JP2000039336A - 回転角検出装置の異常を検出する異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レゾルバ出力を検波して得られる変調信号に
基づいて回転機の回転角検出装置の異常を精度よく検知
する。 【解決手段】 レゾルバの出力信号から検波により取り
出される正弦変調信号及び余弦変調信号は、正常時にお
いてはそれぞれ上下対称に変動する。この対称性がくず
れた状態を異常と判定する。例えば、正弦変調信号の前
半周期の値（曲線５０）の積分値と、後半周期の値（曲
線５２）の積分値との差（領域５４）の絶対値が異常判
定閾値より大きい場合には、前半周期と後半周期の変調
信号波形が対称でないことにより異常と判定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レゾルバからの出
力信号に含まれる、回転機の回転角に応じた変調成分で
ある変調信号に基づいて回転角検出装置の異常を検出す
る装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転機のロータの回転角を検出するレゾ
ルバが知られている。レゾルバで検出された回転角は、
当該回転機の電流の制御などに用いられる。レゾルバの
１次巻線に参照信号として正弦波sinωｔの信号を入力
すると、９０°の位相差をもって配置された二つの２次
巻線には、それぞれロータ回転角θに応じて変調された
出力信号sinωｔsinθ，sinωｔcosθが得られる。例え
ば、Ｒ／Ｄコンバータ（レゾルバ／デジタルコンバー
タ）は、電圧制御発振器により制御される基準回転角φ
に応じた信号sinφ，cosφとロータ回転角θを含んだレ
ゾルバ出力信号とから、sin（θ−φ）を算出し、その
位相差（θ−φ）をゼロとするようにφに相当するカウ
ント値を増減するＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御を
行う。そして、ＰＬＬ制御が収束している状態、すなわ
ち（θ−φ）＝０の状態でのφを、ロータ回転角θの値
として検出、出力する。

【０００３】また、Ｒ／Ｄコンバータはカウント値φが
ゼロとなったことを判定して、Ｚ相信号を出力する。Ｚ
相信号には、回転機の１回転毎に１個のパルスが現れ
る。

【０００４】上述のＲ／Ｄコンバータにより回転角θを
検出する回転角検出装置における異常を検出するため
に、レゾルバの出力信号を別途処理する異常検出装置が
設けられる。

【０００５】この異常検出装置では、レゾルバの出力信
号に含まれるθの情報を取り出すために、参照信号成分
を除去し、参照信号を振幅変調している変調信号sin
θ，cosθを取り出す検波が行われる。これら２つの変
調信号の間には、正常時において基本的にsin²θ＋cos²
θ＝１なる関係が成立する。従来は、検波により取り出
したsinθ，cosθの二乗和を計算し、当該二乗和が所定
の閾値を下回るような変動が生じることにより、レゾル
バ出力信号のハーネスが断線しているといった異常を検
知していた。

【０００６】ここで、（sin²θ＋cos²θ）＝１は恒等的
に成り立つはずであるが、実際には回転角検出回路の異
常時に限らずそれが正常時であっても以下に述べるよう
な理由で上記評価式は定常的には１とならないことがあ
り得る。その第一の原因は、変調信号の検波処理におい
て生じる誤差である。変調信号sinθ，cosθは、参照信
号sinωｔのピークの位置（位相ωｔ＝±π/2）に対応
する出力信号の値を順次、サンプリングすることにより
取り出される。ここで、参照信号のピーク位置の決定に
関しては、閾値をその絶対値が参照信号の振幅より幾分
小さいレベルに設定し、参照信号がその閾値を超えた点
（負側のピークを捉える場合には、閾値は負に設定さ
れ、参照信号が当該閾値を下回った点）を近似的にピー
ク位置としていた。そして、そのタイミングでＡ／Ｄコ
ンバータ（アナログ−デジタルコンバータ）のサンプリ
ング動作を開始させ、出力信号をサンプリングしてデジ
タル値に変換し、これをピーク位置における値としてい
た。よって、sinθ，cosθのサンプリング位置が正確に
は参照信号のピーク位置でないことにより、評価式（si
n²θ＋cos²θ）の値は一般に１より小さくなる。つま
り、サンプリング位置をωｔ＝（±π/2−ε）とする
と、その点での参照信号sinωｔの値は±cosεであり、
出力信号sinωｔsinθ，sinωｔcosθのサンプリング値
はそれぞれ±cosεsinθ，±cosεcosθとなって二乗和
はcos²εとなり、これは一般に１より小さい。

