JP4386815B2 - モータの駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Description

本発明はモータ駆動技術に関し、特に、巻線の非通電相に発生する逆起電圧のゼロクロスからロータ位置を検出する位置センサレス方式でモータを駆動する駆動装置及び駆動方法に関する。

近年、ハードディスクや光ディスク等のスピンドルモータ用として、あるいはエアコンのファンモータやコンプレッサ駆動用モータとして、ブラシレスモータが一般的に採用されている。ブラシレスモータは一般に、広範囲の可変速制御や電力消費量低減のため、インバータ装置を使ってＰＷＭ駆動される。

三相巻線を有するブラシレスモータ内部には、通常ロータの磁極位置検出のため、ホール素子等の位置センサが電気角１２０度毎に配置されている。これに対して、低コスト化や小型化を目的としたセンサレス技術が種々開発されている。センサレス駆動を実現する手段として、電気角１２０度通電を行い、電流非通電区間に発生する逆起電圧のゼロクロスを検出してロータ位置を求める方法がある。しかし、この方法ではモータが回転していなければ逆起電圧が発生しないため、起動開始時には逆起電圧を検出できず、ロータの初期位置によっては発振や脱調、逆回転等の起動失敗を起こす場合がある。

そこで、ステータに対するロータの相対位置をモータが停止している状態で確定する手段が提案されている。

例えば特許文献１には、ステータの巻線にロータが反応し動かない程度の短い時間に各端子間に電圧をかけ、最高の振幅値を持つ電流を発生する巻線を、通電を開始する巻線として決定する制御方式が提案されている。

また、特許文献２には、ロータが反応して動かない程度の短い電流パルスを各端子間で極性を変えて順次流し、その時の非通電相に発生する誘導電圧を検出し加算してロータの初期位置を判定する制御方式が提案されている。図１９は特許文献２の示された制御方式を実現する構成を示した図である。図２０（ａ）は、電流パルスによって非通電相に発生する誘導電圧の測定結果を示した図である。

図１９において、モータ１０は永久磁石による界磁部を有するロータ（図示せず）と、Ｕ相巻線１１、Ｖ相巻線１２、Ｗ相巻線１３がＹ結線されたステータとで構成される。電流出力部２０は例えば３相ブリッジ回路で構成され、電源とＧＮＤ間に配置されており、各巻線の端子に電圧を印加して電流を流す。相切替制御部５０は、電流パルスを流す巻線を決定し、電流出力部２０に電流パルスを流す信号を、誘導電圧検出部１１０にどの巻線を選択しているかを示す信号を、それぞれ出力する。

誘導電圧検出部１１０は、相切替制御部５０の信号に応じて、３相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとモータ１０の中性点電圧Ｖｃから各相の誘導電圧を検出し、加算部１２０に誘導電圧の電圧値を出力する。加算部１２０では、ある相巻線に電流パルスを順向きに流した際の非通電相の誘導電圧と、電流パルスを逆向きに流した際の誘導電圧を加算する。

例えば、図２０（ａ）において、実線１１１は、Ｕ相巻線１１からＶ相巻線１２へ電流パルスを流した際のＷ相巻線１３に発生する誘導電圧を示し、破線１１２は、逆にＶ相巻線１２からＵ相巻線１１へ電流パルスを流した際のＷ相巻線に発生する誘導電圧を示す。縦軸は検出電圧（ｍＶ）を表わし、横軸はステータに対するロータの相対位置を電気角（度）で表わしている。加算部１２０では、誘導電圧検出部１１０で検出された図２０（ａ）に示す誘導電圧１１１と誘導電圧１１２を加算して、図２０（ｂ）に示す誘導電圧和１１３を得る。

極性判定部１３０は、加算部１２０で得られた誘導電圧和１１３の極性を判定し、Ｕ相の誘導電圧和であればＵＤＡＴＡ記憶部１４１に出力し、Ｖ相の誘導電圧和であればＶＤＡＴＡ記憶部１４２に出力し、Ｗ相の誘導電圧和であればＷＤＡＴＡ記憶部１４３に出力する。図２０（ｂ）はＷ相の誘導電圧和であるのでＷＤＡＴＡ記憶部１４３に判定した極性が出力される。また、Ｕ相、Ｖ相についても同様に誘導電圧和を求め、それぞれＵＤＡＴＡ記憶部１４１と、ＶＤＡＴＡ記憶部１４２に判定した極性を出力する。ＵＤＡＴＡ記憶部１４１と、ＶＤＡＴＡ記憶部１４２と、ＷＤＡＴＡ記憶部１４３は、極性判定部１３０から出力された誘導電圧和の極性を記憶する。

判別部１５０は、ＵＤＡＴＡ記憶部１４１と、ＶＤＡＴＡ記憶部１４２と、ＷＤＡＴＡ記憶部１４３とにそれぞれ記憶された極性の組み合わせから、ロータの初期位置を判別する。

タイミング生成部１６０は、相切替制御部５０、誘導電圧検出部１１０、加算部１２０、ＵＤＡＴＡ記憶部１４１、ＶＤＡＴＡ記憶部１４２、ＷＤＡＴＡ記憶部１４３、判別部１５０にタイミング信号を出力し、それぞれでの処理のタイミングを制御する。
特許第２５４７７７８号 特開２００１−２７５３８７号公報

特許文献１に提案されている制御方式では、最高振幅値がステータの巻線間の製造ばらつきに依存して変化するため、僅かな巻線ばらつきによって検出誤差が発生してしまう。そのため、発振や脱調、逆回転等の起動失敗を起こすことがある。

また、特許文献２に提案されている制御方式では、誘導電圧を保持し、加算する加算部１２０があり、構成として外付けの容量や、容量を充放電する回路が必要となる。また、各相巻線の誘導電圧の和の極性の組み合わせからロータの初期位置を判別するため、組み合わせに関するテーブル等を参照する必要があり、装置の構成が複雑になる。さらに、順方向と逆方向の電流パルスを１組として誘導電圧を検出し、それぞれの相巻線について誘導電圧を検出するため、常に合計６パターンの電流パルスを流す必要がある。このため、ロータの初期位置の判別に、６パターンの電流パルスを流す分の時間（１周期）が必ず必要となる。

本発明は上記問題を鑑みたもので、その目的とするところは、起動失敗のない安定なセンサレス起動が可能な駆動方法および装置を提供することであり、ステータに対するロータの相対的な初期位置を判定する時間を短縮することが可能で、かつ構成が容易なモータ駆動装置および方法を提供することにある。

本発明に係るモータ駆動装置は、複数相の巻線とロータを有するモータをセンサレスで駆動する駆動装置である。モータ駆動装置は、非通電相のモータ巻線に発生した誘導電圧を所定の閾値と比較する比較手段と、閾値を制御する閾値制御手段と、比較手段の出力に基づいてロータ位置を判定する位置判定手段と、ロータ位置に応じて通電相を切替える相切替制御手段と、モータを駆動する電流を生成し、通電相に供給する電流出力手段とを備える。前記閾値制御手段は、前記電流パルスの通電相及び通電方向に応じて、前記比較手段の閾値の極性を変更する。相切替制御手段は、ロータの初期位置を判定するために、ロータ停止時にロータが動作反応しないように所定幅の電流パルスを所定相の巻線に対して発生させる。位置判定手段はその電流パルスによって非通電相に発生する誘導電圧と閾値との比較結果に基づいてロータの初期位置の判定を行う。相切替制御手段は、その判定された初期位置に応じた通電を行ってモータを始動させる。

