JP4122606B2 - 相間短絡検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は相間短絡検出装置、特に複数の相を有する変圧器(レゾルバ等)の相間短絡を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、角度センサとしてレゾルバ(回転トランス)が用いられ、電気自動車のモータ制御等に適用されている。そして、このようなレゾルバの故障検出を行う装置が提案されている。
【0003】
例えば、特開平8−289521号公報には、レゾルバの2次側のコサイン相とサイン相の出力信号をそれぞれ2乗して得られた出力を加算し、この加算出力の最大値が所定値以下となった場合に相内短絡が生じたと判定する装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、相内短絡(例えばコサイン相の両端子が短絡する)は上記従来技術で検出することができるが、例えばコサイン相とサイン相間で短絡が生じても、それぞれの2乗出力の最大値には変化がないため、上記技術では検出できない問題があった。
【0005】
一般に、レゾルバの1次巻線、第1の2次巻線(コサイン相巻線)、第2の2次巻線(サイン相巻線)は互いに絶縁されているため短絡の問題は理論的には生じないが、例えば車両に搭載してモータのロータ角度を検出して制御する場合、制御装置には静電気保護のため小容量(1000pF〜0.1μF程度)のコンデンサを接続するのが常であり、相間短絡が生じた場合にはこの静電気保護用コンデンサを介して相手側の相電圧とのクロストークを生じることになる。レゾルバからのコサイン相出力及びサイン相出力は、例えばR/D(レゾルバ/デジタル)コンバータに出力され、1次巻線の交流電圧に対するコサイン相、サイン相の電圧比及び位相に基づいて角度が検出されることになるから、このようなクロストークが生じると1次巻線に対するコサイン相とサイン相の電圧比が本来の値からずれ、検出角度値に誤差が生じることとなる。したがって、角度センサからの信号に基づいてモータを制御する場合には、このような角度誤差によりモータの制御が困難となる。
【0006】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、レゾルバ等の変圧器において、コサイン相とサイン相の短絡、あるいは1次側と2次側の短絡等の相間短絡を確実に検出することができる装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明は、互いに絶縁された第1の2次巻線と第2の2次巻線とで異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、前記第1の2次巻線に接続され、前記第1の2次巻線にバイアス電圧を印加する電圧源と、前記第2の2次巻線の対地直流電位が所定値以上であるか否かを検出する比較器とを有し、前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡を検出することを特徴とする。第1の2次巻線と第2の2次巻線間が絶縁されている場合には、第1の2次巻線のバイアスは第2の2次巻線に影響を与えず、第2の2次巻線の対地直流電位は所定値より小さいままであるが、第1の2次巻線と第2の2次巻線との間に相間短絡が生じた場合には、第1の2次巻線のバイアスが第2の2次巻線にも印加され、第2の2次巻線の対地直流電位が上昇して所定値以上となる。したがって、第2の2次巻線の対地直流電位と所定値との大小比較を行うことで、第1の2次巻線と第2の2次巻線との相間短絡を検出することができる。
【0008】
また、第2の発明は、互いに絶縁された第1の2次巻線と第2の2次巻線とで異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、前記変圧器の1次巻線に接続され、前記1次巻線に前記第1の2次巻線の対地直流電位超のバイアス電圧を印加する電圧源と、前記第1の2次巻線の対地直流電位が第1の所定値以上であるか否かを検出する第1比較器と、前記第2の2次巻線の対地直流電位が第2の所定値以上であるか否かを検出する第2比較器とを有し、前記1次巻線と前記第1の2次巻線間の短絡、及び前記1次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡を検出することを特徴とする。