(57)【要約】      （修正有）【課題】複数相の電機子巻線の一方の相に発生する誘起電圧に基づき回転位置信号を遅延させる遅延量を調整することにより安定して駆動し、モータ電流の検出が不要となる。【解決手段】３相電機子巻線５２のＵ相の通電が切り替わってから電機角５０°後のタイミング（図２の矢印ｔ７参照、θ＝２０°）で３相電機子巻線５２のＵ相に発生している誘起電圧ＶＦ１を検出して、誘起電圧ＶＦ１と基準電圧Ｖｃｃ／２との電位差ＶＤを求める。  電位差ＶＤが所定の範囲の−２[Ｖ]以上、かつ−１[Ｖ]以下であるかを判別して遅延量を調整する。３相の回転位置信号に調整した遅延量の遅延を行って３相の通電切替タイミング信号を出力する。  電位差ＶＤを検出して遅延量を一定の電気角だけ調整する処理を繰り返すことで電位差ＶＤを所定の範囲以内に収束させることができ、ブラシレスモータが安定して駆動する。【選択図】図２
2005160182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石回転子の回転速度及び回転方向を含む回転状態に応じて複数相の電機子巻線に発生する誘起電圧に基づき複数相の回転位置信号を検出し、前記複数相の回転位置信号を遅延させて通電切替タイミングを求め、前記通電切替タイミングで前記複数相の電機子巻線に電源による通電を行って回転磁界を発生させ、前記磁石回転子を回転させるブラシレスモータにおいて、
前記磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで前記複数相の電機子巻線の少なくとも一相に発生する誘起電圧の位相角関数情報を含んだ端子電圧を検出する一相端子電圧検出手段と、
前記電源の電圧から所定の基準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、
前記一相端子電圧検出手段により検出した前記端子電圧と前記基準電圧発生手段により発生させた前記基準電圧とを比較して電位差を求める比較手段と、
前記比較手段により求めた前記電位差が所定の範囲となるように前記回転位置信号を遅延させる遅延量を調整する遅延量調整手段と、
を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記一相端子電圧検出手段が前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を前記磁石回転子の回転周期毎に所定のタイミングで１回ずつ検出し、
前記基準電圧発生手段が前記基準電圧を前記複数相の電機子巻線に通電を行う前記電源電圧の１／２と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。
【請求項３】
前記一相端子電圧検出手段が前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を前記磁石回転子の回転周期毎に電気角１８０°位相の異なるタイミングで２回ずつ検出し、
前記基準電圧発生手段が前記一相端子電圧検出手段により前記磁石回転子の回転周期毎に検出した前記２回の前記端子電圧を平均して前記基準電圧と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。
【請求項４】
前記磁石回転子の回転速度に応じて前記回転位置信号を遅延させる遅延量を予め保存する遅延量マップと、
前記磁石回転子の回転速度に応じて前記遅延量マップから前記回転位置信号を遅延させる前記遅延量を選択する遅延量選択手段と、
前記遅延量選択手段により選択した前記遅延量だけ前記複数相の回転位置信号を遅延させる回転位置信号遅延手段と、をさらに有し、
前記遅延量調整手段が前記回転位置信号遅延手段により前記複数相の回転位置信号を遅延させる前記遅延量を前記比較手段により求めた前記電位差が所定の範囲となるように調整することを特徴とする前記請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
前記一相端子電圧検出手段が前記通電切替タイミングに基づき、前記少なくとも一相の電機子巻線への通電が切り替わって所定の電気角に相当する期間後に、前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を検出することを特徴とする前記請求項１乃至請求項４の何れか１項記載のブラシレスモータ。
【請求項６】
前記遅延量調整手段が前記比較手段により求めた前記電位差が前記所定の範囲とならない場合に、前記遅延量を一定量だけ調整することを特徴とする前記請求項１乃至請求項５の何れか１項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、特に磁石回転子の回転位置を検出して駆動する駆動制御の最適化に関する。
【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、使用頻度が激しく、かつメンテナンスを定期的にされないような環境、例えば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、に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、磁石回転子の回転位置を検出しながら駆動している。すなわち、ブラシレスモータは磁石回転子の回転により電機子巻線に発生する誘起電圧から磁石回転子の回転位置信号を検出し、回転位置信号に遅延（所定の電気角だけ位相補正する）を行って通電を切り替えるタイミング（通電切替タイミング）を求めている。電機子巻線には電源より通電切替タイミングで通電が行われて回転磁界が発生し、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する。
【０００４】
