JP2008005632A - モータ駆動装置及びモータ駆動方法並びにディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実なモータ起動を可能にするモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータ巻線に並列接続された抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２と非導通のモータ巻線９〜１１の端子間の差電圧を検出する仮想差電圧検出器４０と、その差電圧に基づきロータ位置を検出する位置検出回路５０と、ロータ位置に基づきインバータ回路３０の転流を制御する転流制御部２２とを備える。モータ駆動装置は、ロータ位置を探索して起動通電を行う探索起動モードと、モータの逆起電圧に基づき転流制御する逆起電圧帰還モードとを有する。探索起動モードでは、探索パルスを通電相対に順方向及び逆方向のそれぞれの方向に印加して検出した差電圧に基づきロータ位置を判定するロータ位置探索過程と、判定したロータ位置に基づきロータに回転トルクを与える起動回転パルスを付与する起動回転トルク付与過程とを交互に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの位置を検出するためのセンサを用いずにモータの起動を可能とするモータ駆動装置及び駆動方法に関する。

ブラシレスモータの駆動において、ステータの適切な相を選択して電流を与えてロータに安定なトルクを与えるために、ステータに対するロータの電気的な相対位置を知ることが必要である。ステータに対するロータの電気的な相対位置を知るために多様なロータ位置センサが利用される。その一方で、信頼性やコスト増や耐環境性の面でロータ位置センサを要しないセンサレス駆動技術が開発されている。

そのようなセンサレス駆動技術では、ロータが回転している際にモータ巻線に発生する逆起電圧を読み取ることによってロータ位置を検出することが一般的によく知られている。しかし、ロータ停止時には逆起電圧が発生しないため、ロータ停止時のロータ位置検出方法として種々の方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、ステータの相を順次選択しながら、ロータの初期位置を検出するためのパルスである初期位置検索パルスを印加し、その時に流れる電流が最高値を発生した相からロータ位置を検出する方法が示されている。

また、特許文献２は次のような方法でロータ位置を求めている。ステータの相を順次選択してロータ位置探索パルスを印加する。そのときにモータ巻線の中性点に現れる電圧を、電源電圧の１／３の値に近い測定電圧値を示す第１の測定電圧群と、電源電圧の２／３の値に近い測定電圧値を示す第２の測定電圧群とに分けて、各測定電圧値を記憶する。各測定値の記憶データから、各電圧群毎に、絶対値で最小値の電圧値と、絶対値で最大値の電圧値との差電圧を求める。そして各群について求めた差電圧を比較して大きな差電圧が得られた通電パターンに基づいてロータ位置を決める。

また、特許文献３に開示のモータの駆動装置によれば、ステータの相を順次選択してロータ位置探索パルスを印加し、ロータ位置探索パルス電流が流れたときに、発生するモータ巻線の中性点電圧を、ロータ位置を検出する検出回路に入力する。このように、ロータ位置決めの中性点電圧の参照データに基づいてロータ位置を決定する方法が示されている。また、検出回路においては、ロータ位置検出用ドライブ信号に応じたレベルに検出レベルをシフトさせ、シフトされた検出レベルとモータ巻線の中性点電圧とをコンパレータで比較した出力を記憶し、記憶したデータと、ロータ位置決めの中性点電圧の変動の参照データとの比較に基づいてロータ位置を決めている。

日本国特許第２５４７７７８号 特公平７−８３６２８号公報 特開２００４−１０４８４６

ブラシレスモータには、構造的な工夫によって振動、騒音、回転ムラを抑制するため、ロータのマグネットの着磁方法や鉄心の形状等を変えたさまざまなモータが市場に出現している。このようなモータを駆動するモータ駆動装置においては、より確実にモータを起動することが要求される。

上記従来の方法では、ロータ位置の探索過程から、逆起電圧を検出しながらモータを駆動する動作モード（以下「逆起電圧帰還モード」という。）に切替えている。そのため、ロータ位置の探索過程において初期位置が検出できていない場合、モータは停止したままである。また、検出された初期位置が不正確であると、モータに適切な初期加速を与えて逆起電圧検出モードに切り替えていないので、起動不良の誤動作（逆転等）を引き起こす可能性が有る。

本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、より確実にモータ起動を可能にするモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は、探索起動モードにおいて、ロータ位置を検出するために、２相通電によるロータ位置探索パルスを順方向及び逆方向において印加して、仮想中性点の電圧と、非通電相のモータ巻線の端子電圧との差である「仮想差電圧」を検出し、順方向及び逆方向の仮想差電圧を加算し、その加算結果の極性判定を行う。ここで、仮想中性点とはモータ端子電圧を平均化した電圧を与えるノードであり、例えば、モータ巻線に並列に接続された抵抗の共通接続点で実現できる。このようなロータ位置探索パルスの通電によるロータ位置探索を所定回数繰り返し、所定数の前記極性判定結果によってロータ位置判定を行なう。

すなわち、順次通電相を選択して通電した際に、仮想中性点の電圧を基準にした、モータ巻線の非通電相の電圧の変動から得られる応答信号電位差を記憶し、記憶したデータを加算合成し、前記加算合成結果を極性判定する。

次に、この極性判定に基づいてモータ起動の通電相を決定し、この決定に従ってモータの起動通電を行なう。この場合、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切替える際に、モータの初期起動に適切な回転速度を与える過程を介して逆起電圧帰還モードに切替えるようにする。

このために、探索起動モードにおいて、仮想差電圧の検出によってロータ位置を探索する「ロータ位置探索過程」と、起動トルク印加のための「起動回転トルク付与過程」とを交互に行なわせる。ロータ位置探索過程において検出される仮想差電圧は、振幅が大きく、検出幅が広いので耐ノイズ性に優れる。よって、仮想差電圧をロータ位置検出信号として用いることで、ロータの初期位置検出時のデットポイント（ロータの位置が検出されないロータ位置）の発生を低減でき、正確なロータ位置情報の検出が可能となる。

本発明に係るモータ駆動装置は具体的には以下の構成を有する。
本発明に係るモータの駆動装置は、仮想中性点を有し、その仮想中性点においてモータ端子電圧を平均化した電圧を与える仮想中性点手段と、複数のスイッチング素子からなるインバータと、モータの逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、仮想中性点の電圧とモータ巻線の非通電相の端子電圧との間の差電圧である仮想差電圧を検出する仮想差電圧検出手段と、仮想差電圧に基づき前記ロータの位置を検出するロータ位置検出手段と、インバータの転流を制御する制御手段とを備える。

制御手段は動作モードとして、ロータ位置検出回路の検出結果に基づいてモータ起動時の通電相を決定し、その決定した通電相に対して起動通電を行う探索起動モードと、逆起電圧検出手段により検出された逆起電圧に基づき転流を制御する逆起電圧帰還モードとを有する。

探索起動モードは、ロータ位置探索過程と起動回転トルク付与過程とを交互に行う。ロータ位置探索過程は、少なくとも１対の通電相の順方向及び逆方向にロータ位置を検出するための探索パルスを印加して仮想差電圧を検出し、順方向及び逆方向において得られた仮想差電圧を加算し、加算された仮想差電圧の極性に基づきロータ位置を判定する。起動回転トルク付与過程は、ロータ位置探索過程において判定したロータ位置に基づき、ロータに所定の回転トルクを与える起動回転パルスを付与する。

本発明に係るモータ駆動方法は、探索パルスを印加し、その応答信号に基づき通電相を決定し、決定した通電相に対して起動通電を行う探索起動モードを実行するステップと、モータに生じる逆起電圧を検出し、検出した逆起電圧に基づき転流を制御する逆起電圧帰還モードを実行するステップとを有する。探索起動モードは、ロータ位置探索過程と起動回転トルク付与過程とを交互に行う。

ロータ位置探索過程は、少なくとも１対の通電相の順方向及び逆方向にロータ位置を検出するための探索パルスを印加し、モータ端子電圧を平均化した電圧を与える仮想中性点と、モータ巻線の非通電相の端子電圧との間の電圧差である仮想差電圧を順方向及び逆方向のそれぞれにおいて検出し、順方向及び逆方向のそれぞれについて得られた仮想差電圧を加算し、加算した仮想差電圧の極性に基づきロータ位置を判定する。

起動回転トルク付与過程は、ロータ位置探索過程において判定したロータ位置に基づき、ロータに所定の回転トルクを与える起動回転パルスを付与する。

本発明によれば、モータ起動時のモードである探索起動モードにおいて、モータ端子電圧を平均化した電圧を与える仮想中性点と、非通電相のモータ巻線の端子電圧との差電圧である仮想差電圧に基づいてロータ位置判定を行い、初期起動において適切な回転速度（起動回転トルク）を与える。仮想差電圧は振幅が大きく、検出幅が広いので耐ノイズ性に優れる。よって、仮想差電圧をロータ位置検出信号として用いることで、ロータの初期位置検出時のデットポイント（ロータの位置が検出されないロータ位置）の発生を低減でき、正確なロータ位置情報の検出が可能となり、モータの初期起動を確実に行なうことができる。また、探索起動モードにおいて、十分な加速を与えることで、その後の逆起電圧期間モードへのスムーズな切替えが可能となり、ロータ位置センサレスモータの起動を確実かつ迅速に行なうことができるようになる。

また、起動時において、ロータ位置判定が不可能なデッドポイントにロータが位置している場合であっても、ロータ位置を変位させるキックパルスを付与することで、デッドポイントを解消でき、モータ起動を確実に行なうことができる。

以下、本発明のモータ駆動装置及びモータ駆動方法の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１
１ モータ駆動装置の構成
図１に本発明に係るモータ駆動装置の回路構成を示す。モータ駆動装置はモータ９を駆動する装置である。

モータ９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線１０〜１２からなるステータおよびステータで発生する回転磁界により回転するロータを含む。本実施形態では、モータ９として３相モータを用いるが、Ｎ相（Ｎを４以上の整数）モータでもよい。ステータにおいてＵ相巻線１０、Ｖ相巻線１１、Ｗ相巻線１２は真性中性点ＣＮ１で共通接続されている。

モータ駆動装置は、モータ９の駆動電力を供給し、複数のスイッチング素子３〜８を含むインバータ回路３０と、インバータ回路３０の各スイッチング素子３〜８の駆動信号を出力するプリドライバ２９と、通電するモータ巻線の相である通電相を切替る信号をプリドライバ２９に出力する転流制御部２２と、ロータの位置を判定するロータ位置検出回路５０とを備える。

さらに、モータ駆動装置は、各相のモータ巻線１０〜１２の一端に接続され、中性点（”仮想中性点”）ＣＮ２で結線された抵抗を含む抵抗回路１７と、非通電相のモータ巻線１０〜１２の端子と抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２との間の差電圧である「仮想差電圧」を検出する仮想差電圧検出器４０と、モータ巻線の逆起電圧を検出する逆起電圧検出器３６と、仮想差電圧検出器４０に接続するモータ巻線を選択する選択回路３３と、逆起電圧の検出のための閾値を設定する閾値設定器３８と、パルス幅が制御された信号を転流制御部２２に出力するＰＷＭ信号生成器４５とを備える。抵抗回路１７はモータ端子電圧を平均化した電圧を与える回路であり、同様の機能を有する別の回路により代替可能である。例えば、抵抗回路１７は、モータ端子電圧を平均化した電圧を与える機能を有すれば、抵抗以外の素子を含んでもよい。または、抵抗回路１７の抵抗素子を別の素子や回路で置換してもよい。

ＰＷＭ信号生成器４５は、電流検出抵抗２８により検出したモータ電流に基づくピーク検出方式によりパルス幅が制御されたパルス信号を転流制御部２２に出力する。ＰＷＭ信号生成器４５は、所定のパルス幅のパルス信号を出力するパルス発生器２０と、パルス発生器２０からの出力をセット信号として入力するＰＷＭ制御部２１と、ＰＷＭ制御部２１にリセット信号を出力する比較部２３と、外部指令信号に基づきトルク制御信号を生成する相トルク指令信号生成部２４とを含む。さらに、ＰＷＭ信号生成器４５は、探索パルスの振幅値を設定する探索指令信号生成器２５と、起動回転パルスの振幅値を設定する起動指令信号生成器２６とを含む。比較部２３は、電流検出抵抗２８により検出され、電流検出増幅器２７により増幅されたモータ電流の検出値が入力される。

ロータ位置検出回路５０は、仮想差電圧のサンプリングデータを記憶する２つのサンプリングデータ記憶器５１、５２と、記憶した仮想差電圧のサンプリングデータを加算する加算合成器５３と、加算された仮想差電圧の極性を判定する極性判定器５４と、極性判定結果を記憶するデータ記憶器５５〜５７、データ記憶器５５〜５７に記憶したデータに基づいてロータ位置を判定するロータ位置判別器５８とを備える。ロータ位置検出回路５０は判定したロータ位置情報を転流制御部２２に出力する。

図２に仮想差電圧検出器４０の詳細な構成を示す。仮想差電圧検出器４０は、モータ巻線１０〜１２の共通接続点である真性中性点ＣＮ１の電圧信号Ａ１と仮性中性点ＣＮ２の電圧信号Ａ２とを入力し、それらの差分を示す電圧を出力する。仮想差電圧検出器４０は図２に示すように、レベルシフト機能のある差動増幅回路（抵抗と増幅器からなる）と、ＡＤＣ（ＡＤ変換器）及び電圧測定回路４４とで構成される。

図３は、仮想差電圧検出器４０の別の詳細な構成を示す。図２と図３の構成は以下の点で異なる。図３の構成では、仮想差電圧検出器４０はレベルシフト機能を有していない。仮想差電圧検出器４０は、ＡＤＣ４４の入力として、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧信号Ａ２と、非通電相の発生電圧の信号Ａ５とを入力する。その場合に、ＡＤＣ４４の入力レンジが、モータ電源部の電源電圧の１/３〜２/３必要になり、ＡＤＣ４４の必要な入力電圧範囲は、モータ電源部の電源電圧の１/３必要になる。

図２の仮想差電圧検出器４０はレベルシフト機能を有しているため、ＡＤＣ４４が必要とする入力レンジは制御部の電源電圧の０〜１/８程度になる。また、ＡＤＣ４４の必要な入力電圧範囲は、制御部の電源電圧の１/８程度で済むことになる。（この場合のモータ電源部や制御部の電源電圧は５Ｖ程度とし、仮想差電圧の信号の振幅を０．６Ｖ程度とする。）つまり図２の方が、図３より仮想差電圧検出器に、レベルシフト機能の差動増幅回路を有する。図２の方が、図３より、モータ駆動部の駆動振幅を決める電源電圧に依存せずに、ＡＤＣへの入力電圧範囲をコントロールでき、ＡＤＣの精度と機能を削減でき、モータだけで自律した制御性を求める場合や安価なモータ駆動システムの場合により適している。

図４（ａ）に逆起電圧検出器３６の具体的な構成例を示す。逆起電圧検出器３６は、１つの比較器３４と選択回路３２とを含む。選択回路３２は、モータ巻線１０〜１２のそれぞれに直列に接続したスイッチを含む。選択回路３２においていずれかのスイッチが選択されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかの相の逆起電圧が検出できる。選択回路３２のスイッチの切り替えは、いずれの相が非通電相であるかを認識可能な転流制御部２２により制御される。逆起電圧帰還モードにおいて、逆起電圧検出器３６は選択回路３２を介して非通電相の巻線端子から逆起電圧を読み出す。逆起電圧帰還モードにおいて、比較器３４の閾値は、その絶対値が低減または除去され、逆起電圧を比較するための比較器として使用される。逆起電圧のゼロクロスは、その出現が予測されるタイミングで選択回路３２を介して所定の非通電相の巻線端子から検出される。

また、逆起電圧検出器の別の構成例として図４（ｂ）に示すものも考えられる。図４（ａ）に示す逆起電圧検出器３６では、選択回路３２により逆起電圧の検出する相を切替えていたが、図４（ｂ）に示す逆起電圧検出器３６ｂでは、各比較器が直接に非通電相のモータ巻線から逆起電圧を読み出す。すなわち、逆起電圧検出器３６ｂは、各相に非通電相の巻線端子から逆起電圧を検出するための比較器を有している。この場合も、逆起電圧帰還モードにおいて、比較器の閾値は、その絶対値が低減または除去され、逆起電圧を比較するための比較器として使用される。

なお、２相通電を行った際、非通電相に発生する電圧（巻線の端子と真性中性点ＣＮ１の電位差）として、ロータの回転によりロータの磁束がモータ巻線を横切ることによって発生する電圧と、通電相の電流の時間変化によって発生する電圧とがある。以下の説明において、前者の回転によって発生する電圧を「逆起電圧」と、後者の電流変化によって発生する電圧を「誘導電圧」と呼ぶことにする。

