ブラシレスＤＣモータの駆動装置と駆動方法
【課題】磁極検出用のホール素子を備えたブラシレスＤＣモータにおいて、ブラシレスＤＣモータを円滑に起動する駆動装置を提供すること。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ２１の起動時は、周期算出部４５が速度設定部４１に設定した起動時の速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを算出し、その周期Ｔｓ毎に相切替信号発生部２４の相切替信号によってインバータ２２を切り替える。電圧設定部４４には、起動時に必要な起動トルクを発生できる電圧指令値を設定してあり、ＰＷＭ信号発生部２５は、その電圧指令値に対応するＰＷＭ信号を発生して相切替信号発生部２４へ送る。ブラシレスＤＣモータ２１が所定の回転速度に達すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がａ側へ切り替わり、ＰＩＤ４３による速度制御に変わる。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ２１の起動時は、周期算出部４５が速度設定部４１に設定した起動時の速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを算出し、その周期Ｔｓ毎に相切替信号発生部２４の相切替信号によってインバータ２２を切り替える。電圧設定部４４には、起動時に必要な起動トルクを発生できる電圧指令値を設定してあり、ＰＷＭ信号発生部２５は、その電圧指令値に対応するＰＷＭ信号を発生して相切替信号発生部２４へ送る。ブラシレスＤＣモータ２１が所定の回転速度に達すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がａ側へ切り替わり、ＰＩＤ４３による速度制御に変わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、磁極検出センサにホール素子を用いたブラシレスＤＣモータの駆動装置と駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、一般に所定の励磁パターンの相切替信号を形成し、その相切替信号によりインバータをスイッチングし、３相コイルに順次励磁電流を供給して回転磁界を発生し、永久磁石からなる回転子がその回転磁界に追従して回転するように構成されている。そして相切替信号を形成する励磁パターンは、ホール素子（磁極検出センサ）の磁極検出信号を用いて形成する。その際励磁パターンは、ブラシレスＤＣモータが定常駆動状態にあるときはホール素子の磁極検出信号を用いて形成し、起動時にはホール素子の磁極検出信号を用いないで形成する駆動装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、ブラシレスＤＣモータの起動時にはホール素子の磁極検出信号を用いないで励磁パターンを形成するブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図を示す。
図５において、１１は、永久磁石の回転子Ｒ、３相コイルＵ，Ｖ，ＷからなるブラシレスＤＣモータ、１２は、回転子Ｒの磁極（Ｎ，Ｓ）を検出する１個のホール素子（磁極検出センサ）である。１３は、ホール素子１２の出力に基づいて磁極検出信号を形成する磁極検出信号形成回路、１４は、磁極検出信号の周期を測定するタイマー回路である。１５１は、静止している回転子Ｒを始動させるための励磁パターン（始動励磁パターン）を形成する始動励磁パターン形成回路、１５２は、定常駆動時の励磁パターンを形成する励磁パターン形成回路、１６は、始動励磁パターン形成回路１５１又は励磁パターン形成回路１５２の励磁パターンを選択する励磁パターン選択回路である。１７は、インバータ等からなる駆動回路である。
【０００４】
駆動回路１７は、始動励磁パターン形成回路１５１又は励磁パターン形成回路１５２の励磁パターンにしたがって相切替信号を形成し、その相切替信号によりインバータのスイッチングを制御して、ブラシレスＤＣモータ１１の３相コイルＵ，Ｖ，Ｗへ励磁電流を順次供給する。
励磁パターン形成回路１５２は、磁極検出信号を用いて励磁パターンを形成するが、始動励磁パターン形成回路１５１は、磁極検出信号を用いないで始動励磁パターンを形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６３７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、ホール素子の磁極検出信号を用いないで起動時の始動励磁パターンを如何に作成するのか明らかでない。また起動時の電気角初期値を如何に取り込む（設定する）のか明らかでない。そのため、従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、起動時に電気角で最大１８０度逆転することがあり、ブラシレスＤＣモータを円滑に起動し、円滑に回転速度を上昇させることが難しい。
本願発明は、この点に鑑み、ブラシレスＤＣモータを円滑に起動し、回転速度を円滑に上昇させることができるブラシレスＤＣモータの起動装置と起動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置において、
３個のホール素子の出力により磁極検出信号を発生する磁極検出信号発生部、
磁極検出信号により電気角を判定する電気角判定部、
起動時の速度指令値により電気角６０度の周期を算出する周期算出部、
周期算出部の周期と電気角判定部の電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生する回転子位置設定部、
起動時の電圧指令値を設定する電圧設定部、
定常時速度制御部、
起動時の電圧指令値又は定常時速度制御部の速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部、
回転子位置設定信号又は定常時の磁極検出信号とＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生する相切替信号発生部、
相切替信号により駆動して３相コイルに励磁電流を供給する相切替部を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記起動時の電圧指令値と前記速度制御信号の切替スイッチ、前記回転子位置設定信号と前記定常時の磁極検出信号の切替スイッチ、及びそれらのスイッチを駆動するスイッチ駆動部を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの起動時には前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より大きくなると前記スイッチを前記速度制御信号側及び前記定常時の磁極検出信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項５に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より小さくなると前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項６に記載のブラシレスＤＣモータの駆動方法は、永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出するホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動方法において、
