JP2011185766A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出装置において、検出された回転角度と回転体の実回転角度との間の差を示す誤差波形が回転体の回転周期によって相違することを抑制することである。
【解決手段】回転角度検出装置２０は、レゾルバ２２と、励磁信号発生器３０と、角度検出部３４と、誤差波形算出部３６と、補正角度出力部３８と、制御部４０を備え、制御部４０は、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aに同期させる検出周期制御処理部４２と、励磁周期Ｔ_Rを回転周期Ｔ_Aに同期させる励磁周期制御処理部４４と、回転周期Ｔ_Aに応じて同期数Ｎを変更する同期数制御処理部４６と、同期数Ｎを変更したときの処理を行う同期数変更時処理部４８と、車両の走行駆動前に回転電機の誤差波形取得を行うＭＧ１初期学習処理部５０を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転角度検出装置に係り、特にレゾルバを用いる回転角度検出装置に関する。

回転電機は、ステータとロータとの相対位置を検出して励磁切替を行うこと等によって精度のよい制御が実現できる。そのために、回転電機の回転体であるロータの回転角度位置の検出が行われる。回転体の回転角度位置の検出には、レゾルバ、あるいはセルシンと略して呼ばれるシンクロ電機が用いられる。

特許文献１には、レゾルバと組み合わせて回転角度を出力するコンバータにはトラッキング形と位相検出形とが知られていることが述べられている。ここでは、レゾルバの２相の１次巻線を２相の正弦波信号で励磁すると２次巻線には回転位置に応じて位相が変化する正弦波の誘起電圧信号が発生する位相検出形の回転検出装置として、交流励磁信号と誘起電圧信号との位相差と検出時刻とを検出し、検出された２回以上の位相差および検出時刻とから任意の時刻における回転体の回転位置を予測することが開示されている。

特許文献２には、レゾルバ装置として、２相励磁１出力のゼロクロス検出信号と基準信号との位相差から角度検出信号を出し、その差分から速度信号を生成して、その速度信号の高周波成分をフーリエ変換して複数に分割した各成分ごとの誤差の大きさを算出し、算出した誤差を合成して検出誤差を復元した誤差波形信号を生成することが開示されている。

なお、特許文献３，４には、１相励磁２相出力のトラッキング形の回転信号処理が述べられている。

特許文献５には、レゾルバ／デジタル信号出力方法として、従来は、サンプリングパルス入力時のみ角度データが出力され、サンプリングパルスの間の角度データをえることができなかったと述べられ、そこで、サンプリングパルスの間の任意の時刻にリクエスト信号を入力し、その誤差を演算によって推定することで、リクエスト信号入力時の真レゾルバ角度を得ることができる構成が述べられている。

特公平７−８１８７８号公報 特開２００９−１５６８５２号公報 特開２００９−１４５２７３号公報 特開２００７−３１５８５６号公報 特開平９−２６５５０４号公報

回転電機に設けられるレゾルバによって検出された回転角度には誤差が含まれる。その誤差は、レゾルバによって電気的に検出された回転角度とロータの実回転角度との差である。その誤差を各回転角度ごとに求めて誤差波形とすれば、その誤差波形を用いて、レゾルバによって検出された回転角度を真の回転角度に変換することができる。

ところで、上記の特許文献５に述べられているように、位相検出形の回転角度検出装置では、一定の検出周期ごとにレゾルバによって回転角度検出が行われる。ここで回転角度検出のための検出周期は必ずしも回転体の回転周期と関連付けがされていないため、回転体の各回転周期ごとに検出された回転角度データは、それぞれの周期性が異なるものとなっている。

そのため、レゾルバによって検出された回転角度とロータの実回転角度との間の差を示す誤差波形が、回転体の各回転周期ごとに異なることが生じ得る。誤差波形が回転体の各回転周期ごとに相違すると、回転体の真の回転角度の正確な算出が行われなくなる。

本発明の目的は、レゾルバによって検出された回転角度と回転体の実回転角度との間の差を示す誤差波形が回転体の回転周期によって相違することを抑制できる回転角度検出装置を提供することである。

本発明に係る回転角度検出装置は、回転体に取り付けられ、励磁コイルと検出コイルとを有するレゾルバと、レゾルバの励磁コイルに予め定めた所定の励磁周期の励磁信号を供給する励磁信号発生器と、レゾルバの検出コイルからの信号に基き、予め定めた所定の検出周期で回転体の回転角度を求める角度検出部と、角度検出部からの検出周期ごとの検出角度データに基づいて電気角度一周期の角度検出誤差波形を求める誤差波形算出部と、算出された誤差波形を用いて、検出角度データを補正して補正角度データを出力する出力部と、回転体の回転数に検出周期を同期させるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転角度検出装置において、制御部は、回転体の回転数に同期した励磁信号を励磁信号発生器に指示することが好ましい。

また、本発明に係る回転角度検出装置において、制御部は、（回転体の回転周期／検出周期）＝同期数として、回転体の回転数に応じて同期数を変更することが好ましい。

また、本発明に係る回転角度検出装置において、制御部は、同期数を変更したときは、その変更の前後の検出データに基づく誤差波形を用いて検出角度データを補正することを一時停止させることが好ましい。

