(57)【要約】【課題】  モータ巻線において誘起される信号を比較することによりフリーホイール動作しているセンサレスモータの回転方向を決定する技術を提供する。【解決手段】  本発明によれば、電気モータのフリーホイール回転を決定する装置及び方法が提供される。本方法は、付勢されていないモータの第一及び第二巻線から夫々第一及び第二信号を測定するステップと、該付勢されていないモータが回転しているか否かを該第一及び第二信号から決定するステップとを包含している。本方法は、又、該付勢されていないモータが回転している場合に、該第一及び第二信号から回転方向を決定することを包含することが可能である。本方法は、更に、付勢されていないモータの第三巻線から第三信号を測定することを包含することが可能であり、且つ該モータが回転しているか否かを決定する場合に、該第一、第二、第三信号が等しい場合に該モータが回転していないことを決定することを包含することが可能である。該第一及び第二信号の各々は夫々のバック電圧を有することが可能である。【選択図】      図２
2005065491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）付勢されていないモータの第一及び第二巻線からの夫々の第一及び第二信号を測定し、
（ｂ）前記第一及び第二信号から前記付勢されていないモータが回転しているか否かを決定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１において、更に、前記付勢されていないモータが回転している場合に、前記第一及び第二信号から回転方向を決定することを包含していることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第一及び第二信号の各々が夫々のバック電圧を有していることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１において、更に、
前記付勢されていないモータの第三巻線から第三信号を測定し、
前記モータが回転しているか否かを決定する場合に、前記第一、第二、第三信号が等しい場合には前記モータが回転していないことを決定する、
ことを包含していることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１において、前記第一及び第二信号を測定する場合に、前記第一及び第二信号を測定する間に前記付勢されていないモータの第三巻線を接地することを包含していることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１において、前記第一及び第二信号を測定する場合に、前記第一及び第二信号を測定する間に、前記第一及び第二巻線をインピーダンス要素を介して接地させることを包含していることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１において、前記第一及び第二信号を測定する場合に、
前記第一信号を測定する間に前記付勢されていないモータの前記第二巻線及び第三巻線を接地し、
前記第二信号を測定している間に前記第一及び第三巻線を接地する、
ことを包含していることを特徴とする方法。
【請求項８】
（ａ）付勢されていないモータの第一、第二、第三巻線の夫々から第一、第二、第三信号を測定し、
（ｂ）前記第一、第二、第三信号が等しい場合には、前記モータが回転していないことを決定し、
（ｃ）前記第一信号の上昇エッジゼロ交差において、前記第二信号がゼロ未満であり且つ前記第三信号がゼロより大きい場合には、前記モータが第一方向に回転していることを決定し、
（ｄ）前記第一信号の上昇エッジゼロ交差において、前記第二信号がゼロより大きく且つ前記第三信号がゼロ未満である場合には、前記モータが第二方向に回転していることを決定する、
ことを包含していることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８において、前記測定ステップが、更に、夫々のインピーダンス要素を横断して前記第一、第二、第三信号を測定する間に、第一、第二、第三インピーダンス要素の夫々を介して前記第一、第二、第三巻線を接地させるステップを包含していることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記測定ステップが、更に、
前記第一信号及び第三信号を測定している間に前記第二巻線を接地し、
前記第一信号及び前記第二信号を測定している間に前記第三巻線を接地し、
前記第二信号及び前記第三信号を測定している間に前記第一巻線を接地する、
ことを包含していることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項８において、前記測定ステップが、更に、
前記第一信号を測定している間に前記第二巻線及び前記第三巻線を接地し、
前記第二信号を測定している間に前記第三巻線及び前記第一巻線を接地し、
