JP6814284B2 - 回転角度検出器付き電動機、電動機の回転角度検出器、及び、電動機の回転角度検出器の故障を検知する方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転角度検出器付き電動機、電動機の回転角度検出器、及び、電動機の回転角度検出器の故障を検知する方法に関する。

従来、直流電動機の速度を制御する装置が知られている（特許文献１参照。）。この装置は、電源電圧を調整して指令電圧Ｖ１に応じた電圧を直流電動機に印加する電圧制御器と、直流電動機の実際の回転速度に比例する検出速度を出力する速度検出器と、直流電動機の電動機電流を増幅して検出電流を出力する電流検出器とを備えている。また、指令電圧、検出速度及び検出電流に基づいて、検出速度が零であるときに、その原因が、速度検出器の故障によるものか、或いは、大きな回転負荷が直流電動機に急激に作用したことによるものかを判定する速度検出異常判定器を備えている。

特開平１１−８９２６３号公報

しかしながら、上述の装置は、直流電動機の端子間電圧を検出していないため、端子間電圧が異常である場合、検出速度が零である原因が速度検出器の故障によるものか否かを誤って判定してしまうおそれがある。また、電流検出器が異常である場合にも、検出速度が零である原因が速度検出器の故障によるものか否かを誤って判定してしまうおそれがある。

上述の点に鑑み、直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置の故障をより確実に検知することが望まれる。

本発明の実施例に従った装置は、電動機と、前記電動機の回転角度を検出する回転角度検出器とを備え、前記電動機は、複数の整流子片からなる整流子を有し、前記回転角度検出器は、前記電動機の端子間電圧を検出する電圧検出部の検出結果、及び、前記電動機を流れる電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて前記電動機の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分を検出するリップル検出部と、前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部の出力に基づいて前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のそれぞれの故障を検知する故障検知部と、を含み、前記故障検知部は、前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、該残りの１つが故障していると判断する。

上述の手段により、直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置の故障をより確実に検知できる。

本発明の実施例に係る回転角度検出器の構成例を示す概略図である。 整流子の概略図である。 第１パルス信号が生成されるタイミングの一例を示す図である。 第１パルス信号が生成されるタイミングの別の一例を示す図である。 第２パルス信号が生成されるタイミングの一例を示す図である。 回転量算出処理のフローチャートである。 合成パルス信号及びホールパルス信号のそれぞれの推移を示す図である。 故障検知処理のフローチャートである。 第１故障検知処理のフローチャートである。 第２故障検知処理のフローチャートである。 第３故障検知処理のフローチャートである。

以下、図を参照し、本発明の実施例に係る回転角度検出器１００について説明する。図１は、本発明の実施例に係る回転角度検出器１００の構成例を示す概略図である。

回転角度検出器１００は、電動機１０の回転角度を検出する装置である。図１の例では、回転角度検出器１００は、電動機１０の端子間電圧Ｖと電動機１０を流れる電流Ｉｍとに基づいて電動機１０の回転角度を検出する。

電動機１０は、整流子を備えた直流整流子電動機である。電動機１０は、例えば、自動車のウィンドウの昇降、ドアミラーの角度の調整、空調装置における送風量の調整、ヘッドライトの光軸の調整等で使用される。

図２は整流子２０の概略図である。図２に示すように、整流子２０は、スリット２０ｓによって互いに隔てられた８つの整流子片２０ａで構成されている。各整流子片２０ａの円弧の中心角であるスリット間角度θｃは約４５度である。

電動機１０は、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を介して電源に接続されている。そして、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３とが閉状態となったときに時計回りに順回転し、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ４とが閉状態となったときに反時計回りに逆回転するように構成されている。電源に接続されている図１の例では、順回転する電動機１０を流れる電流が正の値を有し、逆回転する電動機１０を流れる電流が負の値を有する。惰性回転中は、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３とが閉状態となり、順回転する電動機１０を流れる電流は負の値を有し、逆回転する電動機１０を流れる電流は正の値を有する。本実施例では、惰性回転中も回転を検出するために、電動機１０と電流検出部１０ｂは、閉ループ中に存在する。なお、本実施例では、電動機１０は、電気抵抗値が十分大きいため、電動機１０の２つの端子を短絡しても、惰性で回転する。一方、電動機１０は、電気抵抗値が小さい場合には、電動機１０の２つの端子を短絡すると、急速に減速する。惰性回転中の電動機１０の減速を抑制するためには、抵抗器を通る閉ループを形成すればよい。

電圧検出部１０ａは、電動機１０の端子間電圧Ｖを検出する。電流検出部１０ｂは、電動機１０を流れる電流Ｉｍを検出する。

回転角度検出器１００は、主に、電圧フィルタ部３０、回転角速度算出部３１、回転角度算出部３２、電流フィルタ部３３、第１信号生成部３４、第２信号生成部３５、回転情報算出部３６、故障検知部３８等の要素を含む。各要素は、電気回路で構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。

電圧フィルタ部３０は、電圧検出部１０ａが出力する端子間電圧Ｖの波形を滑らかにする。電圧フィルタ部３０は、例えば、回転角速度算出部３１が電動機１０の回転角速度を精度良く算出できるように端子間電圧Ｖの波形を滑らかにする。図１の例では、電圧フィルタ部３０は、ローパスフィルタであり、電圧検出部１０ａが出力する端子間電圧Ｖの波形のうちの高周波成分をノイズとして除去した端子間電圧Ｖ'を出力する。

回転角速度算出部３１は、電動機１０の端子間電圧Ｖ'と電動機１０を流れる電流Ｉｍとに基づいて電動機１０の回転角速度を算出する。図１の例では、回転角速度算出部３１は、式（１）に基づいて回転角速度ωを算出する。

Ｋｅは逆起電圧定数であり、Ｒｍは電動機１０の内部抵抗であり、Ｌｍは電動機１０のインダクタンスであり、ｄＩｍ／ｄｔは電流Ｉｍの一回微分である。電流Ｉｍの一回微分は、例えば、前回の電流Ｉｍの値と今回の電流Ｉｍの値との差である。

回転角速度算出部３１は、一定の制御周期毎に電動機１０の回転角速度ωを算出し、算出した回転角速度ωを回転角度算出部３２に対して出力する。

回転角度算出部３２は、電動機１０の回転角度を算出する。回転角度算出部３２は、式（２）に基づいて回転角度θを算出する。

回転角度算出部３２は、例えば、回転角速度算出部３１が一定の制御周期毎に出力する回転角速度ωを積算して回転角度θを算出し、算出した回転角度θに関する信号である回転角度信号を第２信号生成部３５に対して出力する。

また、回転角度算出部３２は、第２信号生成部３５からの同期指令に応じて回転角度θをゼロにリセットする。

電流フィルタ部３３は、電流検出部１０ｂが出力する電流Ｉｍに含まれる特定の周波数成分であるリップル成分Ｉｒを出力する。また、電流フィルタ部３３は、リップル検出部ＲＤを構成している。電流フィルタ部３３は、例えば、第１信号生成部３４が電流Ｉｍのリップル成分Ｉｒを検出できるようにリップル成分Ｉｒの周波数を通すバンドパスフィルタで構成される。バンドパスフィルタで構成される電流フィルタ部３３は、電流検出部１０ｂが出力する電流Ｉｍの波形のうちのリップル成分Ｉｒ以外の周波数成分を除去する。本実施例で利用するリップル成分Ｉｒは、整流子片２０ａとブラシとの接触・分離に起因して生成される。そのため、リップル成分Ｉｒの１周期の間に電動機１０が回転する角度はスリット間角度θｃに等しい。

第１信号生成部３４は、電動機１０が一定の角度だけ回転したことを、リップル成分Ｉｒの波形から推定した信号を生成する。この信号は、リップル成分Ｉｒの周期に応じた信号である。一定の角度は、リップル成分Ｉｒの１周期に対応する角度でもよいし、半周期に対応する角度でもよい。この実施例では、電動機１０がスリット間角度θｃだけ回転する毎に、リップル成分Ｉｒの波形から推定した信号（第１パルス信号Ｐａ）を生成する。また、第１信号生成部３４は、リップル検出部ＲＤを構成している。第１信号生成部３４は、例えば、電流フィルタ部３３が出力するリップル成分Ｉｒの波形に基づいて第１パルス信号Ｐａを生成する。

