JP2008283762A - 直流モータのリプル検出装置、モータ回転位置検出装置及びリプル検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流モータの電流リプルを高精度に検出する。
【解決手段】フィルタ１３は、遮断周波数ｆc1が可変のＬＰＦと遮断周波数ｆc2が可変のＨＰＦとを備える。モータ電流の回転検出信号に高調波ノイズが含まれていると、リプル判定器２２は、電流リプルを連続して判別できないので、連続判定器２３は、連続検出判定信号Ｓ２の出力を停止する。制御部１６は、遮断周波数ｆc1を下げるようにＬＰＦを制御して、回転検出信号から高調波ノイズを除去する。高調波ノイズが除去されると、連続判定器２３は連続検出判定信号Ｓ２を出力し、制御部１６は、遮断周波数ｆc2を上げるようにＨＰＦを制御して、回転検出信号からブラシ火花に起因するノイズを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流モータのリプル検出装置、モータ回転位置検出装置及びリプル検出方法に関するものである。

シートクッション、シートバック、ヘッドレスト等を連動させてシート位置を可変するメモリシート、パワーウィンドレギュレータ等の車載部品には、ブラシを有する直流モータが使用される場合が多い。このような車載部品の動作位置や作動速度を適切に制御するためには、直流モータの回転位置を正確に検出する必要がある。

このような直流モータの回転位置を検出するモータ回転位置検出装置として、コストアップを避けるため、ブラシを有する直流モータを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このモータ回転位置検出装置は、直流モータのモータ電流から電流リプルを検出することにより、電機子の回転位置を検出するようにしている。
特表２００３−５３６３５７号公報（第４−６頁、図１）

しかし、直流モータは、ブラシを有するため、直流モータの構造に起因してブラシ火花によるノイズが突発的に発生する場合がある。

従来のモータ回転位置検出装置では、検出した電流リプルを正常な電流リプルと比較するため、このようなノイズにより振幅が歪んだ電流リプルをノイズと判定してしまう。

また、このようなノイズにより振幅が歪んだ電流リプルを判定基準に用いることも考えられる。しかし、このような判定基準を用いたとしても、高調波ノイズにより電流リプルの１周期中に２つのピークが現れてしまった場合、従来モータ回転位置検出装置では、波形が同じようなものになるため、この２つの電流リプルを判別することができない。その結果、従来のモータ回転位置検出装置は、直流モータの回転数を誤ってカウントしてしまう。

このように、従来のモータ回転位置検出装置では、ノイズが発生すると、モータ電流の電流リプルのみを検出することが困難となり、誤検出により、検出精度が低下する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、直流モータのリプルを高精度に検出することが可能な直流モータのリプル検出装置、モータ回転位置検出装置及びリプル検出方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る直流モータのリプル検出装置は、
直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じるリプルを含む回転検出信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部が生成した回転検出信号の周波数成分のうち、第１の遮断周波数未満の周波数成分のみを通過させる前記第１の遮断周波数を可変の第１のフィルタと、
前記信号生成部が生成した前記回転検出信号の周波数成分のうち、前記第１の遮断周波数よりも低い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分のみを通過させる前記第２の遮断周波数を可変の第２のフィルタと、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した前記第１の遮断周波数未満、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分を含む回転検出信号の波形から、前記回転検出信号に含まれるリプルにより特徴づけられる特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて前記リプルを検出するリプル検出部と、
前記リプル検出部が前記リプルを検出できなかったときは、前記リプルが検出されるように前記第１のフィルタの第１の遮断周波数を可変し、前記リプル検出部が前記リプルを検出したときは、前記第１のフィルタの第１の遮断周波数に追従させて、検出されたリプルの周波数成分が通過するように前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変するフィルタ周波数制御部と、を備えたことを特徴とする。

前記リプル検出部は、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した回転検出信号から前記特徴量を取得する特徴量取得部と、
前記特徴量取得部が取得した特徴量に基づいて、前記回転検出信号に含まれるリプルを判別するリプル判別部と、
前記リプル判別部の判定結果に基づいて、前記回転検出信号からリプルが連続検出されたか否かを判定し、前記リプルが連続検出されたと判定したときは、連続検出判定信号を出力し、前記リプルを続けて判別できなかったと判定したときは、前記連続検出判定信号の出力を停止する連続判定部と、を備え、
前記フィルタ周波数制御部は、前記リプル検出部の前記連続判定部が連続検出判定信号の出力を停止したときは、前記リプル検出部が前記リプルを検出できなかったと判別して、前記リプルが検出されるように前記第１のフィルタの第１の遮断周波数を可変し、前記連続判定部が連続検出判定信号を出力したときは、前記リプル検出部が前記リプルを検出したと判別し、前記第１のフィルタの第１の遮断周波数に追従させて、検出したリプルの周波数成分が通過するように前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変するようにしてもよい。

