JP4763509B2

JP4763509B2 - リプル検出装置

Info

Publication number: JP4763509B2
Application number: JP2006142870A
Authority: JP
Inventors: 宗明栗本; 仁司石川; 英一郎繁原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: CN101079588A; DE102007000286A1; JP2007318837A; FR2901646B1; FR2901646A1; US20070273363A1; CN101079588B; US7696708B2

Description

本発明は、リプル検出装置に関する。

直流モータの回転状態を検出するために、直流モータから出力される電機子電流のリプルを検出するリプル検出装置が用いられる。
従来のリプル検出装置には、特許文献１，２に示されたものがある。
特表２００３−５３６３５５号公報特開２０００−１６６２７４号公報

特許文献１に示されたリプル検出装置では、アナログの電機子電流信号をリプル周波数よりも高いサンプリング周波数でサンプリングして二値化し、その二値化で形成されたパルスをリプルとし、そのリプルの周期を他のリプルの周期と比較して補正している。この補正により、リプル数が誤って検出されることを防止している。

特許文献２に示されたリプル検出装置は、リプルよりも周波数の低い低域ノイズによってリプル波高値が小さくなることにより、リプルを誤検出することを防止することを目的とし、電機子電流の電流値の大きさに反比例するゲインでリプル電流を増幅している。

直流モータの構造に起因した低域ノイズが電機子電流に重畳した場合、電機子電流におけるリプル成分の波高値が変動すると共に、リプル成分の中央値も変動する。このような電機子電流を二値化してリプルとして検出する前述の特許文献１のリプル検出装置では、リプルの検出に失敗する可能性がある。また、特許文献１のリプル検出装置では、リプルの候補を他のリプルと比較して補正するので、幅や周期が異なるリプル同士を比較することになるので、本来のリプルをノイズと判定する場合もあり得た。また、周期及び幅が異なるリプルを同じとすると、高調波成分もリプルとしてしまう可能性もあった。即ち、特許文献１のリプル検出装置を用いると、モータの回転数を誤検出する危険性があった。
一方、特許文献２のリプル検出装置は、可変ゲインアンプやそのゲインを電流値に応じて設定するゲイン設定回路等が必要となり、回路規模が大きくなるという問題があった。

本発明は、以上のような現状に鑑みてなされた発明であり、電機子電流のリプルを確実に検出すると共に回路規模が小さいリプル検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の観点に係るリプル検出装置は、
検出対象のリプルと該リプルの周波数の１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数を持つ低域ノイズとが重畳されてモータから出力される電機子電流から、該検出対象のリプルを検出するリプル検出装置であって、
事前に前記リプルの周期を検出する初期リプル検出手段と、
前記モータから逐次入力される前記電機子電流から前記リプルと思われる特徴を検出する特徴検出手段と、
前記特徴検出手段で前記特徴が検出された現在時点よりも以前で且つ前記低域ノイズの周波数で定まった過去の時点での前記電機子電流の特徴と、該特徴検出手段で検出された現時点での電機子電流の特徴とを比較し、該過去の時点の特徴と現時点の特徴とが類似している場合に前記リプルが発生していると判断するリプル検出手段と、
を備えることを特徴とする。

なお、前記低域ノイズが１種類であり、
前記過去の時点は、前記現時点から前記リプルの周期のｎ個分に相当する時間分過去に遡った時点であってもよい。

また、前記低域ノイズは、周波数の互いに異なる複数種類のノイズであり、
前記過去の時点は、前記各低域ノイズの周期の前記リプルの周期に対する倍率を乗算した値に該リプルの周期を乗算して得られる値に相当する時間分現時点から過去に遡った時点であってもよい。

また、前記特徴は、前記電機子電流の極大点間或いは極小点間の時間差であってもよい。

また、前記特徴は、前記電機子電流に現われる極大値或いは極小値とその前に該電機子電流に現われた極小値或いは極大値との差であってもよい。

更に、本発明は、リプル検出方法に適用することが可能である。
リプル検出方法に本発明を適用した場合には、
検出対象のリプルと該リプルの周波数の１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数を持つ低域ノイズとが重畳されてモータから出力される電機子電流から、該検出対象のリプルを検出するリプル検出方法であって、
事前に前記リプルの周期を検出する初期リプル検出処理と、
前記モータから逐次入力される前記電機子電流から前記リプルと思われる特徴を検出する特徴検出処理と、
前記特徴検出処理で前記特徴が検出された現在時点よりも以前で且つ前記低域ノイズの周波数で定まった過去の時点での前記電機子電流の特徴と該特徴検出理で検出された現時点での電機子電流の特徴とを比較し、該過去の時点の特徴と現時点の特徴とが類似している場合に前記リプルが発生していると検出するリプル検出処理と、を行う。