３個のホール素子の出力により発生する磁極検出信号により電気角初期値を判別し、
起動時の速度指令値を用いて電気角６０度の周期を算出し、
前記周期と前記電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生し、
回転子位置設定信号と起動時の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生し、
相切替信号により相切替部を駆動して３相コイルに励磁電流を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明は、ブラシレスＤＣモータの加速度特性に基づいて起動時の速度指令値を設定し、その速度指令値に基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを算出するとともに、３個のホール素子の出力により発生した磁極検出信号により電気角初期値を判定し、その電気角初期値を基準に周期Ｔｓを更新し、更新した周期Ｔｓ毎に順次相切替信号を発生して３相コイルＵ，Ｖ，Ｗを励磁するから、回転子は、３相コイルＵ，Ｖ，Ｗの回転磁界に円滑に追従し、ブラシレスＤＣモータは、円滑に起動する。
【０００９】
また本願発明は、起動時に用いる電圧設定部を設け、その電圧設定部の電圧指令値を用いて起動時の３相コイルＵ，Ｖ，Ｗの励磁電流を制御するから、ブラシレスＤＣモータは、起動時に大きな起動トルクを発生することができ、負荷が大きい場合或いは車椅子が坂道発進するような場合にも円滑に起動する。そして電圧設定部は、起動時のみ用いるから、定常駆動時に必要以上に大きな励磁電流を流すことがない。したがって無駄な消費電力をなくすことができる。
また本願発明は、減速時に起動時の速度指令値を逆に使用するのみで減速駆動することができるから、起動時と同じ装置を用いて円滑に減速駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図４により本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【００１１】
図１は、本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
２１は、３相コイルと永久磁石の回転子からなるブラシレスＤＣモータ、２２は、ブラシレスＤＣモータ２１の３相コイルに励磁電流を順次供給する相切替部（インバータ）、２３は、直流電源、２４は、インバータ２２を順次切り替える６種類の相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を、所定の励磁パターン（ブラシレスＤＣモータのコイルを励磁するパターン）にしたがって発生する相切替信号発生部、２５は、相切替信号発生部２４へ供給するＰＷＭ（パルス幅変調）信号（矩形波）を発生するＰＷＭ信号発生部である。
３１は、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子の磁極（Ｎ極，Ｓ極）を検出する３個のホール素子（ホールセンサ）、３２は、ホール素子３１の出力に基づいて磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを発生する磁極検出信号発生部、３３は、その磁極検出信号に基づいてモータの電気角（以下本願において電気角と呼ぶ）θを判定する電気角判定部、３４は、磁極検出信号に基づいて回転子の回転速度を算出する速度算出部、３５は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えるスイッチ駆動部である。
【００１２】
４１は、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子の速度指令値（速度目標値）Ｖｓを設定する速度設定部、４２は、速度設定部４１の速度指令値Ｖｓと速度算出部３４の算出した速度との速度偏差を算出する速度偏差算出部、４３は、速度偏差に応じて速度制御を行なうＰＩＤ（比例・積分・微分）、４４は、電圧設定部、４５は、速度設定部４１の速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度（後述する）の周期（時間長）Ｔｓを算出する周期算出部、４６は、電気角判定部３３が判定した電気角初期値を基準にして電気角θを６０度ずつ更新し（周期Ｔｓも更新する）、更新した６０度の周期Ｔｓに対応する回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗを発生する回転子位置設定部である。
ここで速度設定部４１、速度算出部３４、速度偏差算出部４２及びＰＩＤ４３は、定常駆動時の速度制御を行なうから、これらを総称して定常時速度制御部と呼ぶ。
【００１３】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、起動時はｂ側に切り替わっているが、定常駆動時はａ側へ切り替わる。そしてスイッチＳＷ１，ＳＷ２がｂ側へ切り替わっているとき、相切替信号発生部２４には回転子位置設定部４６が接続され、ＰＷＭ信号発生部２５には電圧設定部４４が接続され、ａ側へ切り替わっているとき、相切替信号発生部２４には磁極検出信号発生部３２が接続され、ＰＷＭ信号発生部２５にはＰＩＤ４３が接続されている（即ち定常時速度制御部が接続されている）。そこでスイッチＳＷ１，ＳＷ２のａ側を定常時側、ｂ側を起動時・減速時側と呼ぶ。
またスイッチＳＷ３は、始動スイッチで、ブラシレスＤＣモータ２１を起動するときに操作すると（押すと）、閉じる。
【００１４】
速度設定部４１の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータ２１の定常駆動時の速度指令値と起動時と減速時（停止時）の速度指令値がある。定常駆動時の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータ２１が、例えば車椅子用の場合、車椅子のジョイステックの操作量に対応して設定される。また起動時・減速時の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータの起動時の加速度特性（回転速度の立上がり特性）、減速特性に基づいて事前に設定する。起動時のブラシレスＤＣモータ２１は、停止状態から回転速度が徐々に速くなるから、起動時の速度指令値Ｖｓは、時間の経過とともに、Ｖｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ３＜・・・＜Ｖｓｎとなるように速度設定部４１に設定する。減速時の速度指令値Ｖｓは、起動時の速度指令値Ｖｓの逆の指令値を用いる。
なお起動時の速度指令値は、始動スイッチＳＷ３を操作したとき自動的に選択されるように構成してもよい。
【００１５】
周期算出部４５は、速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを、Ｔｓ（秒）＝６０度／Ｖｓ（度／秒）により算出する。したがってブラシレスＤＣモータ２１の起動時の周期Ｔｓは、速度指令値Ｖｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ３＜・・・＜Ｖｓｎに対応して、Ｔｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎとなり、時間とともに変化し、回転速度が速くなるにしたがって短くなる。
ここで電気角６０度は、インバータ２２を３相１２０度通電方式によって駆動する場合の相切替信号の発生間隔に相当する。
【００１６】
