分の１の周期で振幅が階段状に変化し、その変化時刻における正弦波の信号値を標本化して１次ホールドしたものと等価になるように設定されている。
【０１５８】
図１７は、図１６に示す階段波の周波数スペクトルを示す。この信号は正弦波を８倍の周期で標本化したものと等しいため、正弦波周波数ｆの８倍が標本化周波数、４倍がナイキスト周波数となる。従って周波数８ｆ周辺の周波数７ｆと９ｆにもスペクトルが立つ。基本周波数ｆと標本化により生じた周波数７ｆの間には何もない。１次ホールドと同じ効果により、７次高調波（７ｆ）と９次高調波（９ｆ）は基本波に対して各々１７．１ｄＢ及び１９．３ｄＢ減衰する。この例では階段波は４値を有する。更に例えば８値にすれば、最も低い高調波は１５次となる。その場合は１６倍の標本化と等価である。後述するとおり、典型的には多くの場合４値の階段波でも十分な精度を得ることができる。このような階段状の波形を持つ信号を以下では疑似正弦波と呼ぶ。
【０１５９】
本実施形態に係る角度検出信号処理装置では、位相ロック部における乗算に、上述のような疑似正弦波が用いられる。
【０１６０】
図１４に示す角度検出信号処理装置は、図１に示す角度検出信号処理装置における複素信号処理部１００−１、１００−２を、次に述べる複素信号処理部１００Ａ−１、１００Ａ−２に置き換えたものであり、他の構成について両者は同じである。
また、複素信号処理部１００Ａ−１と１００Ａ−２は同様な構成を有しているため、以下では複素信号処理部１００Ａ−１のみを説明する。
【０１６１】
複素信号処理部１００Ａ−１は、正弦波乗算部１０４と、余弦波乗算部１０５と、加算部１０６とを有する。
正弦波乗算部１０４および余弦波乗算部１０５において乗算される係数の基本波は、互いに直交している。例えば、正弦波乗算部１０４において乗算される係数の基本波は、カウンタデータＰＡ１の正弦波に対応し、余弦波乗算部１０５において乗算される係数の基本波は、カウンタデータＰＡ１の余弦波に対応する。
なお、正弦波乗算部１０４は、本発明の第４の演算部の一実施形態である。
余弦波乗算部１０５は、本発明の第５の演算部の一実施形態である。
加算部１０６は、本発明の第６の演算部の一実施形態である。
【０１６２】
加算部１０６は、後述する正弦波乗算部１０４の乗算結果Ｓ１０４と余弦波乗算部１０５の乗算結果Ｓ１０５とを加算して、信号ＶＵＣを生成する。
【０１６３】
正弦波乗算部１０４は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、位相角データ生成部のデータＰＡ１が示す位相角が別の角度範囲に移る場合に、予め設定した複数の重み係数の中から、この移動先の角度範囲における所定の位相角での信号成分ＶＵＯ−Ｑの瞬時値に応じた重み係数を選択して、複素信号ＶＣＰの実部成分（角度検出信号ＶＩ）に掛け合わせる。
擬似正弦波を乗ずる場合、例えば、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に基づいて、信号成分ＶＵＯ−Ｑのｋ分の１（ｋは正の４の倍数を示す。以下同じ。）周期ごとの瞬時値に応じた重み係数を、ｋ分の１周期ごとに切り替えて複素信号ＶＣＰの実部成分（ＶＩ）に掛け合わせる。
また、矩形波を乗ずる場合、例えば、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に基づいて、信号成分ＶＵＯ−Ｑの半周期ごとのピーク値に応じた重み係数を、半周期ごとに切り替えて複素信号ＶＣＰの実部成分（ＶＩ）に掛け合わせる。
【０１６４】
余弦波乗算部１０５は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、位相角データ生成部のデータＰＡ１が示す位相角が別の角度範囲に移る場合に、予め設定した複数の重み係数の中から、この移動先の角度範囲における所定の位相角での信号成分ＶＵＯ−Ｉの瞬時値に応じた重み係数を選択して、複素信号ＶＣＰの虚部成分（角度検出信号ＶＱ）に掛け合わせる。
擬似正弦波を乗ずる場合、例えば、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に基づいて、信号成分ＶＵＯ−Ｉのｋ分の１周期ごとの瞬時値に応じた重み係数を、ｋ分の１周期ごとに切り替えて複素信号ＶＣＰの虚部成分（ＶＱ）に掛け合わせる。
また、矩形波を乗ずる場合、例えば、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に基づいて、信号成分ＶＵＯ−Ｉの半周期ごとのピーク値に応じた重み係数を、半周期ごとに切り替えて複素信号ＶＣＰの虚部成分（ＶＱ）に掛け合わせる。
【０１６５】
図１８は、正弦波乗算部１０４の構成の一例を示す図である。
図１８に示す正弦波乗算部１０４は、乗算部ＭＰ１と、制御部ＣＮＴ１とを有する。乗算部ＭＰ１は、ｎ個の係数乗算回路Ｍ１〜Ｍｎと、ｎ個の係数選択スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと、極性選択スイッチＳＷｐと、極性反転回路ＩＮＶとを含む。
【０１６６】
係数乗算回路Ｍ１，…，Ｍｎは、複素信号ＶＣＰの実部成分ＶＩに重み係数ａ１，…，ａｎを乗算する。
【０１６７】
係数選択スイッチＳＷ１，…，ＳＷｎは、一方の端が係数乗算回路Ｍ１，…，Ｍｎの出力にそれぞれ接続され、他方の端がノードＮ１に接続される。
【０１６８】
