回転位置検出装置およびそれを用いたモータ駆動システム
【課題】低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が容易な回転位置検出装置を提供する。
【解決手段】レゾルバ１は、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルＬ１〜Ｌ４を有するステータと、コイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備える。励磁回路１８は、基準パルス信号ｅｍに基づく励磁パルス信号をレゾルバ１に供給する。信号処理手段７は、基準パルス信号ｅｍを生成する処理と、基準パルス信号ｅｍあるいは基準パルス信号ｅｍを分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じてレゾルバ１の出力信号をＡ／Ｄ変換する処理と、Ａ／Ｄ変換処理結果に基づいてレゾルバ１のロータの回転位置を演算する処理とを実行するマイクロプロセッサを備える。
【解決手段】レゾルバ１は、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルＬ１〜Ｌ４を有するステータと、コイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備える。励磁回路１８は、基準パルス信号ｅｍに基づく励磁パルス信号をレゾルバ１に供給する。信号処理手段７は、基準パルス信号ｅｍを生成する処理と、基準パルス信号ｅｍあるいは基準パルス信号ｅｍを分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じてレゾルバ１の出力信号をＡ／Ｄ変換する処理と、Ａ／Ｄ変換処理結果に基づいてレゾルバ１のロータの回転位置を演算する処理とを実行するマイクロプロセッサを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レゾルバを使用する回転位置検出装置およびこの回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レゾルバを使用する回転位置検出装置は、例えば、特許文献１によって提案されている。
この回転位置検出装置におけるレゾルバは、多相モータに組み込まれている。上記多相モータのステータは、等ピッチ角で配設された複数個の突極を有し、また、該モータのロータは、極性が異なる永久磁石を上記ステータの各突極に対向する形態で外周面に沿って交互に複数個配列してなる回転子極を有した構成を有する。
【０００３】
上記ステータの突極は、トルクを発生するトルク極（多相モータの構成要素）と、上記回転子の位置を検出するためのセンサ極（レゾルバの構成要素）とに分けられ、各トルク極にはトルク巻線が、また、各センサ極にはセンサ巻線がそれぞれ巻回されている。
【０００４】
上記各センサ巻線は、４つの組に分けられ、各組内の検出出力信号が最大になるように、かつ、各組内の誘起電圧が最小になるようにブリッジ接続されている。このセンサ巻線からなるブリッジ回路の二つの入力端子間に発振回路からの励磁信号が入力されると、上記ロータの回転に伴う該センサ巻線のインダクタンスの変化によって、このブリッジ回路の二つ出力端子から互いに位相が相違する正弦波信号がそれぞれ出力される。
【０００５】
上記２つの正弦波信号は、同期検波回路によりロータの回転角度を変数とする正弦関数、余弦関数にそれぞれ変換され、その後、位置デコーダによって回転子角度信号に変換される。
なお、この回転子角度信号は、外部基準信号、またはマイクロプロセッサが出力する基準信号と比較される。そして、それらの信号の偏差に基づくモータ駆動信号が上記多相モータのトルク巻線に入力され、その結果、上記基準信号に従うように該モータが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８１２６１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の回転位置検出装置は、上記発振回路、同期検波回路、位置デコーダ等の回路要素を用いて回転位置を検出するので、コストが高くなり、かつ、大型化するという問題点を有する。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで信頼性が高くかつ小型化が容易な回転位置検出装置を提供すること、および、その回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転位置検出装置は、レゾルバ、励磁回路および信号処理手段を有し、
前記レゾルバは、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルを有するステータと、前記４組のコイルのインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備え、
前記励磁回路は、入力される所定周波数の基準パルス信号に基づいて、前記ブリッジ回路の第１の入力端子に前記基準パルス信号と同相の励磁パルス信号を供給すると共に、前記ブリッジ回路の第２の入力端子に前記基準パルス信号とは逆相の励磁パルス信号を供給するように構成され、
前記信号処理手段は、前記基準パルス信号を生成する処理と、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じて、前記ブリッジ回路の第１および第２の出力端子から出力される第１および第２の位置情報信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する処理と、前記Ａ／Ｄ変換処理によって得られる第１および第２のデジタル位置情報信号に基づいて前記レゾルバのロータの回転位置を演算する処理と、を実行するマイクロプロセッサを備える。
【００１０】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生させることができる。この場合、その遅延時間は前記第１および第２の位置情報信号に含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定される。
【００１１】
また、前記第１および第２の位置情報信号を通過させて該信号に含まれるノイズを低減するバンドパスフィルタを更に備えることができる。この場合、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生させることができる。その遅延時間は、前記バンドパスフィルタを通過した前記第１および第２の位置情報信号に含まれる脈動波がピーク値を示すのに必要な時間に設定される。
【００１２】
前記レゾルバは、一例として、前記ステータの磁極数が４に設定されるとともに、前記ロータの突極数が１に設定され、また、他の例として、前記ステータの磁極数が８に設定されるとともに、前記ロータの突極数が５に設定される。
また、前記信号処理手段のマイクロプロセッサで実行される処理中に、演算された前記ロータの回転位置の変化周期をＭ／２倍（Ｍは４以上の正の偶数）に拡張する処理をさらに含ませることも可能である。
【００１３】
本発明は、上記の回転位置検出装置をモータの回転位置検出手段として使用し、この回転位置検出手段で検出される回転位置に基づいて前記モータを制御するように構成されたモータ駆動システムも提供する。
このモータ駆動システムにおいては、前記モータとして例えば永久磁石型モータが使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、励磁用および制御用のパルス信号を生成する発振回路、包絡線検波のための同期検波回路、位置信号を算出するための位置デコーダ等の回路要素を用いないので、低コストで信頼性が高くかつ小型化が容易な回転位置検出装置を提供すること、および、その回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの構成例を示す概念図である。
【図２】図１のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す回路図である。
【図３】レゾルバの一方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図４】レゾルバの他方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図５】図３の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図６】図４の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図７】図５、図６の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図８】本発明に係るモータ駆動システムの構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの他の構成を示す概念図である。
