JP3857613B2

JP3857613B2 - Rotating electrical machine equipment

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Publication number: JP3857613B2
Application number: JP2002158059A
Authority: JP
Inventors: 聡森崎
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2004007865A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、回転電機装置に係り、特に、アーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成する回転電機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直流モータ等の回転電機を備えた回転電機装置においては、ロータリーエンコーダやポテンショメータ等のセンサや、回転検出用のコンミテータとブラシとを備えた回転検出器等を用いて、アーマチャの回転角度に応じた回転パルスを検出し、この回転パルスに基づいて回転電機を制御するようになっている。
【０００３】
ところが、このような従来の回転電機装置では、センサや回転検出器の取り付けにより、構造が複雑化し、小型化、低コスト化を妨げる要因となっている。
【０００４】
そこで、ロータリーエンコーダ等の大掛かりなセンサを用いずにアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを検出する手段として、回転電機のブラシ間に流れる電流に生ずる電流リップルを抵抗器あるいはホール素子等のデバイスを用いて測定し、回転パルスを生成する回転パルス生成器が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記回転パルス生成器では、電流リップルからノイズを除去することが困難である場合があり、また、回転パルスを生成するためには、複雑なノイズフィルタ回路が必要になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、簡易な構成且つ低コストでアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成することができる回転電機のパルス発生回路および回転電機制御装置を備えた回転電機装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、回転電機を精度良く確実に制御することができる回転電機制御装置を備えた回転電機装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、指令信号に応じて精度良く回転駆動することができる回転電機装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に記載の回転電機装置によれば、ブラシと、該ブラシに摺接するコンミテータと、該コンミテータが配設されたアーマチャと、該アーマチャを収容すると共に該アーマチャに磁気作用を及ぼす磁石が内設されたヨークハウジングと、を備えた回転電機と、該回転電機を駆動制御する回転電機制御装置と、を有する回転電機装置であって、前記回転電機制御装置は、前記アーマチャの回転に伴う前記ブラシと前記コンミテータとの断続的な接触に起因して前記ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段および該誘起電圧検出手段によって検出された誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形して回転パルスを生成する波形成形手段を有して構成されたパルス発生回路と、該パルス発生回路から出力された回転パルスに基づいて前記回転電機を制御する回転電機制御回路と、を備え、前記ヨークハウジングと前記誘起電圧検出手段は、信号線によって接続され、前記誘起電圧検出手段は、前記信号線を介して入力されるブラシノイズによる誘起電圧を検出すること、により解決される。
【００１０】
このように、回転電機制御装置がパルス発生回路を備えていると、ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができるので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。
【００１１】
また、回転電機制御装置は、回転電機制御回路を有して構成されているので、パルス発生回路にて出力された回転パルスに基づいて回転電機駆動信号を出力することができ、これにより、回転電機を精度良く確実に制御することができる。
【００１２】
そして、パルス発生回路が、誘起電圧検出手段と波形成形手段とを備えていると、ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができるので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。
【００１３】
このとき、請求項２に記載の回転電機のパルス発生回路のように、誘起電圧検出手段が、プルダウン抵抗を備えていると、ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧を簡易な構成で確実に検出することができるので好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１５】
図１乃至図８は本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータパルス発生回路の構成図、図２はモータパルス発生回路の模式図、図３はモータパルス発生回路の第一改変例を示す模式図、図４はモータパルス発生回路の第二改変例を示す模式図、図５はモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図、図６は第一改変例に係るモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図、図７は第二改変例に係るモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図、図８は直流モータ装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、符号１は、本発明の一実施形態に係る回転電機のパルス発生回路としてのモータパルス発生回路である。このモータパルス発生回路１は、直流モータ等の回転電機において、アーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成するための電気回路であって、誘起電圧検出手段としての誘起電圧検出回路１０と、波形成形手段としての波形成形回路２０と、を有して構成されている。
【００１７】
図１に示す符号１４０は、被測定体としての直流モータであり、一対の磁石１４６と、一対のブラシ１４２と、３スロットのコア鉄心（不図示）とから構成されている。
【００１８】
一般に、直流モータ１４０では、アーマチャ１４１の回転に伴うブラシ１４２とコンミテータ１４３との断続的な接触に起因してブラシノイズが発生する。このブラシノイズは、いずれも金属材料で構成されたシャフトや軸受（不図示）を介してヨークハウジング１４４にまで伝ってくる。
【００１９】
誘起電圧検出回路１０は、上述のように、ヨークハウジング１４４にまで伝ってきたブラシノイズによって生ずる誘起電圧を検出するためのものであり、プルダウン抵抗１１と、ボルテージフォロワ１２とを有して構成されている。
【００２０】
プルダウン抵抗１１は、炭素皮膜抵抗からなる抵抗器等で構成され、図２に示すように、その一端部が信号線１４を介してヨークハウジング１４４に配線接続され、その他端部がグランドに配線接続されている。プルダウン抵抗１１の抵抗値は、ヨークハウジング１４４に伝ってきたブラシノイズによる電流がグランドに流れすぎないように大きくする必要があり、例えば、４７０ｋΩに設定しておくことが望ましい。
【００２１】
ボルテージフォロワ１２は、入力インピーダンスマッチングを行うために、入力抵抗の大きな演算増幅器で構成されており、非反転入力端子にプルダウン抵抗１１の一端部が配線接続され、反転入力端子に出力電圧が帰還されるように構成されている。
【００２２】
波形成形回路２０は、誘起電圧検出回路１０によって検出されたブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形するためのもので、抵抗２１ａとコンデンサ２１ｂとからなる積分回路２１と、コンパレータ２２ａと抵抗２２ｂ，２２ｃとからなる比較回路２２と、を有して構成されている。
【００２３】
コンパレータ２２ａの−端子（負端子）には、積分回路２１の出力部が接続され、コンパレータの２２ａの＋端子（正端子）には、抵抗２２ｂと２２ｃとによって分圧された電圧が基準電圧として入力されるようになっている。
【００２４】
次に、上記回路構成からなるモータパルス発生回路１の動作について説明する。
まず、直流モータ１４０のブラシ１４２間に所定の電圧を印加すると、コンミテータ１４３を介して巻線１４５に電流が流れ、これにより、巻線１４５に磁界が生じ、この巻線１４５に生じた磁界とヨークハウジング１４４に内設された磁石１４６との界磁によってアーマチャ１４１が回転する。
【００２５】
そして、このようにしてアーマチャ１４１が回転しているときに、ブラシ１４２とコンミテータ１４３とは、所定の巻線１４５への通電経路を切換えるために接触・非接触を繰返し、断続的に接触した状態になる。
【００２６】
このように、アーマチャ１４１の回転に伴ってブラシ１４２とコンミテータ１４３とが断続的に接触すると、一般に、ブラシ１４２とコンミテータ１４３との間には、ブラシノイズが発生し、このブラシノイズは、図示しないシャフトや軸受を介してヨークハウジング１４４にまで伝ってくる。
【００２７】
