特開 2023-176743 回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176743

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 7/06 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

H02P7/06 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089182

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】前田 亮

(72)【発明者】

【氏名】都 軍安

(72)【発明者】

【氏名】木村 渉

【テーマコード（参考）】

5H571

【Ｆターム（参考）】

5H571AA03

5H571CC01

5H571EE02

5H571JJ03

5H571JJ16

5H571JJ17

5H571JJ26

5H571LL01

5H571LL22

5H571LL32

(57)【要約】

【課題】温度変化によるモータの回転しやすさの変化に起因して惰性回転によるモータの回転角度が変化する場合でも、モータの回転角度を正確に検出できる回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置、を提供する。
【解決手段】回転角度検出方法は、電動機に流れる電流を測定する電流測定処理と、前記電流測定処理によって測定される電流値に基づいて、前記電動機の回転角度を求める回転角度検出処理とを含み、前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの時間と、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの時間とに基づいて、惰性回転における回転角度を求める。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機に流れる電流を測定する電流測定処理と、
前記電流測定処理によって測定される電流値に基づいて、前記電動機の回転角度を求める回転角度検出処理と
を含む回転角度検出方法であって、
前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間と、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間とに基づいて、前記電動機の惰性回転における回転角度を求める、回転角度検出方法。

【請求項2】

前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間とを掛け合わせた値を用いて、前記惰性回転における前記回転角度を求める、請求項１に記載の回転角度検出方法。

【請求項3】

前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間と、所定の定数Ｃ（Ｃ≦０．５）とを掛け合わせた値を用いて、前記惰性回転における前記回転角度を求める、請求項１に記載の回転角度検出方法。

【請求項4】

前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度ω０と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間Ｔｃｏｎと、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間Ｔａｔｔと、所定の定数Ｃ（Ｃ≦０．５）とを用いて、次式（１）に従って前記惰性回転における前記回転角度θを求める、請求項１に記載の回転角度検出方法。

【数1】

【請求項5】

前記回転角度検出処理では、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値よりも短い場合に、前記式（１）に従って前記惰性回転における前記回転角度θを求める、請求項４に記載の回転角度検出方法。

【請求項6】

前記回転角度検出処理では、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間が所定の時間閾値以上の場合には、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度ω０、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間Ｔｃｏｎ、及び、前記電流の減衰の時定数τに基づいて、次式（２）に基づいて、前記電動機の前記惰性回転における前記回転角度を求める、請求項１に記載の回転角度検出方法。

【数2】

【請求項7】

前記回転角度検出処理は、
前記電動機に印加される電圧を測定する電圧測定処理と、
前記電動機に流れる電流のリップルを検出するリップル検出処理と
を有し、
前記回転角度検出処理では、前記電動機に駆動電圧が印加されている間は、前記リップル検出処理で検出されたリップル数に基づいて前記電動機の回転角度を算出するとともに、前記電流測定処理によって測定される電流値と、前記電圧測定処理によって測定される電圧値とに基づいて前記リップル数を補正する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転角度検出方法。

【請求項8】

電動機に流れる電流を測定する電流測定処理と、
前記電流測定処理によって測定される電流値に基づいて、前記電動機の回転角度を求める回転角度検出処理と
を含む処理をコンピュータに実行させる回転角度検出プログラムであって、
前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間と、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間とに基づいて、前記電動機の惰性回転における回転角度を求める、回転角度検出プログラム。

【請求項9】

電動機に流れる電流を測定する電流測定処理を行う電流測定部と、
前記電流測定部によって測定される電流値に基づいて、前記電動機の回転角度を求める回転角度検出部と
を含み、
前記回転角度検出部は、前記電動機の駆動が停止される時点の直前の前記電動機の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止される時点から前記電流測定部によって測定される電流値の極性が反転する時点までの期間と、前記電流測定部によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定部によって測定される電流値がゼロになる時点までの期間とに基づいて、前記電動機の惰性回転における回転角度を求める、回転角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置、に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、全閉位置と全開位置との間で車両の窓を移動させるパワーウィンドウ用のモータの開、閉操作用の操作スイッチと、前記操作スイッチの開、閉操作に基づく電源から前記モータへの駆動電流のリップル数に基づいて前記モータの回転量を算出する算出手段と、前記全開位置と前記全閉位置との間を前記窓が閉方向および開方向それぞれに移動している間における前記操作スイッチの停止操作に基づく前記モータの停止回数をカウントするカウント手段と、前記操作スイッチの停止操作に基づく前記モータの停止の際の慣性力による前記モータの回転量に基づいて予め設定された補正量を記憶する記憶手段とを含む窓位置検出装置がある。窓位置検出装置は、前記算出手段により算出された前記モータの回転量と、前記停止回数と、前記補正量とに基づいて、前記窓の推定位置を導出する推定手段と、前記モータにより移動する前記窓が前記全閉位置または前記全開位置に到達したことを検出する検出手段と、前記全閉位置または前記全開位置に前記窓が到達したことが前記検出手段により検出されたときに前記推定手段により導出された前記窓の推定位置の誤差量と、前記停止回数とに基づいて、前記補正量を書き換え補正する補正手段とを備える（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－０６９８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の窓位置検出装置は、経年変化によるモータの停止の際の慣性力による回転量（惰性回転によるモータの回転角度）の変化に対応することはできるが、例えば、寒暖の温度差等による窓の開閉のしやすさの変化等に起因する惰性回転によるモータの回転角度の変化に対応することはできない。バッテリーは、温度が下がると内部抵抗が上昇して、出力電圧が低下する。モータの駆動電圧が低い状態では、回転速度が遅くなり、惰性回転期間中のモータの回転角度が小さくなる。この為、惰性回転によるモータの回転角度を正しく検出できない。また、このような問題は、パワーウィンドウ（車両の窓）以外の物品をモータで駆動する場合に同様に生じうる。

【0005】

そこで、温度変化によるモータの回転速度の変化に起因して惰性回転によるモータの回転角度が変化する場合でも、モータの回転角度を正確に検出できる回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の実施形態の回転角度検出方法は、電動機に流れる電流を測定する電流測定処理と、前記電流測定処理によって測定される電流値に基づいて、前記電動機の回転角度を求める回転角度検出処理とを含み、前記回転角度検出処理では、前記電動機の駆動が停止にされる時点の回転角速度と、前記電動機の駆動が停止にされる時点から前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点までの時間と、前記電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点から前記電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点までの時間とに基づいて、前記電動機の惰性回転における回転角度を求める。

