JP2020026961A - 角度検出器の励磁信号異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出できるものを提供する。【解決手段】異常検出装置１００は、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出する装置である。異常検出装置１００は、各相の励磁信号と、所定の上側閾値とを比較する上側コンパレータ１０３と、各相の励磁信号と、所定の下側閾値とを比較する下側コンパレータ１０４と、上側コンパレータ１０３の出力信号の反転間隔を計測する上側カウンタ１０７と、下側コンパレータ１０４の出力信号の反転間隔を計測する下側カウンタ１０８と、上側カウンタ１０７または下側カウンタ１０８の値が所定のカウント閾値に達した場合に異常検出信号を出力する、信号出力器とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出する装置に関する。

角度検出器の異常を検出するための技術を記載した文献として、特許文献１が知られている。

特開２００２−３１０７２７号公報

しかしながら、従来の装置では、励磁信号の異常を検出することができないという問題があった。

たとえば特許文献１の構成では、位置検出装置の異常を検出することはできるが、励磁信号の異常については検出することができない。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出できるものを提供することを目的とする。

この発明に係る装置は、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出する装置であって、
各相の励磁信号と、所定の上側閾値とを比較する上側コンパレータと、
各相の励磁信号と、所定の下側閾値とを比較する下側コンパレータと、
前記上側コンパレータの出力信号の反転間隔を計測する上側カウンタと、
前記下側コンパレータの出力信号の反転間隔を計測する下側カウンタと、
前記上側カウンタまたは前記下側カウンタの値が所定のカウント閾値に達した場合に異常検出信号を出力する、信号出力器と
を備える。
特定の態様によれば、
第１相の励磁信号の位相を検出する第１相コンパレータと、
第２相の励磁信号の位相を検出する第２相コンパレータと、
前記第１相コンパレータの出力の反転時刻と、前記第２相コンパレータの出力の反転時刻との差分を計測する位相差カウンタと、
前記差分が所定の位相差範囲外である場合に異常検出信号を出力する、信号出力器と
をさらに備える。
特定の態様によれば、前記位相差範囲は可変に設定可能である。
特定の態様によれば、前記上側閾値または前記下側閾値は可変に設定可能である。
特定の態様によれば、前記上側カウンタまたは前記下側カウンタのカウント閾値は可変に設定可能である。
特定の態様によれば、
前記上側コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する、上側両エッジ検出器と、
前記下側コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する、下側両エッジ検出器と、
をさらに備える。

この発明に係る装置は、コンパレータおよびカウンタを用いることにより、励磁信号の異常を検出することができる。

この発明の実施の形態１に係る異常検出装置を含む構成の例を示す図である。 図１の異常検出装置に含まれる回路の構成の例を示す図である。 正常な励磁信号の例を示す図である。 異常な励磁信号の例を示す図である。 異常な励磁信号の別の例を示す図である。 励磁信号の正常な位相差の例を示す図である。 励磁信号の異常な位相差の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る異常検出装置１００を含む構成の例を示す。異常検出装置１００は、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出する装置である。角度検出器１０は、２相励磁２相出力方式の角度検出器の例である。励磁信号発生部２０は角度検出器１０を励磁する２相の励磁信号を発生する。励磁信号の角速度をω_Ｒとし、時間をｔとすると、２相の励磁信号の一方Ｒ１−Ｒ３がｃｏｓω_Ｒｔに対応し、他方Ｒ２−Ｒ４がｓｉｎω_Ｒｔに対応する。

角度検出器１０は、回転角度θに応じて２相の出力信号を出力する。図１では、角度検出器１０の２相の出力信号のうち、一方をｃｏｓ（ω_Ｒｔ−θ）とし、他方をｓｉｎ（ω_Ｒｔ−θ）とする。ｃｏｓ（ω_Ｒｔ−θ）は、２つの信号Ｓ１およびＳ３によって表され、たとえばＳ１−Ｓ３に対応する。同様に、ｓｉｎ（ω_Ｒｔ−θ）は、２つの信号Ｓ２およびＳ４によって表され、たとえばＳ２−Ｓ４に対応する。