図４（ｃ）に、仮想差電圧検出器４０と選択回路３３の具体的な構成例を示す。探索起動モードにおいて、選択回路３３を介して、非通電相のモータ巻線（端子線）のみが仮想差電圧検出器４０に接続される。このとき、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、非通電相のモータ巻線の端子から仮想差電圧を読み出す。また、探索起動モードにおいて、仮想差電圧検出器４０内の差動増幅回路はそのオフセット電圧を調整されて使用される。このとき仮想差電圧の抽出タイミングは仮想差電圧が顕著に出力されるタイミングで選択回路３３を介して所定の非通電相のモータ巻線（巻線端子）から検出される。

２ モータ駆動装置の動作
以上のように構成されるモータ駆動装置の動作を以下に説明する。なお以下の説明では、モータ巻線の通電方向についてＵ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→…の方向を順方向とする。本実施形態のモータ駆動装置は、モータ位置を探索しつつ加速する「探索起動モード」と、逆起電圧によりモータ位置を認識しながら転流制御を行う「逆起電圧帰還モード」とを有する。

図５に、本実施形態のモータ駆動装置の起動時の動作のフローチャートを示す。モータ駆動装置は、モータ起動時を含めた極低回転領域では、モータ位置を探索しつつ加速する「探索起動モード」で動作する（Ｓ１）。探索起動モードは、ロータ位置を検出するための「ロータ位置探索過程」と、モータに起動時の回転トルクを与える「起動回転トルク付与過程」とを含む。探索起動モードにおいて逆起電圧帰還モードへの切替条件を満足した場合（Ｓ２）、「逆起電圧帰還モード」に切り替わる（Ｓ３）。逆起電圧帰還モードへの切替条件は、例えば、モータ速度が一定速度以上に達したか否かということである。なお、１回目のロータ位置探索過程にて十分な初期加速が得られる場合は、１回目のロータ位置探索過程から逆起電圧帰還モードに直接切替えるよう事前に設定してもよい。すなわち、ロータ回転によって生ずる逆起電圧を安定に検出して転流制御できる領域では、逆起電圧によりモータ位置を認識しながら転流制御を行う逆起電圧帰還モード（Ｓ３）で動作する。

本実施形態では、探索起動モードにおいてモータに起動加速を与えた後、逆起電圧帰還モードに切替える。探索起動モードでは、ロータ位置探索過程と、起動回転トルク付与過程とを繰り返すことでモータに初期加速を与える。モータに適切な初期加速を与えて逆起電圧帰還モードに移行することで、逆起電圧のゼロクロス判定時の誤検出を防止し、起動不良、誤動作等を防止する。特に本実施形態では、探索起動モードにおいて、非導通相のモータ巻線の端子と、モータ巻線に並列に設けた抵抗回路の仮想中性点との間の差電圧を検出し、この差電圧に基づきモータ位置を判定する。この差電圧は振幅が大きく、ノイズの影響を受けにくいことから、モータ巻線に発生する誘導電圧の特性だけで位置情報の検出が可能となるため、より精度のよい位置判定が可能となる。以下、探索起動モード及び逆起電圧帰還モードについて具体的な動作を説明する。

２−１ 探索起動モード
モータがスタート直後で極低回転領域にある場合には探索起動モードで動作する（図５のステップＳ１）。探索起動モードは、ロータ位置探索パルスをモータ巻線に付与し、その応答信号によりロータ位置を探索する「ロータ位置探索過程」と、位置が判明したロータに起動回転トルクを与える「起動回転トルク付与過程」とを交互に繰り返すことで起動加速を行う。これらの２つの過程を交互に繰り返すことで起動時の加速を行う。探索起動モードでは、転流制御部２２が３相巻線のＵ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの２端子を選択して両端子間にロータ位置探索パルスを印加する。

以下、ロータ位置探索過程と起動回転トルク付与過程のそれぞれの動作について具体的に説明する。

２−１−１ 仮想差電圧
本実施形態では、ロータ位置を、非通電相のモータ巻線に発生する端子電圧と、ロータ位置探索パルスの印加により発生する、モータ巻線１０〜１２に並列に接続された抵抗回路１７の中性点（仮想中性点）ＣＮ２の電圧との差である「仮想差電圧」に基づいて判定する。

ここで、図６を参照し、仮想差電圧について説明する。図６（ａ）の横軸において表記されている電気角表示は、Ｕ相端子からＶ相端子に定常電流を流したときにロータがロックされる位置を１５０度として、示したものであり、他の図面における電気角表記についても同様である。

図６（ａ）は、本願の発明者による測定結果を示し、一般的な３相ブラシレスモータに対する、２相通電のロータ位置探索パルスの印加によって、Ｕ相巻線の端子にＶ相巻線より高い電圧を、ロータが反応して動かないような極めて短い時間だけ印加した場合の特性図である。なお、以後の説明においても、ロータ位置探索パルスの印加は同様に行われる。すなわち、図６（ａ）は、本発明に係る誘導電圧と、中性点差電圧と、仮想差電圧との関係を示す特性図である。

図６（ａ）において、誘導電圧はΔＶ１で表されており、２相通電において真性中性点CN1を基準にして、真性中性点CN1の電圧と、モータ巻線の非通電相に発生した電圧（本例ではＷ相電圧）との差電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。図６（ｂ）を参照し、誘導電圧ΔＶ１は次式で表される。
誘導電圧ΔＶ１＝Ｖow−Ｖct
＝（非通電相（本例ではＷ相）の電圧−真性中性点CN1の電圧）

図６（ａ）において、中性点差電圧はΔＶ２で表されており、２相通電において抵抗回路１７の抵抗が共通接続された仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、仮想中性点CN2と真性中性点ＣＮ１間の電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。図６（ｂ）を参照し、中性点差電圧ΔＶ２は次式で表される。
中性点差電圧ΔＶ２＝Ｖct−Vct0
＝（真性中性点ＣＮ１の電圧−仮想中性点ＣＮ２の電圧）

図６（ａ）において、仮想差電圧はΔＶ３で表されており、２相通電において仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、仮想中性点ＣＮ２の電圧と、モータ巻線の非通電相に発生した電圧（本例では、Ｗ相の電圧）との差電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。図６（ｂ）を参照して、仮想差電圧を式で示すと下記のようになる。
仮想差電圧ΔＶ３＝Ｖow−Ｖct0
＝（非通電相（本例ではＷ相）の相電圧−仮想中性点ＣＮ２の電圧）

仮想差電圧ΔＶ３の波形は誘導電圧ΔＶ１と中性点差電圧ΔＶ２を加算合成した結果の波形とほぼ一致する波形となる。つまり、仮想差電圧は次式で表される。
仮想差電圧ΔＶ３≒ΔＶ１＋ΔＶ２

図６（ａ）から、仮想差電圧ΔＶ３の波形は、誘導電圧ΔＶ１や中性点差電圧ΔＶ２の波形に比して、振幅が大きいことが分かる。つまり、仮想差電圧ΔＶ３は、誘導電圧ΔＶ１や中性点差電圧ΔＶ２に比して、耐ノイズ性に優れ、より幅の広いロータ位置情報信号としても活用できる優れた特性であると理解できる。本発明は、このロータ位置情報信号として優れた特性を有する仮想差電圧の信号を、ロータの初期位置検出信号やロータ位置探索でのロータ位置信号として使用するので、耐ノイズ性に優れ、各種３相モータに対してロータの初期位置検出でのデットポイントの発生を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、図１のようにモータ駆動装置の制御を転流制御部２２による電流駆動方式により行っているが、図６（ｂ）からわかるように、モータ駆動装置の制御を電圧駆動方式で行っても、同様の作用、効果が推定できる。よって、当業者であれば、ロータ初期位置検出用の信号として仮想差電圧を活用する、本発明のセンサレス制御の思想を、電圧駆動を行う制御部によるセンサレス制御に容易に適用することができる。

また、本実施形態では、モータ回転時のセンサレス制御に逆起電圧を活用する逆起電圧帰還方式によるモータ駆動方法の例を説明しているが、本発明の思想は、電圧指令と駆動電流の位相を一致させて駆動する力率制御方式によるセンサレス制御へも適用することができる。

またその他に、特許第３２３９４２６号に記載の、ACCTとフィルタにより電流位相検出するセンサレス制御や、特開２００１−５４２９５号公報に記載の、駆動電流の面積から位相差検出をするセンサレス制御や、特開２００１−２５８２８７号公報に記載の、相電流の有無により電流位相検出するセンサレス制御や、特開２０００−２０１４９５に記載の、上下SWオフ時の端子電圧により電流位相検出するセンサレス制御や、特開平１１−３４１８７０号公報に記載の、出力素子のＶｄｓ間電圧の極性により電流位相検出するセンサレス制御にも、本発明の思想は適用できる。つまり、正弦波駆動に適したセンサレス制御、その他のセンサレス制御に対して、本発明の思想は適用できる。

図７は、３相ブラシレスモータにおいて、２つの相にロータ位置探索パルスを印加して得られた仮想差電圧の応答を示す特性図である。同図において、仮想中性点ＣＮ２の電圧と、モータ巻線の非通電相の端子電圧との差電圧である仮想差電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしている。

図７（ａ）は、２相通電において、ロータ位置探索パルスの印加に対する仮想差電圧を測定した波形図である。縦軸は仮想差電圧を表し、その基準を仮想中性点ＣＮ２の電圧（０ｍＶ）としている。横軸はロータの相対位置を表し、その基準をモータ端子Ｕからモータ端子Ｖに定常電流を流す場合にロータがロックされる位置（１５０度）としている。このようなロータの相対位置を、単に「ロータ位置」と呼ぶ。後述の、図８、図９、図１０、図１３、図１６、図１７、図１８、図１９、図２２、図２３についても、横軸の基準は同様である。ロータ位置探索パルスは、２相通電により印加される。図７（ａ）の波形Ａの場合、ロータ位置探索パルスは、Ｕ相をソース相、Ｖ相をシンク相として、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加される。また図７（ａ）の波形Ｂの場合、ロータ位置探索パルスは、Ｖ相をソース相、Ｕ相をシンク相として、ロータが動かない程度に極めて短時間あるいは微小印加される。

ここでソース相は、インバータ回路３０からモータ巻線にモータ電流を流出する相であり、シンク相は、モータ巻線からインバータ回路３０にモータ電流を流入する相である。またソース電流は、ソース相におけるモータ電流であり、シンク電流は、シンク相におけるモータ電流である。

図７（ａ）において、波形Ａおよび波形Ｂは仮想差電圧である。なお、図７（ａ）のＡ波形のように、Ｕ相をソース相、Ｖ相をシンク相として、電流パルスを流すことを、Ｕ⇒Ｖと表す。また図７（ａ）のＢ波形のように、Ｖ相をソース相、Ｕ相をシンク相として、電流パルスを流すことをＶ⇒Ｕと表す。同様に、ソース相からシンク相に電流パルスを流すことを、（ソース相）⇒（シンク相）、と表す。ここで（ソース相）および（シンク相）は、それぞれＵ、Ｖ、Ｗのいずれかである。（ソース相）⇒（シンク相）は、電流パルスを流すときの通電相が（ソース相）と（シンク相）であり、電流パルスの向きが（ソース相）から（シンク相）に向かっていることを表している。ここで、ロータ位置探索パルスを、『電流パルスを流す向き』とも呼び、（ソース相）⇒（シンク相）で表す。

図７（ａ）において、波形Ａは、順方向であるＵ相巻線からＶ相巻線へロータ位置探索パルスを印加した時におけるモータ巻線の非通電相の電圧と仮想中性点ＣＮ２の電圧の差電圧である、仮想差電圧の測定結果を示す。また、波形Ｂは、逆方向であるＶ相巻線からＵ相巻線へロータ位置探索パルスを印加した時における仮想差電圧の測定結果を示す。なお、図７（ａ）の実線Ａは図６（ａ）における波形ΔＶ３と同じである。

図７（ｂ）は、図７（ａ）で示したＵ相巻線とＶ相巻線間のロータ位置探索パルス印加時の仮想差電圧の順方向特性（Ａ）と逆方向特性（Ｂ）とを加算合成した結果（Ａ＋Ｂ）を示した図である。このような仮想差電圧の順方向特性（Ａ）と逆方向特性（Ｂ）との加算合成は、加算合成器５３により実施される。

なお、図７の縦軸は仮想差電圧（ｍＶ）を示す。図７の横軸において表記されている電気角表示は、Ｕ相端子からＶ相端子に定常電流を流したときにロータがロックされる位置を１５０度として示したものであり、他の同様の図面についても同様である。

より具体的には、図７（ａ）の波形Ａは、Ｖ相巻線からＵ相巻線に高い電圧（ロータ位置探索パルス）を、ロータが反応して動かないような極めて短い時間、印加した場合に、仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にした、モータ巻線の非通電相であるＷ相に発生した電圧と仮想中性点ＣＮ２の電圧の差電圧である仮想差電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。

また、図７（ａ）の波形Ｂは、Ｕ相巻線からＶ相巻線に高い電圧を、ロータが反応して動かないような極めて短い時間印加した場合に、仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にした、モータ巻線の非通電相であるＷ相に発生した電圧と仮想中性点ＣＮ２の電圧の差電圧である仮想差電圧を、ステータに対するロータの相対位置でプロットしたものである。

図７（ａ）の波形Ａについて、１１０度付近と１９０度付近に大きなピークＢｍ、Ｐｍが見られる。１１０度付近のピークＢｍを「主ボトム」と、１９０度付近のピークＰｍを「主ピーク」と呼ぶ。

同様に、波形Ｂについても１０度付近と２９０度付近に大きなピークＢｍ、Ｐｍが見られる。１０度付近のピークＢｍを「主ボトム」とし、２９０度付近のピークを「主ピーク」と呼ぶ。なお、図示してはいないが、Ｖ相巻線からＷ相巻線に電流パルスを流した際の仮想差電圧と、Ｗ相巻線からＵ相巻線に電流パルスを流した際の仮想差電圧は、図７（ａ）の波形Ａのプロットがそれぞれ±１２０度移動した形になり、またＷ相巻線からＶ相巻線に電流パルスを流した際の仮想差電圧と、Ｕ相巻線からＷ相巻線に電流パルスを流した際の仮想差電圧は、図７（ａ）の波形Ｂのプロットがそれぞれ±１２０度移動した形になる。

ところで、図７（ａ）に示すように、２相通電によるロータ位置に対する主ピークＰｍの中心位置（１９０度、２９０度）と、主ボトムＢｍの中心位置（１０度、１１０度）とが所望の値に対して若干ずれている。ここで、所望の値とは、電気角６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度、３６０度（０度）のように、電気角６０度毎のロータ位置である。これに対して、図７（ｂ）では、加算された主ボトムＢｍの中心位置と、加算された主ピークＰｍの中心位置とはそれぞれ６０度、２４０度であり、所望の値とほぼ一致していることが分かる。図７（ｂ）における水平の破線は、仮想差電圧の加算合成結果（Ａ＋Ｂ）を極性判定するための所定の閾値（この場合、ゼロ）を示している。つまり、波形Ａ＋Ｂは、電気角１５０度から３３０度までの期間Ｔは、閾値（ゼロ）より高い正の値を示し、電気角０度から１５０度と電気角３３０度から３６０度（０度）までの間は、閾値（ゼロ）より低い負の値を示していることが分かる。

２−１−２ 仮想差電圧の極性と、トルク定数との関係
図８に、異なる通電方向で求められた１組の仮想差電圧を加算して得られる電圧（以下「加算差電圧」という）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定出力と、トルク定数との関係を示す。

図８の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の波形は、それぞれ図７（ｂ）に示すような極性判定器５４の出力を示している。極性判定器５４は、２つの相巻線間の双方向におけるロータ位置探索パルスの印加により得られた加算合成波形の極性を判定し、その判定結果を出力する。ここで、「Ｅ１」は、Ｕ相巻線とＶ相巻線間で順方向及び逆方向のそれぞれにおいてロータ位置探索パルスを印加したときに得られる仮想差電圧を加算して得られる加算差電圧である。「Ｅ２」は、Ｖ相巻線とＷ相巻線間で順方向及び逆方向のそれぞれにおいてロータ位置探索パルスを印加したときに得られる仮想差電圧を加算して得られる加算差電圧である。「Ｅ３」は、Ｗ相巻線とＵ相巻線間で順方向及び逆方向のそれぞれにおいてロータ位置探索パルスを印加したときに得られる仮想差電圧を加算して得られる加算差電圧である。加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果はそれぞれデータ記憶器５５、５６、５７に格納される。

図８（ａ）は、Ｕ相巻線とＶ相巻線間の通電に関する加算差電圧Ｅ１の極性判定出力を示す。図８（ａ）において、加算差電圧Ｅ１の極性は電気角１５０度から３３０度までの間は、正の値を示し、電気角０度から１５０度と電気角３３０度から３６０度（０度）までの間は、負の値を示していることが分かる。

