JP2008116350A - 回転角検出装置及び回転角検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバからの出力信号に基づいて回転体の回転角を正確に検出可能であると共にＣＰＵ負荷を軽減可能な回転角検出装置及び回転角検出方法を提供する。
【解決手段】レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２が、レゾルバ信号の中心電圧２．５Ｖクロスポイントを検出し、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２が、２．５Ｖクロスポイントを起点とするレゾルバ信号のピークホールドタイミングを計測すると、サンプリング時間制御部４７１，４７２がサンプリング信号を生成する。サンプルホールド回路５０，６０は、サンプリング信号に基づいてレゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドし、マイコン１０のＣＰＵが、ＡＤＣを介してレゾルバ信号のピークホールド値を取得すると共にそのピークホールド値に基づいて回転角を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レゾルバを用いて回転体の回転角を検出する回転角検出装置及び回転角検出方法に関するものである。

車両の重要部品である電気式動力舵取装置には、高い信頼性が求められる。このため、電気式動力舵取装置の操舵トルク、及び、モータの位置検出用に、機械的信頼性の高いレゾルバを用いた回転角検出装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。このような回転角検出装置は、ＥＣＵ（＝Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御装置）に実装されたマイコン、バッファ内蔵ＩＣ及び励磁用トランジスタを利用してレゾルバへの励磁信号を生成し、励磁信号に従ってレゾルバから出力されるＳＩＮ出力信号とＣＯＳ出力信号とからなる一対のレゾルバ信号のピーク値に基づいて、マイコンが演算により回転角を検出するように構成されている。例えば、図１４は、従来技術におけるレゾルバ信号のピーク値の推定方法を説明するための励磁信号波形及びレゾルバ信号波形の一例を示す図である。図１４に示すように、従来技術では、励磁信号１周期内の特定の４点にてレゾルバ信号をＡ／Ｄ変換し、マイコンのＣＰＵによりピーク値を演算により推定した後、ピーク値に基づいて回転角を演算により求めている。
特開２００３−１６６８０３号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、複数のＡ／Ｄ変換結果からレゾルバ信号のピーク値を演算により推定する処理を実行するためにマイコンのＣＰＵ負荷が大きくなり、このため、より高性能なＣＰＵが必要となってコストが高くなるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、レゾルバからの出力信号に基づいて回転体の回転角を正確に検出可能であると共にＣＰＵ負荷を軽減可能な回転角検出装置及び回転角検出方法を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．レゾルバから出力される互いに所定の位相差をもつ一対のレゾルバ信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、
前記レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出するレゾルバ信号特定位相検出手段と、
前記特定の位相タイミングを起点に前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段による前記特定の位相タイミングを起点とする時間計測に基づいて前記レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成するサンプリングタイミング生成手段と、
前記サンプリングタイミングに基づいて前記レゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
前記サンプルホールド手段より前記レゾルバ信号のピークホールド値を取得すると共にそのピークホールド値に基づいて回転角を演算する回転角演算手段と
を備えたことを特徴とする回転角検出装置。

手段１によれば、レゾルバ信号特定位相検出手段が、レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出し、時間計測手段が、レゾルバ信号特定位相検出手段によって検出された特定の位相タイミングを起点とするレゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測すると、サンプリングタイミング生成手段が、時間計測手段による時間計測に基づいて、レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成する。そして、サンプルホールド手段が、サンプリングタイミング生成手段によって生成されたサンプリングタイミングに基づいてレゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドし、回転角演算手段が、サンプルホールド手段よりレゾルバ信号（サイン信号及びコサイン信号の両方）のピークホールド値を取得すると共にそれらのピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって回転体の回転角を正確に検出することができる。また、レゾルバ信号特定位相検出手段、時間計測手段及びサンプリングタイミング生成手段を、デジタル論理回路により、サンプルホールド手段を、コンデンサ等を用いたサンプルホールド回路によってそれぞれ容易に実現可能であり、回転角の演算に必要なレゾルバ信号のピーク値をハードウェアのみで得ることができるので、例えば、レゾルバ信号のピーク値推定をマイコンのＣＰＵにおいて行う従来構成よりもＣＰＵ負荷を大幅に軽減することができる。

２．前記レゾルバに供給するための正弦波の励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、
前記励磁信号の周期を計測する周期計測手段と、
前記励磁信号の周期に基づいて前記特定の位相タイミングから前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算する時間演算手段と
を備えたことを特徴とする手段１に記載の回転角検出装置。

手段２によれば、周期計測手段が、励磁信号生成手段によって生成された正弦波の励磁信号の周期を計測し、時間演算手段が、励磁信号の周期に基づいて特定の位相タイミングからレゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算することができる。また、周期計測手段及び時間演算手段をデジタル論理回路によって構成することによってＣＰＵ負荷を軽減することができる。

３．前記時間演算手段は、前記励磁信号の１／４周期時間を演算し、
前記レゾルバ信号特定位相検出手段は、前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、
前記サンプリングタイミング生成手段は、前記時間計測手段による前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成することを特徴とする手段１又は２に記載の回転角検出装置。

