(57)【要約】【課題】角度信号の脱落が生じても、回転角度ごとに規定された処理を確実に実行でき得る角度出力装置を提供する。【解決手段】回転電機に取り付けられた角度検出手段から出力されるＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号に基づいてロータの回転角度を演算し、検知角度として出力する角度出力装置は、Ａ相、Ｂ相信号のカウント値に基づいて回転角度を順次算出して第一角度φ１として出力するとともにＺ相信号受信時にカウント値をリセットする第一角度出力部と、Ａ相、Ｂ相信号の脱落が生じたときに擬似的な第二角度φ２を出力する第二角度出力部と、を備える。第二角度φ２は、Ｚ相信号でリセットされることなく第一角度φ１よりも早い速度で変化し、第二角度φ２と第一角度φ１が一致するまで、順次出力される。そして、第二角度φ２が出力されている場合は第二角度φ２を、前記第二角度φ２が出力されていない場合は第一角度φ１を、検知角度として出力する。【選択図】図２
2013137258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のロータに取り付けられた角度検出手段から出力される、前記ロータが一定角度回転したことを示す角度信号および前記ロータが基準角度に達したことを示す基準信号に基づいて前記ロータの回転角度を演算し、検知角度として出力する角度出力装置であって、
前記角度信号のカウント値に基づいて前記ロータの回転角度を順次算出して第一角度として出力するとともに、前記基準信号受信時に前記カウント値をリセットする第一角度出力手段と、
前記基準信号受信時において前記角度信号の脱落の有無を判断し、前記角度信号の脱落が生じていると判断した場合には、前記基準信号でリセットされることなく前記第一角度よりも早い速度で変化する第二角度を、前記第二角度の値が前記第一角度と一致するまで、順次出力する第二角度出力手段と、
を備え、前記第二角度が出力されている場合は第二角度を、前記第二角度が出力されていない場合は第一角度を、検知角度として出力する、
ことを特徴とする角度出力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の角度出力装置であって、
予め規定された１以上の処理実行角度の一つと前記検知角度とが一致した場合に、前記処理実行角度の一つに対応付けられた処理が実行される場合において、
前記第二角度出力手段は、一つの処理の実行が完了した後に、次の処理に対応付けられた処理実行角度が出力されるべく、前記第二角度の変化速度を決定する、ことを特徴とする角度出力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の角度出力装置であって、
前記第二角度出力手段は、前記角度信号の脱落に起因する第一角度の誤差量、前記基準信号受信時における前記ロータの角速度、および、各処理を実行すべき角度とその実行に要する時間に基づいて、実行すべき処理全てが重複することなく実行でき得るロータの回転回数を求め、前記回転回数、前記誤差量、および、前記角速度に基づいて、前記回転回数の間に前記誤差量を吸収し得る第二角度の変化速度を求める、ことを特徴とする角度出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータに取り付けられた角度検出手段から出力される信号に基づいて前記ロータの回転角度を演算し、検知角度として出力する角度出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータにレゾルバやエンコーダなどの回転量や回転位置を検出する回転センサを取り付け、これらセンサから出力されるパルス信号に基づいて、モータのロータの回転角度を演算し、検知角度として出力する角度出力装置が広く知られている。こうしたセンサの多くは、ロータが一定角度回転するたびに角度信号を、ロータが基準角度に到達した際に基準信号を出力する。従来の角度出力装置は、角度信号のカウント値に基づいて基準角度からの回転量（回転角度）を演算し、基準信号に基づいてロータの絶対的な回転角度を取得している。通常、角度信号のカウント値は、基準信号を受信するたびにリセットされる。このように基準信号受信時に、カウント値をリセットすることで、角度信号の不具合（脱落）に起因する誤差が、各回転周期ごとに解消される。かかる手法の回転角度装置は、例えば、特許文献１−３などに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０１５８４９号公報