同様に図８（ｂ）は、Ｖ相巻線とＷ相巻線間の通電に関する加算差電圧Ｅ２の極性判定出力を示す。図８（ｂ）において、加算差電圧Ｅ２の極性は、電気角０度から９０度と電気角２７０度から３６０度（０度）までの間は、正の値を示し、電気角９０度から２７０度までの間は、負の値を示していることが分かる。

図８（ｃ）は、Ｗ相巻線とＵ相巻線間の通電に関する加算差電圧Ｅ３の極性判定出力を示す。図８（ｃ）において、加算差電圧Ｅ３の極性は、電気角３０度から２１０度までの間は、正の値を示し、電気角０度から３０度と電気角２１０度から３６０度（０度）までの間は、負の値を示していることが分かる。

なお、図８において、モータ巻線の中性点電圧を基準として、Ｕ相巻線から発生する逆起電圧が正方向に発生しはじめる電気角を０度に配置している。

図８において、Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗは、それぞれＵ相モータ巻線、Ｖ相モータ巻線、Ｗ相モータ巻線のトルク定数を表す。トルク定数とは、モータ巻線に流れるモータ電流に対して、得られるトルクを比で表したものである。ある相のトルク定数が正の場合、対応するモータ巻線にソース電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。また、ある相のトルク定数が負の場合、対応するモータ巻線にシンク電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。

例えば図８において、Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が正となる期間では、Ｖ相トルク定数Ｔｖは正、Ｗ相トルク定数Ｔｗは負であるので、Ｖ⇒Ｗの向きに、ロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。同様に、Ｅ１の極性が負、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が正となる期間では、Ｕ相トルク定数Ｔｕは正、Ｗ相トルク定数Ｔｗは負であるので、Ｕ⇒Ｗの向きに、ロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。

同様に、図８において、Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が正、Ｅ３の極性が負となる期間に、Ｗ⇒Ｕの向きに、また、Ｅ１の極性が負、Ｅ２の極性が正、Ｅ３の極性が負となる期間に、Ｗ⇒Ｖの向きに、それぞれロータが動き出す程度の時間あるいは振幅を有する電流パルスを流せば、正回転方向にトルクが発生する。ここでロータ停止時に、正回転方向にトルクが発生する通電相を、『起動回転パルス開始の通電相』と呼び、（ソース相）⇒（シンク相）で表す。

図８は、図７と同じく横軸の基準として、Ｕ相モータ巻線からＶ相モータ巻線に定常電流を流す場合、ロータがロックされる位置を１５０度としている。この１５０度は、図８の場合、Ｕ相トルク定数ＴｕとＶ相トルク定数Ｔｖがともに正で、かつ大きさが一致するロータ位置である。すなわち、この位置は、Ｕ相トルク定数ＴｕとＶ相トルク定数Ｔｖがともに正の領域で交差する点である。ロータがこの位置にあるときに、Ｕ相にソース電流を流し、Ｖ相にシンク電流を流しても、ソース電流とシンク電流の大きさが一致するので、ロータは動かずにロックされる。このように上述の横軸の基準と、図８の各トルク定数Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗの波形は対応する。同図において、Ｕ相トルク定数Ｔｕは、ロータ位置０度において、正方向に発生しはじめる。この場合、Ｕ相モータ巻線の逆起電圧も、ロータ位置０度において、中性点電圧を基準として正方向に発生しはじめる。

図８において、Ｔｕ、Ｔｖ、ＴｗはそれぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線のトルク定数を表わす。

上記トルク定数が正の値の時に、モータ巻線の端子から真性中性点ＣＮ１に電流を流すと、正回転方向にトルクが発生しロータが加速する。また、トルク定数が負の値のときに、真性中性点ＣＮ１からモータ巻線の端子に電流を流すと、逆回転方向にトルクが発生しロータが加速する。

例えば、図８において、Ｅ１の極性が負、Ｅ２の極性が正、Ｅ３の極性が負となる範囲では、Ｔｗは正の値、Ｔｖは負の値となる。よって、Ｗ相巻線からＶ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間幅の、電流を流してやれば、正回転方向にトルクが発生する。

同様に、Ｅ１の極性が負、Ｅ２の極性が正、Ｅ３の極性が正となる範囲では、Ｔｕは正の値、Ｔｖは負の値であるので、Ｕ相巻線からＶ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間幅の、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。

同様に、Ｅ１の極性が負、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が正の出力される範囲では、Ｔｕは正の値、Ｔｗは負の値であるので、Ｕ相巻線からＷ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間幅の、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。

同様に、Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が正となる範囲では、Ｔｖは正の値、Ｔｗは負の値であるので、Ｖ相巻線からＷ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。

同様に、Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が負となる範囲では、Ｔｖは正の値、Ｔｕは負の値であるので、Ｖ相巻線からＵ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。

同様に、Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が正、Ｅ３の極性が負となる範囲では、Ｔｗは正の値、Ｔｕは負の値であるので、Ｗ相巻線からＵ相巻線へ向かってロータが反応する程度の時間、電流を流してやれば正回転方向にトルクが発生する。

以下では、ロータ停止時に、正回転方向にトルクを発生させる通電相を「起動回転パルス開始の通電相」と呼ぶ。

２−１−３ 仮想差電圧の極性と、ロータの検出可能位置との関係
図９は、図８に示す加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性の組合せと、ロータの検出可能位置との関係を示した図である。

言い換えると、図９は、２相通電でのロータ位置探索でロータ位置探索パルスを順方向と逆方向それぞれに印加して発生した仮想差電圧を加算合成し、その加算合成結果Ｅ１、Ｅ２及びＥ３を極性判定して得られた出力に対して、ロータ位置を検出できる位置を示した図である。図９から、以下の各領域において以下の相方向に電流を流すことで、正回転方向にトルクを発生させることができることがわかる。

上記において、「Ｅ１負」は、ロータ位置探索パルス電流の印加をＵ相巻線とＶ相巻線間で順方向と逆方向それぞれに流し、Ｗ相に発生する各々の仮想差電圧を加算合成した結果Ｅ１の極性判定が負であることを意味する。「Ｅ２正」は、ロータ位置探索パルス電流の印加をＶ相巻線とＷ相巻線間で順方向と逆方向それぞれに流し、Ｕ相に発生する各々の仮想差電圧を加算合成した結果の極性判定が正であることを意味する。「Ｅ３負」は、ロータ位置探索パルス電流の印加をＷ相巻線とＵ相巻線間に順方向と逆方向それぞれに流し、Ｖ相に発生する各々の仮想差電圧を加算合成した結果の極性判定が負であることを意味する。

２−１−４ 仮想差電圧の検出、極性判定
図１０（ａ）、（ｂ）に、２相通電でのロータ位置探索パルスから得られるロータ位置判定における、電流パルスの通電方向（通電相及び通電方向の組合せ）と、仮想差電圧検出器４０での仮想差電圧値と、加算差電圧値Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３と、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定出力に基づく起動回転パルス開始の通電相との関係を示す。

図１０（ａ）は、２相通電でのロータ位置探索パルスから得られるロータ位置判定における、順方向と逆方向の電流パルスの通電方向（通電相及び通電方向の組合せ）と、仮想差電圧検出器４０による仮想差電圧ΔＶｃ１、ΔＶｃ２、…と、仮想差電圧に対する加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との関係を示した図である。

図１０（ｂ）は、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性と、判定されるロータ位置と、起動回転パルス開始の通電相との関係を示した図である。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、起動回転パルス開始の通電相（ロータを正回転させるために通電相）を、Ｕ⇒Ｖ、Ｕ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｖ、Ｕ⇒Ｖの順で切替えるとする。記号“⇒”は、起動回転パルス開始の通電相で電流を流す向きを示している。また、ロータ位置が電気角６０度正回転する毎に、Ｅ１、Ｅ２、及びＥ３の極性の状態遷移が反転するポイントにも、“⇒”の記号を用いている。

探索起動モードでは、転流制御部２２が３相巻線のＵ相、Ｖ相及びＷ相のうちの２相を選択して、その２相間にロータ位置探索パルスを印加する。

最初、図１０（ａ）の<１>では、選択された２相（Ｕ相、Ｖ相）の巻線の順方向にロータ位置探索パルスを印加してＵ相巻線からＶ相巻線に電流パルスを流したときの仮想差電圧を測定するために、仮想中性点ＣＮ２の電圧信号と非通電相であるＷ相巻線に発生した電圧信号とを、仮想差電圧検出器４０に入力する。これらの信号は、入力バッファを介して差動増幅回路に入力される（図２参照）。ここで、差動増幅回路は４つの抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む。入力する仮想中性点ＣＮ２の電圧をＡ２、非通電相であるＷ相巻線に発生した電圧をＡ５とし、入力バッファのオフセット電圧が無視できるとすると、差動増幅回路の出力Ｖoは次式で表される。

Ｖo＝（Ｒ２／Ｒ１）×（Ａ１―Ａ５）＋Ｖoffset
抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値の比を１とし、仮想差電圧の信号をΔＶｃは次式で表される。

ΔＶｃ＝Ｖo―Ｖoffset＝Ａ１−Ａ５
即ち、差動増幅回路の出力では、仮想中性点ＣＮ２の電圧と非通電相であるＷ相巻線の電圧との差電圧である仮想差電圧を与える、Ｖoffset電圧とＶo電圧を出力する。ＡＤＣ及び電圧測定回路４４は、転流制御部２２からのタイミング信号を用いてＶoffset電圧とＶo電圧を適切にサンプリングして演算し、仮想差電圧であるΔＶｃ１(＝Ｖoffset―Ｖo＝Ａ１―Ａ２)を出力する。そして転流制御部２２からタイミング信号を用いて仮想差電圧であるΔＶｃ１をサンプリングして、そのサンプリングデータをサンプリングデータ記憶器５１に一時的に格納する。

次に、選択された２相について逆方向に、すなわちＶ相巻線からＵ相巻線にロータ位置探索パルスを印加して得られる仮想差電圧を測定するために、仮想差電圧検出器４０に、仮想中性点ＣＮ２の電圧の信号と非通電相であるＷ相巻線に発生した電圧の信号とを入力する。前述と同様に、ＡＤＣ及び電圧測定回路４４は、仮想差電圧であるΔＶｃ２を出力する。そして転流制御部２２からタイミング信号を用いて仮想差電圧であるΔＶｃ２をサンプリングして、サンプリングデータをサンプリングデータ記憶器５２に一時的に格納する。

次に転流制御部２２からのタイミング信号を用いて、加算合成器５３でΔＶｃ１とΔＶｃ２を加算合成する。極性判定器５４で加算合成した結果Ｅ１（＝ΔＶｃ１＋ΔＶｃ２）の極性を判定し、その判定結果を転流制御部２２からのタイミング信号を用いて、Ｅ１データ記憶器５５に一時的に格納する。

次に図１０（ａ）の<２>では、次に選択された２相（Ｖ相、Ｗ相）の巻線の順方向にロータ位置探索パルスを印加し、Ｖ相巻線からＷ相巻線に電流パルスを流したときの仮想差電圧を測定するために、仮想差電圧検出器４０に仮想中性点ＣＮ２の電圧信号と、非導通相のモータ巻線の端子電圧とを入力する。

仮想差電圧検出器４０において、差動増幅回路の出力は、仮想中性点ＣＮ２の電圧と非通電相であるＷ相の電圧との差電圧であるＶoffset電圧とＶo電圧を出力し、ＡＤＣ及び電圧測定回路４４は転流制御部２２からのタイミング信号を用いてＶoffset電圧とＶo電圧を適切にサンプリングし、演算し、仮想差電圧であるΔＶｃ３(＝Ｖoffset―Ｖo＝Ａ１―Ａ２)を出力する。そして転流制御部２２からのタイミング信号を用いて仮想差電圧であるΔＶｃ３をサンプリングして、サンプリングデータ記憶器５１にそのサンプリングデータを一時的に格納する。

次に、同様にして、逆方向、すなわちＷ相巻線からＶ相巻線に電流パルスを流し、仮想差電圧ΔＶｃ４を測定し、サンプリングデータ記憶器５２に格納する。

加算合成器５３により、サンプリングデータ記憶器５１、５２に格納されているΔＶｃ３とΔＶｃ４が読み出され、加算合成される。加算合成された結果Ｅ２は、極性判定器５４で極性が判定され、その判定結果がＥ２データ記憶器５６に格納される。

次に、図１０（ａ）の<３>では、Ｗ相とＵ相が選択され、以降、同様にして、順方向及び逆方向にロータ位置探索パルスが印加されときの仮想差電圧ΔＶｃ５、ΔＶｃ６が検出される。それぞれ、サンプリングデータ記憶器５１、５２に格納される。その後、仮想差電圧ΔＶｃ５、ΔＶｃ６は加算合成器５３でΔＶｃ５とΔＶｃ６が加算合成され、加算合成された結果Ｅ３が極性判定器５４で極性判定され、その判定結果がＥ３データ記憶器５７に一時的に格納される。

ここで、仮想差電圧であるΔＶｃ１、ΔＶｃ２、ΔＶｃ３、Ｖｃ４、ΔＶｃ５、ΔＶｃ６は、仮想中性点ＣＮ２の電圧の信号Ａ１と、非通電相の電圧の信号Ａ５との差電圧のみから求められる。そして仮想差電圧である差電圧の振幅は、差動増幅回路のＶoffset電圧を中心にした電圧にレベルシフトされ、ＡＤＣ及び電圧測定回路４４へ入力される。このようにすることで、ＡＤＣ（ＡＤ変換器）への入力電圧範囲を制限し、かつ仮想差電圧のみを抽出して、ロータ位置情報を検出できる。

仮に、仮想差電圧検出器４０がレベルシフト機能を有さず、直接ＡＤＣの入力に対して、仮想中性点ＣＮ２の電圧の信号Ａ２と、非通電相の電圧の信号Ａ５とを入力した場合、ＡＤＣの入力電圧範囲がモータ駆動装置の電源部の電源電圧の１/３から２/３必要であるとすると、ＡＤＣの必要な入力電圧範囲は、モータ駆動装置の電源部の電源電圧の１/３必要になる。しかし、本実施形態では、仮想差電圧検出器４０がレベルシフト機能を有するため、ＡＤＣの必要な入力電圧範囲はモータ駆動装置の制御部の電源電圧の０から１/８倍程度になり、ＡＤＣの必要な入力電圧範囲は、制御部の電源電圧の１/８程度で済む（この場合のモータ駆動装置の電源部や制御部の電源電圧は５Ｖ程度とし、仮想差電圧の振幅を０．６Ｖ程度とする。）。つまり、仮想差電圧検出器４０にレベルシフト機能を有する差動増幅回路を設けることで、モータの駆動電圧の振幅を決める電源電圧に依存せずに、ＡＤＣへの入力電圧範囲をコントロールできる。これにより、ＡＤＣの精度と機能を削減できる。このような技術は特に、モータだけで自律した制御性を求める用途や、安価なモータ駆動システムに適している。

２−１−５ 起動回転パルス開始の通電相の決定
図１０（ｂ）を参照しながら、起動回転パルスの開始の通電相の決定方法について説明する。

上記のようにしてＥ１、Ｅ２、Ｅ３に対する極性判定結果が得られると、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の参照テーブルに示す情報から現状のロータ位置を判別し、起動トルクを与えるための起動回転パルスを次に印加すべき通電相を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が負、負、正の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<１>に示すように、起動トルク付与のために電流パルスをＵ相巻線からＷ相巻線に流すように、起動回転パルスを印加すべき通電相及び通電方向を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が正、負、正の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<２>に示すように、起動トルク付与の電流パルスをＶ相巻線からＷ相巻線に流すように起動回転パルス開始の通電相を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が正、負、負の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<３>に示すように、起動トルク付与の電流パルスをＶ相巻線からＵ相巻線に流すように起動回転パルス開始の通電相を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が正、正、負の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<４>に示すように、起動トルク付与の電流パルスをＷ相巻線からＵ相巻線に流すように起動回転パルス開始の通電相を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が負、正、負の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<５>に示すように、起動トルク付与の電流パルスをＷ相巻線からＶ相巻線に流すように起動回転パルス開始の通電相を決定する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果が負、正、正の場合、ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）の<６>に示すように、起動トルク付与の電流パルスをＵ相巻線からＶ相巻線に流すように起動回転パルス開始の通電相を決定する。

以上のように、データ記憶器５５、５６、５７に一時的に保持されていた極性判定結果は、転流制御部２２からのタイミング信号を用いて、ロータ位置判別器５８により読み出され、図１０（ｂ）のテーブルの情報に応じて、起動回転パルス開始の通電相が決定される。決定した通電相の情報は、転流制御部２２にロータ位置信号として入力し、起動回転パルス開始の通電相が設定される。

