JP5519324B2 - Rotation detector - Google Patents
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Description
本発明は、直流モータの回転角や回転方向などの回転状態を検出する回転検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation detecting equipment for detecting the rotation state, such as the rotation angle and rotation direction of the DC motor.
ブラシ付きの直流モータ（以下単に「直流モータ」という）は、車両においても従来から用いられており、例えば、車両の空調装置における温度調整用のエアミックスダンパーや吹き出し口切り替え用のモードダンパーなどの開閉角度を調整するために用いられている。このような用途で用いられる直流モータを制御するにあたっては、各ダンパーの開閉角度を精度良く調整するために、直流モータの回転角や回転方向、回転速度などの回転状態を検出し、その検出した回転状態に基づいて、各ダンパーの開閉角度が所望の角度となるように制御していた。 DC motors with brushes (hereinafter simply referred to as “DC motors”) have also been used in vehicles, such as air mix dampers for temperature adjustment and mode dampers for switching air outlets in vehicle air conditioners. It is used to adjust the opening / closing angle. In controlling a DC motor used in such applications, in order to accurately adjust the open / close angle of each damper, the rotation state such as the rotation angle, rotation direction, and rotation speed of the DC motor is detected and detected. Based on the rotation state, the opening / closing angle of each damper is controlled to be a desired angle.
直流モータの回転状態を検出する一般的方法として、ロータリエンコーダやポテンショメータ等のセンサを設け、このセンサからの検出信号に基づいて検出する方法がよく知られている。そのため、車両においても、このようなセンサを設けて回転状態を検出する方法が採用されている。 As a general method for detecting the rotation state of a DC motor, a method of providing a sensor such as a rotary encoder or a potentiometer and detecting based on a detection signal from the sensor is well known. For this reason, a method of detecting the rotational state by providing such a sensor is also adopted in the vehicle.
しかし、このようにセンサを設けて回転状態を検出する方法では、センサを設置するスペースが直流モータ毎に必要になると共に、直流モータへの直流電源供給用のハーネスとは別に、センサによる検出信号を他の装置（車載ＥＣＵ等）へ伝送するためのハーネスも直流モータ毎に必要となり、車両の重量増・コストアップを招く。そのため、センサやそれに伴うハーネスを削減するために、センサレス方式化の要望が高まっている。 However, in the method of detecting the rotational state by providing the sensor in this way, a space for installing the sensor is required for each DC motor, and the detection signal from the sensor is separated from the harness for supplying DC power to the DC motor. Is also required for each DC motor, which increases the weight and cost of the vehicle. Therefore, there is an increasing demand for a sensorless system in order to reduce sensors and associated harnesses.
ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを用いることなく直流モータの回転状態を検出するセンサレス方式は種々提案されており、例えば、整流子とブラシが切り替わるときに発生するサージパルスを検出・計数することにより検出する方法が知られている。しかし、この方法では、モータが起動・停止する際の低回転時にはモータの起電力が小さくなってサージパルスも小さくなるため、回転速度が低くなればなるほどサージパルスを検出することが困難となって誤検出してしまう可能性が高くなる。 Various sensorless methods have been proposed for detecting the rotational state of a DC motor without using a large-scale sensor such as a rotary encoder. For example, detection is performed by detecting and counting surge pulses generated when the commutator and brush are switched. How to do is known. However, with this method, since the electromotive force of the motor is reduced and the surge pulse is reduced at the time of low rotation when the motor is started and stopped, it becomes more difficult to detect the surge pulse as the rotation speed becomes lower. The possibility of erroneous detection increases.
また、別のセンサレス方式として、整流子に形成された複数のセグメント（整流子片）のうち特定の２つのセグメント間に（即ちこのセグメント間に接続されている相コイルと並列に）抵抗器を接続し、このセグメント間に流れる電流に基づいて回転パルスを検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 As another sensorless system, a resistor is provided between two specific segments (that is, in parallel with a phase coil connected between the segments) among a plurality of segments (commutator pieces) formed on the commutator. A method of connecting and detecting a rotation pulse based on the current flowing between the segments has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献１に開示されたセンサレス方式では、いずれか一つの相コイルに抵抗器が並列接続されることにより、ブラシを介してモータ回路（複数相の相コイルからなる電機子コイル側の回路）に直流電流が供給されると、ブラシ間に流れる電流は、モータの回転角に応じて周期的な変動を伴うように変化する。この電流の変化に基づいて回転パルスを検出することにより、上述した単なるサージパルスに基づく検出方法と比較してその検出精度を高めることができる。
In the sensorless system disclosed in
しかしながら、特許文献１に開示された方法でも、上述したサージパルスに基づく方法と同様、回転速度が低くなればなるほど電流の変化が小さくなって誤検出の可能性が高くなるという問題は残されている。
However, even in the method disclosed in
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、エンコーダ等のセンサを設けることなく、回転速度にかかわらず直流モータの回転状態を精度良く検出できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to enable accurate detection of the rotation state of a DC motor regardless of the rotation speed without providing a sensor such as an encoder.
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、少なくとも３相の相コイルからなる電機子コイルと、この電機子コイルが接続される複数の整流子片を有する整流子と、この整流子を介して各相コイルへ電流を供給する少なくとも一対のブラシと、を有する直流モータを備え、この直流モータの回転状態を検出する回転検出装置であって、直流モータの少なくとも一対のブラシ間に対し、少なくとも、直流電圧に交流電圧が重畳された交流重畳電圧を印加可能に構成された電源手段と、電源手段から直流モータに供給される交流電流又は交流電圧を検出対象として検出する通電検出手段と、この通電検出手段により検出された検出対象に基づいて、上記回転状態としての、直流モータの回転角、回転方向、及び回転速度のうち少なくとも何れか１つを検出する回転状態検出手段と、を備えている。
The invention according to
そして、直流モータは、複数の整流子片のうち何れか２つの整流子片を一組として、少なくとも一組の整流子片間に、３相の相コイルとは別に、直列回路が接続されている。その直列回路は、所定の静電容量値の第１の静電容量素子、及び、静電容量素子とは異なる素子であって所定のインピーダンス値のインピーダンス素子が、直列接続されてなる。 In the DC motor, any two commutator pieces among a plurality of commutator pieces are set as one set, and a series circuit is connected between at least one set of commutator pieces separately from the three-phase phase coil. Yes. Its series circuit, a first capacitive element having a predetermined capacitance value, and the capacitance element a different element impedance element having a predetermined impedance value, ing connected in series.
このように構成された請求項１に記載の回転検出装置では、電源手段が、直流モータのブラシ間に印加する電源電圧として、単にその駆動源としての直流電圧だけではなく、この直流電圧に交流電圧が重畳され交流重畳電圧（交流成分を含む電源電圧）を印加する。
In the rotation detecting device according to
また、直流モータにおける一対のブラシ間に形成される電機子コイル側の回路（以下「モータ回路」ともいう）において、少なくとも一組の整流子片間には、静電容量素子及びインピーダンス素子が直列接続されてなる直列回路が接続されている。 Further, in a circuit on the armature coil side (hereinafter also referred to as “motor circuit”) formed between a pair of brushes in a DC motor, a capacitance element and an impedance element are connected in series between at least one pair of commutator pieces. A connected series circuit is connected.
このように直列回路が接続されていることにより、一対のブラシ間に形成されるモータ回路のインピーダンスは、直流モータの回転に伴って変化する。具体的には、直流モータが１８０°回転する間に、モータ回路のインピーダンスは少なくとも二種類（二段階）に変化する。そのため、交流重畳電圧の印加によって直流モータに流れるモータ電流における交流成分や、そのモータ電流が流れる通電経路の電圧の交流成分も、そのインピーダンスの変化に伴って変化する。 By connecting the series circuit in this way, the impedance of the motor circuit formed between the pair of brushes changes as the DC motor rotates. Specifically, the impedance of the motor circuit changes to at least two types (two steps) while the DC motor rotates 180 °. Therefore, the alternating current component in the motor current flowing through the direct current motor by the application of the alternating current superimposed voltage and the alternating current component in the voltage of the energization path through which the motor current flows also change as the impedance changes.
そこで、直流モータに流れる交流電流（直流モータに流れる電流に含まれる交流成分）又は交流電圧を検出対象として通電検出手段が検出し、回転状態検出手段が、その検出された検出対象（即ち交流電流又は交流電圧）に基づいて、直流モータの回転状態、即ち回転角、回転方向、及び回転速度の少なくとも１つを検出する。 Accordingly, the energization detecting means detects the alternating current flowing through the DC motor (AC component included in the current flowing through the DC motor) or the AC voltage as the detection target, and the rotation state detecting means detects the detected detection target (ie, AC current). Or at least one of the rotation state of the DC motor, that is, the rotation angle, the rotation direction, and the rotation speed .
検出対象（交流電流又は交流電圧）に基づく回転状態の検出は、具体的には、例えば、交流成分の振幅の変化に基づいて行うことができる。直流モータの回転中、一対のブラシと接触する整流子片の切り替わりに伴ってモータ回路のインピーダンスが変化すると、モータ電流に含まれる交流成分の振幅も変化する。具体的には、インピーダンスが大きいと振幅は小さく、インピーダンスが小さくなると振幅も大きくなる。そのため、交流成分の振幅の変化に基づいて回転状態を検出することができるのである。 Specifically, the detection of the rotation state based on the detection target (AC current or AC voltage ) can be performed based on, for example, a change in the amplitude of the AC component. When the impedance of the motor circuit changes with the switching of the commutator piece contacting the pair of brushes during rotation of the DC motor, the amplitude of the AC component included in the motor current also changes. Specifically, when the impedance is large, the amplitude is small, and when the impedance is small, the amplitude is large. Therefore, the rotation state can be detected based on the change in the amplitude of the AC component.
直流モータのトルクは、電源手段により印加される交流重畳電圧によってモータに流れるモータ電流のうち直流電流成分により発生し、交流電流成分は直流モータのトルクに影響を与えることはない。そのため、直流モータの状態（加・減速中、定速中、停止中など）とは関係なく、常に一定の交流電圧を直流モータへ印加し、交流電流を流すことができる。 The torque of the DC motor is generated by the DC current component of the motor current flowing through the motor by the AC superimposed voltage applied by the power supply means, and the AC current component does not affect the torque of the DC motor. Therefore, regardless of the state of the DC motor (acceleration / deceleration, constant speed, stop, etc.), a constant AC voltage can always be applied to the DC motor and an AC current can flow.
これにより、例えば制動の際に直流モータへの直流電圧が遮断されても、交流電圧を印加し続けることにより、減速〜停止にかけても回転状態を確実に検出することができる。また、停止中であっても、電源電圧として少なくとも交流電圧を印加させ続けることで、直流モータの回転状態を検出でき、例えば何らかの外力を受けて所定量回転したとしても、これを確実に検出することができる。 Thus, for example, even when the DC voltage to the DC motor is interrupted during braking, the rotation state can be reliably detected even when the vehicle is decelerated to stopped by continuing to apply the AC voltage. In addition, even when the motor is stopped, it is possible to detect the rotation state of the DC motor by continuing to apply at least an AC voltage as the power supply voltage. For example, even if the DC motor rotates by a predetermined amount, this is reliably detected. be able to.
従って、請求項１に記載の回転検出装置によれば、仮に制動時に電源手段から印加される直流電圧が０になったとしても、交流電圧を印加し続ける（交流電流を供給し続ける）ことにより、減速時〜停止時にかけても回転状態を確実に検出することができる。 Therefore, according to the rotation detection device of the first aspect, even if the DC voltage applied from the power source means becomes zero during braking, the AC voltage is continuously applied (the AC current is continuously supplied). The rotation state can be reliably detected even during deceleration to stop.
そのため、エンコーダ等のセンサを設けることなく、回転速度にかかわらず直流モータの回転状態を精度良く検出することが可能な回転検出装置を提供することが可能となる。
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転検出装置であって、直列回路を構成するインピーダンス素子は、所定のインダクタンス値のインダクタンス素子である。
Therefore, it is possible to provide a rotation detection device that can accurately detect the rotation state of the DC motor regardless of the rotation speed without providing a sensor such as an encoder.
Next, the invention according to
このように構成された請求項２に記載の回転検出装置によれば、インピーダンス素子としてインダクタンス素子を用いているため、インピーダンス素子として例えば抵抗素子を用いる場合に比べると交流電力の損失を抑えることができ、回転状態の検出を効率的に行うことができる。 According to the rotation detection device of the second aspect configured as described above, since the inductance element is used as the impedance element, the loss of AC power can be suppressed as compared with the case where, for example, a resistance element is used as the impedance element. And the rotation state can be detected efficiently.
次に、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転検出装置であって、直列回路が接続される一組の整流子片は、直流モータの回転中、一対のブラシの各々に接続される期間が生じるような２つの整流子片を一組とする特定整流子片対である。
Next, the invention according to claim 3 is the rotation detecting device according to
つまり、直流モータの回転中、直列回路（静電容量素子とインダクタンス素子が直列接続されてなる回路。以下「ＬＣ直列共振回路」ともいう。）が接続されている一対の整流子片がそれぞれ一対のブラシに同時に接触する期間が存在する。そのため、その期間においては、一対のブラシ間にＬＣ直列共振回路が接続された状態となり、この状態では、少なくともそのＬＣ直列共振回路の共振周波数に対してはモータ回路（ブラシ間の回路）のインピーダンスが小さくなる。 That is, a pair of commutator pieces to which a series circuit (a circuit in which a capacitance element and an inductance element are connected in series; hereinafter also referred to as “LC series resonance circuit”) are connected during rotation of the DC motor. There is a period of simultaneous contact with the brushes. Therefore, during that period, the LC series resonance circuit is connected between the pair of brushes. In this state, the impedance of the motor circuit (circuit between the brushes) is at least for the resonance frequency of the LC series resonance circuit. Becomes smaller.
そのため、請求項４に記載のように、電源手段を、少なくとも、上記直列回路（ＬＣ直列共振回路）の共振周波数を含む所定の周波数帯域を直列共振帯域として、該直列共振帯域内の周波数成分を含む交流電圧を印加可能に構成すれば、その直列共振帯域内の交流成分については、回転に伴う振幅変化を大きくとることができる。そのため、回転状態の検出精度を高めることが可能となる。
Therefore, as described in
更に、請求項５に記載のように、直流モータを、上記直列回路（ＬＣ直列共振回路）が接続された特定整流子片対とは異なる他の少なくとも一組の特定整流子片対に、所定の静電容量値の第２の静電容量素子が接続された構成としてもよい。 Further, according to a fifth aspect of the present invention, a DC motor is connected to at least one specific commutator piece pair different from the specific commutator piece pair to which the series circuit (LC series resonance circuit) is connected. It is good also as a structure to which the 2nd electrostatic capacitance element of the electrostatic capacitance value was connected.
このように構成された請求項５に記載の回転検出装置によれば、直流モータの回転中、ＬＣ直列共振回路が接続されている一対の整流子片がそれぞれ一対のブラシに同時に接触する期間が存在するのに加え、更に、第２の静電容量素子が接続されている一対の整流子片がそれぞれ一対のブラシに同時に接触する期間も生じ、それぞれブラシ間のインピーダンスを異なるものとすることができる。
According to the rotation detection device according to
そのため、直流モータが１８０°回転する間に、モータ回路のインピーダンスを、少なくとも三段階に変化させることができる。そのため、回転角や回転速度の検出精度を向上させることができ、更に、その三段階の変化パターンに基づいて回転方向を検出することも可能となる。 Therefore, the impedance of the motor circuit can be changed in at least three stages while the DC motor rotates 180 °. Therefore, the detection accuracy of the rotation angle and the rotation speed can be improved, and further, the rotation direction can be detected based on the three-stage change pattern.