手段３によれば、時間演算手段が、励磁信号の１／４周期時間を演算し、レゾルバ信号特定位相検出手段が、レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、サンプリングタイミング生成手段が、時間計測手段によるレゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成する。ここで、レゾルバ信号が中心電圧になったタイミングは、周知のオペアンプ等で比較的容易に検出可能である。また、レゾルバ信号は、正弦波の励磁信号と回転体の回転角の正弦値又は余弦値との積であるため、レゾルバ信号が中心電圧となるタイミングは、回転体の位相角度が０°又は１８０°であり、この位相タイミングから励磁信号１／４周期経過後にレゾルバ信号がピークに達する。よって、サンプリングタイミング生成手段は、時間計測手段によるレゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいて、レゾルバ信号がピークに達するタイミングに合わせてサンプリングタイミングを確実に生成することができる。

４．前記サンプリングタイミング生成手段は、前記励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うことを特徴とする手段３に記載の回転角検出装置。

レゾルバ信号のピークは、励磁信号の正側ピーク直後及び負側ピーク直後にそれぞれ表れるが、回転角の演算に必要となるのは、励磁信号の正側ピーク直後に表れるピークである。手段４によれば、サンプリングタイミング生成手段は、励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うので、サンプルホールド手段は、励磁信号の正側ピーク直後に表れるレゾルバ信号のピーク値のみを確実にサンプルホールドすることができる。

５．前記サンプルホールド手段による前記レゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいて前記サンプリングタイミングを補正するタイミング補正手段を備えたことを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の回転角検出装置。

手段５によれば、タイミング補正手段が、サンプルホールド手段によるレゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいてサンプリングタイミングを補正するので、レゾルバ信号がピーク値となるタイミングよりもサンプリングに要する時間長分だけサンプルホールド開始時点を前倒しすることによりサンプルホールド終了タイミングでレゾルバ信号がピーク値に達する。よって、サンプルホールド手段がより正確なレゾルバ信号のピークホールド値をサンプルホールドすることができるので、回転角演算手段がそのピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって、より高精度な回転角の検出を行うことができる。

６．レゾルバから出力される互いに所定の位相差をもつ一対のレゾルバ信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出方法において、
前記レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出するレゾルバ信号特定位相検出ステップと、
前記特定の位相タイミングを起点に前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測する時間計測ステップと、
前記特定の位相タイミングを起点とする時間計測に基づいて前記レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成するサンプリングタイミング生成ステップと、
前記サンプリングタイミングに基づいて前記レゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドするサンプルホールドステップと、
前記レゾルバ信号のピークホールド値に基づいて回転角を演算する回転角演算ステップと
を備えたことを特徴とする回転角検出方法。

手段６によれば、レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出し、レゾルバ信号特定位相検出手段によって検出された特定の位相タイミングを起点とするレゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測し、その時間計測に基づいて、レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成する。そして、サンプリングタイミングに基づいてレゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドし、レゾルバ信号のピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって回転体の回転角を正確に検出することができる。また、レゾルバ信号特定位相検出ステップ、時間計測ステップ及びサンプリングタイミング生成ステップを、デジタル論理回路により、サンプルホールドステップを、コンデンサ等を用いたサンプルホールド回路によってそれぞれ容易に実行可能であり、回転角の演算に必要なレゾルバ信号のピーク値をハードウェアのみで得ることができるので、例えば、レゾルバ信号のピーク値推定をマイコンのＣＰＵにおいて行う従来構成よりもＣＰＵ負荷を大幅に軽減することができる。

７．前記レゾルバに供給するための正弦波の励磁信号を生成する励磁信号生成ステップと、
前記励磁信号の周期を計測する周期計測ステップと、
前記励磁信号の周期に基づいて前記特定の位相タイミングから前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算する時間演算ステップと
を備えたことを特徴とする手段６に記載の回転角検出方法。

手段７によれば、励磁信号生成ステップによって生成された正弦波の励磁信号の周期を計測し、励磁信号の周期に基づいて特定の位相タイミングからレゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算することができる。また、周期計測ステップ及び時間演算ステップをデジタル論理回路によって実行することによってＣＰＵ負荷を軽減することができる。

８．前記時間演算ステップは、前記励磁信号の１／４周期時間を演算し、
前記レゾルバ信号特定位相検出ステップは、前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、
前記サンプリングタイミング生成ステップは、前記時間計測ステップによる前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成することを特徴とする手段６又は７に記載の回転角検出方法。

手段８によれば、励磁信号の１／４周期時間を演算し、レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成する。ここで、レゾルバ信号が中心電圧になったタイミングは、周知のオペアンプ等で比較的容易に検出可能である。また、レゾルバ信号は、正弦波の励磁信号と回転体の回転角の正弦値又は余弦値との積であるため、レゾルバ信号が中心電圧となるタイミングは、回転体の位相角度が０°又は１８０°であり、この位相タイミングから励磁信号１／４周期経過後にレゾルバ信号がピークに達する。よって、サンプリングタイミング生成ステップでは、レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいて、レゾルバ信号がピークに達するタイミングに合わせてサンプリングタイミングを確実に生成することができる。

９．前記サンプリングタイミング生成ステップは、前記励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うことを特徴とする手段８に記載の回転角検出方法。