極性反転回路ＩＮＶは、ノードＮ１に出力される係数乗算回路Ｍ１，…，Ｍｎの乗算結果を反転する。
【０１６９】
極性選択スイッチＳＷｐは、係数選択スイッチＳＷ１，…，ＳＷｎに接続されるノードＮ１、または、極性反転回路ＩＮＶの出力に接続されるノードＮ２の何れか一方を選択し、出力ノードＮ３に接続する。正弦波乗算部１０４の乗算結果Ｓ１０４は、出力ノードＮ３から出力される。
【０１７０】
制御部ＣＮＴ１は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、位相角データ生成部のデータＰＡ１が示す位相角が別の角度範囲に移る場合に、予め設定した複数の重み係数の中から、この移動先の角度範囲における所定の位相角での信号成分ＶＵＯ−Ｑの瞬時値に応じた重み係数が選択されるように、係数選択スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ，ＳＷｐを制御する。
例えば、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１のうち、最上位から所定ビット数のデータＣＢ１を用いて、信号成分ＶＵＯ−Ｑのｋ分の１周期ごとの瞬時値に応じた重み係数がｋ分の１周期ごとに切り替えられるように、係数選択スイッチＳＷ１〜ＳＷｎ，ＳＷｐを制御する。
【０１７１】
図１８は正弦波乗算部１０４の構成例であるが、余弦波乗算部１０５もこれと同様な構成にすることが可能である。
【０１７２】
なお、上述した正弦波乗算部１０４、余弦波乗算部１０５による重み係数の切り替えは、乗算する信号成分ＶＵＯ−Ｉ、ＶＵＯ−Ｑの１周期に対してｋ分の１周期ごとに行うことが望ましい。これにより、信号成分ＶＵＯ−Ｉと信号成分ＶＵＯ−Ｑとの位相差を４分の１周期に保ちつつ、正弦波乗算部１０４および余弦波乗算部１０５において同一の重み係数の乗算回路を用いることが可能になる。
【０１７３】
図１９は、２つの係数乗算回路Ｍ１，Ｍ２を用いて乗算部ＭＰ１を構成した場合における、係数選択スイッチＳＷ１，ＳＷ２および極性選択スイッチＳＷｐの制御方法の一例を示す図である。
この場合、重み係数は＋ａ１、−ａ１、＋ａ２、−ａ２の４値を有する。
また、重み係数の時系列上の推移を示す波形ｍ０（ｔ）は、図２０に図示するように、正弦波状の信号成分（ＶＵＯ，ＶＬＯ）をサンプリングして得られる波形になる。乗算回路の重み係数は、例えばこの図２０に示すように、重み係数を切り替える時点における信号成分（ＶＵＯ，ＶＬＯ）のサンプリング値と等しくなるように選ばれる。
【０１７４】
重み係数が２つの場合、乗算部は図２１に示すような非常にシンプルな構成にすることが可能である。
【０１７５】
図２１は、重み係数が２つの場合における乗算部ＭＰ１Ａの構成例を示す図である。
図２１に示す乗算部ＭＰ１Ａは、抵抗Ｒ１，…，Ｒ６と、係数選択スイッチＳＷ３およびＳＷ４と、極性選択スイッチＳＷ５，…，ＳＷ８と、演算増幅器ＡＭＰ１とを有する。
【０１７６】
入力端子Ｔｉｎ＋およびＴｉｎ−の間には、複素信号＿ＶＣＰの実部成分ＶIが差動信号として入力される。
【０１７７】
入力端子Ｔｉｎ＋は、抵抗Ｒ１およびＲ３の直列回路を介して、極性選択スイッチＳＷ５およびＳＷ７の一方の端子にそれぞれ接続される。極性選択スイッチＳＷ５の他方の端子は演算増幅器ＡＭＰ１の負側入力端子ＩＮ−に接続され、極性選択スイッチＳＷ７の他方の端子は演算増幅器ＡＭＰ１の正側入力端子ＩＮ＋に接続される。
【０１７８】
入力端子Ｔｉｎ−は、抵抗Ｒ２およびＲ４の直列回路を介して、極性選択スイッチＳＷ６およびＳＷ８の一方の端子にそれぞれ接続される。極性選択スイッチＳＷ６の他方の端子は演算増幅器ＡＭＰ１の正側入力端子ＩＮ＋に接続され、極性選択スイッチＳＷ８の他方の端子は演算増幅器ＡＭＰ１の負側入力端子ＩＮ−に接続される。
【０１７９】
係数選択スイッチＳＷ３は抵抗Ｒ３に並列に接続され、係数選択スイッチＳＷ４は抵抗Ｒ４に並列に接続される。
【０１８０】
演算増幅器ＡＭＰ１の正側出力端子は、出力端子Ｔｏｕｔ＋に接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介して正側入力端子ＩＮ＋に接続される。
演算増幅器ＡＭＰ１の負側出力端子は、出力端子Ｔｏｕｔ−に接続されるとともに、抵抗Ｒ６を介して負側入力端子ＩＮ−に接続される。
【０１８１】
抵抗Ｒ１〜Ｒ６の抵抗値は、例えば次のように設定される。
抵抗Ｒ１，Ｒ２  …  ４２．２９ｋΩ；
抵抗Ｒ３，Ｒ４  …  ６２．１５ｋΩ；
抵抗Ｒ５，Ｒ６  …  ４０ｋΩ；
【０１８２】
図２１に示す乗算部ＭＰ１Ａによると、係数選択スイッチＳＷ３およびＳＷ４をオンにしたとき、係数値ａ１＝Ｒ５／Ｒ１になる。また、係数選択スイッチＳＷ３およびＳＷ４をオフにしたとき、係数値ａ２＝Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ３）になる。
【０１８３】
また、極性選択スイッチＳＷ７およびＳＷ８をオフ、極性選択スイッチＳＷ５およびＳＷ６をオンにしたとき、乗算部ＭＰ１Ａの重み係数の極性は正に設定される。すなわち、出力信号Ｓ１０４は実部成分ＶＩと同一極性になる。
逆に、極性選択スイッチＳＷ７およびＳＷ８をオン、極性選択スイッチＳＷ５およびＳＷ６をオフにしたとき、乗算部ＭＰ１Ａの重み係数の極性は負に設定される。すなわち、出力信号Ｓ１０４は実部成分ＶＩと反対の極性になる。
