JP2011176942A - Rotation detecting device and dc motor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation detecting device for highly accurately detecting a rotation angle in stopping of a DC motor with a brush, whose rotation state can be detected, irrespective of the magnitude of a DC component of a motor current without providing a sensor; and to provide a DC motor device. <P>SOLUTION: The motor includes a variable mechanism in which reactance between brushes periodically changes in accordance with rotation. A power supply voltage obtained by superimposing an AC voltage over a DC voltage is applied to the motor. A motor controller turns a braking command signal to "H" in short circuit braking the motor, and if a detection pulse generated from an AC component after the motor current passes HPF is "H", Q-output of a flip-flop becomes "H", and short circuit braking starts. At this point, a surge current 300 occurs in the motor current and a component 302 of the surge current 300 is detected during a period when the amplitude of the AC component after HPF is large. The component 302 is absorbed as shown by a dotted line 304 during the "H" period of the detection pulse, so that a new pulse signal is not generated due to the surge current. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブラシ付き直流モータの回転角、回転方向、回転速度などの回転状態を検出する回転検出装置および直流モータ装置に関する。   The present invention relates to a rotation detection device and a DC motor device that detect a rotation state such as a rotation angle, a rotation direction, and a rotation speed of a brushed DC motor.

ブラシ付き直流モータ(以下単に「直流モータ」とも言う。)は、例えば車両において、空調装置における温度調整用のエアミックスダンパーおよび吹き出し口切り替え用のモードダンパーの開閉角度位置、ならびにパワーウィンドウの上下位置など、各装置の可動部材の位置を調整するために用いられている。このような用途で用いられる直流モータを制御するにあたっては、直流モータの回転角、回転方向、回転速度などの回転状態を検出し、検出した回転状態に基づいて各可動部材の位置を精度良く調整する必要がある。   For example, in a vehicle, a DC motor with a brush (hereinafter also referred to simply as “DC motor”) is an opening / closing angular position of an air mix damper for temperature adjustment and a mode damper for switching an outlet in an air conditioner, and a vertical position of a power window. For example, it is used to adjust the position of the movable member of each device. When controlling a DC motor used in such applications, the rotation state such as the rotation angle, rotation direction, and rotation speed of the DC motor is detected, and the position of each movable member is accurately adjusted based on the detected rotation state. There is a need to.

直流モータの回転状態を検出する一般的方法として、ロータリエンコーダやポテンショメータ等のセンサを設け、このセンサからの検出信号に基づいて検出する方法がよく知られている。そのため、車両においても、このようなセンサを設けて回転状態を検出する方法が採用されている。   As a general method for detecting the rotation state of a DC motor, a method of providing a sensor such as a rotary encoder or a potentiometer and detecting based on a detection signal from the sensor is well known. For this reason, a method of detecting the rotational state by providing such a sensor is also adopted in the vehicle.

しかし、このようにセンサを設けて回転状態を検出する方法では、センサを設置するスペースが直流モータ毎に必要になると共に、直流モータへの直流電源供給用のハーネスとは別に、センサによる検出信号を車載ECU等の他の装置へ伝送するためのハーネスも直流モータ毎に必要となり、車両の重量増およびコストアップを招く。   However, in the method of detecting the rotational state by providing the sensor in this way, a space for installing the sensor is required for each DC motor, and the detection signal from the sensor is separated from the harness for supplying DC power to the DC motor. Is also required for each DC motor, which increases the weight and cost of the vehicle.

そのため、センサやそれに伴うハーネスを削減するために、センサレス方式化の要望が高まっている。ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを用いることなく直流モータの回転状態を検出するセンサレス方式は、種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, there is an increasing demand for a sensorless system in order to reduce sensors and associated harnesses. Various sensorless methods for detecting the rotation state of a DC motor without using a large-scale sensor such as a rotary encoder have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1では、複数相の相コイルからなる電機子コイルのいずれか一つの相コイルに抵抗器が並列接続されることにより、ブラシ間の電気抵抗がモータの回転に伴って周期的に変化する構成を採用している。そして、ブラシを介して電機子コイルに直流電流が供給されると、モータに流れる電流(モータ電流とも言う。)の電流値も電機子の回転に伴って変化する。特許文献1では、モータ電流の変化を検出パルスとして検出することによりモータの回転状態を検出している。   In Patent Document 1, a resistor is connected in parallel to any one of the armature coils composed of a plurality of phase coils, so that the electrical resistance between the brushes periodically changes as the motor rotates. The configuration is adopted. When a direct current is supplied to the armature coil via the brush, the current value of the current flowing through the motor (also referred to as a motor current) also changes as the armature rotates. In Patent Document 1, the rotation state of the motor is detected by detecting a change in the motor current as a detection pulse.

特開2003−111465号公報JP 2003-111465 A

しかしながら、特許文献1では、いずれか一つの相コイルに抵抗器を並列に接続することによってモータ回路に流れる直流電流に変動が生じるようにしているため、モータを駆動する直流電流値が減少すると、モータ電流の変動も小さくなる。   However, in Patent Document 1, since a direct current flowing in the motor circuit is changed by connecting a resistor to any one of the phase coils in parallel, when the direct current value for driving the motor decreases, The fluctuation of the motor current is also reduced.

また、モータを停止させるためにモータを駆動する直流電流の供給を遮断すると、誘導起電力によって電流は流れるものの、その大きさはモータの回転速度が低下するにしたがい小さくなる。そして、モータが停止したときには、誘導起電力によって流れる電流もゼロになる。   Further, when the supply of the direct current that drives the motor is stopped in order to stop the motor, the current flows due to the induced electromotive force, but the magnitude decreases as the rotational speed of the motor decreases. And when a motor stops, the electric current which flows with an induced electromotive force also becomes zero.

このように、直流電流値が減少またはセロになると、直流電流の変動に基づいてモータの回転状態を検出することは困難になる。
また、直流モータを停止させるときに、例えば発電ブレーキ、回生ブレーキ等で直流モータを電気的に制動することが知られている。しかし、このような制動制御を実行するとサージ電流が発生するので、このサージ電流をモータ停止時のモータ電流として検出すると、回転状態として、モータが停止する回転角を誤検出する恐れがある。
Thus, when the direct current value decreases or becomes zero, it becomes difficult to detect the rotational state of the motor based on the fluctuation of the direct current.
In addition, it is known to electrically brake the DC motor with, for example, a power generation brake or a regenerative brake when the DC motor is stopped. However, since a surge current is generated when such braking control is executed, if this surge current is detected as the motor current when the motor is stopped, the rotation angle at which the motor stops may be erroneously detected as the rotation state.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、センサを設けることなくモータ電流の直流成分の大きさに関わらず回転状態を検出できるブラシ付き直流モータの停止時の回転角を、高精度に検出する回転検出装置および直流モータ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The rotation angle of a brushed DC motor that can detect the rotation state regardless of the magnitude of the DC component of the motor current without providing a sensor is increased. An object of the present invention is to provide a rotation detection device and a DC motor device that detect the accuracy.

請求項1から9に記載の発明によると、モータの回転状態を検出する回転検出装置において、直流モータは、少なくとも3相の相コイルからなる電機子コイルを有する電機子と、電機子コイルが接続されている複数の整流子片を有する整流子と、整流子に摺接する少なくとも一対のブラシと、電機子の回転に伴い一対のブラシ間においてインピーダンスが周期的に変化する可変機構と、を備えており、回転検出装置は、直流モータを電気的に制動させる制動手段と、直流モータを定常回転させるとき、および制動させるときの双方共に一対のブラシ間に流れるモータ電流の通電経路となる共通通電経路に電気的に接続し、直流モータを駆動する直流電圧に交流電圧を重畳する交流重畳手段と、共通通電経路に電気的に接続し、交流重畳手段が直流モータに供給する交流電流に関連する電気量を検出する通電検出手段と、通電検出手段が検出する電気量の交流成分の振幅が電機子の回転に伴い可変機構により周期的に変化することに基づいて、直流モータの回転角および回転速度の少なくともいずれか一方を検出する回転状態検出手段と、通電検出手段が検出する交流成分の振幅変化に基づいて、制動手段が実行する制動の開始タイミングを制御するタイミング制御手段と、を備える。   According to the first to ninth aspects of the present invention, in the rotation detecting device for detecting the rotation state of the motor, the DC motor is connected to the armature having an armature coil composed of at least three phase coils and the armature coil. A commutator having a plurality of commutator pieces, at least a pair of brushes slidably contacting the commutator, and a variable mechanism in which impedance periodically changes between the pair of brushes as the armature rotates. The rotation detection device includes a braking unit that electrically brakes the DC motor, and a common energization path that serves as an energization path for the motor current that flows between the pair of brushes both when the DC motor is constantly rotated and when the DC motor is braked. And an AC superimposing means for superimposing an AC voltage on a DC voltage for driving the DC motor, and an AC superimposing means electrically connected to a common energization path. An energization detecting means for detecting an electric quantity related to an alternating current supplied to the flow motor, and an amplitude of an AC component of the electric quantity detected by the energizing detection means periodically changing by a variable mechanism as the armature rotates. Based on the rotation state detection means for detecting at least one of the rotation angle and the rotation speed of the DC motor, and the start timing of the braking executed by the braking means based on the amplitude change of the AC component detected by the energization detection means. Timing control means for controlling.

このように、直流電圧に交流電圧を重畳してブラシ付き直流モータに印加する構成は従来にはなく、新規なものである。そして、直流電圧に交流電圧を重畳してモータに印加しても、直流モータのトルクは、直流電圧に交流電圧が重畳された電源電圧によってモータに流れるモータ電流のうち直流電流成分により発生し、交流電流成分は直流モータのトルクに影響を与えることはない。   As described above, a configuration in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage and applied to a brushed DC motor is not present and is novel. And even if the alternating voltage is superimposed on the direct current voltage and applied to the motor, the torque of the direct current motor is generated by the direct current component of the motor current flowing in the motor by the power supply voltage in which the alternating current voltage is superimposed on the direct current voltage, The AC current component does not affect the torque of the DC motor.

これにより、直流モータの状態(加速中、減速中、定速中、停止中など)とは関係なく、そしてモータのトルクに影響を与えることなく、常に一定の交流電圧を直流モータへ印加し、交流電流を流すことができる。   Thus, a constant AC voltage is always applied to the DC motor regardless of the state of the DC motor (accelerating, decelerating, constant speed, stopping, etc.) and without affecting the motor torque. AC current can flow.

そして、直流モータを定常回転させるとき、および制動させるときの双方共にモータ電流の通電経路となる共通通電経路に交流重畳手段および通電検出手段が電気的に接続する構成を採用することにより、仮に制動時に電源手段から印加される直流電圧が0になったとしても、交流電圧を印加し続けることにより、減速時〜停止時にかけても回転状態を検出することができる。   Then, by adopting a configuration in which the AC superimposing means and the energization detecting means are electrically connected to a common energization path that is an energization path for the motor current both when the DC motor is normally rotated and when the brake is braked, the braking is temporarily performed. Even if the DC voltage applied from the power supply means sometimes becomes zero, the rotation state can be detected even during deceleration to stop by continuing to apply the AC voltage.

また、電機子の回転に伴い一対のブラシ間においてインピーダンスが周期的に変化する可変機構を直流モータが有しているので、交流成分の振幅も周期的に変化する。したがって、仮に電源部から印加される直流電圧が低下したり、制動時に電源部から印加される直流電圧が0になってモータ電流の直流成分が変動しても、一定の交流電圧を印加し続けることにより、モータ電流の交流成分の振幅の変化に基づいて回転状態を精度良く検出することができる。   Further, since the DC motor has a variable mechanism in which the impedance periodically changes between the pair of brushes as the armature rotates, the amplitude of the AC component also changes periodically. Therefore, even if the DC voltage applied from the power supply unit decreases or the DC voltage applied from the power supply unit becomes zero during braking and the DC component of the motor current fluctuates, the constant AC voltage continues to be applied. Thus, the rotational state can be detected with high accuracy based on the change in the amplitude of the AC component of the motor current.

そして、交流重畳手段が直流モータに供給する交流電流に関連する電気量を共通通電経路において通電検出手段が検出し、回転状態検出手段が、その検出された電気量の交流成分の振幅変化に基づいて、直流モータの回転状態として、回転角および回転速度のいずれか一方を、エンコーダ等のセンサを設けることなく検出できる。尚、交流電流に関連する電気量としては、例えば、電流、電圧、電力等が考えられる。   Then, the energization detecting unit detects the amount of electricity related to the AC current supplied to the DC motor by the AC superimposing unit, and the rotation state detecting unit is based on the amplitude change of the AC component of the detected amount of electricity. Thus, either the rotation angle or the rotation speed can be detected as the rotation state of the DC motor without providing a sensor such as an encoder. In addition, as an electric quantity relevant to an alternating current, an electric current, a voltage, electric power etc. can be considered, for example.

ここで、直流モータを停止するときに、直流モータを電気的に強制的に制動させると、制動の開始時にサージ電流が直流モータに流れる。そして、交流成分の振幅変化のタイミングを無視して制動を開始すると、例えば、直流モータのブラシ間のインピーダンスが低い状態で直流モータの制動を開始し、サージ電流が回転検出用の交流成分の振幅の大きいときに発生する場合には、発生したサージ電流は回転検出用の交流成分に含まれるため、回転検出を誤ることはない。   Here, when the DC motor is forcibly braked when the DC motor is stopped, a surge current flows to the DC motor at the start of braking. When braking is started ignoring the timing of the amplitude change of the AC component, for example, braking of the DC motor is started in a state where the impedance between the brushes of the DC motor is low, and the surge current has the amplitude of the AC component for detecting rotation. When it occurs when the current is large, the generated surge current is included in the AC component for rotation detection, so that rotation detection is not erroneous.

しかし、直流モータのブラシ間のインピーダンスが低い状態で直流モータの制動を開始し、サージ電流が回転検出用の交流成分の振幅の小さいときに発生する場合には、発生したサージ電流を回転検出用の交流成分の振幅が大きい状態として検出してしまい、回転検出を誤る恐れがある。   However, if the DC motor braking starts when the impedance between the brushes of the DC motor is low and the surge current is generated when the amplitude of the AC component for rotation detection is small, the generated surge current is used for rotation detection. May be detected as a state in which the amplitude of the AC component is large, and rotation detection may be erroneous.

このように、制動時にサージ電流が発生するために交流成分の振幅変化を誤検出すると、直流モータの停止角度位置を高精度に検出できないという問題がある。さらに、連続してモータを駆動させる場合には、誤検出が蓄積してしまうという問題がある。   As described above, since a surge current is generated during braking, if the change in amplitude of the AC component is erroneously detected, the stop angle position of the DC motor cannot be detected with high accuracy. Furthermore, when the motor is driven continuously, there is a problem that erroneous detection accumulates.

そこで、通電検出手段が検出する交流成分の振幅変化のタイミングに基づいて、制動の開始タイミングを制御することにより、交流成分の振幅の大きいときか、あるいは交流成分の振幅の小さいときのいずれで、制動によるサージ電流が発生するかを決定できる。   Therefore, by controlling the start timing of braking based on the timing of the amplitude change of the AC component detected by the energization detection means, either when the amplitude of the AC component is large or when the amplitude of the AC component is small, It is possible to determine whether a surge current is generated due to braking.

これにより、交流成分の振幅の大きいときに制動によるサージ電流を発生させる場合には、発生するサージ電流は振幅の大きい交流成分に含まれるので、サージ電流の発生に関係なく、交流成分の振幅変化に基づいて直流モータの回転状態を検出すればよい。一方、交流成分の振幅の小さいときに制動によるサージ電流を発生させる場合には、振幅の大きい交流成分としてサージ電流が検出されることを考慮して、直流モータの回転状態を検出すればよい。   As a result, when a surge current due to braking is generated when the amplitude of the AC component is large, the generated surge current is included in the AC component having a large amplitude. The rotation state of the DC motor may be detected based on the above. On the other hand, when generating a surge current due to braking when the amplitude of the AC component is small, the rotational state of the DC motor may be detected in consideration of the fact that the surge current is detected as an AC component having a large amplitude.

その結果、制動時に直流モータの回転角を誤検出することを防止し、制動開始から停止までの間の回転速度、あるいは直流モータが停止する回転角を高精度に検出できる。
請求項2に記載の発明によると、通電検出手段は、交流成分の振幅変化に応じてパルス信号を生成するパルス生成手段を有し、回転状態検出手段は、パルス生成手段が生成する前記パルス信号に基づいて回転状態を検出し、タイミング制御手段は、パルス生成手段が生成するパルス信号に基づいて制動手段による制動の開始タイミングを制御する。
As a result, it is possible to prevent erroneous detection of the rotational angle of the DC motor during braking, and to detect the rotational speed from the start to the stop of braking or the rotational angle at which the DC motor stops.
According to the second aspect of the present invention, the energization detecting unit includes a pulse generating unit that generates a pulse signal according to an amplitude change of the AC component, and the rotation state detecting unit is configured to generate the pulse signal generated by the pulse generating unit. The timing control means controls the start timing of braking by the braking means based on the pulse signal generated by the pulse generating means.

これにより、交流成分そのものよりも、交流成分の振幅の大きい期間と小さい期間とを「High(H)」と「Low(L)」の2値の信号で表すパルス信号に基づいて、制動の開始タイミングを容易に制御できる。   As a result, braking is started based on a pulse signal in which a period in which the amplitude of the AC component is larger and a period in which the amplitude of the AC component is smaller than that in the AC component itself is represented by a binary signal of “High (H)” and “Low (L)”. The timing can be easily controlled.

請求項3に記載の発明によると、タイミング制御手段は、パルス信号がハイレベルのときに制動手段による制動を開始させる。
このように、パルス信号がハイレベル(「H」)のときに制動を開始すると、制動によるサージ電流は、パルス信号の「H」の期間内で発生する。この場合には、サージ電流はパルス信号の「H」の部分に含まれて処理されるので、制動によるサージ電流がパルス信号として生成されることはない。したがって、回転状態検出手段は、パルス生成手段が生成するパルス信号に対して何らかの処理をすることなく、パルス信号に基づいて直流モータが停止する回転角を高精度に検出できる。
According to a third aspect of the present invention, the timing control means starts braking by the braking means when the pulse signal is at a high level.
As described above, when braking is started when the pulse signal is at a high level (“H”), a surge current due to braking is generated within the period “H” of the pulse signal. In this case, since the surge current is included and processed in the “H” portion of the pulse signal, the surge current due to braking is not generated as a pulse signal. Therefore, the rotation state detection unit can detect the rotation angle at which the DC motor stops based on the pulse signal with high accuracy without performing any processing on the pulse signal generated by the pulse generation unit.

請求項4に記載の発明によると、タイミング制御手段は、パルス信号の立ち上がりに同期して制動手段による制動を開始させる。
このように、パルス信号の立ち上がりに同期して制動を開始すると、パルス信号が「H」である期間の初期に、制動によるサージ電流が発生する。これにより、制動の開始タイミングが遅れ、パルス信号が「H」から「L」になってからサージ電流が発生することを防止できる。
According to the fourth aspect of the invention, the timing control means starts the braking by the braking means in synchronization with the rising edge of the pulse signal.
Thus, when braking is started in synchronization with the rise of the pulse signal, a surge current due to braking is generated at the beginning of the period when the pulse signal is “H”. As a result, it is possible to prevent a surge current from occurring after the braking start timing is delayed and the pulse signal changes from “H” to “L”.

その結果、サージ電流をパルス信号が「H」になる期間内で発生させることができるので、制動によるサージ電流がパルス信号として新たに生成されることはない。したがって、回転状態検出手段は、パルス生成手段が生成するパルス信号に対して何らかの処理をすることなく、パルス信号に基づいて直流モータが停止する回転角を高精度に検出できる。   As a result, since the surge current can be generated within the period when the pulse signal is “H”, the surge current due to braking is not newly generated as the pulse signal. Therefore, the rotation state detection unit can detect the rotation angle at which the DC motor stops based on the pulse signal with high accuracy without performing any processing on the pulse signal generated by the pulse generation unit.

請求項5に記載の発明によると、タイミング制御手段は、パルス信号の立ち下がりに同期して制動手段による制動を開始させ、回転状態検出手段は、制動手段が制動を開始してから次にパルス生成手段が生成する一つのパルス信号を除いて回転状態を検出する。   According to the fifth aspect of the present invention, the timing control means starts the braking by the braking means in synchronization with the falling edge of the pulse signal, and the rotation state detecting means performs the next pulse after the braking means starts braking. The rotation state is detected except for one pulse signal generated by the generation means.

このように、パルス信号の立ち下がりに同期して制動を開始すると、制動によるサージ電流は、パルス信号の立ち下がりから始まる「L」の期間内で発生する。この場合には、サージ電流は、立ち下がりに同期して制動を開始したパルス信号の次に発生するパルス信号として生成される。このパルス信号は、モータの停止角度位置を検出する際の誤信号である。   As described above, when braking is started in synchronization with the falling edge of the pulse signal, a surge current due to braking is generated within a period “L” starting from the falling edge of the pulse signal. In this case, the surge current is generated as a pulse signal generated next to the pulse signal that starts braking in synchronization with the falling edge. This pulse signal is an error signal when the stop angle position of the motor is detected.

