JP4294602B2 - 多相モータのロータ磁極位置検出装置及びそれを備えたモータ駆動装置並びにモータ駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、ロータ磁極位置を検出するロータ磁極位置検出装置及びそのロータ磁極位置検出装置を備えたモータ駆動装置、並びにモータ駆動方法に関するものである。

近年、ハードディスクや光ディスク等のスピンドルモータ用として、あるいはエアコンのファンモータやコンプレッサ駆動用モータとして、ブラシレスモータが一般的に採用されている。ブラシレスモータは、広範囲の可変速制御や電力消費量低減のため、一般に、インバータ装置を使ってパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ 以下、「ＰＷＭ」という。）駆動されている。例えば、３相コイルを有するブラシレスモータの内部には、通常、ロータ（磁石）の磁極位置、すなわちロータの回転位置を検出するためのホール素子等の位置センサが電気角１２０度毎に配置されている。ブラシレスモータでは、この位置センサによって得られるロータの回転位置に対応した信号に基づいてインバータ装置における各スイッチング素子を駆動し、略正弦波駆動を行う。

これに対して、低コスト化や小型化を目的とした、位置センサを用いないセンサレス駆動技術が種々開発されている。このセンサレス駆動を実現する手段として、１２０度通電方式や１８０度未満の広角通電方式を用い、非通電期間に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出する方法がある。例えば、特許文献１によると、各相の非通電期間に現れる誘起電圧をサンプルホールド回路を用いて検出する技術が開示されている。

以下、この特許文献１に開示されている内容について、図２９，３０を用いて簡単に説明する。図２９は従来のモータ駆動装置の全体構成図である。従来のモータ駆動装置２０１は、電源２０２と、制御対象であるモータ２０３と、モータ駆動部２０４と、電流検出部２０５と、ロータの磁極位置検出部２０６（以下、単に「位置検出部２０６」という。）と、通電制御部２０７と、ＰＷＭ信号生成部２０８と、制御部２０９とを含んで構成される。

モータ駆動部２０４は、３相ブリッジで構成され通電制御部２０７からの通電制御信号に応じたスイッチング動作を行い、電源２０２からモータ２０３の各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの電力供給を行う。電流検出部２０５はモータ駆動部２０４と接地との間に接続され、モータ駆動部２０４を流れる電流を検出し、その検出した電流検出信号をＰＷＭ信号生成部２０８へ出力する。ＰＷＭ信号生成部２０８は、電流検出信号と制御部２０９からの制御信号とに応じたＰＷＭ信号Ｐｍを生成し、そのＰＷＭ信号Ｐｍを通電制御部２０７へ出力する。これにより、モータ２０３のＰＷＭ駆動を行う。位置検出部２０６は、モータ２０３の中性点電圧Ｖｃおよび各相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをそれぞれサンプルホールドし、モータ２０３の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドした信号と各相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをサンプルホールドした信号を比較することによりロータの磁極位置を検出して、その検出結果を示す位置検出信号を通電制御部２０７に出力する。通電制御部２０７は、位置検出信号に応じた通電制御信号を生成することにより、モータ２０３のセンサレス駆動を行う。

位置検出部２０６は、抵抗３０１Ａ〜３０１Ｄ、スイッチ３０２Ａ〜３０２Ｄ、容量素子３０３Ａ，３０３Ｂ、比較器３０５、及びスイッチ選択回路３０６を備える。ここで、図３０に位置検出部２０６の各部の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。スイッチ選択回路３０６は、通電制御部２０７の通電制御信号に応じて位置検出を行う非通電相端子電圧を選択する（図３０（ｂ）参照）。選択された端子電圧はＰＷＭ信号（図３０（ａ）参照）に応じてサンプルホールドされる。なお、サンプルホールド動作は、ＰＷＭ信号のオン期間でサンプル動作を行い、オフ期間でホールド動作を行う（図３０（ｃ）参照）。得られたサンプルホールド出力を抵抗と容量で構成されるＬＰＦにより波形の段差を除去し（図３０（ｄ）参照）、比較器３０５により、各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに現れる誘起電圧のゼロクロス点を検出する（図３０（ｅ）参照）。
特開２０００−２５３６９２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、次のような課題があった。特許文献１による方法では、ロータの磁極位置を検出するために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に非通電期間が必要であり、この非通電期間の存在が原因となって通電切り替わりタイミングにおいて振動が発生し、それに伴う騒音も発生していた。

さらに、位置検出部２０６には各相端子電圧と中性点電圧をそれぞれサンプルホールドするためのスイッチや容量が必要であり、またロータの磁極位置検出を行う非通電相を選択するためのスイッチ選択回路３０６も必要である。そのため、位置検出部２０６の回路規模が大きくなり、容量など外付け部品も複数必要となることからコストアップに繋がるという課題があった。

本発明は上記問題を鑑みたもので、各相の非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現する装置、及びその装置によって振動や騒音を低減する、略正弦波センサレス駆動が可能なモータ駆動装置およびモータ駆動方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロータ磁極位置検出装置は、多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、前記の多相モータのロータ磁極位置を検出する装置である。この装置は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、前記の中性点電圧信号の電圧が前記の所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部とを備える。

本発明に係るモータ駆動装置は、多相モータを駆動するモータ駆動装置であって、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる第１の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、前記の中性点電圧信号の電圧が所定の第１の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と、周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記の電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成部と、前記の周期信号を用いて前記の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備える。

このように構成することにより、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能となる。

また、本発明に係るモータ駆動方法は、多相モータを駆動するモータ駆動方法である。前記の多相モータは、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を有するモータ駆動部を備える。このモータ駆動方法は、前記の並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記の多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出ステップと、前記の中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出ステップと、周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記の電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成ステップと、前記の周期信号を用いて前記の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップとを含む。

このように構成することにより、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能となる。これらおよびその他の構成や動作については、実施の形態の説明において詳細に説明する。

本発明のロータ磁極位置検出装置によれば、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現することができる。また、本発明のモータ駆動装置および駆動方法によれば、ロータの磁極位置を検出するのに非通電期間を必要としないので、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減することができる。また、本発明のモータ駆動装置によれば、ロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現することができるので、従来のモータ駆動装置と比べて製造コストの低減が可能になる。

以下、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１によるモータ駆動装置は３相モータを駆動する。このモータ駆動部は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を３個並列に接続した並列回路を備える。このモータ駆動装置において、ロータの磁極位置の検出は、モータの各相コイルで発生する各誘起電圧の位相を検出することにより行われる。モータ駆動装置は、各相誘起電圧を検出するために、その並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのトランジスタがオンする期間に含まれる所定の期間において、３相モータの中性点の電圧をサンプリングして中性点電圧信号を生成する。そして、この中性点電圧信号におけるゼロクロス点やピーク位置等の、中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出して、電圧タイミング信号を生成する。ここで、中性点電圧信号は、３相モータの各相コイルに発生した誘起電圧に含まれる３倍高調波成分である。よって、その電圧タイミング信号に基づいて、各相コイルに発生する誘起電圧の位相を知ることができる。一般に、モータは、各相コイルに流れる電流が同相の誘起電圧と同位相になるときに最も効率よく駆動する。よって、電圧タイミング信号を用いて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電流を対応する相の誘起電圧の位相と同位相になるようにモータに流すことにより、そのモータを効率よく駆動することができる。

図１〜図１０を用いて本発明の実施の形態１によるモータ駆動装置および駆動方法について説明する。図１は、本実施の形態１によるモータ駆動装置の全体構成例を示す回路図である。本実施の形態１のモータ駆動装置１は、モータ２の駆動を行う。図１に示されるように、モータ駆動装置１は、電源３と、モータ駆動部４と、電流検出部５と、モータの磁極位置検出部（以下、単に「位置検出部」という。）６と、指令電圧生成部７と、駆動信号生成部８と、制御部９と、誤差増幅部１０と、三角波発生部１１と、サンプルホールド信号生成部１２とを備える。位置検出部６は、サンプルホールド回路３１と、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」という。）３２と、比較器３３と、基準電圧Ｖｒを有する直流電源とを備える。また、サンプルホールド回路３１は、スイッチ３４とコンデンサ３５とを備える。なお、電流検出部５、制御部９、誤差増幅部１０、三角波発生部１１、サンプルホールド信号生成部１２、サンプルホールド回路３１、及びローパスフィルタ３２は、中性点電圧検出部を構成する。また、サンプルホールド信号生成部１２は、サンプルホールド回路を構成する。比較器３３は、電圧タイミング検出部を構成する。さらに、三角波発生部１１は、搬送波生成部を構成する。

制御対象であるモータ２は、図示しない永久磁石による界磁部を有するロータと、３相コイルＬｕ，Ｌｖ，ＬｗがＹ結線されたステータとで構成される。モータ駆動部４は、電源３（電圧値ＶＭ）と接地との間に配置され、パワートランジスタ２１〜２６から成る３相ブリッジ構成である。各パワートランジスタ２１〜２６は、駆動信号生成部８から出力された駆動信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬ（以下、単に「ＵＵ等」という。）の信号レベルに応じてスイッチング動作を行い、電源３からモータ２の各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗにそれぞれ電力供給を行う。電流検出部５は、モータ駆動部４を流れる電流の大きさを検出し、その検出結果を示す電流検出信号ＣＳを誤差増幅部１０に出力する。制御部９は、モータ２に与えるトルクを指定するトルク指令信号ＥＣを出力する。誤差増幅部１０は、トルク指令信号ＥＣから求められる目標の電流値と電流検出信号ＣＳが示す電流値との誤差を増幅し、その増幅結果を示す誤差増幅信号Ｖａを指令電圧生成部７及びサンプルホールド信号生成部１２にそれぞれ出力する。指令電圧生成部７は、位置検出部６の出力信号である位置検出信号ＦＧに応じた正弦波状の３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷをそれぞれ生成し、その３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを駆動信号生成部８に出力する。なお、３相指令電圧のそれぞれの振幅は誤差増幅信号Ｖａにより制御される。駆動信号生成部８は、三角波発生部１１からの三角波信号Ｖｔｒｉにより３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷをそれぞれパルス幅変調し、そのパルス幅変調によって得られた各駆動信号を用いて、モータ駆動部４の各パワートランジスタ２１〜２６をそれぞれＰＷＭ駆動する。

