JP3644854B2 - ブラシレスモータ、および、そのブラシレスモータの磁極位置判別回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータ、及び、そのブラシレスモータの磁極位置判別回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ブラシレスモータの駆動には、回転子磁石の磁極位置を検出して、転流タイミングを決定するためのホール素子が用いられている。しかし、ホール素子はノイズや熱に弱いというだけではなく、ホール素子を使用した場合には、ブラシレスモータの小型化や低コスト化が困難になったり、ブラシレスモータから延出されるリード線の数が多くなって配線が煩雑になってしまう等という種々の欠点を有している。
【０００３】
そこで、本願出願人は、特開平９−３７５８６号（特願平７−２０７６６５号）に記載されるように、ホール素子を使用しないセンサレス駆動が可能なブラシレスモータ駆動回路を発明した。かかるブラシレスモータ駆動回路は、図１３（ａ）に示すようなモータ各相の電機子電流波形を構成する４つの波形ブロック８１〜８４の各ブロックに共通する波形的特徴に着目して、各相の通電領域の各ブロックにあらわれる２つの顕著な電流増加領域９１，９２（図１３（ｂ）参照）のうち、第２の電流増加領域９２を検出して、これを転流時期の到来（転流タイミング）として、転流制御を行うものである。かかるブラシレスモータ駆動回路によれば、ホール素子などの回転子磁石の位置検出素子を用いることなく、センサレスでブラシレスモータを駆動することができる。
【０００４】
しかしながら、かかるブラシレスモータ駆動回路は、停止時における回転子磁石の磁極位置を検出することはできないので、ブラシレスモータを始動すると、僅かではあるものの初期逆転を起こすことがある。このため、僅かではあっても逆回転を好まない装置のモータ、例えば介護用椅子の座面を上下させるモータ等としては使用することができない。また、初期逆転の有無により移動量（回転角度）に誤差が生じるので、精度を要するモータ、例えばサーボモータとしても使用することはできない。特に、駆動と停止とを繰り返す装置においては、移動量の誤差が累積するので、その位置を全く把握することができなくなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ブラシレスモータの始動時における初期逆転を防止するためには、停止時における回転子磁石の磁極位置を検出し、その磁極位置に応じて、通電開始第１波の通電パターンを決定する必要がある。このために従来では、ホール素子等の位置検出素子を用いずに回転子磁石の磁極位置を検出するため、電機子巻線へ定格電圧の何倍もの大きさの電圧を印加して固定子鉄心の主脚部を磁気飽和させ、その際の電機子電流の値に基づいて、停止時における回転子磁石の磁極位置を判別している。例えば、停止時における回転子磁石の磁極位置を判別するために、定格電圧が２００ボルトの電機子巻線へ、その４倍の８００ボルトの電圧を印加している。
【０００６】
しかしながら、かかる判別を行うためには、ブラシレスモータの駆動電圧の何倍もの大きさの電圧を出力する電源回路が必要になるばかりか、電機子巻線の絶縁耐圧を強化する必要が有るので、電源回路およびブラシレスモータのコストが大幅にアップしてしまうという問題点がある。また、かかる大きな電圧を電機子巻線へ印加すると、ブラシレスモータを振動させたり、ブラシレスモータから騒音を発生させたり、更には、停止状態にあるブラシレスモータを磁極位置の判別のために回転させてしまうことがあるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電源回路およびブラシレスモータの大幅なコストアップを防ぐと共に、騒音や振動を発したり回転子磁石を回転させることなく、その回転子磁石の磁極位置を判別することができるブラシレスモータ及びそのブラシレスモータの磁極位置判別回路を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１記載のブラシレスモータは、固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回される複数相の電機子巻線へ通電することによって回転される回転子磁石とを備え、更に、前記固定子鉄心は、前記電機子巻線が巻回される複数の主脚部と、その複数の主脚部にそれぞれ連設される複数の歯部と、その複数の歯部のうち隣接する歯部同士を連結する極間ヨークとを備えており、その極間ヨークは、前記電機子巻線への非通電時には非磁気飽和の状態にある一方、前記電機子巻線への通電時には僅かな磁束の増加で磁気飽和するように構成されている。
【０００９】
ブラシレスモータの電機子巻線に通電を行うと、固定子鉄心に磁束が鎖交する。この磁束は、電機子巻線に流れる電機子電流の増加と共に増加する。固定子鉄心には、回転子磁石による磁界によっても磁束が鎖交しているが、その回転子磁石により鎖交する磁束と、電機子巻線を通電することにより鎖交する磁束とが同方向（加算方向）である場合には、両磁束が逆方向（減算方向）であったり、ズレている場合に比べて、固定子鉄心は速く磁気飽和する。固定子鉄心が磁気飽和すると、電機子巻線の自己インダクタンス値が急激に減少し、電機子電流が急増する。即ち、回転子磁石により鎖交する磁束と、電機子巻線を通電することにより鎖交する磁束とが同方向（加算方向）である場合には、電機子電流は速い時期に急増する。よって、この電機子電流の急増タイミングによって、停止時における回転子磁石の極性を判別することができる。
【００１０】
請求項１記載のブラシレスモータによれば、固定子鉄心の隣接する歯部同士を連結する極間ヨークは、電機子巻線への非通電時には非磁気飽和の状態にある一方、電機子巻線への通電時には僅かな磁束の増加で磁気飽和するように構成されている。よって、回転子磁石によって鎖交する磁束と同方向の磁束が鎖交するように電機子巻線へ通電を行うと、回転子磁石を回転させることのない僅かな電機子電流で、固定子鉄心を極間ヨークの部分で磁気飽和させることができる。即ち、僅かな電機子電流を流すだけで、固定子鉄心を部分的に磁気飽和させることができるのである。固定子鉄心が部分的であっても磁気飽和すると、電機子巻線の自己インダクタンス値は急激に減少し、電機子電流が急増する。従って、電機子巻線へ回転子磁石を回転させることのない僅かな電機子電流を流して、その場合の電機子電流の急増タイミングを比較することによって、モータの停止時における回転子磁石の磁極位置を判別することができる。
【００１１】
請求項２記載のブラシレスモータは、請求項１記載のブラスレスモータにおいて、前記極間ヨークは前記主脚部と同一材料で形成されると共に、前記極間ヨークの１つの断面積は、前記主脚部の１つの断面積の略１／２０から略１／３０に形成されている。
【００１２】
請求項３記載のブラシレスモータは、請求項１記載のブラスレスモータにおいて、前記極間ヨークは角形の磁化特性を有するフェライトにより構成される一方、前記主脚部は電磁鋼板により構成されており、前記フェライトにより構成される極間ヨークの１つの断面積は、前記電磁鋼板により構成される主脚部の１つの断面積の略１／５から略１／８に形成されている。角形の磁化特性を有するフェライトは、電磁鋼板より飽和磁束密度が低く透磁率変化が急激である。よって、そのフェライトで極間ヨークを構成することにより、極間ヨークの断面積を主脚部の断面積の略１／５から略１／８に形成しても、回転子磁石を回転させることなく、極間ヨークの部分で固定子鉄心を急激に磁気飽和させることができる。
【００１３】
請求項４記載のブラシレスモータは、請求項１から３のいずれかに記載のブラスレスモータにおいて、前記極間ヨークは、隣接する前記歯部間の前記回転子磁石の反対側に配設されている。
【００１４】
極間ヨークは、回転子磁石に対して磁束のバイパス磁路となる。よって、極間ヨークを設けると、その極間ヨークにバイパスされる磁束の分だけ固定子鉄心の主脚部へ鎖交する磁束が減少し、ブラシレスモータの駆動時における発生トルクが低下する。しかし、請求項４記載のブラシレスモータは、極間ヨークと回転子磁石との間隔を、歯部と回転子磁石との間隔に対して、少なくとも歯部の厚さ分、大きく形成している。即ち、極間ヨークを回転子磁石に対して、歯部の厚さ分、その歯部より遠ざけて配設している。よって、回転子磁石の磁束によって極間ヨークが磁気飽和することがないので、回転子磁石の磁極位置の判別を容易に行うことができる。しかも、僅かな電機子電流で極間ヨークが磁気飽和するので、発生トルクの低下率を小さく抑えることができるのである。