そして、ヨークハウジング１４４に生じたブラシノイズは、信号線１４を介して誘起電圧検出回路１０に入力される。ここで、プルダウン抵抗１１の一端部、すなわち、測定ポイントＰ１で測定されたブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形を図５の符号５０ａに示す。ここで、図５において、縦軸は電圧値［Ｖ］を、横軸は時間［ｍｓｅｃ］を示している。図示の通り、電圧波形５０ａは、周期的なサージ電圧５１を含むものとなっている。
【００２８】
なお、図２に示す本例における被測定体としての直流モータ１４０は、上述のように、一対の磁石１４６と、一対のブラシ１４２と、３スロットのコア鉄心（不図示）とから構成されており、この構成からなる場合には、アーマチャ１４１が１回転すると、図５に示すように、６本のサージ電圧５１が周期的に発生するようになっている。
【００２９】
このように、本実施形態に係るモータパルス発生回路１には、誘起電圧検出回路１０にプルダウン抵抗１１が備えられているので、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧を簡易な構成で確実に検出することができる。
【００３０】
そして、図２に示すプルダウン抵抗１１の一端部で検出されたブラシノイズは、ボルテージフォロワ１２を介して積分回路２１に入力され、積分される。ここで、積分回路２１の出力部、すなわち測定ポイントＰ２における電圧波形を図５の符号５０ｂに示す。図示の通り、電圧波形５０ｂは、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形５０ａを積分することにより、三角波状に波形成形されている。
【００３１】
そして、図２に示す積分回路２１から出力された信号は、コンパレータ２２ａの−端子（負端子）に入力され、コンパレータ２２ａによって基準電圧と比較されることにより、パルス状の電圧波形に成形される。
【００３２】
ここで、図５の符号５０ｃには、コンパレータ２２ａの＋端子（正端子）に入力された基準電圧波形を、また、符号５０には、コンパレータ２２ａによってパルス状に波形成形された回転パルスを示す。図示の通り、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形５０ａを積分して形成された電圧波形５０ｂは、電圧波形５０ｃによってパルス状の回転パルス５０に波形成形されている。
【００３３】
このように、本実施形態のモータパルス発生回路１によれば、簡易な構成によって、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができるので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ１４１の回転角度に応じた回転パルス５０を生成することができる。
【００３４】
次に、図３を参照しながら、本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の第一改変例について説明する。
【００３５】
図３に示すモータパルス発生回路１０１は、図２に示すモータパルス発生回路１の第一改変例を示すものであり、誘起電圧検出回路１１０と波形成形回路１２０とを有して構成されている。
【００３６】
図３に示す誘起電圧検出回路１１０は、図２に示す誘起電圧検出回路１０のボルテージフォロワ１２に、ダイオード１３ａ、抵抗１３ｂ、コンデンサ１３ｃを追加接続して形成されたピークホールド回路１３を有して構成されている。
【００３７】
すなわち、ボルテージフォロワ１２の出力部には、順方向にダイオード１３ａが接続され、ダイオード１３ａのカソード端子には、放電用の抵抗１３ｂと充電用のコンデンサ１３ｃが接地するように配線接続されている。
【００３８】
また、図３に示す波形成形回路１２０は、図２に示す波形成形回路２０から積分回路２１を省いた構成となっており、コンパレータ２２ａと抵抗２２ｂ，２２ｃとからなる比較回路２２を有して構成されている。そして、ピークホールド回路１３の出力信号は、コンパレータ２２ａの−端子（負端子）に直接入力されるようになっている。
【００３９】
次に、上記回路構成からなるモータパルス発生回路１０１の動作について説明する。
まず、直流モータ１４０のブラシ１４２間に所定の電圧を印加することによってアーマチャ１４１が回転し、ヨークハウジング１４４にまでブラシノイズが伝ってくると、このブラシノイズは、信号線１４を介して誘起電圧検出回路１１０に入力される。
【００４０】
ここで、プルダウン抵抗１１の一端部、すなわち、測定ポイントＰ１で測定されたブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形を、図６の符号６０ａに示す。ここで、図６において、縦軸は電圧値［Ｖ］を、横軸は時間［ｍｓｅｃ］を示している。図示の通り、電圧波形６０ａは、図５に示す電圧波形５０ａと同様に、アーマチャ１４１の１回転あたり６本のサージ電圧６１が周期的に発生するようになっている。
【００４１】
そして、図３に示すプルダウン抵抗１１の一端部で検出されたブラシノイズは、ピークホールド回路１３に入力され、所定の電圧波形に成形される。ここで、抵抗１３ｂとコンデンサ１３ｃとの間の信号線、すなわち、測定ポイントＰ３で測定された電圧波形を図６の符号６０ｂに示す。図示の通り、電圧波形６０ｂは、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形６０ａに発生したサージ電圧６１のピーク値を所定時間保持した後に滑らかに低下するような三角波状に波形成形されている。
【００４２】
そして、図３に示すピークホールド回路１３から出力された信号は、コンパレータ２２ａの−端子（負端子）に入力され、コンパレータ２２ａによって基準電圧と比較されることにより、パルス状の電圧波形に成形される。
【００４３】
ここで、図６の符号６０ｃには、コンパレータ２２ａの＋端子（正端子）に入力された基準電圧波形を、また、符号６０には、コンパレータ２２ａによってパルス状に波形成形された回転パルスを示す。図示の通り、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形６０ａに生じたサージ電圧６１をピークホールドすることによって形成された電圧波形６０ｂは、電圧波形６０ｃによってパルス状の回転パルス６０に波形成形されている。
【００４４】
このように、本実施形態の第一改変例に係るモータパルス発生回路１０１においても、簡易な構成によって、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができるので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ１４１の回転角度に応じた回転パルス６０を生成することができる。
【００４５】
次に、図４を参照しながら、本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の第二改変例について説明する。
【００４６】
図４に示すモータパルス発生回路２０１は、図２に示すモータパルス発生回路１の第二改変例を示すものであり、誘起電圧検出回路２１０と波形成形回路２２０とを有して構成されている。
【００４７】
図４に示す誘起電圧検出回路２１０は、図３に示す誘起電圧検出回路１１０と同一の構成であり、ピークホールド回路１３を有して構成されている。
【００４８】
図４に示す波形成形回路２２０は、図２に示す積分回路２１の代わりに、抵抗２３ａとコンデンサ２３ｂとからなる微分回路２３を用いて構成されており、ピークホールド回路１３の出力部が微分回路２３のコンデンサ２３ｂに接続されている。
【００４９】
また、波形成形回路２２０には、微分回路２３の出力信号から回転パルスを生成するためのワンショットマルチバイブレータ回路２４が用いられている。このワンショットマルチバイブレータ回路２４は、図２に示すコンパレータ２２ａの正帰還ループに、抵抗２４ａとコンデンサ２４ｂとからなる帰還回路が直列に追加接続された構成となっている。そして、微分回路２３の出力信号は、コンパレータ２２ａの−端子（負端子）に直接入力されるようになっている。
【００５０】
次に、上記回路構成からなるモータパルス発生回路２０１の動作について説明する。
まず、直流モータ１４０のブラシ１４２間に所定の電圧を印加することによってアーマチャ１４１が回転し、ヨークハウジング１４４にまでブラシノイズが伝ってくると、このブラシノイズは、信号線１４を介して誘起電圧検出回路２１０に入力される。
【００５１】
ここで、プルダウン抵抗１１の一端、すなわち、測定ポイントＰ１で測定されたブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形を図７の符号７０ａに示す。ここで、図７において、縦軸は電圧値［Ｖ］を、横軸は時間［ｍｓｅｃ］を示している。図示の通り、電圧波形７０ａは、図５に示す電圧波形５０ａと同様に、アーマチャ１４１の１回転あたり６本のサージ電圧７１が周期的に発生するようになっている。
【００５２】
そして、図４に示すプルダウン抵抗１１の一端部で検出されたブラシノイズは、ピークホールド回路１３に入力され、所定の電圧波形に成形される。ここで、抵抗１３ｂとコンデンサ１３ｃとの間の信号線、すなわち、測定ポイントＰ３で測定された電圧波形を図７の符号７０ｂに示す。図示の通り、電圧波形７０ｂは、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形７０ａに発生したサージ電圧７１のピーク値を所定時間保持した後に滑らかに低下するような三角波状に波形成形されている。
【００５３】
そして、図４に示すピークホールド回路１３から出力された信号は、微分回路２３でさらに所定の三角波状の電圧波形に成形された後、コンパレータ２２ａの−端子（負端子）に入力される。
【００５４】
コンパレータ２２ａは、−端子（負端子）に入力された信号をトリガとして、所定の出力信号を出力し、この出力信号は、抵抗２４ａ、コンデンサ２４ｂによって発振パルスとして成形される。そして、この発振パルスは、抵抗２２ｂと抵抗２２ｃとによって分圧された後、コンパレータ２２ａの＋端子（正端子）に正帰還される。
