(57)【要約】【課題】  ブラシレスモータの起動時に生じる振動やロータの逆転現象を防止して、ブラシレスモータを滑らかに起動させることである。【解決手段】  ブラシレスモータの３相の電機子コイルに対する通電は３つの正極側スイッチング素子と３つの負極側スイッチング素子とを備えたインバータ回路により切り替えられる。ブラシレスモータを起動する際には、正極側スイッチング素子を所定の順序で閉じるとともに、各通電区間において正極側スイッチング素子を連続オンした状態のもと、負極側スイッチング素子をＰＷＭ制御により断続的に閉じるとともに連続オンされる正極側スイッチング素子とは異なる相の正極側スイッチング素子を負極側スイッチング素子とは反転したタイミングで断続的にオンする。これにより、各電機子コイルは断続的に線間短絡され、ロータの振動は制動電流により熱に変換されて低減される。【選択図】      図３
2005312145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正極に接続される複数の正極側スイッチング素子と前記電源の負極に接続される複数の負極側スイッチング素子とを備えたインバータ回路と、前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチングとを所定の組み合わせで駆動する制御手段とを有し、ブラシレスモータに設けられる複数相の電機子コイルに所定の順序と方向で通電して前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動装置であって、
一方の極性側の所定相のスイッチング素子を閉じた状態のもとで他方の極性側の他相のスイッチング素子を断続的に閉じるとともに、一方の極性側の他相のスイッチング素子のうち少なくとも１つを他方の極性側のスイッチング素子とは反転したタイミングで断続的に閉じることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置において、他方の極性側のスイッチング素子をＰＷＭ制御により断続的に閉じるとともに、前記ＰＷＭ制御の反転信号を用いて一方の極性側のスイッチング素子を断続的に閉じることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ブラシレスモータは、ロータの回転に伴って前記電機子コイルが生じる誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出するセンサレスブラシレスモータであり、他方の極性側のスイッチング素子が閉じられる割合を徐々に増加させて前記ブラシレスモータを起動することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置において、同一の極性側にある２つのスイッチング素子を転流前後に重複して閉じるオーバーラップ通電が行われることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源の正極に接続される複数の正極側スイッチング素子と電源の負極に接続される複数の負極側スイッチング素子とを備えたインバータ回路と、正極側スイッチング素子と負極側スイッチングとを所定の組み合わせで駆動する制御手段とを有し、ブラシレスモータに設けられる複数相の電機子コイルに所定の順序と方向で転流する相電流を供給してブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは複数相の電機子コイルが装着されるステータと複数の磁極が設けられるロータとを有しており、たとえば３相ブラシレスモータの場合ではＵ、Ｖ、Ｗの３相の電機子コイルがステータに設けられ、ロータにはたとえば４つの磁極が周方向に並べて設けられる。そして、ロータの回転位置に応じた所定の順序と方向で各相の電機子コイルに通電することでステータに回転磁界が生じてロータが回転する。
【０００３】
３相ブラシレスモータにおける電機子コイルの結線方法としてはＹ結線（スター結線）が一般的であり、この場合の通電方法としては、所定の２相の電機子コイルに同時に通電する１２０度通電、３相の電機子コイルに同時に通電する１８０度通電、あるいは転流前後の通電相に重複して通電し、２相通電と３相通電とを交互に行う所謂オーバーラップ通電がある。いずれの通電方法にあっても、電機子コイルに対する通電の切り替えはインバータ回路を備えた駆動装置により行われるのが一般的である。
【０００４】
インバータ回路は、それぞれ対応する相の電機子コイルの非結線端と電源の正極との間に接続される３つの正極側スイッチング素子と、電源の負極との間に接続される３つの負極側スイッチング素子とを有しており、これらのスイッチング素子を各相毎に直列に接続して形成されている。これらのスイッチング素子としては、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の半導体素子が用いられ、これに接続される制御回路からの駆動信号によりオンオフ制御される。たとえば１２０度通電の場合では、正極側スイッチング素子と負極側スイッチング素子とを異なる相の組み合わせで順次オンすることにより、所定の２相の電機子コイルに相電流が流されるとともに相電流が順次転流される。
【０００５】
各電機子コイルに流れる相電流の制御は、正極側あるいは負極側の一方のスイッチング素子を連続オン状態とするとともに他方をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により断続オン状態とするＰＷＭ制御により行うのが一般的であり、この場合、相電流の制御はスイッチング素子が閉じられる割合つまりＰＷＭ信号のデューティー比を変化させることにより行われる。
【０００６】
一方、各スイッチング素子の切り替えタイミングはロータの回転位置に基づいて行う必要があるので、ブラシレスモータには、たとえばホール素子などロータの回転に伴う磁極の変化を検出するセンサが設けられる。しかしながら、ホール素子等のセンサを用いた検出方法では、ブラシレスモータのハウジング内にセンサを取り付ける作業が必要となり、また、ブラシレスモータと駆動装置との間の配線が増加し、さらにはホール素子の使用温度制限のため温度環境の厳しい用途への適用に制限が生じるなどの問題がある。
【０００７】
そこで、たとえば特許文献１に示されるブラシレスモータでは、ロータの回転に伴って電機子コイルに生じる誘起電圧を検出し、この誘起電圧に基づいてロータの回転位置を検出するようにしている。このようなブラシレスモータはホール素子等のセンサを用いないことからセンサレスブラシレスモータとも呼ばれている。
【０００８】
