(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２０度ずつ位相のずれた第１信号、第２信号及び第３信号からなる３相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の演算回路であって、
上記３相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較する比較手段と、
前記比較手段により３信号のうちのいずれか２信号の値が一致したとき残りの１信号の値の絶対値を取得する最大振幅値決定手段と、を有し、
前記比較手段は、前記第１信号と前記第２信号を比較し一致したときに出力を反転する第１コンパレータ回路と、前記第１信号と前記第３信号を比較し一致したときに出力を反転する第２コンパレータ回路と、前記第２信号と前記第３信号を比較し一致したときに出力を反転する第３コンパレータ回路とを有し、
前記最大振幅値決定手段は、前記第１コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第３信号の信号値をホールドして前記第３信号の最大振幅値として出力する第１サンプリングホールド回路と、前記第２コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第２信号の信号値をホールドして前記第２信号の最大振幅値として出力する第２サンプリングホールド回路と、前記第３コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第１信号の信号値をホールドして前記第１信号の最大振幅値として出力する第３サンプリングホールド回路とを有することを特徴とする演算回路。
【請求項２】
１２０度ずつ位相のずれた第１信号、第２信号及び第３信号からなる３相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する際に、前記３相信号の振幅の最大値を検出する３相信号最大振幅検出方法であって、
前記第１信号と前記第２信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第３信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第３信号の最大振幅値として出力する第１ステップと、
前記第１信号と前記第３信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第２信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第２信号の最大振幅値として出力する第２ステップと、
前記第２信号と前記第３信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第１信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第１信号の最大振幅値として出力する第３ステップと、を有することを特徴とする３相信号最大振幅検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３相信号をディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の３相信号最大振幅検出回路に関し、特に３相信号の最大振幅値を検出する３相信号最大振幅検出回路及び３相信号最大振幅検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３相の信号を入力し、これをアナログ・ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とする）回路によりディジタル値に変換し、この値を用いて近似値直線から距離を検出する位置検出装置がある。
【０００３】
このような位置検出装置の位置検出方法について説明する。図３は、位相が１２０度異なる３相信号の波形を示した図である。例として、信号の１周期を６分割し、振幅値を近似値直線として距離を検出する方法について説明する。例えば、１周期（ｓｉｎθ）を２６４μｍとすると、１周期は、４４μｍに６分割される。この時、振幅値は、図１に示したように直線で近似することができる。点ａについてみると、点ａの近似値直線における距離は４４μｍであり、Ａ／Ｄ変換により得られた振幅値（この場合、ｓｉｎ（θ―１２０））の値を先ほどの距離４４で割ることにより、１μｍについての値が得られる。
【０００４】
この検出方法は、振幅を距離に換算しているため、振幅の最大値の検出が必要である。最大値が正確に検出できないと、位置精度に誤差が生じる。
最大振幅値の検出方法として、例えば、サンプリングを行う方法がある。図４は、信号の波形とサンプリングの関係を示した図である。所定のサンプリング周期で信号をサンプリングし、サンプリングした値の中から最大のものを最大振幅値とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の位置検出装置では、振幅の最大値を確実に検出することが難しいという問題がある。
【０００６】
上記説明のように、所定のサンプリング周期でサンプリングを行って、最大振幅値を検出する方法では、サンプリングの周期と信号を検出するセンサーの移動速度との関係が重要となってくる。図４に示したように、信号の波形に対してサンプリング周期が適当でない場合、必ずしも最大振幅値を検出するとは限らない。例えば、最近のＡ／Ｄ変換回路は、デルターシグマ型がコストも安く主流になっている。しかしながら、サンプリング周期は比較的長くなり、確実に最大値を検出するには、センサーの移動速度を下げなければならないという問題がある。また、センサーの移動速度を上げるためには、高速のＡ／Ｄ変換回路を用いればよいが、これはコストアップにつながる。
