JP2006138778A

JP2006138778A - 角度検出装置

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Publication number: JP2006138778A
Application number: JP2004329886A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Horikoshi; 敦堀越; Atsuyoshi Asaga; 淳愛浅賀
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】従来のレゾルバを用いた角度検出装置では信頼性が低く、異常部位の特定が困難であった。レゾルバに組み込まれた検出巻線も含めて二重系にすることにより信頼性の高く、異常部位の特定が簡単にできる
【解決手段】基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ＋１２０°）、ｓｉｎ（θ−１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値以上となった場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常検出機能を有する角度検出装置に関するものである。

モータにより機械系を制御する場合、機械軸の回転角度を検出する角度検出装置としてレゾルバが広く用いられている。レゾルバから出力される信号は直接回転角度を示していないので、レゾルバからの信号を処理してディジタルの回転角度を検出するレゾルバディジタル変換回路が併用される。しかし、レゾルバ又はレゾルバディジタル変換回路が故障して異常になった場合、その異常事態に対応したモータ制御が要求されるため、レゾルバ或いはレゾルバディジタル変換回路の異常を迅速にかつ正確に検出することが要求される。

そこで、そのようなレゾルバの異常を検出する角度検出装置が例えば特許第３２１６４９１号公報（特許文献１）に開示されている。即ち、特許文献１の異常検出装置は、モータ制御装置のＣＰＵを用いて、レゾルバから出力される２相の変調信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及びｓｉｎωｔ・ｃｏｓθからｓｉｎ信号（ｓｉｎθ）及びｃｏｓ信号（ｃｏｓθ）を算出し、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号から電気角θを算出し、レゾルバディジタル変換回路で求められた電気角θのディジタル値と比較して異常を検出している。また、ｓｉｎ信号（ｓｉｎθ）とｃｏｓ信号（ｃｏｓθ）との２乗和が許容値より大きいかを判定し、レゾルバの異常を特定する方式をとっている。
特許第３２１６４９１号公報

しかし、上記従来の角度検出装置では２相出力のレゾルバを用いているために、２相出力の内の１相に故障が生じても角度検出ができなくなる問題があった。また、異常が発生した場合、レゾルバの異常を特定するために、検出部内のＣＰＵに大きな負担がかかっていた。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、レゾルバを出力巻線も含めて二重系にすると共に、異常検出部を設けることにより、信頼性が高く異常部位の特定を簡単に行うことのできる角度検出装置を提供することにある。

本発明は異常検出機能を有する角度検出装置に関するものであり、本発明の上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値以上となった場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを設けることによって達成される。

また、上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が第２の許容値以上の場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを設けることによって達成される。

また、上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）から異なる３相／２相変換式を用いて３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）を算出する算出回路と、前記３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）から算出される３組の電気角角θ_１、θ_２、θ_３のうち少なくとも２つの電気角の差の絶対値が第３の許容値以上の場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを設けることによって達成される。

また、上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θを算出する角度算出手段と、前記３相の変調信号を基に前記電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバ又は前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを設けることことによって達成される。

また、上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θの場合、前記基準信号ｓｉｎωｔをｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値に収まり、かつ前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを設けることことによって達成される。

上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θの場合、前記基準信号ｓｉｎωｔをｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が第２の許容値に収まり、かつ前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを設けることことによって達成される。

本発明の上記目的は、基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの異常を判定する異常判定部とを設け、前記異常判定部が前記レゾルバの異常を判定しない場合には、前記３相の変調信号に基づいて角度を検出し、前記異常判定部が前記レゾルバの異常を判定した場合には、前記３相のうちの異常相を除く２相を用いて角度検出を行うことによって達成される。

本発明の角度検出装置によれば、基準信号ｓｉｎωｔを角度θに対してｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号がレゾルバから出力され、この３相の変調信号を角度検出に用いるので、たとえ１相が故障しても残りの２相信号に基づいて正しい回転角度を検出することができる。また、３相信号の加算値の絶対値が所定許容値の範囲内であるか、或いは３相信号の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が所定許容値の範囲内であるかを監視することにより、レゾルバの異常を検出することができる。

