JP5155624B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明はモータ駆動装置に関し、特に、ホールセンサを用いることなく３相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に関する。

従来より、ホールセンサを用いることなく３相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置が知られている。このモータ駆動装置では、ロータの回転位置をホールセンサで検出する代わりに、ロータの回転によってステータのコイルに発生する誘導電圧（B-EMF：back electromotive force(逆起電力)）を利用してロータの回転位置を検出し、その検出結果に基づいて３相コイルに１２０度ずつ位相がずれた３相ＰＷＭ電圧を印加する構成となっている。

このようなモータ駆動装置においては、例えば特許文献１に挙げられるように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の誘導電圧のそれぞれと、中点電圧との比較をコンパレータ（位置検出用コンパレータ）で行って、その比較結果信号に基づいてロータの回転位置の検出を行っている。

特開２００６−２１７６８１号公報（図１）

上記のようなモータ駆動装置においては、低速回転（２３００ｒｐｍ以下）ではＢ−ＥＭＦにＰＷＭ駆動の電流リップルによる電圧成分が加わり、正しい位置の検出ができないことがあるため、Ｂ−ＥＭＦをＣＲフィルタを通すことで、当該電圧成分の除去を行うことが一般的である。

しかしＣＲフィルタを通した後の電圧には数ｍＶの電圧リップルが残り、当該電圧リップに位置検出用コンパレータが反応して、Ｂ−ＥＭＦを検出した場合と同じ信号を出力するため、モータ低速で回転しているにも拘わらず高速で回転しているものと誤検出して、誤った回転信号（ＦＧ）を出力する現象がある。この現象を本明細書中では自励発振と呼称する。

自励発振が発生すると、正しくモータを停止させることができないとともに、モータ駆動装置を有しているシステムに誤った回転信号が与えられることになるので、当該システムにおいて予想外の現象が発生する可能性があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、位置検出用コンパレータにおけるＢ−ＥＭＦの誤検出を防止して、正確な回転信号を出力できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る１の実施の形態においては、出力回路、フィルタ回路、比較回路、位置検出回路、センサレス駆動演算回路、騒音低減用電流波形生成回路、信号合成回路、および出力トランジスタ制御回路を備えている。比較回路は、コンパレータと、コンパレータの＋（プラス）端子および−（マイナス）端子に接続された極性切り替え部と、信号切り替え部とを有し、コンパレータは、予め設定した所定電圧値分のオフセットの設定および解除が可能なように構成されている。

上記実施の形態によれば、コンパレータにオフセットを設定することで、ＰＷＭ駆動電圧をＣＲフィルタに通した後の電圧リップルを、回転時のＢ−ＥＭＦ電圧としてコンパレータが検出することが防止され、３相ブラシレスモータの現実の回転数は低いにも拘わらず、現実以上の回転数で回転していると誤検出し、誤った回転信号が出力されることが防止される。

＜実施の形態＞
＜装置構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態のモータ駆動装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すようにモータ駆動装置１００は、出力回路２、フィルタ回路２４、比較回路３（電圧比較部）、電流ゼロアンペア（０Ａ）検出回路７、位置検出回路８、センサレス駆動演算回路９（駆動信号発生回路）、騒音低減用電流波形生成回路１１、信号合成回路１２、および出力トランジスタ制御回路１３を備え、ホールセンサを用いることなく３相ブラシレスモータ２１を駆動する構成となっている。なお、当該モータ駆動装置１００は、１つのＩＣ（集積回路）として形成されている。

３相ブラシレスモータ２１は、ステータ２２と、その周囲に回転自在に設けられたロータ２３とを備え、ステータ２２は、Ｙ結線されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを含んでいる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルの一方端はそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイル端子ＴＵ、ＴＶおよびＴＷに接続され、それらの他方端は中点端子ＴＮに接続されている。ロータ２３には、回転方向に沿ってＮ極とＰ極が交互に複数極（図では４極）配置されている。

