JP5762622B2 - 角度検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、角度検出装置に関するものである。

レゾルバは機械的に堅牢であり、耐環境性に優れるため回転機の回転角度の検出に広く用いられている。しかしながら、通常、レゾルバにはロータの偏心による誤差や差動増幅器の温度ドリフトによる誤差等により、これらの誤差が算出した角度の誤差となって現れる。これに対し、特許文献１では、レゾルバの正弦信号と余弦信号の中点補正値を予めEEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等に記憶している。又は、特許文献１では、正弦信号及び余弦信号の山の値と谷の値を読み取り、この山の値と谷の値との中点と予め定められた所定の中点の値との差から中点補正値を求め、それを正弦信号と余弦信号に加算して補正を施し、補正された正弦信号及び余弦信号から回転機の角度を算出している。

特許文献２では、レゾルバにおいて検出された信号から角度信号を検出し、検出した角度信号から速度信号を検出する。レゾルバの誤差波形がレゾルバ固有の決められたｎ次成分から構成されていること、及び、再現性があることを利用して、角度誤差推定器において、検出された誤差を含む角度信号から生成した誤差を含む速度信号の高周波成分を周波数変換、たとえば、フーリエ変換して複数に分割した各成分ごとの誤差の大きさを算出し、算出した誤差を合成して検出誤差を復元した誤差波形信号を生成する。角度信号補正回路において、この誤差波形信号を用いてレゾルバで検出した誤差を含む角度信号を補正している。

特開２００８−２７３４７８号公報 特開２００９−１５６８５２号公報

特許文献１に記載の従来の角度検出装置は、中点誤差(オフセット)を補正することで中点誤差に起因して生ずる、レゾルバにおいて検出された角度信号の回転機の回転角度に対する角度誤差のうち、角度信号の電気角周波数成分を補正できるが(以下、角度信号の電気角周波数を1fと略し、角度信号の電気角周波数成分を1f角度誤差と略す)、正弦信号と余弦信号に1fの2倍の周波数成分が含まれることに起因する1f角度誤差を補正することはできない。

また、特許文献２に記載の従来の角度検出装置は、角度誤差推定器において算出された誤差波形信号は交流量である。従って、回転機が高速で回転するにつれて誤差波形信号の周波数も高くなるため、角度誤差推定器の算出に無駄時間があると誤差波形信号に位相ずれが発生し、誤差を正確に補正できないので、角度誤差推定器の演算速度を短くする必要があり、マイコンの処理負荷が高くなるといった課題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、正弦信号と余弦信号にそれらの基本波成分の２倍の周波数成分が含まれている場合においても、角度信号に含まれる1f角度誤差を補正することが可能な角度検出装置を得るものである。

この発明に係わる角度検出装置は、角度検出器から得られる正弦信号と余弦信号から回転機の角度信号を演算する角度検出装置において、前記角度信号から前記正弦信号と前記余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、演算した前記正弦信号のオフセット補正値を前記正弦信号に加算して前記正弦信号を補正し、演算した前記余弦信号のオフセット補正値を前記余弦信号に加算して前記余弦信号を補正するようにしたものであって、前記角度信号からその電気角周波数成分の周波数より低い周波数成分を除去し、前記電気角周波数成分の周波数以上の周波数成分を抽出した角度誤差Δθを用いて、前記角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分から前記正弦信号のオフセット補正値を求め、それを前記正弦信号に加算し、前記角度誤差Δθの正弦成分から前記余弦信号のオフセット補正値を求め、それを前記余弦信号に加算して、前記正弦信号と前記余弦信号を補正するようにしたものである。

この発明の角度検出装置によれば、角度信号から正弦信号と余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、正弦信号と余弦信号を補正するので、正弦信号と余弦信号の中点誤差が存在する場合に加えて、正弦信号と余弦信号にそれらの基本波成分の２倍の周波数成分が含まれている場合においても1f角度誤差（角度信号の電気角周波数成分）を補正することが可能となる。さらに、オフセット補正値は直流量のため、回転機が高速で回転する場合においても低い制御応答での補正値演算が実現可能となり、耐ノイズ性が向上し、演算速度の低い中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）が使用可能となる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１における角度検出装置の構成を示すブロック図である。 図１のレゾルバの各コイルの信号波形をそれぞれ示す波形図である。 実施の形態１におけるオフセット補正値演算手段の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１において、正弦信号には一定値のオフセット誤差を与えている場合における、正弦信号，余弦信号,角度信号，角度誤差を示す波形図である。 実施の形態１において、余弦信号には一定値のオフセット誤差を与えている場合における、正弦信号，余弦信号,角度信号，角度誤差を示す波形図である。 速度信号ω_rと平均速度[ω_r]を示す図である。 実施の形態１において、正弦信号及び余弦信号に1f角度誤差の２倍の周波数成分を与えている場合における、正弦信号，余弦信号,角度信号，角度誤差を示す波形図である。 実施の形態２におけるオフセット補正値演算手段の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３におけるオフセット補正値演算手段の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態４におけるオフセット補正値演算手段の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３の構成において、積分器のリセット値αを０度とした場合に、速度信号が回転機の速度に対してオフセット誤差を生じた時の図９各部の計算波形を示す波形図である。 実施の形態４の構成において、速度信号が回転機の速度に対してオフセット誤差を生じた場合の図１０各部の計算波形を示す波形図である。 回転機の速度変化の周波数と1f角度誤差との関係を示すボード線図である。 実施の形態５におけるオフセット補正値演算手段の内部構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における角度検出装置の構成を示すブロック図である。図において、レゾルバ１は、励磁コイル２と、回転機の角度の正弦を検出する正弦検出コイル３と、回転機の角度の余弦を検出する余弦検出コイル４とから構成されている。励磁コイル２を図２（ａ）に示す交流信号で駆動することにより、正弦検出コイル３の出力端には、図２（ｂ）に示す回転機の角度の正弦にて振幅変調された信号が出力され、余弦検出コイル４の出力端には、図２（ｃ）に示す回転機の角度の余弦にて振幅変調された信号が出力される。ここで、図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）の横軸は時間軸（時間ｔ）を示し、レゾルバの角度１周期間を表している。縦軸は各信号の振幅を示している。

