JP3594568B2 - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関し、特には、回転角度区間を明確に区分した信号を得ることができる回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等においては、その駆動源となるモータを制御する上で、モータの回転角度を検出することが必要であり、そのため、従来より、回転角度検出装置が設けられている。
【０００３】
従来のこの種の回転角度検出装置としては、たとえば図１３に示すように、角度センサとしてレゾルバを用いた構成のものがある。ここで、符号２はレゾルバ、３は励磁回路、４はＲ／Ｄ変換ＩＣ（レゾルバ・ディジタル変換半導体集積回路）である。レゾルバ２は、検出対象となるモータ等の回転体の軸に一体に固定されたロータ６に対して、一つの励磁コイル５と互いに直交配置された一対の二次コイル７，８とが設けられている。
【０００４】
この構成の回転角度検出装置において、回転体の回転角度を検出するには、まず、励磁回路３から励磁コイル５に対して周期関数である励磁信号（以下、Ｉ１Ｉ２信号という）を入力して励起し、ロータ６の回転に伴って各二次コイル７，８に誘導される電圧を出力信号として得る。このとき、ロータ６の外径は各二次コイル７，８との間のギャップパーミアンスが正弦波状に変化する形状に予め形成されているため、ロータ６の回転角度θに関して、一方の二次コイル７から出力される二次信号（以下、Ｏ１Ｏ３信号という）は余弦関数状変調信号として、また、他方の二次コイル８から出力される二次信号（以下、Ｏ２Ｏ４信号という）は正弦関数状変調信号としてそれぞれ出力される。
【０００５】
これらのＩ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、それぞれＲ／Ｄ変換ＩＣ４に入力されるので、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４は、これらの信号に基づいて回転角度を逐次復元（デコード）して数値データとして出力する。
【０００６】
また、その他の回転角度検出装置としては、図１４に示すように、角度センサとしてホール素子を用いたものが広く知られている。ここで、９は検出対象となる回転体に一体的に固定された回転磁性体、１０ａはＵ相ホール素子を備えたホールＩＣ、１０ｂはＶ相ホール素子を備えたホールＩＣ、１０ｃはＷ相ホール素子を備えたホールＩＣであり、これらの各ホールＩＣ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、互いに電気角度的に１２０度ずつ位相差をもって配置されている。
【０００７】
この構成の回転角度検出装置は、回転磁性体９による磁束変化を三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれのホールＩＣ１０ａ〜１０ｃにより検出し、各磁束の変化から回転角度を検出する。すなわち、回転磁性体９の回転に伴って、各ホールＩＣ１０ａ〜１０ｃからは、図１５（ａ）に示すように、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれが電気角度一周期につき１パルスで、かつ、相互に１２０度ずつの位相差をもった信号が出力される。そして、図１５（ｂ）に示すように、三相各相の信号の論理（’Ｈ’、’Ｌ’）を組み合わせることにより、電気角度の一周（３６０度）を６０度ごとに分解した各角度区間を個別に検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示したような従来のレゾルバを使用した回転角度検出装置は、レゾルバ２の部分が鉄心のロータ６とコイル５，７，８のみで構成されているので、熱や振動等の影響に対して耐性が高い利点があるものの、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４は回転角度を逐次復元して数値データを出力するものであるので、電気角度一周（３６０度）を６０度ごとに分解して各区間を区分するためには、この数値データを頻繁に読み込んで区間の切り替わりを認識する必要があり、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４の動作周波数が高くなってしまう。
【０００９】
これを補うために、従来、上記ホール素子を利用した回転角度検出装置の三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の信号出力を模擬した信号が得られる機能を付加したＲ／Ｄ変換ＩＣ４も提供されているが、このようなＲ／Ｄ変換ＩＣ４は、ホール素子を利用した回転角度検出装置に比較して相対的に高価であるという問題点がある。
【００１０】
他方、図１４に示したような従来のホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置は、廉価であるものの、特に自動車の内燃機関に近接して配置されるような用途の場合には、周辺温度の上昇に対して耐性が低いという問題点がある。
【００１１】
なお、上記のレゾルバやホール素子を用いた回転角度検出装置以外にも、たとえば、ロータリエンコーダを角度センサとして利用したものもあるが、このようなロータリエンコーダを用いた回転角度検出装置は、振動に対する耐性が低く、そのため、特に自動車等の車両向けに用いる場合には検出精度が悪くなる。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、角度センサとして熱や振動に対する耐性の高いレゾルバを使用しつつ、従来のような高価なＲ／Ｄ変換ＩＣを適用しなくても回転角度の区間を区分した信号が得られる廉価な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、回転体に取り付けられるレゾルバに周期関数の励磁信号を入力し、これに応じて前記レゾルバから出力される励磁信号で変調された余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号とに基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記励磁信号、余弦関数状変調信号、および正弦関数状変調信号を共に入力してこれらの信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度を所望の区間に区分した信号を出力する角度区間識別手段を備えており、この角度区間識別手段は、余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間を前記回転角度の区間区分に適合する所定の係数比に設定した上で、前記励磁信号の位相に応じて余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号の正負、および余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値の大小関係による判別条件を切り替えるものであることを特徴としている。これにより、従来のような高価複雑なＲ／Ｄ変換ＩＣを用いずに廉価で比較的簡単な構成でもって励磁信号の位相の如何にかかわらず回転角度を所望の区間に区分した信号を出力することができる。しかも、角度センサとして基本的にレゾルバを使用するため、熱や振動に対して高い耐性を備えている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記回転角度の区間区分を行うための前記余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間の前記係数比は、１．０対ｔａｎ３０度であることを特徴としている。これにより、回転角度区間を６０度ごとに区分して設定できるので、ホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置で得られる回転角度区間識別信号を模擬した信号を、廉価かつ比較的簡単な構成でもって出力することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図であり、図１３に示した従来のレゾルバを利用した回転角度検出装置と対応する部分には同一の符号を付す。
【００１８】
図１において、符号１は回転角度検出装置の全体を示し、２はレゾルバ、３は励磁回路、５は励磁コイル、６はロータ、７，８はそれぞれ二次コイル、１５は角度区間識別手段である。
【００１９】
この実施の形態１の回転角度検出装置１は、角度区間識別手段１５を備える点を除けば、その他の構成は図１３に示した従来のレゾルバを使用した回転角度検出装置と同一構成であるので、角度区間識別手段１５を除いた部分の構成に関しては、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２０】
次に、上記の角度区間識別手段１５の構成について説明を加える前に、この角度区間識別手段１５において回転体の回転角度区間を識別する上での基本的な考え方について述べる。
【００２１】
従来の場合と同様に、励磁回路３から励磁コイル５に周期的な励磁信号であるＩ１Ｉ２信号を入力して励起することで、これに応じて一方の二次コイル７からは余弦関数状変調信号であるＯ１Ｏ３信号が、また、他方の二次コイル８からは正弦関数状変調信号であるＯ２Ｏ４信号がそれぞれ出力される。そして、これらのＩ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、いずれも角度区間識別手段１５に入力されることになる。
【００２２】
ここで、Ｉ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、およびＯ２Ｏ４信号は、回転角度の変化に伴って模式的に図２に示されるように変化する。すなわち、図２（ａ）は回転角度θであり、ここでは一定の回転速度で回転角度が単調に増加していく場合を示している。また、図２（ｂ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）の波形であり、ここでは、次の数式（１）で示されるように、周波数ｆｒｅｆ［Ｈｚ］、振幅Ｅ［Ｖ］の矩形波の場合を示している。ただし、励磁信号の波形はこのような矩形波に限られるものでなく、正弦波やその他の周期関数であってもよい。