図２に、異常検出装置１００に含まれる回路の構成の例を示す。異常検出装置１００は、上側閾値出力器１０１と、下側閾値出力器１０２と、上側コンパレータ１０３と、下側コンパレータ１０４と、上側両エッジ検出器１０５と、下側両エッジ検出器１０６と、上側カウンタ１０７と、下側カウンタ１０８と、ＯＲゲート１０９と、ＡＮＤゲート１１０と、第１相コンパレータ１１３と、第２相コンパレータ１１４と、第１相フィルタ１１５と、第２相フィルタ１１６と、位相差カウンタ１１７と、上側閾値比較器１１８と、下側閾値比較器１１９とを備える。

励磁信号Ｒ１およびＲ３は、第１相の励磁信号（たとえばｃｏｓω_Ｒｔ）を表す。励磁信号Ｒ２およびＲ４は、第２相の励磁信号（たとえばｓｉｎω_Ｒｔ）を表す。

出力信号ＲＣ＿ＥＲＲは、第１相の励磁信号における異常の有無を表す。出力信号ＲＳ＿ＥＲＲは、第２相の励磁信号における異常の有無を表す。出力信号Ｒ＿ＥＲＲは、第１相の励磁信号、第２相の励磁信号、または２相の励磁信号間の位相差における異常の有無を表す。すなわち、Ｒ＿ＥＲＲがオンであり、ＲＣ＿ＥＲＲおよびＲＳ＿ＥＲＲが共にオフである場合には、２相の励磁信号間の位相差における異常の存在が示されることになる。

上側コンパレータ１０３、下側コンパレータ１０４、上側両エッジ検出器１０５、下側両エッジ検出器１０６、上側カウンタ１０７および下側カウンタ１０８からなる組は、励磁信号Ｒ１〜Ｒ４それぞれについて設けられる。以下、励磁信号Ｒ１を例として説明するが、この説明は他の励磁信号Ｒ２〜Ｒ４のそれぞれについても同様に当てはまる。

上側コンパレータ１０３は、励磁信号Ｒ１と、所定の上側閾値ＶＨとを比較する。下側コンパレータ１０４は、励磁信号Ｒ１と、所定の下側閾値ＶＬとを比較する。

上側両エッジ検出器１０５は、上側コンパレータ１０３の出力信号のエッジを検出し、とくに、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの双方を検出する。下側両エッジ検出器１０６は、下側コンパレータ１０４の出力信号のエッジを検出し、とくに、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの双方を検出する。

上側カウンタ１０７は、上側両エッジ検出器１０５によって検出されたエッジ間の時間を計測する。たとえば、上側カウンタ１０７は周期的にカウントアップする値を保持し、上側両エッジ検出器１０５から入力されるエッジ検出信号に応じて値をリセットする。このようにして、上側カウンタ１０７は、上側コンパレータ１０３の出力信号の反転間隔を計測する。また、上側カウンタ１０７は、保持する値が所定のカウント閾値に達した場合（すなわち、反転間隔が所定の時間閾値に達した場合）に、異常検出信号を出力する。

下側カウンタ１０８は、下側両エッジ検出器１０６によって検出されたエッジ間の時間を計測する。たとえば、下側カウンタ１０８は周期的にカウントアップする値を保持し、下側両エッジ検出器１０６から入力されるエッジ検出信号に応じて値をリセットする。このようにして、下側カウンタ１０８は、下側コンパレータ１０４の出力信号の反転間隔を計測する。また、下側カウンタ１０８は、保持する値がカウント閾値に達した場合（すなわち、反転間隔が所定の時間閾値に達した場合）に、異常検出信号を出力する。

上側閾値出力器１０１における閾値（上側閾値ＶＨ）は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示のように検出閾値選択信号に応じて上側閾値ＶＨを変更する上側閾値出力器を備えてもよい。同様に、下側閾値出力器１０２における閾値（下側閾値ＶＬ）は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示のように検出閾値選択信号に応じて下側閾値ＶＬを変更する下側閾値出力器を備えてもよい。

