JP2005506830A - センサレス直流モータの転流 - Google Patents

Abstract

本発明は直流モータのセンサレス転流に関する。モータ装置を転流するために、正確で、容易で、フレキシブルで且つ高集積化可能な回路配置を可能にするために、アナログ位相検出器は、前記モータのコイルの誘導電圧をオーバーサンプリングするデジタル装置であって、特にシグマデルタ変調器により置き換えられる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータ（ｄｃモータ）のセンサレス転流のための回路配置であって、特に、前記モータを駆動するために供給電圧を用いて前記モータのロータまたはステータの少なくとも２つのコイルを提供する増幅器と、前記モータの前記コイルの誘起電圧をそれぞれ出力するための逆起電力（ＢＥＭＦ）増幅器、前記誘起電圧の１つを交互に出力するためのマルチプレクサと、前記少なくとも２つのコイルのどれが前記増幅器による前記供給電圧を与えられるかおよび前記誘起電圧のどれが前記マルチプレクサにより選択されるかを現時点の状態によって決定するために前記増幅器および前記マルチプレクサに接続されるステートマシンと、を有するブラシレスｄｃモータに関する。
【０００２】
本発明は、さらに、センサレス直流モータ（ｄｃモータ）を転流するためのプロセスに関し、特に、供給電圧それぞれを前記モータのロータまたはスタータの少なくとも２つのコイルに供給する段階、前記モータの少なくとも２つのコイルの誘起電圧をそれぞれタップする段階、並びに前記電圧の少なくとも１つを選択する段階から構成されるブラシレスｄｃモータに関する。
【０００３】
さらに、本発明は、上記の回路配置または上記のプロセスの使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
センサレス直流モータを転流することは、実際には周知である。特に、特許文献、独国特許発明第ＤＥ３７１０５０９Ｃ１号明細書において、直流モータを転流するためのプロセスが開示されている。この特許文献の開示内容によると、永久磁化ロータおよびそれに配置された少なくとも２つのコイルをもつスタータが備えられる。前記コイルは、モータが駆動される供給電圧をスタータに供給する電源に接続されることが可能である。前記永久磁化ロータは前記スタータの前記コイルに電圧を誘起する一方、前記コイルは前記電源に接続されない。ロータがどの状態にあるかを決定するために、前記誘起電圧が使用される。前記誘起電圧を基準電圧と比較することにより、ロータがどの状態にあるかを決定することが可能である。前記ロータの決定された状態に依存して、異なる供給電圧が前記コイルに加えられる。
【０００５】
ロータがどの状態にあるかを決定するために、フェーズロックドループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を使用することが知られている。フェーズロックドループは、位相検出器、ループフィルタおよび電圧制御発振器（ＶＣＯ）を有する。アナログ方式でこれらの構成要素を実行することが知られている。アナログ方式の構成要素の欠点は、それらを構成することが困難であり、そのような回路配置のサイズが大きく、転流が正確でなく、そして、それら構成要素がフレキシブルでないことである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、構成要素の高集積度と共に正確な転流を提供することである。
【０００７】
回路配置の高集積度を可能にするために、前記マルチプレクサの前記出力をデジタル化し、前記出力をデジタル的に処理し、および前記ステートマシンが前記モータの状態を正確に決定することを可能にする制御信号を前記ステートマシンに供給するために、デジタル化回路を本発明に従って提供する。前記デジタル化回路は、前記マルチプレクサの前記出力をデジタル化する。この出力は、ロータの状態を正確に決定するために使用されることが可能である誘導電圧である。ステートマシンの状態によって、マルチプレクサは、更なる処理のために使用する誘導電圧を選択する。
【０００８】
