JP4122606B2

JP4122606B2 - 相間短絡検出装置

Info

Publication number: JP4122606B2
Application number: JP33902698A
Authority: JP
Inventors: 以清延原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000166205A

Description

【０００１】
【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】
１０１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

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。