JPH1114691A - センサ断線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサがいかなる位置で停止状態にあって
も、センサコイル断線の検出が可能なセンサ断線検出装
置を提供すること。 【解決手段】本発明のセンサ断線検出装置１０は、出力
巻線３を有するレゾルバ等の断線を検出する装置であ
る。第１入力端子２０１、第２入力端子２０２および出
力端子２０３を持つ比較器２００と、比較器２００の第
２入力端子２０２を接地する抵抗器１０５とを有する。
第１入力端子２０１には、所定の閾値電圧ＶＳが印加さ
れる。第２入力端子２０２には、閾値電圧ＶＳと異なる
バイアス電圧ＶＢが一端に印加されている出力巻線３の
他端に接続され、比較器入力電圧ＶＣが印加される。出
力端子２０３は、判定結果として断線検出信号を出力す
る。比較器入力電圧ＶＣは、正常時にはセンサがいかな
る位置で停止していても閾値電圧ＶＳと交差せず、断線
検出信号は出力巻線３の断線時にのみ出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧が得られ
る巻線を有するセンサ（レゾルバや電磁ピックアップな
ど）の断線を検出するセンサ断線検出装置の技術分野に
属する。

【０００２】

【従来の技術】誘導機や同期機などの回転電機では回転
制御やトルク制御などの制御が行われているが、これら
の制御を行うためには回転子の位置や回転速度の検出が
必要である。この検出目的で、通常はレゾルバや電磁ピ
ックアップなどのセンサが使用されており、これらのセ
ンサは巻線を内部に備えこの巻線の両端から出力電圧が
得られるようになっている。これらのセンサを使用する
制御システムでは、システムのフェールセーフ性を高め
るためや故障要因判定のために、センサの異常検出や接
続ハーネスの断線検出が行われるものが少なくない。

【０００３】たとえば、特開平６−９８５８５号公報
（従来技術１）には、センサの異常検出手段が開示され
ている。同手段では、レゾルバの出力波形がゼロクロス
のコンパレータでパルスに変換され、同パルスの有無に
よりセンサ異常の判定が行われる。また、特開平８−２
１０８７４号公報（従来技術２）には、レゾルバの正弦
相出力および余弦相出力をサンプリングし、出力の二乗
和が所定範囲を外れた場合には故障と判定する断線検出
装置が開示されている。

【０００４】さらに、特開平８−２１４５２３号公報
（従来技術３）には、レゾルバの出力電圧をもとに論理
和を持って故障判定を行う故障検出部が開示されてい
る。この故障検出部は、レゾルバの各出力電圧を所定の
閾値と比較して第１比較信号および第２比較信号を出力
する比較手段を備え、両比較信号の論理和を取って論理
和信号として同信号の出力時間が所定時間以下である場
合には故障と判定する。

【０００５】しかしながら以上の各従来技術には、それ
ぞれ次のような不都合が存在する。すなわち、回転電機
の制御においては、回転電機が停止している状態から始
動する際にも制御を行う場合がほとんどであり、回転電
機が停止しているときにも故障検出機能は有効に作用し
ている必要がある。ところが、たとえばレゾルバを例に
取ると、回転子の停止位置がたまたまレゾルバの０°ま
たは９０°であった場合には、正弦相出力電圧または余
弦相出力電圧がゼロとなり、上記各従来技術は故障判定
ができなくなってしまう。

【０００６】すなわち、従来技術１では、レゾルバの０
°または９０°の場合にはゼロクロスができなくなり正
常な故障判定作用が得られず、誤検出をしてしまう場合
がある。また従来技術２では、サンプリングした信号が
断線によりゼロであるのか、たまたまレゾルバが０°ま
たは９０°の位置にあるから正常状態でゼロであるのか
が判定できず、断線検出不能となる。同様に従来技術３
でも、断線よるゼロ出力であるのか正常であってゼロ出
力であるのかの判定が着かず、断線検出不能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来技術の不都合に鑑み、センサがいかなる位置で停止
状態にあってもセンサコイル断線の検出が可能なセンサ
断線検出装置を提供することを解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明し
た。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載のセン
サ断線検出装置である。本手段では、断線の判定を行う
比較手段の第１入力端子には、所定の閾値電圧が印加さ
れており、この閾値電圧と比較して第２入力端子に印加
される電圧が正常側にあるか異常側にあるかでセンサ巻
線断線の判定が下される。比較手段の入力端子には、所
定のバイアス電圧が一端に印加されているセンサ巻線の
他端が接続され、バイアス電圧にセンサ巻線の出力電圧
が重畳された電圧が印加される。この電圧は、センサ巻
線の出力電圧の変化に伴って変化するが、正常な状態で
は閾値電圧と交差することはない。

