特許 7106441 制御装置及びその誤差補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-15

(45)【発行日】2022-07-26

(54)【発明の名称】制御装置及びその誤差補正方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20220719BHJP

   G01D 5/244 20060101ALI20220719BHJP

【ＦＩ】

G01D5/20 110Q

G01D5/244 F

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2018238156

(22)【出願日】2018-12-20

(65)【公開番号】P2020101384

(43)【公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-06-11

(73)【特許権者】

【識別番号】302062931

【氏名又は名称】ルネサスエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】島田 大志

【審査官】岩本 太一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３２４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７２８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２９６０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１５６６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／２５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャリア信号によって励磁されたレゾルバから検出された位相の異なる第１及び第２位相信号のうち、前記第１位相信号の位相をシフトする第１位相シフタと、
前記第２位相信号の位相をシフトする第２位相シフタと、
前記第１位相シフタによって位相シフトされた前記第１位相信号と、前記第２位相シフタによって位相シフトされた前記第２位相信号と、を合成することにより、前記キャリア信号が前記レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力する合成器と、
前記位相変調信号に含まれる磁気ノイズを除去するバンドパスフィルタと、
前記ロータの回転速度に基づいて前記合成器のゲインを調整するゲイン調整回路と、
を備え、
前記ゲイン調整回路は、前記合成器から出力される前記位相変調信号が飽和しない所定の範囲で最大値を示すように、前記合成器のゲインを調整するように構成されている、
制御装置。

【請求項2】

前記ゲイン調整回路は、前記ロータの回転速度が大きくなるほど前記合成器のゲインを小さくし、前記ロータの回転速度が小さくなるほど前記合成器のゲインを大きくするように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記合成器は、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、一端に前記第１位相シフタの出力信号が供給される第１入力抵抗と、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、一端に前記第２位相シフタの出力信号が供給される第２入力抵抗と、
前記第１及び前記第２入力抵抗のそれぞれの他端から出力される信号の合成信号を増幅するオペアンプと、
前記オペアンプの出力信号を当該オペアンプの入力に帰還させる帰還抵抗と、
を有する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記合成器は、
一端に前記第１位相シフタの出力信号が供給される第１入力抵抗と、
一端に前記第２位相シフタの出力信号が供給される第２入力抵抗と、
前記第１及び前記第２入力抵抗のそれぞれの他端から出力される信号の合成信号を増幅するオペアンプと、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、前記オペアンプの出力信号を当該オペアンプの入力に帰還させる帰還抵抗と、
を有する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記合成器は、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、一端に前記第１位相シフタの出力信号が供給される第１入力抵抗と、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、一端に前記第２位相シフタの出力信号が供給される第２入力抵抗と、
前記第１及び前記第２入力抵抗のそれぞれの他端から出力される信号の合成信号を増幅するオペアンプと、
前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成され、前記オペアンプの出力信号を当該オペアンプの入力に帰還させる帰還抵抗と、
を有する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記ロータの回転速度及びそれに対応する前記合成器のゲインの情報が格納されたメモリをさらに備えた、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項7】

前記合成器の出力信号をモニタするモニタ回路をさらに備え、
前記ゲイン調整回路は、前記モニタ回路によるモニタ結果を用いて、前記ロータの回転速度に対応する前記合成器のゲインの情報を取得するように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項8】

前記ゲイン調整回路によって取得された、前記ロータの回転速度及びそれに対応する前記合成器のゲインの情報が格納されたメモリをさらに備えた、
請求項７に記載の制御装置。

【請求項9】

補正信号を生成する補正回路と、
前記補正信号が伝搬する抵抗素子と、をさらに備え、
前記合成器は、前記第１位相信号及び前記第２位相信号に加えて、前記抵抗素子を介して供給される前記補正信号を合成することにより、前記位相変調信号を出力するように構成され、
前記補正回路は、前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最も小さくなるような振幅及び位相の前記補正信号を生成するように構成され、
前記抵抗素子は、前記ゲイン調整回路によって抵抗値を調整可能に構成されている、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項10】

前記第１及び前記第２位相信号の位相差は略９０°であって、
前記第１及び前記第２位相シフタは、それぞれによる位相シフト量の差が略９０°となるように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項11】

前記第１位相シフタは、前記キャリア信号の周波数よりも低い第１周波数の極を持つように構成され、
前記第２位相シフタは、前記キャリア信号の周波数よりも高い第２周波数の極を持つように構成されている、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項12】

前記第１及び前記第２位相シフタは、前記キャリア信号の周波数をｆｃ、前記キャリア信号の周波数よりも低い前記第１周波数をｆ１、前記キャリア信号の周波数よりも高い前記第２周波数をｆ２、任意の正の実数をｎとすると、ｆ１＝ｆｃ／ｎ且つｆ２＝ｆｃ×ｎを満たすように構成されている、
請求項１１に記載の制御装置。

【請求項13】

前記位相変調信号と前記キャリア信号との位相差に基づいて前記レゾルバのロータの回転角を検出し、その検出結果に基づいてモータを制御する制御器をさらに備えた、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項14】

モータと、
前記モータの回転軸にロータが取り付けられたレゾルバと、
前記レゾルバの回転角に基づいて前記モータを制御する請求項１３に記載の制御装置と、
を備えた、モータ制御システム。

【請求項15】

キャリア信号によって励磁されたレゾルバから検出された位相の異なる第１及び第２位相信号のうち、前記第１位相信号の位相を第１位相シフタによってシフトし、
前記第２位相信号の位相を第２位相シフタによってシフトし、
前記第１位相シフタによって位相シフトされた前記第１位相信号と、前記第２位相シフタによって位相シフトされた前記第２位相信号とを、合成器を用いて合成することにより、前記キャリア信号が前記レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力し、
前記位相変調信号に含まれる磁気ノイズを除去し、
前記ロータの回転速度に基づいて前記合成器のゲインを調整する、
制御装置の誤差補正方法であって、
前記合成器から出力される前記位相変調信号が飽和しない所定の範囲で最大値を示すように、前記合成器のゲインを調整する、
制御装置の誤差補正方法。

【請求項16】

前記ロータの回転速度が大きくなるほど前記合成器のゲインを小さくし、前記ロータの回転速度が小さくなるほど前記合成器のゲインを大きくする、
請求項１５に記載の制御装置の誤差補正方法。

【請求項17】

前記合成器の出力信号をモニタし、
モニタした結果を用いて、前記ロータの回転速度に対応する前記合成器のゲインの情報を取得し、
取得した結果を用いて、前記合成器のゲインを前記ロータの回転速度に応じたゲインとなるように調整する、
請求項１５に記載の制御装置の誤差補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は制御装置及びその誤差補正方法に関し、例えばロータ回転角を精度良く検出するのに適した制御装置及びその誤差補正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、モータの回転軸に取り付けられたレゾルバのロータ部分の回転角を、レゾルバから出力される電気信号から算出し、その算出結果に基づいてモータを制御する制御装置が開示されている。

【0003】

この制御装置は、例えば、レゾルバのステータ部分に配置された励磁コイルに正弦波のキャリア信号を供給することによって、レゾルバに磁場を発生させる。ここで、レゾルバに発生した磁場は、レゾルバのロータ部分の回転によって変動する。励磁コイルとともにレゾルバのステータ部分に配置された２つの検出コイルは、レゾルバに発生した磁場の変動を検出して、２相の位相信号として出力する。この制御装置は、２相の位相信号から、ロータの回転角を算出している。

