JP2014122884A

JP2014122884A - 角度検出装置

Info

Publication number: JP2014122884A
Application number: JP2013238472A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kishimoto; 憲一岸本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】レゾルバの角度を検出する角度検出装置において、常に安定かつ高精度な角度検出を行う。
【解決手段】２つのレゾルバ出力信号をそれぞれ所定のサンプリングタイミングでデジタル変換する２つのＡＤコンバータ１０３、１０４と、励磁信号と上記サンプリングタイミングのサンプリング信号とを生成する信号生成部１１と、信号生成部１１で生成する信号のタイミング調整を行うタイミング調整部１０２と、レゾルバの角度を算出するＲＤ変換部１０５と、ＡＤコンバータ１０３、１０４の両出力値からベクトル長を算出するベクトル長算出部１０６とを備える。そして、タイミング調整部１０２は、ベクトル長が極値となるようにタイミング調整を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、１相励磁２相出力のレゾルバの角度検出装置に関するものである。

従来、主に産業分野、電装分野など、モータの角度位置を検出するための手段としてレゾルバがよく用いられる。

モータの軸に取り付けられたレゾルバによってモータの角度位置を検出し、その検出された角度位置によってモータを制御する構成例を図１０に示す。

図１０は、特許文献１に記載された従来のレゾルバの角度検出装置１１０２を示すブロック図である。レゾルバ２０は、１相励磁２相出力の方式であり、モータ３０の軸に取り付けられる。レゾルバ２０は、Ａ相、Ｂ相の２相の信号を出力する。角度検出装置１１０２は、この２相の信号からレゾルバの角度位置を検出し、サーボアンプ１１２に出力する。サーボアンプ１１２は、検出された角度位置に従い、モータ３０の制御および駆動を行う。また、角度検出装置１１０２からは、励磁信号が出力され、バッファー回路１１１を経由してレゾルバ２０を励磁する。

次に、レゾルバの角度検出装置１１０２の内部の構成について説明する。角度検出装置１１０２は、アナログデジタルコンバータであるＡＤコンバータ１０３、１０４を備えている。ＡＤコンバータ１０３、１０４は、レゾルバ２０の出力するＡ相、Ｂ相の各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換する。この変換するタイミングは、サンプリング信号生成部１１０７の出力するサンプリング信号に従う。ＡＤコンバータ１０３、１０４によってデジタル値に変換されたＡ相、Ｂ相の信号は、ＲＤ変換部１０５において、レゾルバ２０の角度位置を示す信号に変換され（一般にトラッキングループなどの方法が用いられる）る。この角度位置を示す信号は、インターフェイス処理部１０１を経由して、サーボアンプ１１２に出力される。サーボアンプ１１２は、検出されたレゾルバ２０の角度位置すなわち、モータ３０の角度位置に従い、モータ３０の制御および駆動を行う。

サンプリング信号生成部１１０７は、基準信号生成部１０８の出力する基準信号を元に位相を調整して、ＡＤコンバータ１０３、１０４にサンプリング信号を出力する。また、励磁信号生成部１０９は、基準信号生成部１０８の出力する基準信号を元に励磁信号を生成して出力する。

図１１（ａ）に、レゾルバ２０の出力するＡ相、Ｂ相の各信号を示す。また、図１１（ｂ）に、基準信号生成部１０８の出力する基準信号を示す。サンプリング信号生成部１１０７は、この基準信号を元に位相を調整してサンプリング信号を出力する。この場合、時刻ｔ９２、ｔ９４にてレゾルバ２０の出力するＡ相、Ｂ相の各信号の絶対値が最大となるので、このタイミングにおいて、サンプリング信号を出力する。ただし、Ａ相、Ｂ相の各信号がゼロとなる時刻ｔ９１、ｔ９３を検出し、それに１周期の１／４に相当する時刻を加算して、時刻ｔ９２、ｔ９４を求める方法もある。このように、Ａ相、Ｂ相の各信号の絶対値が、励磁信号の１周期中で最大となるタイミングにおいて、各信号をアナログデジタル変換することで、ＳＮ比の良い信号を得ることができ、レゾルバの角度位置を高精度に検出することができる。

特開２０１１−３３６０２号公報

しかしながら、上述の従来の構成では、Ａ相、Ｂ相の各信号の最大値あるいは最小値を別々に検出しており、レゾルバの出力する信号は角度位置によって振幅変調される。このため、レゾルバの回転速度あるいは角度位置によっては、最大値あるいは最小値となるタイミングを精度よく検出することが難しいという課題を有していた。

