JP2013229949A - 二相ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中性点のない直流電源に対しても適用可能な二相ブラシレスモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】制御回路１４は、Ｕ相誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第１通電パターンＰ１に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンさせる。そして、通電時間Ｔｄが経過すると、制御回路１４は、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオフさせる。この後、Ｗ相誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出すると、制御回路１４は、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第２通電パターンＰ２に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンさせる。
【選択図】図４

Description

この発明は、誘起電圧に基づいてロータ位置を推定し、推定したロータ位置を用いて二相ブラシレスモータを駆動する二相ブラシレスモータの制御装置に関する。

従来の一般的な二相ブラシレスモータは、少なくとも一組の磁極対を有する磁石を備えたロータと、二相結線されたステータコイルを備えたステータとを含んでいる。二相ブラシレスモータの制御装置は、ロータ位置を検出するためのホール素子と、ホール素子の出力信号に基づいて各ステータコイルに位相の異なる駆動電流を供給する駆動回路を含んでいる。

しかしながら、前述の二相ブラシレスモータの制御装置では、ホール素子およびそれに付随する配線等が必要であるため、二相ブラシレスモータの小型化、コストの低減化が図りにくいという問題があった。
そこで、ホール素子のようなロータ位置を検出するためのセンサを用いることなく二相ブラシレスモータを駆動するセンサレス方式のモータ制御装置が提案されている（特許文献１参照）。この従来のモータ制御回路では、特許文献１の図１に示されるように、Ｓ相ステータコイルとＭ相ステータコイルとの接続点は、中性点電位に固定されている。まず、Ｓ相ステータコイルにＤＡ方向に流れる駆動電流が供給される。そして、位相で９０度分通電後に、この電流が遮断される。次に、Ｍ相ステータコイルにＤＢ方向に流れる駆動電流が供給される。そして、位相で９０度分通電後に、この電流が遮断される。次に、Ｓ相ステータコイルにＤＣ方向に流れる駆動電流が供給される。そして、位相で９０度分通電後に、この電流が遮断される。次に、Ｍ相ステータコイルにＤＤ方向に流れる駆動電流が供給される。そして、位相で９０度分通電後に、この電流が遮断される。この後、Ｓ相ステータコイルにＤＡ方向に流れる駆動電流が供給される。このような動作が繰り返されることにより、回転磁界が発生する。

前記従来のモータ制御回路は、Ｓ相ステータコイルおよびＭ相ステータコイルで発生する誘起電圧に基づいてロータの位置を検出する位置検出回路、９０度通電パルス信号を出力する９０度通電回路等を備えている。位置検出回路は、Ｓ相およびＭ相のコイル端子電圧に基づいて、実際のＳ相およびＭ相の誘起電圧よりそれぞれ４５度遅れたＳ相およびＭ相の誘起電圧波形を生成し、これらの位相が遅れたＳ相およびＭ相の誘起電圧波形をそれぞれ中点レベルで比較することによってそれらに対応する矩形波信号を生成する。９０度通電回路は、位置検出回路からのＳ相およびＭ相の矩形波信号に基づいて、ゼロクロス信号を生成し、このゼロクロス信号と前記Ｓ相およびＭ相の矩形波信号とに基づいて、９０度通電パルス信号を出力する。

特開平０７−２７４５８２号公報 特開平０６−２５３５７９号公報

前述した従来技術に係る二相ブラシレスモータの制御装置では、各ステータコイルに供給される駆動電流の位相差は９０度に設定されている。前記Ｓ相およびＭ相の誘起電圧波形を生成するために、一方のステータコイルに供給される駆動電流を遮断して当該ステータコイルから発生する誘起電圧波形を調べ、次に９０度の進相に相当する時間が経過してから、他方のステータコイルに供給されている駆動電流を遮断して当該ステータコイルから発生する誘起電圧波形を調べている。このように、両ステータコイルに供給される駆動電流を別々に遮断するためには、両ステータコイルに独立して電流を流せる回路が必要となる。そこで、両ステータコイルの接続点を、中性点電位に固定している。このため、中性点を持った電源が必要となる。

