JP5840717B2 - ブラシレスモータの駆動装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの駆動装置及び制御方法に関する。

ロータが永久磁石を有するタイプのブラシレスモータは、ロータの回転位置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ことがある。この場合には、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回転位置を検出している。ところが、ブラシレスモータの始動時など、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、回転位置の検出に十分な信号が得られなかった。

ロータの停止位置を検出する従来の方法としては、３相のコイルに印加される電圧を検出し、電圧の立ち上がり時間の差からコイルのインダクタンスを検出して、永久磁石の磁極と対向しているコイルを判断することがあげられる（特許文献１参照）。なお、コイルによる磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが一致していないときには、電流を流したときに鉄心の残留磁化によって電流を流す前後でインピーダンスが変化する。そこで、特許文献１に開示されている駆動装置では、同じ相に連続して二回以上電流を流し、二回目以降の電圧の立ち上がり時間が最小となるコイルを検出している。

他のロータ停止位置の検出方法としては、ロータが動かない程度の短いパルス電流を１つのコイルから他の２つのコイルに同時に流して３相通電を行い、電流をオフしたときに２つのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を検出することでロータ停止位置を判定するものがある（例えば、特許文献２参照）。２つのコイルに同時に発生する２つの方形波パルス電圧のパルス幅は、ロータの停止位置の違いによって微妙に変化するので、両者を比較することでロータ停止位置が特定される。

また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法としては、ロータ位置を検出せずに、強制的に通電切り替えを行うオープンループ強制通電を実施し、ロータ位置が検出できるようになったら、前記したパルス信号に基づいて通電切り替えを制御するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
この他にも、特定位置にロータを位置決めする第一の通電パターンを通電してロータ位置を特定位置に吸い付けてロック状態とし、そこから６０°進んだ第二の通電パターンを微小時間通電した後、第二の通電パターンからさらに６０°進んだ第三の通電パターンを通電することでブラシレスモータを始動する方法がある（例えば、特許文献４参照）。

ここで、外部負荷によってブラシレスモータが逆回転している場合の始動方法としては、例えば、特許文献５に開示されているものがある。最初に、３相通電でロータの回転数を低下させた後、３相通電中に通電のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、相電流がゼロになる位置と位相差を調べる。電流の位相差から回転方向を判定し、逆回転状態にあると判定された場合には、各相のゼロ点の発生周期から逆転周波数を求める。逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行った後、その周波数を逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させて、ロータの回転数を所望の回転数まで引き上げて起動する。

特開２００４−４０９４３号公報 特開２００２−３３５６９１号公報 実開平６−２５２２４号公報 特開２００１−２１１６８４号公報 特開２００１−１２８４８５号公報

しかしながら、ロータの停止位置を検出する際、特許文献１に開示されているような方法では、ロータ停止位置を検出する停止位置検出回路を構成するトランジスタや抵抗、コンパレータなどを追加しなければならず、装置構成が複雑化する要因になっていた。また、電圧の立ち上がり時間の差は小さいので、インダクタンスの差も微小になってしまい、精度の良い判定が難しかった。
特許文献２に開示されているような方法は、特別な回路を不要とするメリットを有するが、３相通電では印加電圧によるインダクタンスの差は小さいので、方形波パルス電圧のパルス幅の差が小さくなってしまい、精度の良い検知が難しかった。
また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法で、オープンループ強制通電をする場合、外乱に弱く、ブラシレスモータのパラメータ依存性が大きいのでパラメータの設定が困難であった。また、強制通電を継続することで徐々にロータが回転し始めるようになるので、始動に要する時間が長くかかり、始動時のトルクも小さかった。なお、強制的な通電切り替えを多数回行うと、外乱の影響をさらに受け易くなってしまう。
所定の通電パターンでロータをロック状態にする場合や、インダクタンスを測定する場合も、ブラシレスモータが回転し始めてからロータ位置が検出できるようになるまでの間は、オープンループ強制通電を行う必要があるので、同様の課題を有する。さらに、ロータをロック状態にする場合、イナーシャの大きいモータでは、ロータを位置決めするまでに長い時間が必要であった。
逆回転状態から始動する場合、相電流がゼロになる位置を調べてから、回転方向や回転の周波数を算出するので、複雑な処理が必要であった。また、逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させるので、始動までに長い時間が必要だった。
この発明は、このような事情に鑑みてなれたものであり、簡単な方法で短時間にモータを始動させ、かつ始動時に大きいトルクが得られるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、永久磁石を有するロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの駆動装置であって、所定の励磁タイミングで前記ロータの位置に応じた励磁パターンを決定する始動時励磁手段と、複数相の前記コイルに励磁電流を印加する信号を出力する励磁電圧出力手段と、からなる制御装置を備え、前記制御装置は、前記コイルに誘起電圧が発生しない回転速度に前記ロータがある場合には、前記コイルが作る磁束の方向と前記永久磁石の磁束の方向が同方向のときに前記永久磁石の透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることにより前記ロータの位置を検出し、前記コイルに誘起電圧が発生する回転速度に前記ロータがある場合には、前記ロータの正転を判定するための正転専用ロジックを用いて前記ロータが正転していると判定された際に前記ブラシレスモータのモータ端子の誘起電圧から前記ロータの位置を検出するとともに、前記正転専用ロジックによって前記ロータの位置が抽出できないときは、複数相の前記コイルに２相通電ロック通電を行うブレーキ停止処理を行ってから、インダクタンス検出によって前記ロータの位置を検出することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置とした。

また、請求項２に係る発明は、永久磁石を有するロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの駆動装置に備えられた制御装置が行う御方法であって、所定の励磁タイミングで前記ロータの位置に応じた励磁パターンを決定するステップと、複数相の前記コイルに励磁電流を印加する信号を出力するステップと、前記コイルに誘起電圧が発生しない回転速度に前記ロータがある場合には、前記コイルが作る磁束の方向と前記永久磁石の磁束の方向が同方向のときに前記永久磁石の透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることにより前記ロータの位置を検出し、前記コイルに誘起電圧が発生する回転速度に前記ロータがある場合には、前記ロータの正転を判定するための正転専用ロジックを用いて前記ロータが正転していると判定された際に前記ブラシレスモータのモータ端子の誘起電圧から前記ロータの位置を検出するとともに、前記正転専用ロジックによって前記ロータの位置が抽出できないときは、複数相の前記コイルに２相通電ロック通電を行うブレーキ停止処理を行ってから、インダクタンス検出によって前記ロータの位置を検出するステップとを有することを特徴とするブラシレスモータの制御方法とした。

この発明によれば、簡単な方法で短時間にモータを始動させることができる。

本発明の実施の形態に係るブラシレスモータの駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 誘起電力Ｉ／Ｆ回路の具体的な回路構成を例示する図である。 始動時の回転速度によって処理が切り替わることを模式的に説明する図である。 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。 始動時の励磁パターンとその励磁パターンで通電したときの磁束の流れを模式的に説明する図である。 各励磁パターンに対する方形波パルス電圧幅を測定する手順及びタイミングを説明するグラフである。 ロータ位置と始動励磁パターンの関係を説明するためのグラフである。 始動時の処理を具体的に説明するためのタイミングチャートである。 ソフトスタートする場合のデューティ制御と回転速度を示す図である。 固定子巻線の誘起電圧波形の信号処理を説明する図であって、アナログ信号からデジタル信号を作成する手順を示すタイミングチャートである。 固定子巻線の誘起電圧波形の信号処理を説明する図であって、マスク信号の作成手順と、マスク処理後の位置検出信号の作成手順を示すタイミングチャートである。 誘起電圧エッジの判定処理を説明するタイミングチャートであって、方形波パルス電圧のパルス幅がマスク信号のパルス幅以下の場合を示す図である。 誘起電圧エッジの判定処理を説明するタイミングチャートであって、方形波パルス電圧のパルス幅がマスク信号のパルス幅を越える場合を示す図である。 Ｕ相の励磁タイミングを示す図である。 周波数に対するモータ端子電圧波形の遅れ位相を示す図である。 図３の領域Ｒ２から始動するときのタイミングチャートである。 図３の領域Ｒ３から始動するときのタイミングチャートである。 ２回ずつ方形波パルス電圧幅を測定する場合の手順及びタイミングを説明する図である。 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。 初期通電時間を決定する方法と、３回の通電切り替えまでをオープンループ制御する場合の通電時間を決定する方法を具体的に示す図である。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、実施の形態の間で重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、ブラシレスモータシステムは、ブラシレスモータ１と、ブラシレスモータ１の回転駆動を制御する駆動装置２とを有する。
ブラシレスモータ１は、永久磁石を有するロータとステータを有し、ステータには３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のコイルが周方向に順番に巻装されている。なお、このブラシレスモータシステムは、ロータ位置を検出するセンサを有しないセンサレスタイプのシステムである。