すなわち、Ａ相とＢ相とは角度位置における９０度の位相差があるため、Ａ相の信号が最大振幅となる角度位置のときＢ相の信号は最小振幅（一様にゼロあるいはゼロに近い振幅）となり、逆に、Ｂ相の信号が最大振幅のときＡ相の信号は最小振幅となる。このため、サンプリングタイミングの補正において、角度位置などによって最小振幅となった相の信号を利用してしまうと、例えばゼロクロス位置を精度よく検出できず、タイミングの精度も悪化してしまう。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、レゾルバの回転速度あるいは角度位置に関わらず、Ａ相、Ｂ相の各信号の最大値あるいは最小値を安定して精度よく検出し、温度変化あるいは経時変化が生じてもサンプリング信号のタイミングの補正が容易かつ確実とし、安定して精度のよい角度位置を検出することができる角度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の角度検出装置は、励磁信号が９０度の位相差で振幅変調されたようにレゾルバから出力される第１のレゾルバ出力信号および第２のレゾルバ出力信号に基づいて、回転角度を検出する角度検出装置である。本角度検出装置は、第１のレゾルバ出力信号および第２のレゾルバ出力信号を、それぞれ所定のサンプリングタイミングでデジタル変換する第１のＡＤ変換器および第２のＡＤ変換器と、励磁信号と上記サンプリングタイミングのサンプリング信号とを生成して出力する信号生成部と、信号生成部で生成する信号のタイミング調整を行うタイミング調整部と、第１のＡＤ変換器および第２のＡＤ変換器のそれぞれの出力値からレゾルバの角度を算出する角度算出部と、第１のＡＤ変換器および第２のＡＤ変換器のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出するベクトル長算出部とを備える。そして、本角度検出装置は、タイミング調整部がベクトルの大きさが極値となるようにタイミング調整を行う構成である。

さらに、本発明の角度検出装置は、タイミング調整部が、ベクトルの大きさが極値となるようにサンプリングタイミングのタイミング調整を行う構成である。

また、本発明の角度検出装置は、タイミング調整部が、ベクトルの大きさが極値となるように励磁信号の位相のタイミング調整を行う構成としてもよい。

このような構成によって、ベクトル長算出部の出力値という単一の信号の最大あるいは最小となるタイミングのみを検出すればよいので、Ａ相、Ｂ相という別々のレゾルバ出力信号の変化を検出する必要がない。これによって、Ａ相、Ｂ相の各信号が最大となるタイミングを安定して精度よく検出できるので、サンプリング指令信号のタイミングの修正が容易かつ正確となり、温度変化あるいは経時変化なども含めてレゾルバの角度位置を常に安定して精度良く検出することができる。

本発明の角度検出装置は、レゾルバの特性ばらつき、温度変化あるいは経時変化なども含めて自動的なタイミング調整が可能であり、常に安定して精度の良いレゾルバの角度位置検出が可能である。

本発明の実施の形態１におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図同、角度検出装置の主要な信号の波形を示すタイミングチャート同、角度検出装置の他の構成例の場合の各信号の波形を示すタイミングチャート同、角度検出装置の励磁信号生成部の詳細な構成を示すブロック図同、角度検出装置の励磁信号生成部における各信号の波形を示すタイミングチャート同、角度検出装置の励磁信号の振幅を最適値に調整する一例を説明するための図Ａ相、Ｂ相のいずれかの信号線が断線したときのベクトル長の最大値の変化を示す波形図本発明の実施の形態２におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図同、角度検出装置の主要な信号の波形を示すタイミングチャート従来におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図従来の角度検出装置における各信号の波形を示すタイミングチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図である。

