JP4976873B2

JP4976873B2 - 信号検出装置

Info

Publication number: JP4976873B2
Application number: JP2007024626A
Authority: JP
Inventors: 英一郎繁原; 仁司石川; 宗明栗本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008193792A

Description

本発明は、モータから出力されるリップル信号を検出する信号検出装置に関する。

従来より、モータの回転に伴って出力されるリップル信号のカウント数に基づいてモータの回転量を検出するシステムが提案されていた。このようなシステムは、例えば、車載用のメモリ付電動シートシステム等に利用されている。これは、検出されたリップル信号のカウント数からシートの移動距離を計算できるため、シートの移動位置を検出するためのセンサを別途取り付ける必要がなく、シートシステムをセンサレスにできるからである。

このモータの回転量の検出精度を向上させるために、無負荷状態でモータを起動し、その時のリップル周期を基準データとして蓄積しておき、実装状態において検出した各リップル信号の周期を基準データと比較することにより、リップル信号の検出精度を改善する手法がある（例えば、特許文献１参照）。また、回転量検出の基準とする一連のリップル信号のデータを記憶しておいたうえで順次リップル信号を検出し、検出したリップル信号を記憶データと比較することによって正確にリップル信号を検出する手法がある（例えば、特許文献２参照）。
特表２００３−５３６３５５号公報特表２００４−５２８７９７号公報

上述のように、従来の手法では、モータの出力をバンドパスフィルタを通してから検出しており、その通過帯域の制御においては、制御処理開始後の初期段階では通過帯域を広くとり、リップル信号の周波数を用いて通過帯域をフィードバック制御し、通過帯域を徐々にモータのリップル信号の周波数近傍に近づけている。しかし通過帯域の幅が安定した時に、リップル信号が通過帯域に入らないことがある。これは、誤検出されたノイズに基づいてフィードバック制御が行われ、リップル信号がフィルタの遮断域に入って除去されることによって生じる。

ブラシレスモータの場合、モータが回転するとスイッチングノイズ等の多くのノイズが発生する。通過帯域のフィードバック制御における初期状態や移行状態では、ある周波数のノイズの影響を受けることがある。このとき、誤ってノイズに基づいてフィードバックが行われると、フィルタの通過帯域が徐々にノイズに近づき、通過帯域がノイズの周波数の近傍で安定し、その結果、リップル信号がフィルタの遮断域に入ってしまうことがある。

本発明は、ノイズの誤検出を抑制し、リップル信号を正しく検出することのできる信号検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面の信号検出装置は、第１カットオフ周波数と、この第１カットオフ周波数よりも低い第２カットオフ周波数との間に可変の通過帯域を有するフィルタ手段を介して、モータから出力されるリップル信号を検出すると共に、この検出結果を用いて前記通過帯域の最適化処理を行う信号検出装置において、前記最適化処理の過程で、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、前記最適化処理の過程において、前記通過帯域の幅が所定幅より広いか否かの判定処理をさらに行い、前記通過帯域の幅が前記所定幅以下であると判定した場合は、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、前記通過帯域の幅が前記所定幅より広いと判定した場合は、前記フィルタ手段によってノイズが除去されるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理を行い、前記通過帯域を狭める処理は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第１カットオフ周波数に乗じて前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第２カットオフ周波数に乗じて前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理である。また、本発明の他の局面の信号検出装置は、第１カットオフ周波数と、この第１カットオフ周波数よりも低い第２カットオフ周波数との間に可変の通過帯域を有するフィルタ手段を介して、モータから出力されるリップル信号を検出すると共に、この検出結果を用いて前記通過帯域の最適化処理を行う信号検出装置において、
前記最適化処理の過程で、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、前記通過帯域を拡げる処理は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第１カットオフ周波数に乗じて前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第２カットオフ周波数に乗じて前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理である。

また、前記最適化処理の過程において、前記通過帯域の幅が所定幅より広いか否かの判定処理をさらに行い、前記通過帯域の幅が前記所定幅以下であると判定した場合は、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、前記通過帯域の幅が前記所定幅より広いと判定した場合は、前記フィルタ手段によってノイズが除去されるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理を行ってもよい。

また、前記最適化処理の過程において、前記所定幅との判定処理の前に、前記通過帯域が当該所定幅に所定マージンを加えた幅以下であるか否かを判定する予備判定処理をさらに行い、前記通過帯域の幅が所定幅に所定マージンを加えた幅以下であると判定した場合に、前記判定処理を行ってもよい。

