JP6454965B2 - 回転角検出装置及び回転角検出装置の異常を検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転角検出装置及び回転角検出装置の異常を検出する方法に関するものである。

励磁信号が供給される励磁コイルと、２相の検出信号をそれぞれ出力する２つの検出コイルを具備したレゾルバ、及び、２相の検出信号が入力されトラッキングループを採ることによりロータの回転角度のデジタル角度を算出するＲＤコンバータにより構成されたロータの角度検出装置が知られている。そして、この角度検出装置の短絡又は断線を検出方法が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２００８−１６４５６０号公報 特開平８−２１０８７４号公報

しかしながら、上記の角度検出装置の短絡又は断線を検出する方法では、レゾルバの出力結果、又は、レゾルバの出力をＡＤ変換した結果に基づいて異常を検出する構成になっているため、異常の発生箇所を特定できない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、異常の発生箇所を特定できる回転角検出装置、及び、回転角検出装置の異常を検出する方法を提供することである。

本発明は、励磁信号発生手段から励磁コイルに出力される励磁信号を検出し、励磁コイルとの電磁誘導により出力コイルから出力される信号及び検出された励磁信号に基づき回転角検出装置の異常を検出することに、よって上記課題を解決する。

本発明は、レゾルバから出力される信号だけなく、励磁信号発生手段から励磁コイルに入力される励磁信号の検出信号を加えた上で、回転角検出装置の異常を検出しているので、レゾルバに対する入力と出力とを両方、監視することができ、その結果として異常の発生箇所の特定が容易になる。

本発明の実施形態に係る回転角検出装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る回転角検出装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る回転角検出装置のブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る回転角検出装置のブロック図である。本例の回転角検出装置は、レゾルバの出力値を用いてロータ（回転子）の回転角を検出しつつ、レゾルバを含めた装置内の異常を検出する装置である。

図１に示すように、本例の回転角検出装置は、励磁信号発生部１０と、レゾルバ２０と、回転角度演算部３０と、整流部４０と、エラー検出部５０とを備えている。

励磁信号発生部１０は、正弦波状の励磁信号を発生し、レゾルバ２０及び整流器４０に出力する。励磁信号はＡｓｉｎ（ωｔ）（第一、第二コイル用の搬送波）により表される。ただし、Ａは振幅を、ωは角周波数を、ｔは時間を示す。

レゾルバ２０は、図示しないモータの巻線の近傍に配置され、当該モータに含まれる回転子の回転角を検出するためのセンサである。レゾルバ２０は、励磁コイル２１と、第一コイル２２と、第二コイル２３とを有している。

励磁コイル２１は、モータの回転子に設けられ、励磁信号の供給を受けて磁束を発生する。第一コイル２２及び第二コイル２３は、モータの固定子に設けられ、励磁コイル２１との間の電磁誘導により、交流電圧（交流信号）を回転角度演算部３０に、それぞれ出力する。第一コイル２２及び第二コイル２３は、電気角９０度に相当する分の位相差をもって、固定子に配置されている。なお、励磁コイル２１は固定子に設けられてもよく、第一コイル２２及び第二コイル２３は回転子に設けられてもよい。

励磁コイル２１に入力された励磁信号（Ａｓｉｎωｔ）は、レゾルバ１０内におけるコイル間の電磁誘導の作用と、第一、第二コイル２２、２３の位相差によって、回転子の回転角（θ）に基づき振幅変調され、コサイン信号（Ａｓｉｎθｃｏｓωｔ）及びサイン信号（Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ）として、回転角度演算部３０及びエラー検出部５０に出力される。これにより、第一コイル２２及び第二コイル２３は、回転子の回転角に応じた信号（振幅変調された交流信号）を回転角度演算部３０に出力する。

回転角度演算部３０は、第一コイル２２及び第二コイル２３からそれぞれ出力される信号に基づいて、回転子の回転角（回転角度）を演算する。上記のように、第一コイル２２から出力される信号はＡｓｉｎθｃｏｓωｔで表され、第二コイル２２から出力される信号はＡｓｉｎθｓｉｎωｔで表される。そのため、回転角度演算部３０は、第一コイル２２及び第二コイル２３から出力される信号のアークタンジェントをとることで、回転子の回転角を演算できる。

