JPH09294391A - センサレスブラシレスｄｃモータの速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサレスブラシレスＤＣモータの回転子
を、その回転停止時において磁極位置を検出するととも
に、回転後は、誘起電圧が利用できない極低速回転領域
でも、回転子をスムーズに回転するようにした。 【構成】 回転子３の磁極位置検出時、最初に２相通電
を行って磁極位置を検出した固定子巻線２ｕ，２ｖ，２
ｗの所定の通電相を記憶する手段と、回転子３の極低速
回転時に前記２相通電を行った所要の固定子巻線２ｕ，
２ｖ，２ｗにデューティ比５０％を越える高周波電圧を
印加し、非通電相に生じる電圧及びその電圧の振幅のピ
ーク値を検出する手段と、前記電圧の振幅のピーク値を
あらかじめデータテーブルに設定した所定の通電パター
ンの閾値算出用比率により演算処理して、各通電パター
ンの切換タイミング用の閾値を算出する手段と、前記閾
値と各通電パターンの電圧値とを比較して各通電パター
ンを所定の切換タイミングで切換える手段とを備え、回
転子３を誘起電圧が利用できない極低速回転領域で、前
記各通電パターンを所定の閾値で順次切換えて極低速回
転を可能としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子を永久磁石によ
り形成し、所要の固定子巻線に印加される電圧，電流の
位相を制御して所定の回転トルクを得るようにしたブラ
シレスＤＣモータの制御技術に係り、特に詳しくは、回
転子の磁極位置検出をホール素子等磁極位置検出用のセ
ンサを用いることなく、ブラシレスＤＣモータの停止時
における回転子の磁極位置推定を行い、ブラシレスＤＣ
モータの起動時の運転（回転制御）を良好に行うととも
に、回転子の起動後から誘起電圧等の磁極位置情報が得
られない極低速運転領域での制御を円滑に行うようにし
たセンサレスブラシレスＤＣモータの速度制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、インペラを低速回転
させて練製品を混練したり攪拌する混練機とか攪拌機、
あるいは、重量物を直線及び所定角度移動させたりする
際に使用するリニアアクチュエータ等の駆動源に用いる
センサレスブラシレスＤＣモータ（以下ＤＣモータとい
う）には、例えば図１４で示す制御装置（コントロー
ラ）Ａが必要となる。

【０００３】前記制御装置Ａは、ＤＣモータ１０１を駆
動する商用電源１０２を直流に変換する直流変換部１０
３と、前記直流変換部１０３の出力を更に交流に変換す
るインバータ回路１０４と、前記インバータ回路１０４
から供給される交流電源によってＤＣモータ１０１の固
定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗに発生する誘起
電圧を抵抗により分圧して検出することにより永久磁石
からなる回転子１０６の磁極位置を推定する磁極位置推
定回路１０７と、前記回転子１０６の磁極位置推定信号
によって固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗに供
給する電圧の切換えを行う駆動信号（ＰＷＭ信号）を出
力する制御手段１０８とを具備して構成され、この制御
手段１０８からの駆動信号により、インバータ回路１０
４のトランジスタを所定時間でオン・オフ制御させて所
定の固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗに電圧を
印加する。

【０００４】そして、前記制御装置Ａにおいては、制御
手段１０８がＤＣモータ１０１を起動する毎に各固定子
巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗのうち特定相に通電
を行い、回転子１０６の磁極位置を初期化し、以後同様
にして各相固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗの
特定相に順次通電を行って、駆動信号の周波数及び駆動
信号のデューティ比を順次増し、回転子１０６の回転数
を徐々に上昇させる。

【０００５】前記の結果、固定子巻線１０５ｕ，１０５
ｖ，１０５ｗに発生する誘起電圧が、回転子１０６の磁
極位置推定信号として十分に利用することができるよう
になったとき、磁極位置推定回路１０７から出力される
磁極位置推定信号によってＤＣモータ１０１の回転を制
御するように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記のＤＣモ
ータ１０１の制御装置Ａにおいては、回転子１０６の起
動時に同期運転を行い、この後同期運転から磁極位置推
定のための運転に移行するもので、これは、ＤＣモータ
１０１の各相固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０５ｗ
に発生する誘起電圧に基づいてＤＣモータ１０１の回転
子１０６の磁極位置を推定するに他ならない。即ち、永
久磁石の界磁による誘起電圧を用いて磁極位置の推定を
行うもので、ＤＣモータ１０１の停止時とか回転速度が
極めて低い領域では、各相の固定子巻線１０５ｕ，１０
５ｖ，１０５ｗに誘起電圧が発生しないか、発生しても
極めて小さいため、磁極位置推定回路１０７にて回転子
１０６の磁極位置推定を行うことが困難となり、この結
果、ＤＣモータ１０１の起動が円滑に行えなかったり、
あるいは、回転子１０６を所要のトルクで極低速回転さ
せて使用するということが困難であるという問題があっ
た。この結果、ＤＣモータ１０１は極低速回転領域での
駆動を必要とする機器への採用は、実質的に困難であっ
た。

【０００７】又、前記の問題点を解決するために、例え
ば、前記の界磁による誘起電圧を検出することなく、回
転子１０６の停止時における磁極位置推定の手段とし
て、例えば、突極形のＤＣモータを用いてそのインダク
タンスが位置の関数となることを利用して回転子の磁極
位置を推定する方法が提案されている。しかし、この場
合は、突極形のＤＣモータにしか適用することができ
ず、非突極形のＤＣモータには適用することができない
という問題があった。

【０００８】更に、突極形のＤＣモータは、非突極形の
ＤＣモータ１０１に比べて、永久磁石による界磁によっ
て回転子１０６と固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，１０
５ｗを巻装した固定子との鎖交磁束が小さく、非突極形
のＤＣモータ１０１と同じトルクを必要とする場合、Ｄ
Ｃモータ自体が大形化するという問題があった。しか
も、前記突極形のＤＣモータは、そのインダクタンスが
電気角で１回転の半分を１周期とする位置の関数である
ので、界磁の磁性判別が非常に難しい。従って、前記の
方法においては、各相固定子巻線１０５ｕ，１０５ｖ，
１０５ｗにあらかじめ大電流を流し磁気飽和を用いて極
性を判別する必要があるものの、この大電流を流すこと
によってＤＣモータに不要なトルクを発生させ、これに
よって騒音，振動等を生じさせるという問題もあった。

【０００９】このため、ＤＣモータとしてその内部に磁
極位置検出用のホール素子等の磁極位置検出手段を用い
れば、回転子の回転が低くても回転子の磁極位置が容易
に検出できるので、ＤＣモータはその起動時点から磁極
位置検出運転が行える。しかし、ＤＣモータとして内部
に磁極位置検出手段を設け、これを、例えば、高温，高
圧下の場所で使用する場合、ホール素子等の磁極位置検
出手段自体の耐久性（寿命）が問題になるばかりでな
く、磁極位置検出手段からの信号を制御装置に伝える信
号線や、その配線作業を必要とする等の問題があった。

