JP6732237B2 - アナログ信号をディジタル信号に変換する方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、２相励磁２相出力かつ位相変調方式の回転検出器に関し、とくに回転検出に係るアナログ信号をディジタル信号に変換する方法および装置に関する。

回転検出器の信号を処理して角度を出力する際に、２相の励磁信号を用いる技術が知られている。このような技術の例は、たとえば特許文献１の図３等に開示される。

特開平１１−１１８５２１号公報

しかしながら、従来の技術では、回路の一部に故障が発生した場合に、継続して正確な角度を出力することができないという問題があった。たとえば特許文献１の構成では、２相の励磁信号のいずれかが喪失した場合には、正確な角度の出力が困難になる。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、一部に故障が発生した場合でも正確な角度の出力を継続することができる、信号変換方法および装置を提供することを目的とする。

この発明に係る方法は、２相励磁２相出力かつ位相変調方式の回転検出に係るアナログ信号をディジタル信号に変換する方法であって、
第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合に、各相の励磁信号に対して振幅変調された振幅変調アナログ信号を重ね合わせて、第１相の位相変調アナログ信号および第２相の位相変調アナログ信号を生成するステップと、
第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合に、第１相の位相変調アナログ信号と、第２相の位相変調アナログ信号とに基づき、メイン系ディジタル角度値を出力するステップと、
第１相の励磁信号または第２相の励磁信号が喪失した場合に、喪失していない相の励磁信号に対して振幅変調された２相の振幅変調アナログ信号に基づき、サブ系ディジタル角度値を出力するステップと、
を備える。
特定の態様では、前記メイン系ディジタル角度値を出力する前記ステップは、第１相の位相変調アナログ信号および第２相の位相変調アナログ信号の一方が喪失した場合であっても実行される。
また、この発明に係る、アナログ信号をディジタル信号に変換する装置は、
前記メイン系ディジタル角度値を生成するメイン系信号処理部と、
前記サブ系ディジタル角度値を生成するサブ系信号処理部と、
を備え、上述の方法を実行することにより前記メイン系ディジタル角度値または前記サブ系ディジタル角度値を出力する。
特定の態様では、
励磁信号異常検出回路および信号選択処理回路をさらに備え、
前記励磁信号異常検出回路は、第１相の励磁信号が喪失したか否かを判定する機能と、第２相の励磁信号が喪失したか否かを判定する機能とを備え、
前記信号選択処理回路は、前記励磁信号異常検出回路による判定の結果に基づき、メイン系ディジタル角度値またはサブ系ディジタル角度値を選択して出力する機能を備える。

この発明によれば、回転検出に係るアナログ信号をディジタル信号に変換する際に、２相の励磁信号がいずれも正常な場合にはメイン系ディジタル角度値を出力し、いずれかの励磁信号が喪失した場合にはサブ系ディジタル角度値を出力するので、一部に故障が発生した場合でも正確な角度の出力を継続することができる。このため、回転検出器を扱うシステムの信頼性向上に貢献することができる。

本発明の実施の形態１に係る装置を含む構成の例を示す図である。 図１のメイン系信号処理部の構成の一例を示す図である。 図１のサブ系信号処理部の構成の一例を示す図である。 図１の励磁信号異常検出回路および信号選択処理回路の構成の一例を示す図である。 実施の形態２に係るメイン系信号処理部の構成の一例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る装置を含む構成の例を示す。回転検出器１０およびディジタル変換部２０は、アナログ信号をディジタル信号に変換する装置を構成し、本明細書に記載される方法を実行することにより、アナログ信号をディジタル信号に変換する。回転検出器１０は２相励磁２相出力かつ位相変調方式の回転検出器であり、ディジタル変換部２０は回転検出器１０の回転検出に係るアナログ信号をディジタル信号に変換する。

回転検出器１０は、直交する２相の励磁信号が入力されると、回転角度θに応じた位相を持った２相の位相変調アナログ信号を出力する。この２相の位相変調アナログ信号は、たとえば、各相の励磁信号に対して回転角度θに応じて誘起された、２相の振幅変調信号の重ね合わせにより構成される。

