JP7051551B2

JP7051551B2 - モータ制御装置及び直流モータの電流リップル検出方法

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Publication number: JP7051551B2
Application number: JP2018081555A
Authority: JP
Inventors: 拓弥内田; 雄一柳田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2022-04-11
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: JP2019193374A

Description

本発明は直流（ＤＣ）モータの制御技術に関し、特に、ホールＩＣ等のセンシング素子や、ロータリーエンコーダ、タコジェネレータなどの回転検出部材を使用することなく、モータ回転数や回転方向等の検出が可能なモータ制御装置に関する。

従来より、ブラシ付きＤＣモータの動作制御に際し、その回転数や回転角度を検出する手法として、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た所謂センサレスポジショニングが知られている。一般に、ブラシ付きＤＣモータのモータ電流（電機子電流）は、ブラシと接触する整流子片が切り替わると、モータ巻線のインダクタンスに応じた傾きで立ち上がり、その後、電源電圧と逆起電圧との差に応じて変化する。すなわち、モータ電流は一定の値ではなく、モータ回転位置に対応した脈動（リップル）を伴っている。

このような電流リップルは、モータ電流に重畳された状態となっている。そこで、モータ電流から電流リップルを抽出し、その中から特徴的な波形を検知したり、それをパルス状の波形に整形してゼロクロス点などを検出したりすることにより、ホールＩＣ等の回転検出部材を設けることなく、モータ回転数や回転方向等を検出する手法が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ブラシが隣接する次の整流子片に切り替わる際に、モータ電流中に生じるスパイク状のパルス出力を検出してモータ回転数を検出する構成が記載されている。また、特許文献２には、モータ電流に含まれる電流リップルを検出してモータ回転数を検出する際、電流リップルを増加させることにより、回転検出精度を向上させる構成が示されている。

特開２００９－１５９６７４号公報特開２０１６－７７１３０号公報

一方、ブラシ付きＤＣモータにおける電流リップル波形のレベルは、モータ電流と比例関係で増減する。ところが、モータ電流は、モータの負荷状態により大きく変化するため、負荷変化と共にリップル波形も大きく変動する。また、モータ電流には、モータから発生するブラシノイズも重畳されている。このため、これらの不安定要素を含むモータ電流から電流リップルのみを抽出し、それをパルス波形等に整形するには、特許文献２のように、リップル発生量をある程度大きくする必要がある。

しかしながら、電流リップルを増大させるためには、ステータ側の磁極ピッチを不均等化するなどの変更が必要であり、トルクリップルが増大するなど、モータ本来の性能や特性に影響を及ぼすおそれがある上、モータ音や発熱を増加させてしまう懸念がある。また、変化の大きい電流リップルから波形整形を行うためには、フィルタの精緻化が必要となり、カットオフ設定によっては、設定を外れた場合、パルスの不出力や遅れ等が発生する懸念がある。

さらに、モータは、初期状態では比較的きれいなリップル波形を出力するものの、経年劣化や周辺環境変化によって、本来の電流リップル以外に不要なリップル状の波形を出す傾向があり、これを本来のリップルと誤認識してしまうおそれがある。図１３は、経年劣化等によって生じる不要リップル波形とそれによる誤認識の様子を示す説明図である。図１３（ａ）のように、モータも当初は安定した電流リップル波形（正規リップルＲｒ）を出力するが、経年等により、図１３（ｂ）に示すような不要リップルＲｆが出力される場合がある。このような不要リップルＲｆが生じると、電流リップルをパルス変換した場合に、不要リップルも正規の電流リップルと誤認識し、図１３（ｃ）のような誤パルスＰｆを形成してしまう可能性がある。かかる誤パルスＰｆが正規の電流リップルによるパルス中に混在すると、モータ回転数やパルス誤検知によるモータ位置等の誤認識が生じ、モータの制御性が低下してしまうおそれがある。