そして、この請求項５に記載の回転検出装置においては、電源手段を例えば請求項６に記載のように構成するとよい。即ち、電源手段は、交流電圧として、少なくとも、第２の静電容量素子が接続された特定整流子片対が一対のブラシに接続された場合に該一対のブラシ間に形成される、第２の静電容量素子及び該第２の静電容量素子に並列接続された回路のインダクタンス成分からなる並列回路の共振周波数よりも高く、且つ上記直列共振帯域よりも高い周波数成分を含むものを印加可能に構成されている。 In the rotation detection device according to the fifth aspect, the power supply means may be configured as described in the sixth aspect, for example. That is, the power source means is formed between the pair of brushes when the specific commutator piece pair to which at least the second capacitance element is connected is connected to the pair of brushes as an AC voltage. It is possible to apply a device that includes a frequency component higher than the series resonance band and higher than the resonance frequency of the parallel circuit composed of the inductance component of the circuit and the inductance component of the circuit connected in parallel to the second capacitance device. It is configured.
このように構成された回転検出装置では、電源手段からの交流電圧として、少なくとも、上記の通り並列回路の共振周波数よりも高く且つ直列共振帯域よりも高い周波数成分を含む交流電圧（以下「第１交流電圧」ともいう）と、直列共振帯域内の周波数成分を含む交流電圧（以下「第２交流電圧」ともいう）とが印加されることとなる。 In the rotation detection device configured as described above, the AC voltage from the power supply means includes at least an AC voltage (hereinafter referred to as “first”) including a frequency component higher than the resonance frequency of the parallel circuit and higher than the series resonance band as described above. AC voltage) and an AC voltage including a frequency component within the series resonance band (hereinafter also referred to as “second AC voltage”) are applied.
一方、直流モータの回転中は、第１交流電圧による交流成分の振幅が大きくなる期間と、第２交流電圧による交流成分の振幅が大きくなる期間が別々に生じる。
そのため、これら各交流成分の振幅変化に基づいて、直流モータの回転方向をより高精度に検出することが可能となる。
On the other hand, during the rotation of the DC motor, a period in which the amplitude of the AC component due to the first AC voltage increases and a period in which the amplitude of the AC component due to the second AC voltage increase occur separately.
Therefore, it becomes possible to detect the rotation direction of the DC motor with higher accuracy based on the amplitude change of each AC component.
回転方向の検出を行うための具体的な構成としては、例えば請求項７に記載の構成が考えられる。即ち、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の回転検出装置であって、回転状態検出手段は、通電検出手段により検出された検出対象から、電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち上記並列回路の共振周波数よりも高く且つ前記直列共振帯域よりも高い周波数成分の交流成分（即ち上記第１交流電圧による交流成分）を抽出する第１抽出手段と、通電検出手段により検出された検出対象から、電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち直列共振帯域内の周波数成分の交流成分（即ち上記第２交流電圧による交流成分）を抽出する第２抽出手段と、第１抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である第１回転信号を生成する第１回転信号生成手段と、第２抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である第２回転信号を生成する第２回転信号生成手段と、第１回転信号及び第２回転信号に基づいて直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、を備えたものである。
As a specific configuration for detecting the rotation direction, for example, the configuration described in
このように構成された請求項７に記載の回転検出装置によれば、回転に伴って大きな振幅変化が生じる上記第１交流電圧及び第２交流電圧による交流成分をそれぞれ抽出して、各交流成分毎に回転信号を生成するため、各回転信号を確実且つ高精度に生成でき、延いてはその各回転信号に基づいて直流モータの回転状態を確実且つ高精度に検出することができる。
According to the rotation detection device according to
次に、請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の回転検出装置であって、直流モータは、少なくとも二組の特定整流子片対に、それぞれ、共振周波数が異なる上記直列回路が接続されており、電源手段は、少なくとも、各直列回路の各直列共振帯域内の周波数成分を含むような交流電圧を印加可能に構成されている。
Next, the invention according to
このように構成された請求項８に記載の回転検出装置によれば、直流モータの回転中、複数の直列回路（ＬＣ直列共振回路）毎に、各直列回路が接続されている一対の整流子片がそれぞれ一対のブラシに同時に接触する期間が存在し、各期間毎にブラシ間のインピーダンスを異なるものとすることができる。
According to the rotation detection device according to
そのため、請求項５に記載の発明と同様、直流モータが１８０°回転する間に、モータ回路のインピーダンスを、少なくとも三段階に変化させることができる。しかも、電源手段からは、交流電圧として少なくとも、上記各直列回路それぞれの直列共振帯域内の周波数成分を含む交流電圧が印加される。 Therefore, as in the fifth aspect of the invention, the impedance of the motor circuit can be changed in at least three stages while the DC motor rotates 180 °. In addition, an AC voltage including at least a frequency component within the series resonance band of each of the series circuits is applied as an AC voltage from the power supply means.
そのため、これら各交流成分の振幅変化に基づいて、直流モータの回転方向をより高精度に検出することが可能となる。
そして、請求項８に記載の構成において回転方向の検出を行うための具体的な構成としては、例えば請求項９に記載の構成が考えられる。即ち、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の回転検出装置であって、回転状態検出手段は、直列回路毎に設けられ、通電検出手段により検出された検出対象から、電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち対応する直列回路の直列共振帯域内の周波数成分の交流成分を抽出する、複数の抽出手段と、これら複数の抽出手段毎に設けられ、対応する抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である回転信号を生成する、複数の回転信号生成手段と、これら複数の回転信号生成手段にて生成された各回転信号に基づいて直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、を備えたものである。
Therefore, it becomes possible to detect the rotation direction of the DC motor with higher accuracy based on the amplitude change of each AC component.
As a specific configuration for detecting the rotation direction in the configuration according to
このように構成された請求項９に記載の回転検出装置によれば、回転に伴って大きな振幅変化が生じる複数の交流成分をそれぞれ抽出して、各交流成分毎に回転信号を生成するため、各回転信号を確実且つ高精度に生成でき、延いてはその各回転信号に基づいて直流モータの回転状態を確実且つ高精度に検出することができる。 According to the rotation detection device according to claim 9 configured as described above, in order to extract each of a plurality of AC components in which a large amplitude change occurs with rotation and generate a rotation signal for each AC component, Each rotation signal can be generated reliably and with high accuracy, and as a result, the rotation state of the DC motor can be detected reliably and with high accuracy based on each rotation signal.
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１に、本発明が適用された実施形態の回転検出装置の概略構成を示す。図１に示すように、本実施形態の回転検出装置１は、直流モータ（以下単に「モータ」と称す）２の回転角及び回転方向（以下まとめて「回転状態」ともいう）を検出するための装置であり、モータ２を回転駆動させる（トルクを発生させる）ための直流電圧を出力する直流電源３と、モータ２の回転状態を検出するための交流電圧を出力する第１重畳部４及び第２重畳部５と、モータ２に流れる電流（モータ電流）に基づいてモータ２の回転角に応じた回転信号（回転検出用パルスＳｐ１及び逆転検出用パルスＳｐ２）を生成し出力する回転信号検出部６と、この回転信号検出部６から出力される回転検出用パルスＳｐ１に基づいてモータ２の回転角を検出すると共に各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２の出力タイミングに基づいてモータ２の回転方向を検出する回転状態検出部７と、を備えている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a rotation detection device according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the
直流電源３は、所定電圧値Ｖｂの直流電圧を出力するものであり、その直流電圧がモータ２に印加される（詳しくは各ブラシ１６，１７間に印加される）。
第１重畳部４は、所定振幅の交流電圧（本例では方形波電圧）を生成する第１交流電源４ａと、直流電源３から出力される直流電圧に第１交流電源４ａにて生成された交流電圧を重畳させてモータ２へ印加するための第１カップリングコンデンサＣａと、を備えている。
The DC power source 3 outputs a DC voltage having a predetermined voltage value Vb, and the DC voltage is applied to the motor 2 (specifically, applied between the
The
第１重畳部４において、第１交流電源４ａにて生成される交流電圧は、図２（ａ）の上段に示すような方形波電圧である。そのため、第１カップリングコンデンサＣａを介して出力される交流電流、即ち第１重畳部４から出力される交流電流は、図２（ａ）の下段に示すような略インパルス状の波形となる。
In the
そのため、第１重畳部４から出力される交流電流には、第１交流電源４ａにて生成される方形波電圧の基本波周波数ｆａ１の周波数成分である基本波成分の他に、高次の高調波成分も含まれる。具体的には、図３の周波数スペクトルに示すように、基本波周波数ｆａ１のｎ倍（ｎは自然数）の周波数ｆａｎ（ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３，・・・）の各周波数成分（基本波，２倍波，３倍波，・・・）を有する。その中でも特に、基本波成分（ｆａ１）及びその奇数倍波成分（ｆａ３，ｆａ５，ｆａ７・・・）の電流がより大きくなる。
For this reason, the alternating current output from the
尚、第１重畳部４から出力される交流電流は、常に図２（ａ）に示すような略インパルス状の電流波形となるわけではなく、モータ２の回転角や、モータ２以外の他の回路等の回路定数などによって変化する。但し、高調波成分を含むことは同じである。
Note that the alternating current output from the
第２重畳部５は、所定振幅の交流電圧（本例では正弦波電圧）を生成する第２交流電源５ａと、直流電源３から出力される直流電圧に第２交流電源５ａにて生成された交流電圧を重畳させてモータ２へ印加するための第２カップリングコンデンサＣｂと、を備えている。
The
第２重畳部５において、第２交流電源５ａにて生成される交流電圧は、正弦波電圧である。そのため、第２カップリングコンデンサＣｂを介して出力される交流電流、即ち第２重畳部５から出力される交流電流も、図２（ｂ）に示すように正弦波状の波形となる。
In the
そのため、第２重畳部５から出力される交流電流の周波数成分は、図３の周波数スペクトルに示すように、基本的には、第２交流電源５ａにて生成される正弦波電圧の周波数ｆｂのみである。尚、厳密には周波数ｆｂ以外の高調波成分も含まれるが、そのレベルは周波数ｆｂの成分に比べれば無視し得る程度であるため、本実施形態では考慮しないものとする。
Therefore, the frequency component of the alternating current output from the
そして、本実施形態では、直流電源３からの直流電圧の出力、第１重畳部４からの交流電圧の出力、及び第２重畳部５からの交流電圧の出力を、図示しない制御部によってそれぞれ独立して制御できるよう構成されている。
In the present embodiment, the direct current voltage output from the direct current power source 3, the alternating current voltage output from the
直流電源３からの直流電圧は、モータ２の起動（回転開始）〜定常回転時にモータ２へ出力（印加）され、これによりモータ２が回転する。回転中のモータ２に制動をかけて停止させる停止制御（制動制御）を行う際は、直流電源３からの直流電圧の出力が停止される。つまり、本実施形態では、モータ２への直流電力供給を遮断することによってモータ２を停止させる。
The DC voltage from the DC power source 3 is output (applied) to the
各重畳部４，５からの各交流電圧の出力は、次のように制御される。即ち、モータ２の起動〜定常回転時は、各重畳部４，５のうち第１重畳部４から交流電圧が印加（重畳）され、第２重畳部５からは交流電圧は印加されない。そして、モータ２の制動制御を行う際に、第１重畳部４からの交流電圧に加えて第２重畳部５からの交流電圧も印加（重畳）される。
The output of each AC voltage from each superimposing
そのため、モータ２には、起動〜定常回転時は、直流電源３からの直流電圧に第１重畳部４からの交流電圧が重畳されて印加される。つまり、モータ２には、直流電圧に交流電圧が重畳された、交直混在（脈流の一種）の電圧（交流重畳電圧）が印加されることとなる。そのため、この交流重畳電圧がモータ２に印加されることによってモータ２に流れる電流も、直流電流に交流電流が重畳された電流（交流重畳電流）となる。そして、その交流重畳電流には、周波数ｆａｎ（ｆａ１，ｆａ２，・・・）の交流成分が含まれこととなる。
Therefore, the AC voltage from the
また、制動制御時は、モータ２には直流電源３からの直流電圧に各重畳部４，５からの各交流電圧が重畳されて印加される。そのため、制動制御時にモータ２に流れる交流重畳電流には、周波数ｆａｎに加えて周波数ｆｂの交流成分も含まれることとなる。
Further, during the braking control, each AC voltage from each of the superimposing
但し、モータ２は直流モータであるため、交流重畳電流のうち、モータ２の回転に寄与する（トルクを与えて回転駆動させる）成分は、直流電源３にて印加される直流電圧による直流成分であり、各重畳部４，５から印加される交流電圧による交流成分は回転そのものには関与せず、トルクに影響を与えることもない。
However, since the
各重畳部４，５からの交流電圧は、モータ２の回転状態を検出するためにモータ２に印加されるのであり、回転信号検出部６は、後述するように、モータ２に流れる電流に含まれる交流成分に基づいて各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成する。つまり、各重畳部４，５は、モータ２を回転させるための電源としてではなく、モータ２の回転状態を検出する目的で設けられているのである。
The AC voltage from each of the superimposing
モータ２は、互いに対向して（即ち回転方向に１８０°離れて）配置された一対のブラシ１６，１７を備え、電機子コイルとして３相の相コイルを有するブラシ付きの３相直流モータであり、各ブラシ１６，１７と接触する３つの整流子片１１，１２，１３からなる整流子１０を備えている。そして、電機子コイルを構成する３つ（３相）の各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃが、それぞれ、図示のようにΔ結線されている。
The
即ち、第１整流子片１１と第２整流子片１２との間に第１相コイルＬａが接続され、第２整流子片１２と第３整流子片１３との間に第２相コイルＬｂが接続され、第３整流子片１３と第１整流子片１１との間に第３相コイルＬｃが接続されている。これら３つの相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃからなる電機子コイル及び整流子１０により、アーマチャが構成される。なお、各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃのインダクタンスは同じ値（Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ）である。また、各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃは、互いに電気角で２／３πずつ離れるように配置されている。
That is, the first phase coil La is connected between the
そして、３つの整流子片１１，１２，１３のうちいずれか２つが、各ブラシ１６，１７にそれぞれ接触しており、モータ２の回転による整流子１０の回転に伴って、各ブラシ１６，１７と接触する２つの整流子片は切り替わっていく。
Any two of the three
なお、本実施形態のモータ２は、図示は省略したものの、ヨークハウジングを有すると共に、ヨークハウジングの内壁側に永久磁石からなる界磁が設けられ、この界磁と対向するようにアーマチャが配置されている。
Although not shown in the drawings, the
更に、本実施形態では、モータ２において、第１相コイルＬａと並列に、所定のインダクタンス値の第１コイルＬ１及び所定の静電容量値の第１コンデンサＣ１が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路（本発明の直列回路に相当）が、接続されている。また、第３相コイルＬｃと並列に、所定の静電容量値の第２コンデンサＣ２が接続されている。
Furthermore, in the present embodiment, in the
そのため、直流電源３からの直流電圧、各重畳部４，５からの交流電圧、更にはこれら両者が重畳された交流重畳電圧は、各ブラシ１６，１７およびこれらに接触しているいずれか２つの整流子片を介して、モータ２内部の各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ、ＬＣ直列共振回路、及び第２コンデンサＣ２からなる回路（モータ回路）に印加される。
Therefore, the DC voltage from the DC power source 3, the AC voltage from the superimposing
モータ２の各ブラシ間に上記交流電圧又は交流重畳電圧が印加されると、モータ回路には、交流電流、又は直流電流に交流電流が重畳された交流重畳電流が流れる。
各コンデンサＣ１，Ｃ２は、周知の通り、直流的には電流がほとんど流れない非常に高い抵抗として機能し、交流的には周波数が高くなればなるほど電流が流れやすい低インピーダンス特性を有する。そのため、直流電源３からみればこれらコンデンサＣ１，Ｃ２は等価的に存在しない（電気的に開放されている）ものとして扱うことができ、よって、直流電源３からの直流電流はＬＣ直列共振回路及び第２コンデンサＣ２には流れず各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃにのみ流れることとなる。
When the AC voltage or the AC superimposed voltage is applied between the brushes of the
As is well known, each of the capacitors C1 and C2 functions as a very high resistance in which a current hardly flows in a direct current, and has a low impedance characteristic that a current easily flows as the frequency increases in an alternating current. Therefore, these capacitors C1 and C2 can be treated as not equivalently present (electrically open) from the viewpoint of the DC power supply 3, and therefore the DC current from the DC power supply 3 is the LC series resonance circuit and It does not flow to the second capacitor C2, but flows only to the phase coils La, Lb, Lc.
