JP2015187560A

JP2015187560A - レゾルバ励磁回路

Info

Publication number: JP2015187560A
Application number: JP2014064644A
Authority: JP
Inventors: 暁彦井手; Akihiko Ide; 真大石; Makoto Oishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-29
Also published as: CN104949612A; DE102015102370A1; US20150276373A1

Abstract

【課題】本発明は、レゾルバ励磁回路に係り、ＬＰＦを用いることなく所望の励磁信号をレゾルバに供給することにある。
【解決手段】レゾルバ励磁回路は、所定のサンプリング周波数で、対象の回転角度を検出するためのレゾルバ信号を出力するレゾルバに対して供給する正弦波状の励磁信号を生成するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータにより生成される励磁信号を増幅するオペアンプにて構成された増幅器と、を備える。このオペアンプは、上記所定のサンプリング周波数が、該オペアンプのゲインのカットオフ周波数に比して高い周波数となりかつ該オペアンプのゲインが０デシベルに比して低い周波数となるように設定されたゲイン−周波数特性を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レゾルバ励磁回路に係り、レゾルバを励磁するレゾルバ励磁回路に関する。

従来、レゾルバを励磁するレゾルバ励磁回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載のレゾルバ励磁回路は、Ｄ／Ａ（デジタル−アナログ）コンバータと、ＬＰＦ（Low Pass Filter）と、増幅器と、を備えている。

Ｄ／Ａコンバータは、正弦波波形をサンプリングしたデジタルデータを所定のサンプリング周波数でアナログ信号に変換して、対象の回転角度を検出するためのレゾルバに供給する正弦波状の励磁信号を生成する。ＬＰＦは、Ｄ／Ａコンバータから出力される正弦波状の励磁信号から、そのＤ／Ａコンバータでのサンプリング（量子化）に伴う高周波成分を除去する回路である。増幅器は、ＬＰＦから出力される高周波成分除去後の正弦波状の励磁信号を増幅してレゾルバに供給する。

かかるレゾルバ励磁回路の構成によれば、Ｄ／Ａコンバータによる量子化に伴う高周波成分が増幅器で増幅されることは回避されるため、ＥＭＣ（電磁両立性）性能が悪化し或いは増幅器での消費電力が増加するのを防止することができる。

特開２００４−３０９２８５号公報

しかしながら、レゾルバ励磁回路にＬＰＦを設けるものとすると、そのＬＰＦを構成する抵抗やコンデンサなどの回路部品の点数が増加して、コストの上昇を招く可能性がある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ＬＰＦを用いることなく所望の励磁信号をレゾルバに供給することが可能なレゾルバ励磁回路を提供することを目的とする。

上記の目的は、所定のサンプリング周波数で、対象の回転角度を検出するためのレゾルバ信号を出力するレゾルバに対して供給する正弦波状の励磁信号を生成するＤ／Ａコンバータと、前記Ｄ／Ａコンバータにより生成される前記励磁信号を増幅するオペアンプにて構成された増幅器と、を備え、前記オペアンプは、前記所定のサンプリング周波数が、該オペアンプのゲインのカットオフ周波数に比して高い周波数となりかつ該オペアンプのゲインが０デシベルに比して低い周波数となるように設定されたゲイン−周波数特性を有するレゾルバ励磁回路により達成される。

本発明によれば、ＬＰＦを用いることなく所望の励磁信号をレゾルバに供給することができる。

本発明の一実施例であるレゾルバ励磁回路を備える角度検出装置の構成図である。本実施例のレゾルバ励磁回路が備える増幅器の回路構成図である。本実施例のレゾルバ励磁回路が備える増幅器のゲイン−周波数特性を表した図である。

以下、図面を用いて、本発明に係るレゾルバ励磁回路の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例であるレゾルバ励磁回路１０を備える角度検出装置１２の構成図を示す。本実施例の角度検出装置１２は、例えば車両に搭載されるモータなどの対象の回転角度を検出する装置である。角度検出装置１２は、レゾルバ１４と、そのレゾルバ１４を励磁するレゾルバ励磁回路１０と、を備えている。

レゾルバ１４は、モータなどの回転軸近傍に設けられ、その回転軸の回転角度に応じたレゾルバ信号（アナログ信号）を出力するセンサである。レゾルバ１４は、レゾルバ信号として、回転軸が機械的に一回転する間にｎ周期分だけ変化する電気信号、すなわち、回転軸が機械角３６０°／ｎだけ回転する間に電気角３６０°分だけ変化する電気信号を出力する。