このように構成することにより、ロータの初期位置の迅速な判定が可能となり、これによって起動が安定し、また、起動時に適切な相に早いタイミングで通電開始することができ、所望の回転速度までに達するのに要する時間を短縮できる。

本発明によれば、ロータの初期位置を短時間で検出することができ、安定で起動失敗のないセンサレス起動が可能で、容易な構成を用いて、起動に要する時間の短縮化が可能となる。

以下、本発明に係るモータの駆動装置および方法の具体的な実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。

以下に説明するモータ駆動装置は、モータの１つの相の巻線の誘導電圧を検出し、その振幅値（大きさ）を閾値と比較して、ロータの初期位置を判定し、その初期位置に応じた通電相から通電を開始してモータを始動させる。以下、その詳細を説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る実施の形態１におけるセンサレスモータの駆動装置の構成を示す。本実施の形態のモータ駆動装置の制御対象であるモータ１０は、永久磁石による界磁部を有するロータと、Ｕ相巻線１１、Ｖ相巻線１２、Ｗ相巻線１３がＹ結線されたステータとで構成される。

センサレスモータの駆動装置は、電流出力部２０と、電流検出部３０と、スイッチング制御部４０と、相切替制御部５０と、通電制御合成部６０と、比較器７１、７２、７３と、位置判定部８０と、判定／起動切替部９０と、閾値制御部１００とを備える。

ここで、本実施形態のモータ駆動装置内部で送受信される信号について説明する。
ＣＬＯＣＫ： クロック信号（本実施形態では、ディーティ比＝５０％である。）
ＤＭＡＳＫ： 通電相の電圧変化による非通電相のリンギング期間と、３相ともハイインピーダンスとなっている期間をマスクするマスク信号。
ＩＮＤＥＴ： 初期位置判定信号。ロータ位置の判定が成功したときにパルスが出力される。
ＩＮＩＳＴ： 状態切替信号。動作状態を初期位置判定動作及び加速動作（モータ駆動動作）のいずれかに切り替えるための信号。
ＰＤＥＴ： 相切替信号。この信号は通電相の切替えタイミングを与える。
ＰＷＭ： ＰＷＭ駆動におけるデューティ比を与える信号。
ＰＷＭＭＡＳＫ： ＰＷＭ駆動による高周波スイッチングノイズの影響をマスクするマスク信号。
ＲＧＯ： 起動／停止を指示するための外部指令。
ＵＮ、ＶＮ、ＷＮ： 比較出力信号。モータの各相の端子電圧と中性点電圧を閾値を持たせて比較した結果を示す。
ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬ： 電流出力部のスイッチング素子をそれぞれ駆動するための駆動信号。
ＷＩＮ１〜６： 初期位置判定動作または加速動作において、６つの通電パターンのうちのどのパターンを使用するのかを決定するための信号。ここで、モータ駆動装置は、図１１に示すような通電相の組み合わせである通電パターンを６通り有しており、この６通りの通電パターンを所定の順序で切替えながら通電することによりモータを正回転駆動（加速）させる。また、初期位置判定動作時においても、モータ駆動装置はこの６種類の通電パターンを加速動作時と同じ順序で切替えながら通電することにより、初期位置の判定を行う。

図１に戻り、電流出力部２０は直列接続された２つのスイッチング素子を各相に含む３相のブリッジ回路で構成される。電流出力部２０は、電源１（Ｖｍ）とＧＮＤ間に配置されており、各巻線の端子に電圧を印加して駆動電流を流す。上記駆動電流は通電制御合成部６０からの出力信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬ、によって制御される。

電流検出部３０は電流出力部２０とＧＮＤ間に配置され、電源１からＧＮＤに流れる電流を検出できるように構成されており、検出した電流検出信号ＣＳはスイッチング制御部４０に出力される。

判定／起動切替部９０は、外部から停止／起動の指令信号ＲＧＯを受けて、加速動作か初期位置検出動作かを切替えるための信号（ＩＮＩＳＴ）を生成し出力する。ＩＮＩＳＴ信号は、初期位置検出動作のとき”Ｌ”レベルになり、加速動作のときは”Ｈ”レベルになる。

スイッチング制御部４０は電流検出部３０からの電流検出信号ＣＳと外部指令信号ＥＣに応じた電流のピーク値制御を行うＰＷＭ信号を通電制御合成部６０に出力する。また、スイッチング制御部４０はＰＷＭ駆動によって発生する高周波のスイッチングノイズの影響をマスクするＰＷＭＭＡＳＫ信号を位置判定部８０に出力する。なお、判定／起動切替部９０からの状態切替信号（ＩＮＩＳＴ信号）が“Ｌ”レベルの場合、スイッチング制御部４０は動作せず、ＰＷＭ信号とＰＷＭＭＡＳＫ信号は“Ｈ”レベルとなり、これによりＰＷＭ駆動は実施されない。

相切替制御部５０は各巻線の通電相を制御する。相切替制御部５０は、位置判定部８０からのＰＤＥＴ信号に応じて通電相を切替え、通電相の情報を持つ信号ＷＩＮ１、ＷＩＮ２、ＷＩＮ３、ＷＩＮ４、ＷＩＮ５、ＷＩＮ６を通電制御合成部６０と位置判定部８０に出力する。ＷＩＮ１〜６信号は、電流出力部２０に含まれるスイッチング素子の駆動パターンである６つのパターンに対応する。ＷＩＮ１〜６信号の出力は、判定／起動切替部９０からのＩＮＩＳＴ信号に応じて切替えられる。また、マスク信号ＤＭＡＳＫは位置判定部８０に出力され、通電相の電圧変化による非通電相のリンギング期間と、３相ともハイインピーダンスとなっている期間をマスクする。

図２に相切替制御部５０の具体的な構成を、図３に相切替制御部５０の動作を説明するための図を示す。

図２に示すように、相切替制御部５０は、相切替回路５１と、状態選択回路５２と、マスク生成回路５３とを含む。相切替回路５１は、位置判定部８０からの外部入力の一定周期信号（ＣＬＯＣＫ）に同期した相切替信号（ＰＤＥＴ）の立ち上がりのタイミングで、ＳＥＬ１〜６信号を順次“Ｈ”レベルにする。状態選択回路５２は、判定／起動切替部９０からのＩＮＩＳＴ信号に応じて、入力信号ＳＥＬ１〜６をそのままＷＩＮ１〜６信号に出力するか、またはＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりのタイミングに同期させて、ＳＥＬ１〜６信号の“Ｈ”レベルの区間の後半部分のみをＷＩＮ１〜６信号に出力するかを切替える。このようにＳＥＬ１〜６信号の“Ｈ”レベルの区間の後半部分のみからＷＩＮ１〜６信号を生成することにより、初期位置判定時において、図３に示すように、通電期間（Ｐ１）と、全ての相をハイインピーダンスにする期間（Ｐ２）とを交互に設けている。これは、前回の通電相（通電パターン）で生じたモータ電流が、次の通電相での位置判定動作に影響しないようにするためである。

