JP7130091B1 - 回転角度検出装置及びインバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバの励磁信号が基準信号に対して一致しない場合は、レゾルバの励磁信号の異常を検出することができる回転角度検出装置を提供する。【解決手段】レゾルバ励磁制御部２の電圧検出回路５において、レゾルバ１に与えるレゾルバ励磁制御部２の励磁信号電圧が予め設定された時間経過して閾値電圧を超過すれば異常検出信号を出力する。【選択図】図１

Description

本願は、回転角度検出装置及びこれを用いたインバータ制御装置に関するものである。

レゾルバによる回転角度検出は基準信号を増幅し励磁信号としてレゾルバに入力することで得られるレゾルバ出力信号と基準信号を基に演算処理をすることでモータなどの回転角度情報を得ている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許第５３４９６３７号公報 特開２０２０－４６３７６号公報

特許文献１及び特許文献２に示された従来の回転角度検出装置は、基準信号に対しレゾルバの励磁信号位相が一致していなく、異常である場合、レゾルバ出力信号を基準信号と演算処理して得られた角度情報は実際と異なる角度情報となるおそれがある。

また、角度情報が正確でない場合、この角度情報によって制御される例えばインバータ装置の制御に支障を来すことになる。

本願は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、レゾルバの励磁信号位相が基準信号に対して一致しない場合は、レゾルバの励磁信号の異常を検出することができる回転角度検出装置を提供することを目的としている。

本願に開示される回転角度検出装置は、励磁信号が入力され、回転角度に応じてレゾルバ信号を出力するレゾルバと、レゾルバへ入力する励磁信号の基準信号を生成する基準信号生成回路とレゾルバからのレゾルバ出力信号を受け角度情報を出力するレゾルバ信号処理回路を有する角度演算部と、基準信号に対する励磁信号の位相遅れおよび位相進みを検出する位相検出回路を有したレゾルバ励磁制御部を備え、位相検出回路は、レゾルバ励磁制御部の励磁信号と角度演算部の基準信号との位相差が閾値を超過すれば位相異常検出信号を出力する。

本願の回転角度検出装置によれば、レゾルバの励磁信号位相が基準信号と一致しない場合は、異常検出信号を出力することが可能となる。

実施の形態１に係る回転角度検出装置を用いたインバータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転角度検出装置における電圧検出回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転角度検出装置における位相検出回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態１係る回転角度検出装置における電流検出回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態１での正常状態から天絡が発生したときの信号波形と異常検出の状態を示すタイミングチャートである。 実施の形態１での正常状態から地絡が発生したときの信号波形と異常検出の状態を示すタイミングチャートである。 実施の形態１での正常状態と位相差異常が発生したときの信号波形と異常検出の状態を示すタイミングチャートである。 実施の形態１での正常状態から電流異常検出したときの信号波形と異常検出の状態を示すタイミングチャートである。

実施の形態１．
図1は、実施の形態１における回転角度検出装置を用いたインバータ制御装置の各構成要素の接続例を示している。回転角度検出装置はレゾルバ１とレゾルバ励磁制御部２と角度演算部３から構成される。この図のレゾルバ１は１入力２出力タイプで図示しているが、２入力１出力タイプの場合はレゾルバ励磁制御部２が２個搭載されるものとなる。また、このように構成された回転角度検出装置とインバータ制御部１０を含めてインバータ制御装置が構成されている。

レゾルバ励磁制御部２は基準信号から励磁信号を生成する増幅回路４と生成した励磁信号の振幅電圧を検出する電圧検出回路５と生成した励磁信号と基準信号の位相差を検出する位相検出回路６と増幅回路４の出力電流を検出する電流検出回路７を備える。

角度演算部３は基準信号生成回路８にて基準信号Ｓｒを生成し、レゾルバ出力信号Ｓｒｅをレゾルバ信号処理回路９が演算処理し角度情報Ｓａｎを得る。得られた角度情報Ｓａｎはインバータ制御部１０へ伝えられ、インバータ制御に使用される。

レゾルバ励磁制御部２と角度演算部３とインバータ制御部１０はそれぞれ通知回路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを備え、インバータ制御部１０からの増幅回路４のＯＮ／ＯＦＦ、ゲイン設定などの制御指示、レゾルバ励磁制御部２及び角度演算部３の異常検出などの情報がやり取りされる。通知回路として、例えばＳＰＩあるいはＩ２Ｃといったシリアル通信、マイコンの汎用ポート使った１ｂｉｔ信号などが挙げられる。

図２は電圧検出回路５の構成を示している。励磁信号は天絡検出と地絡検出それぞれに別れ、検出閾値とともに電圧比較回路５１ａ，５１ｂに入力され比較結果はデジタル信号に置き換えられ出力はフィルタ５２ａ，５２ｂへ送られる。電圧比較回路５１ａ，５１ｂとして、アナログコンパレータあるいはＡＤコンバータなど挙げられる。増幅回路４が出力する励磁信号Ｓｅは正弦波であり、その中心の電圧基準に閾値電圧を設定する。例えば、単電源１５Ｖであれば７．５Ｖが正弦波の中心電圧であり、１０Ｖを天絡の閾値電圧５３ａ、２Ｖを地絡の閾値電圧５３ｂとして設定する。