【発明の効果】

【0007】

温度変化によるモータの回転しやすさの変化に起因して惰性回転によるモータの回転角度が変化する場合でも、モータの回転角度を正確に検出できる回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置、を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の回転角度検出装置１００を示す図である。

【図2】ＤＣモータ１０と駆動回路２０の接続状態を示す図である。

【図3】ＤＣモータ１０を停止にする前後の電流ｉと角速度ωの時間変化を示す図である。

【図4】ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間が長い場合におけるＤＣモータ１０の角速度ωと電流ｉを示す図である。

【図5】ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間が短い場合におけるＤＣモータ１０の角速度ωと電流ｉを示す図である。

【図6】回転角度検出部１３３Ｂが回転角度を検出する処理を表すフローチャートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置を適用した実施形態について説明する。

【0010】

＜実施形態＞
図１は、実施形態の回転角度検出装置１００を示す図である。回転角度検出装置１００が回転角度を検出する電動機は、車両のパワーウィンドウを駆動する電動機に限られないが、ここでは、一例として、実施形態の回転角度検出装置１００をパワーウィンドウの電動機の回転角度検出装置として用いる形態について説明する。

【0011】

図１には、回転角度検出装置１００の他に、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ１０、抵抗器１５、駆動回路２０、直流電源３０、パワーウィンドウ５０、及び駆動機構５１を示す。

【0012】

ＤＣモータ１０は、端子１１、１２を有し、端子１１、１２に接続される駆動回路２０によって駆動される。抵抗器１５は、ＤＣモータ１０の端子１２に接続されており、ＤＣモータ１０の電流を検出するために用いられる。駆動回路２０は、直流電源３０から供給される直流電力でＤＣモータ１０を駆動する。駆動回路２０は、図示しない駆動制御部によって制御されることによってＤＣモータ１０を駆動するが、ここでは駆動制御部を省略する。

【0013】

パワーウィンドウ５０は、車両のパワーウィンドウであり、ＤＣモータ１０のロータ（回転子）から駆動機構５１を介して伝達される駆動力によって開閉される窓ガラスである。駆動機構５１は、車両のドアパネルの内部等に設けられ、ＤＣモータ１０のロータの回転力をパワーウィンドウ５０の上下方向の駆動力に変換するラック＆ピニオンやスライダ・クランク等の機械的な機構である。

【0014】

回転角度検出装置１００は、フィルタ回路１１０、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ１２０、及び、マイクロコンピュータ１３０を含む。

【0015】

フィルタ回路１１０は、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１１１、１１２を有する。ＬＰＦ１１１にはＤＣモータ１０の端子１１、１２の間の電圧が入力され、電圧に含まれる周波数の高いノイズ等を除去してマイクロコンピュータ１３０に出力する。ＬＰＦ１１２には抵抗器１５の両端間の電圧がＤＣモータ１０の電流を表す電圧として入力され、電圧に含まれる周波数の高いノイズ等を除去してマイクロコンピュータ１３０に出力する。

【0016】

ＩＣチップ１２０は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１２１とリップル検出部１２２を有する。ＤＣモータ１０のロータが一定の角度回転する毎に、ＤＣモータ１０を流れる電流にリップルが生じる。ＢＰＦ１２１には抵抗器１５の両端間の電圧がＤＣモータ１０の電流を表す電圧として入力され、電圧に含まれる周波数の高いノイズと周波数の低いノイズ等を除去してリップル検出部１２２に出力する。リップル検出部１２２は、リップル検出処理部の一例であり、ＢＰＦ１２１から入力される電流を表すデータに含まれるリップルを検出するリップル検出処理を行い、パルスに変換してマイクロコンピュータ１３０に出力する。

【0017】

マイクロコンピュータ１３０は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ１３１、１３２、及び処理部１３３を有する。マイクロコンピュータ１３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。処理部１３３は、マイクロコンピュータ１３０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。

【0018】

Ａ／Ｄコンバータ１３１は、ＬＰＦ１１１の出力をデジタル信号に変換して処理部１３３に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１３１は、電圧測定処理部の一例であり、ＬＰＦ１１１が出力した信号の電圧を測定する電圧測定処理を行う。ＬＰＦ１１１の出力は、ＤＣモータ１０の電圧の移動平均になる。Ａ／Ｄコンバータ１３１の出力は、ＤＣモータ１０の平均の電圧値を表すデジタルデータである。

【0019】

Ａ／Ｄコンバータ１３２は、ＬＰＦ１１２の出力をデジタル信号に変換して処理部１３３に出力する。ＬＰＦ１１２の出力は、ＤＣモータ１０の電流の移動平均になる。Ａ／Ｄコンバータ１３２の出力は、ＤＣモータ１０の平均の電流値を表すデジタルデータである。

【0020】

処理部１３３は、電流測定部１３３Ａ、回転角度検出部１３３Ｂ、及びメモリ１３３Ｃを有する。電流測定部１３３Ａ、回転角度検出部１３３Ｂは、マイクロコンピュータ１３０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１３３Ｃは、マイクロコンピュータ１３０のメモリを機能ブロックとして表したものである。

【0021】

電流測定部１３３Ａは、Ａ／Ｄコンバータ１３２の出力に基づき、ＤＣモータ１０に流れる電流を測定する電流測定処理を行う。電流測定部１３３Ａは、測定した電流値を表すデータを回転角度検出部１３３Ｂに出力する。

【0022】

回転角度検出部１３３Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１３１の出力（電圧値）と、電流測定部１３３Ａの出力（電流値）と、リップル検出部１２２から入力されるパルスとに基づいて、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間における回転角度を求める回転角度検出処理を行う。ＤＣモータ１０の惰性回転とは、駆動回路２０からＤＣモータ１０に電圧が印加されて（電力が供給されて）ＤＣモータ１０が駆動されている状態から、電圧の印加が遮断されて、ＤＣモータ１０のロータがイナーシャによって惰性で回転することをいう。ＤＣモータ１０が惰性回転を行うのは、図示しない駆動制御部が駆動回路２０を制御して、駆動回路２０からＤＣモータ１０に印加される電圧が遮断されたときである。

