JP2006230120A - 多相モータのロータ磁極位置検出装置及びそれを備えたモータ駆動装置並びにモータ駆動方法 - Google Patents

多相モータのロータ磁極位置検出装置及びそれを備えたモータ駆動装置並びにモータ駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出回路を簡素な構成で実現することにより非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する、略正弦波センサレス駆動が可能なモータ駆動装置および駆動方法を提供する。
【解決手段】 サンプルホールド信号生成部(12)は、モータ駆動部(4)の下側アームを構成する各相パワートランジスタ(24〜26)が全てオンとなるタイミングパルスを生成する。位置検出部(6)は、上記タイミングでモータ(2)の中性点電圧Vcをサンプルホールドすることによりロータの磁極位置検出を行う。指令電圧生成部(7)はロータの磁極位置の検出結果に応じた正弦波状指令電圧を生成し、駆動信号生成部(8)を介してモータ(2)の略正弦波センサレス駆動を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、ロータ磁極位置を検出するロータ磁極位置検出装置及びそのロータ磁極位置検出装置を備えたモータ駆動装置、並びにモータ駆動方法に関するものである。

近年、ハードディスクや光ディスク等のスピンドルモータ用として、あるいはエアコンのファンモータやコンプレッサ駆動用モータとして、ブラシレスモータが一般的に採用されている。ブラシレスモータは、広範囲の可変速制御や電力消費量低減のため、一般に、インバータ装置を使ってパルス幅変調(Pulse Width Modulation 以下、「PWM」という。)駆動されている。例えば、3相コイルを有するブラシレスモータの内部には、通常、ロータ(磁石)の磁極位置、すなわちロータの回転位置を検出するためのホール素子等の位置センサが電気角120度毎に配置されている。ブラシレスモータでは、この位置センサによって得られるロータの回転位置に対応した信号に基づいてインバータ装置における各スイッチング素子を駆動し、略正弦波駆動を行う。

これに対して、低コスト化や小型化を目的とした、位置センサを用いないセンサレス駆動技術が種々開発されている。このセンサレス駆動を実現する手段として、120度通電方式や180度未満の広角通電方式を用い、非通電期間に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する方法がある。例えば、特許文献1によると、各相の非通電期間に現れる誘起電圧をサンプルホールド回路を用いて検出する技術が開示されている。

以下、この特許文献1に開示されている内容について、図29,30を用いて簡単に説明する。図29は従来のモータ駆動装置の全体構成図である。従来のモータ駆動装置201は、電源202と、制御対象であるモータ203と、モータ駆動部204と、電流検出部205と、ロータの磁極位置検出部206(以下、単に「位置検出部206」という。)と、通電制御部207と、PWM信号生成部208と、制御部209とを含んで構成される。

モータ駆動部204は、3相ブリッジで構成され通電制御部207からの通電制御信号に応じたスイッチング動作を行い、電源202からモータ203の各相コイルLu,Lv,Lwへの電力供給を行う。電流検出部205はモータ駆動部204と接地との間に接続され、モータ駆動部204を流れる電流を検出し、その検出した電流検出信号をPWM信号生成部208へ出力する。PWM信号生成部208は、電流検出信号と制御部209からの制御信号とに応じたPWM信号Pmを生成し、そのPWM信号Pmを通電制御部207へ出力する。これにより、モータ203のPWM駆動を行う。位置検出部206は、モータ203の中性点電圧Vcおよび各相端子電圧Vu,Vv,Vwをそれぞれサンプルホールドし、モータ203の中性点電圧Vcをサンプルホールドした信号と各相端子電圧Vu,Vv,Vwをサンプルホールドした信号を比較することによりロータの磁極位置を検出して、その検出結果を示す位置検出信号を通電制御部207に出力する。通電制御部207は、位置検出信号に応じた通電制御信号を生成することにより、モータ203のセンサレス駆動を行う。

位置検出部206は、抵抗301A〜301D、スイッチ302A〜302D、容量素子303A,303B、比較器305、及びスイッチ選択回路306を備える。ここで、図30に位置検出部206の各部の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。スイッチ選択回路306は、通電制御部207の通電制御信号に応じて位置検出を行う非通電相端子電圧を選択する(図30(b)参照)。選択された端子電圧はPWM信号(図30(a)参照)に応じてサンプルホールドされる。なお、サンプルホールド動作は、PWM信号のオン期間でサンプル動作を行い、オフ期間でホールド動作を行う(図30(c)参照)。得られたサンプルホールド出力を抵抗と容量で構成されるLPFにより波形の段差を除去し(図30(d)参照)、比較器305により、各相コイルLu,Lv,Lwに現れる誘起電圧のゼロクロス点を検出する(図30(e)参照)。
特開2000−253692号公報

しかしながら、上記従来の構成では、次のような課題があった。特許文献1による方法では、ロータの磁極位置を検出するために、U相、V相、W相の各相に非通電期間が必要であり、この非通電期間の存在が原因となって通電切り替わりタイミングにおいて振動が発生し、それに伴う騒音も発生していた。

さらに、位置検出部206には各相端子電圧と中性点電圧をそれぞれサンプルホールドするためのスイッチや容量が必要であり、またロータの磁極位置検出を行う非通電相を選択するためのスイッチ選択回路306も必要である。そのため、位置検出部206の回路規模が大きくなり、容量など外付け部品も複数必要となることからコストアップに繋がるという課題があった。

本発明は上記問題を鑑みたもので、各相の非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現する装置、及びその装置によって振動や騒音を低減する、略正弦波センサレス駆動が可能なモータ駆動装置およびモータ駆動方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロータ磁極位置検出装置は、多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、前記の多相モータのロータ磁極位置を検出する装置である。この装置は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、前記の中性点電圧信号の電圧が前記の所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部とを備える。

本発明に係るモータ駆動装置は、多相モータを駆動するモータ駆動装置であって、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる第1の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、前記の中性点電圧信号の電圧が所定の第1の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と、周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記の電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成部と、前記の周期信号を用いて前記の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備える。

このように構成することにより、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能となる。

また、本発明に係るモータ駆動方法は、多相モータを駆動するモータ駆動方法である。前記の多相モータは、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を有するモータ駆動部を備える。このモータ駆動方法は、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出ステップと、前記の中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出ステップと、周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記の電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成ステップと、前記の周期信号を用いて前記の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップとを含む。

このように構成することにより、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能となる。これらおよびその他の構成や動作については、実施の形態の説明において詳細に説明する。

本発明のロータ磁極位置検出装置によれば、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現することができる。また、本発明のモータ駆動装置および駆動方法によれば、ロータの磁極位置を検出するのに非通電期間を必要としないので、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減することができる。また、本発明のモータ駆動装置によれば、ロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現することができるので、従来のモータ駆動装置と比べて製造コストの低減が可能になる。

以下、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1によるモータ駆動装置は3相モータを駆動する。このモータ駆動部は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を3個並列に接続した並列回路を備える。このモータ駆動装置において、ロータの磁極位置の検出は、モータの各相コイルで発生する各誘起電圧の位相を検出することにより行われる。モータ駆動装置は、各相誘起電圧を検出するために、その並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのトランジスタがオンする期間に含まれる所定の期間において、3相モータの中性点の電圧をサンプリングして中性点電圧信号を生成する。そして、この中性点電圧信号におけるゼロクロス点やピーク位置等の、中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出して、電圧タイミング信号を生成する。ここで、中性点電圧信号は、3相モータの各相コイルに発生した誘起電圧に含まれる3倍高調波成分である。よって、その電圧タイミング信号に基づいて、各相コイルに発生する誘起電圧の位相を知ることができる。一般に、モータは、各相コイルに流れる電流が同相の誘起電圧と同位相になるときに最も効率よく駆動する。よって、電圧タイミング信号を用いて、U相、V相、W相の各相の電流を対応する相の誘起電圧の位相と同位相になるようにモータに流すことにより、そのモータを効率よく駆動することができる。

図1〜図10を用いて本発明の実施の形態1によるモータ駆動装置および駆動方法について説明する。図1は、本実施の形態1によるモータ駆動装置の全体構成例を示す回路図である。本実施の形態1のモータ駆動装置1は、モータ2の駆動を行う。図1に示されるように、モータ駆動装置1は、電源3と、モータ駆動部4と、電流検出部5と、モータの磁極位置検出部(以下、単に「位置検出部」という。)6と、指令電圧生成部7と、駆動信号生成部8と、制御部9と、誤差増幅部10と、三角波発生部11と、サンプルホールド信号生成部12とを備える。位置検出部6は、サンプルホールド回路31と、ローパスフィルタ(以下、「LPF」という。)32と、比較器33と、基準電圧Vrを有する直流電源とを備える。また、サンプルホールド回路31は、スイッチ34とコンデンサ35とを備える。なお、電流検出部5、制御部9、誤差増幅部10、三角波発生部11、サンプルホールド信号生成部12、サンプルホールド回路31、及びローパスフィルタ32は、中性点電圧検出部を構成する。また、サンプルホールド信号生成部12は、サンプルホールド回路を構成する。比較器33は、電圧タイミング検出部を構成する。さらに、三角波発生部11は、搬送波生成部を構成する。

