JP3427251B2 - 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モータ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９は従来の一般的なセンサレスモータ
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はセンサレスモータを駆動する駆動回路
であり、センサレスモータの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。８ａ、８ｂはＵ相巻線３に流れる電流をＯＮ、Ｏ
ＦＦ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はセンサレス
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９、図１０により説
明する。センサレスモータの場合、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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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、センサレスモータを
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、従来のセンサ
レス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、センサレス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】センサレスモータの場合、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セ
ンサレス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１１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１１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１０（ａ）
のようになっている。そこから図１０（ｂ）のように時
計方向に回転すると、図１１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１０（ｃ）の
位置では、図１１のθ３のように最大値となる。さらに
図１０（ｄ）のように回転させると、図１１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１１のように周期的
に変化する。

【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９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１１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、センサレス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】ただし、固定子突極との位置関係が分かる
のは固定子突極に最も近い回転子突極との位置関係であ
り、回転子のある決まった突極との位置関係は分からな
い。しかし、固定子突極を励磁するタイミングは、回転
子の決まった突極との位置関係で切り換えるのではな
く、固定子突極の近傍にある回転子突極の位置で決まる
ため、その位置関係は必要ない。

【００１５】このように、センサレスモータの特性を生
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、センサレス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。

【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、センサレスモータ
の回転子突極に対する固定子突極の位置を検出する小型
で、信頼性の高いセンサレス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、タイミング信号を
発生する検出信号発生回路と、前記タイミング信号に基
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、過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電
源に接続された固定子巻線と、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があらかじめ定め
られたレベル以下となったとき、または、過渡応答時の
電流があらかじめ定められたレベル以上となったとき、
前記タイミング信号に基づいて検出出力電圧または電流
を出力するインダクタンス検出回路と、前記インダクタ
ンス検出回路により検出された検出出力電圧または検出
出力電流に基づいて、前記回転子突極の位置を示す検出
信号を出力する回転位置検出回路とを備え、前記インダ
クタンス検出回路により前記検出出力電圧または電流を
出力した後に、前記ステップ関数信号発生回路の出力を
終了させるものである。

【００１８】また、インダクタンス検出回路は、ステッ
プ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答
時の電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと
比較する比較回路と、検出信号発生回路から出力された
タイミング信号の立ち上がり、または、立ち下がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する伝
達回路と、を備える。

【００１９】また、インダクタンス検出回路は、ステッ
プ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答
時の電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと
比較する比較回路と、検出信号発生回路から出力された
タイミング信号の立ち上がり、または、立ち下がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する第
１の伝達回路と、ステップ信号発生回路から出力された
ステップ関数信の立ち下がり、または、立ち上がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する第
２の伝達回路と、前記第１、第２の伝達回路の出力を判
定する理論回路と、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、過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して電源に接続された固定子巻線と、前記ステッ
プ関数信号に基づいて生成されたステップ関数電圧の立
ち上がり、または、立ち下がりを遅延させ遅延ステップ
関数電圧を出力する遅延時間生成回路と、前記電源から
印加された電圧を前記遅延ステップ関数電圧に基づい
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
があらかじめ定められたレベル以下となったとき、また
は、過渡応答時の電流があらかじめ定められたレベル以
上となったとき、前記ステップ関数信号に基づいて検出
出力電圧または電流を出力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により検出された検出
出力電圧または検出出力電流に基づいて、前記回転子突
極の位置を示す検出信号を出力する回転位置検出回路
と、を備える。

【００２１】この発明に係わるセンサレスモータの回転
子位置検出方法は、ステップ関数信号に基づいて生成さ
れたステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して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
の電圧があらかじめ定められたレベル以下となったと
き、または、過渡応答時の電流があらかじめ定められた
レベル以上となったとき、タイミング信号に基づいて検
出出力電圧または電流を出力し、前記検出出力電圧また
は検出出力電流に基づいて、前記回転子突極の位置を示
す検出信号を出力するとともに、前記検出出力電圧また
は電流を出力した後に、前記ステップ関数信号発生回路
の出力を終了させるものである。

