(57)【要約】【課題】信号処理回路の時間分解能より細かく同期ずれを補正可能な位置センサ製造方法又は位置センサの提供。【解決手段】位置検出部１００に供給する励磁信号ＳＳ１０を生成する励磁信号生成部１０１と、位置検出部１００からのセンサ出力信号ＳＳ１を同期検波による復調する同期検波部１６０と、を有する信号処理回路１５０を備えた変復調方式の位置検出システム２００を製造する位置センサ製造方法において、位置検出部１００より得られるセンサ出力信号ＳＳ１を測定するセンサ出力測定手段を備え、センサ出力信号ＳＳ１をサンプリングするスイッチング信号ＳＳ２とセンサ出力測定手段とで得られるデータに基づき、励磁信号生成部１０１に備えたＤ／Ａコンバータ１１５より形成される励磁信号ＳＳ１０を補正することで、センサ出力信号ＳＳ１をサンプリングするスイッチング信号ＳＳ２とセンサ出力信号ＳＳ１との同期ずれを補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出部に供給する励磁信号を生成する励磁信号生成回路と、前記位置検出部からのセンサ出力信号を同期検波による復調する同期検波回路と、を有する信号処理回路を備えた変復調方式の位置センサを製造する位置センサ製造方法において、
前記位置検出部より得られる前記センサ出力信号を測定するセンサ出力測定手段を備え、
前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号と前記センサ出力測定手段とで得られるデータに基づき、前記励磁信号生成回路に備えたＤ／Ａコンバータより形成される前記励磁信号を補正することで、前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号と前記センサ出力信号との同期ずれを補正すること、
を特徴とする位置センサを製造する位置センサ製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の位置センサを製造する位置センサ製造方法において、
前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を、前記スイッチング信号の位相分解能以上に分割した遅延時間で順次遅延させた遅延データとして複数用意し、前記遅延データより前記センサ出力信号と前記スイッチング信号との積和が最も大きくなる最適遅延データを選択し、
前記最適遅延データを前記Ｄ／Ａコンバータの最適出力値とすることで、前記スイッチング信号と前記センサ出力信号との同期ずれを補正すること、
を特徴とする位置センサを製造する位置センサ製造方法。
【請求項３】
位置検出部に供給する励磁信号を生成する励磁信号生成回路、及び前記位置検出部からセンサ出力信号を同期検波により復調する同期検波回路を備える位置センサにおいて、
前記励磁信号はＤ／Ａコンバータを用いて形成されており、
前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を変化させることで前記励磁信号の位相を変化させ、前記センサ出力信号と、前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号の同期のずれを補正すること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の位置センサにおいて、
前記励磁信号を生成する前記Ｄ／Ａコンバータの出力値の組み合わせが、生成する前記励磁信号の位相に変化に応じて変化すること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の位置センサにおいて、
前記励磁信号生成回路に前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を切り替えるスイッチが備えられ、前記スイッチを切り替えることで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を切り替えること、
を特徴とする位置センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置センサの有する信号処理回路にて、励磁信号の位相を変化させることでセンサ出力信号とスイッチング信号との同期ずれを補正し、製造することで、位置センサの検出精度を向上する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置センサに関する技術としては、例えば各分野で広く用いられている回転角センサを挙げることが出来る。電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるモータには、その回転位置を検出する為に、回転角センサが搭載されている。
【０００３】