【００１０】本発明は、前記の種々な問題点に鑑み、回
転子が停止状態にあっても確実に、かつ、安定した起動
を可能とするとともに、回転子の起動後は、その起動運
転から極低速運転への移行を誘起電圧に頼ることなく、
高トルクでスムーズに行うことができるようにしたセン
サレスブラシレスＤＣモータの速度制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】〔請求項１〕の発明は、
一対のトランジスタを用いて直列回路を３相分形成し、
これら各相の直列回路を、それぞれセンサレスブラシレ
スＤＣモータの３相固定子巻線の所要相にそれぞれ個別
に接続して構成したインバータ回路と、前記インバータ
回路の各直列回路に直流電力を印加する直流電源と、更
に、インバータ回路の一つの直列回路のトランジスタと
別の一つの直列回路のトランジスタとをオンさせて、デ
ューティ比５０％を越える高周波電圧を、回転子の停止
時における磁極位置推定時により判別した磁極位置推定
情報に対応した通電相の固定子巻線に印加して２相通電
を行う手段と、前記２相通電を行ったとき残存する非通
電相の固定子巻線に生ずる高周波電圧を検出する手段
と、前記検出された高周波電圧により回転子の停止時に
おける推定磁極位置を基準として回転子の極低速回転時
における２相通電の切換タイミングを演算処理して前記
２相通電を順次所定の通電パターンに従って切換える手
段を具備してなる制御手段とを備えて構成したことを特
徴とするセンサレスブラシレスＤＣモータの速度制御装
置である。

【００１２】〔請求項２〕の発明は、回転子の磁極位置
推定に際して最初に所定の通電パターンにより行われる
２相通電にて磁極位置推定を行うことにより判別した磁
極位置推定情報に対応する通電相を一時記憶する手段
と、前記２相通電を行うことにより判別した磁極位置推
定情報に対応した通電相の固定子巻線にデューティ比５
０％を越える高周波電圧を印加して非通電相に発生する
高周波電圧とその電圧の振幅のピーク値を検出する手段
と、前記電圧の振幅のピーク値に、事前に設定した各相
の通電パターン毎に所要の閾値算出用比率を乗算して各
通電パターンにおける切換タイミング用の閾値を演算処
理する手段と、更に、前記非通電相に発生する電圧と前
記通電パターンの切換タイミングの閾値とを比較して２
相通電を行う通電相の通電パターンを順次切換える手段
とによって制御手段を構成したことを特徴とする。

【００１３】〔請求項３〕の発明は、３相の固定子巻線
を巻装した固定子と、外表面の所定位置に非磁性体層を
形成した永久磁石からなる回転子との間を鎖交する磁束
によって渦電流を発生させるようにした手段と、前記渦
電流により固定子巻線のインピーダンスが変化して固定
子巻線の非通電相に回転子の磁極位置に応じて発生する
高周波電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出した各
高周波電圧を所定のタイミングで取込みこれを保持する
電圧値保持手段と、電圧値保持手段から出力する電圧値
を３相−２相変換してベクトル量のα成分とベクトル量
のβ成分とに変換する手段と、前記α成分とβ成分とに
より回転子の停止時における磁極位置を推定して演算処
理する磁極位置推定演算手段と、前記磁極位置推定演算
手段により推定された回転子の磁極位置推定情報にて駆
動制御されるインバータ回路と、前記回転子の停止時に
おける磁極位置の推定後更に前記インバータ回路を介し
て回転子の停止時に検出した磁極位置に対応した通電パ
ターンの通電相にデューティ比５０％を越える高周波電
圧を印加して所要の固定子巻線に２相通電を行う手段
と、前記２相通電を行ったとき残存する非通電相の固定
子巻線に前記渦電流により固定子巻線のインピーダンス
が変化することによって生ずる高周波電圧を検出する手
段と、前記検出した高周波電圧により回転子の停止時に
おける磁極位置推定情報に対応した通電パターンを基準
として回転子の極低速回転時における２相通電の切換タ
イミングを演算処理して前記２相通電を順次所定の通電
パターンに従って切換える手段とからなる制御手段とを
備えて構成したことを特徴とするセンサレスブラシレス
ＤＣモータの速度制御装置である。

【００１４】〔請求項４〕の発明は、前記回転子に設け
た非磁性体層を、永久磁石からなる回転子の外表面に、
この回転子のＮ極とＳ極とを区分する極間を中心として
回転子の正，逆回転方向にそれぞれ電気角８０〜１００
°の角度区間において、アルミニウム等の導電性非磁性
材料を用いて形成したことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は、前記のようにして構成したので、セ
ンサレスブラシレスＤＣモータの起動に際しては、これ
までの回転子を回転させることにより得られる誘起電圧
を利用して回転子の磁極位置を検出する場合と全く異な
り、３相の固定子巻線のうち、所要の２相の固定子巻線
に回転子を回転させない程度の例えば、デューティ比５
０％の高周波電圧を印加し、これにより非通電相の固定
子巻線端に発生する高周波電圧を演算処理して停止時に
おける回転子の磁極位置を推定する。

【００１６】前記のようにして、センサレスブラシレス
ＤＣモータの回転子が停止している状態で磁極位置の検
出を行ったら、次いで、回転子に回転力を与える程度の
例えば、デューティ比５０％を越える高周波電圧を、前
記回転子の磁極位置推定を行うことにより判別した磁極
位置推定情報に対応した通電相の固定子巻線に通電す
る。そして、前記２相通電時に通電を行わない残りの１
相の固定子巻線（非通電相）に発生する高周波電圧を検
出し、この高周波電圧から回転子の停止時に検出した磁
極位置推定情報に対応した通電パターンを基準として回
転子の極低速回転時における通電パターンの切換タイミ
ングを演算処理して算出し、この算出した切換タイミン
グの閾値をもとにして前記２相通電を所要の通電パター
ンに従って順次切換えることにより、誘起電圧が利用で
きない範囲でも回転子を回転可能とした。

【００１７】前記の結果、センサレスブラシレスＤＣモ
ータは誘起電圧が発生していないか、あるいは、発生し
ていても回転子の磁極位置推定を行うには極めて小さい
場合であっても、非磁性体層を設けたことにより発生す
るインピーダンスの変化を利用しているため、本発明は
良好に通電パターンの切換タイミングを検出することが
でき、回転子はその停止状態から安定した起動が可能で
あるとともに、起動後においては、その起動運転から極
低速運転への移行を、誘起電圧を必要とすることなく高
トルクで円滑に行うことができる。従って、センサレス
ブラシレスＤＣモータはその誘起電圧の利用ができない
極低速回転領域でも、スムーズに回転させることが可能
となり、この種のモータの用途を飛躍的に拡大させるこ
とができる。

【００１８】このように、本発明においては、センサレ
スブラシレスＤＣモータを使用する機器の負荷が大きく
ても、これを駆動するのに最適な位置で通電を行い、更
に、通電パターンの切換タイミングを検出して所定の通
電パターンを順次切換えることにより、センサレスブラ
シレスＤＣモータを起動して使用機器を駆動させること
ができるので、センサレスブラシレスＤＣモータの回転
子が、その起動時に逆回転したり、極低速回転領域での
回転が停止することなく、起動時から極低速運転への移
行を円滑に行い、この種のモータの極低速運転を良好に
継続させることができ至便である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし９によっ
て説明する。図１は本発明の実施例の全体的な構成を概
略的に示す構成図である。図１において、１はセンサレ
スブラシレスＤＣモータ（以下、単にブラシレスモータ
という）で、星形結線を行った３相の固定子巻線２ｕ，
２ｖ，２ｗを有する固定子（図示せず）及び永久磁石か
らなる回転子３によって構成されている。