前記第三信号を測定している間に前記第一巻線及び前記第二巻線を接地する、
上記各ステップを包含していることを特徴とする方法。
【請求項１２】
付勢されていないモータの第一及び第二巻線の夫々から第一及び第二信号を測定し、
前記第一及び第二信号から前記付勢されていないモータが回転しているか否かを決定する、
べく動作可能な制御器。
【請求項１３】
請求項１２において、本制御器は、更に、前記付勢されていないモータが回転している場合に、前記第一及び第二信号からフリーホイール回転方向を決定する動作能力を有していることを特徴とする制御器。
【請求項１４】
請求項１２において、本制御器が、更に、
前記付勢されていないモータの第三巻線から第三信号を測定し、
前記第一、第二、第三信号が等しい場合に、前記モータが回転していないことを決定する、
動作能力を有していることを特徴とする制御器。
【請求項１５】
請求項１２において、本制御器が、更に、
前記第一及び第二巻線を夫々接地させる第一及び第二インピーダンス要素を横断して前記第一及び第二信号を夫々測定する、
動作能力を有していることを特徴とする制御器。
【請求項１６】
請求項１２において、本制御器が、更に、前記第一及び第二信号を測定する間に前記付勢されていないモータの第三巻線を接地するスイッチを閉じる動作能力を有していることを特徴とする制御器。
【請求項１７】
請求項１２において、本制御器が、更に、
前記第一信号を測定している間に前記第二巻線を接地する第二スイッチ及び前記付勢されていないモータの第三巻線を接地する第三スイッチを閉じ、
前記第二信号を測定している間に前記第一巻線を接地する第一スイッチ及び前記第三巻線を接地する第三スイッチを閉じる、
動作能力を有していることを特徴とする制御器。
【請求項１８】
モータシステムにおいて、
（ａ）第一及び第二巻線を具備している電気モータ、
（ｂ）前記モータが付勢されていない場合に、
前記第一及び第二巻線の夫々から第一及び第二信号を測定し、
前記第一及び第二信号から前記付勢されていないモータが回転しているか否かを決定すべく、
動作可能な制御器、
を有していることを特徴とするモータシステム。
【請求項１９】
請求項１８において、前記制御器が、更に、前記付勢されていないモータが回転している場合に、前記第一及び第二信号からフリーホイール回転方向を決定する動作能力を有していることを特徴とするモータシステム。
【請求項２０】
請求項１８において、前記制御器が、更に、
第三巻線から第三信号を測定し、
前記第一、第二、第三信号が等しい場合には前記モータが回転していないことを決定する、
動作能力を有していることを特徴とするモータシステム。
【請求項２１】
請求項１８において、
前記モータが、更に、第三巻線を包含しており、
前記モータシステムが、更に、前記第一、第二、第三巻線を夫々接地させる第一、第二、第三インピーダンス要素を包含しており、
前記制御器が、更に、前記モータが付勢されていない場合に、前記第一、第二、第三インピーダンス要素を横断して夫々第一、第二、第三信号を測定する動作能力を有している、
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項２２】
請求項１８において、
前記モータが、更に、第三巻線を包含しており、
前記モータシステムが、更に、前記第三巻線を接地させるスイッチを具備している電源制御回路を有しており、
前記制御器が、更に、前記モータが付勢されていない場合に、前記第一及び第二信号を測定している間に前記スイッチを閉じる動作能力を有している、
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項２３】
請求項１８において、
前記モータが、更に、第三巻線を包含しており、
前記モータシステムが、更に、前記モータの前記第一、第二、第三巻線を夫々接地する第一、第二、第三スイッチを具備している電源制御回路を有しており、
前記制御器が、更に、前記モータが付勢されていない場合に、
前記第一信号を測定している間に前記第二及び第三スイッチを閉じ、
前記第二信号を測定している間に前記第一及び第三スイッチを閉じる、
動作能力を有している、
ことを特徴とするモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大略、電気モータ駆動及び制御回路に関するものであって、更に詳細には、モータ巻線内に誘起された信号を比較することによりセンサレスフリーホイールモータの回転方向を決定する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは多数の形態で存在している。説明の便宜上、三相ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）について説明する。三相ブラシレスＤＣモータは多数の使用態様を有しており、その中で、高速適用例及び低速適用例の両方を包含している。