(57)【要約】【課題】リップルノイズの影響を受けずに負荷の高精度検出を可能にした回転電機の負荷検出装置を提供すること。【解決手段】モータ軸の回転に同期するパルス信号Ｐがパルス検出部から出力される。電流変化測定部により、１回転中の位置関係が同じ電流値同士、一例として１回転中の立ち上がりのタイミングが同じ電流値同士が比較されることで、電流値の変化量が測定される。具体的には、１つ目の単位パルス信号Ｐ１の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値と、２つ目の単位パルス信号Ｐ２の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値とが比較されることで、電流値の変化量ΔＩ１が測定される。そして、負荷検出部により、モータ１回転当たりの負荷が演算される。【選択図】図４
2019193450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回転に同期するパルス信号を出力するパルス出力手段と、
前記パルス出力手段から出力されたパルス信号に基づいて、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較することで、電流値の変化量を測定する電流変化測定手段と、
前記電流変化測定手段によって測定された電流値の変化量を用いて回転電機の負荷を演算する負荷検出手段とを備える
回転電機の負荷検出装置。
【請求項２】
前記パルス出力手段は、前記回転軸の１回転あたり、最初の立ち上がりから立ち下がりまでのハイレベル期間と、そのハイレベル期間に連続する、当該立ち下がりから次の立ち上がりまでのローレベル期間とを１つずつ有して１周期をなす単位パルス信号を出力し、
前記電流変化測定手段は、２つの単位パルス信号に基づいて、１回転中の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングが同じ電流値同士を比較する
請求項１に記載の回転電機の負荷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の負荷検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転電機の代表例であるモータを動力源とするアクチュエータによってドアガラスを開閉する車両用パワーウインド装置において、ドアガラスによる挟み込みを検出する技術が開示されている。挟み込みを検出する方法としては、従前のパルス検出方式や特許文献１によるトルク−電流特性を用いる方式の他、様々な方法が提案されている。モータの回転に同期するパルス信号を監視するとともに、駆動電圧の他、電流値を測定しつつ、所定の計算式を用いてモータの負荷を演算し、それを閾値と比較する方法も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動力源として直流モータを用いる場合には、その構造上、リップルノイズの影響を受けて電流の脈動が発生する。仮にリップルノイズによる電流変化がアンペアオーダーになったりすると、測定する電流値が大きくばらつくことになり、モータの負荷を正確に検出することができない。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、リップルノイズの影響を受けずに負荷の高精度検出を可能にした回転電機の負荷検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する回転電機の負荷検出装置は、回転軸の回転に同期するパルス信号を出力するパルス出力手段と、前記パルス出力手段から出力されたパルス信号に基づいて、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較することで、電流値の変化量を測定する電流変化測定手段と、前記電流変化測定手段によって測定された電流値の変化量を用いて回転電機の負荷を演算する負荷検出手段とを備える。
【０００７】
この構成によれば、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較することで、リップルノイズによる電流変化の影響を受けずに、電流値の変化量を測定することが可能になる。そして、その測定した電流値の変化量を用いて回転電機の負荷を正しく演算することが可能になる。したがって、リップルノイズの影響を受けずに負荷を高精度に検出できる。
【０００８】