以上の動作から、スイッチＳ３〜８の制御は、例えば図２２に示すように行われる。
【０１８４】
図２３は、図２１に示す乗算部を複素信号処理部１００Ａ−１に用いた場合の位相ロック部ＰＬＬ１Ａの構成例を示す。
【０１８５】
図２３の例において、正弦波乗算部１０４は、乗算部ＭＰ１Ａとその制御部ＣＮＴ１Ａを有し、余弦波乗算部１０５は、乗算部ＭＰ２Ａとその制御部ＣＮＴ２Ａを有する。
乗算部ＭＰ２Ａは、図２１に示す乗算部ＭＰ１Ａと同様な構成を有する。
制御部ＣＮＴ１ＡおよびＣＮＴ２Ａは、例えば図２２に示すようなスイッチの制御を行うことにより、実部成分ＶＩと信号成分ＶＵＯ−Ｑとの乗算、もしくは、虚部成分ＶＱと信号成分ＶＵＯ−Ｉとの乗算を実現する。
【０１８６】
図２３の例において、加算部１０６は、２つの加算回路１０６１および１０６２を有しており、乗算部ＭＰ１Ａの差動出力信号Ｓ１０４と乗算部ＭＰ２Ａの差動出力信号Ｓ１０５とを加算する。
すなわち、加算回路１０６１は、乗算部ＭＰ１ＡおよびＭＰ２Ａの正側の出力信号同士を加算し、信号ＶＵＣの正側の信号として出力する。加算回路１０６２は、乗算部ＭＰ１ＡおよびＭＰ２Ａの負側の出力信号同士を加算し、信号ＶＵＣの負側の信号として出力する。
【０１８７】
以上説明したように、本実施形態によれば、疑似正弦波による重み係数の乗算回路を用いることによって、極めて検出精度を高くすることができるという利点がある。
すなわち、重み係数は例えば抵抗値の比によって決定することができるため、よく考慮されたレイアウトを行えば０．１％程度の精度を得ることも可能である。
【０１８８】
また、本実施形態では、疑似正弦波による重み係数の乗算回路が、例えば図２１に示す回路のように演算増幅器を除けいてほとんど受動素子で回路を構成できるため、従来に比較して飛躍的にオフセット電圧を小さくできるという利点がある。
図２１の回路においては、演算増幅器ＡＭＰ１がオフセット電圧を発生する。仮に信号レベルを２Ｖとし、オフセット電圧を０．２ｍＶとすれば、信号対オフセット電圧比は８０ｄＢとなる。これは、図３６のギルバート型に代表される従来のアナログ乗算回路と比較すると２〜３桁程度も小さいオフセットである。０．２ｍＶのオフセットの演算増幅器を実現するには、かなり注意深い回路設計とレイアウトを必要とするが、仮にもう少しオフセットが悪くても１２ビットの分解能には間題ない。
【０１８９】
本実施形態において疑似正弦波による乗算が可能なのは、位相ロック部において角度θ（ｔ）ではなく周波数ωｏのオフセットを持った位相角ωｏ±θ（ｔ）に追従して位相ロック動作を行うためである。
角度θ（ｔ）に追随して位相ロック動作が行われると、量子化歪みの影響により全くまともな動作をすることができない。角度θ（ｔ）は軸が静止しているときには直流信号であるため、量子化歪み、即ち高調波歪みが直流の信号に重畳する。また、角度θ（ｔ）がゆっくり動いていると、その周波数成分は非常に低いため、高調波が位相ロックループの帯域内に入ってきてやはり悪影響を与える。それは、図３２に示す従来の装置においてコサイン信号Ｃｏｓφ（ｔ）とサイン信号Ｓｉｎφ（ｔ）を生成するＤ／Ａ変換器の分解能が２〜３ビットだったら全く機能しないことを考えると自明なことである。
本実施形態では、位相ロック部が周波数ωｏだけオフセットをもって動作するため、いかなる動作条件においても高調波が常に位相ロックループの帯域外の高い周波数にしか存在しなくなり、ループに悪影響を与えなくなる。例えば４値の階段波形を持つ疑似正弦波では、最も低い高調波が７次になるため、ほとんどあらゆる場合において高調波の影響を考慮する必要がなくなる。
【０１９０】
ここで、疑似正弦波の極端な例として、矩形波を用いた場合にどうなるかについて簡単に考察する。
矩形波を乗ずる場合、例えば図２（Ｃ）に示すように、単に入力のアナログ信号の極性を反転する機能だけで乗算回路を具現化することができる。複素周波数において、レゾルバの角度検出信号を複素信号と見なして生成した式（２０）および（２１）に示した複素信号＿ＶＣＰおよび＿ＶＣＮにおいて、複素信号＿ＶＣＰの周波数成分にのみ注目すると、図２４（Ａ）に示されるように正と負に各々‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’と‘ωｏｔ−θ（ｔ）’が存在している。この図では位相には注目せず周波数のみを表現している。
【０１９１】
複素信号処理部１００では、図２４（Ａ）の‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’と図２４（Ｂ）の‘−（ωｏｔ＋φ（ｔ））’（定常的にはφ（ｔ）≒θ（ｔ））とを乗ずることによって、直流に‘θ（ｔ）−φ（ｔ）’を得ることを目的としている。このとき、複素信号＿ＶＣＰの‘−（ωｏ−θ（ｔ））’は‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋φ（ｔ））’にシフトする。
【０１９２】
ここで、図２４（Ｂ）の複素信号＿ＶＵＯに矩形波を用いた場合、‘−（ωｏｔ＋φ（ｔ））’に対する第３次高調波‘３（−ωｏｔ＋φ（ｔ））’も存在する。この成分が、複素信号＿ＶＣＰの成分‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’と乗算されると、‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋３φ（ｔ））’に変換される。‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋３φ（ｔ））’と‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋φ（ｔ））’はほぼ同じ周波数になり、区別することはできない。
