JP6019796B2 - 直流モータの回転状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを検出して回転状態を判定するとともに、モータの累積回転量を求めてモータに駆動される可動部材の位置を検出する装置に関する。

直流モータの一種に、回転電機子にコンミテータを備えてブラシから通電方向を切り換える方式の直流ブラシモータがあり、例えば車両用シート装置のスライド用や高さ調整用、リクライニング角度調整用などに適用されている。直流ブラシモータでは、回転電機子が回転してブラシとコンミテータの接触が切り替わることに起因して電流リップルが発生し、電機子電流に重畳する。したがって、直流の電機子電流に含まれる交流分の電流リップルを抽出して波形整形し、極大点、極小点、ゼロクロス点などの特異点を検出することにより、回転電機子の回転位相を知ることができ、回転位相センサや累積回転量センサの代わりになる。つまり、これらのセンサを別途設けずとも回転状態を判定でき、上記例では車両用シートのスライド位置やシート高さ、リクライニング角度などをセンサレスで検出できる。

本願出願人は、この種のリップル検出を応用してセンサレスで可動部材の位置を調整できるようにした制御装置を特許文献１に開示している。特許文献１のモータの制御装置は、駆動電流を検出する電流検出手段と、リップル成分をリップルパルス化して出力するパルス検出手段と、リップルパルスに基づいて制御を行う制御手段とを備え、制御手段は起動時突入電流と定常電流との差が第１の所定値よりも小さい場合に超低速回転であると判定する。これにより、モータ起動時に、リップルパルスを正確に検出できない超低速の回転状態を検出できる。

また、特許文献１の第４の実施形態では、モータ電流が増加しつつあるときの超低速回転の検出方法を開示している。すなわち、モータ回転が緩やかに低下する場合にはリップルパルスの周期が所定のしきい値を越えたときに超低速回転と判定し、モータ回転が急激に低下する場合には駆動電流の変化率が所定値以上になったときに超低速回転と判定する。さらに後者の場合、モータに駆動される車両用シートなどの可動部材がその可動範囲の端部でストッパ等にぶつかって停止するロック状態の直前であると判定して、モータを停止させる。

以上説明したように、特許文献１では、起動状態およびロック状態という特殊な動作状態（特殊域）を検出し、このときのリップル検出精度が低下することを考慮して対処するようにしている。

特開２００２−３２５４７５号公報

ところで、特許文献１の制御装置では、ロック状態に至る過程で回転速度が低下すると、リップル波形が変歪してリップル増しの誤検出が発生しやすくなる。これにより、回転速度を正確に検出できず、超低速回転を判定できなくなって、ロック状態でモータを停止できないおそれが生じる。また、ロック状態に至る過程にばらつきが有るので、ロック状態を正確に判定するしきい値の設定が難しい。具体的な例として車両用シートを前後方向にスライド移動させるモータでは、シートに着座している乗員の体重や挙動、シートの製作上のばらつきなどに起因して、ロック状態の直前に流れる駆動電流の大きさおよび変化率が変動するので、超低速回転と判定する所定値の設定が難しい。

また、特許文献１では、起動状態およびロック状態という特殊域での超低速回転を検出するが、そのときの具体的な対処方法を開示していない。特殊域においても、モータの回転状態を正確に判定し、リップル検出精度の低下を抑制して累積回転量を正確に求め、可動部材の位置を正確に検出することが必要である。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、直流モータの起動状態およびロック状態という特殊域の回転状態を正確に判定し、特殊域であっても直流モータに駆動される可動部材の位置検出精度を維持できる直流モータの回転状態検出装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る直流モータの回転状態検出装置の発明は、直流モータの回転電機子に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、前記電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求めるフィルタ部と、前記リップル波形に基づいて前記電流リップルを検出するリップル検出部と、を備えた直流モータの回転状態検出装置であって、前記リップル検出部は、前記リップル波形が振幅閾値だけ変化したタイミングで前記電流リップル有りと判定するリップル振幅判定手段と、前記電機子電流が概ね定常値に落ち着いている回転状態を定常域と判定し、前記電機子電流が変化しつつある回転状態を特殊域と判定する回転状態判定手段と、前記リップル振幅判定手段が前記定常域で用いる定常振幅閾値、および前記特殊域で用いる特殊振幅閾値を設定する閾値設定手段と、を含み、前記回転状態判定手段は、前記直流モータの負荷が過大になって前記電機子電流が所定値以上まで増加した時間帯をロック状態の特殊域と判定し、前記閾値設定手段は、前記リップル振幅判定手段が前記ロック状態の特殊域で用いる前記特殊振幅閾値を前記定常振幅閾値よりも大きく設定する。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動したときの起動時最大電流の所定比率以上まで前記電機子電流が増加した時間帯を前記ロック状態の特殊域と判定する。

請求項３に係る発明は、直流モータの回転電機子に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、前記電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求めるフィルタ部と、前記リップル波形に基づいて前記電流リップルを検出するリップル検出部と、を備えた直流モータの回転状態検出装置であって、前記リップル検出部は、前記リップル波形が振幅閾値だけ変化したタイミングで前記電流リップル有りと判定するリップル振幅判定手段と、前記電機子電流が概ね定常値に落ち着いている回転状態を定常域と判定し、前記電機子電流が変化しつつある回転状態を特殊域と判定する回転状態判定手段と、前記リップル振幅判定手段が前記定常域で用いる定常振幅閾値、および前記特殊域で用いる特殊振幅閾値を設定する閾値設定手段と、を含み、前記回転状態判定手段は、前記電機子電流が前記起動時最大電流に１未満の所定比率を乗じた値以上でかつ前記起動時最大電流未満になっている時間帯をロック時特殊域と判定し、さらに、前記電機子電流が前記起動時最大電流以上になっている時間帯をロック停止時特殊域と判定し、前記閾値設定手段は、前記定常域および前記ロック時特殊域では前記リップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて前記定常振幅閾値およびロック時特殊振幅閾値を設定し、前記ロック停止時特殊域では前記電機子電流の大きさから決まるロック停止時特殊振幅閾値を設定する。