また、ブラシレスモータではブラシレスモータに流れる電流（モータ電流）を検出して回転位置信号を遅延させる遅延量の調整を行っている。これは、ブラシレスモータの回転に負荷が発生すると磁石回転子へのトルクを増加させるためモータ電流が増加し、モータ電流が増加するとブラシレスモータ駆動回路への通電時間（パルス幅）が増えるため、単位時間あたりの電圧面積が増えて回転位置信号を出力する回路に早く電荷が蓄積されるようになり、回転位置信号の位相が時間的に進むためである。ブラシレスモータはモータ電流が増加して回転位置信号の位相が時間的に進み過ぎると脱調する恐れがあるため、モータ電流を検出して回転位置信号を遅延させる遅延量の調整をする必要がある。
【０００５】
ここで、特許文献１にはモータ電流に応じて遅延量を好適に調整する技術が開示されている。
【０００６】
図８にはモータ電流を検出して遅延量を調整するブラシレスモータを示す。
【０００７】
ブラシレスモータ１００は磁石回転子１０２と３相電機子巻線１０４から構成されている。回転子位置検出部１０６は、磁石回転子１０２の回転によって３相電機子巻線１０４に発生する端子電圧を検出し、端子電圧より求められる誘起電圧から磁石回転子１０２の回転位置を検出して３相の回転位置信号を遅延部１０８へ出力し、また、３相の回転位置信号のＵ相を回転速度検出部１１０へ出力する。回転速度検出部１１０ではＵ相の回転位置信号から磁石回転子１０２の回転速度を算出し、算出した回転速度を遅延部１０８へ出力する。遅延部１０８では回転速度に基づいて３相の回転位置信号を所定の電気角だけ遅延させる遅延量を算出する。
【０００８】
一方、電流検出回路１１０ではシャント抵抗又は電流センサを用いてインバータ部１１６に流れる電流（モータ電流）を検出して電流値（モータ電流値）を遅延量調整部１１２へ出力する。遅延量調整部１１２はモータ電流値に基づき遅延量を調整する。すなわち、ブラシレスモータ１００の回転負荷の増大に従ってモータ電流値も増加し、検出される回転位置信号の位相も時間的に進むが、回転位置信号を所定の電気角だけ遅延させる遅延量をモータ電流値の増加に応じて調整することにより通電切替タイミングを適正にすることができる。
【０００９】
遅延部１０８では３相の回転位置信号に適正な遅延量の遅延を行い通電切替タイミング信号をモータ通電切り替え制御部１１４へ出力する。モータ通電切り替え制御部１１４では通電切替タイミング信号に基づいてインバータ部１１６を制御する駆動信号をインバータ回路１１６へ出力する。インバータ部１１６は駆動信号に基づいて３相電機子巻線１０４に図示しない電源による通電を行い、回転磁界を発生させて磁石回転子１０２を回転させる。
【特許文献１】特開２００２−３００７９２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、遅延量を調整するためにはモータ電流を検出しなければならず、モータ電流の検出には電流センサやシャント抵抗が必要であるためブラシレスモータ１００の製造コストが高くなる。さらに、シャント抵抗はモータ電流を検出するのに電流が流れるため常に発熱する問題がある。
【００１１】
また、モータ電流値による遅延量の調整ではモータ電流値と遅延量を調整する調整量との関係を予め実験によって定めており、モータ電流値の変化はブラシレスモータ１００の負荷が変動して回転に必要なトルクが変わり、これに伴いモータ電流も変化することを想定して設定している。
【００１２】
しかし、電源からインバータ部１１６へ供給される電圧が変化することによりモータ電流値が変化する場合、モータ電流値を検出して遅延量を調整すると調整した遅延量が正しいか不明であり、調整によってはブラシレスモータ１００が脱調することがある。
【００１３】
本発明は上記事実を考慮し、複数相の電機子巻線の少なくとも一相に発生する端子電圧に基づき回転位置信号を遅延させる遅延量を調整することにより安定して駆動し、モータ電流の検出が不要とな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】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、磁石回転子の回転速度及び回転方向を含む回転状態に応じて複数相の電機子巻線に発生する誘起電圧に基づき複数相の回転位置信号を検出し、前記複数相の回転位置信号を遅延させて通電切替タイミングを求め、前記通電切替タイミングで前記複数相の電機子巻線に電源による通電を行って回転磁界を発生させ、前記磁石回転子を回転させるブラシレスモータにおいて、前記磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで前記複数相の電機子巻線の少なくとも一相に発生する誘起電圧の位相角関数情報を含んだ端子電圧を検出する一相端子電圧検出手段と、前記電源の電圧から所定の基準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、前記一相端子電圧検出手段により検出した前記端子電圧と前記基準電圧発生手段により発生させた前記基準電圧とを比較して電位差を求める比較手段と、前記比較手段により求めた前記電位差が所定の範囲となるように前記回転位置信号を遅延させる遅延量を調整する遅延量調整手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１の発明によれば、ブラシレスモータは磁石回転子の回転速度及び回転方向を含む回転状態に応じて複数相の電機子巻線に発生する誘起電圧に基づき各相毎に複数相の回転位置信号を検出し、検出した複数相の回転位置信号を遅延して通電切替タイミングを求める。複数相の電機子巻線には通電切替タイミングに基づいて電源より通電がされ、回転磁界が発生する。磁石回転子は回転磁界よりトルクを受けて回転する。また、回転位置信号は磁石回転子の回転状態に応じて発生する誘起電圧に基づくため、回転位置信号から磁石回転子の回転速度、回転方向を検出できる。
