(57)【要約】【課題】  解決しようとする問題点は、変調波レゾルバメカ構成はシンプルで優れた特性を持っているにもかかわらず、現状では、この変調波を駆動する電子制御回路が複雑かつ高コストであり、変調波レゾルバ自体の普及に大きな阻害要因となっている。【解決手段】  本発明は、変調波生成を、構造が簡単で、部品点数の少ないPWM方式で実現するものである。本方式は、変調波生成をSIN、COS２本のPWMシリアルライン、電力スイッチ２とバンドパス・フィルタ３で実現するもので、部品点数、装着スペースを大幅に縮小させ、回路の小型化と低コスト化を実現出来る。この小型化により、レゾルバ本体のハウジング内に、電子制御装置の収納が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラ１から直交するSIN、COSの２相のPWM信号を出力し、電力スイッチ２および電力スイッチ５でPWM信号を電流増幅し、バンドパス・フィルタBPF３およびBPF６を通して所要の変調波が得られ、この変調波信号でレゾルバメカ機構１３の入力コイル４および７を直接ドライブし、レゾルバメカ機構１３からは、出力コイル８を通して回転角に相当する回転位相θだけ変位した変調波が出力され、差動増幅器９を通して検波回路１０および位相検出
１１を通して回転位相θをコントローラ１に入力し、この回転位相θすなわちレゾルバの回転角情報をコントローラ１の通信ポートからユーザ・インタフェース１２に出力する構成を有することを特徴とする変調波レゾルバ装置。
【請求項２】
コントローラ１から直交するSINおよびCOSの２相のPWM信号を変調波基本クロックに同期して出力し、BPF３、６の変調波出力振幅波形が信号波周期に同期してSINおよびCOS変調波を出力するような振幅変調配列でPWM信号を出力し、また、変調波に極性反転を組み込むことを特徴とする請求項１に記載する変調波レゾルバ装置。
【請求項３】
変調波を出力するBPF３，６のフィルタ特性は、高域ローパスフィルタの遮断周波数がPWM信号の変調波基本クロック周波数fhより高い周波数の起点から開始し３fhでの減衰があり、低域ハイパスフィルタの遮断周波数がfhより低い周波数の起点から開始し信号波周波数fsでの減衰があるバンドパス・フィルタ特性を持つことを特徴とする請求項１に記載する変調波レゾルバ装置。
【請求項４】
レゾルバメカ機構１３から出力される回転角θだけ位相回転された変調波を、差動増幅器９を通して入力し、変調波基本クロックで位相同期検波を行い、次にローパス・フィルタを通して信号波を得て、この信号波をゼロクロスし、位相検出１１を行い、回転位相θをコントローラ１に入力することによってレゾルバの回転角を求めることを特徴とする請求項１に記載する変調波レゾルバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交するSIN、COSの２相のPWM信号からそれぞれの変調波を生成する機能を持ち、回転角に相当する位相角を検出する変調波レゾルバ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本政府は、平成28年４月に人工知能（ＡＩ）やロボット技術などを活用して生産性を大幅に高める「第４次産業革命」よって２０２０年に３０兆円規模の市場を創出する目標を含め、１０分野の重点プロジェクトを打ち出した。
このような要求から、国家戦略としてAI搭載ロボットの開発計画が進行している。
AI搭載ロボットは多軸、多関節となり、サーボモータと組み合わされて多数の回転センサーが搭載される。また、これらはIoTに接続されるセンサーとしての市場も有望である。
変調波レゾルバは巻線型に較べて、励磁の高周波化で、検出感度が高くなりコイル巻数が大幅に減少し、コイルのプリントパターン化が可能となった。この結果、構造がシンプルで軽量、小型となっている。回転センサーとして優れた特性を持っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3047231号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許第3047231号に示されるように、変調波レゾルバのメカ構成はシンプルで優れた特性を持っているにもかかわらず、現状では、この変調波を駆動する電子制御回路が複雑、高価であり、変調波レゾルバ自体の普及に大きな阻害要因となっている。
現状の高周波（約500kHz）の変調波生成は、FPGAと２個のD/A変換器そしてドライバーなどによって実現されているが、変調波が高周波であるため、２個のD/A変換器が高価で、かつ回路の実装面積が大きいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、変調波生成を、構造が簡単で部品点数の少ないPWM方式で実現するものである。
PWM方式は、変調波生成をSIN、COSの２本のPWMシリアルライン、電力スイッチとバンドパス・フィルタで実現するものである。部品点数、部品コスト、装着スペースを大幅に減らし、回路を小型化したものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の変調波レゾルバ装置にPWM方式を適用することにより、変調波レゾルバ装置の小型化、軽量化、耐環境性の向上、長寿命化、低コスト化が達成可能となる。この小型化などの効果により、レゾルバ本体のハウジング内に電子制御装置が収納可能となる。以上の特性により、レゾルバの使い勝手が大きく向上し、変調波レゾルバの市場普及に、本発明の効果は計り知れないものがある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】変調波レゾルバ装置を示した図である。
【図２】PWM信号から変調波生成を示した図である。
【図３】バンドパス・フィルタBPF特性の一例を示した図である。
【図４】変調波波形の一例を示した図である。
【図５】回転位相θを検出する回路例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の変調波レゾルバ装置は、小型化できる特性を活かして、単体で販売する以外に、サーボモータに組み込み一体化して、成長市場のAIロボットなどに採用する用途も有望である。応用面で様々な用途に展開が期待できる。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【０００９】