また、前記所定幅は、前記ノイズの周波数と前記リップル信号の周波数との差で表される値以下であってもよい。

本発明によれば、リップル信号を正しく検出することのできる信号検出装置を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明の信号検出装置を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の信号検出装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、単にモータ１と記す）に接続される信号検出装置１０は、アクティブバンドパスフィルタ１１（以下、単にフィルタ１１と記す）、信号検出部１２、及び、制御処理部１３を備える。

モータ１は、例えば、車両用のセンサレスメモリ付き電動シートシステムに用いられるブラシレスモータであり、このモータ１からは、回転子の回転に伴い、所定の周波数のリップル信号が出力される。

モータ１は、静止状態から回転する際には、図２に示すように、動き始めの起動状態（昇速する状態）、及び、昇速後に定常状態へ移行する状態移行状態を経て、定速回転する定常状態へと移行する。起動状態から定常状態への移行時間は、非常に短いが、モータ１をメモリ付電動シートシステム等に使用する場合は、正確な回転移動量の計測が必要であり、起動状態及び移行状態におけるリップル信号の正確な検出が求められる。なお、このモータ１からはノイズも出力される。このノイズ及びリップル信号の周波数及び振幅の平均値は既知である。

フィルタ１１は、可変制御可能な通過帯域を有するフィルタであり、例えば、可変制御可能なカットオフ周波数を有するハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと記す）と、同じく可変制御可能なカットオフ周波数を有するローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）とを組み合わせることによって構成される。このＬＰＦのカットオフ周波数は、ＨＰＦのカットオフ周波数よりも高く設定され、これら２つのカットオフ周波数の間がフィルタ１１の通過帯域となる。フィルタ１１は、通過帯域を通過した信号を出力する。フィルタ１１の出力は、信号検出部１２に入力される。

信号検出部１２は、フィルタ１１の出力を所定の判定値と比較し、この比較結果に基づくカウントを行い、カウント値を出力する。信号検出部１２の出力（カウント値）は、信号検出装置１０の出力として外部に出力されると共に、制御処理部１３に入力される。

ここで図３を用いて、信号検出部１２における信号検出の原理について説明する。図３（ａ）乃至（ｃ）は、モータ１のある回転によって得られる出力に含まれるリップル信号及びノイズを概念的に周波数と振幅で表す図である。図３（ｄ）は、モータ１の出力を周波数解析して得られるリップル信号とノイズＡの振幅（平均値）を示す。図３（ｅ）は、図３（ａ）乃至（ｃ）で表されるモータ１の出力からリップル信号が検出されるか否かを概念的に示す図である。

図３（ａ）は、モータ１のある回転によって得られる出力に含まれるリップル信号と微小なノイズＡの振幅の関係を概念的に示しており、この微小なノイズＡの振幅は、リップル信号の振幅の例えば１０分の１とする。

図３（ｂ）は、モータ１のある回転によって得られる出力に含まれるリップル信号とノイズＡの振幅の関係を概念的に示しており、このリップル信号とノイズＡとは略同一の振幅を有している。

図３（ｃ）は、モータ１のある回転によって得られる出力に含まれるリップル信号と巨大なノイズＡの振幅の関係を概念的に示しており、巨大なノイズＡの振幅は、例えば、リップル信号の振幅の２倍とする。

図３（ｄ）は、モータ１の出力を周波数解析することによって得られるパルスを周波数と振幅（平均値）で示している。モータ１のある回転で得られる出力は、図３（ａ）に示すように、ノイズＡの振幅がリップル信号に比べて微小である場合や、図３（ｂ）に示すように、リップル信号とノイズＡの振幅が略同一である場合や、図３（ｃ）に示すように、ノイズＡの振幅がリップル信号に比べて極めて大きい場合があるが、本実施の形態で扱うモータ１は、出力を周波数解析して得られるリップル信号とノイズＡの振幅の平均値が図３（ｄ）に示すように略同一であるものとする。また、モータ１の周波数解析の結果には、図３（ｄ）に示すようにリップル信号及びノイズＡの他に、リップル信号又はノイズＡの定数倍成分（ノイズの３倍、４倍成分や、リップルの２倍成分）の信号が含まれる。周波数解析の結果は、定常状態において得られるモータ１の出力に含まれるリップル信号及びノイズＡの振幅を平均値で表すものである。

