(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、このロータに対して複数相の励磁コイルを備えて、複数相の励磁コイルに対する通電パターンを切り替えてロータを回転するセンサレスモータ駆動回路において、
モータの中性点の直流電圧に対して、アナログ電圧を付加してスタータ信号を形成するためのスタータ部と、
スタータ信号と、各相の励磁コイルからの逆起電圧が入力されて、スタータ信号と各相の励磁コイルからの逆起電圧を比較して比較電圧信号を得る比較回路と、
比較回路の比較電圧信号を所定の電気角分遅延させて複数相の励磁コイルの通電パターンを切り替えるための通電パターン切り替え信号を生成する遅延回路と、
を備えることを特徴とするセンサレスモータ駆動回路。
【請求項２】
３相の励磁コイルを備える請求項１に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【請求項３】
遅延される電気角は３０度である請求項２に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【請求項４】
スタータ部は、アナログ電圧をモータの中性点の直流電圧に付加するためのトランジスタを備える請求項１に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサレスモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
センサレスモータの駆動回路としては、例えば３相のブラシレスモータを駆動する回路が知られている。この３相のブラシレスモータを駆動する回路は、ホール素子などの回転検出素子を用いずに、励磁コイルに発生する誘起電圧（逆起電圧）を利用して、励磁コイルに通電される電流の通電パターンを切り替えるようになっている。
【０００３】
従来のセンサレスモータの起動を行う場合の起動方式を図５に示している。図５において、このセンサレスモータ起動方式によれば、３相の励磁コイルからそれぞれ得られる逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが、比較回路のコンパレータ１，２，３のプラス入力端子に入力されるようになっている。そしてモータの中性点電圧（コモン電圧）が各コンパレータ１，２，３のマイナス入力端子に入力される。
コンパレータ１，２，３の比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎは、モータの起動時には逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが小さいか又は無いので正常には出ない。そこで、比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎが排他的論理和ゲート４を介して出力電圧Ｚを作り、周波数コンパレータ５が、この出力電圧Ｚの信号周波数と、スタータ６から出力されるスタータ出力７の所定の周波数とを比較する。そして周波数コンパレータ５は、両者の内の高い方の周波数を選択することにより通電パターン切替信号８を生成する。これによって、この通電パターン切替信号に従い３つの励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに対する通電のパターンを切り替えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のセンサレスモータの起動方式では、上述したようにある一定時間に逆起電圧が入ってこなければスタータ出力７を利用して強制的に通電パターンを切り替えるために通電パターン切替信号８を生成させてモータの起動を行っている。従ってこの方式では、モータの起動時のみに有効になるスタータ６と、定常回転時に必要となる出力電圧Ｚを切り替えるための切替回路９及び周波数コンパレータ５が必要であり、回路が大きくなってしまうという欠点がある。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解消するためになされたものであり、ロータの定常回転時のみに動作する回路と起動時及び低回転時に起動する回路の切り替えが必要でなく、起動時から定常回転時までをスムーズに駆動することができるセンサレスモータ駆動回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、ロータと、このロータに対して複数相の励磁コイルを備えて、複数相の励磁コイルに対する通電パターンを切り替えてロータを回転するセンサレスモータ駆動回路において、モータの中性点の直流電圧に対して、アナログ電圧を付加してスタータ信号を形成するためのスタータ部と、スタータ信号と、各相の励磁コイルからの逆起電圧が入力されて、スタータ信号と各相の励磁コイルからの逆起電圧を比較して比較電圧信号を得る比較回路と、比較回路の比較電圧信号を所定の電気角分遅延させて複数相の励磁コイルの通電パターンを切り替えるための通電パターン切替信号を生成する遅延回路と、を備えるセンサレスモータ駆動回路により、達成される。
【０００７】
本発明によれば、スタータ部が、モータの中性点の直流電圧に対して、アナログ電圧を付加してスタータ信号を形成する。そして比較回路は、このスタータ信号と、各相の励磁コイルからの逆起電圧を比較して、比較信号を作る。遅延回路は、比較回路の比較電圧信号を所定の電気角分遅延させて、複数相の励磁コイルの通電パターンを切り替える。スタータ部がモータの中性点の直流にアナログ電圧を付加することにより、モータの起動時及びモータの低回転には擬似的なゼロクロス点を作ることで、比較回路を動作させる。そして遅延回路がこの比較回路の比較電圧信号を所定の電気角分遅延させることにより通電パターン切替信号を生成してその遅延させた時点で順番に複数相の励磁コイルの通電パターンを切り替えていく。
