(57)【要約】【課題】  起動時や低回転時であってもゼロクロスタイミングを検知し、回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができるモータ制御回路を提供すること。【解決手段】  モータ回転制御を行う制御回路２と、複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗに所定の基準電圧を供給するモータ相コイルバイアス回路６を備え、制御回路２は、モータ５を駆動しない慣性回転状態で、基準電圧にバイアスされた状態のコイルから検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行った。【選択図】        図１
2010063291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相コイルを有するモータのコイル間接続位置より逆起電力を検出し、検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングを用いてモータ回転制御を行うモータ制御回路において、
モータ回転制御を行う制御手段と、
前記複数相コイルに所定の基準電圧を供給するモータ相コイルバイアス手段と、
を備え、
前記制御手段は、モータを駆動しない慣性回転状態で、前記基準電圧にバイアスされた状態のコイルから検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行う、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御回路において、
前記制御手段からの駆動指令に基づいて前記複数相コイルを駆動する駆動手段と、
所定の基準電圧を出力する基準電位出力手段と、
モータのコイル間接続位置より検出する逆起電力電圧と、前記基準電位出力手段からの基準電圧を比較し、電圧ゼロクロスタイミングを出力する逆起電力検知手段と、
を備え、
前記モータ相コイルバイアス手段は、前記基準電位出力手段の出力を前記複数相コイルに供給する、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御回路において、
前記モータ相コイルバイアス手段は、前記複数相コイルのそれぞれに所定の基準電圧を供給する、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御回路において、
前記制御手段は、
モータを駆動しない慣性回転状態で、前記基準電圧にバイアスされた状態のコイルから逆起電力を検出する回転状態検知制御と、
前記回転状態検知制御で得た電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行うモータ相コイル制御と、
を備え、
モータ起動時を含む、前記逆起電力が所定値を超えない低回転状態では、少なくとも１回は、前記回転状態検知制御を行った後、前記モータ相コイル制御を行う、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御回路において、
所定の基準電圧を出力する基準電位出力手段を設け、
前記基準電位出力手段は、前記基準電圧の出力から前記モータ相コイルバイアス手段までの間にインピーダンス変換を行うボルテージフォロワ回路を備えた、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御回路において、
所定の基準電圧を出力する基準電位出力手段を設け、
前記基準電位出力手段の出力と前記モータ相コイルバイアス手段との接続を接続状態、非接続状態に切り替えるスイッチ手段を、
備えたことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御回路において、
所定の基準電圧を出力する基準電位出力手段を設け、
前記基準電位出力手段は、
前記モータ相コイルバイアス手段へ出力を接続しない第１基準電位出力部と、
前記モータ相コイルバイアス手段へ出力を接続した第２基準電位出力部と、
を備え、
前記制御手段からの制御指令により第１基準電位出力部の出力と第２基準電位出力部の出力を選択して逆起電力検知手段へ出力する基準電位選択手段を設けた、
ことを特徴とするモータ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサレスモータのモータ制御回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、３相のブラシレスモータにおいて、各相コイルの誘起電圧（逆起電圧）と中性電圧を比較することにより、回転子の回転位置を検出し、モータ制御を行っている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【特許文献１】特開平５−２１９７８４号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００６−３３９４６号公報（第３６，４０頁、図１，５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来にあっては、逆起電圧（逆起電力）が充分に発生していない起動時及び低回転時では、回転子の回転位相と同期した制御が困難であり、非同期制御となるため、異音、回転脱調、停止等が発生していた。
【０００４】
この点について詳しく説明する。