従来の高速適用例は、コンピュータハードディスクドライバ、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）ドライバ、ＣＤプレイヤー、ビデオレコーダー用のテープドライブ、及び真空掃除機用のブロアー用のスピンドルモータを包含している。高速適用例のモータは、典型的に、毎分数千回転（ｒｐｍ）から、例えば、２０，０００ｒｐｍの範囲で動作する。低速適用例は、農場及び建設装置、自動車エンジン冷却ファン、ＨＶＡＣ圧縮器、燃料ポンプ等用のモータを包含している。低速適用例用のモータは、典型的に、数百ｒｐｍ未満から、例えば、数千ｒｐｍの範囲で動作する。ブラシを使用するモータと比較して、ブラシレスモータは、ノイズの発生が減少されており且つ磨耗によりブラシを交換する必要性がないので信頼性が改善されている。
【０００３】
図１はセンサレスＢＬＤＣモータ３０、制御器４０、電源Ｖｓ、電源制御回路５０を包含するモータシステム２０を例示している。モータ３０は、典型的に、永久磁石ロータと多数の巻線を具備するステータとを包含しており、典型的に、ロータはステータ内に収納されている。各巻線は、巻線を電源制御回路５０へ結合させるために使用される巻線タップ３２を具備している。ロータは永久的に磁化されており、且つ巻線により発生される磁束とそれ自身の磁束とを整合させるべく回転する。巻線タップ３２ａ，３２ｂ，３２ｃにおける電圧信号は、夫々、電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとして表わしてある。
【０００４】
電源制御回路５０は各巻線に対して一対づつ、複数対のスイッチＸｓａ及びＸｇａ，Ｘｓｂ及びＸｇｂ，Ｘｓｃ及びＸｂｃ（集約的に「スイッチＸ」とする）を包含している。各対のスイッチＸは、巻線タップ３２ａ−３２ｃにおいて１個の巻線の自由端へ、及び電源Ｖｘか又は接地電圧ＧＮＤのいずれかへ接続されている。これらのスイッチは、典型的に、ＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタである。逆バイアスされたダイオードＤｓａ，Ｄｇａ，Ｄｓｂ，Ｄｇｂ，Ｄｓｃ，Ｄｇｃ（集約的に「ダイオードＤ」とする）がこれらのスイッチの各々と並列に配置されるか、又は該スイッチの構造内に本来的に存在している。ダイオードＤは電力整流器として機能し、典型的に、供給電圧又は接地電圧を超える誘起電圧に対してスイッチＸ及びモータ巻線を保護すべく機能する。
【０００５】
制御器４０は、典型的に、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードにおいて、モータ３０へ電力を供給すべくスイッチＸを制御し且つ動作させる。制御器４０と電源制御回路５０との間の接続用ワイヤは説明の便宜上省略してある。ＰＷＭモードは、非線形動作モードであり、その場合には、ロータの角速度と比較して高い周波数でパワー即ち電力がスイッチオン及びオフされる。例えば、典型的なスイッチング周波数は、低速適用例の場合に、２０ｋＨｚの範囲内とすることが可能である。約５０μＳ継続する典型的なオン・オフサイクルにおいて、４０μＳの「オン」時間とそれに続く１０μＳの「オフ」時間とが存在している場合がある。オフ時間の短い期間の場合には、モータ巻線を介して残留電流が未だに流れ、従って、これらの期間中ロータの角速度における測定可能なスローダウンは事実上存在しない。従って、該スイッチは完全に「オン」か又は完全に「オフ」のいずれかであるので、ＰＷＭモードは、パワーが連続して供給されるモードと比較して著しい電力の節約を与える。
【０００６】
ＢＬＤＣモータ３０は３個の巻線Ａ，Ｂ，Ｃ（図１には示していない）を具備するものとして表わすことが可能であるが、マルチローターポールの場合にしばしばより多数のステータ巻線が使用される。これらの巻線は「Ｙ」形態、又は、代替的に、「デルタ」形態に接続させることが可能である。典型的に、このような適用例において、１２個のステータ巻線及びロータ上に４個のＮ−Ｓ磁石組を具備する８ポールモータが使用され、その結果、ロータの回転当たり４個の電気的サイクルとなる。然しながら、これらのステータ巻線は、各々が物理的に９０度だけ離隔された４個の巻線からなる３つの組に接続された３個の「Ｙ」接続された巻線について解析することが可能である。
【０００７】
動作について説明すると、３個の代表的な巻線Ａ，Ｂ，ＣがＰＷＭ駆動信号で付勢され、該信号は該巻線周りに電磁界を展開させる。その結果発生する巻線Ａ，Ｂ，Ｃの電磁界とロータ内の磁石により形成される磁界との間の吸引／反発がロータ組立体を回転させる。これらの巻線は逐次的に付勢されて「Ｙ」形態における２つの巻線を介して電流経路を生成し、３番目の巻線はフローティング状態とされる（又はトライステート状態とされる）。電流経路が変化され、即ちコミュテーションが行われると、電流経路を形成する巻線のうちの１つがフローティング状態へスイッチされ、且つ以前にフローティング状態にあった巻線が電流経路内へスイッチされるようにシーケンスが構成される。これらのシーケンスは、フローティング状態にある巻線が電流経路内へスイッチされる場合に、前の電流経路内に包含されていた巻線内の電流の方向が変わらないように定義されている。
