(57)【要約】【課題】回転位置検出の異常を判定する機能を備えて、回転位置検出の信頼性を高めつつコストの増加を抑制したセンサレスブラシレスモータの駆動装置を提供する。【解決手段】モータの端子にパルス幅変調信号のデューティオン時間帯に通電するインバータ回路２と、パルス幅変調信号を生成してインバータ回路２に指令するインバータ制御回路３と、端子に誘起される誘起電圧を検出しロータの回転位置を検出する位置検出回路４と、位置検出タイミングに基づき通電相を切り替えるタイミングを設定する通電タイミング回路５と、を備えたセンサレスブラシレスモータの駆動装置１であって、切替えタイミングの直後に端子に発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路６と、逆起電圧検出回路６が逆起電圧を検出している時間帯と位置検出回路４の位置検出タイミングとを比較して回転位置検出の異常の有無を判定する異常判定部７と、をさらに備えた。【選択図】図１
2014023257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の電機子巻線を有するステータおよび磁極対を有するロータを備えたセンサレスブラシレスモータの前記電機子巻線の端子に、パルス幅変調信号のデューティオン時間帯に通電するインバータ回路と、
指示されたデューティ比に基づき、前記パルス幅変調信号を生成して前記インバータ回路に指令するインバータ制御回路と、
前記パルス幅変調信号で動作し、通電されていない時間帯に前記端子に誘起される誘起電圧を検出し、前記誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路が前記ロータの回転位置を検出した位置検出タイミングに基づき、前記端子間で通電相を切り替える切替えタイミングを設定して前記インバータ制御回路に指令する通電タイミング回路と、を備えたセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、
前記切替えタイミングの直後に前記端子に発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、
前記逆起電圧検出回路が前記逆起電圧を検出している時間帯と、前記位置検出回路の前記位置検出タイミングとを比較して、回転位置検出の異常の有無を判定する異常判定部と、をさらに備えたセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記異常判定部は、前記逆起電圧を検出している時間帯に前記位置検出タイミングが重なったときに、回転位置検出の異常が発生したと判定するセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記インバータ回路は、前記パルス幅変調信号により導通状態および遮断状態が選択的に制御されるスイッチング部、および前記スイッチング部に並列接続されて前記逆起電圧による通電を許容するダイオード部をそれぞれ内包した６個のスイッチング素子が直流電源に三相ブリッジ接続されて構成されており、
前記逆起電圧検出回路は、前記端子の電圧が前記直流電源の正側端子の電圧よりも大きくなる正側逆起電圧、および前記端子の電圧が前記直流電源の負側端子の電圧よりも小さくなる負側逆起電圧の少なくとも一方を検出するセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項３において、前記逆起電圧検出回路は、
前記端子と前記直流電源の正側端子との間に接続され、前記正側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる正側トランジスタ素子および、
前記端子と前記直流電源の負側端子との間に接続され、前記負側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる負側トランジスタ素子の少なくとも一方を含んで構成されるセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、前記位置検出回路は、前記位置検出タイミングの直後から所定のマスク時間だけ休止して、前記逆起電圧による誤った回転位置検出を回避するセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調方式を用いて台形波駆動を行うセンサレスブラシレスモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの一方式として、ロータの回転位置を検出するセンサを備えていないセンサレス方式のモータが実用化されている。センサレスブラシレスモータの駆動装置では、出力トルクを調整するために、デューティ比を可変に調整するパルス幅変調信号を用い、デューティオン時間帯に通電することが一般的に行われている。また、回転位置センサに代えて、ステータの電機子巻線の端子に誘起される誘起電圧を検出し、ロータの磁極対との相対的な回転位置関係を検出する位置検出回路が一般的には設けられる。駆動装置は、検出した回転位置に基づいて、電機子巻線に通電する通電相および通電時間帯を制御する。三相の電機子巻線を有するモータでは、ロータの回転位置に応じて電気角の６０°ピッチで通電相を順次切り替える台形波駆動方式が多用され、時には複数相への通電をオーバーラップさせることも行われている。
【０００３】
上述の位置検出回路が検出する誘起電圧は、通電されていない時間帯の電機子巻線にロータの磁極対からの磁束が鎖交することで発生する。したがって、誘起電圧は、電機子巻線とロータとの相対回転位置関係に依存して変化し、回転位置を検出する指標となり得る。ただし、誘起電圧が発生する相は、通電相の切り替えとともに順次切り替わってゆく。この誘起電圧を検出する回路方式として、三相合成方式および三相独立方式の２方式が従来から用いられている。どちらの方式においても、比較器を用いて誘起電圧を基準電圧と比較し、比較結果の変化タイミングを以ってロータの特定の回転位置を検出するのが一般的になっている。基準電圧としては、電源電圧の半分の中間レベル値や、Ｙ結線された電機子巻線の中性点電圧が用いられる。
【０００４】
この種のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の一技術例が特許文献１に開示されている。特許文献１の請求項１のセンサレスブラシレスモータの脱調検出装置は、モータ電流を検出する電流検出手段と、モータ電流の電流周期を検出する手段と、電流周期と出力電圧の電圧周期とを比較して脱調を判定する周期比較手段とを具備している。さらに、請求項２には、台形波駆動でなく、ｄｑ座標を用いた演算を行ってベクトル制御により駆動する態様が開示されている。これにより、出力トルクが大きくなったときと脱調が生じたときとを見極めて脱調の誤検出を防止できる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の技術例は、脱調を確実に検出できる点は好ましいが、電流検出手段を備えるとともに複雑なベクトル制御を行うため、駆動装置が高価になっている。したがって、駆動装置の低コスト化を実現するためには、電流検出手段を省略し簡易な台形波駆動を採用しつつ、脱調などの異常を判定できるようにすることが必要である。脱調の判定ではロータの回転位置を正確に検出することが前提になる。電流検出手段を省略した駆動装置では、通電相の切り替えタイミングの直後に発生する逆起電圧で位置検出回路が誤動作しないように、マスク時間を設定する技術が公知になっている。つまり、ロータの回転位置検出の異常に起因して脱調に陥ることが防止されている。
