JP6109370B1 - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
【課題】レゾルバの励磁回路の損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な回転角度検出装置を提供する。【解決手段】励磁巻線に印加された励磁信号により形成される磁場が回転電機の回転により周波数変調されて誘起巻線に誘起信号を発生させるレゾルバ2と、レゾルバ2の励磁巻線に印加するための正弦波の励磁電圧を出力する励磁手段3と、レゾルバ2の励磁巻線に印加するためのPWM信号の励磁パルスを出力するPWM駆動手段4と、励磁手段3により出力される正弦波の励磁電圧とPWM駆動手段4により出力されるPWM信号の励磁パルスとを切り替えてレゾルバ2の励磁巻線に印加する切り替え手段6と、損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な状態になる場合に切り替え手段6に対して切り替え信号を与える制御手段10を設けたものである。【選択図】図1Disclosed is a rotation angle detection device capable of reducing a loss of an excitation circuit of a resolver and suppressing an influence on rotation angle detection accuracy. A magnetic field formed by an excitation signal applied to an excitation winding is frequency-modulated by rotation of a rotating electrical machine to generate an induction signal in the induction winding, and applied to the excitation winding of the resolver. Excitation means 3 for outputting a sine wave excitation voltage for output, PWM drive means 4 for outputting an excitation pulse of a PWM signal to be applied to the excitation winding of the resolver 2, and a sine wave output by the excitation means 3 Switching means 6 that switches the excitation voltage and the excitation pulse of the PWM signal output by the PWM drive means 4 and applies it to the excitation winding of the resolver 2, and loss can be reduced and the influence on the rotation angle detection accuracy can be suppressed. The control means 10 which provides a switching signal with respect to the switching means 6 when it will be in a state is provided. [Selection] Figure 1
Description
この発明は、レゾルバを用いて例えばモータジェネレータなどの回転電機の回転角度および回転速度を検出する回転角度検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle and a rotation speed of a rotating electrical machine such as a motor generator using a resolver.
従来、回転電機の回転角度および回転速度を検出する回転角度検出装置として、光学式エンコーダよりも構造が簡素で、かつ温度変化による誤差が少ないレゾルバが広く用いられている。しかし、レゾルバは、回転電機であるモータジェネレータのモータコイル等が発生する外部磁束の影響を受けやすい。このため、外部磁束の影響を低減させるために、レゾルバの巻線には種々の構造的対策が講じられている。(例えば、特許文献1) 2. Description of the Related Art Conventionally, resolvers that are simpler in structure than optical encoders and less error due to temperature change are widely used as rotation angle detection devices that detect the rotation angle and rotation speed of a rotating electrical machine. However, the resolver is easily affected by external magnetic flux generated by a motor coil of a motor generator that is a rotating electrical machine. For this reason, in order to reduce the influence of external magnetic flux, various structural measures are taken for the winding of the resolver. (For example, Patent Document 1)
従来のレゾルバを用いる回転角度検出装置においては、外部磁束の影響を更に低減するために、レゾルバの励磁巻線に印加する励磁信号の振幅または周波数を大きくすることにより、レゾルバの誘起巻線に誘起される誘起信号のS/N比を向上させることが行われている。しかし、励磁巻線に印加する励磁信号の振幅を大きくすると、励磁電流が大きくなるため、レゾルバの励磁回路に用いられるスイッチング素子等の定格容量を大きくする必要が生じて素子サイズが大きくなってしまううえ、レゾルバの励磁回路の消費電力が増加して損失増加によって発熱量が増加するという課題があった。 In a conventional rotation angle detection device using a resolver, in order to further reduce the influence of external magnetic flux, the amplitude or frequency of the excitation signal applied to the excitation winding of the resolver is increased to induce in the induction winding of the resolver. The S / N ratio of the induced signal is improved. However, if the amplitude of the excitation signal applied to the excitation winding is increased, the excitation current increases, so that it is necessary to increase the rated capacity of the switching element used in the excitation circuit of the resolver and the element size increases. In addition, there is a problem in that the amount of heat generated increases due to an increase in power loss due to an increase in power consumption of the excitation circuit of the resolver.
