JP5306154B2 - 直流モータのリップル検出装置、リップル検出方法、およびリップル検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを検出する装置、方法、およびプログラムに関する。

直流モータの一種に、回転電機子にコンミテータを備えてブラシから通電方向を切り換える方式の直流ブラシモータがあり、例えば車両用シート装置のシートスライド用やリクライニング角度調整用などに適用されている。直流ブラシモータでは、回転電機子が回転してブラシとコンミテータの接触が切り替わることに起因して電流リップルが発生し、電機子電流に重畳する。したがって、直流の電機子電流に含まれる交流分の電流リップルを抽出して波形整形し、極大点、極小点、ゼロクロス点などの特異点を検出することにより、回転電機子の回転位相を知ることができ、回転位相センサや累積回転量センサの代わりになる。つまり、これらのセンサを別途設ける必要がなくなり、上記例では車両用シート装置が簡素となり、製作コストを低減できる。

しかしながら、電機子電流には電流リップルだけでなく低周波ノイズや高周波ノイズも重畳する場合が多い。例えば、４極１０スロットの直流モータにおいては、電気角の３６０°ではなく７２０°で構造上のトポロジーをもつため、７２０°を周期とする電流成分が重畳する。換言すれば、リップル周波数の１／２の周波数をもつ低周波ノイズ（１／２周波数ノイズ）が電機子電流に重畳する。また、リップル周波数の２倍や４倍の周波数をもつ高周波ノイズ（ｎ倍周波数ノイズ）が電機子電流に重畳することも往々にしてある。本願出願人は、このようなノイズの影響を受けずに電流リップルを検出する装置の例を特許文献１および２に開示している。

特許文献１の直流モータのリップル検出装置は、第１および第２のローパスフィルタ、第１および第２のリップル信号生成部、遮断周波数制御部、およびリップル検出部を備えている。遮断周波数制御部は、検出対象のリッ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、第２および第１のローパスフィルタの遮断周波数比を設定し、リップル検出部は、第１および第２のリップル信号生成部が生成したリップル信号のリップル周期の比を前記の遮断周波数比と比較して、一方のリップル信号を選択するように構成されている。これにより、第１および第２のリップル信号生成部が生成したリップル信号のいずれに検出対象のリップルが含まれるかを判断して、リップルを高精度に検出することができる、とされている。

また、特許文献２の直流モータの回転状態検出装置は、遮断周波数演算手段、遮断周波数設定手段、フィルタ手段、回転状態検出手段、回転状態判定手段、および遮断周波数更新手段を備え、直流モータが定常回転をしていないときにのみフィルタ手段の遮断周波数の変更を許可するようにしている。したがって、回転状態に応じて遮断周波数の変更可否を制御し、また、定常回転状態ではノイズ成分を遮断して正確にリップルを検出できる。これにより、フィルタ手段の遮断周波数がリップル周波数よりも低周波側へ誤って設定され、最終的に低周波ノイズの周波数に設定されてしまうおそれを解決できる、とされている。

特開２００８−２２８４５２号公報 特開２００７−１２４８６５号公報

ところで、特許文献１のリップル検出装置では、除去対象とするノイズ周波数を予め想定して第２および第１のローパスフィルタの遮断周波数比を設定するので、想定外の周波数のノイズが重畳すると不具合が生じ得る。また、ローパスフィルタを用いるため、電機子電流の直流分に応じた広いダイナミックレンジが必要となり、加えて、頻発しあるいは常在する低周波領域のノイズへの対策が必要となって、回路規模が大きくなりコストが上昇する。

