JP2018085896A - 回転センサの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転センサの異常を検出する機会を増やすことのできる回転センサの異常検出装置を提供することにある。
【解決手段】外部から入力される回転力により駆動されて交流発電を行い、外部から入力される電力により力行を行う回転電機（１７）と、回転電機の回転位置及び回転速度の少なくとも一方である回転情報を検出する回転センサ（４４）と、回転電機により出力される交流電圧を検出する電圧センサ（４２）と、外部から入力される動作指令に基づいて、回転電機による交流発電及び力行の状態を制御する制御部（１４）と、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合に、回転センサにより検出された回転情報及び電圧センサ４２により検出された交流電圧に基づいて、回転センサの異常を検出する異常検出部（１４）と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の回転を検出する回転センサの異常を検出する異常検出装置に関する。

従来、この種の異常検出装置において、ダイオードが並列接続された複数のスイッチング素子により構成されるブリッジ回路を有する電力変換器を備え、ダイオードを介して電流を流すダイオード整流時に回転角センサ（回転センサ）の異常を判定するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、回転電機による低出力発電時にダイオード整流を行い、この低出力発電時に回転角センサの異常の有無を判定している。

特開２０１５−６０７１号公報

ところで、特許文献１に記載のものは、回転電機による低出力発電時にダイオード整流を行って回転角センサの異常を判定するため、回転角センサの異常判定を行う機会が限られている。特に、車載回転電機において回生発電により大出力発電を行う場合は、車両の燃費改善のためにそれ以外の発電を抑制するため、こうした傾向が顕著となる。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、回転センサの異常を検出する機会を増やすことのできる回転センサの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の第１の手段は、回転センサの異常検出装置であって、
外部から入力される回転力により駆動されて交流発電を行い、外部から入力される電力により力行を行う回転電機（１７）と、
前記回転電機の回転位置及び回転速度の少なくとも一方である回転情報を検出する回転センサ（４４）と、
前記回転電機により出力される交流電圧を検出する電圧センサ（４２）と、
外部から入力される動作指令に基づいて、前記回転電機による前記交流発電及び前記力行の状態を制御する制御部（１４）と、
外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転センサにより検出された前記回転情報及び前記電圧センサにより検出された前記交流電圧に基づいて、前記回転センサの異常を検出する異常検出部（１４）と、
を備える。

上記構成によれば、回転電機は、外部から入力される回転力によりが駆動されて交流発電を行い、外部から入力される電力により力行を行う。このとき、回転センサにより、回転電機の回転位置及び回転速度の少なくとも一方である回転情報が検出される。また、電圧センサによって、回転電機により出力される交流電圧が検出される。そして、制御部により、外部から入力される動作指令に基づいて、回転電機による交流発電及び力行の状態が制御される。

ここで、外部から制御部へ動作指令が入力されていない状態であっても、回転電機により交流電圧が出力される場合がある。その場合、異常検出部は、回転センサにより検出された回転情報及び電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、回転センサの異常を検出することができる。例えば、回転センサにより検出された回転情報に基づいて算出した回転電機の回転速度と、電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて算出した回転電機の回転速度とを比較することで、回転角センサの異常を検出することができる。したがって、回転センサの異常検出装置は、回転センサの異常を検出する機会を増やすことができる。

第２の手段では、前記回転電機は、電機子巻線（１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ）と、前記回転力により回転させられる界磁巻線（１２）とを備える界磁式回転電機であり、前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記界磁巻線に励磁電流を流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する。

上記構成によれば、外部から入力される回転力により界磁巻線が回転させられ、発電された交流電圧が電機子巻線から出力される。このため、電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、界磁式回転電機の回転速度を算出することができる。一方、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合は、界磁式回転電機により交流発電が行われない。このため、電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、界磁式回転電機の回転速度を算出することができないおそれがある。

この点、異常検出部は、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合に、界磁巻線に励磁電流を流した状態とする。このため、界磁式回転電機により交流発電が行われる状態となり、異常検出部は、回転センサにより検出された回転情報及び電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、回転センサの異常を検出することができる。その結果、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合であっても、回転センサの異常を検出することができる。

