JPH0783628B2 - 位置検知器を有しないブラシレス直流モータにおける回転子の停止位置の検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流モータの
回転子の停止位置の検出方法は小型な固定ディスク装
置、小型なVTRなどのように小型で薄型、低コスト、低
消費電力、高効率なモータが必要とされる装置または機
器に広く用いられる。

【従来の技術】

ブラシレス直流モータにおいては各相のモータ巻線に対
して所定の転流動作のタイミングで各相のモータ巻線へ
順次に駆動電流を切換え供給するために、モータ巻線と
励磁用の磁極との相対的な位置関係を示す回転子の位置
情報を示す信号（回転子の回転位相情報を示す信号）が
必要とされる。 それで、従来からブラシレス直流モータは、それの回転
子の回転位相情報を例えばホール素子や光学的な素子な
どを含んで構成されている位置検知器によって検出し、
前記の位置検知器から出力された回転子の回転位相情報
を示す信号に基づいて発生させた所定の転流動作のタイ
ミングを有する切換制御信号を例えばトランジスタのよ
うな電子的なスイッチング素子に与えて、複数のモータ
巻線へ順次に駆動電流が供給されるようにしたり、ある
いは、回転子の回転中に各モータ巻線に発生する逆起電
圧における少なくとも２相以上のモータ巻線に発生する
逆起電圧から回転子の回転位相情報を示す信号を発生さ
せ、その信号に基づいて発生させた所定の転流動作のタ
イミングを有する切換制御信号を例えばトランジスタの
ような電子的なスイッチング素子に与えて、複数のモー
タ巻線へ順次に駆動電流が供給されるようにしている。 前記した後者の構成形態のブラシレス直流モータ、すな
わち、位置検知器を有しないブラシレス直流モータは、
前記した前者の構成形態のブラシレス直流モータにおい
て必要にされている位置検知器が不要なために、モータ
の構成が簡単化できるとともに、位置検知器自体の信頼
性が低いことによって生じる問題もなく、また、位置検
知器を所定の取付け位置に正確に取付けるための組立製
作上の困難さもないなどの利点があり、特に小型なブラ
シレス直流モータを構成させる場合に有利である。 ところで、モータの起動時には停止状態の回転子が所定
の回転方向で回転を開始することができるように各相の
巻線に対する転流の制御が行なわれる必要があるが、前
記した位置検知器を有しないブラシレス直流モータには
位置検知器を備えていないから、起動時に前記の所望の
転流の態様で各相の巻線に対して駆動電流が順次に供給
されるようにするためには、停止時における回転子の磁
極と巻線の相対位置を検出し、その検出された回転子の
磁極と巻線の相対位置に基づいて所望の回転方向に回転
子が回転を開始できるように各相に対する転流が制御が
行なわれるしなければならない。 そして、各相の巻線の一端部が共通接続されている３相
巻線における各相の巻線の他端部に対して、両方向の電
流が選択的に供給されることにより、所定の着磁パター
ンにより複数の磁極が形成されている回転自在な回転子
が回転駆動される位置検知器を有しないブラシレス直流
モータにおける回転子の停止位置を検出するのに、従
来、回転子が停止している状態において、３相巻線に対
して電気角で180度の通電態様により通電が行なわれる
場合の全種類の通電パターンのそれぞれ個別の通電パタ
ーンで順次に３相の巻線に電気角で180度の通電態様で
通電し、前記した各相の巻線に流れる電流を１個の電流
検出用抵抗に流して生じる電圧の測定結果に基づいて検
出するようにした回転子の停止位置の検出手段が特開昭
63-69489号公報に開示されている。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、前記した従来の回転子の停止位置の検出手段
では電流検出用抵抗に各相の巻線の電流を流して、電流
検出用抵抗に生じた電圧を測定するようにしているため
に、モータが最大トルクを発生する際に前記した電流検
出用抵抗によって大電力が消費される。例えばモータの
駆動電源が12ボルトの場合には前記の電流検出用抵抗は
通常１オーム程度の抵抗器が用いられ、また例えばモー
タの駆動電源が５ボルトの場合には前記の電流検出用抵
抗は通常0.68オーム程度の抵抗器が用いられるが、前記
した何れの場合でもモータが最大トルクを発生する際に
前記した電流検出用抵抗によって約10％程度の電力が無
駄に消費される。 そして、電流検出用抵抗によって前記のように電力が無
駄に消費されることは、例えば電池を電源として使用し
ている装置にとっては重大な問題となることはいうまで
もないし、また、例えば固定ディスク装置（ハードディ
スクのトライブ）などでは、モータの駆動電流として１
アンペア程度の電流を流すようにしているのが一般的で
あるが、このような場合には抵抗器の発熱が大となるか
ら１ワット程度の耐電力の大きな金属皮膜抵抗を用いる
必要があり、そのために小型な装置でチップ部品が用い
られるようなときには電流検出用抵抗をチップ化するこ
とができず、したがって前記した電流検出用抵抗が用い
られるような構成の回転子の停止位置の検出手段が採用
された場合には、形状的にも実装上においても、またコ
ストの面からみても問題になる。 また、前記のように電流検出用抵抗に生じた電圧を、ア
ナログ・デジタル変換器（以下、アナログ・デジタル変
換をAD変換のように記載することがある）によって測定
するようになされている場合において、前記したAD変換
器として一般的に用いられる８ビットのものが５ボルト
の電源で使用された場合を考えると、この場合には１ビ
ット当り19ミリボルトになるが、被測定電圧を生じさせ
る電流検出用抵抗における消費電力を小さくするため
に、その抵抗値を例えば１オーム程度にした場合には、
検出可能な実質的な測定電圧範囲は数ビットになってし
まうからノイズの混入の点も考えると充分な分解能は得
られない。 さらに前記した従来例においては、回転子が停止してい
る状態において、３相巻線に対して電気角で180度の通
電態様により通電が行なわれる場合の全種類の通電パタ
ーンのそれぞれ個別の通電パターンで順次に３相の巻線
に電気角で180度の通電態様で通電し、前記した各相の
巻線に流れる電流を１個の電流検出用抵抗に流して生じ
る電圧の測定結果に基づいて検出する際には、３相巻線
に対して電気角で180度の通電態様により通電が行なわ
れる場合の全種類の通電パターンについての電圧測定を
必らず行なうようにしているために、トルクの発生効率
が悪いということも問題になる。 特開昭63-69489号に開示されている位置検知器を有しな
いブラシレス直流モータのように各相の巻線の電流が流
される１個の電流検出用抵抗に生じる電圧を検出する場
合に起こる前述したような諸問題は、回転子が回転状態
において通電されていない状態の相の巻線に誘起される
逆起電圧を、その相の巻線の端部から検出して回転子の
回転位相情報を含む信号として用いるようにしている例
えば特公昭61-3193号公報に記載されている位置検知器
を有しないブラシレス直流モータにおける回転位相の検
出手段の場合の巻線の端部の電圧測定と同様な手法、す
なわち、回転子が停止状態のときの通電されていない状
態の相の巻線に誘起される電圧を、その相の巻線の端部
から検出するようにすれば解決できると考えられるが、
前記のような解決手段を採用した場合には新たに次のよ
うな問題点が生じる。 第12図乃至第14図は前記した新たに生じる問題点を説明
するための図である。第12図は位置検知器を有しないブ
ラシレス直流モータにおける３相の巻線U,V,Wがスター
結線されている状態を示す図であり、各相の巻線U,V,W
はそれぞれの１端部が共通接続点Pcomにおいて共通接続
されている。a,b,cは前記した各相の巻線U,V,Wのそれぞ
れの他端部を示している。 さて、回転子が停止状態において、第12図に示されてい
る３相の巻線U,V,Wにおける２つずつの巻線の組合わせ
を変えて、順次に電流を流したときに通電されていない
相の巻線の端部に現われる電圧を測定してみると、例え
ば第13図に例示されている状態の測定結果が得られる。 第13図において図の下方に示されている枠中のｃ→b,a
→c,b→a,c→ａなどは、Ｗ相の巻線Ｗの端子ｃからＵ相
の巻線Ｕの端子ｂに電流が流れるように通電している期
間、Ｖ相の巻線Ｖの端子ａからＷ相の巻線Ｗの端子ｃに
電流が流れるように通電している期間、Ｕ相の巻線Ｕの
端子ｂからＶ相の巻線Ｖの端子ａに電流が流れるように
通電している期間、Ｗ相の巻線Ｗの端子ｃからＶ相の巻
線Ｖの端子ａに電流が流れるように通電している期間
を、それぞれ示しており、第13図の上方に示されている
曲線は、巻線の端部に現われる電圧の状態の１例とし
て、前記した各通電期間においてＵ相の巻線の端部ｂで
測定された電圧の変化の状態を表わしている（第13図は
回転子を停止状態にして第12図に示されている３相の巻
線U,V,Wにおける２つずつの巻線の組合わせを変えて、
２つの巻線に順次に電流を流すのに、５ボルトの電源電
圧を使用している場合における電圧の測定結果の１例で