駆動装置２は、マイコンなどから構成される制御装置１１と、ブラシレスモータ１の３相のコイルを形成する通電線に印加された電圧を検出する誘起電圧Ｉ／Ｆ（インターフェイス）回路１２と、インバータ１３と、ブラシレスモータ１の通電線に印加された電圧のレベルを変換するレベル変換回路である分圧回路１４とを有し、制御装置１１とインバータ１３の間に、プリドライバ３７Ａ，３７Ｂと、過電流検出回路３８と、過電流保護手段３９とが設けられている。

図２に示すように、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２は、３相のそれぞれのモータ端子の電圧（アナログ信号）が入力され、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｃに入力可能な電圧に分圧する分圧回路（抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２）と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Ｒ２及びキャバシタＣ１）からなるローパスフィルタ回路１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと、等価中性点電位を検出する回路１６と、等価中性点電位と無通電相（開放区間）に現れる誘起電圧のアナログ信号からパルス信号を作成するコンパレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｃ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（１次のＣＲフィルタ）１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとを有する。

ここで、等価中性点電位を検出する回路１６は、例えば、Ｕ相については、Ｖ相とＷ相のモータ端子電圧から等価中性点電位を検出するような、２相間比較方式を採用している。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圧が得られる。なお、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相全ての信号を用いて等価中性点電位を求める３相比較方式を採用しても良い。この場合は、等価中性点の電位は、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１７Ａ〜１７Ｃ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は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より低いときはハイレベルの信号を出力するパルス信号を発生させる。各コンパレータ１７Ａ〜１７Ｃでは電気角１２０°の分解能のパルス信号が作成される。これら信号は、それぞれがローパスフィルタ回路１８Ａ〜１８Ｃを経て合成信号生成回路１９に入力される。

インバータ１３は、６個のスイッチング素子を電源２０の正負両端子間に２個ずつブリッジ接続して構成される回路であって、電源２０から供給された直流電圧を制御装置１１から入力されるパルス幅変調信号（駆動信号）に基づく交流電圧に変換し、ブラシレスモータ１の各相に印加する。なお、インバータ１３とグランドレベルの間には、シャント抵抗１３Ａが設けられている。シャント抵抗１３Ａを用いてインバータ１３に流れる電流、つまりブラシレスモータ１に入力される電流は、過電流検出回路３８を用いて検出することができる。
分圧回路１４は、ブラシレスモータ１の各通電線に発生する端子電圧（例えば、１２Ｖや３６Ｖなど）を２つの抵抗で分圧し、制御装置１１で使用可能な電圧レベル（例えば、３Ｖや５Ｖなど）にする回路である。

制御装置１１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２に接続される分離手段２１と、励磁切り替えタイミング演算手段２２と、回転方向判定手段２３と、回転方向検出ロジック選択手段２４と、ブレーキ停止手段２５と、通電パターン決定手段２６と、励磁電圧出力手段２７と、ＰＷＭデューティ決定手段２８と、を有する。また、制御装置１１は、分圧回路１４に接続され、始動時に使用される方形波パルス電圧幅検出手段２９と、方形波パルス電圧幅比較手段３０と、ロータ位置推定手段３１とを有する。さらに、過電流検出回路３８に接続される過電流保護手段３２を有する。

分離手段２１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２から入力されるパルス信号のエッジを誘起電圧のエッジと方形波パルス電圧のエッジとに分離する処理を行う。励磁切り替えタイミング演算手段２２は、誘起電圧エッジに応じた励磁位相を算出するために３つの電気角１２０°の分解能のパルス信号から１つの電気角６０°の分解能のパルス信号を生成し、励磁切り替えタイミングを演算する。励磁切り替えタイミング演算手段２２には、励磁切り替えタイミングを補正する遅れ位相補正部２２Ａが設けられている。
回転方向判定手段２３は、励磁切り替えタイミングから回転方向を判定し、回転方向検出ロジック選択手段２４と、ブレーキ停止手段２５に所定の指令を出力する。回転方向検出ロジック選択手段２４は、ブラシレスモータ１の回転方向によって分離手段２１が使用するロジックを選択可能な場合に使用される。ブレーキ停止手段２５は、ブラシレスモータ１を停止させるような通電パターンを通電する際に使用される。

通電パターン決定手段２６は、定常時励磁手段３３と、停止位置検出手段３４と、フリーラン制御手段３５と、始動時励磁手段３６とを有する。定常時励磁手段３３は、励磁切り替えタイミング演算手段２２が演算した励磁切り替えタイミングでロータ位置に応じた励磁パターンを決定する。停止位置検出手段３４は、外部からの始動指令を受けて励磁電圧出力手段２７にロータ停止位置を検出するためのパルス幅変調信号を発生させる。始動時励磁手段３６は、ロータ位置推定手段３１で最小と決定された方形波パルス電圧幅に相当するロータ停止位置に応じた励磁パターンを決定する。フリーラン制御手段３５は、始動励磁パターンを所定の初期通電時間Ｔｓ１だけ通電させた後、ブラシレスモータ１をフリーランさせてロータ位置を検出する処理を実施する。これらの処理の詳細については、後述する。

励磁電圧出力手段２７は、ブラシレスモータ１のコイルに励磁電流を印加する信号を各プリドライバ３７Ａ，３６Ｂに出力する。Ｈｉ側プリドライバ３７Ａは、ＰＷＭデューティ決定手段２８が決定したデューティ比で高電位側のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるドライバである。Ｌｏ側プリドライバ３７Ｂは、低電位側のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるドライバである。Ｈｉ側プリドライバ３７Ａには、インバータ１３に過電流が流れたときに、過電流保護手段３９から信号が入力されると、各スイッチング素子をＯＦＦにする機能を有する。また、過電流が検出されたときには、過電流保護手段３２に信号が入力され、ソフトウェア上のリセットがかけられる。

方形波パルス電圧幅検出手段２９は、分圧回路１４から入力される信号から方形波パルス電圧幅を検出する処理を行う。方形波パルス電圧幅検出手段２９は、メモリなどの記憶手段２９Ａを有し、検出した方形波パルス電圧幅のデータをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶することができる。方形波パルス電圧幅比較手段３０は、方形波パルス電圧幅検出手段２９の記憶手段２９Ａに記憶された複数の方形波パルス電圧幅のデータを比較し、最小となるものを決定する。ロータ位置推定手段３１は、方形波パルス電圧幅の比較結果に基づいて停止時や低速時のロータ位置を推定する。

次に、この駆動装置２の動作を説明する。
ブラシレスモータ１を始動するときは、ブラシレスモータ１が停止している場合と、ブラシレスモータ１が外部負荷によって回転させられている場合とがある。さらに、ブラシレスモータ１が回転させられている場合には、正回転している場合と、逆回転している場合とがある。例えば、ブラシレスモータ１をラジエータファンの回転機構に使用した場合、ラジエータからエンジンルームに向かう方向に風が吹いている場合には、通電しなくてもラジエータファンの回転に従ってブラシレスモータ１が正回転させられる。これに対して、ブラシレスモータ１が逆回転している場合とは、エンジン側からラジエータの方向に風が吹いているときや、ラジエータファンに対して逆方向に負圧が生じたときが考えられる。