次に、レゾルバ１から出力される信号の処理方法について述べる。図１において、レゾルバ１の励磁コイル２は、励磁回路５により図２（ａ）に示した交流信号により駆動される。レゾルバ１の正弦検出コイル３の両出力端間の電圧、及び余弦検出コイル４の両出力端間の電圧を差動増幅器６で差動増幅し、角度算出手段７に出力する。角度算出手段７は、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）に丸印で示した正弦値と余弦値のピーク点、即ち、差動増幅器６で検出された正弦値と余弦値のピーク点をＡ／Ｄ変換器８にてＡ／Ｄ変換し、このピーク点を連ねた信号列から、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）に太線で示す、正弦信号、及び余弦信号を得る。Ａ／Ｄ変換器８の出力である正弦信号及び余弦信号と、正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを加算器９に入力する。加算器９では、正弦信号と正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓを加算し、余弦信号と余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを加算する。そして、角度算出器１０では、正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓが加算された正弦信号及び余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃが加算された余弦信号を入力し角度信号θｒを算出する。オフセット補正値演算手段１１では角度信号θｒに基づいて正弦信号と余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ、ｅ_ｃをそれぞれ算出する。

次に、オフセット補正値演算手段１１について述べる。図３は実施の形態１におけるオフセット補正値演算手段１１の内部構成を示すブロック図である。微分器２１は角度信号θｒに対して微分演算を行い、速度信号ω_ｒを算出する。ここで、ｓはラプラス演算子を表す記号である。ローパスフィルタ２２は、速度信号ω_rに対して時定数Ｔ_１より高い周波数成分が除去された速度信号ω_０を出力する。時定数Ｔ_１は、角度信号の電気角周波数、即ち1f角度誤差の周波数を遮断する値に設定する。よって、速度信号ω_０は角度信号の電気角周波数以上の周波数成分が遮断されている。

オフセット補正値演算部８５は、入力された角度信号θｒと速度信号ω_０に基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓと、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを出力する。積分器２３は、速度信号ω_０を積分し角度信号θ_０を出力する。ここで、角度信号θ_０は角度信号θｒを参照し、角度信号θｒが予め設定された基準角度α度を通過すると、角度信号θ_０は角度信号θｒの値にリセットされる機能を含んでいる。このように、角度信号θ_０は速度信号ω_０を積分したものであるため、角度信号θｒに対して角度信号の電気角周波数以上の周波数成分が除去された角度信号である。減算器２４は、角度信号θｒより角度信号θ_０を減算し、角度信号θｒの電気角周波数より低い周波数成分が除去された角度誤差Δθを算出する。

この構成にすることによって、一般的に回転機の速度変化の周波数は1f角度誤差よりも低いことが多いので、角度信号θｒより回転機の速度変化の影響を除去して角度誤差Δθを抽出できるので、精度良くオフセット補正値を演算することが可能となる。ゲイン２５は、角度誤差Δθを入力すると、角度誤差Δθを−１で乗算した角度誤差の符号反転値−Δθを出力する。遅延器２６，２７において、ｚはｚ変換を表す演算子を表し、遅延器２６，２７はオフセット補正値演算手段１１の１演算周期前に入力された信号を出力する。

スイッチ２８は、２つの入力Ａ，Ｂを持ち、角度信号θ_０が０度近傍を通過したと判定された場合、入力Ａ(角度誤差の符号反転値−Δθ)を出力し、それ以外の時は入力Ｂ(スイッチ２８の出力の１演算周期前の値)を出力する。よって、スイッチ２８の出力は、角度信号θ_０が０度近傍を通過した時の角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０を出力し、再度角度信号が０度近傍を通過する都度、更新される。実施の形態１に記載のスイッチ２８の出力は、角度信号θ_０が０度近傍を通過した時の角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０を出力するようにするが、角度信号θ_０が１８０度近傍を通過したと判定された場合、入力Ａ(角度誤差Δθ)を出力し、それ以外の時は入力Ｂ(スイッチ２８の出力の１演算周期前の値)を出力し、積分器３０に入力する構成とするようにしても良い。