このような３相ブラシレスモータ２１において、１２０度ずつ位相がずれた３相ＰＷＭ電圧をそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルに印加すると、回転磁界が生成され、その回転磁界に従ってロータ２３が回転する。なお、３相ブラシレスモータ２１は、例えばパーソナルコンピュータのＤＶＤ（digital versatile disc）やＣＤ（compact disc）を高速回転させるスピンドルモータとして使用される。

次に、各構成について説明する。
出力回路２は、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含み、ＭＯＳトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６は、それぞれ組となって電源電圧（ＶＣＣ）ラインと接地（ＧＮＤ）ラインとの間に直列接続されている。

そして、ＭＯＳトランジスタＱ１とＱ２との間のノードＮ１、トランジスタＱ３とＱ４との間のノードＮ３、ＭＯＳトランジスタＱ５とＱ６との間のノードＮ５は、それぞれ３相ブラシレスモータ２１のコイル端子ＴＵ、ＴＶおよびＴＷに接続される。

また、ダイオードＤ１、Ｄ３およびＤ５は、それぞれノードＮ１、Ｎ３およびＮ５とＶＣＣのラインとの間に、ＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ３およびＱ５に対して逆並列となるように接続され、ダイオードＤ２、Ｄ４および６は、それぞれＧＮＤラインとノードＮ１、Ｎ３およびＮ５との間に、ＭＯＳトランジスタＱ２、Ｑ４およびＱ６に対して逆並列となるように接続されている。なお、ダイオードＤ１〜Ｄ６の代わりに、各ＭＯＳトランジスタに寄生する寄生ダイオードを用いても良い。

ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ６を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、直流電圧ＶＣＣを３相ＰＷＭ電圧に変換することができる。なお、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタの代わりにＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを使用し、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタのゲートに与える信号と逆相の信号または反転信号をＰチャネル型のＭＯＳトランジスタのゲートに与える構成としても良い。

フィルタ回路２４は、３相ブラシレスモータ２１のコイル端子ＴＵ、ＴＶおよびＴＷと、中点端子ＴＮに接続され、コイル端子ＴＵ、ＴＶおよびＴＷからそれぞれ出力される逆起電圧Ｕ、ＶおよびＷ（コイル端子電圧）と、中点電圧ＣＴと含まれる電流リップルに起因する電圧成分を除去して、フィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１とフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１として出力する。

すなわち、３相ブラシレスモータ２１において、巻き線にピンホールなどの傷があるステータ２２ではインダクタンス成分が変化し、ＣＴ基準で各相に発生する逆起電圧（Ｂ−ＥＭＦ）のバランスがずれる可能性があるが、３相ブラシレスモータ２１のコイル端子電圧をＣＲフィルタで積分することで、ピンホール等のない状態でのＢ−ＥＭＦを検出することが可能となる。

ここで、フィルタ回路２４の構成を図２に示す。
図２に示すようにフィルタ回路２４は、信号ラインＳＬに介挿された抵抗素子Ｒ１と、信号ラインＳＬとＧＮＤとの間に介挿された容量素子Ｌ１とで構成されるＣＲフィルタで構成されるローパスフィルタと、当該ローパスフィルタを迂回する迂回路ＰＬに介挿されたトランスミッションゲートＴＧ１とを各信号ラインに備えている。なお、図２では、Ｕ相の信号ラインに設けられたローパスフィルタとトランスミッションゲートＴＧ１とを例示している。

トランスミッションゲートＴＧ１の反転ゲートにはインバータＩＶ１を介して制御信号４２の反転信号が与えられ、トランスミッションゲートＴＧ１のゲートには、制御信号４２が与えられ、制御信号４２によってトランスミッションゲートＴＧ１をオン状態にした場合には、信号ラインＳＬの信号は迂回路ＰＬを通り、ローパスフィルタが実質的にオフ状態となる。ここで、制御信号４２は、後に説明するセンサレス駆動演算回路９に内蔵されるカウンタ１０から与えられる信号である。

なお、迂回路ＰＬにはトランスミッションゲートＴＧ１の代わりに、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタやＰチャネル型のＭＯＳトランジスタを用いても良いが、トランスミッションゲートを使用する場合は、入力レンジを広くできるという利点がある。