駆動装置２をラジエータファンに使用することを想定した場合、ラジエータファンは正転方向に回転し易い構造になっており、逆転方向に回転するためには大きな風力が必要になる。しかしながら、車両の構造から逆方向に大きい風力が発生する可能性は少なく、ラジエータファンが逆回転する場合でも、その回転速度は小さいと考えられる。したがって、この駆動装置２では、ブラシレスモータ１が外部負荷で逆回転しても、その回転数及びトルクは小さいものとして始動時の制御を行う。

図３に始動時のブラシレスモータ１の回転速度による始動方法の区分けを模式的に示す。駆動装置２は、横軸に示すブラシレスモータ１の回転速度がゼロを含む領域Ｒ１であれば、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。正回転方向に回転速度が領域Ｒ１より大きい領域Ｒ２であれば、誘起電圧検出によるロータ位置検出を行い、回転制御をする。逆回転方向に回転速度が領域Ｒ１より大きい場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理と、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。領域Ｒ１と領域Ｒ２は、回転速度がＮ１（ｒｐｍ）付近で重なっている。回転速度Ｎ１は、誘起電圧検出によるロータ位置検出が不能となる低速回転速度に相当する。これは、回転速度がゼロ又は低速であれば、インダクタンス検出により電気角６０°の分解能でロータ位置を検出し、正転方向に最大トルクを発生させることが可能な位相で通電を実施することができるのに対し、回転速度が上昇するにしたがって、インダクタンス検出によるロータ位置の検出結果は、電気角６０°から位相がずれて検出精度が悪くなるため、起動トルクが停止状態と比較して減少するからである。

また、領域Ｒ１より小さい、つまり逆回転方向に回転速度が大きい領域Ｒ３は、後述するようにブラシレスモータ１にブレーキをかけてからロータ位置の検出を行う。領域Ｒ１と領域Ｒ３は、回転速度が−Ｎ１（ｒｐｍ）付近で重なっている。
なお、領域Ｒ１と領域Ｒ２は、重ならずに回転速度Ｎ１を境界として区分けしても良い。領域Ｒ１と領域Ｒ３は、重ならずに回転速度−Ｎ１を境界として区分けしても良い。

駆動装置２は、最初にブラシレスモータ１の回転速度が領域Ｒ１にあると想定して処理を実行し、領域Ｒ２に相当する処理を経て定常駆動に移行する。領域Ｒ２に相当する処理を実施したときに、ロータ位置検出ができない場合には、ブラシレスモータ１が領域Ｒ３にあるとみなし、領域Ｒ３に相当する処理からやり直す。このような始動方法の具体例を図４のフローチャートを参照して説明する。

始動開始指令が停止位置検出手段３４に入力されたら、過電流検出を行う（ステップＳ１０１）。過電流は、インバータ１３のシャント抵抗１３Ａを流れる電流値でモニタする。シャント抵抗１３Ａを流れる電流が、所定の値を越えたら、過電流、つまり過負荷状態と判定し（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、全相をＯＦＦにして停止処理を実施して（ステップＳ１０２）、処理を終了する。過電流が検出されなかった場合には（ステップＳ１０１でＮｏ）、インダクタンス検出によるロータ位置の検出処理を実施する（ステップＳ１０３）。過電流のチェックは、並列処理される別のプログラムで常時監視しており、ステップＳ１０３以降の処理を実施している最中に過電流が検出されたら、その時点で処理が停止される。

インダクタンス検出によってロータ停止位置を検出したら、始動時励磁手段３６がそのロータ位置に対して最大のトルクを発生可能な位相の始動励磁パターンを決定し、励磁電圧出力手段２７が始動励磁パターンを出力する（ステップＳ１０４）。初期通電カウンタを起動させ、予め設定した一定の初期通電時間Ｔｓ１が経過するまで、前記した位相に通電する（ステップＳ１０５）。初期通電時間Ｔｓ１が経過したら（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、フリーラン制御手段３５が全相の通電をＯＦＦにしてフリーランさせる（ステップＳ１０６）。慣性でロータ４１がフリーランしている間に発生する誘起電圧から、正転専用ロジックを用いてロータ４１の位置検出を実施する（ステップＳ１０７）。ロータ位置を予め定めた回数検出できたら（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、定常時励磁手段３３を用いた誘起電圧によるセンサレス駆動（定常駆動モード）に移行する（ステップＳ１０９）。
ロータ位置を予め定めた回数検出できないときは（ステップＳ１０８でＮｏ）、誘起電圧のエッジ間隔を計測するカウンタが予め設定された回数オーバーフローするまで待つ（ステップＳ１１０）。カウンタが所定回数オーバーフローしたら（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、回転方向判定手段２３はブラシレスモータ１が逆転していると判定する。その結果、ブレーキ停止手段２５によるブレーキ処理として、低デューティで２相通電ロック処理を行う（ステップＳ１１１）。ブレーキ処理は、予め定められた一定時間実施し、この時間が経過したら（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０１に戻る。

ここで、ステップＳ１０３からステップＳ１０５は、初期の回転速度が領域Ｒ１の範囲内にあり、ここから領域Ｒ２に加速させるときの処理である。
ステップＳ１０３の詳細について説明する。ここでは、コイルが作る磁束の方向と、マグネットの磁束の方向が同方向のときにマグネットのコアの透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることに着目して停止位置を決定している。

停止状態にあるブラシレスモータ１を始動するときは、外部から制御装置１１の停止位置検出手段３４に始動指令を入力する。停止位置検出手段３４は、予め定められた６つの停止位置判定用の励磁パターンをロータが回転しない程度の時間だけ継続されるように励磁電圧出力手段２７に指令を出す。なお、ロータが回転しない程度の時間は、ブラシレスモータ１のイナーシャなどによって異なるが、例えば、数μ秒から数ｍ秒の間であり、制御装置１１が有するカウンタでカウントされる。励磁電圧出力手段２７は、励磁パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ１３に出力し、パルス幅変調信号に対応してスイッチング素子がＯＮ、ＯＦＦされて３相のいずれか２相に通電される。

ここで、停止位置検出手段３４が指令する停止位置判定用の励磁パターンを図５に示す。これら励磁パターン＃１〜＃６は、ブラシレスモータ１を駆動可能なパターンになっている。
励磁パターン＃１は、Ｕ相のコイル（以下、Ｕ相という）からＶ相のコイル（以下、Ｕ相という）に電流を流す。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の配置及びロータ４１の停止位置が図示する配置であった場合には、矢印に示すようにＵ相からロータ４１の永久磁石４２のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｖ相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン＃２は、Ｕ相からＷ相に電流を流す。Ｕ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＵ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｗ相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン＃３は、Ｖ相からＷ相に電流を流す。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｗ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＶ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｗ相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン＃４は、Ｖ相からＵ相に電流を流す。Ｖ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＶ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｕ相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン＃５は、Ｗ相からＵ相に電流を流す。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｕ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＷ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｕ相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン＃６は、Ｗ相からＶ相に電流を流す。Ｗ相がＮ極磁化され、Ｖ相がＳ極磁化される。矢印に示すようにＷ相からロータ４１の永久磁石のＳ極、Ｎ極を順番に通り、Ｖ相に向かう磁束が形成される。

図６に示すように、この実施の形態でロータ４１の停止位置検査は、ステップ０〜１１を１セットとする通電制御を行う。各ステップは、制御装置１１内のカウンタの値が予め決められた所定値に達するごとにインクリメントされる。ステップをインクリメントするときにはカウンタをその都度リセットする。
ステップ０は、励磁パターン＃１を選択してパルス幅変調信号のデューティを１００％にして通電する。残りのＷ相は、開放される。ステップ１では、デューティを０％にしていずれの相にも通電しない。ステップ０が終了してステップ１に移行するとき、インバータ１３のスイッチング素子がオフになった瞬間にコイルに蓄えられていた電気エネルギがスイッチング素子の還流ダイオードを介して電流として流れる。このときのＶ相の端子に方形波パルス電圧が発生する。この端子電圧を方形波パルス電圧として、分圧回路１４に取り込んで分圧し、方形波パルス電圧幅検出手段２９に入力する。方形波パルス電圧幅検出手段２９は、パルスの立ち下がりエッジを検出したときのカウント値を調べる。カウント値は、ステップの切り替えタイミングからの経過時間に相当するので、このカウント値を励磁パターン＃１（ＵＶ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。

