JP5543190B2 - 回転検出装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。）。

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。

特開２００３−１１１４６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、いずれか一つの相コイルに抵抗器を接続することによってモータ回路に流れる直流電流に変動が生じるようにしているため、この電流変動に伴って必然的にモータのトルク変動が生じてしまう。モータのトルク変動は、モータ自身の騒音、或いはモータにより駆動される駆動対象の騒音の発生原因になる。

また、この特許文献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。

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、またトルク変動が発生しないようにしつつ、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を目的とする。

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、そ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、その整流子に摺接し、その整流子を介して各相コイルへ電力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、そ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、上記少なくとも一対のブラシ間に対し、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、上記少なくとも一対のブラシを介して直流モータに流れるモータ電流、又はそのモータ電流が流れる通電経路上の電圧である経路電圧を検出する通電検出手段と、その通電検出手段により検出されたモータ電流又は経路電圧に含まれる交流成分に基づいて、上記回転状態としての、直流モータの回転角、回転方向、又は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。

また、直流モータは、当該直流モータの回転軸に同軸状に固定されたリング状のバリスタ素子部及びそのバリスタ素子部の表面においてその周方向に沿って形成された複数の電極を有するリングバリスタを少なくとも１つ備え、複数の整流子片の各々は、リングバリスタが有する複数の電極のうち互いに異なる何れか１つの電極と接続されている。

そして、リングバリスタは、各電極間にそれぞれ静電容量を有していると共に、各整流子片が接続されている各電極のうち何れか２つの電極を一組として、少なくとも一組の電極間の静電容量値が他の組の電極間の静電容量値とは異なる値である、静電容量不均等状態となるように構成されている。

このように構成された回転検出装置では、リングバリスタが静電容量不均等状態となるように構成されていることから、直流モータにおける一対のブラシ間のインピーダンス、より詳しくは一対のブラシに接する２つの整流子片間の回路（以下「モータ回路」ともいう）のインピーダンスは、直流モータが１８０°回転する間に少なくとも二種類（二段階）に変化する。

一方、電源手段は、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、この直流電圧に回転状態検出用の交流電圧が重畳されたもの（交流成分を含む電源電圧）を印加する。

そのため、直流モータに流れるモータ電流の交流成分や、そのモータ電流が流れる通電経路上の電圧（経路電圧）の交流成分は、回転に伴って生じるモータ回路のインピーダンスの変化に応じて変化する。

そこで、モータ電流又は経路電圧を通電検出手段が検出し、回転状態検出手段が、その検出されたモータ電流又は経路電圧に含まれる交流成分に基づいて、直流モータの回転状態、即ち回転角、回転方向、又は回転速度の少なくとも１つを検出する。

交流成分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ブラシ間の（モータ回路の）インピーダンスが変化すると、モータ電流や経路電圧に含まれる交流成分の振幅も変化する。例えばモータ電流に含まれる交流成分（交流電流成分）の場合、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。

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、回転状態検出のために常に一定の交流電圧を直流モータへ印加して交流電流を流すことができる。

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。しかも、回転状態の検出は直流モータのモータ電流または経路電圧における交流成分に基づいて行っているため、直流電流に影響を与えることなく（即ちモータのトルクに影響を与えることなく）検出が行われる。

そのため、エンコーダ等の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、上記一組をなす２つの電極は、直流モータの一回転中に一対のブラシの各々に同時に接触する２つの整流子片に接続された２つの電極である。

一対のブラシに同時に接触する２つの整流子片は、直流モータの回転に伴って順次切り替わっていく。そのため、リングバリスタにおける、一対のブラシに同時に接触する２つの整流子片のそれぞれに接続された２つの電極（つまり整流子片を介して一対のブラシに同時に接続される２つの電極）も、直流モータの回転に伴って切り替わっていく。

そこで、その一対のブラシに同時に接続される２つの電極を一組として、少なくとも一組の電極間の静電容量値が他の組の電極間の静電容量値とは異なる値となるような静電容量不均等状態を実現することで、直流モータ回転中のインピーダンスの変化をより確実に発生させることができる。

なお、直流モータの回転中、ブラシに接触する整流子片がある整流子片から次の整流子片に切り替わる過程で、これら２つの整流子片が同時に同じ１つのブラシに接触する状態が瞬間的に生じるが、本発明ではそのような状態は考慮しないものとする。

次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転検出装置であって、リングバリスタは、静電容量不均等状態として、各整流子片が接続されている各電極のうち少なくとも二組の電極間の静電容量値が、互いに異なる値であって且つ該二組以外の他の組の電極間の静電容量値とも異なる値となるように構成されている。

このように構成された回転検出装置では、一対のブラシ間のインピーダンス、即ちモータ回路のインピーダンスは、直流モータが１８０°回転する間に少なくとも三種類（三段階）に変化する。そのため、そのインピーダンスの段階的な変化に応じて、モータ電流又は経路電圧の交流成分も段階的に変化する。

そこで、その交流成分の段階的な変化のパターンから直流モータの回転方向を検出するよう構成すれば、少なくとも回転方向の検出が可能な回転検出装置を提供することができる。また、交流成分の変化に基づいて回転角や回転速度も検出することが可能であるため、回転方向に加えて更に回転角又は回転速度の何れか又は双方をも検出可能な、高性能の回転検出装置を提供することも可能能となる。

また、回転角と回転方向を検出する構成の場合、回転方向の検出結果に基づいて回転角の検出結果を補正することもできるため、直流モータの回転方向が変わってもそれに応じて精度良く回転角を検出することができる。

次に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の回転検出装置であって、リングバリスタは、各整流子片が接続されている各電極の少なくとも１つが他の各電極とは異なる面積となるように形成されており、少なくともその面積の差異によって静電容量不均等状態が実現されている。

一般に、２つの電極で挟まれた静電容量素子の静電容量はその電極間の距離に反比例すると共に電極の面積に比例することはよく知られている。
そこで、電極の面積によって静電容量値が変わるという上記性質を利用して、リングバリスタの各電極を全て同じ面積とするのではなく、少なくとも１つの電極の面積が他の各電極の面積とは異なるように形成することにより、静電容量不均等状態を実現している。

従って、請求項４に記載の回転検出装置によれば、リングバリスタを構成する電極の面積に差異を持たせるという簡易的な構成でありながら確実に静電容量不均等状態を実現することができる。また、上記のように簡易的な構成であるため、リングバリスタのコスト、延いては回転検出装置全体のコストを低減することができる。

次に、請求項５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、リングバリスタは、バリスタ素子部が、回転軸の軸心と同一又は略同一の軸心を有すると共に該軸心が通る中心孔が形成された円板状に形成されており、各整流子片が接続されている各電極の少なくとも１つが、円板状のバリスタ素子部における２つの円板面のうち一方である表面、他方である裏面、バリスタ素子部の外周面、又はバリスタ素子部における中心孔の内周面、の４つの面のうち、複数の面に渡って連続的に形成されている。

このように構成された回転検出装置によれば、少なくとも１つの電極を複数の面に渡って連続的に形成することで、少なくともその電極については面積をより広くすることができる。そのため、電極面積の差をより大きくすることができ、これによりモータ回路のインピーダンスの変化をより大きくすることが可能となる。インピーダンスの変化が大きいほど、モータ電流又は経路電圧の交流成分の変化も大きくなるため、交流成分に基づく回転状態の検出をより精度良く行うことが可能となる。

次に、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の回転検出装置であって、直流モータは、リングバリスタを複数備えている。そして、各整流子片は、その複数のリングバリスタの各々に対し、リングバリスタが有する複数の電極のうち互いに異なる何れか１つの電極と接続されている。

このように構成された請求項６に記載の回転検出装置によれば、複数のリングバリスタを用いることで、全体として電極の面積の差異をより大きくとることができ、これにより静電容量値の差異をより大きくすることが可能となる。そのため、交流成分の振幅の変化をより大きくすることができ、回転状態の検出精度をより高めることができる。

次に、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の回転検出装置であって、リングバリスタは、バリスタ素子部が、半導体セラミックスからなる半導体層と、その半導体層の表面に形成された絶縁層とを備え、その絶縁層上に複数の電極が形成されている。そして、絶縁層は、各整流子片が接続されている各電極のうち少なくとも１つの電極と半導体層の間の厚さが、他の各電極と半導体層の間の厚さとは異なるように形成されており、少なくともその厚さの差異によって静電容量不均等状態が実現されている。

即ち、上記請求項４〜６では電極の面積に差異を持たせることで静電容量不均等状態を実現したのに対し、本発明（請求項７）では、電極間に存在するバリスタ素子部の厚さ（詳しくは絶縁層の厚さ）に差異を持たせることで、静電容量不均等状態を実現している。このような構成によっても、静電容量不均等状態を確実に実現することができる。

次に、請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の回転検出装置であって、電源手段は、直流モータへ直流電圧を印加する直流電源と、直流モータへ交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、を備えている。そして、直流電源からの直流電圧及び交流電圧印加手段からの交流電圧がそれぞれ直流モータに印加されることにより、直流モータに交流重畳電圧を印加可能に構成されている。

つまり、直流電源と交流電圧印加手段とを別々に設け、それぞれから直流電圧及び交流電圧が印加されることによって、結果として、直流電圧に交流電圧が重畳された交流重畳電圧が印加されるようにするのである。

