(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一点で結線された複数の固定子巻線と、前記各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子とを備えたブラシレスモータの駆動制御装置であって、
複数のコミュテータ素子を有し前記各コミュテータ素子の切り換えにより前記固定子巻線に通電する電流の切り換えを行うドライブ回路と、前記各固定子巻線の端子電圧からゼロクロス点を検出し前記固定子巻線の各々に対応したゼロクロス点検出信号を出力するゼロクロス点検出部と、前記永久磁石回転子の回転により前記固定子巻線に誘導される誘導電圧が前記端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を前記各ゼロクロス点検出信号から抽出し前記誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延させて前記各コミュテータ素子を相切り換えする制御を行う帰還制御信号生成部と、前記コミュテータ素子の切り換えが行われる切換点の一定時間前から前記切換点までの間前記固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行う印可電力制御部と、前記ドライブ回路に加える電圧を供給する可変出力の電圧源又は前記ドライブ回路に加える電流を供給する可変出力の電流源とを備え、
前記印可電力制御部は、前記切換点の一定時間前に前記電圧源が前記ドライブ回路に加える電圧又は前記電流源が前記ドライブ回路に加える電流を抑制する制御を行うことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記印可電力制御部は、前記切換点の一定時間前に前記電圧源が前記ドライブ回路に加える電圧又は前記ドライブ回路に加える電流を正弦波に近似した波形により降下させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出部を備え、
前記印可電力制御部は、前記電流検出部により検出される前記全電流値若しくは前記相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき前記各固定子巻線に印可する電力の抑制量を決定することを特徴とする請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出される前記全電流値若しくは前記相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合に前記各固定子巻線への印加電力の抑制を許可する判定を行う印加電力抑制判定部とを備え、
前記印可電力制御部は、前記印加電力抑制判定部により印加電力の抑制が許可されると前記切換点の一定時間前に前記各固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
【請求項５】
一点で結線された複数の固定子巻線と、前記各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子とを備えたブラシレスモータの駆動制御方法であって、
複数の前記固定子巻線の端子電圧から各端子電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出過程と、前記永久磁石回転子の回転により前記固定子巻線に誘導される誘導電圧が前記端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を各端子電圧の前記ゼロクロス点検出信号から抽出する磁極位置検出過程と、前記誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延して前記固定子巻線に通電する電流の相切り換えを行う電流切換過程と、前記固定子巻線に通電される電流を切り換える切換点の一定時間前から前記切換点までの間前記固定子巻線に印可する電力を抑制する印可電力抑制過程とを備え、
前記印可電力抑制過程は、前記切換点の一定時間前に前記固定子巻線に印加する電力を正弦波に近似した波形により降下させることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御方法。
【請求項６】
前記固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出過程を備え、
前記印可電力抑制過程において、前記各固定子巻線に印可する電力の抑制量は、前記電流検出過程により検出される前記全電流値若しくは前記相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき決定することを特徴とする請求項５に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。
【請求項７】
前記固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出過程と、前記電流検出過程で検出される前記全電流値若しくは前記相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合に前記各固定子巻線への印加電力の抑制を許可する判定を行う印加電力抑制判定過程とを備え、
前記印可電力抑制過程は、前記印加電力抑制判定過程において前記各固定子巻線への印加電力を抑制が許可されると、前記切換点の一定時間前から前記切換点までの間、前記各固定子巻線に印可する電力を抑制することを特徴とする請求項５に記載のブラシレスモータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子巻線に誘導される誘導電圧のゼロクロスを検出することでロータの磁極位置検出し、起動の外部同期制御から定常のフィードバック制御への切替えるブラシレスモータの駆動制御装置及び駆動制御方法に関するものである。特に、高出力・高回転のブラシレスモータのセンサレス駆動を行うための駆動制御装置及び駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な機器の小型・軽量化の流れの中、特に機器組込み用のブラシレスモータの小型軽量化が望まれている。
【０００３】
このようなブラシレスモータを駆動する駆動制御装置としては、従来、ホールＩＣを使用した駆動制御装置が知られている。しかしながら、ホールＩＣ等を使った駆動制御装置では、ロータの磁極位置を検出できる位置にホールＩＣを取付けねばならず、ブラシレスモーターが大型化するとともに配線数も多くなるという問題点を有していた。
【０００４】
その解決手段の１つとして、固定子巻線に誘導される誘導電圧のゼロクロスを検出することでロータの磁極位置検出するブラシレスモータの駆動制御装置が提供されている。
【０００５】
図１４は従来のブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【０００６】
図１４において、１０１はブラシレスモータのステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗはステータ１０１内で駆動磁界を発生させる三相結線された固定子巻線、１０３は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子、１０４は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの各端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続され各固定子巻線に流す駆動電流を生成するドライブ回路、１０５〜１１０は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す駆動電流ｉu、ｉv、ｉwの切り換えを行うコミュテータ素子、１１１〜１１６はコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングにより発生するサージ電圧を解放するフリーホイーリングダイオード、１１７はステータ１０１を駆動するための電圧を供給する駆動電源、１１８は駆動電源１１７の電圧に重畳するノイズを除去するバイパスコンデンサである。
【０００７】
コミュテータ素子１０５〜１０７はＮＰＮ型トランジスタが用いられ、コミュテータ素子１０８〜１１０はＰＮＰ型トランジスタが用いられる。固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの一端子Ｏは共通に接続され、他端子はそれぞれ、端子Ｕはコミュテータ素子１０５及び１０８の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されており、端子Ｖはコミュテータ素子１０６及び１０９の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されており、端子Ｗはコミュテータ素子１０７及び１１０の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されている。バイパスコンデンサ１１８は駆動電源１１７の両極に接続されており、駆動電源１１７の負極側は接地されている。また、コミュテータ素子１０５〜１０７のエミッタ側は駆動電源１１７の正極側に接続され、コミュテータ素子１０８〜１１０のコレクタ側は接地されている。
【０００８】
１１９Ｕ、１１９Ｌは固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子に発生する電圧の中性点の電位（以下、中性電位ＶNと呼ぶ。）を生成する中性電位生成抵抗、１２０は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する端子電圧ＶU、ＶV、ＶWと中性電位ＶNとを比較することによりゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0を生成し出力するゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはそれぞれ端子電圧ＶU、ＶV、ＶWと中性電位ＶNとが入力されゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0を出力するコンパレータ、１２１はドライブ回路１０４を制御することにより永久磁石回転子１０３の回転数の制御を行う制御部である。
【０００９】
中性電位生成抵抗１１９Ｕ及び中性電位生成抵抗１１９Ｌとは一端が互いに接続されており、中性電位生成抵抗１１９Ｕの他端はバイパスコンデンサ１１８の正極に接続され、中性電位生成抵抗１１９Ｌの他端は接地されている。中性電位生成抵抗１１９Ｕと中性電位生成抵抗１１９Ｌとは、互いが接続する接続点ＯRにおいて中性電位ＶNを生成するように抵抗値が調整されている。コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの正入力側は、それぞれ、端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されており、各々の負入力側は接続点ＯRに接続されている。制御部１２１は、コミュテータ素子１０５〜１１０のベースに接続されており、ドライブ回路１０４を制御するための六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する。また、制御部１２１は、コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの出力側に接続されており、永久磁石回転子１０３の回転数がある一定値以上となると、ゼロクロス点検出部１２０より入力されるゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0に基づき各六相制御信号を生成し出力するフィードバック制御に切り換わる。
【００１０】
以上のように構成された従来のブラシレスモータの駆動制御装置について、以下その動作を説明する。
【００１１】
図１５は図１４における各固定子巻線の端子電圧の時間変化を表す図である。
図１５において、Ａは端子電圧ＶU、ＶV、ＶWのゼロクロス点（中性電位ＶNを基準として、各端子電圧ＶU、ＶV、ＶWが正から負へ又は負から正へ遷移する点）、Ｂは各固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの電流を転流させる転流点である。
