JP6296566B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に関する。

ＤＣブラシレスモータに用いられるモータの駆動制御方式には、ホールセンサなどの位置センサを使用するセンサ駆動方式と、モータコイルに生じる誘起電圧からロータ位置情報を生成するセンサレス駆動方式の２種類が広く用いられている。位置センサレスのモータ駆動制御装置は、開放区間（非通電相）にモータ端子に現れる誘起電圧と基準電圧（等価中性点電位）とをコンパレータで比較して位相信号（パルス信号）を生成し、この位相信号をもとにロータの回転位置を検出している。

特許文献１には、モータを始動する際にセンサ駆動により立ち上げ、回転数が上がるとセンサレス駆動へ切り替える駆動選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサレス駆動が選択された後もセンサ駆動を続行し、センサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を避けて励磁シーケンスをセンサレス駆動に切り替えるモータ駆動装置が記載されている。

特開２００８−３０１５５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータ制御装置は、三相センサレス駆動において、ゼロクロス基準電圧と相電圧がクロスしない状態に陥ると、脱調してしまうという問題がある。例えば、１分間あたり３万回転前後の高速回転時に発生する可能性が高い。
この問題は、ゼロクロス基準電圧を下げて進角させることで回避できることもある。しかしながら、ゼロクロス基準電圧を下げると、今度は起動しにくくなったり、低速回転を維持できなくなったりする課題が発生する。

そこで、本発明は、正常に起動して低速回転を実現しつつ、高速回転においても脱調しにくいモータ駆動制御装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、複数相のコイルと、前記複数相のコイルに対して回転可能に支持されるロータと、を備えるモータを駆動するモータ駆動制御装置であって、駆動制御信号に基づき前記モータの各相コイルに駆動信号を出力するモータ駆動部と、ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングがいずれかの相における立下り時または立ち上り時のゼロクロス検出タイミングのエッジと同期する位置に設けられる１個の位置センサと、前記モータの回転速度が所定の回転速度未満である場合は、前記いずれかの相コイルの位相信号に基づいて前記駆動制御信号を生成する一方、所定の回転速度以上である場合は、前記１個の位置センサから出力される前記ロータ位置信号に基づいて前記駆動制御信号を生成する制御部と、を備える。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、正常に起動して低速回転を実現しつつ、高速回転においても脱調しにくいモータ駆動制御装置を提供することが可能となる。

第１の実施形態におけるモータの駆動制御装置の回路構成を示すブロック図である。 第１の実施形態におけるモータ駆動制御装置の制御部の選択回路の回路構成図である。 第１の実施形態におけるモータ駆動制御装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態におけるモータ駆動制御装置の回転速度に応じて、センサレス駆動の位置検出信号と１個のホールセンサのホール信号とを切替える制御を示すフローチャートである。 第２の本実施形態におけるモータ駆動制御装置の回路構成を示すブロック図である。 第２の本実施形態におけるモータ駆動制御装置の選択回路の回路構成図である。 第２の本実施形態におけるモータ駆動制御装置の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。 第２の本実施形態におけるモータ駆動制御装置のロータ位置情報と位相信号との相関から位置検出信号とホール信号とを切替える制御を示すフローチャートである。 第２の本実施形態におけるモータ駆動制御装置のセンサレス駆動からワンセンサ駆動への切替えタイミングの判定に係る波形図である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるモータ２０の駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態に係るモータ２０は、３相のブラシレスＤＣモータであり、各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとロータ（不図示）とを備えている。これらコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端は、Ｙ結線されている。コイルＬｕの他端はＵ相に、コイルＬｖの他端はＶ相に、コイルＬｗの他端はＷ相に、それぞれ接続されている。モータ２０は、インバータ回路２からＵ相、Ｖ相、Ｗ相に３相交流が入力されることにより回転駆動する。

モータ２０には、磁気センサからなるホールセンサ（位置センサの一例）Ｈｗが１個設置され、ホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）を出力する。１個のホールセンサＨｗは、ホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングがいずれかの相の位相信号のゼロクロスタイミングの近傍となる位置に設置される。これにより、センサレス駆動とワンセンサ駆動（１個のホールセンサＨｗのホール信号Ｓｈをもとにモータ２０を駆動）が同じファームウェアの制御フローで制御できる。