【００５５】
ここで、図７の符号７０ｃには、コンパレータ２２ａの＋端子（正端子）に入力された基準電圧波形を、また、符号７０には、コンパレータ２２ａによってパルス状に波形成形された回転パルスを示す。図示の通り、ブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形７０ａを三角波状に波形成形された電圧波形７０ｂは、この電圧波形７０ｂをトリガとして、電圧波形７０ｃと比較されることによってパルス状の回転パルス７０に波形成形されている。
【００５６】
このように、本実施形態の第二改変例に係るモータパルス発生回路２０１においても、簡易な構成によって、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができるので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ１４１の回転角度に応じた回転パルス７０を生成することができる。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路を回転電機装置に適用した実施例について説明する。
【００５８】
図８において、符号３００は、本発明の一実施形態に係る回転電機装置としての直流モータ装置である。この直流モータ装置３００は、例えば、自動車等の車両用パワーウィンドウ装置やサンルーフ装置等に用いられるものであり、回転電機制御装置としてのモータ制御装置３０と、駆動源として用いられる回転電機としての直流モータ４０とを有して構成されている。
【００５９】
モータ制御装置３０は、モータパルス発生回路１と、モータ制御回路３１と、電源回路３４と、通信回路３５とを有して構成されている。なお、モータ制御装置３０は、各回路を一つにまとめたワンパッケージの制御ユニットで構成され、直流モータ４０に設けられたヨークハウジング４４の内部に収容されたり、ヨークハウジング４４の外側部分所定箇所に一体で配設されたりすることが望ましいが、ヨークハウジング４４と離れた位置に別体で設けられても良い。
【００６０】
モータパルス発生回路１は、これまで詳述したものが用いられており、誘起電圧検出回路１０と、波形成形回路２０とを有して構成されている。誘起電圧検出回路１０の入力部には、ワイヤーハーネス等からなる信号線１４の一端部が接続されており、この信号線１４の他端部は、ヨークハウジング４４の所定箇所に、はんだ付け、クリップ留め、コネクタ接続等によって接続されている。
【００６１】
なお、信号線１４は、ヨークハウジング４４の外周面に接続されても良く、また、直流モータ４０の周囲に配設されるその他の部材等と接触しないように、ヨークハウジング１４４の内周面に接続されても良い。
【００６２】
また、本実施形態に係る直流モータ装置３００には、一例として、モータパルス発生回路１が用いられているが、モータパルス発生回路１の改変例であるモータパルス発生回路１０１やモータパルス発生回路２０１が用いられても良い。
【００６３】
モータ制御回路３１は、直流モータ４０のブラシ４２間に印加する電圧を制御するための電気回路で、モータパルス発生回路１からの出力信号と通信回路３５からの出力信号とを入力して演算しモータ駆動信号を出力するＭＰＵ３２と、このＭＰＵ３２から出力されたモータ駆動信号に基づいて、直流モータ４０のブラシ４２間に印加する電圧を調節する駆動回路３３とを有して構成されている。
【００６４】
駆動回路３３は、例えば、ＰＷＭ制御を行うことができる電気回路で構成され、ＭＰＵ３２からの指令に基づいてＰＷＭ制御を行い、ブラシ４２間に印加する電圧を平均化できるように構成されていることが望ましい。
【００６５】
電源回路３４は、車両に設けられた図示しない車両用バッテリ等の電源装置から入力される電圧を所定の電圧に変換し、この変換した電圧をモータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１に印加するための電気回路で構成されている。
【００６６】
モータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１のグランドは、電源回路３４のグランドに接続され、また、電源回路３４のグランドに接続された−端子（負端子）は、車両のシャシ等に接続される。このように接続することによって、モータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１のグランドは、基準電位に保たれている。
【００６７】
なお、直流モータ装置３００の外装部分にグランド端子３０１が配設され、このグランド端子３０１が車両のシャシに直接接続されることによって、モータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１のグランドが基準電位に保たれるようにしても良い。
【００６８】
このように、モータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１のグランドが基準電位に保たれることにより、モータパルス発生回路１から安定した出力信号を得ることができる。
【００６９】
通信回路３５は、車両に設けられた図示しない中央制御装置から、モータ駆動指令に関するコマンド信号等を受信し、この受信信号に基づいて、モータ制御に関するモータ制御信号をＭＰＵ３２に出力するように構成されている。
【００７０】
直流モータ４０は、アーマチャ４１と、ブラシ４２と、このブラシ４２と摺接するコンミテータ４３と、これらを収容すると共に鉄などの磁性材料によって形成されたヨークハウジング４４とを有して構成されている。
【００７１】
アーマチャ４１には、巻線４５が配設されており、巻線４５への電流切換は、ブラシ４２とコンミテータ４３との整流作用によって行われるようになっている。また、ヨークハウジング４４の内側には、磁石４６が配設され、この磁石４６と巻線４５との界磁によってアーマチャ４１が回転するように構成されている。
【００７２】
次に、上記構成からなる直流モータ装置３００の動作について説明する。
まず、図示しない車両用バッテリ等の電源装置から電源回路３４に電力が供給されている状態で、車両に設けられた図示しない中央制御装置から通信回路３５に、モータ駆動指令に関するコマンド信号等が入力されると、通信回路３５は、入力した信号の指令に基づいて、モータ制御信号を生成し、このモータ制御信号をＭＰＵ３２に出力する。
【００７３】
ＭＰＵ３２は、通信回路３５から出力されたモータ制御信号が入力されると、このモータ制御信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、このモータ駆動信号を駆動回路３３に出力する。駆動回路３３は、ＭＰＵ３２から出力されたモータ駆動信号が入力されると、このモータ駆動信号に応じて、直流モータ４０のブラシ４２間に所定の電圧を印加する。
【００７４】
このようにして、ブラシ４２間に電圧が印加されると、ブラシ４２とコンミテータ４３との整流作用によって所定の巻線４５に順次電流が流れ、電流が流れた巻線４５に生じた磁界と、磁石４６との界磁によって、アーマチャ４１が回転する。
【００７５】
このようにして、アーマチャ４１が回転すると、アーマチャ４１の回転に伴うブラシ４２とコンミテータ４３との断続的な接触に起因してブラシノイズが発生する。このブラシノイズは、いずれも金属材料で構成されたシャフトや軸受（不図示）を介してヨークハウジング４４にまで伝ってくる。
【００７６】
このヨークハウジング４４に伝ってきたブラシノイズは、信号線１４を介してモータパルス発生回路１に入力される。そして、モータパルス発生回路１は、入力したブラシノイズによる誘起電圧から、これまでに詳述したように、アーマチャ４１の回転角度に応じた回転パルスを生成し、この回転パルスをＭＰＵ３２に出力する。
【００７７】
ＭＰＵ３２は、モータパルス発生回路１から出力された回転パルスが入力されると、この回転パルスのパルス数をカウントすることにより、アーマチャ４１の回転角度を演算する。そして、この演算結果と、通信回路から出力されたコマンド信号を比較し、コマンド信号の要求が満たされるまで、駆動回路３３にモータ駆動信号を出力し続ける。
【００７８】
そして、ＭＰＵ３２は、コマンド信号の要求が満たされたと判断した場合には、駆動回路３３へのモータ駆動信号の出力を停止する。駆動回路３３は、モータ駆動信号入力が無くなると、ブラシ４２間への印加電圧を停止し、これによってアーマチャ４１の回転が停止される。このようにして、直流モータ４０は、通信回路３５から出力されたモータ制御信号に基づいて、アーマチャ４１が所定の回転角度だけ回転するように制御される。
【００７９】
このように、モータ制御装置３０には、モータパルス発生回路１が備えられているので、ヨークハウジング４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができる。これにより、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ４１の回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。
【００８０】
また、本実施形態係る直流モータ装置３００は、アーマチャ４１の回転角度に応じて出力された回転パルスに基づいて、アーマチャ４１の回転角度がフィードバック制御されるので、精度良く直流モータ４０を駆動制御することができ、直流モータ４０の回転軸に接続される被駆動機構の位置制御を高精度に行うことができる。
【００８１】
上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）図１に示すように、本実施形態に係るモータパルス発生回路１は、誘起電圧検出回路１０と波形成形回路２０とを備えているので、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができる。これにより、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ４１の回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。
