(57)【要約】【課題】ロータの回転位置を検出するセンサを備えないセンサレスブラシレスＤＣモータを始動するときに、脱調などを起こすことなく強制転流から制御転流に円滑に移行できるようにする。【解決手段】モータの始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間にわたってモータに通電する第１の通電工程と、第１の通電工程ののち、第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度、例えば１２０°進んだ第２の励磁パターンにより、第１の期間よりも長い第２の期間にわたって通電する第２の通電工程と、を実施する。第２の通電工程ののち、第２の励磁パターンに対応する回転位置からモータが回転するように強制転流を開始する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの回転位置を検出するセンサを備えないブラシレスＤＣモータであるモータを始動する制御方法であって、
前記モータの始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間にわたって前記モータに通電する第１の通電工程と、
前記第１の通電工程ののち、前記第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンにより、前記第１の期間よりも長い第２の期間にわたって前記モータに通電する第２の通電工程と、
を有し、
前記第２の通電工程ののち、前記第２の励磁パターンに対応する回転位置から前記モータが回転するように前記モータに対する強制転流による駆動を開始する、制御方法。
【請求項２】
前記ブラシレスＤＣモータは三相ブラシレスＤＣモータであり、前記所定の角度は１２０°である、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
負荷を含めた前記モータのイナーシャに基づき、前記第２の通電工程において前記モータに加える電圧を調整する、請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項４】
前記強制転流による駆動において、前記モータのロータの回転速度が所定の上昇率で上昇するように励磁パターンの切り替え間隔を短くして前記モータを駆動し、
前記回転速度が所定値に達したら無通電期間として前記モータに対する通電を停止して前記モータを惰性で回転させ、前記無通電期間において前記モータの端子に発生する誘起電圧を検出し、
検出された前記誘起電圧から前記モータの回転位置を判定し、判定された前記回転位置に基づいた励磁パターンと励磁パターンの切り替えタイミングとを用いて前記モータに対する通電を再開し、前記モータに対する制御転流による駆動を開始する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御方法。
【請求項５】
前記無通電期間において複数回にわたって前記誘起電圧を検出して前記モータの回転速度を算出し、前記モータに対する通電を再開したときに前記算出された回転速度に基づいて加速度設定を行なう、請求項４に記載の制御方法。
【請求項６】
ロータの回転位置を検出するセンサを備えないブラシレスＤＣモータであるモータを始動する制御装置であって、
前記モータの各コイルの端子が接続してＰＷＭ駆動により前記コイルに通電するインバータと、
前記インバータを制御することによって前記モータの駆動を制御する制御手段であって、前記モータの始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間において前記モータに通電し、前記第１の期間ののち、前記第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンにより、前記第１の期間よりも長い第２の期間において前記モータに通電し、前記第２の期間ののち、前記第２の励磁パターンに対応する回転位置から前記モータが回転するように前記モータに対する強制転流による駆動を開始するように、前記インバータを制御する制御手段と、
を有する制御装置。
【請求項７】
前記ブラシレスＤＣモータは三相ブラシレスＤＣモータであり、前記所定の角度は１２０°である、請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
