JP3393367B2 - センサレスモータの回転子位置検出装置及びその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転位置センサ
なしで動作するセンサレス・スイッチドリラクタンスモ
ータ（以下センサレスＳＲモータと称す）の回転子の位
置を検出する装置及び方法に関するものであり、特に回
転子と固定子の位置関係によって変化する固定子巻線の
インダクタンスの変化から、固定子巻線に生じる回生電
流の影響を避けて回転子の位置を検出することに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の一般的なＳＲモータとその
駆動回路を示すものである。１は固定子、３は巻線、５
は回転軸４を中心として回転する回転子である。固定子
１は、６個の固定子突極２と３組の巻線３（簡単の為に
一対のＵ相Ｕ１、Ｕ２だけを図示している）で構成され
ている。回転子５は積層鋼板で構成され、回転子５の回
転軸４から外方向へ放射状に延び、回転子５の周辺部を
中心にして円周方向に一様な間隔で４個の回転子突極６
を構成している。回転子５と同様に、固定子１も積層鋼
板で構成されている。

【０００３】直径方向に相対する固定子突極２における
巻線３は、同一方向に磁界を発生するように直列接続さ
れて相巻線を構成しており、巻線数は３個（Ｕ、Ｖ、
Ｗ）である。簡単のためにコイル組のＶ、Ｗは図示して
いないが、それらの相巻線に組み合わされる固定子突極
に「Ｖ」、「Ｗ」の符号がつけられている。

【０００４】７はＳＲモータを駆動する駆動回路であ
り、ＳＲモータのＵ相巻線Ｕ１とＵ２を励磁するために
用いられる基本的な電気回路だけを図示している。８
ａ、８ｂはＵ相巻線３に流れる電流をＯＮ、ＯＦＦする
一対のトランジスタ、９ａ、９ｂはトランジスタ８ａ、
８ｂがＯＦＦしたときに発生する逆起電力を回生する方
向に流すためのダイオード、１０はＳＲモータを駆動す
るための電流を供給する電源である母線電圧、１１は回
転子５の回転位置を検出する位置検出センサ、１２はト
ランジスタ対８ａ、８ｂのＯＮ−ＯＦＦを制御する制御
回路である。

【０００５】次に、動作について図８、図９により説明
する。ＳＲモータの場合、固定子突極２が励磁されるこ
とにより回転子突極６が磁気抵抗が最小となる向きに回
転子５が磁気吸引され回転するため、励磁された固定子
突極２の磁極には依存しない。従って、駆動回路７から
供給される電流は一方向の電流だけでいいことになる。
そして、相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを順次励磁し、回転子突極６
を固定子の励磁されている突極２に同期して向き合わせ
ることにより回転子５を回転させる。

【０００６】まず、Ｕ相巻線３に対しては、トランジス
タ対８ａ、８ｂがＯＮすると、電源１０→トランジスタ
８ａ→巻線Ｕ１とＵ２→トランジスタ８ｂの順に電流が
流れる。トランジスタ対８ａ、８ｂがＯＦＦすると、巻
線Ｕ１とＵ２に逆起電力が発生する。この逆起電力のエ
ネルギーは、ダイオード９ａ→巻線Ｕ１とＵ２→ダイオ
ード９ｂを通って回生される。この励磁動作は各巻線
Ｕ、Ｖ、Ｗに対して順次行われ、モータとしての回転動
作を行う。トランジスタ対８ａ、８ｂのＯＮ−ＯＦＦの
切り替えるタイミングは、回転子５の回転位置を検出す
る位置検出センサ１１からの情報をもとに制御回路１２
によって行われる。

【０００７】図９（ａ）〜（ｄ）は、固定子突極２と回
転子突極６の位置関係をあらわしたものである。Ｕ相を
基準に説明すると、図９（ａ）のように固定子突極２と
回転子突極６が離れているときにＵ相に電圧を印加する
と、固定子突極２が励磁され磁気吸引力により固定子突
極２に最も近い回転子突極６が磁気吸引される。磁気吸
引によって、図９（ｂ）のように固定子突極２に回転子
突極６が近づいていく。さらに固定子突極２に回転子突
極６が近づき、図９（ｃ）のように固定子突極２と回転
子突極６が向かい合う。このとき、回転子突極６に働く
吸引力は直径方向のみとなり回転子５を回転させるトル
クは発生しない。さらに、図９（ｄ）のように回転子５
が回転すると、ふたたび、回転子突極６に回転方向の力
が働き、回転子５に回転トルクが発生する。この時発生
する回転トルクは、図９（ａ）〜（ｃ）と反対に方向と
なる。回転子５が時計方向に回転しているとすれば、そ
の回転を停止する制動力となる。

【０００８】回転子５を一方向に回転させるためには、
常に同じ方向のトルクが発生するようにしなければなら
ない。そこで、図９（ｃ）のように固定子突極３と回転
子突極６が向かい合う前に固定子突極３の励磁を停止し
なければならない。このように、ＳＲモータを一定方向
に回転するためには、回転子突極６に対する固定子突極
２の位置に同期して、固定子巻線３に通電するタイミン
グを切り換えなければならない。このため、従来は回転
子４の位置を検出するために、レゾルバ等の位置検出セ
ンサ１１によって回転子５の位置を検出し、その回転子
位置信号を制御回路１２へ帰還することにより、固定子
突極巻線３を回転子５の位置に同期して通電していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＳＲモ
ータ駆動装置のように、位置検出センサ１１を設けるこ
とにより、ＳＲモータから出てくる結線が増えるため、
例えば、圧縮機のような特殊な空間内で動かす場合は、
その内と外を結ぶための端子の数が増してしまい形状や
コストの面で制約を受けてしまう。このため、その位置
検出センサ１１を不要とすることが望ましい。

