JP6051611B2 - 直流モータの回転数演算装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流モータの回転数演算装置に関し、より詳細には、例えば直流モータの電機子電流に含まれる電流リップルを検出する方法を用いてセンサレスで回転数を演算する装置の信頼性向上に関する。

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、回転電機子の回転数を知ることができ、回転数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数を検出でき、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装置を特許文献１に開示している。特許文献１のリップル検出装置は、２種類の遮断特性の異なるバンドパスフィルタを通過した電流波形に対し、２種類のリップル検出方法を用いて直流モータの回転を検出する。２種類のバンドパスフィルタの遮断周波数は、検出されている電流リップルに合わせて可変に制御し、かつ相互に異なる値としている。これにより、片側のバンドパスフィルタおよびリップル検出方法が良好にリップル検出できなくとも、両方の遮断周波数を比較照合する遮断周波数確認手段により、適正化および是正をすることができる。

つまり、２種類の遮断特性の異なるバンドパスフィルタを用いて検出を２系統化したことにより、検出の信頼性を高めている。また、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するために、検出した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ことが行われている。さらに、リップル周期の統計的なばらつきの影響を抑制するために、各種の平均化手法が併用されている。

特開２０１１−１０９８８１号公報

ところで、特許文献１における検出の２系統化では、バンドパスフィルタの遮断周波数が異なり、またリップル検出方法も異なるとはいえ、波形処理の基本的な方式は２系統で同じである。このため、電流リップル波形の性状によっては、２系統とも本来の電流リップルを検出できなくなるおそれが皆無でない。例えば、電流リップル波形が１／２周波数ノイズの成分を多く含んでいると、２系統でともに２個のリップルを１個と誤って認識し、遮断周波数を１／２周波数ノイズに合わせ込んでしまい（１／２周波数ロック）、誤りから抜けられなくなってしまうおそれがある。これにより、直流モータの回転数および直流モータに駆動される可動部材の位置を正しく検出できなくなり、誤ったまま動作し続けてしまうおそれがある。

また、検出の２系統化では、同等規模の回路構成が２系統必要になり、回路規模が大きくなる。例えば、リップル検出処理を主にディジタル演算回路で実現すると、２系統分の演算を行うＣＰＵの負荷が大きくなり、演算の時間遅れが生じる。また、例えば、リップル検出処理を主にアナログ波形処理回路で実現すると、回路を構成する素子数が多くなり、回路基板が大形化する。

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、センサレスで直流モータの回転数を演算するときの演算信頼性を高め、検出および演算の精度を従来と同等以上にしてかつ装置構成を簡易にできる直流モータの回転数演算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数演算装置の発明は、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リップル周期を求め第１回転数に換算するリップル検出部とを含む第１回転数演算部と、前記回転電機子に印加される電機子電圧を検出する電圧検出部と、前記電機子電流および前記電機子電圧と第２回転数との関係を予め求めて記憶した回転数記憶部と、検出された前記電機子電流および前記電機子電圧に基づき前記回転数記憶部を用いて前記第２回転数を求める回転数導出部とを含む第２回転数演算部と、前記第１回転数演算部で演算した前記第１回転数が前記第２回転数演算部で演算した前記第２回転数の所定の誤差範囲内に有るときに前記第１回転数を有効な回転数と判定し、前記第１回転数が前記第２回転数の前記所定の誤差範囲内に無いときに有効な回転数が得られなかったと判定する有効性判定部とを備える。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記回転数記憶部は、前記第２回転数をｎとし、前記電機子電流をＩｍとし、前記電機子電圧をＶＢとし、ｋ１、ｋ２、およびｋ３を定数として、
演算式ｎ＝ｋ１×Ｉｍ＋ｋ２×（ＶＢ＋ｋ３） ^２
により前記第２回転数を記憶する。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記第１回転数演算部の前記リップル検出部は、前記リップル波形が所定の振幅閾値だけ変化したタイミングを検出し、当該タイミングの発生時間間隔を前記リップル周期とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記有効性判定部における前記所定の誤差範囲は０．５倍を超え２倍未満の範囲である。

