Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
PHASE DIFFERENCE DETECTOR AND ROTATIONAL POSITION DETECTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/096858
Kind Code:
A1
Abstract:
A phase difference detector for detecting the phase with a high accuracy. The phase difference detector (4) detects the phase difference θ between an exciting signal Ss and a second detecting signal Sd according to the rotational position θ of a rotating body (101). The detector (4) comprises a reference counter (13) for carrying out counting in synchronization with first clock pulses CLK1 and being reset when the exciting signal Ss undergoes zero-cross down, a speed detecting section (19) for acquiring information for specifying the rotational speed of the rotating body (101), a pulse converting section (21) for outputting second clock pulses CLK2 with pulse intervals Tp specified according to the acquired information equal to the time required for the rotating body (101) to rotate by an angle corresponding to one count of the reference counter (13), and a phase counter (23) for resetting the count value of the reference counter (13) to the initial value every fall of the second detecting signal Sd and carrying out counting in synchronization with the second clock pulses CLK2.

Inventors:
SATO SHOUICHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/052158
Publication Date:
August 14, 2008
Filing Date:
February 08, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
TOSHIBA MACHINE CO LTD (JP)
SATO SHOUICHI (JP)
International Classes:
G01D5/245; G01P3/489
Foreign References:
JPH05133764A1993-05-28
JPH05276776A1993-10-22
JPS63206612A1988-08-25
JPH0331710A1991-02-12
JPS61137010A1986-06-24
Other References:
See also references of EP 2110644A4
Attorney, Agent or Firm:
SATOH, Takahisa (Toranomon Denki Building 2F 8-1, Toranomon 2-chome, Minato-k, Tokyo 01, JP)
Download PDF:
Claims:
 測定対象の回転位置に応じた、基準信号と検出信号との位相差を検出する位相差検出装置であって、
 所定の第1クロックパルスに同期してカウントを行い、前記基準信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、
 前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、
 前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの1カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第2クロックパルスを出力するパルス変換部と、
 前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第2クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能に構成された位相カウント部と、
 を有する位相差検出装置。
 前記位相カウント部は、前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値が初期値に設定され、前記第2クロックパルスに同期してカウントを行う位相カウンタを有する
 請求項1に記載の位相差検出装置。
 前記位相カウンタは、前記基準カウンタがカウントするカウント値の範囲と同一の範囲で繰り返しカウント可能である
 請求項2に記載の位相差検出装置。
 前記速度検出部は、前記測定対象の回転方向を特定可能な回転方向情報を取得し、
 前記位相カウント部は、前記回転方向情報に応じて、前記ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和又は差のいずれか一方を選択的に出力する
 請求項1に記載の位相差検出装置。
 前記速度検出部は、前記基準信号における所定の基準位相範囲に相当する第1時間長さに対する、前記検出信号における前記基準位相範囲に相当する第2時間長さの変動分に相当する、前記第1クロックパルスのパルス数を計測し、
 前記パルス変換部は、前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第1クロックパルスのパルス数に基づいて特定される、前記第2時間長さを前記変動分に相当する前記第1クロックパルスのパルス数で割った値を、前記パルス間隔として、前記第2クロックパルスを出力する
 請求項1に記載の位相差検出装置。
 前記速度検出部は、前記第1時間長さに相当する前記第1クロックパルスのパルス数を初期値とし、前記検出信号の前記基準位相範囲において前記第1クロックパルスに同期したカウントダウンを行うことにより、前記変動分に相当する前記第1クロックパルスのパルス数を計測するダウンカウンタを有する
 請求項5に記載の位相差検出装置。
 前記基準位相範囲は、前記基準位相間の範囲であり、
 前記パルス変換部は、順次到来する前記検出信号の前記基準位相範囲のそれぞれにおいて、直前の前記基準位相範囲において前記速度検出部の計測した前記変動分に相当する前記第1クロックパルスのパルス数に基づいて特定される前記パルス間隔で、前記第2クロックパルスを出力する
 請求項5に記載の位相差検出装置。
 入力された励磁信号に対して測定対象の回転位置に応じた位相差となる検出信号を出力するレゾルバと、
 前記レゾルバに前記励磁信号を入力する励磁回路と、
 前記励磁信号と前記検出信号との前記位相差を検出する位相差検出装置と、
 を有し、
 前記位相差検出装置は、
  所定の第1クロックパルスに同期してカウントを行い、前記励磁信号の位相が所定の基準位相となったときにリセットされる基準カウンタと、
  前記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報を取得する速度検出部と、
  前記速度情報に基づいて特定される、前記基準カウンタの1カウントに相当する角度を前記測定対象が回転するのに要する時間を、パルス間隔として、第2クロックパルスを出力するパルス変換部と、
  前記検出信号の位相が前記基準位相となる毎に前記基準カウンタのカウントしているカウント値をラッチし、前記検出信号の位相が前記基準位相となってからの前記第2クロックパルスのパルス数をカウントし、ラッチしたカウント値とカウントしたパルス数との和及び差の少なくとも一方を出力可能に構成された位相カウント部と、
 を有する回転位置検出装置。
Description:
位相差検出装置及び回転位置検 装置