また、本発明に係る回転角度検出装置において、制御部は、同期数ごとに予め誤差波形を記憶しておき、同期数を変更したときは、既に記憶されている誤差波形を用いて、検出角度データを補正させることが好ましい。

また、本発明に係る回転角度検出装置において、回転体が車両の発電機能用回転電機であるとき、車両の走行前に、発電機能用回転電機を作動させて、同期数ごとに予め誤差波形を求めて記憶することが好ましい。

上記構成により、回転角度検出装置は、回転体の回転数に回転角度検出の検出周期を同期させるように制御するので、レゾルバによって検出された回転角度と回転体の実回転角度との間の差を示す誤差波形の周期を回転体の回転周期と同じとすることが可能になる。これによって、誤差波形が回転体の回転周期によって相違することを抑制できる。

また、回転角度検出装置において、レゾルバの励磁信号を回転体の回転数に同期させる。位相検出形の回転角度検出装置においては、レゾルバの励磁周期に合わせて回転角度の検出周期を設定するので、上記構成により、検出周期が回転体の回転周期に同期するようにできる。

また、回転角度検出装置において、回転体の回転数に応じ、同期数を変更する。回転体の回転数が高くなると、検出周期が短くなり、その一周期に含まれる励磁信号のパルス数が少なくなり、検出角度分解能が低下する。そこで、同期数を変更し、回転体の１回転周期に対応する検出周期を長くすることで、検出角度分解能を確保できる。

また、回転角度検出装置において、同期数を変更したときは、その変更の前後の検出データに基づく誤差波形を用いて検出角度データを補正することを一時停止させる。同期数を変更すると、誤差波形も変化するので、そのままその誤差波形を用いると、かえって誤差が大きくなる。上記構成によれば、その誤差の拡大を防止できる。

また、回転角度検出装置において、制御部は、同期数ごとに予め誤差波形を記憶しておき、同期数を変更したときは、既に記憶されている誤差波形を用いて、検出角度データを補正させる。これによって、同期数を変更しても検出角度データを補正することを一時停止する必要がなくなる。

また、回転角度検出装置において、回転体が車両の発電機能用回転電機であるとき、車両の走行前に、発電機能用回転電機を作動させて、同期数ごとに予め誤差波形を求めて記憶する。このようにすることで、車両の走行前に誤差波形を一通り準備でき、車両の走行時に誤差波形を改めて取り直す必要がなくなる。

本発明に係る実施の形態の回転角度検出装置を用いる回転電機制御システムの構成を示す図である。 レゾルバの検出回転角度と実回転角度の関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の回転角度検出装置を構成する各要素における回転角度の処理等の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における検出周期制御の場合の回転角度の処理等の様子を説明する図である。 図４と比較して、従来技術における回転角度の処理等の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転体が正回転のときの励磁周期制御の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転体が逆回転のときの励磁周期制御の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転体が停止しているときの励磁周期制御の様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転体の回転数と検出角度分解能の関係を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、同期数制御の様子を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、レゾルバとして、ステータに励磁コイルと検出コイルが設けられ、２相の励磁信号、１相の検出信号を用いる位相検出形のものを説明するが、これは励磁であって、周期的に角度位置を検出する回転角度検出装置に用いられるレゾルバであれば、これ以外の構成であっても構わない。例えば、励磁信号、検出信号の相数はこれ以外のものであってもよく、また、励磁コイル、検出コイルの配置も、ロータに検出コイルを設ける形式のものであってもよい。

また、以下で説明する周期、クロック数等は説明のための例示であり、回転角度の検出対象の回転体の仕様に応じて適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両に搭載される回転電機の駆動を制御する回転電機制御システム１０において用いられる回転角度検出装置２０の構成を説明する図である。回転電機制御システム１０は、車両に搭載される複数の回転電機の駆動制御を行うもので、各回転電機にはそれぞれ回転角度検出装置２０が設けられる。

図１には車両に搭載される複数の回転電機のうちの１つとして、発電機能用の回転電機１２が図示され、その固定子であるステータにレゾルバ２２が設けられ、回転子であるロータ１４の回転角度の検出が行われる。検出された回転角度は、回転電機の制御回路であるＭＧ−ＥＣＵ１６に与えられ、ＭＧ−ＥＣＵ１６はその結果に基き、例えば、回転電機１２の３相駆動信号のタイミング等を制御して、回転電機１２の駆動状態を制御する。

なお、車両に搭載される他の回転電機としては、駆動機能用の回転電機がある。ここで発電機能用と駆動機能用とは、前者の主たる機能がエンジン等によって発電し、発電電力を車両搭載用蓄電池に供給するものであり、後者は、車両搭載用蓄電装置から電力の供給を受けて車両を走行駆動するものであることから区別したものである。発電機能用も駆動機能用も、回転電機の基本的構造は同じであり、電力の供給を受ければ駆動力を発生し、制動力を受ければ発電を行うことについては両者とも同じである。