請求項５に係る発明は、請求項４において、前記所定の誤差範囲は０．７倍から１．３倍までの範囲である。

請求項１に係る直流モータの回転数演算装置の発明では、第１回転数演算部および第２回転数演算部は電機子電流に基づき相互に異なる処理演算方法で直流モータの回転数をそれぞれ演算し、有効性判定部は第１回転数演算部で演算した第１回転数が第２回転数演算部で演算した第２回転数の所定誤差範囲内に有るか否かにより第１回転数の有効性を判定する。ここで、第１回転数演算部には、通常時の第１回転数の演算精度が高く、仮にノイズの影響などを受けたときに演算精度が大きく低下するおそれのある処理演算方法を用い、第２回転数演算部には、通常時の第２回転数の演算精度が相対的に低くとも、ノイズの影響などを受け難く演算精度が大きく低下することのない処理演算方法を用いる。

また、第１回転数演算部は、フィルタ部およびリップル検出部を含んで構成されている。このため、第１回転数演算部は、通常時に直流モータのブラシとコンミテータの接触が切り替わることを電流リップルで検出でき、リップル検出精度および第１回転数の演算精度が高められる。反面、第１回転数演算部は、仮にノイズの影響などを受けると、第１回転数が１／２倍になったり２倍になったりして演算精度が大きく低下するおそれがある。しかしながら、このおそれは第２回転数演算部および有効性判定部によって排除できる。つまり、第１回転数演算部の特長である高い演算精度と、第２回転数演算部の特長である高い信頼性とを兼ね備えることができる。

さらに、第２回転数演算部は、電圧検出部、回転数記憶部、および回転数導出部を含んで構成されている。このため、第２回転数演算部は、直流モータに入力された電流および電圧の大きさに基づいて第２回転数を演算する。ここで、電流と電圧の積はパワーであるので、直流モータに駆動される可動部材の負荷が一定であれば、パワーと回転数の間には正の相関関係が成り立つ。このように、第２回転数演算部では、第２回転数の演算精度が相対的に低くとも、ノイズの影響などを受け難く演算精度が大きく低下し得ない特長を有し、常に概ね正しい第２回転数を演算することができる。
したがって、有効性判定部は、第２回転数を参照することで、第１回転数が有効であるか否かを確実に判定でき、高い信頼性を確保できる。また、第２回転数演算部は、電流および電圧をパラメータとする演算式や一覧表形式のマップを用いて第２回転数を容易に求めることができるので、装置構成が簡易になる。このように、特長の異なる２つの回転数演算部を併用することで、第１回転数演算部では従来と同等以上の演算精度を確保しつつ、第２回転数演算部によりノイズの影響などを排除して総合的に従来よりも高い信頼性を確保できる。
請求項２に係る発明では、第２回転数演算部は、電流および電圧をパラメータとする演算式を用いて簡易に第２回転数を求めることができるので、装置構成が簡易になる。

請求項３に係る発明では、第１回転数演算部のリップル検出部は、リップル波形が所定の振幅閾値だけ変化したタイミングを検出し、当該タイミングの発生時間間隔をリップル周期とする。第１回転数演算部の演算処理方法にはリップル振幅検出方法を用いることができ、求められたリップル周期の逆数から第１回転数を演算できる。これにより、通常時の第１回転数の演算精度が極めて高くなる。

請求項４に係る発明では、有効性判定部における所定の誤差範囲は０．５倍を超え２倍未満の範囲とされている。さらに、請求項５に係る発明では、所定の誤差範囲は０．７倍から１．３倍までの範囲とされている。つまり、有効性判定部は、第１回転数が第２回転数の０．５倍を超え２倍未満、好ましくは０．７倍から１．３倍までの範囲に有るときに第１回転数を有効な回転数と判定するので、この種の装置で発生しがちな１／２周波数ノイズおよび２倍周波数ノイズの影響を確実に排除できる。

実施形態の直流モータの回転数演算装置の構成を示すブロック構成図である。 リップル検出部が行うリップル振幅検出方法を説明する波形図である。 電流電圧／回転数変換部の回転数記憶部の機能を例示説明する図である。 有効性判定部の機能を説明する図である。 実施形態の回転数演算装置を用いて様々な使用条件で実験を行った場合の有効性判定の結果を示す図である。 従来技術のリップル検出装置の一構成例を示す図である。 従来技術のリップル検出装置で１／２周波数ロックが発生したとき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数演算装置１について、図１〜図５を参考にして説明する。図１は、実施形態の直流モータの回転数演算装置１の構成を示すブロック構成図である。回転数演算装置１は、車両用シートを前後にスライド移動させる直流モータ９の回転電機子に流れる電機子電流Ｉｍに基づき、センサレスで回転数を演算する装置である。さらに、演算された回転数に回転方向が考慮されて累積回転数が求められ、最終的に車両用シートのスライド位置が演算される。回転数演算装置１は、シャント抵抗２１、第１回転数演算部に相当するフィルタ部３およびリップル検出部４、第２回転数演算部に相当する電流電圧／回転数変換部５、および有効性判定部６などで構成されている。

