JP2004020198A - 回転体の回転位置検出装置及び回転体の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転位置信号発生手段の１つに故障が生じている場合においても、粗位置（従って精位置）が不正確にならないようにする。
【解決手段】比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段（５ａ〜５ｃ）を回転体（１ａ）の周りに等間隔で複数備え、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群と、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算する粗位置演算手段（１４）と、この粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから回転体の精位置を推定する精位置推定手段（１７）とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動モータ等の回転体の回転位置を検出するための回転位置検出装置及び同検出装置を用いた回転体の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
回転体の回転位置を検出する装置として、比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力するセンサ（回転位置信号発生手段）を回転体の周りに等間隔で３個備え、これら３個のセンサの信号レベルの組み合わせからデータテーブルを参照して回転体の粗い精度の回転位置を求め、この粗い精度の回転位置と、回転体の回転角速度と、直前の信号レベルの切換からの経過時間とから、
細かい精度の回転位置＝粗い精度の回転位置＋回転角速度×経過時間…（１）
の式により細かい精度の回転位置を推定するようにした装置がある（特開平９−７４７９０号公報参照）。
【０００３】
ここで、上記（１）式右辺の粗い精度の回転位置を以下「粗位置」、上記（１）式左辺の細かい精度の回転位置を以下「精位置」という。
【０００４】
このような従来装置では、３個のセンサの信号レベルの組合せから粗位置を求めるためのデータテーブルは、３個のセンサ総てが正常に働くことを前提としているため、１つしか用意していない。このため、３つあるセンサのうちの１つに故障が生じたときにも、全てのセンサが正常に働くことを前提として作成されているデータテーブルを用いたのでは、回転体の粗位置の演算が不正確となり、結果として精位置を正確に求めることができなくなる。
【０００５】
従って、トルク指令発生手段からのトルク指令値と回転体の精位置とに基づいてステータに流す電流やステータに印加する電圧を決定するようにしているモータ制御装置では、この正確に求められていない精位置を用いても、モータ制御を精度良く行うことができない。
【０００６】
そこで本発明では、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じている場合に、故障が生じている回転位置信号発生手段の一つを除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから粗位置を求めるためのデータテーブルを追加して予め用意しておき、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを判定し、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときには、故障が生じている回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、追加してある粗位置を求めるためのデータテーブルを用いて回転体の粗位置を求めることにより、回転位置信号発生手段の１つに故障が生じている場合においても、粗位置（従って精位置）が不正確にならないようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段を回転体の周りに等間隔で複数備え、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群と、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを判定する故障検出手段と、この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算する粗位置演算手段と、この粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから回転体の精位置を推定する精位置推定手段とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段を回転体の周りに等間隔で複数備え、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群と、全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第２のデータ群と、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから前記第１のデータ群を用いて、また故障が生じてないときに全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから前記第２のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算する粗位置演算手段と、この粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから回転体の精位置を推定する精位置推定手段とを備える。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置発生手段をロータの周りに等間隔で複数備え、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから粗位置を求め得る第１のデータ群と、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている回転位置信号発生手段の一つを除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いてロータの粗位置を演算する粗位置演算手段と、この粗位置とロータの回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とからロータの精位置を推定する精位置推定手段と、外部からのトルク要求を受けてトルク指令値を発生させるトルク指令発生手段と、このトルク指令値と前記精位置とを受けて指令信号を作成する指令信号作成手段と、この指令信号を受けてステータに通電するインバータとを備える。