この場合、スイッチ２８の出力は、角度信号θ_０が１８０度近傍を通過した時の角度誤差Δθ_ｅ１８０を出力し、角度信号が１８０度近傍を通過する都度更新される。或いは、スイッチ２８より角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０及び角度誤差Δθ_ｅ１８０をそれぞれ出力し、それらの平均値Δθ_{ｅ０−１８０}を求めて積分器３０に入力する構成としても良い。

スイッチ２９は、２つの入力Ａ，Ｂを持ち、角度信号θ_０が９０度近傍を通過したと判定された場合、入力Ａ(角度誤差Δθ)を出力し、それ以外の時は入力Ｂ(スイッチ２９の出力の１演算周期前の値)を出力する。よって、スイッチ２９の出力は、角度信号θ_０が９０度近傍を通過した時の角度誤差のΔθ_ｅ９０を出力し、角度信号が９０度近傍を通過する都度、更新される。

実施の形態１に記載のスイッチ２９の出力は、角度信号θ_０が９０度近傍を通過した時の角度誤差Δθ_ｅ９０を出力するようにしているが、角度信号θ_０が２７０度近傍を通過したと判定された場合、入力Ａ(角度誤差の符号反転値―Δθ)を出力し、それ以外の時は入力Ｂ(スイッチ２９の出力の１演算周期前の値)を出力し、積分器３１に入力する構成としても良い。この場合、スイッチ２９の出力は、角度信号θ_０が２７０度近傍を通過した時の角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ２７０を出力し、角度信号が２７０度近傍を通過する都度、更新される。或いは、スイッチ２９より角度誤差Δθ_ｅ９０及び角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ２７０をそれぞれ出力し、それらの平均値Δθ_{ｅ９０−２７０}を求めて積分器３１に入力する構成としても良い。

積分器３０は、角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０を積分出力した値を正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓとして出力する。同様に、積分器３１は、角度誤差Δθ_ｅ９０を積分出力した値を余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃとして出力する。ここで、Ｋはフィードバックゲインであり、これを調整することによって、角度信号θｒから正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃの演算応答を調整する。

次に、この発明のオフセット補正値の演算について説明する。図４の一段目は回転機が一定速度で回転している時の正弦信号、二段目は余弦信号、三段目は角度信号θｒ[度]、四段目は角度誤差Δθ[度]の波形であり、横軸は時刻ｔ[sec]である。ここで、正弦信号には一定値のオフセット誤差を与えている。一方、余弦信号のオフセット誤差は０としている。この場合、角度信号θｒに余弦信号とほぼ同相の1f角度誤差が生ずる。前記、スイッチ２８の出力は、角度信号θ_０が０度近傍を通過した時の角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０を出力するので、角度誤差Δθの余弦成分に相当する。

図５は、図４に対して、余弦信号に一定値のオフセット誤差を与え、正弦信号のオフセット誤差は０とした場合の波形である。この場合、角度信号θｒに正弦信号とほぼ逆相の1ｆ角度誤差が生ずる。前記スイッチ２９の出力は、角度信号θ_０が９０度近傍を通過した時の角度誤差がΔθ_ｅ９０であり、角度誤差の符号反転値−Δθの正弦成分に相当する。図４、図５の関係を見て判るように、正弦信号のオフセット誤差は角度誤差Δθの余弦成分となり、余弦信号のオフセット誤差は角度誤差の符号反転値−Δθの正弦成分となる。

この発明では、角度信号θｒから1f角度誤差の周波数より低い周波数成分を除去し、1f角度誤差の周波数以上の周波数成分を抽出した角度誤差Δθを用いて、1f角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分から正弦信号のオフセット補正値を求め、それを正弦信号に加算し、角度誤差Δθの正弦成分から余弦信号のオフセット補正値を求め、それを余弦信号に加算し、角度信号θｒを求める。

実施の形態１では、角度誤差Δθがおおよそ以下の（１）式のように表される場合において、（１）式を（２）式へ変形すると正弦成分はθ1fcos(α)、余弦成分はθ1fsin(α)となり、それらは（２）式においてそれぞれθ＝０度の時、θ＝９０度の時に求まることを利用し、それぞれスイッチ２８より角度誤差の符号反転値−Δθ_ｅ０、スイッチ２９より角度誤差Δθ_ｅ９０を求めている。
Δθ ＝ θ1f sin(θ＋α)・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Δθ ＝ θ1f cos(α) sin(θ) + θ1f sin(α) cos(θ)・・・・（２）
ただし、式（１），（２）において、θ1fは1f角度誤差の振幅、θは回転機の角度(電気角)、αは角度誤差Δθの初期位相角である。