電圧設定部４４には、ブラシレスＤＣモータ２１を起動するとき、円滑に起動し回転速度が円滑に立ち上がるように、所定の最大負荷に対して充分な起動トルクを発生できる電圧を設定する。その設定電圧は、例えばブラシレスＤＣモータ２１が車椅子用の場合、車椅子の走行可能な最大荷重、坂道の最大傾斜角、加速度特性に基づいて設定する。
スイッチ駆動部３５は、ブラシレスＤＣモータ２１が起動して、その回転速度が所定の速度に達すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をｂ側（起動時・減速時側）からａ側（定常時側）へ切り替える。即ち電圧設定部４４側、回転子位置設定部４６側から定常時速度制御部側、磁極信号発生部３２側へ切替える。またブラシレスＤＣモータ２１の減速時（停止時）、その回転速度が所定の速度よりも小さくなると、スイッチ駆動部３５は、後述するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側からｂ側へ切り替える。
【００１７】
次に図１のブラシレスＤＣモータの駆動装置の動作について説明する。
ブラシレスＤＣモータ２１が停止しているとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ｂ側に切り替わっている。そのとき始動スイッチＳＷ３を操作すると、回転子位置設定部４６は、電気角判定部３３から回転子が停止しているときの電気角（電気角初期値）を取り込むとともに、周期算出部４５から周期Ｔｓを取り込む。周期Ｔｓは、前記のようにＴｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎと変化する。
【００１８】
その際電気角判定部３３は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを用いてブラシレスＤＣモータ２１が停止しているときの電気角、即ち電気角初期値（回転子が停止しているときの磁極と３相コイルの位置関係）を判定する。回転子位置設定部４６は、電気角判定部３３の判定した電気角初期値を基準にして、電気角θを６０度ずつ更新し、更新した６０度の周期に対応する回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗを相切替信号発生部２４へ送る。電気角θを６０度ずつ更新すると更新した６０度に相当する周期ＴｓもＴｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎと更新する。したがって相切替信号発生部２４は、ＰＷＭ信号発生部２５からＰＷＭ信号（矩形波）を取り込み、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗにしたがって更新した周期Ｔｓ毎にＰＷＭ信号を用いて相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生する。インバータ２２は、相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±によって駆動し、その相切替信号により順次切り替わってブラシレスＤＣモータ２１のコイルに励磁電流を供給する。その際ＰＷＭ信号発生部２５は、電圧設定部４４の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号を発生する。
【００１９】
以上は、ブラシレスＤＣモータ２１が起動するときの動作であるが、ブラシレスＤＣモータ２１が減速(停止)するきも、回転子位置設定信号を用いて相切替信号発生部２４を制御することができる。即ち減速時には、回転子位置設定部４６は、速度設定部４１に設定した減速時の速度指令値Ｖｓに対応する回転子位置設定信号を発生する。減速時の速度指令値Ｖｓは、起動時と逆で、Ｖｓ１＞Ｖｓ２＞Ｖｓ３＞・・・＞Ｖｓｎのように、時間とともに小さくなるように設定する。したがって周期Ｔｓは、Ｔｓ１＜ＴＳ２＜Ｔｓ３＜・・・＜Ｔｓｎのように時間とともに大きくなる。速度指令値Ｖｓをこのように設定することにより、ブラシレスＤＣモータ２１は、滑らかに減速して停止する。
【００２０】
ブラシレスＤＣモータ２１が起動して所定の回転速度に達すると、スイッチ駆動部３５は、速度算出部３４からの信号によって動作し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側へ切り替える。スイッチＳＷ１，ＳＷ２がａ側へ切り替わると、磁極検出信号発生部３２から相切替信号発生部２４へ磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗが送られる。以後相切替信号発生部２４は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗに追従して電気角６０度毎にＰＷＭ信号発生部２５からのＰＷＭ信号を用いて相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生する。
【００２１】
一方速度偏差算出部４２は、速度設定部４１の定常駆動時の速度指令値Ｖｓと速度算出部３４が算出した速度との偏差（速度偏差）を算出してＰＩＤ４３へ送る。ＰＩＤ４３は、その速度偏差に基づいて速度偏差に対応する大きさの速度制御信号を発生してＰＷＭ信号発生部２５へ送り、ＰＷＭ信号発生部２５は、その速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生する。なお速度設定部４１における起動時の速度指令値から定常駆動時の速度指令値への切替えは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替えに連動して行なうように構成してもよい。
またブラシレスＤＣモータの減速時には、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度よりも小さくなると、スイッチ駆動部３５は、速度算出部３４からの信号によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側からｂ側へ切り替え、その切替えに伴って速度設定部４１の速度指令値Ｖｓを、定常駆動時の速度指令値から減速時の速度指令値へ切替える。
【００２２】
図１のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、ブラシレスＤＣモータの加速度特性に基づいて起動時の速度指令値Ｖｓを設定し、その速度指令値Ｖｓに基づいて周期Ｔｓを算出し、その周期Ｔｓ毎に順次相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生するから、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子は、３相コイルに発生する回転磁界に円滑に追従する。またブラシレスＤＣモータ２１は、起動時に電圧設定部４４の電圧指令値に基づいて大きな起動トルクを発生するから、負荷が大きい場合、或いは車椅子が坂道発進するような場合にも円滑に起動する。そして電圧設定部４４は、起動時のみ用いるから、定常駆動時に必要以上の励磁電流を流すことがない。したがって定常駆動時の無駄な消費電流を小さくすることができる。
【００２３】
図２は、図１のブラシレスＤＣモータ２１、インバータ２２等の具体的構成例を示す。