このように、直流電源と交流電圧印加手段とを別々に設けることで、各々を簡易的且つ低コストで構成できる。

第１実施形態のモータの概略構成を表す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図（（ａ）のＡ視図）である。 第１実施形態のリングバリスタの概略構成を表す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 第１実施形態の回転検出装置の概略構成を表す構成図である。 電源部を説明するための説明図であり、（ａ）は電源部から出力される交流重畳電圧の波形を表す図であり、（ｂ）は電源部の概略構成を表す図である。 第１実施形態のモータが１８０°回転する間に生じる３種類の状態（モータ回路）を説明するための説明図である。 図５に示した各状態におけるモータ回路のインピーダンスの周波数特性を表す図である。 第１実施形態のモータの回転中に流れるモータ電流波形の一例を表す図である。 第１実施形態の回転信号検出部の概略構成を表す構成図である。 第１実施形態のモータの停止時のモータ電流波形の一例を表す図である。 第１実施形態のモータの停止時に生成される回転パルスＳｐの一例を表す図である。 第２実施形態のリングバリスタの概略構成を表す平面図である。 第２実施形態のモータのモータ回路を表す図である。 第２実施形態のモータにおけるモータ回路のインピーダンスの周波数特性を表す図である。 第２実施形態のモータの停止時のモータ電流波形の一例を表す図である。 第２実施形態の信号処理部及び回転検出部を説明するための説明図であり、（ａ）は信号処理部及び回転検出部の概略構成を表す構成図、（ｂ）は信号処理部から出力される回転パルスを表す図である。 リングバリスタの他の実施例を表す図である。 リングバリスタの他の実施例を表す図である。 リングバリスタの他の実施例を表す図であり、特に５相の直流モータに適用されるリングバリスタの一例を表す図である。 リングバリスタの他の実施例を表す図である。

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（ａ），（ｂ）に、本実施形態のモータ２の概略構成を示す。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ視図であるが、詳しくはハウジング１４及び各磁石１５，１６を取り除いた状態でのＡ視図である。また、図１（ａ）では、一対のブラシ１８，１９（図１（ｂ）参照）の図示を省略している。

本実施形態のモータ２は、ハウジング１４と、このハウジング１４内に収容されたロータコア２０とを備えている。ロータコア２０は、ハウジング１４の軸心に配置されている回転軸１７に固定され、この回転軸１７と共に回転する。

ハウジング１４は、軟磁性体である継鉄（ヨーク）にて形成されたものであり、略円筒形の形状をなしている。そして、ハウジング１４の内周面には、界磁発生用の２つの磁石１５，１６が径方向に互いに対向するように固定されている。各磁石１５，１６は、いずれも永久磁石であり、ロータコア２０と対向する面側の極性が一方はＮ極で他方がＳ極である。つまり、本実施形態のモータ２は界磁が２極の直流モータとして構成されている。

ロータコア２０は、軟磁性体にて形成されたものであり、３つのティース（突極）２１，２２，２３を有し、電機子コイル２４が巻回されている。具体的には、第１ティース２１に第１相コイルＬ１が巻回され、第２ティース２２に第２相コイルＬ２が巻回され、第３ティース２３に第３相コイルＬ３が巻回されており、これら３つの相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３により電機子コイル２４が構成されている。

また、回転軸１７には、整流子１０が固定されている。この整流子１０には、図１（ｂ）に示すように、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１８，１９が摺接している。

整流子１０は、より詳しくは、各ブラシ１８，１９と接触（摺接）する３つの整流子片１１，１２，１３を有しており、これら各整流子片１１，１２，１３に、電機子コイル２４を構成する各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれΔ結線されている。

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Ｌ１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Ｌ２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Ｌ３が接続されている。なお、各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３のインダクタンスは同じ値である。また、各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、互いに電気角で２π／３ずつ離れるように配置されている。

そして、３つの整流子片１１，１２，１３のうちいずれか２つ（但し瞬間的に３つ）が、各ブラシ１８，１９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１８，１９と接触する整流子片は切り替わっていく。つまり、本実施形態のモータ２は、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相直流モータとして構成されている。

また、回転軸１７の一端側には、この回転軸１７と同軸状に、リング状（詳しくは中心孔を有する円板状）のリングバリスタ３０が固定して設けられている。このリングバリスタ３０は、後述するように電極の構成を除けば、直流モータにおけるサージ吸収用として多用されている一般的なリングバリスタと同等の構成であって同等の機能を有するものである。

リングバリスタ３０は、より詳しくは、図２（ａ），（ｂ）にも示すように、中心孔を有する円板状のバリスタ素子部３４と、このバリスタ素子部３４における一方の円板面（回転軸１７の軸心に垂直な２つの円板面のうち整流子１０側とは反対側の円板面）に、３つの電極３１，３２，３３が形成されている。

バリスタ素子部３４は、図２（ｂ）に示すように、例えば酸化亜鉛やチタン酸ストロンチウムなどの半導体セラミックスからなる半導体層３５と、この半導体層３５の表面に形成された酸化膜である絶縁層３６とにより構成されたものである。この絶縁層３６は、半導体層３５よりも抵抗値が高い。そのため、抵抗値という観点からみれば、絶縁層３６を高抵抗体、半導体層３５を低抵抗体として捉えることもできる。

また、一般的なバリスタの持つ特性として、いわゆるバリスタ電圧が印加されると急激に抵抗値が低下するという非直線性抵抗特性はよく知られており、この特性によってサージ吸収機能が実現されるわけだが、その他、バリスタには静電容量が存在していることもよく知られている。なお、この静電容量は、バリスタ素子部３４において主として絶縁層３６が寄与している。

本実施形態のリングバリスタ３０も、一般的なバリスタと同様、非直線性抵抗特性を有していることはもちろん、各電極３１，３２，３３の相互間には静電容量が存在している。

そこで本実施形態では、リングバリスタ３０の各電極間の静電容量を利用してモータ２の回転状態を検出すべく、何れか一組の電極間の静電容量値が他の組の静電容量値とは異なる値となるように（即ち静電容量不均等状態となるように）構成されている。

具体的には、３つの電極３１，３２，３３のうち、第１電極３１と第２電極３２の間の静電容量値が、他の二組の静電容量値、即ち第２電極３２と第３電極３３の間の静電容量値及び第３電極３３と第１電極３１の間の静電容量値よりも大きな値となるように構成されている。なお、上記他の二組の静電容量値はいずれも同じ値である。

そして、本実施形態のリングバリスタ３０では、上記のような静電容量不均等状態が、各電極３１，３２，３３の面積に差異を持たせることによって実現されている。即ち、図１（ａ）や図２（ａ）から明らかなように、第１電極３１と第２電極３２はいずれも同じ面積で且つ大きな面積となるように形成されているのに対し、第３電極３３は、他の２つの電極３１，３２よりも小さな面積となるように形成されている。

一般に、２つの電極で挟まれた静電容量素子の静電容量がその電極間の距離に反比例すると共に電極の面積に比例することは、よく知られている。そこで、電極の面積によって静電容量値が変わるという上記性質を利用して、リングバリスタ３０においても各電極３１，３２，３３を全て同じ面積とするのではなく、上記のように面積に差異を持たせることで、静電容量不均等状態を実現しているのである。

そして、図１（ａ）に示すように、リングバリスタ３０に形成された３つの電極３１，３２，３３のうち、第１電極３１には、整流子１０を構成する３つの整流子片１１，１２，１３のうち第１整流子片１１が接続されている。即ち、この第１電極３１は、第３相コイルＬ３と第１相コイルＬ１の接続点に電気的に接続されていることになる。第２電極３２には、第２整流子片１２が接続されている。即ち、この第２電極３２は、第１相コイルＬ１と第２相コイルＬ２の接続点に電気的に接続されていることになる。第３電極３３には、第３整流子片１３が接続されている。即ち、この第３電極３３は、第２相コイルＬ２と第３相コイルＬ３の接続点に電気的に接続されていることになる。

次に、モータ２の回転状態（本実施形態では回転角）を検出する回転検出装置１の概略構成を、図３に示す。本実施形態の回転検出装置１は、モータ２を回転駆動させる（トルクを発生させる）ための直流電圧に所定の周波数の交流電圧が重畳された交流重畳電圧を出力する電源部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の回転角に応じた信号（回転パルスＳｐ）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パルスＳｐに基づいてモータ２の回転角を検出する回転検出部７と、を備えている。

電源部５から出力されてモータ２に印加される交流重畳電圧は、図４（ａ）に示すように、直流電圧Ｖｂに、振幅Ｖｓで周波数ｆ（詳細は後述）の交流電圧が重畳された、交直混在（脈流の一種）である。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り、モータ２に流れるモータ電流も、直流電流に交流電流が重畳された電流となる。

電源部５の内部構成は図４（ｂ）に示す通りであり、モータ２を駆動させるための直流電圧を生成し出力する直流電源３と、モータ２の回転角を検出するための所定の周波数の交流電圧を生成し出力する交流電源４と、直流電源３から出力される直流電圧に交流電源４から出力された交流電圧を重畳させてモータ２へ印加するためのカップリングコンデンサＣ１０と、を備えている。

このような構成により、モータ２には、単に直流電源３から出力される直流電圧が印加されるだけではなく、直流電源３から出力される直流電圧に交流電源４から出力される交流電圧が重畳されて印加される。そのため、モータ２には、直流電源３からの直流電圧による直流電流に交流電源４からの交流電圧による交流電流が重畳された電流が流れる。つまり、直流電源３は直流電流を生成してモータ２へ供給するものであり、交流電源４は交流電流を生成してモータ２へ供給するものであるとも言える。