レゾルバ信号のピークは、励磁信号の正側ピーク直後及び負側ピーク直後にそれぞれ表れるが、回転角の演算に必要となるのは、励磁信号の正側ピーク直後に表れるピークである。手段９によれば、サンプリングタイミング生成ステップは、励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うので、サンプルホールドステップは、励磁信号の正側ピーク直後に表れるレゾルバ信号のピーク値のみを確実にサンプルホールドすることができる。

１０．前記サンプルホールドステップによる前記レゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいて前記サンプリングタイミングを補正するタイミング補正ステップを備えたことを特徴とする手段６乃至９のいずれかに記載の回転角検出方法。

手段１０によれば、タイミング補正ステップが、サンプルホールドステップによるレゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいてサンプリングタイミングを補正するので、レゾルバ信号がピーク値となるタイミングよりもサンプリングに要する時間長分だけサンプルホールド開始時点を前倒しすることによりサンプルホールド終了タイミングでレゾルバ信号がピーク値に達する。よって、サンプルホールドステップがより正確なレゾルバ信号のピークホールド値をサンプルホールドすることができるので、そのピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって、より高精度な回転角の検出を行うことができる。

１１．前記一対のレゾルバ信号を構成するサイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方を検出する振幅検出ステップと、
サイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方のピーク位置を検出するピーク位置検出ステップと
を備え、
前記サンプルホールドステップは、前記ピーク位置検出ステップにおいて検出されたピーク位置でサイン信号及びコサイン信号両方のピーク電圧をサンプルホールドすることを特徴とする手段６乃至１０のいずれかに記載の回転角検出方法。

レゾルバ信号の振幅が小さいときでもピーク位置を確実に検出し、そのときの値をサンプルホールドする必要があるが、振幅が小さ過ぎるときはピーク位置を検出できない場合や間違った場所でサンプルホールドしてしまう可能性がある。この対策として、レゾルバ信号の特徴であるサイン（ＳＩＮ）信号とコサイン（ＣＯＳ）信号とが９０°ずれていることを利用する。サイン信号及びコサイン信号の両方の振幅が同時に小さくなることはなく、どちらか一方は必ずある値以上になる。手段１１によれば、サンプル位置検出したときにサイン信号・コサイン信号のピーク値が高い方の位置のみを有効とし、その位置でサイン信号・コサイン信号のピークを検出する。これにより、誤検出や検出できないといった問題を解消でき、より高精度な回転角の検出を行うことができる。

以下、本発明の回転角検出装置及び回転角検出方法を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態の回転角検出装置１の全体構成を示すブロック図である。

回転角検出装置１は、マイコン１０と、励磁信号生成回路２０と、レゾルバ３０と、サンプリング信号生成回路４０と、サンプルホールド回路５０，５１とを備えて構成されている。尚、マイコン１０が、本発明の回転角演算手段を、励磁信号生成回路２０が励磁信号生成手段を、サンプルホールド回路５０，５１がサンプルホールド手段をそれぞれ構成するものである。

マイコン１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＡ／Ｄ変換器等を内蔵する公知のマイクロコンピュータである。マイコン１０は、正弦波の励磁信号を生成するためのＰＷＭ信号（＝Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調信号）を励磁信号生成回路２０へ出力する処理、サンプルホールド回路５０からＡ／Ｄ変換器を介してレゾルバ信号のピークホールド値を取り込む処理及びレゾルバ信号のピークホールド値に基づく回転角の演算処理（回転角演算ステップ）等を実行する。尚、マイコン１０は、モータ駆動回路Ｄを介してモータＭの駆動制御をも実行するが、本明細書では詳細な説明を省略する。

励磁信号生成回路２０は、マイコン１０より入力されるＰＷＭ信号に基づいて励磁信号としての正弦波電圧を生成し出力する。

レゾルバ３０は、モータＭの回転軸に固定されたロータに巻装されて、励磁信号発生回路２０から供給される励磁信号が印加される励磁巻線と、互いに９０°離れてステータに巻装された一対の出力巻線とを有し（いずれも図示せず）、両出力巻線は、一対のレゾルバ信号として、９０°の位相差を有するＳＩＮ出力信号電圧及びＣＯＳ出力信号電圧を出力する。

ここで、図２（ａ）はレゾルバ３０の励磁信号ｓｉｎωｔ、同図（ｂ）はＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ、同図（ｃ）はＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθの波形例を示している。尚、ωｔは励磁信号の位相角であり、θはモータＭの電気角（回転角）である。

サンプリング信号生成回路４０は、励磁信号生成回路２０から入力される励磁信号及びレゾルバ３０から入力される一対のレゾルバ信号（ＳＩＮ出力信号、ＣＯＳ出力信号）に基づいて、サンプルホールド回路５０，５１に対してレゾルバ信号のピーク値のサンプルホールドを指令するサンプリング信号を生成する。

