(57)【要約】ロータと、ロータを回転させるために磁界を発生する複数相のコイルとからなるモータをＰＷＭスイッチング動作を用いて駆動するモータ駆動装置であって、各コイルへの電流供給経路の開閉スイッチとして動作する複数のトランジスタと、各コイルの端子電圧に基づいてロータの回転上の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結果に基づいて、ロータを所定速度で回転させるために、前記トランジスタにオン状態とオフ状態との切替えに係るスイッチング動作を行わせるスイッチング制御手段とを備え、前記スイッチング制御手段は更に、各トランジスタについて所定の周期で当該トランジスタを所定期間強制的にオフ状態にするよう制御し、前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段がトランジスタを強制的にオフ状態にしている期間内に前記位置の検出を行う。
2004042912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、ロータを回転させるために磁界を発生する複数相のコイルとからなるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
各コイルへの電流供給経路の開閉スイッチとして動作する複数のトランジスタと、
各コイルの端子電圧に基づいてロータの回転上の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づいて、ロータを所定速度で回転させるために、前記トランジスタにオン状態とオフ状態との切替えに係るスイッチング動作を行わせるスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は更に、各トランジスタについて所定の周期で当該トランジスタを所定期間強制的にオフ状態にするよう制御し、
前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段がトランジスタを強制的にオフ状態にしている期間内にのみ前記位置の検出を行う
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ロータは、永久磁石を有し、
前記各コイルはステータに配置されており、
前記モータ駆動装置は更に、電力供給源となる直流電源手段を備え、
前記複数のトランジスタは、前記直流電源手段の一方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群と、前記直流電源手段の他方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群とからなり、
前記スイッチング制御手段は、前記強制的なオフ状態への制御を、少なくとも一方の前記トランジスタ群の各トランジスタを対象として行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から所定時間においては前記位置の検出を抑止し、
前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記所定時間より長い
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記モータ駆動装置は更に、前記ロータの回転速度が所定速度以上であるか否かを判定する回転速度判定手段を備え、
前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には、少なくともトランジスタがオン状態にされている期間において前記位置の検出を行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記スイッチング制御手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には前記強制的なオフ状態への制御を抑止する
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上でないと判定された場合に、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から第１時間においては前記位置の検出を抑止し、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合に、トランジスタがオフ状態からオン状態に変化した時点から第２時間においては前記位置の検出を抑止し、
前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記第１時間より長い
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記回転速度判定手段は、前記位置検出手段による位置の検出結果に基づいて前記判定を行う
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記スイッチング制御手段は、所定のトランジスタを一定周期毎にオン状態にさせ、当該オン状態にさせる直前に特定時間だけオフ状態にする
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする前記所定の周期は、１／２００００秒以下である
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記位置検出手段は、前記各コイルの端子電圧と、前記全コイルの中点電圧又は前記各コイルの端子電圧から擬似的に構成した中点電圧とを比較することにより、ロータの前記位置を検出する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする制御を行う期間は前記各コイルの駆動電流が０となる区間を含む期間であり、
前記位置検出手段は、前記区間において前記位置の検出を行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）センサレス駆動を行うモータ駆動装置に関する。
【背景技術】  以下、従来のモータ駆動装置について説明する。
図１４は、従来のモータ駆動装置の構成を示す。
