(57)【要約】【課題】  自己誘導の逆起電圧が検出される時間を短縮して、誘導起電力の電圧を測定できる時間を十分に確保することにより、正確な回転位置情報を検出して、安定して駆動する。【解決手段】１２０°方形波通電により３相電機子巻線の一方の相の通電がオフとなり自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、３相電機子巻線の他の一方の相に行われている電気角１２０°の通電を所定の時間だけオフすることにより、他の一方の相に前記一方の相の自己誘導の逆起電圧と逆の極性となる自己誘導の逆起電圧が発生して、一方の相の自己誘導の逆起電圧が検出される時間を短縮することができる。これにより、１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°において、自己誘導の逆起電圧が検出される時間を短縮して、誘導起電力の電圧を測定する時間を十分に確保することでき、正確な回転位置情報を検出して、安定して駆動できるブラシレスモータを提供することができる。【選択図】  図４
2005086944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石回転子と複数相の電機子巻線とを備えたブラシレスモータであって、
前記電機子巻線に通電を行う電源と、
前記磁石回転子の回転位置情報を前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線に発生する誘導起電力に基づいて検出する回転位置情報検出手段と、
前記回転位置情報検出手段により検出した前記回転位置情報に基づいて前記複数相の電機子巻線の各相の間の通電を切り替えるタイミングを算出する相間通電切替タイミング算出手段と、
前記相間通電切替タイミング算出手段により算出した前記相間通電切替タイミングに基づいて前記電機子巻線に通電切替を行い、前記電機子巻線に回転磁界を発生させて、前記磁石回転子を回転駆動させる回転駆動制御手段と、
前記回転駆動制御手段により前記相間通電切替タイミングに基づき前記電機子巻線に通電切替を行うことによって、前記電機子巻線の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、前記電機子巻線の他方の相に行われている通電を所定の期間だけオフすることにより、前記電機子巻線の一方の相の自己誘導の逆起電圧を増加する自己誘導逆起電圧増加手段と、
を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記回転位置情報検出手段が、前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線に発生する誘導起電力の電圧のゼロクロス点を検出することを特徴とする前記請求項１記載のブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに係り、特に電機子巻線に発生する磁石回転子の誘導起電力により回転位置を検出して駆動する駆動制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータはブラシと整流子とが無いモータとして知られている。このブラシレスモータでは、ブラシ付きモータがブラシと整流子とが接触しているのに対し、摩擦消耗が発生しないため長期間の駆動に適している。このため、車両の冷却用ウォータポンプや各種家電製品の駆動用モータとして幅広く用いられている。
【０００３】
ブラシレスモータは電機子巻線と磁石回転子とから構成されており、電機子巻線には３つの電機子巻線がスター結線された３相電機子巻線がよく用いられている。３相電機子巻線は駆動信号を受けると回転磁界を発生し、磁石回転子は発生した回転磁界からトルクを受けて回転をする。
【０００４】
ブラシレスモータは、起動時に用いる同期駆動と継続駆動時に用いるセンサレス駆動との２つの駆動形式を併用している。すなわち、起動時には同期駆動が行われ、磁石回転子の回転数が所定の回転数（駆動切替回転数）以上になると同期駆動からセンサレス駆動へと駆動形式の切り替えが行われる。
【０００５】
同期駆動は、３相電機子巻線に回転磁界を発生させる駆動信号を送り、磁石回転子を強制的に回転させる。駆動信号を送る周期を短くして行くことで、回転数をゼロから駆動切替回転数まで増加させることができる。
【０００６】
センサレス駆動は、磁石回転子の回転位置の検出を行い、回転周期を算出して次の回転を行うのに適した駆動信号を送ることで、磁石回転子を回転させている。磁石回転子の回転位置の検出は３相電機子巻線に発生する誘導起電力を測定することで行っている。
【０００７】
誘導起電力による回転位置の検出手法は次のようになっている。
【０００８】
ブラシレスモータの駆動中は、磁石回転子が回転しているので、磁石回転子から生じる磁界が変化する。これにより、３相電機子巻線を通る磁束数が変化している。この磁束数の変化により３相電機子巻線に誘導起電力が発生するので、誘導起電力の電圧変化を測定し電圧が基準電圧（図９のＶＲ参照）とクロスする点（ゼロクロス点）を検出している。
【０００９】
また、ブラシレスモータがセンサレス駆動していると３相電機子巻線には、磁石回転子の回転による誘導起電力の電圧の他に、駆動信号により回転磁界を発生させるための電圧と、駆動信号により流れる電流が変化することによって発生する自己誘導の電圧とが生じている。３相電機子巻線の電圧から磁石回転子の回転位置を検出するには、誘導起電力の電圧を検出できるタイミングで３相電機子巻線の電圧を測定して、誘導起電力の電圧からゼロクロス点を検出している。
【００１０】
ここで、図１２に従来のブラシレスモータにおけるセンサレス駆動に関する駆動制御回路の概略構成図を示す。
【００１１】