なお、実施の形態１においては、ローパスフィルタ２２は、図３のような１次のローパスフィルタ以外に、２次以上の次数をもつローパスフィルタを用いてもよい。実施の形態１では速度信号ω_０を微分器２１とローパスフィルタ２２によって演算しているが、速度信号ω_０を算出する演算として、例えば、回転機の電圧方程式などから速度を推定し、速度信号ω_０として利用しても良い。また、速度信号ω_rより電気角周期における平均速度[ω_r]を求めるようにしてもよい。図６は速度信号ω_rと平均速度[ω_r]をプロットしたものである。横軸に回転機の角度θ(電気角)[度]、縦軸に速度ω[度／ｓ]を取った場合、角度信号θｒの1f角度誤差により速度信号ω_rは脈動する。そこで、角度信号θｒの電気角１周期における速度信号ω_rの平均速度[ω_r]を算出し、これを速度信号ω_０として利用しても良いことが判る。

従来の角度検出装置は正弦信号，余弦信号に基づいて中点(オフセット)誤差を補正する構成であり、正弦信号，余弦信号に含まれる1f角度誤差の２倍の周波数成分は中点(オフセット)に現れず、その成分に起因する1f角度誤差を補正できない。図７の一段目は回転機が一定速度で回転している時の正弦信号、二段目は余弦信号、三段目は角度信号θｒ[度]、四段目は角度誤差Δθ[度]の波形であり、横軸は時刻t[sec]である。ここで、正弦信号及び余弦信号に1f角度誤差の２倍の周波数成分を与えている。この場合、角度信号θｒに1ｆ角度誤差が生ずる。

実施の形態１記載の角度検出装置は、角度信号θｒに基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ及び余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃをそれぞれ演算するようにしたので、正弦信号及び余弦信号に1f角度誤差の２倍の周波数成分が含まれることに起因して生ずる角度信号の1f角度誤差も考慮した1f角度誤差補正が行える。さらに、補正量が直流量である正弦信号のオフセット補正値及び余弦信号のオフセット補正値を算出するようにしたので、オフセット補正値の算出に無駄時間があっても従来の角度検出装置のような位相ずれに起因する誤差は発生しない。従って、実施の形態１に記載の構成によって演算速度の低い廉価なＣＰＵが使用可能となるといった効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１ではオフセット補正値を電気的な角周期の角度信号に基づいて演算しているが、オフセット補正値を回転機機械角周期の整数倍期間の角度信号に基づいて演算するようにしても良い。図８は実施の形態２におけるオフセット補正値演算手段１１ａの内部構成を示すブロック図であり、実施の形態１と対応又は相当する構成部分には同一の符号を付している。

オフセット補正値演算部８５ａは、入力された角度信号θｒと速度信号ω_０に基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓと、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを出力する。実施の形態２の特徴は、角度誤差Δθの符号反転値−Δθの後段に０度機械角誤差演算手段９０及び角度誤差Δθの後段に９０度機械角誤差演算手段９１を備えることにある。レゾルバ１は、回転機の回転軸が１回転した場合にＮ回転分の信号を出力するＮ軸倍角のロータを備えている。回転機が１回転する際のＮ回転分の角度信号は、互いに異なる角度誤差を有することが多い。よって、角度誤差の補正は回転機の機械角周期毎に対して行なわれる方が望ましい。

そこで、０度機械角誤差演算手段９０においては、角度信号θ_０が０度を通過したと判定された場合、以下の計算を実行する。
−Δθ_m0 ＝ (−Δθ−Δθ₀₋₁−Δθ₀₋₂・・・−Δθ_0−(N−1))／Ｎ ・・（３）
ここで、Δθ_0−i(ｉ＝１〜Ｎ−１)は、 （３） 式の演算時から、ｉ回前に角度信号θ_０が０度を通過したと判定された時のΔθの値を示し、Ｎは軸倍角である。一方、角度信号θ_０が０度を通過したと判定されなかった場合、前回０度を通過したと判断された時に（３）式で求められた値を出力する。

ここで、０度機械角誤差演算手段９０では、（３）式の計算を実行する代わりに、角度信号θ_０が１８０度を通過したと判断された場合の角度誤差Δθを用いて以下の（４）式の計算を実行するようにしても良い。
Δθ_m180 ＝ (Δθ+Δθ₁₈₀₋₁−Δθ₁₈₀₋₂・・・−Δθ_{180−(N−1)})／Ｎ ・・（４）ここで、
Δθ_180−i(ｉ＝１〜Ｎ−１)は、 （４）式の演算時から、ｉ回前に角度信号θ_０が１８０度と判定された時のΔθの値を示し、Ｎは軸倍角である。角度信号θ_０が１８０度を通過したと判定されなかった場合、前回通過したと判断された時に（４）式で求められた値を出力する。

同様に、９０度機械角誤差演算手段９１においては、角度信号θ_０が９０度を通過したと判定された場合、以下の計算を実行する。
Δθ_m90 ＝ (Δθ＋Δθ₉₀₋₁+Δθ₉₀₋₂・・・＋Δθ_90−(N−1))／Ｎ ・・（５）
ここで、Δθ_90−i(ｉ＝１〜Ｎ−１)は、 （５） 式の演算時から、ｉ回前に角度信号
θ_０が９０度と判定された時のΔθの値を示し、Ｎは軸倍角である。
一方、角度信号θ_０が９０度を通過したと判定されなかった場合、前回通過したと判断された時に（５）式で求められた値を出力する。