ステップ１では方形波パルス電圧幅検出手段２９などの処理を実行すると共に、カウンタがカウントアップされる。そして、カウント値がステップ０と同じ所定値になったら、カウンタをリセットしてステップ１からステップ２に進む。ステップ２では励磁パターン＃２が用いられ、パルス幅変調信号のデューティを１００％にする。残ったＶ相は、開放にする。ステップ３でデューティを０％にしていずれの相にも通電せずに、Ｗ相に発生する方形波パルス電圧のエッジが立ち下がったときのカウント値を調べ、励磁パターン＃２（ＵＷ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。
ステップ４では励磁パターン＃３で通電してＵ相を開放する。ステップ５でいずれの相にも通電せずに、Ｗ相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン＃３（ＶＷ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。
ステップ６では励磁パターン＃４で通電してＷ相を開放する。ステップ７でいずれの相にも通電せずに、Ｕ相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン＃４（ＶＵ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。
ステップ８では励磁パターン＃５で通電してＶ相を開放する。ステップ９でいずれの相にも通電せずに、Ｕ相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン＃５（ＷＵ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。
ステップ１０では励磁パターン＃６で通電してＵ相を開放する。ステップ１１でいずれの相にも通電せずに、Ｖ相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン＃６（ＷＶ通電）に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段２９Ａに記憶する。

そして、ステップ１１に続くステップ１２のタイミングで、ロータ位置推定手段３１が方形波パルス電圧幅検出手段２９の記憶手段２９Ａに記憶されている各励磁パターン＃１〜＃６のそれぞれの方形波パルス電圧幅の中から、最小値となる励磁パターンを調べ、その励磁パターンでインダクタンスが最小になるロータ位置をロータ４１の停止位置とする。図５の例では、励磁パターン＃６が最も磁束が流れ易いので、この励磁パターン＃６の方形波パルス電圧のパルス幅が最も小さくなる。そして、このときのロータ４１の位置が停止位置となる。
ロータ位置推定手段３１の処理の詳細を具体的に説明すると、予め方形波パルス電圧幅のカウント値が１０００以下であることがわかっている場合には、最小値を格納するメモリに初期値として１０００より大きい値を格納しておき、励磁パターン＃１の方形波パルス電圧幅のカウント値と比較する。カウント値が小さい場合には、最小値のメモリに格納されるデータを初期値から励磁パターン＃１のカウント値に置き換える。最小値のメモリのデータと、全ての方形波パルス電圧幅のカウント値を順番に比較し、小さい方のカウント値を最小値のメモリに格納していく。最終的に格納されているカウント値が最小値となり、そのときの励磁パターンが、方形波パルス電圧幅が最小となる励磁パターンになる。

ステップＳ１０４の詳細について説明する。始動時励磁手段３６は、方形波パルス電圧幅が最小になる励磁パターンから回転方向に１２０°遅角させた励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。このことについて、図７に具体例をあげて説明する。図７は、横軸を位相（電気角）とし、縦軸をトルクにしている。ラインＬ１は、コギングトルクを示し、ラインＬ２〜Ｌ４はそれぞれ通電パターン＃６、＃１、＃２における位相とトルクの関係を示す。例えば、Ｗ相からＶ相に通電する励磁パターン＃６で方形波パルス電圧幅が最小であった場合、励磁パターン＃６を始動励磁パターンにすると、電気角０°でのトルクがゼロなのでブラシレスモータ１を回転させることができない。電気角０°において正のトルクが大きいのは、１つ進んだ励磁パターン＃１（６０°位相遅れ通電）と、２つ進んだ励磁パターン＃２（１２０°位相遅れ通電）である。しかしながら、ラインＬ３に示す励磁パターン＃１で始動させると、その後トルクが減少するのでロータ４１を回転させる力は小さい。これに対して、ラインＬ４に示す励磁パターン＃２で始動すると、その後トルクが増大するので大きい力でロータ４１を回転させることができる。

ここまでの各処理について、図８を参照してさらに詳細に説明する。図８は、横軸に時間経過をとっており、縦方向に各種の情報が並んで配置されている。なお、最も上側に示されているホールセンサ合成信号は、ホールセンサが取り付けられていた場合にホールセンサの出力として想定される信号である。
時間ｔ１で始動信号が入力されたら、時間ｔ２までの間にロータ停止位置検出処理（ステップＳ１０３）が行われる。この間の回転速度はゼロである。

時間ｔ２でロータ停止位置を決定したら、シャント抵抗１３Ａの電流波形に示すように、始動時励磁手段３６が初期通電時間Ｔｓ１の間だけ始動励磁パターンを継続して通電させる（ステップＳ１０４）。この間、ロータ４１の回転速度が徐々に増大する。
ここで、初期通電時間Ｔｓ１は、通電をＯＦＦにした後で誘起電圧のエッジが複数回、例えば、４回以上発生するまでの間、ロータ４１を回転速度Ｎ１以上でフリーランさせることができるだけロータ４１を加速できる時間である。この観点からは、初期通電時間Ｔｓ１が長いことが望ましい。しかしながら、初期通電時間Ｔｓ１が長すぎて通常運転時における励磁パターンの切り替え位置を越えて同じ励磁パターンを継続すると、逆トルクが発生してしまってロータ４１を減速させてしまう。したがって、初期通電時間Ｔｓ１は、逆トルクが発生しない範囲内で、できるだけ長い時間とすることが好ましい。初期通電時間Ｔｓ１の決定方法の一例としては、設計段階や製造段階でブラシレスモータ１をホールセンサ付きで始動させ、最初にホールセンサの信号が切り替わるまでの時間を測定し、これと略同じ時間又はこれより短い時間を初期通電時間Ｔｓ１として制御装置１１に記憶させることがあげられる。

時間ｔ３で初期通電時間Ｔｓ１が経過したら、フリーラン制御手段３５が全相への通電をＯＦＦにする（ステップＳ１０６に相当）。シャント抵抗１３Ａで計測される電流値がゼロになり、ロータ４１がフリーランする。以降は、時間の経過と共に回転速度がゆるやかに減少する。時間ｔ３では、各位置信号にパルスが現れている。このため、３相合成信号の立ち上がりエッジに対応して、励磁切り替えタイミング信号に１つ目の信号ＳＬ１が発生している。このときパルス信号は、ステータのコイルに蓄積されたエネルギがフライホイールパルスとして放出されときに、３相全てのモータ端子電圧に方形波パルス電圧が発生することに起因して発生している。通常駆動の場合はこれらの方形波パルス電圧は分離手段２１により無視できるが、時間ｔ３では全相をＯＦＦするロジックなので、通常駆動時には在り得ない例外状態となるため、方形波パルス電圧を無視できずに誤検出となる。このため、始動後の１回目の信号ＳＬ１はロータ位置の検出には使用しない。
さらに、ロータ４１がフリーランすることで、ロータ４１の回転位置に応じて所定の相のモータ端子に誘起電圧が発生する。この場合には、Ｗ相位置信号、Ｕ相位置信号、Ｖ相位置信号の順番に立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジが発生している。その結果、励磁切り換えタイミング信号は、Ｗ相のエッジに起因する２回目の信号ＳＬ２と、Ｕ相のエッジに起因する３回目の信号ＳＬ３と、Ｖ相のエッジに起因する４回目の信号ＳＬ４とが発生する。なお、全相をＯＦＦにすることで、インバータ１３からブラシレスモータ１に入力されるパルス幅変調信号などの不要な信号成分がない状態で誘起電圧と等価中性点電位の交点を計測できるようになるので、ロータ位置を正確に検出できる。

