ブラシレスモータの駆動装置及び制御方法、ブラシレスファンモータの駆動装置及び制御方法
【課題】精度良くロータ停止位置を検出できるようにする。
【解決手段】ブラシレスモータのロータ停止位置を検出する際に、位置信号発生手段が、複数相の前記コイルに流す電流のあらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる。カウンタが、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始する。制御装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。
【解決手段】ブラシレスモータのロータ停止位置を検出する際に、位置信号発生手段が、複数相の前記コイルに流す電流のあらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる。カウンタが、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始する。制御装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの駆動装置及び制御方法、ブラシレスファンモータの駆動装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンルーム内に設けられた内燃機関のラジエータには、冷却効率を高めるラジエータファンが配設されている。このラジエータファンは、ブラシレスファンモータ（ブラシレスモータ）によって駆動される場合がある。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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４０９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、ロータ停止位置が精度よく検出できない場合が生じうるという問題がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、精度良くロータ停止位置を検出できるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、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、前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、前記電流の供給を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、を備え、前記制御装置は、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化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。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。
このブラシレスモータの駆動装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、前記カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、前記制御装置は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段を備えることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置は、電流比較手段が、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する。カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数する。制御装置の位置推定手段は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する。
【０００９】
請求項４に係る発明は、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制御方法であって、インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、を備え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。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。このブラシレスモータの制御方法は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
このブラシレスモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、カウンタのカウント値を初期化することにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電の開始が可能な状態に設定できる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設され、ラジエータファンの回転機構に使用され、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ファンモータの駆動装置であって、前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、前記電流の供給を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、を備え、前記制御装置は、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化することを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置とした。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、コイルに流す電流をオフした後、該コイルに流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスファンモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項８に係る発明は、請求項７に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項９に係る発明は、請求項７又は請求項８に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、前記カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、前記制御装置は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段を備えることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、電流比較手段が、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する。カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数する。制御装置の位置推定手段は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する。
請求項１０に係る発明は、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制御方法であって、インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、を備えることを特徴とするブラシレスファンモータの制御方法とした。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。このブラシレスファンモータの制御方法は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項１２に係る発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、カウンタのカウント値を初期化することにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電の開始が可能な状態に設定できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロータ停止位置を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】インバータ回路と、過電流検出回路の構成をさらに詳細に示す図である。
【図４】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。
【図５】定時間割り込み処理のフローチャートである。
【図６】通電パターンによって発生する磁束及びトルクを説明する図である。
【図７】ロータ停止位置の検出方法を説明するチャートである。
【図８】ロータ停止位置に応じて２相通電あせた場合の発生トルクを示す図である。
【図９】ロータ停止位置Ｐ６における２相通電パターンとインダクタンス及び発生トルクの関係を示す図である。
【図１０】ロータ停止位置と通電時間の関係を説明する図である。
【図１１】停止位置検出処理のフローチャートである。
【図１２】停止位置検出サブルーチンＡのフローチャートである。
【図１３】停止位置検出サブルーチンＢのフローチャートである。
【図１４】停止位置検出サブルーチンＢのフローチャートである。
【図１５】始動励磁処理のフローチャートである。
【図１６】フリーラン処理のフローチャートである。
【図１７】ブレーキ停止処理のフローチャートである。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】Ｕ相の励磁タイミングを示す図である。
【図２５】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２６】図４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２７】図４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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
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。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。
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Ｕ，Ｖ，Ｗが周方向に順番に巻装されている。
【００１４】
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Ｕ，Ｖ，Ｗのモータ端子の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、通電切り換え用のスイッチング素子を備える駆動回路であるインバータ回路１３とを有し、制御装置１１とインバータ回路１３の間に、プリドライバ（Ｈｉ側プリドライバ３７Ａ、Ｌｏ側プリドライバ３７Ｂ）と、過電流検出手段３８と、過電流保護手段３９とが設けられている。
【００１５】
図２に示すように、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２は、３相Ｕ，Ｖ，Ｗ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Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２）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Ｒ１１及びキャバシタＣ１１）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回路（１次のＣＲフィルタ）１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとを有する。
【００１６】
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を経て分離手段２１に入力される。
【００１７】
図３に示すように、インバータ回路１３は、６個のスイッチング素子４０ＵＨ，４０ＵＬ，４０ＶＨ，４０ＶＬ，４０ＷＨ，４０ＷＬ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Ｕ，Ｖ，Ｗに印加する。各スイッチング素子４０ＵＨ〜４０ＷＬは、ＦＥＴ（Field effect transistor）と還流ダイオードを並列に接続した構成になっている。
【００１８】
インバータ回路１３とグランドレベルの間には、電流測定手段であるシャント抵抗１３Ａが設けられている。シャント抵抗１３Ａを用いることで、インバータ回路１３に流れる電流、つまりブラシレスモータ１に入力される電流が過電流検出手段３８を用いて検出できる。
【００１９】
過電流検出手段３８は、コンパレータを有する電流比較手段である。コンパレータのプラス側の入力端子には基準電圧が入力され、マイナス側の端子にはシャント抵抗１３Ａの電圧が入力されるようになっている。すなわち、シャント抵抗１３Ａを電流が流れることで発生する電圧が基準電位に達すると、過電流検出手段３８から信号（過電流検出信号）が出力される。過電流検出手段３８の出力は、制御装置１１の立ち下がりエッジ検出用のポートを介してソフトウェア的な手段である過電流保護手段３２に接続されると共に、ハードウェア的な手段である過電流保護手段３９に接続されている。
過電流保護手段３９は、過電流検出信号が入力されるとダイオードに電流が流れ、ＰＷＭデューティ決定手段２８からの出力信号がＨｉ側プリドライバ３７Ａに入力されないように構成されている。
【００２０】
制御装置１１は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリなどから構成され、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、回転方向検出ロジック選択手段２４と、モード選択手段４０と、通電パターン決定手段２６と、励磁信号出力手段２７と、ＰＷＭデューティ決定手段２８と、過電流保護手段３２と、電流印加時間計測手段２９と、電流印加時間比較手段３０と、ロータ位置推定手段３１と、過電流フラグセット手段４１を備える。
通電パターン決定手段２６は、停止位置検出モード２６Ａと、始動励磁モード２６Ｂと、フリーラン制御モード２６Ｃと、定常励磁モード２６Ｄと、ブレーキ停止モード２６Ｅと、停止モード２６Ｆを備えている。
【００２１】
回転方向検出ロジック選択手段２４は、外部からの回転方向信号に応じて、分離手段２１で使用するロジックを決定し、分離手段２１に出力する。分離手段２１は、選択された回転方向検出ロジックを用いて、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し、モード選択手段４０に出力する。モード選択手段４０は、励磁切り替えタイミング演算手段２２から励磁切り替えタイミング信号が入力されるか否かにより回転方向を判定し、通電パターン決定手段２６のモードを選択する。励磁切り替えタイミング信号が入力されている場合には、定常励磁モード２６Ｄとする。同様に、励磁切り替えタイミング信号が入力されない場合にはブラシレスモータ１が逆転しているとみなして、ブレーキ停止モード２６Ｅとし、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励磁信号出力手段２７に出力する。
【００２２】
通電パターン決定手段２６は、停止位置検出モード２６Ａと、始動励磁モード２６Ｂと、フリーラン制御モード２６Ｃと、定常励磁モード２６Ｄと、ブレーキ停止モード２６Ｅと、停止モード２６Ｆとを有する。
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、外部からの始動指令を受けて励磁信号出力手段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。
始動励磁モード２６Ｂは、ロータ位置推定手段３１が判定したロータ停止位置に応じた通電パターンを決定する。
フリーラン制御モード２６Ｃは、始動通電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、励磁切り替えタイミング演算手段２２のフリーランモード２２Ｃによってロータ位置を検出する処理を実施する。
定常励磁モード２６Ｄは、ブラシレスモータ１が回転しているときに励磁切り替えタイミング演算手段２２の定常モード２２Ｄ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通電パターンを決定する。
これらの処理の詳細については、後述する。
【００２３】
励磁信号出力手段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（Ｈｉ側プリドライバ３７Ａ、Ｌｏ側プリドライバ３７Ｂ）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は、インバータ回路１３に過電流が流れて過電流保護手段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。
【００２４】