同様に、９０度機械角誤差演算手段９１では（５）式の計算を実行する代わりに、角度信号θ_０が２７０度を通過したと判断された場合の角度誤差Δθを用いて以下の（６）式の計算を実行するようにしても良い。
−Δθ_m270 ＝ (−Δθ−Δθ₂₇₀₋₁−Δθ₂₇₀₋₂・・・−Δθ_{270−(N−1)})／Ｎ
・・（６）
ここで、Δθ_270−i(ｉ＝１〜Ｎ−１)は、 （６） 式の演算時から、ｉ回前に角度信号θ_０が２７０度を通過したと判定された時のΔθの値を示し、Ｎは軸倍角である。角度信号θ_０が２７０度を通過したと判定されなかった場合、前回通過したと判断された時に（６）式で求められた値を出力する。

（３）式にて演算された角度誤差の符号反転値−Δθ_m0は、角度信号θ_０が０度を通過した地点における角度誤差の符号反転値−Δθの回転機の機械角１周期間における平均値である。よって、角度誤差の符号反転値−Δθ_m0を積分器３０に入力することで得られる正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓを正弦信号のオフセット補正値として用いることで、回転機の機械角周期に対応した正弦信号の補正が行える。さらに、積分器３０の入力として、（４）式より演算された角度誤差Δθ_m180を用いた場合や（３），（４）式の両方を演算し、それぞれ角度誤差の符号反転値−Δθ_m0と角度誤差Δθ_m180を求めてそれらの平均値を用いた場合においても同様の効果がある。

同様に、（５）式にて演算された角度誤差Δθ_m90は、角度信号θ_０が９０度を通過した地点における角度誤差Δθの回転機の機械角１周期間における平均値である。よって、角度誤差Δθ_m90を積分器３１に入力することで得られる余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを用いることで、回転機の機械角周期に対応した余弦信号の補正が行える。さらに、積分器３１の入力として、（６）式より演算された角度誤差の符号反転値−Δθ_m270を用いた場合や（５），（６）式の両方を演算し、それぞれ角度誤差Δθ_m90と角度誤差の符号反転値−Δθ_m270を求めてそれらの平均値を用いた場合においても同様の効果がある。

（３）〜（６）式の演算では、回転機の機械角周期間の角度誤差もしくは角度誤差の符号反転値を算出したが、演算期間を回転機の機械角の整数倍期間とすると、高周波ノイズ成分が平滑化されるため、また電気角周期に基づく成分が発生しないため、機械角周期に基づいた角度誤差もしくは角度誤差の符号反転値を高精度に求めることができる。このように実施の形態２では、回転機の機械角周期に対応したオフセット補正が行える。

実施の形態３．
図９は実施の形態３におけるオフセット補正値演算手段１１ｂの内部構成を示すブロック図であり、実施の形態１，２と対応又は相当する構成部分には同一の符号を付している。実施の形態３の特徴は、角度誤差Δθ及び角度信号θ₀を用いて、角度誤差Δθの正弦成分θ_{1f_sin_amp}を求めて余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを演算し、さらに角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分θ_{1f_cos_amp}を求めて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓを演算することである。

以下、実施の形態３における演算について説明する。オフセット補正値演算部８５ｂは、入力された角度信号θｒと速度信号ω₀に基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓと、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを出力する。余弦値演算器４１は、角度信号θ₀に対する余弦値cos(θ₀)を算出する。同様に、正弦値演算器４２は、角度信号θ₀に対する正弦値sin(θ₀)を算出する。乗算器４３は、余弦値cos(θ₀)と角度誤差Δθを乗算し、Δθcos(θ₀)を算出する。同様に、乗算器４４は、正弦値sin(θ₀)と角度誤差Δθを乗算し、Δθsin(θ₀)を算出する。

積分器４５は、Δθcos(θ₀)に対し、以下の（７）式の演算を行い、角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分θ_{1f_cos_amp}を演算する。ここで、Ｔ_２は角度信号θrの電気角周期である。

同様に、積分器４６は、Δθsin(θ₀)に対し、以下の（８）式の演算を行い、角度誤差Δθの正弦成分θ_{1f_sin_amp}を演算する。Ｔ_２については（７）式と同値とする。

そして、角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分θ_{1f_cos_amp}を積分器３０に入力し、その出力を正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓとする。同様に、角度誤差Δθの正弦成分θ_{1f_sin_amp}を積分器３１に入力し、その出力を余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃとする。なお、積分器４５，４６おける演算において、Ｔ_２を回転機の機械角周期としてもよい。これによって、回転機の機械角周期に対応した正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ及び余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを求めることができる。

さらに、Ｔ_２を回転機の機械角周期の整数倍とすると角度誤差の正弦成分、余弦成分に含まれる高周波ノイズ成分が平滑化されるため、また電気角周期に基づく成分が発生しないため、先程の回転機の機械角周期に対応した正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓ及び余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃに対して、ノイズ耐性を高めることができる。以上のように、実施の形態３によれば、角度信号に含まれる余弦成分を求めて正弦信号のオフセット補正値を算出し、角度信号に含まれる正弦成分を求めて余弦信号のオフセット補正値を算出することによって、実施の形態１，２の効果に加えて、角度信号θｒの角度誤差Δθが実施の形態１で述べた（１）式で表される場合に対して、1f角度誤差以外の角度誤差成分が含まれている場合においても、正弦信号のオフセット補正値及び余弦信号のオフセット補正値を精度よく演算することが可能である。

