JP2008196888A - 位相差検出装置及び回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に位相を検出できる位相差検出装置を提供する。
【解決手段】回転体１０１の回転位置θに応じた、励磁信号Ｓｓと第２検出信号Ｓｄとの位相差θを検出する位相差検出装置４は、第１クロックパルスＣＬＫ１に同期してカウントを行い、励磁信号Ｓｓがゼロクロスダウンするときにリセットされる基準カウンタ１３と、回転体１０１の回転速度を特定可能な情報を取得する速度検出部１９と、速度検出部１９の取得した情報に基づいて特定される、基準カウンタ１３の１カウントに相当する角度を回転体１０１が回転するのに要する時間を、パルス間隔Ｔｐとして、第２クロックパルスＣＬＫ２を出力するパルス変換部２１と、第２検出信号Ｓｄの立ち下がり毎に基準カウンタ１３のカウントしているカウント値が初期値に設定され、第２クロックパルスＣＬＫ２に同期してカウントを行う位相カウンタ２３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基準信号に対して測定対象の回転位置に応じた位相差で出力される検出信号の前記位相差を検出する位相差検出装置及び回転位置検出装置に関する。

基準信号の位相を測定対象の回転位置に応じた位相差でシフトさせて検出信号を出力し、基準信号と検出信号との位相差を検出することにより、測定対象の回転位置を測定する技術が知られている。

例えば、特許文献１では、２相入力１相出力のレゾルバの位相検出装置が開示されている。レゾルバには、信号レベルがｓｉｎ（ωｔ）、ｃｏｓ（ωｔ）で変動する２つの励磁信号が入力される。励磁信号は、基準信号又は基準信号と同位相の信号である。レゾルバは、入力された励磁信号の一つをレゾルバ軸の回転角θだけシフトした（位相変調した）検出信号を出力する。すなわち、レゾルバは、信号レベルがｓｉｎ（ωｔ＋θ）で変動する検出信号を出力する。

また、特許文献１の従来技術の欄では、励磁信号ｓｉｎ（ωｔ）をデジタル化した信号の立ち上がりエッジ（ｔ＝０のとき）においてカウントアップを開始するカウンタと、検出信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）をデジタル化した信号の立ち上がりエッジにおいて前記のカウンタの値をラッチするラッチ回路とを備えることにより、励磁信号（基準信号）と検出信号との位相差θを検出する技術が開示されている。

しかし、上記のようなカウンタとラッチ回路との組み合わせでは、以下に例示するような不都合が生じる。測定対象が回転しているときには、検出信号の周期は、励磁信号の周期に対して変動し、検出信号の周期が励磁信号の周期よりも長くなることがある。変動量は、測定対象の回転速度が速いほど大きくなる。従って、回転速度が速い場合に、励磁信号の一の立ち上がりエッジ（ｔ＝０）に対応する検出信号の立ち上がりエッジが検出される前に、励磁信号の次の立ち上がりエッジ（ｔ＝２π／ω）が到来してしまうことがある。この場合、上記のようなカウンタとラッチ回路との組み合わせでは、励磁信号の前記一の立ち上がりエッジ（ｔ＝０）に対する検出信号の位相差を示すカウント値がラッチされる前に、カウンタがリセットされ、励磁信号の次の立ち上がりエッジ（ｔ＝２π／ω）に対する検出信号の位相差の測定を開始してしまう。このようなことを防止するためには、励磁信号の周波数を高くせざるを得ない。

そこで、２つのカウンタを設ける技術が知られている。この技術では、各カウンタは、励磁信号の２周期毎に、かつ、互いに１周期ずれてリセットされる。すなわち、一のカウンタにより励磁信号の２周期毎に一の位相差を検出し、２つのカウンタにより１周期毎に交互に位相差の計測を開始することにより、１周期毎に一の位相差を検出している。これにより、検出信号の周期が長くてもカウント値がラッチされる前にリセットされてしまうことを抑制し、励磁信号の周波数を低くすることを可能としている（なお、当該技術については、図４（ａ）を参照して後述する。）。

また、上記のような励磁信号に同期してリセットされるカウンタによる位相差計測を行わない技術も知られている。例えば、検出信号の周期を測定し、その周期から測定対象の回転速度に関する情報を取得し、測定対象の回転速度を積算していくことにより、測定対象の回転位置を検出する技術が知られている。
特開昭６１−１３７０１０号公報

しかし、２つのカウンタを使用する位相差検出装置では、基準信号の２周期中のいずれかの時点において検出信号の立ち上がりエッジが生じ、位相差が検出される一方で、その検出された位相差は、基準信号の２周期の終了時点においてＣＰＵに出力されるから、位相差の検出と、検出された位相差の出力との間には、最大で１．５周期程度の遅れ時間が生じるとともに、その遅れ時間にはばらつきが生じる。すなわち、位相差が出力されたときには、既に実際の位相差は、出力された位相差に対して大きく変化しているとともに、その変化量がばらつくことになるから、位相検出の精度が低いことになる。また、測定対象の回転速度を積算して位相差を検出する装置では、ノイズ等により回転速度を誤検出した場合には、以後の位相差は誤差を含んだものとなる。

