(57)【要約】【課題】三相独立方式により誘起電圧を減少させることなく検知し回転位置を高精度に検出して低回転駆動を可能にし、かつコストの増加を抑制したセンサレスブラシレスモータの駆動装置を提供する。【解決手段】電機子巻線の三相の端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに電源電圧Ｖｃｃを供給する電源回路（インバータ回路２）と、端子の誘起電圧ＶＳｗに基づいて回転位置を検出する位置検出回路３と、回転位置に基づき通電時間帯のタイミングを制御する電源制御回路４とを備えるセンサレスブラシレスモータ９の駆動装置１であって、位置検出回路３は、いずれか一相の誘起電圧を選択して出力する切り替えスイッチ３３と、いずれか一相の誘起電圧を所定の基準電圧と大小比較して比較結果を出力する比較器３４と、比較結果の変化タイミングを以ってロータの基準回転位置を検出する位置検出部３７と、を有する。【選択図】図１
2012152032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の電機子巻線を有するステータおよび磁極対を有するロータを備えるセンサレスブラシレスモータの前記電機子巻線の三相の端子に電源電圧を供給する電源回路と、
前記電源回路から前記電源電圧が供給されない非通電時間帯に前記端子に誘起される誘起電圧を検知し、前記誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路で検出した前記ロータの前記回転位置に基づいて、前記電源電圧を供給する通電時間帯のタイミングを制御する通電制御信号を設定して前記電源回路に送出する電源制御回路と、を備えるセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、
前記位置検出回路は、
三相の各前記誘起電圧をそれぞれ入力とし、前記電源制御回路からの制御に従っていずれか一相の誘起電圧を選択して出力する切り替えスイッチと、
前記いずれか一相の誘起電圧を入力とし、所定の基準電圧と大小比較して比較結果を出力する比較器と、
前記比較器の前記比較結果を入力とし、前記比較結果の変化タイミングを以って前記ロータの基準回転位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とするセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記三相の電機子巻線は△結線とされ、
前記位置検出回路の前記比較器の前記基準電圧は、前記電源電圧の中間レベル値とされていることを特徴とするセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１において、前記三相の電機子巻線はＹ結線とされ、
前記位置検出回路の前記比較器の前記基準電圧は、前記Ｙ結線の中性点電圧とされていることを特徴とするセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記電源回路は、パルス幅変調方式により前記電源電圧のデューティ比を可変とするインバータ回路を含むことを特徴とするセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、前記電源制御回路は、前記位置検出回路で検出した前記ロータの前記回転位置に基づくとともに、前記電源回路および前記位置検出回路における伝達遅延時間を補償する進み角を考慮して前記通電制御信号を設定するものであり、
さらに、前記電源制御回路は、
少なくとも一相の端子における前記非通電時間帯の始点から前記誘起電圧が増加して前記電源電圧の中間レベル値に達するまでの立上り前期時間および前記誘起電圧が前記中間レベル値に達してから前記非通電時間帯の終点までの立上り後期時間のセット、ならびに前記少なくとも一相の端子における前記非通電時間帯の始点から前記誘起電圧が減少して前記電源電圧の中間レベル値に達するまでの立下り前期時間および前記誘起電圧が前記中間レベル値に達してから前記非通電時間帯の終点までの立下り後期時間のセットのうち少なくとも一方のセットを検知する時間検知部と、
前記立上り前期時間と前記立上り後期時間との大小関係、ならびに前記立下り前期時間と前記立下り後期時間との大小関係のうち少なくとも一方の大小関係を判定する進み角判定部と、
前記少なくとも一相の前記少なくとも一方の大小関係の判定結果に基づいて前記進み角を加減調整する進み角調整部と、を有することを特徴とするセンサレス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、ステータの電機子巻線に誘起される誘起電圧を検知してロータの回転位置を検出する位置検出回路を備えるセンサレス方式のブラシレスモータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流ブラシレスモータの一方式として、ロータの回転位置を検出するセンサを備えていないセンサレス方式のモータが実用化されている。このセンサレスブラシレスモータでは、ステータの電機子巻線の端子に非通電時間帯に誘起される誘起電圧を検知することでロータの磁極対との相対的な回転位置関係を検出する位置検出回路が設けられる。検出した回転位置に基づいて、電源制御装置は電機子巻線に電源電圧を供給する通電時間帯を設定する。電源回路はインバータ回路により構成されるのが一般的であり、設定された通電時間帯にしたがい電機子巻線に電源電圧を供給して通電する。三相の電機子巻線を有するモータでは、ロータの回転位置に応じて電気角の１２０°ピッチで通電相を順次切り替える駆動方式が多用され、１２０°を越えて複数相への通電をオーバーラップさせることも行われている。また、出力トルクを調整するために、通常電源回路はパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）やパルス電圧振幅制御方式（ＰＡＭ方式）などにより電源電圧を制御する。