第１相の励磁信号をＥ_{Ｓ１−Ｓ３}＝Ｅ・ｓｉｎωｔと表し、第２相の励磁信号をＥ_{Ｓ２−Ｓ４}＝Ｅ・ｃｏｓωｔと表すと、第１相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}は、たとえば次のような重ね合わせにより構成することができる。まず、回転検出器１０は、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔを回転角度θの余弦に対して振幅変調した振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ（ただしＫは変圧比）と、第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔを回転角度θの正弦に対して振幅変調した振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθとを生成する。次に、回転検出器１０は、これらの信号を重ね合わせることにより、第１相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}を生成する。

具体的な重ね合わせ演算はたとえば減算であり、すなわち、
Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}＝Ｋ・（Ｅ_{Ｓ１−Ｓ３}・ｃｏｓθ−Ｅ_{Ｓ２−Ｓ４}・ｓｉｎθ）
＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ
＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ） …（式１）

同様に、第２相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}は、たとえば次のような重ね合わせにより構成することができる。まず、回転検出器１０は、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔを回転角度θの正弦に対して振幅変調した振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθと、第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔを回転角度θの余弦に対して振幅変調した振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθとを生成する。次に、回転検出器１０は、これらの信号を重ね合わせることにより、第２相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}を生成する。

具体的な重ね合わせ演算はたとえば加算であり、すなわち、
Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}＝Ｋ・（Ｅ_{Ｓ１−Ｓ３}・ｓｉｎθ−Ｅ_{Ｓ２−Ｓ４}・ｃｏｓθ）
＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ＋Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθ
＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ） …（式２）

このように、回転検出器１０は、正常に動作している場合（たとえば、第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合）には、各相の励磁信号に対して振幅変調された振幅変調アナログ信号を重ね合わせて、第１相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}および第２相の位相変調アナログ信号Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}を生成する。

ディジタル変換部２０は、メイン系信号処理部３０と、サブ系信号処理部４０と、励磁信号異常検出回路５０と、信号選択処理回路６０とを備える。メイン系信号処理部３０およびサブ系信号処理部４０は、互いに異なる処理によってそれぞれ異なり得るディジタル角度値を出力する。本実施形態では、メイン系信号処理部３０はメイン系ディジタル角度値φ_Ｍを出力し、サブ系信号処理部４０はサブ系ディジタル角度値φ_Ｓを出力する。φ_Ｍおよびφ_Ｓは信号選択処理回路６０に供給される。

図２に、メイン系信号処理部３０の構成の一例を示す。メイン系信号処理部３０は、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）と、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）とに基づき、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍを生成する。

メイン系信号処理部３０は励磁回路３１を備え、励磁回路３１は２相の励磁信号を生成して回転検出器１０に供給する。また、メイン系信号処理部３０は基準信号発生部３２を備え、基準信号発生部３２は、励磁信号の周波数に応じた時間基準を表す所定の基準信号ωｔを生成して励磁回路３１に供給する。なお、励磁回路３１および基準信号発生部３２は、メイン系信号処理部３０の一部として設けられる必要はなく、装置の他の部分に設けられてもよい。

メイン系ディジタル信号φ_Ｍの生成は、負帰還制御を用いて実現される。負帰還制御において、フィードバック信号が位相変調アナログ信号と乗算され、中間信号が生成される。本実施形態では、基準信号発生部３２から出力される基準信号ωｔからメイン系ディジタル角度値φ_Ｍを減算した結果の正弦および余弦を表す信号として、２相のフィードバック信号が生成される。すなわち、フィードバック信号は、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍの正弦を表すフィードバック信号ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）およびメイン系ディジタル角度値φ_Ｍの余弦を表すフィードバック信号ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）として表される。

余弦を表すフィードバック信号ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）は、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）と乗算され、乗算の結果として第１中間信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）・ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）が生成される。同様に、正弦を表すフィードバック信号ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）は、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）と乗算され、乗算の結果として第２中間信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）が生成される。

