WO2018123453A1 - 直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置及び方法 - Google Patents

直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置及び方法 Download PDF

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WO2018123453A1
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rotation
signal
electric motor
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pulse signal
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軍安 都
勤 阿部
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アルプス電気株式会社
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    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Definitions

  • the present disclosure relates to an apparatus and a method for acquiring information related to rotation of a DC commutator motor.
  • Patent Document 1 an apparatus that acquires the rotation amount of an electric motor based on a ripple component included in an electric current flowing through the electric motor.
  • This device generates a pulse signal having the same frequency as the ripple component, and counts the number of the pulse signals to acquire the rotation amount of the electric motor. Therefore, when the electric motor rotates at a constant rotational angular velocity, the rotation amount can be acquired with a certain degree of accuracy.
  • the ripple component is small, such as during inertial rotation after the power is turned off, the amount of rotation cannot be obtained with high accuracy.
  • Patent Document 2 an apparatus is known in which the amount of rotation when the ripple component is small can be acquired with higher accuracy (see Patent Document 2).
  • This device makes it possible to obtain the amount of rotation of the motor with higher accuracy by correcting the number of pulse signals based on the integral value of the back electromotive force calculated from the current flowing through the motor and the voltage between its terminals. .
  • the pulse signal when the actual integration value when the pulse signal is generated is significantly smaller than the average integration value during one period of the ripple component, the pulse signal is regarded as an erroneous pulse, and the number of pulse signals Correct the minus.
  • the number of pulse signals is determined as a pulse signal generation failure. Add a positive correction.
  • Patent Document 2 cannot positively correct the number of pulse signals until a sufficient time that the motor is considered to have stopped has elapsed. Therefore, there is a possibility that an accurate rotation amount cannot be acquired in a timely manner and a reliable rotation amount cannot be acquired.
  • An apparatus is an apparatus that acquires information related to rotation of an electric motor including a commutator, the rotation angle of the electric motor based on a voltage between terminals of the electric motor and a current flowing through the electric motor.
  • a rotation angle calculation unit that calculates the first signal, a first signal generation unit that generates a first signal based on a ripple component included in a current flowing through the motor, and the motor based on the first signal and the rotation angle.
  • a second signal generation unit that generates a second signal indicating that the motor has rotated by a predetermined angle; and a rotation information calculation unit that calculates information related to rotation of the electric motor based on an output of the second signal generation unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 is an apparatus that acquires information about the rotation of the electric motor 10 (hereinafter referred to as “rotation information”).
  • rotation information information about the rotation of the electric motor 10
  • the apparatus 100 acquires rotation information of the electric motor 10 based on the voltage V between the terminals of the electric motor 10 and the current Im flowing through the electric motor 10.
  • the apparatus 100 may control the rotation position of the rotation shaft of the electric motor 10 based on the acquired rotation information without using a rotation sensor such as a hall sensor, for example.
  • the electric motor 10 is, for example, a DC commutator motor including a commutator.
  • the electric motor 10 is used, for example, for raising and lowering the window of an automobile, adjusting the angle of a door mirror, adjusting the air flow rate in an air conditioner, adjusting the optical axis of a headlight, and the like.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an example of the commutator 20.
  • the commutator 20 includes eight commutator pieces 20a separated from each other by slits 20s.
  • the slit angle ⁇ c which is the central angle of the arc of each commutator piece 20a, is about 45 degrees.
  • the electric motor 10 is connected to a power source via four switches SW1 to SW4.
  • switches SW1 to SW4 When the switch SW1 and the switch SW3 are in the closed state (conducting state), they rotate forward clockwise, and when the switch SW2 and the switch SW4 are in the closed state (conducting state), the counterclockwise direction is reversed. It is configured to rotate.
  • the current flowing through the forward rotating motor 10 has a positive value
  • the current flowing through the reverse rotating motor 10 has a negative value
  • the switch SW2 and the switch SW3 are closed (conductive state)
  • the current flowing through the forward rotating motor 10 has a negative value
  • the current flowing through the reverse rotating motor 10 has a positive value.
  • the voltage detection unit 10a is configured to detect the voltage V between the terminals of the electric motor 10.
  • the current detection unit 10b is configured to detect a current Im flowing through the electric motor 10.
  • the apparatus 100 mainly includes a voltage filter unit 30, a rotation angular velocity calculation unit 31, a rotation angle calculation unit 32, a current filter unit 33, a first signal generation unit 34, a second signal generation unit 35, a rotation information calculation unit 36, and the like.
  • the voltage filter unit 30 is a functional element configured to adjust the voltage V output from the voltage detection unit 10a.
  • the voltage filter unit 30 adjusts the voltage V so that the rotation angular velocity calculation unit 31 can appropriately calculate the rotation angular velocity of the electric motor 10.
  • the voltage filter unit 30 is a low-pass filter, and is configured to remove high-frequency components from the waveform of the voltage V output from the voltage detection unit 10 a as noise.