【０００８】
なおこのモータの中性点の直流電圧とアナログ電圧を付加したスタータ信号は、モータの定常回転時の逆起電圧に比べて十分小さいために、モータの起動時及び低速回転時のみに有効となり、従来必要であった周波数コンパレータや切り替え器などが不要である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１０】
図１は、本発明のセンサレスモータ駆動回路を示すブロック図である。
図において、モータ１０は、３つの相の励磁コイル（駆動コイルともいう）ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ、およびロータＲを有している。３相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに対する駆動電流の通電順序を切り替えていくことにより、ロータＲが回転するようになっている。
このモータは上述したように３相のセンサレスのブラシレスモータである。つまり、モータのロータＲを起動するときに、ホール素子などの回転検出素子を用いずに、励磁コイルに発生する逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを利用して、各相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに通電される駆動電流の通電パターン（通電タイミング）を切り替えるようになっている。
従って、励磁コイルＣＵは、駆動部１１と比較回路１２に接続されている。同様にして励磁コイルＣＶは駆動部１１と比較回路１２に接続されている。また励磁コイルＣＷは駆動１１と比較回路１２に接続されている。
また、ブラシレスモータ１０の中性点ＭＰは、比較回路１２に接続されている。これにより、比較回路１２は、３相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷから逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを受けることができ、かつブラシレスモータ１０の中性点ＭＰからはコモン電圧ＭＰＶを受けるようになっている。
【００１１】
比較回路１２と、この比較回路１２に接続されているスタータ部１３について、図１と図２を参照して説明する。
比較回路１２は、上述したように逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを受けるとともに、コモン電圧ＭＶＰを受けるようになっている。比較回路１２は３つのコンパレータ２１，２２，２３などを有していて、これらの３つのコンパレータ２１，２２，２３の出力側が遅延回路１４の排他的論理和ゲート２４に接続されている。
逆起電圧Ｕはコンパレータ２１のプラス入力端子側に入力され、逆起電圧Ｖはコンパレータ２２のプラス入力端子側に入力され、かつ逆起電圧Ｗはコンパレータ２３のプラス入力端子側に入力されるようになっている。またコモン電圧ＭＰＶは、３つのコンパレータ２１，２２，２３のそれぞれのマイナス入力端子側に加算器３５を介して入力される。
【００１２】
コンパレータ２１は、逆起電圧Ｕとスタータ信号ＷＰを比較して、比較電圧信号Ｕｉｎを排他的論理和ゲート２４側に出力する。同様にしてコンパレータ２２は、逆起電圧Ｖとスタータ信号ＷＰを比較して、比較電圧信号Ｖｉｎを排他的論理和ゲート２４側に出力する。コンパレータ２３は逆起電圧Ｗとスタータ信号ＷＰを比較して、比較電圧信号Ｗｉｎを排他的論理和ゲート２４側に出力する。
【００１３】
本発明の実施の形態において、特に特徴的なのは、スタータ部３０がコモン電圧入力端子の加算器３５に入力されることである。つまり、スタータ部３０が発生するスタータ出力電圧ＳＯがコモン電圧ＭＰＶに付加される。コモン電圧ＭＰＶは直流電圧であり、この直流電圧のコモン電圧ＭＰＶに対して、アナログ電圧であるスタータ出力電圧ＳＯが加算器３５において付加される。このようにアナログのスタータ出力電圧ＳＯを与えるのは、各コンパレータ２１，２２，２３を動作させるためである。
【００１４】
この結果、加算器３５は、コンパレータ２１，２２，２３の各マイナス入力端子側に、上述したスタータ信号ＷＰを与えることができる。このスタータ信号ＷＰは図２と図３に示すように、直流電圧にアナログ的な重畳電圧を加えた信号であり、図３にも示されているように、ゆるやかな波型の波形になる。このスタータ出力電圧ＳＯは、所定の周波数および振幅を持った信号であり、例えばその周波数は、イナーシャと起動トルクにより算出され、例えばＣＤ−ＲＯＭ（読み出し専用のコンパクトディスク）であれば、１０Ｈｚ程度である。その振幅は、例えばコンパレータの動作する電圧以上で、実際使用する最低回転数における逆起電圧の５０％以下となっている。
このスタータ信号ＷＰは、ブラシレスモータ１０のロータＲを起動する時および低回転時に図３に例示するような疑似的なゼロクロス点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を作り出して、図２のコンパレータ２１，２２，２３を動作させるようになっている。
【００１５】
図２の遅延回路１４の排他的論理和ゲート１４は、これらのコンパレータ２１，２２，２３の比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎから通電パターン切替信号を例えば遅延される電気角で３０度遅らせる機能を有している。