本発明の目的は、ホールＩＣ等の回転検出部材を用いずにモータ回転数や回転方向等の検出を行う所謂センサレスポジショニングにおいて、経年等によって生じる不要リップルをモータ電流から除去し、電流リップル成分の検出精度の向上を図ることにある。

本発明のモータ制御装置は、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、前記電流リップルを矩形波信号として出力するリップル検出装置を有するモータ制御装置であって、前記リップル検出装置は、前記電機子電流を検知し、その変化を電圧変化信号として出力する電流検出部と、前記電圧変化信号から電流リップル成分とノイズ成分を抽出し、電流リップル成分とノイズ成分からなる第１平滑信号Ｓ１を出力する第１平滑部と、前記第１平滑信号Ｓ１から振幅が均一化された信号を波形成形し、調整信号ＶＣＡとして出力する利得調整部と、前記調整信号ＶＣＡを一定の中心値を有する直線的な信号に矯正し、第２平滑信号Ｓ２を作成する第２平滑部と、前記第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去し電流リップル成分のみを抽出し、リップル成分信号Ｓ０を出力するリップル検出部と、前記リップル成分信号Ｓ０をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、を有し、前記第１平滑部は、検出対象とされる前記電機子電流の正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出する不要リップル抽出部と、前記電圧変化信号から前記不要リップル成分を減じ、正規の電流リップル成分を得る正規リップル抽出部と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、不要リップル抽出部により、まず、電圧変化信号から不要リップル成分を抽出する。そして、正規リップル抽出部にて、抽出した不要リップル成分を電圧変化信号から減じることにより、不要リップルを除去し、電圧変化信号から正規の電流リップル成分を抽出する。これにより、経年劣化や周辺環境変化による不要リップルが除去され、電流リップルをパルス変換する際に、不要リップルを本来のリップルと誤って認識し、誤パルスが形成されるのを防止できる。

前記モータ制御装置において、前記不要リップル抽出部にローパスフィルタを配し、前記正規の電流リップル成分よりも周波数の低い前記不要リップル成分を抽出しても良い。また、前記不要リップル抽出部にハイパスフィルタを配し、前記正規の電流リップル成分よりも周波数の高い前記不要リップル成分を抽出しても良い。さらに、前記不要リップル抽出部にローパスフィルタとハイパスフィルタを配し、前記ローパスフィルタにより前記正規の電流リップル成分よりも周波数の低い前記不要リップル成分を抽出すると共に、前記ハイパスフィルタにより前記正規の電流リップル成分よりも周波数の高いい前記不要リップル成分を抽出するようにしても良い。

一方、本発明の直流モータの電流リップル検出方法は、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、前記電流リップルを矩形波信号として出力する直流モータの電流リップル検出方法であって、前記電機子電流を検知し、その変化を電圧変化信号として出力し、前記電圧変化信号から電流リップル成分とノイズ成分を抽出し、前記電流リップル成分を抽出する際、検出対象とされる前記電機子電流の正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出し、前記電圧変化信号から前記不要リップル成分を減じることにより前記正規の電流リップル成分を得、該正規の電流リップル成分とノイズ成分からなる第１平滑信号Ｓ１を出力し、前記第１平滑信号Ｓ１から振幅が均一化された信号を波形成形して調整信号ＶＣＡとして出力し、前記調整信号ＶＣＡを一定の中心値を有する直線的な信号に矯正して第２平滑信号Ｓ２を作成し、前記第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去し電流リップル成分のみを抽出してリップル成分信号Ｓ０を出力し、前記リップル成分信号Ｓ０をデジタル信号に変換することを特徴とする。

本発明にあっては、電圧変化信号から不要リップル成分を抽出し、その後、抽出した不要リップル成分を電圧変化信号から減じることにより、電圧変化信号から不要リップルを除去し、正規の電流リップル成分を抽出する。その結果、経年劣化や周辺環境変化による不要リップルが除去され、電流リップルをパルス変換する際に、不要リップルを本来のリップルと誤って認識し、誤パルスが形成されるのを防止できる。

