JP2011125120A - ブラシレスモータの駆動装置、及びブラシレスモータのロータ停止位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる、ブラシレスモータの駆動装置、及びブラシレスモータのロータ停止位置検出方法を提供する。
【解決手段】本発明のブラシレスモータの駆動装置では、ブラシレスモータ１のロータ停止位置を検出するために、３相のいずれか２相の巻線を順番に選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンにより通電と通電停止とを行う場合に、通電停止の際に巻線に流れている電流を、直流電源４側に流すことなくインバータ３内のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）により還流させる。これにより、通電停止時に、直流電源４とインバータ３との間に挿入されたチョークコイルＬに電流を流さないようにし、インバータ３の入力電源電圧の変動を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、センサレス制御されるブラシレスモータの駆動装置、及びブラシレスモータのロータ停止位置検出方法に関する。

ロータが永久磁石を有するタイプのブラシレスモータにおいて、ロータの回転位置を検出する位置センサを設けずに位置センサレスで駆動制御が行われている。このセンサレス制御を行うブラシレスモータの駆動装置においては、モータを停止した状態から始動する際に、その始動特性を向上させるためにロータ停止位置を検出し、このロータ停止位置に応じた通電パターン（巻線の励磁パターン）を選択して駆動を行っている。

ロータの停止位置を検出する方法としては、３相のコイルに印加される電圧を検出し、電圧の立ち上がり時間の差からコイルのインダクタンスを検出して、永久磁石の磁極と対向しているコイルを判断することがあげられる（例えば、特許文献１参照）。
他のロータ停止位置の検出方法としては、ロータが動かない程度の短いパルス電流を１つのコイルから他の２つのコイルに同時に流して３相通電を行い、電流をオフしたときに２つのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を検出することでロータ停止位置を判定するものがある（例えば、特許文献２参照）。

以下、コイルのインダクタンスを検出してロータ停止位置を検出する具体的な例について説明する。この例では、巻線（コイル）が作る磁束の方向と、マグネットの磁束の方向が同方向のときにマグネットのコアの透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることに着目して停止位置を決定する。この場合、６つの停止位置判定用の通電パターンをロータが回転しない程度の時間だけ継続されるようにして３相のいずれか２相に通電する。

図７は、停止位置判定用の通電パターン（巻線の励磁パターン）の例を示す図である。
通電パターン＃１は、Ｕ相の巻線（以下、Ｕ相という）からＶ相の巻線（以下、Ｕ相という）に電流を流す。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の配置及びロータ４１の停止位置が図示する配置であった場合には、矢印に示すようにＵ相からロータ４１の永久磁石４２のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｖ相に向かう磁束が形成される。
通電パターン＃２は、Ｕ相からＷ相に電流を流す。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＵ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｗ相に向かう磁束が形成される。
通電パターン＃３は、Ｖ相からＷ相に電流を流す。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＶ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｗ相に向かう磁束が形成される。
通電パターン＃４は、Ｖ相からＵ相に電流を流す。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＶ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｕ相に向かう磁束が形成される。
通電パターン＃５は、Ｗ相からＵ相に電流を流す。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＷ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｕ相に向かう磁束が形成される。
通電パターン＃６は、Ｗ相からＶ相に電流を流す。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＷ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｖ相に向かう磁束が形成される。

このロータ４１の停止位置の検出においては、以下のステップ１〜６を１セットとする通電制御を行う。そして、各通電パターンによりモータ巻線に通電する場合は、巻線に流れる電流が規定電流（閾値となる電流値）に到達するまでの時間だけ通電を行い、巻線に流れる電流が規定電流（閾値となる電流値）に到達すると通電を停止するようにしている。従って、インダクタンス成分が大きいほど電流の立ち上がりが遅くなり、通電時間（通電パルス幅）が長くなる。逆に、インダクタンス成分が小さいほど電流の立ち上がりが早くなり、通電時間（通電パルス幅）が短くなる。

