JP2017201292A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア信号に起因する誤差成分を除去することができる制御装置を提供すること。【解決手段】制御装置１００は、キャリア周波数ｆｃのキャリア信号で励磁されたレゾルバから検出された、少なくとも二相以上の信号に対して、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極で、レゾルバの第１位相信号の位相をシフトする第１位相シフタ１０１と、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極で、レゾルバの第２位相信号の位相をシフトする第２位相シフタ１０２と、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号を生成する信号生成器１０４と、位相をシフトした第１位相信号と、位相をシフトした第２位相信号と、誤差成分を打ち消す補正信号とを合成して、キャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号とする合成器１０３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は制御装置に関し、例えば、モータの制御に用いる制御装置に関する。

特許文献１、２には、１相励磁で得られた２相のレゾルバ信号について、信号変換器により、一方の信号の位相を９０°シフトして、他方の信号と合成し、合成した信号からレゾルバの角度を検出する方法が記載されている。また、特許文献３には、レゾルバの角度において、角度検出に異常があるか否かを検出する装置が記載されている。

特開平８−２８７１７３号公報 特開平８−３５８５６号公報 特開２００４−３４７６１２号公報

しかし、特許文献１〜３に記載された方法では、レゾルバに巻き線バラツキがあると、位相変調信号に固定位相のキャリア信号がキヤリア誤差成分として残ってしまい、位置誤差の大きな要因となるという問題があった。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、制御装置は、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極で、レゾルバの第１位相信号の位相をシフトし、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極で、レゾルバの第２位相信号の位相をシフトし、位相をシフトした第１位相信号と、位相をシフトした第２位相信号とを合成して、キャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号とし、位相変調信号に、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号を加算する。

キャリア信号に起因する誤差成分を除去することができる制御装置を提供することができる。

実施の形態の概要に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の位相シフタの構成を示す回路図である。 キャリア信号と位相変調された信号の例を示すグラフである。 キャリア周波数のクロック信号と整形後の位相変調された信号の位相差を示すグラフである。 キャリア誤差成分がない場合のキャリア信号及びレゾルバ信号の例を示す図である。 キャリア誤差成分がある場合のキャリア信号及びレゾルバ信号の例を示す図である。 キャリア誤差成分がない場合の合成後の信号の例を示す図である。 キャリア誤差成分がある場合の合成後の信号の例を示す図である。 実施の形態１に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る信号変換器及び制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る信号生成器の構成を示すブロック図である。 補正信号のＰＷＭデューティを変更するタイミングを示すタイミング図である。 パルスタイミングを示すタイミング図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

（実施形態の概要）
図１は、実施の形態の概要に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、制御装置１００は、第１位相シフタ１０１と、第２位相シフタ１０２と、合成器１０３と、信号生成器１０４とを備える。制御装置１００は、キャリア周波数ｆｃで励磁されたレゾルバから出力された少なくとも２相の信号を変換処理して、２相の信号を所定の位相差とする。

第１位相シフタ１０１は、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極で、レゾルバの第１位相信号の位相をシフトし、位相をシフトした第１位相信号を合成器１０３に出力する。

第２位相シフタ１０２は、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極で、レゾルバの第２位相信号の位相をシフトし、位相をシフトした第２位相信号を合成器１０３に出力する。

信号生成器１０４は、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号を生成する。そして、信号生成器１０４は、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号を合成器１０３に出力する。

合成器１０３は、位相をシフトした第１位相信号と、位相をシフトした第２位相信号と、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号とを合成し、合成した信号を外部に出力する。

このように、実施形態の概要に係る制御装置は、レゾルバのキャリア信号に起因する誤差成分を打ち消す補正信号を生成し、補正信号を位相変調信号に重畳することにより、キャリア信号に起因するノイズを除去できる。

（実施の形態１）
実施の形態１では、実施の形態の概要で説明した制御装置１００の詳細な構成及び制御装置１００を用いたモータの制御について説明する。図２は、実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、図１と同一の構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。

図２において、制御装置２００は、アナログ回路３００と、カウンタ回路４００と、マイコン制御器５００と、パワー回路６００とを備える。そして、制御装置２００は、レゾルバ２０１からの信号に基づいてモータ２０２の回転を制御する。レゾルバ２０１とモータ２０２は、ロータ部分が共に回転軸２０３に固定され、共に回転する。なお、マイコン制御器５００とカウンタ回路４００とを１つの半導体基板に形成された１つの半導体集積回路装置としてのマイクロプロセッサチップとし、アナログ回路３００が１つの半導体基板に形成された１つの半導体集積回路装置としてのアナログフロントエンドチップとし、上記マイクロプロセッサチップとアナログフロントエンドチップとを樹脂によって封止された１つの半導体パーケージとされた半導体装置内に内蔵させて良い。あるいは、マイコン制御器５００とカウンタ回路４００とアナログ回路３００とを１つの半導体基板に形成された１つの半導体集積回路装置とし、その半導体集積回路装置を樹脂によって封止された１つの半導体パーケージとされた半導体装置内に内蔵させて良い。レゾルバ２０１は、更に励磁コイル２０４と、検出コイル２０５と、検出コイル２０６とを備える。励磁コイル２０４は、入力された電気信号により磁場を発生するコイルである。検出コイル２０５及び２０６は、磁場の変動を検出して電気信号として出力するコイルである。