【００１０】ＳＲモータの場合、ＤＣモータのように回
転子５にマグネットがないため固定子巻線３と鎖交する
磁束の変化を利用することはできない。そこで、固定子
突極２に対する回転子突極６の位置によって固定子突極
２の巻線３のインダクタンスが変化するというＳＲモー
タの特性を利用して回転子突極６の位置を検出すること
ができる。

【００１１】図１０は回転子突極の回転角に対する固定
子突極巻線のインダクタンスの一般的な変化を示したも
のである。図１０の回転角θ１はインダクタンスが最小
で、固定子突極と回転子突極の位置関係は図９（ａ）の
ようになっている。そこから図９（ｂ）のように時計方
向に回転すると、図１０のθ２のように固定子突極巻線
のインダクタンスは増加していく。図９（ｃ）の位置で
は、図１０のθ３のように最大値となる。さらに図９
（ｄ）のように回転させると、図１０のθ４のようにイ
ンダクタンスは減少していく。このように、固定子突極
に対する回転子突極の位置によって固定子突極の巻線イ
ンダクタンスの大きさは、図１０のように周期的に、固
定子突極２に対する回転子突極６の位置によって固定子
突極２の巻線３のインダクタンスが変化するというＳＲ
モータの特性を利用して回転子突極６の位置を検出する
ことができる。

【００１２】従って、固定子巻線を励磁するときの固定
子突極に対する回転子突極の位置をあらかじめ決めてお
き、その時の固定子巻線のインダクタンスを求め、その
値に達したときの固定子突極を励磁するタイミングを作
るようにすれば、図８の位置検出センサ１１を設けなく
ても回転子突極に同期して固定子突極を励磁することが
できる。

【００１３】このように、インダクタンスの値が分かれ
ば、固定子突極に対する回転子突極の位置を推定するこ
とができるが、図１０からも分かるように回転子突極角
θ３を中心に対称的になっているため、インダクタンス
の値から一義的に回転子突極の位置を検出することはで
きない。しかし、ＳＲモータの駆動タイミング上、任意
の固定子突極を励磁しているときは、その直前に励磁し
ていた固定子突極の巻線インダクタンスは減少している
ので、この期間にインダクタンスの値を検出すれば、固
定子突極に対する回転子突極の位置が一義的に決まって
くる。

【００１４】このように、ＳＲモータの特性を生かし、
固定子突極巻線のインダクタンスを検出することにより
回転子突極の位置を検出したものとして、例えば、特表
平８−５０１９２０号公報に記載されたシャフト位置セ
ンサ無しでの切替式反作用モータの回転子位置感知装置
では、ＳＲモータの励磁していない固定子突極巻線に連
続的に変動する信号を印加し、その結果、出力される電
流の振幅や位相を検出して回転子の位置を検出してい
る。しかし、連続的に変動する信号やそれを増幅するた
めの回路が必要になり、また、それらの信号を励磁して
いない固定子突極巻線に接続するための切換回路などが
必要となり、回路が複雑になってしまうという問題があ
った。

【００１５】また、ＳＲモータの場合、固定子巻線３に
駆動電圧を印加すると、固定子巻線３には磁気エネルギ
ーが蓄えられ、その後、駆動電圧の印加を遮断すると、
蓄えられた磁気エネルギーを消費するために電流がダイ
オード対９ａ、９ｂを通って母線電圧１０に回生される
回生期間がある。この回生期間は、固定子突極巻線のイ
ンダクタンスを検出して回転子突極の位置を検出する場
合に影響あることが考えられる。

【００１６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、専用の回転位置検出センサを
用いることなしに、簡単な回路により、固定子巻線に生
じる回生電流への影響を避けて回転子の位置を検出する
センサレスＳＲモータの回転子位置検出装置及びその方
法を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるセンサ
レスモータの回転子位置検出装置は、固定子巻線に印加
された駆動電圧を遮断したときに、回生電流が流れる回
生期間が終了した後に、ステップ関数信号を発生するス
テップ関数信号発生回路と、電源と前記固定子巻線の間
に接続され、過渡応答時の時定数を定める抵抗と、前記
電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づ
いてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記
抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数電圧によ
り前記固定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電
圧または電流を検出するインダクタンス検出回路と、こ
のインダクタンス検出回路により検出された前記検出電
圧または検出電流と回転子突極の位置に対応してあらか
じめ定められた電圧または電流とに基づいて、前記回転
子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、を備え
る。

【００１８】また、固定子巻線に印加された駆動電圧を
遮断したときに、回生電流が流れる回生期間の終了を検
知する回生期間終了検知回路と、この回生期間終了検知
回路からの検出信号に基づいて、ステップ関数信号を発
生するステップ関数信号発生回路と、電源と前記固定子
巻線の間に接続され、過渡応答時の時定数を定める抵抗
と、前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信
号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線
及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数
電圧により前記固定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応
答時の電圧または電流を検出するインダクタンス検出回
路と、このインダクタンス検出回路により検出された前
記検出電圧または検出電流と回転子突極の位置に対応し
てあらかじめ定められた電圧または電流とに基づいて、
前記回転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、
を備える。

