(57)【要約】【課題】特殊な測定を不要にすることにより、取り扱いを容易にする。【解決手段】通電回路１７は、駆動用コイル１１〜１３に直列に接続されたトランジスタＱ７〜Ｑ９と、トランジスタＱ７〜Ｑ９に直列に接続された抵抗器Ｒ１とを備えている。電圧信号出力回路１８は、基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する抵抗器Ｒ２，Ｒ３と、基準電圧Ｖｒｅｆ２を出力する抵抗器Ｒ４，Ｒ５と、通電回路１７の出力電圧ＶＲと基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較するコンパレータＣＰ１と、出力電圧ＶＲと基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較するコンパレータＣＰ２とを備えている。停止位置検出回路１９は、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力信号に基づき各駆動用コイル１１〜１２のインダクタンスを検出し、これらのインダクタンスに基づき永久磁石の磁極と対向している駆動用コイル１１〜１３を判断する。【選択図】　　　　図１
2004040943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータのロータ停止位置検出方法において、
前記ロータが停止している時に前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出し、これらのインダクタンスに基づき前記ロータの停止位置を判断する、
ことを特徴とするロータ停止位置検出方法
【請求項２】
前記各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、その過渡現象に基づき前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する、
請求項１記載のロータ停止位置検出方法。
【請求項３】
前記ロータが停止している時に前記各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、この通電によって得られる過渡現象に対応する電気信号を出力し、この出力された電気信号に基づき前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する、
請求項２記載のロータ停止位置検出方法。
【請求項４】
前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する前に、当該駆動用コイルに一定の電流を流す、
請求項１乃至３のいずれかに記載のロータ停止位置検出方法。
【請求項５】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、前記複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することにより前記ロータを回転させる際の起動方法において、
請求項１乃至４のいずれかに記載のロータ停止位置検出方法を用いて、前記永久磁石の磁極と対向している前記駆動用コイルを判断し、
当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電する、
ことを特徴とする起動方法。
【請求項６】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、前記複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することにより前記ロータを回転させる際の起動方法において、
請求項１乃至４のいずれかに記載のロータ停止位置検出方法を用いて、前記永久磁石の磁極と対向している前記駆動用コイルを判断し、
当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、まず当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電し、続いてこの通電した駆動相の二つ先の前記駆動相に通電する、
ことを特徴とする起動方法。
【請求項７】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータのロータ停止位置検出装置において、
前記ロータが停止している時に前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する検出手段と、それらのインダクタンスに基づき前記ロータの停止位置を判断する判断手段と、
を備えたことを特徴とするロータ停止位置検出装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、その過渡現象に基づき前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する、