更に、レゾルバディジタル変換回路を用いた場合は、レゾルバから出力される基準信号ｓｉｎωｔを角度θに対してｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号から簡単に電気角θ_０のディジタル値を算出でき、レゾルバからの３相信号の加算値の絶対値が所定許容値に収まり、かつディジタル値θ_０と電気角θとの差が所定許容値以上の場合に、或いはレゾルバからの３相信号の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が所定許容値に収まり、かつディジタル値θ_０と電気角θとの差が所定許容値以上の場合に、レゾルバディジタル変換回路が異常異常であることを検出することができる。

本発明に係る角度検出装置に用いるレゾルバは、ロータの回転に対してｓｉｎ，ｃｏｓの２相の振幅変調信号を出力する従来のものとは異なり、出力巻線が３相巻線であり、この３相巻線から出力される１２０°ずつ位相が異なる３相の振幅変調信号を用いているので、レゾルバの異常検出を簡単な方法で判定することができる。なお、レゾルバにはシンクロも含まれる。

また、レゾルバに対して、精密な角度検出をディジタル値で求めるために用いられるレゾルバディジタル変換回路の故障についても、上述した３相の変調信号から算出できる角度と、レゾルバディジタル変換回路で検出したディジタル値θ_０とを比較することにより、容易にレゾルバディジタル変換回路の異常を判定することができる。即ち、レゾルバから出力される１２０°位相の異なる３相信号から簡単に電気角θ_０のディジタル値を算出でき、レゾルバからの３相信号の加算値の絶対値が所定許容値に収まり、かつディジタル値θ_０と電気角θとの差が所定許容値以上の場合、或いはレゾルバからの３相信号の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が所定許容値に収まり、かつディジタル値θ_０と電気角θとの差が所定許容値以上の場合、レゾルバディジタル変換回路が異常であるとすることができる。

以下に本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

先ず、レゾルバの異常（故障）を検出することができる第１実施例について説明する。

図１は、レゾルバ１の異常を判定するための角度検出装置の構成例を示しており、レゾルバ１のステータ１−１には、発振回路４から出力される基準信号Ｖ（＝ｓｉｎωｔ）を入力して励磁するための励磁巻線２−１と、出力巻線である３つの巻線３−１，３−２，３−３とが巻回されている。ステータ１−１の内部には、角度検出軸に連結された回転自在のロータ１−２が設置されており、本実施例では軸倍角１倍（１極）のレゾルバとしているために、機械角（θ）と電気角（θ）は等しい関係にある。３つの出力巻線３−１，３−２，３−３は、電気角の位相で相互に１２０°ずれた位相Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の巻線として巻回されている。

Ａ相巻線３−１、Ｂ相巻線３−２、Ｃ相巻線３−３の各出力信号Ｖａ’、Ｖｂ’、Ｖｃ’は同期整流回路５に入力され、同期整流回路５で検波されたＡ相検波信号Ｖａ、Ｂ相検波信号Ｖｂ、Ｃ相検波信号Ｖｃは、主にＣＰＵから構成される制御回路６に入力される。モータ制御を例として挙げると、制御回路６はレゾルバ１の角度検出にも使用されるが、主な役割はモータ制御である。なお、同期整流回路５には、発振回路４から基準信号Ｖが同期のために入力されている。

このような構成において、その動作を図２の波形図を参照して説明する。

発振回路４から基準信号Ｖ（＝ｓｉｎωｔ）がキャリア（励磁信号）として励磁巻線２−１に供給され、Ａ相巻線３−１が２次励磁されることによりＡ相巻線３−１から図２（Ａ）に示すような振幅変調されたＡ相変調信号Ｖａ’（＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ）が出力される。同様に、Ｂ相巻線３−２からは図２（Ｂ）に示すようなＢ相変調信号Ｖｂ’（＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ−１２０°））が出力され、Ｃ相巻線３−３からは図２（Ｃ）に示すようなＣ相変調信号Ｖｃ’（＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ＋１２０°））が出力される。