【００１２】
制御部１２１は、各々が電気角６０度の位相差をもつ六相制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。コミュテータ素子１０５〜１１０は六相制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬによりスイッチングが行われ、これにより、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗには永久磁石回転子１０３の回転運動に同期した駆動電流ｉu、ｉv、ｉwが通電され、永久磁石回転子１０３に回転力が与えられる。
【００１３】
このような六相制御において、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗのうち、常時２つは電流が供給され残りの１つは解放された状態（１０５及び１０６、１０７及び１０８、１０９及び１１０の何れかの組が共にオフの状態）にある。この解放された固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子には、永久磁石回転子１０３の回転により発生する誘導電圧が生じる。従って、端子電圧ＶU、ＶV、ＶWは図１５に示したような波形となる。
【００１４】
ここで、例として固定子巻線１０２ｗにかかる端子電圧ＶWの波形ついて説明すると、区間Ｐ1では、コミュテータ素子１１０がオン状態、コミュテータ素子１０７がオフ状態、コミュテータ素子１０５又は１０６がオン状態、コミュテータ素子１０９及び１０８がオフ状態であり、駆動電流ｉwは負方向（三相結線部Ｏから端子Ｗに向かう方向）に流れ、端子電圧ＶWはＧＮＤ（電源の一端子の電位）の電位（０Ｖ）の一定値をとる。また、区間Ｐ3では、コミュテータ素子１１０がオフ状態、コミュテータ素子１０７がオン状態、コミュテータ素子１０５及び１０６がオフ状態、コミュテータ素子１０９又は１０８がオン状態であり、駆動電流ｉwは正方向（端子Ｗから三相結線部Ｏに向かう方向）に流れ、端子電圧ＶWは電源電圧の一定値をとる。区間Ｐ2及び区間Ｐ4では、コミュテータ素子１０７及び１１０がともにオフ状態であり、端子Ｗには誘導電圧が現れる。このとき、固定子巻線１０２ｗに通電中は固定子巻線１０２ｗ内には磁場エネルギーが蓄積されているため、区間Ｐ2及び区間Ｐ4の最初の転流点Ｂにおいて、コミュテータ素子１０７又は１１０のスイッチングにより固定子巻線１０２ｗでサージ電圧が発生する。このサージ電圧はフリーホイーリングダイオード１１６又は１１３にサージ電流が流れることで解放され、その間、スイッチング前と逆極性の電圧パルスが発生する（区間Ｐ5及び区間Ｐ6）。
【００１５】
他の固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖにかかる端子電圧Ｖu、Ｖvの波形ついても互いに位相が電気角１２０度ずれて同様の波形が現れる。
【００１６】
制御信号生成部１２０は、上記端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwの波形のうち、誘導電圧が現れる区間Ｐ2及びＰ4において、各端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを中性電位Ｖnと比較して、誘導電圧のゼロクロス点Ａを検出し、永久磁石回転子１０３の位置を検出することにより、永久磁石回転子１０３の回転に同期した三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCを生成し出力する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のブラシレスモータでは、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流が大きい場合、各固定子巻線において蓄積される磁場エネルギーが大きく、ドライブ回路１０４〜１０９のスイッチングの際に発生する逆起電力も大きく、コミュテータ素子１１０〜１１５を通して放電しこの逆起電力を解放するために要する時間が長くなる。
【００１８】
図１６は駆動電流が大きい場合の図１４における各固定子巻線の端子電圧の時間変化を表す図である。
【００１９】
図１６において、Ｐ1〜Ｐ6は図１５において同符号を付せられた各区間に対応し、Ｂは各固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの電流を転流させる転流点である。
【００２０】
固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流が大きい場合、コミュテータ素子１１０〜１１５を通して放電しこの逆起電力を解放するために要する時間Ｐ5及びＰ6が長くなる。一方、逆起電圧は永久磁石回転子１０３の位置に対応して発生し、転流点Ｂから、次にその固定子巻線に駆動電流が供給されるまでの間に極性が反転する。放電時間Ｐ5及びＰ6が長いと、逆起電圧の極性が反転するまでの間に放電が終了せず、ゼロクロス点Ａはこの逆起電圧のパルス（区間Ｐ5）に隠されて検出することができなくなる。従って、永久磁石回転子１０３の位置を検出することができなくなり、ブラシレスモータのセンサレス駆動ができないという課題を有していた。また、転流時に発生するサージ電圧の大きさがモータの電磁音の大きさを左右するという課題を有していた。
【００２１】
本発明のブラシレスモータの駆動制御装置は上記従来の課題を解決するもので、サージ電圧を抑え、モータの電磁音を低減し、ブラシレスモータの固定子巻線に流す電流が大きい場合においても、固定子巻線に発生するゼロクロス点を検出することができ、センサレス駆動制御が可能なブラシレスモータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明のブラシレスモータの駆動制御方法は上記従来の課題を解決するもので、サージ電圧を抑え、モータの電磁音を低減し、ブラシレスモータの固定子巻線に流す電流が大きい場合においても、固定子巻線に発生するゼロクロス点を検出することができ、センサレス駆動制御が可能なブラシレスモータの駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のブラシレスモータの駆動制御装置は、一点で結線された複数の固定子巻線と、各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子とを備えたブラシレスモータの駆動制御装置であって、複数のコミュテータ素子を有し各コミュテータ素子の切り換えにより固定子巻線に通電する電流の切り換えを行うドライブ回路と、各固定子巻線の端子電圧からゼロクロス点を検出し固定子巻線の各々に対応したゼロクロス点検出信号を出力するゼロクロス点検出部と、永久磁石回転子の回転により固定子巻線に誘導される誘導電圧が端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を各ゼロクロス点検出信号から抽出し誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延させて各コミュテータ素子を相切り換えする制御を行う帰還制御信号生成部と、コミュテータ素子の切り換えが行われる切換点の一定時間前から切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行う印可電力制御部と、ドライブ回路に加える電圧を供給する可変出力の電圧源又は前記ドライブ回路に加える電流を供給する可変出力の電流源とを備え、印可電力制御部は、切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制する制御を行うことを特徴とする。
【００２４】
この構成により、ブラシレスモータの固定子巻線に流す電流が大きい場合においても、モータの電磁音が低く、固定子巻線に発生するゼロクロス点を検出することができ、センサレス駆動制御が可能なブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。
【００２５】
上記課題を解決するために本発明のブラシレスモータの駆動制御方法は、一点で結線された複数の固定子巻線と、各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子と、を備えたブラシレスモータの駆動制御方法であって、複数の固定子巻線の端子電圧から各端子電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出過程と、永久磁石回転子の回転により固定子巻線に誘導される誘導電圧が端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を各端子電圧のゼロクロス点検出信号から抽出する磁極位置検出過程と、誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延して固定子巻線に通電する電流の相切り換えを行う電流切換過程と、固定子巻線に通電される電流を切り換える切換点の一定時間前から切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する印可電力抑制過程と、固定子巻線に通電される電流を切り換える切換点の一定時間前から切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する印可電力抑制過程とを備え、前記印可電力抑制過程は、前記切換点の一定時間前に前記固定子巻線に印加する電力を正弦波に近似した波形により降下させることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、ブラシレスモータの固定子巻線に流す電流が大きい場合においても、モータの電磁音が低く、固定子巻線に発生するゼロクロス点を検出することができ、センサレス駆動制御が可能なブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御装置は、一点で結線された複数の固定子巻線と、各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子とを備えたブラシレスモータの駆動制御装置であって、複数のコミュテータ素子を有し前記各コミュテータ素子の切り換えにより固定子巻線に通電する電流の切り換えを行うドライブ回路と、各固定子巻線の端子電圧からゼロクロス点を検出し固定子巻線の各々に対応したゼロクロス点検出信号を出力するゼロクロス点検出部と、永久磁石回転子の回転により固定子巻線に誘導される誘導電圧が端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を各ゼロクロス点検出信号から抽出し誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延させて各コミュテータ素子を相切り換えする制御を行う帰還制御信号生成部と、コミュテータ素子の切り換えが行われる切換点の一定時間前から切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行う印可電力制御部と、ドライブ回路に加える電圧を供給する可変出力の電圧源又はドライブ回路に加える電流を供給する可変出力の電流源とを備え、印可電力制御部は、切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制する制御を行うことを特徴とするものであり、この構成により、以下のような作用が得られる。
【００２８】
（１）各相において、通電されていない固定子巻線の端子電圧には永久磁石回転子の回転により誘導される誘導電圧が現れる。また、切換点において、コミュテータ素子のスイッチングにより固定子巻線を流れる電流が転流し固定子巻線に逆起電力が誘導され、この逆起電力がフリーホイーリングダイオードを通して解放されるため、サージ電圧のパルスが発生する。ゼロクロス点検出部は、上記誘導電圧のゼロクロス点（誘導電圧ゼロクロス点）とサージ電圧パルスのゼロクロス点とを検出する。誘導電圧ゼロクロス点は、切換点から一定の電気角（単相は９０度）だけ遅延する。サージ電圧のゼロクロス点は、切換点においてパルスの立ち上がりによりゼロクロス点が現れ、その後パルスの立ち下がりで再びゼロクロス点が現れる。帰還制御信号生成部はこれらのゼロクロス点から誘導電圧ゼロクロス点を抽出し、誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延させて前記各コミュテータ素子を相切り換えし、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックした相切り換え制御を行う。