サンプルホールド信号生成部１２は、誤差増幅信号Ｖａと三角波信号Ｖｔｒｉとを入力とし、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングを示すタイミングパルスを生成し、そのタイミングパルスをサンプルホールド信号ＳＨ１として位置検出部６に出力する。位置検出部６は、サンプルホールド信号生成部１２によって生成されたサンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じてモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドし、これによりロータの磁極位置、すなわち各相に発生する誘起電圧の位相を検出して、その検出結果を示す位置検出信号ＦＧを指令電圧生成部７に出力する。以上のように構成された本実施の形態１によるモータ駆動装置１では、位置検出部６によってロータの磁極位置検出を行い、指令電圧生成部７によってその検出されたロータの磁極位置に対応した位相を有する正弦波状の３相指令電圧を生成し、駆動信号生成部８によってその３相指令電圧を用いてモータ駆動部４のＰＷＭセンサレス駆動を行う。

図２は、モータ駆動装置１によるモータ２の駆動方法を説明するフローチャートである。図２に示されるように、まず、電流検出部５によってモータ駆動部４に流れる電流の大きさを検出する（ステップＳ１）。そして、誤差増幅部１０によって、検出した電流の値とトルク指令信号ＥＣから求められる目標の電流値との誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｖａを生成する（ステップＳ２）。そして、サンプルホールド信号生成部１２によって、誤差増幅信号Ｖａと三角波信号Ｖｔｒｉとからサンプルホールド信号ＳＨ１を生成し、その信号ＳＨ１を位置検出部６に出力する（ステップＳ３）。位置検出部６は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じて中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドすることによりサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を生成する（ステップＳ４）。その後、ＬＰＦ３２によって、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を滑らかにすることにより信号ＶｃＳＨ２を生成する（ステップＳ５）。次に、比較器３３によって、信号ＶｃＳＨ２の電圧と基準電圧とを比較し、その大小関係に応じて信号レベルの異なる位置検出信号ＦＧを生成して、その位置検出信号ＦＧを指令電圧生成部７に出力する（ステップＳ６）。指令電圧生成部７によって、位置検出信号ＦＧから求められる位相、及び誤差増幅信号Ｖａから求められる振幅を有する３相指令電圧を生成して、駆動信号生成部８に出力する（ステップＳ７）。次に、駆動信号生成部８によって、各相指令電圧を三角波信号Ｖｔｒｉによってパルス幅変調することにより、駆動信号ＵＵ等を生成して、モータ駆動部４に出力する（ステップＳ８）。駆動信号ＵＵ等に応じて、モータ駆動部４の各パワートランジスタ２１〜２６のスイッチングを行い、各相コイルに電流を流す（ステップＳ９）。モータ駆動装置１によってモータ２の駆動が行われている間は、再びステップＳ１に戻り、モータ駆動部４に流れる電流の大きさを検出し、その後、同様の工程が繰り返される。

以下に本実施の形態１によるモータ駆動装置の各構成要素の詳細な動作説明を行う。モータ駆動部４は、ブリッジ接続された６個のパワートランジスタ２１〜２６で構成され、各パワートランジスタ２１〜２６にはそれぞれパワーダイオードｄ２１〜ｄ２６が逆並列接続されている。このモータ駆動部４において、２つのパワートランジスタ２１，２４が直列接続され、その接続点にコイルＬｕの一端が接続されている。また、パワートランジスタ２２及びパワートランジスタ２５が直列接続され、その接続点にコイルＬｖの一端が接続されている。また、パワートランジスタ２３及びパワートランジスタ２６が直列接続され、その接続点にコイルＬｗの一端が接続されている。各パワートランジスタ２１〜２６は、駆動信号生成部８からの駆動信号ＵＵ等の信号レベルに応じてオンオフのスイッチング動作を行い（ＰＷＭ駆動）、電源３からモータ２の各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの電力供給を行う。

なお、モータ駆動部４の構成の形式を、各パワートランジスタ２１〜２６をＮチャネル形電界効果トランジスタで構成する形式、または、上側アームを構成する各パワートランジスタ２１〜２３をＰチャネル電界効果トランジスタで構成し、下側アームを構成する各パワートランジスタ２４〜２６をＮチャネル電界効果トランジスタで構成する形式、のどちらの形式にしてもよい。また、モータ駆動部４を、電界効果トランジスタの代わりに、バイポーラ接合トランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＢＪＴ）や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）を用いて構成してもよい。さらに、各パワーダイオードｄ２１〜ｄ２６は、各パワートランジスタ２１〜２６に構造的に存在する寄生ダイオードを用いて構成してもよい。

電流検出部５は、モータ駆動部４と接地との間に配置され、例えば電流検出抵抗とＬＰＦとにより構成される。このように構成することで、モータ駆動部４を流れる平均電流を直流電圧として検出する。検出した結果は電流検出信号ＣＳとして誤差増幅部１０に出力する。制御部９は、トルク指令信号ＥＣを出力するブロックであり、マイコンで構成してもハード的に構成してもよく、その構成に制約はない。誤差増幅部１０は、電流検出信号ＣＳの電圧とトルク指令信号ＥＣの電圧との差を増幅し、その増幅結果を誤差増幅信号Ｖａとして指令電圧生成部７に出力する。また、誤差増幅部１０は、その誤差増幅信号Ｖａを、サンプルホールド信号生成部１２にも出力する（サンプルホールド信号生成部１２の詳細な動作は後述する）。

指令電圧生成部７は、位置検出部６からの位置検出信号ＦＧに応じた３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを生成する（位置検出部６の詳細な動作は後述する）。３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷは、位相差がそれぞれ１２０度の１８０度通電波形であり、本実施の形態１によるモータ駆動装置１では３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを正弦波状波形としている。具体的には、指令電圧生成部７は、位置検出信号ＦＧから三相誘起電圧の位相６０度毎に対応するゼロクロス点を検出することにより、各相誘起電圧の位相０度及び１８０度を検出し、その各相誘起電圧と同位相の電流が対応する相のコイルに流れるように、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを生成する。位置検出信号ＦＧから３相指令電圧の具体的な生成方法としては、例えば位置検出信号ＦＧの周期を計測し、計測結果に基づいた角度情報を得て、角度情報に応じた電圧値を出力することにより生成する。具体的に、指令電圧生成部７は、位置検出信号ＦＧのパルスの周期Ｔと１周期の間に変化する各誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの位相（図１０では、１２０度）から、例えば位相が１度変化するのにかかる時間（図１０では、Ｔ／１２０）を計算する。そして、その位置検出信号ＦＧの信号レベルがＨｉｇｈ（Ｈ）レベルからＬｏｗ（Ｌ）レベル変化するタイミング（これは、信号ＶｃＳＨ１の位相０度のゼロクロス点に等しい。）と、計算によって求められた時間（Ｔ／１２０）とを用いて、各相コイルを流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと対応する誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが同位相となるように、各相の誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗと同位相の各相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを生成して出力する。なお、各相コイルを流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相が各相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの位相から遅延することを考慮して、各相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの位相を予め所定量だけずらして生成してもよい。また、正弦波信号とは、完全な正弦波波形の信号に限らず、正弦波に準ずる波形の信号も含むものとする。３相指令電圧の生成方法は上記に限定されず、位置検出信号ＦＧに応じて生成する構成であればよい。３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの振幅は、誤差増幅信号Ｖａにより制御され、誤差増幅信号Ｖａが大きい場合（つまり、トルク指令信号ＥＣと電流検出信号ＣＳの差が大きい場合）は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの振幅を大きくし、逆に、誤差増幅信号Ｖａが小さい場合（つまり、トルク指令信号ＥＣと電流検出信号ＣＳの差が小さい場合）は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの振幅を小さくする。以上のようにして生成された３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷは、駆動信号生成部８に出力される。

駆動信号生成部８は、三角波発生部１１からの三角波信号Ｖｔｒｉによって３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷをパルス幅変調することにより、モータ駆動部４の各パワートランジスタ２１〜２６をＰＷＭ駆動するための駆動信号ＵＵ等を生成して、その駆動信号ＵＵ等をモータ駆動部４に出力する。