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段をロータの周りに等間隔で複数備え、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る第１のデータ群と、全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る第２のデータ群と、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている回転位置信号発生手段の一つを除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから前記第１のデータ群を用いて、また故障が生じてないときに全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから前記第２のデータ群を用いてロータの粗位置を演算する粗位置演算手段と、この粗位置とロータの回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とからロータの精位置を推定する精位置推定手段と、外部からのトルク要求を受けてトルク指令値を発生させるトルク指令発生手段と、このトルク指令値と前記精位置とを受けて指令信号を作成する指令信号作成手段と、この指令信号を受けてステータに通電するインバータとを備える。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１、２に記載の発明によれば、１の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群を新たに追加して設けたので、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算することが可能となり、このため、このようにして求めた粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから精位置を推定することにより、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときですら、回転体の１回転区間の総てにわたり、回転位置信号発生手段の総てに故障が生じていないときと同様の精位置特性が得られる。
【００１２】
請求項５、６に記載の発明では、請求項１、２に記載の発明により得られる精位置をモータ制御に用いるので、回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときですら、モータ制御を精度良く行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による回転位置検出装置及び同検出装置を用いたモータ制御装置の一実施形態を示している。
【００１４】
図において、同期モータ１は、ロータ１ａ（回転体）とステータ１ｂからなり、インバータ２によって制御されたバッテリ３の電力を受けて回転駆動される。なお、同期モータ１をジェネレータとして使用する場合は、発電された電力がインバータ２を介してバッテリ３に供給される。
【００１５】
ロータ１ａの周囲には回転位置信号発生手段として３つのホールＩＣセンサ５ａ〜５ｃがロータ１ａの周囲に等間隔で直接配設されている。なお、ロータ１ａに検出プレートを取付け、この検出プレートの周囲にセンサ５ａ〜５ｃを配設した構成としてもよい。
【００１６】
これらのセンサ５ａ〜５ｃは、図２上段に示したように比較的大きな角度間隔（１８０°間隔）で信号レベルがハイからローへと、あるいはその逆へと切換わる回転位置信号を出力する。３つのセンサのうち５ａをＵ相センサ、５ｂをＶ相センサ、５ｃをＷ相センサとして区別すると、図２上段のようにＵ相センサの信号を基準にしたとき、Ｖ相センサの信号はこのＵ相センサの信号に対して１２０°、またＷ相センサの信号はＵ相センサの信号に対して２４０°それぞれ遅れる信号である。
【００１７】
インバータ２へ指令信号（例えばＰＷＭ信号）を供給して同期モータ１の回転を制御するコントローラ１０は、第１データ群としてのデータテーブル（１）〜データテーブル（３）と、第２データ群としてのデータテーブル（０）からなる４つのデータテーブル（図４参照）を記憶するデータテーブル記憶部１１、センサ５ａ〜５ｃのいずれか一つに故障が生じているか否かを検出する故障検出部１２（故障検出手段）、この故障検出部１２からの検出結果を受けて、３つのセンサの総てに故障のないとき（正常時）には３つのセンサの信号レベルがいずれの組合せになっているのか、また３つのセンサのいずれか一つに故障があるときには、その故障の生じているセンサを除く、残り２つのセンサの信号レベルがいずれの組合せになっているのかを判定する組合せ判定部１３、この組合せ判定部１３の判定結果を受けてロータ１ａの粗位置を演算する粗位置演算部１４（粗位置演算手段）、同じく組合せ判定部１３の判定結果を受けて直前の信号レベルの切換からの経過時間ｔを計測する経過時間計測部１５、ロータ１ａの回転角速度ωを演算する回転角速度演算部１６、この回転角速度ω、経過時間ｔ、粗位置を受けてロータ１ａの精位置θを演算する精位置演算部１７（精位置演算手段）、同期モータ１に対する外部からのトルク要求を受けてトルク指令を発生させるトルク指令発生部１８（トルク指令発生手段）、トルク指令発生部１１からのトルク指令と精位置演算部１７からの精位置θを受けてインバータ２への指令信号を作成する指令信号作成部１９（指令信号作成手段）とを備えている。
【００１８】
次に、コントローラ１０が実行する処理のうち精位置演算を図３に示した制御フローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
図３は所定時間毎に周期的に実行する。以下各ステップ（符号Ｓで示す）につき説明する。
【００２０】
