(57)【要約】  コントローラ１は、モータを始動する際にセンサ駆動により立ち上げ、回転数が上がるとセンサレス駆動へ切り替える駆動選択信号を出力し、駆動切替え手段２はセンサレス駆動が選択された後もセンサ駆動を続行し、センサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を避けて励磁シーケンスをセンサレス駆動に切り替える。
2009095979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ駆動による励磁切替え位相と若しくはセンサレス駆動の励磁切替え位相のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、
コントローラからの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサで検出されるロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、
ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との不一致若しくはセンサ駆動による励磁切替え位相とセンサレス駆動による励磁切替え位相との不一致を検出して不一致信号を出力する不一致検出手段と、
不一致信号が検出されている場合には、コントローラからの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラからのセレクト信号として駆動切替え手段に出力するホールド手段と、
駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、
コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われるモータ駆動装置。
【請求項２】
ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出手段へ出力する位相判別手段を備え、
不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止する請求項１乃至３のいずれか１項記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、
ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁切替え位相とセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、
コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として出力する同期手段と、
同期手段からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、
駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、
コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われるモータ駆動装置。
【請求項６】
ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、
同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる請求項５記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止する請求項５又は６記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＣブラシレスモータをセンサ駆動とセンサレス駆動を切り替えて駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＤＣブラシレスモータに設けられるモータ駆動装置の駆動方式には、ホールセンサなどのロータ位置センサを使用するセンサ駆動方式と、モータコイルに生じる誘起電圧からロータ位置情報を生成するセンサレス駆動方式の２種類がある。
例えば、ハードディスクやＤＶＤなどの記憶媒体は高密度化と小型化が進んでおり駆動源であるスピンドルモータの高精度化が要求されている。あるいはレーザープリンタのポリゴンミラーや各種ビデオ装置の駆動源に用いられるスピンドルモータにおいても同様である。
特に近年、ＦＤＢ（動圧軸受け）が急速に普及し軸受けの精度と剛性が高まったことから、モータの回転にさらなる高精度化が要求されており、高精度化する際のセンサに起因する誤差が無視できない状況となりつつある。センサにつきまとう様々な誤差要因、例えば取付け位置誤差・応答性・温度や電圧によるドリフト・偏芯誤差などが存在するため、センサの改善では限界があり、それらを解決するにはセンサレス駆動が適している。
しかしながら、センサレス駆動は始動が困難、過負荷に対応できない、線速度一定運転などでの制御性が悪いといった課題がある。そこで、従来のセンサ付モータで始動や変速・減速時はセンサ駆動を行い、高精度が必要なときだけセンサレス駆動を行えば双方の欠点を補う理想的な駆動方式となる（例えば特開２００２−２９１２８２号公報）。高精度を実現するため、従来はエンコーダ付モータによるサーボシステムが用いられるが大型化し高価格である。
ここで図１５に３相ＤＣブラシレスモータを用いて３相全波１２０°矩形波駆動する場合のタイミングチャートを示す。モータにはロータ位置を検出するための３個のホールセンサＡ，Ｂ，Ｃが内蔵されていて１２０°位相差のセンサ信号を発生する。６励磁位置（励磁ステート）で１電気角だけ回転し、１励磁ステートは電気角で６０°に相当する。図１５において、励磁ステート番号が１から６へ進むときにモータが所定の向きに回転するものとする。
モータ駆動装置は、ホールセンサ信号から６０°ごとに励磁ステートを選択して励磁信号を生成し、モータコイルへ通電するセンサ駆動を行う。また、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置を検出し、励磁ステートを選択するセンサレス駆動を切り替えるようになっている。
センサ駆動とセンサレス駆動を切り替える場合の励磁ステートの位相は、以下に説明するように通常一致しない。これは、センサ誤差や着磁誤差に起因するものが大きく、これらの影響をなくすことは難しい。
励磁ステートの位相不一致期間内にセンサ駆動とセンサレス駆動の切替えが発生した場合について図１６乃至図１９のタイミングチャートを参照して説明する。尚、駆動切替え信号はコントローラからの指令によりセンサ駆動若しくはセンサレス駆動が選択される。指令はセレクタ部に入力され、セレクタ部は駆動方式に応じた励磁ステートを選択してデコーダなどの駆動部へセレクタ出力として出力する。
図１６は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先（図１６ではセンサレス駆動）の励磁ステートの位相が進んでいるケースを示す。
図１７は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先（図１７ではセンサレス駆動）の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