モータ２０の駆動制御装置１（モータ駆動制御装置の一例）は、モータ２０を駆動するインバータ回路２およびプリドライブ回路３（モータ駆動部の一例）を備えている。駆動制御装置１は更に、逆起電圧検出部７と、駆動制御信号Ｓｃ（後記）をモータ駆動部に出力する制御部４を備えている。
駆動制御装置１は、直流電源Ｖｄに接続され、Ｕ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線の３相によってモータ２０に接続される。駆動制御装置１は、モータ２０に駆動電圧を印加して、モータ２０の回転を制御する。Ｕ相には、端子間電圧Ｖｕが印加される。Ｖ相には、端子間電圧Ｖｖが印加される。Ｗ相には、端子間電圧Ｖｗが印加される。
モータ駆動部は、インバータ回路２およびプリドライブ回路３で構成される。直流電源Ｖｄは、モータ駆動部に電源電圧Ｖｃｃを印加して、電力を供給する。モータ駆動部は、直流電源Ｖｄからの電力供給を受け、制御部４からの駆動制御信号Ｓｃに基づき、モータ２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに駆動電流を供給してロータを回転させる。モータ駆動部は、正弦波駆動方式でモータ２０を駆動する。

インバータ回路２（モータ駆動部の一部）は、直流電源Ｖｄに接続されて電力の供給を受ける。インバータ回路２は、プリドライブ回路３（モータ駆動部の一部）とモータ２０が備える各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとに接続される。インバータ回路２は、プリドライブ回路３の駆動信号Ｖｕｕ〜Ｖｗｌに基づき、モータ２０の各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電する。
インバータ回路２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続されるＵ相のスイッチングレッグと、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が直列接続されるＶ相のスイッチングレッグと、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６が直列接続されるＷ相のスイッチングレッグとを有している。これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。インバータ回路２は、直流電源Ｖｄに接続され、更に抵抗Ｒ０に接続されている。

Ｕ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ１と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ２とを備えている。スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子は、直流電源Ｖｄの正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、Ｕ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、抵抗Ｒ０を介してグランド（直流電源Ｖｄの負極）に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ２のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。

Ｖ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ３と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ４とを備えている。スイッチング素子Ｑ３のドレイン端子は、直流電源Ｖｄの正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ３のソース端子は、Ｖ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ４のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ４のソース端子は、抵抗Ｒ０を介してグランド（直流電源Ｖｄの負極）に接続されている。スイッチング素子Ｑ３のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ４のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。

Ｗ相のスイッチングレッグは、上アーム側のスイッチング素子Ｑ５と、下アーム側のスイッチング素子Ｑ６とを備えている。スイッチング素子Ｑ５のドレイン端子は、直流電源Ｖｄの正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ５のソース端子は、Ｗ相の交流信号が出力されると共に、スイッチング素子Ｑ６のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ６のソース端子は、抵抗Ｒ０を介してグランド（直流電源Ｖｄの負極）に接続されている。スイッチング素子Ｑ５のゲート端子、およびスイッチング素子Ｑ６のゲート端子は、それぞれプリドライブ回路３に接続される。

すなわち、インバータ回路２は、モータ２０の各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相と直流電源Ｖｄの一方の端子（正極端子）間に接続された上アーム側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５、および、各コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相と直流電源Ｖｄの他方の端子（負極端子）間に抵抗Ｒ０を介して接続された下アーム側スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とを有している。
インバータ回路２は、直流電源Ｖｄから電力の供給を受け、プリドライブ回路３から駆動信号Ｖｕｕ〜Ｖｗｌが入力されると、３相交流をモータ２０のＵ相配線、Ｖ相配線、Ｗ相配線に流す。
プリドライブ回路３（モータ駆動部の一部）は、接続されるインバータ回路２との組合せでモータ駆動部を構成し、制御部４に接続される。プリドライブ回路３は、例えば、６個のゲートドライブ回路を備え、インバータ回路２を駆動するための駆動信号Ｖｕｕ〜Ｖｗｌを生成する。

逆起電圧検出部７は、各相コイルに接続され、抵抗分圧回路からなり、センサレス駆動のためのロータ回転位置を検出する。

制御部４は、所定の回転速度未満では各相コイルの位相信号に基づいて、所定の回転速度以上では１個のホールセンサＨｗから出力されるホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）に基づいて駆動制御信号Ｓｃを生成する。
制御部４は、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓを生成する進角基準電圧生成部６と、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと各相コイルの逆起電圧とのクロスタイミングによって各相の位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３を生成する逆起電圧比較部５と、各相の位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３を入力して、回転速度情報Ｓ４を出力する回転速度判定部４１と、選択回路４３から出力される選択信号Ｓ５に基づき駆動制御信号Ｓｃを生成する通電信号生成部４２と、回転速度情報Ｓ４をもとに、所定の回転速度以上になったときに、選択信号Ｓ５を位置検出信号Ｓｐからホール信号Ｓｈに切替える選択回路４３と、を備え、マイクロコンピュータに含まれている。なお、各部は、ソフトウェアで実現されて、機能を仮想的に表したものであってもよい。

逆起電圧比較部５は、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと各相コイルの逆起電圧とのクロスタイミングによって各相の位相信号を生成する。
逆起電圧比較部５は、各相のコンパレータ５１，５２，５３を備える。Ｕ相のノードは、逆起電圧検出部７の抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されて、コンパレータ５１の一方の入力端子に接続される。Ｖ相のノードは、逆起電圧検出部７の抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて、コンパレータ５２の一方の入力端子に接続される。Ｗ相のノードは、逆起電圧検出部７の抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧されて、コンパレータ５３の一方の入力端子に接続される。