なお、上記ではフィルタ回路２４は、ＣＲフィルタで構成される例を示したが、高調波成分を除去することができるローパスフィルタであればＣＲフィルタに限定されるものではない。

比較回路３は、コンパレータ３１と、コンパレータの＋端子および−端子に接続された極性切り替え部３３と、逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１あるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１を、交互に切り替えて極性切り替え部３３に与える信号切り替え部３２とを有している。

信号切り替え部３２は、逆起電圧Ｕあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１を受けるスイッチ３２１、逆起電圧Ｖあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｖ１を受けるスイッチ３２２および逆起電圧Ｗあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｗ１を受けるスイッチ３２３を有し、これらのスイッチの制御は、後述するセンサレス駆動演算回路９から与えられる制御信号４３（第２の制御信号）によって、何れか１つのみがオンするように制御される。

また、極性切り替え部３３は、信号切り替え部３２によって選択された信号を、コンパレータ３１の＋端子あるいは−端子に切り替えて与えるためのスイッチ３３１および３３２と、中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１を、コンパレータ３１の＋端子あるいは−端子に切り替えて与えるためのスイッチ３３３および３３４とを備えている。スイッチ３３１および３３３はコンパレータ３１の＋端子に接続され、スイッチ３３２および３３４はコンパレータ３１の−端子に接続される。そして、センサレス駆動演算回路９から与えられる制御信号４４（第１の制御信号）によって、スイッチ３３２と３３３の組と、スイッチ３３１と３３４の組とが相補的に動作するように制御される。

コンパレータ３１は、逆起電圧Ｕ、ＶおよびＷの何れかと、中点電圧ＣＴとの比較、あるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の何れかと、フィルタリング後の中点電圧ＣＴ１との比較を行う。例えばフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１がフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１よりも高い場合は、コンパレータ３１が出力するＢ−ＥＭＦ検出信号４０は「Ｈ」レベルになり、フィルタリング後の逆起電圧Ｕ１がフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１よりも低い場合は、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０は「Ｌ」レベルになる。

なお、極性切り替え部３３により逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１、コンパレータ３１の−端子に与えた場合は、例えばフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１がフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１よりも低い場合は、コンパレータ３１が出力するＢ−ＥＭＦ検出信号４０は「Ｈ」レベルになり、フィルタリング後の逆起電圧Ｕ１がフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１よりも高い場合は、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０は「Ｌ」レベルになる。

また、コンパレータ３１は、予め設定した所定電圧値分のオフセットの設定および解除が可能なように構成され、当該オフセットの設定および解除は、センサレス駆動演算回路９に内蔵されるカウンタ１０から与えられるオフセット信号４１によって制御される。

電流ゼロアンペア検出回路７は、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０に基づいて、位置検出相のコイル電流が実際に０Ａになったことを検出する。ここで位置検出相とは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうちの位置検出対象の相をいい、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の順で順次変化する。

位置検出回路８は、電流ゼロアンペア検出回路７が位置検出相のコイル電流が０Ａになったことを検出したことに応じて、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０に基づき、位置検出相の端子ＴＵ、ＴＶおよびＴＷの何れかの電圧のゼロクロス点を検出し、検出結果を示す位置検出信号を出力してセンサレス駆動演算回路９に与える。

センサレス駆動演算回路９は、内蔵のカウンタ１０のインクリメント、初期値設定、セット、リセットを行いながら、位置検出回路８からの位置検出信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号を制御して位置検出相の電流を最適なタイミングで遮断する。

また、センサレス駆動演算回路９は、位置検出回路８からの位置検出信号に基づいて、パルス状の回転信号ＦＧを生成してシステム外部に出力するが、この回転信号ＦＧのエッジを検出するごとに制御信号４４の論理を切り替えてコンパレータ３１の極性を切り替え、回転信号ＦＧのエッジを検出した後のタイミングで、信号切り替え部３２のスイッチ３２１〜３２３を順次に切り替える。