【００１６】
一相端子電圧検出手段は磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで電機子巻線の少なくとも一相に発生する位相角関数情報を含んだ端子電圧を検出する。なお、位相角関数情報とはｆ（θ）（θ：位相角）で表され、θによって誘起電圧が変化することを示す。
【００１７】
すなわち、誘起電圧は磁石回転子の回転により電機子巻線に正弦波として発生し、磁石回転子の回転周期と正弦波の周期は同一となるため、端子電圧も磁石回転子の回転周期と共に周期的に変化する。よって、一相端子電圧検出手段は磁石回転子の回転周期の所定のタイミングで少なくとも一相の電機子巻線に発生する端子電圧を検出することで、特定の時期の端子電圧（端子電圧の波形の特定の位相部分）を繰り返し検出できる。
【００１８】
基準電圧発生手段は一相端子電圧検出手段により検出した端子電圧と比較を行うため、所定の基準電圧を電源電圧より発生させる。
【００１９】
比較手段は一相端子電圧検出手段により検出した端子電圧を基準電圧と比較して電位差を求める。予め実験によってブラシレスモータが安定して駆動する電位差の範囲を定めることができるため、比較手段によって求めた電位差が所定の範囲であるかを判別することで、ブラシレスモータが安定して駆動しているかを判断することができる。
【００２０】
遅延量調整手段は、前記比較手段により求めた電位差が所定の範囲でない場合、電位差が所定の範囲となるように回転位置信号を遅延させる遅延量を調整する。調整によって所定のタイミングで少なくとも一相の電機子巻線から検出した端子電圧と基準電圧との電位差が所定の範囲に収束し、ブラシレスモータが安定して駆動する。
【００２１】
従って、請求項１の発明によれば、磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで少なくとも一相の電機子巻線に発生する端子電圧と基準電圧との電位差を所定の範囲に収束させることにより、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【００２２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記一相端子電圧検出手段が前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を前記磁石回転子の回転周期毎に所定のタイミングで１回ずつ検出し、前記基準電圧発生手段が前記基準電圧を前記複数相の電機子巻線に通電を行う前記電源電圧の１／２とすることを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明によれば、一相端子電圧検出手段は少なくとも一相の電機子巻線に発生する端子電圧を磁石回転子が回転する周期毎に所定のタイミングで１回ずつ検出し、比較手段は端子電圧を基準電圧と比較して電位差を求める。
【００２４】
比較手段は基準電圧を電源電圧の１／２とすると、基準電圧が複数相の電機子巻線を結線した中心点での電圧と等しくなるため、端子電圧を基準電圧と比較して求めた電位差が電機子巻線に磁石回転子の回転によって発生する誘起電圧のみの電圧値となる。
【００２５】
予め実験によってブラシレスモータが安定して駆動している場合に、所定のタイミングで電機子巻線に発生する誘起電圧の電圧値（電位差）の範囲を定めることができるため、遅延量調整手段は、比較手段により求めた誘起電圧の電圧値が所定の範囲となるように回転位置信号を遅延させる遅延量を調整することで、ブラシレスモータが安定して駆動する。
【００２６】
従って、請求項２の発明によれば、磁石回転子が回転する周期毎に１回ずつ少なくとも一相の電機子巻線から端子電圧を検出し、基準電圧との電位差を求め、電位差を所定の範囲に収束させることにより、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【００２７】
また、基準電圧を電源電圧の１／２とすることで、比較手段により求められる電位差が電機子巻線に磁石回転子の回転によって発生する誘起電圧の電圧値となる。
【００２８】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記一相端子電圧検出手段が前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を前記磁石回転子の回転周期毎に電気角１８０°位相の異なるタイミングで２回ずつ検出し、前記基準電圧発生手段が前記一相端子電圧検出手段により前記磁石回転子の回転周期毎に検出した前記２回の前記端子電圧を平均して前記基準電圧とすることを特徴とする。
【００２９】
請求項３の発明によれば、端子電圧は誘起電圧の位相角関数情報ｆ（θ）を含むため、電気角１８０°位相の異なるタイミングで検出した端子電圧を平均すると一定の電圧を求めることができる。基準電圧発生手段はこの一定の電圧を基準電圧とすることにより電源電圧を検出せずに一定の基準電圧を発生させることができる。
【００３０】
従って、請求項３の発明によれば、少なくとも一相の電機子巻線に発生する端子電圧を磁石回転子が回転する周期毎に電気角１８０°位相の異なるタイミングで２回検出して平均することにより、一定の基準電圧を発生させることができる。