負帰還制御において、第１中間信号と第２中間信号との差分ε（すなわち、乗算出力の差分）を制御偏差とし、この制御偏差が０となるか、または０に近づくように、所定の制御則によってメイン系ディジタル角度値φ_Ｍが修正される。この差分εは次のように表される。
ε＝ Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）
−Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）・ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）
＝ Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ） …（式３）
この式から、負帰還制御系が正常に機能してε＝０となると、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ）＝０となり、すなわちφ_Ｍ＝θとなる。このようにして、メイン系信号処理部３０は、正常に動作している場合（たとえば、第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合）に、回転検出器１０からのアナログ信号をディジタル角度出力に変換し、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍを生成する。

次に、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）が喪失した場合の、メイン系信号処理部３０の動作を説明する。この場合には、上記式３は次のようになる。
ε＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）−０・ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）
＝（１／２）・Ｋ・Ｅ・｛ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ）＋ｓｉｎ（２ωｔ−θ−φ_Ｍ）｝
…（式４）
ここでε＝０とすると、φ_Ｍ≒θ＋ｓｉｎ（２ωｔ−２θ）と近似できる。ｓｉｎ（２ωｔ−θ−φ_Ｍ）は通常およそ励磁周波数の２倍の周波数成分であるが、励磁周波数に対して負帰還制御系の周波数特性を適切に構成すれば、当該２倍の周波数成分を減衰または除去することができる。この場合には、φ_Ｍ＝θとなるか、またはφ_Ｍはθを中心として微小振動する信号となる。すなわち、メイン系信号処理部３０によるディジタル変換は、正常に行われるか、または誤差を持ちながらも継続可能である。

ここでは第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）が喪失した場合について説明したが、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）が喪失した場合、正弦を表すフィードバック信号ｓｉｎ（ωｔ−φ_Ｍ）が喪失した場合、および、余弦を表すフィードバック信号ｃｏｓ（ωｔ−φ_Ｍ）が喪失した場合についても同様である。

以上説明するように、メイン系信号処理部３０は、２相の励磁信号がいずれも正常であれば、２相の位相変調アナログ信号のいずれかが喪失した場合であっても、ディジタル変換を（正常に、または所定の誤差内で）継続することができる。

図３に、サブ系信号処理部４０の構成の一例を示す。サブ系信号処理部４０は、２相のアナログ信号に基づき、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓを生成する。以下では、励磁信号のいずれかが喪失した場合の動作について説明する。

まず、第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔが喪失した場合について説明する。この場合、回転検出器１０から出力される２相のアナログ信号は、次のようになる。
Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ−Ｋ・０・ｓｉｎθ
＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ …（式５）
Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ＋Ｋ・０・ｃｏｓθ
＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ …（式６）
これは、喪失していない相の励磁信号（この場合には第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔ）に対し、回転角度θに応じて振幅変調された２相の振幅変調アナログ信号であるということができる。

サブ系信号処理部４０は、これら２相の振幅変調アナログ信号のディジタル変換処理を行い、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓを生成する。サブ系ディジタル角度値φ_Ｓの生成は、負帰還制御を用いて実現される。負帰還制御において、フィードバック信号が振幅変調アナログ信号と乗算され、中間信号が生成される。本実施形態では、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓの正弦を表す信号ｓｉｎφ_Ｓおよび余弦を表す信号ｃｏｓφ_Ｓとして、２相のフィードバック信号が生成される。

正弦を表すフィードバック信号ｓｉｎφ_Ｓは、第１相の振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθと乗算され、乗算の結果として第１中間信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ_Ｓが生成される。同様に、余弦を表すフィードバック信号ｃｏｓφ_Ｓは、第２相の振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθと乗算され、乗算の結果として第２中間信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ・ｃｏｓφ_Ｓが生成される。

負帰還制御において、第１中間信号と第２中間信号との差分ε（すなわち、乗算出力の差分）を制御偏差とし、この制御偏差が０となるか、または０に近づくように、所定の制御則によってサブ系ディジタル角度値φ_Ｓが修正される。この差分εは次のように表される。
ε＝ Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ・ｃｏｓφ_Ｓ
−Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ_Ｓ
＝ Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｓ）・ｓｉｎωｔ …（式７）