【０００３】
上述の位置検出回路が検知する誘起電圧は、非通電時間帯の電機子巻線にロータの磁極対からの磁束が鎖交することで発生する。したがって、誘起電圧は、電機子巻線とロータとの相対回転位置関係に依存して変化し、回転位置を検出する指標となり得る。ただし、誘起電圧が発生する相は、通電相の切り替えとともに順次切り替わってゆく。この誘起電圧を検知する回路方式として、三相合成方式および三相独立方式の２方式が従来から用いられている。
【０００４】
特許文献１のブラシレスモータの制御方法には、三相合成方式の位置検出回路の例が開示されている。すなわち、位置検出回路は、Ｙ結線された抵抗からなる合成回路を有して、電機子巻線Ｕ、Ｖ、Wの端子電圧を合成、分圧した仮想中性点電圧を得ている。さらに、この仮想中性点電圧と所定電圧とを比較回路で比較して、位置検出信号を得ている。この方式では、いずれの相の端子に誘起電圧が発生してもＹ結線中性点で検知されるようになっている。
【０００５】
また、特許文献２のブラシレスＤＣモータの駆動装置には、三相独立方式の位置検出回路の例が開示されている。すなわち、ロータ位置検出手段（位置検出回路）は、三相の電機子巻線の各線間電圧を生成す線間電圧生成手段と、各線間電圧に関する信号を増幅する増幅手段と、各線間電圧に関する信号と増幅された信号とを比較する比較手段と、を有している。つまり、各相に線間電圧生成手段、増幅手段、および比較手段を設け、三相それぞれで独立してロータ位置を検出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８７４８０号公報
【特許文献２】特開平８−３３１８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１を始めとする三相合成方式の位置検出回路では、Ｙ結線中性点に通電相の電源電圧の影響が重畳するので、検知される誘起電圧が三相独立方式の（１／３）になり、回転位置の検出精度が低下する問題点がある。特に、ロータの回転速度が遅い低回転時には、電機子巻線に鎖交する磁束の変化が緩慢になるので、誘起電圧が減少して位置検出が困難になることが知られている。
【０００８】
一方、特許文献２を始めとする三相独立方式の位置検出回路では、誘起電圧が大きい点は好ましいが、比較手段を始めとする位置検出回路を三相に対してそれぞれ独立して設けるので、三相合成方式よりもコストが増大する問題点がある。
【０００９】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、三相独立方式により誘起電圧を減少させることなく検知し回転位置を高精度に検出して低回転駆動を可能にし、かつコストの増加を抑制したセンサレスブラシレスモータの駆動装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する請求項１に係るセンサレスブラシレスモータの駆動装置の発明は、三相の電機子巻線を有するステータおよび磁極対を有するロータを備えるセンサレスブラシレスモータの前記電機子巻線の三相の端子に電源電圧を供給する電源回路と、前記電源回路から前記電源電圧が供給されない非通電時間帯に前記端子に誘起される誘起電圧を検知し、前記誘起電圧に基づいて前記ロータの回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路で検出した前記ロータの前記回転位置に基づいて、前記電源電圧を供給する通電時間帯のタイミングを制御する通電制御信号を設定して前記電源回路に送出する電源制御回路と、を備えるセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、前記位置検出回路は、三相の各前記誘起電圧をそれぞれ入力とし、前記電源制御回路からの制御に従っていずれか一相の誘起電圧を選択して出力する切り替えスイッチと、前記いずれか一相の誘起電圧を入力とし、所定の基準電圧と大小比較して比較結果を出力する比較器と、前記比較器の前記比較結果を入力とし、前記比較結果の変化タイミングを以って前記ロータの基準回転位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記三相の電機子巻線は△結線とされ、前記位置検出回路の前記比較器の前記基準電圧は、前記電源電圧の中間レベル値とされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記三相の電機子巻線はＹ結線とされ、前記位置検出回路の前記比較器の前記基準電圧は、前記Ｙ結線の中性点電圧とされていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記電源回路は、パルス幅変調方式により前記電源電圧のデューティ比を可変とするインバータ回路を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記電源制御回路は、前記位置検出回路で検出した前記ロータの前記回転位置に基づくとともに、前記電源回路および前記位置検出回路における伝達遅延時間を補償する進み角を考慮して前記通電制御信号を設定するものであり、さらに、前記電源制御回路は、少なくとも一相の端子における前記非通電時間帯の始点から前記誘起電圧が増加して前記電源電圧の中間レベル値に達するまでの立上り前期時間および前記誘起電圧が前記中間レベル値に達してから前記非通電時間帯の終点までの立上り後期時間のセット、ならびに前記少なくとも一相の端子における前記非通電時間帯の始点から前記誘起電圧が減少して前記電源電圧の中間レベル値に達するまでの立下り前期時間および前記誘起電圧が前記中間レベル値に達してから前記非通電時間帯の終点までの立下り後期時間のセットのうち少なくとも一方のセットを検知する時間検知部と、前記立上り前期時間と前記立上り後期時間との大小関係、ならびに前記立下り前期時間と前記立下り後期時間との大小関係のうち少なくとも一方の大小関係を判定する進み角判定部と、前記少なくとも一相の前記少なくとも一方の大小関係の判定結果に基づいて前記進み角を加減調整する進み角調整部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係るセンサレスブラシレスモータの駆動装置の発明は、電源回路と位置検出回路と電源制御回路とを備え、位置検出回路は、三相の誘起電圧のいずれか一相を選択して出力する切り替えスイッチと、いずれか一相の誘起電圧を所定の基準電圧と大小比較して比較結果を出力する比較器と、比較結果の変化タイミングを以ってロータの基準回転位置を検出する位置検出部と、を有している。このため、切り替えスイッチで選択する各相の誘起電圧は三相独立方式と同じ大きさになり、回転位置を高精度に検出できて、低回転駆動が可能になる。また、従来の三相独立方式と異なり、比較器が１個で済むのでコストの増加を抑制できる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、三相の電機子巻線は△結線とされ、位置検出回路の比較器の基準電圧は電源電圧の中間レベル値とされている。△結線の電機子巻線に対しては、電源電圧の中間レベル値を比較器の基準電圧とすることで、ロータの基準回転位置を検出することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明では、三相の電機子巻線はＹ結線とされ、位置検出回路の比較器の基準電圧はＹ結線の中性点電圧とされている。Ｙ結線の電機子巻線に対しては、中性点電圧を比較器の基準電圧とすることで、ロータの基準回転位置を検出することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明では、電源回路は、パルス幅変調方式により電源電圧のデューティ比を可変とするインバータ回路を含んでいる。本発明は、パルス幅変調方式のインバータ回路と組み合わせて実施することができ、請求項１と同じ効果が生じる。
【００１９】
請求項５に係る発明では、電源制御回路は、電源回路および位置検出回路における伝達遅延時間を補償する進み角を考慮して通電制御信号を設定するものであり、時間検知部と進み角判定部と進み角調整部とを有している。本発明は、進み角の制御を行う電源制御回路と組み合わせて実施することができ、請求項１と同じ効果が生じる。また、誘起電圧の立上りまたは立下りの前期時間と後期時間との大小関係の判定結果に基づいて進み角を加減調整することにより、通電時間帯のタイミングを適正化して、良好なモータ効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第1実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の全体装置構成を説明する図である。
【図２】第1実施形態の駆動装置で、電源制御回路によりセンサレスブラシレスモータの通電および非通電時間帯を制御し、また切り替えスイッチを制御する方法を説明する一覧表の図である。
【図３】図２に示される制御により各部に発生する電圧波形を例示した図である。
【図４】従来の三相合成方式の駆動装置の全体装置構成の一例を説明する図である。
【図５】位置検出回路の比較器の正側入力端子に入力される誘起電圧の波形であり、（１）は第１実施形態の駆動装置の誘起電圧、（２）は従来の駆動装置の合成電圧を示している。
【図６】第２実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の全体装置構成を説明する図である。
【図７】第３実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の全体装置構成を説明する図である。
【図８】第３実施形態で、電源制御回路の時間検知部、進み角判定部、および進み角調整部の制御動作を説明するフローチャートの図である。
【図９】第３実施形態における制御動作を説明する誘起電圧の波形例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第1実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置の構成および駆動動作について、図１〜図３および図５を参考にして説明する。図１は、第1実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１の全体装置構成を説明する図である。駆動装置１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式（以降はパルス幅変調をＰＷＭと略記）により電源電圧のデューティ比を可変とするインバータ回路２を用いてセンサレスブラシレスモータ９を駆動する装置である。
【００２２】
センサレスブラシレスモータ９は、Δ結線された三相の電機子巻線９２、９３、９４を有するステータ９１、および図略の磁極対を有するロータを備え、ロータの回転位置を検出するセンサを備えていない。ステータ９１には、Ｕ相端子９５Ｕ、Ｖ相端子９５Ｖ、およびＷ相端子９５Ｗが設けられている。Ｕ相端子９５ＵとＶ相端子９５Ｖの間にはＵＶ間電機子巻線９２が接続され、同様に、Ｖ相端子９５ＶとＷ相端子９５Ｗの間にはＶＷ間電機子巻線９３、Ｗ相端子９５ＷとＵ相端子９５Ｕの間にはＷＵ間電機子巻線９４が接続されている。本第１実施形態では、ステータ９１の電機子巻線９２、９３、９４の極数、およびロータの磁極対の数量に特別な制約はない。