回転角度検出装置２０は、回転電機１２に設けられるレゾルバ２２と、励磁信号発生器３０と、角度検出部３４とを備え、クロック発生器３２から供給されるクロック信号に基いて生成される励磁信号を励磁コイル２４，２６に入力し、検出コイル２８から出力される検出信号に基いてロータ１４のステータに対する回転角度位置を検出し、その結果を用いて、誤差波形算出部３６によってレゾルバ２２によって検出された回転角度とロータ１４の実回転角度との間の差を示す誤差波形を算出し、補正角度出力部３８によって誤差波形を用いて誤差を補正した補正角度を出力し、その出力を上記のＭＧ−ＥＣＵ１６に供給する機能を有する。全体の作動制御は制御部４０によって行われるが、特にここでは、誤差波形が回転電機１２の回転周期によって相違することを抑制する制御が行われる。

レゾルバ２２は、上記のように回転電機１２のロータ１４に同心状となるようにステータに取付けられて配置される。図１に示されるように、回転電機１２のロータ１４は外周部に複数の突極を有するものであるので、ここでは、レゾルバ２２が、ステータに設けられる２つの励磁コイル２４，２６とこれに対応する１つの検出コイル２８を含んで構成される。２つの励磁コイル２４，２６には、相互に９０度位相が相違する正弦波状の励磁信号が供給される。検出コイル２８には、この励磁信号がロータ１４の突極の配置によって変調を受けた検出信号が検出されるが、その検出信号は、ロータ１４の回転位置、すなわち回転角度に応じて励磁信号に対する位相が変化する。

励磁信号発生器３０は、クロック発生器３２からクロック信号の供給を受けて、上記のように相互に９０度位相が相違する正弦波状の２つの励磁信号を生成し、それぞれを励磁コイル２４，２６に入力する機能を有する処理回路である。クロック発生器３２は、矩形波状のパルス波を出力する回路である。１例をあげると、クロック発生器３２から出力されるパルス波の周波数を５０ＭＨｚ、これに基いて生成される励磁信号の周期を５ｋＨｚとすることができる。勿論、これら以外の周期のパルス波、励磁信号を用いるものとできる。

励磁信号発生器３０は、制御部４０から、励磁信号の周期である励磁周期Ｔ_Rについての指示と、励磁周期Ｔ_Rと回転電機１２の回転周期Ｔ_Aとの間の関係に関する指示を受ける。具体的には、励磁周期Ｔ_Rが回転電機１２の回転周期Ｔ_Aと同期するようにする指示と、その同期数Ｎを（回転周期Ｔ_A／励磁周期Ｔ_R）としたときに、回転電機１２の回転数に応じて同期数Ｎを変更する指示を受ける。その詳細な内容については後述する。

角度検出部３４は、レゾルバ２２の検出コイル２８からの信号に基き、予め定めた所定の検出周期で回転電機１２のロータ１４のステータに対する回転角度を求める処理回路である。上記のように、レゾルバ２２の検出コイル２８によって検出される信号は、ロータ１４の回転角度に応じて励磁信号に対する位相が変化するので、適当な基準信号に対する検出信号の位相の変化を求めることで、ロータ１４の回転角度を求めることができる。

角度検出部３４は、制御部４０から、角度検出の周期である検出周期Ｔ_Sについての指示を受ける。通常は、例えば、検出周期Ｔ_Sを励磁周期Ｔ_Rと合せることができる。この場合に、励磁周期Ｔ_Rが任意に設定されるものとすると、検出周期Ｔ_Sと回転電機１２の回転周期Ｔ_Aと無関係となることが生じえる。そこで、ここでは特に、検出周期Ｔ_Sを、回転電機１２の回転周期Ｔ_Aと同期するようにする指示を受ける。

誤差波形算出部３６は、角度検出部３４からの検出周期Ｔ_Sごとの検出角度データに基づいて電気角度一周期の角度検出誤差波形を求める機能を有する処理回路である。ロータ１４が回転するとき、レゾルバ２２の検出コイル２８には、電気角度一周期ごとに繰り返す検出波形が現れる。この検出波形は、レゾルバ２２とロータ１４との相対的配置関係、レゾルバ２２における励磁コイル２４，２６と検出コイル２８の配置関係等によって生じる検出誤差を含んでいる。したがって、レゾルバ２２の検出コイル２８によって電気的に検出された回転角度は、ロータ１４の実回転角度との間に相違が生じる。検出コイル２８からの検出信号に基いて求められる回転角度と、ロータ１４の実回転角度との差を、電気角度一周期について示した波形が誤差波形である。

図２に、検出コイル２８からの検出信号に基いて求められる回転角度と、ロータ１４の実回転角度との相違の様子を示す。以下では、特に断らない限り、便宜のため、電気角度一周期を回転電機１２の一回転周期Ｔ_Aとして説明する。図２には、回転電機１２の２回転周期分について、ロータ１４の実回転角度６０，６２と、レゾルバ２２によって検出された電気的回転角度６４，６６とが示されている。ロータ１４の実回転角度６０，６２は、２πラジアンごとに元に戻るので、図２に示すように鋸歯状の波形となるはずである。

レゾルバ２２によって検出された電気的回転角度６４，６６は、誤差がなければ、この２π周期の鋸歯状の波形となるが、実際には誤差があるので、この鋸歯状波形から誤差分だけ離れた波形になる。この場合でも、周期は２πであるので、その周期性を見ることで、実際のロータ１４の実回転角度が分からなくても、鋸歯状波形は容易に推測できる。例えば、このようにして推測される鋸歯状波形をロータ１４の実回転角度６０，６２として、検出コイル２８からの検出信号に基いて求められる電気的回転角度６４，６６と、ロータ１４の実回転角度６０，６２との差である検出誤差を求めることができる。この検出誤差の電気回転一周期、今の場合回転電機１２の一回転周期Ｔ_A分の波形が誤差波形となる。