制御対象であるモータ2は、図示しない永久磁石による界磁部を有するロータと、3相コイルLu,Lv,LwがY結線されたステータとで構成される。モータ駆動部4は、電源3(電圧値VM)と接地との間に配置され、パワートランジスタ21〜26から成る3相ブリッジ構成である。各パワートランジスタ21〜26は、駆動信号生成部8から出力された駆動信号UU,UL,VU,VL,WU,WL(以下、単に「UU等」という。)の信号レベルに応じてスイッチング動作を行い、電源3からモータ2の各相コイルLu,Lv,Lwにそれぞれ電力供給を行う。電流検出部5は、モータ駆動部4を流れる電流の大きさを検出し、その検出結果を示す電流検出信号CSを誤差増幅部10に出力する。制御部9は、モータ2に与えるトルクを指定するトルク指令信号ECを出力する。誤差増幅部10は、トルク指令信号ECから求められる目標の電流値と電流検出信号CSが示す電流値との誤差を増幅し、その増幅結果を示す誤差増幅信号Vaを指令電圧生成部7及びサンプルホールド信号生成部12にそれぞれ出力する。指令電圧生成部7は、位置検出部6の出力信号である位置検出信号FGに応じた正弦波状の3相指令電圧sinU,sinV,sinWをそれぞれ生成し、その3相指令電圧sinU,sinV,sinWを駆動信号生成部8に出力する。なお、3相指令電圧のそれぞれの振幅は誤差増幅信号Vaにより制御される。駆動信号生成部8は、三角波発生部11からの三角波信号Vtriにより3相指令電圧sinU,sinV,sinWをそれぞれパルス幅変調し、そのパルス幅変調によって得られた各駆動信号を用いて、モータ駆動部4の各パワートランジスタ21〜26をそれぞれPWM駆動する。

サンプルホールド信号生成部12は、誤差増幅信号Vaと三角波信号Vtriとを入力とし、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングを示すタイミングパルスを生成し、そのタイミングパルスをサンプルホールド信号SH1として位置検出部6に出力する。位置検出部6は、サンプルホールド信号生成部12によって生成されたサンプルホールド信号SH1の信号レベルに応じてモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールドし、これによりロータの磁極位置、すなわち各相に発生する誘起電圧の位相を検出して、その検出結果を示す位置検出信号FGを指令電圧生成部7に出力する。以上のように構成された本実施の形態1によるモータ駆動装置1では、位置検出部6によってロータの磁極位置検出を行い、指令電圧生成部7によってその検出されたロータの磁極位置に対応した位相を有する正弦波状の3相指令電圧を生成し、駆動信号生成部8によってその3相指令電圧を用いてモータ駆動部4のPWMセンサレス駆動を行う。

図2は、モータ駆動装置1によるモータ2の駆動方法を説明するフローチャートである。図2に示されるように、まず、電流検出部5によってモータ駆動部4に流れる電流の大きさを検出する(ステップS1)。そして、誤差増幅部10によって、検出した電流の値とトルク指令信号ECから求められる目標の電流値との誤差を増幅して、誤差増幅信号Vaを生成する(ステップS2)。そして、サンプルホールド信号生成部12によって、誤差増幅信号Vaと三角波信号Vtriとからサンプルホールド信号SH1を生成し、その信号SH1を位置検出部6に出力する(ステップS3)。位置検出部6は、サンプルホールド信号SH1の信号レベルに応じて中性点電圧Vcをサンプルホールドすることによりサンプルホールド出力信号VcSH1を生成する(ステップS4)。その後、LPF32によって、サンプルホールド出力信号VcSH1を滑らかにすることにより信号VcSH2を生成する(ステップS5)。次に、比較器33によって、信号VcSH2の電圧と基準電圧とを比較し、その大小関係に応じて信号レベルの異なる位置検出信号FGを生成して、その位置検出信号FGを指令電圧生成部7に出力する(ステップS6)。指令電圧生成部7によって、位置検出信号FGから求められる位相、及び誤差増幅信号Vaから求められる振幅を有する3相指令電圧を生成して、駆動信号生成部8に出力する(ステップS7)。次に、駆動信号生成部8によって、各相指令電圧を三角波信号Vtriによってパルス幅変調することにより、駆動信号UU等を生成して、モータ駆動部4に出力する(ステップS8)。駆動信号UU等に応じて、モータ駆動部4の各パワートランジスタ21〜26のスイッチングを行い、各相コイルに電流を流す(ステップS9)。モータ駆動装置1によってモータ2の駆動が行われている間は、再びステップS1に戻り、モータ駆動部4に流れる電流の大きさを検出し、その後、同様の工程が繰り返される。

以下に本実施の形態1によるモータ駆動装置の各構成要素の詳細な動作説明を行う。モータ駆動部4は、ブリッジ接続された6個のパワートランジスタ21〜26で構成され、各パワートランジスタ21〜26にはそれぞれパワーダイオードd21〜d26が逆並列接続されている。このモータ駆動部4において、2つのパワートランジスタ21,24が直列接続され、その接続点にコイルLuの一端が接続されている。また、パワートランジスタ22及びパワートランジスタ25が直列接続され、その接続点にコイルLvの一端が接続されている。また、パワートランジスタ23及びパワートランジスタ26が直列接続され、その接続点にコイルLwの一端が接続されている。各パワートランジスタ21〜26は、駆動信号生成部8からの駆動信号UU等の信号レベルに応じてオンオフのスイッチング動作を行い(PWM駆動)、電源3からモータ2の各相コイルLu,Lv,Lwへの電力供給を行う。

なお、モータ駆動部4の構成の形式を、各パワートランジスタ21〜26をNチャネル形電界効果トランジスタで構成する形式、または、上側アームを構成する各パワートランジスタ21〜23をPチャネル電界効果トランジスタで構成し、下側アームを構成する各パワートランジスタ24〜26をNチャネル電界効果トランジスタで構成する形式、のどちらの形式にしてもよい。また、モータ駆動部4を、電界効果トランジスタの代わりに、バイポーラ接合トランジスタ(Bipolar Junction Transistor:BJT)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated gate bipolar transistor:IGBT)を用いて構成してもよい。さらに、各パワーダイオードd21〜d26は、各パワートランジスタ21〜26に構造的に存在する寄生ダイオードを用いて構成してもよい。

電流検出部5は、モータ駆動部4と接地との間に配置され、例えば電流検出抵抗とLPFとにより構成される。このように構成することで、モータ駆動部4を流れる平均電流を直流電圧として検出する。検出した結果は電流検出信号CSとして誤差増幅部10に出力する。制御部9は、トルク指令信号ECを出力するブロックであり、マイコンで構成してもハード的に構成してもよく、その構成に制約はない。誤差増幅部10は、電流検出信号CSの電圧とトルク指令信号ECの電圧との差を増幅し、その増幅結果を誤差増幅信号Vaとして指令電圧生成部7に出力する。また、誤差増幅部10は、その誤差増幅信号Vaを、サンプルホールド信号生成部12にも出力する(サンプルホールド信号生成部12の詳細な動作は後述する)。

指令電圧生成部7は、位置検出部6からの位置検出信号FGに応じた3相指令電圧sinU,sinV,sinWを生成する(位置検出部6の詳細な動作は後述する)。3相指令電圧sinU,sinV,sinWは、位相差がそれぞれ120度の180度通電波形であり、本実施の形態1によるモータ駆動装置1では3相指令電圧sinU,sinV,sinWを正弦波状波形としている。具体的には、指令電圧生成部7は、位置検出信号FGから三相誘起電圧の位相60度毎に対応するゼロクロス点を検出することにより、各相誘起電圧の位相0度及び180度を検出し、その各相誘起電圧と同位相の電流が対応する相のコイルに流れるように、3相指令電圧sinU,sinV,sinWを生成する。位置検出信号FGから3相指令電圧の具体的な生成方法としては、例えば位置検出信号FGの周期を計測し、計測結果に基づいた角度情報を得て、角度情報に応じた電圧値を出力することにより生成する。具体的に、指令電圧生成部7は、位置検出信号FGのパルスの周期Tと1周期の間に変化する各誘起電圧Eu,Ev,Ewの位相(図10では、120度)から、例えば位相が1度変化するのにかかる時間(図10では、T/120)を計算する。そして、その位置検出信号FGの信号レベルがHigh(H)レベルからLow(L)レベル変化するタイミング(これは、信号VcSH1の位相0度のゼロクロス点に等しい。)と、計算によって求められた時間(T/120)とを用いて、各相コイルを流れる電流Iu,Iv,Iwと対応する誘起電圧Eu,Ev,Ewが同位相となるように、各相の誘起電圧Eu,Ev,Ewと同位相の各相指令電圧sinU,sinV,sinWを生成して出力する。なお、各相コイルを流れる電流Iu,Iv,Iwの位相が各相指令電圧sinU,sinV,sinWの位相から遅延することを考慮して、各相指令電圧sinU,sinV,sinWの位相を予め所定量だけずらして生成してもよい。また、正弦波信号とは、完全な正弦波波形の信号に限らず、正弦波に準ずる波形の信号も含むものとする。3相指令電圧の生成方法は上記に限定されず、位置検出信号FGに応じて生成する構成であればよい。3相指令電圧sinU,sinV,sinWの振幅は、誤差増幅信号Vaにより制御され、誤差増幅信号Vaが大きい場合(つまり、トルク指令信号ECと電流検出信号CSの差が大きい場合)は、3相指令電圧sinU,sinV,sinWの振幅を大きくし、逆に、誤差増幅信号Vaが小さい場合(つまり、トルク指令信号ECと電流検出信号CSの差が小さい場合)は、3相指令電圧sinU,sinV,sinWの振幅を小さくする。以上のようにして生成された3相指令電圧sinU,sinV,sinWは、駆動信号生成部8に出力される。

