JP4801772B2 - ブラシレスモータ制御装置、およびブラシレスモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）のスタータ用のモータとして使用されるブラシレスモータ（ブラシレスＤＣモータ）のブラシレスモータ制御装置に関する。本発明は、特に、ホール素子等のロータ位置検出センサを用いずに、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行うことができる、ブラシレスモータ制御装置、およびブラシレスモータ制御方法に関する。
本願は、２００７年３月３０日に、日本に出願された特願２００７−９５４５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

一般に、内燃機関のスタータに使用されるブラシレスモータ駆動制御方式として、ブラシレスモータ内のロータ（永久磁石側）の位置を検出するために複数個のホール素子をロータの周辺に実装したセンサ型駆動制御回路が知られている。しかし、このセンサ型駆動制御回路では、複数個のホール素子や必要に応じてロータとは別に位置検出用磁石等を実装しなければならないため、モータの小型化や低コスト化の障害となっている。また、ホール素子の取り付け具合による位置検出精度にばらつきが出てしまう。このため、ホール素子等のセンサを用いずにロータ位置を検出するセンサレス型駆動制御回路の実現が強く望まれていたが、現在では実現されている。

従来のブラシレスモータのセンサレス型駆動制御では、モータが回転しない程度に高速のタイミングで電機子巻線に駆動電流を流し、その駆動電流の立ち上がり特性からブラシレスモータ内でのロータ停止位置を検出し、通電開始相を決定してロータを回転させ，通電開始後は、非通電相の相電圧のゼロクロス点を検出することによりロータ位置を検出する１２０度通電（全相期間１８０度のうちの１２０度の期間だけ通電する方式）による駆動制御方式が知られている。その他の通電方式としてはサブコイルから検出されるロータ位置検出波形によりロータ位置を取得し、１８０度通電にてブラシレスモータの駆動制御を行う１８０度通電方式がある（例えば、特許文献１、２、３、４、５、および非特許文献１、２を参照）。
特許第３６７３９６４号明細書 特開２００６−８１３９６号公報 特開平１０−２５７７９２号公報 特開平７−２７４５８５号公報 特開２００１−３２７１８５号公報 近藤 俊一「ブラシレスＤＣモータ制御回路の設計」、トランジスタ技術、CQ出版株式会社、２０００年２月号、ｐ．２１２〜２２０ 日下 智「ブラシレスＤＣモータの駆動法」、トランジスタ技術、CQ出版株式会社、２０００年２月号、ｐ．２２１〜２２８

しかしながら、内燃機関のブラシレスモータにおけるロータ駆動制御では、ロータ低回転時、ロータ高回転時に分けて、１２０度通電と１８０度通電とを切り替えなくてはならない。これは高回転時にはモータのパワーを必要とするため、１８０度通電によってモータのパワーを引き出すためである。１８０度通電では全相通電を行なうために非通電相がなくなり、ゼロクロス点を検出することができなくなる。このため、ゼロクロス点検出によるロータ位置検出方法では高回転時にロータ駆動制御を行なうことができないという問題がある。

１８０度通電によりロータ始動を行うと、ロータ位置によって、ロータが動作しないことや、大電流が流れることにより駆動素子破壊の恐れがある。また、内燃機関のロータ始動時には、ロータ停止位置によって正転／逆転を切り替えなくてはならない。１８０度通電によるロータ始動では正転／逆転の制御が不確定であるという問題がある。

このような問題点があるため、従来のブラシレスモータのセンサレス型駆動方式は、バイク（二輪車）や車といった動力負荷の分野には不向きで、用途範囲が極めて限定されていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされた。本発明の目的は、ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子や、ロータとは別に位置検出用磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を適確に行うことができる、ブラシレスモータ制御装置、およびブラシレスモータ制御方法を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するためになされた。エンジンのスタータモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有する本発明の第１の実施態様に係るブラシレスモータ制御装置は、前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出回路と、前記電流立ち上がり検出回路により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知部と、前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出回路と、前記ゼロクロス検出回路により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、この出力電圧に同期した三角波信号を生成する三角波生成回路と、前記三角波生成回路により生成された三角波信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力する三角波信号によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部と、を含む。
上記構成のブラシレスモータ制御装置では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、およびモータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換える。モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性からロータ停止位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行う。１２０度通電を行う場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルにおいて非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧に同期した三角波信号を生成し、この三角波信号によりロータ位置を検出する。また、この三角波信号のピーク値を３分割したときの、１／３電圧、２／３電圧。３／３電圧を、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、ロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

本発明の第１の実施態様に係るブラシレスモータ制御装置は、前記エンジンの回転数を算出するエンジン回転数算出部を含んでもよく、前記モータ制御部は、前記エンジン回転数算出部により算出されたエンジン回転数の情報を基に、モータ起動から所定の回転数までは前記１２０度通電を選択し、前記所定回転数以上では前記１８０度通電を選択すると共に、前記１２０度通電には前記第１のロータ位置情報を選択し、１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を選択して前記ブラシレスモータを制御してもよい。
上記構成のブラシレスモータ制御装置では、エンジンから回転数の情報（例えば、エンジンのパルサ信号）を取得し、エンジン回転数を算出する。このエンジン回転数を基に、モータ起動後から所定の回転数までは１２０度通電を選択し、この１２０度通電時には第１のロータ位置情報（ゼロクロス信号により生成したロータ位置情報）を使用してブラシレスモータを制御する。また、所定の回転数以上では、１８０度通電を選択し、この１８０度通電時には第２のロータ位置情報（三角波信号にり生成したロータ位置情報）を使用して前記ブラシレスモータを制御する。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、エンジン回転数が所定回転数以下で回っている場合にはブラシレスモータに１２０度通電し、エンジンが所定回転数以上で回っている場合はブラシレスモータに１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

