CN101127502A - 无刷电机的驱动装置和无刷电机的启动方法及无刷电机的转子停止位置检测方法 - Google Patents

无刷电机的驱动装置和无刷电机的启动方法及无刷电机的转子停止位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及无刷电机的驱动装置和无刷电机的启动方法及无刷电机的转子停止位置检测方法。通过简单的方法可以在短时间内启动电机，而且在启动时能得到较大的转矩。当启动无刷电机时，若在时间t1到t2的期间检测出转子的停止位置，则以初始通电时间Ts1输入与转子的停止位置对应的启动励磁模式。然后，若停止通电，则与自由旋转中的转子旋转位置对应地，在励磁切换时间信号中依次产生SL1、SL2、SL3、SL4。在这些信号SL1～SL4中，使用第2个之后的信号SL2～5L4检测转子位置，并转换到通常的通电切换控制。

Description

无刷电机的驱动装置和无刷电机的启动方法及无刷电机的转子停止位置检测方法
技术领域
本发明涉及无刷电机的驱动装置和无刷电机的启动方法及无刷电机的转子停止位置检测方法。
背景技术
转子具有永久磁铁的无刷电机有时不设置检测转子的检测位置的位置传感器，而进行无位置传感器的驱动控制。这时，将出现在开路区(非通电相)的电机端子上的感应电压和等效中性点电位输入到比较器，得到脉冲信号的边沿间隔，根据该脉冲信号的边沿间隔检测转子的旋转位置。但是，在无刷电机启动等时，转数为0或转数极其小的情况下，不产生感应电压或者感应电压极小，故得不到足够的信号来检测旋转位置。
作为现有的检测转子的停止位置的方法，例如，对施加到3相线圈的电压进行检测，并根据电压上升的时间差来检测线圈的电感，再判断与永久磁铁的磁极相对置的线圈的方法(参照专利文献1)。再有，当线圈产生的磁通的方向和铁芯磁通的方向不一致时，因电流流过时铁芯的剩余磁化而导致电感在电流流过前后发生变化。因此，在专利文献1公开的驱动装置中，向相同的相连续流过2次以上的电流，并检测出第2次之后的电压的上升时间最小的线圈。
作为另一转子停止位置的检测方法，有从1个线圈向另外2个线圈同时流过不足以使转子转动的短脉冲电流并进行3相通电，通过检测电流切断时2个线圈上产生的方波脉冲电压的脉冲宽度来判定转子停止位置的方法(例如，参照专利文献2)。2个线圈上同时产生的2个方波脉冲电压的脉冲宽度因转子停止位置的不同而有微妙的变化，故通过对两者进行比较，可以确定转子停止位置。
此外，作为现有的启动无刷电机的方法，有不检测转子位置而实施强制地进行通电切换的开环强制通电，若能够检测出转子位置，则根据上述脉冲信号来控制通电切换的方法(例如，参照专利文献3)。
此外，还有按照将转子定位在特定位置上的第1通电模式进行通电，将转子位置锁定在特定位置上，在按照超前了60°的第2通电模式经过极短时间的通电之后，按照从第2通电模式进一步超前了60°的第3通电模式进行通电，由此来启动无刷电机的方法(例如，参照专利文献4)。
这里，作为利用外部负载使无刷电机反转时的启动方法，例如有专利文献5公开的方法。首先，利用3相通电使转子的转数下降，然后，在3相通电中反复进行通电的ON/OFF，检查相电流为0时的位置和相位差。根据电流的相位差判断旋转方向，当在反转状态下判定时，可以根据各相的零点发生的周期求出反转频率。当供给反转频率的交流电并对其进行牵引之后，使该频率从反转方向慢慢向正转方向的频率变化，将转子的转数提高到所希望的转数后再进行启动。
【专利文献1】特开2004-40943号公报
【专利文献2】特开2002-335691号公报
【专利文献3】实开平6-25224号公报
【专利文献4】特开2001-211684号公报
【专利文献5】特开2001-128485号公报
但是，当检测转子的停止位置时，在专利文献1公开的方法中，必须增加构成检测转子停止位置的停止位置检测电路的晶体管、电阻和比较器等，导致装置的构成复杂化。此外，因电压上升的时间差很小，故电感的差也很小，难以进行精确判定。
专利文献2公开的方法具有不需要特别的电路的优点，但是，由于在3相通电中施加电压所引起的电感的差很小，故方波脉冲电压的脉冲宽度的差变小，难以进行高精度检测。
此外，在现有的启动无刷电机的方法中，当进行开环强制通电时，因外界扰动弱、无刷电机的参数依存性大，故参数的设定较困难。此外，由于通过持续进行强制通电来使转子慢慢开始旋转，故启动需要的时间长，启动时的转矩小。再有，当多次进行强制的通电切换时，反而容易受外界扰动的影响。
当按照规定的通电模式使转子处于锁定状态、或在测定电感的情况下，由于在从无刷电机开始旋转到能够检测出转子位置的期间需要进行开环强制通电，故存在同样的问题。进而，当使转子处于锁定状态时，对于转动惯量大的电机，需要很长时间才能使转子定位。
当从反转状态开始进行启动时，通过检查相电流为0的位置，算出旋转方向或旋转频率，故需要进行复杂的处理。此外，由于从反转方向慢慢变化到正转方向的频率，故启动时需要很长的时间。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于以较简单的方法在短时间内使电机启动，而且在启动时能够得到较大的转矩。
为了解决上述问题，本发明第1方式的发明涉及一种驱动无刷电机的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有：通电模式决定装置，在上述无刷电机开始启动时使用与转子的停止位置相应的励磁模式使上述无刷电机通电一段初始通电时间后，停止通电，从而上述无刷电机的上述转子自由旋转；励磁切换时间运算装置，根据自由旋转中电机端子上产生的感应电压来检测转子的位置，从而决定励磁的时间。
在该无刷电机驱动装置中，为了能够正确地检测启动时转子的旋转位置，一旦加速后就使其处于自由旋转状态，根据自由旋转中所产生的感应电压来检测转子的位置。这时的感应电压不受脉冲宽度调制信号等的影响，故能够正确地检测出转子的位置。当检测出转子位置后，进行通常的通电切换。
本发明第2方式的发明涉及一种在第1方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：初始通电时间是小于等于从上述转子开始旋转到第1次通电切换时间为止的时间的时间段。
在该无刷电机驱动装置中，在转子不被定子吸附而产生逆转矩的范围内进行加速，故能够以足以检测出转子位置的旋转速度进行自由旋转。
本发明第3方式的发明涉及一种在第1方式或第2方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：上述励磁切换时间运算装置根据自由旋转中第2次之后电机端子上所产生的感应电压信号的时间间隔来计算励磁时间。
在该无刷电机驱动装置中，自由旋转时第1次产生的信号有可能是因残留在线圈中的能量而产生的方波脉冲电压，故不使用该信号，而使用第2次以后的信号来提高检测精度。
本发明第4方式的发明涉及一种在从第1方式到第3方式的任一方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有：励磁电压输出装置，选择多个能驱动上述无刷电机的励磁模式，并按照各励磁模式在上述转子不旋转的时间范围内依次使其通电；方波脉冲电压宽度检测装置，在切换励磁模式时，检测上述无刷电机的线圈上产生的方波脉冲电压的脉冲宽度；转子位置推测装置，根据多个励磁模式中的各方波脉冲电压的脉冲宽度求出最小值或最大值，根据最小值或最大值的励磁模式判定上述转子的停止位置，将从上述转子位置推测装置判定的上述转子停止位置滞后或超前了规定的电角度的通电模式作为启动励磁模式输出。
在该无刷电机驱动装置中，当对多种激励模式分别检查当切换激励模式时所产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，由其最大值或最小值来指定转子的停止位置。由于预先确定了与转子的停止位置相应的启动用励磁模式，故在该启动模式下启动无刷电机。