駆動信号生成部8は、三角波発生部11からの三角波信号Vtriによって3相指令電圧sinU,sinV,sinWをパルス幅変調することにより、モータ駆動部4の各パワートランジスタ21〜26をPWM駆動するための駆動信号UU等を生成して、その駆動信号UU等をモータ駆動部4に出力する。

図3は、駆動信号生成部8の動作を説明するためのタイミングチャート(U相のみ)である。図3において、(a)は、指令電圧生成部7で生成されるU相指令電圧sinUと三角波発生部11で発生する三角波信号Vtriとを示し、(b)は、U相指令電圧sinUがパルス幅変調(PWM)されて生成されるU相上側駆動信号UU、(c)は、U相指令電圧sinUがPWMされて生成されるU相下側駆動信号ULをそれぞれ示す。指令電圧生成部7で生成されるU相指令電圧sinUは、三角波信号VtriによりPWMされる。PWMされて生成されるU相上側駆動信号UUおよびU相下側駆動信号ULは、それぞれモータ駆動部4のU相上側パワートランジスタ21のゲートおよびU相下側パワートランジスタ24のゲートを制御する信号である。三角波信号Vtriの電圧に対してU相指令電圧sinUが大きい場合、U相上側駆動信号UUが“H”レベルとなり、U相上側パワートランジスタ21がオンするとともに、U相下側駆動信号ULが“L”レベルとなり、U相下側パワートランジスタ24がオフする。逆に、三角波信号Vtriの電圧に対してU相指令電圧sinUが小さい場合、U相下側駆動信号ULが“H”レベルとなり、U相下側パワートランジスタ24がオンするとともに、U相上側駆動信号UUが“L”レベルとなり、U相上側パワートランジスタ21がオフする。以上のように、本実施の形態1によるモータ駆動装置1では、指令電圧生成部7において3相指令電圧を正弦波状に生成し、その3相指令電圧を駆動信号生成部8においてそれぞれPWMして得られる各駆動信号でモータ駆動部4の各パワートランジスタ21〜26をPWM駆動することによりモータ2の略正弦波駆動を行う。なお、指令電圧生成部7から出力される3相指令電圧sinU,sinV,sinWの周波数は、数Hz〜1kHz程度であり、三角波信号Vtriの周波数は、20k〜100kHz程度である。

以下に、サンプルホールド信号生成部12について詳細に説明する。サンプルホールド信号生成部12は、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングパルスを生成し、サンプルホールド信号SH1として位置検出部6に出力する。まず、図4を用いて、サンプルホールド信号SH1について説明する。

図4は、3相指令電圧sinU,sinV,sinW、三角波信号Vtri、モータ2の中性点電圧Vc、およびサンプルホールド信号SH1の関係の一例を示すタイミングチャートである。図4において、(a)は、3相指令電圧sinU,sinV,sinWと三角波信号Vtriを示し、(b)は、中性点電圧Vc、(c)は、サンプルホールド信号SH1をそれぞれ示す。上述したように、モータ駆動部4の各パワートランジスタ21〜26は、各相指令電圧sinU,sinV,sinWを三角波信号Vtriによりそれぞれパルス幅変調して得られる各駆動信号によりスイッチング動作を行う。その結果、モータ2の中性点電圧Vcは、図4(b)に示されるように、階段状の波形となる。図4(b)の期間Xは、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングであり、この時、モータ2の中性点電圧Vcは、ほぼ接地電圧レベル(電圧が0)となる。また、図4(b)の期間Yは、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングであり、この時、モータ2の中性点電圧Vcは、ほぼ電源3の電圧VMとなる。図4(c)に示す信号SH1はサンプルホールド信号であり、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間Xにおいて、前後の期間X1、X2を除いた期間Zに“H”レベルとなる信号である。この信号を用いて位置検出部6においてモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行う。なお、図4(c)において、期間Xのうち期間X1,X2を除く理由は、位置検出部6がモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行う際に、モータ2の中性点電圧Vcの電圧切り替わりタイミングで発生するノイズを除去してサンプル動作を行うためである。

図5は、図4(c)に示されるようなサンプルホールド信号SH1を生成するサンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示す回路図である。サンプルホールド信号生成部12は、加算回路41と、加算電圧設定部42と、比較回路43とを含んで構成される。上述したように、サンプルホールド信号生成部12には、誤差増幅信号Va及び三角波信号Vtriが入力される。加算回路41は、3相指令電圧sinU,sinV,sinWの各振幅を制御する誤差増幅信号Vaの電圧に加算電圧設定部42からの加算電圧Vxを加算する。加算回路41の出力電圧Vrefは、比較回路43の一方の入力端子である反転入力端子に入力され、他方の入力端子、すなわち非反転入力端子には三角波信号Vtriが入力される。比較回路43は三角波信号Vtriの電圧と電圧Vrefの比較を行い、その比較結果を示す信号をサンプルホールド信号SH1として位置検出部6に出力する。

図6は、図5に示されたサンプルホールド信号生成部12の動作を説明するためのタイミングチャートである。図6において、(a)は、U相指令電圧sinU、三角波信号Vtri、誤差増幅信号Va及び加算回路41の出力電圧Vrefの関係を示し、(b)は、サンプルホールド信号SH1を示す。上述したように、サンプルホールド信号SH1は、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間X、すなわち、三角波信号Vtriの電圧が3相指令電圧sinU,sinV,sinWの各電圧よりも大きくなる期間Xのうち、前後の期間X1、X2を除いた期間ZにHレベルとなる。ここで、3相指令電圧の振幅の値が、誤差増幅信号Vaの電圧値Va0に等しいとき、もし比較回路43において電圧Vrefの電圧値をVa0に設定すれば、三角波信号Vtriの電圧が電圧Vrefよりも大きいとき、すなわち三角波信号Vtriの電圧が3相指令電圧sinU,sinV,sinWの各電圧よりも大きいときに、サンプルホールド信号SH1をHレベルにすることができる。さらに、電圧Vrefの値を、Va0よりも大きく、三角波信号Vtriの電圧の最大値よりも小さい範囲に設定すれば、期間X1、X2、よって、期間Xのうち前後の期間X1、X2を除いた期間Zを所定の範囲内で任意に設定可能である。すなわち、加算電圧設定部42の出力信号である加算電圧Vxは、三角波信号Vtriの電圧と比較される電圧Vrefの値を、Va0よりどれだけ大きくするかを設定する電圧である。

サンプルホールド信号生成部12を上述したように構成すれば、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミング(図4(c)の期間Z参照)を検出することができる。さらに、加算電圧設定部42の加算電圧Vxを制御すれば、図4の期間X1,X2の設定が可能となる。なお、この場合、期間X1及び期間X2は等しくなる。

また、制御部9からのトルク指令信号ECに応じて加算電圧設定部42の加算電圧Vxを可変出力するような構成としてもよい。図7は、そのような場合のモータ駆動装置1の構成例を示すブロック図であり、図8は、図7に示されたサンプルホールド信号生成部12の構成例を示す回路図である。図7及び図8に示されるように、制御部9から出力されたトルク指令信号ECは、サンプルホール信号12の加算電圧設定部42に入力される。加算電圧設定部42は、入力されたトルク指令信号ECの電圧が小さいときは、電圧Vrefが小さくなるように小さい電圧Vxを設定する一方、トルク指令電圧信号ECの電圧が大きいときは、電圧Vrefが大きくなるように、大きい電圧Vxを設定する。その他、サンプルホールド信号生成部12は、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングパルスを生成する構成であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

次に、位置検出部6について説明する。位置検出部6は、サンプルホールド信号SH1の信号レベルに応じてモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールドし、ロータの磁極位置検出を行う。以下に位置検出部6の詳細な動作の説明を行う。図9は、位置検出部6の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。図9において、(a)はモータ2の中性点電圧Vc、(b)はサンプルホールド信号SH1、(c)はサンプルホールド回路31の出力であるサンプルホールド出力信号VcSH1、(d)はLPF32の出力信号VcSH2である。なお、図9(a)の波形図は、図4(b)に示されたモータ2の中性点電圧Vcの波形図よりも特に接地電圧付近を詳細に描いている。スイッチ34はサンプルホールド信号SH1の信号レベルに応じて開閉動作を行う。サンプルホールド信号SH1の信号レベルがHレベルの場合、スイッチ34が閉じて短絡状態となり、モータ2の中性点電圧Vcをコンデンサ35で検出する(サンプル動作)。次に、サンプルホールド信号SH1の信号レベルがLレベルの場合、スイッチ34が開いてオープン状態となり、コンデンサ35はサンプルした電圧を保持する(ホールド動作)。このように、サンプルホールド回路31は、サンプルホールド信号SH1の信号レベルに応じてモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行い、サンプルホールド出力信号VcSH1を出力する。サンプルホールド出力信号VcSH1は、LPF32に入力される。LPF32は、サンプルホールド出力信号VcSH1に含まれる段差を除去して、信号VcSH1を滑らかにすることにより、その段差が除去された信号を、信号VcSH2として比較器33に出力する。

