JPH0956193A - センサレスブラシレスｄｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサレスブラシレスＤＣモータの回転子を
回転させることなく、回転子の停止状態下で回転子の磁
極位置を簡易に検出できるようにした。 【構成】 回転子３に形成した非磁性体層６の存在によ
り、回転子３と固定子との間で鎖交する磁束により生じ
る渦電流によって、各相の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
のインピーダンスが変化するするため、まず、最初に高
周波電圧を前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに印加し、
これにより、各相固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに流れる
高周波電流を検出する電流検出手段８と、前記高周波電
流を３相−２相変換して得られる電流情報を演算処理す
る電流演算処理手段と、この電流演算処理手段からの出
力値を用いて推定された回転子位置情報（信号）θｒｅ
を演算処理する回転子位置推定演算手段とを備え、この
回転子位置推定手段にて推定された回転子位置情報θｒ
ｅにてインバータ回路５を駆動制御するようにしたこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子を永久磁石で構
成し、固定子巻線に印加される電圧，電流の位相を制御
して回転トルクを得るようにしたブラシレスＤＣモータ
に係わり、その目的とするところは、特に、回転子の磁
極位置検出をホール素子等の磁極位置検出用センサを使
用することなく、ブラシレスＤＣモータの停止時におけ
る回転子の磁極位置検出を行って、ブラシレスＤＣモー
タを円滑に起動させるに最適なセンサレスブラシレスＤ
Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、ルームエアコンやＯＡ機器をはじ
め幅広い分野でブラシレスＤＣモータが多数使用されて
いる。このブラシレスＤＣモータ（以下、単にＤＣモー
タという）は、理論的に２次銅損が少なく、しかも、制
御特性が良好であるため、その使用範囲は今日拡大の一
途をたどっている。しかし、前記ＤＣモータは従来の直
流電動機が機械的に転流を行うのに対し、電気的なスイ
ッチを利用して転流を行い、同期電動機を駆動する方式
が一般に採用されている。

【０００３】従って、前記ＤＣモータを駆動するには回
転子の磁極位置を検出するためのセンサが不可欠とな
る。前記センサとしては一般にホール素子とか光素子、
あるいはエンコーダ，レゾルバ等の位置検出器が用いら
れている。このため、ＤＣモータの停止時でも、回転子
の磁極位置検出が容易にでき、ＤＣモータの起動時、回
転子の磁極位置に応じて電流を供給する固定子巻線の相
が決められ、ＤＣモータの起動を正常に行うことができ
る反面、前記センサの利用はＤＣモータの小形化を妨げ
る要因となるばかりでなく、センサからの信号を制御装
置に伝える信号線を必要とする結果、ＤＣモータの製造
コスト，小形軽量化，信頼性等について問題があった。

【０００４】一方、最近では前記ＤＣモータの小形化，
コストダウン等をはかるうえから、回転子の磁極位置を
検出するセンサを特別に設けることなく、即ち、センサ
を必要としないセンサレスブラシレスＤＣモータが使用
されている。このセンサレスブラシレスＤＣモータはそ
の回転停止時、回転子の磁極位置が分らないので、先
ず、適当な相に電流を供給して回転子を起動させ、固定
子巻線に生ずる誘起電圧（端子電圧）に基づいて、固定
子巻線の複数相の巻線への通電を順次切換えるように構
成されている。

【０００５】即ち、前記のセンサレスブラシレスＤＣモ
ータは、例えば、複数相の巻線を巻装した固定子と、永
久磁石からなる回転子と、固定子巻線に誘起する電圧を
検出する誘起電圧検出回路と、前記固定子巻線への通電
を制御する通電制御回路とを備え、誘起電圧検出回路か
らの検出出力に基づいて、通電制御回路を制御するよう
に構成していた。そして、固定子及び回転子の相対位置
と固定子巻線からの誘起電圧とは、ともに無関係な起動
用相切換信号（ステップ信号）を、前記通電制御回路又
はその外部の制御回路で作り、この相切換信号に基づい
て複数相の固定子巻線に通電を行って、ランダムな値及
び方向の起動トルクを以て、センサレスブラシレスＤＣ
モータの起動を行うようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記のセンサ
レスブラシレスＤＣモータの起動方式では、固定子と回
転子の相対位置と誘起電圧とはともに無関係に、起動用
相切換信号を通電制御回路又はその外部の回路で作り、
この相切換信号に基づいて、固定子巻線の複数相に通電
を行い、ランダムな値及び方向の起動トルクを以て、セ
ンサレスブラシレスＤＣモータを起動させていたので、
起動時から正常回転時における固定子巻線からの誘起電
圧に基づく相切換状態に移行する点において、センサレ
スブラシレスＤＣモータのトルクが十分な大きさである
とは限らないため、最悪の場合、起動時に回転子の停止
状態を保つような電流が固定子巻線に流れ、センサレス
ブラシレスＤＣモータ自体の起動ができなくなったり、
あるいは、振動的なバックラッシュ（回転子の逆回転）
現象を誘発したりすることがあり、この結果、回転子の
磁極位置によっては、その起動を迅速・確実に行えない
という問題があった。