【０００７】
しかしながら、電流検出手段を省略した駆動装置では、モータを駆動できない低デューティ比の電圧が印加された場合や、モータの出力軸が異物を噛み込んだりした場合などに、回転位置検出の信頼性が低下する懸念が生じる。このように電圧が印加されて通電されながらもモータが回転しない特殊な状況では、誘起電圧に多頻度のノイズ電圧が発生する。すると、マスク時間を設定した効果がなくなり、位置検出回路はノイズ電圧に基づいて誤った回転位置検出を行い、誤った大きな回転速度を認識することになって通電相の切り替えを頻繁に行うという脱調状態、あるいはその前駆状態に陥るおそれが皆無でない。
【０００８】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、回転位置検出の異常を判定する機能を備えて、回転位置検出の信頼性を高めつつコストの増加を抑制したセンサレスブラシレスモータの駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する請求項１に係るセンサレスブラシレスモータの駆動装置の発明は、三相の電機子巻線を有するステータおよび磁極対を有するロータを備えたセンサレスブラシレスモータの前記電機子巻線の端子に、パルス幅変調信号のデューティオン時間帯に通電するインバータ回路と、指示されたデューティ比に基づき、前記パルス幅変調信号を生成して前記インバータ回路に指令するインバータ制御回路と、前記パルス幅変調信号で動作し、通電されていない時間帯に前記端子に誘起される誘起電圧を検出し、前記誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路が前記ロータの回転位置を検出した位置検出タイミングに基づき、前記端子間で通電相を切り替える切替えタイミングを設定して前記インバータ制御回路に指令する通電タイミング回路と、を備えたセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、前記切替えタイミングの直後に前記端子に発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検出回路が前記逆起電圧を検出している時間帯と、前記位置検出回路の前記位置検出タイミングとを比較して、回転位置検出の異常の有無を判定する異常判定部と、をさらに備えた。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記異常判定部は、前記逆起電圧を検出している時間帯に前記位置検出タイミングが重なったときに、回転位置検出の異常が発生したと判定する。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記インバータ回路は、前記パルス幅変調信号により導通状態および遮断状態が選択的に制御されるスイッチング部、および前記スイッチング部に並列接続されて前記逆起電圧による通電を許容するダイオード部をそれぞれ内包した６個のスイッチング素子が直流電源に三相ブリッジ接続されて構成されており、前記逆起電圧検出回路は、前記端子の電圧が前記直流電源の正側端子の電圧よりも大きくなる正側逆起電圧、および前記端子の電圧が前記直流電源の負側端子の電圧よりも小さくなる負側逆起電圧の少なくとも一方を検出する。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記逆起電圧検出回路は、前記端子と前記直流電源の正側端子との間に接続され、前記正側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる正側トランジスタ素子および、前記端子と前記直流電源の負側端子との間に接続され、前記負側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる負側トランジスタ素子の少なくとも一方を含んで構成される。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記位置検出回路は、前記位置検出タイミングの直後から所定のマスク時間だけ休止して、前記逆起電圧による誤った回転位置検出を回避する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係るセンサレスブラシレスモータの駆動装置の発明では、逆起電圧検出回路は、通電相を切り替える切替えタイミングの直後に端子に発生する逆起電圧を検出し、異常判定部は、逆起電圧検出回路が逆起電圧を検出している時間帯と、位置検出回路がロータの回転位置を検出した位置検出タイミングとを比較して、回転位置検出の異常の有無を判定する。ここで、通電相の切替えタイミングは、位置検出タイミングから或る時間だけ遅れて設定されるので、本来であれば、逆起電圧の発生時間帯と位置検出タイミングとは発生時間差を有する。したがって、異常判定部は、この発生時間差が適正であるか否かを監視することで、回転位置検出が良好に行われているか否かを判定できる。
【００１５】
具体的な例として、低デューティ比の電圧が印加された場合やモータの出力軸が異物を噛み込んだ場合などで実際にはモータが回転していないときに、位置検出回路がノイズ電圧による誤った回転位置検出を行っても、異常判定部はこの異常を判定できる。詳述すると、電圧が印加されて電流が通電されながらもモータの出力軸が回転していないとき、ロータは回転せずに微振動を繰り返す。すると、微振動により電機子巻線に鎖交する磁束が微小変化し、端子に発生頻度の高いノイズ電圧が誘起される。位置検出回路は、このノイズ電圧を正規の誘起電圧と見誤って位置検出を行い、結果として、駆動装置は大きな回転速度を誤って認識し、意味の無い通電相の切り替えを頻繁に行うようになる。このような誤った位置検出では、位置検出タイミングと通電相の切替えタイミングの直後に発生する逆起電圧の発生時間帝との関係が正常な駆動時と明らかに異なるので、異常判定部は回転位置検出の異常を判定できる。
【００１６】
また、本発明では、高速回転時に回転位置を誤判定する異常も判定できる。詳述すると、高速回転時には誘起電圧の発生する回数は増加するが、個々の誘起電圧の発生時間帯は短くなる。これに対して、位置検出回路は、パルス幅変調信号で動作するため、回路内部のタイムラグの影響などにより誘起電圧の発生時間帯とずれてしまうおそれが生じる。すると、正常な位置検出を行えなくなり、あるいは位置検出を全く行えなくなってしまう。したがって、異常判定部は、逆起電圧の発生時間帯に対する位置検出タイミングのずれや回転位置の未検出から、回転位置検出の異常を判定できる。