本発明の第１の実施態様に係るブラシレスモータ制御装置において、前記三角波生成回路は、前記三角波信号の生成を、前記１２０度通電および１８０度通電の両方の場合において行うと共に、前記三角波信号によるロータ位置検知部は、前記１２０度通電および１８０度通電の両方の場合において、前記三角波生成回路により生成された三角波を基に、ロータ位置を判定してもよい。
上記構成のブラシレスモータ制御装置では、１８０度通電時に三角波信号によるロータ位置検知を行う他、１２０度通電時には、ゼロクロス信号によるロータ位置検知と、三角波信号によるロータ位置検知の両方を行う。
これにより、１２０度通電時において、ゼロクロス信号によるロータ位置と、三角波信号によるロータ位置の両方を比較して、その妥当性を検証できる。また、１２０度通電時から１８０度通電に移行する場合、または１８０度通電から１２０度通電に移行する場合（ロータ位置検出方法を切り替える場合）には、ゼロクロス信号によるロータ位置と、三角波信号によるロータ位置の両方を比較し、ロータ位置の切り替えの妥当性を検証することができる。

本発明の第１の実施態様に係るブラシレスモータ制御装置は、前記エンジン回転数算出部により取得されたエンジン回転数を所定の回転数と比較し、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報の切り替えを行うかどうかを判定すると共に、切り替えを行うと判定した場合に切替信号を出力するロータ位置情報切替判定部と、前記ロータ位置情報切替判定部から出力される切替信号を基に、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報との整合性を所定の基準により判定するロータ位置情報整合部と、前記ロータ位置情報整合部により整合性があると判定された場合に、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報とを切り替えて前記モータ制御部に出力するロータ位置情報切替部と、を含んでもよい。
上記構成のブラシレスモータ制御装置では、エンジン回転数が所定回転数を超えようとする場合、または、エンジン回転数が前記所定回転数以下に下降しようとすることを検知し、ロータ位置情報（第１のロータ位置情報または第２のロータ位置情報）の切り替えを判定する。ロータ位置情報を切り替える場合には、第１のロータ位置情報（ゼロクロス信号によるロータ位置）と、第２のロータ位置情報（三角波信号によるロータ位置）との整合性を所定の基準により比較する。例えば、ゼロクロス検知によるロータ位置（６０度ごとの０〜５までの６区分）と、三角波信号によるロータ位置検知（６０度ごとの０〜５までの６区分）とが、同じであれば整合性があると判定する。そして、第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報とに整合性があると判定された場合に、第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報を切り替えてモータ制御部に出力する。
これにより、所定回転数を境界にしてロータ位置の検知方法を切り替える場合に、その整合性を判定できる。

ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有する本発明の第２の実施態様に係るブラシレスモータ制御装置は、前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出回路と、前記電流立ち上がり検出回路により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知部と、前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出回路と、前記ゼロクロス検出回路により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、かつ該出力電圧のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力するゼロクロス間の時間計測によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部とを含む。
上記構成のブラシレスモータ制御装置では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、およびモータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換える。モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性からロータ停止位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行う。１２０度通電を行う場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルにおいて非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧（サブコイルの出力電圧）のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する。また、この隣接するゼロクロス間の時間Ｔを３分割したときの、１／３Ｔ、２／３Ｔ、３／３Ｔを、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、ロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

エンジンのスタータモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置における本発明の第３の実施態様に係るブラシレスモータ制御方法は、前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出手順と、前記電流立ち上がり検出手順により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知手順と、前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出手順と、前記ゼロクロス検出手順により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知手順と、前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、この出力電圧に同期した三角波信号を生成する三角波生成手順と、前記三角波生成手順により生成された三角波信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力する三角波信号によるロータ位置検知手順と、前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御手順と、を含む。
上記手順を含むブラシレスモータ制御方法では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、およびモータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換える。モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性から、停止中のロータ位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行う。１２０度通電を行う場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルにおいて非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のうちのいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧に同期した三角波信号を生成し、この三角波信号によりロータ位置を検出する。また、この三角波信号のピーク値を３分割したときの、１／３電圧、２／３電圧。３／３電圧を、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、ロータ位置を検出しながらＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する電圧のステージの切り替えを行う。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を適確に行えることができる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

エンジンのスタータモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置における本発明の第４の実施態様に係るブラシレスモータ制御方法は、前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出手順と、前記電流立ち上がり検出手順により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知手順と、前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出手順と、前記ゼロクロス検出手順により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知手順と、前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、かつ該出力電圧のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力するゼロクロス間の時間計測によるロータ位置検知手順と、前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御手順と、を含む。
上記手順を含むブラシレスモータ制御方法では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、およびモータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換える。モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性から、停止中のロータ位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行う。１２０度通電を行う場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルにおいて非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のうちのいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧（サブコイルの出力電圧）のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記サブコイルの出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する。また、この隣接するゼロクロス間の時間Ｔを３分割したときの、１／３Ｔ、２／３Ｔ、３／３Ｔを、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、ロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