上側カウンタ１０７のカウント閾値は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示のように検出時間選択信号に応じてカウント閾値を変更するものであってもよい。同様に、下側カウンタ１０８のカウント閾値は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示のように検出時間選択信号に応じてカウント閾値を変更するものであってもよい。

第１相コンパレータ１１３は、第１相の励磁信号の位相を検出する。たとえば、励磁信号Ｒ１およびＲ３の値の大小関係に応じて位相を決定し出力する。第２相コンパレータ１１４は、第２相の励磁信号の位相を検出する。たとえば、励磁信号Ｒ２およびＲ４の値の大小関係に応じて位相を決定し出力する。

第１相フィルタ１１５は、第１相コンパレータ１１３の出力信号をフィルタリングし、ノイズを除去する。第２相フィルタ１１６は、第２相コンパレータ１１４の出力信号をフィルタリングし、ノイズを除去する。

位相差カウンタ１１７は、第１相コンパレータ１１３の出力の反転時刻と、第２相コンパレータ１１４の出力の反転時刻との差分を計測する。たとえば、位相差カウンタ１１７は周期的にカウントアップする値を保持し、第１相コンパレータ１１３の出力信号に現れるエッジおよび第２相コンパレータ１１４の出力信号に現れるエッジのいずれかを検出することに応じて値をリセットする。

角度検出器１０が正常に動作している場合には、２相の反転時刻間の差分は一定となる。２相の位相は９０度ずれているので、励磁信号の周期がＴである場合には、反転時刻間の差分はＴ／４となる。

上側閾値比較器１１８は、この反転時刻間の差分と、所定の上側閾値ＰＨとを比較し、反転時刻間の差分が上側閾値ＰＨ以上である場合に、異常検出信号を出力する。下側閾値比較器１１９は、反転時刻間の差分と、所定の下側閾値ＰＬとを比較し、反転時刻間の差分が下側閾値ＰＬ以下である場合に、異常検出信号を出力する。このようにして、上側閾値比較器１１８および下側閾値比較器１１９は、反転時刻間の差分が所定の位相差範囲外である場合に異常検出信号を出力する、信号出力器を構成する。

第１相フィルタ１１５および第２相フィルタ１１６の特性は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示しないフィルタ設定信号に応じて特性を変更するものであってもよい。なお、フィルタリングの必要がない場合等には、第１相フィルタ１１５および第２相フィルタ１１６は省略してもよい。

上側閾値比較器１１８における閾値（上側閾値ＰＨ）は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示しない位相差閾値設定信号に応じて上側閾値ＰＨが変更されてもよい。同様に、下側閾値比較器１１９における閾値（下側閾値ＰＬ）は、可変に設定可能であってもよい。たとえば図示しない位相差閾値設定信号に応じて下側閾値ＰＬが変更されてもよい。

ＯＲゲート１０９およびＡＮＤゲート１１０からなる回路部分は、異常検出装置１００の信号出力部として機能し、励磁信号Ｒ１の上側カウンタ１０７、下側カウンタ１０８のいずれかからの異常検出信号と、励磁信号Ｒ３の上側カウンタ１０７、下側カウンタ１０８のいずれかからの異常検出信号との双方が出力された場合に、第１相の励磁信号に異常が存在することを表す異常検出信号（出力信号ＲＣ＿ＥＲＲ）を出力する。また、このＯＲゲート１０９およびＡＮＤゲート１１０からなる回路部分は、励磁信号Ｒ２の上側カウンタ１０７、下側カウンタ１０８のいずれかからの異常検出信号と、励磁信号Ｒ４の上側カウンタ１０７、下側カウンタ１０８のいずれかからの異常検出信号との双方が出力された場合に、第２相の励磁信号に異常が存在することを表す異常検出信号（出力信号ＲＳ＿ＥＲＲ）を出力する。また、このＯＲゲート１０９およびＡＮＤゲート１１０からなる回路部分は、上側閾値比較器１１８から異常検出信号が出力された場合、下側閾値比較器１１９から異常検出信号が出力された場合、出力信号ＲＣ＿ＥＲＲが出力された場合、および、出力信号ＲＳ＿ＥＲＲが出力された場合にはいずれも、これに応じて異常検出信号を出力する。