【００３１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の発明において、前記磁石回転子の回転速度に応じて前記回転位置信号を遅延させる遅延量を予め保存する遅延量マップと、前記磁石回転子の回転速度に応じて前記遅延量マップから前記回転位置信号を遅延させる前記遅延量を選択する遅延量選択手段と、前記遅延量選択手段により選択した前記遅延量だけ前記複数相の回転位置信号を遅延させる回転位置信号遅延手段と、をさらに有し、前記遅延量調整手段が前記回転位置信号遅延手段により前記複数相の回転位置信号を遅延させる前記遅延量を前記比較手段により求めた前記電位差が所定の範囲となるように調整することを特徴とする。
【００３２】
請求項４の発明によれば、遅延量マップは磁石回転子の回転速度に応じて回転位置信号を遅延させる遅延量を予め保存している。遅延量選択手段は磁石回転子の回転速度に応じて遅延量マップから適切な遅延量を選択することができる。
【００３３】
回転位置信号遅延手段は回転位置信号に遅延量選択手段により選択した遅延量の遅延を行い、通電切替タイミング信号を求めることができる。
【００３４】
また、遅延量調整手段は比較手段により求めた電位差が所定の範囲となるように遅延量選択手段により選択した遅延量を調整するため、遅延量マップが磁石回転子の回転速度に応じて詳細に設定されていなくても、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【００３５】
従って、請求項４の発明によれば、磁石回転子の回転速度に応じて遅延量マップから選択した遅延量を調整することにより、遅延量マップの設定が容易になる。
【００３６】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の発明において、前記一相端子電圧検出手段が前記通電切替タイミングに基づき、前記少なくとも一相の電機子巻線への通電が切り替わって所定の電気角に相当する期間後に、前記少なくとも一相の電機子巻線に発生する前記端子電圧を検出することを特徴とする。
【００３７】
請求項５の発明によれば、磁石回転子は通電切替タイミングで電機子巻線に通電がされ電機子巻線に回転磁界が発生して回転するため、通電切替タイミングから磁石回転子の回転周期を知ることができる。このため、通電切替タイミングにより電機子巻線への通電が切り替り、所定の電気角に相当する期間後に電機子巻線の少なくとも一相に発生する端子電圧を検出することにより、磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで端子電圧を検出できる。
【００３８】
従って、請求項５の発明によれば、通電切替タイミングにより電機子巻線への通電が切り替り、所定の電気角に相当する期間後に電機子巻線の少なくとも一相に発生する端子電圧を検出することにより、磁石回転子が回転する周期の所定のタイミングで電機子巻線の少なくとも一相に発生する端子電圧を検出することができる。
【００３９】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の発明において、前記遅延量調整手段が前記比較手段により求めた前記電位差が前記所定の範囲とならない場合に、前記遅延量を一定量だけ調整することを特徴とする。
【００４０】
請求項６の発明によれば、遅延量調整手段は比較手段により求めた電位差が所定の範囲とならない場合、回転位置信号を遅延させる遅延量を一定量だけ調整することにより、電位差を所定の範囲へと近づける。
【００４１】
ブラシレスモータが駆動している際に、比較手段により電位差を求め、遅延量調整手段により遅延量を一定量だけ調整する処理を繰り返すことで電位差が所定の範囲に収束するため、ブラシレスモータを安定して駆動させることができる。
【００４２】
また、一定量だけ調整することにより、調整によるブラシレスモータの回転ムラを減らすことができる。
【００４３】
従って、請求項６の発明によれば、遅延量を一定量だけ調整する処理を繰り返すことで電位差が所定の範囲に収束し、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】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４５】
図１は、第１の実施の形態のブラシレスモータ５０及びブラシレスモータ駆動装置１０の概略構成図である。
【００４６】
ブラシレスモータ５０は、磁石回転子５４、及び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から構成されている。
【００４７】
ブラシレスモータ駆動装置１０は、図示されない電源と接続され、後述する駆動信号を受けて３相電機子巻線５２に通電切替を行うインバータ部１４と、磁石回転子５４の回転位置を検出して３相の回転位置信号を出力する回転子位置検出部１６と、３相の回転位置信号を遅延し、３相の通電切替タイミング信号を出力する遅延部２０と、３相の通電切替タイミング信号に基づいて駆動信号を出力するモータ通電切り替え制御部２２と、３相の回転位置信号のＵ相から磁石回転子５４の回転速度を検出し、回転速度信号を出力する回転速度検出部２４と、３相の通電切替タイミング信号のＶ相と回転速度信号とに基づき後述する端子電圧検出部２８において端子電圧を測定するタイミングを測定タイミング信号として出力する測定タイミング発生部２６と、３相電機子巻線５２のＵ相の端子電圧を、測定タイミング信号により指示されたタイミングで検出して端子電圧信号を出力する端子電圧検出部２８と、インバータ部１４に発生する電源電圧を検出し、基準電圧を発生させる基準電圧発生部３０と、基準電圧発生部３０により発生させた基準電圧と端子電圧検出部２８により検出したＵ相の端子電圧とを比較して電位差を検出し、比較結果信号を出力する比較部３２と、比較結果信号と回転速度信号とに基づき、遅延量を調整する遅延量調整部３４と、図示されないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、これらを接続するバスとを含んで構成されている。
【００４８】