また、特許文献２の実施形態では、リップルパルス整形回路出力のパルス間時間の逆数を実リップル周波数として、フィルタ手段の遮断周波数を演算している。この方法によると、例えばノイズが重畳してこれをフィルタ手段で除去しきれない場合、実リップル周波数を誤って検出し、ノイズが消えても元の正しい遮断周波数に復帰できなくなるおそれがある。例えば、一過性のノイズにより、実リップル周波数を誤って１／２に検出すると、遮断周波数を１／２周波数に合わせて制御してしまう。すると、フィルタは、本来のリップル周波数を有する信号を遮断して１／２周波数ノイズだけを通過させるので、一過性のノイズが消えた後もリップル周波数を検出できなくなってしまう。つまり、１／２周波数ロックしてしまうおそれが皆無でない。発明者が得た知見によれば、高周波ノイズよりも１／２周波数ノイズの影響を最も受けやすく、一時的に誤って１／２周波数に制御することがあっても、ロック状態を回避して確実に復帰することが肝要と考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、リップル周波数の１／２の周波数をもつノイズなどに影響されずに、リップル周波数を高精度に検出してフィルタ部の遮断周波数を高精度に制御するとともに、精度の高いリップル周期を利用に供することができる直流モータのリップル検出装置、リップル検出方法、およびリップル検出プログラムを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る直流モータのリップル検出装置の発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、前記フィルタ部は、下側遮断周波数および上側遮断周波数が互いに異なる第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタを有し、前記リップル周期検出部は、前記第１バンドパスフィルタが求めた第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出部、ならびに前記第２バンドパスフィルタが求めた第２リップル波形に基づいて第２リップル周期を求める第２リップル周期検出部を含み、前記遮断周波数制御部は、前記第２リップル周期の逆数である第２リップル周波数を演算して基本周波数とする基本周波数演算手段と、前記第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数以下に制御しかつ前記第１バンドパスフィルタの上側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第１遮断周波数制御手段と、前記第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第２遮断周波数制御手段とを有する、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記第１遮断周波数制御手段は、前記第１バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の０．５倍を越え１倍以下に制御し、かつ前記第１バンドパスフィルタの前記上側遮断周波数を前記基本周波数の２倍以上に制御し、前記第２遮断周波数制御手段は、前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の１倍を越え２倍以下に制御する、ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２において、前記第１遮断周波数制御手段は、前記第１バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数に近い周波数に制御し、前記第２遮断周波数制御部は、前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の２倍に近い周波数に制御する、ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記第１リップル周期検出部は、前記第１リップル波形の振幅に基づいた閾値を保持し、前記第１リップル波形の極大点または極小点からの変化量が前記閾値に達するタイミングを検出し、該タイミングの発生間隔を前記第１リップル周期とすることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記第２リップル周期検出部は、前記第２リップル波形におけるゼロクロス点の発生間隔を前記第２リップル周期とすることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記遮断周波数制御部は遮断周波数確認手段を有し、該遮断周波数確認手段は、前記第１リップル周期の逆数である第１リップル周波数を演算し、該第１リップル周波数が前記基本周波数に概ね一致していることを確認することにより、前記第１バンドパスフィルタおよび前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数および前記上側遮断周波数が適正であると判定することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記第２リップル周期検出部は、複数の前記第２リップル周期を平均した平均リップル周期を演算する平均値演算手段を有し、前記遮断周波数制御部の前記基本周波数演算手段は、前記平均リップル周期の逆数を前記基本周波数とすることを特徴とする。

請求項８に係る直流モータのリップル検出方法の発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変の第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタと、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記第１バンドパスフィルタおよび前記第２バンドパスフィルタの前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置を用いたリップル検出方法であって、前記第１バンドパスフィルタにより第１リップル波形を求める第１リップル波形取得ステップと、前記第２バンドパスフィルタにより第２リップル波形を求める第２リップル波形取得ステップと、 前記第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出ステップと、前記第２リップル波形に基づいて第２リップル周期を求める第２リップル周期検出ステップと、前記第２リップル周期の逆数である第２リップル周波数を演算して基本周波数とする基本周波数演算ステップと、前記第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数以下に制御しかつ前記第１バンドパスフィルタの上側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第１遮断周波数制御ステップと、前記第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第２遮断周波数制御ステップと、を有することを特徴とする。

請求項９に係る直流モータのリップル検出プログラムの発明は、請求項８の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１に係る直流モータのリップル検出装置の発明では、遮断周波数制御部は、第２バンドパスフィルタの第２リップル波形から基本周波数を求め、第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数以下に制御しかつ上側遮断周波数を基本周波数よりも大きく制御し、第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数よりも大きく制御する。つまり、第１バンドパスフィルタにおいて基本周波数が通過周波数帯域に入るように制御し、第２バンドパスフィルタにおいて基本周波数が通過周波数帯域の下側となるように制御する。

これにより、第１バンドパスフィルタは、第１リップル波形の基本周波数の信号成分を減衰させず、１／２周波数のノイズ成分を減衰させることができる。一方、第２バンドパスフィルタは、第２リップル波形に含まれる基本周波数の信号成分を減衰させるが、基本周波数より低い周波数、例えば１／２周波数のノイズ成分をさらに減衰させることができる。したがって、低周波ノイズの影響を受けずに基本周波数を高精度に検出でき、１／２周波数ロックが生じることもなく、第１バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数を正確にフィードバック制御できる。また、常に高精度にフィードバック制御された第１バンドパスフィルタから高精度な第１リップル波形が出力されるため、正確なリップル周期を確実に求めて利用に供することができ、直流モータの累積回転量、回転位相、および回転速度などを高精度に演算できる。

請求項２に係る発明では、第１遮断周波数制御手段は、第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数の０．５倍を越え１倍以下に制御し、上側遮断周波数を基本周波数の２倍以上に制御し、第２遮断周波数制御手段は、第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数の１倍を越え２倍以下に制御する。さらに、請求項３に係る発明では、第１遮断周波数制御手段は、第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数に近い周波数に制御し、第２遮断周波数制御部は、第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を基本周波数の２倍に近い周波数に制御する、

