JP5405224B2 - モータ駆動装置、及びモータに備えられたロータの相対位置の判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置、及びモータに備えられたロータの相対位置の判別方法に関する。

従来、ブラシレスモータのセンサレス制御として、駆動中の誘起電圧を検出して位置を推定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、モータがある程度、回転数を上げないと誘起電圧を検出できず、特許文献１には、停止及び低速域のセンサレス制御については何ら記載されていない。

そこで、この停止及び低速域のセンサレス制御を実現可能にする方法として、ロータ位置によって変化する巻線インダクタンスから位置を推定する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

特公昭５８−０２５０３８号公報

電気学会論文誌Ｄ論 vol.126 No.3「高調波電流注入によるセンサレスＩＰＭモータ制御システムの高性能化」

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術では、高精度な３相電流検出器（電流センサ）が必要であり、コストが大きくなる、という問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、従来技術と比較して、低速域のセンサレス制御（例えば、ステータに対するロータの相対的な位置を判別する処理を含む制御）をコストがかからずに行うことができるモータ駆動装置及びモータに備えられたロータの相対位置の判別方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のモータ駆動装置は、スター結線され各々が磁界を発生する三相のモータ巻線を有するステータ及び前記三相のモータ巻線の各々によって発生された磁界によって回転駆動されるロータを備えたモータの前記ロータの前記ステータに対する相対位置に基づいて前記三相のモータ巻線のうち駆動電力が供給される一対の通電相のモータ巻線の端子間に、第１の方向及び前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、駆動電力供給手段から交互に駆動電力を供給して前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御する制御手段と、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に駆動電力が供給された際の非通電相の相電圧として、前記第１の方向へ駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第１の電圧として検出し、前記第２の方向へ駆動電力が供給された場合の前記非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第２の電圧として検出する検出手段と、前記一対の通電相の組み合わせ、及び該組み合わせにおける前記第１の方向への前記駆動電力の供給時間と前記第２の方向への前記駆動電力の供給時間との大小関係に応じて前記ステータに対する前記ロータの相対的な回転区間を判別し、前記判別した回転区間において、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係が変化する変化点に基づいて、当該回転区間における前記ステータに対する前記ロータの相対的な位置を判別する判別手段と、を含んで構成されている。

請求項１に記載の発明によれば、一対の通電相の組み合わせ、及び該組み合わせにおける各相の駆動電力の極性に応じて定まるステータに対するロータの相対的な回転区間において、各モータ巻線に駆動電力が交互に供給され、第１の方向へ一対の通電相のモータ巻線に駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の相電圧である第１の電圧、及び第２の方向へ一対の通電相のモータ巻線に駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の相電圧である第２の電圧が検出される。そして、第１の電圧及び第２の電圧の大小関係の変化に基づいて、その回転区間におけるステータに対するロータの相対的な位置が判別される。従って、請求項１に記載の発明によれば、高価な電流センサを用いずに、ステータに対するロータの相対的な位置を判別することができる。すなわち、従来技術と比較して、コストがかからずにステータに対するロータの相対的な位置を判別することができる。

また、請求項２に記載の発明のモータ駆動装置は、請求項１に記載の発明のモータ駆動装置において、前記制御手段は、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に、前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動電力が交互に、予め定められた前記相対的な位置に対応する供給時間で供給されて、前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御するようにしたものである。

また、請求項３に記載の発明のモータ駆動装置は、請求項２に記載の発明のモータ駆動装置において、前記制御手段は、前記ロータの回転が停止している場合に、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に交互に供給される前記第１の方向及び前記第２の方向の駆動電力の供給時間を同一としたものである。これにより、ロータの回転が停止している状態でも非通電相の上記第１の電圧及び上記第２の電圧によりロータのステータに対する相対位置が検出可能となる。

