JP4281391B2 - 回転角検出装置及び回転角検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角検出装置及び回転角検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両、例えば、電動車両としての電気自動車に搭載され、電動機械としての駆動モータのトルク、すなわち、駆動モータトルクを発生させ、該駆動モータトルクを駆動輪に伝達するようにした電動駆動装置において、駆動モータは、力行（駆動）時に、バッテリから直流の電流を受けて駆動され、前記駆動モータトルクを発生させ、回生（発電）時に、電気自動車のイナーシャによってトルクを受け、直流の電流を発生させ、該電流をバッテリに供給するようになっている。
【０００３】
そして、駆動モータには、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えた回転体としてのロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等の電動機械部品が配設される。
【０００４】
また、電動車両としてのハイブリッド型車両に搭載され、エンジンのトルク、すなわち、エンジントルクの一部を第１の電動機械としての発電機（発電機モータ）に、残りを駆動輪に伝達するようにした電動駆動装置においては、サンギヤ、リングギヤ及びキャリヤを備えたプラネタリギヤユニットを有し、前記キャリヤとエンジンとを連結し、リングギヤと駆動輪とを連結し、サンギヤと発電機とを連結し、前記リングギヤ及び第２の電動機械としての駆動モータから出力された回転を駆動輪に伝達して駆動力を発生させるようにしている。
【０００５】
そして、発電機及び駆動モータには、それぞれ回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等の電動機械部品が配設される。
【０００６】
また、前記電気自動車には駆動モータ制御装置が電動機械制御装置として、前記ハイブリッド型車両には発電機制御装置及び駆動モータ制御装置がそれぞれ電動機械制御装置として配設され、該電動機械制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータを駆動して駆動モータトルクを発生させたり、発電機を駆動して、発電機のトルク、すなわち、発電機トルクを発生させたりするようになっている。
【０００７】
そのために、前記電動駆動装置において、発電機、駆動モータ等のロータの位置を表す磁極位置を検出するために、回転角検出回路が配設され、該回転角検出回路によって検出された磁極位置に基づいて発電機、駆動モータ等の制御を行うようにしている。そして、前記回転角検出回路は、回転角検出部としてレゾルバを備え、該レゾルバに参照信号を送ることによってレゾルバ信号を発生させ、該レゾルバ信号をＲ／Ｄコンバータに送り、該Ｒ／Ｄコンバータにおいてフィードバック制御部によってフィードバック制御を行い、レゾルバの回転角を算出する。したがって、該回転角によって表される磁極位置を検出することができる。
【０００８】
また、前記Ｒ／Ｄコンバータにおいては、制御タイミングごとに回転角を出力させると、電動機械制御装置のＣＰＵにおいて発電機、駆動モータ等の制御を行う際に、ＣＰＵに加わる負担が大きくなる。そこで、所定のタイミングでＲ／Ｄコンバータから出力された回転角を基準位置とし、その後は、該基準位置からの回転角の変化量をＲ／Ｄコンバータから入力し、前記ＣＰＵにおいて、前記基準位置に変化量を累積させて制御タイミングごとの回転角を推定し、それにより、磁極位置を検出するようにしている。
【０００９】
ところで、前記回転角検出回路には、参照信号を発生させるために励磁回路が配設され、該励磁回路は、励磁用の電源に接続され、励磁用の電源の電圧、すなわち、電源電圧に基づいて前記参照信号を発生させる。ところが、信号系又は電源系の瞬断時、例えば、レゾルバ信号をＲ／Ｄコンバータに送るためのレゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源が瞬間的に切断することによって電源電圧が低下し、レゾルバ信号がＲ／Ｄコンバータに入力されない状態になる。
【００１０】
その後、電源電圧が復帰すると、レゾルバ信号がＲ／Ｄコンバータに入力されるようになるが、その間、Ｒ／Ｄコンバータは、内部において制御を行うことができない。
【００１１】
そこで、電源電圧が復帰した後、所定の時間が経過したときに、再び前記基準位置を取得し、該基準位置に変化量を累積させて制御タイミングごとの回転角を推定し、検出するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３３７３７１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の回転角検出回路においては、Ｒ／Ｄコンバータから出力された回転角が整定され、基準位置とすることができるようになるまでの時間、すなわち、整定時間が長くなってしまう。したがって、回転角を検出することができるようになるまでの時間がその分長くなってしまう。
【００１４】
本発明は、前記従来の回転角検出回路の問題点を解決して、励磁用の電源電圧が一時的に低下した場合に、回転角を検出することができるようになるまでの時間を短くすることができる回転角検出装置及び回転角検出方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の回転角検出装置においては、レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路と、前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバと、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出するフィードバック制御部と、前記電動機械の回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段とを有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この場合、電動車両としての電気自動車に搭載され、電動機械としての駆動モータを駆動するようにした電動駆動装置について説明するが、本発明をハイブリッド型車両に搭載され、電動機械としての発電機を駆動するようにした電動駆動装置に適用することもできる。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態における回転角検出装置の機能ブロック図である。
【００２８】
図において、２０は参照信号を発生させる参照信号発生処理手段としての励磁回路、４３は前記参照信号を受けて出力信号を発生させる回転角検出部としてのレゾルバ、９１は前記出力信号に基づいてフィードバック制御を行い、回転角を算出するフィードバック制御部、５３は前記回転角の整定が開始されるときの電動機械回転速度としての駆動モータ回転速度の自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段としてのモード設定処理部である。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概略図、図３は本発明の実施の形態における回転角検出装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態における回転角検出装置の動作を示すフローチャート、図５は本発明の実施の形態における励磁用の電源が投入されたときの回転角検出装置の動作を示すタイムチャート、図６は本発明の実施の形態における信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出装置の動作を示すタイムチャート、図７は本発明の実施の形態における駆動モータ回転速度と整定時間最大値との関係を示す図、図８は本発明の実施の形態におけるＲ／Ｄコンバータを整定する際の回転速度領域を説明する図である。なお、図７において、横軸に回転角速度ＮＤを、縦軸に整定時間の最大値Ｔｓｍを採ってある。
【００３０】
図において、１０は電動駆動装置、３１は電動機械としての駆動モータであり、該駆動モータ３１としてＤＣブラシレス駆動モータが使用される。前記駆動モータ３１は、複数の相、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を図示されないステータコアに巻装することによって形成されたステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えた回転体としての図示されないロータを有する。そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によって相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW に変換され、各相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００３１】
そのために、前記インバータブリッジ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００３２】
また、回転角検出部としてレゾルバ４３が連結され、該レゾルバ４３に回転角検出回路４４が接続され、該回転角検出回路４４は、前記レゾルバ４３を励磁するための参照信号発生処理手段としての励磁回路２０、回転角出力装置としてのＲ／Ｄコンバータ２１等を備える。該Ｒ／Ｄコンバータ２１は、レゾルバ４３からレゾルバ信号を受け、前記ロータにおける原点からの回転角θを算出し、出力する。なお、本実施の形態において、Ｒ／Ｄコンバータ２１は、ハード構成にするようになっているが、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の制御部、及びＲＡＭ、ＲＯＭ等の記録部によって構成することもできる。
【００３３】
そして、該回転角θは、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送られ、該駆動モータ制御装置４５の図示されない磁極位置検出処理手段は、磁極位置検出処理を行い、前記回転角θを磁極位置として検出する。前記駆動モータ制御装置４５は、前記磁極位置に基づいて駆動モータ３１の制御を行う。また、前記駆動モータ制御装置４５は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の制御部、及びＲＡＭ、ＲＯＭ等の記録部を備える。なお、前記回転角検出回路４４及び駆動モータ制御装置４５の制御部によって、所定の処理を行うためのコンピュータが構成される。また、レゾルバ４３、回転角検出回路４４、駆動モータ制御装置４５等によって回転角検出装置が構成される。
【００３４】
したがって、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置が、トルク指令値として駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ* を駆動モータ制御装置４５に送ると、駆動モータ制御装置４５は、駆動モータ目標トルクＴＭ* に対応するパルス幅を計算し、該パルス幅を有する３相のパルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを発生させ、該パルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗをドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記パルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを受けて、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するためのスイッチング信号をそれぞれ発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送る。なお、本実施の形態においては、インバータ４０とは別にドライブ回路５１を配設するようにしているが、ドライブ回路等を内蔵したＩＰＭ等をインバータとして使用することもできる。
【００３５】
