JP6914351B2 - モータの回転方向検出装置および回転方向検出方法ならびにモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ動作の検出技術に関し、特に、回転センシング素子を用いることなくモータの回転方向を検出する装置および方法に関する。

電動モータの駆動制御に際し、従来より、ホールＩＣ等のセンシング素子を用いてその回転方向や回転数を検出することが広く行われている（特許文献１）。これに対し、近年、コスト低減やモータ軽量化等の観点から、センシング素子を使用することなく、モータの回転方向等を検出するいわゆるセンシング素子レスのモータも増加している。たとえば、特許文献２には、ブラシと整流子片の接触が切り替わる際に生じる電流リップルを利用してモータの回転数を検出する直流モータが記載されている。

特開２０１０−１５４６８８号公報 特開２０１６−７７１３０号公報

しかしながら、電流リップルを用いた回転検出の場合、モータ通電時・非通電時の状態変化によって、モータ回転方向の検出が難しくなる場合があるという問題があった。たとえば、駆動電流を解放（ＯＦＦ）した後、モータが惰走状態となると、駆動電流値が小さくなるため、電流リップルによる回転検出が難しくなる。これは、モータ停止後にモータが逆転した場合や、無通電時に外力によってアーマチュアが回転された場合なども同様であり、これらの場合にモータの回転方向が把握できなくなるおそれがあった。

本発明のモータの回転方向検出装置は、モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給する電源ラインに接続され、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出装置であって、前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別する電流検出部と、前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換して出力する電圧モニタ部を有する電圧検出部と、前記電流検出部にて検出された前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、モータに流れる電流の方向を電流検出部にて検出するとともに、モータの前後の各電圧を電圧検出部にて検出する。そして、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいて、回転方向検出部によりモータの回転方向を検出する。これにより、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することができる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知できる。

さらに、当該回転方向検出装置において、前記モータに対し電力が供給されている場合、前記回転方向検出部は、前記電流の方向が前記一方側から前記他方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧がＨｉ、前記他方側の電圧がＬｏであるとき、前記モータは一の方向に回転していると判定し、前記電流の方向が前記他方側から前記一方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧がＬｏ、前記他方側の電圧がＨｉであるとき、前記モータは他の方向に回転していると判定するようにしても良い。

また、当該回転方向検出装置において、前記モータに対し電力が供給されていない場合、前記回転方向検出部は、前記電流の方向が前記他方側から前記一方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧と前記他方側の電圧がともにＬｏと認識されるとき、前記モータは一の方向に回転していると判定し、前記電流の方向が前記一方側から前記他方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧と前記他方側の電圧がともにＬｏと認識されるとき、前記モータは他の方向に回転していると判定するようにしても良い。

一方、本発明によるモータの回転方向検出方法は、モータの回転方向を検出する回転方向検出方法であって、前記モータは、該モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給するための電源ラインに接続され、前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別し、前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換し、前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出することを特徴とする。

本発明にあっては、モータに流れる電流の方向を検出するとともに、モータの前後の各電圧を検出し、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出する。これにより、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することができる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知できる。

加えて、本発明のモータ制御装置は、モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給する電源ラインに接続され、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出装置を有するモータ制御装置であって、前記回転方向検出装置は、前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別する電流検出部と、前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換して出力する電圧モニタ部を有する電圧検出部と、前記電流検出部にて検出された前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、モータに流れる電流の方向を検出する電流検出部と、モータ前後の各電圧を検出する電圧検出部と、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を備えた回転方向検出装置をモータ制御装置に配し、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出する。これにより、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することができる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知できる。このため、モータ動作状態を正確に把握することができ、回転位置情報の精度を上げ、モータの制御精度の向上を図ることが可能となる。

本発明のモータ回転方向検出装置によれば、モータに流れる電流の方向を検出する電流検出部と、モータ前後の各電圧を検出する電圧検出部と、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を設けたので、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することが可能となる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知することが可能となる。

本発明のモータ回転方向検出方法によれば、モータに流れる電流の方向を検出するとともに、モータの前後の各電圧を検出し、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出するので、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することが可能となる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知することが可能となる。