前記特徴量取得部は、前記特徴量として、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した回転検出信号から、当該回転検出信号の振幅、周期、積分値うちの少なくとも１つを取得し、
前記リプル判別部は、前記連続判定部からの前記連続検出判定信号の出力の有無に基づいて前記特徴量を切り替え、前記回転検出信号に含まれるリプルを判別するようにしてもよい。

前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、供給されたクロック信号の周波数に基づいて、それぞれ、第１の遮断周波数、第２の遮断周波数が可変するスイッチト・キャパシタ・フィルタによって構成され、
前記フィルタ周波数制御部は、前記第１のフィルタ、前記第２のフィルタに前記クロック信号を供給し、供給する前記クロック信号の周波数を可変することにより前記第１のフィルタの第１の遮断周波数、前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変するようにしてもよい。

また、本発明の第２の観点に係る直流モータのモータ回転位置検出装置は、
直流モータの回転を検出し、検出した回転によって形成されるリプルを含むリプル信号を出力する上述の直流モータのリプル検出装置と、
前記リプル検出装置が検出したリプルに基づいて、前記直流モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第３の観点に係る直流モータのリプル検出方法は、
直流モータの回転を検出し、検出した回転によって形成されるリプルを含む回転検出信号を生成するステップと、
生成した回転検出信号の周波数成分のうち、第１の遮断周波数未満の低域周波数成分のみを通過させるステップと、
生成した前記回転検出信号の周波数成分のうち、前記第１の遮断周波数よりも低い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分のみを通過させるステップと、
前記第１の遮断周波数未満、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分を含む回転検出信号の波形から、前記回転検出信号に含まれるリプルにより特徴づけられる特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて、前記回転検出信号に含まれるリプルを検出するステップと、
前記リプルを検出できなかったときは、前記リプルが検出されるように前記第１の遮断周波数を可変し、前記第１の遮断周波数に追従させて、検出されたリプルの周波数成分が通過するように前記第２の遮断周波数を可変するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、直流モータのリプルを高精度に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る直流モータのモータ回転位置検出装置を図面を参照して説明する。

本実施形態に係るモータ回転位置検出装置の構成を図１に示す。
本実施形態に係るモータ回転位置検出装置１は、電圧変換器１１と、増幅器１２と、フィルタ１３と、ＡＤ変換器１４と、リプル検出部１５と、制御部１６と、を備える。

直流モータ（図中、「Ｍ」と記す。）３１は、例えば、シートクッション、メモリシート、パワーウィンドレギュレータ等の車載部品に使用される。直流モータ３１は、ブラシを有し、直流モータ３１に流れるモータ電流には、電流リプルが生じる。

モータ回転位置検出装置１は、このモータ電流を示す図２（ａ）に示すような回転検出信号を取得し、この回転検出信号から、図２（ｂ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成し、直流モータ３１の回転位置を検出する。リプルパルスＰ１は、電流リプルの周期を示す信号である。

また、回転検出信号には、この電流リプルとともに、特に、起動時に発生しやすい高調波ノイズ又はブラシ火花に起因するノイズも含まれ、回転検出信号は、図３に示すように歪む。

ブラシ火花は、ブラシを有する直流モータ３１の構造に起因して発生するものであり、ブラシ火花が発生すると、この図３に示すように、回転検出信号の振幅が歪んでしまう。

また、回転検出信号には、高調波ノイズが含まれる場合があり、高調波ノイズが含まれると、図３に示すように、回転検出信号のピークが低下して１周期中に２つのピークが現れてしまう。

このブラシ火花によるノイズによって振幅が歪んだ電流リプルと、１周期中に２つのピークが現れている電流リプルとは、周期が異なるものの、同じような波形を有している。

このモータ回転位置検出装置１は、電流リプルがこのような波形を有していたとしても、歪んだ波形の回転検出信号から、この信号に含まれるリプルにより特徴づけられる波形の特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて電流リプルを判別することにより、電流リプルを高精度に検出するように構成されている。

電圧変換器１１は、直流モータ３１に流れるモータ電流を電圧変換して、図２（ａ）に示すようなアナログの回転検出信号を生成するものであり、例えば、抵抗によって構成される。

増幅器１２は、電圧変換器１１によって生成された回転検出信号を増幅するものであり、例えば、オペアンプを含んで構成される。増幅器１２は、制御部１６から増幅率が指定され、指定された増幅率に従って回転検出信号を増幅する。

フィルタ１３は、増幅器１２が増幅した回転検出信号の周波数成分から、高調波ノイズによる高域周波数成分又はブラシ火花に起因する低域周波数成分を除去するものである。

フィルタ１３は、図４に示すように、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１３ａとＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１３ｂとを備える。

ＬＰＦ１３ａは、回転検出信号の周波数成分のうち、遮断周波数ｆc1未満の周波数成分を通過させ、遮断周波数ｆc1以上の高域周波数成分を除去する遮断周波数ｆc1可変のフィルタである。