  • the rotational angular velocity calculation unit 31 is a functional element configured to calculate the rotational angular velocity of the electric motor 10 based on the voltage V between the terminals of the electric motor 10 and the current Im flowing through the electric motor 10. In the example of FIG. 1, the rotational angular velocity calculation unit 31 calculates the rotational angular velocity ⁇ based on Expression (1).
  • Ke is a counter electromotive voltage constant
  • Rm is an internal resistance of the electric motor 10
  • Lm is an inductance of the electric motor 10
  • dIm / dt is a single derivative of the current Im.
  • the single differentiation of the current Im is, for example, the difference between the previous value of the current Im and the current value of the current Im.
  • the rotation angular velocity calculation unit 31 may be configured to calculate, for example, the rotation angular velocity ⁇ of the electric motor 10 for each predetermined control cycle and output the calculated rotation angular velocity ⁇ to the rotation angle calculation unit 32.
  • the rotation angle calculation unit 32 is a functional element configured to calculate the rotation angle ⁇ of the electric motor 10. In the example of FIG. 1, the rotation angle calculation unit 32 calculates the rotation angle ⁇ based on Expression (2).
  • the rotation angle calculation unit 32 calculates, for example, the rotation angle ⁇ by accumulating the rotation angular velocity ⁇ output by the rotation angular velocity calculation unit 31 at every predetermined control cycle, and the calculated rotation angle ⁇ is input to the second signal generation unit 35. It may be configured to output in response.
  • the rotation angle calculation unit 32 may be configured to reset the rotation angle ⁇ to zero according to the synchronization command from the second signal generation unit 35.
  • the current filter unit 33 is a functional element configured to adjust the current Im output from the current detection unit 10b.
  • the current filter unit 33 adjusts the current Im so that the first signal generation unit 34 can appropriately detect the ripple component Ir of the current Im.
  • the current filter unit 33 is a band-pass filter, and is configured to remove components other than the ripple component Ir from the waveform of the current Im output from the current detection unit 10b.
  • the ripple component Ir is a periodic component included in the current Im, and is generated mainly due to contact / separation between the commutator piece 20a and the brush. Therefore, typically, the angle at which the electric motor 10 rotates during one cycle of the ripple component Ir is equal to the inter-slit angle ⁇ c.
  • the first signal generation unit 34 is a functional element configured to generate a signal indicating that the electric motor 10 has rotated by a predetermined angle. For example, the first signal generation unit 34 generates a ripple detection signal (first pulse signal Pa) based on the waveform of the ripple component Ir output from the current filter unit 33.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the timing at which the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa.
  • the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa every time the ripple component Ir exceeds the reference current value Ib.
  • the first pulse signal Pa is generated at times t1, t2, t3,. T1, T2, T3,..., Tn, etc. indicate the period of the ripple component, and ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,..., ⁇ n, etc. are generated when the first signal generator 34 generates the first pulse signal.
  • the rotation angle ⁇ is shown.
  • the rotation angle ⁇ is a value calculated by the rotation angle calculation unit 32.
  • the first signal generation unit 34 typically generates the first pulse signal Pa when the magnitude of the rotation angle ⁇ is substantially equal to a predetermined angle (for example, the inter-slit angle ⁇ c).
  • the first signal generation unit 34 when the current Im and its ripple component Ir become small during the inertia rotation period after the power of the motor 10 is turned off, the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa based on the waveform of the ripple component Ir. It may not be generated. In addition, for example, when an inrush current occurs immediately after the electric motor 10 is turned on, the first signal generation unit 34 may erroneously generate the first pulse signal Pa according to the inrush current. Such generation omission or erroneous generation of the first pulse signal Pa reduces the reliability of the rotation information of the electric motor 10 output by the apparatus 100.
  • the second signal generator 35 can generate a signal representing that the electric motor 10 has rotated by a predetermined angle with higher accuracy.
  • the second signal generation unit 35 is a functional element configured to generate a signal indicating that the electric motor 10 has rotated by a predetermined angle.
  • the second signal generation unit 35 generates a pseudo ripple signal (second pulse signal Pb) based on the rotation angle ⁇ output by the rotation angle calculation unit 32 and the first pulse signal Pa output by the first signal generation unit 34. May be configured to generate.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of timing at which the second signal generation unit 35 generates the second pulse signal Pb.
  • the second signal generator 35 generates the second pulse signal Pb when the rotation angle ⁇ reaches a predetermined angle, for example.
  • the predetermined angle is, for example, the slit-to-slit angle ⁇ c.
  • the second pulse signals Pb3, Pb5, and Pb6 are generated when the absolute values of the rotation angles ⁇ 3, ⁇ 7, and ⁇ 9 reach the inter-slit angle ⁇ c at times t3, t7, and t9.
  • the second pulse signal Pb When the second pulse signal Pb is generated, the second signal generator 35 outputs a synchronization command to the rotation angle calculator 32.
  • the rotation angle calculation unit 32 resets the rotation angle ⁇ to zero.
  • the second signal generation unit 35 generates the second pulse signal Pb2 and does not receive the first pulse signal Pa, and the absolute value of the rotation angle ⁇ 3 is the slit-to-slit angle.