負荷を含めた前記モータのイナーシャに基づき、前記第２の期間において前記モータに加える電圧が調整される、請求項６または７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記モータの端子の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記強制転流による駆動において、前記モータのロータの回転速度が所定の上昇率で上昇するように励磁パターンの切り替え間隔を短くして前記モータを駆動し、前記回転速度が所定値に達したら無通電期間として前記モータに対する通電を停止して前記モータを惰性で回転させ、前記無通電期間において前記電圧検出手段によって検出された誘起電圧から前記モータの回転位置を判定し、判定された前記回転位置に基づいた励磁パターンと励磁パターンの切り替えタイミングとを用いて前記モータに対する通電を再開し、前記モータに対する制御転流による駆動を開始する、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記無通電期間において複数回にわたって検出された前記誘起電圧から前記モータの回転速度を算出し、前記モータに対する通電を再開するときに前記算出した回転速度に基づいて加速度設定を行なう、請求項９に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣ（直流）モータの制御に関し、特に、ロータの位置を検出するセンサを備えないセンサレスブラシレスＤＣモータの起動を制御する制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、そのロータ位置に応じてインバータによってモータのコイルに電流を流すことにより駆動される。例えば、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイルを備える三相ブラシレスＤＣモータでは、あるタイミングにおいてＷ相からＵ相に電流を流し、次のタイミングにおいてＶ相からＵ相に電流を流し、さらに次のタイミングにおいてＶ相からＷ相に電流を流すなどしてモータ内に回転磁界を形成し、この回転磁界によってロータが回転する。以下の説明において、モータのある相のコイルから別の相のコイルに電流を流して励磁を行なうとき、これらの相の組み合わせのことを励磁パターンと呼ぶ。また、Ａ相のコイルからＢ相のコイルに電流を流す励磁パターンを「Ａ→Ｂ」のように表現する。三相ブラシレスＤＣモータであれば、例えばＷ→Ｕ、Ｖ→Ｕ、Ｖ→Ｗ、Ｕ→Ｗ、Ｕ→Ｖ、Ｗ→Ｖの順で励磁パターンを切り替え、さらに最初のＷ→Ｕの励磁パターンに戻ることで、モータ内において１周分の回転磁界が生成され、この回転磁界を追いかけるようにロータが回転する。ここでは６通りの励磁パターンでモータの１回転が実現するので、１つの励磁パターンは回転角で６０°に相当することになる。モータを逆回転させるときは、励磁パターンの進行を反転すればよい。なお、当業者には明らかなように、三相ブラシレスＤＣモータを回転させるための励磁パターンの進行はここに示したものに限定されない。
【０００３】
ホール素子などのロータの位置を検出するセンサを備えないセンサレスブラシレスＤＣモータでは、各相のコイルに発生する逆起電力（速度起電力）からロータの回転位置を推定して各相のコイルへの通電を切り替えるセンサレス駆動方式が採用されている。しかしながらモータの始動直後など回転速度が低いときには十分な電圧が発生せず、回転位置を推定することができない。そこでセンサレスブラシレスＤＣモータでは、始動時には回転位置によらずにオープンループ制御を行なうこととし、オープンループ制御信号によってインバータを制御して励磁パターンを切り替えている。そしてモータの回転数がある値に到達してロータの回転位置を正確に推定できるようになってから、回転位置に応じた励磁パターンの切り替えを行なう。始動直後のオープン制御信号によるモータの駆動を強制転流と呼び、回転位置に応じて励磁パターンを切り替えてモータを駆動することを制御転流あるいは通常転流と呼ぶ。
【０００４】