【００２２】また、ステップ関数信号に基づいて生成さ
れたステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して固定子巻線に印加し、前記ステップ関数信号
に基づいて、ステップ関数電圧の立ち上がり、または、
立ち下がりを遅延させた遅延ステップ関数電圧を生成
し、前記遅延ステップ関数電圧に基づいて前記固定子巻
線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧があらかじめ
定められたレベル以下となったとき、または、過渡応答
時の電流があらかじめ定められたレベル以上となったと
き、前記ステップ関数信号に基づいて検出出力電圧また
は電流を出力し、前記検出出力電圧または検出出力電流
に基づいて、前記回転子突極の位置を示す検出信号を出
力するものである。

【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は回転子位置検
出装置２５の動作原理を説明するための動作波形図、図
３は回転子位置検出装置２５の動作波形図である。図１
において１０はセンサレスＳＲモータを駆動するための
電流を供給する母線電圧であり、一般に交流電源をダイ
オードにより整流して生成される。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、８
ｂは固定子巻線３の他端と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である。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、一端が母線電
圧１０とは別の安定した検出用電源１９と接続され、他
端がダイオード２０を介して固定子巻線３の一端と接続
された抵抗１３、ステップ関数信号ａとステップ関数電
圧ｂ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１３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
数電圧ｂ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、抵抗１３とダイオ
ード２０との接続点から接続され、ステップ関数電圧ｂ
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の検出時間を決める検出信号ｅとステ
ップ関数信号発生回路１７を動作させる信号を発生する
検出信号発生回路２１、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からなる。

【００２５】なお、抵抗１３は既知の抵抗であり、ダイ
オード２０により母線電圧１０から検出用電源１９に流
れ込む可能性のある電流を阻止し、トランジスタ対８を
駆動する電源を小容量とし、これにより、装置が小型と
なる。

【００２６】次に、センサレスＳＲモータ駆動装置全体
の動作を図１により説明する。Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれか一
つの相の固定子巻線３に対する、制御回路１８からの固
定子巻線励磁信号に基づいて、トランジスタ対８ａ、８
ｂがＯＮすると、母線電圧１０→トランジスタ８ａ→固
定子巻線３→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、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→固定子巻線３→ダイオード９ｂを通っ
て回生される。このように励磁動作は各巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ
に対して順次行われ、センサレスＳＲモータの回転が行
われる。トランジスタ対８ａ、８ｂのＯＮ−ＯＦＦの切
り替えるタイミングは制御回路１８により、回転子位置
検出装置２５からの情報に基づいて回転子突極６に対す
る固定子突極２の位置に同期して行われる。

【００２７】次に、回転子の位置検出装置２５の動作に
ついて図２、図３により説明する。図２（ａ）はステッ
プ関数信号発生回路１７のステップ関数電圧波形図、図
２（ｂ）はインダクタンス検出回路１６の入力電圧波形
図である。

【００２８】トランジスタ１４は、図２（ａ）に示され
るステップ関数信号発生回路１７からのステップ関数電
圧ｂにより、ＯＮーＯＦＦし、トランジスタ１４がＯＮ
すると、検出用電源１９から抵抗１３、ダイオード２０
及び固定子巻線３と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に入力される電圧Ｖは、 Ｖ＝Ｖｃｃ×ｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ×ｔ） …（１） となる。ここで、Ｖｃｃは、回転子位置を検出するため
の検出用電源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のインダクタンス値である。

【００２９】このときのインダクタンス検出回路１６に
入力される電圧Ｖの電圧波形は図２（ｂ）のようにな
る。そして、固定子突極２と回転子突極６が離れてお
り、固定子巻線３のインダクタンスが小さい場合は、ト
ランジスタ１４がＯＮした後に、図２（ｂ）の実線のよ
うに入力電圧Ｖの値は急激に減少するが、固定子突極２
と回転子突極６が向かい合いインダクタンスが大きい場
合は、一点鎖線のように緩やかに減少する。

【００３０】ここで、（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。

【００３１】図２（ｂ）からわかるように、インダクタ
ンスの大きい場合（一点鎖線）の電圧Ｖとインダクタン
スの小さい場合（実線）の電圧Ｖは経過時間ｔが小さい
と各々の電圧Ｖの差が小さく、検出しにくいので、イン
ダクタンスの大きい場合（一点鎖線）とインダクタンス
の小さい場合（実線）の電圧Ｖの差が大きくなるように
経過時間ｔを決めて検出し易くする必要がある。例え
ば、固定子巻線３のインダクタンスの最大値が１０ｍＨ
程度で抵抗が１ｋΩ程度であれば、経過時間ｔは４μｓ
ｅｃ程度が望ましい。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Ｖｓとする。そし
て、あらかじめ、母線電圧１０に対する固定子突極２と
回転子突極６の位置関係と、その時のＶｓの関係を求め
ておけば、Ｖｓの値から固定子突極２と回転子突極６の
位置関係が推定できるため容易に所定の位置で励磁を開
始することができる。