但し、モータ２は直流モータであるため、交直混在の電流のうち、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、交流電源４にて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。交流電源４からの交流電圧は、本実施形態ではモータ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に流れる電流のうち交流成分に基づいて回転パルスを生成する。つまり、交流電源４は、モータ２を回転させるための電力としてではなく、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。

なお、電源部５は、直流電源３から直流電圧を出力させずに交流電源４からの交流電圧のみを出力することも可能である。本実施形態では、回転中のモータ２を停止させる制動制御の際は、モータ２への直流電源３からの直流電圧が遮断される。一方、交流電源４からの交流電圧は、停止制御の際もモータ２への印加が継続される。つまり、交流電源４からの交流電圧は、少なくともモータ２が回転している間はモータ２へ印加され続ける。

モータ２は、その具体的構成は図１，図２を用いて既に説明した通りであり、図３では、モータ２におけるモータ回路（一対のブラシ１８，１９間の回路）を等価的に示している。

即ち、モータ２は、既述の通り、３つの相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３がΔ結線されていると共に各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれ各整流子片１１，１２，１３と図示のように接続されている。これに加え、モータ２は、リングバリスタ３０が設けられていることにより、各整流子片１１，１２，１３の相互間には、等価的にコンデンサが接続された状態となる。

このうち第１整流子片１１と第２整流子片１２は、それぞれリングバリスタ３０における第１電極３１と第２電極３２に接続されている。そのため、第１整流子片１１と第２整流子片１２の間には、リングバリスタ３０における第１電極３１と第２電極３２との間に形成されるバリスタ成分（以下「第１バリスタ」という）３０ａが、第１相コイルＬ１に対して並列に接続されている。

そして、この第１バリスタ３０ａは、静電容量を有している。これは即ち、第１電極３１と第２電極３２の間の静電容量（第１整流子片１１と第２整流子片１２の間の静電容量ともいえる）であり、これにより、第１相コイルＬ１には等価的にコンデンサ（以下「第１コンデンサ」という）Ｃ１が並列接続された状態となる。

また、第２整流子片１２と第３整流子片１３は、それぞれリングバリスタ３０における第２電極３２と第３電極３３に接続されている。そのため、第２整流子片１２と第３整流子片１３の間には、リングバリスタ３０における第２電極３２と第３電極３３との間に形成されるバリスタ成分（以下「第２バリスタ」という）３０ｂが、第２相コイルＬ２に対して並列に接続されている。

そして、この第２バリスタ３０ｂも、静電容量を有している。これは即ち、第２電極３２と第３電極３３の間の静電容量（第２整流子片１２と第３整流子片１３の間の静電容量ともいえる）であり、これにより、第２相コイルＬ２には等価的にコンデンサ（以下「第２コンデンサ」という）Ｃ２が並列接続された状態となる。

また、第３整流子片１３と第１整流子片１１は、それぞれリングバリスタ３０における第３電極３３と第１電極３１に接続されている。そのため、第３整流子片１３と第１整流子片１１の間には、リングバリスタ３０における第３電極３３と第１電極３１との間に形成されるバリスタ成分（以下「第３バリスタ」という）３０ｃが、第３相コイルＬ３に対して並列に接続されている。

そして、この第３バリスタ３０ｃも、静電容量を有している。これは即ち、第３電極３３と第１電極３１の間の静電容量（第３整流子片１３と第１整流子片１１の間の静電容量ともいえる）であり、これにより、第３相コイルＬ３には等価的にコンデンサ（以下「第３コンデンサ」という）Ｃ３が並列接続された状態となる。

そして、各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値は、既述の通り、バリスタ３０の各電極３１，３２，３３の面積に差異を持たせたことによって、第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３の静電容量値は同じであるものの、第１コンデンサＣ１の静電容量値は、他の２つのコンデンサＣ２，Ｃ３よりも大きな値となっている。尚、図３において「（大）」、「（小）」とあるのは、各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値の相対的な差異（大小）を示している。

コンデンサは、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からみれば各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は等価的に存在しないものとして扱うことができ、よって、直流電源３からの直流電流は各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３にのみ流れるものと見なすことができる。そのため、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対する、各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の存在の影響は、無視することができる。

一方、交流電源４からみれば、各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は高インピーダンスであるのに対して各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は低インピーダンスとなる。また、既述の通り、第１コンデンサＣ１の静電容量値は他の２つのコンデンサＣ２，Ｃ３の静電容量値よりも大きい。そのため、モータ２の回転角に応じて各ブラシ１８，１９と接触する２つの整流子片が切り替わる毎に、各ブラシ１８，１９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。但し、本実施形態では、第２コンデンサＣ２と第３コンデンサＣ３を同じ静電容量値としているため、モータ２が１８０°回転する間に整流子片の切り替わりは３回生じるものの、インピーダンスの変化は二段階である。

図５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１８，１９間に形成されるモータ回路の変化を示す。図５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。

状態Ａは、図１（ａ）や図３に示されている状態、即ち、各ブラシ１８，１９のうち直流電源３の正極側（以下「Ｖｂ側」ともいう）のブラシ１８に第１整流子片１１が接触し、グランド電位側（以下「ＧＮＤ側」ともいう）のブラシ１９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１８，１９間に形成されるモータ回路は、図示の通りであり、コンデンサのみに着目すると、第３コンデンサＣ３及び第２コンデンサＣ２の直列接続体と、第１コンデンサＣ１とが、並列接続された状態となっている。

この状態Ａからモータ２が時計回りに約６０°回転すると、状態Ｂとなる。この状態Ｂは、Ｖｂ側のブラシ１８に第３整流子片１３が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１９に第２整流子片１２が接触した状態である。つまり、状態Ａに対し、Ｖｂ側のブラシ１８に接触する整流子片が第１整流子片１１から第３整流子片１３に切り替わった状態である。

この状態Ｂでのモータ回路は、図示の通りであり、コンデンサのみに着目すると、第３コンデンサＣ３及び第１コンデンサＣ１の直列接続体と、第２コンデンサＣ２とが、並列接続された状態となっている。

この状態Ｂからさらにモータ２が時計回りに約６０°回転すると、状態Ｃとなる。この状態Ｃは、Ｖｂ側のブラシ１８に第３整流子片１３が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１９に第１整流子片１１が接触した状態である。つまり、状態Ｂに対し、ＧＮＤ側のブラシ１９に接触する整流子片が第２整流子片１２から第１整流子片１１に切り替わった状態である。

この状態Ｃでのモータ回路は、図示の通りであり、コンデンサのみに着目すると、第２コンデンサＣ２及び第１コンデンサＣ１の直列接続体と、第３コンデンサＣ３とが、並列接続された状態となっている。

ここで、各状態Ａ，Ｂ，Ｃのモータ回路のインピーダンスを比較する。既述の通り、リングバリスタ３０によって各整流子片１１，１２，１３間に等価的に接続された状態となっている各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値は、第２コンデンサＣ２及び第３コンデンサＣ３が何れも同じ値であるのに対し、第１コンデンサＣ１は他の２つよりも大きい値である。

そのため、静電容量値の大きい第１コンデンサＣ１がそれよりも静電容量値の小さい第２コンデンサＣ２又は第３コンデンサＣ３と直列接続された状態にある状態Ｂ，Ｃのインピーダンスは、静電容量値の大きい第１コンデンサＣ１に他のコンデンサが直列接続されていない状態Ａのインピーダンスとは異なる。

図６に、状態Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスの周波数特性を示す。なお、図中Ａ’，Ｂ’，Ｃ’とあるが、これらについては後で説明する。図示の通り、状態Ａのインピーダンス特性と状態Ｂ及び状態Ｃのインピーダンス特性は異なっており、状態Ａの共振周波数がｆ１であるのに対し、状態Ｂ及び状態Ｃの共振周波数は、ｆ１よりも大きいｆ２である。このような特性の違いにより、特性が交差する周波数ｆ２よりも低い周波数領域では状態Ａの方が状態Ｂ，Ｃよりもインピーダンスが高くなり、逆に周波数ｆ２より高い周波数領域では状態Ａの方が状態Ｂ，Ｃよりもインピーダンスが低くなる。

なお、本実施形態では、電源部５の交流電源４から供給される交流電圧の周波数が、状態Ｂ，Ｃの共振周波数であるｆ３よりも高い所定の周波数に設定されている。そのため、本実施形態においては、状態Ｂ，Ｃよりも状態Ａの方がインピーダンスが小さくなる。

このように、モータ２が１８０°回転する間に、各ブラシ１８，１９と接触する整流子片の切り替わりが３回生じ、これに伴い、各ブラシ１８，１９間のモータ回路は状態Ａ，Ｂ，Ｃの三種類に切り替わる。しかし、状態Ｂと状態Ｃは、既述の通り、回路全体のインピーダンスは同じであるため、１８０°回転の間に生じる、状態Ａ，Ｂ，Ｃの変化に伴うインピーダンスの変化は二種類（二段階）である。

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１つのブラシが同時に接触する切り替わり期間が存在し、厳密にいえば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。しかし、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。