この発明の目的は、中性点のない直流電源に対しても適用可能な二相ブラシレスモータの駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、第１相のステータコイル（３）と第２相のステータコイル（４）との直列回路（５）を有するステータと、前記ステータと対向するロータとを備えた二相ブラシレスモータ（２）の制御装置（１）であって、前記直列回路に対する通電／遮断および通電パターンの切換えを行なうための複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）を含む駆動回路（１２）と、前記直列回路への通電が遮断されているときに、前記第１相に対応する誘起電圧が所定の基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点と、前記第２相に対応する誘起電圧が前記基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点とを検出するための基準電圧通過時点検出手段（１３，１４）と、前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点に基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段（１４）とを含み、前記基準電圧通過時点検出手段は、前記第１相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点と、前記第２相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている、二相ブラシレスモータの制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

二相ブラシレスモータに負荷がある状態でセンサレス制御を行なおうとした場合には、二相ブラシレスモータによっては、第１相および第２相のステータコイルの直列回路への通電が遮断されているときにおいてもＵ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち下がり時の基準電圧通過時点の波形が現われなくなる可能性があることが判明した。この発明では、基準電圧通過時点検出手段は、第１相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点と、第２相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている。このため、負荷時において誘起電圧の立ち下がり時の基準電圧通過時点の波形が現われなくなるような二相ブラシレスモータを駆動することが可能となる。また、この発明によれば、中性点のない直流電源に対しても適用可能である。

請求項２記載の発明は、第１相のステータコイル（３）と第２相のステータコイル（４）との直列回路（５）を有するステータと、前記ステータと対向するロータとを備えた二相ブラシレスモータ（２）の制御装置（１）であって、前記直列回路に対する通電／遮断および通電パターンの切換えを行なうための複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）を含む駆動回路（１２）と、前記直列回路への通電が遮断されているときに、前記第１相に対応する誘起電圧が所定の基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点と、前記第２相に対応する誘起電圧が前記基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点とを検出するための基準電圧通過時点検出手段（１３，１４）と、前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点に基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段（１４）とを含み、前記基準電圧通過時点検出手段は、前記第１相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点と、前記第２相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている、二相ブラシレスモータの制御装置である。

二相ブラシレスモータに負荷がある状態でセンサレス制御を行なおうとした場合には、二相ブラシレスモータによっては、第１相および第２相のステータコイルの直列回路への通電が遮断されているときにおいてもＵ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち上がり時の基準電圧通過時点の波形が現われなくなる可能性があることが判明した。この発明では、基準電圧通過時点検出手段は、第１相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点と、第２相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている。このため、負荷時において誘起電圧の立ち上がり時の基準電圧通過時点の波形が現われなくなるような二相ブラシレスモータを駆動することが可能となる。また、この発明によれば、中性点のない直流電源に対しても適用可能である。

請求項３記載の発明は、前記制御手段は、前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点の時間間隔（Ｔ）に基づいて、基準電圧通過時点から前記直列回路に通電を開始するまでの待機時間（Ｔｗ）と、前記直列回路に通電を開始してから通電を停止させるまでの通電時間（Ｔｄ）とを設定する設定手段（Ｓ１２，Ｓ３２）と、前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点と、前記設定手段によって設定される前記待機時間および前記通電時間と、前回の通電パターンとに基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する手段（Ｓ１３〜Ｓ１６，Ｓ３３〜Ｓ３６，）と、を含む請求項１または２に記載の二相ブラシレスモータの制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る二相ブラシレスモータの制御装置の概略構成を示す電気回路図である。 図２は、比較回路の構成を示す電気回路図である。 図３は、本出願人が既に考案した第１の制御回路によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御した場合のＵ相電圧の波形およびＷ相電圧の波形を示す波形図である。 図４は、第１方法によって各スイッチング素子を制御した場合のＵ相電圧の波形およびＷ相電圧の波形を示す波形図である。 図５は、第１方法によって各スイッチング素子を制御する場合の制御回路の動作を示すフローチャートである。 図６は、第１方法によって各スイッチング素子を制御する場合の制御回路の動作を示すフローチャートである。 図７は、第２方法によって各スイッチング素子を制御した場合のＵ相電圧の波形およびＷ相電圧の波形を示す波形図である。 図８は、第２方法によって各スイッチング素子を制御する場合の制御回路の動作を示すフローチャートである。 図９は、第２方法によって各スイッチング素子を制御する場合の制御回路の動作を示すフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る二相ブラシレスモータの制御装置の概略構成を示す電気回路図である。
二相ブラシレスモータ２の制御装置１は、整流回路１１と、駆動回路１２と、比較回路１３と、制御回路１４とを含んでいる。二相ブラシレスモータ２は、例えば、電動ポンプを駆動するためのモータとして用いられる。

