JP5907463B2 - ブラシレスｄｃモータのロータ停止区間検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータを所望の方向へ回転させるためのロータ停止区間を、センサを使用せずに検出することが出来るブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法に関するものである。

ブラシ付きＤＣモータの場合、一般に、磁束を形成するステータとしての永久磁石と、通電されるコイルを例えば１２０°の電気角で配置したロータとしての電機子と、電機子のコイルに電流を通電する整流子およびブラシとから構成され、構造がシンプルなため比較的安価で、なお且つ小型化が容易であり、更には正転／逆転および速度調整等の制御性に優れている。その反面、ブラシと整流子は常に接触しブラシが摩耗するため、耐久性、騒音および耐ノイズ性において欠点を有している。

ところで、磁束を形成する界磁をロータとしての永久磁石で構成すると共に、通電されるコイルを１２０°の電気角で配置したステータとしての電機子で構成し、更にブラシと整流子に相当するスイッチング手段を半導体回路（パワートランジスタ等）で構成し、その結果ブラシ付きＤＣモータの欠点（低耐久性、騒音およびノイズ）を解消したブラシレスＤＣモータが様々な分野で広く利用されている。

ブラシレスＤＣモータでは、停止状態にあるロータをある一定方向に回転させるには、ステータに対するロータ磁極の位置を把握する必要がある。例えば、図７（ａ）に示すように、ロータ１ｂの磁極がステータのｕ相コイルの左上部近傍にある場合、ｕ相近傍がＮ極に磁化されることによりロータ１ｂは反時計方向（CCW）に回転することになる。一方、ロータ１ｂの磁極がｕ相コイルの右上部近傍にある場合、ｕ相近傍がＮ極に磁化されることによりロータ１ｂは時計方向（CW）に回転することになる。

そして、ロータ１ｂがある一定方向に回転し始めた後、ロータ１ｂをある一定速度で回転させるためには、ステータ１ａの各コイルに流す電流の向きをロータ磁極の位置に応じて順に切り替える必要がある。このように、ロータ１ｂをステータ１ａに対しある一定方向に一定速度で回転させるには、ステータ１ａの各相のコイルに対するロータ磁極の相対位置を検出する必要がある。各相のコイルに対するロータ磁極の相対位置を検出する手段として、ロータが回転することによりステータコイルに誘起する逆起電力（BEMF=Back ElectroMotive Force）を利用した検出方法が知られている。しかし、この逆起電力を利用した検出方法では、ロータが停止している場合逆起電力がステータコイルに誘起されないため、ロータが停止している場合各相のコイルに対するロータ磁極の相対位置を検出することが出来ないという欠点がある。

他方、ロータ１ｂが停止している場合でもロータ磁極の相対位置を検出する検出手段としてホールセンサを利用した検出方法が知られている。ホールセンサは磁場の大きさに応じた信号（電圧）を出力する磁場検出センサである。
また、ホールセンサ等の磁場検出センサを使用しないセンサレスなブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

このブラシレスモータでは、先ず、各相間の巻線コイルに逆方向および順方向の２種類のパルス電圧をそれぞれ印加し、各相間に流れる各相電流を計測する。各相電流の値からロータが電気角０°〜１８０°のどの区分に属するかの大体の初期位置の当たりを付け、各パルス電圧の立ち上がり時から相電流が所定の電流変化分（ε）に達するまでに要する順方向立ち上がり時間Ｔ１、および逆方向立ち上がり時間Ｔ２をそれぞれ計測することにより、ロータの初期位置（停止位置）を決定することとしている。

他方、これとは異なり、各パルス電圧の立ち下がり時から相電流が所定の電流値（ゼロ）に達するまでに要する立ち下がり時間を計測することにより、ロータの初期位置を決定することとしているブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開平１１−５５９８８号公報 米国公開公報２０１０／０１８１９５２号明細書

上記特許文献１に記載されているように、相電流が所定の電流変化分（ε）に達するまでに要する立ち上がり時間を利用することによりロータの初期位置を検出する場合、相電流が極めて短時間の間に最下点から電流変化分（ε）まで急峻に立ち上がることになり、その結果、発生するノイズが大きく、上記特許文献１の方法では相電流を精度良く計測することは難しいという問題がある。

