JP2021022977A - 回転角検出装置、回転角推定装置および車載モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサから出力される複数の検出信号のうちの１つの検出信号が異常となった場合でも、正確な回転角を算出することができる、回転角検出装置を提供する。【解決手段】回転角検出装置１００は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号を補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号を出力する補正器１０と、三相の検出信号のそれぞれの異常の有無を判定する異常判定器２０と、三相の補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出する回転角算出器とを備えている。異常判定器２０によって、三相の検出信号のうちのいずれか１つの検出信号のみが異常であると判定された場合に、回転角算出器３０は、三相の検出信号のうちの残り２つの検出信号にそれぞれ対応する２つの補正検出信号に基づいて、検出回転角θｄを算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、回転角検出装置に係り、特に回転角センサから出力される検出信号に基づいて回転角を算出する、回転角検出装置に関する。また、本発明は、当該回転角検出装置と組み合わせて用いられる回転角推定装置にも関する。さらに、本発明は、当該回転角検出装置および当該回転角推定装置を備える車載モータ制御システムにも関する。

従来、モータの回転角を検出する回転角センサから出力される検出信号に基づいて、回転角を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０１４９０１号公報

例えば、回転角センサから出力される３つのアナログ検出信号から、予め決定された計算手順に従って回転角を算出する回転角検出装置において、ノイズの混入等によって、３つの検出信号のうちの１つの検出信号が異常となった場合を考える。この時、これら異常の検出信号を含む３つの検出信号に基づいて算出される回転角は、不正確なものとなる。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、回転角センサから出力される複数の検出信号のうちの１つの検出信号が異常となった場合でも、正確な回転角を算出することができる、回転角検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る回転角検出装置は、回転角センサから出力される三相の検出信号を補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号を出力する補正器と、三相の検出信号のそれぞれの異常の有無を判定する異常判定器と、三相の補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出する回転角算出器とを備え、異常判定器によって、三相の検出信号のうちのいずれか１つの検出信号のみが異常であると判定された場合に、回転角算出器は、三相の検出信号のうちの残り２つの検出信号にそれぞれ対応する２つの補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出する。

本発明に係る回転角検出装置によれば、回転角センサから出力される複数の検出信号のうちの１つの検出信号が異常となった場合でも、正確な回転角を算出することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置を含む、モータ制御システムの構成を示す図である。 図１の回転角推定装置の内部構成を示す図である。 図１の回転角検出装置の内部構成を示す図である。 図３の異常判定器の内部構成を示す図である。 図３の回転角算出器の内部構成を示す図である。 実施の形態１において、三相の検出信号が全て正常である場合における、三相の補正検出信号の時間変化を表す図である。 図６に示される三相の補正検出信号に基づいて出力される検出回転角の時間変化を表す図である。 実施の形態１において、Ｕ相の検出信号に異常が発生した場合における、三相の補正検出信号の時間変化を表す図である。 本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置および回転角推定装置の各機能を専用のハードウェアである処理回路で実現する場合を示した構成図である。 本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置および回転角推定装置の各機能をプロセッサおよびメモリを備えた処理回路より実現する場合を示した構成図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示する回転角検出装置の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって、本願発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００を含む、モータ制御システムの構成を示す図である。このようなモータ制御システムは、車載モータ制御システムとして特に好適である。なお、ここでの車載モータとは、車両に搭載されて当該車両の走行駆動力を発生させるモータ、すなわちＥＶ（Electric Vehicle）用モータ、ＥＶ用インホイールモータ、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）用モータ等である。ただし、本実施の形態１に係る回転角検出装置１００の用途は、車載モータ制御システムに限定されるものではない。

図１のモータ制御システムは、モータ１と、回転角センサ２と、電源装置３と、電圧センサ４と、回転角検出装置１００と、回転角推定装置２００と、制御装置５とを備えている。

モータ１は、制御装置５から出力される三相交流電流によって駆動される。また、モータ１の回転軸には、正弦波形状の図示しないロータプレートが取り付けられている。

回転角センサ２は、モータ１の回転角に対応する三相のアナログ検出信号を出力する。詳細には、回転角センサ２は、モータ１のロータプレートを取り囲むように配置されて、ロータプレートとの距離を測定する、３つの距離センサ２ｕ、２ｖおよび２ｗを有している。