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、レゾルバの励磁回路の損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to provide a rotation angle detection device that can reduce the loss of the excitation circuit of the resolver and can suppress the influence on the rotation angle detection accuracy. To do.
この発明に係る回転角度検出装置は、励磁巻線に印加された励磁信号により形成される磁場が回転電機の回転により周波数変調されて誘起巻線に誘起信号を発生させるレゾルバと、前記レゾルバの励磁巻線に印加するための正弦波の励磁電圧を出力する励磁手段と、前記レゾルバの励磁巻線に印加するためのPWM信号の励磁パルスを出力するPWM駆動手段と、前記励磁手段により出力される正弦波の励磁電圧と前記PWM駆動手段により出力されるPWM信号の励磁パルスとを切り替えて前記レゾルバの励磁巻線に印加する切り替え手段と、損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な状態になる場合に前記切り替え手段に対して切り替え信号を与える制御手段を備えたことを特徴とするものである。 A rotation angle detection device according to the present invention includes a resolver that generates a induced signal in an induction winding by frequency-modulating a magnetic field formed by an excitation signal applied to an excitation winding by rotation of a rotating electrical machine, and excitation of the resolver An excitation means for outputting a sinusoidal excitation voltage for application to the winding, a PWM drive means for outputting an excitation pulse of a PWM signal for application to the excitation winding of the resolver, and an output by the excitation means Switching means for switching the excitation voltage of the sine wave and the excitation pulse of the PWM signal output by the PWM driving means to apply to the excitation winding of the resolver, and the loss can be reduced and the influence on the rotation angle detection accuracy is suppressed. Control means for providing a switching signal to the switching means when it becomes possible is provided.
この発明によれば、励磁巻線に印加された励磁信号により形成される磁場が回転電機の回転により周波数変調されて誘起巻線に誘起信号を発生させるレゾルバと、前記レゾルバの励磁巻線に印加するための正弦波の励磁電圧を出力する励磁手段と、前記レゾルバの励磁巻線に印加するためのPWM信号の励磁パルスを出力するPWM駆動手段と、前記励磁手段により出力される正弦波の励磁電圧と前記PWM駆動手段により出力されるPWM信号の励磁パルスとを切り替えて前記レゾルバの励磁巻線に印加する切り替え手段と、損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な状態になる場合に前記切り替え手段に対して切り替え信号を与える制御手段を備えているため、レゾルバの励磁回路の損失低減が可能で回転角度検出精度への影響を抑制可能な回転角度検出装置を得ることができる効果がある。 According to this invention, the magnetic field formed by the excitation signal applied to the excitation winding is frequency-modulated by the rotation of the rotating electrical machine to generate the induction signal in the induction winding, and the resolver is applied to the excitation winding of the resolver. Excitation means for outputting a sine wave excitation voltage for output, PWM drive means for outputting an excitation pulse of a PWM signal for application to the excitation winding of the resolver, and excitation for a sine wave output by the excitation means Switching means for switching the voltage and the excitation pulse of the PWM signal output by the PWM drive means to apply to the excitation winding of the resolver, and in a state where loss can be reduced and the influence on the rotation angle detection accuracy can be suppressed. In this case, since the control means for giving a switching signal to the switching means is provided, the loss of the excitation circuit of the resolver can be reduced, and the rotation angle detection accuracy can be improved. Effect there is an effect that it is possible to obtain a rotational angle detecting apparatus capable of suppressing.