他方、上記特許文献２に記載されているように、相電流が最高点（最大値）からゼロに達するまでに要する立ち下がり時間を利用することによりロータの停止位置を検出する場合、相コイル電圧をゼロにした時に、相コイルには電流を流し続けようとする逆起電力が発生するため、相電流がゼロに達するまでの時間については各相コイルにおいて有意な差はなく、明確にロータの停止位置を決定するには更なる改良の余地があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされたものであって、ロータを所望の方向へ回転させるためのロータ停止区間をセンサを使用せずに検出することが出来るブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法を提供することを目的とする。

上記技術的課題を解決するための本発明のうち、請求項１記載の発明の手段は、磁束を形成する回転子としてのロータと、トルクを発生させる電機子としてのステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
前記ステータの各相コイルに所定のパルス電圧を、印加方向を変えて複数回印加し、該各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の該各相コイルの端子に接続された下部ＦＥＴに流れる相電流の減衰量を各相コイルについて各々計測し、
計測した全ての相電流の減衰量の内で所定の２つの順位の相電流減衰量をもたらすパルス電圧印加方向の対（ペア）を選定し、
次にロータ電気角と相電流減衰量の大きさとパルス電圧印加方向の相関関係より、前記パルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、
次にロータ電気角範囲と前記２つの順位に係るパルス電圧印加方向との相関関係より、ロータが停止している停止区間を決定することを特徴とする。

本願発明者は、実際にロータを電気角で０°,３０°,６０°,９０°,１２０°,１５０°,１８０°,・・・,３６０°の位置にそれぞれ配設した状態で、ｕ相コイルからｖ相コイルへ、ｖ相コイルからｕ相コイルへ、ｕ相コイルからｗ相コイルへ、ｗ相コイルからｕ相コイルへ、ｗ相コイルからｖ相コイルへ、ｖ相コイルからｗ相コイルへパルス電圧をそれぞれ印加した際、各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の各相電流の減衰量を鋭意調査した結果、ある２つの順位の相電流減衰量をもたらすパルス電圧印加方向（相電流方向）のペアとロータ電気角との間に有意な特性が存在することを見出した。つまり、これら２つの順位の相電流減衰量をもたらすパルス電圧印加方向のペアは上記電気角に応じて異なることを見出した。このことは、これら２つの順位の相電流減衰量の大きさだけに着目すれば、ロータが停止している電気角近傍が一意的に分かることを意味している。

そこで、パルス電圧印加方向と相電流減衰量の大きさとロータ電気角との相関関係を予め取得してデータ化すると共に、特異な２つの順位の相関電流減衰量に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係を予め取得してデータ化することにより、これら特異な２つの順位に係るパルス電圧印加方向の対（ペア）から、ロータが停止している実際の停止区間を検出することが出来るようにした。

また、パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の各相電流の減衰量は、電源電圧を考慮する必要がないこと、電流変化分だけを考慮すればよいこと、更にはパルス印加時のノイズの影響等を考慮する必要がないこと等から正確に計測することが出来るという利点を有している。

また、ロータ停止区間検出のためのパルス電圧印加方向としては、６方向（ｕ相コイルからｖ相コイル、ｕ相コイルからｗ相コイル、ｖ相コイルからｕ相コイル、ｖ相コイルからｗ相コイル、ｗ相コイルからｕ相コイル、ｗ相コイルからｖ相コイル）存在するが、パルスの印加順番によっては、ロータが回転してしまう虞がある。これを防ぐため、パルス電圧の印加順番については、前回のパルス電圧により生じたトルクを打ち消すようにトルクを発生させるパルス電圧が続く印加順番とした。

請求項２記載の発明の手段は、磁束を形成する回転子としてのロータと、トルクを発生させる電機子としてのステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
前記ステータの各相コイルに所定のパルス電圧を、印加方向を変えて複数回印加し、該各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の該各相コイルの端子に接続された下部ＦＥＴに流れる相電流の減衰量を各相コイルについて各々計測し、
計測した全ての相電流の減衰量の内で最大値および準最大値をもたらすパルス電圧印加方向の対（ペア）を選定し、
次にロータ電気角と相電流減衰量の大きさとパルス電圧印加方向の相関関係より、前記パルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、
次にロータ電気角範囲と最大値および準最大値に係るパルス電圧印加方向との相関関係より、ロータが停止している停止区間を決定することを特徴とする。