レゾルバ２０１では、励磁コイル２０４、検出コイル２０５及び検出コイル２０６がステータ部分に配置され、ロータ部分の回転により磁場の変動が検出される。レゾルバ２０１は、ロータの回転による磁場の変動を少なくとも２相以上の電気信号として検出できるものであれば良く、例えば、ロータ部分に励磁コイル２０４が配置され、検出コイル２０５及び検出コイル２０６がステータ部分に配置され、ロータ部分の回転による磁場の変動が検出されてもよい。

そして、検出コイル２０５と検出コイル２０６は、互いに所定の角度で配置されることにより、検出コイル２０５と検出コイル２０６は、磁場の変動を互いに異なる相の信号として検出する。例えば、検出コイル２０５と検出コイル２０６とが９０°の角度で配置されることにより、検出コイル２０５で正弦波が検出され、検出コイル２０６で余弦波が検出される。

次にアナログ回路３００の構成について説明する。アナログ回路３００は、励磁回路３０１と、位相シフタ１０１と、位相シフタ１０２と、信号生成器１０４と、バンドパスフィルタ３２９と、ＯＰアンプＯＰ３０２、ＯＰ３１５、ＯＰ３２０、ＯＰ３２７及びＯＰ３３０と、トランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４と、ダイオードＤ３０５及びＤ３０６と、抵抗Ｒ１４５、Ｒ１４７、Ｒ３１１、Ｒ３１２、Ｒ３１３、Ｒ３１４、Ｒ３１６、Ｒ３１７、Ｒ３１８、Ｒ３１９、Ｒ３２５、Ｒ３２６及びＲ３２８と、キャパシタＣ１４６とを備える。また、抵抗Ｒ３２５、Ｒ３２６及びＲ３２８と、ＯＰアンプＯＰ３２７とで合成器１０３を構成する。

励磁回路３０１は、基準クロック信号を分周した周波数ｆｃで正弦波のキャリア信号を生成し、キャリア信号をＯＰアンプＯＰ３０２に出力する。

ＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４、ダイオードＤ３０５及びＤ３０６は、キャリア信号を増幅し、増幅後のキャリア信号をレゾルバ２０１の励磁コイル２０４に出力する。

ＯＰアンプＯＰ３１５及び抵抗Ｒ３１１、Ｒ３１２、Ｒ３１３及びＲ３１４は、差動アンプを構成し、検出コイル２０５において検出された信号を増幅して位相シフタ１０１に出力する。同様にＯＰアンプＯＰ３２０及び抵抗Ｒ３１６、Ｒ３１７、Ｒ３１８、Ｒ３１９は、差動アンプを構成し、検出コイル２０６において検出された信号を増幅して位相シフタ１０２に出力する。

位相シフタ１０１の出力と位相シフタ１０２の出力は、それぞれ抵抗Ｒ３２５、Ｒ３２６を介して接続することにより、キャリア周波数をロータ回転角で位相変調された信号が得られる。さらに、キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号が、抵抗Ｒ１４５、Ｒ１４７を介して位相変調された信号に合成される。これらの信号合成の詳細については後述する。

ＯＰアンプＯＰ３２７及び抵抗Ｒ３２８は反転増幅回路を構成し、キャリア周波数をロータ回転角で位相変調され、キャリア信号の誤差成分を打ち消された信号を増幅して、バンドパスフィルタ３２９に出力する。

バンドパスフィルタ３２９は、位相変調信号の所定の周波数範囲以外を減衰し、ＯＰアンプＯＰ３３０に出力する。例えば、所定の周波数範囲は、キャリア周波数がロータの回転速度により変化しうる範囲である。

ＯＰアンプＯＰ３３０は、コンパレータを構成して、位相変調信号を方形波に整形し、ＣＬＫ同期回路４０３に出力する。

次にカウンタ回路４００の構成について説明する。カウンタ回路４００は、基準ＣＬＫ回路４０１と、励磁ＣＬＫ回路４０２と、位相差カウンタ４０４と、ＣＬＫ同期回路４０３とを備える。

基準ＣＬＫ回路４０１は、基準周波数の信号を生成し、生成した基準クロック信号を励磁ＣＬＫ回路４０２、ＣＬＫ同期回路４０３、位相差カウンタ４０４及びタイマ１４２に出力する。

励磁ＣＬＫ回路４０２は、基準ＣＬＫ回路４０１において生成された基準クロック信号を分周し、分周により得られたキャリア周波数のクロック信号を励磁回路３０１及び位相差カウンタ４０４に出力する。

ＣＬＫ同期回路４０３は、整形された位相変調信号と整形されたキャリア信号とを同期検波し、検波信号を位相差カウンタ４０４及び位置演算器５０１に出力する。

位相差カウンタ４０４は、同期検波により得られた位相差を基準周波数の分解能で計数し、計数結果を位置演算器５０１及び三相変換器５０９に出力する。

次に、マイコン制御器５００の構成について説明する。マイコン制御器５００は、位置演算器５０１と、シリアル通信器５０２と、減算器５０３と、位置ゲイン演算器５０４と、微分処理器５０５と、減算器５０６と、速度ゲイン演算器５０７と、トルク演算器５０８と、三相変換器５０９と、乗算器５１０、５１１及び５１２とを備える。

