JP4801773B2

JP4801773B2 - ブラシレスモータ、ブラシレスモータ制御システム、およびブラシレスモータ制御方法

Info

Publication number: JP4801773B2
Application number: JP2009507529A
Authority: JP
Inventors: 智生原田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: WO2008120737A1; US20100109589A1; CN101647189A; US8084975B2; EP2133989A4; EP2133989A1; CN101647189B; JPWO2008120737A1; EP2133989B1

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システムに関する。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ロータ停止位置を確実に検出することができる、ブラシレスモータ、ブラシレスモータ制御システム、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２００７−９５４５０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）。

上記モータ停止時のロータ停止位置の検出は、U，V，W相に短時間（例えば、数ｍｓｅｃ）の通電を行ない、ロータ（の磁石）の位置とモータコイルの位置関係による立ち上がり電流の差をとってロータ位置を検知する。

このロータ停止位置検出方法は、三相モータの各々、多極に巻回されたＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）値はＵ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれにおいて等しくなっているものとして、ロータ（の磁石）の位置によって各相コイルの受ける磁界に違いが生じるために、同じＬ値のコイルに通電した時の電流の立ち上がりに差が生じるのを利用する。
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、上記のロータ停止位置検知方法にあっては、次のような問題点がある。
第１の問題点として、立ち上がり電流の差は磁界の影響によるものでなくてはならないために、三相の各コイルのＬ値は等しいというのが前提であるが、実際のモータコイルにはばらつきがあり、上記三相の各コイルのＬ値は全く等しい値になっていないのが通常である。

特にバイクや車両等の発電機のモータは、フロッピーディスク（登録商標）やハードディスク駆動用のブラシレスモータと違い、大きなパワーを必要とされるため三相のＬ値がそれぞれ大きい。Ｌ値が大きいと、コイルのばらつきによるＬ値の差が大きくなる。このため立ち上がり電流に現れる差が、磁界の影響よりもＬ値のばらつきによって左右されてしまう。これによってばらつきに差が出たときにロータ停止時のロータ位置を誤検出する。例えば、磁界の影響により電流が流れやすい相に流れる電流よりも、磁界の影響により電流が流れにくいはずの相に、Ｌ値の影響で大きい電流が流れてしまう。

第２の問題点として、ロータを動かさないような非常に短い時間の通電であるために、電流差の違いが微小になってしまうという問題点があった。

このように、従来のロータ停止位置検知方法においては、コイルの立ち上がり電流に現れる差が、磁界の影響よりもＬ値のばらつきによって左右されてしまことがあり、ロータ停止時のロータ停止位置を誤検出することがあり、また、ロータ停止位置の検出は、ロータを動かさないような非常に短い時間の通電で行うため、電流差の違いが微小になってしまい、ロータ停止位置を正確に検出することが困難な場合もあった。

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、複数相の駆動コイルのインダクタンス値にばらつきが有ってもロータ停止位置を確実に検出できる、ブラシレスモータ、ブラシレスモータ制御システム、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用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御するブラシレスモータ制御システムにおける本発明の前記ブラシレスモータは、ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相のコイルを間引いた。
上記構成のブラシレスモータでは、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルが多極に（複数個並列に）まかれているブラシレスモータにおいて、このうち１極のＵ，Ｖ，Ｗコイルのいずれかの１相のコイルだけを取り払い、この相のＬ値を他の２相とは明らかに異なるＬ値としてしまう。これにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイルに直流電圧を印加し、各相コイルに流れる電流のパターンを検出する際に、各相のＬ値のばらつきが大きくても、１極分だけコイルの少ない相のＬ値によって電流差がはっきりと現れるために、Ｌ値のばらつきによる電流の大きさの逆転現象がなくなる。
これにより、各相そのままの電流値を比較することはできないが、ロータの位置による各相に流れる電流の電流差を明確化し、ロータの位置を正確に検出することができる。このため、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ロータ停止位置を確実に検出できる。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用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御する本発明のブラシレスモータ制御システムは、前記ブラシレスモータとして、ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの相のコイルを間引いたブラシレスモータを使用すると共に、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、を含む。
上記構成のブラシレスモータ制御システムは、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルが多極に（複数個のコイルが並列に）巻かれたブラシレスモータを使用すると共に、このうちの１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相コイルだけを取り払い、この相のＬ値を他の２相とは明らかに異なるＬ値としたブラシレスモータを使用する。
モータが停止している場合に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内の２相のコイル間に順次に直流電圧を印加し、各相コイルに流れる電流のパターン（全部で６パターン）を検出して、ロータ停止位置を判定する。
これにより、ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルのＬ値のばらつきが大きくても、１極分だけ少ない相のＬ値によって、各コイルに流れる電流の差がはっきりと異なるようにできるために、Ｌ値のばらつきによる電流の大きさの逆転現象をなくすことができる。
このため、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ロータ停止位置を確実に検出できるようになる。

