JP4789660B2 - モータ駆動装置およびモータ駆動方法 - Google Patents

モータ駆動装置およびモータ駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、ロータ位置センサを必要とせずに安定で迅速な起動を行うことが可能な、３相ブラシレス方式のモータ駆動装置およびモータ駆動方法に関する。
ブラシレスモータは、ステータの適切な巻線を選択し、電流を流してロータに安定なトルクを与える。このために、ステータに対するロータの電気的な相対位置が必要になる。この相対位置を知るために、多様なロータ位置センサが利用されている。一方で、信頼性やコスト増や耐環境性の面で、ロータ位置センサを要しないセンサレス駆動技術も開発されている。このようなセンサレス駆動技術においては、ロータが回転している際に、ステータ相巻線に発生する逆起電圧を読み出すことによって、ロータ位置を検出することが一般的に知られている。しかし、ロータ停止時には逆起電圧が発生しないため、ロータ停止時のロータ位置検出方法が、種々提案されている。
特許文献１によれば、ステータ相を順次選択し、ロータ位置探索パルスを印加する。この場合、ステータの相巻線に流れる電流が最高振幅を発生したステータ相から、ロータ位置を検出している。
また特許文献２によれば、特許文献１と同様にステータ相を順次選択し、ロータ位置探索パルスを印加する。モータ巻線の中性点において、電源電圧の１／３に近い電圧値を示す第１測定群と、電源電圧の２／３に近い電圧値を示す第２測定群とに分ける。測定群毎に、絶対値で最小の電圧値と最大の電圧値との差電圧を求める。各測定群について求めた各差電圧を比較し、大きな差電圧が得られた通電パターンにより、ロータ位置を決めている。
さらに図３６、図３７を用いて、特許文献３に開示されているモータ駆動制御回路およびモータ駆動装置を説明する。なお、ここでは原理説明に必要な構成のみを記載する。
図３６の３相モータの駆動装置は、ドライブ部１ｐと、モータ２ｐと、モータ駆動制御回路３ｐとを備える。ドライブ部１ｐは、３相駆動回路構成になっており、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴである各パワートランジスタＱ１ｐ、Ｑ２ｐ、Ｑ３ｐ、Ｑ４ｐ、Ｑ５ｐ、Ｑ６ｐを含む。各パワートランジスタＱ１ｐからＱ３ｐのドレインは共通接続され、駆動電圧ＶＤが印加される端子に接続される。
パワートランジスタＱ１ｐのソースがパワートランジスタＱ４ｐのドレインに、パワートランジスタＱ２ｐのソースがパワートランジスタＱ５ｐのドレインに、パワートランジスタＱ３ｐのソースがパワートランジスタＱ６ｐのドレインに、それぞれ接続される。各パワートランジスタＱ４ｐからＱ６ｐのソースは共通接続され、グランドに接続される。
モータ２ｐのモータ巻線Ｌｕｐの一端が、パワートランジスタＱ１ｐとパワートランジスタＱ４ｐとの接続ノードに接続され、モータ２ｐのモータ巻線Ｌｖｐの一端が、パワートランジスタＱ２ｐとパワートランジスタＱ５ｐとの接続ノードに接続され、モータ２ｐのモータ巻線Ｌｗｐの一端が、パワートランジスタＱ３ｐとパワートランジスタＱ６ｐとの接続ノードに接続される。また、各モータ巻線Ｌｕｐ、Ｌｖｐ、Ｌｗｐの他端が共通接続される。
モータ駆動制御回路３ｐは、ドライブ部１ｐとモータ２ｐとの各接続ノードと、各ステータコイルＬｕｐ、Ｌｖｐ、Ｌｗｐの共通接続点と、ドライブ部１ｐ内のパワートランジスタＱ１ｐからＱ６ｐの各ゲート、に接続される。パワートランジスタＱ１ｐからＱ６ｐの各ゲートは、モータ駆動制御回路３ｐから出力される各ドライブ信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６によって制御される。そして、ドライブ部１ｐからモータ２ｐに駆動電流が供給され、モータ２ｐが回転する。
モータ駆動制御回路３ｐは、パルス発生器４ｐと、シーケンス回路５ｐと、モードセレクト回路６ｐと、コイル中性点変動検出コンパレータ７ｐと、検出レベル生成回路８ｐと、レジスタ９ｐと、デコーダ１０ｐと、プリセット回路１１ｐと、逆起電圧検出コンパレータ１２ｐと、スイッチングノイズマスク回路１３ｐと、ドライブ波形生成回路１４ｐとによって構成される。
図３７は、図３６における各ステータコイルＬｕｐ、Ｌｖｐ、Ｌｗｐの中性点電圧ＣＴ（縦軸）と、モータ起動前のロータ位置（横軸）との関係を示した波形図である。特許文献３によれば、モータ駆動制御回路３ｐは、モータ起動前に、ロータ位置検出用ドライブ信号をドライブ部１ｐに供給する。ドライブ部１ｐは、ロータ位置検出用ドライブ信号に基づいて、ロータ位置探索パルスを各ステータコイルＬｕｐ、Ｌｖｐ、Ｌｗｐに供給する。ロータ位置探索パルスの大きさは、モータ起動前にロータ位置に応じて中性点電圧ＣＴが変動し、かつモータ２ｐが回転しないように設定される。モータ駆動制御回路３ｐは、このとき発生する図３７のような中性点電圧ＣＴに基づいて、モータ起動前のロータ位置を検出する。
検出レベル生成回路８ｐは、モータ２ｐとドライブ部１ｐとの各接続ノードに、各一端が接続され、各他端が共通接続される複数の抵抗を備え、この抵抗の共通接続端の電圧をロータ位置検出用ドライブ信号に応じたレベルにシフトする。コイル中性点変動検出コンパレータ７ｐは、検出レベル生成回路８ｐの出力と中性点電圧ＣＴを比較する。モータ駆動制御回路３ｐは、コイル中性点変動検出コンパレータ７ｐの出力に基づいて、モータ起動前のロータ位置を検出する。
特許第２５４７７７８号公報 特公平７−８３６２８号公報 特開２００４−１０４８４６公報 特開２００３−１７４７８９公報 特許第３２３９４２６号公報 特開２００１−５４２９５公報 特開２００１−２５８２８７公報 特開２０００−２０１４９５公報 特開平１１−３４１８７０公報
３相ブラシレスモータにおいては、構造的な工夫によって振動、騒音、回転ムラを抑制するため、ロータのマグネットの着磁方法や鉄心の形状等を変えたさまざまなモータが市場に出現している。
特許文献１の場合、ロータ位置探索パルス印加時に流れるパルス電流のピーク値が、正確には取り込みがたい問題がある。その上、ロータ位置に依存してパルス電流ピーク値に現れる相毎の差異が、僅少である。このため、前提条件として、ステータやロータが元来有している相毎の電気磁気的特性のばらつきが小さいことが必要となる。従って相毎の特性管理が不十分な安価なモータには、適用困難となる場合がある。また高速特性を得るため巻線インダクタンスを低くしているモータの場合、パルス電流それ自体が大きくなり、パルス電流ピーク値の差異を得るためには電流値自体が過大となる問題もある。
また特許文献２の場合、ロータ位置探索パルス印加毎のモータ巻線の中性点電圧値を、第１の測定電圧群と、第２の測定電圧群とに分けて記憶する。各群について求めた差電圧を比較し、大きな差電圧を求める。このため中性点電圧値の変動をＡＤ変換し、演算処理する能力を必要とする。したがって、モータだけで自律した制御性を求める場合や、安価なモータ駆動システムの場合には、適用が困難である。
特許文献３の場合、ロータ位置の検出できない領域が存在する問題がある。このような領域にモータが起動時停止しているとき、ロータ位置探索パルスをいくら印加しても、モータ停止の状態でいる可能性があり、起動できない問題が発生する。
さらに、このようにロータ位置が正しく検出できない場合、ロータ位置の初期位置検出モードから逆起電圧モードに切替えても、切替えた直後の逆起電圧検出相には、誘導電圧と逆起電圧の合成電圧が発生している。このため、回転数が非常に低い状態では、ロータ位置情報を誤検出し、モータ起動で逆転等の問題を発生させる。このようにロータ位置が正しく判定できない場合、ロータ位置の初期位置検出モードから逆起電圧モードに切替えても、逆転や同期外れが発生する問題がある。
また、中性点電圧の変動をロータの初期位置検出に利用する従来のセンサレス駆動技術では、モータ中性点端子のないモータでは、センサレス起動が困難であった。
上記目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）相モータ巻線を備えたＮ相モータに、探索起動モードにおいて探索電流と起動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを起動し、逆起電圧モードにおいて駆動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを駆動する装置であって、探索駆動信号、起動駆動信号、および通常駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記探索駆動信号、前記起動駆動信号、および前記通常駆動信号に基づいて、それぞれ前記探索電流、前記起動電流、前記駆動電流を生成する駆動手段と、Ｎ相モータ端子電圧の平均を表す疑似中性点電圧を生成する疑似中性点電圧生成手段と、前記Ｎ相モータ端子電圧と、前記疑似中性点電圧との差を表す端子差電圧を検出し、検出結果信号を生成する端子差電圧検出手段とを有し、前記駆動信号生成手段は、探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号と前記検出結果信号に基づいて、前記起動駆動信号を制御することを特徴としている。
本発明のモータ駆動装置およびモータ駆動方法によれば、所定範囲内の探索パルスを印加し、端子差電圧を所定値と比較してロータ位置を決定する。このため、選択した相においてロータ位置を直ちに決定できる場合が、一定の割合で存在する。従ってロータ位置検出後、好適な通電相に直ちに通電し、ロータを起動することができる。すなわち本発明では、所定の相選択を１通り行った後に判定を行うというステップを経ることなく、起動のためのトルク信号を印加することが可能になる。これにより、探索起動モードの期間を短縮し、起動速度を向上することができる。また所定範囲内の探索パルスに対する端子差電圧を検出するので、端子差電圧の品質が良好になり、正確なロータ位置の検出が可能になる。
また、各相のモータ端子電圧と疑似中性点電圧との差で表される端子差電圧は、巻線両端電圧や中性点差電圧に比べて、振幅が大きく、耐ノイズ性に優れる。またロータ位置の検出角度幅が広くなるため、ロータ位置を検出できない角度の発生を防止する。このように、端子差電圧により、確実にロータ位置を検出することが可能になる。
以上のように本発明によれば、モータの初期起動時に適切な回転速度を与え、探索起動モードを確実に行うことができる。また探索起動モードの後、逆起電圧モードに切替えるので、センサレスモータの起動を、確実かつ迅速に行うことができる。さらに、これらの制御は、低コストで容易に実現される。さらに、モータ中性点端子のないモータでも、センサレス起動を実現できる。
以下、本発明の実施の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。尚、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
（第１の実施形態）
図１Ａは本発明に係るモータ駆動装置の第１の実施形態における回路構成を示す。図１Ａにおいてモータ駆動装置は、モータ１、駆動部２、駆動信号生成部５、比較部６、電流検出部７、相トルク指令信号生成部８、探索指令信号生成部９、起動指令信号生成部１０、疑似中性点電圧生成部１１、端子差電圧検出部１３、および逆起電圧検出部１４を備える。
モータ１は、３相の固定されたステータ、およびステータの周りを回転するロータを含む。第１の実施形態では、モータには３相モータ１を用いるが、本発明は、Ｎを２以上の整数として、Ｎ相モータに対しても適用できる。ステータに巻回されるＵ相モータ巻線ＬＵ、Ｖ相モータ巻線ＬＶ、およびＷ相モータ巻線ＬＷは、中性点ＣＮで共通接続され、他端はそれぞれＵ相モータ端子ＱＵ、Ｖ相モータ端子ＱＶ、Ｗ相モータ端子ＱＷに接続される。
駆動部２は、駆動信号生成部５で生成される６本の駆動信号Ｓ１６Ｃを増幅するプリドライバ１５、およびプリドライバ１５により制御電極を駆動される６個のスイッチング素子を含む。６個のスイッチング素子は、Ｕ相高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｖ相高電位側スイッチング素子Ｑ２、Ｗ相高電位側スイッチング素子Ｑ３、Ｕ相低電位側スイッチング素子Ｑ４、Ｖ相低電位側スイッチング素子Ｑ５、およびＷ相低電位側スイッチング素子Ｑ６である。それぞれのスイッチング素子には、ダイオードが逆導通方向に並列接続される。各高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の高電位側電極は、高電位側電源３に接続され、各低電位側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の低電位側電極は、電流検出部７を介して低電位側電源４に接続される。Ｕ相高電位側スイッチング素子Ｑ１の低電位側電極とＵ相低電位側スイッチング素子Ｑ４の高電位側電極は、モータ端子ＱＵで接続され、Ｖ相高電位側スイッチング素子Ｑ２の低電位側電極とＶ相低電位側スイッチング素子Ｑ５の高電位側電極は、モータ端子ＱＶで接続され、Ｗ相高電位側スイッチング素子Ｑ３の低電位側電極とＷ相低電位側スイッチング素子Ｑ６の高電位側電極は、モータ端子ＱＷで接続される。駆動部２は、モータ１に高電位側電源３からの駆動電流または駆動電圧を供給し、モータ１を駆動する。
駆動信号生成部５は、転流制御部１６、ＰＷＭ制御部１７、パルス発生器１８、および閾値設定部１２を含む。電流検出部７は、電流検出抵抗ＲＤおよび増幅器１９を含む。疑似中性点電圧生成部１１は各相抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷを含む。各相抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷは、疑似中性点ＰＮに共通接続され、他端はそれぞれモータ端子ＱＵ、モータ端子ＱＶ、モータ端子ＱＷに接続される。端子差電圧検出部１３は、第１相選択部２４、比較器２１、および比較器２２を含む。逆起電圧検出部１４は、第２相選択部２０および比較器２３を含む。比較器２１および比較器２２は第１比較器とも呼び、比較器２３は第２比較器とも呼ぶ。
本発明のモータ駆動装置では、特に指定しない限り、各端子における電圧は、各端子における電位と所定の基準電位との差を表す。第１の実施形態では、低電位側電源４が所定の基準電位、例えば接地電位を供給する。モータ端子ＱＵには、低電位側電源４を基準電位とするＵ相モータ端子電圧ＳＵが発生し、モータ端子ＱＶには、低電位側電源４を基準電位とするＶ相モータ端子電圧ＳＶが発生し、モータ端子ＱＷには、低電位側電源４を基準電位とするＷ相モータ端子電圧ＳＷが発生する。中性点ＣＮには、低電位側電源４を基準電位とする中性点電圧ＳＣＮが発生する。疑似中性点ＰＮには、低電位側電源４を基準電位とする疑似中性点電圧ＳＰＮが発生する。疑似中性点電圧生成部１１は、各相抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷにより、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、およびＷ相モータ端子電圧ＳＷを平均化し、疑似中性点ＰＮにおいて、疑似中性点電圧ＳＰＮを生成する。この平均化には、各相抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷによる加重平均も含まれる。第１の実施形態では、各相抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷは、互いに等しい値を持つとする。なお、所定の基準電位は、高電位側電源３により供給されるとしてもよいし、他の基準電位供給源により供給されるとしてもよい。
各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと中性点電圧ＳＣＮとの差電圧を、巻線両端電圧と呼ぶ。また、各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧を、端子差電圧と呼ぶ。すなわち、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＵ相端子差電圧、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＶ相端子差電圧、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＷ相端子差電圧とそれぞれ呼び、Ｕ相端子差電圧とＶ相端子差電圧とＷ相端子差電圧を総称して、端子差電圧と呼ぶ。
各モータ巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷの巻線両端電圧は、駆動電圧と逆起電圧と誘導電圧と降下電圧とを含む。駆動電圧は、駆動部２により供給され、モータ１を駆動する。逆起電圧は、ロータ回転時に、ロータ磁束の変化に基づく電磁誘導により発生する。誘導電圧は、駆動電圧に基づいてモータ巻線に流れる駆動電流が、モータ巻線に磁束変化を起こし、この磁束変化に基づく電磁誘導により発生する。誘導電圧には、駆動電流の流れるモータ巻線と同じモータ巻線に発生する、自己誘導による電圧と、駆動電流の流れるモータ巻線と異なるモータ巻線に発生する、相互誘導による電圧とがある。降下電圧は、モータ巻線の抵抗による電圧降下である。
以下では、降下電圧は相対的に小さいため、無視する。２相通電時における非通電相の場合、駆動電圧は実質的にゼロである。また、電流制御によるＰＷＭ駆動のように、所定期間、２相通電の駆動電流がほぼ一定の小電流であれば、誘導電圧も実質的にゼロである。したがって、巻線両端電圧は、ほぼ逆起電圧だけとなる。一方、モータ停止状態であれば、逆起電圧も実質的にゼロである。したがって、駆動電流の変化時に、相互誘導に基づく誘導電圧だけが現れる。この誘導電圧は、モータ巻線間の相互誘導に基づくものであり、ロータ磁性体の位置により相互インダクタンスが変化し、誘導電圧は変化する。したがって、２相通電時における非通電相の巻線両端電圧は、ロータ位置を検出する情報として、用いることができる。
各スイッチング素子Ｑ１からＱ６には、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が使用できる。本発明の実施形態では、各スイッチング素子Ｑ１からＱ６には、ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタが使用される。この場合、高電位側電極はドレイン、低電位側電極はソース、制御電極はゲートである。
各スイッチング素子Ｑ１からＱ６のうち、オンするスイッチング素子に対応する駆動信号Ｓ１６Ｃの論理レベルは、動作状態レベルと呼び、オフするスイッチング素子に対応する駆動信号Ｓ１６Ｃの論理レベルは、非動作状態レベルと呼ぶ。本発明の実施形態で用いられるｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタの場合、動作状態レベルはハイレベルであり、非動作状態レベルはローレベルである。論理レベルが、動作状態レベルあるいは非動作状態レベルをとるような、一タイミングにおける論理の状態を、論理状態と呼ぶ。さらに各高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のうち、オンするスイッチング素子に対応する相は、動作状態相と呼び、動作状態相における相の状態をＰＷＭオン状態と呼ぶ。逆にオフするスイッチング素子に対応する相は、非動作状態相と呼び、非動作状態相における相の状態をＰＷＭオフ状態と呼ぶ。ＰＷＭオン状態である期間をＰＷＭオン期間、ＰＷＭオフ状態である期間をＰＷＭオフ期間と呼ぶ。動作状態相および非動作状態相は、駆動部２を制御する転流制御部１６において設定される。駆動部２は、モータ１に高電位側電源３からの駆動電流を、動作状態相において供給し、非動作状態相において供給停止する。
本発明のモータ駆動装置において、停止中のモータ１に対し、ロータの初期位置を探索し、起動回転を与えて起動開始し、極低速回転状態になるまでの状態を、探索起動モードと呼ぶ。また、逆起電圧を安定に検出して転流制御できる通常回転状態を、逆起電圧モードと呼ぶ。
まず逆起電圧モードのトルク制御について説明する。逆起電圧モードにおける駆動信号Ｓ１６Ｃは、通常駆動信号Ｓ１６Ｃと呼ばれる。逆起電圧モードでは、探索指令信号生成部９および起動指令信号生成部１０は、使用されない。相トルク指令信号生成部８は、モータ１のトルクを指定するトルク指令信号を生成する。また相トルク指令信号生成部８には、転流制御部１６から、通常駆動信号Ｓ１６Ｃにおける動作状態レベルの組み合わせを表す動作状態信号Ｓ１６Ａが入力される。相トルク指令信号生成部８は、トルク指令信号と動作状態信号Ｓ１６Ａとに基づいて、各相に対応する相トルク指令信号Ｓ８を生成する。パルス発生器１８は、周期性を有し、ＰＷＭオン状態における始点のタイミングを表すオンパルスＳ１８を生成する。電流検出部７は、各相のスイッチング素子に流れるモータ電流を電流検出抵抗ＲＤで電圧に変換し、増幅器１９で増幅することにより、電流検出信号Ｓ７を生成する。
比較部６は、動作状態相を表す動作状態相信号Ｓ１６Ｂを転流制御部１６から受ける。比較部６は、動作状態相信号Ｓ１６Ｂに基づいて、電流検出信号Ｓ７と相トルク指令信号Ｓ８を比較する。電流検出信号Ｓ７が、動作状態相における相トルク指令信号Ｓ８よりも大きい場合、動作状態相に対してオフパルスＳ６を生成する。ＰＷＭ制御部１７は、例えばＳＲフリップフロップの構成になっており、オンパルスＳ１８によりセットされ、オフパルスＳ６によりリセットされるＰＷＭ制御信号Ｓ１７を生成し、転流制御部１６に送る。このように、動作状態相のＰＷＭパルス幅が制御される。上述の構成および動作は、３相モータ巻線すべてにモータ電流が存在する場合も、電流制御を可能にする。なお１２０度通電を行う場合には、３相同時に通電するモータ電流スロープ制御をせずに、同時に通電する相は２相だけなので、相トルク指令信号Ｓ８は１本で済む。
次に逆起電圧モードの通電相制御について説明する。転流制御部１６と逆起電圧検出部１４は連携して動作する。転流制御部１６は、３相巻線の各相における逆起電圧の極性が変化すると予測される期間において、対応する相のモータ電流をゼロにする通電制御を行う。モータ電流がゼロである相、すなわち非通電相では、モータ電流の時間変化成分も、短時間後にゼロになる。非通電相の巻線両端電圧には、逆起電圧が検出可能な状態で現れる。この逆起電圧の極性変化のタイミング、すなわちゼロクロスタイミングを検出して、ロータ位置を正確に認識することができる。
逆起電圧モードでは、閾値設定部１２は、比較器２３の２つの入力信号の比較に際して所定の閾値Ｓ１２Ｃを設定する。入力信号間の電位差を閾値Ｓ１２Ｃと比較し、比較器２３の出力を変化させる。閾値Ｓ１２Ｃにより、ゼロクロスタイミングのチャタリングを防止することができる。
転流制御部１６は、各タイミングにおいてモータ電流およびその時間変化がゼロになる相を表す相選択信号Ｓ１６Ｄを生成し、第２相選択部２０に送る。第２相選択部２０には、モータ端子ＱＵにおけるＵ相モータ端子電圧ＳＵ、モータ端子ＱＶにおけるＶ相モータ端子電圧ＳＶ、モータ端子ＱＷにおけるＷ相モータ端子電圧ＳＷ、および中性点ＣＮにおける中性点電圧ＳＣＮも入力される。第２相選択部２０は、相選択信号Ｓ１６Ｄに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうち、１つを選択し、中性点電圧ＳＣＮとともに、比較器２３に送る。比較器２３は、選択されたモータ端子電圧と中性点電圧ＳＣＮとの差、すなわち選択されたモータ端子の逆起電圧、の絶対値を閾値Ｓ１２Ｃと比較し、閾値Ｓ１２Ｃ以上の場合、ロータの位相情報を表すロータ位相信号Ｓ２３を生成し、転流制御部１６に送る。転流制御部１６は、ロータ位相信号Ｓ２３に基づいて、正確な転流タイミングの制御を継続的に維持する。
なお、比較器２３は、上述のように、入力されるモータ端子電圧と中性点電圧ＳＣＮに対して、閾値Ｓ１２Ｃのオフセットを与えて比較し、ロータ位相信号Ｓ２３を生成する。この比較動作は、より一般的には、入力されるモータ端子電圧と中性点電圧ＳＣＮとの差を表す逆起電圧を検出し、検出結果を閾値Ｓ１２Ｃと比較し、ロータ位相信号Ｓ２３を生成する、と表すことができる。またロータ位相信号Ｓ２３としては、比較結果の２値信号であってもよいし、検出された逆起電圧そのものであってもよい。さらに、閾値設定部１２により比較器２３に設けられるオフセット値の代わりに、転流制御部１６にラッチを設け、ロータ位相信号Ｓ２３をラッチしても、チャタリングを防止できる。第２相選択部２０は、逆起電圧モードだけでなく、探索起動モードでも使用される。
次に、探索起動モードについて説明する。本発明のモータ駆動装置は、停止から起動直後の極低速回転状態まで、探索起動モードとして動作する。探索起動モードでは、探索ステップと起動ステップとが交互に繰り返されることにより、起動および加速が行われる。探索ステップは探索状態、起動ステップは起動状態とも呼ばれる。探索ステップでは、転流制御部１６は、３相のうち２つの相を選択し、駆動部２は、この２つの相に対して探索パルスを印加する。探索パルスは、探索パルス電流、もしくは探索電流とも呼ばれる。探索パルスは、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加され、ロータ位置が検出される。起動ステップでは、ロータ位置の判明後、好適なステータ相に起動パルスが印加され、起動トルクが与えられる。起動パルスは、起動パルス電流、もしくは起動電流とも呼ばれる。
次に図１Ａにおいて、探索起動モードに関係する部分の構成、およびその動作を説明する。転流制御部１６は、２相通電時の各タイミングにおいて、モータ電流およびその時間変化がゼロになる相、すなわち非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｇを生成し、第１相選択部２４に送る。第１相選択部２４には、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷ、および擬似中性点電圧ＳＰＮも入力される。第１相選択部２４は、相選択信号Ｓ１６Ｇに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうち、少なくとも１つを選択し、擬似中性点電圧ＳＰＮとともに、各比較器２１、２２に送る。
転流制御部１６は、端子差電圧検出部１３における２つの各所定の閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂを制御する閾値制御信号Ｓ１６Ｅを、閾値設定部１２に出力する。閾値設定部１２は、閾値制御信号Ｓ１６Ｅに基づいて、比較器２１に所定の正の閾値Ｓ１２Ａを与え、比較器２２に所定の負の閾値Ｓ１２Ｂを与える。ここで、正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂのそれぞれの絶対値は、本発明の実施形態では簡単化のため等しいとするが、異なってもよい。なお、端子差電圧検出部１３を１つの比較器により構成し、閾値設定部１２は、端子差電圧検出部１３に正の閾値Ｓ１２Ａと負の閾値Ｓ１２Ｂを与え、端子差電圧検出部１３は、与えられた正の閾値Ｓ１２Ａと負の閾値Ｓ１２Ｂを適宜切替えて使用するようにしてもよい。また、閾値設定部１２は、正の閾値Ｓ１２Ａと負の閾値Ｓ１２Ｂを時分割的に１系統化し、端子差電圧検出部１３に１系統で送るようにしてもよい。
各比較器２１、２２には、各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷの少なくとのいずれか１つと、疑似中性点電圧ＳＰＮとが入力される。比較器２１は、各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ａ以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、転流制御部１６に送る。比較器２２は、各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｂ以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、転流制御部１６に送る。
各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧を、端子差電圧と呼ぶ。すなわち、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＵ相端子差電圧、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＶ相端子差電圧、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧をＷ相端子差電圧とそれぞれ呼ぶ。Ｕ相端子差電圧とＶ相端子差電圧とＷ相端子差電圧を総称して、端子差電圧と呼ぶ。このように端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、転流制御部１６に送る。これにより、ロータ位置が検出され、探索ステップが終了する。