【００１７】
さらに、本発明では、想定以上（性能保証の上限値以上）に負荷が重くなったときに回転位置を誤判定する異常も判定できる。詳述すると、負荷が重くなって極端に大きな通電電流が流れると、これを遮断したときの逆起電圧の発生時間帯が長引く。逆起電圧は誘起電圧に重畳するが、正常時は位置検出タイミングから離れていて障害にならない、ところが、逆起電圧の発生時間帯が長引くと、位置検出タイミングに重なって位置検出の障害になるおそれがある。異常判定部は、逆起電圧の発生時間帯が長引いて正規の位置検出タイミングに重なり位置検出できなくなる異常を判定できる。
【００１８】
上述した３例の異常は、従来技術では判定することが難しく、本発明の異常判定部により判定できるようになる。したがって、本発明により回転位置検出の信頼性が高められる。さらには、回転位置の誤検出によって引き起こされる脱調状態、あるいはその前駆状態が継続することを防止できる。また、本発明の実施に際して特許文献１の電流検出手段や複雑なベクトル制御は不要であり、コストの増加を抑制できる。
【００１９】
請求項２に係る発明では、異常判定部は、逆起電圧を検出している時間帯に位置検出タイミングが重なったときに、回転位置検出の異常が発生したと判定する。例えば、上述した最初の例で、モータが回転していないときに位置検出回路がノイズ電圧で位置検出を行うと、大きな回転速度が誤って認識される。これにより、通電相の切り替えが頻繁に行われて逆起電圧の発生時間帯が増加し、ノイズ電圧の発生タイミングすなわち位置検出タイミングと時間的に重なる。したがって、請求項２に係る発明では、正常時には重なり得ない逆起電圧の発生時間帯と位置検出タイミングとが重なることから、回転位置検出の異常を確実に判定できる。
【００２０】
請求項３に係る発明では、インバータ回路は６個のスイッチング素子が直流電源に三相ブリッジ接続されて構成されており、逆起電圧検出回路は、電機子巻線の端子の正側逆起電圧および負側逆起電圧の少なくとも一方を検出する。ここで、スイッチング素子に内包されたダイオード部の順方向電圧降下の作用により、逆起電圧は過大にならずに、直流電源の正側端子の電圧よりも順方向電圧降下分だけ大きくなるか、あるいは直流電源の負側端子の電圧よりも順方向電圧降下分だけ小さくなる。したがって、発生する逆起電圧のレベルに合わせて適正に逆起電圧検出回路を構成し、逆起電圧を確実に検出して、回転位置検出の良否判定を行うことができる。
【００２１】
請求項４に係る発明では、逆起電圧検出回路は、正側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる正側トランジスタ素子および、負側逆起電圧によりスイッチ作用が生じる負側トランジスタ素子の少なくとも一方を含んで構成される。つまり、逆起電圧検出回路を汎用のトランジスタ素子およびその周辺回路で簡単に構成でき、コストの増加を抑制できる。
【００２２】
請求項５に係る発明では、位置検出回路は、位置検出タイミングの直後から所定のマスク時間だけ休止して、逆起電圧による誤った回転位置検出を回避する。本発明は、逆起電圧のマスク機能と併用することで、上記した請求項１〜４の各効果が一層顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の全体装置構成を説明する図である。
【図２】実施形態の駆動装置によりセンサレスブラシレスモータを駆動する方法を説明する端子状態の一覧表の図である。
【図３】図２に示される駆動制御を行ったときに、各相端子に発生する電圧波形を例示した図である。
【図４】位置検出回路の機能を説明する波形図である。
【図５】位置検出回路および通電タイミング回路の機能を説明する波形図である。
【図６】回転位置検出が正常のときの位置検出回路の波形図である。
【図７】回転位置検出が異常のときの位置検出回路の波形図である。
【図８】逆起電圧検出回路の機能を説明する図であり、（１）は正側逆起電圧発生時、（２）は負側逆起電圧発生時を示している。
【図９】回転位置検出の異常状態を例示説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の構成、動作、および効果について、図１〜図９を参考にして説明する。図１は、実施形態のセンサレスブラシレスモータ９の駆動装置１の全体装置構成を説明する図である。駆動装置１は、パルス幅変調方式により電源電圧Ｅのデューティ比を可変とするインバータ回路２を用いて、センサレスブラシレスモータ９を台形波駆動する装置である。
【００２５】
センサレスブラシレスモータ９は、Δ結線された三相の電機子巻線９２、９３、９４を有するステータ９１、および図略の磁極対を有するロータを備え、ロータの回転位置を検出するセンサを備えていない。ステータ９１には、Ｕ相端子９５Ｕ、Ｖ相端子９５Ｖ、およびＷ相端子９５Ｗが設けられている。Ｕ相端子９５ＵとＶ相端子９５Ｖの間にはＵＶ間電機子巻線９２が接続され、同様に、Ｖ相端子９５ＶとＷ相端子９５Ｗの間にはＶＷ間電機子巻線９３が接続され、Ｗ相端子９５ＷとＵ相端子９５Ｕの間にはＷＵ間電機子巻線９４が接続されている。本実施形態では、ステータ９１の電機子巻線９２、９３、９４の極数、およびロータの磁極対の数量に特別な制約はない。
【００２６】
駆動装置１は、インバータ回路２、インバータ制御回路３、位置検出回路４、通電タイミング回路５、逆起電圧検出回路６、および異常判定部７により構成されている。インバータ回路２の三相に共通な入力端子２１Ｐと接地端子２１Ｎとの間に、直流電源装置２６が接続されており、電源電圧Ｅが供給されるようになっている。
【００２７】
インバータ回路２は、センサレスブラシレスモータ９の電機子巻線９２、９３、９４の各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに、パルス幅変調信号ＰＷＭのデューティオン時間帯に通電する回路である。インバータ回路２は、三相ブリッジ回路で構成されており、図１には代表としてＵ相のみが図示されている。詳述すると、入力端子２１Ｐと接地端子２１Ｎとの間に、Ｕ相正側スイッチング素子２２ＵとＵ相負側スイッチング素子２３Ｕとが直列接続され、両素子２２Ｕ、２３Ｕ間にＵ相出力端子２４Ｕが設けられている。入力端子２１Ｐは、直流電源装置２６の正側端子２６Ｐに接続されている。接地端子２１Ｎは、接地点を介して直流電源装置２６の負側端子２６Ｎに接続されている。インバータ回路２のＶ相およびＷ相も、Ｕ相と同じ回路構成を有している。Ｖ相出力端子は、電源線２５Ｖによりステータ９１のＶ相端子９５Ｖに接続され、Ｗ相出力端子は、電源線２５Ｗによりステータ９１のＷ相端子９５Ｗに接続されている。
【００２８】