請求項７記載のロータ停止位置検出装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記ロータが停止している時に前記各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電する通電手段と、この通電によって得られる過渡現象に対応する電気信号を出力する電気信号出力手段と、この出力された電気信号に基づき前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出するインダクタンス検出手段とを備えた、
請求項８記載のロータ停止位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出する前に、当該駆動用コイルに一定の電流を流す、
請求項７乃至９のいずれかに記載のロータ停止位置検出装置。
【請求項１１】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、前記複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することにより前記ロータを回転させる駆動制御手段を備えた起動装置において、
前記駆動制御手段は、請求項７乃至１０のいずれかに記載のロータ停止位置検出装置を用いて、前記永久磁石の磁極と対向している前記駆動用コイルを判断し、
当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電する、
ことを特徴とする起動装置。
【請求項１２】
永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、前記複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することにより前記ロータを回転させる駆動制御手段の起動装置において、
前記駆動制御手段は、請求項７乃至１０のいずれかに記載のロータ停止位置検出装置を用いて、前記永久磁石の磁極と対向している前記駆動用コイルを判断し、
当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、まず当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電し、続いてこの通電した駆動相の二つ先の前記駆動相に通電する、
ことを特徴とする起動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ位置センサを持たないセンサレスモータ（センサレス型ブラシレス直流モータ）に関し、詳しくはロータ停止位置検出方法及び装置並びにこれを用いた起動方法及び起動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石からなるロータと駆動用コイルからなるステータとを備えたブラシレスモータにおいて、ロータの回転位置を検出するセンサ（例えばホール素子）を持たないセンサレスモータが知られている。このようなセンサレスモータでは、ロータが回転している時は、駆動用コイルに発生する逆起電力を検出して駆動用電流の位相を制御する。一方、起動時においては、ロータが停止しているため、ロータの回転位置を知ることができない。そのため、ロータの回転位置が不明なままロータを正転させる論理に従い、駆動用コイルに順次駆動用歩進パルスを供給することにより、ロータを回転させている。
【０００３】
しかし、ロータの位置が不明なまま駆動用コイルに電流を流すため、その初期においてはロータが逆転したり回転を始めなかったりする場合がある。このような問題を解決しようとする技術が、特許第３１３５５６１号公報に開示されている。
【０００４】
図７は、上記公報に開示された従来技術を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００５】
永久磁石を有するロータ１０１は、駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに流す電流によって回転駆動される。なお、駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗは、同時に全てのコイルに電流が流れることはなく、少なくとも１つのコイルには電流が流れない。この電流が流れていないコイルには、ロータ１０１の回転に従って変動磁束が発生しているため、逆起電力が発生する。この逆起電力をアンプ１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗで増幅し、逆起電力検出回路１０６に供給することによって、ロータ１０１の回転位置を検出することができる。逆起電力検出回路１０６からの出力は通電切換論理回路１０７に送られ、これによりロータ１０１の回転位置に基づいた通電切換の指示信号が発生する。この通電切換指示信号は、通電切換回路１０８に送られる。通電切換回路１０８の出力は、相切換回路１０９に送られて相切換を行ない、駆動回路１０３から所望の駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに駆動用電流を供給する。このように、ロータ１０１が回転している時には、閉ループによる制御が実施されるので、ロータ１０１は定速で回転する。
【０００６】