以下、この理由について説明する。実施の形態１，２においては、角度信号θ_０が０度近傍及び９０度近傍時における角度誤差Δθに基づいてオフセット補正値を演算しているが、角度誤差Δθに1f角度誤差以外の角度誤差成分が含まれると角度信号θ_０が０度近傍、９０度近傍時に、それぞれ角度誤差Δθの余弦成分、正弦成分の他に1f角度誤差以外の角度誤差成分が含まれ、計算したオフセット補正値に誤差を生ずる場合がある。一方、実施の形態３では、積分器４５，４６を用いてそれぞれ角度誤差Δθの余弦成分、正弦成分を抽出する構成のため、角度誤差Δθに1f角度誤差以外の角度誤差成分が含まれる場合においても、1ｆ角度誤差を抽出して正確にオフセット補正値を演算することができる。このように、レゾルバの角度信号に1f角度誤差以外の角度誤差成分が含まれている場合においても、オフセット補正が精度よく行える。

実施の形態４．
図１０は実施の形態４におけるオフセット補正値演算手段１１ｃの内部構成を示すブロック図であり、実施の形態１〜３と対応又は相当する構成部分には同一の符号を付している。オフセット補正値演算部８５ｃは、入力された角度信号θｒと速度信号ω₀に基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓと、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを出力する。速度信号ω_０が回転機の回転速度に対してオフセット誤差を生じる場合、正弦信号のオフセット補正値、余弦信号のオフセット補正値に誤差が生ずる場合がある。

例として、図１１は、実施の形態３の構成において、積分器２２のリセット値αを０度とした場合に、速度信号ω_０が回転機の速度に対してオフセット誤差を生じた時の図９各部の計算波形である。図１１より、リセット値である０度を通過する際に、角度誤差Δθの正弦成分θ_{1f_sin_amp}が０となっておらず誤差が増大している。

以下、このような不具合を解決するため、実施の形態４では、角度信号θｒが０度を通過した地点で、出力である角度信号θ_0cosを角度信号θｒの値にリセットする積分器５１を導入して角度信号の余弦成分を求め、角度信号θｒが９０度を通過した地点で、出力である角度信号θ_0sinを角度信号θｒの値にリセットする積分器５２を導入して余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを算出する。減算器５３は、角度信号θｒから角度信号θ_0cosを減算し角度誤差Δθ_cosを算出する。同様に、減算器５４は、角度信号θｒから角度信号θ_0sinを減算し角度誤差Δθ_sinを算出する。

余弦値演算器５５は、角度信号θ_0cosに対する余弦値cos(θ_0cos)を算出する。同様に、正弦値演算器５６は、角度信号θ_0sinに対する正弦値sin(θ_0sin)を算出する。乗算器５７は、余弦値cos(θ_0cos)と角度誤差Δθ_cosを乗算し、Δθ_cos cos(θ_0cos)を算出する。同様に、乗算器５８は、正弦値sin(θ_0sin)と角度誤差Δθ_sinを乗算し、Δθ_sin sin(θ_0sin)を算出する。

積分器５９は、Δθ_cos cos(θ_0cos)に対し、以下の（９）式の演算を行い、角度誤差の符号反転値−Δθ_cosの余弦成分θ_{1f_cos_amp}を演算する。ここで、Ｔ_２は実施の形態３で説明した値を使用する。以下、（９）式のリセットについて述べる。Ｔ_２が角度信号θｒの角度周期に選択された場合、角度信号θｒが０度を通過する時にθ_{1f_cos_amp}は０にリセットされ、再度（９）式の演算を開始する。Ｔ_２が回転機の機械角周期のＭ(Ｍ：自然数)倍に設定された場合、角度信号θｒが０度をレゾルバの軸倍角Ｎに整数Ｍをかけた回数だけ通過する度、θ_{1f_cos_amp}が０リセットされ、（９）式の演算を開始する。

同様に、積分器６０は、Δθ_sin sin(θ_0sin)に対し、以下の（１０）式の演算を行い、角度誤差Δθ_sinの正弦成分θ_{1f_sin_amp}を演算する。ここで、Ｔ_２は実施の形態３で説明した値を使用する。以下、（１０）式のリセットについて述べる。Ｔ_２が角度信号θｒの角度周期に選択された場合、角度信号θｒが９０度を通過する時にθ_{1f_sin_amp}は０にリセットされ、再度（１０）式の演算を開始する。Ｔ_２が回転機の機械角周期のＭ(Ｍ：自然数)倍に設定された場合、角度信号θｒが９０度をレゾルバの軸倍角Ｎに整数Ｍをかけた回数だけ通過する度、θ_{1f_sin_amp}が０にリセットされ、（１０）式の演算を開始する。