各スイッチング素子２２Ｕ、２３Ｕには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。各スイッチング素子２２Ｕ、２３Ｕはそれぞれ、電気特性的に並列接続されたスイッチング部２７およびダイオード部２８を内包している。スイッチング部２７は、通電制御信号ＳＣにより導通状態および遮断状態が選択的に制御される。ダイオード部２８は、端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに発生した逆起電圧による通電を許容するように接続されている。すなわち、各相の正側スイッチング素子２２Ｕのダイオード部２８は、端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗから直流電源装置２６の正側端子２６Ｐへの通電を許容する。また、各相の負側スイッチング素子２３Ｕのダイオード部２８は、接地点から端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗへの通電を許容する。
【００２９】
インバータ回路２の各スイッチング素子２２Ｕ、２３Ｕの開閉制御により、ステータ９１の各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗは３つの状態をとる。この３つの状態は各相で同様であるので、Ｕ相端子９５を例に説明する。Ｕ相端子９５Ｕは、Ｕ相正側スイッチング素子２２Ｕが導通状態でＵ相負側スイッチング素子２３Ｕが遮断状態のとき、電源電圧Ｅに拘束された状態（電源電圧Ｅ拘束状態）になる。また、Ｕ相端子９５Ｕは、Ｕ相正側スイッチング素子２２Ｕが遮断状態でＵ相負側スイッチング素子２３Ｕが導通状態のとき、ゼロ電圧に拘束された状態になる（ゼロ電圧拘束状態）。さらに、Ｕ相端子９５Ｕは、Ｕ相正側スイッチング素子２２Ｕおよび負側スイッチング素子２３Ｕがともに遮断状態のとき、ハイインピーダンス状態になる。ここで、電源電圧Ｅ拘束状態は単独で発生せず、テューティ比によるオンオフ制御にしたがってゼロ電圧拘束状態と交互に発生し、この状態をＰＷＭ制御状態と呼ぶ。
【００３０】
ハイインピーダンス状態のＵ相端子９５Ｕには、Ｕ相誘起電圧ｖｉＵが誘起される。Ｕ相誘起電圧ｖｉＵは、Ｕ相端子９５Ｕに接続されたＵＶ間電機子巻線９２およびＷＵ間電機子巻線９４にロータの磁極対からの磁束が鎖交することで発生する。したがって、Ｕ相誘起電圧ｖｉＵは、ＵＶ間およびＷＵ間電機子巻線９２、９４とロータとの相対回転位置関係に依存して変化し、回転位置を検出する指標となり得る。なお、Ｕ相正側スイッチング素子２２ＵおよびＵ相負側スイッチング素子２３Ｕがともに導通状態になる制御は禁止されて、電源電圧短絡故障が防止されている。
【００３１】
インバータ制御回路３は、指示されたデューティ比に基づきパルス幅変調信号ＰＷＭを生成し、三相の正側および負側の通電制御信号ＳＣにしてインバータ回路２に指令する回路である。インバータ制御回路３は、まず、公知のパルス幅変調回路により、パルス幅変調信号ＰＷＭを生成する。パルス幅変調信号ＰＷＭのパルス周波数は、固定値であっても可変に制御されてもよい。パルス幅変調信号ＰＷＭのデューティ比は、外部装置から直接指示されてもよく、あるいは、モータ回転数の指示を受け取り内部で演算により求めてもよい。後者の場合には、モータ回転数とデューティ比の関係を予め把握しておく。例えば、モータ９の負荷のイナーシャが一定の場合、モータ回転数を増加するためにデューティ比を増やすという正の相関関係を予め求めておく。
【００３２】
インバータ制御回路３は、次に、通電タイミング回路５から三相の相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷを取得する。相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷはそれぞれ、各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態を電源電圧Ｅ拘束状態、ゼロ電圧拘束状態、およびハイインピーダンス状態のいずれかに三者択一する信号である。インバータ制御回路３は、三番目に、パルス幅変調信号ＰＷＭに相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷを加味して、通電制御信号ＳＣを生成する。通電制御信号ＳＣは、インバータ回路２の三相の正側および負側の合計で６個あり、各スイッチング素子２２Ｕ、２３Ｕを個別に開閉制御する。インバータ制御回路３は、通電制御信号ＳＣをインバータ回路２に指令する。
【００３３】
位置検出回路４は、パルス幅変調信号ＰＷＭで動作し、通電されていない時間帯に端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに誘起される誘起電圧を検出し、誘起電圧に基づいてロータの特定の回転位置を検出する回路である。位置検出回路４は三相合成方式とされ、三相の合成抵抗４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ、比較器４４、および位置検出部４７で構成されている。三相の合成抵抗４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗは、抵抗値Ｒが互いに等しく、それぞれ各相の電源線２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗと共通の合成点４２との間に接続されている。つまり、三相の合成抵抗４１Ｕ、４１Ｖ、４１ＷはＹ結線され、合成点４２はＹ結線中性点になっている。合成点４２には、各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの誘起電圧ｖｉＵ、ｖｉＶ、ｖｉＷを合成した合成電圧Ｖｍｉｘが発生する。合成点４２は、比較器４４の正側入力端子４４Ｐに接続されており、合成電圧Ｖｍｉｘが送出される。
【００３４】
一方、比較器４４の負側入力端子４４Ｎには、直流電源装置２６の電源電圧Ｅを等しい抵抗値ｒで半分に分圧した中間レベル値ＶＭ（＝Ｅ／２）が基準電圧として入力されている。比較器４４は、正側入力端子４４Ｐの合成電圧Ｖｍｉｘを負側入力端子４４Ｎの中間レベル値ＶＭと大小比較して位置信号ＳＸを出力する。比較器４４の出力端子４５において、合成電圧Ｖｍｉｘが中間レベル値ＶＭよりも小さいと位置信号ＳＸはローレベルとなり、合成電圧Ｖｍｉｘが中間レベル値ＶＭ以上になると位置信号ＳＸはハイレベルになる。比較器４４の出力端子４５は、位置検出部４７に接続されており、位置信号ＳＸが送出される。
【００３５】
位置検出部４７は、後に波形例を参考にして詳述するようにパルス幅変調信号ＰＷＭに同期して動作する。位置検出部４７は、比較器４４の位置信号ＳＸを入力とし、位置信号ＳＸのローレベルとハイレベルの切り替わるタイミングを以ってロータの回転位置を検出する。検出する回転位置は、三相のそれぞれについて位置信号ＳＸの立上りと立下りの各２個あり、電気角の３６０°内に合計で６個ある。モータが定速回転しているとき、位置検出部４７の出力となる特定位置検出信号ＳＹは、位置検出タイミングを示す立上りと立下りとが６０°ピッチで交互に繰り返す波形になる。位置検出部４７は、特定位置検出信号ＳＹを通電タイミング回路５および異常判定部７に送出する。
