| 【発明の名称】 |
電気車用レゾルバ処理装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】片山 博
【氏名】吉原 重之
【氏名】本部 光幸
【氏名】横山 哲也
【氏名】八幡 光一
【氏名】富士本 貴
【氏名】片田 寛
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| 【要約】 |
【課題】レゾルバ処理装置の発熱を最小限とし、かつ、コネクタの接触不良を監視するのではなく、積極的に防止する電気車用レゾルバ処理装置を提供する。
【解決手段】レゾルバを励磁するための繰り返し信号を発生する励磁信号発生部と、前記励磁信号発生部の繰り返し信号に応じて、レゾルバの励磁電圧または励磁電流を発生する励磁増幅部と、前記励磁増幅部の信号により励磁された磁束を、モータの回転角度θに応じてsinθ とcosθ の２つの振幅で変調された２つのレゾルバ検出信号ＶｓｓとＶｓｃを波形整形する入力信号処理部と、前記入力信号処理部の２つの信号からモータの回転角度θを演算する角度演算部とを有し、前記励磁増幅部の電源電圧が、前記励磁信号発生部と、入力信号処理部、および角度演算部の電源電圧より高い電気車用レゾルバ処理装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】レゾルバを励磁するための繰り返し信号を発生する励磁信号発生部と、前記励磁信号発生部の繰り返し信号に応じて、レゾルバの励磁電圧または励磁電流を発生する励磁増幅部と、前記励磁増幅部の信号により励磁された磁束を、モータの回転角度θに応じてsinθとcosθの２つの振幅で変調された２つのレゾルバ検出信号ＶｓｓとＶｓｃを波形整形する入力信号処理部と、前記入力信号処理部の２つの信号からモータの回転角度θを演算する角度演算部と、を有し、前記励磁増幅部の電源電圧が、前記励磁信号発生部と、入力信号処理部、および角度演算部の電源電圧より高い電気車用レゾルバ処理装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記励磁信号発生部の繰り返し信号が三角波である電気車用レゾルバ処理装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載において、前記励磁増幅部の信号により励磁された磁束をモータの回転角度θに応じてsinθ とcosθ の２つの振幅で変調した２つのレゾルバ検出信号ＶｓｓとＶｓｃの振幅の最大値が０.５Ｖ 以上である電気車用レゾルバ処理装置。
【請求項４】請求項１または請求項２記載において、前記励磁増幅部が電圧による指令を受け、該指令に応じた電流を出力する電流制御型である電気車用レゾルバ処理装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車のモータ等の回転角度を検出するために用いられるレゾルバ処理装置の低消費電力化と高信頼性化（コネクタ接続不良予防）を目的とした改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のレゾルバ処理装置は、低価格化を念頭に設計されており、電源電圧を１種類にすることによる電源部分の部品点数削減が試みられている。また、例えば内燃機関とモータ（電動機）を同時に有するハイブリッド自動車の場合、炎天下にさらされる高温のエンジンルームや車室内で使用されるレゾルバ処理装置を長年に渡り高い信頼性を確保するためには、装置の発熱を最小限にする必要がある。
【０００３】このためには、レゾルバ処理装置の電源電圧を下げる方法が有効である。
【０００４】一方、電気車等に使用するモータの角度を検出するレゾルバ処理装置においては、このレゾルバ処理装置の故障により、予期しないモータの挙動が起こり人命にかかわる事故が発生する危険性があるため、信頼性を確保する必要がある。
【０００５】特にレゾルバ処理装置とレゾルバを電気的に接続するコネクタは、接触部分が錫によりメッキされている場合でも、長期に使用し続けると次第に絶縁皮膜が成長し接触不良となる問題を持っていることが知られている。