誤差波形算出部３６は、電気角度一周期ごと、今の場合回転周期Ｔ_Aごとに算出が行われ、記憶部３７に記憶される。記憶に際しては、新しい誤差波形が得られるたびに、その前の誤差波形を上書きするものとできる。この観点から、誤差波形はそれが得られる都度更新が行われる学習を実行していることになる。

補正角度出力部３８は、誤差波形算出部３６において算出された誤差波形を用いて、角度検出部３４で検出された回転角度データを補正して、補正角度データとして出力する機能を有する処理回路である。

図３に、誤差波形算出部３６、記憶部３７、補正角度出力部３８のそれぞれにおける信号波形の様子を示す。図３における各信号波形の図の横軸は時間、縦軸は信号振幅である。

図３（ａ）は、図２で説明した電気的回転角度６４，６６と、ロータ１４の実回転角度６０，６２に基いて、誤差波形算出部３６で求められる誤差波形６８，７０の様子を示す図である。図２と比較して分かるように、誤差波形６８，７０は、図２の鋸歯状の実回転角度６０，６２の波形を直線的に引き延ばし、これを基準波形として、電気的回転角度６４，６６をその基準波形に合せて示したものに相当する。

図３（ｂ）は、記憶部３７において記憶される誤差波形の様子を示す図である。最初の一回転周期Ｔ_Aについて誤差波形６８が算出されると、それが記憶部３７に記憶される。それ以前に記憶されている誤差波形がある場合には、その記憶されている誤差波形に、誤差波形６８が上書きされる。そして、２回目である次の一回転周期Ｔ_Aについて誤差波形６８が算出され、それが記憶部３７に伝送されるまで、誤差波形６８が記憶される。新しい誤差波形７０が算出されると、誤差波形６８の上にこの誤差波形７０が上書きされる。

図３（ｃ），（ｄ）は、補正角度出力部３８において、２回目に得られた誤差波形７０について、その前に得られた誤差波形６８を用いて誤差を相殺する処理が行われる様子を示す図である。ここでは、図３（ｃ）に示されるように、各回転角度のそれぞれについて、誤差波形６８の対応する値の符号を逆にした逆誤差波形６９を用い、この逆誤差波形６９の対応する値と、誤差波形７０の対応する値と加算する処理が行われる。逆誤差波形６９の加算処理でなく、各回転角度について、誤差波形７０の対応する値から誤差波形６８の対応する値を減算するものとしてもよい。誤差波形６８と誤差波形７０がほぼ同じものであれば、このようにして得られる結果波形７２は、図３（ｄ）に示されるように、誤差が相殺されてほぼゼロとなる。なお、従来技術においては、回転電機１２の回転周期ごとの誤差波形が異なり、このような誤差の相殺を行うことが困難である。

角度検出部３４で検出された回転角度データには誤差波形分の誤差が含まれている。したがって、回転周期ごとに得られる誤差波形が同じであれば、その誤差波形を用いて、角度検出部３４で検出された回転角度データを補正して、レゾルバ２２に関係する誤差のない回転角度を得ることができる。補正角度出力部３８は、上記のような原理に従って、誤差波形算出部３６で算出され、記憶部３７に記憶されている最新の誤差波形を用いて、検出角度データを補正して補正角度データを出力するものである。

再び図１に戻り、制御部４０は、上記のように、回転角度検出装置２０の作動を全体として制御する機能を有するが、ここでは特に、誤差波形が回転電機１２の回転周期Ｔ_Aごとに相違することを抑制する機能を有する。制御部４０は、適当なコンピュータ、あるいは、適当なマイクロプロセッサ等の中央演算処理回路を用いることができる。

制御部４０は、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aに同期させる処理を行う検出周期制御処理部４２と、励磁周期Ｔ_Rを回転周期Ｔ_Aに同期させる処理を行う励磁周期制御処理部４４と、回転電機１２の回転周期Ｔ_Aに応じて同期数Ｎを変更する同期数制御処理部４６と、同期数Ｎを変更したときに補正角度出力部３８の機能を一時停止する処理等を行う同期数変更時処理部４８と、回転電機１２が発電機能用回転電機として、車両の走行駆動前に誤差波形取得を行うＭＧ１初期学習処理部５０を含んで構成される。なお、図１のＭＧ１は、車両に搭載される複数の回転電機を区別するとき、発電機能用回転電機を示す名称である。なお、走行駆動用回転電機はＭＧ２と呼ばれる。かかる機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、対応する回転角度検出プログラムを実行することで実現できる。

上記構成の作用、特に制御部４０の各機能について、図４から図１０を用いて、以下に詳細に説明する。図４は、検出周期制御処理部４２の機能を説明する図である。検出周期制御処理部４２は、上記のように、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aに同期させる処理を行う機能を有するが、具体的には、例えばＭＧ−ＥＣＵ１６から回転電機１２の回転周期Ｔ_Aのデータを取得し、その回転周期Ｔ_Aの整数分の１の周期を検出周期Ｔ_Sとして、角度検出部３４に与える処理を行う。角度検出部３４は指示された検出周期Ｔ_Sで、レゾルバ２２の検出コイル２８からの検出信号に基いて、電気的回転角度を求めて誤差波形算出部３６と補正角度出力部３８に出力する。