【特許文献２】特開２００４−０５６８５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０３６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したように、基準信号受信時にカウント値をリセットすると、一部の回転角度が算出・出力されないまま、基準角度が算出・出力されることになる。この場合、規定の角度ごとに対応付けられた処理の一部が実行されない恐れがある。
【０００５】
これについて、図５を参照して説明する。図５は、回転センサから出力されるパルス信号、ロータの回転角度、および、実行される処理の関係を示す図である。ロータの回転角度のうち、破線は実際のロータの回転角度Φｒ、実線は角度出力装置から出力される回転角度（以下「検知角度Φｄ」という）である。
【０００６】
回転センサは、位相が９０度ずれたＡ相信号およびＢ相信号をロータの回転に同期して出力し、ロータが規定の基準位置に到達した際にＺ相信号を出力する。
【０００７】
角度出力装置は、このＡ相信号およびＢ相信号に基づいて基準角度からの回転量を、Ｚ相信号に基づいてロータの絶対位置を取得する。より具体的に説明すると、角度出力装置は、Ａ相信号およびＢ相信号のエッジをカウントし、そのカウント値に基づいて、基準角度からの回転量、ひいては、現在の回転角度Φｄを算出する。また、Ｚ相信号を受信したとき、角度出力装置は、Ａ相信号およびＢ相信号のカウントをリセットし、回転角度Φｄも基準角度にリセットする。
【０００８】
モータの制御装置（例えば車両の駆動源の一つであるモータを制御するＥＣＵ）などは、この角度出力装置から出力される検知角度Φｄに応じて、予め規定された処理、例えば通電処理などを行なう。図５の例では、角度ａのときに処理Ａを、角度ｂのときに処理Ｂを、角度ｃのときに処理Ｃを行なうものとする。
【０００９】
Ａ相、Ｂ相信号が、正確に、角度出力装置に受信されている場合、これら処理は問題なく実行される。一方、Ａ相、Ｂ相信号が、ノイズなどの影響により、角度出力装置に正確に受信されなかった場合、一部の処理が実行されないおそれがある。
【００１０】
例えば、ノイズにより、Ａ相、Ｂ相信号が角度出力装置において、正確に受信できない信号脱落Ｓが生じたとする。この場合、当該信号脱落Ｓの間、角度出力装置において、パルスエッジのカウントは行なわれず、回転量（回転角度）の更新も行なわれない。その結果、実際のロータの回転角度Φｒは、破線で示されるように変化しているにも関わらず、回転角度出力手段から出力される検知角度Φｄは、実線で示されるように一定値を保ったままとなる。信号脱落Ｓが解消されて、Ａ相、Ｂ相信号が正確に受信できるようになると、再度、回転角度Φｄの更新が行なわれるが、信号脱落Ｓの間に生じた実回転角度Φｒと検知角度Φｄとの誤差は、そのまま残存する。
【００１１】
もちろん、ロータが基準角度まで回転して、Ｚ相信号が出力されれば、カウント値もリセットされるため、当該誤差も解消される。しかし、信号脱落Ｓの発生期間によっては、検知角度Φｄとして角度ｃが出力される前に、カウント値がリセットされることがある。この場合、その回転において、処理Ｃが実行されない処理抜けとなる。
【００１２】