Ａ相変調信号Ｖａ’、Ｂ相変調信号Ｖｂ’及びＣ相変調信号Ｖｃ’は同期整流回路５に入力され、基準信号Ｖに同期して整流（検波）される。同期整流回路５からは、整流された復調信号の図２（Ｄ）に示すＡ相検波信号Ｖａ（＝ｓｉｎθ）、図２（Ｅ）に示すＢ相検波信号Ｖｂ（＝ｓｉｎ（θ−１２０°））、図２（Ｆ）に示すＣ相検波信号Ｖｃ（＝ｓｉｎ（θ＋１２０°））が出力され、これらの検波信号Ｖａ〜Ｖｃは角度検出機能及び異常検出機能を有する制御回路６に入力される。検波信号Ｖａ〜Ｖｃを同一軸で表示すると、図２（Ｇ）のようになる。

次に、上記３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃに基づいてレゾルバ１の異常を判定する動作を説明する。本実施例では３種類の異常判定方法を説明するが、レゾルバ１の異常とは、レゾルバ１以外にレゾルバ１の３巻線３−１〜３−３の異常、レゾルバ１と制御回路６等との配線の異常も含むものである。

先ず第１の方法は、３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値以上の場合、レゾルバ１が異常であると判定する方法である。１２０°ずつ位相のずれた３相信号は、レゾルバ１及びレゾルバ１の配線等が正常であればその加算値は常に零であり、異常になると零でなくなることを利用した判定方法である。これを式で表わすと下記数１になる。

（数１）
Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝ｓｉｎθ＋ｓｉｎ（θ−１２０°）
＋ｓｉｎ（θ＋１２０°）＝０

ただし、数１は理想の関係式であり、回路の検出誤差や演算誤差を考慮して、加算値の絶対値が零ではなく、第１の許容値、例えば０．０３（３％）以上の場合に異常と判定する。３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）とそれら加算値、及び第１の許容値との関係を図示すると図３（Ａ）及び（Ｃ）のようになる。即ち、図３（Ａ）は３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃを重ねて示しており、その３相信号和（＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ）は正常であれば図３（Ｃ）のように“０”となる。そして、図３（Ｃ）のＬ１が和上限値であり、Ｌ２が和下限値であり、３相信号和が上限値Ｌ１以上になったり、下限値Ｌ２以下になった場合を異常と判定する。

制御回路６における具体的な処理例を、図４のフローチャートに従って説明する。制御回路６内の異常判定部（図示せず）は、先ず３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）及びＶｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を読込み（ステップＳ１１）、これら３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃを加算して加算値を得る（ステップＳ１２）。次に上記加算値と第１の許容値Ｌ１及びＬ２（例えば“０．０３”）とを比較し、加算値が図３（Ｃ）における値Ｌ１以上又はＬ２以下であればレゾルバ１が異常であると判定し（ステップＳ１３）、レゾルバ異常時の処理となる（ステップＳ１４）。また、上記ステップＳ１３において、加算値が値Ｌ１より小さくかつ値Ｌ２よりも大きければ正常と判定する。

上記第１の方法は演算が加算と比較だけであるため、ＣＰＵの演算処理負担が非常に軽く、ＣＰＵは主たる役割であるモータ制御に多くの処理時間を費やすことができる効果がある。

第２の方法は、３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）の２乗値を加算した２乗和（Ｖａ^２＋Ｖｂ^２＋Ｖｃ^２）の誤差が第２の許容値以上の場合に、レゾルバ１が異常であると判定する方法である。１２０°ずつ位相のずれた３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃは、レゾルバ１やその配線が正常であれば、これらの２乗値を加算した２乗和の絶対値は、下記数２に示すように、“１．５”という固定値をとる。

（数２）
Ｖａ^２＋Ｖｂ^２＋Ｖｃ^２＝（ｓｉｎθ）^２＋（ｓｉｎ（θ−１２０°））^２
＋（ｓｉｎ（θ＋１２０°））^２＝１．５

従って、３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃの２乗和が固定値“１．５”をとるか否かでレゾルバ１の異常を判定することができる。ただし、数２は理想の関係式であり、実際には回路の検出誤差や演算誤差を考慮して、２乗和の絶対値が“１．５”ではなく、誤差が第２の許容値、例えば３％以上（つまり、２乗和が“１．５４５”以上又は“１．４５５”以下）である場合に異常と判定する。これを図示すると、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すようになる。即ち、図３（Ａ）は３相の検波信号Ｖａ’〜Ｖｃ’を重ねて示しており、その３相信号の２乗和（＝Ｖａ^２＋Ｖｂ^２＋Ｖｃ^２）は正常であれば図３（Ｂ）のように“１．５”となる。そして、図３（Ｂ）のＬ３が２乗和上限値であり、Ｌ４が２乗和下限値であり、３相信号の２乗和が上限値Ｌ３以上になったり、下限値Ｌ４以下になった場合を異常と判定する。