【0004】

ここで、レゾルバに設けられた励磁コイルや検出コイルには、モータにおいて発生した磁束が漏れてこれらのコイルと鎖交することにより、意図しない電圧信号が誘起されて磁気ノイズとなることが知られている。磁気ノイズは、レゾルバがキャリア信号によって励磁されていない場合でも、モータが回転しているだけで発生し、２相の位相信号に重畳されるため、ロータ回転角の検出精度を低下させてしまう。そこで、この制御装置は、バンドパスフィルタを用いることにより、２相の位相信号の合成信号に含まれる磁気ノイズを除去している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－３２４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に開示された制御装置では、モータの回転速度（所定時間当たりの回転数）の上昇に伴って磁気ノイズが大きくなった場合、２相の位相信号の合成信号が飽和してしまい（クリップしてしまい）、高調波成分が発生してしまうため、ロータ回転角の検出精度が低下してしまう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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施の形態によれば、制御装置は、キャリア信号によって励磁されたレゾルバから検出された位相の異なる第１及び第２位相信号のうち、前記第１位相信号の位相をシフトする第１位相シフタと、前記第２位相信号の位相をシフトする第２位相シフタと、前記第１位相シフタによって位相シフトされた前記第１位相信号と、前記第２位相シフタによって位相シフトされた前記第２位相信号と、を合成することにより、前記キャリア信号が前記レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力する合成器と、前記位相変調信号に含まれる磁気ノイズを除去するバンドパスフィルタと、前記ロータの回転速度に基づいて前記合成器のゲインを調整するゲイン調整回路と、を備える。

【0008】

また、一実施の形態によれば、制御装置の誤差補正方法は、キャリア信号によって励磁されたレゾルバから検出された位相の異なる第１及び第２位相信号のうち、前記第１位相信号の位相を第１位相シフタによってシフトし、前記第２位相信号の位相を第２位相シフタによってシフトし、前記第１位相シフタによって位相シフトされた前記第１位相信号と、前記第２位相シフタによって位相シフトされた前記第２位相信号とを、合成器を用いて合成することにより、前記キャリア信号が前記レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力し、前記位相変調信号に含まれる磁気ノイズを除去し、前記ロータの回転速度に基づいて前記合成器のゲインを調整する。

【発明の効果】

【0009】

前記一実施の形態によれば、ロータ回転角を精度良く検出することが可能な制御装置及びその誤差補正方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態の概要に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る制御装置が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。

【図3】位相シフタの具体的な構成例を示す図である。

【図4】合成器に設けられた可変抵抗の第１の具体的な構成例を示す図である。

【図5】合成器に設けられた可変抵抗の第２の具体的な構成例を示す図である。

【図6】バンドパスフィルタ通過前の位相変調信号の波形を示す図である。

【図7】バンドパスフィルタ通過後の位相変調信号の波形を示す図である。

【図8】ロータの回転速度と、位相変調信号に対する磁気ノイズの割合と、の関係を示す図である。

【図9】メモリに格納されているロータの回転速度及びそれに対応する合成器のゲインの情報の一例を示す図である。

【図10】キャリア信号と、位相変調信号と、の関係を示す図である。

【図11】キャリア周波数のクロック信号と、整形後の位相変調信号と、の関係を示す図である。

【図12】図２に示すモータ制御システムの変形例を示す図である。

【図13】図２に示すモータ制御システムに用いられた制御装置の第１の変形例を示す図である。

【図14】図２に示すモータ制御システムに用いられた制御装置の第２の変形例を示す図である。

【図15】実施の形態２に係る制御装置が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。

【図16】角度誤差成分がない場合におけるキャリア信号と第１及び第２位相信号との例を示す図である。

【図17】角度誤差成分がある場合におけるキャリア信号と第１及び第２位相信号との例を示す図である。

【図18】実施の形態３に係る制御装置が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。

【図19】図１８に示す制御装置による、ロータの回転速度及びそれに対応する合成器のゲインの情報の取得方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、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。

【0012】

（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１は、位相シフタ１０１，１０２と、合成器１０３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２９と、ゲイン調整回路１４１と、を備える。

【0013】

制御装置１は、キャリア周波数ｆｃの正弦波のキャリア信号を、レゾルバのステータ部分に配置された励磁コイルに出力する。レゾルバには、励磁コイルに供給された正弦波のキャリア信号によって励磁されることにより、磁場が発生する。ここで、レゾルバに発生した磁場は、レゾルバのロータ部分の回転によって変動する。励磁コイルとともにレゾルバのステータ部分に配置された２つの検出コイルは、レゾルバ２０１に発生した磁場の変動を検出して、２相の位相信号として出力する。

【0014】

位相シフタ１０１は、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極を持つように構成され、一方の検出コイルによって検出された位相信号（第１位相信号）の位相をシフトする。位相シフタ１０２は、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極を持つように構成され、他方の検出コイルによって検出された位相信号（第２位相信号）の位相をシフトする。

【0015】

合成器１０３は、位相シフタ１０１によって位相シフトされた第１位相信号と、位相シフタ１０２によって位相シフトされた第２位相信号と、を合成する。それにより、キャリア信号がロータ回転角によって位相変調された信号（位相変調信号）が得られる。

【0016】

バンドパスフィルタ３２９は、位相変調信号に含まれる磁気ノイズを減衰（除去）して出力する。磁気ノイズは、モータ２０２において発生した磁束が漏れて、レゾルバ２０１に設けられたコイルと鎖交することによって、当該コイルに誘起された電圧信号である。この磁気ノイズは、ロータの回転速度の上昇に比例して大きくなる。

【0017】

例えば、磁気ノイズが除去された位相変調信号と、キャリア信号と、の位相差から、レゾルバのロータ部分の回転角（即ち、モータの回転角）を算出することができる。例えば、制御装置１は、算出されたロータ回転角に基づいて、モータを制御する。

【0018】

ゲイン調整回路１４１は、ロータの回転速度に基づいて合成器１０３のゲインを調整する。例えば、ゲイン調整回路１４１は、ロータの回転速度が大きくなるほど合成器１０３のゲインを小さくなるように調整する。それにより、ロータの回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが大きくなった場合でも、合成器１０３から出力される合成信号が飽和しなくなる（クリップしなくなる）ため、高調波成分の発生が抑制される。

【0019】

また、ゲイン調整回路１４１は、ロータの回転速度が小さくなるほど合成器１０３のゲインを大きくなるように調整する。それにより、ロータの回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが小さくなった場合には、合成器１０３のゲインが大きくなるため、合成器１０３の出力信号に対する熱雑音等のノイズの割合、即ち、ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の悪化が抑制される。

【0020】

このように、実施の形態の概要に係る制御装置１は、ロータの回転速度に基づいて合成器１０３のゲインを調整することにより、ＳＮ比の悪化や高調波成分の発生を防ぎつつ磁気ノイズを除去して、ロータ回転角を精度良く検出することができる。

【0021】

＜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１の詳細な構成、及び、制御装置１を用いたモータの制御システムについて説明する。

【0022】

図２は、実施の形態１に係る制御装置１が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。図２に示すモータ制御システムは、制御装置１と、モータ２０２と、レゾルバ２０１と、を備える。また、制御装置１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。

【0023】

制御装置１は、モータ２０２の回転軸に取り付けられたレゾルバ２０１のロータ部分の回転角を、レゾルバ２０１から出力された電気信号から算出し、その算出結果に基づいてモータ２０２を制御する。

【0024】

なお、例えば、マイコン制御器５００とカウンタ回路４００とを１つの半導体基板上に形成することによって、１つのマイクロプロセッサチップが構成される。また、アナログ回路３００を１つの半導体基板上に形成することによって、１つのアナログフロントエンドチップが構成される。そして、マイクロプロセッサチップ及びアナログフロントエンドチップを樹脂によって封止することにより、１つの半導体パッケージが構成される。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つの半導体基板上に形成することによって、１つのチップが構成される。そして、この１つのチップを樹脂によって封止することにより、１つの半導体パッケージが構成される。