なお、閾値超過信号は、検出結果信号とも呼ばれる。また、比較器２１は、上述のように、入力される各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮに対して、閾値Ｓ１２Ａのオフセットを与えて比較し、閾値超過信号Ｓ２１を生成する。比較器２２についても同様である。この比較動作は、より一般的には、入力される各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差を表す端子差電圧を検出し、検出結果を各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂと比較し、閾値超過信号Ｓ２１を生成する、と表すことができる。また閾値超過信号Ｓ２１としては、比較結果の２値信号であってもよいし、検出された端子差電圧そのものであってもよい。
次に、探索ステップに関する動作を説明する。
図２は、３相ブラシレスモータ１Ａにおいて、２相通電の探索パルスを印加した場合、非通電相に現れる端子差電圧を測定した波形図である。縦軸は、各種電圧を表し、基準は０ｍＶである。横軸は、ロータの相対位置を表し、基準は、モータ端子ＱＵからモータ端子ＱＶに定常電流を流す場合に、ロータがロックされる位置（１５０度）としている。このようなロータの相対位置を、ただ単にロータ位置と呼ぶ。後述の、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１８、図２３、図２４、図３０についても、横軸の基準は同様である。第１の実施形態では、探索パルスは、２相通電により印加される。図２の場合、探索パルスは、Ｕ相をソース相、Ｖ相をシンク相として、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加される。端子差電圧は、非通電相のＷ相に発生する。
ここでソース相は、駆動部２からモータ巻線にモータ電流を流出する相であり、シンク相は、モータ巻線から駆動部２にモータ電流を流入する相である。またソース電流は、ソース相におけるモータ電流であり、シンク電流は、シンク相におけるモータ電流である。
図２において、ＶＣＴは、２相通電時における非通電相の巻線両端電圧であり、上述のように実質的に誘導電圧に一致する。Ｗ相の巻線両端電圧ＶＣＴは、式１のように表される。
（巻線両端電圧ＶＣＴ）＝（Ｗ相モータ端子電圧ＳＷ）−（中性点電圧ＳＣＮ）
・・・・（１）
ＶＣＰは、中性点電圧ＳＣＮと擬似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧で表される中性点差電圧である。中性点差電圧ＶＣＰは、式２のように表される。
（中性点差電圧ＶＣＰ）＝（中性点電圧ＳＣＮ）−（擬似中性点電圧ＳＰＮ）
・・・・（２）
ＶＴＰは、２相通電時における非通電相のモータ端子電圧と擬似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧で表される端子差電圧である。Ｗ相の端子差電圧ＶＴＰは、式３のように表される。
（端子差電圧ＶＴＰ）＝（Ｗ相モータ端子電圧ＳＷ）−（擬似中性点電圧ＳＰＮ）
＝（巻線両端電圧ＶＣＴ）＋（中性点差電圧ＶＣＰ）
・・・・（３）
このように、端子差電圧ＶＴＰの波形は、巻線両端電圧ＶＣＴと中性点差電圧ＶＣＰを加算合成した波形にほぼ一致する。このため、端子差電圧ＶＴＰは、巻線両端電圧ＶＣＴや中性点差電圧ＶＣＰに比べて、振幅が大きく、耐ノイズ性に優れる。またロータ位置の検出角度幅が広くなるため、ロータ位置を検出できない角度の発生を防止する。このように、端子差電圧により、確実にロータ位置を検出することが可能になる。
第１の実施形態では、図１Ａのように、駆動信号生成部５を含むモータ駆動装置の制御構成は、電流駆動の構成になっているが、電圧駆動の構成としても、同等の効果が得られる。また、第１の実施形態では、センサレス制御として逆起電圧を検出する構成にしているが、電圧指令と駆動電流の位相を一致させて駆動する力率制御構成であっても、同等の効果が得られる。さらに、特許第３２３９４２６号公報に記載のＡＣＣＴとフィルタにより電流位相検出するセンサレス制御の構成や、特開２００１−５４２９５公報に記載の駆動電流の面積により位相差検出をするセンサレス制御の構成や、特開２００１−２５８２８７公報に記載の相電流の有無により電流位相を検出するセンサレス制御の構成や、特開２０００−２０１４９５公報に記載の上下スイッチのオフ時における端子電圧により電流位相を検出するセンサレス制御の構成や、特開平１１−３４１８７０公報に記載の出力素子のＶｄｓ間電圧の極性により電流位相を検出するセンサレス制御の構成のように、正弦波駆動に適したセンサレス制御の構成としても、同等の効果が得られる。
図３は、２相通電において、探索パルスの印加に対して非通電相に発生する端子差電圧を測定した波形図である。縦軸は、非通電相に発生する端子差電圧を表し、基準は、疑似中性点電圧ＳＰＮ（０ｍＶ）としている。横軸は、ロータ位置を表す。図３（ａ）の場合、探索パルスは、Ｕ相をソース相、Ｖ相をシンク相として、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加される。端子差電圧Ｍ１は、非通電相のＷ相に発生する。また図３（ｂ）の場合、探索パルスは、Ｖ相をソース相、Ｕ相をシンク相として、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加される。端子差電圧Ｍ２は、非通電相のＷ相に発生する。
図３において、Ｓ１２ＡおよびＳ１２Ｂは、それぞれ正の閾値および負の閾値である。なお、図３（ａ）のように、Ｕ相をソース相、Ｖ相をシンク相として、電流パルスを流すことを、Ｕ⇒Ｖと表す。また図３（ｂ）のように、Ｖ相をソース相、Ｕ相をシンク相として、電流パルスを流すことをＶ⇒Ｕと表す。同様にすべての実施形態において、ソース相からシンク相に電流パルスを流すことを、（ソース相）⇒（シンク相）、と表す。ここで（ソース相）および（シンク相）は、それぞれＵ、Ｖ、Ｗのいずれかである。（ソース相）⇒（シンク相）は、電流パルスを流すときの通電相が（ソース相）と（シンク相）であり、電流パルスの向きが（ソース相）から（シンク相）に向かっていることを表している。電流パルスが探索パルスの場合、（ソース相）⇒（シンク相）を、探索通電相と呼ぶ。
図３（ａ）において、端子差電圧Ｍ１は、１１０度付近と１９０度付近に大きな極値を有する。１１０度付近の極値は最小値、１９０度付近の極値は最大値である。１５０度付近で端子差電圧Ｍ１は０ｍＶとなるが、Ｕ⇒Ｖに定常電流を流す場合にロータがロックされる位置を１５０度としたことに対応する。この角度を、探索通電相中心角度と呼ぶ。また図３（ｂ）において、端子差電圧Ｍ２は、１０度付近と２９０度付近に大きな極値を有する。１０度付近の極値は最小値、２９０度付近の極値は最大値である。探索通電相中心角度は、３３０度である。なお、図示してはいないが、Ｖ⇒Ｗの場合の端子差電圧、およびＷ⇒Ｕの場合の端子差電圧は、図３（ａ）の端子差電圧Ｍ１を、それぞれ＋１２０度、および−１２０度だけ移動した波形になる。またＷ⇒Ｖの場合の端子差電圧、およびＵ⇒Ｗの場合の端子差電圧は、図３（ｂ）の端子差電圧Ｍ２を、それぞれ＋１２０度、および−１２０度だけ移動した波形になる。
ここで図３において、ロータ位置３６０度のうち、所定の角度から所定の角度までの角度の範囲を探索角度範囲と呼ぶ。図３（ａ）において、端子差電圧Ｍ１は、探索角度範囲Ｄ１Ｎだけ負の閾値Ｓ１２Ｂ以下になり、探索角度範囲Ｄ１Ｐだけ正の閾値Ｓ１２Ａ以上になる。さらに図３（ｂ）において、端子差電圧Ｍ２は、探索角度範囲Ｄ４Ｎだけ負の閾値Ｓ１２Ｂ以下になり、探索角度範囲Ｄ４Ｐだけ正の閾値Ｓ１２Ａ以上になる。探索角度範囲Ｄ１Ｐ、Ｄ１Ｎ、Ｄ４Ｐ、Ｄ４Ｎのそれぞれの角度差は、大略等しい。この角度差を、探索角度差ＤＰＮと呼ぶ。
図４は、図３と同じ横軸に対して、端子差電圧検出部１３の動作を示す波形図である。図４（ｂ）、（ｃ）の波形信号は、図３（ａ）におけるＷ相端子差電圧Ｍ１を、それぞれ正の閾値Ｓ１２Ａ、負の閾値Ｓ１２Ｂと比較した結果である。同様に、図４（ｄ）、（ｅ）の波形信号は、図３（ｂ）におけるＷ相端子差電圧Ｍ２を、それぞれ正の閾値Ｓ１２Ａ、負の閾値Ｓ１２Ｂと比較した結果である。図示する各探索角度範囲Ｄ１Ｐ、Ｄ１Ｎ、Ｄ４Ｐ、Ｄ４Ｎは、図３に図示したものに対応する。
図４（ｂ）、（ｄ）の各波形信号は、端子差電圧が正の閾値Ｓ１２Ａ以上になると、ハイレベルになる。図４（ｃ）、（ｅ）の各波形信号は、端子差電圧が負の閾値Ｓ１２Ｂ以下になると、ローレベルになる。図４（ｂ）、（ｄ）の各波形信号がハイレベルとなる期間、および図４（ｃ）、（ｅ）の各波形信号がローレベルとなる期間は、端子差電圧が各所定の閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂを超えた期間である。ハイレベルとなる期間における図４（ｂ）、（ｄ）の各波形信号を、閾値超過信号Ｓ２１、と呼び、ローレベルとなる期間における図４（ｃ）、（ｅ）の各波形信号を、閾値超過信号Ｓ２２と呼ぶ。すなわち、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、転流制御部１６に送る。これにより、ロータ位置が検出され、探索ステップが終了する。
次に、起動ステップに関する動作を説明する。
図４（ａ）において、ＴＵ、ＴＶ、ＴＷは、それぞれＵ相モータ巻線、Ｖ相モータ巻線、Ｗ相モータ巻線のトルク定数を表す。トルク定数とは、モータ巻線に流れるモータ電流に対して、得られるトルクを比で表したものである。ある相のトルク定数が正の場合、対応するモータ巻線にソース電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。また、ある相のトルク定数が負の場合、対応するモータ巻線にシンク電流を流すと、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４（ｂ）において、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルとなる期間では、Ｖ相トルク定数ＴＶは正の値、Ｗ相トルク定数ＴＷは負の値であるので、Ｖ⇒Ｗの向きにロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。同様に、図４（ｃ）において、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルとなる期間では、Ｕ相トルク定数ＴＵは正の値、Ｗ相トルク定数ＴＷは負の値であるので、Ｕ⇒Ｗの向きにロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。
同様に、図４（ｄ）においては、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルとなる期間に、Ｗ⇒Ｕの向きに、また図４（ｅ）においては、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルとなる期間に、Ｗ⇒Ｖの向きに、それぞれロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。ここでロータ停止時に、正回転方向にトルクが発生する通電相を、起動通電相と呼び、（ソース相）⇒（シンク相）で表す。
図４は、図３と同じく横軸の基準として、Ｕ相モータ巻線からＶ相モータ巻線に定常電流を流す場合、ロータがロックされる位置を１５０度としている。この１５０度は、図４（ａ）の場合、Ｕ相トルク定数ＴＵとＶ相トルク定数ＴＶがともに正で、かつ大きさが一致するロータ位置になっている。すなわち、Ｕ相トルク定数ＴＵとＶ相トルク定数ＴＶがともに正の位置で交差する点において、正のＵ相トルク定数ＴＵにソース電流を流し、正のＶ相トルク定数ＴＶにシンク電流を流すことになり、しかもソース電流とシンク電流の大きさが一致するので、ロータは動かずにロックされる。このように上述の横軸の基準と、図４（ａ）の各トルク定数ＴＵ、ＴＶ、ＴＷの波形は対応する。同図において、Ｕ相トルク定数ＴＵは、ロータ位置０度において、正方向に発生しはじめる。この場合、Ｕ相モータ巻線の逆起電圧も、ロータ位置０度において、中性点電圧ＳＣＮを基準として正方向に発生しはじめる。
図５は、２相通電において、各探索通電相に対する各状態の関係を示す関係図である。各状態には、端子差電圧検出部１３における所定の閾値の極性と、非通電相に発生する端子差電圧の最大値または最小値におけるロータ位置と、起動通電相とがある。
３相モータにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の内の２相の組み合わせからなる探索通電相は、全部で６種類である。第１の実施形態では、ロータを正回転させるため、探索通電相は、Ｕ⇒Ｖ（状態Ｆ１）、Ｕ⇒Ｗ（状態Ｆ２）、Ｖ⇒Ｗ（状態Ｆ３）、Ｖ⇒Ｕ（状態Ｆ４）、Ｗ⇒Ｕ（状態Ｆ５）、Ｗ⇒Ｖ（状態Ｆ６）、Ｕ⇒Ｖ（状態Ｆ１）、・・・の順序で切替えられる。このように探索通電相が６状態ごとに循環する系列を、探索通電相系列と呼ぶ。また、端子差電圧は非通電相で発生するから、状態Ｆ１はＷ相、状態Ｆ２はＶ相、状態Ｆ３はＵ相、状態Ｆ４はＷ相、状態Ｆ５はＶ相、状態Ｆ６はＵ相で、端子差電圧はそれぞれ発生する。
各状態Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６について、各２つの起動通電相は、起動通電相系列ＦＡと起動通電相系列ＦＢに分割される。分割の仕方は、ロータ位置がそれぞれの起動通電相系列について等間隔になるように、しかも各状態Ｆ１からＦ６における探索角度範囲が、全電気角３６０度にわたって抜けなく行き渡るようにしている。
状態Ｆ１は、探索通電相をＵ⇒Ｖに設定し、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が１１０度付近の最小値と検出され、起動通電相をＵ⇒Ｗに設定する。または状態Ｆ１は、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が１９０度付近と検出され、起動通電相をＶ⇒Ｗに設定する。
状態Ｆ２は、探索通電相をＵ⇒Ｗに設定し、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が１７０度付近の最大値と検出され、起動通電相をＶ⇒Ｗに設定する。または状態Ｆ２は、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が２５０度付近と検出され、起動通電相をＶ⇒Ｕに設定する。
状態Ｆ３は、探索通電相をＶ⇒Ｗに設定し、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が２３０度付近の最小値と検出され、起動通電相をＶ⇒Ｕに設定する。または状態Ｆ３は、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が３１０度付近と検出され、起動通電相をＷ⇒Ｕに設定する。
状態Ｆ４は、探索通電相をＶ⇒Ｕに設定し、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が２９０度付近の最大値と検出され、起動通電相をＷ⇒Ｕに設定する。または状態Ｆ４は、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が１０度付近と検出され、起動通電相をＷ⇒Ｖに設定する。
状態Ｆ５は、探索通電相をＷ⇒Ｕに設定し、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が３５０度付近の最小値と検出され、起動通電相をＷ⇒Ｖに設定する。または状態Ｆ５は、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が７０度付近と検出され、起動通電相をＵ⇒Ｖに設定する。
状態Ｆ６は、探索通電相をＷ⇒Ｖに設定し、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルになると、ロータ位置が５０度付近の最大値と検出され、起動通電相をＵ⇒Ｖに設定する。または状態Ｆ６は、閾値超過信号Ｓ２２がローレベルになると、ロータ位置が１３０度付近と検出され、起動通電相をＵ⇒Ｗに設定する。
起動通電相系列ＦＡの最大値や最小値のロータ位置は、５０度付近、１１０度付近、１７０度付近、２３０度付近、２９０度付近、および３５０度付近となり、起動通電相系列ＦＢの最大値や最小値のロータ位置は、７０度付近、１３０度付近、１９０度付近、２５０度付近、３１０度付近、および１０度付近となる。各起動通電相系列ＦＡ、ＦＢとも、最大値や最小値のロータ位置は、６０度間隔になっている。しかしながら最大値や最小値となるロータ位置の所望の値を、６０度付近、１２０度付近、１８０度付近、２４０度付近、３００度付近、および０度（３６０度）付近とすれば、所望の値から若干ずれていることがわかる。このように、センサレス駆動技術において、ロータ位置の探索に用いるロータ初期位置情報は、所望の値から若干ずれているが、十分に活用できる値になっている。探索通電相中心角度は、各探索通電相において、各起動通電相系列ＦＡ、ＦＢにおける最大値や最小値のロータ位置の平均値になるから、状態Ｆ１からＦ６に対して、それぞれ１５０度、２１０度、２７０度、３３０度、３０度、９０度となる。これも６０度間隔になっている。
このように、各起動通電相系列ＦＡ、ＦＢは、起動通電相が６０度間隔で６状態ごとに循環する系列になっている。またそれぞれの切替え順序は、探索通電相系列の切替え順序と一致し、その方向は、探索通電相系列と同様に、ロータを正回転させる方向になっている。しかし起動通電相系列ＦＡの切替え順序は、探索通電相系列の切替え順序に対して、１つ進んでいる。さらに起動通電相系列ＦＢの切替え順序は、起動通電相系列ＦＡの切替え順序に対して、１つ進んでいる。すなわち起動通電相系列ＦＢの切替え順序は、探索通電相系列の切替え順序に対して、２つ進んでいる。
探索ステップにおいて、端子差電圧の絶対値が所定閾値以上の探索通電相を検出する。起動ステップにおいては、この探索通電相に対して、起動通電相系列がＦＡの場合、１つ進めた起動通電相に設定し、起動通電相系列がＦＢの場合、２つ進めた起動通電相に設定する。この起動通電相に対し、起動パルスを与える。後述するように、２回目以降の探索通電相として直前の起動通電相を利用する場合、各起動通電相系列ＦＡ、ＦＢの使い分けが意味を持つ。すなわち、起動ステップによりロータ位置が約６０度ずつ移動する場合、起動通電相系列ＦＡが適しており、また回転速度が速まり、起動ステップによりロータ位置が約１２０度ずつ移動する場合、起動通電相系列ＦＢが適している。いずれにしても、ロータ位置が６０度から１２０度進んだ探索通電相を使用することが可能になり、探索起動ステップの立ち上がりを早くすることができる。
また起動通電相系列ＦＡの場合、１回目の探索ステップの後、１回目の起動ステップを実行し、２回目の探索ステップは１回目の起動ステップの結果を利用する。次に２回目の起動ステップは、起動通電相系列ＦＡ内の次の起動通電相に対して実行し、３回目の探索ステップは２回目の起動ステップの結果を利用する。このようにしていけば、起動通電相系列ＦＡだけで、全６種類の探索通電相に対してロータ位置が探索可能となり、起動通電相を設定することができる。
このように、１回の探索パルスにより、正負の閾値分に対応して、１２０度という広い探索角度範囲のロータ位置を探索可能であり、１回目の探索ステップだけでもロータ位置を特定できる確率が高い。これにより、特殊な３相ブラシレスモータにおいても、ロータ位置を短時間に特定可能で、引き続く起動ステップと併せて、確実に起動開始可能となる。
図６は、２相通電における探索通電相の探索角度範囲を示す説明図である。
Ｕ⇒Ｖ（負）は、Ｕ相からＶ相に電流パルスを与える探索通電相において、負の閾値Ｓ１２Ｂに基づいて比較器２２でＷ相端子差電圧が検出され、ロータ位置が検出される探索角度範囲を示している。また、Ｕ⇒Ｖ（正）とは、Ｕ相からＶ相に電流パルスを与える探索通電相において、正の閾値Ｓ１２Ａに基づいて比較器２１でＷ相端子差電圧が検出され、ロータ位置が検出される探索角度範囲を示している。Ｖ⇒Ｕ（正）、Ｖ⇒Ｕ（負）、Ｖ⇒Ｗ（正）、Ｖ⇒Ｗ（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）、Ｗ⇒Ｖ（負）、Ｗ⇒Ｕ（正）、Ｗ⇒Ｕ（負）、Ｕ⇒Ｗ（正）、Ｕ⇒Ｗ（負）についても、同様である。
ここで、図１Ａ、図３、図５を参照し、２相通電における探索起動モードについて、図６の説明の順番（Ｕ⇒Ｖ、Ｖ⇒Ｕ、Ｖ⇒Ｗ、Ｗ⇒Ｖ、Ｗ⇒Ｕ、Ｕ⇒Ｗ）で探索した場合の動作を説明する。
本発明のモータ駆動装置は、停止から起動直後の極低速回転状態まで、探索起動モードとして動作する。探索起動モードでは、探索ステップと起動ステップとが交互に繰り返されることにより、起動および加速が行われる。探索ステップでは、転流制御部１６は、３相のうち２つの相の組み合わせからなる探索通電相を選択し、駆動部２は、この探索通電相に対して探索パルスを印加する。探索パルスは、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加され、ロータ位置が検出される。起動ステップでは、ロータ位置の判明後、好適な起動通電相に起動パルスが印加され、起動トルクが与えられる。
最初に、図５の状態Ｆ１において、転流制御部１６は、探索通電相Ｕ⇒Ｖに基づいて、図１Ａにおける高電位側スイッチング素子Ｑ１および低電位側スイッチング素子Ｑ５をオンする。これにより、探索パルスは、高電位側電源３、高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｕ相モータ巻線ＬＵ、中性点ＣＮ、Ｖ相モータ巻線ＬＶ、低電位側スイッチング素子Ｑ５、電流検出抵抗ＲＤ、低電位側電源４、の経路で流れる。すなわち探索パルスは、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＶ相モータ巻線ＬＶに流れる。このとき、非通電相のＷ相モータ端子ＱＷと疑似中性点ＰＮ間に、Ｗ相モータ端子差電圧が生じる。図３（ａ）のＭ１は、このＷ相モータ端子差電圧をロータ位置に対して測定したデータである。
探索起動モードでは、閾値設定部１２は、所定の正の閾値Ｓ１２Ａを比較器２１に与え、所定の負の閾値Ｓ１２Ｂを比較器２２に与える。図３（ａ）、（ｂ）には、正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂが図示されている。Ｗ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。
この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、図３（ａ）により、ロータ位置は１９０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、図３（ａ）により、ロータ位置は１１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定される。
ここで１９０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンする。これにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスは流れ、良好な起動トルクを与えることができる。１１０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ６をオンする。これにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ４において、転流制御部１６は、探索通電相Ｖ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンする。これにより、探索パルスは、高電位側電源３、高電位側スイッチング素子Ｑ２、Ｖ相モータ巻線ＬＶ、中性点ＣＮ、Ｕ相モータ巻線ＬＵ、低電位側スイッチング素子Ｑ４、電流検出抵抗ＲＤ、低電位側電源４、の経路で流れる。すなわち探索パルスは、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＵ相モータ巻線ＬＵに流れる。このとき、非通電相のＷ相モータ端子ＱＷと疑似中性点ＰＮ間に、Ｗ相モータ端子差電圧が生じる。図３（ｂ）のＭ２は、このＷ相モータ端子差電圧をロータ位置に対して測定したデータである。Ｗ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。
この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、図３（ｂ）により、ロータ位置は２９０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、図３（ｂ）により、ロータ位置は１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定され、Ｕ相とＶ相以外の組合せを選んで探索ステップを継続する。
ここで２９０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンする。これにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。１０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ５をオンする。これにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ３において、転流制御部１６は、探索通電相Ｖ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンする。これにより、探索パルスは、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＷ相モータ巻線ＬＷに流れる。このとき、非通電相のＵ相モータ端子ＱＵと疑似中性点ＰＮ間に、Ｕ相モータ端子差電圧が生じる。Ｕ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は３１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は２３０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定される。
ここで３１０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンする。これにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。２３０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンする。これにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ６において、転流制御部１６は、探索通電相Ｗ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ５をオンする。これにより、探索パルスは、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＶ相モータ巻線ＬＶに流れる。このとき、非通電相のＵ相モータ端子ＱＵと疑似中性点ＰＮ間に、Ｕ相モータ端子差電圧が生じる。Ｕ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は５０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は１３０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定され、Ｕ相とＶ相の組合せ、およびＶ相とＷ相の組合せ以外の組合せ、すなわちＷ相とＵ相の組合せを選んで探索ステップを継続する。
ここで５０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ５をオンする。これにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。１３０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ６をオンする。これにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ５において、転流制御部１６は、探索通電相Ｗ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンする。これにより、探索パルスは、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＵ相モータ巻線ＬＵに流れる。このとき、非通電相のＶ相モータ端子ＱＶと疑似中性点ＰＮ間に、Ｖ相モータ端子差電圧が生じる。Ｖ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は７０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は３５０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定される。
