JP2001169585A

JP2001169585A - Ｄｃサーボモータの駆動装置および駆動方法

Info

Publication number: JP2001169585A
Application number: JP34529599A
Authority: JP
Inventors: Satoru Maeda; 悟前田; Junichi Morimura; 純一森村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＤＣサーボモータを効率よく回転させることで
消費電力を低減し、光ディスク装置等の放熱を改善して
光ディスク装置を小型化する。【解決手段】この発明のモータ駆動回路は、電源１２０
が供給する駆動コイル１１３（ａ，ｂ，ｃ）向けの駆動
電流の供給タイミングを、サーボモータに組み込まれて
いるホール素子１１４（ａ，ｂ，ｃ）からの出力信号に
基づいて定義するものであって、ロータマグネット１１
２の磁極をホール素子で検出し、ホール素子からロータ
マグネットの磁極を検知したことが出力された時点で、
ホール素子から出力される出力信号に含まれる駆動コイ
ルからの磁力による影響およびホール素子の取付位置に
起因する出力の偏差の成分を除去して電源からの駆動電
流を個々の駆動コイルに供給することを特徴とするＤＣ
モータの駆動方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ディスク装置
等に用いられるＤＣサーボモータを効率よく回転させる
ことで消費電力を低減し、光ディスク装置等の放熱を改
善して光ディスク装置を小型化できるＤＣサーボモータ
の駆動装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣモータは、図１４に示すように、一
般に、回転軸５０１の周りを回転する電機子５０２、電
機子に巻きつけられた電機子（アーマチュア）コイル５
０３、電機子５０２が回転する円周上に設けられる界磁
（フィールド）コイル５０４で構成されている。なお、
コイルの巻線の接続方法により直巻、分巻および複巻の
３種類に分けられ、使用目的に応じて使い分けられる。
なお、ＤＣモータをサーボモータとして用いる場合は、
通常、特性上分巻モータが用いられる。

【０００３】このようなＤＣモータにおいては、図１４
に示したように、界磁コイルを磁石に置き換えること
で、消費電力を低減したものもある。

【０００４】一方、図１４に示したＤＣモータの整流機
構（ブラシ５０５およびコミュテータ（整流子）５０
６）を電気的に置き換えたモータとして、図１５に示す
ような、ブラシレスモータが広く利用されている。

【０００５】図１５に示すブラシレスモータには、機械
的な接触部分がないため、図１４に示すような、ブラシ
−コミュテータ間の機械的接触による摩擦や火花の発生
（放電）による接点の融着等の問題が解決されている。
なお、図１５に示すような、ブラシレスモータには、回
転軸５１１に固定されたロータマグネット（ロータ）５
１２の回転を検知する機構として、磁気式または光学式
の位置検出機構が設けられる。

【０００６】磁気式は、ホールセンサを用いる磁気検知
方式と磁気飽和素子によるインダクタンス方式などがあ
る。

【０００７】光学式は、発光ダイオードとフォトトラン
ジスタによるフォトインタラプタ方式がある。

【０００８】なお、磁気式のうちのホールセンサを用い
る方式においては、ロータの多くが永久磁石で構成され
ていることを利用して、ロータである永久磁石からの磁
界をホール素子で検出する方法が利用される。

【０００９】ところで、図１５に示したＤＣブラシレス
モータにおいては、駆動コイル５１３ａ，５１３ｂおよ
び５１３ｃに所定のタイミングで電流を供給するための
スイッチング回路が必要である。なお、ホール素子５１
４ａ，５１４ｂおよび５１４ｂは、図１５に示す３極モ
ータの例では、駆動コイル５１３ａ，５１３ｂおよび５
１３ｂのそれぞれの間に、円周を等分した位置に設けら
れる。

【００１０】図１６は、一般的なスイッチング回路とホ
ール素子による回転検出機構が組み込まれている３極の
ブラシレスモータを示す概略図である。なお、ブラシレ
スモータは、図１５に示した例と実質的に同一の構成を
有する。

【００１１】図１６においては、ホール素子５１４ａ，
５１４ｂおよび５１４ｃは、制御部５１５に接続され、
各ホール素子からの出力に基づいて、制御部５１５によ
りロータ（マグネット）５１２の回転状態が検知され
る。なお、各駆動コイル５１３ａ，５１３ｂおよび５１
３ｃに付された「・」は、ドット（・）の方向から電流
が供給されるときにドット（・）の方向に磁束が発生す
るものとし、またドット（・）と逆方向に電流が流れた
ときは、逆方向に磁束が発生する。

【００１２】図１６に示すＴａ^＋，Ｔａ⁻，Ｔｂ^＋，Ｔ
ｂ⁻，Ｔｃ^＋およびＴｃ⁻は、それぞれ、バイポーラト
ランジスタを表し、各ホール素子５１４ａ，５１４ｂお
よび５１４ｃからの出力に対応する制御部５１５からの
べース電流によりスイッチング動作し、ロータ（回転
子）５１２の位置に応じて駆動コイル５１３ａ，５１３
ｂおよび５１３ｃのそれぞれに所定の電流を供給して、
各駆動コイルから所定の磁束を発生させる。なお、個々
のバイポーラトランジスタＴａ^＋とＴａ⁻、Ｔｂ ^＋とＴ
ｂ⁻、およびＴｃ^＋とＴｃ⁻は、各相のアームが短絡し
ないように、いずれかを１つがオンのときは、もう一方
がオフされる。