本願発明者は、ブラシレスＤＣモータ毎に、実際にロータを電気角で０°,３０°,６０°,９０°,１２０°,１５０°,１８０°,・・・,３６０°の位置にそれぞれ配設した状態で、ｕ相コイルからｖ相コイルへ、ｖ相コイルからｕ相コイルへ、ｕ相コイルからｗ相コイルへ、ｗ相コイルからｕ相コイルへ、ｗ相コイルからｖ相コイルへ、ｖ相コイルからｗ相コイルへパルス電圧をそれぞれ印加した際、各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の各相電流の減衰量を鋭意調査した結果、計測した全ての相電流の減衰量の内で最大値（第１位）および準最大値（第２位）をもたらすパルス電圧印加方向の対（ペア）が特にロータ電気角毎に明確な差異を示すことを見出した。

そこで、パルス電圧印加方向と相電流減衰量の大きさとロータ電気角との相関関係を予め取得してデータ化すると共に、このデータに従って、相関電流減衰量の最大値および準最大値に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係を予め取得してデータ化することにより、最大値および準最大値に係るパルス電圧印加方向の対（ペア）から、ロータが停止している実際の停止区間を検出することが出来るようにした。

本発明のブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法によれば、ステータの各相コイルに所定のパルス電圧を、印加方向を変えて複数回印加した際、各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の相電流の減衰量をそれぞれ計測し、次に計測した相電流の減衰量の内で所定の２つの順位をもたらしたパルス電圧印加方向のペアを選定し、次に予め作成したロータ電気角と相電流減衰量の大きさとパルス電圧印加方向との相関関係より、その所定の２つの順位に係るパルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、次に予め作成した所定の２つの順位に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係より、ロータが停止している実際の停止区間を決定する。つまり、本発明では相電流減衰量の上記所定の２つの順位をもたらしたパルス電圧印加方向のペアを把握することにより、ロータを所望の方向へ回転させるためのロータ停止区間を、センサを使用せずに検出することが出来るようになる。

また、所定の２つの順位として第１位（最大値）と第２位（準最大値）を採用する場合は、これら２つの順位の相電流減衰量は特にロータ電気角毎に明確な差異を示すため、より正確にロータ停止区間を検出することが出来るようになる。

本発明のブラシレスＤＣモータのシステムの構成を示すブロック図である。 本発明に係るブラシレスＤＣモータの概略を示す説明図である。 本発明に係るロータの停止区間を検出するプロセスを示すフロー図である。 相コイルにパルス電圧を印加する際の半導体スイッチィング素子駆動ならびにパルス電圧及び相電流を示す説明図である。 本発明に係るロータ電気角と相電流減衰量とパルス電圧印加方向との相関関係を示すグラフである。 本発明に係る相電流減衰量の最大値および準最大値に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係を示すマップである。 ロータの停止位置によるロータ回転方向を示す説明図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明のブラシレスＤＣモータのシステム１００の構成を示すブロック図である。
このブラシレスＤＣモータのシステム１００は、電機子としてのステータ１ａと回転子としてのロータ１ｂから成るブラシレスＤＣモータ１と、ブラシレスＤＣモータ１のステータ１ａの各相のコイル（ｕ相コイル、ｖ相コイル、ｗ相コイル）に電流を通電するモータ駆動部２と、モータ駆動部２を構成する半導体スイッチィング素子（図示実施例の場合、半導体スイッチィング素子としてＦＥＴを示している。以下、半導体スイッチィング素子としてＦＥＴを用いた例に従って説明する）を駆動するためのＦＥＴ駆動部３と、（ロータ１ｂの停止区間を検出するためのパルス電圧を印加した時に）各相コイルに流れる相電流に係る信号ならびにロータ１ｂが回転することによりステータ１ａの各相のコイルに誘起される逆起電力（BEMF=Back Electromotive Force）に係る信号を整形するフィルタ部４と、相電流の減衰量に係る信号または逆起電力に係る信号を基にロータ１ｂの停止区間を検出すると共に、そのロータ１ｂの停止区間に基づいてステータ１ａの各相のコイルに印加するパルス波形およびタイミングを決定する演算処理部５と、ブラシレスＤＣモータ１と各モジュールに電力を供給する電源部６とを具備して構成される。