ここで７０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ５をオンする。これにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。３５０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ５をオンする。これにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ２において、転流制御部１６は、探索通電相Ｕ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ６をオンする。これにより、探索パルスは、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＷ相モータ巻線ＬＷに流れる。このとき、非通電相のＶ相モータ端子ＱＶと疑似中性点ＰＮ間に、Ｖ相モータ端子差電圧が生じる。Ｖ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は１７０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は２５０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定され、Ｗ相とＵ相以外の組合せを選んで探索ステップを継続する。
ここで１７０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンする。これにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。２５０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンする。これにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスが流れ、良好な起動トルクを与えることができる。
以上、３相モータの印加極性も含めて６種類の探索通電相について、また所定閾値の正負も考慮すると１２種類の探索角度範囲について説明したが、基本的にこの６種類の探索通電相において、探索パルス印加時の端子差電圧から、ロータ位置の検出は十分行うことができる。
ここで、探索通電相に対応する駆動信号Ｓ１６Ｃを、探索駆動信号Ｓ１６Ｃ、起動通電相に対応する駆動信号Ｓ１６Ｃを、起動駆動信号Ｓ１６Ｃと呼ぶ。探索ステップにおいて、駆動信号生成部５は、探索通電相に基づいて探索駆動信号Ｓ１６Ｃを生成し、駆動部２は、探索駆動信号Ｓ１６Ｃに基づいて、探索電流を生成する。起動ステップにおいて、駆動信号生成部５は、起動通電相に基づいて起動駆動信号Ｓ１６Ｃを生成し、駆動部２は、起動駆動信号Ｓ１６Ｃに基づいて、起動電流を生成する。逆起電圧モードにおいて、駆動信号生成部５は、通電相に基づいて通常駆動信号Ｓ１６Ｃを生成し、駆動部２は、通常駆動信号Ｓ１６Ｃに基づいて、駆動電流を生成する。探索駆動信号、起動駆動信号、通常駆動信号を総称して、単に駆動信号と呼ぶ。
図８は、図６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を、それぞれ第１相、第２相、第３相に一般化した説明図である。ここで第１相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、いずれか１つの相を指し、第２相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、第１相以外のいずれか１つの相を指し、第３相は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの、第１相と第２相以外の残りの１つの相を指す。例として、ここではＵ相を第１相、Ｖ相を第２相、Ｗ相を第３相とする。第１相⇒第２相（正）はＵ⇒Ｖ（正）に、第２相⇒第３相（正）はＶ⇒Ｗ（正）に、第３相⇒第１相（正）はＷ⇒Ｕ（正）に、第１相⇒第２相（負）はＵ⇒Ｖ（負）に、第２相⇒第３相（負）はＶ⇒Ｗ（負）に、第３相⇒第１相（負）はＷ⇒Ｕ（負）に対応する。またＵ⇒Ｖ（正）／（負）は、Ｕ⇒Ｖ（正）およびＵ⇒Ｖ（負）の簡略標記を表す。その他の探索通電相についても、同様な簡略標記を使用する。図６と図８から分るように、これら６種類の探索通電相について、全部に探索パルスを印加する必要はない。
図６において、探索通電相を３種類の各探索条件１Ａ、２Ａ、３Ａに分類する。
（１Ａ）・・・ Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）
（２Ａ）・・・ Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）
（３Ａ）・・・ Ｗ⇒Ｕ（正）／（負）、Ｕ⇒Ｗ（正）／（負）
同様に図８において、探索通電相を３種類の各探索条件１Ｂ、２Ｂ、３Ｂに分類する。
（１Ｂ）・・・ 第１相⇒第２相（正）／（負）、第２相⇒第１相（正）／（負）
（２Ｂ）・・・ 第２相⇒第３相（正）／（負）、第３相⇒第２相（正）／（負）
（３Ｂ）・・・ 第３相⇒第１相（正）／（負）、第１相⇒第３相（正）／（負）
各探索条件１Ａ、２Ａ、３Ａ、あるいは各探索条件１Ｂ、２Ｂ、３Ｂのいずれについても、２種類の探索通電相に基づいた４つの探索角度範囲は、重複が少ないのでロータ位置の探索に効率的である。１回目の探索ステップにおいて、これら３種類の探索条件のうち１つを選択して、１回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、同じ探索条件で印加極性を逆にして２回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、３種類の探索条件のうち別の１つを選択して、３回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、同じ探索条件で印加極性を逆にして４回目の探索パルスを印加する。
例えば、１回目の探索ステップにおいて、探索条件１Ａを選択して、探索通電相Ｕ⇒Ｖに対し１回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、探索通電相Ｖ⇒Ｕに対し２回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、探索条件２Ａを選択して、探索通電相Ｖ⇒Ｗに対し３回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、探索通電相Ｗ⇒Ｖに対し４回目の探索パルスを印加する。
１回目の探索ステップの後、１回目の起動ステップを経て、２回目の探索ステップに入る。２回目以降の探索ステップにおける１回目の探索パルスの印加には、１回目の探索ステップにおいて、ロータ位置が検出できた探索通電相を使用する。ロータ位置が検出できなければ、２回目の探索パルスの印加には、ロータが６０度正回転するとした場合の探索通電相を使用する。
例えば、１回目の探索ステップにおいて、ロータ位置が検出できた探索通電相をＵ⇒Ｖとすると、２回目の探索ステップにおける１回目の探索パルスの印加には、探索通電相Ｕ⇒Ｖを使用する。ロータ位置が検出できなければ、２回目の探索パルスの印加には、ロータが６０度正回転するとした場合の探索通電相Ｕ⇒Ｗを使用する。
また図６において、３種類の探索通電相Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）と、Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）と、Ｗ⇒Ｕ（正）／（負）とは、互いに位置の重複が少ない。これらのうち２種類の探索通電相について、探索パルスを１種類につき１回ずつ合計２回順次印加してもよい。このように、１対の端子間に順方向および逆方向に探索パルスを印加する各探索条件１Ａ、２Ａ、３Ａのロータ位置把握率は、各探索条件ともほぼ同等である。続いて３回目の探索パルスは、上述の２種類のうち一方の探索通電相に逆極性で印加し、４回目の探索パルスは上述の２種類のうち他方の探索通電相に逆極性で印加すれば、すべてのロータ位置を把握することができる。
例えば、探索パルスを、Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）の順に、１回目から４回目まで印加すれば、ロータ位置を把握できる。またこの手順を一部変えて、探索パルスの印加を、Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）の順に、１回目から４回目まで印加しても、ロータ位置を把握できる。この場合、Ｖ相は、１回目の探索パルスの印加ではシンク相であり、２回目の探索パルス印加ではソース相となっている。もし２回目の探索パルスの印加においてもＶ相がシンク相であれば、１回目の電流パルス印加と２回目の電流パルス印加で、探索角度範囲が図６のＵ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）となり、重複が大きくロータ位置の早期検出率が低下する。
同様に、３種類の探索通電相Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）と、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）と、Ｕ⇒Ｗ（正）／（負）とは、互いに位置の重複が少ない。これらのうち２種類の探索通電相について、探索パルスを１種類につき１回ずつ合計２回順次印加してもよい。このように、１対の端子間に順方向および逆方向に探索パルスを印加する各探索条件１Ａ、２Ａ、３Ａのロータ位置把握率は、各探索条件ともほぼ同等である。続いて３回目の探索パルスは、上述の２種類のうち一方の探索通電相に逆極性で印加し、４回目の探索パルスは上述の２種類のうち他方の探索通電相に逆極性で印加すれば、すべてのロータ位置を把握することができる。
ここで、図６を中心に、図１Ａ、図３、図５を参照して、探索ステップから起動ステップまでの探索起動モードを説明する。
図８に記載されている内、例えば
第１相⇒第２相（正）／（負）、第２相⇒第１相（正）／（負）、
第２相⇒第３相（正）／（負）、第３相⇒第２相（正）／（負）、
つまり、
Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）、
Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）、
を例として説明する。
本発明のモータ駆動装置は、停止から起動直後の極低速回転状態まで、探索起動モードとして動作する。探索起動モードでは、探索ステップと起動ステップとが交互に繰り返されることにより、起動および加速が行われる。探索ステップでは、転流制御部１６は、３相のうち２つの相を選択し、駆動部２は、この２つの相に対して探索パルスを印加する。探索パルスは、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加され、ロータ位置が検出される。起動ステップでは、ロータ位置の判明後、好適なステータ相に起動パルスが印加され、起動トルクが与えられる。
最初に、図５の状態Ｆ１において、転流制御部１６は、探索通電相Ｕ⇒Ｖに基づいて、図１Ａにおける高電位側スイッチング素子Ｑ１および低電位側スイッチング素子Ｑ５をオンする。これにより、探索パルスは、高電位側電源３、高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｕ相モータ巻線ＬＵ、中性点ＣＮ、Ｖ相モータ巻線ＬＶ、低電位側スイッチング素子Ｑ５、電流検出抵抗ＲＤ、低電位側電源４、の経路で流れる。すなわち探索パルスは、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＶ相モータ巻線ＬＶに流れる。このとき、非通電相のＷ相モータ端子ＱＷと疑似中性点ＰＮ間に、Ｗ相モータ端子差電圧が生じる。Ｗ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。
この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は１９０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は１１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定される。
ここで１９０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｗに基づいて各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンすることにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。１１０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｗに基づいて各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ６をオンすることにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ４において、転流制御部１６は、探索通電相Ｖ⇒Ｕに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンする。これにより、探索パルスは、高電位側電源３、高電位側スイッチング素子Ｑ２、Ｖ相モータ巻線ＬＶ、中性点ＣＮ、Ｕ相モータ巻線ＬＵ、低電位側スイッチング素子Ｑ４、電流検出抵抗ＲＤ、低電位側電源４、の経路で流れる。すなわち探索パルスは、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＵ相モータ巻線ＬＵに流れる。このとき、非通電相のＷ相モータ端子ＱＷと疑似中性点ＰＮ間に、Ｗ相モータ端子差電圧が生じる。Ｗ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。
この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は２９０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定され、Ｕ相とＶ相以外の組合せを選んで探索ステップを継続する。
ここで２９０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｕに基づいて各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンすることにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。１０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｖに基づいて各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ５をオンすることにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ３において、転流制御部１６は、探索通電相Ｖ⇒Ｗに基づいて、各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ６をオンする。これにより、探索パルスは、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＷ相モータ巻線ＬＷに流れる。このとき、非通電相のＵ相モータ端子ＱＵと疑似中性点ＰＮ間に、Ｕ相モータ端子差電圧が生じる。Ｕ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は３１０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は２３０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定される。
ここで３１０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｗ⇒Ｕに基づいて各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオンすることにより、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。２３０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｖ⇒Ｕに基づいて各スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４をオンすることにより、Ｖ相モータ巻線ＬＶからＵ相モータ巻線ＬＵに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。
次に、図５の状態Ｆ６において、転流制御部１６は、探索通電相Ｗ⇒Ｖに基づいて、各スイッチング素子Ｑ３、Ｑ５をオンする。これにより、探索パルスを、Ｗ相モータ巻線ＬＷからＶ相モータ巻線ＬＶに流れる。このとき、非通電相のＵ相モータ端子ＱＵと疑似中性点ＰＮ間に、Ｕ相モータ端子差電圧が生じる。Ｕ相モータ端子差電圧は、比較器２１および比較器２２の非反転入力端子に入力され、疑似中性点電圧ＳＰＮは反転入力端子に入力される。この場合、閾値超過信号Ｓ２１がハイレベルであれば、ロータ位置は５０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２２がローレベルであれば、ロータ位置は１３０度付近であると検出される。閾値超過信号Ｓ２１および閾値超過信号Ｓ２２が、それぞれローレベルおよびハイレベルの場合、ロータは他の角度範囲にあるものと判定され、Ｖ相とＷ相以外の組合せを選んで探索ステップを継続する。
ここで５０度付近にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＡが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｖに基づいて各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ５をオンすることにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＶ相モータ巻線ＬＶに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。１３０度付近の位置にあるロータに対しては、起動通電相系列ＦＢが採用され、起動通電相Ｕ⇒Ｗに基づいて各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ６をオンすることにより、Ｕ相モータ巻線ＬＵからＷ相モータ巻線ＬＷに起動パルスを流し、良好な起動トルクを与えることができる。
以上、３相モータの印加極性も含めて４種類の探索通電相について、また所定閾値の正負も考慮すると８種類の探索角度範囲について説明したが、基本的にこの４種類の探索通電相において、探索パルス印加時の端子差電圧から、ロータ位置の検出は十分行うことができる。
ここで、転流制御部１６は、探索通電相に基づいて、探索駆動信号を生成し、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子をオンする。高電位側スイッチング素子をオンする探索駆動信号を、高電位側探索駆動信号と呼び、低電位側スイッチング素子をオンする探索駆動信号を、低電位側探索駆動信号と呼ぶ。
次に探索ステップについて説明する。
図２５は、２相通電における探索ステップのフローチャートである。
図２５において、
ステップＧ１００で、探索ステップの動作が開始される。
ステップＧ１０１で、転流制御部１６は、探索通電相をＵ⇒Ｖに設定する。すなわち転流制御部１６は、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ５の各制御電極に与える駆動信号Ｓ１６Ｃを、動作状態レベルにする。
ステップＧ１０２で、駆動部２は、探索パルスを印加する。すなわち駆動部２は、設定された探索通電相に基づいて、対応する各スイッチング素子をオンする。
ステップＧ１０３で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が正の閾値Ｓ１２Ａ以上かどうかを判断する。正の閾値Ｓ１２Ａ以上と判断されれば、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、ステップＧ５１１に進んで、探索ステップは終了する。正の閾値Ｓ１２Ａ以下と判断されれば、ステップＧ１０４に進む。
ステップＧ１０４で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が負の閾値Ｓ１２Ｂ以下かどうかを判断する。負の閾値Ｓ１２Ｂ以下と判断されれば、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、ステップＧ５１１に進んで、探索ステップは終了する。負の閾値Ｓ１２Ｂ以上と判断されれば、探索ステップを続行し、ステップＧ１０５に進む。
ステップＧ１０５で、駆動部２は、各モータ巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに流れる各モータ電流をゼロにする。すなわち転流制御部１６は、全６本の駆動信号Ｓ１６Ｃを非動作状態レベルにし、駆動部２の各スイッチング素子Ｑ１からＱ６はオフされる。
ステップＧ１０６で、６種類の探索通電相を全部設定完了したかどうかを判断する。未完であれば、ステップＧ１０７に進み、完了であれば、ステップＧ５０３に進む。
ステップＧ１０７で、転流制御部１６は、探索通電相を他の組合せに設定し、ステップＧ１０２に戻る。
ステップＧ５０３で、探索再設定ステップの動作が実行される。
以上のようにして探索ステップでは、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、転流制御部１６に送る。転流制御部１６は、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２の送られた時の探索通電相を記憶し、次の起動ステップにおける起動通電相を、この探索通電相と図５に基づいて設定する。なお、図２５のステップＧ１０１で、探索通電相の初期設定をＵ⇒Ｖとしているが、他の探索通電相から探索ステップを開始してもよい。さらに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。
次に、図２５の探索再設定ステップＧ５０３について、図２９の探索ステップＧ５０２および探索再設定ステップＧ５０３を用いて説明する。
ステップＧ５０２で、探索ステップの動作が実行される。端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップを終了する。次に、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を実行する。後続探索起動ステップＧ５１２のフローチャートは、図２８で後述する。探索ステップＧ５０２で、全種類の探索通電相について探索ステップを実行しても終了しない場合、探索再設定ステップＧ５０３に進む。
図２９の探索再設定ステップＧ５０３では、探索通電相の全種類について探索パルスを印加したにもかかわらず、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、所定の閾値が高すぎたためと判断する。そこで所定の閾値の絶対値を所定値だけ低くする。
ステップＧ５０４で、端子差電圧検出部１３における正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂの各絶対値は、下限値に到達しているかどうかが判断される。未到達であれば、ステップＧ５０５に進み、到達していればステップＧ５０６に進む。
ステップＧ５０５で、転流制御部１６は、閾値設定部１２を介して、所定の閾値の絶対値を所定値だけ低減し、ステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０６で、所定の閾値が十分低下しても端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、ロータ位置が探索角度範囲の端部付近にあったためと判断する。そこでロータのステータに対する初期相対位置をずらす１回以上のキックパルスを印加し、ロータ位置を若干移動する。次にステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０７で、探索再設定ステップＧ５０３を通過する回数を計測する探索再設定カウンタの値が、所定回数に到達したかどうかが判断される。到達していれば、ステップＧ５０８に進み、未到達であれば、探索再設定カウンタの値を１だけ進め、ステップＧ５０２に戻って、探索ステップを再度実行する。
ステップＧ５０８で、探索起動モードによる起動を断念し、同期起動モードでの起動を実行する。
ステップＧ５０７により、探索ステップの実行に回数制限を設け、探索ステップの過剰な再実行を防止する。同期起動モードは、所定の回転速度の回転磁界をステータに発生させ、モータを起動するモードである。同期起動モードでは起動速度は遅くなるが、ロータ位置が不明であっても確実に起動することが可能となる。探索再設定カウンタの所定回数は、０（ゼロ）以上の任意の値にすることができる。所定回数が０の場合、探索ステップＧ５０２は再度実行されることなく、ステップＧ５０８に進む。
以上のことから、図２５に示すフローチャートは、全６種類の探索通電相について探索ステップを実行し、ロータ位置が検出され次第、直ちに終了としていることがわかる。図２５のフローチャートを、起動ステップ実行後の２回目以降の探索ステップに利用してもよいが、以後に述べる効率化の観点から、１回目の探索ステップのみとして用いるのが効率的である。
図２８（ａ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２５における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ａ）のフローチャートが開始される。
図２８（ａ）を説明すると、
ステップＧ４００で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４０１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４０２で、転流制御部１６は、前回ロータ位置が検出できた探索通電相に通電相を設定し、駆動部２は、探索パルスを印加する。
ステップＧ４０３で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４０４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４０５に進む。
ステップＧ４０４で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４０１から繰り返す。
ステップＧ４０５で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４０６に進む。
ステップＧ４０６で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４０７に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４０１に戻る。
各ステップＧ４０１、Ｇ４０２、Ｇ４０３、Ｇ４０４、Ｇ４０５は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
図２８（ｂ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２８（ａ）のフローチャートと異なる点は、起動パルスが探索パルスを兼用している点である。図２５における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ｂ）のフローチャートが開始される。
図２８（ｂ）を説明すると、
ステップＧ４１０で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４１１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４１２で、ステップＧ４１１における起動パルスの印加に対し、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４１４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４１３に進む。
ステップＧ４１３で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４１１から繰り返す。
ステップＧ４１４で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４１５に進む。
ステップＧ４１５で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４１６に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４１１に戻る。