【０００６】この問題に対応するため従来は、例えば特開平8−210874 号に示されているような方法により、コネクタの接続不良を検出して事故防止を行う、フェールセーフ機能で対応していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記の如き従来の電気車用レゾルバ処理装置にあっては、低電源電圧化によりレゾルバ処理装置とレゾルバを電気的に接続するコネクタに加わる電圧も低電圧化する。
【０００８】一方、コネクタに発生する絶縁皮膜は、ある程度電圧を加えることにより破壊することが出来るが、このためにはレゾルバ処理装置の電源電圧を上げなければならず、レゾルバ処理装置の発熱による装置寿命低下の問題があった。
【０００９】本発明は、レゾルバ処理装置の発熱を最小限とし、かつ、コネクタの接触不良を監視するのではなく、積極的に防止する電気車用レゾルバ処理装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、レゾルバを励磁するための繰り返し信号を発生する励磁信号発生部と、前記励磁信号発生部の繰り返し信号に応じて、レゾルバの励磁電圧または励磁電流を発生する励磁増幅部と、前記励磁増幅部の信号により励磁された磁束を、モータの回転角度θに応じてsinθ とcosθ の２つの振幅で変調された２つのレゾルバ検出信号ＶｓｓとＶｓｃを波形整形する入力信号処理部と、前記入力信号処理部の２つの信号からモータの回転角度θを演算する角度演算部と、を有し、前記励磁増幅部の電源電圧が、前記励磁信号発生部と、入力信号処理部、および角度演算部の電源電圧より高い電気車用レゾルバ処理装置である。
【００１１】好ましくは、前記励磁信号発生部の繰り返し信号が三角波である電気車用レゾルバ処理装置である。
【００１２】好ましくは、前記励磁増幅部の信号により励磁された磁束をモータの回転角度θに応じてsinθとcosθの２つの振幅で変調した２つのレゾルバ検出信号ＶｓｓとＶｓｃの振幅の最大値が０.５Ｖ 以上である電気車用レゾルバ処理装置である。
【００１３】好ましくは、前記励磁増幅部が電圧による指令を受け、該指令に応じた電流を出力する電流制御型である電気車用レゾルバ処理装置である。
【００１４】このように構成された電気車用レゾルバ処理装置においては、レゾルバ処理装置の発熱を最小限とすることにより装置の寿命低下を防止し、かつ、コネクタの接触不良を監視するのではなく、コネクタの絶縁皮膜を破壊するために十分な電圧をコネクタに加えることにより積極的に接触不良を防止する電気車用レゾルバ処理装置を提供することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施例を説明する。なお、以下の各実施例を説明するための図において、同一機能を有する対応部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】図１は本発明による電気車用レゾルバ処理装置の全体構成の例を示す。
【００１７】レゾルバ７は、コネクタ８を介して低電圧駆動レゾルバ処理回路１と励磁アンプ９に接続される。
【００１８】また、レゾルバ７は励磁コイル５０に励磁電圧Ｖｒｏ３４を加えると、モータの回転角度θに応じてsinθ とcosθ の２つの振幅で変調された２つのレゾルバ検出信号Ｖｓｓ３３とＶｓｃ３２を発生する構造となっている。
【００１９】ここで励磁電圧Ｖｒｏ３４は、励磁信号発生部３による三角波信号をもとにした繰り返し信号であり、その電圧信号の繰り返し周波数はモータの最高回転周波数よりも数倍以上早い周波数を用いる。
【００２０】また検出信号Ｖｓｓ３３とＶｓｃ３２は、入力信号処理部２により振幅値を増幅するなどの波形整形を施され、sinθ で変調された信号はs＿sin３１，cosθで変調された信号はs＿cos３０となる。
【００２１】角度演算部４は、これらs＿sin３１と、s＿cos３０、及び励磁信号発生部３の繰り返し信号のタイミングｓ＿ｔ３６からモータの角度θを求める部分である。以上説明したブロックは、直接コネクタ８に加わる電圧を発生する機能を持たないため５Ｖ程度より低い電源電圧Ｖｃｃで駆動することにより、消費電力と発熱を抑えることができ、回路の寿命を長くすることができる。
【００２２】次に、励磁アンプ９の部分について説明する。この回路はバイラテラルタイプと呼ばれる電流制御型の増幅器で、入力電圧Ｖｉｎ３５に比例した励磁コイル５０に流れる電流Ｉｒ６０を発生する機能をもつ。その電流Ｉｒ６０は以下の式１によって決定されるものである。