本発明の目的は、高精度に位相を検出できる位相差検出装置及び回転位置検出装置を提供することにある。

本発明の位相差検出装置は、測定対象の回転位置に応じた、基準信号と検出信号との位相差を検出する位相差検出装置であって、所定の第１クロックパルスに同期してカウントを行い、前記基準信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの１カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第２クロックパルスを出力するパルス変換部と、前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第２クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能な位相カウント部と、を有する。

好適には、前記位相カウント部は、前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値が初期値に設定され、前記第２クロックパルスに同期してカウントを行う位相カウンタを有する。

好適には、前記位相カウンタは、前記基準カウンタがカウントするカウント値の範囲と同一の範囲で繰り返しカウント可能である。

好適には、前記速度検出部は、前記測定対象の回転方向を特定可能な回転方向情報を取得し、前記位相カウント部は、前記回転方向情報に応じて、前記ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和又は差のいずれか一方を選択的に出力する。

好適には、前記速度検出部は、前記基準信号における所定の基準位相範囲に相当する第１時間長さに対する、前記検出信号における前記基準位相範囲に相当する第２時間長さの変動分に相当する、前記第１クロックパルスのパルス数を計測し、前記パルス変換部は、前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数に基づいて特定される、前記第２時間長さを前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数で割った値を、前記パルス間隔として、前記第２クロックパルスを出力する。

好適には、前記速度検出部は、前記第１時間長さに相当する前記第１クロックパルスのパルス数を初期値とし、前記検出信号の前記基準位相範囲において前記第１クロックパルスに同期したカウントダウンを行うことにより、前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数を計測するダウンカウンタを有する。

好適には、前記基準位相範囲は、前記基準位相間の範囲であり、前記パルス変換部は、順次到来する前記検出信号の前記基準位相範囲のそれぞれにおいて、直前の前記基準位相範囲において前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数に基づいて特定される前記パルス間隔で、前記第２クロックパルスを出力する。

本発明の回転位置検出装置は、入力された励磁信号に対して測定対象の回転位置に応じた位相差となる検出信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバに前記励磁信号を入力する励磁回路と、前記励磁信号と前記検出信号との前記位相差を検出する位相差検出装置と、を有し、前記位相差検出装置は、所定の第１クロックパルスに同期してカウントを行い、前記励磁信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの１カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第２クロックパルスを出力するパルス変換部と、前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第２クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能な位相カウント部と、を有する。

本発明よれば、高精度に位相を検出できる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転位置検出装置１の全体構成の概要を示すブロック図である。回転位置検出装置１は、測定対象の回転体１０１の回転位置（位相）θを検出する装置として構成されている。回転体１０１は、例えば、モータのロータ、内燃機関のクランク軸である。回転位置検出装置１は、検出した回転位置θに応じた信号を位相差信号Ｓｈとして出力する。位相差信号Ｓｈは、例えば、コンピュータに含まれるＣＰＵ１０３に出力され、回転体１０１の回転制御やモニタに供される。

回転位置検出装置１は、回転体１０１に連結されたレゾルバ２と、レゾルバ２に励磁信号Ｓｓ及びＳｃを入力する励磁回路３と、基準信号としての励磁信号Ｓｓ又はＳｃとレゾルバ２から出力された第１検出信号Ｓｏとの位相差を検出する位相差検出装置４とを有している。なお、励磁信号Ｓｓ及びＳｃは、いずれも基準信号になり得るものであるが、以下では、励磁信号Ｓｓを基準信号として説明する。

レゾルバ２は、例えば、２相入力１相出力の位相変調型のレゾルバとして構成されている。レゾルバ２は、例えば、特に図示しないが、ステータと、ステータに対して回転可能に且つ偏心して設けられたレゾルバ軸と、ステータに設けられた２つの励磁コイル及び１つの検出コイルとを有している。レゾルバ軸は、回転体１０１に連結されている。

励磁回路３の出力する励磁信号Ｓｓ、Ｓｃは、レゾルバ２の励磁コイルに入力される。励磁信号Ｓｓ、Ｓｃは、その信号レベルの変動が所定の周期の正弦波（ｓｉｎ（ωｔ））及び余弦波（ｃｏｓ（ωｔ））により表されるアナログ式の信号である。レゾルバ２の検出コイルからは、励磁信号Ｓｓをレゾルバ軸の回転位置θだけシフトさせたアナログ式の第１検出信号Ｓｏが出力される。すなわち、検出信号Ｓｏの信号レベルの変動は、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）により表される。従って、励磁信号Ｓｓと、第１検出信号Ｓｏとの位相差を検出することにより、回転体１０１の回転位置θが検出される。なお、回転体１０１等の回転方向とθの正負の定義等により、位相差と回転位置との正負は異なるが、以下では、位相差の正負と回転位置の正負とは一致するものとして説明する。