  • the second pulse signal Pb3 is generated.
  • the second signal generation unit 35 determines that the absolute value of the rotation angle ⁇ calculated by the rotation angle calculation unit 32 is the angle between the slits. As long as ⁇ c is reached, the second pulse signal Pb is generated. Therefore, generation omission of the first pulse signal Pa can be reliably prevented.
  • the second signal generation unit 35 is, for example, when the rotation angle ⁇ when the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa is equal to or greater than the first threshold ⁇ u and less than the inter-slit angle ⁇ c.
  • a pulse signal Pb is generated.
  • the first threshold value ⁇ u may be a preset value or a dynamically set value.
  • the rotation angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 5 when the first signal generation unit 34 generates the first pulse signals Pa1, Pa2, and Pa4 are equal to or greater than the first threshold ⁇ u and less than the inter-slit angle ⁇ c.
  • the second signal generator 35 can determine that the first pulse signals Pa1, Pa2, Pa5 generated by the first signal generator 34 at times t1, t2, t5 are not noise. Therefore, the second signal generator 35 generates the second pulse signals Pb1, Pb2, and Pb4 at times t1, t2, and t5. When the second pulse signal Pb is generated, the second signal generator 35 outputs a synchronization command to the rotation angle calculator 32.
  • the second signal generation unit 35 does not generate the second pulse signal Pb, for example, when the rotation angle ⁇ when the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa is less than the second threshold ⁇ d.
  • the second threshold value ⁇ d may be a preset value or a dynamically set value. Such a situation typically occurs after the second pulse signal Pb is generated due to the rotation angle ⁇ reaching a predetermined angle.
  • the first signal generation unit 34 performs the first pulse.
  • a signal Pa3 is generated.
  • the rotation angle ⁇ 4 at this time is less than the second threshold value ⁇ d. That is, the rotation angle ⁇ 4 integrated after being reset at time t3 is still less than the angle ⁇ .
  • the second signal generation unit 35 can determine that the first pulse signal Pa3 generated by the first signal generation unit 34 at time t4 can be integrated with the second pulse signal Pb3 generated at time t3. Specifically, the second signal generator 35 should generate the second pulse signal Pb3 when the first pulse signal Pa3 is generated.
  • the first pulse signal Pa3 is generated in order to reliably prevent the generation of the pulse signal. Previously, the second pulse signal Pb3 was generated.
  • the second signal generator 35 generates the first pulse signal Pa3 generated immediately after generating the second pulse signal Pb3, and the first pulse signal Pa that should have been generated simultaneously with the second pulse signal Pb3. Can be considered.
  • the second signal generation unit 35 outputs a synchronization command to the rotation angle calculation unit 32 without generating the second pulse signal Pb at time t4.
  • a broken-line arrow toward “x” in FIG. 4 indicates that the second pulse signal Pb is not generated based on the first pulse signal Pa3. The same applies to the broken-line arrows toward the other “x”.
  • the second signal generator 35 generates the second pulse signal when the rotation angle ⁇ when the first signal generator 34 generates the first pulse signal Pa is greater than or equal to the second threshold ⁇ d and less than the first threshold ⁇ u. Pb is not generated, and a synchronization command is not output to the rotation angle calculation unit 32.
  • the rotation angle ⁇ 6 when the first signal generation unit 34 generates the first pulse signal Pa5 at time t6 is equal to or greater than the second threshold ⁇ d and less than the first threshold ⁇ u.
  • the second signal generation unit 35 can determine that the first pulse signal Pa5 is based on noise. Therefore, the second signal generation unit 35 does not generate the second pulse signal Pb at time t6 and does not output a synchronization command to the rotation angle calculation unit 32. That is, the influence of the first pulse signal Pa5 based on noise can be completely eliminated.
  • the second signal generation unit 35 reduces the current Im and its ripple component Ir during the inertia rotation period after the power of the motor 10 is turned off, and the first signal generation unit 34 has a waveform of the ripple component Ir. Even if the first pulse signal Pa cannot be generated based on the second pulse signal Pb, the second pulse signal Pb can be generated.
  • the second signal generation unit 35 for example, generates an inrush current immediately after the motor 10 is turned on, and the first signal generation unit 34 erroneously generates the first pulse signal Pa according to the inrush current. Even in this case, the second pulse signal Pb corresponding to the first pulse signal Pa is not generated. That is, the influence of the first pulse signal Pa can be completely eliminated.
  • the apparatus 100 can improve the reliability of the rotation information of the electric motor 10 by calculating the rotation information of the electric motor 10 based on the second pulse signal Pb instead of the first pulse signal Pa.
  • the second signal generation unit 35 is configured to output a direction signal indicating the rotation direction of the electric motor 10.
  • the second signal generation unit 35 is configured to output a signal indicating the forward rotation direction if the rotation angle ⁇ is a positive value, and to output a signal indicating the reverse rotation direction if the rotation angle ⁇ is a negative value.
  • the rotation angle ⁇ has a positive value when the current flowing through the motor 10 is a positive value, and has a negative value when the current flowing through the motor 10 is a negative value.