【００３２】例えば、固定子突極２と回転子突極６が離
れている回転角θ１に対応したＶｓを図２（ｂ）に示す
Ｖｓ１とし、固定子突極２と回転子突極６が向かい合う
回転角θ３のＶｓをＶｓ２としたときに、Ｖｓ１がイン
ダクタンス検出回路１６に入力されたときは、固定子突
極２と回転子突極６が離れている回転角θ１の位置の場
合であり、Ｖｓ２がインダクタンス検出回路１６に入力
されたときは、固定子突極２と回転子突極６が向き合っ
た回転角がθ３の位置の場合である。なお、検出回路を
簡単にするために、検出時間中の検出用電源は一定電圧
になっているのが望ましい。また、検出用電源１９の電
圧を例えばトランジスタ対８を駆動する電圧である１５
Ｖ程度にすることにより、抵抗１３での電圧降下による
消費電力が小さくなり、回路の小型化、低コスト化を図
ることができる。

【００３３】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Ｖｓに基づいたインダ
クタンス検出回路出力電圧を出力する。このときの検出
時間は検出信号発生回路２１で発生する検出信号ｅで決
定される。電圧Ｖｓ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である。回転位置検出回路１５
では、インダクタンス検出回路１６から出力されたイン
ダクタンス検出回路出力電圧と、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制御回路１８
に送る。

【００３４】そして、制御回路１８は送られた信号から
固定子突極を励磁するタイミングを計算し固定子巻線励
磁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。

【００３５】ここでインダクタンス検出に関する詳細な
動作について 図３により説明する。図３はステップ関
数信号発生回路１７のステップ関数信号ａ波形（ａ）、
ステップ関数信号発生回路１７の出力に基づいて生成さ
れたステップ関数電圧波形（ｂ）、インダクタンス検出
回路１６に入力されるインダクタンス検出回路入力電圧
波形（ｃ）、インダクタンス検出電圧波形（ｄ）、検出
信号発生回路２１で発生する検出信号ｅの波形（ｅ）及
びインダクタンス検出回路出力電圧波形（ｆ）を示す。

【００３６】まず、検出信号発生回路２１で発生する検
出信号ｅ（図３（ｅ）参照）に同期してステップ関数信
号発生回路１７でステップ関数信号ａをＯＮさせる（図
３（ａ）参照）。ステップ関数信号ａがＯＮすると、ス
テップ関数電圧ｂはＯＦＦして（図３（ｂ）参照）、ト
ランジスタ１４がＯＮする。トランジスタ１４がＯＮす
ると、上述のように固定子巻線３に電流が流れ、インダ
クタンス検出回路入力電圧ｃが固定子巻線３のインダク
タンスに応じて減少する。インダクタンス検出回路入力
電圧ｃがＶｓになったタイミングで（図３（ｃ）参
照）、インダクタンス検出電圧ｄがＯＦＦする（図３
（ｄ）参照）。

【００３７】固定子巻線３のインダクタンスが大きいと
きは、インダクタンス検出回路入力電圧ｃがＶｓ以下に
ならずに（図３（ｃ）参照）、ｔ３でステップ関数電圧
ｂのＯＮからインダクタンス検出回路入力電圧ｃが立ち
上がる（図３（ｂ）、（ｃ）参照）。検出信号ｅの立ち
下がりタイミングであるｔ２で（図３（ｅ）参照）、イ
ンダクタンス検出電圧ｄを判定し（図３（ｄ）参照）、
インダクタンス検出回路出力電圧ｆを出力するため、こ
の場合インダクタンス検出回路出力電圧ｆはＯＮのまま
である（図３（ｆ）参照）。