 本発明は、基準信号に対して測定対象の 転位置に応じた位相差で出力される検出信 の前記位相差を検出する位相差検出装置及 回転位置検出装置に関する。

 基準信号の位相を測定対象の回転位置に じた位相差でシフトさせて検出信号を出力 、基準信号と検出信号との位相差を検出す ことにより、測定対象の回転位置を測定す 技術が知られている。

 例えば、特許文献1では、2相入力1相出力 レゾルバの位相検出装置が開示されている レゾルバには、信号レベルがsin(ωt)、cos(ωt) で変動する2つの励磁信号が入力される。励 信号は、基準信号又は基準信号と同位相の 号である。レゾルバは、入力された励磁信 の一つをレゾルバ軸の回転角θだけシフトし た(位相変調した)検出信号を出力する。すな ち、レゾルバは、信号レベルがsin(ωt+θ)で 動する検出信号を出力する。

 また、特許文献1の従来技術の欄では、励 磁信号sin(ωt)をデジタル化した信号の立ち上 りエッジ(t=0のとき)においてカウントアッ を開始するカウンタと、検出信号sin(ωt+θ)を デジタル化した信号の立ち上がりエッジにお いて前記のカウンタの値をラッチするラッチ 回路とを備えることにより、励磁信号(基準 号)と検出信号との位相差θを検出する技術 開示されている。

 しかし、上記のようなカウンタとラッチ 路との組み合わせでは、以下に例示するよ な不都合が生じる。測定対象が回転してい ときには、検出信号の周期は、励磁信号の 期に対して変動し、検出信号の周期が励磁 号の周期よりも長くなることがある。変動 は、測定対象の回転速度が速いほど大きく る。従って、回転速度が速い場合に、励磁 号の一の立ち上がりエッジ(t=0)に対応する 出信号の立ち上がりエッジが検出される前 、励磁信号の次の立ち上がりエッジ(t=2π/ω) 到来してしまうことがある。この場合、上 のようなカウンタとラッチ回路との組み合 せでは、励磁信号の前記一の立ち上がりエ ジ(t=0)に対する検出信号の位相差を示すカ ント値がラッチされる前に、カウンタがリ ットされ、励磁信号の次の立ち上がりエッ (t=2π/ω)に対する検出信号の位相差の測定を 始してしまう。このようなことを防止する めには、励磁信号の周波数を高くせざるを ない。

 そこで、2つのカウンタを設ける技術が知 られている。この技術では、各カウンタは、 励磁信号の2周期毎に、かつ、互いに1周期ず てリセットされる。すなわち、一のカウン により励磁信号の2周期毎に一の位相差を検 出し、2つのカウンタにより1周期毎に交互に 相差の計測を開始することにより、1周期毎 に一の位相差を検出している。これにより、 検出信号の周期が長くてもカウント値がラッ チされる前にリセットされてしまうことを抑 制し、励磁信号の周波数を低くすることを可 能としている(なお、当該技術については、 4(a)を参照して後述する。)。

 また、上記のような励磁信号に同期してリ ットされるカウンタによる位相差計測を行 ない技術も知られている。例えば、検出信 の周期を測定し、その周期から測定対象の 転速度に関する情報を取得し、測定対象の 転速度を積算していくことにより、測定対 の回転位置を検出する技術が知られている

特開昭61-137010号公報

 しかし、2つのカウンタを使用する位相差 検出装置では、基準信号の2周期中のいずれ の時点において検出信号の立ち上がりエッ が生じ、位相差が検出される一方で、その 出された位相差は、基準信号の2周期の終了 点においてCPUに出力されるから、位相差の 出と、検出された位相差の出力との間には 最大で1.5周期程度の遅れ時間が生じるとと に、その遅れ時間にはばらつきが生じる。 なわち、位相差が出力されたときには、既 実際の位相差は、出力された位相差に対し 大きく変化しているとともに、その変化量 ばらつくことになるから、位相検出の精度 低いことになる。また、測定対象の回転速 を積算して位相差を検出する装置では、ノ ズ等により回転速度を誤検出した場合には 以後の位相差は誤差を含んだものとなる。

 従って、高精度に位相を検出できる位相 検出装置及び回転位置検出装置を提供され ことが好ましい。

 本発明の位相差検出装置は、測定対象の 転位置に応じた、基準信号と検出信号との 相差を検出する位相差検出装置であって、 定の第1クロックパルスに同期してカウント を行い、前記基準信号の位相が所定の基準位 相となったときにリセットされる基準カウン タと、前記測定対象の回転速度を特定可能な 速度情報を取得する速度検出部と、前記速度 情報に基づいて特定される、前記基準カウン タの1カウントに相当する角度を前記測定対 が回転するのに要する時間を、パルス間隔 して、第2クロックパルスを出力するパルス 換部と、前記検出信号の位相が前記基準位 となる毎に前記基準カウンタのカウントし いるカウント値をラッチし、前記検出信号 位相が前記基準位相となってからの前記第2 クロックパルスのパルス数をカウントし、ラ ッチしたカウント値とカウントしたパルス数 との和及び差の少なくとも一方を出力可能に 構成された位相カウント部と、を有する。