探索起動モードのロータ位置探索過程において、仮想差電圧検出器４０とロータ位置検出回路５０は上記のように動作する。

また、本実施形態ではロータ位置検出回路５０内でのデータサンプリングやデータ転送のタイミング信号に転流制御部２２からのタイミング信号を用いて説明したが、これとは別にタイミング信号発生器からデータサンプリングやデータ転送のタイミング信号を作成してもよい。

２−１−６ ２回目以降のロータ位置探索過程の簡略化
探索起動モードでは、ロータ位置探索過程と、位置が判明したロータに起動回転トルクを与えるために好適なステータ相にトルク電流パルスを印加する起動回転トルク付与過程とを交互に繰り返すことで起動加速を行う。以下では、モータ起動時間の短縮のための処理を説明する。ここでは、１回目のロータ位置探索過程と、２回目以降のロータ位置探索過程における処理を異ならせる。

図１０（ｂ）の＜１＞では、加算差電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の極性はそれぞれ、負、負、正であり、＜２＞では、正、負、正である。つまり、図１０（ｂ）の＜１＞と＜２＞とから、ロータ位置が１２０度から１８０度に変化した場合、Ｅ１の極性のみが変化し、Ｅ２、Ｅ３の極性は変化していないことが分かる。この事実から、ロータ位置の変化の判定において、常時、３つの加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性の変化を判断する必要はなく、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のうちのいずれか１つの加算差電圧の極性の変化のみを判定すればよいことが分かる。

例えば、１回目のロータ位置探索過程で、極性判定の結果がＥ１負、Ｅ２負、Ｅ３正となりロータ位置が１２０度であると判定できた場合、２回目のロータ位置探索過程では、Ｅ１についてのみ極性が負から正に切替わることを検出する。同様に、ロータ位置が１８０度から２４０度に変化したことを検出するためにはＥ３の極性について、ロータ位置が２４０度から３００度に変化したことを検出するためにはＥ２の極性について、その変化を判定すればよい。

つまり、２回目以降のロータ位置探索過程では、前回のロータ位置探索過程の３回の極性判定の結果Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３により得られる通電相の組について順方向と逆方向においてロータ位置探索パルス電流の印加を行ない、それらの相について極性の変化を検出すれば、ロータ位置が判定できることがわかる。

２回目以降のロータ位置探索過程において１回の極性の変化を検出するだけでロータ位置の検出ができるので、極性判定に伴う動作を削減でき、モータ起動時間が短縮される。

なお、２回目以降のロータ位置探索において、加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の全てについて極性判定を行なうようにしてもよい。

２−１−７ ロータ位置探索過程
以下の例では、１回目のロータ位置探索において、ロータ位置探索パルス電流をＵ相巻線からＶ相巻線に流すものとする。

（ロータ位置探索）
最初に、転流制御部２２が選択的に図１における駆動トランジスタ３及び駆動トランジスタ７をオンすることによってロータ位置探索パルス電流を、高電位側電源線１、駆動トランジスタ３、Ｕ相巻線１０、モータ巻線の真性中性点ＣＮ１、Ｖ相巻線１１、駆動トランジスタ７、電流検出抵抗２８及び低電位側電源線２を含む経路に流す。このとき非通電相であるＷ相のモータ巻線の端子と、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２との間に生じる、仮想中性点ＣＮ２の電位を基準とした仮想差電圧のロータ位置に対する特性は図７（ａ）の実線Ａのようになる。探索起動モードでは、仮想差電圧検出器４０は、仮想差電圧を検出し、その検出した仮想差電圧をＡＤＣ及び電圧測定回路４４に入力して演算する。ロータ位置検出回路５０はその演算結果をサンプリングデータΔＶｃ１としてサンプリングデータ１記憶器に格納する。

次に、転流制御部２２が駆動トランジスタ４及び駆動トランジスタ６をオンすることによってロータ位置探索パルスを高電位側電源線１、駆動トランジスタ４、Ｖ相巻線１１、モータ巻線の真性中性点ＣＮ１、Ｕ相巻線１０、駆動トランジスタ６、電流検出抵抗１８、低電位側電源線２、の経路に印加する。つまり、ロータ位置探索パルスをＶ相巻線からＵ相巻線に流す。このときに非通電相であるＷ相のモータ巻線の端子と仮想中性点ＣＮ２との間に生じる、仮想中性点ＣＮ２を基準とした仮想差電圧のロータ位置に対する特性は図７（ａ）の破線Ｂのようになる。仮想差電圧検出器４０は、仮想差電圧を検出し、ＡＤＣ及び電圧測定回路４４に入力して演算する。ロータ位置検出回路５０はその演算結果をサンプリングデータΔＶｃ２としてサンプリングデータ２記憶器に格納する。

次に転流制御部２２からのタイミング信号を用いて、加算合成器でΔＶｃ１とΔＶｃ２を加算合成し、加算合成結果Ｅ１から極性判定器で極性を判定し、その判定結果を転流制御部２２からタイミング信号を用いて、Ｅ１データ記憶器に一時保持させる。

さらに、転流制御部２２が駆動トランジスタ４と駆動トランジスタ８をオンし、ロータ位置探索パルス電流をＶ相巻線からＷ相巻線に流し、探索起動モードでは仮想差電圧検出器４０で仮想差電圧を検出し、ＡＤＣ及び電圧測定回路に入力して演算し、ロータ位置極性検出ブロックでサンプリングデータΔＶｃ３をサンプリングデータ１記憶器に一時保持する。

次に転流制御部２２が駆動トランジスタ５と駆動トランジスタ７をオンし、ロータ位置探索パルス電流をＷ相巻線からＶ相巻線に流し、探索起動モードでは仮想差電圧検出器４０で仮想差電圧を検出し、ＡＤＣ及び電圧測定回路に入力し、演算し、ロータ位置極性検出ブロックでサンプリングデータΔＶｃ４をサンプリングデータ２記憶器に一時保持する。

次に転流制御部２２からのタイミング信号を用いて、加算合成器でΔＶｃ３とΔＶｃ４を加算合成し、その加算合成結果Ｅ２から極性判定器で極性を判定し、その判定結果を転流制御部２２からのタイミング信号を用いてＥ２データ記憶器に一時保持させる。

さらに、転流制御部２２が駆動トランジスタ５と駆動トランジスタ６をオンし、ロータ位置探索パルス電流をＷ相巻線からＵ相巻線に流し、探索起動モードでは仮想差電圧検出器４０で仮想差電圧を検出し、ＡＤＣ及び電圧測定回路に入力し、演算し、ロータ位置極性検出ブロックでサンプリングデータΔＶｃ５をサンプリングデータ１記憶器に一時保持する。

次に転流制御部２２が駆動トランジスタ３と駆動トランジスタ８をオンし、ロータ位置探索パルス電流をＵ相巻線からＷ相巻線に流した場合は、探索起動モードでは仮想差電圧検出器４０が仮想差電圧を検出し、ＡＤＣ及び電圧測定回路に入力し、ロータ位置極性検出ブロックでサンプリングデータΔＶｃ６をサンプリングデータ２記憶器に一時保持する。

次に転流制御部２２からタイミング信号を用いて、加算合成器でΔＶｃ５とΔＶｃ６を加算合成し、その加算合成結果Ｅ３から極性判定器で極性を判定し、その判定結果を転流制御部２２からタイミング信号を用いてＥ３データ記憶器に一時保持させる。

（起動回転トルク付与）
起動回転トルクの付与は以下のように行う。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の各々に対する極性判定の結果が負、負、正の場合、図１０（ｂ）の<１>に示すように、ロータ位置判別器５８は、ロータ位置が電気角で１２０度付近（９０度から１５０度の間）にあると判定し、Ｕ相巻線からＷ相巻線に電流を流すように駆動トランジスタ３及び８をオンする。これにより、良好な起動回転トルクを与えることができる。また、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の各々に対する極性判定の結果が正、負、正の場合、図１０（ｂ）の<２>に示すように、ロータ位置判別器５８は、ロータ位置が電気角で１８０度付近（１５０度から２１０度の間）にあると判定し、Ｖ相巻線からＷ相巻線に電流を流すように駆動トランジスタ４及び８をオンする。

以上のように、前記Ｅ１、Ｅ２、及びＥ３データ記憶器に一時保持されていた極性判定結果であるＥ１の極性データ、Ｅ２の極性データ、Ｅ３の極性データを転流制御部２２からタイミング信号を用いて、ロータ位置判別器５８に入力する。ロータ位置判別器５８は、図１０（ｂ）のデータに応じて、起動回転パルス開始の通電相を決定し、決定した通電相を転流制御部２２へロータ位置の信号として入力し、処理することで、モータの良好な起動回転トルクを与えることができる。

２−１−８ ロータ位置探索過程のフローチャート
図１１のフローチャートを参照し、探索起動モードにおけるロータ位置探索過程の処理を具体的に説明する。

最初に、仮想差電圧ΔＶｃ１、ΔＶｃ２を抽出する（ステップＳ１１）。具体的には、ロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を順方向であるＵ相巻線からＶ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を流す。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ１を抽出する。

ΔＶｃ１抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。電流パルスによるロータ位置探索通電の向きの設定を切替える。次にロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を逆方向であるＶ相巻線からＵ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を流す。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ２を抽出する。

ΔＶｃ２抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。電流パルスによるロータ位置探索通電の向きの設定を切替える。

ステップＳ１１で抽出した仮想差電圧ΔＶｃ１とΔＶｃ２を加算合成し、加算合成の結果Ｅ１（＝ΔＶｃ１＋ΔＶｃ２）の極性を判定する（ステップＳ１２）。極性判定結果としてＥ１の極性を保持する。

次に、仮想差電圧ΔＶｃ３、ΔＶｃ４を抽出する（ステップＳ１３）。ロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を順方向であるＶ相巻線からＷ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を流す。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ３を抽出する。

ΔＶｃ３抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。電流パルスによるロータ位置探索通電の向きの設定を切替える。次にロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を逆方向であるＷ相巻線からＶ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を流す。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ４を抽出する。

ΔＶｃ４抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。電流パルスによるロータ位置探索通電の向きの設定を切替える。

ステップＳ１３で抽出した仮想差電圧ΔＶｃ３とΔＶｃ４を加算合成し、加算合成の結果Ｅ２（＝ΔＶｃ３＋ΔＶｃ４）の極性を判定する（ステップＳ１４）。その極性判定の結果としてＥ２の極性を保持する。

次に、仮想差電圧ΔＶｃ５、ΔＶｃ６を抽出する（ステップＳ１５）。ロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を順方向であるＷ相巻線からＵ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を行う。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ５を抽出する。

ΔＶｃ５抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。電流パルスによるロータ位置探索通電の向きの設定を切替える。次にロータ位置探索のために、電流パルスによるロータ位置探索通電を逆方向であるＵ相巻線からＷ相巻線へ通電できる向きに設定する。設定された向きに電流パルスによるロータ位置探索通電を行う。仮想差電圧検出器４０に入力される仮想差電圧ΔＶｃ６を抽出する。

ΔＶｃ６抽出後、初期設定として、ロータ位置探索通電での巻線に流れる電流をゼロにする。仮想差電圧ΔＶｃ５とΔＶｃ６を加算し、その加算結果Ｅ３（＝ΔＶｃ５＋ΔＶｃ６）の極性を判定する（ステップＳ１６）。その極性判定結果としてＥ３の極性を保持する。

Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定の結果に基づき、図１０（ｂ）に示すデータを参照し、ロータ位置を判定する（ステップＳ１７）。

ロータの位置の判定ができれば（ステップＳ１８でＹＥＳ）、探索起動モードを終了する。判定ができなければ（ステップＳ１８でＮＯ）、リトライモードに進む（ステップＳ１９）。リトライモードでは、ロータを位置判定可能な位置に移動させるための所定の処理を実行する。

リトライモードでは、例えば、ロータを僅かに回転させるためのキックパルスを印加し、これにより、ロータのステータに対する相対位置をシフトさせる。この場合、ループカウンタでリトライモードの実行回数をカウントしておき、所定値に達した場合にはリトライモードを実行せずに、他の起動モード（例えば同期起動モード）に移行してもよい。または、リトライモードにおいて、モータ駆動装置を構成する各回路に関する所定の設定パラメータ（たとえば、仮想差電圧検出器４０のＶoffset電圧値の切り替え等）を変更し、再度ロータ位置探索を繰り返すようにしてもよい。この場合、変更回数に制限のある設定パラメータについては、その変更回数をカウントしておき、変更回数が制限を超えないようにしてもよい。

なお、上記フローチャートでは、ロータ位置探索通電の開始時に電流パルスを流す向きを、Ｕ相巻線からＶ相巻線への向きに設定しているが、この向きに限られず、他の通電パターンで開始してもよい。

また、前述のように２回目以降のロータ位置探索過程では、Ｕ相−Ｖ相，Ｖ相−Ｗ相，Ｗ相−Ｕ相のうちのいずれか１組の通電相に対してのみ、探索パルスの印加を行うのが好ましい。そして、Ｅ１，Ｅ２、及びＥ３の内のいずれか１つについてのみ極性判定を行う。すなわち、前回のロータ位置探索過程で判定されたロータ位置に対応する起動回転パルス開始の通電相を図１０（ｂ）の情報を参照して決定し、その決定した通電相について順方向、逆方向に通電する。通電後、加算差電圧Ｅ１，Ｅ２、及びＥ３のうちの１つについてのみ極性判定を行う。極性判定を行う加算差電圧は図１０（ｂ）の情報に基づき決定される。判定の結果、極性反転が検出された場合、ロータが次の位置まで移動したと判断し、その位置に対応する起動回転パルス開始の通電相を図１０（ｂ）のデータを参照して決定し、その決定した通電相について順方向、逆方向に通電する。以降、これを繰り返す。

２−１−９ 起動回転トルク付与過程のフローチャート
図１２のフローチャートを参照して、探索起動モードにおける起動回転トルク付与過程の処理を具体的に説明する。

起動回転トルク付与過程では、前回のロータ位置探索通電モードにおける判定結果に基づいて決定される相に起動回転パルスを印加し（Ｓ３１）、これにより、ロータを移動させる。前回の判定が成功した条件で順方向と逆方向に探索パルスを印加する（Ｓ３２）。順方向通電及び逆方向通電による仮想差電圧を検出し、それらを加算し、その加算値の極性を判定する（Ｓ３３）。

前回の状態から極性が反転しなかった場合、依然としてロータが前回に判定した６０度区間に位置していると判定する（Ｓ３５）。前回の状態から極性が反転した場合、ロータが次の６０度区間に転流したと判定する（Ｓ３５）。

２−１−１０ ロータ位置探索パルスと起動回転パルス波形
ロータ位置探索パルスと起動回転パルスの印加方法について図１３を参照して具体的に説明する。

図１３はロータ位置探索パルスと起動回転パルスの印加を説明した図である。図１３において横軸は時間軸である。図１３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は各々Ｕ相巻線電流、Ｖ相巻線電流及びＷ相巻線電流を示している。図１３（ｄ）は加算差電圧Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性判定結果を示し、図１３（ｅ）はロータ位置判定結果を示す。

図１３は、一回目のロータ位置探索過程において、ロータ位置探索パルスを６回（すなわち３組の通電相に対して）印加し、二回目以降のロータ位置探索過程において、前回のロータ位置探索過程の判定結果に基づいて決定される通電相に起動回転パルスを印加するロータ位置探索過程を適用した例を示す。

図１３において、ＤＳ１は、一回目のロータ位置探索に要したロータ位置探索パルス過程を示す。図１０（ａ）に示すように＜１＞⇒＜２＞⇒＜３＞の順番でロータ位置探索パルスを印加したものであり、３回の順方向と逆方向の対のロータ位置探索パルスを印加している。

１回目の順方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ３及び７をオンすることによりＵ相巻線からＶ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ１を抽出し、抽出したデータΔＶｃ１を一時保持する。次に、逆方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ４及び６をオンすることによりＶ相巻線からＵ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ２を抽出して、抽出したデータΔＶｃ２を一時保持する。

ΔＶｃ１とΔＶｃ２のサンプリングデータの仮想差電圧を、加算合成した判定結果であるＥ１の極性判定が正であると判定される。

２回目の順方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ４及び８をオンすることによりＶ相巻線からＷ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ３を抽出し、抽出したデータΔＶｃ３を一時保持する。

次に逆方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ５及び７をオンすることによりＷ相巻線からＶ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ４を抽出し、抽出したデータΔＶｃ４を一時保持する。

ΔＶｃ３とΔＶｃ４のサンプリングデータの仮想差電圧を、加算合成した判定結果であるＥ２の極性判定が負であると判定される。

３回目の順方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ５及び６をオンすることによるＷ相巻線からＵ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ５を抽出し、抽出したデータΔＶｃ５を一時保持する。