本発明のブラシレスモータ制御装置によれば、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

本発明の実施の形態に係わるブラシレスモータ制御装置の構成を示す。 図１に示すブラシレスモータ制御装置の制御部の構成を示す。 センサレス制御処理の流れを示すフローチャートである。 ロータ位置検知方法の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（１）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（１）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（１）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（２）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（２）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（３）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（３）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（４）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（４）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（５）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（５）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（６）を示す。 電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（６）を示す。 １２０度通電方式におけるＵ，Ｖ，Ｗの相電圧波形を示す。 Ｕ相の交流電圧波形に同期した矩形波を示す。 三角波信号を生成するメカニズムについて説明するための図である。 Ｕ，Ｖ，Ｗ相の矩形波を生成するメカニズムについて説明するための図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ サブコイル
４ ロータ
１０ ブラシレスモータ制御装置
１１ ＦＥＴドライバ回路
１２ 電流立ち上がり検出回路
１３ ゼロクロス検出回路
１４ 三角波生成回路
２０ 制御部
２１ ロータ停止位置検知部
２２ ゼロクロス信号によるロータ位置検知部
２３ 三角波信号によるロータ位置検知部
２４ エンジン回転数算出部
２５ モータ制御部
３０ ロータ位置情報選択部
３１ ロータ位置情報切替判定部
３２ ロータ位置情報整合部
３３ ロータ位置情報切替部

［概要］
本発明のブラシレスモータ制御装置では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、モータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換えている。

モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性からロータ停止位置を検出する。この場合、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに６つのタイミングで電流を流すことになる。ただし、モータが回転しないように、通常の駆動タイミングに比べて高速に電流パターンを切り替える。この駆動電流の立ち上がり特性から、停止中のロータ位置を検出する。

モータの起動時および低回転時には１２０度通電を行う。この１２０度通電を行う場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。モータ起動時および低回転時に１２０度通電を行うのは、１８０度通電と比較してパワーは出せないがモータの正転／逆転を確実に行なうことができるためである。特に、二輪車は、その性質上、モータが逆に回り続けることは許されない。これによってロータの回転方向を安定させることができる。なお、最初から１８０度通電を行うという方法もあるが、この方法だと起動トルクはだせるが、最初にモータが逆方向に回り始めるとずっと逆方向に回ってしまうことや、過負荷による過電流のために駆動素子を破壊することがあるので、始動時の１８０度通電は行なうことができない。

モータが高回転になってくるとモータにパワーが必要とされる。ところが、１２０度通電ではパワーがでない。そこで、高回転になると１８０度通電に切り替える。通電方式は内燃機関（エンジン）のロータ回転数によって切り替えればよい。これにより、高回転時に必要なパワーをとることができる。

ところで、１８０度通電に切り替えると、非通電相がなくなってしまい、ロータの位置が分からなくなってしまうという新たな問題点が発生する。そこで本発明のブラシレスモータ制御装置では、この問題を解決するために、U，V，W相のうちどれか１相にサブコイルを設ける。そして、この相に同期した三角波信号を生成し、この三角波信号のピーク値を３分割したときの、１／３電圧、２／３電圧。３／３電圧を、ステージ（モータのＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。
このようにして、三角波信号によりロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。

以上説明したように本発明のブラシレスモータ制御装置においては、ロータの状態によって通電方式を切り替えることによって、確実なエンジン始動を行ない、ロータ回転方向を安定させ、高回転時にパワーを出すことができるため、内燃機関におけるセンサレス型のブラシレスモータの駆動制御方式において、ロータセンサのあるブラシレスモータの駆動制御方式と変わらない制御を可能にする。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
［本発明によるブラシレスモータ制御装置の構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係わるブラシレスモータ制御装置の構成を示す。図１において、ブラシレスモータ制御システムは、ブラシレスモータ１とブラシレスモータ制御装置１０とを有している。図１に示すように、ブラシレスモータ制御装置１０は、３相のブラシレスモータ１を駆動する制御装置である。ブラシレスモータ１は、内燃機関のスタータ用モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイル（鉄心に巻かれているコイル）および該コイルの中性線を有するステータ２と、４極の永久磁石（２対のＮ、Ｓ極）からなるロータ４とで構成されている。
また、Ｕ相コイルには、該Ｕ相コイルに誘起される電圧（ロータの永久磁石により誘起される正弦波の電圧）を検出するためのサブコイル（Ｓｕ）３を備えている。なお、サブコイル３は、他の相（Ｖ相またはＷ相）に設けるようにしても構わない。

ブラシレスモータ制御装置１０内には、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）の３相ブリッジで構成されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が設けられている。ブラシレスモータ制御装置１０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、ＦＥＴドライバ回路１１と、電流立ち上がり検出回路１２と、ゼロクロス検出回路１３と、三角波生成回路１４と、制御部２０とを有している。
スイッチング素子Ｑ１は、直流電源となるバッテリ（図示せず）の＋側の電圧Ｖｂａｔとブラシレスモータ１のＵ相コイルと間に接続され、スイッチング素子Ｑ２は、バッテリの＋側の電圧ＶｂａｔとＶ相コイルと間に接続され、スイッチング素子Ｑ３は、バッテリの＋側の電圧ＶｂａｔとＷ相コイルと間に接続されている。