サンプリング信号生成回路４０は、具体的には、図３に示すように、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１と、励磁信号１周期計測カウンタ４２と、レゾルバ信号１／４周期バッファ４３と、ピークホールドタイミング補正部４４と、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２と、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２と、サンプリング時間制御部４７１，４７２とを備えている。尚、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１及び励磁信号１周期計測カウンタ４２が、本発明の周期計測手段を、レゾルバ信号１／４周期バッファ４３が時間演算手段を、ピークホールドタイミング補正部４４がタイミング補正手段を、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２がレゾルバ信号特定位相検出手段を、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２が時間計測手段を、サンプリング時間制御部４７１，４７２がサンプリングタイミング生成手段をそれぞれ構成するものである。

励磁信号４Ｖ立ち上がりクロスポイント検出部４１は、励磁信号の中心電圧である４Ｖの立ち上がりクロスポイントを検出するためのデジタル論理回路である。励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１は、より具体的には、図４に示すように、正弦波／矩形波変換部４１１と、立ち上がりエッジ検出部４１２と、同期化部４１３とを備えている。

正弦波／矩形波変換部４１１は、周知の比較回路と、比較回路の出力電圧レベルをシフトするレベルシフタとを備え、比較回路の非反転入力に励磁信号生成回路２０からの励磁信号ＭＲＥＺが入力され、反転入力には電圧しきい値４Ｖが設定されている。従って、励磁信号が４Ｖ以上の値をとる場合にはＨレベルを、４Ｖ未満の値をとる場合はＬレベルを出力する。よって、励磁信号ＭＲＥＺが４Ｖ未満から４Ｖ以上の値に変化するときに、正弦波／矩形波変換部４１１からの出力波形はＬレベルからＨレベルに変化する。

正弦波／矩形波変換部４１１からの出力は、立上がりエッジ検出部４１２において２つに分岐され、一方はそのままＡＮＤ回路に入力され、他方はディレイ回路に入力され且つその出力は正負を反転されてＡＮＤ回路に入力される。ＡＮＤ回路は周知の２つの入力の論理積を出力するもので、ディレイ回路からの（反転）入力および正弦波／矩形波変換部４１１からの入力に対して正弦波／矩形波変換部４１１の波形のＬレベルからＨレベルの立ち上がり時のみにパルス波形を出力する。このパルス波形によって、励磁信号の４Ｖ立ち上がりクロスポイントを確実に検出することができる。

同期化部４１３は、２つのＤフリップフロップとＡＮＤ回路とからなり、立ち上がりエッジ検出部４１２から出力されるパルス波形をクロックｆＯＳＣに基づいて同期化して出力する。

励磁信号１周期計測カウンタ４２は、アップカウンタであり、図４に示すように、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１から励磁信号の４Ｖ立上がりクロスポイントの検出を示すパルス波形がリセット信号として入力されることによりカウンタ値がゼロクリアされ、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１によって次の励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイントの検出を示すパルス波形が入力されるまでアップカウントすることによって励磁信号１周期を計測する。尚、図８のグラフには、励磁信号波形と励磁信号１周期計測カウンタ４２における１周期カウンタ値及びレゾルバ信号１／４周期バッファ４３における１／４周期バッファ値との関係が示されている。

レゾルバ信号１／４周期バッファ４３は、図４に示すように、励磁信号１周期計測カウンタ４２によって計測された励磁信号１周期を示すカウンタ値を２ビット右シフト演算（４で除算）することにより、レゾルバ信号１／４周期を求める。ここで、レゾルバ信号１周期は、励磁信号１周期と等しいため、励磁信号１周期を４で除算することによりレゾルバ信号１／４周期が求められる（図８参照）。

ピークホールドタイミング補正部４４は、励磁信号１／４周期計測バッファから読み込まれた励磁信号１／４周期時間に対応するカウント値からピークホールドタイミング補正値を減ずる（２の補数を生成する）ことにより、レゾルバ信号の２．５Ｖ（中心電圧）クロスポイントを起点とするピークホールド値のサンプリング開始タイミング（ピークホールドタイミング）を求める。ピークホールドタイミング補正値は、ピーク値のサンプリングに要する時間に対応するカウント値である。励磁信号１／４周期時間に対応するカウント値からピークホールドタイミング補正値を減算することにより、サンプリングに要する時間分だけピークホールド開始タイミングが前倒しされ、ピークホールド終了タイミングがレゾルバ信号のピークとなるように補正される。

レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２は、レゾルバ信号の２．５Ｖ（中心電圧）クロスポイントを検出するためのデジタル論理回路である。尚、検出部４５１がＳＩＮ出力信号の２．５Ｖクロスポイント検出用であり、検出部４４２がＣＯＳ出力信号の２．５Ｖクロスポイント検出用であって、両検出部は同一の構成を有するので、以下、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１についてのみ詳細説明を行う。

レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１は、図５に示すように、正弦波／矩形波変換部４５１１と、両エッジ検出部４５１２と、同期化部４５１３とを備えている。

正弦波／矩形波変換部４５１１は、周知の比較回路を有し、比較回路の非反転入力にレゾルバ３０からのレゾルバ信号（ＳＩＮ出力信号）が入力され、反転入力には電圧しきい値２．５Ｖが設定されている。従って、レゾルバ信号が２．５Ｖ以上の値をとる場合にはＨレベルを、２．５Ｖ未満の値をとる場合はＬレベルを出力する。よって、レゾルバ信号が２．５Ｖ未満から２．５Ｖ以上の値に変化するときに、正弦波／矩形波変換部４５１１からの出力波形はＬレベルからＨレベルに変化し、２．５Ｖ以上から２．５Ｖ未満の値に変化するときに、正弦波／矩形波変換部４５１１からの出力波形はＨレベルからＬレベルに変化する。