【００２３】
駆動装置１は、電源回路を構成するインバータ回路２、ロータの回転位置を検出する位置検出回路３、およびインバータ回路２に通電制御信号ＳＣを送出する電源制御回路４により構成されている。インバータ回路２の入力端子２１および接地端子Ｅには図略の直流電源装置が接続されており、電源電圧Ｖｃｃが供給されるようになっている。
【００２４】
インバータ回路２は、図示されるように三相ブリッジ回路で構成されている。詳述すると、入力端子２１と接地端子Ｅとの間に、Ｕ相電源側スイッチング素子２２ＵとＵ相接地側スイッチング素子２３Ｕとが直列接続され、両素子２２Ｕ、２３Ｕ間にＵ相出力端子２４Ｕが設けられている。同様に、Ｖ相電源側スイッチング素子２２ＶとＶ相接地側スイッチング素子２３Ｖとの間にＶ相出力端子２４Ｖが設けられ、Ｗ相電源側スイッチング素子２２ＷとＷ相接地側スイッチング素子２３Ｗとの間にＷ相出力端子２４Ｗが設けられている。各スイッチング素子２２Ｕ〜２２Ｗ、２３Ｕ〜２３Ｗには、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができ、通電制御信号ＳＣにより導通状態および遮断状態に切り替え制御できるように構成する。各相出力端子２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗはそれぞれ、電源線２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗによりステータ９１の各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗに接続されている。
【００２５】
インバータ回路２の各スイッチング素子２２Ｕ〜２２Ｗ、２３Ｕ〜２３Ｗの開閉制御により、ステータ９１の各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗは３つの状態をとる。この３つの状態は各相で同様であるので、Ｕ相端子９５を例に説明する。Ｕ相端子９５Ｕは、Ｕ相電源側スイッチング素子２２Ｕが導通状態でＵ相接地側スイッチング素子２３Ｕが遮断状態のとき電源電圧Ｖｃｃに拘束され、Ｕ相電源側スイッチング素子２２Ｕが遮断状態でＵ相接地側スイッチング素子２３Ｕが導通状態のときゼロ電圧に拘束され、Ｕ相電源側スイッチング素子２２Ｕおよび接地側スイッチング素子２３Ｕがともに遮断状態のときハイインピダンス状態になる。
【００２６】
ハイインピダンス状態のＵ相端子９５Ｕには、誘起電圧ＶＵｉが誘起される。このＵ相誘起電圧ＶＵｉは、Ｕ相端子９５Ｕに接続されたＵＶ間電機子巻線９２およびＷＵ間電機子巻線９４にロータの磁極対からの磁束が鎖交することで発生する。したがって、Ｕ相誘起電圧ＶＵｉは、ＵＶ間およびＷＵ間電機子巻線９２、９４とロータとの相対回転位置関係に依存して変化し、回転位置を検出する指標となり得る。なお、Ｕ相電源側スイッチング素子２２ＵおよびＵ相接地側スイッチング素子２３Ｕがともに導通状態になる制御は禁止されて、電源電圧短絡故障が防止されている。
【００２７】
位置検出回路３は、切り替えスイッチ３３、比較器３４、および位置検出部３７で構成されている。切り替えスイッチ３３の３相の入力端子３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗは、それぞれ電源線２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗに接続され、各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの誘起電圧ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉが入力されるようになっている。切り替えスイッチ３３の出力端子３３ｏｕｔは、比較器３４の正側入力端子＋に接続されている。切り替えスイッチ３３は、電源制御回路４中のインバータ制御部４５からの切り替え制御信号ＳＷにより制御され、入力端子３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗのうち非通電時間帯の誘起電圧（ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉのどれか）が発生している相が選択的に出力端子３３ｏｕｔに導通する。つまり、いずれか一相の誘起電圧ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉが順番に選択されて誘起電圧Ｖｓｗとされ、比較器３４の正側入力端子＋に入力される。
【００２８】
一方、比較器３４の負側入力端子−には、直流電源装置の電源電圧Ｖｃｃを等しい抵抗値ｒで半分に分圧した中間レベル値ＶＭ（＝Ｖｃｃ／２）が基準電圧として入力されている。比較器３４は、正側入力端子＋に入力された誘起電圧Ｖｓｗを負側入力端子−の中間レベル値ＶＭと大小比較して位置信号ＳＸを出力する。つまり、比較器３４の出力端子３５で、誘起電圧Ｖｓｗが中間レベル値ＶＭよりも小さいと位置信号ＳＸはローレベルＬとなり、誘起電圧Ｖｓｗが中間レベル値ＶＭ以上になると位置信号ＳＸはハイレベルになる。比較器３４の出力端子３５は、位置検出部３７に接続されて、位置信号ＳＸが入力される。
【００２９】
位置検出部３７は、後に波形例を参考にして詳述するように、比較器３４から出力された位置信号ＳＸを入力とし、ローレベルＬとハイレベルＨの変化タイミングを以ってロータの基準回転位置を検出する。また、複数個の基準回転位置を検出した時間差から、ロータの回転速度を検出する。
