JP2007322167A - レゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減し、角度検出を精度よく行うのに好適なレゾルバデジタルコンバータを提供する。
【解決手段】３相のレゾルバ信号を下式により定義し、３相のレゾルバ信号のそれぞれについて６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆を取得し、取得したサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆に基づいて誤差パラメータを算出し、算出した誤差パラメータに基づいて回転角度位置θを算出する。
ａ(θ)＝Ａ｛cosθ＋ｇcos(２θ＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｄ
ｂ(θ)＝Ｂ｛cos(θ−１２０°)＋ｇcos(２θ−２４０°＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｅ
ｃ(θ)＝Ｃ｛cos(θ−２４０°)＋ｇcos(２θ−１２０°＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｆ
【選択図】 図４

Description

本発明は、レゾルバ等の回転角度センサに用いるレゾルバデジタルコンバータに係り、特に、コストを低減し、角度検出を精度よく行うのに好適なレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置に関する。

ロータの回転角度を検出するセンサとしては、交流励磁を利用する３相のレゾルバ、または正弦波状に着磁したロータと３個の半導体磁気センサからなる回転角度センサ等が用いられている。リラクタンス型のレゾルバは、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられ、ロータとステータの間のリアクタンスがロータの位置により変化し、その変化に応じた交流信号を出力する。着磁ロータと半導体磁気センサによる回転角度センサは、ロータの位置により変化する磁束密度に比例する直流信号を出力する。これら回転角度センサから得られる角度検出信号は、位相が１２０°異なるＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のアナログ信号であり、レゾルバデジタルコンバータ（ＲＤＣ：Resolver Digital Converter、以下ＲＤＣと略記する。）により処理される。

ＲＤＣは、回転角度センサから角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいてロータの回転角度位置をデジタルデータである位置検出データとして出力する。ＲＤＣとしては、３相−２相変換後に電気回路により位置検出データを得るものと、角度検出信号をＡ／Ｄコンバータで変換して得られたデジタルデータに基づいて演算器により位置検出データを算出するものが知られている。

回転角度センサとＲＤＣによる回転角度の検出には様々な誤差が伴う。角度検出信号は、例えば、センサの感度差やＲＤＣ内の増幅度の差により振幅に差異がでる。また、検波回路、増幅回路またはＡ／Ｄコンバータによりオフセットが加わる。
誤差に対する対策として、例えば、特許文献１に開示されているように、３相の角度検出信号の振幅があらかじめ等しくなるように製作し、周囲温度等によって振幅が等しく変化する場合には、自動利得制御手段を備えればよいし、また、あらかじめオフセットが分かっている場合には、自動利得制御手段の前段で減算を行えばよい。

また、特許文献２に開示されているように、ＲＤＣのＣＰＵがＡ／Ｄコンバータから取り込んだ３相のデジタルデータに基づいて誤差を含んだ回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置に基づいてＲＯＭから補正値を読み出し、誤差を補正した回転角度位置を算出する方法もある。
特開２００５−４３２２８号公報 特開平１１−６４０３９号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術にあっては、３相の角度検出信号の振幅が等しくなるように製作するには、あらかじめ感度が等しい３つのセンサを選別したり、電気回路の利得やオフセットを厳密に調整したりするなどの対策が必要となる。また、ロータの偏心、着磁位置のずれまたは磁気回路の形状誤差といった機械的な誤差のために２次または３次の歪信号が発生するので、機械的に厳密な組立と調整も必要となる。したがって、コスト高になるという問題があった。