同図において、ロータ１０１０は、永久磁石による界磁部を有し、コイル１０１１、１０１２、１０１３との相互作用により回転力を発生する。電力供給器１０２０は、３個の上側パワートランジスタ及び３個の下側パワートランジスタを含んで構成され、コイル１０１１、１０１２、１０１３への電力供給を行う。位置検出器１０３０は、コイル１０１１、１０１２、１０１３の一端の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３それぞれと共通電圧Ｖｃとを比較し、比較結果に応じて検出パルス信号ＦＧを出力する。指令器１０４０は、ロータ１０１０を速度制御する速度指令信号ＥＣを出力する。この信号ＥＣに応じて、スイッチング制御器１０５０は、電力供給器１０２０の上側パワートランジスタをＰＷＭ動作させるためのＰＷＭ信号Ｗｐを出力する。通電制御器１０６０は、検出パルス信号ＦＧとＰＷＭ信号Ｗｐとに応じて、コイル１０１１、１０１２、１０１３を通電制御するための上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３と下側通電制御信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を出力する。これにより電力供給器１０２０は、コイル１０１１、１０１２、１０１３に電力供給を行い、モータのＰＷＭセンサレス駆動を行う。
また、特開２００１−３４６３９４号公報（第１８−３１頁、段落番号００５１）に示すように、位置検出の遅れによる加速回転動作の不安定をなくすために、位置検出を安定に行わせる構成としているものもある。
これら従来のモータ駆動装置においては、起動失敗を引き起こしやすいことが問題となっている。起動初期は、ロータ１０１０の位置が不定であり、回転速度が遅いためコイル１０１１、１０１２、１０１３に誘起される逆起電圧が小さい。このためコイル１０１１、１０１２、１０１３の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及び共通電圧Ｖｃとの比較結果に基づいて位置を検出する位置検出器１０３０が、検出を誤るからである。
特に、モータをＰＷＭ駆動させる場合、ＰＷＭ動作特有の誘導ノイズが検出相の端子電圧に重畳されるので、その影響により位置検出器１０３０はますます誤検出を起こす確率が高い。
この問題の対処する別の従来技術として、起動時に特定相にロータを引きつけてロータの位置固定を行って起動させる方法もあるが、位置固定に要する時間が長くなるため、起動時間が長くなるという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みたもので、ＰＷＭセンサレス駆動において、ＰＷＭ動作特有の誘導ノイズの影響を考慮し、安定したＰＷＭセンサレス起動が可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動装置は、ロータと、ロータを回転させるために磁界を発生する複数相のコイルとからなるモータを駆動するモータ駆動装置であって、各コイルへの電流供給経路の開閉スイッチとして動作する複数のトランジスタと、各コイルの端子電圧に基づいてロータの回転上の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段による検出結果に基づいて、ロータを所定速度で回転させるために、前記トランジスタにオン状態とオフ状態との切替えに係るスイッチング動作を行わせるスイッチング制御手段とを備え、前記スイッチング制御手段は更に、各トランジスタについて所定の周期で当該トランジスタを所定期間強制的にオフ状態にするよう制御し、前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段がトランジスタを強制的にオフ状態にしている期間内にのみ前記位置の検出を行うことをを特徴とする。
この構成によれば、スイッチング制御手段がトランジスタを強制的にオフ状態にしている期間内にのみロータの位置の検出が行われる。この期間内においては、ＰＷＭ動作特有の誘導ノイズによる位置の誤検出を防ぐことができ、その結果、誤検出による起動の失敗を防ぐことができる。つまり、安定したＰＷＭセンサレス起動が可能となる。
特に、トランジスタのオン状態とオフ状態との切替えを高周波スイッチング動作させて、モータをＰＷＭ駆動させる場合、ＰＷＭ動作による電流変化で生じた誘導ノイズが、位置検出対象のコイルの端子電圧に重畳される。この誘導ノイズが重畳された端子電圧を用いて位置検出が行われた場合には、誤検出が生じやすくなるので、本発明は、ＰＷＭ動作の強制オフ区間で位置検出を行う構成としている。
また本発明は前記ロータは、永久磁石を有し、前記各コイルはステータに配置されており、前記モータ駆動装置は更に、電力供給源となる直流電源手段を備え、前記複数のトランジスタは、前記直流電源手段の一方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群と、前記直流電源手段の他方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群とからなり、前記スイッチング制御手段は、前記強制的なオフ状態への制御を、少なくとも一方の前記トランジスタ群の各トランジスタを対象として行うことを特徴としてもよい。
この構成によれば、前記スイッチング制御手段は、少なくとも一方の前記トランジスタ群を対象として当該制御を行えばよいので、両方の前記トランジスタ群を対象とする必要がない分、回路を簡略化することもできる。
また本発明は前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から所定時間においては前記位置の検出を抑止し、前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記所定時間より長いことを特徴としてもよい。
この構成によれば、前記所定期間に生じるリンギングによる検出への悪影響を回避することができる。
また本発明は前記モータ駆動装置は更に、前記ロータの回転速度が所定速度以上であるか否かを判定する回転速度判定手段を備え、前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には、少なくともトランジスタがオン状態にされている期間において前記位置の検出を行うことを特徴としてもよい。