かかる処理抜けは、制御を不安定化させる原因となる。そこで、本発明では、角度信号の脱落が生じても、回転角度ごとに規定された処理を確実に実行でき得る角度出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の角度出力装置は、回転電機のロータに取り付けられた角度検出手段から出力される、前記ロータが一定角度回転したことを示す角度信号および前記ロータが基準角度に達したことを示す基準信号に基づいて前記ロータの回転角度を演算し、検知角度として出力する角度出力装置であって、前記角度信号のカウント値に基づいて前記ロータの回転角度を順次算出して第一角度として出力するとともに、前記基準信号受信時に前記カウント値をリセットする第一角度出力手段と、前記基準信号受信時において前記角度信号の脱落の有無を判断し、前記角度信号の脱落が生じていると判断した場合には、前記基準信号でリセットされることなく前記第一角度よりも早い速度で変化する第二角度を、前記第二角度の値が前記第一角度と一致するまで、順次出力する第二角度出力手段と、を備え、前記第二角度が出力されている場合は第二角度を、前記第二角度が出力されていない場合は第一角度を、検知角度として出力する、ことを特徴とする。
【００１４】
好適な態様では、予め規定された１以上の処理実行角度の一つと前記検知角度とが一致した場合に、前記処理実行角度の一つに対応付けられた処理が実行される場合において、前記第二角度出力手段は、一つの処理の実行が完了した後に、次の処理に対応付けられた処理実行角度が出力されるべく、前記第二角度の変化速度を決定する。この場合、前記第二角度出力手段は、前記角度信号の脱落に起因する第一角度の誤差量、前記基準信号受信時における前記ロータの角速度、および、各処理を実行すべき角度とその実行に要する時間に基づいて、実行すべき処理全てが重複することなく実行でき得るロータの回転回数を求め、前記回転回数、前記誤差量、および、前記角速度に基づいて、前記回転回数の間に前記誤差量を吸収し得る第二角度の変化速度を求める、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、角度信号の脱落が生じた場合には、基準信号でリセットされない第二角度が出力されるため、信号脱落が生じた場合であっても処理抜けが効果的に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である角度出力装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における角度出力の様子を示す図である。
【図３】他の例における角度出力の様子を示す図である。
【図４】他の例における角度出力の様子を示す図である。
【図５】従来の角度出力装置での角度出力の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である角度出力装置１０の構成を示す図である。この角度出力装置１０は、回転電機（図示せず）に取り付けられたレゾルバ１００からの信号に基づいて、回転電機の回転角度を算出し、検出角度Φとして出力するものである。
【００１８】
この角度出力装置１０は、ある角度をトリガとして、規定の処理を実行するような制御装置に組み込まれる場合に特に好適な構成となっている。例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のように回転電機を駆動源とする車両においては、回転電機を矩形制御する場合がある。回転電機を矩形制御する場合には、回転電機の回転角度が規定の角度に達するたびに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング処理を行なう。本実施形態の回転電機は、このように規定の角度において、規定の処理を実行するような制御装置に組み込まれる場合に好適な構成となっている。以下、具体的に、本実施形態の角度出力装置１０の構成について説明する。
【００１９】
角度出力装置１０の構成の説明に先立って、当該角度出力装置１０に入力される信号について簡単に説明する。本実施形態において角度出力装置１０には、ＲＤ変換部１０２から出力されるＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号が入力される。ＲＤ変換部１０２は、回転電機に取り付けられたレゾルバ１００に励磁信号ｆ（ｔ）を供給するとともに、レゾルバ１００から出力される回転検出信号Ｓａ，Ｓｂからモータの回転を示す信号、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を出力する。これらの信号のうち、Ａ相、Ｂ相信号は、図２に示すように互いに９０度位相が異なるパルス信号であり、回転電機が一定角度回転するたびに出力される角度信号に相当する。