本発明のモータ制御装置によれば、モータに流れる電流の方向を検出する電流検出部と、モータ前後の各電圧を検出する電圧検出部と、電流の方向とモータ前後の各電圧に基づいてモータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を備えた回転方向検出装置をモータ制御装置に設けたので、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を検出することが可能となる。したがって、たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転センシング素子によることなく回転方向を検知でき、モータ動作状態を正確に把握し、モータの制御精度の向上を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態１である回転方向検出装置の構成を示すブロック図である。 回転方向検出装置の内部構成を示す説明図である。 電流モニタ部からの出力信号の一例である。 電圧信号調整部における処理を示す説明図である。 回転方向検出部における検出処理を示す表である。 モータ動作（回転モード(3)）の際における電流方向とモータ端子電圧の様子を示す説明図である。 モータ動作（回転モード(4)）の際における電流方向とモータ端子電圧の様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態２である回転方向検出装置における回転方向検出装置の内部構成を示す説明図である。 誘起電圧補完回路におけるハザード現象の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態の目的は、回転センシング素子を用いることなく、モータの回転方向を正確に検知し得る回転方向検出装置および回転方向検出方法を提供することにある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である回転方向検出装置１の構成を示すブロック図であり、本発明による回転方向検出方法も当該装置にて実施される。回転方向検出装置１は、たとえば、車両のパワーウインド用モータの動作制御装置に使用され、回転センシング素子を用いることなく、モータ電流（電機子電流）の方向とモータ端子電圧との論理的組み合わせにより、モータの回転の有無と回転方向を検出する。

回転方向検出装置１は、モータドライバ２からブラシ付きＤＣモータ３（以下、モータ３と略記する）に電力を供給する電源ライン４に接続されている。電源ライン４は、モータ３の端子３ａ（一方側の端子），３ｂ（他方側の端子）に接続されている。電源ライン４には、シャント抵抗５が設けられている。回転方向検出装置１は、シャント抵抗５の前後（モータドライバ２側とモータ３側）の点Ａ，Ｂと、モータ３の前後の点Ａ，Ｃに接続されている。回転方向検出装置１では、シャント抵抗５の前後から電源ライン４を流れる電流（モータ電流）を検知するとともに、モータ３の前後からモータ３の端子電圧を検出する。回転方向検出装置１の出力は、モータ３の駆動制御装置に送られる。駆動制御装置は、回転方向検出装置１の検出結果に基づきモータ３の動作を制御する。

図１に示すように、回転方向検出装置１は、シャント抵抗５の前後に接続される電流検出部１１と、モータ３の前後に接続される電圧検出部１２と、電流検出部１１と電圧検出部１２にて得られた情報に基づいてモータ３の回転方向を検出する回転方向検出部１３と、を備えている。電流検出部１１には、電流モニタ部１４と、電圧信号調整部１５、電流波形方向判定部１６が設けられている。電流検出部１１は、シャント抵抗５を流れる電流の方向（Ａ→Ｂ，Ｂ→Ａ）を検出し、電流方向情報ＣＩとして回転方向検出部１３に送出する。電圧検出部１２には、電圧モニタ部１７が設けられている。電圧検出部１２は、誘起電圧に伴うモータ３前後の点Ａ，Ｃの電圧を検出し、モータ端子電圧情報ＶＩとして回転方向検出部１３に送出する。

回転方向検出部１３は、電流波形方向判定部１６から得た電流方向情報ＣＩと、電圧モニタ部１７から得たモータ端子電圧情報ＶＩに基づいて、モータ３の回転方向を判定する。図２は、電流波形方向判定部１６と回転方向検出部１３の内部構成を示す説明図である。図２に示すように、回転方向検出装置１では、回転方向検出部１３に論理回路が形成されており、電流方向を示す電流方向情報ＣＩと、モータ両端の電圧を示すモータ端子電圧情報ＶＩの組み合わせからモータ３の回転方向を検出する。回転方向検出部１３では、モータ３が正回転の場合はポートＲから、逆回転の場合はポートＬからそれぞれ検出信号が出力される。なお、ここでは、右回りの回転を正回転（一方向への回転）、左回りの回転を逆回転（他方向への回転）と称するが、正逆は相対的なものであり、左右何れの回転方向を正（または逆）としても良い。

電流検出部１１の電流モニタ部１４は、シャント抵抗５の前後の電圧差（電圧降下）を検出して電源ライン４を流れる電流の電圧を検知し、電圧の変化を電圧変化信号（電気信号）Ｓ１として出力する。図３は、電流モニタ部１４からの出力信号の一例である。電流モニタ部１４では、電源電圧に基づくバイアス電圧Ｖoff1を基準として、シャント抵抗５の前後の電圧差が差動増幅された形で出力される。図３に示すように、電圧変化信号Ｓ１は、電流方向によって、Ｖoff1に対して上下対称の波形となって出力される。

電流モニタ部１４から出力された電圧変化信号Ｓ１は、図３から分かるように、ノイズ成分や電流リップル成分を含んでいる。そこで、回転方向検出装置１では、電圧信号調整部１５により、電圧変化信号Ｓ１から、電流リップル成分の中心値をモータ電流の変化成分として抽出する。図４は、電圧信号調整部１５における処理を示す説明図である。電圧信号調整部１５は、ローパスフィルタ１８を用いることにより、電圧変化信号Ｓ１（図３）から、モータ電流の変化成分として抽出し（図４）、電流波形信号ＣＶとして出力する。