特許文献１には、電磁誘導式の位置検出器における自動位相調整装置についての技術が開示されている。櫛歯状のコイルを備えるスケールと櫛歯状のコイルを備えるスケールを用いて位置検出する電磁誘導式の位置検出器において、一定の振幅の励磁信号でスケール部を振幅する一方、同期検波のための基準信号を一定量ずつシフトして位相シフト信号を形成する。そして、各シフト量における位相シフト信号を同期検波信号としてフィードバック信号の同期検波を行う。この結果得られる同期検波後のフィードバック信号を１周期分積分して、この積分値が最大になるシフト量を検出する。そして、このシフト量だけ基準信号をシフトさせる。こうすることで、自動位相調整を行うことが可能となる。
【０００４】
特許文献２には、振幅信号の同期検波方法及び信号処理器に関する技術が開示されている。励磁位相基準抽出手段が第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−β）・ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−β）から搬出配送成分ωｔ−βを励磁位相基準として抽出し、同期検波手段が、励磁位相基準抽出手段から入力された励磁位相基準を用いて振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−β）の同期検波を行うように構成されている。これにより、同期検波への位相差βの影響を小さく抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００―１８０１０７号公報
【特許文献２】特開２００９―１４５２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２の技術を用いた位置センサには、次のような課題が考えられる。
【０００７】
特許文献１又は特許文献２を用いた位置検出装置の場合、何れも検波信号の位相調整を行っている。しかしこの場合は、検波信号は最小分解能単位でしか調整することができず、特に励磁周波数が高い場合、時間分解能が低いと十分な同期がとれない。一方で、検波信号の位相調整を行って十分な同期をとるためには時間分解能を上げることが必要であり、その為に消費電力の増大や製品コストの増大が避けられない。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、信号処理回路の時間分解能より細かく同期ずれを補正可能な位置センサ製造方法又は位置センサ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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明による位置センサ製造方法は以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）位置検出部に供給する励磁信号を生成する励磁信号生成回路と、前記位置検出部からのセンサ出力信号を同期検波による復調する同期検波回路と、を有する信号処理回路を備えた変復調方式の位置センサを製造する位置センサ製造方法において、前記位置検出部より得られる前記センサ出力信号を測定するセンサ出力測定手段を備え、前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号と前記センサ出力測定手段とで得られるデータに基づき、前記励磁信号生成回路に備えたＤ／Ａコンバータより形成される前記励磁信号を補正することで、前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号と前記センサ出力信号との同期ずれを補正すること、を特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載の位置センサを製造する位置センサ製造方法において、前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を、前記スイッチング信号の位相分解能以上に分割した遅延時間で順次遅延させた遅延データとして複数用意し、前記遅延データより前記センサ出力信号と前記スイッチング信号との積和が最も大きくなる最適遅延データを選択し、前記最適遅延データを前記Ｄ／Ａコンバータの最適出力値とすることで、前記スイッチング信号と前記センサ出力信号との同期ずれを補正すること、が好ましい。
【００１２】
上記（１）又は（２）に記載の態様により、位置センサに用いる信号処理回路の時間分解能より細かくＤ／Ａコンバータの出力信号を変更することが可能となる。これは、Ｄ／Ａコンバータより形成される励磁信号に位相情報を付加することで実現される。このため、スイッチング信号とセンサ出力信号との同期ずれの微調整が可能となり、位置センサの検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
又、前記目的を達成するために、本発明の別の態様による位置センサは以下のような特徴を有する。
【００１４】
