JP5745955B2 - 駆動装置、及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、及び駆動方法に関する。

ロータが永久磁石を有するタイプのブラシレスモータには、ロータの位置（角度）を検出する位置センサを設けずに位置センサレスで駆動制御を行うものがある。この場合、開放区間（非通電相）のモータ端子に現れる誘起電圧と等価中性点電位をコンパレータに入力して得られるパルス信号のエッジ間隔からロータの位置を検出している。ところが、ブラシレスモータの駆動を開始する際など、回転数がゼロである場合や回転数が極めて小さい場合には、誘起電圧が発生しないか極めて小さいので、ロータの位置を検出するための十分な信号が得られないことがある。

そこで、各相のコイルに電圧を順に印加し、その際に各相のコイルに流れる電流の立ち上がり時間の差に基づいて、ロータの停止位置を検出し、検出した停止位置に応じた通電をしてトルクを生じさせ、生じさせたトルクによる惰性でロータを回転させる。このとき、発生する誘起電圧に基づいて、ロータの位置を検出し、検出した位置に基づいたセンサレス制御（誘起電圧に基づく制御）を行う技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２００８−０９２７８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、例えば、モータの負荷が大きく、ロータを回転させる際の抵抗が大きい場合に、ロータを惰性で回転させることができず、十分な誘起電圧を発生させることができないことがある。この場合、誘起電圧に基づいた制御を行うことができず、モータの駆動を開始させることができなかった。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたもので、その目的は、モータの負荷が大きい場合において、コイルに生じる誘起電圧に基づいた制御によりモータを駆動させることができる駆動装置、及び駆動方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、複数のコイルが巻装されたステータとロータとを備えるモータに電源装置から電力を供給させて前記モータを駆動させる駆動装置であって、前記コイルごとに設けられたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記コイルに通電するインバータ回路と、前記ロータを回転させたときに前記コイルの無通電相に現れる誘起電圧と、等価中性点電位との比較結果を示す前記コイルの各相に対応するパルス信号を生成する誘起電圧インターフェース回路と、前記モータの駆動を開始する際に、前記コイルに流す電流の向きを示す複数の通電パターンから１つずつ選択し、選択した通電パターンを用いて通電を行い、所定の電流値に達するまでの通電時間に基づいて、前記ロータが停止している位置を検出する停止磁極位置検出部と、前記停止磁極位置検出部が検出した前記ロータの位置に基づいて選択した通電パターンで通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加えた後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のレベルの組合せに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加える起動通電を行った後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のエッジに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせることで誘起電圧に基づいたセンサレス制御を行う通電制御部とを備えることを特徴とする駆動装置である。

また、本発明は、上記の発明において、前記通電制御部は、前記ロータの回転速度が予め定めた速度閾値以上になると、前記コイルに対する通電パターンの切替えを前記センサレス制御を用いて行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記速度閾値は、前記コイルに生じる誘起電圧が、前記誘起電圧インターフェース回路における等価中性点電位の電位差より大きくなるときの前記ロータの回転速度であることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記通電制御部は、前記起動通電を行っている間、通電パターンを切り替えたのち所定の期間において、前記パルス信号をマスクして前記パルス信号のレベルの検出を行わないことを特徴とする。

また、本発明は、複数のコイルが巻装されたステータとロータとを備えるモータに電源装置から電力を供給させて前記モータを駆動させる駆動装置であって前記コイルごとに設けられたスイッチング素子を有し前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記コイルに通電するインバータ回路と、前記ロータを回転させたときに前記コイルの無通電相に現れる誘起電圧と等価中性点電位との比較結果を示す前記コイルの各相に対応するパルス信号を生成する誘起電圧インターフェース回路とを備える駆動装置における駆動方法であって、前記モータの駆動を開始する際に、前記コイルに流す電流の向きを示す複数の通電パターンから１つずつ選択し、選択した通電パターンを用いて通電を行い、所定の電流値に達するまでの通電時間に基づいて、前記ロータが停止している位置を検出する停止磁極位置検出ステップと、前記停止磁極位置検出ステップにおいて検出した前記ロータの位置に基づいて選択した通電パターンで通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加えた後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のレベルの組合せに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加える起動通電を行った後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のエッジに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせることで誘起電圧に基づいたセンサレス制御を行う通電制御ステップとを有することを特徴とする駆動方法である。

