(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、
電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、
前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を、一定の遅延時間毎に生成されるホールド信号に基づいて保持して前記固定子巻線に生じるインダクタンスの変化を連続的に検出するインダクタンス検出回路と、
このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、
この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項２】
インダクタンス検出回路は、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、
サンプルホールド信号に基づいてステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を保持するサンプルホールド回路と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項３】
ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、
電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、
前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較して出力された比較信号を、一定の遅延時間毎に生
成されるホールド信号に基づいて出力するインダクタンス検出回路と、
このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、
この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備えたことを特徴とするセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項４】
インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較し、比較信号を出力する比較回路と、
ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、
前記サンプルホールド信号により前記比較信号を伝達する伝達回路と、を備えたことを特徴とする請求項３記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項５】
インダクタンス検出回路のしきい値を可変にするしきい値可変手段を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項６】
インダクタンス検出回路のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流とし、回転位置検出回路は前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項７】
インダクタンス検出回路のしきい値は、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第１のしきい値とするとともに、前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第２のしきい値とし、回転位置検出回路は第１のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項８】
インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第１のしきい値と比較する第１の比較手段と、
前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第２のしきい値と比較する第２の比較手段と、
ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、
前記第１の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第１の伝達手段と、
前記第２の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第２の伝達手段と、を備え、
回転位置検出回路は第１の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項９】
第１、第２のしきい値を可変するしきい値可変手段を備えた
ことを特徴とする請求項７または請求項８記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項１０】
インダクタンス検出回路のしきい値または第１のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流をしきい値とし、回転位置検出回路は、前記進み角から一定の時間遅延させたときに回転子突極位置信号を出力し、制御回路は回転子突極位置信号に基づいて固定子巻線の駆動電流を切り替える駆動信号を出力することを特徴とする請求項２〜請求項９のいずれかに記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【請求項１１】
固定子巻線を複数個備え、前記複数の固定子巻線のうちインダクタンスを検出する前記固定子巻線に各々切り替えてインダクタンス検出回路に接続するスイッチを備えたことを特徴とする請求項２〜請求項１０のいずれかに記載のセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転位置センサなしで動作するセンサレス・スイッチドリラクタンスモータ（以下センサレスＳＲモータと称す）の駆動回路に関するものであり、特に回転子と固定子の位置関係によって変化する固定子巻線のインダクタンスの変化から回転子の位置を検出し、センサレスＳＲモータを駆動するセンサレスＳＲモータの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は従来の一般的なＳＲモータとその駆動回路を示すものである。１は固定子、３は巻線、５は回転軸４を中心として回転する回転子である。固定子１は、６個の固定子突極２と３組の巻線３（簡単のために一対のＵ相Ｕ１、Ｕ２だけを図示している）で構成されている。回転子５は積層鋼板で構成され、回転子５の回転軸４から外方向へ放射状に延び、回転子５の周辺部を中心にして円周方向に一様な間隔で４個の回転子突極６を構成している。回転子５と同様に、固定子１も積層鋼板で構成されている。
【０００３】
直径方向に相対する固定子突極２における巻線３は、同一方向に磁界を発生するように直列接続されて相巻線を構成しており、巻線数は３個（Ｕ、Ｖ、Ｗ）である。簡単のためにコイル組のＶ、Ｗは図示していないが、それらの相巻線に組み合わされる固定子突極に「Ｖ」、「Ｗ」の符号がつけられている。
【０００４】
７はＳＲモータを駆動する駆動回路であり、ＳＲモータのＵ相巻線Ｕ１とＵ２を励磁するために用いられる基本的な電気回路だけを図示している。８ａ、８ｂはＵ相巻線３に流れる電流をＯＮ、ＯＦＦする一対のトランジスタ、９ａ、９ｂはトランジスタ８ａ、８ｂがＯＦＦしたときに発生する逆起電力を回生する方向に流すためのダイオード、１０はＳＲモータを駆動するための電流を供給する電源である母線電圧、１１は回転子５の回転位置を検出する位置検出センサ、１２はトランジスタ対８ａ、８ｂのＯＮ−ＯＦＦを制御する制御回路である。
【０００５】
次に、動作について図１９、図２０により説明する。ＳＲモータの場合、固定子突極２が励磁されることにより回転子突極６が磁気抵抗が最小となる向きに回転子５が磁気吸引され回転するため、励磁された固定子突極２の磁極には依存しない。従って、駆動回路７から供給される電流は一方向の電流だけでいいことになる。そして、相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを順次励磁し、回転子突極６を固定子の励磁されている突極２に同期して向き合わせることにより回転子５を回転させる。
【０００６】