【００１３】いま、仮に、図１６に示した駆動回路のう
ちの各相の上段にあるトランジスタ、すなわちプラス側
がオンするモードを「１」とし、下段、すなわちマイナ
ス側のトランジスタがオンするモードを「０」とする
と、制御部５１５は、ホール素子により検出する磁極に
応じて、各トランジスタを、「０」か「１」の区分で、
オンさせる（スイッチングする）ものとする。なお、図
１６に示すモータは、各ホール素子からの出力がピーク
点に達したときに、駆動電流供給源が、次の駆動コイル
へスイッチングされるものとする。

【００１４】各ホール素子５１４ａ，５１４ｂおよび５
１４ｃが検知したロータ５１２の回転と各駆動コイル５
１３ａ，５１３ｂおよび５１３ｃのそれぞれに電流が供
給されるタイミングの関係は、理想的には、駆動コイル
５１３ａ，５１３ｂおよび５１３ｃのそれぞれに、図１
７（ａ）〜（ｃ）に示すような所定のタイミングで繰り
返される場合に、各ホール素子の出力は、図１７（ｄ）
〜（ｆ）に示されるように、理想的には正弦波となる。
また、その時のロータ５１２の位置は、図１７（ｇ）に
示す位置関係となる。なお、図１７（ｈ）は、ロータ５
１２が図１７（ｇ）の位置にあるときに、スイッチング
のためにホール素子が検出べき磁束を示し、例えば「Ｈ
_１Ｎ」は、図１６において、ホール素子（Ｈ_１）５１４
ａがロータ（マグネット）５１２のＮ極の磁束を検出し
たときに、駆動コイル５１３ａ，５１３ｂおよび５１３
ｃに供給される駆動電流がスイッチングされるものとす
る。

【００１５】すなわち、図１５および図１６に示したＤ
Ｃサーボモータは、図１７（ｄ）〜（ｆ）に示したよう
なホール素子５１４ａ，５１４ｂおよび５１４ｃの出力
がピークに達した時点で回転方向の下流（直下）に位置
する駆動コイルに、所定の駆動電流が供給されるスイッ
チング制御により回転される。

【００１６】図１８に示すＤＣブラシレスモータは、駆
動コイル５１３ａ，５１３ｂおよび５１３ｃに供給され
る駆動電流の供給タイミングを、各ホール素子５１４
ａ，５１４ｂおよび５１４ｃの出力波形がゼロクロスす
るポイントでスイッチングするもので、理想的には各駆
動コイル５１３ａ，５１３ｂおよび５１３ｃに図１９
（ａ）〜（ｃ）に示すタイミングで駆動電流が供給され
る場合に、ホール素子５１４ａ，５１４ｂおよび５１４
ｃから図１９（ｄ）〜（ｆ）に示すような、出力が得ら
れる。なお、図１９（ｇ）は、図１９（ｄ）〜（ｆ）に
示したホール素子からの出力に対応するロータ５１２の
位置を模式的に示している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したＤＣブラシレ
スモータの駆動をホール素子に検知したロータ位置に基
づいて制御すると、本来、ホール素子は、駆動コイル
（永久磁石）とロータ（電機子）の両者の相対角度情報
を明らかにするものであるにも拘わらず、モータが高ト
ルクを発生するに従い、駆動コイルに流れる電流値が増
大して、強い磁界が発生する結果、ロータ（マグネッ
ト）の位置を検知する際に、駆動コイルにより生じる磁
界の影響を受けて、ロータの正確な位置を検知できなく
なる。

【００１８】この現象は、モータにかかる負荷が高負荷
となる場合に、最大のトルクを提供できないことを示
し、モータトルクが不足して、モータおよび周辺の温度
上昇を引き起こす問題がある。このことは、モータの寿
命を短くすることにつながる。

【００１９】また、上述した現象は、モータ駆動回路の
電力損失を増大させることから、光ディスク装置等に組
み込まれている場合には、装置全体の消費電力も増大さ
せる問題がある。

【００２０】この発明の目的は、ＤＣサーボモータの最
大トルクを効率よく利用し、モータおよび光ディスク装
置全体の発熱および消費電力を低減可能なＤＣサーボモ
ータおよびその駆動方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、回転軸に一体に設けら
れ、回転軸とともに回転するロータマグネットと、この
ロータマグネットが回転して定義される円周を概ね等分
した位置もしくはその近傍に複数個設けられ、前記ロー
タマグネットの磁極からの磁束を検知するホール素子
と、前記ロータマグネットが回転して定義される円周を
概ね等分した位置もしくはその近傍に複数個設けられ、
前記ロータマグネットを、所定の方向に、回転可能な磁
界を提供する駆動コイルとからなるＤＣサーボモータを
駆動する駆動装置において、前記駆動コイルに駆動電流
を供給する電源と、この電源が前記駆動コイルに駆動電
流を供給するタイミングを前記ホール素子からの出力信
号に基づいて定義するモータ制御装置と、このモータ制
御装置に、前記ホール素子からの出力信号を入力する際
に、前記ホール素子から出力される出力信号に含まれる
前記駆動コイルからの磁力による影響を除去する補償回
路と、を有することを特徴とするＤＣサーボモータの駆
動装置を提供するものである。

【００２２】またこの発明は、回転軸に一体に設けら
れ、回転軸とともに回転するロータマグネットと、この
ロータマグネットが回転して定義される円周を概ね等分
した位置もしくはその近傍に複数個設けられ、前記ロー
タマグネットの磁極からの磁束を検知するホール素子
と、前記ロータマグネットが回転して定義される円周を
概ね等分した位置もしくはその近傍に複数個設けられ、
前記ロータマグネットを、所定の方向に、回転可能な磁
界を提供する駆動コイルとからなるＤＣサーボモータを
駆動する駆動装置において、前記駆動コイルに駆動電流
を供給する電源と、この電源が前記駆動コイルに駆動電
流を供給するタイミングを前記ホール素子からの出力信
号に基づいて定義するモータ制御装置と、このモータ制
御装置に、前記ホール素子からの出力信号を入力する際
に、前記ホール素子から出力される出力信号に含まれる
前記ホール素子自身の取付誤差やホール素子に固有の信
号の偏差の影響を除去する補償回路と、を有することを
特徴とするＤＣサーボモータの駆動装置を提供するもの
である。