状態Ｃから更に回転が進むと、ＧＮＤ側のブラシ１９には引き続き第１整流子片１１が接触したままであるが、Ｖｂ側のブラシ１８に接触する整流子片は、状態Ｃ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。この状態は、上述した状態Ａにおいて、Ｖｂ側のブラシ１８とＧＮＤ側のブラシ１９とが入れ替わった状態であり、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。

この状態Ａ’から更に回転が進むと、Ｖｂ側のブラシ１８には引き続き第２整流子片１２が接触したままであるが、ＧＮＤ側のブラシ１９に接触する整流子片は、状態Ａ’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。この状態は、上述した状態Ｂにおいて、Ｖｂ側のブラシ１８とＧＮＤ側のブラシ１９とが入れ替わった状態であり、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。

この状態Ｂ’から更に回転が進むと、ＧＮＤ側のブラシ１９には引き続き第３整流子片１３が接触したままであるが、Ｖｂ側のブラシ１８に接触する整流子片は、状態Ｂ’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。この状態は、上述した状態Ｃにおいて、Ｖｂ側のブラシ１８とＧＮＤ側のブラシ１９とが入れ替わった状態であり、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。

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。

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。このうち、状態Ｂ、Ｃ、Ｂ’、Ｃ’は、いずれも同じインピーダンスである。また、状態Ａ、Ａ’も同じインピーダンスであり、その値は状態Ｂ，Ｃ等のインピーダンスとは異なる。即ち、本実施形態では状態Ａ，Ａ’の方が状態Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’よりもインピーダンスが小さい。

そして、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、或いはそのモータ電流が流れる通電経路上の電圧（経路電圧）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。

図７は、回転中のモータ電流の一例を示す図である。図７に示すように、モータ電流は、直流電流成分に交流電流成分が重畳した波形となる。そして、交流電流成分に着目すると、状態Ｂ、Ｃ、Ｂ’、Ｃ’のときは交流電流成分の振幅が小さく、状態Ａ、Ａ’のときは交流電流成分の振幅が大きくなる。即ち、モータ２が１８０°回転する間に、交流電流成分の振幅は二種類（二段階）に変化するのである。

そこで本実施形態の回転検出装置１では、回転信号検出部６が、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、モータ電流の交流電流成分の振幅変化に基づいて、回転パルスＳｐを生成する。そして、その回転パルスＳｐに基づき、回転検出部７が、モータ２の回転角を検出する。

図８に、回転信号検出部６の具体的構成を示す。回転信号検出部６は、モータ２の通電経路上（詳しくはＧＮＤ側のブラシ１９からグランド電位に至る通電経路上）に設けられた電流検出部２６と、この電流検出部２６により検出された通電電流（モータ電流）に基づく各種信号処理を行って回転パルスＳｐを生成する信号処理部２７とを備えている。

電流検出部２６は、モータ２の通電経路上に挿入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２７へ取り込まれる。

信号処理部２７は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４１と、増幅部４２と、包絡線検波部４３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４４と、閾値設定部４５と、比較部４６と、パルス生成部４７と、を備えている。

ＨＰＦ４１は、コンデンサＣ１１及び抵抗Ｒ２からなる周知の構成のものである。信号処理部２７に取り込まれた電流検出抵抗Ｒ１による検出信号は、このＨＰＦ４１によって、直流電流成分を含む所定の遮断周波数以下の帯域の信号がカットされ、交流電源４にて生成される交流電圧の周波数を含む、上記遮断周波数より高い周波数成分が抽出されて、増幅部４２に入力される。そのため、検出されたモータ電流（検出信号）のうち、直流電流成分はこのＨＰＦ４１によって遮断され、交流電流成分のみが増幅部４２へ入力されることとなる。

電流検出抵抗Ｒ１により検出され、ＨＰＦ４１によって抽出された検出信号（交流電流成分）は、増幅部４２にて増幅される。
増幅部４２は、オペアンプ４８と、オペアンプ４８の出力端子と非反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ３と、オペアンプ４８の非反転入力端子とグランド電位との間に接続された抵抗Ｒ４とを備え、反転入力端子に入力される信号（ＨＰＦ４１からの検出信号）が所定の増幅率にて増幅される。

増幅部４２にて増幅された検出信号は、包絡線検波部４３にて包絡線検波される。この包絡線検波部４３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電位に接続された抵抗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電位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４２にて増幅された検出信号が入力される。

この包絡線検波部４３により、増幅部４２から入力された交流の検出信号が包絡線検波され、交流電流成分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、ＬＰＦ４４にて高周波成分がカットされた上で、比較部４６に入力される。ＬＰＦ４４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。

比較部４６は、コンパレータ４９と、コンパレータ４９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４９の非反転入力端子に接続されて他端がＬＰＦ４４に接続された抵抗Ｒ７と、一端がコンパレータ４９の反転入力端子に接続されて他端が閾値設定部４５に接続された抵抗Ｒ８とを備えてなるものである。

包絡線検波部４３から出力された検波信号は、ＬＰＦ４４を介して比較部４６に入力され、この比較部４６において抵抗Ｒ７を介してコンパレータ４９の非反転入力端子に入力される。一方、コンパレータ４９の反転入力端子には、抵抗Ｒ８を介して閾値設定部４５からの閾値が入力される。これにより、コンパレータ４９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。

閾値設定部４５にて設定され比較部４６に入力される閾値は、本実施形態では、図７に示したモータ電流波形のうち振幅が小さい期間（つまり状態Ｂ，Ｃ，Ｂ’，Ｃ’の期間）での検波信号よりも大きく、且つ、振幅が大きい期間（つまり状態Ａ，Ａ’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。

そのため、振幅の小さい期間では、包絡線検波部４３から比較部４６へ入力される検波信号は閾値設定部４５からの閾値よりも小さいため、コンパレータ４９からはローレベルの信号が出力される。一方、振幅の大きい期間では、包絡線検波部４３から比較部４６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４９からはハイレベルの信号が出力される。

そして、コンパレータ４９から出力されたローレベル、ハイレベルの信号は、パルス生成部４７にて適宜波形整形、レベル調整された上で、モータ２の回転角に応じた回転パルスＳｐとして回転検出部７へ出力される。

このように、信号処理部２７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）に対して低周波領域のカット、交流電流成分の増幅、包絡線検波といった各種信号処理を行った上で回転パルスＳｐが生成されるため、外乱やノイズが低減された正確な回転パルスＳｐが生成される。

なお、ＨＰＦ４１に代えて、例えば、交流電流成分の周波数を含む所定の帯域のみを通過させるバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。ＬＰＦ４４についても、同様にバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。また、比較部４６から出力される信号は、それ自体がすでに比較的安定したパルス信号となっており、これをそのまま回転検出部７へ入力することもできる。そのため、パルス生成部４７を省略することも可能である。

回転検出部７は、パルス生成部４７から入力された回転パルスＳｐに基づき、例えばその回転パルスＳｐ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。そして、その検出された回転角は、図示しないモータ２の制御回路においてフィードバック信号として用いられる。

なお、交流電源４から供給される交流電圧の周波数は、本実施形態では既述の通り周波数ｆ３よりも高い周波数であるが、これはあくまでも一例であり、特性が交差する周波数ｆ２を除く任意の周波数に設定することができる。

但し、例えば周囲温度の変化などの種々の要因によって、各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値が変化し、これにより各共振周波数ｆ１，ｆ２が変化することも考えられる。そのため、そのような共振周波数の変動を考慮すれば、周波数ｆ３よりも大きい周波数の方が、共振周波数が変動してもインピーダンスの変化が小さく、且つ状態Ａ，Ａ’と状態Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’のインピーダンスの差の変化も小さいため、回路設計上の観点からも、交流電源４の交流電圧の周波数として使用しやすい領域である。

続いて、回転中のモータ２が停止する際のモータ電流波形の一例を、図９に示す。なお、図９では、インピーダンスが大きくて交流電流成分の振幅の小さい期間（状態Ｂ，Ｃ，Ｂ’，Ｃ’となる期間）の交流電流成分については、その振幅が非常に小さいため、図示を省略している。後述する図１０も同様である。

図９に示す例では、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）の際、モータ２への直流電源３からの直流電圧の印加（直流電流の電源供給）を停止させる。一方、交流電源４からの交流電圧（交流電流）については、モータ２の駆動に関与するものではなく、あくまでもモータ２の回転角を検出する目的で供給されるものであるため、回転中か停止制御時かにかかわらず、モータ２の回転が制御されている間は常時モータ２へ供給される。

そのため、停止制御開始後（直流電源３からの直流電圧印加電源停止後）のモータ電流は、図示の如く、誘導起電力によって生じる電流に交流電源４からの交流電流が重畳したものとなる。このうち、誘導起電力による電流の大きさは、モータ２の回転速度が低くなるほど小さくなるため、この誘導起電力による電流は徐々に小さくなり、モータ２が停止したときにはこの電流もゼロになる。

一方、交流電流は、上記のように回転角検出のために常に交流電源４から供給されるものであるため、図９に示すように、モータ２の回転速度に関係なく、回転角に応じた（モータ回路のインピーダンスの変化に応じた）振幅の交流電流が流れる。そのため、モータ２の回転速度に関係なく、モータ２の回転角を検出することができるのである。

図９に示した停止制御時における、信号処理部２７にて生成される回転パルスＳｐの例を、図１０に示す。図１０の上側の波形は、増幅部４２にて増幅された後の検出信号であり、下側の波形が、パルス生成部４７にて生成される回転パルスＳｐである。本例では、交流電流成分の振幅が小振幅から大振幅に変化するタイミング毎に、所定時間幅の回転パルスＳｐが生成される。