【００２０】次にブラシレスモータ１の回転子３の構成
について説明する。本発明の実施例にて説明する回転子
３は、４極式においては２つの永久磁石（Ｎ極とＳ極）
が、互いに９０°の機械的な位置ずれをもって形成され
ており、かつ、回転子３の外表面（外周面）には、図２
のように、回転子３自体のＮ極とＳ極との極間からその
正，逆回転方向に向って所定の角度区間（例えば、電気
角８０〜１００°の範囲）にまたがって、例えば、アル
ミニウムとか銅箔等薄葉の導電性非磁性材料を、接着剤
等を用いて貼着する等して非磁性体層６が形成されてい
る。

【００２１】つづいて、図１に示す４は直流電源、５は
インバータ回路を示し、スイッチング素子として６個の
トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ を、それぞれ２個づつ直流電源
４に直列接続した直列回路を３相分設けて構成したもの
で、Ｕ相はトランジスタＱ₁とＱ₂ 、Ｖ相はトランジス
タＱ₃ とＱ₄ 、Ｗ相はトランジスタＱ₅ とＱ₆ が設けら
れている。前記各相のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ には、逆
起電力回生用のダイオードＤ₁ 〜Ｄ₆ が並列接続されて
いる。そして、前記トランジスタＱ₁ ，Ｑ₃ ，Ｑ₅ は上
アーム側に、Ｑ₂ ，Ｑ₄ ，Ｑ₆ は下アーム側にそれぞれ
配置されている。

【００２２】又、前記インバータ回路５のトランジスタ
Ｑ₁ ，Ｑ₂ の相互接続点にＵ相の固定子巻線２ｕの非結
線端が、トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ の相互接続点にはＶ相
の固定子巻線２ｖの非結線端が、更に、トランジスタＱ
₅ ，Ｑ₆ の相互接続点にＷ相の固定子巻線２ｗの非結線
端がそれぞれ接続されている。そして、前記トランジス
タＱ₁ 〜Ｑ₆ を適時オン，オフ信号により駆動させて、
直流電力を３相交流電力に変換し、これを星形結線した
固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの各相に所定のデューティ
比で供給してブラシレスモータ１を駆動させる。

【００２３】次に８ａ〜８ｃは、インバータ回路５の下
アーム側に配設した各相のトランジスタＱ₂ ，Ｑ₄ ，Ｑ
₆ と並列接続したダイオードＤ₂ ，Ｄ₄ ，Ｄ₆ のそれぞ
れの両端に、該ダイオードＤ₂ ，Ｄ₄ ，Ｄ₆ と並列接続
した一対の分圧形の抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆ からなる電圧検出回
路で、第１の電圧検出回路８ａは、トランジスタＱ₁，
Ｑ₂ をオフし、トランジスタＱ₃ ，Ｑ₆ とＱ₄ ，Ｑ₅ と
を交互に適時オン・オフを繰り返したときには、ブラシ
レスモータ１の固定子巻線２ｕの端（トランジスタＱ₁
とＱ₂ との接続点）に発生する高周波電圧Ｖｖｗを分圧
抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂により分圧処理した電圧値Ｖｖｗ₀ を検
出する。

【００２４】又、第２の電圧検出回路８ｂはトランジス
タＱ₃ ，Ｑ₄ をオフし、トランジスタＱ₁ ，Ｑ₆ と
Ｑ₂ ，Ｑ₅ とを交互に適時オン・オフを繰り返したとき
には、固定子巻線２ｖの端（トランジスタＱ₃ とＱ₄ と
の接続点）に発生する高周波電圧Ｖｗｕを分圧抵抗
Ｒ₃ ，Ｒ₄ により分圧処理した電圧値Ｖｗｕ₀ を検出す
る。更に、第３の電圧検出回路８ｃはトランジスタ
Ｑ₅ ，Ｑ₆ をオフし、トランジスタＱ₁ ，Ｑ₄ とＱ₂ ，
Ｑ₃ とを交互にオン・オフを繰り返したときには、固定
子巻線２ｗの端（トランジスタＱ₅ とＱ₆ との接続点）
に発生する高周波電圧Ｖｕｖを分圧抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ によ
り分圧処理した電圧値Ｖｕｖ₀ を検出する。

【００２５】そして、前記インバータ回路５の各相の固
定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの接続端と接続する部位にお
いて発生する高周波電圧は、それぞれ第１〜第３の電圧
検出回路８ａ〜８ｃに配設した分圧形の抵抗Ｒ₁ 〜Ｒ₆
により分圧処理されて、後述する制御装置９に送出され
る。前記高周波電圧Ｖｖｗ，Ｖｗｕ，Ｖｕｖを分圧形の
抵抗によって分圧処理するのは、高周波電圧の電圧値Ｖ
ｖｗ，Ｖｗｕ，Ｖｕｖが制御装置９を機能させる電圧よ
り相当高い電圧となっているため、これを是正して制御
装置９を機能させやすくするためである。

【００２６】次に前記した制御装置９の構成を図８によ
り説明する。図８において、制御装置９は大別すると、
前記電圧検出回路８ａ〜８ｃにより検出された高周波電
圧Ｖｖｗ₀ ，Ｖｗｕ₀ ，Ｖｕｖ₀ を、必要に応じて保持
する電圧値保持手段１０と、前記保持された電圧をもと
にしてブラシレスモータ１の停止時に回転子３の磁極位
置を演算処理して推定された回転子３の磁極位置検出
と、回転子３の起動後前記電圧値保持手段１０に一時的
に保持される電圧値を用いてこれを演算処理して、ブラ
シレスモータ１の極低速回転領域における回転子３の通
電パターン切換タイミングの検出を順次行うための制御
手段１５とを備えて構成されている。

【００２７】そして、前記電圧値保持手段１０は、図８
で示すように、入力切換部１１と、ピークホールド部１
２と、出力切換部１３と、タイミング調整部１４とによ
って概略構成されている。入力切換部１１は第１〜第３
の電圧検出回路８ａ〜８ｃによって分圧処理された高周
波電圧Ｖｖｗ₀ ，Ｖｗｕ₀ ，Ｖｕｖ₀ をタイミング調整
部１４からの切換信号に基づき順次取込みピークホール
ド部１２に送出する。ピークホールド部１２は入力され
た高周波電圧より磁極位置検知時及び極低速運転時に必
要なデータＶθ及びＶｒ（Ｖθ：ｕ−ｖ，ｖ−ｗ，ｗ−
ｕの各通電パターンに従って通電されているときの非通
電相における電圧のピーク値、Ｖｒ：ｕ−ｖ，ｕ−ｗ，
ｖ−ｗ，ｖ−ｕ，ｗ−ｕ，ｗ−ｖの各通電パターンに従
って通電されているときの非通電相における電圧の振幅
値）を一定時間保持した後、前記ピーク値Ｖθ及び振幅
値Ｖｒに相当する電圧値をタイミング調整部１４から出
力される切換信号によって出力切換部１３に出力する。

【００２８】前記ピークホールド部１２から所定の電圧
値が出力切換部１３に出力されたあと、タイミング調整
部１４からピークホールド部１２に後述する制御手段か
らのリセット信号が出力されて、これまで保持していた
電圧のピーク値と振幅値の保持を解除する。又、前記入
力，出力の各切換部１１，１３とピークホールド部１２
の動作を調整するタイミング調整部１４は、図８で示す
ように、制御手段（マイクロコンピュータ）１５のセッ
ト信号出力部１６から必要に応じて出力される切換信号
によって動作する。