（３）位置検出部に供給する励磁信号を生成する励磁信号生成回路、及び前記位置検出部からセンサ出力信号を同期検波により復調する同期検波回路を備える位置センサにおいて、前記励磁信号はＤ／Ａコンバータを用いて形成されており、前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を変化させることで前記励磁信号の位相を変化させ、前記センサ出力信号と、前記センサ出力信号をサンプリングするスイッチング信号の同期のずれを補正すること、を特徴とする。
【００１５】
（４）（３）に記載の位置センサにおいて、前記励磁信号を生成する前記Ｄ／Ａコンバータの出力値の組み合わせが、生成する前記励磁信号の位相に変化に応じて変化すること、が好ましい。
【００１６】
（５）（４）に記載の位置センサにおいて、前記励磁信号生成回路に前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を切り替えるスイッチが備えられ、前記スイッチを切り替えることで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力値を切り替えること、が好ましい。
【００１７】
（６）（１）又は（２）に記載の位置センサ製造方法を用いて製造された位置センサ。
【００１８】
上記（３）乃至（５）、又は（６）に記載の態様によって、（１）又は（２）に記載の位置センサ製造方法を用いて製造した位置センサの提供を実現することができる。この結果、信号処理回路の時間分解能に制約されずにスイッチング信号とセンサ出力信号との同期ずれの微調整が可能となり、位置センサの検出精度の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の、モータの側面断面図である。
【図２】本実施形態の、位置検出システムの回路構成を表す模式図である。
【図３】本実施形態の、励磁信号生成部の構成を表すブロック図である。
【図４】本実施形態の、製造手順について簡単に説明したフローである。
【図５】本実施形態の、センサ出力信号を示すグラフである。
【図６】本実施形態の、スイッチング信号を示すグラフである。
【図７】本実施形態の、スイッチング後の信号を示すグラフである。
【図８】本実施形態の、  スイッチング後の信号を示すグラフである。
【図９】本実施形態の、センサ出力信号とスイッチング信号とを重ねて示すグラフである。
【図１０】本実施形態の、センサ出力信号を遅延させた波形信号とスイッチング信号とを重ねて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動力として用いられるモータの回転角を検出する為の位置センサに用いた具体例にて、図面を参照しつつ説明する。なお、自動車以外の用途に用いることが可能であることは言うまでもない。
【００２１】
図１に、第１実施形態の、モータ１０の側面断面図を示す。モータ１０は、ケース本体１１と、ケースカバー１２と、モータステータ１３と、モータロータ１４と、モータ軸１５と、モータ軸受１６ａ及びモータ軸受１６ｂと、を備えているブラシレスモータである。ケース本体１１及びケースカバー１２はアルミニウム合金などを鋳造して作られており、ケース本体１１にはモータ軸受１６ａが勘合され、ケースカバー１２にはモータ軸受１６ｂが勘合され、モータ軸１５を回転可能に軸支している。
【００２２】
ケース本体１１にはその内周にモータステータ１３が固定されている。モータステータ１３は、コイルが備えられており通電することで、磁力を発生する。一方、モータ軸１５には永久磁石を備えたモータロータ１４が固定されている。モータステータ１３とモータロータ１４は所定距離離れて保持され、モータステータ１３に通電することでモータロータ１４が回転し、駆動力を発生してモータ軸１５に動力を伝える。モータロータ１４の端面には磁気遮蔽板１７が備えられている。そして、磁気遮蔽板１７の一端にはモータロータ１４が当接し、他端にはセンサロータ１２０が当接するように構成されている。
【００２３】
ケースカバー１２にはセンサステータ１３０が固定されており、ケース本体１１とケースカバー１２を組み付けた状態で、センサロータ１２０とセンサステータ１３０が所定距離だけ離れて配置される。センサロータ１２０とセンサステータ１３０とで位置検出部１００を構成する。センサロータ１２０とセンサステータ１３０との間の距離は近くした方が位置検出部１００の検出精度を向上させることができるが、寸法公差や温度による寸法変化等も考慮された上で決定される。
【００２４】
図２に、位置検出システム２００の回路構成を表す模式図を示す。位置検出システム２００には、位置検出部１００とそれに接続される信号処理回路１５０として、励磁信号生成部１０１とそれに繋がるスイッチ１０２、スイッチング信号生成部１０３とそれに繋がる位相設定スイッチ１０４、正弦波復調部１０５、及び余弦波復調部１０６を備える。励磁信号生成部１０１は位置検出部１００に接続され、励磁信号を生成して位置検出部１００に励磁信号を送る。図３に、励磁信号生成部１０１の構成を表すブロック図を示す。励磁信号生成部１０１には、基準クロック発生器１１１、分周回路１１２、カウンタ１１３、ＲＯＭ１１４、Ｄ／Ａコンバータ１１５、及びローパスフィルタ１１６を備えている。