図１に示すように、モータ制御装置１００は、レゾルバ２０を用いてモータ３０の回転子の角度位置を検出する角度検出装置１０を備えている。

図１において、レゾルバ２０は、１相励磁２相出力の方式であり、モータ３０に取り付けられる。レゾルバ２０は、Ａ相、Ｂ相の２相の信号を出力する。１相励磁２相出力の方式のレゾルバの構成の一例として、レゾルバ２０は、図１に模式的に示すように、励磁コイル２１と、２つの検出コイル２２、２３とを備えている。励磁コイル２１は、回転部２６に配置され、この回転部２６がモータ３０の回転子や回転軸と接続される。さらに、励磁コイル２１には、励磁信号が供給される。一方、検出コイル２２、２３は、例えば互いに９０度だけ配置角度が異なるように固定部２５に配置される。レゾルバ２０のこのような構成により、モータ３０の回転に従って、励磁信号が供給されている励磁コイル２１も回転する。そして、検出コイル２２、２３からは、励磁信号が電磁誘導されることで生じる信号が出力される。ここで、励磁コイル２１と検出コイル２２とが平行な位置関係のとき、検出コイル２２からは最大振幅の信号が出力される。このとき、励磁コイル２１と検出コイル２３とは直交する位置関係となるため、検出コイル２３からは最小振幅（一様にゼロあるいはゼロに近い振幅）の信号が出力される。そして、回転位置に応じながら、検出コイル２２および検出コイル２３からは、回転位置に対応した振幅の信号が出力される。すなわち、レゾルバ２０がこのように動作することで、レゾルバ２０からは、励磁信号が９０度の位相差で振幅変調されたように、検出コイル２２からＡ相信号ｖａが出力され、検出コイル２３からＢ相信号ｖｂが出力される。なお、励磁信号としては、例えば周波数を１０ＫＨｚとするような正弦波信号が一般的に利用される。

レゾルバ２０から出力される第１のレゾルバ出力信号としてのＡ相信号ｖａ、および第２のレゾルバ出力信号としてのＢ相信号ｖｂは、角度検出装置１０に供給される。角度検出装置１０は、この２相の信号からレゾルバ２０の角度位置、すなわちモータ３０の回転子の回転角度である角度位置を検出し、検出した角度位置に応じた信号をサーボアンプ１１２に出力する。サーボアンプ１１２は、検出された角度位置に従い、モータ３０の回転制御および駆動を行う。また、角度検出装置１０からは、励磁信号ｓｃが出力され、バッファー回路１１１を経由してレゾルバ２０の励磁コイル２１を励磁する。

次に、角度検出装置１０の内部の構成について説明する。角度検出装置１０は、図１に示すように、第１のＡＤ変換器であるアナログデジタルコンバータ（以下、ＡＤコンバータと記す）１０３と、第２のＡＤ変換器であるＡＤコンバータ１０４と、角度算出部であるＲＤ変換部１０５と、ベクトル長算出部１０６と、タイミング調整部１０２と、インターフェイス処理部（以下、Ｉ／Ｆ処理部と記す）１０１と、信号生成部１１とを備えている。

ＡＤコンバータ１０３、１０４は、所定のサンプリングタイミングで、レゾルバ２０の出力するＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂの各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換する。また、信号生成部１１は、励磁コイル２１を励磁するための励磁信号ｓｃとともに、ＡＤコンバータ１０３、１０４へ供給するサンプリング信号ｆｓを生成する。ＡＤコンバータ１０３、１０４は、このサンプリング信号ｆｓが示すサンプリングタイミングでデジタル変換する。ＡＤコンバータ１０３、１０４によってデジタル値に変換された信号は、ＲＤ変換部１０５、所謂、レゾルバ−デジタル変換部と呼称されるものに供給される。ＲＤ変換部１０５は、ＡＤコンバータ１０３、１０４のそれぞれの出力値を用いて、レゾルバ２０の角度位置を示す角度検出信号ａｇに変換し（一般にトラッキングループなどの方法が用いられる）、これによってレゾルバ２０の角度が算出される。この角度検出信号ａｇは、角度検出装置１０とサーボアンプ１１２とのインターフェイスを行うインターフェイス処理部１０１を経由して、サーボアンプ１１２に出力される。サーボアンプ１１２は、検出されたレゾルバ２０の角度位置、すなわちモータ３０の角度位置に従い、モータ３０の制御および駆動を行う。

また、信号生成部１１は、基準信号生成部１０８と、サンプリング信号生成部１０７と、励磁信号生成部１０９とを備えている。基準信号生成部１０８は、一般的にクロック信号と呼ばれるような所定の周波数の正弦波や矩形波を生成する発振器を有している。基準信号生成部１０８は、さらに、この発振器からの信号を用いて、基準タイミングとするような基準信号ｓｓを生成して出力する。信号生成部１１は、この基準信号ｓｓに基づいて各種の信号を生成している。すなわち、サンプリング信号生成部１０７は、基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを元に位相を調整してサンプリング信号ｆｓを生成し、ＡＤコンバータ１０３、１０４にサンプリング信号ｆｓを出力する。また、励磁信号生成部１０９は、基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを元に、励磁信号ｓｃを生成して出力する。