まず、Ｕ相巻線３に対しては、トランジスタ対８ａ、８ｂがＯＮすると、電源１０→トランジスタ８ａ→巻線Ｕ１とＵ２→トランジスタ８ｂの順に電流が流れる。トランジスタ対８ａ、８ｂがＯＦＦすると、巻線Ｕ１とＵ２に逆起電力が発生する。この逆起電力のエネルギーは、ダイオード９ａ→巻線Ｕ１とＵ２→ダイオード９ｂを通って回生される。
この励磁動作は各巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに対して順次行われ、モータとしての回転動作を行う。トランジスタ対８ａ、８ｂのＯＮ−ＯＦＦの切り替えるタイミングは、回転子５の回転位置を検出する位置検出センサ１１からの情報をもとに制御回路１２によって行われる。
【０００７】
図２０（ａ）〜（ｄ）は、固定子突極２と回転子突極６の位置関係をあらわしたものである。Ｕ相を基準に説明すると、図２０（ａ）のように固定子突極２と回転子突極６が離れているときにＵ相に電圧を印加すると、固定子突極２が励磁され磁気吸引力により固定子突極２に最も近い回転子突極６が磁気吸引される。
磁気吸引によって、図２０（ｂ）のように固定子突極２に回転子突極６が近づいていく。さらに固定子突極２に回転子突極６が近づき、図２０（ｃ）のように固定子突極２と回転子突極６が向かい合う。このとき、回転子突極６に働く吸引力は直径方向のみとなり回転子５を回転させるトルクは発生しない。さらに、図２０（ｄ）のように回転子５が回転すると、ふたたび、回転子突極６に回転方向の力が働き、回転子５に回転トルクが発生する。この時発生する回転トルクは、図２０（ａ）〜（ｃ）と反対に方向となる。回転子５が時計方向に回転しているとすれば、その回転を停止する制動力となる。
【０００８】
回転子５を一方向に回転させるためには、常に同じ方向のトルクが発生するようにしなければならない。そこで、図２０（ｃ）のように固定子突極３と回転子突極６が向かい合う前に固定子突極３の励磁を停止しなければならない。
このように、ＳＲモータを一定方向に回転するためには、回転子突極６に対する固定子突極２の位置に同期して、固定子巻線３に通電するタイミングを切り換えなければならない。このため、従来は回転子４の位置を検出するために、レゾルバ等の位置検出センサ１１によって回転子５の位置を検出し、その回転子位置信号を制御回路１２へ帰還することにより、固定子突極巻線３を回転子５の位置に同期して通電していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＳＲモータ駆動装置のように、位置検出センサ１１を設けることにより、ＳＲモータから出てくる結線が増えるため、例えば、圧縮機のような特殊な空間内で動かす場合は、その内と外を結ぶための端子の数が増してしまい形状やコストの面で制約を受けてしまう。このため、その位置検出センサ１１を不要とすることが望ましい。
【００１０】
図２１は回転子突極の回転角に対する固定子突極巻線のインダクタンスの一般的な変化を示したものである。図２１の回転角θ１はインダクタンスが最小で、固定子突極と回転子突極の位置関係は図２０（ａ）のようになっている。そこから図２０（ｂ）のように時計方向に回転すると、図２１のθ２のように固定子突極巻線のインダクタンスは増加していく。図２０（ｃ）の位置では、図２０のθ３のように最大値となる。さらに図２１（ｄ）のように回転させると、図２１のθ４のようにインダクタンスは減少していく。このように、固定子突極に対する回転子突極の位置によって固定子突極の巻線インダクタンスの大きさは、図２１のように周期的に変化する。
【００１１】
従って、固定子巻線を励磁するときの固定子突極に対する回転子突極の位置をあらかじめ決めておき、その時の固定子巻線のインダクタンスを求め、その値に達したときの固定子突極を励磁するタイミングを作るようにすれば、図１９の位置検出センサ１１を設けなくても回転子突極に同期して固定子突極を励磁することができる。
【００１２】
このように、ＳＲモータの特性を生かし、固定子突極巻線のインダクタンスを検出することにより回転子突極の位置を検出したものとして、例えば、特表平８−５０１９２０号公報に記載されたシャフト位置センサ無しでの切替式反作用モータの回転子位置感知装置では、ＳＲモータの励磁していない固定子突極巻線に連続的に変動する信号を印加し、その結果、出力される電流の振幅や位相を検出して回転子の位置を検出している。しかし、連続的に変動する信号やそれを増幅するための回路が必要になり、また、それらの信号を励磁していない固定子突極巻線に接続するための切換回路などが必要となり、回路が複雑になってしまうという問題があった。
【００１３】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、専用の回転位置検出センサを用いることなしに、簡単な回路により、ＳＲモータの回転子突極に対する固定子突極の位置を検出することができ、また、モータの回転速度、負荷状況に応じてセンサレス運転時の相駆動電流タイミングを最適化することができ、さらに、低騒音駆動する時に必要なオーバラップ通電制御をすることができるセンサレスＳＲモータの駆動回路を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路は、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を、一定の遅延時間毎に生成されるホールド信号に基づいて保持して前記固定子巻線に生じるインダクタンスの変化を連続的に検出するインダクタンス検出回路と、このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備える。
【００１５】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、サンプルホールド信号に基づいてステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を保持するサンプルホールド回路と、を備える。
【００１６】
また、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較して出力された比較信号を、一定の遅延時間毎に生成されるホールド信号に基づいて出力するインダクタンス検出回路と、このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備える。
【００１７】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較し、比較信号を出力する比較回路と、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、前記サンプルホールド信号により前記比較信号を伝達する伝達回路と、を備える。
【００１８】
また、インダクタンス検出回路のしきい値を可変にするしきい値可変手段を備える。
【００１９】
また、インダクタンス検出回路のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流とし、回転位置検出回路は前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせるものである。
【００２０】
また、インダクタンス検出回路のしきい値は、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第１のしきい値とするとともに、前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第２のしきい値とし、回転位置検出回路は第１のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせるものである。
【００２１】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第１のしきい値と比較する第１の比較手段と、前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第１の第２のしきい値と比較する第２の比較手段と、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、