マスク生成回路５３は、ＣＬＯＣＫ信号とＰＤＥＴ信号とＩＮＩＳＴ信号に応じて、マスク信号ＤＭＡＳＫを出力する。ＤＭＡＳＫ信号が“Ｌ”レベルの期間は、位置判定部８０において比較器７１、７２、７３からの出力信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮはマスクされる。マスク信号ＤＭＡＳＫは、ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルの時（すなわち、初期位置判定時）は、ＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりタイミングから所定時間Ｔｘだけ遅れて“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへ立ち上がり、ＰＤＥＴ信号の立ち上がりタイミングで“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへ立ち下がる。一方、ＩＮＩＳＴ信号が“Ｈ”レベルの時（すなわち、加速動作時）は、ＤＭＡＳＫ信号はＰＤＥＴ信号の立ち上がりのタイミングで立ち下がり、ＰＤＥＴ信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔｘだけ遅れて立ち上がる。

通電制御合成部６０はスイッチング制御部４０からのＰＷＭ信号と相切替制御部５０からの出力信号ＷＩＮ１〜６を受けて合成し、信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを電流出力部２０に出力し、各相巻線のＰＷＭ駆動を含めた通電状態を決定する。

比較器７１、７２、７３は、各相の端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、モータ１０の中性点電圧Ｖｃと比較し、比較出力信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮを位置判定部８０に出力する。比較器７１、７２、７３はオフセット電圧として作用する閾値を持っており、閾値制御部１００からのＮＯＦＦ信号を受けて、その閾値をゼロまたは所定の有限値に設定する。比較器７１、７２、７３は、閾値が有限値である場合は、閾値制御部１００からのＯＦＦＳＥＴ信号に応じて閾値の極性を切替え、閾値制御部１００からのＤＥＣＯＦＦ信号に応じて閾値の絶対値を変化させる。

閾値制御部１００は、相切替制御部５０からのＷＩＮ１〜６信号を受けてＯＦＦＳＥＴ信号とＤＥＣＯＦＦ信号を比較器７１、７２、７３に出力する。また、閾値制御部１００は、判定／起動切替部９０からのＩＮＩＳＴ信号と位置判定部８０からのＰＤＥＴ信号を受けてＮＯＦＦ信号を比較器７１、７２、７３に出力する。

図４Ａに閾値制御部１００の具体的な構成を、図４Ｂに閾値制御部１００の動作を説明するための図を示す。

図４Ａに示すように、閾値制御部１００は、回転速度検知回路１０１と、閾値切替回路１０２とを含む。

回転速度検知回路１０１はＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルの場合（すなわち初期位置検出動作時の場合）、ＰＤＥＴ信号の立ち上がりの周期に依らず、ＮＯＦＦ信号は“Ｌ”レベルになる。また、閾値切替回路１０２はＷＩＮ１〜６信号の中のどの信号が“Ｈ”レベルであるかに応じて、ＯＦＦＳＥＴ信号が切替えられる。なお、ＷＩＮ１、ＷＩＮ３、ＷＩＮ５信号が“Ｈ”レベルを出力している場合、ＯＦＦＳＥＴ信号は“Ｌ”レベルを出力し、比較器７１、７２、７３の閾値は負の極性を持つ。逆にＷＩＮ２、ＷＩＮ４、ＷＩＮ６信号が“Ｈ”レベルを出力している場合には、ＯＦＦＳＥＴ信号は“Ｈ”レベルを出力し、比較器７１、７２、７３の閾値は正の極性を持つ。ＷＩＮ１〜６信号が全て“Ｌ”レベルであれば、前の状態を保持する。

ＩＮＩＳＴ信号が“Ｈ”レベルの場合（すなわち、加速動作時の場合）は、ＰＤＥＴ信号の立ち上がりの周期からロータの回転速度を検知し、回転速度が設定値を越えた時点でＮＯＦＦ信号が“Ｈ”レベルを出力する。なお回転速度の設定値は所定の値でも良く、またゼロでも良い。その場合、ＯＦＦＳＥＴ信号の出力に依らず比較器７１、７２、７３は閾値がゼロとなる。図４Ｂでは回転速度の設定値がゼロである場合の動作を示している。図示していないが、ＤＥＣＯＦＦ信号はＷＩＮ１〜６信号が“Ｈ”レベルになった回数などから、比較器７１、７２、７３の閾値の絶対値を下げる指令を出力する。なお、加速動作時の閾値の絶対値は、初期位置検出動作時の閾値の絶対値と等しい必要はなく、絶対値が変化しても良い。

比較器７１、７２、７３からのそれぞれの出力信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮと、相切替制御部５０のＷＩＮ１〜６信号からステータに対するロータの相対位置を判定する。

位置判定部８０について説明する。図５は、位置判定部８０の具体的な構成を示した図である。図６は、その動作を説明するための図である。図５に示すように、位置判定部８０はマスク処理回路８１と極性判定回路８２を含む。

比較器７１、７２、７３からの出力信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮは、ＰＷＭ駆動による高周波スイッチングノイズの影響や、通電相の電圧変化による非通電相のリンギングを含んでいる（図６ではノイズによる影響やリンギングは省略している）。マスク処理回路８１は、スイッチング制御部４０からのＰＷＭＭＡＳＫ信号と相切替制御部５０からのＤＭＡＳＫ信号を受けて、これらの信号により比較器７１、７１、７３からの出力信号ＵＮ、ＶＮ、ＷＮをマスクし、マスクにより得られた信号ＵＭ、ＶＭ、ＷＭを極性判定回路８２に出力する。このように、マスク処理回路８１では、ＰＷＭ駆動による高周波のスイッチングノイズの影響をＰＷＭＭＡＳＫ信号によってマスクし、非通電相のリンギング期間をＤＭＡＳＫ信号によってマスクしている。

極性判定回路８２は、比較器７１〜７３からの出力ＵＮ、ＶＮ、ＷＮに基づきロータの初期位置の判定を行う。具体的には、極性判定回路８２は、相切替制御部５０からのＷＩＮ１〜６信号と、マスク処理回路８１からのＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号と、判定／起動切替部９０からのＩＮＩＳＴ信号と、外部クロック信号ＣＬＯＣＫとを受けて、ＰＤＥＴ信号を生成して相切替制御部５０に出力し、また、初期位置判定信号ＩＮＤＥＴを生成して判定／起動切替部９０に出力する。極性判定回路８２では、ＩＮＩＳＴ信号の“Ｈ”レベルまたは“Ｌ”レベルに依らず、ＷＩＮ１〜６信号によってＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号が選択され、選択された信号に対して判定用のレベルを設定する。図７にその設定の一例を示す。

図７に示す例では、ＷＩＮ１信号が“Ｈ”レベルのときは、ＷＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｌ”レベルが指定される。ＷＩＮ２信号が“Ｈ”レベルのときは、ＶＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｈ”レベルが指定される。ＷＩＮ３信号が“Ｈ”レベルのときは、ＵＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｌ”レベルが指定される。ＷＩＮ４信号が“Ｈ”レベルのときは、ＷＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｈ”レベルが指定される。ＷＩＮ５信号が“Ｈ”レベルのときは、ＶＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｌ”レベルが指定される。ＷＩＮ６信号が“Ｈ”レベルのときは、ＵＭ信号が選択され、その判定レベルとして“Ｈ”レベルが指定される。