図３Ａは、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａを生成するタイミングの一例を示す図である。第１信号生成部３４は、リップル成分Ｉｒの１周期毎に第１パルス信号Ｐａを生成する。例えば、リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える度に第１パルス信号Ｐａを生成する。図３Ａの例では、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・、ｔｎ等で第１パルス信号Ｐａを生成している。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・、Ｔｎ等は、リップル成分Ｉｒの周期を示し、θ１、θ２、θ３、・・・、θｎ等は、第１信号生成部３４が第１パルス信号を生成したときの回転角度θを示す。回転角度θは、回転角度算出部３２が算出した値である。このように、第１信号生成部３４は、典型的には、回転角度θがスリット間角度θｃだけ増加する毎に、すなわち、回転角速度ωがゼロでない状態が継続したときに第１パルス信号Ｐａを生成する。一方、第１信号生成部３４は、典型的には、回転角度θがゼロの状態が継続したとき、すなわち、回転角速度ωがゼロの状態が継続したときには第１パルス信号Ｐａを生成しない。

但し、第１信号生成部３４は、例えば、電動機１０の電源オフ後の惰性回転期間において電流Ｉｍ及びそのリップル成分Ｉｒが小さくなった場合、リップル成分Ｉｒを検出できずに、第１パルス信号Ｐａを生成できないことがある。また、第１信号生成部３４は、例えば、電動機１０の電源オン直後に突入電流が発生した場合、その突入電流に応じて第１パルス信号Ｐａを誤って生成してしまうことがある。このような第１パルス信号Ｐａの生成漏れ又は誤生成は、回転角度検出器１００が出力する電動機１０の回転に関する情報（以下、「回転情報」とする。）の信頼性を低下させてしまう。

そこで、回転角度検出器１００は、第２信号生成部３５により、電動機１０の回転角度を表す信号をより高精度に生成できるようにしている。

第２信号生成部３５は、電動機１０が所定角度だけ回転したことを表す信号を生成する。第２信号生成部３５は、例えば、回転角度算出部３２が出力する回転角度信号と第１信号生成部３４が出力する第１パルス信号Ｐａとに基づいてスリット間角度θｃ毎に第２パルス信号Ｐｂを生成する。第２パルス信号Ｐｂは、電動機１０が所定角度だけ回転したことを表す情報の一例である。第１パルス信号Ｐａは、リップル成分Ｉｒの波形のみから推定した信号であるため、誤って出力されることがある。一方、第２パルス信号Ｐｂは、第１パルス信号Ｐａと、回転角度信号の双方から推定した信号であるため、誤差を一定値以下にできる。

図４は、第２信号生成部３５が第２パルス信号Ｐｂを生成するタイミングの一例を示す図である。第１閾値θｕ及び第２閾値θｄは、第１パルス信号Ｐａの受付可否の閾値であり、例えば、回転角度θと電動機１０の実際の回転角度との最大位相差に基づいて設定される。

第２信号生成部３５は、回転角度θが第１閾値θｕ以上で且つスリット間角度θｃ未満のときに第１信号生成部３４が最初に生成した第１パルス信号Ｐａに基づいて、第２パルス信号Ｐｂを生成する。第１閾値θｕは、予め設定される値であってもよく、動的に設定される値であってもよい。図４は、回転角度θが第１閾値θｕ以上で且つスリット間角度θｃ未満の角度範囲である受付範囲をドットパターンで示す。図４の例では、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ４を生成したときの回転角度θ１、θ２、θ５が第１閾値θｕ以上で且つスリット間角度θｃ未満である。すなわち、回転角度θ１、θ２、θ５のそれぞれがスリット間角度θｃに達するまでの残りの角度が角度α未満である。角度αは、例えば、回転角度θと電動機１０の実際の回転角度との最大誤差に基づき設定される。この場合、第２信号生成部３５は、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ５において第１信号生成部３４が生成した第１パルス信号Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ４がノイズでないとみなす。そのため、第２信号生成部３５は、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ５において第２パルス信号Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐｂ４を生成する。第２パルス信号Ｐｂを生成すると、第２信号生成部３５は、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力する。なお、回転角度θがスリット間角度θｃ未満、且つ、第１閾値θｕ以上の場合に、リップル成分Ｉｒと同じ周波数成分を持つノイズが発生すると、誤った第１パルス信号Ｐａが出力され、第２パルス信号Ｐｂが生成されるおそれがある。しかし、次のタイミングで、本当のリップル成分Ｉｒが検出され、回転角度検出器１００は、正しい回転角度を検出できる。したがって、回転角度検出器１００が検出する回転角度は、ノイズによって、一時的に誤って検出されても、正しい回転角度に戻る。また、誤差の範囲は、角度α未満であり、実用上、問題無い範囲である。

また、第２信号生成部３５は、回転角度θの大きさが所定角度に達したときに第２パルス信号Ｐｂを生成する。所定角度は、例えば、スリット間角度θｃである。但し、回転角度θは、回転角度算出部３２が算出した角度であり、誤差が含まれる。図４の例では、時刻ｔ３、ｔ７、ｔ９において回転角度θ３、θ７、θ９の絶対値がスリット間角度θｃに達したときに第２パルス信号Ｐｂ３、Ｐｂ５、Ｐｂ６を生成している。第２パルス信号Ｐｂを生成すると、第２信号生成部３５は、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力する。回転角度算出部３２は、同期指令を受けると回転角度θをゼロにリセットする。

すなわち、第２信号生成部３５は、例えば、時刻ｔ２において、第２パルス信号Ｐｂ２を生成した後で第１パルス信号Ｐａを受け取ることがない状態のまま、回転角度θの絶対値がスリット間角度θｃに達したときに第２パルス信号Ｐｂ３を生成する。

このように、第２信号生成部３５は、何らかの理由で第１パルス信号Ｐａが生成されなかった場合であっても、回転角度算出部３２によって算出された回転角度θの絶対値がスリット間角度θｃに達しさえすれば、第２パルス信号Ｐｂを生成する。そのため、第１パルス信号Ｐａの生成漏れを確実に防止できる。

また、第２信号生成部３５は、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａを生成したときの回転角度θが第２閾値θｄ未満の場合、第２パルス信号Ｐｂを生成しない。第２閾値θｄは、予め設定される値であってもよく、動的に設定される値であってもよい。このような状況は、典型的には、回転角度θの大きさが所定角度に達したことで第２パルス信号Ｐｂが生成された後に発生する。図４は、回転角度θがゼロ以上で且つ第２閾値θｄ未満の角度範囲である受付範囲をドットパターンで示す。図４の例では、時刻ｔ３で回転角度θの絶対値がスリット間角度θｃに達したことで第２パルス信号Ｐｂ３が生成された後の時刻ｔ４において、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａ３を生成している。このときの回転角度θ４は、第２閾値θｄ未満である。すなわち、時刻ｔ３でリセットされた後に積算された回転角度θ４は未だ角度β未満である。この場合、第２信号生成部３５は、時刻ｔ４で第１信号生成部３４が生成した第１パルス信号Ｐａ３を、時刻ｔ３で生成した第２パルス信号Ｐｂ３に統合可能と判定できる。具体的には、電動機１０の実際の回転角度がスリット間角度θｃに達する前に、回転角度算出部３２が出力する回転角度θが、スリット間角度θｃに達した場合に発生する。すなわち、実際の回転角度がスリット間角度θｃに達していないにもかかわらず、回転角度算出部３２が算出した回転角度θがスリット間角度θｃに達したために、第２パルス信号Ｐｂ３が生成された場合に発生する。第２パルス信号Ｐｂ３を生成した直後に第１パルス信号Ｐａ３が生成された時点が、実際の回転角度がスリット間角度θｃに達した瞬間である。このため、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａ３を生成した時点で、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力する。この場合、第２信号生成部３５は、時刻ｔ４では第２パルス信号Ｐｂを生成しない。図４の「×」に向かう破線矢印は、第１パルス信号Ｐａ３に基づいて第２パルス信号Ｐｂが生成されなかったことを表す。他の図における「×」に向かう破線矢印についても同様である。

