JP3110843B2 - センサレス多相直流モータの起動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサレスタイプのブ
ラシレス多相直流モータに関し、たとえば磁気ディスク
装置用のスピンドルモータにおいて、複数回の高トルク
を発生する逆励磁を含む一連の歩進工程を応用すること
によって起動特性の向上が可能とされるセンサレス多相
直流モータに適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置用のスピンドル
モータとしては、たとえば励磁状態において磁界を発生
するステータと、このステータとの電磁相互作用により
回転力を得るロータマグネットとを備えたブラシレス直
流モータが多く用いられ、多くの場合に半導体チップ化
された電子回路による回転制御が行われている。

【０００３】たとえば、３相コイルのブラシレス多相直
流モータにおいては、図３に示すようにステータに駆動
電流を順次供給して通電する歩進工程を繰り返す。すな
わち、正方向、休止、逆方向の励磁電流を各相に流すこ
とにより各コイルが間欠的・同期的に通電され、ロータ
が所定方向に確実に回転されるようになっている。

【０００４】また、モータの駆動は、電磁石と永久磁石
との吸引・反発により、駆動トルクが発生して可能とな
り、発生のタイミングはロータマグネットの検知によっ
て定められる。この検知手段としては、従来、ホールセ
ンサが用いられていたが、近年の小形化のためにコイル
の誘起電圧を利用するセンサレスタイプが一般化されつ
つある。

【０００５】この場合に、トルクの大きさは電流と磁束
密度変化幅に正比例するため、トルクを高めるために
は、電流を増加させるか、または磁束密度変化幅を大き
くすればよいことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記セ
ンサレススタートにおいては、第１に、異なる方向への
励磁期間の間にポーズがあるので、このポーズの間に残
留磁化がリセットされ、特に低速起動時にはバイポーラ
効果が得られないという問題があった。

【０００７】第２に、センサレスドライブでは、通常、
コイルに鎖交する磁束による逆起電圧を利用するが、ロ
ータ停止時に誘起電圧がなく、またマグネットの極性が
不明という欠点がある。そのため、始めは信号なしで強
制的に歩進をかけるが、ロータ位置によっては低トルク
のために起動不良や、通電位相がマイナストルクを発生
するために逆転が発生する。

【０００８】そこで、本出願人は、モータの起動時に、
第１に２種類の励磁条件を与えることによってトルクの
デッドポイントを解消するとともに、第２に通電に対す
る初期値を与えた上、電流停止期間を設けずに電流方向
を転換させ、逆方向励磁を行って起動トルクを高めるダ
ブル駆動により、大きな磁束密度変化幅を得て高トルク
を発生させることを別途提案した。

【０００９】つまり、起動信頼性を高めるには、従来は
歩進工程を繰り返したり、電流を増加したり、またはダ
ブル駆動方式としたり、さらには両者を併用することに
よって起動特性を向上させている。ここで、デッドポイ
ント、すなわちロータとステータの位置関係が、通電に
対してたまたま０トルクにあるときにスタートをかけた
時、ロータがあまり動かない状態で歩進のシーケンスが
反復される。

【００１０】しかし、従来のダブル歩進では、ロータを
所定方向に確実に回転させるために歩進工程の分割を要
し、たとえば第１歩進工程および第２歩進工程を連続し
て行わない両工程の間に検出モードを設けねばならず、
そのためにモータの立ち上げシーケンスの時間が長くな
る上に、歩進のシーケンスコントロールを要し、コント
ロールの階層が複雑になるという問題があった。

【００１１】また、この場合に、ダブル駆動による高ト
ルクの発現が図３に示すように単方向で第２歩進工程に
おける１相のコイルのみであると、トルクアップが最適
化されないという問題がある。