この発明によれば、駆動装置は、検出したロータの停止位置に基づいた通電パターンを用いて通電を開始して、誘起電圧インターフェース回路が出力するパルス信号のレベルに応じて通電パターンを切り替えて通電を行いロータにトルクを加えたのちに、誘起電圧に基づいた制御を行う。
これにより、モータの負荷が大きく、ロータを惰性で回転させることができない場合であっても、ロータにトルクを加え続けることにより回転させ続けることができ、誘起電圧に基づいた制御を行うために十分な誘起電圧が得られるようになった後に、誘起電圧に基づいた制御に切り替えることができる。

本実施形態におけるモータシステムの構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態における誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４の構成例を示す回路図である。 本実施形態における通電パターン＃１〜＃６を示す概略図である。 本実施形態における駆動装置１が行うモータ始動処理を示すフローチャートである。 図４のステップＳ１０６における起動通電処理の動作を示すフローチャートである。 本実施形態における速度閾値について説明する概略図である。 本実施形態のモータ始動処理におけるパルス信号及び通電パターン信号の一例を示す波形図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における駆動装置、及び駆動方法を説明する。

図１は、本実施形態におけるモータシステムの構成を示す概略ブロック図である。同図に示すようにモータシステムは、ブラシレスモータ２と、電源装置３から供給される直流電力を用いてブラシレスモータ２の駆動を制御する駆動装置１とを具備している。
ブラシレスモータ２は、永久磁石を有するロータと、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）それぞれに対応するコイルＵ、Ｖ、Ｗがロータの回転方向に順に巻装されているステータとを備えている。各相のコイルＵ、Ｖ、Ｗそれぞれは、一端がモータ端子を介して駆動装置１に接続され、他端が互いに接続されている。また、ブラシレスモータ２は、ロータの位置を検出するセンサを有しないセンサレスタイプのモータである。

駆動装置１は、外部から入力される作動指令に基づいて、ブラシレスモータ２の駆動を制御する。また、駆動装置１は、制御装置１１と、インバータ回路１２と、シャント抵抗１３と、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４と、基準電圧比較回路１５と、ゲートドライバ回路１６と、平滑コンデンサ１７とを備えている。

インバータ回路１２は、シャント抵抗１３を介して電源装置３から供給される直流電力を交流電力に変換してブラシレスモータ２に印加する。インバータ回路１２は、図１に示すように、６つのスイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬ、１２１ＶＨ、１２１ＨＬ、１２１ＷＨ、１２１ＷＬを有している。インバータ回路１２は、スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬのオンとオフとを切り替えて直流電力を交流電力に変換する。
直列に接続されたスイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬと、直列に接続されたスイッチング素子１２１ＶＨ、１２１ＨＬと、直列に接続されたスイッチング素子１２１ＷＨ、１２１ＷＬとは、シャント抵抗１３を介して接続された電源装置３の高電位側と接地電位との間に並列に接続されている。また、スイッチング素子１２１ＵＨ、１２１ＵＬの接続点は、コイルＵの一端に接続されている。スイッチング素子１２１ＶＨ、１２１ＶＬの接続点、及びスイッチング素子１２１ＷＨ、１２１ＷＬの接続点は、それぞれがコイルＶの一端、コイルＷの一端に接続されている。
各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬは、例えば、ＦＥＴ（Field Effective Transistor；電界効果トランジスタ）、あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などと、還流ダイオードとが並列に接続された構成を有している。また、各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬは、ゲートドライバ回路１６を介して、制御装置１１から入力されるパルス幅変調信号（駆動信号）に基づいて、オンとオフとが切り替えられる。

