JP2008048506A - センサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音、低振動で迅速な起動を可能とする。
【解決手段】フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性にしたがって固定子巻線５２ａ〜５２ｃの励磁切り換えが行われる起動のためのセンサレス運転（図５のステップＳ１２２〜Ｓ１３０の処理）が行われ、ロータ５３の回転が安定状態となったと判定されると（図５のステップＳ１２８参照）、通常運転状態としてのセンサレス運転（図５のステップＳ１３２〜Ｓ１４０の処理）が行われるようになっており、ここでは、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力位相に対して位相補償が行われ、位相補償後の位相が９０度となるようにして励磁切り換えが行われるものとなっている。
【選択図】図５

Description

本発明は、センサレス・ブラシレスモータに係り、特に、起動の迅速性、静粛性、安定性等の向上を図ったものに関する。

従来、センサレス・ブラシレスモータの起動制御方法としては、例えば、固定子巻線に生ずる誘起電圧が、基準電位（例えば、接地電位等）を過ぎる点を検出する位置検出回路の検出信号に基づいて固定子巻線への励磁を行い回転を制御するセンサレス運転に至る前、換言すれば、閉ループ運転に至る前に、いわゆる同期運転、換言すれば、開ループ運転を所定時間、又は、所定回転数行った後に、センサレス運転へ移行する方法などが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

特許第２６８２１６４号公報（第３−４頁、図１−図６）

しかしながら、上述のような従来の起動制御方法にあっては、ロータ位置が確定されていない状態で回転磁界を発生させて強制的にロータの回転を促すために、正常な回転となるまでの間、ロータの摺動部分などから音を発生し、騒音の原因となるだけでなく、その音の発生に伴う振動を発生し、特に、静粛性が要求されるような用途においては、同期運転中におけるこのような騒音、振動発生を抑圧するための何らかの工夫が別途必要となるという問題がある。さらに、本来のセンサレス運転状態に至る前に必ず同期運転状態を経る必要があるために、起動から定常運転状態、すなわち、センサレス運転に至るまでに時間を要し、迅速な起動ができないという欠点がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、低騒音、低振動の起動を可能とするセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置を提供するものである。
本発明の他の目的は、迅速な起動が可能なセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法及びその装置を提供することにある。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法は、
非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧に基づいてロータの位置を判定し、当該判定結果に基づいて前記固定子巻線への励磁タイミングを制御するよう構成されてなるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法であって、
非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧をローパスフィルタ回路を介して検出し、起動の際には、前記ローパスフィルタ回路の位相特性にしたがって固定子巻線の励磁切り換えを行い、回転状態が安定したと判定された後は、前記ローパスフィルタ回路の出力信号の位相に対して位相補償を施し、位相補償後の位相が９０度に保たれるように前記固定子巻線への励磁の切り換えを行うよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置は、
非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧に基づいてロータの位置を判定し、当該判定結果に基づいて前記固定子巻線への励磁タイミングを制御してロータを回転せしめるセンサレス運転がなされるよう構成されてなるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置であって、
当該駆動制御装置は、
外部からの制御信号に応じて固定子巻線への励磁の切り換えを行う駆動回路と、
非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧信号に対して所定の低周波数域の信号を通過せしめると共に、当該通過信号が所定レベル以上の場合に論理値Ｈｉｇｈに相当する信号を出力するよう構成されてなる位置検出回路と、
前記位置検出回路と外部から入力される所望回転数に基づいて前記駆動回路を介して前記固定子巻線の励磁切り換えを行う制御部と、を具備してなり、
前記制御部は、
起動の際には、前記位置検出回路における入力信号に対する出力信号の位相特性にしたがって固定子巻線の励磁切り換えを行い、回転状態が安定したと判定された後は、前記位置検出回路における入力信号に対する出力信号の位相に対して位相補償を施し、位相補償後の位相が９０度に保たれるように前記固定子巻線への励磁の切り換えを行うよう構成されてなるものである。

本発明によれば、起動時には、フィルタ回路の位相特性にしたがって、励磁切り換えを行い、安定回転に達した後は、フィルタ回路の出力信号の位相に対して位相補償を施し、位相補償後の位相が９０度に保たれるように励磁の切り換えを行うようにしたので、従来と異なり、センサレス運転に入る前の同期運転を行うことなく起動直後からセンサレス運転を開始することができ、しかも、安定した加速運転が可能となるので、従来に比して迅速で、安定、確実な起動を確保することができると共に、従来のような同期回転に起因する騒音、振動の発生がなく、静粛性を向上することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、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方法が実行される駆動制御装置（以下、「本装置」と称する）の一構成例について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

