JP2006121811A

JP2006121811A - 回転電機のロータ位置検出装置

Info

Publication number: JP2006121811A
Application number: JP2004306512A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Maeda; 昭一前田; Minoru Arimitsu; 有満　　稔; Yusuke Minagawa; 裕介皆川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】センサと制御装置との間の信号線を削減することができ、これにより、車両搭載に当ってのレイアウトを容易なものとし、製造コストを低減することができる回転電機のロータ位置検出装置を提供する。
【解決手段】ロータの周方向位置を検出する絶対値タイプのセンサ２と、当該センサ２に隣接して配置されて、当該センサ２の出力する図示しないデジタル絶対値信号をデジタル相対値信号３に変換して回転電機の制御装置４に出力する制御基板５と、回転電機を制御する制御装置４とからなる、回転電機のロータ位置検出装置１において、
前記制御基板５に、センサ２の出力するデジタル絶対値信号をアナログ絶対値信号６に変換して制御装置４に出力するＤ／Ａ変換手段７を設け、
前記制御基板５または制御装置４において、当該アナログ絶対値信号６および当該デジタル相対値信号３のいずれかを、回転電機の制御に用いる信号として、選択可能とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のロータの位置検出装置に関するものである。

一般に、電気自動車やハイブリッド車等に用いられる回転電機の回転およびトルク制御は、制御目標値がタイヤ駆動力であるため、産業用機器に用いられる回転電機よりも求められる制御精度は低い。このため、例えば、図５に示すように、回転電機のロータの周方向位置を検出する絶対位置タイプのセンサ５１の出力は、回転電機を制御する制御装置５２に対して、１０〜１６、ここでは１２ｂｉｔのデジタル絶対値信号５３にて伝送され、回転電機を始動した後の通常の制御レンジでは、回転電機に設けた絶対値タイプのセンサにより検出したロータのデジタル絶対値信号５３を、制御装置５２内に設けられたＡＢＺ変換手段５４により３ｂｉｔのＡＢＺ信号（デジタル相対値信号）に変換して、そのＡＢＺ信号を用いて回転電機を制御している。ただし、回転電機の始動時においては、ロータの逆転を防ぐために、ロータの位置信号が少なくとも９０度以上のずれが生じない精度とする必要があるため、デジタル絶対値信号をそのまま用いていた。
特開２００４−２３９７３号公報

ところが、このような構成においては、回転電機の軸端部に設けられるセンサから、車体側に設けられる制御装置まで信号線を１０〜１６本設ける必要があり、車両への搭載を考えた場合にその配線のレイアウトが困難であり、信号線が多数必要なため製造コストの面でも不利なものであった。さらに、１０〜１６ｂｉｔのデジタル絶対値信号は回転電機の始動時のみに必要な信号であり、このためだけに、多数本の信号線を設けることは効率的ではなかった。

本発明の目的は、上述した課題を解決することであり、センサと制御装置との間の信号線を削減することができ、これにより、車両搭載に当ってのレイアウトを容易なものとし、製造コストを低減することができる回転電機のロータ位置検出装置を提供することにある。

請求項１に係る回転電機のロータ位置検出装置は、ロータの周方向位置を検出する絶対値タイプのセンサと、当該センサに隣接して配置されて、当該センサの出力するデジタル絶対値信号をデジタル相対値信号に変換して回転電機の制御装置に出力する制御基板と、回転電機を制御する制御装置とからなる、回転電機のロータ位置検出装置において、
前記制御基板に、センサの出力するデジタル絶対値信号をアナログ絶対値信号に変換して制御装置に出力するＤ／Ａ変換手段を設け、
前記制御基板または制御装置において、当該アナログ絶対値信号および当該デジタル相対値信号のいずれかを、回転電機の制御に用いる信号として、選択可能とすることを特徴とする。