【図１０】図９のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す回路図である。
【図１１】図９のレゾルバの一方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図１２】図１０のレゾルバの他方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図１３】図１１の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図１４】図１２の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図１５】図１３、図１４の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図１６】図１のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の他の実施形態を示す回路図である。
【図１７】図１６のバンドパスフィルタの一方の出力信号を示す波形図である。
【図１８】図１６のバンドパスフィルタの他方の出力信号を示す波形図である。
【図１９】図１７の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２０】図１８の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２１】図１９、図２０の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図２２】図９のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の更に別の実施形態を示す回路図である。
【図２３】図２２のバンドパスフィルタの一方の出力信号を示す波形図である。
【図２４】図２２のバンドパスフィルタの他方の出力信号を示す波形図である。
【図２５】図２３の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２６】図２４の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２７】図２５、図２６の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図２８】図７、図２１の計算結果を拡張処理することによって得られた２倍周期の回転位置変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの構成例を示す概念図である。このレゾルバ１は、共に磁性材料で形成されたロータ３とステータ５とを備えている。
ロータ３は、１個の突極を有する。ステータ５は、等角度間隔（９０°間隔）で順次配列する第１、第２、第３および第４の磁極を有し、これらに単一のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４をそれぞれ巻着してある。
【００１７】
図２は、上記レゾルバ１を使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す。
この図２に示すように、上記４組のコイルＬ１〜Ｌ４は、コイルＬ１、Ｌ２を上アームとしコイルＬ３、Ｌ４を下アームとするＨブリッジ回路を構成するように接続されている。
上記Ｈリッジ回路において、コイルＬ１、Ｌ２の共通接続点は入力端子ＴＩＮ１に、コイルＬ３、Ｌ４の共通接続点は入力端子ＴＩＮ２に、コイルＬ１、Ｌ３の共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ１に、コイルＬ２、Ｌ４の共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ２にそれぞれ接続されている。
【００１８】
ロータ３の形状は、コイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスがロータ３の回転に伴って正弦波状に変化するように設定されている。したがって、コイルＬ１、Ｌ３のインダクタンスの基本波とコイルＬ２、Ｌ４のインダクタンスの基本波は、互いに位相が９０度異なることになる。
【００１９】
上記レゾルバ１には、ＣＰＵ、ＤＳＰ等のマイクロプロセッサを処理手段として使用した信号処理装置７が接続される。この信号処理装置７は、信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３を備えている。
上記信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３は、説明の便宜上、個別の機能を有する構成体として示してある。しかし、実際には、この信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３の機能は上記マイクロプロセッサによるプログラム処理によってもたらされるものである。
【００２０】
信号発生部９は、所定周波数（例えば２０ＫＨｚ）の基準パルス信号ｅｍを発生する。この基準パルス信号ｅｍは、マイクロプロセッサで使用されるベースクロック（例えば２００ＭＨｚ）を分周処理することによって得たものであり、励磁回路１８のバッファ１５を介してレゾルバ１の一方の入力端子ＴＩＮ１に入力されるとともに、該励磁回路１８のインバータ１７を介してレゾルバ１の他方の入力端子ＴＩＮ２に入力される。
【００２１】
この結果、レゾルバ１のコイルＬ１〜Ｌ４が交番励磁パルス信号によって励磁されるので、該レゾルバ１のロータ３の回転に伴って、レゾルバ１の出力端子ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２から図３、図４に示すようなパルス状の信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａがそれぞれ出力される。図示のように、このレゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａの振幅は、レゾルバ１のロータ３の位置変化に伴うコイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスの正弦波状変化に応じて正弦波状に変化する。
【００２２】
一方、信号発生部９は、Ａ／Ｄ変換タイミング信号を発生し、この信号をＡ／Ｄ変換部１１に出力する。そこで、Ａ／Ｄ変換部１１は、この変換タイミング信号に応じて上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａをＡ／Ｄ変換する。
上記変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍと同期しているものの、この基準パルス信号ｅｍのエッジから所定時間△ｔだけ遅延している。ここで、この遅延時間△ｔについて説明する。
【００２３】
図示していないが、上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａのエッジの付近には、ノイズが重畳していることが多い。このノイズは、上記基準パルス信号ｅｍに基づく交番励磁パルス信号が誘導性負荷であるコイルＬ１〜Ｌ４に印加された際に過渡的に発生するものである。このため、上記基準パルス信号ｅｍをそのままＡ／Ｄ変換タイミング信号として使用すると、Ａ／Ｄ変換結果に上記ノイズの影響が表れるおそれがある。
【００２４】
上記遅延時間△ｔは、上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａのエッジ付近のノイズが消失もしくは所定値以下に低減するのに必要な所定の時間、換言すれば、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａに含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定される。もちろん、この遅延時間△ｔの基点は基準パルス信号ｅｍのエッジである。なお、上記遅延時間△ｔ（例えば、数μｓｅｃ）は、シミュレーションや実験等によって予め決定され、信号処理装置７に設けられた図示していないタイマで生成される。
上記のような変換タイミング信号によってＡ／Ｄ変換部１１に変換動作を開始させる本実施形態によれば、信頼性の高いＡ／Ｄ変換結果を得ることが可能である。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部１１に入力された上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａは、図５、図６に示す信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄに変換される。角度計算部１３は、この信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄを入力し、下式（１）に基づいてロータ３の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１ｄ／Ｖ２ｄ） （１）