信号生成部１１の具体的な一例として、信号生成部１１を次のように構成すればよい。基準信号生成部１０８は、１０ＭＨｚの信号の発振器とともに、この発振信号を分周するカウンタを有している。このような発振信号を１０００分の１に分周することで、１０ＫＨｚの信号が得られる。基準信号生成部１０８は、この１０ＫＨｚの信号を基準信号ｓｓとして励磁信号生成部１０９に供給する。励磁信号生成部１０９は、この基準信号ｓｓを利用して、１０ＫＨｚの正弦波信号を生成し、励磁信号ｓｃとして出力する。一方、サンプリング信号生成部１０７は、基準信号ｓｓを利用して、その整数倍の周波数の信号を生成する。例えば、基準信号ｓｓの４倍となる４０ＫＨｚのサンプリング信号ｆｓとすることで、ＡＤコンバータ１０３、１０４は、１０ＫＨｚのＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂに対し、１周期あたり４サンプル分をサンプリングする。なお、これらの周波数などは一例であり、適宜変更してよい。

さらに、角度検出装置１０は、サンプリング信号ｆｓのサンプリングタイミング、すなわちサンプリング信号ｆｓのサンプリング位相を、適切な位相に設定するために、ベクトル長算出部１０６とタイミング調整部１０２とを備えている。ベクトル長算出部１０６は、ＡＤコンバータ１０３、１０４のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出し、算出した大きさをベクトル長値ｖｌとして出力する。タイミング調整部１０２は、ベクトル長算出部１０６から供給されたベクトル長値ｖｌに基づき、ベクトル長値ｖｌが極値となるように、サンプリング信号生成部１０７で生成するサンプリング信号ｆｓのタイミング調整を行う。すなわち、タイミング調整部１０２は、ベクトル長値ｖｌが最大値あるいは最小値となるように、サンプリング信号生成部１０７に対して位相調整信号ｄｐを出力し、サンプリング信号ｆｓのサンプリング位相を制御する。例えば、ベクトル長値ｖｌが最大値となるように制御する場合、タイミング調整部１０２は、サンプリング信号ｆｓの位相を例えば遅れ方向へ変化させ、このとき、ベクトル長値ｖｌが小さくなるようならば、進み方向へと変化させる。逆に、ベクトル長値ｖｌが大きくなるようならば、さらに遅れ方向へと変化させる。タイミング調整部１０２がこのような制御を順次繰り返すことで、ベクトル長値ｖｌが最大値となるサンプリング位相へと収束する。そして、このようなベクトル長値ｖｌが最大値となるサンプリングタイミングで、サンプリング信号ｆｓがＡＤコンバータ１０３、１０４に供給される。すなわち、本実施の形態では、ＡＤコンバータ１０３、１０４とベクトル長算出部１０６とタイミング調整部１０２とサンプリング信号生成部１０７とによって、ベクトル長値ｖｌが極値となるように、サンプリング信号ｆｓをフィードバック位相制御する位相制御ループを構成している。また、本実施の形態では、ベクトル長算出部１０６で算出したベクトル長値ｖｌを用いてこのような位相制御ループを構成することで、サンプリング信号ｆｓの安定化とともに、安定かつ精度よい角度位置の検出を図っている。

なお、以上の説明では、ＲＤ変換部１０５、ベクトル長算出部１０６、タイミング調整部１０２、インターフェイス処理部１０１は個別の機能ブロックとして説明したが、これらデジタル値の処理を行うブロックに関しては、マイコンなどのプログラム実行による処理で行ってもよい。

以上のように構成されたモータ制御装置１００におけるレゾルバ２０の角度検出装置１０について、以下にその動作、作用を説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における角度検出装置１０の主要な信号の波形を示すタイミングチャートである。図２において、図２（ａ）はＡ相信号ｖａとＢ相信号ｖｂとの波形、図２（ｂ）はベクトル長値ｖｌを示す波形、図２（ｃ）は基準信号ｓｓの波形、図２（ｄ）はサンプリング信号ｆｓの波形の一例を示している。また、図２の左側は、レゾルバ２０の角度位置θがθ₀となる時刻近辺において、励磁信号ｓｃの略１周期半の期間の各波形を示している。そして、図２の右側は、角度位置θがθ₁となる時刻近辺において、励磁信号ｓｃの略１周期半の期間の各波形を示している。レゾルバにおけるＡ相、Ｂ相の各信号は一般に知られているように、レゾルバ内部において、励磁信号ｓｃ（＝ｓｉｎωｔ）を振幅変調した信号となるが、互いに９０度の位相差で振幅変調される。このため、図２（ａ）に例示するように、角度位置θがθ₀となる時刻近辺では、Ａ相信号ｖａの振幅の方がＢ相信号ｖｂよりも大きく、時間の経過に伴って、角度位置θがθ₁なる時刻近辺になると、Ｂ相信号ｖｂの振幅の方がＡ相信号ｖａよりも大きくなる。Ａ相信号ｖａとＢ相信号ｖｂとは、このように、励磁信号ｓｃに応じた変化とともに、角度位置θに応じても、角度位置として９０度の位相差を互いに保持しながら変化する。