位置演算器５０１は、検波信号と位相差の計数結果とから位置検出値を算出し、減算器５０３及び微分処理器５０５に出力する。

シリアル通信器５０２は、外部からの位置指示信号を受信し、位置指令値を減算器５０３に出力する。減算器５０３は、位置検出値から位置指令値を減算し、得られた位置偏差を位置ゲイン演算器５０４に出力する。

位置ゲイン演算器５０４は、位置偏差に所定の位置ゲインを乗じて、モータ２０２の目標速度を算出する。微分処理器５０５は、回転位置を表す検出信号を微分して、モータ２０２の回転速度を算出する。減算器５０６は、目標速度から速度検出値を減算し、得られた速度偏差を速度ゲイン演算器５０７に出力する。

速度ゲイン演算器５０７は、速度偏差に速度ゲインを乗じて、トルク指令値を算出する。トルク演算器５０８は、トルク指令値からモータ２０２の各相に流す電流指令値を算出する。三相変換器５０９は、位相差の計数結果から三相信号を生成し、三相信号を乗算器５１０、５１１及び５１２にそれぞれ出力する。

乗算器５１０、５１１及び５１２は、それぞれ電流指令値に三相信号を乗算して、三相の制御信号を生成し、三相の制御信号をパワー回路６００に出力する。パワー回路６００は、三相の制御信号に基づいてモータ２０２を三相ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するインバータである。

次に、信号生成器１０４の内部構成及び周辺の構成について説明する。図２において、信号生成器１０４は、Ａ／Ｄ変換器１４１と、タイマ１４２と、キャリア振幅位相補正器１４３と、Ｄ／Ａ変換器１４４とを備える。

Ａ／Ｄ変換器１４１は、合成器１０３において、位相をシフトした第１位相信号、位相をシフトした第２位相信号、及びキャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号が合成された信号をアナログ／デジタル変換し、変換後の信号をキャリア振幅位相補正器１４３に出力する。

タイマ１４２は、基準ＣＬＫ回路４０１において生成された基準クロック信号を分周し、分周後の信号をキャリア振幅位相補正器１４３に出力する。なお、分周後の信号は、キャリア信号と同じ周波数の信号である。

キャリア振幅位相補正器１４３は、補正信号を生成して、Ｄ／Ａ変換器１４４に出力する。またキャリア振幅位相補正器１４３は、キャリア誤差成分が最も小さくなるように補正信号の位相と振幅を任意に変更する。具体的には、キャリア振幅位相補正器１４３は、タイマ１４２において分周された信号を所定の振幅と所定の位相に設定して、補正信号を生成する。また、キャリア振幅位相補正器１４３は、位相と振幅を変化させることにより、キャリア誤差成分が最も小さくなる位相及び振幅を探す。そして、キャリア振幅位相補正器１４３は、キャリア誤差成分が最も小さくなるように、補正信号の位相及び振幅を設定する。位相と振幅の変更動作については後述する。

Ｄ／Ａ変換器１４４は、補正信号をデジタル／アナログ変換し、変換後の補正信号を、抵抗Ｒ１４５、Ｒ１４７を介してＯＰアンプＯＰ３２７の反転入力端子に出力する。

抵抗Ｒ１４５は、一端をＤ／Ａ変換器１４４に接続し、他端を抵抗Ｒ１４７及びキャパシタＣ１４６に接続する。キャパシタＣ１４６は一端を抵抗Ｒ１４５に接続し、他端を接地する。このような構成により、抵抗Ｒ１４５とキャパシタＣ１４６はローパスフィルタを形成する。

以上の構成により、制御装置２００はロータの回転角を検出し、モータを制御するが、制御装置２００内の構成である位相シフタ１０１及び１０２は、位相をシフトできる構成であればいずれも適用できる。例えば、位相をシフトできる構成として、ＯＰアンプを用いたオールパスフィルタが好適である。このＯＰアンプを用いた位相シフタについて図３を用いて説明する。図３は、実施の形態１の位相シフタの構成を示す回路図である。図３において、位相シフタ１０１は、ＯＰアンプＯＰ７０１と、抵抗Ｒ７０２、Ｒ７０３及びＲ７０４と、キャパシタＣ７０５とを備える。

レゾルバ２０１の検出コイル２０５からの信号は、抵抗Ｒ７０２を介してＯＰアンプ７０１の反転入力端子に接続し、抵抗Ｒ７０３を介してＯＰアンプ７０１の非反転入力端子に接続する。また、ＯＰアンプ７０１の非反転入力端子は、キャパシタＣ７０５を介して接地される。また、ＯＰアンプ７０１の出力端子は、抵抗Ｒ７０４を介してＯＰアンプ７０１の反転入力端子に接続する。

以上の構成により、位相シフタ１０１は、ＯＰアンプを用いたオールパスフィルタを構成する。位相シフタ１０２についても同様の構成とすることができる。

位相シフト及び極はオールパスフィルタの伝達関数により決定できるので、抵抗Ｒ７０３のインピーダンス及びキャパシタＣ７０５のキャパシタンスは、所望の位相シフト及び極により決定される。

