CN1943103A - 旋转控制装置及方法、以及可利用该旋转控制装置的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供可确实地检测转子的起动时的旋转位置的技术。旋转控制装置(10)控制包含具有多个绕组U、V和W的定子，以及具有磁性的转子的电动机(90)的旋转。在电动机(90)停止时检测电动机(90)的位置时，控制部分(20)对包含绕组U、V和W的不同的多个路径提供电流，停止位置检测部分(50)分别检测流过多个路径的电流，判定被测量到的电流值的顺序，根据顺序检测电动机(90)的旋转位置。停止位置检测部分(50)根据表示最高电流值的路径和表示第二高电流值的路径的组合，判定电动机(90)的位置。

Description

旋转控制装置及方法、以及可利用该旋转控制装置的电子设备

技术领域

本发明涉及控制旋转子的旋转的技术，特别是控制包含具有多个绕组的定子和具有磁芯的转子的电动机的旋转的旋转控制装置及其方法、以及可利用该旋转控制装置的电子设备。

背景技术

无刷直流(DC)电动机一般包括：具有永久磁铁的转子、和具有被星形连线的多相绕组的定子，通过对绕组提供电流来对绕组激磁，并使转子相对于定子相对旋转来驱动。无刷直流电动机为了检测转子的旋转位置，一般具有霍尔元件和光学编码器等传感器，根据由传感器检测到的位置，切换对各相绕组提供的电流，从而对定子提供合适的扭矩。

为了使电动机更小型化，还提出了不利用霍尔元件等传感器来检测转子的旋转位置的无传感器电动机(例如，参照专利文献1)。无传感器电动机例如通过测量电动机的中点布线的电位，检测绕组产生的感应电压而得到位置信息。该无传感器电动机由于从转子的旋转中产生的感应电压得到位置信息，所以存在不能得知停止中的旋转位置的问题。在没有正确得知旋转位置而起动了电动机的情况下，有时电动机向与希望的旋转方向相反的方向旋转。但是，例如，在使硬盘的主轴电动机旋转等情况下，由于希望将相反方向的旋转抑制为最小限度，所以需要确实地掌握电动机起动时的电动机的旋转位置。在无传感器电动机中，在电动机起动时检测电动机的位置的技术例如被专利文献1、2和3公开。

专利文献1：特开平3-207250号公报

专利文献2：特开平6-113585号公报

专利文献3：特开平11-122977号公报

一般来说，在无刷直流电动机中，以60度间隔检测旋转位置，根据检测的旋转位置进行电流控制，但是在上述专利文献1、2和3中记载的方法中，在起动时检测的旋转角和在驱动时进行控制时的旋转角错开30度。因此，需要在校正了起动时检测到的旋转角后进行用于驱动的控制。

发明内容

本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的是提供用于确实地检测转子起动时的旋转位置的技术。

本发明的一个方式涉及旋转控制装置。该旋转控制装置的其特征在于，包括：控制部分，在包括具有多个绕组的定子和具有磁性的转子的电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流；以及位置检测部分，分别测量流过所述多个路径的电流，并判定被测量出的电流值的顺序，并且根据所述顺序检测电动机的旋转位置。

例如，电动机在具有U相、V相、W相三种绕组的情况下，测量流过从U相至V相、V相至U相、W相至V相、W相至V相、W相至U相、U相至W相的六个路径的电流，并判定它们的顺序即可。位置检测部分不需要完全地判定全部的顺序，仅判定用于检测电动机的旋转位置所需要的顺序即可。例如，判定1位和2位的路径是哪一个即可。按照该旋转控制装置，如后所述那样，由于在与电动机起动时的控制相同的角度范围内，可以检测停止时的旋转位置，所以可以更确实地控制电动机的旋转。

旋转控制装置还可以包括：将所述顺序和所述电动机的旋转位置对应存储的表，所述位置检测部分参照所述表，从而检测所述电动机的旋转位置。所述位置检测部分也可以根据电流值最高的路径和电流值第二高的路径的组合，检测所述电动机的旋转位置。

所述控制部分也可以在所述电动机停止时检测所述电动机的旋转位置时，对所述路径提供比在驱动所述电动机时对所述路径提供的电流少的电流。所述控制部也可以在所述电动机停止时检测所述电动机的旋转位置时，在比驱动所述电动机时对所述路径提供电流的期间短的期间，对所述路径提供电流。由此，在检测电动机的旋转位置时，可以防止电动机旋转。