図２は、本実施形態における誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４の構成例を示す回路図である。同図に示すように、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４は、各相に対応するモータ端子の電圧を示す誘起電圧信号が入力される。誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４は、入力された誘起電圧信号を分圧する分圧回路(抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２)、及びパルス幅変調信号のノイズを除去する１次のＣＲフィルタ(抵抗Ｒ１１及びキャパシタＣ１１)からなるローパスフィルタ回路１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃと、等価中性点電位を検出する回路１４２と、等価中性点電位と無通電相（開放区間）に現れる各相の誘起電圧を示す信号とからパルス信号を生成するコンパレータ１４３Ａ、１４３Ｂ、１４３Ｃと、各コンパレータ１４３Ａ〜１４３Ｃの出力からチャタリング成分をカットするローパスフィルタ回路（１次のＣＲフィルタ）１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃとを有している。

ここで、等価中性点電位を検出する回路１４２は、例えば、Ｕ相については、Ｖ相とＷ相とのモータ端子電圧から等価中性点電位を検出する２相比較方式を用いている。このようにすると、等価中性点電位として略フラットな電位が得られる。なお、各相Ｕ、Ｖ、Ｗすべての信号を用いて、等価中性点電位を求める３相比較方式を用いるようにしてもよい。この場合は、等価中性点電位は、電源電圧の１／２を中心にした略三角波になる。
コンパレータ１４３Ａ〜１４３Ｃは、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位より高いときにローレベルの信号を出力し、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位以下のときにハイレベルの信号を出力する。これにより、各コンパレータ１４３Ａ〜１４３Ｃは、電気角１２０度の分解能のパルス信号を生成することになる。コンパレータ１４３Ａ〜１４３Ｃが出力する信号それぞれは、ローパスフィルタ回路１４４Ａ〜１４４Ｃを経て制御装置１１に入力される。

図１に戻って、駆動装置１の説明を続ける。
基準電圧比較回路１５は、電圧降下によりシャント抵抗１３の両端に生じる電圧差と目標電圧とを比較し、当該電圧差が目標電圧に達しているか否か判定し、判定結果を示す信号を制御装置１１に出力する。ここで、目標電圧は、電源装置３が供給する直流電力の電圧と、目標電流値とに基づいて、予め定められる電圧であり、シャント抵抗１３に流れる電流値が目標電流値であるときにおけるシャント抵抗１３の両端の電圧である。目標電流値は、ブラシレスモータ２の各相のコイルＵ、Ｖ、Ｗのいずれか２つのコイルを選択して通電した場合において、選択したコイルが磁気飽和したときに流れる電流の電流値である。
平滑コンデンサ１７は、電源装置３の高電位側と接地電位との間に、インバータ回路１２と並列に接続され、ブラシレスモータ２の駆動に伴い生じる電圧の変化を抑制する。

制御装置１１には、外部から作動指令が入力され、また、各相のコイルＵ、Ｖ、Ｗそれぞれに対応するパルス信号が誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４から入力され、また、シャント抵抗１３の低電位側の電位を示す信号が入力される。制御装置１１は、入力される作動指令と、パルス信号と、電位を示す信号とに基づいて、ブラシレスモータ２を駆動させる励磁信号を出力する。
制御装置１１は、図１に示すように、通電制御部１１１と、モータ相電流推定部１１２と、回転磁極位置検出部１１３と、励磁信号出力部１１４とを有している。なお、制御装置１１は、ＣＰＵや、メモリ等を用いて構成し、メモリに記憶されているプログラムをＣＰＵに実行させて各機能部として動作させるようにしてもよい。

モータ相電流推定部１１２には、シャント抵抗１３の低電位側の電圧を示す信号が入力される。モータ相電流推定部１１２は、シャント抵抗１３の低電位側の電圧と電源装置３の高電位側の電圧とから、ブラシレスモータ２のコイルに流れるモータ相電流値を推定し、推定したモータ相電流値を通電制御部１１１に出力する。
回転磁極位置検出部１１３は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４から入力される各相に対応するパルス信号に基づいて、ブラシレスモータ２のロータの位置（電気角）を算出し、算出した磁極位置を示す信号を通電制御部１１１及び励磁信号出力部１１４に出力する。また、回転磁極位置検出部１１３は、算出した磁極位置の変化量からロータの回転速度を算出し、算出した回転速度を示す信号を通電制御部１１１に出力する。
励磁信号出力部１１４には、インバータ回路１２における通電パターン、及びパルス幅変調信号におけるデューティ比を示す信号が制御装置１１から入力される。励磁信号出力部１１４は、制御装置１１から入力された信号に基づいて、インバータ回路１２が有する各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬのオンとオフとの切替えを指示する信号を、ゲートドライバ回路１６を介してインバータ回路１２に出力する。