ある）が、他の相の巻線の端部a,cに現われる電圧の変
化の態様も、第13図に例示されている電圧の変化の態様
と同様なものになることはいうまでもない。 第13図に例示されている巻線の端部における電圧の測定
結果の曲線から明らかなように各相の巻線の端部には、
巻線に対する通電の態様の切換え時に、通電されていた
巻線中に蓄積されていた磁気エネルギLI²/2の放出によ
って周知のように極端に高い電圧が生じる。 前記の原因によって生じる高電圧は、前述のように電源
電圧が５ボルトの場合に、通常は例えば10ボルト以上の
電圧値を示すものになる。 それで、従来は前記の原因によって巻線に生じる高電圧
により転流切換スイッチ用のトランジスタQ1〜Q6が破壊
されることを防ぐために、第14図中の点線図示のように
各巻線間にダイオードd1,d2を接続し、転流切換スイッ
チ用のトランジスタQ1〜Q6の保護を行なうようにしてい
るが、第14図示のように巻線間に保護用のダイオードd
1,d2を接続した場合には各相の巻線の端部に現われる電
圧が保護用のダイオードd1,d2によって、それぞれ特定
な電位（電源電圧または接地電位）にクランプされるた
めに、巻線の端部の電圧を測定しても目的としている情
報を含む電圧値を得ることができい。 それで、保護用のダイオードd1,d2を接続せずに、前記
のように例えば10ボルト以上の高い電圧を、５ボルト系
の回路で測定しようとする場合には、例えば抵抗回路網
等を使用するなどして被測定電圧を電源電圧の領域内と
なるようにして測定することが必要とされる。 また、前記のように回転子が停止状態のときの通電され
ていない状態の相の巻線に誘起される電圧を、その相の
巻線の端部から検出するようにした場合には、各相の巻
線の端部に個別に測定回路を設けることが必要となって
構成が複雑高価なものになる。

【課題を解決するための手段】

本発明は各相の巻線の一端部が共通接続されている３相
巻線における各相の巻線の他端部に対して、両方向の電
流が選択的に供給されることにより、所定の着磁パター
ンにより複数の磁極が形成されている回転自在な回転子
が回転駆動される位置検知器を有しないブラシレス直流
モータにおける回転子の停止位置を検出するのに、３相
巻線に対して電気角で180度の通電態様により通電が行
なわれる場合の全種類の通電パターンのそれぞれ個別の
通電パターンで順次に３相の巻線に電気角で180度の通
電態様で回転子が停止している状態において通電し、前
記した通電時に各相の巻線に個別に流れる電流によって
各相の巻線毎の個別の磁路に通過する磁束と、回転子の
磁極によって前記した各個別の磁路に通過する磁束との
ベクトル和の磁束により各相の巻線に生じるインダクタ
ンスの変化と対応して、前記した３相巻線における共通
接続端部に各相の巻線のインピーダンスの比として生じ
る電圧を測定し、３相巻線に対して電気角で180度の通
電態様により通電が行なわれる場合の全種類の通電パタ
ーンのそれぞれ個別の通電パターンでの通電時に３相巻
線における共通接続端部で個別に測定された電圧値を、
３相巻線における共通接続端部に定常時に現われる電源
電圧の1/3の電圧値に近い測定電圧値を示す第１の測定
電圧値群と、３相巻線における共通接続端部に定常時に
現われる電源電圧の2/3の電圧値に近い測定電圧値を示
す第２の測定電圧値群とに分け、前記した各測定電圧値
群毎に絶対値で最小値の電圧値と最大値の電圧値との差
電圧を求め、前記した各群について求めた差電圧を比較
して大きな差電圧が得られた通電パターンによって回転
子の磁極の位置と３相巻線との相対的な位置を検出する
ようにした位置検知器を有しないブラシレス直流モータ
における回転子の停止位置の検出方法、及び３相巻線に
対して電気角で180度の通電態様により通電が行なわれ
る場合の全種類の通電パターンの内の少なくとも１つの
通電パターンにより、回転子の停止状態において３相巻
線に通電する手段と、前記した通電時に各相の巻線に個
別に流れる電流によって各相の巻線毎の個別の磁路に通
過する磁束と、回転子の磁極によって前記した各個別の
磁路に通過する磁束とのベクトル和の磁束により各相の
巻線に生じるインダクタンスの変化と対応して、前記し
た３相巻線における共通接続端部に各相の巻線のインピ
ーダンスの比として生じる電圧を測定する電圧測定手段
と、前記したそれぞれ個別の通電パターンでの通電時に
３相巻線における共通接続端部で個別に測定された電圧
値を、３相巻線における共通接続端部に定常時に現われ
る電源電圧の1/3の電圧値に近い測定電圧値を示す第１
の測定電圧値群と、３相巻線における共通接続端部に定
常時に現われる電源電圧の2/3の電圧値に近い測定電圧
値を示す第２の測定電圧値群とに分けて、前記した各測
定電圧値群毎にそれぞれ１つの通電パターンについての
電圧測定を行ない、次いで、各測定電圧群について行な
われる順次に異なる通電パターンでの通電時に測定され
た測定電圧値が、それ以前に得られた測定電圧値に対し
て予め定められた電圧値よりも大きな電圧値を有する場
合には、その測定電圧値が得られた通電パターンによっ
て回転子の磁極の位置と３相巻線との相対的な位置を検
出するようにした位置検知器を有しないブラシレス直流
モータにおける回転子の停止位置の検出方法、ならびに
３相巻線に対して電気角で180度の通電態様により通電
が行なわれる場合の全種類の通電パターンの内の少なく
とも１つの通電パターンにより、回転子の停止状態にお
いて３相巻線に通電する手段と、前記した通電時に各相
の巻線に個別に流れる電流によって各相の巻線毎の個別
の磁路に通過する磁束と、回転子の磁極によって前記し
た各個別の磁路に通過する磁束とのベクトル和の磁束に
より各相の巻線に生じるインダクタンスの変化と対応し
て、前記した３相巻線における共通接続端部に各相の巻
線のインピーダンスの比として生じる電圧を測定する電
圧測定手段と、前記のしたそれぞれ個別の通電パターン
での通電時に３相巻線における共通接続端部で個別に測
定された電圧値を、３相巻線における共通接続端部に定
常時に現われる電源電圧の1/3の電圧値に近い測定電圧
値を示す第１の測定電圧値群と、３相巻線における共通
接続端部に定常時に現われる電源電圧の2/3の電圧値に
近い測定電圧値を示す第２の測定電圧値群とに分けて、
前記した各測定電圧値群毎に順次に通電パターンについ
ての電圧測定を行ない、各測定電圧群について行なわれ
る順次に異なる通電パターンでの通電時に測定された測
定電圧値が、それぞれの測定値群毎に３相巻線における
共通接続端部に定常時に現われる定常時の電圧値と比較
して予め定められた電圧値以上の差が得られる測定電圧
が得られた場合には、その測定電圧値が得られた通電パ
ターンによって回転子の磁極の位置と３相巻線との相対
的な位置を検出するようにした位置検知器を有しないブ
ラシレス直流モータにおける回転子の停止位置の検出方
法を提供する。

【作用】

各相の巻線の一端部が共通接続されている３相巻線にお
ける各相の巻線の他端部に対して、両方向の電流が選択
的に供給されることにより、所定の着磁パターンにより
複数の磁極が形成されている回転自在な回転子が回転駆
動される位置検知器を有しないブラシレス直流モータに
おける回転子が停止状態にあるときに、３相の巻線に電
圧値がVccの電源によって180度の通電を行なった場合
に、スター結線されている３相の巻線の共通接続された
接続点Pcomに定常時に現われる電圧Vcom（中性点電圧Vc
om）は、電源のプラス端子がスター結線されている３相
の巻線の内の１つの相の巻線の外端部に接続され、他の
２つの相の巻線の外端部には電源のマイナス端子が接続
されたときにはVcc/3となったり2Vcc/3となる（実際の
位置検知器を有しないブラシレス直流モータでは、３相
の巻線に直列に接続されている転流スイッチのトランジ
スタを通して電流が流されるから、回転子が停止状態に
あるときに３相の巻線に電圧値がVccの電源によって180
度の通電を行なった場合に、スター結線されている３相
の巻線の共通接続された接続点Pcomに定常時に現われる
中性点電圧Vcomは、前記したトランジスタによる僅かな
電圧降下の分だけ前記した電圧値とは異なる電圧値とな
る）。 それは回転子が停止している状態で直流電圧Vccの電源
から３相の巻線に180度の通電を行なった場合の定常状
態については各相の巻線のインダクタンスＬの影響は無
視できるからである。 ところで、位置検知器を有しないブラシレス直流モータ
における３相の巻線は、第３図及び第４図に示されてい
るように強磁性体製のコア43に巻回されているから、３
相の巻線U,V,Wにおけるそれぞれのインダクタンス値
は、各巻線が巻回されているコアの部分を通過する磁束
の量によってその部分の透磁率が変化するこによって変
化する。 第４図及び第５図は回転子30に着磁されている磁極位置
と３相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位置関係と、３
相の巻線U,V,Wに流す通電のパターンとの相違によっ
て、３相の巻線U,V,Wにおけるそれぞれのインダクタン
