JP2014087217A

JP2014087217A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2014087217A
Application number: JP2012235921A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamamoto; 山本　　清
Original assignee: Hokuto Seigyo KK
Current assignee: Hokuto Seigyo KK
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】センサ駆動及びセンサレス駆動を併用したモータ駆動装置において簡易な回路構成でセンサ消費電力を低減させたモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】コントローラ１が外部センサ信号を指定する場合はセンサ給電手段９がセンサ電源からロータ位置センサに通電制御し、内部センサ信号を指定する場合はセンサ電源からロータ位置センサへの通電を遮断制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、例えばＤＣブラシレスモータをセンサ駆動とセンサレス駆動を切り替えて駆動するモータ駆動装置に関する。

例えばＤＣブラシレスモータに設けられるモータ駆動装置の駆動方式には、ホールセンサなどのロータ位置センサを使用するセンサ駆動方式と、モータコイルに生じる誘起電圧からロータ位置情報を生成するセンサレス駆動方式の２種類がある。本件出願人はこのセンサ駆動とセンサレス駆動を組み合わせて始動や変速・減速時はセンサ駆動を行い、高精度が必要なときだけセンサレス駆動を行うモータ駆動装置をすでに提案している（特許文献１）。

今日普及しているモバイル機器や電気自動車などのバッテリーで用いられるＤＣブラシレスモータは、消費電力を低減することが求められている。
例えば、ＤＣブラシレスモータに設けられるホールＩＣ（位置センサ）は、消費電流が約８ｍＡと多いことが知られており、三相のブラシレスモータの場合、消費電流が２４ｍＡとなるためこれを減らすための制御回路が提案されている。具体的にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する各ホールＩＣに独立して電源電圧を供給するセンサ用スイッチ回路と、センサ用スイッチ回路をスイッチング制御するスイッチ制御回路と、センサ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出し、遅延信号を発生するエッジ検出遅延回路と、遅延信号に応じて各ホールＩＣのスイッチ信号を出力するステージ判定回路とを備えている。各ホールＩＣから検出された通電波形の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとの間に通電しない区間を設けることで省電力化を図っている（特許文献２）。

特許第４９９０６８３号公報特開２００８−２５９３６０号公報

従来のモータ駆動装置においては、モータ停止・回転に関わらず常にホールＩＣへ給電されており無駄な消費電力が発生していた。上述した特許文献２に示す制御回路においては、三相分の各ホールＩＣに対する給電回路及びスイッチング回路が接続されているため、制御回路が複雑化する上に部品点数も嵩むため、製造コストも高くなってしまう。
また、センサ駆動及びセンサレス駆動を併用したモータ駆動装置において、センサ（ホールＩＣ等）に通電する消費電流を低減した装置は未だ知見されていない。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、センサ駆動及びセンサレス駆動を併用したモータ駆動装置において簡易な回路構成でセンサ消費電力を低減させたモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ロータ位置センサから出力されるロータ位置情報を入力する外部センサ信号入力手段と、モータコイルに発生する誘起電圧と中性点電圧を比較しスパイクノイズを除去して電気角当たり1パルスのゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段により生成されたゼロクロス信号を所定の電気角度だけ遅延させた内部センサ信号を生成するディレー手段と、コントローラからの駆動切り替え指令により前記外部センサ信号入力手段から入力された外部センサ信号と前記ディレー手段により生成された内部センサ信号とを切り替えるセンサ選択手段と、前記コントローラからの回転指令及び前記センサ選択手段で選択されたセンサ信号に応じて通電相を決定し、モータ出力部へ励磁切替え信号を出力する励磁切替え手段と、前記励磁切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき通電相を切り替えて前記モータコイルに通電する前記モータ出力部と、回路電源からモータのロータ位置センサに給電するためのセンサ電源を生成し当該ロータ位置センサに対して通電又は通電遮断制御を行うセンサ給電手段と、を具備し、前記コントローラが前記外部センサ信号を指定する場合は前記センサ給電手段が前記センサ電源から前記ロータ位置センサに通電制御し、前記内部センサ信号を指定する場合は前記センサ電源から前記ロータ位置センサへの通電を遮断制御することを特徴とする。