【０００９】上記バイアス電圧は、閾値電圧と所定の電
圧だけ異なる電圧に設定されており、地電位を基準にし
て閾値電圧と同符号であるが、絶対値は閾値電圧よりも
所定電圧だけ大きく設定されている。バイアス電圧は、
センサ巻線の出力電圧が正常な変動範囲にある場合に
は、バイアス電圧にセンサ巻線の出力電圧が重畳された
電圧は閾値電圧を越えて変化することはないように設定
されている。

【００１０】逆に、センサ巻線に断線が発生し、バイア
ス電圧にセンサ巻線の出力電圧が重畳された電圧が第２
入力端子に加わらなくなった場合には、第２入力端子の
電位は上記閾値電圧を越えて変化しゼロ（地電位）にな
る。なぜならば、第２入力端子は放電手段により所定の
電気抵抗をもって接地されているからである。そこで比
較手段は、第２入力端子の電位が、閾値電圧である第１
入力端子の電位を越えて変化したことをもって、センサ
巻線の回路に断線等の異常があったものと判定し、断線
検出信号を出力端子に出力する。

【００１１】以上の判定作用は、レゾルバが０°または
９０°の位置にある場合のようにセンサ巻線の正常な出
力電圧がゼロである場合でも正常に機能するので、セン
サがいかなる位置で停止状態にあってもセンサコイル断
線の検出が可能である。したがって本手段によれば、セ
ンサがいかなる位置で停止状態にあってもセンサコイル
断線の検出が可能な、センサ断線検出装置を提供するこ
とができるという効果がある。

【００１２】（第２手段）本発明の第２手段は、請求項
２記載のセンサ断線検出装置である。本手段では、セン
サ断線検出装置の構成要素のうち、比較手段は比較器で
あり放電手段は抵抗器であるので、最もコンパクトにし
て安価かつ高い信頼性でセンサ断線検出装置を実施でき
るという効果がある。

【００１３】（第３手段）本発明の第３手段は、請求項
３記載のセンサ断線検出装置である。本手段では、整流
手段が、センサ巻線の出力電圧をバイアス電圧に対して
整流し、閾値電圧からバイアス電圧方向への符号と同符
号の電圧として比較手段の第２入力端子に印加する。整
流された電圧の符号が、閾値電圧に対するバイアス電圧
の符号と同符号であるから、センサ巻線の出力電圧が正
負に振れても、バイアス電圧に同出力電圧が重畳された
電位がバイアス電圧から閾値電圧側に振れることがな
い。それゆえ、センサ巻線の出力電圧の振幅が大きくな
っても、比較器への入力電圧は閾値電圧を下回ることが
ないので、センサ出力電圧の振幅が大きくなることによ
る誤検出を防止することができる。

【００１４】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、何らかの原因でセンサの交流出力電
圧が大きくなっても、確実に断線の検出を行うことがで
きるようになるという効果がある。 （第４手段）本発明の第４手段は、請求項４記載のセン
サ断線検出装置である。

【００１５】本手段では、整流手段は、全波整流回路お
よび半波整流回路のうち一方であるから、最もコンパク
トにして安価かつ高い信頼性で、第３手段のセンサ断線
検出装置を実施できるという効果がある。