各相の逆起電圧と電圧比較用基準電圧（基準電圧）としての中性電圧（以下、中点電圧又は中点電位）を比較する制御においては、逆起電圧と中点電圧が一致する場合を逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングとし、これを転流タイミングの基点とすることにより駆動が行われる。しかしながら、逆起電力が充分に発生しない為、逆起電圧が低い起動時及び低回転時では、逆起電圧と中点電圧でのそれぞれの電圧ばらつきによりゼロクロスタイミングが検知できなかったり、位相がずれるため、回転子の回転位相と同期した制御が困難であり、位相非同期制御（強制駆動による同期運転）を行わなければならなかった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、起動時や低回転時であってもゼロクロスタイミングを検知し、回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができるモータ制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、複数相コイルを有するモータのコイル間接続位置より逆起電力を検出し、検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングを用いてモータ回転制御を行うモータ制御回路において、モータ回転制御を行う制御手段と、前記複数相コイルに所定の基準電圧を供給するモータ相コイルバイアス手段と、を備え、前記制御手段は、モータを駆動しない慣性回転状態で、前記基準電圧にバイアスされた状態のコイルから検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行う、ことを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明にあっては、起動時や低回転時であってもゼロクロスタイミングを検知し、回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のモータ制御回路を実現する実施の形態を、請求項１〜５に係る発明に対応する実施例１及び実施例２と、請求項１〜４，６に係る発明に対応する実施例３と、請求項１〜４，７に係る発明に対応する実施例４と、請求項１〜７に係る発明に対応する実施例５に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
実施例１のモータ制御回路１は、図１に示すように制御回路２（制御手段に相当する）、駆動ＴＲ回路３（駆動手段に相当する）、BEMF検知回路４（逆起電力検知手段に相当する）、モータ相コイルバイアス回路６（モータ相コイルバイアス手段に相当する）、比較基準電位回路７（基準電位出力手段に相当する）を備え、３相センサレスブラシレスモータ５の駆動を制御する。なおBEMFは、Back Electromotive Force：逆起電力であり、以下BEMFと省略する。
制御回路２は、具体的には例えばマイコンであり、３相センサレスブラシレスモータ５に対する、図示しない外部ユニット，センサよりのモータ回転数指示入力である回転入力８が入力され、また、BEMF検知回路４からのＢＥＭＦ電圧ゼロクロス（以下ゼロクロス）信号が入力される。そして、制御演算を行い、駆動ＴＲ回路３へＰＷＭ制御信号を出力する。
【００１０】
駆動ＴＲ回路３は、各相ごとにアッパー側のスイッチ素子(Ｑu1，Ｑv1，Ｑw1）とロワ側のスイッチ素子(Ｑu2，Ｑv2，Ｑw2）によりブリッジ回路を構成し、インバータとして機能する回路である。
なお、全てのスイッチ素子の制御信号（ベース入力、ゲート入力）は、制御回路２からのＰＷＭ制御信号となる。
さらに具体的に例えばＵ相について説明すると、電源電圧Ｖbatからグランドまでの間に、スイッチ素子Ｑu1，Ｑu2を配置し、その中間と、３相センサレスブラシレスモータ５のＵ相コイルを接続する。Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成する。
【００１１】
BEMF検知回路４は、電圧比較器ＯＰ１〜ＯＰ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を備えている。そしてBEMF検知回路４は、各相ごとに設けられた電圧比較器ＯＰ１〜ＯＰ３のプラス入力端子に各相のコイルと駆動ＴＲ回路３の接続点を検出するように抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して入力する。さらに、電圧比較器ＯＰ１〜ＯＰ３のマイナス入力端子には、比較基準電位回路７からの基準電圧を入力する。
電圧比較器ＯＰ１〜ＯＰ３は、基準電圧と各相コイルからの入力を比較し、比較結果をゼロクロス信号として出力する。
【００１２】
３相センサレスブラシレスモータ５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相による３相モータであり、コイル５ｕ，５ｖ，５ｗを備え、ブラシを用いないモータである。
また、コイル自体をセンサとして用いるため、回転位置検出用のセンサを持たないモータである。
モータ相コイルバイアス回路６は、抵抗Ｒ４〜Ｒ６を備えている。
この抵抗Ｒ４〜Ｒ６は、一方をそれぞれ、モータ５の各相のコイルと駆動ＴＲ回路３の接続点に接続する。そして、他方を一つに合わせて比較基準電位回路７の、電圧増圧器（オペアンプ）ＯＰ４の出力に接続する。
【００１３】
比較基準電位回路７は、電圧増幅器ＯＰ４と抵抗Ｒ７、Ｒ８を備えている。
抵抗Ｒ７、Ｒ８は、電源電圧Ｖbatからグランド接地までの間に直列に設ける。本例では、抵抗Ｒ７、Ｒ８は同値とし、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８の分圧値（接続点）が中点電位(1/2Ｖbat)となるようにしてある。
電圧増幅器ＯＰ４は、そのプラス入力端子に抵抗Ｒ７とＲ８の中間を接続し、抵抗Ｒ７，Ｒ８の分圧値が入力されるようにする。そして、電圧増幅器ＯＰ４のマイナス端子は、出力を入力して負帰還路とする。さらに電圧増幅器ＯＰ４の出力は、モータ相コイルバイアス回路６及びBEMF検知回路４の電圧比較器ＯＰ１〜ＯＰ３のマイナス入力端子に接続する。
上記説明した構成により、比較基準電位回路７は、モータ相コイル駆動時のノイズを含む駆動電圧波形が、モータ相コイルバイアス回路６の抵抗Ｒ４〜Ｒ６を介して回り込み、BEMF検知回路４の基準電位を変動させBEMF検知回路４が誤検知しないように、電圧増幅器ＯＰ４を用いたボルテージフォロア回路を用い相コイルとインピーダンス分離を行っている。