また、第１信号生成部３４が、第１パルス信号Ｐａを短時間に連続して生成することがある。上述したとおり、図３Ａにおいて、リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える度に、第１信号生成部３４が、第１パルス信号Ｐａを生成する。リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える直前や直後は、微小なノイズが重畳されても、第１パルス信号Ｐａが誤って生成される。この場合、第１信号生成部３４が、第１パルス信号Ｐａを生成する間隔が角度β（第２閾値θｄ）未満となる。図４の例では、第１信号生成部３４が、時刻ｔ２で、第１パルス信号Ｐａ２を生成する。第２信号生成部３５は、第２パルス信号Ｐｂ２を生成すると共に、回転角度算出部３２に同期指令を出力する。回転角度算出部３２は、回転角度θをリセットする。その後、第１信号生成部３４が、時刻ｔ２'で、第１パルス信号Ｐａ２'を生成する。時刻ｔ２'の時点での回転角度θは、第２閾値θｄ未満である。この場合、第２信号生成部３５は、第２パルス信号Ｐｂを生成せず、同期指令も出力しない。図４の「×」に向かう破線矢印は、第１パルス信号Ｐａ３に基づいて第２パルス信号Ｐｂが生成されなかったことを表す。なお、リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える直前や直後は、微小なノイズが重畳された場合、短時間に連続して複数発生する第１パルス信号Ｐａの何れが、スリット間角度θｃに達したことを示す第１パルス信号Ｐａか判断できない。しかし、この場合、複数の第１パルス信号Ｐａは、短い期間内（角度β未満）に生成されるため、最初の第１パルス信号Ｐａの時点で、回転角度θがスリット間角度θｃに達したと見なしても、実用上、問題ない。また、リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える度に、同様のノイズが発生したとしても、誤差は、角度β未満に抑えられる。つまり、誤差が累積しない。このため、実用上問題ない範囲に誤差を抑えることができる。

また、第２信号生成部３５は、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａを生成したときの回転角度θが第２閾値θｄ以上で且つ第１閾値θｕ未満の場合、すなわち、回転角度θが角度範囲Ｒ１内にある場合、第２パルス信号Ｐｂを生成することはなく、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力することもない。図４の例では、時刻ｔ６において第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａ５を生成したときの回転角度θ６は、第２閾値θｄ以上で且つ第１閾値θｕ未満である。すなわち、回転角度θ６がスリット間角度θｃに達するまでの残りの角度が角度αより大きく、時刻ｔ５でリセットされた後に積算された回転角度θ６が角度β以上である。この場合、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａ５がノイズに基づくものと判定できる。そのため、第２信号生成部３５は、時刻ｔ６では第２パルス信号Ｐｂを生成することはなく、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力することもない。すなわち、ノイズに基づく第１パルス信号Ｐａ５による影響を排除できる。

また、第２信号生成部３５は、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａを生成したときの回転角度θが第２閾値θｄ未満の場合、第２パルス信号Ｐｂを生成しない。但し、第２信号生成部３５は、第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａを生成したときの回転角度θが第２閾値θｄ未満の場合、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力する場合と、同期指令を出力しない場合がある。第１パルス信号Ｐａが生成される前に、回転角度θがスリット間角度θｃに達した後で、回転角度θが第２閾値θｄ未満のときに第１パルス信号Ｐａが生成されると、第２信号生成部３５は、同期指令を回転角度算出部３２に送る。但し、第１パルス信号Ｐａが生成される前に、回転角度θがスリット間角度θｃに達した後で、回転角度θが第２閾値θｄ未満のときに複数の第１パルス信号Ｐａが生成されると、２番目以降の第１パルス信号Ｐａは無視される。すなわち、第２信号生成部３５は、同期指令を出力しない。また、回転角度θがスリット間角度θｃに達する前に第１パルス信号Ｐａが生成された後、回転角度θが第２閾値θｄ未満のときに第１パルス信号Ｐａが生成されても、第２信号生成部３５は、同期指令を出力しない。つまり、第１パルス信号Ｐａが第２閾値θｄ（角度β）未満の間に、複数の第１パルス信号Ｐａが生成された場合、２番目以降の第１パルス信号Ｐａは無視される。すなわち、第２信号生成部３５は、同期指令を出力しない。図４の例では、時刻ｔ４'において第１信号生成部３４が第１パルス信号Ｐａ３'を生成したときの回転角度θ４'は、第２閾値θｄ未満である。しかしながら、第１パルス信号Ｐａ３'は、直近の第２パルス信号Ｐｂ３が生成された後の２番目の第１パルス信号Ｐａである。そのため、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａ３'を受け取ったときには、第２パルス信号Ｐｂを生成することはなく、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力することもない。

以上の構成により、回転角度検出器１００は、電動機１０の回転角度θの検出誤差を実用上問題ない範囲に抑えることができる。特に、回転角度検出器１００では、誤差が累積されることがない。このため、電動機１０の回転数にかかわらず、誤差を一定範囲内に抑えることができる。発明者は、次の前提が成り立つことを発見し、上述した回転角度検出器１００を発明した。（１）微小ノイズによるリップル成分Ｉｒの誤検出は、リップル成分Ｉｒが基準電流値Ｉｂを超える直前か直後に限定される。この場合、正しく生成された第１パルス信号Ｐａの前後の短時間（角度αだけ前から角度βだけ後まで）のみ、誤った第１パルス信号Ｐａが生成される。（２）大きなノイズは、電源オン直後の突入電流等によるもので、スリット間角度θｃより充分長い間隔で発生する。（３）回転角度算出部３２が、端子間電圧Ｖ'と電流Ｉｍから算出する回転角度θの誤差は、スリット間角度θｃより充分に小さい。

以上の構成により、第２信号生成部３５は、例えば、電動機１０の電源オフ後の惰性回転期間において電流Ｉｍ及びそのリップル成分Ｉｒが小さくなり、第１信号生成部３４がリップル成分Ｉｒの波形に基づいて第１パルス信号Ｐａを生成できない場合であっても、第２パルス信号Ｐｂを生成できる。

また、第２信号生成部３５は、例えば、電動機１０の電源オン直後に突入電流が発生し、第１信号生成部３４がその突入電流に応じて第１パルス信号Ｐａを誤って生成してしまった場合であっても、その第１パルス信号Ｐａに対応する第２パルス信号Ｐｂを生成しない。すなわち、その第１パルス信号Ｐａによる影響を排除できる。

また、第２信号生成部３５は、例えば、第１信号生成部３４がノイズ等の影響により第１パルス信号Ｐａを誤って生成してしまった場合であっても、その第１パルス信号Ｐａに対応する第２パルス信号Ｐｂを生成することはなく、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力することもない。

そのため、回転角度検出器１００は、第１パルス信号Ｐａと回転角度信号の双方に基づき生成される第２パルス信号Ｐｂに基づいて電動機１０の回転情報を算出することで、電動機１０の回転情報の信頼性を向上させることができる。

また、第２信号生成部３５は、電動機１０の回転方向を表す方向信号を出力する。例えば、第２信号生成部３５は、回転方向が順回転方向であれば、回転角度θとして正の値を出力し、回転方向が逆回転方向であれば、回転角度θとして負の値を出力する。回転角度θは、電動機１０を流れる電流が正の値のときに正の値を有し、電動機１０を流れる電流が負の値のときに負の値を有する。但し、惰性回転中は、回転角度θは、電動機１０を流れる電流が負の値のときに正の値を有し、電動機１０を流れる電流が正の値のときに負の値を有する。