第３の手段では、前記回転電機は、スイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と前記スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード（Ｄｐ，Ｄｎ）とにより構成されたブリッジ整流回路（１３）を介して蓄電装置に接続されており、前記制御部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記スイッチング素子を全てオフにする。

上記構成によれば、回転電機は、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとにより構成されたブリッジ整流回路を介して蓄電装置に接続されている。このため、スイッチング素子がオンにされている状態では、電圧センサにより検出される交流電圧は蓄電装置から出力される電圧の影響を受ける。このため、異常検出部は、回転センサの異常を正確に検出することができないおそれがある。

この点、制御部は、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合に、スイッチング素子を全てオフにする。このため、蓄電装置から回転電機に流れる電流がスイッチング素子及びダイオードにより遮断され、電圧センサにより検出される交流電圧が蓄電装置から出力される電圧の影響を受けることを抑制することができる。したがって、電流センサにより検出された励磁電流及び電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて回転電機の回転速度を正確に算出することができ、ひいては異常検出部が回転センサの異常を正確に検出することができる。

第４の手段では、前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転電機から電流が出力されない大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する。

上記構成によれば、異常検出部は、回転センサの異常を検出する際に、回転電機から電流が出力されない大きさの励磁電流を界磁巻線に流した状態とする。このため、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合に、回転電機から電流が出力されることを避けることができる。したがって、外部から制御部へ動作指令が入力されていない場合に、いつでも回転センサの異常を検出することができ、回転センサの異常を検出する機会をさらに増やすことができる。

第５の手段では、前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転電機により前記蓄電装置の電圧よりも低い電圧が発電される大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する。

回転電機が、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとにより構成されたブリッジ整流回路を介して蓄電装置に接続されている場合、回転電機により発電される電圧が蓄電装置の電圧よりも低ければ、回転電機から電流が出力されない。この点、上記構成によれば、異常検出部は、回転電機により蓄電装置の電圧よりも低い電圧が発電される大きさの励磁電流を界磁巻線に流した状態とする。このため、第４の手段と同様に、回転センサの異常を検出する機会をさらに増やすことができる。

回転電機から電流が出力されない状態で回転センサの異常を検出する場合、回転電機により発電される電圧が低くなり、回転センサの異常を検出する精度が低下するおそれがある。

この点、第６の手段では、前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されておらず、且つ前記回転電機による発電を許可できる場合に、前記回転電機により前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧が発電される大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出するといった構成を採用している。このため、回転電機による発電を許可できる場合には、回転電機により蓄電装置の電圧よりも高い電圧が発電されるようにして、回転センサの異常を検出する精度を向上させることができる。

具体的には、第７の手段のように、前記異常検出部は、前記回転電機による発電を許可できることを、前記蓄電装置の状態及び前記スイッチング素子の状態に基づいて判定するといった構成を採用することができる。また、第８の手段のように、前記異常検出部は、前記回転電機による発電を許可できることを、外部から入力される許可信号に基づいて判定するといった構成を採用することができる。

第９の手段では、前記回転センサにより検出された前記回転情報に基づいて、前記回転電機の第１回転速度を算出する第１算出部（１４）と、前記電圧センサにより検出された前記交流電圧に基づいて、前記回転電機の第２回転速度を算出する第２算出部（１４）と、を備え、前記異常検出部は、前記第１算出部により算出された前記第１回転速度及び前記第２算出部により算出された前記第２回転速度に基づいて、前記回転センサの異常を検出する。

上記構成によれば、第１算出部によって、回転センサにより検出された回転情報に基づいて、回転電機の第１回転速度が算出される。また、第２算出部によって、電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、回転電機の第２回転速度が算出される。

ここで、回転センサにより検出された回転情報が正常であれば、算出された第１回転速度と第２回転速度とは近似した値になる。一方、回転センサにより検出された回転情報が異常であれば、算出された第１回転速度と第２回転速度との偏差が所定値よりも大きくなる。このため、算出された第１回転速度及び第２回転速度に基づいて、回転センサの異常を検出することができる。