ここで、キャリア周波数ｆｃと、位相シフタ１０１の極の周波数ｆ１と、位相シフタ１０２の極の周波数ｆ２とは、ｆ１＝ｆｃ／ｎ且つｆ２＝ｆｃ×ｎ（ｎは任意の正の実数）を満たすことにより位相シフタ１０１の位相シフトと位相シフタ１０２位相シフトの差を９０°とすることができる。

例えば、抵抗Ｒ７０２、Ｒ７０３及びＲ７０４のインピーダンスを１００ｋΩとし、キャパシタＣ７０５のキャパシタンスを８０ｐＦとすることにより、ｆ１＝１．９９ｋＨｚの極とすることができる。また、抵抗Ｒ７０２、Ｒ７０３及びＲ７０４のインピーダンスを１００ｋΩとし、キャパシタＣ７０５のキャパシタンスを１３５ｐＦとすることにより、ｆ２＝１１．８ｋＨｚの極とすることができる。

ｆ１＝１．９９Ｈｚ及びｆ２＝１１．８ｋＨｚは、キャリア周波数ｆｃ＝４．８８ｋＨｚに対してｆ１＝ｆｃ／ｎ且つｆ２＝ｆｃ×ｎ（ｎは任意の正の実数）の関係を満たしているので、位相シフタ１０１の位相シフトと位相シフタ１０２位相シフトの差を９０°となる。

次に回転角の検出処理について図２と共に説明する。まず、励磁回路３０１において生成されたキャリア信号は、ＯＰアンプＯＰ３０２、トランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４において増幅され、励磁コイル２０４に入力される。

励磁コイル２０４で発生した磁場は、レゾルバ２０１のロータ部分の回転により変動が生じる。そして、この磁気の変動が検出コイル２０５及び２０６において検出される。

例えば、正弦波ｓｉｎωｔのキャリア信号で励磁コイル２０４を１相励磁し、検出コイル２０５及び２０６において検出された２相出力信号を増幅すると、増幅後の２相出力信号Ｘ１、Ｘ２は、それぞれ
Ｘ１＝ｎ・Ｅ_０・ｓｉｎθ×ｓｉｎωｔ
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓθ×ｓｉｎωｔ
で定義される。ここで、ωはキャリア信号の角運動量（角速度）、ｔは時間、θはレゾルバ２０１のロータの回転角、Ｅ_０は、キャリア信号の振幅、ｎはレゾルバ変圧比を示す。

ここで位相シフタ１０１における位相シフトφ１、位相シフタ１０２における位相シフトφ２とし、位相シフタ１０１及び１０２にオールパスフィルタを用いると、φ１−φ２＝−９０°に設計できる。例えば、キャリア周波数ｆｃ＝４．８８ｋＨｚに対して、位相シフタ１０１の極の周波数を１．９９Ｈｚ、位相シフタ１０２の極の周波数を１１．８ｋＨｚとすることにより、φ１−φ２＝−９０°とすることができる。

そして位相シフタ１０１及び１０２におけるフィルタ後の信号は、
Ｘ１＝ｎ・Ｅ_０・ｓｉｎθ×ｓｉｎ（ωｔ−φ１）
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓθ×ｓｉｎ（ωｔ−φ２）
で定義される。
ここで、−φ２＝−φ１−９０°の関係より以下の関係式が導き出される。
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓθ×ｓｉｎ（ωｔ−φ１−９０°）
＝−ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓθ×ｃｏｓ（ωｔ−φ１）
合成器１０３において、位相シフタ１０２及び１０３における位相シフト後の信号Ｘ１とＸ２が合成される。ここで、Ｘ１とＸ２を加算すると、以下の関係式が導き出される。
Ｙ＝Ｘ１＋Ｘ２
＝ｎ・Ｅ_０・ｓｉｎθ×ｓｉｎ（ωｔ−φ１）−ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓθ×ｃｏｓ（ωｔ−φ１）
＝−ｎ・Ｅ_０・ｃｏｓ（ωｔ−φ１＋θ）

すなわち、キャリア周波数（角周波数）ωがロータ回転角θで位相変調された信号が得られる。図４は、キャリア信号と位相変調された信号の例を示すグラフである。図４において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。図４に示すように、キャリア信号と位相変調された信号とは、周波数が同じで位相が異なる信号である。したがって、キャリア信号と位相変調された信号との位相差により、ロータの回転角を算出することができる。

例えば、位相変調された信号を方形波に整形し、キャリア周波数のクロック信号との位相差を検出する方法が好適である。図５は、キャリア周波数のクロック信号と整形後の位相変調された信号の位相差を示すグラフである。図５において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。図５に示すように、キャリア周波数のクロック信号と整形後の位相変調された信号とは、ロータの回転角に対応する位相差がある。

ＣＬＫ同期回路４０３において、このキャリア周波数ωがロータ回転角θで位相変調された信号と、キャリア周波数のクロック信号とを同期化することにより、検波信号を得る。

上述のロータ回転角の算出方法によれば、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極で、レゾルバの第１位相信号の位相をシフトし、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極で、レゾルバの第２位相信号の位相をシフトし、位相をシフトした第１位相信号と、位相をシフトした第２位相信号とを合成することにより、検出角度の精度が良く、且つ回路規模が小さい制御装置を提供することができる。

