(57)【要約】【課題】本発明は、初期角度の読み込みに使用しているシリアル通信回路を設けずに、回転角を正確に検出することができる、回転角検出装置の提供を目的とする。【解決手段】回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの出力信号に基づいてカウント値が変化するカウンタ１，２と、カウンタ１のカウント値の変化に連動するエンコーダパルスに基づいて前記回転角を算出するマイコン９０とを備え、カウンタ２のカウント値は、前記回転角に一致するように変化し、カウンタ１のカウント値は、カウンタ２のカウント値が前記回転角の初期値に一致している状態でリセットされた後に、カウンタ２のカウント値に追従するように変化する、回転角検出装置。【選択図】図４
2010043899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記レゾルバの出力信号に基づいてカウント値が変化する第１及び第２のカウンタと、
前記第１のカウンタのカウント値の変化に連動するエンコーダパルスに基づいて前記回転角を算出する回転角算出手段とを備え、
前記第２のカウンタのカウント値は、前記回転角に一致するように変化し、
前記第１のカウンタのカウント値は、前記第２のカウンタのカウント値が前記回転角の初期値に一致している状態でリセットされた後に、前記第２のカウンタのカウント値に追従するように変化する、回転角検出装置。
【請求項２】
前記第１のカウンタのカウント値を前記第２のカウンタのカウント値に追従させるためのサーボ系制御回路に構成される回路が、前記レゾルバの出力信号を前記カウント値に変換するＲＤ変換のためのサーボ系制御回路に構成される回路と共通する、請求項１に記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバによって、その回転角を検出する回転角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機などの回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、前記レゾルバの出力に基づき、回転角が所定角度増加したか減少したかを示す増減信号と回転角の絶対値を示す信号とを出力するＲ／Ｄコンバータと、初期値として前記回転角の絶対値を読み込み、以降前記増減信号を累積して回転機の回転角を算出する手段とを有する回転角検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転角検出装置は、回転機の回転角の初期値（初期角度）をシリアルＩ／Ｆから読み出し、その後は、回転機が正回転しているか逆回転しているかを表すＡ相信号及びＢ相信号、並びに基準点で出力されるＺ相信号に基づいて、読み出された初期角度からの更新を行うことによって、回転機の回転角を算出するものである。
【特許文献１】特開平１１−３３７３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、初期角度をシリアル通信によって読み出すためのＩ／Ｆ回路や通信線などのシリアル通信回路が必要となるため、回路規模が大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、本発明は、初期角度の読み込みに使用しているシリアル通信回路を設けずに、回転角を正確に検出することができる、回転角検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転角検出装置は、
回転機の回転角に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記レゾルバの出力信号に基づいてカウント値が変化する第１及び第２のカウンタと、
前記第１のカウンタのカウント値の変化に連動するエンコーダパルスに基づいて前記回転角を算出する回転角算出手段とを備え、
前記第２のカウンタのカウント値は、前記回転角に一致するように変化し、
前記第１のカウンタのカウント値は、前記第２のカウンタのカウント値が前記回転角の初期値に一致している状態でリセットされた後に、前記第２のカウンタのカウント値に追従するように変化する、ことを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、前記第１のカウンタのカウント値を前記第２のカウンタのカウント値に追従させるためのサーボ系制御回路に構成される回路が、前記レゾルバの出力信号を前記カウント値に変換するＲＤ変換のためのサーボ系制御回路に構成される回路と共通すると好適である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、初期角度の読み込みに使用しているシリアル通信回路を設けずに、回転角を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である回転角検出装置１００の構成を表すブロック図である。回転角検出装置１００は、車両に搭載されるモータの回転角を検出可能である。図１には、いわゆるハイブリッド車用のモータ／ジェネレータ（ＭＧ）の回転角θを検出する構成例が示されている。回転角検出装置１００は、ＭＧの回転角θを検出する回転角検出部１０と、信号処理部であるＭＧ−ＥＣＵ５０とを備えている。