【００１５】
請求項５記載のブラシレスモータは、請求項１から４のいずれかに記載のブラスレスモータにおいて、前記複数の歯部およびその複数の歯部のうち隣接する歯部同士を連結する複数の極間ヨークにより、前記回転子磁石を内包する閉スロット構造に構成されている。
【００１６】
請求項６記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路は、請求項１から５のいずれかに記載のブラスレスモータについて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別するためのものであり、前記電機子巻線へ検査電圧を通電する検査電圧通電回路と、その検査電圧通電回路による検査電圧の通電により前記電機子巻線へ流れる電流を検出する電流検出回路と、その電流検出回路により検出された電機子電流の増加速度に基づいて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別する極性判別回路とを備えている。
【００１７】
この請求項６記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路によれば、検査電圧通電回路により電機子巻線へ検査電圧が通電されると、電機子巻線へ電機子電流が流れる。電機子巻線へ流れる電機子電流は電流検出回路によって検出され、その検出された電機子電流の増加速度に基づいて、極性判別回路により回転子磁石の停止時における磁極位置が判別される。
【００１８】
即ち、請求項１から５に記載のブラスレスモータにおける固定子鉄心の隣接する歯部同士は、電機子巻線への非通電時には非磁気飽和の状態にあり、一方、電機子巻線への通電時には僅かな磁束の増加で磁気飽和するように構成された極間ヨークにより連結されている。よって、電機子巻線への検査電圧の通電により僅かな電機子電流が流れると、その電機子電流により鎖交する磁束の方向に応じて、極間ヨークの部分で磁気飽和が生じる。即ち、検査電圧の通電により、その検査電圧の通電パターンに応じて、固定子鉄心が部分的に磁気飽和する。その結果、電機子巻線の自己インダクタンス値が急減し、電機子電流が急増する。かかる電機子電流の急増は電流検出回路によって検出され、その急増タイミング、即ち、電流増加速度によって、極性判別回路によりブラシレスモータの停止時における回転子磁石の磁極位置が判別される。なお、電機子電流の増加速度（急増タイミング，磁気飽和のタイミング）は、例えば、検査電圧の通電開始後、所定時間経過後の電機子電流の値によって検出することができる。
【００１９】
請求項７記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路は、請求項６記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路において、前記検査電圧通電回路は、前記ブラシレスモータの駆動時における周波数の略１５倍以上の周波数の電圧を検査電圧として通電するものである。よって、ブラシレスモータはコギングトルクにより停止状態を保つので、回転子磁石を回転させることなく、検査電圧を通電することができる。また、騒音や振動を発生させることなく、検査電圧を通電することができる。
【００２０】
請求項８記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路は、請求項６又は７に記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路において、前記検査電圧通電回路は、前記電機子巻線のすべての通電パターンについて少なくとも１回以上の検査電圧を出力すると共に、前記電流検出回路は、前記電機子巻線へ流れる電流を電圧に変換して検出するものであり、前記極性判別回路は、前記検査電圧通電回路による検査電圧の通電により、前記電流検出回路によって最も大きい電圧値が検出された通電パターンに基づいて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施例におけるブラシレスモータの駆動原理については、既に、特開平９−３７５８６号（特願平７−２０７６６５号）に記載されているので、その説明は省略する。
【００２２】
図１は、本実施例のブラシレスモータ５１の断面図である。このブラシレスモータ５１は、永久磁石の界磁を回転子とした４極の回転子磁石５２と、固定子鉄心５３および３相の電機子巻線５４を固定子とした、表面磁石形のブラシレスモータである。
【００２３】
回転子磁石５２は、Ｎ極５２ａおよびＳ極５２ｂがそれぞれ２極ずつ形成された４極で構成されており、回転軸５２ｃを回転中心にして、ブラシレスモータ５１のフレーム（図示せず）に回転可能に軸支されている。この回転子磁石５２を内包する固定子鉄心５３は、その外周に円筒形のヨーク５３ａを有しており、ヨーク５３ａの内周、即ち回転子磁石５２側には、６本の主脚部５３ｂがそれぞれ等間隔に回転軸５２ｃへ向けて突設されている。この６本の主脚部５３ｂには、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相の電機子巻線５４ｕ，５４ｖ，５４ｗが２組ずに分かれてそれぞれ巻回されている。具体的に図１では、上下にＵ相の電機子巻線５４ｕが巻回され、そのＵ相の電機子巻線５４ｕに対して、左回りに、Ｖ相の電機子巻線５４ｖ、Ｗ相の電機子巻線５４ｗがそれぞれ順に巻回されている。
【００２４】
各主脚部５３ｂの回転子磁石５２側には、先端が回転子磁石５２の外形に沿って円弧状に形成された歯部５３ｃがそれぞれ連設されている。この歯部５３ｃは、主脚部５３ｂと同数の６つ形成されており、その６つの歯部５３ｃは、それぞれ隣接する２つの歯部５３ｃ同士が極間ヨーク５３ｄによって磁気的に連結されている。このためブラシレスモータ５１は、歯部５３ｃおよび極間ヨーク５３ｄによって、固定子鉄心５３内に回転子磁石５２を内包した閉スロット構造に形成されている。
【００２５】
極間ヨーク５３ｄによる歯部５３ｃ同士の連結は、歯部５３ｃの回転子磁石５２の反対側で行われている。後述するように、極間ヨーク５３ｄは回転子磁石５２の磁束のバイパス磁路となるので、極間ヨーク５３ｄにバイパスされる磁束の分だけ主脚部５３ｂへ鎖交する磁束が減少して、ブラシレスモータ５１の駆動時における発生トルクが低下する。このため、極間ヨーク５３ｄによる歯部５３ｃ同士の連結を回転子磁石５２の反対側で行って、極間ヨーク５３ｄを歯部５３ｃの厚さ分、回転子磁石５２から遠ざけて配設し、ブラシレスモータ５１の駆動時における発生トルクの低下率を小さくしているのである。また、極間ヨーク５３ｄによる歯部５３ｃ同士の連結を回転子磁石５２の反対側で行うことにより、回転子磁石の磁束によって極間ヨークが磁気飽和することがないので、回転子磁石の磁極位置の判別を容易に行うことができるのである。
【００２６】
固定子鉄心５３のヨーク５３ａ、主脚部５３ｂおよび歯部５３ｃは、それぞれ電磁鋼板で形成されているのに対し、極間ヨーク５３ｄは、角形の磁化特性を有するフェライトで形成されている。このため、極間ヨーク５３ｄは、１つの断面積が１つの主脚部５３ｂの断面積の略１／５から略１／８に形成されており、回転子磁石５２の停止時において、電機子巻線５４への通電が行われていない場合に非磁気飽和の状態にあり、一方、電機子巻線５４への通電が行われた場合には、僅かな電機子電流で磁気飽和するように構成されている。
【００２７】
極間ヨーク５３ｄで磁気飽和が生じると、即ち、固定子鉄心５３が部分的に磁気飽和すると、電機子巻線５４のインダクタンス値は急激に減少し、電機子電流が急増する。本実施例では、かかる固定子鉄心５３の部分的な磁気飽和を利用して、停止時における回転子磁石５２の磁極位置を判別してる。なお、回転子磁石５２の磁極位置判別の詳細については図２から図４を参照して後述する。
【００２８】
極間ヨーク５３ｄを形成するフェライトは、固定子鉄心５３の他の部分５３ａ〜５３ｃを形成する電磁鋼板に比べて、飽和磁束密度が略１／４であり磁気飽和が急激に起こる。具体的には、本実施例で使用されるフェライトの飽和磁束密度は略０．５テスラであるのに対し、電磁鋼板の飽和磁束密度は略２．０テスラとなっている。よって、極間ヨーク５３ｄをフェライトで形成すれば、電磁鋼板で形成する場合に比べて、その断面積を略４倍まで大きくしても、僅かな電機子電流で磁気飽和するように構成できる。
【００２９】
一方、極間ヨーク５３ｄをフェライトで形成する場合に、その極間ヨーク５３ｄの断面積を電磁鋼板で形成する場合の略４倍まで大きくしなければ、極間ヨーク５３ｄにおいて一層急激に磁気飽和を起こすことができるので、電機子巻線５４のインダクタンス変化を一層大きくすることができる。従って、その分、ブラシレスモータ５１の磁極位置の判別を容易に行うことができるのである。