Ｓｌでは、３つのセンサからの信号を波形成形した信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを読み込む。波形成形後の信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの信号レベルは図２下段に示したように０または１の値である。
【００２１】
Ｓ１ではまた、ロータ１ａの回転角速度ω［°／ｓ］を読み込む。これは、信号Ｓｕ（あるいはＳｖ、Ｓｗ）が、例えば０から１に変化するまでに要した時間［ｓ］を測定し、信号Ｓｕの信号レベルが０から１に変化するまでの回転角度区間である１８０°をこの測定時間で除算することにより算出する。回転角速度は回転角速度センサをホールＩＣセンサとは別に設けて実際に検出してもよい。
【００２２】
Ｓ２では、故障検出フラグＦを読み込む。この故障検出フラグＦは図示しない故障判定ルーチンによって設定されるフラグであり、その値が０のとき正常であることを、その値が１のときＵ相センサ５ａ（第１の回転位置信号発生手段）の故障、その値が２のときＶ相センサ５ｂ（第２の回転位置信号発生手段）の故障、その値が３のときＷ相センサ５ｃ（第３の回転位置信号発生手段）の故障を表す。
【００２３】
なお、センサの故障検出方法はどのような方法であっても良いが、例えばＳｖとＳｗの値が０→１→０と変化する間にＳｕの値が変化しなかった場合はＵ相センサの故障であると検出することができる。
【００２４】
Ｓ３では、ロータ１ａの回転角速度ωの絶対値が基準回転角速度ω０より大きいか否かを判断する。ロータ１ａがある程度の角速度以上で回転していれば正確に精位置を推定できる。
【００２５】
ロータ１ａの回転角速度ωの絶対値が基準回転角速度ω０より大きい場合はＳ４へ進み、故障検出フラグＦの値に応じたデータテーブル（図４のデータテーブル（０）〜データテーブル（３））から現在の信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの組合せに対応する粗位置θａ、θｂ［°］を読み込む。粗位置θａ、θｂは、信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの組合せから判定できる回転区間の始点を示している。ただし、θａ、θｂの起点は、図５に示したようにＵ相センサから得られる信号Ｓｕが０から１へと切換わるタイミングである。また、θａは正転時の、θｂは逆転時の粗位置である。
【００２６】
３つのセンサが総て正常（故障検出フラグＦ＝０）である場合、図４のデータテーブル（０）に示すように、信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの組合せから６つの粗位置を知ることができる。具体的には正転時においてロータ１ａの１回転区間である３６０°を６等分した値（０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°）である。
【００２７】
しかしながら、何れか１つのセンサが故障した場合、判定可能な粗位置は４つへと減少する。
【００２８】
Ｓ５では、ロータ１ａの回転角速度ωが０より大きいか否か（正転か否か）を判断する。
【００２９】
ロータ１ａの回転角速度ωが０より大きい場合はＳ６へ進み、ロータ１ａの回転角速度ωに経過時間ｔを乗算した値を正転時の粗位置θａに加算してロータ１ａの精位置θを算出する。
【００３０】
ここで、上記の経過時間ｔは信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗが現在の組合せになってから現在までの経過時間（直前の信号レベルの切換からの経過時間）である。ロータ１ａの回転角速度ωが０以下の場合はＳ７へ進み、ロータ１ａの回転角速度ωに経過時間ｔを乗算した値を逆転時の粗位置θｂに加算してロータ１ａの精位置θを算出する。
【００３１】
Ｓ３でロータ１ａの回転角速度ωの絶対値が基準回転角速度ω０以下と判断された場合はＳ８へ進み、故障検出フラグＦが０であるか否か判断する。
【００３２】
故障検出フラグＦが０である場合はＳ９へ進み、データテーブル（０）から現在の信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの組合せに対応する低速回転用の粗位置θｃを読み込み、続くＳ１０でこの低速回転用の粗位置θｃをそのままロータ１ａの精位置θとする。なお、低速回転用の粗位置θｃは、信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの組合せから判定できる粗位置θａの中央の回転位置を示している。ロータ１ａの回転角速度が非常に小さい（あるいは停止している）場合、Ｓ６やＳ７で行うような精位置の推定演算を行ってもほとんど無意味なので、センサ正常時に得られる粗位置θａの中央値を使用している。
【００３３】
Ｓ８で故障検出フラグＦが０でないと判断された場合はＳ１１へ進み、ステータ１ｂに印加する電圧と電流の関係もしくはインダクタンス等のパラメータを検出して現在の精位置を推定する（準精位置推定）。このような精位置の推定は非常に大きな誤差を含むものであるが、ロータ１ａの回転角速度ωが小さいので大きな問題は生じない。また、故障検出フラグＦが０でないときの粗位置の間隔は大きいところで１２０°もあり、この１２０°区間の中央値をロータの精位置として固定しても電流制御が行えないので、ここでは準精位置推定を用いるようにしている。
【００３４】
ここで、本実施形態の回転位置検出装置の作用をロータ１ａの正転時について図５を参照しながら説明すると、図５は簡単のためロータ１ａは一定回転しているものとして、最上段に
（ａ）信号Ｓｕ
の波形を、その下に、
（ｂ）総てのセンサが正常である時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（一点鎖線参照）、
（ｃ）Ｕ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（一点鎖線参照）、
（ｄ）Ｖ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（一点鎖線参照）、
（ｅ）Ｗ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（一点鎖線参照）
の各波形を太線で示している。
【００３５】