図８は、巻線への通電状態と通電パルス幅（パルス通電時間Ｔｃ）の例を模式的に示した図である。図８において、ステップ１は、通電パターン＃１（Ｕ→Ｖ通電）を選択して通電し、通電相の巻線に流れる電流が規定電流（閾値となる電流値）に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。同様にして、ステップ２では通電パターン＃２（Ｕ→Ｗ通電）が用いられ、規定電流に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。ステップ３では通電パターン＃３（Ｖ→Ｗ通電）で通電し、規定電流に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。
ステップ４では通電パターン＃４（Ｖ→Ｕ通電）で通電して、規定電流に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。ステップ５では通電パターン＃５（Ｗ→Ｕ通電）で通電し、規定電流に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。ステップ６では通電パターン＃６（Ｗ→Ｖ通電）で通電し、規定電流に到達するまでの通電時間Ｔｃを計測する。そして、規定電流に最も早く到達する通電相（電流の立ち上がり最も早い通電相）を検出することで、ロータ位置を推定する。図に示す例では、ステップ４におけるパターン＃４（Ｖ→Ｕ通電）が相当する。従って、図８に示す例では、ロータ４１のＳ極がＶ相巻線に対向し、Ｎ極がＵ相巻線に対向している状態と判定される。

特開２００４−４０９４３号公報 特開２００２−３３５６９１号公報

ところで、図８に示す各ステップにおいて、各通電パターンにより３相のうちのいずれか２相の巻線に通電を行う場合の電流の流れを、図９から図１１に示す。図９から図１１は、それぞれブラシレスモータのロータの停止位置を検出する際の電流の流れを示す模式図である。
図示するように、ブラシレスモータ１は、フライホイールダイオードを有する６個のＦＥＴのスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）からなるインバータ３により通電される。また、直流電源４の正極側（＋）とインバータの電源入力側（Ｐ）と結ぶ直流電源線にはチョークコイル（又はリアクトル）Ｌが挿入される。

このインバータ３において、例えば、図９（Ａ）（左上の図）に示すように、通電パターン＃１によりＵ、Ｖ相への通電を行う場合は、スイッチング素子Ｕ＋とスイッチング素子Ｖ−とをＯＮ（他はすべてＯＦＦ）にすることにより、「直流電源４→チョークコイルＬ→スイッチング素子Ｕ＋→Ｕ相巻線→Ｖ相巻線→スイッチング素子Ｖ−→直流電源４」のルートで電流が流れる。そして、この電流が所定の値（閾値）に到達した場合に、全てのスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）をＯＦＦ（全相ＯＦＦ）にする。

通電パターン＃１による通電終了後、スイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を全相ＯＦＦにした場合は、図９（Ｂ）（右上の図）に示すように、今までＵ、Ｖ相に流れていた電流に応じて、Ｕ、Ｖ相の自己誘導作用により起電力が発生し、直流電源４側への放電電流が生じる。この放電電流は「Ｖ相巻線→スイッチング素子Ｖ＋（フライホイールダイオード）→チョークコイルＬ→直流電源４→スイッチング素子Ｕ−（フライホイールダイオード）→Ｕ相巻線」のルートで流れる。このため、チョークコイルＬに放電電流が流れることにより、磁気エネルギーが蓄積され、チョークコイルＬの端子電圧ＶＬが上昇することになる。

通電パターン＃１による通電が終了すると、所定の待機時間の後に、通電パターン＃２によりＵ、Ｗ相への通電が行われる。この通電パターン＃２による電流のルートを図９（Ｃ）（左下の図）に示す。また、通電パターン＃２による通電終了後、スイッチング素子が全相ＯＦＦされた場合の電流ルートを図９（Ｄ）（右下の図）に示す。図に示すように、通電パターン＃２による通電終了後においても、チョークコイルＬに放電電流が流れることにより、磁気エネルギーが蓄積され、チョークコイルＬの端子電圧ＶＬが上昇する。

同様にして、図１０には、通電パターン＃３および＃４の通電パターンによる通電、及び通電終了後の放電電流の電流ルートを示し、図１１には、通電パターン＃５および＃６の通電パターンによる通電時の電流ルート、及び通電終了後の放電電流の電流ルートを示している。図１０及び図１１に示すように、いずれのパターンの通電停止時においても、スイッチング素子を全相ＯＦＦするとブラシレスモータ１側から直流電源４に放電電流が流れ、この放電電流によりチョークコイルＬに磁気エネルギーが蓄積され、チョークコイルＬのインバータ３側の端子電圧ＶＬが上昇する。すなわち、インバータ３に入力される電源電圧が上昇することになる。