電流波形方向判定部１６は、電圧信号調整部１５から入力された電流波形信号ＣＶに基づいてモータ電流の方向を判定する。前述のように、電圧変化信号Ｓ１は、電流方向によって上下対称の波形となっており、電流波形信号ＣＶも、電圧変化信号Ｓ１と同様に、電流方向によって上下対称の波形となる。そこで、電流波形方向判定部１６では、電流波形信号ＣＶを中点電圧Ｖoff1'と比較し、波形が中点電圧Ｖoff1'より上で変化している場合は電流方向をＡ→Ｂ、下で変化している場合は電流方向をＢ→Ａと判断する。電流波形方向判定部１６は、電流方向がＡ→Ｂの場合は、ポートＰから、電流方向情報ＣＩを回転方向検出部１３に対し送出し、電流方向がＢ→Ａの場合は、ポートＱから、電流方向情報ＣＩを回転方向検出部１３に対し送出する。

一方、電圧検出部１２では、電圧モニタ部１７により、モータ３前後の各点Ａ，Ｃの電圧が検出される。電圧モニタ部１７では、点Ａ，Ｃの電圧が所定の閾値Ｖｓ（たとえば、１Ｖ）と比較される。そして、点Ａ，Ｃの電圧が閾値Ｖｓよりも大きい場合にはＨｉ、小さい場合にはＬｏの信号が形成、増幅され、モータ端子電圧情報ＶＩとして電圧モニタ部１７から出力される。すなわち、電圧モニタ部１７では、点Ａ，Ｃの電圧がＨｉ／Ｌｏ信号に変換され、回転方向検出部１３に入力される。回転方向検出部１３では、モータ端子電圧情報ＶＩ（Ｈｉ or Ｌｏ）と、電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ or Ｂ→Ａ）の組み合わせにより、モータ３の回転方向を検出する。

図５は、回転方向検出部１３における検出処理を示す表である。図５における「モータ駆動出力」は、モータドライバ２の出力を示している。この場合、モータ３が通電状態にあり、出力Ｘ側が＋、出力Ｙ側が−のとき、電流方向はＡ→Ｂとなり、モータ３は正転する（表中、右回りに表示）。これに対し、出力Ｘ側が−、出力Ｙ側が＋のとき、電流方向はＢ→Ａとなり、モータ３は逆転する（表中、左回りに表示）。また、モータ３が非通電状態のときは、モータ駆動出力はなし（「×」）となる。したがって、モータ３に対し電力が供給されておらず、モータ３が惰走状態となっていたり、外力によって逆転されたりしたときは、モータ駆動出力は「×」となる。ただし、惰走状態や外力による逆転の場合、モータ３の回転により誘起電圧が生じ、その回転方向によって、点Ａ，Ｂ間にＡ→Ｂ or Ｂ→Ａの電流が生じる。

図５に示すように、ここでは、モータ端子電圧情報ＶＩ（Ｈｉ or Ｌｏ）と電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ or Ｂ→Ａ）により、(1)〜(4)の４つの組み合わせ（回転モード）が存在する。以下、(1)〜(4)の各回転モードにおける回転方向検出部１３の検出処理について説明する。

（１）回転モード(1)
電流方向：Ａ→Ｂ（一方側から他方側）
モータ端子電圧：Ａ（一方側）＝Ｈｉ，Ｃ（他方側）＝Ｌｏ
この場合、出力Ｘ側は＋、出力Ｙ側は−であり、モータ３に対し電力が供給されており（通電状態）、モータ３は正回転している。
電流方向がＡ→Ｂの場合、電流波形方向判定部１６は、ポートＰから電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）を回転方向検出部１３に送出する。情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）は、回転方向検出部１３のＡＮＤ１に入力される。

一方、電圧モニタ部１７からは、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏのモータ端子電圧情報ＶＩが回転方向検出部１３に送出され、回転方向検出部１３は、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏと認識する。このうちＡ＝Ｈｉは、ＡＮＤ１に入力される。ＡＮＤ１は、（Ａ→Ｂ）かつ（Ａ＝Ｈｉ）の場合のみ出力が生じ、このケースでは、ＡＮＤ１からＯＲ１に信号が送られる。ＡＮＤ１から信号が入力されたＯＲ１は、「ＯＲ」であることから、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＲから正回転の検出信号が出力される。その結果、回転方向検出装置１の後段に配されたモータ駆動制御装置は、モータ３が正回転（一の方向の回転）にて回転状態にあることが把握可能となる。

なお、誘起電圧補完回路１９では、Ａ＝ＨｉのためＮＯＴ１の出力がＬｏとなり、ＡＮＤ５は信号を出力しないが、ＯＲ３が「ＯＲ」であることから、Ａ＝Ｈｉを受けてＡＮＤ３に信号を出力する。ＡＮＤ３では、電流方向がＡ→Ｂのため、ポートＱから電流方向情報ＣＩが入力されず、ＡＮＤ３の出力は「Ｌ」となる。しかし、前述のように、ＯＲ１は、「ＯＲ」であることから、ＡＮＤ１からの信号を受けてポートＲから正回転の検出信号が出力される。一方、ＡＮＤ５からＯＲ４にも信号は出力されず、Ｃ＝Ｌｏのため、ＯＲ４からＡＮＤ４に対して信号は出力されない。このため、ＡＮＤ４からＯＲ２に対し信号は出力されない。このとき、ポートＱからＡＮＤ２に対し電流方向情報ＣＩは送出されておらず、ＯＲ２にはＡＮＤ２からも信号が来ない。したがって、ポートＬからは信号は出力されない。