３相電機子巻線５２の各相はインバータ部１４の出力端子及び回転子位置検出部１６と接続され、さらに、Ｕ相は端子電圧検出部２８と接続されている。３相電機子巻線５２には、駆動信号により通電切替がされることで、１２０°方形波通電の回転磁界が発生する。
【００４９】
磁石回転子５４は、３相電機子巻線５２に発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。また、磁石回転子５４が回転することで、３相電機子巻線５２の各相には誘起電圧が発生する。
【００５０】
インバータ部１４は、３対（計６個）のスイッチング素子Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−が３相ブリッジ接続した回路で構成されており、図示されない電源、モータ通電切り替え制御部２２及び３相電機子巻線５２の各相と接続され、モータ通電切り替え制御部２２から駆動信号を受け、３相電機子巻線５２に１２０°方形波通電の通電切替を行う。また、スイッチング素子Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−の一端側はＧＮＤされている。
【００５１】
回転子位置検出部１６は、３相電機子巻線５２の各相及び遅延部２０と接続され、３相電機子巻線５２の端子電圧をローパスフィルタを通して擬似誘起電圧を抽出し、擬似誘起電圧のゼロクロス点を検出して３相の回転位置信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を遅延部２０へ出力する。
【００５２】
遅延部２０は、回転子位置検出部１６、モータ通電切り替え制御部２２及び遅延量調整部３４と接続され、予め定めた遅延量に後述する遅延量調整部３４で算出した調整量の調整を行い、３相の回転位置信号に調整された遅延量の遅延を行って３相の通電切替タイミング信号（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を出力する。
【００５３】
モータ通電切り替え制御部２２は、遅延部２０及びインバータ部１４と接続され、通電切替タイミング信号の値が変わるタイミングに基づいて駆動信号を出力する。また、モータ通電切り替え制御部２２が出力する駆動信号のＵ−、Ｖ−、Ｗ−はパルス幅変調されている（図５の駆動信号参照）。
【００５４】
回転速度検出部２４は、回転位置信号のＵ相、測定タイミング発生部２６及び遅延量調整部３４と接続され、回転位置信号のＵ相から磁石回転子５４の回転速度を検出して回転速度信号を測定タイミング発生部２６及び遅延量調整部３４へ出力する。
【００５５】
測定タイミング発生部２６は、通電切替タイミング信号のＶ相、回転速度検出部２４及び端子電圧検出部２８と接続され、通電切替タイミング信号のＶ相の値の変化から３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなるタイミングを検出し、３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなってから電気角５０°後のタイミングを測定タイミング信号として出力する。
【００５６】
端子電圧検出部２８は、３相電機子巻線５２のいずれか一相（本実施の形態ではＵ相）、測定タイミング発生部２６及び比較部３２と接続され、測定タイミング信号に基づき、３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなり電気角５０°後のタイミングで３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧を検出して、端子電圧信号を比較部３２へ出力する。なお、３相電機子巻線５２の端子電圧を検出する相はＵに限らずＶ、Ｗでもよい。
【００５７】
基準電圧発生部３０は、インバータ回路１４及び比較部３２と接続され、インバータ回路１４に発生する電源電圧Ｖｃｃに基づき基準電圧Ｖｃｃ／２を発生させて基準電圧信号を比較部３２へ出力する。
【００５８】
比較部３２は、端子電圧検出部２８、基準電圧発生部３０及び遅延量調整部３４と接続され、端子電圧信号と基準電圧信号とに基づき、３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなり電気角５０°後のタイミングで３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧と基準電圧Ｖｃｃ／２との電位差を求め、比較結果信号として遅延量調整部３４へ出力する。
【００５９】
遅延量調整部３４は、遅延部２０及び比較部３２と接続され、比較部３２により求めた電位差が所定の範囲か否かを判別し、所定の範囲外の場合に、３相の回転位置信号を遅延させる遅延量を調整する調整量信号を遅延部２０へ出力し、所定の範囲である場合は遅延量を調整しない指示の調整量信号を出力する。本実施の形態では所定の範囲を−２[Ｖ]以上、かつ−１[Ｖ]以下とする。
【００６０】
ここで、３相電機子巻線５２のＵ相に生じている端子電圧と基準電圧Ｖｃｃ／２との電位差から安定駆動しているブラシレスモータにおける電気角θを求める技術について説明する。
【００６１】
図２には１２０°方形波通電の通電切替により３相電機子巻線５２のＵ相に発生する端子電圧を示す。図２の期間ｔ１、ｔ２には、磁石回転子５４の回転による誘起電圧の正弦波が露出している。
【００６２】
ここで、図３には、図２のｔ１で示した期間で３相電機子巻線５２に発生する電圧を示す。３相電機子巻線５２では、駆動信号によりインバータ部１４のスイッチ素子Ｖ−、Ｗ＋の通電がオン（図５の期間ｔ１０での駆動信号参照）され、Ｖ相端子にＧＮＤの電圧（インバータ部１４のＧＮＤと接続するため）、Ｗ相端子に電源電圧Ｖｃｃが発生して電流が流れるため、スター結線された中心点Ｃの電圧は、Ｖｃｃ／２と近似できる。また、Ｕ相には磁石回転子５４の回転による誘起電圧ｆ（θ）が発生するため、３相電機子巻線５２のＵ相に発生する端子電圧ＶＦは下記（１）式のように示すことができる。