なお、前記低域ノイズが１種類であり、
前記過去の時点は、前記現時点から前記リプルの周期のｎ個分に相当する時間過去に遡った時点であってもよい。

また、前記特徴は、前記電機子電流の極大点或いは極小点間の時間差であってもよい。

本発明によれば、電機子電流のリプルを確実に検出することができる。また、可変ゲインアンプやゲイン設定回路等が不要であり、回路規模が小さいリプル検出装置を実現できる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリプル検出装置を示す構成図である。
図２は、図１中の検出器５０を示す構成図である。

このリプル検出装置は、直流モータの電機子電流からリプルを検出し、リプル検出信号を出力する装置であり、抵抗１０と、増幅器２０と、フィルタ３０と、Ａ／Ｄ変換器４０と、検出器５０とを備え、これらが順に接続されている。

抵抗１０は、シャント抵抗で構成され、直流モータから出力される電機子電流を流して電圧に変換する。増幅器２０は、演算増幅器等で構成され、抵抗１０が発生した電圧を増幅する。フィルタ３０は、増幅器２０の出力信号からリプルよりも高い周波数の高域周波数成分を除去するもので、その遮断周波数が可変な適応型フィルタで構成されている。
Ａ／Ｄ変換器４０は、フィルタ３０の出力信号をデジタル信号に変換する回路である。

検出器５０は、図２のように、ピーク検出部５１の機能とリプル検出部５２の機能とを有し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリにより構成することができる。検出器５０は、Ａ／Ｄ変換器４０から逐次与えられるデジタル信号に基づき、電機子電流に含まれるリプルを検出し、リプルに同期したパルスをリプル検出信号に形成して出力する。

本実施形態のリプル検出装置は、電機子電流に含まれるリプルを検出するが、直流モータを無負荷で運転する場合には問題とならない低域ノイズが、モータを加負荷で運転する場合には無視できなくなる。低域ノイズが電機子電流に重畳すると、リプルの検出精度を劣化させる。

主たる低域ノイズの周波数は、リプルの周波数の１／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）となり、図３（ａ）のリプルの周波数に対して、例えば図３（ｂ）のように１／２であったり、図３（ｃ）のように１／３になる。

電機子電流の直流成分にリプルと、周波数がリプルの１／２の低域ノイズとが重畳すると、図３（ｄ）に示した合成波のようになる。即ち、極大点及び極小点の現われる周期はリプルと同じであるが、極大値及び極小値が変化し、その極大値及び極小値の同じパターンがリプルの周期の２サイクル毎に繰り返される。

電機子電流の直流成分にリプルと、周波数がリプルの１／２の低域ノイズと、周波数がリプルの１／３の低域ノイズが重畳すると、図３（ｅ）に示した合成波のようになる。即ち、極大点及び極小点の現われる周期は、リプルと同じであるが、極大値及び極小値が規則的に変化し、極大値及び極小値の同じパターンがリプルの周期の６（＝２×３）サイクル毎に現われる。

低域ノイズが重畳された電機子電流からリプルの検出を行うと、波形の歪みのため、リプルの検出に失敗する可能性がある。そこで、本実施形態のリプル検出装置は、次のような動作で誤検出のない、リプル検出を行う。

図４は、電機子電流の周波数成分を示す図である。
電機子電流をスペクトル解析すると、例えば図４の周波数スペクトルが得られる。図４中の縦軸は、リプルの振幅に対する各周波数成分の振幅比である。リプルの周波数に対して周波数が２倍の高域周波数成分と、４倍の高域周波数成分と、０．５倍の低域周波数成分が顕著に表れる。ここでは、他の成分は無視し得る場合を示している。