【数１】
【００２３】
図２（ｃ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）によって一方の二次コイル７に誘起される余弦関数状変調信号であるＯ１Ｏ３信号の波形図である。この信号波形は、次の（２）式で表される。ただし、Ｋは励磁信号に対する変圧比である。
Ｏ１Ｏ３信号＝Ｋ・Ｅ・ｆ（２πｆｒｅｆ・ｔ）・ｃｏｓθ （２）
【００２４】
図２（ｄ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）によって他方の二次コイル８に誘起される正弦関数状変調信号であるＯ２Ｏ４信号の波形図である。この信号波形は次の（３）式で表される。ただし、Ｋは励磁信号に対する変圧比である。
Ｏ２Ｏ４信号＝Ｋ・Ｅ・ｆ（２πｆｒｅｆ・ｔ）・ｓｉｎθ （３）
【００２５】
ここで、二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）から搬送波である励磁信号成分を取り除く検波の過程において、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の状態で二次信号を捉える場合を励磁信号位相が０〜１８０度における検波、励磁信号が負の状態で二次信号を捉える場合を励磁信号位相が１８０〜３６０度における検波としてそれぞれ定義し、両者を分離して考える。
【００２６】
いま、上記二つの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）から回転角度情報を復元するに際して、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正負それぞれの状態で二次信号を捉えると、図３および図４に示されるように信号波形は異なった形となる。
【００２７】
すなわち、Ｏ１Ｏ３信号に関しては、励磁信号が正（つまり、励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、図３（ａ）で示されるように、Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθの波形となり、励磁信号が負（つまり、励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合には、図３（ｂ）で示されるように、−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθの波形となる。
【００２８】
一方、Ｏ２Ｏ４信号に関しては、励磁信号が正（つまり、励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、図４（ａ）で示されるように、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθの波形となり、励磁信号が負である場合（励磁信号位相が１８０〜３６０度）には、図４（ｂ）で示されるように、−Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθの波形となる。
【００２９】
このように、励磁信号の正負に対してＯ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、いずれも（励磁信号が正での変調信号）＝（−１）×（励磁信号が負での変調信号）の関係がある。
【００３０】
ここで、回転角度の区間に対する二次信号の正負に着目すると、Ｏ１Ｏ３信号に関しては、図３（ａ），（ｂ）のいずれの場合にも、９０度と２７０度において符号が切り替わる。すなわち、励磁信号が正（励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、検波後のＯ１Ｏ３信号は０〜９０度、および２７０〜３６０度の範囲で正、９０〜２７０度の範囲で負となる。また、励磁信号が負（励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合にはＯ１Ｏ３信号の符号はこの逆となる。
【００３１】
一方、Ｏ２Ｏ４信号に関しては、図４（ａ），（ｂ）のいずれの場合にも、０度と１８０度において符号が切り替わる。すなわち、励磁信号が正（励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、Ｏ２Ｏ４信号は０〜１８０度の範囲で正、１８０〜３６０度の範囲で負となる。励磁信号が負（励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合にはＯ２Ｏ４信号の符号はこの逆となる。
【００３２】
以上のことを整理すると、図５に示されるように、２つの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）の正負の関係を組み合わせることによって回転角度区間を０〜９０度、９０〜１８０度、１８０〜２７０度、２７０〜３６０度と９０度分解で区分することができる。つまり、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の場合には、図５（ａ）で示される条件により、また、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が負の場合には、図５（ｂ）で示す条件によって、回転角度を９０度毎に分解して識別することでできる。
【００３３】
次に、Ｏ１Ｏ３信号（＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ）と、Ｏ２Ｏ４信号に所定係数Ａを掛けた信号（＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ）の各々の絶対値をとって両信号の大小を比較し、これらの大小関係から回転角度を区分することを考える。
【００３４】
図６に示すように、Ｏ１Ｏ３信号（＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ）の絶対値の波形は、図中実線で示すように変化する。すなわち、角度θが−９０〜９０度ではＫ・Ｅ・ｃｏｓθ、９０〜２７０度では−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ、２７０〜４５０度ではＫ・Ｅ・ｃｏｓθという値をとる。
【００３５】
また、Ｏ２Ｏ４信号をＡ倍した信号（＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ）の絶対値の波形は、図中破線で示すように変化する。すなわち、角度θが−１８０〜０度では−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ、０〜１８０度ではＡ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ、１８０〜３６０度では−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθという値をとる。
【００３６】
次に、Ｏ１Ｏ３信号の絶対値｜Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ｜の波形と、Ｏ２Ｏ４信号をＡ倍した信号の絶対値｜Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ｜の波形との交点を考える。
０〜９０度、１８０〜２７０度、３６０〜４５０度、…の各角度区間での交点を求める場合には、次の関係式が成立する。
Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ
よって、
Ａ＝ｃｏｔθ＝ｔａｎ｛９０×（２ｎ＋１）−θ｝ （４）
したがって、上記（４）式を満たす角度θが交点となる。特に、Ａ＝１のときには、θ＝４５，２２５，４０５，…となる。
【００３７】
また、−９０〜０度、９０〜１８０度、２７０〜３６０度、…の各角度区間での交点を求める場合には、次の関係式が成立する。
Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ＝−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ
よって、
Ａ＝−ｃｏｔθ＝ｔａｎ｛９０×（２ｎ＋１）＋θ） （５）
したがって、上記（５）式を満たす角度θが交点となる。特に、Ａ＝１のときには、θ＝−４５，１３５，３１５，…となる。
【００３８】
そして、０〜９０度の角度区間において両信号が交差する交点の回転角度θ＝αとすると、図６から分かるように、次の関係が得られる。すなわち、
（１） 回転角度区間が−α〜α度、または（１８０−α）〜（１８０＋α）度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜
（２） 回転角度区間がα〜（１８０−α）度、または（１８０＋α）〜（３６０−α）度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜
ここに、
Ａ＝ｔａｎ（９０−α）
である。
【００３９】
したがって、｜Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ｜と、｜Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ｜との大小を比較することにより、励磁信号の正負にかかわらず、図７に示すように回転角度区間を区分して識別することができる。
【００４０】
特に、いま、α＝６０度と定める場合には、Ａ＝ｔａｎ（９０−６０）＝ｔａｎ３０＝０．５７７３５０であり、このときの回転角度区間の識別は、図８に示されるものとなる。すなわち、
（１） 回転角度区間が−６０〜６０度、または１２０〜２４０度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜
（２） 回転角度区間が６０〜１２０度、または２４０〜３００度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜
【００４１】