コイルをロータまたはスタータ内に配置することが可能である。コイルを星型状、三角形状またはジグザグ状にする回路配置が可能である。前記コイルを星型状にする場合のセンタータップは各々のコイルにおける誘導電圧を測定するために有用である。少なくとも１つの前記コイルは前記電源により駆動されず、それ故、誘導電圧は前記コイルのターミナルに現れない。この電圧は前記永久磁石によりもたらされる回転磁界により誘導される。その誘導電圧は、スタータに関してロータの位置を決定するために用いられることが可能である。
【０００９】
前記マルチプレクサの前記出力をデジタル化することにより、前記誘導電圧をデジタル的に処理することが可能になる。前記誘導電圧をデジタル的に処理することにより、転流を容易に調整することができる。また、そのような回路配置のために使用される構成要素は高集積化することができる。
【００１０】
それに加えて、そのような回路配置の設計がより容易になる。前記出力をデジタル的に処理した後、前記ステートマシンが制御される制御信号が与えられる。前記制御信号により、前記ステートマシンはその状態間においてスイッチングし、それ故、前記誘導電圧を測定するためにどのターミナルが選択されるべきかについての情報を前記マルチプレクサに与える。
【００１１】
また、増幅器は、どのコイルが前記供給電圧を供給される必要があるかについての情報を与えられる。前記増幅器は、どの順番で前記コイルに供給電圧が加えられる必要があるかについての情報を前記ステートマシンから受け取る。
【００１２】
請求項２に従った回路配置を使用することにより、簡単な回路構造を使用することができる。オーバーサンプリングは、装置仕様に従って、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を調整することを可能にする。前記ビットストリームは、前記マルチプレクサの前記出力であって、それ故、少なくとも１つの前記コイルの前記誘導電圧をデジタル的に表す。
【００１３】
殆どの場合、大きいオーバーサンプリングレートにおいてシグマデルタ変調器が作動するとき、シグマデルタ変調器の出力のビットレートは非常に大きい。デシメーションフィルタは、前記シグマデルタ変調器の前記出力をより小さいレートの信号に変換することが可能である。また、そのような回路配置の伝達関数は調整されることが可能である。
【００１４】
制御信号を前記ステートマシンに与えるために、請求項４に従った回路配置を提供する。前記電圧制御発振器（ＶＣＯ）は所定周波数において振動を出力する。この周波数はロータの状態に依存する。ステートマシンは、前記電圧制御発振器の出力により正確に駆動されるその状態間でスイッチングする。
【００１５】
また、請求項５に従ったデジタル電圧制御発振器を提供する。前記デシメーションフィルタの出力は、前記シグマデルタ変調器のデジタル出力を表すｎビットのワイドデジタルワードであって、低出力周波数におけるビットストリームとすることが可能である。この場合、電圧制御発振器は、その入力に依存する振動を出力する。デジタル電圧制御発振器を提供することにより、前記回路配置の集積度はより高くすることが可能である。また、デジタル構成要素のみを使用するとき、前記回路配置の設計はより容易である。
【００１６】
転流がどれ位正確に機能しているかに関する仕様に従って、量子化ノイズを減少させる必要がある。これを可能にするために、請求項６に従った回路配置を提供する。
【００１７】
前記誘導電圧の前記タッピングを正確に選択し且つ前記供給電圧を前記少なくとも２つのコイルに正確に供給することに対して制御信号を供給するために、オーバーサンプリングにより前記誘導電圧をデジタル化し且つ前記デジタル化された電圧をデジタル的に処理するプロセスは、本発明の他の特徴である。
【００１８】
請求項８に従ったプロセスはまた、好適である。それ故、センサレスｄｃモータの出力は殆どがデジタル的に処理され、これにより、転流の正確度は高くなり、フレキシブルに保たれる。
【００１９】
本発明の他の特徴は、大量記憶装置、ハードディスク装置および光記憶装置において、上記の回路配置または上記のプロセスを使用することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１において、ブラシレス直流モータ（ＢＬＤＣ）２、逆起電力（ＢＥＭＦ）増幅器４、マルチプレクサ６、ループフィルタ８、電圧制御発振器１０、ステートマシン１２および増幅器１４を示している。
【００２１】