前記第１の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第１の伝達手段と、前記第２の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第２の伝達手段と、を備え、回転位置検出回路は第１の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力するものである。
【００２２】
また、第１、第２のしきい値を可変するしきい値可変手段を備える。
【００２３】
また、インダクタンス検出回路のしきい値または第１のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流をしきい値とし、回転位置検出回路は、前記進み角から一定の時間遅延させたときに回転子突極位置信号を出力し、制御回路は回転子突極位置信号に基づいて固定子巻線の駆動電流を切り替える駆動信号を出力するものである。
【００２４】
また、固定子巻線を複数個備え、前記複数の固定子巻線のうちインダクタンスを検出する前記固定子巻線に各々切り替えてインダクタンス検出回路に接続するスイッチを備える。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、実施の形態１を図１を用いて説明する。図１は実施の形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の構成図、図２は図１のインダクタンス検出回路の構成図、図３はセンサレスＳＲモータの駆動タイミングを示す図、図４はセンサレスＳＲモータの駆動シーケンスのフローチャート、図５はセンサレスＳＲモータの駆動回路のステップ関数信号とインダクタンス検出のタイミングを示す図、図６はインダクタンス検出回路において固定子巻線インダクタス値の変化を検出する過程を示すタイミング図、図７は図６をマクロ表示した図、図８は回転位置検出回路にけるインダクタンス検出出力信号から回転位置信号への変換マップ図である。
【００２６】
図１は従来例の図１９で示した固定子突極が６つ、回転子突極が４つ、３相のスイッチドリラクタンスモータを用いたものであり、図において３ｕ、３ｖ、３ｗは図１９で示すスイッチドリラクタンスモータの固定子巻き線の各々ｕ相、ｖ相、ｗ相を示す。なお、図において１８の他の符号はｕ相，ｖ相，ｗ相に各々対応して各々示しているが、以下、ｕ，ｖ，ｗを省略した符号はｕ相，ｖ相，ｗ相に対応したものとして説明する。８ａｕ、８ｂｕはｕ相固定子巻き線３ｕに駆動電流を通電、停止するための半導体スイッチである。同様に８ａｖ、８ｂｖはｖ相固定子巻き線用、８ａｗ、８ｂｗはｗ相固定子巻き線用の半導体スイッチである。９ａｕ、９ｂｕはｕ相固定子巻線の駆動電流を前記８ａｕ、８ｂｕ半導体スイッチをｏｆｆした時に固定子巻線に蓄えらえれたエネルギを電源１０へ回生するためのダイオードである。同様に９ａｖ、９ｂｖはｖ相用回生ダイオード、９ａｗ、９ｂｗはｗ相用回生ダイオードである。
【００２７】
１３、１４、１５、１６、１７は固定子巻線３のインダクタンスを検出し固定子に対する回転子の位置を検出する回路を構成しており、各相に同じ回路構成のものが接続されている。１３は既知抵抗、１４は半導体スイッチで、ステップ関数信号発生回路１７からの駆動信号１９により電源１０から抵抗１３と巻線３にステップ電圧を印加する。１６は前記ステップ電圧印加後の抵抗１３と巻線３の接合部の電圧変化を検出することによりインダクタンスを検出するインダクタンス検出回路である。
【００２８】
１５はインダクタンス検出回路１６からの出力を得て、固定子に対する回転子の位置を検出する回転位置検出回路である。１８はステップ関数信号発生回路１７を駆動する信号を出し、回転位置検出回路１５からの信号により、固定子の位置を得て半導体スイッチ８をｏｎ、ｏｆｆしてセンサレスＳＲモータを駆動制御する制御回路である。
【００２９】
図２において２３はステップ関数信号発生回路出力１９をうけて既知Ｔ時間遅延後にサンプルホールド信号２８を発生するサンプルホールド信号発生回路、２4 はアナログスイッチ、２５はコンデンサ, ２６はサンプルホールド信号２８を受けた時点で、インダクタンス検出回路入力２１の電圧値を保持するサンプルホ−ルド回路、２７はＡ／Ｄ変換器で保持された電圧（アナログ値）をデジタル値に変換する回路である。
【００３０】
次に、動作を図３〜図６により説明する。図３（ａ）はｕ相固定子巻線３ｕのインダクタンスの変化を示す図、図３（ｂ）はｖ相固定子巻線３ｖのインダクタンスの変化を示す図、図３（ｃ）はｗ相の固定子巻線３ｗのインダクタンスの変化を示す図、図３（ｄ）は固定子巻線３ｕのインダクタンス値の変化に対応して固定子巻線３ｕの電流駆動用半導体スイッチ８ａｕ、８ｂｕのｏｎ、ｏｆｆタイミングを示す図、図３（ｅ）は固定子巻線３ｖのインダクタンス値の変化に対応して固定子巻線３ｖの電流駆動用半導体スイッチ８ａｖ、８ｂｖのｏｎ、ｏｆｆタイミングを示す図、図３（ｆ）は固定子巻線３ｗのインダクタンス値の変化に対応して固定子巻線３ｗの電流駆動用半導体スイッチ８ａｗ、８ｂｗのｏｎ、ｏｆｆタイミングを示す図である。
【００３１】
図３に示すように、半導体スイッチ８ａ、８ｂは対応する相の固定子巻線インダクタンスが直線状に上昇すする時期にｏｎでありその他はｏｆｆとする。例えば、ｕ相で説明すると図３（ａ）の固定子巻線３ｕのインダクタンスの変化に対しθ１からθ３の間、図３（ｄ）に示すように半導体スイッチ８ａｕ、８ｂｕがｏｎとなりθ３からθ７はｏｆｆとなる。θ１とθ７は同じタイミングでセンサレスＳＲモータが回転している間θ１からθ７までが一周期として連続的に半導体スイッチ８ａｕ、８ｂｕのｏｎ、ｏｆｆ動作が継続する。
【００３２】
ｖ、ｗ相に対しても図３（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）に各々示すようにｕ相固定子巻線３ｕの駆動と同様のタイミングで固定子巻線３ｖ、３ｗに駆動電流が流されている。
そして、半導体スイッチ８ａ、８ｂの通電タイミングは通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値が直線的に下降する時に、インダクタンス値を検出し、インダクタンス値がＬｍｉｎになったことを検出し、通電を終了した相の次の次の相に駆動電流を流し、通電を終了した相の次の相で、現在通電している相の電流停止を決定する。
【００３３】
例えば、ｕ相で説明するとｕ相の駆動電流印加のタイミングは、ｖ相固定子巻線のインダクタンス変化（下降部分）θ５からθ１の部分のインダクタンスを検出し、ｖ相固定子巻線のインダクタンス値がＬｍｉｎになった時点（θ１）でｕ相８ａｕ、８ｂｕの半導体スイッチをｏｎしｕ相に駆動電流を流す（図３（ｄ）参照）。また、同時にｗ相固定子の通電を８ａｗ、８ｂｗをｏｆｆして停止する（図３（ｆ）参照）。
【００３４】
この駆動シーケンスを図４のフローチャートにより説明する。説明を簡単にするため、まず、ｕ相固定子巻線３ｕに通電し（ステップＳ１）、ステップ回転子位置をθ３に固定したのち（図３の非通電の開始時点）ｕ相固定子巻線電流を停止し（ステップＳ２）、ｖ相固定子巻線３ｖを通電し（ステップＳ３）、センサレスＳＲモータを回転させ、ｕ相固定子巻線３のインダクタンス値を検出する（ステップＳ４）。
【００３５】
次に、ｖ相通電中にｕ相インダクタンスを検出しＬｍｉｎを検出したときに（ステップＳ５）、ｖ相電流ｏｆｆし、ｗ相通電開始する（ステップＳ６）。
Ｌｍｉｎを検出しないときはステップＳ４に戻る。次に、ｗ相通電中にｖ相インダクタンスを検出し（ステップＳ７）、ｖ相インダクタンスがＬｍｉｎを検出したときに（ステップＳ８）、ｗ相電流停止し、ｕ相通電開始する（ステップＳ９）、そして、ｗ相通電中にｖ相インダクタンスを検出し（ステップＳ１０）、ｗ相インダクタンスＬｍｉｎを検出したとき（ステップＳ１１）、ｕ相通電停止し、ｖ相を通電開始する（ステップＳ１２）。以下このシーケンスが周期的に継続しセンサレスＳＲモータが固定子に対する回転子位置と同期をとりながら回転駆動される。
【００３６】
次に、ステップ関数信号発生回路１７とインダクタンス検出回路１６の動作について図５により詳しく説明する。