二相ブラシレスモータ２は、一組の磁極対を有するロータ（図示略）と、Ｕ相ステータコイル３およびＷ相ステータコイル４を有するステータ（図示略）とを備えている。Ｕ相ステータコイル３およびＷ相ステータコイル４の配置は任意であるが、この実施形態では、ロータの回転軸に対して点対称となっている。Ｕ相ステータコイル３およびＷ相ステータコイル４とは直列に接続されている。つまり、ステータは、Ｕ相ステータコイル３とＷ相ステータコイル４との直列回路５を有している。

整流回路１１は、交流電源１０から出力される交流を整流して直流電源を作り出す。
駆動回路１２は、ステータコイル３，４の直列回路５に対する通電／遮断および通電パターンの切換えを行なうための複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を含んでいる。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４としては、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。通電パターンには、Ｕ相ステータコイル３側からＷ相ステータコイル４側に向かって電流が流れる第１通電パターンと、Ｗ相ステータコイル４側からＵ相ステータコイル３側に向って電流が流れる第２通電パターンとがある。

この実施形態では、駆動回路１２は、Ｈブリッジ回路からなる。駆動回路１２は、二相ブラシレスモータ２のＵ相に対応した一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の直列回路と、二相ブラシレスモータ２のＷ相に対応した一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の直列回路とが、整流回路１４に対して並列に接続されている。二相ブラシレスモータ２のＵ相ステータコイル３は、Ｕ相に対応した一対のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続点に接続されている。二相ブラシレスモータ２のＷ相ステータコイル４は、Ｗ相に対応した一対のスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点に接続されている。

Ｕ相ステータコイル３に、駆動回路１２に接続された一方端からＷ相ステータコイル４との接続点に向かって電流Ｉ_Ｕが流れる方向をＵ＋方向と定義し、その逆方向をＵ−方向と定義する。また、Ｗ相ステータコイル４に、駆動回路１２に接続された一方端からＵ相ステータコイル３との接続点に向かって電流Ｉ_Ｗが流れる方向をＷ＋方向と定義し、その逆方向をＷ−方向と定義する。

比較回路１３には、Ｕ相電圧Ｖ_ＵおよびＷ相電圧Ｖ_Ｗが入力される。比較回路１３は、図２に示すように、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕに基づいてＵ相誘起電圧が所定の基準電圧を通過する基準電圧通過時点を検出するための第１の演算増幅器２１と、Ｗ相電圧Ｖ_ｗに基づいて、Ｗ相誘起電圧が所定の基準電圧を通過する基準電圧通過時点を検出するための第２の演算増幅器２１とを含んでいる。

「基準電圧」は、モータ２の駆動電圧波形の最大値と最小値との間の中央値に設定される。この実施形態では、説明の便宜上、基準電圧は０［Ｖ］であるものとする。そして、誘起電圧が基準電圧を通過する基準電圧通過時点を、「ゼロクロス点」ということにする。
第１の演算増幅器２１の非反転入力端子には、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕが入力される。第１の演算増幅器２１の反転入力端子には、Ｕ相誘起電圧の基準電圧通過時点（この実施形態ではゼロクロス点）を検出するための基準電圧（この実施形態では０Ｖ）が入力される。第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴは、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕが基準電圧より大きいときにはＨレベルとなり、Ｕ相電圧Ｖ_Ｕが基準電圧未満である場合にはＬレベルとなる。第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴは、制御回路１４に与えられる。