図３（ｅ）に示すように、図３（ａ）及び（ｂ）で表されるモータ出力は、判定値によって全てのリップル信号を正しく検出することができるが、図３（ｃ）に示すように巨大なノイズが含まれると、全てのリップル信号を正しく検出できない場合が生じる（検出されなかったリップル信号を破線で示す）。

図４は、リップル信号を正しく検出できる場合と正しく出来ない場合におけるリップル信号及びノイズ信号と通過帯域との関係で示す図である。常にリップル信号を検出できるのは、図４（ａ）に示すように、通過帯域にリップル信号のみが入っている場合と、図４（ｂ）に示すように、通過帯域にリップル信号及びノイズＡのみが入っている場合である。また、リップル信号を正しく検出できないのは、図４（ｃ）に示すように、通過帯域にノイズＡのみが入っている場合と、図４（ｄ）に示すように、通過帯域にリップル信号、ノイズＡ、及び、これらの定数倍成分が入っている場合である。なお、図４（ｄ）の場合は、リップル信号を検出できる場合もあるが、常に正しく検出できるわけではない。

制御処理部１３は、後述する処理手順により、信号検出部の出力を用いて、フィルタ１１に含まれるＨＰＦとＬＰＦのカットオフ周波数をそれぞれ制御し、フィルタ１１の通過帯域にリップル信号が入るようにフィルタ１１の通過帯域を最適化する。

上述のように、モータ１の起動状態及び移行状態では、リップル信号の正確な検出が求められる。制御処理部１３は、モータ１の回転数が安定していない起動状態及び移行状態においてもリップル信号を正確に検出できるようにＨＰＦとＬＰＦのカットオフ周波数を制御する。なお、モータ１を回転させるために、図示しないメモリシートＥＣＵからモータ１に送られる回転指令は、制御処理を開始させるために、制御処理部１３にも送られるように構成されている。

なお、信号検出装置１０のうち、フィルタ１１は、ディスクリートと電子回路（オペアンプ等）で構成することができ、この電子回路並びに信号検出部１２及び制御処理部１３は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）回路により実現される。

図５は、本実施の形態の信号検出装置における制御処理部の処置手順を示す図である。この処理手順の説明に際し、図６を用いてフィルタ１１の通過帯域とリップル信号及びノイズＡの関係を説明する。ここでは、モータ１から出力されるノイズの周波数に対するリップル信号の周波数の比が２倍である場合について説明する。なお、上述したように、このノイズとリップル信号の振幅の平均値は略同一である。

モータ１に回転指令が送られると、この回転指令により制御処理部１３による処理がスタートする。

制御処理部１３は、フィルタ１１のＬＰＦ及びＨＰＦのそれぞれのカットオフ周波数ｆ１及びｆ２を初期化する（ステップＳ１）。このとき、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数ｆ１及びｆ２は、予め設定された初期状態の値にされる。この状態を図６（ａ）に示す。このように、初期状態のカットオフ周波数ｆ１は、リップル信号の周波数よりも十分に高い所定値に設定され、同様に、初期状態のカットオフ周波数ｆ２は、ノイズＡの周波数よりも十分に低い所定値に設定される。このようにして、通過帯域が拡げられる。なお、この状態では、ノイズＡ及びリップル信号の定数倍成分（図６（ａ）中の右側に示す）も通過帯域内にあり、モータ１の出力波形が歪むため、リップル信号を検出することはできない。

制御処理部１３は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を所定値だけ低下させる（ステップＳ２）。この所定値は予め設定されている。また、このステップＳ２の処理は、信号検出部１２の検出結果に基づいて制御処理部１３がフィードバック制御を行うことによって実行される。

このステップＳ２の状態における通過帯域は、図６（ｂ１）又は（ｂ２）に示すような状態である。図６（ｂ１）に示す状態は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１がリップル信号よりも高く、通過帯域にノイズＡとリップル信号とが入っている状態を示す。上述したようにリップル信号の振幅とノイズＡの振幅（平均値）は略同一であるため、この状態では、リップル信号を検出することができる。

次いで、制御処理部１３は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１の制御処理時間を判定する。（ステップＳ３）。すなわち、ステップＳ２におけるＬＰＦの制御処理時間が所定時間に達したか否かを判定するこの所定時間は、例えば、モータ１の出力特性における起動状態及び移行状態に要する時間に基づき、予め設定された時間でよい。