 好適には、前記位相カウント部は、前記 出信号の位相が前記基準位相となる毎に前 基準カウンタのカウントしているカウント が初期値に設定され、前記第2クロックパル スに同期してカウントを行う位相カウンタを 有する。

 好適には、前記位相カウンタは、前記基 カウンタがカウントするカウント値の範囲 同一の範囲で繰り返しカウント可能である

 好適には、前記速度検出部は、前記測定 象の回転方向を特定可能な回転方向情報を 得し、前記位相カウント部は、前記回転方 情報に応じて、前記ラッチしたカウント値 カウントしたパルス数との和又は差のいず か一方を選択的に出力する。

 好適には、前記速度検出部は、前記基準 号における所定の基準位相範囲に相当する 1時間長さに対する、前記検出信号における 前記基準位相範囲に相当する第2時間長さの 動分に相当する、前記第1クロックパルスの ルス数を計測し、前記パルス変換部は、前 速度検出部の計測した前記変動分に相当す 前記第1クロックパルスのパルス数に基づい て特定される、前記第2時間長さを前記変動 に相当する前記第1クロックパルスのパルス で割った値を、前記パルス間隔として、前 第2クロックパルスを出力する。

 好適には、前記速度検出部は、前記第1時 間長さに相当する前記第1クロックパルスの ルス数を初期値とし、前記検出信号の前記 準位相範囲において前記第1クロックパルス 同期したカウントダウンを行うことにより 前記変動分に相当する前記第1クロックパル スのパルス数を計測するダウンカウンタを有 する。

 好適には、前記基準位相範囲は、前記基 位相間の範囲であり、前記パルス変換部は 順次到来する前記検出信号の前記基準位相 囲のそれぞれにおいて、直前の前記基準位 範囲において前記速度検出部の計測した前 変動分に相当する前記第1クロックパルスの パルス数に基づいて特定される前記パルス間 隔で、前記第2クロックパルスを出力する。

 本発明の回転位置検出装置は、入力され 励磁信号に対して測定対象の回転位置に応 た位相差となる検出信号を出力するレゾル と、前記レゾルバに前記励磁信号を入力す 励磁回路と、前記励磁信号と前記検出信号 の前記位相差を検出する位相差検出装置と を有し、前記位相差検出装置は、所定の第1 クロックパルスに同期してカウントを行い、 前記励磁信号の位相が所定の基準位相となっ たときにリセットされる基準カウンタと、前 記測定対象の回転速度を特定可能な速度情報 を取得する速度検出部と、前記速度情報に基 づいて特定される、前記基準カウンタの1カ ントに相当する角度を前記測定対象が回転 るのに要する時間を、パルス間隔として、 2クロックパルスを出力するパルス変換部と 前記検出信号の位相が前記基準位相となる に前記基準カウンタのカウントしているカ ント値をラッチし、前記検出信号の位相が 記基準位相となってからの前記第2クロック パルスのパルス数をカウントし、ラッチした カウント値とカウントしたパルス数との和及 び差の少なくとも一方を出力可能に構成され た位相カウント部と、を有する。

 本発明によれば、高精度に位相を検出で る。

本発明の実施形態に係る回転位置検出 置の全体構成の概略を示すブロック図。 図1の回転位置検出装置のダウンカウン タの動作を説明するタイミングチャート。 図1の回転位置検出装置の動作を説明す るタイミングチャート。 図1の回転位置検出装置の効果を説明す るタイミングチャート。

符号の説明

 Ss…励磁信号(基準信号)、101…回転体(測 対象)、Sd…検出信号、4…位相差検出装置、C LK1…第1クロックパルス、13…基準カウンタ、 19…速度検出部、CLK2…第2クロックパルス、21 …パルス変換部、23…位相カウンタ。

 図1は、本発明の実施形態に係る回転位置 検出装置1の全体構成の概要を示すブロック である。回転位置検出装置1は、測定対象の 転体101の回転位置(位相)θを検出する装置と して構成されている。回転体101は、例えば、 モータのロータ、内燃機関のクランク軸であ る。回転位置検出装置1は、検出した回転位 θに応じた信号を位相差信号Shとして出力す 。位相差信号Shは、例えば、コンピュータ 含まれるCPU103に出力され、回転体101の回転 御やモニタに供される。

 回転位置検出装置1は、回転体101に連結さ れたレゾルバ2と、レゾルバ2に励磁信号Ss及 Scを入力する励磁回路3と、基準信号として 励磁信号Ss又はScとレゾルバ2から出力された 第1検出信号Soとの位相差を検出する位相差検 出装置4とを有している。なお、励磁信号Ss及 びScは、いずれも基準信号になり得るもので るが、以下では、励磁信号Ssを基準信号と て説明する。