これにより、第１バンドパスフィルタ２は、第１リップル波形が有する基本周波数の信号成分を減衰させず、１／２周波数のノイズ成分を大きく減衰させるので、Ｓ／Ｎ比を大幅に改善できる。また、一過性のノイズなどにより誤って基本周波数が１／２となっても、上側遮断周波数は正規の基本周波数以上に制御され、正規の基本周波数を通過させるので、リップル検出を正しく行える。一方、第２バンドパスフィルタ４では、誤って基本周波数が１／２となった場合、下側遮断周波数は正規の基本周波数の０．５倍を越え１倍以下の周波数に制御される。したがって、正規の基本周波数よりも１／２周波数ノイズを大きく減衰させるので、一過性のノイズが消えた後には確実に復帰できる。

請求項４に係る発明では、第１リップル周期検出部は、第１リップル波形の振幅に基づいた閾値を保持し、第１リップル波形の極大点または極小点からの変化量が閾値に達するタイミングを検出し、該タイミングの発生間隔を第１リップル周期とする。この振幅検出ロジックによれば、仮にノイズの重畳などによりて第１リップル波形に微少な増減振動が重畳しても、閾値に達する程の増減とはならず、第１リップル周期の精度を確保できる。代わりにゼロクロス点検出ロジックや、極大点検出ロジックまたは極小点検出ロジックを用いた場合、微少な増減振動により多数のゼロクロス点や、極大点または極小点が発生し、そのたびに誤ってリップル周期を求めてしまうおそれがある。

請求項５に係る発明では、第２リップル周期検出部は、第２リップル波形におけるゼロクロス点の発生間隔を第２リップル周期とする。このゼロクロス点検出ロジックによれば、第２バンドパスフィルタから出力される基本周波数の信号成分が減衰した第２リップル波形でも、確実に第２リップル周期および基本周波数を求めることができる。つまり、第２リップル波形の振幅は小さいので、前述の振幅検出ロジックや極大点検出ロジック、極小点検出ロジックよりもゼロクロス点検出ロジックのほうが検出の確実性が高い。

請求項６に係る発明では、遮断周波数確認手段は、第１リップル周期の逆数で演算した第１リップル周波数が基本周波数に概ね一致していることを確認することにより、第１および第２バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数が適正であると判定する。本来、第１および第２バンドパスフィルタでノイズを除去できていれば、第１リップル波形と第２リップル波形は振幅が異なる相似波形になり、第１リップル周波数と基本周波数（第２リップル周波数）は概ね同一となる。このことを利用して各遮断周波数の制御状況を確認することができ、装置の動作信頼性を高めることができる。

請求項７に係る発明では、第２リップル周期検出部は複数の第２リップル周期を平均した平均リップル周期を演算し、遮断周波数制御部の基本周波数演算手段は平均リップル周期の逆数を基本周波数とする。このため、個々の第２リップル周期がジッタ成分などの原因でばらつき、あるいは電流リップルを検出できないリップル抜けが発生したり、ノイズを電流リップルと誤って検出するリップル増しが発生したりしても、平均リップル周期の変動は小さい。したがって、ばらつきやノイズの影響を低減して基本周波数を高精度に検出できる。

請求項８に係る直流モータのリップル検出方法の発明は、第１リップル波形取得ステップ、第２リップル波形取得ステップ、第１リップル周期検出ステップ、第２リップル周期検出ステップ、基本周波数演算ステップ、第１遮断周波数制御ステップ、および第２遮断周波数制御ステップを有する。したがって、請求項１と同様の効果が生じる。

請求項９に係る直流モータのリップル検出プログラムの発明では、請求項８の各ステップをコンピュータに実行させることができる。

本発明の実施形態の直流モータのリップル検出装置を説明するブロック図である。 実施形態において、第１リップル周期検出部で振幅検出ロジックにより第１リップル周期を求める方法を説明する図である。 実施形態において、第２リップル周期検出部でゼロクロス点検出ロジックにより第２リップル周期を求める方法を説明する図である。 図１中の第１バンドパスフィルタのフィルタ特性を説明する図である。 図１中の第２バンドパスフィルタのフィルタ特性を説明する図である。 実施形態において、第１バンドパスフィルタおよび第１リップル周期検出部の作用を説明する実測波形例の図である。 実施形態において、第２バンドパスフィルタおよび第２リップル周期検出部の作用を説明する実測波形例の図である。

本発明を実施するための実施形態を、図１〜図７を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の直流モータのリップル検出装置１を説明するブロック図である。直流モータ９１は、図略の車両用シート装置のシートスライド用に適用されており、通常一定の直流電圧を印加して一定回転速度で用いるものである。リップル検出装置１は、直流モータ９１を制御する制御装置の一部としてカスタムＩＣの形態で構成され、モータ制御ＣＰＵ９９の制御で動作するようになっている。リップル検出装置１は、第１バンドパスフィルタ２、第１リップル周期検出部３、第２バンドパスフィルタ４、第２リップル周期検出部５、遮断周波数制御部７などの機能ブロックを備えている。

リップル検出装置１において、第１バンドパスフィルタ２および第１リップル周期検出部３は、直流モータ９１の電機子電流Ｉｍに含まれる電流リップルから第１リップル周期Ｔｒ１を検出してモータ制御ＣＰＵ９９に受け渡す機能を担っている。また、第２バンドパスフィルタ４以降の機能ブロックは、電流リップルからリップル周波数を検出して基本周波数ｆ０とし、基本周波数ｆ０を基にして第１バンドパスフィルタ２の遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨを正確にフィードバック制御する機能を担っている。