制御処理部１３は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１の制御が終了したと判定した場合は、信号検出部１２の検出結果に基づき、ＬＰＦ又はＨＰＦのカットオフ周波数ｆ１又はｆ２をフィードバック制御する（ステップＳ４）。

制御処理部１３は、ステップＳ４のフィードバック制御処理の処理時間を判定する（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ４におけるフィードバック制御の処理時間が所定時間に達したか否かを判定する。このステップＳ５の処理は、所定時間の経過が確認されるまで繰り返し行われる。この所定時間は、モータ１の出力特性等に基づき、予め設定された時間でよい。なお、この所定時間は、ステップＳ３における所定時間とは無関係に設定されてよい。

図６（ｃ１）、（ｃ２）及び（ｃ３）は、ステップＳ５が終了した時点における通過帯域を示す図である。図６（ｃ１）は、図６（ｂ１）の後にＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２がノイズＡの周波数とリップル信号の周波数との間の周波数にまで上昇した状態を示す。図６（ｃ２）は、図６（ｂ１）の後にＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数ｆ１及びｆ２がいずれも動かされなかった場合の状態（すなわち図６（ｂ１）と同一の通過帯域）を示す。図６（ｃ３）は、図６（ｂ２）の後に、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２が少し上昇した状態を示す。

図６（ｃ１）及び（ｃ２）に示す状態は、それぞれ上述の図４（ａ）及び（ｂ）に相当する状態であり、リップル信号を検出することができる。一方、図６（ｃ３）に示す状態は、図４（ｃ）に示す状態と同一であり、リップル信号を検出することはできない。

次いで、制御処理部１３は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を２倍に上昇させる（ステップＳ６）。この処理は、信号検出部１２の検出結果とは無関係に（すなわち、フィードバック制御ではなく）ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を上昇させる処理である。ここで、カットオフ周波数ｆ１を上昇させる比率には、ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比を用いる。その理由は、リップル信号の周波数はノイズＡの周波数の２倍であるため、図６（ｃ３）に示すように通過帯域にノイズＡしか入っていなくても、ステップＳ６によりカットオフ周波数ｆ１を２倍にすれば、図６（ｄ）に示すように、通過帯域にリップル信号が入り、リップル信号を検出できるからである。

このように、ステップＳ６では、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比（リップル信号の周波数をノイズＡの周波数で割って得る比）」を乗じた周波数にまで上昇させる。なお、ステップＳ６では、「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数「以上」に上昇させてもよいが、ノイズＡ又はリップル信号の定数倍成分が通過帯域に含まれない程度にする必要がある。これは誤検出を防ぐためである。

以上のように、ステップＳ６の処理によれば、ステップＳ４のフィードバック制御によってノイズＡのみが通過帯域に入るような状態が生じても、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を上昇させることにより、リップル信号を正しく検出することが出来る。なお、通過帯域が図６（ｃ１）及び（ｃ２）に示される状態から、ステップＳ６の処理によりＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１が上昇されることにより、通過帯域に定数倍成分等が含まれる状況が生じたとしても、その後のステップＳ８におけるフィードバック制御により、リップル信号を検出できるように通過帯域は最適化される。

次いで、制御処理部１３は、ＬＰＦ又はＨＰＦのカットオフ周波数ｆ１又はｆ２を最適化する（ステップＳ７）。この処理は、ステップＳ４の処理と同様に信号検出部１２の検出結果に基づいて行われるフィードバック制御処理である。

制御処理部１３は、ステップＳ７によるフィードバック制御が終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。この処理は、ステップＳ７による処理の継続時間が所定時間に達したか否かによって行われる。この所定時間は、例えば、モータ１の出力特性における起動状態及び移行状態に要する時間に基づき、予め設定された時間でよい。

以上で図３に示す処理手順によるカットオフ周波数の最適化処理が終了する。

本実施の形態の信号検出装置によれば、リップル信号の振幅（平均値）をノイズの振幅（平均値）と同程度に調整しておけば、通過帯域の最適化処理の過程においてフィードバック制御を行わずに通過帯域を拡げるので、通過帯域にノイズのみが入るような状態が抑制され、正しくリップル信号を検出できる。従って、比較的大きなノイズを発生する低コストのモータの回転位置を正しく検出することができる。

