(57)【要約】【課題】  ブラシレス・センサレスＤＣモータの回転子磁極位置を簡易に推定して、回転子をその起動からセンサレス駆動までの過程を円滑・良好に行うようにした駆動方法と、駆動制御装置を提供する。  【解決手段】  ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子２ａが回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線に所要の起動電圧を通電して、回転子を駆動すようにしたことを特徴とする。【選択図】        図１
2006157994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線に所要の起動電圧を通電して、回転子を起動させるようにしたことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動方法。
【請求項２】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させながら通電して、回転子を駆動させるようにしたことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動方法。
【請求項３】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させながら通電して回転子を起動し、更に、前記回転子の起動によりその回転数が事前に設定した回転数に達しているか否かを判定して前記回転数が設定回転数に達している場合は、当該通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過後に検出した電機子電流の所定倍に達した場合に転流指令を出力して通電相の切替を行うことにより回転子の起動をセンサレス駆動に切替えて、回転子を駆動させるようにしたことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動方法。
【請求項４】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記回転子磁極位置と推定した前記通電相の次相に位置する電機子巻線に所定の起動電圧を通電して回転子を起動させる回転子起動部とによって構成したことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項５】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って順次各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させて通電する回転子起動部とによって構成したことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項６】
ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って順次各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させて通電する回転子起動部と、更に、前記回転子の起動によりその回転数が所定の設定した回転数に達しているか否かを判定して前記設定回転数に達している場合は、当該通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍に達した場合に転流指令を出力して通電相を切替えて回転子をセンサレス駆動させるセンサレス駆動部とによって構成したことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項７】
前記起動位置検出部は、回転子が回転しない程度の電圧を各通電相の電機子巻線に印加する起動位置検出用電圧印加手段と、前記起動位置検出用の電圧を所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に順次印加する電圧印加相切替手段とを具備して構成したことを特徴とする請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項８】
前記回転子磁極位置推定手段は、前記電流検出回路により検出した各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を比較して最大の電機子電流が流れる通電相を選択する機能と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定する機能とを具備して構成したことを特徴とする請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項９】
前記回転子起動部は、前記回転子磁極位置推定手段により推定された回転子磁極位置の通電相の次相に位置する通電相を最初に起動電圧を通電する通電相と設定するための起動電圧通電相設定手段と、前記設定された通電相に所定の起動電圧を通電する起動電圧通電手段とを具備して構成したことを特徴とする請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【請求項１０】
前記センサレス駆動部は、回転子の起動によりその回転数が事前に設定した回転数に達しているか否かを判定して所定の回転数に達している場合は回転子の起動をセンサレス駆動に切替えるセンサレス駆動切替手段と、前記センサレス駆動に切替えたときの通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍に達している場合に転流指令を出力して通電相を切替えるための転流指令手段とを具備して構成したことを特徴とする請求項６のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの改良に係り、その目的とするところは、回転子が始動を開始する回転子磁極位置を迅速・確実に推定して前記モータを円滑・良好に駆動させるようにしたブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動方法および駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からブラシレス・センサレスＤＣモータにおいては、回転子磁極位置が不明であるため、起動時には回転子の磁極位置を所定の回転開始位置に固定する必要があった。このため、例えば、回転子が正規の回転開始位置に存在していない場合、電機子巻線に通電を行うことにより発生する磁界により、回転子を回転開始位置まで回転させて固定していた。
【０００３】
しかし、回転停止中における回転子の回転位置によっては、固定磁界をかけたとしても、トルクがまったく生じなかったり、また、トルクが発生していたとしても回転子回転開始時の静止摩擦抵抗よりも小さい場合は、回転子を確実に回転開始位置に固定することが困難であった。このため、例え電機子巻線の固定磁界によって回転子の回転が開始されても、回転子の回転は不安定が伴い多くの場合、脱調を引起していた。
【０００４】
前記の問題点に鑑み、ブラシレス・センサレスＤＣモータの始動時においては、同期モータあるいはステッピングモータとして、予め設定された周波数と電圧とで強制転流し、磁界位置検出に充分な速度起電力が発生する回転領域まで負荷とのバランスを保ちながら徐々に加速するようにしていた。しかしながら、かかるモータ駆動回路においては、モータ起動後の加速時間が必然的に長くなり、しかも、低回転高トルクでの始動や運転が困難であった。
【０００５】
