JP3151733B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の移動によって
生じた磁気抵抗変化を出力交流信号の電気的位相角の変
化として検出する位相シフト方式の位置検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗変化を利用した位置検出装置と
してはマイクロシンといわれる回転形差動トランスが従
来からよく知られている。これは、回転位置を電圧レベ
ルに変換するものであるため、外乱による影響を受け易
くて誤差が生じ易いという欠点を有する。例えば、温度
変化の影響を受けてコイルの抵抗が変化し、これによっ
て検出信号レベルが変動したり、また、検出器からその
検出信号を利用する回路までの信号伝送路におけるレベ
ルの減衰量がその伝送距離によってまちまちであり、さ
らに、ノイズによるレベル変動がそのまま検出誤差とな
って顕れてしまうなどといった欠点を有している。

【０００３】そこで、本発明の出願人は、外乱等による
出力レベル変動に影響されることなく正確に回転位置を
検出することのできる位相シフト方式の回転位置検出装
置を先に提案している（特開昭５７−６０２１２号公
報、特開昭５７−８８３１７号公報、特公昭６２−５８
４４５号公報等）。また、本発明の出願人は、この回転
位置検出装置と同様の原理による位相シフト方式の直線
位置検出装置も提案している（実開昭５７−１３４６２
２号公報、実開昭５７−１５１５０３号公報、実開昭５
７−１３５９１７号公報、実開昭５８−１３６７１８号
公報又は実開昭５９−１７５１０５号公報）。

【０００４】図４は、本発明の出願人が先に提案した回
転位置検出装置の概略構成を示す図である。図４の回転
位置検出装置は、回転軸の垂直方向（回転軸を中心とす
る法線方向）に突出した複数の極Ａ〜Ｄが円周方向に所
定間隔（９０度）で設けられたステータ１１ａと、各極
Ａ〜Ｄによって取り囲まれたステータ１１ａの空間内に
挿入されたロータ１１ｂとを備えている。すなわち、ス
テータ１１ａは、ロータ１１ｂの外周面に対向して設け
られている。

【０００５】ロータ１１ｂは、回転角度に応じて各極Ａ
〜Ｄのリラクタンスを変化させる形状及び材質からな
り、一例として回転軸に対して中心の偏心した円柱体で
構成されている。ステータ１１ａの各極Ａ〜Ｄには、１
次コイル１Ａ〜１Ｄ及び２次コイル２Ａ〜２Ｄがそれぞ
れ巻回されている。そして、ロータ１１ｂを挟んで互い
に対向する２つの極Ａと極Ｃの第１の対及び極Ｂと極Ｄ
の第２の対は差動的に動作するようにコイルが巻かれ
て、かつ差動的なリラクタンス変化が生じるように構成
されている。

【０００６】第１の極の対（極Ａ，Ｃ）に巻かれている
１次コイル１Ａ及び１Ｃは、正弦波信号ｓｉｎωｔで励
磁され、第２の極の対（極Ｂ，Ｄ）に巻かれている１次
コイル１Ｂ及び１Ｃは余弦波信号ｃｏｓωｔで励磁され
ている。その結果、２次コイル２Ａ〜２Ｄからは、それ
らの合成出力信号Ｙが得られる。この合成出力信号Ｙ
は、図６に示すように、基準信号となる１次交流信号
（１次コイルの励磁信号）ｓｉｎωｔに対して、ロータ
１１ｂの回転角度θに応じた電気的位相角度だけ位相シ
フトした信号Ｙ＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）である。

【０００７】上述のような誘導型の位相シフト方式の位
置センサを用いる場合には、１次交流信号ｓｉｎωｔ又
はｃｏｓωｔを発生する基準信号発生部と、合成出力信
号Ｙの電気的位相ずれθを測定しロータ１１ｂの位置デ
ータを算出する位相差検出部とからなる位置センサ変換
手段が必要である。図５はこの位置センサ変換手段の一
構成例を示す図である。図５において、位置センサ変換
手段は基準交流信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔを発生す
る基準信号発生部と、２次コイル２Ａ〜２Ｄの相互誘導
電圧Ｙ＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）と基準交流信号ｓｉｎωｔ
との間の位相差（位相ずれ量）Ｄθを検出する位相差検
出部とからなる。

【０００８】基準信号発生部はクロック発振器１２、同
期カウンタ１３、ＲＯＭ１４ａ，１４ｂ、Ｄ／Ａ変換器
１５ａ，１５ｂ及びアンプ１６ａ，１６ｂからなり、位
相差検出部はアンプ１７、ゼロクロス回路１８及びラッ
チ回路１９からなる。クロック発振器１２は高速の正確
なクロック信号ＣＬｘを発生するものであり、このクロ
ック信号に基づいて他の回路は動作する。クロック信号
ＣＬｘの周波数ｆｘは４０．９６ＭＨｚである。