センサレス駆動演算回路９に内蔵のカウンタ１０は、電流ゼロアンペア検出回路７、騒音低減用電流波形生成回路１１、信号合成回路１２のカウンタとしても共用され、また、コンパレータ３１のオフセットの設定および解除を制御するオフセット信号４１およびフィルタ回路２４のオン／オフ制御を行う制御信号４２を生成する。

騒音低減用電流波形生成回路１１は、センサレス駆動演算回路９で生成されたＰＷＭ信号に同期して、３相ブラシレスモータ２１の騒音を低減させるための電流波形を生成する。

信号合成回路１２は、センサレス駆動演算回路９で生成されたＰＷＭ信号と、騒音低減用電流波形生成回路１１で生成された電流波形とを合成する。

出力トランジスタ制御回路１３は、信号合成回路１２の出力信号に従って、出力回路２のトランジスタＱ１〜Ｑ６の各々をオン／オフ制御する。これにより、出力回路２から３相ブラシレスモータ２１に３相ＰＷＭ電圧が供給され、ロータ２３が回転される。

＜装置動作＞
次に、図１を参照しつつ、図３に示すフローチャートおよび図４に示す波形図を用いてモータ駆動装置１００におけるモータ回転数の検出動作について説明する。

なお、以下においては、３相ブラシレスモータ２１が例えば２３００ｒｐｍを越える回転数で高速回転している状態（サンプルホールドモードと呼称）から急速に回転数を下げて停止するまでの動作について、順を追って説明するものとする。

まず、図３のステップＳ１において、コンパレータ３１が、逆起電圧Ｕ、ＶおよびＷと中点電圧ＣＴとの比較、あるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１とフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１との比較を行い、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０を出力する。

すなわち、回転数が２３００ｒｐｍを越える高速回転では、Ｂ−ＥＭＦが充分に高くＰＷＭ駆動の電流リップルによる電圧成分の影響が小さいので、Ｂ−ＥＭＦをＣＲフィルタに通す必要がなく、フィルタ回路２４は制御信号４２によりオフ状態となっており、コンパレータ３１は、逆起電圧Ｕ、ＶおよびＷと中点電圧ＣＴとの比較を行い、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０を出力する。一方、回転数が２３００ｒｐｍ以下の場合は、Ｂ−ＥＭＦが低くなるので、ＰＷＭ駆動の電流リップルによる電圧成分の影響が現れるので、Ｂ−ＥＭＦをＣＲフィルタに通す必要が生じ、フィルタ回路２４をオン状態として、コンパレータ３１は、フィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１と、フィルタリング後の中点電圧ＣＴ１との比較を行うことになる。

センサレス駆動演算回路９では、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０に基づいて、３相ブラシレスモータ２１の回転数を算出し（ステップＳ２）、算出した回転数が、例えば５３ｒｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

ここで、図４には回転数が実用回転数外の場合について、フィルタリング後の逆起電圧Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の波形（Ｂ−ＥＭＦ波形）と、当該波形に対応した回転信号ＦＧとが併せて示されており、回転数が実用回転数以下であって１６１ｒｐｍを越える場合には、回転信号ＦＧのパルス幅も狭く、Ｂ−ＥＭＦ波形の振幅も充分に高いことが示されている。また、図４にはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１をＣＴ基準として表すとともに、コンパレータ３１で設定されるオフセット電圧も表している。

ステップＳ３において、回転数が５３ｒｐｍ以下であると判定された場合は、ステップＳ４において３相ブラシレスモータ２１の回転を停止させる。一方、ステップＳ３において、回転数が５３ｒｐｍを越えると判断された場合は、ステップＳ５において、回転数が１６１ｒｐｍを越えているか否かについての判定を行う。そして、回転数が１６１ｒｐｍを越えていると判断された場合は、コンパレータ３１のオフセットを設定する（ステップＳ６）。

ここで言うオフセットを設定するとは、コンパレータ３１の比較電圧がＣＴ基準である場合に、ＣＴ基準よりも絶対値で高い側にずれた電圧で比較する動作であり、ＣＴ基準からシフトすることで、Ｂ−ＥＭＦ波形とクロスする位置が変化し、Ｂ−ＥＭＦ波形の振幅の高さによっては、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０が変化して、最終的に回転信号ＦＧの波形が変化することになる。