本装置Ｓは、制御部（図１においては「ＣＰＵ」と表記）１０１と、駆動回路（図１においては、「ＤＲＶ」と表記）１０２と、位置検出回路（図１においては「ＳＥＮＳ」と表記）１０３とに大別されて構成されたものとなっている。

本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ５１は、公知・周知の構成を有してなるいわゆるセンサレス・ブラシレスモータであり、例えば、車両用空調装置における送風機の送風ファン（図示せず）の回転駆動などに用いられるものである。本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ５１は、３相励磁となっており、固定子巻線５２ａ〜５２ｃと、周方向に着磁された永久磁石を用いてなる永久磁石ロータ（以下「ロータ」と称する）５３を有して構成されたものとなっている。

位置検出回路１０３は、ロータ５３の回転位置検出のための従来のセンサの機能を果たすもので、ブラシレスモータ５１の固定子巻線５２ａ〜５２ｃに誘起される電圧を検出し、制御部１０１へ適宜なレベルで入力するよう構成されたものである。
制御部１０１は、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを用いてなるものであり、マイクロコンピュータ内の図示されない記憶領域又は記憶素子にブラシレスモータ５１の駆動制御を行うための数々のプログラムが記憶されており、適宜それらが実行されるようになっている。

具体的には、制御部１０１は、位置検出回路１０３からの検出信号に基づいてロータ５３位置を判定すると共に、判定されたロータ位置と、外部から入力される所望回転数信号とに基づいて、ブラシレスモータ５１の固定子巻線５２ａ〜５２ｃへの駆動パルス信号を出力する駆動回路１０２に対する制御信号を生成、出力するようになっている。なお、制御部１０１による駆動回路１０２を介してのブラシレスモータ５１の駆動制御は、具体的には、公知・周知のいわゆるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御となっており、所望する回転数に応じて駆動回路１０２から出力される駆動パルス信号のデューティを決定し、位置検出回路１０３からの検出信号に応じて、駆動パルス信号の切り換えタイミングを制御して固定子巻線５２ａ〜５２ｃへの通電制御を行うものとなっている。なお、本発明の実施の形態において、駆動パルス信号の「デューティ」は、駆動パルス信号の繰り返し周期に対する駆動パルス信号が論理値Ｈｉｇｈとなる時間の割合を百分率で表したものである。
また、駆動回路１０２の終段部分は、公知・周知のスイッチング回路が構成されており、車両用バッテリ１の電圧値の駆動パルス信号が固定子巻線５２ａ〜５２へ印加されるようになっている。

図２には、位置検出回路１０３の具体回路構成例が示されており、以下、この具体回路構成例について、同図を参照しつつ説明する。
この位置検出回路１０３は、固定子巻線５２ａ〜５２ｃに対応して設けられた３つのコンパレータ４１ａ〜４１ｃと、それぞれのコンパレータ４１ａ〜４１ｃの前段に形成されたフィルタ回路４０ａ〜４０ｃとを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
コンパレータ４１ａ〜４１ｃのそれぞれの前段に設けられたフィルタ回路４０ａ〜４０ｃは、いずれも基本的に同一の構成を有してなるローパスフィルタで、その構成自体は公知・周知の構成のものであるので、ここでは、以下に構成要素を示すに留め、その詳細な構成の説明については省略することとする。

まず、第１のフィルタ回路４０ａは、抵抗器１ａ，２ａとコンデンサ４ａとにより積分回路が構成されており、第２のフィルタ回路４０ｂは、抵抗器１ｂ，２ｂとコンデンサ４ｂとにより積分回路が構成されており、第３のフィルタ回路４０ｃは、抵抗器１ｃ，２ｃとコンデンサ４ｃとにより積分回路が構成されたものとなっている。
なお、この構成例においては、第１のフィルタ回路４０ａには、Ｕ相となる固定子巻線５２ａの誘起電圧が、第２のフィルタ回路４０ｂにはＶ相となる固定子巻線５２ｂの誘起電圧が、第３のフィルタ回路４０ｃにはＷ相となる固定子巻線５２ｃの誘起電圧が、それぞれ印加されるようになっている。

