JP5230257B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置にかかり、特に、ブラシレスモータ等のモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

ブラシレスモータ等のモータでは、一般的に回転子の位置を検出する必要があり、ホール素子等の磁気センサを用いて回転子の位置を検出する。しかしながら、センサを設けることによって、センサの使用環境の制約を受けやすく、モータの配線が増え、さらにモータのスペースや部品点数などの面から、種々の弊害を生じることがある。

そこで、ホール素子等のセンサを設けずに、モータを駆動制御する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、回転子の角度による各相間のインダクタンスの相違を利用して、異なる相間のインダクタンスを求め、予め記憶しておいた関係から電気角を求めることが提案されている。具体的には、電流検出器を用いて停止状態での回転子の位置を検出することが提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電流検出器が別途必要となってしまうので、特許文献２や特許文献３に記載の技術などが開発された。

特許文献２に記載の技術では、界磁巻線に電源電圧を印加して各相に誘起される電圧から回転子角度を演算して、演算した回転子角度に基づいて、電機子巻線への通電を開始するようにしている。また、初期角度の推定値から次の通電相切替までの時間を推定して通電相を切り替えることによって磁極位置センサを用いることなく電機子の駆動制御を行うことが提案されている。

また、特許文献３に記載の技術では、パルス電圧をモータに印加したときの中性点電位を測定して、インダクタンス値を調べて総合回転角を求めることが提案されている。
特開平７−１７７７８８号公報 特開２００５−１２９５２号公報 特表２００１−５１６１９８号公報

しかしながら、特許文献２、３の何れの技術も中性点を取り出す必要があり、デルタ結線では実現不可能である。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、中性電位の存在しないデルタ結線のブラシレスモータにも適用可能なセンサレス方式のモータ駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、３相以上の複数相の電機子巻線に電力を順次印加することによって回転子を回転するモータと、複数のスイッチング素子のオンオフにより直流電力を交流電力に変換して前記モータに印加するためのスイッチング素子群と、前記回転子の回転を制御するために前記スイッチング素子群を制御する制御手段と、前記回転子が回転しない程度の電力を前記モータに印加するように前記制御手段が前記スイッチング素子群を制御した際の前記電機子巻線の端子電圧を検出し、検出結果に基づいて前記電機子巻線に対する前記回転子の相対角度を導出する導出手段と、を備え、前記導出手段が、前記制御手段によって前記電機子巻線の端子のうち１端子が無接続とされ、残りの端子がマイナス電位又はプラス電位に接続するように制御されているときの無接続となっている端子電圧に基づく第１電位と、前記制御手段によって前記電機子巻線の端子のうち１端子がプラス電位に接続され、残りの端子のうち１端子がマイナス電位に接続され、残りの端子が無接続となるように制御されているときの無接続となっている端子電圧に基づく第２電位と、に基づいて、前記電機子巻線のインピーダンス交流成分の比を求め、求めた比から前記相対角度を導出することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、モータは、３相以上の複数相の電機子巻線に電力を順次印加することによって回転子が回転され、スイッチング素子群は、複数のスイッチング素子をオンオフすることにより直流電力を交流電力に変換してモータに印加する。

そして、制御手段では、回転子の回転を制御するためにスイッチング素子群が制御され、これによってモータが駆動される。

ところで、複数相の電機子巻線を有するモータでは、モータを駆動するためには、電機子巻線に対する回転子の相対角度を検出する必要がある。一方、電機子巻線と回転子は、電機子巻線に対する回転子の相対角度に応じて各相の電機子巻線のインダクタンスが変化するため各相のインピーダンスが変化する。

そこで、導出手段では、回転子が回転しない程度の電力をモータに印加するように制御手段がスイッチング素子群を制御した際の電機子巻線の端子電圧を検出する。そして、検出した端子電圧に基づいて電機子巻線に対する回転子の相対角度を導出する。これによってモータを駆動制御することが可能となる。