請求項４に係る発明は、請求項２または３において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動してから所定時間が経過するまでに前記電機子電流が極大値に達し、かつ前記極大値に達した時点から所定判定時間が経過するまで前記電機子電流が前記極大値以下である条件を満たす場合に、前記極大値を前記起動時最大電流とし、前記条件を満たす極大値が存在しない場合に、前記所定時間が経過するまでの前記電機子電流の最大値を前記起動時最大電流とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動して前記電機子電流が過渡的に大きな起動時電流から概ね定常値に落ち着くまでの時間帯を起動状態の特殊域と判定し、前記閾値設定手段は、前記リップル振幅判定手段が前記起動状態の特殊域で用いる前記特殊振幅閾値を前記定常振幅閾値よりも大きく設定する。

請求項６に係る発明は、請求項５において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段が所定個数の電流リップルを判定するまでの時間帯、あるいは、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段がリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を前記起動状態の特殊域と判定する。

請求項７に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段が所定個数のリップルを判定するまでの時間帯を起動時特殊域と判定し、さらに、前記起動時特殊域の終了時点から前記リップル振幅判定手段が前記リップル波形のリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を学習時特殊域と判定し、前記閾値設定手段は、前記起動時特殊域では前記電機子電流の大きさから決まる起動時特殊振幅閾値を設定し、前記学習時特殊域では前記リップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて学習時特殊振幅閾値を設定する。

請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項において、前記リップル検出部は、前記定常域でリップル周期が著変した場合にリップル抜けまたはリップル増しが発生したと判定してリップル周期を補正する周期補正手段をさらに含む。

請求項１に係る直流モータの回転状態検出装置の発明では、回転状態判定手段は、電機子電流が概ね定常値に落ち着いているか否かにより定常域と特殊域とを区別して判定し、閾値設定手段は、定常域の定常振幅閾値および特殊域の特殊振幅閾値を別々に設定する。したがって、回転状態判定手段は、電機子電流が通常時よりも大きくなる起動状態およびロック状態を特殊域として判定できる。また、リップル検出部は、特殊域で定常振幅閾値とは異なる特殊振幅閾値を用いて電流リップルを検出するので、電機子電流の大きさの変化やリップル波形の変歪に対してリップル検出精度の低下が抑制され、正確な累積回転量を求めることができる。これにより、最終的に可動部材の位置検出精度が維持される。また、ロック状態で直流モータを停止する制御とも併用でき、ロック状態の検出および直流モータの停止を確実にするフェールセーフの機能を付加できる。

加えて、回転状態判定手段は、直流モータの負荷が過大になって電機子電流が所定値以上まで増加した時間帯をロック状態の特殊域と判定し、閾値設定手段は、特殊振幅閾値を定常振幅閾値よりも大きく設定する。したがって、回転状態判定手段は、電機子電流が定常値よりも大きくなるロック状態を確実に判定できる。また、リップル検出部は、ロック状態で定常振幅閾値よりも大きな特殊振幅閾値を用いて電流リップルを検出するので、電機子電流の増加や変歪によって引き起こされるリップル波形の微小変化を電流リップルと誤検出するおそれが抑制される。これにより、最終的に可動部材の位置検出精度が維持される。

請求項２に係る発明では、回転状態判定手段は、直流モータが起動したときの起動時最大電流の所定比率以上まで電機子電流が増加した時間帯をロック状態の特殊域と判定する。これにより、それぞれの直流モータの毎回の起動時最大電流に基づいてロック状態の特殊域を判定できるので、直流モータの製造上の性能のばらつきおよび経時特性変化に影響されない。また、従来技術で説明したロック状態を正確に判定するしきい値の設定が容易になる。

請求項３に係る発明では、回転状態判定手段は、電機子電流の大きさに基づくことで、ロック状態をロック時特殊域およびロック停止時特殊域に細分して確実に判定できる。一方、閾値設定手段は、定常域およびロック時特殊域ではリップル波形の振幅を学習して定常振幅閾値およびロック時特殊振幅閾値を設定し、ロック停止時特殊域では電機子電流の大きさから決まるロック停止時特殊振幅閾値を設定する。つまり、閾値設定手段は、定常域ではリップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて定常振幅閾値を設定する。これにより、定常域におけるリップル波形の変動の影響が抑制されるので、リップル検出精度が著しく向上する。また、ロック時特殊域では未だリップル波形の変歪がわずかであるので振幅を学習して振幅閾値を設定し、ロック停止時特殊域ではリップル波形の繰り返し再現性が期待できないので振幅の学習は行わずに予め電機子電流の大きさから定めた振幅閾値を設定する。これにより、ロック状態を通してリップル検出精度の低下が抑制される。

請求項４に係る発明では、回転状態判定手段は、起動時最大電流を明確に決定するので、起動時最大電流が不明になってロック状態、ロック時特殊域、およびロック停止時特殊域が不明になるおそれを解消できる。例えば、可動部材が可動範囲の端部付近に位置していて、直流モータが起動されて電機子電流が起動時電流から定常値に落ち着く以前にロック状態に移行してしまう場合であっても、本態様によれば支障なくリップル検出できる。

請求項５に係る発明では、回転状態判定手段は、直流モータが起動して電機子電流が過渡的に大きな起動時電流から概ね定常値に落ち着くまでの時間帯を起動状態の特殊域と判定し、閾値設定手段は、特殊振幅閾値を定常振幅閾値よりも大きく設定する。したがって、回転状態判定手段は、電機子電流が定常値よりも大きくなる起動状態を確実に判定できる。また、リップル検出部は、起動状態で定常振幅閾値よりも大きな特殊振幅閾値を用いて電流リップルを検出するので、電機子電流の増加や変歪によって引き起こされるリップル波形の微小変化を電流リップルと誤検出するおそれが抑制される。これにより、最終的に可動部材の位置検出精度が維持される。