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における回転角度検出装置の概略構成を示すブロック図、図2はこの発明の実施の形態1における回転角度検出装置の回路構成の一例を示す回路図、図3はこの発明の実施の形態1における回転角度検出装置の制御手段の動作を説明するフロー図、図4はこの発明の実施の形態1における回転角度検出装置のPWM駆動時のスイッチング波形を説明する説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
1 is a block diagram showing a schematic configuration of a rotation angle detection device according to
図1において、回転角度検出装置1は、例えばモータジェネレータなどの回転電機(図示せず)の回転角度および回転速度を検出するレゾルバ2と、レゾルバ2の励磁巻線に印加するための正弦波の励磁信号(電圧)を出力する励磁手段3と、レゾルバ2の励磁巻線に印加するためのPWM信号(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)の励磁パルスを出力するPWM駆動手段4と、レゾルバ2の励磁巻線に流れる励磁電流を検出する励磁電流検出手段5と、励磁手段3から出力される正弦波の励磁信号とPWM駆動手段4から出力されるPWM信号の励磁パルスを切り替えてレゾルバ2の励磁巻線に印加する切り替え手段6と、切り替え手段6に対して切り替え信号を与える制御手段10とにより構成されている。
In FIG. 1, a rotation
図2は図1の各手段の回路構成の一例を示しており、以下図2を参照して各手段の詳細構成について説明する。
レゾルバ2は、励磁巻線および誘起巻線を有している。レゾルバ2の励磁巻線に印加される励磁信号による磁場が、回転電機(図示せず)の回転軸の回転によって周波数変調されて、レゾルバ2の誘起巻線に誘起信号として誘起される。従って、この励磁信号と誘起信号とを比較することにより、回転電機の回転角度および回転速度を検出することができる。
FIG. 2 shows an example of the circuit configuration of each means in FIG. 1, and the detailed configuration of each means will be described below with reference to FIG.
The
励磁手段3は、制御手段10から出力される正弦波の励磁信号を増幅して、レゾルバ2の励磁巻線に正弦波の励磁信号を印加する。ここで、励磁信号の振幅を大きくすると、励磁電流の振幅が大きくなり、励磁電流によって形成される磁場も大きくなるので、外部磁束の影響を受けにくくなり、誘起信号のS/N比も改善されて、回転角度検出精度が相対的に向上する。励磁手段3としては、例えば図2に示すような、トランジスタやオペアンプ等を用いたプッシュプル型の回路が考えられる。なお、図2では正負両電源の回路構成を示しているが単電源の回路構成である場合は、レゾルバ2の励磁巻線の両端にそれぞれプッシュプル型の回路が設けられる。
The excitation means 3 amplifies the sine wave excitation signal output from the control means 10 and applies the sine wave excitation signal to the excitation winding of the
PWM駆動手段4は、例えば、図2に示すような、PWM信号のキャリア周波数と同じ周波数で三角波を発生させる三角波発生回路7と、励磁手段3のオペアンプに入力される正弦波信号と三角波発生回路7の三角波とを比較する比較器を用いる回路構成が考えられる。
The
励磁電流検出手段5は、例えば、図2に示すような、レゾルバ2と励磁手段3との間に抵抗を設け、この抵抗の両端電圧を差動増幅器に入力し、電流信号を電圧信号に変換して検出する構成が考えられる。
The excitation current detection means 5 is provided with a resistor between the
切り替え手段6は、図2に示すように、励磁手段3内に設けられ、制御手段10の切り替え信号によって切り替え動作が制御される。また、切り替え手段6の具体的な回路としては、例えば、図2に示すような、トランジスタスイッチおよびゲート駆動回路や、インバータ回路が考えられ、制御手段10から有意信号(図2ではHi)が送信されると、切り替え手段6は、レゾルバ2への電流経路として励磁手段3内のPWM駆動手段4を選択し、励磁パルスをレゾルバ2に印加できるようにする。
As shown in FIG. 2, the
制御手段10は、正弦波の励磁信号Vin(θ)と、励磁電流検出手段5が検出する励磁電流ILをもとに励磁手段3のトランジスタの損失PtrをPtr=Vin(θ−180[deg])×ILのように見積もることができる。
また、制御手段10は、PWM駆動手段4を用いてレゾルバに励磁電流を印加した場合の損失マップをあらかじめ用意しておき、演算して求めたトランジスタの損失Ptrと照らし合わせて、トランジスタの損失Ptrが、PWM駆動手段4を用いた場合の損失よりも大きければ、切り替え手段6に切り替え信号を送信し、PWM駆動手段4から出力されたPWM信号の励磁パルスを用いるようにする。
Based on the sinusoidal excitation signal Vin (θ) and the excitation current IL detected by the excitation current detection means 5, the control means 10 calculates the loss Ptr of the transistor of the excitation means 3 as Ptr = Vin (θ−180 [deg]. ) × IL.