図３は、駆動信号生成部８の動作を説明するためのタイミングチャート（Ｕ相のみ）である。図３において、（ａ）は、指令電圧生成部７で生成されるＵ相指令電圧ｓｉｎＵと三角波発生部１１で発生する三角波信号Ｖｔｒｉとを示し、（ｂ）は、Ｕ相指令電圧ｓｉｎＵがパルス幅変調（ＰＷＭ）されて生成されるＵ相上側駆動信号ＵＵ、（ｃ）は、Ｕ相指令電圧ｓｉｎＵがＰＷＭされて生成されるＵ相下側駆動信号ＵＬをそれぞれ示す。指令電圧生成部７で生成されるＵ相指令電圧ｓｉｎＵは、三角波信号ＶｔｒｉによりＰＷＭされる。ＰＷＭされて生成されるＵ相上側駆動信号ＵＵおよびＵ相下側駆動信号ＵＬは、それぞれモータ駆動部４のＵ相上側パワートランジスタ２１のゲートおよびＵ相下側パワートランジスタ２４のゲートを制御する信号である。三角波信号Ｖｔｒｉの電圧に対してＵ相指令電圧ｓｉｎＵが大きい場合、Ｕ相上側駆動信号ＵＵが“Ｈ”レベルとなり、Ｕ相上側パワートランジスタ２１がオンするとともに、Ｕ相下側駆動信号ＵＬが“Ｌ”レベルとなり、Ｕ相下側パワートランジスタ２４がオフする。逆に、三角波信号Ｖｔｒｉの電圧に対してＵ相指令電圧ｓｉｎＵが小さい場合、Ｕ相下側駆動信号ＵＬが“Ｈ”レベルとなり、Ｕ相下側パワートランジスタ２４がオンするとともに、Ｕ相上側駆動信号ＵＵが“Ｌ”レベルとなり、Ｕ相上側パワートランジスタ２１がオフする。以上のように、本実施の形態１によるモータ駆動装置１では、指令電圧生成部７において３相指令電圧を正弦波状に生成し、その３相指令電圧を駆動信号生成部８においてそれぞれＰＷＭして得られる各駆動信号でモータ駆動部４の各パワートランジスタ２１〜２６をＰＷＭ駆動することによりモータ２の略正弦波駆動を行う。なお、指令電圧生成部７から出力される３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの周波数は、数Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度であり、三角波信号Ｖｔｒｉの周波数は、２０ｋ〜１００ｋＨｚ程度である。

以下に、サンプルホールド信号生成部１２について詳細に説明する。サンプルホールド信号生成部１２は、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングパルスを生成し、サンプルホールド信号ＳＨ１として位置検出部６に出力する。まず、図４を用いて、サンプルホールド信号ＳＨ１について説明する。

図４は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷ、三角波信号Ｖｔｒｉ、モータ２の中性点電圧Ｖｃ、およびサンプルホールド信号ＳＨ１の関係の一例を示すタイミングチャートである。図４において、（ａ）は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷと三角波信号Ｖｔｒｉを示し、（ｂ）は、中性点電圧Ｖｃ、（ｃ）は、サンプルホールド信号ＳＨ１をそれぞれ示す。上述したように、モータ駆動部４の各パワートランジスタ２１〜２６は、各相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを三角波信号Ｖｔｒｉによりそれぞれパルス幅変調して得られる各駆動信号によりスイッチング動作を行う。その結果、モータ２の中性点電圧Ｖｃは、図４（ｂ）に示されるように、階段状の波形となる。図４（ｂ）の期間Ｘは、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングであり、この時、モータ２の中性点電圧Ｖｃは、ほぼ接地電圧レベル（電圧が０）となる。また、図４（ｂ）の期間Ｙは、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングであり、この時、モータ２の中性点電圧Ｖｃは、ほぼ電源３の電圧ＶＭとなる。図４（ｃ）に示す信号ＳＨ１はサンプルホールド信号であり、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間Ｘにおいて、前後の期間Ｘ１、Ｘ２を除いた期間Ｚに“Ｈ”レベルとなる信号である。この信号を用いて位置検出部６においてモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行う。なお、図４（ｃ）において、期間Ｘのうち期間Ｘ１，Ｘ２を除く理由は、位置検出部６がモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行う際に、モータ２の中性点電圧Ｖｃの電圧切り替わりタイミングで発生するノイズを除去してサンプル動作を行うためである。

図５は、図４（ｃ）に示されるようなサンプルホールド信号ＳＨ１を生成するサンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示す回路図である。サンプルホールド信号生成部１２は、加算回路４１と、加算電圧設定部４２と、比較回路４３とを含んで構成される。上述したように、サンプルホールド信号生成部１２には、誤差増幅信号Ｖａ及び三角波信号Ｖｔｒｉが入力される。加算回路４１は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの各振幅を制御する誤差増幅信号Ｖａの電圧に加算電圧設定部４２からの加算電圧Ｖｘを加算する。加算回路４１の出力電圧Ｖｒｅｆは、比較回路４３の一方の入力端子である反転入力端子に入力され、他方の入力端子、すなわち非反転入力端子には三角波信号Ｖｔｒｉが入力される。比較回路４３は三角波信号Ｖｔｒｉの電圧と電圧Ｖｒｅｆの比較を行い、その比較結果を示す信号をサンプルホールド信号ＳＨ１として位置検出部６に出力する。

図６は、図５に示されたサンプルホールド信号生成部１２の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６において、（ａ）は、Ｕ相指令電圧ｓｉｎＵ、三角波信号Ｖｔｒｉ、誤差増幅信号Ｖａ及び加算回路４１の出力電圧Ｖｒｅｆの関係を示し、（ｂ）は、サンプルホールド信号ＳＨ１を示す。上述したように、サンプルホールド信号ＳＨ１は、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間Ｘ、すなわち、三角波信号Ｖｔｒｉの電圧が３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの各電圧よりも大きくなる期間Ｘのうち、前後の期間Ｘ１、Ｘ２を除いた期間ＺにＨレベルとなる。ここで、３相指令電圧の振幅の値が、誤差増幅信号Ｖａの電圧値Ｖａ０に等しいとき、もし比較回路４３において電圧Ｖｒｅｆの電圧値をＶａ０に設定すれば、三角波信号Ｖｔｒｉの電圧が電圧Ｖｒｅｆよりも大きいとき、すなわち三角波信号Ｖｔｒｉの電圧が３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの各電圧よりも大きいときに、サンプルホールド信号ＳＨ１をＨレベルにすることができる。さらに、電圧Ｖｒｅｆの値を、Ｖａ０よりも大きく、三角波信号Ｖｔｒｉの電圧の最大値よりも小さい範囲に設定すれば、期間Ｘ１、Ｘ２、よって、期間Ｘのうち前後の期間Ｘ１、Ｘ２を除いた期間Ｚを所定の範囲内で任意に設定可能である。すなわち、加算電圧設定部４２の出力信号である加算電圧Ｖｘは、三角波信号Ｖｔｒｉの電圧と比較される電圧Ｖｒｅｆの値を、Ｖａ０よりどれだけ大きくするかを設定する電圧である。

サンプルホールド信号生成部１２を上述したように構成すれば、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミング（図４（ｃ）の期間Ｚ参照）を検出することができる。さらに、加算電圧設定部４２の加算電圧Ｖｘを制御すれば、図４の期間Ｘ１，Ｘ２の設定が可能となる。なお、この場合、期間Ｘ１及び期間Ｘ２は等しくなる。

また、制御部９からのトルク指令信号ＥＣに応じて加算電圧設定部４２の加算電圧Ｖｘを可変出力するような構成としてもよい。図７は、そのような場合のモータ駆動装置１の構成例を示すブロック図であり、図８は、図７に示されたサンプルホールド信号生成部１２の構成例を示す回路図である。図７及び図８に示されるように、制御部９から出力されたトルク指令信号ＥＣは、サンプルホール信号１２の加算電圧設定部４２に入力される。加算電圧設定部４２は、入力されたトルク指令信号ＥＣの電圧が小さいときは、電圧Ｖｒｅｆが小さくなるように小さい電圧Ｖｘを設定する一方、トルク指令電圧信号ＥＣの電圧が大きいときは、電圧Ｖｒｅｆが大きくなるように、大きい電圧Ｖｘを設定する。その他、サンプルホールド信号生成部１２は、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングパルスを生成する構成であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

次に、位置検出部６について説明する。位置検出部６は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じてモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドし、ロータの磁極位置検出を行う。以下に位置検出部６の詳細な動作の説明を行う。図９は、位置検出部６の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。図９において、（ａ）はモータ２の中性点電圧Ｖｃ、（ｂ）はサンプルホールド信号ＳＨ１、（ｃ）はサンプルホールド回路３１の出力であるサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１、（ｄ）はＬＰＦ３２の出力信号ＶｃＳＨ２である。なお、図９（ａ）の波形図は、図４（ｂ）に示されたモータ２の中性点電圧Ｖｃの波形図よりも特に接地電圧付近を詳細に描いている。スイッチ３４はサンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じて開閉動作を行う。サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルがＨレベルの場合、スイッチ３４が閉じて短絡状態となり、モータ２の中性点電圧Ｖｃをコンデンサ３５で検出する（サンプル動作）。次に、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルがＬレベルの場合、スイッチ３４が開いてオープン状態となり、コンデンサ３５はサンプルした電圧を保持する（ホールド動作）。このように、サンプルホールド回路３１は、サンプルホールド信号ＳＨ１の信号レベルに応じてモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行い、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を出力する。サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、ＬＰＦ３２に入力される。ＬＰＦ３２は、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１に含まれる段差を除去して、信号ＶｃＳＨ１を滑らかにすることにより、その段差が除去された信号を、信号ＶｃＳＨ２として比較器３３に出力する。