直流モータ９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。直流モータ９は、図略の正逆切替部により正転駆動および逆転駆動が可能とされ、可動部材である図略の車両用シートを前後方向にスライド移動させるように駆動する。

バッテリ９１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９１の正側端子９１ｐは直流モータ９の一方のブラシに接続されて電源電圧ＶＢが給電される。直流モータ９の他方のブラシは、シャント抵抗２１を経由してバッテリ９１の負側端子９１ｎに接続され、閉回路が形成される。したがって、直流モータ９の電機子に加えられる電機子電圧は、概ね電源電圧ＶＢに一致する。

バッテリ９１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９１ｐが電圧用ＡＤ変換器９２のアナログ入力ピンに接続されて電源電圧ＶＢの大きさが測定されるようになっている。電圧用ＡＤ変換器９２のディジタル出力ピンは電流電圧／回転数変換部５に接続されており、ディジタル量の電圧検出信号ＤＶが送出される。電圧用ＡＤ変換器９２は、本発明の電圧検出部に相当し、例えば、１６ビットの高精度分解能を有するものを使用できる。

シャント抵抗２１は、前述した閉回路に流れる電機子電流Ｉｍの波形をオーム則により電圧波形Ｗｍに変換する。したがって、電圧波形Ｗｍは電機子電流Ｉｍの波形と相似になる。シャント抵抗２１の両端は、電流用ＡＤ変換器２２のアナログ入力ピンに接続され、電圧波形Ｗｍの大きさが測定されるようになっている。電流用ＡＤ変換器２２のディジタル出力ピンは、フィルタ部３および電流電圧／回転数変換部５に接続されており、ディジタル量の電流検出信号ＤＩが送出される。電流用ＡＤ変換器２２にも、例えば、１６ビットの高精度分解能を有するものを使用できる。シャント抵抗２１および電流用ＡＤ変換器２２は、本発明の電流検出部に相当する。

フィルタ部３は、電機子電流Ｉｍの波形に相当する電流検出信号ＤＩ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４に出力する。フィルタ部３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る。フィルタ部３は、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を抽出し、リップル検出部４に送出する。

遮断周波数設定部３５は、次に説明するリップル検出部４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３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３および遮断周波数設定部３５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４は、所定の振幅閾値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２は、リップル検出部４が行うリップル振幅検出方法を説明する波形図である。図２の横軸は共通の時間ｔであり、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、および立上り検出フラグＦである。

図２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、リップル検出部４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。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、リップル検出部４は、検出パルス波形Ｗｐｌｓを立ち下げる。

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２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。リップル検出部４は、検出パルス波形Ｗｐｌｓを遮断周波数設定部３５および有効性判定部６に受け渡す。検出パルス波形Ｗｐｌｓの立上りの発生時間間隔がリップル周期であり、リップル周期の逆数がリップル周波数すなわち第１回転数Ｎ１となる。つまり、検出パルス波形Ｗｐｌｓは第１回転数Ｎ１の情報を内包している。

第１回転数演算部としてのフィルタ部３およびリップル検出部４は、通常時に直流モータ９のブラシとコンミテータの接触が切り替わることを電流リップルで検出するので、第１回転数Ｎ１の演算精度は極めて高い。しかしながら、後に従来技術で例示説明するように、仮にノイズの影響などを受けたときに第１回転数Ｎ１が１／２倍になったり２倍になったりして演算精度が大きく低下するおそれが皆無でない。

一方、電流電圧／回転数変換部５は、回転数記憶部および回転数導出部を含んで構成されている。図３は、電流電圧／回転数変換部５の回転数記憶部の機能を例示説明する図である。図３の横軸は電機子電流Ｉｍの大きさ、縦軸は直流モータ９の回転数ｎであり、電源電圧ＶＢの変動範囲をパラメータとして３本のグラフが例示されている。電源電圧ＶＢの変動範囲としては、例えば乗用車用のバッテリ９１で定格値ＶＢＮ＝１２Ｖ（破線示）、最大値ＶＢＨ＝１５．１Ｖ（実線示）、および最小値ＶＢＬ＝８Ｖ（一点鎖線示）程度を考慮する。