以上より、コントローラがセンサレス駆動を指令したとき或いはモータ駆動停止時にはセンサ給電手段によりセンサ電源からロータ位置センサに給電がされない。よって、コントローラがセンサ駆動を指令した場合のみセンサ電源からロータ位置センサに給電して確実に起動することができ、ロータの回転が定常状態となるセンサレス駆動に移行するとセンサ給電手段はセンサ電源からの給電を遮断状態にするので、簡易な回路構成で消費電流や振動の少ないモータ駆動が実現できる。

励磁シーケンスを記憶し前記ゼロクロス検出手段により検出されたゼロクロス信号が前記励磁切替え手段からの励磁シーケンス情報に対応する前記励磁シーケンスに基づく理論値と一致するか否かを判定してセンサ信号を指定する誘起電圧判定信号を前記センサ選択手段に出力する前記誘起電圧判定手段を備え、前記誘起電圧判定手段が前記外部センサ信号を指定する場合は前記センサ給電手段が前記センサ電源から前記ロータ位置センサに通電制御し、前記内部センサ信号を指定する場合は前記センサ電源から前記ロータ位置センサへの通電を遮断制御するようにしてもよい。

この場合、誘起電圧判定手段が、ゼロクロス信号が理論値に一致すると判定した場合、即ちセンサ選択手段に内部信号を指定してセンサ駆動からセンサレス駆動に移行すると、センサ給電手段がロータ位置センサへの通電を遮断制御するので、センサレス駆動に切り替わると確実に省電力化を図ることができる。また、誘起電圧判定手段が、ゼロクロス信号が理論値に不一致であると判定した場合、即ちセンサ選択手段に外部センサ信号を指定する場合はセンサ給電手段がセンサ電源からロータ位置センサに通電するため、ロータ回転位置を見失うことはない。

前記誘起電圧判定手段は、連続する複数の励磁区間のゼロクロス信号が前記理論値とすべての励磁区間で一致した場合は前記内部センサ信号を指定し前記センサ選択手段は自動的に内部センサ信号を選択すると共に前記センサ給電手段は通電遮断制御を行い、前記ゼロクロス信号が前記理論値と一励磁区間でも不一致になった場合には前記外部センサ信号を指定し、前記センサ選択手段は自動的に外部センサ信号を選択すると共に前記センサ給電手段は通電制御を行うことが望ましい。

これにより、誘起電圧判定手段は複数の励磁区間のゼロクロス信号が理論値とすべての励磁区間で一致したと判定した場合にセンサ給電手段は通電遮断制御を行うので、確実にセンサレス駆動に移行した状態でロータ位置センサへの通電を遮断することができる。よって、モータが長時間定常回転駆動しても消費電流を低減することができる。
また、ゼロクロス信号が前記理論値と一励磁区間でも不一致になったと判断した場合にロータ位置センサへ通電して外部センサ信号によるセンサ駆動が行なわれる。よって、ロータ位置センサがロータ位置を見失うことなくセンサ駆動により確実に始動することができ、誤動作することがない。

上述したモータ駆動装置を用いれば、簡易な回路構成でセンサ駆動及びセンサレス駆動を併用したモータ駆動装置においてセンサ消費電力を低減させたモータ駆動装置を提供することができる。

モータ駆動装置のモータコイルとセンサの回路構成を示す説明図である。センサ駆動のタイミングチャート図である。センサレス駆動のタイミングチャート図である。センサ駆動とセンサレス駆動の切り替えタイミングチャート図である。モータ出力部のブロック構成図である。三相ＤＣブラシレスモータ用のモータ駆動装置のブロック構成図である。ゼロクロスコンパレータの出力タイミングチャート図である。コイル電圧波形と中性点電圧波形の説明図である。センサ給電手段のブロック構成図である。他例にかかるモータ駆動装置のブロック構成図である。

以下、本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。また、以下の説明は永久磁石ロータと固定子を備えた三相ＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置について説明するものとする。