図５（ａｕ）はｕ相固定子巻線のインダクタンス値の変化を示す図、図５（ｂｖ）はｖ相固定子巻線のインダクタンス値の変化を示す図、図５（ｃｕ）はｕ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｕを示す図（ｈｉｇｈレベルでイネーブル）、図５（ｄｕ）はｕ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｕがイネーブルとなるとステップ関数信号発生回路１７が周期的に発生する矩形波を示す図、図５（ｃｖ）はｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｖを示す図（ｈｉｇｈレベルでイネーブル），図５（ｄｖ）はｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｖがイネーブルとなるとステップ関数信号発生回路１６が周期的に発生する矩形波を示す図，図５（ｃｖ）はｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｗを示す図（ｈｉｇｈレベルでイネーブル），図５（ｄｗ）はｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｗがイネーブルとなるとステップ関数信号発生回路１６が周期的に発生する矩形波を示す図である。
【００３７】
まず、ｕ相においては、図５（ａｕ）に示すようにθ３〜θ５でｕ相巻線インダクタンスが直線的に下降する領域で、制御回路１８の指令によりインダクタンス検出回路１６においてｕ相インダクタンス検出を開始する。このとき、図５（ｃｕ）に示すようにステップ関数信号発生回路１７が、ｕ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｕを出力する。そして、図５（ｃｕ）でｕ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｕがイネーブルとなると、図５（ｄｕ）に示すように、ステップ関数信号発生回路１６が周期的な矩形波を発生する。
【００３８】
そして、ｖ相においても同様であり、図５（ａｖ）に示すようにθ５〜θ７でｖ相巻線インダクタンスが直線的に下降する領域で、制御回路１８の指令によりインダクタンス検出回路１６においてｖ相インダクタンス検出を開始する。このとき、図５（ｃｖ）に示すようにステップ関数信号発生回路１７が、ｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｖを出力する。そして、図５（ｃｖ）でｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｖがイネーブルとなると、図５（ｄｖ）に示すように、ステップ関数信号発生回路１６が周期的な矩形波を発生する。
【００３９】
ｗ相においても同様であり、図５（ｃｗ）に示すようにｖ相用ステップ関数信号発生回路制御信号２０ｖを発生し，図５（ｄｗ）に示すようにステップ関数信号発生回路１６が矩形波を発生する。
【００４０】
これらの矩形波の周期は早ければ早いほど位置検出精度があがる。後述の入力信号２１の電圧変化時間が抵抗１３の抵抗値Ｒと固定子巻き線３のインダクタンスＬで作る時定数Ｌ／Ｒで決まるので、Ｌが１０ｍＨ、Ｒが１ＫΩであれば時定数は１０μＳＥＣであり、周期的な矩形波はおよそ時定数の倍の２０μＳＥＣの周期（５０Ｋｈｚ）で固定子巻線と抵抗１３へ印加可能である。抵抗１３の抵抗値は固定子巻線の抵抗値とは通常２桁以上の差があり、位置検出のために固定子に流れる電流は微小でトルクの発生にはほとんど寄与しないと考えてよく、また位置検出に使用される電力も極小さなものである。
【００４１】
次に、ステップ関数信号発生回路出力１９に対するインダクタンス検出回路１６の動きを図３、図６により説明する。
図６（ａ）はインダクタンス検出回路１６への入力信号２１を示す図、図６（ｂ）はステップ関数信号発生回路出力１９を示す図、図６（ｃ）は既知Ｔ時間後にインダクタンス検出回路入力２１の電圧をサンプルホールドするためのサンプルホールド信号２８を示す図、図６（ｄ）はサンプルホールド信号によりインダクタンス検出回路入力２１から保持された電圧を示す図である。
【００４２】
ステップ関数信号発生回路出力１９により半導体スイッチ１４がｏｎ状態となり電源１０の電圧がステップ関数的に抵抗１３と固定子巻線３に印加される。ステップ関数的に印加された電圧により抵抗１３に流れる電流は、固定子巻線３の抵抗値が抵抗１３より非常に小さい場合、抵抗１３によって決まり、駆動トルクに関与しない微少電流となるよう抵抗１３の値が決められている。
抵抗１３の抵抗値をＲ、固定子巻線３のインダクタンス値をＬ、電源１０の電圧がＶｂとするとインダクタンス検出回路１６への入力信号２１は以下の時間ｔの関数で示される。
Ｖ＝Ｖｂｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ＊ｔ）      …（１）
【００４３】
図６（ａ）は（１）式で示される関数で変化する電圧を示している。ステップ関数信号発生回路１７と半導体スイッチ１４が固定子巻線３と抵抗１３にステップ電圧を印加し既知Ｔ時間後のインダクタンス検出回路１６への入力信号電圧はＶｓは
Ｖｓ＝Ｖｂｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ＊Ｔ）    …（２）
となりこの時の固定子巻線インダクタンス値Ｌは
Ｌ＝ＲＴｌｎ（Ｖｂ／Ｖｓ）          …（３）
で求めることができる。
【００４４】
また、固定子巻線のインダクタンス値の最小値Ｌｍｉｎが既知であるのでその時のインダクタンス検出回路１６への入力信号２１の電圧  Ｖｓｍｉｎは
Ｖｓｍｉｎ＝Ｖｂｅｘｐ（−Ｒ／Ｌｍｉｎ＊Ｔ）    …（４）
で示される。
【００４５】
一方、図２に示すサンプルホールド信号発生回路２３はステップ関数信号発生回路出力１９をうけて既知Ｔ時間遅延後に、図６（ｃ）に示すサンプルホールド信号２８を発生する。そして、サンプルホールド回路２６はサンプルホールド信号２８を受けた時点で、図６（ｄ）に示すように、インダクタンス検出回路入力２１の電圧値を保持し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル値に変換して出力する。
このように、固定子巻線３のインダクタンス変化はインダクタンス検出回路１６によりインダクタンス値と相関のある電圧値へ変換される。
【００４６】
図６ではインダクタンス検出のところだけ示しているが、これを連続的に示したものが図７であり、図６をマクロ表示したものであり、回転角θ３〜θ５の間の変化を示している。
図７（ａ）は固定子巻線のインダクタンス変化（直線的下降）を示す図、図７（ｂ）はそのインダクタンス値を検出するためのステップ関数信号発生回路出力１９のステップ関数信号を示す図、図７（ｃ）はインダクタンス検出回路１６でサンプルホールドされた電圧を示す図である。
図から分かるように、インダクタンス検出回路で得られた電圧変化は、固定子巻線３のインダクタンス変化と相似関係のものが得られる。
【００４７】
次に、図１に示した回転位置検出回路１５はインダクタンス検出回路１６にて検出された固定子巻線インダクタンス値と相関ある電圧値に基づいて、固定子の位置を計算し相駆動電流の通電（転流）タイミングを決定する。すなわち、図４のフローチャートのステップＳ５、８、１１に示すように固定子巻線がＬｍｉｎとなる電圧となったことを検出して制御回路１８へ相電流を切りかえる信号を出力する。
【００４８】
なお、駆動するモータが既知の場合、固定子巻線３のインダクタンス特性は既に分かっているので、固定子巻線３のインダクタンス値の最大値Ｌｍａｘや最小値Ｌｍｉｎも既知である。
【００４９】
なお、図８に示すようにインダクタンス検出回路入力と回転位置θとの変換を、回転位置検出回路１５において、（３）式やメモリによる変換テーブルで行うことも可能である。
また、Ｌｍｉｎが分かっているので回転位置検出回路１５は（４）式をもってＶｓｍｉｎを検出することで相電流の切替タイミングとしてもよいことが分かる。
また、相駆動電流を急峻に立上げるには位相（位置）θ１、θ３、θ５より少し早い位置（位相α）で駆動電流を流すことも実際には行われており、その駆動タイミングはＬｍｉｎより少し大きな値Ｌθαにて発生するインダクタンス検出回路入力値  Ｖｓαで相電流を切りかえることも行っている。
【００５０】
以上のように、固定子に対する回転子の位置をモータ駆動中に連続的に検出ができ、モータが加速中であったり、大きな負荷変動でモータ回転子の速度が急変しても回転子の位置を正確にとらえ、駆動電流の切替が可能である。
【００５１】
実施の形態２．