また、スイッチング素子Ｑ４は、ブラシレスモータ１のＵ相コイルとバッテリのＧＮＤとの間に接続され、スイッチング素子Ｑ５は、Ｖ相コイルとバッテリのＧＮＤとの間に接続され、スイッチング素子Ｑ６は、Ｗ相コイルとバッテリのＧＮＤとの間に接続されている。
これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＦＥＴドライバ回路１１から出力されるゲート駆動信号により駆動される。このゲート信号は、ＦＥＴドライバ回路１１において、制御部（ＣＰＵ等で構成される制御部）２０から出力されるＦＥＴ駆動信号を基にして生成される。

電流立ち上がり検出回路１２は、ブラシレスモータ１が停止している場合にロータ停止位置を検出するための電流信号を検出する回路であり、検出された電流情報は制御部２０に送信される。
ゼロクロス検出回路１３は、ブラシレスモータ１が低回転で回っている場合に、ブラシレスモータ１のＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに誘起される電圧（非通電相の電圧）からゼロクロス点を検出するための回路であり、検出されたゼロクロス点の情報はゼロクロス信号として制御部２０に送信される。

三角波生成回路１４は、ブラシレスモータ１のＵ相コイルに付設されたサブコイル（Ｓｕ）３からの信号を基に、Ｕ相コイルの誘起電圧に同期した三角波信号を生成するための回路であり、この三角波生成回路１４で生成された三角波信号は制御部２０に送信される。
図２は、制御部２０の構成を示す。この制御部２０はＣＰＵ（マイクロコンピュータやマイクロコントローラ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のハードウェアを含んで構成されている。

制御部２０内のロータ停止位置検知部２１は、電流立ち上がり検出回路１２から電流信号を受信し、この電流信号を基に、モータが停止している場合のロータ停止位置を検出する処理を行う。このロータ停止位置検知部２１で検出されたロータ停止位置の情報は、モータ制御部２５に送信される。なお、ロータ停止位置検知部２１におけるロータ停止位置の検出方法については後述する。

ゼロクロス信号によるロータ位置検知部２２は、ゼロクロス検出回路１３で検出されたゼロクロス点の情報を受信し、このゼロクロス点の情報を基に、モータが低回転で回っている場合のロータ位置を検出する処理を行う。このゼロクロス信号によるロータ位置検知部２２において検出されたロータ位置の情報は、ロータ位置情報１（第１のロータ位置情報）としてロータ位置情報選択部３０に送信される。なお、ゼロクロス信号によるロータ位置検知部２２におけるロータ位置の検出方法については後述する。

三角波信号によるロータ位置検知部２３は、三角波生成回路１４で生成された三角波信号を受信し、この三角波信号を基に、ロータ位置を検出する処理を行う。この三角波信号によるロータ位置検知部２３において検出されたロータ位置情報はロータ位置情報２（第２のロータ位置情報）としてロータ位置情報選択部３０に送信される。なお、三角波信号によるロータ位置検知部２３におけるロータ位置の検出方法については後述する。

エンジン回転数算出部２４は、エンジン側から送られるパルサ信号を基に、エンジン回転数を算出する処理部である。
ロータ位置情報選択部３０は、ロータ位置情報切替判定部３１、ロータ位置情報整合部３２、ロータ位置情報切替部３３から構成されている。

ロータ位置情報切替判定部３１は、エンジン回転数算出部２４から受信したエンジン回転数の情報を基に、ロータ位置情報１およびロータ位置情報２のいずれを選択するかの判断（判定）を行うための処理部である。このロータ位置情報切替判定部３１において、ロータ位置情報を切り替えると判定した場合は、切替信号をロータ位置情報整合部３２に送信する。

ロータ位置情報整合部３２では、ロータ位置情報切替判定部３１からロータ位置情報の切替信号を受信した場合に、このロータ位置情報の切替が整合性のあるものかどうかを判定し、整合性があると判定した場合には、切替ＯＫ信号をロータ位置情報切替部３３に送信する。ロータ位置情報切替部３３は、ロータ位置情報整合部３２から受信した切替ＯＫ信号を基に、ロータ位置情報１またはロータ位置情報２を切り替えて、モータ制御部２５にロータ位置情報を送信する。

モータ制御部２５では、ロータ停止位置検知部２１から受信したロータ停止位置の情報、およびロータ位置情報選択部３０から受信したロータ位置情報（ロータ位置情報１またはロータ位置情報２）を基に、スイッチング素子（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６を駆動するＦＥＴ駆動信号を生成して、ブラシレスモータ１の各相コイルＵ，Ｖ，Ｗに印加する電圧を制御する。

前述した本発明における電流立ち上がり検出回路は電流立ち上がり検出回路１２が相当する。ロータ停止位置検知部はロータ停止位置検知部２１が相当する。ゼロクロス検出回路はゼロクロス検出回路１３が相当する。ゼロクロス信号によるロータ位置検知部は、ゼロクロス信号によるロータ位置検知部２２が相当する。三角波生成回路は三角波生成回路１４が相当する。三角波信号によるロータ位置検知部は三角波信号によるロータ位置検知部２３が相当する。モータ制御部はモータ制御部２５が相当する。エンジン回転数算出部はエンジン回転数算出部２４が相当する。ロータ位置情報切替判定部はロータ位置情報切替判定部３１が相当する。ロータ位置情報整合部はロータ位置情報整合部３２が相当する。ロータ位置情報切替部はロータ位置情報切替部３３が相当する。