なお、オフセット電圧は、ＰＷＭ電圧を、ＣＲフィルタにより平滑化した後の電圧リップルよりも大きくなるように設定され、３相ブラシレスモータ２１が例えば２３００ｒｐｍを越える回転数で高速回転している場合のＢ−ＥＭＦ波形の振幅レベルが数Ｖとすれば、オフセット電圧は５０ｍＶ程度に設定される。

また、当該オフセット電圧は、比較回路３の極性切り替え部３３に与えられる制御信号４４の論理を切り替えることで、Ｂ−ＥＭＦ波形に対して、ＣＴ基準を中心として上下対称となるように設定される。制御信号４４の論理は、回転信号ＦＧのエッジを検出するごとに切り替えられる。なお、オフセット電圧の極性は、検出したエッジの立ち上がる方向とは反対側の極性となるように設定される。

なお、上述したように、オフセット電圧は実用回転数を越える回転数で高速回転している場合のＢ−ＥＭＦ波形の振幅レベルに比べると遙かに小さいので、オフセットを設定しても、それによってＢ−ＥＭＦ検出信号４０が変化する割合は小さく、オフセットを設定したことによる位置検出誤差は問題にはならない。

オフセットを設定した後は、ステップＳ１の動作を繰り返すが、この場合、コンパレータ３１では中点電圧ＣＴではなく、等価的にオフセット電圧が加えられた中点電圧ＣＴとＢ−ＥＭＦとを比較して、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０を出力することになる。

センサレス駆動演算回路９では、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０に基づいて、３相ブラシレスモータ２１の回転数を算出し（ステップＳ２）、算出した回転数が、例えば５３ｒｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

今、３相ブラシレスモータ２１の回転数が、図４における領域Ａ、すなわち１６１ｒｐｍ以下の領域あるいは領域Ｂ、すなわち実使用回転数外にある場合を想定すると、回転数は５３ｒｐｍを越えていると判断されるので、ステップＳ５に進み、回転数が１６１ｒｐｍを越えているか否かについての判定を行う。

領域Ａあるいは領域Ｂでは、回転数は１６１ｒｐｍを越えていないのでステップＳ７に進み、回転数が１６１ｒｐｍ以下であるか否かについての判定を行う。領域Ａあるいは領域Ｂでは、回転数は１６１ｒｐｍ以下であるので、コンパレータ３１に設定されたオフセットを解除する（ステップＳ８）。これは、回転数が１６１ｒｐｍ以下になると、Ｂ−ＥＭＦ波形の振幅レベルが数百ｍＶ程度まで低下するので、オフセットを設定していると位置検出誤差が大きくなるからである。

コンパレータ３１のオフセットを解除した後は、ステップＳ１の動作を繰り返すが、この場合、コンパレータ３１では中点電圧ＣＴとＢ−ＥＭＦとを比較して、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０を出力することになる。

センサレス駆動演算回路９では、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０に基づいて、３相ブラシレスモータ２１の回転数を算出し（ステップＳ２）、算出した回転数が、例えば５３ｒｐｍ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

今、３相ブラシレスモータ２１の回転数が、図４における領域Ｃ、すなわち１６１ｒｐｍ以上の領域にある場合を想定すると、回転数は５３ｒｐｍを越えていると判断されるので、ステップＳ５に進み、回転数が１６１ｒｐｍを越えているか否かについての判定を行う。

領域Ｃでは、回転数は１６１ｒｐｍ以上であるので、１６１ｒｐｍを越えている場合には、ステップＳ６に進みコンパレータ３１のオフセットを設定する（ステップＳ６）。

ここで、領域Ａでは１６１ｒｐｍ以下であったものが、領域Ｃでは１６１ｒｐｍを越えているということは、回転が止まる方向にある３相ブラシレスモータ２１の動作としては正常ではなく、現実の回転数は低いにも関わらず、ＣＲフィルタを通した後のＢ−ＥＭＦに残る電圧リップルにコンパレータ３１が反応して、現実以上の回転数で回転しているものと誤検出していることが考えられる。