【０１９３】
周波数２ωｏは、位相ロック部の帯域より充分高いかといえば、必ずしもそうとはいえない。従って、これらの信号は、位相ロック部にある程度の影響を与える可能性がある。‘一（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋φ（ｔ））’は、複素信号＿ＶＵＯの３次高調波の有無とは関係なしに存在するが、定常的には
θ（ｔ）≒φ（ｔ）；
が成立するため、定常値としては２ωｏｔであり、角度θ（ｔ）とは無関係に２つの位相ロック部（ＰＬＬ１、ＰＬＬ２）に同じ揺らぎを与える。従って、位相差演算部５００においてカウンタの計数値の差を求める際に同相モードとして打ち消しあう。
【０１９４】
これに対して、‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋３φ（ｔ））’は、角度θ（ｔ）に依存するため２つの位相ロック部（ＰＬＬ１、ＰＬＬ２）に同じ揺らぎを与えない。従って、その成分による影響は雑音となり、検出精度に悪影響を与える。‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）＋３φ（ｔ））’に起因する検出精度の劣化は、位相ロック帯域の一応はかなり外になるので、多くの場合それほど致命的な影響はない。
【０１９５】
しかしながら、より高い分解能が必要な場合や、位相ロック部の帯域を極力広げたい場合、角度θ（ｔ）の周波数が非常に高くなった場合、即ち機械軸が極めて高速回転を想定する必要が場合などにおいては、‘−（２ωｏｔ−θ（ｔ）−３φ（ｔ））’自身がかなり低い周波数に移動する場合もある。従って、そのような場合が想定されるときには、前記した４値の疑似正弦波による乗算が望ましい。４値による疑似正弦波は、最も低い高調波が７次であるため、前記のような考察がほとんど不要である。
一方、それほど高い分解能が必要がない場合や、位相ロックループの帯域が狭くてよい場合には、矩形波による乗算回路も可能である。この場合は、回路を大幅に簡易化することができる。
【０１９６】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図２５は、本発明の第３の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
第３の実施形態に係る角度検出信号処理装置は、２相励磁２相出力型のレゾルバから出力される式（３）および式（４）に示す角度検出信号
ＶＩ＝Ｃｏｓωｏｔ・Ｃｏｓθ（ｔ）；
ＶＱ＝Ｓｉｎωｏｔ・Ｓｉｎθ（ｔ）；
を入力し、角度θ（ｔ）の情報を取得するものである。
【０１９７】
図２５に示す角度検出信号処理装置は、信号処理部４００Ｂと、位相ロック部ＰＬＬ１ＢおよびＰＬＬ２Ｂと、位相差演算部５００とを有する。
【０１９８】
［信号処理部４００Ｂ］
信号処理部４００Ｂは、角度検出信号ＶＩおよびＶＱの差を信号ＶＰとして位相ロック部ＰＬＬ１Ｂに出力するとともに、角度検出信号ＶＩおよびＶＱの和を信号ＶＮとして位相ロック部ＰＬＬ２Ｂに出力する。
例えば図２５に示すように、信号処理部４００Ｂは、減算部４０２と加算部４０３を有している。減算部４０２は、角度検出信号ＶＩからＶＱを減算し、その結果を信号ＶＰとして出力する。加算部４０３は、角度検出信号ＶＩとＶＱとを加算し、その結果を信号ＶＮとして出力する。
【０１９９】
［ＰＬＬ１Ｂ，ＰＬＬ２Ｂ］
位相ロック部ＰＬＬ１Ｂは、信号処理部４００Ｂから出力される信号ＶＰに位相をロックさせた位相ロック信号ＶＵＯを生成し、この位相ロック信号ＶＵＯの位相角に応じたデータＰＡ１を出力する。
位相ロック部ＰＬＬ２Ｂは、信号処理部４００Ｂから出力される信号ＶＮに位相をロックさせた位相ロック信号ＶＬＯを生成し、この位相ロック信号ＶＬＯの位相角に応じたデータＰＡ２を出力する。
【０２００】
位相ロック部ＰＬＬ１およびＰＬＬ２の詳細な構成について説明する。
【０２０１】
図２５の例において、位相ロック部ＰＬＬ１Ｂは、位相角データ生成部３００−１と、位相検出部６００−１と、帰還部２００−１とを有する。
位相ロック部ＰＬＬ２Ｂは、位相角データ生成部３００−２と、位相検出部６００−２と、帰還部２００−２とを有する。
なお、図１と図２５に示す角度検出信号処理装置の同一符号は同一の構成要素を示すため、それらの説明は割愛する。
また、位相検出部６００−１、６００−２は、本発明の位相検出部の一実施形態である。
【０２０２】
位相検出部６００−１は、位相角データ生成部３００−１において生成されるデータＰＡ１に応じた位相角を有する位相ロック信号ＶＵＯと、信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＰとの位相差を検出する。
【０２０３】
位相検出部６００−１は、例えば図２５に示すように、位相ロック信号生成部６０１と、乗算部６０２とを有する。
【０２０４】