図７にθ（電気角）の計算結果を示す。このように、本実施形態の回転位置検出装置では、ロータ３が１回転（０°〜３６０°の機械変化）する間に電気的に１周期の位置信号（０°〜３６０°の電気角を示す信号）が得られる。
【００２６】
上記したように、本実施形態に係る回転位置検出装置では、信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３における各処理が全て上記ＣＰＵ、ＤＳＰ等のマイクロプロセッサによって実行されるので、該マイクロプロセッサ以外のハードウエア要素が不要であり、したがって、コストの低減と小型化を図ることができる
【００２７】
図８は、上記レゾルバ１を位置検出手段として用いた本発明に係るモータ駆動システムの実施形態を示す。このモータ駆動システムにおいて、レゾルバ１はモータ１９（例えば、永久磁石型モータ）に結合されて、該モータ１９と共に回転する。
レゾルバ１は、図２に示す励磁回路１８からの励磁パルス信号で励磁されて前記信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａを出力する。制御回路２０は、図２に示す信号処理装置７と同様にマイクロプロセッサからなる信号処理手段を内蔵し、その処理手段によって上記信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａをＡ／Ｄ変換するとともに、それによって得られる信号（図５、図６に示す信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄを参照）と上記式（１）とに基づいてレゾルバ１の回転位置、つまり、モータ１９の回転位置θを算出する。
そして、制御回路２０は、外部から入力される指令信号と上記回転位置θを示す信号とに基づいて、モータ１９に上記指令信号に従った動作を行わせるための制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を作成し、これを駆動回路２１に出力する。そこで、駆動回路２１は、例えばインバータ回路を用いて上記制御信号に対応する電力をモータ１９に供給し、その結果、モータ１９が上記指令信号に従って動作することになる。
【００２８】
このモータ駆動システムによれば、制御回路２０に組み込まれたマイクロプロセッサからなる処理手段が図２に示す信号処理装置７と同様の信号処理を実行するので、小型、低コスト化を図ることが可能である。
なお、このモータ駆動システムでは、レゾルバ１のロータ３が１回転する間に１周期の位置信号が得られるので、モータ１９として極対数が１である２極モータが使用される。
【００２９】
図９にレゾルバの他の構成例を示す。このレゾルバ１０は、５個の突極を有するロータ３'と、等角度間隔（４５°間隔）で順次配列する第１〜第８の磁極を有するステータ５'と、ステータ５'の各磁極にそれぞれ巻着した単一のコイルＬ１１〜Ｌ１８とを備えている。そして、このレゾルバ１０のロータ３'は、その回転に伴って各コイルＬ１１〜Ｌ１８のインダクタンスが正弦波状に変化するように形成されている。
【００３０】
図１０は、上記レゾルバ１０を使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す。この図１０に示すように、コイルＬ１１、１６相互、コイルＬ１２、１５相互、コイルＬ１３、１８相互およびコイルＬ１４、１７相互は、それぞれ直列接続されている。
そして、コイルＬ１１、１６からなるＡ相コイル、コイルＬ１２、１５からなるＢ相コイル、コイルＬ１３、１８からなるＣ相コイルおよびコイルＬ１４、１７からなるＤ相コイルは、Ａ相、Ｃ相コイルを上アームとしＢ相、Ｄ相コイルを下アームとするＨブリッジ回路を構成するように接続されている。
このＨブリッジ回路において、Ａ相コイルとＣ相コイルの共通接続点は入力端子ＴＩＮ１に、Ｂ相コイルとＤ相コイルの共通接続点は入力端子ＴＩＮ２に、Ａ相コイルとＢ相コイルの共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ１に、Ｃ相コイルとＤ相コイルの共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ２にそれぞれ接続されている。
【００３１】
図１０に示すように、上記レゾルバ１０には、図２において説明した信号処理装置７が接続される。この信号処理装置７から前記基準パルス信号ｅｍが出力されると、レゾルバ１０のコイルＬ１１〜Ｌ１８が交番励磁されるので、図９に示すロータ３'の回転に伴って、出力端子ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２から図１１、図１２に示すようなパルス状の信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａがそれぞれ出力される。図示のように、このレゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａの振幅は、レゾルバ１のロータ３の位置変化によるコイルＬ１１〜Ｌ１８のインダクタンスの正弦波状変化に応じて正弦波状に変化する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部１１は、信号発生部９から与えられるＡ／Ｄ変換タイミング信号に応じて上記レゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換する。
図２の実施形態の場合と同様に、上記変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍのエッジから所定時間△ｔだけ遅延している。したがって、Ａ／Ｄ変換部１１は、ノイズによる変動を伴わない、つまり、安定状態にあるレゾルバ出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換する。
【００３３】
図１３、図１４は、上記信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換することによって得られた信号Ｖ１１ｄ，Ｖ２２ｄの変化態様をそれぞれ示す。角度計算部１３は、この信号Ｖ１１ｄ，Ｖ２２ｄを入力し、下式（２）に基づいてロータ３'の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１１ｄ／Ｖ２２ｄ） （２）
図１５は、ロータ３'の回転位置θ（電気角）の計算結果を例示したものである。ロータ３'の機械角は、
θＭ＝（１／５）ｔａｎ−（Ｖ１１ｄ／Ｖ２２ｄ） （３）
であるので、電気角３６０°＝機械角７２°である。
このように、上記レゾルバ１０を用いる回転位置検出装置では、ロータ３が７２°機械変化する間に電気的に１周期の位置信号（０°〜３６０°の電気角を示す信号）が得られる。
【００３４】
このレゾルバ１０を用いた回転位置検出装置も、図８に示したようなモータ駆動システムに適用することができる。その場合、レゾルバ１０のロータ３'が１回転する間に５周期の位置信号が得られるので、モータ１９として極対数が５である１０極モータが使用される。
【００３５】
図１６は、本発明に係る回転位置検出装置の別の実施形態を示す。この回転位置検出装置は、バンドパスフィルタ２３を付加した点において図２に示す回転位置検出装置と相違している。
本実施形態では、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａ（図３、図４参照）が上記バンドパスフィルタ２３に入力される。これによって、バンドパスフィルタ２３からは、信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａに含まれたノイズが抑制または除去された図１７、図１８に示すような信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'が出力される。
【００３６】
信号処理装置７のＡ／Ｄ変換部１１は、信号発生部９から出力されるＡ／Ｄ変換タイミング信号に応じて信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'をＡ／Ｄ変換する。ここで、上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号について説明する。
上記バンドパスフィルタ２３の出力信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'は、正弦波を包絡線とする小周期の脈動波形を有するものであり、その脈動は前記基準パルス信号ｅｍに同期している。そこで、上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍに同期し、かつ、基準パルス信号ｅｍのエッジから所定の時間Δｔ'だけ遅延した時点、具体的には、上記信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'における各脈動波形がピーク値を示す時点で発生するように設定される。