次に、停止位置の検出における電圧及び電流の変化について説明する。図１２は、ロータの停止位置を検出する際の各相における電圧と電流との波形の一例を示す図である。同図において、横軸が時間を示し、縦軸がインバータ３の電源電圧（チョークコイルＬの端子電圧ＶＬ）と、相電流とを示している。
図１２（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ある通電パターンにより巻線が通電開始され、相電流が所定の閾値に到達して通電が終了し、スイッチング素子が全相ＯＦＦされると、電源電圧（チョークコイルＬの端子電圧ＶＬ）はチョークコイルＬに磁気エネルギーが蓄積されることにより、電圧ΔＶだけ上昇することになる。時刻ｔ２における次の通電パターンの通電停止時においても同様である。
従って、図１２（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１からｔ６において、通電パターン＃１から＃６による巻線への通電と通電停止とを繰り返すと、電源電圧が次第に上昇する現象が発生する。図に示す例では、電源電圧Ｖは、通電開始前は１０Ｖであり、最後の通電パターンによる通電停止時には１４Ｖ程度まで上昇する。

前述したように、ロータ停止位置の検出処理においては、インダクタンスを検出するために、通電時の相電流が所定の電流値（閾値）まで到達する時間（通電パルス幅）を計測している。このため、電源電圧が上昇すると、相電流の立ち上がり早くなり、通電パルス幅が短くなってしまう。図に示す例では、本来は時刻ｔ１における通電パターンにおいて電流の立ち上がりが最も早く、通電パルス幅が最短となるべきものである。しかしながら、時刻ｔ６においては電源電圧が上昇した状態で通電しているため、時刻ｔ６において電流の立ち上がりが最も早くなり最短の通電パルス幅となってしまう。このため、ロータ停止位置の誤検出が生じることになる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、ロータ停止位置を検出するために、複数の種類の通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れていた電流が直流電源側に流れることにより生じるインバータの入力電源電圧の変動を抑制でき、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる、ブラシレスモータの駆動装置、及びブラシレスモータのロータ停止位置検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係るブラシレスモータの駆動装置は、高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子を直列接続しブラシレスモータの各相の巻線に対応した直列回路を有し、各直列回路の両端が直流電源に接続され、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの各相の巻線に接続されたインバータと、予め定められた複数の通電パターンを順次用いて前記インバータの前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記ブラシレスモータの各相の巻線に通電を行う第１の制御と、前記直流電源から前記ブラシレスモータの各相の巻線への通電を停止させる際に前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて巻線の自己誘導により生じる電流を前記インバータにおいて該巻線に還流させる第２の制御とを交互に行う通電パルス生成部と前記通電パルス生成部の前記第１の制御により前記ブラシレスモータの各相の巻線に流れる電流を検出して前記ブラシレスモータのロータの位置を検出するロータ位置推定部とを備えることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置では、ブラシレスモータのロータ停止位置を検出するために、複数の通電パターンを用いてブラシレスモータの各巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、この通電停止の際に巻線に流れていた電流を、直流電源側に流すことなくインバータ内で還流させる。
これにより、ロータ停止位置を検出するために複数の種類の通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れていた電流が直流電源側に流れることにより生じるインバータの入力電源電圧の変動を抑制でき、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置であって、前記通電パルス生成部が、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を検出するために、前記ブラシレスモータの各相のうちのいずれか２相の巻線を順次選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンにより前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて該選択した巻線に通電し、前記選択した巻線への通電を停止する際に、前記選択した巻線に対応する直列回路の前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて、前記選択した巻線に流れる電流を還流させることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置では、ブラシレスモータが有する各相の巻線のうちいずれか２相の巻線を順番に選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れる電流を直流電源側に流すことなく、インバータ内のスイッチング素子を用いて還流させる。
これにより、通電停止の際に巻線に流れる電流をインバータ内で還流させることにより、巻線により消費させて、次回の通電の際のインバータの入力電源電圧の変動を抑制し、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置であって、前記インバータと前記直流電源との間に接続されたチョークコイルが設けられ、前記高電位側のスイッチング素子と、前記低電位側のスイッチング素子とそれぞれには並列にフライホイールダイオードが接続され、前記通電パルス生成部が、前記巻線への通電を停止する際に、前記高電位側のスイッチング素子の全てをオンにし、低電位側のスイッチング素子の全てをオフにする、或いは、高電位側のスイッチング素子の全てをオフにし、低電位側のスイッチング素子の全てをオンにすることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置では、ロータ停止位置の検出を行うために、ブラシレスモータが有する各相の巻線のうちいずれか２相の巻線を順番に選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンにより通電と通電停止を交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れている電流を直流電源側に流すことなくインバータ内で還流させ、直流電源とインバータとの間に挿入されたチョークコイルに電流を流さないようにする。
これにより、チョークコイルの自己誘導作用により発生する起電力の影響を受けてインバータの入力電源電圧の変動を抑制することができ、インバータの入力電源電圧の変動による巻線電流の立ち上がりの速さの変化をなくし、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる。