本发明第5方式涉及一种在第4方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：上述励磁电压输出装置在对线圈进行N极磁化的励磁模式和对相同的线圈进行S极磁化的励磁模式之间，实施不对该线圈通电的励磁模式。
在对某相线圈进行N极磁化之后，该线圈被S极磁化之前，该无刷电机驱动装置处于不通电的状态，由此，可以消除线圈的剩余磁化。当从S极磁化变到N极磁化时，它们之间也处于不通电状态，故可以消除线圈的剩余磁化。
本发明第6方式涉及一种在第4方式或第5方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：当转子位置推测装置根据方波脉冲电压的脉冲宽度的最小值判定出上述转子的停止位置时，正转时输出相位滞后120°的励磁模式，反转时输出相位超前120°的励磁模式。
若选择相对于转子停止位置的相位差为120°的励磁模式，则该无刷电机驱动装置可以得到足以使转子开始旋转的转矩，并能够得到旋转后转矩增加的旋转特性。因此，可以稳定地启动转子并获得很大的加速度。
本发明第7方式的发明涉及一种在从第1方式到第6方式的任一方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有分压电路，对线圈产生的方波脉冲电压进行分压，再输入到方波脉冲电压宽度检测装置。
该无刷电机驱动装置在方波脉冲电压较高时，可以利用分压电路使电压变成所希望的电压电平，再进行信号处理。
本发明第8方式的发明涉及一种在从第4方式到第7方式的任一方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：上述转子在反向旋转时，施加低占空比的电压，对上述转子施加制动后再使上述励磁电压输出装置工作。
该无刷电机驱动装置在反向旋转时对转子施加制动，使其处于停止状态或大致停止的状态后，再检测转子的停止位置。根据所检测出的停止位置进行启动处理。
本发明第9方式的发明涉及一种在第8方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：在检测上述无刷电机各相的端子电压的装置上设置了滤波器，除去包含在上述端子电压检测信号中的噪声，在上述励磁切换时间运算装置上设置了滤波器相位延迟校正装置，用于校正随上述无刷电机的旋转速度而变化的上述滤波器的相位延迟。
该无刷电机驱动装置考虑滤波器的相位延迟以对励磁模式的切换时间进行校正，并在适当的时间进行相切换。
本发明第10方式的发明涉及一种在第9方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：上述滤波器是1阶CR滤波器，用于除去对上述无刷电机进行脉冲宽度调制控制时所产生的噪声。
在该无刷电机驱动装置中，滤波器具有除去脉冲宽度调制控制中的高频成分的噪声的特性，所以，当无刷电机的旋转速度高时容易发生相位延迟。滤波器相位延迟校正装置校正上述相位延迟。
本发明第11方式的发明涉及一种在第10方式中记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：上述励磁切换时间运算装置进而具有校正因上述滤波器之外的电路引起的相位延迟的电路相位延迟校正装置。
该无刷电机驱动装置具有校正与旋转速度无关的装置所固有的相位延迟的功能。
本发明第12方式的发明涉及一种启动无刷电机的启动方法，其特征在于，具有：在按照与转子停止位置相应的励磁模式使上述无刷电机通电一段初始通电时间之后，停止通电以使上述无刷电机的上述转子自由旋转的步骤；根据自由旋转中电机端子上产生的感应电压来检测转子位置的步骤；根据检测出的转子的位置进行励磁模式切换的步骤。
在该无刷电机的驱动方法中，当转子开始旋转时，停止通电使其处于自由旋转状态。根据这时产生的感应电压来检测旋转中的转子的位置。然后，根据检测出的转子的位置进行通常的通电切换，由此进行无刷电机的驱动控制。
本发明第13方式的发明涉及一种第12方式中记载的无刷电机的启动方法，其特征在于：初始通电时间是小于等于从上述转子开始旋转到第1次通电切换时间为止的时间的时间段，检测转子位置的步骤是在从转子开始旋转到电机端子上第4次产生感应电压的期间内进行的。
在该无刷电机的启动方法中，启动时，到相当于第1次通电切换时间的时间为止进行加速后使其自由旋转，在相当于第4次通电切换时间的时间之前检测转子的位置。
本发明第14方式的发明涉及一种无刷电机的转子停止位置的检测方法，其特征在于：选择多个能够驱动无刷电机的励磁模式，并选择通电顺序，从而在对线圈进行N极磁化的励磁模式和对相同的线圈进行S极磁化的励磁模式之间不对该线圈进行通电，在转子不旋转的时间范围内，按照各励磁模式依次进行通电，当切换励磁模式时，根据上述无刷电机的线圈上产生的方波脉冲电压的脉冲宽度的最小值判定上述转子的停止位置。
在该无刷电机的转子停止位置的检测方法中，在对某相线圈进行N极磁化之后、对该线圈进行S极磁化之前处于不通电的状态，由此，可以消除线圈的剩余磁化。当从S极磁化变到N极磁化时，在它们之间也处于不通电状态，故可以消除线圈的剩余磁化，提高转子停止位置的检测精度。
本发明第15方式的发明涉及一种无刷电机的启动方法，其特征在于：在启动无刷电机时，选择能够驱动上述无刷电机的励磁模式，按照各励磁模式，在转子不旋转的时间范围内依次进行通电，在切换励磁模式时，检查上述无刷电机的线圈所产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，根据其最小值判定转子的停止位置，正转时输出比与转子停止位置相位滞后120°的励磁模式，反转时输出比转子停止位置相位超前120°的励磁模式。
在该无刷电机的启动方法中，通过选择相对于转子停止位置的相位差为120°的励磁模式，可以得到足以使转子开始旋转的转矩，而且，可以在刚转动之后使转矩增加。因此，能够可靠地启动无刷电机。
本发明第16方式的发明涉及一种启动无刷电机的无刷电机启动方法，其特征在于，具有：利用线圈的电感检测转子的停止位置的步骤；按照从上述转子停止位置相位滞后120°的励磁模式输出一定时间之后，停止所有相的通电的步骤；当在所有相的通电停止的状态下能够利用感应电压进行转子位置的检测时，根据检测出的转子位置进行通电控制的步骤；当在停止所有相的通电的状态下不能利用感应电压进行转子位置的检测时，按照使上述转子停止旋转的励磁模式进行通电的步骤，在按照使上述转子停止旋转的励磁模式通电规定时间之后，执行利用上述线圈的电感检测上述转子的停止位置的步骤。
在该无刷电机的启动方法中，当进行启动控制以使无刷电机正转时，若能检测出转子的位置，则直接转换到通常的旋转控制。与此相反，当不能检测转子位置时，则判定是处于反向旋转状态，并对转子施加制动，由此，再度执行启动控制。
若按照本发明，通过在启动时产生自由旋转状态，从而能够在不受脉冲宽度调制信号等影响的状态下检测出电机端子上产生的感应电压。因此，可以正确地检测转子的位置而不受外界干扰的影响。此外，由于在转子自由旋转的期间检测转子的位置，故能够在短时间内检测出转子的位置，并转换到通常的运转状态。
当判定出启动时无刷电机不是正向旋转时，进行使转子停止的通电控制，然后，再次执行启动处理，这样，可以很快从反向旋转状态向正转方向启动。由此，不需要进行判定反向旋转的复杂处理。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的无刷电机的驱动装置的概略构成的方框图。
图2是举例示出感应电势I/F电路的具体电路构成的图。
图3是示意性地说明根据启动时的旋转速度进行切换处理的图。
图4是说明启动时的概要处理的流程图。
图5是示意性地说明启动时的励磁模式和按照该励磁模式通电时的磁通方向的图。
图6是说明对于各励磁模式测定方波脉冲电压宽度的顺序及时序的图。
图7是用于说明转子位置和启动励磁模式的关系的图。
图8是用于具体说明启动时的处理的时序图。
图9是表示软启动时的占空比控制和旋转速度的图。