（２）回転モード(2)
電流方向：Ｂ→Ａ（他方側から一方側）
モータ端子電圧：Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉ
この場合、出力Ｘ側は−、出力Ｙ側は＋であり（通電状態）、モータ３は逆回転している。
電流方向がＢ→Ａの場合、電流波形方向判定部１６は、ポートＱから電流方向情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）を回転方向検出部１３に送出する。情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）は、回転方向検出部１３のＡＮＤ２に入力される。

一方、電圧モニタ部１７からは、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉのモータ端子電圧情報ＶＩが回転方向検出部１３に送出され、回転方向検出部１３は、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉと認識する。このうちＣ＝Ｈｉは、ＡＮＤ２に入力される。ＡＮＤ２は、（Ｂ→Ａ）かつ（Ｃ＝Ｈｉ）の場合のみ出力が生じ、このケースでは、ＡＮＤ２からＯＲ２に信号が送られる。ＡＮＤ２から信号が入力されたＯＲ２は、「ＯＲ」であることから、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＬから逆回転の検出信号が出力される。その結果、モータ駆動制御装置は、モータ３が逆回転（他の方向の回転）にて回転状態にあることが把握可能となる。

この場合も、誘起電圧補完回路１９では、Ｃ＝ＨｉのためＮＯＴ２の出力がＬｏとなり、ＡＮＤ５は信号を出力しないが、ＯＲ４が「ＯＲ」であることから、Ｃ＝Ｈｉを受けてＡＮＤ３に信号を出力する。ＡＮＤ４では、電流方向がＢ→Ａのため、ポートＰから電流方向情報ＣＩが入力されず、ＡＮＤ４の出力は「Ｌ」となる。しかし、前述のように、ＯＲ２は、「ＯＲ」であることから、ＡＮＤ２からの信号を受けてポートＬから逆回転の検出信号が出力される。一方、ＡＮＤ５からＯＲ３にも信号は出力されず、Ａ＝Ｌｏのため、ＯＲ３からＡＮＤ３に対して信号は出力されない。このため、ＡＮＤ３からＯＲ１に対し信号は出力されない。このとき、ポートＰからＡＮＤ１に対し電流方向情報ＣＩは送出されておらず、ＯＲ１にはＡＮＤ１からも信号が来ない。したがって、ポートＲからは信号は出力されない。

（３）回転モード(3)
電流方向：Ｂ→Ａ
モータ端子電圧：Ａ＝Ｈｉ（微弱），Ｃ＝Ｌｏ（微弱）
この場合、モータ３は非通電状態であり、出力Ｘ側、Ｙ側ともに×である。図６は、回転モード(3)に該当するモータ動作の際における電流方向とモータ端子電圧の様子を示す説明図であり、ここでは、モータが正回転中に通電がオフされ惰走状態となっているケースを示している。図６に示すように、モータ３は、通電がオフされた後もそのまま回転し、誘起電圧が生じる。このとき、モータ端子電圧Ａ，Ｃは、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏとなる。ただし、誘起電圧による電圧レベルは低いため（閾値Ｖｓ以下）、電圧モニタ部１７からは、Ａ，ＣともにＬｏの信号が出力される。つまり、電流方向情報ＣＩは存在するものの、モータ端子電圧情報ＶＩはともにＬｏの状態となる。したがって、回転方向検出部１３は、モータ端子電圧Ａ，ＣともにＬｏと認識する。

図２に示すように、このとき、モータ端子電圧情報ＶＩ＝Ｌｏは、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２に入力され、Ｈｉ信号に転換された後、ＡＮＤ５に入力される。ＡＮＤ５は、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２の信号がともにＨｉの場合のみ信号を出力する。したがって、回転モード(3)の場合は、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２の出力はともにＨｉであるため、ＯＲ３，ＯＲ４に対し信号（補完出力Ｚ：ＯＮ＝Ｈｉ）を出力する。

ここで、回転モード(3)の場合は、電流方向がＢ→Ａであることから、ポートＱから電流方向情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）が回転方向検出部１３に送出されており、この信号はＡＮＤ３に入力されている（ＡＮＤ４には入力なし）。ＡＮＤ３は、（Ｂ→Ａ）かつ（補完出力Ｚ：ＯＮ）の場合のみ出力が生じる。回転モード(3)では、（Ｂ→Ａ）かつ（Ｚ：ＯＮ）のため、ＡＮＤ３からＯＲ１に信号が送られる。ＡＮＤ３から信号が入力されたＯＲ１は、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＲから正回転の検出信号が出力される。その結果、モータ駆動制御装置は、モータ３が正回転にて回転状態にあることが把握可能となる。つまり、非通電状態であっても、モータ３が回転すると、回転の有無とその回転方向が検出される。