位相差検出装置４は、第１検出信号Ｓｏのゼロクロス点毎に、励磁信号Ｓｃと第１検出信号Ｓｏとの位相差を測定可能に、クロック１１、基準カウンタ１３、Ａ／Ｄ変換部１５、及び、エッジ検出部１７を有している。さらに、位相差検出装置４は、第１検出信号Ｓｏのゼロクロス点が検出された後における位相差の変動を考慮可能に、速度検出部１９、パルス変換部２１、及び、位相カウンタ２３を有している。なお、位相差検出装置４は、上記以外にも、フィルタ回路等の適宜な回路を有していてもよい。

クロック１１は、所定の周波数で第１クロックパルスＣＬＫ１を出力する。例えば、クロック１１は、水晶やセラミック等により形成された発振子の振動をパルスに変換して出力する。クロック１１の周波数は、適宜に設定されてよい。クロック１１の周波数は、例えば、後述するｎの値と周期Ｔｓとに基づいて決定される。クロック１１の周波数は、例えば、２００ＭＨｚである。なお、図１では、第１クロックパルスＣＬＫ１は、基準カウンタ１３及び速度検出部１９への入力経路のみが図示されているが、Ａ／Ｄ変換部１５、エッジ検出部１７、パルス変換部２１、位相カウンタ２３等に直接に又は分周器を介して入力されて利用されてよい。

基準カウンタ１３は、第１クロックパルスＣＬＫ１に同期してカウントを行う。なお、カウントは、カウントアップでもカウントダウンでもよいが、以下では、カウントアップを行うものとして説明する。基準カウンタ１３のカウント値と、励磁信号Ｓｓ及びＳｃの位相とは対応付けられている。すなわち、励磁信号Ｓｓ及びＳｃの位相は、基準カウンタ１３のカウント値から特定可能である。基準カウンタ１３は、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓと同一の周期でリセットされる。

図１では、基準カウンタ１３のカウント値が、励磁信号Ｓｓ及びＳｃの生成にも利用されている場合を例示している。例えば、基準カウンタ１３は、ｎ進カウンタにより構成されており、０〜ｎ−１の範囲で繰り返しカウントを行う。基準カウンタ１３のカウントしているカウント値ｉは、カウント信号Ｓｔとして励磁回路３に入力される。励磁回路３は、励磁信号Ｓｓ、Ｓｃの信号レベルが、Ｖｏ×ｓｉｎ（２π／ｎ×ｉ＋ε）、Ｖｏ×ｃｏｓ（２π／ｎ×ｉ＋ε）（Ｖｏ、εはそれぞれ一定）となるように励磁信号Ｓｓ、Ｓｃを生成する。なお、εは適宜に設定されてよいが、以下では、ε＝πとして、すなわち、ｉ＝０のときに励磁信号Ｓｓがゼロダウンクロスするものとして説明する。

Ａ／Ｄ変換部１５は、レゾルバ２からの第１検出信号Ｓｏを２値のデジタル形式の第２検出信号Ｓｄに変換して出力する。すなわち、Ａ／Ｄ変換部は、第１検出信号Ｓｏの信号レベルが所定の基準レベルに対して高いときには信号レベルが所定のローレベル（ハイレベルでもよい）で一定となる信号を、第１検出信号Ｓｏの信号レベルが所定の基準レベルに対して低いときには信号レベルが所定のハイレベル（ローレベルでもよい）で一定となる信号を出力する。

エッジ検出部１７は、Ａ／Ｄ変換部１５からの第２検出信号Ｓｄのエッジを検出する。エッジ検出部１７により検出されるエッジは、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジのうち、いずれであってもよいし、双方であってもよいが、以下では、立ち下がりエッジが検出されるものとして説明する。

エッジ検出部１７は、立ち下がりエッジを検出したときに、エッジ検出信号Ｓｅを出力する。例えば、エッジ検出部１７は、立ち下がりエッジが検出されていないときは、ローレベル（０、偽）の信号を出力し、立ち下がりエッジが検出されたときは、エッジ検出信号Ｓｅとしてのハイレベル（１、真）の信号をクロック１１の１クロックの長さだけ出力する。

速度検出部１９は、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに対する第２検出信号Ｓｄ（第１検出信号Ｓｏ）の周期Ｔｄの変動分ΔＴを計測し、変動分ΔＴの絶対値を示す情報を速度信号Ｓｖとしてパルス変換部２１に出力するとともに、変動分ΔＴの正負（増減）を示す情報を正負信号Ｓｐとして位相カウンタ２３に出力する。