【０００９】
回転角検出部１０は、角度検出センサ（レゾルバ２０）を備える。レゾルバ２０は、ＭＧの回転軸に配置される。レゾルバ２０は、励磁相を形成する励磁コイル２２と、ｓｉｎ相を形成する検知コイル２４と、ｃｏｓ相を形成する検知コイル２６とを備える。
【００１０】
一方、ＭＧ−ＥＣＵ５０は、励磁コイル２２にワイヤハーネス４１を介して接続される励磁回路６０と、ワイヤハーネス４３，４５を介して入力されるレゾルバ２０の検知信号（レゾルバ信号）をＭＧの回転角θを表すデジタル信号φにＲＤ変換するレゾルバデジタル変換器（Ｒ／Ｄコンバータ）８０と、車両の走行を制御する走行制御用マイクロコンピュータ（マイコン）を備える電子制御装置（例えば、ＨＶ−ＥＣＵ）からのトルク指令値に基づいてＭＧを制御するモータ制御用マイコン９０とを備える。
【００１１】
励磁回路６０は、所定の周波数の信号を生成する発振回路６１とその出力を増幅するアンプ６２とを備える。動作時、励磁回路６０は、所定の周波数の交流の入力電圧を励磁信号（Ｒｅｆ信号）として生成し、その交流電圧を励磁コイル２２の両端に印加する。励磁コイル２２が励磁されてそれに磁気力が発生すると、それに伴い、検知コイル２４，２６が起電する。所定の周波数の励磁信号を励磁コイル２２に供給することによって、検知コイル２４にはｓｉｎ相の電圧が起電し、検知コイル２６にはｃｏｓ相の電圧が起電することになる。すなわち、レゾルバ２０は、ＭＧの回転角θによりＲｅｆ信号をｓｉｎ／ｃｏｓ信号に振幅変調して出力する。
【００１２】
Ｒ／Ｄコンバータ８０は、検知コイル２４によるｓｉｎ相の出力信号と検知コイル２６によるｃｏｓ相の出力信号が入力される。詳細は後述するが、Ｒ／Ｄコンバータ８０は、ｓｉｎ相の出力信号とｃｏｓ相の出力信号とに基づいてＭＧの回転角θを表すデジタル信号φを生成し、デジタル信号φに基づいて生成されたエンコーダパルス（Ｚ相パルス，Ａ相パルス，Ｂ相パルス）とモータ制御用マイコン９０からの初期角度要求信号とによってＭＧの初期角度αをマイコン９０に読み込ませる。
【００１３】
モータ制御用マイコン９０は、Ｒ／Ｄコンバータ８０からのエンコーダパルスに従って初期角度αからの更新を行うことによりＭＧの回転角θを認識する。そして、モータ制御用マイコン９０は、ＭＧに流れる電流を検出する電流検出センサによって検出される電流値とＲ／Ｄコンバータ８０により得られる回転角θとをフィードバック入力として取得して、走行制御用マイコンからのトルク指令に係るトルクがＭＧから出力されるようにインバータ回路７０を動作させることによってＭＧの回転を制御する。すなわち、マイコン９０は、上述のフィードバック入力とトルク指令値とに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相交流をＭＧに印加するためのＰＷＭ信号を演算する。そして、マイコン９０は、演算したＵ，Ｖ，Ｗ相のＰＷＭ信号をインバータ回路７０に出力し、インバータ回路７０に構成されているＩＧＢＴ等のスイッチング素子をオン／オフ制御して、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相交流電流を生成して、ＭＧに通電することによりＭＧを駆動する。なお、電流検出センサは、例えば、Ｖ相とＷ相の電流値ＩＶとＩＷを検出するとよい。
【００１４】
続いて、ＭＧの回転角θの検出動作について詳細に説明する。励磁回路６０から励磁信号sinωtを励磁コイル２２に供給することによって、ＭＧの回転角θに応じて変調された電圧が発生する。検知コイル２４には電圧sinωt  sinθが起電し、検知コイル２６には電圧sinωt  cosθが起電し、これらの電圧は、レゾルバ信号としてＲ／Ｄコンバータ８０に入力される。
【００１５】
図２は、Ｒ／Ｄコンバータ８０の構成を表すブロック図である。Ｒ／Ｄコンバータ８０は、レゾルバ２０の出力信号（レゾルバ信号）に基づいてカウント値が変化するカウンタとして、第１のカウンタ（カウンタ１）と第２のカウンタ（カウンタ２）とを備えるとともに、カウンタ２のカウント値φ２の変化には連動させずにカウンタ１のカウント値φ１の変化に連動させたエンコーダパルスを出力するエンコーダ部８６とを備える。また、Ｒ／Ｄコンバータ８０は、掛算器８１と、減算器８２と、同期検波器８３と、積分器８４と、電圧制御発振器８５とを備える。図２のＲ／Ｄコンバータ８０は、レゾルバ信号を回転角θに相当するデジタル信号φに変換するＲＤ変換のサーボ系制御と、カウンタ２のカウント値φ２にカウンタ１のカウント値φ１を追従させるカウンタ追従（詳細は後述）のサーボ系制御とを共通のサーボ系制御回路で実現している。