1次巻線と第1の2次巻線間が絶縁されている場合には、1次巻線のバイアスは第1の2次巻線に影響を与えず、第1の2次巻線の対地直流電位は第1の所定値より小さいままであるが、1次巻線と第1の2次巻線との間に相間短絡が生じた場合には、1次巻線のバイアスが第1の2次巻線にも印加され、第1の2次巻線の対地直流電位が上昇して第1の所定値以上となる。したがって、第1の2次巻線の対地直流電位と第1の所定値との大小比較を行うことで、1次巻線と第1の2次巻線との相間短絡を検出することができる。また、1次巻線と第2の2次巻線間が絶縁されている場合には、1次巻線のバイアスは第2の2次巻線に影響を与えず、第2の2次巻線の対地直流電位は第2の所定値より小さいままであるが、1次巻線と第2の2次巻線との間に相間短絡が生じた場合には、1次巻線のバイアスが第2の2次巻線にも印加され、第2の2次巻線の対地直流電位が上昇して第2の所定値以上となる。したがって、第2の2次巻線の対地直流電位と第2の所定値との大小比較を行うことで、1次巻線と第2の2次巻線との相間短絡を検出することができる。
【0009】
また、第3の発明は、互いに絶縁された第1の2次巻線から第n(nは2以上の自然数)の2次巻線間で異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、前記第1の2次巻線から前記第nの2次巻線に接続され各々独立したバイアス電圧を印加する第1の電圧源から第nの電圧源と、前記第1の2次巻線から前記第nの2次巻線の対地直流電位が自ら印加するバイアス電圧以上であるか否かを検出する第1から第nの比較器とを有し、前記第1から前記第nの比較器で自ら印加するバイアス電圧より低いバイアス電圧を有する2次巻線との相間及び前記1次巻線間の短絡を検出し、前記第1から第nの比較器の論理積により、全ての相間の短絡を検出することを特徴とする。1次巻線は片側が接地され、残りの片側に励磁回路出力が接続されている。
【0010】
この発明は各々絶縁された任意の数の巻線を有する変圧器の相間短絡装置に適応される。例えば2次巻線が2相の場合は、次のような構成となる。
【0011】
互いに絶縁された第1の2次巻線と第2の2次巻線とで異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、前記第1の2次巻線に接続され、前記第1の2次巻線にバイアス電圧を印加する第1の電圧源と、前記第2の2次巻線に接続され、前記第2の2次巻線に前記第1の2次巻線の対地直流電位超のバイアス電圧を印加する第2の電圧源と、前記第1の2次巻線の対地直流電位が第1の所定値以上であるか否かを検出する第1比較器と、前記第2の2次巻線の対地直流電位が第2の所定値以上であるか否かを検出する第2比較器とを有し、前記第1比較器で前記第1の2次巻線と前記1次巻線間の短絡を検出し、前記第2比較器で前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡、及び前記1次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡を検出することを特徴とする。
【0012】
第1の2次巻線と1次巻線間が絶縁されている場合には、1次巻線の対地インピーダンスは第1の2次巻線に影響を与えず、第1の2次巻線の対地直流電位は第1の所定値より大きいままである。一方、1次巻線と第1の2次巻線との間に相間短絡が生じた場合には、1次巻線の対地インピーダンスにより第1の2次巻線から1次巻線に漏れ電流が流れることにより、第1の2次巻線の対地直流電位が低下して第1の所定値未満となる。従って、第1の2次巻線の直流対地電位と第1の所定値との大小比較を行うことで、1次巻線と第1の2次巻線との相間短絡を検出することができる。
【0013】
第2の2次巻線と第1の2次巻線間、及び第2の2次巻線と1次巻線間が絶縁されている場合には、第1の2次巻線の対地インピーダンス及び1次巻線の対地インピーダンスは第2の2次巻線に影響を与えず、第2の2次巻線の対地直流電位は第2の所定値より大きいままである。一方、第2の2次巻線と第1の2次巻線との間、または第2の2次巻線と1次巻線間との間に相間短絡が生じた場合には、第1の2次巻線または1次巻線の対地インピーダンスにより第2の2次巻線から第1の2次巻線または1次巻線に漏れ電流が流れることにより、第2の2次巻線の対地電流電位が低下して第2の所定値未満となる。従って、第2の2次巻線の直流対地電位と第2の所定値との大小比較を行うことで、第2の2次巻線と第1の2次巻線間、及び1次巻線と第2の2次巻線との相間短絡を検出することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、2次側にコサイン相及びサイン相を有するレゾルバを例にとり説明する。