【００２３】さらにこの発明は、電源が供給する駆動コ
イル向けの駆動電流の供給タイミングをＤＣサーボモー
タに組み込まれているホール素子からの出力信号に基づ
いて定義するモータ制御装置を含むＤＣモータ駆動装置
において、ロータマグネットの磁極をホール素子で検出
し、ホール素子からロータマグネットの磁極を検知した
ことが出力された時点で、ホール素子から出力される出
力信号に含まれる駆動コイルからの磁力による影響およ
びホール素子の取付位置に起因する出力の偏差の成分を
除去してモータ制御装置にモータ駆動電流を供給するこ
とを特徴とするＤＣモータの駆動方法である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００２５】図１は、この発明の実施の形態であるサー
ボモータの駆動方法が適用される光ディスク装置（ＤＶ
Ｄ−ＲＯＭ再生装置）を説明する概略図である。

【００２６】図１に示されるように、光ディスク装置１
は、ハウジングの所定の位置に固定され、光ディスク
（記録媒体）Ｄを所定の速度で回転させるディスクモー
タ２、光ディスクＤの記録面の所定の位置に、図示しな
い半導体レーザ素子からのレーザビーム（光ビーム）を
照射するとともに記録面で反射されたレーザビームを取
り出すピックアップ３、ピックアップ３を光ディスクＤ
の記録面と平行な方向に移動させる送りモータ部４、送
りモータ部４に含まれている送りモータ５の回転と方向
を制御する送りモータ制御部６、およびピックアップ３
の図示しない半導体レーザ素子からのレーザビームの放
射／非放射およびディスクモータ２の回転／停止等を制
御するコントローラおよび詳述しない信号処理回路を含
む制御基板７等からなる。

【００２７】送りモータ制御部６は、回転周波数または
回転数および回転方向等のモータの回転状態を検知する
図示しない回転検知機構を含み、回転検知機構からの出
力に基づいて、送りモータ５の回転数（回転周波数）お
よび回転方向を制御して、光ディスクＤに固有のトラッ
クあるいはピット列の接線と直交する方向に、ピックア
ップ３を往復動させる。

【００２８】制御基板７は、ディスクモータ２すなわち
光ディスクＤを、所定の速度で回転させるディスクモー
タ制御部、図示しない外部装置との間で制御信号の受け
渡しをする通信制御部、半導体レーザ素子からのレーザ
ビームの光強度を一定に維持するためのレーザ駆動回路
およびピックアップ３の対物レンズ（図１は、モータ側
から見た状態を示しているため見えない）と、光ディス
クＤの記録面との間の距離およびトラックまたはピット
列の中心と対物レンズを通過したレーザビームの中心の
ずれ等を所定の範囲内に位置させる対物レンズ位置制御
回路等を有し、ディスクモータ２を、外部装置からの読
み出し要求に応じて所定の回転数で回転させるとともに
ピックアップ３の対物レンズと光ディスクＤとの位置関
係を所定の範囲内に設定して、光ディスクＤに記憶され
ている情報を再生する。

【００２９】ピックアップ３の所定の位置には、図２に
示すように、光ディスクＤの半径方向と光ディスクＤの
記録面と直交する方向のそれぞれの方向に移動可能に形
成されたレンズホルダ８が設けられている。なお、レン
ズホルダ８の所定の位置には、対物レンズ９が設けられ
ている。

【００３０】レンズホルダ８の内部にはまた、所定の波
長のレーザビームを放射する半導体レーザ素子１０、半
導体レーザ素子１０からのレーザビームを対物レンズ９
に導くとともに光ディスクＤに向かうレーザビームと光
ディスクＤで反射された反射レーザビームのそれぞれに
所定の光学特性を与える光学要素１１，１２および１
３、光ディスクＤの記録面で反射された反射レーザビー
ムを受光して（受光したレーザビームの）光強度に対応
する電気信号を出力するフォトディテクタ１４等が設け
られている。なお、半導体レーザ素子１０には、半導体
レーザ素子１０が放射するレーザビームの光強度をモニ
タするモニタ用フォトディテクタ１５と、モニタ用フォ
トディテクタ１５の出力に応じて半導体レーザ素子１０
に供給するレーザ駆動電流を制御するＡＰＣ（Automati
cally Power Control）回路１６が組み込まれている。

【００３１】また、ピックアップ３には、対物レンズ９
をトラッキング・フォーカス方向に微動させることので
きる図示しないアクチュエータ部と、フォトディテクタ
１４により検出した光ディスクＤで反射された反射レー
ザビームを光電変換した出力信号を図示しない増幅器に
より加算および減算して、光ディスクＤに記録されてい
る情報および対物レンズ９の位置を所定の範囲に維持さ
せるための図示しない信号処理回路等が設けられてい
る。

【００３２】図３は、図１および図２に示した光ディス
ク装置に用いられるサーボ（ブラシレス）モータの駆動
方法を説明する概略図である。なお、光ディスク装置に
おいては、既に説明したように、ディスクモータを送り
モータとが用いられるが以下に説明するモータ駆動方法
は、いずれのモータにも適用可能である。また、図３を
用いて以下に説明するブラシレスモータ自体は、図１５
および図１７を用いて先に説明した周知のブラシレスモ
ータと実質的に同一の構成を有する。