図１８は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先（図１８ではセンサ駆動）の励磁ステートの位相が進んでいるケースを示す。
図１９は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先（図１９ではセンサ駆動）の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
図１７と図１９において、移行先の励磁ステートの位相が遅れている場合には、セレクタ出力の励磁ステートが戻る期間が発生する。この励磁ステートの戻りはモータが逆回転することを意味する。
センサ駆動とセンサレス駆動とで相互に切り替えるとき、励磁ステートがずれるとそれ以降の駆動切替えができなくなるという課題があった。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、センサ駆動とセンサレス駆動を相互に切り替える際に励磁位置の位相ずれの影響を受けないで駆動切替えが行えるモータ駆動装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の第１の構成を備える。
センサ駆動による励磁切替え位相と若しくはセンサレス駆動の励磁切替え位相のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、コントローラからの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサで検出されるロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との不一致若しくはセンサ駆動による励磁切替え位相とセンサレス駆動による励磁切替え位相との不一致を検出して不一致信号を出力する不一致検出手段と、不一致信号が検出されている場合には、コントローラからの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラからのセレクト信号として駆動切替え手段に出力するホールド手段と、駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出手段へ出力する位相判別手段を備え、不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力することを特徴とする。
或いは、位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力することを特徴とする。
また、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止することを特徴とする。
次に第２の構成としては、センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁切替え位相とセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として出力する同期手段と、同期手段からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止することを特徴とする。
【０００４】
発明の効果
上述した第１の構成に係るモータ駆動装置を用いれば、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。よって、センサ誤差や着磁誤差に起因する励磁切替え位相の進みや遅れの影響を受けずにセンサ駆動からセンサレス駆動へ若しくはセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替えることができる。
また、不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する。
或いは、位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する。
これにより、ホールド手段は駆動切替え信号に応じたセレクト信号をリアルタイムで駆動切り替え手段に出力して、ロータ位置信号の位相（励磁切替え位相）が切り替わるのを待たずにモータの駆動切替えを迅速に行える。よって、移行先の最初の励磁位置（励磁ステート）の位相期間の短縮を最小限にとどめることができ、モータ駆動を安定させることができる。
また、モータ駆動停止時及びセンサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止すると、モータの温度上昇を抑えモータ駆動装置の消費電力を低減することができる。
また、第２の構成に係るモータ駆動装置を用いれば、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁位置とセンサレス駆動の励磁位置の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチしたエッジ信号をセレクト信号として出力する同期手段を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号によってトリガーされてセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
これにより、センサ駆動とセンサレス駆動とで励磁切替え位相がずれていても、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として出力して駆動切替えが行われる。よって、センサ誤差や着磁誤差に起因する励磁切替え位相のずれの影響を受けずにセンサ駆動からセンサレス駆動へ若しくはセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替えることができる。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。これにより、同期手段は駆動切替え信号に応じたセレクト信号をリアルタイムで駆動切り替え手段に出力して駆動切替えする。よって、移行先の最初の励磁位置（励磁ステート）の位相期間の短縮を最小限にとどめることができ、モータ駆動を安定させることができる。
以上により、センサ駆動とセンサレス駆動との切り替えを励磁シーケンスが狂うことなく自動化でき、小型・低価格で高精度なモータ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】第１実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図２】図１のブロック構成の一例を示す部分回路図である。
【図３】センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】センサレス駆動からセンサ駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図６】第２実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図７】図６のブロック構成の一例を示す部分回路図である。
【図８】センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】第３実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図１０】図９のブロック構成の一例を示す部分回路図である。