第１バンドパスフィルタ２は、遮断周波数制御部７からの制御により遮断周波数が可変とされるディジタルフィルタである。第１バンドパスフィルタ２は、下側遮断周波数ｆ１CＬのハイパスフィルタＨＰＦ１、および上側遮断周波数ｆ１ＣＨのローパスフィルタＬＰＦ１の組み合わせにより構成され、通過周波数帯域ｆ１は下側遮断周波数ｆ１ＣＬと上側遮断周波数ｆ１ＣＨの間に制限されている（ｆ１ＣＬ≦ｆ１≦ｆ１ＣＨ）。第１バンドパスフィルタ２の低周波数側遮断特性は１次フィルタで実現され、２０ｄｂ／ｄｅｃの減衰特性を有する。また、高周波数側遮断特性は４次フィルタで実現され、−８０ｄｂ／ｄｅｃの減衰特性を有する。

同様に、第２バンドパスフィルタ４も、下側遮断周波数ｆ２CＬのハイパスフィルタＨＰＦ２、および上側遮断周波数ｆ２ＣＨのローパスフィルタＬＰＦ２の組み合わせにより構成され、通過周波数帯域ｆ２は下側遮断周波数ｆ２ＣＬと上側遮断周波数ｆ２ＣＨの間に制限されている（ｆ２ＣＬ≦ｆ２≦ｆ２ＣＨ）。第２バンドパスフィルタ４の遮断特性は第１バンドパスフィルタ２と同様であり、低周波数側で２０ｄｂ／ｄｅｃ、高周波数側で−８０ｄｂ／ｄｅｃの減衰特性を有する。

第１バンドパスフィルタ２および第２バンドパスフィルタ４には、それぞれ直流モータ９１の電機子電流Ｉｍに相当する波形が入力され、フィルタリング後の第１リップル波形Ｉｒ１および第２リップル波形Ｉｒ２が出力される。

第１リップル周期検出部３は、第１バンドパスフィルタ２から出力された第１リップル波形Ｉｒ１に基づいて第１リップル周期Ｔｒ１を求めるものである。図２は、第１リップル周期検出部で振幅検出ロジックにより第１リップル周期Ｔｒ１を求める方法を説明する図である。図中の横軸は共通の時間ｔを示し、上側のグラフの（１）は直流モータ９１の電機子電流Ｉｍ、（２）は第１パルス信号ＩＰ１を示し、下側のグラフの（３）は第１リップル波形Ｉｒ１、（４）は閾値レベルＹを示している。閾値レベルＹは、第１リップル波形Ｉｒ１の振幅に基づいた閾値Ｗを反映するパラメータ量である。電流リップルは一定回転状態においても或る程度のばらつきを有するため、本実施形態では一定回転状態における第１リップル波形Ｉｒ１の振幅の平均値を閾値Ｗとしている。なお、振幅の平均値に所定の倍率を乗じて閾値Ｗとすることもできる。

図２において、まず、第１バンドパスフィルタ２により電機子電流Ｉｍから直流分およびノイズが除去されて第１リップル波形Ｉｒ１が出力される。次に、第１リップル周期検出部３内において、時刻ｔ１で第１リップル波形Ｉｒ１が減少して閾値レベルＹの正側から負側にクロスすると、閾値レベルＹに閾値Ｗを加算する。この後、第１リップル波形Ｉｒ１がさらに減少して時刻ｔ２で極小点Ｐｍｉｎに達するまで、閾値レベルＹを平行して減少させる。そして、時刻ｔ２で第１リップル波形Ｉｒ１が増加に転じても、閾値レベルＹを変化させず一定レベルに保つ。時刻ｔ３で第１リップル波形Ｉｒ１が閾値レベルＹの負側から正側にクロスすると、閾値レベルＹから閾値Ｗを減算するとともに、第１パルス信号ＩＰ１１を出力する。この後、第１リップル波形Ｉｒ１がさらに増加して時刻ｔ４で極大点Ｐｍａｘに達するまで、閾値レベルＹを平行して増加させる。そして、時刻ｔ４で第１リップル波形Ｉｒ１が減少に転じても、閾値レベルＹは変化させず一定レベルに保つ。時刻ｔ５で第１リップル波形Ｉｒ１が閾値レベルＹの正側から負側にクロスすると、再び閾値レベルＹに閾値Ｗを加算する。

この後、時刻ｔ１〜ｔ５と同様の処理を繰り返す。これにより、時刻ｔ６で次の第１パルス信号ＩＰ１２を出力し、時刻ｔ７でさらに次の第１パルス信号ＩＰ１３を出力する。第１リップル周期検出部３は、隣接する第１パルス信号ＩＰ１１、ＩＰ１２、ＩＰ１３の発生間隔を逐次検出して第１リップル周期Ｔｒ１とする（Ｔｒ１＝ｔ６−ｔ３、Ｔｒ１＝ｔ７−ｔ６）。