【００３３】図３に示すように、ブラシレスモータは、
回転軸１１１に固定されて回転するロータ（ロータマグ
ネット）１１２と、ロータ１１２が回転する円周に沿っ
て、円周を概ね等分した位置に設けられる、例えば３極
の駆動コイル（ステータコイル）１１３ａ，１１３ｂお
よび１１３ｃおよび各駆動コイルが設けられる円の円周
上またはその近傍で、円周を概ね等分した位置に設けら
れる第１ないし第３のホール素子１１４ａ，１１４ｂお
よび１１４ｃを有し、主制御部１１５の制御により各駆
動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに所定のタ
イミングで駆動電流が供給されることで、停止状態から
所定の回転数まで、もしくは所定の回転数から別の回転
数まで、あるいは所定の回転数から停止まで、それぞれ
最適な加速と減速が設定されて回転される。

【００３４】なお、ブラシレスモータ１１０は、主制御
部１１５から出力される電流指示値に対応する大きさの
駆動電流を各駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１
３ｃに、所定のタイミングで、順次供給するために、各
駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃと以下に
説明する電源を、順に接続するスイッチ切換器１１６
と、各ホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび１１４ｃか
らのロータ１１２の特定の磁極（ＮまたはＳ）からの磁
束を検知した検知出力と予め決められている基準タイミ
ングとを比較して、両者間に位相差がある場合には、そ
の位相差を補正する位相補償器１１７が接続されてい
る。

【００３５】また、主制御部１１５は、ブラシレスモー
タ１１０を駆動するための電圧指示値を保持し、モータ
駆動が要求された場合に、要求された回転数を達成する
ことのできるモータ電圧を指示するモータ電圧指令部１
１８、モータ電圧司令部１１８からのモータ電圧指示値
をモータ駆動回路（電源）が出力すべきアナログ電圧信
号に変換する第１のＤＡコンバータ１１９、ＤＡコンバ
ータ１１９からの出力を電力増幅してブラシレスモータ
１１０の個々の駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１
１３ｃに供給する電源（モータ駆動回路）１２０と、位
相補償器１１７が補償すべき位相差補償データを保持し
ているメモリ１２１と、メモリ１２１が保持している位
相差補償データを位相補償器１１７により位相補償する
ために、アナログ値に変換する第２のＤＡコンバータ１
２２等により構成されている。なお、図３に示すこの実
施の形態においては、メモリ１２１が保持している位相
差補償データは、図４ないし図１０を用いて以下に説明
する考察により求められるデータであるが、一定値（固
定データ）である。

【００３６】次に、位相補償器１１７により位相差を補
償できる原理について説明する。

【００３７】図４に示されるように、例えばホール素子
（Ｈ_１）１１４ａが、回転軸１１１とともに回転するロ
ータ１１２のＳ極を検知する場合、ホール素子Ｈ_１は、
隣接する２つの駆動コイル１１３ａおよび１１３ｂから
の磁束の影響を受ける。なお、実際のモータにおいて
は、ホール素子は、多くの場合、モータ回転部の下（底
部）に位置されるベース基板に取り付けられていること
が多く、ホール素子Ｈ_１の周辺の磁界を考察するために
は、立体的な考察が必要である。

【００３８】より詳細には、図５に示すように、ホール
素子（Ｈ_１）１１４ａの周辺の磁束は、駆動コイル１１
３ａからは、上向きの磁束をホール素子は受け、駆動コ
イル１１３ｂからは下向きの磁束を受ける。このときの
垂直軸と磁束のベクトルのなす角度を、それぞれφおよ
びθとすると、ホール素子Ｈ_１は、２つのコイル間の概
ね中央に位置されているので、幾何学的な対称性から、
φ＝θとみなすことができる。

【００３９】一方、ベクトルの強さに関しては、図１６
に示したトランジスタのスイッチングにより個々の駆動
コイル１１３ａ，１１３ｂに流れる電流の大きさは概ね
一定に決められているので、ベクトルの長さも同じと考
えることができる。

【００４０】以上により、個々の駆動コイル１１３ａ，
１１３ｂから発生される磁束の合成ベクトルは、平面上
に存在すると考えることができ、先に説明した立体的な
考察とここで説明した平面的な考察は等価であるとみな
すことができる。従って、両コイル１１３ａ，１１３ｂ
からの合成磁束ベクトルは、２次元で扱ってもよいこと
になる。

【００４１】図４および図５より、ホール素子（Ｈ_１）
１１４ａがロータ１１２のＳ極を検知すると、モータの
回転方向に磁束ができることが分かる。

【００４２】一方、図６に示すように、ホール素子（Ｈ
_１）１１４ａがロータ１１２のＮ極を検知するとき、回
転方向と逆の方向に磁束ができる。

【００４３】以上の結果をもとに、回転子からの磁束の
影響を含めた場合のスイッチングのタイミングを図７な
いし図９を用いて説明する。

【００４４】図７（ａ）は、ホール素子Ｈ_１がロータの
Ｓ極を検知した時点で駆動コイルへの駆動電流の供給を
スイッチングする場合を、および図７（ｂ）は、ホール
素子Ｈ_１がロータのＮ極を検知した時点でスイッチング
する場合を、それぞれ、示している。

【００４５】図７（ａ）および（ｂ）のそれぞれから、
合成磁束ベクトルが最長（最大）となる位置は、ロータ
がホール素子を通過して所定時間経過後、となる点であ
ることが分かる。

