JP2004048928A - Motor and disk unit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、PWM(パルス幅変調)センサレス駆動により駆動制御されるモータと、そのモータを用いたディスク装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12は従来のモータの構成を示すブロック図である。図12を用いて従来のモータの動作を簡単に説明する。ロータ1010は永久磁石による界磁部を有し、コイル1011,1012,1013との相互作用により回転力を発生する。電力供給器1020は、3個の上側パワートランジスタ1021,1022,1023および3個の下側パワートランジスタ1025,1026,1027を含んで構成され、コイル1011,1012,1013のそれぞれへ電力供給を行う。位置検出器1030はコイル1011,1012,1013のそれぞれの一端の端子電圧V1,V2,V3と共通電圧Vcとを比較し、その比較結果に応動した検出パルス信号FGを出力する。指令器1040はロータ1010を速度制御する速度指令信号ECを出力する。スイッチング制御器1050は指令器1040の速度指令信号ECに応動して電力供給器1020の上側パワートランジスタ1021,1022,1023を高周波スイッチング動作させるための主PWM信号Wpを出力する。通電制御器1060は位置検出器1030の検出パルス信号FGとスイッチング制御器1050の主PWM信号Wpとに応動してコイル1011,1012,1013への通電制御を行うために、上側パワートランジスタ1021,1022,1023を制御する上側通電制御信号N1,N2,N3と下側パワートランジスタ1025,1026,1027を制御する下側通電制御信号M1,M2,M3を出力する。上側通電制御信号N1,N2,N3と下側通電制御信号M1,M2,M3が入力された電力供給器1020は、コイル1011,1012,1013に電力供給を行い、モータのPWMセンサレス駆動が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された従来のモータにおいては次のような課題があった。図12に示した従来のモータでは、PWM動作を行いながら位置検出器1030においてコイル1011,1012,1013の端子電圧V1,V2,V3と共通電圧Vcとの比較によってロータ1010の位置検出を行っている。従来のモータにおいては、PWMセンサレス駆動を行っているため、PWM信号における”L”側(PWMオフ側)での電圧が不安定であり、PWMオフ側で位置検出を行った場合には誤検出の可能性が高くなっていた。位置検出器1030における誤検出は、検出パルス信号FGの変動が大きくなる。この検出パルス信号FGを用いてロータ1010の速度制御を行った場合には、ロータ1010の速度変動が大きくなるため、ジッタが悪化するという問題があった。したがって、PWMオフ側での誤検出をなくすことを目的として、PWMオフ側での位置検出を行わない方式が考えられる。しかし、この方式の場合には、起動時から定常回転に至るまでの過渡的な状態において誤検出もしくは無検出となり、この誤検出もしくは無検出によりPWMセンサレス駆動への引き込み失敗を起こす恐れがあった。したがって、PWMオフ側での誤検出をなくし、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御を行うことが可能な構成を得ることがこの分野における課題であった。
【0004】
本発明は、上記課題を解決したものであり、PWMオフ側での誤検出をなくし、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御を行うことができるモータとそれを用いたディスク装置とを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るモータは、永久磁石を有するロータと、
ステータに配置された複数相のコイルと、
電力供給源となる直流電源手段と、
前記直流電源手段の一方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第1のスイッチング手段と前記直流電源手段の他方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第2のスイッチング手段とを含んで構成される電力供給手段と、
速度指令信号を出力する指令手段と、
前記速度指令信号に応動して前記電力供給手段の前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段の少なくとも一方を高周波スイッチング動作させるスイッチングパルス信号を出力するスイッチング動作手段と、
前記指令手段の速度指令信号に応動した位置検出切換信号を出力する位置検出切換手段を有し、前記複数相のコイルの端子電圧から前記ロータの回転位置を検出して検出信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出信号に応動して前記電力供給手段を通電制御する通電制御手段と、を具備しており、
前記位置検出手段は、前記スイッチングパルス信号のオン区間において前記ロータの位置検出を行う第1の位置検出と、前記スイッチングパルス信号のオン区間およびオフ区間の両区間において前記ロータの位置検出を行う第2の位置検出とを、前記位置検出切換信号により切り換えて実行するよう構成されている。
このように構成することにより、第1の位置検出を用いることで位置検出手段のPWMオフ側での誤検出をなくし、出力信号の変動を小さくすることができる。また、第1の位置検出と第2の位置検出を位置検出切換信号により切り換えて位置検出を行うことにより、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御が可能となる。
【0006】
本発明に係るディスク装置は、ディスクから信号再生を行う、または、ディスクに信号記録を行うヘッド手段と、
前記ヘッド手段の出力信号を処理して再生情報信号を出力する、または、記録情報信号を信号処理して前記ヘッド手段に出力する情報処理手段と、
前記ディスクを直接的に回転駆動し、永久磁石を有するロータと、
ステータに配置された複数相のコイルと、
電力供給源となる直流電源手段と、
前記直流電源手段の一方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第1のスイッチング手段と前記直流電源手段の他方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第2のスイッチング手段とを含んで構成される電力供給手段と、
速度指令信号を出力する指令手段と、
前記速度指令信号に応動して前記電力供給手段の前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段の少なくとも一方を高周波スイッチング動作させるスイッチングパルス信号を出力するスイッチング動作手段と、
前記指令手段の速度指令信号に応動した位置検出切換信号を出力する位置検出切換手段を有し、前記複数相のコイルの端子電圧から前記ロータの回転位置を検出して検出信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出信号に応動して前記電力供給手段を通電制御する通電制御手段と、を具備しており、
前記位置検出手段が、前記スイッチングパルス信号のオン区間において前記ロータの位置検出を行う第1の位置検出と、前記スイッチングパルス信号のオン区間およびオフ区間の両区間において前記ロータの位置検出を行う第2の位置検出とを、前記位置検出切換信号により切り換えて実行するよう構成されている。
このように構成することにより、第1の位置検出を用いることで位置検出手段のPWMオフ側での誤検出をなくし、出力信号の変動を小さくすることができる。また、第1の位置検出と第2の位置検出を位置検出切換信号により切り換えて位置検出を行うことにより、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御が可能となる。
これらおよびその他の構成や動作については、実施の形態の説明において詳細に説明する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施の形態を実施の形態1として添付の図1から図11を参照しながら説明する。
【0008】
《実施の形態1》
図1は、本発明に係る実施の形態1のディスク装置の全体の構成を示すブロック図である。図1において、ロータ10には界磁部として永久磁石が取り付けられており、永久磁石の発生磁束により複数極の界磁磁束が発生するよう構成されている。3相コイル11,12,13は固定体であるステータに配設され、ロータ10に対して相対的に電気的に120度相当ずらされて配置されている。各コイル11,12,13の一方は電力供給手段である電力供給器20に接続され、他方は共通接続されている。3相コイル11,12,13には3相の駆動電流I1,I2,I3がそれぞれに流れて、3相磁束が発生し、ロータ10との相互作用によって駆動力が生じる。この結果、ロータ10およびロータ10に取り付けられたディスク1が回転する。
ディスク1にはディジタル情報が記録されており、ヘッド手段である磁気ヘッドもしくは光学ヘッドで構成されるヘッド2によりディジタル情報が読み取られる。情報処理手段である情報処理器3は読み取ったディジタル情報を信号処理し、再生情報信号として出力する。また、ディスク1が記録可能なディスクの場合、情報処理器3に記録情報信号が入力されると、情報処理器3は信号処理したディジタル情報をヘッド2に出力し、ヘッド2によってディスク1上にディジタル情報が記録される。
【0009】
電力供給源の直流電源手段である直流電源5は負極端子側をアース電位とし、正極端子側に所要の直流電圧(Vm)を供給している。直流電源5の正極端子側(Vm側)には電流検出器51を介して第1のスイッチング手段である3個の上側パワートランジスタ21,22,23の電流流入端子が共通接続されている。また、3相の上側パワートランジスタ21,22,23の電流流出端子には3相コイル11,12,13の電力供給端子がそれぞれ接続されている。
一方、直流電源5の負極端子側(アース側)には第2のスイッチング手段である3個の下側パワートランジスタ25,26,27の電流流出端子が共通接続されている。また、下側パワートランジスタ25,26,27の電流流入端子には3相コイル11,12,13の電力供給端子がそれぞれ接続されている。
さらに、上側パワートランジスタ21,22,23には上側パワーダイオード21d,22d,23dがそれぞれ逆並列接続され、下側パワートランジスタ25,26,27には下側パワーダイオード25d,26d,27dがそれぞれ逆並列接続されている。
【0010】
なお、実施の形態1において、上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27には、Nチャンネル電界効果型パワートランジスタを使用している。これらのNチャンネル電界効果型パワートランジスタに逆並列接続されて形成された寄生ダイオードは、上側パワーダイオード21d,22d,23dおよび下側パワーダイオード25d,26d,27dとして使用されている。