【００３８】インダクタンスが小さいときは、ｔ４でス
テップ関数電圧ｂをＯＦＦとすると（図３（ｂ）参
照）、インダクタンス検出回路入力電圧ｃが急激に減少
して、ｔ５でＶｓを下回り（図３（ｃ）参照）、そのタ
イミングでインダクタンス検出電圧ｄがＯＦＦする（図
３（ｄ）参照）。検出信号ｅの立ち下がりタイミングで
あるｔ６で（図３（ｅ）参照）は、インダクタンス検出
電圧がＯＦＦしているため（図３（ｄ）参照）、ｔ６で
インダクタンス検出回路出力電圧ｆをＯＦＦさせる（図
３（ｆ）参照）。ここで、Ｖｓは前述のように、あらか
じめ設定された固定子突極２に対する回転子突極６の位
置に対応した値であるため、インダクタンス検出回路出
力電圧ｆがＯＦＦすることによって、特定の位置がわか
り、回転位置を検出することができる。

【００３９】ここで、ステップ関数信号ａの立ち下がり
タイミング（図３（ａ）参照）、すなわちステップ関数
電圧ｂの立ち上がりタイミングであるｔ３およびｔ７の
近傍では（図３（ｂ）参照）、インダクタンス検出回路
入力電圧ｃがほぼ一定の期間があり、検出を行う上では
不安定である（図３（ｃ）参照）。このタイミングでイ
ンダクタンス検出回路入力電圧ｃを判定すると、検出誤
差が大きくなることがある。検出誤差が大きくなると、
センサレスＳＲモータの振動・騒音が大きくなるばかり
でなく、回転子がロックして固定子巻線３に過大の電流
が流れ、モータに支障が生じる可能性がある。

【００４０】しかし、本実施の形態では、検出信号発生
回路２１により検出信号ｅを発生し、検出信号ｅの立ち
下がりの後に（図３（ｅ）参照）、ステップ関数信号ａ
を立ち下げるようにし（図３（ａ）参照）、検出信号ｅ
の立ち下がりタイミングにて（図３（ｅ）参照）、イン
ダクタンス検出回路入力電圧ｃを判断することによっ
て、検出誤差を小さくしている。

【００４１】以上のように、従来のように回転軸４の回
転角を検出する位置検出センサ１１を設けることなく、
回転子の位置を検出することができる。また、位置検出
センサを設ける必要がないので、圧縮機などの特殊な空
間にセンサレスＳＲモータを入れるときに、センサレス
ＳＲモータを駆動するための電力の供給以外の位置セン
サを駆動するための電力と、位置センサからの信号を取
り出すための端子を追加しなくてもよく、これら端子の
ための制約を受けることなく圧縮機の設計をすることが
できる。

【００４２】なお、抵抗１３を既知の抵抗値としたが、
可変抵抗器などを用いれば、モータ別に調整することが
可能になり、さらに検出誤差を小さくすることができ、
信頼性を高くすることができる。

【００４３】また、ステップ関数信号発生回路１７によ
り、トランジスタ１４がＯＮしたとき、固定子巻線２に
印加されるステップ関数電流の大きさは、回転子５を回
転させるトルクに影響しない大きさが望ましい。

【００４４】また、ステップ関数信号発生回路１７は、
トランジスタ１４をＯＮまたはＯＦＦするだけなので直
接制御回路１８から出力することも可能である。

【００４５】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を示す図であり、実施の形態１の図１で示した
回転子位置検出装置のインダクタンス検出回路１６の構
成図である。図４において１９は検出用電源、３１、３
２は検出用電源１９の電圧Ｖｃｃを分圧して電圧Ｖｓを
生成する抵抗、３３はインダクタンス検出回路入力電圧
ｃを電圧Ｖｓと比較するコンパレータ、３５はＤ型フリ
ップフロップ回路、３４は検出信号ｅを反転して出力す
るＮＯＴゲートである。

【００４６】次に動作を説明する。まず、検出用電源１
９の電圧Ｖｃｃを抵抗３１と３２で分圧し、電圧Ｖｓを
生成する。生成された電圧Ｖｓは抵抗３１と３２の抵抗
値がそれぞれＲ３１、Ｒ３２であるとすると、 Ｖｓ＝Ｖｃｃ×Ｒ３２／（Ｒ３１＋Ｒ３２） …（２） となり、Ｖｓを固定子突極２に対する回転子突極６の位
置に対応した値になるようにＲ３１とＲ３２を設定す
る。一方、実施の形態１の図７のステップ関数信号発生
回路１７からのステップ関数信号発生回路出力信号に基
づいて印加されたステップ関数信号ａにより、固定子巻
線３に生じた過渡応答時の応答信号であるインダクタン
ス検出回路入力電圧ｃが、コンパレータ３３に入力され
る。