以上のように、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングでモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドして得られるサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、後述する理由で誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）をそれぞれ重畳した電圧となる。以下に、本実施の形態１によるモータ駆動装置１において、誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分がモータ２の中性点電圧Ｖｃから検出できる理由について説明する。各相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとモータ２の中性点電圧Ｖｃの関係は、各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻き線抵抗が全て同じＲ（Ω）、インダクタンスが全て同じＬ（ｍＨ）であると仮定し、モータ駆動部４側からモータ２側へ流れる電流をＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（Ａ）とし、各相誘起電圧をＥｕ，Ｅｖ，Ｅｗ（Ｖ）とすると、次の（１）式によって示される。
Ｖｕ−Ｖｃ＝Ｒ・Ｉｕ＋Ｌ・ｄＩｕ／ｄｔ＋Ｅｕ
Ｖｖ−Ｖｃ＝Ｒ・Ｉｖ＋Ｌ・ｄＩｖ／ｄｔ＋Ｅｖ
Ｖｗ−Ｖｃ＝Ｒ・Ｉｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ＋Ｅｗ ・・・（１）
また、キルヒホッフの法則により、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるから、（１）式は（２）式のように変形できる。
Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ−３Ｖｃ＝Ｅｕ＋Ｅｖ＋Ｅｗ ・・・（２）
ここで、本実施の形態１によるモータ駆動装置１では、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングでモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドするため、各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンしている状態は、各相パワートランジスタ２４〜２６のオン抵抗が全て同じＲｏｎ（Ω）であると仮定すると、次の（３）式が成立する。
Ｖｕ＝−Ｒｏｎ・Ｉｕ
Ｖｖ＝−Ｒｏｎ・Ｉｖ
Ｖｗ＝−Ｒｏｎ・Ｉｗ ・・・（３）
（３）式は、キルヒホッフの法則により（４）式のように変形できる。
Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ＝０ ・・・（４）
ここで、（２）式および（４）式より、次の（５）式が成立する。
−３Ｖｃ＝Ｅｕ＋Ｅｖ＋Ｅｗ ・・・（５）

さらに、（６）式のように、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに高調波成分が重畳されていると仮定する。
Ｅｕ＝Ａｓｉｎθ＋Ａ・Ｂｓｉｎ２θ＋Ａ・Ｃｓｉｎ３θ＋Ａ・Ｄｓｉｎ４θ
＋Ａ・Ｅｓｉｎ５θ＋Ａ・Ｆｓｉｎ６θ＋・・・
Ｅｖ＝Ａｓｉｎ（θ−２π／３）＋Ａ・Ｂｓｉｎ２（θ−２π／３）
＋Ａ・Ｃｓｉｎ３（θ−２π／３）＋Ａ・Ｄｓｉｎ４（θ−２π／３）
＋Ａ・Ｅｓｉｎ５（θ−２π／３）＋Ａ・Ｆｓｉｎ６（θ−２π／３）
＋・・・
Ｅｗ＝Ａｓｉｎ（θ−４π／３）＋Ａ・Ｂｓｉｎ２（θ−４π／３）
＋Ａ・Ｃｓｉｎ３（θ−４π／３）＋Ａ・Ｄｓｉｎ４（θ−４π／３）
＋Ａ・Ｅｓｉｎ５（θ−４π／３）＋Ａ・Ｆｓｉｎ６（θ−４π／３）
＋・・・
Ａ：誘起電圧の基本波振幅
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ：２，３，４，５，６倍高調波含有率 ・・・（６）
（５）式および（６）式より、３Ｎ倍高調波成分だけが残り、次の関係が成立する。
−３Ｖｃ＝３（Ａ・Ｃｓｉｎ３θ＋Ａ・Ｆｓｉｎ６θ＋・・・） ・・・（７）
（７）式を一般的な形式に書き直すと、
Ｖｃ＝−ΣＡ・Ｇ（３Ｎ）ｓｉｎ３Ｎθ ・・・（８）
Ｇ（３Ｎ）：３Ｎ倍高調波成分の含有率
以上より、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングにおいてモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールド出力すれば、誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分がそれぞれ重畳した電圧を検出することが可能となる。

ここで、図１０に各相誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ（基本波のみ図示）とサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１と、位置検出信号ＦＧの関係を示す。上式（８）においてＮ＝１のみの場合を考える（Ｎ≧２の高調波成分は極めて小さいと仮定する）と、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングにおけるモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールド出力した信号ＶｃＳＨ１は、各相誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗに含まれる３倍高調波成分のみとなる。検出されたサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅Ｎａは、誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの基本波振幅Ａと、３倍高調波成分の含有率Ｃを乗算した、Ｎａ＝Ａ×Ｃとなる。サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、ＬＰＦ３２に入力される。ＬＰＦ３２の出力信号ＶｃＳＨ２は比較器３３の一方の入力端子に入力され、比較器３３の他方の入力端子には基準電圧Ｖｒが入力される。ここで、本実施の形態１によるモータ駆動装置では、基準電圧Ｖｒ＝０と設定されている。したがって、比較器３３の出力信号ＦＧは、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の位相０度及び１８０度のゼロクロス点にエッジを持つパルス信号となる。つまり、出力信号ＦＧは、各相誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの位相１８０度毎のゼロクロス点にエッジを持つパルス信号となり、この信号によりロータの磁極位置を電気角６０度間隔で検出することが可能となる。比較器３３の出力パルス信号は、位置検出信号ＦＧとして指令電圧生成部７に出力される。

なお、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅は誘起電圧の基本波振幅と３倍高調波含有率に依存している。したがって、低速回転で誘起電圧が小さい場合や３倍高調波含有率が極めて小さい場合などではサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅が小さくなり、ロータの磁極位置検出の検出精度が悪くなる恐れがある。その回避方法として、モータ２の中性点電圧Ｖｃを増幅器によって増幅させ、その増幅信号に対してサンプルホールドを行う構成、または、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を増幅させる構成等が考えられる。図１１及び図１２は、中性点電圧Ｖｃ及びサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を増幅する場合の位置検出部６の構成例をそれぞれ示す回路図である。中性点電圧Ｖｃを増幅する場合、位置検出部６は、図１１に示されるように、サンプルホールド回路３１の前段に中性点電圧Ｖｃを増幅する増幅器４５を備える。一方、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を増幅する場合、位置検出部６は、図１２に示されるように、サンプルホールド回路３１とＬＰＦ３２との間に増幅器４５を備える。しかし、図１１及び図１２に示される例に限らず、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。さらに、位置検出部６はＬＰＦ３２を用いない構成とすることも可能であるが、ＬＰＦ３２を用いる場合、ＬＰＦ３２による位相遅れ量を指令電圧生成部７において補正する構成とする方が望ましい。

また、本実施の形態１によるモータ駆動装置においては、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を比較器３３に入力することにより各相誘起電圧の位相１８０度毎のゼロクロス点を検出する構成としているが、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の変化率を検出することにより各相誘起電圧の位相９０度又は位相２７０度の位置を検出する構成としてもよい。図１３は、この場合の位置検出部６の構成例を示す回路図である。図１３に示されるように、位置検出部６は、ＬＰＦ３２と比較器３３との間に、ＬＰＦ３２の出力信号ＶｃＳＨ２の変化率を検出する変化率検出部４８を備える。各相誘起電圧における位相９０度又は２７０度の位置では、出力信号ＶｃＳＨ２の変化率は０になるので、比較器３３は、各相誘起電圧が位相９０度又は２７０度のタイミングで信号レベルが変化する位置検出信号ＦＧを出力する。この場合、位置検出信号ＦＧは、誘起電圧のゼロクロス点に対して電気角９０度の位相ずれが生じている。従って、各相誘起電圧の位相９０度又は２７０度の位置を検出する構成とした場合には、指令電圧生成部７において位相ずれ分を補正すればよい。その他、各相誘起電圧のゼロクロス点や位相９０度又は２７０度の位置に限らず、誘起電圧の所定の位相位置の検出を、サンプルホールド信号ＶｃＳＨ１における、その誘起電圧の所定の位相位置に対応する電圧を検出することにより行うことができる。

ここで、起動から定常回転に至るまでの動作について簡単に説明を行う。本実施の形態１によるモータ駆動装置では、誘起電圧に含まれる３倍高調波成分を検出する構成のため、モータ停止時や低速回転で誘起電圧が小さい時には、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１の振幅が小さく、ロータの磁極位置検出を行うことができない、もしくは検出精度が悪くなる。したがって、ロータの磁極位置検出が可能なロータ回転速度まで何らかの方法で加速させなければならない。一般にセンサレスの起動方法は、初期位置推定方式や強制転流方式等種々開発されているが、本実施の形態１によるモータ駆動装置１では特定の方法に限定されず、ロータの磁極位置検出可能なロータ回転速度まで加速できればよい。そして、適当な方法でロータの磁極位置検出可能なロータ回転速度まで加速した後にセンサレス駆動に移行し、略正弦波センサレス駆動を行う。

本実施の形態１によるモータ駆動装置１で検出される位置検出信号ＦＧは、各相誘起電圧の位相１８０度毎のゼロクロス点を検出した信号であるが、例えばＵ相の誘起電圧の位相０度のゼロクロス点（絶対位置）が位置検出信号ＦＧのどの立ち下がりエッジに相当するか検出できない。したがって、センサレス駆動に移行する前に例えばＵ相の誘起電圧の位相０度のゼロクロス点（絶対位置）が位置検出信号ＦＧのどの立ち下がりエッジに相当するかを検出する必要がある。絶対位置の検出方法として、例えばフリーラン検出を用いる。ここで、フリーラン検出について詳細な説明を行う。フリーラン検出とは、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を全てオフとすることにより、各相出力端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れる誘起電圧を直接検出する方式である。つまり、フリーラン検出中に例えばＵ相出力端子電圧Ｖｕを監視していればＵ相誘起電圧Ｅｕが検出できる。つまり絶対位置検出が可能となる。以下に、図１４〜図１７を用いて、フリーラン検出を用いるモータ駆動装置について説明する。

図１４は、フリーラン検出を用いるモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。図１４において、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。図１４に示されるように、このモータ駆動装置５１は、図１に示されたモータ駆動装置１にフリーラン検出部５２を追加した構成をしている。フリーラン検出部５２は、フリーラン検出中にＵ相端子電圧Ｖｕと中性点電圧Ｖｃを比較することにより、Ｕ相端子電圧Ｖｕに現れるＵ相誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロスタイミングを示す信号ＦＧＵを生成して出力する。