ブラシレスＤＣモータ２１は、３相コイルＵ，Ｖ，Ｗと４極（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）の回転子Ｒからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを配置してある。磁極検出信号発生部３２は、ホール素子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの出力に基づいて磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを発生する。インバータ２２は、６個のトランジスタからなり、夫々のトランジスタには、相切替信号発生部２４から６種類の相切替信号Ｖｕ-，Ｖｕ＋，・・・，Ｖｗ＋が所定の励磁パターンにしたがって供給される。６個のトランジスタは、順次導通して直流電源２３からコイルＵ，Ｖ，Ｗへ順次励磁電流を供給する。
【００２４】
次に図３、図４により、図１、図２の１２０度通電方式に対応して発生する相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）を説明する。
図３は、ブラシレスＤＣモータの起動時の相切替信号を示し、図４は、定常駆動時の相切替信号を示す。
【００２５】
図３において、図３（ａ）は、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗと相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生状況を示すタイミングチャートを示し、図３（ｂ）は、そのタイムチャートを表に整理した回転子位置設定信号の発生パターンと相切替信号の発生パターン（励磁パターン）を示す。
図３において、電気角θは、６０度ずつ更新し、更新した夫々の６０度の周期Ｔｓは、Ｔｓ１，ＴＳ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎと更新する。なお図３は、Ｔｓ１〜Ｔｓ６のみ示してある。
電気角６０度の周期Ｔｓは、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗで決まる。即ち電気角６０度毎に周期Ｔｓ１，Ｔｓ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎが、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗのタイミングで発生する。そして相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-は、周期Ｔｓ１，ＴＳ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎ毎に切り替わり、各周期において２種類（例えば周期Ｔｓ１ではＶｕ＋とＶｖ-）が同時に発生する。その発生パターン（励磁パターン）は、図３（ｂ）のようになり、３６０度毎に同じパターンを繰り返す。
【００２６】
次に図４について説明する。
図４（ａ）は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗとその磁極検出信号に基づいて発生する相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生状況を示すタイムチャートを示し、図４（ｂ）は、そのタイムチャートを表に整理した磁極検出信号の発生パターンと相切替信号の発生パターン（励磁パターン）を示す。
図４において、電気角θと周期Ｔは、図３と同様に６０度ずつ更新する。
ブラシレスＤＣモータが起動状態から定常駆動状態に切り替わると、電気角６０度の周期Ｔは、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗによって決まる。即ち電気角６０度毎に周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎ（Ｔ１〜Ｔ６のみ図示）が、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗのタイミングで発生する。周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎにおける相切替信号号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生パターン（励磁パターン）は、図３（ｂ）と同じである。
なお周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎは、ブラシレスＤＣモータ２１が定速度で回転しているときは、略同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
【図２】図１のブラシレスＤＣモータ、インバータ等の具体的構成例を示す。
【図３】図１、図２の起動時の相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）示す。
【図４】図１、図２の定常駆動時の磁極検出信号の発生状況と発生パターン、及び相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）示す。
【図５】従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
【符号の説明】
【００２８】
２１ ブラシレスＤＣモータ
２２ 相切替部（インバータ）
２３ 直流電源
２４ 相切替信号発生部
２５ ＰＷＭ信号発生部
３１ ホール素子
３２ 磁極検出信号発生部
３３ 電気角判定部
３４ 速度算出部
３５ スイッチ駆動部
４１ 速度設定部
４２ 速度偏差算出部
４３ ＰＩＤ
４４ 電圧設定部
４５ 周期算出部
４６ 回転子位置設定部
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、磁極検出センサにホール素子を用いたブラシレスＤＣモータの駆動装置と駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、一般に所定の励磁パターンの相切替信号を形成し、その相切替信号によりインバータをスイッチングし、３相コイルに順次励磁電流を供給して回転磁界を発生し、永久磁石からなる回転子がその回転磁界に追従して回転するように構成されている。そして相切替信号を形成する励磁パターンは、ホール素子（磁極検出センサ）の磁極検出信号を用いて形成する。その際励磁パターンは、ブラシレスＤＣモータが定常駆動状態にあるときはホール素子の磁極検出信号を用いて形成し、起動時にはホール素子の磁極検出信号を用いないで形成する駆動装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、ブラシレスＤＣモータの起動時にはホール素子の磁極検出信号を用いないで励磁パターンを形成するブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図を示す。
図５において、１１は、永久磁石の回転子Ｒ、３相コイルＵ，Ｖ，ＷからなるブラシレスＤＣモータ、１２は、回転子Ｒの磁極（Ｎ，Ｓ）を検出する１個のホール素子（磁極検出センサ）である。１３は、ホール素子１２の出力に基づいて磁極検出信号を形成する磁極検出信号形成回路、１４は、磁極検出信号の周期を測定するタイマー回路である。１５１は、静止している回転子Ｒを始動させるための励磁パターン（始動励磁パターン）を形成する始動励磁パターン形成回路、１５２は、定常駆動時の励磁パターンを形成する励磁パターン形成回路、１６は、始動励磁パターン形成回路１５１又は励磁パターン形成回路１５２の励磁パターンを選択する励磁パターン選択回路である。１７は、インバータ等からなる駆動回路である。