モータ１のロータプレートが正弦波形状であることにより、３つの距離センサ２ｕ、２ｖおよび２ｗからそれぞれ出力される三相の検出信号は、振幅の概ね等しい正弦波となる。具体的には、距離センサ２ｕは、正弦波の検出信号Ｓｉｇ＿ｕを出力する。距離センサ２ｖは、正弦波の検出信号Ｓｉｇ＿ｖを出力する。距離センサ２ｗは、正弦波の検出信号Ｓｉｇ＿ｗを出力する。

また、各距離センサ２ｕ、２ｖおよび２ｗの各取り付け角度を調整することにより、各検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗの位相は、電気角において概ね１２０度ずつずれている。

電源装置３は、電源線Ｌ１およびＧＮＤ線Ｌ２を介して、回転角センサ２に動作電力を供給する。また、電源装置３は、自身の故障を検出する自己診断機能を有している。電源装置３は、自己診断の結果を示す診断信号Ｄｉａｇを出力する。自己診断の結果が正常である場合には、診断信号Ｄｉａｇの値は０となり、自己診断の結果が異常である場合には、診断信号Ｄｉａｇの値は１となる。

電圧センサ４は、電源線Ｌ１の電圧Ｖを検出する。

回転角検出装置１００は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗと、電圧センサ４によって検出される電源線Ｌ１の電圧Ｖと、電源装置３から出力される診断信号Ｄｉａｇとに基づいて、モータ１の回転角を検出する。これ以降、回転角検出装置１００によって検出されるモータ１の回転角を「検出回転角θｄ」と称することにする。

回転角推定装置２００は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）型のフィルタ回路であり、回転角検出装置１００から出力される検出回転角θｄに基づいて、モータ１の回転角を推定する。回転角推定装置２００におけるローパスフィルタに相当する処理によって、回転角推定装置２００によって推定される回転角からは、検出回転角θｄに重畳しているノイズが取り除かれる。これ以降、回転角推定装置２００によって推定されるモータ１の回転角を「推定回転角θｅ」と称することにする。

図２は、回転角推定装置２００の内部構成を示す図である。回転角推定装置２００は、位相差算出器４０と、回転速度推定器５０と、回転角推定器６０とを備えている。

位相差算出器４０は、検出回転角θｄと推定回転角θｅとの位相差Θを算出する。また、位相差算出器４０には、回転角検出装置１００から出力される複数相異常信号が入力される。

後に詳述するが、複数相異常信号の値は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常である場合には、１となる。これに対して、回転角センサ２から出力される三相の検出信号が全て正常である場合、および三相の検出信号のうちの１つの検出信号のみが異常である場合には、複数相異常信号の値は０となる。

位相差算出器４０は、複数相異常信号の値が０である場合には、検出回転角θｄと推定回転角θｅとの位相差Θ＝｜θｄ−θｅ｜を出力し、複数相異常信号の値が１である場合には、位相差Θ＝０を出力する。

回転速度推定器５０は、位相差算出器４０から出力される位相差Θに対して、比例積分演算を実行することによって、推定回転速度ωｅを算出する。

回転角推定器６０は、回転速度推定器５０から出力される推定回転速度ωｅに対して、積分演算を実行することによって、推定回転角θｅを算出する。

図１に戻って、制御装置５は、回転角推定装置２００から出力される推定回転角θｅに基づいて、モータ１に供給する三相交流電流を制御することによって、モータ１の回転を制御する。

次に、本発明の本実施の形態１に係る回転角検出装置１００の詳細な構成について、説明する。

図３は、回転角検出装置１００の内部構成を示す図である。回転角検出装置１００は、補正器１０と、異常判定器２０と、回転角算出器３０とを備えている。

補正器１０は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗを補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃを算出する。

詳細には、補正器１０は、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗに対して、以下の補正演算を実行することによって、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃを算出する。

Ｓｉｇ＿ｕｃ ＝ （Ｓｉｇ＿ｕ＋Ｄ＿ｕ）＊Ｇａｉｎ＿ｕ
Ｓｉｇ＿ｖｃ ＝ （Ｓｉｇ＿ｖ＋Ｄ＿ｖ）＊Ｇａｉｎ＿ｖ
Ｓｉｇ＿ｗｃ ＝ （Ｓｉｇ＿ｗ＋Ｄ＿ｗ）＊Ｇａｉｎ＿ｗ