通電制御部１１１には、作動指令が外部から入力され、基準電圧比較回路１５から判定結果を示す信号が入力され、また、モータ相電流推定部１１２からモータ相電流値を示す信号が入力される。通電制御部１１１は、予め定められた複数の通電パターンのうちいずれかを選択し、選択した通電パターンにおけるパルス幅変調信号のデューティ比を算出し、選択した通電パターン及び算出したデューティ比を示す信号を励磁信号出力部１１４に出力する。また、通電制御部１１１は、停止磁極位置検出部１１６と、デューティ比決定部１１７とを有している。

停止磁極位置検出部１１６は、ロータが停止している位置を検出するために、複数の通電パターンそれぞれを順に選択し、選択した通電パターンと、予め定められたデューティ比とを示す信号を励磁信号出力部１１４に出力する。そして、停止磁極位置検出部１１６は、通電パターンごとに、ブラシレスモータ２に流れる電流が目標電流値に達するまでの時間である通電時間を測定し、測定した通電時間に基づいて、ロータが停止している位置を検出する。このとき、停止磁極位置検出部１１６は、各通電パターンに対応する通電時間のうち、最小の通電時間に対応する通電パターンのロータ位置をロータが停止している位置とする。停止磁極位置検出部１１６による通電において、デューティ比は、例えば、電源装置３が供給する直流電力の定格電流値に基づいて定められる。

デューティ比決定部１１７は、起動通電をする場合において、モータ相電流推定部１１２が推定したモータ相電流値と、作動指令に含まれる電流指令とに基づいて、通電パターンによる通電を指示するパルス幅変調信号のデューティ比を算出する。また、デューティ比決定部１１７は、誘起電圧に基づく制御をする場合において、モータ相電流推定部１１２が推定したモータ相電流値と、作動指令に含まれる速度指令及び電流指令に基づいて、通電パターンによる通電を指示するパルス幅変調信号のデューティ比を算出する。

図３は、本実施形態における通電パターン＃１〜＃６を示す概略図である。同図に示すように、通電パターン＃１〜＃６は、ブラシレスモータ２のロータを駆動できるパターンになっている。
通電パターン＃１は、Ｕ相のコイルＵからＶ相のコイルＶに電流を流すＵＶ通電を行う。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。
通電パターン＃２は、Ｕ相のコイルＵからＷ相のコイルＷに電流を流すＵＷ通電を行う。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。
通電パターン＃３は、Ｖ相のコイルＶからＷ相のコイルＷに電流を流すＶＷ通電を行う。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。
通電パターン＃４は、Ｖ相のコイルＶからＵ相のコイルＵに電流を流すＶＵ通電を行う。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。
通電パターン＃５は、Ｗ相のコイルＷからＵ相のコイルＵに電流を流すＷＵ通電を行う。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。
通電パターン＃６は、Ｗ相のコイルＷからＶ相のコイルＶに電流を流すＷＶ通電を行う。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。

図４は、本実施形態における駆動装置１が行うモータ始動処理を示すフローチャートである。モータ始動処理は、所定の時間間隔で行われる割り込み処理として実行される。
駆動装置１において、ブラシレスモータ２が停止しているときに、作動指令が入力されると、制御装置１１はモータ始動処理を開始する。ここで、通電制御部１１１は、ブラシレスモータ２に流れる電流の電流値が０（零）であり、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４から入力されるパルス信号が所定の時間内に変化しないとき、ブラシレスモータ２が停止していると判定する。

まず、通電制御部１１１は、停止位置の検出を完了したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、停止位置の検出を完了していない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、停止磁極位置検出部１１６に通電パターン＃１〜＃６それぞれの通電時間を測定させて、ロータが停止している位置を検出させ（ステップＳ１０２）。
一方、停止位置の検出を完了している場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、通電制御部１１１は、位置決め通電時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