すなわち、回転子が回転しない程度の電力を電機子巻線に印加した際の端子電圧を検出するので、中性点電位を取り出す必要がないため、スター結線及びデルタ結線の双方に適用できる。従って、中性電位の存在しないデルタ結線のブラシレスモータにも適用可能なセンサレス方式のモータ駆動回路を提供することができる。

また、導出手段が、電機子巻線の端子のうち１端子が無接続とされ、残りの端子がマイナス電位に接続されるように制御手段によってスイッチング素子群が制御されたときの無接続となっている端子電圧に基づく第１電位と、電機子巻線の端子のうち１端子がプラス電位に接続され、残りの端子のうち１端子がマイナス電位に接続され、残りの端子が無接続となるように制御手段によってスイッチング素子群が制御されたときの無接続となっている端子電圧に基づく第２電位と、に基づいて、電機子巻線のインピーダンス交流成分の比を求めることにより、当該インピーダンス比から電機子巻線に対する回転子の相対角度を導出することが可能となる。

或いは、導出手段が、電機子巻線の端子のうち１端子が無接続とされ、残りの端子がプラス電位に接続されるように制御手段によってスイッチング素子群が制御されたときの無接続となっている端子電圧に基づく第１電位と、電機子巻線の端子のうち１端子がプラス電位に接続され、残りの端子のうち１端子がマイナス電位に接続され、残りの端子が無接続となるように制御手段によってスイッチング素子群が制御されたときの無接続となっている端子電圧に基づく第２電位と、に基づいて、電機子巻線のインピーダンス交流成分の比を求めることにより、当該インピーダンス比から電機子巻線に対する回転子の相対角度を導出することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記導出手段は、前記第２電位から前記第１電位を差し引くことにより、回転子に配置された磁束による前記電機子巻線の誘起電圧を差し引いた前記インピーダンス交流成分の比を求めることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、回転子が回転することによって各相の電機子巻線に誘起電圧が発生するので、導出手段が、第２電位から第１電位を差し引くことにより、回転子の磁束による電機子巻線の誘起電圧を差し引いたインピーダンス交流成分の比を求めることで、誘起電圧分を除外したインピーダンス交流成分の比を求めることが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記導出手段は、検出すべき前記電機子巻線の端子電圧の検出可能な期間が、電圧サンプリング周期より小さい場合、前記電機子巻線の端子電圧の発生期間が電圧サンプリング周期より大きくなるまで、プラス電位への接続期間又はマイナス電位への接続期間を調整することで、前記電機子巻線の端子電圧の検出を行うことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、検出すべき電機子巻線の端子電圧の検出可能な期間が、電圧サンプリング周期より小さい場合には、各相のインピーダンス交流成分の比を求めることができないので、導出手段が、電機子巻線の端子電圧の発生期間が電圧サンプリング周期より大きくなるまで、プラス電位への接続期間又はマイナス電位への接続期間を調整することで、電機子巻線の端子電圧の検出が可能となる。

なお、請求項４に記載の発明のように、前記導出手段は、無接続となっている前記電機子巻線の端子のプラス側から見た前記第２電位から、無接続となっている前記電機子巻線の端子のプラス側から見た前記第１電位を差し引いた電位差と、無接続となっている前記電機子巻線の端子のマイナス側から見た前記第２電位から、無接続となっている前記電機子巻線の端子のマイナス側から見た前記第１電位を差し引いた電位差と、を比較することによって、前記インピーダンス交流比を求めるようにしてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、電機子巻線の接続はデルタ結線を適用してもよい。すなわち、デルタ結線でもセンサレスでモータを駆動することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わるブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。

ブラシレスモータ１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線がスター結線（Ｙ結線）された３相電機子巻線と回転子とから構成されている。３相電機子巻線の各相Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ１２０°のピッチで配置されており、ブラシレスモータ駆動装置１０のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式のインバータを構成するスイッチング素子群１４の出力端と接続されている。