【００３０】
なお、極間ヨーク５３ｄをフェライトではなく固定子鉄心５３の他の部分５３ａ〜５３ｃと同様に電磁鋼板で形成する場合、例えば極間ヨーク５３ｄを固定子鉄心５３の他の部分５３ａ〜５３ｃと一体に形成する場合には、極間ヨーク５３ｄの１つの断面積を、１つの主脚部５３ｂの断面積の略１／２０から略１／３０に形成すれば良い。これにより、回転子磁石５２の停止時において、電機子巻線５４への通電が行われていない場合に非磁気飽和の状態にあり、一方、電機子巻線５４への通電が行われた場合には僅かな電機子電流で磁気飽和するように、極間ヨーク５３ｄを構成することができる。
【００３１】
ここで、図２から図５を参照して、停止時における回転子磁石５２の磁極位置の判別方式と、その判別結果に基づく通電開始第１波の決定方式とについて説明する。なお、図２から図５は、ブラシレスモータ５１の断面を図示しており、特に、図２及び図３は、ブラシレスモータ５１の断面を部分的に拡大して示した図である。図２及び図３については、理解を容易にするために、電機子巻線５４の図示を省略している。
【００３２】
ブラシレスモータ５１の回転子磁石５２が、図２（ａ）に示す位置に停止している場合には、固定子鉄心５３には回転子磁石５２によって実線の矢印で示す方向に磁束が鎖交している。この状態で図２（ｂ）に示すように、回転子磁石５２による磁化力と電機子電流による磁化力とが主脚部５３ｂで対向するように電機子巻線５４への通電を行うと、その通電により流れる電機子電流によって、固定子鉄心５３には点線の矢印で示す方向に磁束が鎖交する。かかる磁束の方向は極間ヨーク５３ｄの部分において回転子磁石５２の磁束と同方向であるので、電機子巻線５４への通電によって、極間ヨーク５３ｄの鎖交磁束は増加する（増加方向となる）。よって、電機子巻線５４への通電による僅かな磁束の増加によって極間ヨーク５３ｄを磁気飽和させることができる。なお、このように、電機子巻線５４への通電により、極間ヨーク５３ｄの磁束が増加方向となる場合を「加極性」と称している。
【００３３】
一方、ブラシレスモータ５１の回転子磁石５２が図３（ａ）に示す位置に停止している場合に、図３（ｂ）に示すように、回転子磁石５２による磁化力と電機子電流による磁化力とが主脚部５３ｂで同一方向となるように電機子巻線５４への通電を行うと、その通電により流れる電機子電流によって、固定子鉄心５３には点線の矢印で示す方向に磁束が鎖交する。かかる磁束の方向は極間ヨーク５３ｄの部分において回転子磁石５２の磁束と逆方向であるので、電機子巻線５４への通電によって、極間ヨーク５３ｄの鎖交磁束は減少する（減少方向となる）。よって、電機子巻線５４への通電による僅かな磁束の増加では、極間ヨーク５３ｄを磁気飽和させることはできない。なお、このように、電機子巻線５４への通電により、極間ヨーク５３ｄの磁束が減少方向となる場合を「減極性」と称している。
【００３４】
電機子巻線５４への通電が「加極性」に行われる場合には、騒音や振動が発生せず且つ回転子磁石５２が回転することのない僅かな電機子電流によって、極間ヨーク５３ｄを磁気飽和させることができる。前記した通り、極間ヨーク５３ｄで磁気飽和が生じると、即ち固定子鉄心５３が部分的であっても磁気飽和すると、電機子巻線５４のインダクタンス値が急激に減少し、電機子電流が急増する。よって、かかる電機子電流の増加速度に基づいて、停止時における回転子磁石５２の磁極位置を判別することができる。
【００３５】
図４を参照しつつ、更に具体的に、回転子磁石５２の磁極位置の判別方式を説明する。本実施例のブラシレスモータ５１は４極の３相モータで構成されているので、回転子磁石５２は、図４（ａ）〜（ｆ）に示す６カ所に停止し得る。前記した通り、図４（ａ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｖ相の電機子巻線５４ｖが巻回される主脚部５３ｂの歯部５３ｃがＳ極に、Ｗ相の電機子巻線５４ｗが巻回される主脚部５３ｂの歯部５３ｃがＮ極に、それぞれ励磁されるように電機子巻線５４への通電を行うと、「加極性」の傾向が最も強く現れ、極間ヨーク５３ｄで最も速く磁気飽和が生じて、最も速く電機子電流が急増する。即ち、短時間で見た場合には、電機子電流の値が最大となる。
【００３６】
同様に、図４（ｂ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｖ相の電機子巻線５４ｖに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｕ相の電機子巻線５４ｕに対する歯部５３ｃがＮ極に、図４（ｃ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｕ相の電機子巻線５４ｕに対する歯部５３ｃがＮ極に、図４（ｄ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｖ相の電機子巻線５４ｖに対する歯部５３ｃがＮ極に、図４（ｅ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｕ相の電機子巻線５４ｕに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｖ相の電機子巻線５４ｖに対する歯部５３ｃがＮ極に、更に、図４（ｆ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｕ相の電機子巻線５４ｕに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＮ極に、それぞれ励磁されるように電機子巻線５４への通電を行うと、「加極性」の傾向が最も強く現れ、極間ヨーク５３ｄで最も速く磁気飽和が生じ、最も速く電機子電流が急増する。
【００３７】
本実施例のブラシレスモータ５１は、Ｖ相の電機子巻線５４ｖからＷ相の電機子巻線５４ｗへ電機子電流が流れるように通電を行うと、Ｖ相の電機子巻線５４ｖに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＮ極に、それぞれ励磁されるように電機子巻線５４が巻回されている。電機子巻線５４への通電パターンは全部で６通りあるので、６通りすべての通電パターンによる電機子巻線５４への通電を行った結果、各通電後の所定時間の経過後に電機子電流の電圧変換された値（電流検出回路４の出力電圧）を読み取り、その読み取った値が最大である通電パターンによって、停止時における回転子磁石５２の磁極位置を判別している。
【００３８】
即ち、電機子電流がＶ相からＷ相の電機子巻線５４へ流れるように通電を行った場合の所定時間経過後に最も大きな電機子電流が検出されれば、回転子磁石５２は図４（ａ）に示す位置に停止している。また、電機子電流がＶ相からＵ相の電機子巻線５４へ流れるように通電を行った場合の所定時間経過後に最も大きな電機子電流が検出されれば、回転子磁石５２は図４（ｂ）に示す位置に停止している。更に、電機子電流がＵ相からＷ相の電機子巻線５４へ流れるように通電を行った場合の所定時間経過後に最も大きな電機子電流が検出されれば、回転子磁石５２は図４（ｆ）に示す位置に停止している。なお、磁極位置の判別のための電機子巻線５４への通電は、騒音や振動、および回転子磁石５２の回転を防止するために、通常駆動時の略１／１００程度の時間である１ｍｓ（ミリ秒）の間行われる。
【００３９】
図５は、回転子磁石５２を反時計回りに回転させる場合の通電開始第１波の励磁状態を示した図である。図５（ａ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｕ相の電機子巻線５４ｕが巻回される主脚部５３ｂの歯部５３ｃがＳ極に、Ｖ相の電機子巻線５４ｖが巻回される主脚部５３ｂの歯部５３ｃがＮ極にそれぞれ励磁されるように、電機子巻線５４への通電開始第１波を設定する。即ち、本実施例のブラシレスモータ５１では、図５（ａ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｕ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れるように通電開始第１波を設定するのである。
【００４０】