その結果、前記ステータコイル１１〜１３に各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW がそれぞれ供給され、ロータにトルクが発生させられる。このようにして、前記電動駆動装置１０を作動させることによって駆動モータ３１を駆動し、電気自動車を走行させることができる。
【００３６】
ところで、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW を制御するために、各相のうちの一つを除く所定の相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖが電流検出部としての電流センサ３３、３４によって検出され、検出された前記電流ｉｕ、ｉｖが駆動モータ制御装置４５に送られるようになっている。また、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW を各電流センサによって検出し、検出された電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを駆動モータ制御装置４５に送ることもできる。
【００３７】
なお、１６は前記バッテリ１４の電圧Ｖｂを検出する直流電圧検出回路、１７は平滑用のコンデンサ、４６は記録装置としてのメモリ、Ｖｃｃ１は制御用の電源であり、該電源Ｖｃｃ１は、駆動モータ制御装置４５に＋５〔Ｖ〕の電源電圧Ｖｃを印加してＣＰＵ電源として機能するとともに、回転角検出回路４４におけるＲ／Ｄコンバータ２１に＋５〔Ｖ〕の電源電圧Ｖｒｄを印加してＲ／Ｄ電源として機能する。また、Ｖｃｃ２は励磁用の電源であり、該電源Ｖｃｃ２は、励磁回路２０に電源電圧Ｖｅｘを印加し、レゾルバ励磁用電源として機能する。
【００３８】
ところで、前記駆動モータ制御装置４５においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３９】
そのために、前記駆動モータ制御装置４５においては、例えば、前記電流センサ３３、３４から送られた検出電流ｉｕ、ｉｖが図示されないＵＶ−ｄｑ変換器に送られ、該ＵＶ−ｄｑ変換器において前記検出電流ｉｕ、ｉｖは磁極位置に基づいて検出電流ｉｕ、ｉｖがｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換される。そして、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑはフィードバック制御用の図示されない減算器に送られ、該減算器において、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑと、駆動モータ目標トルクＴＭ* から変換されたｄ軸電流指令値ｉｄ* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ* との偏差Δｉｄ、Δｉｑが算出され、該偏差Δｉｄ、Δｉｑが図示されない電圧指令値発生部に送られる。該電圧指令値発生部においては、前記偏差Δｉｄ、Δｉｑに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ* が発生させられ、該ｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ* は図示されないｄｑ−ＵＶ変換器に送られる。
【００４０】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器においては、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ* は、磁極位置に基づいて各相の電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * に変換され、該電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * は図示されないＰＷＭ発生器に送られる。そして、該ＰＷＭ発生器は、前記各相の電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * 及び前記直流電圧検出回路１６によって検出された電圧Ｖｂに基づいて各相のパルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、ＳW を発生させる。
【００４１】
次に、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１について説明する。
【００４２】
まず、励磁回路２０は、参照信号発生処理を行い、所定の角速度ωで変化し、時間ｔを変数とする参照信号ｆ（ｔ）
ｆ（ｔ）＝ｓｉｎωｔ
を発生させ、該参照信号ｆ（ｔ）をレゾルバ４３の図示されない一次コイルに供給する。前記レゾルバ４３は、９０〔°〕の位相差で配設された二つの二次コイルを備え、参照信号ｆ（ｔ）を受けると、ロータにおける原点からの回転角θによって参照信号ｆ（ｔ）が変調され、電圧で表される第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂ
ｓａ＝ｆ（ｔ）・ｓｉｎθ
ｓｂ＝ｆ（ｔ）・ｃｏｓθ
を発生させ、レゾルバ信号としてＲ／Ｄコンバータ２１に対して出力する。なお、レゾルバ信号の処理においては、位相だけが問題となるので、本実施の形態において、前記参照信号ｆ（ｔ）及び第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂの各振幅を１とする。
【００４３】
前記第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂが出力されると、Ｒ／Ｄコンバータ２１において、乗算器２２は、各加算回路（×ｃｏｓ、×ｓｉｎ）２３、２４によって、三角関数で表される乗算変数ｃｏｓφ、ｓｉｎφを前記出力信号ｓａ、ｓｂにそれぞれ乗算し、乗算値ＳＡ、ＳＢ
ＳＡ＝ｆ（ｔ）・ｓｉｎθ・ｃｏｓφ
ＳＢ＝ｆ（ｔ）・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ
を算出し、乗算値ＳＡ、ＳＢを減算器２５に送る。なお、φは前記第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂに基づいてＲ／Ｄコンバータ２１内で特定された角度、すなわち、ディジタル角度である。
【００４４】
続いて、減算器２５は、乗算値ＳＡ、ＳＢを減算し、偏差ＳＣ
を算出し、偏差ＳＣを増幅器２７を介して制御偏差算出処理手段としての検波器２６に送る。該検波器２６は、制御偏差算出処理を行い、偏差ＳＣ及び励磁回路２０から送られた参照信号ｆ（ｔ）に基づいて、参照信号成分を除去し、変調成分を、回転角θの変化量を表す制御偏差ε
ε＝ｓｉｎ（θ−φ）
として発生させ、制御偏差εを偏差調整処理手段としての偏差重み付け部２８に送る。該偏差重み付け部２８は、乗算回路（×４）３５及び偏差切換え部としての切換器３６を備え、偏差調整処理を行い、前記駆動モータ制御装置４５から送られたモード切換信号ＭＤに従って制御偏差εに対して、選択的に所定の重み係数で重み付けを行う。
【００４５】
ところで、本実施の形態においては、Ｒ／Ｄコンバータ２１においては、後述されるフィードバック制御部９１（図１）によるフィードバック制御が行われ、回転角θを算出するようになっているが、そのために、各種の処理における分解能を切り換えることができるようになっている。そして、前記駆動モータ制御装置４５は自走範囲変更処理手段としてのモード設定処理部５３を備え、該モード設定処理部５３は自走範囲変更処理としてのモード設定処理を行い、前記分解能を表す分解能指数を１２〔ビット〕と１０〔ビット〕とで切り換え、設定する。本実施の形態においては、モード切換信号ＭＤが第１の状態を表すハイレベルであるとき、第１のモードとしての低分解能モードが設定され、分解能指数が１０〔ビット〕にされ、モード切換信号ＭＤが第２の状態を表すローレベルであるとき、第２のモードとしての高分解能モードが設定され、分解能指数が１２〔ビット〕にされる。
【００４６】
この場合、高分解能モードが設定されると、前記各種の処理における処理速度は、低分解能モードが設定されたときの４分の１になり、分解能は、低分解能モードが設定されたときの前記フィードバック制御部９１の所定の分解能、すなわち、通常の制御時の回転角速度ＮＤを整定する場合の分解能より高くされ、４倍になる。
【００４７】
ところで、前記低分解能モードと高分解能モードとでは、１〔ビット〕当たりの制御偏差εの重みが異なり、低分解能モードが設定されている場合、１〔ビット〕当たりの制御偏差εは、高分解能モードが設定されている場合の４倍になる。そこで、高分解能モードが設定されているときを基準にして、低分解能モードが設定されたときに、重み係数が４にされ、制御偏差εに４倍の重み付けを行う。すなわち、モード切換信号ＭＤがローレベルである場合、高分解能モードが設定されるので、重み付けは行われず、増幅器２７から出力された制御偏差εは、そのまま第１の積分処理手段としてのＰＩ補償器３７に送られ、モード切換信号ＭＤがハイレベルである場合、低分解能モードが設定されるので、増幅器２７から出力された制御偏差εは、乗算回路３５による重み付けが行われた後、ＰＩ補償器３７に送られる。
【００４８】
続いて、該ＰＩ補償器３７は、第１の積分処理を行い、制御偏差εを積分してディジタル値で表される回転角速度ＮＤを算出し、該回転角速度ＮＤを速度記録部としての速度レジスタ３９に記録し、特定する。この場合、速度レジスタ３９は１６〔ビット〕の構成を有し、１〔ビット〕当たりの回転角速度ＮＤの重みは、低分解能モードと高分解能モードとで同じである。そして、低分解能モードが設定されている場合、１６〔ビット〕のすべてが回転角速度ＮＤを表すのに使用され、高分解能モードが設定されている場合、処理速度が４分の１になるので、１４〔ビット〕だけが回転角速度ＮＤを表すのに使用される。そのために、前記モード切換信号ＭＤがローレベルになると、Ｒ／Ｄコンバータ２１のＣＰＵのビット切換処理手段は、ビット切換処理を行い、速度レジスタ３９の上位２〔ビット〕を「０」にマスクする。
【００４９】
ところで、前記速度レジスタ３９に回転角速度ＮＤを記録するに当たり、リミット処理が行われるようになっていて、速度レジスタ３９のフルビット、すなわち、１６〔ビット〕で表される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度を表す最大値「１１１１１１１１１１１１１１１１」より回転角速度ＮＤが高くなると、オーバフロー分がカットされ、前記最大値にロックされる。したがって、低分解能モードが設定されていて、１５〔ビット〕以上に数値「１」が立っている場合に、モードの切換えが行われて高分解能モードが設定されると、回転角速度ＮＤは、強制的に１４〔ビット〕で表される最大値「００１１１１１１１１１１１１１１」に変更される。一方、高分解能モードから低分解能モードにモードが切り換えられる場合、回転角速度ＮＤの値は変更されない。
【００５０】
続いて、前記速度レジスタ３９に記録された回転角速度ＮＤは、第２の積分処理手段としての積分器（１／ｓ）５０に送られる。該積分器５０は、第２の積分処理を行い、回転角速度ＮＤを積分し、ディジタル値で表されるディジタル角度φを算出し、該ディジタル角度φを角度レジスタ４９に記録する。この場合、角度レジスタ４９は１２〔ビット〕の構成を有し、１〔ビット〕当たりのディジタル角度φの重みは、低分解能モードと高分解能モードとで同じである。そして、低分解能モードが設定されている場合、１０〔ビット〕だけがディジタル角度φを表すのに使用され、高分解能モードが設定されている場合、１２〔ビット〕のすべてがディジタル角度φを表すのに使用される。
【００５１】
このようにして、ディジタル角度φが角度レジスタ４９に記録されると、変数設定処理手段としての変数設定器４７は、変数設定処理を行い、Ｒ／Ｄコンバータ２１のＲＯＭに設定された乗算変数マップを参照し、角度レジスタ４９に記録されたディジタル角度φに対応させて乗算変数ｃｏｓφ、ｓｉｎφを読み出し、乗算器２２に送る。
【００５２】
この場合、乗算器２２、検波器２６、増幅器２７、偏差重み付け部２８、ＰＩ補償器３７、速度レジスタ３９、積分器５０、角度レジスタ４９及び変数設定器４７によってフィードバック制御部９１（図１）が構成され、前記制御偏差εに基づいて位相（θ−φ）が零（０）になり、回転角θとディジタル角度φとが一致するようにフィードバック制御が行われる。