フィルタ５２ａ，５２ｂでは正弦波のピークあるいはノイズ起因の一過性電圧変化による誤検出防ぐため一定時間継続したときに検出するようフィルタ時間を設ける。励磁信号Ｓｅが１０ｋHｚ正弦波のときフィルタ時間が１００μ秒より大きければ、正弦波のピーク電圧が閾値電圧を超えたとしても異常は検出しない。バッテリ（１２Ｖ）ショート（天絡）、グラウンド（０Ｖ）ショート（地絡）といったフィルタ時間を超えて異常が継続した場合に異常検出が次へ出力される。時間計測はデジタル回路のカウンタ値による計測とする。

フィルタ５２ａ，５２ｂより出力された異常検出は通知回路１１Ａにある検出結果保持回路１１０へ送られる。ここで異常検出の結果が格納され、通知回路１１Ａの通信周期に合わせてインバータ制御部１０へ通知される。インバータ制御部１０から異常検出通知のクリアを指示された場合、検出結果保持回路１１０の保持結果は破棄される。このときフィルタ５２ａ，５２ｂのカウンタ値もリセットされる。

本実施の形態においては、励磁信号が入力され、回転角度に応じてレゾルバ信号を出力するレゾルバと、レゾルバへ入力する励磁信号の基準信号を生成する基準信号生成回路とレゾルバからのレゾルバ出力信号を受け角度情報を出力するレゾルバ信号処理回路を有する角度演算部と、基準信号を増幅し励磁信号を出力する増幅回路と励磁信号の電圧異常を検出する電圧検出回路とを有したレゾルバ励磁制御部を備え、電圧検出回路は、レゾルバ励磁制御部の励磁信号電圧があらかじめ設定された時間継続して閾値電圧を超過すれば異常検出信号を出力する。また、角度演算部のレゾルバ信号処理回路からの角度情報に基づきインバータを制御するインバータ制御部を備え、インバータ制御部は、レゾルバ励磁制御部からの異常検出信号が入力される。

図３は位相検出回路６の構成を示している。増幅回路４へ入力される基準信号Ｓｒと出力する励磁信号Ｓｅはそれぞれの中心電圧と立ち上がり電圧比較のためパルス変換回路６１ａ，６１ｂへそれぞれ入力される。中心電圧基準に変化するパルスのデジタル信号（スタート信号Ｓｔａ、ストップ信号Ｓｔｏ）として立ち上がりエッジトリガカウンタ６２ａ，６２ｂへ送られる。

立ち上がりエッジトリガカウンタ６２ａ，６２ｂは、基準信号立ち上がりをカウンタスタート、励磁信号立ち上がりをカウンタストップとして遅れ時間Ｔｄｅを計測するもの、励磁信号立ち上がりをカウンタスタート、基準信号立ち上がりをカウンタストップとして進み時間Ｔａｄを計測するものの2つありそれぞれの時間計測結果は位相差検出回路６３へ送られる。

位相差検出回路６３は時間計測結果を閾値時間と比較し、それより大きければ位相差異常検出を通知回路１１Ａの検出結果保持回路１１０へ送られる。位相差検出の閾値時間は増幅回路４の周波数特性で決定される。例えば、増幅回路がカットオフ周波数ｆｃの１次のアクティブローパスフィルタ構成をとる場合、その遅延時間τは１／（２π×ｆｃ）から算出される。この遅延時間τより大きい遅延は正常動作では発生しないため、これを基準に閾値時間として設定できる。

本実施の形態においては、レゾルバ励磁制御部は基準信号に対する励磁信号の位相遅れおよび位相進みを検出する位相検出回路を備え、位相検出回路は、レゾルバ励磁制御部の励磁信号と角度演算部の基準信号との位相差が閾値を超過すれば位相異常検出信号を出力する。

図４は電流検出回路７の構成を示している。電流測定回路７１は増幅回路４の電流を測定する。測定方法として、例えば電流計測用の抵抗両端の電位差計測あるいは、カレントミラー回路を応用した半導体回路などがあげられる。電流測定回路７１の結果は電流比較回路７２に送られる。

電圧検出回路５と同様に電流比較回路７２において比較結果はデジタル信号に置き換えられる。レゾルバ１または増幅回路４が損傷しない電流量を異常検出の閾値として比較し、比較結果はフィルタ７３へ送られる。

フィルタ７３ではノイズ起因の一過性電流変化による誤検出防ぐためフィルタ時間を設ける。励磁信号Ｓｅが１０ｋＨｚ正弦波であるとき励磁信号Ｓｅは１００μ秒周期のため、その４分の１の２５μ秒で電流のピークに達する。これよりフィルタ時間は２５μ秒より小さくし、ピーク時の電流異常の見落としない設定とする。