以上のように、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングでモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールドして得られるサンプルホールド出力信号VcSH1は、後述する理由で誘起電圧に含まれる3N倍高調波成分(Nは正の整数)をそれぞれ重畳した電圧となる。以下に、本実施の形態1によるモータ駆動装置1において、誘起電圧に含まれる3N倍高調波成分がモータ2の中性点電圧Vcから検出できる理由について説明する。各相端子電圧Vu,Vv,Vwとモータ2の中性点電圧Vcの関係は、各相コイルLu,Lv,Lwの巻き線抵抗が全て同じR(Ω)、インダクタンスが全て同じL(mH)であると仮定し、モータ駆動部4側からモータ2側へ流れる電流をIu,Iv,Iw(A)とし、各相誘起電圧をEu,Ev,Ew(V)とすると、次の(1)式によって示される。
Vu−Vc=R・Iu+L・dIu/dt+Eu
Vv−Vc=R・Iv+L・dIv/dt+Ev
Vw−Vc=R・Iw+L・dIw/dt+Ew ・・・(1)
また、キルヒホッフの法則により、Iu+Iv+Iw=0であるから、(1)式は(2)式のように変形できる。
Vu+Vv+Vw−3Vc=Eu+Ev+Ew ・・・(2)
ここで、本実施の形態1によるモータ駆動装置1では、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングでモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールドするため、各相パワートランジスタ24〜26が全てオンしている状態は、各相パワートランジスタ24〜26のオン抵抗が全て同じRon(Ω)であると仮定すると、次の(3)式が成立する。
Vu=−Ron・Iu
Vv=−Ron・Iv
Vw=−Ron・Iw ・・・(3)
(3)式は、キルヒホッフの法則により(4)式のように変形できる。
Vu+Vv+Vw=0 ・・・(4)
ここで、(2)式および(4)式より、次の(5)式が成立する。
−3Vc=Eu+Ev+Ew ・・・(5)

さらに、(6)式のように、誘起電圧Eu,Ev,Ewに高調波成分が重畳されていると仮定する。
Eu=Asinθ+A・Bsin2θ+A・Csin3θ+A・Dsin4θ
+A・Esin5θ+A・Fsin6θ+・・・
Ev=Asin(θ−2π/3)+A・Bsin2(θ−2π/3)
+A・Csin3(θ−2π/3)+A・Dsin4(θ−2π/3)
+A・Esin5(θ−2π/3)+A・Fsin6(θ−2π/3)
+・・・
Ew=Asin(θ−4π/3)+A・Bsin2(θ−4π/3)
+A・Csin3(θ−4π/3)+A・Dsin4(θ−4π/3)
+A・Esin5(θ−4π/3)+A・Fsin6(θ−4π/3)
+・・・
A:誘起電圧の基本波振幅
B,C,D,E,F:2,3,4,5,6倍高調波含有率 ・・・(6)
(5)式および(6)式より、3N倍高調波成分だけが残り、次の関係が成立する。
−3Vc=3(A・Csin3θ+A・Fsin6θ+・・・) ・・・(7)
(7)式を一般的な形式に書き直すと、
Vc=−ΣA・G(3N)sin3Nθ ・・・(8)
G(3N):3N倍高調波成分の含有率
以上より、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングにおいてモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールド出力すれば、誘起電圧に含まれる3N倍高調波成分がそれぞれ重畳した電圧を検出することが可能となる。

ここで、図10に各相誘起電圧Eu,Ev,Ew(基本波のみ図示)とサンプルホールド出力信号VcSH1と、位置検出信号FGの関係を示す。上式(8)においてN=1のみの場合を考える(N≧2の高調波成分は極めて小さいと仮定する)と、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングにおけるモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールド出力した信号VcSH1は、各相誘起電圧Eu,Ev,Ewに含まれる3倍高調波成分のみとなる。検出されたサンプルホールド出力信号VcSH1の振幅Naは、誘起電圧Eu,Ev,Ewの基本波振幅Aと、3倍高調波成分の含有率Cを乗算した、Na=A×Cとなる。サンプルホールド出力信号VcSH1は、LPF32に入力される。LPF32の出力信号VcSH2は比較器33の一方の入力端子に入力され、比較器33の他方の入力端子には基準電圧Vrが入力される。ここで、本実施の形態1によるモータ駆動装置では、基準電圧Vr=0と設定されている。したがって、比較器33の出力信号FGは、サンプルホールド出力信号VcSH1の位相0度及び180度のゼロクロス点にエッジを持つパルス信号となる。つまり、出力信号FGは、各相誘起電圧Eu,Ev,Ewの位相180度毎のゼロクロス点にエッジを持つパルス信号となり、この信号によりロータの磁極位置を電気角60度間隔で検出することが可能となる。比較器33の出力パルス信号は、位置検出信号FGとして指令電圧生成部7に出力される。

なお、サンプルホールド出力信号VcSH1の振幅は誘起電圧の基本波振幅と3倍高調波含有率に依存している。したがって、低速回転で誘起電圧が小さい場合や3倍高調波含有率が極めて小さい場合などではサンプルホールド出力信号VcSH1の振幅が小さくなり、ロータの磁極位置検出の検出精度が悪くなる恐れがある。その回避方法として、モータ2の中性点電圧Vcを増幅器によって増幅させ、その増幅信号に対してサンプルホールドを行う構成、または、サンプルホールド出力信号VcSH1を増幅させる構成等が考えられる。図11及び図12は、中性点電圧Vc及びサンプルホールド出力信号VcSH1を増幅する場合の位置検出部6の構成例をそれぞれ示す回路図である。中性点電圧Vcを増幅する場合、位置検出部6は、図11に示されるように、サンプルホールド回路31の前段に中性点電圧Vcを増幅する増幅器45を備える。一方、サンプルホールド出力信号VcSH1を増幅する場合、位置検出部6は、図12に示されるように、サンプルホールド回路31とLPF32との間に増幅器45を備える。しかし、図11及び図12に示される例に限らず、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。さらに、位置検出部6はLPF32を用いない構成とすることも可能であるが、LPF32を用いる場合、LPF32による位相遅れ量を指令電圧生成部7において補正する構成とする方が望ましい。

また、本実施の形態1によるモータ駆動装置においては、サンプルホールド出力信号VcSH1を比較器33に入力することにより各相誘起電圧の位相180度毎のゼロクロス点を検出する構成としているが、サンプルホールド出力信号VcSH1の変化率を検出することにより各相誘起電圧の位相90度又は位相270度の位置を検出する構成としてもよい。図13は、この場合の位置検出部6の構成例を示す回路図である。図13に示されるように、位置検出部6は、LPF32と比較器33との間に、LPF32の出力信号VcSH2の変化率を検出する変化率検出部48を備える。各相誘起電圧における位相90度又は270度の位置では、出力信号VcSH2の変化率は0になるので、比較器33は、各相誘起電圧が位相90度又は270度のタイミングで信号レベルが変化する位置検出信号FGを出力する。この場合、位置検出信号FGは、誘起電圧のゼロクロス点に対して電気角90度の位相ずれが生じている。従って、各相誘起電圧の位相90度又は270度の位置を検出する構成とした場合には、指令電圧生成部7において位相ずれ分を補正すればよい。その他、各相誘起電圧のゼロクロス点や位相90度又は270度の位置に限らず、誘起電圧の所定の位相位置の検出を、サンプルホールド信号VcSH1における、その誘起電圧の所定の位相位置に対応する電圧を検出することにより行うことができる。

ここで、起動から定常回転に至るまでの動作について簡単に説明を行う。本実施の形態1によるモータ駆動装置では、誘起電圧に含まれる3倍高調波成分を検出する構成のため、モータ停止時や低速回転で誘起電圧が小さい時には、サンプルホールド出力信号VcSH1の振幅が小さく、ロータの磁極位置検出を行うことができない、もしくは検出精度が悪くなる。したがって、ロータの磁極位置検出が可能なロータ回転速度まで何らかの方法で加速させなければならない。一般にセンサレスの起動方法は、初期位置推定方式や強制転流方式等種々開発されているが、本実施の形態1によるモータ駆動装置1では特定の方法に限定されず、ロータの磁極位置検出可能なロータ回転速度まで加速できればよい。そして、適当な方法でロータの磁極位置検出可能なロータ回転速度まで加速した後にセンサレス駆動に移行し、略正弦波センサレス駆動を行う。