レゾルバ１４は、一つの励磁コイルと、二つの検出コイルと、を有している。この励磁コイルは、後に詳述するレゾルバ励磁回路１０から一定周波数ｆｒの励磁信号が印加されるコイルである。また、上記二つの検出コイルは、互いに直交する向きに延びるｓｉｎコイル及びｃｏｓコイルであって、それぞれ励磁コイルへの励磁信号の印加時に回転軸の回転角度に応じたレゾルバ信号を発生してレゾルバ励磁回路１０に向けて出力するコイルである。一方の検出コイルは、回転軸の回転角度に応じて振幅が正弦波状に変化する正弦波信号を出力し、また、他方の検出コイルは、回転軸の回転角度に応じて振幅が余弦波状に変化する余弦波信号を出力する。両検出コイルそれぞれが出力する信号は、互いに電気角９０°だけ位相のずれた信号である。レゾルバ１４は、レゾルバ信号として、回転軸の回転角度に応じた正弦波信号及び余弦波信号を出力する。

レゾルバ励磁回路１０は、マイクロコンピュータ（マイコン）１６を主体に構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。レゾルバ励磁回路１０は、増幅器１８と、マイコン１６と、増幅器２０と、を備えている。レゾルバ１４の出力（すなわち、２つの検出コイル）には、増幅器１８の入力が接続されている。レゾルバ１４の出力する正弦波信号及び余弦波信号は、増幅器１８に入力される。増幅器１８は、レゾルバ１４からの正弦波信号及び余弦波信号を所定の電圧範囲まで増幅する。

増幅器１８の出力には、マイコン１６の入力が接続されている。増幅器１８の出力する増幅された正弦波信号及び余弦波信号は、マイコン１６に入力される。マイコン１６は、Ａ／Ｄコンバータ２２と、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）２４と、ＲＯＭ２６と、Ｄ／Ａコンバータ３０と、を有している。Ａ／Ｄコンバータ２２と、ＭＰＵ２４と、ＲＯＭ２６と、Ｄ／Ａコンバータ３０と、はバスを介して接続されている。

Ａ／Ｄコンバータ２２は、所定の分解能を有し、増幅器１８からの正弦波信号及び余弦波信号を所定のサンプリング周波数ｆＡＤでサンプリングするアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行う。ＲＯＭ２６には、各種マップやプログラムが記憶されている。また、ＲＯＭ２６には、正弦波波形を所定のサンプリング周波数ｆＤＡでサンプリングしたデジタルデータが記憶されている。

Ｄ／Ａコンバータ３０は、ＲＯＭ２６からＤＭＡ（Direct Memory Access）により読み出されたデジタルデータを所定のサンプリング周波数ｆＤＡでアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換（Ｄ／Ａ変換）を行う。すなわち、所定のサンプリング周波数ｆＤＡで、ＲＯＭ２６から読み出されたデジタルデータからレゾルバ１４に供給する励磁信号を生成する。かかるＤ／Ａ変換が行われると、レゾルバ１４に供給される励磁信号の時間波形が正弦波波形となる。

また、マイコン１６のＤ／Ａコンバータ３０の出力には、増幅器２０の入力が接続されている。Ｄ／Ａコンバータ３０の出力する正弦波状の励磁信号は、増幅器２０に入力される。増幅器２０は、Ｄ／Ａコンバータ３０からの正弦波状の励磁信号を増幅する。増幅器２０の出力には、レゾルバ１４の入力（すなわち、励磁コイル）が接続されている。増幅器２０の出力する増幅された正弦波状の励磁信号は、レゾルバ１４に入力される。レゾルバ１４は、レゾルバ励磁回路１０からの励磁信号に従って励磁された状態で、回転軸の回転角度に応じたレゾルバ信号を出力する。

マイコン１６のＭＰＵ２４は、ＲＯＭ２６に記憶されているマップやプログラム，各種データなどに基づいて各種制御を行う。具体的には、ＭＰＵ２４は、Ｄ／Ａコンバータ３０からレゾルバ１４へ所望の励磁周波数（例えば１０ｋＨｚ）ｆｒの励磁信号を供給するために、例えば一周期当たり２０サンプルのデジタルデータ（正弦波データ）をＤ／Ａコンバータ３０に対して供給する。そして、Ｄ／Ａコンバータ３０に所定のサンプリング周波数（例えば２００ｋＨｚ）ｆＤＡでＤ／Ａ変換を行わせる。また、ＭＰＵ２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２に所定のサンプリング周波数（例えば１０ｋＨｚ）ｆＡＤでＡ／Ｄ変換を行わせる。

ＭＰＵ２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２が増幅器１８からの正弦波信号及び余弦波信号をＡ／Ｄ変換するタイミングと、Ｄ／Ａコンバータ３０がＡ／Ｄコンバータ２２によるデジタルデータをＤ／Ａ変換するタイミングと、を同期させる。かかる同期が行われれば、正弦波状の励磁信号の特定位相（具体的には、励磁信号の正のピーク及び負のピーク）で、レゾルバ１４から出力される正弦波信号及び余弦波信号をＡ／Ｄ変換することができる。