請求項６に係る発明では、回転状態判定手段は、直流モータが起動してからリップル振幅判定手段が所定個数の電流リップルを判定するまでの時間帯、あるいは、直流モータが起動してからリップル振幅判定手段がリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を起動状態の特殊域と判定する。これにより、それぞれの直流モータの毎回の起動時に個別に起動状態の特殊域を判定できるので、直流モータの製造上の性能のばらつきおよび経時特性変化に影響されない。また、従来技術で説明したロック状態を正確に判定するしきい値の設定が容易になる。

請求項７に係る発明では、回転状態判定手段は、直流モータが起動してから所定個数のリップルを判定するまでの時間帯を起動時特殊域と判定し、さらに、起動時特殊域の終了時点からリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を学習時特殊域と判定する。したがって、回転状態判定手段は、起動状態を起動時特殊域および学習時特殊域に細分して確実に判定できる。一方、閾値設定手段は、起動時特殊域では電機子電流の大きさから決まる起動時特殊振幅閾値を設定し、学習時特殊域ではリップル波形の振幅を学習して学習時特殊振幅閾値を設定する。つまり、起動時特殊域ではリップル波形の繰り返し再現性が期待できないので振幅の学習は行わずに予め電機子電流の大きさから定めた振幅閾値を設定し、学習時特殊域ではリップル波形の変歪が徐々に軽減されるので振幅を学習して振幅閾値を設定する。これにより、ロック状態を通してリップル検出精度の低下が抑制される。

請求項８に係る発明では、リップル検出部は、定常域でリップル周期が著変した場合にリップル抜けまたはリップル増しが発生したと判定してリップル周期を補正する周期補正手段をさらに含む。したがって、この種の装置で発生しがちな１／２周波数ノイズ（二分の一周波数ノイズ）や２倍周波数ノイズなどの影響を抑制できる。

実施形態の直流モータの回転状態検出装置を組み込んだ車両用シート制御装置の全体構成を示す構成図である。 回転状態判定手段により判定された回転状態を電機子電流の波形上に示した図である。 回転状態判定手段による状態判定機能、および各回転状態における電圧リップル検出部内の各部の処理機能の概要を説明する一覧表の図である。 起動域（起動時特殊域）に用いる立上り起動時特殊振幅閾値および立下り起動時特殊振幅閾値を例示説明する図である。 リップル振幅判定手段によるリップル波形の振幅判定処理方法を説明する波形図である。 起動時最大電流の決定方法を説明する波形図であり、（１）は一般的な場合、（２）および（３）は特殊な場合を示している。 実施形態の直流モータの回転状態検出装置によるロック状態でのリップル検出状況を示す波形図である。 従来技術の装置によるロック状態でのリップル検出状況を示す波形図である。

本発明の実施形態の直流モータの回転状態検出装置２は、車両用シート制御装置１に組み込まれている。図１は、実施形態の直流モータの回転状態検出装置２を組み込んだ車両用シート制御装置１の全体構成を示す構成図である。車両用シート制御装置１は、直流モータ３を用いて図略のシートの位置および姿勢を制御する装置である。車両用シート制御装置１は、４個の直流モータ３、シート制御ＥＣＵ４、バッテリ５、および操作スイッチ群６などにより構成されている。シート制御ＥＣＵ４は、制御ＣＰＵ４１、図略のＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ、４組のリレー群４２、シャント抵抗４３、フィルタ部４４、遮断周波数設定部４５、およびリップル検出部７などで構成されている。また、実施形態の直流モータの回転状態検出装置２は、シャント抵抗４３、フィルタ部４４、およびリップル検出部７で構成される。

４個の直流モータ３は、電機子巻線および対をなしたコンミテータを有する回転子と、対をなしたブラシを有する固定子とを備えた直流ブラシモータである。各直流モータ３は、正転駆動および逆転駆動により、可動部材である図略のシートの位置および姿勢を調整する。すなわち、スライドモータは、シート全体を前後にスライドさせる。リクライニングモータは、シートバックのリクライニング角度を前後に調整する。フロントバーチカルモータは、シートクッションの前部を上下に駆動して高さを調整する。そして、リフタモータは、シートクッションの後部を上下に駆動して高さを調整する。

バッテリ５は、車載された直流電源であり、車載の電装品の大多数に共用で用いられる。バッテリ５の負側端子５ｎは接地点Ｅとなる車両のシャーシに接地されており、正側端子５ｐから４個の直流モータ４およびシート制御ＥＣＵ４に電源電圧ＶＢを給電する。シート制御ＥＣＵ４は、図略の安定化電源部を内蔵しており、安定化電源部から出力された安定電圧によって駆動される。バッテリ５の電源電圧ＶＢは、消耗時には低下し、充電実施中は上昇するので、正側端子５ｐが電圧入力線４９を介して制御ＣＰＵ４１に接続され、電源電圧ＶＢの大きさが測定されるようになっている。

４組のリレー群４２は、４個の直流モータ３にそれぞれ対応して設けられている。各リレー群４２の動作により、バッテリ５から各直流モータ３への給電が制御されて、正転駆動、逆転駆動、および給電停止の切り替えが行われるようになっている。

操作スイッチ群６は、シートに着座した乗員がシートの位置および姿勢を調整するために操作するスイッチである。操作スイッチ群６は、４個の直流モータ３の正転駆動および逆転駆動にそれぞれ対応したスライドスイッチ６１ａ、６１ｂ、リクライニングスイッチ６２ａ、６２ｂ、フロントバーチカルスイッチ６３ａ、６３ｂ、およびリフタスイッチ６４ａ、６４ｂで構成されている。操作スイッチ群６の各スイッチ６１ａ〜６４ｂは、制御ＣＰＵ４１の入力インターフェースと接地点Ｅの間に接続されており、操作状態が制御ＣＰＵ４１で判別されるようになっている。