一方、起動時においては、ロータ１０１が停止しているため、駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗには起電力が発生しない。スタート／ブレーキ（Ｓ／Ｂ）信号が端子１１１に印加されると、スイッチ切換回路１１２によって発振回路１１３のスイッチ１１６がインターロック制御回路１１５を介して制御され、高い周波数で発振するための時定数回路１１８に接続される。時定数回路１１８は、抵抗Ｒ１１とキャパシタＣ１１とを含んで構成される。発振回路１１３には、低い周波数で発振するための時定数回路１１９も設けられている。時定数回路１１９は、抵抗Ｒ１２とキャパシタＣ１２とを含んで構成される。スイッチ１１６は、インターロック制御１１５により制御されて、時定数回路１１８に接続された接点１１７ａと、時定数回路１１９に接続された接点１１７ｂとの間を選択的に切換えられる。
【０００７】
ここで、スタート指示がされた時には、発振回路１１３から高い周波数の信号が発生し、相切換回路１０９を介して駆動回路１０３から駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに、ロータ１０１を振動させるが回転はさせない高い周波数の駆動用パルス電流が供給される。この高い周波数は、ロータ１０１の固有振動数の近傍に選ぶ。この高い周波数の駆動用パルス電流によって、ロータ１０１は振動を始める。振動が開始した時には、この振動によって駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗには、振動誘起電圧が発生するので、アンプ１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗを介して逆起電力検出回路１０６から検出信号を得ることができる。
【０００８】
この検出信号により、ロータ１０１の回転位置が判明した時には、通電切換理論回路１０７からスイッチ切換回路１１２に信号が送られ、スイッチ１１６は低い周波数の発振を行なうための時定数回路１１９に接続された端子１１７ｂに切換られる。このようにして、通電切換論理回路１０７からはロータ１０１の回転位置に従った指示信号が、通電切換回路１０８に送られ、相切換回路１０９ではロータ１０１を回転させるのに適した低い周波数に従って駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに電流を供給するための信号が形成される。このようにして、ロータ１０１の回転位置に従って駆動用パルス電流が駆動回路１０３から駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに供給されることにより、ロータ１０１は逆転を起すことなく正転を開始する。
【０００９】
以上のように、駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗに回転させない程度の高い周波数の駆動用パルス電流を供給することにより、ロ−タ１０１を振動させる。この振動によって駆動用コイル１０２ｕ，１０２ｖ，１０２ｗには振動誘起電圧が発生し、逆起電力検出回路１０６の検出信号によりロ−タ１０１の回転位置を知ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来技術では、位置検出時に用いる駆動相パルスの周波数をロータの固有振動数付近に選ぶ必要があるので、センサレスモータ毎にロータの固有振動数を測定しなければならなかった。したがって、取り扱いが不便であり、非実用的であった。
【００１１】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、特殊な測定を不要にすることにより、取り扱いを容易にした、センサレスモータのロータ停止位置検出方法及び装置並びに起動方法及び起動装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るロータ停止位置検出方法は、永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータのロータ停止位置検出方法において、ロータが停止している時に各駆動用コイルのインダクタンスを検出し、これらのインダクタンスに基づきロータの停止位置を判断する、というものである（請求項１）。ここで、ロータの停止位置を判断することは、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを判断することに等しい。また、インダクタンスを検出することは、抵抗及び容量が一定である場合に、インピーダンスを検出することに等しい。
【００１３】
図６に示すように、電磁石が永久磁石による磁束の中にあるとき、電磁石と永久磁石との位置関係によって、コイルのインダクタンスが変化する。図６［１］のように、永久磁石の磁束と電流Ｉを流したときの電磁石の磁束とが同一方向になる場合、コイルのインダクタンスは最小になる。また、６［２］のように、永久磁石の磁束と電流Ｉを流したときの電磁石の磁束とが逆方向になる場合、コイルのインダクタンスは最大になる。そのため、電磁石に電流Ｉを流して電磁石と永久磁石とが引き合って止まる位置で、コイルのインダクタンスが最小になる。
【００１４】
センサレスモータにも同様の特性があり、各駆動相ごとに電流を流すと、ロータが停止している位置での駆動用コイルのインダクタンスが最小となる。
【００１５】
