JP2000175484A

JP2000175484A - ブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置

Info

Publication number: JP2000175484A
Application number: JP10343914A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shukuri; 陽一宿里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ブラシレスモータの効率を低下させることの
ないブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置を提供
することを目的とする。【解決手段】３つの固定子巻線と、磁界により回転駆
動される永久磁石回転子と、を有するブラシレスモータ
を制御するブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置
であって、スイッチングにより固定子巻線に流す駆動電
流の切り換えを行うコミュテータ素子と、各相の固定子
巻線の端子電圧と中性電位との電位差のゼロクロス点を
検出するゼロクロス点検出部と、検出された各相のセロ
クロス点からサージ電圧のゼロクロス点を除去し各相の
誘導電圧により変化する区間における誘導電圧のゼロク
ロス点のみを抽出し抽出した誘導電圧のゼロクロス点か
ら特定の電気角に相当する時間だけ遅延させ前記コミュ
テータ素子のスイッチングを行わせる。

Description

【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換えるブラシレスモータのセンサレ
ス駆動制御装置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。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センサレス駆
動制御装置が提供されている。

【０００５】従来のブラシレスモータのセンサレス駆動
制御装置としては、特開昭５２−８０４１４号公報（以
下イ号公報と呼ぶ）に「界磁ロータと複数個の駆動巻線
と、この駆動巻線に流れる駆動電流を切り換えるための
コミュテータ素子を有するとともに、外部同期信号にも
とづく転流制御信号によって前記コミュテータ素子のオ
ンオフ状態を変化させて前記ロータを起動し、これが一
定回転数に達したのち、前記駆動巻線に発生した逆起電
圧信号にもとづく転流制御信号によって前記コミュテー
タ素子のオンオフ状態を変化させながら定常運転させる
形式のブラシレスモータにおいて、前記外部同期信号ま
たはこれと一定位相関係にあるその処理信号と、前記逆
起電圧信号またはこれと一定位相関係にあるその処理信
号との位相差を検出し、この位相差検出信号を、前記同
期信号にもとづく転流状態から前記逆起電圧にもとづく
転流状態への切換の制御に利用することを特徴としたブ
ラシレスモータ」が開示されている。

【０００６】以下にイ号公報に開示されたブラシレスモ
ータについて、図面を用いて説明する。

【０００７】図８はイ号公報に開示されたブラシレスモ
ータの装置構成を表すブロック図である。

【０００８】図８において、１０１はブラシレスモータ
の界磁ロータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは界磁ロ
ータ１０１内で駆動磁界を発生させる三相結線されたブ
ラシレスモータの固定子巻線、１０３は固定子巻線１０
２ｕ、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、１０４〜１０９は固定子巻線
１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す駆動電流ｉ_u、
ｉ_v、ｉ_wの切り換えを行うコミュテータ素子、１０４
ａ、１０６ａ、１０８ａはそれぞれコミュテータ素子１
０４、１０６、１０８のベースに加える電圧のレベルシ
フトを行うために設けられたアップ側前段コミュテータ
素子、１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂはそれぞれコミュ
テータ素子１０４、１０６、１０８のベースに加える電
圧のレベルシフトを行うプルアップ抵抗、１１０〜１１
５はコミュテータ素子１０４〜１０９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、１１６は界磁ロータ１０１を駆動するため
の電圧を供給する駆動電源である。１２３は界磁ロータ
１０１の外部同期制御用に外部同期制御信号Ｖ_sを生成
し出力する発振部、１２４は発振部１２３から入力され
る外部同期制御信号Ｖ_sから外部同期三相制御信号
Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpを生成し出力する外部同期制御部、３
０１は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子
Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wの高周波
成分をカットすると共にその位相を電気角９０度だけ移
相させた信号であるフィルタ出力電圧Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0
を出力するフィルタ回路、３０２はフィルタ出力電圧Ｖ
_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0を基準電圧と比較することによりそれぞ
れ外部同期三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfを生成するコ
ンパレータ、３０３は入力される外部同期三相制御信号
Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpと帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cf
とを切り換え三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cとして出力す
る切換部、３０４は切換部３０３に入力の切り換えの指
令を発する指令回路、１２１は指令回路３０４から入力
される三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cに基づきコミュテー
タ素子１０４〜１０９のスイッチング制御を行う六相制
御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出
力する通電指示部である。

【０００９】以上のように構成されたイ号公報に開示の
ブラシレスモータについて、以下その動作を説明する。

【００１０】図９はイ号公報に開示のブラシレスモータ
の動作時における各部の電圧波形を示す図である。

【００１１】まず、指令回路３０４は、切換部３０３の
入力を外部同期三相制御信号Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpに切り換
え外部同期制御状態に設定し起動する。永久磁石回転子
１０３の回転数が上昇し、フィルタ出力電圧Ｖ_U0、
Ｖ_V0、Ｖ_W0の出力がコンパレータ３０２に検出されるの
に十分な大きさとなるまで回転数が上昇すると、指令回
路３０４は、切換部３０３の入力を帰還三相制御信号Ｖ
_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfに切り換える。通電指示部１２１は、切
換部３０３から三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cが入力され
ると、六相制御信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、Ｗ
Ｌを生成し、コミュテータ素子１０４〜１０９は、これ
ら六相制御信号から駆動電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wを生成し、
界磁ロータ１０１を駆動する。このとき、コミュテータ
素子１０４〜１０９により電流が供給されている固定子
巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子Ｕ、Ｖ、Ｗに
発生する電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは、正又は負で一定電圧と
なり、コミュテータ素子がオフ状態で電流が遮断されて
いる固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子
Ｕ、Ｖ、Ｗの端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wには誘導電圧が現
れる（図９参照）。すなわち、通電指示部１２１は、常
に３相中２相に電流を供給するように制御するため、常
に３相中どれか１相のみ電流が供給されていない相があ
る。その相に、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、それが通電指示部１２１の磁極位
置信号となる。フィルタ回路３０１は、端子電圧Ｖ_U、
Ｖ_V、Ｖ_Wの高周波成分をカットすると共にその位相を電
気角９０度だけ移相させ、フィルタ出力電圧Ｖ_U0、
Ｖ_V0、Ｖ_W0を出力する。一例として、図９に端子電圧Ｖ
_Vとフィルタ出力電圧Ｖ_V0との波形を示した。フィルタ
出力電圧Ｖ_U ₀、Ｖ_V0、Ｖ_W0はコンパレータ３０２に入力
され帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfが生成される。
このとき、フィルタ出力電圧Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0は三相制
御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cに対して電気角６０度の位相遅れ
となっているので、コンパレータ３０２は、フィルタ出
力電圧Ｖ_U0から三相制御信号Ｖ_Cを生成し、フィルタ出
力電圧Ｖ_V0から三相制御信号Ｖ_Aを生成し、フィルタ出
力電圧Ｖ_W0から三相制御信号Ｖ_Bを生成する。