ＶＦ＝Ｖｃｃ／２＋ｆ（θ）・・・（１）
ただし、
ＶＦ    ：３相電機子巻線５２のＵ相に発生する端子電圧（ＧＮＤを基準）
ｆ（θ）：３相電機子巻線５２のＵ相に磁石回転子５４の回転によって発生する誘起電圧（Ｕ相端子とスター結線された中心点Ｃの電位差）
θ      ：電気角（位相角）
Ｖｃｃ／２：基準電圧、ｆ（θ）＝０のときの３相電機子巻線５２のＵ相端子の電圧
一方、図４には、図２のｔ２で示した期間で３相電機子巻線５２に発生する電圧を示す。３相電機子巻線５２では、駆動信号によりインバータ部１４のスイッチ素子Ｖ＋、Ｗ−の通電がオン（図５の期間ｔ１１での駆動信号参照）され、Ｖ相端子に電源電圧Ｖｃｃ、Ｗ相端子にＧＮＤの電圧が発生して電流が流れるため、図３と同様にスター結線された中心点Ｃの電圧は、Ｖｃｃ／２と近似できる。よって、図２のｔ１、ｔ２の期間で３相電機子巻線５２に発生する端子電圧ＶＦは共に（１）式となる。
【００６３】
特に、誘起電圧ｆ（θ）は磁石回転子５４の回転によって発生するため、以下の特性を有している。
ｆ（θ）＝−ｆ（θ＋１８０°）・・・（２）
ｆ（θ）＝ｆ（θ＋３６０°）・・・（３）
安定駆動しているブラシレスモータでは、図２に示すように
θ＝０°の時に、ＶＦ＝Ｖｃｃ／２、ｆ（０°）＝０[Ｖ] ・・・（４）
となり、θ＝３０°の時に３相電機子巻線のＵ相の駆動信号による通電がＯＮとなることが知られている。
【００６４】
また、θ＝２０°で発生する誘起電圧を予め実験によって求めることができ、本実施の形態では、
θ＝２０°の時に、ｆ（２０°）＝−１．５[Ｖ] ・・・（５）
とする。
【００６５】
ここで、（１）式のｆ（θ）とＶＦを入れ換え、符号を変えると、
ｆ（θ）＝ＶＦ−Ｖｃｃ／２・・・（６）
となるため、（６）式から３相電機子巻線にＵ相に発生する端子電圧ＶＦと基準電圧Ｖｃｃ／２の電位差から電気角θを求めることができる。
【００６６】
次に上記第１の実施の形態の作用を説明する。
【００６７】
まず、ブラシレスモータを駆動させる各信号の流れについて説明する。
【００６８】
３相電機子巻線５２の各相には、モータ通電切り替え制御部２２より１２０°方形波通電の駆動信号（図５の駆動信号参照）が出力されると、電気角１２０°の通電オンと電気角６０°の通電オフが繰り返され、回転磁界が発生する。磁石回転子５４は回転磁界からトルクを受けて回転する。
【００６９】
磁石回転子５４が回転していると、３相電機子巻線５２のＵ相の端子には図２で示すように駆動信号による電圧（図２の期間ｔ３参照）、自己誘導の逆起電圧（図２の期間ｔ４、ｔ５参照）、誘起電圧（図２の期間ｔ１、ｔ２参照）が発生している。
【００７０】
回転子位置検出部１６は、３相電機子巻線５２の各相の端子電圧を検出して、３相の回転位置信号（図５の回転位置信号参照）を遅延部２０へ出力する。
【００７１】
遅延部２０は、予め定めた遅延量に後述する調整量信号に基づく調整を行い、３相の回転位置信号に調整した遅延量の遅延を行って３相の通電切替タイミング信号（図５の通電切替タイミング信号参照）をモータ通電切り替え制御部２２へ出力する。
【００７２】
モータ通電切り替え制御部２２は、３相の通電切替タイミング信号の値が変わるタイミングに基づいて磁石回転子５４を回転させる１２０°方形波通電の駆動信号をインバータ部１４へ出力する。
【００７３】
次に、遅延部２０において予め定めた遅延量を調整する処理について説明する。
【００７４】
回転速度検出部２４（図１参照）は回転位置信号のＵ相を検出して磁石回転子５４の回転速度を検出し、回転速度信号を測定タイミング発生部２６と遅延量調整部３４へ出力する。
【００７５】
測定タイミング発生部２６は通電切替タイミング信号のＶ相を検出して、３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦへ切り替わるタイミングを検出する。すなわち、通電切替タイミング信号のＶ相が０から１へ変化するタイミング（図５の矢印ｔ６参照）で駆動信号Ｕ＋による３相電機子巻線５２のＵ相へ通電がＯＦＦとなるため、通電切替タイミング信号のＶ相が０から１へ変化するタイミングを検出する。
【００７６】
測定タイミング発生部２６（図１参照）は３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦへ切り替わってから電機角５０°後のタイミングを回転速度信号に基づく磁石回転子５４の回転速度から算出し、端子電圧検出部２８へ測定タイミング信号を出力する。
【００７７】
端子電圧検出部２８では測定タイミング信号に基づき３相電機子巻線５２のＵ相の通電が切り替わってから電機角５０°後のタイミング（図２の矢印ｔ７参照、θ＝２０°）で３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧ＶＦ１を検出して比較部３２へ端子電圧信号を出力する。
【００７８】
一方、基準電圧発生部３０（図１参照）はインバータ回路１４に発生する電源電圧Ｖｃｃに基づき基準電圧Ｖｃｃ／２を発生させて基準電圧信号を比較部３２へ出力する。
【００７９】
比較部３２は、端子電圧信号と基準電圧信号とに基づき端子電圧ＶＦ１と基準電圧Ｖｃｃ／２との電位差ＶＤを求め比較結果信号として遅延量調整部３４へ出力する。
ＶＤ＝ＶＦ１−Ｖｃｃ／２・・・（７）
遅延量調整部３４では比較結果信号に基づき電位差ＶＤが所定の範囲以内であるかから位相のずれを判別して、遅延部２０で回転位置信号を遅延させる遅延量を調整する。
【００８０】
ここで、比較部３２による比較の結果、電位差ＶＤ＝−１．５[Ｖ]とすると、ブラシレスモータが安定駆動している場合での電気角を（６）式から求めると、予め実験によって求めた（５）式の電圧が等しいため、