ここで、モータ２０が、ファンモータとして用いられている場合など、モータ２０のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電されていなくても吹き付ける風等の外乱があったならば、モータ２０が回転することがある。このようなときにコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに発生する誘起電圧は、「逆起電圧」と呼ばれる。

逆起電圧比較部５のコンパレータ５１は、非反転入力端子および反転入力端子と、出力端子とを備える。コンパレータ５１は、非反転入力端子の印加電圧が反転入力端子の印加電圧よりも低いならば、出力端子にＬレベルの電圧を出力する。コンパレータ５１は、非反転入力端子の印加電圧が反転入力端子の印加電圧を超えたならば、出力端子にＨレベルの電圧を出力する。
コンパレータ５１の非反転入力端子には、コイルＬｕの誘起電圧に相当する端子間電圧Ｖｕが分圧された相電圧Ｖ１が入力される。コンパレータ５１の非反転入力端子には、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓが入力される。コンパレータ５１は、相電圧Ｖ１とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとを比較して、位相信号Ｓ２１を生成する。相電圧Ｖ１がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して負ならば、位相信号Ｓ２１はＬレベルである。相電圧Ｖ１がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して正ならば、位相信号Ｓ２１はＨレベルである。

コンパレータ５２の非反転入力端子には、コイルＬｖの誘起電圧に相当する端子間電圧Ｖｖが分圧された相電圧Ｖ２が入力される。コンパレータ５２の非反転入力端子には、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓが入力される。コンパレータ５２は、相電圧Ｖ２とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとを比較して、位相信号Ｓ２２を生成する。相電圧Ｖ２がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して負ならば、位相信号Ｓ２２はＬレベルである。相電圧Ｖ２がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して正ならば、位相信号Ｓ２２はＨレベルである。

コンパレータ５３の非反転入力端子には、コイルＬｗの誘起電圧に相当する端子間電圧Ｖｗが分圧された相電圧Ｖ３が入力される。コンパレータ５３の非反転入力端子には、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓが入力される。コンパレータ５３は、相電圧Ｖ３とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとを比較して、位相信号Ｓ２３を生成する。相電圧Ｖ３がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して負ならば、位相信号Ｓ２３はＬレベルである。相電圧Ｖ３がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較して正ならば、位相信号Ｓ２３はＨレベルである。
このようにすることで、逆起電圧比較部５のコンパレータ５１〜５３は、相電圧Ｖ１〜Ｖ３に対応する端子間電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと比較することができる。逆起電圧比較部５は、生成した位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３を、選択回路４３に出力する。

進角基準電圧生成部６は、所定の定電圧であるゼロクロス基準電圧Ｖｚｓを生成する。
回転速度判定部４１は、各相の位相信号を入力して、回転速度情報Ｓ４を出力する。回転速度判定部４１は、いずれか１つの相の相電圧Ｖ１〜Ｖ３がゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとゼロクロスしたとき、モータ２０の回転速度を判定する。
回転速度判定部４１は、実回転数を、各相コイルの位相信号から求める。また、回転速度判定部４１は、所定の回転速度を、実回転数とあらかじめ設定した位相信号からロータ位置信号に切替える回転数との比較結果から求める。

通電信号生成部４２は、外部から入力される回転速度指令信号Ｓｉｎと、回転速度判定部４１からの回転速度判定信号Ｓ１と、選択回路４３からの選択信号Ｓ５に基づき駆動制御信号Ｓｃを生成する。

選択回路４３は、回転速度情報Ｓ４をもとに、所定の回転速度以上になったときに、選択信号Ｓ５を位置検出信号Ｓｐからホール信号Ｓｈに切替える。

図２は、選択回路４３の回路構成図である。
図２に示すように、選択回路４３は、通電切替制御回路４３１と、位置検出回路４３２とを備える。
通電切替制御回路４３１は、位置検出回路４３２からの位置検出信号Ｓｐ（各相の位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３）を検出信号Ｓ３として回転速度判定部４１に出力して、回転速度判定部４１から回転速度情報Ｓ４を取得する。通電切替制御回路４３１は、回転速度情報Ｓ４をもとに、所定の回転速度以上になったときに、選択信号Ｓ５を位置検出信号ＳｐからホールセンサＨｗのホール信号Ｓｈに切替え、選択信号Ｓ５として出力する。

以下、上述のように構成されたモータ２０の駆動制御装置１の動作について説明する。
まず、本発明の基本的な考え方について述べる。
比較例では、三相センサレス駆動において、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと相電圧がクロスしない状態に陥ると、高速回転時に脱調してしまう虞がある。これを避けようとして、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓを下げて進角させると、起動しにくくなったり低速回転を維持できなくなったりする。