電力供給器20は、上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27、ならびに上側パワーダイオード21d,22d,23dおよび下側パワーダイオード25d,26d,27dにより構成されている。電力供給器20は、通電制御手段である通電制御器60の上側通電制御信号N1,N2,N3および下側通電制御信号M1,M2,M3に応動して、電力供給源である直流電源5から3相コイル11,12,13への電流路を形成し、3相コイル11,12,13に電力供給を行っている。
【0011】
電力供給器20において、通電制御器60からの上側通電制御信号N1,N2,N3に応動して、上側パワートランジスタ21,22,23が開閉制御され、直流電源5の正極端子と3相コイル11,12,13の電力供給端子間の電力供給路が開閉動作する。この開閉動作により、3相コイル11,12,13の正極側へ駆動電流I1,I2,I3を供給する電流路が形成される。
電力供給器20に入力される上側通電制御信号N1,N2,N3は、スイッチング動作手段であるスイッチング動作器50からの主PWM信号Wpにより各通電区間においてディジタル的なPWM信号に形成されている。したがって、上側パワートランジスタ21,22,23は高周波スイッチング動作を行う。
また、電力供給器20において、通電制御器60からの下側通電制御信号M1,M2,M3に応動して、下側パワートランジスタ25,26,27が開閉制御され、直流電源5の負極端子と3相コイル11,12,13の電力供給端子間の電力供給路が開閉動作する。この開閉動作により、3相コイル11,12,13の正極側へ駆動電流I1,I2,I3を供給する電流路が形成される。下側通電制御信号M1,M2,M3は、スイッチング動作器50の補助PWM信号Wsにより上側パワートランジスタ21,22,23のオン・オフ高周波スイッチング動作と同一相で相補的に下側パワートランジスタ25,26,27をオフ・オン高周波スイッチング動作させる(同期整流動作)。なお、スイッチング動作器50の詳細は後述する。
【0012】
位置検出手段である位置検出器30は、電圧比較器31と検出パルス作成器32とノイズ除去パルス作成器33と位置検出切換器34を含んで構成され、ディスク1およびロータ10の回転位置を検出し、その検出位置に対応した検出パルス信号FGを出力する。電圧比較器31は、3相コイル11,12,13の一端に生じる3相端子電圧V1,V2,V3と、共通接続された中点電圧Vcをそれぞれ直接比較し、その比較結果に応動した電圧比較信号C1,C2,C3を出力する。検出パルス作成器32は、電圧比較器31の電圧比較信号C1,C2,C3に含まれる高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズをノイズ除去パルス作成器33のノイズ除去信号Wmにより除去し、ディスク1およびロータ10の位置検出を行い、検出パルス信号FGを出力する。ノイズ除去パルス作成器33は、位置検出切換手段である位置検出切換器34の位置検出切換信号DSにより、第1の位置検出と第2の位置検出を選択切換し、それぞれに対応したノイズ除去信号Wmを検出パルス作成器32へ出力する。位置検出切換器34は指令器40の速度指令信号Acに応動した位置検出切換信号DSを出力する。つまり、位置検出器30は、速度指令信号Acに応動して第1の位置検出と第2の位置検出を切り換えて位置検出を行い、検出パルス信号FGを出力する。位置検出器30から出力された検出パルス信号FGは指令器40と通電制御器60に入力される。
なお、上記検出動作(第1の位置検出動作と第2の位置検出動作)の詳細は後述する。
【0013】
指令手段である指令器40はディスク1およびロータ10の回転速度を所定値に速度制御する速度制御回路を含んで構成され、位置検出器30の検出パルス信号FGによりディスク1およびロータ10の回転速度を検出し、目標回転速度との差に応動した速度指令信号Acをスイッチング動作器50と位置検出器30へ出力する。ここでは、速度指令信号Acは電圧信号である。
スイッチング動作器50は、電流検出器51とスイッチング制御器52を含んで構成される。図2はスイッチング動作器50の具体的な構成を示すブロック図である。電流検出器51は、電流検出抵抗110を含んで構成され、直流電源5の正極端子側(Vm側)から上側パワートランジスタ21,22,23を介して3相コイル11,12,13に供給する通電電流または供給電流に比例した電流検出信号Adを出力する。スイッチング制御器52は、電流検出器51の電流検出信号Adと指令器40からの速度指令信号Acとを比較し、その比較結果に応動した基本PWM信号Wbと主PWM信号Wpと補助PWM信号Wsを出力する。
【0014】
基本PWM信号Wbは位置検出器30のノイズ除去パルス作成器33に入力され、主PWM信号Wpと補助PWM信号Wsは通電制御器60に入力される。主PWM信号Wpは電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23をPWM動作させ、補助PWM信号Wsは下側パワートランジスタ25,26,27を同期整流動作させる。スイッチング制御器52は、比較回路111と基準トリガ発生回路112とPWM信号作成回路113とPWMパルス回路114を含んで構成される。比較回路111は、電流検出器51の電流検出信号Adと指令器40の速度指令信号Acとの比較を行い、その比較結果に応動したPWMリセット信号Prを出力する。具体的には、電流検出信号Adが速度指令信号Acよりも大きくなるとPWMリセット信号Prは“L”レベルから“H”レベルに状態変化する。基準トリガ発生回路112は一定周波数で基準トリガ信号Psを出力する回路である。PWM信号作成回路113は、比較回路111のPWMリセット信号Prと基準トリガ発生回路112の基準トリガ信号Psにより基本PWM信号Wbを出力する。基本PWM信号Wbは基準トリガ信号Psにより “H”レベルに状態変化し、PWMリセット信号Prにより“L”レベルに状態変化する信号である。
【0015】
図3は基準トリガ信号Ps、PWMリセット信号Pr、基本PWM信号Wb等の関係を示す波形図である。基本PWM信号Wbは一定周波数の基準トリガ信号Psの立ち上がりエッジで“H”レベルに状態変化し、PWMリセット信号Prの立ち上がりエッジによって“L”レベルに状態変化する。このように、基本PWM信号Wbは、電流検出信号Adと速度指令信号Acの比較結果に応動したPWM信号となる。つまり、基本PWM信号Wbは指令器40の速度指令信号Acに応動してデューティーを変更するPWM信号となる。具体的には、目標回転数に対してディスク1およびロータ10の実回転数が低い場合、指令器40の速度指令信号Acは大きくなり、基本PWM信号Wbのオンデューティーは大きくなる。また、逆に目標回転数に対してディスク1およびロータ10の実回転数が高い場合、指令器40の速度指令信号Acは小さくなり、基本PWM信号Wbのオンデューティーは小さくなる。また、目標回転数とディスク1およびロータ10の実回転数がほぼ等しい場合、指令器40の速度指令信号Acは目標回転数に対応した値となり、基本PWM信号Wbのオンデューティーもほぼ目標回転数に対応した値となる。このように、指令器40は位置検出器30の検出パルス信号FGからディスク1およびロータ10の回転速度を検出し、目標回転数との差に応動した速度指令信号Acを出力する。この速度指令信号Acに応動して基本PWM信号Wbのオンデューティーを変更させることにより、ディスク1およびロータ10の速度制御が行われている。
【0016】
なお、実施の形態1のディスク装置では、PWM周波数が一定となるPWM信号を作成する構成で説明したが、必ずしもPWM周波数を一定にする必要はなく、例えば、PWMオフ期間一定としたPWM信号を作成する構成としてもよい。PWM信号作成回路113の基本PWM信号Wbは位置検出器30のノイズ除去パルス作成器33に入力されるとともに、PWMパルス回路114にも入力される。
図3にはPWMパルス回路114に入力される基本PWM信号WbとともにPWMパルス回路114から出力される主PWM信号Wpと補助PWM信号Wsの関係を示す。PWMパルス回路114は、電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23をPWM駆動させる主PWM信号Wpと、電力供給器20の下側パワートランジスタ25,26,27を同期整流駆動させる補助PWM信号Wsを出力する。主PWM信号Wpの立ち上がりエッジは、基本PWM信号Wbの立ち上がりエッジからデッドタイムTaだけ遅延したタイミングで発生し、主PWM信号Wpの立ち下がりエッジは基本PWM信号Wbの立ち下がりエッジと同期している。また、補助PWM信号Wsの立ち上がりエッジは、基本PWM信号Wbの立ち下がりエッジからデッドタイムTaだけ遅延したタイミングで発生し、補助PWM信号Wsの立ち下がりエッジは基本PWM信号Wbの立ち上がりエッジと同期している。スイッチング制御器52の主PWM信号Wpおよび補助PWM信号Wsは通電制御器60に入力される。
【0017】
通電制御器60は、位置検出器30の検出パルス信号FGに応動した上側通電制御信号N1,N2,N3および下側通電制御信号M1,M2,M3を出力し、電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27の通電制御を行う。上側通電制御信号N1,N2,N3にはスイッチング動作器50の主PWM信号Wpが含まれ、下側通電制御信号M1,M2,M3にはスイッチング動作器50の補助PWM信号Wsが含まれている。上側通電制御信号N1,N2,N3(主PWM信号Wp)により上側パワートランジスタ21,22,23が高周波スイッチング動作(PWM動作)を行い、下側通電制御信号M1,M2,M3(補助PWM信号Ws)により下側パワートランジスタ25,26,27がフルオン動作を行うとともに、上側パワートランジスタと同一相の下側パワートランジスタが相補的に高周波スイッチング動作(同期整流動作)を行う。具体的に説明すると、コイル11からコイル12への通電制御がなされている場合、上側パワートランジスタ21が上側通電制御信号N1(主PWM信号Wp)により高周波スイッチング動作(PWM動作)を行い、下側パワートランジスタ26が下側通電制御信号M2によりフルオン動作を行い、下側パワートランジスタ25が下側通電制御信号M3(補助PWM信号Ws)により高周波スイッチング動作(同期整流動作)を行っている。
【0018】
上側パワートランジスタ21が主PWM信号Wpによりオンしている時、上側パワートランジスタ21は直流電源5の正極側端子からコイル11に正極側電流を供給し、下側パワートランジスタ26は直流電源5の負極側端子からコイル12に負極側電流を供給している。次に、主PWM信号Wpがオフするとコイル11に流れていた正極側電流はコイル11のインダクタンス作用により流れ続けようとする。そのため、同一相の下側パワーダイオード25dにより正極側電流が供給される。主PWM信号WpオフからデッドタイムTa時間経過後、補助PWM信号Wsがオン、つまり、下側パワートランジスタ25がオンすると、コイル11には下側パワートランジスタ25を介して正極側電流が供給される。このように動作させることにより、下側パワーダイオード25dによる電力損失を減少させることができる(同期整流動作)。このように通電制御器60はPWM動作および同期整流動作を行っている。また、通電制御器60は、位置検出器30の検出パルス信号FGに応動した検出ウィンドウ信号WIN1〜6を出力する。検出ウィンドウ信号WIN1〜6は位置検出器30の検出パルス作成器32に入力される。検出ウィンドウ信号WIN1〜6は3相コイルの誘起電圧の立ち上がりおよび立ち下がりゼロクロス検出に対応しており、例えば、検出ウィンドウ信号WIN1はコイル11の誘起電圧の立ち上がりゼロクロス検出用の検出ウィンドウとなる。なお、検出動作についての詳細は後述する。