これより、レゾルバ２０の角度位置をθとすると、Ａ相信号ｖａは、Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ、Ｂ相信号ｖｂは、Ａｃｏｓθｓｉｎωｔで表せる。ここで、ＡｓｉｎθとＡｃｏｓθとは、信号の振幅を意味し、互いに９０度の位相差となる。すなわち、Ａ相信号ｖａは、（ｓｉｎωｔ）の励磁信号ｓｃがＡｓｉｎθで振幅変調され、Ｂ相信号ｖｂは、（ｓｉｎωｔ）の励磁信号ｓｃがＡｃｏｓθで振幅変調されたような信号となる。特に、Ａ相信号ｖａの振幅の絶対値が最大、すなわち”Ａ”のとき、Ｂ相信号ｖｂの振幅はゼロとなり、Ｂ相信号ｖｂの振幅の絶対値が最大、すなわち”Ａ”のとき、Ａ相信号ｖａの振幅はゼロとなる。

ＲＤ変換部１０５は、Ａ相信号ｖａの振幅Ａｓｉｎθに対応したＡＤコンバータ１０３の出力値、およびＢ相信号ｖｂの振幅Ａｃｏｓθに対応したＡＤコンバータ１０４の出力値から、両出力値の比、すなわち（Ａｓｉｎθ／Ａｃｏｓθ）に対応した値を求める。さらに、ＲＤ変換部１０５は、この値の逆正接（ａｒｃＴａｎ）を求めることで、レゾルバ２０の角度位置θを算出している。

また、Ａ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂは、互いに９０度の位相差で振幅変調されるので、この２つの信号をベクトルと考えると、ベクトルの大きさであるベクトル長は次式の平方根となる。

（Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ）²＋（Ａｃｏｓθｓｉｎωｔ）²＝（Ａｓｉｎωｔ）²
すなわち、ベクトル長は｜Ａｓｉｎωｔ｜（Ａｓｉｎωｔの絶対値）となる。これを図２（ｂ）に示す。

レゾルバ２０の角度位置θが変化すると、上述のように、Ａ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂは、その振幅も変化する。これに対し、前述のベクトル長は、図２（ｂ）に示すように、レゾルバ２０の角度位置θによらず常に一定の振幅、すなわち振幅”Ａ”であり、かつ基準信号ｓｓおよびＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂに同期した信号となる。従って、レゾルバ２０が回転中であっても、ベクトル長が最大あるいは最小となるタイミングを正確に検出することは容易であり、かつ、これによってサンプリング信号生成部１０７の出力するサンプリング信号ｆｓの最適なタイミングを決定することができる。

すなわち、図２に示す状態であれば、例えば時刻ｔ１およびｔ３にてベクトル長が最大となり、このタイミングでサンプリング信号ｆｓを出力することで、Ａ相、Ｂ相のアナログデジタル変換において、最もＳＮ比の良いサンプリング信号ｆｓが得られる。結果として、ＳＮ比の良いレゾルバ２０の角度位置検出の信号が得られる。また、ベクトル長が最小となる例えば時刻ｔ２およびｔ４を検出することによっても、１／４周期ずらすことで、時刻ｔ１およびｔ３にてサンプリング信号ｆｓを出力することは容易である。

このように、本実施の形態では角度位置θに依存しないベクトル長を利用してサンプリングタイミングを補正するような構成とし、これによって、Ａ相、Ｂ相の信号でサンプリングタイミングを補正するような構成に比べて、より精度良く補正量を得ている。そして、本実施の形態では、精度良く求めた補正量を用いてサンプリング信号ｆｓを生成し、ＳＮ比の良い角度検出信号ａｇを得ている。

次に、このようなサンプリングタイミングを補正するための、本実施の形態におけるサンプリング信号ｆｓの位相を調整する構成および動作について説明する。

基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）に例示するような波形の基準信号ｓｓは、例えば、基準信号生成部１０８が備えた発振器のクロック信号などをカウンタでカウントし、カウンタ出力をＤＡコンバータでアナログ信号に変換することで生成できる。より具体的には、例えば、１０ＭＨｚのクロック信号をカウンタで１０００クロック分のカウントを繰り返すことで、１０ＫＨｚで図２（ｃ）に示すような波形となる基準信号ｓｓが得られる。