また、特許文献２記載の技術にあっては、ＲＯＭの補正値に基づいて回転角度位置を補正するため、ＲＤＣの分解能に応じて補正値を記憶しなければならず、ＲＤＣの分解能が高い場合には、ＲＯＭのデータ量が大容量となり、実装スペースを要しコスト高になるという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、コストを低減し、角度検出を精度よく行うのに好適なレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置を提供することを目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１のレゾルバデジタルコンバータは、回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの角度検出信号を出力する回転角度センサから前記角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を検出するレゾルバデジタルコンバータであって、記憶手段と、前記３つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記３つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段とを備える。
このような構成であれば、誤差パラメータ算出手段により、３つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータが算出され、算出された誤差パラメータが記憶手段に記憶される。そして、回転角度位置算出手段により、記憶手段の誤差パラメータおよび３つの角度検出信号に基づいて回転子の回転角度位置が算出される。

〔発明２〕 さらに、発明２のレゾルバデジタルコンバータは、発明１のレゾルバデジタルコンバータにおいて、前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、および２次歪成分の初期位相αのいずれかを含む誤差パラメータを算出する。
ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｇcos(２θ_i＋α)｝＋Ｄ
ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｇcos(２θ_i−２４０°＋α)｝＋Ｅ
ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｇcos(２θ_i−１２０°＋α)｝＋Ｆ
ただし、ｉ＝１、…、ｎである。

このような構成であれば、サンプリング値取得手段により、サンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iが取得され、誤差パラメータ算出手段により、取得されたサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、および２次歪成分の初期位相αのいずれかを含む誤差パラメータが算出される。

〔発明３〕 さらに、発明３のレゾルバデジタルコンバータは、発明１のレゾルバデジタルコンバータにおいて、前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータを算出する。
ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｄ
ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｅ
ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｆ
ただし、ｉ＝１、…、ｎである。

このような構成であれば、サンプリング値取得手段により、サンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iが取得され、誤差パラメータ算出手段により、取得されたサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータが算出される。

〔発明４〕 さらに、発明４のレゾルバデジタルコンバータは、発明１のレゾルバデジタルコンバータにおいて、前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、２次歪成分の初期位相α、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータを算出する。
ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｇcos(２θ_i＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｄ
ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｇcos(２θ_i−２４０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｅ
ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｇcos(２θ_i−１２０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｆ
ただし、ｉ＝１、…、ｎである。

このような構成であれば、サンプリング値取得手段により、サンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iが取得され、誤差パラメータ算出手段により、取得されたサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、２次歪成分の初期位相α、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータが算出される。

〔発明５〕 一方、上記目的を達成するために、発明５の回転角度位置検出装置は、回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの角度検出信号を出力する回転角度センサと、発明１ないし４のいずれか１のレゾルバデジタルコンバータとを備える。
このような構成であれば、発明１ないし４のいずれか１のレゾルバデジタルコンバータと同等の作用が得られる。
〔発明６〕 一方、上記目的を達成するために、発明６の回転機械制御装置は、回転機械の回転状態を制御する回転機械制御装置であって、発明５の回転角度位置検出装置を備える。
このような構成であれば、発明５の回転角度位置検出装置と同等の作用が得られる。

以上説明したように、発明１のレゾルバデジタルコンバータによれば、誤差パラメータに基づいて回転角度位置が算出されるので、従来に比して、角度検出信号に誤差が生じても、精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。さらに、電気的または機械的に厳密な選別や調整が不要となり、また、分解能に応じて誤差パラメータのデータ容量が増加せず、記憶手段の記憶容量を小さくできるので、従来に比して、コストを低減することができるという効果が得られる。

さらに、発明２のレゾルバデジタルコンバータによれば、２次歪成分を考慮した誤差パラメータを算出することができるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。
さらに、発明３のレゾルバデジタルコンバータによれば、３次歪成分を考慮した誤差パラメータを算出することができるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。
さらに、発明４のレゾルバデジタルコンバータによれば、２次歪成分および３次歪成分を考慮した誤差パラメータを算出することができるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図５は、本発明に係るレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置の実施の形態を示す図である。
まず、回転角度位置検出装置の構成を説明する。
図１は、回転角度位置検出装置の構成を示すブロック図である。
回転角度位置検出装置は、図１に示すように、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられた３相のレゾルバ１０と、レゾルバ１０からの角度検出信号であるレゾルバ信号に基づいて回転軸の回転角度位置を位置検出データとして検出するＲＤＣ２０とを有して構成されている。