【0025】

レゾルバ２０１は、所謂トランス型のレゾルバであって、ロータ２０４と、ステータ２０５と、励磁コイル２０６と、検出コイル２０７，２０８と、を備える。ロータ２０４は、モータ２０２の回転軸２０３に固定され、モータ２０２の回転とともに回転する。ステータ２０５は、ロータ２０４を囲むように設けられている。

【0026】

励磁コイル２０６及び検出コイル２０７，２０８は、何れもステータ２０５部分に配置されている。レゾルバ２０１には、制御装置１から励磁コイル２０６に供給された正弦波のキャリア信号によって励磁されることにより、磁場が発生する。ここで、レゾルバ２０１に発生した磁場は、ロータ２０４の回転によって変動する。検出コイル２０７，２０８は、レゾルバ２０１に発生した磁場の変動を検出して、２相のレゾルバ検出信号（位相信号）として出力する。

【0027】

検出コイル２０７，２０８は、互いの配置方向が異なるように配置されている。それにより、検出コイル２０７，２０８は、レゾルバ２０１に発生した磁場の変動をそれぞれ位相の異なる２相のレゾルバ検出信号として出力することができる。本実施の形態では、検出コイル２０７の配置方向と、検出コイル２０８の配置方向とが、９０°異なる場合を例に説明する。したがって、検出コイル２０７は正弦波の第１レゾルバ検出信号を出力するのに対し、検出コイル２０８は余弦波の第２レゾルバ検出信号を出力する。

【0028】

なお、本実施の形態では、レゾルバ２０１によって２相のレゾルバ検出信号が出力される場合を例に説明しているが、これに限られず、２相以上のレゾルバ検出信号が出力され、当該２相以上のレゾルバ検出信号によってロータ回転角が検出される構成であっても良い。また、本実施の形態では、励磁コイル２０６及び検出コイル２０７，２０８が、何れもステータ２０５部分に配置されている場合を例に説明しているが、これに限られない。例えば、励磁コイル２０６がロータ２０４部分に配置され、検出コイル２０７，２０８がステータ２０５部分に配置されても良い。

【0029】

（アナログ回路３００の構成）
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、増幅回路３３１と、差動増幅回路１０５，１０６と、位相シフタ１０１，１０２と、合成器１０３と、バンドパスフィルタ３２９と、オペアンプＯＰ３３０と、備える。

【0030】

励磁回路３０１は、キャリア周波数ｆｃの方形波のクロック信号からキャリア周波数ｆｃの正弦波のキャリア信号を生成する。

【0031】

増幅回路３３１は、励磁回路３０１によって生成された正弦波のキャリア信号を増幅する。具体的には、増幅回路３３１は、オペアンプＯＰ３０２と、トランジスタＴＲ３０３，ＴＲ３０４と、ダイオードＤ３０５，Ｄ３０６と、によって構成されている。オペアンプＯＰ３０２は、正弦波のキャリア信号と、増幅回路３３１の出力信号と、の電位差を増幅して、トランジスタＴＲ３０３，ＴＲ３０４のそれぞれのベースに出力する。トランジスタＴＲ３０３，ＴＲ３０４は、何れもバイポーラトランジスタであって、プッシュプル接続されている。ダイオードＤ３０５，Ｄ３０６は、それぞれ、トランジスタＴＲ３０３，ＴＲ３０４に並列に設けられている。増幅回路３３１は、トランジスタＴＲ３０３、ＴＲ３０４間のノードの電圧を、増幅回路３３１の出力信号として、励磁コイル２０６に出力する。

【0032】

差動増幅回路１０５は、検出コイル２０７によって検出されたレゾルバ検出信号（差動信号）の電位差を増幅する。また、差動増幅回路１０６は、検出コイル２０８によって検出された差動信号（レゾルバ検出信号）の電位差を増幅する。したがって、例えば、差動増幅回路１０５は、正弦波の信号を出力するのに対し、差動増幅回路１０６は、余弦波の信号を出力する。なお、差動増幅回路１０５，１０６のそれぞれ出力信号の位相差は、理想的には９０°であるが、例えば８８°から９２°までの範囲の略９０°であれば良い。

【0033】

具体的には、差動増幅回路１０５は、抵抗素子Ｒ３１１～Ｒ３１４と、オペアンプＯＰ３１５と、によって構成されている。抵抗素子Ｒ３１１は、オペアンプＯＰ３１５の反転入力端子と、検出コイル２０７の一方の端子と、の間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１２は、オペアンプＯＰ３１５の非反転入力端子と、検出コイル２０７の他方の端子と、の間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１３は、オペアンプＯＰ３１５の反転入力端子及び出力端子間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１４は、オペアンプＯＰ３１５の非反転入力端子とグランドとの間に設けられている。オペアンプＯＰ３１５の出力信号は、差動増幅回路１０５の出力信号として用いられる。

【0034】

また、差動増幅回路１０６は、抵抗素子Ｒ３１６～Ｒ３１９と、オペアンプＯＰ３２０と、によって構成されている。抵抗素子Ｒ３１６は、オペアンプＯＰ３２０の反転入力端子と、検出コイル２０８の一方の端子と、の間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１７は、オペアンプＯＰ３２０の非反転入力端子と、検出コイル２０８の他方の端子と、の間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１８は、オペアンプＯＰ３２０の反転入力端子及び出力端子間に設けられている。抵抗素子Ｒ３１９は、オペアンプＯＰ３２０の非反転入力端子とグランドとの間に設けられている。オペアンプＯＰ３２０の出力信号は、差動増幅回路１０６の出力信号として用いられる。

【0035】

位相シフタ１０１は、キャリア周波数ｆｃより低い周波数ｆ１の極を持つように構成され、差動増幅回路１０５の出力信号（第１位相信号）の位相をシフトする。位相シフタ１０２は、キャリア周波数ｆｃより高い周波数ｆ２の極を持つように構成され、差動増幅回路１０６の出力信号（第２位相信号）の位相をシフトする。

【0036】

（位相シフタ１０１，１０２の具体的な構成例）
図３は、位相シフタ１０１の具体的な構成例を示す図である。
図３に示すように、位相シフタ１０１は、オールパスフィルタであって、オペアンプＯＰ７０１と、抵抗素子Ｒ７０２～Ｒ７０４と、キャパシタＣ７０５と、を備える。

【0037】

オペアンプＯＰ７０１の反転入力端子には、抵抗素子Ｒ７０２を介して、差動増幅回路１０５の出力信号（第１位相信号）が入力される。オペアンプＯＰ７０１の非反転入力端子には、抵抗素子Ｒ７０３を介して、差動増幅回路１０５の出力信号（第１位相信号）が入力される。抵抗素子Ｒ７０４は、オペアンプＯＰ７０１の反転入力端子及び出力端子間に設けられている。キャパシタＣ７０５は、オペアンプＯＰ７０１の非反転入力端子とグランドとの間に設けられている。オペアンプＯＰ７０１の出力信号は、位相シフタ１０１の出力信号として用いられる。

【0038】

位相シフタ１０２の構成については、位相シフタ１０１の場合と同様であるため、その説明を省略する。なお、位相シフタ１０１，１０２の構成は、図３に示す構成に限られず、所望のシフト量で位相をシフトさせることが可能な他の構成に適宜変更可能である。

【0039】

位相シフト量及び極はオールパスフィルタの伝達関数により決定可能であるため、抵抗素子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、所望する位相シフト量及び極に応じて決定される。

【0040】

具体的には、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かつｆ２＝ｆｃ×ｎ（ｎは任意の正の実数）を満足させることによって、位相シフタ１０１の位相シフト量と、位相シフタ１０２位相シフト量と、の差を９０°とすることができる。

