JP2008197061A - レゾルバの故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より故障検出の精度を向上させたレゾルバの故障検出装置を提供する。
【解決手段】故障検出回路１０，１１では、ステップ波電圧源１２及びスイッチＳＷ１がレゾルバ２を構成する電気回路に対してステップ波電圧を印加し、電圧モニタ１３がステップ波電圧源１２により印加されたステップ波電圧に対するレゾルバ２を構成する電気回路からのステップ波応答電圧を検出し、電圧モニタ１３は、ステップ波応答電圧の波形に基づいてレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、レジスタンス及びリアクタンスに基づいてレゾルバ２の故障を検出する。これにより、レジスタンスあるいはリアクタンスの増減を検出することによって、レゾルバ２の故障をより高精度に検出することができるとともに、故障の種類まで判別することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はレゾルバの故障検出装置に関し、特に、レゾルバを構成する回路の故障を検出することができるレゾルバの故障検出装置に関するものである。

回転角度センサとして従来からレゾルバが広く用いられている。このレゾルバの故障を検出する装置として、例えば特許文献１では、レゾルバに入出力する信号が信号平滑回路で平滑され、平滑信号のレベルが信号レベル判定回路で判定され、判定結果を基に故障検出回路がレゾルバの故障を検出する装置が提案されている。
特開平６−６６５９３号公報

しかしながら、上記の技術では、レゾルバの故障の検出精度が悪いという問題がある。例えば、上記の技術では、レゾルバの角度検出精度が悪化した状態でも故障を検出することができない場合がある

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より故障検出の精度を向上させたレゾルバの故障検出装置を提供することにある。

本発明は、レゾルバを構成する電気回路に対して電圧を印加する電圧印加手段と、電圧印加手段により印加された電圧に対するレゾルバを構成する電気回路からの応答電圧を検出する検出手段と、を備え、検出手段は、応答電圧の波形に基づいてレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、レジスタンス及びリアクタンスに基づいてレゾルバの故障を検出する、レゾルバの故障検出装置である。

この構成によれば、電圧印加手段がレゾルバを構成する電気回路に対して電圧を印加し、検出手段が電圧印加手段により印加された電圧に対するレゾルバを構成する電気回路からの応答電圧を検出し、検出手段は、応答電圧の波形に基づいてレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、レジスタンス及びリアクタンスに基づいてレゾルバの故障を検出するため、レジスタンスあるいはリアクタンスの増減を検出することによって、レゾルバの故障をより高精度に検出することができるとともに、故障の種類まで判別することが可能となる。

一方、電圧印加手段は、ステップ波電圧を印加し、検出手段は、レゾルバを構成する電気回路のステップ波応答電圧に基づいてレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出することが好適である。

この構成によれば、電圧印加手段はステップ波電圧を印加するものであるため、電圧印加手段の構成を簡便なものとすることができ、検出手段はレゾルバを構成する電気回路のステップ波応答電圧に基づいてレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するものであるため、レジスタンス及びリアクタンスの導出が容易となる。

また、検出手段は、応答電圧の波形に基づいてレゾルバを構成する電気回路の時定数を導出することによってレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出することが好適である。

この構成によれば、検出手段は応答電圧の波形に基づいてレゾルバを構成する電気回路の時定数を導出することによって、レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するものであるため、応答電圧の波形からレジスタンス及びリアクタンスの導出することが容易となる。

あるいは、検出手段は、電圧印加手段の電圧印加開始からの経過時間ごとの応答電圧値が正常な範囲に属するか否かを照合することによってレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するものでも良い。

この構成によれば、検出手段は、電圧印加手段の電圧印加開始からの経過時間ごとの応答電圧値が正常な範囲に属するか否かを照合することによって、レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するため、より精度良くレゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出することができ、レゾルバの故障をさらに一層高精度に検出することができるとともに、故障の種類を判別することが容易となる。

本発明のレゾルバの故障検出装置によれば、レゾルバの故障をより高精度に検出することができるとともに、故障の種類まで判別することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係るレゾルバの故障検出装置について添付図面を参照して説明する。

図１は、第１実施形態に係るレゾルバの構成を示す回路図である。本実施形態のレゾルバの故障検出装置は、車両のステアリングあるいはハイブリッド車両の同期モータの回転角度を検出するためのレゾルバの故障を検出するためのものであり、例えば点検時に設置され、レゾルバを構成する回路に対してステップ波電圧を印加して、その応答電圧を検出することにより、レゾルバの故障を検出するように構成されている。