また、請求項４に記載の発明のモータ駆動装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明のモータ駆動装置において、前記検出手段は、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に前記第１の方向に駆動電力の供給が開始されてから所定期間経過後に前記第１の電圧を検出すると共に、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に前記第２の方向に駆動電力の供給が開始されてから所定期間経過後に前記第２の電圧を検出するようにしたものである。これにより、リンギングにより電圧値が安定しない駆動電力の供給が開始された直後の非通電相のモータ巻線の相電圧ではなく、電圧値が安定した非通電相のモータ巻線の相電圧を第１の電圧及び第２の電圧として検出することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明のモータに備えられたロータの相対位置の判別方法は、スター結線され各々が磁界を発生する三相のモータ巻線を有するステータ及び前記三相のモータ巻線の各々によって発生された磁界によって回転駆動されるロータを備えたモータの前記ロータの前記ステータに対する相対位置に基づいて前記三相のモータ巻線のうち駆動電力が供給される一対の通電相のモータ巻線の端子間に、第１の方向及び前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、駆動電力供給手段から交互に駆動電力を供給して前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御し、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に駆動電力が供給された際の非通電相の相電圧として、前記第１の方向へ駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第１の電圧として検出し、前記第２の方向へ駆動電力が供給された場合の前記非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第２の電圧として検出し、前記一対の通電相の組み合わせ、及び該組み合わせにおける前記第１の方向への前記駆動電力の供給時間と前記第２の方向への前記駆動電力の供給時間との大小関係に応じて前記ステータに対する前記ロータの相対的な回転区間を判別し、前記判別した回転区間において、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係が変化する変化点に基づいて、当該回転区間における前記ステータに対する前記ロータの相対的な位置を判別する方法である。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の原理で、従来技術と比較して、コストがかからずにステータに対するロータの相対的な位置を判別することができる。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータ駆動装置の構成の概略を示すブロック図である。 Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子巻線の磁束量を示す図である。 １２０度通電を説明するための図である。 電機子巻線のインダクタンスの変化を示す図である。 本発明の実施形態におけるインダクタンス比の検出方法の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態におけるインダクタンス比の検出方法の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態における位置信号の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態における処理の流れを説明するための図である。 Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧波形の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明のモータ駆動装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。

ブラシレスモータ１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線（（ステータ）図１では、短径枠に相種（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を記載）がスター結線（Ｙ結線）された３相電機子巻線と回転子（ロータ）とを含んで構成されている。３相電機子巻線の各相Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ１２０°のピッチで配置されており、ブラシレスモータ駆動装置１０のパルス幅変調（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation））方式のインバータを構成するスイッチング素子群１４の出力端と接続され、端子Ａに導線Ａ´を介し、端子Ｂに導線Ｂ´を介し、端子Ｃに導線Ｃ´を介してスイッチング素子群１４から電力が供給される。

スイッチング素子群１４は直流電源（バッテリ）１６と接続され、コンデンサＣが並列に接続されている。３相電機子巻線は、スイッチング素子群１４のトランジスタにより３相電機子巻線の各相に所定のタイミングで通電切替されることで、回転磁界が形成される。

スイッチング素子群１４を構成するスイッチング素子としての３対（計６個）のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６は、３相ブリッジ接続され、各トランジスタには並列にダイオードＤが接続されている。

更に、ブラシレスモータ駆動装置１０には、ブラシレスモータ１２の駆動を制御するコントローラ１８、及びブラシレスモータ１２のステータに対するロータの相対的な位置を判別（検出）するためのオブザーバ２０が設けられている。

コントローラ１８は、３相ブリッジ接続された各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６が接続されていると共に、オブザーバ２０が接続されており、オブザーバ２０によって判別されたブラシレスモータ１２の回転子の位置（電機子巻線に対する回転子の相対位置（角度））に応じて各トランジスタを制御することによって、ブラシレスモータ１２の駆動を制御する。

オブザーバ２０は、ブラシレスモータ１２の各相の電機子巻線（端子Ａ、Ｂ、Ｃ）に接続されており、端子Ａ、Ｂ、Ｃの各電圧を示すアナログデータをデジタルデータに変換することにより、電機子巻線（端子Ａ、Ｂ、Ｃ）の電圧を検出する。そして、電機子巻線の電圧を検出することで、３相電機子巻線に対する回転子の相対位置を判別して、判別結果をコントローラ１８に出力する。

ところで、ブラシレスモータは、回転子の磁極位置に同期して、３相電機子巻線の各相への通電を切り替えるため、回転子の位置を判別する必要がある。そこで、本実施の形態では、回転子の位置の判別を行う際には、高価な電流センサを用いないセンサレスで３相電機子巻線と回転子との相対位置を判別するようにしている。

