(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁信号の入力により９０°位相が異なる２相の検出信号を被検出体の回転角度に応じて出力するレゾルバと、
前記レゾルバから出力された各検出信号の最大値を保持するピークホールド回路と、
前記レゾルバから出力された各検出信号の最小値を保持するボトムホールド回路と、
前記ピークホールド回路及び前記ボトムホールド回路によって保持された各検出信号の最大値及び最小値をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部によってＡ／Ｄ変換された各検出信号の最大値及び最小値から被検出体の回転角度を求める角度演算部と、
前記ピークホールド回路及び前記ボトムホールド回路にリセット信号を与えるリセット部と、を備えており、
第１の時点で前記ピークホールド回路が各検出信号の最大値を保持し、その後の第２の時点で前記Ａ／Ｄ変換部が前記最大値をＡ／Ｄ変換し、その後の第３の時点で前記ピークホールド回路が前記リセット信号に基づき前記最大値を基準電位にリセットし、その後の第４の時点で前記ボトムホールド回路が各検出信号の最小値を保持し、その後の第５の時点で前記Ａ／Ｄ変換部が前記最小値をＡ／Ｄ変換し、その後の第６の時点で前記ボトムホールド回路が前記リセット信号に基づき前記最小値を基準電位にリセットするように構成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの出力軸等の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電動パワーステアリング装置では、車両のステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源としてブラシレスモータが用いられている。このブラスレスモータは、ロータの回転むらに起因するトルクリップル等を防止するため、ロータの回転角度に応じてモータを流れる電流を適切に制御する必要がある。そこで、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置には、ロータの回転角度を検出するためのレゾルバが備えられ、このレゾルバによって検出された回転角度に基づいてモータを流れる電流値が適切に設定されている。
また、モータを流れる電流値は操舵トルクをも考慮して設定されており、この操舵トルクを検出するトルク検出装置には、操舵軸の捩れ角を検出するためのレゾルバを備えたものがある。
【０００３】
一般に、レゾルバには、正弦波からなる励磁信号が入力され、この励磁信号により、９０°位相の異なる２相の検出信号（ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号）が被検出体の回転角度に応じて出力される。２相の検出信号は、それぞれ１周期につき複数回（例えば４回）サンプリングされてＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器によって変換された複数のサンプリング値をもとに、最小二乗法等の手法を用いて検出信号の振幅（最大値、最小値）がマイクロコンピュータによって演算で求められ、この振幅からロータ等の回転角度が演算で求められる。
【０００４】
なお、被検出体の回転角度を検出するためのレゾルバとして、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。
【特許文献１】特開平６−２４１８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レゾルバから出力された２相の検出信号は、励磁信号の発振タイミングに応じたタイミングで複数回サンプリングされる。しかし、励磁信号と検出信号とは、レゾルバに関連する部品の特性のバラツキや温度特性等が原因で位相差が生じることがあり、励磁信号と検出信号とに位相差が生じると、検出信号に対するサンプリングのタイミングにもずれが生じる。
一方、励磁信号は理想的な正弦波ではなく歪み成分を含んでいるため、サンプリングのタイミングのずれが励磁信号の歪み成分の影響を受け、サンプリング値をもとに演算される検出信号の振幅や、この振幅をもとに演算される回転角度に誤差が生じるという問題がある。ブラシレスモータのロータの回転角度検出装置にレゾルバを用いた場合、回転角度の誤差はトルクリップルの増大や制御音の発生の原因となり、操舵トルク検出装置にレゾルバを用いた場合、操舵軸の捩れ角の誤差はトルク検出精度の低下に原因になる。
また、従来のレゾルバは、検出信号を１周期につき複数回サンプリングし、そのサンプリング値から演算で検出信号の振幅を求めているため、マイクロコンピュータの演算負荷が大きくなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、検出信号の最大値と最小値とが励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くし、回転角度の誤差を小さくすることができる回転角度検出装置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】
【０００７】