【００１６】

【発明の実施の形態および実施例】本発明のセンサ断線
検出装置の実施の形態については、当業者に実施可能な
理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説
明する。 ［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としてのセンサ断
線検出装置１０，１１は、図１に示すように、レゾルバ
１のセンサ出力巻線３，４の両端にそれぞれ接続されて
レゾルバ１の出力巻線３，４の断線検出用に使用され
る。

【００１７】モータ６の角度検出器であるレゾルバ１
は、その誘導型の回転子（図略）を機械的にモータ６の
回転子（図略）と接続されて、モータ６の回転子の回転
角度を検出するように配設されている。レゾルバ１に
は、励磁巻線２と、正弦相出力巻線３および余弦相出力
巻線４の一対の出力巻線３，４とが、固定子（図略）側
に配設されており、各巻線２，３，４は、それぞれの両
端子２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂでモータ制御
装置５に接続されている。

【００１８】正弦相出力巻線３の両端子３Ａ，３Ｂは、
それぞれ一方のセンサ断線検出装置１０の一対の入力端
子１０Ａ，１０Ｂに接続されている。そして、センサ断
線検出装置１０での正弦相出力巻線３の断線の判定は、
センサ断線検出装置１０の出力端子１０Ｃから電圧信号
としてモータ制御装置５に入力される。同様に、余弦相
出力巻線４の両端子４Ａ，４Ｂは、それぞれ他方のセン
サ断線検出装置１１の一対の入力端子１１Ａ，１１Ｂに
接続されている。そして、センサ断線検出装置１１での
余弦相出力巻線４の断線の判定は、センサ断線検出装置
１１の出力端子１１Ｃから電圧信号としてモータ制御装
置５に入力される。すなわち、モータ制御装置５は、各
センサ断線検出装置１０，１１の出力端子１０Ｃ，１１
Ｃからの出力電圧をもってレゾルバ１の各出力巻線３，
４の断線をモニターしている。

【００１９】二つのセンサ断線検出装置１０，１１の構
成は互いに同一であるから、ここでは代表して、正弦相
出力巻線３に接続されているセンサ断線検出装置１０を
例に取って説明する。センサ断線検出装置１０は、図２
に示すように、電圧発生手段１００と比較器２００と抵
抗器１０５とから構成されている。センサ断線検出装置
１０は、外部とは一対の入力端子１０Ａ，１０Ｂと出力
端子１０Ｃとで接続されており、さらにセンサ断線検出
装置１０には、１５Ｖの定電圧源線と接地線（アース
線）とが外部から提供されている。

【００２０】電圧発生手段１００には、１５Ｖの定電圧
源線と接地線とを直列で結ぶ二つの抵抗器１０１，１０
２が配設されており、両抵抗器１０１，１０２の間に入
力端子１０Ｂを介して正弦相出力巻線３の一端が接続さ
れている。すなわち、両抵抗器１０１，１０２の間の接
続点電位は、バイアス電圧ＶＢとして正弦相出力巻線３
の一端子３Ｂに印加される。

【００２１】電圧発生手段１００にはまた、１５Ｖの定
電圧源線と接地線とを直列で結ぶ他の二つの抵抗器１０
３，１０４が配設されており、両抵抗器１０３，１０４
の間に比較器２００の第１入力端子２０１が接続されて
いる。すなわち、両抵抗器１０３，１０４の間の接続点
電位は、閾値電圧ＶＳとして比較器２００の第１入力端
子２０１に印加される。

【００２２】それゆえ、閾値電圧ＶＳとバイアス電圧Ｖ
Ｂとは、定電圧源の電圧（正規には１５Ｖ）に対して抵
抗器１０１〜１０４により定まる所定の比率で設定され
ており、閾値電圧ＶＳとバイアス電圧ＶＢとの比率は常
に一定である。比較器２００は、一対の第１入力端子２
０１および第２入力端子２０２と、断線検出信号を出力
する出力端子とを有し、前述の１５Ｖの定電圧源線と接
地線との間で電源供給を受けて作動する。すなわち、比
較器２００は、一対の第１入力端子２０１および第２入
力端子２０２の電位差を観測して、一方が他方の電位以
上である場合には所定の電圧を出力し、一方が他方の電
位未満である場合には先ほどとは異なった所定の電圧を
出力する。