したがって、回転状態検出手段は、立ち下がりに同期して制動を開始したパルス信号の次に発生するパルス信号を除くことにより、パルス信号に基づいて直流モータが停止する回転角を高精度に検出できる。   Therefore, the rotation state detecting means can detect the rotation angle at which the DC motor stops based on the pulse signal with high accuracy by excluding the pulse signal generated next to the pulse signal that started braking in synchronization with the falling edge. .

ここで、電機子の回転に伴い一対のブラシ間においてインピーダンスが周期的に変化する直流モータの可変機構として、例えば相コイルに抵抗を接続することにより、インピーダンスとして抵抗値を周期的に変化させる構成の場合、モータ電流の直流成分の大きさが変動し、モータにトルク変動が生じる。モータのトルク変動は、モータ自身の騒音、あるいはモータにより駆動される駆動対象の騒音の発生原因になる。   Here, as a variable mechanism of a DC motor in which the impedance periodically changes between a pair of brushes as the armature rotates, for example, a configuration in which a resistance value is periodically changed as an impedance by connecting a resistor to a phase coil. In this case, the magnitude of the direct current component of the motor current fluctuates and torque fluctuation occurs in the motor. The torque fluctuation of the motor causes the noise of the motor itself or the noise of the drive target driven by the motor.

そこで、請求項9に記載の発明によると、少なくとも3相の相コイルからなる電機子コイルを有する電機子と、電機子コイルが接続される複数の整流子片を有する整流子と、整流子に摺接する少なくとも一対のブラシと、電機子の回転に伴い一対のブラシ間においてインピーダンスのリアクタンスが周期的に変化する可変機構と、を有する直流モータと、請求項1から8のいずれか一項に記載の回転検出装置と、を備える。   Therefore, according to the invention described in claim 9, an armature having an armature coil composed of at least three-phase coils, a commutator having a plurality of commutator pieces to which the armature coils are connected, and a commutator The DC motor having at least a pair of brushes in sliding contact and a variable mechanism in which impedance reactance changes periodically between the pair of brushes as the armature rotates, according to any one of claims 1 to 8. A rotation detecting device.

このように、直流モータにおいて、電機子の回転に伴い一対のブラシ間においてインピーダンスのリアクタンスが周期的に変化する可変機構の構成は、インピーダンスとして抵抗値を周期的に変化させる可変機構に比べ、モータ電流の直流成分の変動を極力小さくすることができる。したがって、直流モータのトルク変動を極力低減できる。   Thus, in the DC motor, the configuration of the variable mechanism in which the reactance of the impedance periodically changes between the pair of brushes as the armature rotates is compared with the variable mechanism in which the resistance value is periodically changed as the impedance. The fluctuation of the direct current component of the current can be minimized. Therefore, torque fluctuations of the DC motor can be reduced as much as possible.

第1実施形態による直流モータ装置を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a DC motor device according to a first embodiment. モータに印加する電源電圧の特性図。The characteristic diagram of the power supply voltage applied to a motor. 回転信号検出部の回路構成を表すブロック図。The block diagram showing the circuit structure of a rotation signal detection part. (A)はモータが180°回転する間の3種類のモータ回路を表す説明図、(B)は3種類のモータ回路における周波数とインピーダンスとの関係を表す特性図。(A) is explanatory drawing showing 3 types of motor circuits while a motor rotates 180 degrees, (B) is a characteristic view showing the relationship between the frequency and impedance in 3 types of motor circuits. モータの回転中に流れるモータ電流波形および検出パルスを示すタイムチャート。The time chart which shows the motor current waveform and detection pulse which flow during rotation of a motor. モータ停止時の制動指令信号、検出パルス、フリップフロップ出力、モータ電流、HPF後の検出電流を示すタイムチャート。The time chart which shows the braking command signal at the time of a motor stop, a detection pulse, a flip-flop output, a motor current, and the detection current after HPF. (A)はモータ駆動を制御する真理値表、(B)は(A)真理値の表を実現するフリップフロップの実製品の真理値表。(A) is a truth table for controlling the motor drive, and (B) is a truth table of an actual product of a flip-flop that realizes the (A) truth table. モータ制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows a motor control routine. 第2実施形態による直流モータ装置を示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the DC motor apparatus by 2nd Embodiment. モータ駆動を制御する真理値表。Truth table for controlling motor drive. 第3実施形態による直流モータ装置を示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the DC motor apparatus by 3rd Embodiment. モータ駆動を制御する真理値表。Truth table for controlling motor drive. 第4実施形態による直流モータ装置を示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the DC motor apparatus by 4th Embodiment. (A)はモータ駆動を制御する真理値表、(B)はモータ停止時の制動指令信号、検出パルス、フリップフロップ出力、モータ電流、HPF後の検出電流を示すタイムチャート。(A) is a truth table for controlling motor drive, and (B) is a time chart showing a braking command signal, detection pulse, flip-flop output, motor current, and detected current after HPF when the motor is stopped. 第5実施形態による直流モータ装置を示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the DC motor apparatus by 5th Embodiment. 第6実施形態によるモータドライバを示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the motor driver by 6th Embodiment. 第6実施形態による直流モータ装置を示す概略回路図。The schematic circuit diagram which shows the DC motor apparatus by 6th Embodiment. ドライバ信号とモータドライバのスイッチング信号を示す信号表。The signal table which shows a driver signal and the switching signal of a motor driver. ドライバ信号を制御する真理値表。Truth table for controlling driver signals. モータ制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows a motor control routine. 第7実施形態によるモータを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the motor by 7th Embodiment. 第8実施形態によるモータを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the motor by 8th Embodiment. モータの回転中に流れるモータ電流波形および検出パルスを示すタイムチャート。The time chart which shows the motor current waveform and detection pulse which flow during rotation of a motor.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1に、第1実施形態による直流モータ装置2を示す。直流モータ装置2は、モータ20と、モータ20の回転状態を検出する回転検出装置100とから主に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a DC motor device 2 according to the first embodiment. The DC motor device 2 mainly includes a motor 20 and a rotation detection device 100 that detects the rotation state of the motor 20.

(モータ20)
モータ20は、回転方向に180°離れ互いに対向して配置された一対のブラシ22、24と電機子30とを備えており、電機子コイルとして3相の相コイルを有するブラシ付きの3相直流モータである。電機子30は、ブラシ22、24と接触する3つの整流子片41、42、43からなる整流子40を備えている。電機子コイルを構成する3つ(3相)の各相コイルL1、L2、L3は、それぞれデルタ結線されている。
(Motor 20)
The motor 20 includes a pair of brushes 22 and 24 and an armature 30 that are disposed 180 degrees apart from each other in the rotation direction, and a three-phase DC with a brush having a three-phase coil as an armature coil. It is a motor. The armature 30 includes a commutator 40 including three commutator pieces 41, 42, and 43 that are in contact with the brushes 22 and 24. Each of the three (three-phase) phase coils L1, L2, and L3 constituting the armature coil is delta-connected.

すなわち、第3整流子片43と第1整流子片41との間に第1相コイルL1が接続され、第1整流子片41と第2整流子片42との間に第2相コイルL2が接続され、第2整流子片42と第3整流子片43との間に第3相コイルL3が接続されている。これら3つの相コイルL1、L2、L3からなる電機子コイルおよび整流子40により、電機子30が構成されている。   That is, the first phase coil L1 is connected between the third commutator piece 43 and the first commutator piece 41, and the second phase coil L2 is connected between the first commutator piece 41 and the second commutator piece 42. Are connected, and the third phase coil L3 is connected between the second commutator piece 42 and the third commutator piece 43. An armature 30 is configured by the armature coil and the commutator 40 including the three phase coils L1, L2, and L3.

なお、各相コイルL1、L2、L3のインダクタンスは同じ値(L1=L2=L3)である。また、各相コイルL1、L2、L3は、互いに電気角で2π/3ずつ離れるように配置されている。   In addition, the inductance of each phase coil L1, L2, L3 is the same value (L1 = L2 = L3). Further, the phase coils L1, L2, and L3 are arranged so as to be separated from each other by 2π / 3 in electrical angle.

整流子片41、42、43の回転方向の長さは等しく、3つの整流子片41、42、43のうちいずれか2つが、ブラシ22、24にそれぞれ接触している。電機子30の回転による整流子40の回転に伴って、ブラシ22、24と接触する2つの整流子片は切り替わっていく。   The lengths of the commutator pieces 41, 42, 43 in the rotational direction are equal, and any two of the three commutator pieces 41, 42, 43 are in contact with the brushes 22, 24, respectively. As the commutator 40 is rotated by the rotation of the armature 30, the two commutator pieces in contact with the brushes 22 and 24 are switched.

本実施形態のモータ20は、図示は省略したもの、ヨークハウジングを有すると共に、ヨークハウジングの内壁側に永久磁石からなる界磁が設けられており、この界磁と対向するように電機子30が配置されている。   The motor 20 of this embodiment has a yoke housing (not shown), and a field made of a permanent magnet is provided on the inner wall side of the yoke housing, and the armature 30 is arranged to face this field. Has been placed.

さらに、本実施形態では、モータ20において、第1相コイルL1と並列にコンデンサC1が接続されている。つまり、コンデンサC1は、第1整流子片41と第3整流子片43とを接続している。   Furthermore, in the present embodiment, in the motor 20, a capacitor C1 is connected in parallel with the first phase coil L1. That is, the capacitor C <b> 1 connects the first commutator piece 41 and the third commutator piece 43.

そのため、後述する交流電源106から出力されてカップリングコンデンサ108により直流電源102からの直流電圧に重畳される交流重畳電圧は、ブラシ22、24およびこれらに接触しているいずれか2つの整流子片を介して、モータ20内部の各相コイルL1、L2、L3およびコンデンサC1からなるモータ回路に印加される。そして、このように直流電圧に交流電圧が印加された電源電圧が印加されることにより、モータ回路には交流電流成分を含む電流が流れる。   Therefore, the AC superimposed voltage that is output from the AC power source 106 described later and superimposed on the DC voltage from the DC power source 102 by the coupling capacitor 108 is the brushes 22 and 24 and any two commutator pieces in contact with them. Is applied to the motor circuit including the phase coils L1, L2, L3 and the capacitor C1 inside the motor 20. By applying the power supply voltage in which the AC voltage is applied to the DC voltage in this way, a current including an AC current component flows in the motor circuit.

コンデンサC1は、周知の通り、直流的には電流がほとんど流れない非常に高い抵抗として機能し、交流的には電流が流れやすい低リアクタンス特性、つまり低インピーダンス特性を有する。   As is well known, the capacitor C1 functions as a very high resistance in which a current hardly flows in a direct current, and has a low reactance characteristic in which a current easily flows in an alternating current, that is, a low impedance characteristic.

そのため、直流電源102からみれば、コンデンサC1は等価的に存在しないものとして扱うことができる。したがって、直流電源102からの直流電流は各相コイルL1、L2、L3にのみ流れることとなる。   Therefore, when viewed from the DC power source 102, the capacitor C1 can be handled as not equivalently present. Therefore, the direct current from the direct current power source 102 flows only to the phase coils L1, L2, and L3.

一方、交流電源106からみれば、各相コイルL1、L2、L3は高リアクタンス、つまり高インピーダンスであるのに対してコンデンサC1は低インピーダンスとなり、両者の差は大きい。そのため、例えば図1に示す状態から電機子30が時計回りに回転し、ブラシ24に第1整流子片41が接触するようになると、ブラシ22、24間に、第1相コイルL1とコンデンサC1の並列回路が形成される。   On the other hand, when viewed from the AC power source 106, each phase coil L1, L2, L3 has high reactance, that is, high impedance, whereas the capacitor C1 has low impedance, and the difference between the two is large. Therefore, for example, when the armature 30 rotates clockwise from the state shown in FIG. 1 and the first commutator piece 41 comes into contact with the brush 24, the first phase coil L1 and the capacitor C1 are interposed between the brushes 22 and 24. The parallel circuit is formed.

すなわち、ブラシ22、24間にコンデンサC1のみの通電経路が形成される。この状態では、ブラシ22、24間のモータ回路のインピーダンスは図1に示した状態とは異なり、例えば特定の周波数以上の領域では非常に小さいインピーダンスとなる。   That is, an energization path of only the capacitor C1 is formed between the brushes 22 and 24. In this state, the impedance of the motor circuit between the brushes 22 and 24 is different from the state shown in FIG.

つまり、直流的にみればモータ回路は3つの相コイルL1、L2、L3のみからなる回路とみなせる。それ故、直流電源102からの直流電流によって回転するモータ20の回転速度やトルクにコンデンサC1の存在が影響することはない。   That is, from the viewpoint of direct current, the motor circuit can be regarded as a circuit including only three phase coils L1, L2, and L3. Therefore, the presence of the capacitor C1 does not affect the rotational speed and torque of the motor 20 that is rotated by the direct current from the direct current power source 102.

これに対し、交流的にみれば、モータ20の回転角に応じてブラシ22、24と接触する2つの整流子片が切り替わる毎にブラシ22、24間に形成されるモータ回路の構成が変化するので、モータ回路においてリアクタンスとして静電容量値、つまりインピーダンスが変化する。但し、本実施形態では、第1相コイルL1に対してのみコンデンサC1を一つ接続しているため、モータ20の電機子30が180°回転する間に整流子片の切り替わりは3回生じるものインピーダンスの変化は2段である。これについては後で図4を用いて詳しく説明する。   On the other hand, in terms of alternating current, the configuration of the motor circuit formed between the brushes 22 and 24 changes each time the two commutator pieces contacting the brushes 22 and 24 are switched according to the rotation angle of the motor 20. Therefore, the capacitance value, that is, the impedance changes as reactance in the motor circuit. However, in this embodiment, since one capacitor C1 is connected only to the first phase coil L1, switching of the commutator piece occurs three times while the armature 30 of the motor 20 rotates 180 °. The change in impedance is two stages. This will be described in detail later with reference to FIG.

そして、インピーダンス(リアクタンス)の変化は、モータ20に流れるモータ電流に含まれる交流成分(交流電流成分)の振幅変化、或いはそのモータ電流が流れる通電経路の電圧(経路電圧)に含まれる交流成分(交流電圧成分)の振幅変化として現れる。   The change in impedance (reactance) is caused by a change in amplitude of an alternating current component (alternating current component) included in the motor current flowing through the motor 20, or an alternating current component (path voltage) included in the voltage (path voltage) of the energization path through which the motor current flows. It appears as a change in amplitude of the AC voltage component.

したがって、回転角に応じて変化するモータ電流または経路電圧の交流成分の振幅変化を検出できれば、モータ20の回転状態として、回転角および回転速度を検出することができる。そこで本実施形態の回転検出装置100では、回転信号検出部120がモータ電流に含まれる交流成分の振幅変化を検出する。これにより、交流成分の変化から、ブラシ間におけるモータ回路のリアクタンスの変化を間接的に検出する。そして、検出した交流電流成分の振幅の変化に基づいて、後述するように検出パルスSpを生成する。   Therefore, if the change in the amplitude of the AC component of the motor current or the path voltage that changes according to the rotation angle can be detected, the rotation angle and the rotation speed can be detected as the rotation state of the motor 20. Therefore, in the rotation detection device 100 of the present embodiment, the rotation signal detection unit 120 detects a change in the amplitude of the AC component included in the motor current. Thereby, the change in the reactance of the motor circuit between the brushes is indirectly detected from the change in the AC component. Based on the detected change in the amplitude of the alternating current component, a detection pulse Sp is generated as will be described later.

(回転検出装置100)
回転検出装置100は、モータ20の回転角を検出するための装置であり、直流電源102、交流重畳部104、スイッチ(SW)110、112、NOT回路114、116、回転信号検出部120、回転状態検出部150、およびフリップフロップ(以下、単に「FF」とも言う。)160等を備えている。回転検出装置100は、例えば車両の空調装置における各ダンパーを駆動するモータ、あるいはパワーウィンドウを駆動するモータの回転角を検出するために用いられるものである。もちろん、車両の空調装置またはパワーウィンドウへの適用は本発明の実施態様としてのあくまでも一例である。
(Rotation detection device 100)
The rotation detection device 100 is a device for detecting the rotation angle of the motor 20, and includes a DC power supply 102, an AC superposition unit 104, switches (SW) 110 and 112, NOT circuits 114 and 116, a rotation signal detection unit 120, and a rotation. A state detection unit 150, a flip-flop (hereinafter also simply referred to as “FF”) 160, and the like are provided. The rotation detection device 100 is used, for example, to detect the rotation angle of a motor that drives each damper in a vehicle air conditioner or a motor that drives a power window. Of course, application to a vehicle air conditioner or power window is merely an example as an embodiment of the present invention.

(電源部)
本実施形態の電源部は、直流電源102と、交流重畳部104とを備えている。直流電源102は、モータ20を回転駆動さるトルクを発生させるための電圧を発生する。
(Power supply part)
The power supply unit of the present embodiment includes a DC power supply 102 and an AC superimposing unit 104. The DC power source 102 generates a voltage for generating a torque for rotating the motor 20.

交流重畳部104は、交流電源106とカップリングコンデンサ108とから構成されており、モータ20の定常回転時および短絡制動時の双方ともにブラシ22、24間に流れるモータ電流の通電経路となる共通通電経路に電気的に接続している。交流電源106は、所定の周波数の交流電圧を発生する。カップリングコンデンサ108は、直流電源102から出力される直流電圧に交流電源106から出力される交流電圧を重畳させる。   The AC superimposing unit 104 is composed of an AC power source 106 and a coupling capacitor 108, and is a common energization functioning as an energization path for the motor current flowing between the brushes 22 and 24 both during steady rotation of the motor 20 and during short-circuit braking. It is electrically connected to the path. The AC power source 106 generates an AC voltage having a predetermined frequency. The coupling capacitor 108 superimposes the AC voltage output from the AC power source 106 on the DC voltage output from the DC power source 102.

図2に示すように、モータ20に印加される交流重畳電圧は、直流電圧Vbに、振幅Vsで周波数fの交流電圧が重畳された交直混在(脈流の一種)である。この交流重畳電圧がモータ20に印加されることにより、モータ20に流れるモータ電流も直流電流に交流電流が重畳された電流となる。   As shown in FIG. 2, the AC superimposed voltage applied to the motor 20 is an AC / DC mixture (a kind of pulsating flow) in which an AC voltage having an amplitude Vs and a frequency f is superimposed on the DC voltage Vb. When this alternating current superimposed voltage is applied to the motor 20, the motor current flowing through the motor 20 also becomes a current in which the alternating current is superimposed on the direct current.

そして、モータ20に加わる電源電圧を制御してモータ20を定常回転させるか停止させるかは、SW110、112のオン、オフによりモータ20の通電経路を切り切替えることにより行われる。   Whether the motor 20 is normally rotated or stopped by controlling the power supply voltage applied to the motor 20 is determined by switching the energization path of the motor 20 by turning on and off the SWs 110 and 112.

図1に示すように、SW110にはFF160のQ端子の出力(Q出力とも言う。)の論理値がそのまま加わり、SW112にはFF160のQ出力の論理値がNOT回路114により反転して加わる。したがって、SW110、112の一方がオンであれば、他方はオフになる。   As shown in FIG. 1, the logic value of the output of the Q terminal of the FF 160 (also referred to as Q output) is directly added to the SW 110, and the logic value of the Q output of the FF 160 is inverted and added to the SW 112 by the NOT circuit 114. Therefore, if one of the SWs 110 and 112 is on, the other is off.

SW110がオンでSW112がオフの場合には、直流電源102から直流電圧がモータ20に加わるので、モータ20は定常回転する。SW110がオフでSW112がオンの場合には、モータ20と直流電源102との接続が遮断され、ブラシ22、24間で回路が短絡される。すると、モータ20が発電機として作動し、その発電エネルギーが電流検出抵抗R1によって消費され、これによりモータ20が短絡制動されてやがて停止する。   When SW 110 is on and SW 112 is off, a DC voltage is applied to motor 20 from DC power supply 102, so motor 20 rotates normally. When SW 110 is off and SW 112 is on, the connection between the motor 20 and the DC power source 102 is cut off, and the circuit is short-circuited between the brushes 22 and 24. Then, the motor 20 operates as a generator, and the generated energy is consumed by the current detection resistor R1, thereby causing the motor 20 to be short-circuit braked and eventually stop.