かかる第１乃至第３のフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの通過域は、入力信号の繰り返し周波数を十分通過可能とするに適した範囲に設定されるべきものである。
すなわち、第１乃至第３のフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの通過域は、非励磁の固定子巻線５２ａ〜５２ｃに誘起され、この第１乃至第３のフィルタ回路４０ａ〜４０ｃへ入力される電圧の繰り返し周波数に応じて設定されるべきものであるが、この入力電圧の周波数は、ロータ５３の回転数に応じて変化するものであるので、ロータ５３の最大回転数に応じた周波数以下の信号を通過可能に設定するのが好適である。なお、具体的に如何なる通過域のローパスフィルタとなるかは、個々のブラシレスモータの最大回転数によって異なるものであるので、ここで特定の通過範囲に限定される必要はないものである。

そして、それぞれのフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力側、すなわち、第１のフィルタ回路４０ａにあっては、抵抗器１ａ，２ａとコンデンサ４ａとの相互の接続点、第２のフィルタ回路４０ｂにあっては、抵抗器１ｂ，２ｂとコンデンサ４ｂとの相互の接続点、第３のフィルタ回路４０ｃにあっては、抵抗器１ｃ，２ｃとコンデンサ４ｃとの相互の接続点が、それぞれ対応するコンパレータ４１ａ〜４１ｃの非反転入力端子に接続されたものとなっている。
また、各々のコンパレータ４１ａ〜４１ｃの反転入力端子と非反転入力端子との間には、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの比較動作における基準電圧を設定するための抵抗器３ａ、３ｂ、３ｃがそれぞれ接続されると共に、各コンパレータ４１ａ〜４１ｃの反転入力端子は相互に接続されて、同一電位に維持されるようになっている。このため、コンパレータ４１ａ〜４１ｃにより、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力電圧が基準電圧（例えば、零電位）を過ぎる点（零クロス点）の検出ができるようになっている。

ここで、位置検出回路１０３に入力される誘起電圧と位置検出回路１０３の出力信号との関係について、より具体的に図３を参照しつつ説明することとする
図３（Ａ）は、駆動パルス信号が印加されていない固定子巻線５２ａ〜５２ｂにおいて、ロータ５３の磁界が過ぎることで発生する誘起電圧（相誘起電圧）の例を示すもので、同図において、ＥUは、固定子巻線５２ａにおける誘起電圧を、ＥVは、固定子巻線５２bにおける誘起電圧を、ＥWは、固定子巻線５２cにおける誘起電圧を、それぞれ示している。

この誘起電圧が中点電位を過ぎる点、換言すれば、正極から負極へ変化する点、又は、逆に負極から正極に変化する点（例えば、図３（Ａ）のＡ点参照）は、ロータ５３の周方向に着磁された磁極の境界部分が固定子巻線５２ａ〜５２ｃを過ぎる結果生ずるものとなっている。したがって、この点を検出することでロータ５３の位置検出が可能となる。

一方、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃは、遅延特性を有しており、その遅延量（位相量）は、入力信号の繰り返し周期、換言すれば、ブラシレスモータ５１の回転速度の増大に伴い大きくなり、９０度に漸近する特性となっている。例えば、図７には、本発明の実施の形態におけるロータ回転数に対するフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性の例が実線の特性線で示されている。
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された誘起電圧が入力された場合のフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号を示すもので、各出力信号は、入力信号に対して位相遅れΦｓを有して出力されることが示されている。例えば、図３（Ａ）におけるＶ相の誘起電圧ＥVのＡ点は、図３（Ｂ）のＡ´点に対応し、同じく図３（Ａ）におけるＵ相の誘起電圧ＥUのＢ点は、Ｂ´点に対応している。

フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号は、それぞれ対応するコンパレータ４１ａ〜４１ｃにおける比較動作に供され、その結果、コンパレータ４１ａ〜４１ｃからは、図３（Ｃ）〜図３（Ｅ）に示されたように、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号が正極から負極へ変化しながら仮想中点電位を過ぎる時点で論理値ＬｏｗからＨｉｇｈとなる一方、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号が負極から正極へ変化しながら仮想中点電位を過ぎる時点で論理値ＬｏｗからＨｉｇｈとなる信号が出力されることとなる。

このコンパレータ４１ａ〜４１ｃの出力信号は、その立ち上がり、立ち下がりが誘起電圧の零クロス点に同期したものとなっており、この零クロス点は、先に述べたようにロータ５３の位置に対応して生ずるものであるので、制御部１０１においては、入力されたコンパレータ４１ａ〜４１ｃの出力信号の論理値ＬｏｗからＨｉｇｈへの立ち上がり、論理値ＨｉｇｈからＬｏｗへの立ち下がりを判断することで、ロータ位置の検出が可能となる。