また、通過帯域を拡げるときに、カットオフ周波数を、そのときのカットオフ周波数に「ノイズの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数に上昇又は低下させるので、通過帯域を拡げた分だけリップル信号の検出精度が上がる。すなわち、リップル信号の検出精度が当該「比」に応じて向上することになる。これは、本実施の形態のように、ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比が２倍である場合は、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を２倍に上昇させることになるので、検出精度は２倍となる。

例えば、このような信号検出装置をセンサレスのメモリ付電動シートシステムに用いれば、従来よりもノイズが大きいが安価なモータを用いても、従来のセンサレスのメモリ付電動シートシステムと同等あるいはそれ以上の移動精度を実現できる。

以上では、制御処理部１３がＨＰＦ及びＬＰＦのカットオフ周波数の初期化（ステップＳ１）を行った後に、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を制御（ステップＳ２）する場合について説明したが、ステップＳ２においてＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を上昇させる制御を行うように構成してもよい。その場合の処理手順を図７に示す。

図７に示す処理手順は、ステップＳ２における処理対象をＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２に変更した以外は、図５に示す処理手順と同一である。ステップＳ２においてＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を上昇させた後に、ステップＳ３を経て手順がステップＳ４に進行した場合においても、上述の説明の場合と同様に図６（ｃ３）に示すように通過帯域にノイズＡのみが入る場合がある。このような場合でも、ステップＳ６においてＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１を上昇させることにより、図６（ｄ）に示すように通過帯域にリップル信号が入り、この結果、リップル信号を正しく検出できる。

また、以上では、リップル信号の周波数がノイズＡの周波数よりも高い場合について説明したが、リップル信号の周波数がノイズＡの周波数よりも低い場合は、制御処理部１３は、図８に示す処理手順によってＨＰＦ及びＬＰＦのカットオフ周波数を制御する。

図８に示す処理手順は、ステップＳ６における処理対象がＨＰＦになっていること以外は、図７に示す処理手順と同一である。また、図９（ａ）は、図６（ｃ３）に対応しており、ステップＳ５までの処理により、通過帯域にノイズＡのみが入った状態を示す図である。

制御処理部１３は、図８に示すステップＳ５までの処理により、図９（ａ）に示すように通過帯域にノイズＡのみが入っていたとしても、これに次ぐステップＳ６において、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数にまで低下させる。このときの通過帯域とリップル信号及びノイズＡとの関係を図９（ｂ）に示す。図９では、ノイズＡの周波数に対するリップル信号の比が１／２であるため、ステップＳ６ではＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」である１／２を乗じた周波数に低下させる。このため、通過帯域にリップル信号も入り、この結果、リップル信号を正しく検出できる。なお、このステップＳ６では、「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数以下に低下させてもよい。また、図８におけるステップＳ２では、ＬＰＦのカットオフ周波数を制御するように構成してもよい。これは、図７について説明した内容に対応するため、説明を省略する。

［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２の信号検出装置におけるＨＰＦ及びＬＰＦのカットオフ周波数を最適化するための処理手順を示す。図１０に示す処理手順は、実施の形態１における処理手順に通過帯域の制御処理に要する時間を短縮するための手順（ステップＳ１６及びＳ１７）を付加したものである。図１０に示す処理手順のうち、ステップＳ１１からステップＳ１５は、図５に示すステップＳ１からＳ５と同一であり、また、ステップＳ１８からステップ２０は、図５に示すステップＳ６からステップＳ８と同一である。このように処理内容が同一のステップについては、その説明を省略する。

制御処理部１３は、ステップＳ１５に次ぐステップＳ１６において、通過帯域の幅が所定値より広いか否かを判定する。この所定値は、リップル信号の周波数とノイズＡの周波数との差で表される値以下に設定される。

通過帯域の幅が所定値より広いと判定した場合は、制御処理部１３は、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を２倍に上昇させる（ステップＳ１７）。このときの倍率は、「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」によって設定される。

ステップＳ１５までの処理により、図１１（ａ）に示すように通過帯域にリップル信号とノイズＡとの双方が入っているような場合は、ステップＳ１６において所定値よりも広いと判定され、ステップＳ１７においてＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２が２倍に上昇される。本実施の形態では、リップル信号の周波数がノイズＡの周波数の２倍であるため、ステップＳ１７に進行した場合は、通過帯域にリップル信号とノイズＡとの両方が含まれる可能性が高い。このため、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を２倍に上昇させることにより、ノイズＡがＨＰＦの遮断領域に入ることによって除去され、図１１（ｂ）に示すように通過帯域にはリップル信号のみが入るようになる。なお、通過帯域の幅は、カットオフ周波数ｆ１とｆ２の差で求まり、この差と所定値との比較を行えばよい。