本発明は、いずれかの相の位相信号のゼロクロスタイミングの近傍となる位置に１個のホールセンサＨｗを設けるとともに、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓはセンサレスで起動しやすい電圧になるように設計しておく。そして、起動は、センサレス駆動で行う（ゼロクロス検知タイミングから計算した通電切り替えタイミングである位置検出信号Ｓｐを用いる）とともに、ロータが一定回転速度に達したならば、１個のホールセンサＨｗの検出信号（ホール信号Ｓｈ）をもとに、モータ２０を駆動するように切り替える（以下、ワンセンサ駆動という）。これによって、正常に起動しつつ、高回転でも脱調しないようにする。以下、具体的に説明する。

図３は、駆動制御装置１の各部の動作波形を示すタイミングチャートである。なお、図３は、説明のため、進角調整していないゼロクロス基準電圧Ｖｚｓのときの動作を示している。
図３の各グラフは、上からそれぞれ駆動信号Ｖｕｕ〜Ｖｗｌと、相電圧Ｖ１〜Ｖ３と、位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３と、位置検出信号Ｓｐの各波形を示している。

<駆動信号>
駆動信号Ｖｕｕは、スイッチング素子Ｑ１を約３０°でターンオンし、約１５０°でターンオフする。
駆動信号Ｖｕｌは、スイッチング素子Ｑ２を約−３０°でターンオフし、約２１０°でターンオンし、約３３０°でターンオフする。
約−３０°における駆動信号Ｖｕｌのターンオフにより、Ｕ相はグランドから開放される。相電圧Ｖ１には、正方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ１は、電圧が上昇して約０°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約３０°のときに飽和する。
約３０°における駆動信号Ｖｕｕのターンオンにより、Ｕ相には直流電源Ｖｄの電源電圧Ｖｃｃが通電される。相電圧Ｖ１は、電源電圧Ｖｃｃと一致する。
約１５０°における駆動信号Ｖｕｕのターンオフにより、Ｕ相は直流電源Ｖｄの正極から開放される。相電圧Ｖ１は、負方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ１は、電圧が下降して約１８０°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約２１０°のときに０Ｖに達する。
約２１０°における駆動信号Ｖｕｌのターンオンにより、Ｕ相はグランドと導通する。相電圧Ｖ１は、０［Ｖ］となる。

<位相信号>
位相信号Ｓ２１は、相電圧Ｖ１とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとの比較により生成される。
位相信号Ｓ２１は、約−３０°のときに正方向のスパイク電圧を示すＨレベルのパルスが発生し、約０°のときにＬレベルからＨレベルに変化する。位相信号Ｓ２１は更に、約１５０°のときに負方向のスパイク電圧によってその期間はＬレベルとなり、その後、約１８０°のときにＨレベルからＬレベルに変化する。

駆動信号Ｖｖｕは、スイッチング素子Ｑ３を約１５０°でターンオンし、約２７０°でターンオフする。
駆動信号Ｖｖｌは、スイッチング素子Ｑ４を約９０°でターンオフし、約３３０°でターンオンする。
約９０°における駆動信号Ｖｖｌのターンオフにより、Ｖ相はグランドから開放される。相電圧Ｖ２には、正方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ２は、電圧が上昇して約１２０°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約１５０°のときに飽和する。
約１５０°における駆動信号Ｖｖｕのターンオンにより、Ｖ相には直流電源Ｖｄの電源電圧Ｖｃｃが通電される。相電圧Ｖ２は、電源電圧Ｖｃｃとなる。
約２７０°における駆動信号Ｖｖｕのターンオフにより、Ｖ相は直流電源Ｖｄの正極から開放される。相電圧Ｖ２は、負方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ２は、電圧が下降して約３００°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約３３０°のときに０Ｖに達する。
約３３０°における駆動信号Ｖｖｌのターンオンにより、Ｖ相はグランドと導通する。相電圧Ｖ２は、０［Ｖ］となる。
位相信号Ｓ２２は、相電圧Ｖ２とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとの比較により生成される。
位相信号Ｓ２２は、約９０°のときに正方向のスパイク電圧を示すＨレベルのパルスが発生し、約１２０°のときにＬレベルからＨレベルに変化する。位相信号Ｓ２２は更に、約２７０°のときに負方向のスパイク電圧によってその期間はＬレベルとなり、その後、約３００°のときにＨレベルからＬレベルに変化する。