以上のように、二次信号の正負の条件（図５参照）、および大小関係（図８参照）に基づく回転角度区間の識別を組み合わせることにより、回転角度を０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度というように６０度毎に区分して識別することが可能となる。つまり、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の場合には、図５（ａ）に示す条件と図８に示す条件とを組み合わせることにより、また、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が負の場合には、図５（ｂ）に示す条件と図８に示す条件とを組み合わせることにより、それぞれ６０度単位で角度区間を識別することができる。
【００４２】
すなわち、具体的には、
（１） 回転角度区間θ１＝０〜６０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す０〜９０度の区分条件と、図８に示す−６０〜６０度の区分条件の組み合わせ
（２） 回転角度区間θ２＝６０〜１２０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す０〜９０度、および９０〜１８０度の区分条件と、図８に示す６０〜１２０度の区分条件の組み合わせ
（３） 回転角度区間θ３＝１２０〜１８０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す９０〜１８０度の区分条件と、図８に示す１２０〜２４０度の区分条件の組み合わせ
（４） 回転角度区間θ４＝１８０〜２４０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す１８０〜２７０度の区分条件と、図８に示す１２０〜２４０度の区分条件の組み合わせ
（５） 回転角度区間θ５＝２４０〜３００度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す１８０〜２７０度、および２７０〜３６０度の区分条件と、図８に示す２４０〜３００度の区分条件の組み合わせ
（６） 回転角度区間θ６＝３００〜３６０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す２７０〜３６０度の区分条件と、図８に示す−６０〜６０度の区分条件の組み合わせ
以上の（１）〜（６）の各条件を整理すると、図９に示されるような関係となる。
【００４３】
図１０は、この実施の形態１における角度区間識別手段１５の具体的な構成を示すブロック図である。
この実施の形態１における角度区間識別手段１５は、図９に示される条件を全て満たすように論理回路を構成したものであって、この角度区間識別手段１５からは回転角度を６０度分解で区分した角度区分信号が出力されるようになっている。
【００４４】
図１０において、符号１６は入力Ｉ／Ｆ回路、１７は励磁信号正負判別回路、１８はＯ１Ｏ３信号絶対値演算回路、１９はＯ２Ｏ４信号絶対値演算回路、２０はＯ１Ｏ３信号正負判別回路、２１はＯ２Ｏ４信号正負判別回路、２２は信号大小比較回路、２３は正負判定ロジック、２４は第１区間識別回路、２５は第２区間識別回路、２６は出力信号生成回路、２７ａ〜２７ｄはＩＮＶ（論理反転）素子、２８ａ〜２８ｄはＡＮＤ素子である。
【００４５】
そして、励磁回路３からの励磁信号線Ｉ１、Ｉ２は、レゾルバ２の励磁コイル５に接続されるとともに、入力Ｉ／Ｆ回路１６にも接続されている。また、レゾルバ２の一方の二次コイル７の二次信号線Ｏ１，Ｏ３、および他方の二次コイル８の二次信号線Ｏ２，Ｏ４は、いずれも入力Ｉ／Ｆ回路１６に接続されている。
【００４６】
ここで、入力Ｉ／Ｆ回路１６は、励磁信号線Ｉ１、Ｉ２からの入力の内、一方の励磁信号線Ｉ２を基準電位として他方の励磁信号線Ｉ１との間の電位差をＩ１Ｉ２信号として出力する。また、二次信号線Ｏ１，Ｏ３からの入力の内、一方の二次信号線Ｏ３を基準電位として他方の二次信号線との間の電位差をＯ１Ｏ３信号として出力する。さらに、二次信号線Ｏ２，Ｏ４からの入力の内、一方の二次信号線Ｏ４を基準電位として他方の二次信号線Ｏ２との間の電位差をＯ２Ｏ４信号として出力する。
【００４７】
励磁信号正負判別回路１７は、Ｉ１Ｉ２信号（励磁信号）を入力して、Ｉ１Ｉ２信号≧０ならば論理’Ｈ’、Ｉ１Ｉ２信号＜０ならば論理’Ｌ’の条件ＲＥＦの信号を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ａは、励磁信号正負判別回路１７の出力である条件ＲＥＦの信号の論理を反転して条件／ＲＥＦの信号として出力する。
【００４８】
Ｏ１Ｏ３信号絶対値演算回路１８は、Ｏ１Ｏ３信号（余弦関数状変調信号）を入力してその絶対値信号（｜Ｏ１Ｏ３信号｜）を出力する。また、Ｏ２Ｏ４信号絶対値演算回路１９は、Ｏ２Ｏ４信号（正弦関数状変調信号）を入力して、このＯ２Ｏ４信号をＡ倍した後、その絶対値信号（｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜）を出力する。ここでＡ＝ｔａｎ３０＝０．５７７３５０である。
【００４９】
信号大小比較回路２２は、これら二つの絶対値信号（｜Ｏ１Ｏ３信号｜，｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜）を共に入力して両信号の大小関係を比較し、｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜ならば論理’Ｈ’、｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜ならば論理’Ｌ’の条件ＡＢＳの信号を出力する。つまり、信号大小比較回路２２は、図８に示した条件を判定していることになる。続いて、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｂは、条件ＡＢＳの信号の論理を反転して条件／ＡＢＳの信号として出力する。
【００５０】
Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０は、Ｏ１Ｏ３信号を入力して、Ｏ１Ｏ３信号≧０ならば論理’Ｈ’を、Ｏ１Ｏ３信号＜０ならば論理’Ｌ’を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｃは、Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０の出力の論理を反転して出力する。同様に、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１は、Ｏ２Ｏ４信号を入力して、Ｏ２Ｏ４信号≧０ならば論理’Ｈ’を、Ｏ２Ｏ４信号＜０ならば論理’Ｌ’を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｄは、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１の出力の論理を反転して出力する。
【００５１】
正負判定ロジック２３は、Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｃ、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｄのそれぞれの出力を入力し、各ＡＮＤ素子２８ａ〜２８ｄによって各入力論理間のＡＮＤをとって次の条件▲１▼〜▲４▼を満たすときに、それぞれ論理’Ｈ’の信号を、条件▲１▼〜▲４▼を満たさないときには論理’Ｌ’を出力する。
【００５２】
すなわち、
条件▲１▼：Ｏ１Ｏ３信号≧０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号≧０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲２▼：Ｏ１Ｏ３信号＜０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号＜０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲３▼：Ｏ１Ｏ３信号＜０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号≧０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲４▼：Ｏ１Ｏ３信号≧０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号＜０のときに論理’Ｈ’を出力
つまり、正負判定ロジック２３は、図５（ａ）または同図（ｂ）に示した条件を判定していることになる。
【００５３】
図１１は第１区間識別回路２４の詳細な構成を示す図である。第１区間識別回路２４は、回転角度を６０度分解で区分した場合の区間θ１（０〜６０度）、区間θ２（６０〜１２０度）、区間θ３（１２０〜１８０度）を識別して当該区間内であるか否かの信号を出力するもので、第１区間識別部３０、第２区間識別部３５、および第３区間識別部４０から構成されている。
【００５４】
そして、これら第１区間識別部３０、第２区間識別部３５、および第３区間識別部４０は、図９に示される区間θ１〜θ３の識別条件を論理回路にて構成したもので、回転角度が当該区間内であれば論理’Ｈ’を、区間外であれば論理’Ｌ’を出力する。
【００５５】
すなわち、第１区間識別部３０は、ＡＮＤ素子３１ａ〜３１ｃおよびＯＲ素子３２により構成され、｛（条件▲１▼、かつ、条件ＲＥＦ）または（条件▲２▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子３１ｃから出力する。
【００５６】
また、第２区間識別部３５は、ＡＮＤ素子３６ａ〜３６ｄおよびＯＲ素子３７ａ，３７ｂより構成され、｛（条件▲３▼、かつ、条件ＲＥＦ）または（条件▲４▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子３６ｃより出力する。また、第２区間識別部３５は、ＯＲ素子３２の出力と条件ＡＢＳとから、｛（条件▲１▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲２▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して結果をＡＮＤ素子３６ｄより出力する。続いて、第２区間識別部３５は、両ＡＮＤ素子３６ｃ，３６ｄの出力のＯＲをとり、その結果をＯＲ素子３７ｂより出力する。