図４は、検出周期制御処理部４２の機能によって検出周期Ｔ_Sが回転周期Ｔ_Aに同期するものとされたときの回転角度検出装置２０の作用を説明する図である。図４は図３とほぼ同じ内容が示されているが、図３では誤差波形６８，７０が連続的な波形であるのに対し、図４では、検出されるデータが各検出周期Ｔ_Sに対応する時間のときにしかない離散的データであるところが異なっている。

図４（ａ）に示されるように、回転周期Ｔ_Aに同期する周期で検出周期Ｔ_Sが設定される。この例では、（回転周期Ｔ_A）／（検出周期Ｔ_S）＝８で同期が取られている。この比が、検出周期Ｔ_Sについての同期数Ｎである。この各検出周期ごとに検出角度８４，８６が求められる。つまり、この例では、各回転周期Ｔ_Aについてそれぞれ８個の検出角度８４，８６が求められている。各回転周期Ｔ_Aにおけるそれぞれの検出角度８４，８６の間は、適当な線形補間等の方法で結ばれて、誤差波形８０，８２の推定波形となっている。

図４（ｂ）は、図３（ｂ）に対応して、記憶部３７に記憶される誤差波形８８，９０の様子を示し、図４（ｃ），（ｄ）は、図３（ｃ），（ｄ）に対応して、誤差波形８８の符号を逆にした逆誤差波形８９を用いて加算処理し、その結果波形９２に示されるように、誤差が相殺される様子を示す図である。

図２で説明したように、レゾルバ２２の検出コイル２８によって検出される電気的回転角度データは、２π周期で繰り返し、したがって、その誤差も２π周期で繰り返す。したがって、検出周期Ｔ_Sを２π周期、いまの場合回転電機１２の回転周期Ｔ_Aに同期するものとすれば、レゾルバ２２の検出コイル２８によって検出される電気的回転角度データの誤差は、回転電機１２の各回転周期Ｔ_Aについて同じとなる。検出周期制御処理部４２は、検出周期Ｔ_Sを回転電機１２の回転周期Ｔ_Aに同期するものとする処理を行うので、誤差波形８８，９０が回転周期Ｔ_Aによって相違することがなくなる。

図５は、図４と比較して、従来技術における回転角度の処理等の様子を説明する図である。図５の各図は、図４の各図にそれぞれ対応するものである。ここでは、図５（ａ）に示されるように、検出角度９４，９６が求められる検出周期Ｔ_Sが、回転周期Ｔ_Aと同期していない。そのために推定の誤差波形９８，１００が、各回転周期Ｔ_Aごとに相違し、誤差波形９８の符号を逆にした逆誤差波形９９を誤差波形１００に加算した結果波形１０２は、ゼロにならないところが現れる。換言すれば、これらの誤差波形９８，１００を用いて計算される補正角度の値には依然として誤差が含まれていることになる。

次に、図１における励磁周期制御処理部４４の機能を図６から図８を用いて説明する。検出周期制御処理部４２の機能によって角度検出部３４における検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aに同期させることができる。この場合、励磁周期Ｔ_Rごとに検出周期Ｔ_Sを設定するものとすると、励磁周期Ｔ_Rも回転周期Ｔ_Aに同期させる必要がある。

ところで、励磁周期Ｔ_Rと検出周期Ｔ_Sとを同じとしても、回転電機１２が作動して、ロータ１４が回転していると、その回転によって、励磁周期Ｔ_Rと検出周期Ｔ_Sとの間にずれが生じる。ロータ１４が正方向に回転するときは検出周期Ｔ_Sが励磁周期Ｔ_Rより長くなり、ロータ１４が逆方向に回転するときは検出周期Ｔ_Sが励磁周期Ｔ_Rより短くなる。ロータ１４が停止しているときは、検出周期Ｔ_Sが励磁周期Ｔ_Rと同じとなる。それぞれの様子が図６から図８に示されている。これらの図において横軸は時間、縦軸は信号振幅である。

したがって、これらの場合のそれぞれについて、励磁周期Ｔ_Rを回転周期Ｔ_Aに同期させる必要がある。励磁周期制御処理部４４の機能は、これらの場合のそれぞれについて、励磁周期Ｔ_Rを回転周期Ｔ_Aに同期させる機能である。具体的には、図６から図８のそれぞれの場合に応じて、励磁周期Ｔ_Rを設定して、励磁信号発生器３０に指示する機能を有する。

図６は、上記のようにロータ１４が正方向に回転する場合で、この場合、検出周期波形１１２についての検出周期Ｔ_Sが、励磁信号１１０についての励磁周期Ｔ_Rより長くなる。この場合には、検出周期Ｔ_Sの回転周期Ｔ_Aに対する同期数をＮとして、励磁周期Ｔ_Rの回転周期Ｔ_Aに対する同期数はＮよりも大きくなってＮ＋１とする。