正弦波／矩形波変換部４５１１からの出力は、両エッジ検出部４４１２において２つに分岐され、一方はそのまま一致回路に入力され、他方はディレイ回路に入力され且つその出力は正負を反転されて一致回路に入力される。一致回路は２つの入力が一致する場合にＨレベルを出力するもので、ディレイ回路からの（反転）入力および正弦波／矩形波変換部４４１１からの入力に対して正弦波／矩形波変換部４４１１の波形のＬレベルからＨレベルの立上がり及びＨレベルからＬレベルの立下がりの両方の場合にパルス波形を出力する。このパルス波形によって、レゾルバ信号の２．５Ｖクロスポイントを確実に検出することができる。

同期化部４４１３は、Ｄフリップフロップからなり、両エッジ検出部４１２から出力されるパルス波形をクロックｆＯＳＣに基づいて同期化して出力する。

ピークホールドタイミング計測部４６１は、図５の回路図に示すように、ピークホールドタイミング計測カウンタ４６１１と、励磁信号１／２周期タイムアウト計測カウンタ４６１２とを備えている。

ピークホールドタイミング計測カウンタ４６１１は、ダウンカウンタであり、ピークホールドタイミング補正部４４によって補正されたカウンタ値、すなわち、励磁信号１／４周期時間に対応するカウンタ値からピークホールドタイミング補正値を減じて得られたカウンタ値を初期値とし且つレゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１によって検出されたレゾルバ信号２．５Ｖクロスポイントを起点としてカウンタ値が０になるまでダウンカウントを実行することによって、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイントからピークホールド開始タイミングまでの時間経過を計測する。尚、図９は、レゾルバ信号波形とピークホールドタイミング計測カウンタ４６１１のカウンタ値との関係をグラフ上で示している。

励磁信号１／２周期タイムアウト計測カウンタ４６１２は、ダウンカウンタであり、励磁信号１周期計測カウンタ４２から入力される励磁信号１／２周期に対応するカウンタ値を初期値とし且つ励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１による励磁信号４Ｖ立上がりタイミングを起点としてカウンタ値が０になるまでダウンカウントを実行することによって、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイントから励磁信号１／２周期時間（タイムアウト時間）の経過を計測する。

サンプリング時間制御部４７１は、図６の回路図に示すように、ダウンカウンタであるサンプリング時間制御カウンタ４７１１を有し、ピークホールドタイミング計測部４６１からＨレベルの信号が入力されることによって、上述したピークホールドタイミング補正値に等しいサンプリング時間長に対応するカウンタ値が設定され、クロックｆＯＳＣに基づいてカウンタ値０までダウンカウントする間、Ｈレベルのサンプリング信号を出力する。

サンプルホールド回路５０は、図７の回路図に示すように、それぞれオペアンプを有する入力側バッファ５１と出力側バッファ５２とを備え、入力側バッファ５１のオペアンプ５１１の出力と出力側バッファ５２のオペアンプ５２１の非反転入力との間には、サンプリング信号生成回路４０から入力されるサンプリング信号によって開閉が制御されるスイッチ５３と、接地されたコンデンサ５４とが接続されている。入力側バッファ５１のオペアンプ５１１の非反転入力には、レゾルバ３０から出力されたレゾルバ信号（ＳＩＮ出力信号）が入力される。サンプリング信号がＨレベルになると、スイッチ５３が閉状態とされて、コンデンサ５４に電荷が充電される。サンプリング信号がＬレベルになると、スイッチ５３が開状態とされて、コンデンサ５４に向かう電流が流れなくなり、コンデンサ５４の電圧は一定となる。出力側バッファ５２のオペアンプ５２１の出力側からコンデンサ５４に保持された電圧がピークホールド信号として出力される。尚、サンプルホールド回路６０は、入力されるレゾルバ信号がＣＯＳ出力信号である点が異なるのみであるので、詳細説明を省略する。

次に、回転角検出装置１におけるモータＭの電気角検出の流れについて説明する。図１に示すように、マイコン１０が励磁信号生成回路２０へＰＷＭ信号を入力すると、励磁信号生成回路２０はＰＷＭ信号に基づいて正弦波電圧である励磁信号を生成し出力する（励磁信号生成ステップ。）。

サンプリング信号生成回路４０において、図３，図４に示すように、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１及び励磁信号１周期計測カウンタ４２により、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイントから次の励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイントまでの励磁信号１周期を計測する（周期計測ステップ。図８参照。）。レゾルバ信号１／４周期バッファ４３は、励磁信号１周期計測カウンタ４２から出力される励磁信号１周期のカウンタ値を、２ビット右シフト演算して４で除算処理することにより、励磁信号１／４周期、すなわち、レゾルバ信号１／４周期を求める（時間演算ステップ。図８参照。）。