  • the rotation angle ⁇ has a positive value when the current flowing through the motor 10 is a negative value, and has a negative value when the current flowing through the motor 10 is a positive value.
  • the rotation information calculation unit 36 is a functional element configured to calculate rotation information of the electric motor 10.
  • the rotation information of the electric motor 10 includes, for example, a rotation amount (rotation angle) from the reference rotation position, a rotation number from the reference rotation position, and the like.
  • the rotation information of the electric motor 10 may include a relative position of the upper edge of the window with respect to a reference position, an opening amount of the window, and the like.
  • statistical values such as an average value, maximum value, minimum value, and intermediate value of the rotational angular velocity ⁇ in a certain period may be included. In the example of FIG.
  • the rotation information calculation unit 36 calculates rotation information of the electric motor 10 based on the output of the second signal generation unit 35. For example, the amount of rotation after the rotation of the electric motor 10 is calculated by multiplying the number of second pulse signals Pb generated after the rotation of the electric motor 10 is multiplied by the inter-slit angle ⁇ c. At this time, for example, the rotation information calculation unit 36 determines whether to increment or decrement the number of second pulse signals Pb based on the direction signal output together with the second pulse signal Pb by the second signal generation unit 35. Alternatively, the rotation information calculation unit 36 separately counts the number of second pulse signals Pb received together with the direction signal representing the forward rotation direction and the number of second pulse signals Pb received together with the direction signal representing the reverse rotation direction. Then, the rotation amount of the electric motor 10 may be calculated based on the difference between them.
  • FIG. 5 is a flowchart of the rotation amount calculation process.
  • the apparatus 100 performs the rotation amount calculation process while the electric motor 10 is being driven.
  • apparatus 100 acquires voltage V and current Im (step ST1).
  • the apparatus 100 acquires the voltage V output from the voltage detection unit 10a and the current Im output from the current detection unit 10b for each predetermined control period.
  • the apparatus 100 calculates the rotational angular velocity ⁇ and the rotational angle ⁇ (step ST2).
  • the rotational angular velocity calculation unit 31 of the apparatus 100 calculates the rotational angular velocity ⁇ for each predetermined control cycle by substituting the voltage V and the current Im into the equation (1).
  • the rotation angle calculation unit 32 of the apparatus 100 calculates the rotation angle ⁇ by integrating the rotation angular velocities ⁇ calculated for each control cycle.
  • the device 100 determines whether or not the rotation angle ⁇ is less than a predetermined angle (step ST3).
  • the second signal generation unit 35 of the apparatus 100 determines whether or not the rotation angle ⁇ is less than the inter-slit angle ⁇ c.
  • the second signal generator 35 determines that the first pulse signal Pa has not been generated at the expected timing. Then, the second pulse signal Pb is generated (step ST10), and the rotation angle ⁇ is reset (step ST11). This is a case where the rotation angle ⁇ has reached the inter-slit angle ⁇ c before the first pulse signal Pa is generated.
  • the absolute value of the rotation angle ⁇ is the rotation angle at times t3, t7, and t9. This corresponds to the case where ⁇ 3, ⁇ 7, and ⁇ 9 are reached.
  • the second signal generator 35 determines whether or not the first pulse signal Pa is generated (step ST4). . In the example of FIG. 1, it is determined whether or not the first pulse signal Pa is generated by the first signal generation unit 34.
  • the second signal generation unit 35 When it is determined that the first pulse signal Pa has not yet been generated when the rotation angle ⁇ is less than the inter-slit angle ⁇ c (NO in step ST4), the second signal generation unit 35 generates the second pulse signal Pb. The rotation angle ⁇ is not reset. Then, the rotation information calculation unit 36 calculates the rotation amount of the electric motor 10 based on the output of the second signal generation unit 35. In this case, there is no change in the calculated rotation amount. This corresponds to the case where the rotation angle ⁇ is the rotation angle ⁇ 0 at time t0 in the example of FIG.
  • the second signal generation unit 35 determines whether the rotation angle ⁇ is less than the first threshold ⁇ u (step ST5). This is to determine whether or not the first pulse signal Pa generated earlier than the intended timing is based on noise.
  • the second signal generator 35 When it is determined that the rotation angle ⁇ is equal to or greater than the first threshold ⁇ u (NO in step ST5), the second signal generator 35 operates in the same manner as when the first pulse signal Pa is generated at the expected timing. To do. That is, the second pulse signal Pb is generated (step ST10), and the rotation angle ⁇ is reset (step ST11). This is because it can be determined that the first pulse signal Pa generated earlier than the expected timing is not based on noise. This corresponds to the case where the first pulse signals Pa1, Pa2, Pa4 are generated at times t1, t2, t5 in the example of FIG.
  • the second signal generator 35 When it is determined that the rotation angle ⁇ is less than the first threshold value ⁇ u (YES in step ST5), the second signal generator 35 cannot determine at this time that the first pulse signal Pa is not based on noise. This is because the first pulse signal Pa is not generated earlier than the expected timing but may be generated later than the expected timing. Therefore, the second signal generator 35 determines whether or not the rotation angle ⁇ is less than the second threshold ⁇ d (step ST6). This is for determining whether or not the first pulse signal Pa generated later than the intended timing is based on noise.