本願出願人は、特許文献１として示す特開平９−３７５８６号公報に記載するブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動回路を発明した。かかるモータ駆動回路は、特許文献１の図４に示すようなモータ各相の電機子電流波形に着目して、各相の通電領域にあらわれる２つの顕著な電流増加領域のうち、第２の電流増加領域を検出して、これを転流タイミングと決定し、転流制御を行うものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３７５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記第２の電流増加領域の検出は、モータの電機子電流が、その電機子電流の平均値の所定倍(例えば、１．２倍)となったことを目安として検出するようにしているので、電機子電流の平均値を所定倍に増幅するための増幅器を特別に設けなければならないので、センサレス駆動回路の製造コストが上昇してしまうという問題点があった。
【０００８】
また、前記特開平９−３７５８６号公報に示されているセンサレス駆動回路は、ブラシレスモータの始動を円滑に行うための始動補償回路を備えているが、かかる始動補償回路は始動時のみ機能する回路であり、この始動時にのみ機能する回路を独立して設けるためにブラシレスモータ駆動回路全体のコストが上昇してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑み、回転子の起動時回転子磁極位置が不明な場合でも迅速・確実にモータ起動を円滑・良好に実現するとともに、回転子磁極位置に応じて転流動作を実現してモータのセンサレス起動を効率よく、しかも確実に実現することを可能としたブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動方法および駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線に所要の起動電圧を通電して、回転子を起動させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させながら通電して、回転子を駆動させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を所定時間順次印加し、前記回転子磁極位置検出用の電圧の印加により各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を各通電相毎に検出して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択し、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させながら通電して回転子を起動し、更に、前記回転子の起動によりその回転数が事前に設定した回転数に達しているか否かを判定して前記回転数が設定回転数に達している場合は、当該通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過後に検出した電機子電流の所定倍に達した場合に転流指令を出力して通電相の切替を行うことにより回転子の起動をセンサレス駆動に切替えて、回転子を駆動させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記回転子磁極位置と推定した前記通電相の次相に位置する電機子巻線に所定の起動電圧を通電して回転子を起動させる回転子起動部とによって構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って順次各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させて通電する回転子起動部とによって構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、ブラシレス・センサレスＤＣモータの各通電相の電機子巻線に交番電圧を通電するインバータ回路と、前記インバータ回路により転流を行わせて前記ブラシレス・センサレスＤＣモータを回転させる駆動制御回路とを備えて構成したブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御システムにおいて、前記各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って永久磁石を周設した回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する回転子の起動位置検出部と、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に検出する電流検出回路と、前記各通電相の電機子巻線に印加した回転子磁極位置検出用の電圧により電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束に基づき、前記各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を前記電流検出回路により検出してその電機子電流の大・小を各通電相の電機子巻線毎に比較して最大電流が流れる電機子巻線の通電相を選択しその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定して、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線より所定の通電パターンに従って順次各通電相の電機子巻線に事前に設定した所定の起動電圧を所定の通電時間通電した後、前記通電時間を各通電相毎に暫時減少させて通電する回転子起動部と、更に、前記回転子の起動によりその回転数が所定の設定した回転数に達しているか否かを判定して前記設定回転数に達している場合は、当該通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍に達した場合に転流指令を出力して通電相を切替えて回転子をセンサレス駆動させるセンサレス駆動部とによって構成したことを特徴とするブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置において、前記起動位置検出部は、回転子が回転しない程度の電圧を各通電相の電機子巻線に印加する起動位置検出用電圧印加手段と、前記起動位置検出用の電圧を所定の通電パターンに従って各通電相の電機子巻線に順次印加する電圧印加相切替手段とを具備して構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置において、前記回転子磁極位置推定手段は、前記電流検出回路により検出した各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を比較して最大の電機子電流が流れる通電相を選択する機能と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定する機能とを具備して構成したことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項４，５，６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置において、前記回転子起動部は、前記回転子磁極位置推定手段により推定された回転子磁極位置の通電相の次相に位置する通電相を最初に起動電圧を通電する通電相と設定するための起動電圧通電相設定手段と、前記設定された通電相に所定の起動電圧を通電する起動電圧通電手