上式において、Ｄ＿ｕは、予め決定された基準電圧Ｄから、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕの１周期における平均電圧を減算した値である。同様に、Ｄ＿ｖは、基準電圧Ｄから、Ｖ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖの１周期における平均電圧を減算した値である。同様に、Ｄ＿ｗは、基準電圧Ｄから、Ｗ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗの１周期における平均電圧を減算した値である。

なお、これらのパラメータＤ＿ｕ、Ｄ＿ｖおよびＤ＿ｗの各値は、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗが全て正常状態である時に、予め算出されて記憶されている。その後、次に述べる異常判定器２０によって、三相の検出信号が全て正常状態であると判定される場合には、これらのパラメータの各値は更新される。一方、異常判定器２０によって、三相の検出信号が全て正常状態であると判定されない場合には、これらのパラメータの各値は更新されない。

また、上式において、Ｇａｉｎ＿ｕは、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕの１周期における最高電圧と最低電圧との差を、予め決定された基準振幅値によって除算した値である。同様に、Ｇａｉｎ＿ｖは、Ｖ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖの１周期における最高電圧と最低電圧との差を、基準振幅値によって除算した値である。同様に、Ｇａｉｎ＿ｗは、Ｗ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗの１周期における最高電圧と最低電圧との差を、基準振幅値によって除算した値である。

なお、これらのパラメータＧａｉｎ＿ｕ、Ｇａｉｎ＿ｖおよびＧａｉｎ＿ｗの各値は、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗが全て正常状態である時に、予め算出されて記憶されている。その後、次に述べる異常判定器２０によって、三相の検出信号が全て正常状態であると判定される場合には、これらのパラメータの各値は更新される。一方、異常判定器２０によって、三相の検出信号が全て正常状態であると判定されない場合には、これらのパラメータの各値は更新されない。

上記のようにして算出された三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃの各振幅は、正確に等しい。また、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃの各位相は、電気角においてそれぞれ正確に１２０度ずつずれている。

したがって、各時刻において、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃの総和は一定値となり、以下の関係が常に成立する。

（Ｓｉｇ＿ｕｃ−Ｄ）＋（Ｓｉｇ＿ｖｃ−Ｄ）＋（Ｓｉｇ＿ｗｃ−Ｄ）＝０

異常判定器２０は、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗと、電圧センサ４によって検出される電源線Ｌ１の電圧Ｖと、電源装置３から出力される診断信号Ｄｉａｇとに基づいて、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗのそれぞれの異常の有無および複数相の異常が存在するか否かを判定する。

異常判定器２０は、三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗのそれぞれの異常の有無を示す異常相情報と、複数相の異常が存在するか否かを示す複数相異常信号とを出力する。

図４は、異常判定器２０の内部構成を示す図である。異常判定器２０は、Ｕ相判定回路２１ｕと、Ｖ相判定回路２１ｖと、Ｗ相判定回路２１ｗと、結合回路２２と、加算回路２３と、断線監視回路２４と、ＭＡＸ回路２５と、比例回路２６と、ＭＡＸ回路２７と、比較回路２８とを含んでいる。

Ｕ相判定回路２１ｕは、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕの異常の有無を判定する。詳細には、Ｕ相判定回路２１ｕは、検出信号Ｓｉｇ＿ｕの電圧が規定の範囲内にあるか否かを判定する。Ｕ相判定回路２１ｕの出力値は、検出信号Ｓｉｇ＿ｕの電圧が規定の範囲内にある場合には、正常を意味する０となり、検出信号Ｓｉｇ＿ｕの電圧が規定の範囲内にない場合には、異常を意味する１となる。

Ｖ相判定回路２１ｖは、Ｖ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖの異常の有無を判定する。詳細には、Ｖ相判定回路２１ｖは、検出信号Ｓｉｇ＿ｖの電圧が規定の範囲内にあるか否かを判定する。Ｖ相判定回路２１ｖの出力値は、検出信号Ｓｉｇ＿ｖの電圧が規定の範囲内にある場合には、正常を意味する０となり、検出信号Ｓｉｇ＿ｖの電圧が規定の範囲内にない場合には、異常を意味する１となる。