【図１１】センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１２】センサレス駆動からセンサ駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１３】センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１４】第４実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。
【図１５】３相ＤＣブラシレスモータを用いて３相全波１２０°矩形波駆動する場合のタイミングチャートである。
【図１６】センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先の位相が進んでいる場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１７】センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先の位相が遅れている場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１８】センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先の位相が進んでいる場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【図１９】センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先の位相が遅れている場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。
【発明の好適な実施の態様】
【０００６】
以下、本発明に係るモータ駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本願発明は永久磁石ロータと固定子を備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に広く適用することができる。
以下では、３相ＤＣブラシレスモータを120°矩形波駆動するモータ駆動装置を例示して説明する。
（実施例１）
図１はモータ駆動装置の一例を示すブロック構成図である。
コントローラ（例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）１は、センサ駆動による励磁位置と若しくはセンサレス駆動の励磁位置のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御する。コントローラ１は、センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかの駆動方式を指定してモータ駆動を行う。コントローラ１による駆動切替えの条件は、所定回転数より低い場合（例えば起動時、低速回転時）にはセンサ駆動、所定回転数を超えている場合（例えば高速回転時）には、センサレス駆動に切り替える。或いは、モータコイル２の誘起電圧が十分発生していることやゼロクロス点が正常に検出されていることなどを条件として切り替えてもよい。これらの切替え条件となる検出信号は、駆動回路部で生成されるので、コントローラ１を介さずに切り替えることも可能である。
ロータ位置センサは、ホールセンサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）が用いられ、永久磁石ロータＲの磁束を検出し、ロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）を出力する。また、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のモータコイル２は中性点（ＣＯＭ）で結線されており、該中性点（ＣＯＭ）と各相コイルの接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗ）はゼロクロスコンパレータ３へ各々接続されている。ゼロクロスコンパレータ３は、コイル接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と中性点（ＣＯＭ）のゼロクロス点を検出し、センサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）を生成する。
不一致検出部（不一致検出手段）４はホールセンサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）のロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との不一致若しくはセンサ駆動による励磁位置とセンサレス駆動による励磁位置との不一致を検出して不一致信号を後述するホールド手段へ出力する。
例えば図２において、ロータ位置信号（ＨＡ，ＢＡ）（ＨＢ，ＢＢ）（ＨＣ，ＢＣ）が各々入力されるＥＸ−ＯＲ回路（Exclusive‐OR circuit）１１のゲート出力が３入力ＮＯＲ回路１２の入力端子に各々接続されている。
ＥＸ−ＯＲ回路１１のゲート出力は、入力されるロータ位置信号どうしが不一致の場合にはＨ（High）レベルとなる。３入力（ｉｎ）ＮＯＲ回路１２のゲート出力信号、即ち不一致信号は、センサ駆動（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）と、センサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）のいずれかが不一致のときＬ（Law）レベルとなり、一致するときＨ（High）レベルとなる。
ホールド部（ホールド手段）５は、不一致検出部４にて不一致信号が検出されている場合には、コントローラ１からの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラ１からのセレクト信号として後述する駆動切替え手段へ出力する。
例えば図２において、３入力ＮＯＲ回路１２の出力側はＤラッチ（Ｄ−ＬＡＴＣＨ）１３のホールド（ＨＯＬＤ）入力端子と接続されている。ホールド入力がＨ（High）のとき、Ｄラッチ１３のＤ端子（データ入力端子）入力＝Ｑ端子（データ出力端子）出力となり、ホールド入力がＬ（Law）のとき、Ｑ端子出力は、直前のＤ端子入力が保持される。したがって、センサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が一致するとき、Ｑ端子出力、即ちセレクト信号は駆動切替え信号と同じになり、不一致のときには、直前の切替え信号が保持され、たとえ駆動切替え信号が変化しても出力は変わらない。
図１において、駆動切替え部（駆動切替え手段）６は、コントローラ１からの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサ駆動と、モータコイル２に誘起される誘起電圧からゼロクロスコンパレータ３によってロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が生成され、当該ロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサレス駆動とで相互に駆動方式を切り替える。