簡単のため、時間＝０のときの回転角度θ₀を０ｒａｄ（ラジアン）とし、検出周期Ｔ_Sのところでの回転角度をθとする。ここで、図６に示されるように、検出周期Ｔ_Sが励磁周期Ｔ_Rよりも長くなる時間をｔとする。すなわち、Ｔ_S＝Ｔ_R＋ｔである。また、｛θ／（２π）｝＝ｔ／Ｔ_Rの関係が認められる。また、回転電機１２のロータ１４の角速度をωとすると、θ＝ωＴ_Sである。これらの関係式から、Ｔ_S＝Ｔ_R＋ｔ＝Ｔ_R＋｛ωＴ_SＴ_R／（２π）｝が導かれる。これを変形すると、２πＴ_S＝（２π＋ωＴ_S）Ｔ_Rとなる。

この式から、（Ｔ_R／Ｔ_S）＝（２π）／（２π＋ωＴ_S）＝｛（２π）／ω｝／［｛（２π）／ω｝＋Ｔ_S］＝Ｔ_A／（Ｔ_A＋Ｔ_S）の関係式が得られる。ここで、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aに同期させるため、その同期数をＮとすると、Ｔ_A＝ＮＴ_Sであるので、この条件を入れると、（Ｔ_R／Ｔ_S）＝［１／｛１＋（１／Ｎ）｝］＝Ｎ／（Ｎ＋１）となる。

つまり、回転電機１２のロータ１４が正方向に回転する場合は、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aの１／Ｎと設定するとして、励磁周期Ｔ_Rは、回転周期Ｔ_Aの１／（Ｎ＋１）に設定する。換言すれば、検出周期Ｔ_Sの回転周期Ｔ_Aに対する同期数をＮとして、励磁周期Ｔ_Rの回転周期Ｔ_Aに対する同期数はＮよりも大きくなってＮ＋１とする。

次に、図７は、上記のようにロータ１４が逆方向に回転する場合で、この場合、検出周期波形１１４についての検出周期Ｔ_Sが、励磁信号１１０についての励磁周期Ｔ_Rより短くなる。この場合には、検出周期Ｔ_Sの回転周期Ｔ_Aに対する同期数をＮとして、励磁周期Ｔ_Rの回転周期Ｔ_Aに対する同期数はＮよりも小さくなってＮ−１とする。

図６と同様に、簡単のため、時間＝０のときの回転角度θ₀を０ｒａｄ（ラジアン）とし、検出周期Ｔ_Sのところでの回転角度をθとする。回転電機１２のロータ１４の角速度をωとすると、θ＝ωＴ_S＝２π＋ωＴ_Sである。これを用いると、｛Ｔ_R／（２π）｝＝｛Ｔ_S／（２π＋ωＴ_S）｝の関係が得られる。これから、図６の場合と同様に、２πＴ_S＝（２π＋ωＴ_S）Ｔ_Rの関係式が導ける。

この式から、（Ｔ_R／Ｔ_S）＝（２π）／（２π＋ωＴ_S）＝｛（２π）／ω｝／［｛（２π）／ω｝＋Ｔ_S］の関係式が得られる。ここで、励磁周期Ｔ_Rを回転周期Ｔ_Aに同期させるため、その同期数をＮとすると、いま、逆回転であるので、ωの符号を考えると、Ｔ_A＝ＮＴ_S＝｛（−２π）／（ωＮ）｝である。この条件を入れると、（Ｔ_R／Ｔ_S）＝［１／｛１−（１／Ｎ）｝］＝Ｎ／（Ｎ−１）となる。

つまり、回転電機１２のロータ１４が逆方向に回転する場合は、検出周期Ｔ_Sを回転周期Ｔ_Aの１／Ｎと設定するとして、励磁周期Ｔ_Rは、回転周期Ｔ_Aの１／（Ｎ−１）に設定する。換言すれば、検出周期Ｔ_Sの回転周期Ｔ_Aに対する同期数をＮとして、励磁周期Ｔ_Rの回転周期Ｔ_Aに対する同期数はＮよりも小さくなってＮ−１とする。

次に、図８は、上記のようにロータ１４が停止している場合で、この場合には、検出周期Ｔ_Sと励磁周期Ｔ_Rが同じとなり、励磁信号１１０と検出周期波形１１６とが同じ周期となる。したがって、この場合には、検出周期Ｔ_Sの回転周期Ｔ_Aに対する同期数をＮとして、励磁周期Ｔ_Rの回転周期Ｔ_Aに対する同期数もＮとする。このように、回転電機１２のロータ１４の回転状態に応じて、励磁周期Ｔ_Rの同期数を検出周期Ｔ_Sの同期数Ｎに対して増減した設定を行うことで、励磁周期Ｔ_Rも検出周期Ｔ_Sも回転周期Ｔ_Aに同期した周期とすることができる。

次に、図１の同期数制御処理部４６の機能を図９、図１０を用いて説明する。位相検出形の回転角度検出装置２０の場合、励磁周期Ｔ_Rが短くなると検出周期Ｔ_Sが短くなる。また、回転角度の検出角度分解能は、検出周期Ｔ_Sの中に含まれるクロック信号１２０の数が大きいほど高い。したがって、クロック信号１２０の周波数を一定とすると、回転角度の検出角度分解能は、検出周期Ｔ_Sが長いほど大きい。上記のように、検出周期Ｔ_Sを回転電機１２の回転周期Ｔ_Aに同期させるものとすると、同期数Ｎが一定の場合、回転周期Ｔ_Aが短くなるにつれて、回転角度の検出角度分解能が低下することになる。