(回転信号検出部120)
回転信号検出部120は、電流検出部122と信号処理部130とを備えており、交流重畳部104と同様に前述した共通通電経路に電気的に接続している。回転信号検出部120は、交流重畳部104から直流モータ20に供給される交流電流に関連する電気量を検出し、検出した電気量に基づいてモータ20の回転角に応じた検出パルスSpを生成し出力する。尚、交流電流に関連する電気量としては、例えば、電流、電圧、電力等が考えられる。
(Rotation signal detector 120)
The rotation signal detection unit 120 includes a current detection unit 122 and a signal processing unit 130, and is electrically connected to the common energization path described above in the same manner as the AC superposition unit 104. The rotation signal detection unit 120 detects the amount of electricity related to the AC current supplied from the AC superimposing unit 104 to the DC motor 20, and generates a detection pulse Sp corresponding to the rotation angle of the motor 20 based on the detected amount of electricity. And output. In addition, as an electric quantity relevant to an alternating current, an electric current, a voltage, electric power etc. can be considered, for example.

電流検出部122は、モータ20の共通通電経路上(詳しくはグランド電位側のブラシ24からグランド電位に至る通電経路上)に設けられている。信号処理部130は、電流検出部122により検出された通電電流(モータ電流)に基づく各種信号処理を行って検出パルスSpを生成する。   The current detection unit 122 is provided on the common energization path of the motor 20 (specifically, on the energization path from the brush 24 on the ground potential side to the ground potential). The signal processing unit 130 performs various signal processing based on the energization current (motor current) detected by the current detection unit 122 to generate the detection pulse Sp.

電流検出部122は、モータ20の共通通電経路上に挿入された電流検出抵抗R1からなり、この電流検出抵抗R1の両端の電圧が、モータ電流に応じた検出信号として信号処理部130へ取り込まれる。モータ電流については後述する。   The current detection unit 122 includes a current detection resistor R1 inserted on the common energization path of the motor 20, and the voltage at both ends of the current detection resistor R1 is taken into the signal processing unit 130 as a detection signal corresponding to the motor current. . The motor current will be described later.

尚、電流検出部122において、モータ20の通電経路上に設置した電流検出抵抗R1に代えて、コイルを設置してもよい。
図3に示すように、信号処理部130は、ハイパスフィルタ(HPF)132と、増幅部134と、包絡線検波部138と、ローパスフィルタ(LPF)140、比較部142とを備えている。
In the current detection unit 122, a coil may be installed instead of the current detection resistor R1 installed on the energization path of the motor 20.
As shown in FIG. 3, the signal processing unit 130 includes a high-pass filter (HPF) 132, an amplification unit 134, an envelope detection unit 138, a low-pass filter (LPF) 140, and a comparison unit 142.

HPF132は、コンデンサC10および抵抗R2からなる周知の構成のものである。信号処理部130に取り込まれた電流検出抵抗R1による検出信号は、このHPF132によって、直流電流成分を含む所定の遮断周波数以下の帯域の信号がカットされ、交流電源106にて生成される交流電圧の周波数を含む、上記遮断周波数より高い周波数成分が抽出されて増幅部134に入力される。そのため、検出されたモータ電流(検出信号)のうち、直流電流成分はこのHPF132によって遮断され、交流電流成分のみが増幅部134へ入力されることとなる。   The HPF 132 has a known configuration including a capacitor C10 and a resistor R2. The detection signal from the current detection resistor R1 captured by the signal processing unit 130 is cut by the HPF 132 in a band of a predetermined cutoff frequency or less including a DC current component, and the AC voltage generated by the AC power supply 106 is cut. A frequency component including the frequency that is higher than the cutoff frequency is extracted and input to the amplifying unit 134. Therefore, the DC current component of the detected motor current (detection signal) is blocked by the HPF 132, and only the AC current component is input to the amplifying unit 134.

なお、HPF132に代えて、例えば、交流電流成分の周波数を含む所定の帯域のみを通過させるバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。
電流検出抵抗R1により検出され、HPF132によって抽出された検出信号(交流電流成分)は、増幅部134にて増幅される。
Instead of the HPF 132, for example, a band pass filter that passes only a predetermined band including the frequency of the alternating current component may be used.
The detection signal (alternating current component) detected by the current detection resistor R1 and extracted by the HPF 132 is amplified by the amplification unit 134.

増幅部134は、オペアンプ136と、オペアンプ136の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗R3と、オペアンプ136の反転入力端子とグランド電位との間に接続された抵抗R4とを備え、HPF132から非反転入力端子に入力される検出信号が所定の増幅率にて増幅される。   The amplifying unit 134 includes an operational amplifier 136, a resistor R3 connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 136, and a resistor R4 connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 136 and the ground potential. The detection signal input from the HPF 132 to the non-inverting input terminal is amplified at a predetermined amplification factor.

増幅部134にて増幅された検出信号は、包絡線検波部138にて包絡線検波される。包絡線検波部138は、整流用のダイオードD1と、一端がこのダイオードD1のカソードに接続されて他端がグランド電位に接続された抵抗R5と、一端がダイオードD1のカソードに接続されて他端がグランド電位に接続されたコンデンサC11とを備えてなる。ダイオードD1のアノードには、増幅部134にて増幅された検出信号が入力される。   The detection signal amplified by the amplification unit 134 is subjected to envelope detection by the envelope detection unit 138. The envelope detector 138 includes a rectifying diode D1, a resistor R5 having one end connected to the cathode of the diode D1 and the other end connected to the ground potential, and one end connected to the cathode of the diode D1. And a capacitor C11 connected to the ground potential. The detection signal amplified by the amplification unit 134 is input to the anode of the diode D1.

包絡線検波部138により、増幅部134から入力された交流の検出信号が包絡線検波され、交流電流成分の振幅に応じた一定の信号(以下「検波信号」という)が生成される。尚、包絡線検波部138から出力される検波信号の立ち下がりのなまりは、抵抗R5およびコンデンサC11の時定数に応じて変化する。   The envelope detection unit 138 envelope-detects the AC detection signal input from the amplification unit 134 and generates a constant signal (hereinafter referred to as “detection signal”) according to the amplitude of the AC current component. Note that the trailing edge of the detection signal output from the envelope detection unit 138 changes according to the time constants of the resistor R5 and the capacitor C11.

包絡線検波部138から出力された検波信号は、LPF140にて高周波成分がカットされた上で、比較部142に入力される。LPF140は、抵抗R6およびコンデンサC12からなる周知の構成のものである。なお、抵抗R6にはダイオードD2が並列接続されている。このダイオードD2の接続方向は、検波信号が入力される方向に対して逆方向となっている。   The detection signal output from the envelope detection unit 138 is input to the comparison unit 142 after the high frequency component is cut by the LPF 140. The LPF 140 has a known configuration including a resistor R6 and a capacitor C12. A diode D2 is connected in parallel to the resistor R6. The connection direction of the diode D2 is opposite to the direction in which the detection signal is input.

比較部142は、コンパレータ144と、一端がコンパレータ144の非反転入力端子に接続されて他端がLPF140に接続された抵抗R7と、コンパレータ144の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗R8と、一端がコンパレータ144の反転入力端子に接続されて他端が抵抗R10に接続された抵抗R9とを備えている。   The comparator 142 is connected between the comparator 144, a resistor R7 having one end connected to the non-inverting input terminal of the comparator 144 and the other end connected to the LPF 140, and the output terminal and the inverting input terminal of the comparator 144. The resistor R8 includes a resistor R9 having one end connected to the inverting input terminal of the comparator 144 and the other end connected to the resistor R10.

包絡線検波部138から出力された検波信号は、LPF140を介して比較部142に入力され、この比較部142において抵抗R7を介してコンパレータ144の非反転入力端子に入力される。一方、コンパレータ144の反転入力端子には、抵抗R9、抵抗R10を介して設定される閾値が入力される。これにより、コンパレータ144では、検波信号と閾値との比較が行われ、その比較結果が出力される。   The detection signal output from the envelope detection unit 138 is input to the comparison unit 142 via the LPF 140, and is input to the non-inverting input terminal of the comparator 144 via the resistor R7 in the comparison unit 142. On the other hand, a threshold set through the resistors R9 and R10 is input to the inverting input terminal of the comparator 144. Thereby, the comparator 144 compares the detection signal with the threshold value, and outputs the comparison result.

比較部142に入力される閾値は、本実施形態では、図5に示したモータ電流波形のうち振幅が小さい期間での検波信号よりも大きく、且つ、振幅が大きい期間での検波信号よりも小さい所定の値が設定されている。   In this embodiment, the threshold value input to the comparison unit 142 is larger than the detection signal in the period where the amplitude is small in the motor current waveform shown in FIG. 5 and smaller than the detection signal in the period where the amplitude is large. A predetermined value is set.

そのため、振幅の小さい期間では、LPF140を介して包絡線検波部138から比較部142へ入力される検波信号はコンパレータ144の反転入力端子に入力される閾値よりも小さいため、コンパレータ144からはローレベルの信号が出力される。一方、振幅の大きい期間では、LPF140を介して包絡線検波部138から比較部142へ入力される検波信号はコンパレータ144の反転入力端子に入力される閾値よりも大きくなるため、コンパレータ144からはハイレベルの信号が出力される。   Therefore, in a period with a small amplitude, the detection signal input from the envelope detection unit 138 to the comparison unit 142 via the LPF 140 is smaller than the threshold value input to the inverting input terminal of the comparator 144. Is output. On the other hand, in a period in which the amplitude is large, the detection signal input from the envelope detection unit 138 to the comparison unit 142 via the LPF 140 is larger than the threshold value input to the inverting input terminal of the comparator 144. A level signal is output.

そして、コンパレータ144から出力されたローレベル、ハイレベルのパルス信号は、検出パルスSpとして、回転状態検出部150に入力される。
このように、信号処理部130では、電流検出抵抗R1にて検出されたモータ電流(検出信号)に対して低周波領域のカット、交流電流成分の増幅、包絡線検波といった各種信号処理を行った上で検出パルスSpが生成されるため、外乱やノイズが低減された正確な検出パルスSpが生成される。
The low-level and high-level pulse signals output from the comparator 144 are input to the rotation state detection unit 150 as detection pulses Sp.
As described above, the signal processing unit 130 performs various signal processing such as cutting of the low frequency region, amplification of the alternating current component, and envelope detection on the motor current (detection signal) detected by the current detection resistor R1. Since the detection pulse Sp is generated above, an accurate detection pulse Sp with reduced disturbance and noise is generated.

(回転状態検出部150)
図1に示すように、回転状態検出部150は、パルスカウント部152とモータ制御部154とを備えており、回転信号検出部120から出力される検出パルスSpに基づいてモータ20の回転角および回転速度を検出する。
(Rotation state detection unit 150)
As shown in FIG. 1, the rotation state detection unit 150 includes a pulse count unit 152 and a motor control unit 154, and based on the detection pulse Sp output from the rotation signal detection unit 120, Detect the rotation speed.

パルスカウント部152は、比較部142から検出パルスとしてパルス信号が出力される毎にカウントアップする。尚、コンパレータ144から出力されるパルス信号をパルスカウント部152に入力する前に、適宜波形整形およびレベル調整してもよい。   The pulse count unit 152 counts up each time a pulse signal is output as a detection pulse from the comparison unit 142. Note that the waveform shaping and level adjustment may be appropriately performed before the pulse signal output from the comparator 144 is input to the pulse count unit 152.

モータ制御部154は、例えばマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」とも言う。)から主に構成されており、パルスカウント部152から入力された検出パルスのパルス数に基づき、モータ20の回転角および回転速度を算出する。回転角は、パルスカウント部152が検出パルスをカウントするカウント数に基づいて算出される。また、回転速度は、単位時間当たりの検出パルスのカウント数に基づいて算出される。   The motor control unit 154 is mainly composed of, for example, a microcomputer (hereinafter also referred to as “microcomputer”), and based on the number of detected pulses input from the pulse count unit 152, the rotation angle and rotation of the motor 20. Calculate the speed. The rotation angle is calculated based on the count number that the pulse counting unit 152 counts the detection pulses. The rotation speed is calculated based on the number of detection pulses counted per unit time.

そして、モータ制御部154は、検出した回転角を、モータ20の駆動対象である空調ダンパ、パワーウィンドウ等の位置を制御するために、モータ20を駆動制御するフィードバック信号として用いる。   The motor control unit 154 uses the detected rotation angle as a feedback signal for driving and controlling the motor 20 in order to control the position of an air conditioning damper, a power window, and the like that are driven by the motor 20.

また、モータ制御部154は、モータ20を短絡制動させて停止させる制動指令信号を出力する。制動指令信号については、後で詳細に説明する。
FF160(74HC74AP:東芝製)は、モータ制御部154から出力される制動指令信号と、回転信号検出部120から出力される検出パルスとに応じて変化するQ出力により、SW110、112のオンオフを切り替える。
Further, the motor control unit 154 outputs a braking command signal for stopping the motor 20 by short-circuit braking. The braking command signal will be described later in detail.
FF160 (74HC74AP: manufactured by Toshiba) switches on / off of SWs 110 and 112 by a Q output that changes according to a braking command signal output from motor control unit 154 and a detection pulse output from rotation signal detection unit 120. .

(回転に伴うモータ回路の変化)
次に、モータ20が180°回転する間におけるモータ20内部の結線状態の変化、すなわちブラシ22、24間に形成されるモータ回路の変化を、図4の(A)に示す。図4の(A)に示すように、本実施形態のモータ20のモータ回路は、モータ20が180°回転する間に、状態A、状態B、および状態Cの3種類に変化する。
(Change in motor circuit with rotation)
Next, a change in the connection state inside the motor 20 during the rotation of the motor 20 by 180 °, that is, a change in the motor circuit formed between the brushes 22 and 24 is shown in FIG. As shown in FIG. 4A, the motor circuit of the motor 20 of the present embodiment changes into three types of state A, state B, and state C while the motor 20 rotates 180 °.

状態Aは、直流電源102の正極側(以下「Vb側」とも言う。)のブラシ22に第1整流子片41が接触し、グランド電位側(以下「GND側」とも言う。)のブラシ24に第2整流子片42が接触した状態である。この状態Aでのモータ20の等価回路、すなわちブラシ22、24間に形成されるモータ回路は、図中右側に示す回路となる。なお、Vbとは、図2で説明したように、直流電源102から出力される直流電圧を示すものである。   In the state A, the first commutator piece 41 is in contact with the brush 22 on the positive electrode side (hereinafter also referred to as “Vb side”) of the DC power source 102 and the brush 24 on the ground potential side (hereinafter also referred to as “GND side”). The second commutator piece 42 is in contact with each other. An equivalent circuit of the motor 20 in this state A, that is, a motor circuit formed between the brushes 22 and 24 is a circuit shown on the right side in the drawing. Note that Vb indicates a DC voltage output from the DC power supply 102 as described in FIG.

この状態Aでは、コンデンサC1と第3相コイルL3とが直列に接続された状態となっているため、ブラシ22、24間には、コンデンサC1のみの通電経路は存在せず、一方のブラシ22から他方のブラシ24に至るまでの経路上には必ずいずれかの相コイルが存在することになる。そのため、この状態Aでは、回路全体のインピーダンスが高くなるので、モータ電流に含まれる交流電流成分の振幅は小さい。   In this state A, since the capacitor C1 and the third phase coil L3 are connected in series, there is no current path of only the capacitor C1 between the brushes 22 and 24, and one brush 22 One phase coil always exists on the path from the first brush 24 to the other brush 24. Therefore, in this state A, since the impedance of the entire circuit becomes high, the amplitude of the alternating current component included in the motor current is small.

状態Bは、状態Aから時計回りに約50°回転した状態であり、Vb側のブラシ22に接触する整流子片が、状態Aのときの第1整流子片41から第3整流子片43へと切り替わっている。GND側のブラシ24には第2整流子片42が接触している。   The state B is a state rotated about 50 ° clockwise from the state A, and the commutator piece contacting the brush 22 on the Vb side is changed from the first commutator piece 41 to the third commutator piece 43 in the state A. It is switched to. The second commutator piece 42 is in contact with the brush 24 on the GND side.

この状態Bでも、コンデンサC1と第2相コイルL2とが直列に接続された状態となっているため、ブラシ22、24間には、コンデンサC1のみの通電経路は存在せず、一方のブラシ22から他方のブラシ24に至るまでの経路上には必ずいずれかのコイルが存在することになる。そのため、この状態Bでも回路全体のインピーダンスは高く、故に、モータ電流に含まれる交流電流成分の振幅は小さい。なお、この状態Bと状態Aは、図の等価回路を比較して明らかなように、回路全体のインピーダンスは同じである。そのため、交流電流成分の振幅も同じ大きさである。   Even in this state B, since the capacitor C1 and the second phase coil L2 are connected in series, there is no current path of only the capacitor C1 between the brushes 22 and 24, and one brush 22 One of the coils always exists on the path from the first brush 24 to the other brush 24. Therefore, even in this state B, the impedance of the entire circuit is high, and therefore the amplitude of the AC current component included in the motor current is small. Note that, in this state B and the state A, the impedance of the entire circuit is the same, as is clear by comparing the equivalent circuits in the figure. Therefore, the amplitude of the alternating current component is also the same size.

状態Cは、状態Bからさらに時計回りに約50°回転した状態であり、GND側のブラシ24に接触する整流子片が、状態A、Bのときの第2整流子片42から第1整流子片41へと切り替わっている。Vb側のブラシ22には第3整流子片43が接触している。つまり、状態Cでは、コンデンサC1が接続している一対の第1整流子片41と第3整流子片43の両方に一対のブラシ22、24が同時に接触している。   The state C is a state further rotated by about 50 ° clockwise from the state B, and the commutator piece in contact with the GND-side brush 24 is moved from the second commutator piece 42 in the states A and B to the first commutation. It has switched to the child piece 41. The third commutator piece 43 is in contact with the brush 22 on the Vb side. That is, in the state C, the pair of brushes 22 and 24 are simultaneously in contact with both the pair of first commutator piece 41 and the third commutator piece 43 to which the capacitor C1 is connected.

この状態Cでは、第2相コイルL2および第3相コイルL3の直列回路と、第1相コイルL1と、コンデンサC1とが、それぞれ並列接続された状態となる。そのため、ブラシ22、24間には、コンデンサC1のみの通電経路が存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが低くなるので、モータ電流に含まれる交流電流成分の振幅は大きくなる。   In this state C, the series circuit of the second phase coil L2 and the third phase coil L3, the first phase coil L1, and the capacitor C1 are respectively connected in parallel. Therefore, an energization path of only the capacitor C1 exists between the brushes 22 and 24. Thereby, since the impedance of the whole circuit becomes low, the amplitude of the alternating current component included in the motor current increases.

このように、モータ20が180°回転する間には、ブラシ22、24と接触する整流子片の切り替わりが3回生じ、これに伴ってブラシ22、24間のモータ回路は状態A、B、Cの3種類に切り替わる。しかし前述したように、状態Aと状態Bは回路全体のインピーダンスが等しいため、180°回転の間に生じるインピーダンスの変化は2段である。   Thus, during the rotation of the motor 20 by 180 °, the commutator piece that contacts the brushes 22 and 24 is switched three times, and accordingly, the motor circuit between the brushes 22 and 24 is in the state A, B, Switch to 3 types of C. However, as described above, since the impedance of the entire circuit is the same in the state A and the state B, the impedance change that occurs during the 180 ° rotation is two stages.

なお、モータ20の回転の過程では、隣接する2つの整流子片に一つのブラシが同時に接触する切り替わり期間が存在し、この切り替わり期間においてもブラシ間のインピーダンスは変化するが、この切り替わり期間はモータ20が一回転する間において瞬間的に生じるのみであり、これに伴うインピーダンスの変化も瞬間的なものである。そのため、本実施形態ではこの切り替わり期間については考慮しないものとする。   In the process of rotation of the motor 20, there is a switching period in which one brush contacts two adjacent commutator pieces at the same time, and the impedance between the brushes also changes during this switching period. It only occurs instantaneously during one rotation of the motor 20, and the accompanying impedance change is instantaneous. Therefore, in this embodiment, this switching period is not considered.

状態Cから更に回転が進むと、Vb側のブラシ22に接触する整流子片が、状態Cのときの第3整流子片43から第2整流子片42へと切り替わる。GND側のブラシ24には第1整流子片41が接触している。この状態は、上述した状態Aにおいて、Vb側のブラシ22とGND側のブラシ24とが入れ替わった状態であり、回路全体のインピーダンスは状態Aと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態A’という。   When the rotation further proceeds from the state C, the commutator piece that contacts the brush 22 on the Vb side is switched from the third commutator piece 43 in the state C to the second commutator piece 42. The first commutator piece 41 is in contact with the brush 24 on the GND side. This state is a state in which the Vb-side brush 22 and the GND-side brush 24 are interchanged in the state A described above, and the impedance of the entire circuit is the same as in the state A. Therefore, this state is referred to as a state A ′ in the following description.