图10是说明定子绕组的感应电压波形的信号处理的图，是表示根据模拟信号生成数字信号的顺序的时序图。
图11是说明定子绕组的感应电压波形的信号处理的图，是表示屏蔽信号的生成顺序和屏蔽处理后的位置检测信号的生成顺序的时序图。
图12是说明感应电压边沿的判定处理的时序图，是表示方波脉冲电压的脉冲宽度小于等于屏蔽信号的脉冲宽度时的图。
图13是说明感应电压边沿的判定处理的时序图，是表示方波脉冲电压的脉冲宽度大于屏蔽信号的脉冲宽度时的图。
图14是表示U相励磁时序的图。
图15是表示电机端子电压波形的相位滞后与频率的关系的图。
图16是从图3的区域R2启动时的时序图。
图17是从图3的区域R 3启动时的时序图。
图18是说明每2次测量方波脉冲电压宽度时的顺序及时序的图。
图19是说明启动时的概要处理的流程图。
图20是说明启动时的概要处理的流程图。
图21是说明启动时的概要处理的流程图。
图22是具体示出决定初始通电时间的方法和决定对第3次通电切换之前的流程进行开环控制时的通电时间的方法的图。
具体实施方式
参照附图详细说明实施发明的最佳方式。再有，在各实施方式中对相同的构成要素添加同一符号。此外，省略实施方式之间的重复说明。
(第1实施方式)
如图1所示，无刷电机系统具有无刷电机1和控制无刷电机1的旋转驱动的驱动装置2。
无刷电机1包括具有永久磁铁的转子和定子，在定子上，沿圆周方向按顺序缠绕3相(U、V、W)线圈。再有，该无刷电机系统是没有检测转子位置的传感器的无传感器的系统。
驱动装置2具有由微机等构成的控制装置11、检测对形成无刷电机1的3相线圈的导线施加的电压的感应电压I/F(接口)电路12、反相器13、以及对施加给无刷电机1的导线的电压电平进行变换的电平变换电路即分压电路14，在控制装置11和反相器13之间设置了预驱动器37A、37B、过电流检测电路38和过电流保护装置39。
如图2所示，感应电压I/F电路12具有：输入3相的各电机端子的电压(模拟信号)，并由分压成能够输入到比较器17A～17C的电压的分压电路(电阻R1和电阻R2)和除去脉冲宽度调制信号的噪声的1阶CR滤波器(电子R2和电容C1)构成的低通滤波器电路15A、15B、15C；检测等效中性点电位的电路16；根据等效中性点电位和不通电相(开放区间)中出现的感应电压的模拟信号生成脉冲信号的比较器17A、17B、17C；从比较器17A～17C的输出除去振动成分的低通滤波器(1阶CR滤波器)18A、18B、18C。
这里，检测等效中性点电位的电路16，例如对于U相，像根据V相和W相的电机端子电压来检测等效中性点电位那样，采用了2相间比较方式。这样，作为等效中性点电位，可以得到大致平坦的电压。再有，也可以采用使用了所有U、V、W的3相信号求出等效中性点电位的3相比较方式。
这时，等效中性点电位变成为以电源电压的1/2为中心的近似三角波。
比较器17A～17C产生脉冲信号，当感应电压模拟信号比等效中性点电位高时输出低电平信号，当感应电压模拟信号比等效中性点电位低时输出高电平信号。在各比较器17A～17C中，生成电角度为120°的分辨率的脉冲信号。这些信号分别经低通滤波器18A～18C输入到合成信号生成电路19。
反相器13是将6个开关元件2个2个地桥式连接在电源20的正负端子之间所构成的电路，根据从控制装置11输入的脉冲宽度调制信号(驱动信号)将从电源20供给的直流电压变换成交流电压，再施加到无刷电机的各相。再有，在反相器13和接地电平之间设置了旁路电阻13A。使用旁路电阻13A而流过反相器13的电流、即输入到无刷电机1的电流可以使用过电流检测电路38进行检测。
分压电路14是利用2个电阻将无刷电机1的各导线上产生的端子电压(例如，12V或36V等)分压而变成控制电路11可使用的电压电平(例如，3V或5V等)的电路。
控制装置11具有连接在感应电压I/F电路12的分离装置21、励磁切换时间运算装置22、旋转方向判定装置23、旋转方向检测逻辑选择装置24、制动停止装置25、通电模式决定装置26、励磁电压输出装置27和PWM占空比决定装置28。此外，控制装置11具有与分压电路14连接、且启动时使用的方波脉冲电压宽度检测装置29、方波脉冲电压宽度比较装置30、和转子位置推测装置31。进而，具有连接在过电流检测电路38的过电流保护装置32。
分离装置21进行将从感应电压I/F电路12输入的脉冲信号边沿分离成感应电压的边沿和方波脉冲电压的边沿的处理。励磁切换时间运算装置22为了算出与感应电压边沿对应的励磁相位，从3个电角度为120°的分辨率的脉冲信号生成1个电角度为60°的分辨率的脉冲信号，并计算励磁切换时间。在励磁切换时间运算装置22中设置了校正励磁切换时间的相位延迟校正部22A。
旋转方向判定装置23根据励磁切换时间判定旋转方向，并向旋转方向检测逻辑选择装置24和制动停止装置25输出规定的指令。当能够利用无刷电机1的旋转方向来选择分离装置21所使用的逻辑时，使用旋转方向检测逻辑选择装置24。当按照使无刷电机1停止的通电模式进行通电时才使用制动停止装置25。
通电模式决定装置26具有稳态励磁装置33、停止位置检测装置34、自由旋转控制装置35和启动时励磁装置36。稳态励磁装置33根据励磁切换时间运算装置22计算出的励磁切换时间决定与转子位置对应的励磁模式。停止位置检测装置34接收外部来的启动指令，使励磁电压输出装置27产生用于检测转子停止位置的脉冲宽度调制信号。启动时励磁装置36决定与转子位置推测装置31已决定是最小的方波脉冲电压宽度相当的转子停止位置所对应的励磁模式。自由旋转控制装置35在按照启动励磁模式通电了规定的初始通电时间Ts1之后，进行使无刷电机1自由旋转后再检测转子位置的处理。这些处理的详细情况将在后面叙述。
励磁电压输出装置27向各预驱动器37A、36B输出对无刷电机1的线圈施加励磁电流的信号。高侧的预驱动器37A是按照PWM占空比决定装置28决定的占空比来切换高电位侧的开关元件的ON/OFF的驱动器。低侧预驱动器37B是切换低电位侧的开关元件的ON/OFF的驱动器。高侧的预驱动器37A具有当反相器13流过过电流时若从过电流保护装置39输入信号则使各开关元件截止的功能。此外，当检测出过电流时，向过电流保护装置32输入信号，进行软件上的复位。
方波脉冲电压宽度检测装置29根据从分压电路14输入的信号检测方波脉冲电压宽度。方波脉冲电压宽度检测装置29具有存储器等存储装置29A，可以将检测出的方波脉冲电压宽度的数据与这时的励磁模式相关联地进行存储。方波脉冲电压宽度比较装置30对方波脉冲电压宽度检测装置29的存储装置29A中存储的多个方波脉冲电压宽度的数据进行比较，并确定其值最小的数据。转子位置推测装置31根据方波脉冲电压宽度的比较结果推测出停止时或低速时的转子位置。
其次，说明该驱动装置2的动作。
当无刷电机1启动时，有无刷电机1停止的情况和无刷电机1因外部负载的作用而旋转的情况。当无刷电机1旋转时，有正转的情况和反转的情况。例如当将无刷电机1使用于散热器风扇(radiator fan)的旋转机构时，对于从散热器向发动机室(engineroom)方向吹风的情况，即使不通电，也可以跟随散热器风扇的旋转而使无刷电机1正转。与此相反，无刷电机1反转的情况可以考虑是从发动机向散热器方向吹风时或相对于散热器风扇在反方向产生负压的时的情况。
假定散热器风扇使用驱动装置2的情况，散热器风扇变成容易正向旋转的结构，为了反向旋转，需要很大的风力。但是，从车辆的结构来看，在反方向产生很大的风力的可能性小，即使散热器风扇反转，其旋转速度也很小。因此，在该驱动装置2中，即使无刷电机1因外部负载而反转，其转数和转矩也很小并进行启动控制。
图3是示意性地示出根据启动时的旋转速度来对启动方法进行分类的图。在驱动装置2中，若横轴表示的无刷电机1的旋转速度是包含零的区域R1，则执行利用电感检测进行的启动开始处理。正向旋转速度若是比区域R1大的区域R2，则执行利用感应电压检测进行的转子位置检测，并进行旋转控制。当反向旋转速度比区域R1大时，执行反向旋转状态判别处理、转子停止处理和利用电感检测进行的启动开始处理。区域R1和区域R2的旋转速度在N1附近(rpm)重叠。旋转速度N1相当于不能执行利用感应电压检测进行的转子位置检测的低旋转速度。这是因为，若旋转速度为0或很低，则可以以电角度为60°的分辨率通过电感检测来检测转子位置，能够以在正转方向产生最大转矩的相位进行通电，与此相反，随着旋转速度的上升，利用电感检测进行转子位置的检测结果，由于相位从电角度60°偏离而导致检测精度变差，所以，启动转矩比停止状态时减小。