（４）回転モード(4)
電流方向：Ａ→Ｂ
モータ端子電圧：Ａ＝Ｌｏ（微弱），Ｃ＝Ｈｉ（微弱）
回転モード(3)の場合と同様、モータ３は非通電状態であり、出力Ｘ側、Ｙ側ともに×である。図７は、回転モード(4)に該当するモータ動作の際における電流方向とモータ端子電圧の様子を示す説明図であり、ここでは、モータが正回転中に回転が拘束され、その後、解放されて逆回転しているケースを示している。図７に示すように、モータ３は、回転拘束の解放後、反動により逆回転し、誘起電圧が生じる。このとき、モータ端子電圧Ａ，Ｃは、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉとなる。ただし、誘起電圧による電圧レベルは低いため（閾値Ｖｓ以下）、回転モード(3)と同様に、電圧モニタ部１７からは、Ａ，ＣともにＬｏの信号が出力され、回転方向検出部１３は、モータ端子電圧Ａ，ＣともにＬｏと認識する。

この場合も、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２にはモータ端子電圧情報ＶＩ＝Ｌｏが入力され、Ｈｉ信号に転換された後、ＡＮＤ５に入力される。回転モード(4)場合、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２の出力はともにＨｉであるため、ＯＲ３，ＯＲ４に対し信号（補完出力Ｚ：ＯＮ＝Ｈｉ）を出力する。ＡＮＤ５から補完出力Ｚが入力されたＯＲ３，ＯＲ４は、「ＯＲ」であることから、当該信号を受けてＡＮＤ３，ＡＮＤ４に信号を出力する。

回転モード(4)の場合は、電流方向がＡ→Ｂであることから、ポートＰから電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）が回転方向検出部１３に送出されており、この信号はＡＮＤ４に入力されている（ＡＮＤ３には入力なし）。ＡＮＤ４は、（Ａ→Ｂ）かつ（補完出力Ｚ：ＯＮ）の場合のみ出力が生じ、回転モード(4)では、（Ａ→Ｂ）かつ（Ｚ：ＯＮ）のため、ＡＮＤ４からＯＲ２に信号が送られる。ＡＮＤ４から信号が入力されたＯＲ２は、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＬから逆回転の検出信号が出力される。その結果、モータ駆動制御装置は、モータ３が逆回転にて回転状態にあることが把握可能となる。つまり、回転モード(3)の場合と同様に、非通電状態であっても、モータ３が回転すると、回転の有無とその回転方向が検出される。

このように、本発明の回転方向検出装置１では、回転センシング素子を用いることなく、モータ電流の方向とモータ端子電圧との論理的組み合わせにより、モータ３の回転の有無と回転方向を検出することができる。たとえば、通電後に惰走状態となった場合や、モータ停止後にモータが逆転した場合、モータ無通電時に外力によってアーマチュアが回転した場合なども、回転の有無や方向を的確に検知することができる。このため、モータ動作状態を正確に把握することができ、回転位置情報の精度を上げ、モータ制御精度の向上を図ることが可能となる。その結果、たとえば、パワーウインド用モータにおける挟み込み検出精度等を高めることができ、信頼性の向上を図ることが可能となる。また、回転センシング素子の削除により、素子収容スペースが不要となり、その分、モータの小型化が図られるとともに、モータの製造コストも低減される。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２である回転方向検出装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態２である回転方向検出装置２０における回転方向検出部２１の内部構成を示す説明図である。回転方向検出装置２０は、回転方向検出部２１における誘起電圧補完回路２２の構成が、実施の形態１の誘起電圧補完回路１９と異なっている。すなわち、誘起電圧補完回路２２は、図８に示すように、実施の形態１の誘起電圧補完回路１９からＡＮＤ５を省いた構成となっている。なお、その他の構成は、実施の形態１の回転方向検出装置１と同様であり、以下の記載では、実施の形態１と同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

ここで、前述の誘起電圧補完回路１９では、通電が停止され惰走状態となるときのように、モータ動作中に論理の切り替わりが生じる場合、ハザードが発生する懸念がある。たとえば、回転モード(1)から回転モード(3)に移行すると、モータ３では、通電停止に伴い誘起電圧が発生する。この際、誘起電圧が高く閾値Ｖｓよりも大きいと、惰走状態中に論理が切り替わる。つまり、惰走状態となり、回転数が低下してゆくとき、ある時点で誘起電圧が閾値Ｖｓを下回り、論理が急に切り替わる。このとき、実施の形態１の回転方向検出部１３では、ＯＲ３，ＯＲ４には、電圧モニタ部１７からのモータ端子電圧情報ＶＩと、情報ＶＩから誘起電圧補完回路１９を介して形成される補完出力Ｚと、が入力される。すると、素子の遅延時間の影響により、ＯＲ３，ＯＲ４の出力が一瞬、不安定となる可能性がある。