本発明のブラシレスモータ制御システムにおいて、前記ブラシレスモータとして、２対のＮ極とＳ極を含む４極のロータを有するブラシレスモータを使用してもよく、前記電流立ち上がり検出回路は、前記ステータのＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＵ−Ｖ間、Ｖ−Ｕ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｖ間、Ｗ−Ｕ間、Ｕ−Ｗ間の順に所定の直流電圧を第１から第６までの６つの所定のタイミングで印加し、前記第１から第６までの各タイミングにおいて各相コイルに流れる電流値を含む電流パターンを検出してもよく、前記ロータ停止位置検出部は、前記第１から第６までの各タイミングにおける電流値を含む電流パターンの差異を検出して、前記ロータ停止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システムでは、４極（２対のＮ、Ｓ極）のロータを備えるブラシレスモータ（コイルを間引いたブラシレスモータ）において、ステータ側のＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルの内の２相のコイル間に直流電圧を印加し、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の各相コイルのＵ−Ｖ間、Ｖ−Ｕ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｖ間、Ｗ−Ｕ間、Ｕ−Ｗ間の順に６つのタイミングで電流を流す。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６つのタイミングにおける電流値のパターンの差異を判定し、ロータ停止位置を検出する。
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ロータ停止位置を確実に検出できるようになる。

本発明のブラシレスモータ制御システムにおいて、前記間引き相がＶ相であってもよく、前記ロータ停止位置検出部は、前記電流パターンの差異を検出する際に、前記第１のタイミングから第４のタイミングまでは、前記Ｖ相コイルに流れるＶ相電流値を使用し、前記第５のタイミングではＷ相コイルに流れるＷ相電流値を使用し、前記第６のタイミングではＵ相コイルに流れるＵ相電流値を使用してもよい。
上記構成のブラシレスモータ制御システムでは、Ｖ相のコイルを間引いたブラシレスモータを使用し、電流パターンの差異を検出する際は、第１のタイミングから第４のタイミングまでは、Ｖ相コイルに流れるＶ相電流の電流値を使用し、第５のタイミングではＷ相コイルに流れるＷ相電流値を使用し、第６のタイミングではＵ相コイルに流れるＵ相電流値を使用する。
これにより、モータが停止している場合のロータ停止位置を確実に検出できるようになる。

エンジンのスタータ用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御するブラシレスモータ制御システムにおける本発明のブラシレスモータ制御方法は、前記ブラシレスモータとして、ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相のコイルを間引いたブラシレスモータを使用する手順と、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、を含む。
上記手順を含むブラシレスモータ制御方法は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルが多極に（複数個のコイルが並列に）巻かれたブラシレスモータを使用すると共に、このうちの１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相コイルだけを取り払い、この相のＬ値を他の２相とは明らかに異なるＬ値としたブラシレスモータを使用する。
モータが停止している場合に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の内の２相のコイル間に順次に直流電圧を印加し、各相コイルに流れる電流のパターン（全部で６パターン）を検出して、ロータ停止位置を判定する。
これにより、ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルのＬ値のばらつきが大きくても、１極分だけ少ない相のＬ値によって、各コイルに流れる電流の差がはっきりと異なるようにできるために、Ｌ値のばらつきによる電流の大きさの逆転現象をなくすことができる。
このため、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ロータ停止位置を確実に検出できるようになる。

本発明のブラシレスモータ制御システムによれば、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ロータ停止位置を確実に検出できる。このため、安価なブラシレスモータ制御システム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システムの構成を示す。図１に示すブラシレスモータ制御システムにおける制御部の構成を示す。ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ相のコイル巻線の構成を示す。ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ相のコイル巻線の構成を示す。ブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ相のコイルに流す電流パターンを示す。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（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（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（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（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（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。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。電流パターン差異検出方法（１）を示す。電流パターン差異検出方法（１）を示す。電流パターン差異検出方法（２）を示す。電流パターン差異検出方法（２）を示す。電流パターン差異検出方法（３）を示す。電流パターン差異検出方法（３）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。