励磁信号ｓｃ（＝ｓｉｎωｔ）は、このような基準信号ｓｓを元に励磁信号生成部１０９において生成された後、バッファー回路１１１を経由してレゾルバ２０に入力される。従って、基準信号ｓｓとＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂとの位相関係は、基準信号ｓｓからＡＤコンバータ１０３、１０４によってデジタル値に変換されるまでの伝達過程における位相遅れ、遅延などによって影響を受ける。しかも、位相遅れは、温度変化、経時変化によっても影響を受ける可能性があるため、位相の調整が必要となる。図２では、基準信号ｓｓが大きく変化する立下りの時刻ｔ０や時刻ｔ１０を基準として励磁信号ｓｃの振幅が最大となるとき、Ａ相信号ｖａやＢ相信号ｖｂが時刻ｔ１や時刻ｔ１１まで位相遅れが生じた場合を示している。そして、このような位相の遅れたタイミングでＡＤ変換すると、図２（ｂ）に示すようなベクトル長値ｖｌの最大値からずれた値を取り込むことになり、上述のようにＳＮ比の劣化を招く。

本実施の形態では、このような位相遅れによる影響を抑制するため、タイミング調整部１０２がサンプリング信号生成部１０７によって生成されるサンプリング信号ｆｓの位相を調整している。

図２（ｄ）では、サンプリング信号生成部１０７が生成するサンプリング信号ｆｓの一例を示している。ここでは、基準信号ｓｓの１周期中に４回サンプリングするような一例を示している。

図２に示すように、タイミング調整部１０２は、位相補正量ＤＰとなるような位相調整信号ｄｐをサンプリング信号生成部１０７に供給している。このため、ＡＤコンバータ１０３、１０４は、Ａ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂの最大値をサンプリングするような位相で両信号を取り込む。そして、本実施の形態では、ベクトル長算出部１０６で算出したベクトル長値ｖｌを用いて、このベクトル長値ｖｌが最大値となるサンプリングタイミングを生成している。なお、本実施の形態では、上述のようにフィードバック位相制御する位相制御ループによって、最大値となるベクトル長値ｖｌをサンプリングしている。また、上述のように、ベクトル長値ｖｌが最小値となるサンプリングタイミングを生成する位相制御ループであってもよい。

このように、サンプリング信号生成部１０７は、ベクトル長算出部１０６の出力信号からサンプリング信号ｆｓの最適なタイミングを決定するような構成としているので、基準信号ｓｓに対するサンプリング信号ｆｓの位相を自動的に調整することができ、結果としてＳＮ比の良いレゾルバ２０の角度検出信号ａｇが得られる。

すなわち、図１に示す構成によって、常に安定かつ高精度にレゾルバ２０の角度検出を行うことができる。

なお、上述の説明において、ベクトル長の計算は、通常、平方根の演算が必要となるが、処理時間などの関係から平方根の演算を省略しても良い。図３は、平方根の演算を省略した場合のタイミングチャートであり、図３（ｂ）に平方根の演算を省略した場合を示す。なお、図３（ａ）、（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）、（ｃ）と同じである。すなわち、（Ａ相²＋Ｂ相²）の最大値あるいは最小値となるタイミングを検出しても結果は上述の構成と同一となる。

次に、上述の励磁信号生成部１０９の構成例について説明する。図４は、励磁信号生成部１０９の一構成例を示すブロック図である。また、図５は、励磁信号生成部１０９の各信号の波形を示すタイミングチャートである。

図４に示すように、励磁信号生成部１０９は、矩形波パルス生成部１９１と、振幅調整部１９２と、スイッチトキャパシタフィルタ１９３とを備えている。矩形波パルス生成部１９１は、図５（ａ）に示す基準信号ｓｓを入力して図５（ｂ）に示す矩形波パルスを出力する。振幅調整部１９２は、図５（ｂ）に示す矩形波パルスを入力して振幅を設定された所定の比率で減衰させて出力する。この信号を図５（ｃ）に示す。振幅調整部１９２は、具体的には電子ボリュームなどのデバイスによって実現可能である。スイッチトキャパシタフィルタ１９３は、急峻なローパスフィルタの特性を有す。スイッチトキャパシタフィルタ１９３は、振幅調整部１９２の出力するパルス信号を入力し、高調波を大幅に減衰させることで、基本波である正弦波に変換して出力する。この信号が図５（ｄ）に示すような励磁信号ｓｃとして出力される。この場合、スイッチトキャパシタフィルタ１９３のカットオフ周波数は、これに入力されるスイッチトキャパシタフィルタ制御用のクロック信号ｓｃｋの周波数によって決定される。ここで、高調波を効果的に減衰させるためには、基本波の周波数よりも若干大きい値、例えば、基本波周波数の１．２倍程度に設定する必要がある。