ブラシレスＤＣモータ１は、図２に示す通り、ステータ１ａのｕ相コイル、ｖ相コイル及びｗ相コイルが一定の機械角を隔ててそれぞれ配置され、その回りをロータ１ｂとしての永久磁石が回転する、いわゆるアウターロータ型のブラシレスＤＣモータである。また、図５において後述する通り、ステータ１ａの各相のコイルのロータ１ｂに対する電磁的位相はそれぞれ異なる（例えば１２０°）。従って、図５−６において後述するロータ１ｂの停止区間の検出方法では、ｕ相コイルから３０°刻み角で３６０°の電気角を検出範囲とすれば必要かつ十分である。

再び図１に戻り、モータ駆動部２は、ステータ１ａの各相のコイルに電流を流すためのＦＥＴ６個により構成され、ステータ１ａの各相のコイルには２個ずつ｛（ｕ相上部ＦＥＴ２uU、ｕ相下部ＦＥＴ２uL）、（ｖ相上部ＦＥＴ２vU、ｖ相下部ＦＥＴ２vL）又は（ｗ相上部ＦＥＴ２wU、ｗ相下部ＦＥＴ２wL）｝配置されている。なお、本実施例では、半導体スイッチング素子としてＦＥＴを使用しているが、その他の半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を使用することも可能である。

ＦＥＴ駆動部３は、モータ駆動部２を構成するＦＥＴをオン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）する制御信号を出力する。なお、図示の都合上、ＦＥＴ駆動部としてｕ相のＦＥＴ（ｕ相上部ＦＥＴ２uU、ｕ相下部ＦＥＴ２uL）を駆動するＦＥＴ駆動部３のみ図示されているが、ＦＥＴ駆動部３は各相のＦＥＴ毎に全部で３個配置されている（残りの２個は図示省略されている。）。

フィルタ部４は、第１フィルタ４ａと第２フィルタ４ｃから構成されている。第１フィルタ４ａは相電流に係る信号を整形する一方、第２フィルタ４ｃはロータ１ｂが回転することにより各相のコイルに誘起される逆起電力に係る信号を整形する。なお、相電流に係る信号強度は微弱であるため、第１フィルタ４ａの後段には、その信号を増幅する増幅部４ｂが設けられている。また、ＦＥＴ駆動部３と同様に、図示の都合上、フィルタ部としてｕ相から取り出される相電流または逆起電力に係る信号を整形するフィルタ部４のみ図示されているが、フィルタ部４は各相のコイル毎に全部で３個配置されている（残りの２個は図示省略されている。）。

また、相電流に係る信号は、相電流が各相のコイルの端子に接続された下部ＦＥＴを流れる際に生じる電圧降下を計測することにより取り出される。例えばｖ相コイル→ｕ相コイルに流れる相電流に係る信号は相電流がｕ相下部ＦＥＴ２uLを流れる際に生じる電圧降下を計測することにより取り出される。

演算処理部５は、所定のパルス波形（パルス高さ、パルス幅、デューティ比、周波数等）を生成するPWM生成部５ａと、第１フィルタ４ａ後段に設けられた増幅部４ｂから出力されるアナログ信号を所定のディジタル信号に変換する電流検出部５ｂと、第２フィルタ４ｃから出力されるアナログ信号を所定のディジタル信号に変換するBEMF検出部５ｃと、電流検出部５ｂまたはBEMF検出部５ｃから出力される信号を基にロータ１ｂの停止区間または回転位置を検出する位置検出部５ｄと、位置検出部５ｄから出力されるロータ１ｂの停止区間に基づいて各相コイルに印加されるパルス波形のタイミングを決定する演算部５ｅとから成る。

電源部６は、モータ駆動部２を構成する各相上部FET２uU,２wU,２vUの上流端子を所定の電圧、例えば４０Ｖ近傍にプルアップすると共に各相下部FET２uL,２wL,２vLの各下流端子をグランドレベルに設定している。