【００２０】
Ｚ相信号は、回転電機が規定の基準角度に達した場合に出力される基準信号に相当するパルス信号である。本実施形態では、回転電機が１回転するたびに、Ｚ相信号が１回出力されるようになっている。
【００２１】
角度出力装置１０は、第一角度出力部１２、第二角度出力部１４、出力切替部１６を備えている。第一角度出力部１２は、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号に基づいて、ロータの回転角度を第一角度φ１として算出し、出力する。この第一角度φ１は、従来の角度出力装置１０とほぼ同じ構成をしており、カウンタ１８および角度算出部２０を備えている。カウンタ１８は、Ａ相信号、Ｂ相信号のパルスエッジをカウントする。このカウンタ１８のカウント値は、Ｚ相信号受信時にリセットされる。角度算出部２０は、カウンタ１８でのカウント値が更新されるたびに、そのカウント値に基づいて、回転電機の回転角度を算出し、第一角度φ１として出力する。
【００２２】
ここで、この第一角度出力部１２による第一角度φ１の算出の様子を図２を参照して説明する。カウンタ１８は、Ａ相信号、Ｂ相信号のパルスエッジが検出されるたびに順次カウントしていく。このカウント値は、角度算出部２０に順次、出力される。角度算出部２０は、このカウント値に基づいて、基準角度からの回転電機の回転量を算出し、この回転量から現在の回転電機の回転角度を算出し、第一角度φ１として出力する。図２の図示例では、基準角度である３６０度から、カウント値に応じた回転量を徐々にディクリメントしていった角度を第一角度φ１として出力している。
【００２３】
ところで、ノイズなどの影響によりＡ相信号、Ｂ相信号が正確に受信できない信号脱落Ｓが生じる場合がある。かかる信号脱落Ｓが生じると、特定角度ごとに規定された処理の一部が実行されなくなる場合があった。例えば、図２に示すように、角度ａで処理Ａ、角度ｂで処理Ｂ、角度ｃで処理Ｃの実行が規定されている場合において、ある回転中に信号脱落Ｓが生じた場合を考える。Ａ相信号、Ｂ相信号が受信できない信号脱落Ｓが生じれば、当然ながら、その間、カウンタ１８のカウント値は更新されず、第一角度φ１も更新されない。信号脱落Ｓが解消されて、Ａ相、Ｂ相信号が再度、正確に受信できるようになると、第一角度φ１の更新が行なわれるが、信号脱落Ｓの間に生じた実際の回転角度と第一角度φ１との誤差は残存する。そして、その後、Ｚ相信号が出力されれば、カウント値がリセットされ、第一角度φ１も基準角度（３６０度）にリセットされる。
【００２４】
ここで、信号脱落Ｓが生じていた期間の長さによっては、第一角度φ１が角度ｃに達する前にＺ相信号が出力され、カウント値がリセットされることがある。この場合、角度ｃに対応付けられた処理Ｃは、実行されることなく、次の処理Ａが実行される処理抜けとなる。かかる処理抜けは、回転電機の制御を不安定にする。
【００２５】
そこで、本実施形態では、こうした処理抜けを防止するために、第一角度出力部１２に加え、信号脱落Ｓが生じた場合に擬似的な第二角度φ２を出力する第二角度出力部１４を設けている。
【００２６】
第二角度出力部１４は、Ｚ相信号受信した際に、信号脱落Ｓの有無を判定し、信号脱落Ｓが生じていると判断した場合は、Ｚ相信号でリセットされることなく、第一角度φ１よりも早い速度で変化する第二角度φ２を、第二角度φ２と第一角度φ１と一致するまで順次出力する。
【００２７】
ここで、信号脱落の有無は、例えば、リセット直前の第一角度φ１またはカウント値に基づいて判断することができる。すなわち、信号脱落Ｓが生じていない場合、カウント値および第一角度φ１は常に所定の値をとるはずである。一方、リセット直前の第一角度φ１またはカウント値が、これら所定の値と一致しない場合には、信号脱落Ｓが生じたと判断することができる。