ＰＤＥＴ信号は、加速動作時（ＩＮＩＳＴ信号が“Ｈ”レベルのとき）においては、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルが、ＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルであった場合に“Ｈ”パルス信号が出力される。図６では（iv）、（v）、（vi）の期間に相当する。例えば期間（v）においては、ＷＩＮ５信号が“Ｈ”レベルであり、図７より選択信号はＶＭであり、その時の判定レベルは“Ｌ”である。従ってＶＭの“Ｌ”レベルへの変化に応じてＰＤＥＴ信号が“Ｈ”レベルを出力する。

一方、初期位置判定時（ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルのとき）においては、ＰＤＥＴ信号は、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルがＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルでなくても、クロック信号ＣＬＯＣＫの立下りのタイミングで“Ｈ”パルス信号が出力される。図６では（i）、（ii）、（iii）の期間に相当する。

また、初期位置判定信号ＩＮＤＥＴは、初期位置判定時では、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルがＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルであった場合にのみ、クロック信号ＣＬＯＣＫの立下りのタイミングで“Ｈ”となる。このとき、ロータの初期位置が検出されたことになる。図６では（iv）の期間に相当する（この期間、ＷＩＮ４信号が”Ｈ”であり、ＷＭ信号が”Ｈ”であるため、図７に示す条件を満たしている。）。

判定／起動切替部９０は、駆動停止／駆動開始を指令する指令信号ＲＧＯと位置判定部８０からの初期位置判定信号ＩＮＤＥＴとを受けて、ＩＮＩＳＴ信号を生成し、スイッチング制御部４０と、相切替制御部５０と、位置判定部８０と、閾値制御部１００とに出力する。判定／起動切替部９０は、ステータに対するロータの相対的な初期位置を判定する初期位置判定状態か、ＰＷＭ駆動による加速起動か、を切替える。ＩＮＩＳＴ信号は、位置判定部８０の初期位置判定信号ＩＮＤＥＴの“Ｈ”レベルが検出された時点で、“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化する。これらの信号の流れについての詳細は後述する。

上記のモータ駆動装置によるモータの起動方法について詳細な説明を行う。２相通電を行った際、非通電相に発生する電圧（巻線の端子と中性点の電位差）として、ロータが回転しロータの磁束がステータの相巻線を横切ることによって発生する電圧と、通電相の電流の時間変化によって発生する電圧がある。以下の説明において、前者の回転によって発生する電圧を「逆起電圧」と、後者の電流変化によって発生する電圧を「誘導電圧」と呼ぶことにする。

図８に本出願の発明者が行った誘導電圧の測定結果を示す。図８（ａ）の実線Ａは、Ｕ相巻線１１の端子にＶ相巻線１２より高い電圧を、ロータが反応して動かないような極めて短い時間印加（以後、「Ｕ相巻線１１からＶ相巻線１２に電流パルスを流す」と表現する）した場合に、Ｗ相巻線１３に発生した誘導電圧をステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。

また、図８（ｂ）の実線Ｂは、Ｖ相巻線１２の端子にＵ相巻線１１より高い電圧を、ロータが反応して動かないような極めて短い時間印加（以後同様に「Ｖ相巻線１２からＵ相巻線１１に電流パルスを流す」と表現する）した場合に、Ｗ相巻線１３に発生した誘導電圧をステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。

図８において、Ｖｔｈ＋とＶｔｈ−はそれぞれ正と負の極性を持つ所定の電圧である。縦軸は検出電圧（ｍＶ）、横軸はステータに対するロータの相対位置を電気角（度）で表している。また、角度の基準は、ロータの回転時にＵ相巻線１１に発生する逆起電圧の立ち上がりのゼロクロスを０度としている。なお、図８では、Ｕ相巻線１１からＶ相巻線に電流パルスを流すことをＵ→Ｖと表現し、Ｖ相巻線１２からＵ相巻線１１に電流パルスを流すことをＶ→Ｕと表現している。以後、図中ではある相巻線から別の相巻線に電流パルスを流すことを、電流の流れる向きを含めて、“→”で表現する。

図８（ａ）の実線Ａについて、１２０度付近と１８０度付近に大きなピークがみられる。また、図８（ｂ）の実線Ｂについて、３００度付近と３６０度付近に大きなピークがみられる。なお、図示してはいないが、Ｖ相巻線１２からＷ相巻線１３に電流パルスを流した際のＵ相巻線１１の誘導電圧と、Ｗ相巻線１３からＵ相巻線１１に電流パルスを流した際のＶ相巻線１２の誘導電圧は、図８（ａ）のプロットがそれぞれ±１２０度移動した形になり、またＷ相巻線１３からＶ相巻線１２に電流パルスを流した際のＵ相巻線１１の誘導電圧と、Ｕ相巻線１１からＷ相巻線１３に電流パルスを流した際のＶ相巻線１２の誘導電圧は、図８（ｂ）のプロットがそれぞれ±１２０度移動した形になる。

図９において、（１）、（２）はそれぞれ、比較器７３において、図８（ａ）の実線Ａで示す誘導電圧を所定値Ｖｔｈ＋、Ｖｔｈ−のそれぞれと比較したときの出力を示す。図９において、（３）、（４）はそれぞれ、比較器７３において、図８（ｂ）の実線Ｂで示す誘導電圧を所定値Ｖｔｈ＋、Ｖｔｈ−のそれぞれと比較したときの出力を示す。なお、Ｖｔｈ＋は正の電圧であり、Ｖｔｈ−は負の電圧であり、絶対値はともに等しいとする。Ｖｔｈ＋とＶｔｈ−を比較器７３の閾値とし、閾値に対して誘導電圧が上回ると“Ｈ”レベルが出力され、下回ると“Ｌ”レベルが出力される。

また、図９において、Ｔｕ、Ｔｖ、ＴｗはそれぞれＵ相巻線１１、Ｖ相巻線１２、Ｗ相巻線１３のトルク定数を表わす。ここで、上記トルク定数が正の値の時に、相巻線の端子から中性点に電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。また、トルク定数が負の値のときに、中性点から相巻線の端子に電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。

例えば、図９の（１）はＵ相巻線１１からＶ相巻線１２に電流パルスを流し閾値をＶｔｈ＋とした時の比較器７３の出力であるが、“Ｈ”レベルが出力される範囲ではＴｖは正の値、Ｔｗは負の値であるので、Ｖ相巻線１２からＷ相巻線１３へ向かってロータが反応する程度の時間幅の、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生することがわかる。同様に図９の（２）は閾値をＶｔｈ−とした時の比較器７３の出力であり、“Ｌ”レベルが出力される範囲ではＴｕは正の値、Ｔｗは負の値であるので、Ｕ相巻線１１からＷ相巻線１３へ向かってロータが反応する程度の時間、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する事がわかる。同様に考えると、図９の（３）においては“Ｈ”レベルが出力される範囲でＷ相巻線１３からＵ相巻線１１へ、図９の（４）においては“Ｌ”レベルが出力される範囲でＷ相巻線１３からＶ相巻線１２へ向かってロータが反応する程度の時間、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。ここで、ロータが停止時に、正回転方向にトルクが発生する通電相を「起動開始時の通電相」と呼ぶ。