【００１９】また、ステップ関数信号を発生するステッ
プ関数信号発生回路と、電源と固定子巻線の間に接続さ
れ、過渡応答時の時定数を定める抵抗と、前記電源から
印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステ
ップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印
加するスイッチと、前記固定子巻線に印加された駆動電
圧を遮断したときに生じた回生電圧または電流をあらか
じめ定められたレベルとを比較して検出信号を出力する
とともに、前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線
及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検
出するインダクタンス検出回路と、前記インダクタンス
検出回路からの前記検出信号により、前記回生電圧また
は電流の回生期間終了を判断し、前記ステップ関数信号
発生回路を駆動させる制御回路と、前記インダクタンス
検出回路により出力された前記検出電圧または検出電流
と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた電
圧または電流の値とに基づいて、前記回転子突極の位置
を検出する回転位置検出回路と、を備える。

【００２０】また、ステップ関数信号を発生するステッ
プ関数信号発生回路と、電源と固定子巻線の間に接続さ
れ、過渡応答時の時定数を定める抵抗と、前記電源から
印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステ
ップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印
加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により前記固
定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または
電流を検出するインダクタンス検出回路と、前記固定子
巻線に印加された駆動電圧を遮断した後に、２番目に駆
動電圧が印加される固定子巻線に駆動電圧が印加された
ときに、前記ステップ関数信号発生回路を駆動させる制
御回路と、前記インダクタンス検出回路により出力され
た前記電圧または電流と回転子突極の位置に対応してあ
らかじめ定められた電圧または電流の値とに基づいて、
前記回転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、
を備える。

【００２１】また、センサレスモータの回転子位置検出
方法は、固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断したと
きに、回生電流が流れる回生期間が終了した後に、ステ
ップ関数信号を発生させ、電源から印加された電圧を前
記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧とし
て、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して前記固定
子巻線に印加し、前記ステップ関数電圧により前記固定
子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電
流と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた
電圧または電流とに基づいて、前記回転子突極の位置を
検出するものである。

【００２２】また、固定子巻線に印加された駆動電圧を
遮断した後に、２番目に駆動電圧が印加される固定子巻
線に駆動電圧が印加されたときに、ステップ関数信号を
発生させ、電源から印加された電圧を前記ステップ関数
信号に基づいてステップ関数電圧として、過渡応答時の
時定数を定める抵抗を介して前記固定子巻線に印加し、
前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
抗に生じた過渡応答時の電圧または電流と回転子突極の
位置に対応してあらかじめ定められた電圧または電流と
に基づいて、前記回転子突極の位置を検出するものであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 以下、実施の形態１を図を用いて説明する。図１は実施
の形態１である回転子位置検出装置を備えたセンサレス
ＳＲモータの駆動装置の構成図であり、説明をし易くす
るため、１相について示している。図２は固定子巻線の
駆動電圧による回生期間とステップ信号の関係を説明す
る動作波形図、図３は固定子巻線に印加される駆動電圧
と固定子巻線に流れる駆動電流及び回生期間終了検知回
路の入出力電圧の波形図である。図１において８ａは固
定子巻線３の一端と母線電圧１０間に接続されたトラン
ジスタ、８ｂは固定子巻線３の一端とＧＮＤ間に接続さ
れたトランジスタ、９ａは固定子巻線３の一端とＧＮＤ
間に接続されたダイオード、９ｂは固定子巻線３の他端
と母線電圧１０の間に接続されたダイオード、１９は検
出用電源、１８はトランジスタ対８ａ、８ｂを固定子巻
線励磁信号によってＯＮ−ＯＦＦさせる制御回路であ
る。

【００２４】２５はセンサレスＳＲモータの回転子の位
置を検出する回転子位置検出装置であり、固定子巻線３
の一端と検出用電源１９との間にトランジスタ８ａと並
列に接続された抵抗１３、ステップ関数信号を発生する
ステップ関数信号発生回路１７、固定子巻線３の他端に
トランジスタ８ｂと並列に接続されるとともに、抵抗１
３と固定子巻線３と直列に接続され、ステップ関数信号
発生回路１７から出力されたステップ関数信号に基づい
てＯＮ−ＯＦＦされ、検出用電源１９をステップ関数電
圧として固定子巻線に印加するスイッチング素子である
トランジスタ１４、入力された電圧Ｖから回生期間が終
了したことを検知する回生期間終了検知回路３１、抵抗
１３と固定子巻線３との接続点から接続され、ステップ
関数電圧により固定子巻線３のインダクタンスに対応し
た電圧として検出するインダクタンス検出回路１６、イ
ンダクタンス検出回路１６から出力された電圧とあらか
じめ設定された回転子突極６の位置に対応した電圧に基
づいて、回転子突極６の位置を表す信号を出力する回転
位置検出回路１５、母線電圧１０の影響を無くすために
検出用電源１９に逆電流を流さないための整流子２０か
らなる。

【００２５】次に、動作について図１〜図３により説明
する。まず、ステップ関数信号発生回路１７の出力電圧
がＯＮとなると、トランジスタ１４がＯＮとなり、検出
用電源１９から抵抗１３、固定子巻線３及びダイオード
２０を通ってトランジスタ１４に電流が流れる。この時
流れる電流によりインダクタンス検出回路１６及び回生
期間終了検知回路３１に入力される電圧Ｖは、 Ｖ＝Ｖｃｃ×ｅｘｐ（−Ｒ×ｔ／Ｌ） …（１） となる。ここで、Ｖｃｃは、検出用電源１９の電圧値、
Ｒは検出用電源１９と固定子巻線３との間に接続された
抵抗１３の抵抗値、ｔはトランジスタ１４がＯＮしてか
らの経過時間、Ｌは固定子巻線３のインダクタンスであ
る。