ピークホールドタイミング補正部４４は、励磁信号１／４周期計測バッファから読み込まれた励磁信号１／４周期時間に対応するカウント値からピークホールドタイミング補正値を減ずることにより、レゾルバ信号の２．５Ｖクロスポイントを起点とするピークホールド値のサンプリング開始タイミング（ピークホールドタイミング）を求める（タイミング補正ステップ。）。

一方、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２は、レゾルバ信号（ＳＩＮ出力信号、ＣＯＳ出力信号）の２．５Ｖクロスポイントを検出する。そして、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２は、ピークホールドタイミング計測カウンタ４６１１等において、ピークホールドタイミング補正部４４から出力されたカウンタ値、すなわち、励磁信号１／４周期時間に対応するカウンタ値からピークホールドタイミング補正値を減じて得られたカウンタ値を初期値とし且つレゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２によって検出されたレゾルバ信号２．５Ｖクロスポイントを起点としてカウンタ値が０になるまでダウンカウントを実行することによって、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイントからピークホールド開始タイミングまでの時間経過を計測する（時間計測ステップ。）。これと並行して、励磁信号１／２周期タイムアウト計測カウンタ４６１２等は、励磁信号１周期計測カウンタ４２から入力される励磁信号１／２周期に対応するカウンタ値を初期値とし且つ励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１による励磁信号４Ｖ立上がりタイミングを起点としてカウンタ値が０になるまでダウンカウントを実行することによって、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイントから励磁信号１／２周期時間（タイムアウト時間）の経過を計測する。そして、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２は、ピークホールドタイミング計測カウンタ４６１１等の出力がＨレベルであり且つ励磁信号１／２周期タイムアウト計測カウンタ４６１２等の出力がＨレベル（すなわち、タイムアウト時間内）である場合、Ｈレベルを信号出力する。従って、０°≦電気角≦１８０°の領域においては、図１１に示すように、励磁信号の正側ピーク直後に表れるレゾルバ信号の正側ピークがサンプルホールドポイントとして選択される。一方、１８０°≦電気角≦３６０°の領域においては、図１２に示すように、励磁信号の正側ピーク直後に表れるレゾルバ信号の負側ピークがサンプルホールドポイントとして選択される。

サンプリング時間制御部４７１，４７２は、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２からＨレベルの信号が入力されることによって、サンプリング時間長に対応するカウンタ値が設定され、クロックｆＯＳＣに基づいてカウンタ値０までダウンカウントする間、Ｈレベルのサンプリング信号を出力する（サンプリングタイミング生成ステップ。図１０参照。）。

サンプルホールド回路５０，６０は、サンプリング信号生成回路４０（サンプリング時間制御部４７１，４７２）からサンプリング信号としてＨレベル信号が入力される間、レゾルバ信号（ＳＩＮ出力信号、ＣＯＳ出力信号）のピーク値をサンプルホールドする（サンプルホールドステップ。）。

マイコン１０は、励磁信号立上がり中にＡ／Ｄ変換を実施してサンプルホールド回路５０，６０よりピークホールド信号（レゾルバ信号ピークホールド値）を取得すると共に（図１３参照）、それらのピークホールド値に基づいて回転角（モータＭの電気角）を演算する（回転角演算ステップ）。尚、電気角θは、ｔａｎθ＝ＳＩＮ出力信号ピークホールド値／ＣＯＳ出力信号ピークホールド値、により求められる。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２（レゾルバ信号特定位相検出手段）が、レゾルバ信号の中心電圧２．５Ｖクロスポイント（特定の位相タイミング）を検出し、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２（時間計測手段）が、２．５Ｖクロスポイントを起点とするレゾルバ信号がピーク近傍に達するまでのピークホールドタイミングを計測すると、サンプリング時間制御部４７１，４７２（サンプリングタイミング生成手段）が、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２による時間計測に基づいてサンプリング信号（サンプリングタイミング）を生成する。そして、サンプルホールド回路５０，６０（サンプルホールド手段）が、サンプリング信号に基づいてレゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドし、マイコン１０のＣＰＵ（回転角演算手段）が、サンプルホールド回路５０，６０よりＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）を介してレゾルバ信号のピークホールド値を取得すると共にそのピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって回転体の回転角を正確に検出することができる。また、レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部４５１，４５２、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２及びサンプリング時間制御部４７１，４７２を含むサンプリング信号生成回路がデジタル論理回路により、サンプルホールド回路５０，６０がコンデンサ５４等を用いた簡単な回路によってそれぞれ実現され、回転角の演算に必要なレゾルバ信号のピーク値をハードウェアのみで得ることができるので、例えば、レゾルバ信号のピーク値推定をマイコンのＣＰＵにおいて行う従来構成よりもＣＰＵ負荷を大幅に軽減することができる。