図１５は、駆動信号生成部８の具体的な構成例を示すブロック図である。図１５に示されるように、駆動信号生成部８は、強制転流信号生成部５６、第１の切替部５７、駆動信号生成回路部５８、フリーラン信号生成部５９、第２の切替部６０、及び切替制御部６１を備える。切替制御部６１は、第１の切替部５７及び第２の切替部６０に、対応する切替制御信号ＣＨ１及びＣＨ２をそれぞれ出力する。強制転流信号生成部５６は、起動時に強制転流信号、例えば所定の周波数の３相正弦波状信号を出力する。第１の切替部５７は、切替制御信号ＣＨ１に応じて、強制転流信号生成部５６の出力信号と、指令電圧生成部７から出力される３相指令電圧のどちらかを選択して出力する。駆動信号生成部８は、第１の切替部５７から入力された強制転流信号生成部５６の出力信号又は３相指令電圧を三角波信号Ｖｔｒｉによってパルス幅変調し、そのパルス幅変調された信号を、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を駆動制御する各駆動信号として第２の切替部６０に出力する。フリーラン信号生成部５９は、各相パワートランジスタ２１〜２６を全てオフさせる各駆動信号を生成して出力する。第２の切替部６０は、切替制御信号ＣＨ２に応じて、駆動信号生成回路部５８の出力信号と、フリーラン信号生成部５９の出力信号のいずれかを選択して、モータ駆動部４に出力する。なお、強制転流信号生成部５６は、強制周期信号出力部を構成し、駆動信号生成回路部５８は、第１の駆動信号出力部を構成し、フリーラン信号生成部５９は、第２の駆動信号出力部を構成する。また、第１の切替部５７及び第２の切替部６０は、第１の選択部及び第２の選択部をそれぞれ構成する。さらに、切替制御部６１は、選択制御部を構成する。なお、「強制転流信号」は、「強制周期信号」ともいう。

以下に、図１６を用いて、駆動信号生成部８の動作を説明する。図１６は、切替制御部６１が出力する（ａ）第１の切替制御信号ＣＨ１、（ｂ）第２の切替制御信号ＣＨ２の変化をそれぞれ示すタイミングチャートである。切替制御部６１は、モータ駆動装置５１の外部からモータ駆動装置５１の起動信号ＳＴＡＲＴが入力されると、第１の切替制御信号ＣＨ１及び第２の切替制御信号ＣＨ２をそれぞれＬレベルにする。このとき、第１の切替部５７は、強制転流信号生成部５６の出力信号を選択して、駆動信号生成回路部５８に出力する。駆動信号生成回路部５８は、３相正弦波状信号を三角波発生部１１からの三角波信号Ｖｔｒｉによりパルス幅変調することによって、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を駆動制御する各駆動信号、すなわち通電制御信号を生成する。第２の切替部６０は、第２の切替制御信号ＣＨ２がＬレベルであるので、駆動信号生成回路部５８の出力信号を選択して、それらをモータ駆動部４に出力する。以上より、起動時から第１及び第２の各切替制御信号ＣＨ１，ＣＨ２がＬレベルである間は、所定周波数の強制転流信号に応じてモータ２が強制的に駆動される。なお、この期間中の所定周波数は固定周波数に限らず時間とともに増加する可変周波数としてもよい。

次に、切替制御部６１は、第１の切替制御信号ＣＨ１をＨレベルにすると同時に、第２の切替制御信号ＣＨ２をＨレベルにする。第１の切替部５７は、指令電圧生成部７から出力される３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷを選択して、駆動信号生成回路部５８に出力する。駆動信号生成回路部５８は、各相指令電圧を三角波発生部１１からの三角波信号Ｖｔｒｉによりパルス幅変調することによって、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を駆動制御する各駆動信号を生成する。第２の切替部６０は、第２の切替制御信号ＣＨ２がＨレベルの場合には、フリーラン信号生成部５９からのフリーラン信号を選択して出力する。フリーラン信号は、上述したように、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を全てオフさせる信号であるため、第２の切替制御信号ＣＨ２がＨレベルの間、モータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６はオフ動作となり、モータ２は惰性で回転している状態となる。この状態は、各相端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗには各相誘起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗが出力される。このとき、フリーラン検出部５２によって、フリーラン状態におけるＵ相端子電圧Ｖｕとモータ中性点電圧Ｖｃとを比較すれば、誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロス点を検出することが可能となる。具体的に、フリーラン状態において、モータ中性点電圧Ｖｃは、その電圧値がＶＭ／２でほぼ一定となる。また、Ｕ相端子電圧Ｖｕは、正弦波形状になり、位相０度及び１８０度でその電圧値がＶＭ／２である。誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロス点とは、Ｕ相端子電圧Ｖｕとモータ中性点電圧Ｖｃとが、Ｕ相端子電圧Ｖｕの上昇時で一致する点である。フリーラン検出部５２は、誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロスタイミング、すなわちＵ相端子電圧Ｖｕとモータ中性点電圧ＶｃがＵ相端子電圧Ｖｕの上昇時で一致するタイミングを示すタイミング信号ＦＧＵを、指令電圧生成部７に出力する。

次に、切替制御部６１は、第２の切替制御信号ＣＨ２をＨレベルからＬレベルに変化させる。このとき、第２の切替部６０は、駆動信号生成回路部５８からの各駆動信号を出力する。つまり、指令電圧生成部７からの３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷに応じてモータ２を駆動することになる。また、指令電圧生成部７は、フリーラン検出部５２の出力信号ＦＧＵが示すタイミングで位相０度のゼロクロス点を有するＵ相指令電圧ｓｉｎＵを生成する。Ｖ相，Ｗ相の各指令電圧ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷは、Ｕ相指令電圧ｓｉｎＵが生成されれば、そのＵ相指令電圧ｓｉｎＵの位相をそれぞれ１２０度前後にずらすのみで生成できる。このように駆動すれば、誘起電圧を直接検出して通電制御しているため、位置検出部６が出力する位置検出信号ＦＧの絶対位置を判断することが可能となる。なお、モータ駆動装置５１において、フリーラン検出部５２は、Ｕ相端子電圧Ｖｕのみを入力する形式としたが、Ｖ相やＷ相の端子電圧Ｖｖ，Ｖｗをも入力する形式とし、各相誘起電圧の位相０度のゼロクロスタイミングを検出する構成としてもよい。また、誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロスタイミング、すなわち電圧上昇時のゼロクロスタイミングを検出したが、位相１８０度のゼロクロスタイミング、すなわち電圧下降時のゼロクロスタイミングを検出してもよい。さらに、誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロスタイミングと、位相１８０度のゼロクロスタイミングとを、それらが区別できるように両方検出してもよい。

なお、切替制御部６１の第１および第２の各切替制御信号ＣＨ１，ＣＨ２の信号レベルの切替タイミングは、ロータ回転速度に応じて決定してもよく、起動時から所定時間経過後（図１６では、時間ｔ１経過後、及び時間ｔ２経過後）に切り替えるようにしてもよい。その切替タイミングがロータ回転速度に応じて決定される場合、ロータの回転速度を示す制御信号ＩＮ２がモータ駆動装置５１の外部から切替制御部６１に入力されてもよい。また、フリーラン検出部５２は、駆動信号生成部８が、フリーラン信号を出力している間のみ動作する。よって、フリーラン検出部５２にも、起動信号ＳＴＡＲＴ及び制御信号ＩＮ２を入力することにより、切替制御部６０が第１及び第２の各切替制御信号ＣＨ１，ＣＨ２をＨレベルにする期間と同一の期間に、フリーラン検出部５２を動作させてもよい。

図１７は、強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行するまでの起動方法を説明するフローチャートである。まず、強制転流駆動において、強制転流信号生成部５６から出力される所定の３相正弦波状信号を用いて生成される所定の駆動信号によって、各相パワートランジスタ２１〜２６を強制的に駆動する（ステップＳ１１）。次に、フリーラン検出のために、全ての各相パワートランジスタ２１〜２６をオフする（ステップＳ１２）。そして、フリーラン状態におけるＵ相端子電圧Ｖｕとモータ中性点電圧Ｖｃとを比較して、誘起電圧Ｅｕの位相０度のゼロクロスタイミングを検出し、その検出結果を示す信号ＦＧＵを生成する（ステップＳ１３）。

なお、位置検出信号ＦＧから３相指令電圧を生成する具体的な方法の一例としては、所定の正弦波信号を発生し、その発生した正弦波状信号の位相０度を、位置検出信号ＦＧの立ち下がりエッジと一致させて出力する構成等も考えられる。図１９は、そのような動作を行う指令電圧生成部７の構成例を示すブロック図である。図１９に示されるように、指令電圧生成部７は、正弦波発生部６２と位相調整部６３とを備える。正弦波発生部６２では、所定周期で３つの正弦波状信号を発生して出力し、位相調整部６３は、正弦波発生部６２から出力された連続する３つの各正弦波状信号の位相０度が、位置検出信号ＦＧの連続した３つの立ち下がりエッジに一致するように調整して、３相指令電圧信号ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷとして外部に出力する。

以上より、起動時から正弦波状の強制転流信号で駆動するため、起動から通常動作まで非通電期間による振動や騒音を低減した駆動が可能となる。なお、強制転流信号を正弦波状信号として説明を行ったが、１８０度通電波形や、従来のように非通電期間を持つ広角通電波形としてもよい。また、強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行する起動方法であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