【００２５】
高周波の基準クロックを発生する基準クロック発生器１１１は、分周回路１１２に接続し、分周回路１１２はカウンタ１１３に接続している。カウンタ１１３はＲＯＭ１１４に接続し、ＲＯＭ１１４は励磁信号を発生する為のＤ／Ａコンバータ１１５に接続している。Ｄ／Ａコンバータ１１５はローパスフィルタ１１６に接続している。Ｄ／Ａコンバータ１１５は、所定のタイミングでＲＯＭ１１４のデータに基づいて階段状に値が変化する信号を出力する。ローパスフィルタ１１６はＤ／Ａコンバータ１１５からの出力信号をなまして滑らかな正弦波状の励磁信号ＳＳ１０を生成する。この励磁信号ＳＳ１０を位置検出部１００に送ることで、位置検出部１００よりセンサ出力信号を得る。
【００２６】
スイッチング信号生成部１０３は、位相設定スイッチ１０４を用いて矩形波信号を生成する。そして、スイッチング信号生成部１０３より得られるスイッチング信号は同期検波部１６０として備えられる正弦波復調部１０５及び余弦波復調部１０６に入力され、位置検出部１００より得られるセンサ出力信号をスイッチング信号でスイッチングし、同期検波処理を行う。正弦波復調部１０５及び余弦波復調部１０６の出力から、位置検出部１００の角度情報を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、位置検出システム２００の製造方法について、簡単に説明する。図４に、製造手順について簡単に説明したフローを示す。図５に、センサ出力信号ＳＳ１を示すグラフを、図６に、スイッチング信号ＳＳ２を示すグラフを、図７にスイッチング後の信号ＳＳ３１を示すグラフを、図８にスイッチング後の信号ＳＳ３２を示すグラフを示す。位置検出部１００及び信号処理回路１５０を含む位置検出システム２００が製造された後、センサ出力測定手段によるセンサ出力信号ＳＳ１の測定と、スイッチング信号測定手段によるスイッチング信号ＳＳ２の測定を行い、センサ出力信号ＳＳ１をスイッチング信号ＳＳ２でスイッチングした後の信号を確認する。なお、センサ出力測定手段は、例えばオシログラフのような信号波形を測定するための測定器を用いることが望ましい。
【００２８】
手順として、図４に示される様にＳ１では、製造された位置検出システム２００の励磁信号生成部１０１より位置検出部１００に図示しない励磁信号を供給する。Ｓ２では、位置検出部１００に供給された励磁信号が、位置検出部１００でセンサ出力信号ＳＳ１に変換されて同期検波部１６０に供給される。Ｓ３では、信号処理回路１５０にて、スイッチング信号生成部１０３からのスイッチング信号ＳＳ２を用いてセンサ出力信号ＳＳ１をサンプリングする。Ｓ４で、サンプリング後の信号の評価を行い、センサ出力信号ＳＳ１とスイッチング信号ＳＳ２との間の位相ズレを検出する。この際に、サンプリングした信号が、信号ＳＳ３２のようであれば同期ズレが発生しており、Ｓ５で同期ズレが最小となるようにスイッチ１０２によってＲＯＭ１１４のデータを切り替え、励磁信号生成部１０１で生成する励磁信号に位相情報を付加する。一方、信号ＳＳ３１のようであれば同期ズレが発生しておらず、そのままとする。この様に、位置検出システム２００の最終調整を行うことで、位置検出システム２００の位置検出精度を高める事ができる。
【００２９】
本実施形態のモータ１０に備えられる位置検出システム２００は上記構成であるので、以下に説明するような作用を奏する。
【００３０】
まず、位置検出システム２００の高精度化が可能である点が効果として挙げられる。本実施形態の位置検出システム２００は、位置検出部１００に供給する励磁信号ＳＳ１０を生成する励磁信号生成部１０１、及び位置検出部１００からセンサ出力信号ＳＳ１を同期検波により復調する同期検波部１６０を備える位置検出システム２００において、励磁信号ＳＳ１０はＤ／Ａコンバータ１１５を用いて形成されており、Ｄ／Ａコンバータ１１５の出力値を変化させることで励磁信号ＳＳ１０の位相を変化させ、センサ出力信号ＳＳ１と、センサ出力信号ＳＳ１をサンプリングするスイッチング信号ＳＳ２の同期のずれを補正するものである。
【００３１】
そして、位置検出部１００に供給する励磁信号ＳＳ１０を生成する励磁信号生成部１０１と、位置検出部１００からのセンサ出力信号ＳＳ１を同期検波による復調する同期検波部１６０と、を有する信号処理回路１５０を備えた変復調方式の位置検出システム２００を製造する位置センサ製造方法において、位置検出部１００より得られるセンサ出力信号ＳＳ１を測定するセンサ出力測定手段を備え、センサ出力信号ＳＳ１をサンプリングするスイッチング信号ＳＳ２とセンサ出力測定手段とで得られるデータに基づき、励磁信号生成部１０１に備えたＤ／Ａコンバータ１１５より形成される励磁信号ＳＳ１０を補正することで、センサ出力信号ＳＳ１をサンプリングするスイッチング信号ＳＳ２とセンサ出力信号ＳＳ１との同期ずれを補正する。
【００３２】