回転情報算出部３６は、電動機１０の回転情報を算出する。電動機１０の回転情報は、例えば、基準回転位置からの回転量（回転角度）、基準回転位置からの回転数等を含む。電動機１０が自動車のウィンドウの昇降に使用される場合には、電動機１０の回転情報は、基準位置に対するウィンドウの上縁の相対位置、ウィンドウの開き量等に変換された値でもよい。また、ある期間における回転角速度ωの平均値、最大値、最小値、中間値等の統計値を含んでいてもよい。図１の例では、回転情報算出部３６は、第２信号生成部３５の出力に基づいて電動機１０の回転情報を算出する。例えば、電動機１０の回転が開始した後に生成された第２パルス信号Ｐｂの数にスリット間角度θｃを乗ずることで、電動機１０の回転が開始した後の回転量を算出する。その際、回転情報算出部３６は、第２信号生成部３５が第２パルス信号Ｐｂと共に出力する方向信号に基づいて第２パルス信号Ｐｂの数をインクリメントするかデクリメントするかを決定する。或いは、回転情報算出部３６は、順回転方向を表す方向信号と共に受けた第２パルス信号Ｐｂの数と、逆回転方向を表す方向信号と共に受けた第２パルス信号Ｐｂの数とを別々に計数し、それらの差に基づいて電動機１０の回転量を算出してもよい。

故障検知部３８は、回転角度検出器１００の故障を検知する。本実施例では、故障検知部３８は、検知対象としての電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤのそれぞれの出力が通常回転を示すか否かに基づいて電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤのそれぞれの故障を検知する。そして、故障を検知した場合、故障検知信号を外部に向けて出力する。

故障検知部３８は、例えば、電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤのうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない異常状態が所定期間にわたって継続した場合に、その残りの１つが故障していると判断する。

故障検知部３８は、例えば、電圧検出部１０ａの出力が通常回転を示し、電流検出部１０ｂの出力が通常回転を示し、且つ、リップル検出部ＲＤの出力が通常回転を示さない第１異常状態が所定期間にわたって継続した場合に、リップル検出部ＲＤが故障していると判断する。

第１異常状態は、例えば、電圧検出部１０ａ及び電流検出部１０ｂのそれぞれの出力に基づいて算出される回転角速度ωがゼロでないにもかかわらず、リップル検出部ＲＤが第１パルス信号Ｐａを出力していない状態である。

電流Ｉｍ、周期Ｔ、端子間電圧Ｖのそれぞれの正常範囲は、不揮発性記憶媒体等に予め設定されているが、動的に算出され或いは設定されてもよい。また、正常範囲は、電動機１０の通常回転時における正常範囲（以下、「第１正常範囲」とする。）である。電動機１０の停止時における正常範囲は含まれない。

また、故障検知部３８は、例えば、電圧検出部１０ａの出力が通常回転の場合の電圧値の範囲内であり、電流検出部１０ｂの出力が通常回転の場合の電流値の範囲外であり、且つ、リップル検出部ＲＤから通常回転を示す信号が出力される第２異常状態が所定期間にわたって継続した場合に、電流検出部１０ｂが故障していると判断する。

第２異常状態は、例えば、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内にあり、且つ、第１パルス信号Ｐａの周期Ｔが第１正常範囲内にあるにもかかわらず、電流Ｉｍが第１正常範囲外にある状態である。

正常範囲内にある電流Ｉｍの大きさは、例えば、ストール電流値の大きさ以下である。ストール電流値は、例えば、端子間電圧Ｖを内部抵抗Ｒｍで除した値に係数K1を乗じて算出される。係数K1は、固定値であってもよく、可変値であってもよい。

また、故障検知部３８は、例えば、電圧検出部１０ａの出力が通常回転の場合の電圧値の範囲外であり、電流検出部１０ｂの出力が通常回転の場合の電流値の範囲内であり、且つ、リップル検出部ＲＤから通常回転を示す信号が出力される第３異常状態が所定期間にわたって継続した場合に、電圧検出部１０ａが故障していると判断する。

第３異常状態は、例えば、電流Ｉｍが第１正常範囲内にあり、且つ、リップル検出部ＲＤが出力する第１パルス信号Ｐａの周期Ｔが第１正常範囲内であるにもかかわらず、端子間電圧Ｖが第１正常範囲外にある状態である。

故障検知部３８は、判断保留時間としての異常状態の継続期間を計測するタイマ部３８Ｔを有する。判断保留時間は、検知対象が故障しているとの判断を保留する時間を意味する。故障検知部３８は、タイマ部３８Ｔが計測した判断保留時間が所定期間を超えたときに、その異常状態において通常回転の場合と異なる出力を行っていた１つの検知対象が故障していると判断する。

次に、図５を参照し、回転角度検出器１００が電動機１０の回転量を算出する処理（以下、「回転量算出処理」とする。）の流れについて説明する。図５は、回転量算出処理のフローチャートである。回転角度検出器１００は、電動機１０の駆動中にこの回転量算出処理を実行する。

最初に、回転角度検出器１００は、端子間電圧Ｖ及び電流Ｉｍを取得する（ステップＳＴ１）。図１の例では、回転角度検出器１００は、電圧検出部１０ａが出力する端子間電圧Ｖ、及び、電流検出部１０ｂが出力する電流Ｉｍを所定の制御周期毎に取得する。

その後、回転角度検出器１００は、回転角速度ω及び回転角度θを算出する（ステップＳＴ２）。図１の例では、回転角度検出器１００の回転角速度算出部３１は、端子間電圧Ｖと電流Ｉｍを式（１）に代入して回転角速度ωを所定の制御周期毎に算出する。そして、回転角度検出器１００の回転角度算出部３２は、制御周期毎に算出される回転角速度ωを積算して回転角度θを算出する。

その後、回転角度検出器１００は、回転角度θが所定角度未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。図１の例では、回転角度検出器１００の第２信号生成部３５は、回転角度θがスリット間角度θｃ未満であるか否かを判定する。

回転角度θがスリット間角度θｃ以上であると判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、第２信号生成部３５は、スリット間角度θｃまでのタイミングで第１パルス信号Ｐａが生成されなかったと判定する。この場合、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａが生成されていないことを示すためにフラグＦを"Ｆａｌｓｅ"にする（ステップＳＴ３Ａ）。フラグＦは、第１パルス信号Ｐａが生成されたか否かを示すためのフラグである。フラグＦの初期値は、第１パルス信号Ｐａが生成されていないことを示す"Ｆａｌｓｅ"である。フラグＦが"Ｔｒｕｅ"であることは、第１パルス信号Ｐａが既に生成されたことを示す。そして、第２パルス信号Ｐｂを生成し（ステップＳＴ１０）、且つ、回転角度θをゼロにリセットする（ステップＳＴ１１）。これは、第１パルス信号Ｐａが生成される前に回転角度θがスリット間角度θｃに達した場合であり、図４の例において時刻ｔ３、ｔ７、ｔ９で回転角度θが回転角度θ３、θ７、θ９に達した場合に対応する。

一方、回転角度θがスリット間角度θｃ未満であると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａが生成されたか否かを判定する（ステップＳＴ４）。図１の例では、第１信号生成部３４によって第１パルス信号Ｐａが生成されたか否かを判定する。

回転角度θがスリット間角度θｃ未満の段階（ステップＳＴ３のＹＥＳ）で第１パルス信号Ｐａが未だ生成されていないと第２信号生成部３５が判定した場合（ステップＳＴ４のＮＯ）、回転角度検出器１００は、回転量を算出する（ステップＳＴ７）。そして、回転情報算出部３６は、第２信号生成部３５の出力に基づいて電動機１０の回転量を算出する。この場合、算出される回転量に変化はない。これは、図４の例において時刻ｔ０で回転角度θが回転角度θ０になっている場合に対応する。

その後、回転角度検出器１００は、回転角速度ωがゼロになったか否かを判定する（ステップＳＴ８）。そして、回転角度検出器１００は、回転角速度ωがゼロになっていないと判定した場合（ステップＳＴ８のＮＯ）、処理をステップＳＴ１に戻し、回転角速度ωがゼロになったと判定した場合（ステップＳＴ８のＹＥＳ）、回転量算出処理を終了させる。