センサレスブラシレスモータでは、ロータの回転に伴って生じる各電機子コイルの誘起電圧からロータ位置を検出するので、モータ起動時には電機子コイルに誘起電圧が生じず、ロータの回転位置を検出することができない。そのため、従来のブラシレスモータでは、モータ起動時には、ロータの回転位置に基づかない任意のタイミングで電機子コイルに対する通電を行ってステータに回転磁界を発生させ、この回転磁界によりロータを強制的に回転あるいは揺動させるようにしている。そして、ロータがある程度回転あるいは揺動することにより発生する誘起電圧からロータ位置を検出し、ロータ位置を検出した後にはそのロータ位置に基づいた通電パターンに切り替えるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１７６７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述のような起動方法では、モータ起動時にはロータ位置に基づかない通電パターンにより回転磁界が形成されるので、ロータが発生する回転力つまりモータの出力トルクが大きく変動する場合がある。そのため、起動時のロータの位置によってはロータに振動が生じたり、ロータが瞬間的に逆転状態となってシステムに悪影響を及ぼしたりする恐れがあった。
【００１０】
これに対して、モータ起動時に所定の相の電機子コイルにのみ通電を行い、この電機子コイルが生じる磁界により一時的にロータを所定位置に移動させてロータの位置合わせを行うようにしたものがある。しかしながら、この場合も同様に、ロータの位置合わせを行う際にロータの振動や逆転状態が発生することになる。
【００１１】
本発明の目的は、ブラシレスモータの起動時に生じる振動やロータの逆転現象を防止して、ブラシレスモータを滑らかに起動させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、電源の正極に接続される複数の正極側スイッチング素子と前記電源の負極に接続される複数の負極側スイッチング素子とを備えたインバータ回路と、前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチングとを所定の組み合わせで駆動する制御手段とを有し、ブラシレスモータに設けられる複数相の電機子コイルに所定の順序と方向で通電して前記ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータの駆動装置であって、一方の極性側の所定相のスイッチング素子を閉じた状態のもとで他方の極性側の他相のスイッチング素子を断続的に閉じるとともに、一方の極性側の他相のスイッチング素子のうち少なくとも１つを他方の極性側のスイッチング素子とは反転したタイミングで断続的に閉じることを特徴とする。
【００１３】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、他方の極性側のスイッチング素子をＰＷＭ制御により断続的に閉じるとともに、前記ＰＷＭ制御の反転信号を用いて一方の極性側のスイッチング素子を断続的に閉じることを特徴とする。
【００１４】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ブラシレスモータは、ロータの回転に伴って前記電機子コイルが生じる誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出するセンサレスブラシレスモータであり、他方の極性側のスイッチング素子が閉じられる割合を徐々に増加させて前記ブラシレスモータを起動することを特徴とする。
【００１５】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、同一の極性側にある２つのスイッチング素子を転流前後に重複して閉じるオーバーラップ通電が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、モータ作動時には各電機子コイルに通電されてロータに回転力が生じる作動状態と電機子コイルが線間短絡されてロータに制動力が加わる制動状態とが交互に行われることになるので、モータトルクの変動を電機子コイルに流れる制動電流により熱に変換してロータの回転を滑らかにすることができる。特に、センサレスタイプのブラシレスモータを起動させる際には、ロータに生じる振動や騒音、逆転方向の回転力を低減してブラシレスモータを滑らかに起動させることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、各電機子コイルに流れる相電流を制御するためのＰＷＭ信号の反転信号を用いて電機子コイルを線間短絡させるスイッチング素子の切り替えタイミングを設定するようにしたので、相電流を供給するためのスイッチング素子と線間短絡を生じさせるスイッチング素子とを容易に反転動作させることができる。また、センサレスタイプのブラシレスモータを起動する際には、ロータの回転力の増加に合わせて制動力が徐々に低下することになり、ブラシレスモータの起動制御を容易に且つ滑らかに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの駆動装置の制御体系を示す回路図であり、図示するブラシレスモータ１１はこのブラシレスモータの駆動装置１２（以下、駆動装置１２とする）により駆動される。
【００２０】
ブラシレスモータ１１は３相４極式となっており、そのステータ１１ａにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷが装着され、ロータ１１ｂには４つの磁極Ｐが設けられている。各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷとしては同一の抵抗値やインダクタンス値を有するものが用いられ、互いにＹ結線（星形結線）されるとともに周方向に１２０度の間隔を空けて並べて配置されている。一方、ロータ１１ｂに設けられる各磁極Ｐは回転軸１１ｃを中心として周方向に並べて配置されており、ステータ１１ａに対向した状態でロータ１１ｂとともに回転する。
【００２１】
各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの非結線端は駆動装置１２に接続され、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷは駆動装置１２により所定の順序と方向で通電される。これにより、ステータ１１ａに回転磁界が生じ、その回転磁界により各磁極Ｐが回転力を受けてロータ１１ｂが回転する。
【００２２】