【００２９】つづいて、前記制御手段１５の構成を図８
によって説明する。この制御手段（マイクロコンピュー
タ）１５は大別すると、電圧値保持手段１０から出力さ
れる電圧値Ｖθ，Ｖｒをアナログ信号からデジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換部１７と、ブラシレスモータ１の
停止時における回転子３の磁極位置を推定して演算処理
を行う第１の演算処理部１８と、回転子３が極低速領域
で回転しているときに通電パターンの切換タイミングを
演算処理する第２の演算処理部１９と、回転子３の磁極
位置データを転送する出力データ転送部２０と、前記出
力データに従って、パワートランジスタ制御信号をパワ
ートランジスタ駆動回路２１に送出する出力部２２とに
よって概略構成されている。

【００３０】次に前記制御手段１５のなかで最初に第１
の演算処理部１８の構成について説明する。この演算処
理部１８は電圧値保持手段１０から前記Ａ／Ｄ変換部１
７にてデジタル信号に変換されたデータ（回転子３の停
止時における磁極位置検出用の電圧値Ｖθ）を処理する
３相−２相変換演算処理部２３と、前記２相信号に基づ
いて、ブラシレスモータ１の停止時における回転子３の
磁極位置を推定演算処理する磁極位置推定演算処理部２
４と、前記磁極位置推定演算処理部２４において推定演
算された回転子３の磁極位置に対応した通電相の通電パ
ターンを判別する通電パターン判別部２５とからなり、
しかも、次に示す機能を果すための処理手段（プログラ
ム）があらかじめ設定されている。即ち、

【００３１】（１） 回転子３の停止時に磁極位置を推
定するときは、回転子３が回転しない程度の例えば、デ
ューティ比５０％の高周波電圧を、インバータ回路５か
らあらかじめ設定した通電パターン（ｖ−ｗ，ｗ−ｕ，
ｕ−ｖ通電）に従って、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに
印加させる指令信号を出力するための手段と、（２）
回転子３の停止時における磁極位置推定を完了したとき
は、デューティ比５０％の高周波電圧の印加を停止さ
せ、かつ、３相−２相変換演算処理部２３と、回転子３
の磁極位置推定演算処理部２４との機能を停止させる手
段と、（３） 回転子３の停止時における磁極位置を推
定するときに切換信号出力部１６に、必要に応じて切換
信号を出力するための手段である。

【００３２】次に第１の演算処理部１８に設けた３相−
２相変換演算処理部２３は、３相分の電圧値Ｖｕｖ₁ ，
Ｖｖｗ₁ ，Ｖｗｕ₁ からなる電圧値Ｖθを２相の信号に
変換するもので、前記電圧値を

【数１】 の（１）式，（２）式によって演算処理し、Ｌ字形の固
定子座標（α−β軸）の信号に変換する。

【００３３】

【数１】

【００３４】そして、前記固定子座標（α−β軸）は例
えば、２極のブラシレスＤＣモータの場合、図３で示す
ように、固定子に対してα軸及びβ軸を配置する。前記
電圧値保持手段１０から出力される電圧値Ｖｕｖ₁ は図
６で示すように、電気角の１回転を１周期とし、正弦波
状に変化する位置θの関数となり、

【数１】の（３）式で表すことができる。同様にして、
Ｖｖｗ₁ ，Ｖｗｕ₁ はブラシレスＤＣモータの相の対称
性を理由として、Ｖｕｖ₁ からそれぞれ１２０°，２４
０°位相のずれた関数となり、

【数１】のそれぞれ（４）式，（５）式で表すことがで
きる。

【００３５】従って、

【数１】の（１）式，（２）式を演算処理した結果、前
記ｖαは（３／２）Ａｃｏｓθとなり、ｖβは（３／
２）Ａｓｉｎθとなり、ｖα，ｖβはブラシレスモータ
１の磁極位置情報を有することになる。なお、前記Ａは
図６に示すように、非通電相における検出電圧（高周波
電圧）を電圧値保持手段１０で変換した値の振幅の最大
値を示し、Ｂはその電圧値の中に含まれている直流分を
示す。

【００３６】次に、回転子３の磁極位置推定演算処理部
２４について説明する。この磁極位置推定演算処理部２
４に前記３相−２相変換演算処理部２３から入力される
電圧情報（２相の信号）ｖα_, ｖβは、回転子３の磁極
位置情報を有しており、この電圧情報ｖα_, ｖβを利用
して次の

【数２】 に示す式を用いて磁極位置θを算出する。例えば、図４
に示す回転子の磁極Ｎの位置θを求める場合は、前記電
圧情報ｖαとｖβとの比が１対１であれば、磁極位置θ
は容易に算出することができる。

【００３７】

【数２】

【００３８】前記

【数２】により、図４に示すように、ｖαとｖβの比が
１対１であるときの回転子の磁極Ｎの位置θは、α軸か
ら時計方向に４５°回動した位置に存在することとな
る。

【００３９】前記の

【数２】をベースとし、かつ、電圧情報ｖα，ｖβを利
用することにより、回転子３の推定された磁極位置を算
出するための一般式は

【数３】 によって求めることができる。なお、

【数３】で示す一般式は２極のブラシレスＤＣモータに
応用した場合である。

【００４０】

【数３】

【００４１】前記

【数３】では２極のブラシレスモータに応用した例で説
明したが、本実施例で用いる４極のブラシレスモータ１
の場合、機械角度が回転子３の１回転あたり３６０°と
なるため、電気角度は１回転あたり３６０°×極数／２
となる。従って、４極のブラシレスモータ１の電気角度
は、３６０°×４／２＝７２０°となる。この結果、４
極のブラシレスモータ１の場合、機械角度θｒｍ＝電気
角度θ／２であり、θ＝９０°のとき、θｒｍ＝９０°
／２＝４５°となる。以後θｒｅ＝電気角度とする。そ
して、磁極位置推定演算処理部２４から出力されるブラ
シレスモータ１の停止時における回転子３の推定された
磁極位置を示す情報（回転子３の電気角を示す信号）θ
ｒｅは、通電パターン判別部２５に出力されて、通電パ
ターンを判別した後、出力データ転送部２０に出力さ
れ、そこでパワートランジスタの制御信号に変換され、
前記制御手段１５の出力部２２を介してパワートランジ
スタ駆動回路２１に送出される。

【００４２】なお、前記磁極位置推定演算処理部２４か
ら出力される回転子３の磁極位置推定情報θｒｅは、通
電パターン判別部２５に出力されて通電パターンを判別
し、この判別された回転子３の磁極位置θｒｅに対応し
た通電パターンは、制御手段１５に具備した通電パター
ン保管部２５ａに送出されて一時保管（記憶）されてい
る。

【００４３】つづいて、制御手段１５において第２の演
算処理部１９の構成について説明する。第２の演算処理
部１９は大別すると、図８において電圧値保持手段１０
から各通電パターン（ｕ−ｖ，ｕ−ｗ，ｖ−ｗ，ｖ−
ｕ，ｗ−ｕ，ｗ−ｖ）に従ってＡ／Ｄ変換部１７を経て
入力された回転子３の極低速運転時における非通電相の
電圧値Ｖｒのピーク値を検出するためのピーク値検出部
２６と、各通電パターン毎にその電圧値のピーク値と各
通電パターン毎にあらかじめ設定した閾値算出比率（図
１０のデータテーブル参照）を乗算して通電パターン切
換用の閾値（基準電圧）を演算処理する通電パターン切
換用の閾値演算処理部２７と、ピーク値検出部２６から
出力される各通電パターンの電圧値Ｖｒｐ（これらの電
圧値は回転子３の回転により変化する）と、前記閾値演
算処理部２７で算出した閾値（基準電圧）とを比較し、
各通電パターンの電圧値Ｖｒｐが閾値を上回っている間
は、その通電パターンを維持する指令信号を出力データ
転送部２０に出力するデータ比較部２８とを具備してい
るとともに、次に示す機能を果すため処理手段（プログ
ラム）があらかじめ設定されている。即ち、