電流印加時間計測手段２９は、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａと、通電パターン決定手段の停止位置検出モード２６Ａと、電流印加時間比較手段３０に接続され、記憶手段２９Ａとカウンタ２９Ｂを備える。カウンタ２９Ｂは、停止位置検出モード２６Ａからの指令を受けてカウントを開始する。記憶手段２９Ａは、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを経由して過電流検出手段３８が出力する過電流検出信号が入力されたときのカウンタ２９Ｂのカウント値を記憶する。カウンタ２９Ｂは、所定の時間経過した後にリセットされ、それと同時に停止位置検出モード２６Ａに信号を出力する。
電流印加時間比較手段３０は、電流印加時間計測手段２９の記憶手段２９Ａに記憶されたカウント値が入力され、後述するデータ処理を実施する。その出力はロータ位置推定手段３１に接続されており、ロータ位置推定手段３１と共にロータ位置を決定する位置推定手段を構成する。
ロータ位置推定手段３１は、電流印加時間比較手段３０の計算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。
【００２５】
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の始動時は、停止中のブラシレスモータ１を始動する場合と、外力によってブラシレスモータ１が回転させられている状態から始動する場合とがある。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。
【００２６】
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が外部負荷によって逆回転させられている場合でも、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。
【００２７】
図４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。この実施の形態では、回転速度に応じて３通りの場合分けを行っている。
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。
ブラシレスモータ１の回転速度が正回転方向で領域Ｒ１より大きい領域Ｒ２にあれば、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より大きい領域Ｒ３にある場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理により領域Ｒ１へと移行させ、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。
【００２８】
ブラシレスモータ１の回転速度が逆回転方向で領域Ｒ１より大きい領域Ｒ３にあれば、後述するようにブラシレスモータ１にブレーキをかけ、領域Ｒ１に移行させた後に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。
【００２９】
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の回転状態が領域Ｒ３にあるとみなし、領域Ｒ３に相当する処理からやり直す。
【００３０】
このような始動時の処理は、図５に示す定時時間の割り込み処理として実施される。
モード選択手段４０は、回転速度信号と過電流フラグ信号を確認する。過電流フラグは、インバータ回路１３のシャント抵抗１３Ａを流れる電流値をモニタし、シャント抵抗１３Ａを流れる電流が、所定の値を越えたらＯＮ、つまり過負荷状態と判定する。回転速度信号がＯＮとなったとき、過電流フラグがＯＮならば（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）、ここでの処理を終了する。このとき、ＰＷＭデューティを０％に設定し、各種パラメータも初期化する。
これに対し、回転速度信号はＯＮであるが過電流フラグ信号がＯＦＦの場合（ステップＳ１０１でＮｏ）、通電パターン決定手段２６を停止位置検出モード２６Ａにセットし（ステップＳ１０３）、ブラシレスモータ１のインダクタンスを検出してロータ位置を検出する停止位置検出処理を実施する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
モード選択手段４０がロータ停止位置を検出したら、前記のステップＳ１０３からステップＳ１０５に進み、通電パターン決定手段２６が始動励磁モード２６Ｂにセットされる（ステップＳ１０５でＹｅｓ）。通電パターン決定手段２６が始動励磁処理を実施する（ステップＳ１０６）。
始動励磁処理を実施したら、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進んでフリーラン処理が実施される。このフリーラン処理では、慣性でブラシレスモータ１のロータ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の位置検出を実施する。
誘起電圧を用いたロータの位置検出が可能になったら、ステップＳ１０９からステップＳ１１０に進んで定常励磁処理が実施される（ステップＳ１１０）。誘起電圧を用いてロータの位置を検出できないときは、ステップＳ１１１からステップＳ１１２に進んでブレーキ停止処理が実施する（ステップＳ１１２）。
【００３２】
ここで、ステップＳ１０４の停止位置検出処理では、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。以下に、停止位置検出処理で通電パターンを決定する際の原理について説明する。
【００３３】
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のモード選択手段４０に回転速度信号（回転速度がゼロからある回転速度へステップ的に変化する信号）を入力する。これにより、モード選択手段４０は、通電パターン決定手段２６を停止位置検出モード２６Ａにセットする。通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、予め定められた６つの停止位置判定用の通電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信号出力手段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。励磁信号出力手段２７は、通電パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ回路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４０ＵＨ〜４０ＷＬがＯＮ、ＯＦＦされて３相のいずれか２相に通電される。
【００３４】
図６に停止位置検出手段３４が指令する停止位置判定用の通電パターンを示す。これら通電パターン＃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。
通電パターン＃１は、Ｕ相のコイルＵからＶ相のコイルＶ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。
通電パターン＃２は、Ｕ相からＷ相のコイルＷ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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
【００３５】
図７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、通電パターン＃１〜＃６に対応して実施される。
通電パターン＃１では、Ｕ相からＶ相への通電を行い、その後に回生期間を設ける。すなわち、スイッチング素子４０ＵＮとスイッチング素子４０ＶＬにデューティ１００％のＰＷＭ信号を入力し、それぞれをＮ極磁化とＳ極磁化する。コイルＵからコイルＶに電流が流れ、これに応じた電流がシャント抵抗１３Ａに流れる。シャント抵抗１３Ａに流れる電流は、電源２０を通してブラシレスモータ１に印加される印加電流であり、時間の経過と共に徐々に増加する。
【００３６】
印加電流が予め定められている過電流閾値に達したら、通電区間を終了して回生期間に移行する。具体的には、シャント抵抗１３Ａの電圧値をモニタしている過電流検出手段３８は、基準電圧が過電流閾値に相当する電圧に設定されているので、シャント抵抗１３Ａに流れる印加電流に相当する電圧が基準電圧に達すると、過電流検出信号としてＬｏｗレベルの信号を出力する。これによって、過電流保護手段３９の電位がＬｏｗレベルに落ち、Ｈｉｇｈ側の全てのスイッチング素子４０ＵＨ〜４０ＷＨがＯＦＦになる（ハードウェアリミット）。さらに、それと同時に、制御装置１１は、過電流検出信号の立ち下がりエッジを検出したら、割り込み処理を実施して通電パターン＃１の通電を終了させる（ソフトウェアリミット）。これにより、ブラシレスモータ１に流れる電流がゼロになる。ソフトウェアリミットの発生が遅れるので、ハードウェアリミットを併用して、素早く電流をゼロにする。
【００３７】
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを選択し、それと同時にカウンタ２９Ｂはカウントアップを開始する。その後、過電流検出手段３８から過電流検出信号が、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを経由して、カウンタ２９Ｂへ入力されると、カウンタ２９Ｂのカウント値は記憶手段２９Ａに記憶される。記憶手段２９Ａは、このときのカウント値を通電パターン＃１に対する通電時間Ｔ１として記憶する。
【００３８】
なお、ブラシレスモータ１に流れる電流をゼロにするためにインバータ回路１３のＦＥＴを全てＯＦＦにする。このとき、コイルに蓄積されていた電力はＦＥＴのボディダイオードと、電源２０と、シャント抵抗１３Ａを介してコイルに戻ってくる回路を流れる回生電流となるので、マイナスの電流となる。回生電流は、シャント抵抗１３Ａの電流波形に示すように、時間の経過と共にゼロなる。
【００３９】
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、通電パターン＃１の通電を指令する信号を出力してから、カウンタ２９Ｂから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、通電パターン＃２の通電を指令する信号を出力する。所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されている。なお、カウンタ２９Ｂには、この所定の時間に相当するカウント値がカウンタクリア用の閾値として設定されている。このため、通電パターンを切り替えるタイミングでカウンタ２９Ｂの値がリセットされる。
【００４０】
なお、所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されているが、電流を印加してから過電流閾値に達するまでの時間を計測し（記憶手段２９Ａの計測結果）、その時間と同じ時間を所定の時間としても良い。この場合は、記憶手段２９Ａが通電時間を計測する毎に、カウンタ２９Ｂをリセットするための所定の時間のデータをカウンタ２９Ｂに渡す。つまり、記憶手段２９Ａからカウンタ２９Ｂに所定の時間信号が送られる。
【００４１】
以降、同様にして通電パターン＃２〜＃６を実施すれば、それぞれの通電パターンに対応してシャント抵抗１３Ａに印加電流と回生電流が順番に流れる。電流印加時間計測手段２９は、通電開始からのカウント値を通電パターン＃２〜＃６に対応して通電時間Ｔ２〜Ｔ６として記憶手段２９Ａに記憶する。
記憶手段２９Ａに記憶されるカウント値は、ロータ停止位置によって変化する。ロータ停止位置に対応する通電パターンでは、最も磁束が流れ易く、過電流閾値に達するまでの時間が短くなる。図７の例では、通電パターン＃３のときが最も大きく、その隣りの通電パターン＃２、＃４が次に大きい、そして通電パターン＃６のときが最も小さい。したがって、通電パターン＃６に相当する位置にロータが停止していることになる。このように、カウント値の大小を電流印加時間比較手段３０で調べれば、ロータ位置推定手段３１においてロータ停止位置を推定することが可能になる。
【００４２】
ロータ停止位置が推定された後に実施される通電パターン決定手段２６の始動励磁モード２６Ｂは、６通りの通電時間のうち最小になる通電パターンから回転方向に１２０°位相を進ませた通電パターンを始動時の通電パターンとして選択する。このことについて、図８を参照しながら説明する。
３相のブラシレスモータ１の２相間に電流を流してロータを回転させると、図８に示すように、位相がずれた正弦波状（又は台形波状）のトルクが発生する。例えば、通電パターン＃３であるＶＷ通電状態でロータを外部から回転させようとしたとき、ロータ位置の位相が±０°のときはトルクがゼロになり、ロータ位置の位相が＋６０°のときはプラス側の最大トルクの８６．６％のトルクが得られる。以下、ロータ位置の位相が＋１２０°のときはプラス側の最大トルクの８６．６％のトルク、ロータ位置の位相が１８０°のときはゼロ、ロータ位置の位相が＋２１０°のときはマイナス側の最大トルクの８６．６％のトルクがそれぞれ得られる。
したがって、ロータ位置に応じて常にプラス側に大きいトルクが得られるように回転させるためには、ロータ位置がＰ１のときに通電パターン＃３を実施すると、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。
【００４３】
このように、電気角６０°ごとに２相通電パターンを切り替える１２０°矩形波駆動では、８６．６％トルクから１００％トルクを使用しながら駆動させる。
ロータ位置がＰ１のとき、ロック通電パターンはＵＶ通電であるため、ＵＶ通電パターンから１２０°位相が進んだＶＷ通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。ロック通電状態となるとき、ロータマグネット磁束とコイル磁束は増磁状態なのでコイルのインダクタンスが小さくなる。このため、任意のロータ位置においてコイルインダクタンスの最も小さな通電パターンを検索することで、任意のロータ位置におけるロック通電パターンを特定することができる。したがって、特定したロック通電パターンから１２０°位相が進んだ通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。なお、トルク波形が台形波になるときは、１２０°矩形波駆動であっても、ほぼ１００％トルクを常に出すことができる。なお、ロック通電パターンは、ロータ停止位置に相当するものである。
【００４４】
ここで、１つのロータ位置に対して、６通りの通電パターンを出力した場合の挙動について、ロータ位置が図８のＰ６にあると仮定して説明する。
図９のＰ６のロータ位置に対して最も増磁となる通電パターンは、通電パターン＃６のＷＶ通電である。このときにロータをプラス側の最大トルクでプラス方向に回転させるのは、１２０°進めた通電パターン＃２：ＵＷ通電である。これは、Ｐ６のロータ位置に対して通電パターン＃２の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにプラス方向に回転する力（トルク）を発生させることができるからである。
これは図６の（ｂ）の状態と等価であり、ロータマグネットのＮ極の方向をｄ軸、ｄ軸と直交した方向をｑ軸とすると、ステータコイルによる磁束のｑ軸成分は−８６．６％であり、ロータをプラス方向に回転させると、ｑ軸成分の磁束の絶対値は増加する。
また、Ｐ６にあるロータをマイナス側の最大トルクでマイナス方向に回転させるためには、通電パターン＃４：ＶＵ通電を実施すれば良い。Ｐ６のロータ位置に対して通電パターン＃４の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにマイナス方向に回転する力（トルク）が発生させられるからである。この場合、これは図６の（ｄ）の状態と等価であり、ステータコイルによる磁束のｑ軸成分は８６．６％であり、ロータをマイナス方向に回転させると、ｑ軸成分の磁束の絶対値は増加する。
【００４５】
図６の（ａ）の通電パターン＃１では、ＵＶ通電が行われる。マグネット磁束ベクトルは、ｄ軸と重なるが、コイル磁束ベクトルはｄ軸及びｑ軸からずれている。具体的には、ｄ軸成分が５０％で、ｑ軸成分が−８６．６％になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、−８６．６％になる。ロータ（回転磁界）がプラス方向（正転方向）に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときのトルクは２番目に大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向（逆転方向）に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。
【００４６】
（ｂ）の通電パターン＃２：ＵＷ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が−５０％で、ｑ軸成分が−８６．６％になっている。ロータ（回転磁界）が＋方向に回転するｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに＋回転方向で最も大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。
【００４７】