また、請求項４に係るブラシレスモータのロータ停止位置検出方法は、高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子を直列接続しブラシレスモータの各相の巻線に対応した直列回路を有し、各直列回路の両端が直流電源に接続され、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの各相の巻線に接続されたインバータを備えるブラシレスモータの駆動装置におけるブラシレスモータのロータ停止位置検出方法であって、予め定められた複数の通電パターンを順次用いて前記インバータの前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記ブラシレスモータの各相の巻線に順次通電を行う第１の制御と、前記直流電源から前記ブラシレスモータの各相の巻線への通電を停止させる際に前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて巻線の自己誘導により生じる電流を前記インバータにおいて該巻線に還流させる第２の制御とを交互に行う通電過程と、前記通電過程の第１の制御における前記ブラシレスモータの各相の巻線に流れる電流を検出して前記ブラシレスモータのロータの位置を検出するロータ位置推定過程とを備えることを特徴とする。
これにより、ロータ停止位置を検出するために複数の種類の通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れていた電流が直流電源側に流れることにより生じるインバータの入力電源電圧の変動を抑制でき、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる。

本発明のブラシレスモータの駆動装置では、ブラシレスモータのロータ停止位置を検出するために、複数の種類の通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、この通電停止の際に巻線に流れていた電流を、直流電源側に流すことなくインバータ内で還流させる。
これにより、ロータ停止位置を検出するために複数の種類の通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返す場合において、通電停止の際に巻線に流れていた電流が直流電源側に流れることにより生じるインバータの入力電源電圧の変動を抑制し、ロータ停止位置の検出精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置の構成を示す図である。 本実施形態における通電停止時のＯＦＦパターンの例を示す図である。 本実施形態における通電パターン＃１及び＃２における電流の流れを示す図である。 本実施形態における通電パターン＃３及び＃４における電流の流れを示す図である。 本実施形態における通電パターン＃５及び＃６における電流の流れを示す図である。 本実施形態における効果を示す波形図である。 本実施形態における停止位置判定用の通電パターン（巻線の励磁パターン）の例を示す図である。 本実施形態における巻線への通電状態と通電パルス幅（パルス通電時間Ｔｃ）の例を模式的に示した図である。 従来の通電パターン＃１及び＃２における電流の流れを示す図である。 従来の通電パターン＃３及び＃４における電流の流れを示す図である。 従来の通電パターン＃５及び＃６における電流の流れを示す図である。 ロータの停止位置を検出する際の各相における電圧と電流との波形の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、ブラシレスモータが、３相ブラシレスモータの場合について説明する。
図１は、本実施形態のブラシレスモータ１の駆動装置２の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、ブラシレスモータシステムは、ブラシレスモータ１と、ブラシレスモータ１の回転駆動を制御する駆動装置２とを有する。
ブラシレスモータ１は、永久磁石を有するロータとステータを有し、ステータには３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の巻線（コイル）が周方向に順番に巻装されている。各相の巻線は、一端が共通接続され、他端が駆動装置２に接続された星型結線されている。なお、このブラシレスモータシステムは、ロータ位置を検出するセンサを有しないセンサレスタイプのシステムである。