Ｗ相判定回路２１ｗは、Ｗ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗの異常の有無を判定する。詳細には、Ｗ相判定回路２１ｗは、検出信号Ｓｉｇ＿ｗの電圧が規定の範囲内にあるか否かを判定する。Ｗ相判定回路２１ｗの出力値は、検出信号Ｓｉｇ＿ｗの電圧が規定の範囲内にある場合には、正常を意味する０となり、検出信号Ｓｉｇ＿ｗの電圧が規定の範囲内にない場合には、異常を意味する１となる。

結合回路２２は、Ｕ相判定回路２１ｕ、Ｖ相判定回路２１ｖおよびＷ相判定回路２１ｗからそれぞれ出力される３つの出力値を結合し、異常相情報を生成する。異常相情報は、具体的には、３つの要素を有する配列である。例えば、異常相情報が「１」「０」「１」である場合、回転角センサ２から出力されるＶ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖのみが正常であり、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕおよびＷ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗがともに異常であることを意味している。

加算回路２３は、Ｕ相判定回路２１ｕ、Ｖ相判定回路２１ｖおよびＷ相判定回路２１ｗからそれぞれ出力される３つの出力値を加算した結果を出力する。上記の例、すなわち異常相情報が「１」「０」「１」である場合では、加算回路２３の出力値は、１＋０＋１＝２となる。

断線監視回路２４は、電圧センサ４によって検出される電源線Ｌ１の電圧Ｖに基づいて、電源線Ｌ１およびＧＮＤ線Ｌ２の断線を検出する。詳細には、本実施の形態１では、電源装置３と回転角センサ２との間の電源線Ｌ１およびＧＮＤ線Ｌ２の少なくとも一方が断線した場合に、電源線Ｌ１の電圧Ｖが規定の範囲外に固定されるように構成されている。断線監視回路２４の出力値は、電圧センサ４によって検出される電圧Ｖが規定の範囲内にある場合には、断線なしを意味する０となり、電圧Ｖが規定の範囲内にない場合には、断線ありを意味する１となる。

ＭＡＸ回路２５は、断線監視回路２４の出力値と、電源装置３から出力される診断信号Ｄｉａｇの値とのうち、大きい方の値を出力する。例えば、断線監視回路２４の出力値が１であり、診断信号Ｄｉａｇの値が０である場合には、ＭＡＸ回路２５の出力値は、ｍａｘ｛０，１｝＝１となる。

比例回路２６は、ＭＡＸ回路２５の出力値に定数３を乗算した結果を出力する。例えば、ＭＡＸ回路２５の出力値が１である場合には、比例回路２６の出力値は、１×３＝３となる。

ＭＡＸ回路２７は、加算回路２３の出力値と、比例回路２６の出力値とのうち、大きい方の値を出力する。例えば、加算回路２３の出力値が２であり、比例回路２６の出力値が３である場合には、ＭＡＸ回路２７の出力値は、ｍａｘ｛２，３｝＝３となる。

比較回路２８は、ＭＡＸ回路２７の出力値と定数２とを比較し、出力値が２以上であるか否かに基づいて、複数相異常信号を出力する。詳細には、比較回路２８は、ＭＡＸ回路２７の出力値が２以上である場合には、複数相異常信号として１を出力し、ＭＡＸ回路２７の出力値が２未満である場合には、複数相異常信号として０を出力する。

複数相異常信号は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗにおいて、複数相の異常が存在するか否かを示している。複数相異常信号の値は、複数相の異常が存在する場合には１となり、複数相の異常が存在しない場合には０となる。例えば、回転角センサ２から出力されるＶ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖのみが正常であり、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕおよびＷ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗがともに異常である場合には、複数相異常信号の値は１となる。

図３に戻って、回転角算出器３０は、補正器１０から出力される三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃと、異常判定器２０から出力される異常相情報および複数相異常信号とに基づいて、検出回転角θｄを算出する。

図５は、回転角算出器３０の内部構成を示す図である。回転角算出器３０は、第１の回転角算出回路３１と、第２の回転角算出回路３２と、第３の回転角算出回路３３と、第４の回転角算出回路３４と、第５の回転角算出回路３５とを含んでいる。また、回転角算出器３０は、演算選択回路３６と、出力選択回路３７とを含んでいる。