【０００８】
ＢＬＤＣモータ３０に対するスタートアップルーチンは制御器４０により取り扱われ、且つ幾つかのフェーズから構成されており、ロータを予め位置決めすること、ロータを所望の速度へ加速すること、所望の速度に到達した場合に自動コミュテーションモードか又は同期モードへスイッチングすることを包含している。幾つかの状態において、該制御器がモータを開始させ且つ駆動すべく活性化される前に、ＢＬＤＣモータ３０がフリーホイール動作している場合があり、即ち制御器４０により駆動されることなしに回転している場合がある。例えば、自動車ＨＶＡＣ又はエンジン冷却ファンによる風車運動はファンモータを回転させる。ファンの羽根を横断して空気が流れる場合に風車運動が発生し、従って付勢されていないファンモータを回転させる。制御器４０により駆動される以外の理由によりモータ３０が回転する場合にその他の状態が発生する場合がある。スタートアップルーチンを開始させる前に、モータ３０の回転方向を検知することが重要であることがしばしばである。スタートアップルーチンの開始において、モータ３０が制御器４０による駆動以外の理由により回転している場合には、スタートアップが失敗する場合がある。更に、所望の方向と反対の方向に回転している場合にモータ３０をスタートさせんとする場合には、制御器４０へ高電流が流れる場合があるために制御器４０又は回路５０が損傷される場合がある。更に、モータ３０が既に所望の方向に回転している場合には、モータを停止させ且つ再度開始させることにより効率を失うのでなくその回転を保存すべきである。理想的には、制御器４０は、スタートアップルーチンの前にモータ３０の回転について知っているべきである。その回転が所望の方向である場合には、制御器４０はすぐさま所望の速度に設定されるべきである。その回転が反対方向である場合には、制御器４０は、最初に、モータ３０を制動、即ち停止させ、次いで、そのモータを所望の方向に回転を開始させるべきである。
【０００９】
モータのスタート前回転を決定する既存の方法は、モータ構成体内に複数個のセンサーを据え付けることを必要とする。これらのセンサーはモータシステムに対して部品及び複雑性を付加し、モータスタートアップ期間中に使用されるに過ぎない。従って、モータ構成体に対して殆ど又は全く付加及び変更を必要とすることのないフリーホイールしているモータの回転方向を決定する装置及び方法に対する必要性が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、モータ巻線内に誘起される信号を比較することによりフリーホイール動作しているモータの回転方向を決定する方法及び装置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】
【００１１】
本発明の１実施例においては、電気モータのフリーホイール回転を決定する方法が提供される。本方法は、付勢されていないモータの第一及び第二巻線から夫々第一及び第二信号を測定するステップ、及び該付勢されていないモータが回転しているか否かを該第一及び第二信号から決定するステップを包含している。本方法は、又、該付勢されていないモータが回転している場合に、該第一及び第二信号から回転方向を決定することを包含することが可能である。本方法は、更に、該付勢されていないモータの第三巻線から第三信号を測定することを包含することが可能であり、且つ該モータが回転しているか否かを決定する場合に、該第一、第二、第三信号が等しい場合に、該モータが回転していることを決定する。該第一及び第二信号の各々は、夫々のバック電圧を有することが可能である。
【００１２】
本発明の別の実施例においては、電気モータのフリーホイール回転を決定する電気モータ制御器が提供される。本制御器は、付勢されていないモータの第一及び第二巻線から夫々第一及び第二信号を測定し、且つ該第一及び第二信号から該付勢されていないモータが回転しているか否かを決定する動作能力を包含している。本制御器は、更に、該付勢されていないモータが回転している場合に、該第一及び第二信号からフリーホイール回転方向を決定する動作能力を包含することが可能である。本制御器は、又、付勢されていないモータの第三巻線から第三信号を測定し、且つ該第一、第二、第三信号が等しい場合に、該モータが回転していないことを決定する動作能力を包含することが可能である。本制御器は、更に、該第一及び第二信号を測定している間に該付勢されていないモータの第三巻線を接地させるスイッチを閉じさせる動作能力を包含することが可能である。本制御器は、該第一信号を測定している間に該第二巻線を接地させる第二スイッチ及び該付勢されていないモータの第三巻線を接地させる第三スイッチを閉じ、且つ該第二信号を測定している間に該第一巻線を接地させる第一スイッチ及び該第三巻線を接地させる第三スイッチを閉じさせる動作能力を包含することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は、図１のモータシステム２０のＢＬＤＣモータ３０及び電源５０の１つのモデルであり、モータ３０は制御器４０によって付勢されていない状態である。