ブラシレスモータの制御方法及び制御装置
【課題】ホール素子等の耐熱性が低いセンサを用いずに、モータロック時の制御を的確に行なわせることができるブラシレスモータの制御方法を提供する。
【解決手段】ブラシレスモータ１の固定子１Ｂの３相のコイルＬｕないしＬｗに流れる電流が上限値に達したときに、電源２から３相のコイルへの電流の供給を停止させる駆動停止過程と３相のコイルへの電流の供給を再開させる駆動過程とを交互に行なって、３相のコイルに流れる電流を上限値以下に制限する。駆動停止過程で中性点に対して同方向に電流が流れている２相を判定対象相として、これらの判定対象相の２相のコイルを流れる電流の減衰状態から回転子の位置を判定し、判定された回転子の位置に基づいて、駆動過程で３相のコイルに電流を流す際の通電のパターンとその通電パターンでの通電開始位置とを決定する。
【解決手段】ブラシレスモータ１の固定子１Ｂの３相のコイルＬｕないしＬｗに流れる電流が上限値に達したときに、電源２から３相のコイルへの電流の供給を停止させる駆動停止過程と３相のコイルへの電流の供給を再開させる駆動過程とを交互に行なって、３相のコイルに流れる電流を上限値以下に制限する。駆動停止過程で中性点に対して同方向に電流が流れている２相を判定対象相として、これらの判定対象相の２相のコイルを流れる電流の減衰状態から回転子の位置を判定し、判定された回転子の位置に基づいて、駆動過程で３相のコイルに電流を流す際の通電のパターンとその通電パターンでの通電開始位置とを決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁を有する回転子と、３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子とを備えたブラシレスモータを駆動する際の制御方法及びこの制御方法を実施するために用いる制御装置に関し、特に高温の環境下で使用されるブラシレスモータを制御するのに好適な制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ブラシレスモータは、回転子ヨークに永久磁石を取り付けて磁石界磁を形成した回転子と、３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と、直流電源から３相のコイルに流す電流の通電パターンを切り換えるために直流電源と電機子コイルとの間に配置されたインバータ回路と、各相のコイルに対して回転子の位置（回転角度位置）を検出する位置センサと、回転子を所定の方向に回転させるべく、位置センサにより検出される回転子の位置の変化に伴って、３相のコイルへの通電パターンを切り換えるようにインバータ回路を制御するコントローラとにより構成される。
【０００３】
従来ブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとしては、特許文献１に示されているように、ホール素子からなる磁気センサが多く用いられているが、磁気センサは、半導体を用いているため、熱に弱い性質を持っている。従って、高温の環境下で使用されるブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとして磁気センサを用いることは適当でない。
【０００４】
高温の環境下で使用されるブラシレスモータとしては、例えば、エンジンを始動するために用いられるモータがある。従来エンジンを始動するモータは、エンジンに取り付けられる発電機とは別個に設けられていたが、最近、エンジンに取り付けられる磁石発電機をエンジンの始動時にブラシレスモータとして駆動してエンジンを始動することが検討されるようになっている。エンジン用の磁石発電機は、その回転子がエンジンのクランク軸に直接取り付けられるため、この発電機をブラシレスモータとして動作させる際に用いる位置センサとして、ホール素子等の熱に弱い磁気センサを用いると、信頼性が低下するのを避けられない。
【０００５】
そこで、特許文献２に示されているように、回転子にリラクタを設けるとともに、このリラクタのエッジを検出してパルスを発生する信号発生装置を設けて、この信号発生装置の出力パルスから回転子の位置を検出することが提案されている。
【０００６】
周知のように、リラクタのエッジを検出してパルスを発生する信号発生装置は、リラクタに対向する磁極部を有する鉄心と、この鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された磁石とをパルサ内に備えていて、リラクタのエッジが鉄心の磁極部の位置を通過する際に信号コイルと鎖交する磁束に変化を生じさせることにより、信号コイルにパルス信号を誘起させるように構成されている。
【０００７】
磁束の変化を検出してパルスを発生する磁束変化形の信号発生装置としては、上記の形式のものの他、回転子側及び固定子側にそれぞれパルス発生用磁石及び信号コイルを設けて、パルス発生用磁石が信号コイルの位置を通過する際に生じる磁束の変化により信号コイルにパルスを誘起させるものもある。
【０００８】
これらの磁束変化検出形の信号発生装置は、半導体素子を用いないため、熱には強いが、回転子の回転に伴って生じる磁束の時間的変化を利用してパルスを得るものであるため、回転子がある程度以上の回転速度で回転していないと認識し得るパルスを発生することができないという問題を有している。
【０００９】
また、ブラシレスモータの回転子の位置を検出する方法として、特許文献３に示されているように、ホール素子等の位置センサを用いることなく、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する方法も知られている。特許文献３に示された方法では、星形結線された３相のコイルに、同じく星形結線された３つの抵抗器からなる抵抗回路を並列に接続して、電機子コイルの中性点と抵抗回路の中性点との間の電位差から、３相のコイルの逆誘起電圧の総和を検出し、この逆誘起電圧の総和の変化に基づいて回転子の位置を検出している。
【００１０】
またホール素子の代りにレゾルバを位置センサとして用いて、ブラシレスモータの回転子の位置を検出することも知られている。
【特許文献１】特開２００４−８０９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７３４８２号公報
【特許文献３】特開昭６０−１９４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、ホール素子等の磁気センサは耐熱性が低いため、ブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとして磁気センサを用いると、ブラシレスモータが高温の環境下で使用された場合に、センサが破損するおそれがある。これに対し、特許文献２に示されたように、磁束変化検出形の信号発生装置を位置センサとして用いれば、ブラシレスモータが高温環境下で使用される場合にセンサが破損するという問題が生じるおそれを無くすことができる。
【００１２】
しかしながら、磁束変化検出形の信号発生装置は、回転子がある程度の回転速度以上で回転していないと認識し得るパルスを発生することができないため、ブラシレスモータの通電パターンを切り換える位置を検出するためにこのような信号発生装置を用いた場合には、モータの負荷が重くなって、モータがロック状態またはロックに近い状態になったときに、通電パターンの切換位置を検出するためのパルスを得ることができなくなり、ロック状態が継続してしまうという問題が生じる。
【００１３】
同様に、特許文献３に示されたように、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子位置を検出する方法も、ブラシレスモータが回転していて、電機子コイルにしきい値を超える逆誘起電圧が発生しているときにのみ適用できる方法であるため、ブラシレスモータの始動時の通電パターンの切換位置を検出する目的や、モータがロックに近い状態またはロック状態になったときの通電パターンの切換位置を検出する目的には使用することができない。
【００１４】
また通電パターンを切り換える回転子の位置を検出するセンサとしてレゾルバを用いた場合には、レゾルバ自体が高価である上に、励磁電圧に対する出力電圧の位相差を検出するための検出回路が必要になるため、コストが高くなるという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いることなく、モータの電流制限時における電機子コイルへの通電パターンの切換位置を的確に決定して、極低速回転領域から定常回転速度領域まで、ブラシレスモータを満足に動作させることができるようにしたブラシレスモータの制御方法及びこの制御方法を実施するために用いる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法に適用される。
【００１７】
本発明においては、電機子電流が設定された上限値に達したときに、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行う。
【００１８】
上記電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相のコイルを流れている電流の減衰の状態から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、電流制限制御の駆動過程では、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路を制御する。
【００１９】
上記電機子電流の上限値は、モータがロック状態になったときに流れる電機子電流（ロック電流）の値に近い値（ロック電流値よりは低い値）に設定する。即ち、電機子電流が上限値に達したことを検出することにより、モータがロックに近い状態になったことを検出できるようにしておく。
【００２０】
モータの負荷が重くなり、モータがロックに近い状態になると、回転子が殆ど回転しなくなり、電機子コイルに誘起電圧が発生しなくなるので、電機子コイルには大きな電流が流れる。本発明では、電機子電流が増大して設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させる駆動過程とを交互に行わせて電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行なうので、ロックに近い状態になったときに過大な電流が流れ続けて電機子コイルが焼損するのを防ぐことができる。
【００２１】
本発明者は、種々の実験を行なった結果、電流制限制御において、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態で、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流した場合に、電機子コイルの２相のコイルをそれぞれ流れる電流の減衰状態と、回転子の位置（回転角度位置）との間に相関関係があり、電源から切り離された状態にある２相のコイルをそれぞれ流れる電流の減衰状態から、回転子の位置を判定できることを見出した。回転子の位置を判定できれば、その判定結果に基づいて、続いて行われる駆動過程において、モータから十分な出力トルクを発生させ続けるために必要な通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）とを決定することができ、決定された通電パターンで３相のコイルへの通電を行なうことにより、モータから出力トルクを発生させ続けることができる。
【００２２】
上記のように、本発明の方法によれば、駆動されているブラシレスモータがロックに近い状態になって、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する過程と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を行う過程とを交互に行わせることにより電機子電流を制限するとともに、電源から電流が供給されない状態にある電機子コイルの２相のコイルに同方向に流れている循環電流の減衰状態から回転子の位置を判定して、判定した位置に基づいて、次の駆動過程において直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電の開始位置とを決定するようにしたので、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサやレゾルバなどの高価な位置センサを用いなくても、ブラシレスモータの電流制限制御時に出力トルクを発生させ続けて、その回転を維持することができる。このように電流制限時においてもモータの回転を維持できるようにしておけば、やがて負荷が軽くなった時点で回転速度を上昇させて、定常運転に復帰させることができる。
【００２３】
駆動されているブラシレスモータの負荷が一時的に重くなる状態は、例えば、エンジンのクランク軸に回転子を取り付けた回転電機をブラシレスモータとして駆動して、エンジンを始動する場合に、ピストンが圧縮行程の下死点から上死点に向けて上昇していく過程で生じる。特に、極寒冷地でエンジンを始動する際に、エンジンの潤滑油が凍結していてクランク軸が回転し難くなっていると、モータの負荷は、ピストンが圧縮行程の下死点から上死点に向けて上昇していく過程で非常に重くなり、モータがロックに近い状態になる。また電気自動車においても、急勾配の坂を登り切る寸前等に、駆動されているブラシレスモータの負荷が重くなり、モータがロック寸前の状態になることがあり得る。本発明によれば、このように負荷が軽くなったり重くなったりするブラシレスモータがロック状態またはロックに近い状態になったときに、出力トルクを発生させ続けて、モータがロックしたままの状態に陥るのを防ぐことができる。また回転子の位置を検出する位置センサとしては、耐熱性を有する磁束変化検出形の信号発生装置を用いることができるので、高温の環境下で使用されるブラシレスモータをも問題なく駆動することができる。
【００２４】
本発明の好ましい態様では、電流制限制御の駆動停止過程で行う電流制限時回転子位置判定過程において、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する。
【００２５】
ブラシレスモータの電機子コイルへの通電パターンを切り換える制御において、通電パターンを切換える位相は、通常電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相を基準にして決められる。一般にブラシレスモータにおいては、通電パターンの切り換え位相により出力トルクを調整することができる。電流制限時の駆動過程において、電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンへの切り換え位置は、モータの出力トルクを最大にする位置とするのが好ましい。
【００２６】
上記電流制限制御においては、電源から電機子コイルへの電流の供給を停止させた後、一定の時間が経過した後に（駆動停止過程を行っている時間が設定値に達した後に）駆動過程を開始させるようにしてもよく、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に駆動過程を開始させるようにしてもよい。
【００２７】
上記電流制限制御の駆動停止過程では、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、この電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行うのが好ましい。
【００２８】
上記の制御方法において、電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンであることが好ましい。
【００２９】
本発明はまた、中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、回転子を所定の方向に回転させるべくインバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置に適用される。
【００３０】
本発明に係わる制御装置においては、上記コントローラが、ブラシレスモータの定常運転時にインバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるようにインバータ回路を制御して、電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部とを備えている。
【００３１】
上記電流制限時インバータ制御部は、前記電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相を流れている電流の減衰の状態から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、駆動過程で直流電源から３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段とを備えることにより構成される。
【００３２】
本発明の好ましい態様では、上記電流制限時インバータ制御部が、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段とを備えている。
【００３３】
上記電流制限時インバータ制御部は、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させるように構成してもよく、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させるように構成してもよい。
【００３４】
本発明の他の好ましい態様では、更に、ブラシレスモータの始動時にインバータ回路を制御する始動時インバータ制御部が設けられる。この場合、定常時インバータ制御部及び電流制限時インバータ制御部の構成は前記のものと同様でよい。
【００３５】
上記始動時インバータ制御部は、固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子が如何なる位置にあるかを判定する始動時回転子位置判定手段と、この始動時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段と、始動時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御する始動時インバータ制御手段とにより構成することができる。
【００３６】
上記始動時回転子位置判定手段は、過渡電流の波高値から回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することができる。
【００３７】
上記始動時回転子位置判定手段はまた、過渡電流の波高値と波形とから回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することができる。
【００３８】
ブラシレスモータにおいて、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、磁石界磁の位置と各相のコイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、ブラシレスモータの各相の電機子コイルに電圧を印加したときに流れる過渡電流は、回転子の位置により相違する。従って、ブラシレスモータの固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なって、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較したり、過渡電流の波形を比較したりすることにより、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００３９】
過渡電流の波形から回転子の位置を判定するには、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出する処理を行って、抽出した特徴を比較するようにすればよい。過渡電流の波形の特徴の抽出は、例えば以下の（ａ）ないし（ｃ）のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、一定時間τが経過した時点での電流値を測定し、比較する。
（ｂ）過渡電流が流れ始めた後、一定の電流値に達するまでに要した時間を測定し、比較する。
（ｃ）過渡電流の立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。
（ｄ）時間幅２Δｔを有する過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定する。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、モータの電機子電流が上限値に達したときに、電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する駆動停止過程と、電源から電機子コイルへの電流の供給を行う駆動過程とを交互に行わせて、電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行なうので、モータがロックに近い状態になったときに電機子電流が過大になって電機子コイルが焼損するのを防ぐことができる。
【００４１】
本発明によればまた、上記駆動停止過程で電機子コイルを通して流れる循環電流の減衰状態から回転子の位置を判定して、判定された回転子の位置に基づいて、次の駆動過程を開始する際の通電パターンを決定するようにしたので、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いずに、モータがロックに近い状態になったときの電機子コイルへの通電パターンを的確に決定することができる。従って本発明によれば、耐熱性が低いホール素子等の位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いることなく、モータがロックに近い状態になる極低速回転領域から定常回転速度領域まで、ブラシレスモータに満足な動作を行なわせることができる。
【００４２】
更に本発明に係わるブラシレスモータにおいて、モータの始動時に電機子コイルに過渡電流を流して、該過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて通電パターンの切り換え位置を決定するようにした場合には、ホール素子のような耐熱性が低い位置センサを用いたり、レゾルバのような高価な位置センサを用いたりすることなく、ブラシレスモータの始動を行なわせることができるので、始動時から定常回転領域までの全領域においてブラシレスモータを満足に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１はブラシレスモータがエンジンに取り付けられて、エンジンの始動時にブラシレスモータとして運転され、エンジンが始動した後は磁石発電機として運転される場合に本発明を適用した実施形態を示したもので、同図において１は磁石発電機としても運転されるブラシレスモータ、２はバッテリからなる直流電源、３はブラシレスモータ１と直流電源２との間に設けられたインバータ回路、４はマイクロプロセッサを備えて、インバータ回路３を制御するコントローラ、５はブラシレスモータ１の回転子の位置が予め定めた位置に一致したときにパルス信号を発生する信号発生装置、６は過渡電流を流す際に閉じられる過渡電流通電用スイッチ、７ｕないし７ｗはブラシレスモータの電機子コイルを構成するＵ，Ｖ，Ｗ３相のコイルをそれぞれ流れる電流を検出する電流検出手段である。
【００４４】
更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部の中央部に取り付けられたボス部がエンジン（図示せず。）のクランク軸に嵌合されて取り付けられている。回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に永久磁石が取り付けられて偶数極の界磁が構成されている。本実施形態では、１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に接着等により取り付けられ、これらの永久磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に２極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１及びＭ２とにより回転子１Ａが構成されている。この例では、磁石回転子１Ａが、エンジンの正回転時に図１において反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転させられるものとする。
【００４５】
磁石回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。固定子１Ｂは、環状に形成された継鉄部の外周部から３個の突極部を放射状に突出させた構造を有する公知の星形環状電機子鉄心（図示せず。）と、この電機子鉄心の３個の突極部にそれぞれ巻回された３相のコイルＬｕないしＬｗとからなっている。３相のコイルＬｕないしＬｗは星形結線され、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【００４６】
固定子１Ｂは、エンジンのケースの一部に形成された固定子取付け部に固定され、電機子鉄心の３個の突極部のそれぞれの先端に形成された磁極部が磁石回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【００４７】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で形成され、これらのリラクタ１１ないし１３と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。またロータ５Ａの近傍に、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルス信号を発生するパルサ５Ｂが配置され、信号発生用ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより、磁束変化検出形の信号発生装置５が構成されている。なお本明細書において、磁束変化検出形の信号発生装置とは、ロータの回転に伴って、コイルに鎖交する磁束に変化を生じさせることにより、コイルに信号電圧を誘起させる形式の信号発生装置を意味する。
【００４８】
パルサ５Ｂは、エンジンのケース等に固定されていて、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジを検出したときに第１の極性のパルス信号を発生し、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の後端側エッジを検出したときに第２の極性のパルス信号を発生する。本実施形態では、各リラクタが６０°の極弧角を有していて、３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で設けられているため、パルサ５Ｂは、回転子１Ａが１回転する間に６０°間隔で６つのパルス信号を発生する。これら６つのパルス信号がそれぞれ発生するタイミングが、１８０°スイッチング駆動によりブラシレスモータを駆動する際の通電パターンの６つの切換タイミング（励磁相の切換タイミング）に一致するように、リラクタ１１ないし１３及びパルサ５Ｂが設けられている。
【００４９】
パルサ５Ｂが発生するパルス信号は、コントローラ４のパルス信号入力端子４ａに入力されている。パルス信号入力端子４ａに入力されたパルス信号は、コントローラ４内に設けられた波形整形回路によりマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換されて、コントローラ４内のマイクロプロセッサに入力されている。
【００５０】
インバータ回路３は、オンオフ制御が自在なスイッチ素子と帰還ダイオードとを逆並列接続して構成したエレメントにより３相ブリッジ回路の各辺を構成した周知の回路からなる。図示の例では、一端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤｕ，Ｄｖ及びＤｗとによりブリッジの３つの上アームが構成され、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗのそれぞれの他端に一端が接続されるとともに他端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤｘ，Ｄｙ及びＤｚによりブリッジの３つの下アームが構成されている。本実施形態では、インバータ回路３のブリッジの各アームを構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられ、ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成された寄生ダイオードが帰還ダイオードとして用いられている。
【００５１】
スイッチ素子ＱｕないしＱｗ及びＱｘないしＱｚの制御端子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴのゲート）にはそれぞれコントローラ４から駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが与えられている。スイッチ素子ＱｕないしＱｗ及びＱｘないしＱｚは、駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが与えられている間オン状態を保持し、駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが除去されたときにオフ状態になる。
【００５２】
図示のインバータ回路３においては、ブリッジの上アームを構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの一端の共通接続点及び下アームを構成するスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの他端の共通接続点がそれぞれプラス側及びマイナス側の直流側端子３ａ及び３ｂとなっており、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの他端とスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの一端との接続点がそれぞれ交流側端子３ｕ，３ｖ，３ｗとなっている。直流側端子３ａ，３ｂ間に直流電源２が接続され、交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗにそれぞれ電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗの非中性点側端子（中性点と反対側の端子）から引き出された３相の端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが、電流検出器７ｕないし７ｗを構成するシャント抵抗器ＲiｕないしＲiｗを通して接続されている。
【００５３】
図示のインバータ回路３においては、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより全波整流回路が構成され、ブラシレスモータ１が外部から駆動されて磁石発電機として運転される際に、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧がこの全波整流回路により直流電圧に変換されて直流電源２を構成するバッテリに充電用電圧として印加される。