【００２９】
（２）印可電力制御部は、切換点の一定時間前から切換点までの間、固定子巻線に印可する電力を抑制するため、切換点において固定子巻線に蓄積される磁場のエネルギーは抑制される。従って、高出力・高回転のブラシレスモータのように固定子巻線に流れる電流が大きい場合でも、切換点において固定子巻線に誘導される逆起電力は抑制され、サージ電圧のパルスの幅は減少する。これにより、誘導電圧のゼロクロス点の前にサージ電圧の解放が終了し、誘導電圧ゼロクロス点にサージ電圧のパルスが重畳することが防止され、帰還制御信号生成部が誘導電圧ゼロクロス点を検出することが可能となり、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックしたコミュテータ素子の相切り換え制御が可能となる。
【００３０】
（３）サージ電圧のパルス幅が狭いことから相切り換え時の電磁音の低減が可能となる。
【００３１】
ここで、固定子巻線に印可する電力を抑制する方法としては、固定子巻線に通電する駆動電流を下げる方法や、固定子巻線に通電する駆動電流をパルス幅変調する方法等が用いられる。
【００３２】
また、印可電力制御部は、帰還制御信号生成部により抽出される誘導電圧ゼロクロス点、又は切換点において何れかの固定子巻線において発生するサージ電圧のパルスによるゼロクロス点を基準とし、その点から一定時間遅延した点から次の切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行う。
【００３３】
（４）印可電力制御部が切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制するため、固定子巻線に供給される駆動電流が抑制されるという作用が得られる。
【００３４】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動制御装置であって、印可電力制御部は、切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又はドライブ回路に加える電流を正弦波に近似した波形により降下させる制御を行うことを特徴とする構成としたものであり、この構成により、以下のような作用が得られる。
【００３５】
（１）印可電力制御部は、永久磁石回転子が固定子巻線の内部に作る磁束密度の変化に対応して、切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制し、これにより、ブラシレスモータの電力効率の低下が抑えられ、かつ固定子巻線に供給される駆動電流が抑制される。
【００３６】
（２）サージ電圧がほとんど発生せず、ゼロクロス点を確実に検出することができる。
【００３７】
（３）サージ電圧に起因する電磁音が発生しない。
【００３８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動制御装置であって、固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出部を備え、印可電力制御部は、電流検出部により検出される全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき各固定子巻線に印可する電力の抑制量を決定することを特徴とする構成としたものであり、この構成により、前記印可電力制御部は、全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき各固定子巻線に印可する電力の抑制量を最適化する事が可能であり、ブラシレスモータの電力効率が改善されるという作用が得られる。
【００３９】
ここで、印加電力制御部は、電流検出部の出力をＡ／Ｄ変換し、その値と大きさに合わせて、印加電力の抑制量である、低減する印加電力の大きさと時間とを決定する。
【００４０】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動制御装置であって、固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出部と、電流検出部で検出される全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合に各固定子巻線への印加電力の抑制を許可する判定を行う印加電力抑制判定部と、を備え、印可電力制御部は、印加電力抑制判定部により印加電力の抑制が許可されると切換点の一定時間前に各固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行うことを特徴とする構成としたものであり、この構成により、印加電力抑制判定部が、電流検出部で検出された全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合にのみ固定子巻線に印加する電力の抑制が行うため、低出力・低回転でブラシレスモータを運転する場合の電力効率が改善されるという作用が得られる。
【００４７】
本発明の請求項５に記載のブラシレスモータの駆動制御方法は、一点で結線された複数の固定子巻線と、各固定子巻線の発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子と、を備えたブラシレスモータの駆動制御方法であって、複数の固定子巻線の端子電圧から各端子電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出過程と、永久磁石回転子の回転により固定子巻線に誘導される誘導電圧が端子電圧として検出される区間におけるゼロクロス点である誘導電圧ゼロクロス点を各端子電圧のゼロクロス点検出信号から抽出する磁極位置検出過程と、誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延して固定子巻線に通電する電流の相切り換えを行う電流切換過程と、固定子巻線に通電される電流を切り換える切換点の一定時間前から切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する印可電力抑制過程とを備え、印可電力抑制過程は、切換点の一定時間前に固定子巻線に印加する電力を正弦波に近似した波形により降下させることを特徴とするものであり、この構成により、以下の作用が得られる。
【００４８】
（１）各相において、通電されていない固定子巻線の端子電圧には永久磁石回転子の回転により誘導される誘導電圧が現れる。また、切換点において、固定子巻線を流れる電流が転流し固定子巻線に逆起電力が誘導され、この逆起電力により、サージ電圧のパルスが発生する。従って、ゼロクロス点検出過程においては、各端子電圧には、上記誘導電圧のゼロクロス点（誘導電圧ゼロクロス点）とサージ電圧パルスのゼロクロス点とが検出される。誘導電圧ゼロクロス点は、切換点から一定の電気角だけ遅延する。サージ電圧のゼロクロス点は、切換点においてパルスの立ち上がりによりゼロクロス点が現れ、その後パルスの立ち下がりで再びゼロクロス点が現れる。磁極位置検出過程では、これらのゼロクロス点から誘導電圧ゼロクロス点を抽出する。その後、電流切換過程において、誘導電圧ゼロクロス点から一定の電気角遅延させて前記各コミュテータ素子を相切り換えすることにより、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックした相切り換え制御を行う。
【００４９】
（２）印可電力抑制過程において、切換点の一定時間前から切換点までの間、固定子巻線に印可する電力を抑制するため、切換点において固定子巻線に蓄積される磁場のエネルギーは抑制される。従って、高出力・高回転のブラシレスモータのように固定子巻線に流れる電流が大きい場合でも、切換点において固定子巻線に誘導される逆起電力は抑制され、サージ電圧のパルスの幅は減少する。これにより、誘導電圧のゼロクロス点の前にサージ電圧の解放が終了し、誘導電圧ゼロクロス点にサージ電圧のパルスが重畳することが防止され、ゼロクロス点検出過程において、誘導電圧ゼロクロス点を検出することが可能となり、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックしたコミュテータ素子の相切り換え制御が可能となる。
【００５０】
（３）ステータの磁極位置検出用の回路自体が不要となる。
ここで、固定子巻線に印可する電力を抑制する方法としては、固定子巻線に通電する駆動電流を下げる方法や、固定子巻線に通電する駆動電流をパルス幅変調する方法等が用いられる。
【００５１】
また、印可電力抑制過程では、磁極位置検出過程において抽出される誘導電圧ゼロクロス点、又は切換点において何れかの固定子巻線に発生するサージ電圧のパルスによるゼロクロス点を基準とし、その点から一定時間遅延した点から次の切換点までの間固定子巻線に印可する電力を抑制する制御を行う。
【００５２】
（４）永久磁石回転子が固定子巻線の内部に作る磁束密度の変化に対応して切換点の一定時間前に固定子巻線に印加する電力が抑制され、これにより、ブラシレスモータの電力効率の低下が抑えられ、かつ固定子巻線に供給される駆動電流が抑制される。
【００５３】
（５）サージ電圧がほとんど発生せず、ゼロクロス点を確実に検出することが可能となる。
【００５４】
（６）サージ電圧に起因する電磁音の発生を防止することができる。
【００５５】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のブラシレスモータの駆動制御方法であって、固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出過程を備え、印可電力抑制過程において、各固定子巻線に印可する電力の抑制量は、電流検出過程により検出される全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき決定することを特徴とする構成としたものであり、この構成により、全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき各固定子巻線に印可する電力の抑制量を最適化する事が可能であり、ブラシレスモータの電力効率が改善されるという作用が得られる。
【００５６】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のブラシレスモータの駆動制御方法であって、固定子巻線に供給される全電流値又は相電流値を検出する電流検出過程と、電流検出過程で検出される全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合に各固定子巻線への印加電力の抑制を許可する判定を行う印加電力抑制判定過程と、を備え、印可電力抑制過程は、印加電力抑制判定過程において各固定子巻線への印加電力を抑制が許可されると、切換点の一定時間前から切換点までの間、各固定子巻線に印可する電力を抑制することを特徴とする構成としたものであり、この構成により、電流検出部で検出された全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合にのみ固定子巻線に印加する電力の抑制が行われ、これにより低出力・低回転でブラシレスモータを運転する場合の電力効率が改善されるという作用が得られる。
【００５９】
以下に本発明の基本の形態および実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（基本の形態１）
図１は本発明の基本の形態１におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【００６０】
図１において、１０１はステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは固定子巻線、１０３は永久磁石回転子、１０４はドライブ回路、１０５〜１１０はコミュテータ素子、１１１〜１１６はフリーホイーリングダイオード、１１７は駆動電源、１１８はバイパスコンデンサ、１２０はゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはコンパレータであり、これらは従来と同様のものであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