この振幅検出ロジックによれば、時刻ｔ１で第１リップル波形Ｉｒ１が閾値レベルＹよりも小さくなった後、第１リップル波形Ｉｒ１が閾値Ｗ分だけ増加した時点で初めて第１パルス信号ＩＰ１１を出力する。したがって、時刻ｔ１以降に第１リップル波形にノイズが重畳して微少な増減振動が発生しても、誤って第１パルス信号ＩＰ１１を出力するおそれがない。閾値レベルＹに代えて単純なゼロレベルの閾値を用いた場合、時刻ｔ１以降に第１リップル波形に微少な増減振動が発生すると、ゼロクロス点が多数発生するおそれがある。また、極大点検出ロジックまたは極小点検出ロジックを用いた場合、増減振動により多数の極大点または極小点が発生するおそれがある。このように、振幅検出ロジックは、ノイズに起因する微少な増減振動のおそれがある第１リップル波形に対して高い検出精度を有する。

一方、第２リップル周期検出部５は、第２バンドパスフィルタ４から出力された第２リップル波形Ｉｒ２に基づいて個々の第２リップル周期Ｔｒ２を求め、さらに平均リップル周期Ｔａｖを求めるものである。図１に示されるように、第２リップル周期検出部５は、リップル周期演算手段５１および中央選択平均値演算手段５６を有している。図３は、第２リップル周期検出部５のリップル周期演算手段５１でゼロクロス点検出ロジックにより第２リップル周期Ｔｒ２を求める方法を説明する図である。図中の横軸は共通の時間ｔを示し、上側のグラフの（１）は直流モータ９１の電機子電流Ｉｍ、（２）は第２パルス信号ＩＰ２を示し、下側のグラフの（３）は第２リップル波形Ｉｒ２、（４）はゼロ点閾値レベルＺを示している。ゼロ点閾値レベルＺは、閾値をゼロレベルから±△Ｚ分だけ微調整するパラメータ量である。

図３において、まず、第２バンドパスフィルタ４により電機子電流Ｉｍから直流分およびノイズが除去されて第２リップル波形Ｉｒ２が出力される。次に、リップル周期演算手段５１内において、時刻ｔ１１で第２リップル波形Ｉｒ２が減少してゼロ点閾値レベルＺの正側から負側にクロスすると、ゼロ点閾値レベルＺをゼロよりもわずかに高いレベル＋△Ｚに設定する。この後、第２リップル波形Ｉｒ２は、さらに減少したのち増加に転じる。時刻ｔ１２で、第２リップル波形Ｉｒ２がゼロ点閾値レベルＺの負側から正側にクロスすると、ゼロ点閾値レベルＺをゼロよりもわずかに低いレベル−△Ｚに設定するとともに、第２パルス信号ＩＰ２１を出力する。この後、第２リップル波形Ｉｒ２は、さらに増加したのち減少に転じる。時刻ｔ１３で、第２リップル波形Ｉｒ２がゼロ点閾値レベルＺの正側から負側にクロスすると、ゼロ点閾値レベルＺを＋△Ｚに設定する。

この後、時刻ｔ１１〜ｔ１３と同様の処理を繰り返す。これにより、時刻ｔ１４で次の第２パルス信号ＩＰ２２を出力し、時刻ｔ１５でさらに次の第２パルス信号ＩＰ２３を出力する。リップル周期演算手段５１は、隣接する第２パルス信号ＩＰ２１、ＩＰ２２、ＩＰ２３の発生間隔を逐次検出して第２リップル周期Ｔｒ２とする（Ｔｒ２＝ｔ１４−ｔ１２、Ｔｒ１＝ｔ１５−ｔ１４）。

上述のゼロ点閾値レベルＺを±△Ｚ分だけ微調整するゼロクロス点検出ロジックによれば、第２リップル波形にノイズが重畳して微少な増減振動が発生しても、誤って第２パルス信号ＩＰ２を出力するおそれがない。第２リップル波形は、第２バンドパスフィルタで基本周波数ｆ０の信号成分が減衰するので、その振幅は小さい。したがって、振幅検出ロジックや極大点検出ロジック、極小点検出ロジックよりもゼロクロス点検出ロジックのほうが検出の確実性が高い。

また、中央選択平均値演算手段５６は、一定数の第２リップル周期Ｔｒ２のうち、大きな側と小さな側からそれぞれ所定数を取り除いて、中央の第２リップル周期Ｔｒ２の平均値を求め、平均リップル周期Ｔａｖとする。具体的には、１２個の第２リップル周期Ｔｒ２のうち、大きな側と小さな側からそれぞれ４個を取り除いて、中央の４個の第２リップル周期Ｔｒ２の平均値を求め、平均リップル周期Ｔａｖとする。中央選択平均値演算手段５６は、求めた平均リップル周期Ｔａｖを遮断周波数制御部７の基本周波数演算手段７１に送る。