本発明のモータ制御装置によれば、電圧変化信号に基づいて電流リップル成分とノイズ成分からなる第１平滑信号Ｓ１を出力する第１平滑部に、正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出する不要リップル抽出部と、電圧変化信号から不要リップル成分を減じ、正規の電流リップル成分を得る正規リップル抽出部と、を設けたので、電圧変化信号から不要リップルを除去し、正規の電流リップル成分を抽出することが可能となる。これにより、経年劣化や周辺環境変化による不要リップルが除去され、不要リップルに起因する、モータ回転数やパルス誤検知によるモータ位置等の誤認識を防止し、モータの制御性低下を抑えることが可能となる。

本発明の直流モータの電流リップル検出方法によれば、電圧変化信号から電流リップル成分を抽出する際、正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出し、電圧変化信号から不要リップル成分を減じるようにしたので、不要リップルが除去された正規の電流リップル成分を電圧変化信号から抽出することが可能となる。これにより、経年劣化や周辺環境変化による不要リップルが除去され、不要リップルに起因する、モータ回転数や回転方向等の誤認識を防止し、モータの制御性低下を抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態であるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。電流検出部からの出力信号の一例である。第１制御電圧発生回路における処理を示す説明図である。第１変動成分平滑回路における処理を示す説明図である。不要リップル除去の処理を示す説明図である。電圧変化信号から不要リップルを除去した実際の波形を示す説明図である。ＣＶ反転回路おける処理を示す説明図である。自動利得調整回路における処理を示す説明図である。第２平滑回路ブロックにおける処理を示す説明図である。リップル検出部における処理を示す説明図である。デジタル信号変換部における処理を示す説明図である。不要リップル除去回路の構成を示す説明図である。経年劣化等によって生じる不要リップル波形とそれによる誤認識の様子を示す説明図である。

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。図１は、本発明の一実施形態であるモータ制御装置１の構成を示すブロック図である。モータ制御装置１は、例えば、車両のパワーウインド用モータの動作制御に適用され、モータ電流（電機子電流）に含まれる電流リップルを、ホールＩＣ等を用いることなく抽出し、矩形波の形で出力し、モータの回転数や回転方向等を算出する。モータ制御装置１にはリップル検出装置１０が設けられており、本発明の電流リップル検出方法は、このリップル検出装置１０によって実施される。リップル検出装置１０は、電源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上に配置される。電源ライン４にはシャント抵抗５が設けられており、リップル検出装置１０は、シャント抵抗５の前後（電源２側とモータ３側）に接続される。

図１に示すように、リップル検出装置１０は、シャント抵抗５側から順に、電流検出部１１、第１平滑回路ブロック（第１平滑部）１２、利得調整部１３、第２平滑回路ブロック（第２平滑部）１４、リップル検出部１５、及び、デジタル信号変換部１６の各機能ブロックから構成されている。リップル検出装置１０においては、電流検出部１１は、シャント抵抗５の前後の電圧差（電圧降下）を検出してモータ駆動電流を検知する一方、その変化を電圧変化信号として出力する。この電圧変化信号は、第１平滑回路ブロック１２以下の各機能ブロックに送られ（利得調整部１３→第２平滑回路ブロック１４→リップル検出部１５）、電圧変化信号から電流リップル成分のみが抽出される。そして、抽出された電流リップル成分は、デジタル信号変換部１６によって、エンコーダ出力相当のパルス信号に変換されて出力され、このパルス信号に基づいてモータ３の回転数が検出される。

以下、リップル検出装置１０における各機能ブロックでの処理について順を追って説明する。前述のように、電流検出部１１では、シャント抵抗５の前後の電圧差を捉え、それを電圧変化信号として出力する（電流検出ステップ)。図２は、電流検出部１１からの出力信号の一例である。電流検出部１１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２に示すように、電圧変化信号には、ノイズ成分と電流リップル成分が含まれた状態となっており、電流検出部１１からはこの状態の電圧信号が出力され、第１平滑回路ブロック１２に送られる。