本発明の回転角度検出装置は、励磁信号の入力により９０°位相が異なる２相の検出信号を被検出体の回転角度に応じて出力するレゾルバと、レゾルバから出力された各検出信号の最大値を保持するピークホールド回路と、レゾルバから出力された各検出信号の最小値を保持するボトムホールド回路と、ピークホールド回路及びボトムホールド回路により保持された各検出信号の最大値及び最小値をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によってＡ／Ｄ変換された各検出信号の最大値及び最小値から被検出体の回転角度を求める角度演算部と、前記ピークホールド回路及び前記ボトムホールド回路にリセット信号を与えるリセット部と、を備えており、第１の時点で前記ピークホールド回路が各検出信号の最大値を保持し、その後の第２の時点で前記Ａ／Ｄ変換部が前記最大値をＡ／Ｄ変換し、その後の第３の時点で前記ピークホールド回路が前記リセット信号に基づき前記最大値を基準電位にリセットし、その後の第４の時点で前記ボトムホールド回路が各検出信号の最小値を保持し、その後の第５の時点で前記Ａ／Ｄ変換部が前記最小値をＡ／Ｄ変換し、その後の第６の時点で前記ボトムホールド回路が前記リセット信号に基づき前記最小値を基準電位にリセットするように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、レゾルバから出力された検出信号は、ピークホールド回路及びボトムホールド回路によって最大値と最小値とが保持され、この最大値及び最小値はＡ／Ｄ変換部によってＡ／Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換された最大値及び最小値をもとに角度演算部によって被検出体の回転角度が求められる。したがって、従来のように励磁信号の発振タイミングに応じたタイミングで検出信号を複数回サンプリングする必要が無く、検出信号の最大値及び最小値が励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、回転角度の誤差を少なくすることができる。また、従来のように検出信号の複数のサンプリング値から最大値及び最小値を演算によって求める必要が無くなるので、マイコンによる演算負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、検出信号から取得される最大値と最小値が、励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、回転角度の誤差を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置を示すブロック図である。以下、回転角度検出装置１０の概要について説明する。
この回転角度検出装置１０はレゾルバ１１を備え、このレゾルバ１１は、公知のように、ブラシレスモータ等のロータと同軸に取り付けられるとともに励磁コイルを備えた回転子と、９０°位相の異なる２相の検出コイルを備えた固定子とを備え、励磁コイルに入力された励磁信号に基づき、回転子の回転角度に応じた２相の検出信号を各検出コイルから出力するように構成されている。
【００１１】
また、回転角度検出装置１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを含む制御手段１３を備えており、この制御手段１３は、ＰＷＭ信号発振部１４、Ａ／Ｄ変換部１９、角度演算部２１等を有している。ＰＷＭ信号発振部１４は、ＰＷＭ信号を出力し、このＰＷＭ信号はフィルタ１５により濾波されてｓｉｎ波信号としてドライブ回路１６に入力され、さらに、ドライブ回路１６から励磁信号としてレゾルバ１１に入力される。
レゾルバ１１から出力された２相の検出信号、すなわちｓｉｎ信号とｃｏｓ信号とは、それぞれピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８に入力され、検出信号の最大値及び最小値がサンプリングされる。そして、そのサンプリングされた最大値及び最小値の信号は制御手段１３のＡ／Ｄ変換部１９に入力される。
【００１２】
Ａ／Ｄ変換部１９は、ピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８から出力された信号をデジタル信号としてのサンプル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１９によってデジタル変換されたサンプル信号は角度演算部２１に入力され、このサンプル信号をもとに回転子の回転角度が演算によって求められる。
なお、制御手段１３は、上記の他に、Ａ／Ｄ変換部１９に変換開始信号を与えるＡ／Ｄ変換開始指示部２２、ピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８にリセット信号を与えるリセット部２３を備える。
【００１３】
ピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８は、オペアンプ、ホールドコンデンサ、及びリセットスイッチ等を有する公知の構成であり、入力された信号（電圧）の最大値又は最小値をホールドコンデンサで保持し、Ａ／Ｄ変換部１９に出力するように構成されている。