ス値が変化することを説明するために用いられる図であ
る。 第４図の（ａ）〜第４図の（ｄ）において、43は３相の
各巻線U,V,Wが巻回されている強磁性体製のコア43であ
り、第４図の（ａ）及び第４図の（ｂ）は、回転子30に
着磁によって形成されている磁極N,S,N,Sの配置態様
と、前記した回転子30の磁極と３相の巻線U,V,Wが巻回
されているコア43との対応関係とが同じ場合において、
３相の巻線U,V,Wに対する通電の態様が、第４図の
（ａ）の場合には第４図の（ｃ）に示されているような
通電態様であるとされ、また第４図の（ｂ）の場合には
第４図の（ｄ）に示されているような通電態様であると
されている。 第４図の（ａ）及び第４図の（ｂ）において矢印φ１〜
φ４は、３相の巻線U,V,Wが巻回されているコア43中を
通過する磁束の方向を示すものであり、磁束φ1,φ２は
３相の巻線U,V,Wに180度の通電態様での通電が、第４図
の（ｃ）または第４図の（ｄ）に示されているような通
電態様で行なわれた場合に、３相の巻線U,V,Wに流れる
電流によって発生してコア43中を通過する磁束を示して
おり、また、磁束φ3,φ４は回転子30に着磁によって形
成された磁極Ｎから出て、３相の巻線U,V,Wが巻回され
ているコア43中を通過して回転子30に着磁によって形成
された磁極Ｓに入る磁束を示している。 なお、第４図の（ａ）及び第４図の（ｂ）において回転
子30に着磁によって形成された磁極Ｎから出て、３相の
巻線U,V,Wが巻回されているコア43中を通過して回転子3
0に着磁によって形成された磁極Ｓに入る磁束φ3,φ４
を示す矢印φ3,φ４をコア43の外側に図示しているの
は、磁束φ3,φ４を示す矢印φ3,φ４をコア43の内側に
記載すると図の内容が分かり難くなるからである。 さて、３相の巻線U,V,Wに対して第４図の（ｃ）に示す
ような態様で180度通電が行なわれている状態におい
て、前記したコア43を通過する前述の磁束φ１〜φ４
は、第４図の（ａ）に示されているように磁束φ1,φ２
の通過方向と磁束φ3,φ４の通過方向とが逆であって、
この状態では前記したコア43におけるＶ相の巻線Ｖが巻
回されている部分、すなわち、３相の巻線U,V,Wに流れ
る電流によって発生した全磁束φ1,φ２が通過する部分
においても、前記した磁束φ1,φ２に対して逆方向に磁
束φ3,φ４（通過回転子30に着磁によって形成された磁
極で発生した磁束φ３）が通過しているために磁気飽和
するようなことは起こらない。 しかし、３相の巻線U,V,Wに対して第４図の（ｄ）に示
すような態様で180度通電が行なわれている状態におい
て、前記したコア43を通過する前述の磁束φ１〜φ４
は、第４図の（ｂ）に示されているように磁束φ1,φ２
の通過方向と磁束φ3,φ４の通過方向とが同じであっ
て、この状態では前記したコア43におけるＶ相の巻線Ｖ
が巻回されている部分、すなわち、３相の巻線U,V,Wに
流れる電流によって発生した全磁束φ1,φ２が通過する
部分は、前記した磁束φ1,φ２と磁束φ3,φ４（通過回
転子30に着磁によって形成された磁極で発生した磁束φ
３）とが加算されることにより磁気飽和またはそれに近
い状態になされる。 ところで強磁性体におけるＢ−Ｈ曲線とμ−Ｈ曲線を例
示している第５図からも判かるように、Ｂ−Ｈ曲線の傾
斜によって示される強磁性体の透磁率μの値は磁束密度
に応じて変化するから、前記した第４図の（ａ）の状態
と第４図の（ｂ）の状態とにおけるコア43の透磁率μの
値は当然に異なるものになる。 それで、前記したコア43に巻回されている３相の巻線U,
V,WのインダクタンスＬの値も、それらが巻回されてい
る部分のコアの透磁率μの値に対応して変化することに
なる。 そして、コア43に巻回されている３相の巻線U,V,Wのイ
ンダクタンスＬの値の変化の態様は、第４図の（ａ）と
第４図の（ｂ）とについて既述したとこからも明らかな
ように、回転子30に着磁されている磁極位置と３相の巻
線U,V,Wの位置との相対的な位置関係と、３相の巻線U,
V,Wに流す通電のパターンとの相違によって、それぞれ
特定できることになる。 したがって、３相の巻線U,V,Wに流す通電のパターンが
判っており、また、３相の巻線U,V,Wにおけるインダク
タンスの変化の態様が判かれば、回転子30に着磁されて
いる磁極位置と３相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位
置関係が確定できることになる。 前記のように３相の巻線U,V,Wに180度通電の態様で通電
が行なわれている状態に生じる各巻線U,V,Wのインダク
タンスの値は、例えば第４図の（ａ）の場合にはＶ相の
巻線Ｖのインダクタンス値が大で、Ｕ相の巻線Ｕのイン
ダクタンス値とＷ相の巻線Ｗのインダクタンス値とが小
となり、また第４図の（ｂ）の場合にはＶ相の巻線Ｖの
インダクタンス値が小で、Ｕ相の巻線Ｕのインダクタン
ス値とＷ相の巻線Ｗのインダクタンス値とが大となる。 それで、ブラシレス直流モータにおける回転子30が停止
状態にあるときに、３相の巻線U,V,Wに180度の通電を行
なった場合に、スター結線されている３相の巻線の共通
接続された接続点Pcomに過渡時に現われる電圧Vcom（中
性点電圧Vcom）は、前記した各相の巻線U,V,Wのインピ
ーダンスの比に応じた電圧値となる。 今、一例としてブラシレス直流モータにおける回転子30
が停止状態にあるときに、スター結線されている３相の
巻線U,V,Wに対する180度の通電態様での通電が、例えば
第４図の（ｃ）によって示されるような通電態様で行な
われたとしたときに、３相の巻線U,V,WにおけるＵ相の
巻線Ｕのインダクタンス値とＷ相の巻線Ｗのインダクタ
ンス値とが共にＬであるとし、また、Ｖ相の巻線Ｖのイ
ンダクタンス値が（Ｌ−ΔＬ）であるとし、さらにＷ相
の巻線Ｗに流れる電流IwとＵ相の巻線Ｕに流れる電流Iu
とが等しい｛Ｖ相の巻線Ｖに流れる電流は（Iu＋Iw）＝
2Iu＝2Iwとなる｝とすると、スター結線されている３相
の巻線の共通接続された接続点Pcomに過渡時に現われる
電圧Vcom（中性点電圧Vcom）は、前記したＵ相の巻線Ｕ
のインピーダンスとＷ相の巻線Ｗのインピーダンスとの
並列インピーダンスと、Ｖ相の巻線Ｖのインピーダンス
とによって電源電圧を分割した値、すなわち、各相の巻
線のインピーダンス比に応じた電圧値として測定され
る。 既述したところから判かるように、前記のようにして測
定される中性点電圧は、コア43に巻回されている３相の
巻線U,V,WのインダクタンスＬの値の変化の態様に対応
して生じているものであるから、３相の巻線U,V,Wに流
す通電のパターンが判っていれば、中性点電圧の測定値
に基づいて回転子30に着磁されている磁極位置と３相の
巻線U,V,Wの位置との相対的な位置関係が確定できる。 そして、ブラシレス直流モータにおける回転子30が停止
状態にあるときに３相の巻線U,V,Wに180度の通電を行な
って、スター結線されている３相の巻線の共通接続され
た接続点Pcomに過渡時に現われる電圧Vcom（中性点電圧
Vcom）は、３相の巻線のインピーダンスのインピーダン
ス比に応じた値として測定できるので、その測定値が各
巻線の温度の変化によっても変化せず、また、各相の巻
線のインダクタンスの変動に応じて大きな変動幅の測定
電圧値が得られるので、高分解能の電圧測定が容易にで
きる、その他多くの諸特徴を有する。

【実施例】

以下、添付図面を参照しながら本発明の位置検知器を有
しないブラシレス直流モータの駆動方法の具体的な内容
について詳細に説明する。 第１図は本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流
モータの駆動方法の説明に用いられるブロック図、第２
図は位置検知器を有しないブラシレス直流モータの駆動
回路の一部の回路図、第３図は位置検知器を有しないブ
ラシレス直流モータの概略構成を示す一部断面図、第４
図乃至第６図及び第11図は回転子の停止位置検出を説明
するための図、第７図乃至第10図は構成原理及び動作原
理を説明するための波形例図である。 第１図において１は制御装置であり、この制御装置とし
ては例えばマイクロ・プロセッサ・ユニットを含んで構
成されているものが使用でき、前記したマイクロ・プロ
セッサ・ユニットとしては、例えば日本電気株式会社製
のμPD78312、三菱電気株式会社製のM37700シリーズ、
株式会社日立製作所製のH8シリーズ等を使用することが
できる。 また、２は記憶装置、３はタイマ、４は転流制御回路、
５は転流スイッチ回路、６は電流制御回路、７は積分
器、８はパルス幅変調回路、９はAD変換器及び電圧測定
回路であり、31は位置検知器を有しないブラシレス直流
モータにおける３相のモータ巻線U,V,W（以下の説明に
おいてはＵ相の巻線,V相の巻線,W相の巻線、３相の巻線
U,V,Wのように記載されることもある）を全体的に示す
符号であり、図中のPcomは前記した３相の巻線U,V,Wに
おける一端部を共通接続した接続点を示している。 なお、前記した３相の巻線U,V,Wにおける一端部を共通