たとえば、ＯＲ３では、誘起電圧が閾値Ｖｓよりも大きい場合は、Ａ（ＶＩ）＝ＨｉによりＯＲ３：Ｈ（信号出力）となっている。その後、誘起電圧が閾値Ｖｓよりも低くなると、Ａ＝Ｌｏとなり、今度は、Ｚ＝ＨｉによりＯＲ３：Ｈとなる。したがって、論理上は、ＯＲ３からは切れ目なく信号が出力される。ところが、誘起電圧補完回路１９の遅延により、ＡとＺがともにＬｏとなる瞬間が存在すると、その瞬間、ＯＲ３：Ｌ（信号非出力）となる。すると、図９に示すように、ＡＮＤ３の出力も「Ｌ」となる。このとき、ＡＮＤ１は、Ａ＝Ｌｏとなっているため、「Ｌ」となり、ＡＮＤ１とＡＮＤ３がともに「Ｌ」となる。その結果、ＯＲ１：Ｌとなり、ポートＲからの検出信号も一瞬途絶えることになる。すなわち、惰走時にＯＲ３，ＯＲ４の出力が不安定となると、ポートＲ，Ｌからの出力も乱れ、回転方向の検出精度が低下するおそれがある。

そこで、実施の形態２の誘起電圧補完回路２２では、ＡＮＤ５を省き、ＮＯＴ１の出力をＯＲ４に、また、ＮＯＴ２の出力をＯＲ３にそれぞれ入力する構成を採用し、これにより、素子削減を図りつつ、ハザードの発生を防止している。以下、前述の回転モード(1)〜(4)における誘起電圧補完回路２２の動作について説明する。

（１）回転モード(1)
電流方向がＡ→Ｂの場合、電流波形方向判定部１６は、ポートＰから電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）を回転方向検出部２１に送出する。情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）は、回転方向検出部２１のＡＮＤ１に入力される。また、電圧モニタ部１７からは、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏのモータ端子電圧情報ＶＩが回転方向検出部２１に送出され、回転方向検出部２１は、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏと認識する。このうちＡ＝ＨｉはＡＮＤ１に入力され、ＡＮＤ１からＯＲ１に信号が送られる。ＡＮＤ１から信号が入力されたＯＲ１は、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＲから正回転の検出信号が出力される。その結果、モータ駆動制御装置は、モータ３が正回転にて回転状態にあることが把握可能となる。

なお、誘起電圧補完回路２２では、Ａ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏが入力されると、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２の出力はそれぞれＬｏ，Ｈｉとなり、ＯＲ４，ＯＲ３に入力される。ＯＲ３は、Ａ＝ＨｉとＮＯＴ２：Ｈｉを受けてＡＮＤ３に信号を出力する。しかし、電流方向がＡ→Ｂのため、ポートＱから電流方向情報ＣＩがＡＮＤ３に送出されず、ＡＮＤ３の出力は「Ｌ」となる。しかし、前述のように、ＯＲ１は「ＯＲ」であることから、ＡＮＤ１からの信号を受けて、ポートＲから正回転の検出信号が出力される。一方、ＯＲ４は、ＮＯＴ１：ＬｏとＣ＝Ｌｏが入力されるため、ＡＮＤ４に対し信号を出力しない。したがって、ＡＮＤ４からＯＲ２に対しても信号は出力されない。このとき、ＡＮＤ２は、ポートＱから信号が来ないため、ＯＲ２に対し信号は出力せず、ポートＬから信号は出力されない。

（２）回転モード(2)
電流方向がＢ→Ａの場合、電流波形方向判定部１６は、ポートＱから電流方向情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）を回転方向検出部２１に送出する。情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）は、回転方向検出部２１のＡＮＤ２に入力される。また、電圧モニタ部１７からは、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉのモータ端子電圧情報ＶＩが回転方向検出部２１に送出され、回転方向検出部２１は、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉと認識する。このうちＣ＝ＨｉはＡＮＤ２に入力され、ＡＮＤ２からＯＲ２に信号が送られる。ＡＮＤ２から信号が入力されたＯＲ２は、当該信号を受けて信号を出力し、ポートＬから逆回転の検出信号が出力される。その結果、モータ駆動制御装置は、モータ３が逆回転にて回転状態にあることが把握可能となる。