【０００４】
駆動回路１７は、始動励磁パターン形成回路１５１又は励磁パターン形成回路１５２の励磁パターンにしたがって相切替信号を形成し、その相切替信号によりインバータのスイッチングを制御して、ブラシレスＤＣモータ１１の３相コイルＵ，Ｖ，Ｗへ励磁電流を順次供給する。
励磁パターン形成回路１５２は、磁極検出信号を用いて励磁パターンを形成するが、始動励磁パターン形成回路１５１は、磁極検出信号を用いないで始動励磁パターンを形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６３７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、ホール素子の磁極検出信号を用いないで起動時の始動励磁パターンを如何に作成するのか明らかでない。また起動時の電気角初期値を如何に取り込む（設定する）のか明らかでない。そのため、従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、起動時に電気角で最大１８０度逆転することがあり、ブラシレスＤＣモータを円滑に起動し、円滑に回転速度を上昇させることが難しい。
本願発明は、この点に鑑み、ブラシレスＤＣモータを円滑に起動し、回転速度を円滑に上昇させることができるブラシレスＤＣモータの起動装置と起動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置において、
３個のホール素子の出力により磁極検出信号を発生する磁極検出信号発生部、
磁極検出信号により電気角を判定する電気角判定部、
起動時の速度指令値により電気角６０度の周期を算出する周期算出部、
周期算出部の周期と電気角判定部の電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生する回転子位置設定部、
起動時の電圧指令値を設定する電圧設定部、
定常時速度制御部、
起動時の電圧指令値又は定常時速度制御部の速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部、
回転子位置設定信号又は定常時の磁極検出信号とＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生する相切替信号発生部、
相切替信号により駆動して３相コイルに励磁電流を供給する相切替部を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記起動時の電圧指令値と前記速度制御信号の切替スイッチ、前記回転子位置設定信号と前記定常時の磁極検出信号の切替スイッチ、及びそれらのスイッチを駆動するスイッチ駆動部を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの起動時には前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より大きくなると前記スイッチを前記速度制御信号側及び前記定常時の磁極検出信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項５に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より小さくなると前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とする。
請求項６に記載のブラシレスＤＣモータの駆動方法は、永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出するホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動方法において、
３個のホール素子の出力により発生する磁極検出信号により電気角初期値を判別し、
起動時の速度指令値を用いて電気角６０度の周期を算出し、
前記周期と前記電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生し、
回転子位置設定信号と起動時の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生し、
相切替信号により相切替部を駆動して３相コイルに励磁電流を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明は、ブラシレスＤＣモータの加速度特性に基づいて起動時の速度指令値を設定し、その速度指令値に基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを算出するとともに、３個のホール素子の出力により発生した磁極検出信号により電気角初期値を判定し、その電気角初期値を基準に周期Ｔｓを更新し、更新した周期Ｔｓ毎に順次相切替信号を発生して３相コイルＵ，Ｖ，Ｗを励磁するから、回転子は、３相コイルＵ，Ｖ，Ｗの回転磁界に円滑に追従し、ブラシレスＤＣモータは、円滑に起動する。
【０００９】
また本願発明は、起動時に用いる電圧設定部を設け、その電圧設定部の電圧指令値を用いて起動時の３相コイルＵ，Ｖ，Ｗの励磁電流を制御するから、ブラシレスＤＣモータは、起動時に大きな起動トルクを発生することができ、負荷が大きい場合或いは車椅子が坂道発進するような場合にも円滑に起動する。そして電圧設定部は、起動時のみ用いるから、定常駆動時に必要以上に大きな励磁電流を流すことがない。したがって無駄な消費電力をなくすことができる。
また本願発明は、減速時に起動時の速度指令値を逆に使用するのみで減速駆動することができるから、起動時と同じ装置を用いて円滑に減速駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図４により本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【００１１】
図１は、本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
２１は、３相コイルと永久磁石の回転子からなるブラシレスＤＣモータ、２２は、ブラシレスＤＣモータ２１の３相コイルに励磁電流を順次供給する相切替部（インバータ）、２３は、直流電源、２４は、インバータ２２を順次切り替える６種類の相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を、所定の励磁パターン（ブラシレスＤＣモータのコイルを励磁するパターン）にしたがって発生する相切替信号発生部、２５は、相切替信号発生部２４へ供給するＰＷＭ（パルス幅変調）信号（矩形波）を発生するＰＷＭ信号発生部である。
３１は、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子の磁極（Ｎ極，Ｓ極）を検出する３個のホール素子（ホールセンサ）、３２は、ホール素子３１の出力に基づいて磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを発生する磁極検出信号発生部、３３は、その磁極検出信号に基づいてモータの電気角（以下本願において電気角と呼ぶ）θを判定する電気角判定部、３４は、磁極検出信号に基づいて回転子の回転速度を算出する速度算出部、３５は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り替えるスイッチ駆動部である。
【００１２】