一方、各重畳部４，５からみれば、各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃは高インピーダンスであるのに対して第２コンデンサＣ２は低インピーダンスとなり、両者の差は大きい。そのため、例えば図１に示す状態からモータ２が時計回りに回転（即ち整流子１０が時計回りに回転）して、通電経路の下流側（グランド電位側）のブラシ１７に第１整流子片１１が接触するようになると、各ブラシ１６，１７間に、第２コンデンサＣ２とそれ以外の回路（各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ及びＬＣ直列共振回路からなる回路）との並列回路が形成される。即ち、各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ２のみの通電経路が形成され、モータ回路全体として、この第２コンデンサＣ２と、それ以外の回路のインダクタンス成分（各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ及びＬＣ直列共振回路からなる回路全体の合成インダクタンス）との、並列共振回路（本発明の並列回路に相当）が形成される。
On the other hand, when viewed from the overlapping
そのため、その状態では、各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスは並列共振特性（図４（ｂ）の状態Ｂ（Ｂ’）の特性。詳細は後述。）を有し、その共振周波数（以下「並列共振周波数」という）ｆｃ以上の周波数帯域では周波数が高くなればなるほどインピーダンスは低くなる。
Therefore, in this state, the impedance of the motor circuit between the
また、第１相コイルＬａに並列接続されたＬＣ直列共振回路は、周知の直列共振特性を有し、その共振周波数（以下「直列共振周波数」という）においてインピーダンスが最小となる。そのため、例えば図１の状態からモータ２が反時計回りに回転して通電経路の上流側（直流電源３の正極側）のブラシ１６に第１整流子片１１が接触して他方のブラシ１７に第２整流子片１２が接触した状態になることにより、各ブラシ１６，１７間に、ＬＣ直列共振回路が直接接続された状態になると、各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスは、周波数が高くなればなるほど大きくなるという基本的特性を有しつつ、ＬＣ直列共振回路の直列共振周波数において極小値をとるような特性（図４（ｂ）の状態Ｃ（Ｃ’）の特性。詳細は後述。）となる。なお、ＬＣ直列共振回路の共振周波数は、第２重畳部５から出力される交流電流の周波数ｆｂと同じ周波数に設定されている。
Further, the LC series resonance circuit connected in parallel to the first phase coil La has a well-known series resonance characteristic, and the impedance is minimized at the resonance frequency (hereinafter referred to as “series resonance frequency”). Therefore, for example, the
モータ回路は、直流的にみれば３つの相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃのみからなる回路とみなせ、故に、直流電源３からの直流電流によって回転するモータ２の回転速度やトルクにＬＣ直列共振回路や第２コンデンサＣ２の存在が影響することはない。
The motor circuit can be regarded as a circuit composed of only three phase coils La, Lb, and Lc in terms of DC. Therefore, the LC series resonance circuit and the rotational speed and torque of the
これに対し、交流的にみれば、モータ２の回転角に応じて各ブラシ１６，１７と接触する２つの整流子片が切り替わる毎に、各ブラシ間に形成されるモータ回路も変化し、よってモータ回路のインピーダンスも変化する。
On the other hand, in terms of alternating current, each time the two commutator pieces in contact with the
本実施形態では、第１相コイルＬａに対してはＬＣ直列共振回路が並列接続され、第３相コイルＬｃに対しては第２コンデンサＣ２が並列接続されているため、モータ２が１８０°回転する間、各ブラシ１６，１７に接触する整流子片が切り替わる毎に各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスも変化する。つまり、１８０°回転する間、各ブラシ１６，１７に接触する整流子片の切り替わりは３回生じるため、モータ回路のインピーダンスも三段階に変化することとなる。
In this embodiment, since the LC series resonance circuit is connected in parallel to the first phase coil La and the second capacitor C2 is connected in parallel to the third phase coil Lc, the
図４（ａ）に、モータ２が１８０°回転する間における、モータ２内部の結線状態の変化、即ち各ブラシ１６，１７間に形成されるモータ回路の変化を示す。図４（ａ）に示すように、本実施形態のモータ２のモータ回路は、モータ２が１８０°回転する間に、主として状態Ａ、状態Ｂ、及び状態Ｃの三種類に変化する。
FIG. 4A shows a change in the connection state inside the
状態Ａは、図示の如く、直流電源３の正極側（以下「Ｖｂ側」ともいう）のブラシ１６に第３整流子片１３が接触し、グランド電位側（以下「ＧＮＤ側」ともいう）のブラシ１７に第２整流子片１２が接触した状態である。この状態Ａでのモータ２の等価回路、即ち各ブラシ１６，１７間に形成されるモータ回路は、図中下側に示す回路となる。
In the state A, as shown in the drawing, the
この状態Ａは、各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ２が直接接続された状態（即ち各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ２のみの通電経路が存在する状態）でないのはもちろん、各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路が直接接続された状態（即ち各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路のみの通電経路が存在する状態）でもない。
This state A is not a state in which the second capacitor C2 is directly connected between the
そのため、この状態Ａでは、各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃによるインダクタンスが支配的となって、モータ回路全体のインピーダンスは、図４（ｂ）に示すように、全体として周波数が高くなればなるほど大きくなる特性を有する。 Therefore, in this state A, the inductances of the phase coils La, Lb, and Lc are dominant, and the impedance of the entire motor circuit becomes larger as the frequency as a whole becomes higher as shown in FIG. 4B. It has the characteristic which becomes.
状態Ｂは、状態Ａから時計回りに一定角度回転した状態であり、ＧＮＤ側のブラシ１７に接触する整流子片が、状態Ａのときの第２整流子片１２から第１整流子片１１へと切り替わっている。Ｖｂ側のブラシ１６には第３整流子片１３が接触している。
State B is a state rotated clockwise from state A by a certain angle, and the commutator piece that contacts the
この状態Ｂでは、各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ２が直接接続された状態となり、モータ回路全体として、この第２コンデンサＣ２と、それ以外の回路のインダクタンス成分（既述の合成インダクタンス）との、並列共振回路が形成される。
In this state B, the second capacitor C2 is directly connected between the
そのため、この状態Ｂでのモータ回路全体のインピーダンスは、図４（ｂ）に示すように、並列共振周波数ｆｃにおいてピーク値を有し、それより周波数が高くなればなるほどインピーダンスは低くなる特性を有する。 Therefore, as shown in FIG. 4B, the impedance of the entire motor circuit in this state B has a peak value at the parallel resonance frequency fc, and the impedance becomes lower as the frequency becomes higher. .
状態Ｃは、状態Ｂからさらに時計回りに一定角度回転した状態であり、Ｖｂ側のブラシ１６に接触する整流子片が、状態Ａ，Ｂのときの第３整流子片１３から第２整流子片１２へと切り替わっている。ＧＮＤ側のブラシ１７には第１整流子片１１が接触している。
The state C is a state in which the state is further rotated clockwise by a constant angle from the state B, and the commutator piece that contacts the
この状態Ｃでは、各ブラシ１６，１７間に、第１コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１からなるＬＣ直列共振回路が直接接続された状態となる。そのため、この状態Ｃでのモータ回路全体のインピーダンスは、図４（ｂ）に示すように、全体的には周波数が高くなるほどインピーダンスも大きくなるような特性を有しつつ、直列共振周波数ｆｂにおいて極小値をとるような特性を有する。
In this state C, an LC series resonance circuit composed of the first coil L1 and the first capacitor C1 is directly connected between the
このように、モータ２が１８０°回転する間には、各ブラシ１６，１７と接触する整流子片の切り替わりが３回生じ、これに伴って各ブラシ１６，１７間のモータ回路は状態Ａ，Ｂ，Ｃの三種類に切り替わる。
Thus, while the
なお、モータ２の回転の過程では、隣接する２つの整流子片に一つのブラシが同時に接触する切り替わり期間が存在し、この切り替わり期間においてもブラシ間のインピーダンスが変化するが、この切り替わり期間はモータ２が一回転する間において瞬間的に生じるのみであり、これに伴うインピーダンスの変化も瞬間的なものである。そのため、本実施形態ではこの切り替わり期間については考慮しないものとする。
In the process of rotation of the
また、本実施形態では、ＬＣ直列共振回路の直列共振周波数ｆｂが、並列共振回路の並列共振周波数ｆｃよりも低くなるように設定されているが、これはあくまでも一例である。 In the present embodiment, the series resonance frequency fb of the LC series resonance circuit is set to be lower than the parallel resonance frequency fc of the parallel resonance circuit, but this is merely an example.
状態Ｃから更に回転が進むと、ＧＮＤ側のブラシ１７に接触する整流子片が、状態Ｃのときの第１整流子片１１から第３整流子片１３へと切り替わる。Ｖｂ側のブラシ１６には第２整流子片１２が接触している。この状態は、上述した状態Ａにおいて、Ｖｂ側のブラシ１６とＧＮＤ側のブラシ１７とが入れ替わった状態であり、モータ回路全体のインピーダンスは状態Ａと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態Ａ’という。
When the rotation further proceeds from the state C, the commutator piece that contacts the GND-
この状態Ａ’から更に回転が進むと、Ｖｂ側のブラシ１６に接触する整流子片が、状態Ａ’のときの第２整流子片１２から第１整流子片１１へと切り替わる。ＧＮＤ側のブラシ１７には第３整流子片１３が接触している。この状態は、上述した状態Ｂにおいて、Ｖｂ側のブラシ１６とＧＮＤ側のブラシ１７とが入れ替わった状態であり、モータ回路全体のインピーダンスは状態Ｂと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態Ｂ’という。
When the rotation further proceeds from this state A ′, the commutator piece that contacts the
この状態Ｂ’から更に回転が進むと、ＧＮＤ側のブラシ１７に接触する整流子片が、状態Ｂ’のときの第３整流子片１３から第２整流子片１２へと切り替わる。Ｖｂ側のブラシ１６には第１整流子片１１が接触している。この状態は、上述した状態Ｃにおいて、Ｖｂ側のブラシ１６とＧＮＤ側のブラシ１７とが入れ替わった状態であり、モータ回路全体のインピーダンスは状態Ｃと同じである。そのため、以下の説明ではこの状態を状態Ｃ’という。
When the rotation further proceeds from this state B ′, the commutator piece contacting the GND-
そして、この状態Ｃ’から更に回転が進むと、再び状態Ａに切り替わり、以下、回転が進むにつれて状態Ｂ→状態Ｃ→状態Ａ’→状態Ｂ’→状態Ｃ’→状態Ａ→・・・と切り替わる。 Then, when the rotation further proceeds from the state C ′, the state is switched again to the state A. Hereinafter, as the rotation proceeds, the state B → the state C → the state A ′ → the state B ′ → the state C ′ → the state A → Switch.
つまり、モータ２は、一回転する間にその回転角に応じてモータ回路が状態Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’の六種類に順次切り替わるのであり、６０°回転毎に状態が切り替わるということになる。そして、その状態の切り替わり毎に、モータ回路全体のインピーダンスも、図４（ｂ）に示すように変化する。
That is, while the
そして、各状態のインピーダンス特性の特徴として、次のことが言える。即ち、ＬＣ直列共振回路の直列共振周波数ｆｂに着目すると、この直列共振周波数ｆｂにおいては、状態Ａ，Ｂのインピーダンスよりも状態Ｃのインピーダンスが非常に小さくなる。また、並列共振周波数ｆｃよりも高い周波数帯域に着目すると、この並列共振周波数ｆｃよりも周波数が高くなればなるほど、状態Ａ，Ｃのインピーダンスよりも状態Ｂのインピーダンスが非常に小さくなる。 The following can be said as the characteristic of the impedance characteristics in each state. That is, when attention is paid to the series resonance frequency fb of the LC series resonance circuit, the impedance in the state C is much smaller than the impedance in the states A and B at the series resonance frequency fb. Focusing on a frequency band higher than the parallel resonance frequency fc, the impedance of the state B becomes much smaller than the impedances of the states A and C as the frequency becomes higher than the parallel resonance frequency fc.
そして、回転に伴うモータ回路のインピーダンスの変化は、モータ２に流れるモータ電流に含まれる交流成分（交流電流成分）の変化、或いはモータ電流が流れる通電経路の電圧に含まれる交流成分（交流電圧成分）の変化として直接現れる。
The change in the impedance of the motor circuit accompanying the rotation is caused by a change in the AC component (AC current component) included in the motor current flowing through the
即ち、各ブラシ１６，１７間に例えば並列共振周波数ｆｃよりも高い周波数成分の交流電圧を印加した場合、各ブラシ１６，１７間に流れる交流電流は、状態Ａ，Ｃの場合はインピーダンスが大きくて振幅の小さい交流電流となるのに対し、状態Ｂの場合はインピーダンスが小さくなって振幅の大きな交流電流となる。
That is, for example, when an AC voltage having a frequency component higher than the parallel resonance frequency fc is applied between the
また、各ブラシ１６，１７間に例えば直列共振周波数ｆｂの周波数成分の交流電圧を印加した場合、各ブラシ１６，１７間に流れる交流電流は、状態Ａ，Ｂの場合はインピーダンスが大きくて振幅の小さい交流電流となるのに対し、状態Ｃの場合はインピーダンスが小さくなって振幅の大きな交流電流となる。
Further, when an AC voltage having a frequency component of the series resonance frequency fb is applied between the
そのため本実施形態では、既述の通り、第１重畳部４からは、並列共振周波数ｆｃよりも高い周波数ｆａｎ（ｆａ１，ｆａ２，ｆａ３，・・・）の交流電圧を出力し、第２重畳部５からは、直列共振周波数ｆｂと同じ周波数の交流電圧を出力するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the
これにより、モータ２に流れる電流（モータ電流）に含まれる交流電流成分のうち、周波数ｆａｎの交流電流成分の振幅は、状態Ａ，Ｃでは小振幅になるのに対して状態Ｂでは大振幅となり、直列共振周波数ｆｂの交流電流成分の振幅は、状態Ａ，Ｂでは小振幅になるのに対して状態Ｃでは大振幅となる。 As a result, among the alternating current components included in the current flowing through the motor 2 (motor current), the amplitude of the alternating current component of the frequency fan is small in the states A and C, whereas it is large in the state B. The amplitude of the alternating current component of the series resonance frequency fb is small in the states A and B, but large in the state C.
