JP2007322197A - 異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバ毎の個体差が考慮された閾値により、個体毎にレゾルバの異常の判定ができ、レゾルバの出力変化が微小な異常についても確実に検出ができる異常検出装置を提供する。
【解決手段】異常判定装置は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置が前記回転体の回転角に応じて生成した正弦波信号及び余弦波信号を受け付けるインタフェース２１及びインタフェース２２と、受け付けた正弦波信号及び余弦波信号の各二乗の和を逐次演算する信号演算回路２３と、信号演算回路２３が演算した値に基づき回転角検出装置が異常であるか否かの判定を行う判定回路２５と、所定の時点で回転角検出装置から受け付けた正弦波信号及び余弦波信号に基づく各二乗の和の値を閾値として記憶するメモリ２４とを備え、判定回路２５は、信号演算回路２３が演算した値とメモリ２４が記憶している値との差が所定の範囲外にあるときに、回転角検出装置が異常である旨の判定をする。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置が回転体の回転角に応じて生成した正弦波信号及び余弦波信号に基づき、その回転角検出装置が異常であるか否かの判定を行う異常判定装置に関するものである。

従来、ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムにおいて、レゾルバを用いて回転体であるブラシレスモータの回転角を検出し、検出された回転角により当該ブラシレスモータの電流制御を行う。図１はレゾルバの構成を説明するブロック図、図２は従来の異常検出に用いる閾値の概念を示す説明図である。

図１中、１１は回転体であるレゾルバロータであり、レゾルバロータ１１はコイル１２を有し、図示しないブラシレスモータのモータ貫通シャフトと同軸に回転するように取付られている。レゾルバロータ１１の隣には励磁コイル１３、ｓｉｎコイル１４及びｃｏｓコイル１５が配置されており、励磁コイル１３は交流電源１６に接続され、ｓｉｎコイル１４及びｃｏｓコイル１５は夫々、インタフェース１７及び１８を介して、出力信号の処理を行う信号処理部１９に接続されている。

励磁コイル１３は、交流電源１６から交流電圧が加えられると励磁信号を印可する。ｓｉｎコイル１４及びｃｏｓコイル１５は、当該励磁信号に基づき夫々信号を出力する。出力された信号は、レゾルバロータ１１の回転に応じて前記励磁信号と同位相の振幅の正弦波信号及び余弦波信号として信号処理部１９に夫々伝えられる。信号処理部１９は、当該正弦波信号及び余弦波信号に基づきレゾルバロータ１１の回転角、即ち、ブラシレスモータのモータ貫通シャフトの回転角を示す回転角信号を生成して出力する。

このように、レゾルバ内で回転体又はコイルのショート等の異常が発生し回転角信号が出力できなくなる場合、ブラシレスモータの制御等も正常に実行できなくなるため、レゾルバの異常検出は確実に実行される必要がある。

そこで、例えば、ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ＝１の関係式より求まる汎用の閾値を予め設定しておき、レゾルバから出力される正弦波信号及び余弦波信号のｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θにより求まる検出値と前記閾値との差を求め、当該差が所定の範囲を超えている場合にレゾルバに異常があると判定する装置がある（例えば特許文献１）。
特開２００２−１０４２１２号公報

しかし、特許文献１に記載された装置においては、レゾルバ毎に個体差があり、出力信号にばらつきが生ずるため、図２の如く、汎用的に閾値の上下限を広めに設定しておく必要があり、コイルのレイヤーでのショート等、出力変化が微小な場合の異常まで検出しきれないという問題があった。

また、上述の問題を解決するため、高精度のレゾルバを製造して個体差が生じないようにすることも考えられるが、レゾルバの製造費用が高騰してしまうという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、異常判定装置が、所定の時点で回転角検出装置（被判定対象）であるレゾルバから受け付けた正弦波信号及び余弦波信号の各二乗の和の値を閾値として記憶しておき、当該閾値に基づき当該レゾルバの異常判定をするように構成してあることにより、レゾルバ毎の個体差が考慮された閾値により、個体毎にレゾルバの異常判定ができ、レゾルバの出力変化が微小な異常についても確実に検出ができる異常検出装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、異常判定装置が、異常である旨の判定を下す、レゾルバから受け付けた値と閾値との差の範囲の限定を受け付けるように構成してあることにより、レゾルバの出力変化が微小な異常についても確実に検出ができるように閾値を調整することができる異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために第１発明に係る異常判定装置は、回転体の回転角を検出する回転角検出装置が前記回転体の回転角に応じて生成した正弦波信号及び余弦波信号を受け付ける手段と、受け付けた正弦波信号及び余弦波信号の各二乗の和を逐次演算する二乗和演算手段と、該二乗和演算手段が演算した値に基づき前記回転角検出装置が異常であるか否かの判定を行う判定手段とを備える異常判定装置において、前記二乗和演算手段が所定の時点で演算した値を記憶する記憶手段を備え、前記判定手段は、前記二乗和演算手段が演算した値と前記記憶手段が記憶している値との差が所定の範囲外にあるときに、前記回転角検出装置が異常である旨の判定をするように構成してあることを特徴とする。