此外，比区域R1小、即反向旋转速度大的区域R3如后述那样，对无刷电机1施加制动后再进行转子位置的检测。区域R1和区域R3的旋转速度在-N1(rpm)附近重叠。
再有，区域R1和区域R2也可以不重叠，而以旋转速度N1为界来划分。区域R1和区域R3也可以不重叠，而以旋转速度-N1为界来划分。
驱动装置2假定最初无刷电机1的旋转速度在区域R1中，再执行处理，经过相当于区域R2的处理，再转换到正常驱动。在实施相当于区域R2的处理时，当不能进行转子位置检测时，认为无刷电机1处在区域R3，根据相当于区域R3的处理进行改正。参照图4的流程图说明上述启动方法的具体例子。
当启动开始指令输入到停止位置检测装置34时，进行过电流检测(步骤S101)。利用流过反相器13的旁路电阻13A的电流值监测过电流。若流过旁路电阻13A的电流超过规定值，则判定是过电流、即过负载状态(步骤S101的Yes)，使所有的相断开以执行停止处理(步骤S102)后，结束处理。当未检测出过电流时(步骤S101的No)，执行利用电感检测进行的转子位置的检测处理(步骤S103)。在过电流的检查中，通常由并列处理的其他程序进行监视，当在执行步骤S103之后的处理过程中检测出过电流时，在该时刻停止处理。
若利用电感检测而检测出转子停止位置，则启动时励磁装置36决定相对于该转子位置可能发生最大转矩的相位的启动励磁模式，励磁电压输出装置27输出启动励磁模式(步骤S104)。使初始通电计数器启动，在经过预先设定的一定初始通电时间Ts1之前对所述相位通电(步骤S105)。经过了初始通电时间Ts1(步骤S105的Yes)后，自由旋转控制装置35停止所有相的通电，使其自由旋转(步骤S106)。根据在转子41因惯性而自由旋转的期间所产生的感应电压，使用正转专用逻辑进行转子41的位置检测(步骤S107)。若能按预定的次数检测出转子位置(步骤S108的Yes)，则转换到使用了稳态励磁装置33的由感应电压决定的无传感器驱动(稳态驱动模式)(步骤S109)。
当不能按预定的次数检测出转子位置(步骤S108的No)时，则等待，直到测量感应电压的边沿间隔的计数器产生预定次数的溢出(步骤S110)。若计数器产生规定次数的溢出(步骤S110的Yes)，则旋转方向判定装置23判定无刷电机1是反转。结果，作为制动停止装置25的制动处理，按低的占空比进行2相通电锁定处理(步骤S111)。进行预定的一定时间的制动处理，经过该时间(步骤S1212)后，返回到步骤S101。
这里，从步骤S103到步骤S105，初始旋转速度处于区域R1的范围内，是从这里开始向区域R2加速时的处理。
详细说明步骤S103。这里，根据当线圈产生的磁通方向和磁铁的磁通方向一致时铁芯的导磁系数变大电感变小的情况来决定停止位置。
当处于停止状态的无刷电机1启动时，从外部向控制装置11的停止位置检测装置34输入启动指令。停止位置检测装置34向励磁电压输出装置27发出指令，使其按照预定的6个停止位置判定用励磁模式持续一段使转子不旋转的时间。再有，转子不旋转的时间因无刷电机1的惯性等而异，例如，从几微秒到几毫秒之间，利用控制装置11所具有的计数器进行计数。励磁电压输出装置27向反相器13输出与励磁模式对应的脉冲宽度调制信号，开关元件与脉冲宽度推测调制信号对应地进行ON、OFF，使3相中某2相通电。
这里，图5示出由停止位置检测装置34指定的停止位置判定用励磁模式。这些励磁模式#1～#6是能够驱动无刷电机1的模式。
励磁模式1从U相线圈(以下称U相)向V相线圈(以下称V相)流过电流。对U相进行N极磁化，对V相进行S极磁化。当U、V、W相的配置和转子41的停止位置是图示的配置时，如箭头所示那样，从U相依次通过转子41的永久磁铁42的S极和N极，形成朝向V相形成磁通。
励磁模式2从U相向W相流过电流。对U相进行N极磁化，对W相进行S极磁化。如箭头所示那样，从U相依次通过转子41的永久磁铁的S极和N极形成朝向W相的磁通。
励磁模式3从V相向W相流过电流。对V相进行N极磁化，对W相进行S极磁化。如箭头所示那样，从V相依次通过转子41的永久磁铁的S极和N极形成朝向W相的磁通。
励磁模式4从V相向U相流过电流。对V相进行N极磁化，对U相进行S极磁化。如箭头所示那样，从V相依次通过转子41的永久磁铁的S极和N极形成朝向U相的磁通。
励磁模式5从W相向U相流过电流。对W相进行N极磁化，对U相进行S极磁化。如箭头所示那样，从W相依次通过转子41的永久磁铁的S极和N极形成朝向U相的磁通。
励磁模式6从W相向V相流过电流。对W相进行N极磁化，对V相进行S极磁化。如箭头所示那样，从W相依次通过转子41的永久磁铁的S极和N极形成朝向V相的磁通。
如图6所示，在该实施方式中，转子41的停止位置检查将步骤0～11作为一个流程进行通电控制。每当控制装置11内的计数值达到预定的规定值时，各步骤便增加。当步骤增加时，计数器便复位。
在步骤0中，选择励磁模式#1，使脉冲宽度调制信号的占空比为100％，再进行通电。剩下的W相开路。在步骤1中，使占空比为0％，对任何相都不通电。当结束步骤0并转换到步骤1时，反相器13的开关元件断开，线圈瞬间储存的电能经开关元件的回流二极管形成电流。这时的V相端子上产生方波脉冲电压。将该端子电压作为方波脉冲电压，输入到分压电路14后进行分压，并输入到方波脉冲电压宽度检测装置29。方波脉冲电压宽度检测装置29检查检测出脉冲下降沿时的计数值。因计数值相当于从步骤的切换时间开始所经过的时间，故将该计数值作为对励磁模式#1(UV通电)的方波脉冲电压宽度而存储在存储装置29A中。
在步骤#1中，执行方波脉冲电压宽度检测装置29等的处理，同时，使计数器正向计数(count up)。接着，当计数值变成和步骤0相同的规定值时，使计数器复位，从步骤1进入步骤2。在步骤2中，使用励磁模式2，使脉冲宽度调制信号的占空比为100％。剩下的V相开路。在步骤3中使占空比为0％，对任何相都不通电，检查W相产生的方波脉冲电压的边沿下降时的计数值，作为对励磁模式#2(UW通电)的方波脉冲电压宽度，存储在存储装置29A中。
在步骤4中，按励磁模式#3通电，使U相开路。在步骤5中，对任何相都不通电，检查W相产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，作为对励磁模式#3(VW通电)的方波脉冲电压宽度，存储在存储装置29A中。
在步骤6中，按励磁模式#4通电，使W相开路。在步骤7中，对任何相都不通电，检查U相产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，作为对励磁模式#4(VU通电)的方波脉冲电压宽度，存储在存储装置29A中。
在步骤8中，按励磁模式#5通电，使V相开路。在步骤9中，对任何相都不通电，检查U相产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，作为对励磁模式#5(WU通电)的方波脉冲电压宽度，存储在存储装置29A中。
在步骤10中，按励磁模式#6通电，使U相开路。在步骤11中，对任何相都不通电，检查V相产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，作为对励磁模式#6(WV通电)的方波脉冲电压宽度，存储在存储装置29A中。
接着，在继步骤11之后的步骤12的时间内，转子位置推测装置31从方波脉冲电压宽度检测装置29的存储装置29A中存储的各励磁模式#1～#6的各方波脉冲电压宽度中检查作为最小值的励磁模式，将该励磁模式下电感最小的转子位置作为转子41的停止位置。在图5的例子中，因励磁模式#6的磁通最容易流动，故该励磁模式#6的方波脉冲电压的脉冲宽度最小。而且，这时转子41的位置变成停止位置。