位相ロック信号生成部６０１は、位相角のデータＰＡ１に基づいて、例えば、カウンタ３０２の計数値の最上位ビットの信号を正負同一振幅の矩形信号に変換し、これを位相ロック信号ＶＵＯとして出力する。このような矩形信号を用いると、乗算結果に高調波成分が含まれるが、図２４を参照して説明したように、角度θ（ｔ）が比較的ゆっくり変化する場合や位相ロック部の帯域が狭い場合には、この高調波成分を帰還部２００−１によって十分に減衰させることができるため、良好な精度を得ることができる。
また位相ロック信号生成部６０１は、サイン／コサインの振幅データをテーブルとして持つＲＯＭを用いて位相角のデータを振幅のデータに変換し、それをＤ／Ａ変換器によってアナログの信号に変換することにより、信号成分ＶＵＯ−ＩおよびＶＵＯ−Ｑを生成しても良い。
【０２０５】
乗算部６０２は、位相ロック信号生成部６０１において生成される信号成分ＶＵＯと、信号処理部４００Ｂから入力される信号ＶＰとを掛け合わせて、これらの信号の位相差に応じた信号ＶＵＣを出力する。乗算部６０２は、例えばギルバート回路などのアナログ乗算器を用いて構成しても良いし、乗算型のＤ／Ａ変換器を用いても良い。あるいは、図２（Ｃ）に示すように、スイッチ回路と極性判定回路を用いて極性を切り替えて出力する構成でも良い。
【０２０６】
位相検出部６００−２は、位相角データ生成部３００−２において生成されるデータＰＡ２に応じた位相角を有する位相ロック信号ＶＬＯと、信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＮとの位相差を検出する。
位相検出部６００−２も、例えば上述と同様な位相ロック信号生成部６０１と乗算部６０２とを用いて構成されており、位相ロック信号ＶＬＯと信号ＶＮとの位相差に応じた信号ＶＬＣを生成する。
【０２０７】
ここで、上述した構成を有する図２５に示す角検出信号処理装置の動作を説明する。
【０２０８】
まず、２相励磁２相型レゾルバの角度検出信号ＶＩおよびＶＱは次式で与えられる。
【０２０９】
【数１８】
2006058232.tif 000020
【０２１０】
これの信号は、信号処理部４００Ｂの加減算によって、次式に示す信号ＶＰおよびＶＮに変換される。
【０２１１】
【数１９】
2006058232.tif 000021
【０２１２】
信号ＶＰおよびＶＮは、それぞれ上述した位相ロック部ＰＬＬ１ＢおよびＰＬＬ２Ｂに入力される。各々の位相ロック信号生成部６０１において生成される位相ロック信号ＶＵＯおよびＶＬＯは次式で与えられる。
【０２１３】
【数２０】
2006058232.tif 000022
【０２１４】
位相ロック部ＰＬＬ１ＢおよびＰＬＬ２Ｂのそれぞれの乗算部６０２では、信号ＶＰおよびＶＵＯ、ならびに、信号ＶＮおよびＶＬＯの乗算が行われ、次式に示す信号ＶＵＣおよびＶＬＣが生成される。
【０２１５】
【数２１】
2006058232.tif 000023
【０２１６】
その結果、この２つの位相ロック部ＰＬＬ１ＢおよびＰＬＬ２Ｂは、それぞれ角度φ（ｔ）が角度θ（ｔ）を追随するように動作する。このとき、位相角データ生成部３００−１および３００−２において出力される位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２は、それぞれ位相角‘ωｏｔ＋φ（ｔ）’および‘ωｏｔ−φ（ｔ）’に対応している。そのため、位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて、例えば両者の差を求めることにより、求めるべき角度θ（ｔ）の情報が得られる。
【０２１７】
【数２２】
2006058232.tif 000024
【０２１８】
例えば、カウンタ３０２がｎビットの場合、それらの差（和）を取ることにより得られるデータＤｏｕｔはｎ＋１ビットになる。角度θ（ｔ）を得るためにこれを２で割る場合には、２進データを１ビットずらせばよい。
【０２１９】
以上説明したように、本実施形態に係る角度検出信号処理装置によれば、位相ロック部ＰＬＬ１Ｂにおいて、信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＰと位相ロック信号ＶＵＯとの位相差が一定値に収束するように帰還制御が働く。同様に、位相ロック部ＰＬＬ２Ｂにおいて、信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＮと位相ロック信号ＶＬＯとの位相差が一定値に収束するように帰還制御が働く。そのため、位相ロック信号ＶＵＯおよびＶＬＯの間の位相差は、信号ＶＰおよびＶＮの間の位相差に応じた値を持つ。
また、位相ロック信号ＶＵＯは位相角のデータＰＡ１、位相ロック信号ＶＬＯは位相角のデータＰＡ２に応じた位相角を有しているため、位相ロック信号ＶＵＯおよびＶＬＯの間の位相差は、位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて演算することが可能である。
従って、位相差演算部５００では、位相角のデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて、信号ＶＰおよびＶＮの間の位相差が演算される。
一方、信号ＶＰおよびＶＮの間の位相差は、式（３３）および（３４）に示すように、角度２×θ（ｔ）の位相差がある。
従って、位相差演算部５００において演算される位相差から、角度θ（ｔ）の情報を得ることができる。
【０２２０】