第１平滑回路ブロック１２には、第１制御電圧（ＣＶ：Control Voltage）発生回路２１と、第１変動成分平滑回路２２が設けられている。第１平滑回路ブロック１２では、図２の電圧変化信号から電流リップル成分とノイズ成分を抽出する（第１平滑化ステップ)と共に、電圧変化信号から経年等によって生じる不要リップルを除去する。図３は第１制御電圧発生回路２１における処理を示す説明図、図４は第１変動成分平滑回路２２における処理を示す説明図である。なお、図３,４は、不要リップルを含んだ電圧変化信号の処理を示している。第１制御電圧発生回路２１は、ローパスフィルタ２３を用いることにより、電流検出部１１より入力された電圧変化信号（図２）から、電流リップル成分の中心値をモータ駆動電流の変化成分として抽出すると共に、不要リップルを抽出し（図３のｆｖ(t)）、第１制御電圧ＣＶ１として出力する（第１制御電圧発生ステップ）。

この場合、リップル波形の傾きは、モータのインダクタンスと、ブラシが整流子片を跨ぐときの電流変化との関係で決まる。このため、ｆｖ(t)を抽出するためのローパスフィルタ２３のカットオフ周波数ｆc1は、モータインダクタンスによる周波数成分とモータロック時のリップル周波数成分との間で、モータ仕様や設置条件等を勘案して適宜決定される。また、不要リップルの周波数は、正規の電流リップルと異なるため、不要リップルと正規リップルとの間にカットオフ周波数ｆc1を設定し、不要リップルを抽出する。当該実施の形態では、不要リップルの周波数が正規リップルの周波数よりも低い場合を想定し、ローパスフィルタ２３によって不要リップルの抽出を行っている。第１制御電圧発生回路２１にて抽出された第１制御電圧ＣＶ１は、電流リップル成分の中心値と不要リップル成分を含んだ形で形成され、第１変動成分平滑回路２２や利得調整部１３に出力される。

第１変動成分平滑回路２２では、電流検出部１１で得られた電圧変化信号から、第１制御電圧発生回路２１にて求めた第１制御電圧ＣＶ１を用いて電流リップル成分（＋ノイズ成分）を抽出すると共に、不要リップルの除去を行う。すなわち、図２の電圧変化信号（図４（ａ））と、第１制御電圧ＣＶ１（図４（ｃ））の差分を取ることにより、電圧変化信号からモータ駆動電流の変動分（変化成分）と不要リップル成分を取り除き、正規の電流リップル成分（＋ノイズ成分）を抽出する（図４（ｅ））。

図５は、不要リップル除去の処理過程を示す説明図である。図５（ａ）のように、電圧変化信号には、経年等により、正規の電流リップル成分（以下、正規リップルＲｒ）に不要リップルＲｆが含まれて来る。このような電圧変化信号をローパスフィルタ２３にかけると、正規リップルよりも周波数の低い不要リップルＲｆはフィルタを通り、図５（ｂ）のような信号が得られる。第１制御電圧発生回路２１は、不要リップル抽出部として、図５（ａ）→（ｂ）の処理により、電圧変化信号から不要リップル成分を抽出している。これにより、本実施形態における前述の第１制御電圧ＣＶ１は、電流リップル成分の中心値と共に、図５（ｂ）のような不要リップルＲｆ成分が含まれた状態で形成される。

そこで、図５（ａ）の信号から図５（ｂ）の信号を減じると、不要リップルＲｆが取り除かれ、図５（ｃ）のような正規リップルＲｒが残った状態の信号が得られる。第１変動成分平滑回路２２は、正規リップル抽出部として、この減算処理により、電圧変化信号から不要リップル成分を除去している。図６は、実際の電圧変化信号（図６（ａ））から不要リップルを除去した状態（図６（ｂ））を示す説明図であり、図６（ｂ）の処理後の波形では、不要リップルＲｆが抑えられ、正規リップルＲｒが顕在化されていることが分かる。