【００４７】そして、コンパレータ３３は、インダクタ
ンス検出回路入力電圧ｃを抵抗３１と３２で設定された
Ｖｓと比較する。比較した結果、すなわちインダクタン
ス検出電圧をＤ型フリップフロップ３５に入力する。Ｄ
型フリップフロップ３５のクロックには検出信号発生回
路２１からの検出信号ｅがＮＯＴゲート３４を介して入
力されているため、検出信号ｅの立ち下がりタイミング
でのインダクタンス検出電圧ｄをインダクタンス検出回
路出力電圧ｆとして出力する。その結果として、実施の
形態１の図３に示した動作波形図と同じ動作を行う。

【００４８】次に、以上の動作を図３により詳しく説明
する。実施の形態１に示した図３（ｃ）に示すインダク
タンス検出回路入力信号は、コンパレータ３３により過
渡時の電圧Ｖｓと比較され、Ｖｓなったときは、図３
（ｄ）に示すようにインダクタンス検出電圧ｄはＯＦＦ
となり、Ｄ型フリップフロップのクロック信号として入
力される。一方検出信号ｅがＮＯＴゲート３４に入力さ
れ、図３（ｅ）が反転してＤ型フリップフロップ３５に
出力される。そして、Ｄ型フリップフロップ３５におい
て、（図３（ｅ）に示す検出信号ｅの立ち下がりタイミ
ング（ＮＯＴゲート３４の出力では立ち上がり）でのイ
ンダクタンス検出電圧ｄ（図３（ｄ）参照）をインダク
タンス検出回路出力電圧ｆとして出力する（図３（ｆ）
参照）。

【００４９】以上のように、簡素な回路構成により固定
子巻線３のインダクタンスを検出し、回転子の位置を検
出することができる。

【００５０】実施の形態３． 以下、実施の形態３を図を用いて説明する。図５は実施
の形態３を示す図であり、実施の形態２の図６にＤ型フ
リップフロップ回路とＮＡＮＤゲートを付加したインダ
クタンス検出回路１６の構成図である。図６はインダク
タンス検出回路１６の動作波形図である。図５において
実施の形態２で示した図６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。３６はＤ型フリップ
フロップ回路、３７は伝達回路の出力を判定する論理回
路であるＮＡＮＤゲートである。

【００５１】次に動作を図５、図６により説明する。ま
ず、検出用電源１９の電圧Ｖｃｃを抵抗３１と３２で分
圧し、電圧Ｖｓを生成する。一方、インダクタンス検出
回路入力電圧ｃが、コンパレータ３３に入力される。そ
して、コンパレータ３３において、図６（ｃ）に示すイ
ンダクタンス検出回路入力信号は、コンパレータ３３に
より過渡時の電圧Ｖｓと比較され、Ｖｓになったとき
は、図６（ｄ）に示すようにインダクタンス検出電圧は
ＯＦＦとなり、Ｄ型フリップフロップ３５、３６に入力
される。

【００５２】一方、検出信号ｅがＮＯＴゲート３４に入
力され、図６（ｅ）が反転して図６（ｅ’）となり、Ｄ
型フリップフロップ３５のクロックに入力される。Ｄ型
フリップフロップ３５において、（図６（ｅ’）に示す
検出信号ｅの立ち上がりタイミングでのインダクタンス
検出電圧の出力ｆ１の反転した出力ｆ１’（図６（ｆ
１’）参照）をＮＡＮＤゲート３７に入力する。

【００５３】Ｄ型フリップフロップ３６においては、
（図６（ａ）に示すステップ関数信号ａがクロックに入
力される。従って、（図６（ａ）に示すステップ関数信
号ａの立ち上がりでのインダクタンス検出電圧の出力ｆ
２（図６（ｆ２）参照）をＮＡＮＤゲート３７に入力す
る。

【００５４】次に、ＮＡＮＤゲート３７では、Ｄ型フリ
ップフロップ３５からの出力ｆ１’と、Ｄ型フリップフ
ロップ３６からの出力ｆ２から、図（ｆ）に示すインダ
クタンス検出回路出力電圧ｆを出力する。