スイッチング素子群１４は直流電源１６と接続され、コンデンサＣが並列に接続されている。３相電機子巻線は、スイッチング素子群１４のトランジスタにより３相電機子巻線の各相に所定のタイミングで通電切替されることで、回転磁界が形成される。

スイッチング素子群１４を構成するスイッチング素子としての３対（計６個）のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６は、３相ブリッジ接続され、各トランジスタには並列にダイオードＤが接続されている。

更に、ブラシレスモータ駆動装置１０には、ブラシレスモータ１２の駆動を制御するコントローラ１８、及びブラシレスモータ１２の回転子の位置を検出するためのオブザーバ２０が設けられている。

コントローラ１８は、３相ブリッジ接続された各トランジスタが接続されていると共に、オブザーバ２０が接続されており、オブザーバ２０によって検出されたブラシレスモータ１２の回転子の位置（電機子巻線に対する回転子の相対角度）に応じて各トランジスタを制御することによって、ブラシレスモータ１２の駆動を制御する。

オブザーバ２０は、ブラシレスモータ１２の各相の電機子巻線（端子Ａ〜Ｃ）に接続されており、電機子巻線の端子電圧を検出することで、３相電機子巻線に対する回転子の相対角度を検出して、検出結果をコントローラ１８に出力する。具体的には、オブザーバ２０は、電機子巻線の端子電圧をサンプルホールドし、別にサンプルホールドした端子電圧を比較するためのコンパレータを含んでいる。なお、オブザーバ２０による３相電機子巻線に対する回転子の相対角度の検出方法については後述する。

ところで、ブラシレスモータは、回転子の磁極位置に同期して、３相電機子巻線の各相への通電を切り替えるため、回転子の位置を検出する必要があり、一般的には、ホール素子等のセンサを用いて検出するが、本実施の形態では、回転子の位置の検出を行う際には、ホールセンサ等のセンサを用いないセンサレスで３相電機子巻線と回転子の相対角度を検出するようにしている。

ここで、本発明の実施の形態に係わるブラシレスモータ駆動装置１０における３相電機子巻線と回転子の相対角度の検出方法について説明する。

ブラシレスモータ１２は、３相電機子巻線と回転子の相対角度によってインダクタンスが変化し、突極比（インダクタンスの最大値と最小値の比）を有する。インダクタンス変化の周期は、図２（Ａ）に示すように、回転子のＮ極とＳ極によって変化し、モータの電気角３６０度区間で２周期発生する。３相ブラシレスモータ１２のインダクタンス波形は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相がそれぞれ電気角１２０度ずらして配置されているため、図２（Ｂ）に示すように、各相毎に１２０度の位相差のある波形となる。すなわち、３相電機子巻線と回転子の相対角度に応じて相毎の巻線のインピーダンス値が異なるから、どの線間に電圧を印加するかによって中性点電位波形が異なる。

そこで、本実施の形態では、各相のインダクタンス変化によって発生するインピーダンス変化から各相のインピーダンスの比を求める。

例えば、コントローラ１８によってトランジスタＴＲ１、ＴＲ４をオンすることで、図３（Ｂ）に示すように、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）に直流電源１６のブラス電圧を印加し、Ｖ相の電機子巻線（端子Ｂ）をＧＮＤ接続し、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）を無接続とする。この状態のプラス電位からＷ相の電機子巻線の端子Ｃの電位差を観ると、Ｖｎ１’＝プラス電圧×Ｕ相インピーダンス／（Ｕ相インピーダンス＋Ｖ相インピーダンス）の電圧が発生する。また、ＧＮＤからＷ相の電機子巻線の端子Ｃの電位差を観ると、Ｖｎ２’＝プラス電圧×Ｖ相インピーダンス／（Ｕ相インピーダンス＋Ｖ相インピーダンス）の電圧が発生する。すなわち、電圧Ｖｎ１’及び電圧Ｖｎ２’をオブザーバ２０が検出することで、Ｕ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスとの比を求めることができる。この時、電機子巻線の誘起電圧の変化分を除いた電圧変化分のみを抽出するために、コントローラ１８によってトランジスタＴＲ２、ＴＲ４をオンすることで、図３（Ａ）に示すように、Ｕ相及びＶ相の電機子巻線（端子Ａ、Ｂ）をＧＮＤ接続し、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）を無接続とする。そして、電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２をそれぞれ検出し、電圧Ｖｎ’１、Ｖｎ’２から電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２をそれぞれ差し引いて比を求める。これによって（１）式に示すように、Ｕ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＶ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比を求めることができる。