接続した接続点Pcomに現われる電圧Vcomは、以下の記載
中において、中性点電圧Vcomまたは中点電圧Vcomのよう
に述べられている。 第１図中にブロック５によって示されている転流制御回
路６と、ブロック６で示されている電流制御回６及びブ
ロック７で示されている積分回路７などは、第２図中で
一点鎖線枠で囲んで示してある構成部分５〜７に、それ
ぞれの具体的な構成例が示されている。 第２図中において、10〜15、26,28は抵抗、16〜21は転
流スイッチとして動作するトランジスタ、22〜24,27,29
はコンデンサ、25は電流制御用の電界効果トランジスタ
である。 第１図及び第２図中においては位置検知器を有しないブ
ラシレス直流モータの機構部として、３相巻線U,V,Wだ
けを示しているが、位置検知器を有しないブラシレス直
流モータの機構部としては、コア（磁路）として強磁性
体製のコアが使用されていれば、どのような構成態様の
直流モータでも使用できるが、例えば、第３図に例示さ
れているように積層構成コアを備えている構成のものが
使用できる。 第３図において、30はモータの回転子、32は回転軸、3
3,34はベアリング、35,36はスプリング、37はコンタク
トスプリング、38はモータの固定子のベースとなる金属
ベースのプリント基板、39はねじ、40はフレキシブルな
接続線の基板、41,42は補強用のテープ、43はコア、44
はモータ巻線、45は永久磁石、46は磁気ディスクのホル
ダである。 本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流モータに
おいて３相の巻線U,V,Wはスター結線されていて、その
共通接続された接続点Pcomに現われる電圧Vcomは線ｊを
線してAD変換器及び電圧測定回路１に供給されるように
なされている。また、回転子30には所定の着磁パターン
により複数の磁極が形成されている。第６図には４極の
磁極が着磁されている場合の例が示されている。 さて、停止状態の回転子を予め定められた回転方向に回
転させるためには、所定のパターンで着磁されている停
止状態の回転子の磁極の位置とモータの各相の巻線との
相対的な位置関係に応じて、各相の巻線に対して所定の
転流のタイミングで駆動電流を供給することが必要とさ
れるが、本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流
モータでは、停止状態から回転子を所定の回転方向に回
転を開始させるために、まず、起動に際して停止状態時
における回転子の磁極の位置とモータの各相の巻線との
相対的な位相関係を前以って検出するようにしている。 第６図は停止状態の回転子に所定の回転方向での回転を
開始させるために必要とされる停止状態時における回転
子の磁極の位置とモータの各相の巻線との相対的な位相
関係を検出するための本発明の回転子の停止位置の検出
方法を説明するための図である。 第６図の（ａ）に示されている３つの図は、回転子30に
着磁されている磁極の位置と、３相の巻線U,V,Wの位置
との相対的な位置関係が異なる３つの状態を代表的に例
示したものであり、また第６図の（ｃ）は３相の巻線U,
V,Wに180度の通電態様での通電を行なう場合に生ずるす
べての通電態様（６種類の通電態様）を図示したもので
あり、図中の1,2,3…６の数字は６種類の通電のパター
ンを区別するためのものである。 さらに、第６図の（ｂ）に示されている３つの図は、回
転子30に着磁されている磁極の位置と３相の巻線U,V,W
の位置との相対的な位置関係が、第６図の（ａ）に示さ
れている３つの図に示されているような場合に、前記し
た３つの図のそれぞれについて第６図の（ｃ）に示され
ている６つの通電パターンでスター結線されている３相
の巻線U,V,Wに通電したときに、３相の巻線U,V,Wの共通
接続された接続点Pcomに現われる電圧Vcomがどのような
ものになるのかを示した図であり、第６図の（ｂ）に示
されている３つの図中にそれぞれ示されている1,2,3…
６の数字を付して示す矢印は、第６図の（ｃ）に示され
ている１〜６の番号を付して示してある６種類の通電の
パターンにおける同一の数字で示されている通電パター
ンでスター結線されている３相の巻線U,V,Wに通電した
ときに、３相の巻線U,V,Wの共通接続された接続点Pcom
にそれぞれ現われる電圧Vcomの測定点を示している。な
お、前記した第６図の（ｂ）に示されている３つの図に
おいては横軸は時間、縦軸は電圧である。 回転子が停止状態にあるときに、３相の巻線U,V,Wに電
圧値がVccの電源によって180度の通電を行なった場合
に、スター結線されている３相の巻線U,V,Wの共通接続
された接続点Pcomに定常時に現われる電圧Vcom（中性点
電圧Vcom）は、例えば、第６図の（ｃ）における通電態
様の1,3,5のように、電源のプラス端子がスター結線さ
れている３相の巻線U,V,Wの内の１つの相の巻線の外端
部に接続され、他の２つの相の巻線の外端部には電源の
マイナス端子が接続されたときにはVcc/3となり、また
例えば、第６図の（ｃ）における通電態様の2,4,6のよ
うに、電源のプラス端子がスター結線されている３相の
巻線U,V,Wの内の２つの相の巻線の外端部に接続され、
他の１つの相の巻線の外端部には電源のマイナス端子が
接続されたときには2Vcc/3となる。 実際の位置検知器を有しないブラシレス直流モータで
は、３相の巻線U,V,Wに直列に接続されている転流スイ
ッチのトランジスタを通して電流が流されるから、回転
子が停止状態にあるときに３相の巻線U,V,Wに電圧値がV
ccの電源によって180度の通電を行なった場合に、スタ
ー結線されている３相の巻線U,V,Wの共通接続された接
続点Pcomに定常時に現われる中性点電圧Vcomは、前記し
たトランジスタによる僅かな電圧降下の分だけ前記した
電圧値とは異なる電圧値となるが、ここでは前記した僅
かな電圧降下を無視して説明を行なう。 すなわち、回転子が停止している状態で直流電圧Vccの
電源から３相の巻線U,V,Wに180度の通電を行なった場合
の定常状態については各相の巻線のインダクタンスＬの
影響は無視できるから、第11図の下方に示されている等
価回路図と、第11図中に定常時として示されているVln
の式、及びVhnの式を参照すれば、この場合の中性点電
圧Vcomが、前述のようにVcc/3、または、2Vcc/3として
示される電圧値になることは容易に理解できる。 また、回転子が停止状態で３相の巻線U,V,Wに直流電圧V
ccの電源によって180度の通電を行なった場合の過渡時
における中性点電圧Vcomは、第11図の下方に示されてい
る等価回路図より第11図中に過渡時として示されている
Vlの式、及びVhの式によって示されるものになる。 ところで、位置検知器を有しないブラシレス直流モータ
における３相の巻線U,V,Wは、第３図に示されているよ
うに強磁性体製のコア43に巻回されているから、３相の
巻線U,V,Wにおけるそれぞれのインダクタンス値は、各
巻線が巻回されているコアの部分を通過する磁束の量に
よってその部分の透磁率が変化することによって変化す
る。 そして、各巻線が巻回されているコア中を通過する磁束
の量は、各巻線に流される電流の大きさ及び方向に従っ
て各巻線から発生してコアに流れる磁束の量と、回転子
に着磁によって形成されている磁極間でコアを通して流
れる磁束の量とのベクトル和となるから、各巻線のイン
ダクタンス値は、回転子30に着磁によって形成されてい
る磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位
置関係の態様と、３相の巻線U,V,Wに対して180度の通電
が行なわれる際の６種類の通電態様の内で、どの通電の
パターンで通電が行なわれているのかという通電パター
ンの種類との組合わせの態様によって変化することにな
る。 したがって、スター結線されている３相の巻線U,V,Wに
対する180度の通電を、既述した６種類の通電パターン
のそれぞれにより順次に行なって、前記の６種類の通電
パターンによる通電と対応して、中性点Pcomにおいてそ
れぞれ個別に測定された過渡時における６個の中性点電
圧値の状態を見れば、停止状態にある回転子30に着磁に
より形成されている磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの位
置との相対的な位置関係を知ることができる。 本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流モータで
は、それの起動に際して停止状態にある回転子30に着磁
により形成されている磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの
位置との相対的な位置関係を知るために、まず、制御装
置１から伝送線ｅを介して転流制御回路４に制御信号を
与えて、３相の巻線U,V,Wに対する180度の通電が既述し
た６種類の通電パターンのそれぞれについて、タイマ３
に設定された予め定められた短時間（以下の説明では10