実施の形態１では固定子巻線インダクタンスを連続して検出するので、モータの駆動条件を自由に変えることが可能であるが回路が複雑であったり高性能なマイクロコンピュータが必要となる場合もある。本実施の形態は、インダクタンス検出回路を簡単な回路構成として、センサレスＳＲモータをセンサレス駆動するものである。
【００５２】
図９は実施の形態２であるセンサレスＳＲモータの駆動回路のインダクタンス検出回路の構成図、図１０はインダクタンス検出回路において固定子巻線インダクタス値の変化を検出する過程を示すタイミング図、図１１は図１０をマクロ表示した図である。
【００５３】
図９において２９、３０は電源１０の電圧Ｖｂに対して分圧して、しきい値電圧Ｖｓｍｉｎ３３を作る既知抵抗、３１はインダクタンス検出回路入力信号２１をしきい値電圧Ｖｓｍｉｎ３３でコンパレートするコンパレータ、２３はステップ関数信号発生回路出力１９をうけて既知Ｔ時間遅延後にサンプルホールド信号２８を発生するサンプルホールド信号発生回路、３２はコンパレータ３１でしきい値Ｖｓｍｉｎでコンパレートされた出力をサンプルホールド信号２８でラッチするＤ型フリップフロップ回路である。
【００５４】
次に、図１０により動作を説明する。図１０（ａ）はインダクタンス検出回路入力信号２１を示す図、図１０（ｂ）はステップ関数信号発生回路出力１９を示す図、図１０（ｃ）はコンパレータ出力を示す図、図１０（ｄ）はサンプルホールド回路信号２８を示す図、図１０（ｅ）はインダクタンス検出回路出力を示す図である。
【００５５】
まず、電源１０の電圧Ｖｂに対して抵抗２９と３０で分圧し、しきい値電圧Ｖｓｍｉｎ３３を作る。Ｖｓｍｉｎ３３は抵抗２９、３０の抵抗値がＲ２９、Ｒ３０の場合
Ｖｓｍｉｎ＝Ｖｂ＊Ｒ３０／（Ｒ２９＋Ｒ３０）＝Ｖｂｅｘｐ（−Ｒ／Ｌｍｉｎ＊Ｔ）
となるＲ２９、Ｒ３０を選定する。
【００５６】
次に、実施の形態１の図１に示すように、ステップ関数信号発生回路出力１９と半導体スイッチ１４により抵抗１３、固定子巻線３にステップ電圧が印加された時の固定子巻線３と抵抗１３接合部の電圧変化が、図１０（ａ）に示すインダクタンス検出回路入力信号２１として、インダクタンス検出回路に入力される。
そして、コンパレータ３１は、インダクタンス検出回路入力信号２１を、しきい値電圧Ｖｓｍｉｎ３３でコンパレートし、図１０（ｃ）に示すようにｈｉｇｈＬｏｗの２値に変換されたコンパレータ出力信号を出力する。一方、サンプルホールド信号発生回路２３はステップ関数信号発生回路出力１９をうけて既知Ｔ時間遅延後に、図１０（ｄ）に示すようにサンプルホールド信号２８を発生する。
次に、Ｄ型フリップフロップ回路３２はコンパレートされた出力をサンプルホールド信号２８でラッチし、図１０（ｅ）に示すインダクタンス検出回路出力３７を出力する。
【００５７】
このインダクタンス検出回路出力３７のＨｉｇｈからＬｏｗへの変化信号は固定子巻線のＬｍｉｎとなる回転子位置を示しており、回転位置検出回路１５はインダクタンス検出回路出力３７から相駆動電流を切り替える回転位置θ１、θ３、θ５を直に検出する。
【００５８】
図１１は図１０をマクロ表示したものであり、固定子巻線のインダクタンスの変化全容に対してインダクタンス検出回路出力の関係を示した図である。
図１１（ａ）は固定子巻線インダクタンスを示す図、図１１（ｂ）はステップ関数信号発生回路出力１９を示す図、図１１（ｃ）はインダクタンス検出回路入力２１を示す図、図１１（ｄ）はインダクタンス検出回路出力３７を示す図である。図からわかるようにインダクタンス検出回路出力３７は、回転角θ１〜θ５の間で連続的に変化するのでなく、しきい値電圧Ｖｓｍｉｎ３３となったときｌｏｗと変化する。
【００５９】
以上のように、インダクタンス検出回路に固定のしきい値を設定したので、インダクタンス検出回路、回転位置検出回路を簡略化でき低コストなセンサレス駆動駆動回路を得ることができる。
【００６０】
実施の形態３．
図１２は実施の形態３であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の構成図、図２は図１のインダクタンス検出回路の構成図である。
実施の形態２の図９に示したインダクタンス検出回路１６との違いは、しきい値電圧３３が、制御回路より与えられた指示信号３５により、しきい値可変手段であるＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換回路３６によって可変電圧で設定される点である。
【００６１】
相駆動電流のタイミングはセンサレスＳＲモータを高効率もしくは低騒音に駆動するために通電電流はモータの負荷や回転数に応じて相駆動電流の切替タイミングであるθ１、θ３、θ５より早いタイミングで相電流を切りかえる必要があるセンサレスＳＲモータもある。例えば、固定子に電流を回転子との位置（位相）を固定して通電した場合、モータの回転速度が速い場合、実際に流れる電流は固定子のインダクタンスの影響で電流の立ち上がりが遅れるため、所望のトルクを得られず、効率を低下させることとなる。また、負荷が大きい場合には前記電流の立ち上がりの問題と相切替時の電流ｏｆｆ時にも固定子巻線に残ったエネルギーを電源に回生するのに時間を要し、一部ブレーキとして働くため効率を低下させたり騒音を増大さることとなるため、通電（転流）タイミングを早めることで効率低下や騒音を低減可能となる。
【００６２】
本実施の形態では、Ｄ／Ａ変換回路３６で設定した可変のしきい値により、θ１，θ３，θ５より少し小さい回転位置θ１−α時の固定子巻線インダクタンス値Ｌθαに相当するインダクタンス検出回路でしきい値電圧をＶｓｍｉｎより少し大きなＶｓαに設定することで、相駆動電流のタイミングを通常回転子位置より早い（位相の進んだ）状態で切り替えることが可能になる。制御回路１８はセンサレスＳＲモータの負荷電流値や回転数を検出して効率や騒音が最適になるようしきい値電圧３３を指示信号３５で可変にする。
【００６３】
以上のように、インダクタンス検出回路に可変のしきい値を設定することでモータの回転速度、負荷状況に応じてセンサレス運転時の相駆動電流タイミングを最適化することができる。
【００６４】
実施の形態４．
センサレスＳＲモータの相駆動電流は実施の形態１，２，３で示してきた様に相の駆動電流を流すタイミングと既に駆動している相電流を停止するタイミングは同時である場合が多い。しかし、センサレスＳＲモータは、時として効率は良いが騒音値が高く問題となる場合もあり、その時に行われるセンサレスＳＲモータ駆動制御方法として相駆動電流をラップさせて流す方法（以下オーバラップ通電と称す）がある。
本実施の形態は、相駆動電流を流すタイミングをθ１（θ３、θ５）より早い回転位相θ１−αにて相の通電を開始し、回転角θｏ後に既に通電していた相電流を停止させ、オーバラップ通電をするものである。
【００６５】
図１３は実施の形態４であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の回転位置検出回路の構成図、図１４は固定子巻線のインダクタンス値の変化に対するオーバラップ通電の駆動タイミングを示す図である。インダクタンス検出回路１６は、例えば、実施の形態２の図９に示したものが使用される。
【００６６】
図１３において、３７はインダクタンス検出回路信号出力であり、３８はインダクタンス検出回路信号３７を受けて、制御回路１８へ相駆動電流を流すことを指示する信号、３９はモータ回転速度からθｏに相当する位相分の遅延時間を待って既に駆動している相電流を停止することを指示する信号である。
【００６７】
このような構成の動作を実施の形態２の図１０、図１１及び本実施の形態の図１４により説明する。図１４（ａ）はｕ相固定子巻線のインダクタンス値を示す図、図１４（ｂ）はｕ相の駆動電流を制御する半導体スイッチ８の駆動タイミングを示す図、図１４（ｃ）はＶ相、図１４（ｄ）はｗ相の駆動電流を制御する半導体スイッチ８の駆動タイミングを示す図、図１４（ｅ）はインダクタンス検出回路出力信号３７を示す図、図１４（ｆ）はｗ相固定子に通電を指示する信号３８を示す図、図１４（ｇ）は回転角θｏに相当する遅延時間後に、既に通電しているＶ相電流の停止を指示する信号３９を示す図である。
【００６８】
まず、インダクタンス検出回路１６のしきい値電圧３３を、図１４（ａ）に示すように回転子位置θ１−αの時に示す固定子巻線インダクタンス値Ｌθαに対応した電圧Ｖθαに設定する。