【００３６】
通電タイミング回路５は、位置検出回路４がロータの回転位置を検出した位置検出タイミングに基づき、端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗ間で通電相を切り替える切替えタイミングを設定してインバータ制御回路３に指令する回路である。通電タイミング回路５は、後で詳述する３種類のタイマＴＭ１〜ＴＭ３の機能により、特定位置検出信号ＳＹに基づいて、三相の相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷを作成し、インバータ制御回路３に指令する。相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷはそれぞれ、通電相を切り替える切替えタイミングの情報を含んでいる。モータが定速回転しているとき、各相の相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷは、電気角１２０°の電源電圧Ｅ拘束状態、６０°のハイインピーダンス状態、１２０°のゼロ電圧拘束状態、および６０°のハイインピーダンス状態を繰り返す信号になる。また、三相間で、相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷは、電気角の１２０°分ずつシフトする。
【００３７】
ここまでに説明した構成で、実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１はモータ９を駆動できる。図２は、実施形態の駆動装置１によりセンサレスブラシレスモータ９を駆動する方法を説明する端子状態の一覧表の図である。図示されるように、インバータ制御回路３は、６つの期間１）〜６）に分けて各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態制御を行う。一覧表中の各欄は、該当する期間における各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態を表しており、「ＰＷＭ」はＰＷＭ制御状態を示し、「Ｌ」はゼロ電圧拘束状態を示し、「Ｈｉ−Ｚ」はハイインピーダンス状態を示している。
【００３８】
例えば期間１）において、Ｕ相端子の欄は「Ｈｉ−Ｚ」であり、インバータ回路２のＵ相正側スイッチング素子２２ＵおよびＵ相負側スイッチング素子２３Ｕの両方が遮断状態とされて、Ｕ相端子９５Ｕがハイインピーダンス状態であることを示している。また、Ｖ相端子の欄は「Ｌ」であり、インバータ回路２のＶ相正側スイッチング素子が遮断状態とされＶ相負側スイッチング素子が導通状態とされて、Ｖ相端子９５Ｖがゼロ電圧に拘束されていることを示している。また、Ｗ相端子の欄は「ＰＷＭ」であり、インバータ回路２のＷ相負側スイッチング素子が遮断状態とされＷ相正側スイッチング素子がデューティ比で導通状態および遮断状態に切り替え制御されることを示している。これにより、Ｗ相端子９５Ｗには、電源電圧Ｅとゼロ電圧に振動する矩形波が印加される。したがって、Ｗ相端子９５ＷとＶ相端子９５Ｖの間に接続されたＶＷ間電機子巻線９３がパルス幅変調制御により通電される。期間１）でＵ相端子９５Ｕは通電されずに、Ｕ相誘起電圧ｖｉＵが誘起される。
【００３９】
同様に期間２）において、Ｕ相端子の欄は「ＰＷＭ」であり、Ｕ相端子９５Ｕにはデューティ比で電源電圧Ｅおよびゼロ電圧に振動する矩形波が印加される。また、Ｖ相端子の欄は「Ｌ」であり、Ｖ相端子９５Ｖのゼロ電圧への拘束が継続することを示している。また、Ｗ相端子の欄は「Ｈｉ−Ｚ」であり、Ｗ相端子９５Ｗがハイインピーダンス状態であることを示している。これにより、Ｕ相端子９５ＵとＶ相端子９５Ｖの間に接続されたＵＶ間電機子巻線９２がパルス幅変調制御により通電される。期間２）で、Ｗ相端子９５Ｗは通電されずに、Ｗ相誘起電圧ｖｉＷが誘起される。以下同様に、期間３）〜６）でそれぞれ、順番に各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態、通電される電機子巻線の相、および誘起電圧の発生する端子が変更制御される。
【００４０】
期間１）〜６）はそれぞれ電気角の６０°に相当し、期間６）に続いて期間１）に戻り、繰り返して同様に制御される。また、モータ９の回転速度と、各期間１）〜６）の継続時間とは概ね反比例する。
【００４１】
図２に示されるようにセンサレスブラシレスモータ９の端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態を制御して駆動すると、図３に例示される端子電圧波形が発生する。図３は、図２に示される制御を行ったときに、各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに発生する電圧波形を例示した図である。図３の横軸は共通の時間軸であり、期間１）〜６）は図２に対応している。波形は、上から順番にＵ相端子電圧ＶＵ、Ｖ相端子電圧ＶＶ、Ｗ相端子電圧ＶＷを示している。図示されるように、各相端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは台形波状に変化しており、モータ９は台形波駆動される。
【００４２】
図中のＵ相端子電圧ＶＵの波形で、期間２）および期間３）は、ＰＷＭ制御状態の通電時間帯を示している。期間５）および期間６）は、ゼロ電圧拘束状態の通電時間帯を示している。また、期間１）に発生している増加の傾斜とパルス幅変調の矩形波とが重なった波形、および期間４）に発生している減少の傾斜とパルス幅変調の矩形波とが重なった波形は、通電されていない時間帯に誘起された誘起電圧ｖｉＵを示している。図中のＶ相端子電圧ＶＶおよびＷ相端子電圧ＶＷについても、位相が１２０°ずつ（期間２つ分ずつ）遅れることを除いて同様の波形になっている。
【００４３】
また、各相端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷの波形には、各相のスイッチング素子２２Ｕ、２３ＵＷの開閉による逆起電圧波形Ｚが重畳している。逆起電圧波形Ｚは、各期間１）〜６）の境目、すなわち、通電相が切り替えられて通電電流が遮断された直後に発生している。逆起電圧波形Ｚが継続する時間帯の長さは、直前に流れていた通電電流の大きさに依存して変化する。
【００４４】
次に、位置検出回路４および通電タイミング回路５の機能について説明する。位置検出回路４の合成点４２には、各相の誘起電圧ｖｉＵ、ｖｉＶ、ｖｉＷを合成した合成電圧Ｖｍｉｘが発生する。合成電圧Ｖｍｉｘの波形は、図３の期間１）のＵ相誘起電圧ｖｉＵの増加、期間２）のＷ相誘起電圧ｖｉＷの減少、期間３）のＶ相誘起電圧ｖｉＶの増加、期間４）のＵ相誘起電圧ｖｉＵの減少、期間５）のＷ相誘起電圧ｖｉＷの増加、および期間６）のＶ相誘起電圧ｖｉＶの減少が連なった波形と相似になる。また、合成電圧Ｖｍｉｘの波形には、各期間１）〜６）の境目の逆起電圧波形Ｚが重畳する。