本実施の形態1によるモータ駆動装置1で検出される位置検出信号FGは、各相誘起電圧の位相180度毎のゼロクロス点を検出した信号であるが、例えばU相の誘起電圧の位相0度のゼロクロス点(絶対位置)が位置検出信号FGのどの立ち下がりエッジに相当するか検出できない。したがって、センサレス駆動に移行する前に例えばU相の誘起電圧の位相0度のゼロクロス点(絶対位置)が位置検出信号FGのどの立ち下がりエッジに相当するかを検出する必要がある。絶対位置の検出方法として、例えばフリーラン検出を用いる。ここで、フリーラン検出について詳細な説明を行う。フリーラン検出とは、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を全てオフとすることにより、各相出力端子電圧Vu,Vv,Vwに現れる誘起電圧を直接検出する方式である。つまり、フリーラン検出中に例えばU相出力端子電圧Vuを監視していればU相誘起電圧Euが検出できる。つまり絶対位置検出が可能となる。以下に、図14〜図17を用いて、フリーラン検出を用いるモータ駆動装置について説明する。

図14は、フリーラン検出を用いるモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。図14において、図1に示される構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。図14に示されるように、このモータ駆動装置51は、図1に示されたモータ駆動装置1にフリーラン検出部52を追加した構成をしている。フリーラン検出部52は、フリーラン検出中にU相端子電圧Vuと中性点電圧Vcを比較することにより、U相端子電圧Vuに現れるU相誘起電圧Euの位相0度のゼロクロスタイミングを示す信号FGUを生成して出力する。

図15は、駆動信号生成部8の具体的な構成例を示すブロック図である。図15に示されるように、駆動信号生成部8は、強制転流信号生成部56、第1の切替部57、駆動信号生成回路部58、フリーラン信号生成部59、第2の切替部60、及び切替制御部61を備える。切替制御部61は、第1の切替部57及び第2の切替部60に、対応する切替制御信号CH1及びCH2をそれぞれ出力する。強制転流信号生成部56は、起動時に強制転流信号、例えば所定の周波数の3相正弦波状信号を出力する。第1の切替部57は、切替制御信号CH1に応じて、強制転流信号生成部56の出力信号と、指令電圧生成部7から出力される3相指令電圧のどちらかを選択して出力する。駆動信号生成部8は、第1の切替部57から入力された強制転流信号生成部56の出力信号又は3相指令電圧を三角波信号Vtriによってパルス幅変調し、そのパルス幅変調された信号を、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を駆動制御する各駆動信号として第2の切替部60に出力する。フリーラン信号生成部59は、各相パワートランジスタ21〜26を全てオフさせる各駆動信号を生成して出力する。第2の切替部60は、切替制御信号CH2に応じて、駆動信号生成回路部58の出力信号と、フリーラン信号生成部59の出力信号のいずれかを選択して、モータ駆動部4に出力する。なお、強制転流信号生成部56は、強制周期信号出力部を構成し、駆動信号生成回路部58は、第1の駆動信号出力部を構成し、フリーラン信号生成部59は、第2の駆動信号出力部を構成する。また、第1の切替部57及び第2の切替部60は、第1の選択部及び第2の選択部をそれぞれ構成する。さらに、切替制御部61は、選択制御部を構成する。なお、「強制転流信号」は、「強制周期信号」ともいう。

以下に、図16を用いて、駆動信号生成部8の動作を説明する。図16は、切替制御部61が出力する(a)第1の切替制御信号CH1、(b)第2の切替制御信号CH2の変化をそれぞれ示すタイミングチャートである。切替制御部61は、モータ駆動装置51の外部からモータ駆動装置51の起動信号STARTが入力されると、第1の切替制御信号CH1及び第2の切替制御信号CH2をそれぞれLレベルにする。このとき、第1の切替部57は、強制転流信号生成部56の出力信号を選択して、駆動信号生成回路部58に出力する。駆動信号生成回路部58は、3相正弦波状信号を三角波発生部11からの三角波信号Vtriによりパルス幅変調することによって、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を駆動制御する各駆動信号、すなわち通電制御信号を生成する。第2の切替部60は、第2の切替制御信号CH2がLレベルであるので、駆動信号生成回路部58の出力信号を選択して、それらをモータ駆動部4に出力する。以上より、起動時から第1及び第2の各切替制御信号CH1,CH2がLレベルである間は、所定周波数の強制転流信号に応じてモータ2が強制的に駆動される。なお、この期間中の所定周波数は固定周波数に限らず時間とともに増加する可変周波数としてもよい。

次に、切替制御部61は、第1の切替制御信号CH1をHレベルにすると同時に、第2の切替制御信号CH2をHレベルにする。第1の切替部57は、指令電圧生成部7から出力される3相指令電圧sinU,sinV,sinWを選択して、駆動信号生成回路部58に出力する。駆動信号生成回路部58は、各相指令電圧を三角波発生部11からの三角波信号Vtriによりパルス幅変調することによって、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を駆動制御する各駆動信号を生成する。第2の切替部60は、第2の切替制御信号CH2がHレベルの場合には、フリーラン信号生成部59からのフリーラン信号を選択して出力する。フリーラン信号は、上述したように、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を全てオフさせる信号であるため、第2の切替制御信号CH2がHレベルの間、モータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26はオフ動作となり、モータ2は惰性で回転している状態となる。この状態は、各相端子電圧Vu,Vv,Vwには各相誘起電圧Eu,Ev,Ewが出力される。このとき、フリーラン検出部52によって、フリーラン状態におけるU相端子電圧Vuとモータ中性点電圧Vcとを比較すれば、誘起電圧Euの位相0度のゼロクロス点を検出することが可能となる。具体的に、フリーラン状態において、モータ中性点電圧Vcは、その電圧値がVM/2でほぼ一定となる。また、U相端子電圧Vuは、正弦波形状になり、位相0度及び180度でその電圧値がVM/2である。誘起電圧Euの位相0度のゼロクロス点とは、U相端子電圧Vuとモータ中性点電圧Vcとが、U相端子電圧Vuの上昇時で一致する点である。フリーラン検出部52は、誘起電圧Euの位相0度のゼロクロスタイミング、すなわちU相端子電圧Vuとモータ中性点電圧VcがU相端子電圧Vuの上昇時で一致するタイミングを示すタイミング信号FGUを、指令電圧生成部7に出力する。

次に、切替制御部61は、第2の切替制御信号CH2をHレベルからLレベルに変化させる。このとき、第2の切替部60は、駆動信号生成回路部58からの各駆動信号を出力する。つまり、指令電圧生成部7からの3相指令電圧sinU,sinV,sinWに応じてモータ2を駆動することになる。また、指令電圧生成部7は、フリーラン検出部52の出力信号FGUが示すタイミングで位相0度のゼロクロス点を有するU相指令電圧sinUを生成する。V相,W相の各指令電圧sinV,sinWは、U相指令電圧sinUが生成されれば、そのU相指令電圧sinUの位相をそれぞれ120度前後にずらすのみで生成できる。このように駆動すれば、誘起電圧を直接検出して通電制御しているため、位置検出部6が出力する位置検出信号FGの絶対位置を判断することが可能となる。なお、モータ駆動装置51において、フリーラン検出部52は、U相端子電圧Vuのみを入力する形式としたが、V相やW相の端子電圧Vv,Vwをも入力する形式とし、各相誘起電圧の位相0度のゼロクロスタイミングを検出する構成としてもよい。また、誘起電圧Euの位相0度のゼロクロスタイミング、すなわち電圧上昇時のゼロクロスタイミングを検出したが、位相180度のゼロクロスタイミング、すなわち電圧下降時のゼロクロスタイミングを検出してもよい。さらに、誘起電圧Euの位相0度のゼロクロスタイミングと、位相180度のゼロクロスタイミングとを、それらが区別できるように両方検出してもよい。

なお、切替制御部61の第1および第2の各切替制御信号CH1,CH2の信号レベルの切替タイミングは、ロータ回転速度に応じて決定してもよく、起動時から所定時間経過後(図16では、時間t1経過後、及び時間t2経過後)に切り替えるようにしてもよい。その切替タイミングがロータ回転速度に応じて決定される場合、ロータの回転速度を示す制御信号IN2がモータ駆動装置51の外部から切替制御部61に入力されてもよい。また、フリーラン検出部52は、駆動信号生成部8が、フリーラン信号を出力している間のみ動作する。よって、フリーラン検出部52にも、起動信号START及び制御信号IN2を入力することにより、切替制御部60が第1及び第2の各切替制御信号CH1,CH2をHレベルにする期間と同一の期間に、フリーラン検出部52を動作させてもよい。

図17は、強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行するまでの起動方法を説明するフローチャートである。まず、強制転流駆動において、強制転流信号生成部56から出力される所定の3相正弦波状信号を用いて生成される所定の駆動信号によって、各相パワートランジスタ21〜26を強制的に駆動する(ステップS11)。次に、フリーラン検出のために、全ての各相パワートランジスタ21〜26をオフする(ステップS12)。そして、フリーラン状態におけるU相端子電圧Vuとモータ中性点電圧Vcとを比較して、誘起電圧Euの位相0度のゼロクロスタイミングを検出し、その検出結果を示す信号FGUを生成する(ステップS13)。