【0015】
<第1実施形態>
図1には、本実施形態の回路図が示されている。なお、本実施形態では、コサイン相とサイン相の短絡を検出する場合の構成である。
【0016】
図において、1次巻線10と第1の2次巻線12(コサイン相)と第2の2次巻線14(サイン相)からレゾルバが構成されている。1次巻線10には図示しない励磁回路が接続されている。
【0017】
第1の2次巻線(コサイン相)12と接地間にはコンデンサC1、C2が接続され、さらに抵抗R1とR2を介して5Vの直流電圧源V1が接続されている。R1とR2の抵抗値は同一である。直流電圧源V1がコサイン相へのバイアス源として機能する。そして、コサイン相の両端は差動入力部200に接続される。差動入力部200は、抵抗R3〜R7、コンデンサC3、C4及び比較器OP1から構成され、コサイン相出力としてR/D(レゾルバ/デジタル)コンバータに出力される。R3とR6の抵抗値、R4とR7の抵抗値は各々同一である。
【0018】
一方、第2の2次巻線(サイン相)14と接地間にはコンデンサC5、C6が接続され、さらに抵抗R8、R9、R10を介してコンデンサC7に接続されている。抵抗R9とR10の抵抗値は同一で、コンデンサC7の他端は接地されている。コンデンサC7の容量は0.1μFである。そして、サイン相の両端はコサイン相と同様な構成の差動入力部300に接続される。差動入力部300は、抵抗R11〜R15、比較器OP2から構成され、サイン相出力としてR/Dコンバータに出力される。R/Dコンバータでは、入力サイン信号と既述の入力コサイン信号より、ロータ角度のデジタル信号に変換して出力する。R11とR13の抵抗値、R12とR14の抵抗値は各々同一である。
【0019】
また、抵抗R8とコンデンサC7間は比較器OP3の反転入力端子(−)に接続され、比較器OP3の非反転入力端子(+)は抵抗R20とR21との中点に接続されている。抵抗R20の他端は電源に接続され、抵抗R21の他端は接地されている。比較器OP3の出力端には抵抗R22、R23が接続され、短絡検出信号として図示しないCPUに出力される。
【0020】
本実施形態は以上のような構成であり、コサイン相の抵抗R1、R2と直流電源V1、サイン相の抵抗R9とR10、及びコサイン相に接続された抵抗R8、R20〜R23、コンデンサC7、比較器OP3が相間短絡検出部100として機能する。
【0021】
以下、相間短絡検出部100の動作について説明する。コサイン相とサイン相が短絡しておらず、正常に動作している場合には、コサイン相には直流電源V1(5V)によりバイアスが印加されており、コサイン相の2端子には直流的に5V・(R3+R4)/(R1+R3+R4)(=2V程度)の電圧が発生する。そして、サイン相にはこのようなバイアスが印加されておらず、コンデンサC7は充電されない。したがって、比較器OP3の反転入力端子(−)に入力される電位は非反転入力端子(+)に入力される所定電位よりも低く、比較器OP3の出力はHiとなる。
【0022】
一方、コサイン相とサイン相に短絡が生じると、直流電源V1によるバイアスがサイン相にも印加されることとなり、コンデンサC7が充電されてその端子間電圧が
【数1】
となる。このとき、抵抗R20とR21の値を調整し、非反転入力端子(+)に入力される所定電位が反転入力端子(−)に入力される電位よりも低くなるように設定しておくことで、比較器OP3の出力はHiからLowに変化する。したがって、比較器OP3の出力をモニタする不図示のCPUは、比較器OP3の出力がHiの場合には相間短絡が生じておらず、出力がLowに変化した場合にコサイン相とサイン相との間に短絡が生じたと判定することができる。
【0023】
<第2実施形態>
図2には、本実施形態の回路構成が示されている。図1と共通する部材については同一符号を付している。本実施形態では、コサイン相とサイン相との短絡のみならず、1次側(レファレンス相)とコサイン相との短絡及び1次側(レファレンス)とサイン相との短絡をも検出する。