図３は、本発明に係るロータ１ｂの停止区間を検出するプロセスを示すフロー図である。
先ず、ステップＳ１ではｕ相コイルからｖ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、図４（ａ）に示すように、ｕ相上部FET２uUおよびｖ相下部FET２vLを所定の間（例えば、図４（ｂ）に示すように、立ち下がり時間Ｔ２−立ち上がり時間Ｔ１＝２０.０μ秒（電源電圧＝４０Ｖ））オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、パルス電圧のオン時間は常時固定ではく電源電圧に応じて適宜設定される。すなわち、電源電圧が低下する場合はオン時間を通常よりも長くなるように設定する一方、上昇する場合はオン時間を通常よりも短くなるように設定する。また、ｕ相上部FET２uUおよびｖ相下部FET２vLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ２ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から一定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｖ相下部FET２vLを流れる相電流Iuvにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIuvを計測する。

次に、ステップＳ３では相電流Iuvがゼロ近傍に収束する時間の経過後、ｖ相コイルからｕ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、ｖ相上部FET２vUおよびｕ相下部FET２uLを所定の間（例えば、１０.０μ秒）オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、ｖ相上部FET２vUおよびｕ相下部FET２uLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ４ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から所定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｕ相下部FET２uLを流れる相電流Ivuにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIvuを計測する。

なお、ステータ１ａの各相コイルに印加するパルス電圧の極性については、ロータ１ｂが回転しないように、正・逆極性のパルス電圧（例えば、ｕ相→ｖ相コイルに続けてｖ相→ｕ相コイルにパルス電圧）をそれぞれ印加する。

次に、ステップＳ５では相電流Ivuがゼロ近傍に収束する時間の経過後、ｕ相コイルからｗ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、ｕ相上部FET２uUおよびｗ相下部FET２wLを所定の間（例えば、１０.０μ秒）オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、ｕ相上部FET２uUおよびｗ相下部FET２wLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ６ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から所定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｗ相下部FET２wLを流れる相電流Iuwにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIuwを計測する。

次に、ステップＳ７では相電流Iuwがゼロ近傍に収束する時間の経過後、ｗ相コイルからｕ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、ｗ相上部FET２wUおよびｕ相下部FET２uLを所定の間（例えば、１０.０μ秒）オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、ｗ相上部FET２wUおよびｕ相下部FET２uLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ８ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から所定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｕ相下部FET２uLを流れる相電流Iwuにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIwuを計測する。

次に、ステップＳ９では相電流Iwuがゼロ近傍に収束する時間の経過後、ｗ相コイルからｖ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、ｗ相上部FET２wUおよびｖ相下部FET２vLを所定の間（例えば、１０.０μ秒）オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、ｗ相上部FET２wUおよびｖ相下部FET２vLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ１０ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から所定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｖ相下部FET２vLを流れる相電流Iwvにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIwvを計測する。

次に、ステップＳ１１では相電流Iwvがゼロ近傍に収束する時間の経過後、ｖ相コイルからｗ相コイルへパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加は、ｖ相上部FET２vUおよびｗ相下部FET２wLを所定の間（例えば、１０.０μ秒）オン（ＯＮ）とすることにより行われる。なお、ｖ相上部FET２vUおよびｗ相下部FET２wLがオンの間、他のFETはオフ（ＯＦＦ）の状態にある。

次に、ステップＳ１２ではパルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２から所定時間Δｔ（例えば１ｍ秒）までの間にｗ相下部FET２wLを流れる相電流Ivwにおいて、パルス電圧の立ち下がり時間Ｔ２からの相電流の減衰量ΔIvwを計測する。

そして、ステップＳ１３では計測した各相電流の減衰量（ΔIuv,ΔIvu,ΔIuw,ΔIwu,ΔIwv,ΔIvw）の内で、最大値（第１位）および準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向の対（ペア）に対応するモータ電気角を選定する。モータ電気角の選定は、例えば、図５に示されるロータ電気角と相電流減衰量とパルス電圧印加方向との相関関係を示すグラフに基づいて行われる。詳細については後述する。

そして、ステップＳ１４では選定されたモータ電気角に基づいてロータ１ｂの停止区間を検出する。ロータ停止区間の検出は、例えば、図６に示される相電流減衰量の最大値（第１位）および準最大値（第２位）に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係を示すマップに基づいて行われる。詳細については後述する。