図２に例示したように、付勢されていない状態においては、スイッチＸｓａ，Ｘｇａ，Ｘｓｂ，Ｘｇｂ，Ｘｓｃ，Ｘｂｃを形成するパワートランジスタのいずれもがオンではない。その結果、ダイオードＤが回路５０において唯一のアクティブな電気的コンポーネントである。モータ３０の巻線Ａ，Ｂ，Ｃは、各々、ＢＥＭＦ電圧源Ｅ、コイルＬ、抵抗Ｒとして模式的にモデル化してある。巻線Ａ，Ｂ，Ｃは、全て、共通ノードＶｎにおいて共通接続されており、且つ夫々の巻線タップ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有している。
【００１４】
モータ３０がフリーホイール動作する場合に、それは、図３ａに例示した如く、夫々の巻線Ａ，Ｂ，Ｃ内に正弦波ＢＥＭＦ電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを誘起させる。巻線Ａ，Ｂ，Ｃがステータに関して等しく離隔されている場合には、電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃのフェーズは図３に示したように１２０度離れている。巻線Ａから巻線Ｂへ及び巻線Ｃへ第一方向におけるフリーホイール即ち風車回転の場合（Ａ−Ｂ−Ｃ）、電圧Ｅｂの上昇エッジゼロ交差は１２０度だけ電圧Ｅａ上昇エッジゼロ交差に遅れ、且つ電圧Ｅｃ上昇エッジゼロ交差は別の１２０度だけ電圧Ｅｂ上昇エッジゼロ交差に遅れる。従って、電圧Ｅａの上昇エッジがゼロを交差する場合に、フリーホイール回転の方向を決定するためにゼロと相対的に電圧信号Ｅｂ及びＥｃのレベルを読取ることが可能である。然しながら、回路５０におけるダイオードＤのために、巻線タップ３２ａ−３２ｃにおいて読取られる誘起された電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、これらの電圧信号が図３Ｂに例示したようなゼロ交差を有することがないように接地上方にオフセットされる。
【００１５】
１実施例においては、フリーホイール動作により誘起された信号を検知するための専用の巻線を、モータ３０を回転させるために使用される巻線とは独立してモータ３０へ付加させることが可能である。然しながら、このような実施例は、モータ３０の複雑性が増加し且つ必要とされる構造上の修正のために既存のモータ巻線を使用する場合よりも望ましいものではない。
【００１６】
図４は、本発明の１実施例に基づいて、巻線タップ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを、夫々、接地ＧＮＤへ結合させる抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を包含するモータシステム６０の模式図である。その他の点において、モータシステム６０は図１のモータシステム２０と実質的に同様であり、且つスイッチＸのいずれもがターンオンされていない、即ちモータが付勢されていない場合の図２においてモデル化したのと同一の状態にある。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、巻線タップ３２ａ−３２ｃにおける誘起された端子電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを接地ＧＮＤさせる。１実施例においては、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は等しい値を有しており、且つ各々が１０ＫΩとして図４に示してある。然しながら、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はモータ３０及び制御器５０の電気的特性と一致した任意の適宜の値を有することが可能であり、典型的に、１０ＫΩと１００ＫΩとの間の範囲内である。これらの抵抗は、又、異なる値を有することが可能である。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はモータシステム６０内の任意の箇所に物理的に位置させることが可能であり、モータ３０、電源制御回路５０、又は制御器４０に装着させることが可能である。
【００１７】
図５は本発明の１実施例に基づく図４のモータシステムのフリーホイール誘起正弦波タップ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのプロットである。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を付加した結果、巻線タップ３２ａ−３２ｃにおいて読取られる誘起端子電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは区別可能なゼロ交差を有している。電圧信号Ｖがゼロより下側である場合に、それはダイオードＤによって約−０．７Ｖへクランプされ、従って図３ａ−３ｂに例示した正弦波波形の負の部分を平坦化させる。