 レゾルバ2は、例えば、2相入力1相出力の 相変調型のレゾルバとして構成されている レゾルバ2は、例えば、特に図示しないが、 ステータと、ステータに対して回転可能に且 つ偏心して設けられたレゾルバ軸と、ステー タに設けられた2つの励磁コイル及び1つの検 コイルとを有している。レゾルバ軸は、回 体101に連結されている。

 励磁回路3の出力する励磁信号Ss、Scは、 ゾルバ2の励磁コイルに入力される。励磁信 Ss、Scは、その信号レベルの変動が所定の周 期の正弦波(sin(ωt))及び余弦波(cos(ωt))により されるアナログ式の信号である。レゾルバ2 の検出コイルからは、励磁信号Ssをレゾルバ の回転位置θだけシフトさせたアナログ式 第1検出信号Soが出力される。すなわち、検 信号Soの信号レベルの変動は、sin(ωt+θ)によ 表される。従って、励磁信号Ssと、第1検出 号Soとの位相差を検出することにより、回 体101の回転位置θが検出される。なお、回転 体101等の回転方向とθの正負の定義等により 位相差と回転位置との正負は異なるが、以 では、位相差の正負と回転位置の正負とは 致するものとして説明する。

 位相差検出装置4は、第1検出信号Soのゼロ クロス点毎に、励磁信号Scと第1検出信号Soと 位相差を測定可能に、クロック11、基準カ ンタ13、A/D変換部15、及び、エッジ検出部17 有している。さらに、位相差検出装置4は、 1検出信号Soのゼロクロス点が検出された後 おける位相差の変動を考慮可能に、速度検 部19、パルス変換部21、及び、位相カウンタ 23を有している。なお、位相差検出装置4は、 上記以外にも、フィルタ回路等の適宜な回路 を有していてもよい。

 クロック11は、所定の周波数で第1クロッ パルスCLK1を出力する。例えば、クロック11 、水晶やセラミック等により形成された発 子の振動をパルスに変換して出力する。ク ック11の周波数は、適宜に設定されてよい クロック11の周波数は、例えば、後述するn 値と周期Tsとに基づいて決定される。クロッ ク11の周波数は、例えば、200MHzである。なお 図1では、第1クロックパルスCLK1は、基準カ ンタ13及び速度検出部19への入力経路のみが 図示されているが、A/D変換部15、エッジ検出 17、パルス変換部21、位相カウンタ23等に直 に又は分周器を介して入力されて利用され よい。

 基準カウンタ13は、第1クロックパルスCLK1 に同期してカウントを行う。なお、カウント は、カウントアップでもカウントダウンでも よいが、以下では、カウントアップを行うも のとして説明する。基準カウンタ13のカウン 値と、励磁信号Ss及びScの位相とは対応付け られている。すなわち、励磁信号Ss及びScの 相は、基準カウンタ13のカウント値から特定 可能である。基準カウンタ13は、励磁信号Ss 周期Tsと同一の周期でリセットされる。

 図1では、基準カウンタ13のカウント値が 励磁信号Ss及びScの生成にも利用されている 場合を例示している。例えば、基準カウンタ 13は、n進カウンタにより構成されており、0~n -1の範囲で繰り返しカウントを行う。基準カ ンタ13のカウントしているカウント値iは、 ウント信号Stとして励磁回路3に入力される 励磁回路3は、励磁信号Ss、Scの信号レベル 、Vo×sin(2π/n×i+ε)、Vo×cos(2π/n×i+ε)(Vo、εは れぞれ一定)となるように励磁信号Ss、Scを生 成する。なお、εは適宜に設定されてよいが 以下では、ε=πとして、すなわち、i=0のと に励磁信号Ssがゼロダウンクロスするものと して説明する。

 A/D変換部15は、レゾルバ2からの第1検出信 号Soを2値のデジタル形式の第2検出信号Sdに変 換して出力する。すなわち、A/D変換部は、第 1検出信号Soの信号レベルが所定の基準レベル に対して高いときには信号レベルが所定のロ ーレベル(ハイレベルでもよい)で一定となる 号を、第1検出信号Soの信号レベルが所定の 準レベルに対して低いときには信号レベル 所定のハイレベル(ローレベルでもよい)で 定となる信号を出力する。

 エッジ検出部17は、A/D変換部15からの第2 出信号Sdのエッジを検出する。エッジ検出部 17により検出されるエッジは、立ち上がりエ ジ及び立ち下がりエッジのうち、いずれで ってもよいし、双方であってもよいが、以 では、立ち下がりエッジが検出されるもの して説明する。

 エッジ検出部17は、立ち下がりエッジを 出したときに、エッジ検出信号Seを出力する 。例えば、エッジ検出部17は、立ち下がりエ ジが検出されていないときは、ローレベル( 0、偽)の信号を出力し、立ち下がりエッジが 出されたときは、エッジ検出信号Seとして ハイレベル(1、真)の信号をクロック11の1ク ックの長さだけ出力する。

 速度検出部19は、励磁信号Ssの周期Tsに対 る第2検出信号Sd(第1検出信号So)の周期Tdの変 動分δTを計測し、変動分δTの絶対値を示す情 報を速度信号Svとしてパルス変換部21に出力 るとともに、変動分δTの正負(増減)を示す情 報を正負信号Spとして位相カウンタ23に出力 る。