３相電機子巻線の各相をＵ、Ｖ、Ｗとすると、各相には通電を制御するためのスイッチング素子群が接続され、スイッチング素子群には図示しない電源が接続されている。スイッチング素子群には、６個のスイッチング素子Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−があり、各６個のスイッチング素子にはそれぞれ並列に両端を接続するダイオードがある。また、スイッチング素子Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−の電源と接続されている端子側はＧＮＤされている。スイッチング素子Ｕ＋がオンされると電源プラスと接続され、スイッチング素子Ｕ−がオンされるとＧＮＤに接続される。
【００１２】
位置検出回路は、３相電機子巻線に生じる誘導起電力のゼロクロス点に基づいて、磁石回転子の回転位置情報を検出し、回転位置情報から磁石回転子の回転位置と回転周期とを算出して次の回転を行うのに適した回転信号を駆動信号発生回路へ出力する。
【００１３】
駆動信号発生回路は、位置検出回路より出力された回転信号によってスイッチング素子群のスイッチング素子を制御する駆動信号をスイッチング素子群へ出力する。
【００１４】
スイッチング素子群のスイッチング素子は、駆動信号発生回路より出力された駆動信号によって電源からの通電が制御され、３相電機子巻線に回転磁界を発生させる。
【００１５】
図８は、ブラシレスモータが１２０°方形波通電（実際には、パルス幅変調制御により細かいタイミングでオン・オフを繰り返している。）によりセンサレス駆動している際に、駆動信号発生回路から出力される駆動信号を示す。３相電機子巻線の各相は、１２０°方形波通電により一定のサイクルで通電切替が行われている。例えば、３相電機子巻線のＶ相では、電気角１２０°の間、Ｖ−の通電がオン（図８の期間ｔ１０）される。その後電気角６０°（図８の期間ｔ１１）の後、電気角１２０°の間、Ｖ＋の通電がオン（図８の期間ｔ１２）され、さらにその後、電気角６０°（図８の期間ｔ１３）の後、Ｖ−の通電が再度オン（図８の期間ｔ１４）される。
【００１６】
図９には、図８の駆動信号によりブラシレスモータがセンサレス駆動している際に、３相電機子巻線の各相の端子とＧＮＤ間の電圧（実際には、パルス幅変調制御により細かいタイミングで振動している。）を示されている。
【００１７】
３相電機子巻線のＶ相を例にして説明をする。１２０°方形波通電によりスイッチング素子Ｖ−の通電がオン（図８の期間ｔ１０）されると、Ｖ相には電気角１２０°の間、ＧＮＤに接続され（図９の期間ｔ１）、その後スイッチング素子Ｖ−の通電がオフされると、通電がオフされることでＶ相の電機子巻線に発生する自己誘導の逆起電圧と誘導起電力の電圧とにより、電圧（図９の期間ｔ２）が発生する。この期間（図９の期間ｔ２）において、３相電機子巻線に発生する電圧を図１１に示す。この電圧（図９の期間ｔ２）によりＶ＋の両端を接続したダイオードに電流が流れ、１２０°方形波通電の通電中に蓄積したエネルギー（通電蓄積エネルギー）が放出される。通電蓄積エネルギーの放出が終わると、Ｖ相は誘導起電力による電圧（図９の期間ｔ３）が発生する。
【００１８】
センサレス駆動では、位置検出回路において誘導起電力の電圧（図９の期間ｔ３）を測定して回転位置情報の検出を行っている。誘導起電力の電圧（図９の期間ｔ３）は、１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°の間（図９の期間ｔ２＋ｔ３）、検出可能であるが、この電気角６０°の間には自己誘導の逆起電圧（図９の期間ｔ２）が発生するため、通電蓄積エネルギーが放出された後に検出可能となる。
【００１９】
なお、参考技術として特許文献１にはパルス幅変調（ＰＭＷ）制御においてゼロクロス点を検出する技術に関して開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２３４１９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°において、自己誘導の逆起電圧（図９の期間ｔ２）が発生する期間が長くなると、誘導起電力による電圧（図９の期間ｔ３）を測定できる期間が短くなってしまう。すなわち、自己誘導の逆起電圧（図９の期間ｔ２）が発生する期間が長くなり、誘導起電力の電圧（図９の期間ｔ３）を測定できる期間が電気角３０°を下回ると、位置検出回路において誘導起電力を十分に検出できなくなり、正確な回転位置情報を得ることが困難となる。これは、図９に示される如く自己誘導の逆起電圧（図９の期間ｔ２）が長くなると、ゼロクロス点（図９の矢印ｔ１５）を通過した後に誘導起電力の電圧（図９の期間ｔ３）が発生することになり、その目安として電気角３０°を下回るとゼロクロス点（図９の矢印ｔ１５）を検出できないことに起因する。このように、正確な回転位置情報の検出ができないと、適切な駆動信号を送ることができなくなるため、センサレス駆動は脱調してしまうという問題が発生する。
【００２１】
本発明は上記事実を鑑み、回転駆動制御手段により通電切替を行うことによって電機子巻線に発生する自己誘導の逆起電圧の発生期間を、自己誘導逆起電圧増加手段により短縮して、誘導起電力を検出する期間を十分に確保することにより、回転位置情報検出手段で正確な回転位置情報を検出して、安定して駆動できるブラシレスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、磁石回転子と複数相の電機子巻線とを備えたブラシレスモータであって、前記電機子巻線に通電を行う電源と、前記磁石回転子の回転位置情報を前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線に発生する誘導起電力に基づいて検出する回転位置情報検出手段と、前記回転位置情報検出手段により検出した前記回転位置情報に基づいて前記複数相の電機子巻線の各相の間の通電を切り替えるタイミングを算出する相間通電切替タイミング算出手段と、前記相間通電切替タイミング算出手段により算出した前記相間通電切替タイミングに基づいて前記電機子巻線に通電切替を行い、前記電機子巻線に回転磁界を発生させて、前記磁石回転子を回転駆動させる回転駆動制御手段と、前記回転駆動制御手段により前記相間通電切替タイミングに基づき前記電機子巻線に通電切替を行うことによって、前記電機子巻線の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、前記電機子巻線の他方の相に行われている通電を所定の期間だけオフすることにより、前記電機子巻線の一方の相の自己誘導の逆起電圧を増加する自己誘導逆起電圧増加手段と、を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項１の発明によれば、センサレス駆動しているブラシレスモータは、回転位置情報検出手段により、電機子巻線に生じている電圧から誘導起電力の電圧を測定して磁石回転子の回転位置情報を検出している。