レゾルバ１０は、円筒状のステータと、回転軸を把持してステータ内に回転自在に配設されたロータとで構成されており、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータの１回転につきリラクタンス変化の基本波成分が１周期となるように構成されている。すなわち、ロータの内径中心をステータの内径中心と一致させ、ロータの外形中心をその内径中心から一定の偏心量だけ偏心させるようにしてロータの肉厚を変化させてあり、これによってリラクタンスがロータの位置により変化するようになっている。このため、レゾルバ１０は、外部から励磁信号sinωｔが与えられると、回転軸の回転角度に応じて変化するＡ相のレゾルバ信号と、Ａ相のレゾルバ信号に対して位相が１２０°異なるＢ相のレゾルバ信号と、Ｂ相のレゾルバ信号に対して位相が１２０°異なるＣ相のレゾルバ信号とを出力する。

ＲＤＣ２０は、レゾルバ１０に励磁信号sinωｔを出力する励磁信号発生器１１と、レゾルバ１０からのＡ相のレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１２と、レゾルバ１０からのＢ相のレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１３と、レゾルバ１０からのＣ相のレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１４とを有して構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４は、励磁信号sinωｔに同期したタイミングでＡ相、Ｂ相、Ｃ相のレゾルバ信号を同時にサンプリングし、デジタルデータａ(θ)、ｂ(θ)、ｃ(θ)に変換する。
ＲＤＣ２０は、さらに、誤差パラメータを抽出する誤差パラメータ抽出部１５と、誤差パラメータを記憶するメモリ１６と、回転角度位置θを検出する回転角度位置検出部１７と、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４の出力を誤差パラメータ抽出部１５および回転角度位置検出部１７のいずれか一方に切り換えるスイッチ部１８とを有して構成されている。

メモリ１６は、任意の種類のメモリを採用することができるが、電力の供給が遮断されても記憶内容を保持可能な種類のメモリであることが好ましい。
スイッチ部１８は、誤差パラメータを抽出する誤差パラメータ抽出処理と、回転角度位置を検出する回転角度位置検出処理とを切り換えることをモデル化した仮想的なスイッチであって、例えば、コンピュータプログラムにより実現される。誤差パラメータの抽出時は、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４および誤差パラメータ抽出部１５を接続する第１切換状態に、回転角度位置の検出時は、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４および回転角度位置検出部１７を接続する第２切換状態にそれぞれ切り換える。

次に、レゾルバ信号の誤差因子について説明する。
図２は、３相のレゾルバ信号を示すグラフである。
３相のレゾルバ信号は、図２に示すように、励磁信号sinωｔにcosθ、cos(θ−１２０°)、cos(θ−２４０°)の重みを乗じた信号となっており、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４によりデジタルデータａ(θ)、ｂ(θ)、ｃ(θ)に変換される。

レゾルバ信号には、ロータの偏心等の機械的な誤差のため、基本波成分の振幅差、オフセット、２次歪成分の振幅差および初期位相誤差、並びに３次歪成分の振幅差および初期位相誤差が含まれている。これらの誤差を補正するため、レゾルバ信号を下式（１）により定義する。
ａ(θ)＝Ａ｛cosθ＋ｇcos(２θ＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｄ
ｂ(θ)＝Ｂ｛cos(θ−１２０°)＋ｇcos(２θ−２４０°＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｅ
ｃ(θ)＝Ｃ｛cos(θ−２４０°)＋ｇcos(２θ−１２０°＋α)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｆ …（１）

上式（１）において、Ａ、Ｂ、Ｃは、各相の基本波（１次）成分の振幅であって、等しくあるべきであるが必ずしも等しいとは限らない。ｇ、ｈは、２次歪成分と３次歪成分の基本波成分に対する振幅比であって、好ましくは０であるが必ずしも０とは限らない。α、βは、２次歪成分と３次歪成分の初期位相である。Ｄ、Ｅ、Ｆは、各相のオフセットであって、好ましくは０であるが必ずしも０とは限らない。