还可以包括采样保持电路，将流过所述路径的电流变换为电压值而保持，在测量流过所述多个路径的电流之前，对所述路径提供电流，并且使所述采样保持电路保持这时的电压值。由此，由于可以使采样保持电路的电压值预先接近被测量的电压值，所以可以使检测精度提供。

本发明的另一个方式涉及旋转控制方法该旋转控制方法包括：在包括具有多个绕组的定子和具有磁性的转子的电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流的步骤；分别测量流过所述多个路径的电流的步骤；判定被测量出的电流值的顺序的步骤；以及根据所述顺序检测电动机的旋转位置的步骤。

本发明的再一个方式涉及电子设备。该电子设备包括：使盘旋转的电动机；控制所述电动机的旋转的旋转控制部分；以及控制对于所述盘的数据的写入或读出的读/写控制部分，所述电动机包括：具有多个绕组的定子；以及具有磁性的转子，所述旋转控制部分包括：控制部分，在所述电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流；以及位置检测部分，分别测量流过所述多个路径的电流，并判定被测量出的电流值的顺序，并且根据所述顺序检测电动机的旋转位置。

本发明的发明效果是，按照本发明，可以提供可确实地检测转子起动时的旋转位置的技术。

附图说明

图1是表示实施方式的旋转控制装置的结构的图。

图2是表示电动机的旋转的样子的时序图。

图3是表示停止时的电动机的旋转角、与在包含绕组的多个路径中流过了电流时的电流值的关系的图。

图4是表示流过了试验电流时通过检测电阻检测到的电流值的例子的图。

图5是示意地表示停止时位置检测部分的结构的图。

图6是用于说明停止时位置检测部分的动作的定时图。

图7是表示停止时的电动机的旋转角、与在包含绕组的多个路径中流过了电流时的电流值的关系的另一个例子的图。

图8是表示实施方式的磁盘驱动装置的结构的图。

标号说明

1磁盘驱动装置    2盘    3磁头    4读/写控制电路    10旋转控制装置    20控制部分    30功率电路    40位置检测部分    50停止位置检测部分    52寄存器    54比较器    56选择器    58表    90电动机U 、V、W绕组

具体实施方式

图1表示实施方式的旋转控制装置10的结构。图8表示一例安装了图1所述的旋转控制装置10的电子设备的磁盘驱动装置1的结构。磁盘驱动装置1被安装在个人计算机等上，驱动DVD、CD、HD、FD、MD等磁盘。磁盘驱动装置1具有：盘2、磁头3、读/写控制电路4、电动机90和旋转控制装置10。旋转控制装置10根据来自个人计算机等主机装置的指令，控制用于使盘2旋转的电动机90的驱动。读/写控制电路4根据来自主机装置的指令，控制对盘2的数据的写入和读出。读/写控制电路4使磁头3向盘的径向移动从而扫描旋转的盘2，并且将数据写入盘2，或者从盘2读出数据。在图8中，作为电子设备的例子表示了磁盘驱动装置，但是本发明可以应用在其它光盘驱动装置等安装了电动机的各种电子设备中。

返回图1，旋转控制装置10控制无传感器无刷直流电动机90(以下简单称为“电动机90”)的旋转。旋转控制装置10具有：控制部分20、功率电路30、位置检测部分40、以及停止位置检测部分50。对于电动机90的驱动方法可以利用已知的技术，因此，在本实施方式中，对于电动机90的通常的驱动方法进行简单的说明，以检测电动机90起动时的旋转位置的技术为中心进行说明。

控制部分20控制对构成电动机90的定子的三相的绕组U、V和W提供的电流。功率电路30具有6个开关用的晶体管Tr1～Tr6，通过晶体管Tr1～Tr6的导通截止，对绕组U、V和W提供的电流被导通截止。晶体管Tr1～Tr6的导通截止由控制部分20控制。位置检测部分40在电动机90驱动时，取得电动机90的中点布线的电位，从而检测在绕组中产生的感应电压，得到电动机90的位置信息。控制部分20取得电动机90的旋转方向、旋转速度等控制指令，根据由位置检测部分40检测到的电动机90的旋转位置，决定对电动机90的绕组提供的电流。