特許文献１は、センサレスブラシレスＤＣモータの始動方法であって、強制転流を行ってモータがある回転数に達したのち、いったんインバータ出力を停止してモータへの通電を停止する無通電期間を設け、無通電期間においてモータの端子に発生する誘起電圧を検出して誘起電圧の周期にインバータ制御信号を同期させてから、インバータ出力を再開して制御転流を開始する方法を開示している。特許文献２は、センサレスブラシレスＤＣモータの始動する際に、モータを駆動可能な励磁パターンを複数選択し、ロータが回転しない範囲で各々の励磁パターンにより順番にモータに通電し、励磁パターンを切り替えたときにコイルに発生するパルス電圧のパルス幅に基づいてロータの停止位置を決定することを開示している。さらに特許文献２は、このようにして決定したロータの停止位置に対応した励磁パターンによって初期通電時間だけモータに通電して強制転流を行い、強制転流の終了後、ロータをフリーランさせる無通電期間を設け、無通電期間においてモータの端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔に基づいてロータの位置を求めて制御転流を開始することを開示している。
【０００５】
また、特許文献３は、ロータの位置を検出する位置センサを備えるブラシレスＤＣモータに関するものであるが、ブラシレスＤＣモータを始動するに際して、ロータ位置と所定の強制転流周波数とに応じた相切り替えタイミングで強制転流を開始した直後に無通電期間を設け、ロータの惰性回転中に生成される位置信号に応じた相切り替えタイミングで通常転流を開始することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−５０３５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０８１３７０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１２８０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
センサレスブラシレスＤＣモータを始動する際は強制転流を行うが、強制転流を行ってもモータが所定の回転速度に到達せず、このため、制御転流に移行しても安定した回転とならないことがある。特に、ロータの回転位置と励磁パターンとが完全にずれてモータの回転速度が上昇しない脱調と呼ばれる現象が起きることがある。上述した特許文献２に記載される方法では、ロータを回転させない範囲で種々の励磁パターンによりモータを通電してロータの停止位置を決定しているが、必ずしも精度よく停止位置が定まるとは限らない。また、強制転流を行う初期通電時間もせいぜいロータが１回転する程度の時間であるので、無通電期間においてロータの位置を正確に求めることができないことがある。これらの結果、特許文献２に記載された方法では、制御転流に円滑に移行できないことがある。
【０００８】
本発明の目的は、センサレスブラシレスＤＣモータであっても始動の際に脱調などを起こすことなく強制転流から制御転流に円滑に移行することができる、ブラシレスＤＣモータの制御方法及び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】
【０００９】
本発明の制御方法は、ロータの回転位置を検出するセンサを備えないブラシレスＤＣモータであるモータを始動する制御方法であって、モータの始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間にわたってモータに通電する第１の通電工程と、第１の通電工程ののち、第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンにより、第１の期間よりも長い第２の期間にわたってモータに通電する第２の通電工程と、を有し、第２の通電工程ののち、第２の励磁パターンに対応する回転位置からモータが回転するようにモータに対する強制転流による駆動を開始する。
【００１０】
第１の通電工程において第１の励磁パターンで通電することにより、モータ内では第１の励磁パターンに対応する磁界が生成しロータの永久磁石がこの磁界に吸引され、ロータは第１の励磁パターンに対応する位置に向けて移動する。これによりロータの回転位置が既知の状態から強制転流を開始することができて脱調などの発生を防止することができる。しかしながら初期状態のロータの位置が第１の励磁パターンに対応する位置と１８０°ずれている場合には、第１の励磁パターンで通電してもロータが動かずにずれた位置のままとなることがあり、その場合、脱調などが発生するおそれがある。