ただし、上記のアークタンジェントにより回転角を演算する方法では、不連続点があるため、例えば、閉ループ構成による負帰還制御により回転角を演算してもよい。なお、同期検波する際のクロックには、励磁信号が用いられる。

これにより、回転角度演算部３０は、第一コイル２２の出力信号（コサイン信号）及び第二コイル２３の出力信号（サイン）に含まれる回転角成分を演算により導出することで、回転子の回転角を演算している。

整流部４０は、励磁信号を検出するための整流器であって、励磁信号を整流し、整流した励磁信号を、エラー検出部５０に出力する。整流部４０は、励磁信号に含まれるノイズ、励磁信号発生部における誤差を除去している。

エラー検出部５０は、整流部４０により検出された信号と、第一、第二コイル２２、２３から出力される信号に基づいて、回転角検出装置の異常を検出する。エラー検出部５０は、装置の異常を検出するための検出閾値（電圧閾値）と、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の大きさとを比較することで、異常を検出する。

また、エラー検出部５０は、整流部４０により整流された励磁信号に基づいて、検出閾値（第一検出閾値）を設定する。検出閾値の設定について、エラー検出部５０は、整流された励磁信号の電圧が大きいほど検出閾値を大きくする。または、エラー検出部５０は、整流された励磁信号の電圧が所定の設定用の閾値より大きい場合は、検出閾値を第一の値に設定し、整流された励磁信号の電圧が当該設定用の閾値以下である場合は、検出閾値を第二の値（第一の値より低い値）に設定する。

そして、エラー検出部５０は、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧（交流電圧の振幅に相当）が検出閾値より高い場合には、回転角検出装置に異常が生じていないと検出する。一方、エラー検出部５０は、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧が検出閾値以下である場合には、回転角検出装置に異常が生じていると検出する。また、エラー検出部５０は、回転角検出装置に異常が生じていると検出した場合には、異常を報知するために、異常を示す信号を出力する。

装置内の異常の一例として、例えばレゾルバ内の変圧比の異常が発生した場合（励磁コイル２１と、第一、第二コイル２２、２３間との間の電磁誘導作用が不充分な状態）について説明する。このような場合には、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧は、ゼロの一定値ではないが、検出閾値より低くなる。そのため、エラー検出部５０は、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧が、検出閾値以下であり、かつ、ゼロの一定値で推移していない場合には、レゾルバ２０内で異常が生じたと検出する。

また装置内の異常の他の例として、レゾルバ２０の出力部分の回路に断線異常が生じた場合について説明する。このような場合には、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧は、ゼロになる。そのため、エラー検出部５０は、第一、第二コイル２２、２３からの出力信号の電圧が、検出閾値以下であり、かつ、ゼロの一定値で推移する場合には、レゾルバ２０の出力回路で異常が生じたと検出する。

また装置内の異常の他の例として、励磁信号発生部１０の出力不良、又は、励磁信号発生部１０からレゾルバ２０への出力配線の異常が発生した場合について説明する。このような場合には、整流部４０に入力される励磁信号の電圧が低くなる。そして、エラー検出部５０により設定される検出閾値も、上記の設定用の閾値と比較して、小さくなる。そのため、エラー検出部５０は、励磁信号に基づき設定した検出閾値が、励磁信号の異常を検出するための閾値以下である場合には、励磁信号発生部１０又は励磁信号発生部１０からレゾルバ２０への出力回路に異常が生じたと検出する。なお、励磁信号の異常を検出するための閾値は予め設定されている閾値である。

これにより、エラー検出部５０は、整流部４０から出力される信号と第一、第二コイル２２、２３から出力される信号とを比較し、その比較結果に基づいて、装置内の異常を検出している。

ところで、例えば、レゾルバ２０を他の種類のレゾルバ２０に変更した場合には、励磁信号発生部１０からレゾルバ２０に入力される信号（励磁信号）が変動する。このとき、レゾルバ２０の変更に合わせて装置内の回路の変更を必要とするような装置では、レゾルバ２０の変更に対して、柔軟に対応できない。