【００１２】そこで、本発明の目的は、歩進工程中の正
方向から逆方向または逆方向から正方向への逆励磁を歩
進それ自体の内部に設けることによって起動シーケンス
時間を短縮することができるセンサレス多相直流モータ
の起動方法を提供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、複数相のコイ
ルの高トルクによるトルクアップによって起動特性を向
上させることができるセンサレス多相直流モータの起動
方法を提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１６】 すなわち、請求項１に係る発明のセンサ
レス多相直流モータの起動方法は、通電することによっ
て磁界を発生する多相のコイルを有するステータと、該
ステータとの間の電磁相互作用により回転力を得るロー
タとを備え、該ロータを所定方向に回転させるように電
流を前記各相のコイルに順次通電する一連のステップか
らなる歩進工程を繰り返すことにより起動するセンサレ
ス多相直流モータであって、前記歩進工程において、少
なくとも１回、正方向から逆方向又は逆方向から正方向
に休止期間を含まずに電流を転換させる逆励磁を２相の
コイルで同時に行うステップを有するものである。

【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、前記直流モータはセンサレス三相直流モー
タであって、前記逆励磁の予備励磁ステップにおいては
３相のコイルを同時に励磁するものである。

【００１８】 請求項３に係る発明によれば、請求項１
または２に係る発明において、前記歩進工程後に回転不
十分と判断した時は、前記歩進工程に戻るものである。

【００１９】

【作用】前記したセンサレス多相直流モータの起動方法
によれば、少なくとも１回以上の逆励磁が歩進工程中に
含まれることにより、起動シーケンス時間を短縮するこ
とができる。

【００２０】この場合に、歩進工程中の逆励磁が複数相
のコイルについて行われることにより、高トルクの発現
が複数回で励磁の中断がないバイポーラであるので、磁
性体の能力を充分に発揮させ、起動トルクの増加を図る
ことができる。

【００２１】すなわち、歩進工程中にダブル駆動方式を
導入し、またダブル駆動方式を励磁の中断がないバイポ
ーラにすることにより、ピークホールドが±ｉに対して
行われる時は、従来、０＋ｉに対して行われた時（１／
２）ｌｉ² が磁気エネルギーとして蓄積されたのがｌｉ
² に高まり、逆励磁で一拠に放出されて高トルクを得る
ことができ、さらに高トルクがｎｏ ｗａｉｔ励磁に対
して完全となるので、モータをすぐに立ち上げることが
可能となる。

【００２２】これにより、起動シーケンスの時間が短く
なり、また高トルクによりモータを短時間で立ち上げる
ことができ、さらにコントロールの階層が１回であるた
めにスタートアップ回路が簡単になる。

【００２３】また、逆励磁の予備励磁において、逆励磁
の複数相のコイルに加えて全てのコイルが逆励磁される
機会が得られることにより、デッドポイントを歩進中に
解消できるとともに、高トルクが間欠的に発生し、その
結果ロータが止まった状態で動かなくなるというモータ
の起動不能を防止することができる。

【００２４】なお、運用において、歩進内逆励磁ステッ
プが終わると回転が検出され、加速ステップに入る。万
一、不回転があれば、歩進内歩進ループする。

【００２５】

【実施例１】図１は本発明のセンサレス多相直流モータ
の起動方法の一実施例であるセンサレス多相直流モータ
の起動電流を示す波形図である。

【００２６】まず、図１により本実施例のセンサレス多
相直流モータにおける起動電流波形を説明する。

【００２７】本実施例のセンサレス多相直流モータは、
たとえば磁気ディスク装置用のスピンドルモータに適用
され、図示はしないが、通電することによって磁界を発
生する多相のコイルを有するステータと、該ステータと
の間の電磁相互作用により回転力を得るロータと備え、
該ロータを所定方向に回転させるように駆動電流を前記
各相のコイルに順次供給して通電する１連のステップか
らなる歩進工程を繰り返すことにより起動するセンサレ
ス多相直流モータとされ、前記歩進工程中において、少
なくとも１回以上、正方向から逆方向又は逆方向から正
方向に休止期間を含まずに電流を転換させる逆励磁を２
相のコイルで同時に行うものである。

【００２８】すなわち、モータの起動時は、従来の第１
歩進工程に相当する工程において、図１に示すようなダ
ブル駆動による高トルクの起動電流が各コイルに供給さ
れ、歩進工程それ自体がダブル駆動方式となっている。

【００２９】たとえば、Ｕ相コイルへの電流波形（ｉ
ｕ）については、０ステップにおいて正方向に逆励磁さ
れ、１ステップで一拠に逆方向への高トルクによる起動
トルクが放出される。さらに、４ステップにおいても逆
方向への高トルクを得ることができる。

