JP4956238B2 - 直流モータのリプル検出装置、回転状態検出装置、リプル検出方法及び回転状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流モータのリプル検出装置、回転状態検出装置、リプル検出方法及び回転状態検出方法に関するものである。

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

直流モータをブラシを有し、ブラシの切り替わりタイミングでモータに流れるモータ電流は脈動する。このため、このような直流モータの脈動するモータ電流を電流リプルとして検出することにより、直流モータの回転状態を検出するようにした直流モータの回転状態検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この回転状態検出装置は、電流リプルからリプルパルスを成形し、リプルパルス数から回転数を求めるようにしている。

また、直流モータのブラシの切り替わりに伴って、電流検出信号には、電流リプルの周波数よりも低周波側の低周波ノイズ、あるいは、電流リプルの高調波ノイズが含まれる場合がある。このため、この回転状態検出装置は、遮断周波数の可変のフィルタを備える。

この回転状態検出装置は、直流モータの電流値と電源電圧値とに基づいて最大リプル周波数を演算し、リプルパルスの周波数を取得して実リプル周波数を演算する。

そして、この回転状態検出装置は、この最大リプル周波数と実リプル周波数との差に基づいてフィードバック値を演算し、演算したフィードバック値に基づいてフィルタの遮断周波数を可変する。

この回転状態検出装置は、このようにして、回転数が変化したり、直流モータの特性がばらついたりしても、高調波成分を除去してリプルを検出し、さらに、直流モータの回転状態を適切に検出するようにしている。
特開２００３−９５８５号公報（第３−５頁、図１，２）

しかし、従来の直流モータの回転状態検出装置では、実リプルに、振幅が大きな低周波ノイズが重畳していると、直流モータの回転数を誤検出するおそれがある。

即ち、リプルパルスに振幅の大きな低周波ノイズが重畳していると、この低周波重畳パルスによって実リプルよりも低い周波数のリプルパルスが成形される。従来の回転状態検出装置は、低い周波数のパルスに基づいて遮断周波数を演算する。

この遮断周波数によりフィルタは、実パルスを減衰させてしまい、より低い周波数のパルスが成形される。そして、従来の回転状態検出装置が低周波重畳パルスのカウント数から、遮断周波数を繰り返し演算した結果、遮断周波数が低周波ノイズによって調整されて誤動作が生じる。その結果、直流モータの回転数が誤検出される。

ノイズを減衰する方法として、バンドパスフィルタを用いた場合、電流リプルを検出できるものの、常に電流リプルのみを通過させなければならないため、フィルタの遮断周波数制御が難しくなる。

そして、このような回転状態検出装置は、一旦、電流リプルを減衰させてしまうと、復帰させることができなくなってしまう。従って、バンドパスフィルタを用いた回転状態検出装置では、高精度の遮断周波数制御が必要とされる。

また、ローパスフィルタを用いてノイズを除去する場合、遮断周波数のフィードバック制御を行うことにより、高調波ノイズは必ず除去される。一方、電流リプルよりも低周波側に不要な低周波ノイズが存在する場合には、この低周波ノイズを検出してしまい、電流リプルを減衰させてしまう可能性がある。

この低周波ノイズが安定しているならば、低周波ノイズを検出して直流モータの回転状態を検出することはできるものの、ノイズの特性は、直流モータの固体差にも依存し、必ずしも安定しているとは限らない。従って、直流モータの正確な位置制御を行うためには、電流リプルを検出しなければならない。

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

また、本発明は、直流モータの回転状態を高精度に検出することが可能な直流モータの回転状態検出装置及び回転状態検出方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る直流モータのリプル検出装置は、
直流モータの回転によって変化する電流リプルを検出し、検出した電流リプルを示す電流検出信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波する第１の遮断周波数可変の第１のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタが濾波した信号の第１のリプル信号を生成する第１のリプル信号生成部と、
前記第１の遮断周波数よりも高い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波する前記第２の遮断周波数可変の第２のローパスフィルタと、
前記第２のローパスフィルタが濾波した信号の第２のリプル信号を生成する第２のリプル信号生成部と、
前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号の周波数に基づいて前記第１の遮断周波数を制御し、前記直流モータの電流リプルのリプル周波数と除去対象のノイズのノイズ周波数との比に対応するように、前記第２の遮断周波数と前記第１の遮断周波数との周波数比を設定し、設定した周波数比に基づいて前記第２の遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、
前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号と前記第２のリプル信号生成部が生成した第２のリプル信号とを比較して、前記第１のローパスフィルタが濾波した信号と第２のローパスフィルタが濾波した信号とのいずれに前記電流リプルが含まれているかを判別することにより、前記電流リプルを検出するリプル検出部と、を備えたことを特徴とする。

前記リプル検出部は、前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号の周期と前記第２のリプル信号生成部が生成した第２のリプル信号の周期とを比較して、前記第２のリプル信号の周期と前記第１のリプル信号の周期との比が、前記周波数比の逆数に対応しているときは、前記第２のローパスフィルタが濾波した信号に前記電流リプルが含まれていると判別し、対応していないときは、前記第１のローパスフィルタが濾波した信号に前記電流リプルが含まれていると判別し、前記電流リプルを検出するようにしてもよい。