しかし、コンパレータ３１にオフセットが設定された後は、オフセット電圧に満たない電圧リップルについてはコンパレータ３１では検出されなくなるとともに、現実の回転数が５３ｒｐｍに近い領域ＥではＢ−ＥＭＦ波形も検出されなくなる。

ここで、Ｂ−ＥＭＦ波形が検出されない場合、コンパレータ３１が出力するＢ−ＥＭＦ検出信号４０は、「Ｌ」または「Ｈ」の出力レベルが連続するだけの信号となり（ステップＳ１）、それに基づいてセンサレス駆動演算回路９では、３相ブラシレスモータ２１の回転数を５３ｒｐｍ以下として算出する（ステップＳ２）。この結果、ステップＳ３で回転数が５３ｒｐｍ以下と判断され、ステップＳ４において３相ブラシレスモータ２１の回転（各相のＰＷＭ出力）が停止される。

図５は、オフセットを設定しない場合に得られる回転信号ＦＧの一例を示す図である。図５においては、図４と同じＢ−ＥＭＦ波形を示し、当該Ｂ−ＥＭＦ波形に基づいて得られる回転信号ＦＧを示している。

図５に示すように、回転信号ＦＧの領域Ａ〜Ｃについては図４と同じであるが、領域Ｃに続く領域Ｄでは、自励発振によりＣＲフィルタを通した後のＢ−ＥＭＦに残る電圧リップルをコンパレータ３１が検出し、誤検出に基づくＢ−ＥＭＦ検出信号４０を出力するため、領域Ｄでは回転数が実用回転数以上であることを示すパルス波形が示されている。

ここで、オフセットを設定した場合と設定しない場合との相違をより明確に示すため、図４におけるＡ部の拡大図を図６に、図５におけるＡ部の拡大図を図７に示す。

図６および図７においては、共にＵ相のＢ−ＥＭＦ波形を示しており、ＣＲフィルタを通した後のＢ−ＥＭＦに電圧リップルが重畳されている状態が示されている。

オフセットを設定した場合、図６に示されるように、オフセット電圧とほぼ等しい電圧リップルを検出した点を検出ポイントとし、電圧リップルを検出するごとにオフセット電圧の極性を切り替える。この処理をＶ相およびＷ相についても実行し、３相のＢ−ＥＭＦ波形についての検出ポイントに基づいて回転信号ＦＧが算出される。

一方、オフセットを設定しない場合は、図７に示されるように、中点電圧ＣＴとＢ−ＥＭＦ波形とを比較することになり、中点電圧ＣＴとほぼ等しい電圧リップルを検出した点が検出ポイントとなり、その検出数は膨大なものとなる。これをＶ相およびＷ相についても検出し、得られた検出ポイントに基づいて回転信号ＦＧを算出すると、その回転信号ＦＧは現実以上の回転数を示すことになる。

＜効果＞
以上説明したように、３相ブラシレスモータ２１の回転数が、予め定めた閾値を越えた場合にコンパレータ３１の比較電圧をＣＴ基準からオフセット電圧に変更し、当該閾値以下の場合にはオフセット電圧を解除あるいは比較電圧をＣＴ基準に保つように構成することで、ＣＲフィルタを通した後のＢ−ＥＭＦに残る電圧リップルをコンパレータ３１が検出することが防止される（図６）。この結果、３相ブラシレスモータ２１の現実の回転数は低いにも関わらず、現実以上の回転数で回転していると誤検出し（図７）、誤った回転信号ＦＧが出力されることが防止される。

なお、コンパレータ３１の＋端子および−端子には、信号切り替え部３２によって選択された信号と、中点電圧ＣＴ（あるいはＣＴ１）とが、極性切り替え部３３により切り替え可能に与えられる構成となっており、コンパレータ３１にオフセットを設定した場合には、回転信号ＦＧのエッジを検出するごとにオフセット電圧の極性を切り替えることができる。