【００２４】
相間通電切替タイミング算出手段では、回転位置情報検出手段により検出された回転位置情報に基づいて磁石回転子の回転位置と回転周期とを算出し、電機子巻線に回転磁界を発生させるため電機子巻線の各相間の通電切替を行うタイミング（相間通電切替タイミング）を算出している。
【００２５】
回転駆動制御手段では、相間通電切替タイミング算出手段により算出した相間通電切替タイミングに基づいて、電源から電機子巻線へ通電を行い、電機子巻線に回転磁界を発生させることで磁石回転子を回転させる。
【００２６】
一方、電機子巻線には、相間通電切替タイミング算出手段により算出した相間通電切替タイミングに基づいて、電機子巻線の通電切替がされることによって、自己誘導の逆起電圧が発生している。このため、回転位置情報検出手段では、電機子巻線から通電蓄積エネルギーが放出され、自己誘導の逆起電圧が検出されなくなった後に、電機子巻線から誘導起電力の電圧を測定している。
【００２７】
そこで、相間通電切替タイミングに基づいて、電機子巻線の一方の相の通電がオフされることによって、一方の相の自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、電機子巻線の他方の相に行われている通電を所定の期間だけオフすることにより、他方の相に自己誘導の逆起電圧を発生させる（自己誘導逆起電圧増加手段）。ここで、例えば複数相が互いにスター結線されているものとした場合、この電機子巻線の他方の相に発生した自己誘導の逆起電圧は、一方の相の自己誘導の逆起電圧と必ず逆の極性となる。これにより、電機子巻線の一方の相の端子とスター結線した中心点との電位差が大きくなり、通電蓄積エネルギーが早く放出され、一方の相において自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮することができる。
【００２８】
これは、自己誘導の逆起電圧は下記（１）式、に示すような関係を有する。
【００２９】
【数１】
2005086944.tif 000003
【００３０】
ただし、
Ｖ：自己誘導の逆起電圧（電位差）
Ｌ：自己インダクタンス
ｄＩ／ｄｔ：流れる電流の単位時間の変化量
である。
【００３１】
ここで、（１）式のＶとｄｔを入れ換えると、
【００３２】
【数２】
2005086944.tif 000004
【００３３】
となる。
【００３４】
電機子巻線の一方の相では、相間通電切替タイミングに基づいて通電切替により通電がオフされると、一方の相を流れていた電流がゼロとなるため（ｄＩ＜０）、自己誘導の逆起電圧Ｖが発生する。自己誘導逆起電圧増加手段は、通電切替により一方に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、他方の相の通電を所定の期間だけオフすることにより、他方の相にも自己誘導の逆起電圧を発生させて、一方の相の端子とスター結線した中心点との電位差を大きくする。自己誘導逆起電圧増加手段により、一方の相に発生した自己誘導の逆起電圧Ｖが大きくなるため、（２）式で示すようにＶが大きくなると、電流が流れる時間ｄｔを小さく（短縮）することができる。
【００３５】
センサレス駆動している電機子巻線の複数相の全てに自己誘導逆起電圧増加手段を行うことにより、電機子巻線のすべて相で自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮することができる。これにより、回転位置情報検出手段では誘導起電力の電圧を測定できる期間を十分に確保することができ、回転位置情報を正確に検出することができる。
【００３６】
従って、請求項１の発明によれば、自己誘導逆起電圧増加手段により自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮して、誘導起電力の電圧が測定できる期間を十分に確保することにより、正確な回転位置情報を検出することができ、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【００３７】
例えば、複数相の電機子巻線として、３相電機子巻線が用いられているブラシレスモータの場合、回転駆動制御手段は、３相電機子巻線のそれぞれに電気角１２０°毎の通電切替（例えば、１２０°方形波通電）を行い、３相電機子巻線に回転磁界を発生させている。
【００３８】
３相電機子巻線に電気角１２０°毎の通電切替が行われていると、３相電機子巻線の一方の相で電気角１２０°の通電がオフとなり、自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングは、他の一方の相で電気角１２０°の通電がオンされる中間部分となっている。
【００３９】
電気角１２０°毎の通電切替の例として、３相電機子巻線に１２０°方形波通電の通電切替が行われていると、３相電機子巻線の一方の相で電気角１２０°の通電がオフとなり、一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングは、他の一方の相で電気角１２０°の通電がオンされている電気角６０°部分となっている。
【００４０】