【0019】
以上のように、位置検出器30においてディスク1およびロータ10の位置検出を行い、通電制御器60は位置検出器30の検出パルス信号FGに応動して電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27を通電制御する上側通電制御信号N1,N2,N3および下側通電制御信号M1,M2,M3を出力する。電力供給器20は上側通電制御信号N1,N2,N3および下側通電制御信号M1,M2,M3によりオンオフ制御され3相コイル11,12,13に電力の供給を行う。また、指令器40は位置検出器30の検出パルス信号FGよりディスク1およびロータ10の実回転数を検出し、目標回転数との差に応動した速度指令信号Acを出力する。スイッチング動作器50は指令器40の速度指令信号Acに応動して電力供給器20の上側パワートランジスタ21,22,23および下側パワートランジスタ25,26,27をPWM動作(同期整流動作)させる主PWM信号Wpおよび補助PWM信号Wsを出力する。このようにディスク1およびロータ10をPWMセンサレス駆動して速度制御が行われる。
【0020】
次に、位置検出器30における位置検出動作を詳細に説明する。図4は位置検出器30における電圧比較器31の具体的な構成を示す回路図である。電圧比較器31は入力抵抗121,122,123,124および電圧比較回路125,126,127で構成される。電圧比較器31において、3相コイル11,12,13の一端に生じる3相端子電圧V1,V2,V3と、共通接続された中点電圧Vcは、入力抵抗121,122,123,124を介して電圧比較回路125,126,127にそれぞれ入力される。電圧比較回路125,126,127は3相端子電圧V1,V2,V3と中点電圧Vcをそれぞれ直接比較し、その比較結果に応動した電圧比較信号C1,C2,C3を出力する。これにより、3相コイル11,12,13の誘起電圧のゼロクロス検出を行う。基本的に電圧比較信号C1,C2,C3は3相コイル11,12,13の誘起電圧のゼロクロスにエッジを持つパルス信号となるが、3相端子電圧V1,V2,V3と中点電圧Vcの直接比較を行っているため、比較結果にはゼロクロス情報の他にPWM動作による高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズが重畳されている。このように形成された電圧比較信号C1,C2,C3は、検出パルス作成器32に入力される。
なお、実施の形態1のディスク装置においては、3相コイル11,12,13の一端を共通接続した中点電圧Vcを用いて電圧比較を行っているが、3相コイルの11,12,13の端子電圧V1,V2,V3から擬似的に中点電圧Vcを作成し電圧比較を行うよう構成してもよい。
【0021】
以下、位置検出器30におけるノイズ除去パルス作成器33の具体的な構成を説明する。図5はノイズ除去パルス作成器33の具体的な構成を示すブロック回路図である。図6はノイズ除去パルス作成器33における各信号波形の関係を示す波形図である。
ノイズ除去パルス作成器33は、第1の遅延パルス作成器130と第2の遅延パルス作成器131とセレクタ回路132と複数の論理ゲート133〜139を含んで構成される。スイッチング制御器52の基本PWM信号Wbが第1の遅延パルス作成器130および第2の遅延パルス作成器131に入力され、Tx、Ty時間遅延された第1の遅延パルス信号Wxおよび第2の遅延パルス信号Wyをそれぞれ出力する。基本PWM信号Wbと第1の遅延パルス信号Wxは論理ゲート133に入力され排他的論理和反転合成される。そして、この論理ゲート133において排他的論理和反転合成された信号は、論理ゲート135において基本PWM信号Wbの論理ゲート134からの反転出力信号と論理和合成される。論理ゲート135の出力信号がPWMオン側ノイズ除去信号Wmonとなる。
【0022】
また、基本PWM信号Wbと第2の遅延パルス信号Wyは論理ゲート136に入力され排他的論理和反転合成される。論理ゲート136において排他的論理和反転合成された信号は、論理ゲート137において基本PWM信号Wbと論理和合成される。論理ゲート137の出力信号がPWMオフ側ノイズ除去信号Wmoffとなる。論理ゲート138は基本PWM信号WbとPWMオン側ノイズ除去信号Wmonの論理積合成を行い、第1のノイズ除去信号Wm1を出力する。論理ゲート139はPWMオン側ノイズ除去信号WmonとPWMオフ側ノイズ除去信号Wmoffの論理積合成を行い、第2のノイズ除去信号Wm2を出力する。
以下の説明において、第1のノイズ除去信号Wm1を用いて位置検出を行うことを第1の位置検出と言い、第2のノイズ除去信号Wm2を用いて位置検出を行うことを第2の位置検出と言う。
ノイズ除去パルス作成器33のセレクタ回路132は、第1のノイズ除去信号Wm1と第2のノイズ除去信号Wm2を位置検出切換器34の位置検出切換信号DSによりいずれか一方を選択し、ノイズ除去信号Wmを出力する。ノイズ除去信号Wmは検出パルス作成器32に入力される。
【0023】
論理ゲート135から出力されたPWMオン側ノイズ除去信号WmonはPWMオン時に発生するノイズを除去する信号であり、一方、PWMオフ側ノイズ除去信号WmoffはPWMオフ時に発生するノイズを除去する信号である。遅延時間TxおよびTyはそれぞれPWMオン時およびPWMオフ時に発生するスイッチングノイズの除去を行う時間(ノイズ除去時間)である。実施の形態1のディスク装置においては、PWMオン側ノイズ除去信号WmonとPWMオフ側ノイズ除去信号Wmoffのノイズ除去時間Tx,Tyは独立に時間設定可能である。しかし、本発明における時間設定方法はこのような設定方法に限定されるものではない。但し、主PWM信号Wpと補助PWM信号Wsのデッドタイム時間Taに対して、それぞれのノイズ除去時間Tx,Tyは長くなければならない(Tx>Ta,Ty>Ta)。
【0024】
論理ゲート138から出力された第1のノイズ除去信号Wm1はPWMオン側ノイズ除去信号Wmonと基本PWM信号Wbの論理積合成信号である。第1のノイズ除去信号Wm1の“H”レベル区間がロータ10の位置検出可能区間(“L”レベル区間はノイズ除去区間)となる。すなわち、第1のノイズ除去信号Wm1を用いて位置検出を行う第1の位置検出は、PWMオフ側での検出は行わず、PWMオン区間からPWMオン側ノイズ除去区間Txを除いた区間で位置検出を行う(PWMオン側のみ検出)。
一方、論理ゲート139から出力された第2のノイズ除去信号Wm2はPWMオン側ノイズ除去信号WmonとPWMオフ側ノイズ除去信号Wmoffの論理積合成信号である。第2のノイズ除去信号Wm2の“H”レベル区間がロータ10の位置検出可能区間(“L”レベル区間はノイズ除去区間)となる。すなわち、第2のノイズ除去信号Wm2を用いて位置検出を行う第2の位置検出は、PWMオン側ノイズ除去区間TxおよびPWMオフ側ノイズ除去区間Tyを除く全ての区間で位置検出を行う(PWMオン・オフ両側検出)。
【0025】
以下、位置検出器30における検出パルス作成器32の具体的な構成を説明する。図7は位置検出器30の検出パルス作成器32の具体的な構成を示すブロック図である。図7に示すように、検出パルス作成器32は反転回路140とノイズ除去回路141と検出回路142と合成回路143を含んで構成される。反転回路140には位置検出器30の電圧比較器31の電圧比較信号C1,C2,C3が入力され、それぞれが反転した反転電圧比較信号C1R,C2R,C3Rを出力する。ノイズ除去回路141は、電圧比較信号1,C2,C3および反転電圧比較信号C1R,C2R,C3Rに重畳されている高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズを、位置検出器30のノイズ除去パルス作成器33からのノイズ除去信号Wmによりノイズ除去を行う。ノイズ除去後、ノイズ除去回路141は、ノイズ除去後電圧比較信号C1A,C2A,C3Aおよびノイズ除去後反転電圧比較信号C1RA,C2RA,C3RAを出力する。検出回路142は、通電制御器60の検出ウィンドウ信号WIN1〜6により検出相を選択し、3相コイル11,12,13の誘起電圧の立ち上がりおよび立ち下がりゼロクロス検出を行い、ゼロクロス検出信号Dt1〜6を出力する。合成回路143は入力されたゼロクロス検出信号Dt1〜6を合成し、検出パルス信号FGを出力する。すなわち、検出パルス信号FGは、各相の誘起電圧の立ち上がりおよび立ち下がりゼロクロスにエッジを有する(電気角で60度間隔)パルス信号となる。
【0026】
以下、ノイズ除去および検出動作について図8の波形図を用いて詳しく説明を行う。図8の波形図はコイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロス検出を例にしている。
コイル11の端子電圧V1と中点電圧Vcを電圧比較器31の電圧比較回路125において直接比較した結果が電圧比較信号C1である。電圧比較信号C1には誘起電圧のゼロクロス情報の他に高周波スイッチング動作に伴うスイッチングノイズが重畳(図8において、例えばAで囲む領域内に示す)している。そこで、検出パルス作成器32のノイズ除去回路141において、ノイズ除去パルス作成器33のノイズ除去信号Wmとの論理合成により電圧比較信号C1に重畳した高周波スイッチングノイズの除去(図8において、例えばBで囲む領域内に示す)を行い、ノイズ除去後電圧比較信号C1Aを出力する。高周波スイッチングノイズが除去されたノイズ除去後電圧比較信号C1Aは、コイル11の誘起電圧のゼロクロス情報を含んだ信号となる。
【0027】
次に、検出パルス作成器32の検出回路142において、ノイズ除去後電圧比較信号C1Aとコイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロス検出用の検出ウィンドウ信号WIN1により、コイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロス検出を行う。図8において、その検出結果をゼロクロス検出信号Dt1で示す。検出回路142は、例えば、Dフリップフロップ回路で構成され、ノイズ除去後電圧比較信号C1AはDフリップフロップのクロック端子に入力され、そのリセット端子にはコイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロス検出用の検出ウィンドウ信号WIN1が入力される。検出ウィンドウ内でノイズ除去後電圧比較信号C1Aの立ち上がりエッジを検出することにより、コイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスが検出される(図8において矢印Cで示す位置)。このように検出回路142は、検出ウィンドウ信号WIN1〜6に対応したゼロクロス検出信号Dt1〜6を出力する。ゼロクロス検出信号Dt1〜6を合成回路143において合成出力した信号が検出パルス信号FGとなる。