通電制御部１１１は、位置決め通電時間が経過していない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、停止磁極位置検出部１１６が検出したロータの停止位置に対応する通電パターンを示す信号を励磁信号出力部１１４に出力するとともに、デューティ比決定部１１７が算出するデューティ比を励磁信号出力部１１４に出力して位置決め通電を行う（ステップＳ１０４）。
一方、位置決め通電時間が経過している場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、起動通電が完了しているか否かを判定する(ステップＳ１０５)。

通電制御部１１１は、起動通電が完了していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、起動通電処理を行う（ステップＳ１０６）。
一方、起動通電が完了している場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、通電制御部１１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号に基づいて、ブラシレスモータ２を駆動させる制御（センサレス制御）に移行する（ステップＳ１０７）。ここで、通電制御部１１１が行う、誘起電圧に基づく制御では、公知の技術（例えば、特開２００８−０９２７８４号公報、出願人：株式会社ミツバ）を用いて、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４から出力される各相のパルス信号のエッジを用いてブラシレスモータ２のコイルＵ、Ｖ、Ｗに通電する際に用いる通電パターンの選択を行う。また、通電制御部１１１は、誘起電圧に基づく制御において、デューティ比決定部１１７が算出するデューティ比と、選択した通電パターンとを示す信号を励磁信号出力部１１４に出力する。すなわち、誘起電圧に基づく制御では、デューティ比決定部１１７が算出するデューティ比のパルス幅変調信号（駆動信号）を用いてインバータ回路１２を制御して、ブラシレスモータ２を駆動させる。

図５は、図４のステップＳ１０６における起動通電処理の動作を示すフローチャートである。
通電制御部１１１は、起動通電処理における通電が初回であるか否を判定し（ステップＳ２０１）、停止磁極位置検出部１１６が検出したロータの位置に対して、ロータの回転方向に１２０度位相を進ませた位置に対応する通電パターンを、初回の通電における通電パターンに選択し、選択した通電パターンと、デューティ比決定部１１７が算出したデューティ比とを示す信号を励磁信号出力部１１４に出力して、ブラシレスモータ２への通電をインバータ回路１２に行わせる（ステップＳ２１１）。
このとき、通電制御部１１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号において、通電パターンを変更した際に生じるスパイクパルスをマスクする期間であるパルスマスク期間のカウントを開始する（ステップＳ２１２）。また、通電制御部１１１は、ロータが回転することにより得られる各相のパルス信号のレベルの組合せを算出し、算出したレベルの組合せを期待値とする（ステップＳ２１３）。また、通電制御部１１１が算出するパルス信号のレベルの組合せは、現在のロータの位置から回転方向に６０度進んだ位置に対応するパルス信号のレベルの組合せである。そして、通電制御部１１１は、起動通電処理を終了させる。

ステップＳ２０１において、起動通電処理における通電が初回でない場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、通電制御部１１１は、回転磁極位置検出部１１３が算出した回転速度が速度閾値未満であるか否かを判定し（ステップＳ２０２）、回転速度が速度閾値以上である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ロータの回転により生じる誘起電圧が、誘起電圧に基づいた制御を行うために十分な電圧に達したとして、起動通電を完了させ（ステップＳ２０３）、起動通電処理を終了させる。
一方、通電制御部１１１は、回転速度が速度閾値未満である場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、カウント値を用いて、スパイクパルスのマスク期間であるか否かを判定する（ステップＳ２２１）。

スパイクパルスのマスク期間である場合（ステップＳ２２１：ＹＥＳ）、通電制御部１１１は、パルスマスク期間のカウントを継続させ（ステップＳ２３１）、起動通電処理を終了させる。
一方、スパイクパルスのマスク期間でない場合（ステップＳ２２１：ＮＯ）、通電制御部１１１は、回転磁極位置検出部１１３がパルス信号に基づいて検出したロータの位置を取得し（ステップＳ２２２）、現在の通電が、パルス信号に基づいて検出したロータ位置に対応する初回の通電であるか否かを判定する（ステップＳ２２３）。