ここで、制御偏差εは、喪失していない相の励磁信号（この場合には第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔ）により同期検波され直流化される。このため、負帰還制御系が正常に機能してε＝０となると、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｓ）＝０となり、すなわちφ_Ｓ＝θとなる。このようにして、サブ系信号処理部４０は、回転検出器１０からのアナログ信号をディジタル角度出力に変換し、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓを生成する。

次に、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔが喪失した場合について説明する。この場合、回転検出器１０から出力される２相のアナログ信号は、次のようになる。
Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}＝Ｋ・０・ｃｏｓθ−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ
＝−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ …（式８）
Ｅ_{Ｒ２−Ｒ４}＝Ｋ・０・ｓｉｎθ＋Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθ
＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθ …（式９）
これは、喪失していない相の励磁信号（この場合には第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔ）に対し、回転角度θに応じて振幅変調された２相の振幅変調アナログ信号であるということができる。

正弦を表すフィードバック信号ｓｉｎφ_Ｓは、第１相の振幅変調アナログ信号−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθと乗算され、乗算の結果として第１中間信号−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ・ｓｉｎφ_Ｓが生成される。同様に、余弦を表すフィードバック信号ｃｏｓφ_Ｓは、第２相の振幅変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθと乗算され、乗算の結果として第２中間信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθ・ｃｏｓφ_Ｓが生成される。

負帰還制御において、第１中間信号と第２中間信号との差分ε（すなわち、乗算出力の差分）を制御偏差とし、この制御偏差が０となるか、または０に近づくように、所定の制御則によってサブ系ディジタル角度値φ_Ｓが修正される。この差分εは次のように表される。
ε＝ Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθ・ｃｏｓφ_Ｓ
＋Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθ・ｓｉｎφ_Ｓ
＝ Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（θ−φ_Ｓ）・ｃｏｓωｔ …（式１０）

ここで、制御偏差εは、喪失していない相の励磁信号（この場合には第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔ）により同期検波され直流化される。このため、負帰還制御系が正常に機能してε＝０となると、Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（θ−φ_Ｓ）＝０となり、すなわちφ_Ｓ＝θ＋（π／２）となる。このようにして、サブ系信号処理部４０は、回転検出器１０からのアナログ信号をディジタル角度出力に変換し、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓを生成する。ただし、この場合には、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓは回転角度θとは９０°ずれた状態で生成されることになるので、このずれを解消するために、後述の位相補正処理や、出力された値を読み替える等の処理を行ってもよい。

以上説明するように、サブ系信号処理部４０は、２相の励磁信号のいずれかが喪失した場合であっても、ディジタル変換を正常に継続することができる。

図４に、励磁信号異常検出回路５０および信号選択処理回路６０の構成の一例を示す。励磁信号異常検出回路５０は、回転検出器１０に入力される２相の励磁信号について、異常の有無を検出する。異常とは、たとえば各励磁信号を供給する配線の断線や、励磁信号を出力する回路等のダウンを含むが、これらに限定されない。検出の結果は信号選択処理回路６０に供給される。

励磁信号異常検出回路５０は、断線／ダウン検出部５１および５２と、ＯＲ回路５３とを備える。断線／ダウン検出部５１は、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔが正常であるか否かを判定する。あるいは、断線／ダウン検出部５１は、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔが喪失したか否かを判定するということもできる。同様に、断線／ダウン検出部５２は、第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔが正常であるか否か、または、喪失したか否かを判定する。

ＯＲ回路５３は、断線／ダウン検出部５１および５２の出力に基づき、少なくとも一方の励磁信号が喪失している場合には、少なくとも一方の励磁信号が喪失していることを表す信号を出力する。

信号選択処理回路６０は、励磁信号異常検出回路５０による判定の結果に基づき、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍまたはサブ系ディジタル角度値φ_Ｓを選択して出力する。この信号選択処理回路６０の出力がディジタル変換部２０の出力となる。

このために、信号選択処理回路６０は、出力選択スイッチ６１を備える。出力選択スイッチ６１は、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍおよびサブ系ディジタル角度値φ_Ｓの入力に応じ、いずれの励磁信号も喪失していない場合にはメイン系ディジタル角度値φ_Ｍを出力し、少なくとも一方の励磁信号が喪失している場合には、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓを出力する。