【0023】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０に駆動電圧が印加されている間は、リップル検出部１２２で検出されたリップル数に基づいてＤＣモータ１０の回転角度を算出するとともに、電流測定部１３３Ａによって測定される電流値と、ＬＰＦ１１１から出力されＡ／Ｄコンバータ１３１から出力される電圧値とに基づいて、リップル検出部１２２で検出されたリップル数を補正する。ＤＣモータ１０に駆動電圧が印加されている間とは、惰性で回転しているのではなく、駆動電圧によってＤＣモータ１０が駆動されている状態である。電流値と電圧値とでＤＣモータ１０に供給される電力が分かるため、リップル数と電力の両方を用いることで、ＤＣモータ１０の回転角度を算出できる。回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０に供給される電力に基づいて、電力に応じたリップル数が得られているかどうかを監視する。ノイズ等によって、リップルの検出漏れや、リップルの誤検出があると、回転角度検出部１３３Ｂが、電力に基づき算出したＤＣモータ１０の回転角度と、リップル数に基づき算出したＤＣモータ１０の回転角度が一致しない。回転角度検出部１３３Ｂが、電力に基づき算出したＤＣモータ１０の回転角度と、リップル数に基づき算出したＤＣモータ１０の回転角度が一致しない場合、リップル数を補正してから、ＤＣモータ１０の回転角度を算出する。

【0024】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間におけるＤＣモータ１０のロータの回転角度を求める。本明細書では、ＤＣモータ１０のロータの回転角度を、ＤＣモータ１０の回転角度と記載する。なお、具体的な回転角度の求め方については、図２乃至図６を用いて後述する。

【0025】

メモリ１３３Ｃは、電流測定部１３３Ａ及び回転角度検出部１３３Ｂが処理を実行する際に利用するプログラム及びデータ、Ａ／Ｄコンバータ１３１の出力（電圧値）、電流測定部１３３Ａの出力（電流値）、及び、リップル検出部１２２から入力されるパルスのデータ等を格納する。

【0026】

次に、図２を用いて、ＤＣモータ１０と駆動回路２０の接続状態について説明する。図２は、ＤＣモータ１０と駆動回路２０の接続状態を示す図である。駆動回路２０は、２つのスイッチ２１、２２を有する。図２（Ａ）にはＤＣモータ１０を駆動する駆動回路２０の接続状態を示す。

【0027】

ＤＣモータ１０を駆動するには、スイッチ２１、２２を切り替えてＤＣモータ１０を直流電源３０に接続する。また、図２（Ｂ）には、ＤＣモータ１０の一方の端子を開放した状態を示す。ＤＣモータ１０の駆動を停止する際には、短時間だけ、図２（Ｂ）の状態にした後に、図２（Ｃ）の状態にする。図２（Ｃ）は、ＤＣモータ１０を制動する駆動回路２０の接続状態を示す。ＤＣモータ１０の駆動を停止するには、スイッチ２１を切り替えてＤＣモータ１０の両端に直流電源３０が印加されないようにする。一例として、ＤＣモータ１０の駆動を停止する状態では、ＤＣモータ１０の両端子はともに直流電源３０の負端子に接続する。これは、ＤＣモータ１０の両端が短絡された状態である。ＤＣモータ１０の両端を短絡すると、ＤＣモータ１０の回転により発生する逆起電力が、ＤＣモータ１０に接続された抵抗器１５で消費され、ＤＣモータが制動される。

【0028】

ところで、駆動回路２０からＤＣモータ１０に電圧が印加されてＤＣモータ１０が駆動されている状態から、ＤＣモータ１０の駆動が停止されて、ロータの回転が止まるまでの時間は、状況によって異なる。

【0029】

例えば、ＤＣモータ１０の温度が低い（例えば、－３０℃以下）状態では、直流電源３０の電圧が低下し、ＤＣモータ１０の回転速度が遅くなる。ＤＣモータ１０の回転速度が遅いと、ＤＣモータ１０の両端が短絡されてから、ＤＣモータが止まるまでの時間が短くなる。

【0030】

一方、ＤＣモータ１０の温度が高く、駆動回路２０からＤＣモータ１０に印加される電圧が十分に大きいような状態では、ＤＣモータ１０の回転速度が速くなる。ＤＣモータ１０の回転速度が速いと、ＤＣモータ１０の駆動が停止してからロータが止まるまでの時間が長くなる。

【0031】

ＤＣモータ１０の駆動が停止してから、ロータが停止するまでの時間が短いと、ロータの減速状態を示す時定数の算出精度が低下する。そこで、回転角度検出装置１００は、ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する時間が長い場合と、惰性で回転する時間が短い場合とで、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間における回転角度の算出方法を使い分ける。ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する時間が長いか、惰性で回転する時間が短いかは、ＤＣモータ１０に流れる電流が反転してからＤＣモータ１０に流れる電流がゼロになるまでの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値よりも短いかどうかで判定する。この処理については後述する。

【0032】

＜ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する時間が長い場合の回転角度の算出方法＞
直流モータの理論によってＤＣモータ１０について成立する回路方程式について説明する。ＤＣモータ１０について直流モータの理論より、次の式（１）、（２）が成立する。ＬはＤＣモータ１０のインダクタンス、ＲはＤＣモータ１０の抵抗、ＪはＤＣモータ１０のロータのイナーシャ、ＫｅはＤＣモータ１０の逆起電力定数、ＫｔはＤＣモータ１０のトルク定数、ＫｖはＤＣモータ１０の粘性摩擦係数、ＦはＤＣモータ１０の負荷、ｕは駆動回路２０からＤＣモータ１０に印加される駆動電圧、ｉは図１の電流測定部１３３Ａで測定されるＤＣモータ１０に流れる電流である。電流ｉは、電流測定部１３３ＡがＡ／Ｄコンバータ１３２の出力を測定して得る電流値であり、時系列的に並べると電流波形を表す。

【0033】

【数1】

【0034】

【数2】

【0035】

ＤＣモータ１０を停止する際には、まず、図２（Ｂ）に示すように、駆動回路２０のスイッチ２１を開放する。次に、図２（Ｃ）に示すように駆動回路２０のスイッチ２１を設置側に切り替える。この為、ＤＣモータ１０を停止する命令が出されると、暫くほぼ同じ速度で回転してから、減速する。また、インダクタンスＬのエネルギ放電の完了時に電流ｉの変化分（ｄｉ／ｄｔ）がゼロであるとすると、式（１）より電流ｉとＤＣモータ１０の角速度（回転角速度）ωとの間に式（３）で表される比例的な関係が成立する。角速度ωはＤＣモータ１０の回転子（ロータ）の角速度である。

【0036】

【数3】

【0037】

式（３）を式（２）に代入し、ＤＣモータ１０の端子１１、１２が短絡された状態における負荷Ｆをゼロと仮定して微分方程式を解くと、角速度は次式（４）で表すことができる。ここで、ω０はＤＣモータ１０が惰性回転を開始したときの角速度であり、τはＤＣモータ１０の角速度ωの減衰の時定数である。