【０００９】同期カウンタ１３はクロック発振器１２の
クロック信号ＣＬｘをカウントする巡回型のカウンタで
あり、そのカウント値Ｎｙをアドレス信号としてＲＯＭ
１４ａ，１４ｂ及び位相差検出部のラッチ回路１９に出
力する。同期カウンタ１３の巡回カウント値（最大カウ
ント値）Ｎｘによって、基準交流信号ｓｉｎωｔの周波
数、即ち１次キャリア周波数ｆｃが決まる。巡回カウン
ト値Ｎｘが４０９６の場合は、１次キャリア周波数ｆｃ
は１０ｋＨｚ（＝４０．９６ＭＨｚ÷４０９６）であ
り、巡回カウント値Ｎｘが８１９２の場合は、１次キャ
リア周波数ｆｃは５ｋＨｚ（＝４０．９６ＭＨｚ÷８１
９２）である。即ち、１次キャリア周波数ｆｃはクロッ
ク発振器１２の発振周波数ｆｘと、同期カウンタ１３の
巡回カウント値Ｎｘによって決まる。図６は、巡回カウ
ント値Ｎｘが８１９２の場合を示す。

【００１０】ＲＯＭ１４ａ及び１４ｂは基準交流信号ｓ
ｉｎωｔ及びｃｏｓωｔに対応した振幅データを記憶し
ており、同期カウンタ１３からのアドレス信号（カウン
ト値Ｎｙ）に応じて基準交流信号の振幅データを発生す
る。ＲＯＭ１４ａはｃｏｓωｔの振幅データを、ＲＯＭ
１４ｂはｓｉｎωｔの振幅データを記憶している。従っ
て、ＲＯＭ１４ａ及び１４ｂは同期カウンタ１３から同
じアドレス信号を入力することによって、２種類の基準
交流信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔを出力する。なお、
同じ振幅データのＲＯＭを位相のそれぞれ異なるアドレ
ス信号で読み出しても同様に２種類の基準交流信号ｓｉ
ｎωｔ及びｃｏｓωｔを得ることができる。

【００１１】Ｄ／Ａ変換器１５ａ及び１５ｂはＲＯＭ１
４ａ及び１４ｂからのデジタルの振幅データをアナログ
信号に変換してアンプ１６ａ及び１６ｂに出力する。ア
ンプ１６ａ及び１６ｂはＤ／Ａ変換器１５ａ及び１５ｂ
からのアナログ信号を増幅し、それを基準交流信号ｓｉ
ｎωｔ及びｃｏｓωｔとして１次コイル１Ａ，１Ｃ及び
１Ｂ，１Ｄのそれぞれに印加する。同期カウンタ１３の
巡回カウント値がＮｘの場合、そのカウント値Ｎｘが基
準交流信号の最大位相角２πラジアン（３６０度）に相
当する。すなわち、同期カウンタ１３の１カウント値は
２π／Ｎｘラジアンの位相角に相当する。

【００１２】アンプ１７は２次コイル２Ａ〜２Ｄに誘起
された２次電圧の合成値を増幅して、ゼロクロス回路１
８に出力する。ゼロクロス回路１８は回転位置検出装置
の２次コイル２Ａ〜２Ｄに誘起された相互誘導電圧（２
次電圧）に基づいて負電圧から正電圧へのゼロクロス点
を検出し、ラッチパルスＬＰをラッチ回路１９に出力す
る。

【００１３】ラッチ回路１９は基準交流信号の立上りの
クロック信号にてスタートした同期カウンタのカウント
値をゼロクロス回路１８の検出信号（ラッチパルス）Ｌ
Ｐの出力時点（ゼロクロス点）でラッチする。従って、
ラッチ回路１９にラッチされた値はちょうど基準交流信
号と相互誘導電圧（合成２次出力）との間の位相差（位
相ずれ量）θに等しい。

【００１４】すなわち、２次コイル２Ａ〜２Ｄの合成出
力信号Ｙ＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）は、ゼロクロス回路１８
に与えられる。ゼロクロス回路１８は合成出力信号Ｙの
電気位相角がゼロのタイミングに同期してラッチパルス
ＬＰをラッチ回路１９に出力する。すると、ラッチ回路
１９は、図６のようにラッチパルスＬＰの立ち上がりに
応じて同期カウンタ１３のカウント値Ｎｙをラッチす
る。