前記ＢＬＤＣモータ２は、ターミナル電圧Ｕａ、Ｕｂ、ＵｃおよびＵｙを前記ＢＥＭＦ増幅器４に与える。これらのターミナル電圧Ｕａ、Ｕｂ、ＵｃおよびＵｙは、前記モータの３つのコイルタップまたはセンタータップそれぞれの１つにおいて測定されることができる。Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃは前記モータのコイルタップの電位を表し、Ｕｙは前記モータ２の前記センタータップの電位を表す。
【００２２】
前記ステートマシン１２の状態に従って、前記ターミナル電圧Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃとセンター電位Ｕｙとの間の差が計算される。それらの差は対応するコイルにおける誘導電圧を表す。電圧は、前記モータ２のロータの回転により前記コイルに誘導される。コールが供給電圧を供給されないとき、誘導電圧は計算され、ロー他の位置を計算するために使用されることが可能である。
【００２３】
前記ＢＥＭＦ増幅器４は前記誘導電圧を増幅する。前記増幅された誘導電圧は前記マルチプレクサ６に与えられる。前記マルチプレクサ６は、前記ステートマシン１２により与えられる制御信号に従って前記誘導電圧の１つを選択する。前記マルチプレクサ６の出力は前記誘導電圧の１つである。
【００２４】
前記ループフィルタ８は前記電圧をフィルタリングし、前記電圧制御発振器１０に前記電圧のフィルタリング表示を与える。前記電圧制御発振器１０の出力は、前記電圧制御発振器１０に出力される電圧に依存する振動である。前記ステートマシンに振動を与えることにより、前記ステートマシン１２は、前記電圧制御発振器１０の出力周波数に従って、その状態を変化させる。
【００２５】
前記ステートマシン１２の各々の状態は、どの誘導電圧が前記マルチプレクサ６により選択される必要があるかについての情報を含む。前記ステートマシン１２の状態によってターミナル電圧Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃとセンター電位Ｕｙとの間の差が計算され、それらの差は誘導電圧を表す。また、前記ステートマシン１２の各々の状態は、前記モータ２の前記コイルのどれが供給電圧を用いて駆動される必要があるかについての情報を前記増幅器１４に提供する。前記ステートマシンが制御された方法でスイッチングするとき、前記マルチプレクサ６は常に正確な誘導電圧を選択する。また、前記ステートマシン１２は、前記増幅身１４が常に対応する供給電圧を正確なコイルに供給することを確実にする。そのような回路配置の欠点は、設計が難しく、アナログの装置を用いる場合に高集積化が可能ではないことである。
【００２６】
図２に図示するような回路配置はこれらの問題点を克服する。図２に示す要素は図１に示す要素に対応している。図１と異なり、図２においては、前記ループフィルタ８はシグマデルタ変調器１６とデシメーションフィルタ２０により置き換えられている。
【００２７】
前記シグマデルタ変調器１６はオーバーサンプリングクロック１８により提供される。前記デシメーションフィルタ２０はデシメーションクロック２２により提供される。前記伝ナッツ制御発振器１０と前記ステートマシン１２はメインクロックソース２４により提供される。
【００２８】
前記マルチプレクサ１６の出力は図１に示したものと同様である。シグマデルタ変調器１６は、前記オーバーサンプリングクロック１８により提供されるオーバーサンプリング比に従って入力をオーバーサンプリングする。前記シグマデルタ変調器１６は前記マルチプレクサ６の出力をデジタル的に表すビットストリームである。
【００２９】
前記デシメーションフィルタ２０は、前記デシメーションクロック２２と所定の伝達関数とに従って前記ビットストリームを間引く。前記デシメーションフィルタ２０の出力はｎビットワイドデジタル信号である。前記デシメーションフィルタ２０の出力に従って、前記電圧制御発振器１０は、前記ステートマシン１２に振動を与える。
【００３０】
前記電圧制御発振器１０はまた、デジタル方式に設計されることが可能である。この場合、前記デシメーションフィルタ２０の出力はデジタル信号であることが可能である。前記デシメーションフィルタ２０の出力に従って、前記電圧制御発振器１０は特定周波数の振動を発生させ、前記ステートマシン１２にそれを与える。
【００３１】