段とを具備して構成したことを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項６記載のブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置において、前記センサレス駆動部は、回転子の起動によりその回転数が事前に設定した回転数に達しているか否かを判定して所定の回転数に達している場合は回転子の起動をセンサレス駆動に切替えるセンサレス駆動切替手段と、前記センサレス駆動に切替えたときの通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍に達している場合に転流指令を出力して通電相を切替えるための転流指令手段とを具備して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明においては、ブラシレス・センサレスＤＣモータの回転子を起動させる場合、最初に、複数相の電機子巻線に回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧（例えば、交流電圧１２Ｖ）を、事前に設定した通電パターンに従って所定時間順次印加し、前記電圧を印加した各相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を検出して前記電機子巻線に最大の電機子電流が流れる通電相を選択し、前記選択した通電相から回転子磁極位置を推定し、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相に位置する電機子巻線から回転子起動用の起動電圧（例えば、交流電圧５Ｖ）を各通電相毎に順次通電して回転子を起動させるようにしたので、ブラシレス・センサレスＤＣモータの回転子磁極位置は回転子を揺動させたりすることなく、ほぼ瞬時に推定して所定の通電相の電機子巻線に前記起動電圧を通電させることができるため、この種モータを迅速、かつ、円滑に起動させることができる。しかも、前記回転子磁極位置の推定に当たっては、各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って順次回転子磁極位置検出用の電圧を印加すると、各通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間において流れる磁束の多・少に基き、各相の電機子巻線に流れる電機子電流が微妙に変化することに着目し、最大の電機子電流が流れる電機子巻線を検出した通電相（前記最大の電機子電流が流れる通電相の電機子巻線が存在する固定子鉄心の磁極と回転子との間においては、通電による反発力が少ないので、電機子巻線には電機子電流が他相（磁極と回転子との間に強い反発力が作用する通電相）に比べて大きな電機子電流が流れる結果、固定子鉄心の磁極と回転子間においては、磁束が良好に流れて回転子を円滑に回転させようとする固定磁界が生じる）を回転子磁極位置と推定すればよいので、回転子磁極位置の推定がほぼ瞬時に行うことができ利便である。また、回転子を起動させるための起動電圧の通電に際しては、前記回転子磁極位置と推定された通電相の次相に存在する電機子巻線から起動電圧を通電するようにしたので、回転子の起動は回転子をこれまでのように回転子磁極位置と推定した位置に移動させることなく、円滑・良好に起動させることができる。更に、起動電圧の通電を前記回転子磁極位置と推定した通電相の次相から行うことについては、固定子鉄心と回転子との間に流れる磁束が回転子磁極位置と推定された通電相の次によく流れる位置であるという点に着目し、この次相の通電相から順次各相電機子巻線に起動電圧を通電することにより、回転子は最適な回転磁極位置に順次移動することにより、移動途中においてぎくしゃくしたり、左右の回転方向に揺動したり、電機子巻線に固定磁界を掛けることなく、円滑・良好に、かつ、迅速に起動させることができるので、この種モータの低回転高トルクでの起動を円滑に行わせることができる。
【００２１】
請求項２記載の発明においては、前記のように、回転子の回転子磁極位置と推定した通電相の次相に位置する電機子巻線から所定の通電パターンに従って各相の電機子巻線に起動電圧を通電する場合、前記起動電圧を所定の通電時間だけ各通電相毎に順次減少させながら通電することにより回転子を起動させるようにしたので、回転子は最初の起動電圧の通電から順次通電時間を減少させても、最初の通電によって起動を円滑に行うことができるため、回転子の起動後に起動電圧の通電時間を低減させても回転子の起動（回転）を良好に継続させることが可能となる結果、ブラシレス・センサレスＤＣモータの起動を迅速・確実に、しかも、省エネ的に行うことができ、利便である。また、回転子の起動に際しても、前記のようにして起動電圧の通電相が設定されているので、回転子自体が起動電圧の通電に伴って従来のように左右方向に揺動するようなことは全くなく安定した状態で起動させることができるので、ブラシレス・センサレスＤＣモータの脱調等を誘発したり、トルク不足を生じることなく円滑・良好に起動させることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明においては、前記請求項１，２記載の発明において、回転子の回転子磁極位置の推定と、この回転子磁極位置と推定された通電相の次相の電機子巻線から、所定の通電パターンにて各通電相の電機子巻線に起動電圧を順次通電することにより回転子を起動し、その回転数が設定した回転数に達した時点で、当該通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が、その電機子巻線に通電される起動電圧の通電時間の１／２時間経過後に検出した電流の所定倍（例えば、１．３倍）に達した場合、通電を次相の通電相に切替えるための転流指令を出力するようにしたので、回転子はその起動時における起動が確実に行えることに加え、回転子の起動開始からセンサレス駆動への切替えが前記のように、回転子の回転数を勘案して迅速・確実に、かつ、容易に切替えることが可能となるため、例えば、立ち上がりの速さが求められるポンプとか、掃除機等の駆動源用のモータを容易に実現することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明においては、各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する起動位置検出部と、前記回転子起動位置検出電圧の印加により各相の電機子巻線に流れる電機子電流を検出し、かつ、前記検出した電機子電流のうち最大電流が流れる通電相を選択してその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記回転子磁極位置と推定した通電相の次相に位置する電機子巻線から順次各通電相の電機子巻線に所定の起動電圧を通電して回転子を起動させる回転子起動部とによって、ブラシレス・センサレスＤＣモータにおける回転子起動手段を構成するようにしたので、この種モータの起動に際しては、従来のように、回転子の回転開始位置が不明なときは電機子巻線に固定磁界をかけて回転子を回転開始位置まで回転させてから起動させるようにしていた場合と全く異なり、本発明は、回転子を揺動させたり、回転させたりして回転子磁極位置を設定する必要は全くなく、固定子鉄心に巻回した各通電相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って回転子磁極位置検出用の電圧を印加することにより、電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極と回転子との間に流れる磁束の多・少に応じて、各相の電機子巻線に流れる電機子電流に大・小が生じることにより、電機子巻線に流れる電機子電流のうち最大電流が流れる電機子巻線の通電相を回転子磁極位置と推定し、回転子を起動させるための起動電圧を前記回転子磁極位置と推定した通電相の次相の電機子巻線から所定の通電パターンに従って通電して回転子を起動させるようにしたので、回転子はその起動に際して揺動したりすることもなく（この通電相は前記のように、固定子鉄心の磁極と回転子との間で磁束が流れ易い通電相の電機子巻線を選択した結果による）、円滑に、かつ、迅速・確実に起動させることができる。