【００１５】このとき、同期カウンタ１３が一巡する周
期と正弦波信号ｓｉｎωｔの１周期Ｔｃとは一致するよ
うに設定されているので、ラッチ回路１９には基準交流
信号ｓｉｎωｔと合成出力信号Ｙ＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）
との位相差θに対応するカウント値Ｎｙがラッチされる
こととなる。従って、ラッチ回路１９は、ラッチされた
カウント値Ｎｙをデジタルの位置データとして出力す
る。この位置データＮｙに２π／Ｎｘを乗じることによ
って、ロータ１１ｂの回転方向における位置データを算
出することができる。このように、位相シフト方式の位
置検出装置は絶対位置を位相差信号として出力している
ので、ノイズの影響を受けにくいという優れた特徴を有
している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述のような位相シフ
ト方式の位置検出装置は、ゼロクロス回路１８から出力
されるラッチパルスＬＰに同期して位置データを出力す
る。すなわち、位相シフト方式の位置検出装置は、図６
のクロック発振器１２の発振周波数ｆｘが４０．９６Ｍ
Ｈｚで、同期カウンタ１３の巡回カウント値Ｎｘが８１
９２の場合だと、１次キャリア周波数ｆｃは５ＫＨｚと
なり、０．２ｍｓ（２００μｓ）毎に位置データを出力
し、また、同期カウンタ１３の巡回カウント値Ｎｘが４
０９６の場合だと、１次キャリア周波数ｆｃは１０ＫＨ
ｚとなり、０．１ｍｓ（１００μｓ）毎に位置データを
出力することとなる。

【００１７】従って、この位相シフト方式の回転位置検
出装置をモータの回転軸に取り付けた場合、その回転位
置検出装置の基準交流信号ｓｉｎωｔと、その合成出力
信号Ｙとの関係は図７のようになる。また、位置データ
ＤＡ４〜ＤＡ０及びＤＢ４〜ＤＢ０はゼロクロス回路１
８から出力されるラッチパルスＬＰに同期して約０．２
ｍｓ毎に出力される。

【００１８】基準交流信号ｓｉｎωｔと合成出力信号Ｙ
との間の位相差は、モータの回転に応じてθ，２θ，３
θ・・・のように徐々に大きくなっている。この位相差
θは、ラッチパルスＬＰに同期して約０．２ｍｓ毎にサ
ンプリングされる回転軸の回転角度であり、モータの回
転速度に依存する値である。従って、モータ（回転軸）
の回転速度が大きい場合には位相差θは大きくなり、回
転速度が小さい場合には位相差θは小さくなる。

【００１９】図７において、位置データＤＡ４〜ＤＡ０
は、１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚでモータの回転
速度が３０ｒｐｍの場合にラッチ回路１９から出力され
る位置データの下位５ビットを示し、位置データＤＢ４
〜ＤＢ０はモータの回転速度が４０ｒｐｍの場合に出力
される位置データの下位５ビットをそれぞれ示す。

【００２０】１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚでモー
タの回転速度が３０ｒｐｍの場合に、０．２ｍｓの間に
回転移動する回転位置データの値は２π×３０÷（６０
×５０００）＝π／５０００ラジアンであり、同期カウ
ンタ１３の１カウント値に相当する回転位置データの値
は２π／８１９２（＝π／４０９６）ラジアンである。
すなわち、０．２ｍｓの間に回転移動する回転位置デー
タの値の方が同期カウンタ１３の１カウント値に相当す
る回転位置データの値よりも小さい。

【００２１】従って、位置検出装置がラッチパルスＬＰ
に同期して約０．２ｍｓ毎に位置データを出力しても、
位置データとしては変化しない部分が生じる。例えば、
第０及び第１番目のラッチパルスＬＰでは位置データＤ
Ａ４〜ＤＡ０は『０００００』であり、第５及び第６番
目のラッチパルスＬＰでは、位置データＤＡ４〜ＤＡ０
は『００１００』であり、第１１及び第１２番目のラッ
チパルスＬＰでは位置データＤＡ４〜ＤＡ０は『０１０
０１』であり、第１６及び第１７番目のラッチパルスＬ
Ｐでは、位置データＤＡ４〜ＤＡ０は『０１１０１』で
あり、第２１及び第２２番目、第２６及び第２７番目の
ラッチパルスＬＰについても同様に位置データＤＡ４〜
ＤＡ０は変化していない。

【００２２】約０．２ｍｓ毎に出力される位置データを
観測すると、位置データの変化する部分と変化しない部
分とが生じる。これは、実際にモータは一定速度（ここ
では３０ｒｐｍ）で回転しているにもかかわらず、位置
データ上ではモータの回転速度は変動しているというこ
とになる。

【００２３】一方、１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚ
でモータの回転速度が４０ｒｐｍの場合に、同期カウン
タ１３の１カウント値に相当する回転位置データの値は
同様にπ／４０９６ラジアンであるが、０．２ｍｓの間
に回転移動する回転位置データの値は２π×４０÷（６
０×５０００）＝π／３７５０ラジアンとなり、回転速
度４０ｒｐｍの場合よりも大きい値である。すなわち、
回転速度４０ｒｐｍの場合は、０．２ｍｓの間に回転移
動する回転位置データの値の方が同期カウンタ１３の１
カウント値に相当する回転位置データの値よりも大きく
なっている。