そして、本実施形態では、回転パルスＳｐはモータ２が１８０°回転する毎に生成される。そのため、この回転パルスＳｐが生成される毎にモータ２が１８０°回転したものとして、モータ２の回転角を検出することができる。

なお、本実施形態の回転検出装置１は、回転パルスＳｐに基づいてモータ２の回転角を検出するよう構成されたものであるが、回転パルスＳｐ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構成してもよい。或いは、回転角ではなく回転速度を検出する回転速度検出装置として構成してもよい。モータ２が何度回転する毎に回転パルスＳｐが出力されるかは予めわかっているため、その回転パルスＳｐが出力される間隔（周期）がわかれば、モータ２の回転速度を検出することができる。

以上説明したように、本実施形態の回転検出装置１では、モータ２を駆動させるための電源としての直流電源３とは別に、回転角検出用のために交流電源４が設けられ、モータ２が回転される際は、直流電源３からの直流電圧に交流電源４空の交流電圧が重畳された交流重畳電圧がモータ２へ印加され、これによりモータ２には交流成分を含むモータ電流が流れる。

また、モータ２は、リングバリスタ３０を備えた構成であって、しかもそのリングバリスタ３０は、３つの電極３１，３２，３３のうち第３電極３３の面積が他の２つの電極３１，３２の面積とは異なるように形成されている。この面積の差異により、各電極間の静電容量値（即ち等価的に存在する各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値）は、第２コンデンサＣ２及び第３コンデンサＣ３の静電容量値は同じであるのに対し、第１コンデンサＣ１の静電容量値は、他の２つのコンデンサＣ２，Ｃ３とは異なる値である。

そのため、モータ２が回転すると、各ブラシ１８，１９間に形成されるモータ回路のインピーダンスも変化し、そのインピーダンスの変化によって、モータ電流における交流電流成分の振幅が変化する。そこで本実施形態の回転検出装置１は、その交流電流成分の振幅変化を検出し、その検出結果に基づいてモータ２の回転角を検出するようにしている。

従って、本実施形態の回転検出装置１によれば、仮にモータ２の停止制御時に直流電源３からの直流電圧の印加（直流電流の供給）が停止されたとしても、交流電圧が印加（交流電流が供給）され続けることにより、減速時〜停止時にかけても回転角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、モータ２の回転状態を検出でき、例えば何らかの外力を受けて意図せず所定量回転してしまったとしても、これを確実に検出することができる。

しかも、回転角の検出は、モータ電流に含まれる交流電流成分に基づいて行っており、モータ駆動用の直流電流に影響を与えることなく検出が行われている。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、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角を精度良く検出することができる。

また、リングバリスタ３０の各電極間の静電容量値（即ち各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値）に差異を持たせること、即ち静電容量不均等状態を、リングバリスタ３０の各電極３１，３２，３３の面積に差異を持たせるという簡易的な構成にて実現している。そのため、静電容量不均等状態が確実に実現しつつ、リングバリスタ３０のコスト低減、延いては回転検出装置１全体のコストを低減をも可能としている。

また、交流電源４からモータ２に印加される交流電圧の周波数が、モータ２の回転中に各ブラシ１８，１９間に形成されるモータ回路の各共振周波数ｆ１，ｆ３よりも大きい所定の周波数に設定されている。これにより、仮に周囲温度が変化してリングバリスタ３０の各電極間の静電容量値（即ち各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の静電容量値）がその温度特性に伴って変化したとしても、モータ回路全体のインピーダンスは周囲温度によって大きく変化することはない。そのため、リングバリスタ３０が有する静電容量の温度特性の影響を受けずに安定した回転角の検出が可能となる。

また、本実施形態では、モータ２の回転に伴って生じるモータ回路のインピーダンスの変化を、モータ電流に含まれる交流電流成分の振幅の変化として検出している。しかもその振幅の変化は、検出信号がＨＰＦ４１、増幅部４２、包絡線検波部４３、及びＬＰＦ４４によって信号処理された上で、コンパレータ４９等からなる比較部４６により検出される。そのため、簡易的な構成でありながら、ノイズや外乱の影響を抑制して高精度に振幅の変化を検出でき、延いては高精度に回転角を検出することができる。

また、既述の特許文献１に開示された方法では、直流電流の変化を検出していることから、ブラシや整流子の経年劣化によって、波形に歪みが生じるなど、検出精度の悪化が生じる可能性が高い。これに対し、本実施形態の回転検出装置１は、交流電流成分の振幅変化に基づいて回転角を検出するものであり、その振幅変化はモータ回路のインピーダンスに依存するため、ブラシや整流子の経年劣化の影響を抑制することが可能となる。

なお、本実施形態において、電源部５は本発明の電源手段に相当し、電流検出部２６は本発明の通電検出手段に相当する。また、信号処理部２７及び回転検出部７により、本発明の回転状態検出手段が構成される。

［第２実施形態］
図１１に、本実施形態の回転検出装置を構成するモータ６０に設けられたリングバリスタ５０の構成を、図１２に、このリングバリスタ５０が設けられたモータ６０のモータ回路を、それぞれ示す。

本実施形態の回転検出装置は、図示は省略したものの、基本的には第１実施形態の回転検出装置１（図３）と同様の構成をとっており、第１実施形態の回転検出装置１と異なるのは、主として、モータ２に代えて図１２のようなモータ回路を有するモータ６０が用いられること、このモータ６０が第１実施形態のモータ２と異なるのはリングバリスタ５０の構成であること、信号処理部２７内において検波信号との比較対象である閾値が二種類設定されると共に比較部を２つ備え、これら各比較部によって検波信号が各閾値とそれぞれ比較されること、その二種類の閾値との比較結果に基づいて２種類の回転パルスが生成されること、及びその２種類の回転パルスに基づき、回転検出部７２がモータ６０の回転角、回転方向、及び回転速度を検出することである。

図１１に示すように、本実施形態のリングバリスタ５０は、円板状のバリスタ素子部５４における一方の円板面上に３つの電極が形成されているという基本構成については第１実施形態のリングバリスタ３０と同じであり、このうちバリスタ素子部５４は第１実施形態のバリスタ素子部３４と全く同じである。

そして、本実施形態のリングバリスタ５０が第１実施形態のリングバリスタ３０と異なるのは、３つの電極の面積である。本実施形態のリングバリスタ５０は、３つの電極５１，５２，５３がいずれも異なる面積となるように構成されている。より具体的には、第２電極５２の面積が最も大きく、第３電極５３の面積が最も小さい。第１電極５１の面積は、第３電極５３より大きく且つ第２電極５２よりは小さくなるように形成されている。

そのため、このようなリングバリスタ５０が設けられたモータ６０のモータ回路は、図１２に示すように、基本的には、第１実施形態のモータ２のモータ回路（図３参照）と同じように各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ等価的に第１バリスタ５０ａ，第２バリスタ５０ｂ，及び第３バリスタ５０ｃが並列接続された状態となる。

但し、本実施形態のリングバリスタ５０は、図１１に示した通り、３つの電極５１，５２，５３の面積がそれぞれ異なっているため、各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に等価的に接続されている各コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の静電容量値もそれぞれ異なる値となる。具体的には、第１相コイルＬ１に等価的に並列接続されている第１コンデンサＣ２１の静電容量値（即ち第１電極５１と第２電極５２の間の静電容量値）が最も大きく、第３相コイルＬ３に等価的に並列接続されている第３コンデンサＣ２３の静電容量値（即ち第１電極５１と第３電極５３の間の静電容量値）が最も小さい。そして、第２相コイルに等価的に並列接続されている第２コンデンサＣ２２の静電容量値（即ち第２電極５２と第３電極５３の間の静電容量値）は、第３コンデンサＣ２３より大きく且つ第１コンデンサＣ２１よりは小さい値である。

そのため、モータ６０が１８０°回転する間、各ブラシ１８，１９と接触する整流子片が切り替わる毎、即ち各ブラシ１８，１９間のモータ回路が変化する毎に、そのモータ回路のインピーダンスはそれぞれ異なる値に変化する。つまり、第１実施形態では、図５に示したように、１８０°回転する間にモータ回路は状態Ａ〜Ｃの３種類に変化するもののインピーダンスの変化は状態Ｂ，Ｃのときと状態Ａのときとで異なる二種類（二段階）であったのに対し、本実施形態では、モータ回路が３種類に変化する毎に、インピーダンスもそれぞれ異なる値（三種類の値）となる。即ち、モータ回路が変化する毎にインピーダンスも段階的に変化するのである。

図１３に、本実施形態のモータ６０における、モータ回路毎のインピーダンスの周波数特性を示す。図中、状態Ｄとは、第１実施形態の状態Ａに相当するものであり、即ち、Ｖｂ側のブラシ１８に第１整流子片１１が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１９に第２整流子片１２が接触した状態（図１２に示された状態）である。

状態Ｅとは、第１実施形態の状態Ｂに相当するもの、即ち状態Ｄからモータ６０が時計回りに約６０°回転した状態であり、Ｖｂ側のブラシ１８に第３整流子片１３が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１９に第２整流子片１２が接触した状態である。