（ｃ）の通電パターン＃３：ＶＷ通電では、コイル磁束とマグネット磁束が真逆の関係になる。このため、吸引力がゼロで反発が最大になる。コイル磁束ベクトルは、ｄ軸成分が−１００％で、ｑ軸成分が０％になる。瞬間発生トルクは０％になり、ロータがどちらに回転してもｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。このとき、ステータコアを貫く磁束は最小になり、磁気飽和し難くなる。コアの透磁率が最大になって、ステータコイルのインダクタンスも最大となる。
【００４８】
（ｄ）の通電パターン＃４：ＶＵ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が−５０％で、ｑ軸成分が８６．６％になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、８６．６％になる。ロータが＋方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに−方向で最も大きいトルクが得られる。
【００４９】
（ｅ）の通電パターン＃５：ＷＵ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が５０％で、ｑ軸成分が８６．６％になっている。ロータが＋方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときに−方向で２番目に大きいトルクが得られる。
【００５０】
（ｆ）の通電パターン＃６：ＶＷ通電では、コイル磁束とマグネット磁束が一致する。
このため、吸引力が最大になり、反発力がゼロになる。コイル磁束ベクトルは、ｄ軸成分が１００％で、ｑ軸成分が０％になる。瞬間発生トルクは０％になり、ロータがどちらに回転してもｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。この状態では、ステータコアを貫く磁束が最大となって、磁気飽和し易い。コアの透磁率が最小になって、ステータコイルのインダクタンスも最小となる。
【００５１】
インダクタンスに関しては、停止しているロータ位置に対して回転磁界（ステータコイル磁束）を変化させることで、原理的には正弦波状にコアを貫く磁束の量が変化するので、インダクタンスの変化も正弦波状になる。図９にロータ位置がＰ６のときの２相通電パターンとインダクタンス変化、及び発生トルクの変化を示す。
図９では、破線が発生トルクの変化を示し、実線がインダクタンスの変化を示している。インダクタンスが最大となる通電パターン＃３が、通電時間が最も大きくなる通電パターンである。したがって、この通電パターン＃３の１つ前の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン＃６の２つ先の通電パターンが、正転方向の最大トルク発生可能通電パターンであり、この場合は通電パターン＃２になる。
同様に、通電時間が最大となる通電パターン＃３の１つ先の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン＃６の２つ前の通電パターンが、逆転方向の最大トルク発生可能通電パターンである。このように求めた最大トルク発生可能通電パターンを、起動通電パターンにセットすることで、高トルクな起動が可能になる。
【００５２】
さらに、各通電パターンと通電時間の関係は、図１０の（ａ）に示すようになる。ラインＬ６に示す通電時間波形は、ロータが位置Ｐ６にあるときの通電時間の変化を示している。ラインＬ１の通電時間波形は、ロータがＰ６から正転方向にπ／３（６０°）進んだ位置Ｐ１にあるときの通電時間の変化を示す。以下、ラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、それぞれ正転方向のπ／３（６０°）ずつ進んだ位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５にあるときの通電時間波形である。このように、ロータ位置により６通りの正弦波状になるので、その正弦波から起動通電パターンを推定することができる。
図１０の（ｂ）に示すように、各通電時間波形を三角波として捉え、これら三角波のそれぞれを微分（差分ΔＴをとる）して傾きの符号を求めると、図１０の（ｃ）に示すようになる。例えば、ラインＬ４の通電時間波形で、通電時間Ｔ１から通電時間Ｔ２に至るまでは減少傾向にあるので、通電時間Ｔ１と通電時間Ｔ２の差分ΔＴの符号は、「−」になる。
【００５３】
ここで、６通りの通電パターンの全てについて通電時間を調べて記憶手段２９Ａに記憶させることも可能であるが、この実施の形態では、電流印加時間比較手段３０にマップ３０Ａを設けることで、３つ又は４つの通電パターンでロータ停止位置を推定するようにしている。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、４つの通電パターン＃１〜＃４の中で必ずピークが現れるので、差分Ｔ１２（＝Ｔ２−Ｔ１）、差分Ｔ２３（＝Ｔ３−Ｔ２）、差分Ｔ３４（＝Ｔ４−Ｔ３）の符号の組み合わせから、三角波の最大又は最小のピークを求め、起動通電パターンを推定することができる。
マップ３０Ａの構成を以下に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
マップ３０Ａから分かるように、ロータ停止位置Ｐ５とＰ２の２通りは、Ｔ１２とＴ２３のみで、Ｔ３４を実施しなくても推定できる。
このように、表１に示すようなマップ３０Ａを予め用意しておき、前後して通電される２つの通電パターンのそれぞれの通電時間の差分で検索することで、３回又は４回の通電でロータ回転位置を推定できるようになる。なお、全ての場合において４回通電を行ってからロータ停止位置を判別しても良い。
【００５６】
ここで、ステップＳ１０４の停止位置検出処理のフローを図１１に示す。
最初に過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａが選択され（ステップＳ１２１）、停止位置検出サブルーチンＡが実施される（ステップＳ１２２）。停止位置検出サブルーチンＡは、通電パターンの決定（ステップＳ１２２Ａ）と、次のモードへの移行の可否の判定（ステップＳ１２２Ｂ）を実施する。
始動励磁パターンが確定していないときは、ステップＳ１２２ＢからステップＳ１２３に進む。この処理は、過電流検出信号の立下りを検出したときに発生する割り込み処理であり、ブラシレスモータ１に電流が流れている間待機し（ステップＳ１２３）、過電流検出が検出されたら（ステップＳ１２４）、停止位置検出サブルーチンＢを実施する（ステップＳ１２５）。その後、停止位置検出サブルーチンＡに戻る。
これに対し、始動励磁パターンが確定したときは、ステップＳ１２２ＢからステップＳ１２６に進んでカウンタ２９Ｂを停止させる。この後、始動励磁モードに移行し（ステップＳ１２７）、過電流保護手段３２の過電流検出モード３２Ｂを設定する（ステップＳ１２８）。具体的には、過電流検出手段３８が過電流を検出したら（ステップＳ１２８Ａ）、過電流フラグを「１」にセットする（ステップＳ１２８Ｂ）。
【００５７】
図１２に示すように、停止位置検出サブルーチンＡでは、通電ナンバー（通電Ｎｏ）のカウンタをインクリメントする（ステップＳ２０１）。１回目の処理では通電Ｎｏカウンタは１に設定される。カウンタ２９Ｂのクリア用の閾値を最大値に設定し（ステップＳ２０２）、カウンタ２９Ｂを一度リセットしてから（ステップＳ２０３）、ＰＷＭデューティを１００％に設定する（ステップＳ２０４）。
通電Ｎｏカウンタが「１」であれば（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、通電パターン＃１を実施する（ステップＳ２０６）。そして、ここでの処理を抜ける。
同様に、通電Ｎｏカウンタが「２」であれば（ステップＳ２０７でＹｅｓ）、通電パターン＃２を実施する（ステップＳ２０８）。
通電Ｎｏカウンタが「３」であれば（ステップＳ２０９でＹｅｓ）、通電パターン＃３を実施する（ステップＳ２１０）。
【００５８】
これに対し、通電Ｎｏカウンタが「４」であれば（ステップＳ２１１でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０で、かつ差分Ｔ２３＞０の場合（ステップＳ２１２でＹｅｓ）、又は差分Ｔ１２＞０で、かつ差分Ｔ２３＜０の場合（ステップＳ２１３でＹｅｓ）、ＰＷＭデューティを０％に設定し（ステップＳ２１４）、次のモード（始動励磁モード２６Ｂ）に移行する（ステップＳ２１５）。それ以外の場合（ステップＳ２１２、ステップＳ２１３が共にＮｏ）、通電パターン＃４を実施する（ステップＳ２１６）。
【００５９】
そして、通電Ｎｏカウンタが「５」であれば（ステップＳ２１７でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＞０、かつ差分Ｔ２３＞０、かつ差分Ｔ３４＞０である場合（ステップＳ２１８でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＞０、かつ差分Ｔ２３＞０、かつ差分Ｔ３４＜０である場合（ステップＳ２１９でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０、かつ差分Ｔ２３＜０、かつ差分Ｔ３４＜０である場合（ステップＳ２２０でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０、かつ差分Ｔ２３＜０、かつ差分Ｔ３４＞０である場合（ステップＳ２２１でＹｅｓ）、ＰＷＭデューティを０％に設定し（ステップＳ２２２）、次のモード（始動励磁モード２６Ｂ）に移行する（ステップＳ２２３）。
【００６０】
停止位置検出サブルーチンＢの詳細を図１３及び図１４を示す。停止位置検出サブルーチンＢは、電流印加時間計測手段２９と、電流印加時間比較手段３０と、ロータ位置推定手段３１の処理の詳細を示すものである。まず、通電のカウンタを調べ、カウンタ番号が「１」であれば（ステップＳ２５１でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ１として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５２）。
カウンタ番号が「２」であれば（ステップＳ２５３でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ２として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５４）。さらに、差分Ｔ１２を算出する（ステップＳ２５５）。
カウンタ番号が「３」であれば（ステップＳ２５６でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ３として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５７）。さらに、差分Ｔ１２を算出する（ステップＳ２５８）。
【００６１】
ここで、差分Ｔ１２＜０で、かつ差分Ｔ２３＞０の場合（ステップＳ２５９でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２６０でのＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃１に設定する（ステップＳ２６１）。逆転時であれば（ステップＳ２６０でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃３に設定する（ステップＳ２６２）。
一方、差分Ｔ１２＞０で、かつ差分Ｔ２３＜０で（ステップＳ２６３）、正転時には（ステップＳ２６４でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃４に設定する（ステップＳ２６５）。逆転時であれば（ステップＳ２６４でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃６に設定する（ステップＳ２６６）。
【００６２】
カウンタ番号が「４」であれば（ステップＳ２６７でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ４として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２６８）。さらに、差分Ｔ３４を算出する（ステップＳ２６９）。
ここで、差分Ｔ１２＞０、Ｔ２３＞０，Ｔ３４＞０の場合（ステップＳ２７０でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７１でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃６に設定する（ステップＳ２７２）。逆転時であれば（ステップＳ２７１でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃２に設定する（ステップＳ２７３）。
【００６３】
差分Ｔ１２＞０、Ｔ２３＞０，Ｔ３４＜０の場合（ステップＳ２７４でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７５でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃５に設定する（ステップＳ２７６）。逆転時であれば（ステップｓ２７５でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃１に設定する（ステップＳ２７７）。
差分Ｔ１２＜０、Ｔ２３＜０，Ｔ３４＜０の場合（ステップＳ２７８でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７９でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃３に設定する（ステップＳ２８０）。逆転時であれば（ステップＳ２７９でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃５に設定する（ステップＳ２８１）。
差分Ｔ１２＜０、Ｔ２３＜０，Ｔ３４＞０の場合（ステップＳ２８２でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２８３でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃２に設定する（ステップＳ２８４）。逆転時であれば（ステップＳ２８３でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃４に設定する（ステップＳ２８５）。
【００６４】
次に、図５のステップＳ１０６の始動励磁処理の詳細について説明する。
図１５に示すように、通電パターン決定手段２６の始動励磁モード２６Ｂでは、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通電パターンを決定し、励磁信号出力手段２７に始動通電パターンを出力させる（ステップＳ１３１）。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Ｓ１３２）。そして、所期通電時間Ｔｓ１経過したことを確認したら、モード選択手段４０が通電パターン決定手段２６をフリーラン制御モード２６Ｃにセットする（ステップＳ１３３）。
【００６５】
図５のステップＳ１０８のフリーラン制御処理の詳細について説明する。
図１６に示すように、最初に、通電パターン決定手段２６のフリーラン制御モード２６Ｃがフリーランパターンとして、全相の通電をＯＦＦにする通電パターンを出力する（ステップＳ１４１）。
慣性でブラシレスモータ１のロータ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の位置検出を実施する（ステップＳ１４２）。ロータ位置を予め定めた回数だけ検出できたら（ステップＳ１４３でＹｅｓ）、通電パターン決定手段２６を定常励磁モード２６Ｄにセットし、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Ｓ１４４）。
ステップＳ１４３でロータ位置を予め定めた回数検出されていないときは（ステップＳ１４３でＮｏ）、誘起電圧のエッジ間隔を計測する回数が予め設定された回数経過するまで（ステップＳ１４５）、ステップＳ１４２を繰り返す。所定回数経過しても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Ｓ１４５でＹｅｓ）、ブラシレスモータ１が逆転していると判定し、モード選択手段４０は、通電パターン決定手段２６をブレーキ停止モード２６Ｅにセットする（ステップＳ１４６）。
【００６６】
図５のステップＳ１１２のブレーキ停止処理の詳細について説明する。
図１７に示すように、ブレーキ停止モード２６Ｅによるブレーキ停止処理として、低デューティで２相通電ロック処理が行われる（ステップＳ１５１）。２相通電ロック処理は、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Ｓ１５２）、停止位置検出モード２６Ａがセットされる（ステップＳ１５３）。
【００６７】
次に、停止位置検出を含む始動時の処理の全体について、図１８を参照してさらに詳細に説明する。図１８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。
【００６８】
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。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。
【００６９】
時間ｔ３で初期通電時間Ｔｓ１が経過したら、通電パターン決定手段２６がフリーラン制御モード２６Ｃに移行し、全相への通電をＯＦＦにする。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相の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。