各高域周波数成分は、フィルタ３０で遮断されるので、リプルの検出には影響しない。０．５倍の低域周波数成分は、周波数がリプルの１／２の低域ノイズである。電機子電流に重畳される低域ノイズが、リプルの１／２の周波数の低域ノイズのみの場合、２個前のリプルとの特徴比較により、新たなリプルを検証することが決まり、事前に検出器５０に登録される。

検出器５０に新たなリプルとの特徴比較されるリプルが登録されたリプル検出装置は、図５及び図６で示されるフローで、逐次リプルの検出を行う。
図５は、リプル検出の制御フローを示す図である。
図６は、図５中の定常リプル制御の具体例を示すフローチャートである。

直流モータをスタート（図５のＳ１０）し、無負荷運転する。無負荷運転すると、直流モータから出力される電機子電流に低域ノイズがほとんど重畳されず、検出対象のリプルの成分のみが電機子電流に重畳される。スタートの直後の初期リプル検出制御（Ｓ２０）では、この無負荷運転の状態での電機子電流からリプルを判定する。

電機子電流は、抵抗１０を流れる。抵抗１０は、電機子電流に相当する電圧を発生し、増幅器２０は、抵抗１０が発生した電圧を増幅する。フィルタ３０は、増幅器２０の出力信号から高周波成分を除去する。Ａ／Ｄ変換器４０は、増幅器で増幅された信号をデジタル信号に変換する。検出器５０のピーク検出部５１は、Ａ／Ｄ変換器４０から逐次与えられるデジタル信号のピークである例えば極小値を検出すると共に極小値の周期を検出する。リプル検出部５２は極小値の周期をリプルの周期と判断し、リプル検出信号を所定期間、高レベルに設定する。

初期リプル検出制御（Ｓ２０）の後、直流モータを加負荷状態で運転し、逐次リプルを検出する。即ち、定常リプル検出制御（Ｓ３０）を行う。この定常リプル検出制御は、直流モータを停止する（Ｓ４０）まで、継続される。

定常リプル検出制御（Ｓ３０）は、図６のステップＳ３１〜ステップＳ３４を含む。図７は、電機子電流の波形を示す説明図である。
検出器５０のピーク検出部５１は、デジタル信号から電機子電流の極小値Ｖｍｉｎ１を検出した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、その時点からカウントを開始し、次の極小値Ｖｒが現われるまでの周期Ｔｃｎｔをカウントする。

リプル検出部５２は、ピーク検出部５１でカウントした極小値間の周期Ｔｃｎｔと、２個前に検出したリプルの周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３２）。ΔＴの値は、周期Ｔ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さい場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにしてパルスを形成する（ステップＳ３３）。また、リプル検出信号のレベルを高レベルにした後に、周期Ｔｃｎｔを１個前のリプルの周期Ｔ１と設定し、それまで１個前のリプルの周期であった周期Ｔ１を２個前の周期Ｔ２に設定する。

即ち、検出器５０は、周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２とを比較し、周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２とが近似している場合に、リプルが電機子電流に発生していると判断する。

これに対し、極小値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、及び周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さくない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ３４）。

図８は、リプル検出信号の説明図である。
図６のステップＳ３１〜ステップＳ３４を繰り返すことにより、図８のように、リプル検出信号には、電機子電流に重畳されたリプルに同期してパルスが形成される。

以上のように、本実施形態のリプル検出装置では、極小値間にリプルが発生したと推定し、極小値間の時間を現時点のリプルの特徴として検出し、過去の時点で発生したリプルの特徴と比較して、電機子電流にリプルが発生したと推定するので、特許文献２に示されているような可変ゲインアンプやゲイン設定回路が不要であり、回路規模が小さい。また、現時点のリプルの特徴と比較する、過去の時点で発生したリプルの特徴は、現時点からリプルの周期の２個分に相当する時間だけ過去に遡った時点のリプルの特徴であり、電機子電流の波形が類似している部分で比較することになり、誤ったリプルの検出が防止される。

［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。
図１０は、電機子電流の波形を示す説明図である。

前述の第１の実施形態では、電機子電流におけるリプルの特徴を極小値間の時間（周期）とし、その特徴に基づいてリプルの発生したことを検証したが、リプルの特徴としては、極小値間の時間でなくてもよい。