 例えば、速度検出部19は、第1クロックパ スに同期してカウントダウンを行うダウン ウンタ27を有している。ダウンカウンタ27は 、エッジ検出部17からエッジ検出信号Seが入 される毎にカウント値が初期値にリセット れる。ダウンカウンタ27の初期値は、基準カ ウンタ13の最大値n-1に設定されている。換言 れば、ダウンカウンタ27の初期値は、励磁 号Ss(基準信号)の1周期において基準カウンタ 13によりカウントされる第1クロックパルスの パルス数に設定されている。

 図2は、ダウンカウンタ27の動作を説明す 図である。

 図2(a)に示すように、ダウンカウンタ27は 第2検出信号Sdの立ち下がりエッジが検出さ た時点t0において、初期値n-1にリセットさ 、カウントダウンを開始する。図2(c)に示す うに、第2検出信号Sdの周期Tdが、励磁信号Ss の周期Tsと等しい場合(Td=Ts、δT=0の場合)、す わち、回転体101が停止している場合には、 2(a)に示すように、第2検出信号Sdの次の立ち 下がりエッジが検出される時点t1においてリ ットされる直前の、ダウンカウンタ27のカ ント値は0となる。

 一方、図2(b)に示すように、第2検出信号Sd の周期Tdが励磁信号Ssの周期Tsよりも短い場合 には、すなわち、回転体101が一方向(本実施 態ではθの負方向)に回転している場合には 図2(a)に示すように、第2検出信号Sdの次の立 下がりエッジが検出される時点t2において セットされる直前の、ダウンカウンタ27のカ ウント値は正の値kとなる。kは、変動分δTに 当する、第1クロックパルスCLK1のパルス数 なっている。

 同様に、図2(d)に示すように、第2検出信 Sdの周期Tdが励磁信号Ssの周期Tsよりも長い場 合には、すなわち、回転体101が他方向(本実 形態ではθの正方向)に回転している場合に 、図2(a)に示すように、第2検出信号Sdの次の ち下がりエッジが検出される時点t3におい リセットされる直前の、ダウンカウンタ27の カウント値は負の値kとなる。kの絶対値は、 動分δTに相当する、第1クロックパルスCLK1 パルス数となっている。

 なお、回転体101がθの正方向に回転した きにkの値が正に、回転体101がθの負方向に 転したときにkの値が負になるように、励磁 号Ssの式やθの正負等を設定してもよい。

 図1に示すように、速度検出部19は、ダウ カウンタ27のリセットされる直前のカウン 値kの絶対値|k|を速度信号Svとしてパルス変 部21に出力する。例えば、特に図示しないが 、速度検出部19は、第1クロックパルスCLK1に 期してダウンカウンタ27のカウント値をラッ チするラッチ回路を有し、当該ラッチ回路に よりダウンカウンタ27の1クロック前のカウン ト値を保持する。そして、エッジ検出部17か エッジ検出信号Seが検出されたときに、ラ チ回路に保持されているカウント値の絶対 |k|を速度信号Svとしてパルス変換部21へ出力 る。

 また、速度検出部19は、ダウンカウンタ27 のリセットされる直前のカウント値kの正負 示す正負信号Spを位相カウンタ23に出力する 例えば、エッジ検出部17からエッジ検出信 Seが検出されたときに、上記の不図示のラッ チ回路により保持されているカウント値の正 負を正負信号Spとして出力する。

 パルス変換部21は、第2検出信号Sdの周期Td を変動分δTに相当するパルス数の絶対値|k|で 除したTd/|k|をパルス間隔Tpとして、第2クロッ クパルスCLK2を出力する。なお、k=0である場 には、パルス間隔Tpは無限大に設定される。 すなわち、k=0である場合には、パルス変換部 21は第2クロックパルスCLK2を出力しない。第2 出信号Sdの周期Tdは、適宜な方法によって特 定されてよいが、例えば、パルス変換部21が 励磁信号Ssの周期Tsに対して、第1クロック ルスCLK1のパルス間隔にカウント値kを乗じた 値を減算することにより算出される。励磁信 号Ssの周期Tsは、例えば、予め記憶されてお 、あるいは、第1クロックパルスCLK1のパルス 間隔に基準カウンタ13の最大値n-1を乗じて算 される。

 位相カウンタ23は、例えば、プリセット 能及びアップ・ダウン切替機能を有するn進 ウンタにより構成されている。位相カウン 23は、エッジ検出部17からエッジ検出信号Se 入力されたときに、基準カウンタ13のカウ ト値iを初期値に設定する(カウント値iをラ チする。)。そして、第2クロックパルスCLK2 同期してカウントを行う。カウントは、正 信号Spに応じてカウントアップ又はカウント ダウンのいずれかに切り替えられる。例えば 、上述のように、回転位置θが増加するとき 基準カウンタ13のカウント値iが増加するよ に、回転位置θとカウント値iとが対応付け れている場合には、正負信号Spが示す変動 δTの符号が正のとき、すなわち、回転体101 θの負方向に回転しているときには、カウン トダウンが行われ、正負信号Spが示す変動分 Tの符号が負のとき、すなわち、回転体101が の正方向に回転しているときには、カウン アップが行われる。