図１０は、図９から得られた電流パルスを流す向きと、比較器７３の閾値の極性と、起動開始時の通電相との関係を示す。なお、図中、電流を流す通電相を“⇒”を用いて表現する。例えば、Ｕ相巻線からＶ相巻線に電流が流れる通電相は「Ｕ⇒Ｖ」と表現される。また、本実施形態では、ロータを正回転させるために通電相を、Ｕ⇒Ｖ、Ｕ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｖ、Ｕ⇒Ｖの順で切替えるとする。

図１０の（１）から（４）はそれぞれ図９の（１）から（４）に対応する。図１０の（２）と（３）に関し、誘導電圧検出時の電流パルスを流す向きと、起動開始時の通電相の関係は、ロータを正回転させる際の通電切替の順と一致していることがわかる。

図１１は、初期位置判定時における、電流パルスを流す向き（通電相及び通電方向の組み合わせ）と、誘導電圧を検出する巻線の相と、位置判定のための閾値の極性と、初期位置判定終了後の起動開始時の通電相との関係を示した図である。同図に示すように、電流パルスを流す向きとして６通りのパターンがある。これらの６つの通電パターンは、＜１＞→＜２＞→＜３＞→＜４＞→＜５＞→＜６＞→＜１＞→…の順序で切り替えられる。これらの通電パターン及びその切替順序は、初期位置判定後のモータ加速動作時に印加される通電パターンと一致する。つまり、ロータを正回転させる際の通電パターンと一致する。これにより、初期位置判定後の起動開始時の通電相を、初期位置判定時の通電相から正方向に回転する場合の順序に一つ進めて切替えた相に決定することが可能であり、装置の構成をより容易にすることが可能となる。電流パルスを流す向きに対して、誘導電圧を検出する相巻線と閾値の極性の組み合わせは一対一の関係となっており、電流パルスの通電方向と閾値の極性を指定することによって起動開始時の通電相が一つだけ決定され、重複して求められることはない。

図１２は、電流パルスを流す向きと起動開始時の通電相の関係が図１１の関係を満たす場合のモータ駆動装置の起動方法を示すフローチャートである。

モータ駆動装置に起動を指示する指令信号ＲＧＯが入力されると、ステータに対するロータの相対的な初期位置を判定するための動作を開始する。その際、初期位置判定動作を行っていることを示すＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルとなる。

次に、電流パルスを流す向きをＵ相巻線１１からＶ相巻線１２への向きに設定する（Ｓ１）。比較器の閾値の極性を決定する（Ｓ２）。設定されている向きにロータが反応して動かないような極めて短い電流パルスを流す（Ｓ３）。図１１の電流パルスを流す向きによって決定される誘導電圧の検出相と閾値の極性とに基づいて誘導電圧を検出する（Ｓ４）。誘導電圧が閾値より大きいかを判定し（Ｓ５）、大きければステップＳ１０へ、小さければステップＳ６へ移行する。ここで、誘導電圧が閾値より大きいとは、閾値の極性と誘導電圧の極性が等しく、且つ、絶対値において閾値より誘導電圧が大きいことを意味する。

ステップＳ６においては、モータの３相巻線の端子を全てハイインピーダンスにする。電流パルスを流す向きの設定を、図１１に示される正回転の切替順において一つ次のパターンに切替える（Ｓ７）。６通りの電流パルスを流したかを判定し、６通りの電流パルスを流したときは、比較器の閾値の絶対値を下げる（Ｓ９）。これは、誘導電圧が閾値を越える角度範囲を広げ、ステータに対するロータの相対的な初期位置が判定しやすくするためである。

その後、ステップＳ２に戻り、ステップＳ５でＹＥＳ判定が出るまでステップＳ２〜Ｓ９を繰り返す。

また、ステップＳ５で誘導電圧が閾値より大きい場合、図１１に示すパターンで正回転方向に一つ次のパターンに切替えて得られる通電相を、起動開始時の通電相に決定する（Ｓ１０）。例えば、現状の電流パルスを流す向きの設定がＶ相巻線からＷ相巻線の場合（パターン＜３＞）、起動開始時の通電相はＶ⇒Ｕとなる。起動開始時の通電相の設定とともに、ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化し、初期位置判定動作を終了する。そして、回転速度の設定値がゼロである場合には、比較器の閾値をキャンセルしてゼロにし（Ｓ１１）、ＰＷＭ駆動に制御を替えて（Ｓ１２）、ロータが十分動作する程度の電流を流して加速起動させる。なお、図示していないが、回転速度の設定値が所定の値である場合には、ＰＷＭ駆動に制御を替えて（Ｓ１２）、ロータが十分動作する程度の電流を流して加速起動させた後、比較器の閾値をキャンセルしてゼロにする（Ｓ１１）。

なお、図１２では、起動開始時に電流パルスを流す向きの設定を、Ｕ相巻線１１からＶ相巻線１２への向き（パターン＜１＞）としているが、この向きに限らず、他のパターンから起動を開始してもよい。さらにステップＳ１２ではＰＷＭ駆動をさせる必要もなく、リニア駆動させることも可能である。さらに、ステップＳ９では比較器７１、７２、７３の閾値の絶対値を下げる動作を行ったが、いずれかの相巻線に通電を行い、ステータに対するロータの相対的な初期位置をずらすことによって誘導電圧を検出しやすくすることも可能であり、または、電流パルスの幅を僅かに広げることによっても誘導電圧を検出しやすくすることも可能であり、これらを組み合わせた動作を行うことも可能である。

初期位置判定時の動作と加速起動への動作について図１３及び図１４を用いて説明する。なお、ここでは回転速度の設定値をゼロとしている。図１３において、ＣＬＯＣＫは外部クロック信号、ＲＧＯは指令信号である。Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗはそれぞれＵ相巻線１１の端子電圧、Ｖ相巻線１２の端子電圧、Ｗ相巻線１３の端子電圧であり、Ｖｃはモータ１０の中性点電圧である（図１３では、スイッチングノイズの影響とリンギングは省略している）。Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗはそれぞれ、Ｕ相巻線１１、Ｖ相巻線１２、Ｗ相巻線１３に流れる電流であり、巻線の端子から中性点へ流れる場合を正とする。ＩＮＩＳＴ信号は判定／起動切替部９０の出力、ＰＤＥＴ信号と初期位置判定信号ＩＮＤＥＴは位置判定部８０の出力、ＷＩＮ１〜６信号は相切替制御部５０の出力、ＯＦＦＳＥＴ信号とＮＯＦＦ信号は閾値制御部１００の出力、ＤＭＡＳＫ信号は相切替制御部５０の出力である。

図１４は、図１３の（I）から（VII）の期間について信号波形を拡大した図である。クロック信号ＣＬＯＣＫ、指令信号ＲＧＯ、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、Ｖｃは図１３と同じである。Ｖｕ−Ｖｃ、Ｖｖ−Ｖｃ、Ｖｗ−Ｖｃはそれぞれ、Ｕ相巻線１１の端子電圧から中性点電圧を引いた電圧値、Ｖ相巻線１２の端子電圧から中性点電圧を引いた電圧値、Ｗ相巻線１３の端子電圧から中性点電圧を引いた電圧値であり、相巻線に電流が流れていない間の電圧は、Ｕ相巻線１１の誘導電圧、Ｖ相巻線１２の誘導電圧、Ｗ相巻線１３の誘導電圧を表す。ＵＮ、ＶＮ、ＷＮ信号は比較器７１、７２、７３の出力である。