したがって、２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合には、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）と、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）とに基づき、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍが出力される。なお上述のように、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍの出力は、２相の位相変調アナログ信号のいずれか一方が喪失した場合であっても実行される。

また、信号選択処理回路６０は、図示のように位相補正スイッチ６２を備え、位相補正スイッチ６２の状態に応じてサブ系ディジタル角度値φ_Ｓを補正してもよい。位相補正スイッチ６２は、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔが喪失した場合には９０°の値を出力し、そうでない場合（第２相の励磁信号Ｅ・ｃｏｓωｔが喪失した場合を含む）には０°の値を出力し、その値を出力選択スイッチ６１の出力から減算するよう作用する。上述のように、第１相の励磁信号Ｅ・ｓｉｎωｔが喪失した場合にはサブ系ディジタル角度値φ_Ｓは回転角度θとは９０°ずれているが、減算によりこのずれが解消される。

このように、２相の励磁信号のうちいずれかが喪失した場合には、喪失していない相の励磁信号に対して振幅変調された２相の振幅変調アナログ信号（Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθおよびＥ_{Ｒ２−Ｒ４}＝Ｋ・Ｅ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθの組か、または、Ｅ_{Ｒ１−Ｒ３}＝−Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｓｉｎθおよびＥ_{Ｒ２−Ｒ４}＝Ｋ・０・ｓｉｎθ＋Ｋ・Ｅ・ｃｏｓωｔ・ｃｏｓθの組）に基づき、サブ系ディジタル角度値φ_Ｓが出力される。

以上説明するように、本発明に係る回転検出器１０およびディジタル変換部２０によれば、２相の励磁信号がいずれも正常な場合にはメイン系ディジタル角度値φ_Ｍを出力し、いずれかの励磁信号が喪失した場合にはサブ系ディジタル角度値φ_Ｓを出力するので、一部に故障が発生した場合でも正確な角度の出力を継続することができる。このため、回転検出器を扱うシステムの信頼性向上に貢献することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、メイン系信号処理部の構成を変更するものである。
図５に、実施の形態２に係るメイン系信号処理部３０’の構成の一例を示す。メイン系信号処理部３０’の入力および出力は、実施の形態１に係るメイン系信号処理部３０（図２）と同一である。

実施の形態２でも、メイン系ディジタル信号φ_Ｍの生成は、負帰還制御を用いて実現される。実施の形態２の負帰還制御では、周波数信号ωｔ≒ω_Ｒｔ＋φ_Ｍが励磁回路３１の入力にフィードバックされる。メイン系信号処理部３０’は基準信号発生部３２’を備え、基準信号発生部３２’は、所定の基準信号ω_Ｒｔと、この基準信号ω_Ｒｔの正弦および余弦を表す基準正弦信号ｓｉｎω_Ｒｔおよび基準余弦信号ｃｏｓω_Ｒｔとを生成する。

基準余弦信号ｃｏｓω_Ｒｔは、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）と乗算され、乗算の結果として第１中間信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）・ｃｏｓω_Ｒｔが生成される。同様に、基準正弦信号ｓｉｎω_Ｒｔは、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）と乗算され、乗算の結果として第２中間信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎω_Ｒｔが生成される。

負帰還制御において、第１中間信号と第２中間信号との差分ε（すなわち、乗算出力の差分）を制御偏差とし、この制御偏差が０となるか、または０に近づくように、所定の制御則によってメイン系ディジタル角度値φ_Ｍが修正される。この差分εは次のように表される。
ε＝ Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎω_Ｒｔ
−Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）・ｃｏｓω_Ｒｔ
＝ Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ω_Ｒｔ＋θ−ωｔ）
＝ Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ） …（式１１）
この式から、負帰還制御系が正常に機能してε＝０となると、Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ）＝０となり、すなわちφ_Ｍ＝θとなる。このようにして、メイン系信号処理部３０’は、回転検出器１０からのアナログ信号をディジタル角度出力に変換し、メイン系ディジタル角度値φ_Ｍを生成する。