駆動装置１２には各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電の切替えを行うためにインバータ回路１３が設けられている。このインバータ回路１３は３相電圧形となっており、それぞれ各相に対応するとともに電源１４の正極に接続される３つの正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨと、それぞれ各相に対応するとともに電源１４の負極に接続される３つの負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬとを備えている。各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨと負極側スイッチング素子素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬは直列に接続されてスイッチング素子対を形成し、これらのスイッチング素子対は互いに並列に接続されている。
【００２３】
Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨとＵ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬとの間にはＵ相の電機子コイルＬＵの非結線端が接続され、Ｖ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨとＶ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＬとの間にはＶ相の電機子コイルＬＶの非結線端が接続され、Ｗ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＨとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬとの間にはＷ相の電機子コイルＬＷの非結線端が接続されている。つまり、各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬは対応する相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷと電源１４の正極あるいは負極との間に接続されている。
【００２４】
インバータ回路１３に用いられる各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬとしては、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の半導体素子が用いられ、そのオン・オフ制御つまり開閉制御は制御手段としての制御回路１５により行われる。
【００２５】
制御回路１５は、制御信号を演算する図示しないＣＰＵ（マイクロプロセッサ）やＲＯＭ、ＲＡＭ等の図示しないメモリなどを備えた所謂マイクロコンピュータとしての機能を有しており、所定の組み合わせの正極側スイッチング素子素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨと負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬに対して駆動信号を出力してその駆動を行う。つまり、制御回路１５から駆動信号が入力されたスイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬはオフつまりスイッチが開いた状態からオンつまりスイッチが閉じた状態に切り替えられて電源１４と電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷとを接続する。一方、制御回路から駆動信号が入力されないスイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬはオフの状態に維持されて電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷと電源１４とを遮断する。
【００２６】
各スイッチング素子素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬにはフリーホイルダイオードＤが設けられ、遅れ電流成分を環流させてオフされた各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬに逆起電力が印加されないようにしている。
【００２７】
また、制御回路１５にはＰＷＭ信号発生回路１６が接続され、制御回路１５から負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬに出力される駆動信号にはＰＷＭ信号が重畳される。つまり、負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬはＰＷＭ制御により駆動されて各通電区間において断続的にオンされる。そして、負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬがオンされる割合つまりデューティー比を制御することにより電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流の値が調整される。
【００２８】
駆動装置１２には各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの非結線端に接続される誘起電圧検出部１７が設けられ、この誘起電圧検出部１７によりロータ１１ｂの回転に伴って各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに生じる誘起電圧が検出される。誘起電圧検出部１７の検出信号は制御回路１５に入力され、制御回路１５は誘起電圧検出部１７により検出された各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの誘起電圧に基づいてロータ１１ｂの回転位置を検出する。つまり、このブラシレスモータ１１はロータ１１ｂの回転位置を検出するためのホール素子等のセンサが設けられていないセンサレスブラシレスモータとなっている。
【００２９】
次に、この駆動装置１２によるブラシレスモータ１１の制御について説明する。
【００３０】