【0041】

例えば、抵抗素子Ｒ７０２～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、抵抗素子Ｒ７０２～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。

【0042】

ｆ１＝１．９９ｋＨｚ及びｆ２＝１１．８ｋＨｚは、キャリア周波数ｆｃ＝４．８８ｋＨｚに対してｆ１＝ｆｃ／ｎかつ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の位相シフト量と、位相シフタ１０２の位相シフト量と、の差は９０°となる。なお、位相シフタ１０１，１０２のそれぞれの位相シフト量の差は、理想的には９０°であるが、例えば、８８°から９２°までの範囲の略９０°であってもよい。

【0043】

図２に戻り、説明を続ける。
合成器１０３は、位相シフタ１０１によって位相シフトされた第１位相信号と、位相シフタ１０２によって位相シフトされた第２位相信号と、を合成する。それにより、キャリア信号がロータ回転角によって位相変調された信号（位相変調信号）が得られる。

【0044】

具体的には、合成器１０３は、入力抵抗Ｒ３２５と、入力抵抗Ｒ３２６と、帰還抵抗Ｒ３２８と、オペアンプＯＰ３２７と、によって構成されている。入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６は、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と、位相シフタ１０１，１０２のそれぞれの出力端子と、の間に設けられている。帰還抵抗Ｒ３２８は、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子及び出力端子間に設けられている。オペアンプＯＰ３２７の非反転入力端子は、グランドに接続されている。

【0045】

オペアンプＯＰ３２７は、入力抵抗Ｒ３２５を介して供給された第１位相信号と、入力抵抗Ｒ３２６を介して供給された第２位相信号と、の合成信号を増幅する。オペアンプＯＰ３２７の出力信号は、帰還抵抗Ｒ３２８を介して、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子に帰還される。オペアンプＯＰ３２７の出力信号は、合成器１０３の出力信号として用いられる。

【0046】

ここで、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６は、何れもゲイン調整回路１４１からの制御信号に基づいて抵抗値が調整可能に構成されている。

【0047】

例えば、ロータ２０４の回転速度が大きくなるほど、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の抵抗値は大きくなるように調整される。それにより、合成器１０３のゲインは小さくなる。それに対し、ロータ２０４の回転速度が小さくなるほど、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の抵抗値は小さくなるように調整される。それにより、合成器１０３のゲインは大きくなる。

【0048】

（入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の第１の具体的な構成例）
図４は、入力抵抗Ｒ３２５の第１の具体的な構成例を入力抵抗Ｒ３２５ａとして示す図である。

【0049】

図４に示すように、入力抵抗Ｒ３２５ａは、ｍ（ｍは２以上の整数）個のスイッチ素子ＳＷ１＿１～ＳＷ１＿ｍと、ｍ個の抵抗素子Ｒ１＿１～Ｒ１＿ｍと、を有する。

【0050】

抵抗素子Ｒ１＿１～Ｒ１＿ｍは、位相シフタ１０１の出力端子と、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と、の間に直列接続されている。スイッチ素子ＳＷ１＿１は、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と抵抗素子Ｒ１＿１の一端との間に設けられている。スイッチ素子ＳＷ１＿２～ＳＷ１＿ｍは、それぞれ、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と、抵抗素子Ｒ１＿１～Ｒ１＿ｍ間のノードと、の間に設けられている。ここで、ゲイン調整回路１４１によって、スイッチ素子ＳＷ１＿１～ＳＷ１＿ｍのうち、何れか一つのスイッチ素子がオンに制御され、それ以外のスイッチ素子がオフに制御される。つまり、ゲイン調整回路１４１によって、入力抵抗Ｒ３２５ａの抵抗値が切り替えられる。

【0051】

入力抵抗Ｒ３２６の第１の具体的な構成例については、入力抵抗Ｒ３２５ａの場合と同様であるため、その説明を省略する。

【0052】

（入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の第２の具体的な構成例）
図５は、入力抵抗Ｒ３２５の第２の具体的な構成例を入力抵抗Ｒ３２５ｂとして示す図である。

【0053】

図５に示すように、入力抵抗Ｒ３２５ｂは、スイッチ素子ＳＷ２＿１と、抵抗素子Ｒ２＿１と、を有する。

【0054】

抵抗素子Ｒ２＿１は、位相シフタ１０１の出力端子と、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と、の間に設けられている。スイッチ素子ＳＷ２＿１は、抵抗素子Ｒ２＿１に並列に設けられている。ここで、ゲイン調整回路１４１によって決定されたデューティ比でスイッチ素子ＳＷ２＿１のオンオフが切り替えられる。つまり、ゲイン調整回路１４１によって、入力抵抗Ｒ３２５ｂの抵抗値が切り替えられる。

【0055】

入力抵抗Ｒ３２６の第２の具体的な構成例については、入力抵抗Ｒ３２５ｂの場合と同様であるため、その説明を省略する。

【0056】

図２に戻り、説明を続ける。
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て出力する。具体的には、バンドパスフィルタ３２９は、位相変調信号に含まれる磁気ノイズを減衰（除去）して出力する。

【0057】

図６は、バンドパスフィルタ３２９通過前の位相変調信号の波形を示す図である。図７は、バンドパスフィルタ３２９通過後の位相変調信号の波形を示す図である。図６及び図７を見てもわかるように、バンドパスフィルタ３２９によって位相変調信号に含まれる磁気ノイズが除去されている。

【0058】

オペアンプＯＰ３３０は、コンパレータを構成しており、合成器１０３からバンドパスフィルタ３２９を介して供給された位相変調信号を方形波に整形する。

【0059】

（カウンタ回路４００の構成）
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。

【0060】

基準ＣＬＫ回路４０１は、基準周波数の基準クロック信号を生成し、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、及び、位相差カウンタ４０４に出力する。

【0061】

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方形波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。

【0062】

ＣＬＫ同期回路４０３は、整形された位相変調信号を基準クロック信号に同期して検波することにより、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させる。ＣＬＫ同期回路４０３によって検波された信号（検波信号）は、位相差カウンタ４０４及び位置演算器５０１に入力される。

【0063】

位相差カウンタ４０４は、同期検波により得られた位相変調信号とキャリア信号との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。

【0064】

（マイコン制御器５００の構成）
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５１０～５１２と、ゲイン調整回路１４１と、メモリ１４２と、を備える。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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、目標速度から回転速度を減算し、得られた速度偏差を速度ゲイン演算器５０７に出力する。

【0068】

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５１０～５１２にそれぞれ出力する。

【0069】

乗算器５１０～５１２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。

【0070】

ゲイン調整回路１４１は、微分処理器５０５によって算出されたモータ２０２の回転速度（換言すると、ロータ２０４の回転速度）に基づいて、合成器１０３のゲインを調整する。

【0071】

図８は、ロータ２０４の回転速度と、位相変調信号に対する磁気ノイズの割合と、の関係を示す図である。図８に示すように、磁気ノイズは、ロータ２０４の回転速度の上昇に比例して大きくなっている。

【0072】

そこで、ゲイン調整回路１４１は、ロータ２０４の回転速度が大きくなるほど合成器１０３のゲインを小さくなるように調整する。ここで、ゲイン調整回路１４１は、合成器１０３から出力される位相変調信号が飽和しない（クリップしない）範囲でできるだけ大きな値を示すように、合成器１０３のゲインを調整する。それにより、ロータ２０４の回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが大きくなった場合でも、合成器１０３から出力される位相変調信号が飽和しなくなる（クリップしなくなる）ため、高調波成分の発生が抑制される。