【００３０】
電源制御回路４は、インバータ制御部４５、およびＰＷＭ生成部４６で構成されている。インバータ制御部４５は、位置検出回路３の位置検出部３７で検出したロータの基準回転位置および回転速度の信号を取得し、ＰＷＭ生成部４６からＰＷＭ信号ＳＰを取得する。インバータ制御部４５は、取得した信号にしたがい、インバータ回路２を制御する通電制御信号ＳＣを設定して送出する。また、インバータ制御部４５は、インバータ回路２で非通電時間帯となる相を切り替え制御信号ＳＷとして設定し、切り替えスイッチ３３に送出する。電源制御回路４の機能については後の動作説明で詳述する。
【００３１】
次に、上述のように構成された第1実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１によるモータ９の駆動動作について説明する。図２は、第1実施形態の駆動装置１で、電源制御回路４によりセンサレスブラシレスモータ９の通電および非通電時間帯を制御し、また切り替えスイッチ３３を制御する方法を説明する一覧表の図である。図示されるように、電源制御回路４は６つの期間１）〜６）に分けて、各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態制御、および切り替えスイッチ３３の制御を行う。一覧表中の上側３段の欄は、該当する期間における各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態を示している。表中の「Ｈｉ−Ｚ」はハイインピダンス状態を示し、「Ｌ」はゼロ電圧拘束状態を示し、「ＰＷＭ」はＰＷＭ制御状態を示している。一覧表中の下側３段の欄は、インバータ制御部４５からの切り替え制御信号ＳＷが設定した切り替えスイッチ３３の入力端子３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗ中の導通相を「ＯＮ」で示している。
【００３２】
例えば、図２の期間１）において、Ｕ相端子の欄は「Ｈｉ−Ｚ」であり、インバータ回路２のＵ相電源側スイッチング素子２２ＵおよびＵ相接地側スイッチング素子２３Ｕの両方が遮断状態とされて、Ｕ相端子９５Ｕがハイインピダンス状態であることを示している。また、Ｖ相端子の欄は「Ｌ」であり、インバータ回路２のＶ相電源側スイッチング素子２２Ｖが遮断状態とされＶ相接地側スイッチング素子２３Ｖが導通状態とされて、Ｖ相端子９５Ｖがゼロ電圧に拘束されていることを示している。また、Ｗ相端子の欄は「ＰＷＭ」であり、インバータ回路２のＷ相接地側スイッチング素子２３Ｗが遮断状態とされＷ相電源側スイッチング素子２２Ｗが指令されたＰＷＭ周波数およびデューティ比で導通状態および遮断状態に切り替え制御されることを示している。これにより、Ｗ相端子９５Wには、電源電圧Ｖｃｃとゼロ電圧に振動する矩形波が発生する。したがって、Ｗ相端子９５WとＶ相端子９５Ｖの間に接続されたＶＷ間電機子巻線９３がＰＷＭ制御により通電される。また、期間１）はＵ相端子９５Ｕの非通電時間帯となり、Ｕ相誘起電圧ＶＵｉの検知が可能になっている。
【００３３】
さらに、Ｕ相端子９５Ｕが非通電時間帯であるので、インバータ制御部４５は切り替え制御信号ＳＷをＵ相に設定する。
【００３４】
同様に期間２）において、Ｕ相端子の欄は「ＰＷＭ」であり、Ｕ相端子９５Ｕには指令されたＰＷＭ周波数およびデューティ比で電源電圧Ｖｃｃとゼロ電圧に振動する矩形波が発生する。また、Ｖ相端子の欄は「Ｌ」であり、Ｖ相端子９５Ｖのゼロ電圧への拘束が継続することを示している。また、Ｗ相端子の欄は「Ｈｉ−Ｚ」であり、Ｗ相端子９５Ｗがハイインピダンス状態であることを示している。これにより、Ｕ相端子９５ＵとＶ相端子９５Ｖの間に接続されたＵＶ間電機子巻線９２がＰＷＭ制御により通電される。また、期間２）はＷ相端子９５Ｗの非通電時間帯となり、Ｗ相誘起電圧ＶＷｉの検知が可能になっている。
【００３５】
さらに、Ｗ相端子９５Ｗが非通電時間帯であるので、インバータ制御部４５は切り替え制御信号ＳＷをＷ相に設定する。以下同様に、期間３）〜６）でそれぞれ、順番に各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの状態、通電される電機子巻線、切り替え制御信号ＳＷの相設定が変更制御される。
【００３６】
期間１）〜６）はそれぞれ電気角の６０°に相当するので、電源制御部４は期間１）〜６）が互いに等期間となるように制御する。また、期間６）に続いて期間１）に戻り、繰り返して同様に制御する。
【００３７】
図２に示されるように通電および非通電時間帯と切り替え制御信号ＳＷを制御すると、図３に例示される各部電圧波形が発生する。図３は、図２に示される制御により各部に発生する電圧波形を例示した図である。図３の横軸は共通の時間軸でかつ期間１）〜６）は図２に対応しており、波形は上から順番にＵ相端子電圧ＶＵ、Ｖ相端子電圧ＶＶ、Ｗ相端子電圧ＶＷ、切り替えスイッチ３３の出力端子３３ｏｕｔの誘起電圧Ｖｓｗと中間レベル値ＶＭ、および切り替え制御信号ＳＷを示している。図中のＵ相端子電圧ＶＵで、期間２）および期間３）に発生している矩形波の繰り返しはＰＷＭ制御による通電時間帯を示し、期間５）および期間６）はゼロ電圧拘束による通電時間帯を示している。また、Ｕ相端子電圧ＶＵで、期間１）に発生している増加の傾斜とＰＷＭ制御が重なった波形、および期間４）に発生している減少の傾斜とＰＷＭ制御が重なった波形は、非通電時間帯の誘起電圧ＶＵｉを示している。図中のＶ相端子電圧ＶVおよびＷ相端子電圧ＶＷについても、期間１）〜６）が異なることを除いて同様の見方をすることができる。
【００３８】