そこで、３相電機子巻線の他の一方の相において電気角１２０°の通電がオンされる中間部分で通電をオフすることで、３相電機子巻線の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングとすることができる。つまり、単純に３相電機子巻線の他の一方の相で電気角１２０°の通電がオンされる中間部分を所定の期間だけ通電をオフすることで、３相電機子巻線の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、他方の相に自己誘導の逆起電圧を発生させることができる。
【００４１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記回転位置情報検出手段が、前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線に発生する誘導起電力の電圧のゼロクロス点を検出することを特徴とする。
【００４２】
請求項２の発明によれば、回転位置情報検出手段は、誘導起電力の電圧のゼロクロス点を検出している。請求項１で説明したように、自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮できるため、誘導起電力の電圧のゼロクロス点を安定して検出できるようになる。これにより、回転位置情報検出手段では、誘導起電力の電圧からゼロクロス点を検出して正確な回転位置情報を得ることができる。
【００４３】
従って、請求項２の発明によれば、自己誘導の逆起電圧が発生する期間が短縮されることで、回転位置情報検出手段によりゼロクロス点を安定して検出することができるため、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４５】
図１は、ブラシレスモータ及びブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。
【００４６】
ブラシレスモータ５０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの電機子巻線がスター結線された３相電機子巻線５２と磁石回転子５４とから構成されている。３相電機子巻線５２の各相Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ１２０°のピッチで配置されており、ブラシレスモータ駆動装置１０のスイッチング素子群１４の出力端と接続されている。スイッチング素子群１４は直流電源１２と接続されている。３相電機子巻線５２には、スイッチング素子群１４のトランジスタにより３相電機子巻線５２の各相に所定のタイミングで通電切替されることで、１２０°方形波通電の回転磁界が形成される。また、３相電機子巻線５２の各相には、通電切替により３相電機子巻線５２の通電がオフされるが、３相電機子巻線５２では電流を直ちに遮断することができないので、自己誘導の逆起電圧が発生する。
【００４７】
このブラシレスモータ５０は、起動時には磁石回転子５４の磁極位置に拘らず、回転磁界発生回路２０の出力信号でスイッチング素子群１４のトランジスタが制御されることによって駆動する（同期駆動）。その後、磁石回転子５４の回転数が誘導起電力から回転位置を検出するのに十分な回転数（駆動切替回転数）以上となると、位置検出回路２２において３相電機子巻線５２に発生する誘導起電力に基づいて磁石回転子５４の回転位置が検出され（後述するゼロクロス点検出による）、その回転位置から算出した出力信号によりスイッチング素子群１４のトランジスタが制御されることにより駆動する（センサレス駆動）。
【００４８】
スイッチング素子群１４を構成するスイッチング素子としての３対（計６個）のトランジスタＵ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−は、３相ブリッジ接続され、各トランジスタには並列に両端を接続するダイオードがある。また、トランジスタＵ−、Ｖ−、Ｗ−の電源と接続されている端子側はＧＮＤされている。
【００４９】
さらに、ブラシレスモータ駆動装置１０には、同期信号発生回路１８と、回転磁界発生回路２０と、位置検出回路２２と、遅延回路２３と、切替回路２４と、駆動信号発生回路２６と、パルス幅変調回路２８と、駆動信号遮断回路３０と、アンド回路群３２とが設けられている。同期信号発生回路１８、切替回路２４、パルス幅変調回路２８、及び駆動信号遮断回路３０には、マイクロコンピュータ１６が接続されている。
【００５０】
マイクロコンピュータ１６は、図示されないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、これらを接続するバスを含んで構成され、ＲＯＭには、ブラシレスモータ５０の同期駆動を制御するための処理プログラムが記憶されている。さらに、ＲＯＭには、強制回転目標周波数と、強制回転目標デューティ比と、駆動切替目標周波数とが記憶されている。強制回転目標周波数は、同期駆動において回転磁界を発生させる周期を所定のパターンで増加させる際の目標値であり、強制回転目標デューティ比は、同期駆動においてモータ印加電圧のデューティ比を所定のパターンで増加させる際の目標値である。また、駆動切替目標周波数は、磁石回転子５４の回転によって生ずる誘導起電力から回転位置を検出するのに十分な回転数（駆動切替回転数）としてユーザにより指定された値であり、条件に応じてユーザにより適宜変更される。
【００５１】
なお、同期駆動中の回転数及びデューティ比は、強制回転目標周波数及び強制回転目標デューティ比に達するように、マイクロコンピュータ１６によって所定のパターンで増加するように制御される。
【００５２】
さらにまた、マイクロコンピュータ１６は、センサレス駆動時に後述する位置検出回路２２より出力される速度信号に基づいて磁石回転子５４の回転位置と回転周期とを求め、後述する通電中間オフ制御で用いるパラメータ（通電をオフする所定の期間）を算出し、中間オフ制御信号を駆動信号遮断回路３０へ出力する。一方、同期駆動時には、通電中間オフ制御を行わないため、通電中間オフ制御無しの中間オフ制御信号を駆動信号遮断回路３０へ出力する。
【００５３】
同期信号発生回路１８は、同期駆動時にマイクロコンピュータ１６からの指示に基づいて同期信号を出力する。
【００５４】