【0028】
しかし、実施の形態1のディスク装置においては、以下に説明するように検出結果にノイズ除去信号Wmによる量子化誤差が含まれる。これは、コイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスがノイズ除去信号Wmの”H”レベル区間(ロータ10の位置検出可能区間)にあるか”L”レベル区間(ノイズ除去区間)にあるかで異なる。前者の場合、コイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスがノイズ除去区間内にはないため、上述したようにほぼ正確にゼロクロス検出が行える。しかし、後者の場合、コイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスがノイズ除去区間内にあるため、その区間ではノイズ除去動作を行ってしまう(図9の波形図参照)。この場合、本来のコイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスはノイズ除去信号Wmによりノイズ除去が行われるため、図9における矢印Cで示す実際に生じた位置ではなく、図9における矢印Dで示す位置をコイル11の誘起電圧Vb1の立ち上がりゼロクロスとして検出する。すなわち、立ち上がりゼロクロスがノイズ除去信号Wmのノイズ除去区間内にある場合には、ゼロクロス検出結果にノイズ除去信号Wmによる量子化誤差が含まれるという問題がある。
【0029】
以下、位置検出器30における第1の位置検出および第2の位置検出についての説明する。
第1の位置検出および第2の位置検出は位置検出切換器34の位置検出切換信号DSによって切り換えられる。PWM動作(同期整流動作)を行っている実施の形態1のディスク装置では、3相コイル11,12,13の端子電圧V1,V2,V3と中点電圧Vcの直接比較により、コイルの誘起電圧のゼロクロス検出を行っている。そのため、3相コイル11,12,13の端子電圧V1,V2,V3および中点電圧Vcは高周波スイッチング動作を行っており、PWMオフ側での端子電圧の動作が不安定となってしまう。したがって、ゼロクロス検出をPWMオン側およびPWMオフ側で検出可能とした第2の位置検出を行った場合、PWMオン側ノイズ除去信号WmonとPWMオフ側ノイズ除去信号Wmoffから作成される第2のノイズ除去信号Wm2を用いて位置検出を行う。このため、実質検出可能区間は、PWMオン区間からPWMオン側ノイズ除去区間Txを除いた区間、およびPWMオフ区間からPWMオフ側ノイズ除去区間Tyを除いた区間となる。すなわち、検出可能区間はPWMオン側およびPWMオフ側の両方存在しており、PWM動作(同期整流動作)を行っている実施の形態1のディスク装置では、PWMオフ側(同期整流動作時)でのゼロクロス検出における誤検出の可能性が高くなる。先に述べたように実施の形態1のディスク装置では、量子化誤差を含んだ検出となるが、それ以上にゼロクロス検出の誤検出の方が検出パルス信号FGの変動に関しては支配的である。したがって、検出パルス信号FGを用いて速度制御を行っている実施の形態1のディスク装置では、検出パルス信号FGの変動は速度変動を引き起こす。つまり、実施の形態1のディスク装置を例えばハードディスク装置等で使用する場合は、重要項目である定常回転におけるジッタに悪影響を及ぼしてしまう。ジッタの悪化はリードライト時のエラーを引き起こす可能性が高く、ジッタの悪化は抑えるべきである。
【0030】
一方、PWMオフ側での誤検出をなくすためPWMオフ側でのゼロクロス検出を禁止した第1の位置検出を行った場合、PWMオン側ノイズ除去信号Wmonと基本PWM信号Wbから作成される第1のノイズ除去信号Wm1を用いて位置検出を行う。このため、PWMオフ側では検出動作を行わず、実質検出可能区間は、PWMオン区間からPWMオン側ノイズ除去区間Txを除いた区間のみとなる。したがって、第1の位置検出はPWMオフ側(同期整流動作)でのゼロクロス検出における誤検出がなくなる。しかしながら、PWMオフ側を全てノイズ除去区間としているためノイズ除去区間が第2の位置検出と比較して長くなることによる量子化誤差の増加は避けられない。しかし、PWM動作(同期整流動作)によるPWMオフ側でのゼロクロス検出における誤検出と比較した場合、量子化誤差に対する検出パルス信号FGの変動よりも誤検出による検出パルス信号FGの変動の方が大きい。したがって、ジッタが問題視されるハードディスク装置などの場合、定常回転時に第1の位置検出とすることによりPWMオフ側での誤検出がなくなり、検出パルス信号FGの変動が少なく速度変動も小さくなるため、低ジッタな回転駆動ができる。
実施の形態のディスク装置1では、PWMオフ側でのゼロクロス検出を禁止したPWMオン側のみ検出を第1の位置検出とし、PWMオン側とPWMオフ側の両方でゼロクロス検出を行うPWMオン・オフ両側検出を第2の位置検出とし、両位置検出の切換を位置検出切換器34の位置検出切換信号DSにより行うよう構成されている。
【0031】
上述したように、位置検出切換器34の位置検出切換信号DSによって第1の位置検出に切り換えて位置検出を行うことにより、PWMオフ側での誤検出がなくなり、ジッタの悪化が抑えられる。しかしながら、第1の位置検出でセンサレス駆動を行った場合、速度制御が安定しないという問題が生じる。これは起動時から定常回転に至る過渡的な状態で発生し、検出失敗によりセンサレス状態に引き込めないという問題である。
図10は起動開始から定常回転に至るまでの時間と回転数との関係を示すグラフである。起動開始後は加速区間であり時間と共に回転数は上昇していく(図10においてAで示す領域)、定常回転数付近では速度制御系のサーボ定数等に関係してオーバーシュートが生じ(図10においてBで示す領域)、その後、定常回転数で一定速度回転を行う(図10においてCで示す領域)。実施の形態1のディスク装置では、既に説明を行ったように指令器40の速度指令信号Acによりスイッチング動作器50の基本PWM信号Wbのオンデューティーを変化させ、ディスク1およびロータ10に速度制御を行っている。
【0032】
図11は図10のA〜Cの領域における基本PWM信号Wbのオンデューティーと第1のノイズ除去信号Wm1および第2のノイズ除去信号Wm2の関係を示す波形図である。図11の(a)は起動開始直後の加速期間中(図10のAの領域)の波形であり、PWMのオンデューティーは100%もしくは100%に近い値となる。図11の(b)はオーバーシュート時(図10のBの領域)の波形であり、PWMのオンデューティーは非常に小さくなる。図11の(c)は定常回転時(図10のCの領域)の波形であり、PWMのオンデューティーは実質的に一定の値となる。
【0033】
それぞれの状態において、第1のノイズ除去信号Wm1および第2のノイズ除去信号Wm2を比較した場合、両信号の“H”レベル区間が検出可能区間であり、第2の位置検出を用いた場合、図10のA〜Cの領域のいかなる状況においても、図11の(a)〜(c)よりPWMオン側およびPWMオフ側で検出可能区間が存在している。しかしながら、第1の位置検出を用いた場合、PWMオン側のみ検出となるため、図11の(b)のように検出可能区間が存在しない場合が存在する。つまり、第1の位置検出を用いた場合、オーバーシュート時(図10のBの領域)はゼロクロス検出が行えず(センサレスとして動作が成り立たない状態となり)、センサレス状態に引き込めなくなる。これは、オーバーシュート時のPWMオン区間とPWMオン側ノイズ除去区間Txの関係により決まり、オーバーシュート時のPWMオン区間がPWMオン側ノイズ除去区間Txより小さくなってしまった場合に起こる現象である。このように、第1の位置検出はPWMオフ側での誤検出をなくし、低ジッタな回転駆動を行うには効果がある検出方法である。しかし、この検出方法では速度制御の観点から常時使用できないという欠点がある。
【0034】
したがって、図10に示したように起動時から定常回転時に落ち着くまでは第2の位置検出を用い、定常回転時に第1の位置検出を用いれば、起動時から定常回転に至るまでセンサレス引き込み失敗等による脱調がなく、安定した速度制御が可能であり、定常回転時はPWMオフ側での誤検出がなくなることにより、低ジッタな回転駆動が可能となる。
【0035】
なお、第1の位置検出と第2の位置検出の切換は、位置検出切換器34の位置検出切換信号DSによって行われるが、位置検出切換信号DSは、実施の形態1のディスク装置のように指令器40の速度指令信号Acに応動して変化する信号に限るものではなく、外部から、例えばパソコンやDSP等からのシリアル入力によって与える構成でもよい。位置検出切換タイミングの一例として、実施の形態1のディスク装置を例えばランプロード型ハードディスク装置に用いた場合、起動時は第2の位置検出を用いて安定した速度制御を行い、リードライト動作時(定常回転時)にランプから外れるタイミングを位置検出切換タイミングとすれば、リードライト動作時(定常回転時)は第1の位置検出により低ジッタな回転駆動が可能となる。
【0036】
また、位置検出切換信号DSは起動開始または加減速開始から一定時間経過後に切り替わるような信号としてもよい。この場合、時間設定を負荷の状況や設定回転数さらに速度制御系のサーボ定数等の関係から決定しなければならないが、このように構成することにより、起動開始または加減速開始から設定回転数に至るまでの過渡的な状態を第2の位置検出とすることで安定した速度制御が可能となり、一定時間経過後の設定回転数で定常回転中に第1の位置検出に切り換えることで低ジッタな回転駆動が可能となる。
また、実施の形態1のディスク装置をハードディスク装置だけでなく、DVD−RAM装置等に用いた場合でも、定常回転時以外の過渡的な状態を第2の位置検出とすることで安定な速度制御が可能となり、定常回転時に第1の位置検出に切り換えることで速度変動が少ない低ジッタな回転駆動が可能となる。
【0037】
以上のように、実施の形態1のディスク装置では、位置検出切換器34の位置検出切換信号DSにより第1の位置検出と第2の位置検出を切り換えて位置検出を行っている。定常回転時は第1の位置検出とすることにより、位置検出器30におけるPWM動作(同期整流動作)によるPWMオフ側での端子電圧V1,V2,V3および中点電圧Vcの動作不安定によるゼロクロス検出の誤検出がなくなる。つまり、検出パルス信号FGの変動が少なくなり、速度変動が小さくなるため低ジッタな回転駆動が実現できる。また、起動時から定常回転に至るまでの過渡的な状態は第2の位置検出とすることにより、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御が可能なディスク装置が実現できる。
【0038】
なお、実施の形態1の具体的な構成については各種の変形が可能である。例えば、コイルの相数は3相に限定されず複数相でもよく、ロータの磁極数も2極に限定されず多極にしてもよい。また、各相コイルはスター結線に限定されずデルタ結線としてもよい。また、モータの通電角は120度でも150度のような広角通電でもよい。また、高周波スイッチング動作を上側パワートランジスタのみで行わなくてもよく、下側パワートランジスタのみで行ってもよいし、上下パワートランジスタの両方で行わせてもよい。また、検出切換信号DSの切換タイミングも上記に限るものではなく、第1の位置検出と第2の位置検出の使用状況も上記に限るものではない。