次に、制御部１０１により実行される本発明の実施の形態における駆動制御処理の手順について、図４乃至図７を参照しつつ説明する。
本発明の実施の携帯における駆動制御は、従来のような同期運転を行わずに起動を行うようにしたもので、制御部１０１による処理が開始されると、まず、第１回目の相固定（以下「相固定１」と称する）と共に位置検出回路１０３の初期化が行われる（図４のステップＳ１００参照）。
相固定は、固定子巻線５２ａ〜５２ｃの内、予め定めた巻線を励磁状態に固定するもので、それによって、ロータ５３を対応する位置に固定させるため行うものである。

また、本発明の実施の形態における位置検出回路１０３は、先に説明したようにコンデンサを有する構成であるため、センサレス運転を開始するにあたっては、その入力電位を所定電位に初期化（換言すれば、位置検出回路１０３の出力電圧を所定電位に初期化）しておく必要があるが、上述のように相固定を行うことは、位置検出回路１０３の所定の入力端における入力電位の初期化を行うことになり、相固定は位置検出回路１０３の初期化を兼ねることとなる。

この相固定１及び相固定１に伴う位置検出回路１０３の初期化（以下「位置検出回路初期化１」と称する）は、予め設定された所定時間の間行われる（図４のステップＳ１０２参照）。そして、所定時間経過したと判定されると、次いで、同様にして相固定２及び相固定２に伴う位置検出回路１０３の初期化（以下「位置検出回路初期化２」と称する）が所定時間の間行われる（図４のステップＳ１０４，Ｓ１０６参照）。
この相固定２は、相固定１に次いで、固定子巻線５２ａ〜５２ｃの予め定められた相について励磁を固定状態とするものである。そして、相固定１で説明したように、この相固定２に伴って位置検出回路初期化２が行われることとなる。なお、ここで、相固定１を行う所定時間と、相固定２を行う所定時間は、同一であってもよく、また、それぞれ異なる時間であってもいずれでもよい。

そして、相固定２及び位置検出回路初期化２が所定時間行われたと判定されると（図４のステップＳ１０６参照）、スタート通電が開始され、同時に位置検出回路１０３による誘起電圧の検出が開始されることとなる（図４のステップＳ１０８参照）。
ここで、スタート通電は、これ以後、後述するセンサレス運転を開始する際の固定子巻線５２ａ〜５２ｃへ対する最初の通電をいう。
図６には、上述した相固定１、２及びスタート通電を経て後述するセンサレス通電に至るまでの間における、固定子巻線５２ａ〜５２ｃへの駆動パルス信号の状態、位置検出回路１０３の入力状態の変化の一例を示した説明図が示されており、以下、同図を参照しつつこの例について説明する。

同図において、左欄の「出力」の表記は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、すなわち、本発明の実施の形態においては、固定子巻線５２ａ、５２ｂ、５２ｃへ対する駆動回路１０２からの出力信号、換言すれば、駆動パルス信号を意味する。そして、その行方向には、先に述べた「相固定１」、「相固定２」及び「スタート通電」並びに、スタート通電を行った直後の「センサレス運転」の順で、それぞれにおける駆動パルス信号のレベルに対応する論理値が表示されている。なお、同図において、「Ｈ」は、論理値Ｈｉｇｈを、「Ｌ」は、論理値Ｌｏｗを、それぞれ意味するものとする。

また、本発明の実施の形態におけるセンサレス運転には、詳細は後述するが、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性に沿って行われる起動運転としてのセンサレス運転と、起動運転を終えて、通常の回転状態におけるセンサレス運転とがあり、図６においては、便宜的に、前者を「センサレス運転（Ａ）」と、後者を「センサレス運転（Ｂ）」と、それぞれ表記してある。

また、図６において、その左欄の「入力」の表記は、位置検出回路１０３の入力信号の意味である。本発明の実施の形態においては、先に位置検出回路１０３についての説明の箇所で説明したように、固定子巻線５２ａ〜５２ｃのＵ相、Ｖ相、Ｗ相における電圧がそれぞれ印加されるものとなっている。そして、同図においては、「入力」と表記されたその行方向には、「相固定１」、「相固定２」及び「スタート通電」並びに、スタート通電を行った直後の「センサレス運転」の順で、位置検出回路１０３への入力信号のレベルに対応する論理値が表示されている。