この構成によれば、回転速度が所定速度以上の場合、ＰＷＭ動作による電流変化に伴う誘導ノイズによる影響は小さくなるので、より安定した位置検出ができる。
また本発明は前記スイッチング制御手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には前記強制的なオフ状態への制御を抑止する
ことを特徴としてもよい。
この構成により、回転速度が所定速度未満の、つまり起動初期の誤検出が発生しやすい速度の間は強制オフを行うことにより誤検出を防ぐことができる。一方、回転速度が所定速度以上になると、所定速度未満の場合と比べて誤検出は生じにくい。また所定速度以上の回転速度では、広い区間の強制オフによって駆動電流の乱れて回転が不安定になりやすいことが問題となる。従って、回転速度が所定速度以上に達すると、強制オフを抑止することで、駆動電流の乱れを抑え、安定した回転となるようにしている。
また本発明は前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上でないと判定された場合に、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から第１時間においては前記位置の検出を抑止し、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合に、トランジスタがオフ状態からオン状態に変化した時点から第２時間においては前記位置の検出を抑止し、前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記第１時間より長いことを特徴としてもよい。
この構成により、回転速度が所定速度未満の場合において、強制オフによってトランジスタがオン状態からオフ状態に変化した時点から最初の第１時間においては位置検出を抑止することで、その期間に起こり得るリンギングによる悪影響を回避することができる。また回転速度が所定速度以上の場合には、トランジスタがオフ状態からオン状態に変化した時点から最初の第２時間においては位置検出を抑止することで、その期間に起こり得るリンギングによる悪影響を回避することができる。
また本発明は前記回転速度判定手段は、前記位置検出手段による位置の検出結果に基づいて前記判定を行うことを特徴としてもよい。
この構成により、回転速度判定手段は、速度判定用の機構を特別に設ける必要なく、位置検出手段の検出結果を利用して判定を行うことができるので、回路を簡略化することができる。
また本発明は前記スイッチング制御手段は、所定のトランジスタを一定周期毎にオン状態にさせ、当該オン状態にさせる直前に特定時間だけオフ状態にすることを特徴としてもよい。
また本発明は前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする前記所定の周期は、１／２００００秒以下であることを特徴としてもよい。
また本発明は前記位置検出手段は、前記各コイルの端子電圧と、前記全コイルの中点電圧又は前記各コイルの端子電圧から擬似的に構成した中点電圧とを比較することにより、ロータの前記位置を検出することを特徴としてもよい。
また本発明は前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする制御を行う期間は前記各コイルの駆動電流が０となる区間を含む期間であり、前記位置検出手段は、前記区間において前記位置の検出を行うことを特徴としてもよい。
【図面の簡単な説明】  図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成を示す。
図２は、位置検出器３０の具体的な構成を示す。
図３は、スイッチング動作器５０の具体的な構成を示す。
図４は、スイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す
図５は、実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成を示す。
図６は、位置検出器３０Ａの具体的な構成を示す。
図７は、実施の形態３のモータ駆動装置の構成を示す。
図８は、スイッチング動作器５０の具体的な構成を示す。
図９は、第１の位置検出モードにおけるスイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す。
図１０は、第２の位置検出モードにおけるスイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す。
図１１は、実施の形態４のモータ駆動装置の構成を示す。
図１２は、スイッチング制御器５２Ａの具体的な構成を示す。
図１３は、スイッチング制御器５２Ａの各信号波形の関係を示す。
図１４は、従来のモータ駆動装置の構成を示す。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成を示す。
同図において、ロータ１０は、永久磁石の発生磁束により複数極の界磁磁束を発生する界磁部が取り付けられ、３相コイル１１、１２、１３は固定体であるステータに配置され、ロータ１０との相対関係に対して電気的に１２０度相当ずらされて配置されている。各コイルの一端は電力供給器２０に接続され、他方は共通接続されている。３相コイル１１、１２、１３は３相の駆動電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３により３相磁束を発生し、ロータ１０との相互作用によって駆動力を発生し、ロータ１０及びロータ１０に取りつけられたディスク１が回転する。
電力供給源である直流電源５は負極端子側をアース電位に接続され、正極端子側に所要の直流電圧Ｖｍを供給している。直流電源５の正極端子側には電流検出器５１を介して３個の上側パワートランジスタ２１、２２、２３の電流流入端子側が共通接続され、上側パワートランジスタ２１、２２、２３の電流流出端子側にはそれぞれ３相コイル１１、１２、１３の電力供給端子側が接続されている。また、直流電源５の負極端子側には３個の下側パワートランジスタ２５，２６，２７の電流流出端子側が共通接続され、下側パワートランジスタ２５，２６，２７の電流流入端子側はそれぞれ３相コイル１１、１２、１３の電力供給端子側が接続されている。さらに、上側パワートランジスタ２１、２２、２３には上側パワーダイオード２１ｄ、２２ｄ、２３ｄがそれぞれ逆並列接続され、下側パワートランジスタ２５、２６、２７には下側パワーダイオード２５ｄ、２６ｄ、２７ｄがそれぞれ逆並列接続されている。なお、上側パワートランジスタ２１、２２、２３及び下側パワートランジスタ２５、２６、２７はＮチャンネル電界効果型パワートランジスタを使用し、各Ｎチャンネル電界効果型パワートランジスタに逆並列接続されて形成された寄生ダイオードをそれぞれ上側パワーダイオード２１ｄ、２２ｄ、２３ｄ及び下側パワーダイオード２５ｄ、２６ｄ、２７ｄとして使用している。