次に逆方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ３及び８をオンすることによりＵ相巻線からＷ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ６を抽出して、抽出したデータΔＶｃ６を一時保持する。

ΔＶｃ５とΔＶｃ６のサンプリングデータの仮想差電圧を、加算合成した判定結果であるＥ２の極性判定が負であると判定される。

Ｅ１の極性が正、Ｅ２の極性が負、Ｅ３の極性が負と判定されるため、ロータ位置が２４０度付近にあると判定される。このときのロータ位置探索パルス条件を保存すると共に、起動回転パルス過程ＳＰ１において、ロータに好適なトルクを印加するために、駆動トランジスタ４及び６をオンにしてＶ相巻線からＵ相巻線に起動回転パルスを与える。

前回保存した探索パルス条件を参照し、ロータ位置が２４０度付近であることがわかる。ロータ位置が２４０度付近である場合、図１０（ｂ）から、次にＶ相からＵ相へ通電すべきでことがわかる。また、ロータ位置の検出は、加算差電圧Ｅ２のみ極性の反転を検出すればよいことがわかる。

そこで、二回目のロータ位置探索パルス過程ＤＳ２では、順方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ４及び８をオンすることによるＶ相巻線からＷ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ３を抽出して、データを一時保持する。

次に逆方向のロータ位置探索パルスを、駆動トランジスタ５及び７をオンすることによるＷ相巻線からＶ相巻線に印加し、サンプリングデータΔＶｃ４を抽出して、抽出したデータΔＶｃ４を一時保持する。

ΔＶｃ３とΔＶｃ４のサンプリングデータの仮想差電圧を、加算合成した判定結果であるＥ２の極性判定の状態遷移が反転するかどうかを判定する。

図１３の例では、判定の結果、ＤＳ２で、再びＥ２の極性判定の出力として負を得る。これは、起動時は一般的に回転速度が低いために転流を生じる頻度はロータ位置探索回数に比べて十分に低いからである。このときの探索パルス条件を保存すると共にロータに好適なトルクを印加するために、起動回転パルス過程ＳＰ２において、駆動トランジスタ４及び６をオンにしてＶ相巻線からＵ相巻線に起動回転パルスを与える。

以下、ロータ位置の変動が検出されるまで、同様にして、ロータ位置探索パルス過程ＤＳ３、ＤＳ４、ＤＳ５及び起動回転パルス過程ＳＰ３、ＳＰ４が繰り返される。

五回目のロータ位置探索パルス過程ＤＳ５においてＥ２の極性の反転が得られると、これにより、ロータが３００度付近にあると判定される。このときの探索パルス条件を保存すると共にロータに好適なトルクを印加するために駆動トランジスタ５及び６をオンにしてＷ相巻線からＵ相巻線にＳＰ５に示す起動回転パルス過程を与える。

以降、同様にして、ロータ位置探索パルス過程と起動回転パルス過程とを繰り返す。以上のように、最初のロータ位置探索過程ＤＳ１から、１回目の６０度正回転転流を確認した五回目のロータ位置探索過程ＤＳ５、及び２回目の６０度正転転流を確認した八回目のロータ位置探索過程ＤＳ８を経て、十回目のロータ位置探索過程ＤＳ１０において３回目の６０度正転転流が確認される。これら３回の６０度の正転転流をもって回転起動が成功したと判定されれば、その後、位置検出は逆起電圧を用いて行われる。

期間ＡＰ１においては、駆動トランジスタ３及び７をオンにして電流をＰＷＭ制御してＵ相巻線からＶ相巻線を駆動することができる。それ以後、逆起電圧によるロータ位置検出によってモータを駆動する（逆起電圧帰還モード）。

なお上記では３回の６０度の正転転流が完了したことにより起動が成功したと判定したが、起動の成功を判定するための正転転流の回数は３回に限られない。また、６０度の正転転流のインターバルから得られる回転速度が所定値に達したことに基づいて回転起動の成功を判定してもよい。

また、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに変化した直後の加速トルク印加において、通電プロファイル形成及び逆起電圧のゼロクロスを検出するための電流ゼロ期間を、探索起動モードにおける６０度毎の転流周期から予め予測される、逆起電圧のゼロクロスが発生するタイミングに同期して設ける。

例えば、図１３においては、逆起電圧のゼロクロスとして、期間ＡＰ１の後のゼロクロスを検出することになる。ロータ位置が６０度領域にあることが判定されたことを受けて、例えば６０度領域の中心タイミングで生じるべきＷ相巻線の逆起電圧の正から負へのゼロクロスの検出を行う。ゼロクロス検出期間の開始時にまだ上記所定のゼロクロスが生じていなければ、そのゼロクロスの発生を待ち、その発生をもって６０度正転転流を検出する。言い換えれば、Ｗ相巻線の逆起電圧の正から負へのゼロクロスを待つ場合に、逆起電圧検出期間開始時にＷ相巻線の逆起電圧がまだ正であれば所定のゼロクロスが生じるまでゼロクロス検出期間を継続し、所定のゼロクロスが生じた時点をもってゼロクロスが発生したとする。逆起電圧のゼロクロス検出期間の開始時に既に所定のゼロクロスが生じていることが逆起電圧信号の極性から判明している場合は、逆起電圧のゼロクロス検出期間の開始タイミングを、ゼロクロス発生のタイミングとする。つまり、Ｗ相巻線の逆起電圧の正から負へのゼロクロスの検出において、検出期間開始時にＷ相巻線の逆起電圧が既に負になっていれば、直ちにゼロクロスが発生したとする。なお、逆起電圧のゼロクロス検出について図１５を参照して後述する。

２−２ 逆起電圧帰還モード
次に逆起電圧帰還モードについて説明する。逆起電圧帰還モードは、ロータ回転によって生ずる逆起電圧を安定に検出して転流制御を行うモードである。

２−２−１ 逆起電圧帰還モードのトルク制御
逆起電圧帰還モードのトルク制御について説明する。本モードでは、探索指令信号生成器２５及び起動指令信号生成器２６は機能しない。

相トルク指令信号生成部２４は、外部からトルクを指令するための信号（外部指令信号）を受け、転流制御部２２からのタイミングとスイッチング素子３〜８のオン状態の組合せとに応じた複数の成分トルク指令信号を生成する。

パルス発生器２０は、転流制御部２２で選択された相におけるＰＷＭ信号のオンタイミングを与える信号（ＰＷＭオンパルス）を出力する。比較部２３は、オン状態にある相の情報を転流制御部２２から受けて、電流検出増幅器２７の出力と比較すべき成分トルク指令信号を１つ選択し、選択した成分トルク指令信号と電流検出増幅器２７の出力を比較する。または、比較部２３は、電流検出増幅器の出力と、複数の成分トルク指令信号のそれぞれと比較し、それらの結果の中の１つを選択する。電流検出増幅器２７の出力が、比較すべき成分トルク指令信号より大きくなったときに、比較部２３は、ＰＷＭ信号のオフタイミングを与える信号（ＰＷＭオフパルス）を出力する。ＰＷＭ制御部２１は、パルス発生器２０からのＰＷＭ信号のオンパルスと、ＰＷＭオフパルスとを入力し、転流制御部２２が選択した相のパルス幅を制御する。

上記の方法は、３相巻線全てに電流を通電させるときでも電流制御を可能にする（例えば、特開２００３−１７４７８９号公報参照）。なお、１２０度通電を行う場合には相トルク指令信号生成部２４は必要ない。

２−２−２ 逆起電圧帰還モードの通電制御
次に逆起電圧帰還モードの通電相制御について説明する。逆起電圧帰還モードにおいて、転流制御部２２は、各モータ巻線について各々の逆起電圧の極性が変化すると予測される期間において各巻線の電流をゼロにするよう通電制御を行う。

電流がゼロである巻線では電流の時間変化成分も短時間後にゼロになり、各巻線の両端子間、すなわち、Ｕ相端子線１３とモータ巻線の真性中性点ＣＮ１との間、またはＶ相端子線１４と真性中性点ＣＮ１との間、またはＷ相端子線１５と真性中性点ＣＮ１との間には、各巻線と回転するロータ磁束との相互作用による逆起電圧が現れる。よって、極性が変化するタイミング（ゼロクロスタイミング）を検出して、ロータ位置を正確に認識することができる。

逆起電圧帰還モードでは、閾値設定器３８は、逆起電圧検出器３６の差動入力信号の比較に関して若干のオフセットを設定する。このオフセットは差動入力信号間の電位差が所定値に達したか否かによって比較器３４の出力を変化させるものである。言い換えれば、オフセットは逆起電圧検出器３６の差動入力信号に対する閾値として作用し、ゼロクロスタイミングのチャタリングによる影響を防止する。

逆起電圧検出器３６において、転流制御部２２からの情報に基づき、電流及びその時間変化がゼロとなる巻線が選択回路３２により選択される。電流及びその時間変化がゼロとなる巻線の電圧のゼロクロスタイミングは、逆起電圧検出器３６を介して転流制御部２２に帰還される。これによって正確な転流タイミングの制御が継続的に維持される。なお、チャタリングを防止する目的では、オフセットすなわち閾値を設けなくてもよい。ＰＷＭ制御部２１を転流制御部２２内部に設けることでも可能であり、この場合は閾値設定器３８が必要ない。また、各相巻線毎に比較器からなる逆起電圧検出器を予め用意してもよく、これにより、端子線の選択回路３２が不要となる。

２−２−３ モータ電流及び逆起電圧
図１４（ａ）は、逆起電圧帰還モードにおける各相のモータ電流波形を示した図である。図１４（ｂ）は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各通電状態に対する非通電相に発生する逆起電圧を検出する場合のゼロクロス検出のエッジ方向を示した図である。

図１４は、転流制御部２２によって決定された通電相に通電される相電流と、各相の逆起電圧とを示す。図１４（a）の実線はＵ相電流、破線はＵ相逆起電圧を示す。同様に図１４（b）の実線はＶ相電流、破線はＶ相逆起電圧、（c）の実線はＷ相電流、破線はＷ相逆起電圧を示している。図１４（a）、（b）、（c）の実線に対してハッチングした部分がＰＷＭ制御される。また、図１４に示した区間Ｉ、II、III、IV、Ｖ及び区間VIはそれぞれ電気角６０度に相当している。

図１４（d）は区間Ｉ、II、III、IV、Ｖ及び区間VIにおける各通電相の通電状態及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各通電状態に対し選択された非通電相に発生する逆起電圧を検出する場合のゼロクロス検出のエッジ方向をゼロクロス点検出に示す表である。図１４（d）のゼロクロス点検出に関して、区間Ｉでは転流制御部２２よって決定された非通電相のＷ相のゼロクロス点が検出されるように制御される。よって選択回路３２では、モータ巻線の中性点端子線Ａ１とＷ相端子線１５が選択され、比較器３４を含む逆起電圧検出器３６では、Ｗ相の逆起電圧がモータ巻線の真性中性点ＣＮ１の電圧より小さくなるゼロクロス点を検出する。これを図１４（d）ではＷ↓として表現した。

また区間IIでは、転流制御部２２よって決定された非通電相のＶ相のゼロクロス点が検出されるように制御される。よって選択回路３２では、モータ巻線の中性点端子線Ａ１とＶ相端子線１４が選択され、比較器３４を含む逆起電圧検出器３６では、Ｖ相の逆起電圧がモータ巻線の真性中性点ＣＮ１の電圧より大きくなるゼロクロス点を検出する。これを図１４（d）ではＶ↑として表現した。

同様にし、電気角60度の各区間において、転流制御部２２よって決定された非通電相通電相を受けて、区間IIIではＵ相逆起電圧がモータ巻線の真性中性点ＣＮ１の電圧よりも小さくなるゼロクロス点Ｕ↓を検出し、区間IVではＷ相逆起電圧が真性中性点ＣＮ１の電圧より大きくなるゼロクロス点Ｗ↑を検出し、区間ＶではＶ相逆起電圧が真性中性点ＣＮ１の電圧よりも小さくなるゼロクロス点Ｖ↓を検出し、区間VIではＵ相逆起電圧が真性中性点ＣＮ１の電圧より大きくなるゼロクロス点Ｕ↑を検出する。

以上より、逆起電圧帰還モードでのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各通電状態に対する非通電相に発生する逆起電圧を検出する場合のゼロクロス検出のエッジ方向の概念が理解できる。

２−２−４ 逆起電圧のゼロクロスの検出タイミング
図１５を用いて逆起電圧のゼロクロス検出について詳述する。図１５（ａ）は逆起電圧のゼロクロスを検出するタイミングを説明した図である。図１５（ｂ）及び（ｃ）は、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに変化した直後にロータ位置がタイミングｔ６９及びタイミングｔ７０にある場合の電流プロファイルを各々示す。横軸はロータ位置もしくは時間軸を示す。

図１５において、Ｔ６１は図１４に示した６種類の６０度期間Ｈ１〜Ｈ６のうちのいずれかの一つを示す。ｔ６２、ｔ６３及びｔ６４はそれぞれ６０度期間Ｔ６１の中心位置、初期位置及び最終位置を示す。Ｔ６５ａ及びＴ６５ｂは逆起電圧のゼロクロス検出期間の進相成分を示す。Ｔ６６ａ及びＴ６６ｂは、逆起電圧のゼロクロスが発生するまで延長される逆起電圧のゼロクロス検出期間の延長区間を示す。ｔ６７ａ及びｔ６７ｂは、逆起電圧のゼロクロス検出期間の開始タイミングを示す。ｔ６８ａ及びｔ６８ｂは、逆起電圧のゼロクロス検出期間の終了タイミングを示す。

センサレス駆動では、逆起電圧を検出するためのゼロ電流区間を各相に設ける必要がある。ゼロ電流区間内における所定の期間をゼロクロス検出期間とする。ゼロクロス検出期間は、前回の６０度期間Ｔを考慮して予測される次の逆起電圧のゼロクロスタイミングよりも、所定期間Ｔ６５ａまたはＴ６５ｂだけ早いタイミングｔ６７ａまたはｔ６７ｂで開始する。

これによって予測していた周期が長い場合、すなわち予測していた回転速度が低い場合には、少しずつ位相が進められて予測値が徐々に修正されていく。また予測していた周期が短い場合、すなわち予測していた回転速度が高い場合には、上述したように所定の相において所定の逆起電圧のゼロクロスが生じるのを待ちつづけるので、結果的に位相が遅れて正しい逆起電圧のゼロクロスがタイミングｔ６８ａまたはｔ６８ｂにて検出され、予測タイミングが修正される。

通常は逆起電圧帰還モードに切り替わる直前の探索起動モードにおける６０度正転転流期間中の起動回転パルスの回数は十分多く、逆起電圧帰還モードに変化した直後のロータ位置はその６０度期間中の初期段階、例えばタイミングｔ６９にある。

このときの各相電流の電流プロファイルは図１５（ｂ）のようになる。直前のロータ位置情報を受けて、Ｕ相電流８４ａが比較的急峻に立ち上がり、Ｖ相電流８３ａが比較的急峻に立ち下がり、Ｗ相電流８５ａは比較的緩い傾斜で立ち下がる。その後Ｖ相電流８３ａは比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。ここでのＶ相電流８３ａとＷ相電流８５aなどの緩い変化率は、モータ振動及び騒音低減に効果的なスロープ状電流を構成するためのものである。やがてＶ相電流８３ａはゼロとなり、Ｖ相電流８３ａがゼロに整定するまでの短期間のゼロ電流区間を経てすぐに、Ｖ相に現れる逆起電圧の負から正へのゼロクロスを検出するためのゼロクロス検出期間が始まり、タイミングｔ６２でゼロクロスを検出した結果、Ｖ相電流８３ａは更に正方向に比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。

以上のように逆起電圧帰還モードへの移行後に生じる逆起電圧のゼロクロスに関し、その６０度期間の中間タイミングｔ６２で発生する逆起電圧のゼロクロスを検出することが可能である。よって、約３０度期間後のタイミングｔ６２近傍に、ゼロクロス検出期間を設定してもよい。この場合、ゼロクロスが検出されるまでゼロクロス検出期間が継続されることから、ゼロクロスタイミングが正確に検出される。

また、直前の探索起動モードでの６０度期間中の起動回転パルスの回数が少なく、逆起電圧帰還モードへの移行直後のロータ位置が、当該６０度期間中の終盤、例えばタイミングｔ７０にある場合、電流プロファイルは図１５（ｃ）のようになる。直前のロータ位置情報を受けて、Ｕ相電流８４ｂが比較的急峻に立ち上がり、Ｖ相電流８３ｂが比較的急峻に立ち下がり、Ｗ相電流８５ｂは比較的緩い傾斜で立ち下がる。その後、Ｖ相電流８３ｂは比較的緩い傾斜で立ち上がり始める。ここでのＶ相電流８３ｂとＷ相電流８５ｂの緩い変化率は、モータ振動及び騒音低減に効果的なスロープ状電流を構成するためのものである。やがてＶ相電流８３ｂはゼロとなり、Ｖ相電流８３ｂがゼロに整定するまでの短期間のゼロ電流区間を経てすぐに、Ｖ相に現れる逆起電圧の負から正へのゼロクロスを検出するためのゼロクロス検出期間が始まる。この場合、タイミングｔ６２で既に逆起電圧のゼロクロスが生じており、一見、次に来る６０度期間の中間タイミングでゼロクロスを検出した方がよいように思われる。