この状態A’から更に回転が進むと、GND側のブラシ24に接触する整流子片が、状態A’のときの第1整流子片41から第3整流子片43へと切り替わる。Vb側のブラシ22には第2整流子片42が接触している。この状態は、上述した状態Bにおいて、Vb側のブラシ22とGND側のブラシ24とが入れ替わった状態であり、回路全体のインピーダンスは状態Bと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態B’という。   When the rotation further proceeds from this state A ′, the commutator piece contacting the GND-side brush 24 is switched from the first commutator piece 41 in the state A ′ to the third commutator piece 43. The second commutator piece 42 is in contact with the brush 22 on the Vb side. This state is a state in which the Vb brush 22 and the GND brush 24 are interchanged in the state B described above, and the impedance of the entire circuit is the same as in the state B. Therefore, in the following description, this state is referred to as state B ′.

この状態B’から更に回転が進むと、Vb側のブラシ22に接触する整流子片が、状態B’のときの第2整流子片42から第1整流子片41へと切り替わる。GND側のブラシ24には第3整流子片43が接触している。この状態は、上述した状態Cにおいて、Vb側のブラシ22とGND側のブラシ24とが入れ替わった状態であり、回路全体のインピーダンスは状態Cと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態C’という。   When the rotation further proceeds from this state B ′, the commutator piece contacting the brush 22 on the Vb side is switched from the second commutator piece 42 in the state B ′ to the first commutator piece 41. The third commutator piece 43 is in contact with the brush 24 on the GND side. This state is a state in which the Vb-side brush 22 and the GND-side brush 24 are interchanged in the state C described above, and the impedance of the entire circuit is the same as in the state C. Therefore, this state is referred to as a state C ′ in the following description.

そして、この状態C’から更に回転が進むと、再び状態Aに切り替わり、以下、回転が進むにつれて状態B→状態C→状態A’→状態B’→状態C’→状態A→・・・と切り替わる。   Then, when the rotation further proceeds from the state C ′, the state is switched again to the state A. Hereinafter, as the rotation proceeds, the state B → the state C → the state A ′ → the state B ′ → the state C ′ → the state A → Switch.

つまり、モータ20は、一回転する間にその回転角に応じてモータ回路が状態A、B、C、A’、B’、C’の六種類に順次切り替わるのであり、60°回転毎に状態が切り替わるということになる。このうち、状態A、B、A’、B’は、いずれも同じインピーダンス(高インピーダンス)である。また、状態C、C’も同じインピーダンスであり、その値は状態A等のインピーダンスよりも非常に低い。   That is, the motor 20 is switched sequentially into six types of states A, B, C, A ′, B ′, and C ′ according to the rotation angle during one rotation, and the state is changed every 60 °. Will be switched. Among these, the states A, B, A ′, and B ′ all have the same impedance (high impedance). Further, the states C and C ′ have the same impedance, and the value thereof is much lower than the impedance of the state A or the like.

そのため、モータ電流は、図5に示すように、状態A、B、A’、B’のときは交流電流成分の振幅が小さく、状態C、C’のときは交流電流成分の振幅が大きくなる。
しかも、本実施形態では、モータ20の回転角によって変化するインピーダンスの差が大きくなるよう構成されている。すなわち、図4の(A)で説明したように、状態A、B、A’、B’のインピーダンスは、ブラシ22、24間にコンデンサC1のみの経路が生じないために高いインピーダンスとなるのに対し、状態C、C’のインピーダンスは、ブラシ22、24間にコンデンサC1のみの経路が生じて非常に低いインピーダンスとなる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the motor current has a small amplitude of the alternating current component in the states A, B, A ′, and B ′, and a large amplitude of the alternating current component in the states C and C ′. .
In addition, in the present embodiment, the impedance difference that varies depending on the rotation angle of the motor 20 is configured to be large. That is, as described with reference to FIG. 4A, the impedances of the states A, B, A ′, and B ′ are high because there is no path of the capacitor C1 between the brushes 22 and 24. On the other hand, the impedance of the states C and C ′ is a very low impedance due to the path of the capacitor C1 only between the brushes 22 and 24.

このように、状態A、B、A’、B’のときのインピーダンスと状態C、C’のときのインピーダンスに大きな差があるため、モータ電流中の交流電流成分の振幅も、状態A、B、A’、B’のときと状態C、C’のときとで、図5に示すように大きな差が生じる。なお、図5は、状態A、B、A’、B’のときのインピーダンスが状態C、C’のときのインピーダンスの約4倍の場合の波形を例示している。   Thus, since there is a large difference between the impedance in the states A, B, A ′, and B ′ and the impedance in the states C and C ′, the amplitude of the alternating current component in the motor current is also in the states A and B. , A ′, B ′ and states C, C ′ have a large difference as shown in FIG. FIG. 5 illustrates a waveform when the impedance in the states A, B, A ′, and B ′ is about four times the impedance in the states C and C ′.

そのため、信号処理部130において比較部142のコンパレータ144の反転入力端子に入力すべき閾値を、より高い自由度・範囲内で設定することができる。そして、例えば、閾値を、状態Aのときの検波信号と状態Cのときの検波信号の中間値付近の値に設定すれば、比較部142による比較がより正確に行われ、図5に示すように、回転角に応じた正確な検出パルスSpを確実に生成することができる。   Therefore, the threshold value to be input to the inverting input terminal of the comparator 144 of the comparison unit 142 in the signal processing unit 130 can be set within a higher degree of freedom and range. For example, if the threshold value is set to a value near the intermediate value between the detection signal in the state A and the detection signal in the state C, the comparison by the comparison unit 142 is performed more accurately, as shown in FIG. In addition, it is possible to reliably generate an accurate detection pulse Sp according to the rotation angle.

ここで、前述したように、電機子30が180°回転する間に、モータ回路は状態A、状態B、および状態Cの3種類に変化し、状態Cのインピーダンスが状態A、状態Bよりも小さくなる。すなわち、電機子30が180°回転する間の120°の期間は交流成分の振幅が小さくなり、60°の期間は振幅が大きくなる。したがって、振幅が大きい期間をTon、振幅が小さい期間をToffとすると、定常回転時においては、Ton:Toff=1:2なる。   Here, as described above, while the armature 30 rotates 180 °, the motor circuit changes into three types of state A, state B, and state C, and the impedance of state C is higher than that of state A and state B. Get smaller. That is, the amplitude of the AC component is small during the 120 ° period while the armature 30 rotates 180 °, and the amplitude is large during the 60 ° period. Therefore, if Ton is a period with a large amplitude and Toff is a period with a small amplitude, Ton: Toff = 1: 2 at the time of steady rotation.

ところで、交流電源106から出力される交流電圧の周波数は、本実施形態では、状態A、B、A’、B’のモータ回路における共振周波数をf1、状態C、C’のモータ回路における共振周波数をf2としたとき、これら各共振周波数とはいずれも異なる周波数に設定されている。より具体的には、これら各周波数f1、f2のいずれよりも大きい所定の周波数の交流電流が交流電源106から供給されるように構成されている。   By the way, the frequency of the alternating voltage output from the alternating current power supply 106 is the resonance frequency in the motor circuit in the states A, B, A ′, and B ′ in the present embodiment. Is set to a frequency different from each of these resonance frequencies. More specifically, the AC power supply 106 is configured to supply an alternating current having a predetermined frequency that is higher than any of these frequencies f1 and f2.

図4の(B)に、図4の(A)に示した各状態におけるインピーダンスの周波数特性を示す。上述の通り、状態A、B、A’、B’のモータ回路のインピーダンスは同じである。この状態A、B、A’、B’の場合、コンデンサC1の影響はほとんどなく、共振周波数f1で小さなピーク値が生じるもの、全体としてみれば周波数が高くなるほどインピーダンスが増加する特性となる。   FIG. 4B shows the frequency characteristics of the impedance in each state shown in FIG. As described above, the impedances of the motor circuits in the states A, B, A ′, and B ′ are the same. In this state A, B, A ', B', there is almost no influence of the capacitor C1, and a small peak value is generated at the resonance frequency f1, and as a whole, the impedance increases as the frequency increases.

これに対し、状態C、C’の場合、各相コイルL1、L2、L3とコンデンサC1との共振によってインピーダンス特性は大きく変化し、共振周波数f2を中心(最大値)としてインピーダンスは小さくなる。そのため、状態A、B、A’、B’と状態C、C’とでは、インピーダンスが一致(特性が交差)する周波数f3を除き、インピーダンスが異なる。特に、共振周波数f1を中心とする所定帯域や、周波数f3よりもある程度高い周波数以上の帯域では、インピーダンスの比が大きくなる。そのうち特に、周波数f3よりもある程度高い周波数以上の領域では、例えば周囲温度の変化によってコンデンサC1の静電容量値が変化して共振周波数f1、f2が変化しても、インピーダンス比の変化が少ないため、回路設計上の観点からも、交流電源106の交流電圧の周波数として使用しやすい領域である。   On the other hand, in the states C and C ′, the impedance characteristics change greatly due to the resonance between the phase coils L1, L2, and L3 and the capacitor C1, and the impedance becomes small with the resonance frequency f2 as the center (maximum value). Therefore, the states A, B, A ', B' and the states C, C 'have different impedances except for the frequency f3 where the impedances match (characteristics intersect). In particular, the impedance ratio is large in a predetermined band centered on the resonance frequency f1 and in a band equal to or higher than a frequency somewhat higher than the frequency f3. In particular, in a region above a frequency somewhat higher than the frequency f3, for example, even if the capacitance value of the capacitor C1 changes due to a change in the ambient temperature and the resonance frequencies f1 and f2 change, the impedance ratio changes little. From the viewpoint of circuit design, it is an area that can be easily used as the frequency of the AC voltage of the AC power source 106.

そのため、本実施形態では、交流電源106の交流電圧の周波数を、周波数f3よりも高い所定の周波数としている。
(短絡制動時のモータ電流)
続いて、回転中のモータ20が停止する際のモータ電流を図6に示す。なお、図6では、インピーダンスが大きくて交流電流成分の振幅の小さい期間(状態A、B、A’B’となる期間)については,モータ電流の交流電流成分の波形が非常に小さいため図示を省略している。
Therefore, in the present embodiment, the frequency of the AC voltage of the AC power supply 106 is set to a predetermined frequency higher than the frequency f3.
(Motor current during short-circuit braking)
Next, FIG. 6 shows the motor current when the rotating motor 20 stops. In FIG. 6, during the period in which the impedance is large and the amplitude of the alternating current component is small (period in which states A, B, and A′B ′), the waveform of the alternating current component of the motor current is very small. Omitted.

図6に示す例では、回転中のモータ20に短絡制動をかけて停止させる際、モータ20への直流電源102からの直流電圧の印加(直流電流の電源供給)をSW110をオフすることにより停止させる。一方、交流電源106からの交流電圧(交流電流)については、モータ20の駆動に関与するものではなく、あくまでもモータ20の回転角を検出する目的で供給されるものであるため、回転中か短絡制動中かに関わらず、モータ20の回転が制御されている間は常時モータ20に印加される。   In the example shown in FIG. 6, when the rotating motor 20 is stopped by applying short-circuit braking, the application of the DC voltage from the DC power source 102 to the motor 20 is stopped by turning off the SW 110. Let On the other hand, the AC voltage (AC current) from the AC power source 106 is not involved in driving the motor 20, but is supplied only for the purpose of detecting the rotation angle of the motor 20, so that it is rotating or short-circuited. Regardless of whether braking or not, the motor 20 is always applied while the rotation of the motor 20 is controlled.

そのため、短絡制動開始後(直流電源102からの直流電圧印加停止後)のモータ電流は、図示の如く、誘導起電力によって生じる電流に交流電源106からの交流電流が重畳したものとなる。このうち、誘導起電力による電流の大きさは、モータ20の回転速度が低くなるほど小さくなるため、この誘導起電力による電流は徐々に小さくなり、モータ20が停止したときにはこの電流もゼロになる。   For this reason, the motor current after the start of short-circuit braking (after the application of the DC voltage from the DC power supply 102 is stopped) is obtained by superimposing the AC current from the AC power supply 106 on the current generated by the induced electromotive force as shown in the figure. Among these, since the magnitude of the current due to the induced electromotive force becomes smaller as the rotational speed of the motor 20 becomes lower, the current due to the induced electromotive force gradually decreases, and this current becomes zero when the motor 20 stops.

一方、交流電流は、上記のように回転角検出のために常に交流電源106から供給されるものであるため、図6に示すように、モータ20の回転速度に関係なく、回転角に応じた(モータ回路のインピーダンスの変化に応じた)振幅の交流電流が流れる。そのため、モータ20の回転速度に関係なく、モータ20の回転角を検出することができる。   On the other hand, since the alternating current is always supplied from the AC power source 106 for detecting the rotation angle as described above, the AC current depends on the rotation angle regardless of the rotation speed of the motor 20, as shown in FIG. An alternating current with an amplitude (according to the change in impedance of the motor circuit) flows. Therefore, the rotation angle of the motor 20 can be detected regardless of the rotation speed of the motor 20.

モータ20が停止するときには、電機子30の回転速度が遅くなるので、図6に示すように、インピーダンスの変化に伴う検出パルスの発生間隔およびパルス幅も長くなる。
そして、本実施形態では、検出パルスSpはモータ20が180°回転する毎に生成される。そのため、この検出パルスSpが生成される毎にモータ20が180°回転したものとして、モータ20の回転角を検出することができる。
When the motor 20 is stopped, the rotation speed of the armature 30 is slowed down, so that the detection pulse generation interval and the pulse width accompanying the change in impedance also become long as shown in FIG.
In this embodiment, the detection pulse Sp is generated every time the motor 20 rotates 180 °. Therefore, the rotation angle of the motor 20 can be detected on the assumption that the motor 20 has rotated 180 ° each time the detection pulse Sp is generated.

(短絡制動の開始タイミング)
モータ制御部154は、モータ20が回転している定常回転時には、制動指令信号を「Low(L)」にしてFF160に出力する。図1に示すように、FF160のD端子およびCK(クロック)端子はグランドに接続されているので、D端子およびCK端子の入力(D入力、CK入力とも言う。)は常に「L」である。したがって、図7の(A)の真理値表に示すように、否定入力を表すnotPR端子の入力(notPR入力とも言う。)となる制動指令信号が「L」の場合、Q出力は「H」になる。
(Short-circuit braking start timing)
The motor control unit 154 sets the braking command signal to “Low (L)” and outputs it to the FF 160 during steady rotation while the motor 20 is rotating. As shown in FIG. 1, since the D terminal and CK (clock) terminal of the FF 160 are connected to the ground, the inputs of the D terminal and the CK terminal (also referred to as D input and CK input) are always “L”. . Therefore, as shown in the truth table of FIG. 7A, when the braking command signal that is an input to the notPR terminal (also referred to as a notPR input) representing a negative input is “L”, the Q output is “H”. become.

尚、D端子およびCK端子をグランドに接続していない、東芝製のFF(74HC74AP)の真理値表を図7の(B)に示しておく。
Q出力が「H」の場合、SW110はオンになり、SW112はオフになる。これにより、直流電源102の直流電圧がモータ20に加わるので、モータ20は回転する。
A truth table of a Toshiba FF (74HC74AP) in which the D terminal and the CK terminal are not connected to the ground is shown in FIG.
When the Q output is “H”, SW110 is turned on and SW112 is turned off. Thereby, since the DC voltage of the DC power supply 102 is applied to the motor 20, the motor 20 rotates.

一方、モータ制御部154は、パルスカウント部152が出力するカウント数から、モータ20の駆動対象である空調用のダンパ、パワーウィンドウ等が目標位置に達したことを検出すると、図6に示すように、制動指令信号を「High(H)」にしてFF160に出力する。   On the other hand, when the motor control unit 154 detects from the count number output by the pulse count unit 152 that the air-conditioning damper, power window, and the like that are driven by the motor 20 have reached the target position, as shown in FIG. In addition, the braking command signal is set to “High (H)” and output to the FF 160.

notPR入力となる制動指令信号が「H」になると、Q出力は、否定入力を表すnotCLR端子の入力(notCLR入力とも言う。)によって決定される。notCLR端子には、NOT回路116を介して信号処理部130の出力である検出パルスが入力される。   When the braking command signal serving as the notPR input becomes “H”, the Q output is determined by the input of the notCLR terminal representing the negative input (also referred to as a notCLR input). A detection pulse that is an output of the signal processing unit 130 is input to the notCLR terminal via the NOT circuit 116.

制動指令信号(notPR入力)が「L」から「H」になった状態で、検出パルスが「L」、つまりnotCLR入力が「H」のときには、Q出力の値は一つ前のQ出力の値になる。このときの一つ前のQ出力の値は、notPR入力が「L」のときの値であるから「H」である。   When the braking command signal (notPR input) is changed from “L” to “H” and the detection pulse is “L”, that is, the not CLR input is “H”, the value of the Q output is the value of the previous Q output. Value. The value of the previous Q output at this time is “H” because it is the value when the notPR input is “L”.

Q出力が「H」の場合、SW110はオン、SW112はオフになる。この状態では、モータ20への直流電圧の印加は続き、短絡制動は実行されない。すなわち、制動指令信号が「H」になっても、検出パルスが「L」の間は短絡制動は実行されない。そして、制動指令信号(notPR入力)が「H」の状態で、検出パルスが「L」から「H」、つまりnotCLR入力が「H」から「L」になると、Q出力は「L」になる。   When the Q output is “H”, SW110 is turned on and SW112 is turned off. In this state, application of the DC voltage to the motor 20 continues, and short circuit braking is not executed. That is, even when the braking command signal becomes “H”, short-circuit braking is not executed while the detection pulse is “L”. When the braking command signal (notPR input) is “H” and the detection pulse is “H” from “L”, that is, when the not CLR input is changed from “H” to “L”, the Q output becomes “L”. .

Q出力が「L」になると、SW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20への直流電圧の印加は遮断され、ブラシ22、24間が短絡される。したがって、短絡制動が開始される。   When the Q output becomes “L”, the SW 110 is turned off and the SW 112 is turned on. Therefore, the application of the DC voltage to the motor 20 is cut off, and the brushes 22 and 24 are short-circuited. Therefore, short circuit braking is started.

尚、NOT回路114を介してSW112に加わるQ出力の否定信号を制動開始信号とも言う。
一方、制動指令信号(notPR入力)が「L」から「H」になったときに検出パルスが「H」、つまりnotCLR入力が既に「L」の状態であれば、Q出力は「L」になる。この場合には、制動指令信号(notPR入力)が「L」から「H」になったときにSW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20への直流電圧の印加は遮断され、ブラシ22、24間が短絡される。
The negative signal of the Q output applied to the SW 112 via the NOT circuit 114 is also referred to as a braking start signal.
On the other hand, if the detection pulse is “H” when the braking command signal (notPR input) is changed from “L” to “H”, that is, if the notCLR input is already in the “L” state, the Q output becomes “L”. Become. In this case, when the brake command signal (notPR input) changes from “L” to “H”, SW110 is turned off and SW112 is turned on, so that the application of the DC voltage to the motor 20 is interrupted. The brushes 22 and 24 are short-circuited.

このように、制動指令信号(notPR入力)が「H」のときに検出パルスが「H」であれば、短絡制動が開始される。
図6に示すように、短絡制動が開始されると、モータ電流にサージ電流300が発生するので、HPF後の検出電流の振幅の大きい期間にサージ電流300の成分302が検出される。この成分302は、信号処理部130の比較部142が振幅の大きい交流成分の出力として生成するパルス信号の「H」部分に点線304で示すように吸収される。その結果、短絡制動によりサージ電流が発生しても、サージ電流により新たなパルス信号は発生しない。
Thus, if the detection pulse is “H” when the braking command signal (notPR input) is “H”, short-circuit braking is started.
As shown in FIG. 6, when short-circuit braking is started, a surge current 300 is generated in the motor current. Therefore, the component 302 of the surge current 300 is detected during a period in which the amplitude of the detected current after HPF is large. This component 302 is absorbed as indicated by a dotted line 304 in the “H” portion of the pulse signal generated by the comparison unit 142 of the signal processing unit 130 as an output of an AC component having a large amplitude. As a result, even if a surge current is generated by short-circuit braking, no new pulse signal is generated by the surge current.

このように、モータ20の駆動対象が目標位置に達したことをモータ制御部154が検出し、制動指令信号を「H」にしても、検出パルスが「L」のときにはQ出力の否定信号、つまり制動開始信号は「H」にならず、検出パルスが「H」のときに制動開始信号は「H」になる。   Thus, even if the motor control unit 154 detects that the driving target of the motor 20 has reached the target position and sets the braking command signal to “H”, when the detection pulse is “L”, the Q output negative signal, That is, the braking start signal does not become “H”, and the braking start signal becomes “H” when the detection pulse is “H”.