図１に示すように、本実施形態の角度検出装置１は、レゾルバ２の回転子巻線側（図１中のインダクタＬ、抵抗Ｒに相当する）に励磁側のＥＣＵ３が接続され、レゾルバ３の互いに直交する固定子巻線側（図１中のインダクタＬ’、抵抗Ｒ’及びインダクタＬ”、抵抗Ｒ”に相当する）それぞれに検出側のＥＣＵ４が接続されている。励磁側のＥＣＵ３は発信回路５を有し、発信回路５はレゾルバ２の回転子巻線に所定の交流電圧を印加する。検出側のＥＣＵ４はＲ／Ｄ変換部６を有し、Ｒ／Ｄ変換部６はレゾルバ２の直交する固定子巻線それぞれから回転子巻線に印加された電圧のそれぞれｓｉｎφ倍，ｃｏｓφ倍の振幅の電圧を入力され（φはレゾルバ２の回転子の回転角度）、これらの電圧信号からレゾルバ２の回転子の回転速度と回転角度を検出する。

本実施形態の角度検出装置１は、点検時にＥＣＵ３，４にそれぞれ故障検出回路１０，１１を接続されて、レゾルバ２の故障を検出する。励磁側のＥＣＵ３の故障検出回路１０と、検出側のＥＣＵ４の故障検出回路１１は原理的に同一であるため、以下、励磁側のＥＣＵ３の故障検出回路１０についてのみ説明する。

図２は、第１実施形態に係る故障検出回路の構成を示す回路図である。図２に示すように、故障検出回路１０は、ステップ波電圧源１２を備え、レゾルバ２の励磁側の電気回路に対して直流電圧を印加するためのものである。ステップ波電圧源１２は、ＥＣＵ２に対して別途備えていなければならないわけではなく、ＥＣＵ２に固有の電源電圧源をそのまま用いてもよい。スイッチＳＷ１は、オンオフ動作を行うことにより、ステップ波電圧源１２の直流電圧からステップ波電圧を生成する。ステップ波電圧源１２とスイッチＳＷ１は、特許請求の範囲記載の電圧印加手段として機能する。

図２中の抵抗Ｒ１はＥＣＵ２内の内部抵抗であり、抵抗値は既知である。抵抗Ｒｗｈはワイヤーハーネスの抵抗を意味し、抵抗Ｒはレゾルバ２の励磁（回転子）側のレジスタンスを意味し、インダクタＬはレゾルバ２の励磁側のリアクタンスを意味する。

電圧モニタ１３は、レゾルバ２の励磁側の電気回路からのステップ波応答電圧に基づいて、レゾルバ２の励磁側の電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、当該レジスタンス及びリアクタンスに基づいてレゾルバ２の故障を検出するためのものであり、特許請求の範囲記載の検出手段として機能する。本実施形態において、電圧モニタ１３は点検時にＥＣＵ３に設置されるが、ＥＣＵ３と一体化した構造としても良い。

次に、本実施形態のレゾルバの故障検出装置の動作について説明する。本実施形態のレゾルバの故障検出装置は、主電源投入後の初期チェック中などレゾルバ２に接続されたモータが停止している時にレゾルバ２の故障を検出する。この場合、発信回路５からの交流電圧の出力は停止している。この状態で、スイッチＳＷ１はオフからオンの状態とされ、レゾルバ２の励磁側の回路にステップ波電圧Ｖ１が印加される。

レゾルバ２の励磁側の回路からのステップ波応答電圧Ｖ２は、図３に示すようになる。電圧モニタ１３は、当該ステップ波応答電圧Ｖ２から、到達電圧Ｖｔ及び時定数τを検出する。ここで時定数τは、一般的には、ステップ波応答電圧Ｖ２と到達電圧Ｖｔとの差が、初期値であるステップ波電圧Ｖ１と到達電圧Ｖｔと差の３６．８％に達するまでの時間である。あるいは、ステップ波応答電圧Ｖ２と到達電圧Ｖｔとの差が、初期値であるステップ波電圧Ｖ１と到達電圧Ｖｔと差の１３．５％に達するまでの時間２τより、時定数τを求めても良い。