なお、永久磁石の磁束と電磁石の磁束とが同一方向になる場合にコイルのインンダクタンスが最小になり、永久磁石の磁束と電磁石の磁束とが逆方向になる場合にコイルのインダクタンスが最大になる理由は、永久磁石が磁性体及び非磁性体として作用しているためと考えられる。つまり、永久磁石の磁束と電磁石の磁束が同一方向にある場合は、永久磁石から見れば電磁石の磁束は更に磁化させる方向にあるので、永久磁石はそのヒステリシス特性の飽和領域の性質を示す。すなわち、永久磁石は非磁性体として作用するので、コイルのインダクタンスは最小になる。一方、永久磁石の磁束と電磁石の磁束が逆方向にある場合は、永久磁石から見れば電磁石の磁束は逆に磁化させる方向にあるので、永久磁石はそのヒステリシス特性の線形領域に近い部分の性質を示す。すなわち、永久磁石は磁性体として作用するので、コイルのインダクタンスは最大になる。なお、本発明は、このような原理を使用するものに限定するものではなく、ロータが停止している時に各駆動用コイルのインダクタンスを検出できれば、どのような原理を使用するものも含まれる。
【００１６】
請求項２記載のロータ停止位置検出方法は、請求項１記載のロータ停止位置検出方法において、各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、その過渡現象に基づき各駆動用コイルのインダクタンスを検出する、というものである。これにより、特殊な測定器を必要とせずに、インダクタンスを簡単に測定できる。
【００１７】
請求項３記載のロータ停止位置検出方法は、請求項２記載のロータ停止位置検出方法において、ロータが停止している時に各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、この通電によって得られる過渡現象に対応する電気信号を出力し、この出力された電気信号に基づき各駆動用コイルのインダクタンスを検出する、というものである。これにより、インダクタンスを直流によって、すなわち簡単に測定できる。なお、このときに駆動用コイルに流す電流は、ロータを回転させない程度の時間又は電流値である。
【００１８】
請求項４記載のロータ停止位置検出方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載のロータ停止位置検出方法において、各駆動用コイルのインダクタンスを検出する前に当該駆動用コイルに一定の電流を流す、というものである。駆動用コイルの鉄心のインダクタンスは、駆動用コイルに流れた電流の履歴によって微妙に変化する。そこで、インダクタンスを検出する前に、駆動用コイルに一定の電流を流すことにより、駆動用コイルの鉄心のインダクタンスについて、電流の履歴による影響を排除する。これにより、駆動用コイルのインダクタンスを精度よく検出できる。
【００１９】
請求項５記載の起動方法は、永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することによりロータを回転させる際の起動方法において、本発明に係るロータ停止位置検出方法を用いて、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを判断し、当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電する、というものである。これにより、ロータ停止位置の検出誤差があっても、ロータを正方向に回転させるトルクが得られるので、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。
【００２０】
請求項６記載の起動方法は、永久磁石からなるロータと複数の駆動用コイルからなるステータとを備えたセンサレスモータに対して、複数の駆動用コイルの組み合わせからなる複数の駆動相を一定の順序で切り換えて通電することによりロータを回転させる際の起動方法において、本発明に係るロータ停止位置検出方法を用いて、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを判断し、当該駆動用コイルを含む駆動相の前記順序における二つ先の前記駆動相に通電することが最適である場合に、まず当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電し、続いてこの通電した駆動相の二つ先の駆動相に通電する、というものである。これにより、ロータ停止位置の検出誤差があっても、ロータを正方向に回転させるトルクが得られるので、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。
【００２１】
本発明に係るロータ停止位置検出装置（請求項７〜１０）は、本発明に係るロータ停止位置検出方法（請求項１〜４）をそれぞれ使用するものであり、本発明に係るロータ停止位置検出方法と同様の作用及び効果を奏する。本発明に係る起動装置（請求項１１，１２）は、本発明に係る起動方法（請求項５，６）をそれぞれ使用するものであり、本発明に係る起動方法と同様の作用及び効果を奏する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るロータ停止位置検出装置及び起動装置の第一実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２３】