電力供給器２０は、上側パワートランジスタ２１、２２、２３及び下側パワートランジスタ２５、２６、２７ならびに上側パワーダイオード２１ｄ、２２ｄ、２３ｄ及び下側パワーダイオード２５ｄ、２６ｄ、２７ｄで構成される。上側パワートランジスタ２１、２２、２３は、通電制御器６０の上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に応じて直流電源５の正極端子側と３相コイル１１、１２、１３の電力供給端子間の電力供給路を開閉動作し、３相コイル１１、１２、１３への駆動電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の正極側電流を供給する電流路を形成する。上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、スイッチング制御器５２のＰＷＭ信号Ｗｐにより各通電区間においてディジタル的なＰＷＭ信号になっている。つまり、上側パワートランジスタ２１、２２、２３は高周波スイッチング動作を行う。下側パワートランジスタ２５、２６、２７は、通電制御器６０の下側通電制御信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に応じて直流電源５の負極端子側と３相コイル１１、１２、１３の電力供給端子間の電力供給路を開閉動作し、３相コイル１１、１２、１３への駆動電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の負極側電流を供給する供給路を形成する。なお、スイッチング制御器５２の構成及び動作の詳細は後述する。
位置検出器３０はディスク１及びロータ１０の回転位置を検出し、検出結果に対応した検出パルス信号ＦＧを出力する。図２に位置検出器３０の具体的な構成を示す。位置検出器３０は４個の入力抵抗３１、３２、３３、３４と３個の電圧比較回路３５、３６、３７とノイズ除去回路３８と検出回路３９を含んで構成される。３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及び共通接続された中点電圧Ｖｃはそれぞれ入力抵抗３１、３２、３３及び３４を介して電圧比較回路３５、３６、３７に入力される。電圧比較回路３５、３６、３７は端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と中点電圧Ｖｃを直接比較し、比較結果に応じた電圧比較信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を出力する。ノイズ除去回路３８は電圧比較回路３５、３６、３７の電圧比較信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に含まれる高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズのノイズ除去を行い、ノイズ除去後の電圧比較信号Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒ、Ｃ３Ｒを出力する。なお、ノイズ除去にはスイッチング制御器５２のマスク信号Ｗｍを用いる。マスク信号Ｗｍについては後述する。次に、検出回路３９はノイズ除去回路３８のノイズ除去後電圧比較信号Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒ、Ｃ３Ｒと通電制御器６０の検出ウィンドウ信号ＷＩＮ１〜６を用い、ディスク１及びロータ１０の位置検出を行い、検出結果に対応した検出パルス信号ＦＧを出力する。検出パルス信号ＦＧは指令器４０と通電制御器６０に入力される。
ここで、検出ウィンドウＷＩＮ１〜６について説明する。検出ウィンドウ信号ＷＩＮ１〜６は通電制御器６０の出力信号であり、それぞれ非通電相における３相コイル１１、１２、１３に誘起される逆起電圧の立ち上がり及び立ち下りゼロクロスの検出用ウィンドウに対応している。例えば、検出ウィンドウ信号ＷＩＮ１はコイル１１の逆起電圧の立ち上がりゼロクロス検出用ウィンドウで、検出ウィンドウ信号ＷＩＮ２はコイル１３の逆起電圧の立ち下りゼロクロス検出用ウィンドウとなる。このように検出ウィンドウ信号ＷＩＮ１〜６は電気角で６０度ずつ位相がずれた信号となる。
指令器４０はディスク１及びロータ１０の回転速度を所定速度に速度制御する速度制御回路を含んで構成され、位置検出器３０の検出パルス信号ＦＧによりディスク１及びロータ１０の回転速度を検出し、目標回転速度との差に応動した速度指令信号Ａｃを出力する。
スイッチング動作器５０は電流検出器５１とスイッチング制御器５２と強制オフ信号作成器５３を含んで構成される。図３にスイッチング動作器５０の具体的な構成を示す。電流検出器５１は電流検出抵抗１１０を含んで構成され、直流電源５の正極端子側から上側パワートランジスタ２１、２２、２３を介して３相コイル１１、１２、１３に供給する通電電流または供給電流に比例した電流検出信号Ａｄを出力する。
強制オフ信号作成器５３は一定周期Ｔｏ毎にＬレベルとなる強制オフ信号Ｗｏを出力し、スイッチング制御器５２に入力する。スイッチング制御器５２は、電流検出器５１の電流検出信号Ａｄと指令器４０の速度指令信号Ａｃの比較を行い、比較結果に応じたＰＷＭリセット信号Ｐｒを出力し、それに応じてＰＷＭ信号Ｗｐとマスク信号Ｗｍを出力する。ＰＷＭ信号Ｗｐは通電制御器６０に入力され、マスク信号Ｗｍは位置検出器３０のノイズ除去回路３８に入力される。ＰＷＭ信号Ｗｐは電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３を高周波スイッチング動作（ＰＷＭ動作）させる信号となる。
なお、本実施の形態１のモータ駆動装置は電流検出器５１を直流電源５の負極端子側と下側パワートランジスタ２５、２６、２７との間に構成しても同様である。