なお、上記遅延時間Δｔ'は、シミュレーションや実験等によって予め決定され、信号処理装置７に設けられた図示していないタイマで生成される。
上記のような変換タイミング信号によってＡ／Ｄ変換部１１に変換動作を開始させる本実施形態によれば、信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'の包絡線上の値をＡ／Ｄ変換することが可能になる。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部１１からは図１９、図２０に示す信号Ｖ１ｄ'，Ｖ２ｄ'が出力される。角度計算部１３は、この信号Ｖ１ｄ'，Ｖ２ｄ'を入力し、下式（１）'に基づいてレゾルバ１の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１ｄ'／Ｖ２ｄ'） （１）'
図２１にθ（電気角）の計算結果を示す。この図２１の関係は、図７に示す関係に対応している。
【００３８】
このバンドパスフィルタ２３を用いた実施形態によれば、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａの変動ノイズの他、レゾルバ１と信号処理装置７との間を結合する線路に入り込むノイズも低減もしくは除去されるので、特に、上記結合線路が長い場合に有効である。
なお、図８に示すモータ駆動システムに本実施形態の回転位置検出装置を適用する場合には、レゾルバ１と制御回路２０との間に上記バンドパスフィルタ２３が挿入されることになる。
【００３９】
図２２は、本発明に係る回転位置検出装置の更に別の実施形態を示す。この回転位置検出装置は、バンドパスフィルタ２５を付加した点を除き、図１０に示す回転位置検出装置と同様の構成を有している。
本実施形態では、レゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａ（図１１、図１２参照）が上記バンドパスフィルタ２５に入力される。これによって、バンドパスフィルタ２５からは、信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａに含まれたノイズが抑制または除去された図２３、図２４に示すような信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'が出力される。
【００４０】
信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'に対する信号処理装置７の処理形態は、図１６の実施形態における信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'の処理形態に準じているので、ここではその詳細な説明を省略する。
Ａ／Ｄ変換部１１からは入力信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'に対応するデジタル信号Ｖ１１ｄ'，Ｖ２２ｄ'（図２５、図２６参照）が出力され、この結果、角度計算部１３においてレゾルバ１０の回転位置θが計算される（図２７参照）。
なお、図８に示すモータ駆動システムに本実施形態の回転位置検出装置を適用する場合には、レゾルバ１０と制御回路２０との間に上記バンドパスフィルタ２５が挿入されることになる。
【００４１】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、以下に例示するような種々の変形態様を含むものである。
（１）本発明に適用するレゾルバは、図１に示すレゾルバ１や図９に示すレゾルバ１０に限定されない。すなわち、本発明は、ロータの突極数が２ｎ−１ (ｎは正の整数）でステータの磁極数が４ｎであるレゾルバであれば実施可能である。ただし、ロータの形状は、その回転に伴ってステータのコイルのインダクタンスが正弦波状に変化するように設定され、また、ステータのコイルは４組（Ａ相コイル〜Ｄ相コイル）に分けられて、個々の組のコイルがブリッジ接続される。
このようなレゾルバを用いて図８に示したようなモータ駆動システムを構成する場合、モータ１９として、磁極数２（２ｎ−１）つまり磁極対数２ｎ−１の永久磁石モータが適用される。もちろん、本発明のモータ駆動システムは、永久磁石モータの制御に限定されず、例えば、誘導モータの制御にも使用することができる。
【００４２】
（２）レゾルバ１を用いた図２（図１６）の実施形態によって得られる図７（図２１）に示した１周期の位置変化（電気角変化）は、演算処理によってＭ／２（Ｍは４以上の正の偶数）周期の位置変化に拡張することが可能である。そして、このような拡張を行えば、レゾルバ１を図８のモータ駆動システムに適用した場合でも、Ｍ極モータを制御することが可能になる。例えば、Ｍを４として、図７（図２１）に示した結果を図２８に示すように４／２＝２周期に拡張する処理を実行すれば、４極の永久磁石モータの制御に適用することが可能になる。上記の拡張処理は、例えば、図２（図１６）に示す角度計算部１３、つまり前記マイクロプロセッサに実行させることができる。その場合、角度計算部１３は、図７（図２１）に示した計算結果をＭ／２倍し、その値が電気角３６０°に達するたびに、電気角３６０°を減じる処理を実行する。図２８の場合、位置変化（電気角変化）の各周期の境界（電気角が３６０°から０°に変化する点）が上記の電気角３６０°を減じる処理によって形成されることになる。
なお、図１５（図２７）に示す１周期の位置変化（電気角変化）に対しても同様の拡張処理を行うことが可能である。
【００４３】
（３）前記各実施形態では、前記Ａ／Ｄ変換部１１に与えられるＡ／Ｄ変換タイミング信号として、前記基準パルス信号に同期した信号を用いているが、この基準パルス信号を分周した信号に同期した信号を上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号として用いても良い。このようなＡ／Ｄ変換タイミング信号として用いた場合、Ａ／Ｄ変換周期が長くなるので、処理速度の低い低コストのマイクロプロセッサを適用することが可能になる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１０ レゾルバ
３、３' ロータ
５、５' ステータ
Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ１１〜Ｌ１８ コイル
７ 信号処理装置
９ 信号発生部
１１ Ａ／Ｄ変換部
１３ 角度計算部
１５ バッファ
１７ インバータ
１８ 励磁回路
１９ モータ
２０ 制御回路
２１ 駆動回路
２３、２５ バンドパスフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レゾルバを使用する回転位置検出装置およびこの回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レゾルバを使用する回転位置検出装置は、例えば、特許文献１によって提案されている。
この回転位置検出装置におけるレゾルバは、多相モータに組み込まれている。上記多相モータのステータは、等ピッチ角で配設された複数個の突極を有し、また、該モータのロータは、極性が異なる永久磁石を上記ステータの各突極に対向する形態で外周面に沿って交互に複数個配列してなる回転子極を有した構成を有する。
【０００３】
上記ステータの突極は、トルクを発生するトルク極（多相モータの構成要素）と、上記回転子の位置を検出するためのセンサ極（レゾルバの構成要素）とに分けられ、各トルク極にはトルク巻線が、また、各センサ極にはセンサ巻線がそれぞれ巻回されている。
【０００４】
上記各センサ巻線は、４つの組に分けられ、各組内の検出出力信号が最大になるように、かつ、各組内の誘起電圧が最小になるようにブリッジ接続されている。このセンサ巻線からなるブリッジ回路の二つの入力端子間に発振回路からの励磁信号が入力されると、上記ロータの回転に伴う該センサ巻線のインダクタンスの変化によって、このブリッジ回路の二つ出力端子から互いに位相が相違する正弦波信号がそれぞれ出力される。
【０００５】
上記２つの正弦波信号は、同期検波回路によりロータの回転角度を変数とする正弦関数、余弦関数にそれぞれ変換され、その後、位置デコーダによって回転子角度信号に変換される。
なお、この回転子角度信号は、外部基準信号、またはマイクロプロセッサが出力する基準信号と比較される。そして、それらの信号の偏差に基づくモータ駆動信号が上記多相モータのトルク巻線に入力され、その結果、上記基準信号に従うように該モータが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８１２６１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の回転位置検出装置は、上記発振回路、同期検波回路、位置デコーダ等の回路要素を用いて回転位置を検出するので、コストが高くなり、かつ、大型化するという問題点を有する。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで信頼性が高くかつ小型化が容易な回転位置検出装置を提供すること、および、その回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転位置検出装置は、レゾルバ、励磁回路および信号処理手段を有し、