停止位置检测部分50在电动机90起动之前检测电动机90的位置。在电动机90停止时，在对包含电动机90的绕组的不同的多个路径提供了试验电流时，停止位置检测部分50分别测量流过多个路径的电流，并判定被测量的电流值的顺序，根据判定的顺序来检测电动机的旋转位置。包含绕组的路径中流过的电流通过检测电阻R被变换为电压后测量。试验电流的提供与电动机90驱动时一样，通过控制部分20和功率电路30来进行。为了防止由于试验电流电动机90旋转，希望试验电流的电流值比驱动时被提供的电流值低，希望试验电流的提供期间也比驱动时的期间短。

图2是表示电动机90的旋转的样子的时序图。图2的最上段表示电动机90的旋转位置，图2的中段表示控制部分20为了驱动电动机90而对绕组U、V和W提供电流时被激磁的绕组U、V和W的极性，图2的下段表示由控制部分20控制的功率电路30的晶体管Tr1～Tr6的状态和序列号。驱动电流的切换以某个角度(例如0度)为基准以60度间隔来进行，在使电动机90顺时针旋转时按照时序号码的升序、使电动机90逆时针旋转时按照时序号码的降序依次切换晶体管的导通截止。例如，在从电角为0度的位置使电动机90顺时针旋转时，控制部分20首先将晶体管Tr3和Tr4导通。由此，因为绕组U在S极、绕组W在N极被激磁，所以转子92顺时针旋转。在电动机90的旋转角达到60度时，控制部分20分别将晶体管Tr4切换为截止，将晶体管Tr5切换为导通。由此，因为绕组V在S极、绕组W在N极被激磁，所以转子92进一步顺时针旋转。

图3表示停止时电动机90的旋转角与在包含绕组的多个路径中流过了电流时的电流值的关系。各绕组由于被置于永久磁铁的转子92的磁场中，所以由于磁场的影响，外表的电感不同。因此，流过绕组的电流值表示如图3所示的旋转角依赖性。图3表示下述的6个路径的电流值。

粗实线：U相→V相(路径1：与图2的时序No.4一样)

粗虚线：V相→U相(路径2：与图2的时序No.1一样)

中实线：V相→W相(路径3：与图2的时序No.2一样)

中虚线：W相→V相(路径4：与图2的时序No.5一样)

细实线：W相→U相(路径5：与图2的时序No.6一样)

细虚线：U相→W相(路径6：与图2的时序No.3一样)

这样，通过测量6个路径的电流值，可以得知转子92和绕组的位置关系。在本实施方式中，测量上述的6个路径的电流值，并比较被测量的电流值，由被测量到最高电流值的路径和被测量到第二高的电流值的路径的组合来检测电动机90的旋转位置。例如，在上位两个为路径1和路径4的情况下，由图3可知，电动机90的旋转角位于从0度至60度之间。

通过由上位的两个的组合来检测电动机90的位置，可以在与图2所示的电动机90驱动时的电流控制的时序相同的角度范围内检测电动机90的位置。按照专利文献1至3中记载的方法，例如，如从30度至90度为止、从90度至150度为止那样，从电动机90驱动时进行电流控制时的角度范围偏离了30度的角度范围内检测位置。因此，需要在起动时检测到电动机90的位置后，将被检测到的角度偏离30度后进行电流控制。但是，按照本实施方式的方法，由于在与电动机驱动时相同的角度范围内得到位置信息，所以可原样利用得到的位置信息，从而更确实地驱动电动机90，例如，可以将起动时向反方向的旋转抑制为最小限度。

图4表示流过了试验电流时由检测电阻R检测的电压值的例子。在开始试验电流的提供时，在包含绕组的路径中流过电流，检测电阻R两端的电位差缓慢上升。停止时位置检测部分50在已对6个各路径提供了电流时，对从通电起经过一定期间后的电压值进行采样保持，并比较这些电压值。在图4的例子中，因为上位两个是路径2和路径5，所以如参照图2，可知电动机90的位置位于240度至300度之间。