図１に戻ると、この遅延回路１４は、論理回路５０に接続されている。この論理回路５０は、比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎの８ｂｉｔの信号よりセンサレス用に各相のすいこみ（ｓｉｎｋ），はき出し（ｓｏｕｒｃｅ），逆起電圧の検出のタイミングを作り出す。
この論理回路５０は、ナンドゲート４０，４１，４２からそれぞれ出力されるディレイＵ，ディレイＶ，ディレイＷの各信号（図３参照）である通電パターン切替信号ＰＣを論理回路５０に与える。この駆動部１１は、論理回路５０からの通電パターン切替信号の指令に基づいて、３相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに通電する。
【００１６】
この遅延回路１４は、比較回路１２から得られる通電パターン切替信号に対して、図３に示す電気角Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のような電気角で３０度分遅延したディレイＵ，ディレイＶ，ディレイＷを、センサレス３相通電論理回路５０に出力させる。つまり、コンパレータ２１，２２，２３からの出力電圧信号Ｕｉｎの立ち上がり部分Ａから、遅延される電気角３０度（Ｔ３）を経過した時点において、ディレイＵの立ち下がり部分Ａ１が形成される。同様にして出力信号Ｖｉｎの立ち上がりＢに対して、ディレイＶは遅延される電気角３０度（Ｔ２）を経過した時点で立ち下がり部分Ｂ１が形成される。また出力信号Ｗｉｎの立ち上がり部分Ｃから遅延される電気角３０度（Ｔ１）を経過した時点でディレイＷの立ち下がり部分Ｃ１が形成される。
【００１７】
次に、上述したセンサレスモータ駆動回路の動作について説明する。
まず図１のロータＲが停止した状態から起動しようとする場合には、３相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷから比較回路１２に対しては、逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗがうまく与えられないので、図２の比較回路１２から遅延回路１４に対しては、比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎが正常に出力されない。そこで、うまく励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに通電切り替えしてロータＲを起動し回転させるために、次のような信号処理を行う。
【００１８】
図２のコモン電圧ＭＰＶに対して、加算器３５においてスタータ部３０からのスタータ出力電圧ＳＯを与える。つまり直流電圧であるコモン電圧に対して、スタータ出力電圧ＳＯを加算器３５で与えることにより、図２に示すスタータ信号ＷＰがコンパレータ２１，２２，２３に与えられる。これにより、図３に示すようなスタータ信号ＷＰが生成されるとともに、コンパレータ２１，２２，２３が動作をすることになる。したがって比較電圧信号Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎが順次排他的論理和ゲート２４側に出力される。
【００１９】
そして遅延回路１４は、排他的論理和ゲート２４からの信号を、順次電気角３０度分遅延させる。すなわちコンパレータ２３からの比較電圧信号Ｗｉｎの立ち上がり部分Ｃ（擬似的なゼロクロス点Ｐ１）は、遅延回路１４において遅延される電気角３０度分（Ｔ１）遅延されて、信号電圧ディレイＷの立ち下がり部分Ｃ１が形成される。この信号電圧ディレイＷの立ち下がり部分Ｃ１のタイミングで擬似的な逆起電圧Ｗが発生される。
【００２０】
同様にして、コンパレータ２２からの比較電圧信号Ｖｉｎの立ち上がり部分Ｂ（擬似的なゼロクロスＰ２）は、電気角３０度分（Ｔ２）だけ遅延回路１４により遅延されて、信号電圧ディレイＶの立ち下がり部分Ｂ１が形成される。この立ち下がり部分Ｂ１に対応して、逆起電圧Ｗに代えて疑似的な逆起電圧Ｖが発生される。
【００２１】
同様にして、コンパレータ２１からの比較電圧信号Ｕｉｎの立ち上がり部分Ａは、遅延回路１４により電気角３０度分Ｔ３遅延されて、信号電圧ディレイＵの立ち下がり部分Ａ１が形成される。この立ち下がり部分Ａ１の時点で、疑似的な逆起電圧Ｖに代えて疑似的な逆起電圧Ｕが発生される。
【００２２】
このようにして、順次逆起電圧Ｗ，Ｖ，Ｕが通電パターン切替信号ＰＣにより順次切り替えられていくので、この切り替えタイミングにて、論理回路５０は、駆動部１１に対して指令を与える。駆動部１１は、この指令に基づいて、それぞれの対応する励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに駆動電流（励磁電流）を供給することにより、ロータＲが起動を始める。このようにしてゼロクロス点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３において、それぞれ逆起電圧Ｗ，Ｖ，Ｕに切り替えられる現象は、ロータＲの定常回転時においても行われる。
【００２３】
そしてロータＲの回転が定常回転に達した場合にあっても、図２のスタータ信号ＷＰ（コモンのミックス信号）は、定常回転時の逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗに比べて十分に小さいために、定常回転時の逆起電圧の変動をほとんど与えない。しかもこのスタータ信号ＷＰは、上述したようにロータＲの定常回転時の逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗに比べて十分に小さいために、起動時および定常回転時のみにこのスタータ信号ＷＰが有効である。従って、本発明の実施の形態では、従来のように、周波数コンパレータと切り替え器を備えて、ロータの定常時のみに動作する回路と、ロータＲの起動時および低回転時に起動する回路との切り替えをする必要がなくなり、一つの回路でロータＲの起動から定常回転までをカバーすることができる。