また、上記変復調方式の位置検出システム２００を製造する位置センサ製造方法において、励磁信号ＳＳ１０を生成するＤ／Ａコンバータ１１５の出力値の組み合わせが、生成する励磁信号ＳＳ１０の位相に変化に応じて変化させる構成とする。
【００３３】
つまり、図５に示すセンサ出力信号ＳＳ１を図６に示すスイッチング信号ＳＳ２を用いてスイッチングすることで、図８に示す信号ＳＳ３２のような状態であると判断された場合、スイッチ１０２より励磁信号生成部１０１に信号位相αを付加する。具体的には、励磁信号ＳＳ１０はｓｉｎ（ｆｃ・ｔ）という数式で表すと、信号位相αの情報を付加することで、遅延励磁信号ＳＳ１１は（ｆｃ・ｔ―α）という数式で表される信号となる。したがって、信号位相αだけ、励磁信号ＳＳ１０が遅延される結果となる。
【００３４】
図９に、センサ出力信号ＳＳ１とスイッチング信号ＳＳ２とを重ねたグラフを示す。図１０に、センサ出力信号ＳＳ１を遅延させた波形信号とスイッチング信号ＳＳ２とを重ねたグラフを示す。センサ出力信号ＳＳ１とスイッチング信号ＳＳ２とはケーブルによる位相遅延やフィルタ回路における位相遅延の影響により、図８に示すように同期ズレが発生する。この同期ズレを補正する場合、図９に示すように従来は位相分解能Δθでの補正を行ってきた。しかしながら、位相ズレは位相分解能Δθ単位で発生するわけではないので、図９に示すように位相分解能Δθ分だけセンサ出力信号ＳＳ１の位相を変えても、位相ズレは改善されないケースもある。
【００３５】
これは、位相分解能Δθは３６０／（ｆｓ／ｆｃ）で表され、サンプリング周波数ｆｓと搬送波周波数ｆｃに依存し、時間分解能をあげる事でしか位相分解能Δθを細かくする手法はなく、消費電力の増大やコスト増大を招く結果となる為である。しかし、信号位相α（＜Δθ）を加えた遅延励磁信号ＳＳ１１を位置検出部１００に入力することで、図１０に示すようにセンサ出力信号ＳＳ１に位相情報を付加することができ、位相分解能Δθよりも細かい信号位相αの分だけ波形の調整が可能となる。
【００３６】
このように、センサ出力信号ＳＳ１に信号位相αだけ位相情報を付加することで、スイッチング信号ＳＳ２との位相ズレを補正する事が可能となり、位相分解能Δθでセンサ出力信号ＳＳ１を補正する場合よりも細かな補正が可能となる。この結果、正弦波復調部１０５及び余弦波復調部１０６から誤差の少ない復調信号を得ることができ、位置検出システム２００の精度を向上させることが可能となる。
【００３７】
この場合において、位相分解能Δθの時間分解能を上げるような必要が無いことから、消費電力の増大やより高価な素子を使用することによる製品コストの増大といったデメリット無く位置検出システム２００の高性能化に寄与することができる。このため、安価に位置検出システム２００の精度を向上させることが可能となる。なお、信号位相αは、位置検出システム２００の生産工程において、調整段階としてスイッチング信号測定手段とセンサ出力測定手段を用いてセンサ出力信号ＳＳ１とスイッチング信号ＳＳ２とのズレを検出して決定される。
【００３８】
以上において、実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、遅延励磁信号ＳＳ１１に関して、複数の信号を用意して最適な信号、即ち最適遅延データを選ぶような手法でも適用が可能である。この為にスイッチ１０２に相当する部分で切替を行えば良い。この結果、Ｄ／Ａコンバータ１１５の出力を最適出力値とすることができる。つまり、本実施形態と同等の位置検出システム２００の高性能化を図ることができる。また、ＲＯＭ１１４に直接的データを書き込んで、信号位相αを付加する方法も考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１０      モータ
１３      モータステータ
１４      モータロータ
１７      磁気遮蔽板
５０      位置検出システム
１００      位置検出部
１０１      励磁信号生成部
１０２      スイッチ
１０３      スイッチング信号生成部
１０４      位相設定スイッチ
１０５      正弦波復調部
１０６      余弦波復調部
１１１      基準クロック発生器
１１２      分周回路
１１３      カウンタ
１１４      ＲＯＭ
１１５      Ｄ／Ａコンバータ
１１６      ローパスフィルタ
１２０      センサロータ
１３０      センサステータ
１５０      信号処理回路
１６０      期検波部
２００      位置検出システム
Δθ      位相分解能
α      信号位相
ωｔ      搬出配送成分
ＳＳ１０      励磁信号
ＳＳ１      センサ出力信号
ＳＳ１１      遅延励磁信号
ＳＳ２      スイッチング信号
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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