【００３０】同様に、Ｖ相コイルの電流波形（ｉｖ）に
ついては、１ステップにおいて正方向への高トルク、７
ステップにおいて逆方向への高トルクが得られ、またＷ
相コイルの電流波形（ｉｗ）については、４ステップお
よび７ステップにおいて正方向への高トルクが得られる
ようになっている。

【００３１】このようにして、従来の第１歩進工程に相
当する工程で各コイルに高トルクの起動電流が供給さ
れ、これによって第１歩進工程のみによる起動シーケン
スでモータを立ち上げることができる。

【００３２】また、高トルクの発現が各コイルについて
２回とされ、さらに１ステップにおけるＵ相コイルとＶ
相コイル、４ステップにおけるＵ相コイルとＷ相コイ
ル、７ステップにおけるＶ相コイルとＷ相コイルを同時
に高トルクとすることができるので、第１歩進工程にお
ける起動トルクの増加を図ることができる。

【００３３】この場合に、以上のような第１歩進工程へ
の高トルクによる電流ピークホールドおよび逆励磁のタ
イミングは、たとえば周期の異なるクロック信号を加算
したり、またはタイマーにより時間を止めたり、さらに
はこれらを合成してタイミングを得ることが可能であ
る。

【００３４】従って、本実施例のセンサレス多相直流モ
ータの起動方法によれば、少なくとも１回の、すなわち
複数回もしくは複数相の逆励磁が第１歩進工程中に含ま
れることにより、起動シーケンスの時間が短くなり、モ
ータを短時間で立ち上げることができる。

【００３５】さらに、コントロールの階層が第１歩進工
程の１回であるために、センサレス多相直流モータのス
タートアップ回路が簡単になる。

【００３６】

【実施例２】図２は本発明のセンサレス多相直流モータ
の起動方法の他の実施例であるセンサレス多相直流モー
タの通電方向を示す説明図、図３は本実施例のセンサレ
ス多相直流モータにおける通電方向の変形例を示す説明
図である。

【００３７】本実施例のセンサレス多相直流モータは、
実施例１と同様に、磁気ディスク装置用のスピンドルモ
ータに適用され、図示はしないが、通電することによっ
て磁界を発生する多相のコイルを有するステータと、該
ステータとの間の電磁相互作用により回転力を得るロー
タと備え、該ロータを所定方向に回転させるように駆動
電流を前記各相のコイルに順次供給して通電する１連の
ステップからなる歩進工程を繰り返すことにより起動す
るセンサレス多相直流モータとされ、前記歩進工程中に
逆励磁を行うコイルは実施例１と同様に２相であるが、
実施例１との相違点は、逆励磁による高トルクの発現は
１回のみであり、かつこの逆励磁の予備励磁ステップに
おいては、２相のコイルに加えて残る１相のコイルをも
励磁する点である。

【００３８】たとえば、図２に示すように予備励磁にお
いて、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルについては同方向に
通電され、またＷ相コイルについてはＵ相コイルおよび
Ｖ相コイルとは逆方向に通電される。

【００３９】さらに、逆励磁においては、Ｕ相コイルに
ついては予備励磁に対して逆方向に通電され、Ｖ相コイ
ルについては通電されず、またＷ相コイルについては予
備励磁に対して逆方向に通電される。

【００４０】すなわち、予備励磁のデッドポイントは３
相のコイルがロータに及ぼす力がつり合うポイントとな
り、また逆励磁のデッドポイントはＵ相コイルがロータ
に及ぼす力とＷ相コイルがロータに及ぼす力とがつり合
うポイントになる。

【００４１】これにより、ロータに力を及ぼすコイルの
数が予備励磁と逆励磁とでは異なるために、従来技術
（図５(a) ）のように予備励磁のデッドポイントと逆励
磁のデッドポイントとが一致することなく、モータの起
動が確保され、さらに従来技術（図５(b) ）の１相のコ
イルのみの高トルクに比べて起動トルクの増加を図るこ
とができる。