図３は、各誤差因子が独立に存在する場合のレゾルバ信号の誤差をシミュレートした結果を示すグラフである。
オフセットによる誤差は、図３の細い実線で示すように、主に基本波成分となる。振幅差（ゲイン差）による誤差は、太い実線で示すように、主に２次歪成分となる。２次歪成分による誤差は、太い点線で示すように、主に基本波成分と３次歪成分の合成となる。３次歪成分による誤差は、細い点線で示すように、主に２次歪成分と４次歪成分の合成となる。

上式（１）において、仮に、Ａ、Ｂ、Ｃが等しくかつｇ、ｈ、Ｄ、Ｅ、Ｆがすべて０であれば、公知の技術により、回転角度位置θを正確に検出するがことができるが、通常は、このようにはならないので、検出される回転角度位置の検出誤差ができる限り小さくなるように、レゾルバ１０を構成する部品の高精度化や精密な組立・調整作業が実施される。本実施の形態では、このような部品のコストアップや組立・調整作業の増大を防止することを目的としている。上記のような誤差因子が存在する場合、レゾルバ１０とＲＤＣ２０をセットにして検査する段階（すなわち、スイッチ部１８により、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４および誤差パラメータ抽出部１５が接続されている状態）では、誤差パラメータ抽出部１５が、各誤差因子の誤差パラメータを算出してメモリ１６に記憶する。そして、レゾルバ１０がモータ等の回転機械に組み込まれて回転角度位置を検出する段階（すなわち、スイッチ部１８により、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４および回転角度位置検出部１７が接続されている状態）では、回転角度位置検出部１７が、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４から取得したデジタルデータａ(θ)、ｂ(θ)、ｃ(θ)、およびメモリ１６の誤差パラメータに基づいて回転角度位置θを算出する。

次に、誤差パラメータ抽出部１５の処理を説明する。
図４は、誤差パラメータ抽出部１５で実行される誤差パラメータ抽出処理を示すフローチャートである。
誤差パラメータ抽出処理は、コンピュータプログラムにより実現される処理であって、誤差パラメータ抽出部１５で実行されると、図４に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１００では、３相のレゾルバ信号のデジタルデータであるサンプリング値ａ、ｂ、ｃをＡ／Ｄコンバータ１２〜１４から取得する。レゾルバ１０は、図示しない試験装置により、レゾルバ１０のある回転角度位置θ₁から６０°ずつ正確に回転させられる。ここで、θ₁の値は必ずしも既知である必要はない。レゾルバ１０の現在の回転角度位置がθ_i（ｉ＝１、２、…）であるとき、試験装置は、ＲＤＣ２０にレディ信号を出力する。ＲＤＣ２０は、レディ信号を入力したときは、Ａ／Ｄコンバータ１２〜１４を制御してサンプリング値ａ、ｂ、ｃを取得し、試験装置に完了信号を出力する。試験装置は、完了信号を入力したときは、現在の回転角度位置θ_iに対して６０°の回転を与えてレゾルバ１０の回転角度位置をθ_i+1＝θ_i＋６０°に変更する。

次いで、ステップＳ１０２に移行して、ステップＳ１００の動作を６回繰り返すことにより、３相のレゾルバ信号のそれぞれについて６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆を取得したか否かを判定し、６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆を取得したと判定したとき(Yes)は、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０６では、取得したサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆に基づいて、次のように誤差パラメータを算出する。

サンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆を上式（１）に代入し、下式（２）のような誤差パラメータを未知数とする連立方程式を構成する。
ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｇcos(２θ_i＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｄ
ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｇcos(２θ_i−２４０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｅ
ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｇcos(２θ_i−１２０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｆ …（２）
上式（２）において、ｉ＝１、２、…、６である。また、θ₂＝θ₁＋６０°、…、θ₆＝θ₁＋３００°となる。
次に、上式（２）から下式（３）が得られる。