【０００７】第二に考えられる原因は、参照信号の振幅
の変動である。参照信号を生成する発振器の回路定数が
外部温度に応じて変化したり、電源電圧が変化すること
により、参照信号の振幅が変動しうる。なお、この変動
は一般には、回転機の回転サイクルに比べて長い時間サ
イクルである。Ａ／Ｄコンバータのサンプリング動作開
始指示のタイミングでは、参照信号の値はその振幅の変
動に関わりなく上記ピーク検出の閾値に等しい。しか
し、その閾値を超えたタイミングから、実際にサンプリ
ングされるタイミングまでの時間における、参照信号の
値の変化量は振幅が小さいほど小さい。そのため、出力
信号sinωｔsinθ，sinωｔcosθのサンプリング値の絶
対値も、参照信号の振幅が小さいほど小さくなる。

【０００８】このように、正常時においても、二乗和は
必ずしも１とはならず、また変動しうる。よって、二乗
和に基づく異常判定の閾値は、このことを考慮して、誤
検出を生じないような値に設定される。

【０００９】さて、上記二乗和に基づく異常検出では、
その評価式（sin²θ＋cos²θ）の計算に要する処理負荷
が大きいことが、例えば用いるＣＰＵ（Central Proces
singUnit)の能力よっては問題となる場合がある。その
ため、二乗和一定の関係を近似的に利用し、ＣＰＵの処
理負荷を軽減する次の方法が用いられている。その方法
では二乗和の代わりに、各変調信号を全波整流してそれ
ぞれの絶対値を求め、それらを加算した後、ローパスフ
ィルタリングした信号を用いる。この絶対値を加算した
信号（｜sinθ｜＋｜cosθ｜）を平滑化したものが、所
定の閾値を下回ることにより、上述のような異常が検出
される。

【００１０】この場合には、評価式（｜sinθ｜＋｜cos
θ｜）は、二乗和と異なり原理上においても一定の値を
とるものではない。よって、閾値、又は正常と判定すべ
き評価値の範囲は二乗和より緩やかに設定されるべきで
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の変調信号の二乗
和に基づく異常検出方法では、上述のように閾値は十分
に１に近い値に設定することができない。つまり、この
異常検出方法はその閾値で定義される評価値の正常範囲
内を十分に狭くすることができず、回転角検出装置の異
常による変動が、その正常範囲内に収まる可能性が少な
くなく、そのような異常が生じても検出することができ
ない、すなわち検出精度を上げられないという問題があ
った。

【００１２】上記従来の二乗和に基づく方法による問題
は、（｜sinθ｜＋｜cosθ｜）を平滑化した信号に基づ
く異常検出方法においても同様に起こる。特に、この方
法においては、処理負荷を軽減できる反面、正常と判定
すべき評価値の範囲を上記二乗和による方法より緩やか
にせざるを得ず、検出精度は二乗和による方法より一般
に低い。

【００１３】また、回転機の停止時は、レゾルバの回転
位置によっては、異常検出の不感帯が生じるという問題
もあった。例えば、レゾルバからの出力信号のうちcos
θに関する信号の配線が断線した場合に、sinθ＝１と
なるθの近傍で停止していると、回転機が回り始めてsi
nθが小さくなり、評価値が正常範囲を逸脱するまで異
常が検出されない。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決し、異常検出
の精度を向上することができる異常検出装置を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第一の本発明に係る異常
検出装置は、変調信号の基準レベルより上での当該変調
信号の変動と前記基準レベルより下での当該変調信号の
変動との非対称性を検知する手段と、前記非対称性に基
づいて前記異常を判定する手段とを有することを特徴と
する。

【００１６】変調信号は回転角に応じて変動し、その値
は回転角の１回転とともにある基準レベルを中心として
上下に変動して当初の値に復元する性質を有する。この
変調信号の性質によれば、変調信号は、回転角が１回転
する間に基準レベルから上下に同じ大きさの振幅で振
れ、また、例えば回転の角速度が一定の場合には、基準
レベルより上での波形と下での波形は対称となる。例え
ば、変調信号は回転角を引数とする正弦関数、余弦関数
で表され、基準レベルは零レベルである。本発明によれ
ば、変調信号の性質を利用し、例えば振幅や波形が所定
の許容度以上に上下非対称性であることを検知すると異
常であると判定する。