【００４４】（１） 通電パターンの電圧値が閾値を下
回るような場合、前記データ比較部２８からの通電パタ
ーンの切換信号に基づいて、通電パターンの切換を行う
手段と、（２） 回転子３の極低速領域回転時にセット
信号出力部１６から必要に応じて切換信号を出力するた
めの手段（この場合、第１の演算処理部１８からは、切
換信号の送出指令は出力されていない）と、（３） 回
転子３の停止時における磁極位置の推定後、回転子３を
極低速回転の領域で回転させるために必要な例えば、デ
ューティ比５０％を越える高周波電圧を、インバータ回
路５から前記磁極位置に対応する通電相の所定の２相の
固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗのいづれか２つの固定子巻
線に印加させる指令信号を出力するための手段である。

【００４５】なお、図８において、２９は各通電パター
ン（６種類）の閾値を算出するための閾値算出用比率ア
〜カ（図１０参照）があらかじめ記憶設定されている閾
値算出用データ保管部であり、又、３０は各通電パター
ンの閾値を一時保管する閾値データ保管部である。

【００４６】次に、前記第２の演算処理部１９に設けた
ピーク値検出部２６は、各通電パターン（ｕ−ｖ，ｕ−
ｗ，ｖ−ｗ，ｖ−ｕ，ｗ−ｕ，ｗ−ｖ）に従って入力さ
れた電圧値Ｖｒのピーク値を検出（図９参照）し、前記
検出したピーク値に相当する電圧Ｐ₁ を閾値演算処理部
２７とデータ比較部２８とにそれぞれ送出する。そし
て、前記ピーク値の電圧Ｐ₁ は閾値演算処理部２７にお
いて、閾値算出用データ保管部２９から読み出したその
通電パターンの閾値算出用比率アと乗算して、例えば、
ｕ−ｖ通電時における次の通電パターン切換用の閾値
（基準電圧）を算出する。前記算出した閾値は閾値デー
タ保管部３０に一時保管した状態でデータ比較部２８に
送出し、前記閾値とピーク値検出部２６から送出される
回転子３の回転によって変化する電圧値Ｖｒｐとを比較
し、前記比較した値が、電圧値Ｖｒｐ＞閾値の場合は、
回転子３のｕ−ｖ通電を続行する情報として出力データ
転送部２０に出力され、出力部２２を介してパワートラ
ンジスタ駆動回路２１に送出される。

【００４７】前記データ比較部２８において、閾値とピ
ーク値検出部２６から送出される電圧値Ｖｒｐとが、電
圧値Ｖｒｐ≦閾値の場合、即ち、前記電圧値Ｖｒｐが図
９に示す通電パターンの切換タイミングＣ₁ に達する
と、データ比較部２８から出力される切換信号に基づい
て、通電パターンを前記ｕ−ｖ通電から次のｕ−ｗ通電
に切換える。この場合、回転子３の回転に伴う固定子巻
線のインピーダンスの変化及び通電パターンの閾値算出
用比率イと比率ア（図１０のデータテーブル参照）が異
なること等によって、図８に示されるピーク値検出部２
６によって検出される非通電相（Ｖ相の固定子巻線２
ｖ）に発生する電圧のピーク値の電圧や閾値（基準電
圧）が、前記ｕ−ｖ通電時と異なることはいうまでもな
い。

【００４８】次に、本発明の動作について説明する。最
初に、制御手段１５の第１の演算処理部１８からの指令
により直流電源４からインバータ回路５を介してブラシ
レスモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに、回転子
３が回転しない程度の例えば、デューティ比５０％の高
周波電圧を印加して、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電，ｕ−ｖ
通電をそれぞれ行うと、ブラシレスモータ１の起動を停
止している回転子３の外表面の所定位置にあらかじめ形
成されている非磁性体層６の部位で、前記高周波電圧の
印加にともない、回転子３と図示しない固定子との間で
鎖交する磁束によって渦電流が流れ、前記回転子３の位
置によって、各相固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗのインピ
ーダンスが微妙に変化する。このインピーダンスが変化
することについては、本件出願人が平成７年１２月６日
付で出願した特願平７−３４５３１３号の明細書に詳細
に記載されているので、概略的な説明にとどめる。（図
１１のＳ３１〜Ｓ３５参照）。

【００４９】前記所定の通電パターンに従ってｖ−ｗ通
電、ｗ−ｕ通電，ｕ−ｖ通電を行うと、各固定子巻線２
ｕ，２ｖ，２ｗの各非通電相の接続端（インバータ回路
５のトランジスタＱ₁ とＱ₂ の接続点（Ｕ相）、Ｑ₃ と
Ｑ₄ の接続点（Ｖ相）、Ｑ₅とＱ₆ との接続点（Ｗ
相））に、それぞれ高周波電圧Ｖｖｗ，Ｖｗｕ，Ｖｕｖ
が発生する。これら高周波電圧はそれぞれ第１〜第３の
電圧検出回路８ａ〜８ｃにより分圧処理されて検出され
る。前記電圧検出回路８ａ〜８ｃにて高周波電圧Ｖｖｗ
₀ ，Ｖｗｕ₀ ，Ｖｕｖ₀ を検出している時点では、ブラ
シレスモータ１に回転子３を起動させるだけの交流電力
が供給されていないので、回転子３は停止状態を維持し
ている。

【００５０】前記第１〜第３の電圧検出回路８ａ〜８ｃ
で検出した高周波電圧の電圧値Ｖｖｗ₀ ，Ｖｗｕ₀ ，Ｖ
ｕｖ₀ は、そのまま制御装置９の電圧値保持手段１０に
送出され、前記電圧値保持手段１０に設けたピークホー
ルド部１２にて、磁極位置検知時に必要なデータＶθに
処理し、制御手段１５に送出する（図１１のＳ３６〜Ｓ
３８参照）。

【００５１】ここで、前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
にｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電，ｕ−ｖ通電をそれぞれ行う
ことによって、回転子３の非磁性体層６の位置で渦電流
が流れる現象について説明する。前記非磁性体層６は本
実施例の場合、回転子３の表面に図２で示すように、回
転子３のＮ極とＳ極との極間を中心として、その正回転
方向と逆回転方向に向って同じ角度区間（例えば、電気
角８０〜１００°の範囲）で、アルミニウムとか銅等薄
葉の導電性非磁性部材を用いて非磁性体層６が形成され
ている。

【００５２】前記非磁性体層６を回転子３の前記所定位
置に形成して、例えば、固定子巻線２ｕ，２ｖに高周波
電圧を印加してｕ−ｖ通電を行うと、非通電相固定子巻
線２ｗにおいて検出される高周波電圧の電圧値Ｖｕｖ
は、図５，６で示すように、非磁性体層６を設けていな
い回転子３（図５）と、非磁性体層６を形成した回転子
３（図６）とでは、回転子３の各磁極位置における検出
電圧値に大きな差があることが判る。