また、本発明の第２の観点に係る直流モータの回転状態検出装置は、
直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じる電流リプルを示す電流検出信号を生成し、生成した電流検出信号から電流リプルを検出する上述の直流モータのリプル検出装置と、
前記直流モータのリプル検出装置が検出した電流リプルに基づいて、前記直流モータの回転状態を検出する回転状態検出部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第３の観点に係る直流モータのリプル検出方法は、
直流モータの回転によって変化する電流リプルを検出し、検出した電流リプルを示す電流検出信号を生成するステップと、
前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波し、第１の遮断周波数未満の周波数成分を通過させるステップと、
前記第１の遮断周波数未満の周波数成分の信号から第１のリプル信号を生成するステップと、
前記第１の遮断周波数よりも高い遮断周波数を第２の遮断周波数として、生成した電流検出信号を濾波し、前記第２の遮断周波数未満の周波数成分を通過させるステップと、
前記第２の遮断周波数未満の周波数成分の信号から第２のリプル信号を生成するステップと、
生成した前記第１のリプル信号の周波数に基づいて前記第１の遮断周波数を制御するステップと、
前記直流モータの電流リプルの周波数と除去対象のノイズの周波数との比に対応するように、前記第２の遮断周波数と前記第１の遮断周波数との周波数比を設定し、設定した周波数比に基づいて前記第２の遮断周波数を制御するステップと、
生成した前記第１のリプル信号と前記第２のリプル信号とを比較して、前記第１の遮断周波数未満の周波数成分と第２の遮断周波数未満の周波数成分とのいずれに前記電流リプルが含まれているかを判別することにより、前記電流リプルを検出するステップと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第４の観点に係る直流モータの回転状態検出方法は、
上述の直流モータのリプル検出方法を用いて直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じる電流リプルを示す電流検出信号を生成し、生成した電流検出信号から電流リプルを検出するステップと、
検出した前記電流リプルに基づいて、前記直流モータの回転状態を検出するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、直流モータのリプルを高精度に検出することができる。また、直流モータの回転状態を高精度に検出することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る直流モータの回転状態検出装置を図面を参照して説明する。
本実施形態に係る回転状態検出装置の構成を図１に示す。
本実施形態に係る回転状態検出装置１は、信号生成部１０と、リプルパルス出力部２０と、マイコン（マイクロコンピュータ）３０と、を備える。

この回転状態検出装置１は、直流モータ２の回転によって変化する電流リプルを示す電流検出信号ＩＭが供給されて、電流リプルの周期を計測することにより、直流モータ２の回転状態を検出するものである。

この電流検出信号ＩＭには、図２（ａ）に示すように、周波数ｆrplの電流リプルの他に、周波数ｆn1の低周波ノイズ、周波数ｆn2の（第２）高調波ノイズが含まれる場合がある。

低周波ノイズは、直流モータ２のブラシ火花に起因するノイズである。図２（ｂ）は、電流リプルを正弦波として示し、図２（ｃ）は、低周波ノイズの波形を正弦波として示す。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、低周波ノイズの周波数ｆn1は、電流リプルの周波数ｆrplよりも低くなる。

そして、電流検出信号ＩＭに、電流リプルと低周波ノイズとが含まれると、この電流検出信号ＩＭは、図２（ｄ）に示すように歪む。

また、高調波ノイズは、電流リプルの周波数の倍数で現れるものであり、周波数ｆn2は、電流リプルの周波数ｆrplの２倍（周期は１／２）である。電流検出信号ＩＭにこの高調波ノイズが含まれていると、電流検出信号ＩＭは、図２（ｅ）に示すように歪み、周期が不定、即ち、各周期が異なるものとなる。

このように、低周波ノイズ、高調波ノイズは、ランダムノイズではなく、直流モータ２の作動機構によって周期的に発生するノイズである。

電流リプルの周波数ｆrplは、直流モータ２の回転変化に伴って変化し、低周波ノイズ、高調波ノイズのそれぞれの周波数ｆn1，ｆn2も、電流リプルの周波数ｆrplに連動して変化する。

このようなノイズは、本来検出したくないノイズではあるものの、本実施形態の回転状態検出装置１は、低周波ノイズへの対応を考慮して、遮断周波数の異なる複数のローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いてノイズを積極的に検出する。そして、回転状態検出装置１は、複数のＬＰＦが濾波した信号を比較することにより電流リプルとノイズとを区別するように構成されている。

信号生成部１０は、直流モータ２の回転によって変化する電流リプルを検出し、検出した電流リプルを示す電流検出信号を生成するものであり、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、コンデンサＣ１と、を備える。

抵抗Ｒ１は、直流モータ２に流れるモータ電流を電圧変換して電流検出信号ＩＭを生成するための抵抗であり、その一端は、直流モータ２の電流下流端に接続され、他端は接地される。

直流モータ２の電流上流端は、直流電源３の正極に接続されて、直流電源３から直流モータ２に直流電力が供給される。

抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とは、ローパスフィルタを構成するものであり、抵抗Ｒ２の一端は、直流モータ２の電流下流端と抵抗Ｒ１の一端との接続点に接続される。