以下、図５−６を参照しながら図３のステップＳ１３及び１４に係るロータ１ｂの停止区間を検出するプロセスについて説明する。

図５は、ロータ電気角と相電流減衰量とパルス電圧印加方向との相関関係を示すグラフである。
このグラフは、実際にロータ１ｂを電気角で０°,３０°,６０°,９０°,１２０°,１５０°,１８０°,・・・,５４０°の位置にそれぞれ配設した状態で、ｕ相コイルからｖ相コイルへ（図中の×印）、ｖ相コイルからｕ相コイルへ（図中の＊印）、ｕ相コイルからｗ相コイルへ（図中の◇印）、ｗ相コイルからｕ相コイルへ（図中の○印）、ｗ相コイルからｖ相コイルへ（図中の△印）、ｖ相コイルからｗ相コイルへ（図中の□印）パルス電圧をそれぞれ印加した際、各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間（Δｔ）経過後の各相電流の減衰量を表している。従って、電気角０°〜３６０°の範囲内でロータ１ｂの停止区間が分かれば、ロータ１ｂを所望の方向へ回転させることが可能となる。

また、このグラフから明らかな通り、相電流減衰量の最大値（第１位）および準最大値（第２位）をもたらすパルス電圧印加方向のペアは、ロータ電気角毎に異なり一意的に決定される。例えば、今、上記ステップＳ１からＳ１１を実施した結果、相電流減衰量の最大値（第１位）をもたらしたパルス電圧印加方向はｗ相→ｖ相コイル（図中の△印）であり、準最大値（第２位）をもたらした相電流方向はｖ相→ｗ相コイル（図中の□印）だと仮定する。

この場合、図５より、電気角：０°〜３６０°の範囲内においてパルス電圧印加方向のペア：（最大値、準最大値）＝（△印、□印）に対応するロータ電気角は６０°と一意的に決定される。従って、ロータ１ｂは電気角６０°の近傍、すなわち停止区間（２）または停止区間（３）の何れかに位置していることになる。そして、候補として選定された停止区間（２）または停止区間（３）の内、実際にロータ１ｂが停止している停止区間（今の場合（２）か（３）か）を決定するために図６に示される停止区間判定マップを参照する。

図６は、本発明に係る相電流減衰量の最大値（第１位）および準最大値（第２位）に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係を示すマップである。
このマップは、図５で示されるグラフにおいて各停止区間（１）から（１２）における相電流減衰量の最大値（１位）および準最大値（２位）をもたらしたパルス電圧印加方向を図５から抜き出して表にまとめたものである。
なお、図６において、準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向が候補として、一つの停止区間内に２つ存在する場合と、１つ存在する場合とがある。２つ存在する場合は、例えば図５の停止区間（１）に示されるように、ある電気角θ１（転流点、０°と３０°の中央域に位置する）を境にして準最大値（第２位）と準々最大値（第３位）に係る相電流減衰量が逆転するためである。他方、準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向が１つ存在する場合は、例えば図５の停止区間（２）に示されるように、転流点がロータ電気角６０°近傍にあり、その区間（電気角：３０°から６０°）では相電流減衰量の転流を有意に示さないので、一意的に存在することになるためである。

従って、今の場合、ロータ１ｂは電気角６０°の近傍の停止区間（２）または停止区間（３）の何れかに位置し、且つ最大値（第１位）と準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向のペア：（最大値（第１位）、準最大値（第２位））＝（ｗ相→ｖ相、ｖ相→ｗ相）であるから、図６の停止区間（２）および停止区間（３）を見ると、パルス電圧印加方向のペア：（最大値（第１位）、準最大値（第２位））＝（ｗ相→ｖ相、ｖ相→ｗ相）は停止区間（３）に属しているため、ロータ１ｂが実際に停止している区間は、電気角６０°から９０°の停止区間（３）と検出されることになる。