具体的には、第１０の手段のように、前記第２算出部は、前記電圧センサにより検出された前記交流電圧が閾値よりも高くなる時期同士の間隔に基づいて前記第２回転速度を算出するといった構成を採用することができる。なお、電圧センサにより検出された交流電圧のゼロクロス点から次のゼロクロス点までの時間に基づいて、回転電機の第２回転速度を算出することもできる。

第１１の手段では、前記界磁巻線に流れる励磁電流を検出する電流センサ（４３）を備え、前記第２算出部は、前記電圧センサにより検出された前記交流電圧及び前記電流センサにより検出された前記励磁電流に基づいて、前記第２回転速度を算出する。

上記構成によれば、界磁式の回転電機による発電では、界磁巻線に生じる磁界が強いほど、界磁巻線の回転速度が速いほど、誘起電圧が高くなる。すなわち、界磁巻線に生じる磁界と、界磁巻線の回転速度と、三相回転電機の誘起電圧とは相関を有しており、周知の物理関係式が成立する。このため、第２算出部は、電流センサにより検出された励磁電流及び電圧センサにより検出された交流電圧に基づいて、第２回転速度を算出することができる。

車載回転電機システムの構成を示す回路図。 回転位置センサの異常検出の手順を示すフローチャート。 異常検出前提条件の成立判定の手順を示すフローチャート。

以下、車両に搭載された回転電機システムとして具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この車両では、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを自動停止させ、所定の自動再始動条件が成立した場合にエンジンを自動再始動させる。

図１に示すように、車載回転電機システム１００は、回転電機ユニット１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、バッテリ２２（蓄電装置に相当）、第２コンデンサ２３（蓄電装置に相当）、電気負荷２４等を備えている。回転電機ユニット１０は、回転電機１７、インバータ１３、回転電機ＥＣＵ１４等を備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１７（界磁式回転電機に相当）は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ，Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２を備えている。バッテリ２２は、例えば１２Ｖの電圧を出力するＰｂバッテリである。なお、バッテリ２２として、Ｐｂバッテリと異なる種類のバッテリで１２Ｖを出力するバッテリや、１２Ｖ以外の電圧を出力するバッテリ等を採用することもできる。

Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ，Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、回転電機ユニット１０は、Ｙ結線されたものである。

界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、車載エンジンのクランク軸（外部に相当）から入力される回転力により回転させられる（すなわち駆動される）。エンジンは、例えばガソリンを燃料とするエンジンであり、燃料の燃焼により駆動力を発生する。なお、エンジンは、ガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンであってもよい。

インバータ１３は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧を直流電圧に変換する。また、インバータ１３は、バッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ出力する。インバータ１３（ブリッジ整流回路に相当）は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、インバータ１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ１３は、回転電機１７に供給される電力を調節することで回転電機１７を駆動する駆動回路を構成している。

Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオード（寄生ダイオード）を用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐの低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、回転電機ユニット１０のＢ端子（出力端子に相当）が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、回転電機ユニット１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）としてのエンジンのボディが接続されている。Ｂ端子は、上記バッテリ２２の正極に接続される端子であり、着脱自在のコネクタ状に形成されている。

Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジンのボディが接続されている。

Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジンのボディが接続されている。

各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５（蓄電装置に相当）と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。インバータ１３の高圧側接続点Ｐ１と低圧側接続点Ｐ２との間の電圧を検出する電圧センサ４１が設けられている。ＧＮＤ電圧に対するＹ相巻線１１Ｙの相電圧（交流電圧に相当）を検出する電圧センサ４２が設けられている。なお、電圧センサ４２は、ＧＮＤ電圧に対するＹ相巻線１１Ｙの相電圧に限らず、ＧＮＤ電圧に対するＸ相巻線１１Ｘの相電圧、又はＧＮＤ電圧に対するＺ相巻線１１Ｚの相電圧を検出してもよい。界磁巻線１２に流れる励磁電流を検出する電流センサ４３が設けられている。界磁巻線１２（すなわち回転子）の回転位置（回転情報に相当）を検出する回転位置センサ４４（回転センサに相当）が設けられている。