なお、位置検出信号FGから3相指令電圧を生成する具体的な方法の一例としては、所定の正弦波信号を発生し、その発生した正弦波状信号の位相0度を、位置検出信号FGの立ち下がりエッジと一致させて出力する構成等も考えられる。図19は、そのような動作を行う指令電圧生成部7の構成例を示すブロック図である。図19に示されるように、指令電圧生成部7は、正弦波発生部62と位相調整部63とを備える。正弦波発生部62では、所定周期で3つの正弦波状信号を発生して出力し、位相調整部63は、正弦波発生部62から出力された連続する3つの各正弦波状信号の位相0度が、位置検出信号FGの連続した3つの立ち下がりエッジに一致するように調整して、3相指令電圧信号sinU,sinV,sinWとして外部に出力する。

以上より、起動時から正弦波状の強制転流信号で駆動するため、起動から通常動作まで非通電期間による振動や騒音を低減した駆動が可能となる。なお、強制転流信号を正弦波状信号として説明を行ったが、180度通電波形や、従来のように非通電期間を持つ広角通電波形としてもよい。また、強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行する起動方法であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

以上のように、検出した絶対位置に応じたU相指令電圧を生成し、フリーラン検出を解除し通常のセンサレス駆動へ移行すれば、位置検出部6が出力する位置検出信号FGの絶対位置を検出することが可能となる。つまり、起動からフリーラン検出を介して通常センサレス駆動に移行させれば、位置検出部6で検出される位置検出信号FGのエッジが各相誘起電圧のどの位相0度のゼロクロスタイミングであるかを検出することが可能となる。なお、起動時に略正弦波駆動で強制転流させれば、常に略正弦波での駆動が可能となる。

また、絶対位置検出の別方法として、起動時のみ従来方式に代表される非通電期間を持つセンサレス駆動を行ってもよい。このように起動させると、略正弦波センサレス駆動へ移行するまで常に絶対位置を検出することが可能となる。また、絶対位置検出の更なる別の方法として、強制転流で略正弦波駆動を行い、強制転流中に検出される位置検出信号FG(ゼロクロス点)を現在の強制転流タイミングから推測することも可能である。具体的には、強制転流中に検出される位相0度のゼロクロス点に対して、現在の通電タイミングがU相への通電タイミングであれば、検出した位相0度のゼロクロス点をU相の誘起電圧の位相0度のゼロクロス点とする。以上のように、起動からセンサレス駆動への移行時に誘起電圧の絶対位置を検出する構成とすれば、起動から定常回転に至るまで略正弦波センサレス駆動が可能となる。

以上のように、本実施の形態1によるモータ駆動装置1では、モータ2の中性点電圧Vcをモータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなるタイミングでサンプルホールドすることにより、ロータの磁極位置を検出し、センサレス駆動を行う。したがって、駆動電流が0となる非通電期間を設定し、非通電期間において各相端子電圧とモータ2の中性点電圧とを比較することにより誘起電圧のゼロクロスを検出する従来のモータ駆動装置のセンサレス駆動に対し、本実施の形態1によるモータ駆動装置では、ロータの磁極位置検出を行うための非通電期間を設けずに誘起電圧のゼロクロスを検出することが可能である。つまり、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減した略正弦波センサレス駆動が可能となる。さらに、本実施の形態1によるモータ駆動装置1の位置検出部6は、モータ2の中性点電圧Vcのみをサンプルホールドする形式であり、各相端子電圧全てをサンプルホールドする従来のモータ駆動装置に対して、サンプルホールド回路や、位置検出を行う非通電相端子電圧を選択するスイッチ選択回路を構成する必要がない。したがって、より簡素な構成で位置検出部を構成でき、モータ駆動装置の低コスト化が可能となる。

(実施の形態2)
以下に、図19〜図22を用いて実施の形態2によるモータ駆動装置および駆動方法を説明する。以下では、サンプルホールド信号生成部12及びサンプルホールド信号の生成方法の変形例を説明する。図19は、本発明の実施の形態2によるモータ駆動装置1の全体構成例を示す回路図である。実施の形態1によるモータ駆動装置1とは、サンプルホールド信号生成部12の内部構成が異なる。それ以外の構成、動作は実施の形態1で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

サンプルホールド信号生成部12は、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングパルスを生成し、そのタイミングパルスを示す信号をサンプルホールド信号SH2として位置検出部6に出力する。図20は、サンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示す回路図である。実施の形態1によるモータ駆動装置1のサンプルホールド信号生成部12との相違点は、位相反転部64を新たに設けた点である。サンプルホールド信号生成部12には、誤差増幅信号Va及び三角波信号Vtriが入力される。位相反転部64は、三角波信号Vtriを180度位相反転して反転三角波信号VtriNを出力する。加算回路41は、誤差増幅信号Vaの電圧に加算電圧設定部42からの加算電圧Vxを加算する。比較回路43の反転入力端子には、加算回路41の出力電圧Vrefが入力され、非反転入力端子には、反転三角波信号VtriNが入力される。比較回路43は、反転三角波信号VtriNの電圧と出力電圧Vrefとの比較を行い、その比較結果を示す信号をサンプルホールド信号SH2として位置検出部6に出力する。図21は、サンプルホールド信号生成部12の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。図21において、(a)は、U相指令電圧sinU、反転三角波信号VtriN、誤差増幅信号Va及び加算回路41の出力電圧Vrefを示し、(b)は、サンプルホールド信号SH2を示す。この場合のサンプルホールド信号生成部12の動作は、実施の形態1で説明した動作と同様であるので、説明を省略する。このように構成すれば、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングを取ることが可能となる。なお、サンプルホールド信号生成部12は、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングパルスを生成する構成であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、その他、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

位置検出部6のサンプルホールド回路31は、サンプルホールド信号SH2に応じてモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行う。図22は、位置検出部6の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。(a)はモータ2の中性点電圧Vc、(b)はサンプルホールド信号SH2、(c)はサンプルホールド回路31の出力信号であるサンプルホールド出力信号VcSH1、(d)はLPF32の出力信号VcSH2である。なお、図22(a)の波形図は、図4(b)の中性点電圧Vcの波形図よりも特に電源3(VM)付近を詳細に描いている。スイッチ34はサンプルホールド信号SH2に応じて開閉動作を行う。サンプルホールド信号SH2の信号レベルが“H”レベルの場合、スイッチ34はショート状態となりモータ2の中性点電圧Vcをコンデンサ35で検出する(サンプル動作)。次に、サンプルホールド信号SH2の信号レベルが“L”レベルの場合、スイッチ34はオープン状態となりコンデンサ35はサンプルした電圧を保持する(ホールド動作)。このように、サンプルホールド回路31は、サンプルホールド信号SH2に応じてモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行うことにより、サンプルホールド出力信号VcSH1を出力する。サンプルホールド出力信号VcSH1は、LPF32に入力される。LPF32は、サンプルホールド出力信号VcSH1に含まれる段差の除去を行い、その段差が除去された信号VcSH2を比較器33に出力する。

以上より、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングでモータ2の中性点電圧Vcをサンプルホールドしたサンプルホールド出力信号VcSH1は、誘起電圧に含まれる3N倍高調波成分(Nは整数)をそれぞれ重畳した電圧が電源3の電圧値(VM)を中心線として現れる。今、N≧2の高調波成分が非常に小さいとすると、実施の形態1と同様に誘起電圧に含まれる3倍高調波成分のみが検出できる。

サンプルホールド出力信号VcSH1はLPF32を介して比較器33の一方の入力端子に入力され、比較器33の他方の入力端子は基準電圧Vrが与えられる。本実施形態では基準電圧Vr=VM(電源3)と設定する。したがって、比較器33の出力は、各相誘起電圧のゼロクロスにエッジを持つパルス信号となり、この信号によりロータの磁極位置を電気角60度間隔で検出することが可能となる。

以上のように、本実施形態2によるモータ駆動装置1では、モータ2の中性点電圧Vcをモータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなるタイミングでサンプルホールドすることによりロータの磁極位置を検出し、センサレス駆動を行う。したがって、背景技術にあるように駆動電流が0となる非通電期間を設定し、非通電期間において各相端子電圧とモータ2の中性点電圧とを比較することで誘起電圧のゼロクロスを検出するセンサレス駆動に対し、本実施形態のモータ駆動装置1では、ロータの磁極位置検出を行うための非通電期間を設けずに誘起電圧のゼロクロスを検出することが可能である。つまり、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減した略正弦波センサレス駆動が可能となる。さらに、位置検出部6は、モータ2の中性点電圧Vcのみをサンプルホールドする形式であり、各相端子電圧全てをサンプルホールドする背景技術に対して、サンプルホールド回路や、位置検出を行う非通電相端子電圧を選択するスイッチ選択回路を構成する必要がない。したがって、より簡素な構成で位置検出部を構成でき、モータ駆動装置の低コスト化が可能となる。

(実施の形態3)
次に、図23〜図25を用いて本発明の実施の形態3におけるモータ駆動装置および駆動方法について説明する。以下では、サンプルホールド信号生成部12及びサンプルホールド信号の生成方法の更なる変形例を説明する。図23は、本発明の実施の形態3によるモータ駆動装置の全体構成例を示す回路図である。本実施の形態3によるモータ駆動装置71は、実施の形態1によるモータ駆動装置1とはサンプルホールド信号SH3の生成方法が異なり、サンプルホールド信号生成部12の配置と内部構成が異なる。それ以外の構成、動作は、実施の形態1で説明したものと同様であるので説明を省略する。