【０００７】又、前記回転子にバックラッシュ現象が生
じた場合、回転子は一旦逆回転方向に回転した後、固定
子巻線に生じる誘起電圧に基づいて回転子の磁極位置検
出を行ってから、改めて回転子自体を正回転方向に起動
するようにしていたので、回転子の起動から定常回転ま
での始動シーケンスが複雑になるばかりか、前記定常回
転までの時間が不安定、即ち、安定した起動が行えず正
常な定常回転までに時間を要するという問題があった。

【０００８】更に、センサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の磁極位置が正確に検出されていないにもかかわ
らず、固定子巻線の適当な相に電流を通電して起動トル
クを発生させ、これにより回転子を起動させていたの
で、センサレスブラシレスＤＣモータはその回転子の磁
極位置によっては、前記起動トルクが十分に得られない
ばかりか、逆に、不要なトルクによって騒音や振動が発
生するという問題もあった。

【０００９】本発明は、前記の種々な問題点に鑑み、確
実で安定した起動を可能とし、かつ、起動時から正常回
転時までの時間短縮がはかれるように簡素に構成した、
回転停止時におけるセンサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の磁極検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、請求項１の発明においては、センサレ
スブラシレスＤＣモータに用いる永久磁石にて構成した
回転子（例えば、４極）の外表面に、該回転子のＮ極と
Ｓ極とを区分する極間から、前記回転子の正回転方向に
向って所定の角度区間（例えば、電気角８０〜１００
°）、又、回転子の逆回転方向に向って前記正回転方向
側と同様の角度区間にまたがって、導電性の非磁性材料
からなる非磁性体層を形成する。そして、前記センサレ
スブラシレスＤＣモータの固定子巻線の各相に高周波電
圧を印加したとき、前記回転子と固定子との間を鎖交す
る磁束によって、前記回転子の非磁性体層が存在する部
位において、渦電流が発生する手段を具備して回転子を
構成したことを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明においては、前記非磁性体
層を形成する部材として、アルミニウムとか銅等からな
る箔状の導電性非磁性材料を使用し、又、これらアルミ
ニウム等の導電性非磁性材料を用いて非磁性体層を形成
するには、例えば、アルミニウム箔を接着剤にて貼付し
たり、あるいは、導電性非磁性材料の粉末を回転子の非
磁性体層の位置で焼付けたり、更には、銅箔等の非磁性
材料を回転子外周の所定位置に接着シートを介して貼付
するか、印刷，塗装する等して非磁性体層を設け、この
あと、前記銅箔等の非磁性材料の不要部分を腐食液によ
り排除する等して、回転子の所定位置に導電性の非磁性
体層を形成したことを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明においては、センサレスブ
ラシレスＤＣモータの起動時、該モータの回転子が回転
しないとき、例えば、固定子巻線の各相にデューティ比
５０％の高周波電圧を印加したとき、回転子に形成した
非磁性体層の存在により、回転子と固定子との間で鎖交
する磁束により生じる渦電流を流す手段と、前記渦電流
によって、前記各相固定子巻線のインピーダンスが変化
するため、まず、高周波電圧を前記固定子巻線の各相間
に印加し、これにより、各相の固定子巻線間に回転子の
磁極位置に応じて異って流れる高周波電流を検出する電
流検出手段と、前記高周波電流を３相−２相変換して得
られた電流情報を演算処理する電流演算処理手段と、こ
の電流演算処理手段からの出力値を用いて推定された回
転子位置情報（信号）を演算処理する回転子位置推定演
算手段とを備え、この回転子位置推定手段にて推定され
た回転子位置情報をインバータ回路に送出し、該インバ
ータ回路を駆動制御するようにしたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明は、センサレスブラシレスＤＣモータの
起動時、従前のように回転子を適当に起動させることに
よって得られる誘起電圧に基づいて回転子の磁極位置を
検出する場合と全く異なり、回転子を全く回転させるこ
となく、推定された回転子位置情報を生成し、この回転
子位置情報に基づいて回転子が停止しているときでも、
回転子の磁極位置が検出可能となるため、センサレスブ
ラシレスＤＣモータは回転子が停止している状態でも最
適通電位置で通電を開始し得るので、高トルク及び高効
率で起動させることができる。