The control means 10 prepares in advance a loss map when an excitation current is applied to the resolver using the PWM drive means 4, and compares it with the calculated transistor loss Ptr to determine the transistor loss Ptr. However, if the loss is larger than the loss when the PWM driving means 4 is used, a switching signal is transmitted to the switching means 6 and the excitation pulse of the PWM signal output from the
以下、図3に示すフロー図を用いて、制御手段10による切り替え手段6の切り替え動作について、具体的に説明する。
ステップS100において、レゾルバ2の励磁巻線に励磁手段3から出力された正弦波の励磁信号が印加されている状態で、制御手段10は、励磁電流検出手段5が検出した励磁電流値ILを読み込み、ステップS101へと進む。
ステップS101において、制御手段10は、励磁手段3に出力している正弦波の励磁信号Vin(θ)と励磁電流検出手段5で検出した励磁電流値ILをもとに、励磁手段3のトランジスタの損失Ptrを演算して見積もり、ステップS102へと進む。
Hereinafter, the switching operation of the
In step S100, the control means 10 reads the excitation current value IL detected by the excitation current detection means 5 while the excitation signal of the sine wave output from the excitation means 3 is applied to the excitation winding of the
In step S101, the control means 10 determines the transistor of the excitation means 3 based on the sinusoidal excitation signal Vin (θ) output to the excitation means 3 and the excitation current value IL detected by the excitation current detection means 5. The loss Ptr is calculated and estimated, and the process proceeds to step S102.
ステップS102において、制御手段10は、見積もった励磁手段3のトランジスタの損失Ptrと、予め用意されたPWM駆動手段4を用いてレゾルバ2に励磁電流を印加した場合の損失マップとを比較し、トランジスタの損失Ptrが、PWM駆動手段4を用いた場合の損失よりも大きい場合(YES)は、ステップS103へと進み、そうでない場合(NO)には、ステップS100へ戻る。
ステップS103において、制御手段10は、切り替え手段6に切り替え信号(図2ではHi)を送信し、切り替え手段6は、レゾルバ2への電流経路として励磁手段3内のPWM駆動手段4を選択し、励磁パルスをレゾルバ2の励磁巻線に印加する。
In step S102, the
In step S103, the
なお、PWM駆動手段4を用いてレゾルバ2に励磁電流を印加した場合の損失マップの求め方は、回路定数を模擬したシミュレーションにて見積もる方法や、実機動作にて損失を確認する方法、あるいは、簡易的に図4に示すようなスイッチング波形のモデルを構築し、損失を見積もる方法などが考えられる。ここでは一例として図4に示すスイッチング波形のモデルにより損失を見積もる方法について説明する。
The method for obtaining the loss map when the excitation current is applied to the
スイッチングON期間における損失PtrONは、図4の期間aにおける電圧変化2VB(両電源の場合。単電源の場合はVB)と電流変化Icおよび、ON過渡時間Tonを用いて、PtrON=VB×Ic×Ton/3で表せる。
同様に、スイッチングOFF期間における損失PtrOFFは、図4の期間bにおける電圧変化2VBと電流変化Icおよび、OFF過渡時間Toffを用いて、PtrOFF=VB×Ic×Toff/3で表せる。
また、トランジスタがON期間中の損失PONは、図4の期間cにおけるトランジスタのコレクタエミッタ間電圧Vceおよび励磁電流IcならびにPWMキャリア周波数Fpwm、PWM信号の励磁パルスのデューティ比Dutyを用いて、PON=Vce×Ic×Duty×Fpwmで表せる。
従って、PWM駆動1周期分の損失Ptr_1cycは上記の損失の合計となり、Ptr_1cyc=PtrON+PtrOFF+PONで見積もることができる。
The loss PtrON in the switching ON period is expressed as follows: PtrON = VB × Ic × using the voltage change 2VB (in the case of both power supplies, VB in the case of a single power supply), the current change Ic, and the ON transient time Ton It can be expressed in Ton / 3.