ここで、本実施の形態に係るブラシレスモータ駆動装置１０におけるステータに対するロータの相対位置の判別方法について説明する。なお、本実施の形態では、３相のブラシレスモータ１２に１２０度通電を行う駆動方法において、１２０度通電の電圧印加される２相（通電相）は相補通電にて電圧印加される（すなわち、通電相のモータ巻線である電機子巻線に、第１の方向及び第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、各モータ巻線に駆動電力を供給するための駆動電力供給手段としての直流電源１６からの駆動電力が交互に供給される。これにより、ブラシレスモータ１２のロータがステータに対して相対的に所定方向に回転駆動される）。電圧印加されない非通電相はオープン状態（直流電源１６に対して電気的に無接続の状態）にし、このオープン状態の非通電相の電機子巻線の端子電圧を検出することで、ステータに対するロータの相対位置を判別する。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子巻線に磁束量が図２に示すような場合には、１２０度通電は、磁束と９０度位相差を持たせるように図３に示すようになされる。すなわち、図３に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子巻線に電圧が印加されるように、コントローラ１８は、各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６のオン／オフを制御する。

ところで、ブラシレスモータ１２の磁束量によって、各電機子巻線のインダクタンスが図４に示すように変化する。同図に図示されるように、磁束の絶対量が増加すればインダクタンスが減少し、磁束の絶対量が減少すればインダクタンスは増加する。このロータの相対位置によって変化するインダクタンスを検出するために、本実施の形態では、通電相の一対の電機子巻線にＡＣ成分を持った電圧（パルス電圧）を印加し、その分圧値からインダクタンス比を検出する。

ここで、このインダクタンス比の検出方法の一例について説明する。例えば、電気角で１５０〜２１０度の区間では、通電相はＶ相の電機子巻線、Ｗ相の電機子巻線であり、非通電相はＵ相の電機子巻線である。この場合、図５及び図６に示すように、コントローラ１８によって、Ｕ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｖ相の電機子巻線（端子Ｂ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＷ相の電機子巻線（端子Ｃ）へのマイナス端子の接続と、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＶ相の電機子巻線（端子Ｂ）へのマイナス端子の接続とを交互に繰り返す。この交互に繰り返す場合の各プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように所定の角度６０度の区間毎に予め実験により求められた値である。ここで、この６０度の区間とは、例えば、−３０度〜３０度、３０度〜９０度，９０度〜１５０度、１５０度〜２１０度、２１０度〜２７０度、２７０度〜３３０度（−３０度）を指す。これにより、一対の通電相のモータ巻線（電機子巻線）に、第１の方向（例えばＶ相からＷ相）及び第１の方向とは反対の方向である第２の方向（例えばＷ相からＶ相）に、各モータ巻線に駆動電力を供給するための直流電源１６からの駆動電力が交互に供給されてロータがステータに対して相対的に所定方向に回転駆動する。なお、回転子が停止しているときは、交互に繰り返す各プラス電圧を同じ時間だけ印加することで、停止状態でも非通電相の電圧により位置検出が可能である。そして、回転子を回転させ始めたら予め実験により求めた印加時間だけ、各プラス電圧を交互に印加する。

図５でＶ相とＷ相とで直流電源１６のプラス電圧の印加時間がほぼ同じであるのは、ブラシレスモータ１２を低回転で回転駆動させるように、巻線間電圧を小さくするためである。なお、以下の式（１）に示すように、モータ回転数Ｒは、モータ回転定数Ｋと電圧Ｖとの積で表される。

Ｒ＝Ｋ×Ｖ・・・式（１）

このとき、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）には、直流電源１６のプラス電圧をＶ相の電機子巻線とＷ相の電機子巻線とによる巻線インダクタンスの分圧値と、誘起電圧とが加算された電圧が現れる。図５（Ａ）ではＶ相からＷ相へ電圧印加されており、図５（Ｂ）ではＷ相からＶ相へ電圧印加されている。このとき、Ｖ相からＷ相へ電圧印加されている場合の非通電相であるＵ相の相電圧Ｕ´は下記の式（２）に従って検出することができる。