上記回転電機の負荷検出装置について、前記パルス出力手段は、前記回転軸の１回転あたり、最初の立ち上がりから立ち下がりまでのハイレベル期間と、そのハイレベル期間に連続する、当該立ち下がりから次の立ち上がりまでのローレベル期間とを１つずつ有して１周期をなす単位パルス信号を出力し、前記電流変化測定手段は、２つの単位パルス信号に基づいて、１回転中の立ち上がり又は立ち下がりのタイミングが同じ電流値同士を比較することとしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、パルスエッジのうち立ち上がり同士又は立ち下がり同士で電流値を比較することで、電流比較のタイミングを容易に捉えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リップルノイズの影響を受けずに負荷を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】パワーウインド装置の概略構成図。
【図２】パワーウインド装置のブロック図。
【図３】比較例による負荷検出方法の概念図。
【図４】本例による負荷検出方法の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、回転電機の負荷検出装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、回転電機の負荷検出装置の適用例であるパワーウインド装置１は、車両側部のドア２に設けられた可動式のウインドガラス３を、回転電機の代表例であるモータのうち、例えば直流モータを動力源とするアクチュエータ４により自動的に開閉させる。ウインドガラス３は、略垂直方向に一致するスライド方向Ｄに上下動し、上昇による閉作動と下降による開作動とにより、ドアフレーム５の開口部６を開閉する。ウインドガラス３は開閉体の一例である。
【００１３】
図２に示すように、パワーウインド装置１は、ウインドガラス３の開閉制御を司るコントローラ１０の他、乗員により操作される操作部１１を備えている。コントローラ１０は、操作部１１から入力される操作信号に基づいて、駆動回路７を制御しつつ、バッテリ８からの電力をアクチュエータ４に供給することにより、ウインドガラス３を開閉させる。
【００１４】
コントローラ１０には、パルス検出部１２の他、電圧検出部１３、電流検出部１４が電気的に接続されている。パルス検出部１２は、アクチュエータ４における直流モータのモータ軸（回転軸）の回転に同期するパルス信号Ｐを出力する。パルス信号Ｐは、矩形波による単位パルス信号が連続的に発生する電気信号である。パルス検出部１２は、モータ軸の１回転あたり、最初の立ち上がりから立ち下がりまでのハイレベル期間と、そのハイレベル期間に連続する、当該立ち下がりから次の立ち上がりまでのローレベル期間とを１つずつ有して１周期をなす単位パルス信号を出力する。パルス検出部１２はパルス出力手段に相当する。
【００１５】
コントローラ１０は、パルス信号Ｐのパルスエッジの数（一例は立ち上がりの数と立ち下がりの数の合計）をカウントすることにより、ウインドガラス３の位置を認識する。つまり、１つのハイレベル期間或いはローレベル期間当たりのウインドガラス３の移動距離が規定されていることを前提に、例えばウインドガラス３の全開位置のカウント値を「０」としつつ、パルスエッジの数をカウントすることにより、全開位置を基点にウインドガラス３の位置を認識できることになる。
【００１６】
電圧検出部１３は、給電経路Ｒｐを通じて駆動回路７からアクチュエータ４へ供給される電力の駆動電圧Ｖを検出し、電流検出部１４は、給電経路Ｒｐを通じて駆動回路７からアクチュエータ４へ供給される電力の駆動電流Ｉを検出する。
【００１７】
コントローラ１０は、パルス検出部１２によるパルス信号Ｐの他、電圧検出部１３による駆動電圧Ｖ、電流検出部１４による駆動電流Ｉを監視しつつ、以下に示す基本公式からエネルギー保存の法則により作成される計算式を用いてウインドガラス３の上昇荷重を演算し、それを閾値と比較して、ウインドガラス３による物体の挟み込みを検出する。
【００１８】
まず、電力量Ｗ［Ｊ］は基本公式（１）により表され、仕事Ｗ［Ｊ］は基本公式（２）により表される。
電力量Ｗ［Ｊ］＝電力Ｐ［Ｗ］×時間ｔ［ｓ］  …（１）
仕事Ｗ［Ｊ］＝力の大きさＦ［Ｎ］×力の向きに移動した距離ｄ［ｍ］  …（２）
そして、エネルギー保存の法則により、基本公式（１）の電力量Ｗ［Ｊ］と基本公式（２）の仕事Ｗ［Ｊ］とが等しいことを前提に、力の大きさＦ［Ｎ］について解くと、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］は次式（３）により表すことができる。
【００１９】
ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］＝駆動電圧Ｖ［Ｖ］×駆動電流Ｉ［Ａ］×単位パルス信号当たりのウインドガラス３の移動時間ｔ［ｓ］／単位パルス信号当たりのウインドガラス３の移動距離ｄ［ｍ］  …（３）
つまり、単位パルス信号当たりのウインドガラス３の移動距離ｄ［ｍ］が規定されていることを前提に、駆動電圧Ｖ［Ｖ］及び駆動電流Ｉ［Ａ］及び単位パルス信号当たりのウインドガラス３の移動時間ｔ［ｓ］を監視することにより、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］を演算できることになる。そして、ウインドガラス３に物体が挟み込まれた場合には、ウインドガラス３に物体が挟み込まれていない場合に比べ、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］が大きくなる点を考慮した閾値が規定されていることを前提に、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］を当該閾値と比較することで、ウインドガラス３による物体の挟み込みを検出できることになる。
【００２０】
コントローラ１０は、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］が閾値以上となったときに、ウインドガラス３による物体の挟み込みがあったとして、ウインドガラス３を反転作動又は停止させる。
【００２１】
尚、ウインドガラス３に物体が挟み込まれた場合の他、ウインドガラス３が閉じ切り位置付近を移動する場合にも、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］が大きくなる。この理由は、ウインドガラス３が閉じ切り位置付近を移動する際、ウインドガラス３の上部がガラスラン内を摺動することにより摺動抵抗が発生するからである。仮にウインドガラス３がガラスランとの接触位置に到達した場合に、ウインドガラス３による物体の挟み込みがあったとして、ウインドガラス３を反転作動させてしまうと、ウインドガラス３を閉じ切ることができず、いわゆる誤反転が発生することになる。
【００２２】
そこで、誤反転を発生させないようにするために、閉じ切り位置付近に挟み込み検出が無効になる不感帯を設定し、この不感帯のエリアでウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］が閾値以上となったときには、ウインドガラス３による物体の挟み込みがあったとは判定せず、閉じ切り位置に到達するまでウインドガラス３を閉作動させる。これにより、ウインドガラス３を閉じ切ることができるようになる。
【００２３】
ところで、動力源として直流モータを用いる場合には、その構造上、リップルノイズの影響を受けて電流の脈動が発生するため、電流検出部１４による駆動電流Ｉが大きくばらつくことになる。
【００２４】
そこで、コントローラ１０は、パルス検出部１２から出力されたパルス信号Ｐに基づいて、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較することで、電流値の変化量を測定する電流変化測定部１５と、その電流変化測定部１５によって測定された電流値の変化量を用いてモータ１回転当たりの負荷を演算する負荷検出部１６とを備えている。電流変化測定部１５は電流変化測定手段に相当し、負荷検出部１６は負荷検出手段に相当する。
【００２５】
次に、パワーウインド装置１の作用について説明する。
図３に示すように、本例に対する比較例では、パルス信号ＰのパルスエッジＥ１による立ち上がりのタイミングの電流値と、次のパルスエッジＥ２による立ち下がりのタイミングの電流値とが比較される。この比較例では、パルスエッジＥ１の電流値とパルスエッジＥ２の電流値とが同じ値であり、このときの電流値の変化量ゼロを上記式（３）の駆動電流Ｉに当て嵌めると、ウインドガラス３の上昇荷重［Ｎ］に準じたモータの負荷がゼロとなり、負荷検出できないことが把握される。つまり、モータはリップルノイズがあるため、パルスエッジで電流比較しても、電流の変化がない場合があり、負荷を検出できない。ちなみに、上記パルスエッジＥ２による立ち下がりのタイミングの電流値と、次のパルスエッジＥ３による立ち上がりのタイミングの電流値とを比較すると、電流値の変化量ΔＩが得られるため、上記式（３）に準じてモータの負荷を検出できることになる。
【００２６】