【００５３】非磁性体層６を有する回転子３では、非磁
性体層６に鎖交する磁束によって生ずる渦電流によって
固定子巻線のインダクタンスが変化し、非通電相の検出
電圧は、磁極位置に従って大きく変化する。

【００５４】一方、非磁性体層６を有しない回転子３で
は、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの各相の端子間に方形
波を所定の通電パターン（ｖ−ｗ，ｗ−ｕ，ｕ−ｖ）に
従い通電し、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの各非通電相
の検出電圧を測定すると、図５のように、検出電圧の変
化は非常に小さく、インダクタンスの変化がわずかでは
あるが存在する。そして、図５で示されるインダクタン
スの変化（結果的にインピーダンスが変化する）は、重
ね合せの理により、図６で示される非磁性体層６を設け
た場合の検出電圧値に大きな影響を与える。この結果、
非磁性体層６を設けた場合の検出電圧は、図６で示され
るように、磁極位置に従って正弦波状に変化する。

【００５５】前記電圧値保持手段１０を経て制御手段１
５に入力された３相の信号Ｖθは、Ａ／Ｄ変換部１７に
よりデジタル信号に変換されて第１の演算処理部１８内
の３相−２相変換演算処理部２３に送出され、２相の信
号ｖα，ｖβに演算処理する。つづいて前記２相の信号
ｖα，ｖβを用いて磁極位置推定演算処理部２４によ
り、回転子３の停止時に磁極位置推定情報θｒｅを演算
処理して算出し、この磁極位置推定情報θｒｅは、通電
パターン判別部２５に出力されて、通電パターンを判別
した後データ転送部２０に出力され、そこでパワートラ
ンジスタ制御信号に変換され、出力部２２を介してパワ
ートランジスタ駆動回路２１に出力される。なお、通電
パターン判別部２５においては、あらかじめ設定してあ
るデータに前記磁極位置推定情報θｒｅの電気角度を対
比させる等して通電パターン（通電相）を判別し、これ
を通電パターン保管部２５ａに一時保管する（図１１の
Ｓ３９〜Ｓ４１参照）。

【００５６】前記回転子３の停止時における磁極位置推
定情報θｒｅを、電圧情報ｖα，ｖβを基にして求める
場合は、例えば、図７で示すように、ステップＳ１０で
回転子３の磁極位置推定演算処理部２４に電圧情報ｖ
α，ｖβを入力すると、

【数３】の（３）式で示すｖα＝０，ｖβ＞０の場合
は、ステップＳ１１〜１３に移行し、θｒｅは９０°で
ある。ステップＳ１２で否の場合は

【数３】の（７）式で示すｖα＝０，ｖβ＜０と合致し
ステップＳ１４に移行し、θｒｅは２７０°となる。

【００５７】ステップＳ１１が否で、かつ、ステップＳ
１５，１６が要の場合はステップＳ１７に移行し、θｒ
ｅは

【数３】の（２）式によりｔａｎ^-1（ｖβ／ｖα）とな
る。ステップＳ１５で否のときはステップＳ１８に移行
し、ステップＳ１８が要の場合は、

【数３】の（４）式で示すｖα＜０，ｖβ＞０と合致
し、ステップＳ１９に移行し、θｒｅは１８０°＋ｔａ
ｎ^-1（ｖβ／ｖα）となる。又、ステップＳ１５が要
で、かつ、ステップＳ１６が否のときはステップＳ２０
に移行し、ステップＳ２０が要の場合は、

【数３】の（１）式で示すｖα＞０，ｖβ＝０と合致
し、ステップＳ２１に移行しθｒｅは０°となる。

【００５８】ステップＳ２０が否の場合はステップＳ２
２に移行し、

【数３】の（８）式で示すｖα＞０，ｖβ＜０と合致
し、θｒｅは３６０°＋ｔａｎ^-1（ｖβ／ｖα）とな
る。更に、ステップＳ１８で否、ステップＳ２３で要の
場合は、

【数３】の（５）式で示すｖα＜０，ｖβ＝０と合致
し、ステップＳ２４に移行してθｒｅは１８０°とな
る。前記ステップＳ２３で否の場合はステップＳ２５に
移行し、

【数３】の（６）式で示すｖα＜０，ｖβ＜０と合致す
るため、θｒｅは１８０°＋ｔａｎ^-1（ｖβ／ｖα）と
なる。なお、段落番号〔００５６〕〜〔００５８〕で記
載したθｒｅは、

【数３】の（１）〜（８）式で示すθに等しいものであ
る。

【００５９】前記のようにして、制御手段１５の磁極位
置推定演算処理部２４で演算処理して算出した回転子３
の停止時における磁極位置推定情報θｒｅは、通電パタ
ーン判別部２５→出力データ転送部２０→出力部２２→
パワートランジスタ駆動回路２１を経てインバータ回路
５に出力され、磁極位置推定情報θｒｅに基づいて通電
される固定子巻線と接続するトランジスタをオンさせ
る。又、通電パターン判別部２５では、この部位で磁極
位置推定情報θｒｅに基づく通電パターンを判別し、こ
の通電パターンは通電パターン保管部２５ａに一時保管
される。

【００６０】前記磁極位置の検出を終えると、第１の演
算処理部１８から前記３相−２相変換演算処理部２３と
磁極位置推定演算処理部２４の機能を停止させる指令信
号と、回転子３を誘起電圧が利用できない極低速回転領
域で回転させるために、デューティ比５０％を越える高
周波電圧を、磁極位置推定情報θｒｅに基づいて判別し
た所定の２相の通電相（例えば、ｕ−ｖ通電のパター
ン）に印加する指令信号が出力される。

【００６１】前記のように、回転子３の停止時において
磁極位置推定情報θｒｅの検出を終えると、前記磁極位
置推定情報θｒｅの通電パターンが、例えば、ｕ−ｖ通
電と判別された場合、このｕ−ｖ通電を行うインバータ
回路５の該当するトランジスタＱ₁ ，Ｑ₄ とＱ₂ ，Ｑ₃
を、制御手段１５の第１の演算処理部１８からの指令信
号により交互にオン・オフさせ、この通電パターン（ｕ
−ｖ）に該当する固定子巻線２ｕ，２ｖにデューティ比
５０％を越える高周波電圧を印加する。前記高周波電圧
の印加により、非通電相であるＷ相の固定子巻線２ｗの
端（トランジスタＱ₅ ，Ｑ₆ との接続点）に発生する高
周波電圧Ｖｕｖは、電圧検出回路８ｃの分圧抵抗Ｒ₅ ，
Ｒ₆ により分圧されて電圧値Ｖｕｖ₀ が検出される（図
１２のＳ５１〜Ｓ５４参照）。

【００６２】前記電圧値Ｖｕｖ₀ は図１，８で示すよう
に、電圧値保持手段１０に入力され、ピークホールド部
１２においてその電圧値Ｖｕｖ₀ の最大値と最低値との
差に基づく電圧値Ｖｒ（振幅値）に変換されて次の制御
手段１５のＡ／Ｄ変換部１７に出力される。Ａ／Ｄ変換
部１７では前記入力された電圧値をそのままデジタル信
号に変換し、ピーク値検出部２６に送出する。このピー
ク値検出部２６では、入力されたデジタル信号の電圧の
振幅のピーク値Ｐ₁ （図９参照）を検出し、これを閾値
演算処理部２７に送出するとともに、ピーク値検出部２
６に入力された電圧を電圧値Ｖｒｐとしてそのままデー
タ比較部２８にも送出する。そして、閾値演算処理部２
７では前記ピーク値の電圧Ｐ₁ と、あらかじめ、閾値算
出用データ保管部２９に設定されているｕ−ｖ通電を行
うときの閾値算出比率アとを乗算して前記ｕ−ｖ通電時
の切換タイミングＣ₁ の閾値（基準電圧）を演算する。
この閾値は一旦閾値データ保管部３０に保管されるとと
もに、前記ｕ−ｖ通電のパターンで固定子巻線２ｕ，２
ｖに２相通電が行われている間は、データ比較部２８に
送出される（図１２のＳ５５〜Ｓ５８参照）。