【００２４】
請求項５記載の発明においては、複数相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する起動位置検出部と、前記回転子起動位置検出電圧の印加により各相の電機子巻線に流れる電機子電流を検出し、かつ、前記検出した電機子電流のうち最大電流が流れる通電相を選択してその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記回転子磁極位置と推定した通電相の次相に位置する電機子巻線から順次各通電相の電機子巻線に所定の起動電圧を所定の通電時間だけ各通電相に暫時減少させて通電させることにより回転子を起動させる回転子起動部とによって、ブラシレス・センサレスＤＣモータにおける回転子起動手段を構成するようにしたので、回転子の起動に際しては、起動電圧を通電する通電相が前記回転子磁極位置推定手段により推定されている結果、前記起動電圧は回転子を円滑に起動させる起動電圧を順次通電時間を減少させて所要の通電相の電機子巻線に通電するようにしても、各通電相は所定の通電パターンにより通電することにより、回転子を揺動させることなく良好に起動維持を図ることができることはもとより、円滑に起動させることが可能となるため、回転子の起動を簡易な回路構成により少電力にて効率よく起動させることができ、利便である。
【００２５】
請求項６記載の発明においては、複数相の電機子巻線に所定の通電パターンに従って回転子が回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧を順次印加する起動位置検出部と、前記回転子起動位置検出電圧の印加により各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を検出し、かつ、前記検出した電機子電流のうち最大電流が流れる通電相を選択してその通電相を回転子磁極位置と推定する回転子磁極位置推定手段と、前記回転子磁極位置と推定した通電相の次相に位置する電機子巻線から順次各通電相の電機子巻線に所定の起動電圧を所定の通電時間だけ各通電相毎に暫時減少させて通電することにより回転子を起動させる回転子起動部と、更に、前記回転子の起動により回転子が所定の回転数に達した時点で回転子の起動をセンサレス駆動に切替えるためのセンサレス駆動部とによって構成するようにしたので、この種モータの起動からセンサレス駆動までの切替えとセンサレス駆動を維持するための回転子の起動・センサレス駆動手段の存在により、回転子はその起動時その磁極位置の推定を従前のように回転開始位置に固定することなく、単に、回転を停止した回転子の位置において迅速・容易に回転子磁極位置を推定して回転子を起動させるとともに、起動後は所定の回転数に達した時点でセンサレス駆動（即ち、電機子巻線に流れる電機子電流が直前の通電時間の１／２時間を経過した後に検出した電機子電流値の所定値（１．３倍）に達した時点に転流させる）に切替えるように構成されているため、ブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動を揺動・脱調等を誘発させることなく、円滑・良好に行うことができるので、立ちあがりの早いポンプとか掃除機等の駆動源として良好に使用できる特長を備えている。
【００２６】
請求項７記載の発明においては、起動位置検出部を、回転子が回転しない程度の電圧を印加する起動位置検出用電圧印加手段と、前記起動位置検出用電圧を所定の通電パターンによって所定の通電相に順次印加する電圧印加相切替手段とによって構成したので、回転子の磁極位置を推定するための通電相への電圧の印加は、回転子が回転しない程度の電圧を所定の通電パターンに従って印加するだけでよいので、各通電相への電圧の印加は回転子を揺動させることなく、円滑・確実に印加できる結果、各通電相の電機子巻線に流れる電流を正確に検出することが可能となる。
【００２７】
請求項８記載の発明においては、回転子磁極位置推定手段が、各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の検出と最大電流が流れる電機子巻線を判定する機能と、その判定した通電相を回転子磁極位置と推定する機能とによって構成されているので、回転子磁極位置の推定が単純な機能によって迅速・確実に推定することができるため、利便である。
【００２８】
請求項９記載の発明においては、回転子起動部を、回転子の起動に際して起動電圧を最初に通電する通電相を設定するための起動電圧通電相設定手段と、前記設定された通電相と所定の起動電圧を通電させる起動電圧通電手段とによって構成するようにしたので、回転子の起動に際しては、常に起動電圧を通電するための通電相が事前に設定されているため、回転子はその起動時揺動したり脱調することなく、円滑に起動させることができ利便である。
【００２９】
請求項１０記載の発明においては、センサレス駆動部を、回転子が起動してその回転数が所定の回転数に達した時点で回転子をセンサレス駆動に切替えるセンサレス切替駆動手段と、センサレス駆動に切替えたときその相の電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍(１．３倍)に達したとき転流指令を出力する転流指令手段とによって構成するようにしたので、回転子はその起動からセンサレス駆動への切替えは、起動時の回転数が所定の回転数、即ち、電流検出手段によって、電機子巻線に流れる電機子電流が検出できる時点でセンサレス駆動に切替えることができるため、回転子の起動からセンサレス駆動への切替えとセンサレス駆動の維持は簡易な手段の組み合わせによって円滑に行うことができるため、ブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動を、特別な回転子磁極位置検出手段とか、回転子を所定の回転開始位置に保持する手段を用いることなく、簡易な手段により円滑・良好に行うことができ利便である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施例を図１ないし図７によって説明する。図１は、本発明の好ましい実施例として示すブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置１のブロック図であり、この駆動制御装置１は、例えば、ポンプの駆動源やエアコンを始めとする各種電気機器に取付けられているファンを駆動するための本発明の実施例として説明するＰＭブラシレスモータ２を、センサレス駆動させるための駆動制御装置１として使用される。そして、前記駆動対象のＰＭブラシレスモータ２は、永久磁石の界磁を備えた回転子と、３相の電機子巻線（電磁巻線）を固定子鉄心に巻装してなる固定子とによって構成される、表面磁石形のブラシレスモータ（同期電動機）である。なお、界磁を固定子に、電機子巻線を回転子に設けたアウタロータ形のモータや、埋め込み磁石形の回転子を用いるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ：埋込磁石形）モータにおいて、本発明の駆動制御装置１を用いることも可能である。