シート制御ＥＣＵ４の制御ＣＰＵ４１は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行し、演算結果をＲＡＭに一時的に記憶する。制御ＣＰＵ４１は、図略の入力インターフェースにより操作スイッチ群６およびリップル検出部７に接続され、図略の出力インターフェースにより４組のリレー群４２に接続されている。

制御ＣＰＵ４１は、いずれかの操作スイッチ６１ａ〜６４ｂが乗員に操作されると、当該の直流モータ３を正転駆動または逆転駆動するようにリレー群４２を制御する。さらに、制御ＣＰＵ４１は、リップル検出部７から受け取った検出パルス波形Ｗｐｌｓのパルス数をカウントし、正転駆動では累積回転量に加算し、逆転駆動では減算して、シートの位置または姿勢を検出する。

なお、本車両用シート制御装置１では、複数の直流モータ３の同時動作を許容せず、制御ＣＰＵ４１はひとつの直流モータ３の動作が終了した後に次の直流モータを動作させるように制御する。したがって、シャント抵抗４３、フィルタ部４４、遮断周波数設定部４５、およびリップル検出部７は、４個の直流モータ３に共用となっている。これに限定されず、複数の直流モータ３の同時動作を許容し、個別にこれらの部位４３、４４、４５、７を設けるようにしてもよい。

シャント抵抗４３は、本発明の電流検出部に相当し、リレー群４２と接地点Ｅとの間に電気接続されている。バッテリ５の正側端子５ｐはリレー群４２を経由して一方のブラシに電気接続され、他方のブラシはリレー群４２およびシャント抵抗４３を経由して接地点Ｅに接地され、バッテリ５の負側端子５ｎに戻る帰路が形成される。これにより、直流モータ３の電機子巻線に電源電圧ＶＢが印加されて電機子電流Ｉｍが流れる。シャント抵抗４３は、オーム則により電機子電流Ｉｍの電流波形を電圧波形Ｗｍに変換する。したがって、電圧波形Ｗｍは電機子電流Ｉｍの電流波形と相似になる。シャント抵抗４３の両端は、フィルタ部４４およびリップル検出部７に電気接続されており、電圧波形Ｗｍが受け渡される。

フィルタ部４４は、電圧波形Ｗｍにフィルタ処理を施してリップル波形Ｗｒｐｌを抽出し、リップル検出部７に出力する。フィルタ部４４には、ディジタル演算方式で上側遮断周波数ｆＨおよび下側遮段周波数ｆＬが可変のバンドパスフィルタを用いることができ、電機子電流Ｉｍの直流分や１／２周波数成分、倍周波数成分、および高周波のノイズ分などを除去してリップル波形Ｗｒｐｌを抽出する。

遮断周波数設定部４５は、リップル検出部７から出力された検出パルス波形Ｗｐｌｓに基づいて、フィルタ部４４の上側遮断周波数ｆＨおよび下側遮段周波数ｆＬを可変に設定する。フィルタ部４４および遮断周波数設定部４５には、公知の各種技術を応用できるので詳細な説明は省略する。

リップル検出部７は、リップル波形Ｗｒｐｌに基づいて電流リップルを検出し、検出パルス波形Ｗｐｌｓを出力する。リップル検出部７は、リップル振幅判定手段７１、回転状態判定手段７２、閾値設定手段７３、および周期補正手段７４を含んでいる。リップル振幅判定手段７１にはリップル波形Ｗｒｐｌが入力され、回転状態判定手段７２には電機子電流Ｉｍの波形（電圧波形Ｗｍ）が入力されている。また、周期補正手段７４は、遮断周波数設定部４５および制御ＣＰＵ４１に検出パルス波形Ｗｐｌｓを出力する。

図２は、回転状態判定手段７２により判定された回転状態を電機子電流Ｉｍの波形上に示した図である。また、図３は、回転状態判定手段７２による状態判定機能、および各回転状態におけるリップル検出部７内の各部７１、７３、７４の処理機能の概要を説明する一覧表の図である。図２及び図３に示されるように、回転状態判定手段７２は、電機子電流Ｉｍの大きさおよび変化の状況に基づいて、直流モータ３の回転状態をスタート域Ｂ０、起動域Ｂ１（起動時特殊域）、学習域Ｂ２（学習時特殊域）、定常域Ｂ３、ロック域Ｂ４（ロック時特殊域）、およびロック停止域Ｂ５（ロック停止時特殊域）の６つのいずれか判定する。

回転状態判定手段７２は、図２の時刻ｔ１で起動指令が発せられてから、電機子電流Ｉｍが起動判定電流Ｉｏ以上になる時刻ｔ２までをスタート域Ｂ０と判定する。起動判定電流Ｉｏは、ノイズにより誤って起動と判定しない程度に小さく設定する。回転状態判定手段７２は、スタート域Ｂ０の終了時刻ｔ２からリップル振幅判定手段７１が１０リップルを検出する時刻ｔ３までを、本発明の起動時特殊域に該当する起動域Ｂ１と判定する。回転状態判定手段７２は、起動域Ｂ１で、直流モータ３が起動したときに電機子電流Ｉｍが過渡的に増加する起動時最大電流Ｉｍａｘを記憶しておく。

回転状態判定手段７２は、起動域Ｂ１の終了時刻ｔ３から、リップル振幅判定手段７１がリップル周期の安定を判定する時刻ｔ４までを、本発明の学習時特殊域に該当する学習域Ｂ２と判定する。リップル周期の安定条件は、例えば、連続４リップルの各周期が誤差２０％以内または３０％以内に収まったときとする。ただし、リップル周期が早期に安定しても、最短でリップル振幅判定手段７１が３０リップルを検出するまでは学習域Ｂ２とする。