【００５４】
本実施形態においては、ブラシレスモータ１が停止している状態で、その回転子１Ａの位置（回転子の界磁と電機子コイルの各相のコイルとの間の位置関係）を判定するため、電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と接地間に過渡電流通電用スイッチ６が挿入されている。
【００５５】
過渡電流通電用スイッチ６は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタからなっていて、該トランジスタのコレクタがコイルＬｕないしＬｗの中性点に接続され、ベースがコントローラ４に設けられたスイッチ制御信号出力端子４ｂに接続されている。
【００５６】
電流検出器７ｕないし７ｗをそれぞれ構成するシャント抵抗器ＲiｕないしＲiｗのそれぞれの両端に得られる検出信号は、演算増幅器ＯＰｕないしＯＰｗを通してコントローラ４の電流検出信号入力端子４ｃに入力されている。
【００５７】
前述のように、本発明に係わる制御方法では、モータの始動時に、固定子１Ｂの各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流から回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程とを行うことにより、回転子１Ａの位置を判定する。このようにして判定した回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定し、決定した通電パターンで電機子コイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【００５８】
本発明に係わる制御装置を構成するため、コントローラ４のマイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、図２に示す各種の手段を構成する。図２において、２０は過電流通電手段で、この過電流通電手段は、固定子１Ｂの各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子と接地電位部との間に電圧を印加した状態で過渡電流通電用スイッチ６を短時間オン状態にして中性点を一時的に接地電位部に接続することにより、電機子コイルの３相のコイルＬｕないしＬｗに一時的に過渡電流を流す過渡電流通電過程を行なう。
【００５９】
また２１は始動時回転子位置判定手段で、この判定手段は、過渡電流通電手段２０が３相のコイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段７ｕないし７ｗの出力から検出して、検出した過渡電流から回転子１Ａの界磁が３相のコイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるかを判定するための処理を行う。
【００６０】
本実施形態では、過渡電流通電手段２０と始動時回転子位置判定手段２１とにより、過渡電流通電過程で３相のコイルＬｕないしＬｗにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子の位置を判定する始動時回転子位置判定手段２２が構成されている。
【００６１】
２３は始動時通電パターン決定手段、２４は始動時インバータ制御手段である。本発明では、直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで電機子電流を流すものとして、回転子を所定の方向（本実施形態では図１の矢印ＣＣＷ方向）に回転させるべく、同方向の電流を流す２相の組み合わせを切り換えて、通電パターンを切り換える制御を行わせる。
【００６２】
始動時通電パターン決定手段２３は、始動時回転子位置判定手段２２により判定された回転子の位置に基づいて、回転子を所定の方向に回転させるために必要な電機子コイルへの通電パターンを決定する。また始動時インバータ制御手段２４は、始動時通電パターン決定手段２３により決定された通電パターンに従って３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すように、インバータ回路３の上アームの３つのスイッチ素子ＱｕないしＱｗのうちの１つと下アームの３つのスイッチ素子ＱｘないしＱｚのうちの２つとを同時にオン状態にするか、またはインバータ回路３の下アームの３つのスイッチ素子ＱｘないしＱｚのうちの１つと上アームの３つのスイッチ素子ＱｕないしＱｗのうちの２つとを同時にオン状態にするように、インバータ回路３のスイッチ素子を制御する。
【００６３】
この例では、固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段２０と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子１Ａの位置を判定する始動時回転子位置判定手段２１と、始動時回転子位置判定手段２１により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段２３と、始動時通電パターン決定手段２３により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路３を制御する始動時インバータ制御手段２４とにより、ブラシレスモータの始動時にインバータ回路３を制御する始動時インバータ制御部２５が構成されている。
【００６４】
また２６は、信号発生装置５が発生するパルス信号から得られる回転子１Ａの位置情報に基づいて回転子１Ａが固定子１Ｂの３相のコイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるのかを判定する定常時回転子位置判定手段、２７は、定常時回転子位置判定手段２６により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する定常時通電パターン決定手段、２８は、定常時通電パターン決定手段２７により決定された通電パターンで３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すように、インバータ回路３のスイッチ素子を制御する定常時インバータ制御手段である。
【００６５】
本実施形態では、モータの定常運転時において、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで電機子電流を流すものとして、回転子を所定の方向に回転させるべく、通電パターンを切り換える制御（１８０°スイッチング制御）を行う。そのため、定常運転時においては、インバータ回路３のブリッジの上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子と、これら２つのスイッチ素子に直列に接続されている下アームまたは上アームの２つのスイッチ素子を除く下アームまたは上アームの１つのスイッチ素子とを同時にオン状態にするスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００６６】
この例では、定常時回転子位置判定手段２６と、定常時通電パターン決定手段２７と、定常時インバータ制御手段２８とにより、ブラシレスモータの定常運転時にインバータ回路３を制御する定常時インバータ制御部２９が構成されている。
【００６７】
更に、３０は、３相のコイルにそれぞれ流れる電流を検出している電流検出手段７ｕないし７ｗにより検出された電流のうち、最も大きい電流が設定された上限値に達したときに電流制限信号ＳＬを発生する電流制限信号発生手段、３１は、電機子電流が上限値に達して電流制限信号ＳＬが発生したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段である。
【００６８】
電機子電流が上限値に達したときに、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止して上記のようなパターンで循環電流を流すには、インバータ回路のブリッジの下アームの３つのスイッチ素子のオンオフの状態はそのままにして、上アームの３つのスイッチ素子の内、オン状態にある１つまたは２つのスイッチ素子をオフ状態にするか、またはインバータ回路のブリッジの上アームの３つのスイッチ素子のオンオフの状態をそのままにして下アームを構成する３つのスイッチ素子の内、オン状態ある１つまたは２つのスイッチ素子をオフ状態にすればよい。即ち、電機子電流が上限値に達したときに、インバータ回路の上アームの３つのスイッチ素子ＱuないしＱwの内の２つのスイッチ素子がオン状態にあり、下アームの３つのスイッチ素子ＱxないしＱzの内の１つのスイッチ素子がオン状態にあるときには、下アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオン状態にしたままで上アームでオン状態にある２つのスイッチ素子を同時にオフ状態にするか、または上アームでオン状態にある２つのスイッチ素子をオン状態にしたままで、下アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。また電機子電流が上限値に達したときに、インバータ回路の上アームの３つのスイッチ素子ＱuないしＱwの内の１つのスイッチ素子がオン状態にあり、下アームの３つのスイッチ素子ＱxないしＱzの内の２つのスイッチ素子がオン状態にあるときには、上アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオン状態にしたままで下アームでオン状態にある２つのスイッチ素子を同時にオフ状態にするか、または下アームでオン状態にある２つのスイッチ素子をオン状態にしたままで、上アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。
【００６９】
前述のように、本実施形態では、モータの定常運転時に１８０°スイッチング制御を行うため、定常運転時においては、インバータ回路のブリッジの上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子と、これら２つのスイッチ素子に直列に接続されている２つのスイッチ素子を除く下アームまたは上アームの１つのスイッチ素子とを同時にオン状態にするスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。この場合、電機子電流が上限値に達したときに、オン状態にある上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子をそのままオン状態に保持し、他のスイッチ素子をオフ状態にするか、またはオン状態にある上アームまたは下アームの１つのスイッチ素子をそのままオン状態に保持し、他のスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。
【００７０】
３２は電流制限時減衰割合演算手段で、この演算手段は、直流電源（図示の例ではバッテリ）から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方をそれぞれ流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する。
【００７１】
３３は電流制限時回転子位置判定手段で、この判定手段は、上記第１及び第２の減衰割合の差から回転子１Ａの位置を判定する。
【００７２】
また３４は電流制限時通電パターン決定手段で、このパターン決定手段３４は、駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕ〜Ｌｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定手段３３により判定された回転子の位置に対して回転子の回転を維持するのに適した通電パターンを決定する。
【００７３】
また３５は電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段で、この制御手段は、電流制限時通電パターン決定手段３４により決定された通電パターンで直流電源から電機子コイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路３を制御する。
【００７４】
この例では、電流制限信号発生手段３０と、駆動停止時インバータ制御手段３１と、電流制限時減衰割合演算手段３２と、電流制限時回転子位置判定手段３３と、電流制限時通電パターン決定手段３４と、電流制限時インバータ制御手段３５とにより、ブラシレスモータの電流制限時にインバータ回路３を制御する電流制限時インバータ制御部３６が構成されている。
【００７５】
また３７は制御切換手段で、この制御切換手段は、モータの始動時には始動時インバータ制御部２５によりインバータ回路３を制御し、信号発生装置５がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する回転速度までブラシレスモータの回転速度が上昇した後は、定常時インバータ制御部２９によりインバータ回路３を制御し、モータの始動時または定常運転時にモータがロックに近い状態になって電流制限制御が行われるときには、電流制限時インバータ制御部３６によりインバータ回路３を制御するように制御を切り換える。
【００７６】
図示の制御切換手段は、始動スイッチ等の始動／停止指令発生手段３８から始動指令が与えられたときに、始動時インバータ制御部２５によるインバータ回路３の制御を開始してモータを始動させ、信号発生装置５が発生したパルス信号が認識されるようになったときに、定常時インバータ制御部２９によるインバータ回路３の制御を開始する。またモータの始動時または定常運転時にモータがロック状態またはロックに近い状態になって、電流制限信号発生手段３０が電流制限信号ＳLを発生したときに、駆動停止時インバータ制御手段３１によるインバータ回路３の制御を行わせて、インバータ回路の上アームまたは下アームで同時にオン状態になっている２つのスイッチ素子をオン状態のままにし、オン状態にあった下アームまたは上アームの他の１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止させるとともに、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流して、駆動停止過程を行なわせる。
【００７７】
制御切換手段３７はまた、電源制限時減衰割合演算手段３２により、判定対象相の２相のコイルを流れている電流の減衰割合の演算を行わせた後、電流制限時回転子位置判定手段３３による回転子位置の判定と、電流制限時通電パターン決定手段３４による通電パターンの決定とを行わせる。制御切換手段３７はまた、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定時間が経過したときに、電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５によるインバータ回路３の制御を開始して駆動過程を開始させるか、または直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出されたときに、電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５によるインバータ回路３の制御を開始して駆動過程を開始させる。そして、モータのロック状態が解消してその回転速度が上昇し、信号発生装置５がしきい値以上のパルス信号を発生したことが検出されたときに、インバータ回路３の制御を定常時インバータ制御部２９による制御に切り換える。
【００７８】
ここで、本発明においてモータの始動時に回転子の位置を検出する方法の原理を説明する。図１に示したブラシレスモータ１においては、各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子から電流が流れ込んだときに、コイルの極性が外側から見てＮ極になるように、各相の電機子コイルが巻かれている。
【００７９】
今、３相のコイルＬｕないしＬｗに電流が流れていないとすると、固定子の電機子鉄心に流れる磁束の大きさは、磁石界磁と各相の電機子コイルとの位置関係により異なる。ここで、図１の状態から回転子１Ａを反時計方向に３０°ずつ段階的に回転させたとして、図３（Ａ）ないし（Ｌ）に示すように３０°ずつ位置が異なる位置Ｐ1ないしＰ12を考え、Ｐ1ないしＰ12の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束φを磁石による起磁力に対して図示すると、図４に示すようになる。位置Ｐ6とＰ8においては、回転子が線対称な位置関係にあるため、Ｕ相の電機子鉄心を流れる磁束は同じになる。同様に、位置Ｐ9〜Ｐ12のそれぞれにおける回転子の位置は、位置Ｐ5ないしＰ2のそれぞれにおける回転子の位置と線対称な関係にあるため、位置Ｐ9，Ｐ10，Ｐ11，Ｐ12のそれぞれの位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさはそれぞれ、位置Ｐ5，Ｐ4，Ｐ3，Ｐ2の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさと同一である。また図４に示した位置Ｐ13は、位置Ｐ1と同じ位置であり、この位置Ｐ13でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束は位置Ｐ1の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束と同一である。
【００８０】
上記のように、界磁を有する回転子と３相の電機子コイルを有する固定子とからなるブラシレスモータにおいて、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、界磁の位置と各相の電機子コイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、回転子の位置により各相の電機子コイルに流れる過渡電流が相違する。従って、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行なって、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の特徴を抽出して比較すると、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００８１】
図５に示したように、抵抗ｒとインダクタンスＬとの直列回路にトランジスタＴＲ1を通して直流電源２の電圧Ｅを印加する回路を構成して、トランジスタＴＲ1をオン状態にしたとすると、以下の（１）式により与えられる過渡電流ｉが流れる。
ｉ＝（Ｅ／ｒ）［１−ｅｘｐ｛−（ｒ／Ｌ）ｔ｝］ …（１）
【００８２】
ここで、抵抗ｒが一定であるとし、インダクタンスＬがＬa，Ｌb及びＬcの値（Ｌa＜Ｌb＜Ｌc）をとったとすると、ｒ／Ｌa＞ｒ／Ｌb＞ｒ／Ｌcの関係が成り立つため、インダクタンスの値がＬa，Ｌb及びＬcのときにそれぞれ流れる過渡電流ｉa，ｉb及びｉcをそれぞれ時間ｔに対して示すと図６のようになる。
【００８３】
図１に示した例において、回転子の位置が図３（Ａ）に示すＰ1であるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｕをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとする。このとき図４に示すように、電機子コイルＬｕに流れる電流ΔＩが起磁力ΔＦを発生し、Ｕ相の電機子鉄心の磁束がΔφ1だけ変化するため、コイルには逆誘起電圧が発生する。回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスをＬ1とし、Ｕ相の電機子コイルの巻数をｎとすると、Ｌ1×ΔＩ＝ｎΔφ1の関係があるため、回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ1は下記の式により与えられる。
Ｌ1＝ｎΔφ1／ΔＩ …（２）
【００８４】
一方回転子が図３（Ｅ）に示すＰ5の位置にあるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｕをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとすると、電流ΔＩが流れることにより発生する起磁力ΔＦにより、磁束変化Δφ5が発生する。このときＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ5は下記の式により与えられる。
Ｌ5＝ｎΔφ5／ΔＩ …（３）
ここでΔφ1＜Δφ5であるため、Ｌ1＜Ｌ5となり、回転子の位置がＰ1の時及びＰ5の時にそれぞれ流れる過渡電流ｉ1及びｉ5は図７に示すようになる。
【００８５】
また回転子の位置がＰ1であるときには、Ｖ相及びＷ相の電機子コイルに対する回転子の位置が、Ｕ相の電機子コイルに対する位置Ｐ5の位置に相当する位置になるため、回転子がＰ1の位置にあるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｖをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとき、及びインバータ回路３のスイッチ素子Ｑｗをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたときには、上記ｉ5相当の過渡電流が流れる。
【００８６】
上記のように、各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加した時に流れる過渡電流の波高値及び波形は、回転子１Ａの位置により異なるため、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行って、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を測定して比較するか、または波高値を比較すると共に、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を比較することにより、回転子の磁石界磁が３相のコイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００８７】
本発明において、回転子の位置を過渡電流の波高値のみから判定するか、または過渡電流の波高値と波形との双方を用いて判定するかは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置が得られるか否かにより決める。即ち、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけで、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られる場合には、過渡電流の波高値のみを用いて回転子の位置を判定する。また３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけでは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られない場合には、過渡電流の波高値と波形（波形から抽出した特徴）との双方を用いて回転子の位置を判定する。
【００８８】
過渡電流の波形を判定の１条件として回転子の位置を判定する際には、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出して、抽出した特徴を比較する。過渡電流の波形の特徴抽出は、例えば下記のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、図８（Ａ）に示すように、一定時間τが経過した時点での電流値ｉaτ及びｉbτを測定して比較する。
（ｂ）図８（Ｂ）に示したように、過渡電流ｉa及びｉbが流れ始めた後、一定の電流値ｉsに達するまでに要した時間ｔa及びｔbを測定して比較する。
（ｃ）図８（Ｃ）に示したように、過渡電流ｉの立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。例えば、ｉb1／ｔ1とｉa1／ｔ1とを比較するか、ｉb2／ｔ2とｉa2／ｔ2とを比較する。
【００８９】
上記のように、ブラシレスモータが停止している時に、スイッチ６を閉じた状態にして、３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにつながるインバータ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗを順次短時間ずつオン状態にする過程を行うことにより、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ過渡電流を流し、３相のコイルＬｕないしＬｗにそれぞれ流れた過渡電流の波高値または波高値と波形を比較することにより、回転子１Ａの位置を判定することができる。
【００９０】
ブラシレスモータが停止している状態で、回転子１Ａが各相の電機子コイルに対して如何なる位置関係にあるかを判定することができれば、その判定結果に基づいて、回転子１Ａを所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定することができるため、決定された通電パターンで電機子コイルに通電するように、インバータ回路のスイッチ素子を制御することにより、回転子を所定の方向に回転させることができる。
【００９１】
ブラシレスモータを回転させることができれば、以後は、制御切換手段３６により、インバータ回路３の制御を、始動時インバータ制御部２５による制御から定常時インバータ制御部２９による制御に切り換えて、信号発生装置５が出力するパルス信号から定常時回転子位置判定手段２６により判定した回転子の位置の情報に基づいて、定常時通電パターン決定手段２７により通電パターンを決定し、定常時通電パターン決定手段２７により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路３のスイッチ素子を制御してブラシレスモータを回転させることができる。
【００９２】
ブラシレスモータが始動して、回転子１Ａが、図３（Ａ）に示すＰ1の位置に達したときに、インバータ回路の制御を定常時インバータ制御部２９による制御に切り換えて、１８０°スイッチングにより電機子コイルＬｕないしＬｗに電流を流すべくインバータ回路３を制御する場合に、信号発生装置５の出力パルス信号に基づいて決定されるスイッチパターンを信号発生装置５の出力パルス信号の波形と共に図９に示した。図９（Ａ）は信号発生装置５が出力するパルス信号の波形を示したもので、Ｖf11及びＶr11はそれぞれ回転子がＰ1の位置及びＰ3の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１１の回転方向の前端側エッジｆ11及び後端側エッジｒ11をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示し、Ｖf12及びＶr12はそれぞれ回転子がＰ5の位置及びＰ7の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１２の回転方向の前端側エッジｆ12及び後端側エッジｒ12をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。またＶf13及びＶr13はそれぞれ回転子がＰ9の位置及びＰ11の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１３の回転方向の前端側エッジｆ13及び後端側エッジｒ13をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。
【００９３】
また図９（Ｂ）に示した表は、回転子の各位置における通電パターンを得るためにオン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）を示したもので、同図において符号Ｕ，Ｖ及びＷが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗをオン状態にすることを意味し、符号Ｘ，Ｙ及びＺが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｚがオン状態にされて、電機子コイルＬｕに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｖ及びＬｗを通して流し出している通電パターンから、回転子がＰ5の位置に達して、パルス信号Ｖf12が発生したときには、スイッチパターンを、（Ｑｕ，Ｑｙ，Ｑｚ）から（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ電流を電機子コイルＬｗを通して流し出す通電パターンに切り換える。また回転子の位置がＰ7の位置に達したときには、スイッチパターンを（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）から（Ｑｘ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｗを通して流し出している通電パターンから、電機子コイルＬｖに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｕ及びＬｗを通して流し出す通電パターンに切り換える。
【００９４】
本実施形態では、通電パターンを切り換える位置でパルス信号が発生するようにリラクタとパルサとが設けられているため、制御を切り換えるときの回転子の位置（図９に示した例ではＰ1の位置）が決まれば、励磁相の決定は容易に行うことができる。
【００９５】
ブラシレスモータの始動時に負荷が重いために、回転子を僅かしか回転させることができないときには、最初の通電パターンである時間駆動し、その間にパルサがパルス信号を発生しない場合には、駆動を一旦止めて、回転子の位置を判定する処理を再度行い、その判定結果に基づいて新たな通電パターンを決定して、決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御する。回転速度が低すぎて、パルサ５Ｂが識別し得るパルス信号を発生できない状態にある間この制御を続けることにより、ブラシレスモータを連続的に回転させることができる。
【００９６】
特にブラシレスモータによりエンジンを始動する際には、エンジンの圧縮行程で、回転速度を十分に高くすることができず、パルサから識別し得るパルス信号を発生させることができないことが考えられるが、上記の制御を続けると、エンジンの圧縮行程の上死点の手前の位置で負荷がピークを過ぎた時点で回転速度が上昇するので、パルサから識別し得るパルス信号を発生させて、定常時インバータ制御部２９による制御に移行させることができ、次の圧縮行程ではモータから十分なトルクを発生させて始動用電動機としての機能を果たすことができる。
【００９７】
上記のように、本実施形態の制御装置では、ブラシレスモータが停止していて、信号発生装置がパルス信号を発生することができないときに、電機子コイルに流した過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御してブラシレスモータを始動させるので、ホール素子等の耐熱性が低いセンサを用いたり、レゾルバ等の高価なセンサを用いたりせずに始動時の通電パターンを決定して、ブラシレスモータを始動させることができる。またブラシレスモータが始動した後、その回転速度が上昇して信号発生装置５が識別し得るレベルのパルス信号を発生するようになった後は、信号発生装置５が出力するパルス信号から得られる回転角度情報を用いて判定した回転子の位置に基づいて通電パターンを決定して電機子コイルに通電することができるため、ブラシレスモータを通常のブラシレスモータと同様に回転させることができる。