第１パルス信号Ｐａが生成されたと判定した場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）、第２信号生成部３５は、回転角度θが第１閾値θｕ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ５）。第１閾値θｕ未満のタイミングで生成された第１パルス信号Ｐａは、ノイズに基づく慨然性が高いためである。

回転角度θが第１閾値θｕ以上であると判定した場合（ステップＳＴ５のＮＯ）、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａが生成されたか否かを示すためにフラグＦを"Ｔｒｕｅ"にする（ステップＳＴ５Ａ）。そして、第２信号生成部３５は、第２パルス信号Ｐｂを生成し（ステップＳＴ１０）、且つ、回転角度θをゼロにリセットする（ステップＳＴ１１）。回転角度θが、第１閾値θｕ以上のときに第１パルス信号Ｐａが発生した場合、第１パルス信号Ｐａが発生した時点の実際の回転角度が、スリット間角度θｃに近いためである。これは、図４の例において時刻ｔ１、ｔ２、ｔ５で第１パルス信号Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ４が生成された場合に対応する。

回転角度θが第１閾値θｕ未満であると判定した場合（ステップＳＴ５のＹＥＳ）、第２信号生成部３５は、現時点では、第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものでないとは判定できない。回転角度θは、多少の誤差を含む場合がある。また、第１パルス信号Ｐａの生成時期が、ノイズ等の影響で、若干ずれることがある。このため、回転角度θがスリット間角度θｃに達する時期と、第１パルス信号Ｐａの生成時期がずれる場合がある。このため、回転角度θがスリット間角度θｃに達する時期と、第１パルス信号Ｐａの生成時期のどちらが早いか分からないためである。そこで、第２信号生成部３５は、直近の第２パルス信号Ｐｂを生成した後で最初に受け取った第１パルス信号Ｐａに関し、回転角度θが第２閾値θｄ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ６）。

最初の第１パルス信号Ｐａに関する回転角度θが第２閾値θｄ未満であると判定した場合（ステップＳＴ６のＹＥＳ）、第２信号生成部３５は、フラグＦを調べる（ステップＳＴ６Ａ）。フラグＦは、第１パルス信号Ｐａが、連続して発生したことを判断するためのフラグである。フラグＦが"Ｔｒｕｅ"の場合、第１パルス信号Ｐａは、連続して発生した２番目以降の第１パルス信号Ｐａである。フラグＦが"Ｔｒｕｅ"の場合（ステップＳＴ６ＡのＹＥＳ）、回転角度検出器１００は、回転量を算出する（ステップＳＴ７）。これは、図４の例において時刻ｔ２'、ｔ４'で第１パルス信号Ｐａ２'、Ｐａ３'が生成されたときに対応する。フラグＦが"Ｆａｌｓｅ"の場合（ステップＳＴ６ＡのＮＯ）、第２信号生成部３５は、フラグＦを"Ｔｒｕｅ"にする（ステップＳＴ６Ｂ）。その後、第２信号生成部３５は、回転角度θをゼロにリセットする（ステップＳＴ１１）。回転角度θが第２閾値θｄ未満の場合、第１パルス信号Ｐａが生成されたときの実際の回転角度が、スリット間角度θｃに近いためである。すなわち、第２閾値θｄ未満の場合、第１パルス信号Ｐａが、直前に生成した第２パルス信号Ｐｂに対応すると判定できるためである。これは、図４の例において時刻ｔ４、ｔ８で第１パルス信号Ｐａ３、Ｐａ６が生成された場合に対応する。すなわち、第１パルス信号Ｐａ３、Ｐａ６が第２パルス信号Ｐｂ３、Ｐｂ５に対応すると判定できる。

最初の第１パルス信号Ｐａに関する回転角度θが第２閾値θｄ以上であると判定した場合（ステップＳＴ６のＮＯ）、すなわち、角度範囲Ｒ１内であると判定した場合、第２信号生成部３５は、その第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものであると判定する。この場合、第２信号生成部３５は、第２パルス信号Ｐｂを生成することはなく、回転角度θをリセットすることもない。そして、回転情報算出部３６は、第２信号生成部３５の出力に基づいて電動機１０の回転量を算出する。これは、図４の例において時刻ｔ６で第１パルス信号Ｐａ５が生成されたときに対応する。すなわち、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａ５をノイズに基づくものと判定している。

その後、回転角度検出器１００は、電動機１０の回転量を算出する（ステップＳＴ７）。図１の例では、回転角度検出器１００の回転情報算出部３６は、電動機１０の回転が開始した後に生成された第２パルス信号Ｐｂの数にスリット間角度θｃを乗ずることで、電動機１０の回転が開始した後の回転量を算出する。

次に、図６を参照し、回転角度検出器１００が算出した電動機１０の回転量の信頼性に関する実験結果について説明する。図６は、合成パルス信号及びホールパルス信号のそれぞれの推移を示す図である。

合成パルス信号は、第２パルス信号Ｐｂの複数パルスを１パルスに合成することで得られる信号である。図６の例では、スリット間角度θｃは９０度である。第１パルス信号Ｐａ及び第２パルス信号Ｐｂは、基本的に、電動機１０の回転軸が９０度回転する度に生成されている。そして、合成パルス信号は、第２パルス信号Ｐｂの２パルスを１パルスに合成して生成されている。すなわち、回転角度検出器１００は、電動機１０の回転軸が１８０度回転する度に合成パルス信号を１つ生成するように構成されている。

ホールパルス信号は、ホールセンサが出力したパルス信号である。ホールセンサは、第２パルス信号Ｐｂとホールパルス信号との比較のために電動機１０の回転軸に取り付けられた磁石が作る磁束を検出する。図６の例では、回転角度検出器１００は、電動機１０の回転軸が１８０度回転する度にホールパルス信号を１つ生成するように構成されている。

図６の「×」に向かう破線矢印は、第１パルス信号Ｐａに基づいて第２パルス信号Ｐｂが生成されなかったことを表す。すなわち、第１パルス信号Ｐａがノイズとして無視されたことを表す。また、図６の８つの実線矢印は、第１パルス信号Ｐａの生成漏れの際に第２パルス信号Ｐｂが追加されたことを表す。

図６の例では、電動機１０の順回転を開始させてからその順回転を停止させるまでの期間に生成された合成パルス信号及びホールパルス信号のそれぞれの数が等しいことが確認された。すなわち、第２パルス信号Ｐｂに基づいて算出される電動機１０の回転量が、ホールセンサによって検出される電動機１０の回転量に等しいことが確認された。

次に、図７を参照し、故障検知部３８が検知対象の故障を検知する処理（以下、「故障検知処理」とする。）について説明する。図７は、故障検知処理のフローチャートである。故障検知部３８は、所定の制御周期で繰り返しこの故障検知処理を実行する。

最初に、故障検知部３８は、３つの検知対象のそれぞれの出力のうちの２つが通常回転を示し且つ残りの１つが通常回転を示さないかを判定する（ステップＳＴ１１）。すなわち、３つの検知対象が異常状態であるか否かを判定する。本実施例では、３つの検知対象は、電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ及びリップル検出部ＲＤである。

電圧検出部１０ａの出力である端子間電圧Ｖは、例えば、所定の下限電圧値（例えば７［Ｖ］）より大きく、且つ、所定の上限電圧値（例えば１８［Ｖ］）より小さい場合に通常回転を示すと判定され、それ以外の場合に通常回転を示さないと判定される。

電流検出部１０ｂの出力である電流Ｉｍは、例えば、所定の下限電流値（例えば０．５［Ａ］）より大きく、且つ、所定の上限電流値（例えば、２０［Ａ］）より小さい場合に通常回転を示すと判定され、それ以外の場合に通常回転を示さないと判定される。上限電流値はストール電流値であってもよい。

リップル検出部ＲＤの出力である第１パルス信号Ｐａは、例えば、周期Ｔが所定の下限周期より大きく、且つ、所定の上限周期より小さい場合に通常回転を示すと判定され、それ以外の場合に通常回転を示さないと判定される。