【００４６】すなわち、図８に示すような理想的なベク
トルに対して、時間的に遅れを伴うことが認められる。

【００４７】従って、図８に示したように、理想的に
は、ホール素子Ｈ_１を磁束が水平に横切るときに駆動電
流がスイッチングされることが必要である。

【００４８】次に、図９に、ホール素子Ｈ_１を横切る磁
束の合成ベクトルとスイッチングのタイミングの関係
を、図１０に、ホール素子Ｈ_３を横切る磁束の合成ベク
トルとスイッチングのタイミングの関係を、それぞれ、
説明する。

【００４９】図９（ｂ）は、ホール素子Ｈ_１が駆動コイ
ルから影響を受けず、正常に合成磁束ベクトルを検知し
てスイッチングできる状態を示し、図９（ａ）は、合成
磁束ベクトルが横切る瞬間にホール素子Ｈ_１が、やや手
前のときであることが分かる。なお、図９（ｃ）は、遅
れを示す。これに対し、図１０（ｂ）は、ホール素子Ｈ
_３が駆動コイルから影響を受けず、正常に合成磁束ベク
トルを検知してスイッチングできる状態を示し、図１０
（ａ）は、合成磁束ベクトルが横切る瞬間にホール素子
Ｈ_３が、やや手前のときであることが分かる。なお、図
１０（ｃ）は、遅れを示す。

【００５０】すなわち、図９および図１０のそれぞれに
示すようなモータの場合、ロータの位相がホール素子と
対向する位置よりもやや進んだときに、駆動コイルに供
給される駆動電流がスイッチングされることが認められ
る。

【００５１】この現象は、モータにかかる負荷が高負荷
となる場合に、最大のトルクを提供できないことを示
し、モータトルクが不足して、モータおよび周辺の温度
上昇を引き起こすことから、モータの寿命を短くするこ
とにつながる。また、上述した現象は、モータ駆動回路
の電力損失を増大させることから、光ディスク装置等に
組み込まれている場合には、装置全体の消費電力も増大
させることが知られている。

【００５２】このような考察の結果、図３に示したモー
タ駆動方法においては、位相補償器１１７に対して供給
すべき位相補償量を、図４ないし図１０で既に説明した
要因により特定される位相差を予め求めて、メモリ１２
１に位相差補償データとして記憶させておくことで、最
良のスイッチングタイミングと、実際にホール素子によ
り求められたタイミングのずれを補償できる。なお、位
相差は、ホール素子の出力信号を抽出し、抽出した出力
信号の位相に、詳述しない補助基板により任意に位相を
変化させた位相成分を加えて、モータが消費する電力を
回転数毎に比較し、最も消費電力の少なくなる位相を求
めることにより特定される。

【００５３】すなわち、ホール素子からの出力信号の位
相に付加した位相成分が分かれば、ブラシレスモータの
ホール素子がロータ（マグネット）の磁極を検知する位
置で最も駆動電流が少なくなるように、位相を補償でき
る。なお、この方法によれば、磁束などの影響を考慮し
ない理想的なホール素子の位置からホール素子の位置を
任意の位置にずらすことにより位相がずれてくる影響も
相殺できることが確認されている。

【００５４】図１１は、図３に示したモータの駆動方法
の別の実施の形態を説明する概略図である。なお、図３
に示した構成と実質的に同等の構成には、同じ符号を付
して詳細な説明を省略する。

【００５５】図１１に示すように、ブラシレスモータに
おいて、３個のホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび１
１４ｃは、主制御部１１５の制御により駆動コイル１１
３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに駆動電流が供給される
タイミングを特定するために、ロータ１１２のＮ極とＳ
極を検知して、スイッチ切換器１１６に、磁極検知を報
知する。なお、各ホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび
１１４ｃがロータ１１２のＮ極またはＳ極を検知した時
点と予め決められている基準タイミングとの間に位相差
がある場合には、位相補償器１１７によりスイッチ切換
器１１６に磁極検知が報知されるタイミングがシフトさ
れる（出力信号の位相が基準タイミングに対して位相補
償される）。

【００５６】主制御部１１５は、モータ電圧指令部１１
８と、第１のＤＡコンバータ１１９と、電源（モータ駆
動回路）１２０と、位相補償器１１７が補償すべき位相
差補償データであって、モータ１１０の各駆動コイル１
１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに供給される駆動電圧
の大きさに応じて最適値が異なる位相差補償データを保
持しているメモリテーブル１２１と、メモリテーブル１
２１が保持している位相差補償データを位相補償器１１
７により位相補償するためにアナログ値に変換する第２
のＤＡコンバータ１２２等により構成されている。

【００５７】すなわち、図１１に示したモータ駆動方法
は、図３に示したモータ駆動方法が位相補償に際して、
「一定値」による一義的な補償のみが可能であるに比較
して、モータの駆動コイルに供給される駆動電圧すなわ
ち実質的にモータのトルクに対応して位相を補償できる
ので、任意の回転数において最大のトルクを出力可能
に、ブラシレスモータ１１０を駆動することができる。

【００５８】図１２は、図３に示したモータの駆動方法
のさらに別の実施の形態を説明する概略図である。な
お、図３に示した構成と実質的に同等の構成には、同じ
符号を付して詳細な説明を省略する。

【００５９】図１２に示すように、ブラシレスモータに
おいて、３個のホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび１
１４ｃは、主制御部１１５の制御により駆動コイル１１
３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに駆動電流が供給される
タイミングを特定するために、ロータ１１２のＮ極とＳ
極を検知して、スイッチ切換器１１６に、磁極検知を報
知する。なお、各ホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび
１１４ｃがロータ１１２のＮ極またはＳ極を検知した時
点と予め決められている基準タイミングとの間に位相差
がある場合には、位相補償器１１７によりスイッチ切換
器１１６に磁極検知が報知されるタイミングがシフトさ
れる（出力信号の位相が基準タイミングに対して位相補
償される）。