また、本実施形態では、位相ロック部ＰＬＬ１Ｂ、ＰＬＬ２Ｂにおいて、検出対象の角度θ（ｔ）に対し周波数ωｏｔのオフセットを持った位相角‘ωｏｔ±θ（ｔ）’を追随するように位相ロック動作が行われる。そのため、仮に角度θ（ｔ）が周波数ゼロの一定値になる場合でも、位相ロック信号ＶＵＯおよびＶＬＯは周波数ωｏを持つように制御される。これにより、位相ロック動作を行うために例えばバイポーラＶＣＯのような周波数ゼロで発振する手段を設ける必要がない。
また、位相角‘ωｏｔ±θ（ｔ）’を追随するように位相ロック動作が行われることから、振幅に分解能が無くとも位相角には高い分解能を得ることができる。これにより、大容量のＲＯＭや高分解能のＤ／Ａ変換器、乗算型Ｄ／Ａ変換器などの構成を不要にすることが可能になる。
【０２２１】
更に、振幅に高い分解能が要求されなくなるため、例えば位相ロック信号ＶＵＯ、ＶＬＯを矩形波にすることも可能になり、構成を更に簡易化できる。
【０２２２】
また、図３１に示すようなゼロクロス点の時間差の測定と異なり、位相ロック部ＰＬＬ１Ｂ、ＰＬＬ２Ｂにおいて刻々に出力されるデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて信号ＶＰおよびＶＮの位相差を求めるため、角度θ（ｔ）の情報をリアルタイムで取得することができる。また、ゼロクロス点を用いる方法に比べて、外来ノイズの影響を受け難くすることができる。
【０２２３】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図２６は、本発明の第４の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【０２２４】
図２６に示す角度検出信号処理装置は、図２５に示す角度検出装置における位相検出部６００−１および６００−２を、それぞれ正弦波乗算部７００−１および７００−２に置き換えたものである。他の構成について両者は同じである。
正弦波乗算部７００−１、７００−２は、本発明の位相検出部の一実施形態である。
【０２２５】
また、正弦波乗算部７００−１、７００−２は、先に説明した正弦波乗算部１０４と同様の構成を有する擬似正弦波の乗算回路である。
すなわち、正弦波乗算部７００−１は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、位相角データ生成部３００−１のデータＰＡ１が示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での位相ロック信号ＶＵＯの瞬時値に応じた重み係数を選択して、該選択した重み係数を信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＰに掛け合わせる。
また、正弦波乗算部７００−２は、１周期を区分する複数の角度範囲の間で、位相角データ生成部３００−２のデータＰＡ２が示す位相角が別の角度範囲に移る場合、複数の重み係数の中から、当該移動先の角度範囲における所定の位相角での位相ロック信号ＶＬＯの瞬時値に応じた重み係数を選択して、該選択した重み係数を信号処理部４００Ｂからの入力信号ＶＮに掛け合わせる。
【０２２６】
上述した構成によると、位相ロック部において入力信号ＶＰ、ＶＮと位相ロック信号ＶＵＯ、ＶＬＯとの乗算に疑似正弦波による乗算回路を用いるため、アナログ乗算器を用いる場合と比較して、極めて検出精度を高くすることができる。
【０２２７】
また、本実施形態では、疑似正弦波による重み係数の乗算回路が、例えば図２１に示す回路のように演算増幅器を除いてほとんど受動素子で回路を構成できるため、従来に比較して飛躍的にオフセット電圧を小さくできる。
【０２２８】
その他、先に述べた図２５に示す角度検出信号処理装置と同様の効果を奏することができる。
【０２２９】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図２７は、本発明の第５の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【０２３０】
上述した実施形態では基本的に２つの位相ロック部を用いており、角度θ（ｔ）に対し周波数のオフセットを持った位相角‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’および‘ωｏｔ−θ（ｔ）’に追随するデータＰＡ１およびＰＡ２に基づいて角度θ（ｔ）の情報を取得している。
一方、レゾルバに供給する励磁信号は位相角‘ωｏｔ’であり、位相角‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’や‘ωｏｔ−θ（ｔ）’に対して位相差が‘θ（ｔ）’になっている。
そこで本実施形態では、レゾルバに供給する励磁信号の位相角を参照して角度θ（ｔ）の情報を取得する。
【０２３１】
図２７に示す角度検出信号処理装置は、図１４に示す角度検出信号処理装置における位相ロック部ＰＬＬ２Ａを削除し、信号処理部４００を信号処理部４００Ａに変更し、更に、位相角データ生成部８００を設けたものである。
【０２３２】
位相角データ生成部８００は、レゾルバに供給される周波数ωｏの励磁信号ＶＥ（＝ＶＥＯ・Ｃｏｓωｏｔ）の位相角‘ωｏｔ’を示すデータＰＡ３を生成する。
【０２３３】
位相角データ生成部８００は、例えば図２７に示すように、発振器８０１とカウンタ８０２を有する。
発振器８０１は、周波数ωｏに対して２ｎ倍の周波数２ｎ・ωｏで発振する。