【０００７】
また、出荷時やセンサー交換時に、予め最大値を検出させ、記憶させる方法もあるが、実際の測定時には電源のオン／オフや、電源変動、経年変化などにより、最大振幅値は、多々、変化を起こしている。このため、自動補正される最大振幅検出回路が望まれていた。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、確実に最大振幅値を検出する３相信号最大振幅検出回路及び３相信号最大振幅検出方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、１２０度ずつ位相のずれた第１信号、第２信号及び第３信号からなる３相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の演算回路であって、上記３相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較する比較手段と、前記比較手段により３信号のうちのいずれか２信号の値が一致したとき残りの１信号の値の絶対値を取得する最大振幅値決定手段と、を有し、前記比較手段は、前記第１信号と前記第２信号を比較し一致したときに出力を反転する第１コンパレータ回路と、前記第１信号と前記第３信号を比較し一致したときに出力を反転する第２コンパレータ回路と、前記第２信号と前記第３信号を比較し一致したときに出力を反転する第３コンパレータ回路とを有し、前記最大振幅値決定手段は、前記第１コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第３信号の信号値をホールドして前記第３信号の最大振幅値として出力する第１サンプリングホールド回路と、前記第２コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第２信号の信号値をホールドして前記第２信号の最大振幅値として出力する第２サンプリングホールド回路と、前記第３コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第１信号の信号値をホールドして前記第１信号の最大振幅値として出力する第３サンプリングホールド回路とを有することを特徴とする演算回路、が提供される。
【００１０】
このような構成の位置検出装置の演算回路は、比較手段により３相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較され、３相の信号のうちのいずれか２信号の値が一致したか否かが検出され、その結果が最大振幅値決定手段に出力される。最大振幅値決定手段は、３相信号のうちのいずれか２信号の値が一致した場合、残りの１信号の値の絶対値を取得して最大値として記憶、あるいは次処理ブロックへ出力する。
【００１１】
また、１２０度ずつ位相のずれた第１信号、第２信号及び第３信号からなる３相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する際に、前記３相信号の振幅の最大値を検出する３相信号最大振幅検出方法であって、前記第１信号と前記第２信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第３信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第３信号の最大振幅値として出力する第１ステップと、前記第１信号と前記第３信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第２信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第２信号の最大振幅値として出力する第２ステップと、前記第２信号と前記第３信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第１信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第１信号の最大振幅値として出力する第３ステップと、を有することを特徴とする３相信号最大振幅検出方法、が提供される。
【００１２】
このような手順の３相信号最大振幅検出方法は、３信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較して、３信号のうちのいずれか２信号の値が一致したか否かの検出が行われる。その結果、３信号のうちのいずれか２信号の値が一致した場合、残りの１信号の値の絶対値が取得されて最大値として記憶、あるいは次処理工程へ出力される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
ここで、本発明の原理について、図３を用いて説明する。上記説明のように、図３は、位相が１２０度異なる３相信号の波形を示した図である。例えば、点ａを右から左に移動する場合、最大値、
ＳＩＮ（θ―１２０）＝１
は、θ＝２１０°、となる。
【００１４】
この時、残りの２信号の値は、それぞれ、
ＳＩＮ（θ）＝ＳＩＮ（２１０）＝−０．５
ＳＩＮ（θ＋１２０）＝ＳＩＮ（−３０）＝−０．５
となる。
【００１５】
つまり、ＳＩＮ（θ）＝ＳＩＮ（θ＋１２０）の時、ＳＩＮ（θ―１２０）は、必ず、絶対値で最大値となる。