回転磁界発生回路２０は、同期信号発生回路１８より出力される同期信号を用いて、３相電機子巻線５２に強制的に回転磁界を発生させるための信号（同期回転信号）を出力する。
【００５５】
位置検出回路２２は、３相電機子巻線５２の各相に生じている電圧（Ｕ相を例とし、図６の３相電機子巻線Ｕ相端子の電圧Ｖｕ参照）から誘導起電力による電圧（図６の誘導起電力参照）を測定して、回転位置検出信号（図６の回転位置検出信号参照）を遅延回路２３へ出力する。回転位置検出信号は、誘導起電力の電圧が基準電圧（図６のＶＲ参照）よりプラスであると１、マイナスであると０が出力され、基準電圧とクロスするゼロクロス点で値が変わる。また、位置検出回路２２は、マイクロコンピュータ１６において磁石回転子５４の回転位置と回転周期とを求めるため、回転位置検出信号を速度信号として出力する。
【００５６】
遅延回路２３は、位置検出回路２２より出力された回転位置検出信号（図６の回転位置検出信号参照）を、電気角３０°遅延させた３相電機子巻線５２の各相の間の通電を切り替えるタイミング（通電切替タイミング）（図６の通電切替タイミング参照）をセンサレス回転信号として切替回路２４へ出力する。さらに、遅延回路２３は、通電切替タイミングを中間オフを始める信号として駆動信号遮断回路３０へ出力する。
【００５７】
切替回路２４は、マイクロコンピュータ１６からの指示に基づいて、回転磁界発生回路２０の同期回転信号と遅延回路２３のセンサレス回転信号を選択し、切り替えて駆動信号発生回路２６へ出力する。
【００５８】
駆動信号発生回路２６は、回転磁界発生回路２０の同期回転信号と遅延回路２３のセンサレス回転信号のいずれか一方から、ブラシレスモータ５０を駆動する駆動信号（センサレス回転信号の場合、図６の駆動信号発生回路２６出力駆動信号Ｕ＋、Ｕ−参照）をアンド回路群３２へ出力する。
【００５９】
パルス幅変調回路２８は、駆動信号発生回路２６から出力される駆動信号のパルス幅をマイクロコンピュータ１６からの指示に基づいて変調してスイッチング素子群１４のトランジスタを駆動する。
【００６０】
駆動信号遮断回路３０は、遅延回路２３より出力される中間オフを始める信号、及びマイクロコンピュータ１６より出力された中間オフ制御信号に基づき、３相電機子巻線５２の一方の相で電気角１２０°の通電がオフとなり、自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、他方の一方の相に通電している電気角１２０°の中間を所定の期間だけ通電をオフする（通電中間オフ制御）ように、アンド回路群３２へ遮断制御信号（図６の遮断信号ＡＵ＋、ＡＵ−参照）を出力する。アンド回路群３２で駆動信号を遮断する場合は、遮断制御信号としてローレベル（０）が出力され、遮断しない場合は、ハイレベル（１）が出力される。
【００６１】
アンド回路群３２は、６個のアンド回路ＡＵ＋、ＡＵ−、ＡＶ＋、ＡＶ−、ＡＷ＋、ＡＷ−から構成されており、アンド回路ＡＵ＋、ＡＶ＋、ＡＷ＋は、駆動信号遮断回路３０とパルス幅変調回路２８とスイッチング素子群１４のトランジスタＵ＋、Ｖ＋、Ｗ＋と、アンド回路ＡＵ−、ＡＶ−、ＡＷ−は、駆動信号遮断回路３０と駆動信号発生回路２６とスイッチング素子群１４のトランジスタＵ−、Ｖ−、Ｗ−とそれぞれ接続されている。アンド回路群３２の各アンド回路は、駆動信号遮断回路３０から出力された遮断制御信号に基づいて、駆動信号発生回路２６又はパルス幅変調回路２８より出力された駆動信号を、スイッチング素子群１４のトランジスタへ出力するか遮断するかの制御を行っている。駆動信号遮断回路３０よりアンド回路群３２の各アンド回路へ出力された遮断制御信号（図６の遮断信号ＡＵ＋、ＡＵ−参照）が１の場合、駆動信号発生回路２６又はパルス幅変調回路２８とから出力された駆動信号（図６の駆動信号発生回路２６出力駆動信号Ｕ＋、Ｕ−参照）は、各アンド回路（図６のアンド回路群３２出力駆動信号Ｕ＋、Ｕ−参照）からスイッチング素子群１４へそのまま出力される。遮断制御信号が０の場合、駆動信号発生回路２６又はパルス幅変調回路２８とから出力された駆動信号は、アンド回路で遮断される。駆動信号遮断回路３０からアンド回路群３２のアンド回路へ所定の期間の間、遮断制御信号として０が出力されることにより、スイッチング素子群１４のトランジスタは所定の期間の間、駆動信号が入力されないため、通電がオフの状態となる。
【００６２】
次に上記実施の形態の作用を説明する。
【００６３】
まず、ブラシレスモータ５０の駆動制御について記す。
【００６４】
ブラシレスモータ５０を起動すると同期駆動が開始される。同期駆動は、マイクロコンピュータ１６の図示しないＲＯＭに記憶されている同期駆動を制御するための処理プログラムにより制御され、マイクロコンピュータ１６から各回路に各種信号が出力される。
【００６５】
同期駆動を開始すると、マイクロコンピュータ１６から切替回路２４に対して駆動信号発生回路２６に入力される信号として回転磁界発生回路２０の同期回転信号が選択されるように切り替える指示が出力され、また、同期信号発生回路１８に対して起動指示が出力され、さらに、パルス幅変調回路２８に対してデューティ比の指示が出力される。
【００６６】
同期信号発生回路１８は、起動指示により、回転磁界発生回路２０に対して同期信号を出力する。回転磁界発生回路２０は、この同期信号を受けて、３相電機子巻線５２に回転磁界を発生させる同期回転信号を切替回路２４を介して駆動信号発生回路２６へ出力する。
【００６７】
駆動信号発生回路２６はスイッチング素子Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−に対して駆動信号をアンド回路群３２を介して出力する。さらに、駆動信号発生回路２６は別途パルス幅変調回路２８へ出力信号を出力する。パルス幅変調回路２８では、マイクロコンピュータ１６からのデューティ比の指示に基づいて、入力された信号をパルス幅変調する。変調された信号は、トランジスタＵ＋、Ｖ＋、Ｗ＋に対する駆動信号としてアンド回路群３２を介して出力される。同期駆動では通電中間オフ制御を行わないため、マイクロコンピュータ１６は通電中間オフ制御無しの中間オフ制御信号を、駆動信号遮断回路３０へ出力する。通電中間オフ制御無しの中間オフ制御信号により、駆動信号遮断回路３０は遮断制御信号として１をアンド回路群３２の各アンド回路に出力するため、駆動信号発生回路２６とパルス幅変調回路２８とから出力された駆動信号はそのままスイッチング素子群１４へ出力される。スイッチング素子群１４に出力された駆動信号によってスイッチング素子群１４の６個のトランジスタがスイッチングされ、直流電源１２からブラシレスモータ５０へ電力が供給される。その結果、３相電機子巻線５２に回転磁界が発生し、回転磁界からのトルクにより磁石回転子５４が回転してブラシレスモータ５０が起動する。