【００５７】
また、第３区間識別部４０は、ＡＮＤ素子４１で構成され、このＡＮＤ素子４１は、ＯＲ素子３７ａの出力と条件／ＡＢＳの信号とのＡＮＤをとり、｛（条件▲３▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲４▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して結果を出力する。
【００５８】
図１２は第２区間識別回路２５の詳細な構成を示す図である。
第２区間識別回路２５は、回転角度を６０度分解で区分した場合の角度区間θ４（１８０〜２４０度）、角度区間θ５（２４０〜３００度）、角度区間θ６（３００〜３６０度）を識別して当該区間内であるか否かの信号を出力するもので、第４区間識別部４５、第５区間識別部５０、および第６区間識別部５５から構成されている。
【００５９】
そして、第４区間識別部４５、第５区間識別部５０、および第６区間識別部５５は、図９に示される区間θ４〜θ６の識別条件を論理回路にて構成されたもので、回転角度が当該区間内であれば論理’Ｈ’を、区間外であれば論理’Ｌ’を出力する。
【００６０】
すなわち、第４区間識別部４５は、ＡＮＤ素子４６ａ〜４６ｃおよびＯＲ素子４７より構成され、｛（条件▲２▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲１▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子４６ｃより出力する。
【００６１】
また、第５区間識別部５０は、ＡＮＤ素子５１ａ〜５１ｄおよびＯＲ素子５２ａ，５２ｂより構成され、｛（条件▲４▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲３▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子５１ｃより出力する。また、第５区間識別部５０は、ＯＲ素子４７の出力と条件ＡＢＳとから、｛（条件▲２▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲１▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して結果をＡＮＤ素子５１ｄより出力する。続いて、第５区間識別部５０は、両ＡＮＤ素子５１ｃ，５１ｄの出力のＯＲをとり、その結果をＯＲ素子５２ｂより出力する。
【００６２】
また、第６区間識別部５５は、ＡＮＤ素子５６で構成され、このＡＮＤ素子５６は、ＯＲ素子５２ａの出力と条件／ＡＢＳのＡＮＤをとり、｛（条件▲４▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲３▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して結果を出力する。
【００６３】
続いて、出力信号生成回路２６は、第１区間識別回路２４および第２区間識別回路２５からの角度区間θ１〜θ６それぞれの範囲内に回転角度が入っているか否かの論理信号を入力して、従来例のホール素子／ホールＩＣを用いた回転角度検出装置を模擬した信号を出力する。
【００６４】
すなわち、出力信号生成回路２６の出力信号は、図１５（ａ）に示したような三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれが電気角度一周期につき１パルスで相互に１２０度ずつの位相差を持つ三つの信号であり、このような三相信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、図１５（ｂ）に示す論理によって、第１区間識別回路２４および第２区間識別回路２５からの角度区間θ１〜θ６を示す信号に基づいて生成される。これにより、電気角度一周期（３６０度）を６０度毎に各区間を区分して検出することができる。
【００６５】
このように、この実施の形態１により、レゾルバ２の励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）、余弦関数状変調信号（Ｏ１Ｏ３信号）、および正弦関数状変調信号（Ｏ２Ｏ４信号）をそれぞれ区間識別手段１５に入力することにより、励磁信号の位相に関わらず時間的に連続して間断なく回転角度の区間を区分して識別することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明の主眼は、これら信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度区間を区分して信号を出力することであり、これを実現するための構成は、この実施の形態１で示したような構成に限られるものではない。すなわち、具体的には、論理素子の組み合わせを別の構成によって実現してもよい。さらには、各信号をアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器によってディジタル化し、マイクロプロセッサに入力してソフトウェア的に処理する構成のものであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の回転角度検出装置においては、次の効果が得られる。
【００６８】
請求項１記載の発明は、角度区間識別手段によって、励磁信号と余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号とを共に入力してこれらの信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度区間を区分するので、従来のような高価複雑なＲ／Ｄ変換ＩＣを用いずに廉価で比較的簡単な構成でもって回転角度区間を区分して識別することが可能となる。しかも、角度センサとして基本的にはレゾルバを使用しているので、熱や振動に対して高い耐性を備えている。
【００６９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、回転角度の区間区分に適合させるための余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間の係数比を１．０対ｔａｎ３０度に設定しているので、回転角度区間を６０度ごとに区分して、設定することができる。これにより、ホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置で得られる回転角度区間識別信号を模擬した信号を、廉価かつ比較的簡単な構成でもって出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの回転角度、励磁信号、および二次信号の各関係を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号）の検波について模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号（Ｏ２Ｏ４信号）の検波について模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の正負による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図６】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の絶対値の大小関係による角度区間識別の条件を求める場合の説明図である。
【図７】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の大小関係による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図８】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の大小関係による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置において、６０度分解での角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置における角度区間識別手段の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の角度区間識別手段における第１区間識別回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０の角度区間識別手段における第２区間識別回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のレゾルバを利用した回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】従来のホール素子を利用した回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】従来のホール素子を利用した回転角度検出装置の出力信号に関する説明図である。
【符号の説明】
１ 回転角度検出装置、２ レゾルバ、３ 励磁回路、５ 励磁コイル、６ ロータ、７，８ 二次コイル、１５ 角度区間識別手段、１６ 入力Ｉ／Ｆ回路、１７ 励磁信号正負判別回路、１８ Ｏ１Ｏ３信号絶対値演算回路、１９ Ｏ２Ｏ４信号絶対値演算回路、２０ Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路、２１ Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路、２２ 信号大小比較回路、２３ 正負判定ロジック、２４ 第１区間識別回路、２５ 第２区間識別回路、２６ 出力信号生成回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置に関し、特には、回転角度区間を明確に区分した信号を得ることができる回転角度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等においては、その駆動源となるモータを制御する上で、モータの回転角度を検出することが必要であり、そのため、従来より、回転角度検出装置が設けられている。