また、第２発明に係る異常判定装置は、前記所定の範囲の限定を受け付ける手段を更に備えることを特徴とする。

本発明にあっては、異常判定装置が、所定の時点で回転角検出装置（被判定装置）であるレゾルバから受け付けた正弦波信号及び余弦波信号の各二乗の和の値を閾値として記憶しておき、当該閾値に基づき当該レゾルバの異常の判定をする。

本発明によれば、レゾルバの個体差が考慮された閾値により個体毎にレゾルバの異常の判定をするので、汎用的に閾値の範囲を広げる必要が無く、レゾルバの出力変化が微小な異常についても見過ごすことなく確実に検出でき、高精度のレゾルバを製造する必要も無く、製造費用の高騰を抑えることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図３は本発明に係る異常判定装置の構成を説明するブロック図である。図３中、２１（及び２２）は、レゾルバのインタフェース３７（及びインタフェース３８）から出力された正弦波信号（及び余弦波信号）を受け付けるインタフェースである。異常判定装置は、インタフェース２１（及びインタフェース２２）により受け付けた正弦波信号（及び余弦波信号）に基づき二乗和を演算する信号演算回路２３と、所定の時点で信号演算回路２３が演算した二乗和の値を閾値として記憶しておくメモリ２４と、信号演算回路２３で逐次演算する値とメモリ２４に記憶してある値との差が所定の範囲であるか否かを判定し、判定に応じて当該レゾルバの異常信号を出力する判定回路２５と、インタフェース２１（及びインタフェース２２）から受け付けた正弦波信号（及び余弦波信号）に基づき回転角θを演算し、演算した回転角θをメモリ２４に与える角度演算回路２６とを備え、これらを接続線２７が結ぶようにして構成されている。尚、図３中のレゾルバを構成する、レゾルバロータ３１，コイル３２，励磁コイル３３，ｓｉｎコイル３４，ｃｏｓコイル３５，交流電源３６，インタフェース３７及びインタフェース３８は、図１で示した構成と同様であるので、対応する部分の詳細な説明は省略する。

次に、本発明に係る異常判定装置が閾値をメモリ２４へ記憶する処理手順について説明する。図４は本発明に係る異常判定装置の記憶処理の手順を説明するフローチャート、図５は本発明に係る異常判定装置の信号演算処理の手順を説明するフローチャート、図６は本発明に用いる閾値の概念を示す説明図である。

まず、被判定対象となるレゾルバが正常動作をしている時点において、レゾルバロータ３１をＲ≦Ａ／（１／Ｔ）＝ＡＴ［ｄｅｇ／ｓ］（但、Ｔは正弦波信号及び余弦波信号の受け付け速度［回／ｓ］、Ａは必要とする正弦波信号及び余弦波信号の角度分解能［ｄｅｇ］である。）により求まる回転速度Ｒにより１回転させ、この回転に応じてｓｉｎコイル３４（及びｃｏｓコイル３５）で生成された正弦波信号及び余弦波信号をインタフェース３７（及びインタフェース３８）を介して出力する。ここで、レゾルバが正常動作をしている時点とは、例えば、経年劣化していない時点、レゾルバが製造された時点又はＥＰＳシステムに取り付ける時点をいう。

異常判定装置は、レゾルバから出力された正弦波信号及び余弦波信号をインタフェース２１（及びインタフェース２２）を介して受け付け（Ｓ１０１）、受け付けた正弦波信号（及び余弦波信号）に対して後述の信号演算処理を実行し（Ｓ１０２）、信号演算処理された信号の値を閾値としてメモリ２４に記憶する（Ｓ１０３）。

また、信号演算処理では、異常判定装置の信号演算回路２３は、図５の如く、レゾルバのインタフェース３７（及びインタフェース３８）から受け付けた正弦波信号（及び余弦波信号）を夫々２乗し（Ｓ２０１）、２乗した各信号を加算し（Ｓ２０２）、加算した値を出力し（Ｓ２０３）、メモリ２４等へ与える。

このように、出力された値は、図６の如く、汎用的な円形のリサージュ波形ではなく、レゾルバ毎の個体差に応じて変形した波形であり、これが閾値としてメモリ２４に記憶される。従って、上限閾値及び下限閾値も、レゾルバ毎の個体差に応じて変形した波形をなしている。

尚、メモリ２４は、閾値をリサージュ波形として記憶するに限らず、（ｃｏｓθ,ｓｉｎθ）、（ｃｏｓθ,ｓｉｎθ,θ）、（ｃｏｓ² θ,ｓｉｎ² θ,θ）、（ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ,ｃｏｓθ）、（ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ,ｓｉｎθ）、（ｃｏｓθ,θ）又は（ｓｉｎθ,θ）に関する値のみを記憶しておき、当該値から定理に基づき閾値を逐次演算するようにしてもよい。