【００２３】前述のように、比較器２００の第１入力端
子２０１には閾値電圧ＶＳが印加されており、定電位に
保たれている。一方、比較器２００の第２入力端子２０
２には、入力端子１０Ａを介してレゾルバ１の正弦相出
力巻線３の出力端子３Ａが接続されているとともに、放
電手段である抵抗器１０５を介して接地されている。そ
して、レゾルバ１の正弦相出力巻線３の出力端子３Ａと
抵抗器１０５との接続点の電位は、比較器入力電圧ＶＣ
として比較器２００の第２入力端子２０２に印加され
る。

【００２４】ここで、バイアス電圧ＶＢは閾値電圧ＶＳ
よりも所定電圧だけ高く、バイアス電圧に正弦相出力巻
線３の出力電圧が重畳されて比較器入力電圧ＶＣとなっ
ても、正弦相出力巻線３が断線していない限り比較器入
力電圧ＶＣが閾値電圧ＶＳよりも低くなることはない。
換言すれば、正弦相出力巻線３の出力電圧の振幅よりも
大きい電位差で、バイアス電圧ＶＢは閾値電圧ＶＳより
も高く設定されている。

【００２５】以上をまとめると、本実施例のセンサ断線
検出装置１０は、出力電圧が得られる巻線を有するセン
サの断線を検出する装置であって、具体的にはレゾルバ
１の正弦相出力巻線３の断線を検出するための装置であ
る。本実施例のセンサ断線検出装置１０は、四つの抵抗
器１０１〜１０４からなる電圧発生手段１００と、比較
手段としての比較器２００と、抵抗器１０５とを有す
る。比較器２００は、所定の閾値電圧ＶＳが印加される
第１入力端子２０１と、閾値電圧ＶＳと所定の電圧だけ
異なるバイアス電圧ＶＢが一端に印加されている巻線３
の他端に接続される第２入力端子２０２と、断線検出信
号を出力する出力端子２０３とをもつ。放電手段として
の抵抗器１０５は、比較器２００の第２入力端子２０２
を所定の電気抵抗をもって接地している。

【００２６】なお、図１中のもう一つのセンサ断線検出
装置１１は、上記センサ断線検出装置１０と同一の構成
であり、上記文中の正弦相出力巻線３を余弦相出力巻線
４と読み替えるだけで、その他の点は上記センサ断線検
出装置１０と同様である。（実施例１の作用効果）本実
施例のセンサ断線検出装置１０は、以上のように構成さ
れているので、以下のように作用し特有の効果を挙げる
ことができる。以下、図３（ａ）〜（ｅ）を参照して説
明する。

【００２７】図３（ａ）に示すように、レゾルバ１の励
磁巻線２（図１参照）には、所定の振幅および周波数で
励磁信号が印加される。すると、レゾルバ１の回転子
（図略）の回転角度が変化するに従って、正弦相出力電
圧は図３（ｂ）に示すように変化し、余弦相出力電圧は
図３（ｃ）に示すように変化する。比較器入力電圧ＶＣ
は、バイアス電圧ＶＢに正弦相出力電圧が重畳されて形
成されるので、図３（ｄ）の前半部分に示すように閾値
電圧ＶＳよりも高い電位で変動しており、閾値電圧ＶＳ
と交差することはない。この間は、比較器２００は比較
器入力電圧ＶＣが閾値電圧ＶＳよりも高いので、比較器
２００の出力電圧は図３（ｅ）に示すように、正常を示
す低電位にある。

【００２８】ところが、図３（ｄ）の途中に示すよう
に、Ａの時点で断線が起こると、比較器２００の第２入
力端子２０２に印加されていた比較器入力電圧ＶＣは、
抵抗器１０５（図１参照）を介して接地線に放電され
る。その結果、比較器入力電圧ＶＣは、以前と異なって
閾値電圧ＶＳを割り込み、閾値電圧ＶＳ未満のグランド
電圧（接地電位）に低下する。すると、図３（ｅ）の途
中に示すように比較器２００の出力端子２０３からの出
力電圧は跳ね上がって、図３（ｅ）の後部に示すように
断線を示す高電位に移行する。