図２は定常作動時における各スイッチング素子の駆動パターンを示す駆動チャート図であり、このブラシレスモータ１１を定常作動させる場合には、図２に示すように、各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬは各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの誘起電圧に基づいて検出されるロータ１１ｂの回転位置に基づいた１２０°通電矩形波駆動により駆動される。つまり、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨを電気角で１２０°ずつ順次オンするとともに正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨとは異なる相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬを電気角で１２０°ずつ順次オンして、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電を切り替えて相電流を転流させる。たとえば、通電区間Ｓ１では、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬとがオンされ、これによりＵ相の電機子コイルＬＵからＷ相の電機子コイルＬＷへ向けて相電流が流れる。次いで、通電区間Ｓ２では、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨがオンに維持されるとともにＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬに替えてＶ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＬがオンされ、Ｕ相の電機子コイルＬＵからＶ相の電機子コイルＬＶへ向けて相電流が流れる。以下同様に、図２に示す通電区間Ｓ１〜Ｓ６までの駆動パターンに従って各スイッチング素子素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬが所定の順序と組み合わせで駆動されて転流が行われる。これにより、ステータ１１ａに回転磁界が発生し、ロータ１１ｂはこの回転磁界により回転力を受けて回転する。
【００３１】
また、各通電区間において正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨを連続オンした状態のもと、負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬのデューティー比を変化させることにより、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流の値を調整してブラシレスモータ１１を可変速制御することができる。
【００３２】
図３は起動制御時における各スイッチング素子の駆動パターンを示す駆動チャート図であり、図４は所定の通電区間における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示す説明図である。また、図５（ａ）は図３に示す駆動パターンにおいて電機子コイルに相電流が流されたときの状態を示す回路図であり、図５（ｂ）は図３に示す駆動パターンおいて電機子コイルが線間短絡されたときの状態を示す回路図である。
【００３３】
一方、この駆動装置１２では、ブラシレスモータ１１を起動させる際には、図３に示すような起動制御用の駆動パターンで各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬを駆動する。以下に、図３〜図５に基づいて起動制御について説明する。
【００３４】
このブラシレスモータ１１はセンサレスタイプであるので、電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに誘起電圧が発生しないロータ停止時にはロータ１１ｂの回転位置が検出されない。したがって、モータ起動時にはロータ１１ｂの回転位置には基づかない任意のタイミングで駆動パターンが実行される。
【００３５】
図３に示す駆動パターンでは、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨを電気角で１２０°ずつ順次オンするとともに正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨとは異なる相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬを電気角で１２０°ずつ順次オンすることにより、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電を切り替えて相電流を転流させる。このとき、各通電区間では、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨは連続オンされ、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬはＰＷＭ制御により断続的にオンされる。そして、負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬが閉じられる割合つまりＰＷＭ制御のデューティー比を０％から１００％に向けて徐々に増加させることにより、電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流を増加させてロータ１１ｂの回転力を徐々に増加させる。
【００３６】
また、この起動制御では、連続オンされる正極側スイッチング素子とは異なる相の正極側スイッチング素子を負極側スイッチング素子とは反転したタイミングで断続的にオンするようにしている。たとえば、通電区間Ｓ１では、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨが連続オンされ、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがＰＷＭ制御により断続的にオンされるとともに、Ｖ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨがＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬとは反転したタイミングで断続オンされる。この場合、Ｖ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨは、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬに重畳されるＰＷＭ信号の反転信号を用いてオンタイミングが設定されており、図４に示すように、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがＰＷＭ制御によりオフされる区間においてオンされる。したがって、通電区間Ｓ１においては、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨを連続オンとした状態のもとでＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬとＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨが交互にオンされることになる。