１１９ｕ、１１９ｖ、１１９ｗ、１１９Ｎは固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子に発生する電圧の中性点の電位（以下、中性電位ＶNと呼ぶ。）を生成する中性電位生成抵抗、ＲIは全電流値検出抵抗、ＲUH1〜ＲUHn、ＲVH1〜ＲVHn、ＲWH1〜ＲWHn、ＲUL1〜ＲULn、ＲVL1〜ＲVLn、ＲWL1〜ＲWLnはそれぞれコミュテータ素子１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０のベース電圧を設定するためのベース電圧設定抵抗、１２１はドライブ回路１０４を制御することにより永久磁石回転子１０３の回転数の制御を行う制御部である。
【００６２】
本基本の形態においては、コミュテータ素子１０８〜１１０のエミッタ側は全電流値検出抵抗ＲIを介して接地されている。また、中性電位生成抵抗１１９ｕ、１１９ｖ、１１９ｗは一端が接続点ＯＲにおいて接続されており、他端はそれぞれ、中性電位生成抵抗１１９ｕは端子Ｕに、中性電位生成抵抗１１９ｖは端子Ｖに、中性電位生成抵抗１１９ｗは端子Ｗに接続されている。また、中性電位生成抵抗１１９Ｎの一端は接続点ＯＲに接続され、他端は接地されている。接続点ＯＲにおいて中性電位ＶＮが得られ、この接続点ＯＲがコンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの負入力側に接続されている。ベース電圧設定抵抗ＲＵＨ１〜ＲＵＨｎ、ＲＶＨ１〜ＲＶＨｎ、ＲＷＨ１〜ＲＷＨｎ、ＲＵＬ１〜ＲＵＬｎ、ＲＶＬ１〜ＲＶＬｎ、ＲＷＬ１〜ＲＷＬｎの一端は、それぞれ、コミュテータ素子１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０のベースに接続されており、他端は制御部１２１の各出力端子に接続されている。制御部１２１は、これらベース電圧設定抵抗を介してコミュテータ素子１０５〜１１０のベースに接続されており、ドライブ回路１０４を制御するための六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する。また、制御部１２１は、コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの出力側に接続されており、永久磁石回転子１０３の回転数がある一定値以上となると、ゼロクロス点検出部１２０より入力されるゼロクロス点検出信号ＶＵ０、ＶＶ０、ＶＷ０に基づき各六相制御信号を生成し出力するフィードバック制御に切り換わる。
【００６３】
図２は図１の制御部の機能構成を表すブロック図である。
図２において、１３１はドライブ回路１０４の駆動電流の切り換えを制御するための三相制御信号である外部同期三相制御信号ＶAi、ＶBi、ＶCiを生成し出力する外部同期制御部、１３２はゼロクロス点検出部１２０より入力されるゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0に基づき永久磁石回転子１０３の回転に同期した三相制御信号である帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを生成する帰還三相制御信号生成部、１３３は帰還三相制御信号生成部１３２において検出され出力される各固定子巻線に発生する誘導電圧のゼロクロス点の間隔に基づき永久磁石回転子１０３の回転数Ｎを検出する回転数検出部である。
【００６４】
帰還三相制御信号生成部１３２は、ゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0から、永久磁石回転子１０３の回転により端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する誘導電圧のゼロクロス点（図１５のＡに対応する点）及びサージ電圧パルスのエッジを検出し、各相の何れかにおいて誘導電圧のゼロクロス点が検出されたことを通知する誘導電圧ゼロクロス点検出信号ＶZ及び各相の何れかにおいてサージパルスのエッジが検出されたことを通知するエッジ検出信号Ｖsを生成すると共に、検出された各相における誘導電圧のゼロクロス点から電気角３０度遅延して反転する帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを生成する。回転数検出部１３３は、誘導電圧ゼロクロス点検出信号ＶZの時間間隔を測定し、各時点における永久磁石回転子１０３の回転数Ｎを算出する。
【００６５】
１３４は、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎがある一定値以下の場合は外部同期三相制御信号ＶAi、ＶBi、ＶCiを、回転数Ｎがある一定値より大きい場合は帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして出力するような切り換え制御を行う三相制御信号切換部である。
【００６６】
１３５は三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCに基づきコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングを行う六相制御信号ＵＨ0、ＶＨ0、ＷＨ0、ＵＬ0、ＶＬ0、ＷＬ0を生成し出力する六相制御信号生成部である。１３６は全電流値検出抵抗ＲIの両端電圧である全電流検出信号ＶIからドライブ回路１０４に供給される電流値Ｉを検出する電流検出部、１３７は電流検出部１３６で検出される電流値Ｉに基づき固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに印加する電力を抑制するか否かの閾値判定を行う印加電力抑制判定部、１３８は印加電力抑制判定部１３７により印加電力を抑制するという判定がされるとコミュテータ素子１０５〜１１０のベース電圧の切り換え制御を行うベース電圧制御部、１３９はベース電圧制御部１３８の制御によりコミュテータ素子１０５〜１１０のベース電圧を切り換えるベース電圧切換部である。
【００６７】
印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖsより誘導電圧のサージパルスの立ち上がり（以下、転流点と呼ぶ。）が検出されると、その直前に電流検出部１３６で検出された電流値Ｉfの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較し、電流値Ｉfが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、ベース電圧の抑制を行う制御を不許可とし、電流値Ｉfが閾値Ｉ0以上の場合には、ベース電圧の抑制を行う制御を許可する。ベース電圧制御部１３８は、印加電力抑制判定部１３７によりベース電圧の抑制を行う制御が許可された場合、電流検出部１３６により検出された前記転流点の直前の電流値Ｉfから、ベース電圧の抑制量を決定し、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間を予測し、次の転流点の一定時間前にベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnを切り換えることによりベース電圧の抑制を行う。ベース電圧切換部１３９は、６×ｎ個の論理積演算部を備えており、各々の論理積演算部の出力がベース電圧設定抵抗ＲUH1〜ＲUHn、ＲVH1〜ＲVHn、ＲWH1〜ＲWHn、ＲUL1〜ＲULn、ＲVL1〜ＲVLn、ＲWL1〜ＲWLnに接続されている。ベース電圧設定抵抗ＲUH1〜ＲUHnには六相制御信号ＵＨ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力され、ベース電圧設定抵抗ＲVH1〜ＲVHnには六相制御信号ＶＨ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力され、ベース電圧設定抵抗ＲWH1〜ＲWHnには六相制御信号ＷＨ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力され、ベース電圧設定抵抗ＲUL1〜ＲULnには六相制御信号ＵＬ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力され、ベース電圧設定抵抗ＲVL1〜ＲVLnには六相制御信号ＶＬ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力され、ベース電圧設定抵抗ＲWL1〜ＲWLnには六相制御信号ＷＬ0とベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnとの正論理の論理積信号が入力される。ベース電圧設定抵抗ＲUHi、ＲVHi、ＲWHi、ＲULi、ＲVLi、ＲWLi（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）は、インデックスｉが同じものは同じ抵抗値であり、インデックスｉが大きくなるにつれ抵抗値は大きくなっている。六相制御信号ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0は、ベース電圧設定抵抗ＲUHi、ＲVHi、ＲWHi、ＲULi、ＲVLi、ＲWLi（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）により電圧降下され、六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬとしてコミュテータ素子１０５〜１１０へ出力される。電圧降下はベース電圧設定抵抗ＲUHi、ＲVHi、ＲWHi、ＲULi、ＲVLi、ＲWLi（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の抵抗値で決まるため、ベース電圧制御部１３８は、ベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnを切り換え上記ベース電圧設定抵抗の一つを選択することによりコミュテータ素子１０５〜１１０のベース電圧を制御することが可能である。
【００６８】
以上のように構成された本基本の形態のブラシレスモータの駆動制御装置について、以下その制御方法を説明する。
【００６９】
ブラシレスモータの起動時には、三相制御信号切換部１３４は、外部同期制御部１３１の生成する外部同期三相制御信号ＶAi、ＶBi、ＶCiを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして出力し、ブラシレスモータは外部同期制御された状態（以下、外部同期制御状態と呼ぶ。）で駆動されている。このとき、電流検出部１３６は、ドライブ回路１０４に供給される全電流値を検出し続ける。回転数が上昇し、永久磁石回転子１０３の回転による誘導電圧がゼロクロス点検出部１２０で検出可能な程度に大きくなると、帰還三相制御信号生成部１３２は、誘導電圧ゼロクロス点検出信号ＶZ及びエッジ検出信号Ｖsを出力し始める。エッジ検出信号Ｖsが入力されると、印加電力抑制判定部１３７は転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉfと閾値Ｉ0とを比較し、電流値Ｉfが閾値Ｉ0より大きい場合には、印加電圧の抑制を行う制御を許可する。尚、このとき、初期状態では、印加電圧の抑制を行う制御は不許可の状態にあるとする。印加電力抑制判定部１３７により印加電圧の抑制を行う制御が許可されると、ベース電圧制御部１３８は、前記転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉfに基づき、出力するベース電圧切換信号をＶb1〜Ｖbnの中から選択することにより、どの程度ベース電圧を抑制するかを決定する。それと共に、転流前にベース電流を切り換え、転流前に固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値を抑える制御を行う。
【００７０】