コンデンサＣ１の一端は、抵抗Ｒ２の他端に接続され、コンデンサＣ１の他端は接地される。

抵抗Ｒ３，Ｒ４は、直流電源３の電源電圧を分圧して直流モータ２に印加される電圧信号ＢＭを取得するための分圧抵抗であり、抵抗Ｒ３の一端は、直流電源３の正極に接続され、抵抗Ｒ４の一端は、抵抗Ｒ３の他端に接続され、抵抗Ｒ４の他端は接地される。

リプルパルス出力部２０は、信号生成部１０から電流検出信号ＩＭと電圧検出信号ＢＭとが供給され、電流検出信号ＩＭから電流リプルを検出し、リプルパルスを生成して出力するものである。

リプルパルス出力部２０は、プリアンプ２１と、メインＬＰＦ２２と、サブＬＰＦ２３と、リプル検出回路部２４，２５と、ＡＤコンバータ２６と、周波数制御部２７と、を備える。

プリアンプ２１は、抵抗Ｒ２の他端に接続されて電流検出信号ＩＭが供給され、供給された電流検出信号ＩＭを増幅するものである。

メインＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２は、プリアンプ２１が増幅した電流検出信号ＩＭを濾波する遮断周波数ｆc1が可変のフィルタである。メインＬＦＰ２２は、遮断周波数ｆc1未満の周波数成分を通過させる。

サブＬＰＦ２３は、プリアンプ２１が増幅した電流検出信号ＩＭを濾波する遮断周波数ｆc2が可変のフィルタである。サブＬＦＰ２３は、遮断周波数ｆc2未満の周波数成分を通過させる。

メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３は、図３に示すように、遮断周波数ｆc1，ｆc2未満では利得Ａｖを１とし、遮断周波数ｆc1，ｆc2以上では利得Ａｖを１未満とすることにより、このようなフィルタ処理を行う。

メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３は、電流リプルに連動して変化する周波数ｆn1，ｆn2に追従するように、スイッチト・キャパシタ・フィルタのような遮断周波数可変の適応型フィルタによって構成される。

スイッチト・キャパシタ・フィルタは、図４（ａ）に示すスイッチＳｗ１，Ｓｗ２と、コンデンサＣ１１，Ｃ１２と、によって構成される。

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

コンデンサＣ１１の一端は、スイッチＳｗ１，Ｓｗ２の接続点に接続され、他端は、接地される。コンデンサＣ１２の一端は、スイッチＳｗ２の他端に接続され、他端は、接地される。

スイッチＳｗ１には、図４（ｂ）に示すようなクロック信号ＣＬＫ１が供給され、クロック信号ＣＬＫ１がＨ（ハイ）レベル、Ｌ（ロー）レベルのとき、それぞれ、オン、オフする。

スイッチＳｗ２には、図４（ｂ）に示すようなクロック信号ＣＬＫ２が供給され、クロック信号ＣＬＫ２がＨレベル、Ｌレベルのとき、それぞれ、オン、オフする。

スイッチＳｗ１は、オンしたとき、供給された入力信号Ｓinの電圧でコンデンサＣ１１を充電又は放電し、スイッチＳｗ２は、オンしたとき、コンデンサＣ１１の両端電圧でコンデンサＣ１２を充電又は放電する。

そして、スイッチト・キャパシタ・フィルタは、コンデンサＣ１２の両端電圧を有する信号Ｓoutを出力する。このクロック信号ＣＬＫ１，２の周波数が可変されることにより、スイッチト・キャパシタ・フィルタの遮断周波数は変化する。

メインＬＰＦ２２は、図４（ａ）に示すスイッチト・キャパシタ・フィルタのクロック信号ＣＬＫ１、２として、周波数制御部２７から、遮断周波数ｆc1のクロック信号ＣＬＫ１１、１２が供給される。そして、供給されたクロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数に基づいて遮断周波数ｆc1が可変される。

サブＬＰＦ２３は、図４（ａ）に示すスイッチト・キャパシタ・フィルタのクロック信号ＣＬＫ１、２として、周波数制御部２７から、クロック信号ＣＬＫ２１、２２が供給される。そして、供給されたクロック信号ＣＬＫ２１，２２の周波数に基づいて遮断周波数ｆc2が可変される。

リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３が濾波した信号から、リプル信号としてリプルパルスＶo1，Ｖo2を生成し、出力するものである。

リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３が濾波した電流検出信号ＩＭのピークを検出し、検出したピークに基づいてリプルパルスＶo1，Ｖo2を生成する。

ＡＤコンバータ２６は、アナログの電流検出信号ＩＭと電圧検出信号ＢＭとを、ぞれぞれ、デジタルの電流検出信号ＩＭと電圧検出信号ＢＭとに変換するものである。ＡＤコンバータ２６は、変換した電流検出信号ＩＭと電圧検出信号ＢＭとを周波数制御部２７に供給する。

周波数制御部２７は、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３の遮断周波数ｆc1，ｆc2を、それぞれ、可変制御するものであり、ＲＯＭと、ＲＡＭと、ＣＰＵと、を備える（図示せず）。

具体的に、まず、周波数制御部２７は、ＡＤコンバータ２６から供給された電流検出信号ＩＭと電圧検出信号ＢＭとに基づいて、最大リプル周波数を求める。

また、周波数制御部２７は、リプル検出回路部２４から出力されたリプルパルスＶo1を取得し、最大リプル周波数とこのリプルパルスＶo1の周期Ｔvo1とに基づいてフィードバック値を演算し、演算結果に基づいてメインＬＰＦ２２の遮断周波数ｆc1を設定する。