さらに、回転状態判定手段７２は、学習域Ｂ２の終了時刻ｔ４から、電機子電流Ｉｍおよび電源電圧ＶＢが安定している間、図の例では時刻ｔ５までを定常域Ｂ３と判定する。時刻ｔ５で、電機子電流Ｉｍが起動時最大電流Ｉｍａｘの９０％まで増加すると、回転状態判定手段７２は、本発明のロック時特殊域に該当するロック域Ｂ４と判定する。そして時刻ｔ６で、電機子電流Ｉｍが起動時最大電流Ｉｍａｘの１００％以上になると、回転状態判定手段７２は、本発明のロック時特殊域に該当するロック停止域Ｂ５と判定する。回転状態判定手段７２は、判定した回転状態を閾値設定手段７３に受け渡す。

閾値設定手段７３は、図３に示されるように、スタート域Ｂ０では振幅閾値を設定しない。また、閾値設定手段７３は、起動域Ｂ１では閾値マップを用いて電機子電流Ｉｍの大きさから決まる起動時特殊振幅閾値を設定する。起動時特殊振幅閾値は、リップル波形Ｗｒｐｌの増加時に用いる立上り起動時特殊振幅閾値Ｖｒおよびリップル波形Ｗｒｐｌの減少時に用いる立下り起動時特殊振幅閾値Ｖｆからなる。立上りおよび立下り起動時特殊振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆは、例えば、予め確認実験により求めて、メモリに閾値マップとして記憶させておくことができる。

図４は、起動域Ｂ１に用いる立上り起動時特殊振幅閾値Ｖｒおよび立下り起動時特殊振幅閾値Ｖｆを例示説明する図である。図４は、複数の直流モータ３を用いて起動域Ｂ１におけるリップル波形Ｗｒｐｌを複数回測定し、電機子電流Ｉｍとリップル波形Ｗｒｐｌの振幅との相関をプロットした散布図である。図の横軸は電機子電流Ｉｍ、縦軸はリップル波形Ｗｒｐｌの振幅であり、黒塗りの傾斜正方形のプロットはリップル波形Ｗｒｐｌの立上り振幅、白抜きの正方形のプロットはリップル波形Ｗｒｐｌの立下り振幅を示している。

図４において、リップルを確実に検出するためには、最も小さい立上り振幅および立下り振幅よりもさらに小さい起動時特殊振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆを設定することが必要条件になる。しかしながら、過少な設定ではノイズの影響を受けやすくなるので、適正な設定が必要である。本実施形態では、図中に太い実線で示される立上り起動時特殊振幅閾値Ｖｒ、および太い破線で示される立下り起動時特殊振幅閾値Ｖｆを設定する。立上りおよび立下り起動時特殊振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆは、電機子電流Ｉｍの一次式で表される右上がりの直線で示される、閾値設定手段７３は、右上がりの直線の関係を一覧表形式で記憶した閾値マップを用い、別法として、右上がりの直線を表す一次式を用いて演算を行うようにしてもよい。

また、閾値設定手段７３は、ロック停止域Ｂ５でも、同一の一次式または閾値マップを用いて立上りおよび立下りロック停止時特殊振幅閾値を設定する。

さらに、閾値設定手段７３は、学習域Ｂ２、定常域Ｂ３、およびロック域Ｂ４で、リップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて振幅閾値を設定する。この３種類の回転状態域Ｂ２〜Ｂ４では、リップル波形は繰り返し再現性を有するかまたは少しずつ変化する程度なので、学習によるリップル検出精度向上の効果が見込める。

リップル波形の振幅の学習では、振幅の平均値を振幅学習値とし、リップル波形を検出するたびに振幅の平均値を更新する。平均値の演算方法としては、例えば、一般的な移動平均法や加重平均法などを用いることができ、これらに限定されない。次に、得られた振幅平均値に基づいて、リップルとノイズを区分するための振幅閾値を設定し、例えば、振幅閾値を振幅平均値の半分程度の大きさとする。なお、本実施形態では、立上りと立下りを分けて考え、立上り振幅学習値Ｖｒｓ、立下り振幅学習値Ｖｆｓ、立上り振幅閾値Ｖｒｔｈ、および立下り振幅閾値Ｖｆｔｈの４量を用いる。リップル波形の振幅の学習方法、ならびに振幅閾値の設定方法に関しては、様々な変形が可能である。

閾値設定手段７３は、スタート域Ｂ０以外の５種類の回転状態域Ｂ１〜Ｂ５で、閾値マップから求めた振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆ、または振幅学習値Ｖｒｓ、Ｖｆｓから求めた振幅閾値Ｖｒｔｈ、Ｖｆｔｈをリップル振幅判定手段７１に受け渡す。

リップル振幅判定手段７１は、受け取った振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆ、Ｖｒｔｈ、Ｖｆｔｈを用いてリップル波形Ｗｒｐｌから電流リップルを検出し、検出パルス波形Ｗｐｌｓを出力する。図５は、リップル振幅判定手段７１によるリップル波形Ｗｒｐｌの振幅判定処理方法を説明する波形図である。図５は通常域Ｂ３を例示しており、横軸は共通の時間ｔである。図５の波形は上側から順番にリップル波形Ｗｒｐｌ、検出パルス波形Ｗｐｌｓ、立上り検出フラグＦであり、その下に立上り振幅学習値および立下り振幅学習値の更新タイミングを示している。

図５の時刻ｔ１１で、リップル波形Ｗｒｐｌが最小値となり以降増加に転じている。リップル波形Ｗｒｐｌが最小値から立上り振幅閾値Ｖｒｔｈだけ増加した時刻ｔ１２に、リップル振幅判定手段７１は検出パルス波形Ｗｐｌｓを立ち上げる。さらに、同じ時刻ｔ１２に、立上り検出フラグＦを出力するとともに、立下り振幅学習値Ｖｆｓ（ｎ−１）をＶｆｓ（ｎ）に更新する。リップル波形Ｗｒｐｌが時刻ｔ１３で最大値となり、この後に立下り振幅閾値Ｖｆｔｈだけ減少した時刻ｔ１４に、リップル振幅判定手段７１は、検出パルス波形Ｗｐｌｓを立ち下げる。さらに、同じ時刻ｔ１４に、立上り振幅学習値Ｖｒｓ（ｎ−１）をＶｒｓ（ｎ）に更新する。