図１０（ｅ）、図１１（ｄ）で示したように、しきい値がＶθαの時（図ではしきい値はＶｓｍｉｎとなっている）に、インダクタンス検出回路１６はｈｉｇｈからＬｏｗへの信号変化を出力３７として回転位置検出回路１５へ入力する（図１４（ｅ）参照）。
【００６９】
回転位置検出回路１５は今までに入力された回転位置θ１−αを示すインダクタンス検出回路出力３７の時間間隔から、センサレスＳＲモータの回転速度を計算しオーバラップ角θｏの位置を、θ―α検出時からの遅延時間で推定する。そして、回転位置検出回路１５はθ１−αの位置を示すインダクタンス検出回路信号３７を受けて、制御回路１８へ相駆動電流を流すことを指示する信号３８を出し（ｗ相の場合の通電指示信号を示す図１４（ｆ）及びｕ相の駆動電流を流す半導体スイッチ８の駆動タイミングを示す図１４（ｂ）参照）、その後、現在のモータ回転速度からθｏに相当する位相分の遅延時間を待って既に駆動している相電流を停止することを指示する信号３９を出力する（図１４（ｇ）、図１４（ｃ）参照）。
【００７０】
以上のように、相駆動電流開始位置をインダクタンス検出回路で求め、現行のモータ回転速度からオーバラップ角度分の遅延時間を設定し、既に通電している相の駆動電流を停止することにより、低騒音駆動する時に必要なオーバラップ通電制御をすることができる。
【００７１】
なお、インダクタンス検出回路は実施の形態３の図１２で示す可変しきい値タイプでもよい。この場合はθ―αなる回転位置をモータの回転速度、負荷状況に応じて変更可能である。
【００７２】
実施の形態５．
オーバラップ通電を行うために実施の形態４ではθｏに相当する回転速度から求められる遅延時間を利用して相の駆動電流開始時間と既に駆動している相の電流停止時間をずらし、相通電を２相の間でθｏだけオーバラップさせたが、本実施の形態は、固定子巻線のインダクタンス値に対してθ１−αとθ１−α＋θｏに相当するＬθα、Ｌθｏを検出する第１、第２の２つのしきい値を設け、オーバラップ通電を行うものである。
【００７３】
図１５は実施の形態５であるセンサレスＳＲモータの駆動回路のインダクタンス検出回路の構成図である。
図１５は実施の形態２の図９に抵抗４２、４３、コンパレータ４０、Ｄ型フリップフロップ回路４１を加えたものである。
【００７４】
この構成により、回転位置θ１−αを検出するためのしきい値Ｖθαは抵抗２９、３０と電源１０によって設定され、回転位置θ１−α＋θｏを検出するためのしきい値Ｖθｏは抵抗４２、４３と電源１０によって設定される。
コンパレータ３１、４０、Ｄ型フリップフロップ回路３２、４１等の動作は実施の形態２と同じであり、説明を省略する。
【００７５】
このように、回転角θ１−αを検出してインダクタンス検出回路信号３７を回転位置検出回路１５に出力し、回転位置検出回路１５は、制御回路１８へ相駆動電流を流すことを指示する信号を出し、制御回路１５は半導体スイッチ８を駆動させ、相駆動電流を流す。また、回転角θ１−α＋θｏを検出してインダクタンス検出回路信号４５を回転位置検出回路１５に出力し、回転位置検出回路１５は、制御回路１８へ相駆動電流を停止することを指示する信号を出し、制御回路１８は半導体スイッチ８を停止させ、相駆動電流を停止させオーバラップ通電を行う。
【００７６】
以上のように、インダクタンス検出回路に固定の２つのしきい値を設け、相駆動電流開始位置と既に通電している相駆動電流の停止位置をそれぞれに制御し、モータ回転速度変動があっても正確なオーバラップ通電をすることができる。
【００７７】
実施の形態６．
オーバラップ通電を行うために実施の形態５では固定子巻線のインダクタンス値に対して、θ１−αとθ１−α＋θｏに相当するＬθα、Ｌθｏを検出する２つのしきい値に各々対応したＤ型フリップフロップ回路を２つを設け、オーバラップ通電を行ったが、本実施の形態は、Ｄ型フリップフロップ回路を１つでオーバラップ通電を行うものである。
【００７８】
図１６は実施の形態６であるセンサレスＳＲモータの駆動回路のインダクタンス検出回路の構成図である。
図１６は実施の形態５の図１５において、Ｄ型フリップフロップ回路４１を省き、トランジスタ（スイッチング素子）４７を加えたものである。
【００７９】
この構成により、トランジスタ（スイッチング素子）４７をｏｆｆすることでで抵抗２９、抵抗３０と抵抗４６の和の抵抗と電源１０によって回転位置θ１−αを検出するためのしきい値〓θαが設定される。そして、トランジスタ４７をｏｎすることで、抵抗４６の両端がショート状態となり、抵抗２９、抵抗３０と電源１０によって回転位置θ１−α＋θｏを検出するためのしきい値〓θｏが設定される。
従って、測定期間の初期はトランジスタ４７をｏｆｆさせて回転位置θ１−αを検出する出力３７が得られた後に、トランジスタ４７をｏｎさせて回転位置θ１−α＋θｏを検出する出力３７を得ることにより、回転位置検出回路１５及び制御回路１８は半導体スイッチ８を制御してオーバラップ通電を行う。
【００８０】
以上のように、実施の形態５に比べＤ型フリップフロップ回路を１個削減して、インダクタンス検出回路に固定の２つのしきい値を設け、相駆動電流開始位置と既に通電している相駆動電流の停止位置をそれぞれに制御し、モータ回転速度変動があっても正確なオーバラップ通電をすることができ、コストを低減することができる。
実施の形態７．
実施の形態５、６では固定の２つのしきい値を設け、オーバラップ通電を実現したが、本実施の形態は、回転速度や負荷に応じてオーバラップ通電角度θｏや、相通電タイミングθ１−αを可変としたものである。
【００８１】
回路構成は実施の形態３の図１２で示すしきい値可変手段であるＤ／Ａ変換回路３６を２回路もつものであり、実施の形態５において、固定子巻線のインダクタンス値に対してθ１−αとθ１−α＋θｏに相当するＬθα、Ｌθｏを検出する２つのしきい値に対して、オーバラップ通電角度θｏや、相通電タイミングθ１−αを可変させる。
【００８２】
また、図１２のインダクタンス検出回路１６で、まずＶθαのしきい値でθ１−αなる回転位置を検出し、回転位置検出回路１５、制御回路１８にて相駆動電流を通電開始させ、後にしきい値をｖθｏに設定し直し、θ１−α＋θｏなる回転位置を検出し、回転位置検出回路１５、制御回路１８にて既に駆動している相の駆動電流を停止させることもできる。
【００８３】
以上のように、固定しきい値を可変にし、モータの回転速度、負荷に応じて通電タイミング、オーバラップ通電角度などを自由に設定することができセンサレスＳＲモータを高性能に活用することができる。
【００８４】
実施の形態８．
センサレスＳＲモータの固定子巻線のインダクタンス値は理想的には直線状に上昇、直線状に下降する三角波状の特性をもつが、実際のセンサレスＳＲモータの固定子巻線インダクタンス値変化は三角波が鈍ったような形状となっており、インダクタンス値の最小値が相駆動電流の切替タイミングとならないことがある。本実施の形態は、これを改善するものである。
【００８５】
実施の形態８の回路構成は、インダクタンス検出回路は実施の形態２、回転位置検出回路は実施の形態４の図１３と各々同じであり、動作について図１７により説明する。
図１７は通電駆動のタイミングを示す図であり、図１７（ａ）はｕ相固定子巻線の理想的な回転位置に対するインダクタンス値変化を示す図、図１７（ａ‘）は実際のｕ相固定子巻線の回転位置に対するインダクタンス値変化を示す図、図１７（ｂ）はｕ相固定子巻線への駆動電流を制御する半導体スイッチ８の駆動タイミングを示す図、図１７（ｃ）はＶ相、図１７（ｄ）はｗ相の駆動電流を制御する半導体スイッチ８の駆動タイミングを示す図、図１７（ｅ）はインダクタンス検出回路出力信号３７を示す図、図１７（ｆ）は回転位置検出回路１５の出力信号を示す図である。
【００８６】
センサレスＳＲモータの固定子巻線インダクタンス値は理想的には図１７（ａ）に示すように直線状に上昇、直線状に下降する三角波状の特性をもつが、実際のセンサレスＳＲモータ（特にインダクタンス変化が大きく取れないモータ等）の固定子巻線インダクタンス値の変化は図２０（ａ‘）に示す如く三角波が鈍ったような形状となっており、インダクタンス値の最小値が相駆動電流の切替タイミングとならないことがある。そこで、固定子巻線の回転位置に対するインダクタンス値変化を実測してθ１（θ３、θ５）となるインダクタンス値にしきい値を設け相駆動電流を切り替えるθ１を検出することもできるが、しきい値前後でインダクタンス値の変化が大きなところ（インダクタンス値変化が急峻なところ）にしきい値を設定した方が回転位置を精度よくとれる。