本実施形態では、電機子電流の極大値から極小値に立ち下がる振幅を特徴とする場合を示す。なお、リプル検出装置の構成は、第１の実施形態のリプル装置と同様である。また、電機子電流には、検出対象のリプルと周波数が検出対象のリプルの周波数の１／２の低域ノイズが重畳しているものとする。

初期リプル検出制御は、第１の実施形態と同様である。初期リプル検出制御の後、直流モータを加負荷状態で運転し、定常リプル検出制御を行う。本実施形態の定常リプル検出制御は、図９のステップＳ５１〜ステップＳ５４を含む。
ピーク検出部５１が、Ａ／Ｄ変換器４０から入力されたデジタル信号から電機子電流の極小値Ｖｒを検出した場合（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、リプル検出部５２は、極小値Ｖｒの前の極大値Ｖｍａｘ０からの立ち下がり振幅Ｖｄｎ０（＝Ｖｍａｘ０−Ｖｒ）を求める。続いて、リプル検出部５２は、２個前に検出した極小値Ｖｍｉｎ２とその前の極大値Ｖｍａｘ２との差、つまり立ち下がり振幅Ｖｄｎ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）を求める。更に、リプル検出部５２は、立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５２）。なお、ΔＶｄｎの値は、Ｖｄｎ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さい場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにしてパルスを形成する（ステップＳ５３）。また、リプル検出信号のレベルを所定期間高レベルにしたとき、現時点の極小値Ｖｒ及び過去の極小値Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２をそれぞれずらして、極小値Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２，Ｖｍｉｎ３に設定し、次のリプルの到来に準備する。極大値Ｖｍａｘ０，Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２もずらして、Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２，Ｖｍａｘ３に設定する。

これに対し、極小値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ５１：ＮＯ）、及び立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さくない場合（ステップＳ５２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ５４）。

以上のステップＳ５１〜５４を繰り返すことにより、リプル検出信号には、電機子電流に重畳されたリプルに同期してパルスが形成される。
本実施形態は、リプルの特徴を立ち下がり振幅としているので、電機子電流におけるリプル及び低域ノイズの周波数が変化してる場合でも、確実にリプルを検出できる。

［第３の実施形態］
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートであり、図６及び図９と共通する要素には共通の符号が付されている。

前述した第１の実施形態では、リプルの特徴を極小値間の時間差とし、第２の実施形態では、立ち下がり振幅としているが、本実施形態では、これらの特徴を併用する場合を説明する。なお、リプル検出装置の構成は、第１の実施形態のリプル装置と同様である。また、電機子電流には、検出対象のリプルと周波数が検出対象のリプルの周波数の１／２の低域ノイズが重畳しているものとする。

初期リプル検出制御は、第１の実施形態と同様である。初期リプル検出制御の後、直流モータを加負荷状態で運転し、定常リプル検出制御を行う。
本実施形態の定常リプル検出制御において、ピーク検出部５１は、デジタル信号から電機子電流の極小値Ｖｍｉｎ１を検出した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、その時点からカウントを開始し、次の極小値Ｖｒが現われるまでの周期Ｔｃｎｔをカウントする。

リプル検出部５２は、ピーク検出部５１でカウントした極小値間の周期Ｔｃｎｔと、２個前に検出したリプルの周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３２）。ΔＴの値は、周期Ｔ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

リプル検出部５２は、周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定値ΔＴよりも小さいと判断した場合、極小値Ｖｒの前の極大値Ｖｍａｘ０からの立ち下がり振幅Ｖｄｎ０（＝Ｖｍａｘ０−Ｖｒ）を求める。続いて、リプル検出部５２は、２個前に検出した極小値Ｖｍｉｎ２とその前の極大値Ｖｍａｘ２との差、つまり立ち下がり振幅Ｖｄｎ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）を求める。更に、リプル検出部５２は、立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ５２）。なお、ΔＶｄｎの値は、Ｖｄｎ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さい場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにする（ステップＳ５３）。また、リプル検出信号のレベルを所定期間高レベルにしたとき、現時点の極小値Ｖｒ及び過去の極小値Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２をそれぞれずらして、極小値Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２，Ｖｍｉｎ３に設定し、次のリプルの到来に準備する。極大値Ｖｍａｘ０，Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２もずらして、Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２，Ｖｍａｘ３に設定する。周期Ｔｃｎｔも１個前のリプルの周期Ｔ１と設定し、それまで１個前のリプルの周期であった周期Ｔ１を２個前の周期Ｔ２に設定する。