４１は、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子の速度指令値（速度目標値）Ｖｓを設定する速度設定部、４２は、速度設定部４１の速度指令値Ｖｓと速度算出部３４の算出した速度との速度偏差を算出する速度偏差算出部、４３は、速度偏差に応じて速度制御を行なうＰＩＤ（比例・積分・微分）、４４は、電圧設定部、４５は、速度設定部４１の速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度（後述する）の周期（時間長）Ｔｓを算出する周期算出部、４６は、電気角判定部３３が判定した電気角初期値を基準にして電気角θを６０度ずつ更新し（周期Ｔｓも更新する）、更新した６０度の周期Ｔｓに対応する回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗを発生する回転子位置設定部である。
ここで速度設定部４１、速度算出部３４、速度偏差算出部４２及びＰＩＤ４３は、定常駆動時の速度制御を行なうから、これらを総称して定常時速度制御部と呼ぶ。
【００１３】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、起動時はｂ側に切り替わっているが、定常駆動時はａ側へ切り替わる。そしてスイッチＳＷ１，ＳＷ２がｂ側へ切り替わっているとき、相切替信号発生部２４には回転子位置設定部４６が接続され、ＰＷＭ信号発生部２５には電圧設定部４４が接続され、ａ側へ切り替わっているとき、相切替信号発生部２４には磁極検出信号発生部３２が接続され、ＰＷＭ信号発生部２５にはＰＩＤ４３が接続されている（即ち定常時速度制御部が接続されている）。そこでスイッチＳＷ１，ＳＷ２のａ側を定常時側、ｂ側を起動時・減速時側と呼ぶ。
またスイッチＳＷ３は、始動スイッチで、ブラシレスＤＣモータ２１を起動するときに操作すると（押すと）、閉じる。
【００１４】
速度設定部４１の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータ２１の定常駆動時の速度指令値と起動時と減速時（停止時）の速度指令値がある。定常駆動時の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータ２１が、例えば車椅子用の場合、車椅子のジョイステックの操作量に対応して設定される。また起動時・減速時の速度指令値Ｖｓは、ブラシレスＤＣモータの起動時の加速度特性（回転速度の立上がり特性）、減速特性に基づいて事前に設定する。起動時のブラシレスＤＣモータ２１は、停止状態から回転速度が徐々に速くなるから、起動時の速度指令値Ｖｓは、時間の経過とともに、Ｖｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ３＜・・・＜Ｖｓｎとなるように速度設定部４１に設定する。減速時の速度指令値Ｖｓは、起動時の速度指令値Ｖｓの逆の指令値を用いる。
なお起動時の速度指令値は、始動スイッチＳＷ３を操作したとき自動的に選択されるように構成してもよい。
【００１５】
周期算出部４５は、速度指令値Ｖｓに基づいて電気角６０度の周期Ｔｓを、Ｔｓ（秒）＝６０度／Ｖｓ（度／秒）により算出する。したがってブラシレスＤＣモータ２１の起動時の周期Ｔｓは、速度指令値Ｖｓ１＜Ｖｓ２＜Ｖｓ３＜・・・＜Ｖｓｎに対応して、Ｔｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎとなり、時間とともに変化し、回転速度が速くなるにしたがって短くなる。
ここで電気角６０度は、インバータ２２を３相１２０度通電方式によって駆動する場合の相切替信号の発生間隔に相当する。
【００１６】
電圧設定部４４には、ブラシレスＤＣモータ２１を起動するとき、円滑に起動し回転速度が円滑に立ち上がるように、所定の最大負荷に対して充分な起動トルクを発生できる電圧を設定する。その設定電圧は、例えばブラシレスＤＣモータ２１が車椅子用の場合、車椅子の走行可能な最大荷重、坂道の最大傾斜角、加速度特性に基づいて設定する。
スイッチ駆動部３５は、ブラシレスＤＣモータ２１が起動して、その回転速度が所定の速度に達すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をｂ側（起動時・減速時側）からａ側（定常時側）へ切り替える。即ち電圧設定部４４側、回転子位置設定部４６側から定常時速度制御部側、磁極信号発生部３２側へ切替える。またブラシレスＤＣモータ２１の減速時（停止時）、その回転速度が所定の速度よりも小さくなると、スイッチ駆動部３５は、後述するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側からｂ側へ切り替える。
【００１７】
次に図１のブラシレスＤＣモータの駆動装置の動作について説明する。
ブラシレスＤＣモータ２１が停止しているとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ｂ側に切り替わっている。そのとき始動スイッチＳＷ３を操作すると、回転子位置設定部４６は、電気角判定部３３から回転子が停止しているときの電気角（電気角初期値）を取り込むとともに、周期算出部４５から周期Ｔｓを取り込む。周期Ｔｓは、前記のようにＴｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎと変化する。
【００１８】
その際電気角判定部３３は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを用いてブラシレスＤＣモータ２１が停止しているときの電気角、即ち電気角初期値（回転子が停止しているときの磁極と３相コイルの位置関係）を判定する。回転子位置設定部４６は、電気角判定部３３の判定した電気角初期値を基準にして、電気角θを６０度ずつ更新し、更新した６０度の周期に対応する回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗを相切替信号発生部２４へ送る。電気角θを６０度ずつ更新すると更新した６０度に相当する周期ＴｓもＴｓ１＞ＴＳ２＞Ｔｓ３＞・・・＞Ｔｓｎと更新する。したがって相切替信号発生部２４は、ＰＷＭ信号発生部２５からＰＷＭ信号（矩形波）を取り込み、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗにしたがって更新した周期Ｔｓ毎にＰＷＭ信号を用いて相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生する。インバータ２２は、相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±によって駆動し、その相切替信号により順次切り替わってブラシレスＤＣモータ２１のコイルに励磁電流を供給する。その際ＰＷＭ信号発生部２５は、電圧設定部４４の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号を発生する。
【００１９】
以上は、ブラシレスＤＣモータ２１が起動するときの動作であるが、ブラシレスＤＣモータ２１が減速(停止)するきも、回転子位置設定信号を用いて相切替信号発生部２４を制御することができる。即ち減速時には、回転子位置設定部４６は、速度設定部４１に設定した減速時の速度指令値Ｖｓに対応する回転子位置設定信号を発生する。減速時の速度指令値Ｖｓは、起動時と逆で、Ｖｓ１＞Ｖｓ２＞Ｖｓ３＞・・・＞Ｖｓｎのように、時間とともに小さくなるように設定する。したがって周期Ｔｓは、Ｔｓ１＜ＴＳ２＜Ｔｓ３＜・・・＜Ｔｓｎのように時間とともに大きくなる。速度指令値Ｖｓをこのように設定することにより、ブラシレスＤＣモータ２１は、滑らかに減速して停止する。
【００２０】