そこで、回転信号検出部６は、モータ２の回転に伴う上記インピーダンスの変化によって生じる、モータ電流の各交流電流成分（ｆａｎの成分及びｆｂの成分）の振幅変化に基づいて、後述するように各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成する。そして、それら各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づき、回転状態検出部７が、後述するようにモータ２の回転角及び回転方向を検出する。
Therefore, the rotation signal detection unit 6 is configured to change each amplitude of each AC current component (fan component and fb component) of the motor current caused by the change in impedance accompanying the rotation of the
回転信号検出部６は、図１に示すように、モータ電流を検出する電流検出部２１と、この電流検出部２１により検出されたモータ電流に含まれる交流電流成分に基づく各種信号処理を行って各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成する信号処理部２２とを備えている。
As shown in FIG. 1, the rotation signal detection unit 6 performs various signal processing based on the
信号処理部２２は、回転検出用パルスＳｐ１を生成する第１信号処理回路３０と、逆転検出用パルスＳｐ２を生成する第２信号処理回路４０とを備えている。
このうち第１信号処理回路３０は、電流検出部２１により検出されたモータ電流に含まれる交流電流成分のうち周波数ｆａｎの成分（より詳しくは基本波周波数ｆａ１よりも低い所定の遮断周波数以上の周波数成分）を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１と、このＨＰＦ３１により抽出された周波数ｆａｎの交流電流成分の振幅変化に基づいてその振幅変化に対応したパルス信号である回転検出用パルスＳｐ１を生成する第１波形成形回路３２とを備えている。
The
Among these, the first
また、第２信号処理回路４０は、電流検出部２１により検出されたモータ電流に含まれる交流電流成分のうち直流共振周波数ｆｂの成分（より詳しくは直流共振周波数ｆｂを中心とする所定の周波数帯域の周波数成分）を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１と、このＢＰＦ４１により抽出された周波数ｆｂの交流電流成分の振幅変化に基づいてその振幅変化に対応したパルス信号である逆転検出用パルスＳｐ２を生成する第２波形成形回路４２とを備えている。
Further, the second
図５に、回転信号検出部６のより具体的な構成を示す。電流検出部２１は、モータ電流が流れる通電経路（詳しくはグランド電位側のブラシ１７からグランドラインに至る通電経路）に配置された電流検出抵抗Ｒ１からなり、この電流検出抵抗Ｒ１の両端の電圧が、モータ電流に応じた検出信号として、信号処理部２２内の第１信号処理回路３０及び第２信号処理回路４０へそれぞれ取り込まれる。
FIG. 5 shows a more specific configuration of the rotation signal detection unit 6. The
第１信号処理回路３０を構成するＨＰＦ３１及び第１波形成形回路３２のうち、ＨＰＦ３１は、コンデンサＣ１１及び抵抗Ｒ２からなる周知の高域通過フィルタ回路である。第１信号処理回路３０に取り込まれた電流検出抵抗Ｒ１による検出信号は、このＨＰＦ３１によって所定の遮断周波数より低い帯域の信号がカットされ、遮断周波数以上の帯域の信号が通過する。
Of the
このＨＰＦ３１の遮断周波数は、既述の通り、第１重畳部４から出力される交流電流の基本波周波数ｆａ１よりも低い周波数に設定されている。そのため、図３に破線で示すように、第１重畳部４から出力される交流電流の全ての周波数成分（ｆａｎ）が、ＨＰＦ３１の通過帯域内に含まれてこのＨＰＦ３１を通過することとなる。
As described above, the cutoff frequency of the
第１波形成形回路３２は、増幅部３３と、包絡線検波部３４と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３５と、閾値設定部３６と、比較部３７と、を備えている。
増幅部３３は、オペアンプ３８と、オペアンプ３８の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ３と、オペアンプ３８の反転入力端子とグランドラインとの間に接続された抵抗Ｒ４とを備え、非反転入力端子に入力される信号（ＨＰＦ３１からの検出信号）が所定の増幅率にて増幅される。
The first
The amplifying
増幅部３３にて増幅された検出信号は、包絡線検波部３４にて包絡線検波される。この包絡線検波部３４は、整流用のダイオードＤ１と、一端がこのダイオードＤ１のカソードに接続されて他端がグランドラインに接続された抵抗Ｒ５と、一端がダイオードＤ１のカソードに接続されて他端がグランドラインに接続されたコンデンサＣ１２とを備えてなるものであり、ダイオードＤ１のアノードに、増幅部３３からの検出信号が入力される。
The detection signal amplified by the
この包絡線検波部３４により、増幅部３３から入力された検出信号が包絡線検波され、その振幅に応じた一定の信号（以下「検波信号」という）が生成される。
そして、その生成された検波信号は、ＬＰＦ３５にて高周波成分がカットされた上で、比較部３７に入力される。ＬＰＦ３５は、抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ１３からなる周知の構成のものである。なお、抵抗Ｒ６にはダイオードＤ２が並列接続されている。このダイオードＤ２の接続方向は、検波信号が入力される方向に対して逆方向となっている。
The
The generated detection signal is input to the
比較部３７は、コンパレータ３９と、コンパレータ３９の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ９と、一端がコンパレータ３９の非反転入力端子に接続されて他端がＬＰＦ３５に接続された抵抗Ｒ７と、一端がコンパレータ３９の反転入力端子に接続されて他端が閾値設定部３６に接続された抵抗Ｒ８とを備えてなるものである。
The
包絡線検波部３４から出力された検波信号は、ＬＰＦ３５を介して比較部３７に入力され、この比較部３７において抵抗Ｒ７を介してコンパレータ３９の非反転入力端子に入力される。一方、コンパレータ３９の反転入力端子には、抵抗Ｒ８を介して閾値設定部３６からの閾値が入力される。これにより、コンパレータ３９では、検波信号と閾値との比較が行われ、その比較結果が出力される。
The detection signal output from the
閾値設定部３６にて設定され比較部３７に入力される閾値は、本実施形態では、モータ電流に含まれる周波数ｆａｎの交流電流成分についてその振幅が小さい期間（つまり状態Ａ、Ｃ、Ａ’、Ｃ’の期間）での検波信号よりも大きく、且つその振幅が大きい期間（つまり状態Ｂ、Ｂ’の期間）での検波信号よりも小さい、所定の値が設定されている。
In this embodiment, the threshold value set by the threshold value setting unit 36 and input to the
そのため、振幅の小さい状態Ａ、Ｃ、Ａ’、Ｃ’の期間では、包絡線検波部３４から比較部３７へ入力される検波信号は閾値設定部３６からの閾値よりも小さいため、コンパレータ３９からはローレベルの信号が出力される。一方、振幅の大きい状態Ｂ、Ｂ’の期間では、包絡線検波部３４から比較部３７へ入力される検波信号は閾値よりも大きくなるため、コンパレータ３９からはハイレベルの信号が出力される。
Therefore, in the period of the states A, C, A ′, and C ′ having small amplitudes, the detection signal input from the
そして、コンパレータ３９から出力されたローレベル、ハイレベルの信号が、モータ２の回転角に応じたパルス信号である回転検出用パルスＳｐ１として、回転状態検出部７へ出力される。
The low level and high level signals output from the
一方、第２信号処理回路４０を構成するＢＰＦ４１及び第２波形成形回路４２のうち、ＢＰＦ４１は、図示のように一般的な構成のものであり、オペアンプ４８と、オペアンプ４８の出力端子と反転入力端子の間に接続された、抵抗Ｒ１１及びコンデンサＣ１５からなる並列回路と、オペアンプ４８の反転入力端子とグランドラインとの間に接続された、抵抗Ｒ１２及びコンデンサＣ１６からなる回路と、により構成されている。
On the other hand, out of the
このＢＰＦ４１は、図３に破線で示す通り、第２重畳部５から出力される交流電流の周波数ｆｂを中心周波数とする所定の帯域幅（通過帯域）の信号が通過し、それ以外の帯域の信号の通過は阻止されるように構成されている。つまり、電流検出部２１にて検出された検出信号のうち、周波数ｆｂを中心とする所定の通過帯域の信号がＢＰＦ４１によって抽出され、後段の増幅部４３に入力される。
As shown by a broken line in FIG. 3, the
なお、ＢＰＦ４１の通過帯域は、必ずしもその中心周波数を第２重畳部５からの交流電流の周波数ｆｂに一致させる必要はなく、多少のずれがあってもよい。但し、少なくとも、周波数ｆｂが通過帯域内に含まれるようにするのが望ましい。
Note that the pass band of the
第２波形成形回路４２は、増幅部４３と、包絡線検波部４４と、ＬＰＦ４５と、閾値設定部４６と、比較部４７と、を備えており、これらはいずれも、第１波形成形回路３２と同様の構成である。
The second
即ち、増幅部４３は、オペアンプ４９と、オペアンプ４９の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ１３と、オペアンプ４９の反転入力端子とグランドラインとの間に接続された抵抗Ｒ１４とを備え、非反転入力端子に入力される信号（ＢＰＦ４１からの検出信号）が所定の増幅率にて増幅される。
That is, the
増幅部４３にて増幅された検出信号は、包絡線検波部４４にて包絡線検波される。この包絡線検波部４４は、整流用のダイオードＤ１と、一端がこのダイオードＤ１のカソードに接続されて他端がグランドラインに接続された抵抗Ｒ１５と、一端がダイオードＤ１のカソードに接続されて他端がグランドラインに接続されたコンデンサＣ１７とを備えてなるものであり、ダイオードＤ１のアノードに、増幅部４３からの検出信号が入力される。
The detection signal amplified by the
この包絡線検波部４４により、増幅部４３から入力された検出信号が包絡線検波され、その振幅に応じた検波信号が生成される。
そして、その生成された検波信号は、ＬＰＦ４５にて高周波成分がカットされた上で、比較部４７に入力される。ＬＰＦ４５は、抵抗Ｒ１６及びコンデンサＣ１８からなる周知の構成のものであり、抵抗Ｒ１６には、ダイオードＤ２が並列接続されている。
The
The generated detection signal is input to the
比較部４７は、コンパレータ５０と、コンパレータ５０の出力端子と反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ１９と、一端がコンパレータ５０の非反転入力端子に接続されて他端がＬＰＦ４５に接続された抵抗Ｒ１７と、一端がコンパレータ５０の反転入力端子に接続されて他端が閾値設定部４６に接続された抵抗Ｒ１８とを備えてなるものである。
The
包絡線検波部４４から出力された検波信号は、ＬＰＦ４５を介して比較部４７に入力され、この比較部４７において抵抗Ｒ１７を介してコンパレータ５０の非反転入力端子に入力される。一方、コンパレータ５０の反転入力端子には、抵抗Ｒ１８を介して閾値設定部４６からの閾値が入力される。これにより、コンパレータ５０では、検波信号と閾値との比較が行われ、その比較結果が出力される。
The detection signal output from the
閾値設定部４６にて設定され比較部４７に入力される閾値は、本実施形態では、モータ電流に含まれる周波数ｆｂの交流電流成分についてその振幅が小さい期間（つまり状態Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’の期間）での検波信号よりも大きく、且つその振幅が大きい期間（つまり状態Ｃ、Ｃ’の期間）での検波信号よりも小さい、所定の値が設定されている。
In this embodiment, the threshold value set by the threshold value setting unit 46 and input to the
そのため、振幅の小さい状態Ａ、Ｂ、Ａ’、Ｂ’の期間では、包絡線検波部４４から比較部４７へ入力される検波信号は閾値設定部４６からの閾値よりも小さいため、コンパレータ５０からはローレベルの信号が出力される。一方、振幅の大きい状態Ｃ、Ｃ’の期間では、包絡線検波部４４から比較部４７へ入力される検波信号は閾値よりも大きくなるため、コンパレータ５０からはハイレベルの信号が出力される。
Therefore, in the period of the states A, B, A ′, and B ′ with small amplitude, the detection signal input from the
そして、コンパレータ５０から出力されたローレベル、ハイレベルの信号が、モータ２の回転角に応じたパルス信号である逆転検出用パルスＳｐ１として、回転状態検出部７へ出力される。
Then, the low level and high level signals output from the
このように、信号処理部２２では、電流検出抵抗Ｒ１にて検出されたモータ電流（検出信号）に対して各種信号処理を行った上で各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２が生成されるため、外乱やノイズが低減された正確な各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２の生成が可能となる。
As described above, the
図６に、信号処理部２２を構成する各フィルタ３１，４１からの出力波形（検出信号）と、これら検出信号に基づいて各波形成形回路３２，４２にて生成される各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２の一例を示す。
FIG. 6 shows output waveforms (detection signals) from the
第１信号処理回路３０内において、ＨＰＦ３１からは、図６（ａ）に示すような交流成分（検出信号）が抽出される。このＨＰＦ３１からの検出信号は、周波数ｆａｎに対するインピーダンスが小さい状態Ｂ（Ｂ’）の間は振幅が大きく、逆にインピーダンスが大きい状態Ａ（Ａ’），状態Ｃ（Ｃ’）の間は振幅が小さくなる。
In the first
なお、状態Ａ（Ａ’）のインピーダンスと状態Ｃ（Ｃ’）のインピーダンスも同じではなく、厳密にはこれら各状態における検出信号の振幅にも差異が生じるのだが、図６（ａ）ではその状態Ａ（Ａ’）と状態Ｃ（Ｃ’）の振幅の違いについては図面上での明記を省略している。 Note that the impedance of the state A (A ′) and the impedance of the state C (C ′) are not the same. Strictly speaking, there is a difference in the amplitude of the detection signal in each of these states, but in FIG. The difference in amplitude between the state A (A ′) and the state C (C ′) is omitted from the drawing.
そのため、このＨＰＦ３１からの検出信号に基づいて第１波形成形回路３２にて生成される回転検出用パルスＳｐ１は、図６（ｃ）に示すように、状態Ｂ（Ｂ’）の期間でハイレベル、状態Ａ（Ａ’），状態Ｃ（Ｃ’）の期間でローレベルとなるようなパルス信号となる。
Therefore, the rotation detection pulse Sp1 generated by the first
一方、第２信号処理回路４０内において、ＢＰＦ４１からは、図６（ｂ）に示すような交流成分（検出信号）が抽出される。このＢＰＦ４１からの検出信号は、周波数ｆｂに対するインピーダンスが小さい状態Ｃ（Ｃ’）の間は振幅が大きく、逆にインピーダンスが大きい状態Ａ（Ａ’），状態Ｂ（Ｂ’）の間は振幅が小さくなる。
On the other hand, an AC component (detection signal) as shown in FIG. 6B is extracted from the
なお、状態Ａ（Ａ’）のインピーダンスと状態Ｂ（Ｂ’）のインピーダンスも同じではなく、厳密にはこれら各状態における検出信号の振幅にも差異が生じるのだが、図６（ｂ）ではその状態Ａ（Ａ’）と状態Ｂ（Ｂ’）の振幅の違いについては図面上での明記を省略している。 Note that the impedance of the state A (A ′) and the impedance of the state B (B ′) are not the same, and strictly speaking, there is a difference in the amplitude of the detection signal in each of these states, but in FIG. The difference in amplitude between the state A (A ′) and the state B (B ′) is omitted from the drawing.