例えば図２において、Ｄラッチ１３のＱ出力端子は、セレクタ（ＳＥＬＥＣＴＥＲ）１４のセレクト（ＳＥＬ）端子に接続されている。セレクタ１４は、例えば３ｂｉｔ、２ｔｏ１（２入力１出力）データセレクタが用いられる。セレクト信号がＬ（Law）の場合、ホールセンサから入力端子Ａ１〜Ａ３に入力されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）がＨ（High）レベルのとき、入力端子Ｂ１〜Ｂ３が選択されて出力される。
尚、セレクタ出力ＳＡ〜ＳＣは、次段のデコーダ７（図１参照）に入力されて励磁切替えが行なわれる。
図１において、デコーダ７は駆動切替え部６から出力される励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）に基づいて励磁信号を生成し、図示しないドライバ回路は励磁信号に基づいてモータ出力部（出力段）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えてモータコイル２を励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。尚、デコーダ部７の制御信号やＰＷＭ制御系については図示を省略する。
上述したモータ駆動回路は、コントローラ１が駆動切替え信号としてＬ（Law）を出力するとセンサ駆動が行われる。センサ駆動からセンサレス駆動に切り替ようとする場合にはコントローラ１は、駆動切替え信号をＬ（Law）からＨ（High）に切り替える。このとき、センサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が一致していれば、直ちにセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）がセレクタ出力ＳＡ〜ＳＣとして出力される。また、ロータ位置信号が不一致であれば駆動が切り替わらずにセンサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）が出力され続け、一致した瞬間にセンサレス駆動のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に同期して切り替わる。センサレス駆動からセンサ駆動に切り替える場合も同様にしてセンサ駆動のロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に同期して切り替わる。
上述したモータ駆動装置の動作例について説明する。
図１において、モータ始動時にコントローラ１は、切替え信号としてセンサ駆動を指定して始動する。モータ始動後、永久磁石ロータＲがゼロクロスを検出できる回転数に到達したら、コントローラ１は切り替え信号にてセンサレス駆動を選択する。切り替え時、センサ駆動とセンサレス駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相が不一致の場合は、切り替え信号はホールド部５により励磁位置（励磁ステート）の位相が一致するまでホールドされ、やがてセンサ駆動の励磁ステートとセンサレス駆動の励磁ステートの位相が一致したときはじめて切り替わり、モータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号ＢＡ，ＢＢ，ＢＣが選択される。これにより、モータの逆転は阻止される。切り替え動作以後は、センサレス駆動が継続する。過負荷などで回転数が低下したらコントローラ１は駆動切替え信号によってセンサ駆動を選択する。切り替え時、センサ駆動とセンサレス駆動の励磁位置の位相が不一致の場合は、前述と同様に逆転は防止される。さらに回転数が下がりあるいは停止してもセンサ駆動が選択されているため安定したトルクを発生できる。仮に、センサレス駆動のままであると始動シーケンスに入ってしまうなどして安定したトルクは発生できない。
以下、本発明によるモータ駆動装置の駆動切替えにより励磁位置の位相のずれにより影響を受けないことを、図３〜図５のタイミングチャートを参照して説明する。
図３は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されるとセレクト信号として駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、遅れていたセンサレス駆動の励磁ステートがセンサ駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
図４は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する場合であって、移行先の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されるとセレクト信号として駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、遅れていたセンサ駆動の励磁ステートがセンサレス駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
次に、図５は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が進んでいるケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、センサ駆動の励磁ステートが切り替わるタイミングでセレクト信号が駆動切替え部６へ出力されてモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、移行先であるセンサレス駆動の最初の励磁ステートの位相期間が短くなる。しかしながら、センサレス駆動の励磁ステートがセンサ駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
上記移行先の励磁ステートの位相期間の短縮は僅かであるが、トルク変動を伴う。このため、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際は、誘起電圧の検出が不安定となり易く、励磁切替えのタイミングの遅れは可能な限り短いことが望ましい。
（実施例２）
以下では、駆動切替えタイミングの遅れを解消する他例について説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。移行先の励磁ステートが進んでいる場合には、最初の励磁ステートに切替え遅延が発生する。
そこで、図６のブロック構成図において、不一致検出部５に接続する位相判別部８（位相判別手段）が設けられている。位相判別部８は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出部５へ出力する。このとき、不一致検出部５は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド部５へ出力せずホールド部５はセレクト信号を遅延なく駆動切替え部６へ出力する。
例えば図７において位相判別部８には、ロータ位置信号が入力される６個のＤ−ＦＦ（Ｄ型フリップフロップ）１５〜２０が設けられている。これらＤ−ＦＦ１５〜２０の出力は３個の２入力（ｉｎ）ＯＲ回路２１へ入力され、２入力ＯＲ回路２１の出力は３入力（ｉｎ）ＯＲ回路２２へ入力されるように接続されている。また、３入力ＯＲ回路２２の出力は不一致検出部５の２入力（ｉｎ）ＯＲ回路２３へ出力されるようになっている。