【００３１】
前記駆動制御装置１は、図１において大別すると、交流・直流変換回路３と、インバータ回路４と、電流検出回路５と、起動位置検出部６と、回転子磁極位置推定手段７と、回転子起動部８と、センサレス駆動部９と、３相インバータ制御手段１０と、センサレス駆動停止部１１と、定電圧電源回路１２とによって概略構成されている。
【００３２】
次に、駆動制御装置１の各構成要素の詳細について説明する。最初に、交流・直流変換回路３は、交流電源（例えば、商用電源ＡＣ１００Ｖ）を直流電源（ＤＣ１４０Ｖ）に変換するコンバータ（電源装置）である。インバータ回路４は、バイポーラ形トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，ｘ，ｙ，ｚおよび整流素子Ｄ１〜Ｄ６からなり、ＰＭブラシレスモータ２を駆動させる。前記インバータ回路４において、直流・交流変換回路３のＰ側に接続されているトランジスタを上アーム部４ａ、Ｎ側に接続されるトランジスタを下アーム部４ｂと称する。
【００３３】
起動位置検出部６は、ＰＭブラシレスモータ２の各通電相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の各電機子巻線に、２極の永久磁石である場合の例で示す回転子２ａが、回転しない程度の回転子磁極位置検出用の電圧（例えば、交流電圧１２Ｖ）を、インバータ回路４の出力端から印加するための電圧印加手段６ａと、前記回転子磁極位置検出用の電圧（以下、検出用電圧という）を各通電相に印加する順序、即ち、検出用電圧の通電パターンを設定した電圧印加相切替手段６ｂとによって構成されている。
【００３４】
そして、前記電圧印加相切替手段６ｂに具備されている通電パターンは、例えば、図２に示すように、通電パターン０〜通電パターン５まで設定されており、実際に通電する場合も、通電パターン０→１→２→３→４→５の順序で、各通電相の電機子巻線に検出用電圧を印加するものである。なお、前記検出用電圧の印加は、前記通電パターンの順序に拘ることなく任意の順序で印加するようにしてもよく、要は通電パターンの順番ではなく、検出用電圧を各通電相の電機子巻線に遺漏なく印加するために設定したものである。
【００３５】
次に、回転子磁極位置推定手段７は、電流検出回路５により検出した各相通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を各電機子巻線毎に比較し、最大の電機子電流が流れる電機子巻線の通電相を選択する機能と、前記選択した通電相を回転子磁極位置と推定する機能と、前記回転子磁極位置と推定した通電相であることを示す信号（指令）を後述する回転子起動部８に出力する機能とを備えて構成されている。
【００３６】
そして、前記各通電相の電機子巻線に検出用電圧を印加（通電）した場合に流れる電機子電流において、回転子２ａと電機子巻線を巻回した図示しない固定子鉄心の磁極との位置関係が磁束の流れ易くなる位置、即ち、固定子鉄心の磁極が、例えばＮ極で、このＮ極と対応する回転子２ａ側がＳ極である場合、磁束は固定子鉄心側から回転子２ａ側に一番流れ易く、即ち、円滑に流れる（この場合、固定子鉄心の磁極〔Ｎ極〕と、回転子２ａ側の〔Ｓ極〕とが相対向して互いに引合う位置に存在している）ため、前記固定子鉄心の磁極が存在する部位に巻回した電機子巻線には、検出用電圧の印加により電機子電流が最も良好に流れることになる。
【００３７】
この結果、前記電機子巻線に流れる電機子電流は、他の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極が、例えば、Ｎ極でこのＮ極と対峙する回転子２ａ側もＮ極である場合、互いに反発して磁束が流れにくい状態となっているので、当該電機子巻線には小電流しか流れず、この場合の電機子巻線に比べれば大きな電機子電流が流れることになる。
【００３８】
このように、検出用電圧を各通電相の電機子巻線に印加することにより、各通電相の電機子巻線には、前記磁束が良好に流れる場合と流れにくい場合が存在することにより、電機子巻線に流れる電機子電流に差異が生じ、これら各電機子巻線に流れる電機子電流は、順次電流検出回路５により検出されて、回転子磁極位置推定手段７に出力される。回転子磁極位置推定手段７は、前記のように、各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流の大・小を把握して回転子磁極位置を、最大の電機子電流が流れる電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極であると推定するものである。これは、前記したように、当該固定子鉄心の磁極と回転子２ａとが互いに磁束が一番流れ易い位置に存在しているからに他ならない。
【００３９】
つづいて、回転子起動部８は、起動電圧通電相設定手段８ａと起動電圧通電手段８ｂとからなり、起動電圧通電相設定手段８ａは、回転子２ａを起動させるための起動電圧を通電する通電相を設定する機能を備えており、起動電圧を通電する通電相を設定する場合は、回転子磁極位置推定手段７により設定された通電相に対し、その通電相の次相に位置する通電相を起動電圧を通電する通電相として設定する機能を具備して構成されている。
【００４０】
そして、前記起動電圧を通電する通電相の設定に際しては、例えば、回転子２ａを図２における右方向（時計方向）に回転させる場合は、回転子磁極位置推定手段７により回転子磁極位置として推定された通電相を基点としてその右側（時計方向側）に位置する次相の通電相を最初に起動電圧を通電する通電相と設定し、逆に、図２における左方向（反時計方向）に回転する場合は、前記回転子磁極位置と推定された通電相の左側（反時計方向側）に位置する次相の通電相を最初に起動電圧を通電する通電相と設定する様に構成されている。これは、固定子鉄心の磁極側のＮ極に対し回転子のＳ極が引き寄せられるためである。これは前記回転子２ａのＳ極が、回転子磁極位置と推定した通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極のＮ極に対して、互いに良好に引合う位置で２相対向しておれば回転子磁極位置と推定した通電相の次相に存在する通電相は、その通電相（次相）の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極（Ｎ極）に対して、回転子２ａのＳ極は、回転子磁極位置と推定した通電相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心に比べれば引合う力は少ないものの、磁束は回転子２ａと固定子鉄心との間において２番目に流れ易い部位であるため、前記次相の通電相に起動電圧を最初に通電することにより、回転子２ａは通電を行った通電相側に円滑・良好に起動することができる。
【００４１】
この際、回転子磁極位置と推定された通電相に起動電圧を通電することも考えられるが、この通電相は検出用電圧の印加により磁束が一番よく流れるものの、電機子巻線に起動電圧を通電しても、回転子２ａは固定子鉄心との間で良好に引合う関係にあるため、起動電圧の通電により即回転とはならず、ただ引合うのみである。このため、通常は例えば、設定された回転方向に直ちに回転させるべくホールＩＣ等の回転子位置検出センサを用いて、回転子の回転子開始位置を設定するとともに、回転子の回転方向に通電を行うことにより対応していた。
【００４２】