これにより、サージ電流により発生するパルス成分は、交流成分の振幅の小さい期間に対応する検出パルスの「L」の期間には生成されず、交流成分の振幅の大きい期間に対応する検出パルスの「H」の期間に生成される。したがって、サージ電流により発生するパルス成分を、検出パルスの「H」の期間に吸収させることができる。   Thereby, the pulse component generated by the surge current is not generated in the “L” period of the detection pulse corresponding to the period in which the amplitude of the AC component is small, and “ It is generated during the period of “H”. Therefore, the pulse component generated by the surge current can be absorbed during the “H” period of the detection pulse.

このように、短絡制動を開始してサージ電流が発生しても新たなパルス信号は発生しないので、パルスカウント部152が出力するカウント数に基づいて、モータ制御部154は、モータ20が停止するときの回転角を誤検出することなく、高精度に検出できる。   In this way, no new pulse signal is generated even if a surge current is generated by starting the short-circuit braking, so the motor control unit 154 stops the motor 20 based on the count number output by the pulse count unit 152. The rotation angle can be detected with high accuracy without erroneous detection.

(モータ制御ルーチン)
図8に、モータ制御ルーチンを示す。図8において「S」はステップを表している。
まず、モータ20を駆動せず、モータ20が停止している状態では、S400においてモータ制御部154は、制動指令信号を「H」にする。これにより、FF160のnotPR入力は「H」になる。モータ20には交流電源106から交流電圧が印加されているので、信号処理部130の出力であるnotCLR入力の値は、「H」または「L」のいずれかである。
(Motor control routine)
FIG. 8 shows a motor control routine. In FIG. 8, “S” represents a step.
First, in a state where the motor 20 is not driven and the motor 20 is stopped, the motor control unit 154 sets the braking command signal to “H” in S400. As a result, the notPR input of the FF 160 becomes “H”. Since an AC voltage is applied to the motor 20 from the AC power supply 106, the value of the not CLR input, which is the output of the signal processing unit 130, is either “H” or “L”.

ただし、回転検出装置100への通電開始時には、Q出力は「L」であるから、notPR入力が「H」であれば、notCLR入力の値に関わらず、Q出力は「L」である。この状態では、SW110はオフであり、SW112はオンであるから、モータ20への直流電圧の印加が遮断され、モータ20は回転停止状態を継続する。   However, since the Q output is “L” at the start of energization of the rotation detection device 100, if the notPR input is “H”, the Q output is “L” regardless of the value of the notCLR input. In this state, since SW110 is off and SW112 is on, the application of the DC voltage to the motor 20 is interrupted, and the motor 20 continues to be in a rotation stopped state.

次に、S402においてモータ制御部154は、モータ20を駆動する条件が成立しているか否かを判定する。モータ20の駆動条件の成立は、例えば、空調の風量調整が指令されたか、パワーウィンドウの上げ下げが指令されたかによって判定する。モータ20の駆動条件が成立していない場合(S402:No)、モータ制御部154は本ルーチンを終了する。   Next, in S402, the motor control unit 154 determines whether or not a condition for driving the motor 20 is satisfied. The establishment of the driving condition of the motor 20 is determined based on, for example, whether an air volume adjustment for air conditioning is commanded or a power window raising / lowering is commanded. When the drive condition of the motor 20 is not satisfied (S402: No), the motor control unit 154 ends this routine.

モータ20の駆動条件が成立している場合(S402:Yes)、S404においてモータ制御部154は、制動指令信号を「L」にする。これにより、notPR入力は「L」になり、notCLR入力の値に関わらずQ出力は「H」になる。この状態では、SW110はオンであり、SW112はオフである。   When the driving condition of the motor 20 is satisfied (S402: Yes), the motor control unit 154 sets the braking command signal to “L” in S404. As a result, the notPR input becomes “L”, and the Q output becomes “H” regardless of the value of the notCLR input. In this state, SW110 is on and SW112 is off.

これにより、モータ20に直流電圧が印加されるので、モータ20は回転する(S406)。
モータ20が回転すると、モータ制御部154は、パルスカウント部152から出力されるカウント数に基づいて、モータ20の回転状態として回転角および回転速度を算出する(S408)。
Thereby, since a DC voltage is applied to the motor 20, the motor 20 rotates (S406).
When the motor 20 rotates, the motor control unit 154 calculates a rotation angle and a rotation speed as the rotation state of the motor 20 based on the count number output from the pulse count unit 152 (S408).

次に、モータ制御部154は、モータ20の制動条件が成立しているか否かを判定する(S410)。モータ20の制動条件の成立は、モータ20の駆動対象である空調ダンパまたはパワーウィンドウが目標位置に達したか否かをパルスカウント部152のカウント数で判定する。駆動対象が目標位置に達していない場合にはモータの制動条件が成立していないと判定する(S410:No)。この場合、モータ制御部154は本ルーチンを終了する。   Next, the motor control unit 154 determines whether a braking condition for the motor 20 is satisfied (S410). The establishment of the braking condition of the motor 20 is determined by the count number of the pulse count unit 152 as to whether or not the air conditioning damper or power window that is the driving target of the motor 20 has reached the target position. If the drive target has not reached the target position, it is determined that the motor braking condition is not satisfied (S410: No). In this case, the motor control unit 154 ends this routine.

駆動対象が目標位置に達しモータの制動条件が成立している場合(S410:Yes)、S412においてモータ制御部154は、制動指令信号を「H」にする。これにより、notPR入力は「H」になる。   When the drive target reaches the target position and the motor braking condition is satisfied (S410: Yes), in S412, the motor control unit 154 sets the braking command signal to “H”. As a result, the notPR input becomes “H”.

そして、制動指令信号(notPR入力)が「H」の状態で検出パルスが「H」、つまりnotCLR入力が「L」であれば(S414:Yes)、Q出力は「L」になる(S416)。   When the braking command signal (notPR input) is “H” and the detection pulse is “H”, that is, the notCLR input is “L” (S414: Yes), the Q output becomes “L” (S416). .

Q出力が「L」であれば、SW110はオフになり、SW112はオンになる(S418)。これにより、モータ20への直流電圧の印加は遮断され、ブラシ22、24間が短絡されるので、モータ20に対する短絡制動が開始される。   If the Q output is “L”, SW110 is turned off and SW112 is turned on (S418). Thereby, the application of the DC voltage to the motor 20 is interrupted, and the brushes 22 and 24 are short-circuited, so that short-circuit braking on the motor 20 is started.

すると、一定時間後にモータ20は完全に停止する。これに伴い新たな検出パルスが発生しないので、パルスカウント部152によるカウントは終了する(S420)。
以上説明した第1実施形態では、モータ20が目標回転角まで回転し、モータ制御部154から出力される制動指令信号が「H」になっても、検出パルスが「L」、つまりHPF132の出力において交流成分の振幅が小さい期間では、制動開始信号であるFF160のQ出力は「L」であり短絡制動を開始しない。
Then, the motor 20 stops completely after a certain time. Accordingly, no new detection pulse is generated, so that the counting by the pulse counting unit 152 is ended (S420).
In the first embodiment described above, even if the motor 20 rotates to the target rotation angle and the braking command signal output from the motor control unit 154 becomes “H”, the detection pulse is “L”, that is, the output of the HPF 132. In the period in which the amplitude of the AC component is small, the Q output of the FF 160, which is a braking start signal, is “L” and short circuit braking is not started.

これに対し、モータ制御部154から出力される制動指令信号が「H」であり、かつ検出パルスが「H」、つまりHPF132の出力において交流成分の振幅が大きいときには短絡制動を開始する。   On the other hand, when the braking command signal output from the motor control unit 154 is “H” and the detection pulse is “H”, that is, when the amplitude of the AC component is large in the output of the HPF 132, short-circuit braking is started.

これにより、短絡制動を開始するときにモータ電流にサージ電流が発生しても、交流成分の振幅の大きい期間に吸収されるので、サージ電流が発生しても新たな検出パルスは発生しない。したがって、サージ電流により発生する検出パルスをカウントすることを防止し、モータ20の回転状態を誤検出することを防止できる。   Thus, even if a surge current is generated in the motor current when short-circuit braking is started, it is absorbed in a period in which the amplitude of the AC component is large, so that no new detection pulse is generated even if a surge current is generated. Therefore, it is possible to prevent the detection pulse generated by the surge current from being counted and to prevent erroneous detection of the rotation state of the motor 20.

尚、本発明では、検出パルスではなく、HPF132から出力される交流成分のまま、交流成分の振幅の変化に基づいてモータ20の回転状態を検出してもよい。
尚、本実施形態において、相コイルL1に並列にコンデンサC1を接続し、電機子30の回転に伴いブラシ22、24間でリアクタンスが周期的に変化する構成が、本発明の可変機構に相当し、交流重畳部104が本発明の交流重畳手段に相当し、電流検出部122および信号処理部130を有する回転信号検出部120が本発明の通電検出手段に相当する。また、パルスカウント部152およびモータ制御部154を有する回転状態検出部150が本発明の回転状態検出手段に相当し、SW110およびSW112が本発明の制動手段に相当し、NOT回路116、モータ制御部154およびFF160が本発明のタイミング制御手段に相当し、信号処理部130が本発明のパルス生成手段に相当する。
In the present invention, the rotational state of the motor 20 may be detected based on the change in the amplitude of the AC component, with the AC component output from the HPF 132 instead of the detection pulse.
In the present embodiment, the configuration in which the capacitor C1 is connected in parallel to the phase coil L1 and the reactance periodically changes between the brushes 22 and 24 as the armature 30 rotates corresponds to the variable mechanism of the present invention. The AC superimposing unit 104 corresponds to the AC superimposing unit of the present invention, and the rotation signal detecting unit 120 including the current detecting unit 122 and the signal processing unit 130 corresponds to the energization detecting unit of the present invention. Further, the rotation state detection unit 150 having the pulse count unit 152 and the motor control unit 154 corresponds to the rotation state detection unit of the present invention, SW110 and SW112 correspond to the braking unit of the present invention, the NOT circuit 116, the motor control unit. 154 and FF160 correspond to the timing control means of the present invention, and the signal processing unit 130 corresponds to the pulse generation means of the present invention.

また、図8のS412〜S418の処理は本発明の制動手段およびタイミング制御手段により実行される機能に相当する。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態を図9および図10に示す。図9に示すように、第2実施形態の直流モータ装置4の回転検出装置170は、上記第1実施形態のFF160に代えて、マイコン172を使用し、第1実施形態のNOT回路116を除去したものである。
8 corresponds to the function executed by the braking means and timing control means of the present invention.
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. As shown in FIG. 9, the rotation detection device 170 of the DC motor device 4 of the second embodiment uses a microcomputer 172 instead of the FF 160 of the first embodiment and removes the NOT circuit 116 of the first embodiment. It is a thing.

マイコン172には、モータ制御部154からの制動指令信号(IN1)と、信号処理部130から検出パルス(IN2)とがそれぞれ入力される。
モータ20が定常回転しているときには、モータ制御部154から制動指令信号として「L」がIN1に出力される。この場合には、図10に示すマイコン172の入出力信号の真理値表に示すように、マイコン172のOUT出力は「H」である。この場合、SW110はオンであるから、直流電源102からモータ20に直流電圧が印加され、モータ20は回転する。一方、SW112はオフであるから、ブラシ22、24間は短絡されず、モータ20に制動力は加わらない。
The microcomputer 172 receives a braking command signal (IN1) from the motor control unit 154 and a detection pulse (IN2) from the signal processing unit 130, respectively.
When the motor 20 is rotating normally, “L” is output from the motor control unit 154 to IN1 as a braking command signal. In this case, as shown in the truth table of the input / output signals of the microcomputer 172 shown in FIG. 10, the OUT output of the microcomputer 172 is “H”. In this case, since the SW 110 is on, a DC voltage is applied to the motor 20 from the DC power source 102, and the motor 20 rotates. On the other hand, since the SW 112 is off, the brushes 22 and 24 are not short-circuited, and no braking force is applied to the motor 20.

モータ20が目標回転角まで回転すると、モータ制御部154は、制動指令信号を「H」にする。そして、マイコン172は、制動指令信号(IN1)が「L」から「H」になった状態で、検出パルス(IN2)が「L」のときには、OUT出力を一つ前のOUT出力の値にする。このときの一つ前のOUT出力の値は、制動指令信号(IN1)が「L」のときの値であるから「H」である。   When the motor 20 rotates to the target rotation angle, the motor control unit 154 sets the braking command signal to “H”. When the braking command signal (IN1) is changed from “L” to “H” and the detection pulse (IN2) is “L”, the microcomputer 172 changes the OUT output to the value of the previous OUT output. To do. The value of the previous OUT output at this time is “H” because it is the value when the braking command signal (IN1) is “L”.

OUT出力が「H」の場合、SW110はオン、SW112はオフになる。この状態では、モータ20への直流電圧の印加は続き、短絡制動は実行されない。すなわち、制動指令信号が「H」になっても、検出パルスが「L」の間は短絡制動は実行されない。そして、制動指令信号(IN1)が「H」の状態で、検出パルス(IN2)が「L」から「H」になると、OUT出力は「L」になる。   When the OUT output is “H”, SW110 is on and SW112 is off. In this state, application of the DC voltage to the motor 20 continues, and short circuit braking is not executed. That is, even when the braking command signal becomes “H”, short-circuit braking is not executed while the detection pulse is “L”. When the braking command signal (IN1) is “H” and the detection pulse (IN2) is changed from “L” to “H”, the OUT output becomes “L”.

OUT出力が「L」になると、SW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20への直流電圧の印加は遮断され、ブラシ22、24間が短絡される。したがって、短絡制動が開始される。   When the OUT output becomes “L”, SW 110 is turned off and SW 112 is turned on, so that the application of the DC voltage to the motor 20 is cut off and the brushes 22 and 24 are short-circuited. Therefore, short circuit braking is started.

一方、制動指令信号(IN1)が「L」から「H」になったときに既に検出パルス(IN2)が「H」であれば、OUT出力は「L」になる。この場合には、制動指令信号が「L」から「H」になったときにSW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20への直流電圧の印加は遮断され、ブラシ22、24間が短絡される。   On the other hand, if the detection pulse (IN2) is already “H” when the braking command signal (IN1) changes from “L” to “H”, the OUT output becomes “L”. In this case, when the braking command signal changes from “L” to “H”, SW 110 is turned off and SW 112 is turned on, so that the application of the DC voltage to the motor 20 is cut off and the brushes 22, 24 are turned off. They are short-circuited.

第2実施形態では、マイコン172は、モータ20が目標回転角まで回転したことをモータ制御部154が検出して出力する制動指令信号をIN1の入力信号とし、信号処理部130から出力される検出パルスをIN2の入力信号とした。   In the second embodiment, the microcomputer 172 detects that the motor control unit 154 detects that the motor 20 has rotated to the target rotation angle and outputs the braking command signal that is output from the signal processing unit 130. The pulse was used as the input signal for IN2.

これに対し、マイコン172は、信号処理部130から検出パルス、ならびにモータ制御部154から制動指令信号を入力せず、信号処理部130のHPF132で抽出され増幅部134で増幅された交流成分の信号を直接入力してもよい。   On the other hand, the microcomputer 172 does not receive the detection pulse from the signal processing unit 130 and the braking command signal from the motor control unit 154, and the AC component signal extracted by the HPF 132 of the signal processing unit 130 and amplified by the amplification unit 134. May be entered directly.

マイコン172の処理速度が高速であれば、マイコン172は、HPF後の交流成分の振幅の変化からモータ20の回転状態を検出し、モータ20が目標回転角まで回転したことを検出できる。そして、モータ20が目標回転角まで回転し、交流成分の振幅が大きい期間で、制動開始信号(OUT)を出力できる。   If the processing speed of the microcomputer 172 is high, the microcomputer 172 can detect the rotation state of the motor 20 from the change in the amplitude of the AC component after HPF, and can detect that the motor 20 has rotated to the target rotation angle. The braking start signal (OUT) can be output during a period in which the motor 20 rotates to the target rotation angle and the amplitude of the AC component is large.

尚、第2実施形態では、モータ制御部154およびマイコン172が本発明のタイミング制御手段に相当する。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態を図11および図12に示す。第3実施形態の直流モータ装置6の回転検出装置180は、検出パルスの立ち上がりに同期して制動開始信号を出力することが、第1、第2実施形態の回転検出装置と異なっている。
In the second embodiment, the motor control unit 154 and the microcomputer 172 correspond to the timing control means of the present invention.
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention is shown in FIGS. The rotation detection device 180 of the DC motor device 6 of the third embodiment is different from the rotation detection devices of the first and second embodiments in that a braking start signal is output in synchronization with the rising edge of the detection pulse.

図11に示すように、FF160のD入力は「L」に固定され、notCLR入力は「H」に固定されている。そして、検出パルスがCK端子に入力されている。
これにより、図12に示すように、モータ制御部154から出力される制動指令信号(notPR入力)が「L」の場合、検出パルス(CK入力)の値に関わらず、Q出力は「H」である。この場合、SW110はオンであり、SW112はオフであるから、モータ20に対して短絡制動は開始されない。
As shown in FIG. 11, the D input of the FF 160 is fixed to “L”, and the notCLR input is fixed to “H”. A detection pulse is input to the CK terminal.
Thereby, as shown in FIG. 12, when the braking command signal (notPR input) output from the motor control unit 154 is “L”, the Q output is “H” regardless of the value of the detection pulse (CK input). It is. In this case, since SW 110 is on and SW 112 is off, short circuit braking is not started for motor 20.

制動指令信号(notPR入力)が「H」の場合、Q出力は検出パルス(CK入力)の立ち上がりで「L」になる。Q出力が「L」になると、SW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20に対する短絡制動が開始される。つまり、モータ制御部154から出力される制動指令信号が「H」の場合、検出パルスの立ち上がりに同期して短絡制動が開始される。   When the braking command signal (notPR input) is “H”, the Q output becomes “L” at the rising edge of the detection pulse (CK input). When the Q output becomes “L”, the SW 110 is turned off and the SW 112 is turned on, so that the short-circuit braking for the motor 20 is started. That is, when the braking command signal output from the motor control unit 154 is “H”, short-circuit braking is started in synchronization with the rising edge of the detection pulse.

検出パルス(CK入力)の立ち下がりでは、一つ前のQ出力が保持される。したがって、制動指令信号が「H」であっても、一つ前のQ出力が「H」であればQ出力は「H」のままであるから、モータ20に対して短絡制動は開始されない。一つ前のQ出力が「L」であればQ出力は「L」のままであるから、モータ20に対して実行されていた短絡制動は継続される。   At the fall of the detection pulse (CK input), the previous Q output is held. Therefore, even if the braking command signal is “H”, if the previous Q output is “H”, the Q output remains “H”, so that short-circuit braking is not started for the motor 20. If the previous Q output is “L”, the Q output remains “L”, so that the short-circuit braking that has been executed for the motor 20 is continued.

第3実施形態では、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち上がりに同期してモータ20に対する短絡制動が開始されるので、検出パルスが「H」になる期間の初期に、短絡制動によるサージ電流が発生する。したがって、短絡制動の開始タイミングが遅れ、パルス信号が「H」から「L」になってからサージ電流が発生することを防止できる。   In the third embodiment, when the braking command signal is “H”, short circuit braking to the motor 20 is started in synchronization with the rising edge of the detection pulse, so that a short circuit occurs at the beginning of the period when the detection pulse becomes “H”. A surge current is generated by braking. Therefore, it is possible to prevent a surge current from occurring after the start timing of the short-circuit braking is delayed and the pulse signal changes from “H” to “L”.

これにより、検出パルスが「H」になる期間内でサージ電流を発生させることができるので、短絡制動によるサージ電流が検出パルスとして新たに生成されることはない。したがって、信号処理部130が生成する検出パルスに対して何らかの処理をすることなく、検出パルスに基づいて直流モータ20が停止するときの回転角を高精度に検出できる。   As a result, a surge current can be generated within a period in which the detection pulse becomes “H”, so that a surge current due to short-circuit braking is not newly generated as a detection pulse. Therefore, the rotation angle when the DC motor 20 stops based on the detection pulse can be detected with high accuracy without performing any processing on the detection pulse generated by the signal processing unit 130.

第3実施形態では、モータ制御部154およびFF160が、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち上がりに同期してモータ20に対する短絡制動を開始させる本発明のタイミング調整手段に相当する。   In the third embodiment, the motor control unit 154 and the FF 160 correspond to the timing adjustment unit of the present invention that starts short-circuit braking for the motor 20 in synchronization with the rising edge of the detection pulse when the braking command signal is “H”. .

尚、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち上がりに同期してモータ20に対する短絡制動を開始させる機能を、モータ制御部154およびFF160に代えてマイコンで実行してもよい。   Note that when the braking command signal is “H”, a function of starting short-circuit braking for the motor 20 in synchronization with the rising edge of the detection pulse may be executed by a microcomputer instead of the motor control unit 154 and the FF 160.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態を図13および図14に示す。第4実施形態の直流モータ装置8の回転検出装置190は、検出パルスの立ち下がりに同期して制動開始信号を出力することが、第3実施形態の回転検出装置180と異なっている。これ以外の構成は、実質的に第3実施形態と同一である。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS. The rotation detection device 190 of the DC motor device 8 of the fourth embodiment is different from the rotation detection device 180 of the third embodiment in that it outputs a braking start signal in synchronization with the fall of the detection pulse. The other configuration is substantially the same as that of the third embodiment.