以上でリップル検出の１サイクルが終了し、リップル波形Ｗｒｐｌの繰り返しに対応して毎回のリップル検出が繰り返される。図５の例では、時刻ｔ１５に、次の検出パルス波形Ｗｐｌｓが立ち上げられ、立上り検出フラグＦが出力されている。なお、立上り検出フラグＦに代えて、検出パルス波形Ｗｐｌｓを立ち下げたタイミングに同期して（時刻ｔ１４）、立下り検出フラグを出力するようにしてもよい。上述したリップル波形の振幅判定処理は、振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆ、Ｖｒｔｈ、Ｖｆｔｈが異なることを除いて、５種類の回転状態域Ｂ１〜Ｂ５で共通に行われる。リップル振幅判定手段７１は、検出パルス波形Ｗｐｌｓを周期補正手段７４に受け渡す。

周期補正手段７４は、定常域Ｂ３でのみ動作する。周期補正手段７４は、リップル周期が著変した場合に、リップル抜けまたはリップル増しが発生したと判定してリップル周期を補正する。本実施形態において、周期補正手段７４は、検出パルス波形Ｗｐｌｓの立上りエッジの発生時間間隔をリップル周期とし、過去の複数のリップル周期の平均値を求め、平均値と最新のリップル周期とを比較する。そして、最新のリップル周期が平均値の１３０％以上のときに、１／２周波数ノイズなどの影響によるリップル抜けが発生したと判定して、最新のリップル周期を２分割して２つのリップル周期とする補正を行う。また、最新のリップル周期が平均値の７０％以下のときに、倍周波数ノイズなどの影響によるリップル増し発生したと判定して、最新のリップル周期を次に検出するリップル周期と連結して１つのリップル周期とする補正を行う。

結局、周期補正手段７４は、定常域Ｂ３以外のとき、および定常域Ｂ３であってもリップル抜けもリップル増しも発生していないときには、検出パルス波形Ｗｐｌｓをスルーする。また、リップル抜けおよびリップル増しの少なくとも一方が発生しているときには、リップル周期を補正した検出パルス波形Ｗｐｌｓを出力する。

ここで、起動時最大電流Ｉｍａｘの決定方法について詳細に説明しておく。図２の電機子電流Ｉｍの波形では起動時最大電流Ｉｍａｘを容易に決定できるが、起動時の電流ピークが明瞭でない場合もあり得る。このため、起動時最大電流Ｉｍａｘを明確に決定し、どのような電機子電流Ｉｍの波形であってもリップル検出精度を維持できるようにする。図６は、起動時最大電流Ｉｍａｘの決定方法を説明する波形図であり、（１）は一般的な場合、（２）および（３）は特殊な場合を示している。なお、図６における時刻ｔ１、ｔ２、ｔ６は、図２の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ６に対応している。

回転状態判定手段７２は、直流モータ３が起動してから所定時間Ｔ１が経過するまでに電機子電流Ｉｍが極大値Ｉｐｅａｋに達し、かつ極大値Ｉｐｅａｋに達した時点から所定判定時間Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）が経過するまで電機子電流Ｉｍが極大値Ｉｐｅａｋ以下である条件を満たす場合に、極大値Ｉｐｅａｋを起動時最大電流Ｉｍａｘとする。上記した条件は図６の（１）および（２）の波形では満たされており、図示された極大値Ｉｐｅａｋが起動時最大電流Ｉｍａｘに決定される。

図６の（１）で、時刻ｔ１から時刻ｔ２までがスタート域Ｂ０であり、電機子電流Ｉｍは、起動を判定した時刻ｔ２から所定時間Ｔ１が経過する以前の時刻ｔａに極大値Ｉｐｅａｋに達している。そしてその後、所定判定時間Ｔ２が経過する時刻ｔｂまで電機子電流Ｉｍが極大値Ｉｐｅａｋ以下である条件を満たしている。したがって、回転状態判定手段７２は、時刻ｔｂの時点で極大値Ｉｐｅａｋを起動時最大電流Ｉｍａｘに決定する。この後、回転状態判定手段７２は、起動域Ｂ１からロック域Ｂ４までを順次判定し、時刻ｔ６に電機子電流Ｉｍが起動時最大電流Ｉｍａｘまで増加するとロック停止域Ｂ５を判定する。

また、図６の（２）では、電機子電流Ｉｍは時刻ｔａに極大値Ｉｐｅａｋに達し、その後減少する所定の条件を満たしている。したがって、回転状態判定手段７２は時刻ｔｂの時点で極大値Ｉｐｅａｋを起動時最大電流Ｉｍａｘに決定する。また、この後に電機子電流Ｉｍが増加し、所定時間Ｔ１以前の時刻ｔ７で極大値Ｉｐｅａｋを越えても、起動時最大電流Ｉｍａｘは変更されない。回転状態判定手段７２は、時刻ｔ７において、電機子電流Ｉｍが起動時最大電流Ｉｍａｘの１００％以上になったと認識し、ロック停止域Ｂ５と判定する。

さらに、図６の（３）では、スタート域Ｂ０の終了時刻ｔ２以降、電機子電流Ｉｍは単調に増加している。したがって、回転状態判定手段７２は、所定の条件を満たす極大値が存在しないと認識し、所定時間Ｔ１が経過するまでの電機子電流Ｉｍの最大値を起動時最大電流Ｉｍａｘとする。図の例では、所定時間Ｔ１が経過した時刻ｔｃにおける電機子電流Ｉｍをそのまま起動時最大電流Ｉｍａｘに決定する。そして、回転状態判定手段７２は、時刻ｔｃにおいて直ちに、電機子電流Ｉｍが起動時最大電流Ｉｍａｘの１００％以上になったと認識し、ロック停止域Ｂ５と判定する。