0マイクロ秒であるとされており、前記の時間の設定は
制御装置１から伝送線ａを介してタイマ３に対して行な
われる）ずつ順次に行なわれるように転流制御回路４を
動作させるようにする。 また、制御装置１は伝送線ｋを介してパルス幅変調回路
８に信号を与えて、前記した３相の巻線U,V,Wに対する1
80度の通電が既述した６種類の通電パターンのそれぞれ
について行なわれる期間にわたり、パルス幅変調回路８
からデューテイサイクルが100％の信号が積分回路７に
供給されるようにして、電流制御回路６が連続通電状態
となされるようにする。 前記したタイマ３は各100マイクロ秒の時間ずつ３相の
巻線U,V,Wに対して順次に行なわれる６種類の通電パタ
ーンによる180度の通電における各100マイクロ秒の時間
について、それぞれ90マイクロ秒が経過した時点に、伝
送線ｂを線した制御装置１に信号を与え、制御装置１は
伝送線ｎを介してAD変換器及び電圧測定回路９に信号を
与える。 AD変換器及び電圧測定回路９では、３相の巻線U,V,Wに
対して順次に行なわれる６種類の通電パターンによる18
0度の通電における各100マイクロ秒の時間について、そ
れぞれ90マイクロ秒が経過した時点に、伝送線ｊを介し
て中性点Pcomから供給されている中性点電圧VcomをAD変
換して、その時点の中性点電圧Vcomを伝送線Ｏを介して
制御装置１に与える。 そして、回転子30が停止状態のときに前記のようにして
測定されたスター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点P
comの電圧Vcomは、第６図の（ｂ）における３つの図の
各図中において矢印１〜６によりそれぞれ示してある電
圧である。 制御装置１は前記の中性点電圧Vcomのデータを伝送線ｃ
を介して記憶装置２に供給し、記憶装置２ではそれを記
憶する。第６図の（ｂ）において矢印１〜６によって示
されている部分の中性点電圧値のデータ、すなわち、３
相の巻線U,V,Wに対して順次に行なわれる６種類の通電
パターンによる180度の通電における各100マイクロ秒の
時間中において90マイクロ秒だけ経過した時点の３相の
巻線U,V,Wの中性点の電圧値のデータが、例えば前記の
表１によって示されるものであったとする。 ところで、第６図の（ｂ）において矢印1,3,5によって
示されている部分の中性点電圧値のデータ群は、定常状
態において中性点電圧VcomがVcc/3となされるような通
電パターンについて過渡時に得られる中性点電圧Vcomの
第１のデータ群であり、また第６図の（ｂ）において矢
印2,4,6によって示されている部分の中性点電圧値のデ
ータ群は、定常状態において中性点電圧Vcomが2Vcc/3と
なされるような通電パターンについて過渡時に得られる
中性点電圧Vcomの第２のデータ群であるが、制御装置１
では前記した記憶装置２に記憶させた前記した第１のデ
ータ群と第２のデータ群とを伝送線ｄを介して順次に読
出して、第１のデータ群における各データについては、
第１のデータ群中で最小の中性点電圧値を示すデータと
の差を求め、また、第２のデータ群における各データに
ついては、第２のデータ群中で最大の中性点電圧値を示
すデータとの差を求めてマイナスの符号をプラスの符号
に反転する。 第１表における差の欄に示す値が前記のようにして求め
られた比較数値である。そして、第１のデータ群と第２
のデータ群とのそれぞれにおける比較数値の内で最大の
ものを求める。第１表の例において、第１のデータ群と
第２のデータ群とのそれぞれにおける比較数値の内で最
大のものは、通電パターンが６の状態において得られて
いる。 前記のように３相の巻線U,V,Wに対する180度の通電を既
述した６種類の通電パターンのそれぞれについて、タイ
マ３に設定された予め定められた短時間ずつ順次に行な
って、スター結線されている３相の巻線U,V,Wの中性点P
comの電圧値Vcomを測定することにより、停止状態にあ
る回転子30に着磁により形成されている磁極の位置と３
相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位置関係を知ること
ができる。 第７図は回転子30の１回転の範囲における多数の位置に
おいて前記した６種類の通電パターンのすべてについて
中性点電位をそれぞれ測定した結果を例示した図であ
り、また第８図は回転子30の１回転の範囲における多数
の位置における前記した６種類の通電パターンの内の１
種類について測定した中性点電位の測定結果の一例図で
ある。 第７図と第８図に示されている波形図をみると、電気角
360度（説明している例においては機械角で180度）の範
囲に６個のピークが存在する６つの波形の集まりからな
り、各波形同士の交叉点が特定な電気角の位置になって
いることが判かる。また図中の波形からある任意の電気
角の位置における６つの波形のそれぞれの大きさを見れ
ば、停止状態にある回転子30に着磁により形成されてい
る磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位
置関係を知り得ることが判かる。 前記の記述においては、３相の巻線U,V,Wに対して６種
類の通電パターンによる180度の通電を、各通電パター
ン毎にそれぞれ100マイクロ秒の時間ずつ行なって、全
体で600マイクロ秒の時間を使用するとしていたが、前
述のようにスター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点P
comに過渡時に現われる電圧の変化分の大きさは、既述
した従来例のように各相の巻線の端子で得られる電圧の
変化分の大きさは従来例として既述した特開昭63-69489
号公報で開示されているブラシレス直流モータで行なわ
れているように、電流検出抵抗にモータ巻線に流れる電
流と対応して発生する電圧によりスター結線された３相
の巻線U,V,Wに発生する逆起電圧を検出するようにした
場合等で得られる被測定電圧に比べて格段に大きいか
ら、電圧の測定に使用されるAD変換器の分解能が従来例
の場合と同じであるとすれば、高精度で電圧の測定が可
能である。 それで、本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流
モータの場合には、例えば第１のデータ群についてはま
ず通電パターンの１の中性点電圧Vcomデータを求め、ま
た、第２のデータ群についてはまず通電パターン２の中
性点電圧Vcomのデータを求めて、次に第１のデータ群に
おける他の通電パターンの３以降の中性点電圧Vcomデー
タを求めた時に、そのデータと前記した通電パターンの
１つの中性点電圧Vcomデータとの差が、予め定められた
大きさ以上の場合には、それ以後に行なわれるべき他の
通電パターンによる中性点電圧Vcomデータを求めること
をせず、また、第２のデータ群における他の通電パター
ンの４以降の中性点電圧Vcomデータを求めた時に、その
データと前記した通電パターンの２の中性点電圧Vcomデ
ータとの差が、予め定められた大きさ以上の場合には、
それ以後に行なわれるべき他の通電パターンによる中性
点電圧Vcomデータを求めることをしない、というやり方
を採用しても停止状態にある回転子30に着磁により形成
されている磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの位置との相
対的な位置関係を知ることができ、このような方法によ
れば、前記した600マイクロ秒の測定所要時間よりも短
い時間内に所定のデータを得ることがきでる。 また、第11図に示す等価回路を見ても明らかなように、
スター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcomに、既
述のように電源電圧を３相巻線のインピーダンスの比で
分圧したものとして現われる中性点の電圧値は、周囲温
度の変化や巻線その他の部分における発熱によって巻線
の抵抗値が変化した場合でも変化しない。 このように、３相巻線のインピーダンスの比で電源電圧
が分圧された状態のものとしてスター結線された３相の
巻線U,V,Wの中性点Pcomに現われる電圧は、電源電圧が
安定でありさえすれば絶対値比較ができる唯一の測定方
法ということができる。 それで、絶対値比較の可能な中性点電圧の測定によって
順次のデータを求め、求めたデータの内で第１のデータ
群のデータについては、定常時における中性点電圧Vcc/
3と順に比較して行き、また第２のデータ群のデータに
ついては、定常時における中性点電圧2Vcc/3と順に比較
して行って、予め定められた値以上の差が生じたデータ
が得られたときに、そのデータに基づいて停止状態にあ
る回転子30に着磁により形成されている磁極の位置と３
相の巻線U,V,Wの位置との相対的な位置関係を知ること
ができる。 そして、前記のような回転子の停止位置の検出法を採用
して回転子の停止位置の検出が行なわれた場合に、最も
短い測定所要時間としては１つの通電パターンと対応す
る測定時間、すなわち、前述の例と同様に１つの通電パ