周波数制御部２７がこのようなフィードバック制御を行うことにより、電流検出信号ＩＭに周波数ｆn1の低周波ノイズが含まれている場合には、遮断周波数ｆc1は、ｆn1＜ｆc1＜ｆrplとなる。

一方、電流検出信号ＩＭに安定した低周波ノイズがない場合、あるいは、低周波ノイズが含まれていたとしても検出に影響のない程度にこの振幅が小さい場合、遮断周波数ｆc1は、ｆrpl<ｆc1＜ｆn2となる。

また、周波数制御部２７は、サブＬＰＦ２３の遮断周波数ｆc2をメインＬＰＦ２２の遮断周波数ｆc1に基づいて設定する。周波数制御部２７は、まず、除去対象のノイズを高調波ノイズとして、電流リプルの周波数ｆrplと高調波ノイズの周波数ｆn2との比に対応するように、メインＬＰＦ２２の遮断周波数ｆc1とサブＬＰＦ２３の遮断周波数ｆc2との周波数比を設定する。

例えば、本実施形態のように、周波数ｆrplと周波数ｆn2との比をｆn2／ｆrpl＝１／２とすると、周波数制御部２７は、遮断周波数ｆc1と遮断周波数ｆc2との周波数比をｆc2／ｆc1＝２に設定する。

そして、周波数制御部２７は、この関係から、式（１）に従い、設定した遮断周波数ｆc1に基づいて遮断周波数ｆc2を設定する。
ｆc2＝ｆc1×ｋ
但し、ｋは、設定した周波数比（ｆc2／ｆc1）
・・・・・・・・・（１）

周波数制御部２７は、このように遮断周波数ｆc1，ｆc2の周波数比を設定し、遮断周波数ｆc1，ｆc2を設定することにより、供給された電流検出信号ＩＭに低周波ノイズが含まれれば、サブＬＰＦ２３が濾波した信号には電流リプルが含まれることになる。

一方、供給された電流検出信号ＩＭに安定した低周波ノイズがない場合、あるいは、低周波ノイズが含まれていたとしても検出に影響のない程度にこの振幅が小さい場合には、メインＬＰＦ２２が濾波した信号に、電流リプルが含まれることになる。

周波数制御部２７は、設定した遮断周波数ｆc1に基づいて、クロック信号ＣＬＫ１１，１２の周波数を設定し、このクロック信号ＣＬＫ１１，１２をメインＬＰＦ２２に供給する。

また、周波数制御部２７は、設定した遮断周波数ｆc2に基づいて、クロック信号ＣＬＫ２１，２２の周波数を設定し、このクロック信号ＣＬＫ２１，２２をサブＬＰＦ２３に供給する。

このように、周波数制御部２７は、クロック信号ＣＬＫ１１，１２，２１，２２を供給することにより、遮断周波数ｆc1，ｆc2を連動させて制御し、遮断周波数ｆc1，ｆc2は、メインＬＰＦ２２を基準に比例関係を有することになる。

マイコン３０は、ＲＯＭと、ＲＡＭと、ＣＰＵと、を備え、リプルパルス出力部２０のリプル検出回路部２４，２５から、それぞれ、出力されたリプルパルスＶo1，Ｖo2のいずれに電流リプルが含まれているかを判別し、電流リプルを含むリプルパルスのパルス数をカウントするものである。

ＲＯＭは、マイコン３０が実行する処理のプログラムデータを記憶するものであり、ＲＡＭは、マイコン３０の処理に必要な作業データ、例えば、リプルパルスＶo1，Ｖo2のカウント値を記憶する。

マイコン３０は、リプル検出回路部２４が出力したリプルパルスＶo1の周期Ｔvo1、リプル検出回路部２４が出力したリプルパルスＶo2の周期Ｔvo2を、それぞれ、計測する。

マイコン３０は、計測した周期Ｔvo1と周期Ｔvo2とを比較する。そして、マイコン３０は、周期Ｔvo1と周期Ｔvo2との比が遮断周波数ｆc1と遮断周波数ｆc2との周波数比ｋの逆数に対応していると判別したとき、即ち、Ｔvo1＝ｋ×Ｔvo2であれば、サブＬＰＦ２３が濾波した信号に電流リプルが含まれていると判別し、電流リプルを検出する。

マイコン３０は、このように判別すると、リプルパルスＶo2を選択してこのパルス数をカウントする。

一方、マイコン３０は、周期Ｔvo1と周期Ｔvo2との比が遮断周波数ｆc1と遮断周波数ｆc2との周波数比ｋの逆数に対応していないと判別したとき、即ち、Ｔvo1≠ｋ×Ｔvo2であれば、メインＬＰＦ２２が濾波した信号に電流リプルが含まれていると判別し、電流リプルを検出する。

マイコン３０は、このように判別すると、リプルパルスＶo1を選択してこのパルス数をカウントする。

そして、マイコン３０は、カウントしたパルス数に基づいて、例えば、直流モータ２の回転又は回転停止、回転数、加速、減速を直流モータ２の回転状態を示すものとして検出する。さらに、マイコン３０は、検出した直流モータ２の回転状態に基づいて、直流モータ２の回転を制御する。