この場合も、誘起電圧補完回路２２では、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｈｉが入力されると、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２の出力はそれぞれＨｉ，Ｌｏとなり、ＯＲ４，ＯＲ３に入力される。ＯＲ４は、Ｃ＝ＨｉとＮＯＴ１：Ｈｉを受けてＡＮＤ４に信号を出力する。しかし、電流方向がＡ→Ｂのため、ポートＰから電流方向情報ＣＩがＡＮＤ４に送出されず、ＡＮＤ４の出力は「Ｌ」となる。しかし、前述のように、ＯＲ２は「ＯＲ」であることから、ＡＮＤ２からの信号を受けて、ポートＬから逆回転の検出信号が出力される。一方、ＯＲ３は、ＮＯＴ２：ＬｏとＡ＝Ｌｏが入力されるため、ＡＮＤ３に対し信号を出力しない。したがって、ＡＮＤ３からＯＲ１に対しても信号は出力されない。このとき、ＡＮＤ１は、ポートＰから信号が来ないため、ＯＲ１に対し信号は出力せず、ポートＲから信号は出力されない。

（３）回転モード(3)
回転モード(3)では、モータ端子電圧Ａ，ＣはＡ＝Ｈｉ，Ｃ＝Ｌｏとなるが、前述のように、電圧モニタ部１７からは、Ａ，ＣともにＬｏの信号が出力される。Ａ，Ｃ＝Ｌｏは、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２に入力され、Ｈｉ信号に転換された後、ＯＲ４，ＯＲ３に入力される。Ｈｉ信号を受けたＯＲ４，ＯＲ３は、ＡＮＤ４，ＡＮＤ３に信号を出力する。回転モード(3)の場合は、ポートＱから電流方向情報ＣＩ（Ｂ→Ａ）が回転方向検出部２１に送出されており、この信号はＡＮＤ３，ＡＮＤ２に入力されている。このため、ＡＮＤ３は、ＯＲ３とポートＱからの信号受けてＯＲ１に信号を出力する。ＯＲ１は、ＡＮＤ３からの信号を受け、ポートＲから正回転の検出信号を出力する。一方、ＡＮＤ４は、ポートＰから信号が来ないため、ＯＲ２に対し信号は出力しない。ＯＲ２には、Ｃ＝ＬｏのためＡＮＤ２からも信号が来ず、したがって、ポートＬからは信号は出力されない。

（４）回転モード(4)
回転モード(3)の場合と同様、Ａ，ＣともにＬｏの信号が出力される。Ａ，Ｃ＝Ｌｏは、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２に入力され、Ｈｉ信号に転換された後、ＯＲ４，ＯＲ３に入力される。Ｈｉ信号を受けたＯＲ４，ＯＲ３は、ＡＮＤ４，ＡＮＤ３に信号を出力する。回転モード(4)の場合は、ポートＰから電流方向情報ＣＩ（Ａ→Ｂ）が回転方向検出部２１に送出されており、この信号はＡＮＤ４，ＡＮＤ１に入力されている。このため、ＡＮＤ４は、ＯＲ４とポートＰからの信号受けてＯＲ２に信号を出力する。ＯＲ２は、ＡＮＤ４からの信号を受け、ポートＬから逆回転の検出信号を出力する。一方、ＡＮＤ３は、ポートＱから信号が来ないため、ＯＲ１に対し信号は出力しない。ＯＲ１には、Ａ＝ＬｏのためＡＮＤ１からも信号が来ず、したがって、ポートＲからは信号は出力されない。

このように、実施の形態２の回転方向検出装置においても、回転センシング素子を用いることなく、モータ電流の方向とモータ端子電圧との論理的組み合わせにより、モータ３の回転の有無と回転方向を検出することができる。また、誘起電圧補完回路２２は、実施の形態１の誘起電圧補完回路１９からＡＮＤ５を省いた分、素子が１個不要となり、回路構成が簡素化され、部品点数を削減することが可能となる。

さらに、誘起電圧補完回路１９では、ＯＲ３，ＯＲ４は、モータ端子電圧情報ＶＩ（Ａ，Ｃ）の何れか一方がＬｏであれば、ＮＯＴ１，ＮＯＴ２からＨｉ信号が入力される。このため、誘起電圧と閾値Ｖｓとの大小に関わりなく、ＯＲ３，ＯＲ４からは信号が出力される。すなわち、惰走状態中に論理が切り替わっても、素子の遅延時間の影響を受けることなく、ＯＲ３，ＯＲ４の出力は切れ目なく維持される。このため、論理の切り替わり時におけるハザード発生を防止することが可能となる。