同様に、図５（ｂ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｕ相の電機子巻線５４ｕに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＮ極にそれぞれ励磁されるように、即ちＵ相からＷ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れるように、通電開始第１波を設定する。更に、図５（ｆ）に示す位置に回転子磁石５２が停止している場合には、Ｗ相の電機子巻線５４ｗに対する歯部５３ｃがＳ極に、Ｖ相の電機子巻線５４ｖに対する歯部５３ｃがＮ極にそれぞれ励磁されるように、即ちＷ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れるように、通電開始第１波を設定するのである。
【００４１】
図６は、本実施例のブラシレスモータ５１をセンサレス駆動するためのモータ駆動回路１の回路図である。このモータ駆動回路１により、ホール素子などの位置検知素子を用いることなく、停止時におけるブラシレスモータ５１の回転子磁石５２の磁極位置を検出して、通電開始第１波を決定すると共に、ブラシレスモータ５１をセンサレスで駆動することができるのである。
【００４２】
このモータ駆動回路１は、補助電源回路２と、インバータ回路３と、電流検出回路４と、ＲＯＭ１２およびＲＡＭ１３を内蔵すると共に複数の入出力ポートなどを有する１チップマイコンであるＭＰＵ１１を備えている。補助電源回路２は、３０ボルトの直流電源５０からＭＰＵ１１を駆動するための安定した５ボルトの電圧を生成し出力する回路である。
【００４３】
インバータ回路３は、ブラシレスモータ５１の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子巻線５４ｕ〜５４ｗに、３０ボルトの直流電圧を順次通電切替するための回路である。インバータ回路３の直流電源５０のプラス側入力端Ｐには、３つのＰ−ＭＯＳ電界効果トランジスタＱｕ，Ｑｖ，Ｑｗのソース端子が接続され、直流電源５０のグランド側入力端Ｎには、３つのＮ−ＭＯＳ電界効果トランジスタＱｘ，Ｑｙ，Ｑｚのソース端子が接続されて、これらにより３相の電機子巻線５４ｕ〜５４ｗに対応した３つのアームが形成されている。各電界効果トランジスタＱｕ〜Ｑｚは、ゲート端子が１ｋΩの抵抗Ｒｕ１〜Ｒｚ１を介してＭＰＵ１１の各出力ＰＴ０〜ＰＴ５とそれぞれ接続されており、ＭＰＵ１１の出力に応じてオン又はオフされるように構成されている。
【００４４】
また、各電界効果トランジスタＱｕ〜Ｑｚのゲート・ソース間には、保護及びゲート電圧のフローティング防止用の１０ｋΩの抵抗Ｒｕ２〜Ｒｚ２がそれぞれ接続されている。更に、各電界効果トランジスタＱｕ〜Ｑｚのソース・ドレイン間には、各電界効果トランジスタＱｕ〜Ｑｚのオンオフ時に、ブラシレスモータ５１の電機子巻線５４に生じる逆起電力作用に起因する電流を還流させるためのフリーホイールダイオードＤｕ〜Ｄｚが、それぞれ逆並列に接続されている。
【００４５】
電流検出回路４は、ブラシレスモータ５１の電機子巻線５４に流れる電流を電圧に変換して、ＭＰＵ１１のＡ／Ｄ端子へ出力するための回路である。後述するように、Ａ／Ｄ端子へ入力されたアナログ電圧値は、ＭＰＵ１１のＡ／Ｄ変換器１７によってデジタルデータに変換される。電流検出回路４は、直流電源５０のグランド側入力端Ｎとインバータ回路３との間に挿入された１Ωのシャント抵抗Ｒｓから構成されている。ブラシレスモータ５１の３相の電機子電流は、フリーホイールダイオードＤｕ〜Ｄｚへの還流電流を除いて、全てこのシャント抵抗Ｒｓを流れ、このシャント抵抗Ｒｓによって電圧に変換される。なお、シャント抵抗Ｒｓの発熱が問題となる場合には、シャント抵抗Ｒｓの抵抗値を例えば０．１Ω程度に小さくして、その発熱を抑制すれば良い。かかる場合には、シャント抵抗ＲｓとＭＰＵ１１との間に、シャント抵抗Ｒｓによって変換された電圧値を増幅するための増幅回路を接続することが好ましい。
【００４６】
ＭＰＵ１１は、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、１ｍｓインターバル割込発生回路１４と、タイマ割込発生回路１５と、フリーランニングカウンタ１６と、Ａ／Ｄ変換器１７と、出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５とを備えている。
【００４７】
ＲＯＭ１２は、図８から図１２のフローチャートに示す各種の制御プログラム１２ａや固定値データを記憶する書き替え不能な不揮発性のメモリである。このＲＯＭ１２内には、固定値データの１つとして通電相テーブル１２ｂが記憶されている。通電相テーブル１２ｂは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相の電機子巻線５４ｕ〜５４ｗへの６種類の通電パターンを記憶するデータテーブルであり、具体的には「１ＡＨ（１６進数、以下同様），１９Ｈ，２９Ｈ，２ＣＨ，３４Ｈ，３２Ｈ」の６つのデータが記憶されている。
【００４８】
図７は、この通電相テーブル１２ｂの構成を模式的に示した図である。図７に示すように、後述する通電カウンタ１３ｉの値に応じて、ＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力される通電相データが定まる。具体的には、通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂのデータが通電相データ（通電パターン）としてインバータ回路３へ出力される。例えば、通電カウンタ１３ｉの値が「０」であれば、０番目の通電相データである「１ＡＨ」がＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力されて電機子巻線５４への通電が行われる。その結果、電機子巻線５４のＵ相５４ｕからＶ相５４ｖへ電機子電流が流れる。また、通電カウンタ１３ｉの値が「４」であれば、４番目の通電相データである「３４Ｈ」がＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力され、その結果、電機子巻線５４のＷ相５４ｗからＵ相５４ｕへ電機子電流が流れる。
【００４９】
図６に示すＲＡＭ１３は、書き替え可能な揮発性のメモリであり、極性判別済フラグ１３ａと、初回割込済フラグ１３ｂと、第０〜第５の６種類の電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈと、通電カウンタ１３ｉと、始動補償カウンタ１３ｊと、サンプル済フラグ１３ｋと、サンプル電圧値メモリ１３ｌと、比較電圧値メモリ１３ｍと、前回カウント値メモリ１３ｎと、今回カウント値メモリ１３ｏとを備えている。極性判別済フラグ１３ａから通電カウンタ１３ｉまでのフラグ、メモリ及びカウンタ１３ａ〜１３ｉは回転子磁石５２の磁極位置の判別制御に使用される。一方、通電カウンタ１３ｉから今回カウント値メモリ１３ｏまでのフラグ、メモリ及びカウンタ１３ｉ〜１３ｏはブラシレスモータ５１の駆動制御に使用される。なお、通電カウンタ１３ｉは双方の制御に使用される。
【００５０】
極性判別済フラグ１３ａは、停止している回転子磁石５２の磁極位置の判別が完了した場合にオンされるフラグである。この極性判別済フラグ１３ａがオンされると、回転子磁石５２の磁極位置が判別されたということであるので、ブラシレスモータ５１を回転させるための第１波通電処理（Ｓ８）およびモータ駆動処理（Ｓ９）が順に実行され、ブラシレスモータ５１が回転を開始する。
【００５１】
初回割込済フラグ１３ｂは、図９に示す１ｍｓインターバル割込処理の最初の実行時にオンされるフラグである。電源投入時における回転子磁石５２の磁極位置の判別は、図７に示す６つの通電相データ（通電パターン）をそれぞれ１ｍｓずつ出力し、その１ｍｓの経過時において電圧に変換された電機子電流の値が最大となる通電相データに基づいて行われる（図４参照）。よって、磁極位置の判別を正確に行うためには、６つの通電相データを正確に１ｍｓずつ出力する必要がある。
【００５２】
しかし、割込を許可してから最初の１ｍｓインターバル割込処理が発生するまでの時間は不定であるので、初回（最初）の１ｍｓインターバル割込処理において電圧に変換された電機子電流の値を測定することは好ましくない。従って、初回の１ｍｓインターバル割込処理では電圧に変換された電機子電流の値の測定をキャンセルするために、初回割込済フラグ１３ｂを設けている。即ち、１ｍｓインターバル割込処理において初回割込済フラグ１３ｂの状態を調べ、オフされている場合には、その割込は最初に発生した１ｍｓインターバル割込処理である。よって、初回割込済フラグ１３ｂがオフされている場合には、電圧に変換された電機子電流の値の測定をキャンセルするのである。なお、この初回割込済フラグ１３ｂは、初回（最初）の１ｍｓインターバル割込処理においてオンされる。