この図６に示された例では、相固定１においては、Ｖ相からＵ相へ励磁電流が流れるようにＶ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｕ相が論理値Ｌｏｗとされ、次いで、相固定２では、Ｗ相からＵ相へ励磁電流が流れるようにＷ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｕ相が論理値Ｌｏｗとされる。
一方、位置検出回路１０３の入力段は、上述した相固定１及び相固定２における固定子巻線５２ａ〜５２ｃの論理値と同一の論理値状態となる（図６参照）。

次に、スタート通電においては、Ｗ相からＶ相へ励磁電流が流れるようにＷ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｖ相が論理値Ｌｏｗとされ、その際、位置検出回路１０３においては、Ｗ相及びＶ相に対応する入力段は、それぞれＷ相、Ｖ相への駆動回路１０２からの出力レベルと同一の論理状態となる。そして、この場合、Ｕ相は非励磁相であるため、相固定２からスタート通電への励磁の変化に伴いロータ５３が回転をすることに対応して、ロータ５３が正常状態、すなわち、何らかの原因によりロックされたり、異物等の混入などにより円滑に回転しない状態などになければ、位置検出回路１０３のＵ相に対応する入力段にもその誘起電圧が印加されることとなる（図６において「誘起電圧」と表記された部分参照）。

ここで、再び図４の説明に戻れば、ステップＳ１０８において上述のようにスタート通電がなされることによって、位置検出回路１０３には固定子巻線５２ａ〜５２ｃからの誘導電圧が入力されることとなり、位置検出回路１０３による誘起電圧の検出が開始されることとなる。そして、制御部１０１において、位置検出回路１０３の信号変化が発生したか否か、すなわち、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの出力信号の変化が生じたか否かが判定されることとなる（図４のステップＳ１１０参照）。

そして、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの出力信号の変化が生じた（換言すれば、ロータ５３の回転に伴う固定巻線５２ａ〜５２ｃにおける誘起電圧の変化が生じた）と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１２０の処理へ進むこととなる（図４のステップＳ１１０参照）。一方、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの出力信号に変化無しと判定された場合（ＮＯの場合）には、次述するセンサレス運転（図４のステップＳ１２０参照）に移行する状態ではないとして、先のステップＳ１００へ戻り、一連の処理が繰り返されることとなる。

ステップＳ１２０においては、センサレス運転処理が行われることとなる。本発明の実施の形態におけるセンサレス運転処理は、サブルーチン処理となっており、図５には、その詳細な処理手順が示されており、以下、同図を参照しつつセンサレス運転処理に具体的な内容について説明する。
最初に、本発明の実施の形態におけるセンサレス運転処理を概括的に説明すれば、このセンサレス運転は、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性（以下、単に「フィルタ位相特性」と称する）に基づくセンサレス運転（図５のステップＳ１２２〜Ｓ１３０の処理）と、通常運転状態としてのセンサレス運転（図５のステップＳ１３２〜Ｓ１４０の処理）とに大別されるものとなっている。

フィルタ位相特性に基づくセンサレス運転は、モータの起動段階におけるセンサレス運転であり、先のスタート通電（図４のステップＳ１１８，Ｓ１１０参照）後から、ロータ５３の回転が安定回転領域となり、後述する通常運転（図５のステップＳ１３２〜Ｓ１４０の処理）におけるセンサレス運転状態となるまでの間の運転状態である。

センサレス運転処理が開始されると、モータが起動運転中か否かが判定される（図５のステップＳ１２２参照）。本発明の実施の形態においては、後述する通常の回転状態におけるセンサレス運転、すなわち、図５のステップＳ１３２〜Ｓ１４０が繰り返し実行される状態となるまでの間、換言すれば、図５のステップＳ１２２〜Ｓ１２８が繰り返し実行されている状態を起動運転中としている。
ステップＳ１２２において、起動運転中であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの信号変化が生じたか否かが判定され（図５のステップＳ１２４参照）、信号変化が生じたと判定されると、それに応じて固定子巻線５２ａ〜５２ｃへ対する励磁切り換えが行われることとなる（図５のステップＳ１２６参照）。

このステップＳ１２６における励磁切り換えは、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性に基づいて行われるものとなっている。
すなわち、この時点におけるフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号の位相量に相当する時間が決定され、その決定された時間経過後に、固定子巻線５２ａ〜５２ｃの励磁切り換えが行われるものとなっている。
ここで、位相量に相当する時間は、例えば、実験やシュミレーションにより得られたロータ５３の回転数に対するフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性データを基に、予め設定された演算式やテーブル等によって決定されるものとなっている。