次に、本発明に係る異常判定装置がレゾルバの異常を判定する判定処理の手順について説明する。図７は本発明に係る異常判定装置の判定処理の手順を説明するフローチャート、図８は本発明に用いる所定の範囲の概念を示す説明図である。

異常判定装置の判定処理では、角度演算回路２６は、レゾルバのインタフェース３７から出力された正弦波信号（ｓｉｎθ）と、インタフェース３８から出力された余弦波信号（ｃｏｓθ）とを受け付け（Ｓ３０１）、受け付けたｓｉｎθ及びｃｏｓθから、θ＝ｔａｎ^-1 ×（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の式に基づき、回転角θを演算し（Ｓ３０２）、演算した回転角θをメモリ２４に与える。メモリ２４は、受け付けた回転角θに対応するリサージュ波形並びに当該リサージュ波形上の値Ｘ及びＹを読み出し（Ｓ３０３）、読み出したリサージュ波形並びに値Ｘ及びＹを判定回路２５に与える。判定回路２５は、インタフェース３８から受け付けたｃｏｓθとメモリ２４から受け付けた値Ｘとが等しいか否かを判定し（Ｓ３０４）、等しいと判定した場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、異常信号を出力することなく、終了する。他方、判定回路２５は、等しくないと判定した場合（Ｓ３０４でＮＯ）、信号演算回路２３による信号演算処理を実行し（Ｓ３０５）、信号演算処理で演算された（ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ）と、メモリ２４から読み出されたリサージュ波形（Ｘ² ＋Ｙ² ）との差が所定の範囲外であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。尚、当該判定は、図８の如く、信号演算処理で演算された（ｃｏｓ² θ＋ｓｉｎ² θ）が、リサージュ波形（Ｘ² ＋Ｙ² ）を軸とする上限閾値及び下限閾値の間から逸脱しているか否かを判定するように実行してある。

その結果、判定回路２５は、所定の範囲外であると判定した場合（Ｓ３０６でＹＥＳ）、異常信号を出力し（Ｓ３０７）、他方、所定の範囲内であると判断した場合（Ｓ３０６でＮＯ）、異常信号を出力することなく終了する。尚、ステップＳ３０４では、判定回路２５は、インタフェース３７から受け付けたｓｉｎθとメモリ２４から受け付けた値Ｙとが等しいか否かを判定するようにしてもよい。

そして、判定回路２５から出力された異常信号を受け付けた他の装置（図示せず）は、予め取り決められたフェール処理を実行して、レゾルバの異常に対応する。

尚、図８に示す、リサージュ波形（Ｘ² ＋Ｙ² ）を軸とする上限閾値及び下限閾値は、外部から判定回路２５へ設定値を受け付けることにより、任意に設定することができる。その結果、レゾルバの出力変化が微小な異常について確実に検出ができるように調整することができる。

また、上述した実施の形態では、異常判定装置の判定処理においては、受け付けたｓｉｎθ及びｃｏｓθをθ＝ｔａｎ^-1 ×（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）の式を用いて回転角θを演算したが、これに限らず、予め対照表をメモリ２４に記憶しておき、当該対照表を用いて回転角θを適宜求めるようにしても良い。

レゾルバの構成を説明するブロック図である。 従来の異常検出に用いる閾値の概念を示す説明図である。 本発明に係る異常判定装置の構成を説明するブロック図である。 本発明に係る異常判定装置の記憶処理の手順を説明するフローチャートである。 本発明に係る異常判定装置の信号演算処理の手順を説明するフローチャートである。 本発明に用いる閾値の概念を示す説明図である。 本発明に係る異常判定装置の判定処理の手順を説明するフローチャートである。 本発明に用いる所定の範囲の概念を示す説明図である。

符号の説明

２１ インタフェース
２２ インタフェース
２３ 信号演算回路
２４ メモリ
２５ 判定回路
３１ レゾルバロータ

Claims (2)

1. 回転体の回転角を検出する回転角検出装置が前記回転体の回転角に応じて生成した正弦波信号及び余弦波信号を受け付ける手段と、受け付けた正弦波信号及び余弦波信号の各二乗の和を逐次演算する二乗和演算手段と、該二乗和演算手段が演算した値に基づき前記回転角検出装置が異常であるか否かの判定を行う判定手段とを備える異常判定装置において、
   前記二乗和演算手段が所定の時点で演算した値を記憶する記憶手段を備え、
   前記判定手段は、前記二乗和演算手段が演算した値と前記記憶手段が記憶している値との差が所定の範囲外にあるときに、前記回転角検出装置が異常である旨の判定をするように構成してあることを特徴とする異常判定装置。
2. 前記所定の範囲の限定を受け付ける手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の異常判定装置。

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