Similarly, the loss PtrOFF in the switching OFF period can be expressed as PtrOFF = VB × Ic × Toff / 3 using the voltage change 2VB, the current change Ic, and the OFF transient time Toff in the period b in FIG.
Further, the loss PON during the ON period of the transistor is calculated by using the collector-emitter voltage Vce and the excitation current Ic of the transistor and the PWM carrier frequency Fpwm and the duty ratio Duty of the excitation pulse of the PWM signal in the period c of FIG. Vce × Ic × Duty × Fpwm.
Therefore, the loss Ptr_1cyc for one PWM drive cycle is the sum of the above-mentioned losses, and can be estimated by Ptr_1cyc = PtrON + PtrOFF + PON.
以上説明したように、実施の形態1では、励磁手段3によって、レゾルバ2の励磁巻線に正弦波の励磁電圧が印加されているとき、制御手段10は、励磁電流検出手段5が検出する励磁電流に基づく励磁手段3の損失見積もりが大きく、さらに励磁手段3をPWM駆動することによって損失が低減される場合は、切り替え手段6に切り替え信号を送信し、PWM駆動手段4によって励磁パルスをレゾルバ2の励磁巻線に印加するので、励磁手段3の損失を低減することができる。この結果、回路素子のサイズダウンや、基板放熱面積の削減が可能となり、励磁手段3の小型化ができる。また、PWM駆動手段4によって励磁パルスをレゾルバ2の励磁巻線に印加することで、回転角度検出精度への影響を最小限に抑えることが可能となる。
As described above, in the first embodiment, when a sine wave excitation voltage is applied to the excitation winding of the
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2における回転角度検出装置の概略構成を示すブロック図、図6はこの発明の実施の形態2における回転角度検出装置の制御手段の動作を説明するフロー図である。
上記実施の形態1では、励磁手段3によってレゾルバ2の励磁巻線に正弦波の励磁電圧が印加されているとき、制御手段10は、励磁手段3をPWM駆動することによって損失が低減される場合は、切り替え手段6に切り替え信号を送信して、PWM駆動手段4によって励磁パルスをレゾルバ2の励磁巻線に印加する場合について説明したが、実施の形態2では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、図5に示す制御手段10aは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(Duty)が所定の設定値に到達した場合は、励磁手段3をPWM駆動手段4による励磁パルス印加から正弦波の励磁電圧印加へ切り替える場合について説明する。
図5において、制御手段10aは、PWM駆動手段4が出力する励磁パルスを読み込んでいる。なお、他の部分の構成については上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the control means of the rotation angle detection device according to the second embodiment of the present invention. .
In the first embodiment, when a sine wave excitation voltage is applied to the excitation winding of the
In FIG. 5, the control means 10a reads the excitation pulse output from the PWM drive means 4. Since the configuration of other parts is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
以下、図6に示すフロー図を用いて、制御手段10aによる切り替え手段6の切り替え動作について、具体的に説明する。
ステップS200において、レゾルバ2の励磁巻線にPWM駆動手段4が出力する励磁パルスが印加されている状態で、制御手段10aは、PWM駆動手段4が出力するPWM信号の励磁パルスのパルス幅(時間)を読み込み、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(ON Duty)を算出し、ステップS201へと進む。
Hereinafter, the switching operation of the
In step S200, in a state where the excitation pulse output from the
ステップS201において、制御手段10aは、算出したデューティ比が、予め設定されている最大のしきい値以上または最小のしきい値以下の場合(YES)は、ステップS202へと進み、そうでない場合(NO)には、ステップS200へ戻る。ここで、しきい値としては、例えば、励磁手段3を構成するトランジスタのスルーレートも考慮し、励磁パルスとして実現できるデューティ比(Duty)の最大値や、最小値とする方法が考えられる。あるいは、単純にデューティ比の最大値が100%や、最小値が0%と設定してもよい。
In step S201, the control means 10a proceeds to step S202 if the calculated duty ratio is greater than or equal to the preset maximum threshold value or less than the minimum threshold value (YES), and otherwise ( If NO, the process returns to step S200. Here, as the threshold value, for example, a method of setting a maximum value or a minimum value of a duty ratio (Duty) that can be realized as an excitation pulse in consideration of a slew rate of a transistor constituting the