図７には、本発明の実施の形態におけるロータ回転数に対するフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性及び、詳細は後述するが制御部１０１において求められる遅延時間（補償位相量）の特性変化が示されており、同図において、実線で示された特性線がロータ５３の回転数に対するフィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相特性例である。

ステップＳ１２６の励磁切り換えの時点は、ロータ５３の回転数が低く、回転状態が未だ不安定な状態にある。そのため、後述するような制御部１０１による位相補償を行うための位相量を決定できる状態にはなく、制御部１０１による位相補償を実行するには適さないため、この時点では、フィルタ位相特性に基づく励磁切り換えを行うようにしている。

次いで、ロータ５３の回転数が所定回転数以上となったか否かが判定される（図５のステップＳ１２８参照）。本発明の実施の形態においては、所定回転数を７５０ｒｐｍとしている。この所定回転数は、ロータ回転数が、起動運転中の状態を脱して、安定な回転状態、すなわち、後述するステップＳ１３２〜Ｓ１４０が繰り返し実行される回転状態か否かという観点から定められるものであるが、具体的には、個々のモータの最大回転数等の回転特性によって定められるもので、特定の値に限定されるものでは無い。

ステップＳ１２８において、ロータ回転数が７５０ｒｐｍ以上ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、一連の処理が終了され、一旦、先のメインフローへ戻り、再び、センサ運転処理が実行されることとなる（図４のステップＳ１２０参照）。
一方、ステップＳ１２８において、ロータ回転数が７５０ｒｐｍ以上であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、起動運転終了とされて（図５のステップＳ１３０参照）、一連の処理が終了されることとなり、一旦、先のメインフローへ戻り、再び、センサ運転処理が実行されることとなる（図４のステップＳ１２０参照）。

このように、先のスタート通電（図４のステップＳ１０８，Ｓ１１０参照）に続いて、フィルタ位相特性に沿ってセンサレス運転による起動が行われることで、固定子巻線５２ａ〜５２ｃへの駆動パルス信号の状態、位置検出回路１０３の入力状態の変化は次述するようになる。
すなわち、まず、例えば、スタート通電において、先に図６に示されたように、Ｗ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｖ相が論理値Ｌｏｗとされ、位置検出回路１０３において、Ｗ相及びＶ相に対応する入力段は、それぞれＷ相、Ｖ相への駆動回路１０２からの出力レベルと同一の論理状態が検出され、位置検出回路１０３のＵ相に対応する入力段には誘起電圧が検出された場合、それに続くフィルタ位相特性に沿ったセンサレス起動運転においては、Ｕ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｖ相が論理値Ｌｏｗとされ、位置検出回路１０３において、Ｕ相及びＶ相に対応する入力段は、それぞれＵ相、Ｖ相への駆動回路１０２からの出力レベルと同一の論理状態が検出され、位置検出回路１０３のＷ相に対応する入力段には誘起電圧が検出されることとなる（図６において、「センサレス運転（Ａ）」の欄の（１）の箇所参照）。そして、励磁切り換え（図５のステップＳ１２６参照）が行われることによって、Ｕ相が論理値Ｈｉｇｈ、Ｗ相が論理値Ｌｏｗとされ、位置検出回路１０３において、Ｕ相及びＷ相に対応する入力段は、それぞれＵ相、Ｖ相への駆動回路１０２からの出力レベルと同一の論理状態が検出され、位置検出回路１０３のＶ相に対応する入力段には誘起電圧が検出されることとなる（図６において、「センサレス運転（Ａ）」の欄の（２）の箇所参照）。このようにして、以下、順次、フィルタ位相特性に沿ったセンサレス運転により、励磁切り換えがなされてゆくこととなる。

一方、先のステップＳ１２２において、起動運転中ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、起動運転が終了し通常運転状態にあるとして、コンパレータ４１ａ〜４１ｃの信号変化が生じたか否かが判定され（図５のステップＳ１３２参照）、信号変化が生じたと判定されると、遅延時間が決定されることとなる（図５のステップＳ１３４参照）。
ここで、本発明の実施の形態においては、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの出力信号の位相、換言すれば、入力信号に対する出力信号の遅れに対して、制御部１０１において位相補償、すなわち、換言すれば、遅延時間の補償を行い、位相補償後の位相（先に図３を用いて説明した位相遅れΦsに相当）が９０度となるようにしている。ステップＳ１３４における遅延時間は、この制御部１０１により決定され、補償される位相補償量、換言すれば、遅延時間である。