第１の回転角算出回路３１は、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃに基づいて、第１の回転角θ１を算出する。

詳細には、第１の回転角算出回路３１は、以下の手順に従って、第１の回転角θ１を算出する。

まず、第１の回転角算出回路３１は、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃから、以下の式に従って、二相信号ａ１およびｂ１を算出する。

ａ１ ＝ Ｓｉｇ＿ｕｃ−（１／２）＊Ｓｉｇ＿ｖｃ−（１／２）＊Ｓｉｇ＿ｗｃ
ｂ１ ＝ （√３／２）＊Ｓｉｇ＿ｖｃ−（√３／２）＊Ｓｉｇ＿ｗｃ

次に、第１の回転角算出回路３１は、上記の二相信号ａ１およびｂ１の振幅および位相を補正する。具体的には、第１の回転角算出回路３１は、二相信号ａ１およびｂ１から、以下の式に従って、補正二相信号ａ２およびｂ２を算出する。

ａ２ ＝ （ａ１−ｄａ１）
ｂ２ ＝ ｋａｂ１（ｂ１−ｄｂ１）

ただし、上式において、ｄａ１およびｄｂ１は、予め決定される直流オフセット補正係数である。また、ｋａｂ１は、予め決定される振幅補正係数である。これらの係数の値は、正常状態における三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃに基づいて、事前に算出されて記憶されている。

次に、第１の回転角算出回路３１は、上記の補正二相信号ａ２およびｂ２から、以下の式に従って、和差信号ａ３およびｂ３を算出する。

ａ３ ＝ ａ２＋ｂ２
ｂ３ ＝ ａ２−ｂ２

次に、第１の回転角算出回路３１は、上記の和差信号ａ３およびｂ３から、以下の式に従って、補正和差信号ａ４およびｂ４を算出する。

ａ４ ＝ ａ３
ｂ４ ＝ ｋａｂ３＊ｂ３

ただし、上式において、ｋａｂ３は、予め決定される振幅補正係数であり、正常状態における三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃに基づいて、事前に算出されて記憶されている。

最後に、第１の回転角算出回路３１は、上記の補正和差信号ａ４およびｂ４から、以下の式に従って、第１の回転角θ１を算出する。

θ１ ＝ ａｒｃｔａｎ（ａ４／ｂ４）

また、第２の回転角算出回路３２は、Ｖ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＷ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｗｃに基づいて、第２の回転角θ２を算出する。

詳細には、第２の回転角算出回路３２は、以下の手順に従って、第２の回転角θ２を算出する。

まず、先述したように、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃについては、以下の関係式が常に成立する。

（Ｓｉｇ＿ｕｃ−Ｄ）＋（Ｓｉｇ＿ｖｃ−Ｄ）＋（Ｓｉｇ＿ｗｃ−Ｄ）＝０

この関係式をＳｉｇ＿ｕｃについて解くと、次式が得られる。

Ｓｉｇ＿ｕｃ ＝ ３＊Ｄ−（Ｓｉｇ＿ｖｃ＋Ｓｉｇ＿ｗｃ）

第２の回転角算出回路３２は、Ｖ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＷ相のＳｉｇ＿ｗｃから、上式に従って、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃを算出する。

以降の処理は、第１の回転角算出回路３１と同様である。

また、第３の回転角算出回路３３は、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃおよびＷ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｗｃに基づいて、第３の回転角θ３を算出する。

詳細には、第３の回転角算出回路３３は、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃおよびＷ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｗｃに基づいて、次式に従って、Ｖ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃを算出する。

Ｓｉｇ＿ｖｃ ＝ ３＊Ｄ−（Ｓｉｇ＿ｕｃ＋Ｓｉｇ＿ｗｃ）

以降の処理は、第１の回転角算出回路３１と同様である。

また、第４の回転角算出回路３４は、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃおよびＶ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃに基づいて、第４の回転角θ４を算出する。

詳細には、第４の回転角算出回路３４は、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃおよびＶ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃから、次式に従って、Ｗ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｗｃを算出する。