これに対し、極小値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、及び周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さくない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、及び立ち下がり振幅Ｖｄｎ２，Ｖｄｎ０の差が所定の値ΔＶｄｎよりも小さくない場合（ステップＳ５２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ５４）。

以上のように、本実施形態では、リプルの特徴を極小値間の時間差及び立ち下がり振幅の両方としているので、リプル検出の誤りをより低減することができる。

［第４の実施形態］
上述の第１の実施形態〜第３の実施形態では、電機子電流が極小点になったことを検出して、そり極小点を基点としてリプルが発生したことを検出したが、本実施形態と後述する第５の実施形態及び第６の実施形態では、極大点を検出して該極大点からリプルの発生したことを検出する例を説明する。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。
図１３は、電機子電流の波形を示す説明図である。

この第４の実施形態では、電機子電流におけるリプルの特徴を極大値間の時間（周期）とし、その特徴に基づいてリプルの発生したことを検証する。なお、リプル検出装置の構成は、第１の実施形態のリプル装置と同様である。また、電機子電流には、検出対象のリプルと周波数が検出対象のリプルの周波数の１／２の低域ノイズが重畳しているものとする。

初期リプル検出制御は、第１の実施形態と同様である。初期リプル検出制御の後、直流モータを加負荷状態で運転し、定常リプル検出制御を行う。本実施形態の定常リプル検出制御は、図１２のステップＳ６１〜ステップＳ６４を含む。

検出器５０のピーク検出部５１は、デジタル信号から電機子電流の極大値Ｖｍａｘ１を検出した場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、その時点からカウントを開始し、次の極大値Ｖｒが現われるまでの周期Ｔｃｎｔをカウントする。

リプル検出部５２は、ピーク検出部５１でカウントした極大値間の周期Ｔｃｎｔと、２個前に検出したリプルの周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ６２）。ΔＴの値は、周期Ｔ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さい場合（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにしてパルスを形成する（ステップＳ６３）。また、リプル検出信号のレベルを高レベルにした後に、周期Ｔｃｎｔを１個前のリプルの周期Ｔ１と設定し、それまで１個前のリプルの周期であった周期Ｔ１を２個前の周期Ｔ２に設定する。

これに対し、極大値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ６１：ＮＯ）、及び周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さくない場合（ステップＳ６２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ６４）。
以上のステップＳ６１〜ステップＳ６４を繰り返すことにより、リプル検出信号には、電機子電流に重畳されたリプルに同期してパルスが形成される。

本実施形態の定常リプル検出制御を採用するリプル検出装置では、極大値間にリプルが発生したと推定し、極大値間の時間を現時点のリプルの特徴として検出し、過去の時点で発生したリプルの特徴と比較して、電機子電流にリプルが発生したと推定するので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第５の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。
図１５は、電機子電流の波形を示す説明図である。

本実施形態では、電機子電流の極大値を検出し、極小値から極大値に立ち上がる振幅を特徴とする場合を示す。なお、リプル検出装置の構成は、第１の実施形態のリプル装置と同様である。また、電機子電流には、検出対象のリプルと周波数が検出対象のリプルの周波数の１／２の低域ノイズが重畳しているものとする。

初期リプル検出制御は、第１の実施形態と同様である。初期リプル検出制御の後、直流モータを加負荷状態で運転し、定常リプル検出制御を行う。本実施形態の定常リプル検出制御は、図１４のステップＳ７１〜ステップＳ７４を含む。

ピーク検出部５１が、Ａ／Ｄ変換器４０から入力されたデジタル信号から電機子電流の極大値Ｖｒを検出した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、リプル検出部５２は、極大値Ｖｒの前の極小値Ｖｍｉｎ０からの立ち上がり振幅Ｖｕｐ０（＝Ｖｒ−Ｖｍｉｎ０）を求める。続いて、リプル検出部５２は、２個前に検出した極大値Ｖｍａｘ２とその前の極小値Ｖｍｉｎ２との差、つまり立ち上がり振幅Ｖｕｐ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）を求める。更に、リプル検出部５２は、立ち上がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ７２）。なお、ΔＶｕｐの値は、Ｖｕｐ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