そして、得られた検出信号に基づき、マイコン制御器５００及びパワー回路６００において、モータが制御される。

次に、キャリア信号の誤差成分について説明する。図６は、キャリア誤差成分がない場合のキャリア信号及びレゾルバ信号の例を示す図である。図６において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。キャリア誤差成分がない場合、図６に示すように、レゾルバ信号は、キャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号であり、それぞれ正弦波、余弦波の波形である。またレゾルバ信号の包絡線も、それぞれ、ノイズのない波形である。

一方、レゾルバに巻き線バラツキがあると、位相変調信号に固定位相のキャリア信号がキヤリア誤差成分（残留成分）として残ってしまう。図７は、キャリア誤差成分がある場合のキャリア信号及びレゾルバ信号の例を示す図である。図７において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。キャリア誤差成分がある場合、図７に示すように、レゾルバ信号は、キャリア誤差成分を含むキャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号となるので、キャリア誤差成分もロータの回転角で変調される。

キャリア誤差成分がある場合、２相出力信号Ｘ１、Ｘ２は、それぞれ
Ｘ１＝ｎ・Ｅ_０・（α＋ｓｉｎθ）×ｓｉｎωｔ
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・（β＋ｃｏｓθ）×ｓｉｎωｔ
となる。ここで、ωはキャリア信号の角運動量（角速度）、ｔは時間、θはレゾルバ２０１のロータの回転角、Ｅ_０は、キャリア信号の振幅、ｎはレゾルバ変圧比、α及びβは誤差成分を示す。

そして位相シフタ１０１及び１０２におけるフィルタ後の信号は、
Ｘ１＝ｎ・Ｅ_０・（α＋ｓｉｎθ）×ｓｉｎ（ωｔ−φ１）
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・（β＋ｃｏｓθ）×ｓｉｎ（ωｔ−φ２）
となる。
ここで上述したように、−φ２＝−φ１−９０°の関係より以下の関係式が導き出される。
Ｘ２＝ｎ・Ｅ_０・（β＋ｃｏｓθ）×ｓｉｎ（ωｔ−φ１−９０°）
＝−ｎ・Ｅ_０・（β＋ｃｏｓθ）×ｃｏｓ（ωｔ−φ１）
合成器１０３において、位相シフタ１０２及び１０３における位相シフト後の信号Ｘ１とＸ２が合成される。ここで、Ｘ１とＸ２を加算すると、以下の関係式が導き出される。
Ｙ＝Ｘ１＋Ｘ２
＝ｎ・Ｅ_０・（α＋ｓｉｎθ）×ｓｉｎ（ωｔ−φ１）−ｎ・Ｅ_０・（β＋ｃｏｓθ）×ｃｏｓ（ωｔ−φ１）
最終的にＸ１とＸ２の加算結果として、以下の式が導き出される。以下の式の第２項がキャリア誤差成分に該当する。信号生成器１０４は、以下の式の第２項に該当する誤差成分を打ち消す補正信号を生成することになる。

合成器１０３における合成後の信号について、キャリア誤差成分の有無を図８及び９に示す。図８は、キャリア誤差成分がない場合の合成後の信号の例を示す図である。図８において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。キャリア誤差成分がない場合、図８に示すように、合成後の信号は、キャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号であり、余弦波の波形である。

図９は、キャリア誤差成分がある場合の合成後の信号の例を示す図である。図９において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。キャリア誤差成分がある場合、図９に示すように、合成後の信号は、キャリア信号がレゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号に、キャリア誤差成分が加えられた波形となっている。制御装置１００は、このキャリア誤差成分を打ち消す。

次に制御装置１００の動作について説明する。図１０及び図１１は、実施の形態１に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。

まずステップＳ１００１において、レゾルバ２０１の励磁コイル２０４にキャリア信号を印加し、振幅と位相が初期値に設定された補正信号が合成器１０４に印加され、ステップＳ１００２に進む。

ステップＳ１００２において、モータ２０２を一定速度で連続回転させ、ステップＳ１００３に進む。

ステップＳ１００３において、合成器１０３において合成された合成信号がピークタイミングでＡ／Ｄ変換され、ステップＳ１００４に進む。

ステップＳ１００４において、Ａ／Ｄ変換された合成信号が位相別でキャリア振幅位相補正器１４３にバッファされ、ステップＳ１００５に進む。

ステップＳ１００５において、モータ２０２が一回転した場合、ステップＳ１００６に進み、モータ２０２が一回転していない場合、ステップＳ１００３に戻る。

ステップＳ１００６において、キャリア振幅位相補正器１４３において、バッファされた合成信号のピーク値の最大値と、ピーク値の最小値の差からキャリア誤差成分（残留誤差）の振幅が算出され、ステップＳ１００７に進む。