【００５５】以上のように、Ｄ型フリップフロップ回路
とＮＡＮＤゲートを付加することにより、ノイズなどが
発生した場合でもインダクタンス検出回路出力電圧ｆを
正確に出力することができるため、回転子の位置を信頼
性が高く検出することができる。

【００５６】実施の形態４． 以下、実施の形態４を図を用いて説明する。図７は実施
の形態４である回転子位置検出装置を備えたセンサレス
モータの駆動装置の構成図であり、実施の形態１の図１
に示す検出信号発生回路２１を省いて、ステップ関数信
号発生回路１７とトランジスタ１４の間に遅延時間生成
回路２２を設けたものである。図８は回転子位置検出装
置２５の動作波形図である。

【００５７】図７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。遅延時間生成回路２２はステップ関数信号発生回
路１７で発生されたステップ関数電圧ｂの立ち上がりを
遅延させて遅延ステップ関数電圧ｂを生成するものであ
る。

【００５８】次に、動作について図８により説明する。
図８はステップ関数信号発生回路１７のステップ関数信
号波形（ａ）、ステップ関数信号発生回路１７の出力に
基づいて生成されたステップ関数電圧波形（ｂ）、イン
ダクタンス検出回路１６に入力されるインダクタンス検
出回路入力電圧波形（ｃ）、インダクタンス検出電圧波
形（ｄ）及びインダクタンス検出回路出力電圧波形
（ｆ）を示す。

【００５９】まず、ステップ関数信号発生回路１７でス
テップ関数信号ａをＯＮさせ、同時にステップ関数電圧
ｂをＯＦＦさせる。ステップ関数電圧ｂがＯＦＦする
と、実施の形態１で述べたように、インダクタンス検出
回路入力電圧ｃが固定子巻線３のインダクタンスに応じ
て減少する。つづいてステップ関数信号ａをＯＦＦさ
せ、その立ち下がりタイミングでインダクタンス検出回
路入力電圧ｃとＶｓを比較した結果であるインダクタン
ス検出電圧ｄをインダクタンス検出回路出力電圧ｆとし
て出力させる。

【００６０】ここで、インダクタンス入力電圧を判定す
るタイミングであるステップ関数信号ａの立ち下がりタ
イミング（ｔ２およびｔ６）とステップ関数電圧ｂの立
ち上がりタイミング（ｔ３およびｔ７）を同期させてし
まうと、実施の形態１でも述べたように、インダクタン
ス検出が不安定になり、検出誤差によりセンサレスＳＲ
モータに支障を来す可能性がある。

【００６１】本実施の形態は、これを避けるため図８
（ａ）に示すステップ関数信号ａの立ち下がりから遅延
時間生成回路２２で生成した遅延時間を持たせ、図８
（ｂ）に示すようにステップ関数電圧ｂを立ち上げるよ
うにするため、ステップ関数信号ａの立ち下がりタイミ
ング（ｔ２およびｔ６）とステップ関数電圧ｂの立ち上
がりタイミング（ｔ３およびｔ７）が同期せず、インダ
クタンス検出が安定する。

【００６２】以上のように、インダクタンス検出の誤差
を小さくして、回転子の位置を信頼性が高く検出するこ
とができる。

【００６３】なお、遅延時間生成回路２２は、単安定マ
ルチバイブレータなどを用いることにより、簡素な回路
で駆動回路を構成することができる。

【００６４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下にしめすような効果を奏する。

【００６５】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、タイミング信号を発生する検出信号
発生回路と、前記タイミング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、過渡応
答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続された固
定子巻線と、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があらかじめ定められたレベル以下
となったとき、または、過渡応答時の電流があらかじめ
定められたレベル以上となったとき、前記タイミング信
号に基づいて検出出力電圧または電流を出力するインダ
クタンス検出回路と、前記インダクタンス検出回路によ
り検出された検出出力電圧または検出出力電流に基づい
て、前記回転子突極の位置を示す検出信号を出力する回
転位置検出回路とを備え、前記インダクタンス検出回路
により前記検出出力電圧または電流を出力した後に、前
記ステップ関数信号発生回路の出力を終了させるので、
位置検出センサを設けることなく、回転子の位置を検出
することができ、小型で、信頼性の高い回転子位置検出
装置を得ることができる。