【００９８】
次に、実際に始動時の通電パターンを決定する方法について説明する。図４において、Δφ1，Δφ2，…はそれぞれ、回転子がＰ1，Ｐ2，Ｐ3，…（Ｐ8以降は省略）の位置にあるときに図１のスイッチ６をオン状態にして過渡電流を流したときにＵ相の鉄心に流れる磁束φの変化を示している。また図１０の表は、回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でスイッチ６をオン状態にしてＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示している。これらＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を曲線で示すと図１１（Ａ）のようになり、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗは図１１（Ｂ）のようになる。図１１（Ｂ）に示す過渡電流から、最初の通電パターンを決定して、決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路の所定のスイッチ素子に駆動信号を与えることにより、回転子を回転させることができる。
【００９９】
１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子がＰ1ないしＰ13の位置にあるときに、始動時にオン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）を図１１（Ｃ）に示した。図１１（Ｃ）に示したスイッチパターンにおいて符号Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＺはそれぞれスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ、Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチパターン（Ｕ，Ｙ，Ｗ）はスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｗをオン状態にすることを意味する。
【０１００】
回転子の位置によっては、図１１（Ｂ）に示した過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの大きさの順序により、始動時のスイッチパターンが一義的に決まるが、位置によっては、過渡電流の大きさの順序だけでは、スイッチパターンを決定できないことがある。例えばＰ1，Ｐ5及びＰ9のそれぞれの位置における過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗの大きさの順序は、それぞれＰ7，Ｐ11及びＰ3の位置における過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの大きさの順序と同じであるので、これらの位置では、過渡電流の波高値の大きさの順序を見るだけでは、始動時のインバータ回路のスイッチパターンを決定することができない。
【０１０１】
そこで、過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形を見ると、例えば、Ｐ1の位置での過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形はそれぞれ図１２の（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになるが、Ｐ7の位置での過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形はそれぞれ図１３（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになり、Ｕ相の過渡電流Δｉｕの波形がＰ1の位置とＰ７の位置とでは異なる。Ｐ1の位置では、飽和したＵ相の鉄心を減磁する方向に過渡電流が流れることにより磁束変化Δφ1が生じるため、過渡電流の波形は、三角波形よりも凸形の波形（立ち上がりが二次曲線的に湾曲した波形）を呈し、Ｕ相の電機子コイルを通して流れる過渡電流が最も大きくなる。従って最も大きい過渡電流がＵ相の過渡電流である場合に、その波形が三角波形よりも凸形である否かを判定して、凸形である場合に、回転子の位置がＰ1であると判定することができる。
【０１０２】
過渡電流の波形が凸形である場合には、図１４（Ａ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔに比べて、後半の電流増加率Δｉ2／Δｔが小さくなるが、三角波形である場合には、図１４（Ｂ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔと後半の電流増加率Δｉ2／Δｔとの差が小さくなる。従って、過渡電流の時間幅を２Δｔとして、過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定することにより、過渡電流の波形が凸形であるか三角波形であるかを判定することができ、この判定結果から位置がＰ1の位置かＰ7の位置かを判定することができる。
【０１０３】
過渡電流通電過程を行った結果得られた過渡電流の波高値の大きさの順序と、最大の過渡電流の波形とから、ブラシレスモータを始動する際の通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を図１５に示した。
【０１０４】
図１５に示したアルゴリズムによる場合には、回転子の各位置におれる始動時の通電パターンを、オン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）の形で決定する。始動時の通電パターンを判別する過程が開始された時に先ずステップＳ１でΔｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの中の最大のものΔｉmaxを見つける。その結果、ステップＳ２に示すように、ΔｉmaxがΔｉｕであるとされたときには、次いでΔｉｖとΔｉｗとを比較し、ステップＳ３に示すようにΔｉｖ＞Δｉｗであるときには、ステップＳ４に移行して、Δｉｕの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｕの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ５で始動時のスイッチパターンをＵＶＺとし、Δｉｕの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ６で始動時のスイッチパターンをＸＹＷとする。
【０１０５】
またステップＳ３でΔｉｖとΔｉｗとを比較した結果、ステップＳ７に示すように、Δｉｖ＜Δｉｗであるときには、ステップＳ８に進んでΔｉｕの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｕの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ９で始動時のスイッチパターンをＸＶＺとし、Δｉｕの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１０で始動時のスイッチパターンをＵＹＷとする。
【０１０６】
ステップＳ１１に示すように、ステップＳ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔiｖであると判定されたときには、次いでΔｉｗとΔｉｕとを比較し、ステップＳ１２に示すようにΔｉｗ＞Δｉｕであるときには、ステップＳ１３に移行して、Δｉｖの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｖの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ１４でスイッチパターンをＸＶＷとし、Δｉｖの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１５でスイッチパターンをＵＹＺとする。
【０１０７】
またΔｉｗとΔｉｕとを比較した結果、ステップＳ１６に示すように、Δｉｗ＜Δｉｕであるときには、ステップＳ１７に進んでΔｉｖの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｖの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ１８でスイッチパターンをＸＹＷとし、Δｉｖの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１９でスイッチパターンをＵＶＺとする。
【０１０８】
ステップＳ２０に示すように、ステップＳ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔiｗであると判定されたときには、次いでΔｉｕとΔｉｖとを比較し、ステップＳ２１に示すようにΔｉｕ＞Δｉｖであるときには、ステップＳ２２に移行して、Δｉｗの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｗの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ２３でスイッチパターンをＵＹＷとし、Δｉｗの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ２４でスイッチパターンをＸＶＺとする。
【０１０９】
またΔｉｕとΔｉｖとを比較した結果、ステップＳ２５に示すように、Δｉｕ＜Δｉｖであるときには、ステップＳ２６に進んでΔｉｗの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｗの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ２７でスイッチパターンをＵＹＺとし、Δｉｗの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ２８でスイッチパターンをＸＶＷとする。
【０１１０】
また上記のように過渡電流の波形が凸型であるか否かを見る代りに、図１１に示すように、特定の位置Ｐ1，Ｐ5及びＰ9では、すべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗが或判定値Δｉsよりも大きい値を示すことを利用して、回転子の位置を判別するようにすることもできる。このように、特定の位置ではすべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値が判定値Δｉsよりも大きくなるが、他の位置ではそのようにはならない関係を利用して位置を判定する場合に、始動時通電パターン決定手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１６に示した。図１６に示したフローチャートは、ステップＳ４′，Ｓ８′，Ｓ１３′，Ｓ１７′，Ｓ２２′及びＳ２６′において、すべての相の過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗが判定値Δｉsよりも大きいか否かを判定する点を除き、図１５に示したフローチャートと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
制御切換手段３６は、ブラシレスモータ１の始動時には始動時インバータ制御部２５によりインバータ回路３を制御し、信号発生装置５がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する状態になった後は、定常時インバータ制御部２９によりインバータ回路３を制御するように制御を切り換える。従って、ブラシレスモータが始動した後は、信号発生装置５が発生するパルスにより判定された回転子の位置に基づいて通電パターンが切り換えられて電機子コイルへの通電が行われる。
【０１１２】
本発明においては、後記する電流制限時の制御おいて、１８０°スイッチングによりインバータ回路のスイッチング制御を行なわせる必要があるため、上記の実施形態では、始動時及び定常運転時にも１８０°スイッチングによりインバータ回路のスイッチング制御を行なわせている。しかし、本発明に係わる制御方法及び制御装置において、始動時及び定常運転時には、１２０°スイッチングによりインバータ回路３を制御することができる。
【０１１３】
回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束Δφと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗと、１２０°スイッチングによりインバータ回路３を制御する場合のスイッチパターンの変化とを図１７に示した。
【０１１４】
１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御する場合には、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で、中間値を示す過渡電流の波高値が判定値ΔＩsを通過する位置で、該中間値を示す過渡電流の波高値が判定値Ｉs以下になるか以上になるかによって、初期スイッチパターンを切り換える。例えば、Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｕが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ2でスイッチパターンを（Ｕ，Ｙ）に切り換え、Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｖが判定値Ｉs以上になる位置Ｐ4でスイッチパターンを（Ｕ，Ｚ）に切り換えている。またΔｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｖが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ6でスイッチパターンを（Ｖ，Ｚ）に切り換えている。
【０１１５】
上記の実施形態では、図２に示した定常時回転子位置判定手段２６が、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置５の出力に基づいて、モータが起動した後の回転子の位置を判定するようにしているが、特許文献３に示された方法と同様に、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から起動後の回転子の位置を判定するようにすることもできる。
【０１１６】
次に、モータがロックに近い状態になったときの制御について説明する。
本発明においては、モータがロックに近い状態になって、電機子電流が設定された上限値に達したときに、直流電源２から電機子コイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止した状態にして３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行う。
【０１１７】
電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相とし、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、次に行われる駆動過程で直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて、次の駆動過程でモータから出力トルクを発生させ続けるために、直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行う。電流制限制御の駆動過程では、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルへの電流の供給を開始する。
【０１１８】
電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンの正規の通電開始位置と、駆動過程が開始される位置とは必ずしも一致するとは限らない。電流制限制御の駆動過程を行なうに際して、該駆動過程が開始される位置（回転子の位置）が、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置よりも遅れた位置である場合には、駆動過程が開始されると同時に、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの通電を途中から開始させ、駆動過程が行なわれている間、その通電パターンでの通電を行なわせる。また駆動過程が開始される位置が、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置よりも進んでいる場合には、駆動開始過程が開始された後、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置が検出されたときに直流電源から３相のコイルへの通電を開始させ、駆動過程が行なわれている間、その通電パターンでの通電を行なわせる。
【０１１９】
本実施形態では、回転子の位置を識別するため、図３（Ａ）のように、Ｕ相のコイルＬｕが巻かれた歯部の中心が回転子のＮ極の中心に対向した状態になる位置を基準位置Ｐ1（０°の位置）とし、基準位置Ｐ1から回転子が反時計方向に３０°ずつ回転する毎に現れる位置にそれぞれＰ2，Ｐ3，…の符号を付けている。回転子がＰ1，Ｐ2，…の位置にあるときにＵ相の鉄心に流れる磁束は図４に示した通りである。図４に示されているように、Ｕ相のコイルが巻かれた鉄心を流れる磁束は、回転子がＰ2の位置及びＰ12の位置にあるときに同じになり、回転子がＰ3の位置及びＰ11の位置にあるときにも同じになる。Ｕ相のコイルが巻かれた鉄心を流れる磁束はまた、回転子がＰ5の位置及びＰ9の位置にある時に同じになり、回転子がＰ6の位置及びＰ8の位置にあるときに同じになる。
【０１２０】
今、図１９（Ａ）に示したように、回転子が基準位置Ｐ1から１２０°回転したＰ5の位置、基準位置から１５０°回転した位置Ｐ6の位置、及び基準位置Ｐ1から１８０°回転したＰ7の位置にある場合を考える。回転子がＰ5の位置に達したときに、インバータ回路３のスイッチパターンが、上アームの２つのスイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、下アームのスイッチ素子Ｑｚとをオン状態にするスイッチパターンに切り換えられて、スイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、スイッチ素子Ｑｚとをオン状態にするようにインバータ回路が制御され、３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ図１８及び図１９（Ａ）の左端の図に示されているような通電パターンで直流電源から３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗに電流ｉu，ｉv及びｉwが供給される。回転子のＰ6の位置では、上記のスイッチパターンでのインバータ回路の制御が継続され、図１９（Ａ）の中央の図に示されているような通電パターンで３相のコイルに電流が供給されている。回転子がＰ7の位置に達したときに、インバータ回路３のスイッチパターンが、上アームのスイッチ素子Ｑｖと、下アームのスイッチＱｕ及びＱｗとをオン状態にするスイッチパターンに切り換えられて、図１９（Ａ）の右端の図に示したような通電パターンで３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ電流ｉu，ｉv及びｉwが供給される。
【０１２１】
図１９（Ｂ）の表は、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時に各相の鉄心に流れる磁束を、各相の鉄心に流れる磁束と同じ磁束がＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる時の回転子の位置で示している。即ち、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束は、図４に示した通りであり、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＶ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束はそれぞれ、回転子がＰ1，Ｐ2及びＰ3の位置にあるときにＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束と同じである。また回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＷ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束はそれぞれ、回転子がＰ9，Ｐ10及びＰ11の位置にあるときにＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束と同じである。
【０１２２】
今、インバータ回路３の上アームのスイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、下アームのスイッチ素子Ｑｚとがオン状態になっている状態で、負荷が重く、モータがロックに近い状態にあるとする。このとき回転子が殆ど回転せず、電機子コイルに誘起電圧が発生しないため、電流ｉu，ｉv及びｉwは非常に大きな値を示し、２相の電流iu及びｉvの和の電流ｉwが上限値ＩLに達する。本発明においては、このように電機子電流が設定された上限値に達したときに電流制限制御を行う。
【０１２３】
この電流制限制御では、３相のコイルを流れる電流ｉu，ｉv及びｉwのうちの最も大きい電流ｉwが上限値に達したときに、例えば、オン状態にある下アームのスイッチ素子Ｑｚをオフ状態にして、直流電源１から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止すると共に、コイルＬｕ−コイルＬｗ−ダイオードＤｗ−スイッチ素子Ｑｕ−コイルＬｕの回路と、コイルＬｖ−コイルＬｗ−ダイオードＤｗ−スイッチ素子Ｑｖ−コイルＬｖの回路とからなる循環電流通電回路を構成して、電流ｉu，ｉv及びｉwを帰還ダイオードＤwを通して循環電流として電機子コイルに流す。これらの循環電流は、回路の内部抵抗により時間の経過に伴って減衰していく。スイッチ素子Ｑｚがオフ状態になった後、一定時間Ｔが経過したときに駆動過程を開始させて、スイッチ素子Ｑｚを再びオン状態にし、直流電源から３相のコイルに出力トルクを発生させるために必要な所定の通電パターンで電流の供給を再開させる。これにより電流ｉu，ｉv及びｉwは増加していく。これにより電流ｉwが再び上限値に達した場合には、オン状態にある下アームのスイッチ素子Ｑｚをオフ状態にして、直流電源１から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止すると共に、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。これらの動作を繰り返すことにより、電機子電流を上限値以下に制限するとともに、モータの出力トルクを発生させ続ける。上記一定時間Ｔは、信号発生装置５が認識し得るレベルのパルス信号を発生することができるようになる回転速度（例えば６０rpm）における通電パターンの切換間隔［例えば（１／３６)sec］に比べて十分に短く（例えば１００μsec程度）設定しておく。
【０１２４】
電流制限制御が行われているときに３相のコイルＬｕないしＬｗをそれぞれ流れる電流ｉu，ｉv及びｉwの時間的な変化の一例を図２０に示した。電流制限制御において、駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を供給する際に、モータから十分な出力トルクを発生させるためには、駆動過程において直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（３相のコイルに対する回転子の位置）とを、３相のコイルに対する回転子の位置に応じて的確に決定する必要がある。しかし、本実施形態のように、回転子の位置を検出する位置センサとして、ホール素子に代えて磁束変化検出形の信号発生装置５を用いる場合、電流制限制御が行われるとき（回転子の回転速度が極めて低いとき）に信号発生装置５から認識し得るレベルのパルスを得ることができないため、信号発生装置５の出力パルスから回転子の位置を判定して電機子コイルへの通電パターンを決定することはできない。
【０１２５】
そこで、本発明においては、電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に循環電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相（上記の例ではＵ相及びＶ相）として、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている減衰電流（ｉu及びｉv）の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として求め、これら第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程を行う。
【０１２６】
上記の例において、電流制限制御が開始された際のＵ相及びＶ相の電流をそれぞれＩu及びIv、コイルＬｕ及びＬｖの抵抗をｒ、Ｕ相及びＶ相のコイルＬu及びＬvのインダクタンスをそれぞれＬu及びＬv、電流制限制御が開始されてからの経過時間をｔとすると、判定対象相であるＵ相とＶ相とをそれぞれ流れる電流はｉu及びｉvは下記の式により与えられる。
ｉu＝Ｉu・exp｛−（ｒ／Ｌu）・ｔ｝ …（４）
ｉv＝Ｉv・exp｛−（ｒ／Ｌv）・ｔ｝ …（５）
上記の減衰電流ｉu及びｉvについて、t=０の時の電流値ｉu(0)及びｉv(0)と、ｔ＝Δｔの時の電流値ｉu(Δｔ）及びｉv(Δｔ）とを求めると、
ｉu(0)＝Ｉu …（６）
ｉu(Δｔ)＝Ｉu・exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝ …（７）
ｉv(0)＝Ｉv …（８）
ｉv(Δｔ)＝Ｉv・exp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝ …（９）
ここで、電流ｉu（Δｔ）とｉu（０）との比ｉu（Δｔ）／ｉu（０)及びｉv（Δｔ）とｉv（０）との比ｉv（Δｔ）／ｉv（０)をとると、
ｉu（Δｔ）／ｉu(０)＝exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝ …（１０）
ｉv（Δｔ）／ｉv(０)＝exp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝ …（１１）
ここで、exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝を電流ｉu及びｉvの減衰割合と呼ぶことにし、exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝をそれぞれ第１の減衰割合及び第２の減衰割合とする。
【０１２７】
ｒ及びΔｔを一定とすると、第１及び第２の減衰割合exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝は、コイルのインダクタンスＬu及びＬvに関係した値になる。コイルのインダクタンスＬはＬ＝ｎ２（Δφ／ΔＦ）で与えられ、Δφ／ΔＦは図４で示したように回転子の位置により決まるため、減衰割合exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝は回転子の位置に関係した値となる。exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝＝expＡ及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝＝expＢとおいて、回転子の位置と第１及び第２の減衰割合expＡ及びexpＢとの間の関係を示すと、図２１のようになる。特に図２１においてexpＢ−expＡは、回転子の位置を示す角度θに比例して増加するので、これより回転子の位置を判定することができ、判定した回転子の位置に基づいて駆動過程における通電パターンの切換位置を決定することができる。駆動過程における通電パターンの切換位置を進角させたい場合には、expＢ−expＡが小さいところで通電パターンを次のパターンに切り換えるようにすればよく、通電パターンの切換位置の進み角度を０°とするのであれば、expＢ−expＡが最大のところ（Ｐ7の位置）で通電パターンを次のパターンに切り換えるようにすればよい。１８０°スイッチング制御を行う際の通電パターンの切換順序は決まっているので、通電パターンの切換位置が決まれば、通電パターンは自動的に決めることができる。
【０１２８】
１８０°スイッチング制御における通電パターンをインバータ回路を構成するスイッチ素子のスイッチパターンで示すと図２２のようになる。図２２において、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＷはそれぞれインバータ回路のスイッチ素子Ｑu，Ｑv，Ｑw，Ｑx，Ｑy及びＱwに対応しており、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＷのそれぞれのＯＮ期間スイッチ素子Ｑu，Ｑv，Ｑw，Ｑx，Ｑy及びＱwがオン状態になる。この場合、スイッチパターンは、回転子の位置θの変化に伴ってＵＹＷ，ＵＹＺ，ＵＶＺ，ＸＶＺ，ＸＶＷ，…のように決まった順序で変化していくので、現在のスイッチパターン（通電パターン）から次のスイッチパターンを決めることができる。
【０１２９】
図２３は、駆動停止過程において判定対象相に流れる電流を実際に検出する際の動作を示したものである。今、Ｗ相の電流ｉwが上限値ＩLに達して、電流制限制御の駆動停止過程が開始されたとする。このときマイクロプロセッサが実行する割り込みがかけられて、電流ｉuの値を読み込もうとするが、実際に電流値ｉuの値を読み込むまでにΔｔ［msec］の遅れがあるため、読み込まれるｉuの電流値ｉu（Δt）は、
ｉu(Δt）＝Iu・exp｛−（ｒ／Ｌu)・Δt｝ …（１２）
となる。このｉu(Δt）を読み取った後、ｉvを読み込むことができるようになるまでには、ｉu(Δt）をＡ／Ｄ変換するための変換時間ｔc[msec]がかかるため、読み込まれるｉvの値ｉv（Δt＋ｔc）は、
ｉv（Δt＋ｔc）＝Iv・exp｛−（ｒ／Ｌv)・(Δt＋ｔc）｝ …（１３）
となる。
【０１３０】
またｉu(Δt）を読み込んでからｔ1［msec]後に読み込まれるｉuの値ｉu(Δt＋ｔ1）は、
ｉu(Δt＋ｔ1）＝Iu・exp｛−（ｒ／Ｌu)・(Δt＋ｔ1)｝ …（１４）