制御回路６における具体的な処理例を、図５のフローチャートに従って説明する。先ず３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を読込み（ステップＳ２１）、数２を実行して２乗和を算出する（ステップＳ２２）。次に、算出した２乗和の値と第２の許容値Ｌ３、Ｌ４とを比較し、２乗和の値が第２の許容値Ｌ３以上又はＬ４以下の場合、レゾルバ１が異常であると判定し（ステップＳ２３）、レゾルバ異常時の処理となる（ステップＳ２４）。また、上記ステップＳ２３において、２乗和の値が第２の許容値Ｌ３よりも小さく、許容値Ｌ４よりも大きい場合、レゾルバ１は正常と判定する。

この第２の方法によっても制御回路６内のＣＰＵの負担は少なく、レゾルバの異常を判定することができる。

第３の方法は、３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）から異なる３相／２相変換式を用いて３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）を算出し、前記３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）から算出される３組の電気角θ_１〜θ_３のうち少なくとも２つの差の絶対値が第３の許容値以上の場合に、レゾルバ１が異常であると判定する方法である。

先ず３相／２相変換式の一例として、下記数３、数４、数５の３種類の変換式を示す。なお、変換式をベクトル図で示すと、図６〜図８のようになる。図６はＡ相を用いず、ｓｉｎ（θ−１２０°）及びｓｉｎ（θ＋１２０°）を用いてｓｉｎθ、ｃｏｓθを求める場合を示し、図７はＢ相を用いず、ｓｉｎθ及びｓｉｎ（θ＋１２０°）を用いてｓｉｎθ、ｃｏｓθを求める場合を示し、図８はＣ相を用いず、ｓｉｎθ及びｓｉｎ（θ−１２０°）を用いてｓｉｎθ、ｃｏｓθを求める場合を示している。

レゾルバ１が正常であれば、どのような３相／２相変換式を用いても、３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃから変換された３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）は図９（Ｂ）に示すような同一の波形を示す。しかし、レゾルバ１が故障して異常になると、一部の変換式で変換された３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）は図９（Ｂ）に示す波形と異なった波形を示す。例えばＢ相検波信号Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）が半分（０．５）の振幅出力となると、数３で算出したｃｏｓθ_１信号のｓｉｎ（θ−１２０°）成分の絶対値は、０．５×１／√３分だけ減少する。一方、数５で算出したｃｏｓθ_３信号のｓｉｎ（θ−１２０°）成分の絶対値は、０．５×２／√３分だけ減少する。よって、異なる３相／２相変換式を用いて３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）から３組の電気角θ_１〜θ_３を算出して比較し、全ての電気角θ_１〜θ_３が一致すればレゾルバ１は正常であるし、少なくとも２つの電気角が不一致であればレゾルバ１は異常と判定できる。

なお、電気角θ_１〜θ_３は、３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）からそれぞれｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθを算出し、電気角θ_１〜θ_３に関する各ｔａｎθのデータテーブルを用いることにより算出することができる。

また、電気角θ_１、θ_２、θ_３は理想では完全に一致するが、検出誤差や演算誤差を考慮して、数３で算出した電気角θ_１と数４で算出した電気角θ_２との差をとって、第３の許容値とその差の絶対値を比較して、その差の絶対値が第３の許容値以上、例えば１８０°の３％である５．４°以上であればレゾルバ１は異常と判定し、第３の許容値未満（５．４°未満）であればレゾルバ１は正常と判定する。

ここで、制御回路６による異常判定の動作を、図１０のフローチャートを参照して説明する。

先ず３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を読込み（ステップＳ３１）、数３及びデータテーブルに基づいて電気角θ_１を算出し（ステップＳ３２）、数４及びデータテーブルに基づいて電気角θ_２を算出し（ステップＳ３３）、数５及びデータテーブルに基づいて電気角θ_３を算出する（ステップＳ３４）。なお、数３〜数５の演算順序は任意、つまり電気角θ_１〜θ_３を求める順番は任意である。