【００１２】

【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、以下のような課題を有してい
た。

【００１３】（１）コミュテータ素子１０４〜１０９の
スイッチング時において固定子巻線１０２ｕ、１０２
ｖ、１０２ｗにサージ電圧が発生し、このサージ電圧は
フリーホイーリングダイオード１１０〜１１５が通電す
ることにより解放される。このとき、サージ電圧により
端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wの波形は歪むため、これをフィ
ルタ回路に通したときに、ゼロクロス点検出信号Ｖ_U1、
Ｖ_V1、Ｖ_W1の波形が歪み、位相ずれが生じる。従って、
帰還制御部１２５は永久磁石回転子１０３の回転に対し
て位相ずれした三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cを生成する
ため、ブラシレスモータの効率が低下するという問題点
を有していた。

【００１４】（２）ブラシレスモータの起動時におい
て、外部同期制御状態から誘起電圧のフィードバックに
よるフィードバック制御状態に移行する際、又はその逆
の移行を行う際、切換部３０３のスイッチングのオン／
オフの瞬間に一瞬オープンとなる状態が生じ、回路上不
安定な状態が生じるという問題点を有していた。

【００１５】（３）起動時、回転数が変動する場合、帰
還制御部（コンパレータ３０２）が与える転流のタイミ
ングが適正でない場合、強制同期から帰還制御に移行し
たとき脱調する問題を有していた。

【００１６】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、ブラシレスモータの効率を低下させることなく、外
部同期制御状態とフィードバック制御状態との間の移行
の際にも回路上不安定な状態になることのないブラシレ
スモータのセンサレス駆動制御装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【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センサレス駆動制御装置
は、三相結線された３つの固定子巻線と、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、
を有するブラシレスモータを制御するブラシレスモータ
のセンサレス駆動制御装置であって、スイッチングによ
りオンオフ状態を変化させ固定子巻線に流す駆動電流の
切り換えを行う複数のコミュテータ素子と、各相の固定
子巻線の端子に発生する端子電圧と中性電位との電位差
が正から負へ又は負から正へ遷移するゼロクロス点を検
出するゼロクロス点検出部と、ゼロクロス点検出部によ
り検出された各相のゼロクロス点からサージ電圧のゼロ
クロス点を除去し各相の端子電圧が固定子巻線に発生す
る誘導電圧により変化する区間における誘導電圧のゼロ
クロス点のみを抽出し抽出した誘導電圧のゼロクロス点
から特定の電気角に相当する時間だけ遅延させ前記コミ
ュテータ素子のスイッチングを行わせる制御をする帰還
制御部と、を備えた構成より成る。

【００１８】この構成により、ブラシレスモータの効率
を低下させることのないブラシレスモータのセンサレス
駆動制御装置を提供することができる。

【００１９】

【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センサレス駆動
制御装置は、三相結線された３つの固定子巻線と、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、を有するブラシレスモータを制御するブラシレ
スモータのセンサレス駆動制御装置であって、スイッチ
ングによりオンオフ状態を変化させ固定子巻線に流す駆
動電流の切り換えを行う複数のコミュテータ素子と、各
相の固定子巻線の端子に発生する端子電圧と中性電位と
の電位差が正から負へ又は負から正へ遷移するゼロクロ
ス点を検出するゼロクロス点検出部と、ゼロクロス点検
出部により検出された各相のゼロクロス点からサージ電
圧のゼロクロス点を除去し各相の端子電圧が固定子巻線
に発生する誘導電圧により変化する区間における誘導電
圧のゼロクロス点のみを抽出し抽出した誘導電圧のゼロ
クロス点から特定の電気角に相当する時間だけ遅延させ
コミュテータ素子のスイッチングを行わせる制御をする
帰還制御部と、を備えた構成としたものであり、この構
成により、コミュテータ素子のスイッチングのタイミン
グがサージ電圧の影響により位相ずれすることが防止さ
れるという作用が得られる。

【００２０】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センサレス駆動制御装置
であって、帰還制御部は、三相の内何れか一の相の端子
電圧において誘導電圧のゼロクロス点が検出されると、
その直前に他の何れかの相の端子電圧において誘導電圧
のゼロクロス点が検出されてから現時点までの経過時間
を検出し、現時点から検出された経過時間の半分の時間
だけ遅延させコミュテータ素子のスイッチングを行わせ
る制御を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、請求項１の作用に加え、以下のような
作用が得られる。

【００２１】（１）誘導電圧のゼロクロス点が検出され
る時点からコミュテータ素子のスイッチングの時点まで
の遅延時間が、そのときの永久磁石回転子の回転数から
決められるため、コミュテータ素子のスイッチングのタ
イミングを正確に制御することが可能であり、ブラシレ
スモータの効率が改善される。

【００２２】（２）脱調せず、負荷変動に対する追従性
がよく、能力可変時においても出力最大と出力最小とを
瞬時に切り換えることができる。

【００２３】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置
であって、帰還制御部は、三相の各相の端子電圧におい
て誘導電圧のゼロクロス点が検出された後に前記相の端
子電圧において最初にサージ電圧のゼロクロス点が検出
されると、前記相において次に最初に誘導電圧のゼロク
ロス点が検出されるまでの経過時間を検出し、前記相に
おいて最後に誘導電圧のゼロクロス点が検出されてから
検出された経過時間だけ遅延させコミュテータ素子のス
イッチングを行わせる制御を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、請求項１の作用に
加え、以下の作用を有する。

【００２４】（１）誘導電圧のゼロクロス点が検出され
る時点からコミュテータ素子のスイッチングの時点まで
の遅延時間が、そのときの永久磁石回転子の回転数から
決められるため、コミュテータ素子のスイッチングのタ
イミングを正確に制御することが可能であり、ブラシレ
スモータの効率が改善される。

【００２５】（２）脱調せず、負荷変動に対する追従性
がよく、能力可変時においても出力最大と出力最小とを
瞬時に切り換えることができる。

【００２６】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１乃至３の何れか一項に記載のブラシレスモータのセン
サレス駆動制御装置であって、コミュテータ素子のスイ
ッチングを強制的に制御する外部同期制御部と、コミュ
テータ素子のスイッチングの制御を外部同期制御部と帰
還制御部の何れか一方の制御に切り換える切換部と、切
換部の切り換えの制御を行う切換制御部と、を備え、切
換制御部は、ゼロクロス点検出部により検出されるゼロ
クロス点から永久磁石回転子の回転数を検出し、回転数
がある閾値よりも小さいときはコミュテータ素子のスイ
ッチングの制御を外部同期制御部の制御に切り換え、回
転数がある閾値よりも大きいときはコミュテータ素子の
スイッチングの制御を帰還制御部の制御に切り換える制
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、請求項１乃至３の何れか一項の作用に加
え、以下の作用を有する。

【００２７】（１）永久磁石回転子の回転数が小さく、
固定子巻線に発生する誘導電圧が小さい場合には、外部
同期制御部によりブラシレスモータは外部同期制御され
るため、低速運転時において安定した制御が可能とな
る。