上式（３）により得られた、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａｇを係数とするcosとsinの式に三角関数の２乗和の公式を適用すれば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａｇを算出することができ、次いでｇも算出することができる。すなわち、下式（４）が得られる。

さらに、上式（３）に決定済みの値を代入して得られるcosθ₁、sinθ₁の値を用い、三角関数の加法定理を適用すれば、cosα、sinαも一意に算出することができる。すなわち、加法定理より下式（５）が得られる。

cosα、sinαは、上式（５）をcosα、sinαの連立方程式として解くことにより算出することができる。なお、ｈとβは後述の回転角度位置検出処理の説明から明らかとなるが、個々に決定する必要はない。
このように、誤差パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、ｇ、cosα、sinα、Ｄ、Ｅ、Ｆを算出することができる。
次いで、ステップＳ１０６に移行して、算出した誤差パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、ｇ、cosα、sinα、Ｄ、Ｅ、Ｆをメモリ１６に記憶し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップＳ１０２で、６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆をまだ取得していないと判定したとき(No)は、ステップＳ１００に移行する。

次に、回転角度位置検出部１７の処理を説明する。
図５は、回転角度位置検出部１７で実行される回転角度位置検出処理を示すフローチャートである。
回転角度位置検出処理は、コンピュータプログラムにより実現される処理であって、回転角度位置検出部１７で実行されると、図５に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、サンプリングタイマを起動し、ステップＳ２０２に移行して、サンプリングタイマの値に基づいてサンプリングタイミングになったか否かを判定し、サンプリングタイミングになったと判定したとき(Yes)は、ステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０４では、３相のレゾルバ信号のそれぞれについてサンプリング値ａ、ｂ、ｃをＡ／Ｄコンバータ１２〜１４から取得し、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０６では、メモリ１６の誤差パラメータＡ、Ｂ、Ｃ、ｇ、cosα、sinα、Ｄ、Ｅ、Ｆおよび取得したサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づいて回転角度位置θを算出する。

（１）２次歪成分および３次歪成分も無視できず、上式（１）においてｇ≠０、ｈ≠０とする場合
メモリ１６には、誤差パラメータとして、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｇ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、cosα、sinαが記憶されているとする。まず、誤差パラメータおよびサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づいて、上式（１）から下式（６）の値を算出する。

下式（７）によりｘ、ｙを定義し、上記誤差パラメータおよびサンプリング値と上式（６）の値からｘ、ｙを算出する。

下式（８）によりΦ、Ｒ、Ｉを定義し、ｘ、ｙとcosα、sinαに基づいてΦ、Ｒ、Ｉを算出する。

上式（８）において、sign[Φ]は符号の関数であって、Φが正ならば１、Φが０ならば０、Φが負なら−１を返すものである。また、下式（９）によりCOS、SINを定義し、ｘ、ｙ、Ｒ、Ｉに基づいてCOS、SINを算出する。
COS＝ｘＲ−ｙＩ、 SIN＝ｙＲ＋ｘＩ …（９）
COS、SINは、それぞれθのcosθ、sinθに関して下式（10）のような関係がある。これは、上記各式によって導くことができる。
COS＝(ｘ²＋ｙ²)cosθ、 SIN＝(ｘ²＋ｙ²)sinθ …（10）
tanθ＝SIN／COSであるので、下式(11)により回転角度位置θを算出することができる。
tan^-1(SIN／COS)＝tan^-1(sinθ／cosθ)＝θ …（11）
なお、（１）の算出過程では、ｈとβを個々には必要としなかったので、誤差パラメータ抽出処理でｈとβの値を算出する必要はない。