このように、本発明によるリップル検出装置１０では、不要リップルと正規リップルの周波数差に着目して、周波数フィルタを用いることにより、まず、電圧変化信号から不要リップルのみを抽出する。そして、抽出した不要リップル成分を元の電圧変化信号から減じることにより、不要リップルを除去し、電圧変化信号から正規リップルのみを抽出する。これにより、経年劣化や周辺環境変化による不要リップルを除去することができ、不要リップルを本来のリップルと誤って認識してしまうのを防止できる。その結果、図５（ｄ）に示すように、電流リップルをパルス変換した場合に、不要リップルによって誤パルスが形成されるのを防止でき、不要リップルに起因する、モータ回転数や回転方向等の誤認識を防止し、モータの制御性低下を抑えることが可能となる。

また、第１変動成分平滑回路２２では、図４（ｂ）,（ｄ）に示すように、バイアス電圧Ｖref1,Ｖref2を用いて、電圧変化信号と第１制御電圧ＣＶ１との電圧レベル（波形の高さ）が合わされる。これにより、電流リップル成分とノイズ成分のみが不要リップル成分を除去した状態で抽出され、図４（ｅ）のような第１平滑信号Ｓ１が出力される（第１変動成分平滑化ステップ）。図４（ｅ）に示すように、第１平滑信号Ｓ１は、波形の中心レベルが一定化されているため、その後の波形成形処理が容易となり、その確実性も向上する。

図４（ｅ）に示すように、第１変動成分平滑回路２２によって得られた信号は、モータ電流の変化による振幅変化を伴っている。そこで、次に、利得調整部１３により、図４（ｅ）の信号を均一の振れ幅の信号に波形成形する（利得調整ステップ)。利得調整部１３には、ＣＶ反転回路（制御電圧反転回路)２４と、自動利得調整回路２５が設けられており、図７はＣＶ反転回路２４おける処理を示す説明図、図８は自動利得調整回路２５における処理を示す説明図である。利得調整部１３では、ＣＶ反転回路２４によって反転された逆位相の反転第１制御電圧ＣＶ１’と、第１変動成分平滑回路２２からの第１平滑信号Ｓ１により図８（ｃ）のような調整信号ＶＣＡが作成される。

図７に示すように、ＣＶ反転回路２４では、第１制御電圧発生回路２１から入力された第１制御電圧ＣＶ１の上下が反転され、反転第１制御電圧ＣＶ１’が出力される（制御電圧反転ステップ）。自動利得調整回路２５は、第１平滑信号Ｓ１に対し、反転第１制御電圧ＣＶ１’を掛け合わせることにより、第１平滑信号Ｓ１の振幅を均一化する。すなわち、第１平滑信号Ｓ１と、第１制御電圧ＣＶ１とは波形が上下反対の反転第１制御電圧ＣＶ１’とを掛け合わせることにより、振れ幅の大きい部位には小さな電圧、小さい部位には大きな電圧がそれぞれ掛けられ、図８（ｃ）のように振幅が均一化された調整信号ＶＣＡが出力される（利得調整ステップ）。これにより、電流リップル成分のレベルが均一化され、波形処理の確実性が向上する。

利得調整部１３にて得られた調整信号ＶＣＡは、第２平滑回路ブロック１４に送られ再び平滑化される（第２平滑化ステップ）。図８（ｃ）に示すように、調整信号ＶＣＡは、振幅は均一化されているものの、今度は、反転第１制御電圧ＣＶ１’の変化に沿って全体が曲がった形となっている。このため、それを一定の中心値を有する直線的な信号に矯正すべく、第２平滑回路ブロック１４にて平滑化処理を行う。第２平滑回路ブロック１４には、第２制御電圧発生回路２６と、第２変動成分平滑回路２７が設けられており、第１平滑回路ブロック１２と同様の処理が実行される。