【００１４】前記のように、センサレスブラシレスＤＣ
モータは、高トルク及び高効率で運転可能な最適通電位
置で、回転子が停止している状態での固定子巻線への通
電が行えるため、回転子がその起動時不意に逆回転した
り、不要なトルクによって騒音や振動を発生させるよう
なことは全くなく、円滑に起動運転を行うことができ利
便である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし７によっ
て説明する。図１は本発明の実施例の全体的な構成を概
略的に示す構成図である。図１において、１はセンサレ
スブラシレスＤＣモータ（以下、ブラシレスモータとい
う）で、星形結線を行った三相の固定子巻線２ｕ，２
ｖ，２ｗを有する図示しない固定子及び永久磁石からな
る回転子３によって構成されている。４は直流電源を示
し、インバータ回路５が接続されている。そして、前記
インバータ回路５は６個のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ を、
それぞれ２個づつ直流電源４に直列接続した直列回路を
三相分設けて構成したもので、Ｕ相用としてトランジス
タＱ₁ とＱ₂ 、Ｖ相用としてトランジスタＱ₃ とＱ₄ 、
Ｗ相用としてトランジスタＱ₅ とＱ₆ が設けられてお
り、更に、前記各相のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ には、逆
起電力回生用のダイオードＤ₁ 〜Ｄ₆ が各トランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₆ に対して並列接続されている。

【００１６】又、前記インバータ回路５は、トランジス
タＱ₁ ，Ｑ₂ の相互接続点にＵ相の固定子巻線２ｕの非
結線端が、トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ の相互接続点にはＶ
相の固定子巻線２ｖの非結線端が、更に、トランジスタ
Ｑ₅ ，Ｑ₆ の相互接続点にＷ相の固定子巻線２ｗの非結
線端がそれぞれ接続されている。そして、前記各トラン
ジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ の各接続点からは、前記トランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₆ を適時オン，オフ信号により駆動させて、直
流電力を３相交流電力に変換し、これを星形結線した固
定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗと永久磁石形の回転子３とか
らなる３相のブラシレスモータ１の前記固定子巻線２
ｕ，２ｖ，２ｗの各相に送出してブラシレスモータ１を
駆動させる。

【００１７】次にブラシレスモータ１の回転子３の構成
について説明する。本発明の実施例に用いられる回転子
３は、４極式においては２つの永久磁石（Ｎ極とＳ極）
が、互いに９０°の機械的な位置ずれをもって形成され
ており、かつ、回転子３の表面（外周面）には、図２で
示すように、回転子３自体のＮ極とＳ極との極間から正
回転方向に向って所定の角度区間（例えば、電気角８０
〜１００°の範囲）、及び回転子３の逆回転方向に向っ
て前記正回転方向と同様の角度区間にまたがって、例え
ば、アルミニウムとか銅箔等薄葉の導電性非磁性材料
を、接着剤を用いて貼着することにより、非磁性体層６
が形成されている。

【００１８】８は、例えば、変流器ＣＴを直流電源４と
インバータ回路５との間に設置することにより構成した
電流検出回路である。この電流検出回路は、インバータ
回路５のトランジスタＱ₅ ，Ｑ₆ をオフ，Ｑ₁ ，Ｑ₄ と
Ｑ₂ ，Ｑ₃ をデューティ比５０％で交互にオン，オフを
繰り返した時（以下ｕ−ｖ通電という）には、ブラシレ
スモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖに流れる高周波電流
の電流値ｉｕｖを検出するものであり、又、前記トラン
ジスタＱ₁ ，Ｑ₂ をオフ，Ｑ₃ ，Ｑ₆ とＱ₄ ，Ｑ₅ をデ
ューティ比５０％で交互にオン，オフを繰り返した時
（以下ｖ−ｗ通電という）には、前記巻線２ｖ，２ｗに
流れる高周波電流の電流値ｉｖｗを検出するものであ
り、更に、前記トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ をオフ，Ｑ₁ ，
Ｑ₆ とＱ₂ ，Ｑ₅ をデューティ比５０％で交互にオン，
オフを繰り返した時（以下ｗ−ｕ通電という）には、前
記巻線２ｗ，２ｕに流れる高周波電流の電流値ｉｗｕを
検出するものである。

【００１９】９は前記電流検出回路８の出力端に接続さ
れて、電流検出回路８にて検出した高周波電流の電流値
ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕを、後述するマイクロコンピュ
ータ１０から出力されるセット信号によって変化する電
流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに変換
して保持する電流値保持回路、即ち、電流検出回路８か
ら入力される電流値を、マイクロコンピュータ１０から
出力されるセット信号を利用して、前記高周波電流の電
流値の最高値と最低値との差に相当する電流値に変換
し、これを保持した状態で順次マイクロコンピュータ１
０に送出する。