【００４５】
この合成電圧Ｖｍｉｘが、位置検出回路４の比較器４４の正側入力端子４４Ｐに入力される。図４は、位置検出回路４の機能を説明する波形図であり、図３よりも時間幅方向に拡大されている。図４で、横軸は共通の時間軸であり、波形は上側から順番に、パルス幅変調信号ＰＷＭ、ＰＷＭ制御状態の端子電圧、比較器４４に入力される合成電圧Ｖｍｉｘおよび中間レベル値ＶＭ、比較器４４から送出される位置信号ＳＸ、位置検出部４７から送出される特定位置検出信号ＳＹである。
【００４６】
図示されるように、パルス幅変調信号ＰＷＭに対してＰＷＭ制御状態の端子電圧の矩形波は時間的にわずかに遅れ、さらに、合成電圧Ｖｍｉｘの波形は端子電圧の矩形波からわずかに遅れている。合成電圧Ｖｍｉｘは、図示された範囲ではデューティオン時間帯で徐々に増加し、時刻ｔａで中間レベル値ＶＭに達している。これにより、位置信号ＳＸは、時刻ｔａよりも比較器４４の内部の演算時間だけ遅れた時刻ｔｂで、ローレベルからハイレベルに立ちあがっている。ここで、合成電圧Ｖｍｉｘが中間レベル値ＶＭに達したことは、電機子巻線９２〜９４の正面にロータの磁極対の中間点が位置していることを意味している。したがって、本実施形態では、検出するロータの回転位置を、電気角の３０°、９０°、１５０°２１０°、２７０°、および３３０°としたことになる。
【００４７】
一方、位置検出部４７は、パルス幅変調信号ＰＷＭの立下りのタイミングである時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に同期して動作し、位置信号ＳＸのレベルを検出する。図４の波形例では、時刻ｔ１に位置信号ＳＸはローレベルであり、時刻ｔ２になると位置信号ＳＸがハイレベルに変化している。位置検出部４７は、この時刻ｔ２でロータが特定の回転位置に達したと判定し、特定位置検出信号ＳＹをローレベルからハイレベルに立ち上げる。
【００４８】
図５は、位置検出回路４および通電タイミング回路５の機能を説明する波形図であり、図３の期間１）〜期間６）を含んでいる。図５で、横軸は共通の時間軸であり、波形は上側から順番に、各相端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ、比較器４４から送出される位置信号ＳＸ、位置検出部４７から送出される特定位置検出信号ＳＹ、通電タイミング回路５の６０°検出タイマＴＭ１の出力、相切替えタイマＴＭ２の出力、マスクタイマＴＭ３の出力、および三相の相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷである。なお、図中の各相端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷおよび位置信号ＳＸの波形では、パルス幅変調制御による矩形波は省略されて簡略に示されている。
【００４９】
図示されるように、位置検出部４７は、位置信号ＳＸの立上りおよび立下りの各時刻ｔ１１〜ｔ１８に同期して変化する特定位置検出信号ＳＹを生成する。このとき、位置検出部４７は、後述するマスクタイマＴＭ３のマスク時間Ｔｍｓｋだけ休止し、位置信号ＳＸに重畳した逆起電圧波形Ｚを検出しないようにして、逆起電圧による誤った回転位置検出を回避する。
【００５０】
通電タイミング回路５は、６０°検出タイマＴＭ１、相切替えタイマＴＭ２、およびマスクタイマＴＭ３を内蔵している。６０°検出タイマＴＭ１は、特定位置検出信号ＳＹの毎回の立上りと立下りとの時間差を周期時間Ｔとして検出する。周期時間Ｔは、ロータが６０°回転するのに要した時間を意味する。モータ９が定速回転しているとき、下式で示されるように、毎回の周期時間Ｔは概ね一定になる。
周期時間Ｔ＝ｔ１２−ｔ１１≒ｔ１３−ｔ１２≒ｔ１４−ｔ１３≒ｔ１５−ｔ１４
≒ｔ１６−ｔ１５≒ｔ１７−ｔ１６≒ｔ１８−ｔ１７≒（以下略）
また、モータ９が加速していれば周期時間Ｔは徐々に短くなり、モータ９が減速していれば周期時間Ｔは徐々に長くなる。
【００５１】
相切替えタイマＴＭ２は、６０°検出タイマＴＭ１が検出した周期時間Ｔの半分に相当する遅延時間Ｔｄｌｙを設定する。図の例では、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２までの周期時間Ｔに対して、遅延時間Ｔｄｌｙ＝（Ｔ／２）を時刻ｔ１２の直後に設定する。これにより、時刻ｔ１２の後にロータが概ね３０°回転した時刻ｔ２２を通電相切替えタイミングに設定できる。相切替えタイマＴＭ２は、毎回の周期時間Ｔに対してこの設定を行い、毎回の通電相切替えタイミングとして各時刻ｔ２１〜ｔ２８を設定する。相切替えタイマＴＭ２の設定に基づいて、図２に示される各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態制御を行う三相の相切替え信号ＳＵ、ＳＶ、ＳＷが生成される。
【００５２】
マスクタイマＴＭ３は、６０°検出タイマＴＭ１が検出した周期時間Ｔの四分の三に相当するマスク時間Ｔｍｓｋを設定する。図の例では、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２までの周期時間Ｔに対して、マスク時間Ｔｍｓｋ＝（３Ｔ／４）を時刻ｔ１２の直後に設定する。これにより、時刻ｔ１２〜時刻ｔ３２までの間、位置検出部４７が休止する。このマスク時間Ｔｍｓｋの設定は、毎回の周期時間Ｔに対して行われる。
【００５３】
なお、これに限定されず、電源電圧Ｅ拘束状態およびゼロ電圧拘束状態が１２０°よりも長くなるように制御してもよい。また、相切替えタイマＴＭ２の遅延時間Ｔｄｌｙ、およびマスクタイマＴＭ３のマスク時間Ｔｍｓｋも、上述以外の設定にしてもよい。
【００５４】
次に、回転位置検出が正常のときと異常のときの違いについて例示説明する。図６は、回転位置検出が正常のときの位置検出回路４の波形図であり、図７は、回転位置検出が異常のときの位置検出回路４の波形図である。図６および図７で、横軸は共通の時間軸であり、波形は上段が合成電圧Ｖｍｉｘおよび中間レベル値ＶＭ、中段が位置信号ＳＸ、下段が特定位置検出信号ＳＹである。
【００５５】
図６に示される回転位置検出が正常のとき、時刻ｔ４１に合成電圧Ｔｍｉｘが増加しながら中間レベル値ＶＭに交わり、位置信号ＳＸが立ち上がっている。そして、その直後のパルス幅変調信号ＰＷＭの立下り時刻ｔ４２に、特定位置検出信号ＳＹが立ち上がっている。時刻ｔ４２からマスク時間Ｔｍｓｋ１が始まり、マスク時間Ｔｍｓｋ１内の時刻ｔ４３に発生した逆起電圧波形Ｚは位置検出部４７では検出されない。マスク時間Ｔｍｓｋ１が終了した後の時刻ｔ４４に、合成電圧Ｔｍｉｘが減少しながら中間レベル値ＶＭに交わり、位置信号ＳＸが立ち下がっている。そして、その直後のパルス幅変調信号ＰＷＭの立下り時刻ｔ４５に、特定位置検出信号ＳＹが立ち下がり、マスク時間Ｔｍｓｋ２が始まっている。図６に示されるように、回転位置検出が良好なとき、逆起電圧波形Ｚの発生時刻ｔ４３と位置検出タイミングｔ４２、ｔ４５とが発生時間差を有し、この発生時間差は電気角の概ね３０°分に相当する。