  • the second signal generation unit 35 When it is determined that the rotation angle ⁇ is less than the second threshold ⁇ d (YES in step ST6), the second signal generation unit 35 resets the rotation angle ⁇ to zero without generating the second pulse signal Pb ( Step ST11). This is because it can be determined that the first pulse signal Pa generated later than the expected timing is not based on noise. That is, it can be determined that the first pulse signal Pa generated later than the expected timing corresponds to the second pulse signal Pb generated immediately before. This corresponds to the case where the first pulse signals Pa3 and Pa6 are generated at times t4 and t8 in the example of FIG. That is, the second signal generation unit 35 can determine that the first pulse signals Pa3 and Pa6 correspond to the second pulse signals Pb3 and Pb5.
  • the second signal generation unit 35 determines that the first pulse signal Pa is based on noise. In this case, the second signal generator 35 does not generate the second pulse signal Pb and does not reset the rotation angle ⁇ . Then, the rotation information calculation unit 36 calculates the rotation amount of the electric motor 10 based on the output of the second signal generation unit 35 that does not generate the second pulse signal Pb. This corresponds to the case where the first pulse signal Pa5 is generated at time t6 in the example of FIG. That is, the second signal generation unit 35 determines that the first pulse signal Pa5 is based on noise.
  • the device 100 calculates the rotation amount of the electric motor 10 (step ST7).
  • the rotation information calculation unit 36 of the device 100 starts rotation of the electric motor 10 by multiplying the number of second pulse signals Pb generated after the rotation of the electric motor 10 is multiplied by the inter-slit angle ⁇ c. After that, the amount of rotation is calculated.
  • FIG. 6 is a diagram showing transitions of the composite pulse signal and the hall pulse signal.
  • the synthesized pulse signal is a signal obtained by synthesizing a plurality of pulses of the second pulse signal Pb into one pulse.
  • the slit-to-slit angle ⁇ c is 90 degrees.
  • the first pulse signal Pa and the second pulse signal Pb are basically generated every time the rotating shaft of the electric motor 10 rotates 90 degrees.
  • the synthesized pulse signal is generated by synthesizing two pulses of the second pulse signal Pb into one pulse. That is, the apparatus 100 is configured to generate one composite pulse signal each time the rotation shaft of the electric motor 10 rotates 180 degrees.
  • the hall pulse signal is a pulse signal output from the hall sensor.
  • the hall sensor detects a magnetic flux generated by a magnet attached to the rotating shaft of the electric motor 10 for comparison between the second pulse signal Pb and the hall pulse signal.
  • the apparatus 100 is configured to generate one Hall pulse signal each time the rotation shaft of the electric motor 10 rotates 180 degrees.
  • the apparatus 100 that acquires the rotation information of the electric motor 10 including the commutator 20 includes the rotation angle calculation unit 32 that calculates the rotation angle ⁇ based on the voltage V and the current Im, and the ripple included in the current Im.
  • a first signal generator 34 that generates a first pulse signal Pa based on the component Ir, and a second pulse signal Pb that indicates that the motor 10 has rotated by a predetermined angle based on the first pulse signal Pa and the rotation angle ⁇ .
  • a rotation sensor such as a Hall sensor can be omitted.
  • components necessary for using a rotation sensor such as a sensor interface circuit and a harness can be omitted. Therefore, the device 100 can realize weight reduction, cost reduction, size reduction, and the like.
  • the apparatus 100 desirably uses the first pulse signal Pa generated based on the ripple component Ir of the current Im and the second pulse signal using the rotation angle ⁇ calculated based on the voltage V and the current Im. It is configured to generate Pb. That is, the second pulse signal Pb is generated using the first pulse signal Pa and the rotation angle ⁇ , which are two parameters derived by different methods. Therefore, the apparatus 100 can compensate for the problem with the other parameter even when one parameter is not properly derived. As a result, the apparatus 100 can acquire the rotation information of the electric motor 10 with higher reliability.
  • the rotation angle calculation unit 32 is configured to calculate the rotation angle ⁇ by integrating the rotation angular velocity ⁇ of the electric motor 10 calculated based on the voltage V and the current Im, for example. Therefore, the rotation angle calculation unit 32 can stably and continuously calculate the rotation angle ⁇ over the entire period including the period immediately after the start of the electric motor 10 and the inertia rotation period.
  • the 2nd signal generation part 35 is constituted so that the 2nd pulse signal Pb may be generated immediately, for example, when rotation angle theta reaches a predetermined angle.
  • the second signal generation unit 35 represents that the first pulse signal Pa has been rotated by a predetermined angle based on the rotation angle ⁇ that is stably and continuously calculated even when generation failure of the first pulse signal Pa occurs.
  • the second pulse signal Pb can be generated in real time. Therefore, the apparatus 100 can calculate the rotation information of the electric motor 10 without delay.