【００１７】本発明の好適な態様は、変調信号の１周期
中の最大値と最小値とを取得する手段と、前記最大値の
絶対値と前記最小値の絶対値との差を求める手段と、前
記差と異常判定閾値との比較に基づいて異常を判定する
手段とを有するものである。

【００１８】変調信号は回転角に応じて変動し、本態様
によればその１回転中における最大値と最小値とが検知
される。そしてそれらの絶対値の差が、異常判定閾値で
定義される範囲外にあることにより異常が判定される。
一般に、変調信号は回転角を引数とする正弦関数、余弦
関数により定まる値をとる。よって１回転中における変
調信号の最大値と最小値とは基本的には符号が異なり絶
対値は等しい値である。よってそれら差は基本的には０
となるはずである。よって、異常判定閾値として０より
大きい適当な値を定め、前記差の絶対値が、異常判定閾
値以下にないことにより異常と判定することができる。
これにより例えば、変調信号がオフセットするような異
常が検出される。

【００１９】また本発明の他の好適な態様は、変調信号
の前半周期での積分値と後半周期での積分値とを取得す
る手段と、前記前半周期と前記後半周期とでの前記両積
分値の絶対値相互の差を求める手段と、前記差と異常判
定閾値との比較に基づいて異常を判定する手段とを有す
ることを特徴とするものである。

【００２０】本態様によれば、変調信号の前半周期での
積分値と後半周期での積分値とが算出される。そしてそ
れらの絶対値の差が異常判定閾値で定義される範囲外に
あることにより異常が判定される。回転機が一定の角速
度で回転しているとみなせる状態では、変調信号は正弦
波、余弦波となる。例えば、前半周期はそれらの波形が
正の値を取るべき期間であり、後半周期はそれらの波形
が負の値を取るべき期間である。例えば前半周期は正弦
波においては位相０〜π、余弦波においては位相−π/2
〜π/2であり、後半周期は正弦波においては位相π〜２
π、余弦波においては位相π/2〜３π/2である。正弦
波、余弦波の対称性から、前記積分値の絶対値の差は基
本的には０となるはずである。本態様ではこの差に対し
て、上記第態様と同様、異常判定閾値を用いて異常、正
常の判定がなされる。これにより例えば、変調信号がオ
フセットするような異常が検出される。

【００２１】第二の本発明に係る異常検出装置は、正弦
変調信号と余弦変調信号との二乗和を計算し二乗和信号
を生成する手段と、前記二乗和信号をローパスフィルタ
リングして基準信号を生成する手段と、前記二乗和信号
と前記基準信号との差に基づいて異常を判定する手段と
を有することを特徴とする。

【００２２】本発明によれば、二乗和信号は、一定の閾
値と比較されるのではなく、ローパスフィルタリングさ
れた、すなわち所定の時定数で平滑化された基準信号と
比較される。例えば、二乗和信号と基準信号との差の絶
対値が所定の閾値を超える場合が異常と判定される。こ
の異常検出方法によれば、レゾルバの異常などで発生す
る例えば１回転単位で発生する高周波変動成分は検知さ
れるが、変調信号の検波時のピークタイミングのずれ
や、自然な外部環境の変動に応じた参照信号の振幅の緩
やかな変動といった、異常と判定するのが適当でない原
因に起因して生じることが多い二乗和の直流的な変化、
又は低周波変動成分は検知されにくい。すなわち、従来
のように一定の閾値を用いると、誤検出を避けようとす
ると閾値を緩やかに設定する必要があり、それにより異
常検出の精度が低下するのに対し、本発明では基準信号
を二乗和信号自体の平滑化により生成することにより、
二乗和信号と基準信号との差の大小を判定する閾値を小
さくしても正常な低周波変動成分が異常と誤検出されに
くく、異常検出の精度を向上させることができる。

【００２３】第三の本発明に係る異常検出装置は、変調
信号に基づいて回転角を求める角度演算手段と、前記角
度演算手段とＲ／Ｄコンバータとによりそれぞれ求めら
れた前記両回転角を互いに比較し、その比較結果に基づ
いて異常を判定する手段とを有することを特徴とする。

【００２４】本発明によれば、異常検出装置はＲ／Ｄコ
ンバータと別系統で求めた回転角と、Ｒ／Ｄコンバータ
が求めた回転角とを比較し、例えばそれらの相違が所定
値以上である場合に、Ｒ／Ｄコンバータが異常であると
いった判定を行う。