各ステップＧ４１１、Ｇ４１２、Ｇ４１３、Ｇ４１４は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
以上のことにより、図２８（ｂ）においては起動パルスが探索パルスを兼用するので、図２８（ａ）における探索パルス印加のステップＧ４０２が省略される。終了のステップＧ４０７およびＧ４１６以後は、逆起電圧モードでの動作に移る。図２８（ｂ）によれば、トルクに寄与しない探索パルスの変わりに起動パルスを利用するので、起動時の加速度を高めることができる。
次に図２６の探索ステップについて説明する。
図２６は、２相通電における探索ステップのフローチャートである。図２５では、端子差電圧検出部１３に２個の比較器を用いていたが、図２６では、端子差電圧検出部１３に１個の比較器を用いて、図２５と同等な効果を実現する。
図２６において、
ステップＧ２００で、探索ステップの動作が開始される。
ステップＧ２０１で、転流制御部１６は、探索通電相をＵ⇒Ｖに設定する。すなわち転流制御部１６は、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ５の各制御電極に与える駆動信号Ｓ１６Ｃを、動作状態レベルにする。
ステップＧ２０２で、端子差電圧検出部１３は、所定の閾値の極性を決定する。
ステップＧ２０３で、駆動部２は、探索パルスを印加する。すなわち駆動部２は、設定された探索通電相に基づいて、対応する各スイッチング素子をオンする。
ステップＧ２０４で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上と判断されれば、閾値超過信号を生成し、ステップＧ５１１に進んで、探索ステップは終了する。所定の閾値以下と判断されれば、ステップＧ２０５に進む。
ステップＧ２０５で、駆動部２は、各モータ巻線ＬＵ、ＬＶ、ＬＷに流れる各モータ電流をゼロにする。すなわち転流制御部１６は、全６本の駆動信号Ｓ１６Ｃを非動作状態レベルにし、駆動部２の各スイッチング素子Ｑ１からＱ６はオフされる。
ステップＧ２０６で、６種類の探索通電相を全部設定完了したかどうかを判断する。未完であれば、ステップＧ２０７に進み、完了であれば、ステップＧ５０３に進む。
ステップＧ２０７で、転流制御部１６は、探索通電相を他の組合せに設定し、ステップＧ２０２に戻る。
ステップＧ５０３で、探索再設定ステップの動作が実行される。
以上のようにして探索ステップでは、端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号を生成し、転流制御部１６に送る。転流制御部１６は、閾値超過信号の送られた時の探索通電相を記憶し、次の起動ステップにおける起動通電相を、この探索通電相と図５に基づいて設定する。
なお、図２６のステップＧ２０１で、探索通電相の初期設定をＵ⇒Ｖとしているが、他の探索通電相から探索ステップを開始してもよい。さらに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。
次に、図２６の探索再設定ステップＧ５０３について、図２９の探索ステップＧ５０２および探索再設定ステップＧ５０３を用いて説明する。
ステップＧ５０２で、探索ステップの動作が実行される。端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップを終了する。次に、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を実行する。後続探索起動ステップＧ５１２のフローチャートは、図２８で後述する。探索ステップＧ５０２で、全種類の探索通電相について探索ステップを実行しても終了しない場合、探索再設定ステップＧ５０３に進む。
図２９の探索再設定ステップＧ５０３では、探索通電相の全種類について探索パルスを印加したにもかかわらず、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、所定の閾値が高すぎたためと判断する。そこで所定の閾値の絶対値を所定値だけ低くする。
ステップＧ５０４で、端子差電圧検出部１３における正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂの各絶対値は、下限値に到達しているかどうかが判断される。未到達であれば、ステップＧ５０５に進み、到達していればステップＧ５０６に進む。
ステップＧ５０５で、転流制御部１６は、閾値設定部１２を介して、所定の閾値の絶対値を所定値だけ低減し、ステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０６で、所定の閾値が十分低下しても端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、ロータ位置が探索角度範囲の端部付近にあったためと判断する。そこでロータのステータに対する初期相対位置をずらす１回以上のキックパルスを印加し、ロータ位置を若干移動する。次にステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０７で、探索再設定ステップＧ５０３を通過する回数を計測する探索再設定カウンタの値が、所定回数に到達したかどうかが判断される。到達していれば、ステップＧ５０８に進み、未到達であれば、探索再設定カウンタの値を１だけ進め、ステップＧ５０２に戻って、探索ステップを再度実行する。
ステップＧ５０８で、探索起動モードによる起動を断念し、同期起動モードでの起動を実行する。
ステップＧ５０７により、探索ステップの実行に回数制限を設け、探索ステップの過剰な再実行を防止する。同期起動モードは、所定の回転速度の回転磁界をステータに発生させ、モータを起動するモードである。同期起動モードでは起動速度は遅くなるが、ロータ位置が不明であっても確実に起動することが可能となる。探索再設定カウンタの所定回数は、０（ゼロ）以上の任意の値にすることができる。所定回数が０の場合、探索ステップＧ５０２は再度実行されることなく、ステップＧ５０８に進む。
以上のことから、図２６に示すフローチャートは、全６種類の探索通電相について探索ステップを実行し、ロータ位置が検出され次第、直ちに終了としていることがわかる。図２６のフローチャートを、起動ステップ実行後の２回目以降の探索ステップに利用してもよいが、以後に述べる効率化の観点から、１回目の探索ステップのみとして用いるのが効率的である。
図２８（ａ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２６における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ａ）のフローチャートが開始される。
図２８（ａ）を説明すると、
ステップＧ４００で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４０１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４０２で、転流制御部１６は、前回ロータ位置が検出できた探索通電相に通電相を設定し、駆動部２は、探索パルスを印加する。
ステップＧ４０３で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４０４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４０５に進む。
ステップＧ４０４で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４０１から繰り返す。
ステップＧ４０５で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４０６に進む。
ステップＧ４０６で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４０７に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４０１に戻る。
各ステップＧ４０１、Ｇ４０２、Ｇ４０３、Ｇ４０４、Ｇ４０５は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
図２８（ｂ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２８（ａ）のフローチャートと異なる点は、起動パルスが探索パルスを兼用している点である。図２６における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ｂ）のフローチャートが開始される。
図２８（ｂ）を説明すると、
ステップＧ４１０で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４１１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４１２で、ステップＧ４１１における起動パルスの印加に対し、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４１４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４１３に進む。
ステップＧ４１３で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４１１から繰り返す。
ステップＧ４１４で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４１５に進む。
ステップＧ４１５で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４１６に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４１１に戻る。
各ステップＧ４１１、Ｇ４１２、Ｇ４１３、Ｇ４１４は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
以上のことにより、図２８（ｂ）においては起動パルスが探索パルスを兼用するので、図２８（ａ）における探索パルス印加のステップＧ４０２が省略される。終了のステップＧ４０７およびＧ４１６以後は、逆起電圧モードでの動作に移る。図２８（ｂ）によれば、トルクに寄与しない探索パルスの変わりに起動パルスを利用するので、起動時の加速度を高めることができる。
更にまた、図８のロータ位置の判定可能位置からわかるように、冗長性を排するならば、４種類の探索通電相により、ロータ位置を判定することができる。
図２７は、２相通電での４種類の探索通電相における探索ステップのフローチャートである。
図２７において、
ステップＧ３０１で、モータ電流をゼロにした後、第１相から第２相へ、探索パルスを印加する。
ステップＧ３０２で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が正の閾値以上かどうかを判断する。正の閾値以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。正の閾値以下の場合、ステップＧ３０３に進む。
ステップＧ３０３で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が負の閾値以下かどうかを判断する。負の閾値以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。負の閾値以上の場合、ステップＧ３０４に進む。
ステップＧ３０４で、モータ電流をゼロにした後、第２相から第１相へ、探索パルスを印加する。
ステップＧ３０５で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が正の閾値以上かどうかを判断する。正の閾値以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。正の閾値以下の場合、ステップＧ３０６に進む。
ステップＧ３０６で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が負の閾値以下かどうかを判断する。負の閾値以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。負の閾値以上の場合、ステップＧ３０７に進む。
ステップＧ３０７で、モータ電流をゼロにした後、第２相から第３相へ、探索パルスを印加する。
ステップＧ３０８で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が正の閾値以上かどうかを判断する。正の閾値以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。正の閾値以下の場合、ステップＧ３０９に進む。
ステップＧ３０９で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が負の閾値以下かどうかを判断する。負の閾値以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。負の閾値以上の場合、ステップＧ３１０に進む。
ステップＧ３１０で、モータ電流をゼロにした後、第３相から第２相へ、探索パルスを印加する。
ステップＧ３１１で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が正の閾値以上かどうかを判断する。正の閾値以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。正の閾値以下の場合、ステップＧ３１２に進む。
ステップＧ３１２で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧が負の閾値以下かどうかを判断する。負の閾値以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップは終了する。負の閾値以上の場合、ステップＧ５０３に進む。
ステップＧ５０３で、探索再設定ステップの動作が実行される。
このように、ステップＧ３１２まで４種類の探索通電相に探索パルスを印加し、ロータ位置を判断できなければ、探索再設定ステップを行う。
次に、図２７の探索再設定ステップＧ５０３について、図２９の探索ステップＧ５０２および探索再設定ステップＧ５０３を用いて説明する。
ステップＧ５０２で、探索ステップの動作が実行される。端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、ステップＧ５１１で探索ステップを終了する。次に、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を実行する。後続探索起動ステップＧ５１２のフローチャートは、図２８で後述する。探索ステップＧ５０２で、全４種類の探索通電相について探索ステップを実行しても終了しない場合、探索再設定ステップＧ５０３に進む。
図２９の探索再設定ステップＧ５０３では、探索通電相の全４種類について探索パルスを印加したにもかかわらず、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、所定の閾値が高すぎたためと判断する。そこで所定の閾値の絶対値を所定値だけ低くする。
ステップＧ５０４で、端子差電圧検出部１３における正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂの各絶対値は、下限値に到達しているかどうかが判断される。未到達であれば、ステップＧ５０５に進み、到達していればステップＧ５０６に進む。
ステップＧ５０５で、転流制御部１６は、閾値設定部１２を介して、所定の閾値の絶対値を所定値だけ低減し、ステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０６で、所定の閾値が十分低下しても端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上にならなかったのは、ロータ位置が探索角度範囲の端部付近にあったためと判断する。そこでロータのステータに対する初期相対位置をずらす１回以上のキックパルスを印加し、ロータ位置を若干移動する。次にステップＧ５０７に進む。
ステップＧ５０７で、探索再設定ステップＧ５０３を通過する回数を計測する探索再設定カウンタの値が、所定回数に到達したかどうかが判断される。到達していれば、ステップＧ５０８に進み、未到達であれば、探索再設定カウンタの値を１だけ進め、ステップＧ５０２に戻って、探索ステップを再度実行する。
ステップＧ５０８で、探索起動モードによる起動を断念し、同期起動モードでの起動を実行する。
ステップＧ５０７により、探索ステップの実行に回数制限を設け、探索ステップの過剰な再実行を防止する。同期起動モードは、所定の回転速度の回転磁界をステータに発生させ、モータを起動するモードである。同期起動モードでは起動速度は遅くなるが、ロータ位置が不明であっても確実に起動することが可能となる。探索再設定カウンタの所定回数は、０（ゼロ）以上の任意の値にすることができる。所定回数が０の場合、探索ステップＧ５０２は再度実行されることなく、ステップＧ５０８に進む。
以上のことから、図２７に示すフローチャートは、全４種類の探索通電相について探索ステップを実行し、ロータ位置が検出され次第、直ちに終了としていることがわかる。図２７のフローチャートを、起動ステップ実行後の２回目以降の探索ステップに利用してもよいが、以後に述べる効率化の観点から、１回目の探索ステップのみとして用いるのが効率的である。図２７における第１相、第２相、および第３相は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相の中から、適当に重複することなく選べばよい。
図２８（ａ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２７における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ａ）のフローチャートが開始される。
図２８（ａ）を説明すると、
ステップＧ４００で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４０１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４０２で、転流制御部１６は、前回ロータ位置が検出できた探索通電相に通電相を設定し、駆動部２は、探索パルスを印加する。
ステップＧ４０３で、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４０４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４０５に進む。
ステップＧ４０４で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４０１から繰り返す。
ステップＧ４０５で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４０６に進む。
ステップＧ４０６で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４０７に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４０１に戻る。
各ステップＧ４０１、Ｇ４０２、Ｇ４０３、Ｇ４０４、Ｇ４０５は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
図２８（ｂ）は、探索起動モードにおいて１回目の起動ステップ以降のフローチャートである。図２８（ａ）のフローチャートと異なる点は、起動パルスが探索パルスを兼用している点である。図２５における第１回目の探索ステップをステップＧ５１１で終了した後、図２８（ｂ）のフローチャートが開始される。
図２８（ｂ）を説明すると、
ステップＧ４１０で、フローチャートの動作が開始される。
ステップＧ４１１で、転流制御部１６は、直前の探索ステップにおける探索通電相に基づいて起動通電相を設定し、駆動部２は、起動パルスを印加する。
ステップＧ４１２で、ステップＧ４１１における起動パルスの印加に対し、端子差電圧検出部１３は、端子差電圧の絶対値が所定の閾値以上かどうかを判断する。所定の閾値以上の場合、ステップＧ４１４に進み、所定の閾値以下の場合、ステップＧ４１３に進む。
ステップＧ４１３で、ロータが前回判定の６０度期間にあると判断し、再度ステップＧ４１１から繰り返す。
ステップＧ４１４で、ロータが次の６０度期間に転流したと判定し、ステップＧ４１５に進む。
ステップＧ４１５で、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判定する。すなわち、探索通電相と閾値超過信号と起動通電相とロータ位相信号の少なくとも１つを用いて、モード切替え信号を生成し、モード切替え信号に基づいて判断する。切替え条件を満たした場合、ステップＧ４１６に進み、探索起動モードを終了する。切替え条件を満たしていない場合、再度ステップＧ４１１に戻る。
各ステップＧ４１１、Ｇ４１２、Ｇ４１３、Ｇ４１４は、まとめて、１回目の探索ステップ以降の探索起動ステップを表す後続探索起動ステップＧ５１２を構成する。
以上のことにより、図２８（ｂ）においては起動パルスが探索パルスを兼用するので、図２８（ａ）における探索パルス印加のステップＧ４０２が省略される。終了のステップＧ４０７およびＧ４１６以後は、逆起電圧モードでの動作に移る。図２８（ｂ）によれば、トルクに寄与しない探索パルスの変わりに起動パルスを利用するので、起動時の加速度を高めることができる。
次に、図１Ａに示す探索起動モードの探索ステップで動作する端子差電圧検出部１３について説明する。各比較器２１、２２と第１相選択部２４の具体例として、図１９（ａ）、（ｂ）がある。
図１Ａ、図１９（ａ）において、駆動部２は、２相通電による探索パルス電流をモータ１に流す。転流制御部１６は、非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｇを生成し、第１相選択部２４に送る。第１相選択部２４には、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、およびＷ相モータ端子電圧ＳＷも入力される。第１相選択部２４は、相選択信号Ｓ１６Ｇに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうち、非通電相のモータ端子電圧を選択し、擬似中性点電圧ＳＰＮとともに、各比較器２１、２２に送る。
各比較器２１、２２の非反転入力端子には、第１相選択部２４により選択されたモータ端子電圧が入力され、反転入力端子には、疑似中性点電圧ＳＰＮが入力される。比較器２１は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ａ以上の場合、閾値超過信号Ｓ２１を生成し、転流制御部１６に送る。比較器２２は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｂ以下の場合、閾値超過信号Ｓ２２を生成し、転流制御部１６に送る。このように端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２を生成し、転流制御部１６に送る。
なお、端子差電圧検出部１３と逆起電圧検出部１４のそれぞれの比較器を兼用する場合、逆起電圧モードにおいて、各比較器２１、２２の反転入力端子には、中性点電圧ＳＣＮが入力され、所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂは、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。
図１９（ｂ）は、図１Ａの構成とは異なって、第１相選択部２４を使用せず、各Ｕ相比較器２１Ｕ、２２Ｕと、各Ｖ相比較器２１Ｖ、２２Ｖと、各Ｗ相比較器２１Ｗ、２２Ｗを用意し、直接に非通電相の各相モータ端子ＱＵ、ＱＶ、ＱＷから、端子差電圧を読み出している。比較器２１Ｕ、２２Ｕ、２１Ｖ、２２Ｖ、２１Ｗ、２２Ｗによりそれぞれ生成される閾値超過信号Ｓ２１Ｕ、Ｓ２２Ｕ、Ｓ２１Ｖ、Ｓ２２Ｖ、Ｓ２１Ｗ、Ｓ２２Ｗは、転流制御部１６に入力され、転流制御部１６において、非通電相の閾値超過信号が選択される。なお、端子差電圧検出部１３と逆起電圧検出部１４のそれぞれの比較器を兼用する場合、逆起電圧モードにおいて、各比較器２１Ｕ、２２Ｕ、２１Ｖ、２２Ｖ、２１Ｗ、２２Ｗの反転入力端子には、中性点電圧ＳＣＮが入力され、所定の各閾値Ｓ１２Ａ、Ｓ１２Ｂは、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。
次に、図１Ａに示す逆起電圧モードで動作する逆起電圧検出部１４ついて説明する。比較器２３と第２相選択部２０の具体例として、図２０（ａ）、（ｂ）がある。
図２０（ａ）は、１個の比較器２３が、第２相選択部２０を介して、非通電相の各相モータ端子から逆起電圧を読み出す構成になっている。また図２０（ｂ）は、図１Ａの構成とは異なって、第２相選択部２０を使用せず、Ｕ相比較器２３Ｕ、Ｖ相比較器２３Ｖ、Ｗ相比較器２３Ｗを用意する構成になっている。すなわち、各比較器２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗは、直接に非通電相の各相モータ端子から、逆起電圧を読み出している。比較器２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗによりそれぞれ生成される閾値超過信号Ｓ２３Ｕ、Ｓ２３Ｖ、Ｓ２３Ｗは、転流制御部１６に入力され、転流制御部１６において、非通電相の閾値超過信号が選択される。
図２１は、逆起電圧モードにおける通電電流波形のタイミング図と、各相ゼロクロス点の方向を示した説明図である。転流制御部１６は通電相を設定し、駆動部２は設定された通電相に相電流を通電する。その結果、各相モータ巻線には逆起電圧が誘起される。また転流制御部１６は、逆起電圧が検出可能となるように、非通電相を設定する。非通電相において、逆起電圧のゼロクロス点およびその方向が、逆起電圧検出部１４により検出される。
図２１（ａ）の実線はＵ相電流ＩＵ、破線はＵ相逆起電圧ＥＵを示す。同様に図２１（ｂ）の実線はＶ相電流ＩＶ、破線はＶ相逆起電圧ＥＶ、図２１（ｃ）の実線はＷ相電流ＩＷ、破線はＷ相逆起電圧ＥＷを示す。各相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに対して、斜線部分がＰＷＭ制御される。各期間Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、およびＨ６は、それぞれ電気角６０度に相当する。図２１（ｄ）において、各相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが正の場合、ソース電流、また負の場合、シンク電流とする。各相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応して、ソース電流およびシンク電流の各通電状態において、増加状態、オン固定状態、および減少状態に順次状態を遷移する。
次に図２１（ｄ）において、非通電相に発生する逆起電圧のゼロクロス点について説明する。
期間Ｈ１では、転流制御部１６はＷ相を非通電相に設定する。第２相選択部２０は、中性点電圧ＳＣＮとＷ相モータ端子電圧ＳＷを選択し、比較器２３は、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷに現れるＷ相逆起電圧が、中性点電圧ＳＣＮ以下になるＷ相逆起電圧の下降ゼロクロス点を検出する。これを「Ｗ相下降」と表す。期間Ｈ２では、転流制御部１６はＶ相を非通電相に設定する。第２相選択部２０は、中性点電圧ＳＣＮとＶ相モータ端子電圧ＳＶを選択し、比較器２３は、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶに現れるＶ相逆起電圧が、中性点電圧ＳＣＮ以上になるＶ相逆起電圧の上昇ゼロクロス点を検出する。これを「Ｖ相上昇」と表す。同様にして比較器２３は、期間Ｈ３ではＵ相逆起電圧が中性点電圧ＳＣＮ以下になるＵ相下降ゼロクロス点を検出し、期間Ｈ４ではＷ相逆起電圧が中性点電圧ＳＣＮ以上になるＷ相上昇ゼロクロス点を検出し、期間Ｈ５ではＶ相逆起電圧が中性点電圧ＳＣＮ以下になるＶ相下降ゼロクロス点を検出し、期間Ｈ６ではＵ相逆起電圧が中性点電圧ＳＣＮ以上になるＵ相上昇ゼロクロス点を検出する。
以上のように逆起電圧モードでは、各相の逆起電圧は、各相の非通電相において検出可能になる。この逆起電圧のゼロクロスの方向が、第２相選択部２０と比較器２３を含む逆起電圧検出部１４により検出される。
図２２を用いて、逆起電圧のゼロクロス検出について詳述する。図２２（ａ）は、逆起電圧のゼロクロスを検出するタイミング図である。図２２（ｂ）および（ｃ）は、逆起電圧モード直後において、ロータ位置が各タイミング６９、７０にある場合の電流プロファイルの波形図である。横軸は、ロータ位置もしくは時間軸を示す。６１は、図２１に示す６種類の６０度期間Ｈ１からＨ６のうち、いずれかの１つを示す。６２、６３、および６４は、それぞれ６０度期間６１の中心位置、開始位置、および終了位置を示す。６７Ａ、６７Ｂおよび６８Ａ、６８Ｂは、逆起電圧ゼロクロス検出期間の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。この逆起電圧ゼロクロス検出期間のうち、６５Ａおよび６５Ｂは進相期間を示し、６６Ａおよび６６Ｂは、逆起電圧ゼロクロスの到来までの延長期間を示す。