【００５３】
また、パルス変換処理手段としてのパルス変換器４８が配設され、該パルス変換器４８は、パルス変換処理を行い、前記角度レジスタ４９の全〔ビット〕の出力、及び前記モード切換信号ＭＤを読み込み、角度レジスタ４９に記録されたディジタル角度φの値が変化するたびに前記角度レジスタ４９の下位の２〔ビット〕の出力に基づいて、駆動モータ３１の回転方向及び回転角θの変化量を表すＡ相信号及びＢ相信号を出力する。該Ａ相信号及びＢ相信号は、互いに位相が９０〔°〕ずれた方形波信号であり、Ａ相信号の位相が進んでいる場合は駆動モータ３１が正方向に回転していることを、Ｂ相信号の位相が進んでいる場合は駆動モータ３１が逆方向に回転していることを表す。
【００５４】
また、前記パルス変換器４８の図示されないゼロ判定処理手段は、ゼロ判定処理を行い、前記全〔ビット〕の出力に基づいて、ディジタル角度φが零になったかどうかを判断し、零になると、ゼロ判定をしてＺ相信号を出力する。なお、該Ｚ相信号は、レゾルバ４３が１回転するごとに１回出力される。ここで、レゾルバ４３が１回転することと、駆動モータ３１が１回転することは同値である。
【００５５】
ところで、前記回転角θが収束すると、前記駆動モータ制御装置４５の第１の通信処理手段としてのシリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、第１の通信処理を行い、所定のタイミングでラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、データ保持部としてのラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、第２の通信処理手段としてのシリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、第２の通信処理を行い、前記シリアル通信Ｉ／Ｆ５４からのクロック信号ＣＬＫに従ってディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００５６】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、図示されない絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θは、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送った時点で角度レジスタ４９に記録されていたディジタル角度φであり、該ディジタル角度φが基準位置となる。なお、駆動モータ３１の始動時においては、駆動モータ制御装置４５は、前記絶対値データ記録部に記録された回転角θを、図示されない制御用データ記録部に送り、初期値とする。
【００５７】
また、前記駆動モータ制御装置４５の回転角設定処理手段としてのエンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角設定処理を行い、前記Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受けると、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを設定する。すなわち、Ａ相信号の位相がＢ相信号の位相より進んでいる場合は、回転角θを大きくし、Ｂ相信号の位相がＡ相信号の位相より進んでいる場合は、回転角θを小さくする。このようにして、前記基準位置に回転角θの変化量が累積させられ、制御タイミングごとの回転角θが推定される。なお、Ｚ相信号を受けると、前記エンコーダＩ／Ｆ５７は、制御用データ記録部に記録された回転角θを零にする。
【００５８】
ところで、電気自動車の始動キーをオンにすると、電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、同時に電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始する。また、前記励磁回路２０には、前記駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始した後、所定の時間が経過すると、前記電源Ｖｃｃ２が投入され、電源電圧Ｖｅｘが印加されるようになっている。
【００５９】
ところが、励磁回路２０に電源電圧Ｖｅｘが印加されるまでの間、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３に入力されないので、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。その結果、Ｒ／Ｄコンバータ２１は内部において制御が成立しなくなり、自走してしまう。
【００６０】
また、信号系又は電源系の瞬断時、例えば、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂをＲ／Ｄコンバータ２１に送るためのレゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源Ｖｃｃ２が瞬間的に切断されると、電源電圧Ｖｅｘが一時的に低下し、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。この場合も同様に、Ｒ／Ｄコンバータ２１は内部において制御が成立しなくなり、自走してしまう。
【００６１】
その結果、その間、磁極位置を検出することができず、電気自動車の制御を行うことができなくなってしまう。
【００６２】
なお、電気自動車の場合、電源電圧Ｖｅｘは、低下した後、例えば、補機用のバッテリ等によって復帰する。また、ハイブリッド型車両の場合、電源電圧Ｖｅｘは、低下した後、例えば、エンジンによって発電が行われ、それに伴って補機用のバッテリが充電され、電源電圧Ｖｅｘが復帰する。
【００６３】
そこで、本実施の形態においては、電源Ｖｃｃ２が投入されたとき、及び信号系又は電源系の瞬断時に電源電圧Ｖｅｘが復帰したときに、Ｒ／Ｄコンバータ２１から出力された回転角θが整定され、基準位置とすることができるようになるまでの整定時間を短くし、回転角θを検出することができるようになるまでの時間をその分短くするようにしている。
【００６４】
そのために、駆動モータ制御装置４５の異常判定処理手段としての電源異常判定部５８は、異常判定処理を行い、電源Ｖｃｃ２の電源電圧Ｖｅｘを読み込み、該電源電圧Ｖｅｘが励磁回路２０を正常に作動させる範囲にあるかどうか、本実施の形態においては、あらかじめ設定された閾値より低いかどうかによって、電源Ｖｃｃ２が正常かどうかを判断する。
【００６５】
そして、電源Ｖｃｃ２が正常である場合、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをローレベルにして分解能指数を１２〔ビット〕に設定し、高分解能モードを設定する。したがって、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、その状態で回転角速度ＮＤの整定が開始される。
【００６６】
一方、電源Ｖｃｃ２が異常である場合、駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ停止処理手段は、駆動モータ停止処理を行い、駆動モータ３１を停止させるとともに、駆動モータ制御装置４５の図示されないタイムディレイ処理手段は、タイムディレイ処理を行い、所定の第１の遅延時間τ１が経過するのを待機する。なお、電動車両がハイブリッド型車両である場合、前記駆動モータ停止処理において、エンジンだけが駆動され、エンジンによってハイブリッド型車両が走行させられる。
【００６７】
また、電源電圧ＶｒｄのＲ／Ｄコンバータ２１への印加が開始されてから所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。
【００６８】
そして、高分解能モードが設定された後、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第２の遅延時間τ２が経過するのを待機し、該遅延時間τ２が経過すると、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして分解能指数を１０〔ビット〕に設定し、低分解能モードを設定する。したがって、その後は、Ｒ／Ｄコンバータ２１における処理速度を高くすることができる。
【００６９】
また、Ｒ／Ｄコンバータ２１の図示されない比較処理手段としての比較処理部は、比較処理を行い、整定の開始に伴って算出される制御偏差εがあらかじめ設定された閾値εｔｈ以下であるかどうかを判断し、制御偏差εが閾値εｔｈ以下である場合、エラー信号ＥＲＲを出力状態を表すローレベルにし、エラー信号ＥＲＲを出力するのを停止する。
【００７０】
続いて、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない整定終了判定処理手段は、整定終了判定処理を行い、前記エラー信号ＥＲＲが出力されているかどうかを判断し、前記エラー信号ＥＲＲが出力されている場合、整定が終了していないと判定し、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第３の遅延時間τ３が経過するのを待機する。
【００７１】
そして、エラー信号ＥＲＲが出力されない場合、前記モード設定処理部５３は分解能指数をその後の用途、すなわち、駆動モータ制御装置４５における各種の制御の内容にあわせて設定する。続いて、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第４の遅延時間τ４が経過するのを待機し、第４の遅延時間τ４が経過すると、用途に対応するモード、すなわち、低分解能モード又は高分解能モードで回転角θを読み込む。
【００７２】
このように、回転角θの整定が開始されるときに高分解能モードが設定され、固有角速度ＮＤの自走範囲がフィードバック制御部９１の所定の自走範囲、すなわち、通常の制御時の回転角速度ＮＤを整定する場合の自走範囲より小さくされるので、整定時間を短くすることができる。また、回転角θの整定が開始された後、低分解能モードが設定され、処理速度が高くされるので、整定時間を一層短くすることができる。
【００７３】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 励磁用の電源Ｖｃｃ２が正常かどうかを判断する。励磁用の電源Ｖｃｃ２が正常である場合はステップＳ３に、正常でない（異常である）場合はステップＳ２に進む。
ステップＳ２ タイマディレイ処理を行い、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ３ 分解能指数を１２〔ビット〕に設定する。
ステップＳ４ タイマディレイ処理を行う。
ステップＳ５ 分解能指数を１０〔ビット〕に設定する。
ステップＳ６ エラー信号ＥＲＲが出力されているかどうかを判断する。エラー信号ＥＲＲが出力されている場合はステップＳ７に、出力されていない場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ７ タイマディレイ処理を行い、ステップＳ６に戻る。
ステップＳ８ 分解能指数を各種の制御の内容に合わせて設定する。
ステップＳ９ タイマディレイ処理を行う。
ステップＳ１０ Ｒ／Ｄコンバータ２１から回転角θを読み込み、処理を終了する。
【００７４】
次に、前記電源Ｖｃｃ２が投入されたときの回転角検出回路４４の動作をタイムチャートに基づいて説明する。
【００７５】
まず、図５に示されるように、電気自動車の始動キーをオンにすると、タイミングｔ１で電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、同時に電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始する。この時点でモード切換信号ＭＤはローレベルにされていて、高分解能モードが設定されているので、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、図８に示されるように、回転角速度ＮＤの自走範囲は、
−Ｎｙ≦ＮＤ≦Ｎｙ
になり、小さくされる。
【００７６】