次に、第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）が喪失した場合の、メイン系信号処理部３０’の動作を説明する。この場合には、上記式１１は次のようになる。
ε＝Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）・ｓｉｎω_Ｒｔ−０・ｃｏｓω_Ｒｔ
＝（１／２）・Ｋ・Ｅ・｛ｓｉｎ（ω_Ｒｔ＋θ−ωｔ）＋ｓｉｎ（ω_Ｒｔ−θ＋ωｔ）｝
＝（１／２）・Ｋ・Ｅ・｛ｓｉｎ（θ−φ_Ｍ）＋ｓｉｎ（２ω_Ｒｔ−θ＋φ_Ｍ）｝
…（式１２）
ここでε＝０とすると、φ_Ｍ≒θ＋ｓｉｎ（２ω_Ｒｔ）と近似できる。ｓｉｎ（２ω_Ｒｔ）は通常およそ励磁周波数の２倍の周波数成分であるが、励磁周波数に対して負帰還制御系の周波数特性を適切に構成すれば、当該２倍の周波数成分を減衰または除去することができる。この場合には、φ_Ｍ＝θとなるか、またはφ_Ｍはθを中心として微小振動する信号となる。すなわち、メイン系信号処理部３０’によるディジタル変換は、正常に行われるか、または誤差を持ちながらも継続可能である。

ここでは第１相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ−θ）が喪失した場合について説明したが、第２相の位相変調アナログ信号Ｋ・Ｅ・ｃｏｓ（ωｔ−θ）が喪失した場合、基準正弦信号ｓｉｎω_Ｒｔが喪失した場合、および、基準余弦信号ｃｏｓω_Ｒｔが喪失した場合についても同様である。

以上説明するように、実施の形態２においても、メイン系信号処理部３０’は、２相の励磁信号がいずれも正常であれば、２相の位相変調アナログ信号のいずれかが喪失した場合であっても、ディジタル変換を（正常に、または所定の誤差内で）継続することができる。

１０ 回転検出器（アナログ信号をディジタル信号に変換する装置）、２０ ディジタル変換部（アナログ信号をディジタル信号に変換する装置）、３０，３０’ メイン系信号処理部、４０ サブ系信号処理部、５０ 励磁信号異常検出回路、６０ 信号選択処理回路、φ_Ｍ メイン系ディジタル角度値、φ_Ｓ サブ系ディジタル角度値。

Claims (4)

1. ２相励磁２相出力かつ位相変調方式の回転検出に係るアナログ信号をディジタル信号に変換する方法であって、
   第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合に、各相の励磁信号に対して振幅変調された振幅変調アナログ信号を重ね合わせて、第１相の位相変調アナログ信号および第２相の位相変調アナログ信号を生成するステップと、
   第１相の励磁信号および第２相の励磁信号のうちいずれも喪失していない場合に、第１相の位相変調アナログ信号と、第２相の位相変調アナログ信号とに基づき、メイン系ディジタル角度値を出力するステップと、
   第１相の励磁信号または第２相の励磁信号が喪失した場合に、喪失していない相の励磁信号に対して振幅変調された２相の振幅変調アナログ信号に基づき、サブ系ディジタル角度値を出力するステップと、
   を備える、方法。
2. 前記メイン系ディジタル角度値を出力する前記ステップは、第１相の位相変調アナログ信号および第２相の位相変調アナログ信号の一方が喪失した場合であっても実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記メイン系ディジタル角度値を生成するメイン系信号処理部と、
   前記サブ系ディジタル角度値を生成するサブ系信号処理部と、
   を備え、請求項１または２に記載の方法を実行することにより前記メイン系ディジタル角度値または前記サブ系ディジタル角度値を出力する、アナログ信号をディジタル信号に変換する装置。
4. 励磁信号異常検出回路および信号選択処理回路をさらに備え、
   前記励磁信号異常検出回路は、第１相の励磁信号が喪失したか否かを判定する機能と、第２相の励磁信号が喪失したか否かを判定する機能とを備え、
   前記信号選択処理回路は、前記励磁信号異常検出回路による判定の結果に基づき、メイン系ディジタル角度値またはサブ系ディジタル角度値を選択して出力する機能を備える、
   請求項３に記載の装置。

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