駆動装置２は、マイコン（マイクロコントローラ等）などから構成される制御装置２１と、制御装置２１とインバータ３の間に、Ｈｉ側プリドライバ１１及びＬｏ側プリドライバ１２と、電流検出回路１３とが設けられている。
インバータ３は、フライホイールダイオードを有する６個のＦＥＴ等のスイッチング素子を直流電源４の正負両端子間に２個ずつブリッジ接続して構成される回路であって、直流電源４から供給された直流電圧を制御装置２１から入力されるパルス幅変調信号（駆動信号）に基づく交流電圧に変換し、ブラシレスモータ１の各相に印加する。具体的には、２つのスイッチング素子を直列に接続した直列回路が、ブラシレスモータ１の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の巻線に対応して設けられ、直流電源４の正負両端子間に３つ並列に接続されている。また、直列回路におけるスイッチング素子の接続点が対応する巻線の他端に接続されている。
なお、インバータ３とグランドレベルの間には、シャント抵抗３Ａが設けられている。シャント抵抗３Ａを用いてインバータ３に流れる電流、つまりブラシレスモータ１に入力される電流は、電流検出回路１３を用いて検出される。

また、直流電源（バッテリ）４の正極側端子Ｂ＋とインバータ３の電源入力端子Ｐとの間には、交流成分や高周波分のフィルタとなるチョークコイルＬが挿入されている。このチョークコイルＬは、直流電源４からインバータ３側に瞬時的な過電流（突入電流）が流れことを抑制するとともに、インバータ３のスイッチング動作により発生するノイズ電流成分が直流電源４側に流れることを防いでいる。また、チョークコイルＬ及びインバータ３の電源入力端子Ｐを接続する直流電源線ＤＣＬと、グランドレベルとの間には、過電圧抑制用のＺＮＲ（酸化亜鉛バリスタ）及びコンデンサＣが挿入されている。ＺＮＲはインバータ３のスイッチング動作により直流電源線ＤＣＬに過電圧が発生すること防いでいる。また、コンデンサＣは、インバータ３側から発生する高周波ノイズを吸収する。

制御装置２１は、通電制御部３１と、通電パルス幅検出部２３と、ロータ位置推定部２４とを備えている。通電制御部３１は、ブラシレスモータ１の巻線への通電を行うための制御部であり、この通電制御部３１内には、ロータ停止位置を検出するためのロータ停止位置検出部３２が含まれる。
このロータ停止位置検出部３２は、ロータ停止位置を検出するための通電パルス信号を発生する通電パルス生成部３３を有し、また、ロータ停止位置を検出する際に使用される停止位置検出用通電パターン３４と、この通電パターンによる通電を停止する際に使用されるスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）の通電停止時ＯＦＦパターン３５とが記憶されている。

励磁電圧出力部２２は、ブラシレスモータ１の巻線に励磁電圧を印加するか否かを示す信号をＨｉ側プリドライバ１１及びＬｏ側プリドライバ１２に出力する。この励磁電圧出力部２２は、通電パルス生成部３３から入力した通電パルス信号に応じて、各スイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）ごとにオンとオフとを切り替えるパルス信号（ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋、ｕ−、ｖ−、ｗ−）を生成してＨｉ側プリドライバ１１及びＬｏ側プリドライバ１２に出力する。Ｈｉ側プリドライバ１１は、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）のオンとオフとを切り替えるドライバである。Ｌｏ側プリドライバ１２は、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）のオンとオフとを切り替えるドライバである。

このＨｉ側プリドライバ１１は、励磁電圧出力部２２から入力したオンとオフとを示すパルス信号（ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋）を基に、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）のゲートを駆動するゲート信号（Ｇｕ＋、Ｇｖ＋、Ｇｗ＋）を生成する。また、Ｌｏ側プリドライバ１２は、励磁電圧出力部２２から入力したオンとオフとを示すパルス信号（ｕ−、ｖ−、ｗ−）から、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）のゲートを駆動するゲート信号（Ｇｕ−、Ｇｖ−、Ｇｗ−）を生成する。

通電パルス幅検出部２３は、電流検出回路１３から入力される電流信号（モータ巻線に流れる電流の信号）を基に、通電開始からモータ巻線に流れる電流値が所定の値（閾値）に到達するまでの時間を、通電パルス幅として計測する。この通電パルス幅検出部２３は、メモリなどの記憶部２３Ａを有し、検出した通電パルス幅の情報を記憶する。
ロータ位置推定部２４は、通電パルス幅検出部２３内の記憶部２３Ａに記憶された各通電パターンごとの通電パルス幅の情報を基に、最小の通電パルス幅を示した通電パターンを判定してロータ停止位置を推定する。