また、電源電圧ＶｒｄのＲ／Ｄコンバータ２１への印加が開始されてから所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。なお、Ｒ／Ｄコンバータ２１の特性上、電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加された後、前記時間τａが経過するまでの間は、エラー信号ＥＲＲにマスクがされていて、前記エラー信号ＥＲＲはハイレベルにはならない。
【００７７】
続いて、タイミングｔ２で電源電圧Ｖｅｘが励磁回路２０に印加されると、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３の一次コイルに供給され、前記自走範囲から整定が開始される。これに伴って、前記自走範囲は徐々に小さくされる。
【００７８】
次に、タイミングｔ３で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして低分解能モードを設定する。したがって、その後は、処理速度が高くなるので、自走範囲は急激に小さくされる。
【００７９】
そして、タイミングｔ４で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、値（θ−φ）が収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、シリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、ラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、シリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、ディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００８０】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、前記絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θによって基準位置が設定される。続いて、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角設定処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを設定する。
【００８１】
なお、タイミングｔ３でモード切換信号ＭＤがハイレベルにされず、高分解能モードのままで整定が継続された場合、処理速度を高くすることができないので、領域ＡＲ１で示されるように、自走範囲は徐々に小さくされる。したがって、整定時間は長くなり、タイミングｔ５で整定が終了する。
【００８２】
なお、仮に、電気自動車の始動キーをオンにしたときから、低分解能モードが設定されている場合、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が抑制されず、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は、
−Ｎｘ≦ＮＤ≦Ｎｘ
になる。しかも、値Ｎｘは値Ｎｙより極めて大きい。
【００８３】
したがって、この状態で整定が開始されると、領域ＡＲ２で示されるように、整定時間は極めて長くなり、タイミングｔ６で整定が終了する。なお、図７に示されるように、回転角速度ＮＤに対応させて整定時間の最大値Ｔｓｍが設定されていて、駆動モータ制御装置４５の電源異常判定部５８は、異常判定処理を行い、整定を開始するのに伴って計時を開始し、整定を開始してから経過した時間が前記最大値Ｔｓｍを超えたときに、レゾルバ信号線が物理的に断線した場合等のように異常が発生したと判断する。
【００８４】
次に、信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出回路４４の動作をタイムチャートに基づいて説明する。
【００８５】
図６に示されるように、駆動モータ３１が駆動されていて、回転角速度ＮＤの値がＮｎであり、しかも、電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動している状態において、タイミングｔ１１で、レゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源Ｖｃｃ２が瞬間的に切断されると、電源電圧Ｖｅｘが一時的に低下し、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。そして、所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。
【００８６】
この時点で、モード切換信号ＭＤはハイレベルにされていて、低分解能モードが設定されているので、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が低くされず、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は抑制されず、
−Ｎｘ≦ＮＤ≦Ｎｘ
になる。続いて、タイミングｔ１２で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをローレベルにして高分解能モードを設定する。これに伴って、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は、
−Ｎｙ≦ＮＤ≦Ｎｙ
になる。
【００８７】
続いて、タイミングｔ１３で電源電圧Ｖｅｘが回復すると、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３の一次コイルに供給され、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲から整定が開始される。これに伴って、前記自走範囲は徐々に小さくされる。
【００８８】
次に、タイミングｔ１４で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして低分解能モードを設定する。したがって、その後は、処理速度が高くなるので、自走範囲は急激に小さくされる。
【００８９】
そして、正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが同じ場合、タイミングｔ１５で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、値（θ−φ）が収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、シリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、該Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、ラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、シリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、ディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００９０】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、前記絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θによって基準位置が設定される。続いて、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角更新処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを更新する。
【００９１】
そして、正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆である場合、タイミングｔ１５より遅いタイミングｔ１６で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、回転角θが収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角更新処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを更新する。図８において、αは正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆であり、低分解能モードが設定されているときの自走範囲を、βは正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆であり、高分解能モードが設定されているときの自走範囲を示す。
【００９２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、回転角検出装置においては、レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路と、前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバと、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出するフィードバック制御部と、前記電動機械の回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段とを有する。
【００９４】
この場合、回転角の整定が開始されるときの回転角速度の自走範囲が小さくされるので、整定時間を短くすることができる。したがって、回転角を検出することができるようになるまでの時間をその分短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回転角検出装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電動駆動装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態における回転角検出装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における回転角検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における励磁用の電源が投入されたときの回転角検出装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態における駆動モータ回転速度と整定時間最大値との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるＲ／Ｄコンバータを整定する際の回転速度領域を説明する図である。
【符号の説明】
２０ 励磁回路
４３ レゾルバ
４４ 回転角検出回路
４５ 駆動モータ制御装置
５３ モード設定処理部
５７ エンコーダＩ／Ｆ
５８ 電源異常判定部
９１ フィードバック制御部
Ｖｃｃ２ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角検出装置及び回転角検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両、例えば、電動車両としての電気自動車に搭載され、電動機械としての駆動モータのトルク、すなわち、駆動モータトルクを発生させ、該駆動モータトルクを駆動輪に伝達するようにした電動駆動装置において、駆動モータは、力行（駆動）時に、バッテリから直流の電流を受けて駆動され、前記駆動モータトルクを発生させ、回生（発電）時に、電気自動車のイナーシャによってトルクを受け、直流の電流を発生させ、該電流をバッテリに供給するようになっている。
【０００３】
そして、駆動モータには、回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えた回転体としてのロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等の電動機械部品が配設される。
【０００４】