図23に示されるように、サンプルホールド信号生成部12は、駆動信号生成部8で生成される下側駆動信号UL,VL,WLを入力とし、サンプルホールド信号SH3を出力する。図24は、サンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示すブロック図である。図24に示されるように、サンプルホールド信号生成部12は、論理積回路75と、第1の遅延回路76と、第2の遅延回路77と、遅延時間設定部78と、パルス生成部79とを備える。図25は、サンプルホールド信号生成部12の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。図25において、(a)は、3相指令電圧sinU,sinV,sinWと三角波信号Vtriを示し、(b)は、U相下側駆動信号UL、(c)は、V相下側駆動信号VL、(d)は、W相下側駆動信号WL、(e)は、論理積回路75の出力信号AL、(f)は、第1の遅延回路76の出力信号d1、(g)は、第2の遅延回路77の出力信号d2、(h)は、サンプルホールド信号SH3をそれぞれ示す。駆動信号生成部8において、指令電圧生成部7からの3相指令電圧sinU,sinV,sinWが三角波信号VtriによりPWMされ、下側駆動信号UL,VL,WLが生成される。下側駆動信号UL,VL,WLは、“H”レベル時にモータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26をオン動作させる駆動信号である。論理積回路75は、下側駆動信号UL,VL,WLを入力とし、各入力信号を論理積演算した結果得られる信号を出力する。具体的に、論理積回路75は、下側駆動信号UL,VL,WLが全てHレベルのとき、Hレベルの信号を出力し、下側駆動信号UL,VL,WLの少なくとも1つの信号がLレベルのとき、Lレベルの信号を出力する。したがって、論理積演算により得られる出力信号ALは、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間を表す信号となる。信号ALは第1の遅延回路76に入力される。第1の遅延回路76は、信号ALを遅延時間設定部78で設定される第1の遅延時間s1だけ遅延させ、信号ALを遅延させた第1の遅延信号d1を第2の遅延回路77およびパルス生成部79に出力する。第2の遅延回路77は、第1の遅延信号d1を遅延時間設定部78で設定される第2の遅延時間s2だけ遅延させ、その第1の遅延信号d1を遅延させた第2の遅延信号d2をパルス生成部79に出力する。なお、第1の遅延時間s1および第2の遅延時間s2は、それぞれ一定であり、遅延時間設定部78によって設定されてよい。パルス生成部79は、第1の遅延信号d1と第2の遅延信号d2の反転信号との論理積演算を行い、その演算結果をサンプルホールド信号SH3として位置検出部6に出力する。具体的には、第1の遅延信号d1と第2の遅延信号d2の反転信号とが共にHレベルのとき、すなわち、第1の遅延信号d1がHレベルで第2の遅延信号d2がLレベルのとき、サンプルホールド信号SH3がHレベルになる。

以上のように、サンプルホールド信号生成部12は、駆動信号生成部8で生成される下側駆動信号UL,VL,WLを用いてモータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間を生成し、さらに遅延時間設定部78で設定される第1および第2の遅延時間s1,s2により、サンプルホールド信号SH3のパルス幅を制御して出力する。このようにして生成されたサンプルホールド信号SH3を用いてモータ2の中性点電圧Vcのサンプルホールド動作を行いロータの磁極位置検出を行う。この一連の動作は実施の形態1と同じであるため説明は省略する。なお、論理積回路75は、第1のオン期間検出回路を構成し、パルス生成部79は、第2のオン期間検出回路を構成する。

以上より、本実施の形態3では、サンプルホールド信号SH3を駆動信号生成部8で生成される下側駆動信号UL,VL,WLからディジタル的に生成可能であり、実施の形態1で説明された構成と比較して、より精度良くサンプルホールド信号SH3のタイミング制御が行えるという利点がある。

なお、本実施の形態3ではモータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間でサンプルホールド信号SH3を生成する構成としたが、モータ駆動部4の上側アームを構成する各相パワートランジスタ21〜23が全てオンとなる期間でサンプルホールド信号SH3を生成する構成としてもよい。この場合、駆動信号生成部8で生成される上側駆動信号UU,VU,WUをサンプルホールド信号生成部12に入力する構成とすればよい。なおこの時、位置検出部6に入力する基準電圧Vrの値はVMに設定する必要がある。

また、指令電圧生成部7で生成される3相指令電圧sinU,sinV,sinWの振幅は誤差増幅信号Vaにより制御され、誤差増幅信号Vaは制御部9からのトルク指令信号ECに応じて変動する。論理積回路75の出力であるAL信号のパルス幅は3相指令電圧の振幅に依存し、つまり、トルク指令信号ECに依存している。したがって、遅延時間設定部78の第1の遅延時間s1および第2の遅延時間s2を適切に調整しなければ、場合によってはモータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間を生成することが不可能となる。よって、トルク指令信号ECに応じて遅延時間設定部78の第1の遅延時間s1および第2の遅延時間s2を可変出力するような構成とすれば、より精度良くサンプルホールド信号SH3を生成することが可能となる。図26は、そのような場合のモータ駆動装置71の構成例を示すブロック図であり、図27は、図26に示されたサンプルホールド信号生成部12の構成例を示す回路図である。図26及び図27に示されるように、制御部9から出力されたトルク指令信号ECは、サンプルホール信号12の遅延時間設定部78に入力される。また、想定される3相指令電圧の最大振幅に対して遅延時間設定部78の第1の遅延時間s1および第2の遅延時間s2を予め設定しておく構成としてもよい。その他、サンプルホールド信号生成部12は、駆動信号生成部8で生成される下側駆動信号UL,VL,WLを用いて、モータ駆動部4の下側アームを構成する各相パワートランジスタ24〜26が全てオンとなる期間内でサンプルホールド信号SH3を生成する構成であれば、上記に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

なお、本実施形態3によるモータ駆動装置71では3相指令電圧と三角波信号の電圧を比較することによりPWM駆動を行う構成としているが、3相指令電圧を所定の経路に流すべき電流の指令値とし、電流検出部5で検出される電流検出信号が指令値に到達した時点で所定の経路の通流を停止させるような電流ピーク値制御を行う構成としてもよい。以下にこの電流PWMを用いた駆動方法について説明する。図28は、電流PWMを用いたモータ駆動装置の構成例を示す回路図である。図28に示されたモータ駆動装置81が、図23に示された駆動装置71と異なる点は、誤差増幅器10及び三角波発生部11が除去された点、制御部9の出力信号が指令電圧生成部7に、及び電流検出部5の出力信号が駆動信号生成部8にそれぞれ直接入力される点、発振部85が追加された点である。指令電圧生成部7の3相指令電圧は3相電流の指令値であり、電流検出信号CSが各相電流指令値に到達した時点でその相の電流をオフさせる(PWMオフ)。発振部85は所定周期でPWMオンさせるように動作することにより、各相電流を電流指令値に制御する(電流PWM)。したがって、各相電流は各相電流指令値によってピーク値が制御された波形となる。駆動信号生成部8は上記動作を行わせるためのモータ駆動部4の各相パワートランジスタ21〜26を制御する通電制御信号UU等を生成する。具体的には以下の通りである。U相からV,W相に電流が流れていたとする。U相の電流が電流指令値に到達した場合、U相上側パワートランジスタ21をオフさせる(PWMオフ:所定経路の通流を停止させる)。その後、発振部85により出力された所定の発振信号Vpに同期するタイミングで再びU相上側パワートランジスタ21をオンさせる。以上のように、U相の電流が電流指令値に到達するとU相上側パワートランジスタ21をオフさせ、そのU相上側パワートランジスタ21を所定の発振信号Vpの発振周波数に同期したタイミングでオンさせるという動作を繰り返すことにより、U相電流のピーク値がほぼ一定になるように電流指令値により制御される。V,W相についても同様の動作を行う。

本発明にかかるモータ駆動装置および駆動方法は、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能であるという効果を有し、センサレス駆動を行うモータ駆動装置および駆動方法等として有用である。

本発明の実施の形態1によるモータ駆動装置1の全体構成例を示す回路図である。 モータ駆動装置1によるモータ2の駆動方法を説明するフローチャートである。 図1の駆動信号生成部8の動作を説明するためのタイミングチャートである。 3相指令電圧sinU,sinV,sinW、三角波信号Vtri、モータ2の中性点電圧Vc、及びサンプルホールド信号SH1の関係例を示すタイミングチャートである。 図1のサンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示す回路図である。 図5のサンプルホールド信号生成部12の各構成要素の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 サンプルホールド信号生成部12における加算電圧Vxが可変である場合のモータ駆動装置1の構成例を示すブロック図である。 図7に示されたサンプルホールド信号生成部12の構成例を示す回路図である。 図1の位置検出部6のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。 図1の位置検出部6のサンプルホールド出力信号VcSH1と位置検出信号FGとの関係例を示すタイミングチャートである。 中性点電圧Vcを増幅する場合の位置検出部6の構成例を示す回路図である。 サンプルホールド出力信号VcSH1を増幅する場合の位置検出部6の構成例を示す回路図である。 誘起電圧のピーク位置を検出する場合の位置検出部6の構成例を示す回路図である。 フリーラン検出を用いるモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。 駆動信号生成部8の具体的な構成例を示すブロック図である。 (a)は、切替制御部61が出力する第1の切替制御信号CH1の変化を示すタイミングチャートであり、(b)は、第2の切替制御信号CH2の変化をタイミングチャートである。 強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行するまでの起動方法を説明するフローチャートである。 指令電圧生成部7の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2によるモータ駆動装置1の全体構成例を示す回路図である。 図19のサンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示す回路図である。 図20のサンプルホールド信号生成部12の各構成要素の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図19の位置検出部6のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態3によるモータ駆動装置71の全体構成例を示す回路図である。 図23のサンプルホールド信号生成部12の具体的な構成例を示すブロック図である。 図24のサンプルホールド信号生成部12の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。 第1の遅延時間s1および第2の遅延時間s2を可変にする場合のモータ駆動装置71の構成例を示すブロック図である。 図26に示されたサンプルホールド信号生成部12の構成例を示す回路図である。 電流PWMを用いたモータ駆動装置の構成例を示す回路図である。 従来のモータ駆動装置201の全体構成例を示す回路図である。 図29の従来のモータ駆動装置201の位置検出部206のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