電気角θ_１〜θ_３を求めた後、各組の電気角の差の絶対値を求めると共に、第３の許容値Δθとの比較を行い、レゾルバ１の正常／異常を判定する。本例では先ず、電気角θ_１とθ_２との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３５）、絶対値が許容値Δθ以上であればレゾルバ１の異常を判定し（ステップＳ３９）、許容値Δθよりも小さい場合には電気角θ_２とθ_３との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３６）、絶対値が許容値Δθ以上であればレゾルバ１の異常を判定し（ステップＳ３９）、許容値Δθよりも小さい場合には電気角θ_３とθ_１との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３７）、絶対値が許容値Δθ以上であればレゾルバ１の異常を判定し（ステップＳ３９）、許容値Δθよりも小さい場合にはレゾルバ１が正常であると判定する（ステップＳ３８）。レゾルバ１の異常が判定されると、レゾルバ異常時の処理となる（ステップＳ３９Ａ）。

なお、本例では電気角θ_１とθ_２との差、次いで電気角θ_２とθ_３との差、最後に電気角θ_３とθ_１との差の順番で演算しているが、その順番は任意である。

この第３の方法によれば、３相の検波信号から各組の電気角の差の絶対値を算出して許容値Δθと比較し、その大小に基づいてレゾルバ１の正常／異常を判定することができる。従来の２相の変調信号では、１組の信号（ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）しか導かせることができないので、電気角を２つ算出して比較する方法はとることができない。しかし、本実施例では、３相の検波信号から各電気角の差の絶対値を算出して電気角同士を比較してレゾルバの異常を判定することができる。

次に、本発明の第２実施例を図１に対応させて、図１１に示す。この第２実施例は同期整流回路５を用いないで、極性判別／位相シフト回路７を用いた例であり、極性判別／位相シフト回路７及び制御回路６で、３相の変調信号であるＡ相変調信号Ｖａ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ、Ｂ相変調信号Ｖｂ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｃ相変調信号Ｖｃ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ＋１２０°）から３相の検波信号、即ちＡ相検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｂ相検波信号Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｃ相検波信号Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を求めている。

発振回路４から基準信号Ｖが極性判別／位相シフト回路７に入力され、極性判別／位相シフト回路７で検出された位相シフト信号及び極性判別信号が制御回路６に入力される。これは、３巻線から出力された３相の変調信号Ｖａ’〜Ｖｃ’はレゾルバ１のインダクタンスや抵抗によって位相がずれるので、発振回路４の基準信号Ｖの位相を極性判別／位相シフト回路７で位相を元に戻している。また、３相の変調信号Ｖａ’〜Ｖｃ’から３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃを生成するため、発振回路４の基準信号Ｖの極性を制御回路６に入力する必要がある。基準信号Ｖが正の場合は「１」を、基準信号Ｖが負の場合は「０」という極性信号を制御回路６に入力する。制御回路６は基準信号Ｖの位相シフト信号及び極性信号に基づき、入力された３相の変調信号Ｖａ’〜Ｖｃ’から３相の検波信号Ｖａ〜Ｖｃを生成する。

次に、レゾルバ１だけでなく、レゾルバディジタル変換（ＲＤＣ）回路の異常判定もできる第３実施例について説明する。

モータ制御では、一般に２相の変調信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及びｓｉｎωｔ・ｃｏｓθをレゾルバディジタル変換回路に入力し、電気角θを精度良く直接的に検出してモータ制御に用いている。そこで、レゾルバだけでなくレゾルバディジタル変換回路が異常になった場合も、迅速に異常を検出し、異常事態に応じたモータ制御をする必要がある。本発明の角度検出装置を用いれば、レゾルバやレゾルバディジタル変換回路の異常を判定でき、また、どちらが異常であるかを特定することができる。

本発明の第３実施例を図１に対応させて、図１２に示して説明する。図１２に示すようにＡ相変調信号Ｖａ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ、Ｂ相変調信号Ｖｂ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｃ相変調信号Ｖｃ’＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（θ＋１２０°）が３相／２相変換回路８に入力され、３相／２相変換回路８の変換出力である２相の変調信号Ｖ１＝ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及びＶ２＝ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθがレゾルバディジタル変換回路９に入力され、レゾルバディジタル変換回路９で求められたディジタル電気角θ_０が制御回路６に入力される。なお、本例では３相／２相変換回路８を用いているが、現在利用できるレゾルバディジタル変換回路は主に２相の変調信号ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ及びｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを入力とするタイプが一般的であることによるもので、レゾルバディジタル変換回路の入力が３相信号のものであれば３相／２相変換回路８は不要である。