ブラシレスＤＣモータ２１が起動して所定の回転速度に達すると、スイッチ駆動部３５は、速度算出部３４からの信号によって動作し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側へ切り替える。スイッチＳＷ１，ＳＷ２がａ側へ切り替わると、磁極検出信号発生部３２から相切替信号発生部２４へ磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗが送られる。以後相切替信号発生部２４は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗに追従して電気角６０度毎にＰＷＭ信号発生部２５からのＰＷＭ信号を用いて相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生する。
【００２１】
一方速度偏差算出部４２は、速度設定部４１の定常駆動時の速度指令値Ｖｓと速度算出部３４が算出した速度との偏差（速度偏差）を算出してＰＩＤ４３へ送る。ＰＩＤ４３は、その速度偏差に基づいて速度偏差に対応する大きさの速度制御信号を発生してＰＷＭ信号発生部２５へ送り、ＰＷＭ信号発生部２５は、その速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生する。なお速度設定部４１における起動時の速度指令値から定常駆動時の速度指令値への切替えは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替えに連動して行なうように構成してもよい。
またブラシレスＤＣモータの減速時には、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度よりも小さくなると、スイッチ駆動部３５は、速度算出部３４からの信号によってスイッチＳＷ１，ＳＷ２をａ側からｂ側へ切り替え、その切替えに伴って速度設定部４１の速度指令値Ｖｓを、定常駆動時の速度指令値から減速時の速度指令値へ切替える。
【００２２】
図１のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、ブラシレスＤＣモータの加速度特性に基づいて起動時の速度指令値Ｖｓを設定し、その速度指令値Ｖｓに基づいて周期Ｔｓを算出し、その周期Ｔｓ毎に順次相切替信号Ｖｕ±，Ｖｖ±，Ｖｗ±を発生するから、ブラシレスＤＣモータ２１の回転子は、３相コイルに発生する回転磁界に円滑に追従する。またブラシレスＤＣモータ２１は、起動時に電圧設定部４４の電圧指令値に基づいて大きな起動トルクを発生するから、負荷が大きい場合、或いは車椅子が坂道発進するような場合にも円滑に起動する。そして電圧設定部４４は、起動時のみ用いるから、定常駆動時に必要以上の励磁電流を流すことがない。したがって定常駆動時の無駄な消費電流を小さくすることができる。
【００２３】
図２は、図１のブラシレスＤＣモータ２１、インバータ２２等の具体的構成例を示す。
ブラシレスＤＣモータ２１は、３相コイルＵ，Ｖ，Ｗと４極（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ）の回転子Ｒからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを配置してある。磁極検出信号発生部３２は、ホール素子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの出力に基づいて磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗを発生する。インバータ２２は、６個のトランジスタからなり、夫々のトランジスタには、相切替信号発生部２４から６種類の相切替信号Ｖｕ-，Ｖｕ＋，・・・，Ｖｗ＋が所定の励磁パターンにしたがって供給される。６個のトランジスタは、順次導通して直流電源２３からコイルＵ，Ｖ，Ｗへ順次励磁電流を供給する。
【００２４】
次に図３、図４により、図１、図２の１２０度通電方式に対応して発生する相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）を説明する。
図３は、ブラシレスＤＣモータの起動時の相切替信号を示し、図４は、定常駆動時の相切替信号を示す。
【００２５】
図３において、図３（ａ）は、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗと相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生状況を示すタイミングチャートを示し、図３（ｂ）は、そのタイムチャートを表に整理した回転子位置設定信号の発生パターンと相切替信号の発生パターン（励磁パターン）を示す。
図３において、電気角θは、６０度ずつ更新し、更新した夫々の６０度の周期Ｔｓは、Ｔｓ１，ＴＳ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎと更新する。なお図３は、Ｔｓ１〜Ｔｓ６のみ示してある。
電気角６０度の周期Ｔｓは、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗで決まる。即ち電気角６０度毎に周期Ｔｓ１，Ｔｓ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎが、回転子位置設定信号Ｖｐｕ，Ｖｐｖ，Ｖｐｗのタイミングで発生する。そして相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-は、周期Ｔｓ１，ＴＳ２，Ｔｓ３，・・・Ｔｓｎ毎に切り替わり、各周期において２種類（例えば周期Ｔｓ１ではＶｕ＋とＶｖ-）が同時に発生する。その発生パターン（励磁パターン）は、図３（ｂ）のようになり、３６０度毎に同じパターンを繰り返す。
【００２６】
次に図４について説明する。
図４（ａ）は、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗとその磁極検出信号に基づいて発生する相切替信号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生状況を示すタイムチャートを示し、図４（ｂ）は、そのタイムチャートを表に整理した磁極検出信号の発生パターンと相切替信号の発生パターン（励磁パターン）を示す。
図４において、電気角θと周期Ｔは、図３と同様に６０度ずつ更新する。
ブラシレスＤＣモータが起動状態から定常駆動状態に切り替わると、電気角６０度の周期Ｔは、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗによって決まる。即ち電気角６０度毎に周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎ（Ｔ１〜Ｔ６のみ図示）が、磁極検出信号Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗのタイミングで発生する。周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎにおける相切替信号号Ｖｕ＋，Ｖｕ-，・・・，Ｖｗ-の発生パターン（励磁パターン）は、図３（ｂ）と同じである。
なお周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・Ｔｎは、ブラシレスＤＣモータ２１が定速度で回転しているときは、略同じになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の実施例に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