期間（I）では、起動を指示するため指令信号ＲＧＯが“Ｈ”レベルに変化し、全ての回路が動作を開始する。ＩＮＩＳＴ信号は“Ｌ”レベルを出力し、初期位置判定動作を行う。この際スイッチング制御部４０は動作しない。また、ＮＯＦＦ信号は“Ｌ”レベルを保持する。

期間（II）では、ＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりのタイミングでＷＩＮ１信号が“Ｈ”レベルに変化し、同時にＵ相巻線１１からＶ相巻線１２に電流パルスを流す（図１１の＜１＞に相当する）。また、ＯＦＦＳＥＴ信号は“Ｌ”レベルを出力し、比較器７１、７２、７３の閾値の極性を負に設定する。ＤＭＡＳＫ信号が“Ｈ”レベルに変化することによって、ＶｗとＶｃの差電圧、つまりＷ相巻線１３に発生する誘導電圧の判定が可能となる。ＷＩＮ１信号が“Ｈ”レベルの場合、位置判定部８０のＷＮ信号が“Ｌ”レベルを出力している場合に誘導電圧が検出された判定となる（図７参照）。Ｗ相巻線１３の誘導電圧（Ｖｗ−Ｖｃの値）の極性は負であるが、閾値を超えないためＷＮ信号は“Ｈ”レベルとなり、誘導電圧が検出されなかった判定となる。

期間（III）では、期間（II）で誘導電圧が検出されなかったという判定であったため、ＣＬＯＣＫ信号の立下りのタイミングでＰＤＥＴ信号が“Ｈ”パルスを出力する。ＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスを受けてＷＩＮ１信号が“Ｌ”レベルに変化し、Ｕ相巻線１１からＶ相巻線１２に流れる電流をゼロにするために、全相をハイインピーダンスにする。また、ＤＭＡＳＫ信号もＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスを受けて、“Ｌ”レベルに変化する。

期間（IV）では、ＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりのタイミングでＷＩＮ２信号が“Ｈ”レベルに変化し、同時にＵ相巻線１１からＷ相巻線１３に電流パルスを流す（図１１の＜２＞に相当する）。また、ＯＦＦＳＥＴ信号は“Ｈ”レベルを出力し、比較器７１、７２、７３の閾値の極性を正に設定する。ＤＭＡＳＫ信号が“Ｈ”レベルの状態変化することによって、Ｖ相巻線１３に発生する誘導電圧の判定が可能となる。ＷＩＮ２信号が“Ｈ”レベルの場合、位置判定部８０のＶＮ信号が“Ｈ”レベルを出力している場合に誘導電圧が検出された判定となる（図７参照）。Ｖ相巻線１２の誘導電圧（Ｖｖ−Ｖｃの値）の極性が負であるため、ＶＮ信号は“Ｌ”レベルとなり、誘導電圧が検出されなかったという判定となる。

期間（Ｖ）では、期間（IV）で誘導電圧が検出されなかった判定であったため、ＣＬＯＣＫ信号の立下りのタイミングでＰＤＥＴ信号が“Ｈ”パルスを出力する。ＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスを受けてＷＩＮ２信号が“Ｌ”レベルに変化し、Ｕ相巻線１１からＷ相巻線１３に流れる電流をゼロにするために、全相をハイインピーダンスにする。また、ＤＭＡＳＫ信号もＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスを受けて、“Ｌ”レベルに変化する。

期間（VI）では、ＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりのタイミングで、ＷＩＮ３信号が“Ｈ”レベルに変化し、同時にＶ相巻線１２からＷ相巻線１３に電流パルスを流す（図１１の＜３＞に相当する）。また、ＯＦＦＳＥＴ信号は“Ｌ”レベルを出力し、比較器７１、７２、７３の閾値の極性は負となる。ＤＭＡＳＫ信号が“Ｈ”レベルに変化することによって、Ｕ相巻線１１に発生する誘導電圧の判定が可能となる。ＷＩＮ３が“Ｈ”レベルなので、位置判定部にＵＮ信号が“Ｌ”レベルを出力している場合に誘導電圧が検出された判定となる（図７参照）。Ｕ相巻線１１の誘導電圧（Ｖｕ−Ｖｃの値）の極性が負であり、また閾値を超えたのでＵＮ信号は“Ｌ”レベルとなり、誘導電圧が検出されたという判定となる。

期間（VII）では、期間（VI）で誘導電圧が検出された判定であったため、ＣＬＯＣＫ信号の立下りのタイミングでＰＤＥＴ信号と初期位置判定信号ＩＮＤＥＴに“Ｈ”パルスが出力され、初期位置判定動作が終了する。ここから、モータ起動動作を開始する。初期位置判定信号ＩＮＤＥＴの“Ｈ”パルスを受けて、ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化するため、スイッチング制御部４０と、相切替制御部５０と、位置判定部８０と、閾値制御部１００の動作が切替わる。つまり、比較器７１、７２、７３の閾値がゼロになり、ＰＭＷ駆動して逆起電圧のゼロクロスを検出する通常のセンサレス制御となる。具体的には、スイッチング制御部４０は動作を開始し、ＰＷＭ駆動に制御が切替わる。相切替制御部５０では、ＷＩＮ１〜６信号がＣＬＯＣＫ信号に同期しないで出力され、ＤＭＡＳＫ信号も出力制御が切替わる。位置判定部８０では、ＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスはＣＬＯＣＫ信号に同期せず、また初期位置判定信号ＩＮＤＥＴの“Ｈ”パルスは発生しない。閾値制御部１００では、ＮＯＦＦ信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに状態変化し、比較器７１、７２、７３の閾値はゼロになる。さらに、ＰＤＥＴ信号の“Ｈ”パルスを受けて、ＷＩＮ３信号は“Ｌ”レベルに、ＷＩＮ４信号は“Ｈ”レベルに変化する。

期間（VIII）では、ＷＩＮ４信号が“Ｈ”レベルなので、Ｖ相巻線１２からＵ相巻線１１へＰＷＭ制御された電流が流れ、ロータは正回転方向に回転する。比較器７１、７２、７３の閾値がゼロになるため、ＰＤＥＴ信号は逆起電圧のゼロクロスのタイミングで“Ｈ”パルスを出力する制御となる。

これ以後は、通常のセンサレス制御を行い、通電相と逆起電圧の検出極性をロータの正回転にしたがい順に切替えていくことで、モータは加速起動する。

図１３に示す例では、初期位置判定のための誘導電圧検出動作は３回行ったが、最小の場合は１回の検出動作で初期位置を検出できる。また、位置判定のための電流パルスのパターンが６通りある場合、最大で６回の検出動作で誘導電圧を検出でき、起動を開始することができる。特開２００１−２７５３８７号公報に示されている従来の方法では、検出動作のために６通りの電流パターン全てを印加する期間が必要であった、すなわち、検出動作のために必ず一周期の時間を要した。これに対し、本実施形態の方法であれば、検出動作の試行回数は最大で６回であることから、平均すると、検出動作に要する時間をより短縮でき、早期の起動開始が実現できる。