【００６６】また、インダクタンス検出回路は、ステッ
プ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答
時の電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと
比較する比較回路と、検出信号発生回路から出力された
タイミング信号の立ち上がり、または、立ち下がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する伝
達回路と、を備えたので、簡素な回路構成で、信頼性の
高い回転子位置検出装置を得ることができる。

【００６７】また、インダクタンス検出回路は、ステッ
プ関数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答
時の電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと
比較する比較回路と、検出信号発生回路から出力された
タイミング信号の立ち上がり、または、立ち下がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する第
１の伝達回路と、ステップ信号発生回路から出力された
ステップ関数信の立ち下がり、または、立ち上がりエッ
ジのタイミングにより前記比較回路の出力を伝達する第
２の伝達回路と、前記第１、第２の伝達回路の出力を判
定する理論回路と、を備えたので、ノイズなどが発生し
た場合でも回転子の位置を検出することができ、信頼性
の高い回転子位置検出装置を得ることができる。

【００６８】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、過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して電源に接続された固定子巻線と、前記ステッ
プ関数信号に基づいて生成されたステップ関数電圧の立
ち上がり、または、立ち下がりを遅延させ遅延ステップ
関数電圧を出力する遅延時間生成回路と、前記電源から
印加された電圧を前記遅延ステップ関数電圧に基づい
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
があらかじめ定められたレベル以下となったとき、また
は、過渡応答時の電流があらかじめ定められたレベル以
上となったとき、前記ステップ関数信号に基づいて検出
出力電圧または電流を出力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により検出された検出
出力電圧または検出出力電流に基づいて、前記回転子突
極の位置を示す検出信号を出力する回転位置検出回路
と、を備えたので、検出の誤差を小さくして、回転子の
位置を検出することができ、信頼性の高い回転子位置検
出装置を得ることができる。

【００６９】この発明に係わるセンサレスモータの回転
子位置検出方法は、ステップ関数信号に基づいて生成さ
れたステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して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
の電圧があらかじめ定められたレベル以下となったと
き、または、過渡応答時の電流があらかじめ定められた
レベル以上となったとき、タイミング信号に基づいて検
出出力電圧または電流を出力し、前記検出出力電圧また
は検出出力電流に基づいて、前記回転子突極の位置を示
す検出信号を出力するとともに、前記検出出力電圧また
は電流を出力した後に、前記ステップ関数信号発生回路
の出力を終了させるので、位置検出センサを設けること
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。

【００７０】また、ステップ関数信号に基づいて生成さ
れたステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵
抗を介して固定子巻線に印加し、前記ステップ関数信号
に基づいて、ステップ関数電圧の立ち上がり、または、
立ち下がりを遅延させた遅延ステップ関数電圧を生成
し、前記遅延ステップ関数電圧に基づいて前記固定子巻
線及び前記抵抗に生じた過渡応答時の電圧があらかじめ
定められたレベル以下となったとき、または、過渡応答
時の電流があらかじめ定められたレベル以上となったと
き、前記ステップ関数信号に基づいて検出出力電圧また
は電流を出力し、前記検出出力電圧または検出出力電流
に基づいて、前記回転子突極の位置を示す検出信号を出
力するので、検出の誤差を小さくして、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モータの駆動回路の構成図で
ある。

【図２】 この発明の実施の形態１である回転子位置検
出装置の動作波形を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１である回転子位置検
出装置の動作波形を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態２である回転子位置検
出装置のインダクタンス検出回路の構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態３である回転子位置検
出装置のインダクタンス検出回路の構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態３である回転子位置検
出装置の動作波形を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態４である回転子位置検
出装置を備えたセンサレスモータの駆動回路の構成図で
ある。