（Ｖｎ’１−Ｖｎ１）：（Ｖｎ’２−Ｖｎ２）≒Ｚｕ_ＡＣ成分：Ｚｖ_ＡＣ成分
・・・（１）

また、同様に、コントローラ１８によってトランジスタＴＲ３、ＴＲ６をオンすることで、図３（Ｄ）に示すように、Ｖ相電機子巻線（端子Ｂ）に電源電圧のプラス電圧を印加し、Ｗ相の電機子巻線（端子Ｃ）をＧＮＤ接続し、Ｕ相の電機子巻線を無接続とする。この状態のプラス電位からＵ相の電機子巻線の端子Ａの電位差を観ると、Ｖｎ３’＝プラス電圧×Ｖ相インピーダンス／（Ｖ相インピーダンス＋Ｗ相インピーダンス）の電圧が発生する。また、ＧＮＤからＵ相の電機子巻線の端子Ａの電位差を観ると、Ｖｎ４’＝プラス電圧×Ｗ相インピーダンス／（Ｖ相インピーダンス＋Ｗ相インピーダンス）の電圧が発生する。そして、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線の誘起電圧の変化分を除いた電圧変化分のみを抽出するために、コントローラ１８によってトランジスタＴＲ４、ＴＲ６をオンすることで、図４（Ｃ）に示すように、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線（端子Ｂ、Ｃ）をＧＮＤ接続し、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）を無接続とする。そして、電圧Ｖｎ３、Ｖｎ４をそれぞれ検出して、電圧Ｖｎ’３、Ｖｎ’４から電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２をそれぞれ差し引いて比を求めることで、（２）式に示すように、Ｖ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＷ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比を求めることができる。

（Ｖｎ’３−Ｖｎ３）：（Ｖｎ’４−Ｖｎ４）≒Ｚｖ_ＡＣ成分：Ｚｗ_ＡＣ成分
・・・（２）

従って、（１）、（２）式から、Ｕ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＶ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＷ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比を求めることができる。

そして、各相のインピーダンス比から周知の技術を用いることによって３相電機子巻線と回転子の相対角度を導出することが可能となる。

本実施形態では、以上の動作をコントローラ１８及びオブザーバ２０がキャリア周期で行うことで、キャリア周期で３相電機子巻線と回転子の相対角度をセンサレスで検出することができる。

次に、上述の３相電機子巻線と回転子の相対角度の検出方法を用いてコントローラ１８及びオブザーバ２０でキャリア周期で行われる具体的な処理の流れについて説明する。なお、以下では、上述の例と同様に、Ｗ相の電機子巻線を無接続とした場合とＵ相の電機子巻線を無接続とした場合を例を挙げて説明するが、無接続にする電機子巻線は、Ｕ相及びＷ相に限るものではない。

まず、コントローラ１８が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１２に印加するようにトランジスタＴＲ２、ＴＲ４をオンすることによって、Ｕ相及びＶ相の電機子巻線（端子Ａ、Ｂ）をＧＮＤ接続、Ｗ相電機子巻線（端子Ｃ）を無接続とし（図３（Ａ））、オブザーバ２０が電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２を検出した後に、コントローラ１８が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１２に印加するようにトランジスタＴＲ１、ＴＲ４をオンすることによって、Ｕ相電機子巻線（端子Ａ）をプラス電位接続、Ｖ相電機子巻線（端子Ｂ）をＧＮＤ接続、Ｗ相電機子巻線（端子Ｃ）を無接続として、オブザーバ２０が電圧Ｖｎ１’、Ｖｎ２’を検出する（図３（Ｂ））。