前記レゾルバは、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルを有するステータと、前記４組のコイルのインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備え、
前記励磁回路は、入力される所定周波数の基準パルス信号に基づいて、前記ブリッジ回路の第１の入力端子に前記基準パルス信号と同相の励磁パルス信号を供給すると共に、前記ブリッジ回路の第２の入力端子に前記基準パルス信号とは逆相の励磁パルス信号を供給するように構成され、
前記信号処理手段は、前記基準パルス信号を生成する処理と、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じて、前記ブリッジ回路の第１および第２の出力端子から出力される第１および第２の位置情報信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する処理と、前記Ａ／Ｄ変換処理によって得られる第１および第２のデジタル位置情報信号に基づいて前記レゾルバのロータの回転位置を演算する処理と、を実行するマイクロプロセッサを備える。
【００１０】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生させることができる。この場合、その遅延時間は前記第１および第２の位置情報信号に含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定される。
【００１１】
また、前記第１および第２の位置情報信号を通過させて該信号に含まれるノイズを低減するバンドパスフィルタを更に備えることができる。この場合、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生させることができる。その遅延時間は、前記バンドパスフィルタを通過した前記第１および第２の位置情報信号に含まれる脈動波がピーク値を示すのに必要な時間に設定される。
【００１２】
前記レゾルバは、一例として、前記ステータの磁極数が４に設定されるとともに、前記ロータの突極数が１に設定され、また、他の例として、前記ステータの磁極数が８に設定されるとともに、前記ロータの突極数が５に設定される。
また、前記信号処理手段のマイクロプロセッサで実行される処理中に、演算された前記ロータの回転位置の変化周期をＭ／２倍（Ｍは４以上の正の偶数）に拡張する処理をさらに含ませることも可能である。
【００１３】
本発明は、上記の回転位置検出装置をモータの回転位置検出手段として使用し、この回転位置検出手段で検出される回転位置に基づいて前記モータを制御するように構成されたモータ駆動システムも提供する。
このモータ駆動システムにおいては、前記モータとして例えば永久磁石型モータが使用される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、励磁用および制御用のパルス信号を生成する発振回路、包絡線検波のための同期検波回路、位置信号を算出するための位置デコーダ等の回路要素を用いないので、低コストで信頼性が高くかつ小型化が容易な回転位置検出装置を提供すること、および、その回転位置検出装置を用いたモータ駆動システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの構成例を示す概念図である。
【図２】図１のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す回路図である。
【図３】レゾルバの一方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図４】レゾルバの他方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図５】図３の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図６】図４の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図７】図５、図６の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図８】本発明に係るモータ駆動システムの構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの他の構成を示す概念図である。
【図１０】図９のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す回路図である。
【図１１】図９のレゾルバの一方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図１２】図１０のレゾルバの他方の出力端子から出力される信号の波形図である。
【図１３】図１１の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図１４】図１２の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図１５】図１３、図１４の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図１６】図１のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の他の実施形態を示す回路図である。
【図１７】図１６のバンドパスフィルタの一方の出力信号を示す波形図である。
【図１８】図１６のバンドパスフィルタの他方の出力信号を示す波形図である。
【図１９】図１７の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２０】図１８の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２１】図１９、図２０の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図２２】図９のレゾルバを使用した本発明に係る回転位置検出装置の更に別の実施形態を示す回路図である。
【図２３】図２２のバンドパスフィルタの一方の出力信号を示す波形図である。
【図２４】図２２のバンドパスフィルタの他方の出力信号を示す波形図である。
【図２５】図２３の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２６】図２４の信号をＡ／Ｄ変換することによって得られる信号の変化態様を示す波形図である。
【図２７】図２５、図２６の信号に基づく回転位置の計算結果の一例を示すグラフである。
【図２８】図７、図２１の計算結果を拡張処理することによって得られた２倍周期の回転位置変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る回転位置検出装置に使用されるレゾルバの構成例を示す概念図である。このレゾルバ１は、共に磁性材料で形成されたロータ３とステータ５とを備えている。
ロータ３は、１個の突極を有する。ステータ５は、等角度間隔（９０°間隔）で順次配列する第１、第２、第３および第４の磁極を有し、これらに単一のコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４をそれぞれ巻着してある。
【００１７】
図２は、上記レゾルバ１を使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す。
この図２に示すように、上記４組のコイルＬ１〜Ｌ４は、コイルＬ１、Ｌ２を上アームとしコイルＬ３、Ｌ４を下アームとするＨブリッジ回路を構成するように接続されている。
上記Ｈリッジ回路において、コイルＬ１、Ｌ２の共通接続点は入力端子ＴＩＮ１に、コイルＬ３、Ｌ４の共通接続点は入力端子ＴＩＮ２に、コイルＬ１、Ｌ３の共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ１に、コイルＬ２、Ｌ４の共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ２にそれぞれ接続されている。
【００１８】
ロータ３の形状は、コイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスがロータ３の回転に伴って正弦波状に変化するように設定されている。したがって、コイルＬ１、Ｌ３のインダクタンスの基本波とコイルＬ２、Ｌ４のインダクタンスの基本波は、互いに位相が９０度異なることになる。
【００１９】