回転電機ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。上記各センサの検出値は、回転電機ＥＣＵ１４へ入力される。回転電機ＥＣＵ１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１０の発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始後にインバータ１３を制御して回転電機１７を駆動（力行）させて、エンジンの駆動力をアシストする。なお、回転電機１７は、エンジンの始動時にクランク軸に回転を付与可能であり、スタータとしての機能も有している。回転電機ＥＣＵ１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、回転電機ユニット１０外部の制御装置であるエンジンＥＣＵ２０と接続されている。

エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されており、エンジンの運転状態を制御する。回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０との間で双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、エンジンＥＣＵ２０と情報のやりとりをする。

本実施形態において、回転電機ＥＣＵ１４（制御部に相当）は、エンジンＥＣＵ２０から送信されたシリアル通信信号（動作指令に相当）に基づいて目標発電電圧を把握し、発電電圧（Ｂ端子の電圧）がこの目標発電電圧になるように界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧を制御する。これにより、励磁電流を調整し、回転電機ユニット１０の発電状態を制御する。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機ユニット１０により所定電力よりも低い電力で発電を行わせる場合に、各スイッチＳｐ，Ｓｎを全てオフにした状態でインバータ１３によりダイオード整流を行わせる。一方、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機ユニット１０により上記所定電力よりも高い電力で発電を行わせる場合に、回転電機１７の各相による誘起電圧に同期して、各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンに制御にする。また、回転電機ＥＣＵ１４は、上記シリアル通信信号に基づいて目標トルク（駆動力の指令値に相当）を把握し、回転電機１７が発生するトルクがこの目標トルクになるように、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧及びインバータ１３から各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ供給される交流電圧を制御する。なお、回転電機１７、回転位置センサ４４、電圧センサ４２、及び回転電機ＥＣＵ１４により、回転位置センサ４４の異常検出装置が構成されている。

Ｂ端子には、リレー２１を介して、エンジンＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤとしてのエンジンのボディが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。電気負荷２４は、例えば車両の電子制御ブレーキシステムや電動パワーステアリング等の電気負荷を含んでいる。電気負荷２４は、エアコンディショナーや、車載オーディオ、ヘッドランプ等を含んでいてもよい。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。

次に、図２のフローチャートを参照して、回転位置センサ４４の異常検出の手順を説明する。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件が成立しているか否か判定する（Ｓ９）。この前提条件の成立判定については後述する。この判定において、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件が成立していないと判定した場合（Ｓ９：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ９の判定において、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件が成立していると判定した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、回転電機１７を動作させる動作指令が、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ入力されているか否か判定する（Ｓ１０）。この動作指令は、回転電機１７により発電を行わせる発電指令と、回転電機１７により力行を行わせる力行指令とを含む。ここで、バッテリの充電量が所定量よりも多い場合（例えば略１００％である場合）、発電指令は入力されない。また、回転電機１７による駆動力のアシストを行わない場合、力行指令は入力されない。そして、回転電機１７を動作させる動作指令が入力されていない場合は、全てのスイッチＳｐ，Ｓｎがオフにされる。上記判定において、回転電機１７を動作させる動作指令が入力されていると判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１１の判定において、回転電機１７を動作させる動作指令が入力されていないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、界磁巻線１２に所定の励磁電流を流す（Ｓ１１）。所定の励磁電流は、回転電機１７から電流が出力されない大きさの励磁電流に設定されている。例えば、回転電機１７により第１コンデンサ１５の電圧（すなわち電圧センサ４１により検出される電圧）よりも低い電圧が発電される大きさの励磁電流に設定されている。

続いて、回転位置センサ４４により、界磁巻線１２（すなわち回転子）の回転位置を検出させる（Ｓ１２）。そして、回転位置センサ４４により検出された回転位置に基づいて、回転電機１７の第１回転速度を算出する（Ｓ１３）。具体的には、複数の時点で検出された回転位置の差を、複数の時点の時間間隔で割ることで、第１回転速度を算出する。