一方、本例の回転角検出装置は、励磁信号発生部１０の励磁信号を検出しつつ、励磁信号発生部１０の出力電圧に応じて異常検出用の閾値を設定している。そのため、レゾルバの変更に伴い励磁信号の出力が変動した場合でも、出力の変動に応じて閾値が設定されるため、レゾルバの変更に柔軟に対応できる。

上記のように、本例は、励磁信号発生部１０から励磁コイル２１に出力される励磁信号を検出し、励磁コイル２１との電磁誘導により第一、第二コイル２１、２２から出力される信号及び検出された励磁信号に基づき回転角検出装置の異常を検出する。これにより、励磁信号発生部から出力される励磁信号の大きさを監視して装置内の異常を検出しているため、装置内の異常の発生箇所を特定できる。

また本例は整流部４０を用いて、励磁信号を検出している。これにより、エラー検出部５０は、ノイズ等を除去した励磁信号に基づいて異常を検出するため、異常の検出精度を高めることができる。

また本例は、検出した励磁信号に基づいて検出閾値を設定し、当該検出閾値と第一、第二コイル２１、２２から出力される電圧とを比較することで、装置内の異常を検出する。また本例は、第一、第二コイル２１、２２から出力される信号の電圧が検出閾値以下である場合に、装置内に異常が発生していると判定する。これにより、励磁信号の誤差又はノイズなどを考慮した検出閾値を予め設定することなく、励磁信号の変化に応じた閾値を設定できる。

なお、エラー検出部５０は、第一コイル２２からの出力信号の電圧と検出閾値とを比較し、第二コイル２３からの出力信号の電圧と検出閾値とを比較し、それぞれの比較結果に基づいて、装置内の異常を検出してもよい。また、エラー検出部５０は、コサイン信号（Ａｓｉｎθｃｏｓωｔ）とサイン信号（Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ）との二乗和を演算し、演算された二乗和と検出閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、装置内の異常を検出してもよい。

上記の第一コイル２２及び第二コイル２３が本発明の「出力コイル」に相当し、整流部４０が本発明の「励磁信号検出部」に相当する。

《第２実施形態》
図２は、発明の他の実施形態に係る回転角検出装置を示すブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、第一ＡＤ変換器６１及び第二ＡＤ変換器６２を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

図２に示すように、回転角検出装置は、励磁信号発生部１０等に加えて、第一ＡＤ変換器６１及び第二ＡＤ変換器６２を備えている。第一ＡＤ変換器６１は、第一コイル２２から出力される信号の電圧とＡＤ基準電圧とを比較して、所定の分解能で、第一コイル２２の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、回転角度演算部３０及びエラー検出部５０に出力する。第二ＡＤ変換器６２は、第一変換器６２と同様なＡＤ変換器であり、第二コイル２２の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、回転角度演算部３０及びエラー検出部５０に出力する。

基準電圧（ＡＤ基準電圧）は、ＡＤ変換の参照電圧であって、各変換器への入力電圧範囲を規定している。第一、第二コイル２２、２３から第一、第二ＡＤ変換器６１、６２に入力される電圧は、レゾルバ２０の変圧比、励磁信号発生部１０から出力される励磁信号の大きさ等で決まる。そのため、レゾルバ２０の変圧比等で決まる第一、第二コイル２２、２３の出力電圧の範囲に対応するように、ＡＤ基準電圧は設定されている。

回転角度演算部３０は、第一ＡＤ変換器６１及び第二ＡＤ変換器６２から出力される信号に基づいて、回転子の回転角を演算する。第一ＡＤ変換器６１及び第二ＡＤ変換器６２の出力信号は、第一、第二コイル２２、２３の出力信号をデジタル信号に変換したものである。そのため、回転角度演算部３０は、第１実施形態に示した演算方法をデジタル処理で行うことで、回転子の回転角を演算する。これにより、回転角度演算部３０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２を介しつつ、第一コイル２２及び第二コイル２３からそれぞれ出力される信号に基づいて、回転子の回転角を演算する。