その様子が図９に示されている。図９の横軸は時間で、縦軸は信号振幅で、ここでは３つの信号が示されている。１つは、回転電機１２が通常の回転数で回転しているときの励磁信号１１０で、その励磁周期Ｔ_RがＴ_R0として示されている。もう１つは、回転電機１２の回転数が高くなり、それに応じて励磁周期が短くなったときの励磁信号１１１で、ここでは励磁周期がＴ_R0／２と半分になったときの様子が示されている。

また、図９には、クロック発生器３２から供給されるクロック信号１２０が示されている。クロック信号１２０の周波数は回転電機１２のロータ１４の回転数が変化しても一定のままで、上記の例では、５０ＭＨｚである。図９から分かるように、回転電機１２の回転数が高くなったときの励磁信号１１１の一周期に含まれるクロック信号１２０のパルス数は、通常の回転数のときの励磁信号１１０の一周期に含まれるクロック信号１２０のパルス数よりも少なくなる。図９の例では、励磁周期が１／２となっているので、クロック信号１２０の数も通常の回転数のときに比べ１／２となっている。

上記のように、励磁周期Ｔ_Rが短くなると検出周期Ｔ_Sも短くなるので、励磁信号１１１の場合のように励磁周期Ｔ_Rに含まれるクロック信号１２０の数がｎからｎ／２となると、検出角度分解能は、２π／ｎから、｛２π／（ｎ／２）｝と粗くなって低下する。

図９の場合には、同期数Ｎ＝（回転周期Ｔ_A／検出周期Ｔ_S）を一定とした。ここで同期数Ｎを小さくすれば、同じ回転周期Ｔ_Aに対して検出周期Ｔ_Sを長くできる。これによって検出角度分解能を向上させることができる。したがって、回転電機１２の回転数が高くなって、検出角度分解能が予め定めた閾値分解能以下に低下したときに、同期数Ｎを小さくすれば、検出角度分解能を閾値分解能以上に維持できる。同期数制御処理部４６はこのような機能を有する。

その様子を図１０に示す。図１０の横軸は回転電機１２の回転数で、回転周期Ｔ_Aを用いれば１／Ｔ_Aである。縦軸は検出角度分解能で、原点から上方に向かって良い方にとってある。検出角度分解能が良い方とは、分解能を示す最小検出角度θ_Rが小さい方を指し、上記の説明から分かるように、一検出周期Ｔ_Sに含まれるクロック信号１２０の数ｎが大きい方を指す。このように、検出角度分解能の良さをｎで代表させるとすれば、ｎは、上記のように回転数に反比例する。つまり、検出角度分解能の良さは、回転数に反比例する関係にある。図１０には、いくつかの同期数Ｎについて、それぞれの同期数について検出角度分解能の良さが回転数に反比例する様子が示されている。

同期数Ｎを小さくすると、同じ回転数でもｎは増加する。図１０に示すように、同期数をＮ₀からＮ₁，Ｎ₂，Ｎ₃と小さくするにつれて、同じ回転数で比較すると、励磁周期Ｔ_Rが長くなり、その中に含まれるクロック信号１２０の数ｎが多くなり、検出角度分解能が良い方向になる。

必要な検出角度分解能を閾値分解能θ_R0とすると、回転電機１２の回転数が高くなってもこの閾値分解能θ_R0よりも良い状態を維持するには、図１０の太線で示されるように、回転電機１２の回転数が高くなるに応じて、同期数を順次切り替えればよい。すなわち、最初の同期数をＮ₀として、この状態で通常の回転数のときには十分な検出角度分解能があるが、回転電機１２の回転数が高くなると次第に検出角度分解能が悪い方向に移動する。そして、閾値分解能θ_R0まで検出角度分解能の良さが低下すると、同期数をＮ₀よりも小さいＮ₁に切り替える。これによって、検出周期Ｔ_Sが長くなるので、検出角度分解能が改善され閾値分解能θ_R0より良くなる。

同期数Ｎ₁の状態で検出角度分解能が閾値分解能θ_R0より良い状態から、さらに回転電機１２の回転数が高くなると、次第に検出角度分解能が悪い方向に移動する。そして、閾値分解能θ_R0まで検出角度分解能の良さが低下すると、同期数をＮ₁よりも小さいＮ₂に切り替える。これによって、検出周期Ｔ_Sが長くなるので、検出角度分解能が改善され閾値分解能θ_R0より良くなる。

これを回転電機１２の回転数が高くなるに応じて順次繰り返せば、検出角度分解能を閾値分解能θ_R0より良い状態に維持できる。同期数の切替ステップは、制御仕様に応じて適宜設定できる。例えば、こまめに制御する仕様としては、同期数Ｎを切替ごとに１ずつ小さくするものとできる。回転数の上昇速度が急な場合に対応する仕様としては、切替ごとに、２以上の同期数変更としてもよい。