【0073】

また、ゲイン調整回路１４１は、ロータの回転速度が小さくなるほど合成器１０３のゲインを大きくなるように調整する。それにより、ロータの回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが小さくなった場合には、合成器１０３のゲインが大きくなるため、合成器１０３から出力される位相変調信号に対する熱雑音等のノイズの割合、即ち、ＳＮ比の悪化が抑制される。

【0074】

具体的には、ゲイン調整回路１４１は、メモリ１４２からロータ２０４の回転速度に対応する合成器１０３のゲインの情報を読み出し、合成器１０３のゲインをメモリ１４２から読み出したゲインとなるように調整する。

【0075】

メモリ１４２には、例えば図９に示されるように、ロータ２０４の回転速度及びそれに対応する合成器１０３のゲインの情報（テーブル）が格納されている。この情報は、予め測定又は算出されたものである。ここで、メモリ１４２に格納されているゲインの値は、何れも、合成器１０３から出力される位相変調信号が飽和しない（クリップしない）範囲でできるだけ大きな値に設定されている。なお、実際のロータ２０４の回転速度に対応する合成器１０３のゲインの情報がメモリ１４２に格納されていない場合、合成器１０３に設定されるゲインは、例えば、メモリ１４２に格納された情報を用いて線形補間することによって算出される。なお、ゲイン調整回路１４１は、テーブルを用いる代わりに演算式を用いて合成器１０３のゲインを調整しても良い。

【0076】

このように、制御装置１は、ロータ２０４の回転速度に基づいて合成器１０３のゲインを調整することにより、ＳＮ比の悪化や高調波成分の発生を防ぎつつ磁気ノイズを除去して、ロータ回転角を精度良く検出することができる。

【0077】

（ロータ回転角の算出方法）
続いて、ロータ回転角の算出方法について、図２を用いて説明する。

【0078】

まず、励磁回路３０１によって生成された正弦波ｓｉｎωｔのキャリア信号は、増幅回路３３１によって増幅された後、励磁コイル２０６に入力される。

【0079】

レゾルバ２０１には、制御装置１から励磁コイル２０６に供給された正弦波ｓｉｎωｔのキャリア信号によって励磁されることにより磁場が発生する。ここで、レゾルバ２０１に発生した磁場は、ロータ２０４の回転によって変動する。検出コイル２０７，２０８は、レゾルバ２０１に発生した磁場の変動を検出して、９０°位相の異なる２相のレゾルバ検出信号として出力する。

【0080】

差動増幅回路１０５は、検出コイル２０７によって検出されたレゾルバ検出信号（差動信号）の電位差を増幅する。また、差動増幅回路１０６は、検出コイル２０８によって検出された差動信号（レゾルバ検出信号）の電位差を増幅する。

【0081】

ここで、差動増幅回路１０５の出力信号Ｚ１、及び、差動増幅回路１０６の出力信号Ｚ２は、それぞれ、以下の式（１）及び式（２）のように表される。

【0082】

Ｚ１＝Ｋ・ｓｉｎθｍ×ｓｉｎωｔ ・・・（１）
Ｚ２＝Ｋ・ｃｏｓθｍ×ｓｉｎωｔ ・・・（２）

【0083】

但し、ωはキャリア信号の角周波数、ｔは時間、θｍはレゾルバ２０１のロータの回転角、Ｋはレゾルバ検出信号の振幅成分を示している。

【0084】

位相シフタ１０１は、例えばオーパスフィルタであって、差動増幅回路１０５の出力信号Ｚ１の位相をシフト量φ１だけシフトさせる。位相シフタ１０２は、例えばオーパスフィルタであって、差動増幅回路１０６の出力信号Ｚ２の位相をシフト量φ２だけシフトさせる。

【0085】

例えば、位相シフタ１０１，１０２は、φ１－φ２＝－９０°を満たすように設計される。具体的には、例えば、キャリア周波数ｆｃ＝４．８８ｋＨｚに対して、位相シフタ１０１の極の周波数が１．９９ｋＨｚ、位相シフタ１０２の極の周波数が１１．８ｋＨｚとなるように設計することにより、φ１－φ２＝－９０°を満足させることができる。

【0086】

このとき、位相シフタ１０１の出力信号Ｘ１、及び、位相シフタ１０２の出力信号Ｘ２は、それぞれ、以下の式（３）及び式（４）のように表される。

【0087】

Ｘ１＝Ｋ・ｓｉｎθｍ×ｓｉｎ（ωｔ－φ１） ・・・（３）
Ｘ２＝Ｋ・ｃｏｓθｍ×ｓｉｎ（ωｔ－φ２） ・・・（４）

【0088】

ここで、式（３）にφ１＝φ２－９０°を代入することにより、Ｘ１は、以下の式（５）のように表される。

【0089】

Ｘ１＝Ｋ・ｓｉｎθｍ×ｓｉｎ（ωｔ＋９０°－φ２）
＝Ｋ・ｓｉｎθｍ×ｃｏｓ（ωｔ－φ２） ・・・（５）

【0090】

合成器１０３は、位相シフタ１０１の出力信号Ｘ１と、位相シフタ１０２の出力信号Ｘ２と、を合成して出力する。ここで、合成器１０３の出力信号Ｙは、式（４）及び式（５）より、以下の式（６）のように表される。

【0091】

Ｙ＝Ｘ１＋Ｘ２
＝Ｋ・ｓｉｎθｍ×ｃｏｓ（ωｔ－φ２）＋Ｋ・ｃｏｓθｍ×ｓｉｎ（ωｔ－φ２）
＝Ｋ・ｓｉｎ（ωｔ－φ２＋θｍ） ・・・（６）

【0092】

例えば、φ１＝－９０°、φ２＝０°の場合、合成器１０３の出力信号Ｙは、式（６）より、以下の式（７）のように表される。

【0093】

Ｙ＝Ｋ・ｓｉｎ（ωｔ＋θｍ） ・・・（７）

【0094】

即ち、合成器１０３は、キャリア信号がロータ回転角θｍによって位相変調された信号（位相変調信号）を生成する。

【0095】

図１０は、キャリア信号と、位相変調信号と、の関係を示す図である。図１０において、縦軸は振幅を示し、横軸は時刻を示す。図１０に示すように、キャリア信号及び位相変調信号では、周波数が同じであるのに対して位相が異なっている。そのため、キャリア信号及び位相変調信号の位相差から、ロータの回転角を算出することが可能である。

【0096】

具体的には、キャリア周波数のクロック信号と、方形波に整形された位相変調信号と、の位相差を検出し、検出された位相差から、ロータの回転角を算出することが好ましい。

【0097】

図１１は、キャリア周波数のクロック信号と、整形後の位相変調信号と、の関係を示す図である。図１１において、縦軸は振幅を示し、横軸は時刻を示す。図１１に示すように、キャリア周波数のクロック信号と、整形後の位相変調信号と、の間には、ロータの回転角に応じた位相差が存在する。

【0098】

カウンタ回路４００において、ＣＬＫ同期回路４０３は、キャリア周波数ωがロータ回転角θｍによって位相変調された信号（整形された位相変調信号）を、基準クロック信号に同期して検波することにより、キャリア周波数ωがロータ回転角θｍによって位相変調された信号と、キャリア周波数ωのクロック信号と、を同期させる。また、位相差カウンタ４０４は、同期検波によって得られた位相変調信号及びキャリア信号の位相差を基準周波数の分解能で計数する。

【0099】

マイコン制御器５００及びパワー回路６００は、カウンタ回路４００において計数された位相変調信号及びキャリア信号の位相差に基づいて、モータ２０２を制御する。

【0100】

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の極を持つ位相シフタ１０１によって、差動増幅回路１０５の出力信号（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の極を持つ位相シフタ１０２によって、差動増幅回路１０６の出力信号（第２位相信号）の位相をシフトする。そして、位相シフトされた第１位相信号と、位相シフトされた第２位相信号と、を合成している。それにより、ロータ回転角を精度良く検出することができるとともに、回路規模の増大を抑制することができる。