【００２５】第四の本発明に係る異常検出装置は、変調
信号に基づいて回転角を求める角度演算手段と、カウン
ト値の零に応じて発生されるＺ相信号をＲ／Ｄコンバー
タから受信した際の前記角度演算手段による前記回転角
に基づいて、異常を判定する手段とを有することを特徴
とする。

【００２６】回転機の回転角が０のとき、Ｒ／Ｄコンバ
ータのカウント値は基本的に０となる。Ｒ／Ｄコンバー
タはカウント値が０となるとＺ相信号として例えばパル
スを出力する。本発明によれば、異常検出装置は、Ｚ相
信号によりカウント値が０となったことを検知すると、
そのときの変調信号に基づいて求めた回転角が、カウン
ト値０に対応する回転角０とどれだけ相違するかを調
べ、例えばその差異が所定値以上である場合に、Ｒ／Ｄ
コンバータが異常であるといった判定を行う。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１に
は、本実施形態に係る回転機の回転角検出装置の概略構
成が示されている。ここでは、本発明に係る異常検出装
置はこの回転角検出装置内にＣＰＵ１０を用いて構成さ
れている。

【００２８】本回転角検出装置において発振器１２は参
照信号sinωｔを出力し、これがレゾルバ１４の１次コ
イル１６に印加される。図２は、参照信号と次に述べる
レゾルバからの出力信号とを模式的に表す波形図であ
り、同図（ａ）は、参照信号を表している。レゾルバ１
４の互いに９０°の位相差をもって配置された二つの２
次コイル１８，２０それぞれには、電動機などの回転機
の回転角θにより参照信号が変調された電圧sinωｔsin
θ，sinωｔcosθが発生し、これらがレゾルバからの出
力信号（レゾルバ信号）として出力される。同図（ｂ）
はレゾルバ信号sinωｔsinθとその振幅変調成分である
変調信号sinθとを表し、同図（ｃ）はレゾルバ信号sin
ωｔcosθとその振幅変調成分である変調信号cosθとを
表す。それぞれの図に表される変調信号は、回転角θが
時間と共にリニアに増加する場合を示しており、この場
合、変調信号は横軸を時間軸として正弦波、余弦波形状
となる。なお、レゾルバ信号の処理において、基本的に
は位相のみが問題となるので、前記参照信号およびレゾ
ルバ信号は、振幅を１として説明する。

【００２９】レゾルバ１４からの各レゾルバ信号は、検
波回路２２とＲ／Ｄコンバータ２４とに送られる。Ｒ／
Ｄコンバータ２４内では、従来技術にて述べた処理が行
われる。すなわち、レゾルバ信号sinωｔsinθ，sinω
ｔcosθにそれぞれcosφ，sinφが乗算され、それらを
減算してsinωｔsin（θ−φ）が生成される。これを参
照信号sinωｔに基づいて検波して変調成分sin（θ−
φ）が取り出される。Ｒ／Ｄコンバータ２４は、位相
（θ−φ）が０となるようにデジタルカウント値φを増
減するフィードバック制御を行い、それが完了するとカ
ウント値φを回転角θを表すデジタル値として、例えば
モータ制御装置等へ出力する。また、Ｒ／Ｄコンバータ
２４が求めた回転角θ_RDとＺ相信号Ｓ_Zとは、ＣＰＵ１
０へ出力される。

【００３０】一方、検波回路２２は、例えば従来技術で
述べたような参照信号のピーク位置でのサンプリングと
いった方法により、レゾルバ信号sinωｔsinθ，sinω
ｔcosθから変調信号sinθ，cosθを検波し、取り出
す。検波された変調信号は、検波回路２２がアナログ処
理による場合には、Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタル信
号に変換されてＣＰＵ１０に渡される。