【００５３】
第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈは、回転子磁石５２の磁極位置の判別のために６つの通電相データを出力した場合の電圧変換された電機子電流の値をそれぞれ記憶するための６つのメモリである。図７に示すように、通電カウンタ１３ｉの値が「０」である場合には「１ＡＨ」の通電相データが出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力されて、Ｕ相の電機子巻線５４ｕからＶ相の電機子巻線５４ｖへ電機子電流が流れる。かかる電機子電流の１ｍｓ経過時における電圧変換された値、即ち電流検出回路４の出力電圧が第０電圧値メモリ１３ｃに記憶される。
【００５４】
同様に、通電カウンタ１３ｉの値が「１」である場合には「１９Ｈ」の通電相データが出力されて、Ｕ相からＷ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れ、かかる電機子電流の１ｍｓ経過時における電圧変換された値が第１電圧値メモリ１３ｄに記憶される。更に、通電カウンタ１３ｉの値が「５」である場合には「３２Ｈ」の通電相データが出力されて、Ｗ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れ、かかる電機子電流の１ｍｓ経過時における電圧変換された値が第５電圧値メモリ１３ｈに記憶される。
【００５５】
なお、第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈのすべてに電圧値が記憶されると、その記憶された６つの電圧値の中から最大の電圧値を記憶する電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈが検出される。そして、図４に示すように、その最大の電圧値を記憶する電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈに基づいて、回転子磁石５２の磁極位置が判別されるのである。例えば、第０電圧値メモリ１３ｃが最大の電圧値を記憶する場合には、Ｕ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流が流れるように電機子巻線５４への通電を行った結果、電機子電流値が最大となったということであるので、回転子磁石５２は図４（ｅ）の状態に停止していると判別することができる。同様に、第１電圧値メモリ１３ｄが最大の電圧値を記憶する場合には、回転子磁石５２は図４（ｆ）の状態に停止していると、更に、第５電圧値メモリ１３ｈが最大の電圧値を記憶する場合には、回転子磁石５２は図４（ｃ）の状態に停止していると、それぞれ判別することができる。
【００５６】
通電カウンタ１３ｉは、ＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力される通電相データを決定するためのカウンタである。本実施例の電機子巻線５４は３相で構成されるので、図７に示すように、６種類の通電相データを有している。よって、通電カウンタ１３ｉは「０〜５」の範囲で更新され、前記した通り、通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂのデータがＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力される。具体的には、通電カウンタ１３ｉの値が「０」であれば「１ＡＨ」の通電相データが、「１」であれば「１９Ｈ」の通電相データが、「２」であれば「２９Ｈ」の通電相データが、「３」であれば「２ＣＨ」の通電相データが、「４」であれば「３４Ｈ」の通電相データが、「５」であれば「３２Ｈ」の通電相データが、それぞれＭＰＵ１１の出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力される。
【００５７】
始動補償カウンタ１３ｊは、ブラシレスモータ５１の始動時に、電機子巻線５４へ十分な電機子電流を流すために使用されるカウンタである。始動補償カウンタ１３ｊには電源投入時に初期値が設定され、回転子磁石５２の磁極位置の判別が完了した後は、即ち、極性判別済フラグ１３ａオンされた後は、１ｍｓインターバル割込処理において、１カウントずつ、「０」になるまで減算される。始動補償カウンタ１３ｊの値はデジタルデータに変換された電圧値データとして使用されるので、この始動補償カウンタ１３ｊの値によって、ブラシレスモータ５１の始動開始から徐々に逓減する電圧波を擬似的に生成することができる。この始動補償カウンタ１３ｊの値は、後述するサンプル電圧値メモリ１３ｌに記憶されたデータ（電圧値）と比較され、比較の結果、始動補償カウンタ１３ｊの値が大きい場合に限って、ブラシレスモータ５１の転流タイミングを決定するための電圧値データとして使用される。
【００５８】
サンプル済フラグ１３ｋは、ブラシレスモータ５１の駆動時において転流タイミングを決定する比較電圧のサンプルを完了した場合にオンされるフラグであり、サンプル電圧値メモリ１３ｌは、そのサンプルされた電圧値を記憶するためのメモリである。従来技術の欄で説明した通り、ブラシレスモータ５１の転流は、電機子電流の第２の電流増加領域９２（図１３参照）を検出した場合に行われる。本実施例では、かかる第２の電流増加領域９２を判別するために、前回の転流周期における略１／３周期のタイミングで電機子電流の値をサンプルし、そのサンプルした電機子電流の値の略１．４倍の電機子電流を検出した場合に、第２の電流増加領域９２の現出と判断して、転流を行うように制御している。
【００５９】
即ち、サンプル電圧値メモリ１３ｌは、前回の転流周期の略１／３周期のタイミングでサンプルした電機子電流の電圧値を記憶するためのメモリであり、サンプル済フラグ１３ｋは、そのサンプルが完了したことを示すためのフラグである。よって、サンプル電圧値メモリ１３ｌの値は図１１に示すタイマ割込処理において更新されると共に、サンプル済フラグ１３ｋは、タイマ割込処理においてサンプル電圧値メモリ１３ｌへのデータ書き込み後にオンされ、図１２に示すモータ駆動処理においてブラシレスモータ５１の転流を行った後にオフされる。
【００６０】
比較電圧値メモリ１３ｍは、サンプル電圧値メモリ１３ｌと始動補償カウンタ１３ｊとの値の大きい方のデータが書き込まれるメモリであり、図１２に示すモータ駆動処理において、ブラシレスモータ５１の転流タイミングの検出のために使用される。具体的には、電機子電流の電圧変換された値が、この比較電圧値メモリ１３ｍの１．４倍になった時にブラシレスモータ５１の転流が行われる。
【００６１】
前回カウント値メモリ１３ｎは、前回の転流時におけるフリーランニングカウンタ１６の値を記憶するためのメモリであり、今回カウント値メモリ１３ｏは、今回の転流時におけるフリーランニングカウンタ１６の値を記憶するためのメモリである。フリーランニングカウンタ１４は、ＭＰＵ１１に内蔵される１６ビットのカウンタであり、ＭＰＵ１１の動作クロック信号をｎ分周した信号に同期して１カウントずつカウントアップされる（ｎは自然数）。このフリーランニングカウンタ１６は「ＦＦＦＦＨ」までカウントアップされると、次のカウントアップによって「００００Ｈ」に戻される。よって、フリーランニングカウンタ１６の値の差によって経過時間を算出することができる。従って、今回カウント値メモリ１３ｏの値と前回カウント値メモリ１３ｎの値との差によって、前回の転流周期を算出することができるのである。
【００６２】
この今回カウント値メモリ１３ｏの値と前回カウント値メモリ１３ｎの値との差によって前回の転流周期を算出し、その１／３の時間をタイマ１５ａへセットして、転流タイミングを決定するための電機子電流のサンプル時期（サンプル電圧値メモリ１３ｌへ書き込まれる電圧値の読み取り時期）を設定している。このように構成することにより、ブラシレスモータ５１の回転速度に合わせて、転流タイミングを決定するための電機子電流のサンプル時期を調整することができるのである。
【００６３】
１ｍｓインターバル割込発生回路１４は、図９に示す１ｍｓインターバル割込処理を、１ｍｓ（ミリ秒）の間隔で定期的に発生させるための回路であり、タイマ割込発生回路１５は、タイマ１５ａに設定された時間の経過後に、図１１に示すタイマ割込処理を発生させるための回路である。Ａ／Ｄ変換器１７は、Ａ／Ｄ端子に入力されたアナログ電圧値を８ビットのデジタルデータに変換するためのものである。出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５は、図７に示す通電相データをインバータ回路３へ出力するためのポートであり、出力ポートＰＴ０はインバータ回路３のｕ端子に、出力ポートＰＴ１はｖ端子に、・・・、出力ポートＰＴ５はｚ端子に、それぞれ接続されている。