【００２４】従って、前述の回転速度３０ｒｐｍの場合
とは逆にラッチパルスＬＰの出力毎に位置データが変化
して出力されるようになる。そして、第１０番目のラッ
チパルスＬＰの時点では位置データＤＡ４〜ＤＡ０とし
て『０１０１０』が出力され、第１１番目のラッチパル
スＬＰの時点では位置データＤＡ４〜ＤＡ０として『０
１１００』が出力される。しかしながら、実際には第１
０番目の位置データが出力してから第１１番目の位置デ
ータが出力されるまでの間に位置データＤＡ４〜ＤＡ０
として『０１０１１』が出力されなければならないので
あるが、『０１１０１』なる位置データは抜け落ちてし
まっている。これは、０．２ｍｓの間に回転移動する回
転位置データの値の方が同期カウンタ１３の１カウント
値に相当する回転位置データの値よりも大きいために、
生じたものである。同様に第２１番目と第２２番目のラ
ッチパルスＬＰの間でも位置データ『１０１１１』が抜
け落ちている。

【００２５】この位置データが抜け落ちるという現象
は、回転速度の上昇に応じて顕著に現れ、抜け落ちる位
置データの数も回転速度に比例して増加する。なお、こ
のような位置データの抜け落ちる現象が生じる回転速度
Ｎｒは、クロック発振器１２の発振周波数が４０．９６
ＭＨｚで１次キャリア周波数５ＫＨｚの場合には、０．
２ｍｓの間に回転移動する回転位置データの値と同期カ
ウンタ１３の１カウント値に相当する回転位置データの
値とが等しい時であるから、２π／８１９２＝２π×Ｎ
ｒ÷（６０×５０００）から、Ｎｒ＝６０×５０００÷
８１９２≒３６．６ｒｐｍである。

【００２６】同様にクロック発振器１２の発振周波数が
４０．９６ＭＨｚで１次キャリア周波数１０ＫＨｚの場
合には、０．１ｍｓの間に回転移動する回転位置データ
の値と同期カウンタ１３の１カウント値に相当する回転
位置データの値とが等しい時であるから、２π／４０９
６＝２π×Ｎｒ÷（６０×１００００）から、Ｎｒ＝６
０×１００００÷４０９６≒１４６．５ｒｐｍである。

【００２７】このような位置データの抜け落ち現象は、
位相シフト方式の位置検出装置に特有の問題であり、位
相シフト方式の位置検出装置が１次キャリア周波数に同
期して出力されるラッチパルスＬＰに同期してしか位置
データを出力できないということに起因している。従っ
て、前述のようにラッチパルスＬＰ毎に位置データが出
力しても、位置データが変化しない部分が生じたり、位
置データが抜け落ちるという現象が生じると、位置デー
タ上ではモータの回転速度があたかも変動しているかの
ように観測されることとなり、モータ等の回転速度を制
御したり、位置決め制御したりする場合には問題とな
る。

【００２８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、高速で移動する移動体の移動位置を検出するに際
して、位置データの抜け落ち現象を生じさせることなく
位置データを確実に出力することのできる位相シフト方
式の位置検出装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】 本発明の位置検出装置
は、移動体の移動によって生じた磁気抵抗変化を出力交
流信号の電気的位相角の変化として前記移動体の移動速
度に応じたサンプリング周期毎にサンプリングし、その
サンプリング値を前記移動体の位置をディジタル値で示
す絶対位置データとして出力する位相シフト方式の絶対
位置検出手段と、この絶対位置検出手段から前記サンプ
リング周期毎に出力される前記絶対位置データの前回値
と今回値との差分値を演算する差分演算手段と、前記前
回値と今回値のサンプリング時間差に応じたサンプリン
グ周期から所定の余裕時間を減算し、減算した時間内に
前記差分値に相当する数のパルスを等間隔で生成するパ
ルス生成手段と、このパルス生成手段からのパルスの入
力に応じて前記絶対位置データの前回値と今回値との間
の補間位置データを順次出力し、前回値から今回値に至
るまでの抜けのない前記絶対位置データを、今回値のサ
ンプリング時点以降に遅延して、発生する位置データ生
成手段とから構成されたものである。

【００３０】

【作用】位相シフト方式の絶対位置検出手段は、従来の
ものと同様に、回転位置検出手段の場合にはその回転方
向における回転位置データを、直線位置検出手段の場合
にはその直線方向における直線位置データを出力交流信
号の電気的位相角の変化として移動体（回転移動体又は
直線移動体）の移動速度に応じたサンプリング周期毎に
サンプリングし、そのサンプリング値を絶対位置データ
として出力する。差分演算手段は、この絶対位置検出手
段からサンプリング周期毎に出力される絶対位置データ
の前回値と今回値との差分値を演算する。移動体の移動
速度が小さくて差分値が『１』又は『０』となるような
場合には、位置データの抜け落ち現象は生じない。とこ
ろが、差分値が『２』以上の場合には、サンプリング周
期毎に出力される絶対位置データの前回値と今回値との
間で位置データの抜けが生じたことを意味する。従っ
て、パルス生成手段は、サンプリング周期から所定の余
裕時間を減算し、減算した時間内に差分値に相当する数
のパルスを均等に生成する。余裕時間は、移動体の移動
速度が減少した場合や反対方向に回転する場合に、サン
プリング周期が前回の周期よりも小さくなることを見込
んで設けた余裕の時間である。位置データ生成手段は、
このパルス生成手段からのパルスの入力に応じて絶対位
置データの前回値と今回値との間の補間位置データを順
次出力し、抜けのない絶対位置データを発生する。これ
によって、高速で移動する移動体の移動位置を検出する
に際して、位置データの抜け落ち現象を生じさせること
なく位置データを確実に出力することができる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の一実施例である位置センサ
変換手段の構成例を示す図であり、図５に対応してい
る。図１において図５と同じ構成のものには同一の符号
が付してあるので、その説明は省略する。本実施例の位
置センサ変換手段が従来のものと異なる点は、ラッチ回
路１９からラッチパルスＬＰに同期して出力される位相
差θ（カウント値Ｎｙ）に基づいてデータ抜けのない位
置データＮｚを生成する位置データ生成手段を新たに設
けた点である。このラッチパルスＬＰの出力周期Ｔｐが
位置センサ変換手段のサンプリング周期となる。