【００５６】
これに対して、図７は、モータ９の出力軸が異物を噛み込んで回転していないときの回転位置検出の異常を表している。このとき、ロータは回転せずに微振動を繰り返ので、電機子巻線９２、９３、９４が微振動して、合成電圧Ｔｍｉｘには発生頻度の高いノイズ電圧が誘起される。図示されるように、合成電圧Ｔｍｉｘは中間レベル値ＶＭと多頻度で交差し、位置信号ＳＸは多頻度でハイレベルおよびローレベルにレベル変化する。図の例では、マスク時間Ｔｍｓｋ３が終了した直後のパルス幅変調信号ＰＷＭの立下り時刻ｔ５１に、すぐに位置検出部４７で位置検出が行われて特定位置検出信号ＳＹが立ち上がる。
【００５７】
このとき、６０°検出タイマＴＭ１で検出される周期時間Ｔは本来の時間よりも短くなり、本来よりも短い時間間隔で相切り替えが行われ、次のマスク時間Ｔｍｓｋ４も短縮される。さらに、次のマスク時間Ｔｍｓｋ４が終了した直後のパルス幅変調信号ＰＷＭの立下り時刻ｔ５２に、すぐに位置検出部４７で位置検出が行われて特定位置検出信号ＳＹが立ち下がる。したがって、周期時間Ｔは一層短くなり、次のマスク時間Ｔｍｓｋ５も一層短縮される。このように誤った回転位置検出が繰り返され、ロータが回転していないにもかかわらず誤った大きな回転速度を認識することになり、通電相の切り替えが頻繁に行われる。
【００５８】
上述の誤った回転位置検出による脱調状態、あるいはその前駆状態は、従来技術では判定が難しかった。そこで、本実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１では、逆起電圧検出回路６および異常判定部７をさらに備えるようにした。
【００５９】
逆起電圧検出回路６は、通電相の切替えタイミングの直後に端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに発生する正側逆起電圧ＶＰｒおよび負側逆起電圧ＶＮｒを検出する回路である。逆起電圧検出回路６は、三相で同じ回路構成とされ、図１に代表として示されたＵ相について詳述する。図示されるように、逆起電圧検出回路６は、正側トランジスタ素子６１、正側検出部６２、負側トランジスタ素子６３、および負側検出部６４などで回路構成されている。
【００６０】
正側トランジスタ素子６１には、一般的なＰＮＰ型バイポーラトランジスタを用いることができる。正側トランジスタ素子６１のエミッタＥ１は、抵抗ｒ１を介してステータ９１のＵ相端子９５Ｕに接続されており、Ｕ相端子電圧ＶＵが入力される。正側トランジスタ素子６１のベースＢ１は直流電源装置２６の正側端子２６Ｐに接続され、コレクタＣ１は正側検出部６２に接続されている。正側検出部６２は、コレクタＣ１に流れるコレクタ電流の大小を判定し、コレクタ電流が大きい時間帯だけ正側逆起電圧検出信号ＳＰを異常判定部７に送出する。
【００６１】
負側トランジスタ素子６３には、一般的なＮＰＮ型バイポーラトランジスタを用いることができる。負側トランジスタ素子６３のエミッタＥ３は、抵抗ｒ３を介してＵ相端子９５Ｕに接続されており、Ｕ相端子電圧ＶＵが入力される。負側トランジスタ素子６３のベースＢ３は接地点に接地され、コレクタＣ３は負側検出部６４に接続されている。負側検出部６４は、コレクタＣ３に流れるコレクタ電流の大小を判定し、コレクタ電流が大きい時間帯だけ負側逆起電圧検出信号ＳＮを異常判定部７に送出する。
【００６２】
図８は、逆起電圧検出回路６の機能を説明する図であり、（１）は正側逆起電圧発生時、（２）は負側逆起電圧発生時を示している。図８の（１）で、期間１）の最初の瞬間にＵ相負側スイッチング素子２３Ｕが導通状態から遮断状態に制御され、ＷＵ間電機子巻線９４の通電電流が遮断された場合を考える。ＷＵ間電機子巻線９４の通電電流はそのまま流れ続けようとするので、Ｕ相端子９５Ｕに正側逆起電圧ＶＰｒが発生する。正側逆起電圧ＶＰｒは直流電源装置２６の正側端子２６Ｐの電源電圧Ｅを越えるので、Ｕ相正側スイッチング素子２２Ｕのダイオード部２８を経由して常時と逆方向の電流ＩＰｒが流れる。電流ＩＰｒはＵ相端子９５Ｕから正側端子２６Ｐへと流れ、Ｕ相端子９５Ｕの正側逆起電圧ＶＰｒは、電源電圧Ｅよりもダイオード部２９の順方向電圧降下Ｖｄだけ高くなり、過大にはならない。この正側逆起電圧ＶＰｒが、逆起電圧検出回路６の正側トランジスタ素子６１のエミッタＥ１に入力される。
【００６３】
正側トランジスタ素子６１のエミッタＥ１のエミッタ電圧は、通常時は電源電圧Ｅと同程度かそれ以下になっており、コレクタＣ１に流れるコレクタ電流ＩＣ１はベース電流のみで小さい。ここで、エミッタＥ１に正側逆起電圧ＶＰｒが入力されると、スイッチ作用が生じて大きなエミッタ電流が流れ、コレクタ電流ＩＣ１はベース電流とエミッタ電流との和となって顕著に増加する。正側検出部６２は、大きなコレクタ電流ＩＣ１が流れている時間帯だけ正側逆起電圧検出信号ＳＰを異常判定部７に送出する。これにより、異常判定部７は、正側逆起電圧ＶＰｒの発生時間帯を認識できる。
【００６４】
図８の（２）に示される負側逆起電圧ＶＮｒの発生時も、正側逆起電圧ＶＰｒの発生時と類似している。詳述すると、期間４）の最初の瞬間にＵ相正側スイッチング素子２２Ｕが導通状態から遮断状態に制御され、ＵＶ間電機子巻線９２の通電電流が遮断された場合を考える。ＵＶ間電機子巻線９２の通電電流はそのまま流れ続けようとするので、Ｕ相端子９５Ｕに負側逆起電圧ＶＮｒが発生する。負側逆起電圧ＶＮｒは接地点のゼロ電圧よりも低くなるので、Ｕ相負側スイッチング素子２３Ｕのダイオード部２９を経由して常時と逆方向の電流ＩＮｒが流れる。電流ＩＮｒは接地点からＵ相端子９５Ｕへと流れ、Ｕ相端子９５Ｕの負側逆起電圧ＶＮｒは、ゼロ電圧よりもダイオード部２９の順方向電圧降下Ｖｄだけ低くなり、過大にはならない。この負側逆起電圧ＶＮｒが、逆起電圧検出回路６の負側トランジスタ素子６３のエミッタＥ３に入力される。
【００６５】
負側トランジスタ素子６３のエミッタＥ３のエミッタ電圧は、通常時はゼロ電圧かそれ以上になっており、コレクタＣ３に流れるコレクタ電流ＩＣ３はベース電流のみで小さい。ここで、エミッタＥ３に負側逆起電圧ＶＮｒが入力されると、スイッチ作用が生じて大きなエミッタ電流が流れ、コレクタ電流ＩＣ３はベース電流とエミッタ電流との和となって顕著に増加する。負側検出部６４は、大きなコレクタ電流ＩＣ３が流れている時間帯だけ負側逆起電圧検出信号ＳＮを異常判定部７に送出する。これにより、異常判定部７は、負側逆起電圧ＶＮｒの発生時間帯を認識できる。
【００６６】