となる。このｉu(Δt＋ｔ1）を読み込んだ後、ｉvを読み込むことができるようになるのはｉu(Δt＋ｔ1）をＡ／Ｄ変換するのに要する時間ｔcが経過した後であるから、読み込まれるｉvの値ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）は、
ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）＝Iv・exp｛−（ｒ／Ｌv)・(Δt＋ｔc＋ｔ1)｝ …（１５）
となる。
【０１３１】
ここで、ｉu及びｉvの減衰割合を求めるために、ｔ1［msec]間隔で読み取ったｉu，ｉvのそれぞれの値の比（ｔ1秒後の値）／（ｔ1秒前の値）をとると、
ｉu(Δt＋ｔ1）／ｉu(Δt）＝exp｛−（ｒ／Ｌu)・ｔ1｝ …（１６）
ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）／ｉv（Δt＋ｔc）＝exp｛−（ｒ／Ｌv)・ｔ1｝ …（１７）
となり、ｉu，ｉvそれぞれの電流値の読み取りの時間差の影響は受けない。従って、判定対象相の２相の電流の減衰割合の実際の検出動作は、原理的な検出動作と同じ扱いをすることができる。
【０１３２】
次に、図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの例を図２４ないし図２７のフローチャートを用いて説明する。
図２４は、ブラシレスモータを制御するために微小な時間間隔で繰り返し実行されるタスクのアルゴリズムを示したフローチャートで、このタスクにおいては、先ずステップＳ１０１で、電流制限制御を行う際にインバータ回路３の下アームまたは上アーム（一つのスイッチ素子のみがオン状態にあるアーム）のスイッチ素子をオフ状態にした後そのオフ状態を解除するまでの時間（駆動停止過程を行う時間）を定める「ＯＦＦ解除タイマ」に所定の時間Ｔを設定する。
【０１３３】
次いでステップＳ１０２で、電機子コイルに過渡電流を流してモータを始動する際の回転子の位置を検知する過程を行い、ステップＳ１０３で始動時の通電パターンを出力して、この通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。次いでステップＳ１０４で電流制限信号が入力されているか（電機子電流が上限値に達しているか）否かを判定し、電流制限信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０５に移行して信号発生装置５のパルサ５Ｂが発生するパルス信号が入力されたか否かを判定する。その結果パルス信号が入力されていない場合にはステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０５においてパルサが出力するパルス信号が入力されたと判定されたときには、ステップＳ１０６でそのパルス信号から回転子の位置を判定し、その回転子位置での定常運転時の通電パターンを決定する。次いで、ステップＳ１０７でその通電パターンを出力し、この通電パターンで直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【０１３４】
ステップＳ１０４で電流制限信号が入力されている（３相のコイルの電流のうち最も大きい電流が上限値に達している）と判定されたときには、ステップＳ１０８に移行して、インバータ回路の下アーム及び上アームのうち、１つのスイッチ素子のみがオン状態になっているアームのオン状態にあるスイッチ素子をオフ状態にする。これにより直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止して電流制限制御の駆動停止過程を開始させるとともに、循環電流通電回路を構成して、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。次いでステップＳ１０９で中性点に対して同じ方向に電流が流れている判定対象相の２相の電流の減衰割合expＡ及びexpＢを検知するための処理を行い、ステップＳ１１０で次の駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）を決定するための処理を行う。
【０１３５】
次いでステップＳ１１１で、ＯＦＦ解除タイマが設定された時間Ｔを計測してＯＦＦ解除信号を発生する（駆動停止過程が開始されてからＴ時間が経過する）のを待つ。ＯＦＦ解除信号が発生したときにステップＳ１１２に進んでステップＳ１１０で決定された通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを出力し、駆動過程を開始させる。ステップＳ１１２が実行される時点で既に、回転子の位置がステップＳ１１０で決定された通電パターンでの通電を開始する位置を過ぎているときには、直ちにその通電パターンでの通電を開始する。また駆動過程が開始された時の回転子の位置がステップＳ１１０で決定された通電パターンでの通電を開始する位置よりも進んでいるときには、駆動過程が開始された後、その通電パターンで通電を開始する位置が検出された時にその通電パターンでの通電を開始する。
【０１３６】
駆動過程での通電を開始した後、ステップＳ１０５に移行してパルサの出力信号が入力されているか否かを判定する。その結果、回転子の回転速度が低く、パルサの出力信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０４に戻って電流制限信号が発生しているか否かを判定する。駆動過程で３相のコイルを流れる電流のうちの最も大きい電流が上限値に達すると、再び電流制限信号が発生するため、ステップＳ１０８ないしＳ１１２が実行される。回転子の回転速度が上昇し、パルサが認識し得るパルスを発生するようになると、ステップＳ１０５でパルサの出力信号が認識されるため、ステップＳ１０６及びＳ１０７が実行され、定常運転時の通電パターンで３相のコイルへの通電を行うようにインバータ回路が制御される。
【０１３７】
図２４のステップＳ１０９及びＳ１１０で行われる処理のアルゴリズムを図２５及び図２６に示した。図２５は、判定対象相の２相の減衰電流を検出してデジタル値に変換する過程を行なうタスクを示し、図２６は、図２５の処理により得られた判定対象相の２相の電流のデジタル値を用いて減衰割合を演算し、この減衰割合から回転子の位置を判定して、その判定結果に基づいて通電パターンを決定する過程を行なうタスクを示している。
【０１３８】
図２５に示されたタスクにおいては、ステップＳ２０１において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の１相の電流の値をデジタル値ａ1に変換し、ステップ２０２においてこのデジタル値ａ１をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０３において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の他相の電流の値をデジタル値ｂ1に変換し、ステップＳ２０４においてこのデジタル値ｂ１をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０５において時間ｔ1を計測する動作を行なうマイクロプロセッサ内のタイマをスタートさせ、このタイマがｔ1の時間を計測したときにステップ２０６を実行してマイクロプロセッサが行なっている処理に割込みをかける。この割込み処理では先ずステップＳ２０７を実行して判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の１相の電流の値をデジタル値ａ2に変換し、ステップ２０８においてこのデジタル値ａ2をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０９において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の他相の電流の値をデジタル値ｂ2に変換し、ステップＳ２１０においてこのデジタル値ｂ2をレジスタにセットする。
【０１３９】
また図２６に示したタスクにおいては、ステップＳ３０１において判定対象相の２相のうちの１相のコイルを流れる減衰電流の検出値のデジタル値ａ2とａ１の比ａ2／ａ1を求めて、判定対象相の１相を流れる減衰電流の減衰割合expＡを第１の減衰割合として演算する。またステップＳ３０２で判定対象相の２相のうちの他の相のコイルを流れる減衰電流の検出値のデジタル値ｂ2とｂ１の比ｂ2／ｂ1を求めて、判定対象相の他相を流れる減衰電流の減衰割合expＢを第２の減衰割合として演算する。ステップＳ３０３で減衰割合の差expＢ−expＡを演算し、この減衰割合の差に対してマップを検索することにより、回転子の現在の位置を判定する。次いでステップＳ３０４で現在の通電パターンを与えるインバータのスイッチパターンから次の通電パターンを与えるインバータのスイッチパターンを決定するとともに、決定した通電パターンでの通電を開始する位置をステップＳ３０３で求められた回転子の位置に基づいて決定する。
【０１４０】
図２４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップＳ１０２により図２の始動時回転子位置判定手段２１が構成され、ステップＳ１０３の通電パターンを決定する過程により図２の始動時通電パターン決定手段２３が、またステップＳ１０３の始動時の通電パターンを出力する過程と、この通電パターンで３相のコイルに通電するようにインバータ回路に駆動信号を与える手段とにより始動時インバータ制御手段２４が構成される。またステップＳ１０６により図２の定常時通電パターン決定手段２７が構成され、ステップＳ１０７の定常時の通電パターンを出力する過程と、この通電パターンで３相のコイルに通電するようにインバータ回路に駆動信号を与える手段とにより定常時インバータ制御手段２８が構成されている。更にステップＳ１０９により電流制限時減衰割合演算手段３２が構成され、ステップＳ１１０により電流制限時通電パターン決定手段３４が構成されている。またステップＳ１１２の通電パターン及び切換位置を出力する過程と、出力された通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与える手段とにより電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５が構成される。更にステップＳ１０４，Ｓ１０５及びＳ１１１により制御切換手段３７が構成される。
【０１４１】
図２４に示した例では、電流制限制御の駆動停止過程において、電流制限制御時の減衰割合の演算と、回転子位置の判定と、電流制限時の通電パターンの決定とを行なうようにしているが、これらのすべての過程を駆動停止過程において行なうことができない（演算処理時間が足りない）場合には、減衰割合の演算及び電流制限時の通電パターンの決定を行なう過程を駆動過程で行なうようにしてもよい。このように減衰割合の演算及び電流制限時の通電パターンの決定を電流制限制御の駆動過程で行なう場合にマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの一例を図２７に示した。
【０１４２】
図２７に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ４０１で、「ＯＦＦ解除タイマ」に所定の時間Ｔを設定する。次いでステップＳ４０２で、電機子コイルに過渡電流を流してモータを始動する際の回転子の位置を検知する過程を行い、ステップＳ４０３で始動時の通電パターンを出力して、この通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。次いでステップＳ４０４で電流制限信号が入力されているか（３相のコイルの電流のうち最も大きい電流が上限値に達しているか）否かを判定し、電流制限信号が入力されていない場合には、ステップＳ４０５に移行して信号発生装置５のパルサ５Ｂが発生するパルス信号が入力されたか否かを判定する。その結果パルス信号が入力されていない場合にはステップＳ４０４に戻る。ステップＳ４０５においてパルサが出力するパルス信号が入力されたと判定されたときには、ステップＳ４０６でそのパルス信号から回転子の位置を判定し、その回転子位置での定常運転時の通電パターンを決定する。次いで、ステップＳ４０７でその通電パターンを出力し、この通電パターンで直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【０１４３】
ステップＳ４０４で電流制限信号が入力されていると判定されたときには、ステップＳ４０８に移行して、インバータ回路の下アーム及び上アームのうち、１つのスイッチ素子のみがオン状態になっているアームのオン状態にあるスイッチ素子をオフ状態にする。これにより直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止して電流制限制御の駆動停止過程を開始させるとともに、循環電流通電回路を構成して、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。次いでステップＳ４０９で中性点に対して同じ方向に電流が流れている判定対象相の２相の電流の値を検出し、ステップＳ４１０で検出した電流値をレジスタにセットする。次いで、ステップＳ４１１でＯＦＦ解除タイマが設定された時間Ｔを計測してＯＦＦ解除信号を発生する（駆動停止過程が開始されてからＴ時間が経過する）のを待つ。ＯＦＦ解除信号が発生したときにステップＳ４１２に進んでレジスタにセットされた電流値を読み出し、ステップＳ４１３で判定対象相の２相の電流の減衰割合expＡ及びexpＢを演算する。次いでステップＳ４１４で駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）を決定するための処理を行う。次いでステップＳ４１５で、決定された通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを出力し、駆動過程を開始させる。ステップＳ４１５が実行される時点で既に、回転子の位置がステップＳ４１４で決定された通電パターンでの通電を開始する位置を過ぎているときには、直ちにその通電パターンでの通電を開始する。また駆動過程が開始された時の回転子の位置がステップＳ４１４で決定された通電パターンでの通電を開始する位置よりも進んでいるときには、駆動過程が開始された後、その通電パターンで通電を開始する位置が検出された時にその通電パターンでの通電を開始する。
【０１４４】
駆動過程での通電を開始した後、ステップＳ４０５に移行してパルサの出力信号が入力されているか否かを判定する。その結果、回転子の回転速度が低く、パルサの出力信号が入力されていない場合には、ステップＳ４０４に戻って電流制限信号が発生しているか否かを判定する。駆動過程で３相のコイルを流れる電流のうちの最も大きい電流が上限値に達すると、再び電流制限信号が発生するため、ステップＳ４０８ないしＳ４１５が実行される。回転子の回転速度が上昇し、パルサが認識し得るパルスを発生するようになると、ステップＳ４０５でパルサの出力信号が認識されるため、ステップＳ４０６及びＳ４０７が実行され、定常運転時の通電パターンで３相のコイルへの通電を行うようにインバータ回路が制御される。
【０１４５】
図２４に示した例では、電流制限制御の駆動停止過程と駆動過程との切換をソフトウェア上で行なっているが、駆動停止過程と駆動過程との切換をハードウェア回路を用いて行なわせることもできる。図２８は、駆動過程と駆動停止過程との切換を行なうためにインバータ回路の下アームのスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの制御端子（ＭＯＳＦＥＴの場合にはゲート）に接続する回路の構成例を示したもので、同図においてＡＮＤxないしＡＮＤzはそれぞれスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの制御端子に出力端子が接続され、一方の入力端子に駆動信号Ｓx′ないしＳz′が与えられるアンド回路、Ｒはアンド回路ＡＮＤxないしＡＮＤzの他方の入力端子に出力端子が接続されたラッチ回路である。ラッチ回路Ｒは、図２９に示したように高レベル（Ｈレベル）から低レベル（Ｌレベル）に変化する電流制限信号が与えられたときに出力端子の電位をＬレベルにし、電流制限信号が与えられた後一定時間Ｔが経過してＬレベルからＨレベルに立ち上がるＯＦＦ解除信号が与えられたときにその出力端子の電位をＨレベルにする。
【０１４６】
図２８に示された回路において、電機子電流が上限値に達してラッチ回路Ｒに電流制限信号が与えられると、ラッチ回路Ｒの出力がＬレベルになるため、アンド回路ＡＮＤxないしＡＮＤzの出力が「０」になり、インバータ回路の下アームのスイッチ素子ＱxないしＱzへの駆動信号ＳｘないしＳｚの供給が停止される。これにより電流制限制御の駆動停止過程が開始される。駆動停止過程が開始された後、時間Ｔが経過してラッチ回路ＲにＯＦＦ解除信号が与えられると、ラッチ回路Ｒの出力がＨレベルになるため、インバータ回路の下アームのスイッチ素子ＱｘないしＱｚに駆動信号ＳｘないしＳｚが与えられるようになる。
【０１４７】
図２８には示されていないが、スイッチ素子ＱｕないしＱｗに対しても同様の回路を設け、インバータ回路の上アームのスイッチ素子をオフ状態にする際にスイッチ素子ＱｕないしＱｗに対して設けた同様の回路のラッチ回路に電流制限信号を与える。
【０１４８】
上記の例では、電流制限制御の駆動停止過程において判定対象相の２相に流れる電流の減衰割合expＡ及びexpＢの差を用いて回転子の位置を判定するようにしたが、電流の検出値のＡ／Ｄ変換に要する時間ｔc（図２３参照）が短い場合には、下記の式により求められる電流の減衰割合の傾きＤと回転子の位置との間の関係を用いて回転子の位置を判定することもできる。
Ｄ＝Ｉ・［exp｛-(r/L)(Δt+ｔc)}-exp{-(r/L)(Δt＋ｔc＋ｔ1)}]／ｔ1 …（１８）
【０１４９】
上記の実施形態では、始動時、定常時及び電流制限制御時（ロックに近い状態になったとき）に１８０°スイッチング制御を行なわせているが、本発明において必ず１８０°スイッチング制御を行なう必要があるのは、判定対象相の２相に中性点に対して同方向に電流を流す必要がある電流制限制御時のみである。本発明を実施するに当たっては、電流制限制御時にのみ１８０°スイッチング制御を行ない、始動時及び定常時には１２０°スイッチング制御を行なわせるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の一実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサにより構成される各種の手段を含む制御装置の構成を示したブロック図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｌ）は電機子コイルと回転子との間の位置関係の変化を示した説明図である。
【図４】回転子の磁石界磁の位置の変化と電機子鉄心を流れる磁束との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態において電機子コイルに過渡電流を流す回路を示した回路図である。
【図６】電機子コイルのインダクタンスが異なる場合に流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図７】回転子の位置が異なるときに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図８】（Ａ）ないし（Ｃ）は過渡電流の違いを認識するための異なる方法を説明するための図である。
【図９】ブラシレスモータがモータとして起動した後に信号発生装置のパルサが発生するパルス信号の波形とスイッチパターンの変化とを示した図である。
【図１０】回転子が図３に示したＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示した図表である。
【図１１】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗを示したグラフと、１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図１２】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ1にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１３】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ7にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は過渡電流の波形が凸形であるのか三角波形であるのかを判別する方法を説明するための図である。
【図１５】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１６】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの他の例を示したフローチャートである。
【図１７】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗを示したグラフと、１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図１８】本発明の実施形態において電流制限制御の駆動停止過程において減衰電流が流れている状態を示した回路図である。
【図１９】（Ａ）は本発明の実施形態において回転子が３０°ずつ異なる３つの位置にあるときに電機子コイルの３相のコイルに流れる電流を示した説明図である。（Ｂ）は回転子が（Ａ）に示された各位置にあるときの鉄心の磁化の状態を示した図表である。
【図２０】本発明の実施形態において電流制限制御が行なわれる際に３相のコイルに流れる電流の変化の一例を示したグラフである。
【図２１】本発明の実施形態において電流制限制御時に判定対象相の２相を流れる電流の減衰割合及び減衰割合の差と回転子位置との関係を示したグラフである。
【図２２】本発明の実施形態で用いるインバータ回路のスイッチ素子のスイッチパターンを回転子の位置に対して示したグラフである。
【図２３】本発明の実施形態において電流制限制御時に判定対象相の２相の電流を検出する動作を説明するためのグラフである。
【図２４】図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図２５】図２４に示されたタスクの一部の処理を行なう際にマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２６】図２４に示されたタスクの他の処理を行なう際にマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２７】図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの変形例を示したフローチャートである。
【図２８】本発明の実施形態において電流制限制御における駆動停止過程と駆動過程との切り換えをハードウェア回路を用いて行なう場合に用いる回路の要部の構成を示した回路図である。
【図２９】図２８に示されたラッチ回路に与えられる信号の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１ ブラシレスモータ
２ 直流電源
３ インバータ回路
４ コントローラ
５ 信号発生装置
２０ 過渡電流通電手段
２１ 始動時回転子位置判定手段
２２ 始動時回転子位置判定手段
２３ 始動時通電パターン決定手段
２４ 始動時インバータ制御手段
２５ 始動時インバータ制御部
２６ 定常時回転子位置判定手段
２７ 定常時通電パターン決定手段
２８ 定常時インバータ制御手段
２９ 定常時インバータ制御部
３０ 電流制限信号発生手段
３１ 駆動停止時インバータ制御手段
３２ 電流制限時減衰割合演算手段
３３ 電流制限時回転子位置判定手段
３４ 電流制限時通電パターン決定手段
３５ 電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段
３６ 電流制限時インバータ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁を有する回転子と、３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子とを備えたブラシレスモータを駆動する際の制御方法及びこの制御方法を実施するために用いる制御装置に関し、特に高温の環境下で使用されるブラシレスモータを制御するのに好適な制御方法及び制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ブラシレスモータは、回転子ヨークに永久磁石を取り付けて磁石界磁を形成した回転子と、３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と、直流電源から３相のコイルに流す電流の通電パターンを切り換えるために直流電源と電機子コイルとの間に配置されたインバータ回路と、各相のコイルに対して回転子の位置（回転角度位置）を検出する位置センサと、回転子を所定の方向に回転させるべく、位置センサにより検出される回転子の位置の変化に伴って、３相のコイルへの通電パターンを切り換えるようにインバータ回路を制御するコントローラとにより構成される。
【０００３】
従来ブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとしては、特許文献１に示されているように、ホール素子からなる磁気センサが多く用いられているが、磁気センサは、半導体を用いているため、熱に弱い性質を持っている。従って、高温の環境下で使用されるブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとして磁気センサを用いることは適当でない。
【０００４】
高温の環境下で使用されるブラシレスモータとしては、例えば、エンジンを始動するために用いられるモータがある。従来エンジンを始動するモータは、エンジンに取り付けられる発電機とは別個に設けられていたが、最近、エンジンに取り付けられる磁石発電機をエンジンの始動時にブラシレスモータとして駆動してエンジンを始動することが検討されるようになっている。エンジン用の磁石発電機は、その回転子がエンジンのクランク軸に直接取り付けられるため、この発電機をブラシレスモータとして動作させる際に用いる位置センサとして、ホール素子等の熱に弱い磁気センサを用いると、信頼性が低下するのを避けられない。
【０００５】
そこで、特許文献２に示されているように、回転子にリラクタを設けるとともに、このリラクタのエッジを検出してパルスを発生する信号発生装置を設けて、この信号発生装置の出力パルスから回転子の位置を検出することが提案されている。
【０００６】
周知のように、リラクタのエッジを検出してパルスを発生する信号発生装置は、リラクタに対向する磁極部を有する鉄心と、この鉄心に巻回された信号コイルと、該鉄心に磁気結合された磁石とをパルサ内に備えていて、リラクタのエッジが鉄心の磁極部の位置を通過する際に信号コイルと鎖交する磁束に変化を生じさせることにより、信号コイルにパルス信号を誘起させるように構成されている。
【０００７】
磁束の変化を検出してパルスを発生する磁束変化形の信号発生装置としては、上記の形式のものの他、回転子側及び固定子側にそれぞれパルス発生用磁石及び信号コイルを設けて、パルス発生用磁石が信号コイルの位置を通過する際に生じる磁束の変化により信号コイルにパルスを誘起させるものもある。
【０００８】
これらの磁束変化検出形の信号発生装置は、半導体素子を用いないため、熱には強いが、回転子の回転に伴って生じる磁束の時間的変化を利用してパルスを得るものであるため、回転子がある程度以上の回転速度で回転していないと認識し得るパルスを発生することができないという問題を有している。
【０００９】
また、ブラシレスモータの回転子の位置を検出する方法として、特許文献３に示されているように、ホール素子等の位置センサを用いることなく、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子の位置を検出する方法も知られている。特許文献３に示された方法では、星形結線された３相のコイルに、同じく星形結線された３つの抵抗器からなる抵抗回路を並列に接続して、電機子コイルの中性点と抵抗回路の中性点との間の電位差から、３相のコイルの逆誘起電圧の総和を検出し、この逆誘起電圧の総和の変化に基づいて回転子の位置を検出している。
【００１０】
またホール素子の代りにレゾルバを位置センサとして用いて、ブラシレスモータの回転子の位置を検出することも知られている。
【特許文献１】特開２００４−８０９３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７３４８２号公報
【特許文献３】特開昭６０−１９４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、ホール素子等の磁気センサは耐熱性が低いため、ブラシレスモータの回転子の位置を検出する位置センサとして磁気センサを用いると、ブラシレスモータが高温の環境下で使用された場合に、センサが破損するおそれがある。これに対し、特許文献２に示されたように、磁束変化検出形の信号発生装置を位置センサとして用いれば、ブラシレスモータが高温環境下で使用される場合にセンサが破損するという問題が生じるおそれを無くすことができる。
【００１２】
しかしながら、磁束変化検出形の信号発生装置は、回転子がある程度の回転速度以上で回転していないと認識し得るパルスを発生することができないため、ブラシレスモータの通電パターンを切り換える位置を検出するためにこのような信号発生装置を用いた場合には、モータの負荷が重くなって、モータがロック状態またはロックに近い状態になったときに、通電パターンの切換位置を検出するためのパルスを得ることができなくなり、ロック状態が継続してしまうという問題が生じる。
【００１３】
同様に、特許文献３に示されたように、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から回転子位置を検出する方法も、ブラシレスモータが回転していて、電機子コイルにしきい値を超える逆誘起電圧が発生しているときにのみ適用できる方法であるため、ブラシレスモータの始動時の通電パターンの切換位置を検出する目的や、モータがロックに近い状態またはロック状態になったときの通電パターンの切換位置を検出する目的には使用することができない。
【００１４】
また通電パターンを切り換える回転子の位置を検出するセンサとしてレゾルバを用いた場合には、レゾルバ自体が高価である上に、励磁電圧に対する出力電圧の位相差を検出するための検出回路が必要になるため、コストが高くなるという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いることなく、モータの電流制限時における電機子コイルへの通電パターンの切換位置を的確に決定して、極低速回転領域から定常回転速度領域まで、ブラシレスモータを満足に動作させることができるようにしたブラシレスモータの制御方法及びこの制御方法を実施するために用いる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法に適用される。
【００１７】
本発明においては、電機子電流が設定された上限値に達したときに、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行う。
【００１８】