図13に示すように、FF160のCK端子には、信号処理部130から出力される検出パルスがNOT回路192を介して入力されている。
これにより、制動指令信号(notPR入力)が「H」の場合、Q出力は、CK入力の立ち上がり、つまり検出パルスの立ち下がりで「L」になる。Q出力が「L」になると、SW110はオフになり、SW112はオンになるので、モータ20に対する短絡制動が開始される。つまり、モータ制御部154から出力される制動指令信号が「H」の場合、検出パルスの立ち下がりに同期して短絡制動が開始される。
As shown in FIG. 13, the detection pulse output from the signal processing unit 130 is input to the CK terminal of the FF 160 via the NOT circuit 192.
Thereby, when the braking command signal (notPR input) is “H”, the Q output becomes “L” at the rising edge of the CK input, that is, the falling edge of the detection pulse. When the Q output becomes “L”, the SW 110 is turned off and the SW 112 is turned on, so that the short-circuit braking for the motor 20 is started. That is, when the braking command signal output from the motor control unit 154 is “H”, short-circuit braking is started in synchronization with the falling edge of the detection pulse.

CK入力の立ち下がり、つまり検出パルスの立ち上がりでは、一つ前のQ出力が保持される。したがって、制動指令信号が「H」であっても、一つ前のQ出力が「H」であればQ出力は「H」のままであるから、モータ20に対して短絡制動は開始されない。一つ前のQ出力が「L」であればQ出力は「L」のままであるから、モータ20に対して実行されていた短絡制動は継続される。   At the fall of the CK input, that is, the rise of the detection pulse, the previous Q output is held. Therefore, even if the braking command signal is “H”, if the previous Q output is “H”, the Q output remains “H”, so that short-circuit braking is not started for the motor 20. If the previous Q output is “L”, the Q output remains “L”, so that the short-circuit braking that has been executed for the motor 20 is continued.

第4実施形態では、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち下がりに同期してモータ20に対する短絡制動が開始されるので、検出パルスが立ち下がり、「L」になる期間の初期に、図14の(B)に示すように、短絡制動によるサージ電流310がモータ電流に発生する。すると、HPF後の検出電流の振幅の小さい期間にサージ電流310の成分312が検出される。   In the fourth embodiment, when the braking command signal is “H”, the short-circuit braking for the motor 20 is started in synchronization with the falling edge of the detection pulse. Therefore, the period when the detection pulse falls and becomes “L”. Initially, as shown in FIG. 14B, a surge current 310 due to short-circuit braking is generated in the motor current. Then, the component 312 of the surge current 310 is detected in a period in which the amplitude of the detection current after HPF is small.

これにより、検出パルスが「L」になる期間でサージ電流が発生するので、短絡制動によるサージ電流310が点線に示す検出パルス314として新たに生成される。この検出パルス314はモータ20の回転角を検出する際の誤信号であるから、モータ制御部154は、パルスカウント部152がカウントするパルスカウント数を−1することにより、モータ20が停止するときの回転角を正しく検出できる。   As a result, a surge current is generated during the period in which the detection pulse is “L”, so that a surge current 310 due to short circuit braking is newly generated as a detection pulse 314 indicated by a dotted line. Since this detection pulse 314 is an error signal when the rotation angle of the motor 20 is detected, the motor control unit 154 sets the pulse count number counted by the pulse count unit 152 to −1 to stop the motor 20. Can be detected correctly.

第4実施形態では、モータ制御部154、FF160およびNOT回路192が、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち下がりに同期してモータ20に対する短絡制動を開始させる本発明のタイミング調整手段に相当する。   In the fourth embodiment, the motor control unit 154, the FF 160, and the NOT circuit 192 start the short-circuit braking for the motor 20 in synchronization with the falling edge of the detection pulse when the braking command signal is “H”. It corresponds to the adjusting means.

尚、制動指令信号が「H」のときに、検出パルスの立ち下がりに同期してモータ20に対する短絡制動を開始させる機能を、モータ制御部154、FF160およびNOT回路192に代えてマイコンで実行してもよい。   In addition, when the braking command signal is “H”, the function of starting short-circuit braking for the motor 20 in synchronization with the falling edge of the detection pulse is executed by the microcomputer instead of the motor control unit 154, the FF 160, and the NOT circuit 192. May be.

[第5実施形態]
本発明の第5実施形態を図15に示す。図15の直流モータ装置10では、第1実施形態〜第4実施形態と比較して、短絡制動用のSW112を除去し、SW110と並列にダイオード202を接続している点が異なっている。尚、図15では、SW110のオン、オフの切り替えを、第1実施形態〜第4実施形態と同様に回転状態検出部150とFFとの組み合わせで制御してもよいし、SW112を除去したためにSW110だけの切り替えであるから、回転状態検出部150だけで制御してもよい。
[Fifth Embodiment]
FIG. 15 shows a fifth embodiment of the present invention. 15 is different from the first to fourth embodiments in that the short-circuit braking SW 112 is removed and the diode 202 is connected in parallel with the SW 110. In FIG. 15, switching on / off of the SW 110 may be controlled by a combination of the rotation state detection unit 150 and the FF as in the first to fourth embodiments, or the SW 112 is removed. Since only the SW 110 is switched, it may be controlled only by the rotation state detection unit 150.

ダイオード202は、直流電源202からモータ20への電流流れは許可するが、モータ20から直流電源102への電流流れは禁止する向きに接続されている。そして、モータ20を定常回転させるときにはSW110をオンにし、モータ20を制動させるときにはSW110をオフにする。   The diode 202 is connected in a direction that allows a current flow from the DC power source 202 to the motor 20 but prohibits a current flow from the motor 20 to the DC power source 102. Then, SW 110 is turned on when the motor 20 is normally rotated, and SW 110 is turned off when the motor 20 is braked.

SW110をオフにしても、ダイオード202を介しモータ20と直流電源102との間の通電経路は保持される。したがって、モータ20が回転中にSW110をオフにし、直流電源102からモータ20への電力供給が遮断されると、回転中のモータ20は発電機として作動し、ダイオード202を通して直流電源102側に電流を流す。これにより、モータ20に回生制動力が働くので、モータ20は停止する。   Even when the SW 110 is turned off, the energization path between the motor 20 and the DC power source 102 is maintained via the diode 202. Therefore, when the SW 110 is turned off while the motor 20 is rotating and the power supply from the DC power supply 102 to the motor 20 is interrupted, the rotating motor 20 operates as a generator, and the current flows to the DC power supply 102 side through the diode 202. Shed. Thereby, since the regenerative braking force acts on the motor 20, the motor 20 stops.

第5実施形態では、SW110およびダイオード202が本発明の制動手段に相当する。
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態を図16〜図20に示す。図16および図17に示すように、第6実施形態の直流モータ装置12の回転検出装置210は、上記第1実施形態から第5実施形態と比較して、主として、直流電源102、交流重畳部104からモータ20への電源供給がモータドライバ212を介して行われることが異なっている。尚、第1実施形態の回転検出装置100と同じ構成要素には第1実施形態と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。
In the fifth embodiment, the SW 110 and the diode 202 correspond to the braking means of the present invention.
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS. As shown in FIGS. 16 and 17, the rotation detection device 210 of the DC motor device 12 of the sixth embodiment is mainly composed of a DC power source 102, an AC superposition unit, as compared with the first to fifth embodiments. The difference is that power is supplied from the motor 104 to the motor 20 via the motor driver 212. In addition, the same code | symbol as 1st Embodiment is attached | subjected to the same component as the rotation detection apparatus 100 of 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図16に示すように、モータドライバ212は、4つのスイッチからなる周知のHブリッジ回路(いわゆるフルブリッジ)にて構成されたものである。
モータドライバ212は、例えばMOSFETからなるSW1、SW2、SW3、SW4を備えている。ハイサイド側のSW1とローサイド側のSW3との接続点(即ちHブリッジ回路の一方の中点)はモータ20における一方のブラシ22に接続されている。同様に、ハイサイド側における他方のSW2とローサイド側のSW4との接続点(ブリッジ回路の他方の中点)はモータ20における他方のブラシ24に接続されている。
As shown in FIG. 16, the motor driver 212 is configured by a known H-bridge circuit (so-called full bridge) including four switches.
The motor driver 212 includes SW1, SW2, SW3, and SW4 made of, for example, MOSFETs. A connection point between SW1 on the high side and SW3 on the low side (that is, one midpoint of the H bridge circuit) is connected to one brush 22 in the motor 20. Similarly, the connection point between the other SW 2 on the high side and the SW 4 on the low side (the other midpoint of the bridge circuit) is connected to the other brush 24 in the motor 20.

ドライバ制御部214は、後述するドライバ信号1、2に基づいて、図18に示す真理値表に示すように、SW1、2、3、4のオン、オフを制御する。
(停止制御)
モータ20が停止しモータ20の回転角を検出しない場合、図17に示す回転状態検出部220のモータ制御部222は、制動指令信号1、2を「L」にする。
The driver control unit 214 controls on / off of the SWs 1, 2, 3, and 4 as shown in the truth table shown in FIG.
(Stop control)
When the motor 20 stops and the rotation angle of the motor 20 is not detected, the motor control unit 222 of the rotation state detection unit 220 illustrated in FIG. 17 sets the braking command signals 1 and 2 to “L”.

制動指令信号1、2が「L」の場合、FF160、162のnotPR入力、D入力およびnotCLR入力が「L」であるから、図19の真理値表からFF160、162のQ出力は「H」になる。しかし、制動指令信号1、2が「L」であるから、AND回路230、232の出力であるドライバ信号1、2は「L」である。   When the braking command signals 1 and 2 are “L”, the not PR input, D input, and not CLR input of the FFs 160 and 162 are “L”, so that the Q output of the FFs 160 and 162 is “H” from the truth table of FIG. become. However, since the braking command signals 1 and 2 are “L”, the driver signals 1 and 2 that are the outputs of the AND circuits 230 and 232 are “L”.

図18に示すように、ドライバ信号1、2が「L」の場合、ドライバ制御部214は、モータドライバ212のSW1〜4をオフにする。したがって、制動指令信号1、2が「L」の場合、モータ20には直流電源102から直流電圧が印加されないので、モータ20は停止状態を継続する。また、交流電圧も印加されないので、モータ20の回転角も検出されない。   As illustrated in FIG. 18, when the driver signals 1 and 2 are “L”, the driver control unit 214 turns off SW <b> 1 to SW <b> 4 of the motor driver 212. Therefore, when the braking command signals 1 and 2 are “L”, the DC voltage is not applied from the DC power source 102 to the motor 20, so the motor 20 continues to be stopped. Further, since no AC voltage is applied, the rotation angle of the motor 20 is not detected.

(正転制御)
正転制御の場合、モータ制御部222は、制動指令信号1を「H」にし、制動指令信号2を「L」にする。
(Forward rotation control)
In the normal rotation control, the motor control unit 222 sets the braking command signal 1 to “H” and sets the braking command signal 2 to “L”.

制動指令信号1が「H」、制動指令信号2が「L」の場合、FF160のnotPR入力およびD入力が「L」、notCLR入力が「H」であるから、図19の真理値表からFF160のQ出力は「H」である。そして、制動指令信号1が「H」であるから、AND回路230の出力であるドライバ信号1は「H」である。   When the braking command signal 1 is “H” and the braking command signal 2 is “L”, the notPR input and D input of the FF 160 are “L” and the not CLR input is “H”. The Q output is “H”. Since the braking command signal 1 is “H”, the driver signal 1 that is the output of the AND circuit 230 is “H”.

一方、制動指令信号1が「H」、制動指令信号2が「L」の場合、FF162のnotPR入力およびD入力が「H」、notCLR入力が「L」、であるから、図19の真理値表から、FF162のQ出力は「L」である。そして、制動指令信号2が「L」であるから、AND回路232の出力であるドライバ信号2は「L」である。   On the other hand, when the braking command signal 1 is “H” and the braking command signal 2 is “L”, the notPR input and D input of the FF 162 are “H”, and the notCLR input is “L”. From the table, the Q output of the FF 162 is “L”. Since the braking command signal 2 is “L”, the driver signal 2 that is the output of the AND circuit 232 is “L”.

図18に示すように、ドライバ信号1が「H」、ドライバ信号2が「L」になることにより、ドライバ制御部214は、モータドライバ212のSW1、4をオンにし、SW2、3をオフにする。したがって、制動指令信号1が「H」、制動指令信号2が「L」の場合、モータ20は正転する。   As shown in FIG. 18, when the driver signal 1 becomes “H” and the driver signal 2 becomes “L”, the driver control unit 214 turns on SW1 and SW4 of the motor driver 212, and turns off SW2 and SW3. To do. Therefore, when the braking command signal 1 is “H” and the braking command signal 2 is “L”, the motor 20 rotates forward.

(逆転制御)
逆転制御の場合、モータ制御部222は、制動指令信号1を「L」にし、制動指令信号2を「H」にする。
(Reverse rotation control)
In the case of reverse rotation control, the motor control unit 222 sets the braking command signal 1 to “L” and sets the braking command signal 2 to “H”.

制動指令信号1が「L」、制動指令信号2が「H」の場合、FF160のnotPR入力およびD入力が「H」、notCLR入力が「L」であるから、図19の真理値表からFF160のQ出力は「L」である。そして、制動指令信号1が「L」であるから、AND回路230の出力であるドライバ信号1は「L」である。   When the braking command signal 1 is “L” and the braking command signal 2 is “H”, the notPR input and D input of the FF 160 are “H” and the not CLR input is “L”. The Q output is “L”. Since the braking command signal 1 is “L”, the driver signal 1 that is the output of the AND circuit 230 is “L”.

一方、制動指令信号1が「L」、制動指令信号2が「H」の場合、FF162のnotPR入力およびD入力が「L」、notCLR入力が「H」、であるから、図19の真理値表から、FF162のQ出力は「H」である。そして、制動指令信号2が「H」であるから、AND回路232の出力であるドライバ信号2は「H」である。   On the other hand, when the braking command signal 1 is “L” and the braking command signal 2 is “H”, the not PR input and D input of the FF 162 are “L” and the not CLR input is “H”. From the table, the Q output of the FF 162 is “H”. Since the braking command signal 2 is “H”, the driver signal 2 that is the output of the AND circuit 232 is “H”.

図18に示すように、ドライバ信号1が「L」、ドライバ信号2が「H」になることにより、ドライバ制御部214は、モータドライバ212のSW1、4をオフにし、SW2、3をオンにする。したがって、制動指令信号1が「L」、制動指令信号2が「H」の場合、モータ20は逆転する。   As shown in FIG. 18, when the driver signal 1 becomes “L” and the driver signal 2 becomes “H”, the driver control unit 214 turns off SW1 and SW4 of the motor driver 212, and turns on SW2 and SW3. To do. Therefore, when the braking command signal 1 is “L” and the braking command signal 2 is “H”, the motor 20 rotates in the reverse direction.

(短絡制動制御)
モータ20が目標回転角に達すると、モータ制御部222は、制動指令信号1、2を「H」にする。
(Short-circuit braking control)
When the motor 20 reaches the target rotation angle, the motor control unit 222 sets the braking command signals 1 and 2 to “H”.

制動指令信号1、2が「H」の場合、FF160、162のnotPR入力、D入力およびnotCLR入力が「H」であるから、図19の真理値表からFF160、162のQ出力は、CK入力の立ち上がりで「H」になり、立ち下がりで一つ前のQ出力の値になる。   When the braking command signals 1 and 2 are “H”, the notPR input, D input, and notCLR input of the FFs 160 and 162 are “H”, so that the Q output of the FFs 160 and 162 is CK input from the truth table of FIG. It becomes “H” at the rising edge and becomes the previous Q output value at the falling edge.

正転制御時および逆転制御時では、FF160、162の一方のQ出力は「H」で他方は「L」であるから、制動指令信号1、2、FF160、162のnotPR入力、D入力およびnotCLR入力が「H」のときに、両方のQ出力が「H」、つまりドライバ信号1、2が「H」になるのは、CK入力の立ち上がりである。   During forward rotation control and reverse rotation control, the Q output of one of the FFs 160 and 162 is “H” and the other is “L”, so the not PR input, D input, and not CLR of the braking command signals 1 and 2 and FF 160 and 162 When the input is “H”, both Q outputs are “H”, that is, the driver signals 1 and 2 become “H” at the rising edge of the CK input.

制動指令信号1、2、FF160、162のnotPR入力、D入力およびnotCLR入力が「H」であり、両方のQ出力が「H」であれば、Q出力、ドライバ信号1、2の状態は「H」のまま継続する。   If the not PR input, D input and not CLR input of the braking command signals 1 and 2 and FFs 160 and 162 are “H” and both Q outputs are “H”, the state of the Q output and the driver signals 1 and 2 is “ Continue with “H”.

図18に示すように、ドライバ信号1、2が「H」になることにより、ドライバ制御部214は、SW1、2をオフにし、SW3、4をオンにする。これにより、回転中のモータ20のブラシ22、24間が短絡するので、短絡時に発生するモータ20の逆起電力によるエネルギーが、ローサイド側のSW3、4、およびモータ20によって消費される。その結果、モータ20が制動され、やがて停止する。   As shown in FIG. 18, when the driver signals 1 and 2 become “H”, the driver control unit 214 turns off SW1 and SW2 and turns on SW3 and SW4. Thereby, since the brushes 22 and 24 of the rotating motor 20 are short-circuited, energy due to the back electromotive force of the motor 20 generated at the time of the short-circuit is consumed by the low-side SWs 3 and 4 and the motor 20. As a result, the motor 20 is braked and eventually stops.

(モータ制御ルーチン)
次に、図20に基づいて第6実施形態のモータ制御ルーチンを説明する。図20において「S」はステップを表している。
(Motor control routine)
Next, a motor control routine of the sixth embodiment will be described based on FIG. In FIG. 20, “S” represents a step.

まず、モータ20を駆動せず、モータ20が停止している状態では、S430においてモータ制御部222は、制動指令信号1、2を「L」にする。これにより、ドライバ信号1、2は「L」になるので、SW1〜SW4はオフになる。この場合には、モータ20に直流電圧および交流電圧は印加されず、モータ20は回転停止状態を継続する。   First, in a state where the motor 20 is not driven and the motor 20 is stopped, the motor control unit 222 sets the braking command signals 1 and 2 to “L” in S430. As a result, since the driver signals 1 and 2 become “L”, SW1 to SW4 are turned off. In this case, the DC voltage and the AC voltage are not applied to the motor 20, and the motor 20 continues the rotation stop state.

次に、S432においてモータ制御部222は、モータ20を駆動する条件が成立しているか否かを判定する。モータ20の駆動条件の成立は、例えば、空調の風量調整が指令されたか、パワーウィンドウの上げ下げが指令されたかによって判定する。モータ20の駆動条件が成立していない場合(S432:No)、モータ制御部222は本ルーチンを終了する。   Next, in S432, the motor control unit 222 determines whether a condition for driving the motor 20 is satisfied. The establishment of the driving condition of the motor 20 is determined based on, for example, whether an air volume adjustment for air conditioning is commanded or a power window raising / lowering is commanded. When the drive condition of the motor 20 is not satisfied (S432: No), the motor control unit 222 ends this routine.

モータ20の駆動条件が成立している場合(S432:Yes)、S434においてモータ制御部222は、例えば正転制御の場合には、制動指令信号1を「H」にし、制動指令信号2を「L」にする。これにより、FF160のQ出力は「H」になり、FF160のQ出力は「L」になる。そして、ドライバ信号1は「H」になり、ドライバ信号2は「L」になる。その結果、SW1、4がオンになり、SW2、3がオフになるので、モータ20は正転方向に回転する(S436)。   When the driving condition of the motor 20 is satisfied (S432: Yes), in S434, the motor control unit 222 sets the braking command signal 1 to “H” and sets the braking command signal 2 to “ L ”. As a result, the Q output of the FF 160 becomes “H”, and the Q output of the FF 160 becomes “L”. The driver signal 1 becomes “H” and the driver signal 2 becomes “L”. As a result, SW1 and 4 are turned on and SW2 and 3 are turned off, so that the motor 20 rotates in the forward rotation direction (S436).

モータ20が回転すると、モータ制御部222は、パルスカウント部152から出力されるカウント数に基づいて、モータ20の回転状態として回転角および回転速度を算出する(S438)。   When the motor 20 rotates, the motor control unit 222 calculates a rotation angle and a rotation speed as the rotation state of the motor 20 based on the count number output from the pulse count unit 152 (S438).