また、ステップＳ１６において、通過帯域が所定値以下であると判定した場合は、通過帯域の幅がリップル信号とノイズＡとの両方が入りきらない幅であり、ノイズＡのみが入っている可能性があるため、制御処理部１３は手順をステップＳ１８に進行させ、図５に示すステップＳ６と同一の処理を行う。ノイズＡのみが通過帯域に入っていたとしても、ステップＳ１８によってＬＰＦのカットオフ周波数が２倍に上昇されることにより、リップル信号を検出できるようになる。

ステップＳ１７又はステップＳ１８が終了すると、制御処理部１３は、図５のステップＳ７及びＳ８と同一のステップＳ１９及びＳ２０による処理を実行する。

以上、本実施の形態の信号検出装置によれば、通過帯域の最適化処理の途中で通過帯域の幅を判定し、リップル信号とノイズＡとの両方が入る幅があると判定した場合にはＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を上昇させてノイズＡをＨＰＦで除去するため、実施の形態１の場合よりも短い時間でリップル信号を正しく検出できる。なお、実際に評価を行ったところ、起動状態及び移行状態の時間は、数マイクロ秒であった。これは、特に、移行状態の時間が短縮化されたためであり、従来の信号検出装置において最短で約６０〜７０ミリ秒程度かかっていたものに比べると大幅な短縮が実現された。

また、この場合、通過帯域にはリップル信号のみが入るため、検出精度が向上する。このように通過帯域に含まれる信号が振幅の大きなリップルのみになることで、フィルタの出力波形を安定させることができるので、信号検出部１２の回路構成を簡素化できる。例えば、信号検出部１２がリップル信号の周期のみで信号を検出するように構成できる。

また、通過帯域の最適化処理の途中で、実施の形態１と同様に、所定の場合に、ＬＰＦ又はＨＰＦのカットオフ周波数を、そのときのカットオフ周波数に「ノイズの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数に上昇又は低下させることによって通過帯域を拡げるので、通過帯域を拡げた分だけリップル信号の検出精度が向上する。

［実施の形態３］
図１２は、実施の形態３の信号検出装置の制御処理部による処理手順を示す。この実施の形態３では、リップル信号とノイズＡの関係は実施の形態１及び２の場合と同一であるが、これらの以外の信号の振幅の平均値は、リップル信号の検出に影響を与えない程度に小さいものとする。すなわち、図１３（ａ）に示す状態でもリップル信号を検出することができる。

図１２に示す処理手順は、制御処理に要する時間をさらに短縮するために、実施の形態２における処理手順の一部を入れ替えたものである。図１２に示す処理手順のうち、ステップＳ１１は、図１０に示すステップＳ１と同一（すなわち図５のステップＳ１と同一）である。ステップＳ２２は、図１０に示すステップＳ１４と同一（すなわち図５のステップＳ４と同一）である。ステップ２３は、処理時間の短縮のために付加された予備判定処理のためのステップである。ステップＳ２４からステップＳ２８は、図１０に示すステップＳ１６からステップＳ２０と同一である。これらのうち、ステップＳ２１、Ｓ２７及びＳ２８の処理については、説明を省略する。

制御処理部１３は、ステップＳ２１によるカットオフ周波数の初期化を行った後に、信号検出部１２の出力に基づき、ＬＰＦ及びＨＰＦのカットオフ周波数ｆ１及びｆ２をフィードバック制御により最適化する（ステップＳ２２）。

次いで、制御処理部１３は、通過帯域の幅が、リップル信号とノイズＡとの差の５０％増しの幅以下になったか否かを判定する（ステップＳ２３）。これは、通過帯域の幅を表す値が、リップル信号の周波数とノイズＡの周波数との差に５０％のマージンを加えた幅以下であるか否かによって判定される。このステップＳ２３の処理は、ステップＳ２２のフィードバック制御によって、リップル信号とノイズＡとの差の５０％増しの値によって表される幅以下になるまで繰り返し行われる。なお、このステップＳ２３における判定閾値は、リップル信号の周波数とノイズＡの周波数との差を表す値よりも大きい値であればよく、好ましくは、上述のように、当該差に対して所定割合のマージンの幅を加えた値であればよい。マージンの幅は、モータ１の出力特性等に応じて最適な値に設定することができる。