逆に、この性質を応用すると、励磁信号ｓｃの周波数を切り替えたい場合、基準信号ｓｓの周波数を切り替えると同時に、スイッチトキャパシタフィルタ１９３に入力されるクロック信号ｓｃｋの周波数も比例的に切り替えることで、励磁信号の周波数の切り替えが容易に実現できる。

さらに、振幅調整部１９２の減衰率の設定を変化させることで、励磁信号ｓｃの振幅調整が可能である。例えば、ベクトル長算出部１０６の出力の最大値（図２における時刻ｔ１およびｔ３）が所定の値になるように、振幅調整部１９２の減衰率の設定を変化させることで、励磁信号ｓｃの振幅を最適値に調整することが可能である。一般には、ＡＤコンバータ１０３、１０４に入力されるＡ相信号ｖａおよびＢ相信号ｖｂの振幅がＡＤコンバータ１０３、１０４の入力レンジをオーバーしないように、なおかつ、できるだけ振幅が大きくなるように励磁信号ｓｃの振幅を調整することで、ＳＮ比の良い、高精度な角度検出の動作が可能となる。

図６は、励磁信号ｓｃの振幅を最適値に調整する一例を説明するための図である。図６では、電源投入時の初期調整の過程において、振幅調整部１９２の減衰率の設定を変化させ励磁信号ｓｃの振幅を最適値に調整した場合の例であり、ベクトル長の最大値の変化を示している。時刻ｔ３０から励磁信号ｓｃの振幅を増大させ、時刻ｔ３１にてベクトル長の最大値が適正値となったために、そこで振幅調整部１９２の減衰率の調整を終了し、励磁信号の振幅を固定としている。

この初期調整の過程において、ベクトル長の最大値が適正値に調整できなかった場合は、レゾルバ２０の角度検出装置１０になんらかの異常が生じていると判断し、角度検出装置１０がサーボアンプ１１２に対してエラーを出力することで、モータの制御および駆動に伴う危険を回避することが可能である。

さらに加えて、ベクトル長の最大値を常時監視することで、例えば断線などによってレゾルバ２０からの信号になんらかの異常が生じた場合の判定が可能となる。図７は、モータ３０が回転している状態において、時刻ｔ４０にてＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂのうちどちらか片方が断線した場合のベクトル長の最大値の変化を示したものである。このように、ベクトル長の最大値の変化量として設定された所定の許容値ΔＬを超えて値が変動した場合は、レゾルバ２０からの信号に異常が生じていると判断できる。このような判断に基づき、角度検出装置１０がサーボアンプ１１２に対してエラーを出力することで、モータの制御および駆動に伴う危険を回避することが可能である。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図である。

図８に示すように、本実施の形態においては、モータ制御装置４００が、レゾルバ２０を用いてモータ３０の回転子の角度位置を検出する角度検出装置４０を備えた構成としている。本実施の形態の角度検出装置４０は、図１に示す実施の形態１の角度検出装置１０との比較において、信号生成部４１の構成が異なっている。

信号生成部４１において、サンプリング信号生成部４０７は、実施の形態１のサンプリング信号生成部１０７とは異なり、基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを元に位相を調整することなく、サンプリング信号ｆｓをＡＤコンバータ１０３、１０４に対して出力する。逆に、励磁信号生成部４０９は、実施の形態１の励磁信号生成部１０９とは異なり、基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを元に、タイミング調整部１０２からの位相調整信号ｄｐによって位相を調整して励磁信号ｓｃを生成して出力する。

本実施の形態では、このような構成により、ＡＤコンバータ１０３、１０４とベクトル長算出部１０６とタイミング調整部１０２と励磁信号生成部４０９とによって、ベクトル長値ｖｌが極値となるように、励磁信号ｓｃをフィードバック位相制御する位相制御ループを構成している。

例えば、ベクトル長値ｖｌを最大値となるように制御する場合、タイミング調整部１０２は、励磁信号ｓｃの位相を例えば遅れ方向へ変化させ、このとき、ベクトル長値ｖｌが小さくなるようならば、進み方向へと変化させる。逆に、ベクトル長値ｖｌが大きくなるようならば、さらに遅れ方向へと変化させる。タイミング調整部１０２が励磁信号生成部４０９に対して、このような制御を順次繰り返すことによっても、ベクトル長値ｖｌが最大値となるサンプリング位相へと収束する。そして、このようなベクトル長値ｖｌが最大値となるサンプリングタイミングで、サンプリング信号ｆｓがＡＤコンバータ１０３、１０４に供給される。