そのため、このＢＰＦ４１からの検出信号に基づいて第２波形成形回路４２にて生成される逆転検出用パルスＳｐ２は、図６（ｄ）に示すように、状態Ｃ（Ｃ’）の期間でハイレベル、状態Ａ（Ａ’），状態Ｂ（Ｂ’）の期間でローレベルとなるようなパルス信号となる。
Therefore, the reverse detection pulse Sp2 generated by the second
回転状態検出部７は、信号処理部２２から入力された各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２のうち、回転検出用パルスＳｐ１に基づき、例えばその回転検出用パルスＳｐ１の立ち上がりエッジを検出・計数するといった方法により、モータ２の回転角を検出する。
The rotation
更に、回転状態検出部７は、信号処理部２２から入力された各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２の出力タイミングに基づいて、モータ２の回転方向を検出する。図６から明らかなように、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２は、互いに位相が６０°ずれた関係にある。
Further, the rotation
そのため、例えば、モータ２が図１に示す状態において時計回りに回転している場合は、回転検出用パルスＳｐ１が出力された後は続いて逆転検出用パルスＳｐ２が出力され、その後いずれも出力されない（即ちいずれもローレベルとなる）期間を経て再び回転検出用パルスＳｐ１が出力され、これが繰り返される。
Therefore, for example, when the
逆に、例えば、モータ２が図１に示す状態において反時計回りに回転している場合は、回転検出用パルスＳｐ１が出力された後、いずれも出力されない期間を経て逆転検出用パルスＳｐ２が出力され、その後続いて回転検出用パルスＳｐ１が出力され、これが繰り返される。
On the other hand, for example, when the
そこで回転状態検出部７は、回転検出用パルスＳｐ１と逆転検出用パルスＳｐ２の各々の出力タイミングを相対的に比較することによって、モータ２がどの方向に回転しているのかを検出する。具体的には、例えば回転検出用パルスＳｐ１が出力された後に続いて逆転検出用パルスＳｐ２が出力されたならば、モータ２が時計回りに回転していることを検出する。逆に、例えば回転検出用パルスＳｐ１が出力された後に続いて逆転検出用パルスＳｐ２が出力されなかったならば、モータ２が反時計回りに回転していることを検出する。
Accordingly, the rotation
そして、回転状態検出部７によって検出された回転角や回転方向は、図示しない制御部において、モータ２の回転を制御するためのフィードバック信号として用いられる。
本実施形態では、既述の通り、起動〜定常回転時は２つの重畳部４，５のうち第１重畳部４からの交流電流（周波数ｆａｎ）のみがモータ２に流れ、制動制御時に、この交流電流（周波数ｆａｎ）に加えて第２重畳部５からの交流電流（周波数ｆｂ）もモータ２に流れる。そのため、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２のうち、回転検出用パルスＳｐ１は起動〜停止までの全期間で生成されるものの、逆転検出用パルスＳｐ２は、制動制御時にのみ生成される。
The rotation angle and the rotation direction detected by the rotation
In the present embodiment, as described above, only the alternating current (frequency fan) from the
そのため、回転状態検出部７では、起動〜定常回転時は回転角の検出のみ行われ、制動制御時に、回転角の検出に加えて回転方向の検出も行われる。回転中のモータ２が停止する際には、特にその停止する直前にそれまでの回転方向とは逆方向の回転（逆転）が生じるおそれがある。これに対し、本実施形態では、制動制御時には回転方向の検出も行われるため、仮にそのような逆転が生じたとしてもそれを確実に検出して回転角の検出結果に反映させることができる。
Therefore, the rotation
モータに逆転が生じた場合にこれを検出できるようにすることは、モータを精度良く制御するにあたって非常に重要なことである。例えばモータを車両のエアコンに用いられるダンパの開閉用サーボ等として連続して使用する場合、従来のセンサレス方式では、例えばダンパを壁に当てることによって初期位置を検出し、その後（駆動開始後）はその初期位置からの相対位置（角度）を検出しながら連続運転する。そのため、仮にその連続運転中に逆転が生じてそれにより位置（角度）が誤検出されたとしても、そのまま連続運転されるため、誤検出による実際の位置（角度）との誤差は蓄積していく。 Making it possible to detect when a reverse rotation occurs in the motor is very important in controlling the motor with high accuracy. For example, when a motor is continuously used as a servo for opening / closing a damper used in a vehicle air conditioner, in the conventional sensorless system, for example, the initial position is detected by hitting the damper against a wall, and thereafter (after the start of driving) Continuous operation is performed while detecting the relative position (angle) from the initial position. Therefore, even if the reverse rotation occurs during the continuous operation and the position (angle) is erroneously detected by this, the continuous operation is continued as it is, and the error from the actual position (angle) due to the erroneous detection accumulates. .
そのため、従来のセンサレス方式のような、逆転が生じてもこれを検出できずに誤差が蓄積していくような方式では、定期的なイニシャライズが必要であった。ここでいうイニシャライズとは、誤検出による誤差をキャンセルするための操作であり、例えば、初期位置検出と同じようにダンパを壁に当てること等の操作を示す。このようなイニシャライズを必要とする従来の方式では、イニシャライズの度にダンパを壁に当てる必要があるため、ダンパや壁の耐久性に悪影響を及ぼすおそれがある。 Therefore, in a method such as a conventional sensorless method in which an error is not detected even if a reverse rotation occurs, periodic initialization is required. The initialization here is an operation for canceling an error due to erroneous detection, and for example, indicates an operation such as applying a damper to a wall in the same manner as the initial position detection. In the conventional method requiring such initialization, it is necessary to apply the damper to the wall every time initialization is performed, which may adversely affect the durability of the damper and the wall.
これに対し、本発明の回転検出装置では、上述したように各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づいて回転方向の検出（逆転検出）も可能であることから、連続運転しても上述したイニシャライズ等の処理が不要となる。 In contrast, in the rotation detection device of the present invention, the rotation direction can be detected (reverse rotation detection) based on the detection pulses Sp1 and Sp2 as described above. This processing is unnecessary.
なお、回転状態検出部７は、上記の通り各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づいてモータ２の回転角及び回転方向を検出可能に構成されているが、更に、例えば各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２のいずれかの間隔（例えば立ち上がりエッジの間隔）に基づいてモータ２の回転速度も検出できるように構成してもよい。
The rotation
以上説明した本実施形態の回転検出装置１によれば、仮にモータ２の停止（制動）時に直流電源３らの直流電圧の印加（直流電流の供給）が停止されても、交流電圧が印加（交流電流が供給）され続けることにより、完全に停止するまで（延いては完全に停止した後も）回転状態を確実に検出することができる。しかも、回転状態の検出は、各重畳部４，５から出力される交流電流に基づいて行っており、モータ駆動に影響を与えることなく検出が行われる。そのため、ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを設けることなく、回転速度によらずに回転状態を精度良く検出することができる。
According to the
また、モータ２は、第１相コイルＬａと並列に、即ち第１整流子片１１と第２整流子片１２の間に、第１コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１からなるＬＣ直列共振回路が接続されており、且つ、第３相コイルＬｃと並列に、即ち第１整流子片１１と第３整流子片１３の間に、第２コンデンサＣ２が接続されている。
Further, the
そして、第１重畳部４からは、周波数ｆａｎ（＝ｆａ１，ｆａ２・・・）の成分の交流電圧が印加される。この周波数ｆａｎは、ブラシ間に第２コンデンサＣ２が直接接続された状態Ｂ（Ｂ’）になっているときにブラシ間に形成される並列共振回路の並列共振周波数よりも高い帯域であり、よってこの状態Ｂ（Ｂ’）では周波数ｆａｎの交流成分の振幅が大きくなる。また、第２重畳部５からは、周波数ｆｂの交流電圧が印加される。この周波数ｆｂは、ＬＣ直列共振回路の共振周波数ｆｂと同じであり、よって、ブラシ間にＬＣ直列共振回路が直接接続された状態Ｃ（Ｃ’）では周波数ｆｂの交流成分の振幅が大きくなる。
And the alternating voltage of the component of frequency fan (= fa1, fa2 ...) is applied from the
これにより、本実施形態では、周波数ｆａｎの交流成分の振幅変化に基づいて回転検出用パルスＳｐ１を生成すると共に、周波数ｆｂの交流成分の振幅変化に基づいて逆転検出パルスＳｐ２を生成し、これら各Ｓｐ１，Ｓｐ２に基づいてモータ２の回転状態を検出している。
Thereby, in the present embodiment, the rotation detection pulse Sp1 is generated based on the amplitude change of the AC component of the frequency fan, and the reverse rotation detection pulse Sp2 is generated based on the amplitude change of the AC component of the frequency fb. The rotation state of the
そのため、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を確実且つ高精度に生成することができ、これらに基づいてモータ２の回転状態の検出を確実且つ高精度に行うことができる。
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、第１相コイルＬａに並列接続されたＬＣ直列共振回路を構成する第１コイルＬ１は本発明のインピーダンス素子（インダクタンス素子）に相当し、同じくＬＣ直列共振回路を構成する第１コンデンサＣ１は本発明の第１の静電容量素子に相当し、第３相コイルＬｃに並列接続された第２コンデンサＣ２は本発明の第２の静電容量素子に相当し、電流検出部２１は本発明の通電検出手段に相当し、ＨＰＦ３１は本発明の第１抽出手段に相当し、ＢＰＦ４１は本発明の第２抽出手段に相当し、第１波形成形回路３２は本発明の第１回転信号生成手段に相当し、第２波形成形回路４２は本発明の第２回転信号生成手段に相当し、回転状態検出部７は本発明の回転方向検出手段に相当する。
Therefore, each detection pulse Sp1, Sp2 can be generated reliably and with high accuracy, and the rotation state of the
Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. In the present embodiment, the first coil L1 constituting the LC series resonance circuit connected in parallel to the first phase coil La corresponds to the impedance element (inductance element) of the present invention, and also the first coil constituting the LC series resonance circuit. The capacitor C1 corresponds to the first capacitance element of the present invention, the second capacitor C2 connected in parallel to the third phase coil Lc corresponds to the second capacitance element of the present invention, and the
また、直流電源３及び各重畳部４，５により本発明の電源手段が構成される。また、ＬＣ直列共振回路が接続された第１整流子片１１と第２整流子片１２の組み合わせ、及び第２コンデンサＣ２が接続された第１整流子片１１と第３整流子片１３の組み合わせは、いずれも本発明の特定整流子片対に相当する。
The DC power supply 3 and the superimposing
［第２実施形態］
図７に、第２実施形態の回転検出装置６０の概略構成を示す。本実施形態の回転検出装置６０は、図１に示した回転検出装置１と同様、モータの回転状態を検出するものであり、第１実施形態の回転検出装置１と比較して、主に次の点が異なる。即ち、第１実施形態の第１重畳部４は、方形波電圧を第１カップリングコンデンサＣａを介して出力する構成であったのに対し、本実施形態の第１重畳部６２は、正弦波電圧を第１カップリングコンデンサＣｃを介して出力するよう構成されている。また、第１実施形態のモータ２は第３相コイルＬｃに対して第２コンデンサＣ２が並列接続されていたのに対し、本実施形態のモータ６１は、第３相コイルＬｃと並列に、第２コイルＬ３及び第２コンデンサＣ３が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路が、接続されている。また、第１実施形態の第１信号処理回路３０ではＨＰＦ３１によって周波数ｆａｎの交流成分を抽出したのに対し、本実施形態の第１信号処理回路６５では、ＢＰＦ６６によって周波数ｆａの交流成分を抽出する。
[Second Embodiment]
In FIG. 7, schematic structure of the
そのため、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。そして、以下、第１実施形態の回転検出装置１とは異なる構成を中心に説明する。
Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the following description, the configuration different from the
第１重畳部６２は、所定振幅の交流電圧（正弦波電圧）を生成する第１交流電源６２ａと、直流電源３から出力される直流電圧に第１交流電源６２ａにて生成された交流電圧を重畳させてモータ６１へ印加するための第１カップリングコンデンサＣｃと、を備えている。
The
第１重畳部６２において、第１交流電源６２ａにて生成される交流電圧は、正弦波電圧である。そのため、第１カップリングコンデンサＣｃを介して出力される交流電流、即ち第１重畳部６２から出力される交流電流も、第２重畳部５から出力される交流電流（図２（ｂ）参照）と同じく正弦波状の波形となる。
In the
そして、第１重畳部６２から出力される交流電流の周波数成分は、図８の周波数スペクトルに示すように、基本的には、第１交流電源６２ａにて生成される正弦波電圧の周波数ｆａのみである。
The frequency component of the alternating current output from the
尚、この周波数ｆａは、第１実施形態における第１交流電源４ａの基本波周波数ｆａ１と同じである。但しこれはあくまでも一例であり、第１重畳部６２からの交流電流の周波数ｆａと第２重畳部５からの交流電流の周波数ｆｂの大小関係については特に限定されるものではない。
The frequency fa is the same as the fundamental frequency fa1 of the first
モータ６１は、第１相コイルＬａと第３相コイルＬｃの双方にそれぞれＬＣ直列共振回路が並列接続されている。即ち、第３相コイルＬｃに対しては、第２コイルＬ３及び第２コンデンサＣ３が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路（以下「第１直列共振回路」ともいう）が並列接続されている。第１相コイルＬａに対しては、第１実施形態と同様に第１コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路（以下「第２直列共振回路」ともいう）が並列接続されている。
In the
そして、第２直列共振回路の直列共振周波数は、既述の通り、第２重畳部５からの交流電流の周波数ｆｂと同じ周波数に設定されているのに対し、第１直列共振回路の直列共振周波数は、第１重畳部６２からの交流電流の周波数ｆａと同じ周波数に設定されている。
As described above, the series resonance frequency of the second series resonance circuit is set to the same frequency as the frequency fb of the alternating current from the
そのため、本実施形態でも、モータ６１が回転する間、各ブラシ１６，１７に接触する整流子片が切り替わる毎に、各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスも変化する。つまり、１８０°回転する間、各ブラシ１６，１７に接触する整流子片の切り替わりは３回生じるため、モータ回路のインピーダンスも三段階に変化することとなる。
Therefore, also in this embodiment, whenever the commutator piece which contacts each
図９（ａ）に、モータ６１が１８０°回転する間における、モータ６１内部の結線状態の変化、即ち各ブラシ１６，１７間に形成されるモータ回路の変化を示す。図９（ａ）に示すように、本実施形態のモータ６１のモータ回路は、モータ６１が１８０°回転する間に、主として状態Ａ、状態Ｂ、及び状態Ｃの三種類に変化する。
FIG. 9A shows a change in the connection state inside the
状態Ａは、図示の如く、Ｖｂ側のブラシ１６に第３整流子片１３が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１７に第２整流子片１２が接触した状態である。この状態Ａは、各ブラシ１６，１７間に第１直列共振回路が直接接続された状態（即ち各ブラシ１６，１７間に第１直列共振回路のみの通電経路が存在する状態）でないのはもちろん、各ブラシ１６，１７間に第２直列共振回路が直接接続された状態（即ち各ブラシ１６，１７間に第２直列共振回路のみの通電経路が存在する状態）でもない。
State A is a state where the
そのため、この状態Ａでは、各相コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃによるインダクタンスが支配的となって、モータ回路全体のインピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、全体として周波数が高くなればなるほど大きくなる特性を有する。 Therefore, in this state A, the inductances of the phase coils La, Lb, and Lc are dominant, and the impedance of the entire motor circuit becomes larger as the overall frequency becomes higher as shown in FIG. 9B. It has the characteristic which becomes.