【００８２】
（ｂ）また、図２に示すように、モータパルス発生回路１には、誘起電圧検出回路１０にプルダウン抵抗１１が備えられているので、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧を簡易な構成で確実に検出することができる。
【００８３】
（ｃ）また、図８に示す本実施形態に係るモータ制御装置３０は、モータパルス発生回路１およびモータ制御回路３１とを有して構成されているので、モータパルス発生回路１にて出力された回転パルスに基づいてモータ駆動信号を出力することができ、これにより、直流モータ４０を精度良く確実に制御することができる。
【００８４】
（ｄ）また、本実施形態に係る直流モータ装置３００には、モータ制御装置３０が備えられているので、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャ４１の回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。これにより、モータ制御装置３０による確実な制御が可能となるので、指令信号に応じて精度良く回転駆動することができる。
【００８５】
なお、本発明の上記実施形態は、以下のように改変することができる。
（イ）図２に示す本実施形態に係るモータパルス発生回路１では、ブラシ１４２間に電圧が印加されてアーマチャ１４１が回転駆動しているときに、ヨークハウジング１４４に発生したブラシノイズによる誘起電圧を検出するように説明したが、請求項１に記載の発明は、これに限定されるものではない。
【００８６】
すなわち、回転電機としての直流モータ１４０は、駆動源として用いられるものに限定されるものではなく、その他にも、ジェネレータ等の発電機として用いられるものであっても良い。
【００８７】
この場合において、本実施形態のモータパルス発生回路１は、上記発電機において外力によってアーマチャが回転しているときに、ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧を検出し、アーマチャの回転角度に応じて回転パルスを生成するようにしても良い。
【００８８】
（ロ）本実施形態に係るモータパルス発生回路１では、図３，図４に示すような改変例に係る回路構成を示したが、請求項１に記載の発明は、上記改変例の回路構成に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。例えば、誘起電圧検出回路１０の入力部と信号線１４との間にフィルタ回路等を接続しても良い。
【００８９】
（ハ）本実施形態に係るモータ制御装置３０では、モータパルス発生回路１によってアーマチャ４１の回転角度に応じて出力された回転パルスのパルス数を検出し、このパルス数が所定値に達するまでモータ回転位置制御を行うようにしていたが、請求項１に記載の発明は、これに限定されるものではない。
【００９０】
例えば、回転パルスにおけるパルス間隔（周波数）を検出して、このパルス間隔が一定周期になるように、モータ速度制御を行うようにしても良い。すなわち、モータ制御装置３０は、直流モータ４０の出力軸に接続される被駆動機構の動作仕様に応じて、モータ回転位置制御やモータ速度制御を行うことができ、また、これらを同時に行うこともできる。
【００９１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の回転電機のパルス発生回路によれば、誘起電圧検出手段と波形成形手段とを備えているので、ヨークハウジングに発生したブラシノイズによる誘起電圧の電圧波形をパルス状に波形成形することができる。これにより、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成することができる。
【００９２】
また、本発明の回転電機制御装置は、回転電機制御回路を有して構成されているので、パルス発生回路にて出力された回転パルスに基づいて駆動信号を出力することができ、これにより、回転電機を精度良く確実に制御することができる。
【００９３】
また、本発明の回転電機装置によれば、大掛かりなセンサや複雑な回路を用いずに、低コストでアーマチャの回転角度に応じた回転パルスを生成することができるので、回転電機制御装置により確実に制御することができ、指令信号に応じて精度良く回転駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の第一改変例を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の第二改変例を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図である。
【図６】本実施形態の第一改変例に係るモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図である。
【図７】本実施形態の第二改変例に係るモータパルス発生回路の各部出力波形を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る直流モータ装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１モータパルス発生回路、１０，１１０，２１０誘起電圧検出回路、１１プルダウン抵抗、１２ボルテージフォロワ、１３ピークホールド回路、１３ａダイオード、１３ｂ抵抗、１３ｃコンデンサ、１４信号線、２０，１２０，２２０波形成形回路、２１積分回路、２１ａ抵抗、２１ｂコンデンサ、２２比較回路、２２ａコンパレータ、２２ｂ，２２ｃ抵抗、２３微分回路、２３ａ抵抗、２３ｂコンデンサ、２４ワンショットマルチバイブレータ回路、２４ａ抵抗、２４ｂコンデンサ、３０モータ制御装置、３１モータ制御回路、３２ＭＰＵ、３３駆動回路、３４電源回路、３５通信回路、４０，１４０直流モータ、４１，１４１アーマチャ、４２，１４２ブラシ、４３，１４３コンミテータ、４４，１４４ヨークハウジング、４５，１４５巻線、４６，１４６磁石、５０，６０，７０回転パルス、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ電圧波形、５１，６１，７１サージ電圧、３００直流モータ装置[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention , Times It relates to a rotating electrical machine, and in particular generates a rotation pulse according to the rotation angle of the armature. Times The present invention relates to a rotating electrical machine apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a rotating electrical machine apparatus equipped with a rotating electrical machine such as a DC motor, the rotation angle of the armature using a sensor such as a rotary encoder or a potentiometer, a rotation detector equipped with a commutator for detecting rotation and a brush, etc. A rotation pulse corresponding to the rotation pulse is detected, and the rotating electrical machine is controlled based on the rotation pulse.
[0003]
However, in such a conventional rotating electrical machine apparatus, the structure is complicated due to the attachment of the sensor and the rotation detector, which is a factor that hinders downsizing and cost reduction.
[0004]
Therefore, as a means for detecting a rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature without using a large sensor such as a rotary encoder, a device such as a resistor or a Hall element is used to reduce a current ripple generated in a current flowing between brushes of the rotating electrical machine. Rotational pulse generators are used to measure and generate rotational pulses.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above rotation pulse generator, it may be difficult to remove noise from the current ripple, and there is a problem that a complicated noise filter circuit is required to generate the rotation pulse. .