【００２９】モータ制御装置５（図１参照）は、比較器
２００の出力端子２０３からの出力電圧が断線を示す高
電位に移行したのをもって、図３（ｄ）中のＡの時点で
正弦相出力巻線３が断線したものと判定を下すことがで
きる。より正確には、バイアス電圧ＶＢを与える二つの
抵抗器１０１，１０２の接点部分から、比較器入力電圧
ＶＣを与える比較器２００の第２入力端子２０２と抵抗
器１０５との接点までどこかで、断線ないし接触不良が
あると前述のようにして検知される。それゆえ、単にレ
ゾルバ１の余弦相出力巻線３の断線だけではなく、正弦
相出力巻線３に接続されている接続ハーネスの断線や接
触不良まで含めて、レゾルバ１の正弦相出力巻線３の系
統の断線判定が可能である。

【００３０】したがって、本実施例のセンサ断線検出装
置１０によれば、簡素かつ安価で信頼性が高い構成であ
りながら、レゾルバ１の正弦相出力巻線３系統の断線判
定が可能になるという効果がある。同様に、もう一方の
センサ断線検出装置１１によれば、簡素かつ安価で信頼
性が高い構成でありながら、レゾルバ１の余弦相出力巻
線４の系統の断線判定が可能になるという効果がある。

【００３１】［実施例２］ （実施例２の構成）本発明の実施例２としてのセンサ断
線検出装置１０’は、図４に示すように、整流手段とし
ての全波整流回路３００を有する点で、前述の実施例１
と異なっている。すなわち、本実施例のセンサ断線検出
装置１０’は、比較器入力電圧ＶＣをバイアス電圧ＶＢ
に対して整流し閾値電圧ＶＳからバイアス電圧方向ＶＢ
への符号と同符号の電圧ＶＣ’として比較器２００の第
２入力端子２０２に印加する全波整流回路３００を有す
る。本実施例のセンサ断線検出装置１０’は、その他の
点については前述の実施例１と構成上の大きな違いはな
い。

【００３２】ただし、以下の作用効果の項で述べるよう
に、電圧発生手段１００’の中の抵抗器１０１’，１０
２’の抵抗値の配分が実施例１の抵抗器１０１’，１０
２’の配分と若干異なっている。その結果、本実施例で
のバイアス電圧ＶＢは、実施例１でのバイアス電圧ＶＢ
よりも閾値電圧ＶＳに近く設定されている。 （実施例２の作用効果）本実施例のセンサ断線検出装置
１０は、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、実施例１と
ほぼ同様の作用を有する。

【００３３】実施例１と異なる点は、図５（ｄ）に示す
ように、正弦相出力巻線３（図４参照）の出力電圧が整
流されて正の符号の電圧のみになるので、バイアス電圧
ＶＢが閾値電圧ＶＳに近接していても、正常な状態では
比較器入力電圧ＶＣ’はバイアス電圧ＶＢを割り込むこ
とがない点である。それゆえ、正弦相出力巻線３の出力
電圧の振幅が大きくなっても、比較器２００への入力電
圧は閾値電圧ＶＳを下回ることがないので、センサ出力
電圧の振幅変動が大きい場合にも誤検出は防止されてい
る。

【００３４】したがって、本実施例のセンサ断線検出装
置１０’によれば、実施例１とほぼ同様の効果が得られ
るばかりではなく、実施例１よりも確実に誤検出を防止
することができるという効果がある。 （実施例２の変形態様１）本変形態様のセンサ断線検出
装置１０”は、図６に示すように、前述の実施例２の構
成において全波整流回路３００に代えて半波整流回路３
００’が配設されている点が実施例２と異なっている。
本変形態様は、その他の点では前述の実施例２の構成と
同一の構成を有する。