【００２０】前記マイクロコンピュータ１０（例えば、
１６〜３２ビットの１チップマイクロコンピュータ、あ
るいは、デジタルシグナルプロセッサ（通称・ＤＳ
Ｐ））には、前記電流値保持回路９から入力される３相
の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに
基づいて、次の処理を行う手段（プログラム）が概略具
備されている。即ち、（１）、電流値保持回路９から入
力される３相の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉ
ｗｕｐ- ｐをアナログ信号からデジタル信号に変換する
手段、（２）、前記デジタル信号に変換された３相の信
号を２相の信号に変換するための３相−２相電流変換手
段、（３）、前記２相の信号に基づいて、ブラシレスモ
ータ１の停止時、回転子３の磁極位置を推定演算する回
転子位置推定演算手段、（４）、回転子位置推定情報に
基づいて、周知のパワートランジスタ駆動回路１１を駆
動させる信号を出力する手段、（５）、電圧波形のデュ
ーティ比５０％の高周波電圧と、ブラシレスモータ１を
駆動させる交流電力をインバータ回路５から出力させる
手段、である。

【００２１】つづいて、前記電流値保持回路９からマイ
クロコンピュータ１０に送出される高周波電流の電流値
ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに基づい
て、前記マイクロコンピュータ１０が処理する内容につ
いて説明する。先ず、電流値保持回路９からマイクロコ
ンピュータ１０に入力される前記３相の電流値ｉｕｖｐ
- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐは、アナログ量であ
るため、これをマイクロコンピュータ１０に格納された
アナログ−デジタル変換手段によって、デジタル量に変
換する。これは、前記電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ-
ｐ，ｉｗｕｐ- ｐをアナログ量のままでコンピュータ処
理を行うと、処理速度の遅延と処理精度の低下を招くた
め、これを未然に回避する関係上デジタル量に変換する
ものである。そして、前記デジタル信号に変換された３
相の信号は、次に示す３相−２相電流変換手段に出力さ
れる。

【００２２】前記３相−２相電流変換手段は、前記３相
の信号を、出力ｉα，ｉβで表示される２相の信号に変
換するもので、即ち、前記３相の電流値として電流値保
持回路９から出力される３相の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉ
ｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐを

【数１】で示す（１）式，（２）式によって演算処理
し、Ｌ字形をなした固定子座標（α−β軸）の２相の信
号に変換するものである。

【００２３】

【数１】

【００２４】そして、前記α軸は例えば、２極のブラシ
レスＤＣモータの場合、図３で示すように、ｉｕｖｐ-
ｐの成分と同一方向の位置（垂直）を示し、又、β軸は
α軸から時計方向に９０°回動した位置（水平）を示
す。一方、後述するように、電流値保持回路９から出力
される電流値ｉｕｖｐ- ｐは図６で示すように、電気角
の１回転を１周期とし、正弦波状に変化する位置θの関
数となり、

【数１】の（３）式で表わすことができる。同様にし
て、ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐはブラシレスＤＣモー
タの相称性を理由として、ｉｕｖｐ- ｐからそれぞれ１
２０°，２４０°位相のずれた関数となり、

【数１】のそれぞれ（４）式，（５）式で表すことがで
きる。従って、

【数１】の（１）式，（２）式を演算処理した結果、前
記ｉαはｉα＝Ａｃｏｓθとなり、ｉβはｉβ＝Ａｓｉ
ｎθとなるため、ｉα，ｉβはブラシレスモータ１の位
置情報を有することになる。即ち、ｉα，ｉβは、回転
子３の停止時その磁極位置を推定演算処理する回転子位
置推定演算手段に、前記ブラシレスモータ１の位置情報
として送出される。なお、前記Ａは図６に示すように電
流値の振幅の最大値を示し、Ｂは電流値の直流分であ
る。

【００２５】次に、マイクロコンピュータ１０に内蔵さ
れた回転子位置推定演算手段について説明する。この回
転子位置推定演算手段に前記３相−２相電流変換手段か
ら入力される電流情報（２相の信号）ｉα_, ｉβは、前
記のように位置情報を有しており、この電流情報ｉα_,
ｉβを利用して次の

【数２】に示す（式）によって位置θを算出する。即
ち、これを例えば、図４を一つの例として回転子の磁極
Ｎの位置θを求める場合を説明すると、例えば、前記電
流情報ｉαとｉβとの比が１対１であれば、次の