まず３つのセンサの総てに故障のないとき（正常時）には、データテーブル（０）が用いられるので、粗位置θａはステップ的に０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°と変化し、これに対して経過時間ｔは３つの信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの信号レベルの組合せが切換わったタイミングより計測される。この経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θａに加算した値である精位置θは一点鎖線で示す直線となり、細かい精度の回転位置が得られる。なお、精位置θは正確には細かな階段状の値であるが、表現しきれないので直線で表している。
【００３６】
このように、θａで粗位置を確定しておき、その後にその間をω・ｔを用いて補間した値であるθにより精度良く回転位置を求めることができている。
【００３７】
このような回転位置検出によれば、回転位置信号発生手段を簡素化しつつ回転位置の検出精度を保つことができるという効果があり、さらに高速回転時に演算回数を減らして演算負荷を低減できるという効果もある。
【００３８】
さて、Ｕ相センサの故障時を考える。このときにはデータテーブル（０）とは異なり、Ｕ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｕを除いた、残り２つの信号Ｓｖ、Ｓｗが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（１）（１番目のデータ群）が用いられるので、回転位置が６０°から３６０°までの区間において、粗位置θａがステップ的に３００°、６０°、１２０°、２４０°、３００°と変化し、データテーブル（０）によればθａが１８０°である区間もデータテーブル（１）によれば１２０°となっている（第３段目の実線参照）。
【００３９】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミング（＝粗位置が切換わったタイミング）からの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば１８０°である区間においても、データテーブル（１）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００４０】
このため、回転位置が６０°から３６０°までの区間においては、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θａに加算した値である精位置θは一点鎖線で示す直線となる。すなわち、正常時と比較すれば分かるように、データテーブル（１）が用いられるときにも、回転位置が６０°から３６０°までの区間においてデータテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（第３段目の一点鎖線参照）。
【００４１】
これに対して、回転位置が０°から６０°の区間においては、粗位置が３００°であるため、これにω・ｔを加算して得られる精位置θは３６０°から４２０°までの値になってしまうので、この区間に限り精位置θを、
θ＝０°＋ω・ｔ−３６０°＝ω・ｔ−３６０°…（２）
の式により算出することで、精位置を０°から６０°までの値へとシフトすることができ、これによって回転位置が０°から６０°の区間においてもデータテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られる（第３段目の一点鎖線参照）。実際には上記（２）式の演算は行っていない。制御上、ｓｉｎθやｃｏｓθで扱う限り、３６０°を超える角度であっても、ｓｉｎθやｃｏｓθの値は同じになるからである。
【００４２】
次に、Ｖ相センサの故障時には、Ｖ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｖを除いた残り２つの信号Ｓｕ、Ｓｗが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（２）（２番目のデータ群）が用いられるので、粗位置θａがステップ的に０°、６０°、１８０°、２４０°と変化し、データテーブル（０）によればθａが１２０°である区間もデータテーブル（２）によれば６０°となり、またデータテーブル（０）によればθａが３００°である区間もデータテーブル（２）によれば２４０°となる（第４段目の実線参照）。
【００４３】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミングからの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば１２０°や３００°である区間においても、データテーブル（２）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００４４】
このため、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θａに加算した値である精位置θは一点鎖線で示す直線となる。すなわち、データテーブル（２）が用いられるときにも、０°から３６０°までのロータ１回転区間の総てにわたり、データテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（第４段目の一点鎖線参照）。
【００４５】
Ｗ相センサの故障時には、Ｗ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｗを除いた残り２つの信号Ｓｕ、Ｓｖが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（３）（３番目のデータ群）が用いられるので、粗位置θａがステップ的に０°、１２０°、１８０°、３００°と変化し、データテーブル（０）によればθａが６０°や２４０°である区間もデータテーブル（３）によれば０°や１８０°となる（最下段の実線参照）。
【００４６】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミングからの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば６０°や２４０°である区間においても、データテーブル（３）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００４７】