【図２】図１のブラシレスＤＣモータ、インバータ等の具体的構成例を示す。
【図３】図１、図２の起動時の相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）示す。
【図４】図１、図２の定常駆動時の磁極検出信号の発生状況と発生パターン、及び相切替信号の発生状況と発生パターン（励磁パターン）示す。
【図５】従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置の構成を示す。
【符号の説明】
【００２８】
２１ ブラシレスＤＣモータ
２２ 相切替部（インバータ）
２３ 直流電源
２４ 相切替信号発生部
２５ ＰＷＭ信号発生部
３１ ホール素子
３２ 磁極検出信号発生部
３３ 電気角判定部
３４ 速度算出部
３５ スイッチ駆動部
４１ 速度設定部
４２ 速度偏差算出部
４３ ＰＩＤ
４４ 電圧設定部
４５ 周期算出部
４６ 回転子位置設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置において、
３個のホール素子の出力により磁極検出信号を発生する磁極検出信号発生部、
磁極検出信号により電気角を判定する電気角判定部、
起動時の速度指令値により電気角６０度の周期を算出する周期算出部、
周期算出部の周期と電気角判定部の電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生する回転子位置設定部、
起動時の電圧指令値を設定する電圧設定部、
定常時速度制御部、
起動時の電圧指令値又は定常時速度制御部の速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部、
回転子位置設定信号又は定常時の磁極検出信号とＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生する相切替信号発生部、
相切替信号により駆動して３相コイルに励磁電流を供給する相切替部を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記起動時の電圧指令値と前記速度制御信号の切替スイッチ、前記回転子位置設定信号と前記定常時の磁極検出信号の切替スイッチ、及びそれらのスイッチを駆動するスイッチ駆動部を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの起動時には前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より大きくなると前記スイッチを前記速度制御信号側及び前記定常時の磁極検出信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より小さくなると前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出するホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動方法において、
３個のホール素子の出力により発生する磁極検出信号により電気角初期値を判別し、
起動時の速度指令値を用いて電気角６０度の周期を算出し、
前記周期と前記電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生し、
回転子位置設定信号と起動時の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生し、
相切替信号により相切替部を駆動して３相コイルに励磁電流を供給することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動方法。
【請求項１】
永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出する３個のホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置において、
３個のホール素子の出力により磁極検出信号を発生する磁極検出信号発生部、
磁極検出信号により電気角を判定する電気角判定部、
起動時の速度指令値により電気角６０度の周期を算出する周期算出部、
周期算出部の周期と電気角判定部の電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生する回転子位置設定部、
起動時の電圧指令値を設定する電圧設定部、
定常時速度制御部、
起動時の電圧指令値又は定常時速度制御部の速度制御信号に対応するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部、
回転子位置設定信号又は定常時の磁極検出信号とＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生する相切替信号発生部、
相切替信号により駆動して３相コイルに励磁電流を供給する相切替部を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記起動時の電圧指令値と前記速度制御信号の切替スイッチ、前記回転子位置設定信号と前記定常時の磁極検出信号の切替スイッチ、及びそれらのスイッチを駆動するスイッチ駆動部を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの起動時には前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より大きくなると前記スイッチを前記速度制御信号側及び前記定常時の磁極検出信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置において、前記スイッチ駆動部は、ブラシレスＤＣモータの回転速度が所定の速度より小さくなると前記スイッチを前記起動時の電圧指令値側及び前記回転子位置設定信号側へ切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
永久磁石の回転子と３相コイルからなり、回転子の磁極を検出するホール素子を備えたブラシレスＤＣモータの駆動方法において、
３個のホール素子の出力により発生する磁極検出信号により電気角初期値を判別し、
起動時の速度指令値を用いて電気角６０度の周期を算出し、
前記周期と前記電気角初期値によりその電気角初期値を基準に電気角を６０度ずつ更新して更新した電気角の周期に対応する回転子位置設定信号を発生し、
回転子位置設定信号と起動時の電圧指令値に対応するＰＷＭ信号とにより相切替信号を発生し、
相切替信号により相切替部を駆動して３相コイルに励磁電流を供給することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３０６８７９（Ｐ２００８−３０６８７９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３４３１（Ｐ２００７−１５３４３１）
【出願日】平成１９年６月１０日（２００７．６．１０）
【出願人】（５９２０２６４７３）株式会社昭和電業社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１０日（２００７．６．１０）
【出願人】（５９２０２６４７３）株式会社昭和電業社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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