【００８７】
本実施の形態では、図１７（ａ’）に示すように、しきい値前後でインダクタンス値変化が大きくとれるθ１−θｄの位置に相当するしきい値Ｌθｄに対応するしきい値電圧Ｖθｄを設定し、現在のモータ回転速度からθｄに相当する遅延時間をもってθ１を推定して相駆動電流を切りかえるものである。
【００８８】
本実施の形態の動作は、まず、実施の形態２の図９におけるインダクタンス検出回路１６のしきい値電圧３３を、図１７（ａ’）に示すように回転子位置θ１−ｄの時に示す固定子巻線インダクタンス値Ｌθｄに対応した電圧Ｖθｄに設定する。
インダクタンス検出回路１６は、図１７（ｅ）に示すように、しきい値がインダクタンス値Ｌθｄに対応した電圧Ｖθｄのとき、回転子位置がθ―ｄであることを検出し、ｈｉｇｈからＬｏｗへの信号変化を出力３７として回転位置検出回路１５へ出力する。
【００８９】
回転位置検出回路１５は、図１７（ｆ）に示すように、信号３７を受けて、モータ回転速度からθｄに相当する遅延時間後に回転子位置がθ１になったことを制御回路１８に知らせ、制御回路１８は図１７（ｄ）に示すようにｗ相固定子巻線３ｗに通電を指示する信号３８と、ｖ相固定子巻線３ｖに通電を停止する信号３９とを出力する。
【００９０】
以上のように、実測の固定子巻線インダクタンス値変化が三角波状から鈍った特性が得られた場合にインダクタンス検出回路においてしきい値レベル前後でインダクタンス変化が大きいところにしきい値を設定し、検出すべき相切替位置をモータの回転速度から求められる遅延時間をもって推定し、モータをセンサレス運転するので、インダクタンス変化が大きく取れないモータでも回転位置の検出精度を上げ、信頼性の高い駆動を行うことができる。
【００９１】
なお、実施の形態８は実施の形態３、５、６に対しても併用可能である。
【００９２】
実施の形態９．
実施の形態１で示したセンサレスＳＲモータの駆動回路では、固定子巻線のインダクタンス値を検出するためにインダクタンス検出回路１６と回転位置検出回路１５が各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に対応して配置されている。
本実施の形態では、一つのインダクタンス検出回路１６と一つの回転位置検出回路１５を設け、固定子巻線インダクタンスを検出する相にスイッチにより接続し相駆動電流切替タイミングを検出し、相駆動電流が切り替わった時点で次の相駆動電流タイミングを検出するために次ぎに対象となる固定子巻線のインダクタンス値を計測する相にインダクタンス検出回路を接続するものである。
【００９３】
図１８は実施形態９であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の構成図である。
図において、４８はインダクタンス検出回路を検出対象となる相の電圧検出個所と接続する半導体スイッチ（アナログスイッチ）であり、制御回路からの信号４９により３相の電圧検出箇所から一つを選択し、インダクタンス検出回路１６に接続する。インダクタンス検出回路１６は例えば実施の形態２で示した図９の構成でよい。
【００９４】
次に、実施の形態１の図３により動作を説明する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は各相のインダクタンス値の変化を示し、（ｄ）はｕ相の駆動電流を流すタイミング、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれｖ、ｗ相の駆動電流を流すタイミングを示している。
なお、固定子巻線３のインダクタンス特性は３相でほぼ同じと考えてよく、θ１の位置に対応するインダクタンス値は一義的に決まり、センサレスＳＲモータが理想的でればそれに対応したしきい値はＶｓｍｉｎを使用する。
【００９５】
インダクタンス検出回路１６と半導体スイッチ４８の接続は、まず、図３（ａ）、（ｄ）に示すようにθ１〜θ３でｕ相に駆動電流が流れている場合、インダクタンス検出回路１６を半導体スイッチ４８と制御回路からの切替信号４９にてｗ相に接続し、ｕ相駆動電流を停止し、ｖ相駆動電流を開始するタイミングθ３を検出する（図３（ｃ）参照）。
駆動電流がθ３でｖ相に切り替わった時点で（図３（ｅ）参照）、インダクタンス検出回路１６は半導体スイッチ４８と制御回路からの切替信号４９にてｕ相に接続し、相駆動電流切替タイミングであるθ５を検出する（図３（ａ）参照）。θ５で駆動電流がｗ相に切り替わった時点で（図３（ｆ）参照）、次にインダクタンス検出回路１６は半導体スイッチ４８と制御回路からの切替信号にてｖ相に接続し相駆動電流切替タイミングであるθ７（θ１）を検出する（図３（ｂ）参照）。以下モータが回転駆動中このシーケンスが繰り返される。
【００９６】
以上のように、インダクタンス検出回路をスイッチにより、検出したい固定子巻線へ接続するので、インダクタンス検出回路を各相で共通利用することができ、回路構成を少なくすることができる。また、スイッチがインダクタンス検出回路、回転位置検出回路より一般に安価であるので、低コスト化をはかることができる。
【００９７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されるため以下のような効果が得られる。
【００９８】
この発明に係わるセンサレス・スイッチドリラクタンスモータの駆動回路は、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を、一定の遅延時間毎に生成されるホールド信号に基づいて保持して前記固定子巻線に生じるインダクタンスの変化を連続的に検出するインダクタンス検出回路と、このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備えたので、回転位置検出センサを用いることなしに、簡単な回路により、固定子に対する回転子の位置をモータ駆動中に連続的に検出し、モータ回転子の速度が急変しても回転子の位置を検出し、駆動電流の切替をすることができる。
【００９９】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、サンプルホールド信号に基づいてステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流の値を保持するサンプルホールド回路と、を備えたので、回転位置検出センサを用いることなしに、簡単な回路により、固定子に対する回転子の位置をモータ駆動中に連続的に検出し、モータ回転子の速度が急変しても回転子の位置を検出し、駆動電流の切替をすることができる。
【０１００】
また、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路と、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固定子巻線と、電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較して出力された比較信号を、一定の遅延時間毎に生成されるホールド信号に基づいて出力するインダクタンス検出回路と、このインダクタンス検出回路により検出された検出信号に基づいて、前記回転子突極の位置を検出し回転子突極位置信号を出力する回転位置検出回路と、この回転位置検出回路からの回転子突極位置信号に基づいてセンサレス・スイッチドリラクタンスモータを駆動制御する駆動信号を出力する制御回路と、を備えたので、インダクタンス検出回路、回転位置検出回路を簡略化することができる。
【０１０１】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、しきい値と比較し、比較信号を出力する比較回路と、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、前記サンプルホールド信号により前記比較信号を伝達する伝達回路と、を備えたので、インダクタンス検出回路、回転位置検出回路を簡略化することができる。
【０１０２】
また、インダクタンス検出回路のしきい値を可変にするしきい値可変手段を備えたので、モータの回転速度、負荷状況に応じてセンサレス運転時の相駆動電流タイミングを最適化することができる。
【０１０３】