特許請求の範囲における「通電手段」は、制御回路１５の機能の一部、駆動回路１６のトランジスタＱ１〜Ｑ３、及び通電回路１８に対応する。特許請求の範囲における「電気信号出力手段」は、電気信号出力回路１８に対応する。特許請求の範囲における「インダクタンス検出手段」及び「判断手段」は、停止位置検出回路１９に対応する。特許請求の範囲における「駆動制御手段」は、制御回路１５の機能の一部、及び駆動回路１６に対応する。
【００２４】
センサレスモータ１０は、永久磁石からなるロータ（図示せず）と、駆動用コイル１１，１２，１３からなるステータ１４とを備えている。制御回路１５は、例えばマイクロコンピュータ及びそのプログラム等からなり、駆動回路１６のトランジスタＱ１〜Ｑ６及び通電回路１７のトランジスタＱ７〜Ｑ９をオン・オフ制御するとともに、各種の機能を備えている。駆動回路１６は、ｐチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴのトランジスタＱ１〜Ｑ３と、ｎチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴのトランジスタＱ４〜Ｑ６との直並列回路からなる、一般的なモータ駆動用回路である。
【００２５】
通電回路１７は、駆動用コイル１１〜１３に直列に接続されたトランジスタＱ７〜Ｑ９と、トランジスタＱ７〜Ｑ９に直列に接続された抵抗器Ｒ１とを備えている。トランジスタＱ７〜Ｑ９は、ｎチャネル・パワーＭＯＳＦＥＴである。電圧信号出力回路１８は、電源電圧Ｖｃｃを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する抵抗器Ｒ２，Ｒ３と、電源電圧Ｖｃｃを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆ２を出力する抵抗器Ｒ４，Ｒ５と、通電回路１７の出力電圧ＶＲ（抵抗器Ｒ１の両端電圧）と基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較するコンパレータＣＰ１と、出力電圧ＶＲと基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較するコンパレータＣＰ２とを備えている。停止位置検出回路１９は、例えばＡ／Ｄコンバータ、マイクロコンピュータ及びそのプログラム等からなり、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力信号に基づき各駆動用コイル１１〜１２のインダクタンスを検出する機能と、これらのインダクタンスに基づき永久磁石の磁極と対向している駆動用コイル１１〜１３を判断する機能とを備えている。停止位置検出回路１９からは、ロータ停止位置信号が制御回路１５へ出力される。
【００２６】
制御回路１５は、図示しない逆起電力検出回路から入力した駆動用コイル１１〜１３の逆起電力に基づき、駆動用コイル１１〜１３の組み合わせからなる複数の駆動相に対して、駆動回路１６を介して一定の順序で切り換えて通電することにより、ロータを回転させる機能を有する。また、制御回路１５は、停止位置検出回路１９から出力されたロータ停止位置信号に基づき、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電し、続いてこの通電した駆動相の二つ先の駆動相に通電する機能を有する。
【００２７】
更に詳しく説明する。センサレスモータ１０は、駆動用コイル１１（Ｕ相）、駆動用コイル１２（Ｖ相）、及び駆動用コイル１３（Ｗ相）の三相モータである。トランジスタＱ１〜Ｑ６は、センサレスモータ１０を定常回転させるときに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に流す電流を切り替える。トランジスタＱ１〜Ｑ３はセンサレスモータ１０の停止位置を検出するときにも使用する。トランジスタＱ７〜Ｑ９は、センサレスモータ１０の停止位置を検出するときに、トランジスタＱ１〜Ｑ３と組み合わせてＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流す電流を切り替える。制御回路１５は、トランジスタＱ１〜Ｑ９のオン／オフを制御する。抵抗器Ｒ１は、センサレスモータ１０に流れる電流を電圧ＶＲに変換する。電圧ＶＲは、抵抗器Ｒ１の両端にかかる電圧である。コンパレータＣＰ１は、電圧ＶＲが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高くなったことを検出する。コンパレータＣＰ２は、電圧ＶＲが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高くなったことを検出する。抵抗器Ｒ２，Ｒ３は、電源電圧Ｖｃｃを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆ１を作り出す。抵抗器Ｒ４，Ｒ５は、電源電圧Ｖｃｃを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆ２を作り出す。停止位置検出回路１９は、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力信号の時間差に基づきロータの停止位置を検出し、制御回路１５へ停止位置信号を送信する。