 図3は、位相差検出装置4の動作を説明す ためのタイミングチャートである。図3(a)は 基準カウンタ13のカウントしているカウン 値を示し、図3(b)は、励磁回路3の出力する励 磁信号Ssの信号レベルを示し、図3(c)は、レゾ ルバ2の出力する第1検出信号Soの信号レベル 示し、図3(d)は、A/D変換部15の出力する第2検 信号Sdの信号レベルを示し、図3(e)は、ダウ カウンタ27のカウントしているカウント値 示し、図3(f)は、パルス変換部21の出力する 2クロックパルスCLK2を示し、図3(g)は、位相 ウンタ23のカウントしているカウント値を示 している。

 図3(a)に示すように、基準カウンタ13は、0 ~n-1の範囲のカウントを一定の周期Tsで繰り返 し行う。図3(b)に示すように、励磁信号Ssは、 基準カウンタ13の周期Tsと同一の周期Tsの波形 で表される。なお、上述のように、本実施形 態では、基準カウンタのカウント値iに対し 励磁信号Ss=Vo×sin(2π/n×i+π)が生成されると仮 定しているから、基準カウンタ13のリセット に励磁信号Ssはゼロダウンクロスする。

 図3(c)に示すように、第1検出信号Soは、励 磁信号Ssを回転体101の回転位置θだけ位相を フトさせた波形で表される。ただし、第1検 信号Soの周期Tdは、回転体101の回転している 場合には、励磁信号Ssの周期Tsに対して変動 る。図3(c)では、第1検出信号Soのゼロダウン ロス時にθ1、θ2、θ3の位相差が生じた場合 例示するとともに、回転体101がθの正方向 回転しており、第1検出信号Soの周期Tdが励磁 信号Ssの周期Tsよりも長くなっている場合を 示している。

 図3(d)に示すように、第2検出信号Sdは、第 1検出信号Soと位相が同一の方形波で表される 。第2検出信号Sdの立ち上がりは第1検出信号So のゼロアップクロスに対応し、第2検出信号Sd の立ち下がりは第1検出信号Soのゼロダウンク ロスに対応している。

 図3(e)に示すように、ダウンカウンタ27は n-1を初期値として、第2検出信号Sdの立ち下 りから、第1クロックパルスCLK1に同期して カウントダウンを開始する。図3(a)及び図3(b) に示されるように、第1クロックパルスに同 した0~n-1のカウントは励磁信号Ssの周期Tsに 当するから、ダウンカウンタ27により、次の 立ち下がりまでにカウントされたカウント値 kは、励磁信号Ssの周期Tsに対する第2検出信号 Sdの変動分δTに相当する。なお、図3(e)では、 第2検出信号Sdの周期Tdが励磁信号Ssの周期Tsよ りも長く、変動分δT1、δT2、δT3に対応して負 のカウント値k1、k2、k3がカウントされた場合 を例示している。

 図3(f)に示されるように、パルス変換部21 、第2検出信号Sdの周期Tdを、カウント値kの 対値|k|で除したTd/|k|をパルス間隔Tpとして 2クロックパルスCLK2を出力する。パルス変換 部21は、例えば、第2検出信号Sdの立ち下がり にパルス間隔Tpを算出し、その立ち下がり 後から次の立ち下がりまで、その算出した ルス間隔Tpで第2クロックパルスCLK2を出力す 。すなわち、パルス変換部21は、パルス間 Tpを第2検出信号Sdの1周期毎に算出し、その 出対象となった周期の次の周期において、 の算出したパルス間隔Tpで第2クロックパル CLK2を出力する。

 図3(g)に示されるように、位相カウンタ23 、第2検出信号Sdの立ち下がりにおいて、基 カウンタ13のカウント値iをラッチする。図3 (g)では、カウント値i1、i2、i3がラッチされた 場合を示している。ラッチされたカウント値 iは、ラッチ時における励磁信号Ssと第2検出 号Sdとの位相差θに対応している。すなわち ラッチ時において、θ=2π/n×iであり、カウ ト値i1、i2、i3からθ1、θ2、θ3を特定可能で る。

 カウント値iをラッチした後、位相カウン タ23は、ラッチしたカウント値iを初期値とし て、第2クロックパルスCLK2に同期してカウン を行う。なお、図3(g)では、図3(e)においてk 符号が負であることに対応して、カウント ップが行われる場合を例示している。

 ここで、励磁信号Ssの周期Tsと第2検出信 Sdの周期Tdとの間に変動分δTが生じたことは 周期Tdの間に、励磁信号Ssと第2検出信号Sdと の位相差θが変動分δTに相当する角度だけ変 したことを意味する。すなわち、回転体101 、周期Tdの間に、位相差θの変動分2π/n×|k| け回転する。そして、パルス間隔Tp=Td/|k|は 基準カウンタ13の1カウントに相当する角度(2 π/n)を回転体101が回転するのに要する時間を 味する。