以上のように、検出した絶対位置に応じたＵ相指令電圧を生成し、フリーラン検出を解除し通常のセンサレス駆動へ移行すれば、位置検出部６が出力する位置検出信号ＦＧの絶対位置を検出することが可能となる。つまり、起動からフリーラン検出を介して通常センサレス駆動に移行させれば、位置検出部６で検出される位置検出信号ＦＧのエッジが各相誘起電圧のどの位相０度のゼロクロスタイミングであるかを検出することが可能となる。なお、起動時に略正弦波駆動で強制転流させれば、常に略正弦波での駆動が可能となる。

また、絶対位置検出の別方法として、起動時のみ従来方式に代表される非通電期間を持つセンサレス駆動を行ってもよい。このように起動させると、略正弦波センサレス駆動へ移行するまで常に絶対位置を検出することが可能となる。また、絶対位置検出の更なる別の方法として、強制転流で略正弦波駆動を行い、強制転流中に検出される位置検出信号ＦＧ（ゼロクロス点）を現在の強制転流タイミングから推測することも可能である。具体的には、強制転流中に検出される位相０度のゼロクロス点に対して、現在の通電タイミングがＵ相への通電タイミングであれば、検出した位相０度のゼロクロス点をＵ相の誘起電圧の位相０度のゼロクロス点とする。以上のように、起動からセンサレス駆動への移行時に誘起電圧の絶対位置を検出する構成とすれば、起動から定常回転に至るまで略正弦波センサレス駆動が可能となる。

以上のように、本実施の形態１によるモータ駆動装置１では、モータ２の中性点電圧Ｖｃをモータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなるタイミングでサンプルホールドすることにより、ロータの磁極位置を検出し、センサレス駆動を行う。したがって、駆動電流が０となる非通電期間を設定し、非通電期間において各相端子電圧とモータ２の中性点電圧とを比較することにより誘起電圧のゼロクロスを検出する従来のモータ駆動装置のセンサレス駆動に対し、本実施の形態１によるモータ駆動装置では、ロータの磁極位置検出を行うための非通電期間を設けずに誘起電圧のゼロクロスを検出することが可能である。つまり、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減した略正弦波センサレス駆動が可能となる。さらに、本実施の形態１によるモータ駆動装置１の位置検出部６は、モータ２の中性点電圧Ｖｃのみをサンプルホールドする形式であり、各相端子電圧全てをサンプルホールドする従来のモータ駆動装置に対して、サンプルホールド回路や、位置検出を行う非通電相端子電圧を選択するスイッチ選択回路を構成する必要がない。したがって、より簡素な構成で位置検出部を構成でき、モータ駆動装置の低コスト化が可能となる。

（実施の形態２）
以下に、図１９〜図２２を用いて実施の形態２によるモータ駆動装置および駆動方法を説明する。以下では、サンプルホールド信号生成部１２及びサンプルホールド信号の生成方法の変形例を説明する。図１９は、本発明の実施の形態２によるモータ駆動装置１の全体構成例を示す回路図である。実施の形態１によるモータ駆動装置１とは、サンプルホールド信号生成部１２の内部構成が異なる。それ以外の構成、動作は実施の形態１で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

サンプルホールド信号生成部１２は、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングパルスを生成し、そのタイミングパルスを示す信号をサンプルホールド信号ＳＨ２として位置検出部６に出力する。図２０は、サンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示す回路図である。実施の形態１によるモータ駆動装置１のサンプルホールド信号生成部１２との相違点は、位相反転部６４を新たに設けた点である。サンプルホールド信号生成部１２には、誤差増幅信号Ｖａ及び三角波信号Ｖｔｒｉが入力される。位相反転部６４は、三角波信号Ｖｔｒｉを１８０度位相反転して反転三角波信号ＶｔｒｉＮを出力する。加算回路４１は、誤差増幅信号Ｖａの電圧に加算電圧設定部４２からの加算電圧Ｖｘを加算する。比較回路４３の反転入力端子には、加算回路４１の出力電圧Ｖｒｅｆが入力され、非反転入力端子には、反転三角波信号ＶｔｒｉＮが入力される。比較回路４３は、反転三角波信号ＶｔｒｉＮの電圧と出力電圧Ｖｒｅｆとの比較を行い、その比較結果を示す信号をサンプルホールド信号ＳＨ２として位置検出部６に出力する。図２１は、サンプルホールド信号生成部１２の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。図２１において、（ａ）は、Ｕ相指令電圧ｓｉｎＵ、反転三角波信号ＶｔｒｉＮ、誤差増幅信号Ｖａ及び加算回路４１の出力電圧Ｖｒｅｆを示し、（ｂ）は、サンプルホールド信号ＳＨ２を示す。この場合のサンプルホールド信号生成部１２の動作は、実施の形態１で説明した動作と同様であるので、説明を省略する。このように構成すれば、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングを取ることが可能となる。なお、サンプルホールド信号生成部１２は、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングパルスを生成する構成であれば、上記構成に限らず種々の変更が可能であり、その他、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

位置検出部６のサンプルホールド回路３１は、サンプルホールド信号ＳＨ２に応じてモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行う。図２２は、位置検出部６の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。（ａ）はモータ２の中性点電圧Ｖｃ、（ｂ）はサンプルホールド信号ＳＨ２、（ｃ）はサンプルホールド回路３１の出力信号であるサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１、（ｄ）はＬＰＦ３２の出力信号ＶｃＳＨ２である。なお、図２２（ａ）の波形図は、図４（ｂ）の中性点電圧Ｖｃの波形図よりも特に電源３（ＶＭ）付近を詳細に描いている。スイッチ３４はサンプルホールド信号ＳＨ２に応じて開閉動作を行う。サンプルホールド信号ＳＨ２の信号レベルが“Ｈ”レベルの場合、スイッチ３４はショート状態となりモータ２の中性点電圧Ｖｃをコンデンサ３５で検出する（サンプル動作）。次に、サンプルホールド信号ＳＨ２の信号レベルが“Ｌ”レベルの場合、スイッチ３４はオープン状態となりコンデンサ３５はサンプルした電圧を保持する（ホールド動作）。このように、サンプルホールド回路３１は、サンプルホールド信号ＳＨ２に応じてモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行うことにより、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を出力する。サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、ＬＰＦ３２に入力される。ＬＰＦ３２は、サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１に含まれる段差の除去を行い、その段差が除去された信号ＶｃＳＨ２を比較器３３に出力する。

以上より、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングでモータ２の中性点電圧Ｖｃをサンプルホールドしたサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１は、誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは整数）をそれぞれ重畳した電圧が電源３の電圧値（ＶＭ）を中心線として現れる。今、Ｎ≧２の高調波成分が非常に小さいとすると、実施の形態１と同様に誘起電圧に含まれる３倍高調波成分のみが検出できる。

サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１はＬＰＦ３２を介して比較器３３の一方の入力端子に入力され、比較器３３の他方の入力端子は基準電圧Ｖｒが与えられる。本実施形態では基準電圧Ｖｒ＝ＶＭ（電源３）と設定する。したがって、比較器３３の出力は、各相誘起電圧のゼロクロスにエッジを持つパルス信号となり、この信号によりロータの磁極位置を電気角６０度間隔で検出することが可能となる。

以上のように、本実施形態２によるモータ駆動装置１では、モータ２の中性点電圧Ｖｃをモータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなるタイミングでサンプルホールドすることによりロータの磁極位置を検出し、センサレス駆動を行う。したがって、背景技術にあるように駆動電流が０となる非通電期間を設定し、非通電期間において各相端子電圧とモータ２の中性点電圧とを比較することで誘起電圧のゼロクロスを検出するセンサレス駆動に対し、本実施形態のモータ駆動装置１では、ロータの磁極位置検出を行うための非通電期間を設けずに誘起電圧のゼロクロスを検出することが可能である。つまり、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減した略正弦波センサレス駆動が可能となる。さらに、位置検出部６は、モータ２の中性点電圧Ｖｃのみをサンプルホールドする形式であり、各相端子電圧全てをサンプルホールドする背景技術に対して、サンプルホールド回路や、位置検出を行う非通電相端子電圧を選択するスイッチ選択回路を構成する必要がない。したがって、より簡素な構成で位置検出部を構成でき、モータ駆動装置の低コスト化が可能となる。

（実施の形態３）
次に、図２３〜図２５を用いて本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置および駆動方法について説明する。以下では、サンプルホールド信号生成部１２及びサンプルホールド信号の生成方法の更なる変形例を説明する。図２３は、本発明の実施の形態３によるモータ駆動装置の全体構成例を示す回路図である。本実施の形態３によるモータ駆動装置７１は、実施の形態１によるモータ駆動装置１とはサンプルホールド信号ＳＨ３の生成方法が異なり、サンプルホールド信号生成部１２の配置と内部構成が異なる。それ以外の構成、動作は、実施の形態１で説明したものと同様であるので説明を省略する。