【００１４】
次に作用を説明する。
[ゼロクロス信号によるモータ制御]
ここで、実施例１のモータ制御回路１の制御回路２で実行しているゼロクロス信号によるモータ制御について説明する。
図２は実施例１のモータ制御回路のクローズドループ制御時の駆動ＴＲ回路と相コイルの接続点（BEMF検知回路へのBEMF電圧入力）に現れる電圧波形を示す図である。
図２において、制御の１周期は、時間TbF→時間TdH→時間TbB→時間TdLの順序であり、例えば１２０°通電制御タイミングでの電気角は、各々６０°、１２０°、６０°、１２０°の幅で合計３６０°の電気角で１周期を構成している。
【００１５】
時間TbFと時間TbBは、BEMFを検知する期間であり、検知相コイルに対応する駆動ＴＲ回路３の駆動オフ期間である。時間TbFがBEMFの立上り側、時間TbBが立下り側の検知期間となっている。
時間TbFと時間TbBの期間中に図２に太線で示すBEMF電圧波形と、中点電位との交差、即ちBEMFゼロクロスタイミングの検知（図２の位置Ｚ）があり、その時点より時間Tzのタイミング（例えば電気角で３０°）を取って、転流する。立上り検知時は駆動ＴＲ回路３のハイサイド側（アッパー側）の駆動制御を、立下り検知時は駆動ＴＲ回路３のローサイド側（ロワ側）の駆動制御を実施する。なお、時間TdH,TdLはそれぞれ、転流によるハイサイドとローサイドのＴＲ駆動制御期間を表す。
【００１６】
この時のBEMF検知では、検知相の相コイルの駆動ＴＲ回路３は、駆動状態でなく、オープンにしている。しかし、他相のコイルは駆動状態にあるため、BEMF電位は他相の駆動電圧の相コイル抵抗成分による分圧を中点電圧として発生することになる。例えば、コイル抵抗が同じであれば、1/2駆動電圧＝1/2Ｖbatとなる。中点電位は、BEMF検知回路４では、比較基準電位回路７が発生させる電圧比較用基準電圧（基準電圧）に対応している。
【００１７】
言い換えて説明する。例えば、１２０°駆動制御を行う場合、BEMF検知回路４で各相のBEMFを検出し、各相ごとにBEMFの位相のゼロクロスポイントを検出することで、各相のステータコイルの駆動タイミング、つまり転流タイミング制御する。
【００１８】
そして、転流タイミングでの各相コイルの駆動は、インバータとして機能する駆動ＴＲ回路３のハーフブリッジ回路により駆動され、駆動時にＰＷＭ制御によりコイルに印加する電圧を制御することで、３相センサレスブラシレスモータ５の回転速度を制御する。
【００１９】
BEMFによるゼロクロス検知は、ハーフブリッジでオフ状態のブリッジ回路のブリッジポイントに現れる電圧変化により行われる。実施例１では、３相スター結線の３相センサレスブラシレスモータ５におけるBEMFのゼロクロス検知点、つまりハーフブリッジのオフタイミングのブリッジ回路のブリッジ点には、コイルに印加されている電源電圧の約1/2の電位を基準として、ＢＥＭＦが重畳されるため、電源電圧の約1/2の電位をゼロとし、この基準電位を重畳したＢＥＭＦの電圧がクロスするタイミングを検知する事をゼロクロスとする。つまり、BEMFでゼロクロスを検知する際の閾値は電源電圧の1/2電位となる。
【００２０】
さらに、言い換えて説明する。
例えば、３相センサレスブラシレスモータ５をＰＷＭ駆動する際、スイッチ素子Ｑu1とＱv2がオンとなり、他がオフであるとする。
すると、電源電圧Ｖbatからスイッチ素子Ｑu1を経て、３相センサレスブラシレスモータ５のコイル５ｕ、コイル５ｖを経て、スイッチ素子Ｑv2からグランドへ向かう電流経路で電流が流れることになる。
この際に、コイル５ｗを駆動するためのスイッチ素子Ｑw1，Ｑw2のブリッジ点は、コイル５ｕ、コイル５ｖの中点接続電圧をコイル５ｗで検出している状態と言える。このオフ状態のブリッジ点の電圧は上記説明した様に、1/2Ｖbatを基準に、各コイルに発生するＢＥＭＦ電圧が重畳された電圧波形が観測される。そして、このブリッジ点の電圧を基準電圧と比較すれば、ゼロクロス信号を得ることになる。実施例１では、ゼロクロス信号を制御回路２へ入力し、転流タイミングを得ることで３相センサレスブラシレスモータ５を駆動制御する。
【００２１】
[起動時や低回転時であってもゼロクロスタイミングを検知する作用]
実施例１では、BEMF検知回路４のBEMFゼロクロスタイミング検知用の基準電圧を、相コイルに供給するモータ相コイルバイアス回路６を設けている。
制御上では、各相コイルの駆動タイミングと全相コイル駆動オフ（相コイルに発生するBEMFの中点電位がフローティングの状態）タイミングを設けている。
そして、全相コイル駆動タイミングで回転状態検知を実施する制御を、例えば、後述する図３の駆動ＴＲ回路３の状態と制御フェーズに示すように交互に繰り返すことで実現する。
【００２２】
回転状態検知制御は、各相コイルを駆動オフとすることで、相コイル間の接続点電位をフローティングにし、モータ相コイルバイアス回路６により、相コイル電位をBEMF検知回路４のBEMFゼロクロス検知用の基準電圧にバイアスする。これにより、検知相コイルに発生するBEMFの中点電位を、BEMF検知回路４のBEMFゼロクロス検知用の基準電圧とすることができ、BEMFが低い状態のゼロクロスずれの誤差を相対的にキャンセルする。そのため、高精度なBEMF電圧ゼロクロス検知が可能となる。
【００２３】
図３、図４を参照してさらに説明する。
図３は実施例１のモータ制御回路のモータ起動時のタイミングチャート図である。図４は実施例１のモータ制御回路のBEMF電圧起動、低回転時の各相コイル駆動オフ制御波形を示す図である。
図３のタイミングチャートは、制御フェーズとしてフェーズ１〜４を有する。
モータ起動時は、逆回転を防止するため、基準となる位相の対応する相コイルを駆動する位置決め制御のフェーズ１を実施する。例えば、駆動ＴＲ回路３のスイッチ素子Ｑu1,Ｑv2はＵ相のハイサイドとＶ相のローサイドを通電させる際、過電流にならない程度のデューティ比で任意時間駆動し位置決めを行う。