 従って、第2クロックパルスCLK2に同期し カウントを行うことは、回転体101が回転し いることによる位相差θの変動に応じて、基 準カウンタ13においてラッチされるべきカウ ト値をカウントしていることになる。

 例えば、図3(g)では、カウント値i1がラッ され、パルス間隔Tp=δT1/|k1|で出力されるク ックパルスCLK2に同期してカウントアップが 行われることにより、位相カウンタ23のカウ トするカウント値i1+jは、次にラッチされる カウント値i2に近づいていく。

 なお、回転体101の回転速度が大きくなれ 、ダウンカウンタのカウント値の絶対値|k| 大きくなり、パルス間隔Tpは小さくなり、 相カウンタ23のカウント値i+jの勾配は大きく なる。また、回転体101の加速度が小さいほど (回転速度が一定であるほど)、位相カウンタ2 3のカウントするカウント値は、次にラッチ れる基準カウンタ13のカウント値により正確 に近づく。

 位相カウンタ23は、図3(g)において、カウ ト値i2とカウント値i3との間において例示す るように、カウントアップによってカウント 値i+jがn-1に到達すると、0にリセットされる また、カウントダウンによってカウント値i- jが0に到達すると、n-1にリセットされる。す わち、位相カウンタ23は、基準カウンタ13と 同一の範囲(0~n-1)で繰り返しカウント可能で る。換言すれば、位相カウンタ23のカウント 値の範囲は、回転体101の回転位置θの範囲0~2 に対応している。

 以上のとおり、本実施形態では、基準カ ンタ13のカウント値をラッチしてから次に ッチするまでの間に、位相カウンタ23により 、基準カウンタ13においてラッチされるべき ウント値をカウントすることから、位相検 のタイミングが第2検出信号Sdの立ち下がり ッジに限定されない。すなわち、常時、又 、任意のタイミングで位相を検出できる。

 図4は、本実施形態の効果を説明するタイ ミングチャートである。図4(a)は、従来技術 おけるタイミングチャートを、図4(b)は、本 施形態におけるタイミングチャートを示し いる。

 図4(a)では、第1カウンタ、第2カウンタに り位相差の検出が行われている。具体的に 、各カウンタにおいては、基準信号の立ち がりエッジからカウントを開始し、検出信 の立ち下がりエッジが検出されるとカウン している値が位相差としてラッチされる。 カウンタは、励磁信号の2周期毎に、かつ、 互いに1周期ずれてリセットされる。

 位相差検出装置に接続されたCPUは、励磁 号の立ち上がりエッジにおいて、直前の立 下がりエッジよりも1周期前の立ち下がりエ ッジから計測が開始された位相を読み出して いる。このため、カウンタにより位相が検出 されてから、CPUに読み出されるまでは、最大 で1.5周期、最小で0.5周期の遅れ時間tdが生じ いる。また、遅れ時間tdは、位相差の変動 伴って変動している。

 一方、図4(b)に示すように、本実施形態で は、位相カウンタにより常時位相が検出され ている。従って、位相カウンタにより位相が 検出されてからCPUに読み出されるまでに遅れ 時間は生じない。あるいは、各回路の特性に より生じる一定の遅れ時間しか生じない。ま た、適宜に一定の遅れ時間を設定することも できる。

 また、本実施形態によれば、第2検出信号 Sdの立ち下がりエッジ毎に位相カウンタ23を セットしていることから、検出信号等にノ ズが混入して位相カウンタ23のカウント値に 誤差が生じても、リセットにより誤差は消去 される。従って、従来の速度を積算して位相 を算出する方法に比較してノイズの影響が少 ない。

 励磁信号Ssの周期Tsに相当する第1クロッ パルスCLK1のパルス数を初期値とし、第2検出 信号Sdの周期Tdにおいて第1クロックパルスCLK1 に同期したカウントダウンを行うダウンカウ ンタ27を用いて周期Tsに対する周期Tdの変動分 δTを計測していることから、速度検出部19や ルス変換部21の構成が簡素である。

 第2検出信号Sdの各周期Tdにおいて、直前 周期Tdから特定されたパルス間隔Tpを用いて 2クロックパルスCLK2を出力することから、 次速度が更新されることになり、回転体101 加速度が大きいような場合であっても高精 に位相差θを検出することができる。

 なお、以上の実施形態において、励磁信 Ssは基準信号の一例であり、第1検出信号So び第2検出信号Sdは本発明の検出信号の一例 あり、ゼロダウンクロスや立ち下がりエッ が生じるときの位相(π)は基準位相の一例で り、1周期に対応する位相範囲(2π)は基準位 範囲の一例であり、周期Tsは第1時間長さの 例であり、周期Tdは第2時間長さの一例であ 、ダウンカウンタ27のカウント値の絶対値|k |は速度情報の一例であり、そのカウント値k 正負は回転方向情報の一例である。また、 相カウンタ23により本発明の位相カウント が構成されている。