【００２６】そして、（１）式より検出用電源１９の電
圧Ｖｃｃと抵抗１３の抵抗値Ｒとトランジスタ１４がＯ
Ｎしてからの経過時間ｔがわかれば、Ｖより固定子巻線
３のインダクタンスＬを推定することができる。

【００２７】この経過時間ｔを検出時間とし、このとき
の電圧Ｖの値を過度時の電圧Ｖｓｅｎｓとする。そし
て、あらかじめ、固定子突極２と回転子突極６の位置関
係と、その時のＶｓｅｎｓの関係を求めておく。

【００２８】ここで、固定子巻線３に駆動電圧を印加し
た後に、駆動電圧の印加を遮断すると、生じる回生電流
とステップ関数信号の影響について図２により説明す
る。図２（ａ）は固定子巻線駆動電圧波形図、図２
（ｂ）はステップ関数信号発生回路信号がない場合の固
定子巻線駆動電流波形図、図２（ｃ）はステップ関数信
号発生回路信号がある場合の固定子巻線駆動電流波形
図、図２（ｄ）は固定子巻線インダクタンスの波形図で
ある。

【００２９】ＳＲモータでは、Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれか一
つの相の固定子巻線３に対する駆動電流はトランジスタ
対８ａ、８ｂがＯＮすると、母線電圧１０→トランジス
タ８ａ→固定巻線３→トランジスタ８ｂの順に電流が流
れ、固定子巻線３には磁気エネルギーが蓄えられる。そ
の後、トランジスタ対８ａ、８ｂがＯＦＦすると、蓄え
られた磁気エネルギーを消費するために固定子巻線３に
逆起電力が発生する。この逆起電力のエネルギーは、ダ
イオード９ａ→固定巻線３→ダイオード９ｂを通って母
線電圧１０に回生される。そして、回生が終了すると回
生電流が流れなくなるためにダイオード９ａ、９ｂがＯ
ＦＦ状態になり、検出用電源１９→抵抗１３→ダイオー
ド２０→固定子巻線３→トランジスタ１４の回路とな
る。

【００３０】このように、駆動回路のトランジスタ対８
ａ、８ｂ、ダイオード９ａ、９ｂをが全てＯＦＦ状態に
なり、固定子巻線が浮いた状態になっている期間で検出
する固定子巻線３のインダクタンスが変化している期間
は検出可能期間である。

【００３１】この回生期間中にステップ関数信号発生回
路１７よりステップ関数信号を印加し、ステップ関数信
号に基づいたステップ関数電圧が固定子巻線３に印加さ
れると、このステップ関数電圧により、固定子巻線に磁
気エネルギーが蓄えられ、さらに、ステップ関数信号の
回数を増して印加すると、図２（ｃ）に示すように回生
期間が、図２（ｂ）に示すステップ関数信号発生回路信
号がない場合の回生期間より延びてしまう。

【００３２】このため、センサレスＳＲモータをスムー
ズに回転するために電流を流さないようにする期間（制
動期間）にも回生電流が流れてしまい、センサレスＳＲ
モータに制動をかけてしまうことや、位置を検出するた
めの検出可能期間が短くなる可能性が考えられる。

【００３３】このような影響を避けるためになされたの
が本実施の形態であり、次に図３により説明する。図３
（ａ）は固定子巻線駆動電圧波形図、図３（ｂ）は固定
子巻線インダクタンス波形図、図３（ｃ）は固定子巻線
駆動電流波形図、図３（ｄ）は回生期間終了検知回路入
力電圧波形図、図３（ｅ）は回生期間終了検知回路出力
電圧波形図、図３（ｆ）はステップ関数信号波形図であ
る。

【００３４】まず、駆動電圧が固定子巻線３に印加され
ると、図３（ａ）に示すように、固定子巻線の駆動電圧
が非駆動時となっても、固定子巻線３に流れる駆動電流
は図３（ｃ）に示すように固定子巻線３に蓄えられた磁
気エネルギーがダイオード対９ａ、９ｂを通って回生さ
れ電流が流れる。この電流が流れている期間は回生期間
であり、これを避けて検出可能な検出可能期間は固定子
巻線駆動電圧がＯＦＦとなり、図３（ｂ）に示すように
インダクタンスが変化している期間である。

【００３５】次にセンサレスＳＲモータが駆動中に回生
期間終了検知回路３１に入力されるが、入力電圧は図３
（ｄ）に示すようになる。すなわち、固定子巻線３に駆
動電圧を印加中は、通常は検出用電源９の電圧値Ｖｃｃ
より駆動電圧１０の電圧Ｖｂの方が高い電圧になってい
るため、回生期間終了検知回路３１の電圧は検出用電源
１９の電圧値Ｖｃｃとなっている。固定子巻線３に印加
されている駆動電圧が遮断されると、溜まった磁気エネ
ルギーを回生するため回生電流はダイオード９ａから固
定子巻線３を通りダイオード９ｂから母線電圧１０に回
生される。この時は、ダイオード９ａがＯＮしているた
め、ほぼＧＮＤ電圧（０Ｖ）となる。回生が終了して、
回生電流が流れなくなるとダイオード９ａがＯＦＦする
ため、回生期間終了検知回路３１の電圧は、検出用電源
１９の電圧値Ｖｃｃとなる。

【００３６】ここで、回生期間が終了と判断できる電流
値を設定し、その電流値に相当する検出レベルを設定す
れば、この検出レベルになったことを検知することによ
り、回生期間終了を判断できる。これにより、ステップ
関数信号発生回路１７を駆動すれば、回生期間を延長す
ることなくステップ関数電圧による回転子の位置検出を
行うことができる。