モータ駆動装置の一例について説明する。ＤＣブラシレスモータは三相が主流であり、以下では三相モータを例示して説明する。
図１にロータ位置センサ付の三相ＤＣブラシレスモータのモータコイルとセンサの回路構成を示す。三相分のモータコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相が電気角で１２０°位相差となるように適宜配置される。本実施例では三相コイルはスター結線されＵ、Ｖ、Ｗ及び中性点ＣＯＭＭ端子がある。尚、駆動回路側で中性点に相当するダミー中性点信号を生成する場合にはＣＯＭＭ端子は省略できる。また、三相分のロータ位置センサＡ、Ｂ、Ｃが電気角で１２０°位相差となるように適宜配置される。ロータ位置センサＡ〜Ｃはロータの回転により変化する磁束を検出する。ロータ位置センサＡ〜Ｃとしては本実施例ではホールＩＣが用いられ、ホール素子と電源レギュレータ・増幅器・シュミットトリガーゲート・出力素子等を内蔵している。出力素子は、例えばトランジスタ（オープンコレクタ）あるいはＦＥＴ（オープンドレイン）が用いられる。

ブラシレスＤＣモータの駆動方式は１２０°通電のバイポーラ矩形波駆動が一般的である。そこで本実施例では、三相バイポーラ１２０°矩形波駆動方式を例示して説明する。この駆動方式にはロータ位置センサＡ〜Ｃの出力から通電パターンを決定するセンサ駆動と、コイル誘起電圧と中性点ＣＯＭＭ端子とのゼロクロスを検出して通電パターンを決定するセンサレス駆動がある。

図２にセンサ駆動のタイミングチャートを示す。ロータ位置センサＡ〜Ｃはロータポジションを検出するホールＩＣからの出力である。三相コイルＵ相〜Ｗ相はステータ巻線であり、図の＋は電源に、図の−はＧＮＤに接続されることを表している。（１）センサＡ〜ＣがＨ（ハイ）Ｌ（ロー）Ｈ（ハイ）の時、コイルＵからＶに通電されＷ相は非通電となる。（２）センサＡ〜ＣがＨＬＬの時、コイルＵからＷに通電されＶ相は非通電となる。（３）センサＡ〜ＣがＨＨＬの時、コイルＶからＷに通電されＵ相は非通電となる。（４）センサＡ〜ＣがＬＨＬの時、コイルＶからＵに通電されＷ相は非通電となる。（５）センサＡ〜ＣがＬＨＨの時、コイルＷからＵに通電されＶ相は非通電となる。（６）センサＡ〜ＣがＬＬＨの時、コイルＷからＶに通電されＵ相は非通電となる。以上の６フェーズの励磁パターンにより１電気角分通電される。以後上記励磁シーケンスを繰り返すことでセンサ駆動が行われる。

図３にセンサレス駆動のタイミングチャートを示す。ＣＯＭＰ−Ａ〜Ｃはコイル電圧と中性点電圧のコンパレータ出力である。ゼロクロス信号ＺＵ〜ＺＷはコイル電圧と中性点電圧のゼロクロスコンパレータ出力である。励磁切り替え時にはスパイク電圧が発生するが、実用回路においてはスパイク波形マスク手段を設けスパイク波形はマスクされるため波形には表れず図示していない。三相コイルＵ相〜Ｗ相はステータ巻線であり、図の＋は電源に、図の−はＧＮＤに接続されることを表している。ゼロクロスコンパレータから出力されるゼロクロス信号のエッジすなわちゼロクロス点とコイル通電エッジすなわち励磁切り替えタイミングとはそれぞれ電気角で３０°の位相差がある。

図４にセンサ駆動とセンサレス駆動の切り替えタイミングチャートを示す。駆動回路にコントローラ１から回転指令が与えられると、モータが静止状態の場合は誘起電圧が発生せずセンサ駆動が選択される。センサ駆動によりモータが始動した後、誘起電圧が検出され始め、ゼロクロス信号が励磁切替え手段（デコータ２）からの励磁シーケンス情報により決定される励磁シーケンス（理論値）と一致するとセンサレス駆動が選択される。
このようにモータ始動時はセンサ駆動で起動し、モータが回転し始めて十分な誘起電圧が発生したところでセンサレス駆動に切り替えるものである。これによりモータのスムーズな始動性と、低振動・低消費電流の定常回転とを実現している。