立ち上がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さい場合（ステップＳ７２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにしてパルスを形成する（ステップＳ７３）。また、リプル検出信号のレベルを所定期間高レベルにしたとき、現時点の極大値Ｖｒ及び過去の極大値Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２をそれぞれずらして、極大値Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２，Ｖｍａｘ３に設定し、次のリプルの到来に準備する。極小値Ｖｍｉｎ０，Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２もずらして、Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２，Ｖｍｉｎ３に設定する。

これに対し、極大値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、及び立ち上がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さくない場合（ステップＳ７２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ７４）。
以上のステップＳ７１〜７４を繰り返すことにより、リプル検出信号には、電機子電流に重畳されたリプルに同期してパルスが形成される。

本実施形態は、リプルの特徴を立ち上がり振幅としているので、電機子電流におけるリプル及び低域ノイズの周波数が変化してる場合でも、第２の実施形態と同様に、確実にリプルを検出できる。

［第６の実施形態］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートであり、図１２及び図１４と共通する要素には共通の符号が付されている。

前述した第４の実施形態では、リプルの特徴を極大値間の時間差とし、第５の実施形態では、立ち上がり振幅としているが、本実施形態では、これらの特徴を併用する場合を説明する。なお、リプル検出装置の構成は、第１の実施形態のリプル装置と同様である。また、電機子電流には、検出対象のリプルと周波数が検出対象のリプルの周波数の１／２の低域ノイズが重畳しているものとする。

初期リプル検出制御は、第１の実施形態と同様である。初期リプル検出制御の後、直流モータを加負荷状態で運転し、定常リプル検出制御を行う。

本実施形態の定常リプル検出制御において、ピーク検出部５１は、デジタル信号から電機子電流の極大値Ｖｍａｘ１を検出した場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、その時点からカウントを開始し、次の極大値Ｖｒが現われるまでの周期Ｔｃｎｔをカウントする。

リプル検出部５２は、ピーク検出部５１でカウントした極大値間の周期Ｔｃｎｔと、２個前に検出したリプルの周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ６２）。ΔＴの値は、周期Ｔ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

リプル検出部５２は、周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定値ΔＴよりも小さいと判断した場合、極大値Ｖｒの前の極小値Ｖｍｉｎ０からの立ち上がり振幅Ｖｕｐ０（＝Ｖｒ−Ｖｍｉｎ）を求める。続いて、リプル検出部５２は、２個前に検出した極大値Ｖｍａｘ２とその前の極小値Ｖｍｉｎ２との差、つまり立ち上がり振幅Ｖｕｐ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）を求める。更に、リプル検出部５２は、立ち上がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ７２）。なお、ΔＶｕｐの値は、Ｖｕｐ２の値に対して相対的に設定されることが望ましい。

立ち上がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さい場合（ステップＳ７２：ＹＥＳ）、リプルが検出されたとして所定期間にリプル検出信号のレベルを高レベルにする（ステップＳ７３）。また、リプル検出信号のレベルを所定期間高レベルにしたとき、現時点の極大値Ｖｒ及び過去の極大値Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２をそれぞれずらして、極大値Ｖｍａｘ１，Ｖｍａｘ２，Ｖｍａｘ３に設定し、次のリプルの到来に準備する。極小値Ｖｍｉｎ０，Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２もずらして、Ｖｍｉｎ１，Ｖｍｉｎ２，Ｖｍｉｎ３に設定する。周期Ｔｃｎｔも１個前のリプルの周期Ｔ１と設定し、それまで１個前のリプルの周期であった周期Ｔ１を２個前の周期Ｔ２に設定する。

これに対し、極大値Ｖｒが検出されていない場合（ステップＳ６１：ＮＯ）、及び周期Ｔｃｎｔと周期Ｔ２との差が所定の値ΔＴよりも小さくない場合（ステップＳ６２：ＮＯ）、及び立ち下がり振幅Ｖｕｐ２，Ｖｕｐ０の差が所定の値ΔＶｕｐよりも小さくない場合（ステップＳ７２：ＮＯ）には、リプル検出信号を低レベルに維持する（ステップＳ６４）。