しかし、その場合、探索起動モードでの正転転流の６０度期間中の起動回転パルスの回数が十分多いと、ゼロクロス検出期間が約９０度期間の間継続することになり、トルクが低下するという問題が生じる。従って、逆起電圧期間モードに移行直後のロータ位置がタイミングｔ７０にあるような場合においても、その６０度期間の逆起電圧のゼロクロスを待つ方がよい。この場合、タイミングｔ６２で既に逆起電圧のゼロクロスが生じているため、更に１８０度相当期間後までは極性が一定となる。

よって、その極性から、逆起電圧のゼロクロス検出開始タイミングｔ６７ｂで既に逆起電圧のゼロクロスが生じたと判断でき、直ちにゼロクロス検出したものと見なし、次の６０度のプロファイルを形成する。この方法によりトルク低下がより抑制される。既に説明したように、予測周期情報をＴ６５ｂに示す期間ずつ短縮しながら、やがては正確なゼロクロスタイミングの検出ができるようになる。

２−２−５ 逆起電圧帰還モードに移行直後の逆起電圧の測定結果
３相ブラシレスモータＢについて、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切り替わった直後の非通電相に発生する逆起電圧を測定した。図１６、図１７にその測定結果を示す。

図１６（ａ）は、３相ブラシレスモータＢでの回転速度５０ｒｐｍでのＵ相巻線からＶ相巻線への通電時に、非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧の波形（Ｖe50）と、Ｗ相の誘導電圧の波形（Ｖi）とを示した図である。なお、横軸は電気角を示し、縦軸電圧を示す。Ｗ相に発生する誘導電圧、逆起電圧は、真性中性点ＣＮ１の電位を基準にした電圧である。３相ブラシレスモータの発電定数はＫｅ＝０．７４ｍＶ/ｒｐｍである（ｒｐｍ：１分間当たりのモータ回転数）。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示されるＷ相の誘導電圧（Ｖi）と、回転速度５０ｒｐｍ時でのＷ相の逆起電圧（Ｖe50）との合成電圧の波形を示す図である。

図１７（ａ）は、３相ブラシレスモータＢの回転速度１００ｒｐｍでのＵ相巻線からＶ相巻線への通電時に非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧の波形（Ｖe100）と、回転速度２００ｒｐｍ時でのＵ相巻線からＶ相巻線への通電時に非通電相であるＷ相に発生する逆起電圧（Ｖe200）の波形と、Ｗ相の誘導電圧の波形（Ｖi）とを示した図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示されるＷ相の誘導電圧と回転速度１００ｒｐｍでのＷ相の逆起電圧の合成電圧の波形（Ｖie100）と、Ｗ相の誘導電圧と回転速度２００ｒｐｍ時のＷ相の逆起電圧の合成電圧の波形（Ｖie200）とを示す図である。

探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切り替わった直後において、Ｕ相巻線からＶ相巻線への２相通電による逆起電圧を検出する際、非通電相のＷ相には、図１６（ｂ）、図１７（ｂ）に示すように逆起電圧と誘導電圧の合成電圧が発生している。また、図１７の説明で行なったように、Ｕ相巻線からＶ相巻線への通電時での逆起電圧帰還モードでは、Ｗ相電圧のゼロクロスの検出は、Ｗ相合成電圧の立ち下がりエッジを検出することになる。

図１６（ｂ）に示すように、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切り替わった直後は、回転速度が低いため、Ｗ相の発生する逆起電圧は小さく、また、２相通電している電流はモータ起動のため比較的大きい。よってＷ相の誘導電圧の影響が大きくなる。

そのため、図１６（ｂ）では、回転速度が５０ｒｐｍでは、Ｗ相誘導電圧と、モータ巻線の中性点電圧とのゼロクロス検出のポイントは、電気角５０度付近と２７０度付近の２箇所Ｚ１、Ｚ２で発生している。逆起電圧検出期間での検出で発生する５０度付近のゼロクロスの検出は、正常な位置での検出であり問題はない。しかし、２７０度付近のゼロクロスの検出は誤検出位置での検出となり、モータ逆転等の問題を発生させる可能性がある。

この問題を回避するために、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切り替わった直後に、回転速度を高く維持する。これによりＷ相に発生する逆起電圧が高くなり、２相通電によるＷ相の誘導電圧と、Ｗ相の逆起電圧の波形との合成電圧に対して、Ｗ相の誘導電圧の影響を低減できる。

このことは図１７（ｂ）から容易に理解できる。同図において、逆起電圧波形（Ｖe100、Ｖe200）とＷ相逆起電圧との合成電圧のゼロクロスは、電気角５０度付近（Ｚ１）のみに発生している。つまり、電気角２７０度付近（Ｚ２）では、図１６（ｂ）の場合に比してより高い回転速度によりＷ相の逆起電圧がより大きくなったため、２７０度付近におけるゼロクロスＺ２が回避されている。これにより、２７０度付近におけるゼロクロスＺ２の誤検出を防止することができる。

以上のことから、探索起動モードから逆起電圧帰還モードに切替える際には、探索起動モードで回転速度を所定の回転速度まで加速をしてから、逆起電圧帰還モードに切替えることが好ましいことがわかる。

ところで、通常モータでは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線のそれぞれに発生する逆起電圧は、各々１２０度の位相差を持つ正弦波状の波形であり、３相モータの中性点電圧は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線のそれぞれに発生する逆起電圧の合成電圧になる。つまり、３つの１２０度の位相差を持つ正弦波の合成電圧である３相モータの中性点電圧は、理想的にはゼロになることが、一般的に知られている（ただし３倍高調波成分等を除く。）。以上のことから、モータ巻線の真性中性点ＣＮ１の電圧と、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧との差電圧（中性点差電圧）は、逆起電圧の影響を受けない応答信号となる。

前述のように、２相通電で、モータ巻線に並列に接続された抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、モータ巻線の非通電相に発生した電圧である、仮想差電圧ΔＶ３は、誘導電圧ΔＶ１と中性点差電圧ΔＶ２を加算合成した結果の波形とほぼ一致する。すなわち、次式で表される。
仮想差電圧ΔＶ３≒ΔＶ１＋ΔＶ２

つまり、仮想差電圧の波形は、誘導電圧や中性点差電圧の波形と比較して、振幅が大きい。よって、仮想差電圧は、誘導電圧や中性点差電圧と比較して、耐ノイズ性に優れ、検出幅がより拡大されたロータ位置情報信号として活用できる、優れた特性を有すると理解できる。本発明では、このように優れた特性を有する仮想差電圧を、探索起動モードにおいてロータの初期位置検出信号として使用することで、耐ノイズ性を向上でき、また、３相モータに対してロータの初期位置検出でのデットポイントの発生を防ぐことができる。

つまり、本発明の実施形態によれば、探索起動モードは、２相通電による仮想差電圧を検出するロータ位置探索過程と、逆起電圧帰還モードに切替える前にモータに適切な起動加速を与える起動回転トルク付与過程とを交互に繰り返す。探索起動モードのロータ位置探索過程において、ロータ位置信号を検出する信号である、モータ巻線の非通電相に発生する誘導電圧と、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧との差電圧の応答信号は、振幅が大きく、ロータ位置検出のために有効な幅が拡大され、ロータ位置情報信号として有効に活用できるという優れた特性を有する。よって、探索起動モードにおける起動加速により正確なロータ位置情報が検出でき、所望の起動加速が迅速かつ確実に実現できる。

また、探索起動モードから逆起電圧モードに切替えた直後は、逆起電圧検出を目的とする非通電相には、誘導電圧と逆起電圧の合成電圧が発生しているが、モータ起動時の初期加速時の回転速度が不十分であると、図１６で示したように特定の３相ブラシレスモータでは、ロータ位置の誤検出による逆転等の問題が発生する可能性がある。しかし、本実施形態によれば、探索起動モードにおいて所定の回転速度以上までモータに十分な起動加速を与え、検出される仮想差電圧に含まれる誘起電圧成分を高くすることで、探索起動モードから逆起電圧帰還モードへの切替えた直後において、ロータ位置の誤検出を防止でき、迅速かつ確実な起動が実現できる。

さらに、ロータ位置探索パルスの順方向と逆方向での印加時でのロータ位置情報を加算合成することで、２相通電によるロータ位置探索パルスでのロータ位置検出の若干の位置ずれの補正ができ、ロータ位置情報の検出情報として有効な幅がより拡大される。このような仮想差電圧は、初期位置検出信号として有効に使用でき、ロータ位置のデットポイントの発生を防ぐことを可能とし、また、振幅が大きく、検出幅が広いので、耐ノイズ性にすぐれた特性を有する。よって、探索起動モードでの起動加速で正確なロータ位置情報を検出でき、所望の起動加速が迅速かつ確実に実行され得る。

実施の形態２
実施の形態１において、図１０を参照し、起動回転パルス開始の通電相の設定方法について説明したが、本実施形態では、起動回転パルス開始の通電相の設定方法の別の例を説明する。

図１８（ａ）に別の例を示す。図１８（ａ）の例では、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性判定を演算回路で処理する。具体的には、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性を２値化する。２値化されたＥ１、Ｅ２及びＥ３の極性値にそれぞれ重みづけを行い、積算し、積算値に基づき起動回転パルス開始の通電相を設定する。

図１８（ａ）の例では、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の各極性が正の場合、極性値を１とし、負の場合、極性値を０としている。Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の各極性値に対する重みはそれぞれ、１、２、４である。極性判定のための積算値は、４、５、１、３、２、６である。極性判定時において、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性値の積算値を算出し、この積算値が図１８（ａ）に示す値となったときに、積算値の値に応じて、起動回転パルス開始の通電相を、Ｕ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｕ、Ｗ⇒ＶまたはＵ⇒Ｖに設定する。

図１８（ｂ）を参照し、起動回転パルス開始の通電相の設定方法の更に別の例を説明する。図１８（ｂ）の例では、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の各極性が正の場合、極性値を１とし、負の場合、極性値を−１としている。Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の各極性値に対する重みはそれぞれ、１、２、４である。この場合、極性判定のための積算値は、１、３、−５、−１、−３、５である。極性判定時において、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性値の積算値を算出し、さらにその積算値に所定値α（例では、５）を加算した値を求め、この（積算値＋α）の値が図１８（ｂ）に示す値となったときに、（積算値＋α）の値に応じて、起動回転パルス開始の通電相を、Ｕ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｗ、Ｖ⇒Ｕ、Ｗ⇒Ｕ、Ｗ⇒ＶまたはＵ⇒Ｖに設定する。

以上のことから、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性判定による起動回転パルス開始の通電相の設定に関して、図１０（ｂ）、図１８（ａ）、図１８（ｂ）のいずれの処理でも可能であることが理解される。Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性判定による起動回転パルス開始の通電相の設定は、図１０（ｂ）は論理回路で処理し、図１８（ａ）、図１８（ｂ）は演算回路で処理されることが、理解される。

なお、起動回転パルス開始の通電相の設定は、演算回路で処理するより、論理回路で処理する方が、回路規模が比較的小さくなる傾向になり、モータだけで自律した制御性を求める場合や安価なモータ駆動システムの場合に適用しやすいと思われる。

実施の形態３
ロータ位置探索パルスの好ましい形態について説明する。図１９に、２相通電（Ｕ相巻線端子からＶ相巻線端子に）によるロータ位置探索パルスを印加した時の、仮想差電圧のロータ位置に対する特性を示す。図１９は、ロータ位置探索パルスの電流レベルがそれぞれ異なる２つのケースについての特性を示す。

図１９において、ロータ位置探索パルス電流が比較的大きい場合の仮想差電圧の変動を実線Ｘで示す。図１９において、ロータ位置探索パルス電流が比較的小さい場合の仮想差電圧の変動を破線Ｙで示す。

図１９より、ロータ位置探索パルス電流を高めに設定した場合（実線Ｘ）のサブピークＰｓ及びサブボトムＢｓの方が、ロータ位置探索パルス電流を低めに設定した場合（破線Ｙ）のサブピークＰｓ及びサブボトムＢｓよりも小さい。

従って、上記のロータ位置検出においてロータ位置探索パルス電流値をより小さく制御することによって、モータ巻線の両端に現れる応答電圧信号のサブピーク及びサブボトムの大きさを減少でき、ロータ位置をより正しく判定できるサンプリングデータの抽出に寄与する。

ロータ位置検出のためのサンプリングパルスについて説明する。ロータ位置探索パルスの印加は基本的に、選択した高電位側駆動トランジスタと低電位側駆動トランジスタとをオンさせることで巻線端子間に所定電圧を所定時間幅だけ印加することで行われる。探索指令信号生成器２５はロータ位置探索パルスの電流波高値を設定する。

起動モードにおいて転流制御部２２は、ロータ位置探索パルスの印加のために選択した駆動トランジスタを、ＰＷＭ制御部２１経由のパルス発生器２０からのパルスに応じてＰＷＭオンさせ、ＰＷＭ制御部２１経由の比較部２３からの出力に応じてＰＷＭオフさせる。この動作の詳細を図２０を用いて説明する。

図２０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、ロータ位置探索パルス電流、ロータ位置検出回路５０内部で生成されるサンプリングパルス及び比較部２３の出力信号を示す。ロータ位置探索パルス電流は電流検出抵抗２８で検出され（図２０（ａ）参照）、これが電流検出増幅器２７を介して比較部２３に入力される。比較部２３は、電流検出増幅器２７を介して入力したロータ位置探索パルス電流の検出信号を、探索指令信号生成器２５により設定された所定値Ｉthと比較し、ロータ位置探索パルス電流の立ち上がりにおいて検出信号の波高値が所定値Ｉthに達したときに、そのタイミングで図２０（ｃ）に示すようなオフ信号を出力する。ＰＷＭ制御部２１はこのオフ信号を受けて、ＰＷＭオフさせるための制御信号を転流制御部２２に出力する。ロータ位置検出回路５０において、ロータ位置探索パルス電流の検出信号の波高値が所定値Ｉthに達するタイミングとほぼ同期して、図２０（ｂ）に示すようなサンプリングパルスが生成される。

すなわち、ロータ位置検出回路５０のサンプリングパルスのタイミングで、ロータ位置検出回路５０がサンプリングデータを取り込んだ後に、ロータ位置探索パルス電流はＰＷＭオフされる。

図１９に示す０度付近にロータが位置する場合、ロータ位置探索パルス電流の増加に伴って仮想差電圧検出器４０がサブピークＰsを誤検出しないように、仮想差電圧検出器４０の出力が安定する電流領域に相当するタイミングで、サンプリングパルスを発生させる。ロータ位置検出回路５０は、サンプリングパルスのタイミングで仮想差電圧検出器４０の出力をサンプリングして格納することにより、誤ったロータ位置判定を防止することができる。

図２１を参照し、起動回転パルスの与え方について説明する。上記の説明ではロータ位置探索パルス及び起動回転パルスをそれぞれ図２１（ａ）に示すように、１つのパルスで構成した。しかし、起動回転パルスを１パルスで構成した場合、起動回転パルスを与える期間が長くなり過大な電流上昇を伴う場合があり、信頼性上問題となる。

そこで、図２１（ｂ）に示すように複数パルスで起動回転パルスを構成することができる。この場合、起動指令信号生成器２６からの指令値と、電流検出増幅器２７からの電流検出値とを比較し、電流検出値が起動指令信号生成器２６からの指令値に達したときに、ＰＷＭオフし、所定時間経過後に再度ＰＷＭオンするようにする。これにより、ほぼ一定の電流レベルを保つことができて信頼性を維持することができる。

また、探索指令信号生成器２５はロータ位置探索パルスの電流波高値を設定する。ロータ位置探索パルスについても、図２１（ｂ）に示すように電流値をＰＷＭ制御することで複数のパルスで構成することが可能となる。具体的には、探索指令信号生成器２５からの指令値と、電流検出増幅器２７からの電流検出値とを比較し、電流検出値が探索指令信号生成器２５からの指令値に達したときに、ＰＷＭオフし、所定時間経過後に再度ＰＷＭオンするようにする。これにより、ロータ位置の誤検出防止に効果がある。