【００１６】
ＲＤ変換のサーボ系制御を行う場合、Ｒ／Ｄコンバータ８０は、レゾルバ信号のそれぞれにcosφ１とsinφ１を掛算器８１で乗算した後に、その乗算結果を減算器８２で互いに減算することによって、sinωt  sin（θ−φ１）を算出する。この信号と励磁信号sinωtが同期検波器８３に入力され、同期検波器８３は変調成分sin（θ−φ１）のみ出力する。積分器８４は、同期検波器８３の出力sin（θ−φ１）を積分する。電圧制御発振器８５は、積分器８４から出力される積分値が正の所定値を超えるとカウンタ１のカウント値φ１を増加させる一方で、積分器８４から出力される積分値が当該正の所定値と絶対値が等しい負の所定値未満であるとカウンタ１のカウント値φ１を減少させる。カウンタ１のカウント値φ１は掛算器８１にフィードバックされる。このフィードバック回路は、位相（θ−φ１）が零になるように、すなわちカウント値φ１が回転角θに一致するようにフィードバック演算する。フィードバック演算により回転角θに一致したときのカウント値φ１が、実際の回転角θに対応した値となる。つまり、レゾルバ信号をカウント値φ１に変換するＲＤ変換におけるサーボ系フィードバック回路は、掛算器８１と、減算器８２と、同期検波器８３と、積分器８４と、電圧制御発振器８５と、カウンタ１とから構成される。
【００１７】
Ｒ／Ｄコンバータ８０は、カウンタ２のカウント値φ２についても上述のφ１の場合と同様に、カウント値φ２が回転角θに一致するようにフィードバック演算する。つまり、レゾルバ信号をカウント値φ２に変換するＲＤ変換におけるサーボ系フィードバック回路は、掛算器８１と、減算器８２と、同期検波器８３と、積分器８４と、電圧制御発振器８５と、カウンタ２とから構成される。
【００１８】
エンコーダ部８６は、カウンタ１の下位のビット（例えば、１２ビットのカウンタ１であれば、下位の２ビット）の変化に基づき、ＭＧの回転方向を表すＡ相信号とＢ相信号を出力する。これらの相信号は、互いに位相が９０°ずれた方形波信号であり、Ａ相の位相が進んでいる場合はＭＧが正転していることを示し、逆にＢ相が進んでいる場合は逆転していることを示す。カウント値φ１がカウントアップまたはダウンされるごとにＡ相、Ｂ相信号が出力される。また、エンコーダ部８６は、カウンタ１のカウント値φ１が零になると、Ｚ相信号を出力する。このＺ相信号は、ＭＧの１回転につき１回出力される。
【００１９】
図３は、Ｒ／Ｄコンバータ８０とモータ制御用マイコン９０の構成を表すブロック図である。マイコン９０のエンコーダ部９１は、Ｒ／Ｄコンバータ８０から出力されるエンコーダパルスを受信する。マイコン９０の第３のカウンタ（カウンタ３）のカウント値ψは、エンコーダ部９１によって得られるＡ相信号がＢ相信号に対して進んでいれば増加し、Ａ相信号がＢ相信号に対して遅れていれば減少する。また、カウンタ３は、エンコーダ部９１によって得られるＺ相信号が検出されると、カウント値ψを零にリセットする。カウンタ１のカウント値φ１とカウンタ３のカウント値ψが一致することで、カウント値ψはＭＧの回転角θを表すことになる。したがって、マイコン９０は、カウント値ψを検出することによって、回転角θを検出することができる。
【００２０】
しかしながら、マイコン９０は、ＭＧの初期角度αを検出しなければ、Ａ，Ｂ，Ｚ相信号からなるエンコーダパルスを受信しても、ＭＧの回転角θを正確に検出することができない。そこで、初期角度αの検出から最終的に回転角θが検出されるまでの動作について、図３，４を参照しながら説明する。図４は、Ｒ／Ｄコンバータ８０とモータ制御用マイコン９０の動作を表すタイミングチャートである。
【００２１】
Ｒ／Ｄコンバータ８０の起動時におけるパワーオンリセットの解除時点ｔ１では、カウンタ１のカウント値φ１とカウンタ２のカウント値φ２はリセットによって共に零である。パワーオンリセットが解除されたＲ／Ｄコンバータ８０は、励磁信号の出力を開始する。カウンタ１のカウント値φ１とカウンタ２のカウント値φ２は、共に、その励磁信号に応答したレゾルバ信号に基づき、上述の帰還動作によって、回転角θに一致するように変動する。そして、回転角θに一致したときのカウント値φ１とカウントφ２が、回転角θの初期値（すなわち、初期角度α）に相当することになる（タイミングｔ２）。パワーオンリセットの解除時点ｔ１から初期角度αの検出時点ｔ２までの追従期間において、カウンタ１のカウント値φ１の変化に連動してＡ相とＢ相のパルスが図示の通り出力されるが、マイコン９０は、この時点で初期角度αを読み込んでいないので、カウンタ３のカウント値ψは不定である。
【００２２】