本発明の実施の形態においては、この制御部１０１による位相補償量は、フィルタ位相特性（図７の実線の特性線参照）に対応して、図７において、二点鎖線で示されたように、回転数の増加に応じて漸減するものとなっている。すなわち、制御部１０１による位相補償量は、フィルタ回路４０ａ〜４０ｃの位相量との和が９０度（図７の点線の特性線参照）となるように定められるものとなっている。

上述のようにして位相補償量、すなわち、遅延時間が決定された後は、この遅延時間をタイマ時間としてタイマが始動される（図５のステップＳ１３６参照）。
そして、タイマ時間が経過したと判定されると（図５のステップＳ１３８参照）、固定子巻線５２ａ〜５２ｃへ対する励磁切り換えが行われ、一連の処理が終了されることとなり、一旦、先のメインフローへ戻り、再び、センサ運転処理が実行されることとなる（図４のステップＳ１２０参照）。

このように、フィルタ位相特性に沿ったセンサレス運転による起動運転を終えた後のセンサレス運転においては、位相補償後のＵ相〜Ｗ相の位相が９０度に保たれつつ、励磁切り換えが行われることとなる。なお、図６においては、フィルタ位相特性に沿ったセンサレス運転による起動運転を終えた後のセンサレス運転（図６の「センサレス運転（Ｂ）」の欄）における出力及び入力の各相の信号状態についての具体的な記述は省略してある。センサレス運転（Ｂ）において、如何なる信号状態から始まるかは、その直前のセンサレス運転（Ａ）における各相の信号状態に依存し、それは、具体的な運転状態によって種々異なるからである。

本発明の実施の形態におけるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置の一構成例を示す構成図である。 図１に示されたブラシレスモータの駆動制御装置に用いられる位置検出回路の一回路構成例を示す回路図である。 位置検出回路に入力される誘起電圧と位置検出回路の出力信号との関係を概略的に示す概略波形図であって、図３（Ａ）は、固定子巻線における誘起電圧の例を示す概略波形図、図３（Ｂ）は、フィルタ回路の概略出力波形を示す概略波形図、図３（Ｃ）は、フィルタ回路を介してＵ相の誘起電圧が印加されるコンパレータの概略出力波形を示す概略波形図、図３（Ｄ）は、フィルタ回路を介してＶ相の誘起電圧が印加されるコンパレータの概略出力波形を示す概略波形図、図３（Ｅ）は、フィルタ回路を介してＷ相の誘起電圧が印加されるコンパレータの概略出力波形を示す概略波形図である。 本発明の実施の形態におけるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法の処理手順を示すメインフローチャートである。 図４に示されたメインフローチャートにおけるステップＳ１２０のセンサレス運転処理の具体的な処理手順を示すサブルーチンフローチャートである。 本発明の実施の形態における駆動制御方法を実行した際の駆動パルス信号の出力状態と位置検出信号回路の入力状態を説明する説明図である。 本発明の実施の形態におけるロータ回転数に対するフィルタ回路の位相特性及び制御部において求められる補償位相量特性の変化例を示した特性線図である。

符号の説明

４０ａ〜４０ｃ…フィルタ回路
５１…ブラシレスモータ
５２ａ〜５２ｃ…固定子巻線
５３…ロータ
１０１…制御部
１０２…駆動回路
１０３…位置検出回路

Claims (8)