図２３に示されるように、サンプルホールド信号生成部１２は、駆動信号生成部８で生成される下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを入力とし、サンプルホールド信号ＳＨ３を出力する。図２４は、サンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示すブロック図である。図２４に示されるように、サンプルホールド信号生成部１２は、論理積回路７５と、第１の遅延回路７６と、第２の遅延回路７７と、遅延時間設定部７８と、パルス生成部７９とを備える。図２５は、サンプルホールド信号生成部１２の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートを示す。図２５において、（ａ）は、３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷと三角波信号Ｖｔｒｉを示し、（ｂ）は、Ｕ相下側駆動信号ＵＬ、（ｃ）は、Ｖ相下側駆動信号ＶＬ、（ｄ）は、Ｗ相下側駆動信号ＷＬ、（ｅ）は、論理積回路７５の出力信号ＡＬ、（ｆ）は、第１の遅延回路７６の出力信号ｄ１、（ｇ）は、第２の遅延回路７７の出力信号ｄ２、（ｈ）は、サンプルホールド信号ＳＨ３をそれぞれ示す。駆動信号生成部８において、指令電圧生成部７からの３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷが三角波信号ＶｔｒｉによりＰＷＭされ、下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬが生成される。下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、“Ｈ”レベル時にモータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６をオン動作させる駆動信号である。論理積回路７５は、下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを入力とし、各入力信号を論理積演算した結果得られる信号を出力する。具体的に、論理積回路７５は、下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬが全てＨレベルのとき、Ｈレベルの信号を出力し、下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬの少なくとも１つの信号がＬレベルのとき、Ｌレベルの信号を出力する。したがって、論理積演算により得られる出力信号ＡＬは、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間を表す信号となる。信号ＡＬは第１の遅延回路７６に入力される。第１の遅延回路７６は、信号ＡＬを遅延時間設定部７８で設定される第１の遅延時間ｓ１だけ遅延させ、信号ＡＬを遅延させた第１の遅延信号ｄ１を第２の遅延回路７７およびパルス生成部７９に出力する。第２の遅延回路７７は、第１の遅延信号ｄ１を遅延時間設定部７８で設定される第２の遅延時間ｓ２だけ遅延させ、その第１の遅延信号ｄ１を遅延させた第２の遅延信号ｄ２をパルス生成部７９に出力する。なお、第１の遅延時間ｓ１および第２の遅延時間ｓ２は、それぞれ一定であり、遅延時間設定部７８によって設定されてよい。パルス生成部７９は、第１の遅延信号ｄ１と第２の遅延信号ｄ２の反転信号との論理積演算を行い、その演算結果をサンプルホールド信号ＳＨ３として位置検出部６に出力する。具体的には、第１の遅延信号ｄ１と第２の遅延信号ｄ２の反転信号とが共にＨレベルのとき、すなわち、第１の遅延信号ｄ１がＨレベルで第２の遅延信号ｄ２がＬレベルのとき、サンプルホールド信号ＳＨ３がＨレベルになる。

以上のように、サンプルホールド信号生成部１２は、駆動信号生成部８で生成される下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを用いてモータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間を生成し、さらに遅延時間設定部７８で設定される第１および第２の遅延時間ｓ１，ｓ２により、サンプルホールド信号ＳＨ３のパルス幅を制御して出力する。このようにして生成されたサンプルホールド信号ＳＨ３を用いてモータ２の中性点電圧Ｖｃのサンプルホールド動作を行いロータの磁極位置検出を行う。この一連の動作は実施の形態１と同じであるため説明は省略する。なお、論理積回路７５は、第１のオン期間検出回路を構成し、パルス生成部７９は、第２のオン期間検出回路を構成する。

以上より、本実施の形態３では、サンプルホールド信号ＳＨ３を駆動信号生成部８で生成される下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬからディジタル的に生成可能であり、実施の形態１で説明された構成と比較して、より精度良くサンプルホールド信号ＳＨ３のタイミング制御が行えるという利点がある。

なお、本実施の形態３ではモータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間でサンプルホールド信号ＳＨ３を生成する構成としたが、モータ駆動部４の上側アームを構成する各相パワートランジスタ２１〜２３が全てオンとなる期間でサンプルホールド信号ＳＨ３を生成する構成としてもよい。この場合、駆動信号生成部８で生成される上側駆動信号ＵＵ，ＶＵ，ＷＵをサンプルホールド信号生成部１２に入力する構成とすればよい。なおこの時、位置検出部６に入力する基準電圧Ｖｒの値はＶＭに設定する必要がある。

また、指令電圧生成部７で生成される３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷの振幅は誤差増幅信号Ｖａにより制御され、誤差増幅信号Ｖａは制御部９からのトルク指令信号ＥＣに応じて変動する。論理積回路７５の出力であるＡＬ信号のパルス幅は３相指令電圧の振幅に依存し、つまり、トルク指令信号ＥＣに依存している。したがって、遅延時間設定部７８の第１の遅延時間ｓ１および第２の遅延時間ｓ２を適切に調整しなければ、場合によってはモータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間を生成することが不可能となる。よって、トルク指令信号ＥＣに応じて遅延時間設定部７８の第１の遅延時間ｓ１および第２の遅延時間ｓ２を可変出力するような構成とすれば、より精度良くサンプルホールド信号ＳＨ３を生成することが可能となる。図２６は、そのような場合のモータ駆動装置７１の構成例を示すブロック図であり、図２７は、図２６に示されたサンプルホールド信号生成部１２の構成例を示す回路図である。図２６及び図２７に示されるように、制御部９から出力されたトルク指令信号ＥＣは、サンプルホール信号１２の遅延時間設定部７８に入力される。また、想定される３相指令電圧の最大振幅に対して遅延時間設定部７８の第１の遅延時間ｓ１および第２の遅延時間ｓ２を予め設定しておく構成としてもよい。その他、サンプルホールド信号生成部１２は、駆動信号生成部８で生成される下側駆動信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを用いて、モータ駆動部４の下側アームを構成する各相パワートランジスタ２４〜２６が全てオンとなる期間内でサンプルホールド信号ＳＨ３を生成する構成であれば、上記に限らず種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。

なお、本実施形態３によるモータ駆動装置７１では３相指令電圧と三角波信号の電圧を比較することによりＰＷＭ駆動を行う構成としているが、３相指令電圧を所定の経路に流すべき電流の指令値とし、電流検出部５で検出される電流検出信号が指令値に到達した時点で所定の経路の通流を停止させるような電流ピーク値制御を行う構成としてもよい。以下にこの電流ＰＷＭを用いた駆動方法について説明する。図２８は、電流ＰＷＭを用いたモータ駆動装置の構成例を示す回路図である。図２８に示されたモータ駆動装置８１が、図２３に示された駆動装置７１と異なる点は、誤差増幅器１０及び三角波発生部１１が除去された点、制御部９の出力信号が指令電圧生成部７に、及び電流検出部５の出力信号が駆動信号生成部８にそれぞれ直接入力される点、発振部８５が追加された点である。指令電圧生成部７の３相指令電圧は３相電流の指令値であり、電流検出信号ＣＳが各相電流指令値に到達した時点でその相の電流をオフさせる（ＰＷＭオフ）。発振部８５は所定周期でＰＷＭオンさせるように動作することにより、各相電流を電流指令値に制御する（電流ＰＷＭ）。したがって、各相電流は各相電流指令値によってピーク値が制御された波形となる。駆動信号生成部８は上記動作を行わせるためのモータ駆動部４の各相パワートランジスタ２１〜２６を制御する通電制御信号ＵＵ等を生成する。具体的には以下の通りである。Ｕ相からＶ，Ｗ相に電流が流れていたとする。Ｕ相の電流が電流指令値に到達した場合、Ｕ相上側パワートランジスタ２１をオフさせる（ＰＷＭオフ：所定経路の通流を停止させる）。その後、発振部８５により出力された所定の発振信号Ｖｐに同期するタイミングで再びＵ相上側パワートランジスタ２１をオンさせる。以上のように、Ｕ相の電流が電流指令値に到達するとＵ相上側パワートランジスタ２１をオフさせ、そのＵ相上側パワートランジスタ２１を所定の発振信号Ｖｐの発振周波数に同期したタイミングでオンさせるという動作を繰り返すことにより、Ｕ相電流のピーク値がほぼ一定になるように電流指令値により制御される。Ｖ，Ｗ相についても同様の動作を行う。

本発明にかかるモータ駆動装置および駆動方法は、非通電期間を必要としないロータの磁極位置検出を簡素な構成で実現し、非通電期間の存在が原因となる振動や騒音を低減する略正弦波センサレス駆動が可能であるという効果を有し、センサレス駆動を行うモータ駆動装置および駆動方法等として有用である。

本発明の実施の形態１によるモータ駆動装置１の全体構成例を示す回路図である。 モータ駆動装置１によるモータ２の駆動方法を説明するフローチャートである。 図１の駆動信号生成部８の動作を説明するためのタイミングチャートである。 ３相指令電圧ｓｉｎＵ，ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷ、三角波信号Ｖｔｒｉ、モータ２の中性点電圧Ｖｃ、及びサンプルホールド信号ＳＨ１の関係例を示すタイミングチャートである。 図１のサンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示す回路図である。 図５のサンプルホールド信号生成部１２の各構成要素の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 サンプルホールド信号生成部１２における加算電圧Ｖｘが可変である場合のモータ駆動装置１の構成例を示すブロック図である。 図７に示されたサンプルホールド信号生成部１２の構成例を示す回路図である。 図１の位置検出部６のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１の位置検出部６のサンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１と位置検出信号ＦＧとの関係例を示すタイミングチャートである。 中性点電圧Ｖｃを増幅する場合の位置検出部６の構成例を示す回路図である。 サンプルホールド出力信号ＶｃＳＨ１を増幅する場合の位置検出部６の構成例を示す回路図である。 誘起電圧のピーク位置を検出する場合の位置検出部６の構成例を示す回路図である。 フリーラン検出を用いるモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。 駆動信号生成部８の具体的な構成例を示すブロック図である。 （ａ）は、切替制御部６１が出力する第１の切替制御信号ＣＨ１の変化を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は、第２の切替制御信号ＣＨ２の変化をタイミングチャートである。 強制転流からフリーラン検出を介してセンサレス駆動へ移行するまでの起動方法を説明するフローチャートである。 指令電圧生成部７の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２によるモータ駆動装置１の全体構成例を示す回路図である。 図１９のサンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示す回路図である。 図２０のサンプルホールド信号生成部１２の各構成要素の動作例を説明するためのタイミングチャートである。 図１９の位置検出部６のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３によるモータ駆動装置７１の全体構成例を示す回路図である。 図２３のサンプルホールド信号生成部１２の具体的な構成例を示すブロック図である。 図２４のサンプルホールド信号生成部１２の各構成要素の動作を説明するためのタイミングチャートである。 第１の遅延時間ｓ１および第２の遅延時間ｓ２を可変にする場合のモータ駆動装置７１の構成例を示すブロック図である。 図２６に示されたサンプルホールド信号生成部１２の構成例を示す回路図である。 電流ＰＷＭを用いたモータ駆動装置の構成例を示す回路図である。 従来のモータ駆動装置２０１の全体構成例を示す回路図である。 図２９の従来のモータ駆動装置２０１の位置検出部２０６のサンプルホールド動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ モータ駆動装置
２ モータ
３ 電源
４ モータ駆動部
５ 電流検出部
６ 位置検出部
７ 指令電圧生成部
８ 駆動信号生成部
９ 制御部
１０ 誤差増幅部
１１ 三角波発生部
１２ サンプルホールド信号生成部
２１〜２６ パワートランジスタ
ｄ２１〜ｄ２６ パワーダイオード
３１ サンプルホールド回路
３２ ローパスフィルタ
３３ 比較器
３４ スイッチ
３５ コンデンサ