回転数検出部１３３により検出される永久磁石回転子１０３の回転数Ｎが、一定の値以上になると、三相制御信号切換部１３４は、入力を帰還三相制御信号生成部１３２に切り換え、帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして六相制御信号生成部１３５に出力し、フィードバック制御状態となる。このとき、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値は、転流の前に抑えられているため、図１６のようにサージ電圧のパルス幅が広くゼロクロス点が検出されない状態となることが防止される。
【００７１】
次に、制御部のベース電圧の切り換え動作についてさらに詳細に説明する。
図３は図１の制御部のベース電圧の切り換え動作を表すフローチャートであり、図４は図１の各信号の時間変化とタイミングを表す図である。図４において、Ａは端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する誘導電圧のゼロクロス点、Ｂは各固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの電流を転流させる転流点、Ｃはベース電圧の切り換えが行われるベース電圧切換点である。
【００７２】
まず、印加電力抑制判定部１３７はエッジ検出信号Ｖsから転流点を検出する（Ｓ１０１）。
【００７３】
転流点が検出されると、ベース電圧を定常値（ベース電圧を抑制していないときの値）に設定し（Ｓ１０２）、ベース電圧制御部１３８は内部に有するタイマのカウント値ｔを０にリセットし、タイマのカウントをスタートさせる（Ｓ１０３）。
【００７４】
印加電力抑制判定部１３７は、その転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉfの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較する（Ｓ１０４）。印加電力抑制判定部１３７は、電流値Ｉfが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、ベース電圧の抑制を行う制御を不許可としステップＳ１０１に戻り、電流値Ｉfが閾値Ｉ0以上の場合には、ベース電圧の抑制を行う制御を許可する。Ｉ1＜Ｉf＜Ｉ0の時には現在の許可又は不許可の状態を維持しステップＳ１０１に戻る（Ｓ１０５）。
【００７５】
印加電力抑制判定部１３７によりベース電圧の抑制を行う制御が許可された場合、ベース電圧制御部１３８は、前記電流値Ｉfから、ベース電圧の抑制量を決定し、ベース電圧抑制時に出力する信号をベース電圧切換信号Ｖb1〜Ｖbnから選択する。それとともに、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間Ｔを予測し、転流点からベース電圧を抑えるまでの時間ｔ1を決定（例えば、ｔ1＝０．８Ｔのように決定。但し、０．５Ｔ＜ｔ1＜Ｔ）する（Ｓ１０６）。
【００７６】
次に、ベース電圧制御部１３８はタイマのカウント値ｔがｔ1以上になるまで待機し（Ｓ１０７）、タイマのカウント値ｔがｔ1になった時点でベース電圧を切り換え、ベース電圧を抑制する（Ｓ１０８）。
【００７７】
以下、再びステップＳ１０１に戻り同様の動作を繰り返す。
このとき、図１の各部の信号の波形は図４に示したようになる。
【００７８】
コミュテータ素子１０５〜コミュテータ素子１１０のベース電圧である六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、ベース電圧切換点Ｃにおいて切り換えられ抑制される。
【００７９】
これにより、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流は減少し、転流点Ｂにおける電流値が抑制され、転流点における固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ内の磁場エネルギーは減少する。従って、転流点Ｂでコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングを行ったときに発生するサージ電圧のパルス幅は減少し、端子電圧ＶU、ＶV、ＶWのゼロクロス点Ａの検出が可能となる（図４のＶU、ＶV、ＶW参照）。
【００８０】
転流点Ｂにおいて、六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは切り換えられ、再び元の電圧値に戻される。
【００８１】
尚、このとき、全電流値検出抵抗ＲIの両端に発生する電圧である全電流検出信号ＶIは、図４に示すようになる。印加電力抑制判定部１３７は、コミュテータ素子１０６により転流点の直前の点Ｄにおける全電流検出信号ＶIの値を検出することにより、転流点Ｂの直前の全電流値Ｉfを検出する。
【００８２】
また、本基本の形態において、ベース電圧の抑制を行うタイミングは、サージ電圧のパルスの立ち上がり（転流点Ｂ）をトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めたが、サージ電圧のパルスの立ち下がり（図４の点Ｅ）又はゼロクロス点Ａをトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めてもよい。
【００８３】
また、本基本の形態において、印加電力抑制判定部１３７は、転流点Ｂの直前の全電流値Ｉfを検出し、次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定することとしたが、印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖsにより転流点が検出される毎に１つ前の転流点からその転流点までの間に電流検出部１３６により検出される全電流値の平均値Ｉｅｖ又は実効値Ｉｅｆｆを計算し、その値により次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定するように構成してもよい。更に、この場合、ベース電圧制御部１３８は、印加電力抑制判定部１３７で計算される全電流値の平均値Ｉｅｖ又は実効値Ｉｅｆｆに基づきベース電圧の抑制量を決定するように構成してもよい。これにより、ノイズの影響が低減され、誤動作が防止され、ゼロクロス点を確実に検出できるようになる。
【００８４】
（基本の形態２）
図５は本発明の基本の形態２におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【００８５】
図５において、１０１はステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは固定子巻線、１０３は永久磁石回転子、１０４はドライブ回路、１０５〜１１０はコミュテータ素子、１１１〜１１６はフリーホイーリングダイオード、１１７は駆動電源、１１８はバイパスコンデンサ、１１９Ｕ及び１１９Ｌは中性電位生成抵抗、１２０はゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはコンパレータであり、これらは従来と同様のものであるため、同一の符号を付して説明を省略する。また、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ、ＵＨ０、ＵＬ０、ＶＨ０、ＶＬ０、ＷＨ０、ＷＬ０は六相制御信号、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは駆動電流、ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは端子電圧、ＶＵ０、ＶＶ０、ＶＷ０はゼロクロス点検出信号であり、これらは基本の形態１と同様のものであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
１０５ａ〜１１０ａはコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングを行うためのスイッチング回路、１２１はドライブ回路１０４を制御することにより永久磁石回転子１０３の回転数の制御を行う制御部である。
【００８７】
制御部１２１は、ドライブ回路１０４を制御するための六相制御信号ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0を生成し出力する。また、制御部１２１は、コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの出力側に接続されており、永久磁石回転子１０３の回転数Ｎがある一定値以上となると、ゼロクロス点検出部１２０より入力されるゼロクロス点検出信号ＶU0、ＶV0、ＶW0に基づき各六相制御信号を生成し出力するフィードバック制御に切り換わる。
【００８８】
１４１はコミュテータ素子１０５〜１１０のベース電圧をパルス幅変調するパルス幅変調部、１４２はＦ／Ｖコンバータ、１４３は矩形波を発振し出力する発振器、１４４は発振器１４３から出力される矩形波を三角波に整形し出力する積分回路、１４５はＦ／Ｖコンバータ１４２の出力と積分回路１４４の出力とを比較しＰＷＭ信号ＶPWMを出力するコンパレータ、１４６〜１５１はそれぞれ六相制御信号ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0とＰＷＭ信号ＶPWMとの正論理の論理積であるパルス幅変調された六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する変調部、ＲIU、ＲIV、ＲIWはそれぞれコミュテータ素子１０８、１０９、１１０に流れる相電流を検出する相電流検出抵抗である。
【００８９】
制御部１２１の六相制御信号ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0の出力端子は、変調部１４６、１４７、１４８、１４９、１５０、１５１の一方の入力側に接続され、コンパレータ１４５の出力は変調部１４６、１４７、１４８、１４９、１５０、１５１のもう一方の入力側に接続されている。コミュテータ素子１０８〜１１０のコレクタ側は、それぞれ、相電流検出抵抗ＲIU、ＲIV、ＲIWを介して接地されている。相電流検出抵抗ＲIU、ＲIV、ＲIWとコミュテータ素子１０８〜１１０のコレクタとの共通接続点は制御部１２１に接続されている。Ｆ／Ｖコンバータ１４２の入力側は制御部１２１に接続され、Ｆ／Ｖコンバータ１４２の出力側はコンパレータ１４５の正入力側に接続されており、Ｆ／Ｖコンバータ１４２は、制御部１２１から入力されるＰＷＭ制御信号ＶPを電圧信号に変換し、コンパレータ１４５に出力する。また、コンパレータ１４５の入力側は積分回路１４４に接続されており、コンパレータ１４５は、Ｆ／Ｖコンバータ１４２から入力される電圧信号を積分回路１４４から入力される三角波と比較することでＰＷＭ信号ＶPWMを生成し、変調部１４６〜１５１に出力する。
【００９０】
図６は図５の制御部の機能構成を表すブロック図である。
図６において、１２１は制御部、１３１は外部同期制御部、１３２は帰還三相制御信号生成部、１３３は回転数検出部、１３４は三相制御信号切換部、１３５は六相制御信号生成部、１３６は電流検出部、１３７は印加電力抑制判定部、ＶAi、ＶBi、ＶCiは外部同期三相制御信号、ＶAf、ＶBf、ＶCfは帰還三相制御信号、ＶA、ＶB、ＶCは三相制御信号、ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0は六相制御信号、ＶZは誘導電圧ゼロクロス点検出信号、Ｖsはエッジ検出信号、ＶpはＰＷＭ制御信号であり、これらは図２及び図５と同様のものであるため、同符号を付して説明を省略する。
【００９１】
但し、電流検出部１３６は、相電流検出抵抗ＲIU、ＲIV、ＲIWの両端電圧である相電流検出信号ＶIU、ＲIV、ＲIWからコミュテータ素子１０８、１０９、１１０を通過する相電流を検出する。また、印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖsより誘導電圧のサージパルスの立ち上がり（以下、転流点と呼ぶ。）が検出されると、その転流点の直前に電流検出部１３６で検出された相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較し、相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、印加電力の抑制を行う制御を不許可とし、相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWが閾値Ｉ0以上の場合には、印加電力の抑制を行う制御を許可する。
【００９２】