図２２は、起動回転パルスを複数のパルスで構成した場合のロータ位置探索パルスと起動回転パルス印加を説明した図である。図２２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は各々Ｕ相巻線電流、Ｖ相巻線電流及びＷ相巻線電流を示す。図２２（ｄ）は、Ｅ１、Ｅ２及びＥ３の極性判定の出力結果を示し、図２２（ｅ）はロータ位置判定結果を示す。起動パルスが複数のパルスで構成される点以外は、図１３の例と同様である。

本実施の形態の起動回転パルス及びロータ位置探索パルスによれば、トルクに寄与しないロータ位置探索パルスの回数が減少し、起動回転パルスをＰＷＭ駆動で制御した印加を可能とするので、連続的に印加する起動回転パルスの印加時間が増加し、起動時の加速度を高めることができる。

上記の説明では、電流の大きさが増大傾向にある場合の応答信号を基本に検討してきたが、以下に、電流の大きさが減少傾向にある場合にも、ロータ位置検出が可能であることを説明する。

図２３は、Ｕ相巻線からＶ相巻線にロータ探索パルスを印加した時のロータ位置探索パルスの電流減少時と電流増加時のそれぞれの場合における仮想差電圧の変動を示した図である。同図において、実線Ｆは、Ｕ相からＶ相への方向に流れるロータ位置探索パルス電流が増加傾向にあるときの、仮想差電圧の変動を示す。破線Ｅは、Ｕ相からＶ相の方向に流れるロータ位置探索印加電流が減少傾向にあるときの、仮想差電圧の変動を示す。

これらの応答信号はインダクタンスと電流変化の積として検出されるので、ロータが同じ位置にあるときに現れる電流増加時の仮想差電圧と電流減少時の応答信号とは逆極性になる。

従って、例えば図２１（ｂ）ではロータ位置探索パルス電流のオン後にオフされた場合、オフの前後で極性が逆の応答信号を検出することができるので、これをロータ位置探索に利用することができることは明らかである。

すなわち、図１０の説明においては、ロータが２４０度付近から３００度付近に移動することを検出するために、ロータ位置探索パルスを、順方向のＶ相からＷ相方向に流した場合と、逆方向のＷ相からＶ相方向に流した場合の加算差電圧Ｅ２の極性判定の結果が負から正へ遷移したことを検出することを説明した。しかし、オフ期間では、順方向のＶ相からＷ相に流した場合と、逆方向のＷ相からＶ相に流した場合の加算差電圧Ｅ２の極性判定の結果が正から負への遷移を検出することになるので、これを利用してもよい。

実施の形態４
モータ駆動装置の動作フローの別の例を図２４に示す。図２４の例では、リトライモードにおいてキックパルスを印加し、モータ位置を変位させている。また、リトライモードによってもロータ位置検出ができない場合に、モータを同期運転で起動する同期起動モードへ移行する。また、モータ回転速度が所定値以上であることを、探索起動モードから逆起電圧帰還モードへの切替条件としている。

図２４において、モータ回転速度が所定値未満である場合、前述のようにモータ巻線の各相対に順次通電し、加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を求め、その極性を判定する（Ｓ５２〜５７）。極性判定結果に基づきロータ位置を判定する（Ｓ５８）。

ロータ位置が判定できた場合は、その判定したロータ位置に基づいた起動回転パルスを印加する（Ｓ６３）。その後、モータ回転速度が所定値以上に達したか否かを判定し（Ｓ５１）、所定値以上に達した場合は、比較器の閾値の絶対値を逆起電圧帰還モードの運転に適した所定値に設定し（Ｓ６１）、逆起電圧帰還モードに移行する（Ｓ６２）。

一方、ロータ位置が判定できなかった場合、リトライモードに進む。リトライモードでは、ロータ位置をシフトさせるために、所定回数のキックパルスを印加し（Ｓ５９）、その後、再度、ロータ位置探索過程を行う。リトライモードの試行回数をカウントし、所定回数に達した場合は（Ｓ６０）、ロータ位置探索パルス印加によるロータ位置検出を中止し、所定の回転速度の回転磁界をステータに発生させてモータ起動を行う同期起動モードに切替える（Ｓ６４）。この同期起動モードでは、起動速度が遅くなるが、ロータ位置が不明であっても確実な起動を実現できる。

なお、キックパルスは複数のパルスを含み、その複数のパルスのうちの少なくとも１つは、必ず所定値以上のモータトルクが必ず印加できるようにする。例えば、互いに９０度位相が異なる２種類のパルスを印加してもよい。これによれば、最大トルクを１としたときに少なくとも０．７１のトルクを印加できる。または、互いに６０度または１２０度位相が異なる３種類のパルスを印加してもよい。この場合、少なくとも０．８７のトルクを印加できる。または、互いに６０度または１２０度位相が異なる２種類のパルスを印加してもよい。この場合、少なくとも０．５０のトルクを印加できる。互いに６０度または１２０度位相が異なるパルスの組は、モータの３つの相巻線端子のうち任意に選んだ２つの端子間に電流パルスを印加することで実現できる。９０度位相が異なるパルスの組は、一回目は３つの相巻線端子のうち任意に選んだ２つの端子間に電流パルスを印加するとともに、二回目はそれらの２つの相巻線端子を束ねたものと、残る１つの相巻線端子との間に電流パルスを印加することで実現できる。

実施の形態５
図２５に、本発明に係るモータ駆動装置の別の構成を示す。本実施形態のモータ駆動装置は、実施の形態１のものとは、逆起電圧検出器に関連する構成が異なる。その他の構成、動作は同じである。

本実施形態のモータ駆動装置において、逆起電圧検出器３６ｃは、実施の形態１の構成における選択回路３２と選択回路３３の代わりに、それらの機能を兼用した選択回路３２ｂを有する。探索起動モードと逆起電圧帰還モードにおいて、真性中性点ＣＮ１と仮想中性点ＣＮ２とからの電圧信号を、それぞれ選択回路３２ｂを介して仮想差電圧検出器４０及び比較器３４に接続しており、非通電相のモータ巻線の電圧の出力が２系統となっている。この構成により、実施の形態１で示した選択回路３２と選択回路３３を、１つの選択回路３２ｂで実現することができ、回路構成を簡略化することはできる。

図２６（ａ）に、本実施形態の逆起電圧検出器３６ｃの構成例を示す。逆起電圧検出器３６ｃは比較器３４と選択回路３２ｂを含む。選択回路３２ｂは、転流制御部２２により制御される、第１ないし第３のスイッチ回路３２ｘ〜３２ｚを含む。第１のスイッチ回路３２ｘはモータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択し、仮想差電圧検出器４０に接続する。仮想差電圧検出器４０には抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２が接続される。第２のスイッチ回路３２ｙは、モータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択し、比較器３４の正入力に接続する。第３のスイッチ回路３２ｚは、モータ巻線１０〜１２の真性中性点ＣＮ１と、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２のいずれかを比較器３４の負入力に接続する。

探索起動モードのロータ位置探索過程において、２相通電でのロータ位置探索パルスが印加される場合、転流制御部２２からの制御信号が選択回路３２ｂに入力される。選択回路３２ｂは、その制御信号に応答して動作し、仮想中性点ＣＮ２を基準にした仮想差電圧が仮想差電圧検出器４０に入力されるように、仮想中性点ＣＮ２と非通電相のモータ巻線を仮想差電圧検出器４０に接続する。

すなわち、探索起動モードにおいて、選択回路３２ｂは非通電相の端子線のみを仮想差電圧検出器４０に接続し、仮想差電圧を仮想差電圧検出器４０に入力する。そして、仮想差電圧検出器４０内の差動増幅回路は、そのオフセット電圧が適宜調整されて使用される。このとき、仮想差電圧は、それが顕著に出力されるタイミングにおいて、選択回路３２ｂを介して所定の非通電相の端子線（巻線端子）から検出される。

逆起電圧帰還モードにおいて、逆起電圧検出器３６ｃは、選択回路３２ｂにより、非通電相の端子線（巻線端子）の逆起電圧を、真性中性点ＣＮ１の電圧を基準にして検出するため、逆起電圧検出器３６ｃの閾値はゼロに近付けられている。そして、逆起電圧のゼロクロスはその出現が予測されるタイミングで選択回路３２ｂを介して所定の非通電相の巻線端子から検出される。

図２６（ｂ）に、逆起電圧検出器３６ｃの別の構成例を示す。図２６（ｂ）に示す逆起電圧検出器３６ｄは、３つの比較器３４ａ〜３４ｃと選択回路３２ｃを含む。選択回路３２ｃは、第１及び第２のスイッチ回路３２ｘ、３２ｚを含む。第１のスイッチ回路３２ｘはモータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択して仮想差電圧検出器４０に接続する。仮想差電圧検出器４０のもう一つの入力端子には抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２が接続される。第２のスイッチ回路３２ｚは、モータ巻線１０〜１２の真性中性点ＣＮ１と、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２のいずれかを比較器３４ａ〜３４ｃの負入力に接続する。比較器３４ａ〜３４ｃの正入力にはそれぞれモータ巻線１０〜１２が接続される。

探索起動モードにおいて、非通電相の端子線のみが選択回路３２ｃを介して、仮想差電圧検出器４０に接続され、仮想差電圧検出器４０に仮想差電圧が入力される。探索起動モードにおいては、仮想差電圧検出器４０内の差動増幅回路は、そのオフセット電圧を調整されて使用される。このとき仮想差電圧の抽出タイミングは仮想差電圧が顕著に出力されるタイミングで選択回路３２ｃを介して所定の非通電相の端子線（巻線端子）から検出される。

図２６（ｂ）では、逆起電圧帰還モードにおいて、非通電相の端子線（巻線端子）の逆起電圧を検出する比較器３４ａ〜３４ｃを各相に有する。そして、逆起電圧検出器３６ｄ内の比較器３４ａ〜３４ｃは、その閾値はゼロに近付けられている。

なお、探索起動モードと逆起電圧帰還モードの両モードにおいて非通電相に発生する電圧は同様に検出されるので、図２６（ａ）、（ｂ）において、仮想差電圧検出器４０と比較器３４、３４ａ〜３４ｃへの入力を同一信号としてもよい。すなわち、図２６（ａ）の構成において、第３のスイッチ回路３２ｚの出力を仮想差電圧検出器４０と比較器３４への双方に入力するようにしてもよい。この場合、探索起動モードから逆起電圧帰還モードへの切替時において、仮想差電圧検出器４０と比較器３４に対する、非通電相の電圧を検出する際の基準となる入力信号を、仮想中性点ＣＮ２の電圧信号から真性中性点ＣＮ１の電圧信号に切替えるようにすればよい。すなわち、ロータ位置検出のために使用する基準信号として、探索起動モードでは、仮想中性点ＣＮ２の電圧信号を使用し、逆起電圧帰還モードでは、真性中性点ＣＮ１の電圧信号を用いるようにすればよい。

本実施形態の構成によっても、実施の形態１の場合と同様に、ロータ位置センサを必要とせずに、探索起動モードから逆起電圧帰還モードにスムーズに切替り、モータの安定で迅速な起動を行なうことを可能にする。

実施の形態６
図２７に、本発明に係るモータ駆動装置の別の構成を示す。本実施形態のモータ駆動装置は、実施の形態１の構成とは、逆起電圧検出器に関連する構成が異なる。その他の構成、動作は同じである。

本実施形態のモータ駆動装置は、実施の形態１の構成における選択回路３２と選択回路３３の代わりに、それらの機能を兼用した選択回路３２ｄを設けており、また逆起電圧検出器３６ｅと仮想差電圧検出器４０への入力を、仮想中性点端子線Ａ２に１本化している。また、非通電相のモータ巻線の電圧の出力を、選択回路３２ｄを介して２系統としている。この構成により、実施の形態１で示した選択回路３２と選択回路３３を、１つの選択回路３２ｄで実現でき、配線等の構成が簡略化できる。

図２８（ａ）に、本実施形態の逆起電圧検出器３６ｅの構成を示す。本実施形態の逆起電圧検出器３６ｅは比較器３４と選択回路３２ｄを含む。選択回路３２ｄは、第１及び第２のスイッチ回路３２ｘ、３２ｙを含む。第１のスイッチ回路３２ｘはモータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択し、仮想差電圧検出器４０に接続する。第２のスイッチ回路３２ｙは、モータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択し、比較器３４の正入力に接続する。仮想差電圧検出器４０及び比較器３４の負入力には抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２が接続される。

探索起動モードのロータ位置探索過程において、２相通電でのロータ位置探索パルスである電流パルスが印加される場合、転流制御部２２からの制御信号が選択回路３２ｄに入力される。選択回路３２ｄは、その制御信号を受けて、抵抗回路１７の仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にした、モータ巻線の非通電相に発生した電圧である仮想差電圧が仮想差電圧検出器４０に入力されるように、仮想中性点ＣＮ２と非通電相のモータ巻線とを仮想差電圧検出器４０に接続する。つまり探索起動モードにおいては、非通電相の端子線のみが選択回路３２ｄを介して、仮想差電圧検出器４０に接続され、仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、非通電相のモータ巻線端子から仮想差電圧を読み出す。探索起動モードにおいては仮想差電圧検出器４０内の差動増幅回路は、そのオフセット電圧が調整される。このとき仮想差電圧は、仮想差電圧が顕著に出力されるタイミングで、選択回路３２ｄを介して所定の非通電相のモータ巻線（巻線端子）から検出される。

逆起電圧帰還モードにおいて、逆起電圧検出器３６ｅは、１つの比較器からだけで、選択回路３２ｄを介して、仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、非通電相のモータ巻線（巻線端子）から逆起電圧を読み出す。逆起電圧帰還モードにおいては、逆起電圧検出器３６ｅは、その閾値の絶対値を低減または除去されて使用される。このとき逆起電圧のゼロクロスは、その出現が予測されるタイミングで選択回路３２ｄを介して所定の非通電相の巻線端子から検出される。

図２８（ｂ）に、逆起電圧検出器３６ｅの別の構成を示す。図２８（ｂ）に示す逆起電圧検出器３６ｆは、３つの比較器３４ａ〜３４ｃと選択回路３２ｅを含む。選択回路３２ｅはモータ巻線１０〜１２の端子のいずれか１を選択し、仮想差電圧検出器４０に接続する。比較器３４ａ〜３４ｃはそれぞれモータ巻線の相毎に設けられており、比較器３４ａ〜３４ｃの正入力にはそれぞれモータ巻線１０〜１２が接続される。

探索起動モードにおいて、非通電相の端子線のみが選択回路３２ｅを介して、仮想差電圧検出器４０に接続され、仮想差電圧検出器４０に仮想差電圧が入力される。探索起動モードにおいては差電圧検出器内の仮想差電圧検出器は、そのオフセット電圧が調整されて使用される。このとき仮想差電圧は、仮想差電圧が顕著に出力されるタイミングで、選択回路３２ｄを介して所定の非通電相の端子線（巻線端子）から検出される。

逆起電圧帰還モードにおいて、各比較器３４ａ〜３４ｃは、仮想中性点ＣＮ２の電圧を基準にして、モータ巻線の各相に発生する逆起電圧を検出する。逆起電圧帰還モードにおいて、各比較器３４ａ〜３４ｃは、その閾値の絶対値が低減または除去されて使用される。

また、図２８（ｂ）において、探索起動モードと逆起電圧帰還モードの両モードにおいて、非通電相に発生する電圧を検出する出力は同じなので、選択回路３２ｅを介して、仮想差電圧検出器４０と比較器３４ａ〜３４ｃへの入力は同じ端子線を使用することができる。

本実施形態の構成によっても、実施の形態１の場合と同様に、ロータ位置センサを必要とせずに、探索起動モードから逆起電圧帰還モードにスムーズに切替り、モータの安定で迅速な起動を行なうことを可能にする。

実施の形態７
上記の実施形態にて説明したモータ駆動装置を利用したディスク駆動システムを説明する。図２９では、ディスク駆動システムの一例として光ディスク駆動システム１００の構成を示している。図２９に示す光ディスク駆動システム１００において、モータドライブ回路１０３が上記の各実施形態におけるモータ駆動装置に相当する。

光ピックアップ１０５は、ＣＤ（Compact Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスク２００に光ビームを照射し、その反射光より光ディスク２００上の情報を再生信号として再生信号処理回路１０１に出力する。再生信号処理回路１０１は入力した再生信号を振幅補正する。再生信号復調回路１０２は振幅補正した再生信号を復調して、光ディスク２００に記録された情報を再生する。

サーボ回路１１５は、マイコン１２０により指令された回転速度にて光ディスク２００が回転するようにモータドライブ回路１０３を介してモータ１０４の回転を制御する。再生信号処理回路１０１は、光ビーム焦点のフォーカス方向の誤差信号であるフォーカス誤差信号と、光ビーム焦点のトラッキング方向の誤差信号であるトラッキング誤差信号を生成する。