【００３５】本変形態様のセンサ断線検出装置１０”の
作用は、図７（ａ）〜（ｅ）に示すように、前述の実施
例２の作用と同様である。ただし、半波整流回路３０
０’を使用しているので、バイアス電圧ＶＢに重畳され
るセンサ巻線の出力電圧は半波整流の波形になることの
みが実施例２と異なっている。断線の検出機能等に関し
ては、本変形態様は実施例２と異なるところはない。

【００３６】したがって、本変形態様のセンサ断線検出
装置１０”によれば、全波整流回路３００よりも安価で
信頼性がより高い半波整流回路３００’が採用されてい
るので、実施例２の効果に加えてより安価で信頼性が向
上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のモータ制御システムの構成を示す
回路図

【図２】 実施例１としてのセンサ断線検出装置の構成
を示す回路図

【図３】 実施例１としてのセンサ断線検出装置の作用
を示す組図 （ａ）励磁信号の波形を示すグラフ （ｂ）正弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｃ）余弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｄ）比較器入力電圧の波形を示すグラフ （ｅ）比較器の出力電圧の波形を示すグラフ

【図４】 実施例２としてのセンサ断線検出装置の構成
を示す回路図

【図５】 実施例２としてのセンサ断線検出装置の作用
を示す組図 （ａ）励磁信号の波形を示すグラフ （ｂ）正弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｃ）余弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｄ）比較器入力電圧の波形を示すグラフ （ｅ）比較器の出力電圧の波形を示すグラフ

【図６】 実施例２の変形態様１のセンサ断線検出装置
の構成を示す回路図

【図７】 実施例２の変形態様１のセンサ断線検出装置
の作用を示す組図 （ａ）励磁信号の波形を示すグラフ （ｂ）正弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｃ）余弦相出力電圧の波形を示すグラフ （ｄ）比較器入力電圧の波形を示すグラフ （ｅ）比較器の出力電圧の波形を示すグラフ

【符号の説明】

１：レゾルバ ２：励磁巻線 ２Ａ，２Ｂ：励磁巻線端子 ３：正弦相出力巻線 ３Ａ，３Ｂ：正弦相出力巻線端
子 ４：余弦相出力巻線 ４Ａ，４Ｂ：余弦相出力巻線端
子 ５：モータ制御装置 ６：モータ １０，１０’，１０”：センサ断線検出装置（正弦相出
力巻線用） １０Ａ，１０Ｂ：入力端子 １０Ｃ：出力端子 １００，１００’：電圧発生手段 １０１〜１０４，１０１’，１０２’：抵抗器 １０５，１０５’：抵抗器（放電手段） ２００：比較器（比較手段） ２０１：第１入力端子 ２０２：第２入力端子 ２
０３：出力端子 ３００：全波整流回路（整流手段） ３００’：半波整流回路（整流手段） １１：センサ断線検出装置（余弦相出力巻線用） １１Ａ，１１Ｂ：入力端子 １１Ｃ：出力端子 ＶＢ：バイアス電圧 ＶＣ，ＶＣ’：比較器入力電圧
ＶＳ：閾値電圧

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力電圧が得られる巻線を有するセンサの
   断線を検出する装置であって、 所定の閾値電圧が印加される第１入力端子と、この閾値
   電圧と所定の電圧だけ異なるバイアス電圧が一端に印加
   されている前記巻線の他端に接続される第２入力端子
   と、断線検出信号を出力する出力端子とをもつ比較手段
   と、 この比較手段のこの第２入力端子を所定の電気抵抗をも
   って接地する放電手段と、を有することを特徴とするセ
   ンサ断線検出装置。
2. 【請求項２】前記比較手段は比較器であり、前記放電手
   段は抵抗器である、 請求項１記載のセンサ断線検出装置。
3. 【請求項３】前記巻線の他端の前記出力電圧を前記バイ
   アス電圧に対して整流し、前記閾値電圧から該バイアス
   電圧方向への符号と同符号の電圧として前記前記比較手
   段の前記第２入力端子に印加する整流手段を有する、 請求項１記載のセンサ断線検出装置。
4. 【請求項４】前記整流手段は、全波整流回路および半波
   整流回路のうち一方である、 請求項３記載のセンサ断線検出装置。