そして、角度誤差の符号反転値−Δθ_cosの余弦成分θ_{1f_cos_amp}を積分器３０に入力し、その出力を正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓとし、同様に、角度誤差Δθ_sinの正弦成分θ_{1f_sin_amp}を積分器３１に入力し、その出力を余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃとする。

図１２は、実施の形態４の構成において、速度信号ω０が回転機の速度に対してオフセット誤差を生じた場合の図１０各部の計算波形である。図１２より、リセット値である０度を通過する際に、角度誤差の符号反転値−Δθcosの余弦成分θ1f_cos_ampが０となり同様に、リセット値である９０度を通過する際に、角度誤差Δθsinの正弦成分θ1f_sin_ampが０となっており、オフセット誤差の影響が積算されていない。以上より、実施の形態４によれば、前記正弦成分は、前記角度信号が９０度または２７０度を通過した地点から求め、前記余弦成分は前記角度信号が０度または１８０度を通過した地点から求めるようにしたので、実施の形態１〜３の効果に加えて、角度信号より求めた速度信号ω０が実際の回転機の速度に対してオフセット誤差が生ずる場合においても、オフセット補正値を精度良く演算することが可能となる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４における速度信号ω_０の演算において、回転機の速度が低速の場合、回転機の速度変化の周波数と1f角度誤差の周波数が接近することによって、オフセット補正値に補正誤差が生じる。これは、実施の形態１〜３におけるローパスフィルタ２２において、1f角度誤差の周波数成分を遮断し、且つ回転機の速度変化の周波数成分を通過させるフィルタの設計が難しくなるためである。

以下、フィルタの設計が難しくなる理由について説明する。例として、回転機の速度変化の周波数を１０Ｈｚとし、1f角度誤差を−２０ｄＢ以下とする場合を考える。この時、ローパスフィルタ２２の次数を１、カットオフ周波数をｆ１（＝１０Ｈｚ）とすると、ボード線図(折れ線近似特性)は図１３のようになり、周波数ｆ１以下の領域においてゲインＧが０[ｄＢ]であるため、速度変化の周波数を通過させることができる。さらに、1f角度誤差の周波数がｆ３(＝１００Ｈｚ)以上ならば、ゲインＧは−２０ｄＢ以下となり、目標を満足する。しかし、1f角度誤差の周波数がｆ３より低い場合、ゲインが−２０ｄＢを超えるため目標を満足しない。例えば、1f角度誤差の周波数がｆ２（＝３０Ｈｚ)の場合、ゲインは約―９ｄＢとなり目標を満足しない。よって、本例においては、速度変化の周波数に対し、1f角度誤差の周波数が１０倍以上の場合でなければ目標を満足しない。以上より、１ｆ角度誤差の周波数が速度変化の周波数に接近すると、フィルタの設計が難しくなる。

そこで、実施の形態５では、実施の形態１〜４における演算を、回転機の速度が所定値以上に行うように設定する。これによって、上記干渉の影響を取り除くことが可能となる。図１４は実施の形態５におけるオフセット補正値演算手段１１ｄの内部構成を示すブロック図であり、実施の形態１〜４と対応又は相当する構成部分には同一の符号を付している。実施の形態５においては、実施の形態４における図１０の演算において、オフセット補正値演算部８５ｃの演算は、速度信号ω０が所定の基準速度ω以上の場合に行なわれるようにする。さらに、積分器３０，３１の後段に、スイッチ８１，８２が設けられている。

スイッチ８１,８２は、２つの入力Ａ,Ｂを持ち、速度信号ω_０が予め設定された基準速度ωより高いと判定された場合、入力Ａを出力し、それ以外の時は入力Ｂを出力する。遅延器８３，８４のｚはｚ変換を表す演算子であり、オフセット補正値演算手段の１演算周期前の入力信号を出力信号として出力する。よって、スイッチ８１は、速度信号ω_０が予め設定された基準速度ωより高いと判定された時、積分器３０の出力である入力Ａを出力し、そうでない場合、１演算周期前の正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓである入力Ｂを出力する。よって、スイッチ８１は、速度信号ω_０が基準速度ωより高い場合に出力信号を更新する。

同様に、スイッチ８２は、速度信号ω_０が予め設定された基準速度ωより高いと判定された時、積分器３１の出力である入力Ａを出力し、そうでない場合、１演算周期前の余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃである入力Ｂを出力する。よって、スイッチ８２は、速度信号ω_０が基準速度ωより高い場合に出力信号を更新する。

図１４において、オフセット補正値演算部８５ｃは、入力された角度信号θｒと速度信号ω_０に基づいて正弦信号のオフセット補正値ｅ_ｓと、余弦信号のオフセット補正値ｅ_ｃを出力する。オフセット補正値演算部８５ｃは、実施の形態４における図１０に記載のオフセット補正値演算部８５ｃと同一のものとしたが、オフセット補正値演算部８５ｃの代わりに実施の形態１〜３に記載したオフセット補正値演算部８５，８５ａ，８５ｂのいずれを用いてもよい。