［モータが停止している場合のロータ停止位置の検出方法の説明］
ここで、電流立ち上がり検出回路１２およびロータ停止位置検知部２１により行われる、モータが停止している場合のロータ停止位置の検出方法について説明する。なお、この方法自体は、よく知られた一般的な方法である。

図５〜図１０は、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法を説明するための図である。
図５Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（１）を示す。電流パターンによりロータ停止位置を検出するためには、図５Ａに示すように、（Ｐ１）〜（Ｐ６）に示す順番に、モータが動作しないような短時間だけ直流電圧を印加して通電を行い、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流のパターンにより、ロータ停止位置を検出する。

これは、ステータに巻かれている各相のコイルに電流が流れたときに、ステータ側に発生する磁界と、ロータ側の永久磁石による磁界との影響によりステータ側の磁束（ひいては電流）が増加する方向に作用するか、あるいは磁束がキャンセルされて減少する方向に作用するか）が、ロータとステータとの位置関係で変化することにより、ロータ停止位置を検出するものである。

図５Ｂは、ロータ（回転子）側の永久磁石が４極（Ｎ，Ｓ極が２対）であり、ステータ（固定子）側にＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルが巻かれたブラシレスモータにおいて、ロータ側の中点ａ（Ｎ，Ｓ極の境界点）が、Ｕ相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図５Ｂにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。

図５Ｂに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図５Ｃに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ４（Ｗ，Ｖ相間に、Ｗ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ３（Ｖ，Ｗ相間に、Ｖ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図５Ｂの状態であることが判定できる。

図６Ａおよび図６Ｂは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（２）を示す。図６Ａは、ロータ側の中点ｄが、Ｗ相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図６Ａにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。
図６Ａに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図６Ｂに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ１（Ｕ，Ｖ相間に、Ｕ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ２（Ｖ，Ｕ相間に、Ｖ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図６Ａの状態であることが判定できる。

図７Ａおよび図７Ｂは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（３）を示す。図７Ａは、ロータ側の中点ｃが、Ｖ相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図７Ａにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。
図７Ａに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図７Ｂに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ６（Ｕ，Ｗ相間に、Ｕ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ５（Ｗ，Ｕ相間に、Ｗ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図７Ａの状態であることが判定できる。

図８Ａおよび図８Ｂは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（４）を示す。図８Ａは、ロータ側の中点ｂが、U相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図８Ａにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。
図８Ａに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図８Ｂに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ３（V，Ｗ相間に、V相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ４（Ｗ，V相間に、Ｗ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図８Ａの状態であることが判定できる。

図９Ａおよび図９Ｂは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（５）を示す。図９Ａは、ロータ側の中点ａが、W相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図９Ａにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。
図９Ａに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図９Ｂに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ２（V，Ｕ相間に、V相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ１（Ｕ，V相間に、Ｕ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図９Ａの状態であることが判定できる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法（６）を示す。図１０Ａは、ロータ側の中点ｄが、Ｖ相コイルのコイル軸と一致した状態を示している。図１０Ａにおいて、符号ａ〜ｄは、中点を示す。
図１０Ａに示すロータ停止位置の状態において、Ｐ１〜Ｐ６のパターンで電流を流すと、図１０Ｂに示す電流パターンが得られる。この例では、パターンＰ５（Ｗ、Ｕ間に、Ｗ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も大きな電流が流れ、パターンＰ６（Ｗ，Ｕ相間に、Ｕ相が＋電位になるように電圧を印加）において最も少ない電流が流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに流れる電流パターンＰ１〜Ｐ６により、ロータ停止位置が図１０Ａの状態であることが判定できる。

［モータが低回転で回っている場合のロータ位置の検出方法の説明］
次に、モータが低回転で回っている場合のロータ位置の検出方法について説明する。なお、この方法自体は、よく知られた一般的な方法であり、以下、簡単にだけ説明しておく。
モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電法方式によりモータを駆動する。この１２０度通電方式においては、図１１のＵ，Ｖ，Ｗの相電圧波形に示すように、１８０度の全期間中、１２０度の期間だけコイルに通電が行われる。従って、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相には非通電相が生じ、この非通電相のゼロクロス点ａ，ｂ，ｃを検出することにより、ロータ位置を検出することができる。

［モータが高回転で回っている場合のロータ位置の検出方法の説明］
モータが高回転で回っている場合は、モータパワーを十分に引き出すために１８０度通電が行われる。このため、１２０度通電の場合のように非通電相のゼロクロス点を検出することができなくなくなる。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれか１相にサブコイルを付設する。

サブコイルをＵ相コイルに付設した場合には、Ｕ相の誘起電圧（モータ回転により誘起される正弦波電圧）がサブコイルに発生する。このサブコイルに誘起される電圧のゼロクロス点により、ステータの磁極の中点（Ｎ、Ｓ極の境界点）にサブコイルの位置が一致したことを判定できる。

そして、サブコイルに誘起される電圧に同期するピーク値の変わらない三角波を生成し、この三角波のピーク値を３分割したときの、１／３電圧、２／３電圧。３／３電圧を、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、三角波信号によりロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。

次に、この三角波信号の生成方法について説明する。
一般にはブラシレスモータの回転数は急激に変化しないので、サブコイルの誘起電圧は、１サイクル前の波形と現在のサイクルの波形はほとんど同じと考えることができる。例えば、図１２に示すように、波形ＷＦ２が現在のサイクルの波形だとすれば、波形ＷＦ２の半周期Ｔ２と、その１サイクル前の波形１の半周期Ｔ１とはほとんど同じである。