このため、本実施例においては、Ａ／Ｄコンバータ２２によるＡ／Ｄ変換後のデジタルデータからレゾルバ１４を励磁する励磁信号の影響を排除して、そのＡ／Ｄコンバータ２２によるＡ／Ｄ変換後のデジタルデータを回転軸の回転角度のみに依存させることができる。ＭＰＵ２４は、Ａ／Ｄコンバータ２２でのＡ／Ｄ変換後のデジタルデータに基づいて回転軸の回転角度を検出し、その検出した回転角度を示すエンコード信号を外部へ出力する。

図２は、本実施例のレゾルバ励磁回路１０が備える増幅器２０の回路構成図を示す。また、図３は、本実施例のレゾルバ励磁回路１０が備える増幅器２０のゲイン−周波数特性を表した図を示す。

本実施例において、レゾルバ励磁回路１０は、Ｄ／Ａコンバータ３０から出力される正弦波状の励磁信号を増幅してレゾルバ１４へ出力する増幅器２０を備えている。増幅器２０は、オペアンプ３２にて構成されている。このオペアンプ３２は、予め定められたゲイン（電圧利得）−周波数特性を有している。オペアンプ３２は、Ｄ／Ａコンバータ３０からの正弦波状の励磁信号を、高周波成分を除去しつつ増幅する。

具体的には、図３に示す如く、オペアンプ３２のゲインのカットオフ周波数ｆｃｕｔは、Ｄ／Ａコンバータ３０からレゾルバ１４へ向けて出力される励磁信号の励磁周波数ｆｒに比して高く、かつ、Ｄ／Ａコンバータ３０のサンプリング周波数ｆＤＡに比して低い。また、Ｄ／Ａコンバータ３０のサンプリング周波数ｆＤＡにおけるオペアンプ３２のゲインは、０デシベル（ｄＢ）に比して低い。すなわち、オペアンプ３２のゲイン−周波数特性は、Ｄ／Ａコンバータ３０のサンプリング周波数ｆＤＡが、オペアンプ３２のゲインのカットオフ周波数ｆｃｕｔに比して高い周波数となりかつオペアンプ３２のゲインが０デシベルに比して低い周波数となるように設定されている。

Ｄ／Ａコンバータ３０のサンプリング周波数ｆＤＡが、オペアンプ３２のゲインのカットオフ周波数ｆｃｕｔに比して高い周波数であり、かつ、オペアンプ３２のゲインが０デシベルに比して低い周波数であれば、Ｄ／Ａコンバータ３０からレゾルバ１４へ向けて出力される励磁信号に含まれる、そのＤ／Ａコンバータ３０でのサンプリングに伴う高周波成分が、そのオペアンプ３２のゲイン−周波数特性に従って減衰し、その励磁信号に含まれる高周波成分がオペアンプ３２において確実に抑制される。

従って、本実施例のレゾルバ励磁回路１０によれば、レゾルバ１４に供給される励磁信号の波形を、Ｄ／Ａコンバータ３０でのサンプリングに伴う高周波成分を除去した所望の励磁周波数ｆｒのみとすることができる。このため、本実施例によれば、高周波成分が増幅されることに起因したＥＭＣ（電磁両立性）性能の悪化や増幅器での消費電力の増加を防止することができる。

また、本実施例においては、励磁信号からＤ／Ａコンバータ３０でのサンプリングに伴う高周波成分を除去するうえで、Ｄ／Ａコンバータ３０とレゾルバ１４との間に抵抗やコンデンサなどの回路部品からなるＬＰＦを設けることは不要であり、Ｄ／Ａコンバータ３０とレゾルバ１４との間の増幅器２０を構成するオペアンプ３２にその高周波成分を除去する機能を持たせれば十分である。この点、本実施例のレゾルバ励磁回路１０によれば、抵抗やコンデンサなどからなるＬＰＦを用いることなく、所望の励磁周波数ｆｒを有する励磁信号をレゾルバ１４に供給することができる。このため、本実施例によれば、レゾルバ１４を励磁するうえで、ＬＰＦを設けることに起因した回路部品点数の増加を抑制することができ、コスト上昇が招来するのを回避させることができる。

ところで、上記の実施例においては、レゾルバ１４が一相励磁二相出力のレゾルバである。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、二相励磁一相出力や二相励磁二相出力のレゾルバに適用することとしてもよい。

１０レゾルバ励磁回路
１４レゾルバ
１６マイクロコンピュータ（マイコン）
２０増幅器
２２Ａ／Ｄコンバータ
２４ＭＰＵ
３０Ｄ／Ａコンバータ
３２オペアンプ

Claims

所定のサンプリング周波数で、対象の回転角度を検出するためのレゾルバ信号を出力するレゾルバに対して供給する正弦波状の励磁信号を生成するＤ／Ａコンバータと、
前記Ｄ／Ａコンバータにより生成される前記励磁信号を増幅するオペアンプにて構成された増幅器と、を備え、
前記オペアンプは、前記所定のサンプリング周波数が、該オペアンプのゲインのカットオフ周波数に比して高い周波数となりかつ該オペアンプのゲインが０デシベルに比して低い周波数となるように設定されたゲイン−周波数特性を有することを特徴とするレゾルバ励磁回路。