【００６３】データ比較部２８では、ピーク値検出部２
６から送出された非通電相（固定子巻線２ｗ）であるＷ
相で検出した電圧値と、前記閾値データ保管部３０から
送出された閾値とを比較し、前記電圧値が閾値を図９で
示すように上回っている間は、ｕ−ｖ通電のパターンに
従って固定子巻線２ｕ，２ｖに通電を続行する情報とし
て出力データ転送部２０に出力し、出力部２２を介して
パワートランジスタ駆動回路２１→インバータ回路５に
出力され、インバータ回路５を前記ｕ−ｖ通電が続行で
きるように駆動制御する（図１２のＳ５９参照）。

【００６４】前記データ比較部２８で、閾値とピーク値
検出部２６から入力される非通電相（Ｗ相）の電圧と
が、図９で示すように一致すると、通電パターン（ｕ−
ｖ）の切換えを行う。即ち、図９に示すＣ₁ の地点が切
換タイミングＣ₁ となって、前記ｕ−ｖ通電から次のｕ
−ｗ通電に切換えられる。この状態を例えば、図１３に
示す２極のブラシレスＤＣモータに用いる回転子３ａの
回転状況に対応して説明すると、例えば、非通電相の検
出電圧値がピーク値のときを回転子３ａの起動位置と仮
定すると、図１３で示すように、回転子３ａは例えば、
時計方向に順次回転動作をするに従って、前記検出電圧
値がピーク値を過ぎて電圧値が降下（小さくなる）す
る。

【００６５】そして、図１３において回転子３ａの回転
に伴い非通電相の電圧波形が順次小さくなるのは、非磁
性体６に渦電流が流れるため回転子３ａの回転によって
固定子巻線のインピーダンスが変化するためである。前
記ｕ−ｖ通電が図９で示すその切換タイミングＣ₁ の位
置に達すると、前記したように、第２の演算処理部１９
は、通電パターンを前記ｕ−ｖ通電から次のｕ−ｗ通電
に切換えるための信号を出力し、この信号はデータ転送
部２０→出力部２２→パワートランジスタ駆動回路２１
からインバータ回路５に出力される。又、閾値データ保
管部３０に一時保管していたｕ−ｖ通電時の閾値を消去
する（図１２のＳ６０参照）。

【００６６】この結果、前記ｕ−ｗ通電を行うための固
定子巻線２ｕ，２ｗに前記と同様にデューティ比５０％
を越える高周波電圧が印加され、回転子３の回転を続行
するものである。このｕ−ｗ通電により非通電相である
Ｖ相の固定子巻線２ｖの端に発生する高周波電圧Ｖｗｕ
は、電圧検出回路８ｂにより分圧処理されて電圧値Ｖｗ
ｕ₀ を検出する。この電圧値Ｖｗｕ₀ は前記ｕ−ｖ通電
時と同様に、電圧値保持手段１０→制御手段１５の第２
の演算処理部１９に電圧値Ｖｒ、即ち、Ｖｗｕ₁ として
送出され、ここで、ｕ−ｗ通電を行うための閾値を演算
処理し、このｕ−ｗ通電時における閾値と前記電圧値Ｖ
ｗｕ₁ とを比較し、ｕ−ｗ通電がその切換タイミングＣ
₂ の地点に達するまでｕ−ｗ通電のパターンを続行して
回転子３を継続回転させる。

【００６７】前記の通電パターンは図１０で示す順序で
行われる。即ち、極低速回転領域での回転に際し、回転
子３は最初の２相通電を行うパターンが、例えば、図１
０で示すｕ−ｖ通電である場合、通電パターンはｕ−ｖ
→ｕ−ｗ→ｖ−ｗ→ｖ−ｕ→ｗ−ｕ→ｗ−ｖの順序で行
われる。又、回転子３の停止時における磁極位置推定情
報θｒｅに相当する通電相が例えば、ｖ−ｗ通電のパタ
ーンでは、極低速時の通電パターンは前記ｖ−ｗ通電か
らスタートすることになる。更に、回転子３の回転方向
を設定する場合は、図１０において通電パターンをｕ−
ｖ→ｕ−ｗ→ｖ−ｗ→───を右回転とすれば、ｕ−ｖ
→ｗ−ｖ→ｗ−ｕの順序では左回転となる。これらは事
前に通電パターンの切換順序を設定することにより容易
に解決することができるものである（図１２のＳ６０参
照）。

【００６８】このように、本発明においては、ブラシレ
スモータの回転子３の停止時における磁極位置推定情報
θｒｅの検出から、回転子３を誘起電圧が利用できない
極低速回転領域においても、回転子３を円滑に回転させ
ることができる。しかも、磁極位置推定情報θｒｅの検
出から極低速回転への移行も何の支障もなく、円滑・良
好に行うことができる。これは、すべて２相通電時にお
いて、通電が行われていない非通電相に発生する高周波
電圧を磁極位置の検出から極低速回転に至るまで位置情
報としているからに他ならない。従って、本発明は、ホ
ール素子等の磁極位置検出手段や誘起電圧が得られない
回転領域である極低速領域においても、ブラシレスモー
タ１を所定の回転数で回転させることが可能となる。

【００６９】更に、図１２のＳ６１，６２において、回
転子３の回転数が規定の回転数に達したときは、必要に
応じてブラシレスモータ１の運転モード（図１２のＳ６
２参照）を切換えて、例えば一般に用いられる誘起電圧
を使用したブラシレスモータの駆動により回転子の回転
数を上昇させるようにしてもよい。この場合、誘起電圧
を検出する手段を本発明とは別に設ければ解決すること
ができる。又、回転子３の回転数が規定の回転数に達し
ないとき、例えば、回転子３に加わる負荷が大きいとき
は、所要の通電相に印加する高周波電圧のデューティ比
を任意に可変することにより、容易に回転子３を規定の
回転数で回転させることができることは勿論である。

【００７０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、回転子
の停止時においては、ホール素子等の磁極位置検出手段
がなくても回転子の磁極位置検出が行えるばかりか、誘
起電圧が発生していないか、あるいは、発生していても
回転子の磁極位置検出を行うには極めて小さい場合であ
っても、本発明は良好に通電パターンの切換タイミング
を検出することができるため、回転子の停止状態から安
定した起動が可能であるとともに、起動後においても、
その起動運転から極低速運転への移行を、誘起電圧を全
く必要とすることなく高トルクで、しかも、円滑に行う
ことができる。従って、センサレスブラシレスＤＣモー
タはその誘起電圧の利用ができない極低速回転の領域で
もスムーズに回転させることが可能となり、この種のモ
ータの用途を飛躍的に拡大させることができる。