上述の特性を利用して、次の手順により三角波電圧ＶＢを生成する。
（手順１） 図１２に示すように、波形ＷＦ１のサイクルにおいて、サブコイルに誘起される交流電圧ＶＡから矩形波Ｓを生成する。この波形ＷＦ１に対応する矩形波Ｓの半周期は、波形ＷＦ１のサイクルにおける交流電圧ＶＡの半周期Ｔ１と一致する。
（手順２） 続いて、矩形波Ｓの半周期Ｔ１の時間をカウントする。
（手順３） 続いて、図１３に示すように、半周期Ｔ１の時間のカウント数を所定の分解能ｎで除算して、時間ｔ１（＝Ｔ１／ｎ）を得る。ここで、分解能ｎは、三角波電圧ＶＢのスロープの滑らかさを規定する量であり、分解能ｎが高い程、三角波電圧ＶＢのスロープが滑らかになる。
（手順４） 続いて、三角波電圧ＶＢのピーク電圧Ｖｐを所定の分解能ｎで除算して、電圧ｖ１（＝Ｖｐ／ｎ）を得る。
（手順５） 続いて、次のサイクルの波形ＷＦ２の立ち上がりタイミング（Ｔ２をカウントし始めるタイミング）で、上記電圧ｖ１だけ三角波電圧ＶＢを上昇させ、この三角波電圧ＶＢを上記時間ｔ１の間だけ維持する。
（手順６） 同じ波形ＷＦ２のサイクルにおいて、上記時間ｔ１が経過したタイミングで上記電圧ｖ１だけ三角波電圧ＶＢを更に上昇させ、これを全部でｎ回繰り返すと、図１３に示すような階段状の波形が得られ、波形ＷＦ２のサイクルに対応する三角波電圧のスロープ部分に相当する階段状の波形が得られる。分解能ｎの値を大きくすれば、階段状の波形が滑らかになり、一層良好な三角波を得ることができる。

以上の手順により、１サイクル前の交流電圧ＶＡの波形を用いて、交流電圧ＶＡの各周期に対応した三角波電圧であって、ピーク電圧Ｖｐが一定の三角波を生成することができる。また、この三角波により、ロータ位置を検知することができる。すなわち、三角波信号の始点からピーク点までが、ロータの中点（Ｎ，Ｓ極の境界点）から次の中点までに対応することになる。

なお、このサブコイルによるロータ位置検知は、１８０度通電の場合だけでなく、１２０度通電時（モータが低回転で回っている場合）においても利用することができ、１２０度通電時には、ゼロクロス検出によるロータ位置検知と併用して用いることができる。

図１４は、Ｕ相に同期した矩形波Ｒｕから、Ｖ相の矩形波ＲｖおよびＷ相の矩形波Ｒｗを生成する方法を説明するための図である。これらの矩形波Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは１８０度通電時において、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する相電圧のステージの切り替えに利用される。以下、図１４を参照して、その手順について説明する。

（手順１） 最初に、サブコイルＳｕの検出電圧からＵ相に同期した矩形波Ｒｕを生成する。そして、この矩形波Ｒｕの“Ｈ（ハイ）”側に同期した三角波（ｅ）を生成する。
この三角波（ｅ）は矩形波Ｒｕに同期しており、位相幅が１８０°（０°〜１８０°）である。また、この三角波（ｅ）は矩形波Ｒｕのパルス幅の大きさに無関係に高さ（三角波のピーク電圧Ｖｐ）が等しくなるような三角波である（図１２、および図１３を参照）。

（手順２） 同様にして、矩形波Ｒｕの“Ｌ（ロー）”側に同期した三角波（ｆ）を生成する。この三角波（ｆ）は矩形波Ｒｕに同期しており、位相幅が１８０°（１８０°〜３６０°）である。また、この三角波（ｆ）についても矩形波Ｒｕのパルス幅の大きさに無関係に高さ（三角波のピーク電圧Ｖｐ）が等しくなるような三角波である。

（手順３） 次に、三角波（ｅ）のピーク電圧Ｖｐの１／３の高さの点Ｘ１と、２／３の高さの点Ｘ２を求める。これにより、点Ｘ０（三角波（ｅ）の立ち上がり点）と点Ｘ１の間、点Ｘ１と点Ｘ２との間、および点Ｘ２と点Ｘ３（三角波（ｅ）の立下り点）との間は、それぞれ位相幅が６０°となる。同様にして、三角波（ｆ）のピーク電圧Ｖｐの１／３の高さの点Ｙ１、２／３の高さの点Ｙ２を求める。

（手順４） 次に、点Ｘ２から点Ｘ３まで“Ｈ”となるパルスａ１を生成し、また、点Ｙ２から点Ｙ３（三角波（ｆ）の立下り点）まで“Ｈ”となるパルスｂ１を生成する。
（手順５） そして、パルスａ１の立ち上がりエッジで“Ｈ”となり、パルスｂ１の立ち上がりエッジで“Ｌ”に戻る矩形波Ｒｖを生成し、これをＶ相に同期した矩形波とする。
（手順６） 次に、点Ｘ１から点Ｘ３まで“Ｈ”となるパルスｃ１を生成し、また、点Ｙ１から点Ｙ３まで”Ｈ”となるパルスｄ１を生成する。