ここで、図５及び図６に三相ブラシレスＤＣモータのモータ駆動回路のブロック構成を示す。図５はセンサ駆動を示す簡略化したブロック図である。

デコーダ２（励磁切替え手段）は励磁シーケンスを記憶しており、上位コントローラ１からの回転指令および３個のロータ位置センサＡ〜Ｃ（ホールＩＣ）からセンサ信号が入力され、回転指令及びロータ位置センサＡ〜Ｃ入力の組み合わせにより通電相を決定し出力段３に対して励磁切替え信号を出力する。デコーダ２には外部センサ信号入力手段としてモータのロータ位置センサＡ〜Ｃから出力されるロータ位置情報を入力されるが、ロータ位置センサＡ〜Ｃが差動出力の場合には、コンパレータを設ければシングルエンドのデジタル信号に変換することができる。出力段３はトランジスタあるいはＦＥＴによるトーテムポール型三相ブリッジ構成でデコーダ２からの励磁切り替え信号により任意のパターンの通電が行なわれる。出力Ｕ〜ＷにはモータコイルＵ〜Ｗがそれぞれ接続される。

図６に三相ブラシレスＤＣモータのセンサ・センサレス駆動回路のより詳細なブロック図を示す。センサ選択手段４（セレクタ）は、後述する誘起電圧判定信号によりロータ位置センサ（外部センサ）信号と内部センサ信号を切り替える。センサ選択手段４（セレクタ）は、誘起電圧が安定的に発生していないと判定されたときはロータ位置センサ信号を選択し、安定して発生していると判定されたときは内部センサ信号を選択して、自動的にセンサ駆動とセンサレス駆動が切り替えられる。デコーダ２は励磁シーケンスを記憶しており、センサ選択手段４（セレクタ）から出力されるセンサ信号に基づいて励磁シーケンスを選択し対応する励磁信号を出力段３に出力すると共に、後述する誘起電圧判定手段８に対して通電切り替えタイミングを示す励磁切替え信号及び現在通電中の励磁シーケンス番号或いは励磁相を示す励磁シーケンス情報を送出する。また、出力段３はデコーダ２から出力される励磁切替え信号に基づいてスイッチング素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）を切り替えてモータコイルを励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。

また、中性点電圧発生手段５は、三相のモータコイル（Ｕ相〜Ｗ相）の波形から仮想的な中性点電圧を発生させる。具体的には、抵抗３本の一端をモータコイルＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力に各々接続し他端を共通接続とすれば中性点信号ｎが得られる。また、中性点信号ｎと各相モータコイルＵ相〜Ｗ相の出力値と比較しゼロクロス点を検出してゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出手段６を備える。ゼロクロス検出手段６は例えば３個のコンパレータを備えている。ゼロクロス検出手段６は、励磁切り替え時に直前のコンパレータ出力値を一定時間保持してスパイクノイズによる誤動作を防止するマスク処理を行う。励磁切り替えエッジはデコーダ２で検出することができ、励磁切り替え検出信号に基づいてマスク処理を開始する。

また、ディレー手段７は、ゼロクロス検出手段６で生成されたゼロクロス信号ＺＵ〜ＺＷを電気角で３０°遅延させて通電タイミングを発生する励磁信号（内部センサ信号）を生成する。また、誘起電圧判定手段８は、ゼロクロス信号と予め記憶している励磁シーケンスの中からデコーダ２が送出する励磁シーケンス情報により決定される励磁シーケンス（理論値）とを比較してモータコイルに誘起電圧が安定的に発生しているか否かを判定する。ゼロクロス信号と一致しないとき即ち誘起電圧が正常に発生していないと判定した場合は外部センサ信号を選択する不一致信号を、一致した場合は内部センサ信号を選択する一致信号を、センサ選択手段４（セレクタ）に出力する。

以上の構成によりセンサ駆動とセンサレス駆動の切り替えは自動的に行うことが可能となり、上位コントローラの負荷を減らすことができる。そして、センサ駆動による確実な始動性を獲得でき、センサレス駆動によりロータ位置センサの誤差やロータマグネットの着磁誤差などの影響を減らして振動の少ない滑らかな回転性能が得られる。