パルス信号に基づいて検出したロータ位置に対応する初回の通電である場合（ステップＳ２２３：ＹＥＳ）、通電制御部１１１は、回転磁極位置検出部１１３が検出したロータの位置に対して回転方向に１２０度進んだ位置に対応する通電パターンを示す信号を励磁信号出力部１１４に出力するとともに、デューティ比決定部１１７が算出したデューティ比を示す信号を励磁信号出力部１１４に出力し、検出した位置に基づいた通電を行わせる（ステップＳ２４１）。
このとき、通電制御部１１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号において、通電パターンを変更した際に生じるスパイクパルスをマスクする期間であるパルスマスク期間のカウントを開始する（ステップＳ２４２）。また、通電制御部１１１は、ステップＳ２１３と同様に、ロータが回転することにより得られる各相のパルス信号のレベルの組合せを算出し、算出したレベルの組合せを期待値とし（ステップＳ２４３）、起動通電処理を終了させる。

ステップＳ２２３において、パルス信号に基づいて検出したロータ位置に対応する初回の通電でない場合（ステップＳ２２３：ＮＯ）、通電制御部１１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号に変化があり、かつ変化後のパルス信号のレベルの組合せが期待値と一致するか否かを判定する（ステップＳ２２４）。
誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号に変化があり、かつ変化後のパルス信号のレベルの組合せが期待値と一致する場合（ステップＳ２２４：ＹＥＳ）、通電制御部１１１は、ステップＳ２５１〜ステップＳ２５３の各処理を行い、起動通電処理を終了させる。ステップＳ２５１〜ステップＳ２５３の各処理は、ステップＳ２４１〜ステップＳ２４３の各処理と同じであるので、その説明を省略する。
一方、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号に変化がないか、あるいは、変化後のパルス信号のレベルの組合せが期待値と一致しない場合（ステップＳ２２４：ＮＯ）、通電制御部１１１は、起動通電処理を終了させる。

ここで、ステップＳ２０２において用いる速度閾値について説明する。
図６は、本実施形態における速度閾値について説明する概略図である。同図において、横軸は時刻を示し、縦軸はコイルに流れる電流値を示している。また、インバータ回路１２におけるスイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬをオンにするオン期間と、高電位側及び低電位側をともにオフにする開放区間とを示している。ここでは、１つの相のコイルに流れる電流の波形図が示されている。
速度閾値は、等価中性点電位を基準とした場合における開放区間（電気角で６０度）の電流の電流変化量に基づいて定められる。ロータの回転速度が速くなり各コイルに生じる誘起電圧、及び電流変化量が、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４がパルス信号を生成する際の誤差やばらつきより大きくなる速度を、速度閾値とする。この速度閾値は、シミュレーションや、実機を用いた測定結果に基づいて予め定められる。誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４がパルス信号を生成する際の誤差やばらつきは、例えば、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４を構成する各素子の誤差や、駆動装置１を用いる環境（温度や湿度など）に応じて各素子の特性変化により生じえるものである。すなわち、各コイルに生じる誘起電圧が、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４を構成する各素子の誤差等による等価中性点電位のばらつき（電位差）より大きくなる速度を速度閾値としている。
本実施形態における駆動装置１では、上述のように速度閾値を予め定めておくことにより、起動通電によりロータを回転させ、誘起電圧に基づいた制御を行うために十分な誘起電圧が各コイルに生じる回転速度に達した後に、誘起電圧に基づいた制御に切り替えている。これにより、誘起電圧に基づいた制御において脱調等が生じることを抑制することができる。

図７は、本実施形態のモータ始動処理におけるパルス信号及び通電パターン信号の一例を示す波形図である。同図において、横軸は時間を示し、縦軸は各相のパルス信号、及びインバータ回路１２の各スイッチング素子１２１ＵＨ〜１２１ＷＬのオンとオフとを示す通電パターン信号のレベルを示している。通電パターン信号がハイレベル（Ｈ）のときは、対応する相の高電位側のスイッチング素子（１２１ＵＨ、１２１ＶＨ、１２１ＷＨ）をオンにすることを示している。通電パターン信号がローレベル（Ｌ）のときは、対応する相の低電位側のスイッチング素子（１２１ＵＬ、１２１ＶＬ、１２１ＷＬ）をオンにすることを示している。また、同図において、起動通電、及び誘起電圧に基づいた制御を示す期間には、各相のコイルに流れる電流値が、通電パターン信号と重ねて破線で示されている。起動通電において、パルス信号の波形に黒丸印（●）が記されているレベルは、図５におけるステップＳ２２２による位置検出に用いられる箇所を示している。一方、白抜きの丸印（○）が記されているレベルは、ハッチングにより示されているパルスマスク期間で、位置検出に用いられていない箇所を示している。