図９は、第２平滑回路ブロック１４における処理を示す説明図である。図９（ｂ）に示すように、第２平滑回路ブロック１４においても、第２制御電圧発生回路２６にて調整信号ＶＣＡから第２制御電圧ＣＶ２が作成される（第２制御電圧発生ステップ）。そして、第２変動成分平滑回路２７により、この第２制御電圧ＣＶ２と、利得調整部１３より入力された調整信号ＶＣＡから、図９（ｃ）の第２平滑信号Ｓ２が作成される。つまり、図９（ａ）の波形から、一点鎖線にて示した第２制御電圧ＣＶ２（図９（ｂ））を引く形で、図９（ｃ）のような第２平滑信号Ｓ２が形成される（第２変動成分平滑化ステップ）。

一方、第２平滑信号Ｓ２には、図９（ｃ）に示すように、電流リップル成分とノイズ成分が混在している。そこで、リップル検出部１５では、第２平滑信号Ｓ２から電流リップル成分のみを抽出する（リップル検出ステップ）。図１０は、リップル検出部１５における処理を示す説明図である。この場合、ノイズ成分は電流リップル成分に比べて周波数が高いことから、ハイパスフィルタ２８を用いて、第２平滑信号Ｓ２（図１０（ａ））からまずノイズ成分のみを取り出す（ノイズ成分抽出ステップ）（図１０（ｂ））。この際、ハイパスフィルタ２８のカットオフ周波数ｆc2は、モータインダクタンスによる電流リップル成分の立ち上がり、立ち下がり時間の周波数成分と、ノイズ成分周波数成分との間で、システム仕様に合わせて適宜検証の上設定する。

第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分のみを取り出した後、それを反転させて第２平滑信号Ｓ２と合成する。すなわち、差動増幅回路２９に、第２平滑信号Ｓ２と、そのノイズ成分の逆位相信号を入力することにより、第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去して増幅し、電流リップル成分のみを顕在化させたリップル成分信号Ｓ０を形成し、出力する（図１０（ｃ））。これにより、図２に示した電圧変化信号から、図１０（ｃ）のような電流リップル成分のみの信号が抽出される（電流リップル成分抽出ステップ）。このような形で第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去すると、モータ電流から、電流リップルの波形を鈍らせることなく、電流リップル成分のみを抽出することができる。

このようにして電流リップル成分のみを抽出した後、それをデジタル信号変換部１６に送りデジタル信号化する（デジタル信号化ステップ）。図１１は、デジタル信号変換部１６における処理を示す説明図である。デジタル信号変換部１６では、リップル検出部１５から送られて来たリップル成分信号Ｓ０（図１１（ａ））を位相シフト部３１によって若干位相をずらす（位相シフト信号作成ステップ）。そして、コンパレータ３２において、オリジナルのリップル成分信号Ｓ０と、それを微小に位相がずれた信号Ｓ０’とを比較し、図１１（ｄ）のようなパルス信号化する。

この場合、コンパレータ３２は、信号Ｓ０と信号Ｓ０’のうち、例えば、信号Ｓ０が大きい場合はＨ、信号Ｓ０’が大きい場合はＬという形で信号が出力される。従って、図１１（ｃ）に示すように、区間ＰにおいてはＳ０＞Ｓ０’のため「Ｈ」、区間ＱにおいてはＳ０＜Ｓ０’のため「Ｌ」がそれぞれ出力され、リップル成分信号Ｓ０の変化に対応した矩形波状のパルス信号が形成され、出力される（デジタル変換ステップ）。