また、インダクタンス検出回路のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流とし、回転位置検出回路は前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせるので、低騒音駆動する時に必要なオーバラップ通電制御をすることができる。
【０１０４】
また、インダクタンス検出回路のしきい値は、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第１のしきい値とするとともに、前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流を第２のしきい値とし、回転位置検出回路は第１のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２のしきい値に基づいた前記インダクタンス検出回路の出力信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力し、相駆動電流をラップさせるので、モータ回転速度変動があっても正確なオーバラップ通電をすることができる。
【０１０５】
また、インダクタンス検出回路は、ステップ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第１のしきい値と比較する第１の比較手段と、前記進み回転角から一定の回転角を遅らせた回転角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流の第１の第２のしきい値と比較する第２の比較手段と、ステップ関数信号に基づいてあらかじめ定められた遅延時間経過したときにサンプルホールド信号を出力するサンプルホールド信号発生回路と、
前記第１の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第１の伝達手段と、前記第２の比較手段から出力された比較信号を、前記サンプルホールド信号に基づいて伝達する第２の伝達手段と、を備え、回転位置検出回路は第１の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の次の相の駆動指示信号を出力するとともに、第２の伝達手段から出力された検出信号に基づいて、前記通電を終了した相の次の相で現在駆動している相の電流を、前記進み角から一定の時間遅延させて停止させる駆動指示信号を出力するので、モータ回転速度変動があっても正確なオーバラップ通電をすることができる。
【０１０６】
また、第１、第２のしきい値を可変するしきい値可変手段を備えたので、モータの回転速度、負荷に応じて通電タイミング、オーバラップ通電角度などを自由に設定することができセンサレスＳＲモータを高性能に活用することができる。
【０１０７】
また、インダクタンス検出回路のしきい値または第１のしきい値を、通電を終了した相の固定子巻線のインダクタンス値に対応した電圧または電流が最小値になったときの回転子の回転角を一定の角度だけ進ませた進み角のときの固定子巻線インダクタンス値に対応した電圧または電流をしきい値とし、回転位置検出回路は、前記進み角から一定の時間遅延させたときに回転子突極位置信号を出力し、制御回路は回転子突極位置信号に基づいて固定子巻線の駆動電流を切り替える駆動信号を出力するので、インダクタンス変化が大きく取れないモータでも回転位置の検出精度を上げ、信頼性の高い駆動を行うことができる。
【０１０８】
また、固定子巻線を複数個備え、前記複数の固定子巻線のうちインダクタンスを検出する前記固定子巻線に各々切り替えてインダクタンス検出回路に接続するスイッチを備えたので、インダクタンス検出回路を各相で共通利用することができ、回路構成を少なくすることができる。また、スイッチがインダクタンス検出回路、回転位置検出回路より一般に安価であるので、低コスト化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の構成図である。
【図２】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路のインダクタンス検出回路の構成図である。
【図３】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動タイミング示す図である。
【図４】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータセンサレス運転の駆動シーケンスフローチャートを示す図である。
【図５】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路のステップ関数信号発生出力とインダクタンス検出タイミングを示す図である。
【図６】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の駆動回路のインダクタンス検出回路において固定子巻線インダクタス値の変化を検出する過程をしめしたタイミング図である。
【図７】  この発明の実施形態１に関する図６をマクロ表示した図である。
【図８】  この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の回転位置検出回路においてインダクタンス検出出力信号から回転位置信号への変換マップ図である。
【図９】  この発明の実施形態２であるインダクタンス検出回路の構成図である。
【図１０】  この発明の実施形態２であるインダクタンス検出回路において固定子巻線インダクタス値の変化を計測する過程をしめしたタイミング図である。
【図１１】  図２をマクロ表示した図である。
【図１２】  この発明の実施形態３であるインダクタンス検出回路の構成図である。
【図１３】  この発明の実施形態４である位置検出回路の構成図である。
【図１４】  この発明の実施形態４であるオーバラップ通電駆動のタイミングを示す図である。
【図１５】  この発明の実施形態５であるインダクタンス検出回路の構成図である。
【図１６】  この発明の実施形態６であるインダクタンス検出回路の構成図である。
【図１７】  この発明の実施形態８であるインダクタンス検出回路の出力から通電駆動タイミングを示す図である。
【図１８】  この発明の実施形態９であるセンサレスＳＲモータの駆動回路の構成図である。
【図１９】  従来の一般的なセンサレスＳＲモータとその駆動回路の構成図である。
【図２０】  一般的なセンサレスＳＲモータの固定子と回転子の位置関係を示す図である。
【図２１】  一般的なセンサレスＳＲモータの固定子巻線インダクタンス変化を示す図である。
【符号の説明】
３  固定子巻線、８ａ、８ｂ、１４  半導体スイッチ、９ａ、９ｂ  ダイオード、１０  電源電圧、１３、２９、３０、４２、４３、４６  抵抗、１５  回転位置検出回路、１６  インダクタンス検出回路、１７  ステップ関数信号発生回路、１８  制御回路、２３  サンプルホールド信号発生回路、２６  サンプルホールド回路、２７  Ａ／Ｄ変換回路、３１、４０  コンパレータ、３２、４１  Ｄ型フリップフロップ回路、３６  Ｄ／Ａ変換回路、４８  半導体切替スイッチ。
【図１】
0003700106.tif 000002
【図２】
0003700106.tif 000003
【図３】
0003700106.tif 000004
【図４】
0003700106.tif 000005
【図５】
0003700106.tif 000006
【図６】
0003700106.tif 000007
【図７】
0003700106.tif 000008
【図８】
0003700106.tif 000009
【図９】
0003700106.tif 000010
【図１０】
0003700106.tif 000011
【図１１】
0003700106.tif 000012
【図１２】
0003700106.tif 000013
【図１３】
0003700106.tif 000014
【図１４】
0003700106.tif 000015
【図１５】
0003700106.tif 000016
【図１６】
0003700106.tif 000017
【図１７】
0003700106.tif 000018
【図１８】
0003700106.tif 000019
【図１９】
0003700106.tif 000020
【図２０】
0003700106.tif 000021
【図２１】
0003700106.tif 000022