また、電動車両としてのハイブリッド型車両に搭載され、エンジンのトルク、すなわち、エンジントルクの一部を第１の電動機械としての発電機（発電機モータ）に、残りを駆動輪に伝達するようにした電動駆動装置においては、サンギヤ、リングギヤ及びキャリヤを備えたプラネタリギヤユニットを有し、前記キャリヤとエンジンとを連結し、リングギヤと駆動輪とを連結し、サンギヤと発電機とを連結し、前記リングギヤ及び第２の電動機械としての駆動モータから出力された回転を駆動輪に伝達して駆動力を発生させるようにしている。
【０００５】
そして、発電機及び駆動モータには、それぞれ回転自在に配設され、Ｎ極及びＳ極の永久磁石から成る磁極対を備えたロータ、該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ等の電動機械部品が配設される。
【０００６】
また、前記電気自動車には駆動モータ制御装置が電動機械制御装置として、前記ハイブリッド型車両には発電機制御装置及び駆動モータ制御装置がそれぞれ電動機械制御装置として配設され、該電動機械制御装置において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパルス幅変調信号をインバータに送り、該インバータにおいて発生させられた相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記各ステータコイルに供給することによって、前記駆動モータを駆動して駆動モータトルクを発生させたり、発電機を駆動して、発電機のトルク、すなわち、発電機トルクを発生させたりするようになっている。
【０００７】
そのために、前記電動駆動装置において、発電機、駆動モータ等のロータの位置を表す磁極位置を検出するために、回転角検出回路が配設され、該回転角検出回路によって検出された磁極位置に基づいて発電機、駆動モータ等の制御を行うようにしている。そして、前記回転角検出回路は、回転角検出部としてレゾルバを備え、該レゾルバに参照信号を送ることによってレゾルバ信号を発生させ、該レゾルバ信号をＲ／Ｄコンバータに送り、該Ｒ／Ｄコンバータにおいてフィードバック制御部によってフィードバック制御を行い、レゾルバの回転角を算出する。したがって、該回転角によって表される磁極位置を検出することができる。
【０００８】
また、前記Ｒ／Ｄコンバータにおいては、制御タイミングごとに回転角を出力させると、電動機械制御装置のＣＰＵにおいて発電機、駆動モータ等の制御を行う際に、ＣＰＵに加わる負担が大きくなる。そこで、所定のタイミングでＲ／Ｄコンバータから出力された回転角を基準位置とし、その後は、該基準位置からの回転角の変化量をＲ／Ｄコンバータから入力し、前記ＣＰＵにおいて、前記基準位置に変化量を累積させて制御タイミングごとの回転角を推定し、それにより、磁極位置を検出するようにしている。
【０００９】
ところで、前記回転角検出回路には、参照信号を発生させるために励磁回路が配設され、該励磁回路は、励磁用の電源に接続され、励磁用の電源の電圧、すなわち、電源電圧に基づいて前記参照信号を発生させる。ところが、信号系又は電源系の瞬断時、例えば、レゾルバ信号をＲ／Ｄコンバータに送るためのレゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源が瞬間的に切断することによって電源電圧が低下し、レゾルバ信号がＲ／Ｄコンバータに入力されない状態になる。
【００１０】
その後、電源電圧が復帰すると、レゾルバ信号がＲ／Ｄコンバータに入力されるようになるが、その間、Ｒ／Ｄコンバータは、内部において制御を行うことができない。
【００１１】
そこで、電源電圧が復帰した後、所定の時間が経過したときに、再び前記基準位置を取得し、該基準位置に変化量を累積させて制御タイミングごとの回転角を推定し、検出するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−３３７３７１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の回転角検出回路においては、Ｒ／Ｄコンバータから出力された回転角が整定され、基準位置とすることができるようになるまでの時間、すなわち、整定時間が長くなってしまう。したがって、回転角を検出することができるようになるまでの時間がその分長くなってしまう。
【００１４】
本発明は、前記従来の回転角検出回路の問題点を解決して、励磁用の電源電圧が一時的に低下した場合に、回転角を検出することができるようになるまでの時間を短くすることができる回転角検出装置及び回転角検出方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の回転角検出装置においては、レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路と、前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバと、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出するフィードバック制御部と、前記電動機械の回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段とを有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この場合、電動車両としての電気自動車に搭載され、電動機械としての駆動モータを駆動するようにした電動駆動装置について説明するが、本発明をハイブリッド型車両に搭載され、電動機械としての発電機を駆動するようにした電動駆動装置に適用することもできる。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態における回転角検出装置の機能ブロック図である。
【００２８】
図において、２０は参照信号を発生させる参照信号発生処理手段としての励磁回路、４３は前記参照信号を受けて出力信号を発生させる回転角検出部としてのレゾルバ、９１は前記出力信号に基づいてフィードバック制御を行い、回転角を算出するフィードバック制御部、５３は前記回転角の整定が開始されるときの電動機械回転速度としての駆動モータ回転速度の自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段としてのモード設定処理部である。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態における電動駆動装置の概略図、図３は本発明の実施の形態における回転角検出装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態における回転角検出装置の動作を示すフローチャート、図５は本発明の実施の形態における励磁用の電源が投入されたときの回転角検出装置の動作を示すタイムチャート、図６は本発明の実施の形態における信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出装置の動作を示すタイムチャート、図７は本発明の実施の形態における駆動モータ回転速度と整定時間最大値との関係を示す図、図８は本発明の実施の形態におけるＲ／Ｄコンバータを整定する際の回転速度領域を説明する図である。なお、図７において、横軸に回転角速度ＮＤを、縦軸に整定時間の最大値Ｔｓｍを採ってある。
【００３０】
図において、１０は電動駆動装置、３１は電動機械としての駆動モータであり、該駆動モータ３１としてＤＣブラシレス駆動モータが使用される。前記駆動モータ３１は、複数の相、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を図示されないステータコアに巻装することによって形成されたステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えた回転体としての図示されないロータを有する。そして、前記駆動モータ３１を駆動して電気自動車を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によって相電流、すなわち、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW に変換され、各相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００３１】
そのために、前記インバータブリッジ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００３２】
また、回転角検出部としてレゾルバ４３が連結され、該レゾルバ４３に回転角検出回路４４が接続され、該回転角検出回路４４は、前記レゾルバ４３を励磁するための参照信号発生処理手段としての励磁回路２０、回転角出力装置としてのＲ／Ｄコンバータ２１等を備える。該Ｒ／Ｄコンバータ２１は、レゾルバ４３からレゾルバ信号を受け、前記ロータにおける原点からの回転角θを算出し、出力する。なお、本実施の形態において、Ｒ／Ｄコンバータ２１は、ハード構成にするようになっているが、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の制御部、及びＲＡＭ、ＲＯＭ等の記録部によって構成することもできる。
【００３３】
そして、該回転角θは、電動機械制御装置としての駆動モータ制御装置４５に送られ、該駆動モータ制御装置４５の図示されない磁極位置検出処理手段は、磁極位置検出処理を行い、前記回転角θを磁極位置として検出する。前記駆動モータ制御装置４５は、前記磁極位置に基づいて駆動モータ３１の制御を行う。また、前記駆動モータ制御装置４５は、図示されないＣＰＵ、ＭＰＵ等の制御部、及びＲＡＭ、ＲＯＭ等の記録部を備える。なお、前記回転角検出回路４４及び駆動モータ制御装置４５の制御部によって、所定の処理を行うためのコンピュータが構成される。また、レゾルバ４３、回転角検出回路４４、駆動モータ制御装置４５等によって回転角検出装置が構成される。
【００３４】
したがって、電気自動車の全体の制御を行う図示されない車両制御装置が、トルク指令値として駆動モータトルクの目標値を表す駆動モータ目標トルクＴＭ* を駆動モータ制御装置４５に送ると、駆動モータ制御装置４５は、駆動モータ目標トルクＴＭ* に対応するパルス幅を計算し、該パルス幅を有する３相のパルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを発生させ、該パルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗをドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記パルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを受けて、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するためのスイッチング信号をそれぞれ発生させ、該スイッチング信号をインバータ４０に送る。なお、本実施の形態においては、インバータ４０とは別にドライブ回路５１を配設するようにしているが、ドライブ回路等を内蔵したＩＰＭ等をインバータとして使用することもできる。
【００３５】
その結果、前記ステータコイル１１〜１３に各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW がそれぞれ供給され、ロータにトルクが発生させられる。このようにして、前記電動駆動装置１０を作動させることによって駆動モータ３１を駆動し、電気自動車を走行させることができる。
【００３６】
ところで、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW を制御するために、各相のうちの一つを除く所定の相、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕ、Ｉｖが電流検出部としての電流センサ３３、３４によって検出され、検出された前記電流ｉｕ、ｉｖが駆動モータ制御装置４５に送られるようになっている。また、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩW を各電流センサによって検出し、検出された電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを駆動モータ制御装置４５に送ることもできる。