以上より、速度信号ω０が基準速度ωより高い場合にオフセット補正値の演算を行なうことによって、１ｆ角度誤差の周波数と回転機の速度変化周波数との干渉によるオフセット補正値の誤差を取り除くことができる。特に、回転機が電動パワーステアリング用モータの場合、基準速度ωを運転者のハンドル操舵周波数より高い速度に設定することによって1f角度誤差の補正を効果的に行える。また、回転機の速度が高速になるにつれて、回転機１回転あたりの演算回数が少なくなるため、オフセット補正精度が低下する。そこで、スイッチ８１，８２を予め設定された基準速度より低いと判断された場合、入力Ａを出力し、それ以外の時は入力Ｂを出力することによって、オフセット補正値の演算を、回転機の速度が所定の値以下の場合に行うよう設定することも可能である。

なお、回転機のトルクリップルや、回転機をインバータ等の電力変換器によって駆動する場合のインバータ出力電圧誤差や電流検出誤差によるトルクリップルに起因する角度検出のリップル成分を、フィルタなどで低減するようにすれば、精度良くこの発明が実施できることは言うまでもない。
さらに、実施の形態１〜５では２相出力のレゾルバについて述べたが、この発明はこれに限るものではなく、３相以上の複数相の出力を持つレゾルバに適用した場合においても同様の効果が得られる。

なお、以上の実施の形態１〜５の説明においては、２相出力のレゾルバ、３相以上の複数相の出力をもつレゾルバに適用した場合について述べたが、この発明はこれらに限るものではなく、異方性磁気抵抗ＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)を利用したセンサ、巨大磁気抵抗ＧＭＲ (Giant Magneto Resistive)を利用したセンサ、トンネル磁気抵抗ＴＭＲ(Tunneling Magneto-resistive)を利用したセンサ等の、磁気抵抗ＭＲ(Magneto Resistive)を利用したセンサ、エンコーダ、ホール素子等において、２相出力または３相以上の複数相の出力を持つ角度検出器に適用した場合においても同様の効果が得られる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (7)

1. 角度検出器から得られる正弦信号と余弦信号から回転機の角度信号を演算する角度検出装置において、
   前記角度信号から前記正弦信号と前記余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、
   演算した前記正弦信号のオフセット補正値を前記正弦信号に加算して前記正弦信号を補正し、
   演算した前記余弦信号のオフセット補正値を前記余弦信号に加算して前記余弦信号を補正するようにしたものであって、
   前記角度信号からその電気角周波数成分の周波数より低い周波数成分を除去し、前記電気角周波数成分の周波数以上の周波数成分を抽出した角度誤差Δθを用いて、前記角度誤差の符号反転値−Δθの余弦成分から前記正弦信号のオフセット補正値を求め、それを前記正弦信号に加算し、
   前記角度誤差Δθの正弦成分から前記余弦信号のオフセット補正値を求め、それを前記余弦信号に加算して、
   前記正弦信号と前記余弦信号を補正するようにしたことを特徴とする角度検出装置。
2. 角度検出器から得られる正弦信号と余弦信号から回転機の角度信号を演算する角度検出装置において、
   前記角度信号から前記正弦信号と前記余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、
   演算した前記正弦信号のオフセット補正値を前記正弦信号に加算して前記正弦信号を補正し、
   演算した前記余弦信号のオフセット補正値を前記余弦信号に加算して前記余弦信号を補正するようにしたものであって、
   前記角度信号に含まれる正弦成分を求めて前記余弦信号のオフセット値を演算し、前記角度信号に含まれる余弦成分を求めて前記正弦信号のオフセット値を演算するようにしたことを特徴とする角度検出装置。
3. 角度検出器から得られる正弦信号と余弦信号から回転機の角度信号を演算する角度検出装置において、
   前記角度信号から前記正弦信号と前記余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、
   演算した前記正弦信号のオフセット補正値を前記正弦信号に加算して前記正弦信号を補正し、
   演算した前記余弦信号のオフセット補正値を前記余弦信号に加算して前記余弦信号を補正するようにしたものであって、
   前記角度信号に含まれる正弦成分及び余弦成分は、前記角度信号からその電気角周波数成分の周波数より低い周波数成分を除去したものから求められることを特徴とする角度検出装置。
4. 角度検出器から得られる正弦信号と余弦信号から回転機の角度信号を演算する角度検出装置において、
   前記角度信号から前記正弦信号と前記余弦信号のオフセット補正値をそれぞれ演算し、
   演算した前記正弦信号のオフセット補正値を前記正弦信号に加算して前記正弦信号を補正し、
   演算した前記余弦信号のオフセット補正値を前記余弦信号に加算して前記余弦信号を補正するようにしたものであって、
   前記オフセット補正値は、回転機機械角周期の整数倍期間の角度信号に基づいて演算されるようにしたことを特徴とする角度検出装置。
5. 前記オフセット補正値は、回転機機械角周期の整数倍期間の角度信号に基づいて演算されるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
6. 前記角度信号に含まれる正弦成分は、前記角度信号が９０度または２７０度を通過した地点から求め、前記角度信号に含まれる余弦成分は前記角度信号が０度または１８０度を通過した地点から求めるようにしたことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の角度検出装置。
7. 前記オフセット補正値の演算は、前記回転機の速度が所定値以上の場合に行われることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の角度検出装置。

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