以上、まとめると、本発明のブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法によれば、ステータ１ａの各相コイルに所定のパルス電圧を印加方向を変えて複数回印加した際、例えばｕ相コイルからｖ相コイルへ（ステップＳ１）、ｖ相コイルからｕ相コイルへ（ステップＳ３）、ｕ相コイルからｗ相コイルへ（ステップＳ５）、ｗ相コイルからｕ相コイルへ（ステップＳ７）、ｗ相コイルからｖ相コイルへ（ステップＳ９）、ｖ相コイルからｗ相コイルへ（ステップＳ１１）パルス電圧をそれぞれ印加した際、各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の相電流の減衰量をそれぞれ計測し、次に計測した相電流の減衰量の内で最大値（第１位）と準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向の（対）ペアを選定し、次に予め作成したロータ電気角と相電流減衰量とパルス電圧印加方向との相関関係より、最大値（第１位）および準最大値（第２位）に係るパルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、次に予め作成した最大値（第１位）および準最大値（第２位）に係るパルス電圧印加方向とロータ電気角範囲との相関関係より、ロータ１ｂが停止している実際の停止区間を決定する。つまり、本発明では相電流減衰量の最大値（第１位）と準最大値（第２位）をもたらしたパルス電圧印加方向のペアを把握することにより、ロータ１ｂを所望の方向へ回転させるためのロータ停止区間を、センサを使用せずに検出することが出来るようになる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施例（ロータ１ｂの停止区間を検出するプロセス）において相電流減衰量の順位として最大値（第１位）と準最大値（第２位）が使用されているが、これに限らない。すなわち、ブラシレスＤＣモータ１によっては、別の２つの順位、例えば第１位と第６位をもたらすパルス電圧印加方向のペアがロータ電気角毎に有意な差を示す場合がある。従って、上記相電流減衰量の２つの順位は駆動されるブラシレスＤＣモータによって決定されることになる。また、上記ロータ１ｂの停止区間の検出方法では、ｕ相コイルから電気角３０°刻み角で３６０°の電気角を検出範囲としているが、刻み角は電気角３０°に限らない。また、パルス電圧印加順番についても、前回のパルス電圧により生じたトルクを打ち消すようにトルクを発生させるパルス電圧が続く印加順番である事が望ましく、上記実施例に限定されるものではない。また、上記実施例に係るブラシレスＤＣモータ１はアウターロータ型であったが、本発明はこれに限らずインナーロータ型のブラシレスＤＣモータ１に対しても適用可能である。

本発明のブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法は、センサレスブラシレスＤＣモータに対し好適に適用される。

１ ブラシレスＤＣモータ
１ａ ステータ
１ｂ ロータ
２ モータ駆動部
３ ＦＥＴ駆動部
４ フィルタ部
４ａ 第１フィルタ
４ｂ 増幅部
４ｃ 第２フィルタ
５ 演算処理部
５ａ PWM生成部
５ｂ 電流検出部
５ｃ BEMF検出部
５ｄ 位置検出部
５ｅ 演算部
６ 電源部
１００ ブラシレスＤＣモータのシステム

Claims (2)

1. 磁束を形成する回転子としてのロータと、トルクを発生させる電機子としてのステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
   前記ステータの各相コイルに所定のパルス電圧を、印加方向を変えて複数回印加し、該各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の該各相コイルの端子に接続された下部ＦＥＴに流れる相電流の減衰量を各相コイルについて各々計測し、
   計測した全ての相電流の減衰量の内で所定の２つの順位の相電流減衰量をもたらすパルス電圧印加方向の対（ペア）を選定し、
   次にロータ電気角と相電流減衰量の大きさとパルス電圧印加方向の相関関係より、前記パルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、
   次にロータ電気角範囲と前記２つの順位に係るパルス電圧印加方向との相関関係より、ロータが停止している停止区間を決定する
   ことを特徴とするブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法。
2. 磁束を形成する回転子としてのロータと、トルクを発生させる電機子としてのステータとから成るブラシレスＤＣモータにおいて、
   前記ステータの各相コイルに所定のパルス電圧を、印加方向を変えて複数回印加し、該各パルス電圧の立ち下がり時から所定時間経過後の該各相コイルの端子に接続された下部ＦＥＴに流れる相電流の減衰量を各相コイルについて各々計測し、
   計測した全ての相電流の減衰量の内で最大値および準最大値をもたらすパルス電圧印加方向の対（ペア）を選定し、
   次にロータ電気角と相電流減衰量の大きさとパルス電圧印加方向の相関関係より、前記パルス電圧印加方向のペアに対応するロータ電気角を選定し、
   次にロータ電気角範囲と最大値および準最大値に係るパルス電圧印加方向との相関関係より、ロータが停止している停止区間を決定する
   ことを特徴とするブラシレスＤＣモータのロータ停止区間検出方法。