図２は、回転角度検出装置１０の動作の時間的経過を示すタイムチャートである。ピークホールド回路１７は、検出開始時点ｔ０以降、入力された検出信号（ｓｉｎ信号、ｃｏｓ信号）のうち基準電位よりも高電位の検出信号を監視する。そして、ピークホールド回路１７は、検出信号の最大値を逐次更新し、検出信号が増加から減少に転じる時点ｔ１における最大値Ｈを保持する。
【００１４】
一方、制御手段１３のＡ／Ｄ変換開始指示部２２は、発振部１４におけるＰＷＭ信号の発振タイミングに基づいて、所定の時点ｔ２（ｔ１以降の時点）にＡ／Ｄ変換部１９に変換開始信号を与える。Ａ／Ｄ変換部１９は、変換開始信号に基づきピークホールド回路１７から出力された検出信号の最大値ＨをＡ／Ｄ変換することによりサンプル信号を生成し、そのサンプル信号を角度演算部２１へ出力する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換終了後、リセット部２３は、ＰＷＭ信号の発振タイミングに基づいて所定の時点ｔ３（例えば、検出信号又は励磁信号が基準電位となる時点）にピークホールド回路１７にリセット信号を与える。ピークホールド回路１７は、リセット信号に基づき保持していた最大値Ｈを基準電位にリセットする。
【００１６】
同様に、ボトムホールド回路１８は、検出開始時点ｔ０以降、入力された検出信号のうち基準電位よりも低電位の検出信号を監視するとともに最小値を逐次更新し、検出信号が減少から増加に転じる時点ｔ４における最小値Ｌを保持する。Ａ／Ｄ変換開始指示部２２は、ＰＷＭ信号の発振タイミングに基づき所定の時点ｔ５（ｔ４以降の時点）にＡ／Ｄ変換部１９に変換開始信号を与える。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換部１９は、変換開始信号に基づきボトムホールド回路１８から出力された検出信号の最小値ＬをＡ／Ｄ変換することによってサンプル信号を生成し、そのサンプル信号を角度演算部２１へ出力する。Ａ／Ｄ変換終了後、リセット部２３は、ＰＷＭ信号の発振タイミングに基づいて所定の時点ｔ６でボトムホールド回路１８にリセット信号を与える。ボトムホールド回路１８は、リセット信号に基づき保持していた最小値Ｌを基準電位にリセットする。
【００１８】
制御手段１３のＲＯＭ等のメモリには、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプル信号とレゾルバ１１の回転子の回転角度との関係がテーブル化されて格納されており、角度演算部２１は、このテーブルを参照することによってサンプル信号から回転角度を求める。
【００１９】
以上の構成において、本実施形態の回転角度検出装置１０は、レゾルバ１１から出力された検出信号の最大値Ｈ及び最小値Ｌをピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８によって取得しているので、従来のように、レゾルバ１１の検出信号を励磁信号の発振タイミングに基づいて１周期の間に複数回サンプリングし、そのサンプリング値から検出信号の振幅（最大値及び最小値）を演算によって求める場合に比べて、励磁信号と検出信号との位相差や励磁信号の歪み成分の影響を受け難くなり、角度演算部２１によって求める回転角度の誤差が小さくなる。そのため、回転角度検出装置１０がブラシレスモータに用いられる場合には、トルクリップルや制御音の発生を抑制することができ、トルクセンサに用いられる場合にはトルク検出精度を向上することができる。
特に、本実施の形態の回転角度検出装置１０では、検出信号の最大値Ｈ又は最小値Ｌが保持される時点ｔ１，ｔ４からリセット信号が出力される時点ｔ３，ｔ６までの間に、最大値Ｈ及び最小値ＬをサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行えばよいので、厳密なサンプリングのタイミングを要求されず、励磁信号と検出信号の位相差に影響されることはほとんどなくなる。
【００２０】
また、ピークホールド回路１７及びボトムホールド回路１８によって、検出信号を１周期につき２回サンプリングすれば足りるため、従来のように検出信号を１周期につき４回サンプリングし、しかも演算によって振幅を求める場合に比べてマイクロコンピュータの負荷を小さくすることができる。
【００２１】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、本発明の回転角度検出装置１０は、電動ステアリング装置のブラシレスモータやトルク検出装置に限らず、他の用途にも採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る回転角度検出装置のブロック図である。
【図２】同回転角度検出装置の動作の時間的経過を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  回転角度検出装置
１１  レゾルバ
１３  制御手段
１４  発振部
１７  ピークホールド回路
１８  ボトムホールド回路
１９  Ａ／Ｄ変換部
２１  角度演算部
【図１】
0005040805.tif 000002
【図２】
0005040805.tif 000003