ターンの通電時間が100マイクロ秒であれば、100マイク
ロ秒の時間で回転子の停止位置の検出のための電圧測定
を終了することもできる。 このように本発明の位置検知器を有しないブラシレス直
流モータにおける回転子の停止位置の検出方法では、ス
ター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcomに、電源
電圧を３相巻線のインピーダンスの比で分圧したものと
して現われる中性点の電圧、すなわち、周囲温度の変化
や巻線その他の部分における発熱によって巻線の抵抗値
が変化した場合でも変化しない状態で大きな電圧値とし
て得られる中性点電圧を測定して、回転子の停止位置の
データを得るようにしているから、既述した従来の位置
検知器を有しないブラシレス直流モータにおける回転子
の停止位置の検出方法における諸問題点はすべて解決で
きるのである。 次に、停止状態にある回転子30に着磁により形成されて
いる磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの位置との相対的な
位置関係の情報が制御装置１に与えられると、制御装置
１ではそれに与えられた停止状態にある回転子30に着磁
により形成されている磁極の位置と３相の巻線U,V,Wの
位置との相対的な位置関係の情報に基づいて、回転子30
を所定の回転方向に回転させうるような回転駆動電流が
転流スイッチ回路５から３相の巻線U,V,Wの内の選択さ
れた２相の巻線に僅かの時間だけ供給できるようにする
ための制御信号を伝送線ｅを介して転流制御回路４に送
出する。 転流制御回路４は制御装置１からそれに与えられた前記
の制御信号に基づいて発生した転流スイッチ切換信号を
伝送線ｆを介して転流スイッチ回路５に与える。 転流スイッチ回路５は電気角120度の通電により回転子3
0を正規の回転方向に回転させうるように、３相の巻線
U,V,Wの内の選択された２相の巻線に僅かの時間だけ供
給する。前記した通電の時間は、モータのトルク定数や
回転子30の慣性モーメント等の諸条件によって決定され
るが、回転した回転子30に逆トルクが発生しない範囲の
時間値に設定されるのである。 前記のようにスター結線されている３相の巻線U,V,Wの
内の選択された２相の巻線に電気角120度で通電が行な
われて回転子30が回転を開始すると、通電されていない
相の巻線には回転子30の回転に伴って逆起電圧が発生す
る。 スター結線されている３相の巻線U,V,Wの内の選択され
た２相の巻線に電気角120度で通電されている状態にお
いて、３相の巻線U,V,Wの共通接続された接続点（中性
点）Pcomには電源電圧に応じて定まる直流電圧が生じて
いるが、前記の中性点Pcomには前記した通電されていな
い相の巻線に生じた逆起電圧の1/3の電圧値の電圧が、
前記した電源電圧に応じて定まる直流電圧に重畳した状
態で現われる。 そして、通電されていない相の巻線に生じた逆起電圧と
対応して中性点Pcomに生じた電圧には回転子の回転位相
情報を含んでいるから、前記した中性点Pcomに現われる
電圧に基づいて前記した回転子の回転位相情報を取出す
ことが可能と考えられる。 ところで、３相の巻線U,V,Wの内の選択された２相の巻
線に電気角120度で通電された状態で、前記の中性点Pco
mに電源電圧に応じて生じる前記の直流電圧は、通電が
行なわれている直列接続状態の２相の巻線の両端に電圧
Vccの電源が接続されている状態においてはVcc/2の電圧
値となるのであるが、実際のモータにおいては通電が行
なわれている直列接続状態の２相の巻線の両端と電源と
の間には転流スイッチ回路５のトランジスタが直列に接
続されているために、前記した中性点Pcomに電源電圧に
応じて生じる直流電圧は前記したVcc/2の電圧値とは異
なる電圧値となっており、その電圧値は電源の電圧が変
動すれば変動したものになる。 それで、回転子30が回転している状態において中性点Pc
omに現われる電圧の電圧値は、変動する電源電圧に応じ
て生じる直流電圧の電圧変動を含んでいるものになって
いるから、単に中性点Pcomに現われる電圧の電圧値を測
定しただけでは回転子30の回転位相情報を得ることがで
きないことは当然であり、回転子30の回転位相情報を正
確に得るためには、回転子30が回転している状態におい
て、電源電圧に応じて中性点Pcomに生じる直流電圧の電
圧値を正確に知ることが必要である。 回転子30が回転している状態において、電源電圧に応じ
て中性点Pcomに生じる直流電圧の電圧値を知る１つの手
段としては、例えば、電源端子間に同一抵抗値を有する
２つの抵抗器による直列接続回路を接続して、前記した
２つの抵抗器の接続点の電圧を例えばAD変換器を使用し
て測定することが考えられが、２つの抵抗器として同一
の抵抗値を有するものを使用することは現実的には極め
て困難である。 それで、例えば前記した２つの抵抗器として、通常入手
できる精密な抵抗器から抵抗値の誤差が±0.5％のもの
を選択使用し、また電圧の測定用のAD変換器として例え
ば８ビットの分解能を有するものを用い、前記のAD変換
器によりモータの駆動用電源の電圧として用いられる５
ボルトの電圧範囲で電圧の測定を行なった場合について
考えると、この場合に得られる電圧の測定値中には電圧
測定に使用されるAD変換器の1LSB以上の誤差が生じるこ
とになる、というような不満足な測定結果しか得られな
いから、前記したように電源の電圧の1/2の電圧値を抵
抗回路網によって発生させて測定するような手段によっ
ては電源電圧に応じて中性点Pcomに生じる直流電圧の電
圧値を正確に求めることはできない。 それで、実際に３相の巻線U,V,Wにおける任意の２相の
巻線の端部間に電源を接続した状態で中性点Pcomに現わ
れる電圧を測定するようにする方法を考えたが、この方
法は回転子30が停止している状態に中性点Pcomに現われ
る電圧は求めようとしている電圧値となるが、回転子30
が回転している状態においては、通電していない相の巻
線に回転子30の回転速度に応じて生じる異なる逆起電圧
が重畳された状態の電圧値となるために、中性点Pcomの
電圧により電源電圧に応じて中性点Pcomに生じる直流電
圧の電圧値を正しく知ることはできない。 そこで、３相の巻線U,V,Wにおける２相の巻線ずつの組
合わせを順次に変えて、例えば、まず、Ｕ相の巻線の端
部からＶ相の端部に電流が流れる状態にU,V相の巻線の
端部に電源を接続して中性点Pcomに生じる電圧値を測定
し、次に、Ｖ相の巻線の端部からＷ相の端部に電流が流
れる状態にV,W相の巻線の端部に電源を接続して中性点P
comに生じる電圧値を測定し、次いで、Ｗ相の巻線の端
部からＵ相の端部に電流が流れる状態にW,U相の巻線の
端部に電源を接続して中性点Pcomに生じる電圧値を測定
し、前記した３つの測定値を算術平均することにより電
源電圧に応じて中性点Pcomに生じる直流電圧の電圧値を
正確に求めるようにすることが考えられた。 前記した中性点Pcomの電圧の測定法は、モータのトルク
に影響を与えないで、逆起電圧の位相が変化しない程度
に短い時間の通電によって測定することが可能である。 また、前記した中性点Pcomの電圧は、前記した第１表に
示されている中性点電圧の６つのデータの平均値を求め
ることにより正確に求めることができる。 さて、回転子30が回転している状態において３相巻線の
それぞれに発生する逆起電圧の波形は第９図の（ａ）〜
（ｃ）中で実線図示の波形で例示されるようなものであ
り、第９図の（ａ）に実線で例示されている電圧の波形
は、回転子30が正しい位相で回転している状態で３相巻
線のそれぞれに発生する逆起電圧の電圧波形であり、ま
た、第９図の（ｂ）に実線で例示されている電圧の波形
は、回転子30が正しい位相で回転している状態に比べて
遅れた回転位相で回転している状態で３相巻線のそれぞ
れに発生する逆起電圧の電圧波形であり、さらに、第９
図の（ｃ）に例示されている電圧の波形は、回転子30が
正しい位相で回転している状態に比べて進んだ回転位相
で回転している状態で３相巻線のそれぞれに発生する逆
起電圧の電圧波形である。 また、回転子30が回転している状態において中性点Pcom
に現われる電圧の波形は、第９図の（ａ）〜（ｃ）中に
おいてそれぞれ２点鎖線で示す波形で例示されるような
ものとなるのであり、第９図の（ａ）に２点鎖線で例示
されている電圧の波形は、回転子30が正しい位相で回転
している状態で中性点Pcomに現われる電圧の波形であ
り、また、第９図の（ｂ）に２点鎖線で例示されている
電圧の波形は、回転子30が正しい位相で回転している状
態に比べて遅れた回転位相で回転している状態で中性点
Pcomに現われる電圧の波形であり、さらに、第９図の
（ｃ）に２点鎖線で例示されている電圧の波形は、回転
子30が正しい位相で回転している状態に比べて進んだ回
転位相で回転している状態で中性点Pcomに現われる電圧
の波形である。なお、第９図の（ａ）〜（ｃ）中におい
て点線図示の電圧波形Eu,Ev,Ewは、３相の巻線U,V,Wに
生じる逆起電圧によってそれぞれ中性点Pcomに生じる電