【００６８】
同期駆動中は、マイクロコンピュータ１６により現在の回転磁界の周波数が、上述のＲＯＭに記憶されている駆動切替目標周波数未満か否かを判断している。
【００６９】
回転磁界の周波数が駆動切替目標周波数未満の場合には、現在の周波数が上述のＲＯＭに記憶されている強制回転目標周波数未満か否かが判断される。強制回転目標周波数未満であると判断された場合には、周波数を増加する指示が同期信号発生回路１８へ出力される。また同様に、デューティ比が上述のＲＯＭに記憶されている強制回転目標デューティ比未満か否かが判断され、強制回転目標デューティ比未満であると判断された場合には、デューティ比を増やす指示がパルス幅変調回路２８へ出力される。
【００７０】
回転磁界の周波数が駆動切替目標周波数以上であると判断された場合には、ブラシレスモータ５０は磁石回転子５４の回転位置の検出には十分な回転数（駆動切替回転数）となっているため、センサレス駆動が開始される。マイクロコンピュータ１６から切替回路２４に対して、駆動信号発生回路２６に入力される信号として遅延回路２３のセンサレス回転信号が選択されるように切替信号を出力し、遅延回路２３のセンサレス回転信号に基づいた制御が行われる。
【００７１】
センサレス駆動では、位置検出回路２２において３相電機子巻線５２に生じている誘導起電力の電圧からゼロクロス点を検出し、出力した回転位置検出信号と速度信号に基づいて、駆動信号発生回路２６からセンサレス駆動を行う駆動信号の出力とアンド回路群３２による通電中間オフ制御を行っている。
【００７２】
図４は、センサレス駆動しているブラシレスモータ５０において、スイッチング素子群１４に入力される１２０°方形波通電の駆動信号を示している。なお、駆動信号はパルス幅変調されているが、矩形波として示している。
【００７３】
１２０°方形波通電の駆動信号は、通電中間オフ制御により、通電がオンされる電気角１２０°の中間を所定の期間だけ通電をオフしている。すなわち、３相電機子巻線５２の一方の相において、電気角１２０°の通電がオンからオフへと変わる通電切替のタイミングで、３相電機子巻線５２の他の一方の相は、所定の期間だけ通電がオフされている。例えば、駆動信号Ｖ−において、電気角１２０°の通電がオンからオフへと変わる通電切替のタイミング（図４の矢印ｔ８）で、駆動信号Ｗ＋では、通電中間オフ制御により、所定の期間だけ通電がオフ（図４の期間ｔ９）されている。
【００７４】
図５は、図４の駆動信号によりブラシレスモータ５０がセンサレス駆動している際に３相電機子巻線５２の各端子のＧＮＤに対する電圧波形を示している。
【００７５】
図６は、図５における３相電機子巻線５２のＵ相端子の電圧と、誘導起電力、駆動信号、回転位置検出信号、通電切替タイミング、及び遮断信号の関連を示したものである。３相電機子巻線５２のＶ、Ｗについても同様に示すことができる。
【００７６】
図４の駆動信号により、３相電機子巻線５２には、１２０°方形波通電の電圧と自己誘導の逆起電圧と誘導起電力による電圧とが発生している。
【００７７】
１２０°方形波通電の電圧（図５の期間ｔ４）は、磁石回転子５４を回転駆動させる電圧であり、遅延回路２３から出力されたセンサレス回転信号と中間オフを始める信号、及びマイクロコンピュータ１６から出力された中間オフ制御信号とに基づいて発生する。すなわち、センサレス回転信号が駆動信号発生回路２６へ出力されると、駆動信号発生回路２６は駆動信号をアンド回路群３２へ出力する。一方、中間オフを始める信号と中間オフ制御信号が駆動信号遮断回路３０へ出力されると、駆動信号遮断回路３０は遮断制御信号をアンド回路群３２へ出力する。アンド回路群３２は、駆動信号発生回路２６から出力された駆動信号に対して、駆動信号遮断回路３０から出力された遮断制御信号に基づいて、駆動信号を所定の期間だけ遮断を行い、スイッチング素子群１４へ出力を行う。スイッチング素子群１４は、駆動信号によりスイッチング素子群１４の制御を行い、３相電機子巻線５２に１２０°方形波通電による回転磁界を発生させる。この回転磁界により、磁石回転子５４はトルクを受けて回転駆動する。
【００７８】
自己誘導の逆起電圧（図５の期間ｔ５）は、３相電機子巻線５２にダイオードを通じて流れている電流が、前記１２０°方形波通電の通電切替、及び通電中間オフ制御により直流電源１２からの供給されなくなるため、３相電機子巻線５２に自己誘導が発生して、電流が流れていた向きと逆向きに電圧が発生する。この電圧によりスイッチング素子群１４のトランジスタの両端を接続したダイオードに電流が流れ、１２０°方形波通電の通電中に蓄積した通電蓄積エネルギーが放出される。
【００７９】
誘導起電力による電圧（図５の期間ｔ７）は、磁石回転子５４の回転によって発生する電圧で、この電圧を測定することで磁石回転子５４の回転位置を検出している。
【００８０】
誘導起電力の電圧は、１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°（図５の期間ｔ５＋ｔ７）の間において検出可能であるが、その電気角６０°の間には自己誘導の逆起電圧（図５の期間ｔ５）が発生するため、通電蓄積エネルギーが放出された後に検出可能となる。通電蓄積エネルギーが放出される時間は（２）式で示したように、３相電機子巻線５２の一方の相の自己誘導の逆起電圧が大きいほど短くなる。
【００８１】