【００２４】
ところで逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは、例えば数Ｖ程度の電圧であり、コモン電圧ＭＰＶに対して与えられるスタータ出力電圧ＳＯは、数十ｍＶ程度の電圧である。この極小さなスタータ出力電圧ＳＯは、コンパレータ２１，２２，２３が動作する程度の電圧であればよい。またスタータ出力電圧ＳＯの周波数は、例えばＣＤ−ＲＯＭであれば１０Ｈｚ程度であるが、余りこの周波数が小さくても駄目である。なぜならば、ロータが動き出す前に通電タイミングが切り替ってしまいロータが回転出来ないからである。
またスタータ出力電圧ＳＯは、アナログ電圧であるがその振幅は、コンパレータ２１，２２，２３が動作する程度の振幅度の値であればよく、例えばＣＤ−ＲＯＭだと１００ｍＶｐｐ（ピークからピークまでの電圧）程度の大きさであるが、その大きさは逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗに影響しない程度の値となる。
【００２５】
なお直流電圧であるコモン電圧（中性点電圧）でＭＰＶは、アナログ電圧であるスタータ出力電圧ＳＯにより揺らぎを生じさせるのであるが、この電圧の揺らぎは、ロータＲが定常回転に達すると、逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗには影響を与えないものである。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態の別の実施の形態を示している。この実施の形態では、スタータ部３０が、一つのトランジスタＴｒを有している。このトランジスタＴｒのベースに対してはスタータ信号ＳＳが与えられると、直流電圧であるコモン電圧が、スタータ信号ＷＰに変換される。その他の点については図２の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００２７】
以上説明したように本発明では、センサレスモータを駆動する際に、直流のコモン電圧に対して、アナログ電圧であるスタータ出力電圧をミックス（付加）することで、スタータ信号ＷＰを形成し、このスタータ信号ＷＰを逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの入力部１００に対して与えることにより、コンパレータ２１，２２，２３を作動させてロータＲをスムーズに起動して定常回転することができる。従って従来必要であったロータの起動時とロータの定常回転時における回路の切り替えが不要となる。
【００２８】
またセンサレスモータ起動時に、スタータ出力電圧ＳＯのスタータ周波数をモータ１０の中性点ＭＰのコモン電圧ＭＰＶに対してアナログ電圧としてミックスすることにより、図２に示したような疑似的な逆起電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを作り出して、励起コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷへの通電パターンを切り替えることができる。
ところで上述した実施の形態では、３相の励磁コイルを有するブラシレスモータの例を示しているが、これに限らず２相の励磁コイルを有するブラシレスモータなどに対しても本発明を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータの定常回転時のみに動作する回路と、起動時及び低回転時に起動する回路の切り替えが必要でなく、起動時から定常回転時までをスムーズに駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサレスモータ駆動回路の実施の形態を示す図。
【図２】図１のセンサレスモータ駆動回路の比較回路および遅延回路およびスタータ部を示す図。
【図３】図１と図２の回路におけるタイミングを示す図。
【図４】本発明の別の実施の形態を示す図。
【図５】従来のセンサレスモータ駆動回路の比較回路および周波数コンパレータと切替器などを示す図。
【符号の説明】
１０                    ブラシレスモータ
１２                    比較回路
１４                    遅延回路
３０                    スタータ部
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ        励磁コイル
Ｍ                      センサレスモータ
ＭＰＶ                  コモン電圧（モータの中性点の直流電圧）
Ｒ                      ロータ
ＳＯ                    スタータ出力電圧（アナログ電圧）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３        遅延される電気角
Ｔｒ                    トランジスタ
Ｕ，Ｖ，Ｗ              逆起電圧
Ｕｉｎ，Ｖｉｎ，Ｗｉｎ  比較電圧信号
ＷＰ                    スタータ信号
ＰＣ                    通電パターン切替信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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