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to generate a rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature with a simple configuration and low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit. Rotating electrical machine pulse generation circuit and Rotating electrical machine control device With The object is to provide a rotating electrical machine apparatus.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a rotating electrical machine control device capable of accurately and reliably controlling a rotating electrical machine. Rotating electrical machine apparatus Is to provide.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a rotating electrical machine apparatus that can be accurately rotated according to a command signal.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The task is according to claim 1. Rotating electrical machine equipment According to the present invention, the brush, the commutator that is in sliding contact with the brush, the armature in which the commutator is disposed, and the armature are accommodated. In addition, a magnet that has a magnetic effect on the armature was installed. A rotating electrical machine having a yoke housing And a rotating electrical machine control device that drives and controls the rotating electrical machine. Because The rotating electrical machine control device Induced voltage detection means for detecting an induced voltage due to brush noise generated in the yoke housing due to intermittent contact between the brush and the commutator accompanying rotation of the armature and Waveform shaping means for shaping the voltage waveform of the induced voltage detected by the induced voltage detection means into a pulse shape to generate a rotation pulse And a rotating electrical machine control circuit for controlling the rotating electrical machine based on the rotational pulse output from the pulse generating circuit, the yoke housing and the induced voltage detecting means are The induced voltage detection means detects an induced voltage caused by brush noise input via the signal line. That is solved.
[ 0010 ]
As described above, when the rotating electrical machine control device includes the pulse generation circuit, the voltage waveform of the induced voltage caused by the brush noise generated in the yoke housing can be shaped into a pulse shape, so that a large-scale sensor or a complicated circuit is formed. The rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature can be generated at a low cost without using.
[ 0011 ]
In addition, since the rotating electrical machine control device is configured to include a rotating electrical machine control circuit, the rotating electrical machine drive signal can be output based on the rotational pulse output from the pulse generation circuit. The electric machine can be accurately and reliably controlled.
[ 0012 ]
And If the pulse generation circuit includes an induced voltage detection means and a waveform shaping means, the voltage waveform of the induced voltage caused by the brush noise generated in the yoke housing can be shaped in a pulse shape. A rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature can be generated at low cost without using a simple circuit.
[ 0013 ]
At this time, if the induced voltage detection means includes a pull-down resistor as in the pulse generator circuit for a rotating electrical machine according to claim 2, the induced voltage caused by the brush noise generated in the yoke housing can be reliably detected with a simple configuration. This is preferable because it can be detected.
[ 0014 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
[ 0015 ]
1 to 8 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram of a motor pulse generating circuit, FIG. 2 is a schematic diagram of the motor pulse generating circuit, and FIG. 3 is a first diagram of the motor pulse generating circuit. FIG. 4 is a schematic diagram showing a second modified example of the motor pulse generating circuit, FIG. 5 is a diagram showing output waveforms of each part of the motor pulse generating circuit, and FIG. 6 is a motor pulse according to the first modified example. FIG. 7 is a diagram showing the output waveform of each part of the motor pulse generation circuit according to the second modification, and FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of the DC motor device.
[ 0016 ]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a motor pulse generation circuit as a pulse generation circuit of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. The motor pulse generation circuit 1 is an electric circuit for generating a rotation pulse corresponding to the rotation angle of an armature in a rotating electric machine such as a DC motor, and includes an induced voltage detection circuit 10 as an induced voltage detection means, a waveform And a waveform shaping circuit 20 as a shaping means.
[ 0017 ]
A reference numeral 140 shown in FIG. 1 is a DC motor as a measurement object, and includes a pair of magnets 146, a pair of brushes 142, and a three-slot core core (not shown).
[ 0018 ]
In general, in the DC motor 140, brush noise is generated due to intermittent contact between the brush 142 and the commutator 143 as the armature 141 rotates. The brush noise is transmitted to the yoke housing 144 via a shaft and a bearing (not shown) made of a metal material.
[ 0019 ]
As described above, the induced voltage detection circuit 10 is for detecting the induced voltage caused by the brush noise transmitted to the yoke housing 144, and includes the pull-down resistor 11 and the voltage follower 12. ing.
[ 0020 ]
The pull-down resistor 11 is composed of a resistor or the like made of a carbon film resistor. As shown in FIG. 2, one end of the pull-down resistor 11 is connected to the yoke housing 144 via the signal line 14, and the other end is connected to the ground. Has been. The resistance value of the pull-down resistor 11 needs to be increased so that the current due to the brush noise transmitted to the yoke housing 144 does not flow to the ground, and is preferably set to 470 kΩ, for example.
[ 0021 ]
The voltage follower 12 is composed of an operational amplifier having a large input resistance in order to perform input impedance matching. One end of the pull-down resistor 11 is connected to the non-inverting input terminal and the output voltage is fed back to the inverting input terminal. It is comprised so that.
[ 0022 ]
The waveform shaping circuit 20 is for shaping the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise detected by the induced voltage detection circuit 10 into a pulse shape. The waveform shaping circuit 20 includes an integrating circuit 21 including a resistor 21a and a capacitor 21b, and a comparator 22a. And a comparison circuit 22 composed of resistors 22b and 22c.
[ 0023 ]
The output terminal of the integrating circuit 21 is connected to the negative terminal of the comparator 22a, and the voltage divided by the resistors 22b and 22c is used as the reference voltage of the positive terminal (positive terminal) of the comparator 22a. It is designed to be entered.
[ 0024 ]
Next, the operation of the motor pulse generating circuit 1 having the above circuit configuration will be described.
First, when a predetermined voltage is applied between the brushes 142 of the DC motor 140, a current flows through the winding 145 via the commutator 143, thereby generating a magnetic field in the winding 145, and a magnetic field generated in the winding 145. The armature 141 is rotated by a field with the magnet 146 provided in the yoke housing 144.
[ 0025 ]
Then, when the armature 141 is rotating in this way, the brush 142 and the commutator 143 are repeatedly contacted and non-contacted in order to switch the energization path to the predetermined winding 145, and are in intermittent contact with each other. become.
[ 0026 ]
As described above, when the brush 142 and the commutator 143 come into intermittent contact with the rotation of the armature 141, generally, brush noise is generated between the brush 142 and the commutator 143, and this brush noise is not illustrated. It travels to the yoke housing 144 via a shaft and a bearing.
[ 0027 ]
The brush noise generated in the yoke housing 144 is input to the induced voltage detection circuit 10 via the signal line 14. Here, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise measured at one end of the pull-down resistor 11, that is, at the measurement point P1, is indicated by reference numeral 50a in FIG. Here, in FIG. 5, the vertical axis indicates the voltage value [V], and the horizontal axis indicates the time [msec]. As shown in the figure, the voltage waveform 50 a includes a periodic surge voltage 51.
[ 0028 ]
The DC motor 140 as the measurement object in this example shown in FIG. 2 is composed of a pair of magnets 146, a pair of brushes 142, and a three-slot core iron core (not shown) as described above. In the case of this configuration, when the armature 141 rotates once, as shown in FIG. 5, six surge voltages 51 are periodically generated.
[ 0029 ]
As described above, in the motor pulse generation circuit 1 according to the present embodiment, the induced voltage detection circuit 10 includes the pull-down resistor 11, so that the induced voltage caused by the brush noise generated in the yoke housing 144 can be reliably detected with a simple configuration. Can be detected.