【００２８】
第二角度φ２は、例えば、リセット直前の第一角度φ１に、所定の角度を、一定周期で順次加算（または減算）するなどして生成される。このとき、第二角度φ２の変化速度が、第一角度φ１の変化速度よりも早くなるように、加算する角度や周期を調整することが望ましい。
【００２９】
出力切替部１６は、この第二角度φ２が出力されている間は第二角度φ２を、この第二角度φ２が出力されていない間は第一角度φ１を、検知角度Φとして、外部に出力する。そして、かかる構成とすることで、信号脱落Ｓに起因する処理抜けを確実に防止できる。
【００３０】
これについて図２を参照して説明する。図２に示すように、信号脱落Ｓが生じた回転の後、Ｚ相信号が受信されると、リセット直前において０度まで到達していなくても、第一角度φ１（図２において実線で図示）は、基準角度３６０度にリセットされる。そのため、この第一角度φ１を検知角度Φとして出力すると、角度ｃで実行されるべき処理Ｃが実行されないことになる。
【００３１】
しかし、本実施形態では、信号脱落Ｓが生じた場合には、Ｚ相信号でリセットされることのない第二角度φ２（図２において一点鎖線で図示）を生成し、当該第二角度φ２を検知角度Φとして出力する。第二角度φ２は、Ｚ相信号でリセットされないため、信号脱落Ｓが生じた場合でも、確実に、０度まで変化していく。この第二角度φ２が検知角度Φとして出力されると、第二角度φ２が角度ｃに到達した時点で、処理Ｃも実行されることになる。つまり、本実施形態によれば、信号脱落Ｓが生じた場合でも、確実に、処理Ｃが実行されることになる。
【００３２】
また、第二角度φ２は、レゾルバ１００の出力に依存しない、ある意味、誤差を含んだ角度である。かかる第二角度φ２を、そのまま検知角度Φとして出力し続けると、実際の回転角度と、検知角度Φとの差分が大きくなり、結果として、当該検知角度Φを利用する各種制御が正常に行なえなくなる。そこで、本実施形態では、第二角度φ２の変化速度を、第一角度φ１の変化速度より早くなるようにし、かつ、両角度φ１，φ２が一致すれば、第二角度φ２の生成を終了する。かかる構成とすることで、いずれは、レゾルバ１００の出力に基づいたより正確な角度（第一角度φ１）が検知角度Φとして出力されることになる。これにより、より安定した制御が可能となる。
【００３３】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、一定角度、回転したことを示す角度信号（Ａ相信号、Ｂ相信号）が途中で脱落したとしても、処理抜けを確実に防止することができる。
【００３４】
ところで、これまでの説明では、第二角度φ２の変化速度は、第一角度φ１より速ければよいとしているが、より正確には、第二角度φ２の変化速度は、一つの処理の実行が完了した後に、次の処理に対応付けられた角度が出力されるような速度に設定されることが望ましい。
【００３５】
すなわち、信号脱落Ｓの発生期間の長さ（信号脱落量）や、当該信号脱落量（信号脱落に起因する誤差量）の補填に要する期間の長さによっては、第二角度φ２の変化速度が速くなりすぎ、一つの処理の実行が完了する前に、次の処理に対応付けられた角度が出力されるおそれがある。例えば、図３に示すように、信号脱落Ｓの発生期間が比較的長い状況（すなわち信号脱落Ｓに起因する角度誤差量が比較的大きい状況）において、比較的短時間で、当該信号脱落Ｓに起因する角度のズレｘを吸収しようとすると、第二角度φ２の変化速度が速くなる。この場合、当然ながら、処理Ｂを実行すべき角度ｂに到達してから、次の処理Ｃを実行すべき角度ｃに到達するまでの時間Ｔが短くなってしまう。そして、その結果、処理Ｂが実行完了する前に、角度ｃに到達してしまう恐れがある。かかる場合において、処理Ｃが、処理Ｂと並行して実行できないような処理である場合、処理Ｃは実行できない処理抜けになる。かかる場合には、図４に示すように、より長い時間（図４の図示例では１回転に要する時間）をかけて、ズレ量ｘを吸収する必要がある。
【００３６】