【００７０】
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ブラシレスモータ１の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、インバータ回路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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１９に示すように、始動時は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）のデューティを例えば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、再びデューティを約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。
【００７４】
次に、図５のステップＳ１１０に示す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２に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表３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、ブラシレスモータ１が正回転していると判定された場合に、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。
【００７５】
【表２】
【００７６】
【表３】
【００７７】
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２０に示す。図２０は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態と、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの実際の誘起電圧波形Ｕｖ、Ｖｖ、Ｗｖ（アナログ信号）と、相Ｕ，Ｖ，Ｗごとの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（デジタル信号）とが図示されている。最上段の相Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態は、上段で「＋」が付加されている相Ｕ，Ｖ，Ｗが高電位側で、下段で「−」が付加されている相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、Ｗ相からＶ相に通電することを示す（図６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。
【００７８】
また、図２１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２１は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（図２０と同じ信号）と、前記誘起電圧信号Ｕｄ、Ｖｄ、Ｗｄそれぞれに重畳されている方形波パルス電圧信号Ｐｓを分離するためのマスク信号Ｕｍ、Ｖｍ、Ｗｍと、前記マスク信号によってＵｄ、Ｖｄ、Ｗｄから分離された方形波パル電圧信号Ｕｐｓ、Ｖｐｓ、Ｗｐｓと、各相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とが順番に図示されている。
【００７９】
図２０に示す各相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、図２の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。
【００８０】
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に受け渡す。励磁切り替えタイミング演算手段２２では、図２１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、励磁信号出力手段２７が、これら位相検出信号Ｕｓｓ，Ｖｓｓ，Ｗｓｓに従ってインバータ回路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。
【００８１】
ここで、励磁信号出力手段２７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、励磁信号出力手段２７がインバータ回路１３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２１の例では、Ｕ相の位置検出信号Ｕｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、Ｗ相のマスク信号ＷｍをＨ（High）レベルに設定する。同様に、Ｖ相の位置検出信号Ｖｓｓのエッジエッジの発生タイミングの直前に、Ｕ相のマスク信号ＵｍをＨ（High）レベルに設定する。Ｗ相の位置検出信号Ｗｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、Ｖ相のマスク信号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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、複数台並列モータ１の通電制御を行う。
【００８４】
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。
【００８５】
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２２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。
【００８６】
なお、図２２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、Ｕ相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。
【００８７】
これに対して、図２３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、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。
【００８８】
図２３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２及び表３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３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３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２及び表３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。
【００８９】
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２３に示す。図２４は、Ｕ相における励磁タイミングと遅れ位相θ１、θ２を模式的に示している。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に起因し、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回路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。
【００９０】
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２５に示す範囲Ｒ５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Ｒ５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２５は、横軸を周波数の対数表示とし、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。
【００９１】
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）
【００９２】
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）からローパスフィルタ回路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。
【００９３】
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、ローパスフィルタ回路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）
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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２６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５のフローチャートに従ってステップＳ１０３からステップＳ１０８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Ｓ１０９からステップＳ１１０に進んで、定常駆動モードに移行する。
【００９７】
始動時に回転速度が図４に示す領域Ｒ３にあるときについて説明する。
図５のステップＳ１０１からステップＳ１０８を実施しても、逆方向に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、励磁切り替えタイミング演算手段２２のフリーランモード２２Ｃからの励磁切り替えタイミング信号がモード選択手段４０に送られないので、モード選択手段が逆転状態にあると判定する。
この場合、図１に示す制御装置１１は、ブレーキ停止モード２６Ｅが２相ロック通電を一定の時間、過電流とならない程度の低いデューティでブラシレスモータ１に印加する（ブレーキ停止モード２６Ｅ）。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。
【００９８】
図２７に始動時に逆回転しているときの回転速度の変化を示す。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。
【００９９】
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Ｓ１０２からステップＳ１０８を実施し、定常駆動モードに移行する。
【０１００】
この実施の形態によれば、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。
インダクタンス検出のための特別の回路が不要になるので回路構成を簡略化できる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用しても良い。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３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り、分離手段２１に登録されている。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ようになる。
【０１０３】
ステップＳ１１２のブレーキ停止処理を最初に実施しても良い。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、ブレーキ停止処理によって強制的に領域Ｒ１に制御されるようになる。
６つの通電パターン全てについてカウント値を計数してロータ停止位置を判定しても良い。
ブラシレスモータ１は、複数台を並列に接続させても良い。
ロータ停止位置を検出した後の始動方法や、定常回転時の駆動方法は、実施の形態に限定されない。
【符号の説明】
【０１０４】
１ ブラシレスモータ
２ 駆動装置
１１ 制御装置
１３ インバータ回路
１３Ａ シャント抵抗（電流測定手段）
２９Ａ 記憶手段
２９Ｂ カウンタ
３０ 電流印加時間比較手段（位置推定手段）
３０Ａ マップ
３１ ロータ位置推定手段（位置推定手段）
３８ 過電流検出手段（電流比較手段）
４１ ロータ
Ｕ，Ｖ，Ｗ コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの駆動装置及び制御方法、ブラシレスファンモータの駆動装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンルーム内に設けられた内燃機関のラジエータには、冷却効率を高めるラジエータファンが配設されている。このラジエータファンは、ブラシレスファンモータ（ブラシレスモータ）によって駆動される場合がある。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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４０９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、ロータ停止位置が精度よく検出できない場合が生じうるという問題がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、精度良くロータ停止位置を検出できるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、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、前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、前記電流の供給を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、を備え、前記制御装置は、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化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。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。
このブラシレスモータの駆動装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、前記カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、前記制御装置は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段を備えることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置は、電流比較手段が、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する。カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数する。制御装置の位置推定手段は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する。
【０００９】
請求項４に係る発明は、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制御方法であって、インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、を備え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。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。このブラシレスモータの制御方法は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
このブラシレスモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、カウンタのカウント値を初期化することにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電の開始が可能な状態に設定できる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設され、ラジエータファンの回転機構に使用され、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ファンモータの駆動装置であって、前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、前記電流の供給を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、を備え、前記制御装置は、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化することを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置とした。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、コイルに流す電流をオフした後、該コイルに流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、ブラシレスファンモータの駆動装置は、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項８に係る発明は、請求項７に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項９に係る発明は、請求項７又は請求項８に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、前記カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、前記制御装置は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段を備えることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、電流比較手段が、前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する。カウンタは、前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数する。制御装置の位置推定手段は、前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する。
請求項１０に係る発明は、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制御方法であって、インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、を備えることを特徴とするブラシレスファンモータの制御方法とした。
コイルに通電して、コイルに流す電流をオフしてもコイルに流れる回生電流が発生する。このブラシレスファンモータの制御方法は、複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、カウンタのカウント値を初期化する。要するに、第１の通電パターンによる通電を終えた後、コイルに流れる回生電流の影響がなくなるまでに要する時間が経過したら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力する。このように、回生電流の影響を低減することにより、ロータ停止位置の検出精度を高めている。
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされていることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間より長い時間に定めることにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電を開始する。
請求項１２に係る発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、を備えることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの制御方法は、インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間が経過したら、カウンタのカウント値を初期化することにより、回生電流がゼロになってから上記第２の通電パターンによる通電の開始が可能な状態に設定できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロータ停止位置を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】インバータ回路と、過電流検出回路の構成をさらに詳細に示す図である。
【図４】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。
【図５】定時間割り込み処理のフローチャートである。
【図６】通電パターンによって発生する磁束及びトルクを説明する図である。
【図７】ロータ停止位置の検出方法を説明するチャートである。
【図８】ロータ停止位置に応じて２相通電あせた場合の発生トルクを示す図である。
【図９】ロータ停止位置Ｐ６における２相通電パターンとインダクタンス及び発生トルクの関係を示す図である。
【図１０】ロータ停止位置と通電時間の関係を説明する図である。
【図１１】停止位置検出処理のフローチャートである。
【図１２】停止位置検出サブルーチンＡのフローチャートである。
【図１３】停止位置検出サブルーチンＢのフローチャートである。
【図１４】停止位置検出サブルーチンＢのフローチャートである。
【図１５】始動励磁処理のフローチャートである。
【図１６】フリーラン処理のフローチャートである。
【図１７】ブレーキ停止処理のフローチャートである。
【図１８】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。
【図１９】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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】Ｕ相の励磁タイミングを示す図である。
【図２５】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２６】図４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２７】図４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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
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。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。
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Ｕ，Ｖ，Ｗが周方向に順番に巻装されている。
【００１４】
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Ｕ，Ｖ，Ｗのモータ端子の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、通電切り換え用のスイッチング素子を備える駆動回路であるインバータ回路１３とを有し、制御装置１１とインバータ回路１３の間に、プリドライバ（Ｈｉ側プリドライバ３７Ａ、Ｌｏ側プリドライバ３７Ｂ）と、過電流検出手段３８と、過電流保護手段３９とが設けられている。
【００１５】
図２に示すように、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１２は、３相Ｕ，Ｖ，Ｗ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Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２）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Ｒ１１及びキャバシタＣ１１）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回路（１次のＣＲフィルタ）１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとを有する。
【００１６】
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を経て分離手段２１に入力される。
【００１７】
図３に示すように、インバータ回路１３は、６個のスイッチング素子４０ＵＨ，４０ＵＬ，４０ＶＨ，４０ＶＬ，４０ＷＨ，４０ＷＬ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Ｕ，Ｖ，Ｗに印加する。各スイッチング素子４０ＵＨ〜４０ＷＬは、ＦＥＴ（Field effect transistor）と還流ダイオードを並列に接続した構成になっている。
【００１８】
インバータ回路１３とグランドレベルの間には、電流測定手段であるシャント抵抗１３Ａが設けられている。シャント抵抗１３Ａを用いることで、インバータ回路１３に流れる電流、つまりブラシレスモータ１に入力される電流が過電流検出手段３８を用いて検出できる。
【００１９】
過電流検出手段３８は、コンパレータを有する電流比較手段である。コンパレータのプラス側の入力端子には基準電圧が入力され、マイナス側の端子にはシャント抵抗１３Ａの電圧が入力されるようになっている。すなわち、シャント抵抗１３Ａを電流が流れることで発生する電圧が基準電位に達すると、過電流検出手段３８から信号（過電流検出信号）が出力される。過電流検出手段３８の出力は、制御装置１１の立ち下がりエッジ検出用のポートを介してソフトウェア的な手段である過電流保護手段３２に接続されると共に、ハードウェア的な手段である過電流保護手段３９に接続されている。
過電流保護手段３９は、過電流検出信号が入力されるとダイオードに電流が流れ、ＰＷＭデューティ決定手段２８からの出力信号がＨｉ側プリドライバ３７Ａに入力されないように構成されている。
【００２０】
制御装置１１は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリなどから構成され、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、回転方向検出ロジック選択手段２４と、モード選択手段４０と、通電パターン決定手段２６と、励磁信号出力手段２７と、ＰＷＭデューティ決定手段２８と、過電流保護手段３２と、電流印加時間計測手段２９と、電流印加時間比較手段３０と、ロータ位置推定手段３１と、過電流フラグセット手段４１を備える。
通電パターン決定手段２６は、停止位置検出モード２６Ａと、始動励磁モード２６Ｂと、フリーラン制御モード２６Ｃと、定常励磁モード２６Ｄと、ブレーキ停止モード２６Ｅと、停止モード２６Ｆを備えている。
【００２１】
回転方向検出ロジック選択手段２４は、外部からの回転方向信号に応じて、分離手段２１で使用するロジックを決定し、分離手段２１に出力する。分離手段２１は、選択された回転方向検出ロジックを用いて、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し、モード選択手段４０に出力する。モード選択手段４０は、励磁切り替えタイミング演算手段２２から励磁切り替えタイミング信号が入力されるか否かにより回転方向を判定し、通電パターン決定手段２６のモードを選択する。励磁切り替えタイミング信号が入力されている場合には、定常励磁モード２６Ｄとする。同様に、励磁切り替えタイミング信号が入力されない場合にはブラシレスモータ１が逆転しているとみなして、ブレーキ停止モード２６Ｅとし、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励磁信号出力手段２７に出力する。
【００２２】
通電パターン決定手段２６は、停止位置検出モード２６Ａと、始動励磁モード２６Ｂと、フリーラン制御モード２６Ｃと、定常励磁モード２６Ｄと、ブレーキ停止モード２６Ｅと、停止モード２６Ｆとを有する。
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、外部からの始動指令を受けて励磁信号出力手段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。
始動励磁モード２６Ｂは、ロータ位置推定手段３１が判定したロータ停止位置に応じた通電パターンを決定する。
フリーラン制御モード２６Ｃは、始動通電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、励磁切り替えタイミング演算手段２２のフリーランモード２２Ｃによってロータ位置を検出する処理を実施する。
定常励磁モード２６Ｄは、ブラシレスモータ１が回転しているときに励磁切り替えタイミング演算手段２２の定常モード２２Ｄ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通電パターンを決定する。
これらの処理の詳細については、後述する。
【００２３】
励磁信号出力手段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（Ｈｉ側プリドライバ３７Ａ、Ｌｏ側プリドライバ３７Ｂ）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は、インバータ回路１３に過電流が流れて過電流保護手段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。
【００２４】
電流印加時間計測手段２９は、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａと、通電パターン決定手段の停止位置検出モード２６Ａと、電流印加時間比較手段３０に接続され、記憶手段２９Ａとカウンタ２９Ｂを備える。カウンタ２９Ｂは、停止位置検出モード２６Ａからの指令を受けてカウントを開始する。記憶手段２９Ａは、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを経由して過電流検出手段３８が出力する過電流検出信号が入力されたときのカウンタ２９Ｂのカウント値を記憶する。カウンタ２９Ｂは、所定の時間経過した後にリセットされ、それと同時に停止位置検出モード２６Ａに信号を出力する。
電流印加時間比較手段３０は、電流印加時間計測手段２９の記憶手段２９Ａに記憶されたカウント値が入力され、後述するデータ処理を実施する。その出力はロータ位置推定手段３１に接続されており、ロータ位置推定手段３１と共にロータ位置を決定する位置推定手段を構成する。
ロータ位置推定手段３１は、電流印加時間比較手段３０の計算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。
【００２５】
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の始動時は、停止中のブラシレスモータ１を始動する場合と、外力によってブラシレスモータ１が回転させられている状態から始動する場合とがある。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。
【００２６】
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が外部負荷によって逆回転させられている場合でも、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。
【００２７】
図４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。この実施の形態では、回転速度に応じて３通りの場合分けを行っている。
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。
ブラシレスモータ１の回転速度が正回転方向で領域Ｒ１より大きい領域Ｒ２にあれば、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より大きい領域Ｒ３にある場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理により領域Ｒ１へと移行させ、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。
【００２８】
ブラシレスモータ１の回転速度が逆回転方向で領域Ｒ１より大きい領域Ｒ３にあれば、後述するようにブラシレスモータ１にブレーキをかけ、領域Ｒ１に移行させた後に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。
【００２９】
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の回転状態が領域Ｒ３にあるとみなし、領域Ｒ３に相当する処理からやり直す。
【００３０】
このような始動時の処理は、図５に示す定時時間の割り込み処理として実施される。
モード選択手段４０は、回転速度信号と過電流フラグ信号を確認する。過電流フラグは、インバータ回路１３のシャント抵抗１３Ａを流れる電流値をモニタし、シャント抵抗１３Ａを流れる電流が、所定の値を越えたらＯＮ、つまり過負荷状態と判定する。回転速度信号がＯＮとなったとき、過電流フラグがＯＮならば（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）、ここでの処理を終了する。このとき、ＰＷＭデューティを０％に設定し、各種パラメータも初期化する。
これに対し、回転速度信号はＯＮであるが過電流フラグ信号がＯＦＦの場合（ステップＳ１０１でＮｏ）、通電パターン決定手段２６を停止位置検出モード２６Ａにセットし（ステップＳ１０３）、ブラシレスモータ１のインダクタンスを検出してロータ位置を検出する停止位置検出処理を実施する（ステップＳ１０４）。
【００３１】
モード選択手段４０がロータ停止位置を検出したら、前記のステップＳ１０３からステップＳ１０５に進み、通電パターン決定手段２６が始動励磁モード２６Ｂにセットされる（ステップＳ１０５でＹｅｓ）。通電パターン決定手段２６が始動励磁処理を実施する（ステップＳ１０６）。