【００６４】
次に、図８から図１２に示すフローチャートを参照して、モータ駆動回路１の動作を説明する。図８は、モータ駆動回路１の電源投入によって実行されるメイン処理のフローチャートである。電源が投入されると、まず、割り込みの発生を禁止し（Ｓ１）、初期設定を行う（Ｓ２）。ＲＡＭ１３内のすべてのメモリを０クリアした後（Ｓ３）、始動補償カウンタ１３ｊへ初期値を書き込む（Ｓ４）。更に、通電相データの代わりに３８Ｈ（00111000B（２進数））を出力ポートＰＴ０〜ＰＴ５からインバータ回路３へ出力して（Ｓ５）、すべての電解効果トランジスタＱｕ〜Ｑｚをオフして、電機子巻線５４への通電を停止する。
【００６５】
その後は、禁止していた割り込みを許可し（Ｓ６）、極性判別済フラグ１３ａがオンされるまで待機する（Ｓ７：Ｎｏ）。回転子磁石５２の極性判別は、割り込みの許可後に実行される１ｍｓインターバル割込処理（図９）によって行われる。回転子磁石５２の極性判別が完了すると、極性判別済フラグ１３ａがオンされる（Ｓ２４）。よって、極性判別済フラグ１３ａがオンされた後は（Ｓ７：Ｙｅｓ）、判別された極性に基づいて第１波通電処理を実行し（Ｓ８）、その後は、モータ駆動処理を繰り返し実行する（Ｓ９）。
【００６６】
図９は、１ｍｓインターバル割込処理のフローチャートである。この１ｍｓインターバル割込処理では、回転子磁石５２の磁極位置の判別と、その判別結果に基づく通電開始第１波の設定、及び、始動補償カウンタ１３ｊの値のカウントダウンが行われる。１ｍｓインターバル割込処理では、まず、極性判別済フラグ１３ａがオンされているか否かを調べ（Ｓ１１）、オンされていなければ（Ｓ１１：Ｎｏ）、未だ回転子磁石５２の磁極位置の判別は完了していないので、その磁極位置の判別のために、Ａ／Ｄ端子の入力電圧の値、即ち電流検出回路４の出力電圧の値を読み取る（Ｓ１２）。
【００６７】
次に、初回割込済フラグ１３ｂがオンされているか否かを調べ（Ｓ１３）、オンされていなければ（Ｓ１３：Ｎｏ）、実行中の処理は、最初に発生した１ｍｓインターバル割込処理である。よって、かかる場合には、読み取った電圧値をいずれの電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈへも保存することなく破棄すると共に、初回割込済フラグ１３ｂをオンして（Ｓ１４）、初回の１ｍｓインターバル割込処理が実行されたことを記憶する。前記した通り、最初の１ｍｓインターバル割込処理が発生するまでの時間間隔は不定であるので、初回の１ｍｓインターバル割込処理において読み取った電圧値データの記憶をキャンセルしているのである。
【００６８】
一方、初回割込済フラグ１３ｂがオンされていれば（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、Ｓ１２の処理で読み取りＡ／Ｄ変換器１７で８ビットのデジタルデータに変換した電圧値データを通電カウンタ１３ｉの値番目の電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈへ書き込む（Ｓ１５）。即ち、Ｓ１２の処理で読み取りデジタルデータに変換した電圧値データを、通電カウンタ１３ｉの値が「０」であれば第０電圧値メモリ１３ｃに、「１」であれば第１電圧値メモリ１３ｄに、・・・、「５」であれば第５電圧値メモリ１３ｈに、それぞれ書き込むのである。
【００６９】
電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈへの書き込み後は、通電カウンタ１３ｉの値を「０〜５」の範囲で１カウント加算方向に更新し（Ｓ１６）、更新後の通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂの値（通電相データ）をインバータ回路３へ出力して（Ｓ１７）、電機子巻線５４への通電を行う。
【００７０】
この通電は、次の１ｍｓインターバル割込処理が発生するまでの１ｍｓの間継続される。そして、１ｍｓの経過後に発生するこの１ｍｓインターバル割込処理のＳ１２の処理によって、かかる通電による電機子電流の電圧変換された値が読み取られ、通電カウンタ１３ｉの値番目の電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈへ書き込まれるのである（Ｓ１５）。即ち、通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂの値を出力したときの１ｍｓ経過後の電機子電流の値が、次の１ｍｓインターバル割込処理によって読み取られ、その通電カウンタ１３ｉの値番目の電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈに書き込まれるのである。
【００７１】
Ｓ１８の処理において、第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈのうち、「０」を記憶するものがあるか否かを調べる（Ｓ１８）。１つでも「０」を記憶するものがある場合には（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、未だ回転子磁石５２の磁極位置の判別をすることができないので、以降のＳ１９〜Ｓ２４の各処理をスキップして、今回の１ｍｓインターバル割込処理を終了する。
【００７２】
一方、第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈのうち、「０」を記憶するものがなければ（Ｓ１８：Ｎｏ）、既に、６つあるすべての通電パターンについて電機子巻線５４への通電が行われ、その各通電時における１ｍｓ経過後の電機子電流の電圧変換された値が第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈにそれぞれ記憶されている。よって、かかる場合には、第０〜第５電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈのうち最も高い電圧値（最も大きな値）を記憶する電圧値メモリ１３ｃ〜１３ｈの番号を求めて（Ｓ１９）、回転子磁石５２の磁極位置を判別する。
【００７３】
即ち、第０電圧値メモリ１３ｃに最も大きな値が記憶される場合には、６つの通電パターン（通電相データ）のうち、「１ＡＨ」の通電相データをインバータ回路３へ出力してＵ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流を流した時に、電機子電流が最大となったということである。よって、前記した通り、かかる場合には、図４（ｅ）に示す位置に回転子磁石５２が停止していると判別することができる。また、第１電圧値メモリ１３ｄに最も大きな値が記憶される場合には、「１９Ｈ」の通電相データを出力してＵ相からＷ相の電機子巻線５４へ電機子電流を流した時に、電機子電流が最大となったということであるので、図４（ｆ）に示す位置に回転子磁石５２が停止していると判別することができる。更に、第５電圧値メモリ１３ｈに最も大きな値が記憶される場合には、「３２Ｈ」の通電相データを出力してＷ相からＶ相の電機子巻線５４へ電機子電流を流した時に、電機子電流が最大となったということであるので、図４（ｄ）に示す位置に回転子磁石５２が停止していると判別することができる。
【００７４】
ここで、図４および図５を参照すれば分かるように、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、Ｓ１９の処理で求めた番号から「２」を減算した値番目の通電相テーブル１２ｂの値である。例えば、第２電圧値メモリ１３ｅの値が最大である場合、回転子磁石５２は図４（ａ）に示す位置に停止している。よって、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、図５（ａ）に示すように、通電相テーブル１２ｂの０（＝２−２）番目のデータ、即ち、「１ＡＨ」の通電相データである。また、第３電圧値メモリ１３ｆの値が最大である場合、回転子磁石５２は図４（ｂ）に示す位置に停止している。よって、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、図５（ｂ）に示すように、通電相テーブル１２ｂの１（＝３−２）番目のデータ、即ち、「１９Ｈ」の通電相データである。
【００７５】