他の組み合わせの場合も同様であり、２信号の値が一致した時、残りの１信号は最大振幅値となる。このため、３相信号のうちのいずれか２信号の値が一致した時、残りの１信号の値を最大振幅値とすることができる。
【００１６】
上記説明の原理を適用した本発明の実施の形態である３相信号最大振幅検出回路及び３相信号最大振幅検出方法について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である３相信号最大振幅検出回路のブロック図である。本発明の一実施の形態である３相信号最大振幅検出回路は、３相信号をサンプリングしＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１１、１２、１３と、Ａ／Ｄ変換された信号値を処理する演算回路２０とから構成される。演算回路２０は、Ａ／Ｄ変換された信号値を比較する比較手段２１と、比較手段２１の結果に応じて最大振幅値を決定する最大振幅値決定手段２２とから構成される。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換回路１１は、所定のサンプリング周期でｓｉｎ（θ＋１２０）の信号をディジタル値として取り込み、比較手段２１に出力する。同様に、Ａ／Ｄ変換回路１２はｓｉｎ（θ）の信号を、Ａ／Ｄ変換回路１３はｓｉｎ（θ−１２０）の信号を、所定のサンプリング周期でディジタル値として取り込み、比較手段２１に出力する。演算回路２０は、サンプリングした信号の値を用いて最大振幅値を検出する機能を有する処理回路であって、ＣＰＵ、処理プログラムが記録されたメモリ（ＲＯＭ等）、及びデータ一時保存用のメモリ（ＲＡＭ等）等から構成される。比較手段２１は、Ａ／Ｄ変換回路１１、１２、１３によってディジタル値に変換された３相信号の値を入力し、入力したサンプリングデータのうち２信号の値が一致しているかどうかを比較して調べる。一致していた場合には、一致したことを最大振幅値決定手段２２に出力する。最大振幅値決定手段２２は、２信号の値が一致したという情報を入力した場合、残りの１信号のサンプリングデータを比較手段２１から取得し、最大振幅値とする。
【００１８】
このような構成の３相信号最大振幅検出回路の動作及び３相信号最大振幅検出方法について説明する。１２０度位相が異なる３相信号は、適当なサンプリング周期毎に、Ａ／Ｄ変換回路１１、１２、１３によりディジタル値のサンプリングデータとして比較手段２１に出力される。比較手段２１では、この３相信号のサンプリングデータを比較し、２信号の値が一致しているかどうかを調べる。一致していた場合は、最大振幅値決定手段２２は、残りの１信号のサンプリングデータを最大振幅値として記録する。あるいは、次の処理ブロックへ出力する。このように、３相信号のうちの２信号の値が一致した時点、すなわち、残りの１信号の振幅値が最大となる時を知ることにより、確実に最大値を検出することが可能になる。また、例えば、前後のサンプリングデータを比較して最大値を検出していた従来の方法に比べ、サンプリング周期毎に生成されるデータで処理を行うことが可能であり、比較のためのデータを記録するメモリを必要としない。このため、最大振幅値を検出するための部品を新たに付加する必要がない。
【００１９】
次に、本発明の一実施の形態として、コンパレータを用いた３相信号最大振幅検出回路について説明する。図２は、本発明の一実施の形態であるコンパレータを用いた３相信号最大振幅検出回路のブロック図である。この３相信号最大振幅検出回路は、３相信号のうちの２信号の値を比較するコンパレータ回路３０と、コンパレータ回路３０が２信号の一致を検出した場合、残りの信号の値を保持するサンプリング・ ホールド回路４０と、ホールドされたサンプリング・ データを選択する切り替え回路５０と、切り替え回路５０により選択された信号値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１０と、切り替え回路５０に制御及び最大振幅値の処理を行う演算回路６０とから構成される。
【００２０】
コンパレータ回路３０は、比較手段であって、３相信号のうちから２信号を選択するすべての組み合わせに対応するコンパレータ３１、３２、３３とから構成されている。コンパレータ３１は、ｓｉｎ（θ＋１２０）とｓｉｎ（θ）の２信号を入力し比較する。コンパレータ３２は、ｓｉｎ（θ＋１２０）とｓｉｎ（θ−１２０）の２信号を入力し比較する。コンパレータ３３は、ｓｉｎ（θ）とｓｉｎ（θ−１２０）の２信号を入力し比較する。各コンパレータ３１、３２、３３は入力した２信号の値を比較し、一致していれば出力信号の状態を反転させる。出力は、各コンパレータ３１、３２、３３に対応するサンプリング・ホールド回路４１、４２、４３に接続している。
【００２１】
サンプリング・ ホールド回路４０は、最大振幅値決定手段であって、コンパレータ３１、３２、３３に対応するサンプリング・ ホールド回路４１、４２、４３とから構成されている。各サンプリング・ホールド回路４１、４２、４３は、対応するコンパレータの出力と、対応するコンパレータに接続されていない残りの１信号に接続している。例えば、サンプリング・ホールド回路４１の場合、対応するコンパレータ３１の出力と、コンパレータ３１に入力していない、ｓｉｎ（θ―１２０）に接続している。同様に、サンプリング・ ホールド回路４２は、コンパレータ３２の出力とｓｉｎ（θ）に接続しており、サンプリング・ ホールド回路４３は、コンパレータ３３の出力とｓｉｎ（θ＋１２０）に接続している。対応するコンパレータの出力信号が反転する時、入力信号の値をホールドする。
【００２２】