そこで、本発明では、第１の通電工程ののち、第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンによりモータに通電する第２の通電工程を設けることにより、第１の通電工程においてロータが第１の励磁パターンに対応する位置に向けて移動した場合であってもロータが第１の励磁パターンとは１８０°ずれた位置のままである場合であって、第２の通電工程によりロータが第２の励磁パターンに対応する位置に確実に移動し位置決めされるようにしている。また第１の通電工程での通電時間（第１の期間）に比べて第２の通電工程での通電時間（第２の期間）の方を長くすることにより、ロータを第２の励磁パターンに対応する位置で安定させることができる。その結果、本発明の制御方法によれば、第２の通電工程ののち、第２の励磁パターンに対応する回転位置からモータが回転するようにモータに対する強制転流による駆動を開始することにより、ロータの初期位置によらずに脱調などの発生を確実に防止することができ、また、強制転流から制御転流への移行も円滑に行うことができる。第１の期間は、負荷を含めたモータのイナーシャと励磁電流などに応じて最適な値が定められるが、例えば、１００ミリ秒程度に設定される。第２の期間は、例えば、数百ミリ秒程度に設定される。
【００１１】
本発明の制御装置は、ロータの回転位置を検出するセンサを備えないブラシレスＤＣモータであるモータを始動する制御装置であって、モータの各コイルの端子が接続してＰＷＭ駆動によりコイルに通電するインバータと、インバータを制御することによってモータの駆動を制御する制御手段であって、モータの始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間においてモータに通電し、第１の期間ののち、第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンにより、第１の期間よりも長い第２の期間においてモータに通電し、第２の期間ののち、第２の励磁パターンに対応する回転位置からモータが回転するようにモータに対する強制転流による駆動を開始するように、インバータを制御する制御手段と、を有する。
【００１２】
本発明の制御装置は、モータのコイルに対して通電するインバータと、上述した本発明の制御方法に基づいてモータを駆動するようにインバータを制御する制御手段とを備えることにより、センサレスブラシレスＤＣモータの始動に際し、ロータの初期位置によらずに脱調などの発生を確実に防止することができ、また、強制転流から制御転流への移行も円滑に行うことができる。
【００１３】
本発明において、ブラシレスＤＣモータとして、広く一般的に用いられている三相ブラシレスＤＣモータを使用することができ、所定の角度として例えば１２０°を用いることができる。モータの回転角で表したときの第１の励磁パターンと第２の励磁パターンとの差である所定の角度は、例えば、６０°，２４０°，３００°などとすることもできるが、三相ブラシレスＤＣモータの場合、１２０°を採用することによって、ロータの位置決めに要する時間を最小にすることができる。
【００１４】
通電により第２の励磁パターンに対応する位置にロータを位置決めするとき、負荷を含めたモータのイナーシャと励磁電流とに応じて決まる振動周期によってロータは第２の励磁パターンに対応する位置の周りを振動する。そこで本発明では、負荷を含めたモータのイナーシャに基づいて第２の通電工程においてモータに加える電圧を調整して励磁電流を調整することにより、ロータの振動周期を制御してロータの位置決めに要する時間を短縮することができる。
【００１５】