１６１は印加電力制御部、１６２はＰＷＭ制御部である。
印加電力制御部１６１は、印加電力抑制判定部１３７により印加電力の抑制を行う制御が許可された場合、電流検出部１３６により検出された前記転流点の直前の相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWから、印加電力の抑制量を決定し、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間を予測し、次の転流点の一定時間前に印加電力切換信号ＳQをＰＷＭ制御部１６２に出力することにより印加電力の抑制を行う。ＰＷＭ制御部１６２は、印加電力切換信号ＳQが入力されると、印加電力制御部１６１で決定された印加電力の抑制量に基づき、Ｆ／Ｖコンバータ１４２に対しＰＷＭ制御信号Ｖpを出力する。Ｆ／Ｖコンバータ１４２はＰＷＭ制御信号Ｖpを電圧信号に変換しコンパレータ１４５に出力し、コンパレータ１４５は入力された電圧信号と三角波からＰＷＭ信号ＶPWMを生成し変調部１４６〜１５１に出力する。変調部１４６〜変調部１５１は六相制御信号ＵＨ0、ＵＬ0、ＶＨ0、ＶＬ0、ＷＨ0、ＷＬ0とＰＷＭ信号ＶPWMとの積論理をとることによりＰＷＭ変調された六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し、コミュテータ素子１０５〜１１０に出力する。これにより固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流はＰＷＭ変調され、印加電力が抑制されることになる。
【００９３】
以上のように構成された本基本の形態のブラシレスモータの駆動制御装置について、以下その制御方法を説明する。
【００９４】
ブラシレスモータの起動時には、三相制御信号切換部１３４は、外部同期制御部１３１の生成する外部同期三相制御信号ＶAi、ＶBi、ＶCiを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして出力し、ブラシレスモータは外部同期制御状態で駆動されている。このとき、電流検出部１３６は、ドライブ回路１０４に供給される全電流値を検出し続ける。回転数が上昇し、永久磁石回転子１０３の回転による誘導電圧がゼロクロス点検出部１２０で検出可能な程度に大きくなると、帰還三相制御信号生成部１３２は、誘導電圧ゼロクロス点検出信号ＶZ及びエッジ検出信号Ｖsを出力し始める。エッジ検出信号Ｖsが入力されると、印加電力抑制判定部１３７は転流点の直前に電流検出部１３６により検出された相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWと閾値Ｉ0とを比較し、相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWが閾値Ｉ0より大きい場合には、印加電力の抑制を行う制御を許可する。尚、このとき、初期状態では、印加電力の抑制を行う制御は不許可の状態にあるとする。印加電力抑制判定部１３７により印加電力の抑制を行う制御が許可されると、印加電力制御部１６１は、前記転流点の直前に電流検出部１３６により検出された相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWに基づき、どの程度印加電力を抑制するかを決定する。それと共に、転流前にＰＷＭ制御を切り換え、転流前に固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値を抑える制御を行う。
【００９５】
回転数検出部１３３により検出される永久磁石回転子１０３の回転数Ｎが、一定の値以上になると、三相制御信号切換部１３４は、入力を帰還三相制御信号生成部１３２に切り換え、帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして六相制御信号生成部１３５に出力し、フィードバック制御状態となる。このとき、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値は、転流の前に抑えられているため、図１６のようにサージ電圧のパルス幅が大きくゼロクロス点が検出されない状態となることが防止される。
【００９６】
次に、制御部の印加電力の切り換え動作についてさらに詳細に説明する。
図７は図５の制御部の印加電力の切り換え動作を表すフローチャートであり、図８は図５の各信号の時間変化とタイミングを表す図である。図８において、Ａは端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する誘導電圧のゼロクロス点、Ｂは各固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの電流を転流させる転流点、Ｃ’は印加電力の切り換えが行われる印加電力切換点である。
【００９７】
まず、印加電力抑制判定部１３７はエッジ検出信号Ｖsから転流点を検出する（Ｓ２０１）。
【００９８】
転流点が検出されると、ＰＷＭ制御がされている場合にはＰＷＭ制御を停止し（Ｓ２０２）、印加電力制御部１６１は内部に有するタイマのカウント値ｔを０にリセットし、タイマのカウントをスタートさせる（Ｓ２０３）。
【００９９】
印加電力抑制判定部１３７は、その転流点の直前に六相制御信号ＵＬがＨＩＧＨ状態の場合（Ｓ２０４）、転流点の直前に電流検出部１３６により検出されたＵ相電流値ＩfUと閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較する（Ｓ２０５）。また、前記転流点の直前に六相制御信号ＶＬがＨＩＧＨ状態の場合（Ｓ２０６）、転流点の直前に電流検出部１３６により検出されたＶ相電流値ＩfVの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較する（Ｓ２０７）。また、前記転流点の直前に六相制御信号ＷＬがＨＩＧＨ状態の場合（Ｓ２０６）、転流点の直前に電流検出部１３６により検出されたＷ相電流値ＩfWの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較する（Ｓ２０８）。印加電力抑制判定部１３７は、前記比較の結果、相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、印加電力の抑制を行う制御を不許可としステップＳ２０１に戻り、相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWが閾値Ｉ0以上の場合には、印加電力の抑制を行う制御を許可する。Ｉ1＜ＩfU，ＩfV，ＩfW＜Ｉ0の時には現在の許可又は不許可の状態を維持し、不許可の場合はステップＳ２０１に戻り、許可の場合はステップＳ２１０へ進む（Ｓ２０９）。
【０１００】
印加電力抑制判定部１３７により印加電力の抑制を行う制御が許可された場合、印加電力制御部１６１は、前記相電流値ＩfU又はＩfV若しくはＩfWから、印加電力の抑制量を決定する。それとともに、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間Ｔを予測し、転流点から印加電力を抑えるまでの時間ｔ1を決定（例えば、ｔ1＝０．８Ｔのように決定。但し、０．５Ｔ＜ｔ1＜Ｔ）する（Ｓ２１０）。
【０１０１】
次に、印加電力制御部１６１はタイマのカウント値ｔがｔ1以上になるまで待機し（Ｓ２１１）、タイマのカウント値ｔがｔ1以上になった時点でＰＷＭ制御部１６２によるＰＷＭ制御に切り換え、印加電力を抑制する（Ｓ２１２）。
【０１０２】
以下、再びステップＳ２０１に戻り同様の動作を繰り返す。
このとき、図５の各部の信号の波形は図８に示したようになる。
【０１０３】
コミュテータ素子１０５〜コミュテータ素子１１０のベース電圧である六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、印加電力切換点Ｃ’においてＰＷＭ制御に切り換えられ印加電力が抑制される。これにより、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに印加される電力は減少し、転流点Ｂにおける印加電力が抑制され、転流点における固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ内の磁場エネルギーは減少する。従って、転流点Ｂでコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングを行ったときに発生するサージ電圧のパルス幅は減少し、端子電圧ＶU、ＶV、ＶWのゼロクロス点Ａの検出が可能となる（図８のＶU、ＶV、ＶW参照）。
【０１０４】
転流点Ｂにおいて、六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬのＰＷＭ制御が終了され、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗには再び元の電力値が印加される。
【０１０５】
尚、このとき、ドライブ回路１０４に流れる全電流Ｉ及びＵ、Ｖ、Ｗ各相の相電流検出信号ＶIU、ＶIV、ＶIWは、図８に示すようになる。印加電力抑制判定部１３７は、コミュテータ素子１０６により転流点の直前の点Ｄにおける相電流検出信号ＶIU、ＶIV、ＶIWの値を検出することにより、転流点Ｂの直前の相電流値ＩfU、ＩfV、ＩfWを検出する。
【０１０６】
また、本基本の形態において、印加電力の抑制を行うタイミングは、サージ電圧のパルスの立ち上がり（転流点Ｂ）をトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めたが、ゼロクロス点Ａをトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めてもよい。また、基本の形態１と同様にして、印加電力抑制判定部１３７は転流点Ｂの直前の全電流値Ｉを検出することにより印加電力の抑制を行う制御の許可・不許可を決定するように構成してもよい。
【０１０７】
また、本基本の形態において、印加電力抑制判定部１３７は、転流点Ｂの直前の全電流値Ｉｆを検出し、次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定することとしたが、印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖｓにより転流点が検出される毎に１つ前の転流点からその転流点までの間に電流検出部１３６により検出される全電流値の平均値Ｉｅｖ又は実効値Ｉｅｆｆを計算し、その値により次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定するように構成してもよい。更に、この場合、印加電力制御部１６１は、印加電力抑制判定部１３７で計算される全電流値の平均値Ｉｅｖ又は実効値Ｉｅｆｆに基づき印加電力の抑制量を決定するように構成してもよい。これにより、ノイズの影響が低減され、誤動作が防止され、ゼロクロス点を確実に検出できるようになる。
【０１０８】
（実施の形態）
図９は本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【０１０９】
図９において、１０１はステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは固定子巻線、１０３は永久磁石回転子、１０４はドライブ回路、１０５〜１１０はコミュテータ素子、１１１〜１１６はフリーホイーリングダイオード、１１７は駆動電源、１１８はバイパスコンデンサ、１２０はゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはコンパレータ、ＲIは全電流値検出抵抗、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは六相制御信号、ｉu、ｉv、ｉwは駆動電流、ＶNは中性電位、ＶU、ＶV、ＶWは端子電圧、ＶU0、ＶV0、ＶW0はゼロクロス点検出信号、ＶIは全電流検出信号であり、これらは図１と同様のものであるため、同一の符号を付して説明を省略する。また、１１９Ｕ、１１９Ｌは中性電位生成抵抗であり、これらは図５と同様のものであるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１０】