Ｓｉｇ＿ｗｃ ＝ ３＊Ｄ−（Ｓｉｇ＿ｕｃ＋Ｓｉｇ＿ｖｃ）

以降の処理は、第１の回転角算出回路３１と同様である。

また、第５の回転角算出回路３５は、第５の回転角θ５として０を出力する。

また、演算選択回路３６は、異常判定器２０から出力される異常相情報および複数相異常信号に基づいて、上記の第１〜第５の回転角算出回路の中から、実際に演算を実行する回路を択一的に選択する。

詳細には、演算選択回路３６は、異常相情報が「０」「０」「０」であり、かつ複数相異常信号の値が０である場合には、回転角センサ２から出力される三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗが全て正常であると判断する。

この時、演算選択回路３６は、第１の回転角算出回路３１に対して演算の実行を指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第１の回転角算出回路３１によって算出される第１の回転角θ１を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

また、演算選択回路３６は、異常相情報が「１」「０」「０」であり、かつ複数相異常信号の値が０である場合には、回転角センサ２から出力されるＵ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕのみが異常であると判断する。

この時、演算選択回路３６は、第２の回転角算出回路３２に対して演算の実行を指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第２の回転角算出回路３２によって算出される第２の回転角θ２を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

また、演算選択回路３６は、異常相情報が「０」「１」「０」であり、かつ複数相異常信号の値が０である場合には、回転角センサ２から出力されるＶ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｖのみが異常であると判断する。

この時、演算選択回路３６は、第３の回転角算出回路３３に対して演算の実行を指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第３の回転角算出回路３３によって算出される第３の回転角θ３を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

また、演算選択回路３６は、異常相情報が「０」「０」「１」であり、かつ複数相異常信号の値が０である場合には、回転角センサ２から出力されるＷ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｗのみが異常であると判断する。

この時、演算選択回路３６は、第４の回転角算出回路３４に対して演算の実行を指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第４の回転角算出回路３４によって算出される第４の回転角θ４を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

また、演算選択回路３６は、複数相異常信号の値が１である場合には、回転角センサ２から出力される複数相の検出信号が異常であると判断する。

この時、演算選択回路３６は、第５の回転角算出回路３５に対して、第５の回転角θ５＝０を出力するように指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第５の回転角算出回路３５から出力される第５の回転角θ５＝０を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

次に、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００の動作について説明する。

図６は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕ、Ｓｉｇ＿ｖおよびＳｉｇ＿ｗが全て正常である場合において、回転角検出装置１００の補正器１０から出力される三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｕｖおよびＳｉｇ＿ｗｃの時間変化を表す図である。

図６では、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃのそれぞれは、２．５Ｖのオフセット電圧を持ち、振幅は−１Ｖから＋１Ｖである。また、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃは、電気角においてそれぞれ１２０度ずつずれている。

図７は、図６に示される三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃに基づいて、回転角検出装置１００から出力される、検出回転角θｄの時間変化を表す図である。

また、図８は、時刻ｔ＝１．５秒において、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕに異常が発生した場合における、三相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃ、Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃの時間変化を表す図である。

時刻ｔ＝１．５秒において、回転角センサ２に内蔵されている図示しないプルアップ回路によって、検出信号Ｓｉｇ＿ｕの値が急変する。これに伴って、補正器１０から出力される補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃの値も、＋５Ｖに急変する。

この時、異常判定器２０に含まれるＵ相判定回路２１ｕの出力値は、検出信号Ｓｉｇ＿ｕの電圧が規定の範囲内にないため、異常を意味する１となる。その結果、異常判定器２０から出力される異常相情報は、「１」「０」「０」となる。また、異常判定器２０から出力される複数相異常信号の値は、０のままである。

演算選択回路３６は、異常相情報が「１」「０」「０」であり、かつ複数相異常信号の値が０であるため、Ｕ相の検出信号Ｓｉｇ＿ｕのみが異常であると判断する。そのため、演算選択回路３６は、第２の回転角算出回路３２に対して演算の実行を指示すると共に、出力選択回路３７に対して、第２の回転角算出回路３２によって算出される第２の回転角θ２を、検出回転角θｄとして出力するように指示する。

図８の時刻ｔ＝１．５秒以降における破線は、第２の回転角算出回路３２によって、補正検出信号Ｓｉｇ＿ｖｃおよびＳｉｇ＿ｗｃに基づいて算出される、Ｕ相の補正検出信号Ｓｉｇ＿ｕｃである。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００は、回転角センサ２から出力される三相の検出信号を補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号を出力する補正器１０と、三相の検出信号のそれぞれの異常の有無を判定する異常判定器２０と、三相の補正検出信号に基づいて、検出回転角θｄを算出する回転角算出器３０とを備えている。