  • the second signal generation unit 35 is configured to output a command to the rotation angle calculation unit 32 to reset the rotation angle ⁇ to zero when the rotation angle ⁇ reaches a predetermined angle, for example. Therefore, the apparatus 100 can avoid the maximum value of the cumulative error of the rotation angle ⁇ calculated by the rotation angle calculation unit 32 from increasing beyond a predetermined angle.
  • the predetermined angle is, for example, the central angle of the arc of the commutator piece 20a, that is, the slit-to-slit angle ⁇ c. Therefore, the apparatus 100 can set the maximum value of the accumulated error of the rotation angle ⁇ calculated by the rotation angle calculation unit 32 as the inter-slit angle ⁇ c.
  • the second signal generator 35 is configured to generate the second pulse signal Pb when the first pulse signal Pa is received and the rotation angle ⁇ is equal to or greater than the first threshold ⁇ u, for example.
  • the first threshold ⁇ u is set in advance as a value smaller than a predetermined angle (inter-slit angle ⁇ c), for example.
  • the second signal generator 35 is configured not to generate the second pulse signal Pb if the rotation angle ⁇ is less than the first threshold ⁇ u when the first pulse signal Pa is received, for example.
  • the second signal generation unit 35 can determine that the first pulse signal Pa generated at a timing deviated from the intended timing is based on noise. And it can prevent generating the 2nd pulse signal Pb corresponding to the 1st pulse signal Pa generated based on noise. Therefore, the influence on the calculation result of the rotation information by the first pulse signal Pa generated based on the noise can be eliminated early and reliably.
  • the rotation angle calculation unit 32 issues a command to reset the rotation angle ⁇ to zero. Configured to output.
  • the second threshold value ⁇ d is set in advance as a value smaller than the first threshold value ⁇ u, for example.

Abstract

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装置（１００）は、電動機（１０）の端子間の電圧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（θ）を算出する回転角度算出部（３２）と、電動機（１０）を流れる電流（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）がスリット間角度（θｃ）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）の出力に基づいて電動機（１０）の回転に関する情報を算出する回転情報算出部（３６）と、を含む。

Description

直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置及び方法
　本開示は、直流整流子電動機の回転に関する情報を取得する装置及び方法に関する。
　従来、電動機を流れる電流に含まれるリップル成分に基づいて電動機の回転量を取得する装置が知られている（特許文献１参照。）。この装置は、リップル成分と同じ周波数を有するパルス信号を生成し、そのパルス信号の数をカウントして電動機の回転量を取得する。そのため、電動機が一定の回転角速度で回転している場合にはある程度の精度で回転量を取得できる。しかし、電源をオフした後の惰性回転中等、リップル成分が小さくなる場合にはその回転量を高精度に取得することができない。
　これに対し、リップル成分が小さい場合の回転量をより高精度に取得できるようにした装置が知られている（特許文献２参照。）。この装置は、電動機を流れる電流とその端子間電圧から算出される逆起電圧の積分値に基づいてパルス信号の数を補正することで電動機の回転量をより高精度に取得できるようにしている。
　具体的には、パルス信号が生成された時の実際の積分値が、リップル成分の１周期の間の平均的な積分値よりも著しく小さい場合にそのパルス信号を誤パルスとし、パルス信号の数をマイナス補正する。或いは、前回のパルス信号が生成されてから所定時間が経過した時の実際の積分値が、その平均的な積分値よりも著しく大きい場合にパルス信号の生成漏れが発生したとしてパルス信号の数をプラス補正する。
特開２００５－２６１１３４号公報 特開２００５－３２３４８８号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の装置は、電動機が停止したと考えられる十分な時間が経過するまではパルス信号の数をプラス補正することができない。そのため、正確な回転量を適時に取得できず、信頼性の高い回転量を取得できないおそれがある。
　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より高い信頼性で取得できる装置を提供することが望まれる。
　本発明の実施例に従った装置は、整流子を備えた電動機の回転に関する情報を取得する装置であって、前記電動機の端子間電圧と前記電動機を流れる電流とに基づいて前記電動機の回転角度を算出する回転角度算出部と、前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分に基づいて第１信号を生成する第１信号生成部と、前記第１信号と前記回転角度とに基づいて前記電動機が所定角度だけ回転したことを表す第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第２信号生成部の出力に基づいて前記電動機の回転に関する情報を算出する回転情報算出部と、を含む。
　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より高い信頼性で取得できる装置を提供できる。
本発明の実施例に係る装置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信号生成部が第１パルス信号を生成するタイミングの一例を示す図である。 第２信号生成部が第２パルス信号を生成す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。
　以下、図を参照し、本発明の実施例に係る装置１００について説明する。図１は、本発明の実施例に係る装置１００の構成例を示す概略図である。
　装置１００は、電動機１０の回転に関する情報（以下、「回転情報」とする。）を取得する装置である。図１の例では、装置１００は、電動機１０の端子間の電圧Ｖと電動機１０を流れる電流Ｉｍとに基づいて電動機１０の回転情報を取得する。装置１００は、例えば、ホールセンサ等の回転センサを用いずに、取得した回転情報に基づいて電動機１０の回転軸の回転位置を制御してもよい。
　電動機１０は、例えば、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の一例の概略図である。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。
　図１の例では、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（導通状態）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（導通状態）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を流れる電流が正値を有し、逆回転する電動機１０を流れる電流が負値を有する。惰性回転中は、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３とが閉状態（導通状態）となり、順回転する電動機１０を流れる電流は負値を有し、逆回転する電動機１０を流れる電流は正値を有する。