【００２８】
図２は、本実施形態のロータ停止位置検出装置の動作を示す波形図である。以下、図１及び図２に基づき、本実施形態のロータ停止位置検出装置の動作を説明する。
【００２９】
制御回路１５は、トランジスタＱ１〜Ｑ９を制御して、センサレスモータ１０にＵ相→Ｗ相，Ｖ相→Ｗ相，Ｖ相→Ｕ相，Ｗ相→Ｕ相，Ｗ相→Ｖ相，Ｕ相→Ｖ相の順で電流を流す。この電流は、ロータが動かない短い時間を設定する。また、駆動相に流していた電流を急に止めると、センサレスモータ１０の駆動用コイル１１〜１３によって逆起電圧が発生する。そのため、駆動相を切り替えるときは、逆起電圧が０Ｖになるために十分な時間、どの相にも電流を流さないことが必要である。
【００３０】
図２は、ロータが動かない短い時間における、駆動相に電流を流したときの電圧ＶＲの変化と、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力信号とを示している。駆動相がオンになると、合成抵抗Ｒａと駆動用コイルのインダクタンスＬとによって、次式の電流ｉが流れる。この合成抵抗Ｒａは、トランジスタのオン抵抗値、駆動用コイルの直流抵抗値、及び抵抗器Ｒ１の抵抗値からなる。
【００３１】
ｉ＝（Ｖｃｃ／Ｒａ）×（１−ｅ−（Ｒａ／Ｌ）ｔ）　・・・（１）
【００３２】
電流ｉは抵抗器Ｒ１によって電圧ＶＲに変換される。電圧ＶＲが上昇し基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えると、コンパレータＣＰ１がハイからローになる。このときの時間をｔ１とする。電圧ＶＲが更に上昇し基準電圧Ｖｒｅｆ２を越えると、コンパレータＣＰ２がハイからローになる。このときの時間をｔ２とする。停止位置検出回路１９は、六通りの駆動相で時間ｔ１，ｔ２の間隔を測定し、測定時間が最小の駆動相を停止位置信号として制御回路１５へ送信する。
【００３３】
図６に示すように、電磁石が永久磁石による磁束の中にあるとき、電磁石と永久磁石との位置関係によって、コイルのインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化は、抵抗及び容量が一定であるので、コイルのインダクタンスの変化による（以下同じ）。例えば、図６［１］のように、永久磁石の磁束と電流Ｉを流したときの電磁石の磁束とが同一方向になる場合、コイルのインピーダンスは最小になる。また、６［２］のように、永久磁石の磁束と電流Ｉを流したときの電磁石の磁束とが逆方向になる場合、コイルのインピーダンスは最大になる。そのため、電磁石に電流Ｉを流して電磁石と永久磁石とが引き合って止まる位置で、コイルのインピーダンスが最小になる。
【００３４】
センサレスモータ１０にも同様の特性があり、１つの駆動相に電流を流してロータが停止する位置での駆動用コイル１１〜１３のインピーダンスが最小となる。したがって、六つの駆動相とロータの位置関係による駆動用コイル１１〜１３のインピーダンス変化とを利用し、インピーダンスが最小となる駆動相を検出すれば、ロータの停止位置が検出できる。駆動用コイル１１〜１３のインピーダンス変化は、式（１）に基づき駆動相に流れる電流ｉの立ち上がり時間を変化させるので、電圧ＶＲの立ち上がり時間も変化させる。インピーダンスが最小のときは、電圧ＶＲの立ち上がり時間が最小となる。
【００３５】
駆動用コイル１１〜１３の内側にある鉄心は、通電やロータの回転による磁界の変化で微弱であるが磁化される。この磁化された鉄心の磁束も駆動用コイル１１〜１３のインピーダンスに影響する。回転していたロータがブレーキ制御によって停止した後や、異なる駆動相に電流を流した後は、駆動用コイル１１〜１３による磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが、ほとんどの場合同一ではない。しかし、一度駆動相に電流を流すと、鉄心が駆動用コイル１１〜１３によって磁化され、駆動用コイル１１〜１３による磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが同一となるので、電流を流した後のインピーダンスは電流を流す直前のインピーダンスよりも小さくなる。駆動用コイル１１〜１３による磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが同一になれば、鉄心の磁束によるバラツキがなくなるので、駆動用コイル１１〜１３のインピーダンスは、ロータの磁束の方向と駆動用コイル１１〜１３による磁束の方向とによって決まる。したがって、同じ駆動相に連続して二回以上電流を流し、二回目以降の電圧ＶＲの立ち上がり時間を測定し、立ち上がり時間が最小となる駆動相を検出することにより、ロータ停止位置の誤検出を低減することができる。
【００３６】
トランジスタＱ１〜Ｑ６は、センサレスモータ１０を駆動する大きな電流を流すため、オン抵抗が１Ω程度と小さくなければならない。しかし、トランジスタＱ７〜Ｑ９は、大きさ及び価格の点からオン抵抗の大きな（１０Ω〜２０Ω）パワーＭＯＳＦＥＴを使用する場合がある。トランジスタＱ７〜Ｑ９のオン抵抗が大きくなれば、電圧ＶＲを検出しやすくするために抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくする必要がある。そのため、合成抵抗Ｒａが大きくなり、式（１）から明らかなように、駆動用コイル１１〜１３のインピーダンスＬの変化による電流ｉの変化が小さくなるので、六つの駆動相で電圧ＶＲの立ち上がり時間の誤差が大きくなってくる。この誤差により、立ち上がり時間が最小となる駆動相を検出しても、その駆動相はロータの停止位置の一つ隣である場合がある。この問題を解決するために、次のような起動パターンでセンサレスモータ１０を起動する。