ＶＤ＝ＶＦ１−Ｖｃｃ／２＝ｆ（２０°）＝−１．５[Ｖ]・・・（８）
となる。
【００８１】
一方、図２に示されるように端子電圧ＶＦ１はθ＝２０°で３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧ＶＦであるため、ブラシレスモータが安定して駆動している場合の電気角と一致している。よって、電位差ＶＤ＝−１．５[Ｖ]のときはブラシレスモータが安定して駆動していると判断できる。
【００８２】
また、電位差ＶＤ＝０[Ｖ] とすると、ブラシレスモータが安定駆動している場合での電気角を（６）式から求めると、（４）式の電圧が等しいため、
ＶＤ＝ＶＦ１−Ｖｃｃ／２＝ｆ（０°）＝０[Ｖ] ・・・（９）
となる。
【００８３】
端子電圧ＶＦ１はθ＝２０°で３相電機子巻線５２のＵ相に発生しているが、ブラシレスモータが安定して駆動しているとθ＝０°で発生する電位差であるため、安定駆動するブラシレスモータの通電切替タイミングと電気角２０°のずれがあることを検出できる。
【００８４】
遅延量調整部３４では電位差ＶＤによって位相のずれが検出できるため、電位差ＶＤが所定の範囲の−２[Ｖ]以上、かつ−１[Ｖ]以下であるかを判別して遅延量を調整する。例えば、電位差ＶＤ＝−２．５[Ｖ]となり所定の範囲より小さい場合は、遅延量を一定の電気角だけ減らし、電位差ＶＤ＝−０．５[Ｖ]となり所定の範囲より大きい場合は、遅延量を一定の電気角だけ増やす調整を行う。遅延量調整部３４は一定の電気角に相当する調整量を回転速度信号に基づく磁石回転子５４の回転速度から算出し、調整量信号として遅延部２０へ出力する。
【００８５】
遅延部２０では、予め定めた遅延量に調整量信号に基づく調整を行い、３相の回転位置信号に調整した遅延量の遅延を行って３相の通電切替タイミング信号をモータ通電切り替え制御部２２へ出力する。
【００８６】
遅延量調整部３４は電位差ＶＤを検出して遅延量を一定の電気角だけ調整する処理を繰り返すことで電位差ＶＤを所定の範囲以内に収束させることができる。また、所定の範囲を適切に設定することで、ブラシレスモータ５０を安定して駆動させることができる。
【００８７】
このように、第１の実施の形態のブラシレスモータによれば、磁石回転子５４が回転する周期の所定のタイミングで３相電機子巻線５２のＵ相に発生する端子電圧ＶＦと基準電圧Ｖｃｃ／２との電位差に基づき、回転位置信号を遅延させる遅延量を適正に調整できるため、ブラシレスモータ５０を安定して駆動させることができる。
【００８８】
なお、第１の実施の形態では、基準電圧発生部３０において基準電圧Ｖｃｃ／２を電源から常に検出したが、検出した電源電圧を基準電圧発生部３０に保存し、保存した電源電圧に基づき基準電圧Ｖｃｃ／２を発生させてもよい。
【００８９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態の特徴は、磁石回転子５４が回転する周期で２回、３相電機子巻線５２に発生する端子電圧ＶＦを検出し、検出した２回の端子電圧ＶＦの平均を基準電圧とする点にある。
【００９０】
図６は第２の実施の形態のブラシレスモータ５０及びブラシレスモータ駆動装置１０の概略構成図である。なお、同一符号の個所は第１の実施の形態と同様の構成であるため、説明を省略し、異なる部分については符号Ａを付して説明をする。
【００９１】
測定タイミング発生部２６Ａは、３相の通電切替タイミング信号のＶ相の信号が０から１、１から０へ変わるタイミング（図５の矢印ｔ６、ｔ８参照）から駆動信号Ｕ＋、Ｕ−がＯＦＦとなるタイミングを検出し、駆動信号Ｕ＋、Ｕ−がＯＦＦとなってから電気角５０°後のタイミングを測定タイミング信号として出力する。よって、磁石回転子５４が回転する周期毎に２回、測定タイミング信号が出力される。
【００９２】
端子電圧検出部２８Ａは、測定タイミング信号に基づき、３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなり電気角５０°後のタイミングで３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧ＶＦを磁石回転子５４が回転する周期毎に２回検出して、端子電圧信号を基準電圧発生部３０Ａと比較部３２へ出力する。
【００９３】
基準電圧発生部３０Ａは、磁石回転子５４が回転する周期毎に２回検出された３相電機子巻線５２のＵ相の端子電圧ＶＦを平均して基準電圧Ｖｃｃ／２を発生させて基準電圧信号を比較部３２へ出力する。
【００９４】
次に上記第２の実施の形態の作用を説明する。
【００９５】
測定タイミング発生部２６Ａは、通電切替タイミング信号のＶ相が０から１、１から０へ変化するタイミング（図５の矢印ｔ６、ｔ８参照）で駆動信号Ｕ＋、Ｕ−による３相電機子巻線５２のＵ相へ通電がＯＦＦとなるため、通電切替タイミング信号のＶ相が０から１、１から０へ変化してから電機角５０°後のタイミングを回転速度信号に基づく磁石回転子５４の回転速度から算出し、端子電圧検出部２８へ測定タイミング信号を出力する。
【００９６】
端子電圧検出部２８では測定タイミング信号に基づき３相電機子巻線５２のＵ相の通電がＯＦＦとなってから電機角５０°後のタイミング（図２の矢印ｔ７、θ＝２０°、矢印ｔ９、θ＝２００°参照）で３相電機子巻線５２のＵ相に発生している端子電圧ＶＦ１、ＶＦ２を検出して基準電圧発生部３０Ａと比較部３２へ端子電圧信号を出力する。
【００９７】
基準電圧発生部３０Ａは端子電圧信号に基づき端子電圧ＶＦ１、ＶＦ２を平均して基準電圧Ｖｃｃ／２を発生させる。これは、端子電圧ＶＦ１、ＶＦ２を（６）式の関係で表すと
ｆ（２０°）＝ＶＦ１−Ｖｃｃ／２・・・（１０）
ｆ（２００°）＝ＶＦ２−Ｖｃｃ／２・・・（１１）