【００４２】従って、本実施例のセンサレス多相直流モ
ータの起動方法によれば、逆励磁の予備励磁において全
てのコイルが励磁され、さらに逆励磁においては２相の
コイルについてのみ行われることにより、高トルクの発
現が複数相となり、起動トルクの増加を図ることができ
る。これにより、ロータが止まった状態で動かなくなる
という問題がなくなる。

【００４３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例１および２に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００４４】たとえば、前記実施例２のセンサレス多相
直流モータについては、図２に示す通電方向である場合
について説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、図３に示すように予備励磁において、Ｖ
相コイルおよびＷ相コイルを同方向に、Ｕ相コイルを逆
方向に通電し、さらに逆励磁においては、Ｕ相コイルお
よびＷ相コイルを予備励磁に比べて逆方向に通電し、Ｕ
相コイルおよびＷ相コイルについて高トルクとすること
も可能である。

【００４５】また、前記各実施例においては、３相コイ
ルの直流モータについて説明したが、これ以上の多相コ
イルのセンサレスモータについても適用できることはい
うまでもない。

【００４６】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野である磁気ディスク装置
用のスピンドルモータに適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、たとえばレーザプ
リンタなどの他の装置に適用されるセンサレス多相直流
モータについても広く適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００４８】 請求項１、２又は３に係る発明によれ
ば、ロータを所定方向に回転させる駆動電流を、各相の
コイルに順次供給して通電する一連のステップからなる
歩進工程を繰り返して起動し、この歩進工程において、
少なくとも１回、正方向から逆方向または逆方向から正
方向に休止期間を含まずに電流を転換させる逆励磁を２
相のコイルで同時に行うステップを含むことにより、起
動トルクを大きくすることができるので、起動シーケン
スの時間を短縮し、モータを短時間で立ち上げ、起動特
性の向上したセンサレス多相直流モータの起動方法を得
ることができる。しかも、コントロールの階層が１回と
なるので、起動回路の簡単化が可能となる。

【００４９】特に、請求項２に係る発明では、歩進工程
において、逆励磁を行うコイルを２相とし、かつ逆励磁
の予備励磁ステップにおいては３相のコイルを励磁する
ことにより、夫々のデッドポイントが異なるので、ロー
タが止まった状態で動かなくなるというモータの起動不
能を防止することができる。

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサレス多相直流モータの起動方法
の実施例１であるセンサレス多相直流モータの起動電流
を示す波形図である。

【図２】本発明のセンサレス多相直流モータの起動方法
の実施例２であるセンサレス多相直流モータの通電方向
を示す説明図である。

【図３】実施例２のセンサレス多相直流モータにおける
通電方向の変形例を示す説明図である。

【図４】従来技術の一例であるセンサレス多相直流モー
タにおける起動電流を示す波形図である。

【図５】従来技術の他の例であるセンサレス多相直流モ
ータにおける通電方向を示す説明図である。

【符号の説明】

ｉｕ Ｕ相コイルの電流波形 ｉｖ Ｖ相コイルの電流波形 ｉｗ Ｗ相コイルの電流波形

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−284188（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−133593（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−308192（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−173394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電することによって磁界を発生する多
   相のコイルを有するステータと、該ステータとの間の電
   磁相互作用により回転力を得るロータとを備え、該ロー
   タを所定方向に回転させるように電流を前記各相のコイ
   ルに順次通電する一連のステップからなる歩進工程を繰
   り返すことにより起動するセンサレス多相直流モータで
   あって、前記歩進工程において、少なくとも１回、正方
   向から逆方向又は逆方向から正方向に休止期間を含まず
   に電流を転換させる逆励磁を２相のコイルで同時に行う
   ステップを有すること特徴とするセンサレス多相直流モ
   ータの起動方法。
2. 【請求項２】 前記直流モータはセンサレス三相直流モ
   ータであって、前記逆励磁の予備励磁ステップにおいて
   は３相のコイルを同時に励磁することを特徴とする請求
   項１に記載のセンサレス多相直流モータの起動方法。
3. 【請求項３】 前記歩進工程後に回転不十分と判断した
   時は、前記歩進工程に戻ることを特徴とする請求項１又
   は２に記載のセンサレス多相直流モータの起動方法。