その他、本発明の趣旨を変えずして種々の変更が可能であり、そのような構成は本発明に含まれることはいうまでもない。
【0039】
【発明の効果】
以上、実施の形態について詳細に説明したところから明らかなように、本発明は次の効果を有する。
本発明は、PWMオフ側での誤検出をなくし、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御を行うことができるモータとそれを用いたディスク装置とを提供することができる。
本発明のディスク装置によれば、第1の位置検出を用いることにより誤検出による検出パルス信号FGの変動を小さくすることができる。そのため、検出パルス信号FGを用いて速度制御を行っている場合、速度変動を小さくでき、低ジッタな回転駆動を実現することができる。また、本発明によれば第1の位置検出と第2の位置検出を位置検出切換信号DSにより切り換えて位置検出を行うことにより、起動時から定常回転に至るまで安定した速度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における全体構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1におけるスイッチング動作器50の基本構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態1における図2のスイッチング動作器50の各部の動作タイミングを示す波形図である。
【図4】本発明の実施の形態1における位置検出器30の電圧比較器31の基本構成を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態1における位置検出器30のノイズ除去パルス作成器33の基本構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の実施の形態1における図5のノイズ除去パルス作成器33の各部の動作タイミングを示す波形図である。
【図7】本発明の実施の形態1における位置検出器30の検出パルス作成器32の基本構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の実施の形態1における位置検出器30の検出パルス作成器32の各部の動作タイミングを示す波形図である。
【図9】本発明の実施の形態1における位置検出器30の検出パルス作成器32の各部の別の動作タイミングを示す波形図である。
【図10】本発明の実施の形態1における起動時から定常回転に至るまでの時間と回転数との関係を示す図である。
【図11】本発明の実施の形態1における図10のA〜C領域の状態での基本PWM信号Wbと第1のノイズ除去信号Wm1と第2のノイズ除去信号Wm2の関係を示す波形図である。
【図12】従来のモータにおける全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 ディスク
2 ヘッド
3 情報処理器
5 直流電源
10 ロータ
11,12,13 コイル
20 電力供給器
21,22,23 上側パワートランジスタ
25,26,27 下側パワートランジスタ
30 位置検出器
31 電圧比較器
32 検出パルス作成器
33 ノイズ除去パルス作成器
34 位置検出切換器
40 指令器
50 スイッチング動作器
51 電流検出器
52 スイッチング制御器
60 通電制御器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor that is driven and controlled by a PWM (pulse width modulation) sensorless drive, and a disk device using the motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a conventional motor. The operation of the conventional motor will be briefly described with reference to FIG. The
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional motor configured as described above has the following problems. In the conventional motor shown in FIG. 12, while performing the PWM operation, the
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a motor capable of eliminating erroneous detection on the PWM off side and performing stable speed control from startup to steady rotation, and a disk device using the same. The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a motor according to the present invention includes a rotor having a permanent magnet,
A multi-phase coil arranged on the stator,
DC power supply means serving as a power supply source,
First switching means for supplying power from one terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil, and power supply from the other terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil. Power supply means including second switching means for performing
Command means for outputting a speed command signal;
Switching operation means for outputting a switching pulse signal for causing at least one of the first switching means and the second switching means of the power supply means to perform a high-frequency switching operation in response to the speed command signal;
Position detection switching means for outputting a position detection switching signal in response to a speed command signal of the command means, and detecting a rotation position of the rotor from terminal voltages of the coils of the plurality of phases to output a detection signal Means,
Energization control means for controlling energization of the power supply means in response to a detection signal of the position detection means,
The position detection means performs first position detection for detecting the position of the rotor in an ON period of the switching pulse signal, and second position detection for detecting the position of the rotor in both ON and OFF periods of the switching pulse signal. 2 is switched and executed by the position detection switching signal.
With this configuration, by using the first position detection, erroneous detection on the PWM off side of the position detection unit can be eliminated, and the fluctuation of the output signal can be reduced. Further, by performing the position detection by switching the first position detection and the second position detection by the position detection switching signal, stable speed control can be performed from the start to the steady rotation.
[0006]
A disk device according to the present invention reproduces a signal from a disk, or a head unit that performs signal recording on a disk,
An information processing means for processing the output signal of the head means to output a reproduction information signal, or for processing the recording information signal to output to the head means;
A rotor having a permanent magnet that directly drives the disk to rotate,
A multi-phase coil arranged on the stator,
DC power supply means serving as a power supply source,