この間、励磁切り替えタイミング演算手段２２は、２回目の信号ＳＬ２と３回目の信号ＳＬ３の時間間隔を計測して電気角６０°を算出する。さらに、３回目の信号ＳＬ３と４回目の信号ＳＬ４の時間間隔を計測して電気角６０°を算出する。これら時間間隔に基づいて、４回目の信号ＳＬ４から例えば電気角３０°進角させるなどして、励磁切り替えタイミングを算出する。そして、以降は、モータ端子電圧と等価中性点電位の比較結果から生成される３相合成信号に基づいて励磁切り替えタイミングを決定し、通電パターンの切り替え制御を行うことで、ブラシレスモータ１の同期運転が行われる。ホールセンサを有する場合の電気角１２０°矩形波駆動と同等性能の駆動が可能になって、回転速度が制御される。

なお、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、５回目以降の信号を取得し、同様にして時間間隔から励磁通電タイミングを算出しても良い。始動時の安定性や、正確性をさらに向上できる。
また、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、２〜３回目の信号ＳＬ２，ＳＬ３の時間間隔と、３〜４回目の信号ＳＬ３，ＳＬ４の時間間隔が略等しい。このため、２〜３回目の信号ＳＬ２，ＳＬ３の時間間隔のみでセンサレス駆動に移行しても良い。このようにすると、さらに短い時間で定常的な運転を開始することができる。また、１回目の信号ＳＬ１と２回目の信号ＳＬ２の時間間隔だけを取得してセンサレス駆動に移行しても良い。イナーシャが小さいブラシレスモータに有効である。この場合は、初期通電時間ＳＬ１は予め設定された値を用いており、ＳＬ２のタイミングを検出した時点でＳＬ１とＳＬ２の時間間隔を演算し、それをロータ位置信号として使用することができるので、２回目の信号ＳＬ２まででセンサレス駆動に移行できるようになる。
また、イナーシャが小さいブラシレスモータでは、減速が大きくなって２〜３回目の信号ＳＬ２，ＳＬ３の時間間隔より、３〜４回目の信号ＳＬ３，ＳＬ４の時間間隔の方が大きくなる。この場合には、時間間隔の変化から加速度を算出し、この加速度を用いて次の時間間隔を推定することで励磁通電タイミングを算出しても良い。

さらに、この始動方法では、モータ始動時に電流を抑制しながら起動する方法（以下、ソフトスタートという）を実施している。例えば、図９に示すように、始動時は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）のデューティを５０％にして電流を抑制し、その後回転速度を上昇させ、初期通電時間Ｔｓ１が経過したら、一旦デューティを０％にして、フリーランさせる。フリーランが終了したら、再びデューティを５０％にし、そこからデューティを徐々に増加させ、最終的にデューティが１００％に達しときに回転速度が目標値（例えば、最大回転数）に達するようにする。これによって、始動時に過電流が流れることを防止することができ、ブラシレスモータ１が搭載されているシステム全体の安定性を高めることができる。

ステップＳ１０９の誘起電圧によるセンサレス駆動（定常駆動モード）の詳細について
説明する。
定常駆動モードでは、モータ端子の誘起電圧を検出してロータ位置を検出するが、誘起電圧波形には方形波状のスイッチングパルス（方形波パルス電圧）が重畳するので、このようなノイズを除去する必要がある。この実施の形態では、各相のロータ位置信号に相当するエッジを検出したときに、他相のレベル検出を行って、ロータ位置信号と方形波パルス電圧とを区別している。この際に使用される正転専用ロジックは、表１に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表２に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなる。なお、正転専用ロジックは、図１に示す回転方向判定手段２３がブラシレスモータ１が正転していると判定する場合に、回転方向検出ロジック選択手段２４の指令によって分離手段２１が参照する。

定常駆動モードで通電制御しているときの信号波形を図１０に示す。図１０は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態と、各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの実際の誘起電圧波形Ｕｖ、Ｖｖ、Ｗｖ（アナログ信号）と、各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（デジタル信号）とが図示されている。最上段の各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態は、上段で「＋」が付加されている固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが高電位側で、下段で「−」が付加されている固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗが低電位側であることを示している。つまり、電気角０°から６０°までの間の「Ｗ＋」「Ｖ−」は、固定子巻線Ｗから固定子巻線Ｖに通電することを示す（図５における通電パターン＃６と同等）。また、例えば、誘起電圧波形Ｕｖにおいて、電気角０°で立ち上がるパルスや、電気角１８０°で立ち下がるパルスが方形波パルス電圧Ｐｓであり、これら方形波パルス電圧Ｐｓがこの実施の形態において除去対象となる信号である。

また、図１１はマスク信号の生成過程及び位置検出信号の生成過程を模式的に示す図である。なお、図１１は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（図１０と同じ信号）と、固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの位置検出信号Ｕｓ、Ｖｓ、Ｗｓと、電気角３０°位相シフトした後の位置検出信号Ｕｓｓ、Ｖｓｓ、Ｗｓｓと、固定子巻線Ｕの方形波パルス電圧信号Ｕｍ、固定子巻線Ｖの方形波パルス電圧信号Ｖｍ、固定子巻線Ｗの方形波パルス電圧信号Ｗｍとが順番に図示されている。

図１０に示す各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧波形Ｕｖ、Ｖｖ、Ｗｖは、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２（図１参照）に入力され、ローパスフィルタ回路１５Ａ〜１５Ｃの分圧回路によりコンパレータ１７Ａ〜１７Ｃに入力可能な電圧Ｕｖ２、Ｖｖ２、Ｗｖ２に分圧される。その後、ローパスフィルタ回路１８Ａ〜１８ＣによりＰＷＭノイズを除去した後の誘起電圧信号Ｕｖ３、Ｖｖ３、Ｗｖ３を生成し、これらの電圧値から等価中性点電圧が得られる。この等価中性点電圧と誘起電圧波形Ｕｖ３とをコンパレータに入力すると、誘起電圧信号Ｕｄが得られる。同様にして、アナログ信号の誘起電圧波形Ｖｖ３，Ｗｖ３からデジタル信号の誘起電圧信号Ｖｄ，Ｗｄが得られる。これら、誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄは、制御装置１１の分離手段２１に入力され、以下の処理によって通電切り替えタイミングが生成される。

分離手段２１は、誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄのパルス信号から、方形波パルス電圧Ｐｓのエッジとロータ４１の回転により生じる誘起電圧のエッジとを分離し、回転子位置検出部２３がロータ４１の回転により生じる誘起電圧の情報からなる位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓを作成し、励磁切り替えタイミング演算手段２２に受け渡たす。励磁切り替えタイミング演算手段２２では、図１１に示す位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓのエッジ（誘起電圧エッジ）の間隔Ｔｅをカウントする。具体的には、位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓのすべてのエッジをトリガーとしてカウンタによる計測を開始し、次にいずれかの位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓのエッジが検出されたらカウント値をクリアすると同時に次のカウントを開始する。ここで、ブラシレスモータ１が回転しているときには、誘起電圧エッジの間隔Ｔｅは、電気角６０°ごとに発生するので、誘起電圧の発生間隔を示すカウント値からロータ４１の回転速度や加速度を演算し、これに応じて次に通電を切り替えるタイミングを補正し、その分だけ位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓの位相をシフトして位相検出信号Ｕｓｓ，Ｖｓｓ，Ｗｓｓを生成する。そして、励磁電圧出力手段２７が、これら位相検出信号Ｕｓｓ，Ｖｓｓ，Ｗｓｓに従ってインバータ１３を制御し、各固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電を切り替えてブラシレスモータ１のロータ４１を回転させる。