すなわち、図３（Ａ）の状態から図３（Ｂ）の状態に切り替えることによって電圧を発生し易くして、これをオブザーバ２０が検出することで、上述したように、Ｕ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスの比をオブザーバ２０が求めることができる。

また、コントローラ１８が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１２に印加するようにトランジスタＴＲ４、ＴＲ６をオンすることによって、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線（端子Ｂ、Ｃ）をＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線（端子Ａ）を無接続とし（図３（Ｃ））、オブザーバ２０が電圧Ｖｎ３、Ｖｎ４を検出した後に、コントローラ１８が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１２に印加するようにトランジスタＴＲ３、ＴＲ６をオンすることによって、Ｖ相電機子巻線（端子Ｂ）をプラス電位接続、Ｗ相電機子巻線（端子Ｃ）をＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線（端子Ａ）を無接続として、オブザーバ２０が電圧Ｖｎ３’、Ｖｎ４’を検出する（図３（Ｄ））。

すなわち、図３（Ｃ）の状態から図３（Ｄ）の状態に切り替えることによって電圧を発生し易くして、これをオブザーバ２０が検出することによって、上述したように、Ｖ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスの比をオブザーバ２０が求めることができる。

そして、求めたＵ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスの比、及びＶ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスの比からＵ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスとの比をオブザーバ２０が求め、求めた３相のインピーダンス比から周知技術を用いて３相電機子巻線と回転子の相対角度を導出する。これによって、ホールセンサ等のセンサを用いることなく、３相電機子巻線に対する回転子の相対角度を検出することができる。

なお、永久磁石同期機の場合、駆動中は巻線に誘起電圧が発生するため、無接続相の電機子巻線の端子電圧に対して、誘起電圧成分を差し引く必要があり、上記の実施の形態では、図３（Ｂ）の状態の端子電圧と図３（Ａ）の状態の端子電圧の差分、図３（Ｄ）の状態の端子電圧と図３（Ｃ）の状態の端子電圧の差分によって誘起電圧成分を差し引くようにしたが、これに限るものではなく、例えば、元々測定しておいた誘起電圧値を用いてもよいし、誘起電圧定数を使って誘起電圧を算出するようにしてもよいし、駆動中に誘起電圧を測定できればその値を用いるようにしてもよい。

また、必要な位置情報を含めた電位の発生周期が電圧サンプリング周期より短い場合、すなわち、Ａ／Ｄ変換等の処理を含めてインピーダンス比を求めるための処理等が間に合わないような場合には、電機子巻線端子電圧の発生期間が電圧サンプリング周期より大きくなるまで、プラス電位への接続期間又はマイナス電位への接続期間を調整することで、電機子巻線の端子電圧の検出が可能となり、電圧検出が可能な期間を延ばすことができる。

また、上記の実施の形態で説明したセンサレスのブラシレスモータの駆動は、モータの全駆動領域（トルク−回転数の領域）で実施してもよいが、これに限るものではなく、例えば、駆動の途中で、誘起電圧を使った公知の種々のセンサレス方式に切り替えるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、３相電機子巻線がスター結線された例について説明したが、３相電機子巻線がデルタ結線されたものを適用するようにしてもよい。

ここで、３相電機子巻線がデルタ結線された変形例について説明する。図４は、３相電機子巻線がデルタ結線された場合のブラシレスモータ駆動装置１１の概略構成図である。なお、上記の実施の形態と同一構成については同一符号を付して説明する。

ブラシレスモータ１３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線がデルタ結線された３相電機子巻線と回転子とから構成されている。３相電機子巻線の各相Ｕ、Ｖ、Ｗは、上記の実施の形態と同様に、それぞれ１２０°のピッチで配置されており、ブラシレスモータ駆動装置１３のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式のインバータを構成するスイッチング素子群１４の出力端と接続されている。