【0101】

また、ゲイン調整回路１４１は、微分処理器５０５によって算出されたモータ２０２の回転速度（換言すると、ロータ２０４の回転速度）に基づいて、合成器１０３のゲインを調整する。具体的には、ゲイン調整回路１４１は、ロータ２０４の回転速度が大きくなるほど合成器１０３のゲインを小さくなるように調整する。ここで、ゲイン調整回路１４１は、合成器１０３から出力される位相変調信号が飽和しない（クリップしない）範囲でできるだけ大きな値を示すように、合成器１０３のゲインを調整する。それにより、ロータ２０４の回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが大きくなった場合でも、合成器１０３から出力される位相変調信号が飽和電圧に張り付かなくなる（クリップしなくなる）ため、高調波成分の発生が抑制される。

【0102】

また、ゲイン調整回路１４１は、ロータの回転速度が小さくなるほど合成器１０３のゲインを大きくなるように調整する。それにより、ロータの回転速度の上昇に伴って磁気ノイズが小さくなった場合には、合成器１０３のゲインが大きくなるため、合成器１０３から出力される位相変調信号に対する熱雑音等のノイズの割合、即ち、ＳＮ比の悪化が抑制される。

【0103】

このように、本実施の形態に係る制御装置１は、ロータ２０４の回転速度に基づいて合成器１０３のゲインを調整することにより、ＳＮ比の悪化や高調波成分の発生を防ぎつつ磁気ノイズを除去して、ロータ回転角を精度良く検出することができる。

【0104】

（電流検出型のレゾルバが用いられたモータ制御システムの構成例）
本実施の形態では、レゾルバ２０１がトランス型のレゾルバである場合であるについて説明したが、これに限られず、例えば、電流検出型のレゾルバであっても良い。以下、図１２を用いて、具体的に説明する。

【0105】

図１２は、図２に示すモータ制御システムの変形例を示す図である。図２に示すモータ制御システムでは、トランス型のレゾルバ２０１が用いられていた。それに対し、図１２に示すモータ制御システムでは、電流検出型のレゾルバ２０１ａが用いられている。図１２に示すモータ制御システムのその他の構成については、図２に示すモータ制御システムの場合と同様であるため、その説明を省略する。

【0106】

電流検出型のレゾルバ２０１ａは、ロータ２０４と、ステータ２０５と、コイルＬ１～Ｌ４と、抵抗素子Ｒ１～Ｒ４と、を備える。ロータ２０４は、モータ２０２の回転軸２０３に固定され、モータ２０２の回転とともに回転する。ステータ２０５は、ロータ２０４を囲むように設けられている。

【0107】

コイルＬ１～Ｌ４は、ステータ２０５部分において、モータ２０２の回転軸２０３を中心にして、それぞれ０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に配置されている。コイルＬ１～Ｌ４は、制御装置１から供給される正弦波のキャリア信号によって励磁されることにより磁場を生成する。ここで、コイルＬ１～Ｌ４に発生した磁場は、レゾルバ２０１のロータ部分の回転によって変動する。そのため、コイルＬ１～Ｌ４に流れる電流も、レゾルバ２０１のロータ部分の回転によって変動する。

【0108】

抵抗素子Ｒ１～Ｒ４は、それぞれ、コイルＬ１～Ｌ４に流れる電流を電圧に変換して、０°、９０°、１８０°、２７０°の相のレゾルバ検出信号として出力する。

【0109】

具体的には、抵抗素子Ｒ１は、コイルＬ１に直列に設けられ、抵抗素子Ｒ１及びコイルＬ１間のノードＮ１の電圧を０°の相のレゾルバ検出信号として出力する。抵抗素子Ｒ２は、コイルＬ２に直列に設けられ、抵抗素子Ｒ２及びコイルＬ２間のノードＮ２の電圧を９０°の相のレゾルバ検出信号として出力する。抵抗素子Ｒ３は、抵抗素子Ｒ３及びコイルＬ３間のノードＮ３の電圧を１８０°の相のレゾルバ検出信号として出力する。抵抗素子Ｒ４は、コイルＬ４に直列に設けられ、抵抗素子Ｒ４及びコイルＬ４間のノードＮ４の電圧を２７０°の相のレゾルバ検出信号として出力する。

【0110】

差動増幅回路１０５は、コイルＬ１，Ｌ３のそれぞれに流れる電流を抵抗素子Ｒ１，Ｒ３を用いて電圧に変換したレゾルバ検出信号の電位差を増幅する。また、差動増幅回路１０６は、コイルＬ２，Ｌ４のそれぞれに流れる電流を抵抗素子Ｒ２，Ｒ４を用いて電圧に変換したレゾルバ検出信号の電位差を増幅する。したがって、例えば、差動増幅回路１０５は、正弦波の信号を出力するのに対し、差動増幅回路１０６は、余弦波の信号を出力する。なお、差動増幅回路１０５，１０６のそれぞれ出力信号の位相差は、理想的には９０°であるが、例えば８８°から９２°までの範囲の略９０°であれば良い。

【0111】

このように、制御装置１は、レゾルバ２０１が電流検出型であってもトランス型である場合と同等の効果を奏することができる。

【0112】

また、本実施の形態では、合成器１０３に設けられた入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の抵抗値を調整することにより、合成器１０３のゲインが調整される場合を例に説明したが、これに限られない。以下、図１３及び図１４を用いながら、合成器１０３の変形例について説明する。

【0113】

（合成器１０３の第１変形例）
図１３は、制御装置１の第１変形例を制御装置１ａとして示す図である。制御装置１ａは、制御装置１と比較して、合成器１０３の第１変形例である合成器１０３ａを備える。合成器１０３ａでは、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の代わりに帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値がゲイン調整回路１４１によって調整可能となっている。帰還抵抗Ｒ３２８の具体的な構成については、図４，図５に示す構成と同様であるため、その説明を省略する。

【0114】

例えば、ロータ２０４の回転速度が大きくなるほど、帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値は小さくなるように調整される。それにより、合成器１０３のゲインは小さくなる。それに対し、ロータ２０４の回転速度が小さくなるほど、帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値は大きくなるように調整される。それにより、合成器１０３のゲインは大きくなる。

【0115】

合成器１０３ａは、合成器１０３の場合と同等程度の機能を実現することができる。

【0116】

（合成器１０３の第２変形例）
図１４は、制御装置１の第２変形例を制御装置１ｂとして示す図である。制御装置１ｂは、制御装置１と比較して、合成器１０３の第２変形例である合成器１０３ｂを備える。合成器１０３ｂでは、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６に加えて帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値もゲイン調整回路１４１によって調整可能となっている。

【0117】

例えば、ロータ２０４の回転速度が大きくなるほど、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の抵抗値が大きくなるように調整されたり、帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値が小さくなるように調整されたりする。それにより、合成器１０３のゲインは小さくなる。それに対し、ロータ２０４の回転速度が小さくなるほど、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６の抵抗値が小さくなるように調整されたり、帰還抵抗Ｒ３２８の抵抗値が大きくなるように調整されたりする。それにより、合成器１０３のゲインは大きくなる。

【0118】

合成器１０３ｂは、合成器１０３の場合と同等程度の機能を実現することができる。さらに、合成器１０３ｂは、入力抵抗及び帰還抵抗のそれぞれの抵抗値を調整することができるため、より細やかにゲインを調整することができる。