下面，具体说明转子位置推测装置31的详细处理，在预先知道方波脉冲电压宽度的计数值小于等于1000的情况下，存储最小值的存储器将比1000大的值作为初始值进行存储，并与励磁模式#1的方波脉冲电压宽度的计数值进行比较。当计数值小时，将最小值存储器中存储的数据从初始值替换成励磁模式#1的计数值。依次将最小值存储器的数据与所有的方波脉冲电压宽度的计数值进行比较，将最小的计数值存储在最小值存储器中。最终存储的计数值变成最小值，这时的励磁模式变成方波脉冲电压宽度最小的励磁模式。
说明步骤S104的详细情况。启动时励磁装置36从方波脉冲电压宽度最小的励磁模式中选择在旋转方向上滞后了120°电角度的励磁模式作为启动时励磁模式。对此，在图7中举出具体例子进行说明。在图7中，横轴表示相位(电角度)，纵轴表示转矩。曲线L1表示齿形转矩(cogging torque)，曲线L2～L4分别表示通电模式#6、#1、#2的相位和转矩的关系。例如，当在从W相向V相通电的励磁模式#6的情况下方波脉冲电压宽度最小时，若将励磁模式#6作为启动励磁模式，则电角度为0°时的转矩为零，所以，不能使无刷电机1旋转。对于0°电角度，加1的励磁模式#1(60°相位延迟通电)和加2的励磁模式#2(120°相位延迟通电)的正转矩较大。当以曲线L3表示的励磁模式#1启动时，由于其后的转矩减小，故使转子41旋转的力小。与此相反，当以曲线L4表示的励磁模式#2启动时，因其后的转矩增大，故能够以较大的力使转子41旋转。
参照图8进一步详细说明上述各处理。图8的横轴表示经过的时间，在纵方向并排配置各种信息。再有，最上侧示出的霍尔传感器合成信号是安装了霍尔传感器(Hall sensor)时假定为霍尔传感器的输出的信号。
若在时间t1输入启动信号，则在时间t2之前进行转子停止位置检测处理(步骤S103)。该期间的旋转速度为0。
若时间t2决定了转子的停止位置，则像旁路电阻13A的电流波形所示出的那样，启动时励磁装置36只在初始通电时间Ts1的期间继续按启动励磁模式通电(步骤S104)。该期间内，转子41的旋转速度慢慢增大。
这里，初始通电时间Ts1是这样的时间，即：在通电停止之后感应电压的边沿发生多次、例如4次以上之前的期间能够使转子41加速以便使转子41以大于等于N1的旋转速度自由旋转的时间。根据这一观点，希望初始通电时间Ts1较长。但是，若初始通电时间Ts1太长、超过通常运转时的励磁模式的切换位置而继续进行同样的励磁模式，则会产生反转矩而导致转子41减速。因此，初始通电时间Ts1最好在不产生反转矩的范围内尽可能长一些。作为初始通电时间Ts1的决定方法的一个例子，例如可采用如下方法：在设计阶段或制造阶段使无刷电机1以带有霍尔传感器的方式进行启动，首先，测定直到霍尔传感器的信号发生切换为止的时间，将与其大致相同或比其短的时间作为初始通电时间Ts1，并存储在控制装置11。
若在时间t3已经过了初始通电时间Ts1，则自由旋转控制装置35停止所有相的通电(相当于步骤S106)。旁路电阻13A测定的电流值为0，转子41自由旋转。此后，旋转速度随时间慢慢减小。在时间t3，各位置信号上出现了脉冲。因此，与3相合成信号的上升边沿对应，在励磁切换时间信号中产生第1个信号SL1。这时，当定子线圈中储存的能量作为惯性同步脉冲发出时，在所有的3相电机端子电压上产生方波脉冲电压，故产生脉冲信号。通常驱动时，虽然这些方波脉冲电压可以因分离装置21的关系而被忽视，但在时间t3，因为是断开所有相的逻辑，故变成通常驱动时不可能有的例外状态，因此不能忽视方波脉冲电压，以免导致错误的检测。因此，不使用启动后的第1个信号SL1来检测转子位置。
进而，通过转子41的自由旋转，与转子41的旋转位置对应，在规定相的电机端子上产生感应电压。这时，按W相位置信号、U相位置信号、V相位置信号的顺序产生上升沿或下降沿。结果，励磁切换时间信号产生由W相的边沿引起的第2次信号SL2、由U相的边沿引起的第3次信号SL3和由V相的边沿引起的第4次信号SL4。再有，通过断开所有的相，可以在没有从反相器13输入到无刷电机1的脉冲宽度调制信号等不需要的成分的状态下测量感应电压和等效中性点电位的交点，所以，能够正确地检测转子位置。
其间，励磁切换时间运算装置22测量第2次信号SL2和第3次信号SL3的时间间隔，再算出60°电角度。进而，测量第3次信号SL2和第4次信号SL3的时间间隔，再算出60°电角度。根据这些时间间隔，假设从第4次信号SL4例如前进30°电角度等，可以算出切换时间。此后，根据由电机端子电压和等效中性点电位的比较结果生成的3相合成信号，决定切换时间，并进行通电模式的切换控制，由此，可以实现无刷电机1的同步运转。可以实现和具有霍尔传感器时的120°电角度的矩形波驱动同等性能的驱动，并对旋转速度进行控制。
再有，在惯性大的无刷电机中，取得5次之后的信号，同样，也可以根据时间间隔算出励磁通电时间。可以进一步提高启动时的稳定性和准确性。
此外，在惯性大的无刷电机中，第2、第3次信号SL2、SL3的时间间隔与第3、第4次信号SL3、SL4的时间间隔大致相等。因此，也可以只用第2、第3次信号SL2、SL3的时间间隔转换到无传感器驱动。这样，可以在更短的时间内开始进行正常的运转。此外，也可以只用第1、第2次信号SL1、SL2的时间间隔而转换到无传感器驱动。这对于惯性小的无刷电机很有效。这时，初始通电时间SL1使用预先设定的值，在检测出SL2的时间的时刻，计算SL1和SL2的时间间隔，并将其作为转子位置信号使用，所以，在第2次的信号SL2之前可以转换到无传感器驱动。
此外，在惯性小的无刷电机中，减速加快，第3、第4次信号SL3、SL4的时间间隔比第2、第3次信号SL2、SL3的时间间隔大。这时，也可以根据时间间隔的变化算出加速度，并使用该加速度推测下一个时间间隔，由此算出励磁通电时间。
进而，在该启动方法中，在电机启动时实施边抑制电流边启动的方法(以下，称作软启动)。例如，如图9所示，启动时，通过使脉冲宽度调制信号(PWM)的占空比为50％来抑制电流，然后使旋转速度上升，当经过初始通电时间Ts1后，使占空比暂时为0％，使之自由旋转。当自由旋转结束，再次使占空比为50％，然后开始慢慢增加占空比，最后，当占空比达到100％时，旋转速度达到目标值(例如，最大转数)。由此，可以防止启动时流过过电流，并可以提高安装了无刷电机1的系统的整体稳定性。
说明步骤S109的利用感应电压的无传感器驱动(稳态驱动模式)的详细情况。
在稳态驱动模式中，检测电机端子的感应电压后，再检测出转子位置，但是，因感应电压波形上叠加了方波形状的开关脉冲(方波脉冲电压)，故有必要除去这样的噪声。在该实施方式中，当检测出相当于各相的转子位置信号的边沿时，进行其他相的电平检测，从而区别转子位置信号和方波脉冲电压。这时使用的正转专用逻辑由表1所示的感应电压信号检测逻辑和表2所示的方波脉冲电压结束边沿判定逻辑构成。
再有，在正转专用逻辑中，当图1所示的旋转方向判定装置23判定出无刷电机1正在正转时，分离装置21根据旋转方向检测逻辑选择装置24的指令进行参照。
【表1】
Figure A20071013699300241
【表2】
Figure A20071013699300242
图10示出稳态驱动模式下通电控制时的信号波形图。在图10中，横轴表示电角度，纵轴从上侧开始，分别表示向各定子绕组U、V、W通电的状态、各定子绕组U、V、W的实际感应电压波形Uv、Vv、Wv(模拟信号)和各定子绕组U、V、W的实际感应电压波形Ud、Vd、Wd(数字信号)。最上面的各定子绕组U、V、W通电的状态，靠上的附加有“+”号的定子绕组U、V、W表示高电位侧，靠下的附加有“-”号的定子绕组U、V、W表示低电位侧。即，电角度从0°到60°之间的“W+”“V-”表示从定子绕组W向定子绕组V通电(和图5中的通电模式#6相同)。此外，例如，在感应电压波形Uv中，在电角度0°处上升的脉冲或在电角度180°处下降的脉冲是方波脉冲电压Ps，这些方波脉冲电压Ps在本实施方式中是作为除去对象的信号。