【００６０】主制御部１１５は、モータ電圧指令部１１
８と、第１のＤＡコンバータ１１９と、電源（モータ駆
動回路）１２０と、位相補償器１１７が補償すべき位相
差補償データであって、モータ１１０の各駆動コイル１
１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに供給される駆動電流
の大きさに応じて最適値が異なる位相差補償データを保
持しているメモリテーブル１２１と、メモリテーブル１
２１が保持している位相差補償データを位相補償器１１
７により位相補償するためにアナログ値に変換する第２
のＤＡコンバータ１２２と、モータ駆動回路１２０と個
々の駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃの共
通端側との間に設けられ、各駆動コイル１１３ａ，１１
３ｂおよび１１３ｃに、実際に、供給される電流の大き
さを検出する電流検出器１２３と、電流検出器１２３の
出力をデジタル変換して、メモりテーブル１２１に記憶
されている位相補償データと直接比較可能なデータ形態
とするためのＡＤコンバータ１２４等により構成されて
いる。なお、メモリテーブル１２１に記憶されている位
相補償データは、電流検出器１２３により検知される個
々の駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃを実
際に流れる電流値に基づいて、最適な補償量が求められ
る。

【００６１】すなわち、図１２に示したモータ駆動方法
は、図３に示したモータ駆動方法が位相補償に際して、
「一定値」による一義的な補償のみが可能であり、図１
１に示したモータ駆動方法が位相補償に際して、モータ
の各駆動コイルに印加される電圧の大きさに応じて、個
々の駆動コイルに駆動電圧をスイッチングするタイミン
グを補償するものであるに比較して、モータの各駆動コ
イルを、実際に流れる電流の大きさ、すなわちより真の
モータトルクに近い補償データに基づいて位相を補償で
きるので、任意の回転数において、常時、最大のトルク
を出力可能に、ブラシレスモータ１１０を駆動すること
ができる。

【００６２】図１３は、図３に示したモータの駆動方法
のまたさらに別の実施の形態を説明する概略図である。
なお、図３に示した構成と実質的に同等の構成には、同
じ符号を付して詳細な説明を省略する。

【００６３】図１３に示すように、ブラシレスモータに
おいて、３個のホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび１
１４ｃは、主制御部１１５の制御により駆動コイル１１
３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに駆動電流が供給される
タイミングを特定するために、ロータ１１２のＮ極とＳ
極を検知して、スイッチ切換器１１６に、磁極検知を報
知する。なお、各ホール素子１１４ａ，１１４ｂおよび
１１４ｃがロータ１１２のＮ極またはＳ極を検知した時
点と予め決められている基準タイミングとの間に位相差
がある場合には、位相補償器１１７によりスイッチ切換
器１１６に磁極検知が報知されるタイミングがシフトさ
れる（出力信号の位相が基準タイミングに対して位相補
償される）。

【００６４】主制御部１１５は、モータ電圧指令部１１
８と、第１のＤＡコンバータ１１９と、電源（モータ駆
動回路）１２０と、位相補償器１１７が補償すべき位相
差補償データであって、モータ１１０の各駆動コイル１
１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃに供給される駆動電流
の大きさに応じて最適値が異なる位相差補償データを保
持しているメモリテーブル１２１と、メモリテーブル１
２１が保持している位相差補償データを位相補償器１１
７により位相補償するためにアナログ値に変換する第２
のＤＡコンバータ１２２と、モータ駆動回路１２０と個
々の駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３ｃの共
通端側との間に設けられ、各駆動コイル１１３ａ，１１
３ｂおよび１１３ｃに、実際に、供給される電流の大き
さを検出する電流検出器１２３と、電流検出器１２３の
出力をデジタル変換して、メモりテーブル１２１に記憶
されている位相補償データと直接比較可能なデータ形態
とするためのＡＤコンバータ１２４と、モータ電圧司令
部１１８の指示値（出力）とＡＤコンバータ１２４の出
力を、詳述しない所定の規則に基づいて比較および記憶
し、メモリテーブル１２１からＤＡコンバータ１２２に
出力される位相補償データを、最適なデータに整える学
習部１２５等により構成されている。

【００６５】すなわち、図１３に示したモータ駆動方法
は、図３に示したモータ駆動方法が位相補償に際して、
「一定値」による一義的な補償のみが可能であり、図１
１に示したモータ駆動方法が位相補償に際して、モータ
の各駆動コイルに印加される電圧の大きさに応じて、個
々の駆動コイルに駆動電圧をスイッチングするタイミン
グを補償するものであり、図１２に示したモータ駆動方
法が、モータの各駆動コイルを実際に流れる電流に基づ
いて位相補償量を特定するに比較して、モータの各駆動
コイルを実際に流れる電流の大きさあるいは各駆動コイ
ルに印加される電圧等に基づいて位相を補償できるの
で、任意の回転数において、最大のトルクを出力する際
に、消費電力を最小に制御可能に、ブラシレスモータ１
１０を駆動することができる。

【００６６】なお、図１４に示したモータ駆動方法にお
いて、メモリテーブル１２１に記憶されている位相補償
データを書き換えるために学習部１２５が比較あるいは
記憶する要件は、例えば電圧が一定で、電流が最小とな
る、電流が一定で、回転数が最大となる、電圧が一定
で、回転数が最大となる、回転数が一定で、電流が最小
となる、回転数が一定で、電圧が最小となる等のさまざ
まなデータ特定パターンのうちの１つ以上を組み合わせ
て、予め設定される。