（２）３次歪成分を無視し、上式（１）においてｈ＝０とする場合
（１）の算出過程においてｈ＝０とすることにより同様に回転角度位置θを算出することができる。

（３）２次歪成分を無視し、上式（１）においてｇ＝０とする場合
（１）の算出過程においてｇ＝０とすることにより同様に回転角度位置θを算出することができる。
次いで、ステップＳ２０８に移行して、算出した回転角度位置θを位置検出データとして出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップＳ２０２で、サンプリングタイミングになっていないと判定したとき(No)は、サンプリングタイミングになるまでステップＳ２０２で待機する。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、ＲＤＣ２０の本稼働に先立ってＲＤＣ２０を製造時等に試験稼働させる。
誤差パラメータ抽出部１５では、ステップＳ１００、Ｓ１０２を繰り返し経て、３相のレゾルバ信号のそれぞれについて回転角度が異なる６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆が取得される。そして、ステップＳ１０４、Ｓ１０６を経て、取得されたサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆に基づいて、上式（３）〜（５）により誤差パラメータが算出され、算出された誤差パラメータがメモリ１６に記憶される。

次に、ＲＤＣ２０を本稼働させる。
回転角度位置検出部１７では、サンプリングタイミングになると、ステップＳ２０４、Ｓ２０６を経て、３相のレゾルバ信号のそれぞれについてサンプリング値ａ、ｂ、ｃが取得され、メモリ１６の誤差パラメータおよび取得されたサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づいて、上式（６）〜（11）により回転角度位置θが算出される。そして、ステップＳ２０８を経て、算出された回転角度位置θが位置検出データとして出力される。

このようにして、本実施の形態では、レゾルバ信号を上式（１）により定義し、３相のレゾルバ信号のそれぞれについて６個のサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆を取得し、取得したサンプリング値ａ₁〜ａ₆、ｂ₁〜ｂ₆、ｃ₁〜ｃ₆に基づいて誤差パラメータを算出してメモリ１６に記憶する。稼働時は、記憶した誤差パラメータを用い、サンプリング値ａ(θ)、ｂ(θ)、ｃ(θ)に基づいて回転角度位置θを算出する。

これにより、誤差パラメータに基づいて回転角度位置θが算出されるので、従来に比して、３相のレゾルバ信号に振幅差、オフセットおよび初期位相誤差が生じても、精度のよい角度検出を行うことができる。また、２次歪成分および３次歪成分を考慮した誤差パラメータが算出されるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができる。さらに、電気的または機械的に厳密な選別や調整が不要となり、また、ＲＤＣ２０の分解能に応じて誤差パラメータのデータ容量が増加せず、メモリ１６の記憶容量を小さくできるので、従来に比して、コストを低減することができる。

上記実施の形態において、レゾルバ１０は、発明１または５の回転角度センサに対応し、メモリ１６は、発明１の記憶手段に対応し、ステップＳ１００は、発明４のサンプリング値取得手段に対応し、誤差パラメータ抽出部１５およびステップＳ１０４は、発明１または４の誤差パラメータ算出手段に対応している。また、回転角度位置検出部１７およびステップＳ２０６は、発明１の回転角度位置算出手段に対応している。

なお、上記実施の形態において、サンプリング値ａ、ｂ、ｃの取得方法や取得数は限定されるものでないのは明らかであるが、三角関数の性質を適宜応用できる方程式を構成するのが好ましい。例えば、磁気回路の非線形性の影響が無視できるほど小さくなるように、注意深く設計されたレゾルバでは、ｈ＝０として３次歪成分を無視することができるので、レゾルバ信号を下式（12）により定義する。
ａ(θ)＝Ａ｛cosθ＋ｇcos(２θ＋α)｝＋Ｄ
ｂ(θ)＝Ｂ｛cos(θ−１２０°)＋ｇcos(２θ−２４０°＋α)｝＋Ｅ
ｃ(θ)＝Ｃ｛cos(θ−２４０°)＋ｇcos(２θ−１２０°＋α)｝＋Ｆ …（12）