次に図１の同期数変更時処理部４８の機能を説明する。図１０で説明したように、検出角度分解能を一定以上に維持するために同期数を変更すると、それによって誤差波形が変化する。誤差波形は、現在の検出時に対し、１つ前の検出周期のものを用いるので、そのやり方をそのまま続けると、同期数を変更する前の誤差波形を同期数変更後の角度検出データに適用することになり、誤差波形を用いることで誤差がかえって増大することが生じ得る。

そこで、同期数を変更したときは、誤差波形を用いて角度補正を行って出力する補正角度出力部３８の機能を一時的に停止することが好ましい。停止期間としては、例えば、同期数変更から一回転分とすることができる。

このように、補正角度出力部３８の機能を一時停止するものとする他に、予め各同期数について誤差波形を求めてこれを記憶部３７に別途記憶させておき、これを用いるものとすることもできる。例えば、上記の例で、同期数Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃のそれぞれについて予めそれらの誤差波形を求めておき記憶部３７に記憶させる。そして、同期数を変更したときは、その直前の検出周期の誤差波形を用いずに、変更後の同期数の誤差波形を記憶部３７から読み出してこれを用いるものとすればよい。このようにすることで、同期数を変更しても、補正角度出力部３８の機能を一時的に停止する必要がなくなる。また、このように同期数ごとに誤差波形を記憶しておけば、同期数が元に戻ったときも、改めて誤差波形を取り直す必要がなくなる。

次に、図１のＭＧ１初期学習処理部５０の機能を説明する。ここで、ＭＧ１とは上記のように車両の発電機能用回転電機のことで、特にＭＧ１について初期学習処理を行うものとするのは、走行駆動用回転電機の場合には、駆動すると車両が走行状態になり得るため、あまり初期学習に適しないためである。発電機能用回転電機の場合は、走行駆動用回転電機が駆動されていても、初期学習ができ、そのことで車両走行にあまり支障を与えない。

ＭＧ１初期学習処理とは、車両が走行する前に、車両停止状態で、エンジンでＭＧ１を駆動し、そのときに回転数を変化させ、その変化に応じて同期数を変更し、それぞれの同期数ごとに、その誤差波形を取得して、記憶部３７に同期数に関連付けて記憶する処理である。このようにすることで、車両走行前に同期数ごとの誤差波形を得ることができるので、車両の初走行時でＭＧ１の回転数がゼロから高速回転まで変化するときに同期数を変更しても、既に記憶されている誤差波形を用いて、補正された角度データを出力することができる。

本発明に係る回転角度検出装置は、回転電機の駆動制御に用いることができる。例えば、車両搭載用回転電機の駆動制御に用いることができる。

１０ 回転電機制御システム、１２ 回転電機、１４ ロータ、２０ 回転角度検出装置、２２ レゾルバ、２４，２６ 励磁コイル、２８ 検出コイル、３０ 励磁信号発生器、３２ クロック発生器、３４ 角度検出部、３６ 誤差波形算出部、３７ 記憶部、３８ 補正角度出力部、４０ 制御部、４２ 検出周期制御処理部、４４ 励磁周期制御処理部、４６ 同期数制御処理部、４８ 同期数変更時処理部、５０ ＭＧ１初期学習処理部、６０，６２ 実回転角度、６４，６６ （電気的）回転角度、６８，７０，８０，８２，８８，９０，９８，１００ 誤差波形、６９，８９，９９ 逆誤差波形、７２，９２，１０２ 結果波形、８４，８６，９４，９６ 検出角度、１１０，１１１ 励磁信号、１１２，１１４，１１６ 検出周期波形、１２０ クロック信号。

Claims (6)

1. 回転体に取り付けられ、励磁コイルと検出コイルとを有するレゾルバと、
   レゾルバの励磁コイルに予め定めた所定の励磁周期の励磁信号を供給する励磁信号発生器と、
   レゾルバの検出コイルからの信号に基き、予め定めた所定の検出周期で回転体の回転角度を求める角度検出部と、
   角度検出部からの検出周期ごとの検出角度データに基づいて電気角度一周期の角度検出誤差波形を求める誤差波形算出部と、
   算出された誤差波形を用いて、検出角度データを補正して補正角度データを出力する出力部と、
   回転体の回転数に検出周期を同期させるように制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   制御部は、
   回転体の回転数に同期した励磁信号を励磁信号発生器に指示することを特徴とする回転角度検出装置。
3. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   制御部は、
   （回転体の回転周期／検出周期）＝同期数として、回転体の回転数に応じて同期数を変更することを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項３に記載の回転角度検出装置において、
   制御部は、
   同期数を変更したときは、その変更の前後の検出データに基づく誤差波形を用いて検出角度データを補正することを一時停止させることを特徴とする回転角度検出装置。
5. 請求項４に記載の回転角度検出装置において、
   制御部は、
   同期数ごとに予め誤差波形を記憶しておき、同期数を変更したときは、既に記憶されている誤差波形を用いて、検出角度データを補正させることを特徴とする回転角度検出装置。
6. 請求項５に記載の回転角度検出装置において、
   回転体が車両の発電機能用回転電機であるとき、
   車両の走行前に、発電機能用回転電機を作動させて、同期数ごとに予め誤差波形を求めて記憶することを特徴とする回転角度検出装置。

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