３つの検知対象が異常状態であると判定した場合（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、故障検知部３８は、判断保留時間の計測を開始する（ステップＳＴ１２）。判断保留時間の計測を既に開始している場合にはその計測を継続する。本実施例では、故障検知部３８は、タイマ部３８Ｔによる計時を開始させ或いは継続させる。

その後、故障検知部３８は、判断保留時間が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。閾値は、３つの検知対象のうちの何れが通常回転を示さないと判定されているかに応じて異なっていてもよく、同じであってもよい。

判断保留時間が閾値を超えたと判定した場合（ステップＳＴ１３のＹＥＳ）、故障検知部３８は、出力が通常回転を示さないと判定されているその残りの１つの検知対象が故障していると判断する（ステップＳＴ１４）。このとき、故障検知部３８は、故障検知信号を外部に向けて出力してもよい。

判断保留時間が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳＴ１３のＮＯ）、故障検知部３８は、その残りの１つの検知対象が故障していると判断することなく、今回の故障検知処理を終了させる。すなわち、判断保留時間が閾値を超えたと判定するまでは、検知対象のうちの１つが故障しているとの判断を保留する。故障の誤検知を防止するためである。

３つの検知対象が異常状態でないと判定した場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）、故障検知部３８は、判断保留時間をリセットする（ステップＳＴ１５）。本実施例では、故障検知部３８は、判断保留時間をゼロにリセットした上でタイマ部３８Ｔによる計時を停止させる。

また、故障検知部３８は、これまでの異常状態とは別の異常状態になったと判定した場合には、判断保留時間をゼロにリセットした上でタイマ部３８Ｔによる計時を再開させる。例えば、第１異常状態であると判定されてから、ある程度の時間が既にカウントアップされている場合であっても、判断保留時間が閾値を超える前に第１異常状態が解消され且つ第２異常状態になったと判定された場合には、第１異常状態に関する判断保留時間をゼロにリセットし、第２異常状態に関する判断保留時間のタイマ部３８Ｔによる計時を開始させる。

このように、回転角度検出器１００は、電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ及びリップル検出部ＲＤのうちの２つが通常回転を示し且つ残りの１つが通常回転を示さない状態が所定時間にわたって継続する場合に、その残りの１つが故障していると判断できる。

次に、図８を参照し、故障検知部３８がリップル検出部ＲＤの故障を検知する処理（以下、「第１故障検知処理」とする。）について説明する。図８は、第１故障検知処理のフローチャートである。故障検知部３８は、所定の制御周期で繰り返しこの第１故障検知処理を実行する。

最初に、故障検知部３８は、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。そして、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内であると判定した場合（ステップＳＴ２１のＹＥＳ）、電流Ｉｍが第１正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。そして、電流Ｉｍが第１正常範囲内であると判定した場合（ステップＳＴ２２のＹＥＳ）、リップルが検出されていないか否か（「リップル検出無し」か「リップル検出有り」か）を判定する（ステップＳＴ２３）。

その後、リップル検出無しと判定した場合（ステップＳＴ２３のＹＥＳ）、すなわち、第１異常状態であると判定した場合、故障検知部３８は、非検出時間の計測を開始する（ステップＳＴ２４）。非検出時間は、判断保留時間の一例であり、リップルが検出されていない時間を表す。非検出時間の計測を既に開始している場合にはその計測を継続する。

その後、故障検知部３８は、非検出時間が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳＴ２５）。閾値は、望ましくは、惰性回転期間よりも長い期間である。惰性回転中におけるリップル検出無しの状態に基づき、リップル検出部ＲＤが故障していると誤って判断されてしまうのを防止するためである。

非検出時間が閾値を超えたと判定した場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、故障検知部３８は、リップル検出部ＲＤが故障していると判断する（ステップＳＴ２６）。このとき、故障検知部３８は、リップル検出部ＲＤの故障に関する故障検知信号を外部に向けて出力してもよい。

非検出時間が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳＴ２５のＮＯ）、故障検知部３８は、リップル検出部ＲＤが故障していると判断することなく、今回の第１故障検知処理を終了させる。すなわち、非検出時間が閾値を超えたと判定するまでは、リップル検出部ＲＤが故障しているとの判断を保留する。故障の誤検知を防止するためである。

端子間電圧Ｖが第１正常範囲内にないと判定した場合（ステップＳＴ２１のＮＯ）、電流Ｉｍが第１正常範囲内にないと判定した場合（ステップＳＴ２２のＮＯ）、或いは、リップル検出有りと判定した場合（ステップＳＴ２３のＮＯ）、故障検知部３８は、非検出時間をリセットする（ステップＳＴ２７）。本実施例では、故障検知部３８は、非検出時間をゼロにリセットした上で非検出時間の計測を停止する。なお、ステップＳＴ２１からステップＳＴ２３における３つの判定は順不同であり、３つの判定が同時に行われてもよい。

このように、故障検知部３８は、端子間電圧Ｖと電流Ｉｍから電動機１０が回転中であると判断できる場合に、所定の期間が経過しても第１パルス信号Ｐａが検出されないときには、リップル検出部ＲＤが故障していると判断できる。

次に、図９を参照し、故障検知部３８が電流検出部１０ｂの故障を検知する処理（以下、「第２故障検知処理」とする。）について説明する。図９は、第２故障検知処理のフローチャートである。故障検知部３８は、所定の制御周期で繰り返しこの第２故障検知処理を実行する。

最初に、故障検知部３８は、通常回転時と同様にリップルが検出されているか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。通常回転時と同様にリップルが検出されている状態は、例えば、リップル検出部ＲＤが出力する第１パルス信号Ｐａの周期Ｔが所定値未満の状態である。

そして、通常回転時と同様にリップルが検出されていると判定した場合（ステップＳＴ３１のＹＥＳ）、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ３２）。そして、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内であると判定した場合（ステップＳＴ３２のＹＥＳ）、電流Ｉｍが第１正常範囲外であるか否かを判定する（ステップＳＴ３３）。

その後、電流Ｉｍが第１正常範囲外であると判定した場合（ステップＳＴ３３のＹＥＳ）、すなわち、第２異常状態であると判定した場合、故障検知部３８は、電流異常継続時間の計測を開始する（ステップＳＴ３４）。電流異常継続時間は、判断保留時間の一例であり、電流Ｉｍが第１正常範囲外にある状態が継続している時間を表す。電流異常継続時間の計測を既に開始している場合にはその計測を継続する。

その後、故障検知部３８は、電流異常継続時間が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳＴ３５）。閾値は、望ましくは、惰性回転中の電動機１０が１回転するのに要する期間よりも長い期間である。電流Ｉｍに含まれるノイズに基づき、電流検出部１０ｂが故障していると誤って判断されてしまうのを防止するためである。

電流異常継続時間が閾値を超えたと判定した場合（ステップＳ３５のＹＥＳ）、故障検知部３８は、電流検出部１０ｂが故障していると判断する（ステップＳＴ３６）。このとき、故障検知部３８は、電流検出部１０ｂの故障に関する故障検知信号を外部に向けて出力してもよい。

電流異常継続時間が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳＴ３５のＮＯ）、故障検知部３８は、電流検出部１０ｂが故障していると判断することなく、今回の第２故障検知処理を終了させる。すなわち、電流異常継続時間が閾値を超えたと判定するまでは、電流検出部１０ｂが故障しているとの判断を保留する。故障の誤検知を防止するためである。

通常回転時と同様にはリップルが検出されていないと判定した場合（ステップＳＴ３１のＮＯ）、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内にないと判定した場合（ステップＳＴ３２のＮＯ）、或いは、電流Ｉｍが第１正常範囲内にあると判定した場合（ステップＳＴ３３のＮＯ）、故障検知部３８は、電流異常継続時間をリセットする（ステップＳＴ３７）。本実施例では、故障検知部３８は、電流異常継続時間をゼロにリセットした上で電流異常継続時間の計測を停止する。なお、ステップＳＴ３１からステップＳＴ３３における３つの判定は順不同であり、３つの判定が同時に行われてもよい。