異常判定器２０によって、三相の検出信号のうちのいずれか１つの検出信号のみが異常であると判定された場合に、回転角算出器３０は、三相の検出信号のうちの残り２つの検出信号にそれぞれ対応する２つの補正検出信号に基づいて、検出回転角θｄを算出する。

上記の特徴によって、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００では、回転角センサ２から出力される複数の検出信号のうちの１つの検出信号が異常となった場合でも、正確な検出回転角θｄを算出することができる。

特に、三相の補正検出信号の各時刻における総和は一定値となり、また三相の補正検出信号の位相は、電気角においてそれぞれ１２０度ずつずれていることが好ましい。これにより、回転角検出装置１００は、上記の２つの補正検出信号に基づく検出回転角θｄの算出を、より高精度に行うことができる。

また、異常判定器２０は、三相の検出信号のそれぞれについて、当該検出信号の電圧が設定範囲内にない場合に、当該検出信号が異常であると判定する。これにより、回転角検出装置１００は、三相の検出信号の異常の有無の判定を、時間遅れなく高速に行うことができる。

また、異常判定器２０によって、三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定された場合に、回転角算出器３０は、検出回転角θｄとして０を出力する。これにより、回転角検出装置１００は、複数の検出信号が異常となった場合でも、検出回転角θｄの出力を継続することができる。

また、異常判定器２０は、回転角センサ２と電源装置３との間の電源線Ｌ１およびＧＮＤ線Ｌ２の少なくとも一方が断線した場合にも、三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定する。電源線Ｌ１およびＧＮＤ線Ｌ２の少なくとも一方が断線した場合には、回転角センサ２から出力される三相の検出信号は全て異常となる。このような場合でも、回転角検出装置１００は、検出回転角θｄの出力を継続することができる。

また、異常判定器２０は、電源装置３が故障した場合にも、三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定する。回転角センサ２に動作電力を供給する電源装置３が故障した場合には、回転角センサ２から出力される三相の検出信号は全て異常となる。このような場合でも、回転角検出装置１００は、検出回転角θｄの出力を継続することができる。

また、補正器１０は、異常判定器２０によって、三相の検出信号の全てが正常であると判定される場合には、三相の検出信号の補正に用いるパラメータＤ＿ｕ、Ｄ＿ｖおよびＤ＿ｗ、並びに、Ｇａｉｎ＿ｕ、Ｇａｉｎ＿ｖおよびＧａｉｎ＿ｗを算出して記憶する。一方、補正器１０は、異常判定器２０によって、三相の検出信号の全てが正常であると判定されない場合には、上記のパラメータの算出および記憶を行わない。これにより、異常な検出信号に基づいて不適切なパラメータを算出することを防止することができる。なお、異常判定器２０によって、三相の検出信号の全てが正常であると判定される場合とは、具体的には、異常相情報が「０」「０」「０」であり、かつ複数相異常信号の値が０である場合である。

また、本実施の形態１に係る回転角推定装置２００は、上記の回転角検出装置１００と組み合わせて用いられる。回転角推定装置２００は、検出回転角θｄと推定回転角θｅとの位相差Θを算出する位相差算出器４０と、位相差Θに基づいて、推定回転速度ωｅを推定する回転速度推定器５０と、推定回転速度ωｅに基づいて、推定回転角θｅを推定する回転角推定器６０とを備えている。

回転角検出装置１００の異常判定器２０によって、三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定された場合に、回転角推定装置２００の位相差算出器４０は、位相差Θとして０を出力する。

従来技術に係るＰＬＬ型の回転数推定装置では、前段から入力される検出回転角θｄが異常になると、推定回転速度ωｅが急変してしまうという問題があった。これに対して、本実施の形態１に係る回転角推定装置２００では、前段から入力される検出回転角θｄが異常になると、位相差Θが０に固定される。その結果、推定回転速度ωｅは直前に出力した一定値に固定される。これにより、推定回転速度ωｅの急変が防止される。