ここで、励磁電圧出力手段２７にはマスク信号生成手段２７Ａを備えており、マスク信号生成手段２７Ａは、励磁電圧出力手段２７がインバータに通電パターンを出力する直前に分離手段２１にマスク信号を出力する。
例えば、図１１の例では、固定子巻線Ｕの位置検出信号Ｕｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Ｗのマスク信号ＷｍをＨ（High）レベルに設定する。同様に、固定子巻線Ｖの位置検出信号Ｖｓｓのエッジエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Ｕのマスク信号ＵｍをＨ（High）レベルに設定する。固定子巻線Ｗの位置検出信号Ｗｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Ｖのマスク信号ＶｍをＨ（High）レベルに設定する。これら各マスク信号Ｕｍ，Ｖｍ，Ｗｍの信号レベルは所定の電気角の間維持された後にＬ（Low）レベルに変更される。

なお、マスク信号Ｕｍ，Ｖｍ，Ｗｍのパルス幅を決定する電気角は、常にＴｅの計測値から予めメモリされている角度を算出する。具体的には、通常負荷で回転させたときの方形波パルス電圧Ｐｓのパルス幅よりも大きく、かつマスク信号のパルスで誘起電圧波形Ｕｖ，Ｖｖ，Ｗｖと等価中性点電圧との交点がマスクされないような値、０°＜θ＜３０°が用いられる。

以降は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２から入力される誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄに対して、マスク信号Ｕｍ，Ｖｍ，Ｗｍで方形波パルス電圧Ｐｓのパルスを除去して位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓを作成し、ブラシレスモータ１の通電制御を行う。

ここで、方形波パルス電圧Ｐｓのパルス幅は、負荷の大きさや、回転速度によって変化する。これに対して、マスク信号Ｕｍ，Ｖｍ，Ｗｍは、一定のパルス幅なので、マスク信号Ｕｍ，Ｖｍ，Ｗｍで方形波パルス電圧Ｐｓのパルスを完全にマスクできる場合と、マスクしきれない場合とが生じる。

まず、方形波パルス電圧Ｐｓのパルス幅がマスク幅以下の場合には、図１２に示すように、方形波パルス電圧Ｐｓの開始エッジ及び終了エッジの両方をマスクすることができる。この場合には、分離手段２１は、表１に示すような誘起電圧信号検出ロジックに従って、誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄから位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓを作成する。

なお、図１２において、電気角θ１から始まる方形波パルス電圧Ｐｓの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、マスク信号ＵｍがＨレベルであるので無視される。電気角θ２における立ち上がりエッジは、表１の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Ｕｄについての条件を満たすので、固定子巻線Ｕの誘起電圧の立ち上がりエッジとみなされる。同様に、電気角θ３から始まる方形波パルス電圧Ｐｓの立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジは、マスク信号ＵｍがＨレベルであるので無視される。電気角θ４における誘起電圧信号Ｕｄの立ち下がりエッジは、表１の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Ｕｄについての条件を満たすので、固定子巻線Ｕの誘起電圧の立ち下がりエッジとみなされる。同様にして他の誘起電圧信号Ｖｄ，Ｗｄについても、表１の誘起電圧信号検出ロジックに従って誘起電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを判定し、位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓを作成する。

これに対して、図１３に示すように、方形波パルス電圧Ｐｓのパルス幅がマスク幅を越える場合には、方形波パルス電圧Ｐｓの開始エッジはマスクできるが、方形波パルス電圧Ｐｓの終了エッジはマスクすることができない。このような場合に、分離手段２１は、は、表１に示すような誘起電圧信号検出ロジックに加えて、表２に示すような方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックを参照して誘起電圧エッジを分離し、位置検出信号Ｕｓ，Ｖｓ，Ｗｓを作成する。

図１３において、電気角θ１から始まる方形波パルス電圧Ｐｓの立ち上がりエッジは、マスクされるが、同じ方形波パルス電圧Ｐｓの立ち下がりエッジは、マスクできないので、表１及び表２に示す立ち下がりエッジの条件を満たすか否かを調べる。この場合には、表２の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Ｕｄについての条件を満たすので、方形波パルス電圧Ｐｓのエッジであるとみなし、この信号を除去した上で位置検出信号Ｕｓを作成する。電気角θ２のエッジは、前記のように表１の条件を満たすので、誘起電圧エッジとする。同様に、電気角θ３から始まる方形波パルス電圧Ｐｓの立ち下がりエッジは、マスク信号Ｕｍによって除去され、同じ方形波パルス電圧Ｐｓの立ち上がりエッジは、表２の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Ｕｄについての条件を満たすので除去する。このようにして、マスク信号Ｕｍで除去しきれない方形波パルス電圧Ｐｓのパルスがあった場合には、他の誘起電圧信号Ｖｄ，Ｗｄの電圧レベルの高低を調べて表１及び表２の条件に当てはめることで除去の要否を判定し、方形波パルス電圧Ｐｓによる信号を除去して位置検出信号Ｕｓを作成する。さらに、同様にして、位置検出信号Ｖｓ，Ｗｓを作成する。

ここで、位相検出信号Ｕｓｓ，Ｖｓｓ，Ｗｓｓを生成する際に、通電を切り替えるタイミングを補正する処理について説明する。補正は、励磁切り替えタイミング演算手段２２に設けられた遅れ位相補正部２２Ａで実施する。補正の対象となる遅れ位相を図１４に示す。図１４は、Ｕ相における励磁タイミングと遅れ位相θ１、θ２を模試的に示している。遅れ位相θ１は、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２のローパスフィルタ回路１５Ａ〜１５Ｃに起因する回転速度によって変化する。遅れ位相θ２は、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｃから後段の誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２、すなわちコンパレータ１７Ａ〜１７Ｃとローパスフィルタ１８Ａ〜１８Ｃによる遅れ成分θ２ａと、制御装置１１のマイコンの処理遅れ時間θ２ｂの和（θ２＝θ２ａ+θ２ｂ）であり、駆動装置２に固有の値である。したがって、遅れ位相補正部２２Ａは、遅れ位相θ１を補正するフィルタ遅れ位相補正手段、及び遅れ位相θ２を補正する回路遅れ位相補正手段として機能する。

まず、フィルタ遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部２２Ａの処理について説明する。
図１５に示す範囲Ｒ４がブラシレスモータ１の回転速度の制御範囲である場合、ローパスフィルタ回路１５Ａ〜１５Ｃは、範囲Ｒ４より高い周波数領域にカットオフ周波数ｆｃが設定される。図１５は、横軸を周波数の対数表示をし、縦軸を位相にしたボード線図である。カットオフ周波数ｆｃのローパスフィルタ回路１５Ａ〜１５Ｃを通った誘起電圧信号には遅れ位相θ１が生じる。遅れ位相θ１は、高周波数になる程、大きくなる。

ローパスフィルタ回路１５Ａ〜１５Ｃの伝達関数Ｇ（ｓ）は、τ（＝Ｃ×Ｒ）を用いると次式で表せる。
Ｇ（ｓ）＝１／（τｓ＋１） （１）
式（１）から、遅れ位相θ１〔ｒａｄ〕は、
θ１＝−ａｒｃｔａｎ（ωτ） （２）

ここで、角加速度ωは、回転速度に相当するモータ端子電圧の基本周波数ｆの関数として表すことができるので、
θ１＝−ａｒｃｔａｎ（２πτ×ｆ） （３）
となる。単位を〔°〕に変換し、遅れにとると、
θ１＝ａｒｃｔａｎ（２πτ×ｆ）×３６０／２π （４）
となる。電気角６０°回転するのに要する時間をＴａとすると、１／ｆ＝６Ｔａなので、
θ１＝ａｒｃｔａｎ（２πτ／６Ｔａ）×３６０／２π （５）
式（５）からフィルタ１５Ａ〜１５Ｃによる遅れ位相θ１を算出できる。遅れ位相θ１は、式（５）からその都度計算しても良いが、この実施の形態では遅れ位相補正部２２Ａにマップ登録しておき、時間Ｔａで検索して遅れ位相θ１を求める。