[ 0030 ]
The brush noise detected at one end of the pull-down resistor 11 shown in FIG. 2 is input to the integration circuit 21 via the voltage follower 12 and integrated. Here, the voltage waveform at the output portion of the integrating circuit 21, that is, the measurement point P2, is indicated by reference numeral 50b in FIG. As shown in the figure, the voltage waveform 50b is shaped into a triangular waveform by integrating the voltage waveform 50a of the induced voltage caused by brush noise.
[ 0031 ]
The signal output from the integrating circuit 21 shown in FIG. 2 is input to the negative terminal (negative terminal) of the comparator 22a and is compared with the reference voltage by the comparator 22a, thereby forming a pulsed voltage waveform. .
[ 0032 ]
Here, reference numeral 50c in FIG. 5 indicates a reference voltage waveform input to the + terminal (positive terminal) of the comparator 22a, and reference numeral 50 indicates a rotation pulse that has been pulse-shaped by the comparator 22a. . As illustrated, a voltage waveform 50b formed by integrating the voltage waveform 50a of the induced voltage due to brush noise is shaped into a pulsed rotation pulse 50 by the voltage waveform 50c.
[ 0033 ]
As described above, according to the motor pulse generation circuit 1 of the present embodiment, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise generated in the yoke housing 144 can be formed into a pulse shape with a simple configuration, so that it is not large. The rotation pulse 50 corresponding to the rotation angle of the armature 141 can be generated at low cost without using a sensor or a complicated circuit.
[ 0034 ]
Next, a first modification of the motor pulse generation circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[ 0035 ]
A motor pulse generation circuit 101 shown in FIG. 3 shows a first modified example of the motor pulse generation circuit 1 shown in FIG. 2 and includes an induced voltage detection circuit 110 and a waveform shaping circuit 120. .
[ 0036 ]
The induced voltage detection circuit 110 shown in FIG. 3 has a peak hold circuit 13 formed by additionally connecting a diode 13a, a resistor 13b, and a capacitor 13c to the voltage follower 12 of the induced voltage detection circuit 10 shown in FIG. It is configured.
[ 0037 ]
That is, a diode 13a is connected to the output portion of the voltage follower 12 in the forward direction, and a discharging resistor 13b and a charging capacitor 13c are connected to the cathode terminal of the diode 13a so as to be grounded.
[ 0038 ]
Further, the waveform shaping circuit 120 shown in FIG. 3 has a configuration in which the integration circuit 21 is omitted from the waveform shaping circuit 20 shown in FIG. 2, and includes a comparison circuit 22 including a comparator 22a and resistors 22b and 22c. It is configured. The output signal of the peak hold circuit 13 is directly input to the minus terminal (negative terminal) of the comparator 22a.
[ 0039 ]
Next, the operation of the motor pulse generation circuit 101 having the above circuit configuration will be described.
First, when the armature 141 rotates by applying a predetermined voltage between the brushes 142 of the DC motor 140 and the brush noise is transmitted to the yoke housing 144, the brush noise is induced by the induced voltage via the signal line 14. Input to the detection circuit 110.
[ 0040 ]
Here, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise measured at one end of the pull-down resistor 11, that is, at the measurement point P1, is indicated by reference numeral 60a in FIG. Here, in FIG. 6, the vertical axis represents the voltage value [V], and the horizontal axis represents the time [msec]. As shown in the figure, the voltage waveform 60a periodically generates six surge voltages 61 per one rotation of the armature 141, as with the voltage waveform 50a shown in FIG.
[ 0041 ]
The brush noise detected at one end of the pull-down resistor 11 shown in FIG. 3 is input to the peak hold circuit 13 and shaped into a predetermined voltage waveform. Here, a signal line between the resistor 13b and the capacitor 13c, that is, a voltage waveform measured at the measurement point P3 is indicated by reference numeral 60b in FIG. As shown in the figure, the voltage waveform 60b is shaped into a triangular waveform that smoothly decreases after holding the peak value of the surge voltage 61 generated in the voltage waveform 60a of the induced voltage due to brush noise for a predetermined time.
[ 0042 ]
The signal output from the peak hold circuit 13 shown in FIG. 3 is input to the negative terminal (negative terminal) of the comparator 22a and is compared with the reference voltage by the comparator 22a, thereby forming a pulsed voltage waveform. The
[ 0043 ]
Here, reference numeral 60c in FIG. 6 indicates a reference voltage waveform input to the positive terminal (positive terminal) of the comparator 22a, and reference numeral 60 indicates a rotation pulse that has been shaped into a pulse shape by the comparator 22a. . As illustrated, a voltage waveform 60b formed by peak-holding the surge voltage 61 generated in the voltage waveform 60a of the induced voltage due to brush noise is shaped into a pulsed rotation pulse 60 by the voltage waveform 60c.
[ 0044 ]
Thus, also in the motor pulse generation circuit 101 according to the first modification of the present embodiment, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise generated in the yoke housing 144 can be shaped into a pulse shape with a simple configuration. Therefore, the rotation pulse 60 corresponding to the rotation angle of the armature 141 can be generated at low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit.
[ 0045 ]
Next, a second modification of the motor pulse generation circuit according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[ 0046 ]
A motor pulse generation circuit 201 shown in FIG. 4 shows a second modification of the motor pulse generation circuit 1 shown in FIG. 2, and includes an induced voltage detection circuit 210 and a waveform shaping circuit 220. .
[ 0047 ]
The induced voltage detection circuit 210 shown in FIG. 4 has the same configuration as the induced voltage detection circuit 110 shown in FIG. 3 and includes a peak hold circuit 13.
[ 0048 ]
The waveform shaping circuit 220 shown in FIG. 4 is configured by using a differentiation circuit 23 including a resistor 23a and a capacitor 23b instead of the integration circuit 21 shown in FIG. 2, and the output unit of the peak hold circuit 13 is a differentiation circuit. 23 capacitors 23b.
[ 0049 ]
Further, a one-shot multivibrator circuit 24 for generating a rotation pulse from the output signal of the differentiation circuit 23 is used for the waveform shaping circuit 220. The one-shot multivibrator circuit 24 has a configuration in which a feedback circuit including a resistor 24a and a capacitor 24b is additionally connected in series to the positive feedback loop of the comparator 22a shown in FIG. The output signal of the differentiating circuit 23 is directly input to the minus terminal (negative terminal) of the comparator 22a.
[ 0050 ]
Next, the operation of the motor pulse generation circuit 201 having the above circuit configuration will be described.
First, when the armature 141 rotates by applying a predetermined voltage between the brushes 142 of the DC motor 140 and the brush noise is transmitted to the yoke housing 144, the brush noise is induced by the induced voltage via the signal line 14. Input to the detection circuit 210.
[ 0051 ]
Here, a voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise measured at one end of the pull-down resistor 11, that is, at the measurement point P1, is indicated by reference numeral 70a in FIG. Here, in FIG. 7, the vertical axis represents the voltage value [V], and the horizontal axis represents the time [msec]. As shown in the figure, the voltage waveform 70a periodically generates six surge voltages 71 per one rotation of the armature 141, similarly to the voltage waveform 50a shown in FIG.
[ 0052 ]
The brush noise detected at one end of the pull-down resistor 11 shown in FIG. 4 is input to the peak hold circuit 13 and shaped into a predetermined voltage waveform. Here, a signal line between the resistor 13b and the capacitor 13c, that is, a voltage waveform measured at the measurement point P3 is indicated by reference numeral 70b in FIG. As shown in the figure, the voltage waveform 70b is shaped into a triangular waveform that smoothly decreases after holding the peak value of the surge voltage 71 generated in the voltage waveform 70a of the induced voltage due to brush noise for a predetermined time.