　電圧検出部１０ａは、電動機１０の端子間の電圧Ｖを検出するように構成されている。電流検出部１０ｂは、電動機１０を流れる電流Ｉｍを検出するように構成されている。
　装置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等の機能要素を含む。各機能要素は、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が出力する電圧Ｖを調整するように構成されている機能要素である。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の回転角速度を適切に算出できるように電圧Ｖを調整する。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が出力する電圧Ｖの波形のうちの高周波成分をノイズとして除去するように構成されている。
　回転角速度算出部３１は、電動機１０の端子間の電圧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ように構成されている機能要素である。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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　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、例えば、所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に対して出力するように構成されていてもよい。
　回転角度算出部３２は、電動機１０の回転角度θを算出するように構成されている機能要素である。図１の例では、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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　回転角度算出部３２は、例えば、回転角速度算出部３１が所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を第２信号生成部３５に対して出力するように構成されていてもよい。
　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ように構成されていてもよい。
　電流フィルタ部３３は、電流検出部１０ｂが出力する電流Ｉｍを調整するように構成されている機能要素である。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を適切に検出できるように電流Ｉｍを調整する。図１の例では、電流フィルタ部３３は、バンドパスフィルタであり、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以外の成分を除去するように構成されている。リップル成分Ｉｒは、電流Ｉｍに含まれる周期的な成分であり、主に、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、典型的には、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が所定角度だけ回転したことを表す信号を生成するように構成されている機能要素である。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の波形に基づいてリップル検出信号（第１パルス信号Ｐａ）を生成する。
　図３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、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３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の大きさが所定角度（例えばスリット間角度θｃ）にほぼ等しくなったときに第１パルス信号Ｐａを生成する。
　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の波形に基づいて第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、装置１００が出力する電動機１０の回転情報の信頼性を低下させてしまう。
　そこで、装置１００は、第２信号生成部３５により、電動機１０が所定角度だけ回転したこと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ように構成されている機能要素である。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θと第１信号生成部３４が出力する第１パルス信号Ｐａとに基づいて疑似リップル信号（第２パルス信号Ｐｂ）を生成するように構成されていてもよい。
　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２信号生成部３５は、例えば、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。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θ３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、例えば、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１閾値θｕ以上で且つスリット間角度θｃ未満の場合に第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。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、Ｐａ５がノイズでないと判定できる。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。
　一方、第２信号生成部３５は、例えば、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の例では、時刻ｔ３で回転角度θ３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、第２信号生成部３５は、第１パルス信号Ｐａ３が生成されたときに第２パルス信号Ｐｂ３を生成するはずであった。しかし、第１パルス信号Ｐａ３が生成される前に回転角度θの絶対値がスリット間角度θｃに達したために、パルス信号の生成漏れを確実に防止すべく、第１パルス信号Ｐａ３が生成される前に第２パルス信号Ｐｂ３を生成した。そのため、第２信号生成部３５は、第２パルス信号Ｐｂ３を生成した直後に生成された第１パルス信号Ｐａ３を、第２パルス信号Ｐｂ３と同時に生成されるはずであった第１パルス信号Ｐａと見なすことができる。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を生成せずに、回転角度算出部３２に対して同期指令を出力する。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「×」に向かう破線矢印についても同様である。
　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、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による影響を完全に排除できる。
　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による影響を完全に排除できる。
　そのため、装置１００は、第１パルス信号Ｐａではなく第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ように構成されている。例えば、第２信号生成部３５は、回転角度θが正値であれば順回転方向を表す信号を出力し、回転角度θが負値であれば逆回転方向を表す信号を出力するように構成されている。回転角度θは、電動機１０を流れる電流が正値のときに正値を有し、電動機１０を流れる電流が負値のときに負値を有する。但し、惰性回転中は、回転角度θは、電動機１０を流れる電流が負値のときに正値を有し、電動機１０を流れる電流が正値のときに負値を有する。
　回転情報算出部３６は、電動機１０の回転情報を算出するように構成されている機能要素である。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を含んでいてもよい。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、例えば、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。
　次に、図５を参照し、装置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。装置１００は、例えば、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、装置１００は、電圧Ｖ及び電流Ｉｍを取得する（ステップＳＴ１）。図１の例では、装置１００は、電圧検出部１０ａが出力する電圧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、装置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、装置１００の回転角速度算出部３１は、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、装置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、装置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、装置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、所期のタイミングで第１パルス信号Ｐａが生成されなかったと判定する。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の絶対値が回転角度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未満の段階で第１パルス信号Ｐａが未だ生成されていないと判定した場合（ステップＳＴ４のＮＯ）、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。