次に、モータ制御部222は、モータ20の駆動対象である空調ダンパまたはパワーウィンドウが目標位置に達したか否かにより、モータ20の制動条件が成立しているか否かを判定する(S440)。モータ制御部222は、モータ20の回転角が目標回転角に達しているか否かにより、駆動対象が目標位置に達したか否かを判定する。   Next, the motor control unit 222 determines whether or not the braking condition for the motor 20 is satisfied based on whether or not the air conditioning damper or power window that is the driving target of the motor 20 has reached the target position (S440). . The motor control unit 222 determines whether or not the drive target has reached the target position based on whether or not the rotation angle of the motor 20 has reached the target rotation angle.

駆動対象が目標位置に達していない場合にはモータの制動条件が成立していないと判定する(S440:No)。この場合、モータ制御部222は本ルーチンを終了する。
駆動対象が目標位置に達しモータの制動条件が成立している場合(S440:Yes)、S442においてモータ制御部222は、制動指令信号1、2を「H」にする。これにより、CKが立ち上がるまで、FF160のQ出力は前の状態である「H」のまま、FF160のQ出力は前の状態である「L」のままである。したがって、ドライバ信号1は「H」であり、ドライバ信号2は「L」である。
If the drive target has not reached the target position, it is determined that the motor braking condition is not satisfied (S440: No). In this case, the motor control unit 222 ends this routine.
When the driving target reaches the target position and the motor braking condition is satisfied (S440: Yes), the motor control unit 222 sets the braking command signals 1 and 2 to “H” in S442. As a result, the Q output of the FF 160 remains “H”, which is the previous state, and the Q output of the FF 160 remains “L”, which is the previous state, until CK rises. Therefore, the driver signal 1 is “H” and the driver signal 2 is “L”.

CKが立ち上がると(S444:Yes)、FF160、162の両方のQ出力が「H」になるので、ドライバ信号1、2の両方が「H」になる(S446)。
その結果、SW1、2がオフになり、SW3、4がオンになるので、モータ20に対する短絡制動が開催される(S448)。
When CK rises (S444: Yes), both Q outputs of the FFs 160 and 162 become “H”, so that both the driver signals 1 and 2 become “H” (S446).
As a result, SW1 and SW2 are turned off and SW3 and 4 are turned on, so that short-circuit braking for the motor 20 is held (S448).

すると、一定時間後にモータ20は完全に停止する。これに伴い新たな検出パルスが発生しないので、パルスカウント部152によるカウントは終了する(S450)。モータが完全に停止すると、モータ制御部222は、制動指令信号1、2を「L」にする(S452)。これにより、ドライバ信号1、2が「L」になるので、SW1〜SW4はオフになる。その結果、モータ20は回転停止状態を継続する。   Then, the motor 20 stops completely after a certain time. Accordingly, no new detection pulse is generated, so that the counting by the pulse count unit 152 ends (S450). When the motor is completely stopped, the motor control unit 222 sets the braking command signals 1 and 2 to “L” (S452). As a result, since the driver signals 1 and 2 become “L”, SW1 to SW4 are turned off. As a result, the motor 20 continues the rotation stop state.

尚、モータ20を逆転する場合には、S434で制動指令信号1を「L」にし、制動指令信号2を「H」にする。これにより、S436においてSW1、4がオフになり、SW2、3がオンになる。   When the motor 20 is reversely rotated, the braking command signal 1 is set to “L” and the braking command signal 2 is set to “H” in S434. Thereby, in S436, SW1 and 4 are turned off, and SW2 and 3 are turned on.

このように、第6実施形態では、Hブリッジ回路で構成されたモータドライバ212により、モータ20を正転又は逆転できる。
第6実施形態では、モータドライバ212が本発明の制動手段に相当し、パルスカウント部152およびモータ制御部222を有する回転状態検出部220が本発明の回転状態検出手段に相当し、モータ制御部222およびFF160、162、AND回路230、232が、制動指令信号1、2が「H」のときに、検出パルスの立ち上がりに同期してモータ20に対する短絡制動を開始させる本発明のタイミング調整手段に相当する。
As described above, in the sixth embodiment, the motor 20 can be rotated forward or backward by the motor driver 212 configured by an H-bridge circuit.
In the sixth embodiment, the motor driver 212 corresponds to the braking means of the present invention, the rotation state detection unit 220 having the pulse count unit 152 and the motor control unit 222 corresponds to the rotation state detection means of the present invention, and the motor control unit 222 and FFs 160 and 162, and AND circuits 230 and 232 serve as timing adjustment means of the present invention that starts short-circuit braking for the motor 20 in synchronization with the rising edge of the detection pulse when the braking command signals 1 and 2 are “H”. Equivalent to.

また、図20のS442〜S448の処理は本発明の制動手段およびタイミング制御手段により実行される機能に相当する。
尚、第6実施形態では、モータ20を制動させるときに、図16に示すモータドライバ212のSW1、2をオフにし、SW3、4をオンにすることにより、モータ20を短絡制動させた。
20 corresponds to the function executed by the braking means and the timing control means of the present invention.
In the sixth embodiment, when the motor 20 is braked, the motor 20 is short-circuit braked by turning off SW1 and SW2 and turning on SW3 and 4 of the motor driver 212 shown in FIG.

これに対し、SW1、2、3、4のオン、オフを所定のデューティ比にて切り替えることによりモータ20を制動させるPWM制動を行ってもよい。
具体的には、SW1およびSW4をオンさせてSW2およびSW3をオフさせることによりモータ20の一方のブラシ22が高電位となる期間(つまりモータ20が正転しようとする期間)と、SW2およびSW3をオンさせてSW1およびSW4をオフさせることにより他方のブラシ24が高電位となる期間(つまりモータ20が逆転しようとする期間)とを、デューティ比に基づいて交互に切り替える。
On the other hand, you may perform the PWM braking which brakes the motor 20 by switching ON, OFF of SW1, 2, 3, 4 by a predetermined | prescribed duty ratio.
Specifically, by turning on SW1 and SW4 and turning off SW2 and SW3, a period in which one brush 22 of motor 20 is at a high potential (that is, a period in which motor 20 is about to rotate forward), SW2 and SW3 By turning on and turning off SW1 and SW4, the period in which the other brush 24 is at a high potential (that is, the period in which the motor 20 is going to reverse) is alternately switched based on the duty ratio.

例えば、モータ20に印加される直流電圧の平均値が0となるように、デューティ比を50[%]とする。このように、デューティ比50%でモータ20に印加される直流電源の極性を切り替える(回転方向を切り替える)ことにより、モータ20には特定方向への回転トルクが与えられず、回転中のモータ20に制動がかかって停止することになる。   For example, the duty ratio is set to 50 [%] so that the average value of the DC voltage applied to the motor 20 becomes zero. In this way, by switching the polarity of the DC power source applied to the motor 20 with a duty ratio of 50% (switching the rotation direction), the motor 20 is not given a rotational torque in a specific direction, and the rotating motor 20 is rotating. Will be stopped by braking.

尚、デューティ比Swを50[%]としたのはあくまでも一例であり、デューティ比は、モータ20の回転を停止し得る程度の範囲の値を適宜設定することができる。
また、モータ20に印加される直流電源102からの直流電圧の印加極性を上記デューティ比にて切り替える際における、その切り替えのPWM周波数は、適宜設定することができる。ただし、交流重畳部104から印加される交流電圧の周波数(即ち交流電源106から出力される交流電圧の周波数)とは異なる周波数とする必要がある。より具体的には、交流電圧の周波数の方がPWM周波数よりも高い値となるようにするとよい。
Note that the duty ratio Sw is set to 50 [%] only as an example, and the duty ratio can be appropriately set to a value within a range where the rotation of the motor 20 can be stopped.
In addition, when switching the polarity of the DC voltage applied from the DC power supply 102 applied to the motor 20 at the duty ratio, the switching PWM frequency can be set as appropriate. However, it is necessary to set the frequency different from the frequency of the AC voltage applied from the AC superimposing unit 104 (that is, the frequency of the AC voltage output from the AC power source 106). More specifically, the frequency of the AC voltage should be higher than the PWM frequency.

これにより、信号処理部130の入力段にあるHPF132にて、PWM周波数の成分を除去して交流重畳部104からの交流電圧による交流成分のみを容易に取り出すことができる。そのようにして交流重畳部104による交流成分を取り出せれば、その後、包絡線検波部138によって包絡線検波を行い、その包絡線検波後の検波信号に基づいて回転パルスSpを生成することができる。   As a result, the HPF 132 in the input stage of the signal processing unit 130 can easily remove only the AC component due to the AC voltage from the AC superimposing unit 104 by removing the PWM frequency component. If the alternating current component by the alternating current superimposing unit 104 can be taken out in this way, then the envelope detection unit 138 can perform envelope detection and generate the rotation pulse Sp based on the detection signal after the envelope detection. .

[第7実施形態]
本発明の第7実施形態を図21に示す。上記第1実施形態から第6実施形態では、複数の相コイルをデルタ結線した例について述べたが、第7実施形態のモータ240では、3つの相コイルL11、L12、L13をスター結線している。
[Seventh Embodiment]
A seventh embodiment of the present invention is shown in FIG. In the first to sixth embodiments, an example in which a plurality of phase coils are delta-connected has been described. However, in the motor 240 of the seventh embodiment, three phase coils L11, L12, and L13 are star-connected. .

そして、コイルL11、L12にそれぞれコンデンサC1、C2が並列接続されている。これにより、電機子242の回転に伴い、ブラシ22、24間のリアクタンスが変化し、HPF132から出力される交流成分の振幅の大きさが変化する。したがって、この交流成分の振幅変化から生成される検出パルスに基づいて、上記第1実施形態〜第6実施形態と同様に、モータ240に対する短絡制動の開始タイミングを決定できる。   Capacitors C1 and C2 are connected in parallel to the coils L11 and L12, respectively. Thereby, with the rotation of the armature 242, the reactance between the brushes 22 and 24 changes, and the magnitude of the amplitude of the AC component output from the HPF 132 changes. Therefore, the start timing of the short-circuit braking for the motor 240 can be determined based on the detection pulse generated from the change in the amplitude of the AC component, as in the first to sixth embodiments.

第7実施形態では、コンデンサC1、C2が本発明の可変機構に相当する。
[第8実施形態]
本発明の第8実施形態を図22および図23に示す。
In the seventh embodiment, the capacitors C1 and C2 correspond to the variable mechanism of the present invention.
[Eighth Embodiment]
An eighth embodiment of the present invention is shown in FIGS.

図22に示すように、モータ250は、ブラシ22、24、整流子40、ハウジング252と、このハウジング252内に収容された電機子270と、回転軸280とを備えている。電機子270は、ハウジング252の軸心に配置されている回転軸280に固定され、この回転軸280と共に回転する。   As shown in FIG. 22, the motor 250 includes brushes 22 and 24, a commutator 40, a housing 252, an armature 270 accommodated in the housing 252, and a rotating shaft 280. The armature 270 is fixed to a rotating shaft 280 disposed at the axis of the housing 252 and rotates together with the rotating shaft 280.

第8実施形態のモータ250は、コンデンサC1を相コイルL1に並列に接続していない点と、ハウジング252の内周面に凸部254を設けている点とが第1実施形態のモータ20と異なっている。一方、それ以外の構成、つまり、ブラシ22、24、整流子40、相コイルL1、L2、L3の構成、ならびに第1実施形態の図1には図示していないが、ハウジング252、永久磁石260、262、ロータコア272、回転軸280の構成は、第1実施形態のモータ20と実質的に同一である。   The motor 250 of the eighth embodiment is different from the motor 20 of the first embodiment in that the capacitor C1 is not connected in parallel to the phase coil L1 and the convex portion 254 is provided on the inner peripheral surface of the housing 252. Is different. On the other hand, other configurations, that is, the configurations of the brushes 22 and 24, the commutator 40, the phase coils L1, L2, and L3, and the housing 252 and the permanent magnet 260 are not shown in FIG. 1 of the first embodiment. , 262, rotor core 272, and rotating shaft 280 are substantially the same as those of the motor 20 of the first embodiment.

ハウジング252は、略円筒形の形状をなし、その内周面には、界磁発生用の2つの永久磁石260、262が径方向に互いに対向するように固定されている。周方向で見れば、2つの永久磁石が所定間隔を隔てて固定されている。電機子270のロータコア272と対向する面側の永久磁石260、262の極性は、一方がN極で他方がS極である。つまり、本実施形態のモータ250は界磁が2極の直流モータとして構成されている。   The housing 252 has a substantially cylindrical shape, and two permanent magnets 260 and 262 for generating a magnetic field are fixed to the inner peripheral surface thereof so as to face each other in the radial direction. When viewed in the circumferential direction, the two permanent magnets are fixed at a predetermined interval. One of the permanent magnets 260 and 262 on the surface facing the rotor core 272 of the armature 270 is N-pole and the other is S-pole. That is, the motor 250 according to the present embodiment is configured as a DC motor having a two-pole field.

また、ハウジング252は軟磁性体である継鉄(ヨーク)にて形成されたものであり、内周面に固定された2つの永久磁石260、262と共にモータ250の磁気回路を構成している。   The housing 252 is formed of a yoke that is a soft magnetic material, and constitutes a magnetic circuit of the motor 250 together with two permanent magnets 260 and 262 fixed to the inner peripheral surface.

電機子270は、ロータコア272と電機子コイル278とから主に構成されている。ロータコア272は、軟磁性体にて形成されたものであり、3つのティース(突極)274、275、276を有し、電機子コイル278が巻回されている。具体的には、第1ティース274に第1相コイルL1が巻回され、第2ティース275に第2相コイルL2が巻回され、第3ティース276に第3相コイルL3が巻回されている。これら3つの相コイルL1、L2、L3はデルタ結線されており、電機子コイル278を構成している。   The armature 270 is mainly composed of a rotor core 272 and an armature coil 278. The rotor core 272 is formed of a soft magnetic material, has three teeth (saliency poles) 274, 275, and 276, and an armature coil 278 is wound thereon. Specifically, the first phase coil L1 is wound around the first tooth 274, the second phase coil L2 is wound around the second tooth 275, and the third phase coil L3 is wound around the third tooth 276. Yes. These three phase coils L 1, L 2, L 3 are delta-connected, and constitute an armature coil 278.

また、回転軸280には、整流子40が固定されており、この整流子40には、互いに対向して(即ち回転方向に180°離れて)配置された一対のブラシ22、24が摺接している。   A commutator 40 is fixed to the rotary shaft 280, and a pair of brushes 22 and 24 arranged opposite to each other (that is, 180 ° apart in the rotation direction) are in sliding contact with the commutator 40. ing.

ハウジング252の内周面において、2つの永久磁石260、262の間に、凸部254が設けられている。ハウジング252の内周面には、2つの永久磁石260、262が周方向において所定の間隔を隔てて固定されているため、周方向において永久磁石260、262の存在しない領域(磁石間領域)が2箇所存在している。本実施形態では、図22に示す通り、このうち1箇所の磁石間領域に、ハウジング252の内周面から径方向内側へ突出するように凸部254が設けられている。また、この凸部254は、2つの永久磁石260、262のいずれとも接触しないよう、周方向において各永久磁石260、262の双方からそれぞれ所定間隔を隔てて設けられている。   A convex portion 254 is provided between the two permanent magnets 260 and 262 on the inner peripheral surface of the housing 252. Since two permanent magnets 260 and 262 are fixed at a predetermined interval in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the housing 252, there is a region (inter-magnet region) where the permanent magnets 260 and 262 do not exist in the circumferential direction. There are two places. In the present embodiment, as shown in FIG. 22, a convex portion 254 is provided in one area between the magnets so as to protrude radially inward from the inner peripheral surface of the housing 252. Further, the convex portion 254 is provided at a predetermined interval from each of the permanent magnets 260 and 262 in the circumferential direction so as not to come into contact with either of the two permanent magnets 260 and 262.

凸部254は、軟磁性体の材料で形成されたものであり、周方向に所定の長さを有し、かつ、径方向に所定の厚みを有している。そして、この凸部254が設けられていることにより、ロータコア272とハウジング252により構成される磁気回路の磁気抵抗は、ロータコア272の回転に伴って変化する。なお、以下の説明で「磁気抵抗」とは、特に断りのない限り、ロータコア272とハウジング252により構成される磁気回路の磁気抵抗を意味するものとする。   The convex portion 254 is formed of a soft magnetic material, has a predetermined length in the circumferential direction, and has a predetermined thickness in the radial direction. And by providing this convex part 254, the magnetic resistance of the magnetic circuit comprised by the rotor core 272 and the housing 252 changes with rotation of the rotor core 272. In the following description, “magnetic resistance” means the magnetic resistance of a magnetic circuit constituted by the rotor core 272 and the housing 252 unless otherwise specified.

ここで、モータ250における、ロータコア272とハウジング252とのギャップ、および磁気抵抗について、具体的に説明する。
上述の通り、ロータコア272およびハウジング252はいずれも軟磁性体にて形成されており、その透磁率は空気の透磁率よりも非常に大きい。そのため、モータ250の磁気抵抗は、ロータコア272(詳しくは各ティース274、275、276の外周面)とハウジング252の内周面または永久磁石260、262との間のエアギャップ、および各永久磁石260、262の厚みの和に大きく依存する。つまり、エアギャップが大きいほど磁気抵抗は大きくなり、逆にエアギャップが小さいほど、磁気抵抗は小さくなる。
Here, the gap between the rotor core 272 and the housing 252 and the magnetic resistance in the motor 250 will be specifically described.
As described above, the rotor core 272 and the housing 252 are both made of a soft magnetic material, and the magnetic permeability thereof is much larger than the magnetic permeability of air. Therefore, the magnetic resistance of the motor 250 is such that the air gap between the rotor core 272 (specifically, the outer peripheral surface of each tooth 274, 275, 276) and the inner peripheral surface of the housing 252 or the permanent magnets 260, 262, and each permanent magnet 260 , 262 greatly depends on the sum of the thicknesses. That is, the larger the air gap, the larger the magnetic resistance, and conversely, the smaller the air gap, the smaller the magnetic resistance.

但し、各永久磁石260、262については、その透磁率は空気の透磁率とほぼ同じである。そのため、各永久磁石260、262は、磁気的にみれば空気が存在していることと等価となる。つまり、モータ250の磁気抵抗を考慮する上では、空気と同じ透磁率である各永久磁石260、262の存在は無視することができ、各永久磁石260、262はいずれもエアギャップとして扱うことができる。そのため、仮に凸部254がないならば、ロータコア272とハウジング252の内周面とのエアギャップはロータコア272が回転しても一定であり、故に、回転に伴って磁気抵抗が変化することはない。   However, the magnetic permeability of the permanent magnets 260 and 262 is substantially the same as that of air. Therefore, each permanent magnet 260, 262 is equivalent to the presence of air when viewed magnetically. In other words, in consideration of the magnetic resistance of the motor 250, the presence of the permanent magnets 260 and 262 having the same permeability as air can be ignored, and each permanent magnet 260 and 262 can be treated as an air gap. it can. Therefore, if there is no projection 254, the air gap between the rotor core 272 and the inner peripheral surface of the housing 252 is constant even when the rotor core 272 rotates, and therefore the magnetic resistance does not change with the rotation. .

しかし、本実施形態では、ハウジング252の内周面に、ハウジング252とほぼ同じ透磁率を有する軟磁性の凸部254が設けられている。そのため、電機子270の回転角によって、すなわちロータコア272の各ティース274、275、276の外周面がこの凸部254と対向しているか否かによって、モータ250の磁気抵抗は異なった値となる。つまり、電機子270の回転に伴ってその磁気抵抗が変化する。そして、磁気抵抗が変化すると、モータ回路のインピーダンスとしてインダクタンス、つまりリアクタンスも変化するため、モータ回路に流れる電流のうち、交流成分については、その振幅が変化する。   However, in the present embodiment, a soft magnetic convex portion 254 having substantially the same permeability as the housing 252 is provided on the inner peripheral surface of the housing 252. Therefore, the magnetic resistance of the motor 250 has a different value depending on the rotation angle of the armature 270, that is, whether or not the outer peripheral surface of each of the teeth 274, 275, 276 of the rotor core 272 is opposed to the convex portion 254. That is, as the armature 270 rotates, its magnetic resistance changes. When the magnetic resistance changes, the inductance, that is, the reactance also changes as the impedance of the motor circuit, so that the amplitude of the AC component of the current flowing through the motor circuit changes.

図22の(A)に示すように、凸部254がロータコア272と対向している状態Aでは、ロータコア272と凸部254との間のエアギャップが小さくなるため、モータ250の磁気抵抗は全体として小さくなる。一般的にインダクタンスは磁気抵抗の逆数に比例するため、磁気抵抗が変化すればそれに伴ってモータ回路のインダクタンスも変化する。そのため、状態Aのように磁気抵抗が小さくなると、モータ回路のインダクタンスは大きくなる。   As shown in FIG. 22A, in the state A where the convex portion 254 faces the rotor core 272, the air gap between the rotor core 272 and the convex portion 254 becomes small, so that the magnetic resistance of the motor 250 is As smaller. In general, since the inductance is proportional to the reciprocal of the magnetic resistance, if the magnetic resistance changes, the inductance of the motor circuit changes accordingly. Therefore, when the magnetic resistance decreases as in state A, the inductance of the motor circuit increases.