例えば、速度検出部１９は、第１クロックパルスに同期してカウントダウンを行うダウンカウンタ２７を有している。ダウンカウンタ２７は、エッジ検出部１７からエッジ検出信号Ｓｅが入力される毎にカウント値が初期値にリセットされる。ダウンカウンタ２７の初期値は、基準カウンタ１３の最大値ｎ−１に設定されている。換言すれば、ダウンカウンタ２７の初期値は、励磁信号Ｓｓ（基準信号）の１周期において基準カウンタ１３によりカウントされる第１クロックパルスのパルス数に設定されている。

図２は、ダウンカウンタ２７の動作を説明する図である。

図２（ａ）に示すように、ダウンカウンタ２７は、第２検出信号Ｓｄの立ち下がりエッジが検出された時点ｔ０において、初期値ｎ−１にリセットされ、カウントダウンを開始する。図２（ｃ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄが、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓと等しい場合（Ｔｄ＝Ｔｓ、ΔＴ＝０の場合）、すなわち、回転体１０１が停止している場合には、図２（ａ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの次の立ち下がりエッジが検出される時点ｔ１においてリセットされる直前の、ダウンカウンタ２７のカウント値は０となる。

一方、図２（ｂ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄが励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓよりも短い場合には、すなわち、回転体１０１が一方向（本実施形態ではθの負方向）に回転している場合には、図２（ａ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの次の立ち下がりエッジが検出される時点ｔ２においてリセットされる直前の、ダウンカウンタ２７のカウント値は正の値ｋとなる。ｋは、変動分ΔＴに相当する、第１クロックパルスＣＬＫ１のパルス数となっている。

同様に、図２（ｄ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄが励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓよりも長い場合には、すなわち、回転体１０１が他方向（本実施形態ではθの正方向）に回転している場合には、図２（ａ）に示すように、第２検出信号Ｓｄの次の立ち下がりエッジが検出される時点ｔ３においてリセットされる直前の、ダウンカウンタ２７のカウント値は負の値ｋとなる。ｋの絶対値は、変動分ΔＴに相当する、第１クロックパルスＣＬＫ１のパルス数となっている。

なお、回転体１０１がθの正方向に回転したときにｋの値が正に、回転体１０１がθの負方向に回転したときにｋの値が負になるように、励磁信号Ｓｓの式やθの正負等を設定してもよい。

図１に示すように、速度検出部１９は、ダウンカウンタ２７のリセットされる直前のカウント値ｋの絶対値｜ｋ｜を速度信号Ｓｖとしてパルス変換部２１に出力する。例えば、特に図示しないが、速度検出部１９は、第１クロックパルスＣＬＫ１に同期してダウンカウンタ２７のカウント値をラッチするラッチ回路を有し、当該ラッチ回路によりダウンカウンタ２７の１クロック前のカウント値を保持する。そして、エッジ検出部１７からエッジ検出信号Ｓｅが検出されたときに、ラッチ回路に保持されているカウント値の絶対値｜ｋ｜を速度信号Ｓｖとしてパルス変換部２１へ出力する。

また、速度検出部１９は、ダウンカウンタ２７のリセットされる直前のカウント値ｋの正負を示す正負信号Ｓｐを位相カウンタ２３に出力する。例えば、エッジ検出部１７からエッジ検出信号Ｓｅが検出されたときに、上記の不図示のラッチ回路により保持されているカウント値の正負を正負信号Ｓｐとして出力する。

パルス変換部２１は、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄを変動分ΔＴに相当するパルス数の絶対値｜ｋ｜で除したＴｄ／｜ｋ｜をパルス間隔Ｔｐとして、第２クロックパルスＣＬＫ２を出力する。なお、ｋ＝０である場合には、パルス間隔Ｔｐは無限大に設定される。すなわち、ｋ＝０である場合には、パルス変換部２１は第２クロックパルスＣＬＫ２を出力しない。第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄは、適宜な方法によって特定されてよいが、例えば、パルス変換部２１が、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに対して、第１クロックパルスＣＬＫ１のパルス間隔にカウント値ｋを乗じた値を減算することにより算出される。励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓは、例えば、予め記憶されており、あるいは、第１クロックパルスＣＬＫ１のパルス間隔に基準カウンタ１３の最大値ｎ−１を乗じて算出される。

位相カウンタ２３は、例えば、プリセット機能及びアップ・ダウン切替機能を有するｎ進カウンタにより構成されている。位相カウンタ２３は、エッジ検出部１７からエッジ検出信号Ｓｅが入力されたときに、基準カウンタ１３のカウント値ｉを初期値に設定する（カウント値ｉをラッチする。）。そして、第２クロックパルスＣＬＫ２に同期してカウントを行う。カウントは、正負信号Ｓｐに応じてカウントアップ又はカウントダウンのいずれかに切り替えられる。例えば、上述のように、回転位置θが増加するときに基準カウンタ１３のカウント値ｉが増加するように、回転位置θとカウント値ｉとが対応付けられている場合には、正負信号Ｓｐが示す変動分ΔＴの符号が正のとき、すなわち、回転体１０１がθの負方向に回転しているときには、カウントダウンが行われ、正負信号Ｓｐが示す変動分ΔＴの符号が負のとき、すなわち、回転体１０１がθの正方向に回転しているときには、カウントアップが行われる。