スイッチング制御器５２は比較回路１１１と基準トリガ発生回路１１２とＰＷＭ信号作成回路１１３と論理積ゲート１１５とマスク信号作成回路１１６を含んで構成される。比較回路１１１は電流検出器５１の電流検出信号Ａｄと指令器４０の速度指令信号Ａｃとの比較を行い、比較結果に応動したＰＷＭリセット信号Ｐｒを出力する。具体的には、電流検出信号Ａｄが速度指令信号Ａｃよりも大きくなるとＰＷＭリセット信号はＬレベルからＨレベルに状態変化する。基準トリガ発生回路１１２は一定周期Ｔｐで基準トリガ信号Ｐｓを出力する回路である。具体的に１／Ｔｐは２０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの値である。ＰＷＭ信号作成回路１１３は比較回路１１１のＰＷＭリセット信号Ｐｒと基準トリガ発生回路１１２の基準トリガ信号Ｐｓにより基本ＰＷＭ信号Ｗｂを出力する。図４に基準トリガ信号ＰｓとＰＷＭリセット信号Ｐｒと基本ＰＷＭ信号Ｗｂとの関係を示す。基本ＰＷＭ信号Ｗｂは一定周期Ｔｐの基準トリガ信号Ｐｓの立ち上がりエッジでＨレベルに状態変化し、ＰＷＭリセット信号Ｐｒの立ち上がりエッジによってＬレベルに状態変化する。このように、基本ＰＷＭ信号Ｗｂは電流検出信号Ａｄと速度指令信号Ａｃの比較結果に応じたＰＷＭ信号となる。つまり、基本ＰＷＭ信号Ｗｂは指令器４０の速度指令信号Ａｃに応動してデューティーを変更するＰＷＭ信号であり、具体的には、目標回転速度に対してディスク１及びロータ１０の実回転速度が遅い場合、指令器４０の速度指令信号Ａｃは大きくなり、基本ＰＷＭ信号Ｗｂのオンデューディーも大きくなる。また、逆に目標回転速度に対してディスク１及びロータ１０の実回転速度が速い場合、指令器４０の速度指令信号Ａｃは小さくなり、基本ＰＷＭ信号Ｗｂのオンデューティーも小さくなる。また、目標回転速度とディスク１及びロータ１０の実回転速度がほぼ等しい場合、指令器４０の速度指令信号Ａｃは目標回転速度に対応した値となり、基本ＰＷＭ信号Ｗｂのオンデューディーもほぼ目標回転速度に対応した値となる。
以上のように、位置検出器３０の検出パルス信号ＦＧからディスク１およびＢロータ１０の回転速度を検出し、目標回転速度との差に応動した速度指令信号Ａｃを出力し、それに応動して基本ＰＷＭ信号Ｗｂのオンデューディーを変更させることによりディスク１及びロータ１０の速度制御を行う。
強制オフ信号作成器５３は一定周期Ｔｏ毎に電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３を強制的にオフ動作させる強制オフ信号Ｗｏを出力し、スイッチング制御器５２の論理積ゲート１１５の一方の入力端子に入力する。他方の入力端子にはＰＷＭ信号作成回路１１３の基本ＰＷＭ信号Ｗｂが入力され、論理積ゲート１１５は論理積合成を行いＰＷＭ信号Ｗｐを出力する。図４にスイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す。このＰＷＭ信号Ｗｐにより電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３は高周波スイッチング動作を行う。つまり、基本ＰＷＭ信号Ｗｂによる高周波スイッチング動作に加え、強制オフ信号Ｗｏにより一定周期Ｔｏ毎に強制的に強制オフ動作を行う。このとき、強制オフ動作により一定周期Ｔｏ毎に必ず電流を切るため、強制オフ信号Ｗｏの繰り返し周波数１／Ｔｏが可聴周波数領域内にあると騒音が問題となる。そのため、強制オフ信号Ｗｏの繰り返し周波数１／Ｔｏは可聴周波数領域外（２０ｋＨｚ以上）に設定しておくことが望ましい。即ち、Ｔｏは１／２００００秒以下が望ましい。なお、強制オフ信号Ｗｏによる強制オフ動作タイミングは、本実施の形態１のモータ駆動装置のような一定周期Ｔｐに限定されず、任意の周期もしくは任意のタイミングで強制オフ動作を行っても良い。
また、ＰＷＭ信号Ｗｐはマスク信号作成回路１１６にも入力される。マスク信号作成回路１１６は位置検出器３０のノイズ除去回路３８において電圧比較信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に重畳した高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズを除去するためのマスク信号Ｗｍを出力する。マスク信号ＷｍのＨレベル区間が高周波スイッチングノイズをマスクする区間であり、マスク信号ＷｍのＬレベル区間が位置検出可能な区間となる。本実施の形態１のモータ駆動装置は、マスク信号Ｗｍは強制オフ区間以外を全てマスクし、さらに強制オフ後の第１の所定時間Ｔａをマスクする信号としている。したがって、ディスク１及びロータ１０の回転上の位置を検出することが可能な区間は、強制オフ区間Ａから第１の所定時間Ｔａを除いた図４の区間Ｘのみとなる。つまり、強制オフ区間でのみ位置検出を行っている。なお、強制オフ区間Ａは必ず強制オフ後の第１の所定時間Ｔａよりも長い時間（Ａ＞Ｔａ）に設定する必要がある。
通電制御器６０は、位置検出器３０の検出パルス信号ＦＧに応動した上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及び下側通電制御信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を出力し、電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３及び下側パワートランジスタ２５、２６、２７の３相コイル１１、１２、１３への通電制御を行う。上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３にはスイッチング制御器５２のＰＷＭ信号Ｗｐが論理合成される。上側通電制御信号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３（ＰＷＭ信号Ｗｐ）により上側パワートランジスタ２１、２２、２３は高周波スイッチング動作を行い、下側通電制御信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により下側パワートランジスタ２５、２６、２７はフルオン動作を行う。具体的に説明すると、コイル１１からコイル１２への通電制御がなされている場合、上側パワートランジスタ２１が上側通電制御信号Ｎ１により高周波スイッチング動作を行い、下側パワートランジスタ２６が下側通電制御信号Ｍ２によりフルオン動作を行っている。上側パワートランジスタ２１がＰＷＭ信号Ｗｐによりオン動作している時、上側パワートランジスタ２１は直流電源５の正極側端子からコイル１１に正極側電流を供給し、下側パワートランジスタ２６は直流電源５の負極側端子からコイル１２に負極側電流を供給している。次に、ＰＷＭ信号Ｗｐがオフするとコイル１１に流れていた正極側電流はコイルのインダクタンス作用により流れつづけようとするため、同一相の下側パワーダイオード２５ｄによりコイル１１に正極側電流を供給する。このようにしてＰＷＭ動作を行う。また、先にも説明したように通電制御器６０は位置検出器３０の検出パルス信号ＦＧに応動した検出ウィンドウ信号ＷＩＮ１〜６も出力する。