続いて、電圧センサ４２により回転電機１７の相電圧を検出させ（Ｓ１４）、電流センサ４３により界磁巻線１２に流れる励磁電流を検出させる（Ｓ１５）。そして、電圧センサ４２により検出された相電圧、及び電流センサ４３により検出された励磁電流に基づいて、回転電機１７の第２回転速度を算出する（Ｓ１６）。具体的には、界磁式の回転電機１７による発電では、界磁巻線１２に生じる磁界が強いほど、界磁巻線１２の回転速度が速いほど、誘起電圧が高くなる。すなわち、励磁電流により界磁巻線１２に生じる磁界の強さと、界磁巻線１２の回転速度と、回転電機１７の発電による誘起電圧とは相関を有しており、周知の物理関係式が成立する。したがって、電圧センサ４２により検出された相電圧（誘起電圧、交流電圧に相当）、及び電流センサ４３により検出された励磁電流に基づいて、回転電機１７の第２回転速度を算出する。

続いて、第１回転速度と第２回転速度との偏差が所定値よりも大きいか否か判定する（Ｓ１７）。回転位置センサ４４により検出された回転位置が正常であれば、算出された第１回転速度と第２回転速度とは近似した値になる。そこで、上記所定値は、第１回転速度と第２回転速度との偏差が大きく、回転位置センサ４４に異常があると判定することのできる値に設定されている。

Ｓ１７の判定において、第１回転速度と第２回転速度との偏差が所定値よりも大きいと判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、回転位置センサ４４に異常があると判定する（Ｓ１８）。一方、Ｓ１７の判定において、第１回転速度と第２回転速度との偏差が所定値よりも大きくないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、回転位置センサ４４は正常であると判定する（Ｓ１９）。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ１３の処理が第１算出部としての処理に相当し、Ｓ１６の処理が第２算出部としての処理に相当し、Ｓ１０，Ｓ１１，及びＳ１７〜Ｓ１９の処理が異常検出部としての処理に相当する。

ここで、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から入力される発電指令に基づいて、回転電機１７の界磁巻線１２に流す励磁電流を制御する。そして、エンジンのクランク軸から入力される回転力により界磁巻線１２が回転させられ、発電された交流電圧が電機子巻線から出力される。このため、回転電機ＥＣＵ１４は、電圧センサ４２により検出された交流電圧に基づいて、回転電機１７の第２回転速度を算出することができる。一方、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されていない場合は、界磁巻線１２に励磁電流が流されない。このため、回転電機１７により交流発電が行われず、回転電機ＥＣＵ１４は、電圧センサ４２により検出された交流電圧に基づいて、回転電機１７の第２回転速度を算出することができない。そこで、図２の異常検出では、回転位置センサ４４の異常検出時に、回転電機ＥＣＵ１４は界磁巻線１２に励磁電流を流している。なお、動作指令が入力されていない場合には、発電指令値が０である場合、及び力行指令値が０である場合が含まれる。

また、回転電機１７は、各スイッチＳｐ，Ｓｎと各スイッチＳｐ，Ｓｎに逆並列に接続されたダイオードＤｐ，Ｄｎとにより構成されたブリッジ回路を介して第１コンデンサ１５，バッテリ２２，第２コンデンサ２３（蓄電装置）に接続されている。このため、各スイッチＳｐがオンにされている状態では、電圧センサ４２により検出される相電圧は蓄電装置から出力される電圧の影響を受ける。このため、電圧センサ４２により検出された相電圧及び電流センサ４３により検出された励磁電流に基づき算出される第２回転速度が、正確な回転速度とならない。ひいては、第１回転速度及び第２回転速度に基づいて回転センサの異常を検出する回転電機ＥＣＵ１４が、回転センサの異常を正確に検出することができない。そこで、図２の異常検出では、回転電機ＥＣＵ１４は、各スイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフにされている場合に、回転位置センサ４４の異常を検出している。