【００３７】すなわち、回生期間終了検知回路３１は、
回生期間終了検知回路３１への入力電圧に対して図３
（ｄ）に示すように回生期間が終了と判断できる電流値
に相当する検出レベルをＶｓと設定すると、回生期間終
了検知回路３１の出力電圧は図３（ｅ）に示すようにＶ
ｓとなったときに立ち上がりエッジとなる。そして、こ
の立ち上がりエッジを検知して、制御回路１８に検出信
号を出力する。制御回路１８はステップ関数信号発生回
路１７にステップ関数信号を発信させるための発信可能
信号を発信する。そして、ステップ関数信号発生回路１
７は、図３（ｆ）に示すようにステップ関数信号を出力
する。

【００３８】次に、インダクタンス検出回路１６では、
入力された電圧Ｖから検出時間後の電圧Ｖｓｅｎｓを出
力する。出力された電圧Ｖｓｅｎｓは、固定子突極２に
対する回転子突極６の位置に対応した値となる。回転位
置検出１５では、インダクタンス検出回路１６から出力
された電圧Ｖｓｅｎｓとあらかじめ設定された固定子突
極２と回転子突極６の位置関係に相当する電圧との比較
をし、あらかじめ設定された固定子突極２と回転子突極
６の位置に相当する位置を検出し位置検出信号を制御回
路１８に送る。

【００３９】そして、制御回路１８は送られた位置検出
信号から固定子突極を励磁するタイミングを計算しトラ
ンジスタ対８ａ、８ｂをＯＮまたはＯＦＦする信号をト
ランジスタ対８ａ、８ｂに出力する。同じように、Ｖ相
とＷ相も同じように行う。

【００４０】以上のように、回転位置検出センサを用い
ることなしに、電圧Ｖの値と検出レベルとの比較を行う
だけの簡単で、安価な回路を追加するだけで、回生電流
への影響（回生期間を延ばす）を避けてセンサレスＳＲ
モータの特性を変えることなく、信頼性が高く、回転子
の位置を検出することができる。

【００４１】実施の形態２． 以下、実施の形態２を図を用いて説明する。図４は実施
の形態２である回転子位置検出装置を備えたセンサレス
ＳＲモータの駆動装置の構成図、図５は図４のインダク
タンス検出回路の構成図であり一般的な検出回路であ
る。図６は固定子巻線の駆動電圧と電流の波形図及びイ
ンダクタンス検出回路の動作波形図である。図４、５に
おいて実施の形態１で示した図１と同一または相当部分
には、同じ符号を付し、説明を省略する。２１はＯＰア
ンプである。２２、２３、２４はＯＰアンプ２１に接続
され、インダクタンス回路１６の検出レベルを設定して
いる抵抗、２９はＯＰアンプ２１の出力を波形整形及び
信号反転して出力するインバータである。３２はインダ
クタンス検出回路１６からの入力信号により回生期間終
了を検知するとともに固定子巻線励磁信号を出力する制
御回路である。

【００４２】次に、動作について図４〜図６により説明
する。図６（ａ）は固定子巻線駆動電圧波形図、図６
（ｂ）は固定子巻線インダクタンス波形図、図６（ｃ）
は固定子巻線駆動電流波形図、図６（ｄ）はインダクタ
ンス検出回路入力電圧波形図、図６（ｅ）はインダクタ
ンス検出回路出力電圧波形図、図６（ｆ）はステップ関
数信号波形図である。

【００４３】センサレスＳＲモータは制御回路１８から
の固定子巻線励磁信号によりトランジスタ対８ａ、８ｂ
がＯＮとなり、母線電圧１０から固定子巻線に電流が供
給される。このとき、固定子巻線３の駆動電圧と駆動電
流は、図６（ａ）、（ｃ）に示されるが、固定子巻線３
の駆動電圧が非駆動時となっても、固定子巻線３に流れ
る駆動電流は図６（ｃ）に示すよう回生電流が流れる回
生期間があり、検出可能期間は固定子巻線が非駆動時
で、図６（ｂ）に示すようにインダクタンスが変化して
いる期間である。

【００４４】この検出可能期間に固定子巻線３のインダ
クタンスの変化を検出して回転子の位置を検出するので
あるが、まず、ステップ関数信号発生回路１７の出力電
圧がＯＮとなると、トランジスタ１４がＯＮとなり、検
出用電源１９からステップ関数電圧が固定子巻線３に印
加される。このステップ関数電圧により固定子巻線３に
生じた過渡応答時の電圧がインダクタンス回路１６に入
力する。この入力電圧は図６（ｄ）に示される。

【００４５】インダクタンス検出回路１６の検出レベル
は、回転子位置に相当する値Ｖｓに設定し、入力信号が
検出レベルより大きい場合はＯＰアンプ２１の出力はＬ
（Ｌｏｗ−ｖｏｌｔ）となり、小さい場合はＨ（Ｈｉｇ
ｈ−ｖｏｌｔ）となる。この信号は、インバータ２９に
よって波形整形及び信号反転され回転位置検出回路１５
及び制御回路１８に出力される。

【００４６】この検出レベルＶｓは、回生期間が終了し
たことを検知するためのレベルにする必要があり、回生
電流の電圧がある一定レベル以下に達したことを検出す
ればよく、例えば、回生電流が流れなく、ダイオード９
ａがＯＦＦとなる電圧に設定する。すなわち、ダイオー
ド９ａのＯＮ時の電圧降下より高い値に設定しておけば
よい。