これによれば、制御基板から制御装置に出力される信号を、デジタル相対値信号とアナログ絶対値信号のみとすることができ、デジタル絶対値信号をそのまま出力することに比べて、制御装置と制御基板との間の信号線を削減することができ、これにより車両に搭載した場合のレイアウトを容易なものとし、製造コストをも削減することができる。また、制御基盤と制御装置との間の信号を二重系とすることにより、信頼性を大幅に向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置の一実施形態を示す、ブロック図である。
この回転電機のロータ位置検出装置１は、ロータの周方向位置を検出する絶対値タイプのセンサ２と、当該センサ２に隣接して配置（ここでは一体配置）されて、当該センサ２の出力する図示しない１２ｂｉｔのデジタル絶対値信号を３ｂｉｔのデジタル相対値信号３にＡＢＺ変換して回転電機の制御装置４に出力する制御基板５と、回転電機を制御する制御装置４とからなるものであって、
制御基板５に、センサ２の出力する図示しないデジタル絶対値信号をアナログ絶対値信号６に変換して制御装置４に出力するＤ／Ａ変換手段７を設け、
制御基板５または制御装置４において（ここでは制御装置４において）、アナログ絶対値信号６およびデジタル相対値信号３のいずれかを、回転電機の制御に用いる信号として、選択可能とすることを特徴とする。（請求項１に相当）なお、アナログ絶対値信号６の受信側の制御装置４にはノイズフィルタ８を挿入して、アナログ絶対値信号６へ乗ったノイズを排除している。

ここで、デジタル相対値信号（ＡＢＺ信号）とは、ここでは、図２に示すように、ロータの周方向絶対位置が０〜１８０°であるときにＯＮとなるＡ信号と、ロータの周方向絶対位置が９０〜２７０°であるときに、ＯＮとなるＢ信号と、０°ごとにＯＮ、ＯＦＦを繰り返す、Ｚ信号を組み合わせたものを言うものとする。回転電機が始動して、ロータの周方向位置が３６０°を超えたときに、Ｚ信号はＯＮからＯＦＦに反転し、これが確定信号となる。この確定信号が出力される前は、デジタル相対値信号は不定である。

請求項１に相当する構成によれば、制御基板５から制御装置４に出力される信号を、デジタル相対値信号３（ＡＢＺ信号）とアナログ絶対値信号６の４本のみとすることができ、デジタル絶対値信号をそのまま出力することに比べて、制御装置４と制御基板５との間の信号線を、デジタル絶対値信号が１２ｂｉｔの場合は９本削減することができる。これにより回転電機のロータ位置検知装置１を車両に搭載した場合のレイアウトを容易なものとし、製造コストをも削減することができる。また、制御基板５と制御装置４との間の信号を二重系とすることにより、信頼性を大幅に向上することができる。

ここで好ましくは、ロータ位置検知装置１において、始動時にはアナログ絶対値信号６を選択し、制御基板５がデジタル相対値信号３の確定信号を出力するタイミング（ここでは、Ｚ信号がＯＮからＯＦＦに反転するタイミング）で、回転電機の制御に用いる信号を、アナログ絶対値信号６からデジタル相対値信号３に切換える。（請求項２に相当）
これによれば、回転電機の始動から、確定信号を出力するタイミングまでは、デジタル相対値信号が不定であり使用できないことを、その期間はアナログ絶対値信号６を使用することで補完することができる。また、アナログ絶対値信号はその性質上、ノイズの影響を受けやすいが、始動から確定信号を出力するまでのロータの回転速度が低い領域のみにおいて、アナログ絶対値信号を用いることにより、ノイズの影響を排除することができる。

図３は、前述した制御装置内のデジタル相対値信号およびアナログ絶対信号の読み取りおよび処理を示すブロック図である。
デジタル相対値信号３の各々の信号ＡＢＺは、アップダウンカウンタに入力された後、相対位置データに変換され、ＣＰＵに入力される。これとともに、デジタル相対値信号３の各々のＡＢＺ信号は、カウンタに入力され、ゲート信号の入力と併せて、速度データの変換されて、ＣＰＵに入力される。
アナログ絶対値信号６はＡ／Ｄコンバータに入力されて、デジタルの絶対位置データに変換されてＣＰＵに入力される。
このように、制御装置４内では、デジタル相対値信号３を元に速度データを作成しているため、請求項２に相当する構成に換えて、以下の構成とすることもできる。