同図に示すように、制御装置１１は、モータ始動処理を開始すると、通電パターン＃１〜＃６それぞれにおける通電時間を測定し、ロータが停止している位置を検出する（停止位置検出：図４におけるステップＳ１０２）。
次に、制御装置１１は、停止位置検出において検出したロータが停止している位置に応じた通電パターン＃５（ＷＵ通電）を行い、検出した位置にロータを引き込む（位置決め：図４におけるステップＳ１０４）。

続いて、制御装置１１は、検出したロータの停止位置から電気角を回転方向に１２０度進めた位置に対応する通電パターン＃１（ＵＶ通電）を行い、ロータにトルクを加える。制御装置１１は、ロータの回転に応じて変化する各相のパルス信号のレベルを所定の間隔で検出する。制御装置１１は、検出したレベルの組合せに基づいて、通電パターンを、通電パターン＃２（ＵＷ通電）、通電パターン＃３（ＶＷ通電）、通電パターン＃４（ＶＵ通電）、通電パターン＃５（ＷＵ通電）の順に変化させて、ロータにトルクを加え続ける（起動通電：図４におけるステップＳ１０６、及び図５）。
このとき、制御装置１１は、通電パターンを切り替えてから所定の期間であるパルスマスク期間において、パルス信号をマスクしている。すなわち、パルスマスク期間において、制御装置１１は、パルス信号のレベルの組合せを検出しない。これにより、通電パターンを切り替えた直後にパルス信号に生じたスパイクパルスで、通電パターンを切り替えないようにする。
そして、制御装置１１は、ロータの回転速度が速度閾値以上になると起動通電を完了させて、パルス信号のエッジ（変化）に基づく制御、すなわち誘起電圧に基づいた制御に移行する（図４におけるステップＳ１０７）。

上述のように、駆動装置１は、ロータの停止位置を検出した後に、検出した位置に基づいた通電パターンを用いた通電を行ってロータにトルクを加える。ブラシレスモータ２の各相のコイルに生じる誘起電圧に基づいて生成したパルス信号のレベルの変化に応じて、通電パターンを切り替えてロータにトルクを加え続ける。ロータの回転速度が速度閾値以上になり、各相のコイルに生じる誘起電圧が高くなり、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４における誤差の影響が小さくなると、誘起電圧に基づいた制御を用いてブラシレスモータ２を駆動させるようにした。すなわち、駆動装置１は、ブラシレスモータ２の駆動を開始させる際に、ロータの回転速度が速度閾値に達するまでロータにトルクを加え続ける。
これにより、駆動装置１は、各相のコイルに生じる誘起電圧に基づいた制御ができる回転速度に達するまでトルクを加え続けることができ、ブラシレスモータ２の負荷が大きい場合などにおいてもブラシレスモータ２の駆動を開始させることができる。

また、駆動装置１は、起動通電において、通電パターンを切り替えた直後から所定の期間の間、パルス信号をマスクしてパルス信号のレベルの検出を行わないようにしている。
これにより、通電パターンの切替によりパルス信号に生じるスパイクパルスをマスクして、当該スパイクパルスに基づいて通電パターンを切り替えてしまうことを防ぎ、起動通電における脱調を防ぐことができる。その結果、駆動装置１は、ブラシレスモータ２を安定して駆動させることができる。
また、駆動装置１は、起動通電において、ブラシレスモータ２に流れる電流に基づいた電流制御を行っているので、モータの負荷が大きい場合にもロータを回転させるトルクを加え続けることができる。その結果、脱調を行うことなく、ロータを回転させることができる。また、起動通電において、電源装置３の定格電流値を超えることなく通電を行うことができる。
また、駆動装置１は、ロータの回転速度が速度閾値に達すると起動通電から誘起電圧に基づいた制御に切り替えるので、ブラシレスモータ２に対して通電を行わない期間がないため、トルクの瞬断を生じさせることなくブラシレスモータ２を駆動し続けることができ、脱調を抑制することができる。