【図８】 この発明の実施の形態４である回転子位置検
出装置の動作波形を示す図である。

【図９】 従来の一般的なセンサレスモータとその駆動
回路の構成図である。

【図１０】 一般的なセンサレスモータの固定子と回転
子の位置関係を示す図である。

【図１１】 一般的なセンサレス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】

１ 固定子、２ 固定子突極、３ 固定子巻線、５ 回
転子、６ 回転子突極、７ 駆動回路、８ａ、８ｂ、１
４ トランジスタ、９ａ、９ｂ、２０ ダイオード、１
０ 母線電圧、１３、３１、３２ 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 制御回路、１９ 検出
用電源、２１ 検出信号発生回路、２２ 遅延時間生成
回路、３３ コンパレータ、３４ ＮＯＴゲート、３
５、３６ Ｄ型フリップフロップ、３７ ＮＡＮＤゲー
ト、２５ 回転子位置検出装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−177788（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】 タイミング信号を発生する検出信号発生
   回路と、 前記タイミング信号に基づいて 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、 過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続さ
   れた固定子巻線と、 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があらかじめ定められたレ
   ベル以下となったとき、または、過渡応答時の電流があ
   らかじめ定められたレベル以上となったとき、前記タイ
   ミング信号に基づいて検出出力電圧または電流を出力す
   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により検出された検出出力
   電圧または検出出力電流に基づいて、前記回転子突極の
   位置を示す検出信号を出力する回転位置検出回路とを備
   え、 前記インダクタンス検出回路により前記検出出力電圧ま
   たは電流を出力した後に、前記ステップ関数信号発生回
   路の出力を終了させ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装置。
2. 【請求項２】 インダクタンス検出回路は、ステップ関
   数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の
   電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと比較
   する比較回路と、 検出信号発生回路から出力されたタイミング信号の立ち
   上がり、または、立ち下がりエッジのタイミングにより
   前記比較回路の出力を伝達する伝達回路と、を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載のセンサレスモータの回転
   子位置検出装置。
3. 【請求項３】 インダクタンス検出回路は、ステップ関
   数電圧により固定子巻線及び抵抗に生じた過渡応答時の
   電圧または電流を、あらかじめ定められたレベルと比較
   する比較回路と、 検出信号発生回路から出力されたタイミング信号の立ち
   上がり、または、立ち下がりエッジのタイミングにより
   前記比較回路の出力を伝達する第１の伝達回路と、 ステップ信号発生回路から出力されたステップ関数信の
   立ち下がり、または、立ち上がりエッジのタイミングに
   より前記比較回路の出力を伝達する第２の伝達回路と、 前記第１、第２の伝達回路の出力を判定する理論回路
   と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のセンサレ
   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、 過渡応答時の時定数を定める抵抗を介して電源に接続さ
   れた固定子巻線と、 前記ステップ関数信号に基づいて生成されたステップ関
   数電圧の立ち上がり、または、立ち下がりを遅延させ遅
   延ステップ関数電圧を出力する遅延時間生成回路と、 前記電源から印加された電圧を前記遅延ステップ関数電
   圧に基づいて、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があらかじめ定められたレ
   ベル以下となったとき、または、過渡応答時の電流があ
   らかじめ定められたレベル以上となったとき、前記ステ
   ップ関数信号に基づいて検出出力電圧または電流を出力
   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により検出された検出出力
   電圧または検出出力電流に基づいて、前記回転子突極の
   位置を示す検出信号を出力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】 ステップ関数信号に基づいて生成された
   ステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵抗を
   介して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があらかじめ定められたレ
   ベル以下となったとき、または、過渡応答時の電流があ
   らかじめ定められたレベル以上となったとき、タイミン
   グ信号に基づいて検出出力電圧または電流を出力し、 前記検出出力電圧または検出出力電流に基づいて、前記
   回転子突極の位置を示す検出信号を出力するとともに、
   前記検出出力電圧または電流を出力した後に、前記ステ
   ップ関数信号発生回路の出力を終了させることを特徴と
   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】 ステップ関数信号に基づいて生成された
   ステップ関数電圧を過渡応答時の時定数を定める抵抗を
   介して固定子巻線に印加し、 前記ステップ関数信号に基づいて、ステップ関数電圧の
   立ち上がり、または、立ち下がりを遅延させた遅延ステ
   ップ関数電圧を生成し、前記遅延ステップ関数電圧に基
   づいて前記固定子巻線及び前記抵抗に生じた過渡応答時
   の電圧があらかじめ定められたレベル以下となったと
   き、または、過渡応答時の電流があらかじめ定められた
   レベル以上となったとき、前記ステップ関数信号に基づ
   いて検出出力電圧または電流を出力し、前記検出出力電
   圧または検出出力電流に基づいて、前記回転子突極の位
   置を示す検出信号を出力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。