First switching means for supplying power from one terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil, and power supply from the other terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil. Power supply means including second switching means for performing
Command means for outputting a speed command signal;
Switching operation means for outputting a switching pulse signal for causing at least one of the first switching means and the second switching means of the power supply means to perform a high-frequency switching operation in response to the speed command signal;
Position detection switching means for outputting a position detection switching signal in response to a speed command signal of the command means, and detecting a rotation position of the rotor from terminal voltages of the coils of the plurality of phases to output a detection signal Means,
Energization control means for controlling energization of the power supply means in response to a detection signal of the position detection means,
A first position detection unit that performs position detection of the rotor during an ON period of the switching pulse signal; and a second position detection unit that performs position detection of the rotor during both an ON period and an OFF period of the switching pulse signal. 2 is switched and executed by the position detection switching signal.
With this configuration, by using the first position detection, erroneous detection on the PWM off side of the position detection unit can be eliminated, and the fluctuation of the output signal can be reduced. Further, by performing the position detection by switching the first position detection and the second position detection by the position detection switching signal, stable speed control can be performed from the start to the steady rotation.
These and other configurations and operations will be described in detail in the embodiments.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described as a first embodiment with reference to the attached FIGS. 1 to 11.
[0008]
<<
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the disk device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a permanent magnet is attached to a rotor 10 as a field part, and a magnetic flux generated by the permanent magnet generates a field magnetic flux of a plurality of poles. The three-
Digital information is recorded on the
[0009]
A DC power supply 5 serving as a DC power supply means of a power supply source has a negative terminal side at a ground potential and supplies a required DC voltage (Vm) to a positive terminal side. To the positive terminal (Vm side) of the DC power supply 5, the current inflow terminals of three
On the other hand, to the negative terminal side (earth side) of the DC power supply 5, the current outflow terminals of the three
Further,
[0010]
In the first embodiment, N-channel field-effect power transistors are used as the
The
[0011]
In the
The upper energization control signals N1, N2, and N3 input to the
Further, in the
[0012]
The
The details of the detection operation (the first position detection operation and the second position detection operation) will be described later.
[0013]
The
The switching
[0014]
The basic PWM signal Wb is input to the noise
[0015]
FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship among the reference trigger signal Ps, the PWM reset signal Pr, the basic PWM signal Wb, and the like. The state of the basic PWM signal Wb changes to “H” level at the rising edge of the reference trigger signal Ps having a constant frequency, and changes to “L” level at the rising edge of the PWM reset signal Pr. Thus, the basic PWM signal Wb is a PWM signal responsive to the result of the comparison between the current detection signal Ad and the speed command signal Ac. That is, the basic PWM signal Wb is a PWM signal that changes the duty in response to the speed command signal Ac of the
[0016]
In the disk device according to the first embodiment, the configuration has been described in which the PWM signal is generated so that the PWM frequency is constant. However, the PWM frequency does not necessarily need to be constant. For example, a PWM signal in which the PWM off period is constant may be used. It is good also as composition which creates. The basic PWM signal Wb of the PWM
FIG. 3 shows the relationship between the main PWM signal Wp and the auxiliary PWM signal Ws output from the
[0017]
The
[0018]
When the
[0019]
As described above, the
[0020]
Next, the position detection operation of the
In the disk device of the first embodiment, the voltage comparison is performed using the midpoint voltage Vc in which one ends of the three-
[0021]
Hereinafter, a specific configuration of the noise
The noise
[0022]
Further, the basic PWM signal Wb and the second delay pulse signal Wy are input to the
In the following description, performing position detection using the first noise removal signal Wm1 is referred to as first position detection, and performing position detection using the second noise removal signal Wm2 is referred to as second position detection. Say.