【0038】

【数4】

【0039】

また、ＤＣモータ１０の角速度ωの減衰の時定数τは、次式（５）で表すことができる。

【0040】

【数5】

【0041】

式（５）から分かるように、時定数τは多くのパラメータの変動の影響を受ける。ところで、式（３）と式（４）から分かるように、ＤＣモータ１０の惰性回転の角速度ωは指数カーブで減衰し、電流ｉも同じ指数カーブで減衰することになる。すなわち、ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数は、ＤＣモータ１０の角速度の減衰の時定数τと等しい。

【0042】

図３は、ＤＣモータ１０を制動する前後の電流ｉと角速度ωの時間変化を示す図である。図３の角速度は、ＤＣモータ１０のロータの回転角度を測定するセンサを用いて調べた。実際の製品では、ロータの回転角度を測定するセンサを設けない。実際の製品では、電流iのみ測定し、ＤＣモータ１０のロータの回転角度を算出する。図３（Ａ）には、ＤＣモータ１０を制動する前後の電流ｉと角速度ωの時間変化をそのまま示す。ＤＣモータ１０を制動するとＤＣモータ１０は惰性で回転し、角速度ωは指数カーブで減衰し、一定期間経過後に電流ｉも同じ指数カーブで減衰する。電流ｉは、逆起電力による電流として流れるため、電流ｉの流れる向きが反転し、ピークに達した後に、電流ｉと角速度ωが、同様の指数カーブで減衰する。逆起電力による電流は、ＤＣモータ１０が駆動のときに流れる電流とは逆方向に流れる逆方向電流である。

【0043】

ここで、図３（Ａ）における電流ｉの波形を－Ｋ倍して角速度ωに重ねると、図３（Ｂ）に示すように、惰性回転の期間では電流ｉが角速度ωに重なる。ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数は、ＤＣモータ１０の角速度の減衰の時定数τと等しい。このため、回転角度検出装置１００では、ＤＣモータ１０の角速度の減衰の時定数τの代わりにＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τを利用して、電流ｉから角速度ωを求め、求めた角速度ωに基づいてＤＣモータ１０の惰性回転の期間における回転角度を検出する。すなわち、回転角度検出装置１００は、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間における電流ｉに基づいて求まる電流ｉの減衰の時定数τをＤＣモータ１０の惰性回転の期間における角速度の減衰の時定数τとして推定して用いることで、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間における回転角度を検出する。

【0044】

次に、図４を用いてＤＣモータ１０の電流ｉに基づいて角速度ωを検出する方法について説明する。図４は、ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間が長い場合におけるＤＣモータ１０の角速度ωと電流ｉを示す図である。図４には図３（Ｂ）における惰性回転の期間を拡大して示す。すなわち、図４に示す電流ｉは、図３（Ａ）における電流ｉの波形を－Ｋ倍した波形で表されている。なお、ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間が長い場合とは、ＤＣモータ１０に流れる電流が反転してからＤＣモータ１０に流れる電流がゼロになるまでの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値以上である場合である。

【0045】

以下では、図４に示すように角速度ωの波形と重ねるために－Ｋ倍した電流ｉの波形を用いて電流積分値等を計算する方法について説明するが、実際の計算では電流ｉを－Ｋ倍しなくてよい。このため、計算方法を説明するにあたっては、電流ｉをそのまま用いて説明する。

【0046】

図４において、時点ｔ０は、ＤＣモータ１０を制動する命令が出された時点である。ＤＣモータ１０は、時点ｔ０から、惰性回転を始める。時点ｔ０における角速度ω０は、駆動中のＤＣモータ１０の角速度である。角速度ω０は、リップル検出部１２２から入力されるパルスに基づいて算出可能である。ＤＣモータ１０を制動する命令が出されると、最初に、駆動回路２０は図２（Ｂ）の接続状態になる。

【0047】

ここでは、ＤＣモータ１０が惰性回転を始める時点ｔ０から、ＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間を用いて説明する。電流ｉがゼロになるときは、ＤＣモータ１０の回転が止まるときであると考えられるため、時点ｔｅｎｄにおけるＤＣモータ１０の角速度ωｅｎｄはゼロになると考えられる。

【0048】

時点ｔ１は、電流ｉの極性が反転する時点である。時点ｔ１は、図４に示す－Ｋ倍した電流－Ｋｉの値が負から正に反転する（極性が反転する）時点であり、実際の電流ｉの値が正から負に反転する（極性が反転する）時点である。このため、時点ｔ１における電流値ｉ１はゼロである。

【0049】

ＤＣモータ１０を制動する命令が出されてから暫くすると、駆動回路２０は図２（Ｃ）の接続状態に切り替わる。駆動回路２０が図２（Ｃ）の接続状態になると、逆起電力によってＤＣモータ１０が駆動されているときとは逆方向の電流が流れる。時点ｔ１は、逆起電力による逆方向の電流によって電流ｉの極性が反転する時点である。また、時点ｔ１における角速度ω１は、角速度ω０と等しいものとして取り扱う。ＤＣモータ１０を制動する命令が出されてから、逆起電力が発生する時点ｔ１までは、逆起電力が抵抗で消費されることに起因したブレーキが殆どかからない。

【0050】

時点ｔ２は、電流－Ｋｉが最大値を取る（電流ｉがピーク値を取る）時点である。すなわち、時点ｔ２は、実際の電流ｉの絶対値がピーク値を取る時点である。さらに換言すれば、時点ｔ２は、実際の電流ｉが最小値を取る時点である。図４では、ｔ２で電流ｉが最大値を示しているが、図４は、電流の符号を逆にしたグラフの為、時刻ｔ２で電流ｉが最小値になる。時点ｔ２における電流値ｉ２は、実際の電流ｉの最小値であり、絶対値のピーク値である。電流ｉは変動があるため、電流測定部１３３Ａによって測定される電流ｉが所定範囲に入ったときに、回転角度検出部１３３Ｂは電流ｉの絶対値がピーク値を取ったと判定すればよい。時点ｔ２における角速度ω２は、時点ｔ１における角速度ω１よりも減衰している。逆方向の電流ｉに起因したブレーキがかかっているからである。