また、各相端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷには、各スイッチング素子２２Ｕ〜２２Ｗ、２３Ｕ〜２３Ｗの開閉による逆起電力波形Ｚが発生して、各期間１）〜６）の境目に重畳している。図中で逆起電力波形Ｚは或る程度の時間幅を有しているが、実際には瞬間的な波形である。したがって、逆起電力波形Ｚにより、通電時間帯および非通電時間帯の始点および終点を検知できる。
【００３９】
一方、位置検出回路３の切り替えスイッチ３３の出力端子３３ｏｕｔには各相の誘起電圧ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉを順番に切り替えた誘起電圧Ｖｓｗが発生する。誘起電圧Ｖｓｗは、各相の誘起電圧ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉが増加および減少する波形に、逆起電力波形Ｚが重畳した波形となる。図３の波形例では、誘起電圧Ｖｓｗは、期間１）のＵ相誘起電圧ＶＵｉの増加、期間２）のＷ相誘起電圧ＶＷｉの減少、期間３）のＶ相誘起電圧ＶＶｉの増加、期間４）のＵ相誘起電圧ＶＵｉの減少、期間５）のＷ相誘起電圧ＶＷｉの増加、および期間６）のＶ相誘起電圧ＶＶｉの減少が連なり、各期間１）〜６）の境目に逆起電力波形Ｚが重畳した波形となっている。
【００４０】
この誘起電圧Ｖｓｗが位置検出回路３の比較器３４の正側入力端子＋に入力される。比較器３４の出力端子３５では、誘起電圧Ｖｓｗの波形が中間レベル値ＶＭと交差するタイミングで、位置信号ＳＸのローレベルＬとハイレベルＨが切り替わる。位置検出部３７は、このローレベルＬとハイレベルＨが切り替わるタイミング、すなわち図３で誘起電圧Ｖｓｗの波形が中間レベル値ＶＭと交差する点Ｐ１〜Ｐ６を以ってロータの基準回転位置を検出する。ここで、誘起電圧ＶＵｉ〜ＶＷｉが電源電圧Ｖｃｃの中間レベル値ＶＭになることは、電機子巻線９２〜９４の正面にロータの磁極対の中間点が位置していることを意味している。したがって、例えば点Ｐ１〜Ｐ６をそれぞれ、電気角の３０°、９０°、１５０°２１０°、２７０°、および３３０°とすることができる。また、点Ｐ１〜Ｐ６の発生時間間隔からロータの回転速度を検出することができる。なお、位置検出部３７内では、逆起電力波形Ｚはマスキングされて影響を受けないようになっている。
【００４１】
電源制御回路４のインバータ制御部４５は、位置検出回路３の位置検出部３７から、ロータが基準回転位置に達したタイミング（図３の波形例ではＰ１〜Ｐ６の各タイミングに相当）および回転速度を取得するとともに、ＰＷＭ生成部４６からＰＷＭ信号ＳＰを取得する。ＰＷＭ信号ＳＰは、ＰＷＭ周波数およびデューティ比を指示する信号である。インバータ制御部４５は、取得した信号にしたがい、インバータ回路２の各スイッチング素子２２Ｕ〜２２Ｗ、２３Ｕ〜２３Ｗを開閉制御する通電制御信号ＳＣを設定して送出する。また、前述の切り替え制御信号ＳＷを設定し、切り替えスイッチ３３に送出する。
【００４２】
次に、第1実施形態の駆動装置１の効果について、従来の三相合成方式の駆動装置と比較して説明する。図４は、従来の三相合成方式の駆動装置１００の全体装置構成の一例を説明する図である。図４を図１と比較すればわかるように、従来の駆動装置１００は、位置検出回路３００中に切り替えスイッチ３３を有さず代わりに３個の合成抵抗３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗを有し、その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。各合成抵抗３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗは、抵抗値Ｒが互いに等しく、それぞれ各相の電源線２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗと共通の合成点３２との間に接続されている。つまり、３個の合成抵抗３１Ｕ、３１Ｖ、３１ＷはＹ結線され、合成点３２はＹ結線中性点になっている。合成点３２には、ステータ９１の各相端子９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗの誘起電圧ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉを合成した合成電圧Ｖｍｉｘが発生する。合成点３２は、比較器３４の正側入力端子＋に接続されて、合成電圧Ｖｍｉｘが入力される。
【００４３】
図５は、位置検出回路３，３０の比較器３４の正側入力端子＋に入力される誘起電圧の波形であり、（１）は第１実施形態の駆動装置１の誘起電圧Ｖｓｗ、（２）は従来の駆動装置１００の合成電圧Ｖｍｉｘを示している。図示されるように、第１実施形態の誘起電圧Ｖｓｗは、従来の三相合成電圧Ｖｍｉｘの３倍となり、三相独立方式と同じ大きさになる。したがって、ロータの回転速度が遅い低回転時に、誘起電圧Ｖｓｗの変化が緩慢になっても、中間レベル値ＶＭと交差する点Ｐ１〜Ｐ６の発生タイミングを高精度に検出できて、低回転駆動が可能になる。また、従来の三相独立方式では３個必要な比較器３４が１個で済むのでコストの増加を抑制できる。
【００４４】