上記電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相のコイルを流れている電流の減衰の状態から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、電流制限制御の駆動過程では、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路を制御する。
【００１９】
上記電機子電流の上限値は、モータがロック状態になったときに流れる電機子電流（ロック電流）の値に近い値（ロック電流値よりは低い値）に設定する。即ち、電機子電流が上限値に達したことを検出することにより、モータがロックに近い状態になったことを検出できるようにしておく。
【００２０】
モータの負荷が重くなり、モータがロックに近い状態になると、回転子が殆ど回転しなくなり、電機子コイルに誘起電圧が発生しなくなるので、電機子コイルには大きな電流が流れる。本発明では、電機子電流が増大して設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させる駆動過程とを交互に行わせて電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行なうので、ロックに近い状態になったときに過大な電流が流れ続けて電機子コイルが焼損するのを防ぐことができる。
【００２１】
本発明者は、種々の実験を行なった結果、電流制限制御において、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態で、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流した場合に、電機子コイルの２相のコイルをそれぞれ流れる電流の減衰状態と、回転子の位置（回転角度位置）との間に相関関係があり、電源から切り離された状態にある２相のコイルをそれぞれ流れる電流の減衰状態から、回転子の位置を判定できることを見出した。回転子の位置を判定できれば、その判定結果に基づいて、続いて行われる駆動過程において、モータから十分な出力トルクを発生させ続けるために必要な通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）とを決定することができ、決定された通電パターンで３相のコイルへの通電を行なうことにより、モータから出力トルクを発生させ続けることができる。
【００２２】
上記のように、本発明の方法によれば、駆動されているブラシレスモータがロックに近い状態になって、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する過程と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を行う過程とを交互に行わせることにより電機子電流を制限するとともに、電源から電流が供給されない状態にある電機子コイルの２相のコイルに同方向に流れている循環電流の減衰状態から回転子の位置を判定して、判定した位置に基づいて、次の駆動過程において直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電の開始位置とを決定するようにしたので、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサやレゾルバなどの高価な位置センサを用いなくても、ブラシレスモータの電流制限制御時に出力トルクを発生させ続けて、その回転を維持することができる。このように電流制限時においてもモータの回転を維持できるようにしておけば、やがて負荷が軽くなった時点で回転速度を上昇させて、定常運転に復帰させることができる。
【００２３】
駆動されているブラシレスモータの負荷が一時的に重くなる状態は、例えば、エンジンのクランク軸に回転子を取り付けた回転電機をブラシレスモータとして駆動して、エンジンを始動する場合に、ピストンが圧縮行程の下死点から上死点に向けて上昇していく過程で生じる。特に、極寒冷地でエンジンを始動する際に、エンジンの潤滑油が凍結していてクランク軸が回転し難くなっていると、モータの負荷は、ピストンが圧縮行程の下死点から上死点に向けて上昇していく過程で非常に重くなり、モータがロックに近い状態になる。また電気自動車においても、急勾配の坂を登り切る寸前等に、駆動されているブラシレスモータの負荷が重くなり、モータがロック寸前の状態になることがあり得る。本発明によれば、このように負荷が軽くなったり重くなったりするブラシレスモータがロック状態またはロックに近い状態になったときに、出力トルクを発生させ続けて、モータがロックしたままの状態に陥るのを防ぐことができる。また回転子の位置を検出する位置センサとしては、耐熱性を有する磁束変化検出形の信号発生装置を用いることができるので、高温の環境下で使用されるブラシレスモータをも問題なく駆動することができる。
【００２４】
本発明の好ましい態様では、電流制限制御の駆動停止過程で行う電流制限時回転子位置判定過程において、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する。
【００２５】
ブラシレスモータの電機子コイルへの通電パターンを切り換える制御において、通電パターンを切換える位相は、通常電機子コイルの無負荷誘起電圧の位相を基準にして決められる。一般にブラシレスモータにおいては、通電パターンの切り換え位相により出力トルクを調整することができる。電流制限時の駆動過程において、電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンへの切り換え位置は、モータの出力トルクを最大にする位置とするのが好ましい。
【００２６】
上記電流制限制御においては、電源から電機子コイルへの電流の供給を停止させた後、一定の時間が経過した後に（駆動停止過程を行っている時間が設定値に達した後に）駆動過程を開始させるようにしてもよく、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に駆動過程を開始させるようにしてもよい。
【００２７】
上記電流制限制御の駆動停止過程では、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、この電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行うのが好ましい。
【００２８】
上記の制御方法において、電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンであることが好ましい。
【００２９】
本発明はまた、中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、回転子を所定の方向に回転させるべくインバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置に適用される。
【００３０】
本発明に係わる制御装置においては、上記コントローラが、ブラシレスモータの定常運転時にインバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるようにインバータ回路を制御して、電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部とを備えている。
【００３１】
上記電流制限時インバータ制御部は、前記電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相を流れている電流の減衰の状態から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、駆動過程で直流電源から３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段とを備えることにより構成される。
【００３２】
本発明の好ましい態様では、上記電流制限時インバータ制御部が、電機子電流が設定された上限値に達したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して電流制限制御の駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段とを備えている。
【００３３】
上記電流制限時インバータ制御部は、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させるように構成してもよく、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に直流電源から電機子コイルへの電流の供給を再開させるように構成してもよい。
【００３４】
本発明の他の好ましい態様では、更に、ブラシレスモータの始動時にインバータ回路を制御する始動時インバータ制御部が設けられる。この場合、定常時インバータ制御部及び電流制限時インバータ制御部の構成は前記のものと同様でよい。
【００３５】
上記始動時インバータ制御部は、固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子が如何なる位置にあるかを判定する始動時回転子位置判定手段と、この始動時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段と、始動時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御する始動時インバータ制御手段とにより構成することができる。
【００３６】
上記始動時回転子位置判定手段は、過渡電流の波高値から回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することができる。
【００３７】
上記始動時回転子位置判定手段はまた、過渡電流の波高値と波形とから回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成することができる。
【００３８】
ブラシレスモータにおいて、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、磁石界磁の位置と各相のコイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、ブラシレスモータの各相の電機子コイルに電圧を印加したときに流れる過渡電流は、回転子の位置により相違する。従って、ブラシレスモータの固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なって、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較したり、過渡電流の波形を比較したりすることにより、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００３９】
過渡電流の波形から回転子の位置を判定するには、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出する処理を行って、抽出した特徴を比較するようにすればよい。過渡電流の波形の特徴の抽出は、例えば以下の（ａ）ないし（ｃ）のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、一定時間τが経過した時点での電流値を測定し、比較する。
（ｂ）過渡電流が流れ始めた後、一定の電流値に達するまでに要した時間を測定し、比較する。
（ｃ）過渡電流の立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。
（ｄ）時間幅２Δｔを有する過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定する。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、モータの電機子電流が上限値に達したときに、電源から電機子コイルへの電流の供給を停止する駆動停止過程と、電源から電機子コイルへの電流の供給を行う駆動過程とを交互に行わせて、電機子電流を上限値以下に制限する電流制限制御を行なうので、モータがロックに近い状態になったときに電機子電流が過大になって電機子コイルが焼損するのを防ぐことができる。
【００４１】
本発明によればまた、上記駆動停止過程で電機子コイルを通して流れる循環電流の減衰状態から回転子の位置を判定して、判定された回転子の位置に基づいて、次の駆動過程を開始する際の通電パターンを決定するようにしたので、ホール素子等の耐熱性が低い位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いずに、モータがロックに近い状態になったときの電機子コイルへの通電パターンを的確に決定することができる。従って本発明によれば、耐熱性が低いホール素子等の位置センサや、レゾルバなどの高価な位置センサを用いることなく、モータがロックに近い状態になる極低速回転領域から定常回転速度領域まで、ブラシレスモータに満足な動作を行なわせることができる。
【００４２】
更に本発明に係わるブラシレスモータにおいて、モータの始動時に電機子コイルに過渡電流を流して、該過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて通電パターンの切り換え位置を決定するようにした場合には、ホール素子のような耐熱性が低い位置センサを用いたり、レゾルバのような高価な位置センサを用いたりすることなく、ブラシレスモータの始動を行なわせることができるので、始動時から定常回転領域までの全領域においてブラシレスモータを満足に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１はブラシレスモータがエンジンに取り付けられて、エンジンの始動時にブラシレスモータとして運転され、エンジンが始動した後は磁石発電機として運転される場合に本発明を適用した実施形態を示したもので、同図において１は磁石発電機としても運転されるブラシレスモータ、２はバッテリからなる直流電源、３はブラシレスモータ１と直流電源２との間に設けられたインバータ回路、４はマイクロプロセッサを備えて、インバータ回路３を制御するコントローラ、５はブラシレスモータ１の回転子の位置が予め定めた位置に一致したときにパルス信号を発生する信号発生装置、６は過渡電流を流す際に閉じられる過渡電流通電用スイッチ、７ｕないし７ｗはブラシレスモータの電機子コイルを構成するＵ，Ｖ，Ｗ３相のコイルをそれぞれ流れる電流を検出する電流検出手段である。
【００４４】
更に詳細に説明すると、図１において、１０は鉄などの強磁性材料によりほぼカップ状を呈するように構成された回転子ヨークで、この回転子ヨークは、その底壁部の中央部に取り付けられたボス部がエンジン（図示せず。）のクランク軸に嵌合されて取り付けられている。回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に永久磁石が取り付けられて偶数極の界磁が構成されている。本実施形態では、１８０°間隔で配置された２個の円弧状の永久磁石Ｍ１及びＭ２が、回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの内周に接着等により取り付けられ、これらの永久磁石が着磁方向を異にして径方向に着磁されることにより、回転子ヨークの内周に２極の磁石界磁が構成されている。回転子ヨーク１０と永久磁石Ｍ１及びＭ２とにより回転子１Ａが構成されている。この例では、磁石回転子１Ａが、エンジンの正回転時に図１において反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転させられるものとする。
【００４５】
磁石回転子１Ａの内側には、固定子１Ｂが配置されている。固定子１Ｂは、環状に形成された継鉄部の外周部から３個の突極部を放射状に突出させた構造を有する公知の星形環状電機子鉄心（図示せず。）と、この電機子鉄心の３個の突極部にそれぞれ巻回された３相のコイルＬｕないしＬｗとからなっている。３相のコイルＬｕないしＬｗは星形結線され、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端末部から３相の端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが引き出されている。
【００４６】
固定子１Ｂは、エンジンのケースの一部に形成された固定子取付け部に固定され、電機子鉄心の３個の突極部のそれぞれの先端に形成された磁極部が磁石回転子１Ａの磁石界磁の磁極に所定のギャップを介して対向させられる。
【００４７】
回転子ヨーク１０の周壁部１０ａの外周には、該周壁部の周方向に延びる円弧状の突起からなる３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で形成され、これらのリラクタ１１ないし１３と回転子ヨーク１０とにより信号発生用ロータ５Ａが構成されている。またロータ５Ａの近傍に、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルス信号を発生するパルサ５Ｂが配置され、信号発生用ロータ５Ａとパルサ５Ｂとにより、磁束変化検出形の信号発生装置５が構成されている。なお本明細書において、磁束変化検出形の信号発生装置とは、ロータの回転に伴って、コイルに鎖交する磁束に変化を生じさせることにより、コイルに信号電圧を誘起させる形式の信号発生装置を意味する。
【００４８】
パルサ５Ｂは、エンジンのケース等に固定されていて、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の前端側エッジを検出したときに第１の極性のパルス信号を発生し、リラクタ１１ないし１３のそれぞれの回転方向の後端側エッジを検出したときに第２の極性のパルス信号を発生する。本実施形態では、各リラクタが６０°の極弧角を有していて、３つのリラクタ１１ないし１３が１２０°間隔で設けられているため、パルサ５Ｂは、回転子１Ａが１回転する間に６０°間隔で６つのパルス信号を発生する。これら６つのパルス信号がそれぞれ発生するタイミングが、１８０°スイッチング駆動によりブラシレスモータを駆動する際の通電パターンの６つの切換タイミング（励磁相の切換タイミング）に一致するように、リラクタ１１ないし１３及びパルサ５Ｂが設けられている。
【００４９】
パルサ５Ｂが発生するパルス信号は、コントローラ４のパルス信号入力端子４ａに入力されている。パルス信号入力端子４ａに入力されたパルス信号は、コントローラ４内に設けられた波形整形回路によりマイクロプロセッサが認識し得る信号に変換されて、コントローラ４内のマイクロプロセッサに入力されている。
【００５０】
インバータ回路３は、オンオフ制御が自在なスイッチ素子と帰還ダイオードとを逆並列接続して構成したエレメントにより３相ブリッジ回路の各辺を構成した周知の回路からなる。図示の例では、一端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤｕ，Ｄｖ及びＤｗとによりブリッジの３つの上アームが構成され、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗのそれぞれの他端に一端が接続されるとともに他端が共通接続されたスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚと、これらのスイッチ素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤｘ，Ｄｙ及びＤｚによりブリッジの３つの下アームが構成されている。本実施形態では、インバータ回路３のブリッジの各アームを構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられ、ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成された寄生ダイオードが帰還ダイオードとして用いられている。
【００５１】
スイッチ素子ＱｕないしＱｗ及びＱｘないしＱｚの制御端子（図示の例ではＭＯＳＦＥＴのゲート）にはそれぞれコントローラ４から駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが与えられている。スイッチ素子ＱｕないしＱｗ及びＱｘないしＱｚは、駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが与えられている間オン状態を保持し、駆動信号ＳｕないしＳｗ及びＳｘないしＳｚが除去されたときにオフ状態になる。
【００５２】
図示のインバータ回路３においては、ブリッジの上アームを構成するスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの一端の共通接続点及び下アームを構成するスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの他端の共通接続点がそれぞれプラス側及びマイナス側の直流側端子３ａ及び３ｂとなっており、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗの他端とスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの一端との接続点がそれぞれ交流側端子３ｕ，３ｖ，３ｗとなっている。直流側端子３ａ，３ｂ間に直流電源２が接続され、交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗにそれぞれ電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗの非中性点側端子（中性点と反対側の端子）から引き出された３相の端子１ｕ，１ｖ及び１ｗが、電流検出器７ｕないし７ｗを構成するシャント抵抗器ＲiｕないしＲiｗを通して接続されている。
【００５３】
図示のインバータ回路３においては、ダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ及びＤｚにより全波整流回路が構成され、ブラシレスモータ１が外部から駆動されて磁石発電機として運転される際に、電機子コイルＬｕないしＬｗに誘起する３相交流電圧がこの全波整流回路により直流電圧に変換されて直流電源２を構成するバッテリに充電用電圧として印加される。
【００５４】
本実施形態においては、ブラシレスモータ１が停止している状態で、その回転子１Ａの位置（回転子の界磁と電機子コイルの各相のコイルとの間の位置関係）を判定するため、電機子コイルＬｕないしＬｗの中性点と接地間に過渡電流通電用スイッチ６が挿入されている。
【００５５】
過渡電流通電用スイッチ６は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタからなっていて、該トランジスタのコレクタがコイルＬｕないしＬｗの中性点に接続され、ベースがコントローラ４に設けられたスイッチ制御信号出力端子４ｂに接続されている。
【００５６】
電流検出器７ｕないし７ｗをそれぞれ構成するシャント抵抗器ＲiｕないしＲiｗのそれぞれの両端に得られる検出信号は、演算増幅器ＯＰｕないしＯＰｗを通してコントローラ４の電流検出信号入力端子４ｃに入力されている。
【００５７】
前述のように、本発明に係わる制御方法では、モータの始動時に、固定子１Ｂの各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電過程と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流から回転子が３相のコイルに対して如何なる位置にあるかを判定する回転子位置判定過程とを行うことにより、回転子１Ａの位置を判定する。このようにして判定した回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定し、決定した通電パターンで電機子コイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【００５８】
本発明に係わる制御装置を構成するため、コントローラ４のマイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、図２に示す各種の手段を構成する。図２において、２０は過電流通電手段で、この過電流通電手段は、固定子１Ｂの各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子と接地電位部との間に電圧を印加した状態で過渡電流通電用スイッチ６を短時間オン状態にして中性点を一時的に接地電位部に接続することにより、電機子コイルの３相のコイルＬｕないしＬｗに一時的に過渡電流を流す過渡電流通電過程を行なう。
【００５９】
また２１は始動時回転子位置判定手段で、この判定手段は、過渡電流通電手段２０が３相のコイルにそれぞれ流した過渡電流を電流検出手段７ｕないし７ｗの出力から検出して、検出した過渡電流から回転子１Ａの界磁が３相のコイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるかを判定するための処理を行う。
【００６０】
本実施形態では、過渡電流通電手段２０と始動時回転子位置判定手段２１とにより、過渡電流通電過程で３相のコイルＬｕないしＬｗにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子の位置を判定する始動時回転子位置判定手段２２が構成されている。
【００６１】
２３は始動時通電パターン決定手段、２４は始動時インバータ制御手段である。本発明では、直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで電機子電流を流すものとして、回転子を所定の方向（本実施形態では図１の矢印ＣＣＷ方向）に回転させるべく、同方向の電流を流す２相の組み合わせを切り換えて、通電パターンを切り換える制御を行わせる。
【００６２】
始動時通電パターン決定手段２３は、始動時回転子位置判定手段２２により判定された回転子の位置に基づいて、回転子を所定の方向に回転させるために必要な電機子コイルへの通電パターンを決定する。また始動時インバータ制御手段２４は、始動時通電パターン決定手段２３により決定された通電パターンに従って３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すように、インバータ回路３の上アームの３つのスイッチ素子ＱｕないしＱｗのうちの１つと下アームの３つのスイッチ素子ＱｘないしＱｚのうちの２つとを同時にオン状態にするか、またはインバータ回路３の下アームの３つのスイッチ素子ＱｘないしＱｚのうちの１つと上アームの３つのスイッチ素子ＱｕないしＱｗのうちの２つとを同時にオン状態にするように、インバータ回路３のスイッチ素子を制御する。
【００６３】
この例では、固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段２０と、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から回転子１Ａの位置を判定する始動時回転子位置判定手段２１と、始動時回転子位置判定手段２１により判定された回転子の位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段２３と、始動時通電パターン決定手段２３により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路３を制御する始動時インバータ制御手段２４とにより、ブラシレスモータの始動時にインバータ回路３を制御する始動時インバータ制御部２５が構成されている。
【００６４】
また２６は、信号発生装置５が発生するパルス信号から得られる回転子１Ａの位置情報に基づいて回転子１Ａが固定子１Ｂの３相のコイルＬｕないしＬｗに対して如何なる位置にあるのかを判定する定常時回転子位置判定手段、２７は、定常時回転子位置判定手段２６により判定された位置に基づいて回転子を所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定する定常時通電パターン決定手段、２８は、定常時通電パターン決定手段２７により決定された通電パターンで３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すように、インバータ回路３のスイッチ素子を制御する定常時インバータ制御手段である。
【００６５】
本実施形態では、モータの定常運転時において、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで電機子電流を流すものとして、回転子を所定の方向に回転させるべく、通電パターンを切り換える制御（１８０°スイッチング制御）を行う。そのため、定常運転時においては、インバータ回路３のブリッジの上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子と、これら２つのスイッチ素子に直列に接続されている下アームまたは上アームの２つのスイッチ素子を除く下アームまたは上アームの１つのスイッチ素子とを同時にオン状態にするスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。
【００６６】
この例では、定常時回転子位置判定手段２６と、定常時通電パターン決定手段２７と、定常時インバータ制御手段２８とにより、ブラシレスモータの定常運転時にインバータ回路３を制御する定常時インバータ制御部２９が構成されている。
【００６７】
更に、３０は、３相のコイルにそれぞれ流れる電流を検出している電流検出手段７ｕないし７ｗにより検出された電流のうち、最も大きい電流が設定された上限値に達したときに電流制限信号ＳＬを発生する電流制限信号発生手段、３１は、電機子電流が上限値に達して電流制限信号ＳＬが発生したときに直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で電機子コイルを通して循環電流を流すようにインバータ回路を制御して電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段である。
【００６８】
電機子電流が上限値に達したときに、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止して上記のようなパターンで循環電流を流すには、インバータ回路のブリッジの下アームの３つのスイッチ素子のオンオフの状態はそのままにして、上アームの３つのスイッチ素子の内、オン状態にある１つまたは２つのスイッチ素子をオフ状態にするか、またはインバータ回路のブリッジの上アームの３つのスイッチ素子のオンオフの状態をそのままにして下アームを構成する３つのスイッチ素子の内、オン状態ある１つまたは２つのスイッチ素子をオフ状態にすればよい。即ち、電機子電流が上限値に達したときに、インバータ回路の上アームの３つのスイッチ素子ＱuないしＱwの内の２つのスイッチ素子がオン状態にあり、下アームの３つのスイッチ素子ＱxないしＱzの内の１つのスイッチ素子がオン状態にあるときには、下アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオン状態にしたままで上アームでオン状態にある２つのスイッチ素子を同時にオフ状態にするか、または上アームでオン状態にある２つのスイッチ素子をオン状態にしたままで、下アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。また電機子電流が上限値に達したときに、インバータ回路の上アームの３つのスイッチ素子ＱuないしＱwの内の１つのスイッチ素子がオン状態にあり、下アームの３つのスイッチ素子ＱxないしＱzの内の２つのスイッチ素子がオン状態にあるときには、上アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオン状態にしたままで下アームでオン状態にある２つのスイッチ素子を同時にオフ状態にするか、または下アームでオン状態にある２つのスイッチ素子をオン状態にしたままで、上アームでオン状態にある１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。