【００３７】
通電区間Ｓ１においてＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオンされたときには、図５（ａ）に示すように、Ｕ相とＷ相の各電機子コイルＬＵ，ＬＷはスイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＷＬを介して電源１４に接続され、各電機子コイルＬＵ，ＬＷに相電流ＩDが流れる。つまり、通電区間Ｓ１においてＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオンされたときには、電機子コイルＬＵ，ＬＷに相電流が流れてロータ１１ｂが加速される作動状態となる。
【００３８】
一方、通電区間Ｓ１においてＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオフされＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨがオンされると、図５（ｂ）に示すようにＵ相とＶ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶが線間短絡される。Ｕ相とＶ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶが線間短絡されると、これらの電機子コイルＬＵ，ＬＶにより閉回路が形成され、ロータ１１ｂが回転すると、それに伴って生じる誘起電圧によりＵ相とＶ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶに制動電流ＩBが流れる。つまり、通電区間Ｓ１においてＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨがオンされたときには、電機子コイルＬＵ，ＬＶに制動電流ＩBが流れてロータ１１ｂが制動される制動状態となる。なお、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオフされても、相電流ＩDの遅れ成分がフリーホイルダイオードＤを介して貫流する。
【００３９】
他の通電区間においても同様に、所定相の正極側スイッチング素子が連続オンされた状態のもとで他相の負極側スイッチング素子と他相の正極側スイッチング素子とが交互にオンされ、作動状態と制動状態とが交互に行われる。したがって、センサレスのブラシレスモータでは、起動時には電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷによる生じる回転磁界がロータ１１ｂの回転位置に対応していない場合には、ロータ１１ｂに振動が生じたり、ロータ１１ｂが逆転したりする場合があるが、この駆動装置１２による起動制御では、ロータ１１ｂを所定の方向に加速させるとともに、ロータ１１ｂに生じる逆転方向の回転力は制動電流により熱に変換されるので、ロータ１１ｂの振動や逆転が抑制される。
【００４０】
また、線間短絡を行う正極側スイッチング素子は負極側スイッチング素子に重畳されるＰＷＭ信号の反転信号を用いて断続オンされるので、線間短絡を行う正極側スイッチング素子のデューティー比はＰＷＭ制御される負極側スイッチング素子のデューティー比に対して反比例することになる。したがって、負極側スイッチング素子に対するＰＷＭ制御のデューティー比を０％〜１００％まで徐々に増加させると、これに反して線間短絡を行う正極側スイッチング素子のデューティー比は１００％〜０％に徐々に低下する。したがって、モータ起動時には、ロータ１１ｂの回転力が徐々に増加するとともに制動力が徐々に緩められて、ロータ１１ｂは所定の回転数まで滑らかに加速される。そして、ロータ１１ｂが所定の回転数になったときに起動制御から定常作動を行う制御に移行され、起動制御が終了される。
【００４１】
このように、この駆動装置１２による起動制御では、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに相電流を供給してロータ１１ｂを加速させる作動状態と電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷを線間短絡させてロータ１１ｂを制動する制動状態とが交互に行われるので、起動時にロータ１１ｂに生じる振動や騒音、逆転現象を抑制してブラシレスモータ１１を滑らかに起動させることができる。
【００４２】
また、この駆動装置１２では、電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる相電流を制御するために負極側スイッチング素子に重畳されるＰＷＭ信号の反転信号を用いて線間短絡を行う正極側スイッチング素子を断続的にオンさせるようにしたので、それぞれのスイッチング素子を容易に反転動させることができる。また、相電流の増加によるロータ１１ｂの回転力の増加に伴って線間短絡による制動力が低下するので、ブラシレスモータ１１の起動制御を容易に且つ滑らかに行うことができる。
【００４３】
図６は本発明の他の実施の形態を示す駆動チャート図であり、図７（ａ）は図６に示す駆動パターンにおいて電機子コイルに相電流が流されたときの状態を示す回路図であり、図７（ｂ）は図６に示す駆動パターンおいて電機子コイルが線間短絡されたときの状態を示す回路図である。
【００４４】
図３に示す起動制御時の駆動パターンでは、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに相電流を流すためにオンされる正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨと負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬは、それぞれその通電角を１２０度とされていたが、図６に示す駆動パターンでは、各スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ〜ＦＥＴ-ＷＬの通電角を電気角で１２０°以上に設定し、転流前後の同一相のスイッチング素子を重複して閉じる所謂オーバーラップ通電を行うものとなっている。
【００４５】