【００３７】
なお、１６は前記バッテリ１４の電圧Ｖｂを検出する直流電圧検出回路、１７は平滑用のコンデンサ、４６は記録装置としてのメモリ、Ｖｃｃ１は制御用の電源であり、該電源Ｖｃｃ１は、駆動モータ制御装置４５に＋５〔Ｖ〕の電源電圧Ｖｃを印加してＣＰＵ電源として機能するとともに、回転角検出回路４４におけるＲ／Ｄコンバータ２１に＋５〔Ｖ〕の電源電圧Ｖｒｄを印加してＲ／Ｄ電源として機能する。また、Ｖｃｃ２は励磁用の電源であり、該電源Ｖｃｃ２は、励磁回路２０に電源電圧Ｖｅｘを印加し、レゾルバ励磁用電源として機能する。
【００３８】
ところで、前記駆動モータ制御装置４５においては、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３９】
そのために、前記駆動モータ制御装置４５においては、例えば、前記電流センサ３３、３４から送られた検出電流ｉｕ、ｉｖが図示されないＵＶ−ｄｑ変換器に送られ、該ＵＶ−ｄｑ変換器において前記検出電流ｉｕ、ｉｖは磁極位置に基づいて検出電流ｉｕ、ｉｖがｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換される。そして、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑはフィードバック制御用の図示されない減算器に送られ、該減算器において、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑと、駆動モータ目標トルクＴＭ* から変換されたｄ軸電流指令値ｉｄ* 及びｑ軸電流指令値ｉｑ* との偏差Δｉｄ、Δｉｑが算出され、該偏差Δｉｄ、Δｉｑが図示されない電圧指令値発生部に送られる。該電圧指令値発生部においては、前記偏差Δｉｄ、Δｉｑに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ* が発生させられ、該ｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ* は図示されないｄｑ−ＵＶ変換器に送られる。
【００４０】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器においては、前記ｄ軸電圧指令値Ｖｄ* 、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ* は、磁極位置に基づいて各相の電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * に変換され、該電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * は図示されないＰＷＭ発生器に送られる。そして、該ＰＷＭ発生器は、前記各相の電圧指令値Ｖｕ *、Ｖｖ *、ＶW * 及び前記直流電圧検出回路１６によって検出された電圧Ｖｂに基づいて各相のパルス幅変調信号Ｓｕ、Ｓｖ、ＳW を発生させる。
【００４１】
次に、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１について説明する。
【００４２】
まず、励磁回路２０は、参照信号発生処理を行い、所定の角速度ωで変化し、時間ｔを変数とする参照信号ｆ（ｔ）
ｆ（ｔ）＝ｓｉｎωｔ
を発生させ、該参照信号ｆ（ｔ）をレゾルバ４３の図示されない一次コイルに供給する。前記レゾルバ４３は、９０〔°〕の位相差で配設された二つの二次コイルを備え、参照信号ｆ（ｔ）を受けると、ロータにおける原点からの回転角θによって参照信号ｆ（ｔ）が変調され、電圧で表される第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂ
ｓａ＝ｆ（ｔ）・ｓｉｎθ
ｓｂ＝ｆ（ｔ）・ｃｏｓθ
を発生させ、レゾルバ信号としてＲ／Ｄコンバータ２１に対して出力する。なお、レゾルバ信号の処理においては、位相だけが問題となるので、本実施の形態において、前記参照信号ｆ（ｔ）及び第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂの各振幅を１とする。
【００４３】
前記第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂが出力されると、Ｒ／Ｄコンバータ２１において、乗算器２２は、各加算回路（×ｃｏｓ、×ｓｉｎ）２３、２４によって、三角関数で表される乗算変数ｃｏｓφ、ｓｉｎφを前記出力信号ｓａ、ｓｂにそれぞれ乗算し、乗算値ＳＡ、ＳＢ
ＳＡ＝ｆ（ｔ）・ｓｉｎθ・ｃｏｓφ
ＳＢ＝ｆ（ｔ）・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ
を算出し、乗算値ＳＡ、ＳＢを減算器２５に送る。なお、φは前記第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂに基づいてＲ／Ｄコンバータ２１内で特定された角度、すなわち、ディジタル角度である。
【００４４】
続いて、減算器２５は、乗算値ＳＡ、ＳＢを減算し、偏差ＳＣ
ε＝ｓｉｎ（θ−φ）
として発生させ、制御偏差εを偏差調整処理手段としての偏差重み付け部２８に送る。該偏差重み付け部２８は、乗算回路（×４）３５及び偏差切換え部としての切換器３６を備え、偏差調整処理を行い、前記駆動モータ制御装置４５から送られたモード切換信号ＭＤに従って制御偏差εに対して、選択的に所定の重み係数で重み付けを行う。
【００４５】
ところで、本実施の形態においては、Ｒ／Ｄコンバータ２１においては、後述されるフィードバック制御部９１（図１）によるフィードバック制御が行われ、回転角θを算出するようになっているが、そのために、各種の処理における分解能を切り換えることができるようになっている。そして、前記駆動モータ制御装置４５は自走範囲変更処理手段としてのモード設定処理部５３を備え、該モード設定処理部５３は自走範囲変更処理としてのモード設定処理を行い、前記分解能を表す分解能指数を１２〔ビット〕と１０〔ビット〕とで切り換え、設定する。本実施の形態においては、モード切換信号ＭＤが第１の状態を表すハイレベルであるとき、第１のモードとしての低分解能モードが設定され、分解能指数が１０〔ビット〕にされ、モード切換信号ＭＤが第２の状態を表すローレベルであるとき、第２のモードとしての高分解能モードが設定され、分解能指数が１２〔ビット〕にされる。
【００４６】
この場合、高分解能モードが設定されると、前記各種の処理における処理速度は、低分解能モードが設定されたときの４分の１になり、分解能は、低分解能モードが設定されたときの前記フィードバック制御部９１の所定の分解能、すなわち、通常の制御時の回転角速度ＮＤを整定する場合の分解能より高くされ、４倍になる。
【００４７】
ところで、前記低分解能モードと高分解能モードとでは、１〔ビット〕当たりの制御偏差εの重みが異なり、低分解能モードが設定されている場合、１〔ビット〕当たりの制御偏差εは、高分解能モードが設定されている場合の４倍になる。そこで、高分解能モードが設定されているときを基準にして、低分解能モードが設定されたときに、重み係数が４にされ、制御偏差εに４倍の重み付けを行う。すなわち、モード切換信号ＭＤがローレベルである場合、高分解能モードが設定されるので、重み付けは行われず、増幅器２７から出力された制御偏差εは、そのまま第１の積分処理手段としてのＰＩ補償器３７に送られ、モード切換信号ＭＤがハイレベルである場合、低分解能モードが設定されるので、増幅器２７から出力された制御偏差εは、乗算回路３５による重み付けが行われた後、ＰＩ補償器３７に送られる。
【００４８】
続いて、該ＰＩ補償器３７は、第１の積分処理を行い、制御偏差εを積分してディジタル値で表される回転角速度ＮＤを算出し、該回転角速度ＮＤを速度記録部としての速度レジスタ３９に記録し、特定する。この場合、速度レジスタ３９は１６〔ビット〕の構成を有し、１〔ビット〕当たりの回転角速度ＮＤの重みは、低分解能モードと高分解能モードとで同じである。そして、低分解能モードが設定されている場合、１６〔ビット〕のすべてが回転角速度ＮＤを表すのに使用され、高分解能モードが設定されている場合、処理速度が４分の１になるので、１４〔ビット〕だけが回転角速度ＮＤを表すのに使用される。そのために、前記モード切換信号ＭＤがローレベルになると、Ｒ／Ｄコンバータ２１のＣＰＵのビット切換処理手段は、ビット切換処理を行い、速度レジスタ３９の上位２〔ビット〕を「０」にマスクする。
【００４９】
ところで、前記速度レジスタ３９に回転角速度ＮＤを記録するに当たり、リミット処理が行われるようになっていて、速度レジスタ３９のフルビット、すなわち、１６〔ビット〕で表される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度を表す最大値「１１１１１１１１１１１１１１１１」より回転角速度ＮＤが高くなると、オーバフロー分がカットされ、前記最大値にロックされる。したがって、低分解能モードが設定されていて、１５〔ビット〕以上に数値「１」が立っている場合に、モードの切換えが行われて高分解能モードが設定されると、回転角速度ＮＤは、強制的に１４〔ビット〕で表される最大値「００１１１１１１１１１１１１１１」に変更される。一方、高分解能モードから低分解能モードにモードが切り換えられる場合、回転角速度ＮＤの値は変更されない。
【００５０】
続いて、前記速度レジスタ３９に記録された回転角速度ＮＤは、第２の積分処理手段としての積分器（１／ｓ）５０に送られる。該積分器５０は、第２の積分処理を行い、回転角速度ＮＤを積分し、ディジタル値で表されるディジタル角度φを算出し、該ディジタル角度φを角度レジスタ４９に記録する。この場合、角度レジスタ４９は１２〔ビット〕の構成を有し、１〔ビット〕当たりのディジタル角度φの重みは、低分解能モードと高分解能モードとで同じである。そして、低分解能モードが設定されている場合、１０〔ビット〕だけがディジタル角度φを表すのに使用され、高分解能モードが設定されている場合、１２〔ビット〕のすべてがディジタル角度φを表すのに使用される。
【００５１】
このようにして、ディジタル角度φが角度レジスタ４９に記録されると、変数設定処理手段としての変数設定器４７は、変数設定処理を行い、Ｒ／Ｄコンバータ２１のＲＯＭに設定された乗算変数マップを参照し、角度レジスタ４９に記録されたディジタル角度φに対応させて乗算変数ｃｏｓφ、ｓｉｎφを読み出し、乗算器２２に送る。
【００５２】
この場合、乗算器２２、検波器２６、増幅器２７、偏差重み付け部２８、ＰＩ補償器３７、速度レジスタ３９、積分器５０、角度レジスタ４９及び変数設定器４７によってフィードバック制御部９１（図１）が構成され、前記制御偏差εに基づいて位相（θ−φ）が零（０）になり、回転角θとディジタル角度φとが一致するようにフィードバック制御が行われる。
【００５３】
また、パルス変換処理手段としてのパルス変換器４８が配設され、該パルス変換器４８は、パルス変換処理を行い、前記角度レジスタ４９の全〔ビット〕の出力、及び前記モード切換信号ＭＤを読み込み、角度レジスタ４９に記録されたディジタル角度φの値が変化するたびに前記角度レジスタ４９の下位の２〔ビット〕の出力に基づいて、駆動モータ３１の回転方向及び回転角θの変化量を表すＡ相信号及びＢ相信号を出力する。該Ａ相信号及びＢ相信号は、互いに位相が９０〔°〕ずれた方形波信号であり、Ａ相信号の位相が進んでいる場合は駆動モータ３１が正方向に回転していることを、Ｂ相信号の位相が進んでいる場合は駆動モータ３１が逆方向に回転していることを表す。
【００５４】
また、前記パルス変換器４８の図示されないゼロ判定処理手段は、ゼロ判定処理を行い、前記全〔ビット〕の出力に基づいて、ディジタル角度φが零になったかどうかを判断し、零になると、ゼロ判定をしてＺ相信号を出力する。なお、該Ｚ相信号は、レゾルバ４３が１回転するごとに１回出力される。ここで、レゾルバ４３が１回転することと、駆動モータ３１が１回転することは同値である。
【００５５】