【００６７】すなわち、ホール素子がロータマグネット
の磁極を検知した時点と負荷トルクの変動の相関を求
め、求められた相関に基づいて求めることのできるさま
ざまな位相補償データをメモリテーブル１２１に記憶さ
せておき、駆動コイル１１３ａ，１１３ｂおよび１１３
ｃに供給される駆動電流が最小となるように、メモリテ
ーブル１２１に記憶されている位相補償データを任意に
呼び出すことで、最大トルクを出力可能で、消費電力の
少ない駆動装置および駆動方法が得られる。

【００６８】以上説明したように、ホール素子によりロ
ータマグネットの磁極を検知して、駆動コイル（ステー
タコイル）に供給される駆動電流および電圧をスイッチ
ングするブラシレスモータを駆動する場合に、ホール素
子が磁極を検知した時点を、予め求めた最大トルクが得
られるロータマグネットの回転量または真の磁極位置に
基づく補償データを用いて、位相補償してスイッチング
回路に供給することで消費電力を低減しながら、最大の
トルクを発生するようブラシレスモータを駆動できる。

【００６９】また、駆動コイルを流れる電流値、駆動コ
イルに印加される駆動電圧、回転数が最大となる電圧、
回転数が最大となる電流値、電圧が一定の際に電流値が
最小となる条件、あるいは電流が一定の際に回転数が最
大となる条件等に、場合分けして位相補償量を設定し、
それらを１つ以上を用いて位相補償データを生成するこ
とにより、少ない消費電力で最適なトルクまたは最大の
トルクが得られるＤＣ（ブラシレス）モータの駆動方法
が確立される。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＤＣモータを少ない消費電力で最適なトルクもしく
は最大のトルクを提供可能に駆動できるので、例えば光
ディスク装置のように、部品集積度が高く温度上昇を好
まない、また装置全体の消費電力が少ないことが要求さ
れる装置において、温度上昇を引き起こすことなくモー
タを効率よく使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態であるサーボモータの駆
動方法が適用される光ディスク装置を説明する概略図。

【図２】図１に示した光ディスク装置に組み込まれるピ
ックアップの一例を示す概略図。

【図３】図１に示した光ディスク装置に利用されるサー
ボモータの駆動回路の例を示す概略図。

【図４】図３に示したサーボモータにおいて、ホール素
子がロータマグネットのＳ極の磁界を受けた時に、スイ
ッチングする場合に、ホール素子が受ける駆動コイルか
らの磁界の影響を説明する概略図。

【図５】図３に示した駆動コイルからホール素子が受け
る磁束のベクトルを示す概略図。

【図６】図３に示したサーボモータのホール素子がＮ極
の磁束を受けスイッチングするときのコイルから発生す
る磁束の様子を示す概略図。

【図７】図３に示したサーボモータのロータ（マグネッ
ト）の位置とモータのスイッチングのタイミングを、ホ
ール素子の出力のピークでスイッチングする例を示す概
略図。

【図８】図７に示したタイミングでスイッチングする際
にホール素子に発生する理想的な磁束ベクトルの方向を
示す概略図。

【図９】図３に示したサーボモータのロータ（マグネッ
ト）の位置とモータのスイッチングのタイミングを、ホ
ール素子の出力のゼロクロスでスイッチングする例を示
す概略図（Ｓ極とホール素子Ｈ_１）。

【図１０】図３に示したサーボモータのロータ（マグネ
ット）の位置とモータのスイッチングのタイミングを、
ホール素子の出力のゼロクロスでスイッチングする例を
示す概略図（Ｎ極とホール素子Ｈ_３）。

【図１１】図３に示したサーボモータの駆動回路の別の
例を示す概略図。

【図１２】図３に示したサーボモータの駆動回路のさら
に別の例を示す概略図。

【図１３】図３に示したサーボモータの駆動回路のまた
さらに別の例を示す概略図。

【図１４】周知のＤＣモータの一例を説明する概略図。

【図１５】周知のＤＣブラシレスモータの一例を説明す
る概略図。

【図１６】図１５に示したブラシレスモータの駆動回路
の一例を説明する概略図。

【図１７】図１６に示した駆動回路において、ＤＣブラ
シレスモータの駆動コイルに駆動電流が供給されるタイ
ミングとホール素子の出力の関係を示すもので、理想的
な状態でのホール素子出力とロータマグネットとの位置
関係を示す概略図（ホール素子出力ピーク時スイッチン
グシステム）。

【図１８】図１５に示したＤＣブラシレスモータとはス
イッチングのタイミングの異なるモータの例を示す概略
図。

【図１９】図１８に示したモータを図１６に示した駆動
回路と同等の回路により駆動する場合において、ＤＣブ
ラシレスモータの駆動コイルに駆動電流が供給されるタ
イミングとホール素子の出力の関係を示すもので、理想
的な状態でのホール素子の出力とロータマグネットの位
置関係を示す概略図（ホール素子出力ゼロクロス時スイ
ッチングシステム）。