１７１は電源電流の調節を行う電流源、Ｑ1〜Ｑmは駆動電源１１７の電流値の切り換えを行うためのＮＰＮ型トランジスタである電流スイッチング素子、Ｄ1〜Ｄmはカソード側において一定電圧を得るためのツェナーダイオード、Ｒs1〜Ｒsmは電流源１７１のベース電圧を得るための降圧抵抗である。
【０１１１】
電流源１７１はＰＮＰトランジスタで構成され、エミッタが電流源１７１の正極に接続され、コレクタがコミュテータ素子１０５〜１０７のエミッタ及び中性電位生成抵抗１１９ｕに接続されている。また、電流源１７１のベースには降圧抵抗Ｒs1〜Ｒsmの一端が接続されており、降圧抵抗Ｒs1〜Ｒsmの他端にはそれぞれツェナーダイオードＤ1〜Ｄmのカソード側が接続されている。また、ツェナーダイオードＤ1〜Ｄmのアノード側はそれぞれ電流スイッチング素子Ｑ1〜Ｑmのコレクタ側に接続され、電流スイッチング素子Ｑ1〜Ｑmのエミッタ側は抵抗器を介して制御部１２１に接続されている。降圧抵抗Ｒsi（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）は、インデックスｉの小さい順にその抵抗値が小さくなるように設定されている。
【０１１２】
図１０は図９の制御部の機能構成を表すブロック図である。
図１０において、１２１は制御部、１３１は外部同期制御部、１３２は帰還三相制御信号生成部、１３３は回転数検出部、１３４は三相制御信号切換部、１３５は六相制御信号生成部、１３６は電流検出部、１３７は印加電力抑制判定部、ＶU0、ＶV0、ＶW0はゼロクロス点検出信号、ＶAi、ＶBi、ＶCiは外部同期三相制御信号、ＶAf、ＶBf、ＶCfは帰還三相制御信号、ＶA、ＶB、ＶCは三相制御信号、ＶIは全電流検出信号、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは六相制御信号、ＶZは誘導電圧ゼロクロス点検出信号、Ｖsはエッジ検出信号であり、これらは図２と同様のものであり、同符号を付して説明を省略する。
【０１１３】
１８１は印加電力抑制判定部１３７により印加電力を抑制するという判定がされると電流源１７１のベース電圧の切り換え制御を行う電源電流制御部である。
【０１１４】
印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖsより誘導電圧のサージパルスの立ち上がり（以下、転流点と呼ぶ。）が検出されると、その直前に電流検出部１３６で検出された電流値Ｉfの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較し、電流値Ｉfが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、印加電力の抑制を行う制御を不許可とし、電流値Ｉfが閾値Ｉ0以上の場合には、印加電力の抑制を行う制御を許可する。電源電流制御部１８１は、印加電力抑制判定部１３７により印加電力の抑制を行う制御が許可された場合、電流検出部１３６により検出された前記転流点の直前の電流値Ｉfから、電流源１７１のベース電圧の抑制量を決定し、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間を予測し、次の転流点の一定時間前にベース電圧切換信号Ｐ1〜Ｐmを切り換えることにより電流源１７１のベース電圧の抑制を行う。電流源１７１のベース電圧が切り換わると、ドライブ回路１０４に供給される電流量が減少し、その結果、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流量も減少し印加電力が抑制される。
【０１１５】
以上のように構成された本実施の形態のブラシレスモータの駆動制御装置について、以下その制御方法を説明する。
【０１１６】
ブラシレスモータの起動時には、三相制御信号切換部１３４は、外部同期制御部１３１の生成する外部同期三相制御信号ＶAi、ＶBi、ＶCiを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして出力し、ブラシレスモータは外部同期制御状態で駆動されている。このとき、電流検出部１３６は、ドライブ回路１０４に供給される全電流値を検出し続ける。回転数が上昇し、永久磁石回転子１０３の回転による誘導電圧がゼロクロス点検出部１２０で検出可能な程度に大きくなると、帰還三相制御信号生成部１３２は、誘導電圧ゼロクロス点検出信号ＶZ及びエッジ検出信号Ｖsを出力し始める。エッジ検出信号Ｖsが入力されると、印加電力抑制判定部１３７は転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉfと閾値Ｉ0とを比較し、電流値Ｉfが閾値Ｉ0より大きい場合には、印加電圧の抑制を行う制御を許可する。尚、このとき、初期状態では、印加電圧の抑制を行う制御は不許可の状態にあるとする。印加電力抑制判定部１３７により印加電圧の抑制を行う制御が許可されると、電源電流制御部１８１は、前記転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉf及び回転数検出部１３３により検出された回転数Ｎに基づき、転流前に印加電力を抑制し始める開始時間を決定し、転流前にベース電圧切換信号Ｐ1〜ＰmをＰ1からインデックスの降順に一定時間Δｔ毎に切り換えることで電流源１７１のベース電圧を一定時間Δｔ毎に低下させ、転流前に固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値を抑える制御を行う。
【０１１７】
回転数検出部１３３により検出される永久磁石回転子１０３の回転数Ｎが、一定の値以上になると、三相制御信号切換部１３４は、入力を帰還三相制御信号生成部１３２に切り換え、帰還三相制御信号ＶAf、ＶBf、ＶCfを三相制御信号ＶA、ＶB、ＶCとして六相制御信号生成部１３５に出力し、フィードバック制御状態となる。このとき、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す電流値は、転流の前に抑えられているため、図１６のようにサージ電圧のパルス幅が広くゼロクロス点が検出されない状態となることが防止される。
【０１１８】
次に、制御部の印加電力の切り換え動作についてさらに詳細に説明する。
図１１は図９の制御部の印加電力の切り換え動作を表すフローチャートであり、図１２は図９の各信号の時間変化とタイミングを表す図である。図１２において、Ａは端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する誘導電圧のゼロクロス点、Ｂは各固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの電流を転流させる転流点、Ｃは電流源１７１のベース電圧の切り換えが行われるベース電圧切換点である。
【０１１９】
まず、印加電力抑制判定部１３７はエッジ検出信号Ｖsから転流点を検出する（Ｓ３０１）。
【０１２０】
転流点が検出されると、電源電流制御部１８１は、Ｐ1をＨＩＧＨ状態、Ｐ2〜ＰmをＬＯＷ状態とし電流源１７１のベース電圧を定常値（電源電流を抑制していないときの値）に設定し（Ｓ３０２）、内部に有するタイマのカウント値ｔを０にリセットし、タイマのカウントをスタートさせる（Ｓ３０３）。
【０１２１】
次に、印加電力抑制判定部１３７は、前記転流点の直前に電流検出部１３６により検出された電流値Ｉfの値と閾値Ｉ0及び閾値Ｉ1（Ｉ0＞Ｉ1）とを比較する（Ｓ３０４）。このとき、印加電力抑制判定部１３７は、電流値Ｉfが閾値Ｉ1よりも小さい場合には、印加電力の抑制を行う制御を不許可としステップＳ３０１に戻り、電流値Ｉfが閾値Ｉ0以上の場合には、印加電力の抑制を行う制御を許可する。Ｉ1＜Ｉf＜Ｉ0の時には現在の許可又は不許可の状態を維持しステップＳ３０１に戻る（Ｓ３０５）。
【０１２２】
印加電力抑制判定部１３７により印加電力の抑制を行う制御が許可された場合、電源電流制御部１８１は、前記電流値Ｉfから、次の転流点の直前の電流源１７１のベース電圧を決定し、転流前にベース電圧切換信号Ｐ1〜Ｐmを切り換える時の切り換え間隔Δｔを決定する。それとともに、回転数検出部１３３で検出される回転数Ｎによりその転流点から次の転流点までの時間Ｔを予測し、転流点から電流源１７１のベース電圧を抑えるまでの時間ｔ1を決定（例えば、ｔ1＝０．８Ｔのように決定。但し、０．５Ｔ＜ｔ1＜Ｔ）する（Ｓ３０６）。
【０１２３】
次に、電源電流制御部１８１はタイマのカウント値ｔがｔ1以上になるまで待機し（Ｓ３０７）、タイマのカウント値ｔがｔ1以上になった時点で、ＨＩＧＨ状態をＰ1からインデックスの降順（Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、・・・の順）にΔｔの時間間隔で順次切り換えることにより、電流源１７１のベース電圧の抑制を開始し、電源電流を抑制することにより印加電力を抑制する（Ｓ３０８）。
【０１２４】
以下、再びステップＳ３０１に戻り同様の動作を繰り返す。
このとき、図９の各部の信号の波形は図１２に示したようになる。
【０１２５】
コミュテータ素子１０５〜コミュテータ素子１０７のエミッタ側の接地電位に対する電圧Ｖ0’は、ベース電圧切換点Ｃにおいて降下を開始し、Δｔの間隔で転流点Ｂまで段階的に降下する。これにより、全電流値Ｉは転流点前から降下し始め、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流は減少し、転流点における固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ内の磁場エネルギーは減少する。従って、転流点Ｂでコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングを行ったときに発生するサージ電圧のパルス幅は減少し、端子電圧ＶU、ＶV、ＶWのゼロクロス点Ａの検出が可能となる（図１２のＶU、ＶV、ＶW参照）。
【０１２６】
転流点Ｂにおいて、ベース電圧切換信号はＰ1に切り換えられ、電源電流は再び元の電流値に戻される。
【０１２７】
尚、このとき、全電流値検出抵抗ＲIの両端に発生する電圧である全電流検出信号ＶIは、図１２に示すようになる。印加電力抑制判定部１３７は、コミュテータ素子１０６により転流点の直前の点Ｄにおける全電流検出信号ＶIの値を検出することにより、転流点Ｂの直前の全電流値Ｉfを検出する。
【０１２８】
また、本実施の形態において、ベース電圧の抑制を行うタイミングは、サージ電圧のパルスの立ち上がり（転流点Ｂ）をトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めたが、サージ電圧のパルスの立ち下がり（図１２の点Ｅ）又はゼロクロス点Ａをトリガーとしてタイマをスタートさせ一定時間だけ遅延させた時点として決めてもよい。
【０１２９】
また、本実施の形態において、印加電力抑制判定部１３７は、転流点Ｂの直前の全電流値Ｉfを検出し、次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定することとしたが、印加電力抑制判定部１３７は、エッジ検出信号Ｖsにより転流点が検出される毎に１つ前の転流点からその転流点までの間に電流検出部１３６により検出される全電流値の平均値Ｉev又は実効値Ｉeffを計算し、その値により次の転流点の前の印加電力抑制の許可・不許可を決定するように構成してもよい。更に、この場合、電源電流制御部１８１は、印加電力抑制判定部１３７で計算される全電流値の平均値Ｉev又は実効値Ｉeffに基づき印加電力の抑制量を決定するように構成してもよい。これにより、ノイズの影響が低減され、誤動作が防止され、ゼロクロス点を確実に検出できるようになる。
【０１３０】
また、本実施の形態において、転流点の前に電流源１７１のベース電圧を降下させる際に、一定時間Δｔ毎に順次降下させるようにしたが、前記ベース電圧を降下させる方法としては、正弦波に近似した波形により降下させるようにしてもよい。図１３（ａ）は磁束の変化により各相に誘起される電圧の時間変化を表す図であり、図１３（ｂ）は電圧Ｖ0’の時間変化を表す図である。図１３（ａ）に示したように、ステータ１０１内の磁束の変化によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に誘起される電圧は正弦波状となる（実際に端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する電圧は、この誘起電圧に、コミュテータ素子より供給される電流により発生する電圧とサージ電圧とが重なった波形となる）。従って、電源電流制御部１８１は、ベース電圧切換点Ｃ後の全電流値Ｉの降下を、図１３（ｂ）の区間ＴUにおいてはＵ相の誘起電圧の形状に合わせ正弦波に近似した波形により降下させ、区間ＴVにおいてはＶ相の誘起電圧の形状に合わせた正弦波に近似した波形により降下させ、区間ＴＷにおいてはＷ相の誘起電圧の形状に合わせた正弦波に近似した波形により降下させる。これにより、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流れる電流が永久磁石回転子１０３により作られる磁束密度の変化に対応したものとなり、ブラシレスモータの効率の低下を抑えながら転流点直前の印加電力を抑える制御が可能となる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のブラシレスモータの駆動制御装置によれば以下のような効果が得られる。