図３は、位相差検出装置４の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３（ａ）は、基準カウンタ１３のカウントしているカウント値を示し、図３（ｂ）は、励磁回路３の出力する励磁信号Ｓｓの信号レベルを示し、図３（ｃ）は、レゾルバ２の出力する第１検出信号Ｓｏの信号レベルを示し、図３（ｄ）は、Ａ／Ｄ変換部１５の出力する第２検出信号Ｓｄの信号レベルを示し、図３（ｅ）は、ダウンカウンタ２７のカウントしているカウント値を示し、図３（ｆ）は、パルス変換部２１の出力する第２クロックパルスＣＬＫ２を示し、図３（ｇ）は、位相カウンタ２３のカウントしているカウント値を示している。

図３（ａ）に示すように、基準カウンタ１３は、０〜ｎ−１の範囲のカウントを一定の周期Ｔｓで繰り返し行う。図３（ｂ）に示すように、励磁信号Ｓｓは、基準カウンタ１３の周期Ｔｓと同一の周期Ｔｓの波形で表される。なお、上述のように、本実施形態では、基準カウンタのカウント値ｉに対して励磁信号Ｓｓ＝Ｖｏ×ｓｉｎ（２π／ｎ×ｉ＋π）が生成されると仮定しているから、基準カウンタ１３のリセット時に励磁信号Ｓｓはゼロダウンクロスする。

図３（ｃ）に示すように、第１検出信号Ｓｏは、励磁信号Ｓｓを回転体１０１の回転位置θだけ位相をシフトさせた波形で表される。ただし、第１検出信号Ｓｏの周期Ｔｄは、回転体１０１の回転している場合には、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに対して変動する。図３（ｃ）では、第１検出信号Ｓｏのゼロダウンクロス時にθ１、θ２、θ３の位相差が生じた場合を例示するとともに、回転体１０１がθの正方向に回転しており、第１検出信号Ｓｏの周期Ｔｄが励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓよりも長くなっている場合を例示している。

図３（ｄ）に示すように、第２検出信号Ｓｄは、第１検出信号Ｓｏと位相が同一の方形波で表される。第２検出信号Ｓｄの立ち上がりは第１検出信号Ｓｏのゼロアップクロスに対応し、第２検出信号Ｓｄの立ち下がりは第１検出信号Ｓｏのゼロダウンクロスに対応している。

図３（ｅ）に示すように、ダウンカウンタ２７は、ｎ−１を初期値として、第２検出信号Ｓｄの立ち下がりから、第１クロックパルスＣＬＫ１に同期して、カウントダウンを開始する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、第１クロックパルスに同期した０〜ｎ−１のカウントは励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに相当するから、ダウンカウンタ２７により、次の立ち下がりまでにカウントされたカウント値ｋは、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに対する第２検出信号Ｓｄの変動分ΔＴに相当する。なお、図３（ｅ）では、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄが励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓよりも長く、変動分ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３に対応して負のカウント値ｋ１、ｋ２、ｋ３がカウントされた場合を例示している。

図３（ｆ）に示されるように、パルス変換部２１は、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄを、カウント値ｋの絶対値｜ｋ｜で除したＴｄ／｜ｋ｜をパルス間隔Ｔｐとして第２クロックパルスＣＬＫ２を出力する。パルス変換部２１は、例えば、第２検出信号Ｓｄの立ち下がり毎にパルス間隔Ｔｐを算出し、その立ち下がり直後から次の立ち下がりまで、その算出したパルス間隔Ｔｐで第２クロックパルスＣＬＫ２を出力する。すなわち、パルス変換部２１は、パルス間隔Ｔｐを第２検出信号Ｓｄの１周期毎に算出し、その算出対象となった周期の次の周期において、その算出したパルス間隔Ｔｐで第２クロックパルスＣＬＫ２を出力する。

図３（ｇ）に示されるように、位相カウンタ２３は、第２検出信号Ｓｄの立ち下がりにおいて、基準カウンタ１３のカウント値ｉをラッチする。図３（ｇ）では、カウント値ｉ１、ｉ２、ｉ３がラッチされた場合を示している。ラッチされたカウント値ｉは、ラッチ時における励磁信号Ｓｓと第２検出信号Ｓｄとの位相差θに対応している。すなわち、ラッチ時において、θ＝２π／ｎ×ｉであり、カウント値ｉ１、ｉ２、ｉ３からθ１、θ２、θ３を特定可能である。