【数２】で示す（式）によって位置θを容易に算出する
ことができる。

【００２６】

【数２】

【００２７】前記

【数２】により、図４に示すように、ｉαとｉβの比が
１対１であるときの回転子の磁極Ｎの位置θは、α軸か
ら時計方向に４５°回動した位置に存在することとな
る。

【００２８】前記の

【数２】をベースとし、かつ、電流情報ｉα，ｉβを利
用することにより、回転子３の磁極位置を算出するため
の一般式は

【数３】によって求めることができる。なお、

【数３】で示す一般式は２極のブラシレスモータに応用
した場合である。

【００２９】

【数３】

【００３０】前記

【数３】では２極のブラシレスモータに応用した例で説
明したが、本実施例で用いる４極のブラシレスモータ１
の場合では、機械角度が回転子３の１回転あたり３６０
°となるため、電気角度は１回転あたり３６０°×極数
／２となる。従って、４極のブラシレスモータ１の電気
角度は、３６０°×４／２＝７２０°となる。この結
果、４極のブラシレスモータ１の場合、機械角度θｒｍ
＝電気角度θ／２であり、θ＝９０°のとき、θｒｍ＝
９０°／２＝４５°となる。以後θｒｅ＝電気角度とす
る。そして、マイクロコンピュータ１０内の前記回転子
位置推定演算手段から出力される回転子３の磁極位置を
示す情報、即ち、推定された回転子位置情報（回転子３
の電気角を示す信号）θｒｅは、マイクロコンピュータ
１０と接続されたパワートランジスタ駆動回路１１に送
出（入力）される。

【００３１】前記マイクロコンピュータ１０から出力さ
れる推定された回転子位置情報θｒｅは、パワートラン
ジスタ駆動回路１１に入力され、パワートランジスタ駆
動回路１１を前記回転子位置情報θｒｅによって駆動制
御し、その出力端からインバータ回路５の各トランジス
タＱ₁ 〜Ｑ₆ を、それぞれ前記回転子位置情報θｒｅに
相当する駆動信号により駆動制御させ、インバータ回路
５からブラシレスモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２
ｗに、ブラシレスモータ１の起動時、該ブラシレスモー
タ１を高トルク及び高効率にて円滑に起動させることが
できる交流電力の供給を直流電源４からインバータ回路
５を介して行うことによって、停止状態下のブラシレス
モータ１を最適なトルクで効率よく起動させることがで
きる。

【００３２】次に、本発明の動作について説明する。本
例の場合は、ブラシレスモータ１の起動時、回転子３を
所定方向に円滑に起動させることができるようにしたも
ので、ブラシレスモータ１の起動後については、永久磁
石からなる回転子３の回転に伴う磁気作用により、固定
子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗのうち、非通電の１つの相巻線
に電圧が誘起されるので、この誘起電圧の変化から回転
子３の磁極位置を図示しない公知の検出手段によって検
出し、その回転位置検出信号に基づき回転子３の回転を
制御する点は公知の技術手段を採用すればよいので、そ
の説明は省略する。

【００３３】最初に、マイクロコンピュータ１０からの
指令により直流電源４からインバータ回路５を介してブ
ラシレスモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに、ｕ
−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電を、デューティ比５
０％の回転子３を回転させない高周波電圧を印加するこ
とによってそれぞれ行うと、ブラシレスモータ１の起動
を停止している回転子３にあらかじめ形成されている非
磁性体層６の部位で、前記高周波電圧の印加にともな
い、回転子３と図示しない固定子との間で鎖交する磁束
によって渦電流が流れ、前記回転子３の位置によって、
前記渦電流によって各相の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
のインピーダンスが微妙に変化する。

【００３４】前記ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電
を、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに高周波電圧を印加す
ることによって行うと、ｕ−ｖ通電時には固定子巻線２
ｕ，２ｖ間に、ｖ−ｗ通電時には固定子巻線２ｖ，２ｗ
間に、ｗ−ｕ通電時には固定子巻線２ｗ，２ｕ間に、そ
れぞれ高周波電流ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕが流れること
になる。この高周波電流ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは電流
検出回路８にて検出する。前記高周波電流ｉｕｖ，ｉｖ
ｗ，ｉｗｕを検出している時点では、ブラシレスモータ
１に回転子３を起動させるだけの交流電力が供給されて
いないので、回転子３は停止状態を維持していることは
云うまでもない。

【００３５】前記電流検出回路８で検出した高周波電流
の電流値ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは、そのまま電流値保
持回路９に送出され、マイクロコンピュータ１０から出
力されるセット信号によって前記電流値を制御しやすい
電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに変
換処理し、マイクロコンピュータ１０に送出する。

【００３６】ここで、前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
にｕ−ｖ通電，ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をそれぞれ行う
ことによって、回転子３の非磁性体層６の位置で渦電流
が流れる現象について説明する。従来から、センサレス
ブラシレスＤＣモータの起動時、そのブラシレスモータ
停止時における回転子の磁極位置が全く分らないため、
最初から固定子巻線の適当な相に回転子の起動が行える
電流を供給し、回転子をとにかく起動させて回転子の磁
極位置（誘起電圧）を検出し、その後正常な駆動制御を
開始するようにしていた。しかし、センサレスブラシレ
スＤＣモータの起動時、固定子巻線の適当な相に電流を
流すと、回転子の磁極位置によっては逆回転方向の力が
加わる場合があり、しかも、切換えのタイミング具合で
は、そのまま逆回転を維持するという問題があった。