上記構成において、通電パルス生成部３３は、停止位置検出用通電パターン３４に記憶された通電パターン＃１から＃６を順番に読み出し、この通電パターンに応じたパルス信号を励磁電圧出力部２２に出力する。励磁電圧出力部２２は、通電パルス生成部３３から入力したパルス信号に応じて、各スイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）ごとにオンとオフとを示すパルス信号（ｕ＋、ｖ＋、ｗ＋、ｕ−、ｖ−、ｗ−）を生成してＨｉ側プリドライバ１１及びＬｏ側プリドライバ１２に出力する。

そして、通電パルス生成部３３は、通電パターン＃１から＃６のいずれかによる通電を開始した後に、通電パルス幅検出部２３から相電流が所定の閾値に到達したことを示す信号Ｉｄｅｔが入力されると、その通電パターンによる通電を停止する。この通電停止の際に、通電パルス生成部３３では、通電停止時ＯＦＦパターン３５を読み出し、このＯＦＦパターンに従い、励磁電圧出力部２２、Ｈｉ側プリドライバ１１、及びＬｏ側プリドライバ１２を介して、スイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）のオンとオフとを切り替える制御することにより、巻線への通電を停止する。

この通電停止時ＯＦＦパターン３５は、図２（Ａ）に示すように、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括してＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括してＯＦＦにするパターンである。又は、図２（Ｂ）に示すように、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括してＯＦＦにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括してＯＮにするパターンである。

以下、通電停止時において、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括してＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括してＯＦＦにする際の動作について説明する。
図３は、本実施形態における通電パターン＃１及び通電パターン＃２により通電を行った後に、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括ＯＦＦにして通電を停止させる場合の電流の流れるルートを示す図である。

図３（Ａ）（左上の図）に示すように、通電パターン＃１によりＵ、Ｖ相巻線への通電を行う場合は、高電位側のスイッチング素子Ｕ＋と、低電位側のスイッチング素子Ｖ−とをＯＮ（他はすべてＯＦＦ）にすることにより、「直流電源４→チョークコイルＬ→高電位側のスイッチング素子Ｕ＋→Ｕ相巻線→Ｖ相巻線→低電位側のスイッチング素子Ｖ−→直流電源４」のルートで電流が流れる。そして、この電流が所定の値（閾値）に到達した場合に、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）をＯＦＦにして、直流電源４からＵ、Ｖ相巻線への通電を停止する。

そして、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括ＯＦＦにすると、今までＵ、Ｖ相巻線に流れていた電流は、図３（Ｂ）（右上の図）に示すように、「Ｖ相巻線→高電位側のスイッチング素子Ｖ＋（フライホイールダイオード）→高電位側のスイッチング素子Ｕ＋→Ｕ相巻線」のルートで、インバータ３内を還流する。このため、チョークコイルＬにＵ、Ｖ巻線側からの放電電流が流れることはなく、チョークコイルＬには磁気エネルギーが蓄積されず、チョークコイルＬの端子電圧ＶＬが上昇することがなくなる。

通電パターン＃１による通電が終了すると、所定の待機時間の後に、通電パターン＃２によるＵ、Ｗ相巻線への通電が行われる。通電パターン＃２によりＵ、Ｗ相巻線への通電を行う場合は、高電位側のスイッチング素子Ｕ＋と、低電位側のスイッチング素子Ｗ−とをＯＮ（他はすべてＯＦＦ）にすることにより、図３（Ｃ）（左下の図）に示すように、「直流電源４→チョークコイルＬ→高電位側のスイッチング素子Ｕ＋→Ｕ相巻線→Ｗ相巻線→低電位側のスイッチング素子Ｗ−→直流電源４」のルートで電流が流れる。そして、この電流が所定の値（閾値）に到達した場合に、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）をＯＦＦにし、Ｕ、Ｗ相巻線への通電を停止する。

そして、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮにし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括ＯＦＦにすると、今までＵ、Ｗ相に流れていた電流は、図３（Ｄ）（右下の図）に示すように、「Ｗ相巻線→高電位側のスイッチング素子Ｗ＋（フライホイールダイオード）→高電位側のスイッチング素子Ｕ＋→Ｕ相巻線」のルートで、インバータ３内を還流する。このため、チョークコイルＬに放電電流が流れることはなく、チョークコイルＬには磁気エネルギーが蓄積されず、チョークコイルＬの端子電圧ＶＬが上昇することがなくなる。