【0051】

時点ｔ３は、時点ｔ２から所定時間ΔＴが経過後（所定時間経過後）の時点である。所定時間ΔＴは、電流－Ｋｉが最大値を取ってから、電流－Ｋｉの値の振れ幅がある程度落ち着くまでに要すると考えられる時間（期間）である。実際の電流ｉで言えば、所定時間ΔＴは、電流ｉの絶対値がピーク値を取ってから、電流ｉの値の振れ幅がある程度落ち着くまでに要すると考えられる時間（期間）である。所定時間ΔＴは、一例として、時点ｔ２から、電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの所要時間の１／１０程度である。所定時間ΔＴを表すデータは、予めメモリ１３３Ｃに格納しておけばよい。

【0052】

前述したように惰性回転の開始から一定期間経過後、電流ｉが角速度ωと同じ指数カーブで減衰することから式（４）より、時点ｔ３以降における電流ｉは、時点ｔ３における電流値ｉ３を用いて次式（６）で表すことができる。

【0053】

【数6】

【0054】

また、図４における時点ｔ３と、電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄとの間のある時点をｔ４とする。また、時点ｔ３から時点ｔ４までの電流ｉの電流積分値をＳｉ３、時点ｔ４から時点ｔｅｎｄまでの電流ｉの電流積分値をＳｉ４とする。

【0055】

回転角度検出部１３３Ｂは、時点ｔ３から時点ｔ４を経て時点ｔｅｎｄに至るまでの電流ｉの電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４と、時点ｔ４から時点ｔｅｎｄまでの電流ｉの電流積分値Ｓｉ４とを求める。電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４は、第１電流積分値の一例であり、電流積分値Ｓｉ４は、第２電流積分値の一例である。

【0056】

電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４と電流積分値Ｓｉ４は、それぞれ次式（７）、（８）で求めることができる。

【0057】

【数7】

【0058】

【数8】

【0059】

式（７）及び式（８）によって実現される電流ｉの積分処理は、フィルタ処理に相当するフィルタ効果を奏するため、電流ｉに含まれるリップル成分を除去する効果がある。

【0060】

時点ｔ４は、次式（９）で表すことができる。式（９）のＫｒは、１未満（Ｋｒ＜１）の調整係数である。

【0061】

【数9】

【0062】

時点ｔ４は、時点ｔ３と時点ｔｅｎｄとの間であれば、どのような時点であってもよいが、後述する電流積分値Ｓｉ３、Ｓｉ４を利用した計算の都合上、電流積分値Ｓｉ４が小さくなりすぎないようにするために時点ｔｅｎｄまでにある程度の期間があり、また、電流積分値Ｓｉ３と電流積分値Ｓｉ４とが等しくならないように設定されることが好ましい。

【0063】

ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τは、式（７）及び式（８）より、次式（１０）のように求めることができる。ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τは、ＤＣモータ１０の角速度の減衰の時定数と等しいため、ＤＣモータ１０の角速度の減衰の時定数の代わりに求められる。

【0064】

【数10】

【0065】

式（１０）における自然対数は、（Ｓｉ３＋Ｓｉ４）／Ｓｉ４という割り算処理を含むため、ＬＰＦ１１２及びＡ／Ｄコンバータ１３２等の回路に含まれる誤差が相殺される。よって、式（１０）を用いれば、電流の測定誤差を低減する効果が得られる。

【0066】

また、ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τは、式（１０）の代わりに、式（７）から直接的に次式（１１）のように求めてもよい。

【0067】

【数11】

【0068】

式（１１）を用いて時定数τを計算すると、式（１０）を用いて時定数τを計算する場合よりも計算回数が少なく簡単で済むが、電流ｉ３を利用するため、式（１０）を用いて計算する時定数τよりもリップル成分や測定誤差の影響を受けやすい。このため、式（１０）と式（１１）のどちらを用いるかは、回転角度検出装置１００の用途等によって決めればよい。

【0069】

時点ｔ０でＤＣモータ１０を制動する命令が出されてから時点ｔ１まで、駆動回路２０は図２（Ｂ）の接続状態になる。図２（Ｂ）の状態では、スイッチ２１の一端が電気的にどこにも接続されず、ＤＣモータ１０の両端が開放される。ＤＣモータ１０の両端が開放されている間は、ＤＣモータ１０は駆動されている時と、ほぼ同じ速度で回転する。ＤＣモータ１０の回転角度を次のように求めることができる。

【0070】

ここでは、電源をオフにする（ＤＣモータ１０の駆動を停止する）時点ｔ０から時点ｔｅｎｄまでの期間（時間）を期間Ｔｃｏｎ、Ｔａｔｔに分けて計算する。期間Ｔｃｏｎは、時点ｔ０から時点ｔ１までの期間である。すなわち、Ｔｃｏｎ＝ｔ１－ｔ０である。期間Ｔａｔｔは、時点ｔ１から時点ｔｅｎｄまでの期間である。すなわち、Ｔａｔｔ＝ｔｅｎｄ―ｔ１である。

【0071】

期間Ｔｃｏｎでは、ＤＣモータ１０のロータに逆起電力によって発生する電流ｉに起因したブレーキが殆どかからない。このため、期間ＴｃｏｎにおけるＤＣモータ１０の角速度ωの平均は、ＤＣモータ１０駆動中の角速度ω０と同等であり、ＤＣモータ１０は等速回転しているとみなせる。角速度ω０は、ＤＣモータ１０が駆動されている最中にリップル検出部１２２から入力されるパルスに基づいて算出することができる。期間ＴｃｏｎにおいてＤＣモータ１０が回転する回転角度θ１は、次式（１２）によって求めることができる。

【0072】

【数12】

【0073】

また、期間Ｔａｔｔでは、駆動回路２０が図２（Ｃ）の接続状態になり、ＤＣモータ１０の角速度は減衰する。期間Ｔａｔｔの始点である時点ｔ１での角速度ω１は、時点ｔ１の直前までの角速度ω０とほぼ等しい。このため、期間ＴａｔｔにおいてＤＣモータ１０が回転する回転角度θ２は、式（４）より次式（１３）によって求めることができる。

【0074】

【数13】

【0075】

以上より、駆動回路２０がＤＣモータ１０を制動命令が出された時点ｔ０から電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間におけるＤＣモータ１０の回転角度θは、期間Ｔｃｏｎにおける回転角度θ１と期間Ｔａｔｔにおける回転角度θ２との合計の角度として、次式（１４）で求めることができる。

【0076】

【数14】

【0077】

このように、回転角度検出装置１００は、ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する時間が長い場合において、ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間における回転角度θを求めることができる。次に、ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する期間が短い場合における回転角度の算出方法について説明する。