状態Ｆとは、第１実施形態の状態Ｃに相当するもの、即ち状態Ｄからモータ６０が時計回りに約６０°回転した状態であり、Ｖｂ側のブラシ１８に第３整流子片１３が接触し、ＧＮＤ側のブラシ１９に第１整流子片１１が接触した状態である。

そして、図１２に示すように、インピーダンス特性の共振周波数は、状態Ｄの共振周波数ｆ４が最も小さく、状態Ｆの共振周波数ｆ６が最も大きく、状態Ｅの共振周波数ｆ５はその間にある。

そのため、モータ６０に流れるモータ電流の交流電流成分は、モータ６０が同一方向に回転している限り、その振幅が、小振幅、中振幅、大振幅の３種類段階に順次変化する。この振幅変化の例を図１４に示す。図１４は、モータ６０の停止制御時のモータ電流のうち、交流電流成分のみを示したものである。

本実施形態では、リングバリスタ５０の各電極間の静電容量値がそれぞれ異なることから、モータ６０に流れる電流の交流電流成分は、図１４に示すように、モータが同一方向に回転している限り、６０°回転する毎（即ちブラシに接触する整流子片が切り替わる毎）にその振幅が変化する。そのため、その振幅変化に基づき、６０°毎に回転角を検出することができる。

そこで本実施形態の回転検出装置を構成する信号処理部７１は、図１５（ａ）に示すように、２つの閾値設定部７５，７６と、２つの比較部７３，７４を備え、各比較部７３，７４からそれぞれ第１回転パルスＳｐ１１、第２回転パルスＳｐ１２が出力されるよう構成されている。

即ち、図１５（ａ）に示す信号処理部７１は、ＨＰＦ４１、増幅部４２、包絡線検波部４３、及びＬＰＦ４４を備えている点では、図８に示した第１実施形態の信号処理部２７と同じである。そして、本実施形態の信号処理部７１では、ＬＰＦ４４から出力された検波信号が、第１比較部７３及び第２比較部７４に入力される。

第１比較部７３では、入力された検波信号と第１閾値設定部７５にて設定されている第１閾値との比較が行われ、第１実施形態の比較部４６と同様に、比較結果に応じた回転パルス（第１回転パルスＳｐ１１）が出力される。

第２比較部７４では、入力された検波信号と第２閾値設定部７６にて設定されている第２閾値との比較が行われ、比較結果に応じた回転パルス（第２回転パルスＳｐ１２）が出力される。

第１閾値及び第２閾値は、次のように設定されている。即ち、検出信号に含まれる交流電流成分が小振幅のときの包絡線検波部４３による包絡線検波後の検波信号を小検波信号、交流電流成分が中振幅のときの包絡線検波部４３による包絡線検波後の検波信号を中検波信号、交流電流成分が大振幅のときの包絡線検波部４３による包絡線検波後の検波信号を大検波信号としたとき、第１閾値は、小検波信号より大きく中検波信号より小さい所定の値であり、第２閾値は、中検波信号より大きく大検波信号より小さい所定の値である。

そのため、包絡線検波部４３からの検波信号に対して第１比較部７３にて第１閾値との比較を行った結果、例えば検波信号が第１閾値より小さければ、小検波信号と判断できる。検波信号が第１閾値より大きかった場合は、中検波信号又は大検波信号の何れかであることが推定される。この場合、第２比較部７４による第２閾値との比較の結果、検波信号が第２閾値より小さければ中検波信号と判断でき、検波信号が第２閾値よりも大きければ大検波信号と判断できる。

逆に言えば、検波信号に対してそれが小検波信号、中検波信号、又は大検波信号のいずれであるかを判断できるように、第１閾値及び第２閾値をそれぞれ設定することで、整流子片の切り替わり毎（モータ回路の切り替わり毎）に、その切り替わりを検出して各回転パルスＳｐ１１，Ｓｐ１２を生成することができる。そのため、第１実施形態に比べて分解能の高い回転角検出が実現される。図１５（ｂ）は、各回転パルスＳｐ１１，Ｓｐ１２の一例である。

また、本実施形態では、１８０°回転する間の整流子片の切り替わり毎に、交流電流成分の振幅が小・中・大の３段階種類にそれぞれ変化するため、その変化パターンに基づいてモータ６０の回転方向を検出することができる。

図１４は、モータ６０の停止制御時に、モータ２が停止する直前に時刻ｔ１で逆転してしまった場合の波形を示している。
仮に、時刻ｔ１で逆転が生じずにそのまま停止したとすると、交流電流成分の振幅は、時刻ｔ１のときの中振幅状態から変化しないか、或いは、変化するとしたら次は大振幅に変化するはずである。

これに対し、時刻ｔ１で逆転が生じると、図１４に示すように、中振幅の状態から再び小振幅に戻り、更にその小振幅の状態から大振幅へと変化する。つまり、逆転により、振幅の変化のパターン順序が、正転時の変化パターン順序（小振幅→中振幅→大振幅→小振幅→・・・）とは逆になるのである。なお、図１４の例では大振幅の期間における時刻ｔ２でモータ６０が完全に停止した例が示されているため、停止後の交流電流成分の振幅は大振幅のままとなっている。

そのため、本実施形態では、交流電流成分の振幅がどのように変化するかによって、モータ６０の回転方向をも検出することができるのである。例えば図１４の時刻ｔ１以降においては、振幅が中振幅から小振幅へと変化している。そのため、この中振幅から小振幅への変化に基づいて、モータ６０の回転方向が変わったことを検出できる。

そこで本実施形態の回転検出部７２は、信号処理部７１にて生成された第１回転パルスＳｐ１１及び第２回転パルスＳｐ１２に基づき、モータ６０の回転角、回転速度、及び回転方向を検出するよう構成されている。なお、回転速度の検出は、第１回転パルスＳｐ１１又は第２回転パルスＳｐ１２の出力間隔（周期）に基づいて検出することができる。

以上説明した本実施形態によれば、モータ６０において、リングバリスタ５０の各電極間の静電容量値がそれぞれ異なる値となるようにされており、これにより、回転に伴って各ブラシ１８，１９と接触する整流子片が切り替わる毎に、交流電流成分の振幅もそれぞれ異なる大きさに変化する。そのため、高い分解能で回転角を検出することができ、しかも、回転角や回転速度に加えて回転方向をも検出することができる。そのためモータ６０の停止付近で起こりやすい逆転も正確に検出でき、回転方向も考慮されたより精度の高い回転状態の検出が可能となる。

［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。

例えば、上記各実施形態では、リングバリスタとして、一方の円板面上にのみ各電極が形成された構成を例示したが、このような構成はあくまでも一例である。即ち、円板状のリングバリスタにおけるバリスタ素子部は、２つの円板面のうち一方である表面、その２つの円板面のうち他方である裏面、外周面、及び内周面（中心孔の内周面）の、４つの面を有している。

そのため、これら４つの面のうち、上記各実施形態のように何れか一つの面のみ（上記例では表面のみ）に各電極を形成するようにしてもよいのはもちろんのこと、それ以外に、例えば、何れか一つ又は複数の電極を、上記４つの面のうち表面以外の他の面に形成してもよいし、隣接する複数の面に渡って連続的に形成するようにしてもよく、複数の電極毎に、それをバリスタ素子部上のどこにどのように形成するかは適宜決めることができる。

１つの電極が複数の面に渡って連続的に形成された構成の一例を、図１６に示す。図１６は、３つの電極８１，８２，８３のうち２つが複数の面に渡って連続的に形成されたリングバリスタ８０を示すものであり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は底面図である。なお、このリングバリスタ８０におけるバリスタ素子部８４は、第１実施形態のリングバリスタ３０のバリスタ素子部３４と全く同じである。

図１６に示すリングバリスタ８０は、第３電極８３については、バリスタ素子部８４の表面上に形成されている。これに対し、第１電極８１は、バリスタ素子部８４の表面に形成された第１表面電極部８１ａ，バリスタ素子部８４の側面（外周面）に形成された第１側面電極部８１ｂ，及びバリスタ素子部８４の裏面に形成された第１裏面電極部８１ｃを有し、これら各電極部８１ａ，８１ｂ，８１ｃが連続的に形成されて１つの第１電極８１をなしている。

第２電極８２も、第１電極８１と同じように、バリスタ素子部８４の表面に形成された第２表面電極部８２ａ，バリスタ素子部８４の側面（外周面）に形成された第２側面電極部８２ｂ，及びバリスタ素子部８４の裏面に形成された第２裏面電極部８２ｃを有し、これら各電極部８２ａ，８２ｂ，８２ｃが連続的に形成されて１つの第２電極８２をなしている。

このように構成された図１６のリングバリスタ８０は、第１電極８１及び第２電極８２がいずれもバリスタ素子部８４の表面・裏面・外周面の３面に渡って連続的に形成されているため、電極面積をより大きくとることができる。つまり、第３電極８３との面積の差をより大きくすることができる。

そのため、各電極間の静電容量値、即ち各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に等価的に並列接続される各コンデンサＣ３１，Ｃ３２，Ｃ３３の静電容量値は、第２コンデンサＣ３２と第３コンデンサＣ３３が同じ値であって第１コンデンサＣ３１はそれらよりも大きい値であるという点では、第１実施形態のリングバリスタ３０と同じであるが、第１コンデンサＣ３１の静電容量値と他の２つのコンデンサＣ３２，Ｃ３３の静電容量値の差は、第１実施形態のリングバリスタ３０の場合よりも非常に大きい。