【００２８】（２）永久磁石回転子の回転数が大きく、
固定子巻線に発生する誘導電圧が大きい場合には、コミ
ュテータ素子のスイッチングの制御は、誘導電圧のゼロ
クロス点が検出されるタイミングに基づき永久磁石回転
子の回転数をフィードバックすることにより制御される
ため、ブラシレスモータの効率が改善される。

【００２９】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
４に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置
であって、切換制御部において、回転数が上昇したとき
に切換部が切り換えを行う時の回転数の閾値Ｎ₁が、回
転数が下降したときに切換部が切り換えを行う時の回転
数の閾値Ｎ₂よりも大きい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、請求項４の作用に加え、
以下の作用を有する。

【００３０】（１）切り換え時、制御部では外部同期制
御と帰還制御との両方を行うため、内部で行う演算等の
処理量がもっとも多い。そこで、回転数が上昇したとき
に切換部が切り換えを行う時の回転数Ｎ₁が、回転数が
下降したときに切換部が切り換えを行う時の回転数の閾
値Ｎ₂よりも大きくし、切り換えのヒステリシスを設け
ることにより、短時間に切り換えが何度も生じることが
防止され、コミュテータ素子のスイッチングのタイミン
グの制御を、外部同期制御部の制御から帰還制御部の制
御に切り換える時、又は、帰還制御部の制御から外部同
期制御部の制御に切り換える時の動作が安定する。

【００３１】（２）外部同期制御と帰還制御との両方を
行う区間が、Ｎ₁≦Ｎ≦Ｎ₂の間だけなので、無駄な処理
が不要となる。

【００３２】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
４又は５に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動制
御装置であって、コミュテータ素子のスイッチングを行
わせる制御をするための三相制御信号を出力する帰還制
御部と、コミュテータ素子のスイッチングを行わせる制
御をするための三相制御信号を出力する外部同期制御部
と、三相制御信号に基づきコミュテータ素子のスイッチ
ングを指示する六相制御信号を生成し出力する通電指示
部と、通電指示部に入力する三相制御信号を帰還制御部
から出力される三相制御信号と外部同期制御部から出力
される三相制御信号の何れか一方に切り換える切換部
と、を備え、制御部は、回転数が上昇しある閾値を越え
ると三相制御信号がハイレベルとなった相から順に通電
指示部に入力する三相制御信号を外部同期制御部から出
力される三相制御信号から帰還制御部から出力される三
相制御信号に切り換え、回転数が下降しある閾値より小
さくなると後三相制御信号がハイレベルとなった相から
順に通電指示部に入力する三相制御信号を帰還制御部よ
り出力される三相制御信号から外部同期制御部より出力
される三相制御信号に切り換え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、請求項
４又は５の作用に加え、外部同期制御部による外部同期
制御から帰還制御部によるフィードバック制御への切り
換え、及び、帰還制御部によるフィードバック制御から
外部同期制御部による外部同期制御への切り換えをスム
ーズに行うことができるという作用を有する。

【００３３】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
６に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置
であって、切換部の出力段に出力がプルアップ抵抗によ
りアクティブプルアップされたオープンコレクタ回路を
備えた構成としたものであり、この構成により、請求項
６の作用に加え、切換部が外部同期制御部の制御から帰
還制御部の制御に切り換える時、及び、帰還制御部の制
御から外部同期制御部の制御へ切り換える時のスイッチ
ングの瞬間に、一瞬オープンとなる状態が生じても、通
電指示部に出力される三相信号はプルアップ抵抗により
ハイレベルに維持されるため、回路上不安定となる状態
が回避されるという作用が得られる。

【００３４】以下に本発明の一実施の形態について、図
面を参照しながら説明する。（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態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。

【００３５】図１において、１０１はブラシレスモータ
の界磁ロータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは界磁ロ
ータ１０１内で駆動磁界を発生させる三相結線されたブ
ラシレスモータの固定子巻線、１０３は固定子巻線１０
２ｕ、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、１０４〜１０９は固定子巻線
１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す駆動電流ｉ_u、
ｉ_v、ｉ_wの切り換えを行うコミュテータ素子、１１０〜
１１５はコミュテータ素子１０４〜１０９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、１１６は界磁ロータ１０１を駆動する
ための電圧を供給する駆動電源、１１７は駆動電源１１
６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、１１８、１１９は駆動電源１１６の供給する電位の
１／２の電位（以下、中性電位Ｖ_nと呼ぶ。）を生成す
る中性電位生成抵抗である。１２０は永久磁石回転子１
０３の回転を制御する三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cを生
成し出力する制御信号生成部、１２１は三相制御信号Ｖ
_A、Ｖ_B、Ｖ_Cに基づきコミュテータ素子１０４〜１０９
のスイッチング制御を行う六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、Ｖ
Ｈ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する通電指示部であ
る。

【００３６】図１の制御信号生成部１２０において、１
２２は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子
Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wのゼロク
ロス点（中性点Ｖ_nを基準電位として、各端子電圧Ｖ_U、
Ｖ_V、Ｖ_Wが正から負へ又は負から正へ遷移する点）を検
出しゼロクロス点検出信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1を生成し制
御信号生成部１２０に対し出力するゼロクロス点検出
部、１２３は界磁ロータ１０１の外部同期制御用に外部
同期制御信号Ｖ_sを生成し出力する発振部、１２４は発
振部１２３から入力される外部同期制御信号Ｖ_sから外
部同期三相制御信号Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpを生成し出力する
外部同期制御部、１２５はゼロクロス点検出信号Ｖ_U1、
Ｖ_V1、Ｖ_W1から帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfを生
成し出力する帰還制御部、１２６〜１３１は出力する前
段三相制御信号Ｖ_A0、Ｖ_B0、Ｖ_C0を外部同期三相制御信
号Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpと帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ
_Cfの何れか一方に切り換える切換部、１３２〜１３４は
入力される前段三相制御信号Ｖ_A0、Ｖ_B0、Ｖ_C0を三相制
御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cとして通電指示部１２１へ出力す
る出力段スイッチング素子である。出力段スイッチング
素子１３２〜１３４はオープンコレクタ回路で構成され
ている。１３５〜１３７は出力段スイッチング素子１３
２〜１３４がオープン状態にある場合その出力である三
相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_CをＨＩＧＨレベルに保持する
プルアップ抵抗器、１３８は外部同期制御部１２４、帰
還制御部１２５及び切換部１２６〜１３１を制御するこ
とにより界磁ロータ１０１の回転を制御する制御部であ
る。

【００３７】図２は制御部の装置構成を表すブロック図
である。図２において、１２２はゼロクロス点検出部、
１２４は外部同期制御部、１２５は帰還制御部、１２６
〜１３１は切換部、１３８は制御部、Ｖ_A0、Ｖ_B0、Ｖ_C0
は前段三相制御信号、Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cpは外部同期三相
制御信号、Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfは帰還三相制御信号、
Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは端子電圧、Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1はゼロク
ロス点検出信号、Ｖ_sは外部同期制御信号であり、これ
らは図１と同様のため、同一の符号を付して説明を省略
する。帰還制御部１２５は、ゼロクロス点検出信号
Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1の何れかによりゼロクロス点が検出さ
れたことが通知されると、制御部１３８に対しゼロクロ
ス点通過信号Ｖ_Zを出力する。