図４は、本実施形態における通電パターン＃３および＃４による通電時、及び通電停止後に流れる電流ルートを示す図である。図５は、通電パターン＃５および＃６による通電時、及び通電停止後に流れる電流ルートを示す図である。図４及び図５に示すように、いずれの通電パターンによる通電停止時においても、通電停止後にブラシレスモータ１の各相の巻線の自己誘導作用で生じる起電力による電流が各相の巻線に還流するようにしたので、チョークコイルＬに放電電流が流れることはなく、チョークコイルＬには磁気エネルギーが蓄積されず、チョークコイルＬの端子電圧ＶＬが上昇することがなくなる。

図６は、本実施形態におけるロータの停止位置を検出する際の各相における電圧と電流との波形の一例を示す図である。同図において、横軸が時間を示し、縦軸がインバータ３の電源電圧（チョークコイルＬの端子電圧ＶＬ）と、相電流とを示している。

図６（Ａ）に示すように、従来の場合は、時刻ｔ１において、ある通電パターンによる通電が終了し、スイッチング素子が全相ＯＦＦされると、モータ巻線から開放されるエネルギーがチョークコイルＬに蓄積され、電源電圧（インバータ３の入力電圧）が電圧ΔＶ上昇する。また、チョークコイルＬに蓄積されたエネルギーが放出され、電圧ΔＶ上昇した電源電圧が時刻ｔ２においてスイッチング素子をオフにする前の電圧に戻るまで１５０ｍｓの時間を要していた。
一方、図６（Ｂ）に示す本実施形態の場合は、モータ巻線に通電する制御の後にモータ巻線の自己誘導により生じる電流をインバータ３で還流させる制御を行い、放電電流をインバータ３とブラシレスモータ１との間で還流させて各相の巻線で消費させるようにしたので、チョークコイルＬにブラシレスモータ１側からの放電電流が流れなくなり、電圧の上昇を抑制するとともに、スイッチング素子をオフにする前の電圧に戻るまでの時間が８ｍｓに短縮されている。これにより、通電パターンを切り替える際に電源電圧が安定するまでの待機時間を短縮することができ、ロータ停止位置検出に要する時間を短縮することができる。

また、図６（Ｃ）に示す従来の場合は、時刻ｔ１からｔ６において、通電パターン＃１から＃６による巻線への通電を繰り返すと、チョークコイルＬに生じる起電力が上昇することで、電源電圧が次第に上昇する現象が発生する。この例では、電源電圧は、通電開始前は１０Ｖであり、最後の通電パターンによる通電停止時には１４Ｖ程度まで上昇する。
これに対して、図６（Ｄ）に示す本実施形態の通電では、放電電流をインバータ３とブラシレスモータ１とで還流させるようにしたので、チョークコイルＬにブラシレスモータ１側から放電電流が流れなくなり、図６（Ｃ）と比較して、電源電圧の変動が大幅に少なくなる。これにより、最短の通電パルス幅となる通電パターンを誤りなく検出することができ、ロータ停止位置の検出精度を向上させることができる。
このとき、ロータ位置推定部２４は、時刻ｔ１における通電パターンによる電流値の通電パルス幅が最小であることを判定し、当該通電パターンに対応するロータの停止位置を検出する。

なお、図３乃至図５に示した例では、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＮし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括ＯＦＦする例について説明したが、これに限定されない。例えば、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）を一括ＯＦＦし、低電位側のスイッチング素子（Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−）を一括ＯＮするようにしてもよい。
さらには、図３乃至図５に示した例において、一括ＯＮにされる高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）のうちの、電流が流れないスイッチング素子については、ＯＮであってもＯＦＦであってもよい。例えば、図３（Ｂ）に示す例では、一括ＯＮにされる高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）のうち、高電位側のスイッチング素子Ｖ＋（フライホイールダイオードには電流が流れる）、Ｗ＋については、ＯＦＦであってもよい。すなわち、電流の流れるルートに応じて（通電パターンに応じて）、高電位側のスイッチング素子（Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋）のいずれか１つのスイッチング素子のみを選択してＯＮにするようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態のブラシレスモータの駆動装置においては、３相のうちいずれか２相の巻線を順番に選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンを用いてモータ巻線への通電と通電停止とを交互に繰り返し、各通電パターンにおいて直流電源４側から巻線に流れる電流を検出する場合に、通電停止時に巻線に流れていた電流を直流電源４側に流すことなく、インバータ３内のスイッチング素子を用いて還流させる。これにより、通電停止時において、直流電源４とインバータ３との間に挿入されたチョークコイルＬに電流を流さないようにする。
これにより、チョークコイルＬの影響によりインバータ３の入力電源電圧が変動することを抑制することができる。このため、インバータ３の入力電源電圧の変動により巻線電流の立ち上がり早さが変化することがなくなり、ロータ停止位置の検出精度の向上が図れる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明のブラシレスモータの駆動装置は、上述の図示する例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、実施形態では、３相ブラシレスモータの場合について説明したが、２相ブラシレスモータであってもよい。