このように、故障検知部３８は、通常回転時と同様にリップルが検出されて電動機１０が回転中であると判断できる場合で、所定の期間にわたって端子間電圧Ｖが正常範囲内であり且つ電流Ｉｍが第１正常範囲外（例えばゼロ）であるときには、電流検出部１０ｂが故障していると判断できる。

次に、図１０を参照し、故障検知部３８が電圧検出部１０ａの故障を検知する処理（以下、「第３故障検知処理」とする。）について説明する。図１０は、第３故障検知処理のフローチャートである。故障検知部３８は、所定の制御周期で繰り返しこの第３故障検知処理を実行する。

最初に、故障検知部３８は、通常回転時と同様にリップルが検出されているか否かを判定する（ステップＳＴ４１）。そして、通常回転時と同様にリップルが検出されていると判定した場合（ステップＳＴ４１のＹＥＳ）、電流Ｉｍが第１正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ４２）。そして、電流Ｉｍが第１正常範囲内であると判定した場合（ステップＳＴ４２のＹＥＳ）、端子間電圧Ｖが第１正常範囲外であるか否かを判定する（ステップＳＴ４３）。

その後、端子間電圧Ｖが第１正常範囲外であると判定した場合（ステップＳＴ４３のＹＥＳ）、すなわち、第３異常状態であると判定した場合、故障検知部３８は、電圧異常継続時間の計測を開始する（ステップＳＴ４４）。電圧異常継続時間は、判断保留時間の一例であり、端子間電圧Ｖが正常範囲外にある状態が継続している時間を表す。電圧異常継続時間の計測を既に開始している場合にはその計測を継続する。

その後、故障検知部３８は、電圧異常継続時間が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳＴ４５）。閾値は、望ましくは、惰性回転中の電動機１０が１回転するのに要する期間よりも長い期間である。端子間電圧Ｖに含まれるノイズに基づき、電圧検出部１０ａが故障していると誤って判断されてしまうのを防止するためである。

電圧異常継続時間が閾値を超えたと判定した場合（ステップＳ４５のＹＥＳ）、故障検知部３８は、電圧検出部１０ａが故障していると判断する（ステップＳＴ４６）。このとき、故障検知部３８は、電圧検出部１０ａの故障に関する故障検知信号を外部に向けて出力してもよい。

電圧異常継続時間が閾値を超えていないと判定した場合（ステップＳＴ４５のＮＯ）、故障検知部３８は、電圧検出部１０ａが故障していると判断することなく、今回の第３故障検知処理を終了させる。すなわち、電圧異常継続時間が閾値を超えたと判定するまでは、電圧検出部１０ａが故障しているとの判断を保留する。故障の誤検知を防止するためである。

通常回転時と同様にはリップルが検出されていないと判定した場合（ステップＳＴ４１のＮＯ）、電流Ｉｍが第１正常範囲内にないと判定した場合（ステップＳＴ４２のＮＯ）、或いは、端子間電圧Ｖが第１正常範囲内にあると判定した場合（ステップＳＴ４３のＮＯ）、故障検知部３８は、電圧異常継続時間をリセットする（ステップＳＴ４７）。本実施例では、故障検知部３８は、電圧異常継続時間をゼロにリセットした上で電圧異常継続時間の計測を停止する。なお、ステップＳＴ４１からステップＳＴ４３における３つの判定は順不同であり、３つの判定が同時に行われてもよい。

このように、故障検知部３８は、通常回転時と同様にリップルが検出されて電動機１０が回転中であると判断できる場合で、所定の期間にわたって電流Ｉｍが第１正常範囲内であり且つ端子間電圧Ｖが第１正常範囲外（例えばゼロ）であるときには、電圧検出部１０ａが故障していると判断できる。

上述のように、整流子２０を備えた電動機１０の回転に関する情報を取得する回転角度検出器１００は、電動機１０の端子間電圧Ｖを検出する電圧検出部１０ａの検出結果、及び、電動機１０を流れる電流Ｉｍを検出する電流検出部１０ｂの検出結果に基づいて電動機１０の回転角速度ωを算出する回転角速度算出部３１と、電動機１０を流れる電流Ｉｍに含まれるリップル成分Ｉｒを検出するリップル検出部ＲＤと、電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤの出力に基づいて電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤのそれぞれの故障を検知する故障検知部３８と、を含む。そして、故障検知部３８は、電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ、及び、リップル検出部ＲＤのうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、その残りの１つが故障していると判断する。具体的には、回転角度検出器１００は、電流Ｉｍのリップル成分Ｉｒに基づいて生成される第１パルス信号Ｐａ、及び、端子間電圧Ｖ及び電流Ｉｍに基づいて算出される回転角度θのそれぞれに基づき、電動機１０の回転状態を個別に推定できる。すなわち、別々の方法で導き出される２つのパラメータである第１パルス信号Ｐａと回転角度θとを用いて電動機１０の回転状態を別々に推定できる。そのため、第１のパラメータを用いて推定された回転状態と、第２のパラメータを用いて推定された回転状態とが顕著に異なる場合、一方のパラメータの導出に関連する検知対象が故障していると判断できる。そして、３つの検知対象のうちの２つが正常であることを確認できれば、残りの１つが故障していると判断できる。その結果、追加コスト無しで、検知対象の故障をより確実に検知できる。なお、回転角度検出器１００は、３つの検知対象のそれぞれの出力のうちの２つが正常で且つ残りの１つが異常であるかを判定することで、３つの検知対象のそれぞれの故障を検知可能な構成であってもよく、３つの検知対象のうちの特定の２つの故障を検知可能な構成であってもよく、３つの検知対象のうちの特定の１つの故障を検知可能な構成であってもよい。

また、回転角度検出器付き電動機は、電動機１０と、電動機１０の回転角度を検出する回転角度検出器１００とを備えている。電動機１０は、複数の整流子片２０ａからなる整流子２０を有する。

また、回転角度検出器１００は、３つの検出部である電圧検出部１０ａ、電流検出部１０ｂ及びリップル検出部ＲＤのうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態の継続期間を計測するタイマ部３８Ｔを有していてもよい。そして、故障検知部３８は、タイマ部３８Ｔが計測した継続期間が所定期間を超えたときに、その残りの１つが故障していると判断してもよい。この構成により、回転角度検出器１００は、故障の誤検出をより確実に防止できる。

また、整流子２０を備えた電動機１０の回転情報を取得する回転角度検出器１００は、端子間電圧Ｖと電流Ｉｍとに基づいて回転角度θを算出する回転角度算出部３２と、電流Ｉｍに含まれるリップル成分Ｉｒに基づいて第１パルス信号Ｐａを生成する第１信号生成部３４と、第１パルス信号Ｐａと回転角度θとに基づいて電動機１０が所定角度だけ回転したことを表す第２パルス信号Ｐｂを生成する第２信号生成部３５と、第２信号生成部３５の出力に基づいて回転情報を算出する回転情報算出部３６とを含む。そのため、ホールセンサ等の回転センサが無くても、電動機１０の回転情報を高い信頼性で取得できる。これは、センサインタフェース回路、ハーネス等の回転センサを利用するために必要な部品を省略できることを意味する。そのため、軽量化、低コスト化、小型化等を実現できる。

また、回転角度検出器１００は、電流Ｉｍのリップル成分Ｉｒに基づいて生成される第１パルス信号Ｐａと、端子間電圧Ｖ及び電流Ｉｍに基づいて算出される回転角度θとを用いて第２パルス信号Ｐｂを生成する。すなわち、別々の方法で導き出される２つのパラメータである第１パルス信号Ｐａと回転角度θとを用いて第２パルス信号Ｐｂを生成する。そのため、一方のパラメータが適切に導出されなかった場合であっても他方のパラメータでその不具合を補うことができる。その結果、電動機１０の回転情報をより高い信頼性で取得できる。