【００３８】１２５ａは帰還制御部１２５が内部に備え
るカウンタ、１２５ｂは帰還制御部１２５が内部に備え
るタイマ、２０１は帰還制御部１２５から入力されるゼ
ロクロス点通過信号Ｖ_Zに基づきゼロクロス点間の時間
を計測する周期計測部、２０２は周期計測部２０１によ
り計測された周期に基づき永久磁石回転子１０３の現在
の回転数Ｎを算出する回転数検出部、２０３は回転数検
出部２０２より検出された永久磁石回転子１０３の回転
数Ｎと設定された回転数の閾値Ｎ₁（起動時）又はＮ
₂（減速時）とを比較する回転数比較部である。２０４
は、帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfの位相を外部同
期三相制御信号Ｖ_AP、Ｖ_BP、Ｖ_CPの位相と比較し、固定
子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに誘導される電圧
が十分に検出されない場合にはループ移行許可信号Ｖ_p
を非アクティブ状態に設定し、永久磁石回転子１０３の
回転により固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに
誘導される電圧が十分検出されるときループ移行許可信
号Ｖ_pをアクティブ状態に設定するゼロクロス点検出信
号レベル判定部である。２０５はループ移行許可信号Ｖ
ｐがアクティブ状態のとき回転数比較部２０３により永
久磁石回転子１０３の回転数Ｎが設定された回転数Ｎ₁
よりも大きいと判定された場合に外部同期制御状態から
フィードバック制御状態へ移行する制御を行うループ移
行制御部、２０６はループ移行制御部２０５からの指示
により切換部１２６〜１３１の切換制御を行う移行制御
信号出力部、２０７は外部同期制御部１２４及び帰還制
御部１２５により出力される外部同期三相制御信号
Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cp及び帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ
_Cfの切換えのタイミングを制御することにより永久磁石
回転子１０３の回転数Ｎの制御を行う回転数制御部であ
る。

【００３９】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、以下その動作
を説明する。

【００４０】ブラシレスモータを始動する際には、誘導
電圧が検出されないので、外部同期モータとして起動す
る。永久磁石回転子１０３が所定の回転数Ｎ１に達し、
逆起電力が十分に検出されるようになると、誘導電圧に
より永久磁石回転子１０３の位置検出を行いその位置に
応じたフィードバック制御を行うフィードバック制御状
態となる。逆に、ブラシレスモータを停止する際には、
永久磁石回転子１０３が所定の回転数Ｎ₁に減速するま
ではフィードバック制御を行い、永久磁石回転子１０３
が所定の回転数Ｎ₁以下に減速すると、外部同期制御に
切り換える。また、ブラシレスモータの駆動時の回転数
Ｎが小さく誘導電圧が検出されない場合には、ブラシレ
スモータは外部同期制御により駆動される。

【００４１】そこでまず、上記フィードバック制御状態
時における動作について説明する。フィードバック制御
状態時は、切換部１２６〜１２８はオフ状態、切換部１
２９〜１３１はオン状態であり、帰還三相制御信号
Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfが前段三相制御信号Ｖ_A0、Ｖ_B0、Ｖ_C0
として出力される。

【００４２】図３は実施の形態１のフィードバック制御
状態時における各信号波形と通電タイミング図である。

【００４３】図３は図１における各信号の電圧波形を表
しており、Ａは端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wのゼロクロス点
（中性電位Ｖ_nを基準として、各端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_W
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。

【００４４】通電指示部１２１には各々が１２０゜の位
相差をもつ三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cが入力される。
通電指示部１２１は、入力された三相制御信号Ｖ_A、
Ｖ_B、Ｖ_Cから、各々が６０゜の位相差をもつ六相制御信
号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを生成する。

【００４５】コミュテータ素子１０４〜１０９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ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wが通電され、永久
磁石回転子１０３に回転力が与えられる。

【００４６】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（１０４及び１
０５、１０６及び１０７、１０８及び１０９の何れかの
組の二つが共にオフの状態）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Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは図３に示した
ような波形となる。

【００４７】ここで、例として固定子巻線１０２ｗにか
かる端子電圧Ｖ_Wの波形ついて説明すると、区間Ｐ₁で
は、コミュテータ素子１０９がオン状態、コミュテータ
素子１０８がオフ状態、コミュテータ素子１０４及びコ
ミュテータ素子１０６がオン状態、コミュテータ素子１
０５又はコミュテータ素子１０７がオフ状態であり、駆
動電流ｉ_w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Ｖ_Wは負の一定値をとる。ま
た、区間Ｐ₃では、コミュテータ素子１０９がオフ状
態、コミュテータ素子１０８がオン状態、コミュテータ
素子１０４又はコミュテータ素子１０６がオフ状態、コ
ミュテータ素子１０５及びコミュテータ素子１０７がオ
ン状態であり、駆動電流ｉ_w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Ｖ_Wは正の一
定値をとる。区間Ｐ₂及び区間Ｐ₄では、コミュテータ素
子１０８及びコミュテータ素子１０９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１０
８又はコミュテータ素子１０９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１１４又は１１５
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）。端子電圧Ｖ_V、端子電圧Ｖ_Uについても、
６０°ずつ位相がずれて同様の波形が周期的に繰り返さ
れる。

【００４８】固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ
の端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは、ゼロクロス点検出部１２
２に入力される。ゼロクロス点検出部１２２では、端子
電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wと基準電位Ｖ_nとの比較を行い、Ｖ_U
−Ｖ_n、Ｖ_V−Ｖ_n、Ｖ_W−Ｖ_nが正から負へ又は負から正
へ遷移する点（ゼロクロス点）を検出し、ゼロクロス点
検出信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1として帰還制御部１２５へ出
力する。帰還制御部１２５は入力されたゼロクロス点検
出信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1のゼロクロス点から、以下述べ
るように、サージ電圧によるものを除去し、残りの誘導
電圧により変化する区間におけるゼロクロス点のみを抽
出し、さらに、抽出したゼロクロス点から電気角３０度
に相当する時間だけ移相して、帰還三相制御信号ＶＡ
ｆ、ＶＢｆ、ＶＣｆ（図３における三相制御信号Ｖ_A、
Ｖ_B、Ｖ_Cと同位相）を生成する。以下、この帰還三相制
御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfを三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_C
としてフィードバックすることにより、永久磁石回転子
１０３の回転に同期した三相制御信号を得ることがで
き、センサレス駆動を実現することができる。