【0119】

＜実施の形態２＞
図１５は、実施の形態２にかかる制御装置２が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。制御装置２は、制御装置１の場合と比較して、補正回路１４３と、ＡＤ変換器１４４と、ＤＡ変換器１４５と、抵抗素子Ｒ１４６，Ｒ１４８と、キャパシタＣ１４７と、をさらに備える。図１５の例では、補正回路１４３は、マイコン制御器５００に設けられ、ＡＤ変換器１４４及びＤＡ変換器１４５は、カウンタ回路４００に設けられ、抵抗素子Ｒ１４６，Ｒ１４８及びキャパシタＣ１４７は、アナログ回路３００に設けられている。

【0120】

（レゾルバ検出信号の角度誤差成分についての説明）
制御装置２の詳細について説明する前に、まず、レゾルバ検出信号に含まれる角度誤差成分について説明する。

【0121】

図１６は、角度誤差成分がない場合におけるキャリア信号と第１及び第２位相信号（差動増幅回路１０５，１０６のそれぞれの出力信号）との例を示す図である。図１６において、縦軸は振幅を示し、横軸は時刻を示す。

【0122】

図１６に示すように、角度誤差成分がない場合、第１位相信号は、キャリア信号がレゾルバ２０１のロータ回転角によって位相変調された正弦波の位相変調信号となっている。また、第２位相信号は、キャリア信号がレゾルバ２０１のロータ回転角によって位相変調された余弦波の位相変調信号となっている。ここで、第１及び第２位相信号の包絡線は、何れもノイズのない波形を形成している。

【0123】

それに対し、例えばレゾルバ２０１に巻線ばらつきがあると、位相変調信号には、固定位相のキャリア信号が角度誤差成分（残留成分）として残ってしまう。図１７は、角度誤差成分がある場合におけるキャリア信号と第１及び第２位相信号との例を示す図である。図１７において、縦軸は振幅を示し、横軸は時刻を示す。

【0124】

図１７に示すように、角度誤差成分がある場合、第１位相信号は、角度誤差成分を含むキャリア信号がレゾルバ２０１のロータ回転角によって位相変調された正弦波の信号となっている。また、第２位相信号は、角度誤差成分を含むキャリア信号がレゾルバ２０１のロータ回転角によって位相変調された余弦波の信号となっている。つまり、角度誤差成分がある場合、第１及び第２位相信号には、ロータ回転角によって位相変調された角度誤差成分が含まれてしまう。

【0125】

ここで、角度誤差成分がある場合、差動増幅回路１０５の出力信号（第１位相信号）Ｚ１、及び、差動増幅回路１０６の出力信号（第２位相信号）Ｚ２は、それぞれ、以下の式（８）及び式（９）のように表される。

【0126】

Ｚ１＝Ｋ・（α＋ｓｉｎθｍ）×ｓｉｎωｔ ・・・（８）
Ｚ２＝Ｋ・（β＋ｃｏｓθｍ）×ｓｉｎωｔ ・・・（９）

【0127】

但し、ωはキャリア信号の角周波数、ｔは時間、θｍはレゾルバ２０１のロータの回転角、Ｋはレゾルバ検出信号の振幅成分、α，βは誤差成分、を示している。

【0128】

このとき、位相シフタ１０１の出力信号Ｘ１、及び、位相シフタ１０２の出力信号Ｘ２は、それぞれ、以下の式（１０）及び式（１１）のように表される。

【0129】

Ｘ１＝Ｋ・（α＋ｓｉｎθｍ）×ｓｉｎ（ωｔ－φ１） ・・・（１０）
Ｘ２＝Ｋ・（β＋ｃｏｓθｍ）×ｓｉｎ（ωｔ－φ２） ・・・（１１）

【0130】

ここで、式（１０）にφ１＝φ２－９０°を代入することにより、Ｘ１は、以下の式（１２）のように表される。

【0131】

Ｘ１＝Ｋ・（α＋ｓｉｎθｍ）×ｓｉｎ（ωｔ＋９０°－φ２）
＝Ｋ・（α＋ｓｉｎθｍ）×ｃｏｓ（ωｔ－φ２） ・・・（１２）

【0132】

合成器１０３は、位相シフタ１０１の出力信号Ｘ１と、位相シフタ１０２の出力信号Ｘ２と、を合成して出力する。ここで、合成器１０３の出力信号Ｙは、式（１１）及び式（１２）より、以下の式（１３）のように表される。

【0133】

Ｙ＝Ｘ１＋Ｘ２
＝Ｋ・（α＋ｓｉｎθｍ）×ｃｏｓ（ωｔ－φ２）＋Ｋ・（β＋ｃｏｓθｍ）×ｓｉｎ（ωｔ－φ２）
＝

【数1】

・・・（１３）

【0134】

例えば、φ１＝－９０°、φ２＝０°の場合、合成器１０３の出力信号Ｙは、式（１３）より、以下の式（１４）のように表される。

【0135】

【数2】

・・・（１４）

【0136】

式（１３）の右辺の第２項が角度誤差成分に該当する。後述する補正回路１４３は、式（１３）の右辺の第２項の値が限りなくゼロに近づくように位相変調信号を補正することになる。

【0137】

図１５に戻り説明を続ける。
ＡＤ変換器１４４は、合成器１０３から出力された位相変調信号をデジタル信号に変換して出力する。補正回路１４３は、位相及び振幅を任意に変更可能な補正信号を生成する。ＤＡ変換器１４５は、デジタルの補正信号をアナログ信号に変換する。

【0138】

抵抗素子Ｒ１４６，Ｒ１４８は、ＤＡ変換器１４５の出力端子と、オペアンプＯＰ３２７の反転入力端子と、の間に直列に設けられている。キャパシタＣ１４７は、抵抗素子Ｒ１４６，Ｒ１４８間のノードと、グランドと、の間に設けられている。ここで、抵抗素子Ｒ１４６及びキャパシタＣ１４７によってローパスフィルタが構成されている。

【0139】

ＤＡ変換器１４５によってアナログ化された補正信号は、抵抗素子Ｒ１４６及びキャパシタからなるローパスフィルタと、抵抗素子Ｒ１４８と、を伝搬してオペアンプＯＰ３２７の反転入力端子にフィードバックされる。

【0140】

ここで、補正回路１４３は、ＡＤ変換器１４４によってデジタル化された位相変調信号の包絡線の変動幅（振幅）ができるだけ小さくなるように、補正信号の振幅及び位相を任意に調整する。つまり、補正回路１４３は、位相変調信号に含まれる角度誤差成分を打ち消すような振幅及び位相の補正信号を生成する。

【0141】

制御装置２のその他の構成及び動作については、制御装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

【0142】

それにより、制御装置２は、補正回路１４３を用いて、位相変調信号に含まれる角度誤差成分を打ち消すような振幅及び位相の補正信号を生成し、位相変調信号に重畳させる。それにより、制御装置２は、位相変調信号に含まれる角度誤差成分を抑制することができるため、ロータ回転角の検出精度をさらに向上させることができる。

【0143】

なお、抵抗素子Ｒ１４８は、入力抵抗Ｒ３２５，Ｒ３２６とともに、ゲイン調整回路１４１によって抵抗値を調整可能に構成されている。それにより、抵抗素子Ｒ１４８の抵抗値が固定された場合におけるゲイン調整の制限が緩和される。

【0144】

本実施の形態では、補正回路１４３による位相変調信号の補正が制御装置１に適用された制御装置２について説明したが、これに限られない。補正回路１４３による位相変調信号の補正は、例えば、制御装置１ａ，１ｂに適用されても良い。

【0145】

＜実施の形態３＞
図１８は、実施の形態３にかかる制御装置３が搭載されたモータ制御システムの構成例を示す図である。制御装置３は、制御装置１の場合と比較して、ロータ２０４の回転速度に応じた合成器１０３のゲインを自動的に算出する機能をさらに備える。