図３に、角度検出器１０の正常な励磁信号の例を示す。この例では、励磁信号Ｒ１は、所定値Ｖｃｏｍを中心として振動し、上限は上側閾値ＶＨを超え、下限は下側閾値ＶＬを下回る。振幅は角度検出器１０の検出角度によらず一定である。たとえばＶｃｃ＝５［Ｖ］である場合には、Ｖｃｏｍ＝Ｖｃｃ／２＝２．５［Ｖ］、ＶＨ＝Ｖｃｃ×０．５５＝２．７５［Ｖ］、ＶＬ＝Ｖｃｃ×０．４５＝２．２５［Ｖ］とすることができる。

この場合には、励磁信号Ｒ１が上側閾値ＶＨおよび下側閾値ＶＬと交差するたびに上側コンパレータ１０３および下側コンパレータ１０４の出力が変化し、上側両エッジ検出器１０５および下側両エッジ検出器１０６がこれを検出して上側カウンタ１０７および下側カウンタ１０８をリセットする。

検出時間（カウント閾値）を適切に設定しておけば、上側カウンタ１０７および下側カウンタ１０８の値はカウント閾値に達する前にリセットされるので、上側カウンタ１０７および下側カウンタ１０８は異常検出信号を出力しない。

図４に、角度検出器１０の異常な励磁信号の例を示す。この例では、励磁信号Ｒ１の振幅が異常に減少し、上限は上側閾値ＶＨを超えず、下限は下側閾値ＶＬを下回らない。このような状態は、角度検出器１０の周辺回路の異常または励磁信号発生部２０の異常、等の場合に発生し得る。

この場合には、上側コンパレータ１０３および下側コンパレータ１０４の出力が変化しないので、上側両エッジ検出器１０５および下側両エッジ検出器１０６はエッジを検出せず、上側カウンタ１０７および下側カウンタ１０８がリセットされない。このため、時間が経過すると上側カウンタ１０７または下側カウンタ１０８の保持する値がカウント閾値に達し、異常検出信号が出力される。

図５に、角度検出器１０の異常な励磁信号の別の例を示す。この例では、時刻ｔ１において励磁信号Ｒ１の値が固定されている。このような状態は、天絡、地絡または励磁信号発生部２０の異常、等の場合に発生し得る。この場合にも、時刻ｔ１以降は上側コンパレータ１０３および下側コンパレータ１０４の出力が変化しないので、時間が経過すると異常検出信号が出力される。

なお、図４および図５の例では励磁信号Ｒ１の振幅が減少または消失しているが、励磁信号Ｒ１の振幅が正常であっても、オフセットが発生した場合には、上側閾値ＶＨまたは下側閾値ＶＬとの交差頻度が減少またはゼロとなる場合があり、そのような場合には上側カウンタ１０７または下側カウンタ１０８から異常検出信号が出力される。

図６に、角度検出器１０の励磁信号の正常な位相差の例を示す。この例では、第１相の励磁信号（Ｒ１−Ｒ３）と第２相の励磁信号（Ｒ２−Ｒ４）との位相差が９０度である。この場合には、位相差カウンタ１１７はＴ／４ごとにリセットされる。上側閾値ＰＨがＴ／４より大きく、下側閾値ＰＬがＴ／４より小さくなるよう適切に設定しておけば、上側閾値比較器１１８および下側閾値比較器１１９は異常検出信号を出力しない。

図７に、角度検出器１０の励磁信号の異常な位相差の例を示す。この例では、第２相の励磁信号（Ｒ２−Ｒ４）の位相に遅れが生じている。この場合には、位相差カウンタ１１７がＴ／４未満の短い時間でリセットされる場合と、Ｔ／４を超える長い時間リセットされない場合とが繰り返される。この短い時間が下側閾値ＰＬ以下となった場合には下側閾値比較器１１９から異常検出信号が出力され、この長い時間が上側閾値ＰＨ以上となった場合には上側閾値比較器１１８から異常検出信号が出力される。