【００６９】
前述のように、本実施形態では、モータの定常運転時に１８０°スイッチング制御を行うため、定常運転時においては、インバータ回路のブリッジの上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子と、これら２つのスイッチ素子に直列に接続されている２つのスイッチ素子を除く下アームまたは上アームの１つのスイッチ素子とを同時にオン状態にするスイッチパターンでインバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御する。この場合、電機子電流が上限値に達したときに、オン状態にある上アームまたは下アームの２つのスイッチ素子をそのままオン状態に保持し、他のスイッチ素子をオフ状態にするか、またはオン状態にある上アームまたは下アームの１つのスイッチ素子をそのままオン状態に保持し、他のスイッチ素子をオフ状態にすることにより、上記のパターンで循環電流を流すことができる。
【００７０】
３２は電流制限時減衰割合演算手段で、この演算手段は、直流電源（図示の例ではバッテリ）から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方をそれぞれ流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する。
【００７１】
３３は電流制限時回転子位置判定手段で、この判定手段は、上記第１及び第２の減衰割合の差から回転子１Ａの位置を判定する。
【００７２】
また３４は電流制限時通電パターン決定手段で、このパターン決定手段３４は、駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕ〜Ｌｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定手段３３により判定された回転子の位置に対して回転子の回転を維持するのに適した通電パターンを決定する。
【００７３】
また３５は電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段で、この制御手段は、電流制限時通電パターン決定手段３４により決定された通電パターンで直流電源から電機子コイルに電流を流して電流制限制御の駆動過程を行なわせるようにインバータ回路３を制御する。
【００７４】
この例では、電流制限信号発生手段３０と、駆動停止時インバータ制御手段３１と、電流制限時減衰割合演算手段３２と、電流制限時回転子位置判定手段３３と、電流制限時通電パターン決定手段３４と、電流制限時インバータ制御手段３５とにより、ブラシレスモータの電流制限時にインバータ回路３を制御する電流制限時インバータ制御部３６が構成されている。
【００７５】
また３７は制御切換手段で、この制御切換手段は、モータの始動時には始動時インバータ制御部２５によりインバータ回路３を制御し、信号発生装置５がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する回転速度までブラシレスモータの回転速度が上昇した後は、定常時インバータ制御部２９によりインバータ回路３を制御し、モータの始動時または定常運転時にモータがロックに近い状態になって電流制限制御が行われるときには、電流制限時インバータ制御部３６によりインバータ回路３を制御するように制御を切り換える。
【００７６】
図示の制御切換手段は、始動スイッチ等の始動／停止指令発生手段３８から始動指令が与えられたときに、始動時インバータ制御部２５によるインバータ回路３の制御を開始してモータを始動させ、信号発生装置５が発生したパルス信号が認識されるようになったときに、定常時インバータ制御部２９によるインバータ回路３の制御を開始する。またモータの始動時または定常運転時にモータがロック状態またはロックに近い状態になって、電流制限信号発生手段３０が電流制限信号ＳLを発生したときに、駆動停止時インバータ制御手段３１によるインバータ回路３の制御を行わせて、インバータ回路の上アームまたは下アームで同時にオン状態になっている２つのスイッチ素子をオン状態のままにし、オン状態にあった下アームまたは上アームの他の１つのスイッチ素子をオフ状態にすることにより、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止させるとともに、３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流して、駆動停止過程を行なわせる。
【００７７】
制御切換手段３７はまた、電源制限時減衰割合演算手段３２により、判定対象相の２相のコイルを流れている電流の減衰割合の演算を行わせた後、電流制限時回転子位置判定手段３３による回転子位置の判定と、電流制限時通電パターン決定手段３４による通電パターンの決定とを行わせる。制御切換手段３７はまた、直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定時間が経過したときに、電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５によるインバータ回路３の制御を開始して駆動過程を開始させるか、または直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、電機子電流が上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出されたときに、電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５によるインバータ回路３の制御を開始して駆動過程を開始させる。そして、モータのロック状態が解消してその回転速度が上昇し、信号発生装置５がしきい値以上のパルス信号を発生したことが検出されたときに、インバータ回路３の制御を定常時インバータ制御部２９による制御に切り換える。
【００７８】
ここで、本発明においてモータの始動時に回転子の位置を検出する方法の原理を説明する。図１に示したブラシレスモータ１においては、各相の電機子コイルの中性点と反対側の端子から電流が流れ込んだときに、コイルの極性が外側から見てＮ極になるように、各相の電機子コイルが巻かれている。
【００７９】
今、３相のコイルＬｕないしＬｗに電流が流れていないとすると、固定子の電機子鉄心に流れる磁束の大きさは、磁石界磁と各相の電機子コイルとの位置関係により異なる。ここで、図１の状態から回転子１Ａを反時計方向に３０°ずつ段階的に回転させたとして、図３（Ａ）ないし（Ｌ）に示すように３０°ずつ位置が異なる位置Ｐ1ないしＰ12を考え、Ｐ1ないしＰ12の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束φを磁石による起磁力に対して図示すると、図４に示すようになる。位置Ｐ6とＰ8においては、回転子が線対称な位置関係にあるため、Ｕ相の電機子鉄心を流れる磁束は同じになる。同様に、位置Ｐ9〜Ｐ12のそれぞれにおける回転子の位置は、位置Ｐ5ないしＰ2のそれぞれにおける回転子の位置と線対称な関係にあるため、位置Ｐ9，Ｐ10，Ｐ11，Ｐ12のそれぞれの位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさはそれぞれ、位置Ｐ5，Ｐ4，Ｐ3，Ｐ2の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束の大きさと同一である。また図４に示した位置Ｐ13は、位置Ｐ1と同じ位置であり、この位置Ｐ13でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束は位置Ｐ1の位置でＵ相の電機子鉄心に流れる磁束と同一である。
【００８０】
上記のように、界磁を有する回転子と３相の電機子コイルを有する固定子とからなるブラシレスモータにおいて、電機子コイルに電流が流れていないときに電機子鉄心に流れる磁束は、界磁の位置と各相の電機子コイルとの間の相対的な位置関係（回転子の各相の電機子コイルに対する位置）により異なり、各相の電機子コイルのインダクタンスは回転子の位置により異なるため、回転子の位置により各相の電機子コイルに流れる過渡電流が相違する。従って、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相の電機子コイルのそれぞれに対して行なって、３相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の特徴を抽出して比較すると、回転子が各相の電機子コイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００８１】
図５に示したように、抵抗ｒとインダクタンスＬとの直列回路にトランジスタＴＲ1を通して直流電源２の電圧Ｅを印加する回路を構成して、トランジスタＴＲ1をオン状態にしたとすると、以下の（１）式により与えられる過渡電流ｉが流れる。
ｉ＝（Ｅ／ｒ）［１−ｅｘｐ｛−（ｒ／Ｌ）ｔ｝］ …（１）
【００８２】
ここで、抵抗ｒが一定であるとし、インダクタンスＬがＬa，Ｌb及びＬcの値（Ｌa＜Ｌb＜Ｌc）をとったとすると、ｒ／Ｌa＞ｒ／Ｌb＞ｒ／Ｌcの関係が成り立つため、インダクタンスの値がＬa，Ｌb及びＬcのときにそれぞれ流れる過渡電流ｉa，ｉb及びｉcをそれぞれ時間ｔに対して示すと図６のようになる。
【００８３】
図１に示した例において、回転子の位置が図３（Ａ）に示すＰ1であるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｕをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとする。このとき図４に示すように、電機子コイルＬｕに流れる電流ΔＩが起磁力ΔＦを発生し、Ｕ相の電機子鉄心の磁束がΔφ1だけ変化するため、コイルには逆誘起電圧が発生する。回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスをＬ1とし、Ｕ相の電機子コイルの巻数をｎとすると、Ｌ1×ΔＩ＝ｎΔφ1の関係があるため、回転子が位置Ｐ1にあるときのＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ1は下記の式により与えられる。
Ｌ1＝ｎΔφ1／ΔＩ …（２）
【００８４】
一方回転子が図３（Ｅ）に示すＰ5の位置にあるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｕをオン状態にし、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとすると、電流ΔＩが流れることにより発生する起磁力ΔＦにより、磁束変化Δφ5が発生する。このときＵ相の電機子コイルのインダクタンスＬ5は下記の式により与えられる。
Ｌ5＝ｎΔφ5／ΔＩ …（３）
ここでΔφ1＜Δφ5であるため、Ｌ1＜Ｌ5となり、回転子の位置がＰ1の時及びＰ5の時にそれぞれ流れる過渡電流ｉ1及びｉ5は図７に示すようになる。
【００８５】
また回転子の位置がＰ1であるときには、Ｖ相及びＷ相の電機子コイルに対する回転子の位置が、Ｕ相の電機子コイルに対する位置Ｐ5の位置に相当する位置になるため、回転子がＰ1の位置にあるときに、インバータ回路３のスイッチ素子Ｑｖをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたとき、及びインバータ回路３のスイッチ素子Ｑｗをオン状態にして、過渡電流通電用スイッチ６をオン状態にしたときには、上記ｉ5相当の過渡電流が流れる。
【００８６】
上記のように、各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加した時に流れる過渡電流の波高値及び波形は、回転子１Ａの位置により異なるため、固定子の各相の電機子コイルに一時的に直流電圧を印加して各相の電機子コイルに過渡電流を流す過程を３相のコイルのそれぞれに対して行って、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を測定して比較するか、または波高値を比較すると共に、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を比較することにより、回転子の磁石界磁が３相のコイルに対して如何なる位置にあるかを判定することができる。
【００８７】
本発明において、回転子の位置を過渡電流の波高値のみから判定するか、または過渡電流の波高値と波形との双方を用いて判定するかは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置が得られるか否かにより決める。即ち、３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけで、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られる場合には、過渡電流の波高値のみを用いて回転子の位置を判定する。また３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値を比較するだけでは、スイッチパターンの切換位置を定めるために必要な回転子の位置の情報が得られない場合には、過渡電流の波高値と波形（波形から抽出した特徴）との双方を用いて回転子の位置を判定する。
【００８８】
過渡電流の波形を判定の１条件として回転子の位置を判定する際には、ｍ相の電機子コイルにそれぞれ流れた過渡電流の波形の特徴を抽出して、抽出した特徴を比較する。過渡電流の波形の特徴抽出は、例えば下記のようにして行うことができる。
（ａ）電機子コイルに直流電圧を印加した後、図８（Ａ）に示すように、一定時間τが経過した時点での電流値ｉaτ及びｉbτを測定して比較する。
（ｂ）図８（Ｂ）に示したように、過渡電流ｉa及びｉbが流れ始めた後、一定の電流値ｉsに達するまでに要した時間ｔa及びｔbを測定して比較する。
（ｃ）図８（Ｃ）に示したように、過渡電流ｉの立上がり時の時間的な変化率から波形を判定する。例えば、ｉb1／ｔ1とｉa1／ｔ1とを比較するか、ｉb2／ｔ2とｉa2／ｔ2とを比較する。
【００８９】
上記のように、ブラシレスモータが停止している時に、スイッチ６を閉じた状態にして、３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにつながるインバータ回路のブリッジの上辺のスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗを順次短時間ずつオン状態にする過程を行うことにより、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ過渡電流を流し、３相のコイルＬｕないしＬｗにそれぞれ流れた過渡電流の波高値または波高値と波形を比較することにより、回転子１Ａの位置を判定することができる。
【００９０】
ブラシレスモータが停止している状態で、回転子１Ａが各相の電機子コイルに対して如何なる位置関係にあるかを判定することができれば、その判定結果に基づいて、回転子１Ａを所定の方向に回転させるために必要な通電パターンを決定することができるため、決定された通電パターンで電機子コイルに通電するように、インバータ回路のスイッチ素子を制御することにより、回転子を所定の方向に回転させることができる。
【００９１】
ブラシレスモータを回転させることができれば、以後は、制御切換手段３６により、インバータ回路３の制御を、始動時インバータ制御部２５による制御から定常時インバータ制御部２９による制御に切り換えて、信号発生装置５が出力するパルス信号から定常時回転子位置判定手段２６により判定した回転子の位置の情報に基づいて、定常時通電パターン決定手段２７により通電パターンを決定し、定常時通電パターン決定手段２７により決定された通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路３のスイッチ素子を制御してブラシレスモータを回転させることができる。
【００９２】
ブラシレスモータが始動して、回転子１Ａが、図３（Ａ）に示すＰ1の位置に達したときに、インバータ回路の制御を定常時インバータ制御部２９による制御に切り換えて、１８０°スイッチングにより電機子コイルＬｕないしＬｗに電流を流すべくインバータ回路３を制御する場合に、信号発生装置５の出力パルス信号に基づいて決定されるスイッチパターンを信号発生装置５の出力パルス信号の波形と共に図９に示した。図９（Ａ）は信号発生装置５が出力するパルス信号の波形を示したもので、Ｖf11及びＶr11はそれぞれ回転子がＰ1の位置及びＰ3の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１１の回転方向の前端側エッジｆ11及び後端側エッジｒ11をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示し、Ｖf12及びＶr12はそれぞれ回転子がＰ5の位置及びＰ7の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１２の回転方向の前端側エッジｆ12及び後端側エッジｒ12をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。またＶf13及びＶr13はそれぞれ回転子がＰ9の位置及びＰ11の位置にあるときに、パルサ５Ｂがリラクタ１３の回転方向の前端側エッジｆ13及び後端側エッジｒ13をそれぞれ検出して発生するパルス信号を示している。
【００９３】
また図９（Ｂ）に示した表は、回転子の各位置における通電パターンを得るためにオン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）を示したもので、同図において符号Ｕ，Ｖ及びＷが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗをオン状態にすることを意味し、符号Ｘ，Ｙ及びＺが表示された区間はそれぞれ、スイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｚがオン状態にされて、電機子コイルＬｕに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｖ及びＬｗを通して流し出している通電パターンから、回転子がＰ5の位置に達して、パルス信号Ｖf12が発生したときには、スイッチパターンを、（Ｑｕ，Ｑｙ，Ｑｚ）から（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ電流を電機子コイルＬｗを通して流し出す通電パターンに切り換える。また回転子の位置がＰ7の位置に達したときには、スイッチパターンを（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｚ）から（Ｑｘ，Ｑｖ，Ｑｚ）に切り換えて、電機子コイルＬｕ及びＬｖにそれぞれ流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｗを通して流し出している通電パターンから、電機子コイルＬｖに流し込んだ励磁電流を電機子コイルＬｕ及びＬｗを通して流し出す通電パターンに切り換える。
【００９４】
本実施形態では、通電パターンを切り換える位置でパルス信号が発生するようにリラクタとパルサとが設けられているため、制御を切り換えるときの回転子の位置（図９に示した例ではＰ1の位置）が決まれば、励磁相の決定は容易に行うことができる。
【００９５】
ブラシレスモータの始動時に負荷が重いために、回転子を僅かしか回転させることができないときには、最初の通電パターンである時間駆動し、その間にパルサがパルス信号を発生しない場合には、駆動を一旦止めて、回転子の位置を判定する処理を再度行い、その判定結果に基づいて新たな通電パターンを決定して、決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御する。回転速度が低すぎて、パルサ５Ｂが識別し得るパルス信号を発生できない状態にある間この制御を続けることにより、ブラシレスモータを連続的に回転させることができる。
【００９６】
特にブラシレスモータによりエンジンを始動する際には、エンジンの圧縮行程で、回転速度を十分に高くすることができず、パルサから識別し得るパルス信号を発生させることができないことが考えられるが、上記の制御を続けると、エンジンの圧縮行程の上死点の手前の位置で負荷がピークを過ぎた時点で回転速度が上昇するので、パルサから識別し得るパルス信号を発生させて、定常時インバータ制御部２９による制御に移行させることができ、次の圧縮行程ではモータから十分なトルクを発生させて始動用電動機としての機能を果たすことができる。
【００９７】
上記のように、本実施形態の制御装置では、ブラシレスモータが停止していて、信号発生装置がパルス信号を発生することができないときに、電機子コイルに流した過渡電流から判定した回転子の位置に基づいて決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路を制御してブラシレスモータを始動させるので、ホール素子等の耐熱性が低いセンサを用いたり、レゾルバ等の高価なセンサを用いたりせずに始動時の通電パターンを決定して、ブラシレスモータを始動させることができる。またブラシレスモータが始動した後、その回転速度が上昇して信号発生装置５が識別し得るレベルのパルス信号を発生するようになった後は、信号発生装置５が出力するパルス信号から得られる回転角度情報を用いて判定した回転子の位置に基づいて通電パターンを決定して電機子コイルに通電することができるため、ブラシレスモータを通常のブラシレスモータと同様に回転させることができる。
【００９８】
次に、実際に始動時の通電パターンを決定する方法について説明する。図４において、Δφ1，Δφ2，…はそれぞれ、回転子がＰ1，Ｐ2，Ｐ3，…（Ｐ8以降は省略）の位置にあるときに図１のスイッチ６をオン状態にして過渡電流を流したときにＵ相の鉄心に流れる磁束φの変化を示している。また図１０の表は、回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でスイッチ６をオン状態にしてＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示している。これらＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を曲線で示すと図１１（Ａ）のようになり、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗは図１１（Ｂ）のようになる。図１１（Ｂ）に示す過渡電流から、最初の通電パターンを決定して、決定した通電パターンで電機子コイルに通電するようにインバータ回路の所定のスイッチ素子に駆動信号を与えることにより、回転子を回転させることができる。
【００９９】
１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子がＰ1ないしＰ13の位置にあるときに、始動時にオン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）を図１１（Ｃ）に示した。図１１（Ｃ）に示したスイッチパターンにおいて符号Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＺはそれぞれスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ、Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚをオン状態にすることを意味する。例えば、スイッチパターン（Ｕ，Ｙ，Ｗ）はスイッチ素子Ｑｕ，Ｑｙ及びＱｗをオン状態にすることを意味する。
【０１００】
回転子の位置によっては、図１１（Ｂ）に示した過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの大きさの順序により、始動時のスイッチパターンが一義的に決まるが、位置によっては、過渡電流の大きさの順序だけでは、スイッチパターンを決定できないことがある。例えばＰ1，Ｐ5及びＰ9のそれぞれの位置における過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗの大きさの順序は、それぞれＰ7，Ｐ11及びＰ3の位置における過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの大きさの順序と同じであるので、これらの位置では、過渡電流の波高値の大きさの順序を見るだけでは、始動時のインバータ回路のスイッチパターンを決定することができない。
【０１０１】
そこで、過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形を見ると、例えば、Ｐ1の位置での過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形はそれぞれ図１２の（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになるが、Ｐ7の位置での過渡電流ΔｉｕないしΔｉｗの波形はそれぞれ図１３（Ａ）ないし（Ｃ）に示すようになり、Ｕ相の過渡電流Δｉｕの波形がＰ1の位置とＰ７の位置とでは異なる。Ｐ1の位置では、飽和したＵ相の鉄心を減磁する方向に過渡電流が流れることにより磁束変化Δφ1が生じるため、過渡電流の波形は、三角波形よりも凸形の波形（立ち上がりが二次曲線的に湾曲した波形）を呈し、Ｕ相の電機子コイルを通して流れる過渡電流が最も大きくなる。従って最も大きい過渡電流がＵ相の過渡電流である場合に、その波形が三角波形よりも凸形である否かを判定して、凸形である場合に、回転子の位置がＰ1であると判定することができる。
【０１０２】
過渡電流の波形が凸形である場合には、図１４（Ａ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔに比べて、後半の電流増加率Δｉ2／Δｔが小さくなるが、三角波形である場合には、図１４（Ｂ）に示すように、波形の前半の電流増加率Δｉ1／Δｔと後半の電流増加率Δｉ2／Δｔとの差が小さくなる。従って、過渡電流の時間幅を２Δｔとして、過渡電流波形の前半の時間的変化率Δｉ1／Δｔと後半の時間的変化率Δｉ2／Δｔとを求めて、前半の変化率Δｉ1／Δｔと後半の変化率Δｉ2／Δｔとの差が設定値以上であるか否かを判定することにより、過渡電流の波形が凸形であるか三角波形であるかを判定することができ、この判定結果から位置がＰ1の位置かＰ7の位置かを判定することができる。
【０１０３】
過渡電流通電過程を行った結果得られた過渡電流の波高値の大きさの順序と、最大の過渡電流の波形とから、ブラシレスモータを始動する際の通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を図１５に示した。
【０１０４】
図１５に示したアルゴリズムによる場合には、回転子の各位置におれる始動時の通電パターンを、オン状態にするインバータ回路のスイッチ素子の組み合わせ（スイッチパターン）の形で決定する。始動時の通電パターンを判別する過程が開始された時に先ずステップＳ１でΔｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの中の最大のものΔｉmaxを見つける。その結果、ステップＳ２に示すように、ΔｉmaxがΔｉｕであるとされたときには、次いでΔｉｖとΔｉｗとを比較し、ステップＳ３に示すようにΔｉｖ＞Δｉｗであるときには、ステップＳ４に移行して、Δｉｕの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｕの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ５で始動時のスイッチパターンをＵＶＺとし、Δｉｕの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ６で始動時のスイッチパターンをＸＹＷとする。
【０１０５】
またステップＳ３でΔｉｖとΔｉｗとを比較した結果、ステップＳ７に示すように、Δｉｖ＜Δｉｗであるときには、ステップＳ８に進んでΔｉｕの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｕの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ９で始動時のスイッチパターンをＸＶＺとし、Δｉｕの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１０で始動時のスイッチパターンをＵＹＷとする。
【０１０６】
ステップＳ１１に示すように、ステップＳ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔiｖであると判定されたときには、次いでΔｉｗとΔｉｕとを比較し、ステップＳ１２に示すようにΔｉｗ＞Δｉｕであるときには、ステップＳ１３に移行して、Δｉｖの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｖの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ１４でスイッチパターンをＸＶＷとし、Δｉｖの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１５でスイッチパターンをＵＹＺとする。
【０１０７】
またΔｉｗとΔｉｕとを比較した結果、ステップＳ１６に示すように、Δｉｗ＜Δｉｕであるときには、ステップＳ１７に進んでΔｉｖの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｖの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ１８でスイッチパターンをＸＹＷとし、Δｉｖの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ１９でスイッチパターンをＵＶＺとする。
【０１０８】
ステップＳ２０に示すように、ステップＳ１で見出された最大の過渡電流の波高値がΔiｗであると判定されたときには、次いでΔｉｕとΔｉｖとを比較し、ステップＳ２１に示すようにΔｉｕ＞Δｉｖであるときには、ステップＳ２２に移行して、Δｉｗの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｗの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ２３でスイッチパターンをＵＹＷとし、Δｉｗの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ２４でスイッチパターンをＸＶＺとする。
【０１０９】