The
[0023]
The PWM on-side noise elimination signal Wmon output from the
[0024]
The first noise elimination signal Wm1 output from the
On the other hand, the second noise elimination signal Wm2 output from the
[0025]
Hereinafter, a specific configuration of the
[0026]
Hereinafter, the noise removal and detection operations will be described in detail with reference to the waveform diagram of FIG. The waveform diagram of FIG. 8 exemplifies detection of a rising zero cross of the induced voltage Vb1 of the coil 11.
The voltage comparison signal C1 is the result of directly comparing the terminal voltage V1 of the coil 11 and the midpoint voltage Vc in the
[0027]
Next, in the
[0028]
However, in the disk device of the first embodiment, the detection result includes a quantization error due to the noise removal signal Wm, as described below. This differs depending on whether the zero crossing of the induced voltage Vb1 of the coil 11 is in the “H” level section (the section where the position of the rotor 10 can be detected) or the “L” level section (the noise removal section) of the noise removal signal Wm. . In the former case, since the zero crossing of the induced voltage Vb1 of the coil 11 is not within the noise removal section, the zero crossing can be detected almost accurately as described above. However, in the latter case, since the rising zero cross of the induced voltage Vb1 of the coil 11 is within the noise removal section, the noise removal operation is performed in that section (see the waveform diagram of FIG. 9). In this case, since the original zero-crossing of the induced voltage Vb1 of the coil 11 is noise-removed by the noise-removal signal Wm, it is not the position actually generated by the arrow C in FIG. 9 but the position shown by the arrow D in FIG. Is detected as a rising zero cross of the induced voltage Vb1 of the coil 11. That is, when the rising zero cross is within the noise elimination section of the noise elimination signal Wm, there is a problem that the zero cross detection result includes a quantization error due to the noise elimination signal Wm.
[0029]
Hereinafter, the first position detection and the second position detection in the
The first position detection and the second position detection are switched by the position detection switching signal DS of the position detection switch 34. In the disk device of the first embodiment that performs the PWM operation (synchronous rectification operation), the terminal voltages V1, V2, and V3 of the three-
[0030]
On the other hand, when performing the first position detection in which the zero-cross detection on the PWM off side is prohibited in order to eliminate the erroneous detection on the PWM off side, the first position generated from the PWM on side noise removal signal Wmon and the basic PWM signal Wb is generated. Position detection is performed using the noise removal signal Wm1. Therefore, the detection operation is not performed on the PWM off side, and the substantially detectable section is only the section obtained by excluding the PWM on side noise removal section Tx from the PWM on section. Therefore, in the first position detection, erroneous detection in zero cross detection on the PWM off side (synchronous rectification operation) is eliminated. However, since the PWM off side is entirely used as the noise removal section, an increase in the quantization error due to the noise removal section being longer than the second position detection cannot be avoided. However, when compared with the erroneous detection in the zero-cross detection on the PWM off side by the PWM operation (synchronous rectification operation), the fluctuation of the detection pulse signal FG due to the erroneous detection is larger than the fluctuation of the detection pulse signal FG due to the quantization error. . Therefore, in the case of a hard disk device or the like in which jitter is regarded as a problem, erroneous detection on the PWM off side is eliminated by performing the first position detection during steady rotation, and the fluctuation of the detection pulse signal FG is small and the speed fluctuation is also small. , And low-jitter rotational drive.
In the
[0031]
As described above, by performing the position detection by switching to the first position detection by the position detection switching signal DS of the position detection switch 34, erroneous detection on the PWM off side is eliminated, and deterioration of jitter is suppressed. However, when sensorless driving is performed in the first position detection, there is a problem that speed control is not stable. This is a problem that occurs in a transitional state from start-up to a steady rotation, and cannot be pulled into a sensorless state due to detection failure.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the time from the start of startup to the steady rotation and the number of rotations. After the start of the start, it is an acceleration section and the number of rotations increases with time (the area indicated by A in FIG. 10). Near the steady number of rotations, overshoot occurs due to the servo constant of the speed control system and the like (FIG. 10). Then, constant-speed rotation is performed at a steady rotation speed (region indicated by C in FIG. 10). In the disk device of the first embodiment, as described above, the on-duty of the basic PWM signal Wb of the switching
[0032]
FIG. 11 is a waveform diagram showing the relationship between the on-duty of the basic PWM signal Wb and the first noise elimination signal Wm1 and the second noise elimination signal Wm2 in the regions A to C in FIG. FIG. 11A shows a waveform during the acceleration period immediately after the start of the start (region A in FIG. 10), and the on-duty of the PWM is 100% or a value close to 100%. FIG. 11B shows a waveform at the time of overshoot (region B in FIG. 10), and the on-duty of PWM becomes very small. FIG. 11C shows a waveform at the time of steady rotation (region C in FIG. 10), and the PWM on-duty has a substantially constant value.
[0033]
In each state, when the first noise elimination signal Wm1 and the second noise elimination signal Wm2 are compared, the “H” level section of both signals is a detectable section, and when the second position detection is used, In any situation of the areas A to C in FIG. 10, detectable sections exist on the PWM on side and the PWM off side from FIGS. 11A to 11C. However, when the first position detection is used, only the PWM-on side is detected, so that there is a case where there is no detectable section as shown in FIG. 11B. That is, when the first position detection is used, zero-cross detection cannot be performed during the overshoot (the area B in FIG. 10) (the operation becomes sensorless), and the sensor cannot be drawn into the sensorless state. This is determined by the relationship between the PWM ON section during overshoot and the PWM ON side noise removal section Tx, and is a phenomenon that occurs when the PWM ON section during overshoot becomes smaller than the PWM ON side noise removal section Tx. . As described above, the first position detection is a detection method which is effective for eliminating the erroneous detection on the PWM off side and performing the low-rotation rotational drive. However, this detection method has a disadvantage that it cannot be used at all times from the viewpoint of speed control.
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 10, the second position detection is used from the start to the time of steady rotation during the steady rotation, and if the first position detection is used during the steady rotation, the sensorless pull-in failure from the start to the steady rotation is failed. As a result, there is no step-out due to the above, stable speed control is possible, and erroneous detection on the PWM off side during normal rotation is eliminated, thereby enabling low jitter rotation drive.
[0035]
The switching between the first position detection and the second position detection is performed by the position detection switching signal DS of the position detection switch 34, and the position detection switching signal DS is set as in the disk device of the first embodiment. The signal is not limited to a signal that changes in response to the speed command signal Ac of the
[0036]
Further, the position detection switching signal DS may be a signal that switches after a lapse of a predetermined time from the start of start or the start of acceleration / deceleration. In this case, the time setting must be determined from the relationship between the load condition, the set rotation speed, the servo constants of the speed control system, and the like. Stable speed control becomes possible by setting the transitional state up to the second position detection to the second position detection, and low jitter can be achieved by switching to the first position detection during steady rotation at a set number of rotations after a certain time has elapsed. Rotational drive becomes possible.
Further, even when the disk device of the first embodiment is used not only in a hard disk device but also in a DVD-RAM device or the like, stable speed control can be performed by setting a transient state other than the time of steady rotation as the second position detection. By switching to the first position detection at the time of steady rotation, rotation drive with little speed fluctuation and low jitter can be performed.
[0037]
As described above, in the disk device of the first embodiment, the position detection is performed by switching between the first position detection and the second position detection based on the position detection switching signal DS of the position detection switch 34. By performing the first position detection at the time of steady rotation, zero crossing due to unstable operation of the terminal voltages V1, V2, V3 and the midpoint voltage Vc on the PWM off side due to the PWM operation (synchronous rectification operation) of the
[0038]
Various modifications can be made to the specific configuration of the first embodiment. For example, the number of phases of the coil is not limited to three, but may be plural, and the number of magnetic poles of the rotor is not limited to two but may be multi. Further, each phase coil is not limited to the star connection but may be a delta connection. The energization angle of the motor may be a wide-angle energization such as 120 degrees or 150 degrees. Further, the high-frequency switching operation may not be performed only by the upper power transistor, may be performed only by the lower power transistor, or may be performed by both the upper and lower power transistors. Further, the switching timing of the detection switching signal DS is not limited to the above, and the usage status of the first position detection and the second position detection is not limited to the above.
In addition, various changes can be made without changing the spirit of the present invention, and it goes without saying that such a configuration is included in the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
As will be apparent from the detailed description of the embodiments, the present invention has the following effects.
The present invention can provide a motor that can eliminate erroneous detection on the PWM off side and can perform stable speed control from startup to steady rotation, and a disk device using the same.