Ｕ相の相電圧Ｕ´＝（直流電源１６のプラス電圧Ｂ）×（Ｗ相インダクタンス）÷（（Ｖ相インダクタンス）＋（Ｗ相インダクタンス））＋Ｕ相誘起電圧・・・式（２）

また、Ｗ相からＶ相へ電圧印加されている場合の非通電相であるＵ相の相電圧Ｕ´´は下記の式（３）に従って検出することができる。

Ｕ相の相電圧Ｕ´´＝（直流電源１６のプラス電圧Ｂ）×（Ｖ相インダクタンス）÷（（Ｖ相インダクタンス）＋（Ｗ相インダクタンス））＋Ｕ相誘起電圧・・・式（３）

なお、Ｕ相電圧を検出する際には、図５（Ｃ）に示すように、電圧が安定した位置で電圧を示すアナログデータをデジタルデータに変換することにより、電機子巻線（端子Ａ、Ｂ、Ｃ）の電圧を検出するとよい。より具体的には、例えば、電圧を印加した直後は、Ｕ相の相電圧Ｕはリンギングによって電圧が安定しない。よってリンギングが収まって電圧が安定した位置で相電圧Ｕを検出する。このリンギングの期間（時間）はモータによってほぼ決まるため、プラス電圧を印加してから所定期間を経過したのちに相電圧Ｕを検出すればよい。

同一のキャリア周期内で相電圧Ｕ´及び相電圧Ｕ´´を検出しているため、ロータがほとんど回転していないものとみなすことができ、相電圧Ｕ´及び相電圧Ｕ´´に含まれる誘起電圧の大きさは同じであるとみなすことができる。したがって、下記の式（４）に示すように、（（相電圧Ｕ´）−（相電圧Ｕ´´））の値を、ステータに対するロータの相対位置を示す信号である位置信号として演算することで、誘起電圧の影響を無視することができる。

位置信号＝（（相電圧Ｕ´）−（相電圧Ｕ´´））・・・式（４）

ここで、電気角で０〜３６０度の区間での位置信号の値を図７に示す。Ｕ相がオープン状態で、Ｖ相〜Ｗ相間に電圧が印加される１５０〜２１０度区間では、Ｖ−Ｗの位置信号が０クロスしていることが分かる。なお、通電相がＶ相とＷ相の場合の位置信号をＶ−Ｗの位置信号と称する。位置信号の０クロスはＶ相とＷ相との巻線インダクタンスの大小関係が反転したことを表すので、この０クロスが正確な位置検出（位置判別）ポイントとなる。このことから１５０〜２１０度の区間では電気角１８０度の正確な位置情報が得られる。同様の原理で、３０〜９０度、９０〜１５０度、２１０〜２７０度、２７０〜３３０度、３３０〜３０度の区間でも正確な位置情報が得られる。なお、本実施の形態では、正確な位置情報の一例として、それぞれ、６０度、１２０度、２４０度、３００度、３６０度があげられる。このように電気角６０度毎の正確な位置を判別することができる。また、１２０度通電では電気角６０度毎の位置情報が判別されれば適切に通電することができる。

次に、本実施の形態のブラシレスモータ駆動装置１０の動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップ１００で、モータが停止しているか否かを判定する。ステップ１００で停止していると判定された場合には、次のステップ１０１（相対位置検出）でステータに対するロータの相対位置を検出する。本ステップでは、従来公知の技術を用いて、停止状態にあるロータの相対位置を検出する。そして、ステップ１００に戻る。

ステップ１００で停止していないと判定された場合には、次のステップ１０２でモータの回転速度が低速（例えば、１２００ｒｐｍ以下）であるか否かを判定することにより、低速域であるか否かを判定する。

ステップ１０２で低速でないと判定された場合には、次のステップ１０３で誘起電圧を検出し、誘起電圧に基づいてステータに対するロータの相対位置を検出し、検出されたロータの相対位置に基づいてモータの回転駆動を制御する従来公知のセンサレス制御を実行する。そしてステップ１０２に戻る。ステップ１０２で低速であると判定された場合には、次のステップ１０６へ進む。

次のステップ１０６では、ステータに対するロータの相対位置が０度以上３０度未満、１５０度以上２１０度未満、３３０度以上３６０度以下のいずれかの範囲内であるか否かを判定する。