圧成分であるが、実際に中性点Pcomに現われる電圧は前
記のように第９図の（ａ）〜（ｃ）中で２点鎖線図示の
ような波形のものになる。また、回転子30が正しい位相
で回転している状態で中性点Pcomに現われる３相の巻線
U,V,Wの逆起電圧による電圧の合成の電圧波形は、第９
図の（ａ）に２点鎖線で示されているような三角波とな
る。なお、第９図の（ａ）に太実線で示してある波形
は、３相の巻線U,V,Wの内のＵ相の逆起電圧による波形
を示している。 それで、中性点Pcomに現われる電圧が第９図の（ａ）に
２点鎖線で示されているような三角波となるように位相
制御が行なわれるようにすれば回転子30を正しい回転位
相の状態で回転させることができることになる。 回転子30が回転している状態において中性点Pcomに現わ
れる電圧に基づいて回転子に対して行なわれる位相の制
御動作は、制御装置１の制御の下に第１図中に示されて
いる各構成部分の動作によって行なわれるのであるが、
次に、回転子30の位相制御を行なう４つの方法を第10図
を参照して順次に説明する。 ［１］スター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcom
に逆起電圧が存在しない状態における中性点の電圧値Vc
om（第10図参照）は、既述のような各種の測定方法の何
れかの方法によって測定された電圧値が予め記憶装置２
に記憶されており、またスター結線されている３相の巻
線U,V,Wの内の選択された２相の巻線に電気角120度で通
電されている状態で回転子30が回転されている状態で、
AD変換器及び電圧測定回路９によって測定された中性点
Pcomの電圧の測定値は、伝送線ｏを介して制御装置１に
与えられている。 制御装置１ではAD変換器及び電圧測定回路９で測定した
中性点Pcomの電圧の測定値が、記憶装置２に記憶されて
いる電源電圧に応じて生じる直流電圧値Vcomに一致した
時点t1に、タイマ３に計時を開始させる。そして前記の
時点t1から予め定められた時間Taが経過した時点t2に転
流制御回路４に転流制御信号を与えて、前記の時点t2転
流スイッチ回路５で転流動作が行なわれるようにする。 次いで、制御装置１は前記した転流動作が行なわれた時
点t2以後に最初に３相巻線における中性点Pcomの電圧の
測定値が再び逆起電圧の存在しない状態における中性点
Pcomの電圧値Vcomと一致したことが検出された時点t3ま
での前記したt2からt3までの時間をTbとしたときに、次
の転流動作が前記の時点t3から略々（Ta＋Tb）/2＝Tcの
時間後の時点t4で行なわれるような制御動作を行なう。 また、制御装置１は前記した時点t4以後に最初に３相巻
線における中性点Pcomの電圧が再び逆起電圧の存在しな
い状態における中性点電圧値Vcomと一致したことが検出
された図示されていない時点t5に、前記した時間値Tcを
予め定められた時間Taとして前記した時点t1から時点t5
までの動作が行なわれるようにする制御動作を順次に繰
返して行なう。それにより、回転子30は正しい回転位相
によって回転駆動されるようになされる。 ［２］スター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcom
に逆起電圧が存在しない状態における中性点の電圧値Vc
om（第10図参照）は、既述のような各種の測定方法の何
れかの方法によって測定された電圧値が予め記憶装置２
に記憶されており、またスター結線されている３相の巻
線U,V,Wの内の選択された２相の巻線に電気角120度で通
電されている状態で回転子30が回転されている状態で、
AD変換器及び電圧測定回路９によって測定された中性点
Pcomの電圧の測定値は、伝送線ｏを介して制御装置１に
与えられており、前記の電圧の測定値は記憶装置２に記
憶されている。 制御装置１は３相巻線U,V,Wの内のある１相の巻線に対
する通電の終了の時点における３相巻線の中性点Pcomの
電圧値Ａすなわち、記憶装置２に記憶されていた中性点
Pcomの電圧の記憶値Ａと、次の相の巻線に対する通電の
開始の後に検出された３相巻線における中性点Pcomの電
圧の記憶値Ｂとを演算して電圧値Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）/2を求
める。 そして、３相巻線における中性点Pcomの電圧の測定値が
前記した電圧値Ｃに一致した時点に転流制御回路４に転
流制御信号を与えて、転流スイッチ回路５で転流動作が
行なわれるようにするという制御動作を繰返して行な
う。 ［３］スター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcom
に逆起電圧が存在しない状態における中性点の電圧値Vc
om（第10図参照）は、既述のような各種の測定方法の何
れかの方法によって測定された電圧値が予め記憶装置２
に記憶されており、またスター結線されている３相の巻
線U,V,Wの内の選択された２相の巻線に電気角120度で通
電されている状態で回転子30が回転されている状態で、
AD変換器及び電圧測定回路９によって測定された中性点
Pcomの電圧の測定値は、伝送線ｏを介して制御装置１に
与えられており、前記の電圧の測定値は記憶装置２に記
憶されている。 制御装置１では記憶装置２に記憶されていた転流動作が
行なわれた時点の前後に測定された３相巻線における中
性点Pcomの電圧値との電圧差Ｗを演算し、また前記の転
流動作が行なわれた時点に測定された３相巻線における
中性点Pcomの電圧と、前記の転流動作に引続いて行なわ
れた次の転流動作の時点の直前に検出された３相巻線に
おける中性点Pcomの電圧との電圧差Ｘを演算し、さらに
前記した次の転流動作が行われた時点の前後に検出され
た３相巻線における中性点Pcomの電圧差Ｙを演算して、
前記した次の転流動作が行なわれた直後における３相巻
線における中性点Pcomの電圧に対してＺ＝Ｘ＋（W/2）
±Ｙで示される電圧差が３相巻線における中性点Pcomの
電圧として測定された時点に、前記した次の転流動作に
引続く転流動作が開始されるように転流制御回路４に転
流制御信号を与えて、転流スイッチ回路５で転流動作が
行なわれるようにするという制御動作を繰返して行な
う。 ［４］スター結線された３相の巻線U,V,Wの中性点Pcom
に逆起電圧が存在しない状態における中性点の電圧値Vc
om（第10図参照）は、既述のような各種の測定方法の何
れかの方法によって測定された電圧値が予め記憶装置２
に記憶されており、またスター結線されている３相の巻
線U,V,Wの内の選択された２相の巻線に電気角120度で通
電されている状態で回転子30が回転されている状態で、
AD変換器及び電圧測定回路９によって測定された中性点
Pcomの電圧の測定値は、伝送線ｏを介して制御装置１に
与えられており、前記の電圧の測定値は記憶装置２に記
憶されている。 ３相巻線における中性点Pcomの電圧が逆起電圧の存在し
ない状態における中性点の電圧値Vcomに一致したことが
測定された時点から、前記した３相巻線における中性点
Pcomの電圧の測定値と、逆起電圧の存在しない状態にお
ける中性点Pcomの電圧値との差の電圧 が、モータの逆起電圧に基づいて決定される係数 と時間Ｔとについて の関係を満たす時間が経過した時点に、前記した次の転
流動作に引続く転流動作が開始されるように転流制御回
路４に転流制御信号を与えて、転流スイッチ回路５で転
流動作が行なわれるようにするという制御動作を繰返し
て行なう。 前記のような４つの位相制御の方法の何れの場合にも、
良好な転流動作の下に回転子30は正しい回転位相で回転
して定常回転の状態にまで達することができる。

【発明の効果】

以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の位置検知器を有しないブラシレス直流モータにおけ
る回転子の停止位置の検出方法は、各相の巻線の一端部
が共通接続されている３相巻線における各相の巻線の他
端部に対して、両方向の電流が選択的に供給されること
により、所定の着磁パターンにより複数の磁極が形成さ
れている回転自在な回転子が回転駆動される位置検知器
を有しないブラシレス直流モータにおける回転子の停止
位置を検出するのに、３相巻線に対して電気角で180度
の通電態様で通電が行なわれる場合の全種類の通電パタ
ーンにおける少なくとも１つの通電パターンにより回転
子が停止している状態で通電し、前記した通電時に各相
の巻線に個別に流れる電流によって各相の巻線毎の個別
の磁路に通過する磁束と、回転子の磁極によって前記し
た各個別の磁路に通過する磁束とのベクトル和の磁束に
より各相の巻線に生じるインダクタンスの変化と対応し
て、前記した３相巻線における共通接続端部に各相の巻
線のインピーダンスの比として生じる電圧を測定し、前
記した３相巻線における共通接続端部で測定された電圧
値に基づいて回転子の磁極の位置と３相巻線との相対的
な位置を検出するようにしているために、周囲温度の変
化や巻線の温度の変化によっても測定された電圧値が変