サーボ回路１１５は、再生信号処理回路１０１にて作成されたフォーカス誤差信号に基づいて、光ビーム焦点が光ディスク２００の記録面と一致するように、フォーカスドライブ回路１１３を介してフォーカスアクチュエータ１１１を制御し、光ビーム焦点をフォーカス方向に制御する。また、サーボ回路１１５は、フォーカスサーボトトラッキング誤差信号に基づいて、光ビーム焦点が光ディスクの上の記録トラックを追従するように、トラッキングドライブ回路１０９とトラッキングアクチュエータ１０７を介して光ビーム焦点をトラッキング方向に制御する、いわゆるトラッキングサーボを行う。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明した。上記の実施形態によれば、モータ起動時のモードである探索起動モードにおいて、モータ巻線に並列に設けた抵抗回路の中性点（仮想中性点）と、非通電相のモータ巻線の端子電圧の差電圧である仮想差電圧に基づいてロータ位置判定を行い、初期起動において適切な回転速度（起動回転トルク）を与える。仮想差電圧は逆起電圧の影響を含まないため、このように仮想差電圧を検出することで逆起電圧の影響を受けずにロータ位置情報が検出でき、モータの初期起動を確実に行なうことができる。また、探索起動モードにおいて、十分な加速を与えることで、その後の逆起電圧期間モードへのスムーズな切替えが可能となり、ロータ位置センサレスモータの起動を確実かつ迅速に行なうことができるようになる。

また、起動時において、ロータ位置判定が不可能なデッドポイントにロータが位置している場合であっても、ロータ位置を変位させるキックパルスを付与することで、デッドポイントを解消でき、モータ起動を確実に行なうことができる。

また、ロータ位置探索のために付与する探索信号が所定の範囲内にあるときの仮想差電圧を検出してもよく、これにより仮想差電圧の品質が良好で正確なロータ位置判定を行うことが可能になる。また、仮想差電圧検出器４０は、レベルシフト機能を有する差動増幅回路を備えてもよく、これにより、モータ駆動部の駆動振幅を決める電源電圧に依存せずに、ＡＤ変換部への入力電圧範囲を制御でき、またＡＤ変換部の精度と機能を削減できる。

以上のような利点から本発明は、モータだけで自律した制御性を求める場合や安価なモータ駆動システムの場合に適用できる。

さらに、探索起動モードにおいて、２回目以降のロータ位置探索過程においては、１回目に選択した通電相の組み合わせ数よりも少ない数の通電相の組み合わせに対してのみ、ロータ位置探索パルスを付与してもよく、これにより、逆起電圧帰還モードへの移行までの起動期間を短縮し起動速度を向上することができる。

２相通電によるロータ位置探索パルスによるロータ位置情報は、３相通電によるロータ位置探索パルスによるロータ位置情報より、ロータ位置の検出可能領域の情報量が多くなる。よって、２相通電によるロータ位置探索を行うことで、ロータ位置情報のデッドポイントによるモータの再起動の発生を３相通電によるロータ位置探索の場合よりも低減できる。さらに２相通電によるロータ位置探索パルスによるロータ位置情報のずれを、通電方向の異なる２つの仮想差電圧を加算することで補正できる。これにより、探索起動モードでの再起動の発生を低減でき、最適な起動回転トルク付与より起動加速を行なうことでき、よってロータ位置センサレスモータの起動を確実かつ迅速に行なうことができるようになる。

本発明は、特定の実施形態について説明したが、当業者にとっては他の多くの変形例、修正、他の利用が明らかである。それゆえ、本発明は、ここでの特定の開示に限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定され得る。

本発明のモータ駆動装置及びモータ駆動方法は、正確なロータ位置判定を可能にすることによって、安定で高速な起動速度を達成するものであり、システムの高速スタートに寄与するものである。また起動時の負荷変動にも強い起動速度を向上することができる。これらの制御は低コストで容易に実現されるものであり、安価で安定かつ高性能のセンサレスモータ駆動装置に極めて有用なものである。

本発明に係るモータ駆動装置の構成図である。 ロータ位置検出回路と仮想差電圧検出器の詳細な構成を示す図である。 ロータ位置検出回路と仮想差電圧検出器の別の構成例を示す図である。 比較器を含む逆起電圧検出器とモータ巻線及び抵抗回路との接続例を示す図である。 モータ駆動装置の起動時のフローチャートである。 誘導電圧と、中性点差電圧と、仮想差電圧との関係を示す図である。 （ａ）は、順方向であるＵ相巻線からＶ相巻線へのロータ探索パルス印加時における仮想差電圧の測定結果Ａ、及び逆方向であるＶ相巻線からＵ相巻線へのロータ探索パルス印加時における仮想差電圧の測定結果Ｂを示す特性図である。（ｂ）は、（ａ）で示した順方向と逆方向での仮想差電圧の加算結果を示した図である。 図７に示すロータ位置に対する加算差電圧（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）の極性出力と、トルク定数との関係を示す図である。 加算差電圧（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）の極性出力の組合せと、ロータ位置の検出可能位置との関係を示す図である。 （ａ）２相通電でのロータ位置探索パルスから得られるロータ位置判定における、電流パルスの通電方向（通電相及び通電方向の組合せ）と、その通電方向による仮想差電圧値と、通電方向の異なる仮想差電圧を加算した加算差電圧値Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との関係を示す図、及び（ｂ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果と、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果に基づく起動回転パルス開始の通電相との関係を示した図である。 探索起動モードにおけるロータ位置探索過程のフローチャートである。 探索起動モードにおける起動回転トルク付与過程のフローチャートである。 実施の形態１におけるロータ探索パルスと起動回転パルス印加のタイミングの例を示す図である。 （ａ）センサレス方式のモータ駆動装置における通電電流波形を示すタイミング図、及び（ｂ）Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に通電した場合に非通電相に発生する逆起電圧を検出する場合のゼロクロス検出のエッジ方向を示した図である。 逆起電圧のゼロクロスの検出タイミングを説明した図。 （ａ）３相ブラシレスモータＢでの回転速度５０ｒｐｍでのＵ相巻線からＶ相巻線への通電時に、非通電相であるＷ相に発生する誘導電圧と逆起電圧の個々の波形を示す図、及び（ｂ）非通電相（Ｗ相）に発生する誘導電圧と逆起電圧との合成電圧の波形を示す図である。 （ａ）３相ブラシレスモータＢでの回転速度１００ｒｐｍと２００ｒｐｍでのＵ相巻線からＶ相巻線への通電時に、非通電相であるＷ相に発生する誘導電圧と逆起電圧の個々の波形を示す図、及び（ｂ）非通電相（Ｗ相）に発生する誘導電圧と逆起電圧の合成電圧の波形を示す図である。 ロータ位置検出回路における加算差電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の極性判定結果に基づいた、起動回転パルス開始の通電相の設定方法の別の例を説明するための図である。 Ｕ相巻線からＶ相巻線にロータ探索パルス印加時のロータ位置探索パルスのレベルが異なる場合における仮想差電圧のロータ位置依存特性を示す図である。 ロータ位置探索パルスの電流波高値の制御を説明するための図である。 ロータ位置探索パルスと起動回転パルスの与え方を説明した図である。 起動回転パルスを複数のパルスで構成した場合のロータ位置探索パルスと起動回転パルス印加を説明した図である。 Ｕ相巻線からＶ相巻線にロータ探索パルスを印加した時のロータ位置探索パルスの電流減少時と電流増加時の場合における仮想差電圧のロータ位置依存特性を示す図である。 本発明における一般化したロータ位置探索過程と、同期運転で起動する同期起動モードへの遷移過程と、逆起電圧帰還モード運転切替過程を含むフローチャートである。 本発明に係るモータ駆動装置の別の構成を示す図である。 図２５に示すモータ駆動装置の構成における、逆起電圧検出器とモータ巻線及び抵抗回路との接続例を示す図である。 本発明に係るモータ駆動装置の別の構成を示す図である。 図２７に示すモータ駆動装置の構成における、逆起電圧検出器とモータ巻線及び抵抗回路との接続例を示す図である。 本発明の光ディスクシステム駆動装置の構成図である。

符号の説明

３〜５ 高電位側スイッチング素子（高電位側駆動トランジスタ）
６〜８ 低電位側スイッチング素子（低電位側駆動トランジスタ）
９ モータ
１０ Ｕ相モータ巻線
１１ Ｖ相モータ巻線
１２ Ｗ相モータ巻線
１３ Ｕ相端子線
１４ Ｖ相端子線
１５ Ｗ相端子線
１７ 抵抗回路
２２ 転流制御部
２５ 探索指令信号生成器
２６ 起動指令信号生成器
３０ インバータ回路
３２，３２ｂ〜３２ｄ 選択回路
３２ｘ〜３２ｚ スイッチ回路
３６，３６ｂ〜３６ｆ 逆起電圧検出器
４０ 仮想差電圧検出器
４５ ＰＷＭ信号生成器
５０ ロータ位置検出回路
５４ 極性判定器
５８ ロータ位置判別器
１００ 光ディスク駆動システム
Ａ１ モータ巻線の中性点端子線
ＣＮ１ 真性中性点
ＣＮ２ 仮想中性点

Claims (30)

1. ロータと複数相のモータ巻線を有するステータを含むモータの駆動装置において、
   仮想中性点を有し、該仮想中性点においてモータ端子電圧を平均化した電圧を与える仮想中性点手段と、
   複数のスイッチング素子からなるインバータと、
   モータの逆起電圧を検出する逆起電圧検出手段と、
   前記仮想中性点の電圧と、前記モータ巻線のうちの非通電相の巻線の端子電圧との間の差電圧である仮想差電圧を検出する仮想差電圧検出手段と、
   前記仮想差電圧に基づき前記ロータの位置を検出するロータ位置検出手段と、
   前記インバータの転流を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は動作モードとして、
   前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づいてモータ起動時の通電相を決定し、その決定した通電相に対して起動通電を行う探索起動モードと、前記逆起電圧検出手段により検出された逆起電圧に基づき転流を制御する逆起電圧帰還モードとを有し、
   前記探索起動モードにおいて、少なくとも１対の通電相の順方向及び逆方向にロータ位置を検出するための探索パルスを印加して前記仮想差電圧を検出し、順方向及び逆方向において得られた仮想差電圧を加算し、前記加算された仮想差電圧の極性に基づきロータ位置を判定するロータ位置探索過程と、前記ロータ位置探索過程において判定したロータ位置に基づき、ロータに所定の回転トルクを与える起動回転パルスを付与する起動回転トルク付与過程とを交互に行う
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記制御手段は、最初のロータ位置探索過程においては、全通電パターンに対して仮想差電圧の検出を行い、その検出された仮想差電圧の極性を判定し、その極性判定結果に基づいてロータ位置を判定し、２回目以降のロータ位置探索過程においては、前回のロータ位置探索過程による極性判定結果に基づいて決定される通電相対に対してのみ探索パルスを印加して仮想差電圧を検出し、その検出した仮想差電圧に基づきロータ位置を判定する、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記ロータ位置探索過程において、ロータ位置の判定が失敗した時に、設定パラメータを変更し、その変更後に、前記ロータ位置探索過程によるロータ位置判定を再度行なうリトライモードをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記ロータ位置探索過程において、ロータ位置の判定が失敗した時に、キックパルスを前記モータ巻線に印加し、その後、前記ロータ位置探索過程によるロータ位置の検出を再度行なうリトライモードをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記ロータ位置検出手段は、前記加算した仮想差電圧の極性を論理値に変換し、その論理値を用いてロータ位置判定を行うことを備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記ロータ位置検出手段は、前記論理値に対して通電相の組み合わせ毎に重み付けを行い、重み付けられた通電相の論理値を積算し、その積算値を用いてロータ位置の判定を行うことを備えたことを特徴とする請求項５記載のモータ駆動装置。
7. 前記探索パルスの電流ピーク値を制御する指令手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
8. 前記起動回転パルスの電流ピーク値を制御する指令手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
9. 前記制御手段は、探索起動モードにおいて回転速度が所定値を超えたときに前記逆起電圧帰還モードに切替える、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
10. 前記仮想差電圧検出手段は差動増幅回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
11. 前記仮想中性点手段は、前記モータ巻線に対して並列に接続され、複数の共通接続された抵抗を含み、前記抵抗の共通接続点を前記仮想中性点とすることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
12. 前記探索起動モード及び逆起電圧帰還モードにおいて、前記仮想中性点または前記モータ巻線の中性点を前記仮想差電圧検出手段に選択的に接続する切替回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
13. 最初のロータ位置探索過程の後、前記逆起電圧帰還モードに直接切替える、ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
14. ロータと複数相のモータ巻線を有するステータを含むモータを駆動する方法において、
    探索パルスを印加し、その応答信号に基づき通電相を決定し、決定した通電相に対して起動通電を行う探索起動モードを実行するステップと、
    モータに生じる逆起電圧を検出し、前記検出した逆起電圧に基づき転流を制御する逆起電圧帰還モードを実行するステップとを有し、
    前記探索起動モードは、ロータ位置探索過程と起動回転トルク付与過程とを交互に行い、
    前記ロータ位置探索過程は、少なくとも１対の通電相の順方向及び逆方向にロータ位置を検出するための探索パルスを印加し、前記モータ端子電圧を平均化した電圧である仮想中性点の電圧と、前記モータ巻線のうちの非通電相の巻線の端子電圧との間の電圧差である仮想差電圧を順方向及び逆方向のそれぞれにおいて検出し、順方向及び逆方向のそれぞれについて得られた仮想差電圧を加算し、前記加算した仮想差電圧の極性に基づきロータ位置を判定し、
    前記起動回転トルク付与過程は、前記ロータ位置探索過程において判定したロータ位置に基づき、ロータに所定の回転トルクを与える起動回転パルスを付与する、
    ことを特徴とするモータ駆動方法。
15. 前記探索起動モードにおいて、前記加算した仮想差電圧を所定の閾値と比較することにより仮想差電圧の極性判定を行うことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
16. 最初のロータ位置探索過程においてのみ、最大３対の通電相に対して探索パルスを印加して仮想差電圧の検出を行うこと、を特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
17. ２回目以降のロータ位置探索過程によるロータ位置極性検出では、前回のロータ位置探索過程による仮想差電圧の極性に基づき決定される１対の通電相に、探索パルスを印加して前記仮想差電圧を求め、その求めた仮想差電圧に基づいてロータの状態遷移を判定し、
    ロータの状態遷移が認められなかった場合、次回のロータ位置探索過程における探索パルスを、前回のロータ位置探索過程においてロータの状態遷移を検出できた際に使用された１対の通電相に対して印加する、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
18. ２回目以降の探索パルス印加過程において、前回のロータ位置探索過程による仮想差電圧の極性に基づいて決定される１対の通電に、探索パルスを印加して前記仮想差電圧を求め、その求めた仮想差電圧に基づいてロータの状態遷移を判定し、
    ロータの状態遷移が認められた場合、次回のロータ位置探索過程における探索パルスを、次のロータの位置への状態遷移を確認できる１対の通電相に対して印加する、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
19. ロータ位置探索過程において、ロータ位置の検出に失敗した場合に、ロータ位置を変化させるためにキックパルスを印加し、その後に再度ロータ位置探索過程を繰り返すことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
20. 前記キックパルスは、互いに位相が所定角度だけ異なる２または３つのパルスからなることを特徴とする請求項１９記載のモータ駆動方法。
21. 前記所定角度は、略９０度、略６０度または略１２０度であることを特徴とする請求項２０記載のモータ駆動方法。
22. 前記起動回転パルスは、電流ピーク値を所定値に制御された複数のパルスからなることを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
23. 前記探索パルスは、電流ピーク値を所定値に制御された複数のパルスからなることを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
24. 探索起動モードにおいて所定回数のロータの状態遷移が検出されたときに、前記逆起電圧帰還モードに切り替えることを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
25. 探索起動モードにおいてモータの回転速度が所定値に達したときに前記逆起電圧帰還モードに切り替える、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
26. 逆起電圧帰還モード移行後の最初の逆起電圧の検出を、その直前の探索起動モードにおける転流期間に基づき予想されるゼロクロスタイミングに基づいて行う、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
27. 前記探索パルスの電流が所定値に達した時点の仮想差電圧に基づいてロータ位置の判定を行う、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
28. ロータ位置検出のために、前記探索起動モードにおいて、前記仮想中性点の電圧を使用し、前記逆起電圧帰還モードにおいて、前記モータ巻線の中性点の電圧を使用する、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
29. 最初のロータ位置探索過程の後、前記逆起電圧帰還モードに直接切替える、ことを特徴とする請求項１４記載のモータ駆動方法。
30. ディスクを回転させるモータと、前記モータを駆動する請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のモータ駆動装置とを備えたことを特徴とするディスク駆動システム。
    

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