【００２４】
次に、モータ５を回転起動させるため、回転させる方向に位相を１つ進め、その位相で対応する相コイルを駆動する回転起動制御のフェーズ２を実施する。
例えば、駆動ＴＲ回路３は、Ｕ相のハイサイドとＶ相のローサイドを通電させる状態から、Ｖ相のローサイドをＷ相のローサイドに駆動相を転流し、必要な駆動トルクが発生するデューティ比で数十ms程度の短時間駆動しモータ５の回転を起動する。モータ５が回転を始めると、各相コイルには逆起電力(BEMF)が発生する。
【００２５】
次に、この起動トルクで動き出したモータ５（ロータ）の位相を逆起電力(BEMF)で検知するための回転状態検知制御と、回転状態検知制御で得られた情報から対応するモータ５の相コイルを駆動制御するフェーズ３を実施する。
回転状態検知制御は、駆動ＴＲ回路３による駆動相コイルへの駆動制御後に実施される。モータ５の相コイル全相の駆動ＴＲ回路３による駆動せず（全相スイッチ素子オフ）、慣性で回るモータ５のBEMF電圧波形（図３の駆動ＴＲ回路の状態図にＴＲオフ位置を中点電位として点線で示す）を検知する制御である。
【００２６】
少なくともこのタイミングでは、モータ相コイルバイアス回路６の働きで、モータ相コイルは、BEMF検知回路４の比較基準電圧でバイアスされている。
この状態では、図４に示すように、相コイルから出力されるBEMF電圧波形は、モータ相コイルバイアス回路６でバイアスされた比較基準電圧を中心とした波形となる。つまり図４において、ΔＶは前述の理由で小さくなりΔＶ´≒０Ｖとなる。そのため、モータ５が低回転でも、BEMF検知回路によるBEMF電圧ゼロクロス（以後BEMFゼロクロス）の検出を可能にしている。
【００２７】
回転状態検知制御では、BEMFゼロクロスタイミング(Ｚイベント）の検知と、その周期(図３のT1〜T5)より、モータ回転情報（回転電気角、位相情報と、回転速度等）を算出する。そして、次の駆動制御で使用する転流タイミング（図３のt1〜t5）と加速制御用PWM信号値の設定等を実施する。
【００２８】
次に回転状態検知制御で決定した転流タイミングとPWM信号を用い駆動ＴＲ回路３で次に転流する位相の相コイルを駆動し、モータ５の回転数を制御していく。
実施例１では、回転状態検知制御と次に来るモータ相コイル駆動制御の転流パターンは３種類となり、この転流パターンを繰り返すことでモータ回転数を、BEMFゼロクロスが回転状態検知制御なしで検知可能な回転数まで上昇させる。
【００２９】
フェーズ４は、回転数が上昇し、BEMFゼロクロスが回転状態検知制御なしで検知が可能になって以降の制御であり、周期T6以降は１２０°通電制御を実施する。
以上のように、起動時と低回転時のモータ駆動制御においては、起動時は目標回転数まで駆動時間比を増加させていく制御、低回転数時は目標回転数維持の駆動時間比制御というように、PWM信号における信号の違いはある。しかし、制御回路２による駆動ＴＲ回路３での相コイル駆動制御の制御フェーズと、比較基準電位回路７とモータ相コイルバイアス回路６とBEMF検知回路４での回転状態検知制御のフェーズが交互に繰り返される（図３参照）。
【００３０】
なお実施例１では回転状態検知制御１回（電気角６０°間で状態検知）につき、相コイル駆動の転流切り替え１回（１２０°通電）の交互になっているが、回転状態検知制御１回の状態検知電気角間隔を長くしたり（例えば上記６０°を１２０°、１８０°のように長くする）、それに対応した相コイル駆動の転流数回を長くしたり（例えば２４０°、３６０°のように駆動制御期間（電気角）を長くする）というように所定の関係で行うことは可能である。
【００３１】
ここで、実施例１のモータ制御回路１のモータ相コイルバイアス回路６によるBEMF電圧波形について説明を加える。
図５は実施例１のモータ制御回路における回転状態検知制御時に回転するモータの各相コイルに現れる、電気角度に対するBEMF電圧波形を示す図である。
実施例１では、モータ５がスター結線であるのに対し、それぞれのコイル５ｕ，５ｖ，５ｗに、接続位置５０ｕ，５０ｖ，５０ｗでモータ相コイルバイアス回路６と接続する。そして、抵抗Ｒ４〜Ｒ６を介してそれぞれ３点からバイアスされる。この際、駆動信号はオフで、モータ５のロータは慣性で回転する。この状態で得られるBEMF電圧波形は、図５に線１００ｕ，１００ｖ，１００ｗで示すように、高回転時に駆動に用いられないコイルにより検知されるBEMF電圧波形と同等の電圧波形を得ることができる。
【００３２】
実施例１のモータ制御回路の作用を明確にするために、さらに説明を加える。
図６はBEMFの検知によりモータ制御を行うモータ制御回路の回路構成を示す図である。なお、説明上、図６には実施例１と同様の符号を付す。
逆起電力(BEMF)のゼロクロスタイミングの検知により例えば３相ブラシレスモータを駆動制御するには、図６に示すような回路構成を取ることが考えられる。
そして、起動から所定の回転数になるまで、各相コイルのモータ回転角に対応する電気角位相と関係なく、所定の加速度で、各相コイルの駆動タイミングを切り替えて（転流）、モータ回転数を挙げていくオープンループ制御（位相と非同期制御の強制駆動による同期運転）を実施する。
このオープンループ制御で、所定の回転数まで制御した後は、各駆動相コイルのBEMFゼロクロスタイミングを検出し、各相コイルの電気角位相に合わせ、各相の転流制御を行うクローズドループ制御（位相同期制御）を実施する。
【００３３】
図６に示す回路構成におけるオープンループ制御における起動では、実際のモータ回転位相に、制御電気角の位相が整合していないために、回転脱調，停止や、起動時の電流が大きくなったり、磁気的なうなりにより、駆動時の音が大きくなったり、加速時間も回転体（ロータ）の慣性質量の関係で決まってしまい、短時間での加速に限界があるなどの問題があった。
【００３４】
これに対し、図６に示す回路構成において、起動時及び低回転時からクローズドループ制御を行う場合について、以下説明する。