駆動信号Ｖｗｕは、スイッチング素子Ｑ５を約３０°でターンオフし、約２７０°でターンオンする。
駆動信号Ｖｗｌは、スイッチング素子Ｑ５を約９０°でターンオンし、約２１０°でターンオフする。
約３０°における駆動信号Ｖｗｕのターンオフにより、Ｗ相は直流電源Ｖｄの正極から開放される。相電圧Ｖ３は、負方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ３は、電圧が下降して約６０°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約９０°のときに０Ｖに達する。
約９０°における駆動信号Ｖｗｌのターンオンにより、Ｗ相はグランドと導通する。相電圧Ｖ３は、０［Ｖ］となる。
約２１０°における駆動信号Ｖｗｌのターンオフにより、Ｗ相はグランドから開放される。相電圧Ｖ３には、正方向のスパイク電圧が発生する。以降、相電圧Ｖ３は、電圧が上昇して約２４０°のときにゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに一致し、約２７０°のときに飽和する。
約２７０°における駆動信号Ｖｗｕのターンオンにより、Ｗ相には直流電源Ｖｄの電源電圧Ｖｃｃが通電される。相電圧Ｖ３は、電源電圧Ｖｃｃに一致する。
位相信号Ｓ２３は、相電圧Ｖ３とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとの比較により生成される。
位相信号Ｓ２３は、約３０°のときに負方向のスパイク電圧を示すＬレベルのパルスが発生し、約６０°のときにＨレベルからＬレベルに変化する。位相信号Ｓ２３は更に、約２１０°のときに正方向のスパイク電圧によってその期間はＨレベルとなり、その後、約２４０°のときにＬレベルからＨレベルに変化する。

<位置検出信号>
図３に示すように、位置検出信号Ｓｐは、約０°のときと、約１２０°のときと、約２４０°のときと、約３６０°のときに正方向のＨレベルのパルスが発生する。相電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に正方向のスパイク電圧が発生したのち、電圧が上昇してゼロクロス基準電圧Ｖｚｓを超えると、位置検出信号Ｓｐに正方向のＨレベルのパルスが発生する。

<位置検出信号の選択>
選択回路４３の通電切替制御回路４３１は、回転速度情報Ｓ４をもとに、所定の回転速度以上になったときに、選択信号Ｓ５をセンサレス駆動の位置検出信号Ｓｐからホール信号Ｓｈに切替えて出力する。
ここで、前もって、ゼロクロスタイミングとホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジが同じタイミングになる回転速度を測定しておき、その回転速度でセンサレス駆動からワンセンサ駆動へ切替える。

図４は、回転速度に応じて、センサレス駆動の位置検出信号Ｓｐと１個のホールセンサＨｗのホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）とを切替える制御を示すフローチャートである。図４に示す制御は、駆動制御装置１の制御部４が実行する。
ステップＳ３０において、制御部４の回転速度判定部４１（図１参照）は、相電圧に基づいてロータの回転速度を検出する。
ステップＳ３１において、回転速度判定部４１は、検出した回転速度が所定閾値より大きいか否かを判定する。回転速度判定部４１は、検出した回転速度が所定閾値以下ならば（Ｎｏの場合）、ステップＳ３２に進む。検出した回転速度が所定閾値より大きいならば（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ３３に進む。

検出した回転速度が所定閾値以下の場合（ステップＳ３１でＮｏの場合）は、通常運転時（低速回転時）である。この場合、ステップＳ３２において、制御部４は、位置検出信号Ｓｐに基づきセンサレス駆動を行って、図４の処理を終了する。具体的には、制御部４の選択回路４３は、位置検出信号Ｓｐを選択し、この位置検出信号Ｓｐを選択信号Ｓ５として通電信号生成部４２に出力する。

検出した回転速度が所定閾値より大きい場合（ステップＳ３１でＹｅｓの場合）は、高速回転時である。この場合、ステップＳ３３において、制御部４は、１個のホールセンサＨｗから出力されるホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）に基づいて駆動制御信号Ｓｃを生成して、図４の処理を終了する。具体的には、制御部４の選択回路４３は、ホール信号Ｓｈを選択し、このホール信号Ｓｈを選択信号Ｓ５として通電信号生成部４２に出力する。
このように制御することで、モータ２０の駆動制御装置１は、回転速度に応じて、最適な進角となる相と同期をとるように制御することができるため、高速回転時であっても脱調することがなくなる。

以上説明したように、本実施形態のモータ２０の駆動制御装置１は、ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングがいずれかの相の位相信号のゼロクロスタイミングの近傍となる位置に設けられる１個のホールセンサＨｗと、所定の回転速度未満では各相コイルの位相信号Ｓ２１〜Ｓ２３に基づいて、所定の回転速度以上では１個のホールセンサＨｗから出力されるロータ位置信号に基づいて駆動制御信号Ｓｃを生成する制御部４と、を備える。

この構成により、駆動制御装置１は、実回転数（位相信号から求める）が予め実験等で求めて記憶された回転数（所定の回転数）になったならば、ワンセンサ駆動に切り替える。よって、所定の回転速度以上では、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと相電圧Ｖ１〜Ｖ３がクロスしない状態に陥る前に、センサレス駆動からワンセンサ駆動に切替えるため、脱調することがなくなる。本発明者らの実証実験によれば、１分間あたり３万回転未満で脱調していたものが３万回転以上でも脱調しなくなったことが確認できた。