然るに、本発明は、ホールＩＣ等の回転子位置検出センサを用いることなく回転子２ａを起動させるべく前記のように、回転子磁極位置と推定した通電相を基点として、回転子の回転方向側に位置する次相の通電相に起動電圧を回転子２ａが回転することのできる電圧を通電することにより、回転子２ａを円滑に起動させることができる。そして、前記回転子２ａを回転させる電圧については、回転子起動部８の一方を構成する起動電圧通電手段８ｂにより設定された電圧を所定の通電相の電機子巻線に設定された時間だけ順次通電するように構成されている。前記起動電圧の各通電相への通電時間は、例えば、最初の通電相に通電した時間（１００％）に対して、次相の通電には最初の通電時間の７０％に、三番目の通電相への通電時間は前相の通電時間の７０％というように、順次低減して通電することができるように構成されている。
【００４３】
つづいて、センサレス駆動部９について説明する。このセンサレス駆動部９は、センサレス駆動切替手段９ａと転流指令手段９ｂとからなり、センサレス駆動切替手段９ａは、前記回転子起動部８にて起動した回転子２ａの回転数が、事前に設定した回転数に達しているか否かを判定する機能と、前記回転子２ａの回転数が所定の回転数に達している場合は、回転子２ａの起動をセンサレス駆動に切替える機能とを備えて構成されている。また、転流指令手段９ｂは、センサレス駆動切替手段９ａに回転子２ａの起動をセンサレス駆動に切替えた時の通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が、通電時間の１／２時間経過した後に検出した電機子電流の所定倍（例えば、１．３倍）に達していることを確認し、かつ、この確認により転流指令を出力して通電相を切替える機能を備えて構成されている。
【００４４】
前記センサレス駆動部９は、ＰＭブラシレスモータ２の回転子２ａが起動後所定の回転数に達し、かつ、電機子巻線に流れる電機子電流が通電時間の１／２時間経過後に検出した電流値の１．３倍以上となった場合に、転流指令を出力する。これは、例えば、図６に示すように、第２の電流増加領域ｂが、第１の電流増加領域ａに比べ１．３倍以上に達した時点で、転流指令が出力され、この領域において転流が行われるので、即ち、センサレス駆動に切替わってＰＭブラシレスモータ２を回転子磁極位置センサを用いることなく、円滑に駆動することができる。
【００４５】
図１において、３相インバータ制御手段１０は、インバータ回路４を構成する上アーム部４ａと下アーム部４ｂを構成する各トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，ｘ，ｙ，ｚを起動位置検出部６、回転子起動部８、センサレス駆動部９から出力される指令に基いて、所要時間ＯＮ・ＯＦＦ制御させる機能と、各トランジスタＵ，Ｖ，Ｗ，ｘ，ｙ，ｚを所定の通電パターンおよび転流指令が出力される毎に、所要の通電相に通電を切替えるためにＯＮ・ＯＦＦ制御を行わせる機能とを具備して構成されている。
【００４６】
更に、図１において、センサレス駆動停止部１１は、ＰＭブラシレスモータ２の駆動を図示しないスイッチにて停止させた場合、電流検出回路５にて検出される各通電相の電機子巻線に流れる電流が所定の電流値まで降下したとき、回転子ソフト停止手段１１ａより３相インバータ制御手段１０にインバータ回路４の下アーム４ｂを所定時間毎にＯＮさせて各相の電機子巻線を短絡状態とすることにより、回転子２ａを暫時低減させてソフト的に停止させるように構成されている。
【００４７】
次に、前記のように構成されたＰＭブラシレスモータ２の駆動制御装置１の動作について説明する。交流電源２０から商用電源１００Ｖの交流電圧が交流・直流変換回路３に通電されると、交流・直流変換回路３からは、駆動制御装置１の各部位・手段に、例えば、５Ｖの安定化した定電圧電源Ｖｃｃが、定電圧電源回路１２を介して供給される。なお、この時点において、交流・直流変換回路３からインバータ回路４を経てＰＭブラシレスモータ２には、駆動制御装置１からの指令にてＰＭブラシレスモータ２を駆動する駆動電源（交流電源、例えば、１００Ｖ）は供給されていない。
【００４８】
つづいて、前記ＰＭブラシレスモータ２を起動する場合について説明する。前記ＰＭブラシレスモータ２を起動する場合、前記ＰＭブラシレスモータ２はセンサレス駆動を行なうために回転子２ａの回転開始位置、即ち、回転子磁極位置を推定する必要がある。本発明においては、最初に、ＰＭブラシレスモータ２の図示しない固定子鉄心に巻回した各通電相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電機子巻線に流れる電機子電流を検出して回転子２ａの回転子磁極位置を推定するものである。
【００４９】
各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を検出する場合は、起動位置検出部６に設けた電圧印加手段６ａにより、各通電相の電機子巻線に検出用電圧を所定時間印加して検出する。前記回転子磁極位置検出用の電圧は、本例の場合回転子２ａが回転しない程度の交流電圧（１２Ｖ）を、０．０１秒間インバータ回路４の所定の出力端から出力して、ＰＭブラシレスモータ２の前記インバータ回路４の出力端と接続する通電相に印加するものである。
【００５０】
前記交流電圧の印加に当っては、電圧印加相切替手段６ｂによって、例えば、図２に示すような通電パターンに従って順次交流・直流変換回路３より１２Ｖの直流電圧をインバータ回路４により交流に変換して各通電相の電機子巻線に印加する。図２において、各通電相の電機子巻線への検出用電圧を印加する場合は、図２に示す通電パターンの順序０〜５に従って順次前記検出用電圧を印加する。即ち、通電パターン０は、Ｕ相(通電相)の電機子巻線に最初に検出用電圧を印加するパターンを示すもので、この場合は電圧印加相切替手段６ｂからの指令によりインバータ回路４の上アーム４ａのトランジスタＵと、下アーム４ｂのトランジスタｙをＯＮさせて前記電圧を０．０１秒印加する。
【００５１】
通電パターン０による電圧の印加が終了すると、引き続き電圧印加相切替手段６ｂからの指令にて、前記通電パターン０にてＯＮしていたインバータ回路４のトランジスタＵ，ｙをＯＦＦすると同時に、通電パターン１によりインバータ回路４のトランジスタＵ，ｚをＯＮし、Ｕ相の電機子巻線に２回目の検出用電圧を印加する。以下同様にして通電パターン２においては、通電パターン１におけるインバータ回路４のトランジスタＵ，ｚをＯＦＦし、トランジスタＶ，ｚをＯＮさせてＶ相の電機子巻線に１回目の検出用電圧を印加する。
【００５２】
通電パターン３においては、インバータ回路４のトランジスタＶ，ｚをＯＦＦ、Ｖ，ｘをＯＮさせて２回目の電圧をＶ相の電機子巻線に印加する。通電パターン４では、インバータ回路４のトランジスタＶ，ｘをＯＦＦ、Ｗ，ｘをＯＮさせてＷ相の電機子巻線に１回目の検出用電圧を印加し、通電パターン５では、インバータ回路４のトランジスタＷ，ｘをＯＦＦ、Ｗ，ｙをＯＮさせて２回目の検出用電圧をＷ相の電機子巻線に印加する。このように、通電相の電機子巻線に所定の通電パターンにより所定の電機子巻線に順次検出用電圧を印加する。
【００５３】
前記のように、起動位置検出部６によって各通電相の電機子巻線に検出用電圧を印加することにより、各電機子巻線に電機子電流が流れる。この電機子電流は各通電相の電機子巻線毎に電流検出回路５のシャント抵抗によって検出され、電圧に変換されて回転子磁極位置推定手段７に出力される（図３（ａ）参照）。
【００５４】