【００３７】
図３は、センサレスモータとプラッタとを上から見た概略図である。図４［１］は、ロータとステータとの位置関係を示す概略図である。図４［２］は、ロータ角度と各駆動相の合成トルクとの関係を示すグラフである。以下、図１乃至図図４に基づき、本実施形態の起動装置の動作について説明する。
【００３８】
図３において、プラッタ上の目盛と数字とは、六つの駆動相にそれぞれ電流を流したときに、基準点に停止している数字に対応した駆動相でロータが停止していることを示す。数字０の場合はＵ相→Ｗ相、数字１の場合はＶ相→Ｗ相、数字２の場合はＶ相→Ｕ相、数字３の場合はＷ相→Ｕ相、数字４の場合はＷ相→Ｖ相、数字５の場合はＵ相→Ｖ相、にそれぞれ電流を流したときにロータが停止する位置である。図３に示すように、基準点に数字０すなわち駆動相Ｕ→Ｗが停止している場合、二つ先の数字２の駆動相Ｖ→Ｕに電流を流すと、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。
【００３９】
しかし、最初に電流を流す駆動相を検出した停止位置の二つ先とする起動パターンでは、次のような問題が発生する。基準点に数字０すなわち駆動相Ｕ→Ｗが停止している場合、停止位置検出回路１９は駆動相Ｕ→Ｖと駆動相Ｖ→Ｗとのどちらか一方の駆動相を検出することがある。駆動相Ｕ→Ｖを検出した場合、最初に電流を流す駆動相は駆動相Ｖ→Ｗとなるので、図４から明らかなように、ロータを正方向に回転させることができる。しかし、駆動相Ｖ→Ｗを検出した場合、最初に電流を流す駆動相は駆動相Ｗ→Ｕとなるので、図４から明らかなように、ロータの停止位置が駆動相Ｗ→Ｕ通電時のロータ不安定点の近くになることにより、ロータを効率よく正方向に回転させることができない。
【００４０】
この問題を解決するために、最初に電流を流す駆動相を検出した停止位置の一つ先とする。基準点に駆動相Ｕ→Ｗと駆動相Ｖ→Ｗの中間が停止しているとき、停止位置検出回路１９が駆動相Ｕ→Ｗを検出した場合、最初に電流を流す駆動相は駆動相Ｖ→Ｗとなるので、図４から明らかなように、小さなトルクではあるがロータを正方向に回転させることができる。駆動相Ｖ→Ｗを検出した場合は、最初に電流を流す駆動相は駆動相Ｖ→Ｕとなるので、図４から明らかなように、ロータを最大トルクで正方向に回転させることができる。また、基準点に駆動相Ｕ→Ｗが停止しているとき、位置検出誤差により一つ隣の駆動相Ｖ→Ｗを検出した場合、最初に電流を流す駆動相が駆動相Ｖ→Ｕとなることにより、図４から明らかなように、ロータの停止位置から二つ先の駆動相に電流を流すことになるので、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。
【００４１】
しかし、基準点に駆動相Ｕ→Ｗが停止しているとき、位置検出誤差により一つ隣の駆動相Ｕ→Ｖを検出した場合、最初に電流を流す駆動相が駆動相Ｕ→Ｗとなる。そのため、図４から明らかなように、ロータが停止している駆動相に電流を流すことになるので、ロータは回転しない。そこで、二回目に電流を流す駆動相を、最初の駆動相の二つ先にすることで、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。したがって、停止位置検出回路１９で検出された停止位置の一つ先の駆動相に電流を流し、その後駆動相を切り換え、最初に電流を流した駆動相の二つ先の駆動相に電流を流すことで、ロータを逆回転せずに効率よく正方向に回転させることができる。
【００４２】
図５は、本発明に係るロータ停止位置検出装置及び起動装置の第二実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４３】
本実施形態では、電圧信号出力回路２０の構成が第一実施形態と異なる。電圧信号出力回路２０には、電圧ＶＲのピーク電圧を検出するＤ／Ａコンバータ２１及びコンパレータＣＰ３が付加されている。
【００４４】
ロータ停止位置を検出する前に、電圧ＶＲのピーク電圧を検出するために、ロータが動かない短い時間、一つの駆動相に電流を流す。駆動相に電流を流している間、電圧ＶＲとＤ／Ａコンバータ２１の出力電圧とをコンパレータＣＰ３で比較する。電圧ＶＲがＤ／Ａコンバータ２１の出力電圧よりも低いときはコンパレータＣＰ３の出力信号はローを示し、電圧ＶＲがＤ／Ａコンバータ２１の出力電圧よりも高いときはコンパレータＣＰ３の出力信号はハイを示す。制御回路１５は、コンパレータＣＰ３の出力信号がハイのときにＤ／Ａコンバータ２１の出力電圧を上昇させるように制御し、電圧ＶＲのピーク電圧検出後はＤ／Ａコンバータ２１の出力電圧を保持するようＤ／Ａコンバータ２１を制御する。
【００４５】