【0146】

具体的には、制御装置３は、モニタ回路１４９をさらに備える。モニタ回路１４９は、例えばＡＤ変換回路であって、ロータ２０４を所定の回転速度で回転させた場合における合成器１０３の出力信号（位相変調信号）をモニタする。ゲイン調整回路１４１は、モニタ回路１４９によって合成器１０３の出力信号をモニタしながら、合成器１０３の出力信号がクリップしない範囲内でできるだけ大きな値を示すような合成器１０３のゲインを探索する。そして、ゲイン調整回路１４１は、その探索結果、即ち、ロータ２０４の回転速度及びそれに対応する合成器１０３のゲインの情報を、メモリ１４２に格納する。ゲイン調整回路１４１は、このような動作を繰り返すことによって、ロータ２０４の回転速度及びそれに対応する合成器１０３のゲインの情報を複数取得し、それらをメモリ１４２に格納する。

【0147】

図１９は、制御装置３による、ロータ２０４の回転速度及びそれに対応する合成器１０３のゲインの情報の取得方法を示すフローチャートである。

【0148】

まず、合成器１０３の出力信号に対して閾値電圧ＶＴが設定される（ステップＳ１０１）。閾値電圧ＶＴには、合成器１０３の出力信号として許容される電圧の最大値が設定される。具体的には、閾値電圧ＶＴは、飽和電圧よりもわずかに低い値に設定される。例えば、飽和電圧（限界電圧）が４．５Ｖである場合、閾値電圧ＶＴは４Ｖに設定される。例えば、モニタ回路１４９は、合成器１０３の出力電圧が閾値電圧ＶＴよりも高い場合には“１”のモニタ結果を出力し、合成器１０３の出力電圧が閾値電圧ＶＴ以下の場合には“０”のモニタ結果を出力する。

【0149】

その後、合成器１０３のゲインの初期値が設定される（ステップＳ１０２）。ゲインの初期値には、例えば合成器１０３が取り得るゲインの最小値が設定される。

【0150】

その後、ロータ２０４を所定の回転速度で回転させる（ステップＳ１０３）。ここでは、例えばロータ２０４を回転速度０［ｒ／ｍｉｎ］で回転させる。モニタ回路１４９は、このときの合成器１０３の出力信号をモニタする（ステップＳ１０４）。

【0151】

例えば、モニタ回路１４９から“０”のモニタ結果が出力された場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、合成器１０３の出力信号が閾値電圧ＶＴ以下であるため、ゲイン調整回路１４１は、合成器１０３のゲインを一段階大きくする(ステップＳ１０６)。なお、このときの合成器１０３のゲインの変化量が小さいほど、より精度の高いゲイン情報の取得が可能である。その後、モニタ回路１４９は、合成器１０３の出力信号を再びモニタする（ステップＳ１０４）。

【0152】

それに対し、モニタ回路１４９から“１”のモニタ結果が出力された場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、合成器１０３の出力信号が閾値電圧ＶＴより高くなっているため、ゲイン調整回路１４１は、その直前に設定された（或いはそのときに設定されている）合成器１０３のゲインの情報を、対応するロータ２０４の回転速度の情報とともに、メモリ１４２に格納する（ステップＳ１０７）。なお、合成器１０３のゲインを最大にしてもモニタ回路１４９から“０”のモニタ結果が出力され続ける場合には、ゲイン調整回路１４１は、そのゲインの最大値を、対応するロータ２０４の回転速度の情報とともに、メモリ１４２に格納する（ステップＳ１０５のＹＥＳ→ステップＳ１０７）。

【0153】

その後、探索対象となっている複数のロータ回転速度に対応する複数の合成器１０３のゲイン情報の全ての取得が完了していない場合には（ステップＳ１０８のＮＯ）、ロータ２０４の回転速度は、まだ選択されていない別の回転速度（例えば５００［ｒ／ｍｉｎ］に切り替えられる（ステップＳ１０９）。その後、ステップＳ１０３～Ｓ１０９の処理が繰り返される。

【0154】

その後、探索対象となっている複数のロータ回転速度に対応する複数の合成器１０３のゲイン情報の全ての取得が完了した場合には（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、制御装置３による、ロータ２０４の回転速度及びそれに対応する合成器１０３のゲインの情報の取得は終了する。

【0155】

このように、本実施の形態に係る制御装置３は、制御装置１，２等と同等程度の効果を奏することができるとともに、レゾルバの素性がわからない場合でも、ロータ２０４の回転速度に応じた合成器１０３のゲインを自動的に算出することができる。

【0156】

以上のように、上記実施の形態１～３にかかる制御装置は、ロータ２０４の回転速度に基づいて合成器１０３のゲインを調整することにより、ＳＮ比の悪化や高調波成分の発生を防ぎつつ磁気ノイズを除去して、ロータ回転角を精度良く検出することができる。

【0157】

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。

【0158】

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。

【0159】

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。

【0160】

例えば、キャリア周波数及び位相シフト量は、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。

【0161】

また、例えば、上記の実施の形態１～４に係る制御装置及びそれを備えたモータ制御システムでは、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。

【符号の説明】

【0162】

１ 制御装置
１ａ，１ｂ 制御装置
２ 制御装置
３ 制御装置
１０１ 位相シフタ
１０２ 位相シフタ
１０３ 合成器
１０５ 差動増幅回路
１０６ 差動増幅回路
１４１ ゲイン調整回路
１４２ メモリ
１４３ 補正回路
１４４ ＡＤ変換器
１４５ ＤＡ変換器
１４９ モニタ回路
２０１ レゾルバ
２０１ａ 電流検出型のレゾルバ
２０２ モータ
２０３ 回転軸
２０４ ロータ
２０５ ステータ
２０６ 励磁コイル
２０７ 検出コイル
２０８ 検出コイル
３００ アナログ回路
３０１ 励磁回路
３２９ バンドパスフィルタ
３３１ 増幅回路
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
５００ マイコン制御器
５０１ 位置演算器
５０２ シリアル通信器
５０３ 減算器
５０４ 位置ゲイン演算器
５０５ 微分処理器
５０６ 減算器
５０７ 速度ゲイン演算器
５０８ トルク演算器
５０９ 三相変換器
５１０ 乗算器
５１１ 乗算器
５１２ 乗算器
６００ パワー回路
Ｃ１４７ キャパシタ
Ｃ７０５ キャパシタ
Ｄ３０５ ダイオード
Ｄ３０６ ダイオード
Ｌ１～Ｌ４ コイル
ＯＰ３０２ オペアンプ
ＯＰ３１５ オペアンプ
ＯＰ３２０ オペアンプ
ＯＰ３２７ オペアンプ
ＯＰ３３０ オペアンプ
ＯＰ７０１ オペアンプ
Ｒ１～Ｒ４ 抵抗素子
Ｒ１＿１～Ｒ１＿ｍ 抵抗素子
Ｒ２＿１ 抵抗素子
Ｒ１４６，Ｒ１４８ 抵抗素子
Ｒ３１１～Ｒ３１４ 抵抗素子
Ｒ３１６～Ｒ３１９ 抵抗素子
Ｒ３２５ 入力抵抗
Ｒ３２５ａ 入力抵抗
Ｒ３２５ｂ 入力抵抗
Ｒ３２６ 入力抵抗
Ｒ３２８ 帰還抵抗
Ｒ７０２ 抵抗素子
Ｒ７０３ 抵抗素子
Ｒ７０４ 抵抗素子
ＳＷ１＿１～ＳＷ１＿ｍ スイッチ素子
ＳＷ２＿１ スイッチ素子
ＴＲ３０３ トランジスタ
ＴＲ３０４ トランジスタ

【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】