電流検出回路５から出力される各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が回転子磁極位置推定手段７に入力されると、回転子磁極位置推定手段７は、最初に入力された各通電相の電機子巻線に流れる電機子電流を通電相毎に比較し、最大の電機子電流が流れる通電相を選択する。本例の場合は、図３（ａ）の電流波形図で示すように、通電パターン５によりＷ相の電機子巻線に、２回目の検出用電圧を印加したときに流れる電機子電流が最大となっている（図３（ａ）の（へ）参照）。
【００５５】
これは、図２，図３（ｂ），（ｃ）に示すように、回転子２ａのＳ極が，Ｗ相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極Ｎに対して同一線上の位置（図２参照）で対応しているからに他ならない。即ち、回転子２ａのＳ極が前記固定子鉄心のＮ極と正常な状態で対応していることにより、Ｗ相の電機子巻線に電圧を印加したときに生ずる磁束は、２回目に検出用電圧を印加したＷ相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記回転子２ａとの間において何等の抵抗も受けることなく、円滑に流れることによって、電機子電流が多く流れることになるものである。この場合、回転子２ａは、図３（ｂ）の（へ）に示すように、回動することなく、停止状態を保持している。これは、回転子２ａのＳ極と固定子鉄心の磁極に生ずるＮ極とが、お互いに良好にバランスして引合っているためである。
【００５６】
因に、図２に示す通電パターン２によってＶ相の電機子巻線に、１回目の検出用電圧を印加した場合は、回転子２ａのＮ極と固定子鉄心の磁極に生ずるＮ極とが互いに対応して反発状態にある関係上、Ｖ相の電機子巻線に検出用電圧を印加しても、図３（ａ）の（ハ）に示す電流波形で分るように、通電パターン２におけるＶ相の電機子巻線には電機子電流はあまり流れない。これは、回転子２ａ側のＮ極と固定子鉄心の磁極側のＮ極とが互いに反発して磁束が流れにくい状況にあるからに他ならない（図３（ｂ）の（ハ）参照）。
【００５７】
前記通電パターン５、２の他に、通電パターン０の場合は、回転子２ａのＳ極とＵ相の１回目に検出用電圧を印加した電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極側のＮ極は、回転子２ａが図３（ｂ）の（イ）に示すように、時計方向（右側）に移動（引合う）しようとしている。逆に、通電パターン４においては、Ｗ相の１回目に検出用電圧を印加した電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極のＮ極側に、図３（ｂ）の（ホ）に示す如く、回転子２ａのＳ極が引合う状態で移動（反時計方向（左側））しようとしている。
【００５８】
更に、図２に示す通電パターン１，３においては、それぞれ２回目に検出用電圧をＵ相、Ｖ相の電機子巻線に印加した場合、図３（ｂ）の（ロ）,（ニ）に示すように、回転子２ａ側のＮ極が前記Ｕ，Ｖ相の電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極側のＮ極に対しては、互いに反発して、通電パターン１においては回転子２ａが図３（ｂ）の（ロ）に示す如く、時計方向（右側）に、通電パターン３では回転子２ａは図３（ｂ）の（ニ）に示す如く、反時計方向（左側）に移動しようとしている。
【００５９】
このように、各相の電機子巻線に検出用電圧を印加した場合、回転子２ａのＳ極と電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極（Ｎ極）とが磁束の流れ易い位置で対応しているか否かによって各電機子巻線に流れる電機子電流の通電量（大・小）が決定されるもので、その通電量は図３（ａ）によって示す電流波形により、どの通電パターンが一番電流が流れやすいか一目瞭然に判るもので、本例では通電パターン５に示すＷ相の２回目に検出用電圧を印加した電機子巻線であり、これは前記のように、回転子２ａと固定子鉄心の磁極との関係が一番良好な状態に保持されているためであり、この場合、回転子２ａのＳ極が、図２において、通電パターン５以外の他の位置で停止している場合においても、通電パターン５と同様の効能が得られるということは云うまでもない。
【００６０】
電機子巻線に最大の電機子電流が流れる通電相を選択したら、回転子磁極位置推定手段７は、前記通電相、本例では通電パターン５により選択されたＷ相の２回目に検出用電圧を印加した電機子巻線を巻回した固定子鉄心の磁極を回転子磁極位置と推定し、回転子起動部８の起動電圧通電相設定手段８ａに前記固定子鉄心に巻回した電機子巻線を有する通電相が回転子磁極位置に推定するという情報を出力する（図３（ｃ）の（へ）参照）。
【００６１】
回転子磁極位置を推定した情報が起動電圧通電相設定手段８ａに出力されると前記起動電圧通電相設定手段８ａは、回転子２ａを起動する起動電圧の通電を前記推定した通電相の次相に位置する電機子巻線を備えた通電相、即ち、図２において回転子２ａを右方向に回転する場合は、通電パターン０のところに示されているＵ相の第１回目の検出用電圧を印加する電機子巻線を、また、回転子２ａの回転方向が左方向の場合は、通電パターン４に示すＷ相の第１回目の検出用電圧を印加する電機子巻線をそれぞれ通電相と設定し、３相インバータ制御手段１０に出力する。前記通電相の設定は、図３（ｂ）に示す通電パターン（イ），（ホ）において、回転子２ａのＳ極が固定子鉄心の磁極（Ｎ極）側に引合うようになっているので、回転子磁極位置と推定した通電相の次相の通電相を起動電圧の通電相と設定するものである。
【００６２】
３相インバータ制御手段１０は、起動電圧通電相設定手段８ａからの出力に対応し、前記の出力が例えば、回転子２ａを右方向に回転する場合は、図２に示す通電パターン０に示すＵ相の最初に検出用電圧を印加した電機子巻線を、起動電圧を最初に通電する通電相とすべく、インバータ回路４のトランジスタＵ，ｙをＯＮし、起動電圧をＵ相の前記電機子巻線に通電させるようにする。なお、回転子２ａの回転方向が左方向の場合は、前記したように、通電パターン４のＷ相の電機子巻線（最初に検出用電圧を印加した電機子巻線）を最初に起動電圧を通電する通電相として設定する。
【００６３】
前記のようにして起動電圧を通電する通電相を設定すると、起動電圧通電手段８ｂが作動し起動電圧（例えば、交流電圧５Ｖ）をインバータ回路４の出力端からＵ相の電機子巻線に通電し回転子２ａを起動（回転）させる。
【００６４】
そして、前記起動電圧の通電に際しては、最初の通電相（図２に示す通電パターン０に示すＵ１、即ち、Ｕ相の第１回目に検出用電圧を印加した電機子巻線（Ｕ１）に５Ｖの交流電圧を０．１秒間通電する。つづいて、次の通電相（図２に示す通電パターン１のＵ２、即ち、Ｕ相の第２回目に検出用電圧を印加した電機子巻線）への通電は、最初に通電した起動電圧の通電完了後０．０２秒間の間隔を保って次の通電相に通電時間を第１回目の通電時間に対して７０％として通電する。第３回目の通電相（図２に示す通電パターン２のＶ１、即ち、Ｖ相の１回目に検出用電圧を印加した電機子巻線）には、第２回目の通電時間の７０％として通電する（図４，図５参照）。
【００６５】
このように、起動電圧を通電する場合は、起動電圧を通電する通電相が設定されたら、前記設定した通電相を基点として、回転子２ａを右方向に回転する場合は、図２に示す通電パターンを時計方向に移動する順序で該当する通電相の電機子巻線Ｕ１→Ｕ２→Ｖ１・・・・・に、起動電圧の通電時間を順次３０％づつ減らして通電することにより、回転子２ａを起動（回転）させる。回転子２ａを左方向に回転させる場合は、前記とは逆に通電相の電機子巻線Ｗ１→Ｖ２→Ｖ１・・・・の順序で起動電圧の通電時間を３０％づつ暫時減らして通電し、回転子２ａを左方向に起動（回転）させる。なお、前記起動電圧を通電した通電相は図２のように、回転子２ａのＳ極が通電パターン０の位置に存在しているので、前記のように通電するか、回転子２ａのＳ極が、例えば、通電パターン０の位置にあれば、その位置の通電相Ｕ１（Ｕ相の第１回目に検出用電圧を通電する電機子巻線）が回転子磁極位置と推定されるため、起動電圧は回転子２ａが右方向に回転する場合は通電パターン１の通電相（Ｕ２）、左方向の回転は通電パターン５の通電相（Ｗ１）に通電することになる。