次に本実施形態に係る回転状態検出装置１の動作を説明する。
電圧変換器１１は、直流モータ２に流れるモータ電流を電圧変換して電流検出信号ＩＭを生成する。

リプルパルス出力部２０のプリアンプ２１は、電流検出信号ＩＭを増幅し、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３は、それぞれ、増幅器１２が増幅した電流検出信号ＩＭから、遮断周波数ｆc1，ｆc2未満の周波数成分を除去する。

ＡＤコンバータ２６は、アナログの電流検出信号と電圧検出信号とをデジタルの電流検出信号と電圧検出信号とに変換し、変換した電流検出信号と電圧検出信号とを周波数制御部２７に供給する。

そして、リプルパルス出力部２０は、内蔵するＲＯＭから周波数制御処理のプログラムデータを読み出し、図５に示すフローチャートに従って、この処理を実行する。

周波数制御部２７は、ＡＤコンバータ２６から供給された電流検出信号と電圧検出信号とに基づいて遮断周波数を設定し、クロック信号ＣＬＫ１１，１２を、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３に供給する（ステップＳ１１）。

リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３が濾波した信号から、リプルパルスＶo1，Ｖo2を検出し、検出したリプルパルスＶo1，Ｖo2を出力する（ステップＳ１２）。

周波数制御部２７は、リプル検出回路部２４が出力したリプルパルスＶo1の周期Ｔvo1に基づいて遮断周波数ｆc1を設定し（ステップＳ１３）、この周波数制御処理を終了させる。

マイコン３０は、内蔵するＲＯＭから、回転状態検出処理のプログラムデータを読み出し、図６に示すフローチャートに従ってこの処理を実行する。

マイコン３０は、リプル検出回路部２４から出力されたリプルパルスＶo1の周期Ｔvo1を計測する（ステップＳ２１）。

マイコン３０は、リプル検出回路部２５から出力されたリプルパルスＶo2の周期Ｔvo2を計測する（ステップＳ２２）。

マイコン３０は、計測したリプルパルスＶo1，Ｖo2のそれぞれの周期Ｔvo1，Ｔvo2を比較する（ステップＳ２３）。

マイコン３０は、比較した周期Ｔvo1，Ｔvo2が、Ｔvo1＝ｋ×Ｔvo2の関係になっているか否かを判定する（ステップＳ２４）。

Ｔvo1≠ｋ×Ｔvo2の関係になっていると判定した場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、マイコン３０は、リプルパルスＶo1を選択してこのパルス数をカウントする（ステップＳ２５）。

一方、周期Ｔvo1＝ｋ×Ｔvo2になっていると判定した場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、マイコン３０は、リプルパルスＶo2を選択してこのパルス数をカウントする（ステップＳ２６）。

マイコン３０は、カウントしたパルス数に基づいて直流モータ２の回転状態を検出する（ステップＳ２７）。

マイコン３０は、検出した回転状態に基づいて直流モータ２の位置、回転を制御し（ステップＳ２８）、この処理を終了させる。

次に、この回転状態検出装置１の動作を具体的に説明する。
供給された電流検出信号ＩＭに、それぞれ、周波数ｆn1，ｆn1の低周波ノイズ、高調波ノイズが含まれている場合（状態Ａ）、周波数制御部２７は、遮断周波数ｆc1のフィードバック制御により、遮断周波数ｆc1を図７（ａ）に示すように設定する（ステップＳ１１、Ｓ１３）。

直流モータ２の回転の変化に伴って電流リプルの周波数ｆrplが変化すると、周波数制御部２７のこの遮断周波数ｆc1のフィードバック制御により、遮断周波数ｆc1は、この周波数ｆrplの変化に追従する。

メインＬＰＦ２２が濾波した信号には、図７（ｂ）に示すような低周波ノイズが含まれることになり、リプル検出回路部２４は、メインＬＰＦ２２が濾波した信号から、この低周波ノイズを検出する。

リプル検出回路部２４は、この電流検出信号ＩＭから図７（ｃ）に示すようなリプルパルスＶo1を生成して出力する（ステップＳ１２）。

電流リプルの周波数ｆrplと高調波ノイズの周波数ｆn2との比がｆn2／ｆrpl＝１／２であれば、周波数制御部２７は、この比に対応するように、遮断周波数ｆc1，ｆc2の周波数比ｋをｆc2／ｆc1＝２に設定する。

そして、周波数制御部２７は、式（１）に従って遮断周波数ｆc2を設定するので、サブＬＰＦ２３は、高調波ノイズを除去し、図７（ｄ）に示すように、サブＬＰＦ２３が濾波した信号には、必ず電流リプルが含まれることになる。

リプル検出回路部２５は、このような信号から電流リプルを検出し、図７（ｅ）に示すようなリプルパルスＶo2を生成して出力する。

マイコン３０は、リプルパルスＶo1，Ｖo2の周期Ｔvo1，Ｔvo2をそれぞれ計測し、周期Ｔvo1，Ｔvo2を比較する（ステップＳ２１〜Ｓ２３）。状態Ａの場合、ｋ＝２とすると、この周期Ｔvo1，Ｔvo2との関係は、Ｔvo1＝２×Ｔvo2となる（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）。