【００２３】
Ｉｒ＝−Ｖｉｎ×Ｒ２／（Ｒ１×Ｒ５） …（１）
このように、負荷側のインピーダンスに関係なく、入力電圧Ｖｉｎ３５に比例した電流を発生するものであるため、例えば一時的に励磁コイル５０がショートした場合でも指定した電流以上は流れず回路の永久破壊を防止することができる。
【００２４】このように、電流制御型増幅器を用いることにより瞬間的な故障に対して回路の永久破壊を防止することができる。
【００２５】次に、このときコネクタ８に加わる電圧を詳細に説明する。
【００２６】図２は、レゾルバ７の励磁コイル５０の電気的等価回路である。
【００２７】レゾルバ７の励磁コイル５０は、電気的には抵抗Ｒｒの抵抗成分とインダクタンスＬｒのインダクタンス成分に分けることができる。この励磁コイルに流れる電流Ｉｒ６０はＶｉｎ３５に比例する。ここで、Ｖｉｎ３５は三角波信号であるため、励磁電流Ｉｒ６０も三角波信号となる。
【００２８】図３は、この励磁電流波形を示したものである。
【００２９】励磁アンプ９に入力する信号Ｖｉｎ３５と、励磁電流Ｉｒ６０はそれぞれ三角波であり、この励磁電流Ｉｒ６０を励磁コイル５０に流すと、抵抗Ｒｒである抵抗成分の部分には、励磁電流Ｉｒ６０に比例した三角波信号Ｖｒが発生し、インダクタンスＬｒであるインダクタンス成分には、励磁電流Ｉｒ６０の時間変化ｄＩｒ／ｄｔに比例した方形波電圧Ｖｌが発生する。
【００３０】従って、コネクタ８には、三角波信号Ｖｒと方形波電圧Ｖｌを加算したＶｒｏ３４が加わる。一般に、抵抗Ｒｒは、コイルの内部抵抗であるため、インダクタンスＬｒに比べて小さくコネクタ８に加わる電圧Ｖｒｏ３４は、ほぼ方形波になる。
【００３１】このように、インダクタンス成分が多い励磁コイルに効率的な電圧を発生させるためには、三角波の電流を流すことが望ましい。
【００３２】なお、このコネクタ８に加わる電圧Ｖｒｏ３４は、コネクタ８の端子接触部分に発生する絶縁皮膜破壊を目的にできるだけ大きい方が望ましい。
【００３３】このためには、励磁アンプ９の電源電圧は高くして、励磁アンプ９の出力電圧が飽和するのを防止する必要がある。本実施例では、この励磁アンプ９の電源電圧のみ別系統とし高い電圧を加える構成としている。このことにより、電源電圧の上昇による消費電力と発熱の増加は、励磁アンプ９のブロックだけで済み、装置全体の発熱抑制することができる。また、コネクタ８に加わる電圧Ｖｒｏ３４を絶縁皮膜が破壊できる電圧にすることができ、接触不良を積極的に予防することができる。
【００３４】次に、レゾルバ７の検出コイル部分５１，５２の信号について詳細に説明する。
【００３５】図４は、レゾルバ７の検出コイル部分５１，５２と入力信号処理部２の接続の例を示す。
【００３６】励磁アンプ９の繰り返し信号により、励磁コイル５０に励磁される磁束は、２つの検出コイル５１，５２に誘起電圧を発生させる構造となっている。ここで、励磁コイル５０はモータの回転と同期して回転し、検出コイル５１，５２は励磁コイル５０の出す磁束の方向に対して９０゜方向が異なるように配置されている。従って、モータの回転角度θに対して検出コイル５１に誘起される信号の波高値がsinθ 状に変化したとすると、検出コイル５２に誘起される信号の波高値はcosθ 状に変化する。
【００３７】また、励磁コイル５０と検出コイル５１，５２の間には、信号振幅の比率が決まっており、これを変圧比Ｋと呼んでいる。すなわち次の式２に示す関係がある。
【００３８】
Ｋ＝Ｖｓｃ（最大値）／Ｖｒｏ（最大値）
＝Ｖｓｓ（最大値）／Ｖｒｏ（最大値） …（２）
この変圧比Ｋは一般に０.３程度であり、Ｖｒｏ（最大値）３４が１.５Ｖ程度であればＶｓｃ（最大値）３２またはＶｓｓ（最大値）３３は０.５ Ｖ程度に小さくなる。
【００３９】従って、コネクタ８の接触不良の防止を考える際には、Ｖｓｃ（最大値）３２またはＶｓｓ（最大値）３３を幾らにするかが重要となり、少なくともこの部分の電圧は０.５Ｖ以上確保することが望ましい。
【００４０】これは、電圧により絶縁被膜を破壊できる被膜厚さは１００Å／Ｖ程度であるため、５０Å程度の絶縁被膜を破壊することを目的としている。
【００４１】そこで、このことから逆にたどってＶｒｏ（最大値）３４は１.５Ｖ 以上を確保する必要がある。