第２の演算増幅器２２の非反転入力端子には、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗが入力される。第２の演算増幅器２２の反転入力端子には、Ｗ相誘起電圧の基準電圧通過時点（この実施形態ではゼロクロス点）を検出するための基準電圧（この実施形態では０Ｖ）が入力される。第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴは、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗが基準電圧より大きいときにはＨレベルとなり、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗが基準電圧未満である場合にはＬレベルとなる。第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴは、制御回路１４に与えられる。

制御回路１４は、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴおよび第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴに基づいて、駆動回路１２内の各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオンオフ制御する。制御回路１４は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）を備えたマイクロコンピュータから構成されている。
本実施形態における制御回路１４の動作を説明する前に、本出願人が既に考案した制御回路（以下、本実施形態の制御回路１４と区別するために「第１の制御回路」ということにする）による駆動回路１２の制御方法について説明する。

無負荷の状態で、二相ブラシレスモータ２を駆動制御する場合について説明する。第１の制御回路は、二相ブラシレスモータ２の始動後に、ステータコイル３，４の直列回路５への通電が遮断されている状態で、例えば、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴに基づいて、Ｕ相誘起電圧のゼロクロス点を検出する。そして、隣接するゼロクロス点の時間間隔（ゼロクロス間隔）Ｔを算出する。このゼロクロス間隔Ｔはロータが電気角で１８０度回転する時間（この実施形態では半回転する時間）に相当する。

第１の制御回路は、ゼロクロス間隔Ｔに基づいて、ゼロクロス点からステータコイル３，４の直列回路５に通電を開始（駆動電圧を印加）するまでの待機時間Ｔｗと、直列回路５に通電を開始してから通電を停止させるまでの通電時間（駆動電圧印加時間）Ｔｄを決定する。そして、第１の制御回路は、決定した待機時間Ｔｗおよび通電時間Ｔｄと、検出したゼロクロス点と、前回の通電パターンとに基づいて、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する。待機時間Ｔｗは、例えばＴ／６に設定される。通電時間Ｔｄは、例えば２Ｔ／３に設定される。

図３は、前述の第１の制御回路によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御した場合のＵ相電圧Ｖ_Ｕの波形およびＷ相電圧Ｖ_Ｗの波形を示す波形図である。
Ｕ相電圧Ｖ_Ｕの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＵ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＵ相誘起電圧を示している。同様に、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＷ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＷ相誘起電圧を示している。

前述したように通電パターンには、第１通電パターンＰ１と第２通電パターンＰ２とがある。第１通電パターンＰ１は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオンされることにより実現される。一方、第２通電パターンＰ２は、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３がオンされることにより実現される。通電パターンは、交互に切り換えられる。
第１の制御回路は、直列回路５への通電が遮断されているときにＵ相誘起電圧のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、第１の制御回路は、前回の通電パターンとは異なる方の通電パターンを今回の通電パターンとして、今回の通電パターンに対応する２つのスイッチング素子をオンさせる。これにより、今回の通電パターンに対応した駆動電圧が直列回路５に印加される。そして、通電時間Ｔｄが経過すると、第１の制御回路は、オン状態の２つのスイッチング素子をオフさせる。この後、第１の制御回路は、Ｕ相誘起電圧のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、第１の制御回路は、前回の通電パターンとは異なる方の通電パターンを今回の通電パターンとして、今回の通電パターンに対応する２つのスイッチング素子をオンさせる。そして、通電時間Ｔｄが経過すると、第１の制御回路は、オン状態の２つのスイッチング素子をオフさせる。以下、第１の制御回路は、同様な動作を繰り返す。

なお、二相ブラシレスモータ２の始動は、三相ブラシレスモータの１２０度通電矩形波センサレス駆動と同様に強制転流によって行う。すなわち、待機時間Ｔｗの初期値と通電時間Ｔｄの初期値とを予め設定しておく。そして、待機時間Ｔｗの初期値と通電時間Ｔｄの初期値とに応じて、第１通電パターンＰ１に対応した駆動電圧と第２通電パターンＰ２に対応した駆動電圧とを、モータ２に交互に繰り返して印加する。これにより、ロータが非効率ではあるが回転を開始する。