此外，图11是示意性地表示屏蔽信号的生成过程和位置检测信号的生成过程的图。再有，在图11中，横轴表示电角度，纵轴从上面开始，依次表示出各定子绕组U、V、W的感应电压信号Ud、Vd、Wd(和图10相同的信号)、定子绕组U、V、W的位置检测信号Us、Vs、Ws、移相30°电角度之后的位置检测信号Uss、Vss、Wss、定子绕组U的方波脉冲电压信号Um、定子绕组V的方波脉冲电压信号Vm和定子绕组W的方波脉冲电压信号Wm。
图10所示的各定子绕组U、V、W的感应电压波形Uv、Vv、Wv输入到感应电压I/F电路12(参照图1)，利用低通滤波器电路15A～15C的分压电路进行分压，变成能输入到比较器17A～17C的电压Uv2、Vv2、Wv2。然后，利用低通滤波器18A～18C生成将PWM除去之后的感应电压信号Uv3、Vv3、Wv3，根据这些电压值得到等效中性点电压。当将该等效中性点电压和感应电压波形Uv3输入到比较器时，得到感应电压信号Ud。同样，根据模拟信号的感应电压波形Vv3、Wv3可以得到数字信号的感应电压信号Vd、Wd。这些感应电压信号Ud、Vd、Wd输入到控制装置11的分离装置21，利用下面的处理，生成通电切换时间。
分离装置21从感应电压信号Ud、Vd、Wd的脉冲信号中分离方波脉冲电压Ps的边沿和利用转子41的旋转产生的感应电压的边沿，转子方向判定装置23生成由利用转子41的旋转所产生的感应电压的信息形成的位置检测信号Us、Vs、Ws，并提供给励磁切换时间运算装置22。在励磁切换时间运算装置22中，对图11所示的位置检测信号Us、Vs、Ws边沿(感应电压边沿)的间隔Te进行计数。具体地说，将位置检测信号Us、Vs、Ws的所有边沿作为触发，开始计数器的计数，其次，当检测出任何一个位置检测信号Us、Vs、Ws的边沿时，清除计数值，同时开始下一个计数。这里，当无刷电机1旋转时，感应电压边沿的间隔Te每隔60°电角度出现1次，所以，根据表示感应电压的发生间隔的计数值计算转子41的旋转速度或加速度，并与此对应地对切换通电的时间进行校正，使位置检测信号Us、Vs、Ws移动相应的相位，生成位置检测信号Uss、Vss、Wss。接着，励磁电压输出装置27根据这些位置检测信号Uss、Vss、Wss控制反相器13，切换对各定子绕组U、V、W的通电，使无刷电机1的转子41旋转。
这里，励磁电压输出装置27具有屏蔽信号生成装置27A，屏蔽信号生成装置27A在励磁电压输出装置27刚刚向反相器输出通电模式之前，向分离装置21输出屏蔽信号。
例如，在图11的例子中，在刚刚产生定子绕组U的位置检测信号Uss边沿的定时之前，将定子绕组W的屏蔽信号Wm设为H(高)电平。同样，在刚刚产生定子绕组V的位置检测信号Vss边沿的定时之前，将定子绕组U的屏蔽信号Um设为H(高)电平。在刚刚产生定子绕组W的位置检测信号Wss边沿的定时之前，将定子绕组V的屏蔽信号Vm设为H(高)电平。各屏蔽信号Um、Vm、Wm的信号电平在维持规定的电角度之后变成L(低)电平。
再有，决定屏蔽信号Um、Vm、Wm的脉冲宽度的电角度始终根据Te的测定值来算出预先存储的角度。具体地说，使用比通常负载下旋转时的方波脉冲电压Ps的脉冲宽度大且屏蔽信号的脉冲不能对感应电压波形Uv、Vv、Wv和等效中性点电压的交点进行屏蔽的值、即0°＜θ＜30°。
此后，对从感应电压I/F电路12输入的感应电压信号Ud、Vd、Wd，利用屏蔽信号Um、Vm、Wm将方波脉冲电压Ps的脉冲除去，生成位置检测信号Us、Vs、 Ws，进行无刷电机1的通电控制。
这里，方波脉冲电压Ps的脉冲宽度因负载大小或旋转速度而变化。而屏蔽信号Um、Vm、Wm则具有一定的脉冲宽度，所以，出现屏蔽信号Um、Vm、Wm能够将方波脉冲电压Ps的脉冲完全屏蔽和不能完全屏蔽的情况。
首先，当方波脉冲电压Ps的脉冲宽度小于等于屏蔽宽度时，如图12所示那样，可以屏蔽方波脉冲电压Ps的起始沿和终止沿。这时，分离装置21按照表1所示的感应电压信号检测逻辑，从感应电压信号Ud、Vd、Wd生成位置检测信号Us、Vs、Ws。
再有，在图12中，从电角度θ1起始的方波脉冲电压Ps的上升沿和下降沿因屏蔽信号Um是高电平而被忽略。电角度θ2的上升沿因满足表1的上升沿的感应电压信号Ud的条件，故可以看成是定子绕组U的感应电压的上升沿。同样，从电角度θ3起始的方波脉冲电压Ps的上升沿和下降沿因屏蔽信号Um是高电平而被忽略。电角度θ4的感应电压信号Ud的下降沿因满足表1的下降沿的感应电压信号Ud的条件，故可以看成是定子绕组U的感应电压的下降沿。同样，对于其余的感应电压信号Vd、Wd，可以按照表1的感应电压信号检测逻辑来判定感应电压的上升沿和下降沿，并生成位置检测信号Us、Vs、Ws。
与此相对，如图13所示那样，当方波脉冲电压Ps的脉冲宽度大于屏蔽宽度时，可以屏蔽方波脉冲电压Ps的起始沿，但不能屏蔽方波脉冲电压Ps的终止沿。这时，分离装置21除了按照表1所示的感应电压信号检测逻辑，还参照表2所示的方波脉冲电压终止沿判定逻辑，分离感应电压边沿并生成位置检测信号Us、Vs、Ws。
在图13中，从电角度θ1起始的方波脉冲电压Ps的上升沿被屏蔽，但同样的方波脉冲电压Ps的下降沿却不能屏蔽，故需要知道是否满足表1和表2所示的下降沿的条件。这时，因满足表2的下降沿的感应电压信号Ud的条件，故将其看成是方波脉冲电压Ps的边沿，除去该信号后生成位置检测信号Us。电角度θ2的边沿如上所述，因满足表1的条件所以是感应电压边沿。同样，从电角度θ3起始的方波脉冲电压Ps的下降沿被屏蔽信号Um除去，同样的方波脉冲电压Ps的上升沿因满足表2的上升沿的感应电压信号Ud的条件而被除去。这样，当存在不能用屏蔽信号Um完全除去的方波脉冲电压Ps的脉冲时，检查其余的感应电压信号Vd、Wd的电压电平的高低，再与表1和表2的条件对照，判定是否要除去，除去方波脉冲电压Ps的信号后再生成位置检测信号Us。进而，同样地生成位置检测信号Vs、Ws。
这里，说明生成位置检测信号Uss、Vss、Wss时对切换通电的时间进行校正的处理。校正由设置在励磁切换时间运算装置22的相位延迟校正部22A进行。作为校正对象的相位延迟由图14示出。图14示意性地示出U相的励磁时间和相位延迟θ1、θ2。相位延迟θ1随着起因于感应电压I/F电路12的低通滤波器电路15A～15C的旋转速度而变化。相位延迟θ2是由比较器17A～17C及后级的感应电压I/F电路12、即比较器17A～17C和低通滤波器电路18A～18C的延迟时间θ2a和控制装置11的指令处理延迟时间θ2b之和(θ2＝θ2a+θ2b)，是驱动装置2所固有的值。因此，相位延迟校正部22A起到校正相位延迟θ1的滤波器相位延迟校正装置和校正相位延迟θ2的电路相位延迟校正装置的作用。
首先，说明作为滤波器相位延迟校正装置的相位延迟校正部22A的处理。
当图15所示的范围R4处于无刷电机1的旋转速度的控制范围之内时，低通滤波器电路15A～15C将其截止频率fc设定在比范围R4高的频段内。图15是横轴表示频率的对数、纵轴表示相位的波特线图(Bode plot)。通过截止频率为fc的低通滤波器电路15A～15C后的感应电压信号产生相位延迟θ1。频率越高相位延迟θ1越大。
低通滤波器电路15A～15C的传递函数G(s)当使用τ(＝C×R)时，可由下式表示。
G(s)＝1/(τs+1)    (1)
由(1)式可知，相位延迟θ1[rad]是
θ1＝-arctan(ωτ)    (2)
这里，角加速度ω可以作为与旋转速度相当的电机端子电压的基本频率f的函数来表示，所以，
θ1＝-arctan(2πτ×f)    (3)
若将单位变换成[°]并作为延迟，则
θ1＝-arctan(2πτ×f)×360/2π    (4)
若设旋转60°电角度所要的时间为Ta，因1/f＝6Ta，故
θ1＝arctan(2πτ/6Ta)×360/2π    (5)