次に、電機子巻線９２Ａ〜９４Ａの結線方式および位置検出回路３０の比較器３４の基準電圧が異なる第２実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置について説明する。図６は、第２実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１０の全体装置構成を説明する図である。図示されるように、第２実施形態では、三相の電機子巻線９２Ａ〜９４ＡはＹ結線とされている。すなわち、Ｕ相端子９５Ｕと中性点９５Ｎの間にＵ相電機子巻線９２Ａが接続され、同様に、Ｖ相端子９５Ｖと中性点９５Ｎの間にＶ相電機子巻線９３Ａ、Ｗ相端子９５Ｗと中性点９５Ｎの間にＷ相電機子巻線９４Ａが接続されている。そして、中性点９５Ｎがモータ９０の外部に引き出されて、比較器３４の負側入力端子−に接続されている。つまり、電機子巻線のＹ結線の中性点電圧ＶＮが、比較器３４の基準電圧となっている。第２実施形態のその他の部分の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４５】
第２実施形態で、例えば、Ｕ相端子９５Ｕがハイインピダンス状態、Ｖ相端子９５Ｖがゼロ電圧拘束状態、Ｗ相端子９５ＷがＰＷＭ制御状態であると、電源電圧ＶｃｃがＷ相端子９５ＷとＶ相端子９５Ｖの間に供給される。つまり、Ｗ相電機子巻線９４ＡおよびＶ相電機子巻線９３Ａが通電され、中性点９５Ｎに発生する中性点電圧ＶＮは電源電圧Ｖｃｃの半分、すなわち中間レベル値ＶＭに一致する。したがって、第２実施形態の駆動装置１０の駆動動作は第１実施形態と概ね同じになり、効果も同様であるので、説明は省略する。
【００４６】
次に、進み角Ａの制御を行う第３実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置について説明する。進み角Ａは、インバータ回路２および位置検出回路３における電気信号の伝達遅延時間を補償して、ステータ９１の電機子巻線９２〜９４の通電時間帯のタイミングを適正化し、モータ効率を向上するための量である。図７は、第３実施形態のセンサレスブラシレスモータの駆動装置１１の全体装置構成を説明する図である。図示されるように、第３実施形態では電源制御回路４０の構成が第１実施形態と異なり、その他の部分の構成は同じである。電源制御回路４０は、時間検知部４１、進み角判定部４２、進み角調整部４３、タイミング生成部４４、インバータ制御部４５、およびＰＷＭ生成部４６で構成されている。時間検知部４１には、比較器３４から位置信号ＳＸが入力され、インバータ制御部４５から通電相切替信号ＳＹが入力される。通電相切替信号ＳＹは、通電時間帯および非通電時間帯の始点および終点を示す信号である。
【００４７】
図８は、第３実施形態で、電源制御回路４の時間検知部４１、進み角判定部４２、および進み角調整部４３の制御動作を説明するフローチャートの図である。また、図９は、第３実施形態における制御動作を説明する誘起電圧Ｖｓｗの波形例の図である。図８のステップＳ１で、時間検知部４１は、立上り前期時間Ｔｒ１および立上り後期時間Ｔｒ２を検知する。具体例として、時間検知部４１は、図９の波形例の期間１）で、Ｕ相の非通電時間帯の始点からＵ相誘起電圧ＶＵｉが増加して中間レベル値ＶＭに達するまでの立上り前期時間Ｔｒ１Ｕ、およびＵ相誘起電圧ＶＵｉが中間レベル値ＶＭに達してから非通電時間帯の終点までの立上り後期時間Ｔｒ２Ｕのセットを検知する。補足すると、非通電時間帯の始点および終点は通電相切替信号ＳＹから求められ、中間レベル値ＶＭへの到達は比較器３４の出力が切り替わるタイミングで求められる。なお、通電相の切り替え時に発生する逆起電力波形Ｚはマスキングされて影響を受けないようになっている。
【００４８】
図８のステップＳ２で、時間検知部４１は、立下り前期時間Ｔｆ１および立下り後期時間Ｔｆ２を検知する。具体例として、時間検知部４１は、図９の波形例の期間２）で、Ｗ相の非通電時間帯の始点からＷ相誘起電圧ＶＷｉが減少して中間レベル値ＶＭに達するまでの立下り前期時間Ｔｆ１Ｗ、およびＷ相誘起電圧ＶＷｉが中間レベル値ＶＭに達してから非通電時間帯の終点までの立下り後期時間Ｔｆ２Ｗのセットを検知する。次のステップＳ３で、三相合計６セット集まったか否か判定し、不足していればステップＳ１に戻る。図９の波形例では、ステップＳ１およびＳ２を各３回実施して期間１）〜６）で検知を行うことにより６セット集まるので、ステップＳ４に進む。
【００４９】
ステップＳ４で、進み角判定部４２は、合計６セットの前期時間Ｔ１（Ｔｒ１Ｕ、Ｔｒ１Ｖ、Ｔｒ１Ｗ、Ｔｆ１Ｕ、Ｔｆ１Ｖ、Ｔｆ１Ｗ）と後期時間Ｔ２（Ｔｒ２Ｕ、Ｔｒ２Ｖ、Ｔｒ２Ｗ、Ｔｆ２Ｕ、Ｔｆ２Ｖ、Ｔｆ２Ｗ）についてそれぞれ大小関係を判定する。大小関係を判定する際に所定閾値を設け、所定閾値未満の差では略同じとして大小を判定せず、前期時間Ｔ１＝後期時間Ｔ２と判定する。所定閾値以上の差があるときは、前期時間Ｔ１＞後期時間Ｔ２、または前期時間Ｔ１＜後期時間Ｔ２と判定する。判定終了後は、ステップＳ５に進む。なお、図９のフローチャートでは６セット集まった時点で一括して大小関係を判定しており、別法として、各セットで大小関係を判定し判定結果が６個集まった時点でステップＳ５に進むようにしてもよい。
【００５０】
ステップＳ５で、進み角調整部４３は、合計６セットの大小関係の判定結果の多数決論理を調査する。多数決論理では、最多数を占める判定結果を採用し、また、判定結果が３対３や２対２対２に割れるおそれに対して予め採るべき判定結果を定めておく。多数決論理にしたがい、前期時間Ｔ１＝後期時間Ｔ２では進み角Ａの現在値を維持し、ステップＳ１に戻る。前期時間Ｔ１＞後期時間Ｔ２では、ステップＳ６に進んで進み角Ａを刻み幅ΔＡだけ減少させ、前期時間Ｔ１＜後期時間Ｔ２では、ステップＳ７に進んで進み角Ａを刻み幅ΔＡだけ増加させる。ステップＳ６およびステップＳ７の後、ステップＳ１に戻り、次の電気角３６０°に対して同様の制御動作を行う。
【００５１】