始動励磁処理を実施したら、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進んでフリーラン処理が実施される。このフリーラン処理では、慣性でブラシレスモータ１のロータ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の位置検出を実施する。
誘起電圧を用いたロータの位置検出が可能になったら、ステップＳ１０９からステップＳ１１０に進んで定常励磁処理が実施される（ステップＳ１１０）。誘起電圧を用いてロータの位置を検出できないときは、ステップＳ１１１からステップＳ１１２に進んでブレーキ停止処理が実施する（ステップＳ１１２）。
【００３２】
ここで、ステップＳ１０４の停止位置検出処理では、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。以下に、停止位置検出処理で通電パターンを決定する際の原理について説明する。
【００３３】
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のモード選択手段４０に回転速度信号（回転速度がゼロからある回転速度へステップ的に変化する信号）を入力する。これにより、モード選択手段４０は、通電パターン決定手段２６を停止位置検出モード２６Ａにセットする。通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、予め定められた６つの停止位置判定用の通電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信号出力手段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。励磁信号出力手段２７は、通電パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ回路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４０ＵＨ〜４０ＷＬがＯＮ、ＯＦＦされて３相のいずれか２相に通電される。
【００３４】
図６に停止位置検出手段３４が指令する停止位置判定用の通電パターンを示す。これら通電パターン＃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。
通電パターン＃１は、Ｕ相のコイルＵからＶ相のコイルＶ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。
通電パターン＃２は、Ｕ相からＷ相のコイルＷ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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
通電パターン＃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。
【００３５】
図７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、通電パターン＃１〜＃６に対応して実施される。
通電パターン＃１では、Ｕ相からＶ相への通電を行い、その後に回生期間を設ける。すなわち、スイッチング素子４０ＵＮとスイッチング素子４０ＶＬにデューティ１００％のＰＷＭ信号を入力し、それぞれをＮ極磁化とＳ極磁化する。コイルＵからコイルＶに電流が流れ、これに応じた電流がシャント抵抗１３Ａに流れる。シャント抵抗１３Ａに流れる電流は、電源２０を通してブラシレスモータ１に印加される印加電流であり、時間の経過と共に徐々に増加する。
【００３６】
印加電流が予め定められている過電流閾値に達したら、通電区間を終了して回生期間に移行する。具体的には、シャント抵抗１３Ａの電圧値をモニタしている過電流検出手段３８は、基準電圧が過電流閾値に相当する電圧に設定されているので、シャント抵抗１３Ａに流れる印加電流に相当する電圧が基準電圧に達すると、過電流検出信号としてＬｏｗレベルの信号を出力する。これによって、過電流保護手段３９の電位がＬｏｗレベルに落ち、Ｈｉｇｈ側の全てのスイッチング素子４０ＵＨ〜４０ＷＨがＯＦＦになる（ハードウェアリミット）。さらに、それと同時に、制御装置１１は、過電流検出信号の立ち下がりエッジを検出したら、割り込み処理を実施して通電パターン＃１の通電を終了させる（ソフトウェアリミット）。これにより、ブラシレスモータ１に流れる電流がゼロになる。ソフトウェアリミットの発生が遅れるので、ハードウェアリミットを併用して、素早く電流をゼロにする。
【００３７】
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを選択し、それと同時にカウンタ２９Ｂはカウントアップを開始する。その後、過電流検出手段３８から過電流検出信号が、過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａを経由して、カウンタ２９Ｂへ入力されると、カウンタ２９Ｂのカウント値は記憶手段２９Ａに記憶される。記憶手段２９Ａは、このときのカウント値を通電パターン＃１に対する通電時間Ｔ１として記憶する。
【００３８】
なお、ブラシレスモータ１に流れる電流をゼロにするためにインバータ回路１３のＦＥＴを全てＯＦＦにする。このとき、コイルに蓄積されていた電力はＦＥＴのボディダイオードと、電源２０と、シャント抵抗１３Ａを介してコイルに戻ってくる回路を流れる回生電流となるので、マイナスの電流となる。回生電流は、シャント抵抗１３Ａの電流波形に示すように、時間の経過と共にゼロなる。
【００３９】
通電パターン決定手段２６の停止位置検出モード２６Ａは、通電パターン＃１の通電を指令する信号を出力してから、カウンタ２９Ｂから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、通電パターン＃２の通電を指令する信号を出力する。所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されている。なお、カウンタ２９Ｂには、この所定の時間に相当するカウント値がカウンタクリア用の閾値として設定されている。このため、通電パターンを切り替えるタイミングでカウンタ２９Ｂの値がリセットされる。
【００４０】
なお、所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されているが、電流を印加してから過電流閾値に達するまでの時間を計測し（記憶手段２９Ａの計測結果）、その時間と同じ時間を所定の時間としても良い。この場合は、記憶手段２９Ａが通電時間を計測する毎に、カウンタ２９Ｂをリセットするための所定の時間のデータをカウンタ２９Ｂに渡す。つまり、記憶手段２９Ａからカウンタ２９Ｂに所定の時間信号が送られる。
【００４１】
以降、同様にして通電パターン＃２〜＃６を実施すれば、それぞれの通電パターンに対応してシャント抵抗１３Ａに印加電流と回生電流が順番に流れる。電流印加時間計測手段２９は、通電開始からのカウント値を通電パターン＃２〜＃６に対応して通電時間Ｔ２〜Ｔ６として記憶手段２９Ａに記憶する。
記憶手段２９Ａに記憶されるカウント値は、ロータ停止位置によって変化する。ロータ停止位置に対応する通電パターンでは、最も磁束が流れ易く、過電流閾値に達するまでの時間が短くなる。図７の例では、通電パターン＃３のときが最も大きく、その隣りの通電パターン＃２、＃４が次に大きい、そして通電パターン＃６のときが最も小さい。したがって、通電パターン＃６に相当する位置にロータが停止していることになる。このように、カウント値の大小を電流印加時間比較手段３０で調べれば、ロータ位置推定手段３１においてロータ停止位置を推定することが可能になる。
【００４２】
ロータ停止位置が推定された後に実施される通電パターン決定手段２６の始動励磁モード２６Ｂは、６通りの通電時間のうち最小になる通電パターンから回転方向に１２０°位相を進ませた通電パターンを始動時の通電パターンとして選択する。このことについて、図８を参照しながら説明する。
３相のブラシレスモータ１の２相間に電流を流してロータを回転させると、図８に示すように、位相がずれた正弦波状（又は台形波状）のトルクが発生する。例えば、通電パターン＃３であるＶＷ通電状態でロータを外部から回転させようとしたとき、ロータ位置の位相が±０°のときはトルクがゼロになり、ロータ位置の位相が＋６０°のときはプラス側の最大トルクの８６．６％のトルクが得られる。以下、ロータ位置の位相が＋１２０°のときはプラス側の最大トルクの８６．６％のトルク、ロータ位置の位相が１８０°のときはゼロ、ロータ位置の位相が＋２１０°のときはマイナス側の最大トルクの８６．６％のトルクがそれぞれ得られる。
したがって、ロータ位置に応じて常にプラス側に大きいトルクが得られるように回転させるためには、ロータ位置がＰ１のときに通電パターン＃３を実施すると、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。
【００４３】
このように、電気角６０°ごとに２相通電パターンを切り替える１２０°矩形波駆動では、８６．６％トルクから１００％トルクを使用しながら駆動させる。
ロータ位置がＰ１のとき、ロック通電パターンはＵＶ通電であるため、ＵＶ通電パターンから１２０°位相が進んだＶＷ通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。ロック通電状態となるとき、ロータマグネット磁束とコイル磁束は増磁状態なのでコイルのインダクタンスが小さくなる。このため、任意のロータ位置においてコイルインダクタンスの最も小さな通電パターンを検索することで、任意のロータ位置におけるロック通電パターンを特定することができる。したがって、特定したロック通電パターンから１２０°位相が進んだ通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。なお、トルク波形が台形波になるときは、１２０°矩形波駆動であっても、ほぼ１００％トルクを常に出すことができる。なお、ロック通電パターンは、ロータ停止位置に相当するものである。
【００４４】
ここで、１つのロータ位置に対して、６通りの通電パターンを出力した場合の挙動について、ロータ位置が図８のＰ６にあると仮定して説明する。
図９のＰ６のロータ位置に対して最も増磁となる通電パターンは、通電パターン＃６のＷＶ通電である。このときにロータをプラス側の最大トルクでプラス方向に回転させるのは、１２０°進めた通電パターン＃２：ＵＷ通電である。これは、Ｐ６のロータ位置に対して通電パターン＃２の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにプラス方向に回転する力（トルク）を発生させることができるからである。
これは図６の（ｂ）の状態と等価であり、ロータマグネットのＮ極の方向をｄ軸、ｄ軸と直交した方向をｑ軸とすると、ステータコイルによる磁束のｑ軸成分は−８６．６％であり、ロータをプラス方向に回転させると、ｑ軸成分の磁束の絶対値は増加する。
また、Ｐ６にあるロータをマイナス側の最大トルクでマイナス方向に回転させるためには、通電パターン＃４：ＶＵ通電を実施すれば良い。Ｐ６のロータ位置に対して通電パターン＃４の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにマイナス方向に回転する力（トルク）が発生させられるからである。この場合、これは図６の（ｄ）の状態と等価であり、ステータコイルによる磁束のｑ軸成分は８６．６％であり、ロータをマイナス方向に回転させると、ｑ軸成分の磁束の絶対値は増加する。
【００４５】
図６の（ａ）の通電パターン＃１では、ＵＶ通電が行われる。マグネット磁束ベクトルは、ｄ軸と重なるが、コイル磁束ベクトルはｄ軸及びｑ軸からずれている。具体的には、ｄ軸成分が５０％で、ｑ軸成分が−８６．６％になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、−８６．６％になる。ロータ（回転磁界）がプラス方向（正転方向）に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときのトルクは２番目に大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向（逆転方向）に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。
【００４６】
（ｂ）の通電パターン＃２：ＵＷ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が−５０％で、ｑ軸成分が−８６．６％になっている。ロータ（回転磁界）が＋方向に回転するｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに＋回転方向で最も大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。
【００４７】
（ｃ）の通電パターン＃３：ＶＷ通電では、コイル磁束とマグネット磁束が真逆の関係になる。このため、吸引力がゼロで反発が最大になる。コイル磁束ベクトルは、ｄ軸成分が−１００％で、ｑ軸成分が０％になる。瞬間発生トルクは０％になり、ロータがどちらに回転してもｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。このとき、ステータコアを貫く磁束は最小になり、磁気飽和し難くなる。コアの透磁率が最大になって、ステータコイルのインダクタンスも最大となる。
【００４８】
（ｄ）の通電パターン＃４：ＶＵ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が−５０％で、ｑ軸成分が８６．６％になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、８６．６％になる。ロータが＋方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに−方向で最も大きいトルクが得られる。
【００４９】
（ｅ）の通電パターン＃５：ＷＵ通電では、コイル磁束ベクトルがｄ軸成分が５０％で、ｑ軸成分が８６．６％になっている。ロータが＋方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、ｑ軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときに−方向で２番目に大きいトルクが得られる。
【００５０】
（ｆ）の通電パターン＃６：ＶＷ通電では、コイル磁束とマグネット磁束が一致する。
このため、吸引力が最大になり、反発力がゼロになる。コイル磁束ベクトルは、ｄ軸成分が１００％で、ｑ軸成分が０％になる。瞬間発生トルクは０％になり、ロータがどちらに回転してもｑ軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。この状態では、ステータコアを貫く磁束が最大となって、磁気飽和し易い。コアの透磁率が最小になって、ステータコイルのインダクタンスも最小となる。
【００５１】
インダクタンスに関しては、停止しているロータ位置に対して回転磁界（ステータコイル磁束）を変化させることで、原理的には正弦波状にコアを貫く磁束の量が変化するので、インダクタンスの変化も正弦波状になる。図９にロータ位置がＰ６のときの２相通電パターンとインダクタンス変化、及び発生トルクの変化を示す。
図９では、破線が発生トルクの変化を示し、実線がインダクタンスの変化を示している。インダクタンスが最大となる通電パターン＃３が、通電時間が最も大きくなる通電パターンである。したがって、この通電パターン＃３の１つ前の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン＃６の２つ先の通電パターンが、正転方向の最大トルク発生可能通電パターンであり、この場合は通電パターン＃２になる。
同様に、通電時間が最大となる通電パターン＃３の１つ先の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン＃６の２つ前の通電パターンが、逆転方向の最大トルク発生可能通電パターンである。このように求めた最大トルク発生可能通電パターンを、起動通電パターンにセットすることで、高トルクな起動が可能になる。
【００５２】
さらに、各通電パターンと通電時間の関係は、図１０の（ａ）に示すようになる。ラインＬ６に示す通電時間波形は、ロータが位置Ｐ６にあるときの通電時間の変化を示している。ラインＬ１の通電時間波形は、ロータがＰ６から正転方向にπ／３（６０°）進んだ位置Ｐ１にあるときの通電時間の変化を示す。以下、ラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、それぞれ正転方向のπ／３（６０°）ずつ進んだ位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５にあるときの通電時間波形である。このように、ロータ位置により６通りの正弦波状になるので、その正弦波から起動通電パターンを推定することができる。
図１０の（ｂ）に示すように、各通電時間波形を三角波として捉え、これら三角波のそれぞれを微分（差分ΔＴをとる）して傾きの符号を求めると、図１０の（ｃ）に示すようになる。例えば、ラインＬ４の通電時間波形で、通電時間Ｔ１から通電時間Ｔ２に至るまでは減少傾向にあるので、通電時間Ｔ１と通電時間Ｔ２の差分ΔＴの符号は、「−」になる。
【００５３】
ここで、６通りの通電パターンの全てについて通電時間を調べて記憶手段２９Ａに記憶させることも可能であるが、この実施の形態では、電流印加時間比較手段３０にマップ３０Ａを設けることで、３つ又は４つの通電パターンでロータ停止位置を推定するようにしている。すなわち、図１０の（ｂ）に示すように、４つの通電パターン＃１〜＃４の中で必ずピークが現れるので、差分Ｔ１２（＝Ｔ２−Ｔ１）、差分Ｔ２３（＝Ｔ３−Ｔ２）、差分Ｔ３４（＝Ｔ４−Ｔ３）の符号の組み合わせから、三角波の最大又は最小のピークを求め、起動通電パターンを推定することができる。