1 モータ駆動装置
2 モータ
3 電源
4 モータ駆動部
5 電流検出部
6 位置検出部
7 指令電圧生成部
8 駆動信号生成部
9 制御部
10 誤差増幅部
11 三角波発生部
12 サンプルホールド信号生成部
21〜26 パワートランジスタ
d21〜d26 パワーダイオード
31 サンプルホールド回路
32 ローパスフィルタ
33 比較器
34 スイッチ
35 コンデンサ

Claims (25)

  1. 多相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
    高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、
    前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、
    前記中性点電圧信号の電圧が所定の第1の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と、
    周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成部と、
    前記周期信号を用いて前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と
    を備えるモータ駆動装置。
  2. 前記周期信号は正弦波信号であることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記中性点電圧検出部は、さらに、フィルタを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記電圧タイミング検出部は、前記中性点電圧信号の電圧と前記第1の電圧とを比較する比較部を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  5. 前記中性点電圧検出部は、さらに、フィルタを備え、
    前記電圧タイミング検出部は、さらに、
    前記フィルタの出力信号の変化率を検出し、変化率信号を生成する変化率検出部と、
    前記変化率信号の電圧と所定の第2の電圧とを比較する比較部と
    を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ駆動装置。
  6. 前記中性点電圧検出部は、さらに、増幅部を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  7. 前記中性点電圧検出部は、前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  8. 前記中性点電圧検出部は、さらに、搬送波を生成する搬送波生成部を備え、
    前記周期信号生成部は、各相に対応する周期信号を生成し、
    前記駆動信号生成部は、前記各相に対応する周期信号を前記搬送波で変調することにより、前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、
    前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記各相に対応する全ての周期信号の電圧よりも大きい期間に含まれる前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動装置。
  9. 前記中性点電圧検出部は、さらに、
    前記並列回路に流れる電流を検出し、電流検出信号を生成する電流検出部と、
    前記電流検出信号の電圧と所定の第3の電圧との差を増幅して、誤差増幅信号を生成する誤差増幅部と
    を備え、
    前記周期信号生成部は、前記誤差増幅信号の電圧に応じた振幅を有する前記各相に対応する周期信号を生成することを特徴とする請求項8に記載のモータ駆動装置。
  10. 前記周期信号生成部は、前記誤差増幅信号の電圧に等しい振幅を有する前記各相に対応する周期信号を生成し、
    前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記誤差増幅信号の電圧よりも大きい期間に含まれる前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動装置。
  11. 前記サンプルホールド回路は、さらに、前記誤差増幅信号の電圧に所定の正の電圧を加算して、加算電圧を生成する加算部を備え、
    前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記加算電圧よりも大きい期間に含まれる前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置。
  12. 前記サンプルホールド回路は、さらに、前記搬送波の位相を反転し、反転信号を生成する位相反転部を備え、
    前記サンプルホールド回路は、前記反転信号の電圧が前記加算電圧よりも大きい期間に含まれる前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項11に記載のモータ駆動装置。
  13. 前記サンプルホールド回路は、入力された前記高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子を駆動する駆動信号から前記高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンするオン期間を検出し、オン期間検出信号を生成する第1のオン期間検出回路を備えることを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動装置。
  14. 前記オン期間検出信号は、前記オン期間か否かに応じてレベルが変化する2値の信号であり、 前記サンプルホールド回路は、さらに、
    前記オン期間検出信号を所定の第1の遅延時間だけ遅延させ、第1の遅延信号を生成する第1の遅延回路と、
    前記第1の遅延信号を所定の第2の遅延時間だけ遅延させ、第2の遅延信号を生成する第2の遅延回路と、
    前記第1及び第2の各遅延信号を用いて、前記第1の遅延信号における所定のレベル変化からの前記第2の遅延時間を前記第1の期間として検出する第2のオン期間検出回路と
    を備えることを特徴とする請求項13に記載のモータ駆動装置。
  15. さらに、
    前記並列回路に流れる電流の値を検出し、電流検出信号を生成する電流検出部と、
    所定の発振周波数で発振する発振部と
    を備え、
    前記周期信号生成部は、各相に対応する周期信号を生成し、
    前記各相に対応する周期信号は、その相に対応する前記直列回路の高電位側又は低電位側のスイッチング素子に流れる電流の最大値を示し、
    前記駆動信号生成部は、前記並列回路に前記最大値よりも大きい電流が流れると、その電流が流れているスイッチング素子をオフする一方、オフしたスイッチング素子を前記発振周波数に同期したタイミングで再びオンすることにより、そのスイッチング素子のオンオフを繰り返すように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  16. 前記中性点電圧検出部は、前記第1の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える請求項15に記載のモータ駆動装置。
  17. さらに、前記モータ駆動部における全ての各スイッチング素子がオフされるフリーラン期間に、少なくとも1つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点に現れる誘起電圧のゼロクロス点のタイミングを検出し、ゼロクロスタイミング信号を生成するゼロクロスタイミング信号生成部を備え、
    前記周期信号生成部は、前記電圧タイミング信号及び前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記周期信号の位相を制御することを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  18. 前記ゼロクロスタイミング信号生成部は、前記フリーラン期間に、少なくとも1つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点の電圧と前記中性点の電圧とが一致するタイミングを検出し、前記ゼロクロスタイミング信号を生成することを特徴とする請求項17に記載のモータ駆動装置。
  19. 前記駆動信号生成部は、
    周期が一定若しくは周期が所定の変化率で変化する強制周期信号を出力する強制周期信号出力部と、
    前記周期信号生成部によって生成された周期信号と前記強制周期信号のいずれか一方を選択して出力する第1の選択部と、
    前記第1の選択部から出力された前記周期信号又は前記強制周期信号を前記搬送波で変調することにより、前記モータ駆動部の各スイッチング素子を駆動する第1の駆動信号を生成して出力する第1の駆動信号出力部と、
    前記モータ駆動部の全てのスイッチング素子をオフさせる第2の駆動信号を出力する第2の駆動信号出力部と、
    前記第1及び第2の各駆動信号出力部のいずれか一方の出力信号を選択して出力する第2の選択部と、
    前記第1及び第2の各選択部の選択動作を制御する選択制御部と
    を備えることを特徴とする請求項17又は18に記載のモータ駆動装置。
  20. 前記選択制御部は、前記第1及び第2の各選択部の選択動作を、起動してからの経過時間に応じて制御することを特徴とする請求項19に記載のモータ駆動装置。
  21. 前記選択制御部は、前記第1及び第2の各選択部の選択動作を、前記多相モータの回転速度に応じて制御することを特徴とする請求項19に記載のモータ駆動装置。
  22. 多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、前記多相モータのロータ磁極位置を検出するロータ磁極位置検出装置であって、
    高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、
    前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、
    前記中性点電圧信号の電圧が前記所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と
    を備えるロータ磁極位置検出装置。
  23. 多相モータを駆動するモータ駆動方法であって、
    前記多相モータは、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を有するモータ駆動部を備え、
    前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出ステップと、
    前記中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出ステップと、
    周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成ステップと、
    前記周期信号を用いて前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと
    を含むモータ駆動方法。
  24. さらに、前記中性点電圧検出ステップの前に、
    前記並列回路における各スイッチング素子を強制的に駆動する強制駆動ステップと、
    前記並列回路における全てのスイッチング素子をオフするオフステップと、
    前記スイッチング素子をオフしている間に、少なくとも1つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点に現れる誘起電圧のゼロクロス点のタイミングを検出し、ゼロクロスタイミング信号を生成するゼロクロスタイミング信号生成ステップと
    を含み、
    前記周期信号生成ステップにおいて、前記電圧タイミング信号及び前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記周期信号の位相が制御されることを特徴とする請求項23に記載のモータ駆動方法。
  25. 前記ゼロクロスタイミング信号生成ステップにおいて、前記スイッチング素子をオフしている間に、少なくとも1つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点の電圧と前記中性点の電圧とが一致するタイミングを検出し、前記ゼロクロスタイミング信号を生成することを特徴とする請求項24に記載のモータ駆動方法。
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