そのため、第１実施形態において、図２に示したリングバリスタ３０に変えてこの図１６のリングバリスタ８０を用いれば、状態Ａ，Ａ’のインピーダンスと状態Ｂ，Ｃ，Ｂ’，Ｃ’のインピーダンスの差が大きくなり、交流電流成分の振幅の変化も大きくなる。そのため、回転状態の検出をより精度良く行うことが可能となる。

第２実施形態のリングバリスタ５０のように、３つの電極の面積をそれぞれ異なるように形成する場合についても、電極毎に、バリスタ素子部８４の各面のうちどこにどのように形成するかを適宜決めることで、３つの電極の面積の差をより大きくすることができ、それにより回転状態（特に回転方向）をより精度良く検出することが可能となる。

また、上記各実施形態では、リングバリスタの各電極間の静電容量値に差異を持たせるための具体的構成として、各電極の面積に差異を持たせる構成を採用したが、電極の面積に差異を持たせる構成以外にも（或いはそれに加えて）他の構成によって静電容量値に差異を持たせるようにしてもよい。

その具体的方法は種々考えられ、例えば図１７に示すように、絶縁層の厚さに差異を持たせることで実現することができる。図１７に示すリングバリスタ９０は、バリスタ素子部９４の表面上に３つの電極９１，９２，９３が形成されており、いずれも面積は同じである。

一方、バリスタ素子部８４は、半導体層９５の表面に形成されている絶縁層の厚さが、各電極毎に異なる厚さとなっている。具体的には、第１電極９１に対応した絶縁層、即ち第１電極９１と半導体層９５との間の絶縁層である第１絶縁層９６ａの厚さをｄ１（図１７（ｂ）参照）、第２電極９２に対応した絶縁層、即ち第２電極９２と半導体層９５との間の絶縁層である第２絶縁層９６ｂの厚さをｄ２（図１７（ｃ）参照）、第３電極９３に対応した絶縁層、即ち第３電極９３と半導体層９５との間の絶縁層である第３絶縁層９６ｃの厚さをｄ３（図１７（ｄ）参照）、としたとき、その大小関係は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３、となっている。

そのため、各電極間の静電容量値、即ち各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に等価的に並列接続される各コンデンサＣ４１，Ｃ４２，Ｃ４３の静電容量値は、何れも異なる値となる。つまり、第２実施形態のような、各電極間の静電容量が個々に異なる値となるような特性が、電極の面積の差異ではなく、絶縁層の厚さの差異によって実現されている。

もちろん、図１７に示した構成は一例であって、電極毎に絶縁層の厚さを適宜調整することで、例えば第１実施形態のリングバリスタ３０と同等の特性（電極間の静電容量値の差異）を有するリングバリスタを実現することもできる。

更に、各電極の面積に差異を持たせる構成と、図１７のようにバリスタ素子部側で電極毎に差異を持たせる構成とを組み合わせることもできる。
また、上記各実施形態では、モータにリングバリスタが１つ設けられた構成について説明したが、リングバリスタの数は１つに限定されるものではなく、複数のリングバリスタが設けられたモータを構成してもよい。

例えば、第１実施形態のモータ２において、リングバリスタ３０を２つ設け、整流子１０と２つのリングバリスタ３０の電極との接続を、双方のリングバリスタに対していずれも第１実施形態と同じ接続状態となるようにすることができる。

即ち、第１整流子片１１を、２つのリングバリスタ３０に対していずれも電極面積の大きい第１電極３１に接続し、第２整流子片１２についても、２つのリングバリスタ３０に対していずれも電極面積の大きい第２電極３２に接続し、第３整流子片１３については、２つのリングバリスタ３０に対していずれも電極面積の小さい第３電極３３に接続する。

このようにすることで、回転中にブラシ間に生じる静電容量値の差が、リングバリスタ３０が１つの場合よりも大きくなり、回転状態の検出精度をより高めることができる。
なお勿論、上記のように整流子１０と２つのリングバリスタ３０を接続することはあくまでも一例であり、リングバリスタを幾つ設けるか、また、複数のリングバリスタのそれぞれに対して整流子片１０をどのように接続するかなどについては、適宜決めることができる。

また、上記各実施形態では、リングバリスタとして、円板状のバリスタ素子部に電極が形成されたものを示したが、このような形状はあくまでも一例であり、全体としてリング状の形状をなしている限り、その具体的形状は適宜決めることができる。例えば、ドーナツ形状のバリスタ素子部に電極が形成された構成としてもよい。また例えば、外周が多角形状に形成されたものであってもよい。

また、上記各実施形態では、モータにおける各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３がΔ結線されている構成を例示したが、Δ結線に限らず、各相コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３がスター結線されたモータであっても、本発明を適用できる。

また、上記各実施形態では、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。

例えば５相の直流モータの場合、リングバリスタとして５つの電極を有するものを用いることになるが、この場合も、リングバリスタの各電極間の静電容量値に差異を持たせることで、モータが１８０°回転する間にインピーダンスの変化が二種類（二段階）或いはそれ以上生じるように構成することができる。

図１８に、本発明を５相の直流モータに適用した場合の一例を示す。図１８は、５相の直流モータのうち、整流子１１０とリングバリスタ１００のみを図示している。整流子１１０は、第１整流子片１１１、第２整流子片１１２、第３整流子片１１３、第４整流子片１１４、及び第５整流子片１１５の５つの整流子片を有している。

一方、リングバリスタ１００は、第１電極１０１、第２電極１０２、第３電極１０３、第４電極１０４、及び第５電極１０５の５つの電極を有している。このうち、第１電極１０１，第２電極１０２，及び第３電極１０３は、第４電極１０４及び第５電極１０５よりも電極面積が大きい。

そして、第１電極１０１には第１整流子片１１１が接続され、第２電極１０２には第１整流子片１１２が接続され、第３電極１０３には第１整流子片１１３が接続され、第４電極１０４には第１整流子片１１４が接続され、第５電極１０５には第１整流子片１１５が接続されている。

このような構成において、図示しない一対のブラシと接触する整流子片の組（延いてはその整流子片の組を介して電気的に接続される電極の組）は、直流モータが１８０度回転する間に次のように変化する。即ち、例えばある時点で一対のブラシに接触している整流子片が第１整流子片１１１と第３整流子片１１３であるとする（この場合、これら各整流子片を介して第１電極１０１と第３電極１０３がブラシに接続されている）。そこから直流モータが回転すると、一対のブラシに接触する整流子片は、第５整流子片１１５と第３整流子片１１３に切り替わり（つまり第５電極１０５と第３電極１０３がブラシに接続され）、さらに回転すると第５整流子片１１５と第２整流子片１１２に切り替わり（つまり第５電極１０５と第２電極１０２がブラシに接続され）、さらに回転すると第４整流子片１１４と第２整流子片１１２に切り替わり（つまり第４電極１０４と第２電極１０２がブラシに接続され）、さらに回転すると第４整流子片１１４と第１整流子片１１１に切り替わる（つまり第４電極１０４と第１電極１０１がブラシに接続される）。

そのため、直流モータが１８０度回転する間に、一対のブラシ間の静電容量値は、少なくとも大きな値と小さな値の２種類に変化する。具体的には、上記の５種類の接続状態のうち、第１整流子片１１１と第３整流子片１１３がブラシに接触している状態（つまり第１電極１０１と第３電極１０３がブラシに接続されている状態）では、ブラシに接続されている双方の電極の面積がいずれも大きいため静電容量値も大きい。これに対し、その他の状態では、ブラシに接続される電極のうち一方が小さい（第４電極１０４又は第５電極１０５となる）ため、静電容量値は小さくなる。

よって、上記のように１８０度回転する間に生じる少なくとも２種類の静電容量値の変化（延いてはブラシ間のインピーダンスの変化）に基づいて、上述した各実施形態と同様に直流モータの回転状態を検出することができる。

つまり、モータにおける電機子コイルの相数にかかわらず、リングバリスタの各電極間の静電容量値に適宜差異を持たせることで、結果として、モータの回転に伴ってブラシ間のインピーダンスを複数種類（複数段階）に変化させ、それによってモータ電流の交流電流成分も複数段階に変化させることができる。そして、その交流電流成分の変化に基づいて回転状態（回転角、回転方向、回転速度の少なくとも１つ）を検出することができる。

また、上記各実施形態では、リングバリスタの形状として、いずれも、全体として真円の円板状のものを図示したが、これらはあくまでも一例である。例えば、真円ではなく楕円であってもよいし、外周が多角形状のものであってもよく、その形状（特に外周形状）は限定されるものではない。また、モータの回転軸とリングバリスタの中心との位置関係についても、必ずしも両者を一致させる必要はない。

更に、リングバリスタは、必ずしも円周に沿って連続的に形成された完全な円板状のものである必要はなく、例えば図１９（ａ），（ｂ）に示すようなＣ型形状のものであってもよい。

図１９（ａ）のリングバリスタ１２０は、は、Ｃ型形状のバリスタ素子部１２４の一方の面に第１電極１２１，第２電極１２２，及び第３電極１２３が形成されたものであり、このうち第１電極１２１と第２電極１２２は同じ面積であって、これら２つに対して第３電極１２３は面積が小さい。そして、バリスタ素子部１２４は、完全な円板状ではなく、一部に素子間隙部１２５が形成されており、これにより全体としてＣ型の形状をなしている。