マップ３０Ａの構成を以下に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
マップ３０Ａから分かるように、ロータ停止位置Ｐ５とＰ２の２通りは、Ｔ１２とＴ２３のみで、Ｔ３４を実施しなくても推定できる。
このように、表１に示すようなマップ３０Ａを予め用意しておき、前後して通電される２つの通電パターンのそれぞれの通電時間の差分で検索することで、３回又は４回の通電でロータ回転位置を推定できるようになる。なお、全ての場合において４回通電を行ってからロータ停止位置を判別しても良い。
【００５６】
ここで、ステップＳ１０４の停止位置検出処理のフローを図１１に示す。
最初に過電流保護手段３２の停止位置検出モード３２Ａが選択され（ステップＳ１２１）、停止位置検出サブルーチンＡが実施される（ステップＳ１２２）。停止位置検出サブルーチンＡは、通電パターンの決定（ステップＳ１２２Ａ）と、次のモードへの移行の可否の判定（ステップＳ１２２Ｂ）を実施する。
始動励磁パターンが確定していないときは、ステップＳ１２２ＢからステップＳ１２３に進む。この処理は、過電流検出信号の立下りを検出したときに発生する割り込み処理であり、ブラシレスモータ１に電流が流れている間待機し（ステップＳ１２３）、過電流検出が検出されたら（ステップＳ１２４）、停止位置検出サブルーチンＢを実施する（ステップＳ１２５）。その後、停止位置検出サブルーチンＡに戻る。
これに対し、始動励磁パターンが確定したときは、ステップＳ１２２ＢからステップＳ１２６に進んでカウンタ２９Ｂを停止させる。この後、始動励磁モードに移行し（ステップＳ１２７）、過電流保護手段３２の過電流検出モード３２Ｂを設定する（ステップＳ１２８）。具体的には、過電流検出手段３８が過電流を検出したら（ステップＳ１２８Ａ）、過電流フラグを「１」にセットする（ステップＳ１２８Ｂ）。
【００５７】
図１２に示すように、停止位置検出サブルーチンＡでは、通電ナンバー（通電Ｎｏ）のカウンタをインクリメントする（ステップＳ２０１）。１回目の処理では通電Ｎｏカウンタは１に設定される。カウンタ２９Ｂのクリア用の閾値を最大値に設定し（ステップＳ２０２）、カウンタ２９Ｂを一度リセットしてから（ステップＳ２０３）、ＰＷＭデューティを１００％に設定する（ステップＳ２０４）。
通電Ｎｏカウンタが「１」であれば（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、通電パターン＃１を実施する（ステップＳ２０６）。そして、ここでの処理を抜ける。
同様に、通電Ｎｏカウンタが「２」であれば（ステップＳ２０７でＹｅｓ）、通電パターン＃２を実施する（ステップＳ２０８）。
通電Ｎｏカウンタが「３」であれば（ステップＳ２０９でＹｅｓ）、通電パターン＃３を実施する（ステップＳ２１０）。
【００５８】
これに対し、通電Ｎｏカウンタが「４」であれば（ステップＳ２１１でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０で、かつ差分Ｔ２３＞０の場合（ステップＳ２１２でＹｅｓ）、又は差分Ｔ１２＞０で、かつ差分Ｔ２３＜０の場合（ステップＳ２１３でＹｅｓ）、ＰＷＭデューティを０％に設定し（ステップＳ２１４）、次のモード（始動励磁モード２６Ｂ）に移行する（ステップＳ２１５）。それ以外の場合（ステップＳ２１２、ステップＳ２１３が共にＮｏ）、通電パターン＃４を実施する（ステップＳ２１６）。
【００５９】
そして、通電Ｎｏカウンタが「５」であれば（ステップＳ２１７でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＞０、かつ差分Ｔ２３＞０、かつ差分Ｔ３４＞０である場合（ステップＳ２１８でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＞０、かつ差分Ｔ２３＞０、かつ差分Ｔ３４＜０である場合（ステップＳ２１９でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０、かつ差分Ｔ２３＜０、かつ差分Ｔ３４＜０である場合（ステップＳ２２０でＹｅｓ）、差分Ｔ１２＜０、かつ差分Ｔ２３＜０、かつ差分Ｔ３４＞０である場合（ステップＳ２２１でＹｅｓ）、ＰＷＭデューティを０％に設定し（ステップＳ２２２）、次のモード（始動励磁モード２６Ｂ）に移行する（ステップＳ２２３）。
【００６０】
停止位置検出サブルーチンＢの詳細を図１３及び図１４を示す。停止位置検出サブルーチンＢは、電流印加時間計測手段２９と、電流印加時間比較手段３０と、ロータ位置推定手段３１の処理の詳細を示すものである。まず、通電のカウンタを調べ、カウンタ番号が「１」であれば（ステップＳ２５１でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ１として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５２）。
カウンタ番号が「２」であれば（ステップＳ２５３でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ２として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５４）。さらに、差分Ｔ１２を算出する（ステップＳ２５５）。
カウンタ番号が「３」であれば（ステップＳ２５６でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ３として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２５７）。さらに、差分Ｔ１２を算出する（ステップＳ２５８）。
【００６１】
ここで、差分Ｔ１２＜０で、かつ差分Ｔ２３＞０の場合（ステップＳ２５９でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２６０でのＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃１に設定する（ステップＳ２６１）。逆転時であれば（ステップＳ２６０でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃３に設定する（ステップＳ２６２）。
一方、差分Ｔ１２＞０で、かつ差分Ｔ２３＜０で（ステップＳ２６３）、正転時には（ステップＳ２６４でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃４に設定する（ステップＳ２６５）。逆転時であれば（ステップＳ２６４でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃６に設定する（ステップＳ２６６）。
【００６２】
カウンタ番号が「４」であれば（ステップＳ２６７でＹｅｓ）、カウンタ２９Ｂのカウント値を通電時間Ｔ４として記憶手段２９Ａにメモリさせる（ステップＳ２６８）。さらに、差分Ｔ３４を算出する（ステップＳ２６９）。
ここで、差分Ｔ１２＞０、Ｔ２３＞０，Ｔ３４＞０の場合（ステップＳ２７０でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７１でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃６に設定する（ステップＳ２７２）。逆転時であれば（ステップＳ２７１でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃２に設定する（ステップＳ２７３）。
【００６３】
差分Ｔ１２＞０、Ｔ２３＞０，Ｔ３４＜０の場合（ステップＳ２７４でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７５でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃５に設定する（ステップＳ２７６）。逆転時であれば（ステップｓ２７５でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃１に設定する（ステップＳ２７７）。
差分Ｔ１２＜０、Ｔ２３＜０，Ｔ３４＜０の場合（ステップＳ２７８でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２７９でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃３に設定する（ステップＳ２８０）。逆転時であれば（ステップＳ２７９でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃５に設定する（ステップＳ２８１）。
差分Ｔ１２＜０、Ｔ２３＜０，Ｔ３４＞０の場合（ステップＳ２８２でＹｅｓ）、正転時であれば（ステップＳ２８３でＮｏ）、起動通電パターンを通電パターン＃２に設定する（ステップＳ２８４）。逆転時であれば（ステップＳ２８３でＹｅｓ）、起動通電パターンを通電パターン＃４に設定する（ステップＳ２８５）。
【００６４】
次に、図５のステップＳ１０６の始動励磁処理の詳細について説明する。
図１５に示すように、通電パターン決定手段２６の始動励磁モード２６Ｂでは、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通電パターンを決定し、励磁信号出力手段２７に始動通電パターンを出力させる（ステップＳ１３１）。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Ｓ１３２）。そして、所期通電時間Ｔｓ１経過したことを確認したら、モード選択手段４０が通電パターン決定手段２６をフリーラン制御モード２６Ｃにセットする（ステップＳ１３３）。
【００６５】
図５のステップＳ１０８のフリーラン制御処理の詳細について説明する。
図１６に示すように、最初に、通電パターン決定手段２６のフリーラン制御モード２６Ｃがフリーランパターンとして、全相の通電をＯＦＦにする通電パターンを出力する（ステップＳ１４１）。
慣性でブラシレスモータ１のロータ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の位置検出を実施する（ステップＳ１４２）。ロータ位置を予め定めた回数だけ検出できたら（ステップＳ１４３でＹｅｓ）、通電パターン決定手段２６を定常励磁モード２６Ｄにセットし、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Ｓ１４４）。
ステップＳ１４３でロータ位置を予め定めた回数検出されていないときは（ステップＳ１４３でＮｏ）、誘起電圧のエッジ間隔を計測する回数が予め設定された回数経過するまで（ステップＳ１４５）、ステップＳ１４２を繰り返す。所定回数経過しても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Ｓ１４５でＹｅｓ）、ブラシレスモータ１が逆転していると判定し、モード選択手段４０は、通電パターン決定手段２６をブレーキ停止モード２６Ｅにセットする（ステップＳ１４６）。
【００６６】
図５のステップＳ１１２のブレーキ停止処理の詳細について説明する。
図１７に示すように、ブレーキ停止モード２６Ｅによるブレーキ停止処理として、低デューティで２相通電ロック処理が行われる（ステップＳ１５１）。２相通電ロック処理は、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Ｓ１５２）、停止位置検出モード２６Ａがセットされる（ステップＳ１５３）。
【００６７】
次に、停止位置検出を含む始動時の処理の全体について、図１８を参照してさらに詳細に説明する。図１８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。
【００６８】
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。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。
【００６９】
時間ｔ３で初期通電時間Ｔｓ１が経過したら、通電パターン決定手段２６がフリーラン制御モード２６Ｃに移行し、全相への通電をＯＦＦにする。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相の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。
【００７０】
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ブラシレスモータ１の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、インバータ回路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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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１９に示すように、始動時は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）のデューティを例えば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、再びデューティを約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。
【００７４】
次に、図５のステップＳ１１０に示す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２に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表３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、ブラシレスモータ１が正回転していると判定された場合に、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。
【００７５】
【表２】
【００７６】
【表３】
【００７７】
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２０に示す。図２０は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態と、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの実際の誘起電圧波形Ｕｖ、Ｖｖ、Ｗｖ（アナログ信号）と、相Ｕ，Ｖ，Ｗごとの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（デジタル信号）とが図示されている。最上段の相Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電状態は、上段で「＋」が付加されている相Ｕ，Ｖ，Ｗが高電位側で、下段で「−」が付加されている相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、Ｗ相からＶ相に通電することを示す（図６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。
【００７８】
また、図２１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２１は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相Ｕ，Ｖ，Ｗの誘起電圧信号Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ（図２０と同じ信号）と、前記誘起電圧信号Ｕｄ、Ｖｄ、Ｗｄそれぞれに重畳されている方形波パルス電圧信号Ｐｓを分離するためのマスク信号Ｕｍ、Ｖｍ、Ｗｍと、前記マスク信号によってＵｄ、Ｖｄ、Ｗｄから分離された方形波パル電圧信号Ｕｐｓ、Ｖｐｓ、Ｗｐｓと、各相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とが順番に図示されている。
【００７９】
図２０に示す各相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、図２の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。
【００８０】
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に受け渡す。励磁切り替えタイミング演算手段２２では、図２１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、励磁信号出力手段２７が、これら位相検出信号Ｕｓｓ，Ｖｓｓ，Ｗｓｓに従ってインバータ回路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。
【００８１】
ここで、励磁信号出力手段２７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、励磁信号出力手段２７がインバータ回路１３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２１の例では、Ｕ相の位置検出信号Ｕｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、Ｗ相のマスク信号ＷｍをＨ（High）レベルに設定する。同様に、Ｖ相の位置検出信号Ｖｓｓのエッジエッジの発生タイミングの直前に、Ｕ相のマスク信号ＵｍをＨ（High）レベルに設定する。Ｗ相の位置検出信号Ｗｓｓのエッジの発生タイミングの直前に、Ｖ相のマスク信号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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、複数台並列モータ１の通電制御を行う。