またΔｉｕとΔｉｖとを比較した結果、ステップＳ２５に示すように、Δｉｕ＜Δｉｖであるときには、ステップＳ２６に進んでΔｉｗの波形が凸形であるか否かを判定する。その結果Δｉｗの波形が凸形でないと判定されたときにはステップＳ２７でスイッチパターンをＵＹＺとし、Δｉｗの波形が凸形であると判定されたときにはステップＳ２８でスイッチパターンをＸＶＷとする。
【０１１０】
また上記のように過渡電流の波形が凸型であるか否かを見る代りに、図１１に示すように、特定の位置Ｐ1，Ｐ5及びＰ9では、すべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗが或判定値Δｉsよりも大きい値を示すことを利用して、回転子の位置を判別するようにすることもできる。このように、特定の位置ではすべての相の電機子コイルを流れる過渡電流の波高値が判定値Δｉsよりも大きくなるが、他の位置ではそのようにはならない関係を利用して位置を判定する場合に、始動時通電パターン決定手段２３を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートを図１６に示した。図１６に示したフローチャートは、ステップＳ４′，Ｓ８′，Ｓ１３′，Ｓ１７′，Ｓ２２′及びＳ２６′において、すべての相の過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗが判定値Δｉsよりも大きいか否かを判定する点を除き、図１５に示したフローチャートと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
制御切換手段３６は、ブラシレスモータ１の始動時には始動時インバータ制御部２５によりインバータ回路３を制御し、信号発生装置５がしきい値以上のレベルを有するパルス信号を発生する状態になった後は、定常時インバータ制御部２９によりインバータ回路３を制御するように制御を切り換える。従って、ブラシレスモータが始動した後は、信号発生装置５が発生するパルスにより判定された回転子の位置に基づいて通電パターンが切り換えられて電機子コイルへの通電が行われる。
【０１１２】
本発明においては、後記する電流制限時の制御おいて、１８０°スイッチングによりインバータ回路のスイッチング制御を行なわせる必要があるため、上記の実施形態では、始動時及び定常運転時にも１８０°スイッチングによりインバータ回路のスイッチング制御を行なわせている。しかし、本発明に係わる制御方法及び制御装置において、始動時及び定常運転時には、１２０°スイッチングによりインバータ回路３を制御することができる。
【０１１３】
回転子がＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束Δφと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗと、１２０°スイッチングによりインバータ回路３を制御する場合のスイッチパターンの変化とを図１７に示した。
【０１１４】
１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御する場合には、過渡電流通電過程で３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で、中間値を示す過渡電流の波高値が判定値ΔＩsを通過する位置で、該中間値を示す過渡電流の波高値が判定値Ｉs以下になるか以上になるかによって、初期スイッチパターンを切り換える。例えば、Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｕが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ2でスイッチパターンを（Ｕ，Ｙ）に切り換え、Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｖが判定値Ｉs以上になる位置Ｐ4でスイッチパターンを（Ｕ，Ｚ）に切り換えている。またΔｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗの内で中間値を示すΔｉｖが判定値ΔＩs以下になる位置Ｐ6でスイッチパターンを（Ｖ，Ｚ）に切り換えている。
【０１１５】
上記の実施形態では、図２に示した定常時回転子位置判定手段２６が、リラクタのエッジを検出してパルス信号を発生する信号発生装置５の出力に基づいて、モータが起動した後の回転子の位置を判定するようにしているが、特許文献３に示された方法と同様に、電機子コイルの逆誘起電圧の変化から起動後の回転子の位置を判定するようにすることもできる。
【０１１６】
次に、モータがロックに近い状態になったときの制御について説明する。
本発明においては、モータがロックに近い状態になって、電機子電流が設定された上限値に達したときに、直流電源２から電機子コイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止した状態にして３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、直流電源から電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行う。
【０１１７】
電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相とし、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、次に行われる駆動過程で直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンで直流電源から電機子コイルに電機子電流を流すものとして、電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて、次の駆動過程でモータから出力トルクを発生させ続けるために、直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行う。電流制限制御の駆動過程では、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで直流電源から３相のコイルへの電流の供給を開始する。
【０１１８】
電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンの正規の通電開始位置と、駆動過程が開始される位置とは必ずしも一致するとは限らない。電流制限制御の駆動過程を行なうに際して、該駆動過程が開始される位置（回転子の位置）が、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置よりも遅れた位置である場合には、駆動過程が開始されると同時に、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの通電を途中から開始させ、駆動過程が行なわれている間、その通電パターンでの通電を行なわせる。また駆動過程が開始される位置が、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置よりも進んでいる場合には、駆動開始過程が開始された後、電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンでの正規の通電開始位置が検出されたときに直流電源から３相のコイルへの通電を開始させ、駆動過程が行なわれている間、その通電パターンでの通電を行なわせる。
【０１１９】
本実施形態では、回転子の位置を識別するため、図３（Ａ）のように、Ｕ相のコイルＬｕが巻かれた歯部の中心が回転子のＮ極の中心に対向した状態になる位置を基準位置Ｐ1（０°の位置）とし、基準位置Ｐ1から回転子が反時計方向に３０°ずつ回転する毎に現れる位置にそれぞれＰ2，Ｐ3，…の符号を付けている。回転子がＰ1，Ｐ2，…の位置にあるときにＵ相の鉄心に流れる磁束は図４に示した通りである。図４に示されているように、Ｕ相のコイルが巻かれた鉄心を流れる磁束は、回転子がＰ2の位置及びＰ12の位置にあるときに同じになり、回転子がＰ3の位置及びＰ11の位置にあるときにも同じになる。Ｕ相のコイルが巻かれた鉄心を流れる磁束はまた、回転子がＰ5の位置及びＰ9の位置にある時に同じになり、回転子がＰ6の位置及びＰ8の位置にあるときに同じになる。
【０１２０】
今、図１９（Ａ）に示したように、回転子が基準位置Ｐ1から１２０°回転したＰ5の位置、基準位置から１５０°回転した位置Ｐ6の位置、及び基準位置Ｐ1から１８０°回転したＰ7の位置にある場合を考える。回転子がＰ5の位置に達したときに、インバータ回路３のスイッチパターンが、上アームの２つのスイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、下アームのスイッチ素子Ｑｚとをオン状態にするスイッチパターンに切り換えられて、スイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、スイッチ素子Ｑｚとをオン状態にするようにインバータ回路が制御され、３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ図１８及び図１９（Ａ）の左端の図に示されているような通電パターンで直流電源から３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗに電流ｉu，ｉv及びｉwが供給される。回転子のＰ6の位置では、上記のスイッチパターンでのインバータ回路の制御が継続され、図１９（Ａ）の中央の図に示されているような通電パターンで３相のコイルに電流が供給されている。回転子がＰ7の位置に達したときに、インバータ回路３のスイッチパターンが、上アームのスイッチ素子Ｑｖと、下アームのスイッチＱｕ及びＱｗとをオン状態にするスイッチパターンに切り換えられて、図１９（Ａ）の右端の図に示したような通電パターンで３相のコイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ電流ｉu，ｉv及びｉwが供給される。
【０１２１】
図１９（Ｂ）の表は、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時に各相の鉄心に流れる磁束を、各相の鉄心に流れる磁束と同じ磁束がＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる時の回転子の位置で示している。即ち、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束は、図４に示した通りであり、回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＶ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束はそれぞれ、回転子がＰ1，Ｐ2及びＰ3の位置にあるときにＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束と同じである。また回転子が１２０°、１５０°及び１８０°の位置にある時にＷ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束はそれぞれ、回転子がＰ9，Ｐ10及びＰ11の位置にあるときにＵ相のコイルが巻かれた鉄心に流れる磁束と同じである。
【０１２２】
今、インバータ回路３の上アームのスイッチ素子Ｑｕ及びＱｖと、下アームのスイッチ素子Ｑｚとがオン状態になっている状態で、負荷が重く、モータがロックに近い状態にあるとする。このとき回転子が殆ど回転せず、電機子コイルに誘起電圧が発生しないため、電流ｉu，ｉv及びｉwは非常に大きな値を示し、２相の電流iu及びｉvの和の電流ｉwが上限値ＩLに達する。本発明においては、このように電機子電流が設定された上限値に達したときに電流制限制御を行う。
【０１２３】
この電流制限制御では、３相のコイルを流れる電流ｉu，ｉv及びｉwのうちの最も大きい電流ｉwが上限値に達したときに、例えば、オン状態にある下アームのスイッチ素子Ｑｚをオフ状態にして、直流電源１から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止すると共に、コイルＬｕ−コイルＬｗ−ダイオードＤｗ−スイッチ素子Ｑｕ−コイルＬｕの回路と、コイルＬｖ−コイルＬｗ−ダイオードＤｗ−スイッチ素子Ｑｖ−コイルＬｖの回路とからなる循環電流通電回路を構成して、電流ｉu，ｉv及びｉwを帰還ダイオードＤwを通して循環電流として電機子コイルに流す。これらの循環電流は、回路の内部抵抗により時間の経過に伴って減衰していく。スイッチ素子Ｑｚがオフ状態になった後、一定時間Ｔが経過したときに駆動過程を開始させて、スイッチ素子Ｑｚを再びオン状態にし、直流電源から３相のコイルに出力トルクを発生させるために必要な所定の通電パターンで電流の供給を再開させる。これにより電流ｉu，ｉv及びｉwは増加していく。これにより電流ｉwが再び上限値に達した場合には、オン状態にある下アームのスイッチ素子Ｑｚをオフ状態にして、直流電源１から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止すると共に、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。これらの動作を繰り返すことにより、電機子電流を上限値以下に制限するとともに、モータの出力トルクを発生させ続ける。上記一定時間Ｔは、信号発生装置５が認識し得るレベルのパルス信号を発生することができるようになる回転速度（例えば６０rpm）における通電パターンの切換間隔［例えば（１／３６)sec］に比べて十分に短く（例えば１００μsec程度）設定しておく。
【０１２４】
電流制限制御が行われているときに３相のコイルＬｕないしＬｗをそれぞれ流れる電流ｉu，ｉv及びｉwの時間的な変化の一例を図２０に示した。電流制限制御において、駆動過程で直流電源から３相のコイルに電流を供給する際に、モータから十分な出力トルクを発生させるためには、駆動過程において直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンと、その通電パターンでの通電を開始する位置（３相のコイルに対する回転子の位置）とを、３相のコイルに対する回転子の位置に応じて的確に決定する必要がある。しかし、本実施形態のように、回転子の位置を検出する位置センサとして、ホール素子に代えて磁束変化検出形の信号発生装置５を用いる場合、電流制限制御が行われるとき（回転子の回転速度が極めて低いとき）に信号発生装置５から認識し得るレベルのパルスを得ることができないため、信号発生装置５の出力パルスから回転子の位置を判定して電機子コイルへの通電パターンを決定することはできない。
【０１２５】
そこで、本発明においては、電流制限制御の駆動停止過程では、中性点に対して同方向に循環電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相（上記の例ではＵ相及びＶ相）として、判定対象相の２相の一方及び他方を流れている減衰電流（ｉu及びｉv）の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として求め、これら第１及び第２の減衰割合の差から回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程を行う。
【０１２６】
上記の例において、電流制限制御が開始された際のＵ相及びＶ相の電流をそれぞれＩu及びIv、コイルＬｕ及びＬｖの抵抗をｒ、Ｕ相及びＶ相のコイルＬu及びＬvのインダクタンスをそれぞれＬu及びＬv、電流制限制御が開始されてからの経過時間をｔとすると、判定対象相であるＵ相とＶ相とをそれぞれ流れる電流はｉu及びｉvは下記の式により与えられる。
ｉu＝Ｉu・exp｛−（ｒ／Ｌu）・ｔ｝ …（４）
ｉv＝Ｉv・exp｛−（ｒ／Ｌv）・ｔ｝ …（５）
上記の減衰電流ｉu及びｉvについて、t=０の時の電流値ｉu(0)及びｉv(0)と、ｔ＝Δｔの時の電流値ｉu(Δｔ）及びｉv(Δｔ）とを求めると、
ｉu(0)＝Ｉu …（６）
ｉu(Δｔ)＝Ｉu・exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝ …（７）
ｉv(0)＝Ｉv …（８）
ｉv(Δｔ)＝Ｉv・exp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝ …（９）
ここで、電流ｉu（Δｔ）とｉu（０）との比ｉu（Δｔ）／ｉu（０)及びｉv（Δｔ）とｉv（０）との比ｉv（Δｔ）／ｉv（０)をとると、
ｉu（Δｔ）／ｉu(０)＝exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝ …（１０）
ｉv（Δｔ）／ｉv(０)＝exp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝ …（１１）
ここで、exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝を電流ｉu及びｉvの減衰割合と呼ぶことにし、exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝をそれぞれ第１の減衰割合及び第２の減衰割合とする。
【０１２７】
ｒ及びΔｔを一定とすると、第１及び第２の減衰割合exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝は、コイルのインダクタンスＬu及びＬvに関係した値になる。コイルのインダクタンスＬはＬ＝ｎ２（Δφ／ΔＦ）で与えられ、Δφ／ΔＦは図４で示したように回転子の位置により決まるため、減衰割合exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝は回転子の位置に関係した値となる。exp｛−（ｒ／Ｌu）・Δｔ｝＝expＡ及びexp｛−（ｒ／Ｌv）・Δｔ｝＝expＢとおいて、回転子の位置と第１及び第２の減衰割合expＡ及びexpＢとの間の関係を示すと、図２１のようになる。特に図２１においてexpＢ−expＡは、回転子の位置を示す角度θに比例して増加するので、これより回転子の位置を判定することができ、判定した回転子の位置に基づいて駆動過程における通電パターンの切換位置を決定することができる。駆動過程における通電パターンの切換位置を進角させたい場合には、expＢ−expＡが小さいところで通電パターンを次のパターンに切り換えるようにすればよく、通電パターンの切換位置の進み角度を０°とするのであれば、expＢ−expＡが最大のところ（Ｐ7の位置）で通電パターンを次のパターンに切り換えるようにすればよい。１８０°スイッチング制御を行う際の通電パターンの切換順序は決まっているので、通電パターンの切換位置が決まれば、通電パターンは自動的に決めることができる。
【０１２８】
１８０°スイッチング制御における通電パターンをインバータ回路を構成するスイッチ素子のスイッチパターンで示すと図２２のようになる。図２２において、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＷはそれぞれインバータ回路のスイッチ素子Ｑu，Ｑv，Ｑw，Ｑx，Ｑy及びＱwに対応しており、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ及びＷのそれぞれのＯＮ期間スイッチ素子Ｑu，Ｑv，Ｑw，Ｑx，Ｑy及びＱwがオン状態になる。この場合、スイッチパターンは、回転子の位置θの変化に伴ってＵＹＷ，ＵＹＺ，ＵＶＺ，ＸＶＺ，ＸＶＷ，…のように決まった順序で変化していくので、現在のスイッチパターン（通電パターン）から次のスイッチパターンを決めることができる。
【０１２９】
図２３は、駆動停止過程において判定対象相に流れる電流を実際に検出する際の動作を示したものである。今、Ｗ相の電流ｉwが上限値ＩLに達して、電流制限制御の駆動停止過程が開始されたとする。このときマイクロプロセッサが実行する割り込みがかけられて、電流ｉuの値を読み込もうとするが、実際に電流値ｉuの値を読み込むまでにΔｔ［msec］の遅れがあるため、読み込まれるｉuの電流値ｉu（Δt）は、
ｉu(Δt）＝Iu・exp｛−（ｒ／Ｌu)・Δt｝ …（１２）
となる。このｉu(Δt）を読み取った後、ｉvを読み込むことができるようになるまでには、ｉu(Δt）をＡ／Ｄ変換するための変換時間ｔc[msec]がかかるため、読み込まれるｉvの値ｉv（Δt＋ｔc）は、
ｉv（Δt＋ｔc）＝Iv・exp｛−（ｒ／Ｌv)・(Δt＋ｔc）｝ …（１３）
となる。
【０１３０】
またｉu(Δt）を読み込んでからｔ1［msec]後に読み込まれるｉuの値ｉu(Δt＋ｔ1）は、
ｉu(Δt＋ｔ1）＝Iu・exp｛−（ｒ／Ｌu)・(Δt＋ｔ1)｝ …（１４）
となる。このｉu(Δt＋ｔ1）を読み込んだ後、ｉvを読み込むことができるようになるのはｉu(Δt＋ｔ1）をＡ／Ｄ変換するのに要する時間ｔcが経過した後であるから、読み込まれるｉvの値ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）は、
ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）＝Iv・exp｛−（ｒ／Ｌv)・(Δt＋ｔc＋ｔ1)｝ …（１５）
となる。
【０１３１】
ここで、ｉu及びｉvの減衰割合を求めるために、ｔ1［msec]間隔で読み取ったｉu，ｉvのそれぞれの値の比（ｔ1秒後の値）／（ｔ1秒前の値）をとると、
ｉu(Δt＋ｔ1）／ｉu(Δt）＝exp｛−（ｒ／Ｌu)・ｔ1｝ …（１６）
ｉv（Δt＋ｔc＋ｔ1）／ｉv（Δt＋ｔc）＝exp｛−（ｒ／Ｌv)・ｔ1｝ …（１７）
となり、ｉu，ｉvそれぞれの電流値の読み取りの時間差の影響は受けない。従って、判定対象相の２相の電流の減衰割合の実際の検出動作は、原理的な検出動作と同じ扱いをすることができる。
【０１３２】
次に、図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの例を図２４ないし図２７のフローチャートを用いて説明する。
図２４は、ブラシレスモータを制御するために微小な時間間隔で繰り返し実行されるタスクのアルゴリズムを示したフローチャートで、このタスクにおいては、先ずステップＳ１０１で、電流制限制御を行う際にインバータ回路３の下アームまたは上アーム（一つのスイッチ素子のみがオン状態にあるアーム）のスイッチ素子をオフ状態にした後そのオフ状態を解除するまでの時間（駆動停止過程を行う時間）を定める「ＯＦＦ解除タイマ」に所定の時間Ｔを設定する。
【０１３３】
次いでステップＳ１０２で、電機子コイルに過渡電流を流してモータを始動する際の回転子の位置を検知する過程を行い、ステップＳ１０３で始動時の通電パターンを出力して、この通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。次いでステップＳ１０４で電流制限信号が入力されているか（電機子電流が上限値に達しているか）否かを判定し、電流制限信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０５に移行して信号発生装置５のパルサ５Ｂが発生するパルス信号が入力されたか否かを判定する。その結果パルス信号が入力されていない場合にはステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０５においてパルサが出力するパルス信号が入力されたと判定されたときには、ステップＳ１０６でそのパルス信号から回転子の位置を判定し、その回転子位置での定常運転時の通電パターンを決定する。次いで、ステップＳ１０７でその通電パターンを出力し、この通電パターンで直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【０１３４】
ステップＳ１０４で電流制限信号が入力されている（３相のコイルの電流のうち最も大きい電流が上限値に達している）と判定されたときには、ステップＳ１０８に移行して、インバータ回路の下アーム及び上アームのうち、１つのスイッチ素子のみがオン状態になっているアームのオン状態にあるスイッチ素子をオフ状態にする。これにより直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止して電流制限制御の駆動停止過程を開始させるとともに、循環電流通電回路を構成して、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。次いでステップＳ１０９で中性点に対して同じ方向に電流が流れている判定対象相の２相の電流の減衰割合expＡ及びexpＢを検知するための処理を行い、ステップＳ１１０で次の駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）を決定するための処理を行う。
【０１３５】
次いでステップＳ１１１で、ＯＦＦ解除タイマが設定された時間Ｔを計測してＯＦＦ解除信号を発生する（駆動停止過程が開始されてからＴ時間が経過する）のを待つ。ＯＦＦ解除信号が発生したときにステップＳ１１２に進んでステップＳ１１０で決定された通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを出力し、駆動過程を開始させる。ステップＳ１１２が実行される時点で既に、回転子の位置がステップＳ１１０で決定された通電パターンでの通電を開始する位置を過ぎているときには、直ちにその通電パターンでの通電を開始する。また駆動過程が開始された時の回転子の位置がステップＳ１１０で決定された通電パターンでの通電を開始する位置よりも進んでいるときには、駆動過程が開始された後、その通電パターンで通電を開始する位置が検出された時にその通電パターンでの通電を開始する。
【０１３６】
駆動過程での通電を開始した後、ステップＳ１０５に移行してパルサの出力信号が入力されているか否かを判定する。その結果、回転子の回転速度が低く、パルサの出力信号が入力されていない場合には、ステップＳ１０４に戻って電流制限信号が発生しているか否かを判定する。駆動過程で３相のコイルを流れる電流のうちの最も大きい電流が上限値に達すると、再び電流制限信号が発生するため、ステップＳ１０８ないしＳ１１２が実行される。回転子の回転速度が上昇し、パルサが認識し得るパルスを発生するようになると、ステップＳ１０５でパルサの出力信号が認識されるため、ステップＳ１０６及びＳ１０７が実行され、定常運転時の通電パターンで３相のコイルへの通電を行うようにインバータ回路が制御される。
【０１３７】
図２４のステップＳ１０９及びＳ１１０で行われる処理のアルゴリズムを図２５及び図２６に示した。図２５は、判定対象相の２相の減衰電流を検出してデジタル値に変換する過程を行なうタスクを示し、図２６は、図２５の処理により得られた判定対象相の２相の電流のデジタル値を用いて減衰割合を演算し、この減衰割合から回転子の位置を判定して、その判定結果に基づいて通電パターンを決定する過程を行なうタスクを示している。
【０１３８】
図２５に示されたタスクにおいては、ステップＳ２０１において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の１相の電流の値をデジタル値ａ1に変換し、ステップ２０２においてこのデジタル値ａ１をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０３において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の他相の電流の値をデジタル値ｂ1に変換し、ステップＳ２０４においてこのデジタル値ｂ１をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０５において時間ｔ1を計測する動作を行なうマイクロプロセッサ内のタイマをスタートさせ、このタイマがｔ1の時間を計測したときにステップ２０６を実行してマイクロプロセッサが行なっている処理に割込みをかける。この割込み処理では先ずステップＳ２０７を実行して判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の１相の電流の値をデジタル値ａ2に変換し、ステップ２０８においてこのデジタル値ａ2をレジスタにセットする。次いでステップＳ２０９において判定対象相の２相に同方向に流れている電流の内の他相の電流の値をデジタル値ｂ2に変換し、ステップＳ２１０においてこのデジタル値ｂ2をレジスタにセットする。
【０１３９】
また図２６に示したタスクにおいては、ステップＳ３０１において判定対象相の２相のうちの１相のコイルを流れる減衰電流の検出値のデジタル値ａ2とａ１の比ａ2／ａ1を求めて、判定対象相の１相を流れる減衰電流の減衰割合expＡを第１の減衰割合として演算する。またステップＳ３０２で判定対象相の２相のうちの他の相のコイルを流れる減衰電流の検出値のデジタル値ｂ2とｂ１の比ｂ2／ｂ1を求めて、判定対象相の他相を流れる減衰電流の減衰割合expＢを第２の減衰割合として演算する。ステップＳ３０３で減衰割合の差expＢ−expＡを演算し、この減衰割合の差に対してマップを検索することにより、回転子の現在の位置を判定する。次いでステップＳ３０４で現在の通電パターンを与えるインバータのスイッチパターンから次の通電パターンを与えるインバータのスイッチパターンを決定するとともに、決定した通電パターンでの通電を開始する位置をステップＳ３０３で求められた回転子の位置に基づいて決定する。
【０１４０】
図２４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップＳ１０２により図２の始動時回転子位置判定手段２１が構成され、ステップＳ１０３の通電パターンを決定する過程により図２の始動時通電パターン決定手段２３が、またステップＳ１０３の始動時の通電パターンを出力する過程と、この通電パターンで３相のコイルに通電するようにインバータ回路に駆動信号を与える手段とにより始動時インバータ制御手段２４が構成される。またステップＳ１０６により図２の定常時通電パターン決定手段２７が構成され、ステップＳ１０７の定常時の通電パターンを出力する過程と、この通電パターンで３相のコイルに通電するようにインバータ回路に駆動信号を与える手段とにより定常時インバータ制御手段２８が構成されている。更にステップＳ１０９により電流制限時減衰割合演算手段３２が構成され、ステップＳ１１０により電流制限時通電パターン決定手段３４が構成されている。またステップＳ１１２の通電パターン及び切換位置を出力する過程と、出力された通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与える手段とにより電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段３５が構成される。更にステップＳ１０４，Ｓ１０５及びＳ１１１により制御切換手段３７が構成される。
【０１４１】
図２４に示した例では、電流制限制御の駆動停止過程において、電流制限制御時の減衰割合の演算と、回転子位置の判定と、電流制限時の通電パターンの決定とを行なうようにしているが、これらのすべての過程を駆動停止過程において行なうことができない（演算処理時間が足りない）場合には、減衰割合の演算及び電流制限時の通電パターンの決定を行なう過程を駆動過程で行なうようにしてもよい。このように減衰割合の演算及び電流制限時の通電パターンの決定を電流制限制御の駆動過程で行なう場合にマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの一例を図２７に示した。
【０１４２】