ここで、誘起電圧判定手段８の判定方法について説明する。励磁シーケンスは一義的に決まっているので、ゼロクロス信号が予め記憶している励磁シーケンスに基づく理論値に一致するか判定すれば誘起電圧検出ミスを判定できる。ゼロクロス信号は励磁切り替えタイミングより電気角で３０°進んでいるので、遅延後の励磁切り替えタイミングでゼロクロス信号と理論値を比較すれば充分な時間的余裕を持って確実に一致不一致を判定することができる。また、センサ駆動からセンサレス駆動への移行は連続する複数の励磁区間全てで理論値と一致してから行えばより安定的に移行することができる。例えば三相全波駆動の場合６励磁区間で理論値と一致したらセンサ駆動からセンサレス駆動へ移行するようにすればよい。この構成によれば、例えばノイズで１励磁区間が一致してもセンサ駆動とセンサレス駆動の切り替えは発生せず誤動作を防止することができる。尚、センサ駆動からセンサレス駆動への移行は１電気角程度遅れてもなんら問題はない。反対に、１励磁区間でも理論値と不一致の場合はセンサレス駆動からセンサ駆動へただちに移行するようにする。これにより誘起電圧判定手段８が誘起電圧を見失った場合は瞬時に外部センサ信号により正常な励磁を行い脱調することなく回転を継続することができる。

図７にゼロクロス検出手段６に備えたコンパレータ出力（ゼロクロス信号）をタイミングチャートで例示する。誘起電圧判定手段８は、励磁切り替えタイミングで、ゼロクロス信号の値を予め記憶している励磁シーケンスに基づく理論値と比較して、ゼロクロス信号が正常か否かを判定する。比較すべき励磁シーケンス番号はデコーダから受け取ることができる。コンパレータ出力をＺＵ＝２＾０、ＺＶ＝２＾１、ＺＷ＝２＾２という重みをつけてコード化すると、正常時には励磁切り替えに同期してコードは５−１−３−２−６−４と進む。従って、例えば現在のコード値が５であったとすると次回のコード値は１であることが予測できる。そこで次の励磁切り替え時にゼロクロス信号のコード値が１であれば誘起電圧が正常に検出されたと判定でき、１以外なら正常ではないと判定できる。以下同様に、３，２，６，４，５に関しても判定すれば通電タイミングすべてを判定することができる。

その他、中性点電圧と非通電コイルの電位差をアナログ比較して、スレッシュホールドレベル以上かどうかでも判定できる。スレッシュホールド電圧設定値により検出する誘起電圧の大きさを決定でき、センサ駆動とセンサレス駆動の切り替え回転数を選択することができる。図８にコイル電圧波形と中性点電圧波形を示す。１２０°矩形波駆動の場合、各コイルは１電気角あたり６０°の非通電区間が２か所ある。励磁切り替え時はスパイクノイズを除去するために一定時間のマスク区間が設けられる。判定区間は非通電区間からマスク区間を除いた時間帯である。中性点電圧は励磁区間ごとに勾配の変わる小振幅の三角波であるが、判りやすくするため直線で表示している。中性点電圧に対してＨ側及びＬ側にスレッシュホールド電圧を設定する。判定区間内にスレッシュホールド電圧Ｈ以上あるいはスレッシュホールド電圧Ｌ以下となったら誘起電圧が発生していると判定する。以上の操作を３個のコイルに対して行えば全通電期間を通して誘起電圧が発生しているか否か判定することができる。

上述したモータ駆動装置を用いれば、始動回路を持たない簡易な回路構成でセンサ駆動によるスムーズで迅速な始動やセンサ信号による拘束運転とセンサレス駆動による低振動・低消費電流による定常運転とが相互に切り替えられる脱調し難いモータ駆動装置を提供することができる。また、センサレス駆動時は誘起電圧に基づいて励磁切り替えが行われ、ロータ位置センサやマグネットの着磁誤差をキャンセル可能である。また誘起電圧はトルクを反映していることからトルクリップルの少ない励磁が可能であり、低消費電流となり振動も減る。よって、ＤＣブラシレスモータを確実に始動するとともに定常時はセンサレス駆動により低消費電流で振動の少ない運転が可能となる。尚、三相ＤＣブラシレスモータを例示したが、他の多相ブラシレスモータに適用することも可能である。