これに対し、図４に示す本例では、電流変化測定部１５により、１回転中の位置関係が同じ電流値同士、一例として１回転中の立ち上がりのタイミングが同じ電流値同士が比較されることで、電流値の変化量が測定される。具体的には、１つ目の単位パルス信号Ｐ１の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値と、２つ目の単位パルス信号Ｐ２の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値とが比較されることで、電流値の変化量ΔＩ１が測定される。そして、負荷検出部１６により、上記式（３）に準じてモータ１回転当たりの負荷が演算される。つまり、モータ軸とモータコイルの位置関係が同じ条件で、電流値を比較することで、リップルノイズの影響を受けずに負荷を検出できる。ちなみに、上記２つ目の単位パルス信号Ｐ２の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値と、３つ目の単位パルス信号の始点に一致する立ち上がりのタイミングの電流値とを比較すると、電流値の変化量ΔＩ２が得られるため、上記と同様、上記式（３）に準じてモータ１回転当たりの負荷を検出できることになる。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較することで、リップルノイズによる電流変化の影響を受けずに、電流値の変化量を測定することが可能になる。そして、その測定した電流値の変化量を用いてモータ１回転当たりの負荷を正しく演算することが可能になる。したがって、リップルノイズの影響を受けずに負荷を高精度に検出できる。
【００２８】
（２）パルスエッジのうち立ち上がり同士で電流値を比較することで、電流比較のタイミングを容易に捉えることができる。
（３）負荷を高精度に検出できることに伴い、挟み込み検出の閾値に大きな幅を持たせる必要がない。これにより、挟み込み検出の低荷重化に貢献できる。
【００２９】
尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・１回転中の立ち上がりのタイミングが同じ電流値同士を比較する構成に代えて、１回転中の立ち下がりのタイミングが同じ電流値同士を比較する構成を採用してもよい。この構成によれば、パルスエッジのうち立ち下がり同士で電流値を比較することで、電流比較のタイミングを容易に捉えることができる。
【００３０】
・通常、ウインドガラス３の位置を認識できるようにする他、ウインドガラス３の移動方向を検知できるようにするために、パルス検出部１２は２つのホールＩＣ（パルス出力手段の一例）を備える。ここに、いずれのホールＩＣから出力されたパルス信号Ｐに基づいて、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較してもよい。
【００３１】
・モータ１回転当たりの負荷を検出する構成に代えて、例えばモータ２回転或いは３回転当たりの負荷を検出する構成を採用してもよい。或いは、間に１つ又は複数の単位パルス信号が存在する、互いに離間する２つの単位パルス信号に基づいて、１回転中の位置関係が同じ電流値同士を比較する構成を採用してもよい。
【００３２】
・パワーウインド装置１に限らず、電動ワイパ装置或いは電動ミラー装置のような直流モータを動力源とする装置に本発明を適用してもよい。
・建物のシャッタ等のように、モータを動力源として上昇による開作動と下降による閉作動とが行われる開閉体の駆動装置に本発明を具体化してもよい。
【００３３】
・車両のスライドドア或いは建物の自動ドア等のように、モータを動力源として水平方向に作動される開閉体の駆動装置に本発明を具体化してもよい。
・車両のサンルーフ等のように、モータを動力源として開閉作動される開閉体の駆動装置に本発明を具体化してもよい。
【００３４】
・リップルノイズの影響を受けやすい直流モータの負荷検出装置に代えて、ステッピングモータ或いは交流モータ或いは発電機等のような回転電機の負荷検出装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…パワーウインド装置（回転電機の負荷検出装置）、２…ドア、３…ウインドガラス、４…アクチュエータ、５…ドアフレーム、６…開口部、７…駆動回路、８…バッテリ、１０…コントローラ、１１…操作部、１２…パルス検出部（パルス出力手段）、１３…電圧検出部、１４…電流検出部、１５…電流変化測定部（電流変化測定手段）、１６…負荷検出部（負荷検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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