図６の（２）および（３）は、例えば、シートがスライド可動範囲の端部付近に位置していて、直流モータ３が起動されて電機子電流Ｉｍが起動時電流から定常値に落ち着く以前にロック域Ｂ４に移行してしまう場合に発生し得る。このような場合であっても、本実施形態によれば、波形処理ロジック上で常に起動時最大電流Ｉｍａｘを決定し、回転状態をいずれかの回転状態域Ｂ１〜Ｂ５に判定して支障なくリップル検出できる。

次に、実施形態の直流モータの回転状態検出装置２の作用および効果について、ロック状態を例にして、従来技術と比較しながら説明する。従来技術では、ロック状態のうちのロック停止域Ｂ５においても、定常域Ｂ３およびロック域Ｂ４と同様の振幅学習を行い、振幅閾値を設定している。図７は実施形態の直流モータの回転状態検出装置２によるロック状態でのリップル検出状況を示す波形図であり、図８は従来技術の装置によるロック状態でのリップル検出状況を示す波形図である。図７および図８で、横軸は共通の時間ｔであり、波形は上から順番に電源電圧ＶＢ、電機子電流Ｉｍ（電圧波形Ｗｍ）、リップル波形Ｗｒｐｌ、および検出パルス波形Ｗｐｌｓである。また、図７および図８は、シートがスライド可動範囲の端部付近に位置していて、直流モータ３が起動されてから短時間でロック域Ｂ４およびロック停止域Ｂ５に移行したときを示している。

図７の実施形態で、時刻ｔ２に直流モータ３が起動され、電機子電流Ｉｍが増加して時刻ｔ５にロック域Ｂ４になり、時刻ｔ６にロック停止域Ｂ５となっている。ロック停止域Ｂ５となった時刻ｔ６以降も、電源電圧ＶＢは供給され続けて大きな電機子電流Ｉｍが流れ、時刻ｔ８に電源電圧ＶＢが開放されている。リップル波形Ｗｒｐｌは、ロック域Ｂ４で減少し始め、ロック停止域Ｂ５では波形変歪して主にノイズ成分により微小振動している。検出パルス波形Ｗｐｌｓは、ロック域Ｂ４で１パルス発生し、ロック停止域Ｂ５の最初に１パルス発生し、その後は発生していない。つまり、ロック停止域Ｂ５で直流モータ３が回転しなくなり、シートが停止したことを正確に示している。

これに対して、図８の従来技術で、電源電圧ＶＢ、電機子電流Ｉｍ、およびリップル波形Ｗｒｐｌは、図７の実施形態と同一波形である。それにもかかわらず、検出パルス波形Ｗｐｌｓは、ロック停止域Ｂ５で電源電圧ＶＢが開放されるまで誤ったパルスＷｍｉｓｓを出力し続けている。この原因は、時刻ｔ６以降にリップル波形Ｗｒｐｌが変歪したにもかかわらず振幅学習を継続した結果、ノイズ成分でリップル検出を行えるように振幅閾値を小さく設定してしまったことに起因する。本実施形態では、ロック停止域Ｂ５で振幅学習を行わずに閾値マップから振幅閾値Ｖｒ、Ｖｆを求めることで、誤ったパルスＷｍｉｓｓの出力を無くすことができた。

以上説明したように実施形態の直流モータの回転状態検出装置２によれば、回転状態判定手段７２は電機子電流Ｉｍの大きさおよび変化の状況に基づいてスタート域Ｂ０、起動域Ｂ１、学習域Ｂ２、定常域Ｂ３、ロック域Ｂ４、およびロック停止域Ｂ５のいずれの回転状態域であるかを判定し、閾値設定手段７３は閾値マップまたは振幅学習値（ｖｒｓ、ｖｆｓ）から振幅閾値（Ｖｒ、Ｖｆ、Ｖｒｔｈ、Ｖｆｔｈ）を求める。これにより、電機子電流Ｉｍの大きさの変化やリップル波形Ｗｒｐｌの変歪に対してリップル検出精度の低下が抑制され、正確な累積回転量を求めることができ、最終的にシートの位置検出精度が維持される。

また、それぞれの直流モータの毎回の動作に基づいて回転状態域Ｂ０〜Ｂ５領域を判定できるので、直流モータ３の製造上の性能のばらつきおよび経時特性変化に影響されない。さらに、直流モータ３が起動したときの起動時最大電流Ｉｍａｘに基づいた判定を行うので、ロック域Ｂ４およびロック停止域Ｂ５を確実に判定でき、かつロック状態を判定するしきい値の設定が容易になる。

また、学習域Ｂ２、定常域Ｂ３、およびロック域Ｂ４で、振幅を学習して振幅閾値を設定するのでリップル検出精度が著しく向上する。加えて、定常域Ｂ３でリップル周期が著変した場合にリップル抜けまたはリップル増しが発生したと判定してリップル周期を補正する周期補正手段７４をさらに含むので、この種の装置で発生しがちな１／２周波数ノイズや２倍周波数ノイズなどの影響を抑制できる。

さらに、ロック状態で直流モータ３を停止する制御とも併用でき、ロック状態の検出および直流モータ３の停止を確実にするフェールセーフの機能を付加できる。

なお、本実施形態で説明した回転状態判定手段７２による回転状態域の判定方法や、起動時最大電流Ｉｍａｘの決定方法などは一例であり、直流モータ３の特性に合わせて適宜変更することができる。また、起動域Ｂ１とロック停止域Ｂ５とで異なる閾値マップを用いてもよく、学習域Ｂ２、定常域Ｂ３、およびロック域Ｂ４で振幅学習の方法を変えてもよい。本発明は、その他にもさまざまな変形や応用が可能である。