図１９（ｂ）のリングバリスタ１３０も、電極面積を除けば基本的には図１９（ａ）のリングバリスタ１２０と同じである。即ち、Ｃ型形状のバリスタ素子部１３４の一方の面に第１電極１３１，第２電極１３２，及び第３電極１３３が形成されたものであり、これら３つの電極１３１，１３２，１３３はいずれも同じ面積である。そして、バリスタ素子部１３４は、完全な円板状ではなく、一部に素子間隙部１３５が形成されており、これにより全体としてＣ型の形状をなしている。このリングバリスタ１３０は、電極面積は同じであるが、バリスタ素子部１３４がＣ型形状をなしていることから、ブラシ間のインピーダンスはモータの回転に伴って少なくとも２種類に変化することになる。

図１９（ａ），（ｂ）に示した各リングバリスタ１２０，１３０は、完全な円板状ではないリングバリスタの１つの例であって、これら各リングバリスタ１２０，１３０以外の種々の形状のリングバリスタであってもよいことは言うまでもない。

また、上記各実施形態は、リングバリスタによってブラシ間の静電容量値を変化させる構成であったが、静電容量値に加えてブラシ間のインダクタンス値についてもモータ回転中に変化するように構成してもよく、そのようにすれば、ブラシ間のインピーダンスをより大きく変化させることができる。具体的には、例えばモータの各相コイルのいずれか１つ（又は２つ）に対して別途インダクタンス素子を直列又は並列に接続したり、或いは各相コイルのうちいずれか１つの巻数を他の各相コイルとは異なるようにすることで実現できる。

より具体的な例を挙げると、例えば上記第１実施形態で説明したモータ２において、第１相コイルＬ１の巻数を他の各相コイルＬ２，Ｌ３よりも増やすことにより、第１相コイルＬ１のインダクタンスを増加させれば、図５に示した状態Ａにおいて、第１相コイルＬ１と第１コンデンサＣ１の並列回路の共振周波数ｆ１（図６参照）がさらに小さくなる。そのため、他の状態Ｂ，Ｃの共振周波数ｆ３との差が広がり、インピーダンスの差をより大きくすることができる。

但し、モータの相コイルのインダクタンスを変化させると、その変化の度合い（巻数の差）によってはモータにトルク変動が生じるおそれがある。そのため、ブラシ間のインダクタンスを変化させる場合は、可能な限りトルク変動が抑制されるようにするのが好ましい。

また、上記各実施形態では、モータの回転中に生じる、隣接する２つの整流子片に１つのブラシが同時に接触する切り替わり期間については、考慮しないものとしたが、この切り替わり期間に生じるブラシ間のインピーダンス変化を利用してモータの回転状態を検出することも可能である。そして、このように切り替わり期間のインピーダンス変化を利用する場合は、必ずしも、リングバリスタの電極面積を上記各実施形態のように変化させる必要はない。つまり、電極面積がいずれも同じであって隣接する電極間の静電容量値が同じである公知のリングバリスタをそのまま用いても、切り替わり期間に生じるインピーダンス変化を利用して回転状態を検出することは可能である。

また、上記各実施形態では、交流電源４として、図４（ａ）で説明したように振幅Ｖｓの正弦波状の電圧を出力するものを例に挙げて説明したが、交流電源４が出力する交流は正弦波交流に限らないのはいうまでもなく、種々の波形の交流電圧を出力することができる。例えば、正弦波交流電圧に代えて、方形波電圧を出力するようにしてもよい。

１…回転検出装置、２，６０…モータ、３…直流電源、４…交流電源、５…電源部、６…回転信号検出部、７，７２…回転検出部、１０…整流子、１１，１１１…第１整流子片、１２，１１２…第２整流子片、１３，１１３…第３整流子片、１４…ハウジング、１５，１６…磁石、１７…回転軸、１８，１９…ブラシ、２０…ロータコア、２１…第１ティース、２２…第２ティース、２３…第３ティース、２４…電機子コイル、２６…電流検出部、２７，７１…信号処理部、３０，５０，８０，９０，１００，１２０，１３０…リングバリスタ、３０ａ，５０ａ…第１バリスタ、３０ｂ，５０ｂ…第２バリスタ、３０ｃ，５０ｃ…第３バリスタ、３１，５１，８１，９１，１０１，１２１，１３１…第１電極、３２，５２，８２，９２，１０２，１２２，１３２…第２電極、３３，５３，８３，９３，１０３，１２３，１３３…第３電極、３４，５４，８４，９４，１０６，１２４，１３４・・バリスタ素子部、３５，９５…半導体層、３６…絶縁層、４１…ＨＰＦ、４２…増幅部、４３…包絡線検波部、４４…ＬＰＦ、４５…閾値設定部、４６…比較部、４７…パルス生成部、４８…オペアンプ、４９…コンパレータ、７３…第１比較部、７４…第２比較部、７５…第１閾値設定部、７６…第２閾値設定部、８１ａ…第１表面電極部、８１ｂ…第１側面電極部、８１ｃ…第１裏面電極部、８２ａ…第２表面電極部、８２ｂ…第２側面電極部、８２ｃ…第２裏面電極部、９６ａ…第１絶縁層、９６ｂ…第２絶縁層、９６ｃ…第３絶縁層、１０４…第４電極、１０５…第５電極、１１４…第４整流子片、１１５…第５整流子片、１２５，１３５…素子間隙部、Ｃ１，Ｃ２１，Ｃ３１…第１コンデンサ、Ｃ２，Ｃ２２，Ｃ３２…第２コンデンサ、Ｃ３，Ｃ２３，Ｃ３３…第３コンデンサ、Ｃ１０…カップリングコンデンサ、Ｌ１…第１相コイル、Ｌ２…第２相コイル、Ｌ３…第３相コイル、Ｒ１…電流検出抵抗

Claims (8)

1. 少なくとも３相の相コイルからなる電機子コイルと、
   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、
   前記整流子に摺接し、該整流子を介して前記各相コイルへ電力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、該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、
   前記少なくとも一対のブラシ間に対し、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、
   前記少なくとも一対のブラシを介して前記直流モータに流れるモータ電流、又は該モータ電流が流れる通電経路上の電圧である経路電圧を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モータ電流又は前記経路電圧に含まれる交流成分に基づいて、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、又は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、当該直流モータの回転軸に同軸状に固定されたリング状のバリスタ素子部及び該バリスタ素子部の表面においてその周方向に沿って形成された複数の電極を有するリングバリスタを少なくとも１つ備え、
   前記複数の整流子片の各々は、前記リングバリスタが有する前記複数の電極のうち互いに異なる何れか１つの電極と接続されており、
   前記リングバリスタは、前記各電極間にそれぞれ静電容量を有していると共に、前記各整流子片が接続されている前記各電極のうち何れか２つの電極を一組として、少なくとも一組の電極間の静電容量値が他の組の電極間の静電容量値とは異なる値である、静電容量不均等状態となるように構成されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
2. 請求項１に記載の回転検出装置であって、
   前記一組をなす前記２つの電極は、前記直流モータの一回転中に前記一対のブラシの各々に同時に接触する２つの前記整流子片に接続された２つの電極である
   ことを特徴とする回転検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転検出装置であって、
   前記リングバリスタは、前記静電容量不均等状態として、前記各整流子片が接続されている前記各電極のうち少なくとも二組の電極間の静電容量値が、互いに異なる値であって且つ該二組以外の他の組の電極間の静電容量値とも異なる値となるように構成されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の回転検出装置であって、
   前記リングバリスタは、前記各整流子片が接続されている前記各電極の少なくとも１つが他の各電極とは異なる面積となるように形成されており、少なくとも該面積の差異によって前記静電容量不均等状態が実現されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
5. 請求項４に記載の回転検出装置であって、
   前記リングバリスタは、
   前記バリスタ素子部が、前記回転軸の軸心と同一又は略同一の軸心を有すると共に該軸心が通る中心孔が形成された円板状に形成されており、
   前記各整流子片が接続されている前記各電極の少なくとも１つが、前記円板状のバリスタ素子部における２つの円板面のうち一方である表面、他方である裏面、該バリスタ素子部の外周面、又は該バリスタ素子部における前記中心孔の内周面の、４つの面のうち、複数の面に渡って連続的に形成されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の回転検出装置であって、
   前記直流モータは、前記リングバリスタを複数備えており、
   前記各整流子片は、前記複数のリングバリスタの各々に対し、該リングバリスタが有する前記複数の電極のうち互いに異なる何れか１つの電極と接続されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の回転検出装置であって、
   前記リングバリスタは、前記バリスタ素子部が、半導体セラミックスからなる半導体層と、該半導体層の表面に形成された絶縁層とを備え、該絶縁層上に前記複数の電極が形成されており、
   前記絶縁層は、前記各整流子片が接続されている前記各電極のうち少なくとも１つの電極と前記半導体層の間の厚さが、他の各電極と前記半導体層の間の厚さとは異なるように形成されており、少なくとも該厚さの差異によって前記静電容量不均等状態が実現されている
   ことを特徴とする回転検出装置。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の回転検出装置であって、
   前記電源手段は、
   前記直流モータへ前記直流電圧を印加する直流電源と、
   前記直流モータへ前記交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、
   を備え、
   前記直流電源からの直流電圧及び前記交流電圧印加手段からの交流電圧がそれぞれ前記直流モータに印加されることにより、前記直流モータに前記交流重畳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。