次いで、制御処理部１３は、通過帯域の幅が、所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。この所定値は、リップル信号の周波数とノイズＡの周波数の差以下に設定される。

このステップＳ２４において、所定値以下であると判定された場合は、通過帯域は、例えば、図１３の（ｂ１）又は（ｂ２）に示す状態となる。図１３（ｂ１）は、通過帯域にリップル信号のみが入っている状態を示し、図１３（ｂ）は、通過帯域にノイズＡのみが入っている状態を示す。

一方、ステップＳ２４において、所定値より大きいと判定された場合は、通過帯域は、図１３（ｂ３）に示す状態になる。この図１３（ｂ３）は、通過帯域にリップル信号とノイズＡの両方が入っている状態を示す。

なお、図１３（ａ）に示す状態は、ステップＳ２１によりカットオフ周波数が初期化された状態である。

制御処理部１３は、ステップＳ２４で、所定値より大きいと判定した場合は、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を２倍に上昇させる（ステップＳ２５）。この結果、通過帯域は、図１３（ｂ３）に示す状態から、図１３（ｃ３）に示す状態に遷移する。本実施の形態では、リップル信号の周波数がノイズＡの周波数の２倍であるため、ステップＳ２５に進行した場合は、通過帯域にリップル信号とノイズＡとの両方が含まれるため、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ２を２倍に上昇させることにより、図１３（ｃ３）に示すように、通過帯域には、リップル信号のみが入ることになる。なお、上述したように、このステップＳ２５による処理は、実施の形態２におけるステップＳ１７による処理と同一である。

制御処理部１３は、ステップＳ２４において、所定値以下だと判定した場合は、手順をステップＳ２６に進行させる。このステップＳ２６は、実施の形態１におけるステップＳ６、及び、実施の形態２におけるステップＳ１８と同一の処理であり、ＬＰＦのカットオフ周波数ｆ１が、そのときの値の２倍に上昇されるため、図１３（ｂ１）及び（ｂ２）に示す通過帯域は、図１３（ｃ１）及び（ｃ２）にそれぞれ示すように通過帯域が拡げられる。図１３（ｃ１）に示す通過帯域には、リップル信号及びノイズＡの定数倍成分が入っているが、本実施の形態では、リップル信号とノイズＡの関係は実施の形態１及び２の場合と同一であるが、これらの以外の信号の振幅の平均値は、リップル信号の検出に影響を与えない程度に小さい場合を想定しているため、図１３（ｃ１）の場合でもリップル信号は検出される。また、図１３（ｃ２）に示すように、通過帯域にリップル信号とノイズ信号の両方が入っている場合でも、リップル信号は検出される。

以下、制御処理部１３は、ステップＳ２７及びステップＳ２８による処理を実行する。このステップＳ２７及びＳ２８の処理は、実施の形態２におけるステップＳ１９及びＳ２０と同一の処理である。

本実施の形態の信号検出装置によれば、リップル信号とノイズＡの振幅（平均値）が略同一であり、かつ、これらの以外の信号（定数倍成分等）の振幅（平均値）がリップル信号の検出に影響を与えない程度に小さい場合において、カットオフ周波数の最適化処理の初期段階でＨＰＦ及びＬＰＦのカットオフ周波数を同時に制御し（ステップＳ２２）、通過帯域がマージンを含む所定値より狭くなった状態で（ステップＳ２３）、ＨＰＦ又はＬＰＦのカットオフ周波数を「ノイズＡの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた値に制御するので、最適化処理の初期段階において、ＬＰＦ又はＨＰＦのいずれかのカットオフ周波数が安定するまで待つ時間を短縮でき、実施の形態２の場合よりも、さらに早くカットオフ周波数の最適化処理を実行することができる。また、リップル信号又はノイズＡの定数倍成分の振幅が十分に小さいので、より多くのリップルを高精度かつ安定的に検出できるようになる。

また、通過帯域の最適化処理の途中で、実施の形態１及び２と同様に、所定の場合に、ＬＰＦ又はＨＰＦのカットオフ周波数を、そのときのカットオフ周波数に「ノイズの周波数に対するリップル信号の周波数の比」を乗じた周波数に上昇又は低下させることによって通過帯域を拡げるので、通過帯域を拡げた分だけリップル信号の検出精度が向上する。