１…ブラシレスモータ、２…駆動装置、３…インバータ、３Ａ…シャント抵抗、４…直流電源、１１…Ｈｉ側プリドライバ、１２…Ｌｏ側プリドライバ、１３…電流検出回路、２１…制御装置、２２…励磁電圧出力部、２３…通電パルス幅検出部、２３Ａ…記憶部、２４…ロータ位置推定部、３１…通電制御部、３２…ロータ停止位置検出部、３３…通電パルス生成部、３４…停止位置検出用通電パターン、３５…通電停止時ＯＦＦパターン、Ｌ…チョークコイル、Ｕ＋…高電位側のスイッチング素子、Ｖ＋…高電位側のスイッチング素子、Ｗ＋…高電位側のスイッチング素子、Ｕ−…低電位側のスイッチング素子、Ｖ−…低電位側のスイッチング素子、Ｗ−…低電位側のスイッチング素子

Claims (4)

1. 高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子を直列接続しブラシレスモータの各相の巻線に対応した直列回路を有し、各直列回路の両端が直流電源に接続され、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの各相の巻線に接続されたインバータと、
   予め定められた複数の通電パターンを順次用いて前記インバータの前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記ブラシレスモータの各相の巻線に通電を行う第１の制御と、前記直流電源から前記ブラシレスモータの各相の巻線への通電を停止させる際に前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて巻線の自己誘導により生じる電流を前記インバータにおいて該巻線に還流させる第２の制御とを交互に行う通電パルス生成部と
   前記通電パルス生成部の前記第１の制御により前記ブラシレスモータの各相の巻線に流れる電流を検出して前記ブラシレスモータのロータの位置を検出するロータ位置推定部と
   を備えることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
2. 前記通電パルス生成部が、
   前記ブラシレスモータのロータ停止位置を検出するために、前記ブラシレスモータの各相のうちのいずれか２相の巻線を順次選択し、該選択した巻線に対応する通電パターンにより前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて該選択した巻線に通電し、
   前記選択した巻線への通電を停止する際に、前記選択した巻線に対応する直列回路の前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて、前記選択した巻線に流れる電流を還流させる
   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駆動装置。
3. 前記インバータと前記直流電源との間に接続されたチョークコイルが設けられ、
   前記高電位側のスイッチング素子と、前記低電位側のスイッチング素子とそれぞれには並列にフライホイールダイオードが接続され、
   前記通電パルス生成部が、前記巻線への通電を停止する際に、前記高電位側のスイッチング素子の全てをオンにし、低電位側のスイッチング素子の全てをオフにする、或いは、高電位側のスイッチング素子の全てをオフにし、低電位側のスイッチング素子の全てをオンにする
   ことを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置。
4. 高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子を直列接続しブラシレスモータの各相の巻線に対応した直列回路を有し、各直列回路の両端が直流電源に接続され、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子との接続点が前記ブラシレスモータの各相の巻線に接続されたインバータを備えるブラシレスモータの駆動装置におけるブラシレスモータのロータ停止位置検出方法であって、
   予め定められた複数の通電パターンを順次用いて前記インバータの前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記ブラシレスモータの各相の巻線に順次通電を行う第１の制御と、前記直流電源から前記ブラシレスモータの各相の巻線への通電を停止させる際に前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子のオンとオフとを切り替えて巻線の自己誘導により生じる電流を前記インバータにおいて該巻線に還流させる第２の制御を交互に行う通電過程と、
   前記通電過程の第１の制御における前記ブラシレスモータの各相の巻線に流れる電流を検出して前記ブラシレスモータのロータの位置を検出するロータ位置推定過程と
   を備えることを特徴とするブラシレスモータのロータ停止位置検出方法。

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