【００４２】図５は、上記説明を波形で示したものである。
【００４３】Ｖｓｃ（最大値）３２またはＶｓｓ（最大値）３３は０.５Ｖ 程度以上を確保するためには、Ｖｒｏ（最大値）３４を１.５Ｖ 程度以上にすればよい。
【００４４】図６に励磁アンプ９の別の例を示す。レゾルバ７の励磁コイル５０のインピーダンスＺｒｏが極端に小さい場合、励磁電流Ｉｒ６０は大きくなる。このような場合に、もしＯＰアンプ５の電流供給能力で励磁電流Ｉｒ６０がまかないきれないとき、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２により不足分を供給する回路構成となっている。
【００４５】次に、低電圧駆動レゾルバ処理回路１の構成要因である各ブロックの詳細な説明を行う。
【００４６】図７は入力処理回路２の例である。
【００４７】Ｖｓｃ３２またはＶｓｓ３３の振幅を適当な振幅になるようにＯＰアンプ１０とＯＰアンプ１１でゲイン調整する回路である。
【００４８】図８は励磁信号発生部３の例である。
【００４９】ｓ＿ｔ３６は角度演算部４から供給されるＯＮ時間とＯＦＦ時間が等しいパルス信号である。またそのパルス信号ｓ＿ｔ３６の周波数ｆｐはモータの最高回転周波数よりも数倍以上早い周波数とする。
【００５０】ＯＰアンプ１３は、抵抗Ｒ１９とコンデンサＣ４で決定される時定数ｔで応答する積分回路である。従って、この時定数ｔを角度演算部４から供給されるパルス信号ｓ＿ｔ３６の周期の半分より長く設定することにより、パルス信号ｓ＿ｔ３６から、図３のＶｉｎで示した三角波を生成することができる。
【００５１】図４は角度演算部４の例である。
【００５２】まず、ＯＳＣ１５でモータの最高回転周波数よりも数倍以上早い周波数ｆｐのパルス信号ｓ＿ｔ３６を発生する。
【００５３】同期検波１４では、s＿sin３１とs＿cos３０をパルス信号ｓ＿ｔ３６のタイミングでサンプリングする処理である。このことによりs＿sin３１からはsinθ18,s＿cos３０からはcosθ３７ を得ることができる。ここでθはモータの回転角度である。
【００５４】ここで仮にモータの回転角度をφ４２と検出したと仮定する。カウンタ２１の指示がモータの検出角度φ４２である。この検出角度φ４２からsinφ 化ブロック１６でsinφを、cosφ化ブロック１７でcosφ を生成し、それぞれ、乗算ブロック１８，１９を介すことによりcosθ×sinφ３９とsinθ×cosφ４０を得ることができる。それぞれを減算ブロック２０に入力する。
【００５５】ここで、次の式３で示す正弦の加法定理を用いると sin（θ−φ）＝sinθ×cosφ−cosθ×sinφ …（３） 減算ブロック２０の出力４１は、sin（θ−φ ）となる。従って、減算ブロック２０の出力４１は、モータの回転角度θと検出角度φ４２が一致していれば０、θ＞φのときプラス側、θ＜φのときマイナス側の値を示す。
【００５６】もし、この出力４１がプラスの値を示せば、積分２２の出力は上昇しＶＣＯ23の出力するパルス信号の発振周波数は高くなる。このため検出角度φは大きくなり、モータ角度θと一致する方向に動く。また、出力４１がマイナスの値を示せば、積分２２の出力は下降しＶＣＯ２３の出力するパルス信号の発振周波数は低くなる。このため検出角度φは小さくなり、モータ角度θと一致する方向に動く。この作用によりモータ角度θと検出角度φ４２を一致させることができる。
【００５７】従って、この検出角度φ４２を用いて電気車の電動機等の角度を得ることができ、運転者の要求に応えた動作を行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
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| 【出願日】 |
平成１１年９月１７日（１９９９．９．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２９８０（Ｐ２００１−８２９８０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６３１８５ |
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