ところで、二相ブラシレスモータ２に負荷がある状態で前述のようなセンサレス制御を行なおうとした場合には、二相ブラシレスモータ２によっては、直列回路５への通電が遮断されているときにおいてもＵ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス（誘起電圧が減少しているときのゼロクロス）が現われなくなる可能性があることが判明した。また、二相ブラシレスモータ２によっては、直列回路５への通電が遮断されているときにおいてもＵ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス（誘起電圧が増加しているときのゼロクロス）が現われなる可能性があることが判明した。

まず、負荷時に、Ｕ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロスが現われなくなるような二相ブラシレスモータ２に対する制御方法（以下、「第１方法」という）について説明する。Ｕ相の誘起電圧とＷ相の誘起電圧とは１８０度位相がずれている。そこで、Ｗ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点とＵ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点とを検出できれば、それらの２つのゼロクロス点に基づいて前述した第１の制御回路と同様な制御が可能となる。

図４は、第１方法によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御した場合のＵ相電圧Ｖ_Ｕの波形およびＷ相電圧Ｖ_Ｗの波形を示す波形図である。
Ｕ相電圧Ｖ_Ｕの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＵ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＵ相誘起電圧を示している。同様に、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＷ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＷ相誘起電圧を示している。

制御回路１４は、二相ブラシレスモータ２の始動後に、ステータコイル３，４の直列回路５への通電が遮断される毎に、Ｕ相誘起電圧およびＷ相誘起電圧のうち増加傾向にある一方の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出する。制御回路１４は、誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出する毎に、前回のゼロクロス点との時間間隔（ゼロクロス間隔）Ｔを演算する。そして、制御回路１４は、ゼロクロス間隔Ｔに基づいて、ゼロクロス点からステータコイル３，４の直列回路５に通電を開始するまでの待機時間Ｔｗと、直列回路５に通電を開始してから通電を停止させるまでの通電時間Ｔｄを決定する。待機時間Ｔｗは、例えばＴ／６に設定される。通電時間Ｔｄは、例えば２Ｔ／３に設定される。

図４を参照して、制御回路１４は、直列回路５への通電が遮断されているときにＵ相誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第１通電パターンＰ１に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンさせる。これにより、Ｕ相ステータコイル３にＵ＋方向に駆動電流が流れ、Ｗ相ステータコイル４にＷ−方向に駆動電流が流れる。

そして、通電時間Ｔｄが経過すると、制御回路１４は、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオフさせる。この後、制御回路は、Ｗ相誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第２通電パターンＰ２に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンさせる。これにより、Ｕ相ステータコイル３にＵ−方向に駆動電流が流れ、Ｗ相ステータコイル４にＷ＋方向に駆動電流が流れる。

そして、通電時間Ｔｄが経過すると、第１の制御回路は、２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオフさせる。この後、制御回路１４は、Ｕ相誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第１通電パターンＰ１に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンさせる。以下、制御回路１４は、同様な動作を繰り返す。このような動作により、ロータの回転角度位置に応じて、ステータコイル３，４によって「Ｕ＋」および「Ｗ−」の電流方向に対応した磁界と、「Ｕ−」および「Ｗ＋」の電流方向に対応した磁界とが交互に発生し、これらの交代磁界によりロータが回転する。なお、二相ブラシレスモータ２の始動方法は、前述した始動方法と同様である。

図５および図６は、第１方法によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する場合の制御回路１４の動作を示すフローチャートである。
制御回路１４は、第１バッファ、第２バッファおよび第３バッファを有している。第１バッファは、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴまたは第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴの今回値を格納するために用いられる。第２バッファは、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴの前回値を格納するために用いられる。第３バッファは、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴの前々回値を格納するために用いられる。これらのバッファの初期値は、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴのＨレベルに対応する値（以下、「Ｈ」で表す）である。出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴのＬレベルに対応する値をＬで表すことにする。