となり、端子電圧ＶＦ１、ＶＦ２とは図２に示されるように電気角１８０°の位相があるため、（２）式の関係から
ｆ（２０°）＝−ｆ（２００°）・・・（１２）
となる。よって、（１２）式の両辺に（１０）（１１）式を代入することにより
Ｖｃｃ／２＝（ＶＦ１＋ＶＦ２）／２・・・（１３）
となり、基準電圧Ｖｃｃ／２を求めることができる。
【００９８】
基準電圧発生部３０Ａは端子電圧信号に基づき端子電圧ＶＦ１、ＶＦ２を平均することでインバータ回路１４に発生する電源電圧Ｖｃｃを検出することなく基準電圧Ｖｃｃ／２を算出することができる。算出した基準電圧Ｖｃｃ／２を基準電圧信号として比較部３２へ出力することにより第１の実施の形態と同様の調整処理を行うことができる。
【００９９】
このように、第２の実施の形態のブラシレスモータによれば、３相電機子巻線５２のＵ相に発生する端子電圧ＶＦを磁石回転子５４が回転する周期毎に電気角１８０°位相の異なるタイミングで２回ずつ検出して平均することにより、基準電圧Ｖｃｃ／２を求めることができる。
【０１００】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態の特徴は、遅延量マップ３６Ｂが追加され、遅延部２０Ｂが磁石回転子５４の回転速度に応じて遅延量マップ３６Ｂから遅延量を選択する点にある。
【０１０１】
図７は第３の実施の形態のブラシレスモータ５０及びブラシレスモータ駆動装置１０の概略構成図である。なお、同一符号の個所は第２の実施の形態と同様の構成であるため、
説明を省略し、異なる部分については符号Ｂを付して説明をする。
【０１０２】
遅延量マップ３６Ｂは磁石回転子５４の回転速度に応じた遅延量を図示しない不揮発性メモリに予め保存している。
【０１０３】
回転速度検出部２４Ｂは、３相の回転位置信号のＵ相から磁石回転子５４の回転速度を検出して回転速度信号を遅延部２０Ｂ、測定タイミング発生部２６Ａ及び遅延量調整部３４へ出力する。
【０１０４】
遅延部２０Ｂは、回転速度信号による磁石回転子５４の回転速度に基づき遅延量マップ３６Ｂから磁石回転子５４の回転速度に応じた遅延量を選択する。また選択した遅延量に第１の実施の形態で説明した調整を行い、３相の回転位置信号へ調整した遅延量の遅延を行って通電切替タイミング信号を出力する。
【０１０５】
次に上記第３の実施の形態の作用を説明する。
【０１０６】
回転速度検出部２４Ｂは、３相の回転位置信号のＵ相から磁石回転子５４の回転速度を検出して回転速度信号を遅延部３６Ｂ、測定タイミング発生部２６及び遅延量調整部３４へ出力する。
【０１０７】
遅延部２０Ｂは、回転速度信号に基づき遅延量マップ３６Ｂから磁石回転子５４の回転速度に応じた遅延量を選択する。また、選択した遅延量に第１の実施の形態で説明した調整を行い、３相の回転位置信号に調整した遅延量の遅延を行って３相の通電切替タイミング信号をモータ通電切り替え制御部２２へ出力する。
【０１０８】
モータ通電切り替え制御部２２は３相の通電切替タイミング信号を受けると第１の実施の形態と同様に１２０°方形波通電の駆動信号を出力し、ブラシレスモータ５０は駆動信号に基づき通電されて駆動する。
【０１０９】
遅延部２０Ｂでは、磁石回転子５４の回転速度に応じた遅延量を遅延量マップ３６Ｂから選択するが、遅延量マップ３６Ｂを磁石回転子５４の回転速度に応じて詳細に設定しなくても、選択した遅延量が適時調整されるため、ブラシレスモータ５０を安定して駆動させることができる。
【０１１０】
このように、第３の実施の形態のブラシレスモータによれば、ブラシレスモータ５０が遅延量を磁石回転子５４の回転速度に応じて遅延量マップ３６Ｂから選択する場合においても、遅延量マップ３６Ｂから選択した遅延量を調整することにより、遅延量マップ３６Ｂの設定を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】第１の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】第１の実施の形態に係る３相電機子巻線Ｕ相に発生する電圧波形図である。
【図３】第１の実施の形態に係る図２のｔ１期間で３相電機子巻線５２に発生する電圧を示す概略図である。
【図４】第１の実施の形態に係る図２のｔ２期間で３相電機子巻線５２に発生する電圧を示す概略図である。
【図５】第１の実施の形態に係る各信号の波形図である。
【図６】第２の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７】第３の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８】従来の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。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  ブラシレスモータ駆動装置、１４  インバータ部、１６  回転子位置検出部、２０  遅延部、２２  モータ通電切り替え制御部、２４  回転速度検出部、２６  測定タイミング発生部、２８  端子電圧検出部、３０  基準電圧発生部、３２  比較部、３４  遅延量調整部、３６  遅延量マップ、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】
2005160182.tif 000003
【図２】
2005160182.tif 000004
【図３】
2005160182.tif 000005
【図４】
2005160182.tif 000006
【図５】
2005160182.tif 000007
【図６】
2005160182.tif 000008
【図７】
2005160182.tif 000009
【図８】
2005160182.tif 000010