[ 0053 ]
The signal output from the peak hold circuit 13 shown in FIG. 4 is further shaped into a predetermined triangular wave voltage waveform by the differentiating circuit 23, and then input to the negative terminal (negative terminal) of the comparator 22a.
[ 0054 ]
The comparator 22a outputs a predetermined output signal triggered by the signal input to the negative terminal (negative terminal), and this output signal is shaped as an oscillation pulse by the resistor 24a and the capacitor 24b. The oscillation pulse is divided by the resistors 22b and 22c and then positively fed back to the + terminal (positive terminal) of the comparator 22a.
[ 0055 ]
Here, reference numeral 70c in FIG. 7 indicates a reference voltage waveform input to the + terminal (positive terminal) of the comparator 22a, and reference numeral 70 indicates a rotation pulse that has been pulse-shaped by the comparator 22a. . As shown in the figure, a voltage waveform 70b obtained by shaping the voltage waveform 70a of the induced voltage due to brush noise into a triangular waveform is compared with the voltage waveform 70c by using the voltage waveform 70b as a trigger to form a pulse-like rotation pulse 70. Corrugated.
[ 0056 ]
Thus, also in the motor pulse generation circuit 201 according to the second modification of the present embodiment, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise generated in the yoke housing 144 can be shaped into a pulse shape with a simple configuration. Therefore, the rotation pulse 70 corresponding to the rotation angle of the armature 141 can be generated at low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit.
[ 0057 ]
Next, an example in which the motor pulse generation circuit according to one embodiment of the present invention is applied to a rotating electrical machine device will be described.
[ 0058 ]
In FIG. 8, the code | symbol 300 is a DC motor apparatus as a rotary electric machine apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. The DC motor device 300 is used for, for example, a power window device for vehicles such as an automobile, a sunroof device, and the like. The motor control device 30 as a rotating electrical machine control device and the DC as a rotating electrical machine used as a drive source. And a motor 40.
[ 0059 ]
The motor control device 30 includes a motor pulse generation circuit 1, a motor control circuit 31, a power supply circuit 34, and a communication circuit 35. The motor control device 30 is configured by a one-package control unit in which each circuit is integrated into one, and is housed in a yoke housing 44 provided in the DC motor 40 or a predetermined portion on an outer portion of the yoke housing 44. However, it may be separately provided at a position away from the yoke housing 44.
[ 0060 ]
As the motor pulse generation circuit 1, the one detailed above is used, and includes an induced voltage detection circuit 10 and a waveform shaping circuit 20. One end of a signal wire 14 made of a wire harness or the like is connected to the input portion of the induced voltage detection circuit 10, and the other end of the signal wire 14 is soldered and clipped to a predetermined portion of the yoke housing 44. It is connected by fastening, connector connection or the like.
[ 0061 ]
The signal line 14 may be connected to the outer peripheral surface of the yoke housing 44, and may be connected to the inner peripheral surface of the yoke housing 144 so as not to contact other members disposed around the DC motor 40. It may be connected.
[ 0062 ]
In addition, although the motor pulse generation circuit 1 is used as an example in the DC motor device 300 according to the present embodiment, the motor pulse generation circuit 101 and the motor pulse generation circuit 201 which are modified examples of the motor pulse generation circuit 1 are used. May be used.
[ 0063 ]
The motor control circuit 31 is an electric circuit for controlling the voltage applied between the brushes 42 of the DC motor 40, and inputs and calculates the output signal from the motor pulse generation circuit 1 and the output signal from the communication circuit 35. An MPU 32 that outputs a motor drive signal and a drive circuit 33 that adjusts the voltage applied between the brushes 42 of the DC motor 40 based on the motor drive signal output from the MPU 32 are configured.
[ 0064 ]
The drive circuit 33 is configured by, for example, an electric circuit capable of performing PWM control, configured to perform PWM control based on a command from the MPU 32, and to average the voltage applied between the brushes 42. Is desirable.
[ 0065 ]
The power supply circuit 34 converts a voltage input from a power supply device such as a vehicle battery (not shown) provided in the vehicle into a predetermined voltage, and applies the converted voltage to the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31. For electric circuit.
[ 0066 ]
The ground of the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31 is connected to the ground of the power supply circuit 34, and the − terminal (negative terminal) connected to the ground of the power supply circuit 34 is connected to a vehicle chassis or the like. . By connecting in this way, the ground of the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31 is kept at the reference potential.
[ 0067 ]
A ground terminal 301 is disposed on the exterior portion of the DC motor device 300, and the ground terminal 301 is directly connected to the vehicle chassis, so that the ground of the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31 is set to the reference potential. It may be kept.
[ 0068 ]
In this way, a stable output signal can be obtained from the motor pulse generation circuit 1 by maintaining the ground of the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31 at the reference potential.
[ 0069 ]
The communication circuit 35 is configured to receive a command signal related to a motor drive command from a central controller (not shown) provided in the vehicle, and to output a motor control signal related to motor control to the MPU 32 based on the received signal. ing.
[ 0070 ]
The DC motor 40 includes an armature 41, a brush 42, a commutator 43 that is in sliding contact with the brush 42, and a yoke housing 44 that accommodates these and is formed of a magnetic material such as iron.
[ 0071 ]
The armature 41 is provided with a winding 45, and current switching to the winding 45 is performed by a rectifying action between the brush 42 and the commutator 43. Further, a magnet 46 is disposed inside the yoke housing 44, and the armature 41 is configured to rotate by a field between the magnet 46 and the winding 45.
[ 0072 ]
Next, the operation of the DC motor device 300 having the above configuration will be described.
First, in a state where power is supplied to the power supply circuit 34 from a power supply device such as a vehicle battery (not shown), a command signal or the like related to a motor drive command is input to the communication circuit 35 from a central control device (not shown) provided in the vehicle. Then, the communication circuit 35 generates a motor control signal based on the input signal command and outputs the motor control signal to the MPU 32.
[ 0073 ]
When the motor control signal output from the communication circuit 35 is input, the MPU 32 generates a motor drive signal based on the motor control signal and outputs the motor drive signal to the drive circuit 33. When the motor drive signal output from the MPU 32 is input, the drive circuit 33 applies a predetermined voltage between the brushes 42 of the DC motor 40 in accordance with the motor drive signal.
[ 0074 ]
In this way, when a voltage is applied between the brushes 42, a current flows sequentially through the predetermined winding 45 by the rectifying action of the brush 42 and the commutator 43, and a magnetic field generated in the winding 45 through which the current flows; The armature 41 is rotated by the field with the magnet 46.
[ 0075 ]
In this way, when the armature 41 rotates, brush noise is generated due to intermittent contact between the brush 42 and the commutator 43 as the armature 41 rotates. The brush noise is transmitted to the yoke housing 44 through a shaft and a bearing (not shown) made of a metal material.
[ 0076 ]
The brush noise transmitted to the yoke housing 44 is input to the motor pulse generation circuit 1 through the signal line 14. Then, the motor pulse generation circuit 1 generates a rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature 41 from the induced voltage caused by the input brush noise, as described in detail so far, and outputs this rotation pulse to the MPU 32.
[ 0077 ]
When the rotation pulse output from the motor pulse generation circuit 1 is input, the MPU 32 calculates the rotation angle of the armature 41 by counting the number of rotation pulses. Then, the calculation result is compared with the command signal output from the communication circuit, and the motor drive signal is continuously output to the drive circuit 33 until the request for the command signal is satisfied.