【０００３】
従来のこの種の回転角度検出装置としては、たとえば図１３に示すように、角度センサとしてレゾルバを用いた構成のものがある。ここで、符号２はレゾルバ、３は励磁回路、４はＲ／Ｄ変換ＩＣ（レゾルバ・ディジタル変換半導体集積回路）である。レゾルバ２は、検出対象となるモータ等の回転体の軸に一体に固定されたロータ６に対して、一つの励磁コイル５と互いに直交配置された一対の二次コイル７，８とが設けられている。
【０００４】
この構成の回転角度検出装置において、回転体の回転角度を検出するには、まず、励磁回路３から励磁コイル５に対して周期関数である励磁信号（以下、Ｉ１Ｉ２信号という）を入力して励起し、ロータ６の回転に伴って各二次コイル７，８に誘導される電圧を出力信号として得る。このとき、ロータ６の外径は各二次コイル７，８との間のギャップパーミアンスが正弦波状に変化する形状に予め形成されているため、ロータ６の回転角度θに関して、一方の二次コイル７から出力される二次信号（以下、Ｏ１Ｏ３信号という）は余弦関数状変調信号として、また、他方の二次コイル８から出力される二次信号（以下、Ｏ２Ｏ４信号という）は正弦関数状変調信号としてそれぞれ出力される。
【０００５】
これらのＩ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、それぞれＲ／Ｄ変換ＩＣ４に入力されるので、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４は、これらの信号に基づいて回転角度を逐次復元（デコード）して数値データとして出力する。
【０００６】
また、その他の回転角度検出装置としては、図１４に示すように、角度センサとしてホール素子を用いたものが広く知られている。ここで、９は検出対象となる回転体に一体的に固定された回転磁性体、１０ａはＵ相ホール素子を備えたホールＩＣ、１０ｂはＶ相ホール素子を備えたホールＩＣ、１０ｃはＷ相ホール素子を備えたホールＩＣであり、これらの各ホールＩＣ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、互いに電気角度的に１２０度ずつ位相差をもって配置されている。
【０００７】
この構成の回転角度検出装置は、回転磁性体９による磁束変化を三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれのホールＩＣ１０ａ〜１０ｃにより検出し、各磁束の変化から回転角度を検出する。すなわち、回転磁性体９の回転に伴って、各ホールＩＣ１０ａ〜１０ｃからは、図１５（ａ）に示すように、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれが電気角度一周期につき１パルスで、かつ、相互に１２０度ずつの位相差をもった信号が出力される。そして、図１５（ｂ）に示すように、三相各相の信号の論理（’Ｈ’、’Ｌ’）を組み合わせることにより、電気角度の一周（３６０度）を６０度ごとに分解した各角度区間を個別に検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示したような従来のレゾルバを使用した回転角度検出装置は、レゾルバ２の部分が鉄心のロータ６とコイル５，７，８のみで構成されているので、熱や振動等の影響に対して耐性が高い利点があるものの、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４は回転角度を逐次復元して数値データを出力するものであるので、電気角度一周（３６０度）を６０度ごとに分解して各区間を区分するためには、この数値データを頻繁に読み込んで区間の切り替わりを認識する必要があり、Ｒ／Ｄ変換ＩＣ４の動作周波数が高くなってしまう。
【０００９】
これを補うために、従来、上記ホール素子を利用した回転角度検出装置の三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の信号出力を模擬した信号が得られる機能を付加したＲ／Ｄ変換ＩＣ４も提供されているが、このようなＲ／Ｄ変換ＩＣ４は、ホール素子を利用した回転角度検出装置に比較して相対的に高価であるという問題点がある。
【００１０】
他方、図１４に示したような従来のホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置は、廉価であるものの、特に自動車の内燃機関に近接して配置されるような用途の場合には、周辺温度の上昇に対して耐性が低いという問題点がある。
【００１１】
なお、上記のレゾルバやホール素子を用いた回転角度検出装置以外にも、たとえば、ロータリエンコーダを角度センサとして利用したものもあるが、このようなロータリエンコーダを用いた回転角度検出装置は、振動に対する耐性が低く、そのため、特に自動車等の車両向けに用いる場合には検出精度が悪くなる。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、角度センサとして熱や振動に対する耐性の高いレゾルバを使用しつつ、従来のような高価なＲ／Ｄ変換ＩＣを適用しなくても回転角度の区間を区分した信号が得られる廉価な回転角度検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、回転体に取り付けられるレゾルバに周期関数の励磁信号を入力し、これに応じて前記レゾルバから出力される励磁信号で変調された余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号とに基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記励磁信号、余弦関数状変調信号、および正弦関数状変調信号を共に入力してこれらの信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度を所望の区間に区分した信号を出力する角度区間識別手段を備えており、この角度区間識別手段は、余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間を前記回転角度の区間区分に適合する所定の係数比に設定した上で、前記励磁信号の位相に応じて余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号の正負、および余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値の大小関係による判別条件を切り替えるものであることを特徴としている。これにより、従来のような高価複雑なＲ／Ｄ変換ＩＣを用いずに廉価で比較的簡単な構成でもって励磁信号の位相の如何にかかわらず回転角度を所望の区間に区分した信号を出力することができる。しかも、角度センサとして基本的にレゾルバを使用するため、熱や振動に対して高い耐性を備えている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前記回転角度の区間区分を行うための前記余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間の前記係数比は、１．０対ｔａｎ３０度であることを特徴としている。これにより、回転角度区間を６０度ごとに区分して設定できるので、ホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置で得られる回転角度区間識別信号を模擬した信号を、廉価かつ比較的簡単な構成でもって出力することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図であり、図１３に示した従来のレゾルバを利用した回転角度検出装置と対応する部分には同一の符号を付す。
【００１８】
図１において、符号１は回転角度検出装置の全体を示し、２はレゾルバ、３は励磁回路、５は励磁コイル、６はロータ、７，８はそれぞれ二次コイル、１５は角度区間識別手段である。
【００１９】
この実施の形態１の回転角度検出装置１は、角度区間識別手段１５を備える点を除けば、その他の構成は図１３に示した従来のレゾルバを使用した回転角度検出装置と同一構成であるので、角度区間識別手段１５を除いた部分の構成に関しては、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２０】
次に、上記の角度区間識別手段１５の構成について説明を加える前に、この角度区間識別手段１５において回転体の回転角度区間を識別する上での基本的な考え方について述べる。
【００２１】
従来の場合と同様に、励磁回路３から励磁コイル５に周期的な励磁信号であるＩ１Ｉ２信号を入力して励起することで、これに応じて一方の二次コイル７からは余弦関数状変調信号であるＯ１Ｏ３信号が、また、他方の二次コイル８からは正弦関数状変調信号であるＯ２Ｏ４信号がそれぞれ出力される。そして、これらのＩ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、いずれも角度区間識別手段１５に入力されることになる。
【００２２】
ここで、Ｉ１Ｉ２信号、Ｏ１Ｏ３信号、およびＯ２Ｏ４信号は、回転角度の変化に伴って模式的に図２に示されるように変化する。すなわち、図２（ａ）は回転角度θであり、ここでは一定の回転速度で回転角度が単調に増加していく場合を示している。また、図２（ｂ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）の波形であり、ここでは、次の数式（１）で示されるように、周波数ｆｒｅｆ［Ｈｚ］、振幅Ｅ［Ｖ］の矩形波の場合を示している。ただし、励磁信号の波形はこのような矩形波に限られるものでなく、正弦波やその他の周期関数であってもよい。
【数１】
図２（ｃ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）によって一方の二次コイル７に誘起される余弦関数状変調信号であるＯ１Ｏ３信号の波形図である。この信号波形は、次の（２）式で表される。ただし、Ｋは励磁信号に対する変圧比である。