ステップS202において、制御手段10aは、切り替え手段6に切り替え信号(図2ではLo)を送信し、切り替え手段6は、レゾルバ2への電流経路を励磁手段3内のPWM駆動手段4から出力の励磁パルスの印加から、励磁手段3から出力の正弦波の励磁電圧の印加に切り替える。
In step S202, the
以上説明したように、実施の形態2では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線にPWM信号の励磁パルスが印加されているとき、制御手段10aは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比が、励磁パルスとして実現できるデューティ比の予め設定された最大値や最小値に達した場合には、切り替え手段6に切り替え信号を送信し、PWM駆動手段4による励磁パルス印加から励磁手段3の正弦波の励磁電圧の印加へ切り替えるので、PWM駆動では実現しきれない細かな電流制御領域において波形歪みを抑制し、回転角度検出精度への影響も抑えることができると共に、この領域ではPWM駆動による損失も、正弦波の励磁電圧による損失も変わらず同じであるので、損失への影響も最小限に抑えることができる。
さらに、デューティ比が最大値や最小値に達していない範囲の場合は、PWM駆動によってレゾルバ2の励磁巻線を励磁するので、励磁手段3の損失を低減することができ、回路素子のサイズダウンや基板放熱面積の削減が可能となり、励磁手段3の小型化も可能となる。
As described above, in the second embodiment, when the excitation pulse of the PWM signal is applied to the excitation winding of the
Further, when the duty ratio is not within the maximum value or the minimum value, the excitation winding of the
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3における回転角度検出装置の概略構成を示すブロック図、図8はこの発明の実施の形態3における回転角度検出装置の制御手段の動作を説明するフロー図である。
上記実施の形態2では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、制御手段10aは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(Duty)が所定の設定値に到達した場合は、励磁手段3をPWM駆動手段4による励磁パルス印加から正弦波の励磁電圧印加へ切り替える場合について説明したが、実施の形態3では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、図7に示す制御手段10bは、モータジェネレータなどの回転電機30の駆動信号を検出した場合は、励磁手段3をPWM駆動手段4による励磁パルス印加から正弦波の励磁電圧印加へ切り替える場合について説明する。
図7において、制御手段10bは、モータジェネレータなどの回転電機30の駆動信号を検出入力している。なお、他の部分の構成については上記実施の形態2と同様であるため説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a rotation angle detection device according to
In the second embodiment, when the excitation pulse is applied to the excitation winding of the
In FIG. 7, the control means 10b detects and inputs a drive signal for the rotating
以下、図8に示すフロー図を用いて、制御手段10bによる切り替え手段6の切り替え動作について、具体的に説明する。
ステップS300において、レゾルバ2の励磁巻線にPWM駆動手段4が出力する励磁パルスが印加されている状態で、制御手段10bは、回転電機30の駆動信号を検出した場合(YES)はステップS301へと進み、そうでない場合(NO)は回転電機30の駆動信号が検出されるまでステップS300を繰り返す。なお、回転電機30の駆動信号としては、例えば、回転電機30の発電あるいは駆動の動作を制御するマイコンまたは制御用集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)などが出力するHiまたはLoの論理信号が考えられる。
ステップS301において、制御手段10bは、切り替え手段6に切り替え信号(図2ではLo)を送信し、切り替え手段6は、レゾルバ2への電流経路を励磁手段3内のPWM駆動手段4から出力の励磁パルスの印加から、励磁手段3から出力の正弦波の励磁電圧の印加に切り替える。
Hereinafter, the switching operation of the
In step S300, when the excitation pulse output from the
In step S301, the
以上説明したように、実施の形態3では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、制御手段10bは、回転電機30の駆動信号を検出した場合は、切り替え手段6に切り替え信号を送信し、励磁手段3をPWM駆動手段4による励磁パルス印加から正弦波の励磁電圧印加へ切り替えるので、回転角度検出精度が要求されない発電時や、動作停止中のスタンバイ状態において、励磁手段3の電力消費を低減することができる。
また、回転電機30の駆動時には、正弦波の励磁電圧をレゾルバ2の励磁巻線に印加するので波形歪みを抑制し、精度の高い回転角度検出が可能となる。
As described above, in the third embodiment, when the excitation pulse is applied to the excitation winding of the
Further, when the rotary
実施の形態4.