【００８４】
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。
【００８５】
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２２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。
【００８６】
なお、図２２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、Ｕ相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。
【００８７】
これに対して、図２３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、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。
【００８８】
図２３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２及び表３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３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３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２及び表３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。
【００８９】
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２３に示す。図２４は、Ｕ相における励磁タイミングと遅れ位相θ１、θ２を模式的に示している。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に起因し、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回路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。
【００９０】
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２５に示す範囲Ｒ５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Ｒ５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２５は、横軸を周波数の対数表示とし、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。
【００９１】
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）
【００９２】
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）からローパスフィルタ回路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。
【００９３】
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、ローパスフィルタ回路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）
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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２６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５のフローチャートに従ってステップＳ１０３からステップＳ１０８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Ｓ１０９からステップＳ１１０に進んで、定常駆動モードに移行する。
【００９７】
始動時に回転速度が図４に示す領域Ｒ３にあるときについて説明する。
図５のステップＳ１０１からステップＳ１０８を実施しても、逆方向に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、励磁切り替えタイミング演算手段２２のフリーランモード２２Ｃからの励磁切り替えタイミング信号がモード選択手段４０に送られないので、モード選択手段が逆転状態にあると判定する。
この場合、図１に示す制御装置１１は、ブレーキ停止モード２６Ｅが２相ロック通電を一定の時間、過電流とならない程度の低いデューティでブラシレスモータ１に印加する（ブレーキ停止モード２６Ｅ）。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。
【００９８】
図２７に始動時に逆回転しているときの回転速度の変化を示す。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。
【００９９】
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Ｓ１０２からステップＳ１０８を実施し、定常駆動モードに移行する。
【０１００】
この実施の形態によれば、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。
インダクタンス検出のための特別の回路が不要になるので回路構成を簡略化できる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用しても良い。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３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り、分離手段２１に登録されている。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ようになる。
【０１０３】
ステップＳ１１２のブレーキ停止処理を最初に実施しても良い。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、ブレーキ停止処理によって強制的に領域Ｒ１に制御されるようになる。
６つの通電パターン全てについてカウント値を計数してロータ停止位置を判定しても良い。
ブラシレスモータ１は、複数台を並列に接続させても良い。
ロータ停止位置を検出した後の始動方法や、定常回転時の駆動方法は、実施の形態に限定されない。
【符号の説明】
【０１０４】
１ ブラシレスモータ
２ 駆動装置
１１ 制御装置
１３ インバータ回路
１３Ａ シャント抵抗（電流測定手段）
２９Ａ 記憶手段
２９Ｂ カウンタ
３０ 電流印加時間比較手段（位置推定手段）
３０Ａ マップ
３１ ロータ位置推定手段（位置推定手段）
３８ 過電流検出手段（電流比較手段）
４１ ロータ
Ｕ，Ｖ，Ｗ コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、
前記電流の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、
複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、
前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化する
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、
前記カウンタは、
前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、
前記制御装置は、
前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
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制御方法であって、
インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、
を備えることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、
複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項７】
エンジンルーム内のラジエータに対して配設され、ラジエータファンの回転機構に使用され、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ファンモータの駆動装置であって、
前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、
前記電流の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、
複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、
前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化する
ことを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項８】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項７に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項９】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、
前記カウンタは、
前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、
前記制御装置は、
前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段
を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項１０】
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制御方法であって、
インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、
を備えることを特徴とするブラシレスファンモータの制御方法。
【請求項１１】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項１０に記載のブラシレスファンモータの制御方法。
【請求項１２】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、
複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のブラシレスファンモータの制御方法。
【請求項１】
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、
前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、
前記電流の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、
複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、
前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化する
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、
前記カウンタは、
前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、
前記制御装置は、
前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
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制御方法であって、
インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、
を備えることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、
複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項７】
エンジンルーム内のラジエータに対して配設され、ラジエータファンの回転機構に使用され、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ファンモータの駆動装置であって、
前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、
前記電流の供給を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、
複数の前記通電パターンを指令する信号が出力されることで計数を開始するカウンタと、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、
前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化する
ことを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項８】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項７に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項９】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段を備え、
前記カウンタは、
前記通電パターンを指令する信号が出力されてから、前記検出信号が出力されるまでの時間をカウント値として、通電パターンごとに計数するとともに、
前記制御装置は、
前記通電パターンごとに計数されたカウント値に応じてロータ停止位置を決定する位置推定手段
を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。
【請求項１０】
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制御方法であって、
インバータ回路によって複数相の前記コイルに電流を流すために、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力によってカウンタの計数を開始するステップと、
前記複数の通電パターンのうち、第１の通電パターンによる通電を指令し、前記第１の通電パターンの通電を指令する信号を出力してから、前記カウンタから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、続く第２の通電パターンによる通電を指令する信号を出力すると共に、前記カウンタのカウント値を初期化するステップと、
を備えることを特徴とするブラシレスファンモータの制御方法。
【請求項１１】
前記所定の時間は、前記インバータ回路による印加電流が予め設定された閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値とされている
ことを特徴とする請求項１０に記載のブラシレスファンモータの制御方法。
【請求項１２】
前記コイルに流れる電流の電流値が予め設定された閾値以上になったら、前記電流の供給を停止させるステップと、
前記通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流の電流値が前記閾値以上になるまでの時間をカウンタで計数するステップと、
複数の前記通電パターンに対して前記カウンタで計数したカウント値の変化からロータ停止位置を判定するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のブラシレスファンモータの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１３−８１３７３（Ｐ２０１３−８１３７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２１７９２（Ｐ２０１３−２１７９２）
【出願日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【分割の表示】特願２００７−２３５２３９（Ｐ２００７−２３５２３９）の分割
【原出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【分割の表示】特願２００７−２３５２３９（Ｐ２００７−２３５２３９）の分割
【原出願日】平成１９年９月１１日（２００７．９．１１）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
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