この場合、リプルパルスＶo1，Ｖo2のパルス数は、１：２になる。マイコン３０は、リプルパルスＶo2を選択してこのパルス数をカウントする（ステップＳ２６）。

次に、供給された電流検出信号ＩＭに安定した低周波ノイズがない場合、あるいは、低周波ノイズが含まれていたとしても検出に影響のない程度にこの振幅が小さい場合（状態Ｂ）、周波数制御部２７は、遮断周波数ｆc1のフィードバック制御により、遮断周波数ｆc1を図８（ａ）に示すように設定する（ステップＳ１１、Ｓ１３）。

状態Ｂの場合、メインＬＰＦ２２は高調波ノイズを除去し、電流リプルは、メインＬＰＦ２２が濾波した信号に含まれることになる。この信号は、図８（ｂ）に示すような波形となる。このように、状態Ａ，Ｂのいずれの場合であっても、メインＬＰＦ２２は、最も低い周波数の信号を検出する。

リプル検出回路部２４は、このような信号から電流リプルを検出し、図８（ｃ）に示すようなリプルパルスＶo1を生成して出力する（ステップＳ１２）。

一方、状態Ｂの場合、遮断周波数ｆc2は、図８（ａ）に示すように、ｆn2＜ｆc1となり、サブＬＰＦ２３が濾波した信号には、電流リプル以外のノイズが含まれることになる。

しかし、このノイズは、高調波ノイズであり、電流リプルは減衰されない。また、この信号の波形は、図８（ｄ）に示すように、周期的な波形とはならず、電流リプルを基本とした波形に不定期なノイズが重畳した波形となる。

リプル検出回路部２５は、この信号から、図８（ｅ）に示すようなリプルパルスＶo2を検出して出力する。

この場合、周期Ｔvo1，Ｔvo2との関係は、Ｔvo1≠ｋ×Ｔvo2となるため（ステップＳ２４；Ｎｏ）、マイコン３０は、リプルパルスＶo1を選択してこのパルス数をカウントする（ステップＳ２５）。

以上説明したように、本実施形態によれば、周波数制御部２７は、リプル検出回路部２４が出力したリプルパルスＶo1の周期Ｔvo1に基づいて遮断周波数ｆc1を設定する。また、周波数制御部２７は、電流リプルの周波数ｆrplと除去対象の高調波ノイズの周波数ｆn2との比と対応するように遮断周波数ｆc1，ｆc2の周波数比ｋをｆc2／ｆc1に設定し、遮断周波数ｆc2を設定するようにした。

従って、供給された電流検出信号ＩＭに低周波ノイズが含まれている場合、低周波ノイズが含まれていない場合のいずれにしても、高調波ノイズを除去して、ノイズと電流リプルとを区別することができ、電流リプルを高精度に検出することができる。

このため、直流モータ２の回転状態を高精度に検出することができ、正確な直流モータ２の回転制御、位置制御を行うことができる。

また、回転状態検出装置１は、ローパスフィルタのみを備えるため、メインＬＰＦ２２により電流リプルが減衰した場合でも、電流リプルはサブＬＰＦ２３を通過するので、常に電流リプルの周波数ｆrplをローパスフィルタの通過域内とするような制御を必要としない。

このように、電流リプルは、減衰されずにメインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３のいずれかを通過することになるため、バンドパスフィルタを用いた装置と比較して高精度の遮断周波数制御を必要とせず、遮断周波数制御を簡素化することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では、リプルパルス出力部２０が備えるローパスフィルタは、メインＬＰＦ２２とサブＬＰＦ２３との２つに限られるものではない。例えば、減衰させる必要があるノイズが２つ以上の場合、ＬＰＦの数も２つ以上に増やすことにより、同じような方法で直流モータ２のリプルを検出することができる。

また、上記実施形態では、マイコン３０が、リプル検出回路部２４，２５からそれぞれ出力されたリプルパルスＶo1，Ｖo2の周期Ｔvo1，Ｔvo2を計測するようにした。

しかし、リプル検出回路部２４，２５がこのリプルパルスＶo1，Ｖo2の周期Ｔvo1，Ｔvo2を計測し、計測した周期Ｔvo1，Ｔvo2をマイコン３０に供給するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、リプルパルスＶo1，Ｖo1を生成するために、メインＬＰＦ２２、サブＬＦＰ１３が濾波した信号のピークを検出するものとして説明した。

しかし、リプルパルスＶo1，Ｖo1の生成方法は、このような方法に限られるものではない。例えば、リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、コンパレータを備え、各コンパレータが、メインＬＰＦ２２、サブＬＦＰ１３が濾波した信号の信号レベルと予め設定された閾値とを比較することにより、リプルパルスＶo1，Ｖo1を生成するように構成されてもよい。

また、リプル検出回路部２４，２５は、信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの３つの極値を検出する方法を用いて、リプルパルスＶo1，Ｖo1を生成するように構成されてもよい。

この方法を用いる場合、リプル検出回路部２４は、図９に示すように、波形特徴抽出器４１と、リプル判定器４２と、備える。尚、リプル検出回路部２５も同様に構成される。

波形特徴抽出器４１は、メインＬＰＦ２２が濾波した信号の波形から、電流リプルの波形を特徴づける特徴量、例えば、周期Ｔ、振幅Ａｍ、面積Ｓを抽出して取得するものである。