上記Ｄ−ＦＦ（Ｄ型フリップフロップ）１５〜２０には、コントローラ１（図６参照）からの駆動切替え信号を反転したＳＥＬ＊信号又は反転しないＳＥＬ信号が入力される。各Ｄ−ＦＦ１５〜２０は、汎用のＤ型フリップフロップであり、クロック入力ＣＫの立ち上りエッジでＤ端子（データ入力端子）の入力データを記憶し、記憶した入力データをＱ端子（データ出力端子）へ出力する。例えばＤ＝Ｈ（High）でクロックＣＫが立ちあがると、Ｑ＝Ｈ（High）となる。Ｄ＝Ｌ（Law）でクロックＣＫが立ち上がると、Ｑ＝Ｌ（Law）が出力される。尚、ＣＬＲ端子入力がＬ（Law）であれば、無条件にＱ＝Ｌ（Law）にクリアされる。
Ｄ−ＦＦ１５はセンサ駆動のときのロータ位置信号ＨＡとＢＡの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号がＬ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ＳＥＬ＊＝Ｈ（High）となり、ロータ位置信号ＨＡがクロックＣＫに入力される。ここで、ロータ位置信号ＨＡが立ち上がるとき、Ｄ端子入力であるロータ位置信号ＢＡの位相が遅れていればＢＡ＝Ｌであることから、Ｑ＝Ｌ（Law）となる。ロータ位置信号ＨＡが立ち上がるとき、ロータ位置信号ＢＡの位相が進んでいればＢＡ＝Ｈであることから、Ｑ＝Ｈ（High）となる。このとき、Ｑ端子出力のＨｉレベル信号は、２入力ＯＲ回路２１及び３入力ＯＲ回路２２を通じて位相判別信号Ｈ（High）を出力する。
位相判別信号は、不一致検出部５から出力された不一致検出信号ＥＱと２入力ＯＲ回路２３においてＯＲ処理される。よって、位相が進んでいる場合には、不一致信号は、一致不一致にかかわらずＨ（High）となって一致状態を検出する。したがって、ホールド部５は、ホールド動作をせずに駆動切替え信号はセレクト信号として遅延することなく駆動切替え部６へ出力されて駆動が切り替わる。
同様に、Ｄ−ＦＦ１６は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＡとＨＡの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＡがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＡがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１７は、センサ駆動時のロータ位置信号ＨＢとＢＢの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＊＝Ｌ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＨＢがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＢＢがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１８は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＢとＨＢの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＢがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＢがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１９は、センサ駆動時のロータ位置信号ＨＣとＢＣの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＊＝Ｌ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＨＣがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＢＣがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ２０は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＣとＨＣの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＣがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＣがＤ端子へ入力される。
以上のＤ−ＦＦのいずれか一つでも位相の進みを検出すれば、不一致検出部５は一致状態を出力する。
或いは、図６の破線矢印に示すように位相判別部８から位相判別信号がホールド部５へ入力されており、ホールド部５は不一致検出信号を検出しても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相（励磁ステートの位相）が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を遅延無く駆動切替え部６へ出力するようにしてもよい。
即ち、図７における不一致検出信号と位相判別信号のＯＲゲート（２入力ＯＲ回路２３）をホールド部５に設けてもよい。
図６のモータ駆動装置による駆動切替え動作の一例を図８のタイミングチャートを参照して説明する。
図８は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が進んでいるケースを示す。不一致検出部５は、センサ駆動の励磁ステートより移行先のセンサレス駆動の励磁ステートが進んでいる場合には、破線で示すように位相不一致信号をホールド部５へ出力しない。
また、位相判別部８から位相判別信号がホールド部５へ入力される場合には、ホールド部５は移行先の励磁ステートが進んでいる場合には、ホールド動作を行なわず駆動切替え信号をそのままセレクト信号として駆動切替え部６へ出力する。
よって、図５の場合に比べて、センサ駆動の励磁ステートが切り替わるまでホールドされることがないので、センサレス駆動の最初の励磁ステートの位相期間はほとんど短縮されずに駆動切替えを行なえる。
（第３実施例）
次にモータ駆動装置の他例について図９を参照して説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
図９において、エッジ検出部９（エッジ検出手段）は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との立ち上がり及び立ち下がりエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相とセンサレス駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相の変化点を検出して立ち上がり及び立ち下がりのパルス出力のエッジ信号を後述する同期手段へ出力する。例えば、ロータ位置信号の位相が不一致の場合は最大で１電気角中に１２パルスのエッジ信号を出力する。また、ロータ位置信号の位相が一致している場合には、１電気角中に６パルスのエッジ信号を出力する。
同期手段（例えばＤ型フリップフロップ）１０は、コントローラ１からの駆動切替え信号をエッジ検出部９からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として駆動切替え部６へ出力する。