【００４７】インダクタンス検出回路１６の出力電圧は
図６（ｅ）に示すように入力電圧がＶｓとなったとき立
ち上がりエッジとなる。制御回路３２は、この出力電圧
の立ち上がりを検知して回生期間終了を判断し、ステッ
プ関数信号発生回路１７にステップ関数信号を発信させ
るための発信可能信号を発信する。そして、ステップ関
数信号発生回路１７は、図６（ｆ）に示すようにステッ
プ関数信号を出力する。

【００４８】次に、回転位置検出回路１５は、制御回路
３２が回生期間終了を検知した後のインダクタンス検出
回路１６の出力電圧がＬとなったことを検知して回転子
位置検出を行う。

【００４９】以上のように、ダイオード９ａのＯＮ電圧
より高い値に相当する回転子の位置を検出レベルに設定
しておけば、回生期間終了検知回路がなくとも、回生電
流への影響（回生期間を延ばす）を避けてセンサレスＳ
Ｒモータの特性を変えることなく、信頼性が高く、回転
子の位置を検出することができる。

【００５０】実施の形態３． 本実施の形態のセンサレスＳＲモータの回転子位置検出
装置は実施の形態２で示した図４と同じ構成であり、動
作が異なるものであるので動作について説明する。図７
は動作波形図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はセ
ンサレスＳＲモータの駆動電圧パターンの一例を示すも
のであり、図７（ａ）はＵ相の固定子巻線駆動電圧波形
図、図７（ｂ）はＶ相の固定子巻線駆動電圧波形図、図
７（ｃ）はＷ相の固定子巻線駆動電圧波形図である。図
７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は本実施の形態の動作を示す
もので、図７（ｄ）は、Ｕ相の固定子駆動電流波形図、
図７（ｅ）はＵ相の固定子巻線インダクタンスの波形
図、図７（ｆ）はステップ関数信号波形図である。

【００５１】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、Ｕ相固定子巻線駆動電圧がＯＮになっている状態で
Ｖ相固定子巻線駆動電圧がＯＮになると、Ｕ相固定子巻
線駆動電圧はＯＦＦになる。さらに、Ｗ相固定子巻線駆
動電圧がＯＮになると、Ｖ相固定子巻線駆動電圧はＯＦ
Ｆする。このように、センサレスＳＲモータは、固定子
巻線駆動電圧を順次ＯＮすることにより回転子を回転さ
せる。

【００５２】センサレスＳＲモータは、固定子巻線のイ
ンダクタンスが増加している期間に固定子巻線に駆動す
るための電圧を印加することにより回転子が回転するた
めのトルクが発生する。また、回転子が回転している時
に、固定子巻線のインダクタンスが減少する期間に駆動
電圧を印加すると、固定子巻線に制動力が働くことにな
る。固定子巻線に駆動電圧を印加する時、固定子巻線の
インダクタンスのために、駆動電圧を印加してから所定
の電流が流れるまでに時間のずれが発生するので、この
ずれを補正し、所定の位置での駆動電流を確保するため
に、通常早めに印加する。

【００５３】また、図７（ｄ）に示すように駆動電圧が
ＯＦＦしてから電流が０に減少するまでに回生期間があ
り、この期間は固定子巻線３に溜まった磁気エネルギー
を回生するために固定子巻線には回生電流が流れる。こ
の回生電流が、固定子巻線インダクタンスの減少してい
る期間まで流れると、回転子に制動がかかってしまうの
で、固定子巻線のインダクタンスが減少するまでに回生
電流が０になるように早めに駆動電圧をＯＦＦするよう
にしている。図において、検出可能期間は固定子巻線が
非駆動時で、回生期間が終了したときから固定子巻線３
のインダクタンスが変化している期間である。

【００５４】次に、本実施の形態における動作を、簡単
にするためにＵ相固定子巻線について説明する。Ｕ相固
定子巻線駆動電圧がＯＦＦしてからの回生期間は、通常
Ｕ相固定子巻線インダクタンスが減少を開始するまでに
は０になるように設定される。これは、図７（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）からも分かるように、次に駆動されてい
るＶ相固定子巻線駆動電圧のＯＮ期間（ｔ１〜ｔ３）の
間には終了していることになる。さらに、次にＯＮする
Ｗ相固定子巻線駆動電圧がＯＮのとき（ｔ３〜ｔ５）に
は回生電流は０になっていることが分かる。

【００５５】Ｗ相の固定子巻線駆動電圧がＯＮのとき
（ｔ３〜ｔ５）は、Ｕ相の固定子巻線インダクタンスは
図７（ｅ）に示すように最小になっているが、実際は、
上述のように、早めにＯＮするため、図に示すようにＷ
相駆動中の検出可能期間（ｔ３〜ｔ４）があり、Ｕ相固
定子巻線インダクタンスの変化は十分検出することが可
能である。

【００５６】このように、Ｕ相固定子巻線インダクタン
スを検出するため、回生期間を避けてステップ関数信号
発生回路１７からステップ関数信号を出力させるタイミ
ングは、図７（ｆ）に示すように次の次に印加されるＷ
相の固定子巻線駆動電圧がＯＮの期間（ｔ３〜ｔ５）に
行えばよいことが分かる。従って、制御回路３２は、固
定子巻線に印加された駆動電圧を遮断した後に、２番目
に駆動電圧が印加される固定子巻線に駆動電圧が印加さ
れたときに、ステップ関数信号発生回路１７を駆動させ
ることにより、各相に順次ステップ関数電圧を供給し、
ステップ信号の応答信号により回転子の位置を検出す
る。

【００５７】以上のように、回生期間終了を検知しなく
とも、回生電流への影響（回生期間を延ばす）を避けて
センサレスＳＲモータの特性を変えることなく、信頼性
が高く、回転子の位置を検出することができる。