本発明では、強制転流による駆動において、モータのロータの回転速度が所定の上昇率で上昇するように励磁パターンの切り替え間隔を短くしてモータを駆動し、回転速度が所定値に達したら無通電期間としてモータに対する通電を停止して前記モータを惰性で回転させ、無通電期間においてモータの端子に発生する誘起電圧を検出し、検出された誘起電圧からモータの回転位置を判定し、判定された回転位置に基づいた励磁パターンと励磁パターンの切り替えタイミングとを用いてモータに対する通電を再開し、モータに対する制御転流による駆動を開始することが好ましい。強制転流から制御転流に移行する際に無通電期間を介在させ、無通電期間において検出した誘起電圧に基づいてモータの位置を判定し、判定した位置に基づいて制御転流を開始することによって、より円滑に制御転流に移行できるようになる。
【００１６】
無通電期間を設ける場合には、無通電期間において複数回にわたって誘起電圧を検出してモータの回転速度を算出し、モータに対する通電を再開したときに算出された回転速度に基づいて加速度設定を行なうことができる。このように構成することによって、制御転流に移行したときにモータをより滑らかに加速させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、脱調などを起こすことなく強制転流から制御転流に円滑に移行できるよううにセンサレスブラシレスＤＣモータの始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の一形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】モータを始動するときの動作を説明する図である。
【図３】強制転流から制御転流への切り替えを説明する図である。
【図４】強制転流から制御転流への切り替え時におけるモータの端子電圧を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の実施の一形態の制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置は、三相ブラシレスＤＣモータであるモータ１を直流電源２からの電力によって駆動するものである。モータ１は、ロータの回転位置を検出する例えばホール素子センサなどのセンサを備えないものである。直流電源２はその一端から電源電圧ＶDDを発生し、他端は接地点ＧＮＤに接続している。モータ１は、三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイルがＹ結線（スター結線）で接続したものであり、図２において点Ｎは、各相のコイルの一端が共通に接続する中性点である。
【００２０】
制御装置は、直流電源２に接続してモータ１を矩形波で駆動するインバータ１１と、ソフトウェア処理によってモータ１に関する制御動作を行いインバータ１１に対する指令値を発生するマイクロプロセッサ１４と、マイクロプロセッサ１４とインバータ１１との間にあってマイクロプロセッサ１４からの指令値をインバータ１１の駆動信号に変換するゲート駆動回路１５とを備えている。マイクロプロセッサ１４からの指令値は例えばモータの各相のコイルに印加される電圧で表されるが、ゲート駆動回路１５は、指令値をＰＷＭ駆動におけるオン／オフのデューティー比に変換してインバータ１１に駆動信号を出力する。
【００２１】
インバータ１１は、ブラシレスＤＣモータの駆動に用いられる一般的な構成を有するものであって、Ｕ相に関し、直流電源２からの電源電圧ＶDDが供給される電源線にドレインが接続するハイサイド（正側）のトランジスタＴｒUPと、トランジスタＴｒUPのソースにドレインが接続したローサイド（負側）のトランジスタＴｒUNと、カソードとアノードがそれぞれトランジスタＴｒUPのドレインとソースに接続するダイオードＤUPと、カソードとアノードがそれぞれトランジスタＴｒUNのドレインとソースに接続するダイオードＤUNと、トランジスタＴｒUP，ＴｒUNのゲートにそれぞれ接続したゲート抵抗ＲUP，ＲUNとから構成されている。モータ１のＵ相のコイルの他端がトランジスタＴｒUPのソースとトランジスタＴｒUNのドレインとの接続点に接続している。ローサイドトランジスタＴｒUNのソースは接地点ＧＮＤに接続している。ゲート駆動回路１５からの駆動信号は、ゲート抵抗ＲUP，ＲUNを介してトランジスタＴｒUP，ＴｒUNのゲートに印加される。トランジスタＴｒUP，ＴｒUNとしては、例えばパワー電界効果トランジスタ（パワーＦＥＴ）が用いられる。ダイオードＤUP，ＤUNは、モータ１のコイルの自己誘導による電流や回生電流を還流するために設けられている。
【００２２】