遮断周波数制御部７は、基本周波数演算手段７１、第１遮断周波数制御手段７２、第２遮断周波数制御手段７３、および遮断周波数確認手段７４を有する。基本周波数演算手段７１は、平均値演算手段５６から送られた平均リップル周期Ｔａｖの逆数を求めて基本周波数ｆ０とする。

第１遮断周波数制御手段７２は、基本周波数ｆ０が第１バンドパスフィルタ２の通過周波数帯域ｆ１に入るように、下側遮断周波数ｆ１ＣＬおよび上側遮断周波数ｆ１ＣＨを制御する。具体的には、図４に示されるように、下側遮断周波数ｆ１ＣＬ＝基本周波数ｆ０、上側遮断周波数ｆ１ＣＨ＝２．４×基本周波数ｆ０、に制御する。また、第２遮断周波数制御手段７３は、基本周波数ｆ０が通過周波数帯域ｆ２の下側となるように、第２バンドパスフィルタ４の下側遮断周波数ｆ２ＣＬおよび上側遮断周波数ｆ２ＣＨを制御する。具体的には、図５に示されるように、下側遮断周波数ｆ２ＣＬ＝２×基本周波数ｆ０、上側遮断周波数ｆ２ＣＨ＝４．８×基本周波数ｆ０、に制御する。ここで、上側遮断周波数ｆ２ＣＨは、基本周波数ｆ０の２倍以上となっている。したがって、誤って基本周波数ｆ０が１／２となった場合に正規の基本周波数を通過させ、１／２周波数を減衰させるので、１／２周波数ロックに陥ることなく確実に復帰でき、好適である。

図４および図５はそれぞれ、上述した第１バンドパスフィルタ２および第２バンドパスフィルタ４のフィルタ特性を説明する図である。第１バンドパスフィルタ２は、第１リップル波形Ｉｒ１が有する基本周波数ｆ０の信号成分を減衰させず、１／２周波数のノイズ成分を大きく減衰させて、Ｓ／Ｎ比を大幅に改善する。この目的のため、下側遮断周波数ｆ１ＣＬを基本周波数ｆ０に一致させることは当然である。

一方、第２バンドパスフィルタ４は、第２リップル波形Ｉｒ２が有する基本周波数ｆ０の信号成分を減衰させるが、１／２周波数のノイズ成分をさらに減衰させることができる。加えて、第２リップル波形Ｉｒ２のゼロ点閾値Ｚ付近における微少な増減振動が減衰されるので、ゼロクロス点検出ロジックとの相乗的な効果により、第２リップル周期Ｔｒ２を高精度に求めることができる。

なお、直流モータ９１の起動時には、第１および第２遮断周波数制御手段７２、７３は、基本周波数演算手段７１が求めた基本周波数ｆ０ではなく、リップル周波数マップから求めた基本周波数ｆ０に基づいて各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨを制御する。リップル周波数マップは、直流モータ９１に印加する電圧と流れる電流からリップル周波数を求めるようしたものである。したがって、起動時の実際の印加電圧と流れている電流を考慮してリップル周波数を求め、これを基本周波数ｆ０とすることができる。

遮断周波数確認手段７４は、第１バンドパスフィルタ２および第２バンドパスフィルタの遮断周波数制御が適正に行われているか否かを確認する手段である。図１に示されるように、遮断周波数確認手段７４は、第１リップル周期検出部３から第１リップル周期Ｔｒ１の情報を含む第１パルス信号ＩＰ１を受け取り、基本周波数演算手段７１から基本周波数ｆ０を受け取る。そして、第１リップル周期Ｔｒ１の逆数である第１リップル周波数ｆｒ１を演算し、基本周波数ｆ０と比較する。その結果、両者が概ね一致していれば遮断周波数制御が良好に機能していると判断し、そうでないときにはモータ制御ＣＰＵ９９に警報ＡＬを通知する。警報ＡＬの通知を受けたモータ制御ＣＰＵ９９は、警報ＡＬに対応した制御シーケンス、例えばリップル検出装置１のリセット等を実施する。

最終的に、リップル検出装置１は、第１リップル周期Ｔｒ１の情報を含む第１パルス信号ＩＰ１と、第２リップル周期Ｔｒ２の情報を含む第２パルス信号ＩＰ２とをモータ制御ＣＰＵ９９に送出する。モータ制御ＣＰＵ９９は、第１パルス信号ＩＰ１の情報から直流モータ９１の累積回転量を求め、シートのスライド移動量を把握する。

次に、実施形態のリップル検出装置１の動作について説明する。リップル検出装置１は、モータ制御ＣＰＵ９９からのリセット信号を受け付けて動作を開始し、まず装置内を初期化する。次に装置１全体が動き出すが、第２リップル周期Ｔｒ２を４０個検出するまでは起動時として、リップル周波数マップから基本周波数ｆ０を求めて遮断周波数制御を行う。第２リップル周期Ｔｒ２が４０個以上になると通常の動作状態となり、平均リップル周期Ｔａｖから求めた基本周波数ｆ０を基にして遮断周波数制御を行う。