カウント値ｉをラッチした後、位相カウンタ２３は、ラッチしたカウント値ｉを初期値として、第２クロックパルスＣＬＫ２に同期してカウントを行う。なお、図３（ｇ）では、図３（ｅ）においてｋの符号が負であることに対応して、カウントアップが行われる場合を例示している。

ここで、励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓと第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄとの間に変動分ΔＴが生じたことは、周期Ｔｄの間に、励磁信号Ｓｓと第２検出信号Ｓｄとの位相差θが変動分ΔＴに相当する角度だけ変動したことを意味する。すなわち、回転体１０１は、周期Ｔｄの間に、位相差θの変動分２π／ｎ×｜ｋ｜だけ回転する。そして、パルス間隔Ｔｐ＝Ｔｄ／｜ｋ｜は、基準カウンタ１３の１カウントに相当する角度（２π／ｎ）を回転体１０１が回転するのに要する時間を意味する。

従って、第２クロックパルスＣＬＫ２に同期してカウントを行うことは、回転体１０１が回転していることによる位相差θの変動に応じて、基準カウンタ１３においてラッチされるべきカウント値をカウントしていることになる。

例えば、図３（ｇ）では、カウント値ｉ１がラッチされ、パルス間隔Ｔｐ＝ΔＴ１／｜ｋ１｜で出力されるクロックパルスＣＬＫ２に同期してカウントアップが行われることにより、位相カウンタ２３のカウントするカウント値ｉ１＋ｊは、次にラッチされるカウント値ｉ２に近づいていく。

なお、回転体１０１の回転速度が大きくなれば、ダウンカウンタのカウント値の絶対値｜ｋ｜が大きくなり、パルス間隔Ｔｐは小さくなり、位相カウンタ２３のカウント値ｉ＋ｊの勾配は大きくなる。また、回転体１０１の加速度が小さいほど（回転速度が一定であるほど）、位相カウンタ２３のカウントするカウント値は、次にラッチされる基準カウンタ１３のカウント値により正確に近づく。

位相カウンタ２３は、図３（ｇ）において、カウント値ｉ２とカウント値ｉ３との間において例示するように、カウントアップによってカウント値ｉ＋ｊがｎ−１に到達すると、０にリセットされる。また、カウントダウンによってカウント値ｉ−ｊが０に到達すると、ｎ−１にリセットされる。すなわち、位相カウンタ２３は、基準カウンタ１３と同一の範囲（０〜ｎ−１）で繰り返しカウント可能である。換言すれば、位相カウンタ２３のカウント値の範囲は、回転体１０１の回転位置θの範囲０〜２πに対応している。

以上のとおり、本実施形態では、基準カウンタ１３のカウント値をラッチしてから次にラッチするまでの間に、位相カウンタ２３により、基準カウンタ１３においてラッチされるべきカウント値をカウントすることから、位相検出のタイミングが第２検出信号Ｓｄの立ち下がりエッジに限定されない。すなわち、常時、又は、任意のタイミングで位相を検出できる。

図４は、本実施形態の効果を説明するタイミングチャートである。図４（ａ）は、従来技術におけるタイミングチャートを、図４（ｂ）は、本実施形態におけるタイミングチャートを示している。

図４（ａ）では、第１カウンタ、第２カウンタにより位相差の検出が行われている。具体的には、各カウンタにおいては、基準信号の立ち下がりエッジからカウントを開始し、検出信号の立ち下がりエッジが検出されるとカウントしている値が位相差としてラッチされる。各カウンタは、励磁信号の２周期毎に、かつ、互いに１周期ずれてリセットされる。

位相差検出装置に接続されたＣＰＵは、励磁信号の立ち上がりエッジにおいて、直前の立ち下がりエッジよりも１周期前の立ち下がりエッジから計測が開始された位相を読み出している。このため、カウンタにより位相が検出されてから、ＣＰＵに読み出されるまでは、最大で１．５周期、最小で０．５周期の遅れ時間ｔｄが生じている。また、遅れ時間ｔｄは、位相差の変動に伴って変動している。

一方、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、位相カウンタにより常時位相が検出されている。従って、位相カウンタにより位相が検出されてからＣＰＵに読み出されるまでに遅れ時間は生じない。あるいは、各回路の特性により生じる一定の遅れ時間しか生じない。また、適宜に一定の遅れ時間を設定することもできる。

また、本実施形態によれば、第２検出信号Ｓｄの立ち下がりエッジ毎に位相カウンタ２３をリセットしていることから、検出信号等にノイズが混入して位相カウンタ２３のカウント値に誤差が生じても、リセットにより誤差は消去される。従って、従来の速度を積算して位相を算出する方法に比較してノイズの影響が少ない。