【符号の説明】

１・・・光ディスク装置、２・・・ディスクモータ、３・・・ピックアップ、４・・・送りモータ部、５・・・送りモータ、６・・・送りモータ制御部、７・・・制御基板、８・・・レンズホルダ、９・・・対物レンズ、１０・・・半導体レーザ素子、１１・・・光学要素、１２・・・光学要素、１３・・・光学要素、１４・・・フォトディテクタ、１５・・・モニタ用フォトディテクタ、１６・・・ＡＰＣ回路、１３・・・光学要素、１１０・・・ブラシレスモータ、１１１・・・回転軸、１１２・・・ロータ（ロータマグネット）、１１３ａ・・・駆動コイル、１１３ｂ・・・駆動コイル、１１３ｃ・・・駆動コイル、１１４ａ・・・ホール素子（Ｈ_１）、１１４ｂ・・・ホール素子（Ｈ_２）、１１４ｃ・・・ホール素子（Ｈ_３）、１１５・・・主制御部、１１６・・・スイッチ切換器、１１７・・・位相補償器、１１８・・・モータ電圧指令部、１１９・・・ＤＡコンバータ、１２０・・・モータ駆動回路（電源，増幅器）、１２１・・・メモリ（メモリテーブル）、１２２・・・ＤＡコンバータ、１２３・・・電流検出器、１２４・・・ＡＤコンバータ、１２５・・・学習部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に一体に設けられ、回転軸とともに
回転するロータマグネットと、このロータマグネットが
回転して定義される円周を概ね等分した位置もしくはそ
の近傍に複数個設けられ、前記ロータマグネットの磁極
からの磁束を検知するホール素子と、前記ロータマグネ
ットが回転して定義される円周を概ね等分した位置もし
くはその近傍に複数個設けられ、前記ロータマグネット
を、所定の方向に、回転可能な磁界を提供する駆動コイ
ルとからなるＤＣサーボモータを駆動する駆動装置にお
いて、前記駆動コイルに駆動電流を供給する電源と、この電源が前記駆動コイルに駆動電流を供給するタイミ
ングを前記ホール素子からの出力信号に基づいて定義す
るモータ制御装置と、このモータ制御装置に、前記ホール素子からの出力信号
を入力する際に、前記ホール素子から出力される出力信
号に含まれる前記駆動コイルからの磁力による影響を除
去する補償回路と、を有することを特徴とするＤＣサーボモータの駆動装
置。
【請求項２】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、予め決められた一定の条件で、補償することを
特徴とする請求項１記載のＤＣサーボモータの駆動装
置。
【請求項３】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、負荷トルクの変動に基づいて補償することを特
徴とする請求項１記載のＤＣサーボモータの駆動装置。
【請求項４】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、初期動作時等の特定の条件に基づいて補償する
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣサーボモータの駆
動装置。
【請求項５】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、初期動作時や負荷トルクの変動時に、前記駆動
コイルに流れる電流の大きさが最小となるような条件を
記憶または予め決められている基準値と比較しながら、
補償することを特徴とする請求項１記載のＤＣサーボモ
ータの駆動装置。
【請求項６】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、前記ホール素子からの出力信号と負荷トルクと
の間の相関関係を求め、その相関に基づいて、補償する
ことを特徴とする請求項１記載のＤＣサーボモータの駆
動装置。
【請求項７】回転軸に一体に設けられ、回転軸とともに
回転するロータマグネットと、このロータマグネットが
回転して定義される円周を概ね等分した位置もしくはそ
の近傍に複数個設けられ、前記ロータマグネットの磁極
からの磁束を検知するホール素子と、前記ロータマグネ
ットが回転して定義される円周を概ね等分した位置もし
くはその近傍に複数個設けられ、前記ロータマグネット
を、所定の方向に、回転可能な磁界を提供する駆動コイ
ルとからなるＤＣサーボモータを駆動する駆動装置にお
いて、前記駆動コイルに駆動電流を供給する電源と、この電源が前記駆動コイルに駆動電流を供給するタイミ
ングを前記ホール素子からの出力信号に基づいて定義す
るモータ制御装置と、このモータ制御装置に、前記ホール素子からの出力信号
を入力する際に、前記ホール素子から出力される出力信
号に含まれる前記ホール素子自身の取付誤差やホール素
子に固有の信号の偏差の影響を除去する補償回路と、を有することを特徴とするＤＣサーボモータの駆動装
置。
【請求項８】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、予め決められた一定の条件で、補償することを
特徴とする請求項７記載のＤＣサーボモータの駆動装
置。
【請求項９】前記補償回路は、前記ホール素子から出力
される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力の
影響を、負荷トルクの変動に基づいて補償することを特
徴とする請求項７記載のＤＣサーボモータの駆動装置。
【請求項１０】前記補償回路は、前記ホール素子から出
力される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力
の影響を、初期動作時等の特定の条件に基づいて補償す
ることを特徴とする請求項７記載のＤＣサーボモータの
駆動装置。
【請求項１１】前記補償回路は、前記ホール素子から出
力される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力
の影響を、初期動作時や負荷トルクの変動時に、前記駆
動コイルに流れる電流の大きさが最小となるような条件
を記憶または予め決められている基準値と比較しなが
ら、補償することを特徴とする請求項７記載のＤＣサー
ボモータの駆動装置。
【請求項１２】前記補償回路は、前記ホール素子から出
力される出力信号に含まれる前記駆動コイルからの磁力
の影響を、前記ホール素子からの出力信号と負荷トルク
との間の相関関係を求め、その相関に基づいて、補償す
ることを特徴とする請求項７記載のＤＣサーボモータの
駆動装置。
【請求項１３】電源が供給する駆動コイル向けの駆動電
流の供給タイミングをＤＣサーボモータに組み込まれて
いるホール素子からの出力信号に基づいて定義するモー
タ制御装置を含むＤＣモータ駆動装置において、ロータマグネットの磁極をホール素子で検出し、ホール素子からロータマグネットの磁極を検知したこと
が出力された時点で、ホール素子から出力される出力信
号に含まれる駆動コイルからの磁力による影響およびホ
ール素子の取付位置に起因する出力の偏差の成分を除去
してモータ制御装置にモータ駆動電流を供給することを
特徴とするＤＣモータの駆動方法。