このため、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θａに加算した値である精位置θは一点鎖線で示す直線となり、データテーブル（３）が用いられるときにも、０°から３６０°までのロータ１回転区間の総てにわたり、データテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（最下段の一点鎖線参照）。
【００４８】
次に、図６はロータ１ａは一定回転で逆転しているものとして、最上段に
（ａ）信号Ｓｕ
の波形を、その下に、
（ｂ）総てのセンサが正常である時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（二点鎖線参照）、
（ｃ）Ｕ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（二点鎖線参照）、
（ｄ）Ｖ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（二点鎖線参照）、
（ｅ）Ｗ相センサ故障時のロータ１ａの粗位置θａ（実線参照）と精位置θ（二点鎖線参照）
の各波形を太線で示している。
【００４９】
図５では横軸に示す０°の位置を基準の位置として考えたが、図６では横軸に示す３６０°の位置を基準の位置として考える。
【００５０】
まず３つのセンサの総てに故障のないとき（正常時）には、データテーブル（０）が用いられるので、粗位置θｂはステップ的に３６０°、３００°、２４０°、１８０°、１２０°、６０°と変化し、これに対して経過時間ｔは３つの信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの信号レベルの組合せが切換わったタイミングより計測される。この経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θｂに加算した値である精位置θは二点鎖線で示す直線となり、細かい精度の回転位置が得られる。なお、図６においても精位置θは正確には細かな階段状の値であるが、表現しきれないので直線で表している。
【００５１】
詳述すると、逆転時にはωが負の値であるため、ω＝−５［°／ｓ］であるとし、今仮に３６０°から３００°の区間で考えると、この区間ではθｂが３６０°であるから精位置θは、
θ＝３６０°−５ｔ…（３）
と表される。いまｔがゼロであれば（３）式よりθ＝３６０°となる。そして、ｔが増えるほど精位置θは３６０°から直線的に小さくなってゆく。粗位置θｂが３００°になる直前ではｔ＝１２［ｓ］となるので、このときの精位置θを（４）式より計算してみるとθ＝３６０°−５×１２°＝３００°となる。従って、精位置θは３６０°より３００°へと近づいて行くことがわかる。
【００５２】
さて、Ｕ相センサの故障時を考える。このときにはデータテーブル（０）とは異なり、Ｕ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｕを除いた、残り２つの信号Ｓｖ、Ｓｗが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（１）（１番目のデータ群）が用いられるので、回転位置が３００°から０°までの区間において、粗位置θｂがステップ的に３００°、２４０°、１２０°、６０°と変化し、データテーブル（０）によればθｂが１８０°である区間もデータテーブル（１）によれば２４０°となっている（第３段目の実線参照）。
【００５３】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミング（＝粗位置が切換わったタイミング）からの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば１８０°である区間においても、データテーブル（１）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００５４】
このため、回転位置が３００°から０°までの区間においては、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θａに加算した値である精位置θは二点鎖線で示す直線となる。すなわち、正常時と比較すれば分かるように、データテーブル（１）が用いられるときにも、回転位置が３００°から０°までの区間においてデータテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（第３段目の二点鎖線参照）。
【００５５】
これに対して、回転位置が３６０°から３００°の区間においては、粗位置が６０°であるため、これにω・ｔを加算して得られる精位置θは６０°から０°までの値になってしまうので、この区間に限り精位置θを、
θ＝６０°＋ω・ｔ＋３００°＝３６０°＋ω・ｔ…（４）
の式により算出することで、精位置を３６０°から３００°までの値へとシフトすることができ、これによって回転位置が３６０°から３００°の区間においてもデータテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られる（第３段目の二点鎖線参照）。実際には上記（２）式の演算は行っていない。制御上、ｓｉｎθやｃｏｓθで扱う限り、ｓｉｎθやｃｏｓθの値は同じになるからである。
【００５６】
次に、Ｖ相センサの故障時には、Ｖ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｖを除いた残り２つの信号Ｓｕ、Ｓｗが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（２）（２番目のデータ群）が用いられるので、粗位置θｂがステップ的に３６０°、２４０°、１８０°、６０°と変化し、データテーブル（０）によればθｂが３００°である区間もデータテーブル（２）によれば３６０°となり、またデータテーブル（０）によればθｂが１２０°である区間もデータテーブル（２）によれば１８０°となる（第４段目の実線参照）。