【００５８】なお、実施の形態１〜２において、インダ
クタンス検出回路１６はステップ関数電圧により固定子
巻線３に生じた過渡応答時の電圧を検出したが、過渡応
答時の電流を検出してもよい。

【００５９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れるため、以下のような効果を奏する。

【００６０】この発明に係わるセンサレスモータの回転
子位置検出装置は、固定子巻線に印加された駆動電圧を
遮断したときに、回生電流が流れる回生期間が終了した
後に、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発
生回路と、電源と前記固定子巻線の間に接続され、過渡
応答時の時定数を定める抵抗と、前記電源から印加され
た電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステップ関数
電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印加するス
イッチと、前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線
及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検
出するインダクタンス検出回路と、このインダクタンス
検出回路により検出された前記検出電圧または検出電流
と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた電
圧または電流とに基づいて、前記回転子突極の位置を検
出する回転位置検出回路と、を備えたので、回転位置検
出センサを用いることなしに、簡単な回路により、固定
子巻線に生じる回生電流への影響を避けて回転子の位置
を検出することができる。

【００６１】また、固定子巻線に印加された駆動電圧を
遮断したときに、回生電流が流れる回生期間の終了を検
知する回生期間終了検知回路と、この回生期間終了検知
回路からの検出信号に基づいて、ステップ関数信号を発
生するステップ関数信号発生回路と、電源と前記固定子
巻線の間に接続され、過渡応答時の時定数を定める抵抗
と、前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信
号に基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線
及び前記抵抗に印加するスイッチと、前記ステップ関数
電圧により前記固定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応
答時の電圧または電流を検出するインダクタンス検出回
路と、このインダクタンス検出回路により検出された前
記検出電圧または検出電流と回転子突極の位置に対応し
てあらかじめ定められた電圧または電流とに基づいて、
前記回転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、
を備えたので、回転位置検出センサを用いることなし
に、簡単な回路により、回生電流への影響を避けてセン
サレスモータの特性を変えることなく、信頼性が高く、
回転子の位置を検出することができる。

【００６２】また、ステップ関数信号を発生するステッ
プ関数信号発生回路と、電源と固定子巻線の間に接続さ
れ、過渡応答時の時定数を定める抵抗と、前記電源から
印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステ
ップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印
加するスイッチと、前記固定子巻線に印加された駆動電
圧を遮断したときに生じた回生電圧または電流をあらか
じめ定められたレベルとを比較して検出信号を出力する
とともに、前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線
及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検
出するインダクタンス検出回路と、前記インダクタンス
検出回路からの前記検出信号により、前記回生電圧また
は電流の回生期間終了を判断し、前記ステップ関数信号
発生回路を駆動させる制御回路と、前記インダクタンス
検出回路により出力された前記検出電圧または検出電流
と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた電
圧または電流の値とに基づいて、前記回転子突極の位置
を検出する回転位置検出回路と、を備えたので、構成手
段が少ない簡単な回路により、回生電流への影響を避け
てセンサレスモータの特性を変えることなく、信頼性が
高く、回転子の位置を検出することができる。

【００６３】また、ステップ関数信号を発生するステッ
プ関数信号発生回路と、電源と固定子巻線の間に接続さ
れ、過渡応答時の時定数を定める抵抗と、前記電源から
印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づいてステ
ップ関数電圧として、前記固定子巻線及び前記抵抗に印
加するスイッチと、前記ステップ関数電圧により前記固
定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または
電流を検出するインダクタンス検出回路と、前記固定子
巻線に印加された駆動電圧を遮断した後に、２番目に駆
動電圧が印加される固定子巻線に駆動電圧が印加された
ときに、前記ステップ関数信号発生回路を駆動させる制
御回路と、前記インダクタンス検出回路により出力され
た前記電圧または電流と回転子突極の位置に対応してあ
らかじめ定められた電圧または電流の値とに基づいて、
前記回転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、
を備えたので、回生期間終了を検知しなくとも、回生電
流への影響を避けてセンサレスモータの特性を変えるこ
となく、信頼性が高く、回転子の位置を検出することが
できる。

【００６４】また、センサレスモータの回転子位置検出
方法は、固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断したと
きに、回生電流が流れる回生期間が終了した後に、ステ
ップ関数信号を発生させ、電源から印加された電圧を前
記ステップ関数信号に基づいてステップ関数電圧とし
て、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して前記固定
子巻線に印加し、前記ステップ関数電圧により前記固定
子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧または電
流と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた
電圧または電流とに基づいて、前記回転子突極の位置を
検出するので、回転位置検出センサを用いることなし
に、簡単な回路により、固定子巻線に生じる回生電流へ
の影響を避けて回転子の位置を検出することができる。

【００６５】また、固定子巻線に印加された駆動電圧を
遮断した後に、２番目に駆動電圧が印加される固定子巻
線に駆動電圧が印加されたときに、ステップ関数信号を
発生させ、電源から印加された電圧を前記ステップ関数
信号に基づいてステップ関数電圧として、過渡応答時の
時定数を定める抵抗を介して前記固定子巻線に印加し、
前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
抗に生じた過渡応答時の電圧または電流と回転子突極の
位置に対応してあらかじめ定められた電圧または電流と
に基づいて、前記回転子突極の位置を検出するので、回
生期間終了を検知しなくとも、回生電流への影響を避け
てセンサレスモータの特性を変えることなく、信頼性が
高く、回転子の位置を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置を備えたセンサレスＳＲモ
ータの駆動回路の構成図である。