ステップ１０６で、ステータに対するロータの相対位置が０度以上３０度未満、１５０度以上２１０度未満、３３０度以上３６０度以下のいずれかの範囲内であると判定された場合には、次のステップ１０８へ進む。

ステップ１０８では、Ｕ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｖ相の電機子巻線（端子Ｂ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＷ相の電機子巻線（端子Ｃ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように６０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。例えば、ロータの相対位置が１８０〜２１０度でのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧波形は図９（Ａ）のようになり、ロータの相対位置が０〜３０度でのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧波形は図９（Ｂ）のようになる。なお、ロータの相対位置が１５０〜１８０度ででは、Ｖ相、Ｗ相の電圧印加時間の大小関係は図９（Ａ）に示すものと同一で、Ｕ相電圧の大小関係が図９（Ａ）に示すものと逆転する。

次のステップ１１０では、Ｕ相電圧を検出する。

ステップ１１２では、Ｕ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＶ相の電機子巻線（端子Ｂ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように６０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。

次のステップ１１４では、Ｕ相電圧を検出し、ステップ１１６へ進む。

１回目のステップ１１６では、上記ステップ１１０で検出されたＵ相電圧と、上記ステップ１１４で検出されたＵ相電圧とを比較して大小関係を判断する。

また、２回目以降のステップ１１６では、まず、上記ステップ１１０で検出されたＵ相電圧と、上記ステップ１１４で検出されたＵ相電圧とを比較して大小関係を判断する。そして、前回のステップ１１６で判断された大小関係と、今回判断された大小関係とを比べて、大小関係が変化したか否かを判定する。例えば、前回の大小関係では、上記ステップ１１０で検出されたＵ相電圧が、上記ステップ１１４で検出されたＵ相電圧より大きかったのに対し、今回の大小関係では、上記ステップ１１４で検出されたＵ相電圧が、上記ステップ１１０で検出されたＵ相電圧より大きかった場合には、大小関係が変化したと判断する。

ステップ１１６で、大小関係が変化していないと判断された場合には、上記ステップ１０８へ進む。一方、ステップ１１６で、大小関係が変化したと判断された場合には、次のステップ１１８で、ブラシレスモータ１２の回転速度を算出する。例えば、ステップ１１８では、６０度を、前回大小関係が変化したと判断されてから今回大小関係が変化したと判断されるまでの時間で除した値を、ブラシレスモータ１２の回転速度として算出するようにしてもよい。そして、次のステップ１２０へ進む。ステップ１２０では、今回大小関係が変化したと判断されてから、所定の電気角（例えば３０度）を上記ステップ１１８で算出された回転速度で除した値が示す時間（以下、この時間を待機時間と称する。）が経過したか否かを判断する。ステップ１２０にて今回大小関係が変化したと判断されてから待機時間が経過していないと判定された場合には、ステップ１０６へ戻る。そして、ステップ１２０にて今回大小関係が変化したと判断されてから待機時間が経過したと判定された場合には、次のステップ１２２へ進む。これは、大小関係が変化する点と、通電切り換え点とでは電気角で３０度位相差があるためであり、次のステップ１２２で通電相の切り換えタイミングを適切なものとするための処理である。

次のステップ１２２では、通電相を切り換えるように、コントローラ１８が、各トランジスタを制御する。そして、上記ステップ１００に戻る。

一方、ステップ１０６で、否定判定された場合（ステータに対するロータの相対位置が０度以上３０度未満、１５０度以上２１０度未満、３３０度以上３６０度以下のいずれの範囲内でないと判定された場合）には、次のステップ１２６へ進む。

次のステップ１２６では、ステータに対するロータの相対位置が３０度以上９０度未満、２１０度以上２７０度未満のいずれかの範囲内であるか否かを判定する。

ステップ１２６で、ステータに対するロータの相対位置が３０度以上９０度未満、２１０度以上２７０度未満のいずれかの範囲内であると判定された場合には、次のステップ１２８へ進む。

ステップ１２８では、Ｖ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＵ相の電機子巻線（端子Ａ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように３０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。