特に、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１及び励磁信号１周期計測カウンタ４２（周期計測手段）が、励磁信号生成回路２０（励磁信号生成手段）によって生成された正弦波の励磁信号の周期を計測し、レゾルバ信号１／４周期バッファ４３（時間演算手段）が、励磁信号の周期に基づいてレゾルバ信号が中心電圧となる２．５Ｖクロスポイントからレゾルバ信号がピークに達するまでの励磁信号の１／４周期時間を演算し、サンプリング時間制御部４７１，４７２が、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２による２．５Ｖクロスポイントを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリング信号を生成する。ここで、レゾルバ信号が中心電圧になったタイミングは、周知のオペアンプ等で比較的容易に検出可能である。また、レゾルバ信号は、正弦波の励磁信号と回転体の回転角の正弦値又は余弦値との積であるため、レゾルバ信号が中心電圧となるタイミングは、回転体の位相角度が０°又は１８０°であり、この位相タイミングから励磁信号１／４周期経過後にレゾルバ信号がピークに達する。よって、サンプリング時間制御部４７１，４７２は、ピークホールドタイミング計測部４６１，４６２によるレゾルバ信号が中心電圧２．５Ｖとなる０°又は１８０°の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいて、レゾルバ信号がピークに達するタイミングに合わせてサンプリングタイミングを確実に生成することができる。また、励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部４１、励磁信号１周期計測カウンタ４２及びレゾルバ信号１／４周期バッファ４３がデジタル論理回路によって構成されているので、マイコン１０のＣＰＵ負荷は少ない。

また、レゾルバ信号のピークは、励磁信号の正側ピーク直後及び負側ピーク直後にそれぞれ表れるが、回転角の演算に必要となるのは、励磁信号の正側ピーク直後に表れるピークである。本実施形態によれば、励磁信号１／２周期タイムアウト計測カウンタ４６１２を備えるので、サンプリング時間制御部４７１，４７２が、励磁信号の中心電圧４Ｖからの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うので、サンプルホールド回路５０，６０は、励磁信号の正側ピーク直後に表れるレゾルバ信号のピーク値のみを確実にサンプルホールドすることができる。

さらに、ピークホールドタイミング補正部４４（タイミング補正手段）が、サンプルホールド回路５０，６０によるレゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいてサンプリングタイミングを補正するので、レゾルバ信号がピーク値となるタイミングよりもサンプリングに要する時間長分だけサンプルホールド開始時点を前倒しすることによりサンプルホールド終了タイミングでレゾルバ信号がピーク値に達する。よって、サンプルホールド回路５０，６０がより正確なレゾルバ信号のピークホールド値をサンプルホールドすることができるので、マイコン１０のＣＰＵがそのピークホールド値に基づいて回転角を演算することによって、より高精度な回転角の検出を行うことができる。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、前記実施形態におけるサンプリング信号生成回路４０の各部の回路構成は一例であり、同一の機能を実現可能であれば異なる回路構成を採用しても構わない。

また、一対のレゾルバ信号を構成するサイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方を検出する振幅検出ステップと、サイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方のピーク位置を検出するピーク位置検出ステップとを備え、前記サンプルホールドステップが、前記ピーク位置検出ステップにおいて検出されたピーク位置でサイン信号及びコサイン信号両方のピーク電圧をサンプルホールドするように構成してもよい。すなわち、レゾルバ信号の振幅が小さいときでもピーク位置を確実に検出し、そのときの値をサンプルホールドする必要があるが、振幅が小さ過ぎるときはピーク位置を検出できない場合や間違った場所でサンプルホールドしてしまう可能性がある。この対策として、レゾルバ信号の特徴であるサイン（ＳＩＮ）信号とコサイン（ＣＯＳ）信号とが９０°ずれていることを利用する。サイン信号及びコサイン信号の両方の振幅が同時に小さくなることはなく、どちらか一方は必ずある値以上になる。本変形例によれば、サンプル位置検出したときにサイン信号・コサイン信号のピーク値が高い方の位置のみを有効とし、その位置でサイン信号・コサイン信号のピークを検出する。これにより、誤検出や検出できないといった問題を解消でき、より高精度な回転角の検出を行うことができる。

本発明は、レゾルバを用いた回転角検出装置においてＣＰＵ負荷の低減が必要な場合に利用可能である。

本発明の一実施形態の回転検出装置の全体構成を示すブロック図である。 （ａ）はレゾルバの励磁信号ｓｉｎωｔ、（ｂ）はＳＩＮ出力信号ｓｉｎωｔ×ｓｉｎθ、（ｃ）はＣＯＳ出力信号ｓｉｎωｔ×ｃｏｓθの波形例をそれぞれ示している。 サンプリング信号生成回路の全体構成を示すブロック図である。 励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部、励磁信号１周期計測カウンタ及びレゾルバ信号１／４周期バッファの構成を示す回路図である。 レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部、ピークホールドタイミング補正部及びピークホールドタイミング計測部の構成を示す回路図である。 サンプリング時間制御部の構成を示す回路図である。 サンプルホールド回路の構成を示す回路図である。 励磁信号波形と励磁信号１周期カウンタ値及びレゾルバ信号１／４周期バッファ値との関係を示すグラフである。 レゾルバ信号波形とピークホールドタイミングカウンタ値との関係を示すグラフである。 レゾルバ信号波形とサンプリング信号との関係を示すグラフである。 ０°≦電気角≦１８０°におけるレゾルバ信号波形とサンプルホールドポイントとの関係を示すグラフである。 １８０°≦電気角≦３６０°におけるレゾルバ信号波形とサンプルホールドポイントとの関係を示すグラフである。 レゾルバ信号波形とピークホールド信号との関係を示すグラフである。 従来技術におけるレゾルバ信号のピーク値推定方法を説明するための励磁信号波形及びレゾルバ信号波形の一例を示す図である。