同様にインバータ１１は、Ｖ相に関し、ハイサイドトランジスタＴｒVPと、このトランジスタＴｒVPに並列に設けられたダイオードＤVPと、ローサイドトランジスタＴｒVNと、トランジスタＴｒVNに並列に設けられたダイオードＤVNと、ゲート抵抗ＲVP，ＲVNとを備え、トランジスタＴｒVP，ＴｒVNの相互の接続点にＶ相のコイルの他端が接続している。
インバータ１１は、Ｗ相に関し、トランジスタＴｒWP，ＴｒWNとダイオードＤWP，ＤWNとゲート抵抗ＲWP，ＲWNとを備え、トランジスタＴｒWP，ＴｒWNの相互の接続点にＷ相のコイルの他端が接続している。
【００２３】
マイクロプロセッサ１４は、電源電圧ＶDDを検出するためのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路１６と、モータ１のＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイルの端子電圧をそれぞれ検出するためのＡ／Ｄ変換回路１６U，１６V，１６Wを内蔵している。制御装置において、抵抗Ｒ1，Ｒ2を直列接続した分圧回路が直流電源２に対して並列に接続し、抵抗Ｒ1，Ｒ2の接続点の電圧がＡ／Ｄ変換回路１６に入力している。モータ１のＵ相のコイルの端子、すなわちＵ相のコイルの端部のうちトランジスタＴｒUP，ＴｒUNに接続する方の端部に対し、抵抗ＲU1，ＲU2を直列接続した分圧回路の一端が接続し、この分圧回路の他端は接地され、抵抗ＲU1，ＲU2の接続点の電圧すなわち分圧された端子電圧がＡ／Ｄ変換回路１６Uに入力している。
同様に、Ｖ相のコイルの端子に対して抵抗ＲV1，ＲV2からなる分圧回路が設けられ、この分圧回路で分圧された端子電圧がＡ／Ｄ変換回路１６Vに入力し、Ｗ相のコイルの端子に対して抵抗ＲW1，ＲW2からなる分圧回路が設けられ、この分圧回路で分圧された端子電圧がＡ／Ｄ変換回路１６Wに入力している。Ａ／Ｄ変換回路１６で検出された電源電圧ＶDDは、マイクロプロセッサ１４が電源電圧ＶDDに基づいた制御を行なうために使用される。後述するように本実施形態の制御装置では、モータの駆動を強制転流から制御転流に切り替えるときに無通電期間を介在させているが、無通電期間においてモータ１の各相のコイルの端子には、ロータの回転に伴う誘起電圧が発生する。Ａ／Ｄ変換回路１６U，１６V，１６Wは、制御転流の際にモータの回転位置の検出に用いられるとともに無通電期間での誘起電圧の検出にも用いられる。各相のＡ／Ｄ変換回路１６U，１６V，１６Wと各相の分割回路を構成する抵抗ＲU1，ＲU2，ＲV1，ＲV2，ＲW1，ＲW2は、モータ１の端子の電圧を検出する電圧検出手段を構成する。マイクロプロセッサ１４のうちＡ／Ｄ変換回路１６，１６U，１６V，１６Wを除く部分は、モータ１を駆動するための制御手段を構成する。
【００２４】
次に、マイクロプロセッサ１４について説明する。マイクロプロセッサ１４は、センサレスブラシレスＤＣモータの駆動と制御に使用される一般的なものであるが、特に本実施形態の制御装置では、マイクロプロセッサ１４は、モータ１の始動時に、任意の第１の励磁パターンにより第１の期間においてモータ１に通電し、第１の期間ののち、第１の励磁パターンから回転指示方向に所定の角度進んだ第２の励磁パターンにより、第１の期間よりも長い第２の期間においてモータ１に通電し、第２の期間ののち、第２の励磁パターンに対応する回転位置からモータ１が回転するようにモータ１に対する強制転流による駆動を開始するように構成されている。第１の期間にわたって第１の励磁パターンでモータ１に通電する工程を第１の通電工程と呼び、第２の期間にわたって第２の励磁パターンでモータ１に通電する工程を第２の通電工程と呼ぶ。
【００２５】
さらにマイクロプロセッサ１４は、モータ１を強制転流によって駆動する際には、モータ１のロータの回転速度が所定の上昇率で上昇するように励磁パターンの切り替え間隔を短くし、回転速度が所定値に達したらモータ１に対する通電を停止する。すなわちインバータ１１からの出力を停止する無通電期間に移行し、無通電期間の後にモータ１に対する通電を再開してモータ１に対する制御転流による駆動を開始するように構成されている。無通電期間ではモータ１は惰性で回転し、モータ１の各相の端子には上述した誘起電圧が発生する。各相の誘起電圧は、モータ１の回転速度とロータ位置とにそれぞれ応じた周波数と位相を有する交流信号である。そこでマイクロプロセッサ１４は、無通電期間において、例えば各相の誘起電圧におけるゼロクロス点を判別し、ゼロクロス点のタイミングに基づいてモータ１のロータ位置を判定し、判定されたロータ位置に基づいた励磁パターンと励磁パターンの切り替えタイミングとを用いて制御転流によるモータ１の駆動を開始する。