【００４９】図４は帰還制御部の動作の一例を示すフロ
ーチャートである。ここでは、例えば、ゼロクロス点検
出信号Ｖ_U1から帰還三相制御信号Ｖ_Afを生成する動作
（Ａ相のフィードバック制御の動作）について図４を参
照しながら説明する。尚、Ｂ相及びＣ相のフィードバッ
ク制御の動作も同様に平行して行われる。

【００５０】図３における時刻ｔ₀にフィードバック制
御が開始されたとする。帰還制御部１２５は、まず、内
部変数として記憶しているカウンタ１２５ａの値Ｃ_A及
び現在の時刻を表すタイマ１２５ｂのタイマ変数ｔ_Mを
０にリセットし、タイマをスタートさせる（Ｓ４０
１）。タイマ１２５ｂは、スタートすると一定周期で入
力されるクロック信号によりタイマ変数ｔＭをΔｔ増加
させる。なお、カウンタ１２５ａはＡ相、Ｂ相、Ｃ相で
別々の値Ｃ_A、Ｃ_B、Ｃ_Cを持ち、タイマ変数ｔ_MはＡ相、
Ｂ相、Ｃ相で共通の値を使用するものとする。

【００５１】次に、帰還制御部１２５は、コンパレータ
の出力であるゼロクロス点検出信号Ｖ_U1を検出し（Ｓ４
０２）、その出力値が変化するのを待つ（Ｓ４０３）。
ゼロクロス点検出信号Ｖ_U1の出力値が変化すると、カウ
ンタ１２５ａの値Ｃ_Aを１だけ増加させ（Ｓ４０４）、
カウンタ１２５ａの値Ｃ_Aが１又は２の場合にはステッ
プＳ４０２に戻る。すなわち、最初のゼロクロス点（図
３のｔ₁）及びその次のゼロクロス点（図３のｔ₂）は無
視され、サージ電圧によるゼロクロス点は除去される。

【００５２】カウンタ１２５ａの値Ｃ_Aが３となった場
合（図３のｔ３）、ゼロクロス点が検出されたと判断
し、カウンタ１２５ａの値Ｃ_Aの値を０にリセットし、
帰還制御部１２５が内部変数として記憶している周期値
Ｔを現在のタイマ変数値ｔ_Mに更新する（Ｓ４０６）。
またその直後に、現在のタイマ変数値ｔ_Mを０にリセッ
トし、再びタイマをスタートさせる（Ｓ４０７）。これ
により、周期値Ｔには、現在の永久磁石回転子１０３の
回転数における電気角６０度に相当する時間（図３のｔ
₄からｔ₃までの時間）が記憶される。なぜなら、タイマ
変数値ｔ_Mは、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相で共通の値を使用して
いるため、Ｃ相でゼロクロス点が検出される時刻（図３
のｔ₅）及びＣ相でゼロクロス点が検出される時刻（図
３のｔ₄）においてもタイマ変数値ｔ_Mは０にリセットさ
れるからである。

【００５３】次に、帰還制御部１２５は、タイマ変数値
ｔ_MがＴ／２になるまで待ち（Ｓ４０８）、タイマ変数
値ｔ_MがＴ／２になると、帰還三相制御信号Ｖ_Afの出力
値を反転させる（Ｓ４０９）。これにより、固定子巻線
１０２ｕの端子電圧Ｖ_Uに現れる誘導電圧のゼロクロス
点から電気角３０度に相当する時間だけ移相して反転す
る帰還三相制御信号Ｖ_Afを得ることができる。

【００５４】以下は、帰還制御部１２５は、再びステッ
プＳ４０２の動作に戻り、上記と同様の動作を繰り返
す。

【００５５】図５は帰還制御部の動作の他の一例を示す
フローチャートである。ここでは、例えば、ゼロクロス
点検出信号Ｖ_U1から帰還三相制御信号Ｖ_Afを生成するＡ
相のフィードバック制御の動作について図５を参照しな
がら説明する。なお、ここではタイマ変数ｔ_M及び３０
度の電気角に相当する時間を記憶する変数である３０度
位相時間Ｔ₃₀はＡ相、Ｂ相、Ｃ相で別々の値を持つもの
とする。

【００５６】図３における時刻ｔ₀にフィードバック制
御が開始されたとする。帰還制御部１２５は、まず、帰
還制御部１２５は、コンパレータの出力であるゼロクロ
ス点検出信号Ｖ_U1を検出し（Ｓ５０１）、その出力値が
変化するのを待つ（Ｓ５０２）。ゼロクロス点検出信号
Ｖ_U1の出力値が変化すると、内部変数として記憶してい
る現在の時刻を表すタイマ変数ｔ_Mを０にリセットし、
タイマをスタートさせる（Ｓ５０３）。タイマーは、ス
タートすると一定周期で入力されるクロック信号により
タイマ変数ｔ_MをΔｔ増加させる。

【００５７】次に、帰還制御部１２５は、コンパレータ
の出力であるゼロクロス点検出信号Ｖ_U1を検出し、その
出力値が変化するのを待つという動作を２回繰り返す
（Ｓ５０４〜Ｓ５０７）。２回ゼロクロス点検出信号Ｖ
_U1の出力値が変化すると、２回目の出力値の変化の直後
に帰還制御部１２５が内部変数として記憶している３０
度位相時間Ｔ₃₀を現在のタイマ変数の値ｔ_Mに更新し、
その直後に、現在のタイマ変数値ｔ_Mを０にリセット
し、再びタイマをスタートさせる（Ｓ５０８）。これに
より、最初のゼロクロス点（図３のｔ₁）及びその次の
ゼロクロス点（図３のｔ₂）は無視され、サージ電圧に
よるゼロクロス点は除去されると共に、３０度位相時間
Ｔ₃₀には、現在の永久磁石回転子１０３の回転数におけ
る電気角３０度に相当する時間（図３のｔ₁からｔ₃まで
の時間）が記憶される。

【００５８】次に、帰還制御部１２５は、タイマ変数値
ｔ_MがＴ₃₀になるまで待ち（Ｓ５０９）、タイマ変数値
ｔ_MがＴ₃₀になると、帰還三相制御信号Ｖ_Afの出力値を
反転させる（Ｓ５１０）。これにより、固定子巻線１０
２ｕの端子電圧Ｖ_Uに現れる誘導電圧のゼロクロス点か
ら電気角３０度に相当する時間だけ移相して反転する帰
還三相制御信号Ｖ_Afを得ることができる。

【００５９】以下は、帰還制御部１２５は、再びステッ
プＳ５０１の動作に戻り、上記と同様の動作を繰り返
す。

【００６０】Ｂ相及びＣ相のフィードバック制御の動作
も同様にして行われる。次に、ブラシレスモータの始動
時又は低速回転状態（回転数がＮ₁未満の状態）から高
速回転状態（回転数がＮ₁以上の状態）への移行時の動
作について説明する。

【００６１】回転数が変化（加減速）する場合、外部同
期制御状態では、回転数制御部２０７が強制的に転流の
タイミングを制御することにより、永久磁石回転子１０
３の回転数を制御する。また、フィードバック制御状態
では、帰還制御部１２５において前記ゼロクロス点検出
信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1から電気角３０度の移相による帰
還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfの生成動作において、
回転数制御部２０７が移相のタイミングを強制的に大き
く又は小さくすることにより行う。