【0024】
図において、レゾルバの1次巻線10にはレゾルバ励磁回路11が接続されており、数kHzの交流電圧を印加する。また、通常のレゾルバ励磁回路は一端を接地し、他端を電力増幅回路の出力に接続するが、本実施形態のレゾルバ励磁回路11は、差動出力構成によりコサイン相及びサイン相の基準電位よりも高い電位(約4V)に設定されている。
【0025】
また、コサイン相には図1と同様にバイアス印加用の直流電源V1が接続され、差動入力部300を介してR/Dコンバータ16に出力する構成であるが、さらに抵抗R30、R31を介して抵抗R16、コンデンサC8、比較器OP4が接続されている。コンデンサC8の容量はC7と同様0.1μFで、一端は接地され、他端は比較器OP4の反転入力端子(−)に接続されている。比較器OP4の非反転入力端子(+)には電源、抵抗R32、R33、R21で定まる所定電圧が印加され、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧より高い場合、出力はLowに変化し、短絡検出出力としてCPUに出力される。抵抗R16、コンデンサC8、比較器OP4等が1次側(レファレンス相)とコサイン相との間の短絡を検出する検出部として機能する。
【0026】
サイン相の構成は図1とほぼ同様であるが、比較器OP3の非反転入力端子(+)が抵抗R33、R32を介して比較器OP4の非反転入力端子(+)に接続される電源に共通に接続されている点が異なる。
【0027】
以上のような構成において、コサイン相とサイン相の短絡が生じた場合には、第1実施形態と同様にしてコンデンサC7の端子間電圧が直流電源V1のバイアスにより上昇し、比較器OP3の出力がHiからLowに変化することで検出することができる。
【0028】
また、1次側(レファレンス相)とサイン相の短絡が生じた場合にも、上述したように1次側にはレゾルバ励磁回路11によりサイン相の基準電位よりも高いバイアスが印加されているため、この1次側バイアスによりコンデンサC7の端子間電圧が上昇し、比較器OP3の出力がHiからLowに変化することで検出できる。
【0029】
さらに、1次側(レファレンス相)とコサイン相の短絡が生じた場合、1次側のバイアスはコサイン相の基準電位よりも高く設定されている(この電位は直流電源V1により2V程度にバイアスされているが、1次側はさらにこれよりも高い4V程度にバイアスされている)ため、短絡によりコンデンサC8に電荷が蓄積されて端子間電圧が上昇し、比較器OP4の反転入力端子(−)に入力される電位が非反転入力端子(+)の電位を上回り、比較器OP4の出力がHiからLowに変化する。したがって、1次側(レファレンス相)とコサイン相の短絡も、比較器OP4の出力変化により検出することが可能となる。
【0030】
<第3実施形態>
図3には、本実施形態の回路構成が示されている。図2と共通する部材については同一符号を付している。本実施形態では、コサイン相とサイン相との短絡、1次側(レファレンス)とコサイン相との短絡及び、1次側(レファレンス)とサイン相との短絡を検出する。
【0031】
図において、図2と同様にレゾルバの1次巻線10にはレゾルバ励磁回路11が接続されており、数kHzの交流電圧を印加する。第2の実施形態との差は、片端が設置されている一般的な電力増幅回路を1次側に用いている点である。
【0032】
コサイン相の構成は図1とほぼ同様であるが、検出部の比較器OP4の入力端子の極性が異なる。即ちR16とC8の接続点が非反転入力端子(+)に接続され、電源、抵抗R32、R33、R21で定まる所定電圧が反転入力端子(−)に入力されている。抵抗R16、コンデンサC8、比較器OP4等がコサイン相とサイン相との短絡、1次側(レファレンス)とコサイン相との短絡を検出する検出部として機能する。
【0033】
サイン相の構成は図1とほぼ同様であるが、サイン相の2端子に抵抗R17、R18を介して2.5Vの直流電圧源V2が接続されている点及び検出部の比較器OP3の入力端子の極性が異なる。即ちR8とC7の接続点が非反転入力端子(+)に接続され、電源、抵抗R32、R33、R21で定まる所定電圧が反転入力端子(−)に入力されている。抵抗R8、コンデンサC7、比較器OP3等が1次側(レファレンス)とサイン相との短絡を検出する検出部として機能する。
【0034】