【００３２】 位置データ生成手段は、現在値データラ
ッチ回路２０、前回値データラッチ回路２１、差分演算
回路２２、パルス間隔変換回路２３、パルス数記憶回路
２４、タイミング発生回路２５、パルス生成回路２６及
び位置データ生成回路２７から構成される。タイミング
発生回路２５はゼロクロス回路１８からのラッチパルス
ＬＰを入力する毎に、所定のタイミング信号を位置デー
タ生成手段の各回路に出力し、また、前回ラッチ時点と
今回ラッチ時点の差つまりサンプリング時間差を求めて
サンプリング周期Ｔｐを演算し、サンプリング周期Ｔｐ
のデータを含む変換指令信号ＣＰを出力する。

【００３３】現在値データラッチ回路２０は、タイミン
グ発生回路２５から出力されるラッチパルスＬＰｉに応
じてラッチ回路１９の位相差θ（ｉ）に対応したカウン
ト値Ｎｙをラッチして、それを今回値データＮｎｅｗと
して差分演算回路２２に出力すると共に、ラッチパルス
ＬＰｉの入力前にラッチしていた位相差θ（ｉ−１）に
対応したカウント値Ｎｏｌｄを前回値データラッチ回路
２１に出力する。カウント値ＮｏｌｄはラッチパルスＬ
Ｐの１サイクル前にラッチ回路１９にラッチされていた
同期カウンタ１３のカウント値である。前回値データラ
ッチ回路２１は、タイミング発生回路２５のラッチパル
スＬＰｉに応じて現在値データラッチ回路２０にラッチ
されていた位相差θ（ｉ−１）に対応したカウント値Ｎ
ｏｌｄをラッチして、それを差分演算回路２２及び位置
データ生成回路２７に出力する。

【００３４】 差分演算回路２２は、タイミング発生回
路２５からの減算指令パルスＤＰに応じて現在値データ
ラッチ回路２０のカウント値Ｎｎｅｗから前回値データ
ラッチ回路２１のカウント値Ｎｏｌｄを減算し、その差
分値データＤＶをパルス間隔変換回路２３及びパルス数
記憶回路２４に出力する。パルス間隔変換回路２３は、
差分演算回路２２からの差分値データＤＶを入力し、タ
イミング発生回路２５からの変換指令信号ＣＰに応じて
その差分値データＤＶをパルス間隔データＰＷに変換し
てパルス生成回路２６に出力する。このパルス間隔デー
タＰＷはパルス列をラッチパルスＬＰの出力周期Ｔｐ内
に差分値データＤＶの示す数だけ等間隔に出力するため
に必要なパルス間隔を指定するものである。パルス間隔
変換回路２３では、後述するように、ラッチパルスＬＰ
の出力周期Ｔｐから所定の余裕時間Ｔｍを減算した値Ｔ
ｐ−Ｔｍを減算値データＤＶで除した値（Ｔｐ−Ｔｍ）
／ＤＶに対応したパルス間隔データＰＷを出力するよう
になっている。

【００３５】パルス数記憶回路２４は、差分演算回路２
２からの差分値データＤＶを入力し、タイミング発生回
路２５からの記憶指令パルスＲＰに応じて差分演算回路
２２からの差分値データＤＶ（即ち、１次キャリア周波
数ｆｃの１周期内に出力すべきパルス列の数）を記憶し
ておく回路である。パルス生成回路２６は、タイミング
発生回路２５から出力されるクロック信号ＣＬＫをカウ
ントする巡回型のカウンタであり、カウント値が１巡回
する毎にパルス列Ｐｉを位置データ生成回路２７に出力
する。また、このパルス生成回路２６は、パルス間隔変
換回路２３からのパルス間隔データＰＷによってその巡
回カウント値をプログラマブルに変更できるようになっ
ている。