【００６２】図６はブラシレスモータの加速動作時にお
ける外部同期三相制御信号及び帰還三相制御信号の時間
変化と外部同期制御からフィードバック制御への切り換
えのタイミングを示す図である。

【００６３】図６において、区間Ｐ₇では、ブラシレス
モータは外部同期制御されており、永久磁石回転子１０
３の回転数ＮはＮ₀以下であり、固定子巻線１０２ｕ、
１０２ｖ、１０２ｗには十分な（ゼロクロス点検出部１
２２により検出が可能な程度の）大きさの誘起電圧が誘
起されず、帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfは出力さ
れない。

【００６４】区間Ｐ８は、永久磁石回転子１０３の回転
数Ｎが上昇し、Ｎ₀＜Ｎ＜Ｎ₁となる区間である。時刻ｔ
₆において、永久磁石回転子１０３の回転数ＮはＮ₀を越
える。この区間においては、ゼロクロス点検出部１２２
により、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに発
生する誘起電圧が検出され、帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ
_Bf、Ｖ_Cfが出力される。しかし、外部から永久磁石回転
子１０３にかかる負荷トルクの変動等による回転数Ｎの
変動や固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗにより
発生する誘起電圧の大きさの変動等に対するマージンを
持たせ、ブラシレスモータの外部同期制御からフィード
バック制御への切り換えを安定させるため、区間Ｐ₈に
おいては、ブラシレスモータは外部同期制御により駆動
される。

【００６５】区間Ｐ₉はブラシレスモータが外部同期制
御からフィードバック制御へ移行する区間である。時刻
ｔ₇において、永久磁石回転子１０３の回転数ＮはＮ₁を
越える。永久磁石回転子１０３の回転数がＮ₁を越える
と、制御部１３８は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のうち、帰還三
相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_CfがＨＧＨＴレベルとなって
いるものから順に、切換部１２６〜１３１を順次切り換
えることにより、外部同期制御からフィードバック制御
に移行する。図６では、時刻ｔ₇において、まずＣ相が
フィードバック制御に切り換わり、次いで、時刻ｔ₈に
おいてＡ相がフィードバック制御に切り換わり、最後に
時刻ｔ₉において、Ｂ相がフィードバック制御に切り換
わる。

【００６６】従って、時刻ｔ₉において、Ａ相、Ｂ相、
Ｃ相はすべてフィードバック制御に切り換わり、区間Ｐ
₁₀においてはブラシレスモータはフィードバック制御に
より駆動される。

【００６７】次に、区間Ｐ₈から区間Ｐ₉にかけて、制御
部１３８が外部同期制御からフィードバック制御に切り
換える動作について図２を参照しながら説明する。

【００６８】まず、周期計測部２０１は帰還制御部１２
５から入力されるゼロクロス点通過信号Ｖｚに基づき、
永久磁石回転子１０３の回転周期を検出し出力する。回
転数検出部２０２は、回転数検出部２０２により検出さ
れた永久磁石回転子１０３の回転周期から永久磁石回転
子１０３の回転数Ｎを検出し出力する。回転数比較部２
０３は、回転数検出部２０２により検出された永久磁石
回転子１０３の回転数Ｎと制御切り換えの回転数の閾値
Ｎ₁とを比較し、回転数Ｎが閾値Ｎ₁よりも大きくなった
時点でフィードバック制御に切り換える指令を出力す
る。このとき、ゼロクロス点検出信号レベル判定部２０
４は、端子Ｖ_zと外部同期三相制御信号Ｖ_A _p、Ｖ_Bp、Ｖ
_Cpの切り換わりのタイミングとが同期しているか否かを
検出し同期した場合にフィードバック制御への切り換え
許可を出力する。ループ移行制御部２０５は、回転数比
較部２０３により出力されるフィードバック制御に切り
換える指令とゼロクロス点検出信号レベル判定部２０４
から出力されるフィードバック制御への切り換え許可を
受けると、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の帰還三相制御信号Ｖ_Af、
Ｖ_Bf、Ｖ_Cfのレベルを検出し、ＨＩＧＨレベルとなった
順に各相に対するフィードバック制御への切り換え信号
を出力する。移行制御信号出力部２０６は、ループ移行
制御部２０５からＡ相に対するフィードバック制御への
切り換え信号が入力されると、切換部１２６をオフ状態
に切り換え切換部１２９をオン状態に切り換え、ループ
移行制御部２０５からＢ相に対するフィードバック制御
への切り換え信号が入力されると、切換部１２７をオフ
状態に切り換え切換部１３０をオン状態に切り換え、ル
ープ移行制御部２０５からＣ相に対するフィードバック
制御への切り換え信号が入力されると、切換部１２８を
オフ状態に切り換え切換部１３１をオン状態に切り換え
る動作を行う。これにより、外部同期制御状態からフィ
ードバック制御状態への移行がなされる。

【００６９】最後に、ブラシレスモータの減速時の動作
について説明する。図７はブラシレスモータの減速動作
時における外部同期三相制御信号及び帰還三相制御信号
の時間変化とフィードバック制御から外部同期制御への
切り換えのタイミングを示す図である。図７において、
区間Ｐ₁₁において、永久磁石回転子１０３の回転数Ｎは
Ｎ₂より大きく、ブラシレスモータはフィードバック制
御により駆動されている。

【００７０】区間Ｐ₁₂はブラシレスモータがフィードバ
ック制御から外部同期制御へ移行する区間である。時刻
ｔ₁₀において、永久磁石回転子１０３の回転数ＮはＮ₂
以下となる。永久磁石回転子１０３の回転数がＮ₂以下
となると、制御部１３８は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のうち、
帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_CfがＨＧＨＴレベルと
なっているものから順に、切換部１２６〜１３１を順次
切り換えることにより、フィードバック制御から外部同
期制御に移行する。図７では、時刻ｔ₁₀において、まず
Ｃ相とＢ相とが外部同期制御に切り換わり、次いで、時
刻ｔ₁₁においてＡ相が外部同期制御に切り換わる。

【００７１】区間Ｐ₁₃は、永久磁石回転子１０３の回転
数Ｎが下降し、Ｎ₀＜Ｎ＜Ｎ₂となる区間である。時刻ｔ
₁₂において、永久磁石回転子１０３の回転数ＮはＮ₀以
下となる。この区間においては、固定子巻線１０２ｕ、
１０２ｖ、１０２ｗに発生する誘起電圧がゼロクロス点
検出部１２２により検出され、帰還三相制御信号Ｖ_Af、
Ｖ_Bf、Ｖ_Cfが出力されるが、外部から永久磁石回転子１
０３にかかる負荷トルクの変動等による回転数Ｎの変動
や固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗにより発生
する誘起電圧の大きさの変動等に対するマージンを持た
せ、ブラシレスモータのフィードバック制御から外部同
期制御への切り換えを安定させるため、区間Ｐ₁₃におい
ては、ブラシレスモータは外部同期制御により駆動され
る。