カウンタ８０２は、ｎビット長の計数値を出力するカウンタであり、発振器８０１から出力される周波数２ｎ・ωｏの信号を分周して周波数ωｏの信号を生成する。カウンタ８０２の計数値は、励磁信号の位相角のデータＰＡ３として出力される。
【０２３４】
励磁部９００は、カウンタ８０２において分周された周波数ωｏの信号に基づいて、１相２励磁型レゾルバに供給する励磁信号ＶＥを出力する。
【０２３５】
信号処理部４００Ａは、角度検出信号ＶＩおよびＶＱに基づいて、データＰＡ３が示す励磁信号ＶＥの位相角に対し角度θ（ｔ）に応じた位相差を有する周波数ωｏの複素信号を出力する。
例えば図２７に示すように、角度検出信号ＶＩを実部成分、角度検出信号ＶＱを虚部成分とした複素信号＿ＶＣＰを出力する。
【０２３６】
式（２０）に示すように、複素信号＿ＶＣＰに含まれる正の周波数を持つ信号成分の位相角は‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’、負の周波数を持つ信号成分は‘ωｏｔ−θ（ｔ）’であり、何れも励磁信号ＶＥの位相角‘ωｏｔ’に対して角度θ（ｔ）の位相差を有している。
【０２３７】
位相ロック部ＰＬＬ１Ａは、先に説明した複素位相ロック動作によって、複素信号＿ＶＣＰに含まれる特定の極性の周波数成分のみに発振信号の位相をロックさせるため、データＰＡ１が示す位相角は、励磁信号ＶＥの位相角‘ωｏｔ’に対して角度θ（ｔ）の位相差を有する。
従って、位相差演算部５００において、データＰＡ１が示す位相角とデータＰＡ３が示す励磁信号ＶＥの位相角との差を演算することにより、角度θ（ｔ）の情報が得られる。
【０２３８】
次に、励磁信号の位相角を参照して角度θ（ｔ）の情報を取得する他の実施形態について説明する。
【０２３９】
図２８は、本発明の第５の実施形態に係る角度検出信号処理装置の他の構成例を示す図である。
図２８に示す角度検出信号処理装置は、図２６に示す角度検出信号処理装置における位相ロック部ＰＬＬ２Ｃを削除し、信号処理部４００Ｂを信号処理部４００Ｃに変更し、更に、上述した位相角データ生成部８００を設けたものである。
【０２４０】
信号処理部４００Ｃは、角度検出信号ＶＩおよびＶＱに基づいて、データＰＡ３が示す励磁信号ＶＥの位相角に対し角度θ（ｔ）に応じた位相差を有する周波数ωｏの信号を出力する。
例えば図２８に示すように、角度検出信号ＶＩからＶＱを減算した信号ＶＰを出力する。
【０２４１】
励磁部９１０は、カウンタ８０２において分周された周波数ωｏの信号に基づいて、２相２励磁型レゾルバに供給する励磁信号ＶＥＩ、ＶＥＱを出力する。
【０２４２】
式（３３）に示すように、信号ＶＰの位相角‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’は励磁信号（ＶＥＩ、ＶＥＱ）の位相角‘ωｏｔ’に対して角度θ（ｔ）の位相差を有している。
位相ロック部ＰＬＬ１Ｃでは、信号ＶＰの位相角‘ωｏｔ＋θ（ｔ）’に発振信号の位相をロックさせるため、データＰＡ１が示す位相角は、励磁信号（ＶＥＩ、ＶＥＱ）の位相角‘ωｏｔ’に対して角度θ（ｔ）の位相差を有する。
従って、位相差演算部５００において、データＰＡ１が示す位相角とデータＰＡ３が示す励磁信号（ＶＥＩ、ＶＥＱ）の位相角との差を演算することにより、角度θ（ｔ）の情報が得られる。
【０２４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、レゾルバに供給する励磁信号の位相を参照することによって、位相ロック部の数を減らすことができるため、先の実施形態と比較して更に構成を簡易化することが可能になる。
【０２４４】
なお、本実施形態では、レゾルバ内において励磁入力と検出出力との間に位相推移があると、この推移分の位相が検出する角度データのオフセットになる。そのため、本実施形態においては、位相がよく管理されているレゾルバを用いることが好ましい。仮に安定した一定の誤差を生じるのであれば、これをキャンセルするように角度データを補正することで、検出精度の低下を有効に抑えることができる。また、位相のオフセットが問題ならないような応用分野、例えば位相の変化を捉えることが重要な分野において、本実施形態は有用である。
【０２４５】
以上、本発明の幾つかの実施形態について述べたが、本発明はこれらの形態にのみ限定されるものではなく、様々なバリエーションを含んでいる。
【０２４６】
例えば、レゾルバから出力される角度検出信号ＶＩおよびＶＱはアナログ信号でも良いし、これをＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換したものを入力しても良い。後者の場合、本発明の位相ロック部はデジタル回路によって構成しても良いし、本発明の処理をコンピュータによってプログラムに従って実行させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２４７】
【図１】第１の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２】複素信号生成部の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、帰還部の構成例とその伝達特性の一例を示す図である。
【図４】複素平面上で表された複素信号を示す図である。
【図５】実信号を複素平面上のベクトルとして表現した図である。