ＨＰＦ１３ｂは、遮断周波数ｆc2以上の周波数成分を通過させ、遮断周波数ｆc2未満の低域周波数成分を除去する遮断周波数ｆc2可変のフィルタである。ここで、遮断周波数ｆc2は、遮断周波数ｆc1よりも低い遮断周波数とする。

ＬＰＦ１３ａとＨＰＦ１３ｂとは、例えば、図５（ａ）に示すスイッチト・キャパシタ・フィルタのような遮断周波数可変の適応型フィルタによって構成される。

スイッチト・キャパシタ、フィルタは、スイッチＳｗ１，Ｓｗ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、によって構成される。

スイッチＳｗ１の一端には、入力信号Ｓinが供給され、スイッチＳｗ２の一端は、スイッチＳｗ１の他端に接続される。

コンデンサＣ１の一端は、スイッチＳｗ１，Ｓｗ２の接続点に接続され、他端は、接地される。コンデンサＣ２の一端は、スイッチＳｗ２の他端に接続され、コンデンサＣ２の他端は、接地される。

スイッチＳｗ１には、図５（ｂ）に示すようなクロック信号ＣＬＫ１１が供給され、クロック信号ＣＬＫ１１がＨ（ハイ）レベル、Ｌ（ロー）レベルのとき、それぞれ、オン、オフする。

スイッチＳｗ２には、図５（ｂ）に示すようなクロック信号ＣＬＫ１２が供給され、クロック信号ＣＬＫ１２がＨレベル、Ｌレベルのとき、それぞれ、オン、オフする。

スイッチＳｗ１は、オンしたとき、供給された入力信号Ｓinの電圧でコンデンサＣ１を充電又は放電し、スイッチＳｗ２は、オンしたとき、コンデンサＣ１の両端電圧でコンデンサＣ２を充電又は放電する。

そして、スイッチト・キャパシタ、フィルタは、コンデンサＣ２の両端電圧を有する信号Ｓoutを出力する。このクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数が可変されることにより、スイッチト・キャパシタ、フィルタの遮断周波数は変化する。

フィルタ１３は、制御部１６から、クロック信号ＣＬＫ１１、１２が供給され、供給されたクロック信号ＣＬＫ１１，１２に基づいて遮断周波数ｆc1，ｆc2が可変され、遮断周波数ｆc1未満、遮断周波数ｆc2以上の周波数成分を含む回転検出信号を生成する。そして、フィルタ１３は、このアナログの回転検出信号をＡＤ変換器１４に供給する。

ＡＤ変換器１４は、フィルタ１３から供給されたアナログの回転検出信号をデジタルの回転検出信号に変換するものである。

リプル（ripple）検出部１５は、ＡＤ変換器１４が変換したデジタルの回転検出信号から、特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて回転信号に含まれるリプルを検出するものであり、波形特徴抽出器２１と、リプル判定器２２と、連続判定器２３と、を備える。

波形特徴抽出器２１は、ＡＤ変換器１４が変換したデジタルの回転検出信号の波形から、特徴量を抽出して取得するものである。波形特徴抽出器２１は、特徴量として、回転検出信号の周期Ｔ、振幅Ａｍ、面積Ｓ又はこれらの組み合わせを抽出する。

リプル判定器２２は、回転検出信号に含まれる電流リプルを判別するものである。リプル判定器２２は、この判別を行うため、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える（図示せず）。

このＲＡＭは、例えば、図６に示すような回転検出信号の判定データを記憶する。そして、リプル判定器２２は、この判定データと、波形特徴抽出器２１が取得した特徴量と、に基づいて電流リプルを判別する。

電流リプルの判別に振幅を用いる場合、リプル判定器２２は、以下のように電流リプルを判別する。

リプル判定器２２は、図７（ａ）に示すように、まず、回転検出信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの周期をＴ１として、この周期Ｔ１における３つの極値データ、即ち、立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、次の立ち上がりデータｕ２を取得する。

取得した立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、次の立ち上がりデータｕ２がＲＡＭに記憶した判定データに近似している場合、リプル判定器２２は、この立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、立ち上がりデータｕ２を、それぞれ、ＲＡＭの格納場所１，２，３に記憶し、周期Ｔ１以降の電流リプルの判別に用いる。

次に、リプル判定器２２は、図７（ｂ）に示すように、次の立ち上がりから立ち下がりまでの周期をＴ２として、周期Ｔ２における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を取得する。

リプル判定器２２は、立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を、それぞれ、ＲＡＭの格納場所１１，１２，１３に記憶する。

次に、リプル判定器２２は、図７（ｃ）に示すように、立ち上がりから立ち上がりまでの１周期をＴ３として、周期Ｔ３における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ４を取得する。

取得した立ち下がりデータｄ３は、判定データｄ１に近似する。このため、リプル判定器２２は、ＲＡＭの格納場所１２，１３に記憶されている立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を、それぞれ、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ４に更新する。

次に、リプル判定器２２は、図７（ｄ）に示すように、立ち上がりから立ち上がりまでの周期をＴ４として、周期Ｔ４における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３，立ち上がりデータｕ５を取得する。