レゾルバディジタル変換回路９で求められたディジタル電気角θ_０は制御回路６に入力され、制御回路６は更に入力された３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）から上記数３〜数５に従って電気角θ_１〜θ_３を算出する。そして、電気角θ_１と電気角θ_０との差の絶対値と第４の許容値Δθ_ｃとを比較する。差の絶対値が、第４の許容値Δθ_ｃ以上ならば、レゾルバ１又はＲＤＣ回路９が異常であると判定し、差の絶対値が第４の許容値Δθ_ｃより小さければ、レゾルバ１及びＲＤＣ回路９は正常であると判定する。電気角θ_２とθ_３に関しても同様である。

図１３のフローチャートを参照して、その動作を説明する。

先ずレゾルバディジタル変換回路９よりディジタル電気角θ_０を読込み（ステップＳ４０）、３相の検波信号Ｖａ＝ｓｉｎθ、Ｖｂ＝ｓｉｎ（θ−１２０°）、Ｖｃ＝ｓｉｎ（θ＋１２０°）を読込むと共に（ステップＳ４１）、数３及びデータテーブルに基づいて電気角θ_１を算出し（ステップＳ４２）、数４及びデータテーブルに基づいて電気角θ_２を算出し（ステップＳ４３）、数５及びデータテーブルに基づいて電気角θ_３を算出する（ステップＳ４４）。なお、数３〜数５の演算順序は任意、つまり電気角θ_１〜θ_３を求める順番は任意である。なお、上記ステップＳ４１〜Ｓ４４は、図１０のステップＳ３１〜Ｓ３４の結果を利用しても良い。

電気角θ_１〜θ_３を求めた後、θ_１＝θ_２＝θ_３であるか否かを判定し（ステップＳ４４Ａ）、θ_１＝θ_２＝θ_３でない場合はレゾルバ１の判定を行い、θ_１＝θ_２＝θ_３である場合には電気角θ_１〜θ_３とレゾルバディジタル変換回路９からのディジタル電気角θ_０との差の絶対値をそれぞれ求めると共に、第４の許容値Δθ_ｃとの比較を行い、レゾルバディジタル変換回路９の正常／異常を判定する。本例では先ず、電気角θ_１とディジタル電気角θ_０との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４５）、絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であればレゾルバディジタル変換回路９の異常を判定し（ステップＳ４９）、許容値Δθ_ｃよりも小さい場合には電気角θ_２とディジタル電気角θ_０との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４６）、絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であればレゾルバディジタル変換回路９の異常を判定し（ステップＳ４９）、許容値Δθ_ｃよりも小さい場合には電気角θ_３とディジタル電気角θ_０との差を算出し、その絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４７）、絶対値が許容値Δθ_ｃ以上であればレゾルバディジタル変換回路９の異常を判定し（ステップＳ４９）、許容値Δθ_ｃよりも小さい場合にはレゾルバディジタル変換回路９が正常であると判定する（ステップＳ４８）。レゾルバディジタル変換回路９が異常であると判定されると、異常時の処理となる（ステップＳ４９Ａ）。

なお、本例では電気角θ_１とディジタル電気角θ_０との差、次いで電気角θ_２とディジタル電気角θ_０との差、最後に電気角θ_３とディジタル電気角θ_０との差の順番で絶対値を演算しているが、その順番は任意である。

更に、正常／異常の判定に関して、第１実施例の第１の方法、第２の方法、第３の方法のいずれかを使用すればレゾルバ１の異常を特定することができるので、本実施例のレゾルバ１又はレゾルバディジタル変換回路９のどちらかが異常であると判定した結果と組み合わせれば、レゾルバ１が異常であるか、レゾルバディジタル変換回路９が異常であるかを特定することができる。