このようにして形成された矩形波状のパルス信号は、各パルスが、ブラシと整流子片との接触の切り替わりに対応している。ブラシと整流子片の数はモータごとに予め定まっているため、このパルスをカウントすることにより、モータ３の回転数を算出することができる。すなわち、モータ電流中の電流リップルから、ホールＩＣ等の回転検出部材を用いることなく、モータ３の回転数を検出することが可能となる。その際、本発明の装置・方法にあっては、磁極ピッチなどの変更等によって電流リップルを増大させる必要がなく、従来のモータ構成そのままでリップル抽出が可能である。このため、モータの性能や特性を損なうことなく、また、モータ音や発熱を増加させることなく、リップルセンシングが可能となる。さらに、精緻なフィルタや微妙なカットオフ設定も不要となり、パルスの不出力や遅れなどの問題も防止す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。
例えば、前述の実施形態では、第１制御電圧発生回路２１にて不要リップルを抽出し、第１変動成分平滑回路２２にてモータ駆動電流の変化成分と共に不要リップルを除去する構成を示したが、第１平滑回路ブロック１２では不要リップルの除去は行わず、第１平滑回路ブロック１２の後段に、ローパスフィルタ４１と差動増幅器４２を備え、第１平滑回路ブロック１２と同様の構成の不要リップル除去回路４３（図１２）を別途配しても良い。その場合、第１変動成分平滑回路２２ではモータ駆動電流の変化成分のみを除去し、後段の不要リップル除去回路４３にて不要リップルを除去する。

また、前述の実施形態では、不要リップルをローパスフィルタによって抽出する構成を示したが、不要リップルの周波数が正規リップルの周波数よりも高い場合は、ハイパスフィルタを用いて不要リップルを抽出し、電圧変化信号からそれを減じることにより、不要リップルを除去しても良い。その場合、ハイパスフィルタは、ローパスフィルタ２３の後段に配したり、第１平滑回路ブロック１２の後段に配される前述の不要リップル除去回路４３に配したりすることができる（ローパスフィルタ４１に代えてハイパスフィルタを配置する）。なお、ローパスフィルタとハイパスフィルタを両方用いても良く、その場合は、ローパスフィルタ２３の後段にハイパスフィルタを配する構成や、ローパスフィルタを備えた不要リップル除去回路と、ハイパスフィルタを備えた不要リップル除去回路の両方を第１平滑回路ブロック１２の後段に配する構成などが採用し得る。

さらに、前述の実施形態では、第１平滑回路ブロック１２から、利得調整部１３、第２平滑回路ブロック１４を経た上で第２平滑信号Ｓ２をリップル検出部１５に入力しているが、電流リップル成分が少ない信号（例えば、モータ電流の増減が少ない電流波形等）では、利得調整部１３と第２平滑回路ブロック１４の処理を割愛し、図１に破線にて示したように、第１平滑回路ブロック１２の第１平滑信号Ｓ１をリップル検出部１５に直接入力しても良い。電流リップル成分が少ない信号では、利得調整部１３にてリップル成分の均一化を図らなくとも、リップル検出部１５での処理が可能な場合があり、その場合には、利得調整部１３と、それとセットで用いられる第２平滑回路ブロック１４（利得調整により発生する波形の増減を補正）を省くことが可能である。

加えて、前述の実施形態では、リップル検出部１５にて、第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分のみを取り出した後、それを反転させて第２平滑信号Ｓ２に加算しているが、第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分（非反転）を減算しても良い。

本発明によるモータ制御装置・電流リップル検出方法は、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や、ブラシ付きモータを用いた家庭用電気製品等に広く適用可能である。