Ｏ１Ｏ３信号＝Ｋ・Ｅ・ｆ（２πｆｒｅｆ・ｔ）・ｃｏｓθ （２）
【００２４】
図２（ｄ）は励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）によって他方の二次コイル８に誘起される正弦関数状変調信号であるＯ２Ｏ４信号の波形図である。この信号波形は次の（３）式で表される。ただし、Ｋは励磁信号に対する変圧比である。
Ｏ２Ｏ４信号＝Ｋ・Ｅ・ｆ（２πｆｒｅｆ・ｔ）・ｓｉｎθ （３）
【００２５】
ここで、二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）から搬送波である励磁信号成分を取り除く検波の過程において、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の状態で二次信号を捉える場合を励磁信号位相が０〜１８０度における検波、励磁信号が負の状態で二次信号を捉える場合を励磁信号位相が１８０〜３６０度における検波としてそれぞれ定義し、両者を分離して考える。
【００２６】
いま、上記二つの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）から回転角度情報を復元するに際して、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正負それぞれの状態で二次信号を捉えると、図３および図４に示されるように信号波形は異なった形となる。
【００２７】
すなわち、Ｏ１Ｏ３信号に関しては、励磁信号が正（つまり、励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、図３（ａ）で示されるように、Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθの波形となり、励磁信号が負（つまり、励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合には、図３（ｂ）で示されるように、−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθの波形となる。
【００２８】
一方、Ｏ２Ｏ４信号に関しては、励磁信号が正（つまり、励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、図４（ａ）で示されるように、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθの波形となり、励磁信号が負である場合（励磁信号位相が１８０〜３６０度）には、図４（ｂ）で示されるように、−Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθの波形となる。
【００２９】
このように、励磁信号の正負に対してＯ１Ｏ３信号、Ｏ２Ｏ４信号は、いずれも（励磁信号が正での変調信号）＝（−１）×（励磁信号が負での変調信号）の関係がある。
【００３０】
ここで、回転角度の区間に対する二次信号の正負に着目すると、Ｏ１Ｏ３信号に関しては、図３（ａ），（ｂ）のいずれの場合にも、９０度と２７０度において符号が切り替わる。すなわち、励磁信号が正（励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、検波後のＯ１Ｏ３信号は０〜９０度、および２７０〜３６０度の範囲で正、９０〜２７０度の範囲で負となる。また、励磁信号が負（励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合にはＯ１Ｏ３信号の符号はこの逆となる。
【００３１】
一方、Ｏ２Ｏ４信号に関しては、図４（ａ），（ｂ）のいずれの場合にも、０度と１８０度において符号が切り替わる。すなわち、励磁信号が正（励磁信号位相が０〜１８０度）の場合には、Ｏ２Ｏ４信号は０〜１８０度の範囲で正、１８０〜３６０度の範囲で負となる。励磁信号が負（励磁信号位相が１８０〜３６０度）の場合にはＯ２Ｏ４信号の符号はこの逆となる。
【００３２】
以上のことを整理すると、図５に示されるように、２つの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号およびＯ２Ｏ４信号）の正負の関係を組み合わせることによって回転角度区間を０〜９０度、９０〜１８０度、１８０〜２７０度、２７０〜３６０度と９０度分解で区分することができる。つまり、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の場合には、図５（ａ）で示される条件により、また、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が負の場合には、図５（ｂ）で示す条件によって、回転角度を９０度毎に分解して識別することでできる。
【００３３】
次に、Ｏ１Ｏ３信号（＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ）と、Ｏ２Ｏ４信号に所定係数Ａを掛けた信号（＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ）の各々の絶対値をとって両信号の大小を比較し、これらの大小関係から回転角度を区分することを考える。
【００３４】
図６に示すように、Ｏ１Ｏ３信号（＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ）の絶対値の波形は、図中実線で示すように変化する。すなわち、角度θが−９０〜９０度ではＫ・Ｅ・ｃｏｓθ、９０〜２７０度では−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ、２７０〜４５０度ではＫ・Ｅ・ｃｏｓθという値をとる。
【００３５】
また、Ｏ２Ｏ４信号をＡ倍した信号（＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ）の絶対値の波形は、図中破線で示すように変化する。すなわち、角度θが−１８０〜０度では−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ、０〜１８０度ではＡ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ、１８０〜３６０度では−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθという値をとる。
【００３６】
次に、Ｏ１Ｏ３信号の絶対値｜Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ｜の波形と、Ｏ２Ｏ４信号をＡ倍した信号の絶対値｜Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ｜の波形との交点を考える。
０〜９０度、１８０〜２７０度、３６０〜４５０度、…の各角度区間での交点を求める場合には、次の関係式が成立する。
Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ＝Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ
よって、
Ａ＝ｃｏｔθ＝ｔａｎ｛９０×（２ｎ＋１）−θ｝ （４）
したがって、上記（４）式を満たす角度θが交点となる。特に、Ａ＝１のときには、θ＝４５，２２５，４０５，…となる。
【００３７】
また、−９０〜０度、９０〜１８０度、２７０〜３６０度、…の各角度区間での交点を求める場合には、次の関係式が成立する。
Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ＝−Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ
よって、
Ａ＝−ｃｏｔθ＝ｔａｎ｛９０×（２ｎ＋１）＋θ） （５）
したがって、上記（５）式を満たす角度θが交点となる。特に、Ａ＝１のときには、θ＝−４５，１３５，３１５，…となる。
【００３８】
そして、０〜９０度の角度区間において両信号が交差する交点の回転角度θ＝αとすると、図６から分かるように、次の関係が得られる。すなわち、
（１） 回転角度区間が−α〜α度、または（１８０−α）〜（１８０＋α）度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜
（２） 回転角度区間がα〜（１８０−α）度、または（１８０＋α）〜（３６０−α）度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜
ここに、
Ａ＝ｔａｎ（９０−α）
である。
【００３９】
したがって、｜Ｋ・Ｅ・ｃｏｓθ｜と、｜Ａ・Ｋ・Ｅ・ｓｉｎθ｜との大小を比較することにより、励磁信号の正負にかかわらず、図７に示すように回転角度区間を区分して識別することができる。
【００４０】
特に、いま、α＝６０度と定める場合には、Ａ＝ｔａｎ（９０−６０）＝ｔａｎ３０＝０．５７７３５０であり、このときの回転角度区間の識別は、図８に示されるものとなる。すなわち、
（１） 回転角度区間が−６０〜６０度、または１２０〜２４０度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜
（２） 回転角度区間が６０〜１２０度、または２４０〜３００度のとき
｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜
【００４１】
以上のように、二次信号の正負の条件（図５参照）、および大小関係（図８参照）に基づく回転角度区間の識別を組み合わせることにより、回転角度を０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度というように６０度毎に区分して識別することが可能となる。つまり、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が正の場合には、図５（ａ）に示す条件と図８に示す条件とを組み合わせることにより、また、励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）が負の場合には、図５（ｂ）に示す条件と図８に示す条件とを組み合わせることにより、それぞれ６０度単位で角度区間を識別することができる。