次のステップ１３０では、Ｖ相電圧を検出する。

ステップ１３２では、Ｖ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＷ相の電機子巻線（端子Ｃ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように３０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。

次のステップ１３４では、Ｖ相電圧を検出し、ステップ１３６へ進む。

１回目のステップ１３６では、上記ステップ１３０で検出されたＶ相電圧と、上記ステップ１３４で検出されたＶ相電圧とを比較して大小関係を判断する。

また、２回目以降のステップ１３６では、まず、上記ステップ１３０で検出されたＶ相電圧と、上記ステップ１３４で検出されたＶ相電圧とを比較して大小関係を判断する。そして、前回のステップ１３６で判断された大小関係と、今回判断された大小関係とを比べて、大小関係が変化したか否かを判定する。例えば、前回の大小関係では、上記ステップ１３０で検出されたＶ相電圧が、上記ステップ１３４で検出されたＶ相電圧より大きかったのに対し、今回の大小関係では、上記ステップ１３４で検出されたＶ相電圧が、上記ステップ１３０で検出されたＶ相電圧より大きかった場合には、大小関係が変化したと判断する。

ステップ１３６で、大小関係が変化していないと判断された場合には、上記ステップ１２８へ進む。一方、ステップ１３６で、大小関係が変化したと判断された場合には、次のステップ１１８へ進む。

一方、ステップ１２６で、否定判定された場合（ステータに対するロータの相対位置が３０度以上９０度未満、２１０度以上２７０度未満のいずれの範囲内でないと判定された場合）には、次のステップ１３８へ進む。

次のステップ１３８では、ステータに対するロータの相対位置が９０度以上１５０度未満、２７０度以上３３０度未満のいずれかの範囲内であるか否かを判定する。

ステップ１３８で、ステータに対するロータの相対位置が９０度以上１５０度未満、２７０度以上３３０度未満のいずれかの範囲内であると判定された場合には、次のステップ１４０へ進む。

ステップ１４０では、Ｗ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｖ相の電機子巻線（端子Ｂ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＵ相の電機子巻線（端子Ａ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように３０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。

次のステップ１４２では、Ｗ相電圧を検出する。

ステップ１４４では、Ｗ相の電気子巻線をオープン状態（無接続）にすると共に、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）への直流電源１６のプラス電圧の印加及びＶ相の電機子巻線（端子Ｂ）へのマイナス端子の接続を行う。なお、プラス電圧の印加時間は、回転子が適切に回転するように３０度の区間毎に予め実験により求められた値であり、ロータの相対位置に応じて定まる。

次のステップ１４６では、Ｗ相電圧を検出し、ステップ１４８へ進む。

１回目のステップ１４８では、上記ステップ１４２で検出されたＷ相電圧と、上記ステップ１４６で検出されたＷ相電圧とを比較して大小関係を判断する。

また、２回目以降のステップ１４８では、まず、上記ステップ１４２で検出されたＷ相電圧と、上記ステップ１４６で検出されたＷ相電圧とを比較して大小関係を判断する。そして、前回のステップ１４８で判断された大小関係と、今回判断された大小関係とを比べて、大小関係が変化したか否かを判定する。例えば、前回の大小関係では、上記ステップ１４２で検出されたＷ相電圧が、上記ステップ１４６で検出されたＷ相電圧より大きかったのに対し、今回の大小関係では、上記ステップ１４６で検出されたＷ相電圧が、上記ステップ１４２で検出されたＷ相電圧より大きかった場合には、大小関係が変化したと判断する。

ステップ１４８で、大小関係が変化していないと判断された場合には、上記ステップ１４０へ進む。一方、ステップ１４８で、大小関係が変化したと判断された場合には、次のステップ１１８へ進む。

一方、ステップ１３８で、否定判定された場合（ステータに対するロータの相対位置が９０度以上１５０度未満、２７０度以上３３０度未満のいずれの範囲内でないと判定された場合）には、ステップ１０６へ戻る。

以上、本実施の形態に係るブラシレスモータ駆動装置１０は、各々磁界を発生する複数相のモータ巻線を有するステータ及び複数相のモータ巻線の各々によって発生された磁界によって回転駆動されるロータを備えたブラシレスモータ１２のロータのステータに対する相対位置に基づいて複数相のモータ巻線のうち駆動電力が供給される一対の通電相のモータ巻線に、第１の方向及び第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、各モータ巻線に駆動電力を供給するための駆動電力供給手段としての直流電源１６からの駆動電力が交互に供給されてロータがステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように直流電源１６を制御する。