また、ロータの回転軸とステータの中心との軸のずれが容易に抑えられる場合には、ｇ＝０として２次歪成分を無視することができるので、レゾルバ信号を下式（13）により定義する。
ａ(θ)＝Ａ｛cosθ＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｄ
ｂ(θ)＝Ｂ｛cos(θ−１２０°)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｅ
ｂ(θ)＝Ｃ｛cos(θ−２４０°)＋ｈcos(３θ＋β)｝＋Ｆ …（13）
いずれの場合も、回転角度が異なる６個未満のサンプリング値ａ、ｂ、ｃに基づいて誤差パラメータを算出することができる。回転角度の間隔は、６０°であってもよいし、それ以外の角度であってもよい。

また、上記実施の形態においては、回転角度センサとしてレゾルバ１０を用いたが、これに限らず、着磁ロータと、電気角を１２０°離間してステータに配置した３個のホール素子等の磁気センサ素子からなる回転角度センサを用いることもできる。この場合、励磁信号発生器１１を設ける必要はない。
また、上記実施の形態においては、基本波成分の振幅差、オフセット、２次歪成分の振幅差および初期位相誤差を補正するための誤差パラメータを算出するように構成したが、これに限らず、それら誤差のうちいずれかを補正するための誤差パラメータを算出するように構成することもできる。

回転角度位置検出装置の構成を示すブロック図である。 ３相のレゾルバ信号を示すグラフである。 各誤差因子が独立に存在する場合のレゾルバ信号の誤差をシミュレートした結果を示すグラフである。 誤差パラメータ抽出部１５で実行される誤差パラメータ抽出処理を示すフローチャートである。 回転角度位置検出部１７で実行される回転角度位置検出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ レゾルバ
２０ ＲＤＣ
１１ 励磁信号発生器
１２〜１４ Ａ／Ｄコンバータ
１５ 誤差パラメータ抽出部
１６ メモリ
１７ 回転角度位置検出部
１８ スイッチ部

Claims (6)

1. 回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの角度検出信号を出力する回転角度センサから前記角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を検出するレゾルバデジタルコンバータであって、
   記憶手段と、前記３つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記３つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段とを備えることを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
2. 請求項１において、
   前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、
   前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、および２次歪成分の初期位相αのいずれかを含む誤差パラメータを算出することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
   ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｇcos(２θ_i＋α)｝＋Ｄ
   ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｇcos(２θ_i−２４０°＋α)｝＋Ｅ
   ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｇcos(２θ_i−１２０°＋α)｝＋Ｆ
   ただし、ｉ＝１、…、ｎである。
3. 請求項１において、
   前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、
   前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータを算出することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
   ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｄ
   ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｅ
   ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｆ
   ただし、ｉ＝１、…、ｎである。
4. 請求項１において、
   前記３つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iを取得するサンプリング値取得手段を備え、
   前記誤差パラメータ算出手段は、前記３つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ａ_i、ｂ_i、ｃ_iに基づいて、各相の基本波成分の振幅Ａ、Ｂ、Ｃ、各相のオフセットＤ、Ｅ、Ｆ、２次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｇ、２次歪成分の初期位相α、３次歪成分の基本波成分に対する振幅比ｈ、および３次歪成分の初期位相βのいずれかを含む誤差パラメータを算出することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
   ａ_i＝Ａ｛cosθ_i＋ｇcos(２θ_i＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｄ
   ｂ_i＝Ｂ｛cos(θ_i−１２０°)＋ｇcos(２θ_i−２４０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｅ
   ｃ_i＝Ｃ｛cos(θ_i−２４０°)＋ｇcos(２θ_i−１２０°＋α)＋ｈcos(３θ_i＋β)｝＋Ｆ
   ただし、ｉ＝１、…、ｎである。
5. 回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる３つの角度検出信号を出力する回転角度センサと、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレゾルバデジタルコンバータとを備えることを特徴とする回転角度位置検出装置。
6. 回転機械の回転状態を制御する回転機械制御装置であって、
   請求項５記載の回転角度位置検出装置を備えることを特徴とする回転機械制御装置。

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