图5示意性地表示停止位置检测部分50的结构。在电动机90停止时，如果通过控制部分20对包含绕组的路径提供电流，则流过绕组的电流通过检测电阻R被变换为电压值，由放大器放大。开关SW0～SW2对将由检测电阻R变换的电压值输入采样保持电路S/H1～S/H3的哪一个进行切换。开关SW3～SW6对将被保持在采样保持电路S/H1～S/H3中的电压值的哪一个输入到比较器54进行切换。比较器54比较采样保持电路S/H1～S/H3中保持的电压值而输出到选择器56。寄存器52a～52c保存用于表示被保持在采样保持电路S/H1～S/H3中点电压值是哪一个路径的测量结果的数据。在本实施方式中，由于在6个路径中进行电压值的测量，所以寄存器52a～52c只要可以分别存储3位的数据即可。选择器56在6个路径的测量结束时，输出上位两个路径是哪两个。停止位置检测部分50保持将上位两个路径的组合和电动机90的旋转位置对应存储的表58，参照表58来检测电动机90的旋转位置，并将其输出到控制部分20。

图6是用于说明停止位置检测部分50的动作的定时图。停止位置检测部分50的各结构的动作可以由控制部分20控制，也可以在停止位置检测部分50内设置用于控制的结构，但是，这里设控制部分20进行控制。控制部分20在对路径1提供电流期间，将开关SW0导通，将由检测电阻R变换的电压值输入采样保持电路S/H1。而且，控制部分20将为了记录路径1的测量结果被保持在采样保持电路S/H1中的情况，在寄存器52a中存储“1”。接着，控制部分20在对路径2提供电流期间，将开关SW1导通，将被测量的电压值输入采样保持电路S/H2。这时，在寄存器52b中存储“2”。进而，控制部分20在对路径3提供电流期间，将开关SW2导通，将测量的电压值输入采样保持电路S/H3。这时，在寄存器52c中存储“3”。

在三个采样保持电路S/H1～S/H3中输入测量结果时，停止位置检测部分50比较这些电压值，并判定顺序。首先，在期间t1，如果控制部分20将开关SW3和SW5导通，则将被保持在采样保持电路S/H1和S/H2中的电压值输入比较器54。即，路径1的测量结果和路径2的测量结果被比较。比较结果被输出到选择器56。接着，在期间t2，如果控制部分20将开关SW3和SW6导通，则将被保持在采样保持电路S/H1和S/H3中的电压值输入比较器54，路径1的测量结果和路径3的测量结果被比较。比较结果被输出到选择器56。最后，在期间t3，如果控制部分20将开关SW4和SW6导通，则将被保持在采样保持电路S/H2和S/H3中的电压值输入比较器54，路径2的测量结果和路径3的测量结果被比较。比较结果被输出到选择器56。其结果，从比较器54到寄存器56，三个比较结果作为3位的信号被串行输出。选择器56根据三个比较结果，在三个路径中判定电压值最低的路径，传输到控制部分20。这里，设路径1的测量结果最低。

控制部分20更换接着被实施的路径4的检测结果和从选择器56传输的最下位的路径的检测结果。即，为了将路径4的检测结果输入保持有从选择器56传输的最下位的检测结果的采样保持电路(这里为S/H1)中，控制部分20在对路径4提供电流期间，将开关SW0导通，将测量的电压值输入采样保持电路S/H1中。这时，控制部分20在寄存器52a中存储“4”。由此，分别在采样保持电路S/H1中保持路径4的测量结果、在采样保持电路S/H2中保持路径2的测量结果、或者在采样保持电路S/H3中保持路径3的测量结果。接着，与上述的步骤一样，比较被保持在采样保持电路S/H1～S/H3中的电压值，比较结果被输出到选择器56。选择器56将最下位的路径传输到控制部分20。

对于路径5和路径6，也重复与上述相同的步骤，在最终路径6的测量结束后，通过选择器56判定6个路径中上位的两个路径。控制部分20参照表58，由上述两个路径的组合检测电动机90的位置。由此，即使是不具有用于检测位置的传感器的电动机90，也可以在电动机90停止时确实地检测电动机90的位置。