フィルタ７３から出力された異常検出は増幅回路４と通知回路１１Ａにある検出結果保持回路１１０へ異常検出として送られる。従来の手法では励磁出力停止する回路を経由するか、インバータ制御部が異常診断のフローなどの後励磁出力信号を停止するかであるが、本実施の形態１における増幅回路４は異常検出を受け、速やかに電流制限または電流遮断を行いレゾルバ１及び増幅回路４が損傷することを防止する。

検出結果保持回路１１０に異常情報は格納され、通知回路１１Ａの通信周期に合わせてインバータ制御部１０へ通知される。インバータ制御部１０から異常検出通知のクリアを指示された場合、検出結果保持回路１１０の保持結果はクリアされる。このときフィルタ７３のカウンタ値もリセットされる。

本実施の形態においては、レゾルバ励磁制御部は励磁信号として増幅回路を流れる電流を検出する電流検出回路を備え、電流検出回路は、レゾルバ励磁制御部の励磁信号の出力電流が閾値電流を超過すれば増幅回路の電流を制限または遮断し、電流異常検出信号を出力する。

図５に天絡時のタイミングチャート、図６に地絡時のタイミングチャート、図７遅れ位相差異常時のタイミングチャート、図８に電流異常時の電流制限の場合のタイミングチャートを示している。レゾルバ励磁制御部２の各異常検出通知は通知回路１１Ａの通信周期に合わせインバータ制御部１０へ通知される。インバータ制御部１０は異常検出通知を受けると、システムを安全状態へ移行するため安全状態移行処置へ移る。インバータ出力は高電圧、高電流のため、インバータ制御のための各センサからの情報を得ながら安全状態までのステップを進めていく。

このような移行処置の間、インバータ制御部１０は通知回路１１Ａを介して異常検出通知をクリアする。異常状態が継続しているとフィルタ時間後に再び異常検出し通知回路１１Ａを介して異常検出が再びインバータ制御部１０へ通知される。これにより異常検出の情報は常に更新され、安全状態へ移行が完了するまで異常状態が継続していることを把握することが可能となる。

本実施の形態においては、レゾルバ励磁制御部は、異常検出信号を通知回路を介してインバータ制御部に通知し、異常通知とこの通知のクリアを繰り返して異常検出の通知を更新する。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ レゾルバ、２ レゾルバ励磁制御部、３ 角度演算部、４ 増幅回路、５１ａ，５１ｂ 電圧比較回路、５２ａ，５２ｂ フィルタ、５３ａ，５３ｂ 閾値電圧、６ 位相検出回路、６１ａ，６１ｂ パルス変換回路、６２ａ，６２ｂ 立ち上がりエッジトリガカウンタ、６３ 位相差検出回路、７ 電流検出回路、７１ 電流測定回路、７２ 電流比較回路、８ 基準信号生成回路、９ レゾルバ信号処理回路、１０ インバータ制御部、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 通知回路、１１０ 検出結果保持回路

Claims (5)

1. 励磁信号が入力され、回転角度に応じてレゾルバ信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバへ入力する励磁信号の基準信号を生成する基準信号生成回路と前記レゾルバからのレゾルバ出力信号を受け角度情報を出力するレゾルバ信号処理回路を有する角度演算部と、前記基準信号に対する前記励磁信号の位相遅れおよび位相進みを検出する位相検出回路を有したレゾルバ励磁制御部を備え、前記位相検出回路は、前記レゾルバ励磁制御部の励磁信号と前記角度演算部の基準信号との位相差が閾値を超過すれば位相異常検出信号を出力することを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記レゾルバ励磁制御部は、前記基準信号を増幅し前記励磁信号を出力する増幅回路と前記励磁信号の電圧異常を検出する電圧検出回路を備え、前記電圧検出回路は、前記レゾルバ励磁制御部の励磁信号電圧があらかじめ設定された時間継続して閾値電圧を超過すれば異常検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出装置。
3. 前記レゾルバ励磁制御部は、励磁信号として前記増幅回路を流れる電流を検出する電流検出回路を備え、前記電流検出回路は、前記レゾルバ励磁制御部の励磁信号の出力電流が閾値電流を超過すれば前記増幅回路の電流を制限または遮断し、電流異常検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転角度検出装置、および、前記角度演算部の前記レゾルバ信号処理回路からの角度情報に基づきインバータを制御するインバータ制御部を備え、前記インバータ制御部は、前記レゾルバ励磁制御部からの異常検出信号が入力されることを特徴とするインバータ制御装置。
5. 前記レゾルバ励磁制御部は、前記異常検出信号を通知回路を介して前記インバータ制御部に通知し、異常通知とこの通知のクリアを繰り返して異常検出の通知を更新することを特徴とする請求項４に記載のインバータ制御装置。

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