以上のような構成において、コサイン相とサイン相の短絡が生じた場合には、コンデンサC8の端子間電圧がV2への漏れ電流により低下し、比較器OP4の出力がHiからLowに変化することで検出することができる。
【0035】
また、1次側(レファレンス)とコサイン相の短絡が生じた場合にも、上述したようにコンデンサC8の端子間電圧が接地への漏れ電流により低下し、比較器OP4の出力がHiからLowに変化することで検出することができる。
【0036】
また、1次側(レファレンス)とサイン相の短絡が生じた場合にも、上述したようにコンデンサC7の端子間電圧が接地への漏れ電流により低下し、比較器OP3の出力がHiからLowに変化することで検出することができる。
【0037】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらは例示にすぎず、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である、例えば、図1と図2において抵抗R1及びR2を介して直流電源V1をコサイン相に接続してバイアスを印加しているが、抵抗R1あるいは抵抗R2のいずれかを介して直流電源V1をコサイン相に印加してもよい。
【0038】
また、上記実施形態では2次巻線を2相としたが、n相(nは2以上の自然数)の2次巻線を有する変圧器にも同様に適用することが可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レゾルバ等の変圧器において第1の2次巻線と第2の2次巻線間の相間短絡、1次側(レファレンス相)と第1の2次巻線間の相間短絡、1次側(レファレンス相)と第2の2次巻線間の相間短絡を確実に検出することができ、モータ等の回転角度を確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の回路図である。
【図2】 本発明の第2実施形態の回路図である。
【図3】 本発明の第3実施形態の回路図である。
【符号の説明】
10 1次巻線、12 第1の2次巻線、14 第2の2次巻線、100 相間短絡検出部。
Claims (3)
- 互いに絶縁された第1の2次巻線と第2の2次巻線とで異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、
前記第1の2次巻線に接続され、前記第1の2次巻線にバイアス電圧を印加する電圧源と、
前記第2の2次巻線の対地直流電位が所定値以上であるか否かを検出する比較器と、
を有し、前記第1の2次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡を検出することを特徴とする相間短絡検出装置。 - 互いに絶縁された第1の2次巻線と第2の2次巻線とで異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、
前記変圧器の1次巻線に接続され、前記1次巻線に前記第1の2次巻線の対地直流電位超のバイアス電圧を印加する電圧源と、
前記第1の2次巻線の対地直流電位が第1の所定値以上であるか否かを検出する第1比較器と、
前記第2の2次巻線の対地直流電位が第2の所定値以上であるか否かを検出する第2比較器と、
を有し、前記1次巻線と前記第1の2次巻線間の短絡、及び前記1次巻線と前記第2の2次巻線間の短絡を検出することを特徴とする相間短絡検出装置。 - 互いに絶縁された第1の2次巻線から第n(nは2以上の自然数)の2次巻線間で異なる相を構成する変圧器の相間短絡を検出する装置であって、
前記第1の2次巻線から前記第nの2次巻線に接続され各々独立したバイアス電圧を印加する第1の電圧源から第nの電圧源と、
前記第1の2次巻線から前記第nの2次巻線の対地直流電位が自ら印加するバイアス電圧以上であるか否かを検出する第1から第nの比較器と、
を有し、前記第1から前記第nの比較器で自ら印加するバイアス電圧より低いバイアス電圧を有する2次巻線との相間及び前記1次巻線間の短絡を検出し、
前記第1から第nの比較器の論理積により、全ての相間の短絡を検出することを特徴とする相間短絡検出装置。
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1998
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