【0078】

＜ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する期間が短い場合における回転角度の算出方法＞
ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する期間短い場合は、ＤＣモータ１０の温度が低く（例えば、－３０℃以下）、ＤＣモータ１０に印加される電圧が低い状態等である。このような状態では、ＤＣモータ１０に流れる電流が反転してからＤＣモータ１０に流れる電流がゼロになるまでの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短くなる。回転角度検出部１３３Ｂは、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短い場合には、以下のようにしてＤＣモータ１０の回転角度θを求める。

【0079】

図５は、ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間が短い場合におけるＤＣモータ１０の角速度ωと電流ｉを示す図である。ＤＣモータ１０のロータが惰性回転を行う期間が図５に示すように短い状態では、電流ｉの極性が反転する時点ｔ１から、ＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔが短くなる。このため、上述の式（１４）では、ＤＣモータ１０の回転角度θが正確に求められない。期間Ｔａｔｔが短い場合には、ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τを上述の式（１０）に従って求めると、測定値に対して誤差が大きくなり、時定数τを正確に求められない。よって、回転角度θを正確に求められなくなる。

【0080】

ここで、ＤＣモータ１０の回転角度θは、図５に示す角速度ωを積分した値であるため、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短い場合においても、ＤＣモータ１０の回転角度θは、図５に示す期間Ｔａｔｔにおける角速度ωと横軸とで囲まれた部分の面積Ｓωになる。

【0081】

ここで、面積Ｓωは、時間方向の長さが期間Ｔａｔｔで、高さが時点ｔ１における角速度ω１の破線で示す三角形の面積のうちの一部であると捉えることができ、面積Ｓωに所定係数を乗じることで近似的に求めることができると考えられる。

【0082】

所定係数をＣとすると、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短い場合における、期間ＴａｔｔでのＤＣモータ１０の回転角度θａｔｔは、次式（１５）で表すことができる。

【0083】

【数15】

【0084】

ここで、０．５×Ｃを所定係数として再定義すると、所定係数Ｃは０．５以下の係数となり、式（１５）は次式（１６）になる。

【0085】

【数16】

【0086】

また、時点ｔ０でＤＣモータ１０を制動する命令が出されてから、電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間（Ｔｃｏｎ＋Ｔａｔｔ）におけるＤＣモータ１０の回転角度θは、期間Ｔｃｏｎにおける回転角度θｃｏｎと期間Ｔａｔｔにおける回転角度θａｔｔとの合計の角度として、次式（１７）で求めることができる。

【0087】

【数17】

【0088】

ここで、期間Ｔａｔｔの間におけるＤＣモータ１０の回転角度をθａｔｔから所定係数Ｃを求めると、次式（１８）のように表すことができる。

【0089】

【数18】

【0090】

一例として、ＤＣモータ１０の温度を－３０℃から０℃（－３０℃以上、０℃以下）の範囲内の複数の温度に設定し、ＤＣモータ１０の駆動電圧を複数の電圧値に設定する実験によって、所定係数Ｃの値を求めたところ、式（１６）が成り立つことを確認することができた。

【0091】

所定係数Ｃの値は、一例として０．３６であり、ＤＣモータ１０の種類、パワーウィンドウ５０のウェザーストリップの種類、及び、駆動機構５１の種類等によって、０．１≦Ｃ≦０．５の値を取りうる。

【0092】

以上より、ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する期間が短く、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短い場合には、式（１７）に従ってＤＣモータ１０の回転角度θを求めばよいことが分かった。

【0093】

＜フローチャート＞
ここで、図６を用いて、回転角度検出部１３３Ｂが回転角度を検出する処理について説明する。図６は、回転角度検出部１３３Ｂが回転角度を検出する処理を表すフローチャートを示す図である。図６に示す処理は、実施形態の回転角度検出プログラムを処理部１３３が実行することによって実現される処理であり、実施形態の回転角度検出方法によって実現される処理である。より具体的には、前提として電流測定部１３３ＡがＤＣモータ１０の電流ｉを測定する電流測定処理を実行し、回転角度検出部１３３Ｂが以下に示す回転角度検出処理を実行する。

【0094】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０を制動する命令が実行されると、図６の処理をスタートする。回転角度検出部１３３Ｂは、図示しない駆動制御部が駆動回路２０にＤＣモータ１０を制動する制御指令を出力した時点をｔ０とすればよい。なお、回転角度検出部１３３Ｂは、一例として、Ａ／Ｄコンバータ１３１から入力されるＤＣモータ１０の電圧値がゼロ（又はゼロに近い所定値以下）になった場合に、ＤＣモータ１０の駆動が停止されたと判定してもよい。また、回転角度検出部１３３Ｂは、電流測定部１３３Ａによって測定されるＤＣモータ１０の電流ｉの極性が反転する時点をｔ１とすればよい。また、ＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになったかどうかは、電流測定部１３３Ａによって測定されるＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになったかどうかで判定すればよい。回転角度検出部１３３Ｂは、電流測定部１３３Ａによって測定されるＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになった時点をｔｅｎｄとすればよい。

【0095】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０の駆動が停止される直前にリップル検出部１２２によって変換されたパルスに基づいて、ＤＣモータ１０の駆動が停止される直前の角速度ω０を算出する（ステップＳ１）。

【0096】

回転角度検出部１３３Ｂは、時点ｔ０から電流ｉがゼロになるまで（時点ｔｅｎｄまで）、電流測定部１３３Ａによって測定される電流ｉと時刻（時点）をメモリ１３３Ｃに記録する（ステップＳ２）。具体的な一例として、回転角度検出部１３３Ｂは、周期タスク（マイクロコンピュータ１３０のタイマ等を利用して一定周期毎に起動されるタスク）の動作毎に、時点ｔ０からの経過時間と、その時点の電流値とをペアでメモリ１３３Ｃに順次記録する。ステップＳ２では、電流ｉの極性が反転する時点ｔ１、電流ｉがピークになる時点ｔ２も記録される。具体的な一例として、回転角度検出部１３３Ｂは、メモリ１３３Ｃに記録した経過時間と電流値とのペアデータを時点ｔ０から順次チェックし、電流値がゼロ又は電流値の極性が反転した時点の経過時間をｔ１としてメモリ１３３Ｃに記録する。また、回転角度検出部１３３Ｂは、全データの電流値のうち、最小の電流値に対応する経過時間をｔ２としてメモリ１３３Ｃに記録する。

【0097】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになったかどうかを判定する（ステップＳ３）。電流ｉがゼロになっていなければ、ステップＳ２で記録を継続する。