（手順７） そして、パルスｄ１の立ち上がりエッジで“Ｈ”となり、パルスｃ１の立ち上がりエッジで０に戻る矩形波Ｒｗを生成し、これをＷ相に同期した矩形波とする。
上述した手順により、Ｕ相に対して１２０°位相が遅れたＶ相の矩形波Ｒｖ、Ｕ相に対して２４０°位相が遅れたＷ相の矩形波Ｒｗを生成することができる。

したがって、１つのサブコイルのみで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に同期した矩形波の信号を生成できるため、これを、モータが高回転で回っている場合の通電タイミングの制御に利用することができる。

［センサレス制御フローの説明］
次に、本発明のブラシレスモータ制御装置におけるセンサレス制御の処理のフローについて説明する。
図３は、センサレス制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートを参照して、その処理の流れについて説明する。

ブラシレスモータの起動時には、最初にロータ停止位置を検出し、回転方向を合わせるようにして、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに電圧を印加する（ステップＳ１）。ブラシレスモータが回転を開始すると（ステップＳ２）、ロータ位置検知方法の判定を行う（ステップＳ３）。このステップＳ３における判定処理の詳細については後述するが、このステップＳ３において、検知方法１を使用すると判定された場合は、ゼロクロス検出回路によるロータ位置検知を行う（ステップＳ４）。また、ステップＳ３において、検知方法２を使用すると判定された場合は、三角波生成回路によるロータ位置検知を行う（ステップＳ５）。

図４は、ロータ位置検知方法の切り替え処理の流れを示すフローチャートであり、図３のステップＳ３における判定処理を詳細に示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートを参照して、その処理の流れについて説明する。

最初に、エンジン回転数の変化を判定する（ステップＳ１１）。この場合、所定のエンジン回転数を基準にして、エンジン回転数が低回転から高回転に移行したか、または、低回転から高回転に移行したかが判定される。ステップＳ１１において、エンジン回転数が変化していないと判定された場合は、ステップＳ１７に移行し、現在使用しているロータ位置検知方法をそのまま使用する（ステップＳ１７）。

エンジン回転数が変化したと判定された際には、ゼロクロス検出回路によるロータ位置検知情報が取得され（ステップＳ１２）、また、三角波生成回路によるロータ位置検知情報が取得される（ステップＳ１３）。
そして、これらの２手法によるロータ位置検知結果の整合性が比較され（ステップＳ１４）、その整合結果が判定される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の整合結果の判定において、整合性があると判定された場合は、ロータ位置検知方法を変更する（ステップＳ１６）。ステップＳ１５の整合性の判定において、整合性がない判定された場合は、現在使用しているロータ位置検知方法をそのまま使用する（ステップＳ１７）。

なお、ステップＳ１５における整合性の判定には、例えば、ゼロクロス点検知によるロータ位置情報（６０度ごとの０〜５までの６区分）と、三角波信号によるロータ位置検知情報（６０度ごとの０〜５までの６区分）とが、同じ区分であれば切り替えＯＫと判断する。
上述した処理手順により、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、およびモータが高回転で回っている場合の１８０度通電に応じて（言い換えればエンジン回転数に応じて）、ロータ位置の検出方法を選択して、モータの制御が行えるようになる。

以上説明したように本発明のブラシレスモータ制御装置においては、モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の電圧を印加し、電流の立ち上がり特性からロータ停止位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行い、非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点に信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧に同期した三角波信号を生成し、この三角波信号によりロータ位置を検出する。これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

なお、本発明に係るブラシレスモータ制御装置の上記実施形態では、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行い、この１８０度通電時にU，V，W相のいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧に同期した三角波信号を三角波生成回路により生成し、この三角波信号に基づいてロータ位置検知部によりロータ位置を検出し、この三角波信号のピーク値を３分割したときの、１／３電圧、２／３電圧。３／３電圧を、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とし、ロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行うように構成したが、上記１８０度通電時のロータ位置検出及び、三相の相電圧のステージの切り替えは、サブコイルに誘起される電圧に同期した三角波信号を生成する以外の手法でも実現可能である。
すなわち、本発明に係るブラシレスモータ制御装置は、別の実施形態として、以下のように構成にしてもよい。別の実施形態のブラシレスモータ制御装置は、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有し、前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出回路と、前記電流立ち上がり検出回路により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知部と、前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出回路と、前記ゼロクロス検出回路により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、かつ該出力電圧のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力するゼロクロス間の時間計測によるロータ位置検知部と、前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部とを含む。
上記構成からなる本発明の別の実施形態のブラシレスモータ制御装置では、モータが停止している場合、モータが低回転で回っている場合、およびモータが高回転で回っている場合のそれぞれの場合において、ロータ位置の検出、およびブラシレスモーの制御方法を切り換える。モータが停止している場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に正および負の直流電圧を印加し、電流の立ち上がり特性からロータ停止位置を検出する。モータが低回転で回っている場合は、１２０度通電を行う。１２０度通電を行う場合は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルにおいて非通電相が生じるので、この非通電相に誘起される電圧のゼロクロス点の信号を基にロータ位置を検出する。また、モータが高回転で回っている場合は、１８０度通電を行うと共に、U，V，W相のいずれか１相に設けたサブコイルに誘起される電圧（サブコイルの出力電圧）のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を検出する。また、この隣接するゼロクロス間の時間Ｔを３分割したときの、１／３Ｔ、２／３Ｔ、３／３Ｔを、ステージ（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに印加する６０度ごとの相電圧のステージ）の切り替わり点とする。このようにして、ロータ位置を検出しながらステージの切り替えを行う。
これにより、ブラシレスモータにおいて、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子を実装したり、ロータとは別に位置検出用の磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電、モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を行えるようになる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のブラシレスモータ制御装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、ブラシレスモータ制御装置、およびブラシレスモータ制御方法に適用できる。このブラシレスモータ制御装置、およびブラシレスモータ制御方法によれば、ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗの各相にホール素子や、ロータとは別に位置検出用磁石等を実装することなく、モータが停止している場合の起動、モータが低回転で回っている場合の１２０度通電モータが高回転で回っている場合の１８０度通電を適確に行うことができる。このため、安価なブラシレスモータ制御装置を供給することができ、また、センサレスモータ（ブラシレスモータ）の部品点数の減少、小型軽量化が図れる。