１：車両用シート制御装置
２：直流モータの回転状態検出装置
３：直流モータ
４：シート制御ＥＣＵ ４１：制御ＣＰＵ ４２：リレー群
４３：シャント抵抗（電流検出部） ４４：フィルタ部 ４５：遮断周波数設定部
５：バッテリ
６：操作スイッチ群
７：リップル検出部 ７１：リップル振幅判定手段 ７２：回転状態判定手段
７３：閾値設定手段 ７４：周期補正手段
Ｉｍ：電機子電流 Ｗｍ：電圧波形
Ｗｒｐｌ：リップル波形 Ｗｐｌｓ：検出パルス波形
Ｖｒ：立上り起動時特殊振幅閾値 Ｖｆ：立下り起動時特殊振幅閾値
Ｖｒｔｈ：立上り振幅閾値 Ｖｆｔｈ：立下り振幅閾値
Ｂ０：スタート域 Ｂ１：起動域（起動時特殊域）
Ｂ２：学習域（学習時特殊域） Ｂ３：定常域
Ｂ４：ロック域（ロック時特殊域） Ｂ５：ロック停止域（ロック停止時特殊域）

Claims (8)

1. 直流モータの回転電機子に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、前記電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求めるフィルタ部と、前記リップル波形に基づいて前記電流リップルを検出するリップル検出部と、を備えた直流モータの回転状態検出装置であって、
   前記リップル検出部は、
   前記リップル波形が振幅閾値だけ変化したタイミングで前記電流リップル有りと判定するリップル振幅判定手段と、
   前記電機子電流が概ね定常値に落ち着いている回転状態を定常域と判定し、前記電機子電流が変化しつつある回転状態を特殊域と判定する回転状態判定手段と、
   前記リップル振幅判定手段が前記定常域で用いる定常振幅閾値、および前記特殊域で用いる特殊振幅閾値を設定する閾値設定手段と、を含み、
   前記回転状態判定手段は、前記直流モータの負荷が過大になって前記電機子電流が所定値以上まで増加した時間帯をロック状態の特殊域と判定し、
   前記閾値設定手段は、前記リップル振幅判定手段が前記ロック状態の特殊域で用いる前記特殊振幅閾値を前記定常振幅閾値よりも大きく設定する直流モータの回転状態検出装置。
2. 請求項１において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動したときの起動時最大電流の所定比率以上まで前記電機子電流が増加した時間帯を前記ロック状態の特殊域と判定する直流モータの回転状態検出装置。
3. 直流モータの回転電機子に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、前記電機子電流に含まれる電流リップルを抽出してリップル波形を求めるフィルタ部と、前記リップル波形に基づいて前記電流リップルを検出するリップル検出部と、を備えた直流モータの回転状態検出装置であって、
   前記リップル検出部は、
   前記リップル波形が振幅閾値だけ変化したタイミングで前記電流リップル有りと判定するリップル振幅判定手段と、
   前記電機子電流が概ね定常値に落ち着いている回転状態を定常域と判定し、前記電機子電流が変化しつつある回転状態を特殊域と判定する回転状態判定手段と、
   前記リップル振幅判定手段が前記定常域で用いる定常振幅閾値、および前記特殊域で用いる特殊振幅閾値を設定する閾値設定手段と、を含み、
   前記回転状態判定手段は、前記電機子電流が前記起動時最大電流に１未満の所定比率を乗じた値以上でかつ前記起動時最大電流未満になっている時間帯をロック時特殊域と判定し、さらに、前記電機子電流が前記起動時最大電流以上になっている時間帯をロック停止時特殊域と判定し、
   前記閾値設定手段は、前記定常域および前記ロック時特殊域では前記リップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて前記定常振幅閾値およびロック時特殊振幅閾値を設定し、前記ロック停止時特殊域では前記電機子電流の大きさから決まるロック停止時特殊振幅閾値を設定する直流モータの回転状態検出装置。
4. 請求項２または３において、前記回転状態判定手段は、
   前記直流モータが起動してから所定時間が経過するまでに前記電機子電流が極大値に達し、かつ前記極大値に達した時点から所定判定時間が経過するまで前記電機子電流が前記極大値以下である条件を満たす場合に、前記極大値を前記起動時最大電流とし、
   前記条件を満たす極大値が存在しない場合に、前記所定時間が経過するまでの前記電機子電流の最大値を前記起動時最大電流とする直流モータの回転状態検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動して前記電機子電流が過渡的に大きな起動時電流から概ね定常値に落ち着くまでの時間帯を起動状態の特殊域と判定し、
   前記閾値設定手段は、前記リップル振幅判定手段が前記起動状態の特殊域で用いる前記特殊振幅閾値を前記定常振幅閾値よりも大きく設定する直流モータの回転状態検出装置。
6. 請求項５において、前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段が所定個数の電流リップルを判定するまでの時間帯、あるいは、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段がリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を前記起動状態の特殊域と判定する直流モータの回転状態検出装置。
7. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記回転状態判定手段は、前記直流モータが起動してから前記リップル振幅判定手段が所定個数のリップルを判定するまでの時間帯を起動時特殊域と判定し、さらに、前記起動時特殊域の終了時点から前記リップル振幅判定手段が前記リップル波形のリップル周期の安定を判定するまでの時間帯を学習時特殊域と判定し、
   前記閾値設定手段は、前記起動時特殊域では前記電機子電流の大きさから決まる起動時特殊振幅閾値を設定し、前記学習時特殊域では前記リップル波形の振幅を学習し、振幅学習値に基づいて学習時特殊振幅閾値を設定する直流モータの回転状態検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、前記リップル検出部は、前記定常域でリップル周期が著変した場合にリップル抜けまたはリップル増しが発生したと判定してリップル周期を補正する周期補正手段をさらに含む直流モータの回転状態検出装置。

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