センサレス駆動は、逆起電圧を検出するため、所定のゼロ電流期間を各相に形成する必要がある。ゼロ電流期間内における所定の期間を、逆起電圧ゼロクロス検出期間とする。図２１に示すように、予測される逆起電圧ゼロクロスタイミングは、前回別の相で生じた逆起電圧ゼロクロスのタイミングから６０度経過後である。この予測タイミングより各進相期間６５Ａ、６５Ｂだけ早い各タイミング６７Ａ、６７Ｂにおいて、ゼロクロス検出期間を開始する。これにより、予測していた周期が実際より長い場合、すなわち予測していた回転速度が実際より低めだった場合には、少しずつ位相が進められて予測値が徐々に修正されていく。また予測していた周期が実際より短い場合、すなわち予測していた回転速度が実際より高めだった場合には、上述したように各延長期間６６Ａ、６６Ｂの間、逆起電圧ゼロクロスが生じるのを待ち続ける。その結果、位相が遅れて正しい逆起電圧ゼロクロスがタイミング６８Ａまたは６８Ｂにおいて検出され、予測タイミングが修正される。
通常、逆起電圧モードに切り替わる直前の探索起動モードにおいて、６０度正回転転流期間中における起動パルスの回数は、十分多い。このため、逆起電圧モードに変化するタイミングは、６０度期間中の初期段階で発生し、逆起電圧モードに変化した直後のロータ位置も、その近傍の位置、例えばタイミング６９にある。この場合、電流プロファイルは図２２（ｂ）のようになる。直前のロータ位置情報を受けて、Ｕ相電流８４Ａは比較的急峻に立ち上がり、Ｖ相電流８３Ａは比較的急峻に立ち下がり、Ｗ相電流８５Ａは比較的緩い傾斜で立ち下がる。その後、Ｖ相電流８３Ａは比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。Ｖ相電流８３ＡとＷ相電流８５Ａなどの緩い変化率は、モータ振動および騒音低減に効果的なスロープ状電流を形成するためのものである。やがてＶ相電流８３Ａはゼロとなり、Ｖ相電流８３Ａがゼロに整定するまで、短期間のゼロ電流期間を経る。その直後、Ｖ相逆起電圧の負から正への上昇ゼロクロス点を検出するため、ゼロクロス検出期間が始まる。タイミング６２でＶ相上昇ゼロクロス点を検出した結果、Ｖ相電流は更に正方向に比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。
以上のように、ある６０度期間で逆起電圧モードに変化した後、同じ６０度期間の中間タイミング６２で逆起電圧ゼロクロスは発生し、この逆起電圧ゼロクロスを検出することが可能になる。すなわち逆起電圧モードに変化した時点から約３０度期間後のタイミング６２の近くで、ゼロクロス検出期間を設定すればよいことになる。この場合、ゼロクロス検出期間は、ゼロクロスが検出されるまで継続され、正しくゼロクロスタイミングが検出される。
もし直前の探索起動モードにおいて、６０度正回転転流期間中における起動パルスの回数が少ない場合、逆起電圧モードに変化するタイミングは、この６０度期間中の終盤段階で発生することもある。このため、逆起電圧モードに変化した直後のロータ位置も、その近傍の位置、例えばタイミング７０にある。この場合、電流プロファイルは図２２（ｃ）のようになる。直前のロータ位置情報を受けて、Ｕ相電流８４Ｂは比較的急峻に立ち上がり、Ｖ相電流８３Ｂは比較的急峻に立ち下がり、Ｗ相電流８５Ｂは比較的緩い傾斜で立ち下がる。その後、Ｖ相電流８３Ｂは比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。Ｖ相電流８３ＢとＷ相電流８５Ｂなどの緩い変化率は、モータ振動および騒音低減に効果的なスロープ状電流を形成するためのものである。やがてＶ相電流８３Ｂはゼロとなり、Ｖ相電流８３Ｂがゼロに整定するまで、短期間のゼロ電流期間を経る。その直後、Ｖ相逆起電圧の負から正への上昇ゼロクロス点を検出するため、ゼロクロス検出期間が始まる。
この場合、タイミング６２において、逆起電圧ゼロクロスは既に発生している。このため、次に来る６０度期間の中間タイミングで、ゼロクロスを検出する構成も考えられる。しかし、上述のように起動パルスの回数が十分多くなると、ゼロクロス検出期間が９０度相当期間継続することになり、トルクが低下するという問題が生じる。従って、逆起電圧モードに切り替わり直後のロータ位置が、タイミング７０にあるような場合においても、現６０度期間の逆起電圧ゼロクロスを待つ方がよい。タイミング６２で既に逆起電圧ゼロクロスが生じた後であるため、更に１８０度相当期間後まで、逆起電圧の極性は一定である。既に逆起電圧ゼロクロスが発生したことを、その極性に基づいて、逆起電圧ゼロクロス検出開始タイミング６７Ｂにおいて判断できる。判断後、直ちにゼロクロス検出したものと見なし、次の６０度のプロファイルを形成する。なおこの場合には、トルク低下を生じない。既に説明したように、予測周期情報を進相期間６５Ｂずつ短縮し、やがては正確なゼロクロスタイミングの検出ができるようになる。
図２３、図２４は、最近の３相ブラシレスモータ１Ｂについて、探索起動モードから逆起電圧モードに切り替わる直後に、非通電相に発生する逆起電圧の状態を測定した波形図である。図２３（ａ）では、Ｕ相巻線からＶ相巻線への通電時に、モータ回転数５０ｒｐｍ時に非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧ＳＦ２３Ｂと、Ｗ相の誘導電圧ＳＦ２３Ａが、図示されている。横軸は電気角であり、縦軸は中性点電圧ＳＣＮを基準（０Ｖ）としている。この３相ブラシレスモータ１Ｂの発電定数Ｋｅは、Ｋｅ＝０．７４ｍＶ／ｒｐｍである。図２３（ｂ）では、図２３（ａ）におけるＷ相の誘導電圧ＳＦ２３Ａと、Ｗ相の逆起電圧ＳＦ２３Ｂを合成した合成電圧ＳＦ２３Ｃが、図示されている。
図２４（ａ）では、Ｕ相巻線からＶ相巻線への通電時に、モータ回転数１００ｒｐｍ時に非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧ＳＦ２４Ｂと、モータ回転数２００ｒｐｍ時に非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧ＳＦ２４Ｃと、Ｗ相の誘導電圧ＳＦ２４Ａが、図示されている。図２４（ａ）の誘導電圧ＳＦ２４Ａは、誘導電圧ＳＦ２３Ａと同一である。図２４（ｂ）では、図２４（ａ）におけるＷ相の誘導電圧ＳＦ２４Ａとモータ回転数１００ｒｐｍ時のＷ相の逆起電圧ＳＦ２４Ｂを合成した合成電圧ＳＦ２４Ｄと、Ｗ相の誘導電圧ＳＦ２４Ａとモータ回転数２００ｒｐｍ時のＷ相の逆起電圧ＳＦ２４Ｃを合成した合成電圧ＳＦ２４Ｅとが、図示されている。
ここで、探索起動モードから逆起電圧モードに切り替わる直後の逆起電圧モードにおいて、Ｕ相からＶ相への通電時に、非通電相のＷ相モータ巻線の両端には、図２３（ｂ）、図２４（ｂ）に示すように、逆起電圧と誘導電圧の合成電圧が発生している。この場合、図２１の期間Ｈ１に示すように、このＷ相の合成電圧の下降ゼロクロス点が、検出されるはずである。
図２３（ｂ）に示すように、探索起動モードから逆起電圧モードに切り替わった直後は、モータ回転数が低いため、Ｗ相に発生する逆起電圧はまだ小さい。２相通電している電流は、モータを起動するため比較的大きく、Ｗ相の誘導電圧の影響が大きい。そのため、モータ回転数５０ｒｐｍにおいては、Ｗ相の合成電圧ＳＦ２３Ｃのゼロクロス点は、電気角５０度付近と２７０度付近の２箇所発生する。逆起電圧検出期間において、発生するゼロクロス点が５０度付近の場合、正常検出位置で特に問題はないが、２７０度付近の場合、誤検出位置でモータ逆転等の問題が発生する可能性がある。
図２３（ｂ）に示す問題を回避するため、図２４（ｂ）に示すように、探索起動モードから逆起電圧モードに切り替わった直後は、モータ回転数を少し高くする。これにより、Ｗ相に発生する逆起電圧は少し高くなり、Ｗ相の誘導電圧との合成によるＷ相合成電圧へのＷ相の誘導電圧の影響は、少なくなる。
図２４（ｂ）のモータ回転数１００ｒｐｍとモータ回転数２００ｒｐｍの場合、合成電圧のゼロクロス点は、電気角５０度付近に１箇所である。モータ回転数が少し高くなった分、Ｗ相に発生する逆起電圧は大きくなるので、Ｗ相の合成電圧は高くなり、電気角２７０度付近における中性点電圧ＳＣＮとのゼロクロスは回避される。逆起電圧検出期間において、２７０度付近のゼロクロス点の誤検出が回避され、正常検出位置である５０度付近のゼロクロス点だけが検出される。このように、探索起動モードから逆起電圧モードに切替える際、探索起動モードでモータ回転数を所定の回転数に加速をした後、逆起電圧モードに切替えることが必要になる。
ところで、一般的な３相ブラシレスモータでは、Ｕ相巻線に発生する逆起電圧、Ｖ相巻線に発生する逆起電圧、Ｗ相巻線に発生する逆起電圧は、それぞれ１２０度の位相差を持つ正弦波状の波形である。この場合、３相モータの中性点電圧ＳＣＮは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に発生する逆起電圧の合成電圧になる。つまり、中性点電圧ＳＣＮは、３相の正弦波が合成され、３倍高調波成分等を除いてゼロになる。このため、中性点電圧ＳＣＮと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差電圧である中性点差電圧には、逆起電圧の影響は含まれない。
以上のように、第１の実施形態によれば、探索起動モードにおいて、２相通電による端子差電圧からロータ位置を検出する探索ステップと、逆起電圧モードに切替える前にモータに適切な起動加速を与える起動ステップとが、交互に繰り返される。この場合、非通電相の端子差電圧は、巻線両端電圧や中性点差電圧に比べて、振幅が大きく、耐ノイズ性に優れる。またロータ位置の検出角度幅が広くなるため、ロータ位置を検出できない角度の発生を防止する。このように、端子差電圧により、確実にロータ位置を検出することが可能になる。これにより、探索起動モードにおいて、正確なロータ位置情報が検出でき、所望の起動加速を迅速かつ確実に行うことが可能になる。
また、探索起動モードから逆起電圧モードへの切替え直後は、逆起電圧検出を目的とする非通電相には、誘導電圧と逆起電圧の合成電圧が発生する。モータ起動時の初期加速期間における回転数が不十分であると、図２３のように、特定の３相ブラシレスモータ１Ｂでは、ロータ位置の誤検出による逆転等の問題が発生する。第１の実施形態によれば、探索起動モードにおいて、正確なロータ位置情報が検出でき、所望の起動加速を迅速かつ確実に行うことが可能になるため、所定のモータ回転数以上にすることができ、逆起電圧は所定電圧以上に大きくできる。特定の３相ブラシレスモータ１Ｂにおいても、探索起動モードから始まり、逆起電圧モードへの切替えを経て定常回転まで、ロータ位置の誤検出をせずに迅速で確実な起動が得られる。
次に、更に具体的に、探索起動モードおよび逆起電圧モードについて、説明する。
探索ステップにおいて、図５の状態Ｆ１からＦ６の順番に、６種類の探索通電相に対して探索パルスを印加する。図６には、各探索通電相に対して、検出可能なロータ位置が示される。既述のように、２回目以降の探索ステップにおける１回目の探索パルスの印加には、１回目の探索ステップにおいて、ロータ位置が検出できた探索通電相を使用する。ロータ位置が検出できなければ、２回目の探索パルスの印加には、ロータが６０度正回転するとした場合の探索通電相を使用する。
図７は、探索パルスと起動パルスの印加の様子を、模式的に示す。図７において、横軸は時間軸であり、図７（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれＵ相巻線電流、Ｖ相巻線電流、およびＷ相巻線電流を示している。
図７（ｄ）は、起動通電相系列ＦＡに対応する、比較器２１および比較器２２の出力結果であり、図７（ｅ）は、ロータ位置の判定結果である。図７（ｆ）は、起動通電相系列ＦＢに対応する、比較器２１および比較器２２の出力結果であり、図７（ｇ）は、ロータ位置の判定結果である。図７（ｈ）は、図７（ｄ）、（ｆ）の出力結果をまとめ、図７（ｉ）は、図７（ｅ）、（ｇ）のロータ位置の判定結果をまとめたものである。図７（ｈ）における正、負、および０は、比較器２１の出力がハイレベルであること、比較器２２の出力がローレベルであること、および比較器２１の出力がハイレベルでなく比較器２２の出力がローレベルでないこと、をそれぞれ示す。図７（ｉ）における２３０、２９０、３５０、および７０は、ロータ位置の判定結果が２３０度付近、２９０度付近、３５０度付近、および７０度付近、であることをそれぞれ示す。
図７では、１回目の探索ステップに、探索パルスを６回印加可能な図２５、図２６の探索ステップを適用する。１回目の探索ステップ以降には、図２８（ａ）の後続探索起動ステップを適用する。
図７において、ＤＳ１は、１回目の探索ステップである。図６の６種類の探索通電相内において、図２５、図２６のフローチャートに基づいて、図５の状態Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の順番で、探索パルスを印加する。１回目および２回目では、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できない。３回目に、スイッチング素子Ｑ２およびＱ６をオンすることにより、Ｖ相からＷ相に探索パルスを印加する。比較器２２の出力がローレベルとなり、閾値超過信号Ｓ２２が転流制御部１６に送られる。ロータ位置が２３０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、ＳＰ１に示す１回目の起動ステップで、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
２回目の探索ステップＤＳ２では、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。起動時は一般的に回転速度が低いため、転流を生じる頻度は、ロータ位置の探索回数に比べて十分に低い。ＤＳ２では、再び比較器２２の出力がローレベルとなり、このときの探索通電相を保存する。次に、２回目の起動ステップＳＰ２で、起動ステップＳＰ１と同様に、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。３回目の探索ステップＤＳ３および起動ステップＳＰ３と、４回目の探索ステップＤＳ４および起動ステップＳＰ４についても、同様にＶ相からＵ相に起動パルスを与える。
５回目の探索ステップＤＳ５は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って５回目の探索ステップＤＳ５における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した２９０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２１の出力はハイレベルとなり、ロータ位置が２９０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、５回目の起動ステップＳＰ５で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、６回目の探索ステップＤＳ６および起動ステップＳＰ６と、７回目の探索ステップＤＳ７および起動ステップＳＰ７についても、同様にＷ相からＵ相に起動パルスを与える。
８回目の探索ステップＤＳ８は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力としてハイレベルを得られない。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した３５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２２の出力はローレベルとなり、ロータ位置が３５０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、８回目の起動ステップＳＰ８で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、Ｗ相からＶ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、９回目の探索ステップＤＳ９および起動ステップＳＰ９についても、同様にＷ相からＶ相に起動パルスを与える
１０回目の探索ステップＤＳ１０は、１回の探索パルスからなる。１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力としてハイレベルを得られる。従って１０回目の探索ステップＤＳ１０における１回目の探索パルスとして、電気角８０度だけロータが回転した７０度付近にあると判定される。次に、準定常ステップＡＰ１として示すように、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオンすることにより、Ｕ相からＶ相にＰＷＭ制御に基づいて駆動電流を供給し、ロータの回転を加速する。
ここで、１回目の６０度正回転転流を確認した５回目の探索ステップＤＳ５、２回目の６０度正回転転流を確認した８回目の探索ステップＤＳ８を経て、１０回目の探索ステップＤＳ１０にて８０度正回転転流を確認した。これら３回の６０度から８０度の正回転転流をもって回転起動が成功したと判定すれば、準定常ステップＡＰ１の後は、逆起電圧モードにより、逆起電圧による位置検出に基づいて、通常の加速トルクを印加することができる。
図７の経過を図２９のフローチャートに対応させると、１回目の探索ステップＤＳ１は探索ステップＧ５０２に対応し、１回目の起動ステップＳＰ１から準定常ステップＡＰ１に至るまでは、ステップＧ５１１を経て後続探索起動ステップＧ５１２に対応する。次にステップＧ５０１で、回転速度が所定値以上かどうかを判断する。ステップＧ５０１は、より一般的に、図２８（ａ）、（ｂ）の各ステップＧ４０６、Ｇ４１５のように、逆起電圧モードへの切替え条件を満たしたかどうかを判断する、としてもよい。ステップＧ５０１で回転速度が所定値以上の場合、各ステップＧ５０９、Ｇ５１０の逆起電圧モードに入り、回転速度が所定値以下の場合、ステップＧ５１３で探索再設定カウンタを初期値にリセットし、再び探索ステップＧ５０２を実行する。
ステップＧ５０１においては、逆起電圧モードに入るかどうか、すなわち回転起動が成功したかどうかを判断する。図７の説明では、３回の６０度から８０度の正回転転流をもって、回転起動が成功したものと判定したが、３回以外の回数や、６０度から８０度以外の電気角の正回転転流をもって、ロータの回転起動が成功したと判定してもよい。また、６０度から８０度の正回転転流の期間中に得られる回転速度が、所定値に達することをもって、回転起動が成功したと判定してもよい。さらに、回転速度が所定値に達したとする信号として、探索ステップが６０度の正回転転流の期間から、８０度正回転転流の期間に切り替わる信号を用い、これをもって、回転起動が成功したと判定してもよい。
また探索起動モードから逆起電圧モードに変化した直後に加速トルクを印加するため、電流プロファイルを形成し、逆起電圧のゼロクロスを検出する電流ゼロ期間を設ける必要がある。この電流ゼロ期間は、探索起動モードにおける６０度から８０度毎の転流周期に基づいて、予め逆起電圧のゼロクロスが予測されるタイミングで設定される。
図７においては、準定常ステップＡＰ１の後のゼロクロスを検出する。ロータ位置として６０度領域が判定されたことを受けて、例えば探索起動モードでの６０度領域のほぼ中心タイミングで生じるべきＷ相巻線の逆起電圧において、正から負へのゼロクロス点を検出する。ゼロクロス検出期間の開始時に、まだ所定のゼロクロスが生じていなければ、そのゼロクロスの発生を待ち、その発生をもって６０度正回転転流を検出する。言い換えれば、Ｗ相巻線の逆起電圧の正から負へのゼロクロスを待つ場合、逆起電圧検出期間開始時に、Ｗ相巻線の逆起電圧がまだ正であれば所定のゼロクロスが生じるまでゼロクロス検出期間を継続とし、Ｗ相巻線の逆起電圧が負になった時点をもって、文字通りゼロクロスが生じたとする。逆起電圧ゼロクロス検出期間の開始時に、既に所定のゼロクロスが生じていることが逆起電圧信号の極性から判明している場合は、逆起電圧ゼロクロス検出期間の開始タイミングをもってゼロクロスタイミングとする。つまり例えばＷ相巻線の逆起電圧の正から負へのゼロクロスを待つ場合に、検出期間開始時にＷ相巻線の逆起電圧が既に負になっていれば、直ちにゼロクロスが生じたとする。
（第１の実施形態の変形例１）
第１の実施形態では、図６、図８の６種類全部の探索通電相について、図７の具体例を用いて説明した。第１の実施形態の変形例１では、４種類の探索通電相について、図９の具体例を用い、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図６、図８から分るように、これらの全探索通電相について、全部に探索パルスを印加する必要はない。
Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）、
Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）、
または、
Ｗ⇒Ｕ（正）／（負）、Ｕ⇒Ｗ（正）／（負）
いいかえれば、
第１相⇒第２相（正）／（負）、第２相⇒第１相（正）／（負）、
第２相⇒第３相（正）／（負）、第３相⇒第２相（正）／（負）、
または、
第３相⇒第１相（正）／（負）、第１相⇒第３相（正）／（負）、
のいずれについても、２種類の探索通電相に基づいた４つの探索角度範囲は、重複が少ないのでロータ位置の探索に効率的である。１回目の探索ステップにおいて、これら３種類の探索条件のうち１つを選択して、１回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、同じ探索条件で印加極性を逆にして２回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、３種類の探索条件のうち別の１つを選択して、３回目の探索パルスを印加する。ロータ位置が検出できなければ、同じ探索条件で印加極性を逆にして４回目の探索パルスを印加する。
以上により、第１の実施形態の変形例１では、１回目の探索ステップにおいて、図８の探索通電相を、下記に示す順番で選択して、ロータ位置を探索する場合を示す。
第１相⇒第２相（正）／（負）、第２相⇒第１相（正）／（負）、
第２相⇒第３相（正）／（負）、第３相⇒第２相（正）／（負）、
つまり、
Ｕ⇒Ｖ（正）／（負）、Ｖ⇒Ｕ（正）／（負）、
Ｖ⇒Ｗ（正）／（負）、Ｗ⇒Ｖ（正）／（負）、
の順番で探索パルスを印加する。
既述のように、２回目以降の探索ステップにおける１回目の探索パルスの印加には、１回目の探索ステップにおいて、ロータ位置が検出できた探索通電相を使用する。ロータ位置が検出できなければ、２回目の探索パルスの印加には、ロータが６０度正回転するとした場合の探索通電相を使用する。
図９は、探索パルスと起動パルスの印加の様子を、模式的に示す。図９において、横軸は時間軸であり、図９（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれＵ相巻線電流、Ｖ相巻線電流、およびＷ相巻線電流を示している。
図９（ｄ）は、起動通電相系列ＦＡに対応する、比較器２１および比較器２２の出力結果であり、図９（ｅ）は、ロータ位置の判定結果である。図９（ｄ）における正、負、および０は、比較器２１の出力がハイレベルであること、比較器２２の出力がローレベルであること、および比較器２１の出力がハイレベルでなく比較器２２の出力がローレベルでないこと、をそれぞれ示す。図９（ｅ）における２３０、２９０、３５０、および５０は、ロータ位置の判定結果が２３０度付近、２９０度付近、３５０度付近、および５０度付近、であることをそれぞれ示す。
図９では、１回目の探索ステップに、探索パルスを４回印加可能な図２７の探索ステップを適用する。１回目の探索ステップ以降には、図２８（ａ）の後続探索起動ステップを適用する。
図９において、ＤＳ１は、１回目の探索ステップである。図８に斜線で示した４種類の探索通電相内において、図２７のフローチャートに基づいて、図５の状態Ｆ１、Ｆ４、Ｆ３の順番で、探索パルスを印加する。１回目および２回目では、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できない。３回目に、スイッチング素子Ｑ２およびＱ６をオンすることにより、第２相（Ｖ相）から第３相（Ｗ相）に探索パルスを印加する。比較器２２の出力がローレベルとなり、閾値超過信号Ｓ２２が転流制御部１６に送られる。ロータ位置が２３０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、ＳＰ１に示す１回目の起動ステップで、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、第２相（Ｖ相）から第１相（Ｕ相）に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
２回目の探索ステップＤＳ２では、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。起動時は一般的に回転速度が低いため、転流を生じる頻度は、ロータ位置の探索回数に比べて十分に低い。ＤＳ２では、再び比較器２２の出力がローレベルとなり、このときの探索通電相を保存する。次に、２回目の起動ステップＳＰ２で、起動ステップＳＰ１と同様に、第２相（Ｖ相）から第１相（Ｕ相）に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。３回目の探索ステップＤＳ３および起動ステップＳＰ３と、４回目の探索ステップＤＳ４および起動ステップＳＰ４についても、同様に第２相（Ｖ相）から第１相（Ｕ相）に起動パルスを与える。
５回目の探索ステップＤＳ５は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って５回目の探索ステップＤＳ５における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した２９０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、第２相（Ｖ相）から第１相（Ｕ相）に探索パルスを印加する。比較器２１の出力はハイレベルとなり、ロータ位置が２９０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、５回目の起動ステップＳＰ５で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、第３相（Ｗ相）から第１相（Ｕ相）に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、６回目の探索ステップＤＳ６および起動ステップＳＰ６と、７回目の探索ステップＤＳ７および起動ステップＳＰ７についても、同様に第３相（Ｗ相）から第１相（Ｕ相）に起動パルスを与える。
８回目の探索ステップＤＳ８は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力としてハイレベルを得られない。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した３５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、第３相（Ｗ相）から第１相（Ｕ相）に探索パルスを印加する。比較器２２の出力はローレベルとなり、ロータ位置が３５０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、８回目の起動ステップＳＰ８で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、第３相（Ｗ相）から第２相（Ｖ相）に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、９回目の探索ステップＤＳ９および起動ステップＳＰ９についても、同様に第３相（Ｗ相）から第２相（Ｖ相）に起動パルスを与える
１０回目の探索ステップＤＳ１０は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って１０回目の探索ステップＤＳ１０における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、第３相（Ｗ相）から第２相（Ｖ相）に探索パルスを印加する。比較器２１の出力はハイレベルとなり、ロータ位置が５０度付近にあると判定される。次に、準定常ステップＡＰ１として示すように、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオンすることにより、Ｕ相からＶ相にＰＷＭ制御に基づいて駆動電流を供給し、ロータの回転を加速する。
ここで、１回目の６０度正回転転流を確認した５回目の探索ステップＤＳ５、２回目の６０度正回転転流を確認した８回目の探索ステップＤＳ８を経て、１０回目の探索ステップＤＳ１０にて３回目の６０度正回転転流を確認した。これら３回の６０度の正回転転流をもって回転起動が成功したと判定すれば、準定常ステップＡＰ１の後は、逆起電圧モードにより、逆起電圧による位置検出に基づいて、通常の加速トルクを印加することができる。