一方、Ｓ１９の処理で求めた番号から「２」を減算した結果がマイナスとなる場合には、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、その減算結果に「６」を加算した値番目の通電相テーブル１２ｂの値である。例えば、第０電圧値メモリ１３ｃの値が最大である場合、回転子磁石５２は図４（ｅ）に示す位置に停止している。よって、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、図５（ｅ）に示すように、通電相テーブル１２ｂの４（＝０−２＋６）番目のデータ、即ち、「３４Ｈ」の通電相データである。また、第１電圧値メモリ１３ｄの値が最大である場合、回転子磁石５２は図４（ｆ）に示す位置に停止している。よって、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波は、図５（ｆ）に示すように、通電相テーブル１２ｂの５（＝１−２＋６）番目のデータ、即ち、「３２Ｈ」の通電相データである。
【００７６】
従って、Ｓ１９の処理で求めた番号から「２」を減算し（Ｓ２０）、その減算結果がマイナスでなければ（Ｓ２１：Ｎｏ）、減算結果を通電カウンタ１３ｉへ書き込んで（Ｓ２３）、通電開始第１波の通電相データを設定する。一方、Ｓ１９の処理で求めた番号から「２」を減算した結果がマイナスであれば（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、その減算結果に「６」を加算し（Ｓ２２）、加算後の値を通電カウンタ１３ｉへ書き込んで（Ｓ２３）、通電開始第１波の通電相データを設定する。これにより、回転子磁石５２を反時計回りに回転させるための通電開始第１波を設定することができる。通電開始第１波の設定後は、極性判別済フラグ１３ａをオンして（Ｓ２４）、今回の１ｍｓインターバル割込処理を終了する。
【００７７】
Ｓ１１の処理において、極性判別済フラグ１３ａがオンされていれば（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、既に、回転子磁石５２の磁極位置が判別され、通電開始第１波の設定が完了しているので、かかる場合には、処理をＳ２５へ移行して始動補償カウンタ１３ｊの値を減算する。まず、始動補償カウンタ１３ｊの値が「０」であるか否かを調べ（Ｓ２５）、「０」でなければ（Ｓ２５：Ｎｏ）、始動補償カウンタ１３ｊの値を「１」減算して（Ｓ２６）、今回の１ｍｓインターバル割込処理を終了する。一方、始動補償カウンタ１３ｊの値が「０」であれば（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、この１ｍｓインターバル割込処理を停止して（Ｓ２７）、この処理を終了する。よって、Ｓ２７の処理の実行後は、１ｍｓインターバル割込処理は発生しない。従って、Ｓ２７の処理の実行後は、ＭＰＵ１１の制御をモータ駆動処理（図１２）およびタイマ割込処理（図１１）に集中することができるので、２以上の割り込みの同時発生を回避して、ブラシレスモータ５１の駆動制御を一層正確に行うことができる。
【００７８】
図１０は、第１波通電処理（Ｓ８）のフローチャートである。第１波通電処理は、ブラシレスモータ５１の駆動を開始するための通電開始第１波を励磁する処理であり、図８のメイン処理において、極性判別済フラグ１３ａのオンが確認された後に実行される（Ｓ７：Ｙｅｓ）。
【００７９】
第１波通電処理では、まず、通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂの値、即ち通電相データをインバータ回路３へ出力し、ブラシレスモータ５１へ第１波の通電を行う（Ｓ３１）。その後は、次回の通電のために通電カウンタ１３ｉの値を「０〜５」の範囲で１カウント加算方向に更新し（Ｓ３２）、サンプル済フラグ１３ｋをオフして（Ｓ３３）、フリーランニングカウンタ１６の値を読み取り前回カウント値メモリ１３ｈへ書き込む（Ｓ３４）。更に、最初の電機子電流のサンプル時期を設定するために、タイマ１５ａへ初期値をセットして（Ｓ３５）、タイマ１５ａをスタートし（Ｓ３６）、この処理を終了する。
【００８０】
図１１は、タイマ割込処理のフローチャートである。タイマ割込処理は、転流の基準となる電圧変換された電機子電流の値をサンプルするための処理であり、タイマ割込発生回路１５のタイマ１５ａのスタート後、そのタイマ１５ａにセットされた時間の経過時に実行される。このタイマ割込処理では、まず、Ａ／Ｄ端子へ入力される電流検出回路４の出力電圧を読み取り（Ｓ４１）、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタルデータに変換した後に、その値をサンプル電圧値メモリ１３ｌへ書き込む（Ｓ４２）。更に、電機子電流のサンプルが完了したことを示すためにサンプル済フラグ１３ｋをオンして（Ｓ４３）、タイマ１５ａを停止し（Ｓ４４）、この処理を終了する。
【００８１】
図１２は、モータ駆動処理（Ｓ９）のフローチャートである。モータ駆動処理は、ブラシレスモータ５１の駆動制御を行うための処理であり、図８のメイン処理において、第１波通電処理（Ｓ８）の実行後、繰り返し実行される。
【００８２】
モータ駆動処理では、まず、サンプル済フラグ１３ｋがオンされているか否かを調べ（Ｓ５１）、オンされていなければ（Ｓ５１：Ｎｏ）、未だ転流の基準となる電圧変換された電機子電流の値のサンプルが完了していないので、Ｓ５２以降の処理を実行することなく、この処理を終了する。
【００８３】
一方、サンプル済フラグ１３ｋがオンされていれば（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、既に転流の基準となる電圧変換された電機子電流の値はサンプルされ、サンプル電圧値メモリ１３ｌに記憶されているので、かかる場合には、そのサンプル電圧値メモリ１３ｌの値と始動補償カウンタ１３ｊの値との大小を比較して（Ｓ５２）、大きい方の値を比較電圧値メモリ１３ｍへ書き込む（Ｓ５３，Ｓ５４）。即ち、サンプル電圧値メモリ１３ｌの値の方が始動補償カウンタ１３ｊの値より小さければ（Ｓ５２：Ｎｏ）、始動補償カウンタ１３ｊの値を比較電圧値メモリ１３ｍへ書き込み（Ｓ５３）、逆に、サンプル電圧値メモリ１３ｌの値の方が始動補償カウンタ１３ｊの値より大きければ（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、サンプル電圧値メモリ１３ｌの値を比較電圧値メモリ１３ｍへ書き込む（Ｓ５４）。
【００８４】
前記した通り始動補償カウンタ１３ｊは、ブラシレスモータ５１の始動時に電機子巻線５４へ十分な電機子電流を流すために使用されるカウンタであり、この始動補償カウンタ１３ｊによって、ブラシレスモータ５１の始動開始から徐々に逓減する電圧波を擬似的に生成している。具体的には、始動補償カウンタ１３ｊには電源投入時に初期値が設定された後（Ｓ４）、回転子磁石５２の磁極位置の判別完了後、１ｍｓインターバル割込処理において１カウントずつ「０」になるまで減算される。よって、ブラシレスモータ５１の始動時には、始動補償カウンタ１３ｊの値はサンプル電圧値メモリ１３ｌの値より大きいので、始動補償カウンタ１３ｊの値が比較電圧値メモリ１３ｍへ書き込まれる（Ｓ５３）。逆に、ブラシレスモータ５１の十分な始動後には、始動補償カウンタ１３ｊの値は「０」か、或いは、十分に小さな値になっているので、サンプル電圧値メモリ１３ｌの値が比較電圧値メモリ１３ｍへ書き込まれる（Ｓ５４）。
【００８５】
比較電圧値メモリ１３ｍへの書き込み後（Ｓ５３，Ｓ５４）、Ａ／Ｄ端子へ入力される電流検出回路４の出力電圧を読み取り（Ｓ５５）、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタルデータに変換された値が比較電圧値メモリ１３ｍの値の１．４倍以上あるか否かを判断する（Ｓ５６）。読み取った電圧値が比較電圧値メモリ１３ｍの値の１．４倍以上なければ（Ｓ５６：Ｎｏ）、未だ第２の電流増加領域９２（図１３参照）は到来していないので、転流タイミングではない。よって、かかる場合には、Ｓ５７以降の処理をスキップして、この処理を終了する。
【００８６】
一方、読み取った電圧値が比較電圧値メモリ１３ｍの値の１．４倍以上あれば（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、第２の電流増加領域９２（図１３参照）、即ち、転流タイミングの到来である。よって、かかる場合には、通電カウンタ１３ｉの値番目の通電相テーブル１２ｂの値をインバータ回路３へ出力して転流を行う（Ｓ５７）。その後は、次回の通電のために通電カウンタ１３ｉの値を「０〜５」の範囲で１カウント加算方向に更新し（Ｓ５８）、サンプル済フラグ１３ｋをオフする（Ｓ５９）。