なお、上述の実施形態において、通電制御部１１１は、ロータの回転速度に基づいて、起動通電から誘起電圧に基づいた制御に切り替える構成について説明したが、これに限ることなく、予め定めた期間で起動通電を行った後に誘起電圧に基づいた制御に切り替えるようにしてもよい。あるいは、通電制御部１１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４が出力するパルス信号のレベルの組合せの変化の回数が予め定めた回数に達した後に、起動通電から誘起電圧に基づいた制御に切り替えるようにしてもよい。

上述の制御装置１１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述したモータ始動処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

１…駆動装置
２…ブラシレスモータ
１１…制御装置
１２…インバータ回路
１３…シャント抵抗
１４…誘起電圧Ｉ／Ｆ回路
１５…基準電圧比較回路
１６…ゲートドライバ回路
１７…平滑コンデンサ
１１１…通電制御部
１１２…モータ相電流推定部
１１３…回転磁極位置検出部
１１４…励磁信号出力部
１１６…停止磁極位置検出部
１１７…デューティ比決定部
１２１ＵＨ，１２１ＵＬ，１２１ＶＨ，１２１ＶＬ，１２１ＷＨ，１２１ＷＬ…スイッチング素子

Claims (5)

1. 複数のコイルが巻装されたステータとロータとを備えるモータに電源装置から電力を供給させて前記モータを駆動させる駆動装置であって、
   前記コイルごとに設けられたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記コイルに通電するインバータ回路と、
   前記ロータを回転させたときに前記コイルの無通電相に現れる誘起電圧と、等価中性点電位との比較結果を示す前記コイルの各相に対応するパルス信号を生成する誘起電圧インターフェース回路と、
   前記モータの駆動を開始する際に、前記コイルに流す電流の向きを示す複数の通電パターンから１つずつ選択し、選択した通電パターンを用いて通電を行い、所定の電流値に達するまでの通電時間に基づいて、前記ロータが停止している位置を検出する停止磁極位置検出部と、
   前記停止磁極位置検出部が検出した前記ロータの位置に基づいて選択した通電パターンで通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加えた後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のレベルの組合せに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加える起動通電を行った後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のエッジに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせることで誘起電圧に基づいたセンサレス制御を行う通電制御部と
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記通電制御部は、
   前記ロータの回転速度が予め定めた速度閾値以上になると、前記コイルに対する通電パターンの切替えを前記センサレス制御を用いて行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記速度閾値は、前記コイルに生じる誘起電圧が、前記誘起電圧インターフェース回路における等価中性点電位の電位差より大きくなるときの前記ロータの回転速度である
   ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記通電制御部は、
   前記起動通電を行っている間、通電パターンを切り替えたのち所定の期間において、前記パルス信号をマスクして前記パルス信号のレベルの検出を行わない
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 複数のコイルが巻装されたステータとロータとを備えるモータに電源装置から電力を供給させて前記モータを駆動させる駆動装置であって前記コイルごとに設けられたスイッチング素子を有し前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えて前記コイルに通電するインバータ回路と、前記ロータを回転させたときに前記コイルの無通電相に現れる誘起電圧と等価中性点電位との比較結果を示す前記コイルの各相に対応するパルス信号を生成する誘起電圧インターフェース回路とを備える駆動装置における駆動方法であって、
   前記モータの駆動を開始する際に、前記コイルに流す電流の向きを示す複数の通電パターンから１つずつ選択し、選択した通電パターンを用いて通電を行い、所定の電流値に達するまでの通電時間に基づいて、前記ロータが停止している位置を検出する停止磁極位置検出ステップと、
   前記停止磁極位置検出ステップにおいて検出した前記ロータの位置に基づいて選択した通電パターンで通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加えた後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のレベルの組合せに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせて前記ロータにトルクを加える起動通電を行った後に、前記コイルの各相に対応するパルス信号のエッジに基づいて選択した通電パターンを用いた通電を前記インバータ回路に行わせることで誘起電圧に基づいたセンサレス制御を行う通電制御ステップと
   を有することを特徴とする駆動方法。

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