Claims (7)

1. ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置であって、
   前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出回路と、
   前記電流立ち上がり検出回路により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出回路と、
   前記ゼロクロス検出回路により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、この出力電圧に同期した三角波信号を生成する三角波生成回路と、
   前記三角波生成回路により生成された三角波信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力する三角波信号によるロータ位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部と、
   を含むブラシレスモータ制御装置。
2. 前記エンジンの回転数を算出するエンジン回転数算出部を含み、
   前記モータ制御部は、前記エンジン回転数算出部により算出されたエンジン回転数の情報を基に、モータ起動から所定の回転数までは前記１２０度通電を選択し、前記所定回転数以上では前記１８０度通電を選択すると共に、
   前記１２０度通電には前記第１のロータ位置情報を選択し、１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を選択して前記ブラシレスモータを制御する
   請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
3. 前記三角波生成回路は、前記三角波信号の生成を、前記１２０度通電および１８０度通電の両方の場合において行うと共に、
   前記三角波信号によるロータ位置検知部は、前記１２０度通電および１８０度通電の両方の場合において、前記三角波生成回路により生成された三角波を基に、ロータ位置を判定する
   請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
4. 前記エンジン回転数算出部により算出されたエンジン回転数を所定の回転数と比較し、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報の切り替えを行うかどうかを判定すると共に、切り替えを行うと判定した場合に切替信号を出力するロータ位置情報切替判定部と、
   前記ロータ位置情報切替判定部から出力される切替信号を基に、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報との整合性を所定の基準により判定するロータ位置情報整合部と、
   前記ロータ位置情報整合部により整合性があると判定された場合に、前記第１のロータ位置情報と第２のロータ位置情報とを切り替えて前記モータ制御部に出力するロータ位置情報切替部と、
   を含む請求項３に記載のブラシレスモータ制御装置。
5. ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置であって、
   前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出回路と、
   前記電流立ち上がり検出回路により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出回路と、
   前記ゼロクロス検出回路により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、かつ該出力電圧のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力するゼロクロス間の時間計測によるロータ位置検知部と、
   前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部と、
   を含むブラシレスモータ制御装置。
6. エンジンのスタータモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置におけるブラシレスモータ制御方法であって、
   前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出手順と、
   前記電流立ち上がり検出手順により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出手順と、
   前記ゼロクロス検出手順により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、この出力電圧に同期した三角波信号を生成する三角波生成手順と、
   前記三角波生成手順により生成された三角波信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力する三角波信号によるロータ位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御手順と、
   を含むブラシレスモータ制御方法。
7. エンジンのスタータモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルと中性線を含み、さらにＵ，Ｖ，Ｗのいずれか１相に当該１相のコイルに誘起される電圧を検知するためのサブコイルを設けたブラシレスモータを駆動すると共に、前記ブラシレスモータの所定の回転数以下では前記ブラシレスモータの各相コイルに対して１２０度通電を行い、所定回転数以上では１８０度通電を行う通電制御機能を有するブラシレスモータ制御装置におけるブラシレスモータ制御方法であって、
   前記ブラシレスモータが停止している場合に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内から２相のコイルを順次に選択し該選択した２相のコイル間に正および負の所定の直流電圧を印加すると共に、前記選択した２相のコイルに流れる電流値を検出する電流立ち上がり検出手順と、
   前記電流立ち上がり検出手順により検出された各相のコイルに流れる電流値の情報を基に、前記ブラシレスモータのロータ停止位置を判定するロータ停止位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの１２０度通電時に、前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス点を検出し、ゼロクロス信号を生成するゼロクロス検出手順と、
   前記ゼロクロス検出手順により生成された前記Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのゼロクロス信号を基に前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第１のロータ位置情報として出力するゼロクロス信号によるロータ位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの１８０度通電時に、前記サブコイルの出力電圧を検出し、かつ該出力電圧のゼロクロスを検出すると共に、検出した前記出力電圧の隣接するゼロクロス間の時間を計測し、計測した隣接するゼロクロス間の時間から割り出したタイミングに基づいて前記ブラシレスモータのロータ位置を判定し、第２のロータ位置情報として出力するゼロクロス間の時間計測によるロータ位置検知手順と、
   前記ブラシレスモータの起動時には前記ロータ停止位置の情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１２０度通電時には前記第１のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御し、前記１８０度通電時には前記第２のロータ位置情報を基に前記ブラシレスモータを制御するモータ制御手順と、
   を含むブラシレスモータ制御方法。

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