[ 0078 ]
When the MPU 32 determines that the command signal request is satisfied, the MPU 32 stops outputting the motor drive signal to the drive circuit 33. When the motor drive signal is not input, the drive circuit 33 stops the voltage applied between the brushes 42, thereby stopping the rotation of the armature 41. In this way, the DC motor 40 is controlled so that the armature 41 rotates by a predetermined rotation angle based on the motor control signal output from the communication circuit 35.
[ 0079 ]
Thus, since the motor control device 30 is provided with the motor pulse generation circuit 1, the voltage waveform of the induced voltage caused by the brush noise generated in the yoke housing 44 can be shaped into a pulse shape. Thereby, the rotation pulse according to the rotation angle of the armature 41 can be generated at low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit.
[ 0080 ]
Further, the DC motor device 300 according to the present embodiment feedback-controls the rotation angle of the armature 41 based on the rotation pulse output according to the rotation angle of the armature 41, so that the DC motor 40 is driven and controlled with high accuracy. Therefore, the position control of the driven mechanism connected to the rotating shaft of the DC motor 40 can be performed with high accuracy.
[ 0081 ]
As described above, according to the present embodiment, the following effects are obtained.
(A) As shown in FIG. 1, the motor pulse generation circuit 1 according to the present embodiment includes an induced voltage detection circuit 10 and a waveform shaping circuit 20, and therefore an induced voltage due to brush noise generated in the yoke housing 144. The voltage waveform can be shaped into pulses. Thereby, the rotation pulse according to the rotation angle of the armature 41 can be generated at low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit.
[ 0082 ]
(B) Further, as shown in FIG. 2, the motor pulse generation circuit 1 includes the pull-down resistor 11 in the induced voltage detection circuit 10, so that the induced voltage due to the brush noise generated in the yoke housing 144 can be easily reduced. It can be reliably detected by the configuration.
[ 0083 ]
(C) Since the motor control device 30 according to the present embodiment shown in FIG. 8 includes the motor pulse generation circuit 1 and the motor control circuit 31, the motor pulse generation circuit 1 outputs the motor control device 30. A motor drive signal can be output based on the rotation pulse thus obtained, and the DC motor 40 can be accurately and reliably controlled.
[ 0084 ]
(D) In addition, since the DC motor device 300 according to the present embodiment includes the motor control device 30, it can be used at low cost according to the rotation angle of the armature 41 without using a large sensor or a complicated circuit. Rotation pulses can be generated. Thereby, since reliable control by the motor control device 30 becomes possible, it can be rotationally driven with high accuracy according to the command signal.
[ 0085 ]
The above embodiment of the present invention can be modified as follows.
(A) In the motor pulse generation circuit 1 according to the present embodiment shown in FIG. However, the present invention is not limited to this.
[ 0086 ]
That is, the DC motor 140 as a rotating electrical machine is not limited to the one used as a drive source, but may be used as a generator such as a generator.
[ 0087 ]
In this case, the motor pulse generation circuit 1 of the present embodiment detects an induced voltage due to brush noise generated in the yoke housing when the armature is rotated by an external force in the generator, and according to the rotation angle of the armature. Thus, a rotation pulse may be generated.
[ 0088 ]
(B) In the motor pulse generation circuit 1 according to the present embodiment, the circuit configuration according to the modified example as shown in FIGS. 3 and 4 is shown. However, the invention according to claim 1 is a circuit configuration of the modified example. The present invention is not limited to the above, and various modifications can be made. For example, a filter circuit or the like may be connected between the input portion of the induced voltage detection circuit 10 and the signal line 14.
[ 0089 ]
(C) In the motor control device 30 according to the present embodiment, the number of rotation pulses output according to the rotation angle of the armature 41 is detected by the motor pulse generation circuit 1, and the motor is operated until the number of pulses reaches a predetermined value. Rotation position control was performed. 1 However, the present invention is not limited to this.
[ 0090 ]
For example, a pulse interval (frequency) in the rotation pulse may be detected, and the motor speed control may be performed so that the pulse interval becomes a constant period. That is, the motor control device 30 can perform motor rotation position control and motor speed control according to the operation specifications of the driven mechanism connected to the output shaft of the DC motor 40, and can also perform these simultaneously. it can.
[ 0091 ]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the pulse generator circuit of the rotating electrical machine of the present invention, since the induced voltage detecting means and the waveform shaping means are provided, the voltage waveform of the induced voltage due to the brush noise generated in the yoke housing is pulsed. Waveform can be formed into a shape. As a result, a rotation pulse corresponding to the rotation angle of the armature can be generated at a low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit.
[ 0092 ]
In addition, since the rotating electrical machine control device of the present invention is configured to include the rotating electrical machine control circuit, the drive signal can be output based on the rotational pulse output from the pulse generation circuit. The rotating electrical machine can be accurately and reliably controlled.
[ 0093 ]
Further, according to the rotating electrical machine apparatus of the present invention, it is possible to generate a rotation pulse according to the rotation angle of the armature at a low cost without using a large-scale sensor or a complicated circuit. And can be rotationally driven with high accuracy according to the command signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor pulse generation circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a motor pulse generation circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a first modification of the motor pulse generating circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a second modification of the motor pulse generating circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an output waveform of each part of the motor pulse generation circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing output waveforms of respective parts of a motor pulse generation circuit according to a first modification of the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing output waveforms of respective parts of a motor pulse generating circuit according to a second modification of the present embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing an overall configuration of a DC motor device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 101, 201 Motor pulse generation circuit, 10, 110, 210 Inductive voltage detection circuit, 11 pull-down resistor, 12 voltage follower, 13 peak hold circuit, 13a diode, 13b resistor, 13c capacitor, 14 signal line, 20, 120, 220 waveform shaping circuit, 21 integration circuit, 21a resistor, 21b capacitor, 22 comparison circuit, 22a comparator, 22b, 22c resistor, 23 differentiation circuit, 23a resistor, 23b capacitor, 24 one-shot multivibrator circuit, 24a resistor, 24b capacitor, 30 motor control device, 31 motor control circuit, 32 MPU, 33 drive circuit, 34 power supply circuit, 35 communication circuit, 40, 140 DC motor, 41, 141 armature, 42, 142 brush, 43, 143 commutator, 44 144 Yoke housing, 45, 145 Winding, 46, 146 Magnet, 50, 60, 70 Rotation pulse, 50a, 50b, 50c, 60a, 60b, 60c, 70a, 70b, 70c Voltage waveform, 51, 61, 71 Surge voltage , 300 DC motor device

Claims

A brush, a commutator sliding contact with the brush, the armature of the commutator is arranged, the rotary electric machine and a yoke housing in which the magnet is internally provided on the magnetic action on the armature as well as accommodating the armature ,
A rotating electrical machine apparatus that drives and controls the rotating electrical machine ,
The rotating electrical machine control device
Intermittent induced detected by due to the induced voltage detection means and the induced voltage detecting means for detecting an induced voltage by the brush noise generated in the yoke housing to contact with the brush and the commutator due to the rotation of the armature A pulse generation circuit configured to have waveform shaping means for generating a rotation pulse by shaping the voltage waveform of the voltage into a pulse shape ;
A rotating electrical machine control circuit that controls the rotating electrical machine based on the rotational pulse output from the pulse generation circuit,
The yoke housing and the induced voltage detection means are connected by a signal line,
The rotating electrical machine apparatus, wherein the induced voltage detecting means detects an induced voltage caused by brush noise input via the signal line.

The rotating electrical machine apparatus according to claim 1, wherein the induced voltage detection means includes a pull-down resistor.