ところで、前記回転角θが収束すると、前記駆動モータ制御装置４５の第１の通信処理手段としてのシリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、第１の通信処理を行い、所定のタイミングでラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、データ保持部としてのラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、第２の通信処理手段としてのシリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、第２の通信処理を行い、前記シリアル通信Ｉ／Ｆ５４からのクロック信号ＣＬＫに従ってディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００５６】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、図示されない絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θは、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送った時点で角度レジスタ４９に記録されていたディジタル角度φであり、該ディジタル角度φが基準位置となる。なお、駆動モータ３１の始動時においては、駆動モータ制御装置４５は、前記絶対値データ記録部に記録された回転角θを、図示されない制御用データ記録部に送り、初期値とする。
【００５７】
また、前記駆動モータ制御装置４５の回転角設定処理手段としてのエンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角設定処理を行い、前記Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受けると、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを設定する。すなわち、Ａ相信号の位相がＢ相信号の位相より進んでいる場合は、回転角θを大きくし、Ｂ相信号の位相がＡ相信号の位相より進んでいる場合は、回転角θを小さくする。このようにして、前記基準位置に回転角θの変化量が累積させられ、制御タイミングごとの回転角θが推定される。なお、Ｚ相信号を受けると、前記エンコーダＩ／Ｆ５７は、制御用データ記録部に記録された回転角θを零にする。
【００５８】
ところで、電気自動車の始動キーをオンにすると、電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、同時に電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始する。また、前記励磁回路２０には、前記駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始した後、所定の時間が経過すると、前記電源Ｖｃｃ２が投入され、電源電圧Ｖｅｘが印加されるようになっている。
【００５９】
ところが、励磁回路２０に電源電圧Ｖｅｘが印加されるまでの間、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３に入力されないので、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。その結果、Ｒ／Ｄコンバータ２１は内部において制御が成立しなくなり、自走してしまう。
【００６０】
また、信号系又は電源系の瞬断時、例えば、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂをＲ／Ｄコンバータ２１に送るためのレゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源Ｖｃｃ２が瞬間的に切断されると、電源電圧Ｖｅｘが一時的に低下し、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。この場合も同様に、Ｒ／Ｄコンバータ２１は内部において制御が成立しなくなり、自走してしまう。
【００６１】
その結果、その間、磁極位置を検出することができず、電気自動車の制御を行うことができなくなってしまう。
【００６２】
なお、電気自動車の場合、電源電圧Ｖｅｘは、低下した後、例えば、補機用のバッテリ等によって復帰する。また、ハイブリッド型車両の場合、電源電圧Ｖｅｘは、低下した後、例えば、エンジンによって発電が行われ、それに伴って補機用のバッテリが充電され、電源電圧Ｖｅｘが復帰する。
【００６３】
そこで、本実施の形態においては、電源Ｖｃｃ２が投入されたとき、及び信号系又は電源系の瞬断時に電源電圧Ｖｅｘが復帰したときに、Ｒ／Ｄコンバータ２１から出力された回転角θが整定され、基準位置とすることができるようになるまでの整定時間を短くし、回転角θを検出することができるようになるまでの時間をその分短くするようにしている。
【００６４】
そのために、駆動モータ制御装置４５の異常判定処理手段としての電源異常判定部５８は、異常判定処理を行い、電源Ｖｃｃ２の電源電圧Ｖｅｘを読み込み、該電源電圧Ｖｅｘが励磁回路２０を正常に作動させる範囲にあるかどうか、本実施の形態においては、あらかじめ設定された閾値より低いかどうかによって、電源Ｖｃｃ２が正常かどうかを判断する。
【００６５】
そして、電源Ｖｃｃ２が正常である場合、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをローレベルにして分解能指数を１２〔ビット〕に設定し、高分解能モードを設定する。したがって、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、その状態で回転角速度ＮＤの整定が開始される。
【００６６】
一方、電源Ｖｃｃ２が異常である場合、駆動モータ制御装置４５の図示されない駆動モータ停止処理手段は、駆動モータ停止処理を行い、駆動モータ３１を停止させるとともに、駆動モータ制御装置４５の図示されないタイムディレイ処理手段は、タイムディレイ処理を行い、所定の第１の遅延時間τ１が経過するのを待機する。なお、電動車両がハイブリッド型車両である場合、前記駆動モータ停止処理において、エンジンだけが駆動され、エンジンによってハイブリッド型車両が走行させられる。
【００６７】
また、電源電圧ＶｒｄのＲ／Ｄコンバータ２１への印加が開始されてから所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。
【００６８】
そして、高分解能モードが設定された後、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第２の遅延時間τ２が経過するのを待機し、該遅延時間τ２が経過すると、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして分解能指数を１０〔ビット〕に設定し、低分解能モードを設定する。したがって、その後は、Ｒ／Ｄコンバータ２１における処理速度を高くすることができる。
【００６９】
また、Ｒ／Ｄコンバータ２１の図示されない比較処理手段としての比較処理部は、比較処理を行い、整定の開始に伴って算出される制御偏差εがあらかじめ設定された閾値εｔｈ以下であるかどうかを判断し、制御偏差εが閾値εｔｈ以下である場合、エラー信号ＥＲＲを出力状態を表すローレベルにし、エラー信号ＥＲＲを出力するのを停止する。
【００７０】
続いて、前記駆動モータ制御装置４５の図示されない整定終了判定処理手段は、整定終了判定処理を行い、前記エラー信号ＥＲＲが出力されているかどうかを判断し、前記エラー信号ＥＲＲが出力されている場合、整定が終了していないと判定し、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第３の遅延時間τ３が経過するのを待機する。
【００７１】
そして、エラー信号ＥＲＲが出力されない場合、前記モード設定処理部５３は分解能指数をその後の用途、すなわち、駆動モータ制御装置４５における各種の制御の内容にあわせて設定する。続いて、前記タイムディレイ処理手段は、所定の第４の遅延時間τ４が経過するのを待機し、第４の遅延時間τ４が経過すると、用途に対応するモード、すなわち、低分解能モード又は高分解能モードで回転角θを読み込む。
【００７２】
このように、回転角θの整定が開始されるときに高分解能モードが設定され、固有角速度ＮＤの自走範囲がフィードバック制御部９１の所定の自走範囲、すなわち、通常の制御時の回転角速度ＮＤを整定する場合の自走範囲より小さくされるので、整定時間を短くすることができる。また、回転角θの整定が開始された後、低分解能モードが設定され、処理速度が高くされるので、整定時間を一層短くすることができる。
【００７３】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 励磁用の電源Ｖｃｃ２が正常かどうかを判断する。励磁用の電源Ｖｃｃ２が正常である場合はステップＳ３に、正常でない（異常である）場合はステップＳ２に進む。
ステップＳ２ タイマディレイ処理を行い、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ３ 分解能指数を１２〔ビット〕に設定する。
ステップＳ４ タイマディレイ処理を行う。
ステップＳ５ 分解能指数を１０〔ビット〕に設定する。
ステップＳ６ エラー信号ＥＲＲが出力されているかどうかを判断する。エラー信号ＥＲＲが出力されている場合はステップＳ７に、出力されていない場合はステップＳ８に進む。
ステップＳ７ タイマディレイ処理を行い、ステップＳ６に戻る。
ステップＳ８ 分解能指数を各種の制御の内容に合わせて設定する。
ステップＳ９ タイマディレイ処理を行う。
ステップＳ１０ Ｒ／Ｄコンバータ２１から回転角θを読み込み、処理を終了する。
【００７４】
次に、前記電源Ｖｃｃ２が投入されたときの回転角検出回路４４の動作をタイムチャートに基づいて説明する。
【００７５】
まず、図５に示されるように、電気自動車の始動キーをオンにすると、タイミングｔ１で電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、同時に電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動を開始する。この時点でモード切換信号ＭＤはローレベルにされていて、高分解能モードが設定されているので、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、図８に示されるように、回転角速度ＮＤの自走範囲は、
−Ｎｙ≦ＮＤ≦Ｎｙ
になり、小さくされる。
【００７６】
また、電源電圧ＶｒｄのＲ／Ｄコンバータ２１への印加が開始されてから所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。なお、Ｒ／Ｄコンバータ２１の特性上、電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加された後、前記時間τａが経過するまでの間は、エラー信号ＥＲＲにマスクがされていて、前記エラー信号ＥＲＲはハイレベルにはならない。
【００７７】
続いて、タイミングｔ２で電源電圧Ｖｅｘが励磁回路２０に印加されると、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３の一次コイルに供給され、前記自走範囲から整定が開始される。これに伴って、前記自走範囲は徐々に小さくされる。
【００７８】
次に、タイミングｔ３で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして低分解能モードを設定する。したがって、その後は、処理速度が高くなるので、自走範囲は急激に小さくされる。
【００７９】
そして、タイミングｔ４で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、値（θ−φ）が収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、シリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、ラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、シリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、ディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００８０】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、前記絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θによって基準位置が設定される。続いて、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角設定処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを設定する。