【００３７】本発明においては、ブラシレスモータ１の
起動時当初は、回転子３の磁極位置検出を行うためにｕ
−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をデューティ比５０
％の高周波電圧で前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに印
加することによって行う（この時点ではブラシレスモー
タ１は停止状態にあり回転子３は起動しない）。そし
て、前記高周波電圧の印加により回転子３に形成した非
磁性体層６では、回転子３と固定子との間を鎖交する磁
束によって渦電流が流れることになる。前記非磁性体層
６は本実施例の場合、回転子３の表面に図２で示すよう
に、回転子３のＮ極とＳ極との極間を中心として、その
正回転方向と逆回転方向に向って同じ角度区間（例え
ば、電気角８０〜１００°の範囲）で、アルミニウムと
か銅等薄葉の導電性非磁性部材を用いて非磁性体層６が
形成されている。

【００３８】前記非磁性体層６を回転子３の前記所定位
置に形成して、ｕ−ｖ通電を固定子巻線２ｕ，２ｖに高
周波電圧を印加することによって行うと、高周波電流の
電流値の振幅ｉｕｖｐ- ｐは、図５，６で示すように、
非磁性体層６を設けていない回転子３（図５）と、非磁
性体層６を形成した回転子３（図６）とでは、回転子３
の各磁極位置における電流値の振幅に大きな差があるこ
とが判る。

【００３９】本件の発明者等は、前記電流値の変化を次
のようにして検証した。即ち、固定子巻線２ｕ，２ｖ，
２ｗの各相の端子間のインダクタンスを測定することに
よって、回転子３に非磁性体層６が存在するか、否かに
よって前記の電流値に変化が生じることを実験的に確認
することができた。前記の実験に際しては、固定子巻線
２ｕ，２ｖ，２ｗの各相の端子間に印加する方形波の周
波数は２０ｋＨｚの高周波電圧とし、又、直流電源４は
８０Ｖとした。実際に非磁性体層６を有する回転子３を
具備した状態で、固定子巻線の各相の端子間に方形波を
印加して（ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をそれ
ぞれ行って）電流の振幅を測定すると、非磁性体層６に
渦電流が流れることによって固定子巻線２ｕ，２ｖ，２
ｗのインダクタンスが変化し、非磁性体層６を有する回
転子３の場合は、図６で示すように、電流値の振幅が図
５に示す場合に比して大きいことが確認できた。

【００４０】一方、非磁性体層６を有しない回転子を具
備した状態で、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの各相の端
子間に方形波を印加して（ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ
−ｕ通電をそれぞれ行なって）電流の振幅を測定する
と、図５で示すように、電流の振幅は非常に小さく、イ
ンダクタンスの変化がわずかであるが存在することも確
認できた。この図５で示されるインダクタンスの変化
は、重ねの理により、図６で示される非磁性体層６を設
けた場合の電流の振幅値に影響を与える。

【００４１】次に、本件の発明者等は、非磁性体層６を
回転子３のどこに設ければ電流値の振幅が図６で示すよ
うな正弦波状の関数になるような電流が流れるかを実験
によって検証した。実験に際しては導電性の非磁性部材
を回転子３の表面にランダムに貼付ける等して電流の振
幅値を個々に検証したが、最終的には図５で示された非
磁性体層６を形成していない時のインダクタンスの変化
を考慮し、図２で示すように、回転子３のＮ極とＳ極と
の極間を中心として、その正，逆回転方向側にそれぞれ
電気角８０〜１００°の角度区間で非磁性体層６を形成
することにより、この部位が他の部位に比べて電流の振
幅が、図６のような正弦波状の関数になるように電流が
流れることを実験的にも確認することができた。

【００４２】これによって、電流の振幅値ｉｕｖｐ-
ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐが、

【数１】の（３）式〜（５）式で表すことができること
も確認できた。勿論、前記回転子３の他の部位に非磁性
体層６を形成しても渦電流は流れるものの、Ｎ極とＳ極
との極間を中心してその両側に電気角８０〜１００°の
範囲で形成した場合に比べれば、電流の振幅値が図６の
ような正弦波状の関数にならず、回転子３の位置検出用
の信号電流として使用することは困難であった。従っ
て、本件発明者等は、非磁性体層６の形成場所はある程
度限定する必要があることを実験的に確認することがで
きた。

【００４３】前記のようにして、ｕ−ｖ通電を行った時
の固定子巻線２ｕ，２ｖに流れる高周波電流ｉｕｖ，ｖ
−ｗ通電を行った時の固定子巻線２ｖ，２ｗに流れる高
周波電流ｉｖｗ，ｗ−ｕ通電を行った時の固定子巻線２
ｗ，２ｕに流れる高周波電流ｉｗｕは、電流検出回路８
により検出し、この電流値ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは電
流値保持回路９を経てマイクロコンピュータ１０に３相
の信号（電流）ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ
- ｐとしてマイクロコンピュータ１０内の３相−２相電
流変換手段に送出され、２相の信号ｉα，ｉβに演算処
理する。前記２相の信号ｉα，ｉβを用いてマイクロコ
ンピュータ１０内の回転位置推定演算検出手段により演
算処理して推定された回転子位置情報θｒｅをパワート
ランジスタ駆動回路１１に出力するものである。