図9はこの発明の実施の形態4における回転角度検出装置の概略構成を示すブロック図、図10はこの発明の実施の形態4における回転角度検出装置の回路構成の一例を示す回路図、図11はこの発明の実施の形態4における回転角度検出装置の制御手段の動作を説明するフロー図である。
上記実施の形態2では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、制御手段10aは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(Duty)が所定の設定値に到達した場合は、励磁手段3をPWM駆動手段4による励磁パルス印加から正弦波の励磁電圧印加へ切り替える場合について説明したが、実施の形態4では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、図9に示す制御手段10cは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(Duty)が所定の設定値に到達した場合は、キャリア周波数変更手段20によってPWM駆動手段4のキャリア周波数を変更し、励磁手段3の損失低減と、回転角度検出精度への影響を最小限に抑える方法について説明する。
9 is a block diagram showing a schematic configuration of a rotation angle detection device according to
In the second embodiment, when the excitation pulse is applied to the excitation winding of the
図9において、制御手段10cは、PWM駆動手段4が出力する励磁パルスを読み込んでおり、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(Duty)が所定の設定値に到達した場合は、キャリア周波数変更手段20によってPWM駆動手段4のキャリア周波数を低周波側から高周波側に変更する。キャリア周波数変更手段20は、PWM駆動手段4のキャリア周波数に相当する三角波発生回路7において、三角波の周期を変更させる役割を持つものであり、キャリア周波数変更手段20の具体的な構成としては、例えば、図10に示すように三角波発生回路の周期を設定している抵抗の定数を制御手段10cからの信号で切り替える方法が考えられる。
In FIG. 9, the control means 10c reads the excitation pulse output from the PWM drive means 4, and when the duty ratio (Duty) of the excitation pulse of the PWM signal reaches a predetermined set value, the carrier
一般に、PWM制御のキャリア周波数が低いとレゾルバ巻線の励磁電流波形に歪みが表れ、回転角度検出精度が低下する。一方、回転角度検出精度を高くする目的で、PWM制御のキャリア周波数を上げると、スイッチング損失が増加して、発熱が大きくなるという課題があるが、実施の形態4はこの課題を解決するためのものである。なお、他の部分の構成については上記実施の形態2と同様であるため説明を省略する。 In general, when the carrier frequency of PWM control is low, distortion appears in the excitation current waveform of the resolver winding, and the rotation angle detection accuracy decreases. On the other hand, when the carrier frequency of PWM control is increased for the purpose of increasing the rotation angle detection accuracy, there is a problem that switching loss increases and heat generation increases, but the fourth embodiment solves this problem. Is. Note that the configuration of the other parts is the same as that of the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
以下、図11に示すフロー図を用いて、制御手段10cによるキャリア周波数変更手段20のキャリア周波数変更動作について、具体的に説明する。
ステップS400において、レゾルバ2の励磁巻線にPWM駆動手段4が出力する励磁パルスが印加されている状態で、制御手段10cは、PWM駆動手段4が出力するPWM信号の励磁パルスのパルス幅(時間)を読み込み、PWM信号の励磁パルスのデューティ比(ON Duty)を算出し、ステップ401へと進む。
Hereinafter, the carrier frequency changing operation of the carrier
In step S400, in a state where the excitation pulse output from the
ステップS401において、制御手段10cは、算出したデューティ比が、予め設定されている最大のしきい値以上または最小のしきい値以下の場合(YES)は、ステップS402へと進み、そうでない場合(NO)には、ステップS400へ戻る。ここで、しきい値としては、例えば、励磁手段3を構成するトランジスタのスルーレートも考慮し、励磁パルスとして実現できるデューティ比(Duty)の最大値や、最小値とする方法が考えられるが、デューティ比の最大値が100%や、最小値が0%の場合を除いて設定する必要がある。
In step S401, if the calculated duty ratio is greater than or equal to the preset maximum threshold value or less than the minimum threshold value (YES), the control means 10c proceeds to step S402, and otherwise ( If NO, the process returns to step S400. Here, as the threshold value, for example, a method of setting the maximum value or the minimum value of the duty ratio (Duty) that can be realized as the excitation pulse in consideration of the slew rate of the transistor constituting the