図７は図６に示す回路構成において起動時及び低回転時のBEMF検知による駆動波形を示す図である。
この場合、クローズドループ制御は、各相の電気角、１周期（３６０°）又は、半周期（１８０°）内に、BEMF検知相を設け、位相を検知して転流タイミングを生成する。
【００３５】
モータ５が起動又は低回転時は、発生するBEMF電圧は低いため、BEMF検知回路４でのBEMFゼロクロスタイミングの検知は次の要因から困難となる。このため、BEMF電圧が検知可能な電圧となる回転数まで、上記説明したオープンループ制御が行われる。
まず第１に各相コイル抵抗（インピーダンス）バラツキによる相コイル間接続点電位の誤差がある。そして第２にBEMF検知回路４のBEMFゼロクロスタイミング検知の基準電圧を作成する回路（図６に符号７１で示す）の部品精度による基準電圧の誤差がある。この第１、第２の要因はＶのオーダーであり、特に支配的である。
【００３６】
この第１、第２の要因による誤差を図７にΔＶで示す。高回転制御時では、図２に示すように、誤差ΔＶを超えるBEMF電圧が得られており、BEMF検知回路４でのBEMFゼロクロスタイミングの検知が可能である。しかし、図７に示す起動、低回転数制御時では、ΔＶを超えていないため、ゼロクロスタイミングを確実に検知できない。
なお、第３の誤差として、BEMF検知回路４の部品精度、比較器のオフセット、リーク等による検出誤差が挙げられるがmVのオーダーであり支配的ではない。
これに対して、実施例１では、起動初期より、モータ回転位相をBEMFより検知できるように、BEMF電圧（波形）の中点電位と、BEMF電圧クロスタイミング検知用の基準電圧を同電位に制御したため、モータの起動時及び低回転数時にクローズドループ制御が実現し、起動時及び低回転数時の脱調、停止、過電流、異音、立上り時間の長さを改善する。
【００３７】
次に、効果を説明する。
実施例１のモータ制御回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３８】
(1)複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗを有するモータ５のコイル間接続位置より逆起電力(BEMF)を検出し、検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングを用いてモータ回転制御を行うモータ制御回路１において、モータ回転制御を行う制御回路２と、複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗに所定の基準電圧を供給するモータ相コイルバイアス回路６を備え、制御回路２は、モータ５を駆動しない慣性回転状態で、基準電圧にバイアスされた状態のコイルから検出した逆起電力の電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行うため、起動時や低回転時であってもゼロクロスタイミングを検知し、回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができる。
【００３９】
(2)上記(1)において、制御回路２からの駆動指令に基づいて複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗを駆動する駆動ＴＲ回路３と、所定の基準電圧を出力する比較基準電位回路７と、モータ５のコイル間接続位置より検出する逆起電力電圧と、比較基準電位回路７からの基準電圧を比較し、電圧ゼロクロスタイミングを出力するBEMF検知回路４を備え、モータ相コイルバイアス回路６は、比較基準電位回路７の出力を複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗに供給するため、起動時及び低回転時において、比較基準電位回路７からの基準電圧と、BEMF電圧波形の中点に一定の関係が成立し、精度の良好な電圧ゼロクロスタイミングがBEMF検知回路４から制御回路２に出力され、クローズドループ制御が行われる。そのため、起動時や低回転時であっても回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができる。
【００４０】
(3)上記(2)において、モータ相コイルバイアス回路６は、比較基準電位回路７の出力を複数相コイル５ｕ，５ｖ，５ｗのそれぞれに供給するため、比較基準電位回路７からの基準電圧と、BEMF電圧波形の中点が一致し、精度の良好な電圧ゼロクロスタイミングがBEMF検知回路４から制御回路２に出力され、クローズドループ制御が行われる。そのため、起動時や低回転時であっても回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができる。
【００４１】
(4)上記(1)〜(3)において、制御回路２は、モータ５を駆動しない慣性回転状態で、基準電圧にバイアスされた状態のコイルから逆起電力を検出する回転状態検知制御と、回転状態検知制御で得た電圧ゼロクロスタイミングに基づいてモータ回転制御を行うモータ相コイル制御を備え、モータ起動時を含む、逆起電力が所定値を超えない低回転状態では、少なくとも１回は、回転状態検知制御を行った後、前記モータ相コイル制御を行うため、少なくとも１回、逆起電力の検出の後、モータ駆動制御を行うことにより、起動時及び低回転時であっても回転子の回転位相と同期した制御を行うことができ、これにより異音、回転脱調、停止等を回避、低減することができる。
(5)上記(1)〜(4)において、所定の基準電圧を出力する比較基準電位回路７を設け、比較基準電位回路７は、基準電圧の出力からモータ相コイルバイアス回路６までの間にインピーダンス変換を行うボルテージフォロワ構成となるよう電圧増幅器ＯＰ４を備えたため、バイアスをかけていることが抵抗Ｒ７，Ｒ８の分圧に影響を与えないようにでき、回転状態にかかわらず良好な制御状態を維持できる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２は、デルタ結線の３相ブラシレスモータを制御する例である。