符号の説明

１ 回転角検出装置
１０ マイコン（回転角演算手段）
２０ 励磁信号生成回路（励磁信号生成手段）
３０ レゾルバ
４０ サンプリング信号生成回路
４１ 励磁信号４Ｖ立上がりクロスポイント検出部（周期計測手段）
４２ 励磁信号１周期計測カウンタ（周期計測手段）
４３ レゾルバ信号１／４周期バッファ（時間演算手段）
４４ ピークホールドタイミング補正部（タイミング補正手段）
４５１ レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部（レゾルバ信号特定位相検出手段）
４５２ レゾルバ信号２．５Ｖクロスポイント検出部（レゾルバ信号特定位相検出手段）
４６１ ピークホールドタイミング計測部（時間計測手段）
４６２ ピークホールドタイミング計測部（時間計測手段）
４７１ サンプリング時間制御部（サンプリングタイミング生成手段）
４７２ サンプリング時間制御部（サンプリングタイミング生成手段）
５０ サンプルホールド回路（サンプルホールド手段）
６０ サンプルホールド回路（サンプルホールド手段）

Claims (11)

1. レゾルバから出力される互いに所定の位相差をもつ一対のレゾルバ信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出装置において、
   前記レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出するレゾルバ信号特定位相検出手段と、
   前記特定の位相タイミングを起点に前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測する時間計測手段と、
   前記時間計測手段による前記特定の位相タイミングを起点とする時間計測に基づいて前記レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成するサンプリングタイミング生成手段と、
   前記サンプリングタイミングに基づいて前記レゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドするサンプルホールド手段と、
   前記サンプルホールド手段より前記レゾルバ信号のピークホールド値を取得すると共にそのピークホールド値に基づいて回転角を演算する回転角演算手段と
   を備えたことを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記レゾルバに供給するための正弦波の励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、
   前記励磁信号の周期を計測する周期計測手段と、
   前記励磁信号の周期に基づいて前記特定の位相タイミングから前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算する時間演算手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記時間演算手段は、前記励磁信号の１／４周期時間を演算し、
   前記レゾルバ信号特定位相検出手段は、前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、
   前記サンプリングタイミング生成手段は、前記時間計測手段による前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転角検出装置。
4. 前記サンプリングタイミング生成手段は、前記励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うことを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 前記サンプルホールド手段による前記レゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいて前記サンプリングタイミングを補正するタイミング補正手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転角検出装置。
6. レゾルバから出力される互いに所定の位相差をもつ一対のレゾルバ信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出方法において、
   前記レゾルバ信号の特定の位相タイミングを検出するレゾルバ信号特定位相検出ステップと、
   前記特定の位相タイミングを起点に前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を計測する時間計測ステップと、
   前記特定の位相タイミングを起点とする時間計測に基づいて前記レゾルバ信号のサンプリングタイミングを生成するサンプリングタイミング生成ステップと、
   前記サンプリングタイミングに基づいて前記レゾルバ信号のピーク値をサンプルホールドするサンプルホールドステップと、
   前記レゾルバ信号のピークホールド値に基づいて回転角を演算する回転角演算ステップと
   を備えたことを特徴とする回転角検出方法。
7. 前記レゾルバに供給するための正弦波の励磁信号を生成する励磁信号生成ステップと、
   前記励磁信号の周期を計測する周期計測ステップと、
   前記励磁信号の周期に基づいて前記特定の位相タイミングから前記レゾルバ信号がピーク近傍に達するまでの時間を演算する時間演算ステップと
   を備えたことを特徴とする請求項６に記載の回転角検出方法。
8. 前記時間演算ステップは、前記励磁信号の１／４周期時間を演算し、
   前記レゾルバ信号特定位相検出ステップは、前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを検出し、
   前記サンプリングタイミング生成ステップは、前記時間計測ステップによる前記レゾルバ信号が中心電圧となる特定の位相タイミングを起点とする励磁信号１／４周期時間の計測に基づいてサンプリングタイミングを生成することを特徴とする請求項６又は７に記載の回転角検出方法。
9. 前記サンプリングタイミング生成ステップは、前記励磁信号の中心電圧からの立上がりタイミングを起点とする励磁信号１／２周期時間内にサンプリングタイミングの生成を行うことを特徴とする請求項８に記載の回転角検出方法。
10. 前記サンプルホールドステップによる前記レゾルバ信号のサンプルホールドに要する時間長に基づいて前記サンプリングタイミングを補正するタイミング補正ステップを備えたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の回転角検出方法。
11. 前記一対のレゾルバ信号を構成するサイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方を検出する振幅検出ステップと、
    サイン信号及びコサイン信号のうち振幅が大きい方のピーク位置を検出するピーク位置検出ステップと
    を備え、
    前記サンプルホールドステップは、前記ピーク位置検出ステップにおいて検出されたピーク位置でサイン信号及びコサイン信号の両方のピーク電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の回転角検出方法。

Images