また、本実施形態では、１個のホールセンサＨｗをいずれかの相の位相信号のゼロクロスタイミングの近傍となる位置（すなわち、いずれかの相における立下り時または立ち上り時のゼロクロス検出タイミングのエッジと同期する位置）に設置している。これにより、センサレス駆動とワンセンサ駆動が同じファームウェアの制御フローで制御できるので、コードサイズ（プログラムサイズ）を小さく抑えられる。
補足して説明すると、センサレス駆動における制御では通電切り替えタイミングをゼロクロス検出タイミングから計算しているため、その計算でコード量を多く費やしている。１個のホールセンサＨｗが上記位置に設置されない場合には、当該ホールセンサＨｗ用に通電切り替えタイミングを計算するコードが新たに必要となり、そのコード量が増える。このため、安価なマイコンではフラッシュメモリが足りなくなってしまう。

これに対して本実施形態では、上記位置に１個のホールセンサＨｗを設置することで、当該ホールセンサＨｗ出力の立ち上がりまたは立下りエッジがゼロクロスタイミングと一致する。よって、センサレス駆動時の計算方法とワンセンサ駆動時の計算方法は同一であり、同じ計算方法で通電切り換えタイミングを作り出すことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、センサレスで起動しやすいゼロクロス基準電圧Ｖｚｓに設定するとともに、所定の回転速度以上になったときに、センサレス駆動からワンセンサ駆動に切替える制御を行うことで、正常に起動して低速回転を実現しつつ、高速回転においても脱調しにくい駆動制御装置を実現できた。
第２の実施形態は、センサレス駆動からワンセンサ駆動への切替え判定を、回転速度ではなく、ロータ位置情報と位相信号との相関（ロータ位置情報の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間内の所定期間に入ったとき）から求める。

図５は、第２の実施形態におけるモータ２０の駆動制御装置１ａの回路構成を示すブロック図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
モータ２０の駆動制御装置１ａ（モータ駆動制御装置の一例）は、モータ２０を駆動するインバータ回路２およびプリドライブ回路３と、逆起電圧検出部７と、駆動制御信号Ｓｃをモータ駆動部に出力する制御部４を備えている。

第２の実施形態における駆動制御装置１ａの制御部４は、ホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の所定範囲に入ったならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈに切替える。具体例として、制御部４は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の中央と略一致したならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈの立ち上がりのエッジに切替える。また、他の具体例として、制御部４は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりのエッジのタイミングが逆起電圧のゼロクロスタイミングと略一致したならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈに切替える。なお、ホール信号Ｓｈの立下がりのエッジで切り替えるものでもよい。

制御部４は、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓを生成する進角基準電圧生成部６と、ゼロクロス基準電圧Ｖｚｓと各相コイルの逆起電圧とのクロスタイミング（ゼロクロスタイミング）によって各相の位相信号を生成する逆起電圧比較部５と、各相の位相信号を入力して、回転速度情報Ｓ４を出力する回転速度判定部４１と、選択回路４３ａから出力される選択情報Ｓ７に基づき駆動制御信号Ｓｃを生成する通電信号生成部４２と、ホール信号Ｓｈ（ロータ位置情報）と位相信号との相関から位置検出信号Ｓｐとホール信号Ｓｈとを切替える選択回路４３ａと、を備える。

選択回路４３ａは、検出信号Ｓ３（位置検出信号Ｓｐまたはホール信号Ｓｈ）を回転速度判定部４１に出力する。選択回路４３ａは、通電信号生成部４２からの通電切替タイミング情報Ｓ６（開放期間などの情報）に応じて、位置検出信号Ｓｐまたはホール信号Ｓｈのいずれかを選択し、かつ通電切替情報を付加して選択情報Ｓ７として出力する。

図６は、選択回路４３ａの回路構成図である。図２と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図６に示すように、選択回路４３ａは、通電切替制御回路４３１ａと、位置検出回路４３２とを備える。
通電切替制御回路４３１ａは、位置検出信号Ｓｐとホール信号Ｓｈと通電切替タイミング情報Ｓ６（開放期間Ｔｍなどの情報）とをもとに、センサレス駆動からワンセンサ駆動への切替えタイミングを決定し、選択情報Ｓ７を出力する。選択情報Ｓ７は、検出信号と通電切替情報とからなる。