状態Ｂは、状態Ａから時計回りに一定角度回転した状態であり、ＧＮＤ側のブラシ１７に第１整流子片１１が接触し、Ｖｂ側のブラシ１６に第３整流子片１３が接触した状態である。この状態Ｂは、各ブラシ１６，１７間に、第１直列共振回路（第２コイルＬ２及び第２コンデンサＣ３からなるＬＣ直列共振回路）が直接接続された状態となる。
State B is a state rotated clockwise by a constant angle from state A, where the
そのため、この状態Ｂでのモータ回路全体のインピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、全体的には周波数が高くなるほどインピーダンスも大きくなるような特性を有しつつ、第１直列共振回路の直列共振周波数ｆａにおいて極小値をとるような特性を有する。 Therefore, as shown in FIG. 9B, the impedance of the entire motor circuit in this state B has a characteristic that the impedance increases as the frequency increases as a whole. It has a characteristic that takes a minimum value at the series resonance frequency fa.
状態Ｃは、状態Ｂからさらに時計回りに一定角度回転した状態であり、Ｖｂ側のブラシ１６に第２整流子片１２が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１７に第１整流子片１１が接触した状態である。この状態Ｃは、各ブラシ１６，１７間に、第２直列共振回路（第１コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１からなるＬＣ直列共振回路）が直接接続された状態となる。
State C is a state in which the
そのため、この状態Ｃでのモータ回路全体のインピーダンスは、図９（ｂ）に示すように、全体的には周波数が高くなるほどインピーダンスも大きくなるような特性を有しつつ、第２直列共振回路の直列共振周波数ｆｂにおいて極小値をとるような特性を有する。 Therefore, as shown in FIG. 9B, the impedance of the entire motor circuit in this state C has a characteristic that the impedance increases as the frequency increases as a whole, while the impedance of the second series resonant circuit. It has a characteristic that takes a minimum value at the series resonance frequency fb.
このように、モータ６１が１８０°回転する間には、各ブラシ１６，１７と接触する整流子片の切り替わりが３回生じ、これに伴って各ブラシ１６，１７間のモータ回路は状態Ａ，Ｂ，Ｃの三種類に切り替わる。
Thus, during the rotation of the
なお、状態Ｃから更に回転が進むと状態Ａ’，状態Ｂ’，状態Ｃ’，状態Ａ・・・と状態が変化していくことについては、第１実施形態と同様である。
そして、各状態のインピーダンス特性の特徴として、次のことが言える。即ち、第１直列共振回路の直列共振周波数ｆａに着目すると、この直列共振周波数ｆａにおいては、状態Ａ，Ｃのインピーダンスよりも状態Ｂのインピーダンスが非常に小さくなる。また、第２直列共振回路の直列共振周波数ｆｂに着目すると、この直列共振周波数ｆｂにおいては、状態Ａ，Ｂのインピーダンスよりも状態Ｃのインピーダンスが非常に小さくなる。
As the rotation further proceeds from the state C, the state changes to the state A ′, the state B ′, the state C ′, the state A,... As in the first embodiment.
The following can be said as the characteristic of the impedance characteristics in each state. That is, when attention is paid to the series resonance frequency fa of the first series resonance circuit, the impedance in the state B is much smaller than the impedance in the states A and C at the series resonance frequency fa. When attention is paid to the series resonance frequency fb of the second series resonance circuit, the impedance of the state C is much smaller than the impedance of the states A and B at the series resonance frequency fb.
そのため、各ブラシ１６，１７間に例えば第１直列共振回路の直列共振周波数ｆａの周波数成分の交流電圧を印加した場合、各ブラシ１６，１７間に流れる交流電流は、状態Ａ，Ｃの場合はインピーダンスが大きくて振幅の小さい交流電流となるのに対し、状態Ｂの場合はインピーダンスが小さくなって振幅の大きな交流電流となる。
Therefore, when an AC voltage having a frequency component of the series resonance frequency fa of the first series resonance circuit is applied between the
また、各ブラシ１６，１７間に例えば第２直列共振回路の直列共振周波数ｆｂの周波数成分の交流電圧を印加した場合、各ブラシ１６，１７間に流れる交流電流は、状態Ａ，Ｂの場合はインピーダンスが大きくて振幅の小さい交流電流となるのに対し、状態Ｃの場合はインピーダンスが小さくなって振幅の大きな交流電流となる。
In addition, when an AC voltage having a frequency component of the series resonance frequency fb of the second series resonance circuit is applied between the
そこで本実施形態では、既述の通り、第１重畳部６２からは、第１直列共振回路の直列共振周波数ｆａと同じ周波数の交流電圧を出力し、第２重畳部５からは、第２直列共振回路の直列共振周波数ｆｂと同じ周波数の交流電圧を出力するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the
これにより、モータ６１に流れる電流（モータ電流）に含まれる交流電流成分のうち、周波数ｆａの交流電流成分の振幅は、状態Ａ，Ｃでは小振幅になるのに対して状態Ｂでは大振幅となり、直列共振周波数ｆｂの交流電流成分の振幅は、状態Ａ，Ｂでは小振幅になるのに対して状態Ｃでは大振幅となる。 As a result, among the alternating current components included in the current flowing through the motor 61 (motor current), the amplitude of the alternating current component of the frequency fa is small in the states A and C, whereas it is large in the state B. The amplitude of the alternating current component of the series resonance frequency fb is small in the states A and B, but large in the state C.
回転信号検出部６３は、モータ６１の回転に伴う上記インピーダンスの変化によって生じる、モータ電流の各交流電流成分（ｆａの成分及びｆｂの成分）の振幅変化に基づいて、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成する。そして、それら各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づき、回転状態検出部７が、第１実施形態と同様にモータ６１の回転角及び回転方向を検出する。
The rotation
回転信号検出部６３内の信号処理部６４において、第１実施形態の信号処理部２２と異なるのは、第１信号処理回路６５の構成である。より具体的には、既述の通り、第１実施形態ではＨＰＦ３１を用いて交流成分を抽出していたのに対し、本実施形態ではＢＰＦ６６を用いて交流成分を抽出している。
The
ＢＰＦ６６は、その回路構成は第２信号処理回路４０内のＢＰＦ４１と同じであり、通過帯域が異なる。即ち、第１信号処理回路６５内のＢＰＦ６６の通過帯域は、図８に破線で示す通り、第１重畳部６２から出力される交流電流の周波数ｆａを中心周波数とする所定の帯域幅である。そのため、第１信号処理回路６５においては、電流検出部２１にて検出された検出信号のうち、周波数ｆａを中心とする所定の通過帯域の信号がＢＰＦ６６によって抽出され、第１波形成形回路６７へ入力される。
The
第１波形成形回路６７の構成は、第２波形成形回路４２と基本的に同じであり、ＢＰＦ６６によって抽出された周波数ｆａの交流成分の振幅変化に基づいて回転検出用パルスＳｐ１を生成する。
The configuration of the first
信号処理部６４から出力される各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２は、図６（ｃ），（ｄ）に示した第１実施形態の各検出パルスＳｐ１，Ｓｐ２と基本的に同じである。
従って、本実施形態の回転検出装置６０によっても、第１実施形態の回転検出装置１と同様、ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを設けることなく、回転速度によらずに回転状態を精度良く検出することができる。
The detection pulses Sp1 and Sp2 output from the
Therefore, also with the
また、ＬＣ直列共振回路を２つ設けると共に、これら各ＬＣ直列共振回路の各直列共振周波数ｆａ，ｆｂと同じ周波数の交流電圧を印加することにより、各周波数ｆａ，ｆｂの交流成分に基づいて各検出用パルスＳｐ１、Ｓｐ２を生成するようにしている。そのため、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を確実且つ高精度に生成することができ、これらに基づいてモータ２の回転状態の検出を確実且つ高精度に行うことができる。
Further, by providing two LC series resonance circuits and applying an AC voltage having the same frequency as each series resonance frequency fa and fb of each LC series resonance circuit, each LC series resonance circuit is based on an AC component of each frequency fa and fb. Detection pulses Sp1 and Sp2 are generated. Therefore, each detection pulse Sp1, Sp2 can be generated reliably and with high accuracy, and the rotation state of the
［第３実施形態］
図１０に、第３実施形態の回転検出装置７０の概略構成を示す。本実施形態の回転検出装置７０は、図１に示した回転検出装置１と同様、モータ２の回転状態を検出するものであり、第１実施形態の回転検出装置１と比較して、主に次の点が異なる。即ち、第１実施形態では、モータ２に交流電圧を印加（重畳）して交流電流を流すための重畳部として２つの重畳部４，５を設けていたのに対し、本実施形態では、１つの重畳部７１が設けられている。また、第１信号処理回路７４内のＨＰＦ７６が、第１実施形態のＨＰＦ３１と若干異なっている。検出対象のモータ２は第１実施形態と同じである。
[Third Embodiment]
FIG. 10 shows a schematic configuration of the
そのため、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。そして、以下、第１実施形態の回転検出装置１とは異なる構成を中心に説明する。
Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the following description, the configuration different from the
重畳部７１は、所定振幅の交流電圧（方形波電圧）を生成する交流電源７１ａと、直流電源３から出力される直流電圧に交流電源７１ａにて生成された交流電圧を重畳させてモータ２へ印加するための第１カップリングコンデンサＣａと、を備えている。
The superimposing
重畳部７１において、交流電源７１ａにて生成される交流電圧は、第１実施形態の第１重畳部４にて生成される交流電圧（図２（ａ）の上段参照）と同じく方形波電圧である。そのため、第１カップリングコンデンサＣａを介して出力される交流電流、即ち重畳部７１から出力される交流電流は、第１実施形態の第１重畳部４から出力される交流電流（図２（ａ）の下段参照）と同じく略インパルス状の波形となる。
In the superimposing
そして、本実施形態の重畳部７１から出力される交流電流には、交流電源７１ａにて生成される方形波電圧の基本波周波数ｆｂ１の周波数成分である基本波成分の他に、高次の高調波成分も含まれる。具体的には、図１１の周波数スペクトルに示すように、基本波周波数ｆｂ１のｎ倍（ｎは自然数）の周波数ｆｂｎ（ｆｂ１，ｆｂ２，ｆｂ３，・・・）の各周波数成分（基本波，２倍波，３倍波，・・・）を有する。その中でも特に、基本波成分（ｆｂ１）及びその奇数倍波成分（ｆｂ３，ｆｂ５，ｆｂ７・・・）の電流がより大きくなる。なお、基本波周波数ｆｂ１は、第１実施形態における第２重畳部５から出力される交流電流（正弦波）の周波数ｆｂと同じである。
The alternating current output from the superimposing
そのため、信号処理部７３において、第２信号処理回路４０では、第１実施形態と同じく、ＢＰＦ４１によって基本波周波数ｆｂ１の交流成分が抽出され、これに基づいて逆転検出用パルスＳｐ２が生成される。
Therefore, in the signal processing unit 73, in the second
一方、第１信号処理回路７４では、ＨＰＦ７６によって、５倍波以上の高調波成分が抽出される。このＨＰＦ７６は、回路構成は第１実施形態のＨＰＦ３１と同じであるが、遮断周波数が、４倍波の周波数ｆｂ４より高くて５倍波の周波数ｆｂ５よりも低い周波数に設定されている。そのため、図１１に破線で示すように、重畳部７１から出力される交流電流の周波数成分（ｆｂｎ）のうち、５倍波以上の周波数成分が、ＨＰＦ７６の通過帯域内に含まれてこのＨＰＦ７６を通過することとなる。
On the other hand, in the first
そして、第１信号処理回路７４では、ＨＰＦ７６により抽出された５倍波以上の交流成分の振幅変化に基づき、第１波形成形回路３２が、第１実施形態と同様にして回転検出用パルスＳｐ１を生成する。
Then, in the first
従って、本実施形態の回転検出装置７０によっても、第１実施形態の回転検出装置１と同様、ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを設けることなく、回転速度によらずに回転状態を精度良く検出することができ、また、モータ２の回転状態の検出を確実且つ高精度に行うことができる。
Therefore, also with the
しかも、本実施形態では、交流電圧を重畳させるための電源として１つの重畳部７１のみ用いているため、装置全体の小型化・低コスト化も可能となる。
［第４実施形態］
図１２に、第４実施形態の回転検出装置８０の概略構成を示す。本実施形態の回転検出装置８０も、図１に示した第１実施形態の回転検出装置１と同様、モータ２の回転状態を検出するためのものであり、モータ２に駆動用の直流電圧を印加するための直流電源３を備えている点、モータ２に回転状態検出用の交流電圧を印加（重畳）するための２つの重畳部４，５を備えている点、モータ２に流れる電流に基づいて各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成する回転信号検出部６を備えている点、などについては、第１実施形態と同じである。
In addition, in this embodiment, since only one superimposing
[Fourth Embodiment]
In FIG. 12, schematic structure of the
そのため、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。そして、以下、第１実施形態の回転検出装置１とは異なる構成を中心に説明する。
Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the following description, the configuration different from the
本実施形態の回転検出装置８０では、直流電源３からモータ２への電力供給が、モータドライバ８１を介して行われる。
また、直流電源３とモータドライバ８１の間には、直流電源スイッチ８３が設けられている。この直流電源スイッチ８３は、制御部８２からの直流印加制御信号Ｓｄｃにより制御（ＯＮ・ＯＦＦ）され、ＯＮされているときには直流電源３からの直流電圧がモータドライバ８１に入力され、ＯＦＦされているときには直流電源３からモータドライバ８１への直流電圧の入力が遮断される。
In the
A
モータドライバ８１は、４つのスイッチからなる周知のＨブリッジ回路（いわゆるフルブリッジ）にて構成されたものである。
即ち、モータドライバ８１は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチＭＯＳ１、スイッチＭＯＳ２、スイッチＭＯＳ３、及びスイッチＭＯＳ４を備え、このうちハイサイド側の各スイッチＭＯＳ１，ＭＯＳ２（いずれもＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）のソースは直流電源スイッチ８３を介して直流電源３に接続され、ローサイド側の各スイッチＭＯＳ３，ＭＯＳ４（いずれもＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）のソースはグランドラインに接続されている。また、ハイサイド側のスイッチＭＯＳ１のドレインはローサイド側のスイッチＭＯＳ３のドレインに接続されると共に、その接続点（即ちＨブリッジ回路の一方の中点Ｊ）はモータ２における一方のブラシ１６に接続されている。同様に、ハイサイド側における他方のスイッチＭＯＳ２のドレインはローサイド側における他方のスイッチＭＯＳ４のドレインに接続されると共に、その接続点（ブリッジ回路の他方の中点Ｋ）はモータ２における他方のブラシ１７に接続されている。
The
That is, the
そして、各スイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４のゲートには、それぞれ、制御部８２からモータドライバ制御信号ＳＭ１〜ＳＭ４が入力され、各スイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４は、それぞれ自身のベースに入力されるモータドライバ制御信号によってＯＮ・ＯＦＦされる。