図２９のステップＧ５０１においては、逆起電圧モードに入るかどうか、すなわち回転起動が成功したかどうかを判断する。図９の説明では、３回の６０度の正回転転流をもって、回転起動が成功したものと判定したが、３回以外の回数や、６０度以外の電気角、例えば８０度の電気角を含む複数回の正回転転流をもって、ロータの回転起動が成功したと判定してもよい。また、６０度や８０度の正回転転流の期間中に得られる回転速度が、所定値に達することをもって、回転起動が成功したと判定してもよい。
（第１の実施形態の変形例２）
第１の実施形態の変形例２では、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図１４は、２相通電において、Ｕ相巻線端子からＶ相巻線端子に探索パルスを印加した時、端子差電圧のロータ位置に対する特性を、探索パルスの電流レベルが異なる場合について示す波形図である。図１４において、縦軸は非通電相に発生する端子差電圧、横軸はロータ位置をそれぞれ表す。Ｍ３は、探索パルスの電流レベルが比較的高い場合の端子差電圧であり、Ｍ４は、探索パルスの電流レベルが比較的低い場合の端子差電圧である。各端子差電圧Ｍ３、Ｍ４について、Ｐ１Ｍ３、Ｐ１Ｍ４はそれぞれの最大値を表し、Ｐ２Ｍ３、Ｐ２Ｍ４はそれぞれの最小値を表し、Ｐ３Ｍ３、Ｐ３Ｍ４はそれぞれの極大値を表し、Ｐ４Ｍ３、Ｐ４Ｍ４はそれぞれの極大値を表し、Ｐ５Ｍ３、Ｐ５Ｍ４はそれぞれの極小値を表す。なお、極大値Ｐ３Ｍ４と極大値Ｐ４Ｍ４は、波形Ｍ４上の同一の点を表し、極大値Ｐ３Ｍ３と極大値Ｐ４Ｍ３は、波形Ｍ３上の同一の点を表す。
図１４において、極大値および極小値は、探索パルスを高めに設定した場合の方が、探索パルスを低めに設定した場合よりも小さいので、正の閾値Ｓ１２Ａおよび負の閾値Ｓ１２Ｂの絶対値の下限マージンを大きく確保できる。従って探索ステップにおいて、所定の探索パルス値をよく制御すれば、電流ゼロの巻線両端に現れる端子差電圧の極大値および極小値の大きさが減少し、ロータ位置をより正しく判定できる。
図１Ａにおいて、探索パルスがモータ１に印加される動作を説明する。探索パルスは、基本的には、選択した各高電位側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３と各低電位側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６とをオン状態にすることにより、巻線端子間に所定電圧を所定時間幅だけ印加することで与えられる。ＰＷＭ制御部１７は、パルス発生器１８からのオンパルスＳ１８により、セットされるＰＷＭ制御信号Ｓ１７を生成し、転流制御部１６に送る。転流制御部１６は、選択した探索通電相の探索角度範囲内にあるＰＷＭ制御信号Ｓ１７に基づいて、スイッチング素子をＰＷＭオン状態にする。探索パルスの印加によりモータ巻線に流れ始める探索パルス電流は、電流検出抵抗ＲＤで電圧に変換される。電流検出抵抗ＲＤの両端電圧は、増幅器１９を介して、電流検出信号Ｓ７として生成される。探索指令信号生成部９は、探索パルスの所定値を表す探索指令信号Ｓ９を生成する。比較部６は、電流検出信号Ｓ７と探索指令信号Ｓ９と比較し、電流検出信号Ｓ７の値が、探索指令信号Ｓ９の値に達した時点のタイミングで、オフパルスＳ６を生成する。ＰＷＭ制御信号Ｓ１７は、ＰＷＭ制御部１７において、オフパルスＳ６によりリセットされる。
一方、探索パルスの印加により、端子差電圧検出部１３には端子差電圧が現れる。その絶対値は、ロータ位置によっては所定の閾値を超えるまで大きくなる場合がある。端子差電圧検出部１３は、端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、各閾値超過信号Ｓ２１、Ｓ２２を生成し、転流制御部１６に送る。転流制御部１６は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１７のリセットされるタイミングで、各閾値超過信号Ｓ２１、Ｓ２２をラッチするとともに、探索パルスをＰＷＭオフ状態にする。
図１５は、上述した探索パルス電流値の設定の様子を示している。図１５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、電流検出信号Ｓ７として検出される探索パルス電流ＳＦ１５Ａ、閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２（ＳＦ１５Ｂとして図示）、および閾値超過信号ＳＦ１５Ｂをラッチした信号（ＳＦ１５Ｃとして図示）であり、探索パルス電流ＳＦ１５Ａが増加する場合を示している。探索パルス電流ＳＦ１５Ａが探索指令信号Ｓ９の値（Ｉｔｈとして図示）に達した時点８６で、オフパルスＳ６が生成される。オフパルスＳ６は、閾値超過信号ＳＦ１５Ｂをラッチするとともに、探索パルスをＰＷＭオフ状態にする。
図１４において、探索パルスは、上述したように、探索通電相の探索角度範囲内に印加される。端子差電圧の絶対値は、探索角度範囲内において、安定的に所定の閾値以上となる。端子差電圧が極大値や極小値などの極値となるロータ位置は、探索角度範囲の外側にある。したがって、極値におけるロータ位置の誤検出を、防止することができる。仮にロータ位置が図１４の０度付近の位置にあり、誤って探索パルス電流を流すとする。この場合、図１４の０度付近の各極大値Ｐ３Ｍ４、Ｐ３Ｍ３を誤検出し、探索パルス電流ＳＦ１５Ａの増加に伴って、閾値超過信号ＳＦ１５Ｂは、図１５（ｂ）のようにチャタリング状態８７を呈する。このように、閾値超過信号ＳＦ１５Ｂには、探索パルス電流ＳＦ１５Ａの大きさに依存して、チャタリング状態８７と、論理レベルの安定した安定状態８８とが
存在する。閾値超過信号ＳＦ１５Ｂが安定状態８８にある期間に含まれる時点８６で、閾値超過信号ＳＦ１５ＢをオフパルスＳ６でラッチすることにより、探索ステップの誤動作を防止することができる。
図１６は、サンプリングパルスを用いる別の構成による動作を示している。図１６（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、電流検出信号Ｓ７として検出される探索パルス電流ＳＦ１６Ａ、サンプリングパルスＳＦ１６Ｂ、および閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２をサンプリングパルスＳＦ１６Ｂでラッチした信号（ＳＦ１６Ｃとして図示）であり、探索パルス電流ＳＦ１６Ａが増加する場合を示している。サンプリングパルスＳＦ１６Ｂは、図１Ｂに示す転流制御部１６Ｂ内のタイマー３０により生成される。タイマー３０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１７がオンパルスＳ１８によりセットされる時点を始点として計時し、所定の遅延時間後、サンプリングパルスＳＦ１６Ｂを生成する。探索パルス電流ＳＦ１６Ａの形はほぼ一定であるため、サンプリングパルスＳＦ１６Ｂは、探索パルス電流ＳＦ１６Ａが一定値に達する時点で生成される。探索パルス電流ＳＦ１６Ａが探索指令信号Ｓ９の値（Ｉｔｈとして図示）に達した時点で、転流制御部１６Ｂは、サンプリングパルスＳＦ１６Ｂにより各閾値超過信号Ｓ２１、Ｓ２２をラッチするとともに、探索パルスをＰＷＭオフ状態にする。
ここで特に具体的に図示していないが、オフパルスＳ６（ＳＦ１６Ｂとして図示）を得る構成例を説明する。２つの比較回路において、探索指令信号Ｓ９（Ｉｔｈとして図示）を一方の比較回路における非反転入力端子に入力し、探索指令信号Ｓ９より若干低い所定の閾値電圧を他方の比較回路における反転入力端子に入力する。この２つの比較回路の他方の２つの入力端子に、探索パルス電流ＳＦ１６Ａを共通に入力する。２つの比較回路の出力を論理積回路に入力すれば、この論理積回路の出力は、探索パルス電流ＳＦ１６Ａが探索指令信号Ｓ９近傍を横切る時に発生するパルス状信号となる。このパルス状信号は、探索パルス電流ＳＦ１６Ａの増加時と減少時の２回発生するため、マスク回路により減少時のパルス状信号を出力禁止にすれば、オフパルスＳ６が得られる。
次に、図１６（ｄ）、（ｅ）は、電流検出信号Ｓ７として検出される探索パルス電流ＳＦ１６Ｄ、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅ、および閾値超過信号Ｓ２１またはＳ２２をラッチした信号（ＳＦ１６Ｆとして図示）であり、探索パルス電流ＳＦ１６Ｄが減少する場合を示している。サンプリングパルスＳＦ１６Ｅは、図１Ｂに示す転流制御部１６Ｂ内のタイマー３０により生成される。タイマー３０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１７がオンパルスＳ１８によりセットされる時点を始点として計時し、所定の遅延時間後、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅを生成する。探索パルス電流ＳＦ１６Ｄの形はほぼ一定であるため、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅは、探索パルス電流ＳＦ１６Ｄが一定値に達する時点で生成される。探索パルス電流ＳＦ１６Ｄが探索指令信号Ｓ９の値（Ｉｔｈとして図示）に達した時点で、転流制御部１６Ｂは、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅにより各閾値超過信号Ｓ２１、Ｓ２２をラッチする。
オフパルスＳ６としては、上述したＳＦ１６Ｂを同様に用いる。ここで特に具体的に図示していないが、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅを得る構成例を説明する。２つの比較回路において、探索指令信号Ｓ９（Ｉｔｈとして図示）を一方の比較回路における非反転入力端子に入力し、探索指令信号Ｓ９より若干低い所定の閾値電圧を他方の比較回路における反転入力端子に入力する。この２つの比較回路の他方の２つの入力端子に、探索パルス電流ＳＦ１６Ｄを共通に入力する。２つの比較回路の出力を論理積回路に入力すれば、この論理積回路の出力は、探索パルス電流ＳＦ１６Ｄが探索指令信号Ｓ９近傍を横切る時に発生するパルス状信号となる。このパルス状信号は、探索パルス電流ＳＦ１６Ｄの増加時と減少時の２回発生するため、マスク回路により増加時のパルス状信号を出力禁止にすれば、サンプリングパルスＳＦ１６Ｅが得られる。
（第１の実施形態の変形例３）
第１の実施形態の変形例３では、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
起動パルスは、ロータ位置の判定結果に基づいて、起動通電相に対して付与される。起動パルスの与え方について、図１７を用いて説明する。上述までの説明では、探索パルスおよび起動パルスは、図１７（ａ）に示すように、それぞれ１つのパルスからなるとした。しかし特に起動パルスを与える期間は長くなり、過大な電流上昇を伴う場合があり、信頼性上問題がある。そこで図１７（ｂ）に示すように、ＰＷＭ駆動をすることが可能である。起動指令信号生成部１０からの起動指令信号Ｓ１０に基づいて、電流ピーク値に達すればＰＷＭオフし、所定時間経過後に再度ＰＷＭオンする。これにより、ほぼ一定の電流レベルを保つことができ、信頼性を維持することができる。探索パルスについても、図１７（ｂ）に示すように電流値をＰＷＭ制御することも可能であり、ロータ位置の誤検出防止に効果がある。
以上では、探索パルス電流の大きさが増大傾向にある場合を基本に、説明した。次に、探索パルス電流の大きさが減少傾向にある場合にも、ロータ位置の検出は可能であることを説明する。
図１８は、探索パルス電流が増大する場合と減少する場合における端子差電圧の波形図である。ロータ位置を横軸として、Ｕ相端子からＶ相端子の方向に、探索パルスを印加する場合を示している。Ｍ５は、探索パルス電流が増大傾向にある場合の端子差電圧で、図３のＭ１に対応する。Ｍ６は、探索パルス電流が減少傾向にある場合の端子差電圧である。
端子差電圧は、インダクタンスと電流変化の積として検出されるので、ロータが同じ位置にある場合、電流増加時の端子差電圧Ｍ５と電流減少時の端子差電圧Ｍ６とは、逆極性になる。すなわち電流増加時の端子差電圧Ｍ５、および電流減少時の端子差電圧Ｍ６の閾値を設定する場合、同じロータ位置に対して、互いに逆極性の所定の閾値を設定すればよい。
例えば図１７（ｂ）において、ＰＷＭオン状態の後、ＰＷＭオフ状態になるが、ＰＷＭオン状態とＰＷＭオフ状態とで、極性が逆の端子差電圧を検出することができる。図５の説明において、ロータ位置が２３０度にあるとき、探索パルスをＶ相端子からＷ相端子方向に流した場合、電流が増加するＰＷＭオン期間では、比較器２２の出力はローレベルになる。しかし電流が減少するＰＷＭオフ期間では、比較器２１の出力はハイレベルになる。すなわち図５は、探索起動ステップにおいて、ＰＷＭオン期間における各状態を表しており、ＰＷＭオフ期間では、端子差電圧検出部１３の閾値の極性を、すべて反転したものとなる。このように、ＰＷＭオン期間とＰＷＭオフ期間の両方、またはいずれか一方を利用することで、さらに柔軟な構成にすることができる。
（第１の実施形態の変形例４）
第１の実施形態の変形例４では、起動ステップが探索ステップを兼用する場合について、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図１０は、図９における探索起動ステップを単純化して表した模式的タイミング図である。第１の実施形態の変形例４では、１回目の起動ステップＳＤ１で、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加する。２回目の探索ステップＤＳ２は行わず、１回目の起動ステップＳＤ１が２回目の探索ステップを兼用する。すなわち、１回目の起動ステップＳＤ１の際に中性点差検出部１３から得られた探索通電相を基に、２回目の起動ステップＳＤ２を行う。探索ステップ兼用の各起動ステップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３において、Ｗ相の端子差電圧は小さい。ロータ位置は、５０度付近、１１０度付近、１７０度付近、および２３０度付近のいずれかにあると考えられるが、ロータの転流は生じず、以前と同じ２３０度付近であると判断する。実際には、各起動ステップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３において、ロータは少しずつ正転していると思われ、この意味で、以前と同じ２３０度付近であると判断することは正しい。
次に、探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ４において、Ｗ相の端子差電圧は正の閾値Ｓ１２Ａ以上となり、ロータは２９０度付近に６０度正転転流したと判断する。５回目の探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ５および６回目の探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ６において、Ｗ相からＵ相に起動パルスを印加するが、ロータの転流は生じず、以前と同じ２９０度付近であると判断する。探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ７で、Ｖ相の端子差電圧は負の閾値Ｓ１２Ｂ以下となり、ロータは３５０度付近に６０度正転転流したと判断する。次に、探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ８で、Ｗ相からＶ相に起動パルスを印加するが。ロータの転流は生じない。最終的に、探索ステップ兼用の起動ステップＳＤ９によって、Ｕ相の端子差電圧は正の閾値Ｓ１２Ａ以上となり、ロータは５０度付近に６０度正転転流したと判断する。以上のように、３回目の６０度正転転流がＳＤ９により確認され、以後は逆起電圧モードに切り替わることになる。
以上の動作をフローチャートにして、図２８（ｂ）に示す。図２８（ｂ）においては、起動パルスが探索パルスを兼用する。すなわち、起動パルスの印加により、ロータに初期起動を与えるとともに、端子差電圧検出部１３にて端子差電圧を検出し、ロータ位置を確認する。このように、図２８（ｂ）のフローチャートでは、図２８（ａ）における探索パルスを印加するステップＧ４０２が、省略される。後続探索起動ステップＧ５１２終了以後は、ステップＧ４１５で、逆起電圧モードに入るかどうかを判断する。第１の実施形態の変形例２によれば、トルクに寄与しない探索パルスの変わりに起動パルスを利用するので、起動時の加速度を高めることができる。
図１１は、図１０における探索起動ステップを単純化して表した模式的タイミング図である。図１０では、ＳＤ１からＳＤ４の起動パルスの期間は、孤立したパルス波形列の期間となっているが、図１１では、ＳＤ１１からＳＤ１３の起動パルスの期間は、それぞれの電流波形が示すように、ピーク電流値を制御されたＰＷＭ駆動期間となっている。図１１（ｄ）の実線の矢印は、電流絶対値の増加期間を示すものである。ＳＤ１１における電流増加期間に現れる端子差電圧が、正の閾値以上の場合、ロータが２９０度の位置にあることを示す。同様に、ＳＤ１２およびＳＤ１３における電流増加期間に現れる端子差電圧が、負の閾値以下および正の閾値以上の場合、ロータが３５０度の位置および５０度の位置にあることを、それぞれ示す。
また図１１（ｄ）の点線の矢印は、電流絶対値の減少期間を示すものである。ＳＤ１１における電流減少期間に現れる端子差電圧が、負の閾値以下の場合、ロータが２９０度の位置あることを示す。同様に、ＳＤ１２およびＳＤ１３における電流減少期間に現れる端子差電圧が、正の閾値以上および負の閾値以下の場合、ロータが３５０度の位置および５０度の位置にあることを、それぞれ示す。電流増加期間に現れる端子差電圧および電流減少期間に現れる端子差電圧はいずれか、片方を利用してもよいし両方を利用してもよい。両方を利用する場合には、起動のためのトルク電流が連続しており、図１０の実施例よりも起動時の加速度を高めることが可能である。
以上の動作をフローチャートにして、図２８（ｂ）に示す。図２８（ｂ）においては、起動パルスが探索パルスを兼用する。すなわち、起動パルスの印加により、ロータに初期起動を与えるとともに、端子差電圧検出部１３にて端子差電圧を検出し、ロータ位置を確認する。このように、図２８（ｂ）のフローチャートでは、図２８（ａ）における探索パルスを印加するステップＧ４０２が、省略される。後続探索起動ステップＧ５１２終了以後は、ステップＧ４１５で、逆起電圧モードに入るかどうかを判断する。第１の実施形態の変形例２によれば、トルクに寄与しない探索パルスの変わりに起動パルスを利用するので、起動時の加速度を高めることができる。
（第１の実施形態の変形例５）
第１の実施形態の変形例５では、端子差電圧検出部１３の所定の閾値の設定について、さらに詳細に、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
端子差電圧検出部１３の適正な閾値レベル域は、モータによって変動するため、モータ毎に閾値を適正な値に調整する必要がある。閾値が高すぎれば、例えば図３（ａ）、（ｂ）のように、矢印で示した探索角度範囲が狭まるので、判定不能なロータ位置を生じてしまう。低すぎれば、極大値もしくは極小値を最大値もしくは最小値として、それぞれ誤判定する可能性がある。閾値を自動的に自己調整する場合には、初期閾値の絶対値を大きめに設定する。６種類の探索パルスを印加しても、端子差電圧検出部１３の出力がハイレベルでもローレベルでもない場合、すなわちロータ位置判定できない場合もある。この場合には、閾値を所定値低減した後に、再度探索ステップに戻したり、所定のキックパルス印加を印加して再度探索ステップに戻したりする。このように判定不能なロータ位置があっても、閾値レベルを更新することにより、判定不能なロータ位置を解消できる。例えば閾値設定部１２が不揮発メモリを備え、適正化された閾値を保持し、以後は迅速にロータ位置の探索を可能にすることができる。
この閾値レベル更新の過程は、図２５、図２６および図２７の探索再設定ステップに備えている。図２９は、図２５から図２８に示した探索ステップを備えたフローチャートであり、閾値の絶対値レベルの低減過程を加えている。更に閾値の可変の結果にも拘わらずロータ位置が検出できない場合、同期運転で起動する同期起動モードへのステップや、逆起電圧モードへの切替え過程を追加している。
図２８（ａ）、（ｂ）における「逆起電圧モードへの切替え条件」を図２９では「回転速度は所定値以上」であることとしている。また探索ステップＧ５０２には、探索通電相が６種類の図２５、図２６と、探索通電相が４種類の図２７が、例として示されている。探索ステップＧ５０２では、６種類、もしくは４種類の探索通電相について探索パルスを印加し、それでもなおロータ位置が判定できない場合には、探索再設定ステップＧ５０３に進む。
探索再設定ステップＧ５０３では、まずステップＧ５０４で、端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値が、下限値に達していないかどうかを判断する。未到達であれば、ステップＧ５０５で、閾値の絶対値は所定値だけ下げられ、探索ステップＧ５０２を再度繰り返す。端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値を所定値低下させたにもかかわらず、全種類の探索パルスの印加を経ても、なおロータ位置が判定できなければ、再度同様にして所定値ずつ端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値が下げられていく。端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値の低減過程は、ロータ位置が判定されなければ、端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値が下限値に達したと判定されるまでは、繰り返される。
次に、端子差電圧検出部１３の閾値の絶対値が下限値に達したと判定されれば、ロータ位置をずらすために、所定回数、キックパルスを印加する。その後再度、探索ステップＧ５０２に進む。この場合、探索再設定ステップＧ５０３を経て、再度、探索ステップＧ５０２に進む回数を、探索再設定カウンタでカウントする。所定の回数に達しない場合、再度、探索ステップＧ５０２に進む。所定の回数に達した場合、探索パルス印加によるロータ位置検出を中止し、所定の回転速度の回転磁界をステータに発生させ、モータ起動を行う同期起動モードに切替える。同期起動モードでは、起動速度が遅くなるが、ロータ位置が不明であっても、確実な起動を実現できる。
探索起動モードでは、端子差電圧検出部１３において、ロータ位置を検出し、ロータ位置の判定結果に基づいた起動パルスを印加し、回転速度が所定値に達するまで、探索ステップと起動ステップとを繰り返す。回転速度が所定値に達すれば、端子差電圧検出部１３と兼用した逆起電圧検出部１４の比較器における閾値の絶対値を、逆起電圧モードに適した所定値に切替えて、逆起電圧モードでの動作を行う。
（第１の実施形態の変形例６）
第１の実施形態の変形例６では、キックパルスについて、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図３０は、最近の３相ブラシレスモータ１Ｂについて、３相通電による端子差電圧の測定結果を表す波形図である。図３０の横軸は、電気角（度）を示し、縦軸は、疑似中性点電圧ＳＰＮを基準に非通電相に発生する端子差電圧を示している。図３０から明らかなように、３相ブラシレスモータ１Ｂにおいては、６カ所のロータ位置が判定できない判定不能角度範囲ＵＰが存在する。
このような場合に、キックパルスによりロータ位置をずらす動作を、探索起動モードに追加すると有効である。判定不能角度範囲ＵＰは、全電気角からみれば比較的狭い。このため、所定のロータ位置判定を行い、ロータ位置判定できない場合に所定のキックパルスを印加する。ロータを現状の位置から若干変位させることにより、以後はロータ位置判定が可能になる。この場合、キックパルスは、複数のパルスを１組として、その内の少なくとも１つのパルスで、必ず所定値以上のトルクが印加されるようにする。例えば、互いに９０度位相が異なる２種類のパルスを印加すれば、最大トルクを１としたときに少なくとも０．７１のトルクを印加できる。互いに６０度または１２０度位相が異なる３種類のパルスを印加すれば、最大トルクを１としたときに少なくとも０．８７のトルクを印加できる。互いに６０度または１２０度位相が異なる２種類のパルスを印加すれば、最大トルクを１としたときに少なくとも０．５０のトルクを印加できる。互いに６０度または１２０度位相が異なるパルスの組合せは、図１Ａの３つの相巻線端子のうち、任意に選んだ２つの端子間に、電流パルスを印加する組合せで用意できる。９０度位相が異なるパルスは、１回は３つの相巻線端子のうち、任意に選んだ２つの端子間に電流パルスを印加するとともに、２回目は上述２端子を束ねたものと残る１端子との間に電流パルスを印加すれば用意できる。このキックパルス印加の過程は、図２９に示すようにフローチャートに挿入される。また、３つの相巻線に対するキックパルスの通電は、２相通電でも、３相通電でも両方適用できるのは明らかである。
図１２は、キックパルスを含む探索パルスと起動パルスの印加の様子を、模式的に示す。図１２では、１回目の探索ステップでロータ位置が判定できない場合、６０度位相の異なる２相通電のキックパルスを３回挿入する。２回目の探索ステップで、再度１回目と同様の順番で探索ステップを行い、ロータ位置が判明する。ただし既述したように、３回目以降の探索ステップにおいて、１回目の探索パルスは、前回の探索ステップにおいてロータ位置判定できた探索通電相を用い、これが外れた場合、２回目の探索パルスには、ロータが６０度正回転した探索通電相を用いる。図１２において、横軸は時間軸であり、図１２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれＵ相巻線電流、Ｖ相巻線電流、およびＷ相巻線電流を示している。
図１２（ｄ）は、図５の起動通電相系列に対応する、比較器２１および比較器２２の出力結果であり、図１２（ｅ）は、ロータ位置の判定結果である。図１２（ｄ）における正、負、および０は、比較器２１の出力がハイレベルであること、比較器２２の出力がローレベルであること、および比較器２１の出力がハイレベルでなく比較器２２の出力がローレベルでないこと、をそれぞれ示す。図１２（ｅ）における２３０、２９０、３５０、および５０は、ロータ位置の判定結果が２３０度付近、２９０度付近、３５０度付近、および５０度付近、であることをそれぞれ示す。
図１２では、１回目の探索ステップに、探索パルスを６回印加可能な図２６の探索ステップを適用する。１回目の探索ステップ以降には、図２８（ａ）の後続探索起動ステップを適用する。
図１２において、ＤＳ１は、１回目の探索ステップである。図５における６種類の探索通電相について、状態Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の順番で、図２５のフローチャートに基づいて、探索パルスを印加する。図１２では、６種類の探索通電相の全部に対して探索パルスを印加したが、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できなかった。
次に、ロータ位置をわずかずらすため、２相通電でＰＷＭ駆動制御され、６０度位相が異なるキックパルスを、ＫＰ１、ＫＰ２、ＫＰ３の順に計３回印加する。
キックパルスＫＰ１では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｕ相からＶ相にキックパルス電流を流す。キックパルスＫＰ２では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ６をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｕ相からＷ相にキックパルス電流を流す。キックパルスＫＰ３では、スイッチング素子Ｑ２およびＱ６をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｖ相からＷ相にキックパルス電流を流す。このように、３回のキックパルスにより、ロータ位置をわずかにずらしている。
２回目の探索ステップＤＳ２では、再度１回目の探索パルスＤＳ１と同様に、探索パルスを印加する。１回目および２回目では、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できない。３回目に、スイッチング素子Ｑ２およびＱ６をオンすることにより、Ｖ相からＷ相に探索パルスを印加する。比較器２２の出力がローレベルとなり、閾値超過信号Ｓ２２が転流制御部１６に送られる。ロータ位置が２３０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、ＳＰ１に示す１回目の起動ステップで、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