本実施の形態１のモータ駆動装置は、以上のような構成でＰＷＭセンサレス駆動を行う。一般に、モータのセンサレス駆動はディスク１及びロータ１０の回転位置を検出する必要があるため、非通電相区間、つまり、電力供給器２０の同相上下パワートランジスタがオフの区間を設け、その区間でそのコイルに誘起される逆起電圧のゼロクロス検出を行い、モータのセンサレス駆動を行っている。しかし、起動初期はロータ位置が不定であり、回転速度が遅いため、３相コイル１１、１２、１３も誘起される逆起電圧は小さく、位置検出が困難である。そのため、センサレス駆動では起動失敗を起こすことがあり問題であった。特に、モータをＰＷＭ駆動させる場合、ＰＷＭ動作による電流変化に伴う誘導ノイズが検出相の端子電圧に重畳されることがわかった。したがって、ＰＷＭセンサレス起動させる場合、誘導ノイズによる影響で位置を誤検出し、起動失敗を起こすことが生じていた。このように、ＰＷＭ動作には電流変化に伴う誘導ノイズが発生しており、特に起動初期は誘導ノイズが位置検出に及ぼす影響も大きくなる。
ここで誘導ノイズについて説明を行う。誘導ノイズとはＰＷＭ動作による電流変化に伴って発生する電圧である。誘導ノイズを具体的に説明すると、図１の電力供給器２０において、上側パワートランジスタ２１をＰＷＭ動作させ、下側パワートランジスタ２７をフルオン動作させる。この状態はコイル１１からコイル１３への通電であり、検出相はコイル１２となる。通常、モータが回転していない場合は共通接続された中点電圧Ｖｃと検出相（コイル１２）の端子電圧Ｖ２は等しくなり、その差電圧は０となるはずである。しかしながら、ＰＷＭ動作を行わせると、中点電圧Ｖｃに対して検出相の端子電圧Ｖ２にＰＷＭ動作特有の現象である誘導ノイズが重畳される。誘導ノイズはＰＷＭ動作による電流変化に伴い発生する電圧であるが、電流変化量が正の場合と負の場合とではその極性は逆極性になる。また、電流変化量の大きさに対しても誘導ノイズの大きさは変わる。
起動の方法として、起動開始前に特定相にディスク１及びロータ１０を引きつけ、位置の固定を行ってから起動させる方法がある。このように初期位置の固定を行ってから起動させると安定したセンサレス起動が可能であるが、初期位置の固定に要する時間が長くなってしまう。そのため、起動初期は強制同期駆動を行い、その後センサレス駆動に切換える起動を行わせる方法を採用されることが多い。本実施の形態１のモータ駆動装置のように電流検出器５１により３相コイル１１、１２、１３の駆動電流のピーク検出を行う構成では、起動開始の直後のＰＷＭ信号Ｗｐのオンデューディーは大きく、ほぼ１００％である。つまり、ほとんどＰＷＭ動作のオン区間で位置検出を行う状態であり、この場合、検出相の端子電圧にはＰＷＭ動作による正の電流変化に伴う誘導ノイズが重畳され、その影響で位置を誤検出し、起動失敗を起こすことが生じていた。
そこで、本実施の形態１のモータ駆動装置では、ＰＷＭ動作にオフ区間を設けて位置検出を行う構成とした。具体的には、スイッチング動作器５０に強制オフ信号作成器５３を設け、強制オフ信号作成器５３は一定周期Ｔｏ毎に電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３を強制的にオフ動作させる強制オフ信号Ｗｏを出力し、位置検出器３０において強制オフ区間でのみ位置検出を行う。これにより、強制オフ区間でのみ位置検出動作を行うため、ＰＷＭ動作による負の電流変化における位置検出となる。したがって、このときの誘導ノイズは正の電流変化に伴う誘導ノイズに対して逆極性となる。このように構成することで安定したＰＷＭセンサレス起動が可能となる。
なお、強制オフ区間Ａは強制オフ後の第１の所定時間Ｔａより長い時間（Ａ＞Ｔａ）であればどのような時間でもよい。具体的には、３μｓ以上で２０μｓ以下の値にしている。また、誘導ノイズによる影響をさらに小さくしたい場合には、例えば、駆動電流が０になるような長い強制オフ区間Ａを設定し、駆動電流が０の区間で位置検出を行う構成とすれば、駆動電流が０の区間ではＰＷＭ動作による電流変化がないので誘導ノイズが発生しない。つまり、誘導ノイズによる影響を無視することが可能となる。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成を示す。図１のモータ駆動装置では３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と共通接続された中点電圧Ｖｃを位置検出器３０に入力し、位置検出器３０においてディスク１及びロータ１０の回転位置の検出を行っているのに対し、本実施の形態２のモータ駆動装置では、３相コイル１１、１２、１３の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のみを位置検出器３０Ａに入力し、中点電圧Ｖｃを用いずに、位置検出器３０Ａにおいて回転位置の検出を行っている点が異なっている。
図６に位置検出器３０Ａの具体的な構成を示す。３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は入力抵抗３１、３２、３３を介して電圧比較回路３５、３６、３７の一方の入力端子に入力される。電圧比較回路３５、３６、３７の他方の入力端子には、３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３から擬似的に作成した中点電圧Ｖｃｉが入力される。擬似中点電圧Ｖｃｉは端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３にそれぞれ抵抗３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを接続し、それらの一端を共通接続することにより作成する。電圧比較回路３５、３６、３７は３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３と擬似中点電圧Ｖｃｉの直接比較を行う。電圧比較回路３５、３６、３７以降の回路構成は実施の形態１の位置検出器３０と同じであり、このように３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のみを用いて回転位置検出を行う。