例えば図１０において、エッジ検出部９には、ロータ位置信号ＨＡ〜ＢＣが各々入力される６個の２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４が設けられている。２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４の出力は、３個の２入力ＯＲ回路２５に入力され、２入力ＯＲ回路２５の出力は、３入力ＯＲ回路２６に入力されるように接続されている。また、３入力ＯＲ回路２６の出力はエッジ信号として同期手段（例えばＤ型フリップフロップ）１０に出力する。
２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４は、二つの入力端子の入力レベルが不一致のときＨ（High）になる。入力端子の一方にバッファ２７が挿入されていると、入力が変化した瞬間にバッファ通過時間だけ不一致状態が発生し、バッファ通過時間に相当する短いパルスを発生させることができる。よって、ＨＡ〜ＢＣの６個の入力信号をそれぞれＥＸ−ＯＲ回路２４を通過させ、２入力ＯＲ回路２５及び３入力ＯＲ回路２６でＯＲ処理をすれば、全てのロータ位置信号のエッジごとにパルスが出力され、エッジ信号が得られる。
Ｄ−ＦＦ１０は汎用のＤ型フリップフロップが用いられ、クロック信号ＣＫの立ち上りでＤ端子入力データを記憶し、記憶した入力データをＱ端子に出力する。したがって、駆動切替え信号は、エッジ信号に同期して切り替わる。
駆動切替え部６は、同期手段１０からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）の検出信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサ駆動と、モータコイル２に誘起される誘起電圧からロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）を生成し、当該ロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える。
デコーダ７は、駆動切替え部６から出力される励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）に基づいて励磁信号を生成し、図示しないドライバ回路は励磁信号に基づいてモータ出力部（出力段）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えてモータコイル２を励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０に出力し、同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶して移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
以下、図９のモータ駆動装置による駆動切替え動作により励磁位置（励磁ステート）の位相ずれによる影響を受けないことを、図１１〜図１３のタイミングチャートを参照して説明する。
図１１は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。センサ駆動よりセンサレス駆動の励磁ステートの位相が遅れている場合は駆動切替え信号が切り替わってもただちにはセレクト信号に反映されず、センサレス駆動の励磁ステートの位相変化点ではじめてセレクト信号が切り替わり駆動切替え部６へ出力されるため、モータの逆転現象は生じない。
図１２は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサ駆動の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。センサレス駆動よりセンサ駆動の励磁ステートの位相が遅れている間にはラッチされているセレクト信号の切り替えは行なわれずに、センサ駆動の励磁ステートの位相変化点でセレクト信号が切り替わり駆動切替え部６へ出力されるため、モータの逆転現象は生じない。
図１３は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が一致若しくは進んでいるケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサレス駆動の励磁位置の位相変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。この場合、最大で１励磁ステートに相当する位相期間だけ遅れてセンサレス駆動へ切り替わるが、モータの逆転現象は生じない。
（第４実施例）
次にモータ駆動装置の他例について図１４を参照して説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
第３実施例において、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が一致若しくは進んでいるケースにおいては、最大で１励磁ステートに相当する位相期間の遅れが生ずる。この位相期間の遅れを解消する構成を図１４に示す。
図１４において、同期手段１０に接続する位相判別部８（位相判別手段）が設けられている。位相判別部８は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出部５へ出力する。このとき、同期手段１０は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号（励磁ステート）の位相が進んでいる場合には、エッジ検出部のエッジ信号に同期することなくセレクト信号を遅延なく駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
これにより、実施例２の図８で示すように移行先の励磁ステートの位相変化点まで同期手段１０によりセレクト信号がラッチされることがないので、センサレス駆動へ移行後の最初の励磁ステートの位相期間はほとんど短縮されずに駆動切替えを行なえる。
また、上述したいずれの実施例においても、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）への給電を停止する。また、モータ駆動停止時にもホールセンサへの給電を停止する。ホールセンサは、概ね５ｍＡ程度の消費電流が流れており、３相モータでは３個使用される。したがって、電源がＤＣ１２Ｖであるとすると１２Ｖ×１５ｍＡ＝１８０ｍＷの消費電力となる。モータ始動時のみセンサ駆動するとすれば、センサ使用時間分、即ち１／１０〜１／１０００に低減され、長時間運転を続ければセンサの消費電力は事実上ゼロとみなせる。
バッテリー駆動の小型モータの場合、モータ電流は１００ｍＡ以下ということが多い。センサレス駆動することにより、１５％程度は省エネルギー化が期待できる。更に、モータ駆動停止時のセンサ給電を停止することで、１５％程度低減でき、トータルで３０％程度の消費電力が低減できモータの温度上昇を抑えることができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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