以上のように、本実施の形態では、ロータが反応して動かない程度の電流パルスをステータの所定相の巻線に通電した際に非通電相に発生する誘導電圧を、閾値と比較することにより検出する。このような検出方法により、ステータに対するロータの相対的な初期位置の判定にかかる時間を短縮することができ、起動時間の短縮が可能となる。また、初期位置を確定させてから起動させるので、安定した起動が可能である。また、本実施の形態では、位置判定時に電流パルスを流す向きを、ロータを正回転させる際に流す電流パルスと同じ順序で切り替え、その際、電流パルスを流す向きによって比較器７１、７２、７３の閾値の極性を選択する。これによって、容易な構成でステータに対するロータの相対的な初期位置を判定することができる。

なお、本実施の形態では、閾値が制御可能な比較器を用いて説明したが、閾値がゼロである比較器と、正の閾値を持つ比較器と、負の閾値を持つ比較器とを並列して用い、比較器の出力をセレクタによって選択するようにしても良い。また、ロータの巻線の相毎に３つの比較器７１、７２、７３を用いているが、１つの比較器のみを用いてもよい。この場合は、各相の端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをセレクタによって選択し、１つの比較器において、選択した電圧と中性点電圧Ｖｃとを比較するようにする。さらに、起動開始後は２相通電を例に取り上げたが、３相通電されるスロープのついた通電を行っても起動できることは言うまでもなく、本実施の形態は起動後の制御を制限するものではない。さらに、電流パルスの幅をモータ定数によって変更できることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、誘導電圧の検出時にスイッチング制御部４０を動作させず、電流パルスを通電した際に発生する誘導電圧を検出するが、電流のピークを制御するためのＰＷＭ駆動を実行し、ＰＷＭのオン期間に誘導電圧を検出することによって、本実施の形態と同じ構成でステータに対するロータの相対的な初期位置を判定することが可能である。また、電流のピークを制御するためのＰＷＭ駆動を実行し、ＰＷＭのオフ期間に誘導電圧を検出することよって、ロータの初期位置を判定することも可能である。

（実施の形態２）
実施の形態１では、図１８Ａに示すように、各相のＷＩＮ１〜６信号のオン期間の間に全相ハイインピーダンスにする期間を設けている。これは、通電により生じたステータ巻線の電流を一旦にゼロにし、次の検出動作において正確に検出できるようにするためである。しかし、図１８Ａからもわかるように、全相ハイインピーダンス期間において比較的早い段階で巻線の残留電流はゼロになっている。残留電流がゼロになった以降は全相ハイインピーダンスにする必要はなく、また、全相ハイインピーダンス期間は短い方が全体としての処理時間が短縮される。そこで、本実施形態では、実施の形態１と比べて全相ハイインピーダンス期間を短縮し、位置判定に要する時間を短縮するための構成を説明する。

図１５に本発明に係る実施の形態２のセンサレスモータの駆動装置の構成を示す。実施の形態１とは位置判定部８０Ａの内部構成が異なる。それ以外の構成、動作は実施の形態１で説明したものと同様である。

図１６に、本実施形態の位置判定部８０Ａの具体的な構成を示す。図１７は位置判定部８０Ａの動作を説明するためのタイミングチャートである。

本実施形態の位置判定部８０Ａは、実施の形態１の位置判定部８０の構成に加え、さらに時間計測回路８３を備える。位置判定部８０Ａは、クロック信号ＣＬＯＣＫを時間計測回路８３を介して極性判定回路８２に入力する。

マスク処理回路８１は、比較器７１、７２、７３のＵＮ、ＶＮ、ＷＮ信号に含まれる、ＰＷＭ駆動による高周波なスイッチングノイズの影響や通電相の電圧変化による非通電相のリンギング期間を、スイッチング制御部４０のＰＷＭＭＡＳＫ信号と相切替制御部５０のＤＭＡＳＫ信号を受けてマスクし、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号を極性判定回路８２に出力する。

極性判定回路８２は相切替制御部５０からのＷＩＮ１〜６信号と、マスク処理回路８１からのＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号と、判定／起動切替部９０からのＩＮＩＳＴ信号と、時間計測回路８３からのＦＯＲＳＩＧ信号とを受けて、ＰＤＥＴ信号を相切替制御部５０に、また初期位置判定信号ＩＮＤＥＴを判定／起動切替部９０に、それぞれ出力する。

時間計測回路８３は、ＣＬＯＣＫ信号を受けＦＯＲＳＩＧ信号を極性判定回路８２に出力する。ＦＯＲＳＩＧ信号は、ＣＬＯＣＫ信号の立ち上がりのタイミングから所定時間Ｔｙだけ遅らせて出力されるパルス信号である。所定時間ＴｙはＣＬＯＣＫ信号のパルス幅よりも大きな値とする。

ＩＮＩＳＴ信号の“Ｈ”レベルまたは“Ｌ”レベルに関わらず、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルがＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルであった場合に、ＰＤＥＴ信号において“Ｈ”パルス信号が出力される。特に、ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルの際には、ＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルがＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルでない場合でも、ＰＤＥＴ信号において、ＦＯＲＳＩＧ信号の立ち上がりのタイミングで“Ｈ”パルス信号が出力される。ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルでかつＵＭ、ＶＭ、ＷＭ信号のレベルがＷＩＮ１〜６信号によって指定されるレベルであった場合にのみ、初期位置判定信号ＩＮＤＥＴにおいて、ＦＯＲＳＩＧ信号の立ち上がりのタイミングで“Ｈ”パルス信号が出力される。

以上のように本実施の形態では、ロータの初期位置を判定している間（ＩＮＩＳＴ信号が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに変化するまでの間）において、ＷＩＮ１〜６信号のパルス幅をＣＬＯＣＫ信号よりも長くすることにより、ＣＬＯＣＫ信号の一周期に対して電流パルスを流す時間を長くする。これによって、全相をハイインピーダンスにする時間を短縮することができる。なお、全相ハイインピーダンスにする時間が短くなることによって誘導電圧を検出する相巻線にまだ電流が残留しているために、キックバックノイズが発生し誘導電圧の誤検出が起こる可能性があるが、ＤＭＡＳＫ信号によってキックバックノイズをマスクすることが可能である。

図１８Ａ、１８Ｂに起動開始前のロータの初期位置判定時の動作を示す。図１８Ａは実施の形態１の駆動装置の場合であり、図１８Ｂは実施の形態２の駆動装置の場合である。両図において、ＣＬＯＣＫ信号は一定周期の外部入力信号であり、ＷＩＮ１〜３信号は相切替制御部５０の出力である。Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、それぞれＵ相巻線１１、Ｖ相巻線１２、Ｗ相巻線１３に流れる電流であり、巻線の端子から中性点に流れる方向を正としている。両図の比較のため、電流パルスを流す時間を等しくしている。

図１８Ｂに示すように本実施形態によれば、図１８Ａに示す実施の形態１の場合に比して全相ハイインピーダンスの時間を短縮できるため、ＣＬＯＣＫ信号の周期を短くすることができ、ステータに対するロータの相対的な初期位置を実施の形態１より早く判定することが可能となる。また、範囲ＣではＶ相巻線１２からＷ相巻線１３へ流れる電流がゼロに落ちきらないうちにＶ相巻線１２からＵ相巻線１１へ電流が流れ始めているが、ＤＭＡＳＫ信号によってマスクするため誘導電圧の誤検出は起こらない。

以上より、本実施の形態では、初期位置判定時の全相ハイインピーダンスの時間を制御することによって、ステータに対するロータの相対的な初期位置の判定にかかる時間を短縮することが可能となる。