このような構成を採らず、オフセット電圧の極性が一方だけである場合には、回転信号ＦＧのパルス波の幅と、パルス間隔とに大きな差異が生じて、３相ブラシレスモータ２１の回転数にムラが生じているように誤検出されるが、オフセット電圧の極性の切り替えにより、当該誤検出が発生することを防止できる。

＜変形例１＞
図１を用いて説明したモータ駆動装置１００の比較回路３においては、コンパレータ３１の＋端子および−端子に極性切り替え部３３が接続され、コンパレータ３１の＋端子および−端子に与える信号を切り替えることで、コンパレータ３１のオフセットの極性を切り替える構成としていたが、コンパレータ３１をオフセットの極性を切り替える機能を有した構成としても良い。

図８には、オフセットの極性を切り替える機能を有したコンパレータ３１を備えた比較回路３Ａの構成を示す。

コンパレータ３１の＋端子は、信号切り替え部３２のスイッチ３２１、３２２および３２３に共通に接続され、コンパレータ３１の−端子には中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられる構成となっている。

そして、コンパレータ３１には＋側にオフセットを設定するオフセット信号４１ａと、−側にオフセットを設定するオフセット信号４１ｂとが図示されないカウンタ１０（図１）から与えられ、オフセット信号４１ａおよび４１ｂに基づいてオフセットの極性が切り替えられる構成となっている。

このような構成を採ることで、極性切り替え部３３（図１）を不要とすることができ、構成を簡略化した比較回路を得ることができる。

＜変形例２＞
図１を用いて説明したモータ駆動装置１００の比較回路３においては、１つのコンパレータ３１を用いて３相のＢ−ＥＭＦを検出する構成としていたが、各相ごとにコンパレータを使用する構成としても良い。

図９には、Ｂ−ＥＭＦの各相に対応したコンパレータ３１ａ、３１ｂおよび３１ｃを備えた比較回路３Ｂの構成を示す。

コンパレータ３１ａの＋端子には逆起電圧Ｕあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１が与えられ、−端子には中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられる構成となっている。

コンパレータ３１ｂの＋端子には逆起電圧Ｖあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｖ１が与えられ、−端子には中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられる構成となっている。

コンパレータ３１ｃの＋端子には逆起電圧Ｗあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｗ１が与えられ、−端子には中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられる構成となっている。

また、コンパレータ３１ａ、３１ｂおよび３１ｃには、＋側にオフセットを設定するオフセット信号４１ａと、−側にオフセットを設定するオフセット信号４１ｂとが図示されないカウンタ１０（図１）から与えられ、オフセット信号４１ａおよび４１ｂに基づいてオフセットの極性が切り替えられる構成となっている。

コンパレータ３１ａ、３１ｂおよび３１ｃのそれぞれからは、Ｂ−ＥＭＦ検出信号４０ａ、４０ｂおよび４０ｃが出力され、電流ゼロアンペア検出回路７および位置検出回路８に与えられる。

このような構成を採ることで、信号切り替え部３２（図１）、極性切り替え部３３（図１）を不要とすることができ、構成をさらに簡略化した比較回路を得ることができる。

＜変形例３＞
各相ごとにコンパレータを使用する構成としては、図１０に示すような比較回路３Ｃの構成を採用しても良い。

図１０においては、コンパレータ３１ａ、３１ｂおよび３１ｃの入力は、それぞれ極性切り替え部３３ａ、３３ｂおよび３３ｃを介して与えられる構成となっている。極性切り替え部３３ａ〜３３ｃの構成は、図１を用いて説明した極性切り替え部３３と同じである。そして、極性切り替え部３３ａには、逆起電圧Ｕあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｕ１と、中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられ、極性切り替え部３３ｂには、逆起電圧Ｖあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｖ１と、中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられ、極性切り替え部３３ｃには、逆起電圧Ｗあるいはフィルタリング後の逆起電圧Ｗ１が与えられ、−端子には中点電圧ＣＴあるいはフィルタリング後の中点電圧ＣＴ１が与えられる構成となっている。