また、上記モータ駆動装置には、図９のブロック構成図に示すように、回路電源からロータ位置センサＡ〜Ｃへ給電するための電源を生成するセンサ給電手段９が設けられている。センサ給電手段９は、上位コントローラ１からの回転指令が入力されるか又は誘起電圧を安定的に検出しないときだけロータ位置センサに対してセンサ電源を給電する。

図９において、センサ給電手段９は、回路電源からモータのロータ位置センサに給電するためのセンサ電源を生成し当該ロータ位置センサに対して通電又は通電遮断制御を行う。
センサ電源発生手段１０は、回路電源からロータ位置センサＡ〜Ｃに給電するためのセンサ電源を生成する。具体的にはセンサ電源発生手段１０として例えば電源レギュレータなどが用いられる。センサ電源スイッチング手段１１はセンサ電源をロータ位置センサに給電する給電状態と給電を遮断した遮断状態とでスイッチング操作により切り替える。具体的にはセンサ電源スイッチング手段１１として例えばトランジスタあるいはＦＥＴなどによる半導体スイッチが用いられる。センサ給電指令手段１２は、コントローラ１からの回転指令とモータコイルＵ相〜Ｗ相に誘起される誘起電圧が不安定であることを判定する誘起電圧判定手段８の判定出力の論理和をとってセンサ電源スイッチング手段１１に給電指令を出力する。具体的には、センサ給電指令手段１２として例えばＡＮＤゲート回路が用いられる。この結果、センサ給電指令手段１２は、コントローラ１からの回転指令が回転を指示しかつ誘起電圧判定手段８の判定出力が不安定である場合に限り、センサ電源スイッチング手段１１を給電状態にする。尚、モータ停止時およびセンサレス駆動時はロータ位置センサへの給電はされない。給電停止時はセンサ出力も停止するがモータ駆動停止時あるいはセンサレス駆動時であるので問題とならない。

以上のように、誘起電圧判定手段８が外部センサ信号を指定する場合は、センサ給電手段９がセンサ電源からロータ位置センサＡ〜Ｃに通電制御し、内部センサ信号を指定する場合は、センサ電源からロータ位置センサＡ〜Ｃへの通電を遮断制御する。また、誘起電圧判定手段８の他に、外部コントローラによるセンサ信号の選択指令や上位コントローラによるセンサ信号の選択指令によって、外部センサ信号と内部センサ信号を切り替える際にセンサ給電手段９は、ロータ位置センサＡ〜Ｃに通電制御若しくは通電遮断制御するようにしてもよい。

図１０に示すモータ駆動装置のブロック構成図において、コントローラ１からの駆動切り替え指令によりセンサ選択手段４が外部センサ信号入力手段から入力された外部センサ信号とディレー手段７により生成された内部センサ信号とを切り替えるようになっている。
よって、コントローラ１が外部センサ信号を指定する場合はセンサ給電手段９がセンサ電源からロータ位置センサＡ〜Ｃに通電制御し、内部センサ信号を指定する場合はセンサ電源からロータ位置センサＡ〜Ｃへの通電を遮断制御する。

これにより、センサ駆動する場合にのみセンサ電源スイッチング手段１１を通電状態にしてロータ位置センサＡ〜Ｃに給電して確実に起動することができ、ロータの回転が定常状態となるセンサレス駆動に移行した後ではセンサ電源スイッチング手段１１を通電遮断状態にするので、簡易な回路構成で消費電流や振動の少ないモータ駆動が実現できる。

上述したモータ駆動装置を用いれば、センサレス駆動時は誘起電圧に基づいて励磁切り替えが行われ、ロータ位置センサやマグネットの誤差をキャンセル可能である。また誘起電圧はトルクを反映していることからトルクリップルの少ない励磁が可能であり、低消費電流となり振動も減る。よって、ＤＣブラシレスモータを確実に始動するとともに定常時はセンサレス駆動により低消費電流で振動の少ない運転が可能となる。尚、三相ＤＣブラシレスモータを例示したが、他の多相ブラシレスモータに適用することも可能である。