エラー検出部５０は、整流部４０により検出された信号と、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２から出力される信号に基づいて、回転角検出装置の異常を検出する。エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２から出力信号の大きさ（デジタル値）と、整流部４０により整流された励磁信号の大きさとを比較することで、装置内の異常を検知する。

上記のように、本例は、励磁信号発生部１０から励磁コイル２１に出力される励磁信号を検出し、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２を介して第一、第二コイル２１、２２から出力される信号及び検出された励磁信号に基づき回転角検出装置の異常を検出する。これにより、励磁信号発生部から出力される励磁信号の大きさを監視して装置内の異常を検出しているため、装置内の異常の発生箇所を特定できる。

《第３実施形態》
図３は、発明の他の実施形態に係る回転角検出装置を示すブロック図である。本例では上述した第２実施形態に対して、ＡＤ基準電圧設定部６３を設け、かつ、整流部４１により整流された励磁電流をＡＤ基準電圧設定部６３に出力する点が異なる。これ以外の構成は上述した第２実施形態と同じであり、第１、第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図３に示すように、回転角検出装置は、励磁信号発生部１０等に加えて、ＡＤ基準電圧設定部６３を備えている。ＡＤ基準電圧設定部６３は、整流部４１により検出された励磁信号に基づき、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の基準電圧を設定する。

具体的には、ＡＤ基準電圧設定部６３は、整流部４１により整流された励磁信号の電圧が大きいほど、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の入力電圧範囲が広くなるように、ＡＤ基準電圧を設定する。または、ＡＤ基準電圧設定部６３は、整流部４１により整流された励磁信号の電圧が所定の閾値より大きい場合には、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の入力電圧範囲が所定の電圧範囲より広くなるように、ＡＤ基準電圧を設定する。ＡＤ基準電圧設定部６３は、整流部４１により整流された励磁信号の電圧が当該所定の閾値以下である場合には、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の入力電圧範囲が当該所定の電圧範囲より狭くなるように、ＡＤ基準電圧を設定する。

これにより、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の入力電圧範囲が、第一、第二コイル２２、２３の出力電圧に応じた最適な範囲となるため、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の分解能が向上する。その結果として、回転子の回転角の演算精度も向上する。また、レゾルバ２０の変更に伴い、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２への入力電圧が変更した場合でも、柔軟に対応できる。

エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の出力信号の大きさと、正常の状態を示す検出閾値（第二検出閾値）とを比較する。当該検出閾値は予め設定されている閾値であって、回転角検出装置に異常がない場合に、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２から回転角度演算部３０に出力される信号の大きさの下限値を示している。エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の出力信号の大きさが検出閾値より大きい場合には、回転角検出装置に異常が生じていないと検出する。

エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の出力信号の大きさが検出閾値以下である場合には、装置内に異常が生じていると判定する。また、エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の出力信号の大きさが検出閾値以下である場合には、当該出力信号の大きさに応じて、回転角検出装置の異常の発生箇所を特定している。

回転角検出装置内の異常の一例として、例えばレゾルバ内の変圧比の異常が発生した場合には、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２からの出力信号の電圧は、ゼロの一定値ではないが、検出閾値より低くなる。そのため、エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２からの出力信号の大きさ検出閾値以下であり、かつ、ゼロの一定値で推移していない場合には、レゾルバ２０内で異常が生じたと検出する。

回転角検出装置内の異常の他の例として、レゾルバ２０の出力部分の回路に断線異常が生じた場合について説明する。このような場合には、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２への入力信号がゼロになるため、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２からの出力信号もゼロになる。

また、回転角検出装置内の異常の他の例として、励磁信号発生部１０の出力不良（出力ゼロ）、又は、励磁信号発生部１０からレゾルバ２０への出力配線の断線異常が発生した場合について説明する。このような場合には、ＡＤ基準電圧設定部６３はＡＤ基準電圧を設定せず（又は、基準電圧をゼロ（グランド）にする）、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の入力電圧範囲がゼロになる。第一、第二コイル２２、２３からは、基準電圧（０Ｖ）と同電圧が第一、第二ＡＤ変換器６１、６２に入力されるため、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２の出力信号は最大値になる。