構成を説明する。
図８は実施例２のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
実施例２では、モータ制御回路１の回路構成は実施例１と同様であるが、モータ５１は、コイル５１ｕ，５１ｖ，５１ｗをデルタ結線としている。
そして、実施例１と同様にＵ相、Ｖ相、Ｗ相とモータ５１のコイル接続点５０ｕ，５０ｖ，５０ｗにモータ相コイルバイアス回路６からバイアスをかける構成である。
その他構成は実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
作用を説明する。
【００４４】
実施例２でも実施例１と同様に、接続点５０ｕ，５０ｖ，５０ｗの３点全てをバイアスしているので、モータ相コイルバイアス回路６の抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の接続点Ｊを基点に抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６と各相コイルでループ電流が発生し、互いに打ち消しあうため、合成された電圧波形は、図５に示す波形と同様のものとなる。そのため、デルタ結線においても実施例１と同様に起動時から低回転において、クローズドループ制御を行える。
効果を説明する。実施例２のモータ制御回路にあっては、上記(1)〜(4)の効果を実施例１と同様に有する。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００４５】
実施例３はスイッチ回路を設けてバイアスのオンオフを切り替えるようにした例である。
構成を説明する。
図９は実施例３のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
実施例３のモータ制御回路１では、比較基準電位回路９とスイッチ回路１０を備えている。
比較基準電位回路９は、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０を電源電圧Ｖbatとグランド間に直列に設ける。そして、抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０の中間をBEMF検知回路４のＯＰ１〜ＯＰ３のマイナス端子、及びスイッチ回路１０へ接続し、抵抗Ｒ９，Ｒ１０の分圧を出力する。
【００４６】
スイッチ回路１０は、制御回路２からのスイッチ切り替え信号により、比較基準電位回路９からの分圧出力をモータ相コイルバイアス回路６へ接続、非接続の切り替えを行う。
その他構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
作用を説明する。
実施例３では、図１に示す比較基準電位回路７のように、抵抗による分圧回路とモータ相コイルバイアス回路６をボルテージフォロア回路でインピーダンス分離するのではなく、スイッチ回路１０により切り替える。
具体的には、制御回路２からのスイッチ切り替え信号により、回路状態検知制御のタイミング中のみスイッチ切り替え信号でオン（導通）させ、比較基準電位回路９とモータ相コイルバイアス回路６を接続する。
【００４８】
そして、回転状態検知制御時以外は、スイッチ回路１０をオフ（非導通、ハイインピーダンス）とし、比較基準電位回路９とモータ相コイルバイアス回路６は電圧的にも、電流的にも関係なく独立で動作させる。
なお、比較基準電位回路９とモータ相コイルバイアス回路６をスイッチ回路１０のオンで接続した際は、モータ相コイルからの電流は、比較基準電位回路９へ接続する点Ｊ（図９に示す）で±０となる。そのため比較基準電位回路９への電位的な影響はないため、実施例１と同様に起動時から低回転において、クローズドループ制御を行える。
【００４９】
効果を説明する。実施例３のモータ制御回路にあっては、上記(1)〜(4)に加えて、次の効果を有する。
(6)上記(1)〜(4)において、所定の基準電圧を出力する比較基準電位回路９を設け、比較基準電位回路９の出力とモータ相コイルバイアス回路６との接続を接続状態、非接続状態に切り替えるスイッチ回路１０を備えたため、バイアスをかけていることが比較基準電位回路９の抵抗Ｒ９，Ｒ１０の分圧に影響を与えないようにでき、回転状態にかかわらず良好な制御状態を維持できる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例４】
【００５０】
実施例４はBEMF検知回路へ供給される基準電位を、バイアスをかけたものとバイアスをかけないものとに切り替える例である。
構成を説明する。
図１０は実施例４における基準電位回路部分の回路構成を示す図である。
実施例４のモータ制御回路１では、比較基準電位回路１１と基準電位選択回路１２を備えている。
【００５１】
比較基準電位回路１１は、電源電圧Ｖbatからグランドまでに抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２を直列に設け、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の間を電圧増幅器ＯＰ５のプラス入力端子に接続する。そして、出力をマイナス入力端子に接続し負帰還路とし、ボルテージフォロワとして動作させる。
また、比較基準電位回路１１では、さらに、電源電圧Ｖbatからグランドまでに抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４を直列に設け、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４の間を電圧増幅器ＯＰ６のプラス入力端子に接続する。そして、出力をマイナス入力端子に接続し負帰還路とし、ボルテージフォロワとして動作させる。
【００５２】