【００２６】
図２は、モータの始動時から強制転流の開始直後までの期間におけるモータ１のロータ位置とどの励磁パターンによってモータ１に通電するかとの関係を示している。さらに、使用している励磁パターンごとにインバータ１１内のトランジスタＴｒUP，ＴｒUN，ＴｒVP，ＴｒVN，ＴｒWP，ＴｒWNがどのように制御されるかもタイミングチャート形式で示している。ここでは、モータ１をある方向（回転指示方向とよぶ）に回転させるものとして、この方向に回転させるためには励磁パターンをＷ→Ｕ、Ｖ→Ｕ、Ｖ→Ｗ、Ｕ→Ｗ、Ｕ→Ｖ、Ｗ→Ｖの順で励磁パターンを切り替えて最初のＷ→Ｕに戻るものとする。本実施形態では、マイクロプロセッサ１４は、停止しているモータ１を始動するときに、例えば長さが１００ミリ秒である第１の期間、第１の励磁パターンでモータ１に通電する。ここではＵ→Ｗが第１の励磁パターンであるとする。その結果、モータ１のロータは、Ｕ→Ｗに対応する位置に移動しようとする。モータ１にＵ→Ｗと通電するときは、Ｕ相のハイサイドトランジスタＴｒUPとＷ相のローサイドトランジスタＴｒWNのどちらにおいてＰＷＭ駆動のためのスイッチングを行なってよいが、ここでは、Ｗ相のローサイドトランジスタＴｒWNにおいてスイッチングを行なうこととする。ＰＷＭ駆動のためのスイッチングにより、トランジスタＴｒWNはオン（ＯＮ）状態すなわち導通状態とオフ（ＯＦＦ）状態すなわち遮断状態とを繰り返すことになる。Ｕ相のハイサイドトランジスタＴｒUPはオン状態とされ、残りのトランジスタＴｒUN，ＴｒVP，ＴｒVN，ＴｒWNはオフ状態とされる。
【００２７】
第１の期間の終了後、マイクロプロセッサ１４は、次に例えば長さが数百ミリ秒である第２の期間、第２の励磁パターンでモータ１に通電する。ここではＷ→Ｖが第２の励磁パターンであるとする。Ｗ→Ｖは、励磁パターンＵ→Ｗから見て、モータ１の回転指示方向に１２０°進んだ励磁パターンである。Ｗ→Ｖで通電することにより、モータ１のロータは、Ｗ→Ｖに対応する位置に移動しようとする。図示するようにＷ→Ｖに対応する位置に移動してきたロータは、Ｗ→Ｖに対応する位置の周りで振動するが、この振動は次第に収束し、第２の期間の終了時近くでは、ロータはＷ→Ｖに対応する位置でほぼ完全に静止する。結局、第１の期間及び第２の期間によって、ロータがＷ→Ｖに対応する位置に位置決めされたことになる。第２の期間の長さは、ロータがＷ→Ｖに対応する位置に落ち着くまでに要する時間に応じて定められる。Ｗ→Ｖと通電する際には、Ｗ相のハイサイドトランジスタＴｒWPをオンとし、Ｖ相のローサイドトランジスタＴｒVNをＰＷＭ駆動する。
【００２８】
本実施形態において、第１の期間において励磁パターンＵ→Ｗによって通電してロータを動かし、さらに第２の期間において励磁パターンＷ→Ｖによって通電してロータを位置決めするのは、ロータの初期位置によっては、例えば、ロータの向きがＷ→Ｕ（Ｕ→Ｗとは１８０°反対の方向）にあるときには第１の期間においてＵ→Ｗと通電してもロータがＵ→Ｗに対応する位置に移動しようとしないことがあるからである。ここでは第１の期間においてＵ→Ｗで通電し、第２の期間においてＷ→Ｖで通電しているが、第１の期間での通電の励磁パターンは任意であり、第２の期間では第１の期間の励磁パターンより回転指示方向に例えば１２０°（あるいは６０°や２４０°であってもよい）進んだ励磁パターンを使用すればよい。
【００２９】
第２の期間の終了後、強制転流を開始するが、強制転流の開始時すなわち第２の期間の終了時におけるロータの位置はＷ→Ｖに対応する位置であるから、強制転流は、回転指示方向に関しＷ→Ｖの次の励磁パターンＷ→Ｕによってモータ１に通電することから開始する。その後、強制転流中では励磁パターンは、Ｖ→Ｕ、Ｖ→Ｗ、Ｕ→Ｗ、Ｕ→Ｖ、Ｗ→Ｖ、…と切り替わる。また、強制転流中にロータの回転速度が所定の上昇率で上昇するように、これらの励磁パターンの切り替え間隔をだんだんと短くする。