【００４４】そして、前記回転子位置推定演算手段によ
って推定された回転子位置情報θｒｅは、電流情報ｉ
α，ｉβを利用して図７に示すようにして求める。図７
において、ステップＳ１０で回転子位置推定演算手段に
電流情報ｉα，ｉβが入力されると、

【数３】の（３）式で示すｉα＝０，ｉβ＞０の場合
は、ステップＳ１１〜１３に移行し、θｒｅは９０°で
ある。ステップＳ１２で否の場合は

【数３】の（７）式で示すｉα＝０，ｉβ＜０と合致し
ステップＳ１４に移行し、θｒｅは２７０°となる。

【００４５】ステップＳ１５，１６が要の場合はステッ
プＳ１７に移行し、θｒｅは

【数３】の（２）式によりｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）とな
る。ステップＳ１５で否のときはステップＳ１８に移行
し、ステップＳ１８が要の場合は、

【数３】の（４）式で示すｉα＜０，ｉβ＞０と合致
し、ステップＳ１９に移行し、θｒｅは１８０°＋ｔａ
ｎ^-1（ｉβ／ｉα）となる。又、ステップＳ１６が否の
ときはステップＳ２０に移行し、ステップＳ２０が要の
場合は、

【数３】の（１）式で示すｉα＞０，ｉβ＝０と合致
し、ステップＳ２１に移行しθｒｅは０°となる。

【００４６】ステップＳ２０が否の場合はステップＳ２
２に移行し、

【数３】の（８）式で示すｉα＞０，ｉβ＜０と合致
し、θｒｅは３６０°＋ｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）とな
る。更に、ステップＳ１８で否、ステップＳ２３で要の
場合は、

【数３】の（５）式で示すｉα＜０，ｉβ＝０と合致
し、ステップＳ２４に移行してθｒｅは１８０°とな
る。前記ステップＳ２３で否の場合はステップＳ２５に
移行し、

【数３】の（６）式で示すｉα＜０，ｉβ＜０と合致す
るため、θｒｅは１８０°＋ｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）と
なる。なお、段落番号〔００４４〕〜〔００４６〕で記
載したθｒｅは、

【数３】の（１）〜（８）式で示すθに等しいものであ
る。

【００４７】前記のように、マイクロコンピュータ１０
の回転子位置推定演算手段に電流情報ｉα，ｉβが入力
されると、その電流情報ｉα，ｉβに基づいて回転子３
の位置情報θｒｅを出力するものである。そして、前記
回転子位置情報θｒｅはパワートランジスタ駆動回路１
１を経てインバータ回路５に出力され、このインバータ
回路５をブラシレスモータ１が高トルク及び高効率にて
円滑に起動させることができるように駆動制御するする
と同時に、マイクロコンピュータ１０からの指令により
直流電源４からブラシレスモータ１を駆動させる直流電
力がインバータ回路５に供給され、このインバータ回路
５から交流電力が固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに供給さ
れ、ブラシレスモータ１を起動する。この際、ブラシレ
スモータ１は、その停止中に回転子３の磁極位置が推定
されているので、円滑に、かつ、所定の回転方向に高ト
ルクで、かつ、高効率で起動させることができる。

【００４８】前記ブラシレスモータ１の起動後は、例え
ば図示しない公知の誘起電圧検出手段により、非通電の
１つの相の固定子巻線に誘起される電圧を検出し、この
誘起電圧の変化に基づいて回転子の磁極位置を検出し、
この磁極位置検出信号により、インバータ回路を駆動制
御して、他の相の固定子巻線に対して２相通電を行い、
この２相通電の切換え、即ち、転流が繰返されることに
よって、ブラシレスモータ１の定常回転を継続するもの
である。

【００４９】本発明は、回転子３の外周面にアルミニウ
ム等の導電性非磁性部材を貼着した例について説明した
が、本発明はこれに限定せず、回転子３外周面の所定位
置に、例えば、アルミニウムとか銅等からなる導電性非
磁性材料の粉末を回転子の非磁性体層の位置で焼付けた
り、あるいは、銅箔等の非磁性材料を回転子外周の所定
位置に接着シートを介して貼付するか、印刷，塗装する
等して非磁性体層を設け、このあと、前記銅箔等の非磁
性材料の不要部分を腐食液により排除する等して、回転
子３の所定位置に導電性の非磁性体層を形成するように
しても本発明は成立するものである。