スイッチング素子群１４は直流電源１６と接続され、コンデンサＣが並列に接続されている。３相電機子巻線は、スイッチング素子群１４のトランジスタにより３相電機子巻線の各相に所定のタイミングで通電切替されることで、１２０°方形波通電の回転磁界が形成される。

スイッチング素子群１４を構成するスイッチング素子としての３対（計６個）のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６についても、上記の実施の形態と同様に、３相ブリッジ接続され、各トランジスタには並列にダイオードＤが接続されている。

更に、上記の実施の形態と同様に、ブラシレスモータ駆動装置１１には、ブラシレスモータ１３の駆動を制御するコントローラ２２、及びブラシレスモータ１３の回転子の位置を検出するためのオブザーバ２４が設けられている。

このように３相電機子巻線がデルタ結線された場合でも上記の実施の形態と同様に、インピーダンス比を求めることで、３相電機子巻線と回転子の相対角度を検出することができる。

例えば、コントローラ２２によってトランジスタＴＲ１、ＴＲ６をオンすることで、図５（Ｂ）に示すように、Ｕ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｆをプラス電位接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＥをＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄを無接続とする。この状態のプラス電位から観たＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間（端子Ｄ）の端子電圧Ｖｎ１’と、ＧＮＤから観たＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間（端子Ｄ）の端子電圧Ｖｎ２’をオブザーバ２４が検出することで、Ｕ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスとの比を求めることができる。また、この時、上記の実施の形態と同様に、電機子巻線の誘起電圧の変化分を除いた電圧変化分のみを抽出するために、コントローラ２２によってトランジスタＴＲ２、ＴＲ６をオンすることで、図５（Ａ）に示すように、Ｕ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｆ、及びＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＥをＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄを無接続として、プラス電位から観たＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間（端子Ｄ）の端子電圧Ｖｎ１と、ＧＮＤから観たＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間（端子Ｄ）の端子電圧Ｖｎ２をオブザーバ２４が検出して、電圧Ｖｎ１’、Ｖｎ２’から電圧Ｖｎ１、Ｖｎ１をそれぞれ差し引いて比を求める。これによって（１）、式に示したようにＵ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＶ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比をより正確に求めることができる。

また、同様に、コントローラ２２によってトランジスタＴＲ２、ＴＲ３をオンすることで、図５（Ｄ）に示すように、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄをプラス電位接続、Ｗ相電機子巻線とＵ相電機子巻線間の端子ＦをＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｅを無接続とする。この状態のプラス電位から観たＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間（端子Ｅ）の端子電圧Ｖｎ３’と、ＧＮＤから観たＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間（端子Ｅ）の端子電圧Ｖｎ４’をオブザーバ２４が検出することで、Ｖ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスとの比を求めることができる。また、この時、上記の実施の形態と同様に、電機子巻線の誘起電圧の変化分を除いた電圧変化分のみを抽出するために、コントローラ２２によってトランジスタＴＲ２、ＴＲ４をオンすることで、図５（Ｃ）に示すように、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄ、及びＵ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＦをＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｅを無接続として、プラス電位から観たＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間（端子Ｅ）の端子電圧Ｖｎ３と、ＧＮＤから観たＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間（端子Ｅ）の端子電圧Ｖｎ４をオブザーバ２４が検出して、電圧Ｖｎ３’、Ｖｎ４’から電圧Ｖｎ３、Ｖｎ４をそれぞれ差し引いて比を求める。これによって（２）式に示したようにＶ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＷ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比をより正確に求めることができる。

従って、上記の実施の形態のスター結線と同様に、Ｕ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＶ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）とＷ相電機子巻線のインピーダンス（ＡＣ成分）との比を求めることができ、インピーダンス比から周知の技術を用いることによって３相電機子巻線に対する回転子の相対角度を導出することが可能となる。