リプル判定器４２は、波形特徴抽出器４１が取得した特徴量に基づいて、メインＬＰＦ２２が濾波した信号に含まれる電流リプルを判別するものである。リプル判定器４２は、例えば、特徴量として振幅Ａｍを用い、以下のように電流リプルを判別する。

リプル判定器４２は、図１０（ａ）に示すように、まず、メインＬＰＦ２２が濾波した信号の立ち上がりから立ち上がりまでの周期をＴ１として、この周期Ｔ１における３つの極値データ、即ち、立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、次の立ち上がりデータｕ２を取得する。

取得した立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、次の立ち上がりデータｕ２が、予め記憶した判定データに近似している場合、リプル判定器４２は、この立ち上がりデータｕ１、立ち下がりデータｄ１、立ち上がりデータｕ２を、それぞれ、内蔵するＲＡＭの格納場所１，２，３に記憶し、周期Ｔ１以降の電流リプルを判定する判定データに用いる。

次に、リプル判定器４２は、図１０（ｂ）に示すように、次の立ち上がりから立ち下がりまでの周期をＴ２として、周期Ｔ２における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を取得する。

リプル判定器４２は、立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を、それぞれ、ＲＡＭの格納場所１１，１２，１３に記憶する。

次に、リプル判定器４２は、図１０（ｃ）に示すように、立ち上がりから立ち上がりまでの１周期をＴ３として、周期Ｔ３における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ４を取得する。

取得した立ち下がりデータｄ３は、ＲＡＭの格納場所１２に記憶されたデータｄ２よりも判定データｄ１に近い。このため、リプル判定器４２は、ＲＡＭの格納場所１２，１３に記憶されている立ち下がりデータｄ２、立ち上がりデータｕ３を、それぞれ、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ４に更新する。

次に、リプル判定器４２は、図１０（ｄ）に示すように、立ち上がりから立ち上がりまでの周期をＴ４として、周期Ｔ４における立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３，立ち上がりデータｕ５を取得する。

取得した立ち下がりデータｕ５は、判定データｕ２と一致する。このため、リプル判定器４２は、ＲＡＭの格納場所１３に記憶された立ち上がりデータｕ４を、立ち上がりデータｕ５に更新する。

このように３つの立ち上がりデータｕ２、立ち下がりデータｄ３、立ち上がりデータｕ５を取得すると、リプル判定器４２は、図１０（ｅ）に示すようなリプルパルスＶo1を生成する。

リプル検出回路部２４，２５は、このように構成されることにより、リプルパルスＶo1，Ｖo2を生成することができる。

次に、上記実施の形態では、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３がスイッチト・キャパシタ・フィルタによって構成されるものとして説明した。しかし、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３の構成は、このようなものには限られない。

例えば、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３は、可変抵抗、容量可変コンデンサによって構成され、周波数制御部２７がこの可変抵抗の抵抗値、容量可変コンデンサの容量を可変することにより、遮断周波数ｆc1，ｆc2を可変するようにしてもよい。

上記実施形態では、リプル検出回路部２４，２５は、それぞれ、メインＬＰＦ２２、サブＬＰＦ２３が濾波した信号に電流リプルが含まれているか否かに拘わらず、常に、濾波した信号からリプルパルスＶo1，Ｖo2を生成するようにした。

しかし、濾波した信号に電流リプルが含まれていない場合、リプル検出回路部２４，２５は、リプルパルスＶo1，Ｖo2を生成しないようにしてもよい。このように構成されることにより、消費電力を低減することができる。

本発明の実施形態に係る回転状態検出装置の構成を示すブロック図である。 回転状態検出装置に供給される電流検出信号の詳細を示す図であり、（ａ）は、電流リプルの他に、ノイズが含まれた電流検出信号の周波数特性を示し、（ｂ）は、電流リプルを正弦波として示し、（ｃ）は、低周波ノイズを正弦波として示し、（ｄ）は、低周波ノイズとが含まれた電流検出信号の波形を示し、（ｅ）は、高調波ノイズが含まれた電流検出信号を示す。 図１に示すメインＬＰＦ、サブＬＰＦの遮断周波数と利得との関係を示す図である。 図１に示すメインＬＰＦ、サブＬＰＦを構成するスイッチト・キャパシタ・フィルタの詳細を示す図であり、（ａ）は、その構成を示し、（ｂ）は、スイッチト・キャパシタ・フィルタに供給されるクロック信号と入出力信号との関係を示す。 図１に示すリプルパルス出力部が実行する周波数制御処理を示すフローチャートである。 図１に示すマイコンが実行する回転状態検出処理を示すフローチャートである。 供給された電流検出信号に低周波ノイズ、高調波ノイズが含まれている場合に、図１に示す回転状態検出装置の具体的な動作を示す図であり、（ａ）は、供給された電流検出信号の周波数特性を示し、（ｂ）は、メインＬＰＦが濾波した信号を示し、（ｃ）は、（ｂ）に示す信号から生成されたリプルパルスを示し、（ｄ）は、サブＬＰＦが濾波した信号を示し、（ｅ）は、（ｄ）に示す信号から生成されたリプルパルスを示す。 供給された電流検出信号に低周波ノイズが含まれない場合に、図１に示す回転状態検出装置の具体的な動作を示す図であり、（ａ）は、供給された電流検出信号の周波数特性を示し、（ｂ）は、メインＬＰＦが濾波した信号を示し、（ｃ）は、（ｂ）に示す信号から生成されたリプルパルスを示し、（ｄ）は、サブＬＰＦが濾波した信号を示し、（ｅ）は、（ｄ）に示す信号から生成されたリプルパルスを示す。 リプル検出回路部の応用例として、３つの極値を検出してリプル周期を計測するリプル検出回路部の構成を示す図である。 図９に示すリプル判定器の動作を示す図であり、（ａ）は、電流検出信号の最初の周期で取得した３つのデータを示し、（ｂ）は、次の周期で取得した３つのデータをＲＡＭに記憶する例を示す。（ｃ）は、その次の周期で３つのデータを取得して、ＲＡＭの２つのデータを更新する例を示し、（ｄ）は、さらにその次の周期で３つのデータを取得して、ＲＡＭの１つのデータを更新して電流リプルを判定する例を示し、（ｅ）は、判定した電流リプルから生成されたリプルパルスを示す。