【００４２】
すなわち、具体的には、
（１） 回転角度区間θ１＝０〜６０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す０〜９０度の区分条件と、図８に示す−６０〜６０度の区分条件の組み合わせ
（２） 回転角度区間θ２＝６０〜１２０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す０〜９０度、および９０〜１８０度の区分条件と、図８に示す６０〜１２０度の区分条件の組み合わせ
（３） 回転角度区間θ３＝１２０〜１８０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す９０〜１８０度の区分条件と、図８に示す１２０〜２４０度の区分条件の組み合わせ
（４） 回転角度区間θ４＝１８０〜２４０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す１８０〜２７０度の区分条件と、図８に示す１２０〜２４０度の区分条件の組み合わせ
（５） 回転角度区間θ５＝２４０〜３００度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す１８０〜２７０度、および２７０〜３６０度の区分条件と、図８に示す２４０〜３００度の区分条件の組み合わせ
（６） 回転角度区間θ６＝３００〜３６０度の識別
図５（ａ）または（ｂ）に示す２７０〜３６０度の区分条件と、図８に示す−６０〜６０度の区分条件の組み合わせ
以上の（１）〜（６）の各条件を整理すると、図９に示されるような関係となる。
【００４３】
図１０は、この実施の形態１における角度区間識別手段１５の具体的な構成を示すブロック図である。
この実施の形態１における角度区間識別手段１５は、図９に示される条件を全て満たすように論理回路を構成したものであって、この角度区間識別手段１５からは回転角度を６０度分解で区分した角度区分信号が出力されるようになっている。
【００４４】
図１０において、符号１６は入力Ｉ／Ｆ回路、１７は励磁信号正負判別回路、１８はＯ１Ｏ３信号絶対値演算回路、１９はＯ２Ｏ４信号絶対値演算回路、２０はＯ１Ｏ３信号正負判別回路、２１はＯ２Ｏ４信号正負判別回路、２２は信号大小比較回路、２３は正負判定ロジック、２４は第１区間識別回路、２５は第２区間識別回路、２６は出力信号生成回路、２７ａ〜２７ｄはＩＮＶ（論理反転）素子、２８ａ〜２８ｄはＡＮＤ素子である。
【００４５】
そして、励磁回路３からの励磁信号線Ｉ１、Ｉ２は、レゾルバ２の励磁コイル５に接続されるとともに、入力Ｉ／Ｆ回路１６にも接続されている。また、レゾルバ２の一方の二次コイル７の二次信号線Ｏ１，Ｏ３、および他方の二次コイル８の二次信号線Ｏ２，Ｏ４は、いずれも入力Ｉ／Ｆ回路１６に接続されている。
【００４６】
ここで、入力Ｉ／Ｆ回路１６は、励磁信号線Ｉ１、Ｉ２からの入力の内、一方の励磁信号線Ｉ２を基準電位として他方の励磁信号線Ｉ１との間の電位差をＩ１Ｉ２信号として出力する。また、二次信号線Ｏ１，Ｏ３からの入力の内、一方の二次信号線Ｏ３を基準電位として他方の二次信号線との間の電位差をＯ１Ｏ３信号として出力する。さらに、二次信号線Ｏ２，Ｏ４からの入力の内、一方の二次信号線Ｏ４を基準電位として他方の二次信号線Ｏ２との間の電位差をＯ２Ｏ４信号として出力する。
【００４７】
励磁信号正負判別回路１７は、Ｉ１Ｉ２信号（励磁信号）を入力して、Ｉ１Ｉ２信号≧０ならば論理’Ｈ’、Ｉ１Ｉ２信号＜０ならば論理’Ｌ’の条件ＲＥＦの信号を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ａは、励磁信号正負判別回路１７の出力である条件ＲＥＦの信号の論理を反転して条件／ＲＥＦの信号として出力する。
【００４８】
Ｏ１Ｏ３信号絶対値演算回路１８は、Ｏ１Ｏ３信号（余弦関数状変調信号）を入力してその絶対値信号（｜Ｏ１Ｏ３信号｜）を出力する。また、Ｏ２Ｏ４信号絶対値演算回路１９は、Ｏ２Ｏ４信号（正弦関数状変調信号）を入力して、このＯ２Ｏ４信号をＡ倍した後、その絶対値信号（｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜）を出力する。ここでＡ＝ｔａｎ３０＝０．５７７３５０である。
【００４９】
信号大小比較回路２２は、これら二つの絶対値信号（｜Ｏ１Ｏ３信号｜，｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜）を共に入力して両信号の大小関係を比較し、｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜≧｜Ｏ１Ｏ３信号｜ならば論理’Ｈ’、｜Ｏ２Ｏ４信号×Ａ｜＜｜Ｏ１Ｏ３信号｜ならば論理’Ｌ’の条件ＡＢＳの信号を出力する。つまり、信号大小比較回路２２は、図８に示した条件を判定していることになる。続いて、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｂは、条件ＡＢＳの信号の論理を反転して条件／ＡＢＳの信号として出力する。
【００５０】
Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０は、Ｏ１Ｏ３信号を入力して、Ｏ１Ｏ３信号≧０ならば論理’Ｈ’を、Ｏ１Ｏ３信号＜０ならば論理’Ｌ’を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｃは、Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０の出力の論理を反転して出力する。同様に、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１は、Ｏ２Ｏ４信号を入力して、Ｏ２Ｏ４信号≧０ならば論理’Ｈ’を、Ｏ２Ｏ４信号＜０ならば論理’Ｌ’を出力する。また、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｄは、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１の出力の論理を反転して出力する。
【００５１】
正負判定ロジック２３は、Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路２０、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｃ、Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路２１、ＩＮＶ（論理反転）素子２７ｄのそれぞれの出力を入力し、各ＡＮＤ素子２８ａ〜２８ｄによって各入力論理間のＡＮＤをとって次の条件▲１▼〜▲４▼を満たすときに、それぞれ論理’Ｈ’の信号を、条件▲１▼〜▲４▼を満たさないときには論理’Ｌ’を出力する。
【００５２】
すなわち、
条件▲１▼：Ｏ１Ｏ３信号≧０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号≧０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲２▼：Ｏ１Ｏ３信号＜０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号＜０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲３▼：Ｏ１Ｏ３信号＜０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号≧０のときに論理’Ｈ’を出力
条件▲４▼：Ｏ１Ｏ３信号≧０、かつ、Ｏ２Ｏ４信号＜０のときに論理’Ｈ’を出力
つまり、正負判定ロジック２３は、図５（ａ）または同図（ｂ）に示した条件を判定していることになる。
【００５３】
図１１は第１区間識別回路２４の詳細な構成を示す図である。第１区間識別回路２４は、回転角度を６０度分解で区分した場合の区間θ１（０〜６０度）、区間θ２（６０〜１２０度）、区間θ３（１２０〜１８０度）を識別して当該区間内であるか否かの信号を出力するもので、第１区間識別部３０、第２区間識別部３５、および第３区間識別部４０から構成されている。
【００５４】
そして、これら第１区間識別部３０、第２区間識別部３５、および第３区間識別部４０は、図９に示される区間θ１〜θ３の識別条件を論理回路にて構成したもので、回転角度が当該区間内であれば論理’Ｈ’を、区間外であれば論理’Ｌ’を出力する。
【００５５】
すなわち、第１区間識別部３０は、ＡＮＤ素子３１ａ〜３１ｃおよびＯＲ素子３２により構成され、｛（条件▲１▼、かつ、条件ＲＥＦ）または（条件▲２▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子３１ｃから出力する。
【００５６】
また、第２区間識別部３５は、ＡＮＤ素子３６ａ〜３６ｄおよびＯＲ素子３７ａ，３７ｂより構成され、｛（条件▲３▼、かつ、条件ＲＥＦ）または（条件▲４▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子３６ｃより出力する。また、第２区間識別部３５は、ＯＲ素子３２の出力と条件ＡＢＳとから、｛（条件▲１▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲２▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して結果をＡＮＤ素子３６ｄより出力する。続いて、第２区間識別部３５は、両ＡＮＤ素子３６ｃ，３６ｄの出力のＯＲをとり、その結果をＯＲ素子３７ｂより出力する。
【００５７】
また、第３区間識別部４０は、ＡＮＤ素子４１で構成され、このＡＮＤ素子４１は、ＯＲ素子３７ａの出力と条件／ＡＢＳの信号とのＡＮＤをとり、｛（条件▲３▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲４▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して結果を出力する。
【００５８】
図１２は第２区間識別回路２５の詳細な構成を示す図である。