マイコン９０の角度要求部９２は、Ｒ／Ｄコンバータ８０が初期角度αの読み込みを完了した後に、初期角度αを取得すべく角度要求信号を出力する（タイミングｔ３）。Ｒ／Ｄコンバータ８０の初期角度αの読み込み時間は予めスペックとして規定されているので、パワーオンリセットの解除時点からその読み込み時間より長いタイミングで、角度要求信号を出力すればよい。角度要求信号は、カウンタ１のカウンタ値を零にリセットするためのトリガー信号であるため、例えば、一つのパルス信号であればよい。
【００２３】
角度要求信号を受信したＲ／Ｄコンバータ８０のリセット回路８７は、カウンタ１をリセットすることにより、カウント値φ１を零にする。そして、カウンタ１を、サーボ系にて、リセットされずに回転角θの現在位置を保持しているカウンタ２にサーボ追従させる。つまり、角度要求信号の受信によりカウンタ１のカウント値φ１をリセットしたＲ／Ｄコンバータ８０は、カウンタ２のカウント値φ２にカウンタ１のカウント値φ１を追従させるカウンタ追従のサーボ系制御を行う。
【００２４】
カウンタ追従におけるサーボ系フィードバック回路は、図２に示されるように、減算器８２と、積分器８４と、電圧制御発振器８５と、カウンタ１と、カウンタ２とから構成される。つまり、カウンタ１のカウント値φ１をカウンタ２のカウント値φ２に一致させるサーボ系を構成するフィードバック回路において、減算器８２、積分器８４、電圧制御発振器８５は、Ｒ／Ｄコンバータ８０でのＲＤ変換に使用するものと共有している。ＲＤ変換の場合の減算器８２の入力は、角度偏差量であるが、カウンタ追従の場合の減算器８２の入力は、カウント値φ１とカウント値φ２との偏差に置き換えられる。減算器８２の出力値が積分器８４に入力される。積分器８４の出力値が所定の一定値を超える場合には電圧制御発振器８５がカウンタ１のカウント値φ１を増加させ、所定の一定値未満の場合には電圧制御発振器８５はカウンタ１のカウント値φ１を減少させる。このサーボ系制御によって、カウンタ１のカウント値φ１とカウンタ２のカウント値φ２はほぼ同じ値で安定する。
【００２５】
図４に示されるように、回転角θの初期角度αに一致するカウント値φ２にカウント値φ１が一致するまでのサーボ追従期間ｔ３−ｔ４において、カウンタ１のカウント値φ１の変化に連動してエンコーダパルスがエンコーダ部８６から出力される。
【００２６】
一方、マイコン９０は、角度要求信号の出力に同期して自身のカウンタ３をリセットすることにより、カウント値ψを零にする。カウンタ３は、エンコーダ部９１に入力されるエンコーダパルスに従って増減する（サーボ追従期間ｔ３−ｔ４）。
【００２７】
そして、カウンタ１のカウント値φ１がカウンタ２のカウント値φ２にサーボ系により一致した時点ｔ４で、カウンタ３のカウント値ψは、初期角度αに相当するカウント値φ２に一致することになる。したがって、マイコン９０は、この一致時点のカウント値ψを読み込むことで、初期角度αを認識することができる。そして、初期角度αの認識後のｔ５以降では、ＭＧの回転により出力されるエンコーダパルスに従って、マイコン９０は、初期角度αからの更新を行うことによって、ＭＧの回転により変動する回転角θを正確に検出することができる。
【００２８】
以上、上述の実施例によれば、初期角度αをシリアル通信によって送信する必要がないため、通信線等のシリアル通信回路を設けずに、初期角度αをマイコン９０に読み込ませることができ、正確な回転角をマイコン９０側で検出することができる。また、本発明によれば、シリアル通信によって読み込んだ絶対値角度を格納するレジスタ等の絶対値データ格納部をマイコン９０側に設け、その絶対値角度を制御用データ格納部に転送する必要がないため、その絶対値データ格納部も削減することができる。このように、シリアル通信に関連する回路を削除することができるため、回転角検出装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
また、上述の実施例では、カウンタ追従のサーボ系制御回路が必要となるが、従来のＲＤ変換のサーボ系制御回路と共通化することができるので、カウンタ追従制御による回路規模の増加を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態である回転角検出装置１００の構成を表すブロック図である。
【図２】Ｒ／Ｄコンバータ８０の構成を表すブロック図である。
【図３】Ｒ／Ｄコンバータ８０とモータ制御用マイコン９０の構成を表すブロック図である。
【図４】Ｒ／Ｄコンバータ８０とモータ制御用マイコン９０の動作を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  回転角検出部
２０レゾルバ
２２  励磁コイル
２４，２６  検知コイル
５０  ＭＧ−ＥＣＵ
６０  励磁回路
７０  インバータ回路
８０  Ｒ／Ｄコンバータ
９０  モータ制御用マイコン
１００  回転角検出装置
【図１】
2010043899.tif 000003
【図２】
2010043899.tif 000004
【図３】
2010043899.tif 000005
【図４】
2010043899.tif 000006