次に、図３を参照して、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件の成立判定について説明する。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、回転電機１７の起動直後であるか否か判定する（Ｓ２１）。この判定において、回転電機１７の起動直後でないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、回転電機１７の起動後における最初の発電指令であるか否か判定する（Ｓ２２）。この判定において、回転電機１７の起動後における最初の発電指令でないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、エンジンの自動停止直前であるか否か判定する（Ｓ２３）。例えば、エンジンの自動停止条件が成立した場合に、エンジンの自動停止直前であると判定する。エンジンの自動停止直前でないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、前回に回転位置センサ４４の異常検出処理を実行した時から所定時間が経過したか否か判定する（Ｓ２４）。この所定時間は、車両の１トリップ中に、異常検出処理が複数回行われるように設定されている。この判定において、前回に回転位置センサ４４の異常検出処理を実行した時から所定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ２４：ＮＯ）、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件が成立していないと判定する（Ｓ２５）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

また、回転電機１７の起動直後であると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、回転電機１７の起動後における最初の発電指令であると判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、エンジンの自動停止直前であると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、及び前回に回転位置センサ４４の異常検出処理を実行した時から所定時間が経過したと判定した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、回転電機１７の回転子が回転しているか否か判定する（Ｓ２６）。例えば、エンジンのクランク軸が回転している場合に、回転電機１７の回転子が回転していると判定する。この判定において、回転電機１７の回転子が回転していないと判定した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、Ｓ２５の処理へ進む。一方、この判定において、回転電機１７の回転子が回転していると判定した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、回転位置センサ４４の異常検出を行う前提条件が成立していると判定する（Ｓ２７）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・回転位置センサ４４により検出された回転位置が正常であれば、算出された第１回転速度と第２回転速度とは近似した値になる。一方、回転位置センサ４４により検出された回転位置が異常であれば、算出された第１回転速度と第２回転速度との偏差が所定値よりも大きくなる。このため、算出された第１回転速度及び第２回転速度に基づいて、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。したがって、回転位置センサ４４以外の回転位置センサからの情報を必要とすることなく、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。

・回転位置センサ４４の異常検出時に、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されていない場合に、界磁巻線１２に励磁電流を流した状態とする。このため、回転電機１７により交流発電が行われる状態となり、電圧センサ４２により検出された交流電圧に基づいて、回転電機１７の第２回転速度を算出することができる。したがって、回転電機ＥＣＵ１４は、算出された第１回転速度及び算出された第２回転速度に基づいて、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。その結果、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されていない場合であっても、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。したがって、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ４４の異常を検出する機会を増やすことができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、スイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフにされている場合に、回転位置センサ４４の異常を検出する。このため、蓄電装置から回転電機１７に流れる電流がスイッチＳｐ及びダイオードＤｐにより遮断され、電圧センサ４２により検出される相電圧が蓄電装置から出力される電圧の影響を受けることを抑制することができる。したがって、検出された励磁電流及び検出された相電圧に基づいて第２回転速度を正確に算出することができ、ひいては回転電機ＥＣＵ１４は回転位置センサ４４の異常を正確に検出することができる。

・バッテリ２２の充電量が所定量よりも多い場合は、バッテリ２２を充電するために回転電機１７により発電を行う必要性が低い。また、回転電機１７により発電が行われると、クランク軸に対する負荷が大きくなる。このため、バッテリ２２の充電量が所定量よりも多い場合は、回転電機１７の発電により生じる負荷を抑制するために、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ発電指令が入力されない状態となる。本実施形態によれば、そのような場合に、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ４４の異常を検出する際に、回転電機１７から電流が出力されない大きさの励磁電流を界磁巻線１２に流した状態とする。具体的には、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７により第１コンデンサ１５（バッテリ２２）の電圧よりも低い電圧が発電される大きさの励磁電流を界磁巻線１２に流した状態とする。このため、エンジンＥＣＵ２０（外部）から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されていない場合に、回転電機１７から電流が出力されることを避けることができる。したがって、外部から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されていない場合に、いつでも回転位置センサ４４の異常を検出することができ、回転位置センサ４４の異常を検出する機会をさらに増やすことができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更して実施することもできる。

・回転電機ユニット１０は、機電一体型のＩＳＧでなくてもよく、回転電機１７とインバータ１３とが分離していてもよい。

・第１回転速度と第２回転速度との比が所定範囲外であると判定した場合に、回転位置センサ４４に異常があると判定してもよい。こうした構成によっても、第１回転速度と第２回転速度との違いが大きいことを判定することができる。