【図２】 固定子巻線の駆動電圧による回生期間とステ
ップ信号の関係を説明す動作波形図である。

【図３】 この発明の実施形態１であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置の動作波形を示す図であ
る。

【図４】 この発明の実施形態２であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置を備えたセンサレスＳＲモ
ータの駆動回路の構成図である。

【図５】 この発明の実施形態２であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置のインダクタンス検出回路
を示す図である。

【図６】 この発明の実施形態２であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置の動作波形を示す図であ
る。

【図７】 この発明の実施形態３であるセンサレスＳＲ
モータの回転子位置検出装置の動作波形を示す図であ
る。

【図８】 従来の一般的なＳＲモータとその駆動回路の
構成図である。

【図９】 従来の一般的なＳＲモータの固定子と回転子
の位置関係を示す図である。

【図１０】 従来の一般的なＳＲモータの固定子巻線の
インダクタンス変化を示す図である。

【符号の説明】

３ 固定子巻線、８ａ、８ｂ、１４ トランジスタ、９
ａ、９ｂ ダイオード、１３ 抵抗、１５ 回転位置検
出回路、１６ インダクタンス検出回路、１７ステップ
関数信号発生回路、１８、３２ 制御回路、２０ 検出
用電源、２５回転子位置検出装置、３１ 回生期間終了
検知回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−14277（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−189580（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−177788（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−501920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 7/05

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断
   したときに、回生電流が流れる回生期間が終了した後
   に、ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生
   回路と、 電源と前記固定子巻線の間に接続され、過渡応答時の時
   定数を定める抵抗と、 前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に
   基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び
   前記抵抗に印加するスイッチと、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検出するイン
   ダクタンス検出回路と、 このインダクタンス検出回路により検出された前記検出
   電圧または検出電流と回転子突極の位置に対応してあら
   かじめ定められた電圧または電流とに基づいて、前記回
   転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、 を備えたことを特徴とするセンサレスモータの回転子位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断
   したときに、回生電流が流れる回生期間の終了を検知す
   る回生期間終了検知回路と、 この回生期間終了検知回路からの検出信号に基づいて、
   ステップ関数信号を発生するステップ関数信号発生回路
   と、 電源と前記固定子巻線の間に接続され、過渡応答時の時
   定数を定める抵抗と、 前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に
   基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び
   前記抵抗に印加するスイッチと、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検出するイン
   ダクタンス検出回路と、 このインダクタンス検出回路により検出された前記検出
   電圧または検出電流と回転子突極の位置に対応してあら
   かじめ定められた電圧または電流とに基づいて、前記回
   転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と、 を備えたことを特徴とするセンサレスモータの回転子位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 ステップ関数信号を発生するステップ関
   数信号発生回路と、 電源と固定子巻線の間に接続され、過渡応答時の時定数
   を定める抵抗と、 前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に
   基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び
   前記抵抗に印加するスイッチと、前記固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断したときに
   生じた回生電圧または電流をあらかじめ定められたレベ
   ルとを比較して検出信号を出力するとともに、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検出するイン
   ダクタンス検出回路と、 前記インダクタンス検出回路からの前記検出信号によ
   り、前記回生電圧または電流の回生期間終了を判断し、
   前記ステップ関数信号発生回路を駆動させる制御回路
   と、 前記インダクタンス検出回路により出力された前記検出
   電圧または検出電流と回転子突極の位置に対応してあら
   かじめ定められた電圧または電流の値とに基づいて、前
   記回転子突極の位置を検出する回転位置検出回路と 、 を備えたことを特徴とするセンサレスモータの回転子位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 ステップ関数信号を発生するステップ関
   数信号発生回路と、 電源と固定子巻線の間に接続され、過渡応答時の時定数
   を定める抵抗と、 前記電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に
   基づいてステップ関数電圧として、前記固定子巻線及び
   前記抵抗に印加するスイッチと、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流を検出するイン
   ダクタンス検出回路と、前記固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断した後に、
   ２番目に駆動電圧が印加される固定子巻線に駆動電圧が
   印加されたときに、前記ステップ関数信号発生回路を駆
   動させる制御回路と、 前記インダクタンス検出回路により出力された前記電圧
   または電流と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定
   められた電圧または電流の値とに基づいて、前記回転子
   突極の位置を検出する回転位置検出回路と 、 を備えたことを特徴とするセンサレスモータの回転子位
   置検出装置。
5. 【請求項５】 固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断
   したときに、回生電流が流れる回生期間が終了した後
   に、ステップ関数信号を発生させ、 電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づ
   いてステップ関数電圧として、過渡応答時の時定数を定
   める抵抗を介して前記固定子巻線に印加し、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流と回転子突極の
   位置に対応してあらかじめ定められた電圧または電流と
   に基づいて、前記回転子突極の位置を検出することを特
   徴とするセンサレスモータの回転子位置検出方法。
6. 【請求項６】 固定子巻線に印加された駆動電圧を遮断
   した後に、２番目に駆動電圧が印加される固定子巻線に
   駆動電圧が印加されたときに、ステップ関数信号を発生
   させ、 電源から印加された電圧を前記ステップ関数信号に基づ
   いてステップ関数電圧として、過渡応答時の時定数を定
   める抵抗を介して前記固定子巻線に印加し、 前記ステップ関数電圧により前記固定子巻線及び前記抵
   抗に生じた過渡応答時の電圧または電流と回転子突極の
   位置に対応してあらかじめ定められた電圧または電流と
   に基づいて、前記回転子突極の位置を検出することを特
   徴とするセンサレスモータの回転子位置検出方法。