ステップS402において、制御手段10cは、キャリア周波数変更手段20に変更信号(図10ではHi)を送信し、キャリア周波数変更手段20は、PWM駆動手段4のキャリア周波数を低周波側から高周波側へと変更する。
なお、高周波側のキャリア周波数としては、例えば、励磁手段3を構成するトランジスタのスルーレートを考慮した最大の周波数とする方法などが考えられる。また、低周波側(変更前)のキャリア周波数としては、変更後の高周波側の周波数を偶数で分周する方法が考えられる。偶数で分周することで、キャリア周波数の変更前後でのデューティ比の不連続性を回避できるので、キャリア周波数の変更時における励磁波形の歪みが表れない利点を有する。
In step S402, the control means 10c transmits a change signal (Hi in FIG. 10) to the carrier
Note that, as the carrier frequency on the high frequency side, for example, a method of setting the maximum frequency in consideration of the slew rate of the transistors constituting the
また、フロー図には記載していないが、図11とは逆の場合として制御手段10cは、デューティ比が最小値を超えて最大値未満の場合は、キャリア周波数変更手段20に変更信号(図10ではLo)を送信し、キャリア周波数変更手段20は、PWM駆動手段4のキャリア周波数を高周波側から低周波側へと変更する。 Although not shown in the flow diagram, as a reverse case to FIG. 11, when the duty ratio exceeds the minimum value and less than the maximum value, the control means 10c sends a change signal (see FIG. 10), the carrier frequency changing means 20 changes the carrier frequency of the PWM driving means 4 from the high frequency side to the low frequency side.
以上説明したように、実施の形態4では、励磁手段3内のPWM駆動手段4によって、レゾルバ2の励磁巻線に励磁パルスが印加されているとき、制御手段10cは、PWM信号の励磁パルスのデューティ比が、励磁パルスとして実現できるデューティ比の予め設定された最大値や最小値に達した場合には、キャリア周波数変更手段20に変更信号を送信し、PWM駆動手段4のキャリア周波数を低周波側から高周波側に変更するので、正弦波信号における変化率の小さい極大点や極小点においても波形歪みを抑制し、回転角度検出精度への影響も抑えることができると共に、前述の極大点や極小点以外では、キャリア周波数を低周波側に落としてPWM駆動によってレゾルバ2の励磁巻線を励磁するので、励磁手段3のトランジスタのスイッチング損を低減することができる。
As described above, in the fourth embodiment, when the excitation pulse is applied to the excitation winding of the
なお、この発明は、その発明の範囲内において各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能であり、上記実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 In the present invention, the embodiments can be freely combined within the scope of the invention, or the embodiments can be appropriately modified and omitted, and the present invention is limited by the above embodiments. is not.
1 回転角度検出装置、2 レゾルバ、3 励磁手段、4 PWM駆動手段、5 励磁電流検出手段、6 切り替え手段、10 制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
A resolver for generating an induction signal in the induction winding by the frequency modulation of the magnetic field formed by the excitation signal applied to the excitation winding by the rotation of the rotating electrical machine, and a PWM signal for application to the excitation winding of the resolver The PWM drive means for outputting the excitation pulse, the carrier frequency changing means for changing the carrier frequency of the PWM drive means to the low frequency side or the high frequency side, and the duty ratio of the excitation pulse output from the PWM drive means are preset. A rotation angle detecting device comprising: control means for changing the carrier frequency from the low frequency side to the high frequency side by the carrier frequency changing means when the maximum value is equal to or greater than the minimum value or below the minimum value.
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