【００３６】従って、パルス間隔変換回路２３からのパ
ルス間隔データＰＷが大きい場合には、パルス生成回路
２６のカウント値は大きくなるので、パルス列Ｐｉの出
力間隔は大きくなり、ラッチパルスＬＰの１周期内に出
力されるパルス列Ｐｉの数は少なくなる。逆にパルス間
隔変換回路２３からのパルス間隔データＰＷが小さい場
合には、パルス生成回路２６のカウント値も小さくなる
ので、パルス列Ｐｉの出力間隔も小さくなり、ラッチパ
ルスＬＰの１周期内に出力されるパルス列Ｐｉの数も多
くなる。

【００３７】位置データ生成回路２７は、パルス生成回
路２６から出力されるパルス列Ｐｉをカウントする巡回
型のカウンタであり、その巡回カウント値は同期カウン
タ１３と同じに設定してある。そして、位置データ生成
回路２７は初期カウント値として予め前回値データラッ
チ回路２１のカウント値Ｎｏｌｄに設定されており、タ
イミング発生回路２５からの出力開始パルスＳＰに応じ
て、パルス生成回路２６からのパルス列Ｐｉをパルス数
記憶回路２４の差分値データＤＶに対応する数だけカウ
ント処理する。すなわち、位置データ生成回路２７は、
カウント値ＮｏｌｄからＮｎｅｗまでの間で抜け落ちた
位置データＮｚをパルス列Ｐｉの入力タイミングに応じ
て順次出力する。

【００３８】次に本実施例の動作について図２を用いて
説明する。図２において、位置データＤＣ４〜ＤＣ０
は、１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚでモータの回転
速度が１００ｒｐｍの場合に位置データ生成回路２７か
ら出力される位置データＮｚの下位５ビットを示す。

【００３９】１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚでモー
タの回転速度が１００ｒｐｍの場合に、１次キャリア周
波数ｆｃの１周期０．２ｍｓの間に回転移動する回転位
置データの値は２π×１００÷（６０×５０００）＝π
／１５００ラジアンであり、同期カウンタ１３の１カウ
ント値に相当する回転位置データの値は２π／８１９２
（＝π／４０９６）ラジアンである。

【００４０】従って、１次キャリア周波数ｆｃの１周期
０．２ｍｓの間に同期カウンタ１３はそのカウント値Ｎ
ｙを２又は３づつカウントアップする。第０番目のラッ
チパルスＬＰ０の時点では『０』だったカウント値Ｎｙ
も第１番目のラッチパルスＬＰ１の時点では『２』とな
り、以後ラッチパルスＬＰ２，ＬＰ３，ＬＰ４，ＬＰ５
・・・の順番でラッチ回路１９からは『５』『８』『１
０』『１３』『１６』『１９』『２１』『２４』・・・
のカウント値Ｎｙが次々と出力される。

【００４１】ゼロクロス回路１８からラッチパルスＬＰ
がラッチ回路１９及びタイミング発生回路２５に出力さ
れると、ラッチ回路１９はカウント値Ｎｙとして『２』
をラッチし、タイミング発生回路２５はラッチパルスＬ
Ｐｉを現在値データラッチ回路２０及び前回値データラ
ッチ回路２１に出力する。これによって、現在値データ
ラッチ回路２０にはカウント値Ｎｙとして『２』がラッ
チされ、前回値データラッチ回路２１にはカウント値Ｎ
ｙとして『０』がラッチされる。

【００４２】タイミング発生回路２５はラッチパルスＬ
Ｐｉを現在値データラッチ回路２０及び前回値データラ
ッチ回路２１に出力した後に、減算指令パルスＤＰを差
分演算回路２２に出力する。差分演算回路２２は現在値
データラッチ回路２０及び前回値データラッチ回路２１
にラッチされているカウント値ＮｎｅｗとＮｏｌｄとの
差分値『２』を算出し、それを差分値データＤＶとして
パルス間隔変換回路２３及びパルス数記憶回路２４に出
力する。

【００４３】 差分値データＤＶを入力したパルス間隔
変換回路２３は、差分値データＤＶをパルス間隔データ
ＰＷに変換してパルス生成回路２６に出力する。まず、
最初は理解を容易にするために、便宜的に、１次キャリ
ア周波数ｆｃ（＝５ＫＨｚ）の１周期Ｔｃ（＝２００μ
ｓ）と同じ時間幅内で、差分値データＤＶに対応する数
のパルスを発生する例について説明する。その場合、今
の例では、差分値は『２』なので、１次キャリア周波数
ｆｃ（＝５ＫＨｚ）の１周期Ｔｃ（＝２００μｓ）の間
に２個のパルス列Ｐｉを出力するためには、１周期Ｔｃ
をＤＶ（ここでは『２』）で除した値、約１００μｓの
間隔でパルス列Ｐｉを出力すればよいので、Ｔｃ／ＤＶ
に対応したパルス間隔データＰＷが出力されることにな
る。