【００５７】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミングからの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば３００°や１２０°である区間においても、データテーブル（２）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００５８】
このため、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θｂに加算した値である精位置θは二点鎖線で示す直線となる。すなわち、データテーブル（２）が用いられるときにも、３６０°から０°までのロータ１回転区間の総てにわたり、データテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（第４段目の二点鎖線参照）。
【００５９】
Ｗ相センサの故障時には、Ｗ相センサの故障により信頼性のない信号Ｓｗを除いた残り２つの信号Ｓｕ、Ｓｖが用いられる。すなわち、このときにはデータテーブル（３）（３番目のデータ群）が用いられるので、粗位置θｂがステップ的に３６０°、３００°、１８０°、１２０°と変化し、データテーブル（０）によればθａが２４０°や６０°である区間もデータテーブル（３）によれば３００°や１２０°となる（最下段の実線参照）。
【００６０】
この場合、経過時間ｔは、信号レベルの組合せが切換わったタイミングからの経過時間であるため、データテーブル（０）によれば２４０°や６０°である区間においても、データテーブル（３）が用いられる限りリセットされることなく増え続ける。
【００６１】
このため、経過時間ｔを回転角速度ωに乗算した値を粗位置θｂに加算した値である精位置θは二点鎖線で示す直線となり、データテーブル（３）が用いられるときにも、３６０°から０°までのロータ１回転区間の総てにわたり、データテーブル（０）が用いられるときと同じ精位置θの特性が得られている（最下段の二点鎖線参照）。
【００６２】
このように、本実施形態（請求項１、２に記載の発明）によれば、１のセンサ（回転位置信号発生手段）を除く、残りのセンサの信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得るデータテーブル（１）〜データテーブル（３）（第１のデータ群）を、新たに追加して設けたので、センサの一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つのセンサを除く、残り２つのセンサの信号レベルの組合せから、前記データテーブル（１）〜データテーブル（３）を用いてロータ（回転体）の粗位置θａ、θｂを演算することが可能となり、このため、このようにして求めた粗位置とロータの回転角速度ωと直前の信号レベルの切換からの経過時間ｔとから精位置θを推定することにより、センサの一つに故障が生じたときですら、ロータの１回転区間の総てにわたり、センサの総てに故障が生じていないときと同様の精位置特性が得られる。
【００６３】
また、本実施形態（請求項５、６に記載の発明）では、このようにして得られる精位置θをモータ制御に用いるので、センサの一つに故障が生じたときですら、モータ制御を精度良く行うことができる。
【００６４】
実施形態では、センサが３つの場合で説明したが、この数に限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】実施形態におけるホールＩＣセンサの出力特性図。
【図３】実施形態における粗位置演算を説明するためのフローチャート。
【図４】データテーブル（０）〜データテーブル（３）の内容を示す表図。
【図５】実施形態の正転時の作用を説明するための波形図。
【図６】実施形態の逆転時の作用を説明するための波形図。
【符号の説明】
１　同期モータ
１ａ　ロータ（回転体）
１ｂ　ステータ
２　インバータ
５ａ　ホールＩＣセンサ（第１の回転位置信号発生手段）
５ｂ　ホールＩＣセンサ（第２の回転位置信号発生手段）
５ｃ　ホールＩＣセンサ（第３の回転位置信号発生手段）
１０　コントローラ
１１　データテーブル記憶部
１２　故障検出部（故障検出手段）
１４　粗位置演算部（粗位置演算手段）
１７　精位置演算部（精位置演算手段）
１８　トルク指令発生部（トルク指令発生手段）
１９　指令信号作成部（指令信号作成手段）

Claims (8)

1. 比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段を回転体の周りに等間隔で複数備え、
   １の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群と、
   回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを判定する故障検出手段と、
   この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算する粗位置演算手段と、
   この粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから回転体の精位置を推定する精位置推定手段と
   を備えることを特徴とする回転体の回転位置検出装置。
2. 比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段を回転体の周りに等間隔で複数備え、
   １の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第１のデータ群と、
   全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る第２のデータ群と、
   回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、
   この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている一つの回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから前記第１のデータ群を用いて、また故障が生じてないときに全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから前記第２のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算する粗位置演算手段と、