そこで、こうした処理抜けを防止するために、本実施形態では、第二角度φ２の変化速度は、一つの処理の実行が完了した後に、次の処理に対応付けられた角度が出力されるような速度に設定している。かかる速度を得るために、本実施形態では、処理実行期間が重複することなく、実行すべき処理全ての実行に要する回転回数ｙを求め、この回転回数ｙの間に、ズレ量ｘを吸収し得る第二角度φ２の変化速度（角速度）Ｋ・αを求める。なお、ズレ量ｘは、Ｚ相受信時におけるリセット直前の第一角度φ１に基づいて判断することができる。すなわち、信号脱落Ｓが生じていない場合、Ｚ相信号受信時におけるリセット前の第一角度φ１は、常に所定の値（図示例では０度）となるはずである。この所定の値と、実際に得られたリセット前の第一角度φ１との差からズレ量ｘが求まる。
【００３７】
続いて、第二角度φ２の変化速度の算出方法を具体的に説明する。説明を簡単にするために、いずれの処理でも、その実行に要する時間が同じｔであるとする。この場合において、ｙ回転の間に実行すべき処理の数は、Ｚ相信号を受信した時点での処理抜け回数Ｎと、１回転中に行なうべき処理数ｎと、の加算値（Ｎ＋ｎ）である。これらの処理を、処理実行期間が重複することなく実行するためには、（Ｎ＋ｎ）・ｔという時間が必要になる。この処理実行に要する時間（Ｎ＋ｎ）・ｔが、ｙ回転に要する時間よりも短ければ、全ての処理を処理実行期間が重複することなく実行できることになる。ここで、第一角度φ１から求まる角速度、すなわち、実際のロータの角速度をαとした場合、ｙ回転に要する時間は（２π／α）ｙである。したがって、処理実行期間が重複することなく、実行すべき処理全ての実行に要する回転回数ｙは、次の式１、式２から求めることができる。
（ｙ・ｎ＋Ｎ）ｔ≦（２π／α）ｙ      式１
ｙ≧（Ｎ・ｔ・α）／（２π−ｔ・ｎ・α）      式２
【００３８】
処理全ての実行に要する回転回数ｙが求まれば、続いて、このｙ回転の間に、信号脱落に起因する角度のズレ量を吸収し得る第二角度φ２の変化速度（角速度）Ｋ・αを求める。ｙ回転の間にズレ量ｘを吸収するためには、ｙ回転の間に角速度αで進む角度Ｌ１と、ｙ回転の間に角速度Ｋ・αで進む角度Ｌ２と、の差分がズレ量ｘに等しくなればよい。ｙ回転に要する時間は、（２π／α）ｙであるため、Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ、Ｌ１＝α（２π／α）ｙ、Ｌ２＝Ｋ・α（２π／α）ｙと表すことができる。そして、Ｌ２−Ｌ１＝ｘが成立し得る角速度の係数Ｋは、次の式３から求めることができる。
Ｌ２−Ｌ１＝Ｋ・α（２π／α）ｙ−α（２π／α）ｙ
＝（Ｋ−１）（２π／α）ｙ・α＝ｘ
Ｋ＝１＋ｘ／（２πｙ）      式３
【００３９】
そして、本実施形態では、この式３から求まる係数Ｋに、第一角度φ１から求まる角速度αを乗じた値（Ｋ・α）を、第二角度φ２の変化速度（角速度）とする。そして、かかる式に基づいて第二角度φ２の変化速度Ｋ・αを決定することにより、一つの処理完了前に、次の処理に対応付けられた角度が、検知角度として出力されることが防止され、ひいては、処理の抜けが防止される。
【００４０】
なお、上述の説明では、レゾルバからの出力に基づいて角度を出力する場合を説明した。しかし、ロータが一定角度回転したことを示す角度信号、および、ロータが基準角度に達したことを示す基準信号が出力されるのであれば、レゾルバに限らず、他の角度検出手段、例えば、ロータリーエンコーダなどを用いる場合に応用してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  角度出力装置、１２  第一角度出力部、１４  第二角度出力部、１６  出力切替部、１８  カウンタ、２０  角度算出部、１００  レゾルバ、１０２  ＲＤ変換部。
【図１】
2013137258.tif 000003
【図２】
2013137258.tif 000004
【図３】
2013137258.tif 000005
【図４】
2013137258.tif 000006
【図５】
2013137258.tif 000007