励磁信号Ｓｓの周期Ｔｓに相当する第１クロックパルスＣＬＫ１のパルス数を初期値とし、第２検出信号Ｓｄの周期Ｔｄにおいて第１クロックパルスＣＬＫ１に同期したカウントダウンを行うダウンカウンタ２７を用いて周期Ｔｓに対する周期Ｔｄの変動分ΔＴを計測していることから、速度検出部１９やパルス変換部２１の構成が簡素である。

第２検出信号Ｓｄの各周期Ｔｄにおいて、直前の周期Ｔｄから特定されたパルス間隔Ｔｐを用いて第２クロックパルスＣＬＫ２を出力することから、逐次速度が更新されることになり、回転体１０１の加速度が大きいような場合であっても高精度に位相差θを検出することができる。

なお、以上の実施形態において、励磁信号Ｓｓは基準信号の一例であり、第１検出信号Ｓｏ及び第２検出信号Ｓｄは本発明の検出信号の一例であり、ゼロダウンクロスや立ち下がりエッジが生じるときの位相（π）は基準位相の一例であり、１周期に対応する位相範囲（２π）は基準位相範囲の一例であり、周期Ｔｓは第１時間長さの一例であり、周期Ｔｄは第２時間長さの一例であり、ダウンカウンタ２７のカウント値の絶対値｜ｋ｜は速度情報の一例であり、そのカウント値ｋの正負は回転方向情報の一例である。また、位相カウンタ２３により本発明の位相カウント部が構成されている。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

位相差検出装置は、レゾルバの励磁信号と検出信号との位相差を検出するものに限定されない。また、レゾルバは、２相入力１相出力のものに限定されない。基準信号に対して測定対象の回転位置に応じた位相差で検出信号を出力する位相変調型のレゾルバであればよい。例えば、２相入力２相出力のレゾルバであってもよい。基準信号及び検出信号は、アナログ式であってもよいし、デジタル式であってもよい。

基準カウンタは、そのカウント値が基準信号（励磁信号）の生成に供されるものに限定されない。基準信号のゼロクロス検出やエッジ検出に基づいてカウントを開始するなど、基準信号に基づいてカウントを行うものであってもよい。

基準カウンタのカウント値の範囲は、基準信号の基準位相から次の基準位相までにおいて、カウント値から位相を特定可能に設定されていればよい。基準位相は、適宜な位相に設定されてよく、ゼロクロスする位相やエッジが生じる位相に限定されない。また、基準位相は、１周期を既定する位相でなくてもよい。従って、例えば、カウント値０が位相０以外の適宜な位相に対応していてもよい。

また、例えば、基準信号のゼロアップクロスする位相とゼロダウンクロスする位相との双方の位相を基準位相としてもよい。すなわち、基準信号の半周期毎に基準位相を設定してもよい。この場合、基準信号の半周期毎に位相カウンタ（位相カウント部）がリセットされるから、ノイズによって生じた誤差の影響範囲が狭くなる。また、基準位相範囲も半周期であれば、検出信号の半周期の変動分が計測され、半周期毎に第２クロックパルスのパルス間隔が更新されるから、加速度が大きいとき等に高精度に位相差を検出することができる。

また、例えば、基準信号の複数周期毎に基準位相が設定されてもよい。例えば、４サイクルエンジンのクランク軸の回転位置を検出する場合に、基準カウンタのカウント値の範囲０〜ｎ−１を位相０〜４πに対応させ、基準信号の２周期毎に基準カウンタがリセットされるようにし、いずれの工程であるか特定可能としてもよい。

位相カウント部は、基準カウンタのカウント値を初期値としてラッチするプリセット機能付きの位相カウンタを有するもの、換言すれば、常時、基準カウンタにおいてラッチされるべきカウント値を保持しているものに限定されない。例えば、位相カウント部は、検出信号の基準位相において基準カウンタのカウント値をラッチするラッチ回路と、そのラッチ時に０にリセットされるカウンタと、適宜なタイミングで、ラッチ回路のラッチしているカウント値とカウンタのカウントしているカウント値との和又は差を出力する加算（減算）回路とを有して構成されてもよい。ただし、基準カウンタのカウント値を初期値としてラッチするプリセット機能付きの位相カウンタを用いたほうが構成が簡素である。

位相カウンタは、カウントアップとカウントダウンとを切替可能なものでなくてもよい。換言すれば、位相カウント部は、回転体の回転方向に応じて、ラッチした基準カウンタのカウント値とカウントした第２クロックパルスのパルス数との和又は差のいずれかを選択的に出力可能でなくてもよい。自動二輪車のクランク軸のように、回転体が一方向にのみしか回転しないのであれば、カウントアップ又はカウントダウンのいずれか一方の機能を有しているだけでよい。