本発明のモータ駆動装置及び駆動方法は、安定したセンサレス起動の実現、かつ、初期位置判定にかかる時間の短縮によるセンサレスモータの起動時間の短縮化ができるという効果を有し、ＰＷＭセンサレス駆動を行うモータの駆動装置等に有用である。

本発明の実施の形態１におけるセンサレスモータの駆動装置の構成を示す図である。 相切替制御部の具体的な構成を示す図である。 相切替制御部の動作を説明するための信号波形図である。 閾値制御部の具体的な構成を示す図である。 閾値制御部の動作を説明するための信号波形図である。 位置判定部の具体的な構成を示す図である。 位置判定部の動作を説明するための信号波形図である。 極性判定回路で指定される、初期位置判定に用いられる信号とその判定レベルを示す図である。 本願の発明者が行った誘導電圧の測定結果を示す図である。 図８に示す誘導電圧と閾値（Ｖｔｈ＋、Ｖｔｈ−）との比較結果出力と、トルク係数の関係を示す図である。 図９より得られる電流パルスの通電方向と、起動開始時の通電方向との関係を示した図である。 初期位置判定時における、電流パルスを流す向き（通電相及び通電方向の組み合わせ）と、誘導電圧を検出する巻線の相と、位置判定のための閾値の極性と、初期位置判定終了後の起動開始時の通電相との関係を示した図である。 ステータに対するロータの相対的な初期位置の判定動作を示すフローチャートである。 図１のセンサレスモータの駆動装置の動作を説明するための信号波形図である。 図１３に示す信号波形の一部を拡大した図である。 本発明の実施の形態２におけるセンサレスモータの駆動装置の構成を示す図である。 実施の形態２の位置判定部の具体的な構成を示す図である。 実施の形態２の位置判定部の動作を説明するための信号波形図である。 実施の形態１のセンサレスモータの駆動装置における、通電期間と全相ハイインピーダンス期間の関係を説明するための図である。 実施の形態２のセンサレスモータの駆動装置における、通電期間と全相ハイインピーダンス期間の関係を説明するための図である。 従来のモータ駆動装置の構成を示す図である。 従来のモータ駆動装置において巻線に発生する、（ａ）誘導電圧の波形と、（ｂ）誘導電圧和をそれぞれ示す図である。

符号の説明

１：電源
１０：センサレスモータ
１１、１２、１３：巻線
２０：電流出力部
３０：電流検出部
４０：スイッチング制御部
５０：相切替制御部
６０：通電制御合成部
７１、７２、７３：比較器
８０、８０Ａ：位置判定部
９０：判定／起動切替部
１００：閾値制御部

Claims (16)

1. 複数相の巻線とロータを有するモータをセンサレスで駆動する駆動装置であって、
   非通電相のモータ巻線に発生した誘導電圧を所定の閾値と比較する比較手段と、
   前記閾値を制御する閾値制御手段と、
   該比較手段の出力に基づいて前記ロータ位置を判定する位置判定手段と、
   前記ロータ位置に応じて通電相を切替える相切替制御手段と、
   モータを駆動する電流を生成し、前記通電相に供給する電流出力手段とを備え、
   前記閾値制御手段は、前記電流パルスの通電相及び通電方向に応じて、前記比較手段の閾値の極性を変更し、
   前記相切替制御手段は、前記ロータの初期位置を判定するために、前記ロータ停止時にロータが動作反応しないように所定幅の電流パルスを所定相の巻線に対して発生させ、前記位置判定手段は、該電流パルスによって非通電相に発生する誘導電圧と前記閾値との比較結果に基づいて前記ロータの初期位置の判定を行い、前記相切替制御手段は、その判定された初期位置に応じた通電を行ってモータを始動させる、ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記相切替手段は、前記電流パルスの通電相及び通電方向を、前記ロータを正回転させるために設定される通電相及び通電方向の順にしたがい、切替えることを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記位置判定手段は、前記ロータの初期位置を判定するために、モータ電流が減少する期間またはモータ電流が増加する期間のいずれか一方においてのみ前記誘導電圧を検出する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記相切替手段は、前記ロータの初期位置を判定できた場合に、前記ロータを正回転させるために設定される通電相の順にしたがい、その判定時点における電流パルスの通電相の次の通電相を前記ロータの駆動に適切な通電相として設定する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記閾値制御手段は、前記ロータの初期位置判定終了後、前記閾値をゼロに設定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
6. 前記閾値制御手段は、前記モータが始動し所定の回転速度に達したことを検知して、前記閾値をゼロに設定することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
7. 前記電流パルスの通電相及び通電方向の組み合わせである通電パターンを複数設けておき、前記通電パターンは、前記モータを正回転させるために所定の順序で切り替えられ、
   前記閾値制御手段は、前記複数の通電パターンで通電を行ったにもかかわらず、前記ロータの初期位置が判定されなかった場合、前記比較手段の閾値の絶対値を下げる、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
8. 前記電流パルスの通電相を切替える際に、前記電流パルスの通電期間の後にモータ電流をゼロにするための期間を設け、該モータ電流をゼロにするための期間は前記通電期間よりも短い、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
9. 複数相の巻線とロータを有するモータをセンサレスで駆動する駆動方法であって、
   前記ロータの停止時にその初期位置を判定するために、前記ロータが動作反応しないように所定幅の電流パルスを所定相の巻線に対して発生させ、
   該電流パルスによって非通電相に発生する誘導電圧を、前記電流パルスの通電相及び通電方向に応じて前記閾値の極性を変更した所定の閾値と比較して、前記ロータの初期位置を判定し、
   その判定された初期位置に応じた通電を行ってモータを始動させる
   ことを特徴とするモータ駆動方法。
10. 前記電流パルスの通電相及び通電方向を、前記ロータを正回転させるために設定される通電相及び通電方向の順にしたがい、切替えることを特徴とする、請求項９記載のモータ駆動方法。
11. 前記ロータの初期位置を判定するために、モータ電流が減少する期間またはモータ電流が増加する期間のいずれか一方においてのみ前記誘導電圧を検出する、ことを特徴とする請求項９記載のモータ駆動方法。
12. 前記ロータの初期位置を判定できた場合に、前記ロータを正回転させるために設定される通電相の順にしたがい、その判定時点における電流パルスの通電相の次の通電相を前記ロータの駆動に適切な通電相として設定する、ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載のモータ駆動方法。
13. 前記ロータの初期位置判定終了後、前記閾値をゼロに設定することを特徴とする、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載のモータ駆動方法。
14. 前記モータが始動し所定の回転速度に達したことを検知して、前記閾値をゼロに設定することを特徴とする、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載のモータ駆動方法。
15. 前記電流パルスの通電相及び通電方向の組み合わせである通電パターンを複数設けておき、前記通電パターンは前記モータを正回転させるために所定の順序で切り替えられ、
    前記複数の通電パターンで通電を行ったにもかかわらず、前記ロータの初期位置が判定されなかった場合、前記閾値の絶対値を小さくする、ことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１つに記載のモータ駆動方法。
16. 前記電流パルスの通電相を切替える際に、前記電流パルスの通電期間の後にモータ電流をゼロにするための期間を設け、該モータ電流をゼロにするための期間は前記通電期間よりも短い、ことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１つに記載のモータ駆動方法。

Images