【図６】周波数軸を用いて複素信号のベクトルを表現した図である。
【図７】複素平面上に、時刻ｔ＝０のときの正弦波信号および余弦波信号をベクトルで図解した図である。
【図８】レゾルバの２つの出力信号を複素周波数のベクトルとして表現した図である。
【図９】ベクトルを−９０°回転させる操作を説明するための図である。
【図１０】第１の実施形態において行われる複素信号処理をベクトルによって図解した図である。
【図１１】図１０に示す複素信号処理をブロック的で表現した図である。
【図１２】図１１に示すブロック図における信号の流れを簡略化した図である。
【図１３】複素信号の乗算について説明するためのブロック図である。
【図１４】第２の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【図１５】階段波の乗算を説明するための図である。
【図１６】階段波と、これの元になる正弦波との関係を説明するための図である。
【図１７】図１６に示す４値の階段波の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１８】正弦波乗算部の構成の一例を示す図である。
【図１９】重み係数が２つの場合における、図１８に示す正弦波乗算部の各スイッチの制御例を示す図である。
【図２０】時系列で選択される重み係数値の推移と正弦波信号との関係を説明するための図である。
【図２１】重み係数が２つの場合における乗算部の構成例を示す図である。
【図２２】図２１に示す乗算部の各スイッチの制御例を示す図である。
【図２３】図２１に示す乗算部を複素信号処理部に用いた場合の位相ロック部の構成例を示す図である。
【図２４】位相ロック部において矩形波を乗算に用いた場合における各信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図２５】第３の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２６】第４の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２７】第５の実施形態に係る角度検出信号処理装置の構成の一例を示す図である。
【図２８】第５の実施形態に係る角度検出信号処理装置の他の構成例を示す図である。
【図２９】１相２励磁型のレゾルバの構成例を示す図である。
【図３０】２相２励磁型のレゾルバの構成例を示す図である。
【図３１】２相２励磁型レゾルバに用いられる従来の角度検出信号処理装置の構成例を示す図である。
【図３２】１相２励磁型レゾルバに用いられる従来の角度検出信号処理装置の構成例を示す図である。
【図３３】バイポーラＶＣＯの入力信号について説明するための図である。
【図３４】図３１に示す角度検出信号処理装置における各部の信号波形の一例を示す図である。
【図３５】サイン／コサインＲＯＭとＤ／Ａ変換器に必要な分解能を説明するための図である。
【図３６】ギルバート型乗算回路の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２４８】
１００−１，１００−２，１００Ａ−１，１００Ａ−２…複素信号処理部、１０１，１０２…乗算部、１０３，１０６…加算部、１０４，７００−１，７００−２…正弦波乗算部、１０５…余弦波乗算部、２００−１，２００−２…帰還部、３００−１，３００−２，８００…位相角データ生成部、３０１…信号生成部、３０２…カウンタ、４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ…信号処理部、５００…位相差演算部、６００−１，６００−２…位相検出部
【図１】
2006058232.tif 000025
【図２】
2006058232.tif 000026
【図３】
2006058232.tif 000027
【図４】
2006058232.tif 000028
【図５】
2006058232.tif 000029
【図６】
2006058232.tif 000030
【図７】
2006058232.tif 000031
【図８】
2006058232.tif 000032
【図９】
2006058232.tif 000033
【図１０】
2006058232.tif 000034
【図１１】
2006058232.tif 000035
【図１２】
2006058232.tif 000036
【図１３】
2006058232.tif 000037
【図１４】
2006058232.tif 000038
【図１５】
2006058232.tif 000039
【図１６】
2006058232.tif 000040
【図１７】
2006058232.tif 000041
【図１８】
2006058232.tif 000042
【図１９】
2006058232.tif 000043
【図２０】
2006058232.tif 000044
【図２１】
2006058232.tif 000045
【図２２】
2006058232.tif 000046
【図２３】
2006058232.tif 000047
【図２４】
2006058232.tif 000048
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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