速度検出部は、適宜な方法によって測定対象の回転速度を特定可能な情報を取得してよく、基準信号の基準位相範囲に相当する第１時間長さ（例えばＴｓ）に対する検出信号の基準位相範囲に相当する第２時間長さ（例えばＴｄ）の変動分（例えばΔＴ）を計測するものに限定されない。例えば、測定対象の回転速度の変化が緩やかであるのであれば、検出信号の基準位相において基準カウンタのカウント値をラッチして得られる、複数回分の位相差（θ）から位相差の変化を算出することによって、速度を特定することができる。また、変動分（例えばΔＴ）を計測する方法も、第１クロックパルスに同期したダウンカウンタを用いる方法に限定されない。例えば、別のクロックパルスに同期してアップカウンタを用いることもできる。

基準信号の時間長さと検出信号の時間長さとを比較する対象となる基準位相範囲は、基準位相間の範囲でなくてもよい。基準位相範囲と基準位相間の範囲とが、位相がずれて設定されていてもよいし、範囲の広さが互いに異なっていてもよい。例えば、基準位相はゼロアップクロスする位相に設定され、基準位相範囲は、ゼロダウンクロスする位相間に設定され、パルス変換部が、基準位相範囲を対象とした時間長さの変動分に基づいて算出したパルス間隔を、その基準位相範囲から半周期ずれた基準位相間において使用してもよい。この場合、変動分の検出から、その変動分に基づくパルス間隔で第２クロックパルスを出力するまでに半周期の余裕ができるから、パルス変換部等に遅延時間が生じてもよいことになり、回路の設計条件が緩やかになる。

本発明の実施形態に係る回転位置検出装置の全体構成の概略を示すブロック図。 図１の回転位置検出装置のダウンカウンタの動作を説明するタイミングチャート。 図１の回転位置検出装置の動作を説明するタイミングチャート。 図１の回転位置検出装置の効果を説明するタイミングチャート。

符号の説明

Ｓｓ…励磁信号（基準信号）、１０１…回転体（測定対象）、Ｓｄ…検出信号、４…位相差検出装置、ＣＬＫ１…第１クロックパルス、１３…基準カウンタ、１９…速度検出部、ＣＬＫ２…第２クロックパルス、２１…パルス変換部、２３…位相カウンタ。

Claims (8)

1. 測定対象の回転位置に応じた、基準信号と検出信号との位相差を検出する位相差検出装置であって、
   所定の第１クロックパルスに同期してカウントを行い、前記基準信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、
   前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、
   前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの１カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第２クロックパルスを出力するパルス変換部と、
   前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第２クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能な位相カウント部と、
   を有する位相差検出装置。
2. 前記位相カウント部は、前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値が初期値に設定され、前記第２クロックパルスに同期してカウントを行う位相カウンタを有する
   請求項１に記載の位相差検出装置。
3. 前記位相カウンタは、前記基準カウンタがカウントするカウント値の範囲と同一の範囲で繰り返しカウント可能である
   請求項２に記載の位相差検出装置。
4. 前記速度検出部は、前記測定対象の回転方向を特定可能な回転方向情報を取得し、
   前記位相カウント部は、前記回転方向情報に応じて、前記ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和又は差のいずれか一方を選択的に出力する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の位相差検出装置。
5. 前記速度検出部は、前記基準信号における所定の基準位相範囲に相当する第１時間長さに対する、前記検出信号における前記基準位相範囲に相当する第２時間長さの変動分に相当する、前記第１クロックパルスのパルス数を計測し、
   前記パルス変換部は、前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数に基づいて特定される、前記第２時間長さを前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数で割った値を、前記パルス間隔として、前記第２クロックパルスを出力する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の位相差検出装置。
6. 前記速度検出部は、前記第１時間長さに相当する前記第１クロックパルスのパルス数を初期値とし、前記検出信号の前記基準位相範囲において前記第１クロックパルスに同期したカウントダウンを行うことにより、前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数を計測するダウンカウンタを有する
   請求項５に記載の位相差検出装置。
7. 前記基準位相範囲は、前記基準位相間の範囲であり、
   前記パルス変換部は、順次到来する前記検出信号の前記基準位相範囲のそれぞれにおいて、直前の前記基準位相範囲において前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第１クロックパルスのパルス数に基づいて特定される前記パルス間隔で、前記第２クロックパルスを出力する
   請求項５又は６に記載の位相差検出装置。
8. 入力された励磁信号に対して測定対象の回転位置に応じた位相差となる検出信号を出力するレゾルバと、
   前記レゾルバに前記励磁信号を入力する励磁回路と、
   前記励磁信号と前記検出信号との前記位相差を検出する位相差検出装置と、
   を有し、
   前記位相差検出装置は、
   所定の第１クロックパルスに同期してカウントを行い、前記励磁信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、
   前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、
   前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの１カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第２クロックパルスを出力するパルス変換部と、
   前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第２クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能な位相カウント部と、
   を有する回転位置検出装置。

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