【００１８】
フリーホイール即ち風車動作回転方向を決定するために、制御器４０はＶａ，Ｖｂ，Ｖｃの値を読取る。これらの信号が全てゼロと等しい場合には、モータのフリーホイール回転は存在しない。電圧信号Ｖの全てがゼロと等しくない場合には、モータ３０は回転しており且つ制御器４０は誘起端子電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのシーケンスを決定することにより回転方向を決定する。例えば、図５を参照すると、Ｖａが上昇エッジゼロ交差にある場合に、Ｖｂ＜０であり且つＶｃ＞０である場合には、電圧信号シーケンスはＡ−Ｂ−Ｃであり且つモータ３０はＡ−Ｂ−Ｃ方向に回転している。然しながら、Ｖｂ＞０であり且つＶｃ＜０である場合には、モータは反対のＡ−Ｃ−Ｂ方向に回転している。その回転が所望の方向である場合には、制御器４０は巻線をコミュテーションさせることによりモータ３０の速度を上昇させる。その回転が反対方向である場合には、制御器４０はモータに制動をかけ且つスタートアップルーチンを実行して所望の方向における回転を開始させる。
【００１９】
図６は本発明の１実施例に基づいて誘起電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを比較することにより図４のモータ３０のフリーホイール方向を決定するフローチャート７０を示している。スタートの後に、論理の流れがブロック７１において開始し、そこで制御器４０は誘起電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを読取る。次に、決定ブロック７２において、制御器４０は誘起電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを比較してそれらが等しいか否かを決定し、その場合には、それら全てはゼロである。これらの電圧信号が等しい場合には、制御器４０は、ブロック７３において、モータ３０がフリーホイール動作をしていないか、又は、その他の態様で回転していることを決定し、且つ制御器４０は従来のスタートアップルーチンでモータ３０を開始させる。誘起信号が等しくない場合には、論理の流れは決定ブロック７４へ移行し、そこで制御器４０はＶａの上昇エッジゼロ交差を探索する。Ｖａのゼロ交差上昇エッジが検知されない場合には、論理の流れはブロック７１へ戻る。Ｖａゼロ交差上昇エッジが存在する場合には、論理の流れは決定ブロック７５へ移行する。決定ブロック７５において、制御器４０はＶｂ＜０であり且つＶｃ＞０であるか否かを決定する。この条件が存在する場合には、ブロック７６において、制御器４０が、モータ３０が所望のＡ−Ｂ−Ｃ方向に回転していることを決定し且つ第一方向における回転を継続することを許容し且つモータをオンザフライで開始させる。Ｖｂ＞０であるか又はＶｃ＜０である場合には、論理的な流れはブロック７７へ移行し、そこで制御器４０は、モータが不所望のシーケンスＡ−Ｃ−Ｂ方向に回転していることを決定する。従って、ブロック７７において、制御器４０は、モータ３０が停止するまでモータ３０を制動し、次いで、従来のスタートアップルーチンを実行してモータ３０を所望のＡ−Ｃ−Ｂ方向への回転を開始させる。
【００２０】
上述したように、フローチャート７０の動作を実施すべく動作可能な回路を制御器４０内に組込むことが可能である。一方この回路は、モータシステム６０（図４）と関連させることが可能である。更に、その論理を、ハードウエア、ソフトウエア、又はそれらの組合わせで実現することが可能である。更に、この論理的フローチャート７０は、それから回転を決定する基準信号として基準信号Ｖａを使用しているが、フローチャート７０を適宜修正することにより回転を決定するためにＶｂ又はＶｃを使用することが可能である。
【００２１】
図７は本発明の１実施例に基づいて、モータ３０がフリーホイール動作している間に、例えばスイッチＸｇｂ等の単一の「底部スイッチ」がターンオンされる状態におけるモータシステム９０の概略図を示している。モータシステム９０は図２のモータシステム２０と類似しており、且つ底部（接地側）スイッチのうちの１つがターンオンされている点を除いて、同一の状態にある。図７は図４の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３なしで誘起電圧信号を読取ることによりモータ３０のフリーホイール方向を決定する本発明の別の実施例を例示している。
【００２２】