続いて、変形例のコントローラ２２及びオブザーバ２４でキャリア周期で行われる具体的な処理の流れについて説明する。

まず、コントローラ２２が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１３に印加するようにトランジスタＴＲ２、ＴＲ６をオンすることによって、Ｕ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｆ、及びＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＥをＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄを無接続とし（図５（Ａ））、オブザーバ２４が電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２を検出した後に、コントローラ２２が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１３に印加するようにトランジスタＴＲ１、ＴＲ６をオンすることによって、Ｕ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｆをプラス電位接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＥをＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄを無接続として、オブザーバ２４が電圧Ｖｎ１’、Ｖｎ２’を検出する（図５（Ｂ））。

すなわち、図５（Ａ）の状態から図５（Ｂ）の状態に切り替えることによって電圧を発生し易くして、これをオブザーバ２４が検出することで、上述したように、Ｕ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスの比をオブザーバ２４が求めることができる。

また、コントローラ２２が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１３に印加するようにトランジスタＴＲ２、ＴＲ４をオンすることによって、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄ、及びＵ相電機子巻線とＷ相電機子巻線の端子ＦをＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線の端子Ｅを無接続とし（図５（Ｃ））、オブザーバ２４が電圧Ｖｎ３、Ｖｎ４を検出した後に、コントローラ２２が回転子が回転しない程度の電力をブラシレスモータ１３に印加するようにトランジスタＴＲ２、ＴＲ３をオンすることによって、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄをプラス電位接続、Ｗ相電機子巻線とＵ相電機子巻線間の端子ＦをＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｅを無接続として、オブザーバ２４が電圧Ｖｎ３’、Ｖｎ４’を検出する（図５（Ｄ））。

すなわち、図５（Ｃ）の状態から図５（Ｄ）の状態に切り替えることによって電圧を発生し易くして、これをオブザーバ２４が検出することで、上述したように、Ｖ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスの比をオブザーバ２４が求めることができる。

そして、求めたＵ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスの比、及びＶ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスの比からＵ相電機子巻線のインピーダンスとＶ相電機子巻線のインピーダンスとＷ相電機子巻線のインピーダンスとの比をオブザーバ２４が求め、求めた３相のインピーダンス比から周知技術を用いて３相電機子巻線に対する回転子の相対角度を導出する。これによって、ブラシレスモータ１３の３相電機子巻線がデルタ結線されていても、上記の実施の形態と同様に、３相電機子巻線と回転子の相対角度をセンサレスで検出することができる。

なお、上記の実施の形態及び変形例では、電機子巻線の誘起電圧の変化分を除いた電圧変化分のみを抽出するために、（図３（Ａ）、（Ｃ）、図５（Ａ）、（Ｃ））に示したように、電機子巻線の端子のうち１端子を無接続、残りの端子をマイナス電位に接続するようにしたが、電機子巻線の端子のうち１端子を無接続、残りの端子をプラス電位に接続するようにしてもよい。例えば、スター結線の場合には、図６（Ａ）に示すように、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線（端子Ｂ、Ｃ）をプラス電位に接続し、Ｕ相の電機子巻線（端子Ａ）を無接続とし、デルタ結線の場合には、図６（Ｂ）に示すように、Ｕ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子Ｆ、及びＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間の端子ＥをＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間の端子Ｄを無接続としてもよい。