符号の説明

１ブラシレスモータ
２ステータ
３ロータ
１０ブラシレスモータ制御システム
１１ＦＥＴ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
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モータ制御部

［概要］
本発明では、ブラシレスモータが停止している場合のロータ（永久磁石側）停止位置の検出を確実に行えるようにした。

ブラシレスモータが停止している場合は、ステータ側の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。

一般に、内燃機関用のスータモータとして使用されるブラシレスモータはＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルが多極に（複数個並列に）まかれている。このうち１極のＵ，Ｖ，Ｗコイルのいずれかのコイルだけを取り払い、この相のＬ値を他の2相とは明らかに小さいＬ値としてしまう。これにより各相のＬ値のばらつきが大きくても、１極分だけ少ない相のＬ値によって電流差がはっきりと異なるために、Ｌ値のばらつきによる電流の大きさの逆転現象がなくなる。これにより、各相そのままの電流値を比較することはできないが、ロータの位置による電流差を明確化し、ロータの位置を正確に検出する。

例えば、従来のブラシレスモータ（コイルを間引かないブラシレスモータ）の例では、コイルへの電流の通電時間を、２．０［ｍｓｅｃ］通電で実験したところ、ロータが動いてしまい正確な位置検出ができない時があった。また、通電時間を１．０［ｍｓｅｃ］にしたところ電流差が小さすぎて、ロータ位置検出が難しかった。しかし、発明に使用するブラシレスモータの場合では、従来はごく短い通電時間であるため差が微小であった電流値も、Ｌ値が異なる１相のために電流差が顕著に現れるのでロータの位置を正確に検出できるようになった。

以上説明したように本発明のブラシレスモータ、およびブラシレスモータ制御システムにおいては、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ロータ停止位置を確実に検出できる。このため、安価なブラシレスモータ制御システム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。

以下、本発明の実施の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システムの構成の説明］
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システムの構成を示す。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。
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３とで構成されている。
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。ブラシレスモータ制御装置１０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、制御部２０とを有している。

ブラシレスモータ１においては、図３Ａに示すように、通常はステータ２のＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルの巻線が、６極の巻線（Ｕ１〜Ｕ６、Ｖ１〜Ｖ６、Ｗ１〜Ｗ６の６層の巻線）を並列に接続して構成されているところを、図３Ｂに示すように、１極分のＶ相コイルＶ６（取り払うコイルＣ）を取り払った（間引いた）ものである。なお、取り払うコイルは、いずれかの１極における任意の１相のコイルであればよい。また、巻線の並列極数は６極に限らず何極の場合であってもよい。

３相ブリッジで構成されるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうちスイッチング素子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。

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。

上記スイッチング素子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、検出された電流値情報は制御部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が回転している場合に、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。

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２３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、モータが回転し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、ロータ位置情報としてモータ制御部２３に送信される。

モータ制御部２３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、およびゼロクロス信号によるロータ位置検知部２２から受信したロータ位置情報を基に、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に通電する電圧を制御する。

なお、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が相当し、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。

［電流パターンによるロータ停止位置検出制御方法の説明］
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電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法について説明する。

図４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイルに流す電流パターンを示す。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４に示すように、パターンＰ１〜パターンＰ６に示す順番に、モータが動作しないような短時間（例えば、数ｍｓｅｃ）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の例を示す。図５Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（１）を示す。図５Ａ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５Ａにおいて、符号a〜ｄは、中点を示す。

図５Ａ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５Ｂおよび図５Ｃに示す電流パターンが得られる。図５Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。図５Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図５Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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５Ａの状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図５Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ１、Ｐ２，Ｐ３、Ｐ４に示すようにＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きく異なることが分かる。なお、ロータ停止位置の判定方法については後述する。

図６Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（２）を示し、図６Ａは、ロータ側の中点ｄ（Ｎ，Ｓ極の境界点）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および図６Ｃに示す電流パターンが得られる。図６Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示す。図６Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図６Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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（Ｕ，Ｖ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の状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図６Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４においてＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きく異なることが分かる。なお、本発明の場合におけるロータ停止位置判定方法については後述する。

図７Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（３）を示す。図７Ａは、ロータ側の中点ｃ（Ｎ，Ｓ極の境界点）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および図７Ｃに示す電流パターンが得られる。図７Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。図７Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図７Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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（Ｕ，Ｗ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の状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図７Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ２、Ｐ３においてＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きく異なることが分かる。なお、本発明の場合におけるロータ停止位置判定方法については後述する。