ステップＳ１００７において、キャリア振幅位相補正器１４３において、補正信号の位相が所定量（所定角度単位で）変更され、ステップＳ１００８に進む。

ステップＳ１００８において、キャリア振幅位相補正器１４３において、補正信号の位相の変更が３６０°に達しているか否か判断される。補正信号の位相の変更が３６０°に達している場合、ステップＳ１００９に進む。また、補正信号の位相の変更が３６０°に達していない場合、ステップＳ１００３に戻る。

ステップＳ１００９において、キャリア振幅位相補正器１４３において、キャリア誤差成分が最も小さくなる、補正信号の位相が決定される。具体的には、ステップＳ１００３からステップＳ１００８の処理が０°から３６０°まで位相別に行われ、キャリア誤差成分が最も小さくなった位相が、補正信号の位相に設定される。この設定された位相の補正信号で、ステップＳ１０１０以降の処理が行われる。

ステップＳ１０１０において、ステップＳ１００９で位相が設定された補正信号、位相をシフトした第１位相信号、及び位相をシフトした第２位相信号が合成された合成信号が、ピークタイミングでＡ／Ｄ変換され、ステップＳ１０１１に進む。

ステップＳ１０１１において、Ａ／Ｄ変換された合成信号が位相別でキャリア振幅位相補正器１４３にバッファされ、ステップＳ１０１２に進む。

ステップＳ１０１２において、モータ２０２が一回転した場合、ステップＳ１０１３に進み、モータ２０２が一回転していない場合、ステップＳ１０１０に戻る。

ステップＳ１０１３において、キャリア振幅位相補正器１４３において、バッファされた合成信号のピーク値の最大値と、ピーク値の最小値の差からキャリア誤差成分（残留誤差）の振幅が算出され、ステップＳ１０１４に進む。

ステップＳ１０１４において、キャリア振幅位相補正器１４３において、補正信号の振幅が所定量変更され、ステップＳ１０１５に進む。

ステップＳ１０１５において、キャリア振幅位相補正器１４３において、補正信号の振幅の変更が、調整可能な範囲全てに渡って行われたか否か判断される。補正信号の振幅の変更が調整可能な範囲全てに渡って行われている場合、ステップＳ１０１６に進む。また、補正信号の振幅の変更が調整可能な範囲全てに渡って行われていない場合、ステップＳ１０１０に戻る。

ステップＳ１０１６において、キャリア振幅位相補正器１４３において、キャリア誤差成分が最も小さくなる、補正信号の振幅が決定され、振幅と位相の設定処理が終了する。具体的には、ステップＳ１０１０からステップＳ１０１５の処理が調整可能な範囲の振幅全てに行われ、キャリア誤差成分が最も小さくなった振幅が、補正信号の振幅に設定される。

この動作は出荷時の校正動作で、一度だけ実行すれば良い。したがって、位相及び振幅の設定した値は、マイコン制御器５００内の不揮発メモリに格納しても良い。また、この動作が出荷後に行われても良い。例えば、この動作が電源投入時などに行う初期化動作時に行われても良い。

このように実施の形態１の制御装置によれば、巻き線誤差の影響で発生するレゾルバのキャリア誤差成分（残留成分）を打ち消す補正信号を生成し、誤差成分が最小となる補正信号の位相と振幅をサーチして、補正信号を位相変調信号に重畳することにより、キャリア信号に起因するノイズを除去することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、レゾルバに４相コイルを用いる例について説明する。図１２は、実施の形態２に係る信号変換器及び制御装置の構成を示すブロック図である。

図１２において、図２と同一の構成については、同一の番号を付し、説明を省略する。図１２において、制御装置８００は、コイル８０１、８０２、８０３及び８０４と、抵抗Ｒ８１１、Ｒ８１２、Ｒ８１３、Ｒ８１４とを備える。

励磁回路３０１は、基準クロック信号を分周した周波数ｆｃで正弦波のキャリア信号を生成し、キャリア信号をＯＰアンプＯＰ３０２に出力する。ＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４、ダイオードＤ３０５及びＤ３０６は、キャリア信号を増幅し、増幅後のキャリア信号をレゾルバ２０１のコイル８０１、８０２、８０３及び８０４に出力する。

コイル８０１は、一方をＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４から構成される増幅回路の出力に接続され、他方をＯＰアンプＯＰ３１５の反転入力端子に接続される。

また、コイル８０３は、一方をＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４から構成される増幅回路の出力に接続され、他方をＯＰアンプＯＰ３１５の非反転入力端子に接続する。

ＯＰアンプＯＰ３１５は、０相のコイル８０１と１８０相のコイル８０３の出力を差動増幅する差動アンプを構成する。

同様に、コイル８０２は、一方をＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４から構成される増幅回路の出力に接続され、他方をＯＰアンプＯＰ３２０の反転入力端子に接続される。

また、コイル８０４は、一方をＯＰアンプＯＰ３０２、プッシュプル接続されたトランジスタＴＲ３０３及びＴＲ３０４から構成される増幅回路の出力に接続され、他方をＯＰアンプＯＰ３２０の非反転入力端子に接続する。