【0098】

回転角度検出部１３３Ｂは、ＤＣモータ１０の電流ｉがゼロになったら（ステップＳ３のＹｅｓ）、期間Ｔａｔｔを算出する（ステップＳ４）。回転角度検出部１３３Ｂは、時点ｔ１から時点ｔｅｎｄまでの期間をＴａｔｔとして算出すればよい。

【0099】

回転角度検出部１３３Ｂは、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ未満であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ以上である場合には式（１４）に基づいて回転角度θを算出し、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ未満である場合には式（１７）に基づいて回転角度θを算出することが適切であるため、いずれであるかを判定する。

【0100】

回転角度検出部１３３Ｂは、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ未満である（Ｓ５：ＹＥＳ）と判定すると、式（１７）に基づいて回転角度θを算出する（ステップＳ６）。

【0101】

＜式（１７）に基づく回転角度θの算出処理＞
回転角度検出部１３３Ｂは、ステップＳ６の処理では、時点ｔ０から時点ｔ１までの期間をＴｃｏｎとして算出するとともに、時点ｔ１から時点ｔｅｎｄまでの期間をＴａｔｔとして算出する。また、回転角度検出部１３３Ｂは、後述するステップＳ１の処理で角速度ω０を算出しておく。そして、回転角度検出部１３３Ｂは、角速度ω０、期間Ｔｃｏｎ、及び期間Ｔａｔｔを式（１７）に代入することで、回転角度θを算出すればよい。

【0102】

一方、回転角度検出部１３３Ｂは、ステップＳ５において、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ未満ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定すると、ステップＳ７に進む。

【0103】

回転角度検出部１３３Ｂは、式（９）で時点ｔ４を算出するとともに、電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４と電流積分値Ｓｉ４をそれぞれ次式（７）、（８）に基づいて求める（ステップＳ７）。なお、時点ｔ３は、時点ｔ２に所定時間ΔＴを加算することで求まる。回転角度検出部１３３Ｂは、時点ｔ３、時点ｔ４、電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４、電流積分値Ｓｉ４をメモリ１３３Ｃに格納する。

【0104】

回転角度検出部１３３Ｂは、式（１０）に基づいてＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τを求める（ステップＳ８）。また、回転角度検出部１３３Ｂは、式（１１）を使用して時点数τを求めてもよい。また、回転角度検出部１３３Ｂは、式（１１）で使用する電流ｉ３は、時点ｔ３のときの電流値をメモリ１３３Ｃから電流ｉ３として取り出せばよい。

【0105】

回転角度検出部１３３Ｂは、式（１４）に基づいて、ＤＣモータ１０の電源をオフにした時点ｔ０から電流ｉがゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間におけるＤＣモータ１０の回転角度θを求める（ステップＳ９）。回転角度検出部１３３Ｂは、図６に示すステップＳ５において、期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ未満ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定すると、ステップＳ９で式（１４）に基づいて算出した回転角度θを図６のステップＳ４Ｂで算出した結果として出力する。以上で一連の処理が終了する（エンド）。

【0106】

＜効果＞
以上のように、実施形態の回転角度検出方法は、ＤＣモータ１０に流れる電流を測定する電流測定処理と、電流測定処理によって測定される電流値に基づいて、ＤＣモータ１０の回転角度θを求める回転角度検出処理とを含む回転角度検出方法である。回転角度検出処理では、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前のＤＣモータ１０の角速度ω０と、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０から電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１までの期間Ｔｃｏｎと、電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１から電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔとに基づいて、惰性回転における回転角度θを求める。このため、ＤＣモータ１０の温度が低く（例えば、０℃以下）、駆動回路２０からＤＣモータ１０に印加される電圧が低くて惰性で回転する時間が短い場合においても、ＤＣモータ１０の回転角度を正確に検出できる。

【0107】

したがって、温度変化によるＤＣモータ１０の回転しやすさの変化に起因して惰性回転によるＤＣモータ１０の回転角度が変化する場合でも、ＤＣモータ１０の回転角度を正確に検出できる、回転角度検出方法、回転角度プログラム、及び、回転角度検出装置１００を提供することができる。また、角速度が最高速度に到達する前に駆動が停止された場合のように、ＤＣモータ１０の駆動力が低い場合でも、惰性回転による回転角度θを正確に求めることができる。

【0108】

また、回転角度検出処理では、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前のＤＣモータ１０の角速度ω０と、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０から電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１までの期間Ｔｃｏｎとを掛け合わせた値を用いて、惰性回転における回転角度θを求める。このため、ＤＣモータ１０の駆動が停止されてから逆方向の電流ｉに起因したブレーキが殆んど掛からない期間Ｔｃｏｎにおいて、概ね同じ角速度ω０で回転していることを利用して、惰性回転期間中の回転角度を正確に求めることができる。

【0109】

また、回転角度検出処理では、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前のＤＣモータ１０の角速度ω０と、電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１から電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔと、所定の定数Ｃ（Ｃ≦０．５）とを掛け合わせた値を用いて、惰性回転における回転角度θを求める。このため、温度変化によるＤＣモータ１０の回転しやすさの変化が生じても、変化したＤＣモータ１０の回転しやすさに対応して、ＤＣモータ１０の回転角度を正確に検出することができる。

【0110】

回転角度検出処理では、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前のＤＣモータ１０の角速度ω０と、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０から電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１までの期間Ｔｃｏｎと、電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１から電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔと、所定の定数Ｃ（Ｃ≦０．５）とを用いて、次式（１９）に従って惰性回転における回転角度θを求める。

【0111】

【数19】

【0112】

このため、ＤＣモータ１０の駆動が停止されてから逆方向の電流ｉに起因したブレーキが殆んど掛からない期間Ｔｃｏｎにおいて、概ね同じ角速度ω０で回転していることを利用して、惰性回転期間中の回転角度を正確に求めることができる。また、温度変化によるＤＣモータ１０の回転しやすさの変化が生じても、変化したＤＣモータ１０の回転しやすさに対応して、ＤＣモータ１０の回転角度を正確に検出することができる。

【0113】

回転角度検出処理では、電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１から電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈよりも短い場合に、式（１）に従って惰性回転における回転角度θを求める。このため、ＤＣモータ１０の温度が低く（例えば、０℃以下）、かつ、駆動回路２０からＤＣモータ１０に印加される電圧が低くて惰性で回転しにくい状態を期間Ｔａｔｔと所定の時間閾値Ｔｔｈとに基づいて容易に判定可能であり、ＤＣモータ１０が惰性で回転しにくい状態においても、ＤＣモータ１０の回転角度を正確に検出できる。