駆動する負荷が重くなるにつれて、図示されるように電機子電流Ｉｍが増加して、回転数ｎがリニアに減少する。また、電源電圧ＶＢが高いほど、回転数ｎは大きくなる傾向を示している。図示した電機子電流Ｉｍおよび電源電圧ＶＢ（電機子電圧）と回転数ｎとの関係は、予め実験的に求めて記憶しておくことができる。具体的な記憶の方法としては、実験結果を回帰演算して定量化した演算式や一覧表形式のマップなどを用いることができる。

本実施形態において、回転数記憶部は直流モータ９の回転数ｎを次の演算式により記憶している。
ｎ＝ｋ１×Ｉｍ＋ｋ２×（ＶＢ＋ｋ３）^２
ただし、ｋ１、ｋ２、およびｋ３は、回帰演算により求めた定数である。なお、直流モータ９の種類が異なれば当然定数ｋ１〜ｋ３は異なる。また、直流モータ９の種類に応じて、異なる形の演算式を適用することもできる。

電流電圧／回転数変換部５の回転数導出部は、検出された電機子電流Ｉｍおよび電源電圧ＶＢに基づき、回転数記憶部の演算式を用いて第２回転数Ｎ２を求める。ここで、電機子電流Ｉｍは、電流検出信号ＤＩから電流リップルなどの交流成分を除去して直流分を求めることにより得られ、電源電圧ＶＢは、電圧検出信号ＤＶから得られる。したがって、回転数導出部は、電流検出信号ＤＩおよび電圧検出信号ＤＶに基づいて図３上の一点を特定し、第２回転数Ｎ２を求めることができる。電流電圧／回転数変換部５は、求めた第２回転数Ｎ２を有効性判定部６に受け渡す。

第２回転数演算部としての電流電圧／回転数変換部５は、第２回転数Ｎ２の演算精度が相対的に低くとも、ノイズの影響などを受け難く演算精度が大きく低下しない処理演算方法と言うことができる。

有効性判定部６は、検出パルス波形Ｗｐｌから前述した第１回転数Ｎ１を求め、以降に説明する比較を行って第１回転数Ｎ１の有効性を判定する。図４は、有効性判定部６の機能を説明する図である。図中にプロットされた四角形は第２回転数Ｎ２を示し、四角形から上下に同じだけ延びた帯域は所定の誤差範囲Ｒを示し、プロットされた黒丸は第１回転数Ｎ１を示している。

本実施形態において、所定の誤差範囲Ｒは、第２回転数Ｎ２の０．７倍から１．３倍までの範囲に設定されている。したがって、誤差範囲Ｒの上限ＲＨ＝１．３×Ｎ２、下限ＲＬ＝０．７×Ｎ２となる。有効性判定部６は、第１回転数Ｎ１が誤差範囲Ｒ内に有るか否かを判定する。図４に示される例では、第１回転数Ｎ１が誤差範囲Ｒ内に有るので、第１回転数Ｎ１は有効と判定される。この場合に、有効性判定部６は、検出パルス波形Ｗｐｌｓをスルーして、制御ＣＰＵ７に受け渡す。また、仮に、第１回転数Ｎ１が誤差範囲Ｒ内に無いとき、有効性判定部６は、検出パルス波形Ｗｐｌｓをスルーするとともに、エラーフラグＦｅｒｒを立てて制御ＣＰＵ７に受け渡す（図１参照）。

図５は、実施形態の回転数演算装置１を用いて様々な使用条件で実験を行った場合の有効性判定の結果を示す図である。図５の横軸は電機子電流Ｉｍの大きさ、縦軸は直流モータ９の回転数ｎであり、尺度は図３と同一である。実験では、３台の直流モータ９を用いるとともに、使用条件に相当する実験パラメータとして電源電圧ＶＢの変動、駆動する車両用シート上の負荷の有無、周囲温度の常温と高温の違い、直流モータの正転および逆転を変化させた。そして、各々の実験ケースについて、図４に示される第１回転数Ｎ１、第２回転数Ｎ２、および誤差範囲Ｒの関係をプロットした。