ＯＰアンプＯＰ３２０は、９０相のコイル８０２と２７０相のコイル８０４の出力を差動増幅する差動アンプを構成する。

このように、実施の形態２の信号変換器及び制御装置は、レゾルバに４相コイルを用いてロータの回転角度を精度良く検出することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１または２の信号生成器１０４の詳細な構成について説明する。図１３は、実施の形態３に係る信号生成器の構成を示すブロック図である。図１３において、信号生成器１０４は、Ａ／Ｄ変換器１４１と、タイマ１４２と、キャリア振幅位相補正器１４３と、Ｄ／Ａ変換器１４４とを備える。タイマ１４２は、タイミングカウンタ１３０１を備える。キャリア振幅位相補正器１４３は、カウンタ１３０２と、データテーブル１３０３を備える。Ｄ／Ａ変換器１４４は、パルス発生器１３０４と、ローパスフィルタ１３０５を備える。

タイミングカウンタ１３０１は、基準クロック信号を分周し、分周後の信号をカウンタ１３０２に出力する。この分周後の信号は、ＰＷＭ Ｄｕｔｙを変更するタイミング信号である。そして、この信号に基づいて、ＣＭＩ（Compere Match Interrupt）１割り込み処理が行われる。

カウンタ１３０２は、ＣＭＩ１割り込みの信号を受けた回数をＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタとして計数し、ＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタをデータテーブル１３０３に出力する。

データテーブル１３０３は、ＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタと、ＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタに対応する正弦波のパターンとを関連づけて記憶している。そして、データテーブル１３０３は、ＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタに対応する正弦波のパターンをパルス発生器１３０４に出力する。

たとえば、カウンタ１３０２がＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタを０から９９までカウントする場合、データテーブル１３０３は、０から９９まで１００通りの正弦波のパターンを記憶する。なお、この正弦波のパターンは、波形及び周期を定義するものであれば、いずれも適用できる。

パルス発生器１３０４は、カウンタ１３０２から出力された正弦波のパターンに基づいてＰＷＭパルス信号を生成する。そして、パルス発生器１３０４は、ＰＷＭパルス信号をローパスフィルタ１３０５に出力する。そして、カウンタ１３０２から出力された正弦波のパターンが変更された場合、パルス発生器１３０４は、変更後の正弦波のパターンを繰り返すＰＷＭパルス信号を生成する。

ローパスフィルタ１３０５は、パルス発生器１３０４において生成されたＰＷＭパルス信号の高周波成分を減衰させる。減衰後の補正信号は、抵抗Ｒ１４５、Ｒ１４７を介してＯＰアンプＯＰ３２７の反転入力端子に出力される。

以上の構成により、信号生成器１０４は、補正信号の位相を変えることができる。信号生成器１０４は、Ａ／Ｄ変換器１４１の振幅測定結果をモニターしながら、データ指定カウンタ（データテーブルのインデックスに相当）の初期値を変えることにより、補正信号の位相を変えることができる。なお、信号生成器１０４は、同じくＡ／Ｄ変換器１４１の振幅測定結果をモニターしながら、データテーブル値に掛ける係数を変える若しくは別の正弦波発生テーブルを参照することにより、補正信号の振幅を変えることもできる。

次に、信号生成器１０４の動作について説明する。図１４は、補正信号のＰＷＭデューティを変更するタイミングを示すタイミング図である。図１４において、横軸は時刻を示す。また、図１４では、上からＣＭＩ１信号、ＣＭＩ１割り込み処理、ＴＣＯＲＡ（Time COnstant Register A）、データ指定カウンタを示している。

信号生成器１０４において、ＣＭＩ１信号が所定の時間間隔でタイミングカウンタ１３０１からカウンタ１３０２に出力される。ＣＭＩ１信号による割り込み処理が入ると、ＰＷＭ Ｄｕｔｙデータ指定カウンタで指示されるデータテーブルの値にＴＣＯＲＡを書き換える。そして、カウンタ１３０２は、データ指定カウンタをカウントアップする。このカウントアップしたデータ指定カウンタは、次のＣＭＩ１割り込み処理において、ＴＣＯＲＡに反映される。

以上の動作により、信号生成器１０４は、割り込み処理が入る毎に正弦波のパターンを変更することができる。

次に、ＰＷＭパルスタイミングについて説明する。図１５は、ＰＷＭパルスタイミングを示すタイミング図である。図１５において、横軸は時刻を示す。また、図１５では、上からＴＭＯ１（TiMe Out 1）、ＴＣＮＴ（Timer CouNTer）、ＰＣＬＫ（Peripheral CLocK）を示す。ＴＣＮＴは、ＰＷＭパルス信号の最小区間に対応する。

図１５では、ＰＷＭのデューティの分解能を４０とし、ＰＷＭパルス信号の振幅を変える例について説明する。

図１５に示すように、ＴＣＯＲＡは、ＴＭＯ１に示すＰＷＭパルス中で信号がオンになっている期間である。したがって、ＴＣＯＲＡを変化させることにより、信号の振幅を制御することができる。また、ＴＣＯＲＢ（Time COnstant Register B）は、ＰＷＭパルスの周期を示す。

ＰＷＭのデューティの解像度を４０とした場合、ＴＣＯＲＡは、ＴＣＯＲＢの１／４０〜４０／４０の値を取りうる。このＴＣＯＲＡを変化させてＰＷＭパルスのデューティ比を変化させることにより、信号の振幅を制御することができる。