３回目の探索ステップＤＳ３では、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。起動時は一般的に回転速度が低いため、転流を生じる頻度は、ロータ位置の探索回数に比べて十分に低い。ＤＳ３では、再び比較器２２の出力がローレベルとなり、このときの探索通電相を保存する。次に、２回目の起動ステップＳＰ２で、起動ステップＳＰ１と同様に、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。４回目の探索ステップＤＳ４および３回目の起動ステップＳＰ３についても、同様にＶ相からＵ相に起動パルスを与える。
５回目の探索ステップＤＳ５は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って５回目の探索ステップＤＳ５における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した２９０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２１の出力はハイレベルとなり、ロータ位置が２９０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、４回目の起動ステップＳＰ４で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、６回目の探索ステップＤＳ６および５回目の起動ステップＳＰ５についても、同様にＷ相からＵ相に起動パルスを与える。
７回目の探索ステップＤＳ７は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力としてハイレベルを得られない。従って７回目の探索ステップＤＳ７における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した３５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２２の出力はローレベルとなり、ロータ位置が３５０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、６回目の起動ステップＳＰ６で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、Ｗ相からＶ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
８回目の探索ステップＤＳ８は、２回の探索パルスからなる。１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、Ｗ相からＶ相に探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力は、ハイレベルとなる。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した５０度付近にあると判定される。次に、準定常ステップＡＰ１として示すように、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオンすることにより、Ｕ相からＶ相にＰＷＭ制御に基づいて駆動電流を供給し、ロータの回転を加速する。
ここで、１回目の６０度正回転転流を確認した５回目の探索ステップＤＳ５、２回目の６０度正回転転流を確認した７回目の探索ステップＤＳ７を経て、８回目の探索ステップＤＳ８にて３回目の６０度正回転転流を確認した。これら３回の６０度の正回転転流をもって回転起動が成功したと判定すれば、準定常ステップＡＰ１の後は、逆起電圧モードにより、逆起電圧による位置検出に基づいて、通常の加速トルクを印加することができる。
以上の説明では、３回の６０度の正回転転流をもって、回転起動が成功したものと判定したが、３回以外の回数や、６０度以外の電気角の正回転転流をもって、ロータの回転起動が成功したと判定してもよい。また、３回の６０度の正回転転流の期間中に得られる回転速度が、所定値に達することをもって、回転起動が成功したと判定してもよい。
また探索起動モードから逆起電圧モードに変化した直後に加速トルクを印加するため、電流プロファイルを形成し、逆起電圧のゼロクロスを検出する電流ゼロ期間を設ける必要がある。この電流ゼロ期間は、探索起動モードにおける６０度毎の転流周期に基づいて、予め逆起電圧のゼロクロスが予測されるタイミングで設定される。
（第１の実施形態の変形例７）
第１の実施形態の変形例７では、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
起動パルスは、ロータ位置の判定結果に基づいて、起動通電相に対して付与される。起動パルスの与え方について、図１７を用いて説明する。上述までの説明では、探索パルスおよび起動パルスは、図１７（ａ）に示すように、それぞれ１つのパルスからなるとした。しかし特に起動パルスを与える期間は長くなり、過大な電流上昇を伴う場合があり、信頼性上問題がある。そこで図１７（ｂ）に示すように、ＰＷＭ駆動をすることが可能である。起動指令信号生成部１０からの起動指令信号Ｓ１０に基づいて、電流ピーク値に達すればＰＷＭオフし、所定時間経過後に再度ＰＷＭオンする。これにより、ほぼ一定の電流レベルを保つことができ、信頼性を維持することができる。探索パルスについても、図１７（ａ）に示すように電流値をＰＷＭ制御することも可能であり、ロータ位置の誤検出防止に効果がある。
以上では、探索パルス電流の大きさが増大傾向にある場合を基本に、説明した。次に、探索パルス電流の大きさが減少傾向にある場合にも、ロータ位置の検出は可能であることを説明する。
図１８は、２相通電において、探索パルス電流が増大する場合と減少する場合における端子差電圧の波形図である。ロータ位置を横軸として、Ｕ相端子からＶ相端子の方向に、探索パルスを印加する場合を示している。Ｍ５は、探索パルス電流が増大傾向にある場合の端子差電圧である。Ｍ６は、探索パルス電流が減少傾向にある場合の端子差電圧である。
端子差電圧は、インダクタンスと電流変化の積として検出されるので、ロータが同じ位置にある場合、電流増加時の端子差電圧Ｍ５と電流減少時の端子差電圧Ｍ６とは、逆極性になる。すなわち電流増加時の端子差電圧Ｍ５、および電流減少時の端子差電圧Ｍ６の閾値を設定する場合、同じロータ位置に対して、互いに逆極性の所定の閾値を設定すればよい。
例えば図１７（ｂ）において、ＰＷＭオン状態の後、ＰＷＭオフ状態になるが、ＰＷＭオン状態とＰＷＭオフ状態とで、極性が逆の端子差電圧を検出することができる。図５の説明において、ロータ位置が２３０度にあるとき、探索パルスをＶ相端子からＷ相端子方向に流した場合、電流が増加するＰＷＭオン期間では、比較器２２の出力はローレベルになる。しかし電流が減少するＰＷＭオフ期間では、比較器２１の出力はハイレベルになる。すなわち図５は、探索起動ステップにおいて、ＰＷＭオン期間における各状態を表しており、ＰＷＭオフ期間では、端子差電圧検出部１３の閾値の極性を、すべて反転したものとなる。このように、ＰＷＭオン期間とＰＷＭオフ期間の両方、またはいずれか一方を利用することで、さらに柔軟な構成にすることができる。
図１３は、以上のようにＰＷＭオフ状態も利用する例であり、キックパルスを含む探索パルスと起動パルスの印加の様子を、模式的に示している。図１３では、１回目の探索ステップでロータ位置が判定できない場合、２回目の探索ステップとして、６０度位相の異なる２相通電のキックパルスを３回挿入する。すなわち２回目の探索ステップで、探索パルス機能を兼用したキックパルスを印加し、ロータを若干移動させるとともに、端子差電圧検出部１３によりロータ位置を探索する。その結果、３回目のキックパルスで、ロータ位置が判明する。ただし既述したように、３回目以降の探索ステップにおいて、１回目の探索パルスは、前回の探索ステップにおいてロータ位置判定できた探索通電相を用い、これが外れた場合、２回目の探索パルスには、ロータが６０度正回転した探索通電相を用いる。図１３において、横軸は時間軸であり、図１３（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれＵ相巻線電流、Ｖ相巻線電流、およびＷ相巻線電流を示している。
図１３（ｄ）は、図５の起動通電相系列に対応する、比較器２１および比較器２２の出力結果であり、図１３（ｅ）は、ロータ位置の判定結果である。図１３（ｄ）における正、負、および０は、比較器２１の出力がハイレベルであること、比較器２２の出力がローレベルであること、および比較器２１の出力がハイレベルでなく比較器２２の出力がローレベルでないこと、をそれぞれ示す。図１３（ｅ）における２３０、２９０、３５０、および５０は、ロータ位置の判定結果が２３０度付近、２９０度付近、３５０度付近、および５０度付近、であることをそれぞれ示す。
図１３では、１回目の探索ステップに、探索パルスを６回印加可能な図２５の探索ステップを適用する。１回目の探索ステップ以降には、図２８（ａ）の後続探索起動ステップを適用する。
図１３において、ＤＳ１は、１回目の探索ステップである。図５における６種類の探索通電相について、状態Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６の順番で、図２６のフローチャートに基づいて、探索パルスを印加する。図１３では、６種類の探索通電相の全部に対して探索パルスを印加したが、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できなかった。
次に、２回目の探索ステップＤＳ２において、ロータ位置をわずかずらすため、２相通電でＰＷＭ駆動制御され、６０度位相が異なるキックパルスを、ＫＰ１、ＫＰ２、ＫＰ３の順に計３回印加し、同時にロータ位置を探索する。
キックパルスＫＰ１では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｕ相からＶ相にキックパルス電流を流す。キックパルスＫＰ２では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ６をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｕ相からＷ相にキックパルス電流を流す。キックパルスＫＰ３では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ６をオン、オフするＰＷＭ駆動制御により、Ｕ相からＷ相にキックパルス電流を流す。このように、３回のキックパルスにより、ロータ位置をわずかにずらしている。
１回目のキックパルスＫＰ１および２回目のキックパルスＫＰ２では、端子差電圧検出部１３は、ロータ位置を検出できない。３回目のキックパルスＫＰ３で、比較器２２の出力がローレベルとなり、閾値超過信号Ｓ２２が転流制御部１６に送られる。ロータ位置が２３０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、ＳＰ１に示す１回目の起動ステップで、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
３回目の探索ステップＤＳ３では、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。起動時は一般的に回転速度が低いため、転流を生じる頻度は、ロータ位置の探索回数に比べて十分に低い。ＤＳ３では、再び比較器２２の出力がローレベルとなり、このときの探索通電相を保存する。次に、２回目の起動ステップＳＰ２で、起動ステップＳＰ１と同様に、Ｖ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。４回目の探索ステップＤＳ４および３回目の起動ステップＳＰ３についても、同様にＶ相からＵ相に起動パルスを与える。
５回目の探索ステップＤＳ５は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って５回目の探索ステップＤＳ５における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した２９０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ２およびＱ４をオンすることにより、Ｖ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２１の出力はハイレベルとなり、ロータ位置が２９０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、４回目の起動ステップＳＰ４で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。以降、６回目の探索ステップＤＳ６および５回目の起動ステップＳＰ５についても、同様にＷ相からＵ相に起動パルスを与える。
７回目の探索ステップＤＳ７は、２回の探索パルスからなる。このうち１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力としてハイレベルを得られない。従って７回目の探索ステップＤＳ７における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した３５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４をオンすることにより、Ｗ相からＵ相に探索パルスを印加する。比較器２２の出力はローレベルとなり、ロータ位置が３５０度付近にあると判定され、このときの探索通電相を保存する。次に、６回目の起動ステップＳＰ６で、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、Ｗ相からＶ相に起動パルスを印加し、ロータに好適な起動トルクを与える。
８回目の探索ステップＤＳ８は、２回の探索パルスからなる。１回目の探索パルスは、前回保存した探索通電相で探索パルスを印加する。このとき比較器２２の出力としてローレベルを得られない。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した５０度付近にあると想定して、スイッチング素子Ｑ３およびＱ５をオンすることにより、Ｗ相からＶ相に探索パルスを印加する。このとき比較器２１の出力は、ハイレベルとなる。従って８回目の探索ステップＤＳ８における２回目の探索パルスとして、電気角６０度だけロータが回転した５０度付近にあると判定される。次に、準定常ステップＡＰ１として示すように、スイッチング素子Ｑ１およびＱ５をオンすることにより、Ｕ相からＶ相にＰＷＭ制御に基づいて駆動電流を供給し、ロータの回転を加速する。
ここで、１回目の６０度正回転転流を確認した５回目の探索ステップＤＳ５、２回目の６０度正回転転流を確認した７回目の探索ステップＤＳ７を経て、８回目の探索ステップＤＳ８にて３回目の６０度正回転転流を確認した。これら３回の６０度の正回転転流をもって回転起動が成功したと判定すれば、準定常ステップＡＰ１の後は、逆起電圧モードにより、逆起電圧による位置検出に基づいて、通常の加速トルクを印加することができる。
以上の説明では、３回の６０度の正回転転流をもって、回転起動が成功したものと判定したが、３回以外の回数や、６０度以外の電気角の正回転転流をもって、ロータの回転起動が成功したと判定してもよい。また、３回の６０度の正回転転流の期間中に得られる回転速度が、所定値に達することをもって、回転起動が成功したと判定してもよい。
また探索起動モードから逆起電圧モードに変化した直後に加速トルクを印加するため、電流プロファイルを形成し、逆起電圧のゼロクロスを検出する電流ゼロ期間を設ける必要がある。この電流ゼロ期間は、探索起動モードにおける６０度毎の転流周期に基づいて、予め逆起電圧のゼロクロスが予測されるタイミングで設定される。
第１の実施形態の変形例７では、キックパルスをＰＷＭ駆動制御し、その間も探索ステップを実施することで、ロータ位置をずらす動作とロータ位置の探索を同時にすることできる。これにより、早くロータ位置を探索することでき、通常の探索ステップへの復帰が早くなる。また、キックパルスによる逆転等の動作を最小限に短縮し、迅速で確実なモータ起動を提供可能とする。
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図３１は、第２の実施形態における回路構成を示すブロック図である。図３１は、図１Ａにおける端子差電圧検出部１３と逆起電圧検出部１４とを１つにした構成とし、モータ電圧検出部４０とする。モータ電圧検出部４０は、第１の実施形態における端子差電圧検出部１３と逆起電圧検出部１４の両方の動作を実行し、両方の効果を有する。
転流制御部１６Ａは、２相通電における非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第３相選択部４１に送る。第３相選択部４１には、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷ、中性点電圧ＳＣＮ、および擬似中性点電圧ＳＰＮが入力される。第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの少なくとも１つと、中性点電圧ＳＣＮおよび擬似中性点電圧ＳＰＮのうちのいずれか１つとを選択し、各比較器４２、４３に送る。
転流制御部１６Ａは、モータ電圧検出部４０における２つの各所定の閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅを制御する閾値制御信号Ｓ１６Ｅを、閾値設定部１２Ａに出力する。閾値設定部１２Ａは、閾値制御信号Ｓ１６Ｅに基づいて、比較器４２に所定の正の閾値Ｓ１２Ｄを与え、比較器４３に所定の負の閾値Ｓ１２Ｅを与える。ここで、正の閾値Ｓ１２Ｄおよび負の閾値Ｓ１２Ｅのそれぞれの絶対値は、本発明の実施形態では簡単化のため等しいとするが、異なってもよい。なお、モータ電圧検出部４０を１つの比較器により構成し、閾値設定部１２Ａは、モータ電圧検出部４０に正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを与え、モータ電圧検出部４０は、与えられた正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを適宜切替えて使用するようにしてもよい。また、閾値設定部１２Ａは、正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを時分割的に１系統化し、モータ電圧検出部４０に１系統で送るようにしてもよい。
このように、第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、中性点電圧ＳＣＮと擬似中性点電圧ＳＰＮとの切替えを行い、探索起動モードの場合、擬似中性点電圧ＳＰＮを選択し、逆起電圧モードの場合、中性点電圧ＳＣＮを選択する。また非通電相の各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷは、図１Ａのように第１相選択部２４と第２相選択部２０の２カ所ではなく、第３相選択部４１の１カ所にまとめて入力される。さらに、比較器は、図１Ａにおける３個に対して、２個に減らすことができる。そしてさらに、起動探索通電相系列として、たとえばＦＡ系列を選択し、比較器に与える正の閾値と負の閾値を適時切り換えることにより、比較器は１個に減らすことができる。
以上のように、第２の実施形態の構成において、モータ電圧検出部４０は、停止から起動直後の極低速回転状態まで、探索起動モードとして動作する。探索起動モードでは、探索ステップと起動ステップとが交互に繰り返されることにより、起動および加速が行われる。探索ステップでは、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小の大きさで探索パルスが印加され、ロータ位置が検出される。起動ステップでは、ロータ位置の判明後、好適なステータ相に起動パルスが印加され、起動トルクが与えられる。探索起動モードにおいて、逆起電圧を安定に検出し、転流制御できる通常回転状態に達すると、探索起動モードから逆起電圧モードに移行し、モータ電圧検出部４０は、逆起電圧モードとして動作する。
図３１におけるモータ電圧検出部４０の具体例を、図３２に示す。まず図３１、図３２（ａ）を参照して、モータ電圧検出部４０の構成および動作を説明する。探索起動モードにおいて、駆動部２は、２相通電による探索パルス電流をモータ１に流す。転流制御部１６Ａは、非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第３相選択部４１に送る。第３相選択部４１には、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、およびＷ相モータ端子電圧ＳＷも入力される。第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの非通電相のモータ端子電圧と、擬似中性点電圧ＳＰＮとを選択し、各比較器４２、４３に送る。
各比較器４２、４３の非反転入力端子には、第３相選択部４１により選択されたモータ端子電圧が入力され、反転入力端子には、疑似中性点電圧ＳＰＮが入力される。比較器４２は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、閾値超過信号Ｓ４２を生成し、転流制御部１６Ａに送る。比較器４３は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｅ以下の場合、閾値超過信号Ｓ４３を生成し、転流制御部１６Ａに送る。このようにモータ電圧検出部４０は、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ４２またはＳ４３を生成し、転流制御部１６Ａに送る。
なお、モータ電圧検出部４０を１つの比較器により構成し、閾値設定部１２Ａは、モータ電圧検出部４０に正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを与え、モータ電圧検出部４０は、与えられた正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを適宜切替えて使用するようにしてもよい。また、閾値設定部１２Ａは、正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを時分割的に１系統化し、モータ電圧検出部４０に１系統で送るようにしてもよい。
次に逆起電圧モードにおいて、転流制御部１６Ａは、逆起電圧のゼロクロスが予測されるタイミングを表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第３相選択部４１に送る。第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの非通電相のモータ端子電圧と、中性点電圧ＳＣＮとを選択し、比較器４２に送る。
比較器４２の非反転入力端子には、第３相選択部４１により選択されたモータ端子電圧が入力され、反転入力端子には、中性点電圧ＳＣＮが入力される。比較器４２は、選択されたモータ端子電圧と中性点電圧ＳＣＮとの差の絶対値が閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、ロータ位相信号Ｓ４２を生成し、転流制御部１６Ａに送る。転流制御部１６Ａは、ロータ位相信号Ｓ４２に基づいて、正確な転流タイミングの制御を継続的に維持する。所定の閾値Ｓ１２Ｄは、探索起動モードの場合よりも、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。なお、比較器４２、４３は、それぞれ第３比較器４２、４３とも呼ぶ。
次に図３１、図３２（ｂ）を参照して、図３２（ａ）とは異なる点を中心に、モータ電圧検出部４０の構成および動作を説明する。各比較器４２Ｕ、４３Ｕの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＵが入力され、各比較器４２Ｖ、４３Ｖの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＶが入力され、各比較器４２Ｗ、４３Ｗの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＷが入力される。探索起動モードにおいて、第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、擬似中性点電圧ＳＰＮを選択し、各比較器４２Ｕ、４３Ｕ、４２Ｖ、４３Ｖ、４２Ｗ、４３Ｗの反転入力端子に入力する。
比較器４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、閾値超過信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。比較器４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｅ以下の場合、閾値超過信号Ｓ４３Ｕ、Ｓ４３Ｖ、Ｓ４３Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。このようにモータ電圧検出部４０は、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、各閾値超過信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２ＷまたはＳ４３Ｕ、Ｓ４３Ｖ、Ｓ４３Ｗを生成し、転流制御部１６Ａに送る。
次に逆起電圧モードにおいて、第３相選択部４１は、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、中性点電圧ＳＣＮを選択し、各比較器４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗの反転入力端子に入力する。比較器４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと中性点電圧ＳＣＮとの差の絶対値が閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、ロータ位相信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。転流制御部１６Ａは、逆起電圧のゼロクロスが予測される相のロータ位相信号を選択し、正確な転流タイミングの制御を継続的に行う。所定の閾値Ｓ１２Ｄは、探索起動モードの場合よりも、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。なお、比較器４２Ｕ、４３Ｕ、４２Ｖ、４３Ｖ、４２Ｗ、４３Ｗは、それぞれ第３比較器４２Ｕ、４３Ｕ、４２Ｖ、４３Ｖ、４２Ｗ、４３Ｗとも呼ぶ。
以上のように、第２の実施形態においては、端子差電圧検出部１３と逆起電圧検出部１４とを１つにし、モータ電圧検出部４０とすることにより、比較器や相選択部を兼用することができ、簡易な構成で同等の効果が得られる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
図３３は、第３の実施形態における回路構成を示すブロック図である。図３３は、図３１のモータ電圧検出部４０における第３相選択部４１において、中性点電圧ＳＣＮの入力を用いない構成とし、第４相選択部４１Ａとする。
転流制御部１６Ａは、２相通電における非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第４相選択部４１Ａに送る。第４相選択部４１Ａには、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、Ｗ相モータ端子電圧ＳＷ、および擬似中性点電圧ＳＰＮが入力される。第４相選択部４１Ａは、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの少なくとも１つを選択し、擬似中性点電圧ＳＰＮとともに各比較器４２、４３に送る。
転流制御部１６Ａは、モータ電圧検出部４０Ａにおける２つの各所定の閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅを制御する閾値制御信号Ｓ１６Ｅを、閾値設定部１２Ａに出力する。閾値設定部１２Ａは、閾値制御信号Ｓ１６Ｅに基づいて、比較器４２に所定の正の閾値Ｓ１２Ｄを与え、比較器４３に所定の負の閾値Ｓ１２Ｅを与える。ここで、正の閾値Ｓ１２Ｄおよび負の閾値Ｓ１２Ｅのそれぞれの絶対値は、本発明の実施形態では簡単化のため等しいとするが、異なってもよい。なお、モータ電圧検出部４０Ａを１つの比較器により構成し、閾値設定部１２Ａは、モータ電圧検出部４０Ａに正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを与え、モータ電圧検出部４０Ａは、与えられた正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを適宜切替えて使用するようにしてもよい。また、閾値設定部１２Ａは、正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを時分割的に１系統化し、モータ電圧検出部４０Ａに１系統で送るようにしてもよい。