Then, motor driver control signals SM1 to SM4 are input from the
このように、モータドライバ８１を備えていることにより、このモータドライバ８１によるモータ２の回転方向の切り替えが可能である。即ち、モータ２を時計回り（ＣＷ：Clock Wise）方向に回転させる際は、直流電源スイッチ８３をＯＮさせると共に、モータドライバ８１を構成する４つのスイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４のうち、スイッチＭＯＳ１及びスイッチＭＯＳ４をＯＮさせ、他の２つのスイッチＭＯＳ２，ＭＯＳ３をＯＦＦさせる。これにより、直流電源３からの直流電圧が、モータドライバ８１を介してモータ２へ印加され、モータ２がＣＷ方向へ回転する。その際、図１２に矢印で示したように、モータ２において、一方のブラシ１６から他方のブラシ１７へモータ電流が流れることになる（但し起動〜定常回転時）。
Thus, by providing the
一方、モータ２を反時計回り（ＣＣＷ：Counter Clock Wise）方向に回転させる際は、モータドライバ８１を構成する４つのスイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４のうち、スイッチＭＯＳ２及びスイッチＭＯＳ３をＯＮさせて、他の２つのスイッチＭＯＳ１，ＭＯＳ４をＯＦＦさせる。これにより、図１２に矢印でしたように、モータ２において、他方のブラシ１７から一方のブラシ１６へモータ電流が流れることになる（但し起動〜定常回転時）。
On the other hand, when the
そして、回転中のモータ２を制動させる際は、短絡制動が行われる。短絡制動とは、モータドライバ８１を構成する４つのスイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４のうちローサイド側の２つのスイッチＭＯＳ３，ＭＯＳ４をＯＮさせることで、モータ２の端子間（各ブラシ１６，１７間）を、これら各スイッチＭＯＳ３，ＭＯＳ４を介して短絡させることにより、モータ２を制動させるものである。回転中のモータ２の各ブラシ１６，１７間を各スイッチＭＯＳ３，ＭＯＳ４を介して短絡させると、その短絡時に発生するモータ２の逆起電力によるエネルギーが、ローサイド側の各スイッチＭＯＳ３，ＭＯＳ４、及びモータ２によって消費され、これによりモータ２が制動されてやがて停止することになる。
When the
そのため、ＣＷ方向へ回転中のモータ２に対して短絡制動を行うと、図１２に矢印で示すように、モータ２には、定常回転時とは逆方向のモータ電流、即ち他方のブラシ１７から一方のブラシ１６へモータ電流が流れることとなる。ＣＣＷ方向へ回転中のモータ２に対して短絡制動を行った場合も、図１２に矢印で示すように、モータ２には、定常回転時とは逆方向のモータ電流、即ち一方のブラシ１６から他方のブラシ１７へモータ電流が流れることとなる。
Therefore, when short-circuit braking is performed on the
短絡制動によってモータ２を制動させる場合に、各重畳部４，５を、例えばモータドライバ８１の上流側（直流電源３側）に設けるようにすると、短絡制動が行われる期間中は、モータ２には各重畳部４，５からの交流電圧が印加されないことになる。そこで本実施形態では、直流電源３からモータ２への通電経路のうち、起動〜定常回転時及び短絡制動時の双方ともにモータ電流が流れる共通電流経路に対して、各重畳部４，５からの交流電圧を重畳するようにしている。
When the
より具体的には、図１２に示すように、モータドライバ８１の一方の中点Ｊからモータ２の一方のブラシ１６に至る経路に、各重畳部４，５からの交流電圧が重畳（印加）される。
More specifically, as shown in FIG. 12, the AC voltage from each of the superimposing
一方、回転信号検出部６は、モータドライバ８１の他方の中点Ｋからモータ２の他方のブラシ１７に至る経路に設けられ、この経路を流れる電流を検出するように構成されている。そして、この回転信号検出部６からの各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２は、制御部８２に入力される。
On the other hand, the rotation signal detector 6 is provided in a path from the other midpoint K of the
制御部８２は、上述した直流電源スイッチ８３の制御や、モータドライバ８１を構成する各スイッチＭＯＳ１〜ＭＯＳ４の制御を行うほか、第１実施形態の回転状態検出部７と同様の機能、即ち各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づいて回転状態を検出する機能も備えている。なお、各重畳部４，５からの交流電圧の出力は、制御部８２によって制御可能に構成されている。また、信号処理部２２内の各閾値設定部３６，４６（図５参照）にて設定される閾値を、制御部８２からの制御信号によって可変設定できるようにしてもよい。
The
また、本実施形態では、各重畳部４，５からの交流電圧が印加される印加部位からモータドライバ８１における一方の中点Ｊに至る経路に、チョークコイルＬｏが設けられている。チョークコイルＬｏは、インダクタンス素子の一種であって、周知の通り、周波数が高くなるほどインピーダンスが大きくなるような周波数特性を有する。そのため、このチョークコイルＬｏによって、各重畳部４，５からの交流電流が直流電源３側に分流するのが防止（抑制）される。
In the present embodiment, a choke coil Lo is provided in a path from the application site to which the AC voltage from each of the superimposing
そして、このように構成された回転検出装置８０においても、ＣＷ方向回転時、ＣＣＷ方向回転時、短絡制動時のいずれも、モータ２の回転に伴って、モータ２に流れる交流電流成分の振幅が変化する。そのため、その振幅の変化に基づいて、信号処理部２２にて各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２が生成される。そして、その各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２に基づき、制御部８２にて、モータ２の回転状態が検出される。
Also in the
従って、本実施形態の回転検出装置６０によっても、第１実施形態の回転検出装置１と同様、ロータリエンコーダ等の大がかりなセンサを設けることなく、またトルク変動が発生しないようにしつつ、回転速度によらずに回転状態を精度良く検出することができる。
Therefore, even with the
［第５実施形態］
図１３に、本実施形態の回転検出装置９０の概略構成を示す。本実施形態の回転検出装置９０は、モータ９１の回転角を検出するためのものであり、モータ９１に駆動用の直流電圧を印加するための直流電源３を備えている点などについては第１実施形態と同じである。
[Fifth Embodiment]
In FIG. 13, schematic structure of the
そのため、第１実施形態と同じ構成要素には第１実施形態と同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。そして、以下、第１実施形態の回転検出装置１とは異なる構成を中心に説明する。
Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In the following description, the configuration different from the
本実施形態の回転検出装置９０では、モータ９１に交流電圧を印加（重畳）して交流電流を流すための重畳部として、１つの重畳部９２が設けられている。この重畳部９２は、第１実施形態の第２重畳部５と全く同じであり、周波数ｆｂの交流電圧（正弦波電圧）を生成し出力する。そのため、本実施形態のモータ９１には、周波数ｆｂの交流成分を含む電流が流れることとなる。
In the
また、本実施形態のモータ９１は、第１実施形態のモータ２と比較して、第３相コイルＬｃに第２コンデンサＣ２が接続されていない点が異なる。そのため、本実施形態では、モータ９１が１８０°回転する間に生じるモータ回路のインピーダンスの変化は二段階である。
Further, the
即ち、周波数ｆｂにおける各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスにつき、例えばＶｂ側のブラシ１６に第１整流子片１１が接触してＧＮＤ側のブラシ１７に第２整流子片１２が接触していることにより各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路が直接接続されている状態のときは、インピーダンスは小さくなる。一方、例えば図１３に図示されている状態のように、各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路が直接接続されていない状態のときは、インピーダンスは大きくなる。
That is, regarding the impedance of the motor circuit between the
そのため、モータ９１が１８０°回転する間に、モータ回路のインピーダンスは二段階に変化することとなり、これによってモータ電流に含まれる交流成分の振幅も二段階に変化する。
For this reason, while the
そして、モータ９１に流れるモータ電流に基づき、回転信号検出部９３による回転パルスＳｐの生成が行われる。回転信号検出部９３は、電流検出部２１と、信号処理部９４とを備えている。
Then, based on the motor current flowing through the
このうち電流検出部２１は、第１実施形態と同じく電流検出抵抗Ｒ１からなるものであり、モータ電流に応じた検出信号（電流検出抵抗Ｒ１の両端の電圧）が信号処理部９４へ入力される。
Among them, the
信号処理部９４は、基本的には、第１実施形態の信号処理部２２における第２信号処理回路４０と同じであり、電流検出部２１からの検出信号に含まれる交流成分（周波数ｆｂの成分）の振幅変化に基づいてパルス信号を生成する。このパルス信号は、実質的には第１実施形態の逆転検出用パルスＳｐ２と同じであるが、本実施形態では回転パルスＳｐと称する。
The
そして、回転角検出部９５は、信号処理部９４にて生成された回転パルスＳｐに基づいてモータ９１の回転角を検出する。
［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
The rotation
[Modification]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.
例えば、上記各実施形態では、検出対象のモータとして、電機子コイルの相数が３相の３相直流モータを例に挙げて説明したが、本発明の適用は、３相のモータに限定されるものではなく、４相以上のモータであっても適用可能である。 For example, in each of the embodiments described above, a three-phase DC motor having three phases of armature coils is described as an example of a detection target motor. However, the application of the present invention is limited to a three-phase motor. It is not a thing, but it is applicable even if it is a motor of four phases or more.
４相以上のモータの具体例として、８スロット（８相）のモータの一例を図１４（ａ）、（ｂ）に示す。図１４（ａ），（ｂ）に示すモータ１００は、一対のブラシ１６，１７を備え、８つの整流子片５０ａ〜５０ｈからなる整流子を備えている。また、隣接する整流子片間にそれぞれ各相コイルＬａ〜Ｌｈが重ね巻きされた構成となっている。
As a specific example of a motor having four or more phases, an example of an 8-slot (8-phase) motor is shown in FIGS. A
そして、８つの整流子片５０ａ〜５０ｈのうち、互いに対向する位置関係にある特定の２つの整流子片５０ｂ，５０ｆ（以下「第１特定整流子片対」ともいう）の間に、第１コンデンサＣ５及び第１コイルＬ５が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路が、接続されている。更に、上記特定の２つの整流子片５０ｂ、５０ｆとは別の、互いに対向する位置関係にある特定の２つの整流子片５０ａ，５０ｅ（以下「第２特定整流子片対」ともいう）の間には、第２コンデンサＣ６が接続されている。
Of the eight
第１特定整流子片対、及び第２特定整流子片対は、いずれも、モータ１００の回転中に、これら各特定整流子片対が各ブラシ１６，１７に同時に接触する期間が存在するものである。
Each of the first specific commutator piece pair and the second specific commutator piece pair has a period in which each of the specific commutator piece pairs contacts the
そのため、モータ１００の回転中、第１特定整流子片対が各ブラシ１６，１７に接触している期間、即ち各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路が直接接続された状態となる期間では、そのＬＣ直列共振回路の共振周波数におけるモータ回路のインピーダンスは非常に小さくなる。
Therefore, during the rotation of the
また、モータ１００の回転中、第２特定整流子片対が各ブラシ１６，１７に接触している期間、即ち各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ６が直接接続された状態となる期間では、モータ回路全体として、その第２コンデンサＣ６と、それ以外の回路のインダクタンス成分（各相コイルＬａ〜Ｌｈ及びＬＣ直列共振回路からなる回路全体の合成インダクタンス）との、並列共振回路が形成される。そのため、その状態では、各ブラシ１６，１７間のモータ回路のインピーダンスは並列共振特性を有し、その並列共振周波数以上の周波数帯域では周波数が高くなればなるほどインピーダンスは低くなる。
Further, during the rotation of the
そこで、このモータ１００についても、第１実施形態の回転検出装置１（図１）と同じように、モータ１００に対し、例えばＬＣ直列共振回路の直列共振周波数と同じ周波数の交流電圧と、並列共振周波数より高い周波数成分を有する交流電圧とを印加（重畳）させるようにし、信号処理部においてこれら各周波数成分の交流成分をそれぞれ抽出して対応する各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成することができる。
Therefore, for this
この場合における各検出パルスＳｐ１，Ｓｐ２の具体例を、図１４（ｃ）に示す。図１４（ｃ）中、回転検出用パルスＳｐ１が出力される（Ｈレベルとなる）Ａの期間は、第２特定整流子片対が各ブラシ１６，１７に接触している期間、即ち各ブラシ１６，１７間に第２コンデンサＣ６が直接接続された状態となる期間である。また、逆転検出用パルスＳｐ２が出力される（Ｈレベルとなる）Ｂの期間は、第１特定整流子片対が各ブラシ１６，１７に接触している期間、即ち各ブラシ１６，１７間にＬＣ直列共振回路が直接接続された状態となる期間である。なお、Ｃの期間は上記Ａ，Ｂ以外の期間である。
A specific example of each detection pulse Sp1, Sp2 in this case is shown in FIG. In FIG. 14C, the period A during which the rotation detection pulse Sp1 is output (becomes H level) is the period in which the second specific commutator piece pair is in contact with the
図１４（ｃ）に示すように、モータ１００の回転方向によって、Ａの期間の次にＢの期間となるかそれともＣの期間になるかが異なる。そのため、その状態変化の違いによって、モータ１００の回転方向を検出することができる。
As shown in FIG. 14C, depending on the rotation direction of the
なお、図１４に示したモータ１００は、Ａの期間とＢの期間が連続して生じる（つまり両者の間にＣの期間が介在しない）構成であるため、回転方向を確実に検出することができるが、Ａの期間とＢの期間が連続して生じずに両者の間にＣの期間が介在するようなモータ構成の場合は、回転方向を検出することは困難となる。
Note that the
そのため、回転方向を確実に検出できるようにするためには、図１４のモータ１００のように、Ａの期間とＢの期間が連続して生じるよう、換言すれば、回転検出用パルスＳｐ１が出力されるＡの期間の前後のうち何れか一方はＢの期間となって他方ではＣの期間となるように構成するのが望ましい。
Therefore, in order to reliably detect the rotation direction, the period A and the period B are generated consecutively, as in the
また、図１４に例示したような多相（例えば５相以上）のモータについては、ＬＣ直列共振回路を３つ以上設け、各ＬＣ直列共振回路の各直列共振周波数の交流成分を個別に抽出してそれぞれ対応するパルス信号を生成すれば、回転角検出の分解能を向上させることが可能となる。 In addition, for a multi-phase (for example, five or more phases) motor as illustrated in FIG. 14, three or more LC series resonance circuits are provided, and AC components of each series resonance frequency of each LC series resonance circuit are individually extracted. If the corresponding pulse signals are generated, the resolution of rotation angle detection can be improved.
具体的には、例えば図１４のモータ１００において、第２コンデンサＣ６に変えてＬＣ直列共振回路を接続すると共に、更に、第１特定整流子片対に隣接すると共に互いに対向する位置関係にある特定の２つの整流子片５０ｃ、５０ｇの間にも、ＬＣ直列共振回路を接続する、という構成が考えられる。
Specifically, for example, in the
もちろんこれはあくまでも一例に過ぎず、互いに対向する位置関係にある複数組の特定整流子片対のうちどれにＬＣ直列共振回路を接続するか、或いはそのうちいずれか一組はコンデンサを接続するか否か、等については適宜決めることができる。 Of course, this is only an example, and which of the plural pairs of specific commutator pieces in a positional relationship facing each other is connected to which LC series resonant circuit, or any one of them is connected to a capacitor. Or the like can be determined as appropriate.