次に、上述のように機能構成された実施形態のリップル検出装置１の作用について、図６および図７の実測波形例を参考にして説明する。図６は、リップル検出装置１の第１バンドパスフィルタ２および第１リップル周期検出部３の作用を説明する実測波形例の図である。図６の横軸は共通の時間ｔを示し、上側のグラフの（１）は直流モータ９１の電機子電流Ｉｍ、（２）は第１パルス信号ＩＰ１を示し、中央のグラフの（３）は第１リップル波形Ｉｒ１、（４）は閾値レベルＹを示し、下側のグラフの（５）は下側遮断周波数ｆ１ＣＬ（すなわち基本周波数ｆ０）を示している。また、図７は、リップル検出装置１の第２バンドパスフィルタ４および第２リップル周期検出部５の作用を説明する実測波形例の図である。図７の横軸は図６と共通の時間ｔを示し、上側のグラフの（１）は直流モータ９１の電機子電流Ｉｍ、（２）は第２パルス信号ＩＰ２を示し、下側のグラフの（３）は第２リップル波形Ｉｒ２、（４）はゼロ点閾値レベルＺを示している。

図６および図７において、直流モータ９１は時刻ｔ０で起動され、電機子電流Ｉｍは増加した後一旦減少し再度増加して概ね一定値の定常状態に落ち着いている。起動時の電機子電流Ｉｍの過渡的変化を避けるために、リップル検出装置１は、第２リップル周期Ｔｒ２を４０個検出した時刻ｔ４０以降に、平均リップル周期Ｔａｖを有効とするようになっている。また、電機子電流Ｉｍの波形は、電流リップルが重畳して小さく波打っている。電機子電流Ｉｍの波形は第１および第２バンドパスフィルタ２、４に入力され、フィルタリング後の第１および第２リップル波形Ｉｒ１、Ｉｒ２が出力される。

続いて、第１および第２リップル波形Ｉｒ１、Ｉｒ２から、第１および第２パルス信号、ＩＰ１、ＩＰ２が求められる。図７の第２パルス信号ＩＰ２に注目すると、図中Ｘ１の箇所でリップル抜けが発生し、図中Ｙ１〜Ｙ３の３箇所でリップル増しが発生している。また、時刻ｔ４０以降の定常状態においても、第２パルス信号ＩＰ２の発生間隔すなわち第２パルス周期Ｔｒ２は、ばらつきを有している。それでも、第２リップル周期検出部５のゼロクロス点検出ロジックと中央選択平均値演算の作用により、平均リップル周期Ｔａｖは安定している。

その結果、図６の下側遮断周波数ｆ１ＣＬ（すなわち基本周波数ｆ０）が時刻ｔ４０以降の定常状態で安定し、１／２周波数ロックは生じていない。図には略されているが、上側遮断周波数ｆ１ＣＨも当然安定する。これにより、良好にフィルタリングされた第１リップル波形Ｉｒ１が得られ、高精度な第１パルス信号ＩＰ１が得られる。図６に示されるように、第１パルス信号ＩＰ１にはリップル抜けやリップル増しは認められない。また、第１パルス信号ＩＰ１の第１リップル周期Ｔｒ１は、第２リップル周期Ｔｒ２よりもばらつきが小さく高精度である。

実施形態のリップル検出装置１によれば、１／２周波数ノイズの影響を受けずに基本周波数ｆ０を高精度に検出でき、１／２周波数ロックが生じることもなく、第１バンドパスフィルタ２の下側および上側遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨを正確にフィードバック制御できる。また、常に高精度にフィードバック制御された第１バンドパスフィルタ２から高精度な第１リップル波形Ｉｒ１が出力されるため、正確な第１リップル周期Ｔｒ１を確実に求めて利用に供することができ、直流モータの累積回転量を高精度に演算できる。

特に、遮断周波数のフィードバック制御側では、第２バンドパスフィルタ４の通過周波数帯域ｆ２を基本周波数ｆ０の２〜４．８倍とし、第２リップル周期検出部５でゼロクロス点検出ロジックおよび中央選択平均値演算を併用している。これらの組み合わせによる相乗効果により、基本周波数ｆ０の検出精度をより一層高めることができる。

また、第１リップル周期Ｔｒ１の検出側では、第１バンドパスフィルタ２の通過周波数帯域ｆ１を基本周波数ｆ０の１〜２．４倍とし、第１リップル周期検出部３で振幅検出ロジック用いている。これらの組み合わせによる相乗効果により、第１リップル周期Ｔｒ１の検出精度をより一層高めることができる。

さらに、遮断周波数確認手段７４は、第１リップル周波数ｆｒ１を基本周波数ｆ０と比較することにより、各遮断周波数の制御状況を確認している。これにより、リップル検出装置１の動作信頼性が高められている。

なお、第１および第２バンドパスフィルタ２、４の各遮断周波数ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ、ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨや遮断特性は実施形態の例に限定されず、実際の電流リップルが有する周波数分布を参考にして設定できる。また、中央選択平均値演算手段５６での平均化の際の母集団の設定なども自由である。