一方、図22の(B)に示すように、ロータコア272が凸部254と対向していない状態Bでは、図22の(A)に比べてエアギャップが大きくなり、モータ250の磁気抵抗は全体として大きくなる。そのため、モータ回路のインダクタンスは小さくなる。   On the other hand, as shown in FIG. 22B, in the state B where the rotor core 272 does not face the convex portion 254, the air gap becomes larger than that in FIG. As will grow. Therefore, the inductance of the motor circuit is reduced.

このように、モータ回路のインダクタンスは、電機子270の回転に伴って周期的に変化する。
本実施形態では、ロータコア272が3つのティース274、275、276を有していることにより、回転に伴う周期的なインダクタンスの変化は、電機子270が120°回転する毎に生じる。そのため、上述した交流成分の振幅変化も、電機子270が120°回転する度に周期的に生じる。
Thus, the inductance of the motor circuit changes periodically with the rotation of the armature 270.
In the present embodiment, since the rotor core 272 includes the three teeth 274, 275, and 276, a periodic inductance change accompanying the rotation occurs every time the armature 270 rotates 120 °. For this reason, the amplitude change of the AC component described above also occurs periodically every time the armature 270 rotates 120 °.

図23に、モータ電流波形と、比較部142から出力される検出パルスの一例を示す。本実施形態では、モータ250が120°回転する度に回転パルスが生成されることとなる。   FIG. 23 shows an example of the motor current waveform and the detection pulse output from the comparison unit 142. In the present embodiment, a rotation pulse is generated every time the motor 250 rotates 120 °.

そこで本実施形態では、電機子270の回転に伴ってインダクタンスが変化し、このインダクタンスの変化によって生じる交流成分の振幅の変化を検出する。そして、HPF132から出力される交流成分の振幅変化から生成される検出パルスに基づいて、上記第1実施形態〜第6実施形態と同様に、モータ250に対する短絡制動の開始タイミングを決定できる。   Therefore, in this embodiment, the inductance changes with the rotation of the armature 270, and a change in the amplitude of the AC component caused by the change in the inductance is detected. And the start timing of the short circuit braking with respect to the motor 250 can be determined based on the detection pulse generated from the amplitude change of the AC component output from the HPF 132, as in the first to sixth embodiments.

本実施形態では、凸部254が本発明の可変機構に相当し、電機子270の回転に伴い、ブラシ22、24間のインダクタンスが変化する。
尚、ハウジング252とは別部材の凸部254を可変機構として設置する代わりに、凸部254に該当する位置のハウジング自体を内周側に突出させて、電機子270の回転に伴い、ブラシ22、24間のインダクタンスを変化させてもよい。
In the present embodiment, the convex portion 254 corresponds to the variable mechanism of the present invention, and the inductance between the brushes 22 and 24 changes as the armature 270 rotates.
Instead of installing the convex portion 254, which is a separate member from the housing 252, as the variable mechanism, the housing itself at a position corresponding to the convex portion 254 protrudes toward the inner peripheral side, and as the armature 270 rotates, the brush 22 , 24 may be changed.

[他の実施形態]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
[Other Embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.

例えば、上記実施形態では、直流モータとして、3つの相コイルL1、L2、L3のうち1つの相コイルにのみコンデンサC1を接続した例(第1実施形態)を示したが、例えば、3つの相コイルの各々に、容量の異なるコンデンサを接続するようにしてもよい。この構成によれば、モータの回転に伴うリアクタンスの変化により交流成分の振幅が3段に変化するので、その振幅変化の順番を検出することにより、回転角および回転速度に加え、回転方向の検出が可能である。   For example, in the above-described embodiment, an example (first embodiment) in which the capacitor C1 is connected to only one phase coil of the three phase coils L1, L2, and L3 as the DC motor has been described. Capacitors with different capacities may be connected to each of the coils. According to this configuration, the AC component amplitude changes in three stages due to the change in reactance accompanying the rotation of the motor. Therefore, by detecting the order of the amplitude change, in addition to the rotation angle and the rotation speed, the rotation direction can be detected. Is possible.

例えば、振幅変化の順番が「大」、「中」、「小」の順番であれば正転し、「小」、「中」、「大」の順番であれば逆転していると検出できる。
なお、3つの相コイルの各々にコンデンサを接続する場合、いずれか2つのコンデンサは同じ静電容量値のものとすることもできる。但しその場合、回転角や回転速度の検出は可能であるものの、回転方向の検出はできなくなる。
For example, if the order of amplitude change is “Large”, “Medium”, “Small”, it can be detected as forward rotation, and if it is “Small”, “Medium”, “Large”, it can be detected as reversed. .
When a capacitor is connected to each of the three phase coils, any two of the capacitors can have the same capacitance value. However, in that case, the rotation angle and the rotation speed can be detected, but the rotation direction cannot be detected.

また、上記各実施形態では、電機子コイルの相数が3相の3相直流モータを例に挙げて説明したが、本発明の適用は、3相のモータに限定されるものではなく、4相以上のモータであっても適用可能である。   In each of the above embodiments, a three-phase DC motor having three phases of armature coils has been described as an example. However, the application of the present invention is not limited to a three-phase motor. Even a motor having a phase or higher can be applied.

4相以上のモータにおいて、いずれか一つの相コイルにのみコンデンサを並列接続すれば、少なくとも回転角や回転速度の検出は可能となる。
また、3相以上のモータにおいて、少なくとも2つの相コイルにそれぞれ静電容量値の異なるコンデンサを接続すれば、回転に伴うインピーダンスの段階的変化の変化パターンによる交流成分の変化パターンに基づいて回転方向の検出が可能となる。
In a motor having four or more phases, if a capacitor is connected in parallel to only one of the phase coils, at least the rotation angle and the rotation speed can be detected.
In motors with three or more phases, if capacitors with different capacitance values are connected to at least two phase coils, the direction of rotation is based on the AC component change pattern due to the stepwise change pattern of impedance accompanying rotation. Can be detected.

また、上記第1実施形態から第6実施形態では、3相のモータ20において、コンデンサC1が一対の整流子片41、43を接続し、この一対の整流子片41、43の両方と同時にブラシ22、24が摺接する可変機構について説明した。これに対し、4相以上のモータにおいて、コンデンサが一対の整流子片を接続している場合、この一対の整流子片の両方と同時にブラシ22、24が摺接しないように可変機構を構成してもよい。   In the first to sixth embodiments, in the three-phase motor 20, the capacitor C <b> 1 connects the pair of commutator pieces 41 and 43, and the brush is simultaneously applied to both the pair of commutator pieces 41 and 43. The variable mechanism 22 and 24 are in sliding contact with each other has been described. On the other hand, in a motor having four or more phases, when the capacitor is connected to a pair of commutator pieces, a variable mechanism is configured so that the brushes 22 and 24 do not slide simultaneously with both of the pair of commutator pieces. May be.

この可変機構の構成においても、電機子の回転に伴い一対のブラシ22、24間のリアクタンスが変化することにより、交流成分の振幅が変化する。したがって、交流成分の振幅変化に基づいて、直流モータを制動する開始タイミングを制御できる。   Also in the configuration of the variable mechanism, the reactance between the pair of brushes 22 and 24 changes with the rotation of the armature, so that the amplitude of the AC component changes. Therefore, the start timing for braking the DC motor can be controlled based on the change in the amplitude of the AC component.

また、上記実施形態で説明した、相コイルにコンデンサを並列に接続する構成、ならびにモータハウジングの内周面に磁性を有する凸部を設ける構成に限らず、モータの回転に伴ってブラシ間においてインピーダンスのリアクタンスが変化するのであれば、どのような構成で可変機構を実現してもよい。   In addition, the configuration described in the above embodiment is not limited to the configuration in which a capacitor is connected in parallel to the phase coil, and the configuration in which a magnetic convex portion is provided on the inner peripheral surface of the motor housing. As long as the reactance changes, the variable mechanism may be realized with any configuration.

例えば、相コイルにコンデンサを並列に接続する構成と、モータハウジングの内周面に磁性を有する凸部を設ける構成とを併用してもよいし、各相コイルにインダクタンスの異なるコイルを設置してもよい。   For example, a configuration in which a capacitor is connected in parallel to the phase coil and a configuration in which a magnetic convex portion is provided on the inner peripheral surface of the motor housing may be used in combination, or a coil having a different inductance may be installed in each phase coil. Also good.

また、上記実施形態の構成を採用せず、インダクタンスの等しい相コイルで電機子コイルを構成している通常の直流モータであっても、ブラシに接触する整流子片の切り替わり時に2個の整流子片が同時に1個のブラシに接触するときに、モータ回路の構成が変化しリアクタンスが変化する。したがって、通常の直流モータであっても、直流電圧に交流電圧を重畳し、電機子の回転に伴って変化する交流成分の振幅の変化に基づいて、モータの回転状態を検出できる。   In addition, even in the case of a normal DC motor that does not employ the configuration of the above-described embodiment and includes an armature coil composed of phase coils having the same inductance, two commutators are used when the commutator piece that contacts the brush is switched. When the pieces touch one brush at the same time, the configuration of the motor circuit changes and the reactance changes. Therefore, even in a normal DC motor, an AC voltage is superimposed on a DC voltage, and the rotation state of the motor can be detected based on a change in the amplitude of an AC component that changes as the armature rotates.

上記実施形態では、モータの可変機構のインピーダンスとして、電機子の回転に伴い一対のブラシ間におけるリアクタンスを変化させた。これに対し、可変機構のインピーダンスとして、例えば3つの相コイルL1、L2、L3のうち1つの相コイルに抵抗を並列に接続し、電機子の回転に伴い一対のブラシ間における抵抗値を変化させてもよい。   In the above embodiment, the reactance between the pair of brushes is changed as the armature rotates as the impedance of the variable mechanism of the motor. On the other hand, as the impedance of the variable mechanism, for example, a resistance is connected in parallel to one of the three phase coils L1, L2, and L3, and the resistance value between the pair of brushes is changed as the armature rotates. May be.

この構成においては、抵抗値の変化によりモータ電流の交流成分の振幅とともに、モータ電流の直流成分が変動する。この場合にも、交流成分抽出手段としてHPFを通すことにより、モータ電流から直流成分を除去し交流成分を抽出できる。そして、電機子の回転に伴って変化する交流成分の振幅の変化に基づいて、モータ電流の直流成分の大きさに関わらず、例えば制動中であってもモータの回転状態を検出できる。   In this configuration, the DC component of the motor current varies with the amplitude of the AC component of the motor current due to the change in resistance value. Also in this case, it is possible to remove the DC component from the motor current and extract the AC component by passing HPF as the AC component extracting means. Based on the change in the amplitude of the alternating current component that changes with the rotation of the armature, the rotational state of the motor can be detected even during braking, for example, regardless of the magnitude of the direct current component of the motor current.

また、上記実施形態では、モータへ直流電圧および交流電圧を印加(すなわち直流電流および交流電流を供給)する電源部として、直流電源102と交流電源106とを別々に設け、各電源102、106からの電圧(電流)をカップリングコンデンサ108を介して重畳させてモータへ印加(供給)するようにしたが、このような電源部の構成はあくまでも一例であり、例えば、直流電流と交流電流とが重畳された交直混在の電流(脈流)を生成して供給する1つの電源部を用いてもよく、結果としてモータを回転させる場合に交流電流および直流電流をモータへ供給し、制動する場合に直流電流の供給を遮断し、交流電流を供給できる限り、電源の具体的構成は特に限定されない。   In the above embodiment, the DC power supply 102 and the AC power supply 106 are separately provided as power supply units for applying a DC voltage and an AC voltage to the motor (that is, supplying DC current and AC current). The voltage (current) is superimposed via the coupling capacitor 108 and applied (supplied) to the motor. However, such a configuration of the power supply unit is merely an example. For example, a direct current and an alternating current are One power supply unit that generates and supplies superimposed AC / DC mixed current (pulsating flow) may be used. As a result, when rotating the motor, AC current and DC current are supplied to the motor and braking is performed. The specific configuration of the power supply is not particularly limited as long as the supply of the direct current is interrupted and the alternating current can be supplied.

また、上記第6実施形態では、モータドライバとして、4つのスイッチング素子からなるHブリッジ回路(フルブリッジ)を示したが、Hブリッジ回路以外の回路にてモータドライバを構成してもよい。   Moreover, although the H bridge circuit (full bridge) which consists of four switching elements was shown as a motor driver in the said 6th Embodiment, you may comprise a motor driver in circuits other than an H bridge circuit.

2、4、6、8、10、12:直流モータ装置、20、240、250:モータ、22、24:ブラシ、30、242、270:電機子、40:整流子、41、42、43:整流子片、160、162:FF(タイミング調整手段)、100、170、180、190、200、210:回転検出装置、102:直流電源(電源部)、104:交流重畳部、106:交流電源(交流重畳部、電源部)、108:カップリングコンデンサ(交流重畳部、電源部)、110、112:SW(制動手段)、112:NOT回路(制動手段)、116:NOT回路(タイミング調整手段)、120:回転信号検出部、122:電流検出部(通電検出手段)、130:信号処理部(通電検出手段)、132:HPF、134:増幅部、138:包絡線検波部、140:LPF、142:比較部、150、220:回転状態検出部(回転状態検出手段)、152:パルスカウント部、154、222:モータ制御部(タイミング調整手段)、160、162:FF(タイミング調整手段)、212:モータドライバ(制動手段)、230、232:AND回路(タイミング調整手段)、254:凸部(可変機構)、278:電機子コイル、C1、C2:コンデンサ(可変機構)、L1、L2、L3:相コイル、R1:電流検出抵抗   2, 4, 6, 8, 10, 12: DC motor device, 20, 240, 250: motor, 22, 24: brush, 30, 242 and 270: armature, 40: commutator, 41, 42, 43: Commutator piece, 160, 162: FF (timing adjusting means), 100, 170, 180, 190, 200, 210: Rotation detection device, 102: DC power supply (power supply unit), 104: AC superposition unit, 106: AC power supply (AC superposition unit, power supply unit), 108: coupling capacitor (AC superposition unit, power supply unit), 110, 112: SW (braking unit), 112: NOT circuit (braking unit), 116: NOT circuit (timing adjusting unit) ), 120: rotation signal detection unit, 122: current detection unit (energization detection unit), 130: signal processing unit (energization detection unit), 132: HPF, 134: amplification unit, 138: envelope detection , 140: LPF, 142: comparison unit, 150, 220: rotation state detection unit (rotation state detection unit), 152: pulse count unit, 154, 222: motor control unit (timing adjustment unit), 160, 162: FF (Timing adjusting means), 212: motor driver (braking means), 230, 232: AND circuit (timing adjusting means), 254: convex portion (variable mechanism), 278: armature coil, C1, C2: capacitor (variable mechanism) ), L1, L2, L3: Phase coil, R1: Current detection resistor

Claims (9)

直流モータの回転状態を検出する回転検出装置において、
前記直流モータは、
少なくとも3相の相コイルからなる電機子コイルを有する電機子と、
前記電機子コイルが接続されている複数の整流子片を有する整流子と、
前記整流子に摺接する少なくとも一対のブラシと、
前記電機子の回転に伴い前記一対のブラシ間においてインピーダンスが周期的に変化する可変機構と、
を備えており、
前記回転検出装置は、
前記直流モータを電気的に制動させる制動手段と、
前記直流モータを定常回転させるとき、および制動させるときの双方ともに前記一対のブラシ間に流れるモータ電流の通電経路となる共通通電経路に電気的に接続し、前記直流モータを駆動する直流電圧に交流電圧を重畳する交流重畳手段と、
前記共通通電経路に電気的に接続し、前記交流重畳手段が前記直流モータに供給する交流電流に関連する電気量を検出する通電検出手段と、
前記通電検出手段が検出する前記電気量の交流成分の振幅が前記電機子の回転に伴い前記可変機構により周期的に変化することに基づいて、前記直流モータの回転角および回転速度の少なくともいずれか一方を検出する回転状態検出手段と、
前記通電検出手段が検出する前記交流成分の振幅変化に基づいて、前記制動手段が実行する制動の開始タイミングを制御するタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In the rotation detection device that detects the rotation state of the DC motor,
The DC motor is
An armature having an armature coil comprising at least three phase coils;
A commutator having a plurality of commutator pieces to which the armature coils are connected;
At least a pair of brushes in sliding contact with the commutator;
A variable mechanism in which impedance periodically changes between the pair of brushes as the armature rotates,
With
The rotation detection device includes:
Braking means for electrically braking the DC motor;
The DC motor is electrically connected to a common energizing path, which is an energizing path for the motor current flowing between the pair of brushes, both when the DC motor is normally rotated and braked, and the DC voltage driving the DC motor is changed to AC. AC superimposing means for superimposing a voltage;
An energization detecting unit that is electrically connected to the common energization path and detects an amount of electricity related to an AC current supplied to the DC motor by the AC superimposing unit;
Based on the fact that the amplitude of the AC component of the quantity of electricity detected by the energization detecting means periodically changes by the variable mechanism as the armature rotates, at least one of the rotation angle and the rotation speed of the DC motor Rotation state detection means for detecting one;
Timing control means for controlling the start timing of braking executed by the braking means based on the amplitude change of the alternating current component detected by the energization detecting means;
It is characterized by providing.
前記通電検出手段は、前記交流成分の振幅変化に応じてパルス信号を生成するパルス生成手段を有し、
前記回転状態検出手段は、前記パルス生成手段が生成する前記パルス信号に基づいて前記回転状態を検出し、
前記タイミング制御手段は、前記パルス生成手段が生成する前記パルス信号に基づいて前記制動手段による前記制動の開始タイミングを制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転検出装置。
The energization detection unit includes a pulse generation unit that generates a pulse signal according to an amplitude change of the AC component,
The rotation state detection means detects the rotation state based on the pulse signal generated by the pulse generation means,
The timing control means controls the start timing of the braking by the braking means based on the pulse signal generated by the pulse generating means.
The rotation detection device according to claim 1.
前記タイミング制御手段は、前記パルス信号がハイレベルのときに前記制動手段による前記制動を開始させることを特徴とする請求項2に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 2, wherein the timing control unit starts the braking by the braking unit when the pulse signal is at a high level. 前記タイミング制御手段は、前記パルス信号の立ち上がりに同期して前記制動手段による前記制動を開始させることを特徴とする請求項2に記載の回転検出装置。   The rotation detection device according to claim 2, wherein the timing control unit starts the braking by the braking unit in synchronization with a rise of the pulse signal. 前記タイミング制御手段は、前記パルス信号の立ち下がりに同期して前記制動手段による前記制動を開始させ、
前記回転状態検出手段は、前記制動手段が前記制動を開始してから次に前記パルス生成手段が生成する一つのパルス信号を除いて前記回転状態を検出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の回転検出装置。
The timing control means starts the braking by the braking means in synchronization with the fall of the pulse signal,
The rotation state detection means detects the rotation state except for one pulse signal generated by the pulse generation means after the braking means starts the braking.
The rotation detection device according to claim 2.
前記制動手段は、前記一対のブラシ間を短絡して前記直流モータを短絡制動させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転検出装置。   The rotation detecting device according to claim 1, wherein the braking unit short-circuits the pair of brushes to short-circuit the DC motor. 前記制動手段は、回生制動により前記直流モータを制動させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転検出装置。   The rotation detecting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the braking means brakes the DC motor by regenerative braking. 前記直流モータに加わる直流電圧の極性を切り替えるスイッチング手段を備え、
前記制動手段は、前記スイッチング手段による前記極性の切り替えをPWM制御することにより前記直流モータを制動させる、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転検出装置。
Switching means for switching the polarity of a DC voltage applied to the DC motor;
The braking means brakes the DC motor by PWM control of the polarity switching by the switching means.
The rotation detection device according to claim 1, wherein the rotation detection device is a rotation detection device.
少なくとも3相の相コイルからなる電機子コイルを有する電機子と、
前記電機子コイルが接続される複数の整流子片を有する整流子と、
前記整流子に摺接する少なくとも一対のブラシと、
前記電機子の回転に伴い前記一対のブラシ間においてインピーダンスのリアクタンスが周期的に変化する可変機構と、
を有する直流モータと、
請求項1から8のいずれか一項に記載の回転検出装置と、
を備えることを特徴とする直流モータ装置。
An armature having an armature coil comprising at least three phase coils;
A commutator having a plurality of commutator pieces to which the armature coil is connected;
At least a pair of brushes in sliding contact with the commutator;
A variable mechanism in which the reactance of impedance periodically changes between the pair of brushes as the armature rotates,
A DC motor having
The rotation detection device according to any one of claims 1 to 8,
A direct-current motor device comprising:
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