図８Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（４）を示す。図８Ａは、ロータ側の中点ｂ（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および図８Ｃに示す電流パターンが得られる。図８Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。図８Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図８Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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（Ｖ，Ｗ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の状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図８Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４においてＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きくなることが分かる。なお、本発明の場合におけるロータ停止位置判定方法については後述する。

図９Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（５）を示し、ロータ側の中点ａ（Ｎ，Ｓ極の境界点）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および図９Ｃに示す電流パターンが得られる。図９Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。図９Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図９Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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（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９Ａの状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図９Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４においてＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きく異なることが分かる。なお、本発明の場合におけるロータ停止位置判定方法については後述する。

図１０Ａ〜Ｃは、電流パターンによるロータ停止位置検知制御方法（６）を示す。ロータ側の中点ｄ（Ｎ，Ｓ極の境界点）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およびＣに示す電流パターンが得られる。図１０Ｂは従来のブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引かないブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。図１０Ｃは、本発明によるブラシレスモータ（Ｖ相コイルを間引いたブラシレスモータ）を使用した場合の電流パターンを示している。

図１０Ｂに示す従来のブラシレスモータの場合は、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の状態であることを判定していた。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＬ（インダクタンス）に誤差がある場合には誤判定する可能性があった。

図１０Ｃは、本発明によるブラシレスモータを用いた場合であり、パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４においてＶ相に流れる電流が、他の相に流れる電流と大きく異なることが分かる。なお、本発明の場合におけるロータ停止位置判定方法については後述する。

［電流パターン差異検出方法によるロータ停止位置の検出方法の説明］
次に、図５〜図１０に示した電流パターンの差異によるロータ停止位置の検出方法について説明する。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、電流パターン差異検出方法（１）を示し、従来のＶ相のＬ（コイル）の間引きなしの場合は、図５〜図１０のパターンから、図１１Ａに示すように４種類だと分かる。このため、各波形の大小比較をする場合、Ｌ値のばらつきによって、差が小さくなり大小比較できなかったり、大小逆転の可能性がある。

本発明によるＶ相のＬ（コイル）の間引きありの場合は、図５〜図１０のパターンから、図１１Ｂに示すように４種類だと分かる。このため、Ｖ相の電流値はＬ値の誤差があっても電流差が大きいため大小比較しやすく、大小関係の逆転もない。これによりＶ相の電流は誤判定無く４種類を識別できる。

図１２Ａおよび図１２Ｂに電流パターン差異検出方法（２）に示すように、パターンＰ１〜Ｐ４はＶ相の電流によって「電流が流れやすい」〜「電流が流れにくい」までの４種を識別可能となる。パターンＰ５、Ｐ６についてはＶ相電流がないので、別の手法をとる必要がある。

パターンＰ５のW相については、パターンＰ４のW相波形と大小比較を行なう。パターンＰ４のＷ相波形は４種類の電流のどれにあたるかが分かっており、また同相の波形なので、Ｌ値のばらつきは問題がなくなる（磁界の影響による電流差異だけが差として現れるため）。

ロータ位置によるＷ相の電流のパターンは、ロータ位置１〜６（図５〜図１０）の６通り存在しており、W相のパターンＰ４、Ｐ５の波形の組み合わせは、図１２Ｂに示す表のようになる。この場合、パターンＰ４のＷ相電流値Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはＶ相の波形（電流値）から識別可能である。

図１２Ｂに示す表において、パターンＰ４のW相電流値がＡ、Ｄとなるパターンは１種類ずつしかないので、パターンＰ５のW相電流値は計算しなくても認識可能である。

ロータ位置２（図５Ａ）、ロータ位置６（図１０Ａ）の場合は、パターンＰ５のW相電流がＣまたはＡとなる。Ｌ値の誤差では「Ｃ←→Ａ」が逆転するほど電流値に違いが出ないので、純粋に大小比較して大きいほうをＡ、小さいほうをＣの電流値とする。ロータ位置３（図７Ａ）、ロータ停止位置５（図９Ａ）の場合も上記と同様に大小比較を行ない、大きいほうをＢ、小さいほうをＤの電流値とする。

パターンＰ６のＵ相電流波形については、パターンＰ１のＵ相電流波形と大小比較を行なう。パターンＰ１のＵ相波形は４種類の電流のどれにあたるかが分かっており、また同相の波形なので、Ｌ値のばらつきは問題なくなる（磁界の影響による電流差異だけが差として現れる）。