底部スイッチＸｇａ，Ｘｇｂ，Ｘｇｃのうちの１つ（例えば、図７に示したＸｇｂ）がターンオンされ、一方全ての上側スイッチがオフである場合には、２つの巻線に関してのライン対ライン信号電圧を測定することが可能である。例えば、底部スイッチＸｇｂが制御器４０によりターンオンされる場合に、Ｖｂはゼロ即ち接地ＧＮＤにある。この状態においては、巻線を介して電流を流れることはなく、信号電圧Ｖａ＝Ｅａ−Ｅｂ＝Ｅａｂであり且つ信号電圧Ｖｃ＝Ｅｃ−Ｅｂ＝Ｅｃｂである。同様に、底部スイッチＸｇａをターンオンさせると、信号電圧Ｖｂ＝Ｅｂ−Ｅａ＝Ｅｂａであり且つ信号電圧Ｖｃ＝Ｅｃ−Ｅａ＝Ｅｃａである。更に、底部スイッチＸｇｃをターンオンさせると、信号電圧Ｖｂ＝Ｅｂ−Ｅｃ＝Ｅｂｃであり且つ信号電圧Ｖａ＝Ｅａ−Ｅｃ＝Ｅａｃである。これらのライン対ライン電圧は正弦波状であり且つ図８に例示したように約６０度離れており、図８は本発明の１実施例に基づいて図７のモータシステムのフリーホイール誘起正弦波タップ電圧Ｅａｂ，Ｅａｃ，Ｅｂｃ，Ｅｂａ，Ｅｃａ，Ｅｃｂのプロットである。
【００２３】
図９は、本発明の１実施例に基づいて、フリーホイール動作している場合に、モータ６０により発生される誘起ライン対ライン電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの特徴を比較することによりモータ３０の回転方向を決定するフローチャート１００を示している。スタートの後に、論理の流れはブロック１０１において開始し、そこで制御器４０はスイッチＸｇｂをターンオンさせて巻線Ｂを接地させ、従ってＶｂ＝０である。次に、論理の流れはブロック１０２へ移行し、そこで制御器４０は誘起ライン対ライン電圧信号Ｖａ＝Ｅａｂ及びＶｃ＝Ｅｃｂを読取る。
【００２４】
決定ブロック１０３へ移行し、Ｖａ＞０であるか又はＶｂ＞０のいずれかである場合には、論理の流れは決定ブロック１１１へ移行する。そうでない場合には、論理の流れはブロック１０４へ移行する。
【００２５】
論理ブロック１０４において、制御器４０はスイッチＸｇｂをターンオフし且つ底部スイッチＸｇｃをターンオンして巻線Ｃを接地し、従ってＶｃ＝０となる。次に、ブロック１０５において、誘起ライン対ライン電圧信号Ｖｂ＝Ｅｂｃが読取られる。論理の流れは決定ブロック１０６へ移行する。Ｖｂ＞０である場合には、論理の流れはブロック１０１へ戻り、そうでない場合には、論理の流れはブロック１０７へ移行する。論理ブロック２０７において、制御器４０はスイッチＸｇｃをターンオフし且つ底部スイッチＸｇａをターンオンして巻線Ａを接地し、従ってＶａ＝０となる。次に、ブロック１０８において、制御器４０はＶｂを読取る。決定ブロック１０９へ移行し、Ｖｂ＞０である場合には、論理の流れはブロック１０１へ戻る。そうでない場合には、論理の流れは論理ブロック１１０へ移行し、そこで制御器４０は、モータ３０が回転していないことを決定する。従って、制御器４０は従来のスタートアップルーチンを実行することによりモータ３０を所望の方向にスタートさせる。
【００２６】
Ｖａ＞０であるか又はＶｂ＞０のいずれかに応答して論理の流れが決定ブロック１０３から決定ブロック１１１へ移行した場合に、制御器４０はＶａの上昇エッジゼロ交差を検知せんとする。制御器がＶａの上昇エッジゼロ交差を検知すると、論理の流れは決定ブロック１１２へ移行し、そうでない場合には、ブロック１０１へ復帰する。決定ブロック１１２において、制御器４０は、Ｖｃ＞０であるか否かを決定する。この条件が存在する場合には、論理の流れはブロック１１３へ移行し、そこで制御器４０は、モータ３０が所望のＡ−Ｂ−Ｃ方向に回転していることを決定し且つモータをオンザフライでスタートさせる。この条件が存在しない場合には、論理の流れはブロック１１４へ移行し、そこで制御器４０は、モータ３０が不所望のＡ−Ｃ−Ｂ方向に回転していることを決定し、従ってモータを制動させ、次いで、スタートアップルーチンを実行してモータを所望のＡ−Ｂ−Ｃ方向における回転をスタートさせる。フローチャート１００は回転を決定する初期的なステップとしてＢ巻線を接地させることにより開始するが、フローチャート１００を適宜修正することにより、回転を決定するための初期的ステップにおいてその他の任意の巻線を接地させることが可能である。
【００２７】
図１０は本発明の１実施例に基づいて、２個の底部スイッチＸ（この例においては、スイッチＸｇａ及びＸｇｂとして例示されている）がターンオンされ、一方上側スイッチがターンオフされている状態にあり、即ちモータ３０が制御器４０によって駆動されていない状態にある図７のモータシステム９０の模式図である。図１０は、モータ３０のフリーホイール回転を決定するための本発明の更に別の実施例を例示している。モータ３０を駆動することなしに２個の底部スイッチＸｇａ及びＸｇｂがターンオンされると、モータ３０がフリーホイール動作している場合に巻線Ａ及びＢを介して誘起電流Ｉａｂが形成される。この電流Ｉａｂはフェーズシーケンスに依存していずれかの方向に流れる。巻線タップ３２ｃにおけるフローティング状態にある巻線Ｃの信号電圧ＶｃはＥｃ＋Ｖｎで示される和であり、その場合に、Ｅｃは、モータがフリーホイール動作している場合の巻線Ｃにより誘起される電圧であり且つＶｎはノードＶｎにおける電圧である。次式は、巻線タップのいずれかにおける信号電圧Ｖは図３に例示したものと同様の正弦波形であることを示している。