【０１３２】
請求項１に記載の発明によれば、印可電力制御部は、切換点の一定時間前から切換点までの間、固定子巻線に印可する電力を抑制するため、切換点において固定子巻線に蓄積される磁場のエネルギーは抑制される。従って、サージ電圧のパルスの幅を減少することができるため、高出力・高回転のブラシレスモータのように固定子巻線に流れる電流が大きい場合でも、ゼロクロス点検出部は誘導電圧ゼロクロス点を検出することが可能となり、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックしたコミュテータ素子の相切り換えのセンサレス制御が可能なブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。また、サージ電圧のパルス幅が狭いので、相切り換え時の電磁音が低減されたブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。また、印可電力制御部が切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制することにより、固定子巻線に供給される駆動電流を抑制することの可能なブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。
【０１３３】
請求項２に記載の発明によれば、印可電力制御部が永久磁石回転子が固定子巻線の内部に作る磁束密度の変化に対応して切換点の一定時間前に電圧源がドライブ回路に加える電圧又は電流源がドライブ回路に加える電流を抑制するため、ブラシレスモータの電力効率の低下が抑えられ、かつ固定子巻線に供給される駆動電流が抑制されたブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。また、サージ電圧がほとんど発生せず、ゼロクロス点を確実に検出することが可能で、サージ電圧に起因する電磁音の発生を防止することのできるブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。
【０１３４】
請求項３に記載の発明によれば、前記印可電力制御部は、全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき各固定子巻線に印可する電力の抑制量を最適化する事により、電力効率が高いブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。
【０１３５】
請求項４に記載の発明によれば、印加電力抑制判定部が電流検出部で検出された全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合にのみ固定子巻線に印加する電力の抑制が行うため、低出力・低回転で運転する場合の電力効率の高いブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができる。
【０１３９】
また、本発明のブラシレスモータの駆動制御方法によれば以下のような効果が得られる。
【０１４０】
請求項５に記載の発明によれば、切換点の一定時間前から切換点までの間、固定子巻線に印可する電力を抑制するため、切換点において固定子巻線に蓄積される磁場のエネルギーは抑制される。従って、サージ電圧のパルスの幅を減少することができるため、高出力・高回転のブラシレスモータのように固定子巻線に流れる電流が大きい場合でも、ゼロクロス点検出部は誘導電圧ゼロクロス点を検出することが可能となり、固定子巻線に流れる電流の相切り換えにおいて、永久磁石回転子の回転位置をフィードバックしたセンサレス制御が可能なブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。また、永久磁石回転子が固定子巻線の内部に作る磁束密度の変化に対応して切換点の一定時間前に固定子巻線に印加する電力が抑制されるため、ブラシレスモータの電力効率の低下が抑えられ、かつ固定子巻線に供給される駆動電流が抑制されたブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。また、サージ電圧がほとんど発生せず、ゼロクロス点を確実に検出することが可能で、サージ電圧に起因する電磁音の発生を防止することのできるブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【０１４１】
請求項６に記載の発明によれば、全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値に基づき各固定子巻線に印可する電力の抑制量を最適化する事により、電力効率が高いブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【０１４２】
請求項７に記載の発明によれば、印加電力抑制判定部が電流検出部で検出された全電流値若しくは相電流値又はそれらの平均値若しくは実効値がある一定値より大きい場合にのみ固定子巻線に印加する電力の抑制が行うため、低出力・低回転で運転する場合の電力効率の高いブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【０１４３】
請求項１１に記載の発明によれば、永久磁石回転子が固定子巻線の内部に作る磁束密度の変化に対応して切換点の一定時間前に固定子巻線に印加する電力が抑制されるため、ブラシレスモータの電力効率の低下が抑えられ、かつ固定子巻線に供給される駆動電流が抑制されたブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。また、サージ電圧がほとんど発生せず、ゼロクロス点を確実に検出することが可能で、サージ電圧に起因する電磁音の発生を防止することのできるブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【０１４４】
請求項１２に記載の発明によれば、切換点の一定時間前に各コミュテータ素子のベース電圧又はドライブ回路に加える電圧をパルス幅変調することにより、固定子巻線に印加される電力が抑制されるブラシレスモータの駆動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基本の形態１におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図
【図２】  図１の制御部の機能構成を表すブロック図
【図３】  図１の制御部のベース電圧の切り換え動作を表すフローチャート
【図４】  図１の各信号の時間変化とタイミングを表す図
【図５】  本発明の基本の形態２におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図
【図６】  図５の制御部の機能構成を表すブロック図
【図７】  図５の制御部の印加電力の切り換え動作を表すフローチャート
【図８】  図５の各信号の時間変化とタイミングを表す図
【図９】  本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図
【図１０】  図９の制御部の機能構成を表すブロック図
【図１１】  図９の制御部の印加電力の切り換え動作を表すフローチャート
【図１２】  図９の各信号の時間変化とタイミングを表す図
【図１３】  （ａ）磁束の変化により各相に誘起される電圧の時間変化を表す図
（ｂ）電圧Ｖ0’の時間変化を表す図
【図１４】  従来のブラシレスモータの駆動制御装置の装置構成を示すブロック図
【図１５】  図１４における各固定子巻線の端子電圧の時間変化を表す図
【図１６】  駆動電流が大きい場合の図１４における各固定子巻線の端子電圧の時間変化を表す図
【符号の説明】
１０１  ステータ
１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ  固定子巻線
１０３  永久磁石回転子
１０４  ドライブ回路
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０  コミュテータ素子
１０５ａ、１０６ａ、１０７ａ、１０８ａ、１０９ａ、１１０ａ  スイッチング回路
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６  フリーホイーリングダイオード
１１７  駆動電源
１１８  バイパスコンデンサ
１１９ｕ、１１９ｖ、１１９ｗ、１１９Ｕ、１１９Ｌ、１１９Ｎ  中性電位生成抵抗
１２０  ゼロクロス点検出部
１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗ  コンパレータ
１２１  制御部
１３１  外部同期制御部
１３２  帰還三相制御信号生成部
１３３  回転数検出部
１３４  三相制御信号切換部
１３５  六相制御信号生成部
１３６  電流検出部
１３７  印加電力抑制判定部
１３８  ベース電圧制御部
１３９  ベース電圧切換部
１４１  パルス幅変調部
１４２  Ｆ／Ｖコンバータ
１４３  発振器
１４４  積分回路
１４５  コンパレータ
１４６、１４７、１４８、１４９、１５０、１５１  変調部
１６１  印加電力制御部
１６２  ＰＷＭ制御部
１７１  電流源
１８１  電源電流制御部
ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ  駆動電流
ＶＮ  中性電位
ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ  端子電圧
ＶＵ０、ＶＶ０、ＶＷ０  ゼロクロス点検出信号
ＶＡｉ、ＶＢｉ、ＶＣｉ  外部同期三相制御信号
ＶＡｆ、ＶＢｆ、ＶＣｆ  帰還三相制御信号
ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ  三相制御信号
ＶＩ  全電流検出信号
ＶＩＵ、ＶＩＶ、ＶＩＷ  相電流検出信号
ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ、ＵＨ０、ＵＬ０、ＶＨ０、ＶＬ０、ＷＨ０、ＷＬ０  六相制御信号
ＶＺ  誘導電圧ゼロクロス点検出信号
Ｖｓ  エッジ検出信号
Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂｎ  ベース電圧切換信号
Ｖｐ  ＰＷＭ制御信号
ＶＰＷＭ  ＰＷＭ信号
ＳＱ  印加電力切換信号
ＲＩ  全電流値検出抵抗
ＲＩＵ、ＲＩＶ、ＲＩＷ  相電流検出抵抗
ＲＵＨ１、ＲＵＨ２、ＲＵＨｎ、ＲＶＨ１、ＲＶＨ２、ＲＶＨｎ、ＲＷＨ１、ＲＷＨ２、ＲＷＨｎ、ＲＵＬ１、ＲＵＬ２、ＲＵＬｎ、ＲＶＬ１、ＲＶＬ２、ＲＶＬｎ、ＲＷＬ１、ＲＷＬ２、ＲＷＬｎ  ベース電圧設定抵抗
Ｒｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓｍ  降圧抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑｍ  電流スイッチング素子
Ｄ１、Ｄ２、Ｄｍ  ツェナーダイオード
Ｐ１、Ｐ２、Ｐｍ  ベース電圧切換信号
【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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【図１５】
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【図１６】
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