【００８７】
更に、フリーランニングカウンタ１６の値を読み取って今回カウント値メモリ１３ｏへ書き込み（Ｓ６０）、前回カウント値メモリ１３ｎの値と今回カウント値メモリ１３ｏの値とから前回の転流周期を算出する（Ｓ６１）。そして、算出した転流周期の１／３の時間をタイマ１５ａへセットして（Ｓ６２）、タイマ１５ａをスタートし（Ｓ６３）、今回カウント値メモリ１３ｏの値を前回カウント値メモリ１３ｎへ書き込んで（Ｓ６４）、この処理を終了する。
【００８８】
このモータ駆動処理（Ｓ９）は、第１波通電処理（Ｓ８）の実行後、タイマ割込処理（図１１）と並行しつつ繰り返し実行され、ブラシレスモータ５１が反時計回りに回転する。
【００８９】
なお、各請求項に記載の検査電圧通電回路としては、図９に示す１ｍｓインターバル割込処理のＳ１７の処理が、極性判別回路としてはＳ１９の処理が、それぞれ該当する。
【００９０】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００９１】
例えば、本実施例では、極間ヨーク５３ｄをすべての歯部５３ｃ間に形成した。即ち、Ｕ相とＶ相の電機子巻線５４の間と、Ｕ相とＷ相の電機子巻線５４の間と、Ｖ相とＷ相の各電機子巻線５４の間とに、それぞれ２つずつ計６つの極間ヨーク５３ｄを形成した。しかし、これに代えて、Ｕ相とＶ相の電機子巻線５４の間と、Ｕ相とＷ相の電機子巻線５４の間と、Ｖ相とＷ相の各電機子巻線５４の間とに、それぞれ１つずつ計３つの極間ヨーク５３ｄを形成するだけにしても良い。また、本実施例のモータ駆動回路１は、常に、ブラシレスモータ５１を反時計回りに回転するように構成したが、回転方向を指定するためのスイッチを設けて、そのスイッチによって指定される方向に、ブラシレスモータ５１を回転させるように構成しても良い。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータ、及び、そのブラシレスモータの磁極位置判別回路によれば、固定子鉄心を極間ヨークで部分的に磁気飽和させて回転子磁石の磁極位置を判別するので、僅かな電機子電流を流すだけで回転子磁石の磁極位置を判別することができる。よって、騒音や振動を発することなく、かつ、回転子磁石を回転させることなく、その回転子磁石の磁極位置を判別することができるという効果がある。また、駆動電圧の何倍もの大きさの電圧を出力可能な電源回路や電機子巻線の絶縁耐圧が強化されたブラシレスモータを用いる必要がないので、コストを大幅に低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図である。
【図２】 ブラシレスモータの断面を部分的に拡大して示した図であり、（ａ）は、電機子巻線への通電を行っていない状態を図示しており、（ｂ）は、電機子巻線への通電を加極性に行っている状態を図示している。
【図３】 ブラシレスモータの断面を部分的に拡大して示した図であり、（ａ）は、電機子巻線への通電を行っていない状態を図示しており、（ｂ）は、電機子巻線への通電を減極性に行っている状態を図示している。
【図４】 回転子磁石の停止位置と、その停止位置に応じて電機子電流が最大となる通電パターンとの関係を示した図であり、回転子磁石の６カ所の停止位置に対応して、（ａ）〜（ｆ）の６図がそれぞれ図示されている。
【図５】 回転子磁石の停止位置と、その回転子磁石を反時計回りに回転させる場合の通電開始第１波の通電パターンとの関係を示した図であり、回転子磁石の６カ所の停止位置に対応して、（ａ）〜（ｆ）の６図がそれぞれ図示されている。
【図６】 ブラシレスモータ駆動回路の回路図である。
【図７】 通電相テーブルの構成を模式的に示した図である。
【図８】 電源投入により実行されるメイン処理のフローチャートである。
【図９】 １ｍｓインターバル割込処理のフローチャートである。
【図１０】 第１波通電処理のフローチャートである。
【図１１】 タイマ割込処理のフローチャートである。
【図１２】 モータ駆動処理のフローチャートである。
【図１３】 （ａ）は、ブラシレスモータの電機子巻線の１相に流れる電流波形を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）の電流波形の１ブロックを拡大して示した図である。
【符号の説明】
１ モータ駆動回路（磁極位置判別回路）
３ インバータ回路
４ 電流検出回路
１１ ＭＰＵ
１２ ＲＯＭ
１２ｂ 通電相テーブル
１３ ＲＡＭ
１３ｉ 通電カウンタ
５１ ブラシレスモータ
５２ 回転子磁石
５３ 固定子鉄心
５３ｂ 主脚部
５３ｃ 歯部
５３ｄ 極間ヨーク
５４ 電機子巻線

Claims (8)

1. 固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回される複数相の電機子巻線へ通電することによって回転される回転子磁石とを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記固定子鉄心は、前記電機子巻線が巻回される複数の主脚部と、その複数の主脚部にそれぞれ連設される複数の歯部と、その複数の歯部のうち隣接する歯部同士を連結する極間ヨークとを備えており、
   その極間ヨークは、前記電機子巻線への非通電時には非磁気飽和の状態にある一方、前記電機子巻線への通電時には僅かな磁束の増加で磁気飽和するように構成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記極間ヨークは前記主脚部と同一材料で形成されると共に、前記極間ヨークの１つの断面積は、前記主脚部の１つの断面積の略１／２０から略１／３０に形成されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 前記極間ヨークは角形の磁化特性を有するフェライトにより構成される一方、前記主脚部は電磁鋼板により構成されており、
   前記フェライトにより構成される極間ヨークの１つの断面積は、前記電磁鋼板により構成される主脚部の１つの断面積の略１／５から略１／８に形成されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
4. 前記極間ヨークは、隣接する前記歯部間の前記回転子磁石の反対側に配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
5. 前記複数の歯部およびその複数の歯部のうち隣接する歯部同士を連結する複数の極間ヨークにより、前記回転子磁石を内包する閉スロット構造に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のブラシレスモータ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のブラシレスモータについて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別するブラシレスモータの磁極位置判別回路において、
   前記電機子巻線へ検査電圧を通電する検査電圧通電回路と、
   その検査電圧通電回路による検査電圧の通電により前記電機子巻線へ流れる電流を検出する電流検出回路と、
   その電流検出回路により検出された電機子電流の増加速度に基づいて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別する極性判別回路とを備えていることを特徴とするブラシレスモータの磁極位置判別回路。
7. 前記検査電圧通電回路は、前記ブラシレスモータの駆動時における周波数の略１５倍以上の周波数の電圧を検査電圧として通電することを特徴とする請求項６記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路。
8. 前記検査電圧通電回路は、前記電機子巻線のすべての通電パターンについて少なくとも１回以上の検査電圧を出力すると共に、前記電流検出回路は、前記電機子巻線へ流れる電流を電圧に変換して検出するものであり、
   前記極性判別回路は、前記検査電圧通電回路による検査電圧の通電により、前記電流検出回路によって最も大きい電圧値が検出された通電パターンに基づいて、前記回転子磁石の停止時における磁極位置を判別することを特徴とする請求項６又は７に記載のブラシレスモータの磁極位置判別回路。

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