回転角度算出部３２は、例えば、端子間電圧Ｖと電流Ｉｍとに基づいて算出される電動機１０の回転角速度ωを積算して回転角度θを算出するように構成される。そのため、回転角度算出部３２は、電動機１０の起動直後の期間、惰性回転期間等を含めた全期間に亘って回転角度θを安定的且つ継続的に算出できる。そして、第２信号生成部３５は、例えば、回転角度θが所定角度に達したときに、第２パルス信号Ｐｂを即時に生成するように構成される。そのため、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａの生成漏れが発生した場合であっても、安定的且つ継続的に算出される回転角度θに基づき、所定角度だけ回転したことを表す第２パルス信号Ｐｂをリアルタイムに生成できる。そのため、回転角度検出器１００は、電動機１０の回転情報を遅滞なく算出できる。

第２信号生成部３５は、例えば、回転角度θが所定角度に達したときに、回転角度θをゼロにリセットする指令を回転角度算出部３２に出力するように構成される。そのため、回転角度検出器１００は、回転角度算出部３２が算出する回転角度θの最大値が所定角度に制限されるので、回転角度θの記憶に必要なメモリのサイズを小さくできる。

所定角度は、例えば、整流子片２０ａの円弧の中心角、すなわちスリット間角度θｃである。そのため、回転角度検出器１００は、回転角度算出部３２が算出する回転角度θの累積誤差の最大値をスリット間角度θｃとすることができる。

受付範囲は、例えば、電動機１０がスリット間角度θｃだけ回転する毎に生じる回転角度θの最大誤差の範囲である。すなわち、回転角速度算出部３１が、実際よりも、回転角速度ωを大きく算出した場合に、実際の回転角度に基づく第１パルス信号Ｐａが生成される（誤差を含んだ）回転角度θの最大値が第２閾値θｄである。また、回転角速度算出部３１が、実際よりも、回転角速度ωを小さく算出した場合に、実際の回転角度に基づく第１パルス信号Ｐａが生成される（誤差を含んだ）回転角度θの最小値が第１閾値θｕである。そのため、回転角度検出器１００では、回転角度算出部３２が算出する回転角度θの誤差が累積されない。つまり、電動機１０が何回転しても、誤差を−αから＋βの範囲とすることができる。

第２信号生成部３５は、例えば、第１パルス信号Ｐａを受けたときに、回転角度θが第１閾値θｕ以上であれば、第２パルス信号Ｐｂを生成するように構成される。第１閾値θｕは、例えば、所定角度（スリット間角度θｃ）より小さい値として予め設定されている。この構成により、第２信号生成部３５は、回転角度θが、第１閾値θｕ以上のときに生成された第１パルス信号Ｐａをノイズに基づくものではないと見なす。そして、第１パルス信号Ｐａが生成されなくても、回転角度θが所定角度（スリット間角度θｃ）に達したら、第２パルス信号Ｐｂを生成する。そのため、第１パルス信号Ｐａの生成漏れによる回転情報の算出結果への影響を確実に排除できる。

また、第２信号生成部３５は、例えば、第１パルス信号Ｐａを受けたときに、回転角度θが第１閾値θｕ未満であれば、第２パルス信号Ｐｂを生成しないように構成される。この構成により、第２信号生成部３５は、回転角度θが第１閾値θｕ未満のときに生成された第１パルス信号Ｐａをノイズに基づくものであると判定できる。そして、ノイズに基づいて生成された第１パルス信号Ｐａに対応する第２パルス信号Ｐｂが生成されてしまうのを防止できる。そのため、ノイズに基づいて生成された第１パルス信号Ｐａによる回転情報の算出結果への影響を確実に排除できる。

また、第２信号生成部３５は、例えば、第１パルス信号Ｐａを受けたときに、回転角度θが第２閾値θｄより小さければ、回転角度θをゼロにリセットする指令を回転角度算出部３２に出力するように構成される。第２閾値θｄは、例えば、所定角度（スリット間角度θｃ）より位相がβだけ遅れた値として予め設定されている。この構成により、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａの生成漏れの発生に先立って第２パルス信号Ｐｂを生成した直後に第１パルス信号Ｐａを受けた場合、その第１パルス信号Ｐａをノイズに基づくものではないと見なす。そして、その第１パルス信号Ｐａを、直前に生成した第２パルス信号Ｐｂに対応付けることができる。そのため、第１パルス信号Ｐａの生成タイミングのずれによる回転情報の算出結果への影響を確実に排除できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施例に制限されることはない。本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本願は、２０１７年５月９日に出願した日本国特許出願２０１７−０９３２９４号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１０・・・電動機 １０ａ・・・電圧検出部 １０ｂ・・・電流検出部 ２０・・・整流子 ２０ａ・・・整流子片 ２０ｓ・・・スリット ３０・・・電圧フィルタ部 ３１・・・回転角速度算出部 ３２・・・回転角度算出部 ３３・・・電流フィルタ部 ３４・・・第１信号生成部 ３５・・・第２信号生成部 ３６・・・回転情報算出部 ３８・・・故障検知部 ３８Ｔ・・・タイマ部 １００・・・回転角度検出器 ＲＤ・・・リップル検出部 ＳＷ１〜ＳＷ４・・・スイッチ

Claims (7)

1. 電動機と、
   前記電動機の回転角度を検出する回転角度検出器とを備え、
   前記電動機は、複数の整流子片からなる整流子を有し、
   前記回転角度検出器は、
   前記電動機の端子間電圧を検出する電圧検出部の検出結果、及び、前記電動機を流れる電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて前記電動機の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、
   前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分を検出するリップル検出部と、
   前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部の出力に基づいて前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のそれぞれの故障を検知する故障検知部と、を含み、
   前記故障検知部は、前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、該残りの１つが故障していると判断する、
   回転角度検出器付き電動機。
2. 前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態の継続期間を計測するタイマ部を有し、
   前記故障検知部は、前記タイマ部が計測した継続期間が所定期間を超えたときに、該残りの１つが故障していると判断する、
   請求項１に記載の回転角度検出器付き電動機。
3. 前記故障検知部は、前記電圧検出部の出力が通常回転を示し、前記電流検出部の出力が通常回転を示し、且つ、前記リップル検出部の出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、前記リップル検出部が故障していると判断する、
   請求項１又は２に記載の回転角度検出器付き電動機。
4. 前記故障検知部は、前記電圧検出部の出力が通常回転を示さず、前記電流検出部の出力が通常回転を示し、且つ、前記リップル検出部の出力が通常回転を示す状態が所定期間にわたって継続した場合に、前記電圧検出部が故障していると判断する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の回転角度検出器付き電動機。
5. 前記故障検知部は、前記電圧検出部の出力が通常回転を示し、前記電流検出部の出力が通常回転を示さず、且つ、前記リップル検出部の出力が通常回転を示す状態が所定期間にわたって継続した場合に、前記電流検出部が故障していると判断する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の回転角度検出器付き電動機。
6. 整流子を備えた電動機の回転角度を検出するための電動機の回転角度検出器であって、
   前記電動機の端子間電圧を検出する電圧検出部の検出結果、及び、前記電動機を流れる電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて前記電動機の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、
   前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分を検出するリップル検出部と、
   前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部の出力に基づいて前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のそれぞれの故障を検知する故障検知部と、を含み、
   前記故障検知部は、前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、該残りの１つが故障していると判断する、
   回転角度検出器。
7. 電動機の回転角度を検出する回転角度検出器の故障を検知する方法であって、
   前記回転角度検出器は、前記電動機の端子間電圧を検出する電圧検出部の検出結果、及び、前記電動機を流れる電流を検出する電流検出部の検出結果に基づいて前記電動機の回転角速度を算出する回転角速度算出部と、前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分を検出するリップル検出部と、を含み、
   当該方法は、前記電圧検出部、前記電流検出部、及び、前記リップル検出部のうちの２つの出力が通常回転を示し且つ残りの１つの出力が通常回転を示さない状態が所定期間にわたって継続した場合に、該残りの１つが故障していると判断するステップを有する、
   方法。

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