 本発明は、以上の実施形態に限定されず 種々の態様で実施されてよい。

 位相差検出装置は、レゾルバの励磁信号 検出信号との位相差を検出するものに限定 れない。また、レゾルバは、2相入力1相出 のものに限定されない。基準信号に対して 定対象の回転位置に応じた位相差で検出信 を出力する位相変調型のレゾルバであれば い。例えば、2相入力2相出力のレゾルバであ ってもよい。基準信号及び検出信号は、アナ ログ式であってもよいし、デジタル式であっ てもよい。

 基準カウンタは、そのカウント値が基準 号(励磁信号)の生成に供されるものに限定 れない。基準信号のゼロクロス検出やエッ 検出に基づいてカウントを開始するなど、 準信号に基づいてカウントを行うものであ てもよい。

 基準カウンタのカウント値の範囲は、基 信号の基準位相から次の基準位相までにお て、カウント値から位相を特定可能に設定 れていればよい。基準位相は、適宜な位相 設定されてよく、ゼロクロスする位相やエ ジが生じる位相に限定されない。また、基 位相は、1周期を既定する位相でなくてもよ い。従って、例えば、カウント値0が位相0以 の適宜な位相に対応していてもよい。

 また、例えば、基準信号のゼロアップク スする位相とゼロダウンクロスする位相と 双方の位相を基準位相としてもよい。すな ち、基準信号の半周期毎に基準位相を設定 てもよい。この場合、基準信号の半周期毎 位相カウンタ(位相カウント部)がリセット れるから、ノイズによって生じた誤差の影 範囲が狭くなる。また、基準位相範囲も半 期であれば、検出信号の半周期の変動分が 測され、半周期毎に第2クロックパルスのパ ス間隔が更新されるから、加速度が大きい き等に高精度に位相差を検出することがで る。

 また、例えば、基準信号の複数周期毎に 準位相が設定されてもよい。例えば、4サイ クルエンジンのクランク軸の回転位置を検出 する場合に、基準カウンタのカウント値の範 囲0~n-1を位相0~4πに対応させ、基準信号の2周 毎に基準カウンタがリセットされるように 、いずれの工程であるか特定可能としても い。

 位相カウント部は、基準カウンタのカウ ト値を初期値としてラッチするプリセット 能付きの位相カウンタを有するもの、換言 れば、常時、基準カウンタにおいてラッチ れるべきカウント値を保持しているものに 定されない。例えば、位相カウント部は、 出信号の基準位相において基準カウンタの ウント値をラッチするラッチ回路と、その ッチ時に0にリセットされるカウンタと、適 宜なタイミングで、ラッチ回路のラッチして いるカウント値とカウンタのカウントしてい るカウント値との和又は差を出力する加算( 算)回路とを有して構成されてもよい。ただ 、基準カウンタのカウント値を初期値とし ラッチするプリセット機能付きの位相カウ タを用いたほうが構成が簡素である。

 位相カウンタは、カウントアップとカウ トダウンとを切替可能なものでなくてもよ 。換言すれば、位相カウント部は、回転体 回転方向に応じて、ラッチした基準カウン のカウント値とカウントした第2クロックパ ルスのパルス数との和又は差のいずれかを選 択的に出力可能でなくてもよい。自動二輪車 のクランク軸のように、回転体が一方向にの みしか回転しないのであれば、カウントアッ プ又はカウントダウンのいずれか一方の機能 を有しているだけでよい。

 速度検出部は、適宜な方法によって測定 象の回転速度を特定可能な情報を取得して く、基準信号の基準位相範囲に相当する第1 時間長さ(例えばTs)に対する検出信号の基準 相範囲に相当する第2時間長さ(例えばTd)の変 動分(例えばδT)を計測するものに限定されな 。例えば、測定対象の回転速度の変化が緩 かであるのであれば、検出信号の基準位相 おいて基準カウンタのカウント値をラッチ て得られる、複数回分の位相差(θ)から位相 差の変化を算出することによって、速度を特 定することができる。また、変動分(例えばδ T)を計測する方法も、第1クロックパルスに同 期したダウンカウンタを用いる方法に限定さ れない。例えば、別のクロックパルスに同期 してアップカウンタを用いることもできる。

 基準信号の時間長さと検出信号の時間長 とを比較する対象となる基準位相範囲は、 準位相間の範囲でなくてもよい。基準位相 囲と基準位相間の範囲とが、位相がずれて 定されていてもよいし、範囲の広さが互い 異なっていてもよい。例えば、基準位相は ロアップクロスする位相に設定され、基準 相範囲は、ゼロダウンクロスする位相間に 定され、パルス変換部が、基準位相範囲を 象とした時間長さの変動分に基づいて算出 たパルス間隔を、その基準位相範囲から半 期ずれた基準位相間において使用してもよ 。この場合、変動分の検出から、その変動 に基づくパルス間隔で第2クロックパルスを 出力するまでに半周期の余裕ができるから、 パルス変換部等に遅延時間が生じてもよいこ とになり、回路の設計条件が緩やかになる。