図５に示すように、通電中間オフ制御されることにより、３相電機子巻線５２の一方の相において、通電切替により電気角１２０°の通電がオンからオフへと変わるタイミングで、３相電機子巻線５２の他の一方の相は、所定の期間だけ通電がオフされるので、他の一方の相にも前記一方の相とは逆向きの自己誘導の逆起電圧が発生している。
【００８２】
すなわち、３相電機子巻線５２のＶ相を例にすると、１２０°方形波通電によりトランジスタＶ−の通電がオンされると、電気角１２０°の間、Ｖ相の端子はＧＮＤ電位になる（図５の期間ｔ４）。その後、通電切替によりトランジスタＶ−の通電がオフ（図４の矢印ｔ８）されると、通電がオフされることでＶ相に発生する自己誘導により、逆起電圧（図５の期間ｔ５）が発生する。
【００８３】
一方、Ｗ相は通電中間オフ制御により、通電切替によりＶ相の電気角１２０°の通電がオンからオフへと変わるタイミング（図４の矢印ｔ８）で、所定の期間だけＷ相の通電がオフ（図４の期間ｔ９）されることによる自己誘導の逆起電圧（図５の期間ｔ６）が発生する。
【００８４】
このＷ相の自己誘導により電圧（図５の期間ｔ６）がＶ相の自己誘導による電圧（図５の期間ｔ５）とは基準電圧（図５のＶＲ）に対して逆向きに発生することで、Ｖ相のスイッチング素子群１４側の端子と中心点との電位差は図１０に示すようになり、従来の通電中間オフ制御されない場合（図１１）より自己誘導の逆起電圧が大きくなり、Ｖ相の通電蓄積エネルギーが放出される期間は短くなる。
【００８５】
１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°（図５の期間ｔ５＋ｔ７）において、通電蓄積エネルギーの放出期間が短くなると自己誘導の逆起電圧（図５の期間ｔ５）が発生する期間が短くなり、誘導起電力の電圧（図５の期間ｔ７）を電気角３０°以上検出することが可能となる。これにより、位置検出回路２２では、ゼロクロス点を安定して検出することができる。３相電機子巻線５２のＶ相を例にしたが、Ｕ相、Ｗ相においても同様に自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮することによりゼロクロス点を安定して検出することができる。
【００８６】
ここで、通電中間オフ制御により電気角１２０°の中間で通電をオフする所定の期間（通電中間オフ制御のパラメータ）は、通電蓄積エネルギーが放出されるのに十分な期間がマイクロコンピュータ１６において算出され中間オフ制御信号に設定されている。通電蓄積エネルギーが放出されるのに十分な期間は、３相電機子巻線５２やスイッチング素子群１４、磁石回転子５４の回転数などが決まると実験的に求めことでき、磁石回転子５４の回転数に従い適切な期間が設定される。
【００８７】
位置検出回路２２は、１２０°方形波通電の電圧（図５の期間ｔ４）と自己誘導の逆起電圧（図５の期間ｔ５）が発生している期間を待った後に誘導起電力による電圧（図５の期間ｔ７）の測定を行っている。
【００８８】
図１の磁石回転子５４のようなＮ、Ｓ極を持つ磁石では、回転による誘導起電力は図２のように正弦波となる。位置検出回路２２において、誘導起電力のゼロクロス点を検出し、遅延回路２３とマイクロコンピュータ１６へ出力される回転位置検出信号と速度信号とは図３のようになる。
【００８９】
遅延回路２３は、位置検出回路２２より出力された回転位置検出信号（図３参照）を電気角３０°遅延させ、通電切替タイミング（図７参照）とする。この通電切替タイミングをセンサレス回転信号、及び中間オフを始める信号として出力する。
【００９０】
マイクロコンピュータ１６は、速度信号を受け、磁石回転子５４の回転位置と回転周期を検出し、通電中間オフ制御で用いるパラメータ（通電をオフする所定の期間）の算出を行い、通電オフ制御信号として駆動信号遮断回路３０へ出力する。
【００９１】
駆動信号発生回路２６は、センサレス回転信号を受け通電切替タイミング（図７参照）に基づいて、アンド回路群３２へ駆動信号（図８参照、従来のセンサレス駆動の駆動信号で示した波形と同様、ただし、パルス幅変調制御はされていない）を出力する。駆動信号は、通電切替タイミングを表す信号の値が切り替ると２つの相の駆動信号がオンからオフ、オフからオンへと切り替る。例えば、Ｕ相の通電切替タイミングを表す信号が１から０へ切り替るタイミング（図７の矢印ｔ１６参照）で駆動信号Ｕ−はオフからオンへ変わり、駆動信号Ｖ−はオンからオフへ変わる（図８の矢印ｔ１７のタイミング参照）。
【００９２】
ここで、図６にＵ相の回転位置検出信号と各信号との関係を示している。
【００９３】
駆動信号遮断回路３０は、中間オフを始める信号と中間オフ制御信号とを受け、通電切替タイミングに基づき、通電切替により電気角１２０°の駆動信号がオンからオフへと変わり自己誘導の逆起電圧が発生タイミングで、駆動信号がオンとなっている他の一方の相の駆動信号を所定の期間（通電中間オフ制御のパラメータ）だけ遮断するため、アンド回路群３２の他の一方の相の駆動信号がオンとなっているアンド回路へ０を出力する。
【００９４】
例えば、図４の駆動信号Ｖ−において、通電切替により電気角１２０°の通電がオンからオフへと変わるタイミング（図４の矢印ｔ８）で、アンド回路群３２からアンド回路ＡＷ＋へ遮断制御信号として０が所定の期間の間出力され、アンド回路ＡＷ＋は駆動信号Ｗ＋を遮断する。駆動信号Ｗ＋が遮断されると、スイッチング素子群１４のトランジスタＷ＋には駆動信号が出力されなくなり、所定の期間の間、通電がオフ（図４の期間ｔ９）となる。所定の期間後、アンド回路ＡＷ＋へ遮断制御信号として１が出力されると、アンド回路ＡＷ＋は駆動信号Ｗ＋をトランジスタＷ＋へ出力するようになるため、電気角１２０°の通電が再開される。
【００９５】
アンド回路群３２は、駆動信号発生回路２６より駆動信号と、駆動信号遮断回路３０より遮断制御信号を受け、通電切替により３相電機子巻線５２の一方の相で電気角１２０°の通電がオフとなり、自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、他方の一方の相で電気角１２０°の通電を行っている駆動信号を所定の期間だけ遮断し、図４のような駆動信号をスイッチング素子群１４へ出力する。