図７は、駆動制御装置１ａの各部の動作波形を示すタイミングチャートである。図３のタイミングチャートと同一部分には同一符号を付している。
開放期間（上記の測定期間）の時間と、ホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジと位置検出信号Ｓｐとの時間差を測定する。それらの関係性をもとに、センサレス駆動からワンセンサ駆動へ切替えるタイミングを決定する。具体的には、通電切替制御回路４３１ａは、ホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジ（図７のホール信号Ｓｈ参照）と位置検出信号Ｓｐとの時間差が開放期間（図７のＴｍ参照）と比較して小さい場合は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジが相電圧Ｖ１のゼロクロスタイミングが一致したときにワンセンサ駆動に切替える。

ホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジと位置検出信号Ｓｐとの時間差が開放期間と比較して大きい場合は、その差分を考慮してあらかじめ設定した相電圧Ｖ１の開放期間（図７のＴｍ参照）の所定時刻にホール信号Ｓｈの立ち上がりエッジがきたときにワンセンサ駆動に切替える。
なお、図７の実線に示す位置検出信号Ｓｐは、相電圧Ｖ１とゼロクロス基準電圧Ｖｚｓとの比較により生成された位置検出信号である。図７の破線に示す位置検出信号Ｓｐは、Ｖ相とＷ相）における位置検出信号Ｓｐの推定位置となる。

図８は、ロータ位置情報と位相信号との相関から位置検出信号Ｓｐとホール信号Ｓｈとを切替える制御を示すフローチャートである。図８に示す制御は、駆動制御装置１ａの制御部４が実行する。
ステップＳ４０において、制御部４の通電信号生成部４２（図５参照）は、開放期間（図７のＴｍ参照）内にホール信号Ｓｈの立ち上がりのエッジがある否かを判定する。
開放期間（図７のＴｍ参照）内にホール信号Ｓｈの立ち上がりのエッジがないならば（Ｎｏの場合）、ステップＳ４１に進み、開放期間内にホール信号Ｓｈの立ち上がりのエッジがあるならば（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ４２に進む。

開放期間内にロータ位置信号がないならば（ステップＳ４０でＮｏの場合）、通常運転時（非高速回転時）である。この場合、ステップＳ４１において、制御部４は、位置検出信号Ｓｐに基づきセンサレス駆動を行って、図８の処理を終了する。具体的には、制御部４の選択回路４３ａは、位置検出信号Ｓｐを選択し、このホール信号Ｓｈを選択情報Ｓ７として通電信号生成部４２に出力する。

開放期間内にロータ位置信号があるならば（ステップＳ４０でＹｅｓの場合）、あらかじめ設定した逆起電圧が生じるような運転時である。この場合、ステップＳ４２において、制御部４は、１個のホールセンサＨｗから出力されるホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）の立ち上がりのエッジに基づいて駆動制御信号を生成して、図８の処理を終了する。具体的には、制御部４の選択回路４３は、ホール信号Ｓｈを選択し、このホール信号Ｓｈを選択情報Ｓ７として通電信号生成部４２に出力する。
このように制御することで、モータ２０の駆動制御装置１ａは、回転速度に応じて、最適な進角となる相と同期をとるように制御することができるため、脱調することがなくなる。

図９は、センサレス駆動からワンセンサ駆動への切替えタイミングの判定に係る波形図であり、センサ信号の立ち上がりエッジで判定を行う例を示す。
図９に示すように、通電切替制御回路４３１ａは、Ｕ相の相電圧Ｖ１の開放期間の所定の期間内にホール信号Ｓｈのエッジの立ち上がりを測定したときに、１個のホールセンサＨｗを用いたセンサ駆動（センサモード）に切替える。
図９の例では、ホール信号Ｓｈのエッジの立ち上がりが開放期間の中央になったタイミングで切替えている。図９の破線囲み部分Ａでは、まだセンサモードに切り替えられていない状態を示し、図９の破線囲み部分Ｂでは、まだセンサモードに切り替わっている状態を示す。

このように、本実施形態における駆動制御装置１ａの制御部４は、所定の回転数をロータ位置信号と各相コイルの位相信号との相関性から求める。具体的には、制御部４は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間（図７のＴｍ参照）の所定範囲に入ったならば、モータ２０の回転数が所定回転数に達したと判断し、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）に切替える。より具体的には、制御部４は、ホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の中央と略一致したならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈに切替えるようにすればよい。ホール信号Ｓｈの立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の中央にある場合を切替えとすることで、上記位相信号とのずれを小さくして、滑らかに切り替えができる。
また、制御部４は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧のゼロクロスタイミングと略一致したならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈに切替えるようにしてもよい。
以上のように、制御部４は、ホール信号Ｓｈの立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間（図７のＴｍ参照）の所定範囲に入ったならば、駆動制御信号Ｓｃを生成するための信号を位相信号からホール信号Ｓｈ（ロータ位置信号）に切替えることで、回転速度に依らないで、低速回転を実現しつつ、高速回転においても脱調しにくい駆動制御装置を実現できる。