【００５０】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成し
たので、次に示すような効果を奏するものである。 （１）、本発明は、センサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の停止時、前記回転子の外表面に形成した非磁性
体層において、固定子巻線に電圧波形のデューティ比５
０％の高周波電圧を印加することにより、前記固定子巻
線の各相に高周波電流を通電して固定子から回転子へ磁
束を鎖交させることによって、前記非磁性体層に渦電流
を発生させ、この渦電流の影響によって高周波電流値が
変化する電流情報に基づいて、回転子が停止した状態で
回転子の磁極位置を推定して検出できるように構成した
ので、センサレスブラシレスＤＣモータをその停止状態
において、高トルク、高効率で起動することができる。

【００５１】（２）、本発明は、センサレスブラシレス
ＤＣモータの回転子が停止している状態で、回転子の磁
極位置を迅速・確実に検出できるようにしたので、最適
通電位値でセンサレスブラシレスＤＣモータへの通電開
始が可能であるため、センサレスブラシレスＤＣモータ
の回転子はその起動時、常に逆回転することなく、円滑
に正回転起動が行えるので至便である。

【００５２】（３）、本発明は、固定子巻線に電圧波形
のデューティ比５０％の高周波電圧を印加して、停止し
ているセンサレスブラシレスＤＣモータの磁極位置を検
出するように構成したので、回転子はその起動時におい
て、不要なトルクを発生させることなく磁極位置の検出
が行えるので、回転子の起動時不要なトルクによる騒音
や振動を伴うことなく、常に円滑・良好にセンサレスブ
ラシレスＤＣモータをその停止状態において起動させる
ことができるため利便である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサレスブラシレスＤＣモータの停
止時における回転子の磁極位置検出装置を概略的に示す
構成図である。

【図２】回転子に非磁性体層を形成する場合の説明図で
ある。

【図３】２極のブラシレスＤＣモータにおける磁極位置
を説明するための一例を示す説明図である。

【図４】回転子の磁極Ｎの位置θを求める例を示す説明
図である。

【図５】回転子に非磁性体層を有しない場合の電流特性
図である。

【図６】回転子に非磁性体層を形成した場合の電流特性
図である。

【図７】回転子の推定位置情報の演算処理状態を示すフ
ローチャート図である。

【符号の説明】

２ｕ，２ｖ，２ｗ 固定子巻線 ３ 回転子 ５ インバータ回路 ６ 非磁性体層 ８ 電流検出回路 ９ 電流値保持回路 １０ マイクロコンピュータ ｉα，ｉβ ２相の電流情報 θｒｅ 推定回転子位置情報

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相の固定子巻線を巻装した固定子と、
   この固定子に回転自在に挿入支持された永久磁石からな
   る回転子と、一対のトランジスタを直列に接続した直列
   回路を三相分形成したインバータ回路と、このインバー
   タ回路の各直列回路に直流電力を印加する電源手段とを
   具備し、前記インバータ回路の各直列回路の一対のトラ
   ンジスタの各接続点に、各相の固定子巻線の非結線端を
   接続し、１つの直列回路の一方のトランジスタと別の一
   つの直列回路の他方のトランジスタとをオンさせて２相
   通電を行うとともに、残りの１つの相の固定子巻線に生
   じる誘起電圧を検出し、前記誘起電圧から回転子の磁極
   位置を検出して前記２相通電を順次切換えるようにした
   センサレスブラシレスＤＣモータにおいて、前記永久磁
   石からなる回転子の外表面には、該回転子のＮ極とＳ極
   とを区分する極間を中心として回転子の正，逆回転方向
   にそれぞれ電気角８０〜１００°の角度区間で非磁性体
   層を形成したことを特徴とするセンサレスブラシレスＤ
   Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記非磁性体層は、アルミニウム等の導
   電性非磁性材料を回転子の外表面所定位置に、貼着ある
   いはメッキ，印刷，塗装等の手段にて形成したことを特
   徴とする請求項１記載のセンサレスブラシレスＤＣモー
   タの停止時における回転子の磁極位置検出装置。
3. 【請求項３】 ３相の固定子巻線を巻装した固定子と、
   外表面の所定位置に非磁性体層を形成した回転子との間
   を鎖交する磁束によって渦電流を発生させる手段と、前
   記渦電流によって固定子巻線のインピーダンスが変化す
   ることによって固定子巻線の各相に回転子の磁極位置に
   応じて異って流れる高周波電流を検出する手段と、前記
   検出した高周波電流の電流値を３相−２相変換してベク
   トル量のα成分とベクトル量のβ成分とに変換する手段
   と、更に、前記α成分とβ成分とにより回転子の起動時
   における磁極位置を推定して演算処理する手段とを具備
   して構成したことを特徴とするセンサレスブラシレスＤ
   Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置。