本発明の実施の形態に係わるブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。 （Ａ）は回転子の回転によって変化するインピーダンス変化を示す図であり、（Ｂ）は回転子の回転によって変化する各相のインピーダンス変化を示す図である。 （Ａ）はＵ相及びＶ相の電機子巻線をＧＮＤし、Ｗ相の電機子巻線を無接続とした状態を示す図であり、（Ｂ）はＵ相の電機子巻線に電源電圧の＋電圧を印加し、Ｖ相の電機子巻線をＧＮＤし、Ｗ相の電機子巻線を無接続とした状態を示す図であり、（Ｃ）はＶ相及びＷ相の電機子巻線をＧＮＤし、Ｕ相の電機子巻線を無接続とした状態を示す図であり、（Ｄ）はＶ相電機子巻線に電源電圧の＋電圧を印加し、Ｗ相の電機子巻線をＧＮＤし、Ｕ相の電機子巻線を無接続とした状態を示す図である。 ３相電機子巻線がデルタ結線された場合のブラシレスモータ駆動装置の概略構成図である。 （Ａ）はＵ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間、及びＶ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間をＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間を無接続とした状態を示す図であり、（Ｂ）はＵ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間を＋電位接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間をＧＮＤ接続、Ｕ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間を無接続とした状態を示す図であり、（Ｃ）はＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間、及びＵ相電機子巻線とＷ相電機子巻線をＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線を無接続とした状態を示す図であり、（Ｄ）はＵ相電機子巻線とＶ相電機子巻線間を＋電位接続、Ｗ相電機子巻線とＵ相電機子巻線間をＧＮＤ接続、Ｖ相電機子巻線とＷ相電機子巻線間を無接続とした状態を示す図である。 （Ａ）はスター結線において電機子巻線の端子のうち１端子を無接続、残りの端子をプラス電位に接続した一例を示す図であり、（Ｂ）はデルタ結線において電機子巻線の端子のうち１端子を無接続、残りの端子をプラス電位に接続した一例を示す図である。

符号の説明

１０、１１・・・モータ駆動装置、１２、１３・・・ブラシレスモータ、１４・・・スイッチング素子群、１６・・・直流電源、１８・・・コントローラ、２０・・オブザーバ

Claims (5)

1. ３相以上の複数相の電機子巻線に電力を順次印加することによって回転子を回転するモータと、
   複数のスイッチング素子のオンオフにより直流電力を交流電力に変換して前記モータに印加するためのスイッチング素子群と、
   前記回転子の回転を制御するために前記スイッチング素子群を制御する制御手段と、
   前記回転子が回転しない程度の電力を前記モータに印加するように前記制御手段が前記スイッチング素子群を制御した際の前記電機子巻線の端子電圧を検出し、検出結果に基づいて前記電機子巻線に対する前記回転子の相対角度を導出する導出手段と、
   を備え、
   前記導出手段が、前記制御手段によって前記電機子巻線の端子のうち１端子が無接続とされ、残りの端子がマイナス電位又はプラス電位に接続するように制御されているときの無接続となっている端子電圧に基づく第１電位と、前記制御手段によって前記電機子巻線の端子のうち１端子がプラス電位に接続され、残りの端子のうち１端子がマイナス電位に接続され、残りの端子が無接続となるように制御されているときの無接続となっている端子電圧に基づく第２電位と、に基づいて、前記電機子巻線のインピーダンス交流成分の比を求め、求めた比から前記相対角度を導出するモータ駆動装置。
2. 前記導出手段は、前記第２電位から前記第１電位を差し引くことにより、回転子に配置された磁石の磁束による前記電機子巻線の誘起電圧を差し引いた前記インピーダンス交流成分の比を求める請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記導出手段は、検出すべき前記電機子巻線の端子電圧の検出可能な期間が、電圧サンプリング周期より小さい場合、前記電機子巻線の端子電圧の発生期間が電圧サンプリング周期より大きくなるまで、プラス電位への接続期間又はマイナス電位への接続期間を調整することで、前記電機子巻線の端子電圧の検出を行う請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記導出手段は、無接続となっている前記電機子巻線の端子のプラス側から見た前記第２電位から、無接続となっている前記電機子巻線の端子のプラス側から見た前記第１電位を差し引いた電位差と、無接続となっている前記電機子巻線の端子のマイナス側から見た前記第２電位から、無接続となっている前記電機子巻線の端子のマイナス側から見た前記第１電位を差し引いた電位差と、を比較することによって、前記インピーダンス交流成分の比を求める請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電機子巻線は、デルタ結線である請求項１〜４の何れか１項に記載のモータ駆動装置。

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