制御回路１４は、前回の通電パターンを判別する（ステップＳ１）。前回の通電パターンが第１通電パターンＰ１である場合には、制御回路１４は、Ｗ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出するために、第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴを今回値α_ｎとして第１バッファに格納する（ステップＳ２）。そして、ステップＳ４に移行する。

前記ステップＳ１において、前回の通電パターンが第２通電パターンＰ２であると判別された場合には、制御回路１４は、Ｕ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点を検出するために、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴを今回値α_ｎとして第１バッファに格納する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、制御回路１４は、第１バッファ内の今回値α_ｎがＨであるか否かを判別する。第１バッファ内の今回値α_ｎがＨでないときには（ステップＳ４：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１に戻る。

前記ステップＳ４において、第１バッファ内の今回値α_ｎがＨであると判別されたときには（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＨであるか否かを判別する（ステップＳ５）。第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＨでないときには（ステップＳ５：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１に戻る。

前記ステップＳ５において、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＨであると判別されたときには（ステップＳ５：ＹＥＳ）、制御回路１４は、第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＬであるか否かを判別する（ステップＳ６）。第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＬでないときには（ステップＳ６：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１に戻る。

前記ステップＳ６において、第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＬであると判別されたときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御回路１４はＵ相またはＷ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点が検出されたと判断する。つまり、前々回値α_ｎ−２がＬでかつ前回値α_ｎ−１および今回値α_ｎがともにＨであるときに、制御回路１４はＵ相またはＷ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロス点が検出されたと判断する。そして、次のような処理を行なう。

制御回路１４は、第１〜第３バッファの内容を初期値Ｈにリセットした後（ステップＳ９）、現在時刻をゼロクロス点として記憶する（ステップＳ１０）。次に、制御回路１４は、前回検出されたゼロクロス点と今回検出されたゼロクロス点との時間間隔であるゼロクロス間隔Ｔを算出する（ステップＳ１１）。次に、制御回路１４は、ゼロクロス間隔Ｔに基づいて、待機時間Ｔｗと通電時間Ｔｄとを設定する（ステップＳ１２）。

この後、制御回路１４は、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ（ステップＳ１３）。待機時間Ｔｗが経過すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御回路１４は、前回と異なる通電パターンに対応する２つのスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ１４）。つまり、前回の通電パターンが第１通電パターンＰ１である場合には、第２通電パターンＰ２に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３がオンとされる。一方、前回の通電パターンが第２通電パターンＰ２である場合には、第１通電パターンＰ１に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオンとされる。

この後、制御回路１４は、通電時間Ｔｄが経過するのを待つ（ステップＳ１５）。通電時間Ｔｄが経過すると（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、前記ステップＳ１４でオン状態にさせた２つのスイッチング素子をオフさせる（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１に戻る。
次に、負荷時に、Ｕ相の誘起電圧およびＷ相の誘起電圧の立ち上がり時のゼロクロスが現われなくなるような二相ブラシレスモータ２に対する制御方法（以下、「第２方法」という）について説明する。Ｗ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点とＵ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点とを検出できれば、それらの２つのゼロクロス点に基づいて前述した第１の制御回路と同様な制御が可能となる。

図７は、第２方法によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御した場合のＵ相電圧Ｖ_Ｕの波形およびＷ相電圧Ｖ_Ｗの波形を示す波形図である。
Ｕ相電圧Ｖ_Ｕの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＵ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＵ相誘起電圧を示している。同様に、Ｗ相電圧Ｖ_Ｗの波形において、通電時間Ｔｄ内の波形はＷ相駆動電圧を示し、その他の期間の波形はＷ相誘起電圧を示している。