次に、回路遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部２２Ａの処理について説明する。
遅れ位相θ２は、のフィルタ１５Ａ〜１５Ｃ以外のその他の回路及びソフトウェア処理によって発生する。この遅れ位相θ２は、コンパレータ１７Ａ〜１７Ｃ、ローパスフィルタ回路１８Ａ〜１８Ｃ、マイコンなどに起因して発生する。このときの遅れ時間Ｔ２は、回転速度に依らず一定値である。したがって、電気角６０°回転するのに要する時間Ｔａに対する遅れ時間Ｔ２の割合から遅れ位相θ２を算出できる。
θ２＝（Ｔ２／Ｔａ）×６０〔°〕 （６）

（式６）からは、遅れ時間Ｔ２が一定なので、回転速度が上昇して時間Ｔａが短くなると、Ｔ２／Ｔａの値が大きくなって、遅れ位相θ２が大きくなることがわかる。なお、式（６）もマップ化しておくと、計算をスムーズに行える。

以上から、励磁を切り替えるタイミングＥｗは、
Ｅｗ＝３０−（θ１＋θ２） （７）
になる。マップを使用してタイミングＥｗを補正することで、タイミングＥｗを速やかに演算できる。さらに、補正したタイミングＥｗを使用することで、回転速度に依らずに励磁を精度良く切り替えられる。

次に、始動時に回転速度が既に領域Ｒ２にあるときについて説明する。
図１６に示すように、始動前の状態が前記したフリーラン状態と同じになる。図４のフローチャートに従ってステップＳ１０３からステップＳ１０６の処理を実施してもフリーランしている回転状態への影響は少なく、フリーラン状態を維持できる。したがって、ステップＳ１０８からステップＳ１０９に進んで、定常駆動モードに移行する。

始動時に回転速度が領域Ｒ３にあるときについて説明する。
図４のステップＳ１０１からステップＳ１０７を実施しても、逆回転しているロータ４１の誘起電圧波形では、正転専用ロジックでロータ位置信号を抽出することはできない。したがって、ロータ位置信号が例えば１〜９秒程度の所定の時間の間、検出できないときは（ステップＳ１１０に相等）、回転方向判定手段２３が逆転状態であると判定する。
この場合、図１に示す制御装置１１は、ブレーキ停止手段２５が２相ロック通電を一定の時間、過電流にならない程度の低いデューティでブラシレスモータ１に印加させる。ラジエータファンにはブレーキとして働き、ラジエータファンの回転速度が小さくなって、停止状態に近くなる。図１７に示すように、２相ロック通電を継続する時間は、予め設定されたブレーキ通電時間で、例えば、１〜９秒程度である。これによって、ブラシレスモータ１の回転速度は、−Ｎ１からゼロに近付く。前記したように、ラジエータファンは、逆回転している場合に回転数及びトルクは小さいからである。

ブレーキ通電時間が経過したら、インダクタンス検出を用いた始動処理を実施する。ラジエータファンは、フリクションが大きいシステムなので機械的な時定数は大きく、逆回転中に強制的に停止させた場合、風力によって再び逆方向に回転し始めるまでには時間がかかるため、回転速度が領域Ｒ１に留まっているからである。以降は、前記したステップＳ１０３からステップＳ１０８を実施し、定常駆動モードに移行する。

この実施の形態によれば、２相通電を行うことで、インダクタンスの大小を方形波パルス電圧幅から調べることが可能になる。パルス幅は、従来のように電圧の立ち上がり時間を測定する場合に比べて測定し易く、特別な回路を付加する必要がない。装置構成を簡略化でき、製造コストの低減が図れる。
コイルが作る磁束とマグネットが作る磁束が同じ方向の場合、つまりコイルとマグネットの間で磁束が流れ易いようなロータ位置ではインダクタンスが小さくなることに着目したので、従来の方法に比べて精度良く、かつ安定してロータ停止位置を検出することができる。
方形波パルス電圧を発生させる励磁パターンの順番、つまりロータ停止位置の検索順番において、Ｎ極磁化からＳ極磁化に変化させる場合には、その間に無通電となるような励磁パターンを実行するような切り替え順番にしたので、コイルを巻装する鉄心の残留磁化の影響を受け難くなってインダクタンスの検出精度を向上させることができる。

なお、ロータ位置推定手段３１は、方形波パルス電圧幅の最小値を調べる代わりに最大値を調べても良い。この場合、方形波パルス電圧幅検出手段２９は、最も大きいパルス幅をそのときの励磁パターンと関連付けて記憶手段２９Ａに記憶する。始動時励磁手段３６は、パルス幅の最大値を与える励磁パターンから回転方向に６０°遅れた通電パターンを始動時励磁手段３６で選択してブラシレスモータ１を始動させる。例えば、図５に示す例では、励磁パターン＃３が最も磁束が流れ難く方形波パルス電圧幅が大きくなるので、１つ前の励磁パターン＃２が始動励磁パターンに決定される。

また、方形波パルス電圧幅を複数回ずつ測定しても良い。例えば、２回ずつ測定する場合の処理を図１８を参照して説明する。この場合の停止位置検査では、０〜２３の２４個のステップを１セットとして通電制御を行い、２５番目のステップ２４で停止位置を推定する。ステップ０及びステップ１で励磁パターン＃１を通電した後に開放し、Ｗ相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅をカウントする。ステップ２及びステップ３ではそれぞれステップ０およびステップ１と同じ処理を繰り返す。ステップ４及びステップ５と、ステップ６及びステップ７は励磁パターン＃２について同様の処理を行う。以降、ステップ２３まで、各励磁パターン＃３〜＃６について同じ方形波パルス電圧幅のカウントを２回ずつ順番に行う。

方形波パルス電圧幅検出手段２９は、記憶手段２９Ａに２回ずつ測定した方形波パルス電圧幅（カウント値）の全て、又は２回目に測定した方形波パルス電圧幅（カウント値）のみをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶する。ステップ２４の停止位置推定処理は、２回目に測定した方形波パルス電圧幅の大小を前記と同様に比較する。最小となる方形波パルス電圧幅の励磁パターンが始動励磁パターンに決定される。
このようにすると、ブラシレスモータ１がコイル鉄心の残留磁化の影響を受け易い構成である場合に、残留磁化の影響をさらに低減させ、インダクタンスの検出精度を向上させることができる。

ここで、停止位置推定処理は、同じ励磁パターンに対して複数回測定した方形波パルス電圧幅（カウント値）の平均値を算出し、平均値同士で大小を前記と同様に比較しても良い。平均化処理を行うことで、インダクタンスの検出精度をさらに向上させることができる。方形波パルス電圧幅を複数回取得する場合でも、最小値の代わりに最大値を調べることでロータ停止位置及び始動励磁パターンを決定しても良い。

また、この実施の形態では、ブラシレスモータ１の始動時にフリーラン状態を作り出すようにしたので、全相が開放状態になって回転し始めたロータ４１の位置検出をノイズが無い状態で行うことが可能になる。このため、ロータ位置を速やかに、かつ正確に検出することができる。
フリーランさせるまでの通電時間（Ｔｓ１）は、逆トルクが発生しない範囲内にしたので、フリーラン中にロータ４１が大きく減速することがなく、ロータ位置を正しく検出することができる。
フリーラン時に発生する１回目の信号ＳＬ１を使用せずに、２回目以降の信号ＳＬ２〜ＳＬ４を使用すると、１回目に方形波パルス電圧に起因する信号が発生した場合でも正しい検知が可能になる。

ここで、このようなブラシレスモータ１は、例えば、ファンモータや、燃料ポンプのモータなど、イナーシャが大きいモータ、コギングトルクが無いスロットレスモータ、摩擦やコギングトルク等による損失が少ない低損失モータがあげられる。スロットレスモータでは、スロットのコアがないことからインダクタンス検出によるロータ停止位置の検出ができない。しかしながら、イナーシャが極めて小さいことから、ロータの停止位置を検出する際の通電で所定の回転位置に容易に吸い付けることができるので、そのような方法で停止位置を決めて、そこから電気角１２０°位相が遅れた通電パターンを始動励磁パターンに選択すれば良い。このように、ロータ停止位置の検出方法や、始動励磁パターンの決定方法は、インダクタンスに基づく方法に限定されずに種々の方法を使用することができる。