その結果、図５に示されるように、使用条件が様々に異なる全ての実験ケースで、黒丸の第１回転数Ｎ１は四角形の第２回転数Ｎ２の０．７倍から１．３倍までの誤差範囲Ｒ内に収まっていた。これは、様々な使用条件の変化を考慮して設定した誤差範囲Ｒが妥当であったことを示している。また、全ての実験ケースを通じて、１／２周波数ロックを始めとする不具合は生じていなかったことがわかる。

制御ＣＰＵ７は、エラーフラグＦｅｒｒが立っていないとき、検出パルス波形Ｗｐｌｓから累積回転量を演算して車両用シートのスライド位置を演算する通常時の処理を行う。また、制御ＣＰＵ７は、エラーフラグＦｅｒｒが立ったときにはエラー時の処理を行う。エラー時の具体的な処理内容としては、例えば、警報を発して乗員に報知したり、現在の車両用シートのスライド位置を御破算にして予め定められた基準位置で位置較正を行ったり、装置１を初期化および再起動して正常復帰を試みたりすることができる。

次に、実施形態の直流モータの回転数演算装置１の作用および効果について、従来技術と比較して説明する。図６は、従来技術のリップル検出装置８の一構成例を示す図である。従来技術では、第１および第２フィルタ部３１、３２と第１および第２リップル検出部４１，４２とが２系統化され、ディジタル量の電流検出信号ＤＩに対して類似した演算処理を行っていた。このため、遮断周波数設定部３６が第１および第２フィルタ部３１、３２の上側および下側遮断周波数を異なる値に制御するとはいえ、第１および第２リップル検出部４１，４２がともに誤るおそれが皆無でなかった。すると、比較判定部７１は、第１および第２リップル検出部４１、４２から受け取った第１および第２検出パルス波形Ｗｐｌｓ１、Ｗｐｌｓ２がともに誤っているので、誤りを認識できなかった。

図７は、従来技術のリップル検出装置８で１／２周波数ロックが発生したときを示す波形図である。図７の横軸は共通の時間ｔであり、波形は上から順番に電機子電流Ｉｍ、第１フィルタ部３１から出力された第１リップル波形Ｗｒｐｌ１、および第１リップル検出部４１の立上り検出フラグＦ１である。

図７の時刻ｔ１でバッテリ９１の電源電圧ＶＢが直流モータ９に給電開始されている。すると、その直後から電機子電流Ｉｍとして過渡的に大きな起動時電流が流れ、立上り検出フラグＦ１および検出パルス波形Ｗｐｌｓ１は安定していない。時刻ｔ２の頃に、電機子電流Ｉｍが落ち着いてくると、以降は立上り検出フラグＦ１および検出パルス波形Ｗｐｌｓ１が安定して出力される。ところが、時刻ｔ３を過ぎると、立上り検出フラグＦ１の発生頻度が半分程度近くまで低下している。この状態が１／２周波数ロックである。１／２周波数ロックが第１フィルタ部３１および第１リップル検出部４１だけでなく第２系統の第２フィルタ部３２および第２リップル検出部４２でも発生すると、比較判定部７１は誤りを認識できなくなる。これにより、車両用シート９のスライド位置を誤りながらも、そのまま動作し続けるおそれがあった。

これに対して、実施形態の回転数演算装置１によれば、仮に、フィルタ部３およびリップル検出部４で１／２周波数ロックが発生しても、電流電圧／回転数変換部５は第２回転数Ｎ２を大きく誤ることは無い。したがって、有効性判定部６は、１／２周波数ロックに起因した過小な第１回転数Ｎ１が第２回転数Ｎ２の誤差範囲Ｒ内に無いことを判定して、エラーフラグＦｅｒｒを立てることができる。これにより、制御ＣＰＵ７はエラー時の処理を行い、誤りから抜け出して正常に復帰できる。