・回転電機１７から電流が出力されない状態で回転位置センサ４４の異常を検出する場合、回転電機１７により発電される電圧が低くなり、回転位置センサ４４の異常を検出する精度が低下するおそれがある。

そこで、回転電機ＥＣＵ１４は、外部から回転電機ＥＣＵ１４へ動作指令が入力されておらず、且つ回転電機１７による発電を許可できる場合に、回転電機１７により第１コンデンサ１５の電圧（すなわち電圧センサ４１により検出される電圧）よりも高い電圧が発電される大きさの励磁電流を界磁巻線１２に流した状態とし、回転位置センサ４４の異常を検出することもできる。

具体的には、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７による発電を許可できることを、バッテリ２２（蓄電装置に相当）の状態及びスイッチＳｐ，Ｓｎの状態に基づいて判定することができる。例えば、バッテリ２２の充電状態が満充電状態（所定量よりも多い状態）でなく、且つスイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフである場合に、回転電機１７による発電を許可できると判定することができる。また、こうした判定を、エンジンＥＣＵ２０（外部に相当）が行い、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７による発電を許可できることを、エンジンＥＣＵ２０から入力される許可信号に基づいて判定することもできる。

こうした構成によれば、回転電機１７による発電を許可できる場合には、回転電機１７により第１コンデンサ１５（バッテリ２２）の電圧よりも高い電圧が発電されるようにして、回転位置センサ４４の異常を検出する精度を向上させることができる。

・回転電機１７は、各スイッチＳｐ，Ｓｎと各スイッチＳｐ，Ｓｎに逆並列に接続されたダイオードＤｐ，Ｄｎとにより構成されたブリッジ回路を介して蓄電装置に接続されている。このため、各スイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフにされていても、界磁巻線１２に励磁電流を流し、回転電機１７が出力する交流電圧をダイオードＤｐ，Ｄｎにより整流して発電を行うことができる。そこで、回転電機ＥＣＵ１４（異常検出部に相当）は、各スイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフにされている場合として各スイッチＳｐ，Ｓｎを全てオフにした状態で界磁巻線１２に励磁電流を流す動作指令（ダイオード整流指令）がエンジンＥＣＵ２０から入力されている場合に、回転位置センサ４４の異常を検出することもできる。こうした構成によれば、ダイオード整流による発電が行われている場合に、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。その場合、回転位置センサ４４の異常を検出する機会を増やすために、インバータ１３によるダイオード整流と同期整流とを切り替える所定電力を上昇させてもよい。

・回転電機ＥＣＵ１４（第２算出部に相当）は、電圧センサ４２により検出された交流電圧がゼロとなるゼロクロス点から次のゼロクロス点までの時間に基づいて、界磁巻線１２（回転電機１７の回転子）の第２回転速度を算出することもできる。また、回転電機ＥＣＵ１４は、電圧センサ４２により検出された交流電圧が閾値よりも高くなる時期同士の間隔、あるいは検出された交流電圧が閾値よりも高くなる期間の長さ（ひいては検出された交流電圧の周期又は周波数）に基づいて第２回転速度を算出することもできる。この閾値としては、例えばＧＮＤ電圧よりも高く、且つ第１コンデンサ１５（バッテリ２２）の電圧よりも低い電圧を設定することができる。また、電圧センサ４２により検出された交流電圧が変動しているにもかかわらず、回転位置センサ４４による検出値が変動してない場合に、回転位置センサ４４が異常であると検出することもできる。

・回転電機ユニット１０が蓄電装置や他の電源に接続されていない場合は、各スイッチＳｐ，Ｓｎが全てオフにされている場合に限らず、回転位置センサ４４の異常を検出することができる。例えば、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から入力される動作指令に基づいて回転電機１７により発電を行わせている場合に、回転位置センサ４４の異常を検出することもできる。

・回転電機ユニット１０が、回転位置センサ４４に代えて、又は回転位置センサ４４と共に、界磁巻線１２（回転子）の回転速度を検出する回転速度センサを備えていてもよい。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ４４により検出された回転位置、及び回転速度センサにより検出された回転速度の少なくとも一方（回転情報に相当）に基づいて、界磁巻線１２の第１回転速度を算出してもよい。