图7是表示停止时的电动机90的旋转角与在包括绕组的多个路径中流过了电流时的电流值的关系的另一个例子。在图7的例子中，例如在60度附近的范围A中，路径2的电流值比路径4和路径6的电流值高，与图3所示的例子相比顺序有所不同。这时，例如，在产生电流值最高的路径和第二高的路径的组合是路径1和路径2的判定结果时，停止位置检测部分50可以判定电动机90的位置位于0度～60度的范围，也可以判定位于60度～120度的范围。即，可以将范围A视为被包含在0度～60度的范围内，也可以视为被包含在60度～120的范围内。在顺序更换的范围比较宽、进行如上所述的判定时误差变大的情况下，停止位置检测部分50例如可以不仅考虑1位和2位的组合，还考虑到3位以下的顺序来判定电动机90的角度。

以上，根据实施方式说明了本发明。本技术领域的技术人员应理解，该实施方式为例示，在这些结构要素和各处理过程的组合中可以有各种变形例，而且这些变形例也属于本发明的范围。

在实施方式中，利用三个采样保持电路来进行了流过6个路径的电流的比较，但也可以利用四个以上的采样保持电路。而且，用于判定电流值的顺序的结构不限于图5所示的结构，可以是任意的结构，例如也可以通过CPU等的通用电路的软件处理来判定顺序。

在实施方式中，以60度间隔检测了电动机90的位置，但是不仅是例如1位和2位的路径的组合，只要还考虑这些顺序，也可以以30度间隔检测位置。

在测量对上述的6个路径提供了电流时的电流值之前，作为测量的准备，也可以对其中一个路径提供电流，并且使这时的电压值保持在采样保持电路S/H1、S/H2、S/H3中。例如，对路径1提供两次电流，将采样保持电路S/H1、S/H2、S/H3的电压值预先靠近测量时的值。由此，可以使采样保持电路S/H1、S/H2、S/H3中的电压值的检测精度提高。

本发明在产业上的可利用性在于，本发明可以利用在控制电动机的旋转的旋转控制装置中。

Claims (8)

1、一种旋转控制装置，其特征在于，包括：

控制部分，在包括具有多个绕组的定子和具有磁性的转子的电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流；以及

位置检测部分，分别测量流过所述多个路径的电流，并判定被测量出的电流值的顺序，并且根据所述顺序检测电动机的旋转位置。

2、如权利要求1所述的旋转控制装置，其特征在于，还包括：

将所述顺序和所述电动机的旋转位置对应存储的表，

所述位置检测部分参照所述表，从而检测所述电动机的旋转位置。

3、如权利要求1或2所述的旋转控制装置，其特征在于，

所述位置检测部分根据电流值最高的路径和电流值第二高的路径的组合，检测所述电动机的旋转位置。

4、如权利要求1至3的任意一项所述的旋转控制装置，其特征在于，

所述控制部分在所述电动机停止时检测所述电动机的旋转位置时，对所述路径提供比在驱动所述电动机时对所述路径提供的电流少的电流。

5、如权利要求1至4的任意一项所述的旋转控制装置，其特征在于，

所述控制部在所述电动机停止时检测所述电动机的旋转位置时，在比驱动所述电动机时对所述路径提供电流的期间短的期间，对所述路径提供电流。

6、如权利要求1至5的任意一项所述的旋转控制装置，其特征在于，所述旋转控制装置还包括：

采样保持电路，将流过所述路径的电流变换为电压值而保持，

在测量流过所述多个路径的电流之前，对所述路径提供电流，并且使所述采样保持电路保持这时的电压值。

7、一种旋转控制方法，其特征在于，包括：

在包括具有多个绕组的定子和具有磁性的转子的电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流的步骤；

分别测量流过所述多个路径的电流的步骤；

判定被测量出的电流值的顺序的步骤；以及

根据所述顺序检测电动机的旋转位置的步骤。

8、一种电子设备，其特征在于，包括：

使盘旋转的电动机；

控制所述电动机的旋转的旋转控制部分；以及

控制对于所述盘的数据的写入或读出的读/写控制部分，

所述电动机包括：

具有多个绕组的定子；以及

具有磁性的转子，

所述旋转控制部分包括：

控制部分，在所述电动机停止时，对包含所述绕组的多个不同的路径提供电流；以及

位置检测部分，分别测量流过所述多个路径的电流，并判定被测量出的电流值的顺序，并且根据所述顺序检测电动机的旋转位置。

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