取得した立ち下がりデータｕ５は、判定データｕ２と一致する。このため、リプル判定器２２は、ＲＡＭの格納場所１３に記憶された立ち上がりデータｕ４を、立ち上がりデータｕ５に更新する。

このように３つの立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ５を取得すると、リプル判定器２２は、図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成する。

電流リプルの判別に周期を用いる場合も同様であり、リプル判定器２２は、ＲＡＭに記憶した判定データの周期を参照し、それぞれ、周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と、判定データの周期と、を比較する。

そして、リプル判定器２２は、取得した周期のうち、周期Ｔ４が判定データの周期Ｔ１に近似すれば、この周期Ｔ４を電流リプルの周期と判別する。そして、リプル判定器２２は、図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成する。

電流リプルの判別に面積を用いる場合、リプル判定器２２は、それぞれ、周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４におけるデータを積分することにより、積分値として、それぞれの面積Ｓを取得する。

そして、リプル判定器２２は、ＲＡＭに記憶した判定データの各周期における面積を参照し、それぞれ、周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の面積Ｓと、判定データの面積Ｓと、を比較する。

リプル判定器２２は、判定データの面積Ｓに最も近似する面積を電流リプルの面積Ｓと判定し、図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成する。

リプル判定器２２は、このように電流リプルを判別すると、生成したリプルパルスＰ１を出力するとともに、判別結果として、リプル周期rpl_Ｔ、リプル振幅rpl_Ａｍ、リプル面積rpl_Ｓの少なくとも１つを制御部１６に供給する。

また、リプル判定器２２は、リプルパルスＰ１とリプル判定信号Ｓ１とを連続判定器２３に供給する。尚、リプル判定器２２は、ＲＯＭにリプル判別を行うためのリプル判定処理のプログラムデータを記憶する。

リプル判定器２２は、波形特徴抽出器２１が取得した回転検出信号の振幅Ａｍ、周期Ｔ、面積Ｓのうちから少なくとも１つを選択し、選択した特徴量に基づいて電流リプルを判別する。

尚、リプル判定器２２は、電流パルスを連続して検出したことを示す連続検出判定信号Ｓ２が連続判定器２３から出力されたか否かを判別し、判別結果に基づいて特徴量を切り替える。

例えば、リプル判定器２２は、特徴量として、振幅Ａｍと周期Ｔとを選択した場合に、連続判定器２３から、電流パルスを連続して検出したことを示す連続検出判定信号Ｓ２が出力されると、消費電力を低減するため、電流リプルの判別に用いる特徴量の数を低減し、特徴量を周期Ｔだけに切り替えて、回転検出信号に含まれる電流リプルを判別する。

一方、リプル判定器２２は、連続判定器２３から連続検出判定信号Ｓ２が出力されなかったときは、特徴量の数を増加させるか、異なる特徴量に切り替えて、再度、電流リプルを判別する。

連続判定器２３は、判定結果として、リプル判定器２２から供給されたリプルパルスＰ１とリプル判定信号Ｓ１とに基づいて、回転検出信号から電流リプルが連続検出されたか否かを判定するものである。

連続判定器２３は、この判定を行うため、ＲＯＭとＲＡＭとＣＰＵとカウンタとを備える。そして、連続判定器２３は、リプル判定器２２から供給されたリプル判定信号Ｓ１をカウントする。

このカウント値をＮとして、連続判定器２３は、リプル判定信号Ｓ１が連続して供給されたときは、このカウント値ＮをインクリメントしてＲＡＭに記憶する。

ＲＡＭは、このカウント値Ｎに対して予め設定された閾値Ｎthを記憶し、連続判定器２３は、カウント値がこの閾値Ｎth以上になったとき、電流リプルが連続検出されたと判定し、リプル判定器２２と制御部１６とに連続検出判定信号Ｓ２を出力する。

一方、連続判定器２３は、リプル判定信号Ｓ１が連続して供給されなかったときは、電流リプルが連続検出されなかったと判定してカウント値Ｎを０にリセットし、連続検出判定信号Ｓ２の出力を停止する。

尚、連続判定器２３は、ＲＯＭを備え（図示せず）、このＲＯＭに、このような連続判定を行うための連続判定処理のプログラムデータを記憶する。

制御部１６は、増幅器１２、フィルタ１３を制御するとともにモータ３１の回転位置を検出し、回転を制御するものであり、ＲＯＭと、ＲＡＭと、ＣＰＵと、を備える（図示せず）。

具体的に、制御部１６は、リプル検出部１５から供給されたリプル周期rpl_Ｔ、リプル振幅rpl_Ａｍ、リプル面積rpl_Ｓのいずれかに基づいて特徴量を判別する。

また、制御部１６は、連続判定器２３からの連続検出判定信号Ｓ２の出力の有無に基づいて、増幅器１２の増幅率を指示し、フィルタ１３のＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1，ＨＰＦ１３ｂの遮断周波数ｆc2を可変する。