１：リップル検出装置
２：第１バンドパスフィルタ
ＨＰＦ１：ハイパスフィルタ ＬＰＦ１：ローパスフィルタ
３：第１リップル周期検出部
４：第２バンドパスフィルタ
ＨＰＦ２：ハイパスフィルタ ＬＰＦ２：ローパスフィルタ
５：第２リップル周期検出部
５１：リップル周期演算手段 ５６：中央選択平均値演算手段
７：遮断周波数制御部
７１：基本周波数演算手段 ７２：第１遮断周波数制御手段
７３：第２遮断周波数制御手段 ７４：遮断周波数確認手段
９１：直流モータ ９９：モータ制御ＣＰＵ
Ｉｍ：電機子電流
ｆ１ＣＬ、ｆ１ＣＨ：第１バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数
ｆ２ＣＬ、ｆ２ＣＨ：第２バンドパスフィルタの下側および上側遮断周波数
Ｉｒ１：第１リップル波形 Ｉｒ２：第２リップル波形
ＩＰ１：第１パルス信号 ＩＰ２：第２パルス信号
Ｔｒ１：第１リップル周期 Ｔｒ２：第２リップル周期
Ｔａｖ：平均リップル周期 ｆ０：基本周波数

Claims (9)

1. 直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変のフィルタ部と、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記フィルタ部の前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置であって、
   前記フィルタ部は、下側遮断周波数および上側遮断周波数が互いに異なる第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタを有し、
   前記リップル周期検出部は、前記第１バンドパスフィルタが求めた第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出部、ならびに前記第２バンドパスフィルタが求めた第２リップル波形に基づいて第２リップル周期を求める第２リップル周期検出部を含み、
   前記遮断周波数制御部は、前記第２リップル周期の逆数である第２リップル周波数を演算して基本周波数とする基本周波数演算手段と、前記第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数以下に制御しかつ前記第１バンドパスフィルタの上側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第１遮断周波数制御手段と、前記第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第２遮断周波数制御手段とを有する、
   ことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
2. 請求項１において、前記第１遮断周波数制御手段は、前記第１バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の０．５倍を越え１倍以下に制御し、かつ前記第１バンドパスフィルタの前記上側遮断周波数を前記基本周波数の２倍以上に制御し、前記第２遮断周波数制御手段は、前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の１倍を越え２倍以下に制御する、ことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
3. 請求項２において、前記第１遮断周波数制御手段は、前記第１バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数に近い周波数に制御し、前記第２遮断周波数制御部は、前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数を前記基本周波数の２倍に近い周波数に制御する、ことを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記第１リップル周期検出部は、前記第１リップル波形の振幅に基づいた閾値を保持し、前記第１リップル波形の極大点または極小点からの変化量が前記閾値に達するタイミングを検出し、該タイミングの発生間隔を前記第１リップル周期とすることを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記第２リップル周期検出部は、前記第２リップル波形におけるゼロクロス点の発生間隔を前記第２リップル周期とすることを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記遮断周波数制御部は遮断周波数確認手段を有し、該遮断周波数確認手段は、前記第１リップル周期の逆数である第１リップル周波数を演算し、該第１リップル周波数が前記基本周波数に概ね一致していることを確認することにより、前記第１バンドパスフィルタおよび前記第２バンドパスフィルタの前記下側遮断周波数および前記上側遮断周波数が適正であると判定することを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、前記第２リップル周期検出部は、複数の前記第２リップル周期を平均した平均リップル周期を演算する平均値演算手段を有し、前記遮断周波数制御部の前記基本周波数演算手段は、前記平均リップル周期の逆数を前記基本周波数とすることを特徴とする直流モータのリップル検出装置。
8. 直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求める遮断周波数可変の第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタと、前記リップル波形に基づいてリップル周期を求めるリップル周期検出部と、前記リップル周期に基づいて前記第１バンドパスフィルタおよび前記第２バンドパスフィルタの前記遮断周波数を制御する遮断周波数制御部と、を備える直流モータのリップル検出装置を用いたリップル検出方法であって、
   前記第１バンドパスフィルタにより第１リップル波形を求める第１リップル波形取得ステップと、
   前記第２バンドパスフィルタにより第２リップル波形を求める第２リップル波形取得ステップと、
   前記第１リップル波形に基づいて第１リップル周期を求める第１リップル周期検出ステップと、
   前記第２リップル波形に基づいて第２リップル周期を求める第２リップル周期検出ステップと、
   前記第２リップル周期の逆数である第２リップル周波数を演算して基本周波数とする基本周波数演算ステップと、
   前記第１バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数以下に制御しかつ前記第１バンドパスフィルタの上側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第１遮断周波数制御ステップと、
   前記第２バンドパスフィルタの下側遮断周波数を前記基本周波数よりも大きく制御する第２遮断周波数制御ステップと、
   を有することを特徴とする直流モータのリップル検出方法。
9. 請求項８の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする直流モータのリップル検出プログラム。

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