・回転電機１７として、多相多重巻線を有する回転電機を採用することもできる。回転電機１７として、界磁巻線１２に代えて、回転子に磁石を備えるものを採用することもできる。その場合は、回転電機１７の構成に応じて、インバータ１３の制御を変更すればよい。なお、インバータ１３の構成も、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ全体を一体のモジュールとして構成したり、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのうち２つを一体のモジュールとして構成したりしてもよい。また、回転電機１７として、車両を駆動することが可能な駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）を採用することもできる。また、回転電機１７がエンジン以外の外力（回転力）により駆動されて交流発電を行うものであってもよい。

１４…回転電機ＥＣＵ、１７…回転電機、４２…電圧センサ、４４…回転位置センサ。

Claims (11)

1. 外部から入力される回転力により駆動されて交流発電を行い、外部から入力される電力により力行を行う回転電機（１７）と、
   前記回転電機の回転位置及び回転速度の少なくとも一方である回転情報を検出する回転センサ（４４）と、
   前記回転電機により出力される交流電圧を検出する電圧センサ（４２）と、
   外部から入力される動作指令に基づいて、前記回転電機による前記交流発電及び前記力行の状態を制御する制御部（１４）と、
   外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転センサにより検出された前記回転情報及び前記電圧センサにより検出された前記交流電圧に基づいて、前記回転センサの異常を検出する異常検出部（１４）と、
   を備える回転センサの異常検出装置。
2. 前記回転電機は、電機子巻線（１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ）と、前記回転力により回転させられる界磁巻線（１２）とを備える界磁式回転電機であり、
   前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記界磁巻線に励磁電流を流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する請求項１に記載の回転センサの異常検出装置。
3. 前記回転電機は、スイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と前記スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード（Ｄｐ，Ｄｎ）とにより構成されたブリッジ整流回路（１３）を介して蓄電装置に接続されており、
   前記制御部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記スイッチング素子を全てオフにする請求項２に記載の回転センサの異常検出装置。
4. 前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転電機から電流が出力されない大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する請求項３に記載の回転センサの異常検出装置。
5. 前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されていない場合に、前記回転電機により前記蓄電装置の電圧よりも低い電圧が発電される大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する請求項３に記載の回転センサの異常検出装置。
6. 前記異常検出部は、外部から前記制御部へ前記動作指令が入力されておらず、且つ前記回転電機による発電を許可できる場合に、前記回転電機により前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧が発電される大きさの励磁電流を前記界磁巻線に流した状態とし、前記回転センサの異常を検出する請求項３に記載の回転センサの異常検出装置。
7. 前記異常検出部は、前記回転電機による発電を許可できることを、前記蓄電装置の状態及び前記スイッチング素子の状態に基づいて判定する請求項６に記載の回転センサの異常検出装置。
8. 前記異常検出部は、前記回転電機による発電を許可できることを、外部から入力される許可信号に基づいて判定する請求項６に記載の回転センサの異常検出装置。
9. 前記回転センサにより検出された前記回転情報に基づいて、前記回転電機の第１回転速度を算出する第１算出部（１４）と、
   前記電圧センサにより検出された前記交流電圧に基づいて、前記回転電機の第２回転速度を算出する第２算出部（１４）と、
   を備え、
   前記異常検出部は、前記第１算出部により算出された前記第１回転速度及び前記第２算出部により算出された前記第２回転速度に基づいて、前記回転センサの異常を検出する請求項２〜８のいずれか１項に記載の回転センサの異常検出装置。
10. 前記第２算出部は、前記電圧センサにより検出された前記交流電圧が閾値よりも高くなる時期同士の間隔に基づいて前記第２回転速度を算出する請求項９に記載の回転センサの異常検出装置。
11. 前記界磁巻線に流れる励磁電流を検出する電流センサ（４３）を備え、
    前記第２算出部は、前記電圧センサにより検出された前記交流電圧及び前記電流センサにより検出された前記励磁電流に基づいて、前記第２回転速度を算出する請求項９に記載の回転センサの異常検出装置。

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