たとえば、当該モータ３では、誘起電圧が閾値Ｖｓよりも大きい場合は、Ａ（ＶＩ）＝Ｈｉ，Ｃ（ＶＩ）＝Ｌｏとなるが、ＯＲ３には、Ａ＝Ｈｉとともに、ＮＯＴ１からＨｉ信号が入力されており、ＯＲ３：Ｈとなる。一方、誘起電圧が閾値Ｖｓよりも低くなったときは、Ａ＝Ｌｏ，Ｃ＝Ｌｏとなるが、Ｃ＝Ｌｏ→ＮＯＴ１＝Ｈｉは変化せず、ＯＲ３の出力は、論理の切り替わりの影響を受けることなく「Ｈ」が維持される。したがって、論理の切り替わり時のハザードにより、ポートＲからの検出信号が途絶えることがなく、ポートＲ，Ｌからの出力が安定し、回転方向の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、前述の実施の形態では、回転方向検出部１３に図２に示したような論理回路を用いた構成を示したが、回転方向検出部１３の構成はこれには限定されず、電流方向とモータ端子電圧の関係をテーブル化し、ＣＰＵなどにて、このテーブルに基づいてモータの回転方向を検出するようにしても良い。

本発明による回転方向検出装置および回転方向検出方法は、前述の実施の形態のようなパワーウインド用モータの動作制御のみならず、ワイパやパワーシート等の他の車載電動装置用のモータにも適用可能である。たとえば、パワーシート用のモータに本発明を適用することにより、シートの位置制御の向上が図られる。また、車載用のみならず、家庭用電気製品等に使用されるブラシ付きモータにも本発明は適用可能である。

１ 回転方向検出装置 ２ モータドライバ
３ ブラシ付きＤＣモータ ３ａ モータ端子（一方側）
３ｂ モータ端子（他方側） ４ 電源ライン
５ シャント抵抗 １１ 電流検出部
１２ 電圧検出部 １３ 回転方向検出部
１４ 電流モニタ部 １５ 電圧信号調整部
１６ 電流波形方向判定部 １７ 電圧モニタ部
１８ ローパスフィルタ １９ 誘起電圧補完回路
２０ 回転方向検出装置 ２１ 回転方向検出部
２２ 誘起電圧補完回路
ＣＩ 電流方向情報 ＶＩ モータ端子電圧情報
ＣＶ 電流波形信号 Ｐ 電流方向出力ポート
Ｑ 電流方向出力ポート Ｌ 回転方向出力ポート
Ｒ 回転方向出力ポート Ｓ１ 電圧変化信号
Ｖoff1 バイアス電圧 Ｖoff1' 中点電圧
Ｘ モータドライバ出力 Ｙ モータドライバ出力
Ｚ 補完出力 Ｖｓ モータ端子電圧情報閾値

Claims (5)

1. モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給する電源ラインに接続され、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出装置であって、
   前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別する電流検出部と、
   前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換して出力する電圧モニタ部を有する電圧検出部と、
   前記電流検出部にて検出された前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を有することを特徴とするモータの回転方向検出装置。
2. 請求項１記載の回転方向検出装置において、
   前記モータに対し電力が供給されている場合、前記回転方向検出部は、
   前記電流の方向が前記一方側から前記他方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧がＨｉ、前記他方側の電圧がＬｏであるとき、前記モータは一の方向に回転していると判定し、
   前記電流の方向が前記他方側から前記一方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧がＬｏ、前記他方側の電圧がＨｉであるとき、前記モータは他の方向に回転していると判定することを特徴とするモータの回転方向検出装置。
3. 請求項１または２記載の回転方向検出装置において、
   前記モータに対し電力が供給されていない場合、前記回転方向検出部は、
   前記電流の方向が前記他方側から前記一方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧と前記他方側の電圧がともにＬｏと認識されるとき、前記モータは一の方向に回転していると判定し、
   前記電流の方向が前記一方側から前記他方側であり、かつ、前記電源ラインにおける前記一方側の電圧と前記他方側の電圧がともにＬｏと認識されるとき、前記モータは他の方向に回転していると判定することを特徴とするモータの回転方向検出装置。
4. モータの回転方向を検出する回転方向検出方法であって、
   前記モータは、該モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給するための電源ラインに接続され、
   前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別し、
   前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換し、
   前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出することを特徴とするモータの回転方向検出方法。
5. モータの一方側の端子と他方側の端子に接続され前記モータに対し電力を供給する電源ラインに接続され、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出装置を有するモータ制御装置であって、
   前記回転方向検出装置は、
   前記モータに流れる電流の方向を検出し、前記電流の方向を、一方側の前記端子から他方側の前記端子に電流が流れる場合と、他方側の前記端子から一方側の前記端子に電流が流れる場合の２通りに判別する電流検出部と、
   前記電源ラインにおける前記モータの前後の各電圧として、前記モータの一方側の前記端子側と、他方側の前記端子側の電圧をそれぞれ検出し、前記モータの前後の前記各電圧を所定の閾値と比較し、前記各電圧をＨｉ／Ｌｏ信号にそれぞれ変換して出力する電圧モニタ部を有する電圧検出部と、
   前記電流検出部にて検出された前記２通りの電流の方向と、前記モータの前記一方側と他方側の前記各電圧について変換形成されたＨｉ／Ｌｏ信号との組み合わせにより、前記モータの回転方向を検出する回転方向検出部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。

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