図１には、変調波レゾルバ装置の１実施例を示す。
通常、コントローラ１にはDSPあるいはFPGAが用いられる。DSPの場合には、無歪の高速・高精度PWMを周辺ポートに組込まれたタイプのものを用いる。コントローラ１からは直交するSIN、COSの２相のPWM信号を出力する。
【００１０】
電力スイッチ２および電力スイッチ５でPWM信号を電流増幅し、バンドパスフィルタBPF３およびBPF６を通して所要の変調波が生成される。この信号でレゾルバメカ機構１３の入力コイル４および７をバッファなしで直接ドライブする。バッファが不要のため、その分、スペースコストが低減している。
レゾルバメカ機構１３からは、出力コイル８を通して回転角に相当する位相角θだけ変位した変調波が出力される。差動増幅器９を通して検波回路１０および位相検出１１を通して回転位相θがコントローラ１に入力され、この回転位相θすなわち回転角情報がコントローラ１の通信ポートからユーザ・インタフェースに出力される。
【００１１】
本発明の骨幹となるPWM信号から、変調波を生成する原理を示す。
PWMの１個の矩形波から、１波のSIN波（正弦波）を得る手段は、以下のディジタル信号処理の原理式を拡張したものである。
周期Tの矩形波f(t)をフーリエ級数展開した式を（１）式に示す。
【数１】
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基本周波数f0の正弦波とその奇数倍の高調波成分の和として表せる。
これから、基本周波数の３次以降の奇数倍で現れる高調波成分を高次のフィルタにかけ、減衰させれば基本波の正弦波のみを生成することができる。
図2にPWM矩形波からSIN波（変調波）を得る様子を示す。PWM矩形波に対して、SIN波はフィルタによる位相遅れが生じる。
【００１２】
変調波PWMでは、パルスの１周期内で、この矩形波のパルス幅tpを変えて、出力正弦波の振幅を変えるようにしたものである。
出力振幅が最大となるPWMのパルス幅は、デューティ比が50％の時である。
PWMのパルス幅がデューティ比50％を超えても、出力振幅は逆に減少に転じる。
【００１３】
（１）式の３次以降の奇数項を減衰させるための高次フィルタの条件は、請求項３に示したように設定し、その実施例を図３に表す。
変調波を出力するBPF３，６のフィルタ特性は、高域ローパス・フィルタの遮断周波数が変調波基本クロック周波数fh（約500kHz）より高い周波数の起点から開始し３fhでの減衰が-60dB程度になるように設定する。この特性を厳守することにより、変調波基本クロックの周期内に、１波の変調波が生成されるようになる。さらに、PWMパルス幅に対応じた変調波の振幅を生成することができる。
【００１４】
また、低域ハイパス・フィルタでは、遮断周波数がfhより低い周波数の起点から開始し信号波周波数fsでの減衰が同じく-60dB程度に達するバンドパス・フィルタ特性を持つように設定する。
この特性により、PWM信号に内蔵する信号波（約８ｋHz）周波数成分による変調波の低周波のうねりを減衰させることができる。
図４には、前記のPWM信号とBPFによって生成された変調波の一例を示す。
【００１５】
コントローラ１から、直交するSINおよびCOSの２相のPWM信号を変調波基本クロックに同期して出力する。
PWM信号のパルス幅は、BPF３、６の変調波出力振幅波形が信号波周期に同期してSINおよびCOS変調波を出力するような振幅変調配列で出力する。
また、変調波に特許第3047231号の請求項１に記載する極性反転をPWM信号配列に組み込むことで、復調時に360°のSIN波およびCOS波を復元することが可能となる。
【００１６】
レゾルバメカ機構１３から出力される回転角θだけ位相回転された変調波を、差動増幅器９に通して振幅増幅し、変調波基本クロックで位相同期検波１０を行い、信号波のエンベロープが得られる。
次に、ローパス・フィルタを通して信号波を得て、この信号波をゼロクロスし、位相検波１１を行い、コントローラ１に入力することによってレゾルバの回転角を求めることが出来る。
図５に、回転位相θを検出する上記一連のシーケンス回路例を示す。
【００１７】
コントローラ１に入力される回転位相θに重乗するレゾルバメカ機構１３自体の回転振動、あるいは電気的な変調波振動を減衰するためのディジタル・フィルタ処理を、コントローラ１に内蔵する。この処理によって入力信号は平滑化され、より安定した高精度の回転角を検出することが出来るようになる。このような目的で使用するディジタル・フィルタの代表として櫛形フィルタがある。
レゾルバは、低速になる程、厳しく位置精度を要求されることが多い。低速になると、コントローラの余裕処理時間が増し、ディジタル・フィルタなどの演算処理回数を増やすことが出来、より高精度化を実現できるようになる。
【００１８】
平滑化された回転位相θはレゾルバの回転角情報として、コントローラ１の通信ポートからユーザ・インタフェース１２に出力される。通信ポートとしては、汎用のSPI、I2C、UARTなどのシリアル通信ポートが一般的である。
【００１９】
本発明のPWM方式は、変調波レゾルバ装置の小型、軽量、耐環境性、長寿命化、低コスト化が実現可能となることから、変調波レゾルバ装置は、AI搭載ロボット、情報倉庫、工作機械などの基幹部品として、また重要なコンポーネントとして採用され得る。また、IoTの回転センサーとして、ICT革命の汎用回転センサーとして有望であり、将来的に計り知れない大きな成長市場が期待できる。
【符号の説明】
【００２０】
１  コントローラ
２  電力スイッチ
３  BPF:SINバンドパス・フィルタ
４  SINドライブコイル
５  電力スイッチ
６  BPF:COSバンドパス・フィルタ
７  COSドライブコイル
８  変調波出力コイル
９  差動増幅器
１０  検波回路
１１  位相検出
１２  ユーザ・インタフェース
１３  レゾルバメカ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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