以上説明するように、本発明の実施の形態１に係る異常検出装置１００によれば、コンパレータおよびカウンタを用いることにより、２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出することができる。

とくに、２相それぞれについて励磁信号の異常を検出するので、２相の励磁信号のどちらに異常が発生しているかを特定できる。

なお、１相励磁２相出力の振幅変調方式の角度検出器では、励磁振幅が減少した場合に出力コイルの２相の出力電圧振幅が共に減少するため容易に検出可能であるが、本実施形態に係る角度検出器１０のような２相励磁２相出力の場合には、片側１相の励磁振幅が減少した場合に角度検出器の角度により２相の出力電圧振幅の振幅減少具合がそれぞれの出力電圧相で異なるため検出は容易ではない。

実施の形態１において、例えばＲ３は接地して振幅を持たず、Ｒ１のみ励磁信号に振幅を持つ場合も異常検出が可能である。Ｒ３側のＯＲゲート１０９出力は常にＯＮだが、Ｒ１およびＲ３に対応するＡＮＤゲート１１０の出力はＲ１側のＯＲゲート１０９出力がＯＮとなることでＯＮとなり、異常検出信号を出力する。

実施の形態１では、各相それぞれ２つの励磁信号について異常検出を行っているが、異常検出の対象となる信号は、各相それぞれ少なくとも１つあればよい。たとえば、Ｒ３を接地し、Ｒ１のみについて検出を行ってもよい。この場合には、Ｒ３に対する上側閾値出力器１０１、下側閾値出力器１０２、上側コンパレータ１０３、下側コンパレータ１０４、上側両エッジ検出器１０５、下側両エッジ検出器１０６、上側カウンタ１０７、および下側カウンタ１０８は省略可能である。

実施の形態１では、上側両エッジ検出器１０５および下側両エッジ検出器１０６を用いたが、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれかのみを計測しても同等の機能は実現可能である。

１０ 角度検出器、１００ 異常検出装置（異常を検出する装置）、１０３ 上側コンパレータ、１０４ 下側コンパレータ、１０５ 上側両エッジ検出器、１０６ 下側両エッジ検出器、１０７ 上側カウンタ（信号出力器）、１０８ 下側カウンタ（信号出力器）、１０９ ＯＲゲート（信号出力器）、１１０ ＡＮＤゲート（信号出力器）、１１３ 第１相コンパレータ、１１４ 第２相コンパレータ、１１７ 位相差カウンタ、１１８ 上側閾値比較器（信号出力器）、１１９ 下側閾値比較器（信号出力器）、Ｒ１〜Ｒ４ 励磁信号。

Claims (6)

1. ２相励磁２相出力方式の角度検出器において、励磁信号の異常を検出する装置であって、
   各相の励磁信号と、所定の上側閾値とを比較する上側コンパレータと、
   各相の励磁信号と、所定の下側閾値とを比較する下側コンパレータと、
   前記上側コンパレータの出力信号の反転間隔を計測する上側カウンタと、
   前記下側コンパレータの出力信号の反転間隔を計測する下側カウンタと、
   前記上側カウンタまたは前記下側カウンタの値が所定のカウント閾値に達した場合に異常検出信号を出力する、信号出力器と
   を備える、装置。
2. 第１相の励磁信号の位相を検出する第１相コンパレータと、
   第２相の励磁信号の位相を検出する第２相コンパレータと、
   前記第１相コンパレータの出力の反転時刻と、前記第２相コンパレータの出力の反転時刻との差分を計測する位相差カウンタと、
   前記差分が所定の位相差範囲外である場合に異常検出信号を出力する、信号出力器と
   をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記位相差範囲は可変に設定可能である、請求項２に記載の装置。
4. 前記上側閾値または前記下側閾値は可変に設定可能である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記上側カウンタまたは前記下側カウンタのカウント閾値は可変に設定可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記上側コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する、上側両エッジ検出器と、
   前記下側コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを検出する、下側両エッジ検出器と、
   をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。

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