また、前記ステートマシン１２は、前記マルチプレクサ６および前記増幅器１４に、どの誘導電圧を選択すべきかについての情報およびどのコイルに供給電圧を供給すべきかについての情報を提供する。
【００３２】
上記の配置の優位性は、高集積度に、フレキシブルにおよび正確に設計することが容易であることである。その配置は、前記モータ２に前記増幅器１４により与えられる異なる信号または信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に関するシステム仕様に容易に調整されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】先行技術に従ったプロセスを示す図である。
【図２】本発明に従ったプロセスを示す図である。

Claims (9)

1. 直流モータ（ｄｃモータ）であって、特に、ブラシレスｄｃモータのセンサレス転流のための回路配置であって：
   前記モータを駆動するための供給電圧を前記モータのスタータまたはロータの少なくとも２つのコイルに提供するための増幅器；
   前記モータの前記コイルの誘導電圧をそれぞれ出力するための逆起電力（ＢＥＭＦ）増幅器；
   前記誘導電圧の１つを交互に出力するためのマルチプレクサ；並びに
   前記少なくとも２つのコイルのどれが前記増幅器により前記供給電圧を供給され、前記誘導電圧のどれが前記マルチプレクサにより選択されるかを、電流の状態によって決定するために前記増幅器および前記マルチプレクサに接続されるステートマシン；
   を有する回路配置であり、
   デジタル化回路は、前記マルチプレクサの前記出力をデジタル化するため、前記出力をデジタル的に処理するため、および前記ステートマシンが前記モータの状態を正確に決定することを可能にする制御信号を前記ステートマシンに提供するために、提供される；
   ことを特徴とする回路配置。
2. 請求項１に記載の回路配置であって、前記デジタル化回路は、前記マルチプレクサの前記出力をオーバーサンプリングするためおよび前記マルチプレクサの前記出力をデジタル的に表すビットストリームを出力するためにシグマデルタ変調器を有する、ことを特徴とする回路配置。
3. 請求項２に記載の回路配置であって、前記デジタル化回路は前記シグマデルタ変調器の前記ビットストリームをデジタル的にフィルタリングするためにデシメーションフィルタを有する、ことを特徴とする回路配置。
4. 請求項１に記載の回路配置であって、電圧制御発振器は前記デジタル化回路の前記出力によって前記制御信号を前記ステートマシンに提供する、ことを特徴とする回路配置。
5. 請求項４に記載の回路配置であって、前記電圧制御発振器は前記デシメーションフィルタの出力をデジタル的に処理する、ことを特徴とする回路配置。
6. 請求項２に記載の回路配置であって、前記シグマデルタ変調器は１より大きい次数をもつ、ことを特徴とする回路配置。
7. 特に請求項１に従った回路配置におけるセンサレス直流モータ（ｄｃモータ）であって、特に、ブラシレスｄｃモータを転流するためのプロセスであって：
   前記モータを駆動するために供給電圧を前記モータのスタータまたはロータの少なくとも２つのコイルにそれぞれ提供する段階；
   前記モータの少なくとも２つのコイルの誘導電圧をタッピングする段階；並びに
   前記誘導電圧の少なくとも１つを選択する段階；
   を有するプロセスであり、
   オーバーサンプリングすることにより前記誘導電圧をデジタル化し；並びに
   前記誘導電圧の前記タッピングを正確に選択することに対して且つ前記供給電圧を前記少なくとも２つのコイルに正確に提供することに対して制御信号を提供するために前記デジタル化された電圧をデジタル的に処理する；
   ことを特徴とするプロセス。
8. 請求項７に記載のプロセスであって：
   前記誘導電圧に対応するビットストリームを提供し；
   デシメーション規則に従って前記ビットストリームをデシメーションし；
   前記デシメーションされたビットストリームを振動に変換し；並びに
   誘導電圧の前記タッピングを選択する前記振動に依存して、前記供給電圧を前記少なくとも２つのコイルに提供する；
   ことを特徴とするプロセス。
9. 請求項１に記載の回路配置または請求項７に記載のプロセスの使用であって、大量記憶装置、ハードディスク装置および光記憶装置における使用であることを特徴とする使用。