第２区間識別回路２５は、回転角度を６０度分解で区分した場合の角度区間θ４（１８０〜２４０度）、角度区間θ５（２４０〜３００度）、角度区間θ６（３００〜３６０度）を識別して当該区間内であるか否かの信号を出力するもので、第４区間識別部４５、第５区間識別部５０、および第６区間識別部５５から構成されている。
【００５９】
そして、第４区間識別部４５、第５区間識別部５０、および第６区間識別部５５は、図９に示される区間θ４〜θ６の識別条件を論理回路にて構成されたもので、回転角度が当該区間内であれば論理’Ｈ’を、区間外であれば論理’Ｌ’を出力する。
【００６０】
すなわち、第４区間識別部４５は、ＡＮＤ素子４６ａ〜４６ｃおよびＯＲ素子４７より構成され、｛（条件▲２▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲１▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子４６ｃより出力する。
【００６１】
また、第５区間識別部５０は、ＡＮＤ素子５１ａ〜５１ｄおよびＯＲ素子５２ａ，５２ｂより構成され、｛（条件▲４▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲３▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して、その結果をＡＮＤ素子５１ｃより出力する。また、第５区間識別部５０は、ＯＲ素子４７の出力と条件ＡＢＳとから、｛（条件▲２▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲１▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件ＡＢＳを論理演算して結果をＡＮＤ素子５１ｄより出力する。続いて、第５区間識別部５０は、両ＡＮＤ素子５１ｃ，５１ｄの出力のＯＲをとり、その結果をＯＲ素子５２ｂより出力する。
【００６２】
また、第６区間識別部５５は、ＡＮＤ素子５６で構成され、このＡＮＤ素子５６は、ＯＲ素子５２ａの出力と条件／ＡＢＳのＡＮＤをとり、｛（条件▲４▼、かつ、条件ＲＥＦ）、または、（条件▲３▼、かつ、条件／ＲＥＦ）｝、かつ、条件／ＡＢＳを論理演算して結果を出力する。
【００６３】
続いて、出力信号生成回路２６は、第１区間識別回路２４および第２区間識別回路２５からの角度区間θ１〜θ６それぞれの範囲内に回転角度が入っているか否かの論理信号を入力して、従来例のホール素子／ホールＩＣを用いた回転角度検出装置を模擬した信号を出力する。
【００６４】
すなわち、出力信号生成回路２６の出力信号は、図１５（ａ）に示したような三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）それぞれが電気角度一周期につき１パルスで相互に１２０度ずつの位相差を持つ三つの信号であり、このような三相信号（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、図１５（ｂ）に示す論理によって、第１区間識別回路２４および第２区間識別回路２５からの角度区間θ１〜θ６を示す信号に基づいて生成される。これにより、電気角度一周期（３６０度）を６０度毎に各区間を区分して検出することができる。
【００６５】
このように、この実施の形態１により、レゾルバ２の励磁信号（Ｉ１Ｉ２信号）、余弦関数状変調信号（Ｏ１Ｏ３信号）、および正弦関数状変調信号（Ｏ２Ｏ４信号）をそれぞれ区間識別手段１５に入力することにより、励磁信号の位相に関わらず時間的に連続して間断なく回転角度の区間を区分して識別することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明の主眼は、これら信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度区間を区分して信号を出力することであり、これを実現するための構成は、この実施の形態１で示したような構成に限られるものではない。すなわち、具体的には、論理素子の組み合わせを別の構成によって実現してもよい。さらには、各信号をアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器によってディジタル化し、マイクロプロセッサに入力してソフトウェア的に処理する構成のものであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の回転角度検出装置においては、次の効果が得られる。
【００６８】
請求項１記載の発明は、角度区間識別手段によって、励磁信号と余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号とを共に入力してこれらの信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度区間を区分するので、従来のような高価複雑なＲ／Ｄ変換ＩＣを用いずに廉価で比較的簡単な構成でもって回転角度区間を区分して識別することが可能となる。しかも、角度センサとして基本的にはレゾルバを使用しているので、熱や振動に対して高い耐性を備えている。
【００６９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、回転角度の区間区分に適合させるための余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間の係数比を１．０対ｔａｎ３０度に設定しているので、回転角度区間を６０度ごとに区分して、設定することができる。これにより、ホール素子を角度センサとして利用した回転角度検出装置で得られる回転角度区間識別信号を模擬した信号を、廉価かつ比較的簡単な構成でもって出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの回転角度、励磁信号、および二次信号の各関係を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号（Ｏ１Ｏ３信号）の検波について模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号（Ｏ２Ｏ４信号）の検波について模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の正負による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図６】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の絶対値の大小関係による角度区間識別の条件を求める場合の説明図である。
【図７】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の大小関係による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図８】本発明の回転角度検出装置において、レゾルバの二次信号の大小関係による角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置において、６０度分解での角度区間識別条件の一覧を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る回転角度検出装置における角度区間識別手段の具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の角度区間識別手段における第１区間識別回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０の角度区間識別手段における第２区間識別回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のレゾルバを利用した回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】従来のホール素子を利用した回転角度検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】従来のホール素子を利用した回転角度検出装置の出力信号に関する説明図である。
【符号の説明】
１ 回転角度検出装置、２ レゾルバ、３ 励磁回路、５ 励磁コイル、６ ロータ、７，８ 二次コイル、１５ 角度区間識別手段、１６ 入力Ｉ／Ｆ回路、１７ 励磁信号正負判別回路、１８ Ｏ１Ｏ３信号絶対値演算回路、１９ Ｏ２Ｏ４信号絶対値演算回路、２０ Ｏ１Ｏ３信号正負判別回路、２１ Ｏ２Ｏ４信号正負判別回路、２２ 信号大小比較回路、２３ 正負判定ロジック、２４ 第１区間識別回路、２５ 第２区間識別回路、２６ 出力信号生成回路。
Claims (2)
- 回転体に取り付けられるレゾルバに周期関数の励磁信号を入力し、これに応じて前記レゾルバから出力される励磁信号で変調された余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号とに基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記励磁信号、余弦関数状変調信号、および正弦関数状変調信号を共に入力してこれらの信号の正負および大小関係による判別条件に基づいて回転角度を所望の区間に区分した信号を出力する角度区間識別手段を備えており、この角度区間識別手段は、余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間を前記回転角度の区間区分に適合する所定の係数比に設定した上で、前記励磁信号の位相に応じて余弦関数状変調信号と正弦関数状変調信号の正負、および余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値の大小関係による判別条件を切り替えるものであることを特徴とする回転角度検出装置。
- 前記回転角度の区間区分を行うための前記余弦関数状変調信号の絶対値と正弦関数状変調信号の絶対値との間の前記係数比は、１．０対ｔａｎ３０度であることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
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