以上のように構成することにより、位置検出器３０Ａの入力は３相コイル１１、１２、１３の一端に生じる端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の３個でよく、実施の形態１のモータ駆動装置と比較して、入力を１個削減できる。つまり、モータの中点電圧から位置検出器３０Ａへの配線１本と入力端子を１個削減できる。
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３のモータ駆動装置の構成を示す。
同図の構成は、図１の構成に対して回転速度判定器７０を追加している点が異なっている。
位置検出器３０の検出パルス信号ＦＧは回転速度判定器７０に入力され、回転速度判定器７０は、位置検出パルス信号ＦＧを用いてディスク１及びロータ１０の回転速度判定を行い、ディスク１及びロータ１０の回転速度が所定の回転速度以上になるとＨレベルとなる回転速度判定信号ＮＳを出力する。なお、ディスク１及びロータ１０の回転速度判定は位置検出パルス信号ＦＧを用いて判定を行う構成に限定されず、その他の構成で回転速度の判定を行ってもよい。
図８にスイッチング動作器５０の具体的な構成を示す。基本的な構成は実施の形態１のモータ駆動装置と同じである。回転速度判定信号ＮＳは強制オフ信号作成器５３及びスイッチング制御器５２のマスク信号作成回路１１６に入力される。ここで回転速度判定信号ＮＳがＬレベル、つまり、ディスク１及びロータ１０の回転速度が起動開始から所定の回転速度に達するまでの期間における位置検出を第１の位置検出モードとし、回転速度判定信号がＨレベル、つまり、ディスク１及びロータ１０の回転速度が所定の回転速度以上における位置検出を第２の位置検出モードとする。
図９に第１の位置検出モードにおけるスイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す。第１の位置検出モードでは、強制オフ信号作成器５３は強制オフ信号Ｗｏを出力する。したがって、ＰＷＭ信号Ｗｐは基本ＰＷＭ信号Ｗｂと強制オフ信号Ｗｏの論理積出力となる。このＰＷＭ信号Ｗｐにより、電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３は強制オフ動作を含むＰＷＭ動作を行う。一方、マスク信号作成器１１６は強制オフ区間以外を全てマスクし、さらに強制オフ後の第１の所定時間Ｔａをマスクするマスク信号Ｗｍを出力する（実施形態１と同様）。つまり、第１の位置検出モードでは強制オフ区間Ａから第１の所定時間Ｔａを除いた区間Ｘにおいてのみ位置検出が可能となる。なお、強制オフ区間Ａは第１の所定時間Ｔａに対し、Ａ＞Ｔａであればよい。
次に、図１０に第２の位置検出モードにおけるスイッチング制御器５２の各信号波形の関係を示す。第２の位置検出モードでは、強制オフ信号作成器５３はＨレベルを出力する。したがって、ＰＷＭ信号Ｗｐは基本ＰＷＭ信号Ｗｂと強制オフ信号Ｗｏ（Ｈレベル）の論理積出力なので、ＰＷＭ信号Ｗｐは基本ＰＷＭ信号Ｗｂとなる。このＰＷＭ信号Ｗｐにより、電力供給器２０の上側パワートランジスタ２１、２２、２３はＰＷＭ動作を行う。一方、マスク信号作成器１１６はＰＷＭ信号Ｗｐに対し、ＰＷＭ動作のオフ区間中におけるオフ区間に移行直後の第１の所定時間Ｔａを除いた区間Ｘ、及びＰＷＭ動作のオン区間中におけるオン区間に移行直後の第２の所定時間Ｔｂを除いた区間Ｙにおいて位置検出が可能となる。
以上のように、起動開始から所定の回転速度に達するまで強制オフ区間でのみ位置検出動作を行う第１の位置検出モードでは安定したＰＷＭセンサレス起動が可能である。しかしながら、広いオフ区間を設定しているため、駆動電流が乱れ、不安定になりやすい。したがって、本実施の形態３のモータ駆動装置では、所定の回転速度以上で強制オフ信号Ｗｏの出力をＨレベルとし、強制オフ動作を禁止することにより駆動電流の乱れを抑え、また、ＰＷＭ動作のオン側及びオフ側で位置検出可能なマスク信号Ｗｍを出力する第２の位置検出モードを用い、ディスク１及びロータ１０の回転速度に応動して第１の位置検出モードと第２の位置検出モードとを切替えて位置検出を行う構成としている。
以上の構成により、回転速度判定器７０の出力信号である回転速度判定信号ＮＳにより第１の位置検出モードと第２の位置検出モードを切替えて位置検出を行う。起動開始から所定の回転速度に達するまで強制オフ区間でのみ位置検出を行うため、安定したＰＷＭセンサレス起動が可能で、かつ、所定の回転速度以上で強制オフ動作を禁止し、ＰＷＭ動作のオン区間またはオフ区間で位置検出を行うため、定常時も安定した動作が可能となる。
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４のモータ駆動装置の構成を示す。
同図の構成は、図１の構成に対して、スイッチング動作器５０のスイッチング制御器５２Ａが異なっている。
図１２は、スイッチング制御器５２Ａの具体的な構成を示す。図１のスイッチング制御器５２と異なる点は、所定時間オフ信号作成回路１１７が追加され、論理積ゲート１１５が３入力になった点である。
図１３にスイッチング制御器５２Ａの各信号波形の関係を示す。所定時間オフ信号作成回路１１７は基準トリガ発生回路１１２の基準トリガ信号Ｐｓに同期し、一定周期Ｔｐの基準トリガ信号Ｐｓのオンタイミング直前に所定時間Ｔｆだけオフさせる所定時間オフ信号Ｗｆを出力する。論理積ゲート１１５はＰＷＭ信号作成回路１１３の基本ＰＷＭ信号Ｗｂと強制オフ信号作成器５３の強制オフ信号Ｗｏと所定時間オフ信号作成回路１１７の所定時間オフ信号Ｗｆの論理積合成を行い、ＰＷＭ信号Ｗｐとして出力する。その他の構成は実施の形態１のモータ駆動装置と同じである。