以上説明した実施形態の直流モータの回転数演算装置１では、第１回転数演算部としてフィルタ部３およびリップル検出部４を用い、第２回転数演算部として電流電圧／回転数変換部５を用い、有効性判定部６は第１回転数演算部で演算した第１回転数Ｎ１の有効性を判定する。ここで、フィルタ部３およびリップル検出部４はリップル振幅検出法を用いるので、通常時の第１回転数Ｎ１の演算精度が極めて高くなる特長を有し、反面、仮にノイズの影響などを受けたときに第１回転数Ｎ１が１／２倍になったり２倍になったりして演算精度が大きく低下するおそれがある。一方、電流電圧／回転数変換部５は、電機子電流Ｉｍおよび電源電圧ＶＢをパラメータとする演算式を用いるので、第２回転数Ｎ２の演算精度が相対的に低くとも、ノイズの影響などを受け難い特長を有する。このように、特長の異なる２つの回転数演算部を併用することで、第１回転数演算部では従来と同等以上の演算精度を確保しつつ、第２回転数演算部によりノイズの影響などを排除して従来よりも高い信頼性を確保できる。

また、電流電圧／回転数変換部５は、電流および電圧をパラメータとする演算式を用いて簡易に第２回転数Ｎ２を求めることができるので、装置構成が簡易になる。さらに、有効性判定部６における誤差範囲Ｒは０．７倍から１．３倍までの範囲に適正に設定されており、使用条件が様々に異なっていても、この種の装置で発生しがちな１／２周波数ノイズおよび２倍周波数ノイズの影響を確実に排除できる。

なお、リップル検出部４のリップル振幅検出法は、他の検出法、例えば、ゼロクロス検出法や最大値／最小値検出法などに代えることもできる。また、本実施形態で説明した第１および第２回転数演算部は一例であり、適宜その他の処理演算方法を組み合わせることもできる。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：回転数演算装置
２１：シャント抵抗（電流検出部） ２２：電流用ＡＤ変換器（電流検出部）
３：フィルタ部 ３５：遮断周波数設定部
４：リップル検出部
５：電流電圧／回転数変換部
６：有効性判定部
７：制御ＣＰＵ
８：従来技術のリップル検出装置
９：直流モータ ９１：バッテリ ９２：電圧用ＡＤ変換器（電圧検出部）
ＶＢ：電源電圧 Ｉｍ：電機子電流 Ｗｍ：電圧波形
ＤＩ：電流検出信号 ＤＶ：電圧検出信号
Ｗｒｐｌ、Ｗｒｐｌ１：リップル波形 Ｗｐｌｓ：検出パルス波形
Ｆ、Ｆ１：立上り検出フラグ
Ｖｒｔｈ：立上り振幅閾値 Ｖｆｔｈ：立下り振幅閾値
Ｎ１：第１回転数 Ｎ２：第２回転数 Ｒ：誤差範囲
Ｆｅｒｒ：エラーフラグ

Claims (5)

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リップル周期を求め第１回転数に換算するリップル検出部とを含む第１回転数演算部と、
   前記回転電機子に印加される電機子電圧を検出する電圧検出部と、前記電機子電流および前記電機子電圧と第２回転数との関係を予め求めて記憶した回転数記憶部と、検出された前記電機子電流および前記電機子電圧に基づき前記回転数記憶部を用いて前記第２回転数を求める回転数導出部とを含む第２回転数演算部と、
   前記第１回転数演算部で演算した前記第１回転数が前記第２回転数演算部で演算した前記第２回転数の所定の誤差範囲内に有るときに前記第１回転数を有効な回転数と判定し、前記第１回転数が前記第２回転数の前記所定の誤差範囲内に無いときに有効な回転数が得られなかったと判定する有効性判定部とを備える直流モータの回転数演算装置。
2. 請求項１において、前記回転数記憶部は、前記第２回転数をｎとし、前記電機子電流をＩｍとし、前記電機子電圧をＶＢとし、ｋ１、ｋ２、およびｋ３を定数として、
   演算式ｎ＝ｋ１×Ｉｍ＋ｋ２×（ＶＢ＋ｋ３） ^２
   により前記第２回転数を記憶する直流モータの回転数演算装置。
3. 請求項１または２において、前記第１回転数演算部の前記リップル検出部は、前記リップル波形が所定の振幅閾値だけ変化したタイミングを検出し、当該タイミングの発生時間間隔を前記リップル周期とする直流モータの回転数演算装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記有効性判定部における前記所定の誤差範囲は０．５倍を超え２倍未満の範囲である直流モータの回転数演算装置。
5. 請求項４において、前記所定の誤差範囲は０．７倍から１．３倍までの範囲である直流モータの回転数演算装置。

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