（変形例）
本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｉ）のようなものがある。

（ａ） 上記各実施形態で起動時は、ワンセンサ駆動あるいはセンサレス駆動のどちらでもよい。センサレスでの起動の場合、ゼロクロス基準電圧はセンサレスで起動しやすい電圧になるように設計し、センサレスで起動させた後、高速回転時にワンセンサ駆動を使って駆動させるようにする。
（ｂ） 上記各実施形態で同期をとる相の切り換えは、実回転速度に限定されず、巻線電圧、巻線電流、あるいはそれらの組み合わせなどによる判定でもよい。これにより、最適なタイミングで切り換えることができる。
（ｃ） 駆動制御装置１，１ａの各構成要素は、少なくともその一部がハードウェアによる処理ではなく、ソフトウェアによる処理であってもよい。
（ｄ） モータ２０は、３相のブラシレスモータに限定されず、他の種類のモータであってもよい。また、モータ２０の相数は、３相に限られない。
（ｅ） モータ２０の駆動方式は、正弦波駆動方式に限定されず、例えば、矩形波駆動方式であってもよい。
（ｆ） 駆動制御装置１は、少なくともその一部を集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）としてもよい。

（ｇ） 図２に示した選択回路４３および図６に示した選択回路４３ａの回路ブロック構成は具体例であって、これに限定されない。
（ｈ） 図４および図８に示した制御シーケンスは一例であって、これらのステップの処理に限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されてもよい。

（ｉ） モータ２０の各回転速度に対応した所定のゼロクロス基準電圧Ｖｚｓは、理論および実測結果などをもとに適切な値が設定され、記憶部（図示省略）に記憶されればよい。また、モータ２０の各回転速度に対応したゼロクロス基準電圧Ｖｚｓの値を記憶部に記憶してもよい。

１，１ａ 駆動制御装置 （モータ駆動制御装置の一例）
２ インバータ回路 （モータ駆動部の一部）
３ プリドライブ回路 （モータ駆動部の一部）
４ 制御部
４１ 回転速度判定部
４２ 通電信号生成部
４３，４３ａ 選択回路
４３１，４３１ａ 通電切替制御回路
４３２ 位置検出回路
５ 逆起電圧比較部
５１〜５３ コンパレータ
６ 進角基準電圧生成部
７ 逆起電圧検出部
２０ モータ （３相ブラシレスＤＣモータ）
Ｓ１ 回転速度判定信号
Ｓ３ 検出信号
Ｓ４ 回転速度情報
Ｓ５ 選択信号
Ｓ６ 通電切替タイミング情報
Ｓ７ 選択情報
Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３ 位相信号
Ｓｉｎ 回転速度指令信号
Ｓｐ 位置検出信号
Ｓｈ ホール信号（ロータ位置信号）
Ｓｃ 駆動制御信号
Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ 電機子コイル
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 相電圧 （逆起電力に対応）
Ｖｃｃ 電源電圧
Ｖｄ 直流電源
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ 端子間電圧
Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌ 駆動信号
Ｖｚｓ ゼロクロス基準電圧
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
Ｈｗ ホールセンサ（位置センサの一例）

Claims (6)

1. 複数相のコイルと、前記複数相のコイルに対して回転可能に支持されるロータと、を備えるモータを駆動するモータ駆動制御装置であって、
   駆動制御信号に基づき前記モータの各相コイルに駆動信号を出力するモータ駆動部と、
   ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングがいずれかの相における立下り時または立ち上り時のゼロクロス検出タイミングのエッジと同期する位置に設けられる１個の位置センサと、
   前記モータの回転速度が所定の回転速度未満である場合は、前記いずれかの相コイルの位相信号に基づいて前記駆動制御信号を生成する一方、所定の回転速度以上である場合は、前記１個の位置センサから出力される前記ロータ位置信号に基づいて前記駆動制御信号を生成する制御部と、を備える
   モータ駆動制御装置。
2. 前記制御部は、前記モータの実回転数を、前記各相コイルの位相信号に応じて求め、
   前記所定の回転速度を、前記位相信号から前記ロータ位置信号に切替える所定の回転数と前記実回転数との比較結果から求める回転速度判定部、
   を備える請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御部は、前記所定の回転速度を前記ロータ位置信号と前記各相コイルの位相信号との相関性から求める回転速度判定部、
   を備える請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制御部は、前記ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の所定範囲に入ったならば、前記駆動制御信号を生成するための信号を前記位相信号から前記ロータ位置信号に切替える、
   請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記制御部は、前記ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧の開放期間の中央と略一致したならば、前記駆動制御信号を生成するための信号を前記位相信号から前記ロータ位置信号に切替える、
   請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記制御部は、前記ロータ位置信号の立ち上がりまたは立下がりのエッジのタイミングが逆起電圧のゼロクロス検出タイミングと略一致したならば、前記駆動制御信号を生成するための信号を前記位相信号から前記ロータ位置信号に切替える、
   請求項４に記載のモータ駆動制御装置。