本発明のようなモータ駆動装置のＰＷＭ制御では、基準トリガ信号ＰｓによりＰＷＭ動作を開始し、ピーク値の検出によりＰＷＭ動作を完了するという一連の動作を、基準トリガ信号Ｐｓ毎に行っている。このような駆動装置では、駆動する負荷（例えばディスク）の回転変動により、駆動電流が変動することになり、ある周期のＰＷＭ動作を完了する前に次の周期のＰＷＭ動作を開始するという現象、いわゆるスイッチング抜け現象、という誤動作を起し易い傾向を持つ。
以上のように構成することにより、強制オフ区間以外では必ず一定周期Ｔｐ毎にＰＷＭ動作を行って、スイッチング抜け現象を防ぐことができ、駆動電流の乱れを少なくできる。つまり、安定した動作が可能となる。
【産業上の利用可能性】  光ディスク装置や磁気ディスク装置等のモータ駆動機構として用いることが可能である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月7日(2004.5.7)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）ロータを回転させるために磁界を発生する複数相のコイルからなるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
各コイルへの電流供給経路の開閉スイッチとして動作する複数のトランジスタと、
各コイルの端子電圧に基づいてロータの回転上の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段による検出結果に基づいて、前記複数相のコイルへの通電を制御する通電制御手段と、
ロータを所定速度で回転させるために、前記複数のトランジスタにオン状態とオフ状態との切替えに係る高周波スイッチング動作を行わせるスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は更に、所定の周期で前記複数のトランジスタを所定期間強制的にオフ状態にするよう制御し、
前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段が前記複数のトランジスタを強制的にオフ状態にしている期間内にのみ前記位置の検出を行う
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
（補正後）前記モータ駆動装置は更に、電力供給源となる直流電源手段を備え、
前記複数のトランジスタは、前記直流電源手段の一方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群と、前記直流電源手段の他方の端子側から前記各コイルの一端への電流供給経路の開閉スイッチとして動作するトランジスタ群とからなり、
前記スイッチング制御手段は、前記強制的なオフ状態への制御を、少なくとも一方の前記トランジスタ群の各トランジスタを対象として行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記位置検出手段は、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から所定時間においては前記位置の検出を抑止し、
前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記所定時間より長い
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
（補正後）前記モータ駆動装置は更に、前記ロータの回転速度が所定速度以上であるか否かを判定する回転速度判定手段を備え、
前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には、少なくとも前記複数のトランジスタがオン状態にされている期間において前記位置の検出を行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記スイッチング制御手段は、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合には前記強制的なオフ状態への制御を抑止する
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
（補正後）前記位置検出手段は、前記回転速度が所定速度以上でないと判定された場合に、前記スイッチング制御手段が前記強制的なオフ状態へ制御を行う際の、オン状態からオフ状態への変化時点から第１時間においては前記位置の検出を抑止し、前記回転速度が所定速度以上であると判定された場合に、前記複数のトランジスタがオフ状態からオン状態に変化した時点から第２時間においては前記位置の検出を抑止し、
前記スイッチング制御手段による強制的なオフ状態への制御に係る前記所定期間は、前記第１時間より長い
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記回転速度判定手段は、前記位置検出手段による位置の検出結果に基づいて前記判定を行う
ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
（補正後）前記スイッチング制御手段は、前記複数のトランジスタを前記高周波スイッチング動作のオン状態にさせ、当該オン状態にさせる直前に、前記強制的にオフ状態とする所定期間を設定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする前記所定の周期は、１／２００００秒以下である
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記位置検出手段は、前記各コイルの端子電圧と、前記全コイルの中点電圧又は前記各コイルの端子電圧から擬似的に構成した中点電圧とを比較することにより、ロータの前記位置を検出する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記スイッチング制御手段が、前記強制的にオフ状態にする制御を行う期間は前記各コイルの駆動電流が０となる区間を含む期間であり、
前記位置検出手段は、前記区間において前記位置の検出を行う
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。
【国際調査報告】
2004042912.tif 000017
2004042912.tif 000018