【００９６】
スイッチング素子群１４は駆動信号によりトランジスタがスイッチングされ、直流電源１２から３相電機子巻線５２へ電力が供給される。その結果、３相電機子巻線５２に回転磁界が発生し、回転磁界により磁石回転子５４が回転してブラシレスモータ５０がセンサレス駆動する。
【００９７】
このように、本実施の形態のブラシレスモータによれば、通電切替により１２０°方形波通電により３相電機子巻線５２の一方の相の通電がオフ（図４の矢印ｔ８）となり自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、３相電機子巻線５２の他の一方の相に行われている電気角１２０°の通電を所定の期間だけオフ（図４の期間ｔ９）することにより、他の一方の相に前記一方の相の自己誘導の逆起電圧と逆の極性となる自己誘導の逆起電圧が発生（図５の期間ｔ６）して、一方の相の自己誘導の逆起電圧が発生する期間（図５の期間ｔ５）を短縮することができる。これにより、１２０°方形波通電がオフとなる電気角６０°（図５の期間ｔ５＋ｔ７）において、自己誘導の逆起電圧が発生する期間（図５の期間ｔ５）を短縮して、誘導起電力の電圧を測定する期間（図５の期間ｔ７）を十分に確保することでき、正確な回転位置情報を検出して、安定して駆動できるブラシレスモータを提供することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、３相電機子巻線５２において１２０°方形波通電を行うブラシレスモータを例としたが、３相以外の複数相の電機子巻線を持つブラシレスにおいても、通電切替により電機子巻線の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、一方の相の自己誘導の逆起電圧と逆の極性となる電圧を他方の相に発生させることにより、自己誘導の逆起電圧が発生する期間を短縮することができる。
【００９９】
3相電機子巻線５２に１２０°方形波通電を行い、通電中間オフ制御を通電切替により自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで実施したが、図４に示されるように、一方の相の電気角１２０°の通電がオフされ自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングは、他の一方の相に通電される電気角１２０°の電気角６０°部分となっている。これにより自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングを通電が行われる電気角１２０°の電気角６０°部分として通電中間オフ制御を行うこともできる。
【０１００】
磁石回転子５４の回転位置を誘導起電力のゼロクロス点の検出を行う方式を例にしたが、フィルタ方式などの他の方式により誘導起電力を検出しても、安定して回転位置を検出することができる。
【０１０１】
また、本実施例では、通電中間オフ制御を駆動信号遮断回路３０とアンド回路群３２とを用いて実施する例について説明したが、遅延回路２３においてソフトウェアを用いてセンサレス回転信号を制御することにより、３相電機子巻線５２の一方の相に自己誘導の逆起電圧が発生するタイミングで、３相電機子巻線５２の他の一方の相に行われている通電を所定の期間だけオフすることにより、一方の相の自己誘導の逆起電圧と逆の極性となる電圧を他の一方の相に発生させることも可能である。
【０１０２】
さらに、本実施例では、通電中間オフ制御により３相電機子巻線５２の通電をオフにして逆の極性となる電圧を発生させ、自己誘導の逆起電圧を増加させたが、自己誘導の逆起電圧を増加する他の手段を用いてよい。例えば、必要な時期に抵抗を介在させる回路を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施の形態に係るブラシレスモータ及びブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態に係る３相電機子巻線に発生する誘導起電力の電圧波形図である。
【図３】実施の形態に係る図２の誘導起電力による回転位置検出信号の波形図である。
【図４】実施の形態に係るセンサレス駆動の駆動信号の波形図である。
【図５】実施の形態に係る図４のセンサレス信号により３相電機子巻線に発生する電圧の波形図である。
【図６】実施の形態に係る図５の３相電機子巻線のＵ相発生する電圧、及び各信号の波形図である。
【図７】実施の形態に係る図３の回転位置検出信号を遅延回路２３で遅延させた通電切替タイミングの波形図である。
【図８】従来のセンサレス駆動の駆動信号の波形図である。
【図９】図８のセンサレス信号により３相電機子巻線に発生する電圧の波形図である。
【図１０】実施の形態に係る３相電機子巻線の発生する電圧を示す図である。
【図１１】従来の３相電機子巻線の発生する電圧を示す図である。
【図１２】従来のブラシレスモータのセンサレス駆動に関する駆動制御回路の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  ブラシレスモータ駆動装置、１２  直流電源、１４  スイッチング素子群、１６  マイクロコンピュータ、１８  同期信号発生回路、２０  回転磁界発生回路、２２  位置検出回路、２３  遅延回路、２４  切替回路、２６  駆動信号発生回路、２８  パルス幅変調回路、３０  駆動信号遮断回路、３２  アンド回路群、５０  ブラシレスモータ、５２  ３相電機子巻線、５４  磁石回転子
【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】
2005086944.tif 000011
【図８】
2005086944.tif 000012
【図９】
2005086944.tif 000013
【図１０】
2005086944.tif 000014
【図１１】
2005086944.tif 000015
【図１２】
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