つまり、請求項２に相当する構成に換えて、始動時にはアナログ絶対値信号６を選択し、ロータの回転速度が所定の値を超えたタイミングで、回転電機の制御に用いる信号を、アナログ絶対値信号６からデジタル相対値信号３に切換える構成とすることもできる。（請求項３に相当）
これによれば、制御装置４で検出が可能な回転速度により、アナログ絶対値信号６からデジタル相対値信号３への切換えを行うことができ、より自由度の高い制御を特別なハードウェアや信号の引き込みを行うことなく実現することができる。もちろん回転速度が所定の値を超えたタイミングが、前述した確定信号が出力されて後であることが必要であることはいうまでもない。

ここで、回転電機の制御に用いる信号を、一旦アナログ絶対値信号６からデジタル相対値信号３に切換えた後は、ロータが停止するまではアナログ絶対値信号６に切換えないことが好ましい。（請求項４に相当）
これによれば、一度デジタル相対値信号３に切換えた後は、制御装置４がリセットされるまでは、デジタル相対値信号３は安定していることを鑑み、ノイズの影響を受け安いアナログ絶対値信号６を使用することを廃することができる。これにより、より安定した回転電機の制御が可能となる。

図４は、本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置の回転電機の制御の一例を示す、フローチャートである。
回転電機の始動と同時に、前述のアナログ絶対値信号に基いた、ロータの絶対位置データをＣＰＵが読み込み、速度データをＣＰＵが読み込んだ後、制御装置が回転電機を制御する。ロータの速度ｎが所定の速度Ｎを超えると、前述のデジタル相対値信号に基いた、ロータの相対位置データと、速度データとをＣＰＵが読み込み、同様に制御装置が回転電機を制御する。一度、絶対位置データから相対位置データに切換えた後は、回転電機が停止するまでは、相対位置データを使用しつづける。
なお、図４に示した制御を行う場合は、アナログ絶対値信号とデジタル相対値信号の選択、切換えは制御装置で行うことになる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。

本発明の回転電機のロータ位置検出装置は、電機自動車やハイブリッド車に用いて好適なものであって、より信頼性の高い制御性能と、高いレイアウト性を得ることができるものである。

本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置の一実施形態を示す、ブロック図である。本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置のデジタル相対値信号の一例を示す位相関係図である。本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置の制御装置内のデータ処理を示すブロック図である。本発明に係る回転電機のロータ位置検出装置の回転電機の制御の一例を示す、フローチャートである。従来の回転電機のロータ位置検出装置の回転電機の制御を示すブロック図である。

符号の説明

１回転電機のロータ位置検出装置
２センサ
３デジタル相対値信号
４制御装置
５制御基板
６アナログ絶対値信号
７Ｄ／Ａ変換手段
８ノイズフィルタ
５１センサ
５２制御装置
５３デジタル絶対値信号
５４ＡＢＺ変換手段

Claims

ロータの周方向位置を検出する絶対値タイプのセンサと、当該センサに隣接して配置されて、当該センサの出力するデジタル絶対値信号をデジタル相対値信号に変換して回転電機の制御装置に出力する制御基板と、回転電機を制御する制御装置とからなる、回転電機のロータ位置検出装置において、
前記制御基板に、センサの出力するデジタル絶対値信号をアナログ絶対値信号に変換して制御装置に出力するＤ／Ａ変換手段を設け、
前記制御基板または制御装置において、当該アナログ絶対値信号および当該デジタル相対値信号のいずれかを、回転電機の制御に用いる信号として、選択可能とすることを特徴とする回転電機のロータ位置検出装置。
始動時には前記アナログ絶対値信号を選択し、制御基板が前記デジタル相対値信号の確定信号を出力するタイミングで、回転電機の制御に用いる信号を、当該アナログ絶対値信号から前記デジタル相対値信号に切換えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ位置検出装置。
始動時には前記アナログ絶対値信号を選択し、ロータの回転速度が所定の値を超えたタイミングで、回転電機の制御に用いる信号を、当該アナログ絶対値信号から前記デジタル相対値信号に切換えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ位置検出装置。
一旦アナログ絶対値信号からデジタル相対値信号に切換えた後は、ロータが停止するまではアナログ絶対値信号に切換えないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機のロータ位置検出装置。