極性切り替え部３３ａ〜３３ｃでは、センサレス駆動演算回路９（図１）から与えられる制御信号４４に基づいて、入力された信号を切り替えて、コンパレータ３１ａ〜３１ｃの＋端子および−端子に与えるように動作する。

コンパレータ３１ａ〜３１ｃは、図１を用いて説明したコンパレータ３１と同じ構成を有し、予め設定した所定電圧値分のオフセットの設定および解除が可能なように構成され、当該オフセットの設定および解除は、センサレス駆動演算回路９（図１）に内蔵されるカウンタ１０（図１）から与えられるオフセット信号４１によって制御される。その他の構成は、図９に示した比較回路３Ｂと同じである。

このような構成を採ることで、信号切り替え部３２（図１）を不要とすることができ、構成を簡略化した比較回路を得ることができる。

本発明に係る実施の形態のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 フィルタ回路の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態のモータ駆動装置におけるモータ回転数の検出動作を説明するフローチャートである。 オフセットを設定した場合の、フィルタリング後のＢ−ＥＭＦ波形と、対応する回転信号とを示す図である。 オフセットを設定しない場合の、フィルタリング後のＢ−ＥＭＦ波形と、対応する回転信号とを示す図である。 オフセットを設定した場合の、フィルタリング後のＢ−ＥＭＦ波形と、対応する回転信号とを示す部分拡大図である。 オフセットを設定しない場合の、フィルタリング後のＢ−ＥＭＦ波形と、対応する回転信号とを示す部分拡大図である。 比較回路の変形例１の構成を示す図である。 比較回路の変形例２の構成を示す図である。 比較回路の変形例３の構成を示す図である。

符号の説明

３１ コンパレータ、４１ オフセット信号、３２ 信号切り替え部、３３ 極性切り替え部。

Claims (3)

1. ホールセンサを用いることなく３相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記３相ブラシレスモータの３相コイルの各相のコイル端子電圧と、前記３相コイルの中点電圧とを受け、それらに含まれる電流リップルに起因する電圧成分を除去するフィルタ回路と、
   前記各相のコイル端子電圧をフィルタリングしたフィルタリング後の各相のコイル端子電圧と、前記中点電圧をフィルタリングしたフィルタリング後の中点電圧との高低を比較するコンパレータを含む電圧比較部とを備え、
   前記コンパレータは、オフセット信号に基づいて前記フィルタリング後の各相のコイル端子電圧との比較電圧を、前記フィルタリング後のリップル電圧よりも高いオフセット電圧を付加した値に設定し、
   前記オフセット信号は、
   前記３相ブラシレスモータの回転数が、予め定めた閾値を越えた場合に前記比較電圧を前記オフセット電圧を付加した値に変更し、前記閾値以下の場合には前記オフセット電圧を解除する、モータ駆動装置。
2. 前記フィルタ回路は、前記フィルタリング後の各相のコイル端子電圧および前記フィルタリング後の中点電圧を出力するか、前記各相のコイル端子電圧および前記中点電圧をそのまま出力するかを選択可能に構成され、
   前記電圧比較部は、
   前記コンパレータのプラス端子およびマイナス端子に与える信号を切り替えることで前記コンパレータの極性を切り替える極性切り替え部と、
   前記フィルタ回路から出力される前記各相のコイル端子電圧、あるいは前記フィルタリング後の各相のコイル端子電圧を、各相ごとに切り替えて前記極性切り替え部に与える信号切り替え部とを有する、請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記電圧比較部での比較結果に基づいて位置検出相の電圧のゼロクロス点を検出して位置検出信号を出力する位置検出回路と、
   前記位置検出回路の検出結果に基づいて前記３相ブラシレスモータを駆動するＰＷＭ信号を生成するとともに、前記位置検出信号に基づいて、パルス状の回転信号を生成して出力する駆動信号発生回路とを備え、
   前記駆動信号発生回路は、前記回転信号のエッジを検出するごとに前記コンパレータの極性を切り替える第１の制御信号を出力し、前記回転信号のエッジを検出した後のタイミングで切り替え動作が実行されるように、前記信号切り替え部を制御する第２の制御信号を出力する、請求項２記載のモータ駆動装置。

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