【００３０】
強制転流による駆動によりロータの回転速度が所定値に達したら、無通電期間としてモータ１に対する通電を停止してモータ１を惰性で回転させ、無通電期間の終了後にモータ１に対する制御転流による駆動を開始する。図３は、強制転流から無通電期間を経て制御転流に移行するときのモータ１のロータの回転速度の変化を示し、図４は、無通電期間をはさむ期間における各相のコイルの端子電圧と励磁パターンとの関係を示している。図３において励磁パターン切り替えタイミングとして示す各線分は、そのタイミングにおいて励磁パターンの切り替えが行なわれることを示している。モータ１が加速するにつれて切り替えタイミングの間隔は短くなる。もちろん、無通電期間内ではモータ１に通電しないので、励磁パターンも存在しない。本実施形態では、無通電期間においてＡ／Ｄ変換回路１６U，１６V，１６Wによって検出される各相のコイルの端子における誘起電圧からモータ１のロータの回転位置を判定し、判定された回転位置に基づいた励磁パターンと励磁パターンの切り替えタイミングとを用いてモータ１に対する通電を再開し、モータ１に対する制御転流による駆動を開始する。誘起電圧からロータの位置を判定するときは、例えば、各相の端子電圧におけるゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点のタイミングに基づいてロータの位置を決定することができる。ゼロクロス点の確実な検出のために、無通電期間の長さは、そのときの回転速度での２分の１周に相当する時間よりも長くすることが好ましく、３分の２周に相当する時間よりも長くすることがさらに好ましい。
【００３１】
以上説明した実施形態の制御装置によれば、第１の期間と第２の期間とを用いてモータ１のロータの位置決めを行なってから強制転流を開始し、強制転流後に無通電期間を設けてモータのコイルの端子に現れる誘起電圧を検出し、無通電期間中に検出された誘起電圧に基づいてモータ位置を判定し制御転流に移行するので、強制転流中に脱調が発生することを防止でき、強制転流から制御転流への円滑な移行が可能になる。
【００３２】
上記の制御装置において、無通電期間中ではモータ１は惰性で回転しているから、多少なりともモータ１の回転速度は低下する。そこで、無通電期間を長めに設定した上で無通電期間において複数回にわたって検出された誘起電圧からモータ１の回転速度を算出し、制御転流を開始するときには算出された回転速度に基づいては加速度設定を行なうことができる。このような加速度設定を行なうことにより、制御転流に移行したときにモータ１をより滑らかに加速させることができるようになる。
【００３３】
また上記の制御装置では、第２の通電工程において第２の励磁パターンでモータ１を通電してロータを位置決めする際に、第２の励磁パターンに対応する位置の周りでロータが振動する。この振動が収束しロータが落ち着くまで時間に基づいて第２の期間の長さを設定するが、第２の期間が長いほど始動時間が全体として長くなることになる。このロータの振動の周期は、負荷も含めたモータのイナーシャと、モータにおけるロータとステータの間の磁気的な吸引力とに依存し、吸引力はモータの励磁電流に比例する。励磁電流はモータ１に印加する電圧（ここではＰＷＭ駆動でのデューティー比）に比例するから、負荷を含めたモータ１のイナーシャに基づいてモータ１への印加電圧を調整してロータの振動周期を変化させ、ロータの振動が早期に収束するようにしてもよい。モータ１への印加電圧の調整値は、モータを設計するときやモータに接続される負荷を設計するときに計算により、あるいは実際にモータを動作させて振動周期を計測することによって決められる。第２の期間においてモータ１に加える電圧を調整することにより、第２の期間におけるロータの振動を早期に収束させることができて、全体としてのモータ１の始動時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…モータ；２…直流電源；１１…インバータ；１４…マイクロプロセッサ；１６，１６U，１６V，１６W…Ａ／Ｄ変換回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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