以上のように、本実施形態では、リプルの特徴を極大値間の時間差及び立ち上がり振幅の両方としているので、第３の実施形態と同様に、リプル検出の誤りをより低減することができる。

なお、本発明は、上記形態に限定されるものでぱなく、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものが考えられる。

（１）第１〜第６の実施形態では、電機子電流に重畳される低域ノイズの周波数がリプルの周波数の１／２であるとしているが、低域ノイズの周波数はリプルの周波数の１／３，１／４，…となる場合が考えられる。このような場合に、現時点で抽出したリプルの特徴と比較する過去のリプルの特徴は、低域ノイズの周波数がリプルの周波数の１／ｎであるとすると、現時点からリプルの周期のｎ個分に相当する時間過去に遡った時点のリプルの特徴とする。このように過去に遡った時点の電機子電流の波形は、現時点の電機子電流の波形とほぼ一致するので、リプルの検出が確実になる。

（２）第１〜第６の実施形態では、電機子電流に重畳される低域ノイズは、周波数がリプルの周波数の１／２の１種類だけとしているが、複数の周波数の低域ノイズが、電機子電流に重畳されることがある。例えば低域ノイズの周波数がリプルの周波数の１／Ｎ１，１／Ｎ２，…となった場合には、現時点で抽出したリプルの特徴と比較する過去のリプルの特徴は、リプルの周期をＮ１×Ｎ２×…倍した時間だけ過去に遡った時点のリプルの特徴となる。このように過去に遡った時点の電機子電流の波形は、現時点の電機子電流の波形とほぼ一致するので、リプルの検出が確実になる。

（３）リプルの特徴としては、種々の特徴が考えられる。例えば立ち上がり振幅と立ち下がり振幅の比、極大点と極小値との間の時間等などが考えられる。

本発明の第１の実施形態に係るリプル検出装置を示す構成図である。図１中の検出器を示す構成図である。リプルと低域ノイズと合成波を示す図である。電機子電流の周波数スペクトラム例を示す図である。リプル検出の制御フローを示す図である。図５中の定常リプル検出制御の具体例を示すフローチャートである。電機子電流の波形を示す説明図である。リプル検出信号の説明図である。本発明の第２の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。電機子電流の波形を示す説明図である。本発明の第３の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。電機子電流の波形を示す説明図である。本発明の第５の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。電機子電流の波形を示す説明図である。本発明の第６の実施形態に係る定常リプル検出制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１０抵抗
２０増幅器
３０フィルタ
４０Ａ／Ｄ変換器
５０検出器
５１ピーク検出部
５２リプル検出部

Claims

検出対象のリプルと該リプルの周波数の１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数を持つ低域ノイズとが重畳されてモータから出力される電機子電流から、該検出対象のリプルを検出するリプル検出装置であって、
事前に前記リプルの周期を検出する初期リプル検出手段と、
前記モータから逐次入力される前記電機子電流から前記リプルと思われる特徴を検出する特徴検出手段と、
前記特徴検出手段で前記特徴が検出された現在時点よりも以前で且つ前記低域ノイズの周波数で定まった過去の時点での前記電機子電流の特徴と該特徴検出手段で検出された現時点での電機子電流の特徴とを比較し、該過去の時点の特徴と現時点の特徴とが近似している場合に前記リプルが発生していると判断するリプル検出手段と、
を備えることを特徴とするリプル検出装置。
前記低域ノイズが１種類であり、
前記過去の時点は、前記現時点から前記リプルの周期のｎ個分に相当する時間分過去に遡った時点であることを特徴とする請求項１に記載のリプル検出装置。
前記低域ノイズは、周波数の互いに異なる複数種類のノイズであり、
前記過去の時点は、前記各低域ノイズの周期の前記リプルの周期に対する倍率を乗算した値に該リプルの周期を乗算して得られる値に相当する時間分現時点から過去に遡った時点であることを特徴とする請求項１に記載のリプル検出装置。
前記特徴は、前記電機子電流の極大点間或いは極小点間の時間差であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリプル検出装置。
前記特徴は、前記電機子電流に現われる極大値或いは極小値とその前に該電機子電流に現われた極小値或いは極大値との差であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリプル検出装置。