【００８１】
なお、タイミングｔ３でモード切換信号ＭＤがハイレベルにされず、高分解能モードのままで整定が継続された場合、処理速度を高くすることができないので、領域ＡＲ１で示されるように、自走範囲は徐々に小さくされる。したがって、整定時間は長くなり、タイミングｔ５で整定が終了する。
【００８２】
なお、仮に、電気自動車の始動キーをオンにしたときから、低分解能モードが設定されている場合、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が抑制されず、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は、
−Ｎｘ≦ＮＤ≦Ｎｘ
になる。しかも、値Ｎｘは値Ｎｙより極めて大きい。
【００８３】
したがって、この状態で整定が開始されると、領域ＡＲ２で示されるように、整定時間は極めて長くなり、タイミングｔ６で整定が終了する。なお、図７に示されるように、回転角速度ＮＤに対応させて整定時間の最大値Ｔｓｍが設定されていて、駆動モータ制御装置４５の電源異常判定部５８は、異常判定処理を行い、整定を開始するのに伴って計時を開始し、整定を開始してから経過した時間が前記最大値Ｔｓｍを超えたときに、レゾルバ信号線が物理的に断線した場合等のように異常が発生したと判断する。
【００８４】
次に、信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出回路４４の動作をタイムチャートに基づいて説明する。
【００８５】
図６に示されるように、駆動モータ３１が駆動されていて、回転角速度ＮＤの値がＮｎであり、しかも、電源電圧Ｖｃが駆動モータ制御装置４５に印加され、電源電圧ＶｒｄがＲ／Ｄコンバータ２１に印加され、駆動モータ制御装置４５及びＲ／Ｄコンバータ２１が作動している状態において、タイミングｔ１１で、レゾルバ信号線が瞬間的に断線するか、又は前記電源Ｖｃｃ２が瞬間的に切断されると、電源電圧Ｖｅｘが一時的に低下し、第１、第２の出力信号ｓａ、ｓｂがＲ／Ｄコンバータ２１に入力されない状態になる。そして、所定の時間τａが経過すると、Ｒ／Ｄコンバータ２１から駆動モータ制御装置４５に対してエラー信号ＥＲＲが出力される。
【００８６】
この時点で、モード切換信号ＭＤはハイレベルにされていて、低分解能モードが設定されているので、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が低くされず、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は抑制されず、
−Ｎｘ≦ＮＤ≦Ｎｘ
になる。続いて、タイミングｔ１２で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをローレベルにして高分解能モードを設定する。これに伴って、速度レジスタ３９に記録される回転角速度ＮＤの理論上の最高速度が強制的に抑制されて低くされ、Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲は、
−Ｎｙ≦ＮＤ≦Ｎｙ
になる。
【００８７】
続いて、タイミングｔ１３で電源電圧Ｖｅｘが回復すると、参照信号ｆ（ｔ）がレゾルバ４３の一次コイルに供給され、前記Ｒ／Ｄコンバータ２１の自走範囲から整定が開始される。これに伴って、前記自走範囲は徐々に小さくされる。
【００８８】
次に、タイミングｔ１４で、モード設定処理部５３はモード切換信号ＭＤをハイレベルにして低分解能モードを設定する。したがって、その後は、処理速度が高くなるので、自走範囲は急激に小さくされる。
【００８９】
そして、正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが同じ場合、タイミングｔ１５で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、値（θ−φ）が収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、シリアル通信Ｉ／Ｆ５４は、ラッチ信号ＣＳをＲ／Ｄコンバータ２１に送る。そして、該Ｒ／Ｄコンバータ２１において、前記ラッチ信号ＣＳを受けると、ラッチ回路５５は、このときの角度レジスタ４９内のディジタル角度φをラッチし、シリアル通信Ｉ／Ｆ５６に記録する。該シリアル通信Ｉ／Ｆ５６は、ディジタル角度φをシリアルに出力し、駆動モータ制御装置４５に回転角θとして送る。
【００９０】
前記駆動モータ制御装置４５は、Ｒ／Ｄコンバータ２１から送られた回転角θを読み込み、前記絶対値データ記録部に記録する。なお、絶対値データ記録部に記録された回転角θによって基準位置が設定される。続いて、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角更新処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを更新する。
【００９１】
そして、正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆である場合、タイミングｔ１５より遅いタイミングｔ１６で制御偏差εが閾値εｔｈ以下になり、回転角θが収束すると、エラー信号ＥＲＲがローレベルになり、駆動モータ制御装置４５に対して出力されなくなる。また、これに伴って、エンコーダＩ／Ｆ５７は、回転角更新処理を開始し、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号を受け、Ａ相信号及びＢ相信号の位相に基づいて、制御用データ記録部に記録された回転角θを更新する。図８において、αは正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆であり、低分解能モードが設定されているときの自走範囲を、βは正しい回転方向とＲ／Ｄコンバータ２１の自走方向とが逆であり、高分解能モードが設定されているときの自走範囲を示す。
【００９２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、回転角検出装置においては、レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路と、前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバと、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出するフィードバック制御部と、前記電動機械の回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段とを有する。
【００９４】
この場合、回転角の整定が開始されるときの回転角速度の自走範囲が小さくされるので、整定時間を短くすることができる。したがって、回転角を検出することができるようになるまでの時間をその分短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回転角検出装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電動駆動装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態における回転角検出装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における回転角検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における励磁用の電源が投入されたときの回転角検出装置の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における信号系又は電源系の瞬断時の回転角検出装置の動作を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態における駆動モータ回転速度と整定時間最大値との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるＲ／Ｄコンバータを整定する際の回転速度領域を説明する図である。
【符号の説明】
２０ 励磁回路
４３ レゾルバ
４４ 回転角検出回路
４５ 駆動モータ制御装置
５３ モード設定処理部
５７ エンコーダＩ／Ｆ
５８ 電源異常判定部
９１ フィードバック制御部
Ｖｃｃ２ 電源
Claims (9)
- レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路と、前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバと、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出するフィードバック制御部と、前記電動機械の回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくする自走範囲変更処理手段とを有することを特徴とする回転角検出装置。
- 前記自走範囲はフィードバック制御部の通常の制御時の自走範囲より小さくされる請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記フィードバック制御部は、あらかじめ設定された分解能でフィードバック制御を行い、前記自走範囲変更処理手段は、電動機械の回転角の整定が開始されるときの分解能を前記フィードバック制御部の所定の分解能より高くする請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記自走範囲変更処理手段は、電動機械の回転角の整定が開始された後、分解能を低くする請求項３に記載の回転角検出装置。
- 前記自走範囲変更処理手段は、励磁回路の電源が投入されたときに、回転角速度の自走範囲を前記フィードバック制御部の所定の自走範囲より小さくする請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記自走範囲変更処理手段は、励磁回路の電源に異常が発生したかどうかを判断する電源異常判定部を有するとともに、前記自走範囲変更処理手段は、前記電源に異常が発生した場合に、回転角速度の自走範囲を前記フィードバック制御部の所定の自走範囲より小さくする請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記フィードバック制御部は、前記出力信号に基づいて制御偏差を算出する制御偏差算出処理手段、及び前記制御偏差が閾値以下である場合に、電動機械の回転角の整定が終了したと判定する整定終了判定処理手段を有する請求項１に記載の回転角検出装置。
- 前記電動機械の回転角の整定が終了したと判定されたときの回転角を基準位置として、回転角を設定する回転角設定処理手段を有する請求項１に記載の回転角検出装置。
- レゾルバを励磁するための参照信号を発生させる励磁回路、及び前記参照信号を受け、該参照信号を電動機械の回転角によって変調することにより出力信号を発生させるレゾルバを有する回転角検出装置の回転角検出方法において、前記出力信号及び前記参照信号に基づいて電動機械の回転角速度を特定して速度レジスタに記録するとともに、特定された回転角速度を積分して算出されたディジタル角度を前記出力信号に対してフィードバックして、前記ディジタル角度と電動機械の回転角との偏差が零になるようにフィードバック制御を行い、前記電動機械の回転角を算出し、該回転角の整定が開始されるときの、前記速度レジスタに記録される回転角速度の最高速度によって決まる範囲を表す自走範囲を小さくすることを特徴とする回転角検出方法。
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