タイミング生成部４４は、位置検出回路３の位置検出部３７から、ロータが基準回転位置に達したタイミング（図９の波形例ではＰ１〜Ｐ６の各タイミングに相当）および回転速度を取得するとともに、進み角調整部４３から加減調整された進み角Ａを取得する。そして、タイミング生成部４４は、ロータの基準回転位置に対して進み角Ａだけ先行するように進み角制御信号ＳＡを設定する。進み角制御信号ＳＡは、電気角の３６０°に相当する期間を設定し、３６０°の中における各相端子の状態を指示する信号である。これにより、各相端子９５Ｕ〜９５ＷのＰＷＭ制御およびゼロ電圧拘束の各１２０°の通電時間帯のタイミングが制御される。進み角制御信号ＳＡは、インバータ制御部４５に送出される。
【００５２】
インバータ制御部４５は、タイミング生成部４４から進み角制御信号ＳＡを取得し、ＰＷＭ生成部４６からＰＷＭ信号ＳＰを取得する。ＰＷＭ信号ＳＰは、ＰＷＭ周波数およびデューティ比を指示する信号である。インバータ制御部４５は、取得した進み角制御信号ＳＡおよびＰＷＭ信号ＳＰにしたがい、インバータ回路２の各スイッチング素子２２Ｕ〜２２Ｗ、２３Ｕ〜２３Ｗを開閉制御する通電制御信号ＳＣを設定して送出する。以上の説明でわかるように、進み角制御信号ＳＡは図３の期間１）〜６）の発生タイミングを制御し、ＰＷＭ信号ＳＰは期間１）〜６）よりも短い周期で繰り返す矩形波の形状を制御する。
【００５３】
ところで、図９の波形例において、前期時間Ｔ１（Ｔｒ１Ｕ、Ｔｆ１Ｗ、……）と後期時間Ｔ２（Ｔｒ２Ｕ、Ｔｆ２Ｗ、……）は概ね等しくなっている。これは、通電時間帯のタイミングの制御が良好であること、すなわち進み角Ａの設定が適正であることを意味している。このとき、図８のステップＳ４で前期時間Ｔ１＝後期時間Ｔ２と判定され、進み角Ａの現在値が維持される。
【００５４】
また、進み角Ａの設定が不適正に陥ると、前期時間Ｔ１（Ｔｒ１Ｕ、Ｔｆ１Ｗ、……）と後期時間Ｔ２（Ｔｒ２Ｕ、Ｔｆ２Ｗ、……）に大小関係が生じ、図８のステップＳ６またはＳ７で進み角Ａが加減調整される。これにより、各相端子９５Ｕ〜９５Ｗの通電時間帯のタイミングが適正化される。したがって、電機子巻線９２〜９４が形成する回転磁界とロータの磁極対との相対回転位置関係が適正に保たれて、良好なモータ効率を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明は、通電時間帯が電気角の１２０°を越えて複数相への通電をオーバーラップさせる制御方式のインバータ回路を含む構成にも実施できる。さらに、ＰＷＭ方式のインバータ回路２に限定されず、ＰＡＭ方式のインバータ回路やその他の制御方式の電源回路を含む構成にも実施できる。本発明は、その他様々な応用、変形が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１０、１１：センサレスブラシレスモータの駆動装置
２：インバータ回路（電源回路）
２１：入力端子
２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電源側スイッチング素子
２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相接地側スイッチング素子
２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相出力端子
２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗ：電源線
Ｅ：接地端子
３：位置検出回路
３３：切り替えスイッチ    ３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗ：入力端子
３３ｏｕｔ：出力端子３３
３４：比較器    ３５：出力端子
３７：位置検出部
４、４０：電源制御回路
４１：時間検知部    ４２：進み角判定部    ４３：進み角調整部
４４：タイミング生成部    ４５インバータ制御部    ４６：ＰＷＭ生成部
９、９０：センサレスブラシレスモータ
９１：ステータ
９２、９３、９４：ＵＶ間、ＶＷ間、ＷＵ間電機子巻線
９２Ａ、９３Ａ，９４Ａ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電機子巻線
９５Ｕ、９５Ｖ、９５Ｗ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相端子
９５Ｎ：中性点
１００：従来の三相合成方式の駆動装置
３００：位置検出回路    ３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ：合成抵抗    ３２：合成点
Ｖｃｃ：電源電圧    ＶＭ：中間レベル値
ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相端子電圧
ＶＵｉ、ＶＶｉ、ＶＷｉ：Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相誘起電圧
Ｖｓｗ：誘起電圧    ＶＮ：Ｙ結線の中性点電圧    Ｖｍｉｘ：合成電圧
Ｔｒ１Ｕ、Ｔｒ１Ｖ、Ｔｒ１Ｗ：立上り前期時間
Ｔｒ２Ｕ、Ｔｒ２Ｖ、Ｔｒ２Ｗ：立上り後期時間
Ｔｆ１Ｕ、Ｔｆ１Ｖ、Ｔｆ１Ｗ：立下り前期時間
Ｔｆ２Ｕ、Ｔｆ２Ｖ、Ｔｆ２Ｗ：立下り後期時間
Ａ：進み角
ＳＸ：位置信号    ＳＡ：進み角制御信号    ＳＰ：ＰＷＭ信号
ＳＣ：通電制御信号    ＳＷ：切り替え制御信号
【図１】
2012152032.tif 000003
【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】
2012152032.tif 000009
【図８】
2012152032.tif 000010
【図９】
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