【００４４】パルス間隔データＰＷを入力したパルス生
成回路２６は、パルス間隔データＰＷに対応した時間毎
にパルス列Ｐｉを出力する。ここでは、パルス生成回路
２６は、約１００μｓ毎にパルス列Ｐ１及びＰ２を出力
する。位置データ生成回路２７は、予め前回値データラ
ッチ回路２１にラッチされている位置データＮｏｌｄと
して『０』を格納しているので、パルス生成回路２６か
らのパルス列Ｐｉの入力に応じてその位置データをイン
クリメンタル処理する。すなわち、第１番目のラッチパ
ルスＬＰ１の時点では位置データ生成回路２７は位置デ
ータＤＡ４〜ＤＡ０として『０００００』，『００００
１』，『０００１０』を出力する。

【００４５】このラッチパルスＬＰ１の期間には、パル
ス生成回路２６は２個のパルス列Ｐ１及びＰ２を出力す
ればよいのであるが、誤って３個目のインクリメンタル
パルスを発生する場合がある。このような場合には、位
置データ生成回路２７はパルス数記憶回路２４からの差
分値データＤＶ以上のパルス列Ｐｉが入力したとしても
それについては入力しなかったものとして処理するので
問題はない。

【００４６】以上のようにして、本実施例の位置検出装
置からは１次キャリア周波数ｆｃに限定されることな
く、位置データを適宜出力することができる。また、こ
の位置検出装置から出力される位置データのうち下位ビ
ットＤＣ０〜ＤＣ３のいずれか１つをインクリメンタル
パルスとし、差分演算回路２２から出力される差分値デ
ータＤＶを回転方向を示すデータとすることによって、
本実施例の位相シフト方式の位置検出装置を用いたイン
クリメンタルエンコーダを実現することができる。

【００４７】なお、上述の実施例では、モータの回転速
度が１００ｒｐｍの場合には、ラッチパルスＬＰの出力
周期Ｔｐと１次キャリア周波数ｆｃの周期Ｔｃとはほと
んど一定なので問題はないが、実際には、ラッチパルス
ＬＰの出力周期Ｔｐは図３に示すように、モータの回転
速度Ｎ及びその回転方向に依存する。すなわち、モータ
の回転速度Ｎが大きくなるに従ってラッチパルスＬＰの
出力周期Ｔｐは１次キャリア周波数ｆｃの周期Ｔｃより
も十分大きくなり、モータが反対方向に回転する場合に
は、そのモータの反対方向の回転速度Ｎが大きくなるに
従ってラッチパルスＬＰの出力周期Ｔｐは１次キャリア
周波数ｆｃの周期Ｔｃよりも十分小さくなる。

【００４８】モータの回転速度をＮｒｐｍとすると、合
成出力信号Ｙ＝ｓｉｎ〔２πｆｃｔ−２π（Ｎ／６０）
ｔ〕＝ｓｉｎ〔（２π／Ｔｐ）ｔ〕より、ラッチパルス
ＬＰの出力周期ＴｐはＴｐ＝１／（ｆｃ−Ｎ／６０）と
なり、この時の差分値データＤＶはＤＶ＝（Ｎｘ×Ｎ／
６０）／（ｆｃ−Ｎ／６０）である。ここでのＮはモー
タの回転方向が反対方向の場合には負の値である。従っ
て、上式からＮを消去すると、Ｔｐ＝（Ｎｘ＋ＤＶ）／
（ｆｃ×Ｎｘ）となる。ここで、Ｎｘは同期カウンタ１
３の巡回カウント値、すなわち１回転当たりの分割数で
ある。例えば、１次キャリア周波数ｆｃが５ＫＨｚでモ
ータの回転速度Ｎが３００００ｒｐｍの場合、ラッチパ
ルスＬＰの出力周期Ｔｐは約２２２μｓであり、１次キ
ャリア周波数ｆｃの周期Ｔｃ（２００μｓ）よりもｔａ
（約２２μｓ）だけ大きい。逆に、モータの回転速度Ｎ
が反対方向に３００００ｒｐｍの場合には、ラッチパル
スＬＰの出力周期Ｔｐは約１８２μｓであり、１次キャ
リア周波数ｆｃの周期Ｔｃ（２００μｓ）よりもｔａ
（約１８μｓ）だけ小さい。

【００４９】従って、差分値データＤＶを入力したパル
ス間隔変換回路２３が、周期ＴｃをＤＶで除した値Ｔｃ
／ＤＶに対応したパルス間隔データＰＷをパルス生成回
路２６に出力すると、位置データ生成回路２７からは最
初の２００μｓは位置データが次々と出力されるが、ｔ
ａ（約２２μｓ）の間は何ら位置データは変化しないと
いうことになる。逆に、反対方向に回転している場合に
は、ラッチパルスＬＰの出力周期Ｔｐの間に位置データ
を出力しきれないということが起こる。