たとえば、図６に示す通電区間Ｓ１では、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨとＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＶＨとが重複してオンされるとともにＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがＰＷＭ制御により断続的にオンされ、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオンされているときには、図７（ａ）に示すように、Ｕ相の電機子コイルＬＵとＶ相の電機子コイルＬＶからＷ相の電機子コイルＬＷに向けて相電流ＩDが流れる３相通電が行われる。つまり、この駆動パターンでは、転流時には切り替え前後のスイッチング素子が重複してオンされる。
【００４６】
また、この駆動パターンでは、たとえば通電区間Ｓ１においては、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬに対して反転したタイミングでＷ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＨが断続オンされる。これにより、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＬがオフされ、Ｗ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＷＨがオンされたときには、図７（ｂ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷが線間短絡されて、ロータ１１ｂの回転に伴う制動電流ＩBが各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに流れる。なお、同一相のスイッチング素子が重複しない範囲では、図３に示す駆動パターンと同様な制御となる。
【００４７】
このように、オーバーラップ通電により駆動される駆動パターンにおいても本発明を適用することができる。
【００４８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前記実施の形態においては、ブラシレスモータ１１はセンサレスタイプとされているが、これに限らず、ホール素子等のセンサを用いてロータ１１ｂの回転位置を検出するブラシレスモータとしてもよい。
【００４９】
また、前記実施の形態においては、ブラシレスモータ１１には３相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷが設けられているが、これに限らず、複数の電機子コイルが設けられていればよい。
【００５０】
さらに、前記実施の形態おいては、ブラシレスモータ１１に設けられる電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷはＹ結線されているが、これに限らず、図８に示すデルタ結線（三角結線）でもよい。
【００５１】
さらに、前記実施の形態においては、ブラシレスモータ１１の起動制御時にのみ本発明を適用しているが、これに限らず、たとえば負極側スイッチング素子に対するデューティー比を１００％以下としてブラシレスモータ１１を定常作動させる場合に適用するようにしてもよい。この場合、各スイッチング素子の切り替え時つまり転流時に生じるトルクリップルを制動電流により熱に変換してトルクリップルを低減することができる。
【００５２】
さらに、前記実施の形態においては、各スイッチング素子の通電角が１２０度となる１２０度通電矩形波駆動あるいはオーバーラップ通電をベースとしているが、これに限らず、１８０度通電矩形波駆動をベースとするようにしてもよい。
【００５３】
さらに、前記実施の形態においては、１つの正極側スイッチング素子のみを断続オンして線間短絡を行っているが、これに限らず、連続オンされる正極側スイッチング素子以外のスイッチング素子であれば、たとえば２つの相の正極側スイッチング素子を断続的にオンするようにしてもよい。このとき、両スイッチング素子は同一のタイミングでオンオフ制御される。
【００５４】
さらに、この駆動装置１２では、正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨを断続的にオンして線間短絡を行うようにしているが、これに限らず、負極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬを断続的にオンして線間短絡を行うようにしてもよい。この場合、相電流の制御は正極側スイッチング素子ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨをＰＷＭ制御することにより行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの駆動装置の制御体系を示す回路図である。
【図２】定常作動時における各スイッチング素子の駆動パターンを示す駆動チャート図である。
【図３】起動制御時における各スイッチング素子の駆動パターンを示す駆動チャート図である。
【図４】所定の通電区間における各スイッチング素子のオンオフタイミングを示す説明図である。
【図５】（ａ）は図３に示す駆動パターンにおいて電機子コイルに相電流が流されたときの状態を示す回路図であり、（ｂ）は図３に示す駆動パターンおいて電機子コイルが線間短絡されたときの状態を示す回路図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す駆動チャート図である。
【図７】（ａ）は図６に示す駆動パターンにおいて電機子コイルに相電流が流されたときの状態を示す回路図であり、（ｂ）は図６に示す駆動パターンおいて電機子コイルが線間短絡されたときの状態を示す回路図である。
【図８】デルタ結線により結線された電機子コイルを示す回路図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１  ブラシレスモータ
１１ａ  ステータ
１１ｂ  ロータ
１１ｃ  回転軸
１２  ブラシレスモータの駆動装置
１３  インバータ回路
１４  電源
１５  制御回路
１６  ＰＷＭ信号発生回路
１７  誘起電圧検出部
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ  電機子コイル
Ｐ  磁極
ＦＥＴ-ＵＨ，ＦＥＴ-ＶＨ，ＦＥＴ-ＷＨ  正極側スイッチング素子
ＦＥＴ-ＵＬ，ＦＥＴ-ＶＬ，ＦＥＴ-ＷＬ  負極側スイッチング素子
Ｄ  フリーホイルダイオード
ＩD  相電流
ＩB  制動電流
【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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