エラー検出部５０は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２からの出力信号の大きさが検出電圧より高い状態であっても、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２からの出力信号が最大値である場合には、レゾルバ２０の出力回路、励磁信号発生部１０、又は、励磁信号発生部１０からレゾルバ２０への出力回路で異常が生じたと検出する。

上記のように、本例は、第一、第二ＡＤ変換器６１、６２及びＡＤ基準電圧設定部６３を介して、第一、第二コイル２１、２２から出力される信号及び整流部４１により検出された励磁信号に基づき回転角検出装置の異常を検出する。これにより、励磁信号発生部から出力される励磁信号の大きさを監視して装置内の異常を検出しているため、装置内の異常の発生箇所を特定できる。

上記の第一変換器６１、第二変換器６２、及びＡＤ基準電圧設定部６３が本発明の「変換手段」に相当する。

１０…励磁信号発生部
２０…レゾルバ
２１…励磁コイル
２２…第一コイル
２３…第二コイル
３０…回転角度演算部
４０…整流部
５０…エラー判定部
６１…第一ＡＤ変換器
６２…第二ＡＤ変換器
６３…ＡＤ基準電圧設定部

Claims (6)

1. 励磁信号を発生する励磁信号発生手段と、
   前記励磁信号の供給を受ける励磁コイルと、
   前記励磁コイルとの電磁誘導により、回転子の回転角に応じた信号を出力する出力コイルと、
   前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転子の前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えた回転角検出装置であって、
   前記励磁信号を検出する励磁信号検出手段と、
   前記励磁信号検出手段から出力される信号と前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出する異常検出手段とを有し、
   前記異常検出手段は、
   前記励磁信号検出手段から出力される信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出するための電圧閾値を設定し、
   前記電圧閾値と、前記励磁信号検出手段から出力される信号の異常を検出するための閾値とを比較することで、前記回転角検出装置の異常を検出する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
2. 請求項１記載の回転角検出装置において、
   前記励磁信号検出手段は、
   前記励磁信号を整流する整流器を有し、かつ、前記整流器により整流された前記励磁信号の電圧を出力信号として出力する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
3. 請求項１又は２記載の回転角検出装置において、
   前記異常検出手段は、
   前記励磁信号検出手段から出力される信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出するための電圧閾値を設定し、
   前記電圧閾値と、前記出力コイルから出力される信号の出力電圧とを比較することで、前記回転角検出装置の異常を検出する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
4. 請求項３記載の回転角検出装置において、
   前記異常検出手段は、
   前記出力電圧が前記電圧閾値以下である場合に、前記回転角検出装置に異常が発生していると検出する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
5. 励磁信号を発生する励磁信号発生手段と、
   前記励磁信号の供給を受ける励磁コイルと、
   前記励磁コイルとの電磁誘導により、回転子の回転角に応じた信号を出力する出力コイルと、
   前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転子の前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えた回転角検出装置であって、
   前記励磁信号を検出する励磁信号検出手段と、
   前記励磁信号検出手段から出力される信号と前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出する異常検出手段と、
   前記出力コイルから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を前記回転角演算手段及び前記異常検出手段に出力する変換手段を有し、
   前記変換手段は、
   前記変換手段に入力される入力電圧範囲を規定するための基準電圧を、前記励磁信号検出手段から出力される信号に基づき設定する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
6. 励磁信号を発生する励磁信号発生手段と、前記励磁信号の供給を受ける励磁コイルと、前記励磁コイルとの電磁誘導により回転子の回転角に応じた信号を出力する出力コイルと、前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転子の前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えた回転角検出装置の異常の検出方法であって、
   前記励磁信号を検出し、
   検出された前記励磁信号と前記出力コイルから出力される信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出し、
   検出された前記励磁信号に基づいて、前記回転角検出装置の異常を検出するための電圧閾値を設定し、
   前記電圧閾値と、検出された前記励磁信号の異常を検出するための閾値とを比較することで、前記回転角検出装置の異常を検出する
   ことを特徴とする検出方法。

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