【００３１】以下、本装置のＣＰＵ１０における異常検
出処理について説明する。

【００３２】［第一の異常検出方法］図３は、第一の異
常検出方法を説明する模式図である。ＣＰＵ１０は、Ａ
／Ｄ変換器３０からの変調信号sinθ，cosθのデジタル
値をトレースし、例えばレゾルバ１４からの回転角θ_RD
に基づいて回転機の１回転を検知し、当該１回転に対応
する各変調信号の１周期における最大値Ｖ_SINP+，Ｖ
_COSP+、最小値Ｖ_SINP-，Ｖ_COSP-を検出する。そして、
これら最大値、最小値の絶対値を各変調信号毎に比較す
る。具体的には、変調信号sinθに対して、条件式 Ｋ≦｜（｜Ｖ_SINP+｜−｜Ｖ_SINP-｜）｜ ………（１） を以て異常と判定する。ここでＫは異常判定閾値であ
る。θが３６０°変化、すなわち１回転するときの変調
信号sinθの最大値、最小値は、基本的にはそれぞれsin
（π/2），sin（−π/2）であり、互いに符号が異なり
絶対値は等しい値となるはずである。よって、正常時に
は、基本的に上記式の右辺は０となるはずである。但
し、従来技術で述べたように、正常な状態においても、
変調信号の検出誤差や参照信号の振幅の変動といった要
因が存在するため、右辺は必ずしも０とはならない。こ
れらの正常状態における誤差要因を考慮して異常判定閾
値Ｋは決定される。

【００３３】このようにして定められた閾値Ｋに基づい
て、上記条件式が判定され、条件不成立の場合、すなわ
ち最大値と最小値との絶対値の差がその閾値Ｋ未満であ
る場合には異常なしと判定され、条件成立の場合、すな
わち最大値と最小値との絶対値の差がその閾値Ｋ以上で
ある場合には異常であると判定される。

【００３４】なお、上記式右辺において、最大値の絶対
値から最小値の絶対値を引いた上でさらに絶対値をとっ
ているのは、例えば、変調信号がマイナス側へオフセッ
トして、Ｖ_SINP+＝０．８，Ｖ_SINP-＝−１．２となるよ
うな場合に、右辺を正に保つためである。

【００３５】なお、上記式では１つの異常判定閾値Ｋを
用いているが、異常判定閾値として０より大きい適当な
上限閾値Ｋ₊と、０より小さい適当な下限閾値Ｋ_-を定
め、 ｜Ｖ_SINP+｜−｜Ｖ_SINP-｜≦Ｋ_-，Ｋ₊≦｜Ｖ_SINP+｜−
｜Ｖ_SINP-｜ という条件式により異常を判定することもできる。

【００３６】この異常検出方法によれば、例えば、変調
信号がオフセットするようなレゾルバの故障モードを少
ない計算負荷で検出することができる。

【００３７】以上の処理は、もう一つの変調信号cosθ
に対しても同様に行うことができ、 Ｋ≦｜（｜Ｖ_COSP+｜−｜Ｖ_COSP-｜）｜ ………（２） の成立により異常を判定することができる。

【００３８】ちなみに、この第一の方法の趣旨は、変調
信号が０を中心として基本的に上下同一の振幅で振れる
場合は正常であり、変調信号が上下いずれかに所定値以
上シフトする場合は異常であるという点にある。この趣
旨による異常検出は、例えば（１）式に代えて、変調信
号の全幅の中点が０から所定値Ｋ'以上ずれた場合は異
常であると判定する次の条件式 Ｋ'/2≦（Ｖ_SINP+＋Ｖ_SINP-）／２ ………（３） 又は Ｋ' ≦ Ｖ_SINP+＋Ｖ_SINP- ………（３’） でも達成することができる。

【００３９】［第二の異常検出方法］図４は、第二の異
常検出方法を説明する模式図である。ＣＰＵ１０は、例
えばレゾルバ１４からの回転角θ_RDに基づいて、変調信
号sinθ，cosθの前半周期と後半周期を検知する。ここ
で、前半周期は変調信号の波形が正の値を取るべき期間
であり、後半周期は当該波形が負の値を取るべき期間で
あると定義する。例えば前半周期は変調信号sinθにお
いては位相０〜π、変調信号cosθにおいては位相−π/
2〜π/2であり、後半周期は変調信号sinθにおいては位
相π〜２π、変調信号cosθにおいては位相π/2〜３π/
2である。

【００４０】ＣＰＵ１０は、このように定義される変調
信号の前半周期と後半周期とのそれぞれでの積分値を算
出する。この積分は、例えば、時間と共に回転角がリニ
アに変化する状態においては、前半周期、後半周期それ
ぞれの開始タイミングｔ₊，ｔ_-から一定の間隔τで変調
信号の値を積算することにより計算される。例えば、時
刻ｔでの変調信号sinθの値を、ｔを引数としてＶ
_SIN(ｔ)と表すと、前半周期、後半周期の積分値Ｉ₊，Ｉ
_-は、それぞれ Ｉ₊＝Ｖ_SIN(ｔ₊)＋Ｖ_SIN(ｔ₊+τ)＋ … ＋Ｖ_SIN(ｔ₊+ｎτ) ………（４） Ｉ_-＝Ｖ_SIN(ｔ_-)＋Ｖ_SIN(ｔ_-+τ)＋ … ＋Ｖ_SIN(ｔ_-+ｎτ) ………（５） となる。