基準電位選択回路１２は、スイッチ部１２ａとスイッチ部１２ｂを備え、制御回路２からの基準電位切替信号に対し、スイッチ１２ａは入力を反転入力し、スイッチ１２ｂはそのまま入力して、スイッチ１２ａ，１２ｂがスイッチのオンオフを反対に動作するよう構成する。
【００５３】
そして、比較基準電位回路１１の電圧増幅器ＯＰ５の出力を基準電位選択回路１２のスイッチ１２ｂへ接続し、電圧増幅器ＯＰ６の出力をスイッチ１２ａ及びモータ相コイルバイアス回路６へ接続する。スイッチ１２ａ、スイッチ１２ｂの出力は、BEMF検知回路４へ接続する。
その他構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
作用を説明する。
実施例４では、制御回路２からの基準電位切替信号により、回路状態検知制御のタイミング中は、スイッチ１２ａをオフ、スイッチ１２ｂをオンにし、モータ相コイルバイアス回路６へ接続していない電圧増幅器ＯＰ５の出力をスイッチ１２ｂを介してBEMF検知回路４へ出力する。
回路状態検知制御のタイミング以外は、制御回路２からの基準電位切替信号により、スイッチ１２ａをオン、スイッチ１２ｂをオフにし、モータ相コイルバイアス回路６へ接続している電圧増幅器ＯＰ６の出力をスイッチ１２ａを介してBEMF検知回路４へ出力する。これによりバイアスをモータ相コイルにかけて、起動時から低回転時にクローズドループ制御を行う。
【００５５】
効果を説明する。
実施例４のモータ制御回路にあっては、上記(1)〜(4)に加えて、次の効果を有する。
(7)上記(1)〜(4)において、所定の基準電圧を出力する比較基準電位回路１１を設け、比較基準電位回路１１は、モータ相コイルバイアス回路６へ出力を接続しない抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及び電圧増幅器ＯＰ５と、モータ相コイルバイアス回路６へ出力を接続した抵抗Ｒ１３、抵抗Ｒ１４及び電圧増幅器ＯＰ６を備え、制御回路２からの制御指令により抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及び電圧増幅器ＯＰ５の出力と抵抗Ｒ１３、抵抗Ｒ１４及び電圧増幅器ＯＰ６の出力を選択してBEMF検知回路４へ出力する基準電位選択回路１２を設けたため、バイアスをかけることが、基準電位を生成するための分圧及び基準電位を用いるBEMF検知に影響を与えないようにでき、回転状態にかかわらず良好な制御状態を維持できる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例５】
【００５６】
実施例５のモータ制御回路は、バイアスをかける接続点を１点または２点にした例である。
構成を説明する。
図１１は実施例５のモータ制御回路における１点バイアス接続の場合のモータ相コイルバイアス回路の回路構成を示す図である。図１２は実施例５のモータ制御回路における２点バイアス接続の場合のモータ相コイルバイアス回路の回路構成を示す図である。
【００５７】
図１１に示す１点バイアスの場合は、モータ相コイルバイアス回路６は、抵抗Ｒ４からなり、図１２に示す２点バイアスの場合は、モータ相コイルバイアス回路６は、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５からなる。
その他構成は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
作用を説明する。
図１３〜図１６は、モータ相コイルバイアス回路６のバイアス数違いでの、回転状態検知制御時に回転するモータの各相コイルに現れる、電気角度に対するBEMF電圧波形を示す図である。
図１３はスター結線で１点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。図１４はスター結線で２点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。図１５はデルタ結線で１点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。図１６はデルタ結線で２点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。
【００５９】
実施例１では接続点５０ｕ，５０ｖ，５０ｗの全てにバイアスをかけるものを示したが、図１３〜図１６に示すように、接続点のうち１点又は２点であってもよい。
例えば、図１３、図１５に示す１点バイアスの場合には、２相についてのBEMF電圧波形を得るため、残る１相については補正により求めれば、実施例１と同様の作用を得ることができる。
説明すると、例えば図１５に示すデルタ結線において、例えばモータ５１のコイルへの接続点５０ｕにバイアスする場合、モータ相コイルは電位的に浮いている為、コイル５１ｕとバイアス回路間に電流が発生しない。そして、接続点５０ｕは、比較基準電位回路７が出力する所定の基準電圧（中点電位）となり、接続点５０ｖ，５０ｗでは、本来接続点５０ｕに現れるBEMF電圧波形との合成電圧波形が５０ｕの基準電圧を中心に現れることになる。
例えば、接続点５０ｕに１２０°通電制御時と同等なBEMF電圧波形が本来現れるものとすると、接続点５０ｖでは、−３０°、接続点５０ｗでは、＋３０°の位相差で現れることになる（図１５の線１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ参照）。
【００６０】
また、図１６に示すように２点バイアスでデルタ結線の場合には、相コイルとバイアス回路間のループ電流の影響が現れるが、その関係は一定のものであるため、補正を行うことにより、実施例１と同様の作用を得ることができる。
説明すると、例えば図１６に示すデルタ結線において、例えばモータ５１のコイルへの接続点５０ｕ，５０ｖにバイアスする場合、接続点５０ｗには１２０°通電制御時と同等なBEMF電圧波形が現れ、接続点５０ｕでは、＋３０°、接続点５０ｖでは、−３０°の位相差で現れることになる（図１６の線１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ参照）。