1. 非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧に基づいてロータの位置を判定し、当該判定結果に基づいて前記固定子巻線への励磁タイミングを制御するよう構成されてなるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法であって、
   非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧をローパスフィルタ回路を介して検出し、起動の際には、前記ローパスフィルタ回路の位相特性にしたがって固定子巻線の励磁切り換えを行い、回転状態が安定したと判定された後は、前記ローパスフィルタ回路の出力信号の位相に対して位相補償を施し、位相補償後の位相が９０度に保たれるように前記固定子巻線への励磁の切り換えを行うことを特徴とするセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法。
2. ローパスフィルタ回路の位相特性にしたがった固定子巻線の励磁切り換えは、前記ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったと判定された際に、
   当該時点における前記ローパスフィルタ回路の出力信号の位相量に相当する時間経過後に、前記固定子巻線の励磁切り換えを行うことを特徴とする請求項１記載のセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法。
3. 回転状態が安定したと判定された後の、ローパスフィルタ回路の出力信号の位相に対する位相補償及び当該位相補償に基づく固定子巻線への励磁の切り換えは、ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったと判定された際に、当該時点におけるローパスフィルタ回路の出力信号の位相に対する位相補償量を決定し、当該時点から当該位相補償量に相当する時間経過後に、固定子巻線へ対する励磁の切り換えを行うことによってなされることを特徴とする請求項２記載のセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御方法。
4. ローパスフィルタ回路を介して検出される非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧に基づいてロータの位置を判定し、当該判定結果に基づいて前記固定子巻線への励磁タイミングを制御してロータを回転せしめるセンサレス運転がなされるよう構成されてなるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置において実行されるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御プログラムであって、
   前記ロータが、励磁された固定子巻線に対応して固定されるよう前記固定子巻線に対して予め定められた順で複数回の相固定励磁を行うステップと、
   回転開始のための最初の励磁を行うステップと、
   前記回転開始のための最初の励磁の後、当該励磁に応じて固定子巻線に生じた誘起電圧の所定レベル以上の変化が所定時間内に検出されたか否かを判定するステップと、
   前記ステップにおいて、固定子巻線に生じた誘起電圧の所定レベル以上の変化が所定時間内に検出されたと判定された場合に実行されるサブルーチンステップであって、ロータ回転数が所定回転数となるまでの起動のためのセンサレス運転の処理と、起動終了後の通常のセンサレス運転の処理とを行うよう構成されてなるサブルーチンステップを有し、
   前記起動のためのセンサレス運転の処理は、
   前記ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったか否かを判定するステップと、
   前記ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったと判定された場合、当該時点における前記ローパスフィルタ回路の出力信号の位相量に相当する時間経過後に、前記固定子巻線の励磁切り換えを行うステップと、
   ロータ回転数が所定以上となったか否かを判定し、所定以上となった判定された場合には、起動運転を終了として通常のセンサレス運転へ移行せしめる一方、所定以上ではないと判定された場合には、前記起動のためのセンサレス運転の一連の処理を繰り返し実行せしめるステップとを具備してなることを特徴とするセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御プログラム。
5. 起動終了後の通常のセンサレス運転の処理は、
   前記ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったか否かを判定するステップと、
   前記ローパスフィルタ回路の出力レベルが所定以上となったと判定された場合、当該時点における前記ローパスフィルタ回路の出力信号の位相に対して、位相補償後の位相が９０度となる位相補償量を決定し、当該時点から当該位相補償量に相当する時間経過後に、固定子巻線へ対する励磁の切り換えを行うステップと、
   を有してなることを特徴とする請求項４記載のセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御プログラム。
6. 非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧に基づいてロータの位置を判定し、当該判定結果に基づいて前記固定子巻線への励磁タイミングを制御してロータを回転せしめるセンサレス運転がなされるよう構成されてなるセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   当該駆動制御装置は、
   外部からの制御信号に応じて固定子巻線への励磁の切り換えを行う駆動回路と、
   非励磁状態の固定子巻線に誘起される電圧信号に対して所定の低周波数域の信号を通過せしめると共に、当該通過信号が所定レベル以上の場合に論理値Ｈｉｇｈに相当する信号を出力するよう構成されてなる位置検出回路と、
   前記位置検出回路と外部から入力される所望回転数に基づいて前記駆動回路を介して前記固定子巻線の励磁切り換えを行う制御部と、を具備してなり、
   前記制御部は、
   起動の際には、前記位置検出回路における入力信号に対する出力信号の位相特性にしたがって固定子巻線の励磁切り換えを行い、回転状態が安定したと判定された後は、前記位置検出回路における入力信号に対する出力信号の位相に対して位相補償を施し、位相補償後の位相が９０度に保たれるように前記固定子巻線への励磁の切り換えを行うよう構成されてなることを特徴とするセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置。
7. 位置検出回路における入力信号に対する出力信号の位相特性にしたがった固定子巻線の励磁切り換えは、前記位置検出回路の出力レベルが所定以上となったと判定された際に、当該時点における前記位置検出回路の出力信号の位相量に相当する時間経過後に、前記固定子巻線の励磁切り換えを行うことを特徴とする請求項６記載のセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置。
8. 回転状態が安定したと判定された後の、位置検出回路の出力信号の位相に対する位相補償及び当該位相補償に基づく固定子巻線への励磁の切り換えは、
   位置検出回路の出力レベルが所定以上となったと判定された際に、当該時点における位置検出回路の出力信号の位相に対する位相補償量を決定し、当該時点から当該位相補償量に相当する時間経過後に、固定子巻線へ対する励磁の切り換えを行うことによってなされることを特徴とする請求項７記載のセンサレス・ブラシレスモータの駆動制御装置。

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