【００６６】
そして、前記のように回転子２ａが起動してその回転数が所定の回転数（例えば、５００回／分）に達したら回転子の起動をセンサレス駆動に切替える。この場合は、起動電圧を最初の通電相に通電してから３〜５回目の通電、即ち、通電パターン３〜５に示す通電相に起動電圧を通電することにより達成することができる回転数であり、また、通電時間を順次低減するのは、回転子２ａが起動を開始すれば、回転トルクが急激に変化しない限り通電時間を減らしても脱調することもなく、円滑に回転することができるからである。なお、起動電圧を通電しても回転子２ａの回転数が設定した回転数に達しない場合は、異常と判断して回転子２ａの起動を停止し、異常原因を調べ問題なければ再度最初から回転子磁極位置を検出してＰＭブラシレスモータ２の起動を行うようにする。
【００６７】
前記のように、所定の通電相の電機子巻線に起動電圧を順次通電し、回転子２ａが所定の回転数に達したら、回転子２ａの起動を即時センサレス駆動に切替える。前記回転子２ａの回転数が所定の回転数に達したか否かの判断は、電流検出回路５により検出される起動電圧を通電した通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が、回転子２ａの回転数が５００回／分に達した際に流れる電流を、センサレス駆動部９のセンサレス駆動切替手段９ａが検出すると前記センサレス駆動切替手段９ａは、センサレス駆動に適した通電電圧（例えば、交流電圧１００Ｖ）を設定して３相インバータ制御手段１０に出力し、センサレス駆動に適した電圧をＰＭブラシレスモータ２に通電すべくインバータ回路４をＯＮ・ＯＦＦ制御し、常にセンサレス駆動に適した電圧が供給できるようにしている。
【００６８】
そして、前記センサレス駆動切替手段９ａにより回転子２ａの回転をセンサレス駆動に切替えると、通電相の電機子巻線に流れる電機子電流が、例えば、図６の電流波形図に示すように、前記通電相における通電時間の１／２時間経過した後に電流検出回路５にて検出した電流の１．３倍以上に達している場合は、センサレス駆動部９の転流指令手段９ｂが作動して転流指令を３相インバータ制御手段１０に出力し、インバータ回路４の所要のトランジスタをＯＮ・０ＦＦ制御して通電相を順次切替えることにより、センサレス駆動を続行するものである。
【００６９】
この場合、回転子２ａの回転数が負荷との関係で特別に変化しない場合は、図６に示す電流波形図のように、転流周期は暫時短くなり、逆に、回転子２ａの回転トルクが負荷との関係で増大するような場合は転流周期は長くなり、回転子２ａの回転速度を、負荷のトルクに応じて転流周期を自動調節するすることにより常に一定に維持するようにしている。
【００７０】
このように、本発明においては、回転子２ａの起動に際して検出用電圧を各通電相の電機子巻線に所定の通電パターン（図２参照）に従って印加して、各通電相における電機子電流を検出することにより、回転子磁極位置となる通電相を推定し、所要通電相に起動電圧を通電して回転子２ａを起動させる場合は、回転子磁極位置と推定した通電相の前・後に存在する通電相から回転子２ａの回転方向に適した位置に存在する通電相を設定し、その通電相に起動電圧を通電することにより回転子２ａを起動する（図７のＳ１〜Ｓ４参照）。
【００７１】
回転子２ａが起動し、その回転数が設定した回転数に達すると、回転子２ａは自動的にセンサレス駆動に移行してセンサレス駆動を行うことができるので、ＰＭブラシレスモータ２は、その起動時からセンサレス駆動に移行するまでに迅速・正確に、かつ、円滑・良好に回転させることが可能となり、回転子２ａがその起動時に揺動したり、回転方向が不安定になるという問題を一切排除して、起動時に回転数不足から脱調等を誘発することなく、常に円滑にセンサレス駆動させることができる。なお、このセンサレス駆動に際して、センサレス駆動に切替えることができない場合は、回転子２ａの回転を停止し、切替できない原因を調べ問題なければ再度最初から回転子２ａの起動を行ってセンサレス駆動を実行する（図７のＳ５〜Ｓ９参照）。
【００７２】
次に、ＰＭブラシレスモータ２を停止させる場合について説明する。この場合は、ＰＭブラシレスモータ２を図示しないスイッチを操作して各通電相への通電を停止させた後、電流検出回路５により検出される電流が所定の電流値まで降下すると、回転子ソフト停止手段１１ａが作動し、３相インバータ制御装置１０によりインバータ回路４の下アーム４ｂを所定時間（例えば、０．５秒）ＯＮさせて短絡させる。この回転子ソフト停止手段１１ａの採用により、電動ポンプとか電動圧縮機等の機器を負荷の影響を受けることなく短時間で減速させることができる（図７のＳ１０〜Ｓ１１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例であるブラシレス・センサレスＤＣモータの駆動制御装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明のブラシレス・センサレスＤＣモータの起動時における回転子磁極位置を推定するための通電パターンの過程を示す説明図である。
【図３】（ａ）は回転子磁極位置検出用の電圧を各通電相の電機子巻線に印加したとき、各電機子巻線に流れる電機子電流を示す波形図である。（ｂ）は各通電相の電機子巻線に回転子磁極位置検出用の電圧を印加したとき、電機子巻線に流れる電流によって回転子がどの方向に回転しようとしているかを示す説明図である。（ｃ）は回転子磁極位置検出用の電圧を通電パターンに従って各電機子巻線に印加した状況を示すタイミングチャート図である。
【図４】回転子の起動時、起動電圧を所定の通電パターンに従って通電する状況を示すタイミングチャート図である。
【図５】本発明のブラシレス・センサレスＤＣモータの起動時における通電状況を説明する電流波形図である。
【図６】本発明のブラシレス・センサレスＤＣモータのセンサレス駆動時における通電状況を説明する電流波形図である。
【図７】本発明のブラシレス・センサレスＤＣモータをセンサレス駆動させるまでの過程を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  駆動制御装置
２  ＰＭブラシレスモータ
２ａ  回転子
３  交流・直流変換回路
４  インバータ回路
５  電流検出回路
６  起動位置検出部
６ａ  電圧印加手段
６ｂ  電圧印加相切替手段
７  回転子磁極位置推定手段
８  回転子起動部
８ａ  起動電圧通電相設定手段
８ｂ  起動電圧通電手段
９  センサレス駆動部
９ａ  センサレス駆動切替手段
９ｂ  転流指令手段
１０  ３相インバータ制御手段
１１  センサレス駆動停止部
１１ａ  回転子ソフト停止手段
１２  定電圧電源回路
【図１】
2006157994.tif 000003
【図２】
2006157994.tif 000004
【図３】
2006157994.tif 000005
【図４】
2006157994.tif 000006
【図５】
2006157994.tif 000007
【図６】
2006157994.tif 000008
【図７】
2006157994.tif 000009