【００７１】又、本発明は、回転子の停止時における磁
極位置の検出から、極低速回転時における通電パターン
の切換タイミングまでは、すべて２相通電時に通電され
ていない非通電相の固定子巻線に発生する高周波電圧を
演算処理して磁極位置検出情報及び通電パターンの切換
タイミングを設定するための切換タイミングの情報を生
成することができるように構成されているので、センサ
レスブラシレスＤＣモータを使用する機器の負荷が大き
くても、回転子の磁極位置を検出してこれを駆動するに
最適な位置で通電パターンを順次切換えることにより、
センサレスブラシレスＤＣモータを起動して使用機器を
駆動させることができるため、センサレスブラシレスＤ
Ｃモータの回転子が、その起動時に逆回転したり、極低
速回転領域での回転が停止することなく、起動時から極
低速運転への移行を円滑に行い、極低速運転を良好に継
続させることができ至便である。

【００７２】本発明は、センサレスブラシレスＤＣモー
タの回転子の停止時、前記回転子の外表面に形成した非
磁性体層により、固定子巻線に高周波電圧を印加したと
き、固定子から回転子へ磁束が鎖交して、前記非磁性体
層に渦電流が発生して、この渦電流の影響によって高周
波電圧値が変化する情報により、回転子の磁極位置を容
易に推定して検出できるように構成したので、センサレ
スブラシレスＤＣモータをその停止状態において、高ト
ルク、高効率で起動することができ、その極低速状態に
おいても、高トルク，高効率で運転することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサレスブラシレスＤＣモータの停
止時における回転子の磁極位置検出装置を概略的に示す
構成図である。

【図２】回転子に非磁性体層を形成する場合の説明図で
ある。

【図３】α軸，β軸を説明するための一例を示す説明図
である。

【図４】回転子の磁極Ｎの位置θを求める例を示す説明
図である。

【図５】回転子に非磁性体層を有しない場合の電圧特性
図である。

【図６】回転子に非磁性体層を形成した場合の電圧特性
図である。

【図７】回転子の推定位置情報の演算処理状態を示すフ
ローチャート図である。

【図８】制御装置の構成を概略的に示すブロック図であ
る。

【図９】高周波電圧のピーク値の変化と、通電パターン
の切換タイミングの関係を示す図である。

【図１０】極低速回転領域における通電パターン別閾値
算出比率を示す表である。

【図１１】回転子の停止時において磁極位置を検出する
場合のフローチャート図である。

【図１２】回転子が極低速回転する場合のフローチャー
ト図である。

【図１３】非通電相における検出電圧の波形と回転子の
位置関係を示す説明図である。

【図１４】従来のセンサレスブラシレスＤＣモータの速
度制御装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

２ｕ，２ｖ，２ｗ 固定子巻線 ３ 回転子 ５ インバータ回路 ６ 非磁性体層 ８ａ〜８ｃ 電圧検出回路 ９ 制御装置 １０ 電圧値保持手段 １５ 制御手段 １８ 第１の演算処理部 １９ 第２の演算処理部 θｒｅ 磁極位置推定情報

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２相通電時の非通電相で検出する高周波
   電圧の信号によりセンサレスブラシレスＤＣモータの回
   転子の磁極位置を推定し、かつ、前記検出信号により前
   記モータの回転子速度を制御するようにしたセンサレス
   ブラシレスＤＣモータの速度制御装置において、一対の
   トランジスタにより直列回路を３相分形成して各相毎に
   前記センサレスブラシレスＤＣモータの各相固定子巻線
   の所要相と個別に接続して構成したインバータ回路と、
   このインバータ回路の各直列回路に直流電力を印加する
   直流電源と、更に、前記インバータ回路の一つの直列回
   路のトランジスタと別の一つの直列回路のトランジスタ
   とをオンさせて、デューティ比５０％を越える高周波電
   圧を、回転子の停止時における磁極位置推定により判別
   した通電相の固定子巻線に印加して２相通電を行う手段
   と、前記２相通電時に残存する非通電相の固定子巻線に
   生ずる高周波電圧を検出する手段と、前記検出した高周
   波電圧により回転子の停止時における磁極位置推定情報
   に対応する通電相を基準として回転子の極低速回転時に
   おける２相通電の切換タイミングを演算処理して前記２
   相通電を順次所定の通電パターンに従って切換える手段
   とからなる制御手段とを備えて構成したことを特徴とす
   るセンサレスブラシレスＤＣモータの速度制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、回転子の磁極位置推定
   に際して最初に所定の通電パターンにより行われる２相
   通電にて磁極位置推定を行う事により判別した磁極位置
   推定情報に対応する通電相を一時記憶する手段と、前記
   磁極位置推定を行うことにより判別した磁極位置推定情
   報に対応した通電相の固定子巻線にデューティ比５０％
   を越える高周波電圧を印加して非通電相に発生する高周
   波電圧及びその電圧の振幅のピーク値を検出する手段
   と、前記電圧の振幅のピーク値に所定の通電パターンに
   従って事前に設定した閾値算出用比率を乗算して２相通
   電の切換タイミングの閾値を演算処理する手段と、前記
   非通電相に発生する電圧と前記閾値とを比較して２相通
   電を行う通電相の前記通電パターンを順次切換える手段
   とを具備して構成したことを特徴とする請求項１記載の
   センサレスブラシレスＤＣモータの速度制御装置。
3. 【請求項３】 ３相の固定子巻線を巻装した固定子と外
   表面の所定位置に非磁性体層を形成した永久磁石からな
   る回転子との間を鎖交する磁束によって渦電流を発生さ
   せる手段と、前記渦電流により固定子巻線のインピーダ
   ンスが変化することによって固定子巻線の非通電相に回
   転子の磁極位置に応じて発生する高周波電圧を検出する
   電圧検出手段と、前記検出した各高周波電圧を取込みこ
   れを保持する電圧値保持手段と、前記電圧値保持手段か
   ら出力する電圧値を３相−２相変換してベクトル量のα
   成分とベクトル量のβ成分とに変換する手段と、前記α
   成分とβ成分とにより回転子の停止時における磁極位置
   を推定して演算処理する回転子の磁極位置推定演算手段
   と、前記磁極位置推定演算手段により推定された回転子
   の磁極位置推定情報にて駆動制御されるインバータ回路
   と、前記回転子の停止時における磁極位置の検出後更に
   前記インバータ回路を介して回転子の停止時に推定した
   磁極位置に対応した通電パターンの通電相にデューティ
   比５０％を越える高周波電圧を印加して所要の固定子巻
   線に２相通電を行う手段と、前記２相通電を行ったとき
   残存する非通電相の固定子巻線に前記渦電流により固定
   子巻線のインピーダンスが変化することによって生ずる
   高周波電圧を検出する手段と、前記検出した高周波電圧
   により回転子の停止時における磁極位置推定情報に対応
   した通電パターンを基準として回転子の極低速回転時に
   おける２相通電の通電パターン切換タイミングを演算処
   理して前記２相通電を順次所定の通電パターンに従って
   切換える手段とからなる制御手段とを備えて構成したこ
   とを特徴とするセンサレスブラシレスＤＣモータの速度
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記回転子に形成した非磁性体層は、永
   久磁石からなる回転子の外表面に、この回転子のＮ極と
   Ｓ極とを区分する極間を中心として回転子の正，逆回転
   方向にそれぞれ電気角８０〜１００°の角度区間におい
   て、アルミニウム等の導電性非磁性材料にて構成したこ
   とを特徴とする請求項３記載のセンサレスブラシレスＤ
   Ｃモータの速度制御装置。