レゾルバ２の電気回路のステップ波応答電圧Ｖ２は、一般的なＬＲ直列回路のステップ波応答となる。そのため、時定数τは下式（１）で示すことができる。
τ＝Ｌ／（Ｒ１＋Ｒｗｈ＋Ｒ） …（１）

また、到達電圧Ｖｔは、抵抗Ｒ１，Ｒｗｈ，Ｒの分圧となるため、下式（２）で示すことができる。
Ｖｔ＝Ｖ１×（Ｒｗｈ＋Ｒ）／（Ｒ１＋Ｒｗｈ＋Ｒ） …（２）

電圧モニタ１３により得られた到達電圧Ｖｔ、時定数τ、式（１）（２）及び既知の抵抗Ｒ１の抵抗値により、インダクタンスＬ及び抵抗Ｒｗｈ＋Ｒの合計値が得られる。図３では、曲線Ｐ_０により正常時の波形を示し、曲線Ｐ_１により抵抗Ｒ成分のみが増加した場合の波形を示し、曲線Ｐ_２によりインダクタンスＬ成分のみが増加した場合の波形を示している。

このようにして求めたインダクタンスＬ、抵抗Ｒｗｈ＋Ｒが、図４に示すように、インダクタンスＬがＬｍａｘとＬｍｉｎとの間の値であり、かつ抵抗ＲがＲｍａｘとＲｍｉｎとの間の値であるときにレゾルバ２が正常であると判定し、それ以外の場合をレゾルバ２が故障であると判定する。

本実施形態においては、レゾルバ２の故障の種別も推定することが可能である。図５に示すように故障領域を設定した場合において、得られた値が故障領域（２）のように抵抗Ｒ成分のみが増加した領域に属する場合は、レゾルバ２の故障部位はワイヤーハーネスの断線あるいはレゾルバ２内の回路の断線であると推定できる。また、得られた値が故障領域（６）のように抵抗Ｒ成分のみが減少した領域に属する場合は、レゾルバ２の故障部位はワイヤーハーネスの短絡あるいはレゾルバ２内の回路の短絡であると推定できる。

得られた値が故障領域（４）（８）のようにインダクタＬ成分のみが増減した領域に属する場合は、レゾルバ２内の巻線のコアの特性劣化等であると推定できる。さらに、故障領域（１）（３）（５）（７）のように抵抗Ｒ成分及びインダクタＬ成分のいずれもが大きく変動した場合は、レゾルバ２自体の故障の可能性が大きいと推定できる。ワイヤーハーネスもインダクタンス成分を有するが、ワイヤーハーネスの故障によりインダクタンス成分が変化する場合は稀であると考えられるからである。

従来のようにレゾルバからの信号が途絶え、Ｒ／Ｄ変換が行えなくなった場合に故障と判断する手法では、図６に示すように検出精度が劣化しているにもかかわらず正常と判定してしまう場合がある。また、上述の特許文献１の技術のように回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出しない手法では、図７に示すようにコイル内部のコアの特性が劣化した場合のように、レゾルバ内部のインダクタンスＬ成分のみが変動した場合に、角度検出精度が悪化しているにもかかわらず、レゾルバの故障を検出できない場合がある。

一方、本実施形態によれば、ステップ波電圧源１２及びスイッチＳＷ１がレゾルバ２を構成する電気回路に対して電圧を印加し、電圧モニタ１３がステップ波電圧源１２により印加された電圧に対するレゾルバ２を構成する電気回路からの応答電圧を検出し、電圧モニタ１３は、応答電圧の波形に基づいてレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、レジスタンス及びリアクタンスに基づいてレゾルバ２の故障を検出するため、レジスタンスあるいはリアクタンスの増減を検出することによって、レゾルバ２の故障をより高精度に検出することができるとともに、故障の種類まで判別することが可能となる。

また、本実施形態によれば、ステップ波電圧源１２及びスイッチＳＷ１はステップ波電圧を印加するものであるため、ステップ波電圧源１２の構成をＥＣＵ３，４の電源電圧を用いる等して簡便なものとすることができ、電圧モニタ１３はレゾルバ２を構成する電気回路のステップ波応答電圧に基づいてレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するものであるため、レジスタンス及びリアクタンスの導出が容易となる。

また、本実施形態によれば、電圧モニタ１３は応答電圧の波形に基づいてレゾルバ２を構成する電気回路の時定数を導出することによって、レゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するものであるため、応答電圧の波形からレジスタンス及びリアクタンスの導出することが容易となる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態においては、ステップ波電圧源１２のステップ波電圧印加開始からの経過時間ごとのステップ波応答電圧Ｖ２が正常な範囲に属するか否かを照合することによってレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出する点が、時定数τを導出することによってレジスタンス及びリアクタンスを導出する第１実施形態と異なっている。