【００４１】ここで述べる異常検出方法では、これら積
分値Ｉ₊，Ｉ_-の絶対値の差が異常判定閾値で定義される
範囲外にあることにより異常が判定される。すなわち、
次の条件式を満たすとき、異常と判定される。

【００４２】 Ｋ≦｜（｜Ｉ₊｜−｜Ｉ_-｜）｜ ………（６） なお、ここでＫは本方法に対応して定められる異常判定
閾値である。ちなみに、 ΔＶ_j＝｜Ｖ_SIN(ｔ₊+ｊτ)｜−｜Ｖ_SIN(ｔ_-+ｊτ)｜ ………（７） と定義すると、（６）式は、次の形で表すことができ
る。

【００４３】 Ｋ≦｜ΔＶ₀｜＋｜ΔＶ₁｜＋ … ＋｜ΔＶ_n｜ ………（６’） 図４において、曲線５０は変調信号sinθの前半周期の
波形であり、曲線５２はそれに続く後半周期の波形であ
る。また、曲線５４は、曲線５２を正負反転して、その
前縁（すなわち後半周期の開始タイミング）を曲線５０
の前縁（すなわち前半周期の開始タイミング）に重ねる
ように移動させたものであり、積分値Ｉ₊，Ｉ_-の絶対値
の差を求める処理のイメージを示すためのものである。
積分値Ｉ₊，Ｉ_-の絶対値の差は、曲線５０と曲線５４と
で挟まれる領域５６の面積に相当する。

【００４４】以上の異常判定処理は、もう一つの変調信
号cosθに対しても同様に行うことができる。

【００４５】なお、回転機が等角速度で回転していない
場合には、例えばＲ／Ｄコンバータ２４からの出力θ_RD
を参照して、前半周期、後半周期それぞれの開始タイミ
ングｔ₊，ｔ_-に対応する回転角θ₊，θ_-から一定の回転
角間隔λで変調信号の値を積算することにより計算され
る。具体的には、例えば、回転角θでの変調信号sinθ
の値をθを引数としてＶ_SIN(θ)と表すと、（４）
（５）（７）式に相当する式として次の式が用いられ
る。なお、（６）（６’）式はこの場合にもそのまま用
いることができる。

【００４６】 Ｉ₊＝Ｖ_SIN(θ₊)＋Ｖ_SIN(θ₊+λ)＋ … ＋Ｖ_SIN(θ₊+ｎλ) ………（８） Ｉ_-＝Ｖ_SIN(θ_-)＋Ｖ_SIN(θ_-+λ)＋ … ＋Ｖ_SIN(θ_-+ｎλ) ………（９） ΔＶ_j＝｜Ｖ_SIN(θ₊+ｊλ)｜−｜Ｖ_SIN(θ_-+ｊλ)｜ ………（１０） この異常検出方法によれば、例えば、上記第一の異常検
出方法と同様に変調信号がオフセットするようなレゾル
バの故障モードが検出される。また、本方法は、変調信
号をワンポイントで比較するのではなく、面積で比較す
ることにより、変調信号の波形がくずれるような故障を
検知することができる。

【００４７】［第三の異常検出方法］図５は、第三の異
常検出方法を説明する模式図である。ＣＰＵ１０は、ま
ず検波回路２２（又はＡ／Ｄ変換器３０）から得た２つ
の変調信号（正弦変調信号sinθ、余弦変調信号cosθ）
の二乗和を例えば変調信号の各デジタルデータが入力さ
れる毎に計算し、二乗和信号６０を生成する。また、Ｃ
ＰＵ１０はこの二乗和信号６０に対しローパスフィルタ
リング演算を行い、二乗和信号が所定の時定数で平滑化
された基準信号６２を生成する。そして、これら二乗和
信号６０（Ｖ_SQ）と基準信号６２（Ｖ_LPF）との差が所
定の異常判定閾値で定められる範囲外となる場合が異常
と判定される。例えば、本方法に対応して定められる異
常判定閾値をＫとすると、次の条件式を満たすとき、異
常と判定される。