１モータ制御装置
２電源
３ブラシ付きＤＣモータ
４電源ライン
５シャント抵抗
１０リップル検出装置
１１電流検出部
１２第１平滑回路ブロック（第１平滑部）
１３利得調整部
１４第２平滑回路ブロック（第２平滑部）
１５リップル検出部
１６デジタル信号変換部
２１第１制御電圧発生回路（不要リップル抽出部）
２２第１変動成分平滑回路（正規リップル抽出部）
２３ローパスフィルタ
２４ＣＶ反転回路
２５自動利得調整回路
２６第２制御電圧発生回路
２７第２変動成分平滑回路
２８ハイパスフィルタ
２９差動増幅回路
３１位相シフト部
３２コンパレータ
４１ローパスフィルタ
４２差動増幅器
４３不要リップル除去回路
ＣＶ１第１制御電圧
ＣＶ１’反転第１制御電圧
ＣＶ２第２制御電圧
Ｓ０リップル成分信号
Ｓ０’ シフト信号
Ｓ１第１平滑信号
Ｓ２第２平滑信号
ＶＣＡ調整信号
Ｖoff1 バイアス電圧
Ｖref1 バイアス電圧
Ｖref2 バイアス電圧
ｆc1 カットオフ周波数
ｆc2 カットオフ周波数
Ｒｒ正規リップル
Ｒｆ不要リップル
Ｐｆ誤パルス

Claims

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、前記電流リップルを矩形波信号として出力するリップル検出装置を有するモータ制御装置であって、
前記リップル検出装置は、
前記電機子電流を検知し、その変化を電圧変化信号として出力する電流検出部と、
前記電圧変化信号から電流リップル成分とノイズ成分を抽出し、電流リップル成分とノイズ成分からなる第１平滑信号Ｓ１を出力する第１平滑部と、
前記第１平滑信号Ｓ１から振幅が均一化された信号を波形成形し、調整信号ＶＣＡとして出力する利得調整部と、
前記調整信号ＶＣＡを一定の中心値を有する直線的な信号に矯正し、第２平滑信号Ｓ２を作成する第２平滑部と、
前記第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去し電流リップル成分のみを抽出し、リップル成分信号Ｓ０を出力するリップル検出部と、
前記リップル成分信号Ｓ０をデジタル信号に変換するデジタル信号変換部と、を有し、
前記第１平滑部は、検出対象とされる前記電機子電流の正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出する不要リップル抽出部と、前記電圧変化信号から前記不要リップル成分を減じ、正規の電流リップル成分を得る正規リップル抽出部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置において、
前記不要リップル抽出部は、ローパスフィルタを備え、前記正規の電流リップル成分よりも周波数の低い前記不要リップル成分を抽出することを特徴とするモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置において、
前記不要リップル抽出部は、ハイパスフィルタを備え、前記正規の電流リップル成分よりも周波数の高い前記不要リップル成分を抽出することを特徴とするモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置において、
前記不要リップル抽出部は、ローパスフィルタとハイパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタにより前記正規の電流リップル成分よりも周波数の低い前記不要リップル成分を抽出すると共に、前記ハイパスフィルタにより前記正規の電流リップル成分よりも周波数の高いい前記不要リップル成分を抽出することを特徴とするモータ制御装置。
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、前記電流リップルを矩形波信号として出力する直流モータの電流リップル検出方法であって、
前記電機子電流を検知し、その変化を電圧変化信号として出力し、
前記電圧変化信号から電流リップル成分とノイズ成分を抽出し、前記電流リップル成分を抽出する際、検出対象とされる前記電機子電流の正規の電流リップル成分とは異なる不要リップル成分を抽出し、前記電圧変化信号から前記不要リップル成分を減じることにより前記正規の電流リップル成分を得、該正規の電流リップル成分とノイズ成分からなる第１平滑信号Ｓ１を出力し、
前記第１平滑信号Ｓ１から振幅が均一化された信号を波形成形し、調整信号ＶＣＡとして出力し、
前記調整信号ＶＣＡを一定の中心値を有する直線的な信号に矯正し、第２平滑信号Ｓ２を作成し、
前記第２平滑信号Ｓ２からノイズ成分を除去し電流リップル成分のみを抽出してリップル成分信号Ｓ０を出力し、
前記リップル成分信号Ｓ０をデジタル信号に変換することを特徴とする直流モータの電流リップル検出方法。