異常判定部７は、逆起電圧検出回路６が逆起電圧ＶＰｒ、ＶＮｒを検出している時間帯と、位置検出回路４の位置検出タイミングとを比較して、回転位置検出の異常の有無を判定する部位である。本実施形態で、異常判定部７は、逆起電圧検出回路６から正側逆起電圧検出信号ＳＰおよび負側逆起電圧検出信号ＳＮを受け取り、位置検出回路４から特定位置検出信号ＳＹを受け取る。そして、異常判定部７は、マスク時間Ｔｍｓｋを除いた時間で逆起電圧を検出している時間帯に位置検出タイミングが重なったとき、換言すれば、正側逆起電圧検出信号ＳＰおよび負側逆起電圧検出信号ＳＮに特定位置検出信号ＳＹが重なったとき、回転位置検出の異常が発生したと判定する。
【００６７】
なお、異常判定部７の判定方法は上述に限定されず、別の判定方法を用いてもよい。回転位置検出が正常であれば、逆起電圧ＶＰｒ、ＶＮｒに対して位置検出タイミングは電気角の約３０°に相当する時間だけ遅れるので、異常判定部７はこの条件が満たされているか否かを判定できればよい。上述した判定方法は、電気角の３０°分に相当する遅れが無くなった顕著な異常状態を検出する簡易な一方法である。
【００６８】
図９は、回転位置検出の異常状態を例示説明する波形図である。図の横軸は時間軸であり、Ｕ相端子電圧ＶＵの波形、中間レベル値ＶＭ、位置検出タイミングｔ６２、６４、および通電相切替えタイミングｔ６１、ｔ６３、ｔ６５が示されている。図９は、図７に示された回転位置検出の異常状態がさらに進行した状態を示している。
【００６９】
図９の時刻ｔ６１に通電相が切替えられると、Ｕ相端子電圧ＶＵの波形上に正側逆起電圧ＶＰｒが発生する。前述したように、正側逆起電圧ＶＰｒは、電源電圧Ｅよりもダイオード部２８の順方向電圧降下Ｖｄだけ高い。正側逆起電圧ＶＰｒの発生中にマスク時間Ｔｍｓｋ６が終了すると、直後の時刻ｔ６２にノイズ電圧で誤った位置検出が行われる（図７と同様）。誤った位置検出により、時刻ｔ６２以降のマスク時間Ｔｍｓｋ７が設定され、時刻ｔ６３に通電相の切替えが行われる。時刻ｔ６３において正側逆起電圧ＶＰｒは継続中であり、通電相の切替えによって負側逆起電圧ＶＮｒが発生する。
【００７０】
以下同様に、負側逆起電圧ＶＮｒの発生中にマスク時間Ｔｍｓｋ７が終了すると、直後の時刻ｔ６４にノイズ電圧で誤った位置検出が行われる（図７と同様）。誤った位置検出により、時刻ｔ６４以降のマスク時間Ｔｍｓｋ８が設定され、時刻ｔ６５に通電相の切替えが行われる。時刻ｔ６５において負側逆起電圧ＶＮｒは継続中であり、通電相の切替えによって正側逆起電圧ＶＰｒが発生する。
【００７１】
図９において、異常判定部７は、逆起電圧検出回路６が正側逆起電圧ＶＰｒを検出している時間帯（時刻ｔ６１〜ｔ６３）の正側逆起電圧検出信号ＳＰと、位置検出部４の特定位置検出信号ＳＹの位置検出タイミング（時刻ｔ６２）とが重なっていることから、回転位置検出の異常を判定できる。同様に、異常判定部７は、負側逆起電圧ＶＮｒを検出している時間帯（時刻ｔ６３〜ｔ６５）の負側逆起電圧検出信号ＳＮと、位置検出部４の特定位置検出信号ＳＹの位置検出タイミング（時刻ｔ６４）とが重なっていることから、回転位置検出の異常を判定できる。異常判定部７は、異常と判定したときに、予め定められた異常時処理を行う。例えば、インバータ制御回路３をリセットして再起動したり、警報を発したりする。
【００７２】
図９に示された回転位置検出の異常は、従来技術では判定することが難しく、本実施形態の異常判定部７により判定できるようになった。これにより、センサレスブラシレスモータ９の回転位置検出の信頼性が高められた。さらには、回転位置の誤検出によって引き起こされる脱調状態、あるいはその前駆状態が継続することを防止できるようになった。加えて、異常判定部７は、逆起電圧を検出している時間帯に位置検出タイミングが重なったときに回転位置検出の異常が発生したと判定し、このタイミングの重なりは正常時には生じ得ないことから、確実に異常を判定できる。
【００７３】
また、インバータ回路２のスイッチング素子２２Ｕ、２３Ｕに内包されたダイオード部２９の順方向電圧降下Ｖｄに合わせて適正に逆起電圧検出回路６を構成できるので、逆起電圧を確実に検出して、回転位置検出の良否判定を行うことができる。さらに、逆起電圧検出回路６は、正側トランジスタ素子６１および負側トランジスタ素子６３を含んで簡単に構成できる。また、特許文献１の電流検出手段や複雑なベクトル制御は不要である。これらの総合的な効果として、駆動装置１のコストの増加を抑制できる。加えて、本実施形態では、マスクタイマＴＭ３による逆起電圧ＶＰｒ、ＶＮｒのマスク機能を併用しており、上記した各効果が一層顕著になる。
【００７４】
なお、実施形態の逆起電圧回路６の構成や異常判定部７の判定方法は適宜変更することができる。また、通電タイミング回路５における通電時間幅や相切替えタイマＴＭ２の遅延時間ＴｄｌｙおよびマスクタイマＴＭ３のマスク時間Ｔｍｓｋの設定を変更することもできる。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１：センサレスブラシレスモータの駆動装置
２：インバータ回路
２１Ｐ：入力端子    ２１Ｎ：接地端子
２２Ｕ：Ｕ相正側スイッチング素子    ２３Ｕ：Ｕ相負側スイッチング素子
２４Ｕ：Ｕ相出力端子    ２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗ：電源線
２６：直流電源装置    ２６Ｐ：正側端子    ２６Ｎ：負側端子
２７：スイッチング部    ２８：ダイオード部
３：インバータ制御回路
４：位置検出回路
４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ：合成抵抗    ４２：合成点
４４：比較器    ４５：出力端子    ４７：位置検出部
５：通電タイミング回路
６：逆起電圧検出回路
６１：正側トランジスタ素子    ６２：正側検出部
６３：負側トランジスタ素子    ６４：負側検出部
７：異常判定部
９：センサレスブラシレスモータ
９１：ステータ
９２、９３、９４：ＵＶ間、ＶＷ間、ＷＵ間電機子巻線
９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相端子
Ｅ：電源電圧    ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相端子電圧
ｖｉＵ、ｖｉＶ、ｖｉＷ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相誘起電圧
Ｖｍｉｘ：合成電圧    ＶＭ：中間レベル値
ＳＣ：通電制御信号    ＰＷＭ：パルス幅変調信号
ＳＵ、ＳＶ、ＳＷ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相切替え信号
ＳＸ：位置信号    ＳＹ：特定位置検出信号
Ｚ：逆起電圧波形    ＶＰｒ：正側逆起電圧    ＶＮｒ：負側逆起電圧
【図１】
2014023257.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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