【００４８】 Ｋ≦｜Ｖ_SQ−Ｖ_LPF｜ ………（１１） なお、上記式では１つの異常判定閾値Ｋを用いている
が、異常判定閾値として０より大きい適当な上限閾値Ｋ
₊と、０より小さい適当な下限閾値Ｋ_-を定め、 Ｖ_SQ−Ｖ_LPF≦Ｋ_-，Ｋ₊≦Ｖ_SQ−Ｖ_LPF ………（１２） という条件式により異常を判定することもできる。

【００４９】ここで、異常判定閾値Ｋ等は、従来技術で
述べたと同様の要因、すなわち変調信号検波処理におい
て生じる誤差や参照信号の変動といった要因を考慮して
定められる。しかし、従来方法では、既に述べたよう
に、閾値は時間的に変化することのない一定のレベルを
定めるものであったため、例えば、回転角検出装置が使
用されうる温度環境などについて様々な場合を想定して
誤検出が生じないようにしようとすると緩やかな閾値設
定となってしまい、閾値により定義される正常と判定さ
れる範囲内に異常状態が含まれやすくなる、つまり異常
検出精度が劣化するという問題があった。これに対し
て、本方法による正常と判定される範囲は、基準信号を
中心とした所定幅の範囲であって、この基準信号は二乗
和信号の変動に緩やかに追随していく。よって、基準信
号を生成する際の平滑化時定数を正常な状態での二乗和
の変動速度に応じて定めれば、二乗和信号と基準信号と
の乖離は正常状態では大きくならず、それに応じて異常
判定閾値Ｋ等も小さく定めることができる。そしてこれ
により、正常と判定される範囲内に異常状態が含まれる
可能性が低減され、異常検出の精度が向上する。

【００５０】ちなみに、閾値の大小に関する従来技術と
本方法との対比は、別な見方をすれば次のように考える
ことができる。つまり、従来方法においては、正常とす
る範囲は十分に長い時間における二乗和の正常な変動幅
に応じて大きくしなければならなかった。これに対し
て、本方法は、正常とする範囲を二乗和に対して追随さ
せるため、平滑化時定数程度の短い時間内に二乗和が正
常な要因によって変動しうる程度の幅に当該範囲を設定
すれば十分であり、よって当該範囲を狭めることができ
る。

【００５１】本方法によれば、レゾルバの異常などで発
生する例えば１回転単位、つまり平滑化時定数より短い
時間スケールにて発生する高周波変動成分を検知できる
一方、変調信号の検波時のピークタイミングのずれや、
自然な外部環境の変動に応じた参照信号の振幅の緩やか
な変動といった、異常と判定するのが適当でない原因に
起因して生じることが多い二乗和の直流的な変化、又は
低周波変動成分を異常として誤検出することが抑制され
る。

【００５２】ちなみに、２つの変調信号の信号線が断線
したといった原因の場合には、いずれかの変調信号成分
が０となるため、二乗和は、回転角に応じて大きく変動
する。故障モードがこのような単純な場合だけならば、
従来のような緩やかな閾値設定であっても問題はない。
つまり、そのような異常が誤って正常と判定される範囲
に含まれることはない。しかし、例えば、レゾルバの中
のコイルが短絡したとき、具体的には例えば２次コイル
１８又は２０の入口部分と中間部分とが短絡したとき
は、対応する変調信号は完全に０にならない故障とな
る。この場合には、二乗和は、完全に断線した場合に比
べれば変動の振幅は小さいが、１回転毎に高速に変動す
る波形となる。本方法は、このような場合に変動幅が小
さくても、それが高調波成分であることから精度よく異
常として検知することができる。

【００５３】［第四の異常検出方法］第四の異常検出方
法では、ＣＰＵ１０はＲ／Ｄコンバータ２４とは別個に
回転角θ_CALを算出する。つまり、ＣＰＵ１０は、検波
回路２２から得た変調信号sinθ，cosθを得、これらか
らtanθを算出し、そのtanθの値に対応するθを求める
ことによりθ_CALが決定される。

【００５４】そして、ＣＰＵ１０はＲ／Ｄコンバータ２
４から得たθ_RDと上記θ_CALとを比較し、例えば次式で
表されるように、それらの相違が、本方法について定め
られる異常判定閾値Ｋ以上である場合に異常が判定され
る。