また、この実施の形態によれば、ブラシレスモータ１を始動させるときに、ロータ４１が逆回転している場合でも、ブレーキ処理を行うことでコイルのインダクタンスを用いたロータ位置の検出が可能になる。ここからブラシレスモータ１を始動させて、１２０°通電による定常運転に速やかに移行することが可能になる。ブラシレスモータ１の無通電時に風などの影響でロータ４１が正回転・逆回転している状態や、停止している状態のそれぞれに対応した始動制御を行うことで、ブラシレスモータ１を確実に起動できる。例えば、自動車などのエンジン冷却システムのラジエータファンの駆動用にブラシレスモータ１を用いた場合には、システムの信頼性を高めることができる。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用することを特徴とする。装置構成は、第１の実施の形態と同様である。
図１９に始動時の動作のフローチャートを示す。ステップＳ１０１からステップＳ１０８まで、すなわち、始動開始時のブラシレスモータ１の回転速度が図３の領域Ｒ１又は領域Ｒ２にあるときの処理は、第１の実施の形態と同じである。始動時の回転速度が領域Ｒ３にあるときは、ステップＳ１０８からステップＳ１１０Ａに進む。

ステップＳ１１０Ａでは、誘起電圧を検出して逆転専用ロジックを使用してロータ位置検出を行う。逆転専用ロジックは、回転方向判定手段２３が逆転と判定するときに回転方向検出ロジック選択手段２４によって選択されるもので、表２に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表１に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなり、分離手段２１に登録されている。このような逆転専用ロジックを用い、各相のロータ位置信号に相当するエッジを検出したときに、他相のレベル検出を行って、ロータ位置信号とスイッチングパルスとを区別し、ロータ位置を検出する。ここでの処理は、使用するロジックが異なる以外は、第１の実施の形態における定常駆動モードと同様である。

ロータ位置検出処理を実施し、実際にロータ位置検出信号が得られたら（ステップＳ１１０ＢでＹｅｓ）、ステップＳ１１１以降の処理を実施する。逆回転であることが確認できれば良いので、ロータ位置検出信号は、１回以上発生していれば良い。ステップＳ１１１以降の処理は、第１の実施の形態と同じである。
これに対して、ロータ位置検出信号が得られなかった場合は（ステップＳ１１０ＢでＮｏ）、一定時間待機してから（ステップＳ１１０ＣでＹｅｓ）、ステップＳ１１１に進む。

この実施の形態では、逆転専用ロジックを使用することで逆回転状態にあることを確実に検出できる。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
この実施の形態は、最初にブレーキ処理を実施することを特徴とする。
図２０に示すように、過電流検出処理（ステップＳ１０１）を行なった後、低デューティでの２相通電ロック処理を実施する（ステップＳ１０２Ａ）。ブレーキ時間は、一定時間とする（ステップＳ１０２Ｂ）。これらの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１１１，Ｓ１１２に相当する処理である。始動時にブラシレスモータ１の回転速度がいずれの領域Ｒ１〜Ｒ３にある場合でも、ブレーキ処理によって強制的に領域Ｒ１に制御されるようになる。以降の処理は、第１の実施の形態と同じある。
また、図２１に示すように、逆転専用ロジックを使用する場合（ステップＳ１１０Ａに相当）についても、最初にステップＳ１０２Ａ，Ｓ１０２Ｂでブレーキ処理を行うことで、ブラシレスモータ１の回転速度がいずれの領域Ｒ１〜Ｒ３にある場合でも、ブレーキ処理によって強制的に領域Ｒ１に制御されるようになる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、電源電圧が変動する場合など、端子電圧が変動する場合には、分圧回路１４の代わりにレベル変換回路を使用することが望ましい。レベル変換回路は、トランジスタやＦＥＴ、コンパレータなどを使用し、電源電圧に応じて端子電圧を下げられるように構成される。
始動時の通電制御は、シャント抵抗１３Ａから電流値をモニタし、所定値以上にならないように制御すれば良く、デューティ５０％に限定されない。
初期通電時間Ｔｓ１は、電圧・電流方程式、位置・トルク方程式に所定の物理定数を代入して求めたり、シミュレーションで決定しても良い。

初期通電時間Ｔｓ１だけではロータ位置検出に十分な回転速度まで加速できない場合には、数回のオープンループによる強制通電を実施して十分に加速した後にフリーラン状態に移行させても良い。例えば、図２２に示すように、ホールセンサを用いて１回目の通電切り替えのタイミング（初期通電時間Ｔｓ１）を決定すると共に、２回目の通電切り替えのタイミング（通電時間Ｔｓ２）と、３回目の通電切り替えのタイミング（通電時間Ｔｓ３）も測定し、これら通電時間Ｔｓ１〜Ｔｓ３をプログラムとして制御装置１１に記憶させる。始動時には、始動励磁パターンを初期通電時間Ｔｓ１だけ継続した後に、始動励磁パターンの次の励磁パターンを時間Ｔｓ２だけ継続し、さらに次の励磁パターンを時間Ｔｓ３だけ継続した後に全相の通電をＯＦＦにしてフリーランさせる。
なお、図７において、始動時にブラシレスモータ１を逆転させるときには、１２０°進んだ励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。

１ ブラシレスモータ
２ 駆動装置
１１ 制御装置
１４ 分圧回路
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ フィルタ
２２ 励磁切り替えタイミング演算手段
２２Ａ 遅れ位相補正部（フィルタ遅れ位相補正手段、回路遅れ位相補正手段）
２６ 通電パターン決定手段
２７ 励磁電圧出力手段
２９ 方形波パルス電圧幅検出手段
３１ ロータ位置推定手段
４１ ロータ
ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４ 信号
Ｔｓ１ 初期通電時間

Claims (2)

1. 永久磁石を有するロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの駆動装置であって、
   所定の励磁タイミングで前記ロータの位置に応じた励磁パターンを決定する始動時励磁手段と、
   複数相の前記コイルに励磁電流を印加する信号を出力する励磁電圧出力手段と、からなる制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記コイルに誘起電圧が発生しない回転速度に前記ロータがある場合には、
   前記コイルが作る磁束の方向と前記永久磁石の磁束の方向が同方向のときに前記永久磁石の透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることにより前記ロータの位置を検出し、
   前記コイルに誘起電圧が発生する回転速度に前記ロータがある場合には、
   前記ロータの正転を判定するための正転専用ロジックを用いて前記ロータが正転していると判定された際に前記ブラシレスモータのモータ端子の誘起電圧から前記ロータの位置を検出するとともに、
   前記正転専用ロジックによって前記ロータの位置が抽出できないときは、複数相の前記コイルに２相通電ロック通電を行うブレーキ停止処理を行ってから、インダクタンス検出によって前記ロータの位置を検出する
   ことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
2. 永久磁石を有するロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの駆動装置に備えられた制御装置が行う御方法であって、
   所定の励磁タイミングで前記ロータの位置に応じた励磁パターンを決定するステップと、
   複数相の前記コイルに励磁電流を印加する信号を出力するステップと、
   前記コイルに誘起電圧が発生しない回転速度に前記ロータがある場合には、
   前記コイルが作る磁束の方向と前記永久磁石の磁束の方向が同方向のときに前記永久磁石の透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることにより前記ロータの位置を検出し、
   前記コイルに誘起電圧が発生する回転速度に前記ロータがある場合には、
   前記ロータの正転を判定するための正転専用ロジックを用いて前記ロータが正転していると判定された際に前記ブラシレスモータのモータ端子の誘起電圧から前記ロータの位置を検出するとともに、
   前記正転専用ロジックによって前記ロータの位置が抽出できないときは、複数相の前記コイルに２相通電ロック通電を行うブレーキ停止処理を行ってから、インダクタンス検出によって前記ロータの位置を検出するステップと
   を有することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。

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