上記レゾルバ１には、ＣＰＵ、ＤＳＰ等のマイクロプロセッサを処理手段として使用した信号処理装置７が接続される。この信号処理装置７は、信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３を備えている。
上記信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３は、説明の便宜上、個別の機能を有する構成体として示してある。しかし、実際には、この信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３の機能は上記マイクロプロセッサによるプログラム処理によってもたらされるものである。
【００２０】
信号発生部９は、所定周波数（例えば２０ＫＨｚ）の基準パルス信号ｅｍを発生する。この基準パルス信号ｅｍは、マイクロプロセッサで使用されるベースクロック（例えば２００ＭＨｚ）を分周処理することによって得たものであり、励磁回路１８のバッファ１５を介してレゾルバ１の一方の入力端子ＴＩＮ１に入力されるとともに、該励磁回路１８のインバータ１７を介してレゾルバ１の他方の入力端子ＴＩＮ２に入力される。
【００２１】
この結果、レゾルバ１のコイルＬ１〜Ｌ４が交番励磁パルス信号によって励磁されるので、該レゾルバ１のロータ３の回転に伴って、レゾルバ１の出力端子ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２から図３、図４に示すようなパルス状の信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａがそれぞれ出力される。図示のように、このレゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａの振幅は、レゾルバ１のロータ３の位置変化に伴うコイルＬ１〜Ｌ４のインダクタンスの正弦波状変化に応じて正弦波状に変化する。
【００２２】
一方、信号発生部９は、Ａ／Ｄ変換タイミング信号を発生し、この信号をＡ／Ｄ変換部１１に出力する。そこで、Ａ／Ｄ変換部１１は、この変換タイミング信号に応じて上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａをＡ／Ｄ変換する。
上記変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍと同期しているものの、この基準パルス信号ｅｍのエッジから所定時間△ｔだけ遅延している。ここで、この遅延時間△ｔについて説明する。
【００２３】
図示していないが、上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａのエッジの付近には、ノイズが重畳していることが多い。このノイズは、上記基準パルス信号ｅｍに基づく交番励磁パルス信号が誘導性負荷であるコイルＬ１〜Ｌ４に印加された際に過渡的に発生するものである。このため、上記基準パルス信号ｅｍをそのままＡ／Ｄ変換タイミング信号として使用すると、Ａ／Ｄ変換結果に上記ノイズの影響が表れるおそれがある。
【００２４】
上記遅延時間△ｔは、上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａのエッジ付近のノイズが消失もしくは所定値以下に低減するのに必要な所定の時間、換言すれば、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａに含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定される。もちろん、この遅延時間△ｔの基点は基準パルス信号ｅｍのエッジである。なお、上記遅延時間△ｔ（例えば、数μｓｅｃ）は、シミュレーションや実験等によって予め決定され、信号処理装置７に設けられた図示していないタイマで生成される。
上記のような変換タイミング信号によってＡ／Ｄ変換部１１に変換動作を開始させる本実施形態によれば、信頼性の高いＡ／Ｄ変換結果を得ることが可能である。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部１１に入力された上記レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａは、図５、図６に示す信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄに変換される。角度計算部１３は、この信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄを入力し、下式（１）に基づいてロータ３の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１ｄ／Ｖ２ｄ） （１）
図７にθ（電気角）の計算結果を示す。このように、本実施形態の回転位置検出装置では、ロータ３が１回転（０°〜３６０°の機械変化）する間に電気的に１周期の位置信号（０°〜３６０°の電気角を示す信号）が得られる。
【００２６】
上記したように、本実施形態に係る回転位置検出装置では、信号発生部９、Ａ／Ｄ変換部１１および角度計算部１３における各処理が全て上記ＣＰＵ、ＤＳＰ等のマイクロプロセッサによって実行されるので、該マイクロプロセッサ以外のハードウエア要素が不要であり、したがって、コストの低減と小型化を図ることができる
【００２７】
図８は、上記レゾルバ１を位置検出手段として用いた本発明に係るモータ駆動システムの実施形態を示す。このモータ駆動システムにおいて、レゾルバ１はモータ１９（例えば、永久磁石型モータ）に結合されて、該モータ１９と共に回転する。
レゾルバ１は、図２に示す励磁回路１８からの励磁パルス信号で励磁されて前記信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａを出力する。制御回路２０は、図２に示す信号処理装置７と同様にマイクロプロセッサからなる信号処理手段を内蔵し、その処理手段によって上記信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａをＡ／Ｄ変換するとともに、それによって得られる信号（図５、図６に示す信号Ｖ１ｄ，Ｖ２ｄを参照）と上記式（１）とに基づいてレゾルバ１の回転位置、つまり、モータ１９の回転位置θを算出する。
そして、制御回路２０は、外部から入力される指令信号と上記回転位置θを示す信号とに基づいて、モータ１９に上記指令信号に従った動作を行わせるための制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を作成し、これを駆動回路２１に出力する。そこで、駆動回路２１は、例えばインバータ回路を用いて上記制御信号に対応する電力をモータ１９に供給し、その結果、モータ１９が上記指令信号に従って動作することになる。
【００２８】
このモータ駆動システムによれば、制御回路２０に組み込まれたマイクロプロセッサからなる処理手段が図２に示す信号処理装置７と同様の信号処理を実行するので、小型、低コスト化を図ることが可能である。
なお、このモータ駆動システムでは、レゾルバ１のロータ３が１回転する間に１周期の位置信号が得られるので、モータ１９として極対数が１である２極モータが使用される。
【００２９】
図９にレゾルバの他の構成例を示す。このレゾルバ１０は、５個の突極を有するロータ３'と、等角度間隔（４５°間隔）で順次配列する第１〜第８の磁極を有するステータ５'と、ステータ５'の各磁極にそれぞれ巻着した単一のコイルＬ１１〜Ｌ１８とを備えている。そして、このレゾルバ１０のロータ３'は、その回転に伴って各コイルＬ１１〜Ｌ１８のインダクタンスが正弦波状に変化するように形成されている。
【００３０】
図１０は、上記レゾルバ１０を使用した本発明に係る回転位置検出装置の実施形態を示す。この図１０に示すように、コイルＬ１１、１６相互、コイルＬ１２、１５相互、コイルＬ１３、１８相互およびコイルＬ１４、１７相互は、それぞれ直列接続されている。
そして、コイルＬ１１、１６からなるＡ相コイル、コイルＬ１２、１５からなるＢ相コイル、コイルＬ１３、１８からなるＣ相コイルおよびコイルＬ１４、１７からなるＤ相コイルは、Ａ相、Ｃ相コイルを上アームとしＢ相、Ｄ相コイルを下アームとするＨブリッジ回路を構成するように接続されている。
このＨブリッジ回路において、Ａ相コイルとＣ相コイルの共通接続点は入力端子ＴＩＮ１に、Ｂ相コイルとＤ相コイルの共通接続点は入力端子ＴＩＮ２に、Ａ相コイルとＢ相コイルの共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ１に、Ｃ相コイルとＤ相コイルの共通接続点は出力端子ＴＯＵＴ２にそれぞれ接続されている。
【００３１】