切り替え回路５０は、演算回路６０に従って、サンプリング・ホールド回路４０の保持する値、あるいは、直接入力する３相信号値から１つを選択し、Ａ／Ｄ変換回路１０へ出力する。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換回路１０は、入力した信号値をアナログ・ディジタル変換し、演算回路６０へ出力する。
演算回路６０は、Ａ／Ｄ変換回路１０の出力した値を入力し、最大振幅値処理や位置検出処理を行ったり、コンパレータ回路３０の信号を入力し、これに応じて切り替え回路５０を操作する処理などを行う。
【００２４】
このような構成の３相信号最大振幅検出回路の動作及び３相信号最大振幅検出方法について説明する。例として、コンパレータ回路３１とサンプリング・ホールド回路４１の動作について説明する。コンパレータ回路３１は、ｓｉｎ（θ＋１２０）とｓｉｎ（θ）を入力し、一致しているか否かを比較している。ｓｉｎ（θ＋１２０）とｓｉｎ（θ）の値が一致した場合、コンパレータ回路３１の出力信号の状態が反転する。サンプリング・ホールド回路４１には、残りの１信号であるｓｉｎ（θ―１２０）が入力しており、コンパレータ回路３１の出力信号が反転した時のｓｉｎ（θ―１２０）の信号値、すなわち最大振幅値がホールドされ、出力される。コンパレータ回路３１の出力は、演算回路６０にも入力しており、演算回路６０の指令により、切り替え回路５０はホールドされた最大振幅値を選択し、Ａ／Ｄ変換回路１０へ出力する。この信号値がＡ／Ｄ変換回路１０によりディジタル値に変換され、演算回路６０で最大振幅値として処理される。コンパレータ３２、３３も同様の動作をすることにより、最大振幅値を検出する。
【００２５】
このように、３相信号のうちの２信号の値が一致した時点、すなわち、残りの１信号の振幅値が最大となる時点で、この残りの１信号の値、すなわち最大振幅値をホールドすることにより、確実に最大振幅値を検出することが可能になる。一致したときに最大振幅値を検出するので、比較する前回までの最大振幅値を記憶する必要がない。さらに、最大振幅値はサンプリング・ ホールド回路４１、４２、４３によりホールドされるため、Ａ／Ｄ変換回路として、安価なデルターシグマ型のＡ／Ｄ変換回路を使用することができる。また、さらにこの実施の形態では、切り替え回路５０を設けたことにより、他の部品に比べて比較的高価なＡ／Ｄ変換回路が１つで済むという利点もある。
【００２６】
上記の説明では、３相の信号のうち２信号を選択する組み合わせすべてのコンパレータ回路とこれに対応するすべてのサンプリング・ホールド回路を設けるとしたが、切り替え手段を設けることにより、コンパレータ及びサンプリング・ホールドを各１つにすることもできる。この場合、コンパレータ回路３０を１つのコンパレータ回路、サンプリング・ホールド回路４０を１つのサンプリング・ホールド回路とし、演算回路６０の指令によりこれらの回路に入力する入力信号を切り替える切り替え回路を設ける。演算回路６０は、現在値を入力することもできるので、移動方向を判断することにより、この切り替え回路を操作し、コンパレータ回路３０及びサンプリング・ ホールド回路４０に入力する信号を切り替えることにより、上記説明の３相信号最大振幅検出回路と同様の動作を行わせることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、比較手段により３相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較され、３相の信号のうちのいずれか２信号の値が一致したか否かが検出され、最大振幅値決定手段は、３相信号のうちのいずれか２信号の値が一致した場合、残りの１信号の値の絶対値を取得して最大値として出力あるいは記憶する。このため、３相信号のうちの２信号の値が一致した時点、すなわち、残りの１信号の振幅値の絶対値が最大となる時にこの最大振幅値を検出することができる。このように、確実に最大値を検出することが可能になる。
【００２８】
また、本発明の３相信号最大振幅検出方法では、３相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較されて、３信号のうちのいずれか２信号の値が一致したか否かの検出が行われ、２信号の値が一致した場合、残りの１信号の値の絶対値が取得されて最大値として出力あるいは記憶される。このため、３相信号のうちの２信号の値が一致する時点、すなわち、残りの１信号の振幅値の絶対値が最大となる時点を確実に検出できる。このようにして、確実に最大値を検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である３相信号最大振幅検出回路のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるコンパレータを用いた３相信号最大振幅検出回路のブロック図である。
【図３】位相が１２０度異なる３相信号の波形を示した図である。
【図４】信号の波形とサンプリングの関係を示した図である。
【符号の説明】
１０・・・ Ａ／Ｄ変換回路、１１・・・ Ａ／Ｄ変換回路（ｓｉｎ（θ＋１２０））、１２・・・ Ａ／Ｄ変換回路（ｓｉｎ（θ））、１３・・・ Ａ／Ｄ変換回路（ｓｉｎ（θ―１２０））、２０・・・ 演算回路、２１・・・ 比較手段、２２・・・ 最大振幅値決定手段、３０・・・ コンパレータ回路、４０・・・ サンプリング・ホールド回路、５０・・・ 切り替え回路、６０・・・ 演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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