化するようなことがなく、また、３相巻線における共通
接続端部に各相の巻線のインピーダンスの比として生じ
る電圧は大きな変動幅を示す電圧であるために、１個の
AD変換器によって高分解能の電圧測定が容易にでき、さ
らに、前記した３相巻線における共通接続端部に各相の
巻線のインピーダンスの比として生じる電圧は電源電圧
よりも超えることはないから、既述した従来例における
電圧測定で必要とされていた分圧手段も不要であり、さ
らにまた３相の巻線をスター結線する際に行なわれる３
相の巻線の各１端部の共通接続のための半田付け作業時
に、それと同時に１本のリード線を共通接続部に接続す
るだけでよいから部品点数も少なく安価に構成でき、ま
た、既述した従来の回転子の停止位置の検出手段のよう
に電流検出用抵抗に各相の巻線の電流を流して、電流検
出用抵抗に生じた電圧を測定するようにした場合に問題
になった電力の無駄な消費も生じない他、既述した従来
問題になった諸問題点は本発明によりすべて良好に解決
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検知器を有しないブラシレス直流
モータの駆動方法の説明に用いられるブロック図、第２
図は位置検知器を有しないブラシレス直流モータの駆動
回路の一部の回路図、第３図は位置検知器を有しないブ
ラシレス直流モータの概略構成を示す一部断面図、第４
図乃至第６図及び第11図は回転子の停止位置検出を説明
するための図、第７図乃至第10図は構成原理及び動作原
理を説明するための波形例図、第12図乃至第14図は固定
子巻線の端部で電圧測定を行なう場合の説明図である。 １……制御装置、２……記憶装置、３……タイマ、４…
…転流制御回路、５……転流スイッチ回路、６……電流
制御回路、７……積分器、８……パルス幅変調回路、９
……AD変換器及び電圧測定回路、10〜15、26,28……抵
抗、16〜21,Q1〜Q6……転流スイッチとして動作するト
ランジスタ、22〜24,27,29……コンデンサ、25……電流
制御用の電界効果トランジスタ、30……モータの回転
子、32……回転軸、33,34……ベアリング、35,36……ス
プリング、37……コンタクトスプリング、38……モータ
の固定子のベースとなる金属のプリント基板、39……ね
じ、40……フレキシブルな接続線の基板、41,42……補
強用のテープ、43……コア、44……モータ巻線、45……
永久磁石、46……磁気ディスクのホルダ、U,V,W……位
置検知器を有しないブラシレス直流モータにおける３相
のモータ巻線、Pcom……３相の巻線U,V,Wにおける一端
部を共通接続した接続点（中性点）、Vcom……中点電
圧、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各相の巻線の一端部が共通接続されている
   ３相巻線における各相の巻線の他端部に対して、両方向
   の電流が選択的に供給されることにより、所定の着磁パ
   ターンにより複数の磁極が形成されている回転自在な回
   転子が回転駆動される位置検知器を有しないブラシレス
   直流モータにおける回転子の停止位置の検出方法であっ
   て、３相巻線に対して電気角で180度の通電態様により
   通電が行なわれる場合の全種類の通電パターンのそれぞ
   れ個別の通電パターンで順次に３相の巻線に電気角で18
   0度の通電態様で回転子が停止している状態において通
   電し、前記した通電時に各相の巻線に個別に流れる電流
   によって各相の巻線毎の個別の磁路に通過する磁束と、
   回転子の磁極によって前記した各個別の磁路に通過する
   磁束とのベクトル和の磁束により各相の巻線に生じるイ
   ンダクタンスの変化と対応して、前記した３相巻線にお
   ける共通接続端部に各相の巻線のインピーダンスの比と
   して生じる電圧を測定し、前記のように３相巻線に対し
   て電気角で180度の通電態様により通電が行なわれる場
   合の全種類の通電パターンのそれぞれ個別の通電パター
   ンでの通電時に３相巻線における共通接続端部で個別に
   測定された電圧値を、３相巻線における共通接続端部に
   定常時に現われる電源電圧の1/3の電圧値に近い測定電
   圧値を示す第１の測定電圧値群と、３相巻線における共
   通接続端部に定常時に現われる電源電圧の2/3の電圧値
   に近い測定電圧値を示す第２の測定電圧値群とに分け、
   前記した各測定電圧値群毎に絶対値で最小値の電圧値と
   最大値の電圧値との差電圧を求め、前記した各群につい
   て求めた差電圧を比較して大きな差電圧が得られた通電
   パターンによって回転子の磁極の位置と３相巻線との相
   対的な位置を検出するようにした位置検知器を有しない
   ブラシレス直流モータにおける回転子の停止位置の検出
   方法
2. 【請求項２】各相の巻線の一端部が共通接続されている
   ３相巻線における各相の巻線の他端部に対して、両方向
   の電流が選択的に供給されることにより、所定の着磁パ
   ターンにより複数の磁極が形成されている回転自在な回
   転子が回転駆動される位置検知器を有しないブラシレス
   直流モータにおける回転子の停止位置の検出方法であっ
   て、３相巻線に対して電気角で180度の通電態様により
   通電が行なわれる場合の全種類の通電パターンの内の少
   なくとも１つの通電パターンにより、回転子の停止状態
   において３相巻線に通電して、前記した通電時に各相の
   巻線に個別に流れる電流によって各相の巻線毎の個別の
   磁路に通過する磁束と、回転子の磁極によって前記した
   各個別の磁路に通過する磁束とのベクトル和の磁束によ
   り各相の巻線に生じるインダクタンスの変化と対応し
   て、前記した３相巻線における共通接続端部に各相の巻
   線のインピーダンスの比として生じる電圧を測定し、前
   記したそれぞれ個別の通電パターンでの通電時に３相巻
   線における共通接続端部で個別に測定された電圧値を、
   ３相巻線における共通接続端部に定常時に現われる電源
   電圧の1/3の電圧値に近い測定電圧値を示す第１の測定
   電圧値群と、３相巻線における共通接続端部に定常時に
   現われる電源電圧の2/3の電圧値に近い測定電圧値を示
   す第２の測定電圧値群とに分けて、前記した各測定電圧
   値群毎にそれぞれ１つの通電パターンについての電圧測
   定を行ない、次いで各測定電圧群について行なわれる順
   次に異なる通電パターンでの通電時に測定された測定電
   圧値が、それ以前に得られた測定電圧値に対して予め定
   められた電圧値よりも大きな電圧値を有する場合には、
   その測定電圧値が得られた通電パターンによって回転子
   の磁極の位置と３相巻線との相対的な位置を検出するよ
   うにした位置検知器を有しないブラシレス直流モータに
   おける回転子の停止位置の検出方法
3. 【請求項３】各相の巻線の一端部が共通接続されている
   ３相巻線における各相の巻線の他端部に対して、両方向
   の電流が選択的に供給されることにより、所定の着磁パ
   ターンにより複数の磁極が形成されている回転自在な回
   転子が回転駆動される位置検知器を有しないブラシレス
   直流モータにおける回転子の停止位置の検出方法であっ
   て、３相巻線に対して電気角で180度の通電態様により
   通電が行なわれる場合の全種類の通電パターンの内の少
   なくとも１つの通電パターンにより、回転子の停止状態
   において３相巻線に通電させて、前記した通電時に各相
   の巻線に個別に流れる電流によって各相の巻線毎の個別
   の磁路に通過する磁束と、回転子の磁極によって前記し
   た各個別の磁路に通過する磁束とのベクトル和の磁束に
   より各相の巻線に生じるインダクタンスの変化と対応し
   て、前記した３相巻線における共通接続端部に各相の巻
   線のインピーダンスの比として生じる電圧を測定し、前
   記したそれぞれ個別の通電パターンでの通電時に３相巻
   線における共通接続端部で個別に測定された電圧値を、
   ３相巻線における共通接続端部に定常時に現われる電源
   電圧の1/3の電圧値に近い測定電圧値を示す第１の測定
   電圧値群と、３相巻線における共通接続端部に定常時に
   現われる電源電圧の2/3の電圧値に近い測定電圧値を示
   す第２の測定電圧値群とに分けて、前記した各測定電圧
   値群毎に順次に通電パターンについての電圧測定を行な
   い、各測定電圧群について行なわれる順次に異なる通電
   パターンでの通電時に測定された測定電圧値が、それぞ
   れの測定値群毎に３相巻線における共通接続端部に定常
   時に現われる定常時の電圧値と比較して予め定められた
   電圧値以上の差が得られる測定電圧が得られた場合に
   は、その測定電圧値が得られた通電パターンによって回
   転子の磁極の位置と３相巻線との相対的な位置を検出す
   るようにした位置検知器を有しないブラシレス直流モー
   タにおける回転子の停止位置の検出方法