図１０に示すように、上記レゾルバ１０には、図２において説明した信号処理装置７が接続される。この信号処理装置７から前記基準パルス信号ｅｍが出力されると、レゾルバ１０のコイルＬ１１〜Ｌ１８が交番励磁されるので、図９に示すロータ３'の回転に伴って、出力端子ＴＯＵＴ１，ＴＯＵＴ２から図１１、図１２に示すようなパルス状の信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａがそれぞれ出力される。図示のように、このレゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａの振幅は、レゾルバ１のロータ３の位置変化によるコイルＬ１１〜Ｌ１８のインダクタンスの正弦波状変化に応じて正弦波状に変化する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換部１１は、信号発生部９から与えられるＡ／Ｄ変換タイミング信号に応じて上記レゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換する。
図２の実施形態の場合と同様に、上記変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍのエッジから所定時間△ｔだけ遅延している。したがって、Ａ／Ｄ変換部１１は、ノイズによる変動を伴わない、つまり、安定状態にあるレゾルバ出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換する。
【００３３】
図１３、図１４は、上記信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａをＡ／Ｄ変換することによって得られた信号Ｖ１１ｄ，Ｖ２２ｄの変化態様をそれぞれ示す。角度計算部１３は、この信号Ｖ１１ｄ，Ｖ２２ｄを入力し、下式（２）に基づいてロータ３'の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１１ｄ／Ｖ２２ｄ） （２）
図１５は、ロータ３'の回転位置θ（電気角）の計算結果を例示したものである。ロータ３'の機械角は、
θＭ＝（１／５）ｔａｎ−（Ｖ１１ｄ／Ｖ２２ｄ） （３）
であるので、電気角３６０°＝機械角７２°である。
このように、上記レゾルバ１０を用いる回転位置検出装置では、ロータ３が７２°機械変化する間に電気的に１周期の位置信号（０°〜３６０°の電気角を示す信号）が得られる。
【００３４】
このレゾルバ１０を用いた回転位置検出装置も、図８に示したようなモータ駆動システムに適用することができる。その場合、レゾルバ１０のロータ３'が１回転する間に５周期の位置信号が得られるので、モータ１９として極対数が５である１０極モータが使用される。
【００３５】
図１６は、本発明に係る回転位置検出装置の別の実施形態を示す。この回転位置検出装置は、バンドパスフィルタ２３を付加した点において図２に示す回転位置検出装置と相違している。
本実施形態では、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａ（図３、図４参照）が上記バンドパスフィルタ２３に入力される。これによって、バンドパスフィルタ２３からは、信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａに含まれたノイズが抑制または除去された図１７、図１８に示すような信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'が出力される。
【００３６】
信号処理装置７のＡ／Ｄ変換部１１は、信号発生部９から出力されるＡ／Ｄ変換タイミング信号に応じて信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'をＡ／Ｄ変換する。ここで、上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号について説明する。
上記バンドパスフィルタ２３の出力信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'は、正弦波を包絡線とする小周期の脈動波形を有するものであり、その脈動は前記基準パルス信号ｅｍに同期している。そこで、上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、上記基準パルス信号ｅｍに同期し、かつ、基準パルス信号ｅｍのエッジから所定の時間Δｔ'だけ遅延した時点、具体的には、上記信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'における各脈動波形がピーク値を示す時点で発生するように設定される。
なお、上記遅延時間Δｔ'は、シミュレーションや実験等によって予め決定され、信号処理装置７に設けられた図示していないタイマで生成される。
上記のような変換タイミング信号によってＡ／Ｄ変換部１１に変換動作を開始させる本実施形態によれば、信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'の包絡線上の値をＡ／Ｄ変換することが可能になる。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換部１１からは図１９、図２０に示す信号Ｖ１ｄ'，Ｖ２ｄ'が出力される。角度計算部１３は、この信号Ｖ１ｄ'，Ｖ２ｄ'を入力し、下式（１）'に基づいてレゾルバ１の回転位置（角度）θを計算する。
θ＝ｔａｎ−（Ｖ１ｄ'／Ｖ２ｄ'） （１）'
図２１にθ（電気角）の計算結果を示す。この図２１の関係は、図７に示す関係に対応している。
【００３８】
このバンドパスフィルタ２３を用いた実施形態によれば、レゾルバ１の出力信号Ｖ１ａ，Ｖ２ａの変動ノイズの他、レゾルバ１と信号処理装置７との間を結合する線路に入り込むノイズも低減もしくは除去されるので、特に、上記結合線路が長い場合に有効である。
なお、図８に示すモータ駆動システムに本実施形態の回転位置検出装置を適用する場合には、レゾルバ１と制御回路２０との間に上記バンドパスフィルタ２３が挿入されることになる。
【００３９】
図２２は、本発明に係る回転位置検出装置の更に別の実施形態を示す。この回転位置検出装置は、バンドパスフィルタ２５を付加した点を除き、図１０に示す回転位置検出装置と同様の構成を有している。
本実施形態では、レゾルバ１０の出力信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａ（図１１、図１２参照）が上記バンドパスフィルタ２５に入力される。これによって、バンドパスフィルタ２５からは、信号Ｖ１１ａ，Ｖ２２ａに含まれたノイズが抑制または除去された図２３、図２４に示すような信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'が出力される。
【００４０】
信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'に対する信号処理装置７の処理形態は、図１６の実施形態における信号Ｖ１ａ'，Ｖ２ａ'の処理形態に準じているので、ここではその詳細な説明を省略する。
Ａ／Ｄ変換部１１からは入力信号Ｖ１１ａ'，Ｖ２２ａ'に対応するデジタル信号Ｖ１１ｄ'，Ｖ２２ｄ'（図２５、図２６参照）が出力され、この結果、角度計算部１３においてレゾルバ１０の回転位置θが計算される（図２７参照）。
なお、図８に示すモータ駆動システムに本実施形態の回転位置検出装置を適用する場合には、レゾルバ１０と制御回路２０との間に上記バンドパスフィルタ２５が挿入されることになる。
【００４１】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、以下に例示するような種々の変形態様を含むものである。
（１）本発明に適用するレゾルバは、図１に示すレゾルバ１や図９に示すレゾルバ１０に限定されない。すなわち、本発明は、ロータの突極数が２ｎ−１ (ｎは正の整数）でステータの磁極数が４ｎであるレゾルバであれば実施可能である。ただし、ロータの形状は、その回転に伴ってステータのコイルのインダクタンスが正弦波状に変化するように設定され、また、ステータのコイルは４組（Ａ相コイル〜Ｄ相コイル）に分けられて、個々の組のコイルがブリッジ接続される。
このようなレゾルバを用いて図８に示したようなモータ駆動システムを構成する場合、モータ１９として、磁極数２（２ｎ−１）つまり磁極対数２ｎ−１の永久磁石モータが適用される。もちろん、本発明のモータ駆動システムは、永久磁石モータの制御に限定されず、例えば、誘導モータの制御にも使用することができる。
【００４２】
（２）レゾルバ１を用いた図２（図１６）の実施形態によって得られる図７（図２１）に示した１周期の位置変化（電気角変化）は、演算処理によってＭ／２（Ｍは４以上の正の偶数）周期の位置変化に拡張することが可能である。そして、このような拡張を行えば、レゾルバ１を図８のモータ駆動システムに適用した場合でも、Ｍ極モータを制御することが可能になる。例えば、Ｍを４として、図７（図２１）に示した結果を図２８に示すように４／２＝２周期に拡張する処理を実行すれば、４極の永久磁石モータの制御に適用することが可能になる。上記の拡張処理は、例えば、図２（図１６）に示す角度計算部１３、つまり前記マイクロプロセッサに実行させることができる。その場合、角度計算部１３は、図７（図２１）に示した計算結果をＭ／２倍し、その値が電気角３６０°に達するたびに、電気角３６０°を減じる処理を実行する。図２８の場合、位置変化（電気角変化）の各周期の境界（電気角が３６０°から０°に変化する点）が上記の電気角３６０°を減じる処理によって形成されることになる。