図２７に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ４０１で、「ＯＦＦ解除タイマ」に所定の時間Ｔを設定する。次いでステップＳ４０２で、電機子コイルに過渡電流を流してモータを始動する際の回転子の位置を検知する過程を行い、ステップＳ４０３で始動時の通電パターンを出力して、この通電パターンで３相のコイルに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。次いでステップＳ４０４で電流制限信号が入力されているか（３相のコイルの電流のうち最も大きい電流が上限値に達しているか）否かを判定し、電流制限信号が入力されていない場合には、ステップＳ４０５に移行して信号発生装置５のパルサ５Ｂが発生するパルス信号が入力されたか否かを判定する。その結果パルス信号が入力されていない場合にはステップＳ４０４に戻る。ステップＳ４０５においてパルサが出力するパルス信号が入力されたと判定されたときには、ステップＳ４０６でそのパルス信号から回転子の位置を判定し、その回転子位置での定常運転時の通電パターンを決定する。次いで、ステップＳ４０７でその通電パターンを出力し、この通電パターンで直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流すようにインバータ回路３を制御する。
【０１４３】
ステップＳ４０４で電流制限信号が入力されていると判定されたときには、ステップＳ４０８に移行して、インバータ回路の下アーム及び上アームのうち、１つのスイッチ素子のみがオン状態になっているアームのオン状態にあるスイッチ素子をオフ状態にする。これにより直流電源２から３相のコイルＬｕないしＬｗへの電流の供給を停止して電流制限制御の駆動停止過程を開始させるとともに、循環電流通電回路を構成して、循環電流ｉu，ｉv及びｉwを流す。次いでステップＳ４０９で中性点に対して同じ方向に電流が流れている判定対象相の２相の電流の値を検出し、ステップＳ４１０で検出した電流値をレジスタにセットする。次いで、ステップＳ４１１でＯＦＦ解除タイマが設定された時間Ｔを計測してＯＦＦ解除信号を発生する（駆動停止過程が開始されてからＴ時間が経過する）のを待つ。ＯＦＦ解除信号が発生したときにステップＳ４１２に進んでレジスタにセットされた電流値を読み出し、ステップＳ４１３で判定対象相の２相の電流の減衰割合expＡ及びexpＢを演算する。次いでステップＳ４１４で駆動過程で直流電源から３相のコイルＬｕないしＬｗに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置（通電パターンの切換位置）を決定するための処理を行う。次いでステップＳ４１５で、決定された通電パターンとその通電パターンでの通電を開始する位置とを出力し、駆動過程を開始させる。ステップＳ４１５が実行される時点で既に、回転子の位置がステップＳ４１４で決定された通電パターンでの通電を開始する位置を過ぎているときには、直ちにその通電パターンでの通電を開始する。また駆動過程が開始された時の回転子の位置がステップＳ４１４で決定された通電パターンでの通電を開始する位置よりも進んでいるときには、駆動過程が開始された後、その通電パターンで通電を開始する位置が検出された時にその通電パターンでの通電を開始する。
【０１４４】
駆動過程での通電を開始した後、ステップＳ４０５に移行してパルサの出力信号が入力されているか否かを判定する。その結果、回転子の回転速度が低く、パルサの出力信号が入力されていない場合には、ステップＳ４０４に戻って電流制限信号が発生しているか否かを判定する。駆動過程で３相のコイルを流れる電流のうちの最も大きい電流が上限値に達すると、再び電流制限信号が発生するため、ステップＳ４０８ないしＳ４１５が実行される。回転子の回転速度が上昇し、パルサが認識し得るパルスを発生するようになると、ステップＳ４０５でパルサの出力信号が認識されるため、ステップＳ４０６及びＳ４０７が実行され、定常運転時の通電パターンで３相のコイルへの通電を行うようにインバータ回路が制御される。
【０１４５】
図２４に示した例では、電流制限制御の駆動停止過程と駆動過程との切換をソフトウェア上で行なっているが、駆動停止過程と駆動過程との切換をハードウェア回路を用いて行なわせることもできる。図２８は、駆動過程と駆動停止過程との切換を行なうためにインバータ回路の下アームのスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの制御端子（ＭＯＳＦＥＴの場合にはゲート）に接続する回路の構成例を示したもので、同図においてＡＮＤxないしＡＮＤzはそれぞれスイッチ素子Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの制御端子に出力端子が接続され、一方の入力端子に駆動信号Ｓx′ないしＳz′が与えられるアンド回路、Ｒはアンド回路ＡＮＤxないしＡＮＤzの他方の入力端子に出力端子が接続されたラッチ回路である。ラッチ回路Ｒは、図２９に示したように高レベル（Ｈレベル）から低レベル（Ｌレベル）に変化する電流制限信号が与えられたときに出力端子の電位をＬレベルにし、電流制限信号が与えられた後一定時間Ｔが経過してＬレベルからＨレベルに立ち上がるＯＦＦ解除信号が与えられたときにその出力端子の電位をＨレベルにする。
【０１４６】
図２８に示された回路において、電機子電流が上限値に達してラッチ回路Ｒに電流制限信号が与えられると、ラッチ回路Ｒの出力がＬレベルになるため、アンド回路ＡＮＤxないしＡＮＤzの出力が「０」になり、インバータ回路の下アームのスイッチ素子ＱxないしＱzへの駆動信号ＳｘないしＳｚの供給が停止される。これにより電流制限制御の駆動停止過程が開始される。駆動停止過程が開始された後、時間Ｔが経過してラッチ回路ＲにＯＦＦ解除信号が与えられると、ラッチ回路Ｒの出力がＨレベルになるため、インバータ回路の下アームのスイッチ素子ＱｘないしＱｚに駆動信号ＳｘないしＳｚが与えられるようになる。
【０１４７】
図２８には示されていないが、スイッチ素子ＱｕないしＱｗに対しても同様の回路を設け、インバータ回路の上アームのスイッチ素子をオフ状態にする際にスイッチ素子ＱｕないしＱｗに対して設けた同様の回路のラッチ回路に電流制限信号を与える。
【０１４８】
上記の例では、電流制限制御の駆動停止過程において判定対象相の２相に流れる電流の減衰割合expＡ及びexpＢの差を用いて回転子の位置を判定するようにしたが、電流の検出値のＡ／Ｄ変換に要する時間ｔc（図２３参照）が短い場合には、下記の式により求められる電流の減衰割合の傾きＤと回転子の位置との間の関係を用いて回転子の位置を判定することもできる。
Ｄ＝Ｉ・［exp｛-(r/L)(Δt+ｔc)}-exp{-(r/L)(Δt＋ｔc＋ｔ1)}]／ｔ1 …（１８）
【０１４９】
上記の実施形態では、始動時、定常時及び電流制限制御時（ロックに近い状態になったとき）に１８０°スイッチング制御を行なわせているが、本発明において必ず１８０°スイッチング制御を行なう必要があるのは、判定対象相の２相に中性点に対して同方向に電流を流す必要がある電流制限制御時のみである。本発明を実施するに当たっては、電流制限制御時にのみ１８０°スイッチング制御を行ない、始動時及び定常時には１２０°スイッチング制御を行なわせるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の一実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態においてコントローラのマイクロプロセッサにより構成される各種の手段を含む制御装置の構成を示したブロック図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｌ）は電機子コイルと回転子との間の位置関係の変化を示した説明図である。
【図４】回転子の磁石界磁の位置の変化と電機子鉄心を流れる磁束との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態において電機子コイルに過渡電流を流す回路を示した回路図である。
【図６】電機子コイルのインダクタンスが異なる場合に流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図７】回転子の位置が異なるときに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図８】（Ａ）ないし（Ｃ）は過渡電流の違いを認識するための異なる方法を説明するための図である。
【図９】ブラシレスモータがモータとして起動した後に信号発生装置のパルサが発生するパルス信号の波形とスイッチパターンの変化とを示した図である。
【図１０】回転子が図３に示したＰ1ないしＰ12のそれぞれの位置にある状態でＵ相ないしＷ相の電機子コイルにそれぞれ過渡電流を流したときのＵ相〜Ｗ相の鉄心に流れる磁束の変化をまとめて示した図表である。
【図１１】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗを示したグラフと、１８０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図１２】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ1にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１３】（Ａ）ないし（Ｃ）はそれぞれ回転子が図３の位置Ｐ7にあるときに過渡電流通電過程でＵ相ないしＷ相の電機子コイルに流れる過渡電流の波形を示した波形図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は過渡電流の波形が凸形であるのか三角波形であるのかを判別する方法を説明するための図である。
【図１５】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１６】図２に示した制御装置の第１のスイッチパターン決定手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの他の例を示したフローチャートである。
【図１７】過渡電流によりＵ相ないしＷ相の鉄心を流れる磁束の変化を示したグラフと、検出される過渡電流の波高値Δｉｕ，Δｉｖ及びΔｉｗを示したグラフと、１２０°スイッチングによりインバータ回路を制御するものとして、回転子が図３のＰ1ないしＰ13の位置にあるときの初期のスイッチパターンを示した図表とを上下に並べて示した図である。
【図１８】本発明の実施形態において電流制限制御の駆動停止過程において減衰電流が流れている状態を示した回路図である。
【図１９】（Ａ）は本発明の実施形態において回転子が３０°ずつ異なる３つの位置にあるときに電機子コイルの３相のコイルに流れる電流を示した説明図である。（Ｂ）は回転子が（Ａ）に示された各位置にあるときの鉄心の磁化の状態を示した図表である。
【図２０】本発明の実施形態において電流制限制御が行なわれる際に３相のコイルに流れる電流の変化の一例を示したグラフである。
【図２１】本発明の実施形態において電流制限制御時に判定対象相の２相を流れる電流の減衰割合及び減衰割合の差と回転子位置との関係を示したグラフである。
【図２２】本発明の実施形態で用いるインバータ回路のスイッチ素子のスイッチパターンを回転子の位置に対して示したグラフである。
【図２３】本発明の実施形態において電流制限制御時に判定対象相の２相の電流を検出する動作を説明するためのグラフである。
【図２４】図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの要部を示したフローチャートである。
【図２５】図２４に示されたタスクの一部の処理を行なう際にマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２６】図２４に示されたタスクの他の処理を行なう際にマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図２７】図２に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの変形例を示したフローチャートである。
【図２８】本発明の実施形態において電流制限制御における駆動停止過程と駆動過程との切り換えをハードウェア回路を用いて行なう場合に用いる回路の要部の構成を示した回路図である。
【図２９】図２８に示されたラッチ回路に与えられる信号の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１ ブラシレスモータ
２ 直流電源
３ インバータ回路
４ コントローラ
５ 信号発生装置
２０ 過渡電流通電手段
２１ 始動時回転子位置判定手段
２２ 始動時回転子位置判定手段
２３ 始動時通電パターン決定手段
２４ 始動時インバータ制御手段
２５ 始動時インバータ制御部
２６ 定常時回転子位置判定手段
２７ 定常時通電パターン決定手段
２８ 定常時インバータ制御手段
２９ 定常時インバータ制御部
３０ 電流制限信号発生手段
３１ 駆動停止時インバータ制御手段
３２ 電流制限時減衰割合演算手段
３３ 電流制限時回転子位置判定手段
３４ 電流制限時通電パターン決定手段
３５ 電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段
３６ 電流制限時インバータ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から前記電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法であって、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに、前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、前記電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行い、
前記電流制限制御の駆動停止過程で前記中性点に対して同方向に電流が流れている前記電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相のコイルを流れている電流の減衰の状態から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、
前記電流制限制御の駆動過程では、前記電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流すように前記インバータ回路を制御するブラシレスモータの制御方法。
【請求項２】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から前記電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法であって、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに、前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、前記電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行い、
前記電流制限制御の駆動停止過程では、前記中性点に対して同方向に電流が流れている前記電機子コイルの２相を判定対象相とし、前記判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、
前記電流制限制御の駆動過程では、前記電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流すように前記インバータ回路を制御するブラシレスモータの制御方法。
【請求項３】
前記電流制限制御では、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に前記駆動過程を開始させる請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項４】
前記電流制限制御では、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、前記電機子電流が前記上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に前記駆動過程を開始させる請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンである請求項１ないし４のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相を流れている電流の減衰の状態から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項７】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、
前記第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項８】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの始動時に前記インバータ回路を制御する始動時インバータ制御部と、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態する駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記始動時インバータ制御部は、
前記固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を前記３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、 前記過渡電流通電過程で前記３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から前記回転子の位置を判定する始動時回転子位置判定手段と、
前記始動時回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に対して前記回転子を所定の方向に回転させるために必要な前記通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段と、
前記始動時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記電機子コイルに通電するように前記インバータ回路を制御する始動時インバータ制御手段と、
を備え、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、
前記第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項９】
前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンである請求項６ないし８のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１０】
前記始動時回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値から前記回転子が前記３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項８に記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１１】
前記始動時回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値と波形とから前記回転子が前記３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項８に記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１２】
前記電流制限時インバータ制御部は、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に前記直流電源から前記３相のコイルへの電流の供給を再開させて前記駆動過程を行なうように構成されている請求項６ないし１１のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１３】
前記電流制限時インバータ制御部は、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、前記電機子電流が前記上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に前記直流電源から前記３相のコイルへの電流の供給を再開させて前記駆動過程を行なうように構成されている請求項６ないし１１のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から前記電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法であって、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに、前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、前記電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行い、
前記電流制限制御の駆動停止過程で前記中性点に対して同方向に電流が流れている前記電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相のコイルを流れている電流の減衰の状態から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、
前記電流制限制御の駆動過程では、前記電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流すように前記インバータ回路を制御するブラシレスモータの制御方法。
【請求項２】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記回転子を所定の方向に回転させるべく、直流電源から前記電機子コイルに流す電機子電流を制御するブラシレスモータの制御方法であって、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに、前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で、前記電機子コイルを通して循環電流を流す駆動停止過程と、前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせる電流制限制御を行い、
前記電流制限制御の駆動停止過程では、前記中性点に対して同方向に電流が流れている前記電機子コイルの２相を判定対象相とし、前記判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として、該第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定過程と、前記電流制限時回転子位置判定過程で判定された回転子の位置に基づいて前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定過程とを行い、
前記電流制限制御の駆動過程では、前記電流制限時通電パターン決定過程で決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流すように前記インバータ回路を制御するブラシレスモータの制御方法。
【請求項３】
前記電流制限制御では、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に前記駆動過程を開始させる請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項４】
前記電流制限制御では、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、前記電機子電流が前記上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に前記駆動過程を開始させる請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項５】
前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンである請求項１ないし４のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相を流れている電流の減衰の状態から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項７】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にする駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、
前記第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項８】
中性点を持つように結線された３相のコイルからなる電機子コイルを有する固定子と界磁を有する回転子とを備えたブラシレスモータの前記電機子コイルと直流電源との間に設けられたブリッジ形インバータ回路と、前記回転子を所定の方向に回転させるべく前記インバータ回路を制御するコントローラとを備えたブラシレスモータの制御装置であって、 前記コントローラは、
前記ブラシレスモータの始動時に前記インバータ回路を制御する始動時インバータ制御部と、
前記ブラシレスモータの定常運転時に前記インバータ回路を制御する定常時インバータ制御部と、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から前記電機子コイルへの電流の供給を停止した状態する駆動停止過程と前記直流電源から前記電機子コイルに電流を供給する駆動過程とを交互に行わせるように前記インバータ回路を制御して、前記電機子電流を前記上限値以下に制限する電流制限制御を行う電流制限時インバータ制御部と、
を具備し、
前記始動時インバータ制御部は、
前記固定子の各相のコイルに一時的に直流電圧を印加して各相のコイルに過渡電流を流す過渡電流通電過程を前記３相のコイルのそれぞれに対して行なう過渡電流通電手段と、 前記過渡電流通電過程で前記３相のコイルにそれぞれ流れた過渡電流を検出して、検出した過渡電流から前記回転子の位置を判定する始動時回転子位置判定手段と、
前記始動時回転子位置判定手段により判定された前記回転子の位置に対して前記回転子を所定の方向に回転させるために必要な前記通電パターンを決定する始動時通電パターン決定手段と、
前記始動時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記電機子コイルに通電するように前記インバータ回路を制御する始動時インバータ制御手段と、
を備え、
前記電流制限時インバータ制御部は、
前記電機子電流が設定された上限値に達したときに前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した状態にして、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向に電流を流し、他の１相のコイルには前記２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す電流の流し方で前記電機子コイルを通して循環電流を流すように前記インバータ回路を制御して前記電流制限制御の駆動停止過程を行なわせる駆動停止時インバータ制御手段と、
前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給が停止している間に前記中性点に対して同方向に電流が流れている電機子コイルの２相を判定対象相として、該判定対象相の２相の一方及び他方を流れている電流の減衰割合をそれぞれ第１及び第２の減衰割合として演算する電流制限時減衰割合演算手段と、
前記第１及び第２の減衰割合の差から前記回転子の位置を判定する電流制限時回転子位置判定手段と、
前記電流制限時回転子位置判定手段により判定された回転子の位置に対して前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から３相のコイルに電流を流す際の通電パターンとその通電パターンでの通電を開始させる位置とを決定する電流制限時通電パターン決定手段と、
前記電流制限時通電パターン決定手段により決定された通電パターンで前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流して前記電流制限制御の駆動過程を行なわせるように前記インバータ回路を制御する電流制限時モータ駆動用インバータ制御手段と、
を備えているブラシレスモータの制御装置。
【請求項９】
前記電流制限制御の駆動過程で前記直流電源から前記３相のコイルに電流を流す際の通電パターンは、前記３相のコイルのうちの２相のコイルに中性点に対して同方向の電流を流し、他の１相のコイルには２相のコイルを流れる電流の和の電流を流す通電パターンである請求項６ないし８のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１０】
前記始動時回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値から前記回転子が前記３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項８に記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１１】
前記始動時回転子位置判定手段は、前記過渡電流の波高値と波形とから前記回転子が前記３相のコイルに対して如何なる位置にあるのかを判定するように構成されている請求項８に記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１２】
前記電流制限時インバータ制御部は、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、一定の時間が経過した後に前記直流電源から前記３相のコイルへの電流の供給を再開させて前記駆動過程を行なうように構成されている請求項６ないし１１のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項１３】
前記電流制限時インバータ制御部は、前記直流電源から電機子コイルへの電流の供給を停止した後、前記電機子電流が前記上限値よりも低く設定された制限解除値まで減少したことが検出された後に前記直流電源から前記３相のコイルへの電流の供給を再開させて前記駆動過程を行なうように構成されている請求項６ないし１１のいずれか１つに記載のブラシレスモータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２００７−１６６７３８（Ｐ２００７−１６６７３８Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５７９５６（Ｐ２００５−３５７９５６）
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
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