なお、上述した実施の形態１に係る回転角検出装置１００および回転角推定装置２００における各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。図９は、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００および回転角推定装置２００の各機能を専用のハードウェアである処理回路１０００で実現する場合を示した構成図である。また、図１０は、本発明の実施の形態１に係る回転角検出装置１００および回転角推定装置２００の各機能をプロセッサ２００１およびメモリ２００２を備えた処理回路２０００により実現する場合を示した構成図である。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。モータ制御装置の各部の機能それぞれを個別の処理回路１０００で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路１０００で実現してもよい。

一方、処理回路がプロセッサ２００１の場合、モータ制御装置の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２００２に格納される。プロセッサ２００１は、メモリ２００２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、モータ制御装置は、処理回路２０００により実行されるときに、上述した各制御が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２００２を備える。

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２００２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２００２に該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

２ 回転角センサ、３ 電源装置、１０ 補正器、２０ 異常判定器、３０ 回転角算出器、４０ 位相差算出器、５０ 回転速度推定器、６０ 回転角推定器、１００ 回転角検出装置、２００ 回転角推定装置。

上記の課題を解決するために、本発明に係る回転角検出装置は、回転角センサから出力される三相の検出信号を補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号を出力する補正器と、三相の検出信号のそれぞれの異常の有無を判定する異常判定器と、三相の補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出する回転角算出器とを備え、異常判定器によって、三相の検出信号のうちのいずれか１つの検出信号のみが異常であると判定された場合に、回転角算出器は、三相の検出信号のうちの残り２つの検出信号にそれぞれ対応する２つの補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出し、予め決定された関係は、各時刻における三相の補正検出信号の総和が一定値となることである。

Claims (12)

1. 回転角センサから出力される三相の検出信号を補正して、予め決定された関係を満たす三相の補正検出信号を出力する補正器と、
   前記三相の検出信号のそれぞれの異常の有無を判定する異常判定器と、
   前記三相の補正検出信号に基づいて、検出回転角を算出する回転角算出器と
   を備え、
   前記異常判定器によって、前記三相の検出信号のうちのいずれか１つの検出信号のみが異常であると判定された場合に、前記回転角算出器は、前記三相の検出信号のうちの残り２つの検出信号にそれぞれ対応する２つの前記補正検出信号に基づいて、前記検出回転角を算出する、回転角検出装置。
2. 前記予め決定された関係は、各時刻における前記三相の補正検出信号の総和が一定値となることである、請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記三相の補正検出信号の各振幅は等しく、かつ、前記三相の補正検出信号の各位相は、電気角においてそれぞれ１２０度ずつずれている、請求項２に記載の回転角検出装置。
4. 前記異常判定器は、前記三相の検出信号のそれぞれについて、該検出信号が設定電圧範囲内にない場合に、該検出信号が異常であると判定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
5. 前記異常判定器によって、前記三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定された場合に、前記回転角算出器は、前記検出回転角として０を出力する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
6. 前記異常判定器は、前記回転角センサと該回転角センサに動作電力を供給する電源装置との間の電源線およびＧＮＤ線の少なくとも一方が断線した場合にも、前記三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定する、請求項５に記載の回転角検出装置。
7. 前記異常判定器は、前記電源装置が故障した場合にも、前記三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定する、請求項６に記載の回転角検出装置。
8. 前記補正器は、前記異常判定器によって、前記三相の検出信号の全てが正常であると判定される場合には、前記三相の検出信号の補正に用いるパラメータを算出して記憶し、前記異常判定器によって、前記三相の検出信号の全てが正常であると判定されない場合には、前記三相の検出信号の補正に用いる前記パラメータを算出および記憶しない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転角検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転角検出装置を備える、車載モータ制御システム。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転角検出装置と組み合わせて用いられ、
    前記検出回転角と推定回転角との位相差を算出する位相差算出器と、
    前記位相差に基づいて、推定回転速度を推定する回転速度推定器と、
    前記推定回転速度に基づいて、前記推定回転角を推定する回転角推定器と
    を備える、回転角推定装置。
11. 前記回転角検出装置の前記異常判定器によって、前記三相の検出信号のうちの複数の検出信号が異常であると判定された場合に、前記位相差算出器は、前記位相差として０を出力する、請求項１０に記載の回転角推定装置。
12. 請求項１０または１１に記載の回転角推定装置を備える、車載モータ制御システム。

Images