このように、非通電相の各モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷは、図１Ａのように第１相選択部２４と第２相選択部２０の２カ所ではなく、第４相選択部４１Ａの１カ所にまとめて入力される。さらに、比較器は、図１Ａにおける３個に対して、２個に減らすことができる。そしてさらに、起動探索通電相系列として、たとえばＦＡ系列を選択し、比較器に与える正の閾値と負の閾値を適時切り換えることにより、比較器は１個に減らすことができる。
以上のように、第３の実施形態の構成において、モータ電圧検出部４０Ａは、停止から起動直後の極低速回転状態まで、探索起動モードとして動作する。探索起動モードでは、探索ステップと起動ステップとが交互に繰り返されることにより、起動および加速が行われる。探索ステップでは、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小の大きさで探索パルスが印加され、ロータ位置が検出される。起動ステップでは、ロータ位置の判明後、好適なステータ相に起動パルスが印加され、起動トルクが与えられる。探索起動モードにおいて、端子差電圧を安定に検出し、転流制御が可能な通常回転状態に達すると、探索起動モードから逆起電圧モードに移行し、モータ電圧検出部４０Ａは、逆起電圧モードとして動作する。
図３３におけるモータ電圧検出部４０Ａの具体例を、図３４に示す。まず図３３、図３４（ａ）を参照して、モータ電圧検出部４０Ａの構成および動作を説明する。探索起動モードにおいて、駆動部２は、２相通電による探索パルス電流をモータ１に流す。転流制御部１６Ａは、非通電相を表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第４相選択部４１Ａに送る。第４相選択部４１Ａには、Ｕ相モータ端子電圧ＳＵ、Ｖ相モータ端子電圧ＳＶ、およびＷ相モータ端子電圧ＳＷも入力される。第４相選択部４１Ａは、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの非通電相のモータ端子電圧を選択し、擬似中性点電圧ＳＰＮとともに各比較器４２、４３に送る。
各比較器４２、４３の非反転入力端子には、第４相選択部４１Ａにより選択されたモータ端子電圧が入力され、反転入力端子には、疑似中性点電圧ＳＰＮが入力される。比較器４２は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、閾値超過信号Ｓ４２を生成し、転流制御部１６Ａに送る。比較器４３は、選択されたモータ端子電圧と疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｅ以下の場合、閾値超過信号Ｓ４３を生成し、転流制御部１６Ａに送る。このようにモータ電圧検出部４０Ａは、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、閾値超過信号Ｓ４２またはＳ４３を生成し、転流制御部１６Ａに送る。
なお、モータ電圧検出部４０Ａを１つの比較器により構成し、閾値設定部１２Ａは、モータ電圧検出部４０Ａに正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを与え、モータ電圧検出部４０Ａは、与えられた正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを適宜切替えて使用するようにしてもよい。また、閾値設定部１２Ａは、正の閾値Ｓ１２Ｄと負の閾値Ｓ１２Ｅを時分割的に１系統化し、モータ電圧検出部４０Ａに１系統で送るようにしてもよい。
次に逆起電圧モードにおいて、転流制御部１６Ａは、逆起電圧のゼロクロスが予測されるタイミングを表す相選択信号Ｓ１６Ｈを生成し、第４相選択部４１Ａに送る。第４相選択部４１Ａは、相選択信号Ｓ１６Ｈに基づいて、各相モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷのうちの非通電相のモータ端子電圧を選択し、擬似中性点電圧ＳＰＮとともに比較器４２に送る。
比較器４２の非反転入力端子には、第４相選択部４１Ａにより選択されたモータ端子電圧が入力され、反転入力端子には、擬似中性点電圧ＳＰＮが入力される。比較器４２は、選択されたモータ端子電圧と擬似中性点電圧ＳＰＮとの差の絶対値が閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、ロータ位相信号Ｓ４２を生成し、転流制御部１６Ａに送る。転流制御部１６Ａは、ロータ位相信号Ｓ４２に基づいて、正確な転流タイミングの制御を継続的に維持する。所定の閾値Ｓ１２Ｄは、探索起動モードの場合よりも、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。
次に図３３、図３４（ｂ）を参照して、図３４（ａ）とは異なる点を中心に、モータ電圧検出部４０Ａの構成および動作を説明する。各比較器４２Ｕ、４３Ｕの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＵが入力され、各比較器４２Ｖ、４３Ｖの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＶが入力され、各比較器４２Ｗ、４３Ｗの非反転入力端子にはモータ端子電圧ＳＷが入力される。各比較器４２Ｕ、４３Ｕ、４２Ｖ、４３Ｖ、４２Ｗ、４３Ｗの反転入力端子には、擬似中性点電圧ＳＰＮが入力される。
探索起動モードにおいて、比較器４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、正の閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、閾値超過信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。比較器４３Ｕ、４３Ｖ、４３Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差が、負の閾値Ｓ１２Ｅ以下の場合、閾値超過信号Ｓ４３Ｕ、Ｓ４３Ｖ、Ｓ４３Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。このようにモータ電圧検出部４０Ａは、端子差電圧と所定の各閾値Ｓ１２Ｄ、Ｓ１２Ｅとの差の極性が、端子差電圧の極性と一致する場合、各閾値超過信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２ＷまたはＳ４３Ｕ、Ｓ４３Ｖ、Ｓ４３Ｗを生成し、転流制御部１６Ａに送る。
次に逆起電圧モードにおいて、比較器４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗは、モータ端子電圧ＳＵ、ＳＶ、ＳＷと疑似中性点電圧ＳＰＮとの差の絶対値が閾値Ｓ１２Ｄ以上の場合、ロータ位相信号Ｓ４２Ｕ、Ｓ４２Ｖ、Ｓ４２Ｗをそれぞれ生成し、転流制御部１６Ａに送る。転流制御部１６Ａは、逆起電圧のゼロクロスが予測される相のロータ位相信号を選択し、正確な転流タイミングの制御を継続的に行う。所定の閾値Ｓ１２Ｄは、探索起動モードの場合よりも、その絶対値を小さくするか、もしくはゼロに設定される。
以上のように、第３の実施形態においては、探索起動モードでモータに初期加速を与え、適切な回転数にするため、モータの非通電相に発生する逆起電圧は比較的大きくなる。このため、探索起動モードから逆起電圧モードにスムーズに切り替わり、モータの起動は迅速かつ確実に行なうことが可能になる。このように、モータ電圧検出部４０Ａへの中性点電圧ＳＣＮの入力を省略することにより、中性点電圧ＳＣＮを出力する端子が無いモータにも本発明を適用することができるようになる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、本発明のモータ駆動装置をディスク駆動装置に応用することについて、上述の第１の実施形態と異なる点を中心に、説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等である。
信頼性やコスト増や耐環境性の面で、ロータ位置センサを要しないセンサレス駆動技術は、種々の分野で採用されている。本発明は、このようなセンサレス駆動技術が適用できる分野で、用いることができる。ディスク駆動装置は、その一つである。ディスク駆動装置には、ハードディスク駆動装置や光ディスク駆動装置などがある。第４の実施形態では、図３５に示すような光ディスク駆動装置を用いた構成を説明する。
図３５において、光ピックアップ１３０は光ディスク１００に光ビームを照射し、その反射光よりディスク上の情報を電気信号として再生信号処理回路１４０に出力する。再生信号処理回路１４０にて振幅補正された再生信号は、再生信号復調回路１５０にて復調され、光ディスク１００に記録された情報が再生される。サーボ回路５２０は、マイコン５１０にて指令された回転速度にて光ディスク１００が回転するように、ディスクモータドライブ回路１２０を介してディスクモータ１１０の回転を制御する。再生信号処理回路１４０は、光ビーム焦点のフォーカス方向の誤差信号であるフォーカス誤差信号と、光ビーム焦点のトラッキング方向の誤差信号であるトラッキング誤差信号を作成する。サーボ回路５２０は、再生信号処理回路１４０にて作成されたフォーカス誤差信号に基づいて、光ビーム焦点が光ディスク１００の記録面と一致するように、フォーカスドライブ回路２２０とフォーカスアクチュエータ２１０を介して、光ビーム焦点をフォーカス方向に制御する、いわゆるフォーカスサーボを行う。またサーボ回路５２０は、トラッキング誤差信号に基づいて、光ビーム焦点が光ディスク１００の上の記録トラックを追従するように、トラッキングドライブ回路３２０とトラッキングアクチュエータ３１０を介して、光ビーム焦点をトラッキング方向に制御する、いわゆるトラッキングサーボを行う。
このような光ディスク駆動装置におけるディスクモータドライブ回路１２０において、信頼性やコスト増や耐環境性の面でロータ位置センサを要しないセンサレス駆動技術が適している。本発明をディスクモータドライブ回路１２０に用いることにより、ディスクモータ１１０の初期起動時に、適切な回転速度を与え、探索起動モードを確実に行うことができる。また探索起動モードの後、逆起電圧モードに切替えるので、センサレスモータの起動を、確実かつ迅速に行うことができる。
以上、実施の形態において展開した説明は、すべて本発明を具体化した一例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
本発明は、モータ駆動装置およびモータ駆動方法に利用できる。
第１の実施形態における回路構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における転流制御部の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における探索パルスに対する端子差電圧の波形図である。 第１の実施形態における探索パルスに対する端子差電圧の波形図である。 第１の実施形態における端子差電圧検出部の出力とトルク定数との関係を示す波形図である。 第１の実施形態における探索通電相の種類とロータ位置および対応する起動通電相の関係を表す説明図である。 第１の実施形態における探索通電相の角度範囲を表す説明図である。 第１の実施形態における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態における第１相、第２相、第３相の探索通電相の角度範囲を表す説明図である。 第１の実施形態の変形例１における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態の変形例４における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態の変形例４における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態の変形例６における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態の変形例７における探索パルスと起動パルス印加のタイミング図である。 第１の実施形態の変形例２における端子差電圧の波形図である。 第１の実施形態の変形例２における探索パルスの電流波高値制御の波形図である。 第１の実施形態の変形例２における探索パルスの電流波高値制御の波形図である。 探索パルスと起動パルスの波形図である。 第１の実施形態の変形例７における端子差電圧の波形図である。 第１の実施形態における端子差電圧検出部の回路図である。 第１の実施形態における逆起電圧検出部の回路図である。 第１の実施形態における通電電流波形のタイミングを表す説明図である。 第１の実施形態における逆起電圧モードにおけるゼロクロス検出のタイミングを表す説明図である。 第１の実施形態における誘導電圧と逆起電圧の波形図である。 第１の実施形態における誘導電圧と逆起電圧の波形図である。 第１の実施形態における探索ステップのフローチャートである。 第１の実施形態における探索ステップのフローチャートである。 第１の実施形態における探索ステップのフローチャートである。 第１の実施形態における後続探索起動ステップのフローチャートである。 第１の実施形態における全体の動作を表すフローチャートである。 ３相ブラシレスモータの中性点差電圧を測定した波形図である。 第２の実施形態における回路構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における端子差電圧検出部と逆起電圧検出部を兼用した回路図である。 第３の実施形態における回路構成を示すブロック図である。 第３の実施形態における端子差電圧検出部と逆起電圧検出部を兼用した回路図である。 第４の実施形態における回路構成を示すブロック図である。 従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 従来のモータ駆動装置における中性点電圧とロータ位置との関係を示す波形図である。
符号の説明
１ モータ
２ 駆動部
３ 高電位側電源
４ 低電位側電源
５ 駆動信号生成部
６ 比較部
７ 電流検出部
８ 相トルク指令信号生成部
９ 探索指令信号生成部
１０ 起動指令信号生成部
１１ 疑似中性点電圧生成部
１２ 閾値設定部
１３ 端子差電圧検出部
１４、１４Ａ、１４Ｂ 逆起電圧検出部
１５ プリドライバ
１６、１６Ａ 転流制御部
１７ ＰＷＭ制御部
１８ パルス発生器
１９ 増幅器
２０ 第１相選択部
２１ 比較器
２２ 比較器
２３ 比較器
２４ 第２相選択部
ＬＵ、ＬＶ、ＬＷ Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ巻線
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各高電位側スイッチング素子
Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６ Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各低電位側スイッチング素子
ＲＵ、ＲＶ、ＲＷ Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各抵抗
ＲＤ 電流検出抵抗

Claims (24)

  1. Ｎ（Ｎは２以上の整数）相モータ巻線を備えたＮ相モータに、探索起動モードにおいて探索電流と起動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを起動し、逆起電圧モードにおいて駆動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを駆動する装置であって、
    探索駆動信号、起動駆動信号、および通常駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
    前記探索駆動信号、前記起動駆動信号、および前記通常駆動信号に基づいて、それぞれ前記探索電流、前記起動電流、前記駆動電流を生成する駆動手段と、
    Ｎ相モータ端子電圧の平均を表す疑似中性点電圧を生成する疑似中性点電圧生成手段と、
    前記Ｎ相モータ端子電圧と、前記疑似中性点電圧との差を表す端子差電圧を検出し、検出結果信号を生成する端子差電圧検出手段とを有し、
    前記駆動信号生成手段は、探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号と前記検出結果信号に基づいて、前記起動駆動信号を制御し、
    前記端子差電圧検出手段は、前記端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、前記端子差電圧の極性と一致する場合、前記検出結果信号を生成することを特徴とする、モータ駆動装置。
  2. 前記閾値は、少なくとも、正の値の閾値と負の値の閾値であることを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  3. 前記駆動信号生成手段は、前記閾値の値を変化させ、前記検出結果信号を制御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. 前記端子差電圧検出手段は、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記疑似中性点電圧とを比較し、前記検出結果信号を生成する第１比較器を含むことを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  5. 更に、前記Ｎ相モータ端子電圧と、前記中性点電圧との差を表す逆起電圧を検出し、ロータ位相信号を生成する逆起電圧検出手段を有し、
    前記逆起電圧検出手段は、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記中性点電圧とを比較し、前記ロータ位相信号を生成する第２比較器を含み、
    前記第１比較器と前記第２比較器とは、少なくとも一部を共有していることを特徴とする、請求項４記載のモータ駆動装置。
  6. 更に、前記探索起動モードにおいて、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記疑似中性点電圧とを比較し、前記検出結果信号を生成し、前記逆起電圧モードにおいて、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記中性点電圧とを比較し、前記ロータ位相信号を生成する比較器を有することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  7. 更に、前記探索起動モードにおいて、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記疑似中性点電圧とを比較し、前記検出結果信号を生成し、前記逆起電圧モードにおいて、前記Ｎ相モータ端子電圧と前記疑似中性点電圧とを比較し、前記ロータ位相信号を生成する比較器を有することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  8. 更に、
    前記探索電流の大きさを指定する探索指令信号を生成する探索指令信号生成手段と、
    前記Ｎ相モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、
    前記探索指令信号と前記電流検出信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有し、
    前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、制御されることを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  9. 更に、前記起動電流の大きさを指定する起動指令信号を生成する起動指令信号生成手段を有し、
    前記比較手段は、前記起動指令信号と前記電流検出信号とを比較し、比較結果信号を生成し、
    前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、制御されることを特徴とする、請求項８記載のモータ駆動装置。
  10. 更に、前記Ｎ相モータのトルクを指定する相トルク指令信号を生成する相トルク指令信号生成手段を有し、
    前記比較手段は、前記相トルク指令信号と前記電流検出信号とを比較し、比較結果信号を生成し、
    前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、制御されることを特徴とする、請求項８記載のモータ駆動装置。
  11. 前記駆動信号生成手段は、
    ＰＷＭ周波数の周期を有するオンパルスを発生するパルス発生器と、
    前記オンパルスによりセットされ、前記比較結果信号によりリセットされて、パルス幅が制御されるＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御部とを有し、
    前記ＰＷＭ制御信号に基づいて、制御されることを特徴とする、請求項８記載のモータ駆動装置。
  12. 前記駆動信号生成手段は、前記探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号を生成する少なくとも１回の探索状態と、前記起動駆動信号を生成する少なくとも１回の起動状態とに制御され、前記探索状態と前記起動状態のいずれにおいても、少なくとも１つの論理状態に制御されることを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  13. 前記駆動信号生成手段は、前記探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号と前記起動駆動信号を制御し、前記探索状態と前記起動状態とを交互に繰り返すことを特徴とする、請求項１２記載のモータ駆動装置。
  14. 前記駆動信号生成手段は、前記探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号と前記起動駆動信号を制御し、１番目に１回目の探索状態、２番目に１回目の起動状態を経て、３番目以降は起動状態だけにすることを特徴とする、請求項１２記載のモータ駆動装置。
  15. 前記駆動信号生成手段は、前記探索駆動信号を制御し、前記探索状態における最初の論理状態を、１回前の探索状態における最後の論理状態に等しくすることを特徴とする、請求項１２記載のモータ駆動装置。
  16. 前記駆動信号生成手段は、前記起動駆動信号を制御し、前記起動状態における最初の論理状態を、１回前の起動状態における最後の論理状態に等しくすることを特徴とする、請求項１２記載のモータ駆動装置。
  17. 前記駆動手段は、Ｎ相分の高電位側スイッチング素子とＮ相分の低電位側スイッチング素子を含み、
    前記駆動信号生成手段は、前記Ｎ相分の高電位側スイッチング素子をそれぞれ制御するＮ相の高電位側探索駆動信号と、前記Ｎ相分の低電位側スイッチング素子をそれぞれ制御するＮ相の低電位側探索駆動信号を生成することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
  18. 前記駆動信号生成手段は、前記探索状態において、連続する４つの論理状態を含み、前記探索駆動信号の論理レベルを制御することを特徴とする、請求項１７記載のモータ駆動装置。
  19. 前記駆動信号生成手段は、Ｎが３の場合、連続する４つの論理状態を含む前記探索駆動信号において、１番目の論理状態では、３つの相のうち２つの相の第１組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、２番目の論理状態では、前記第１組合せにおける第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、３番目の論理状態では、前記３つの相のうち前記第１組合せ以外の２つの相の第２組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、４番目の論理状態では、前記第２組合せにおける第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御することを特徴とする、請求項１８記載のモータ駆動装置。
  20. 前記駆動信号生成手段は、Ｎが３の場合、連続する４つの論理状態を含む前記探索駆動信号において、１番目の論理状態では、３つの相のうち２つの相の第１組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、２番目の論理状態では、前記３つの相のうち前記第１組合せ以外の２つの相の第２組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、３番目の論理状態では、前記第１組合せにおける前記第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける前記第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、４番目の論理状態では、前記第２組合せにおける前記第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける前記第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御することを特徴とする、請求項１８記載のモータ駆動装置。
  21. 前記駆動信号生成手段は、Ｎが３の場合、連続する４つの論理状態を含む前記探索駆動信号において、１番目の論理状態では、３つの相のうち２つの相の第１組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、２番目の論理状態では、前記３つの相のうち前記第１組合せ以外の２つの相の第２組合せにおける第１相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、３番目の論理状態では、前記第２組合せにおける前記第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第２組合せにおける前記第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、４番目の論理状態では、前記第１組合せにおける前記第２相の高電位側探索駆動信号と、前記第１組合せにおける前記第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御することを特徴とする、請求項１８記載のモータ駆動装置。
  22. 前記駆動信号生成手段は、前記探索状態において、連続する６つの論理状態を含み、前記探索駆動信号の論理レベルを制御することを特徴とする、請求項１７記載のモータ駆動装置。
  23. 前記駆動信号生成手段は、連続する６つの論理状態を含む前記探索駆動信号において、１番目の論理状態では、第１相の高電位側探索駆動信号と第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、２番目の論理状態では、第１相の高電位側探索駆動信号と第３相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、３番目の論理状態では、第２相の高電位側探索駆動信号と第３相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、４番目の論理状態では、第２相の高電位側探索駆動信号と第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、５番目の論理状態では、第３相の高電位側探索駆動信号と第１相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御し、６番目の論理状態では、第３相の高電位側探索駆動信号と第２相の低電位側探索駆動信号を動作状態レベルに制御することを特徴とする、請求項２２記載のモータ駆動装置。
  24. Ｎ（Ｎは２以上の整数）相モータ巻線を備えたＮ相モータに、探索起動モードにおいて探索電流と起動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを起動し、逆起電圧モードにおいて駆動電流を供給することにより、前記Ｎ相モータを駆動する方法であって、
    探索駆動信号、起動駆動信号、および通常駆動信号を生成するステップと、
    前記探索駆動信号、前記起動駆動信号、および前記通常駆動信号に基づいて、それぞれ前記探索電流、前記起動電流、前記駆動電流を生成するステップと、
    Ｎ相モータ端子電圧の平均を表す疑似中性点電圧を生成するステップと、
    前記Ｎ相モータ端子電圧と、前記疑似中性点電圧との差を表す端子差電圧を検出し、検出結果信号を生成するステップとを有し、
    前記駆動信号を生成するステップは、探索起動モードにおいて、前記探索駆動信号と前記検出結果信号に基づいて、前記起動駆動信号を制御し、
    前記端子差電圧を検出するステップは、前記端子差電圧と所定の閾値との差の極性が、前記端子差電圧の極性と一致する場合、前記検出結果信号を生成することを特徴とする、モータ駆動方法。
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