ここで、モータ駆動装置を用いた場合の消費電流の低減効果を検証する。ホールＩＣの平均消費電流はおおむね８ｍＡであるので８ｍＡ＊３個＝２４ｍＡである。センサ入力部のプルアップ抵抗を流れる電流を１．６ｍＡとすると１．６ｍＡ＊３個＊デューティ０．５＝２．４ｍＡ、従って、センサ給電オフ時は２６．４ｍＡの消費電流が低減される。

ここで、ロータ位置センサＡ〜Ｃに対する給電時間を検討する。始動時のセンサ駆動を１０秒、モータ回転時間を１時間とするとセンサが動作するデューティは１０／３６００＝０．２８％である。従ってモータ回転時だけに限ってもセンサ関係での消費電流削減効果は９９．７２％であり、ロータ位置センサは電力をほとんど消費しない。小型モータの定常回転時の消費電流は１００〜３００ｍＡ程度であるから、おおむね１０〜３０％の大きな消費電流低減効果がある。しかも電源レギュレータとＡＮＤゲートとＦＥＴを追加するだけで回路構成ができるので低コストで実現できる。

Ａ〜Ｃロータ位置センサ
１コントローラ
２デコーダ
３出力段
４センサ選択手段
５中性点電圧発生手段
６ゼロクロス検出手段
７ディレー手段
８誘起電圧判定手段
９センサ給電手段
１０センサ電源発生手段
１１センサ電源スイッチング手段
１２センサ給電指令手段

Claims

ロータ位置センサから出力されるロータ位置情報を入力する外部センサ信号入力手段と、
モータコイルに発生する誘起電圧と中性点電圧を比較しスパイクノイズを除去して電気角当たり1パルスのゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロス検出手段により生成されたゼロクロス信号を所定の電気角度だけ遅延させた内部センサ信号を生成するディレー手段と、
コントローラからの駆動切り替え指令により前記外部センサ信号入力手段から入力された外部センサ信号と前記ディレー手段により生成された内部センサ信号とを切り替えるセンサ選択手段と、
前記コントローラからの回転指令及び前記センサ選択手段で選択されたセンサ信号に応じて通電相を決定し、モータ出力部へ励磁切替え信号を出力する励磁切替え手段と、
前記励磁切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき通電相を切り替えて前記モータコイルに通電する前記モータ出力部と、
回路電源からモータのロータ位置センサに給電するためのセンサ電源を生成し当該ロータ位置センサに対して通電又は通電遮断制御を行うセンサ給電手段と、を具備し、
前記コントローラが前記外部センサ信号を指定する場合は前記センサ給電手段が前記センサ電源から前記ロータ位置センサに通電制御し、前記内部センサ信号を指定する場合は前記センサ電源から前記ロータ位置センサへの通電を遮断制御するモータ駆動装置。
励磁シーケンスを記憶し前記ゼロクロス検出手段により検出されたゼロクロス信号が前記励磁切替え手段からの励磁シーケンス情報に対応する前記励磁シーケンスに基づく理論値と一致するか否かを判定してセンサ信号を指定する誘起電圧判定信号を前記センサ選択手段に出力する前記誘起電圧判定手段を備え、
前記誘起電圧判定手段が前記外部センサ信号を指定する場合は前記センサ給電手段が前記センサ電源から前記ロータ位置センサに通電制御し、前記内部センサ信号を指定する場合は前記センサ電源から前記ロータ位置センサへの通電を遮断制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
前記誘起電圧判定手段は、連続する複数の励磁区間のゼロクロス信号が前記理論値とすべての励磁区間で一致した場合は前記内部センサ信号を指定し前記センサ選択手段は自動的に内部センサ信号を選択すると共に前記センサ給電手段は通電遮断制御を行い、前記ゼロクロス信号が前記理論値と一励磁区間でも不一致になった場合には前記外部センサ信号を指定し、前記センサ選択手段は自動的に外部センサ信号を選択すると共に前記センサ給電手段は通電制御を行う請求項２記載のモータ駆動装置。