【００７２】区間Ｐ₁₄では、ブラシレスモータは外部同
期制御されており、永久磁石回転子１０３の回転数Ｎは
Ｎ０以下であり、固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０
２ｗには十分な（ゼロクロス点検出部１２２により検出
が可能な程度の）大きさの誘起電圧が誘起されず、帰還
三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfは出力されない。

【００７３】次に、区間Ｐ₈から区間Ｐ₉にかけて、以上
のような過程により制御部１３８がフィードバック制御
から外部同期制御に切り換える動作について図２を参照
しながら説明する。

【００７４】まず、周期計測部２０１は帰還制御部１２
５から入力される端子Ｖｚに基づき、永久磁石回転子１
０３の回転周期を検出し出力する。回転数検出部２０２
は、回転数検出部２０２により検出された永久磁石回転
子１０３の回転周期から永久磁石回転子１０３の回転数
Ｎを検出し出力する。回転数比較部２０３は、回転数検
出部２０２により検出された永久磁石回転子１０３の回
転数Ｎと制御切り換えの回転数の閾値Ｎ₂とを比較し、
回転数Ｎが閾値Ｎ₂よりも小さくなった時点で外部同期
制御に切り換える指令を出力する。ループ移行制御部２
０５は、回転数比較部２０３により出力される外部同期
制御に切り換える指令を受けると、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の
帰還三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cfのレベルを検出し、
ＨＩＧＨレベルとなった順に各相に対する外部同期制御
への切り換え信号を出力する。移行制御信号出力部２０
６は、ループ移行制御部２０５からＡ相に対する外部同
期制御への切り換え信号が入力されると、切換部１２６
をオン状態に切り換え切換部１２９をオフ状態に切り換
え、ループ移行制御部２０５からＢ相に対する外部同期
制御への切り換え信号が入力されると、切換部１２７を
オン状態に切り換え切換部１３０をオフ状態に切り換
え、ループ移行制御部２０５からＣ相に対する外部同期
制御への切り換え信号が入力されると、切換部１２８を
オン状態に切り換え切換部１３１をオフ状態に切り換え
る動作を行う。これにより、フィードバック制御状態か
ら外部同期制御状態への移行がなされる。

【００７５】尚、本実施の形態においては、切換部１２
６〜１３１からの出力である前段三相制御信号Ｖ_A0、Ｖ
_B0、Ｖ_C0は、出力段スイッチング素子１３２〜１３４で
構成されるオープンコレクタ回路を介して三相制御信号
Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cとして通電指示部１２１へ出力される。
このように、オープンコレクタ回路を出力段に使用する
ことにより、切換部１２６と切換部１２９、切換部１２
７と切換部１３０、切換部１２８と切換部１３１との切
り換え時において、各々の切換部の双方が閉じた状態が
瞬間的に生じたとしても、プルアップ抵抗器１３５〜１
３７により、三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_CはＨＩＧＨ状
態に維持されるため、三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cの入
力切換がスムーズに行われ、回路が不安定な状態になる
ことが防止される。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明のブラシレスモー
タのセンサレス駆動制御装置によれば以下のような有利
な効果が得られる。

【００７７】請求項１に記載の発明によれば、コミュテ
ータ素子のスイッチングのタイミングがサージ電圧の影
響により位相ずれすることが防止されたブラシレスモー
タのセンサレス駆動制御装置を提供することができる。

【００７８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、以下の効果が得られる。

【００７９】（１）コミュテータ素子のスイッチングの
タイミングを正確に制御することが可能であり、ブラシ
レスモータの効率が改善されたブラシレスモータのセン
サレス駆動制御装置を提供することができる。

【００８０】（２）脱調せず、負荷変動に対する追従性
がよく、能力可変時においても出力最大と出力最小とを
瞬時に切り換えることができるブラシレスモータのセン
サレス駆動制御装置を提供することができる。

【００８１】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、以下の効果が得られる。

【００８２】（１）コミュテータ素子のスイッチングの
タイミングを正確に制御することが可能であり、ブラシ
レスモータの効率が改善されたブラシレスモータのセン
サレス駆動制御装置を提供することができる。

【００８３】（２）脱調せず、負荷変動に対する追従性
がよく、能力可変時においても出力最大と出力最小とを
瞬時に切り換えることができるブラシレスモータのセン
サレス駆動制御装置を提供することができる。

【００８４】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
乃至３の何れか一項の作用に加え、低速運転時において
安定した制御が可能で、高速回転時には、コミュテータ
素子のスイッチングの制御が誘導電圧のゼロクロス点が
検出されるタイミングに基づき永久磁石回転子の回転数
をフィードバックすることにより制御されるため、ブラ
シレスモータの効率の高いブラシレスモータのセンサレ
ス駆動制御装置を提供することができるという効果を有
する。

【００８５】請求項５に記載の発明によれば、請求項４
の効果に加え、以下の効果が得られる。

【００８６】（１）コミュテータ素子のスイッチングの
タイミングの制御を、外部同期制御部の制御から帰還制
御部の制御に切り換える時、又は、帰還制御部の制御か
ら外部同期制御部の制御に切り換える時の動作が安定し
たブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置を提供す
ることができる。

【００８７】（２）外部同期制御と帰還制御との両方を
行う区間が、Ｎ１≦Ｎ≦Ｎ２の間だけなので、無駄な処
理が不要となり、制御の処理速度が速く、消費電力も少
ないブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置を提供
することができる。

【００８８】請求項６に記載の発明によれば、請求項４
又は５の効果に加え、外部同期制御部による外部同期制
御から帰還制御部によるフィードバック制御への切り換
え、及び、帰還制御部によるフィードバック制御から外
部同期制御部による外部同期制御への切り換えをスムー
ズに行うことができるというブラシレスモータのセンサ
レス駆動制御装置を提供することができるという効果を
有する。

【００８９】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
の効果に加え、切換部が外部同期制御部の制御から帰還
制御部の制御に切り換える時、及び、帰還制御部の制御
から外部同期制御部の制御へ切り換える時のスイッチン
グの瞬間に、一瞬オープンとなる状態が生じても、通電
指示部に出力される三相信号はプルアップ抵抗によりハ
イレベルに維持されるため、回路上安定したブラシレス
モータのセンサレス駆動制御装置を提供することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態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】制御部の装置構成を表すブロック図

【図３】実施の形態１のフィードバック制御状態時にお
ける各信号波形と通電タイミング図

【図４】帰還制御部の動作の一例を示すフローチャート

【図５】帰還制御部の動作の他の一例を示すフローチャ
ート

【図６】ブラシレスモータの加速動作時における外部同
期三相制御信号及び帰還三相制御信号の時間変化と外部
同期制御からフィードバック制御への切り換えのタイミ
ングを示す図