以上、本発明の例示的な実施の形態の信号検出装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

本発明の信号検出装置は、センサレスのメモリ付電動シートシステム、電動スライドドアシステム、電動サンルーフシステム、又は、電動ベッド等に利用可能である。

実施の形態１の信号検出装置の構成を示すブロック図である。モータの動き始めの起動状態、回転が安定するまでの移行状態、及び、定速回転する定常状態を概念的に表す図である。実施の形態１における信号検出の原理について説明する図であり、（ａ）乃至（ｃ）は、モータのある回転によって得られる出力に含まれるリップル信号及びノイズを概念的に周波数と振幅で表す図、（ｄ）は、モータの出力を周波数解析することによって得られるリップル信号とノイズＡの振幅（平均値）を示す図、（ｅ）は、（ａ）乃至（ｃ）で表されるモータの出力からリップル信号が検出されるか否かを概念的に示す図である。リップル信号を検出できる場合と出来ない場合におけるリップル信号及びノイズ信号と通過帯域との関係で示す図である。実施の形態１の信号検出装置における制御処理部の処置手順を示す図である。フィルタの通過帯域とリップル信号及びノイズＡの関係を説明するための図である。実施の形態１の変形例による信号検出装置における制御処理部の処置手順を示す図である。実施の形態１の他の変形例による信号検出装置における制御処理部の処置手順を示す図である。フィルタの通過帯域とリップル信号及びノイズＡの関係を説明するための図である。実施の形態２の信号検出装置における制御処理部の処理手順を示す図である。フィルタの通過帯域とリップル信号及びノイズＡの関係を説明するための図である。実施の形態３の信号検出装置における制御処理部の処置手順を示す図である。フィルタの通過帯域とリップル信号及びノイズＡの関係を説明するための図である。

符号の説明

１…ブラシレスモータ
１０…信号検出装置
１１…バンドパスアクティブフィルタ
１２…信号検出部
１３…制御処理部

Claims

第１カットオフ周波数と、この第１カットオフ周波数よりも低い第２カットオフ周波数との間に可変の通過帯域を有するフィルタ手段を介して、モータから出力されるリップル信号を検出すると共に、この検出結果を用いて前記通過帯域の最適化処理を行う信号検出装置において、
前記最適化処理の過程で、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、
前記最適化処理の過程において、前記通過帯域の幅が所定幅より広いか否かの判定処理をさらに行い、
前記通過帯域の幅が前記所定幅以下であると判定した場合は、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、
前記通過帯域の幅が前記所定幅より広いと判定した場合は、前記フィルタ手段によってノイズが除去されるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理を行い、
前記通過帯域を狭める処理は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第１カットオフ周波数に乗じて前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第２カットオフ周波数に乗じて前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理である、ことを特徴とする信号検出装置。
第１カットオフ周波数と、この第１カットオフ周波数よりも低い第２カットオフ周波数との間に可変の通過帯域を有するフィルタ手段を介して、モータから出力されるリップル信号を検出すると共に、この検出結果を用いて前記通過帯域の最適化処理を行う信号検出装置において、
前記最適化処理の過程で、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、
前記通過帯域を拡げる処理は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第１カットオフ周波数に乗じて前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記ノイズ信号の周波数に対するリップル信号の周波数の比を前記第２カットオフ周波数に乗じて前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理である、ことを特徴とする信号検出装置。
前記最適化処理の過程において、前記通過帯域の幅が所定幅より広いか否かの判定処理をさらに行い、
前記通過帯域の幅が前記所定幅以下であると判定した場合は、前記通過帯域にリップル信号が含まれるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を上昇させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を低下させることにより、前記通過帯域を拡げる処理を行い、
前記通過帯域の幅が前記所定幅より広いと判定した場合は、前記フィルタ手段によってノイズが除去されるように、ノイズ信号とリップル信号の周波数の大小関係に応じて、前記第１カットオフ周波数を低下させることにより、又は、前記第２カットオフ周波数を上昇させることにより、前記通過帯域を狭める処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号検出装置。
前記最適化処理の過程において、前記所定幅との判定処理の前に、前記通過帯域が当該所定幅に所定マージンを加えた幅以下であるか否かを判定する予備判定処理をさらに行い、
前記通過帯域の幅が所定幅に所定マージンを加えた幅以下であると判定した場合に、前記判定処理を行うことを特徴とする請求項１または３に記載の信号検出装置。
前記所定幅は、前記ノイズの周波数と前記リップル信号の周波数との差で表される値以下であることを特徴とする請求項１、３または４に記載の信号検出装置。