図３に示すように、モータ１５の回転検出信号に高調波ノイズ又はブラシ火花に起因するノイズが含まれると、図８に示すように、回転検出信号の周波数成分には、電流リプルによる周波数ｆrplの成分に加え、ノイズによる周波数ｆn1，ｆn2，ｆn3，ｆn4の成分が含まれる。

周波数成分ｆn1，ｆn2は高調波ノイズの周波数成分であり、その周波数は、周波数成分ｆrplよりも高くなる。周波数成分ｆn3，ｆn4は、ブラシ火花に起因するノイズの周波数成分であり、その周波数は、周波数成分ｆrplよりも低くなる。

回転検出信号に高調波ノイズが含まれていると、リプル判定器２２が電流リプルを判別できない。リプル判定器２２が電流リプルを判別できなければ、連続判定器２３は、連続検出判定信号Ｓ２の出力を停止するため、制御部１６は、電流リプルを検出できなかったと判別する。

制御部１６は、このように判別すると、電流リプルが検出されるようにフィルタ１３のＬＰＦ１３ａに供給するクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変してフィルタ１３のＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を下げる。尚、制御部１６は、このクロック信号ＣＬＫ１１，１２を生成するクロック信号生成部（図示せず）を備える。

ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1が高調波ノイズの周波数ｆn2よりも低くなると、リプル判定器２２は、電流リプルを判別し、連続判定器２３は、連続検出判定信号Ｓ２を出力するため、制御部１６は、電流リプルを検出したと判別する。

制御部１６は、このように判別すると、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を固定する。そして、制御部１６は、電流リプルの周波数成分が通過するように、フィルタ１３のＨＰＦ１３ｂに供給するクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変してＨＰＦ１３ｂの遮断周波数ｆc1を、遮断周波数ｆc2に追従させて上げる。

制御部１６は、このような遮断周波数の周波数制御を行い、リプル検出部１５から供給されたリプルパルスＰ１をカウントして直流モータ１５の回転数を取得する。また、制御部１６は、直流モータ１５の回転位置を検出する場合、リプルパルスＰ１の１周期におけるこの検出位置を取得する。

制御部１６は、取得した検出位置に基づいて、例えば、シートクッション、メモリシートのシート位置を制御し、取得した直流モータ１５の回転数に基づいて直流モータ３１の回転制御を行う。

次に本実施形態に係るモータ回転位置検出装置１の動作を説明する。
電圧変換器１１は、直流モータ３１に流れるモータ電流を電圧変換して図２（ａ）に示すような回転検出信号を生成する。

増幅器１２は、制御部１６から指定された増幅率に従って回転検出信号を増幅し、フィルタ１３は、増幅器１２が増幅した回転検出信号の周波数成分から、高調波ノイズによる高域周波数成分又はブラシ火花に起因する低域周波数成分を除去する。

ＡＤ変換器１４は、フィルタ１３から供給されたアナログの回転検出信号をデジタルの回転検出信号に変換し、リプル検出部１５の波形特徴抽出器２１は、特徴量として、回転検出信号の周期Ｔ、振幅Ａｍ、面積Ｓのうちから少なくとも１つを抽出する。

リプル判定器２２は、内蔵するＲＯＭからリプル判定処理のプログラムデータを読み出し、図９に示すフローチャートに従ってこの処理を実行する。

リプル判定器２２は、波形特徴抽出器２１から回転検出信号が供給されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。

回転検出信号が供給されなかったと判定した場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、リプル判定器２２は、このリプル判定処理を終了させる。

回転検出信号が供給されたと判定した場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、リプル判定器２２は、波形特徴抽出器２１が抽出した特徴量を取得し、取得した特徴量を比較する（ステップＳ１２）。

リプル判定器２２は、電流リプルを判別できたか否かを判定する（ステップＳ１３）。

電流リプルを判別できなかったと判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、リプル判定器２２は、リプル判定信号Ｓ１の供給を停止し（ステップＳ１４）、ステップＳ１１に戻る。

電流リプルを判別できたと判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、リプル判定器２２は、リプル判定信号Ｓ１を連続判定器２３に供給する（ステップＳ１５）。

リプル判定器２２は、判定結果として、電流リプルのリプル周期rpl_Ｔとリプル振幅rpl_Ａｍとリプル面積rpl_Ｓとのうちで少なくとも１つを制御部１６に供給し（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。

連続判定器２３は、リプル判定器２２から、リプル判定信号Ｓ１が供給されると、内蔵するＲＯＭから連続判定処理のプログラムデータを読み出し、図１０に示すフローチャートに従ってこの処理を実行する。

連続判定器２３は、カウント値Ｎをインクリメントする（ステップＳ２１）。
連続判定器２３は、カウント値Ｎが閾値Ｎthに達したか否かを判定する（ステップＳ２２）。

カウント値Ｎが閾値Ｎthに達していないと判定した場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、連続判定器２３は、リプル判定信号Ｓ１が供給されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。