【００５５】 Ｋ≦｜θ_RD−θ_CAL｜ ………（１３） この方法により、例えばＲ／Ｄコンバータ２４の異常を
検出することができる。

【００５６】［第五の異常検出方法］第五の異常検出方
法では、ＣＰＵ１０はＲ／Ｄコンバータ２４からのＺ相
信号を監視する。そして、Ｒ／Ｄコンバータ２４内のθ
に応じたカウント値が０であるときに発せられるＺ相信
号のパルスが検知されると、そのタイミングでの変調信
号から得られる回転角情報がθ＝０を示すものであるか
どうかが調べられる。

【００５７】例えば、この回転角情報は、上記第四の方
法で述べたようなθ_CPUを用いることができる。また、
わざわざ負荷のかかるtan^-1(sinθ/cosθ)を計算するこ
となく、θ＝０においてsinθ＝０，cosθ＝１であるこ
とを回転角情報として利用することもできる。

【００５８】この方法により、例えばＲ／Ｄコンバータ
のＺ相信号のずれ、またはカウント値のずれといった異
常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態である回転機の回転角検出
装置の概略構成を示す模式図である。

【図２】 参照信号とレゾルバからの出力信号とを模式
的に表す波形図である。

【図３】 第一の異常検出方法を説明する模式図であ
る。

【図４】 第二の異常検出方法を説明する模式図であ
る。

【図５】 第三の異常検出方法を説明する模式図であ
る。

【符号の説明】

１０ ＣＰＵ、１２ 発振器、１４ レゾルバ、１６
１次コイル、１８，２０ ２次コイル、２２ 検波回
路、２４ Ｒ／Ｄコンバータ、３０ Ａ／Ｄ変換器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レゾルバの出力信号から検波された回転
   機の回転角に応じた変調信号に基づいて回転角検出装置
   の異常を検出する異常検出装置において、 前記変調信号の基準レベルより上での当該変調信号の変
   動と前記基準レベルより下での当該変調信号の変動との
   非対称性を検知する手段と、 前記非対称性に基づいて前記異常を判定する手段と、 を有することを特徴とする異常検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の異常検出装置において、 前記変調信号の１周期中の最大値と最小値とを取得する
   手段と、 前記最大値の絶対値と前記最小値の絶対値との差を求め
   る手段と、 前記差と異常判定閾値との比較に基づいて前記異常を判
   定する手段と、 を有することを特徴とする異常検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の異常検出装置において、 前記変調信号の前半周期での積分値と、後半周期での積
   分値とを取得する手段と、 前記前半周期と前記後半周期とでの前記両積分値の絶対
   値相互の差を求める手段と、 前記差と異常判定閾値との比較に基づいて前記異常を判
   定する手段と、 を有することを特徴とする異常検出装置。
4. 【請求項４】 レゾルバの出力信号から検波された回転
   機の回転角の正弦関数に応じた正弦変調信号と前記回転
   角の余弦関数に応じた余弦変調信号とに基づいて回転角
   検出装置の異常を検出する異常検出装置において、 前記正弦変調信号と前記余弦変調信号との二乗和を計算
   し、二乗和信号を生成する手段と、 前記二乗和信号をローパスフィルタリングして、基準信
   号を生成する手段と、 前記二乗和信号と前記基準信号との差に基づいて前記異
   常を判定する手段と、 を有することを特徴とする異常検出装置。
5. 【請求項５】 レゾルバの出力信号に基づいてＰＬＬ制
   御により回転機の回転角を検出するＲ／Ｄコンバータを
   含む回転角検出装置の異常を、前記出力信号から検波さ
   れる信号であり前記回転角に応じた変調信号に基づいて
   検出する異常検出装置において、 前記変調信号に基づいて前記回転角を求める角度演算手
   段と、 前記角度演算手段と前記Ｒ／Ｄコンバータとによりそれ
   ぞれ求められた前記両回転角を互いに比較し、その比較
   結果に基づいて前記異常を判定する手段と、 を有することを特徴とする異常検出装置。
6. 【請求項６】 レゾルバの出力信号に基づいてＰＬＬ制
   御により回転機の回転角に応じたカウント値を生成する
   Ｒ／Ｄコンバータを含む回転角検出装置の異常を、前記
   出力信号から検波される信号であり前記回転角に応じた
   変調信号に基づいて検出する異常検出装置において、 前記変調信号に基づいて前記回転角を求める角度演算手
   段と、 前記カウント値の零に応じて発生されるＺ相信号を前記
   Ｒ／Ｄコンバータから受信した際の前記角度演算手段に
   よる前記回転角に基づいて、前記異常を判定する手段
   と、 を有することを特徴とする異常検出装置。