本実施形態では、電圧モニタ１３は、ステップ波電圧源１２のステップ波電圧印加開始から所定のサンプリング周期ごとにステップ波応答電圧Ｖ２のサンプリングを行い、ステップ波応答電圧Ｖ２が正常な範囲に属するか否かをマップ判定により照合する。例えば、図８に示すように、ステップ波応答電圧Ｖ２についてマップ判定を行い、ステップ波応答電圧Ｖ２が、ステップ波電圧印加開始から正常な領域に属する場合には、レゾルバ２は正常であると判定できる。一方、図９に示すように、ステップ波応答電圧Ｖ２が、途中から電圧値の高い故障領域に属するようになった場合は、レゾルバ２に故障が生じたと判定できる。本実施形態におけるレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスの導出は、例えば、ステップ波電圧印加開始からの経過時間ごとにおけるステップ波応答電圧Ｖ２の値に対応したレジスタンス及びリアクタンスの演算値を予め記憶しておき、現実に測定されたステップ波応答電圧Ｖ２に応じたレジスタンス及びリアクタンスの値を出力することにより行うことができる。

本実施形態では、電圧モニタ１３は、ステップ波電圧源１２のステップ波電圧印加開始からの経過時間ごとの応答電圧値が正常な範囲に属するか否かをマップ判定で照合することによって、レゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出するため、ステップ波電圧印加開始から所定時間後の応答電圧値を計測して時定数を求める方法に比べて、より精度良くレゾルバ２を構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出することができ、レゾルバ２の故障をさらに一層高精度に検出することができるとともに、故障の種類を判別することが容易となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、レゾルバの故障検出装置を角度検出装置のＥＣＵ３，４に対して点検時に設置して故障を検出する態様を中心に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、レゾルバの故障検出装置を角度検出装置のＥＣＵ３，４に対して一体化した構造として、常時、レゾルバの故障を検出するようにしても良い。

また、上記実施形態では、レゾルバの故障検出装置がレゾルバを構成する回路に対してステップ波電圧を印加する態様を中心に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、レゾルバの故障検出装置がレゾルバを構成する回路に対して回路の外部から方形波電圧、三角波電圧、鋸歯状波電圧、正弦波電圧のいずれかを印加するものとしても良い。

第１実施形態に係る角度検出装置の構成を示す回路図である。 第１実施形態に係る故障検出回路の構成を示す回路図である。 第１実施形態に係る応答波形を示す図である。 第１実施形態に係る故障検出方法を示す図である。 第１実施形態に係る故障部位の推定方法を示す図である。 従来の故障検出方法の検出範囲を示す図である。 従来の故障検出方法の検出範囲を示す図である。 第２実施形態に係る故障検出方法を示す図である。 第２実施形態に係る故障検出方法を示す図である。

符号の説明

１…角度検出装置、２…レゾルバ、３，４…ＥＣＵ、５…発信回路、６…Ｒ／Ｄ変換部、１０，１１…故障検出回路、１２…ステップ波電圧源、１３…電圧モニタ。

Claims (4)

1. レゾルバを構成する電気回路に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段により印加された電圧に対する前記レゾルバを構成する電気回路からの応答電圧を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、前記応答電圧の波形に基づいて前記レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出し、前記レジスタンス及び前記リアクタンスに基づいて前記レゾルバの故障を検出する、レゾルバの故障検出装置。
2. 前記電圧印加手段は、ステップ波電圧を印加し、
   前記検出手段は、前記レゾルバを構成する電気回路のステップ波応答電圧に基づいて前記レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出する、
   請求項１に記載のレゾルバの故障検出装置。
3. 前記検出手段は、前記応答電圧の波形に基づいて前記レゾルバを構成する電気回路の時定数を導出することによって前記レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出する、
   請求項１又は２に記載のレゾルバの故障検出装置。
4. 前記検出手段は、前記電圧印加手段の電圧印加開始からの経過時間ごとの前記応答電圧値が正常な範囲に属するか否かを照合することによって前記レゾルバを構成する電気回路のレジスタンス及びリアクタンスを導出する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のレゾルバの故障検出装置。

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