リプル判定信号Ｓ１が供給されなかったと判定した場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、連続判定器２３は、カウント値Ｎを０にリセットし（ステップＳ２４）、この連続判定処理を終了させる。

リプル判定信号Ｓ１が供給されたと判定した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、連続判定器２３は、再度、カウント値Ｎをインクリメントする（ステップＳ２１）。

カウント値Ｎが閾値Ｎthに達したと判定した場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、連続判定器２３は、連続検出判定信号Ｓ２をリプル判定信号Ｓ１と制御部１６とに出力し（ステップＳ２５）、この連続判定処理を終了させる。

制御部１６は、内蔵するＲＯＭから周波数制御処理のプログラムデータを読み出し、図１１に示すフローチャートに従ってこの処理を実行する。

制御部１６は、フィルタ１３に供給するクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変してフィルタ１３のＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を下げる（ステップＳ３１）。

制御部１６は、連続判定器２３から連続検出信号Ｓ２が出力されたか否かを判定する（ステップＳ３２）。

制御部１６は、連続判定器２３から連続検出信号Ｓ２が出力されなかったときは、電流リプルが連続検出されなかったと判定する（ステップＳ３２；Ｎｏ）。

この場合、制御部１６は、さらに、クロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変してフィルタ１３のＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を下げ（ステップＳ３１）、フィルタ１３のＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を電流パルスの周波数ｆrplよりも高い周波数に収束させる。

制御部１６は、連続判定器２３から連続検出信号Ｓ２が出力されたとき、電流リプルが連続検出されたと判定し（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を固定する（ステップＳ３３）。

制御部１６は、ＨＰＦ１３ｂの遮断周波数ｆc2を電流リプルの周波数ｆrplよりもわずかに低い周波数に収束させる（ステップＳ３４）。

制御部１６は、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1とＨＰＦ１３ｂの遮断周波数ｆc2とをリプルパルスＰ１の周波数ｆrplに追従させ（ステップＳ３５）、この周波数制御処理を終了させる。

次に、このモータ回転位置検出装置１の動作を具体的に説明する。
図１２（ａ１）に示すように、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1が周波数ｆn1よりも高く、ＨＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc2が周波数ｆn4よりも低い場合、図１２（ａ２）に示すように、回転検出信号には、高調波ノイズ、ブラシ火花に起因するノイズが含まれる。

リプル判定器２２は、例えば、特徴量を、回転検出信号の振幅Ａｍとして、この振幅Ａｍに基づいて電流リプルを判別する。回転検出信号に高調波ノイズが含まれていると、リプル判定器２２は、電流リプルを判別できず（ステップＳ１３；Ｎｏ）、リプルパルスＰ１、リプル判定信号Ｓ１の供給を停止する（ステップＳ１４）。

連続判定器２３は、リプル判定器２２からリプル判定信号Ｓ１が供給されないため（ステップＳ２１；Ｎｏ）、連続検出判定信号Ｓ２の出力を停止する。

制御部１６は、連続検出判定信号Ｓ２の出力が停止すれば（ステップＳ３２；Ｎｏ）、増幅器１２の増幅率を指定し、遮断周波数ｆc1が低くなるように、フィルタ１３のＬＰＦ１３ａに供給するクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変する（ステップＳ３１）。

図１２（ｂ１）に示すように、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1が周波数ｆn2未満まで低くなると、高調波ノイズは、図１２（ｂ２）に示すように消滅する。

高調波ノイズが消滅すると、リプル判定器２２は、電流リプルを判別するため（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、図２（ｂ）又は図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成する。

そして、リプル判定器２２は、連続判定器２３に、このリプルパルスＰ１とリプル判定信号Ｓ１とを供給する（ステップＳ１５）。リプル判定器２２は、判別結果として、リプル周期rpl_Ｔとリプル振幅rpl_Ａｍとリプル面積rpl_Ｓとを制御部１６に供給する（ステップＳ１６）。

連続判定器２３は、リプル判定信号Ｓ１が連続して供給されると、連続検出判定信号Ｓ２をリプル判定器２２と制御部１６とに出力する（ステップＳ２５）。

リプル判定器２２は、連続判定器２３から、この連続検出判定信号Ｓ２が出力されて、特徴量を周期Ｔだけに切り替え、この周期Ｔに基づいて電流リプルの判別を行う。

制御部１６は、連続判定器２３から連続検出判定信号Ｓ２が出力されると（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、遮断周波数ｆc1を固定し（ステップＳ３３）、増幅器１２の増幅率を指定し、フィルタ１３のＨＰＦ１３ｂに供給するクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を可変する（ステップＳ３４）。

遮断周波数ｆc2が高くなって、図１２（ｃ１）に示すように、周波数ｆn4を越えると、周波数ｆn3，ｆn4は除去され、回転検出信号は、図１２（ｃ２）に示すように、電流リプルのみの波形を有することになる。