According to the disk device of the present invention, by using the first position detection, the fluctuation of the detection pulse signal FG due to erroneous detection can be reduced. Therefore, when the speed control is performed using the detection pulse signal FG, the speed fluctuation can be reduced and the rotation drive with low jitter can be realized. Further, according to the present invention, by performing the position detection by switching the first position detection and the second position detection by the position detection switching signal DS, it is possible to perform stable speed control from the start to the steady rotation. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration according to
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a
FIG. 3 is a waveform chart showing operation timing of each unit of the switching
FIG. 4 is a circuit diagram showing a basic configuration of a
FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a noise
FIG. 6 is a waveform chart showing operation timing of each unit of the noise
FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of a
FIG. 8 is a waveform chart showing operation timing of each unit of the
FIG. 9 is a waveform chart showing another operation timing of each unit of the
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a time from a start to a steady rotation and a rotation speed according to the first embodiment of the present invention.
11 is a waveform chart showing a relationship between a basic PWM signal Wb, a first noise elimination signal Wm1, and a second noise elimination signal Wm2 in the states A to C of FIG. 10 according to the first embodiment of the present invention. is there.
FIG. 12 is a block diagram showing an overall configuration of a conventional motor.
[Explanation of symbols]
1 disk
2 head
3 Information processor
5 DC power supply
10 rotor
11, 12, 13 coils
20 Power supply
21,22,23 Upper power transistor
25,26,27 Lower power transistor
30 Position detector
31 Voltage comparator
32 Detector pulse generator
33 Noise removal pulse generator
34 Position detection switch
40 commander
50 Switching actuator
51 Current detector
52 Switching controller
60 Current controller
Claims (16)
ステータに配置された複数相のコイルと、
電力供給源となる直流電源手段と、
前記直流電源手段の一方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第1のスイッチング手段と前記直流電源手段の他方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第2のスイッチング手段とを含んで構成される電力供給手段と、
速度指令信号を出力する指令手段と、
前記速度指令信号に応動して前記電力供給手段の前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段の少なくとも一方を高周波スイッチング動作させるスイッチングパルス信号を出力するスイッチング動作手段と、
前記指令手段の速度指令信号に応動した位置検出切換信号を出力する位置検出切換手段を有し、前記複数相のコイルの端子電圧から前記ロータの回転位置を検出して検出信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出信号に応動して前記電力供給手段を通電制御する通電制御手段と、を具備するモータであって、
前記位置検出手段は、前記スイッチングパルス信号のオン区間において前記ロータの位置検出を行う第1の位置検出と、前記スイッチングパルス信号のオン区間およびオフ区間の両区間において前記ロータの位置検出を行う第2の位置検出とを、前記位置検出切換信号により切り換えて実行するよう構成されたことを特徴とするモータ。A rotor having a permanent magnet;
A multi-phase coil arranged on the stator,
DC power supply means serving as a power supply source,
First switching means for supplying power from one terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil, and power supply from the other terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil. Power supply means including second switching means for performing
Command means for outputting a speed command signal;
Switching operation means for outputting a switching pulse signal for causing at least one of the first switching means and the second switching means of the power supply means to perform a high-frequency switching operation in response to the speed command signal;
Position detection switching means for outputting a position detection switching signal in response to a speed command signal of the command means, and detecting a rotation position of the rotor from terminal voltages of the coils of the plurality of phases to output a detection signal Means,
An energization control unit that controls energization of the power supply unit in response to a detection signal of the position detection unit,
The position detection means performs first position detection for detecting the position of the rotor in an ON period of the switching pulse signal, and second position detection for detecting the position of the rotor in both ON and OFF periods of the switching pulse signal. 2. The motor according to claim 2, wherein the position detection is switched by the position detection switching signal and executed.
前記ヘッド手段の出力信号を処理して再生情報信号を出力する、または、記録情報信号を信号処理して前記ヘッド手段に出力する情報処理手段と、
前記ディスクを直接的に回転駆動し、永久磁石を有するロータと、
ステータに配置された複数相のコイルと、
電力供給源となる直流電源手段と、
前記直流電源手段の一方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第1のスイッチング手段と前記直流電源手段の他方の端子側から前記複数相のコイルの一端への電力供給を行う第2のスイッチング手段とを含んで構成される電力供給手段と、
速度指令信号を出力する指令手段と、
前記速度指令信号に応動して前記電力供給手段の前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段の少なくとも一方を高周波スイッチング動作させるスイッチングパルス信号を出力するスイッチング動作手段と、
前記指令手段の速度指令信号に応動した位置検出切換信号を出力する位置検出切換手段を有し、前記複数相のコイルの端子電圧から前記ロータの回転位置を検出して検出信号を出力する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出信号に応動して前記電力供給手段を通電制御する通電制御手段と、を具備するディスク装置であって、
前記位置検出手段は、前記スイッチングパルス信号のオン区間において前記ロータの位置検出を行う第1の位置検出と、前記スイッチングパルス信号のオン区間およびオフ区間の両区間において前記ロータの位置検出を行う第2の位置検出とを、前記位置検出切換信号により切り換えて実行するよう構成されたことを特徴とするディスク装置。Head means for reproducing a signal from a disk or for recording a signal on a disk;
An information processing means for processing the output signal of the head means to output a reproduction information signal, or for processing the recording information signal to output to the head means;
A rotor having a permanent magnet that directly drives the disk to rotate,
A multi-phase coil arranged on the stator,
DC power supply means serving as a power supply source,
First switching means for supplying power from one terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil, and power supply from the other terminal side of the DC power supply means to one end of the multi-phase coil. Power supply means including second switching means for performing
Command means for outputting a speed command signal;
Switching operation means for outputting a switching pulse signal for causing at least one of the first switching means and the second switching means of the power supply means to perform a high-frequency switching operation in response to the speed command signal;
Position detection switching means for outputting a position detection switching signal in response to a speed command signal of the command means, and detecting a rotation position of the rotor from terminal voltages of the coils of the plurality of phases to output a detection signal Means,
A power supply control means for controlling power supply of the power supply means in response to a detection signal of the position detection means,
The position detection means performs first position detection for detecting the position of the rotor in an ON period of the switching pulse signal, and second position detection for detecting the position of the rotor in both ON and OFF periods of the switching pulse signal. 2. The disk device according to claim 1, wherein the position detection is switched by the position detection switching signal and executed.
前記第1の位置検出は前記スイッチングパルス信号のオフからオンへの変化時点を含む第1の所定時間と前記スイッチングパルスのオフ区間において前記電圧比較手段の比較信号を無効にして位置検出を行い、前記第2の位置検出は前記スイッチングパルス信号のオフからオンへの変化時点を含む第1の所定時間とオンからオフへの変化時点を含む第2の所定時間において前記電圧比較手段の比較信号を無効にして位置検出を行うよう構成されたことを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか一項に記載のディスク装置。The position detection means includes: a voltage comparison means for substantially comparing a terminal voltage of the multi-phase coil with a common voltage of the multi-phase coil to output a comparison signal; and a noise removal responsive to the switching pulse signal. A noise removal signal generating unit that outputs a signal, and a detection signal generating unit that outputs a detection signal by performing a logic gate process on the comparison signal of the voltage comparison unit with the noise removal signal,
The first position detection performs a position detection by invalidating a comparison signal of the voltage comparison means in a first predetermined time including a time point when the switching pulse signal changes from off to on and an off section of the switching pulse, The second position detection is performed by comparing the comparison signal of the voltage comparison means during a first predetermined time including a time when the switching pulse signal changes from off to on and a second predetermined time including a time when the switching pulse signal changes from on to off. The disk device according to any one of claims 8 to 10, wherein the disk device is configured to perform position detection with invalidation.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7274161B2 (en) | 2004-05-18 | 2007-09-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Motor driving apparatus |
JP2010116159A (en) * | 2010-02-19 | 2010-05-27 | Nsk Ltd | Electric power steering control device |
JP2012011632A (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Brother Industries Ltd | Image forming apparatus and brushless motor control program |
KR20200057662A (en) | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 엠에프씨 주식회사 | The derivative compounds of Azilsartan, intermediates thereof, preparation thereof and pharmaceutical composition comprising the same |
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-
2002
- 2002-07-12 JP JP2002204294A patent/JP2004048928A/en active Pending
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