【0114】

また、回転角度検出処理では、電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１から電流測定処理によって測定される電流値がゼロになる時点ｔｅｎｄまでの期間Ｔａｔｔが所定の時間閾値Ｔｔｈ以上の場合には、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前の角速度ω０、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０から電流測定処理によって測定される電流値の極性が反転する時点ｔ１までの期間Ｔｃｏｎ、及び、電流の減衰の時定数τに基づいて、次式（２０）に基づいて、ＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度θを求める。

【0115】

【数20】

【0116】

このため、ＤＣモータ１０が惰性で回転する時間が長い場合において、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを用いて、ＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度を求めることができる。

【0117】

また、回転角度検出処理は、ＤＣモータ１０に印加される電圧を測定する電圧測定処理と、ＤＣモータ１０に流れる電流のリップルを検出するリップル検出処理とを有し、回転角度検出処理では、ＤＣモータ１０に駆動電圧が印加されている間は、リップル検出処理で検出されたリップル数に基づいてＤＣモータ１０の回転角度θを算出するとともに、電流測定処理によって測定される電流値と、電圧測定処理によって測定される電圧値とに基づいてリップル数を補正する。このため、ＤＣモータ１０に駆動電圧が印加されている間に、リップル数を補正して、ＤＣモータ１０の回転における回転角度を正確に求めることができる。

【0118】

また、ＤＣモータ１０のロータが惰性で回転する時間が長い場合において、ＤＣモータ１０が惰性回転を行う期間における回転角度θを非常に簡単に求めることができる。また、時定数τは、式（１０）によって惰性回転の期間にリアルタイムで求めることができるため、従来手法におけるパラメータ誤差の問題や、角度累積誤差の問題を解消することができ、非常に高い精度で回転角度を検出することができる。また、例えば、パワーウィンドウ５０を含むシステムにおける回転角度の精度を大きく向上させることができ、個体差、環境変化、経年変化への対応能力を大幅に改善することができる。したがって、ＤＣモータ１０が惰性回転を行っているときに高精度にＤＣモータ１０の回転角度を求めることができる回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置１００を提供することができる。

【0119】

回転角度検出装置１００は、ＤＣモータ１０の惰性回転の期間における電流に基づいて電流ｉの減衰の時定数τを求め、求めた時定数τをＤＣモータ１０の惰性回転の期間における角速度の減衰の時定数τとして推定して、ＤＣモータ１０の回転角度を求めるので、電流ｉに基づいて簡単にＤＣモータ１０の回転角度検出することができる。

【0120】

また、回転角度検出装置１００が検出する回転角度θに基づいてパワーウィンドウ５０の開閉量を算出することができる。例えば、パワーウィンドウ５０を全開と全閉との間の位置で止めた場合に、パワーウィンドウ５０の開閉量を高精度に求めることができる。パワーウィンドウ５０は、挟み込み防止機構を備えることが義務づけられており、パワーウィンドウ５０を全開と全閉との間の位置で止めてから次に開閉させる際には、パワーウィンドウ５０が止まっていた位置を正確に検出する必要がある。

【0121】

また、回転角度検出装置１００は、ホールＩＣ等の高額な装置を用いてパワーウィンドウ５０の開閉量を検出することなく、ＤＣモータ１０の回転角度を非常に高精度に検出できるため、製造コストを大幅に低減することができる。

【0122】

また、時点ｔ３、時点ｔ４、時点ｔｅｎｄ、電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４、及び、電流積分値Ｓｉ４に基づいて電流ｉの減衰の時定数τが求められる。よって、電流ｉの時間的な変化に基づいて、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを簡単に求めることができる。また、電流積分値を求めるための積分処理はフィルタ処理に相当するため、電流ｉに含まれるリップル成分を除去できる効果があり、ＤＣモータ１０の回転角度を非常に高精度に検出することができる。

【0123】

また、式（１０）に基づいて電流ｉの減衰の時定数τを求めることができるので、処理部１３３が実行するプログラムに式（１０）を組み込むことによって、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを簡単に求めることができる。また、積分処理のフィルタ効果を利用して、処理部１３３が実行するプログラムに従って電流ｉに含まれるリップル成分を除去して、ＤＣモータ１０の回転角度を非常に高精度に検出することができる。また、式（１０）における自然対数は電流積分値の割り算処理を含むため、抵抗器１５、ＬＰＦ１１２及びＡ／Ｄコンバータ１３２等の回路に含まれる誤差が相殺される。よって、ＤＣモータ１０の回転角度を非常に高精度に検出することができる。

【0124】

また、時点ｔ３と、時点ｔ３から時点ｔｅｎｄまでに電流測定部１３３Ａによって測定される電流値の電流積分値Ｓｉ３＋Ｓｉ４とに基づいて、電流ｉの減衰の時定数τを求めるので、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを少ない計算回数でより簡単に求めることができる。また、電流積分値を求めるための積分処理はフィルタ処理に相当するため、電流ｉに含まれるリップル成分を除去できる効果があり、ＤＣモータ１０の回転角度を高精度に検出することができる。

【0125】

また、式（１１）に基づいて、電流ｉの減衰の時定数τを求めることができるので、処理部１３３が実行するプログラムに式（１１）を組み込むことによって、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを簡単に求めることができる。

【0126】

また、ＤＣモータ１０の駆動が停止される時点ｔ０の直前の角速度ω０、時点ｔ１、及び、ＤＣモータ１０の電流ｉの減衰の時定数τに基づいてＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度を求めるので、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを用いて、ＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度を求めることができる。

【0127】

また、式（１４）に基づいて、ＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度を求めるので、処理部１３３が実行するプログラムに式（１４）を組み込むことによって、角速度ωの減衰の時定数τの代わりに利用可能な電流ｉの減衰の時定数τを用いて、ＤＣモータ１０の惰性回転における回転角度を求めることができる。

【0128】

以上、本開示の例示的な実施形態の回転角度検出方法、回転角度検出プログラム、及び、回転角度検出装置、について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0129】

１０ ＤＣモータ
１１、１２ 端子
１５ 抵抗器
２０ 駆動回路
３０ 直流電源
５０ パワーウィンドウ
５１ 駆動機構
１００ 回転角度検出装置
１１０ フィルタ回路
１１１、１１２ ＬＰＦ
１２０ ＩＣチップ
１２１ ＢＰＦ
１２２ リップル検出部
１３０ マイクロコンピュータ
１３１、１３２ Ａ／Ｄコンバータ
１３３ 処理部
１３３Ａ 電流測定部
１３３Ｂ 回転角度検出部
１３３Ｃ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】