なお、図１５（図２７）に示す１周期の位置変化（電気角変化）に対しても同様の拡張処理を行うことが可能である。
【００４３】
（３）前記各実施形態では、前記Ａ／Ｄ変換部１１に与えられるＡ／Ｄ変換タイミング信号として、前記基準パルス信号に同期した信号を用いているが、この基準パルス信号を分周した信号に同期した信号を上記Ａ／Ｄ変換タイミング信号として用いても良い。このようなＡ／Ｄ変換タイミング信号として用いた場合、Ａ／Ｄ変換周期が長くなるので、処理速度の低い低コストのマイクロプロセッサを適用することが可能になる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１０ レゾルバ
３、３' ロータ
５、５' ステータ
Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ１１〜Ｌ１８ コイル
７ 信号処理装置
９ 信号発生部
１１ Ａ／Ｄ変換部
１３ 角度計算部
１５ バッファ
１７ インバータ
１８ 励磁回路
１９ モータ
２０ 制御回路
２１ 駆動回路
２３、２５ バンドパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバ、励磁回路および信号処理手段を有し、
前記レゾルバは、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルを有するステータと、前記４組のコイルのインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備え、
前記励磁回路は、入力される所定周波数の基準パルス信号に基づいて、前記ブリッジ回路の第１の入力端子に前記基準パルス信号と同相の励磁パルス信号を供給すると共に、前記ブリッジ回路の第２の入力端子に前記基準パルス信号とは逆相の励磁パルス信号を供給するように構成され、
前記信号処理手段は、前記基準パルス信号を生成する処理と、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じて、前記ブリッジ回路の第１および第２の出力端子から出力される第１および第２の位置情報信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する処理と、前記Ａ／Ｄ変換処理によって得られる第１および第２のデジタル位置情報信号に基づいて前記レゾルバのロータの回転位置を演算する処理と、を実行するマイクロプロセッサを備えることを特徴とする回転位置検出装置。
【請求項２】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生され、その遅延時間は、前記第１および第２の位置情報信号に含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項３】
前記第１および第２の位置情報信号を通過させて該信号に含まれるノイズを低減するバンドパスフィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生され、その遅延時間は、前記バンドパスフィルタを通過した前記第１および第２の位置情報信号に含まれる脈動波がピーク値を示すのに必要な時間に設定されることを特徴とする請求項３に記載の回転位置検出装置。
【請求項５】
前記レゾルバは、前記ステータの磁極数が４に設定され、前記ロータの突極数が１に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項６】
前記レゾルバは、前記ステータの磁極数が８に設定され、前記ロータの突極数が５に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項７】
前記信号処理手段のマイクロプロセッサは、演算された前記ロータの回転位置の変化周期をＭ／２倍（Ｍは４以上の正の偶数）に拡張する処理をさらに実行することを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の回転位置検出装置をモータの回転位置検出手段として使用し、この回転位置検出手段で検出される回転位置に基づいて前記モータを制御するように構成されたことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項９】
前記モータが永久磁石型モータであることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
【請求項１】
レゾルバ、励磁回路および信号処理手段を有し、
前記レゾルバは、ブリッジ回路を構成するように接続された４組のコイルを有するステータと、前記４組のコイルのインダクタンスを正弦波状に変化させることが可能な形状を有するロータとを備え、
前記励磁回路は、入力される所定周波数の基準パルス信号に基づいて、前記ブリッジ回路の第１の入力端子に前記基準パルス信号と同相の励磁パルス信号を供給すると共に、前記ブリッジ回路の第２の入力端子に前記基準パルス信号とは逆相の励磁パルス信号を供給するように構成され、
前記信号処理手段は、前記基準パルス信号を生成する処理と、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号に同期したＡ／Ｄ変換タイミング信号を生成する処理と、前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号に応じて、前記ブリッジ回路の第１および第２の出力端子から出力される第１および第２の位置情報信号をそれぞれＡ／Ｄ変換する処理と、前記Ａ／Ｄ変換処理によって得られる第１および第２のデジタル位置情報信号に基づいて前記レゾルバのロータの回転位置を演算する処理と、を実行するマイクロプロセッサを備えることを特徴とする回転位置検出装置。
【請求項２】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生され、その遅延時間は、前記第１および第２の位置情報信号に含まれるパルス波の値が安定するのに必要な時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項３】
前記第１および第２の位置情報信号を通過させて該信号に含まれるノイズを低減するバンドパスフィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換タイミング信号は、前記基準パルス信号あるいは該基準パルス信号を分周した信号のエッジから所定時間遅延して発生され、その遅延時間は、前記バンドパスフィルタを通過した前記第１および第２の位置情報信号に含まれる脈動波がピーク値を示すのに必要な時間に設定されることを特徴とする請求項３に記載の回転位置検出装置。
【請求項５】
前記レゾルバは、前記ステータの磁極数が４に設定され、前記ロータの突極数が１に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項６】
前記レゾルバは、前記ステータの磁極数が８に設定され、前記ロータの突極数が５に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項７】
前記信号処理手段のマイクロプロセッサは、演算された前記ロータの回転位置の変化周期をＭ／２倍（Ｍは４以上の正の偶数）に拡張する処理をさらに実行することを特徴とする請求項１に記載の回転位置検出装置。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の回転位置検出装置をモータの回転位置検出手段として使用し、この回転位置検出手段で検出される回転位置に基づいて前記モータを制御するように構成されたことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項９】
前記モータが永久磁石型モータであることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１５３８６４（Ｐ２０１１−１５３８６４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４６６（Ｐ２０１０−１４４６６）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００１０３７９２）オリエンタルモーター株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００１０３７９２）オリエンタルモーター株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
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