制御回路１４は、二相ブラシレスモータ２の始動後に、ステータコイル３，４の直列回路５への通電が遮断される毎に、Ｕ相誘起電圧およびＷ相誘起電圧のうち減少傾向にある一方の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出する。制御回路１４は、誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出する毎に、前回のゼロクロス点との時間間隔（ゼロクロス間隔）Ｔを演算する。そして、制御回路１４は、ゼロクロス間隔Ｔに基づいて、ゼロクロス点からステータコイル３，４の直列回路５に通電を開始するまでの待機時間Ｔｗと、直列回路５に通電を開始してから通電を停止させるまでの通電時間Ｔｄを決定する。待機時間Ｔｗは、例えばＴ／６に設定される。通電時間Ｔｄは、例えば２Ｔ／３に設定される。

図７を参照して、制御回路１４は、直列回路５への通電が遮断されているときにＷ相誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第１通電パターンＰ１に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンさせる。これにより、Ｕ相ステータコイル３にＵ＋方向に駆動電流が流れ、Ｗ相ステータコイル４にＷ−方向に駆動電流が流れる。

そして、通電時間Ｔｄが経過すると、制御回路１４は、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオフさせる。この後、制御回路は、Ｕ相誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第２通電パターンＰ２に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンさせる。これにより、Ｕ相ステータコイル３にＵ−方向に駆動電流が流れ、Ｗ相ステータコイル４にＷ＋方向に駆動電流が流れる。

そして、通電時間Ｔｄが経過すると、第１の制御回路は、２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオフさせる。この後、制御回路は、Ｗ相誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出すると、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ。待機時間Ｔｗが経過すると、制御回路１４は、第１通電パターンＰ１に対応した駆動電圧がモータ２に印加されるように、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンさせる。以下、制御回路１４は、同様な動作を繰り返す。このような動作により、ロータの回転角度位置に応じて、ステータコイル３，４によって「Ｕ＋」および「Ｗ−」の電流方向に対応した磁界と、「Ｕ−」および「Ｗ＋」の電流方向に対応した磁界とが交互に発生し、これらの交代磁界によりロータが回転する。なお、二相ブラシレスモータ２の始動方法は、前述した始動方法と同様である。

図８および図９は、第２方法によって各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を制御する場合の制御回路１４の動作を示すフローチャートである。
制御回路１４は、第１バッファ、第２バッファおよび第３バッファを有している。第１バッファは、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴまたは第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴの今回値を格納するために用いられる。第２バッファは、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴの前回値を格納するために用いられる。第３バッファは、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴの前々回値を格納するために用いられる。これらのバッファの初期値は、出力信号Ｕ_ＯＵＴまたはＷ_ＯＵＴのＬレベルに対応する値Ｌである。

制御回路１４は、前回の通電パターンを判別する（ステップＳ２１）。前回の通電パターンが第１通電パターンＰ１である場合には、制御回路１４は、Ｕ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出するために、第１の演算増幅器２１の出力信号Ｕ_ＯＵＴを今回値α_ｎとして第１バッファに格納する（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２４に移行する。

前記ステップＳ２１において、前回の通電パターンが第２パターンＰ２であると判別された場合には、制御回路１４は、Ｗ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点を検出するために、第２の演算増幅器２２の出力信号Ｗ_ＯＵＴを今回値α_ｎとして第１バッファに格納する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２４に移行する。
ステップＳ２４では、制御回路１４は、第１バッファ内の今回値α_ｎがＬであるか否かを判別する。第１バッファ内の今回値α_ｎがＬでないときには（ステップＳ２４：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ２７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ２８）。そして、ステップＳ２１に戻る。

前記ステップＳ２４において、第１バッファ内の今回値α_ｎがＬであると判別されたときには（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＬであるか否かを判別する（ステップＳ２５）。第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＬでないときには（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ２７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ２８）。そして、ステップＳ２１に戻る。

前記ステップＳ２５において、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１がＬであると判別されたときには（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御回路１４は、第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＨであるか否かを判別する（ステップＳ２６）。第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＨでないときには（ステップＳ２６：ＮＯ）、制御回路１４は、第２バッファ内の前回値α_ｎ−１を、前々回値α_ｎ−２として第３バッファに格納した後（ステップＳ２７）、第１バッファ内の今回値α_ｎを、前回値α_ｎ−１として第２バッファに格納する（ステップＳ２８）。そして、ステップＳ２１に戻る。