このように、実施の形態３の信号生成器によれば、ＰＷＭデューティを変更するタイミングの割り込み回数をカウントし、カウントした回数に対応する正弦波パターンに基づいてＰＷＭパルス信号を生成することにより、補正信号の位相及び／または振幅を変えることができる。

なお、上記各実施の形態において、カウンタ回路４００及びマイコン制御器５００は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアまたはソフトウェアで実施できる。また、処理の一部をソフトウェアで実施し、それ以外をハードウェアで実施することとしても良い。ソフトウェアで実施する際には、マイクロプロセッサ等の１つあるいは複数のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータシステムに機能ブロックの処理に関するプログラムを実行させればよい。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

たとえば、キャリア周波数及び位相シフトは、いずれも上記実施の形態の数値に限定されるものではない。

１００、８００ 制御装置
１０１、１０２ 位相シフタ
１０３ 合成器
１０４ 信号生成器
１４１ Ａ／Ｄ変換器
１４２ タイマ
１４３ キャリア振幅位相補正器
１４４ Ｄ／Ａ変換器
２０１ レゾルバ
２０２ モータ
２０３ 回転軸
２０４ 励磁コイル
２０５、２０６ 検出コイル
３００ アナログ回路
３０１ 励磁回路
ＯＰ３０２、ＯＰ３１５、ＯＰ３２０、ＯＰ３２７、ＯＰ３３０、ＯＰ７０１ ＯＰアンプ
３２９ バンドパスフィルタ
４００ カウンタ回路
４０１ 基準ＣＬＫ回路
４０２ 励磁ＣＬＫ回路
４０３ ＣＬＫ同期回路
４０４ 位相差カウンタ
５０１ 位置演算器
５００ マイコン制御器
５０１ 位置演算器
５０２ シリアル通信器
５０３、５０６ 減算器
５０４ 位置ゲイン演算器
５０５ 微分処理器
５０７ 速度ゲイン演算器
５０８ トルク演算器
５０９ 三相変換器
５１０、５１１、５１２ 乗算器
６００ パワー回路
８０１、８０２、８０３、８０４ コイル

Claims (11)

1. キャリア周波数ｆｃのキャリア信号で励磁されたレゾルバから検出された、少なくとも二相以上の信号に対して、
   前記キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極で、レゾルバの第１位相信号の位相をシフトする第１位相シフタと、
   前記キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極で、レゾルバの第２位相信号の位相をシフトする第２位相シフタと、
   キャリア信号の誤差成分を打ち消す補正信号を生成する信号生成器と
   位相をシフトした前記第１位相信号と、位相をシフトした前記第２位相信号と、前記誤差成分を打ち消す補正信号とを合成して、前記キャリア信号が前記レゾルバのロータの回転角で変調された位相変調信号とする合成器と、を備える制御装置。
2. 前記信号生成器は、キャリア誤差成分が最も小さくなるように補正信号の位相と振幅を任意に変更するキャリア振幅位相補正器を備える請求項１に記載の制御装置。
3. 前記キャリア振幅位相補正器が位相と振幅を任意に変更する補正信号の周波数は、前記キャリア周波数ｆｃと同じである請求項２に記載の制御装置。
4. 前記キャリア振幅位相補正器は、０°から３６０°まで位相を所定角度単位で変更し、キャリア誤差成分が最も小さくなる位相を補正信号の位相と設定する請求項２に記載の制御装置。
5. 前記キャリア振幅位相補正器は、キャリア誤差成分が最も小さくなる位相を補正信号の位相と設定した後に、調整可能な範囲で振幅を変更し、キャリア誤差成分が最も小さくなった振幅を補正信号の振幅とする請求項４に記載の制御装置。
6. 第１位相シフタ及び第２位相シフタは、ＯＰアンプを備えるオールパスフィルタである請求項１に記載の制御装置。
7. ｆ１＝ｆｃ／ｎ且つｆ２＝ｆｃ×ｎ（ｎは任意の正の実数）を満たす請求項１に記載の制御装置。
8. 第１位相シフタによる位相シフトφ１と第２位相シフタによる位相シフトφ２との差は略９０°である請求項１に記載の制御装置。
9. 前記位相変調信号に対して、キャリア周波数ｆｃを中心とした所定の周波数範囲以外を減衰するバンドパスフィルタを備える請求項１に記載の制御装置。
10. キャリア周波数ｆｃで励磁されたレゾルバから検出された、互いに位相が略９０°異なる二相の信号に対して、
    前記第１位相シフタは、レゾルバの第１位相信号に対して、位相をシフトし、
    前記第２位相シフタは、レゾルバの第１位相信号と位相が略９０°異なるレゾルバの第２位相信号に対して、位相をシフトする請求項１に記載の制御装置。
11. キャリア周波数ｆｃで励磁されたレゾルバから検出された、互いに位相が略９０°異なる四相の信号に対して、
    前記第１位相シフタは、互いに位相が略１８０°異なるレゾルバの第１位相信号と第３位相信号とを合成した信号に対して、位相をシフトし、
    前記第２位相シフタは、互いに位相が略１８０°異なるレゾルバの第２位相信号と第４位相信号とを合成した信号に対して、位相をシフトする請求項１に記載の制御装置。

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