以上のように構成されたモータ制御装置４００におけるレゾルバ２０の角度検出装置４０について、以下にその動作、作用を説明する。

図８に示す角度検出装置４０における各信号の波形図を図９（ａ）〜（ｃ）に示す。サンプリング信号生成部４０７は、図９（ｃ）に示す基準信号ｓｓのオーバーフロー時刻ｔ５０、ｔ５２およびその中間の時刻ｔ５１において、サンプリング信号ｆｓをＡＤコンバータ１０３、１０４に対して出力する。励磁信号生成部４０９は、図９（ｂ）に示すベクトル長算出部１０６の出力するベクトル長値ｖｌが時刻ｔ５０、ｔ５１、ｔ５２において最大となるように、基準信号生成部１０８の出力する基準信号ｓｓを元にタイミング調整部１０２によって位相が調整され、このように位相調整された励磁信号ｓｃを生成して出力する。これによって、図９（ａ）に示すＡ相信号ｖａ、Ｂ相信号ｖｂの振幅は時刻ｔ５０、ｔ５１、ｔ５２において、最もＳＮ比の良い状態でＡＤコンバータ１０３、１０４によってデジタル値に変換されることになる。

このように、本実施の形態では、基準信号ｓｓを元に励磁信号ｓｃの位相を自動的に最適に調整することができ、結果としてＳＮ比の良いレゾルバ２０の角度検出信号ａｇが得られる。

すなわち、図８に示す構成によって、常に安定かつ高精度にレゾルバの角度検出を行うことができる。

以上のように、本発明にかかるレゾルバの角度検出装置は、レゾルバの特性ばらつき、温度変化あるいは経時変化なども含めて自動的なタイミング調整が可能であり、常に安定して精度のよいレゾルバの角度位置検出が可能である。従って、産業用ＦＡサーボモータなどに適用することが可能である。

１０，４０，１１０２角度検出装置
１１，４１信号生成部
２０レゾルバ
２１励磁コイル
２２，２３検出コイル
２５固定部
２６回転部
３０モータ
１００，４００モータ制御装置
１０１インターフェイス処理部
１０２タイミング調整部
１０３，１０４ＡＤコンバータ
１０５ＲＤ変換部
１０６ベクトル長算出部
１０７，４０７，１１０７サンプリング信号生成部
１０８基準信号生成部
１０９，４０９励磁信号生成部
１１１バッファー回路
１１２サーボアンプ
１９１矩形波パルス生成部
１９２振幅調整部
１９３スイッチトキャパシタフィルタ

Claims

励磁信号が９０度の位相差で振幅変調されたようにレゾルバから出力される第１のレゾルバ出力信号および第２のレゾルバ出力信号に基づいて、回転角度を検出する角度検出装置であって、
前記第１のレゾルバ出力信号および前記第２のレゾルバ出力信号を、それぞれ所定のサンプリングタイミングでデジタル変換する第１のＡＤ変換器および第２のＡＤ変換器と、
励磁信号と前記サンプリングタイミングのサンプリング信号とを生成し、出力する信号生成部と、
前記信号生成部で生成する信号のタイミング調整を行うタイミング調整部と、
前記第１のＡＤ変換器および前記第２のＡＤ変換器のそれぞれの出力値から前記レゾルバの角度を算出する角度算出部と、
前記第１のＡＤ変換器および前記第２のＡＤ変換器のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出するベクトル長算出部と、を備え、
前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるようにタイミング調整を行うことを特徴とする角度検出装置。
前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるように、前記サンプリングタイミングのタイミング調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるように、前記励磁信号の位相のタイミング調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
前記信号生成部は、基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号に基づいて前記サンプリング信号を生成するサンプリング信号生成部と、前記基準信号に基づいて前記励磁信号を生成する励磁信号生成部とを備え、前記タイミング調整部は、前記基準信号のタイミングからの位相を補正することで前記タイミング調整を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の角度検出装置。
前記励磁信号生成部は、前記基準信号から矩形波パルスを生成する矩形波パルス生成部と、前記矩形波パルスの振幅を調整する振幅調整部と、振幅が調整された矩形波パルスの基本波成分を抽出し、抽出した信号を前記励磁信号として出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項４に記載の角度検出装置。
前記ベクトルの大きさは、前記第１のＡＤ変換器の出力値と、前記第２のＡＤ変換器の出力値との２乗和に基づいて算出することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の角度検出装置。