【００５０】そこで、このような高速回転の場合でも位
置データ生成回路２７から均等に位置データが出力され
るようにするため、パルス間隔変換回路２３はラッチパ
ルスＬＰの出力周期Ｔｐから所定の余裕時間Ｔｍ（１次
キャリア周波数の１周期Ｔｃの約１〜３パーセントに対
応する時間、１次キャリア周波数が５ＫＨｚの場合には
５μｓ，１０ＫＨｚの場合には２．５μｓ）を減算した
値Ｔｐ−Ｔｍを減算値データＤＶで除した値（Ｔｐ−Ｔ
ｍ）／ＤＶに対応したパルス間隔データＰＷをパルス生
成回路２６に出力するように設定している。ここで、余
裕時間Ｔｍとは、モータの回転速度が減速した場合や反
対方向に回転して加速した場合に、ラッチパルスＬＰの
出力周期Ｔｐが前回の周期よりも小さくなることを見込
んで設けた余裕の時間である。

【００５１】従って、モータの回転速度Ｎが３００００
ｒｐｍの場合には、パルス間隔変換回路２３は、ラッチ
パルスＬＰの出力周期Ｔｐ：約２２２μｓから５μｓを
減算した値：約２１７μｓを減算値データＤＶで除した
値に対応したパルス間隔データＰＷをパルス生成回路２
６に出力する。また、モータの反対方向の回転速度Ｎが
３００００ｒｐｍの場合には、パルス間隔変換回路２３
は、ラッチパルスＬＰの出力周期Ｔｐ：約１８２μｓか
ら５μｓを減算した値：約１７８μｓを減算値データＤ
Ｖで除した値に対応したパルス間隔データＰＷをパルス
生成回路２６に出力する。

【００５２】なお、上述の実施例は、位相シフト方式の
回転位置検出装置の場合を例に説明したが、位相シフト
方式の直線位置検出装置に対しても同様に適用できるこ
とはいうまでもない。また、上述の実施例では、パルス
生成回路２６から出力されるパルスはインクリメンタル
パルスとして説明したが、回転方向が逆だった場合には
このインクリメンタルパルスに基づいて前回値からデク
リメンタル処理がなされ、今回値までの補間処理が行わ
れる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、高速で移動する移動体
の移動位置を検出するに際して、位置データの抜け落ち
現象を生じさせることなく位置データを確実に出力する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出装置の一部である位置セン
サ変換装置の一例を示す図である。

【図２】 図１の位置センサ変換装置の動作を説明する
ためのタイミングチャート図である。

【図３】 図１の位置センサ変換装置の動作を説明する
ためのタイミングチャート図である。

【図４】 本発明の出願人が先に提案した回転位置検出
装置の概略構成を示す図である。

【図５】 図４の回転位置検出装置に接続される位置セ
ンサ変換装置の一例を示す図である。

【図６】 図４の回転位置検出装置の基本原理を説明す
るための図である。

【図７】 図５の位置センサ変換装置の動作を説明する
ためのタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｆ…１次コイル、１１ａ…ステータ、１１ｂ…
ロータ、１２…クロック発振器、１３…同期カウンタ、
１４ａ，１４ｂ…ＲＯＭ、１５ａ，１５ｂ…Ｄ／Ａ変換
器、１６ａ，１６ｂ，１７…アンプ、１８…ゼロクロス
回路、１９…ラッチ回路、２０…現在値データラッチ回
路、２１…前回値データラッチ回路、２２…差分演算回
路、２３…パルス間隔変換回路、２４…パルス数記憶回
路、２５…タイミング発生回路、２６…パルス生成回
路、２７…位置データ生成回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の移動によって生じた磁気抵抗変
   化を出力交流信号の電気的位相角の変化として前記移動
   体の移動速度に応じたサンプリング周期毎にサンプリン
   グし、そのサンプリング値を前記移動体の位置をディジ
   タル値で示す絶対位置データとして出力する位相シフト
   方式の絶対位置検出手段と、この絶対位置検出手段から
   前記サンプリング周期毎に出力される前記絶対位置デー
   タの前回値と今回値との差分値を演算する差分演算手段
   と、前記前回値と今回値のサンプリング時間差に応じた
   サンプリング周期から所定の余裕時間を減算し、減算し
   た時間内に前記差分値に相当する数のパルスを等間隔で
   生成するパルス生成手段と、このパルス生成手段からの
   パルスの入力に応じて前記絶対位置データの前回値と今
   回値との間の補間位置データを順次出力し、前回値から
   今回値に至るまでの抜けのない前記絶対位置データを、
   今回値のサンプリング時点以降に遅延して、発生する位
   置データ生成手段とから構成されていることを特徴とす
   る位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記絶対位置検出手段は移動体の回転移
   動位置を検出する回転位置検出手段であることを特徴と
   する請求項１に記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記絶対位置検出手段は移動体の直線移
   動位置を検出する直線位置検出手段であることを特徴と
   する請求項１に記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記位置データ生成手段から出力される
   絶対位置データの所定下位ビットからインクリメンタル
   パルスを形成して出力することを特徴とする請求項１に
   記載の位置検出装置。