【００６１】
また、スター結線の場合には、モータ相コイルの中点、接続点５０ａの１点バイアスの場合には、図５に示す実施例１（３点バイアス）と同様のBEMF電圧波形を得ることができる。
このようにモータ相コイルバイアス回路６のバイアス数は選択可能である。
効果を説明する。
実施例５の効果は、上記(1)〜(7)と同様の効果を得ることができる。
その他作用効果は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
以上、本発明のモータ制御回路を実施例１〜実施例５に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施例１では、比較基準電位回路７は、電圧増幅器ＯＰ４の出力をモータ相コイルバイアス回路６及びBEMF検知回路４へ出力したが、図１７に示すように、電圧増幅器ＯＰ４の出力をモータ相コイルバイアス回路６へ出力し、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８の出力をBEMF検知回路４へ出力するようにしてもよいし、又、フィルタリングにより、実施例１のBEMF検知回路４の基準電圧変動による誤検知を回避できるような場合は、電圧増幅器ＯＰ４を用いたボルテージフォロア回路を省略してもよい。
例えば、スイッチ素子としては、トランジスタやＦＥＴなどがあり、必要に応じて用いればよい。
例えば、回転状態検知制御とモータ相コイル制御を交互に繰り返すように制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施例１のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
【図２】実施例１のモータ制御回路のクローズドループ制御時の駆動ＴＲ回路と相コイルの接続点（BEMF検知回路へのBEMF電圧入力）に現れる電圧波形を示す図である。
【図３】実施例１のモータ制御回路のモータ起動時のタイミングチャート図である。
【図４】実施例１のモータ制御回路のBEMF電圧起動、低回転時の全相オープン制御波形を示す図である。
【図５】実施例１のモータ制御回路における回転状態検知制御時に回転するモータの各相コイルに現れる、電気角度に対するBEMF電圧波形を示す図である。
【図６】BEMFの検知によりモータ制御を行うモータ制御回路の回路構成を示す図である。
【図７】図６に示す回路構成において起動時及び低回転時のBEMF検知による駆動波形を示す図である。
【図８】実施例２のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
【図９】実施例３のモータ制御回路の回路構成を示す図である。
【図１０】実施例４における基準電位回路部分の回路構成を示す図である。
【図１１】実施例５のモータ制御回路における１点バイアス接続の場合のモータ相コイルバイアス回路の回路構成を示す図である。
【図１２】実施例５のモータ制御回路における２点バイアス接続の場合のモータ相コイルバイアス回路の回路構成を示す図である。
【図１３】スター結線で１点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。
【図１４】スター結線で２点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。
【図１５】デルタ結線で１点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。
【図１６】デルタ結線で２点バイアスの場合のBEMF電圧波形の図である。
【図１７】実施例の比較基準電位回路の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ モータ制御回路
２ 制御回路
３ 駆動ＴＲ回路
４ BEMF検知回路
５ モータ
５ｕ，５ｖ，５ｗ コイル
６ モータ相コイルバイアス回路
７ 比較基準電位回路
８ 回転入力
９ 比較基準電位回路
１０ スイッチ回路
１１ 比較基準電位回路
１２ 基準電位選択回路
１２ａ スイッチ
１２ｂ スイッチ
５０ａ，５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ 接続点
５１ モータ
５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ コイル
１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ （BEMF電圧波形を示す）線
Ｑu1，Ｑu2 スイッチ素子
Ｑv1，Ｑv2 スイッチ素子
Ｑw1，Ｑw2 スイッチ素子
Ｒ１〜Ｒ１４ 抵抗
ＯＰ１〜ＯＰ６ 電圧比較器
Ｖbat 電源電圧
【図１】
2010063291.tif 000003
【図２】
2010063291.tif 000004
【図３】
2010063291.tif 000005
【図４】
2010063291.tif 000006
【図５】
2010063291.tif 000007
【図６】
2010063291.tif 000008
【図７】
2010063291.tif 000009
【図８】
2010063291.tif 000010
【図９】
2010063291.tif 000011
【図１０】
2010063291.tif 000012
【図１１】
2010063291.tif 000013
【図１２】
2010063291.tif 000014
【図１３】
2010063291.tif 000015
【図１４】
2010063291.tif 000016
【図１５】
2010063291.tif 000017
【図１６】
2010063291.tif 000018
【図１７】
2010063291.tif 000019