符号の説明

１ 回転状態検出装置
１０ 信号生成部（信号生成部）
２０ リプルパルス出力部
２２ メインＬＰＦ（第１のローパスフィルタ）
２３ サブＬＰＦ（第２のローパスフィルタ）
２４，２５ リプル検出回路部
２７ 周波数制御部（遮断周波数制御部）
３０ マイコン（遮断周波数制御部、リプル検出部、回転状態検出部）

Claims (5)

1. 直流モータの回転によって変化する電流リプルを検出し、検出した電流リプルを示す電流検出信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波する第１の遮断周波数可変の第１のローパスフィルタと、
   前記第１のローパスフィルタが濾波した信号の第１のリプル信号を生成する第１のリプル信号生成部と、
   前記第１の遮断周波数よりも高い遮断周波数を第２の遮断周波数として、前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波する前記第２の遮断周波数可変の第２のローパスフィルタと、
   前記第２のローパスフィルタが濾波した信号の第２のリプル信号を生成する第２のリプル信号生成部と、
   前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号の周波数に基づいて前記第１の遮断周波数を制御し、前記直流モータの電流リプルのリプル周波数と除去対象のノイズのノイズ周波数との比に対応するように、前記第２の遮断周波数と前記第１の遮断周波数との周波数比を設定し、設定した周波数比に基づいて前記第２の遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、
   前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号と前記第２のリプル信号生成部が生成した第２のリプル信号とを比較して、前記第１のローパスフィルタが濾波した信号と第２のローパスフィルタが濾波した信号とのいずれに前記電流リプルが含まれているかを判別することにより、前記電流リプルを検出するリプル検出部と、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータのリプル検出装置。
2. 前記リプル検出部は、前記第１のリプル信号生成部が生成した第１のリプル信号の周期と前記第２のリプル信号生成部が生成した第２のリプル信号の周期とを比較して、前記第２のリプル信号の周期と前記第１のリプル信号の周期との比が、前記周波数比の逆数に対応しているときは、前記第２のローパスフィルタが濾波した信号に前記電流リプルが含まれていると判別し、対応していないときは、前記第１のローパスフィルタが濾波した信号に前記電流リプルが含まれていると判別し、前記電流リプルを検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の直流モータのリプル検出装置。
3. 直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じる電流リプルを示す電流検出信号を生成し、生成した電流検出信号から電流リプルを検出する請求項１又は２に記載の直流モータのリプル検出装置と、
   前記直流モータのリプル検出装置が検出した電流リプルに基づいて、前記直流モータの回転状態を検出する回転状態検出部と、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータの回転状態検出装置。
4. 直流モータの回転によって変化する電流リプルを検出し、検出した電流リプルを示す電流検出信号を生成するステップと、
   前記信号生成部が生成した電流検出信号を濾波し、第１の遮断周波数未満の周波数成分を通過させるステップと、
   前記第１の遮断周波数未満の周波数成分の信号から第１のリプル信号を生成するステップと、
   前記第１の遮断周波数よりも高い遮断周波数を第２の遮断周波数として、生成した電流検出信号を濾波し、前記第２の遮断周波数未満の周波数成分を通過させるステップと、
   前記第２の遮断周波数未満の周波数成分の信号から第２のリプル信号を生成するステップと、
   生成した前記第１のリプル信号の周波数に基づいて前記第１の遮断周波数を制御するステップと、
   前記直流モータの電流リプルの周波数と除去対象のノイズの周波数との比に対応するように、前記第２の遮断周波数と前記第１の遮断周波数との周波数比を設定し、設定した周波数比に基づいて前記第２の遮断周波数を制御するステップと、
   生成した前記第１のリプル信号と前記第２のリプル信号とを比較して、前記第１の遮断周波数未満の周波数成分と第２の遮断周波数未満の周波数成分とのいずれに前記電流リプルが含まれているかを判別することにより、前記電流リプルを検出するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータのリプル検出方法。
5. 請求項４に記載の直流モータのリプル検出方法を用いて直流モータの回転を検出し、検出した回転によって生じる電流リプルを示す電流検出信号を生成し、生成した電流検出信号から電流リプルを検出するステップと、
   検出した前記電流リプルに基づいて、前記直流モータの回転状態を検出するステップと、を備えた、
   ことを特徴とする直流モータの回転状態検出方法。

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