また、上記各実施形態では、検出対象のモータとして、各相コイルＬａ，Ｌｂ，ＬｃがΔ結線されている構成を例示したが、Δ結線に限らず、例えば図１５に示すモータ１１０や図１６に示すモータ１２０のように、スター結線された３つの相コイルＬａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１からなるモータであってもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the configuration in which the phase coils La, Lb, and Lc are Δ-connected is exemplified as the detection target motor. However, the configuration is not limited to Δ-connection, for example, the
図１５に示すモータ１１０は、第１整流子片１１と第２整流子片１２の間に、第１コイルＬ１１及び第１コンデンサＣ２１が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路が接続され、また、第２整流子片１２と第３整流子片１３の間に第２コンデンサＣ２２が接続されている。このような構成のモータ１１０によれば、モータ１１０のモータ回路のインピーダンス特性は第１実施形態のモータ２とほぼ同じような傾向を有することとなり、第１実施形態と同様にして各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成することができる。
The
図１６に示すモータ１２０は、第１相コイルＬａ１に対してコンデンサＣ３３が並列接続されている。また、第２相コイルＬｂ１に対しては、第１コイルＬ２１及び第１コンデンサＣ３１が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路（第１直列共振回路）が接続されている。また、第３相コイルＬｃ１に対しては、第２コイルＬ２２及び第２コンデンサＣ３２が直列接続されてなるＬＣ直列共振回路（第２直列共振回路）が接続されている。
In the
このような構成のモータ１２０において、例えば、第１直列共振回路の直列共振周波数をｆ１とし、第２直列共振回路の直列共振周波数をｆ２とすれば、モータ１２０が１８０°回転する間に、周波数ｆ１の交流成分に対するインピーダンスが低くなる期間（各ブラシ１６，１７に第１整流子片１１及び第２整流子片１２が接触する期間）と、周波数ｆ２の交流成分に対するインピーダンスが低くなる期間（各ブラシ１６，１７に第１整流子片１１及び第３整流子片１３が接触する期間）と、いずれに対してもインピーダンスが高くなる期間（各ブラシ１６，１７に第２整流子片１２及び第３整流子片１３が接触する期間）とが約６０°間隔で生じることになる。
In the
そのため、各周波数ｆ１，ｆ２の成分を有する交流電流を重畳してモータ１２０に流すことで、信号処理部においてこれら各周波数ｆ１，ｆ２の成分を抽出し、各検出用パルスＳｐ１，Ｓｐ２を生成することができる。
Therefore, by superimposing alternating currents having components of the respective frequencies f1 and f2 and flowing them through the
また、上記各実施形態の各モータにおける、ＬＣ直列共振回路について、コイルに代えて抵抗素子を接続してもよい。つまり、抵抗素子とコンデンサとが直列接続されてなる回路を、ＬＣ直列共振回路に代えて接続するようにしてもよい。このようにしても、回転に伴ってモータ回路のインピーダンスの変化が生じるため、回転状態を検出することが可能である。但し、抵抗素子を用いると、交流電力の一部がこの抵抗素子によって消費されるため、電力消費低減のためには、上記実施形態のようにコイルを用いるのが望ましい。 Moreover, you may connect a resistive element instead of a coil about LC series resonance circuit in each motor of each said embodiment. That is, a circuit in which a resistance element and a capacitor are connected in series may be connected instead of the LC series resonance circuit. Even if it does in this way, since the change of the impedance of a motor circuit arises with rotation, it is possible to detect a rotation state. However, when a resistance element is used, a part of the AC power is consumed by this resistance element. Therefore, it is desirable to use a coil as in the above embodiment in order to reduce power consumption.
また、上記第１実施形態では、起動〜定常回転時は第１重畳部４からの交流電圧のみ重畳し、制動制御時に第２重畳部５からの交流電圧も重畳して回転方向の検出（逆転検出）も行うようにしたが、これは一例であって、制動時だけでなく起動時〜定常回転時にも（つまりモータ回転中は常時）２つの重畳部４，５の双方から交流電圧を重畳して逆転検出可能にしてもよい。第２実施形態及び第４実施形態についても同様である。
In the first embodiment, only the AC voltage from the
また、上記実施形態では、重畳部内の交流電源が生成する電圧として、方形波電圧及び正弦波電圧について説明したが、これらについてもあくまでも一例であり、例えば三角波やのこぎり波などの、他の種類の交流電圧を生成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the square wave voltage and the sine wave voltage have been described as the voltages generated by the AC power supply in the superimposition unit. However, these are only examples, and other types such as a triangular wave and a sawtooth wave are used. An alternating voltage may be generated.
また、上記第各実施形態では、交流電源にて生成された交流電圧をカップリングコンデンサを介して重畳させるようにしたが、このような電源構成はあくまでも一例であり、所望の周波数成分を有する交流電圧をモータに印加できる限り、交流電圧を印加する重畳部の具体的構成は特に限定されない。例えば、トランスを用いた磁気結合によって交流電圧を重畳させたり、或いは無線（電波）によって交流電圧を重畳させるようにしてもよい。 In the first embodiment, the AC voltage generated by the AC power source is superimposed via the coupling capacitor. However, such a power source configuration is merely an example, and an AC voltage having a desired frequency component is used. As long as a voltage can be applied to a motor, the specific structure of the superimposition part which applies an alternating voltage is not specifically limited. For example, an AC voltage may be superimposed by magnetic coupling using a transformer, or an AC voltage may be superimposed by radio (radio wave).
また、上記各実施形態では、電流検出部２１として、電流検出抵抗Ｒ１を用いたが、電流検出抵抗Ｒ１に代えて例えばコイル（インダクタンス素子）を用いても良い。
また、上記各実施形態では、モータの回転に伴うインピーダンスの変化を、モータ電流に含まれる交流成分（交流電流）の振幅変化として取得するようにしたが、モータ電流が流れる通電経路の電圧の交流成分（交流電圧）を検出して、その振幅変化に基づいて回転状態を検出するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the current detection resistor R1 is used as the
In each of the above embodiments, the change in impedance accompanying the rotation of the motor is acquired as the change in amplitude of the AC component (AC current) included in the motor current. A component (alternating voltage) may be detected, and the rotation state may be detected based on the amplitude change.
また、上記各実施形態において信号処理部内で用いられる各フィルタは、あくまでも一例であり、所望の周波数成分の交流成分を抽出できる限り、他の種類のフィルタを用いることができる。 In addition, each filter used in the signal processing unit in each of the above embodiments is merely an example, and other types of filters can be used as long as an AC component of a desired frequency component can be extracted.
また、上記各実施形態では、一対のブラシを有するモータについて説明したが、複数対のブラシを有するモータに対しても本発明を適用することが可能である。 In each of the above embodiments, a motor having a pair of brushes has been described. However, the present invention can also be applied to a motor having a plurality of pairs of brushes.
１，６０，７０，８０，９０…回転検出装置、２，６１，９１，１００，１１０，１２０…モータ、３…直流電源、４，６２…第１重畳部、４ａ，６２ａ…第１交流電源、５…第２重畳部、５ａ…第２交流電源、６，６３，７２，９３…回転信号検出部、７…回転状態検出部、１０…整流子、１１…第１整流子片、１２…第２整流子片、１３…第３整流子片、１６，１７…ブラシ、２１…電流検出部、２２，６４，７３，９４…信号処理部、３０，６５，７４…第１信号処理回路、３１，７６…ＨＰＦ、３２，６７…第１波形成形回路、３３，４３…増幅部、３４，４４…包絡線検波部、３６，４５…ＬＰＦ、３６、４６…閾値設定部、３７，４７…比較部、３８，４８，４９…オペアンプ、３９，５０…コンパレータ、４０…第２信号処理回路、４１，６６…ＢＰＦ、４２…第２波形成形回路、５０ａ〜５０ｈ…整流子片、７１，９２…重畳部、７１ａ…交流電源、８１…モータドライバ、８２…制御部、８３…直流電源スイッチ、９５…回転角検出部、Ｃ１，Ｃ５，Ｃ２１，Ｃ３１…第１コンデンサ、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ６，Ｃ２２，Ｃ３２…第２コンデンサ、Ｃ３３…コンデンサ、Ｃａ，Ｃｃ…第１カップリングコンデンサ、Ｃｂ…第２カップリングコンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｌ１，Ｌ５，Ｌ１１，Ｌ２１…第１コイル、Ｌ２２…第２コイル、Ｌａ，Ｌａ１…第１相コイル、Ｌｂ，Ｌｂ１…第２相コイル、Ｌｃ，Ｌｃ１…第３相コイル、Ｌｏ…チョークコイル、ＭＯＳ１〜ＭＯＳ４…スイッチ、Ｒ１…電流検出抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記電機子コイルが接続される複数の整流子片を有する整流子と、
前記整流子を介して前記各相コイルへ電流を供給する少なくとも一対のブラシと、
を有する直流モータを備え、
前記直流モータの回転状態を検出する回転検出装置であって、
前記直流モータの前記少なくとも一対のブラシ間に対し、少なくとも、直流電圧に交流電圧が重畳された交流重畳電圧を印加可能に構成された電源手段と、
前記電源手段から前記直流モータに供給される交流電流又は交流電圧を検出対象として検出する通電検出手段と、
前記通電検出手段により検出された前記検出対象に基づいて、前記回転状態としての、前記直流モータの回転角、回転方向、及び回転速度のうち少なくとも何れか１つを検出する回転状態検出手段と、
を備え、
前記直流モータは、前記複数の整流子片のうち何れか２つの整流子片を一組として、少なくとも一組の整流子片間に、前記３相の相コイルとは別に、直列回路が接続されており、
前記直列回路は、所定の静電容量値の第１の静電容量素子、及び、静電容量素子とは異なる素子であって所定のインピーダンス値のインピーダンス素子が、直列接続されてなる
ことを特徴とする回転検出装置。 An armature coil comprising at least three phase coils;
A commutator having a plurality of commutator pieces to which the armature coil is connected;
At least a pair of brushes for supplying current to each phase coil via the commutator;
A DC motor having
A rotation detection device for detecting a rotation state of the DC motor,
Power supply means configured to be able to apply at least an alternating current voltage in which an alternating voltage is superimposed on a direct current voltage between the at least a pair of brushes of the direct current motor;
Energization detecting means for detecting an alternating current or an alternating voltage supplied from the power supply means to the direct current motor as a detection target ;
Based on the detection target detected by the energization detection unit, a rotation state detection unit that detects at least one of a rotation angle, a rotation direction, and a rotation speed of the DC motor as the rotation state;
With
In the DC motor, any two commutator pieces of the plurality of commutator pieces are set as one set, and a series circuit is connected between at least one set of the commutator pieces separately from the three-phase phase coil. And
The series circuit, a first capacitive element having a predetermined capacitance value, and the capacitance element a different element impedance element having a predetermined impedance value, the ing connected in series A featured rotation detector.
前記直列回路を構成する前記インピーダンス素子は、所定のインダクタンス値のインダクタンス素子である
ことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 1,
The rotation detecting device, wherein the impedance element constituting the series circuit is an inductance element having a predetermined inductance value.
前記直列回路が接続される前記一組の整流子片は、前記直流モータの回転中、前記一対のブラシの各々に接続される期間が生じるような２つの整流子片を一組とする特定整流子片対である
ことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 2,
The set of commutator pieces to which the series circuit is connected is a specific commutation that includes two commutator pieces as a set so that a period of connection to each of the pair of brushes occurs during rotation of the DC motor. A rotation detecting device characterized by being a pair of child pieces.
前記電源手段は、少なくとも、前記直列回路の共振周波数を含む所定の周波数帯域を直列共振帯域として、該直列共振帯域内の周波数成分を含む前記交流電圧を印加可能に構成されている
ことを特徴とする回転検出装置 The rotation detection device according to claim 3,
The power supply means is configured to be capable of applying the AC voltage including a frequency component within the series resonance band, with at least a predetermined frequency band including the resonance frequency of the series circuit as a series resonance band. Rotation detection device
前記直流モータは、前記直列回路が接続された前記特定整流子片対とは異なる他の少なくとも一組の特定整流子片対に、所定の静電容量値の第２の静電容量素子が接続されている
ことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 4,
In the DC motor, a second capacitance element having a predetermined capacitance value is connected to at least one specific commutator piece pair different from the specific commutator piece pair to which the series circuit is connected. Rotation detecting device characterized by that.
前記電源手段は、少なくとも、前記第２の静電容量素子が接続された前記特定整流子片対が前記一対のブラシに接続された場合に該一対のブラシ間に形成される、前記第２の静電容量素子及び該第２の静電容量素子に並列接続された回路のインダクタンス成分からなる並列回路の共振周波数よりも高く且つ前記直列共振帯域よりも高い周波数成分を含む前記交流電圧を印加可能に構成されている
ことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 5,
The power supply means is formed between the pair of brushes when at least the specific commutator piece pair to which the second capacitance element is connected is connected to the pair of brushes. Application of the AC voltage including a frequency component higher than the resonance frequency of the parallel circuit composed of an inductance component of the circuit connected in parallel to the capacitance element and the second capacitance element and higher than the series resonance band is possible. It is comprised in these. The rotation detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記回転状態検出手段は、
前記通電検出手段により検出された前記検出対象から、前記電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち前記並列回路の共振周波数よりも高く且つ前記直列共振帯域よりも高い周波数成分の交流成分を抽出する第１抽出手段と、
前記通電検出手段により検出された前記検出対象から、前記電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち前記直列共振帯域内の周波数成分の交流成分を抽出する第２抽出手段と、
前記第１抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である第１回転信号を生成する第１回転信号生成手段と、
前記第２抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である第２回転信号を生成する第２回転信号生成手段と、
前記第１回転信号及び前記第２回転信号に基づいて前記直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、
を備えたことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 6,
The rotation state detecting means includes
From the detection target detected by the energization detection unit, an AC component having a frequency component higher than the resonance frequency of the parallel circuit and higher than the series resonance band among the frequency components of the AC voltage superimposed by the power source unit. First extracting means for extracting;
Second extraction means for extracting an AC component of a frequency component in the series resonance band from frequency components of an AC voltage superimposed by the power supply means from the detection target detected by the energization detection means;
First rotation signal generation means for generating a first rotation signal that is a signal corresponding to the change in amplitude based on the change in amplitude of the AC component extracted by the first extraction means;
Second rotation signal generation means for generating a second rotation signal that is a signal corresponding to the change in amplitude based on the change in amplitude of the AC component extracted by the second extraction means;
A rotation direction detecting means for detecting a rotation direction of the DC motor based on the first rotation signal and the second rotation signal;
A rotation detection device comprising:
前記直流モータは、少なくとも二組の前記特定整流子片対に、それぞれ、共振周波数が異なる前記直列回路が接続されており、
前記電源手段は、少なくとも、前記各直列回路の前記各直列共振帯域内の周波数成分を含むような前記交流電圧を印加可能に構成されている
ことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 4,
In the DC motor, the series circuit having different resonance frequencies is connected to at least two sets of the specific commutator pairs, respectively.
The rotation detecting device, wherein the power supply means is configured to be able to apply at least the AC voltage including a frequency component in each series resonance band of each series circuit.
前記回転状態検出手段は、
前記直列回路毎に設けられ、前記通電検出手段により検出された前記検出対象から、前記電源手段で重畳された交流電圧の周波数成分のうち対応する前記直列回路の前記直列共振帯域内の周波数成分の交流成分を抽出する、複数の抽出手段と、
前記複数の抽出手段毎に設けられ、対応する該抽出手段により抽出された交流成分の振幅の変化に基づき、該振幅の変化に対応した信号である回転信号を生成する、複数の回転信号生成手段と、
前記複数の回転信号生成手段にて生成された前記各回転信号に基づいて前記直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と、
を備えたことを特徴とする回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 8,
The rotation state detecting means includes
Of the frequency components in the series resonance band of the series circuit corresponding to the frequency components of the AC voltage superimposed by the power supply unit, from the detection target that is provided for each series circuit and detected by the energization detection unit. A plurality of extraction means for extracting alternating current components;
A plurality of rotation signal generation means provided for each of the plurality of extraction means and generating a rotation signal that is a signal corresponding to the change in the amplitude based on the change in the amplitude of the AC component extracted by the corresponding extraction means. When,
A rotation direction detection means for detecting a rotation direction of the DC motor based on the rotation signals generated by the plurality of rotation signal generation means;
A rotation detection device comprising:
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