根据式5可以算出滤波器15A～15C的相位延迟θ1。相位延迟θ1虽然可以按照式5进行计算，但在本实施方式中，预先在相位延迟校正部22A中映象登记(マップ登録)，通过检索时间Ta，即可求出相位延迟θ1。
其次，说明作为电路相位延迟校正装置的相位延迟校正部22A的处理。
相位延迟θ2是由滤波器15A～15C之外的其它电路和软件处理产生的。该相位延迟θ2起因于比较器17A～17C、低通滤波器电路18A～18C和指令等因素。这时的延迟时间T2与旋转速度无关，是固定值。因此，可以根据延迟时间T2相对于旋转60°电角度所需要的时间Ta的比例来计算出相位延迟θ2。
θ2＝(T2/Ta)×60[°]    (6)
由式6可知，因延迟时间T2一定，所以，当旋转速度上升，时间Ta变短时，T2/Ta的值变大，相位延迟θ2变大。再有，若使式6映象化(マップ化)，则可以方便地进行计算。
由以上可知，切换励磁的时间Ew变成
Ew＝30-(θ1+θ2)    (7)
通过使用映象(マップ)来校正时间Ew，可以迅速地计算出时间Ew。而且，通过使用校正后的时间Ew，可以不依赖旋转速度，高精度地进行励磁切换。
其次，说明启动时旋转速度已在区域R2中的情况。
如图16所示，启动前的状态和上述自由旋转状态相同。即使按照图4的流程图实施从步骤S103到步骤S106的处理，对自由旋转的旋状状态的影响也很小，能够维持自由旋转状态。因此，从108前进到步骤S109，并转换到稳态驱动模式。
说明启动时旋转速度已在区域R3中的情况。
即使实施从图4的步骤S101到步骤S107的处理，在反转的转子41的感应电压波形中，也不能利用正转专用逻辑提取转子位置信号。
因此，当转子位置信号例如不能在1～9秒左右的规定时间内检测出来时(与步骤S110相等)，旋转方向判定装置23判定是反转状态。
这时，图1所示的控制装置11使制动停止装置25以不产生过电流的低占空比对无刷电机1施加一定时间的2相锁定通电。对散热器风扇进行制动动作，散热器风扇的旋转速度减小，接近停止状态。如图17所示，2相锁定通电的持续时间是预先设定的制动通电时间，例如是1～9秒左右。因此，无刷电机1的旋转速度从-N1向零接近。这是因为，如前所述，散热器风扇反转时的转数和转矩小的缘故。
经过制动通电时间之后，进行使用了电感检测的启动处理。这是因为，散热器风扇是摩擦力大的系统，所以机械时间常数大，在反转时强制使其停止的情况下，利用风力再次使其开始反向旋转需要一定的时间，故旋转速度停留在区域R1中。此后，进行前述的步骤S103到步骤S108，并转换到稳态驱动模式。
若按照本实施方式，通过进行2相通电，可以根据方波脉冲电压宽度检查电感的大小。脉冲宽度与过去测定电压的上升时间的情形相比较容易测定，不必附加特别的电路。可以简化装置的构成，降低制造成本。
当线圈产生的磁通和磁铁产生的磁通同方向时，即：当处于磁通容易在线圈和磁铁之间通过的转子位置上时，电感变小，因为注意到了这一点，故可以比过去精度更高、更稳定地检测出转子停止位置。
当从N极磁化变化到S极磁化时，将产生方波脉冲电压的励磁模式的顺序、即转子停止位置的检索顺序设为执行在此期间不通电的励磁模式的切换顺序，所以，线圈不容易受卷绕的铁芯的剩余磁化的影响，可以提高电感的检测精度。
再有，转子位置推测装置31也可以不检测方波脉冲电压宽度的最小值，而代之以检测其最大值。这时，方波脉冲电压宽度检测装置29将最大脉冲宽度和这时的励磁模式关联起来并存储在存储装置29A中。启动时励磁装置36从提供脉冲宽度的最大值的励磁模式中选出沿旋转方向延迟了60°的通电模式，使无刷电机1启动。例如，在图5所示的例子中，因励磁模式#3是方波脉冲电压宽度宽、磁通最难通过的模式，故决定采用前一个励磁模式#2作为启动励磁模式。
此外，也可以各进行多次方波脉冲电压宽度的测定。例如，参照图18说明2次2次地进行测定时的处理。在此时的停止位置检查中，将0～23的24个步骤作为一个流程来进行通电控制，在第25个步骤24中推测停止位置。在步骤0和步骤1中，按励磁模式#1通电之后开路，并对W相所产生的方波脉冲电压的脉冲宽度进行计数。在步骤2和步骤3中，分别重复与步骤0和步骤1相同的处理。步骤4和步骤5及步骤6和步骤7是对励磁模式#2进行同样的处理。此后，对各励磁模式#3～#6，依次2次2次地进行相同的方波脉冲电压宽度的计数。
方波脉冲电压宽度检测装置29将2次2次地测定的所有方波脉冲电压宽度(计数值)、或只将第2次测定的方波脉冲电压宽度(计数值)与这时的励磁模式相关联并存储到存储装置29A中。步骤24的停止位置推测处理和上面一样，比较第2次测定的方波脉冲电压宽度的大小。将方波脉冲电压宽度最小的励磁模式决定为启动励磁模式。
这样，当无刷电机1是线圈容易受铁芯的剩余磁化影响的构成时，可以进一步减小剩余磁化的影响，提高电感检测的精度。
这里，停止位置推测处理也可以对相同的励磁模式算出多次测定的方波脉冲电压宽度(计数值)的平均值，和前面一样比较平均值的大小。通过进行平均化处理，可以进一步提高电感的检测精度。即使在多次取得方波脉冲电压宽度的情况下，也可以通过取代最小值而检查最大值来决定转子停止位置和启动励磁模式。
此外，在该实施方式中，在无刷电机1启动时形成自由旋转状态，故所有的相变成开路状态，由此可以在无噪声的状态下进行开始旋转后的转子41的位置检测。因此，能够快速、准确地检测出转子位置。
因为自由旋转之前的通电时间(Ts1)处于不发生反向转矩的范围内，所以，能够在自由旋转中正确地检测出转子位置，不需要使转子41大幅度减速。
当不使用自由旋转时产生的第1次信号SL1、而使用第2次之后的信号SL2～SL4时，即使第1次出现了起因于方波脉冲电压的信号，也能够正确地进行检测。
上述无刷电机1在这里可以举出风扇电机、燃料泵电机等惯性大的电机、没有齿形转矩的无槽电动机、和因摩擦或齿形转矩等引起的损失较小的低损耗电机。在无槽电动机中，由于没有槽芯(slotcore)，故不能通过电感检测来检测转子的位置。但是，因惯性很小，通过检测转子停止位置时的通电而较容易地吸附在规定的旋转位置上，所以，可以使用上述方法来确定停止位置，并据此来选择延迟了120°电角度相位的通电模式作为启动励磁模式。这样，转子停止位置的检测方法或者启动励磁模式的确定方法不限于基于电感的方法，可以使用各种各样的方法。
此外，若按照本实施方式，在启动无刷电机1时，即使转子41反转，也可以通过进行制动处理来检测使用了线圈的电感的转子位置。由此，可以使无刷电机1启动，并很快地使其转向120°通电的稳态运行。进行与下述状态对应的启动控制，从而可靠地启动无刷电机1，该状态为：当无刷电机1不通电时，转子41因受到风等的影响而处于正转、反转的状态或停止的状态。例如，当将无刷电机1使用于驱动汽车等的发动机冷却系统的散热器风扇的情况下，能够提高系统的可靠性。
(实施方式2)
本实施形态方式的特征在于，除了使用正转专用逻辑之外，还使用反转专用逻辑。装置的构成和实施方式1相同。
图19示出启动时的动作流程。从步骤S101到步骤S108，即启动开始时的无刷电机1的旋转速度处于图3的区域R1或区域2时的处理与实施方式1相同。当启动时的旋转速度处在区域R3时，从步骤S108转换到步骤S110A。
在步骤S110A中，检测感应电压并使用反转专用逻辑进行转子位置检测。反转专用逻辑是当旋转方向判定装置23判定为反转时旋转方向检测逻辑选择装置24所选择的逻辑，由表2所示的感应电压信号检测逻辑和表1所示的方波脉冲电压结束边沿判定逻辑构成，并登记在分离装置21中。当使用上述反转专用逻辑检测出与各相转子位置信号相当的边沿时，进行其它相的电平检测，区别转子位置信号和开关脉冲，检测出转子位置。这里的处理除了使用的逻辑不同之外，其他和第1实施方式的稳态驱动模式相同。
执行转子位置检测处理，若实际上得到了转子位置检测信号(步骤S110B中的Yes)，则执行步骤S111之后的处理。只要能确认是反转即可，所以，只要转子位置检测信号发生1次以上即可。步骤S111之后的处理和实施方式1相同。
与此相对，当不能获得转子位置检测信号时(步骤S110B中的No)，待机一定时间(步骤S110C的Yes)，转换步骤S111。