前記ステップＳ２６において、第３バッファ内の前々回値α_ｎ−２がＨであると判別されたときには（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、制御回路１４はＵ相またはＷ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点が検出されたと判断する。つまり、前々回値α_ｎ−２がＨでかつ前回値α_ｎ−１および今回値α_ｎがともにＬであるときに、制御回路１４はＵ相またはＷ相の誘起電圧の立ち下がり時のゼロクロス点が検出されたと判断する。そして、次のような処理を行なう。

制御回路１４は、第１〜第３バッファの内容を初期値Ｌにリセットした後（ステップＳ２９）、現在時刻をゼロクロス点として記憶する（ステップＳ３０）。次に、制御回路１４は、前回検出されたゼロクロス点と今回検出されたゼロクロス点との時間間隔であるゼロクロス間隔Ｔを算出する（ステップＳ３１）。次に、制御回路１４は、ゼロクロス間隔Ｔに基づいて、待機時間Ｔｗと通電時間Ｔｄとを設定する（ステップＳ３２）。

この後、制御回路１４は、待機時間Ｔｗが経過するのを待つ（ステップＳ３３）。待機時間Ｔｗが経過すると（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御回路１４は、前回と異なる通電パターンに対応する２つのスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ３４）。つまり、前回の通電パターンが第１通電パターンＰ１である場合には、第２通電パターンＰ２に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３がオンとされる。一方、前回の通電パターンが第２通電パターンＰ２である場合には、第１通電パターンＰ１に対応する２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオンとされる。

この後、制御回路１４は、通電時間Ｔｄが経過するのを待つ（ステップＳ３５）。通電時間Ｔｄが経過すると（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、前記ステップＳ３４でオン状態にさせた２つのイッチング素子をオフさせる（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ２１に戻る。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…制御装置、２…二相ブラシレスモータ、３…Ｕ相ステータコイル、４…Ｗ相ステータコイル、５…直列回路、１２…駆動回路、１３…比較回路、１４…制御回路、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチング素子

Claims (3)

1. 第１相のステータコイルと第２相のステータコイルとの直列回路を有するステータと、前記ステータと対向するロータとを備えた二相ブラシレスモータの制御装置であって、
   前記直列回路に対する通電／遮断および通電パターンの切換えを行なうための複数のスイッチング素子を含む駆動回路と、
   前記直列回路への通電が遮断されているときに、前記第１相に対応する誘起電圧が所定の基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点と、前記第２相に対応する誘起電圧が前記基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点とを検出するための基準電圧通過時点検出手段と、
   前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点に基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段とを含み、
   前記基準電圧通過時点検出手段は、前記第１相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点と、前記第２相の誘起電圧の立ち上がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている、二相ブラシレスモータの制御装置。
2. 第１相のステータコイルと第２相のステータコイルとの直列回路を有するステータと、前記ステータと対向するロータとを備えた二相ブラシレスモータの制御装置であって、
   前記直列回路に対する通電／遮断および通電パターンの切換えを行なうための複数のスイッチング素子を含む駆動回路と、
   前記直列回路への通電が遮断されているときに、前記第１相に対応する誘起電圧が所定の基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点と、前記第２相に対応する誘起電圧が前記基準電圧を通過する時点である基準電圧通過時点とを検出するための基準電圧通過時点検出手段と、
   前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点に基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する制御手段とを含み、
   前記基準電圧通過時点検出手段は、前記第１相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点と、前記第２相の誘起電圧の立ち下がり時における基準電圧通過時点とを交互に検出するように構成されている、二相ブラシレスモータの制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点の時間間隔に基づいて、基準電圧通過時点から前記直列回路に通電を開始するまでの待機時間と、前記直列回路に通電を開始してから通電を停止させるまでの通電時間とを設定する設定手段と、
   前記基準電圧通過時点検出手段によって検出される基準電圧通過時点と、前記設定手段によって設定される前記待機時間および前記通電時間と、前回の通電パターンとに基づいて、前記複数のスイッチング素子を制御する手段と、を含む請求項１または２に記載の二相ブラシレスモータの制御装置。

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