【図７】ブラシレスモータの減速動作時における外部同
期三相制御信号及び帰還三相制御信号の時間変化とフィ
ードバック制御から外部同期制御への切り換えのタイミ
ングを示す図

【図８】イ号公報に開示されたブラシレスモータの装置
構成を表すブロック図

【図９】イ号公報に開示のブラシレスモータの動作時に
おける各部の電圧波形を示す図

【符号の説明】

１０１界磁ロータ１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ固定子巻線１０３永久磁石回転子１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９コ
ミュテータ素子１０４ａ、１０６ａ、１０８ａアップ側前段コミュテ
ータ素子１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂプルアップ抵抗１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５フ
リーホイーリングダイオード１１６駆動電源１１７バイパスコンデンサ１１８、１１９中性電位生成抵抗１２０制御信号生成部１２１通電指示部１２２ゼロクロス点検出部１２３発振部１２４外部同期制御部１２５帰還制御部１２５ａカウンタ１２５ｂタイマ１２６、１２７、１２８、１２９、１３０、１３１切
換部１３２、１３３、１３４出力段スイッチング素子１３５、１３６、１３７プルアップ抵抗器１３８制御部２０１周期計測部２０２回転数検出部２０３回転数比較部２０４ゼロクロス点検出信号レベル判定部２０５ループ移行制御部２０６移行制御信号出力部２０７回転数制御部３０１フィルタ回路３０２コンパレータ３０３切換部３０４指令回路Ｖ_s 外部同期制御信号Ｖ_A0、Ｖ_B0、Ｖ_C0 前段三相制御信号Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_C 三相制御信号Ｖ_Ap、Ｖ_Bp、Ｖ_Cp 外部同期三相制御信号Ｖ_Af、Ｖ_Bf、Ｖ_Cf 帰還三相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ六相制御信号Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_W 端子電圧Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0 フィルタ出力電圧Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1 ゼロクロス点検出信号Ｖ_n 中性電位ｉ_u、ｉ_v、ｉ_w 駆動電流Ｖ_p ループ移行許可信号Ｏ三相結線部Ｕ、Ｖ、Ｗ端子Ａゼロクロス点Ｂ転流点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三相結線された３つの固定子巻線と、前記
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、を有するブラシレスモータを制御するブラ
シレスモータのセンサレス駆動制御装置であって、スイ
ッチングによりオンオフ状態を変化させ前記固定子巻線
に流す駆動電流の切り換えを行う複数のコミュテータ素
子と、各相の前記固定子巻線の端子に発生する端子電圧
と中性電位との電位差が正から負へ又は負から正へ遷移
するゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出部と、ゼ
ロクロス点検出部により検出された各相の前記ゼロクロ
ス点からサージ電圧のゼロクロス点を除去し各相の端子
電圧が前記固定子巻線に発生する誘導電圧により変化す
る区間における誘導電圧のゼロクロス点のみを抽出し抽
出した前記誘導電圧のゼロクロス点から特定の電気角に
相当する時間だけ遅延させ前記コミュテータ素子のスイ
ッチングを行わせる制御をする帰還制御部と、を備えた
ことを特徴とするブラシレスモータのセンサレス駆動制
御装置。
【請求項２】前記帰還制御部は、前記三相の内何れか一
の相の端子電圧において前記誘導電圧のゼロクロス点が
検出されると、その直前に他の何れかの相の端子電圧に
おいて前記誘導電圧のゼロクロス点が検出されてから現
時点までの経過時間を検出し、前記現時点から前記検出
された経過時間の半分の時間だけ遅延させコミュテータ
素子のスイッチングを行わせる制御をすることを特徴と
する請求項１に記載のブラシレスモータのセンサレス駆
動制御装置。
【請求項３】前記帰還制御部は、前記三相の各相の端子
電圧において前記誘導電圧のゼロクロス点が検出された
後に前記相の端子電圧において最初に前記サージ電圧の
ゼロクロス点が検出されると、前記相において次に最初
に前記誘導電圧のゼロクロス点が検出されるまでの経過
時間を検出し、前記相において最後に前記誘導電圧のゼ
ロクロス点が検出されてから前記検出された経過時間だ
け遅延させコミュテータ素子のスイッチングを行わせる
制御をすることを特徴とする請求項１に記載のブラシレ
スモータのセンサレス駆動制御装置。
【請求項４】前記コミュテータ素子のスイッチングを強
制的に制御する外部同期制御部と、前記コミュテータ素
子のスイッチングの制御を前記外部同期制御部と前記帰
還制御部の何れか一方の制御に切り換える切換部と、前
記切換部の切り換えの制御を行う切換制御部と、を備
え、前記切換制御部は、前記ゼロクロス点検出部により
検出される前記ゼロクロス点から前記永久磁石回転子の
回転数を検出し、前記回転数がある閾値よりも小さいと
きは前記コミュテータ素子のスイッチングの制御を前記
外部同期制御部の制御に切り換え、前記回転数がある閾
値よりも大きいときは前記コミュテータ素子のスイッチ
ングの制御を前記帰還制御部の制御に切り換える制御を
行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記
載のブラシレスモータのセンサレス駆動制御装置。
【請求項５】前記切換制御部において、前記回転数が上
昇したときに前記切換部が切り換えを行う時の前記回転
数の閾値Ｎ₁が、前記回転数が下降したときに前記切換
部が切り換えを行う時の前記回転数の閾値Ｎ₂よりも大
きいことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモー
タのセンサレス駆動制御装置。
【請求項６】前記コミュテータ素子のスイッチングを行
わせる制御をするための三相制御信号を出力する前記帰
還制御部と、前記コミュテータ素子のスイッチングを行
わせる制御をするための前記三相制御信号を出力する前
記外部同期制御部と、前記三相制御信号に基づき前記コ
ミュテータ素子のスイッチングを指示する六相制御信号
を生成し出力する通電指示部と、前記通電指示部に入力
する前記三相制御信号を前記帰還制御部から出力される
前記三相制御信号と前記外部同期制御部から出力される
前記三相制御信号の何れか一方に切り換える前記切換部
と、を備え、前記制御部は、前記回転数が上昇しある閾
値を越えると前記三相制御信号がハイレベルとなった相
から順に前記通電指示部に入力する前記三相制御信号を
前記外部同期制御部から出力される前記三相制御信号か
ら前記帰還制御部から出力される前記三相制御信号に切
り換え、前記回転数が下降しある閾値より小さくなると
後前記三相制御信号がハイレベルとなった相から順に前
記通電指示部に入力する前記三相制御信号を前記帰還制
御部より出力される前記三相制御信号から前記外部同期
制御部より出力される前記三相制御信号に切り換える制
御を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載のブラ
シレスモータのセンサレス駆動制御装置。
【請求項７】前記切換部の出力段に出力がプルアップ抵
抗によりアクティブプルアップされたオープンコレクタ
回路を備えたことを特徴とする請求項６に記載のブラシ
レスモータのセンサレス駆動制御装置。