したがって、電圧ＶＲのピーク電圧検出後は、Ｄ／Ａコンバータ２１の出力電圧は電圧ＶＲと同じ電位になる。ロータ位置検出時には、抵抗器Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８によって基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を生成し、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２に供給する。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１又は７に係る発明によれば、ロータが停止している時に各駆動用コイルのインダクタンスを検出し、これらのインダクタンスに基づきロータの停止位置を判断することにより、センサレスモータ毎にロータの固有振動数を測定するなどの特殊な測定をすることなく、ロータの停止位置を検出できるので、取り扱いを容易にでき、これにより利便性及び実用性を向上できる。
【００４７】
請求項２又は８に係る発明によれば、各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、その過渡現象に基づき各駆動用コイルのインダクタンスを検出することにより、特殊な測定器を必要とせずに、インダクタンスを簡単に測定できる。
【００４８】
請求項３又は９に係る発明によれば、ロータが停止している時に各駆動用コイルと抵抗器との直列回路に通電し、この通電によって得られる過渡現象に対応する電気信号を出力し、出力された電気信号に基づき前記各駆動用コイルのインダクタンスを検出することにより、インダクタンスを直流によって、すなわち簡単に測定できる。
【００４９】
請求項４又は１０に係る発明によれば、各駆動用コイルのインダクタンスを検出する前に当該駆動用コイルに一定の電流を流すことにより、電流の履歴に起因する駆動用コイルのインダクタンスの誤差を排除できるので、駆動用コイルのインダクタンスを精度よく検出できる。換言すると、ロータの停止位置を検出するために駆動相に（ロータが動かない短い時間）流す電流を、同一駆動相に連続二回以上流すことにより、ロータ停止位置の誤検出を低減することができる。
【００５０】
請求項５又は１１に係る発明によれば、本発明に係るロータ停止位置検出方法又は装置を用いて、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを判断し、当該駆動用コイルを含む駆動相の二つ先の駆動相に通電することが最適である場合に、当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電することにより、ロータ停止位置の検出誤差があっても、ロータを正方向に回転させるトルクが得られるので、ロータを効率よく正方向に回転させることができる。換言すると、検出したロータの停止位置より一つ先の駆動相から電流を流すことで、二つの駆動相の中間にロータが停止しているときや、位置検出誤差によって本来のロータ停止位置ではなく、一つ隣の駆動相を検出したときでも、ロータを逆回転せずに効率よく正方向に回転させることができる。
【００５１】
請求項６又は１２に係る発明によれば、本発明に係るロータ停止位置検出方法又は装置を用いて、永久磁石の磁極と対向している駆動用コイルを判断し、当該駆動用コイルを含む駆動相の二つ先の前記駆動相に通電することが最適である場合に、まず当該駆動用コイルを含む駆動相の一つ先の駆動相に通電し、続いてこの通電した駆動相の二つ先の駆動相に通電することにより、ロータ停止位置の検出誤差があっても、ロータを正方向に回転させるトルクが更に確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロータ停止位置検出装置及び起動装置の第一実施形態を示す回路図である。
【図２】第一実施形態のロータ停止位置検出装置の動作を示す波形図である。
【図３】センサレスモータとプラッタとを上から見た概略図である。
【図４】図４［１］は、ロータとステータとの位置関係を示す概略図である。図４［２］は、ロータ角度と各駆動相の合成トルクとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るロータ停止位置検出装置及び起動装置の第二実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明の原理を示す説明図であり、図６［１］は永久磁石の磁束と電磁石の磁束とが同一方向になる場合、６［２］は永久磁石の磁束と電磁石の磁束とが逆方向になる場合である。
【図７】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　センサレスモータ
１１，１２，１３　駆動用コイル
１４　ステータ
１５　制御回路
１６　駆動回路
１７　通電回路
１８，２０　電圧信号出力回路
１９　停止位置検出回路
【図１】
2004040943.tif 000003
【図２】
2004040943.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004040943.tif 000006
【図５】
2004040943.tif 000007
【図６】
2004040943.tif 000008
【図７】
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