　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）。
所期のタイミングより早期に生成された第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものであるか否かを判定するためである。
　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、あたかも所期のタイミングで第１パルス信号Ｐａが生成されたときと同様に動作する。すなわち、第２パルス信号Ｐｂを生成し（ステップＳＴ１０）、且つ、回転角度θをリセットする（ステップＳＴ１１）。所期のタイミングより早期に生成された第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものではないと判定できるためである。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。この第１パルス信号Ｐａは、所期のタイミングより早期に生成されたものではなく、所期のタイミングより遅れて生成されたものである可能性があるためである。そこで、第２信号生成部３５は、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）。所期のタイミングより遅れて生成された第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものであるか否かを判定するためである。
　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、第２パルス信号Ｐｂを生成することなく、回転角度θをゼロにリセットする（ステップＳＴ１１）。所期のタイミングより遅れて生成された第１パルス信号Ｐａがノイズに基づくものではないと判定できるためである。すなわち、所期のタイミングより遅れて生成された第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２信号生成部３５は、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。
　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）、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パルス信号Ｐｂを生成しない第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、装置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、装置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、装置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、装置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、装置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。
　上述の通り、整流子２０を備えた電動機１０の回転情報を取得する装置１００は、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、装置１００は、電動機１０の回転情報を従来よりも高い信頼性で取得できる。また、ホールセンサ等の回転センサは、省略され得る。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が省略され得ることを意味する。そのため、装置１００は、軽量化、低コスト化、小型化等を実現できる。
　また、装置１００は、望ましくは、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、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を生成するように構成されている。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を生成するように構成されている。そのため、装置１００は、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、装置１００は、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、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、装置１００は、電動機１０の回転情報を遅延なく算出できる。
　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、装置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が所定角度を超えて増大してしまうのを回避できる。
　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、装置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。
　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、所期のタイミングより早期に生成された第１パルス信号Ｐａをノイズに基づくものではないと判定できる。そして、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を生成できる。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早期に且つ確実に排除できる。
　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、所期のタイミングからずれたタイミングで生成された第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早期に且つ確実に排除できる。
　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、第１閾値θｕ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、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判定できる。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早期に且つ確実に排除できる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
　本願は、２０１６年１２月２８日に出願した日本国特許出願２０１６－２５６１２９号に基づく優先権を主張するものであり、こ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　１００・・・装置　ＳＷ１～ＳＷ４・・・スイッチ

Claims (8)

  1. 　整流子を備えた電動機の回転に関する情報を取得する装置であって、
    　前記電動機の端子間電圧と前記電動機を流れる電流とに基づいて前記電動機の回転角度を算出する回転角度算出部と、
    　前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分に基づいて第１信号を生成する第１信号生成部と、
    　前記第１信号と前記回転角度とに基づいて前記電動機が所定角度だけ回転したことを表す第２信号を生成する第２信号生成部と、
    　前記第２信号生成部の出力に基づいて前記電動機の回転に関する情報を算出する回転情報算出部と、を含む、
    　装置。
  2. 　前記回転角度算出部は、前記電動機の端子間電圧と前記電動機を流れる電流とに基づいて算出される前記電動機の回転角速度を積算して前記回転角度を算出するように構成され、
    　前記第２信号生成部は、前記回転角度が前記所定角度に達したときに、前記第２信号を生成するように構成されている、
    　請求項１に記載の装置。
  3. 　前記所定角度は、整流子片の円弧の中心角である、
    　請求項１又は２に記載の装置。
  4. 　前記第２信号生成部は、前記回転角度が前記所定角度に達したときに、前記回転角度をゼロにリセットする指令を前記回転角度算出部に出力するように構成されている、
    　請求項１乃至３の何れかに記載の装置。
  5. 　前記第２信号生成部は、前記第１信号を受けたときに、前記回転角度が第１閾値以上であれば、前記第２信号を生成するように構成され、
    　前記第１閾値は、前記所定角度より小さい、
    　請求項１乃至４の何れかに記載の装置。
  6. 　前記第２信号生成部は、前記第１信号を受けたときに、前記回転角度が第１閾値未満であれば、前記第２信号を生成しないように構成されている、
    　請求項５に記載の装置。
  7. 　前記第２信号生成部は、前記第１信号を受けたときに、前記回転角度が第２閾値より小さければ、前記回転角度をゼロにリセットする指令を前記回転角度算出部に出力するように構成され、
    　前記第２閾値は、前記第１閾値より小さい、
    　請求項５又は６に記載の装置。
  8. 　整流子を備えた電動機の回転に関する情報を取得する方法であって、
    　前記電動機の端子間電圧と前記電動機を流れる電流とに基づいて前記電動機の回転角度を算出する工程と、
    　前記電動機を流れる電流に含まれるリップル成分に基づいて第１信号を生成する工程と、
    　前記第１信号と前記回転角度とに基づいて前記電動機が所定角度だけ回転したことを表す第２信号を生成する工程と、
    　前記第２信号に基づいて前記電動機の回転に関する情報を算出する工程と、を含む、
    　方法。
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