ロータ位置による電流のパターンは、前述のロータ位置１（図５Ａ）〜ロータ位置６（図１０Ｃ）までの６通り存在している。W相のパターンＰ１、パターンＰ６の波形の組み合わせは、図１３Ｂの表のようになる。この場合、パターンＰ１のＵ相電流値Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはＶ相の波形（電流値）から識別可能である。

図１３Ｂの表に示すように、パターンＰ１のＵ相電流値がＡ、Ｄとなるパターンは１種類ずつしかないので、パターンＰ６のＵ相電流値は計算しなくても認識可能である。

ロータ位置１（図５Ａ）、ロータ位置３（図７Ａ）の場合は、パターンＰ６のＷ相電流がＣまたはＡとなる。Ｌ誤差では「Ｃ←→Ａ」が逆転するほど電流値に違いが出ないので、純粋に大小比較して大きいほうをＡ，小さいほうをＣの電流値とする。ロータ位置４（図８Ａ）、ロータ位置６（図１０Ａ）の場合も上記同様に大小比較を行ない、大きいほうをＢ、小さいほうをＤの電流値とする。

以上説明した判定方法により、以上で６パターンのロータ位置（図５Ａ〜図１０Ｃ）における「電流の流れやすい通電相」〜「流れにくい通電相」を全て知ることができる。これにより、ロータ停止位置を判定することができる。

［モータが回転で回っている場合のロータ位置の検出方法の説明］
モータが回転している場合のロータ位置の検出方法について説明しておく。この方法自体は本発明には関係せず、また、一般的な方法であるため、以下、簡単にだけ説明する。

モータが回転している場合は、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１４のＵ，Ｖ，Ｗの相電圧波形に示すように、１８０度の全通電期間中、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。

以上説明したように本発明によれば、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ロータ停止位置を確実に検出できる。このため、安価なブラシレスモータ制御システム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、およびブラシレスモータ制御システムは、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、ブラシレスモータの制御システム、およびブラシレスモータの制御方法に適用できる。このブラシレスモータ、ブラシレスモータ制御システム、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、複数相の駆動コイルのインダクタンス値にばらつきが有ってもロータ停止位置を確実に検出できる。

Claims

エンジンのスタータ用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御するブラシレスモータ制御システムにおける前記ブラシレスモータであって、
ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相のコイルを間引いたブラシレスモータ。
エンジンのスタータ用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御するブラシレスモータ制御システムであって、
前記ブラシレスモータとして、ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの相のコイルを間引いたブラシレスモータを使用すると共に、
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、
を含むブラシレスモータ制御システム。
前記ブラシレスモータとして、２対のＮ極とＳ極を含む４極のロータを有するブラシレスモータを使用し、
前記電流立ち上がり検出回路は、
前記ステータのＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルのＵ−Ｖ間、Ｖ−Ｕ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｖ間、Ｗ−Ｕ間、Ｕ−Ｗ間の順に所定の直流電圧を第１から第６までの６つの所定のタイミングで印加し、前記第１から第６までの各タイミングにおいて各相コイルに流れる電流値を含む電流パターンを検出し、
前記ロータ停止位置検出部は、
前記第１から第６までの各タイミングにおける電流値を含む電流パターンの差異を検出して、前記ロータ停止位置を判定する
請求項２に記載のブラシレスモータ制御システム。
前記間引き相がＶ相であり、
前記ロータ停止位置検出部は、前記電流パターンの差異を検出する際に、
前記第１のタイミングから第４のタイミングまでは、前記Ｖ相コイルに流れるＶ相電流値を使用し、
前記第５のタイミングではＷ相コイルに流れるＷ相電流値を使用し、
前記第６のタイミングではＵ相コイルに流れるＵ相電流値を使用する請求項３に記載のブラシレスモータ制御システム。
エンジンのスタータ用のモータとして使用され、ステータにＵ，Ｖ，Ｗの３相コイルを有する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起動時にロータの停止位置を検出してＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルに通電する相電圧を制御するブラシレスモータ制御システム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として、ステータ側にN（N≧２）極のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを有すると共に、前記N極の内の１極においてＵ，Ｖ，Ｗ相コイルのいずれかの１相のコイルを間引いたブラシレスモータを使用する手順と、
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、
を含むブラシレスモータ制御方法。