在本实施方式中，通过使用反转专用逻辑，可以可靠地检测出是反转状态。其他效果和第1实施方式相同。
(第3实施方式)
本实施方式的特征是最初进行制动处理。
如图20所示，在进行过电流检测处理(步骤S101)之后，进行低占空比的2相通电锁定处理(步骤S102A)。制动时间设为固定时间(步骤S102B)。这些处理是相当于第1实施方式的步骤S111和S112的处理。启动时，不管无刷电机1的旋转速度处于R1～R3的哪个区域，都能通过制动处理强制性地将其控制在区域R1。此后的处理和实施方式1相同。
此外，如图21所示，对于使用反转专用逻辑的情况(相当于步骤S110A)，通过最初在步骤S102A、S102B中进行制动处理，不管无刷电机1的旋转速度处于R1～R3的哪个区域，都能通过制动处理强制性地将其控制在区域R1。
再有，本发明不限于上述实施方式，可以进行广泛的应用。
例如，在电源电压变动等情况下，当端子电压变动时，最好使用电平变换电路代替分压电路14。电平变换电路使用晶体管、FET或比较器等，并使端子电压对应于电源电压而下降。
在启动时的通电控制中，根据旁路电阻13A监视电流值，并进行控制使其不超过规定值即可，占空比不限于50％。
初始通电时间Ts1通过将规定的物理常数代入到电压电流方程式和位置转矩方程式中求得，也可以通过仿真来确定。
当只经过初始通电时间Ts1的加速还达不到转子位置检测所需要的旋转速度时，也可以在通过进行几次开环强制通电充分加速之后，再转换到自由旋转状态。例如，如图22所示，使用霍尔传感器确定第1次通电切换时间(初始通电时间Ts1)，并测定第2次通电切换时间(通电时间Ts2)和第3次通电切换时间(通电时间Ts3)，将这些通电切换时间Ts1～Ts3作为程序存储在控制装置11中。启动时，继续了初始通电时间Ts1的启动励磁模式之后，继续进行长达时间Ts2的启动励磁模式的下一个励磁模式，进而，在继续了长达时间Ts3的下一个励磁模式后，关闭所有相的通电，使其自由旋转。
再有，在图7中，当启动时使无刷电机1反转时，选择超前120°的励磁模式作为启动时的励磁模式。

Claims (16)

1.一种驱动无刷电机的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有：
通电模式决定装置，在所述无刷电机开始启动时按照与转子的停止位置相应的励磁模式使所述无刷电机通电一段初始通电时间后，停止通电，并使所述无刷电机的所述转子自由旋转；和
励磁切换时间运算装置，根据自由旋转中电机端子上产生的感应电压检测转子的位置后，再决定励磁时间。
2.权利要求1记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：初始通电时间是小于等于从所述转子开始旋转到第1次通电切换时间为止的时间的时间段。
3.权利要求1或权利要求2记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：所述励磁切换时间运算装置，根据自由旋转中第2次之后电机端子上产生的感应电压信号的时间间隔来计算励磁时间。
4.权利要求1至权利要求3的任何一项记载的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有：
励磁电压输出装置，选择多个能够驱动所述无刷电机的励磁模式，并按照各励磁模式在所述转子不旋转的时间范围内依次使其通电；
方波脉冲电压宽度检测装置，在切换励磁模式时，检测所述无刷电机的线圈上产生的方波脉冲电压的脉冲宽度；和
转子位置推测装置，根据多个励磁模式中的各方波脉冲电压的脉冲宽度求出最小值或最大值，根据最小值或最大值的励磁模式判定所述转子的停止位置，
将从所述转子位置推测装置判定的所述转子停止位置滞后或超前规定的电角度后的通电模式作为启动励磁模式并输出。
5.权利要求4记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：所述励磁电压输出装置在对线圈进行N极磁化的励磁模式和对相同的线圈进行S极磁化的励磁模式之间进行不对该线圈通电的励磁模式。
6.权利要求4或权利要求5记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：当转子位置推测装置根据方波脉冲电压的脉冲宽度的最小值判定出所述转子的停止位置时，正转时输出相位滞后120°的励磁模式，反转时输出相位超前120°的励磁模式。
7.权利要求1至权利要求6的任何一项记载的无刷电机驱动装置，其特征在于，具有分压电路，对线圈上产生的方波脉冲电压进行分压后，再输入到方波脉冲电压宽度检测装置。
8.权利要求4至权利要求7的任何一项记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：当所述转子反向旋转时，施加低占空比电压，对所述转子施加制动后再使所述励磁电压输出装置工作。
9.权利要求8记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：在检测所述无刷电机的各相的端子电压的装置上设置了滤波器，除去包含在所述端子电压检测信号中的噪声，在所述励磁切换时间运算装置上设置了滤波器相位延迟校正装置，用于校正随所述无刷电机的旋转速度而变化的所述滤波器的相位延迟。
10.权利要求9记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：所述滤波器是1阶CR滤波器，用于除去当对所述无刷电机进行脉冲宽度调制控制时所产生的噪声。
11.权利要求10记载的无刷电机驱动装置，其特征在于：所述励磁切换时间运算装置进而具有校正因所述滤波器之外的电路引起的相位延迟的电路相位延迟校正装置。
12.一种启动无刷电机的启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照与转子停止位置相应的励磁模式使所述无刷电机通电一段初始通电时间之后，停止通电并使所述无刷电机的所述转子自由旋转；
根据自由旋转中电机端子上产生的感应电压来检测转子位置；和
根据所检测出的转子位置进行励磁模式的切换。
13.权利要求12记载的无刷电机的启动方法，其特征在于：初始通电时间是小于等于从所述转子开始旋转到第1次通电切换时间为止的时间的时间段，检测转子位置的步骤是在转子开始旋转时电机端子上第4次产生感应电压之前的期间内进行的。
14.一种无刷电机的转子停止位置的检测方法，其特征在于：选择多个能够驱动无刷电机的励磁模式并选择通电顺序，从而在对所述无刷电机的线圈进行N极磁化的励磁模式和对相同的线圈进行S极磁化的励磁模式之间，不对该线圈进行通电，在转子不旋转的时间范围内，按照各励磁模式依次进行通电，当切换励磁模式时，根据所述无刷电机的线圈上所产生的方波脉冲电压的脉冲宽度的最小值来判定所述转子的停止位置。
15.一种无刷电机的启动方法，其特征在于：在启动无刷电机时，选择多种能够驱动所述无刷电机的励磁模式，按照各励磁模式，在转子不旋转的时间范围内依次进行通电，当切换励磁模式时，检查所述无刷电机的线圈上产生的方波脉冲电压的脉冲宽度，根据其最小值判定转子的停止位置，正转时输出从转子停止位置相位滞后120°后的励磁模式，反转时输出从转子停止位置相位超前了120°的励磁模式。
16.一种启动无刷电机的启动方法，其特征在于，执行如下步骤：
利用线圈的电感检测转子的停止位置；
在从所述转子的停止位置相位滞后120°后的励磁模式下输出一定的时间之后，停止所有相的通电；
在停止所有相的通电的状态下能够利用感应电压来检测转子位置的情况下，根据检测出的转子位置进行通电控制；和
在停止所有相的通电的状态下不能利用感应电压来检测转子位置的情况下，按照使所述转子停止旋转的励磁模式进行通电，
在按照使所述转子停止旋转的励磁模式通电规定时间之后，利用所述线圈的电感来检测所述转子的停止位置。
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