リプル判定器２２は、図１２（ｃ２）に示すような回転検出信号から、図２（ｂ）又は図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＰ１を生成し、生成したリプルパルスＰ１を制御部１６に供給する。

制御部１６は、リプル判定器２２から供給されたリプルパルスＰ１をカウントし、このカウント値に基づいてモータ３１の回転位置を検出し、回転を制御する。

起動時、モータ３１の回転数は上昇し、電流リプルの周波数は変化する。制御部１６は、電流リプルの周波数に追従するように、遮断周波数ｆc1，ｆc2を追従させる（ステップＳ３５）。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部１６は、連続判定器２３からの連続検出判定信号Ｓ２の出力が停止すると、ＬＰＦ１３ａの遮断周波数ｆc1を下げるように制御して、高調波ノイズを除去する。また、制御部１６は、連続検出判定信号Ｓ２が出力されると、ＨＰＦ１３ｂの遮断周波数ｆc2を上げるように制御して、回転検出信号からブラシ火花に起因するノイズを除去するようにした。

従って、回転検出信号に、高調波ノイズにより１周期中に２つのピークが現れた電流リプルとブラシ火花に起因するノイズにより振幅が歪んだ電流リプルとが混在していても、電流リプルを高精度に検出することができる。

また、リプル判定器２２は、連続判定器２３からの連続検出判定信号Ｓ２の出力が停止すると、特徴量を切り替えてリプル判別を行うようにした。

従って、電流リプルを判別するために動作する回路として、リプル検出部１５を最適化することができ、消費電力を低減しつつ、電流リプルを高精度に検出することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、ＬＰＦ１３ａ、ＨＰＦ１３ｂがスイッチト・キャパシタ・フィルタによって構成されるものとして説明した。しかし、ＬＰＦ１３ａ、ＨＰＦ１３ｂの構成は、このようなものには限られない。

例えば、ＬＰＦ１３ａ、ＨＰＦ１３ｂは、可変抵抗、容量可変コンデンサによって構成され、制御部１６がこの可変抵抗の抵抗値、容量可変コンデンサの容量を可変することにより、遮断周波数ｆc1，ｆc2を可変するようにしてもよい。

上記実施形態では、リプル判定器２２が、内蔵するＲＡＭに、回転検出信号の判定データとして、図６に示す正弦波の判定データを記憶するようにした。しかし、この判定データは、正弦波に限られるものではなく、図２（ａ）に示すような波形のものであってもよい。

上記実施形態では、リプル判定器２２は、電流リプルを判別するための特徴量として、振幅Ａｍと周期Ｔとを選択した場合に、連続判定器２３から連続検出判定信号Ｓ２が出力されたとき、周期Ｔのみに切り替えるものとした。

しかし、これに限定されるものではなく、リプル判定器２２は、特徴量として、振幅Ａｍと面積Ｓとを選択して電流リプルを判別し、連続判定器２３から連続検出判定信号Ｓ２が出力されたときは、振幅Ａｍのみに切り替えるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係るモータ回転位置検出装置の構成を示すブロック図である。 波形を示す図であり、（ａ）は、モータ電流（回転検出信号）の波形を示し、（ｂ）は、リプルパルスの波形を示す。 回転検出信号の高調波ノイズによる波形歪みとブラシ火花に起因する波形歪みとを示す図である。 図１に示すフィルタの構成を示す図である。 図４に示すＬＰＦ、ＨＰＦを構成するスイッチト・キャパシタ・フィルタの詳細を示す図であり、（ａ）は、その構成を示し、（ｂ）は、スイッチト・キャパシタ・フィルタに供給されるクロック信号と入出力信号との関係を示す。 判定データの振幅、周期、面積を示す図である。 リプル判定器が電流リプルを判別する詳細を示す図であり、（ａ）は、回転検出信号の最初の周期で取得した３つのデータを示し、（ｂ）は、次の周期で取得した３つのデータをＲＡＭに記憶する例を示す。（ｃ）は、その次の周期で３つのデータを取得して、ＲＡＭの２つのデータを更新する例を示し、（ｄ）は、さらにその次の周期で３つのデータを取得して、ＲＡＭの１つのデータを更新して電流リプルを判別する例を示し、（ｅ）は、判別した電流リプルから生成されたリプルパルスを示す。 回転検出信号の周波数特性と図４に示すＬＰＦ、ＨＰＦの遮断周波数との関係を示す図である。 図１に示すリプル判定器が実行するリプル判定処理を示すフローチャートである。 図１に示す連続判定器が実行する連続判定処理を示すフローチャートである。 図１に示す制御部が実行する周波数制御処理を示すフローチャートである。 モータ回転位置検出装置の具体的な動作を示す図であり、（ａ１）は、制御部がＬＰＦ、ＨＰＦの遮断周波数を制御しないときの回転検出信号の周波数特性を示し、（ａ２）は、このときの回転検出信号の波形を示し、（ｂ１）は、制御部がＬＰＦの遮断周波数を可変したときの回転検出信号の周波数特性を示し、（ｂ２）は、このときの回転検出信号の波形を示し、（ｃ１）は、制御部がＨＰＦの遮断周波数を可変したときの回転検出信号の周波数特性を示し、（ｃ２）は、このときの回転検出信号の波形を示す。