Claims (25)

1. 多相モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、
   前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、
   前記中性点電圧信号の電圧が所定の第１の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と、
   周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成部と、
   前記周期信号を用いて前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と
   を備えるモータ駆動装置。
2. 前記周期信号は正弦波信号であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記中性点電圧検出部は、さらに、フィルタを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記電圧タイミング検出部は、前記中性点電圧信号の電圧と前記第１の電圧とを比較する比較部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
5. 前記中性点電圧検出部は、さらに、フィルタを備え、
   前記電圧タイミング検出部は、さらに、
   前記フィルタの出力信号の変化率を検出し、変化率信号を生成する変化率検出部と、
   前記変化率信号の電圧と所定の第２の電圧とを比較する比較部と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
6. 前記中性点電圧検出部は、さらに、増幅部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動装置。
7. 前記中性点電圧検出部は、前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動装置。
8. 前記中性点電圧検出部は、さらに、搬送波を生成する搬送波生成部を備え、
   前記周期信号生成部は、各相に対応する周期信号を生成し、
   前記駆動信号生成部は、前記各相に対応する周期信号を前記搬送波で変調することにより、前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、
   前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記各相に対応する全ての周期信号の電圧よりも大きい期間に含まれる前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記中性点電圧検出部は、さらに、
   前記並列回路に流れる電流を検出し、電流検出信号を生成する電流検出部と、
   前記電流検出信号の電圧と所定の第３の電圧との差を増幅して、誤差増幅信号を生成する誤差増幅部と
   を備え、
   前記周期信号生成部は、前記誤差増幅信号の電圧に応じた振幅を有する前記各相に対応する周期信号を生成することを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 前記周期信号生成部は、前記誤差増幅信号の電圧に等しい応じた振幅を有する前記各相に対応する周期信号を生成し、
    前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記誤差増幅信号の電圧よりも大きい期間に含まれる前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
11. 前記サンプルホールド回路は、さらに、前記誤差増幅信号の電圧に所定の正の電圧を加算して、加算電圧を生成する加算部を備え、
    前記サンプルホールド回路は、前記搬送波の電圧が前記加算電圧よりも大きい期間に含まれる前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
12. 前記サンプルホールド回路は、さらに、前記搬送波の位相を反転し、反転信号を生成する位相反転部を備え、
    前記サンプルホールド回路は、前記反転信号の電圧が前記加算電圧よりも大きい期間に含まれる前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドすることを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動装置。
13. 前記サンプルホールド回路は、入力された前記高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子を駆動する駆動信号から前記高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンするオン期間を検出し、オン期間検出信号を生成する第１のオン期間検出回路を備えることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
14. 前記オン期間検出信号は、前記オン期間か否かに応じてレベルが変化する２値の信号であり、 前記サンプルホールド回路は、さらに、
    前記オン期間検出信号を所定の第１の遅延時間だけ遅延させ、第１の遅延信号を生成する第１の遅延回路と、
    前記第１の遅延信号を所定の第２の遅延時間だけ遅延させ、第２の遅延信号を生成する第２の遅延回路と、
    前記第１及び第２の各遅延信号を用いて、前記第１の遅延信号における所定のレベル変化からの前記第２の遅延時間を前記第１の期間として検出する第２のオン期間検出回路と
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載のモータ駆動装置。
15. さらに、
    前記並列回路に流れる電流の値を検出し、電流検出信号を生成する電流検出部と、
    所定の発振周波数で発振する発振部と
    を備え、
    前記周期信号生成部は、各相に対応する周期信号を生成し、
    前記各相に対応する周期信号は、その相に対応する前記直列回路の高電位側又は低電位側のスイッチング素子に流れる電流の最大値を示し、
    前記駆動信号生成部は、前記並列回路に前記最大値よりも大きい電流が流れると、その電流が流れているスイッチング素子をオフする一方、オフしたスイッチング素子を前記発振周波数に同期したタイミングで再びオンすることにより、そのスイッチング素子のオンオフを繰り返すように前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動装置。
16. 前記中性点電圧検出部は、前記第１の期間において前記多相モータの中性点の電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路を備える請求項１５に記載のモータ駆動装置。
17. さらに、前記モータ駆動部における全ての各スイッチング素子がオフされるフリーラン期間に、少なくとも１つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点に現れる誘起電圧のゼロクロス点のタイミングを検出し、ゼロクロスタイミング信号を生成するゼロクロスタイミング信号生成部を備え、
    前記周期信号生成部は、前記電圧タイミング信号及び前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記周期信号の位相を制御することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のモータ駆動装置。
18. 前記ゼロクロスタイミング信号生成部は、前記フリーラン期間に、少なくとも１つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点の電圧と前記中性点の電圧とが一致するタイミングを検出し、前記ゼロクロスタイミング信号を生成することを特徴とする請求項１７に記載のモータ駆動装置。
19. 前記駆動信号生成部は、
    周期が一定若しくは周期が所定の変化率で変化する強制周期信号を出力する強制周期信号出力部と、
    前記周期信号生成部によって生成された周期信号と前記強制周期信号のいずれか一方を選択して出力する第１の選択部と、
    前記第１の選択部から出力された前記周期信号又は前記強制周期信号を前記搬送波で変調することにより、前記モータ駆動部の各スイッチング素子を駆動する第１の駆動信号を生成して出力する第１の駆動信号出力部と、
    前記モータ駆動部の全てのスイッチング素子をオフさせる第２の駆動信号を出力する第２の駆動信号出力部と、
    前記第１及び第２の各駆動信号出力部のいずれか一方の出力信号を選択して出力する第２の選択部と、
    前記第１及び第２の各選択部の選択動作を制御する選択制御部と
    を備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のモータ駆動装置。
20. 前記選択制御部は、前記第１及び第２の各選択部の選択動作を、起動してからの経過時間に応じて制御することを特徴とする請求項１９に記載のモータ駆動装置。
21. 前記選択制御部は、前記第１及び第２の各選択部の選択動作を、前記多相モータの回転速度に応じて制御することを特徴とする請求項１９に記載のモータ駆動装置。
22. 多相モータの中性点電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、前記多相モータのロータ磁極位置を検出するロータ磁極位置検出装置であって、
    高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を備えるモータ駆動部と、
    前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出部と、
    前記中性点電圧信号の電圧が前記所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出部と
    を備えるロータ磁極位置検出装置。
23. 多相モータを駆動するモータ駆動方法であって、
    前記多相モータは、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を複数個並列に接続した並列回路を有するモータ駆動部を備え、
    前記並列回路における高電位側又は低電位側にある全てのスイッチング素子がオンする期間に含まれる所定の期間において前記多相モータの中性点の電圧を検出し、前記多相モータのコイルに発生する誘起電圧に含まれる３Ｎ倍高調波成分（Ｎは正の整数）である中性点電圧信号を生成する中性点電圧検出ステップと、
    前記中性点電圧信号の電圧が所定の電圧になるタイミングを検出し、電圧タイミング信号を生成する電圧タイミング検出ステップと、
    周期的に変化する周期信号を生成し、その周期信号の位相を前記電圧タイミング信号に基づいて制御する周期信号生成ステップと、
    前記周期信号を用いて前記各スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと
    を含むモータ駆動方法。
24. さらに、前記中性点電圧検出ステップの前に、
    前記並列回路における各スイッチング素子を強制的に駆動する強制駆動ステップと、
    前記並列回路における全てのスイッチング素子をオフするオフステップと、
    前記スイッチング素子をオフしている間に、少なくとも１つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点に現れる誘起電圧のゼロクロス点のタイミングを検出し、ゼロクロスタイミング信号を生成するゼロクロスタイミング信号生成ステップと
    を含み、
    前記周期信号生成ステップにおいて、前記電圧タイミング信号及び前記ゼロクロスタイミング信号に基づいて、前記周期信号の位相が制御されることを特徴とする請求項２３に記載のモータ駆動方法。
25. 前記ゼロクロスタイミング信号生成ステップにおいて、前記スイッチング素子をオフしている間に、少なくとも１つの前記直列回路における高電位側及び低電位側の各スイッチング素子の接続点の電圧と前記中性点の電圧とが一致するタイミングを検出し、前記ゼロクロスタイミング信号を生成することを特徴とする請求項２４に記載のモータ駆動方法。

Images