レゾルバが異常である場合は、レゾルバの信号に基く電気角の検出が困難なのでモータを停止するなどの保護を行い、モータやモータ負荷の破壊を確実に防止することができる。また、レゾルバディジタル変換回路が異常である場合はレゾルバの出力信号が正常であるので、制御回路６で算出した電気角θ_１〜θ_３を用いて、精度はレゾルバディジタル変換回路に比べて良くないが、モータ制御を続行できるという効果がある。

更にまた、第１実施例の第１の方法及び第２の方法によればレゾルバの異常を検知することができ、例えば（特願２００３−３７４３４１）によれば、その異常相を特定することができ、この異常相の検出に従って、３相のうちの異常相を除いた２相の信号で角度を検出することができる。即ち、図１４に示すように、第１実施例の第１の方法及び第２の方法によってレゾルバが正常か否かを常時監視しており（ステップＳ５０）、異常となった場合には、例えば特願２００３−３７４３４１による手法で異常となった異常相を特定する（ステップＳ５１）。そして、異常相を除いた正常な２相の信号より前記（３）〜（５）の２式を演算し（ステップＳ５２）、その結果からｓｉｎθ及びｃｏｓθを算出し（ステップＳ５３）、これにより角度θを求めることができる（ステップＳ５４）。このようにレゾルバの１相がたとえ異常となっても、他の正常な２相の信号によって角度θを求めることができる。

なお、上述では１倍軸（１極）のレゾルバを例に挙げて説明したが、２極又は４極以上の多極レゾルバについても同様に適用することができる。

本発明の第１実施例を示す結線構成図である。第１実施例における各部波形例を示す波形図である。３相の検波信号と許容値の関係を示す図である。本発明における異常判定の動作例を示すフローチャートである。本発明における異常判定の他の動作例を示すフローチャートである。３相／２相変換の一例を示すベクトル図である。３相／２相変換の一例を示すベクトル図である。３相／２相変換の一例を示すベクトル図である。３相の検波信号と２相変換後の波形例を示す図である。本発明における異常判定の他の動作例を示すフローチャートである。本発明の第２実施例を示す結線構成図である。本発明の第３実施例を示す結線構成図である。第３実施例の動作例を示すフローチャートである。第４実施例の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１レゾルバ
１−１ステータ
１−２ロータ
２−１励磁巻線
４発振回路
５同期整流回路
６制御回路
７極性判別／位相シフト回路
８３相／２相変換回路
９レゾルバディジタル変換回路

Claims

基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値以上となった場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が第２の許容値以上の場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）から異なる３相／２相変換式を用いて３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）を算出する算出回路と、前記３組の組信号（ｓｉｎθ_１、ｃｏｓθ_１）、（ｓｉｎθ_２、ｃｏｓθ_２）、（ｓｉｎθ_３、ｃｏｓθ_３）から算出される３組の電気角θ_１、θ_２、θ_３のうち少なくとも２つの電気角の差の絶対値が第３の許容値以上の場合に、前記レゾルバが異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θを算出する角度算出手段と、前記３相の変調信号を基に前記電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバ又は前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θの場合、前記基準信号ｓｉｎωｔをｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）を加算した加算値の絶対値が第１の許容値に収まり、かつ前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θの場合、前記基準信号ｓｉｎωｔをｓｉｎθで振幅変調した互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記３相の変調信号を基に電気角θのディジタル値を求めるレゾルバディジタル変換回路と、前記３相の変調信号から検波された３相の検波信号ｓｉｎθ、ｓｉｎ（θ−１２０°）、ｓｉｎ（θ＋１２０°）の２乗値を加算した２乗和と正常値との差が第２の許容値に収まり、かつ前記ディジタル値と前記電気角θとの差が第４の許容値以上の場合に、前記レゾルバディジタル変換回路が異常であると判定する異常判定部とを具備したことを特徴とする角度検出装置。
基準信号ｓｉｎωｔで励磁され、ロータの電気角θに対して互いに１２０°位相の異なる３相の変調信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの異常を判定する異常判定部とを備え、前記異常判定部が前記レゾルバの異常を判定しない場合には、前記３相の変調信号に基づいて角度を検出し、前記異常判定部が前記レゾルバの異常を判定した場合には、前記３相のうちの異常相を除く２相を用いて角度検出を行うことを特徴とする角度検出装置。