符号の説明

１ モータ回転位置検出装置
１１ 電圧変換器（信号生成部）
１２ 増幅器
１３ フィルタ
１３ａ ＬＰＦ（第１のフィルタ）
１３ｂ ＨＰＦ（第２のフィルタ）
１５ リプル検出部（リプル検出部）
１６ 制御部（フィルタ周波数制御部）
２１ 波形特徴抽出器（特徴量取得部）
２２ リプル判定器（リプル判別部）
２３ 連続判定器（連続判定部）

Claims (6)

1. 直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じるリプルを含む回転検出信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部が生成した回転検出信号の周波数成分のうち、第１の遮断周波数未満の周波数成分のみを通過させる前記第１の遮断周波数を可変の第１のフィルタと、
   前記信号生成部が生成した前記回転検出信号の周波数成分のうち、前記第１の遮断周波数よりも低い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分のみを通過させる前記第２の遮断周波数を可変の第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した前記第１の遮断周波数未満、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分を含む回転検出信号の波形から、前記回転検出信号に含まれるリプルにより特徴づけられる特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて前記リプルを検出するリプル検出部と、
   前記リプル検出部が前記リプルを検出できなかったときは、前記リプルが検出されるように前記第１のフィルタの第１の遮断周波数を可変し、前記リプル検出部が前記リプルを検出したときは、前記第１のフィルタの第１の遮断周波数に追従させて、検出されたリプルの周波数成分が通過するように前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変するフィルタ周波数制御部と、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータのリプル検出装置。
2. 前記リプル検出部は、
   前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した回転検出信号から前記特徴量を取得する特徴量取得部と、
   前記特徴量取得部が取得した特徴量に基づいて、前記回転検出信号に含まれるリプルを判別するリプル判別部と、
   前記リプル判別部の判定結果に基づいて、前記回転検出信号からリプルが連続検出されたか否かを判定し、前記リプルが連続検出されたと判定したときは、連続検出判定信号を出力し、前記リプルを続けて判別できなかったと判定したときは、前記連続検出判定信号の出力を停止する連続判定部と、を備え、
   前記フィルタ周波数制御部は、前記リプル検出部の前記連続判定部が連続検出判定信号の出力を停止したときは、前記リプル検出部が前記リプルを検出できなかったと判別して、前記リプルが検出されるように前記第１のフィルタの第１の遮断周波数を可変し、前記連続判定部が連続検出判定信号を出力したときは、前記リプル検出部が前記リプルを検出したと判別し、前記第１のフィルタの第１の遮断周波数に追従させて、検出したリプルの周波数成分が通過するように前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の直流モータのリプル検出装置。
3. 前記特徴量取得部は、前記特徴量として、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとを通過した回転検出信号から、当該回転検出信号の振幅、周期、積分値うちの少なくとも１つを取得し、
   前記リプル判別部は、前記連続判定部からの前記連続検出判定信号の出力の有無に基づいて前記特徴量を切り替え、前記回転検出信号に含まれるリプルを判別する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の直流モータのリプル検出装置。
4. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、供給されたクロック信号の周波数に基づいて、それぞれ、第１の遮断周波数、第２の遮断周波数が可変するスイッチト・キャパシタ・フィルタによって構成され、
   前記フィルタ周波数制御部は、前記第１のフィルタ、前記第２のフィルタに前記クロック信号を供給し、供給する前記クロック信号の周波数を可変することにより前記第１のフィルタの第１の遮断周波数、前記第２のフィルタの第２の遮断周波数を可変する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の直流モータのリプル検出装置。
5. 直流モータの回転を検出し、検出した回転によって形成されるリプルを含むリプル信号を出力する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の直流モータのリプル検出装置と、
   前記リプル検出装置が検出したリプルに基づいて、前記直流モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータのモータ回転位置検出装置。
6. 直流モータの回転を検出し、検出した回転によって形成されるリプルを含む回転検出信号を生成するステップと、
   生成した回転検出信号の周波数成分のうち、第１の遮断周波数未満の低域周波数成分のみを通過させるステップと、
   生成した前記回転検出信号の周波数成分のうち、前記第１の遮断周波数よりも低い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分のみを通過させるステップと、
   前記第１の遮断周波数未満、前記第２の遮断周波数以上の周波数成分を含む回転検出信号の波形から、前記回転検出信号に含まれるリプルにより特徴づけられる特徴量を取得し、取得した特徴量に基づいて、前記回転検出信号に含まれるリプルを検出するステップと、
   前記リプルを検出できなかったときは、前記リプルが検出されるように前記第１の遮断周波数を可変し、前記第１の遮断周波数に追従させて、検出されたリプルの周波数成分が通過するように前記第２の遮断周波数を可変するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータのリプル検出方法。

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