そして、第１の方向へ一対の通電相のモータ巻線に駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の相電圧である第１の電圧、及び第２の方向へ一対の通電相のモータ巻線に駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の相電圧である第２の電圧を検出し、第１の電圧及び第２の電圧の大小関係の変化に基づいて、ステータに対するロータの相対的な位置を判別する。従って、本実施の形態のブラシレスモータ駆動装置１０によれば、高価な電流センサを用いずに、ステータに対するロータの相対的な位置を判別することができる。すなわち、従来技術と比較して、コストがかからずにステータに対するロータの相対的な位置を判別することができる。

なお、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１０…ブラシレスモータ駆動装置、１２…ブラシレスモータ、１４…スイッチング素子群、１６…直流電源、１８…コントローラ、２０…オブザーバ

Claims (5)

1. スター結線され各々が磁界を発生する三相のモータ巻線を有するステータ及び前記三相のモータ巻線の各々によって発生された磁界によって回転駆動されるロータを備えたモータの前記ロータの前記ステータに対する相対位置に基づいて前記三相のモータ巻線のうち駆動電力が供給される一対の通電相のモータ巻線の端子間に、第１の方向及び前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、駆動電力供給手段から交互に駆動電力を供給して前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御する制御手段と、
   前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に駆動電力が供給された際の非通電相の相電圧として、前記第１の方向へ駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第１の電圧として検出し、前記第２の方向へ駆動電力が供給された場合の前記非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第２の電圧として検出する検出手段と、
   前記一対の通電相の組み合わせ、及び該組み合わせにおける前記第１の方向への前記駆動電力の供給時間と前記第２の方向への前記駆動電力の供給時間との大小関係に応じて前記ステータに対する前記ロータの相対的な回転区間を判別し、前記判別した回転区間において、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係が変化する変化点に基づいて、当該回転区間における前記ステータに対する前記ロータの相対的な位置を判別する判別手段と、
   を含むモータ駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に、前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動電力が交互に、予め定められた前記相対的な位置に対応する供給時間で供給されて、前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御する請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記ロータの回転が停止している場合に、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に交互に供給される前記第１の方向及び前記第２の方向の駆動電力の供給時間を同一とした請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 前記検出手段は、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に前記第１の方向に駆動電力の供給が開始されてから所定期間経過後に前記第１の電圧を検出すると共に、前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に前記第２の方向に駆動電力の供給が開始されてから所定期間経過後に前記第２の電圧を検出する請求項１〜３の何れか１項記載のモータ駆動装置。
5. スター結線され各々が磁界を発生する三相のモータ巻線を有するステータ及び前記三相のモータ巻線の各々によって発生された磁界によって回転駆動されるロータを備えたモータの前記ロータの前記ステータに対する相対位置に基づいて前記三相のモータ巻線のうち駆動電力が供給される一対の通電相のモータ巻線の端子間に、第１の方向及び前記第１の方向とは反対の方向である第２の方向に、駆動電力供給手段から交互に駆動電力を供給して前記ロータが前記ステータに対して相対的に所定方向に回転駆動するように前記駆動電力供給手段を制御し、
   前記一対の通電相のモータ巻線の端子間に駆動電力が供給された際の非通電相の相電圧として、前記第１の方向へ駆動電力が供給された場合の非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第１の電圧として検出し、前記第２の方向へ駆動電力が供給された場合の前記非通電相のモータ巻線の端子の電圧を第２の電圧として検出し、
   前記一対の通電相の組み合わせ、及び該組み合わせにおける前記第１の方向への前記駆動電力の供給時間と前記第２の方向への前記駆動電力の供給時間との大小関係に応じて前記ステータに対する前記ロータの相対的な回転区間を判別し、前記判別した回転区間において、前記第１の電圧と前記第２の電圧との大小関係が変化する変化点に基づいて、当該回転区間における前記ステータに対する前記ロータの相対的な位置を判別する、
   モータに備えられたロータの相対位置の判別方法。

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