【００２８】
巻線Ａから次式が得られる。
【００２９】
【数１】
2005065491.tif 000003
【００３０】
巻線Ｂから次式が得られる。
【００３１】
【数２】
2005065491.tif 000004
【００３２】
式（１）と（２）とを加えることにより、次式が得られる。
【００３３】
【数３】
2005065491.tif 000005
【００３４】
又、三相システムのバランスから、次式が得られる。
【００３５】
【数４】
2005065491.tif 000006
【００３６】
式（３）と（４）とから、次式が得られる。
【００３７】
【数５】
2005065491.tif 000007
【００３８】
従って、誘起信号電圧Ｖｃは次式の如くに表わすことが可能である。
【００３９】
【数６】
2005065491.tif 000008
【００４０】
従って、底部スイッチＸｇｂ及びＸｄｃがターンオンされると、誘起信号電圧Ｖａは（３／２）Ｅａと等しい。同様に、底部スイッチＸｇａ及びＸｇｃがターンオンされると、誘起信号電圧Ｖｂは（３／２）Ｅｂに等しい。これらの信号電圧Ｖは正弦波状であり且つ図３Ａに関連して説明したようにほぼ１２０度離れている。
【００４１】
図１０のモータ３０のフリーホイール回転の決定は図６の論理的フローチャート７０を使用して実施される。底部スイッチＸｇａ，Ｘｇｂ，Ｘｇｃは、誘起信号電圧Ｖを読取るために制御器４０により対毎に適宜スイッチオンされる。
【００４２】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。更に注意すべきことであるが、本発明の好適実施例を三相ブラシレスＤＣモータを参照して説明したが、本発明の原理は、一般的に多相永久磁石ＡＣモータに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】センサレスブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータと、制御器と、電源と、電源制御回路とを包含する従来のモータシステムを示した概略図。
【図２】モータが制御器によって付勢されておらず且つ本発明の１実施例に基づいてフリーホイール方向を決定する場合の図１の電源回路とＢＬＤＣモータのモデルを示した概略図。
【図３Ａ】図２のモータにおけるフリーホイール誘起ＢＥＭＦ正弦波電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃのプロットを示した概略図。
【図３Ｂ】フリーホイール誘起正弦波タップ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのプロットを示した概略図。
【図４】本発明の１実施例に基づいて巻線タップを接地へ結合させる抵抗を包含するＢＬＤＣモータシステムのモデルを示した概略図。
【図５】本発明の１実施例に基づいて図４のモータシステムのフリーホイール誘起正弦波タップ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃのプロットを示した概略図。
【図６】本発明の１実施例に基づいて、フリーホイール動作している場合のモータにより発生される誘起電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの特徴を比較することにより図４のモータのフリーホイール回転を決定する技術を示したフローチャート。
【図７】本発明の１実施例に基づいてモータのフリーホイール方向を決定するためにコイル駆動スイッチがターンオンされる場合の図２のモータシステムのモデルを示した概略図。
【図８】本発明の１実施例に基づいて図７のモータシステムのフリーホイール誘起正弦波タップ電圧Ｅａｂ，Ｅａｃ，Ｅｂｃ，Ｅｂａ，Ｅｃａ，Ｅｃｂのプロットを示した概略図。
【図９】本発明の１実施例に基づいて図７のモータのフリーホイール方向を決定するための技術を示したフローチャート。
【図１０】本発明の１実施例に基づいてモータのフリーホイール方向を決定するために２個の底部コイル駆動スイッチがターンオンされる図２のモータシステムのモデルを示した概略図。
【符号の説明】
【００４４】
２０  モータシステム
３０  ＢＬＤＣモータ
３２  巻線タップ
４０  制御器
５０  電源
６０  モータシステム
【図１】
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【図２】
2005065491.tif 000010
【図３Ａ】
2005065491.tif 000011
【図３Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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