   この粗位置と回転体の回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とから回転体の精位置を推定する精位置推定手段と
   を備えることを特徴とする回転体の回転位置検出装置。
3. 回転位置信号発生手段が第１と第２と第３の３つの回転位置信号発生手段であり、前記第１のデータ群が、第２と第３の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る１番目のデータ群と、第１と第３の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る２番目のデータ群と、第１と第２の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから回転体の粗位置を求め得る３番目のデータ群とからなる場合に、
   前記故障検出手段は３つの回転位置信号発生手段のいずれに故障が生じたかどうかを検出し、
   前記粗位置演算手段は、第１の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記１番目のデータ群を用いて、第２の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記２番目のデータ群を用いて、第３の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記３番目のデータ群を用いて回転体の粗位置を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の回転体の回転位置検出装置。
4. 前記データ群はテーブルデータであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の回転体の回転位置検出装置。
5. 比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置発生手段をロータの周りに等間隔で複数備え、
   １の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せから粗位置を求め得る第１のデータ群と、
   回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、
   この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている回転位置信号発生手段の一つを除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから、前記第１のデータ群を用いてロータの粗位置を演算する粗位置演算手段と、
   この粗位置とロータの回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とからロータの精位置を推定する精位置推定手段と、
   外部からのトルク要求を受けてトルク指令値を発生させるトルク指令発生手段と、
   このトルク指令値と前記精位置とを受けて指令信号を作成する指令信号作成手段と、
   この指令信号を受けてステータに通電するインバータと
   を備えることを特徴とする回転体の制御装置。
6. 比較的大きな角度間隔で信号レベルが切換わる回転位置信号を出力する回転位置信号発生手段をロータの周りに等間隔で複数備え、
   １の回転位置信号発生手段を除く、残りの回転位置発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る第１のデータ群と、
   全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る第２のデータ群と、
   回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたかどうかを検出する故障検出手段と、
   この検出結果より回転位置信号発生手段の一つに故障が生じたときに、故障が生じている回転位置信号発生手段の一つを除く、残りの回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せから前記第１のデータ群を用いて、また故障が生じてないときに全ての回転位置発生手段の信号レベルの組合せから前記第２のデータ群を用いてロータの粗位置を演算する粗位置演算手段と、
   この粗位置とロータの回転角速度と直前の信号レベルの切換からの経過時間とからロータの精位置を推定する精位置推定手段と、
   外部からのトルク要求を受けてトルク指令値を発生させるトルク指令発生手段と、
   このトルク指令値と前記精位置とを受けて指令信号を作成する指令信号作成手段と、
   この指令信号を受けてステータに通電するインバータと
   を備えることを特徴とする回転体の制御装置。
7. 回転位置信号発生手段が第１と第２と第３の３つの回転位置信号発生手段であり、前記第１のデータ群が、第２と第３の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る１番目のデータ群と、第１と第３の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る２番目のデータ群と、第１と第２の回転位置信号発生手段の信号レベルの組合せからロータの粗位置を求め得る３番目のデータ群とからなる場合に、
   前記故障検出手段は３つの回転位置信号発生手段のいずれに故障が生じたかどうかを検出し、
   前記粗位置演算手段は、第１の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記１番目のデータ群を用いて、第２の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記２番目のデータ群を用いて、第３の回転位置信号発生手段に故障が生じたときに前記３番目のデータ群を用いてロータの粗位置を演算することを特徴とする請求項５または６に記載の回転体の制御装置。
8. 前記データ群はテーブルデータであることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一つに記載の回転体の制御装置。

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