JP3285371B2 - センサレス・ブラシレスdcモータ駆動回路 - Google Patents

センサレス・ブラシレスdcモータ駆動回路

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邦夫 関
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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・ブラシレ
スDCモータ駆動回路、さらには回転子位置検出用のセ
ンサーを有しない無整流子型の小型DCモータの駆動に
適用して有効な技術に関するものであって、たとえば小
型ハードディスク記憶装置のモータ駆動に利用して有効
な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般のブラシレス型DCモータでは、ホ
ール素子などの位置センサーによって検出される回転子
位置に基づいて固定子コイルの通電を制御する。しか
し、位置センサーはモータの小型化を妨げる。また、モ
ータの使用環境によっては、位置センサーの設置が困難
なこともある。そこで、最近は、位置センサーを使用し
ないブラシレス型DCモータいわゆるセンサレス・ブラ
シレスDCモータが注目されるようになってきた。
【0003】このセンサレス・ブラシレスDCモータの
駆動は、回転子の位置を検出するセンサーがないため、
固定子コイルの端子に現れる誘起電圧(B−EMF)に
基づいて固定子コイルの通電制御を行なう。ただし、起
動時には、上記誘起電圧に基づく通電制御が行なえない
ため、固定子コイルの通電を外部から制御して強制的に
回転させる同期運転を行なう。
【0004】ここで、従来の回路では、モータを起動時
の同期運転周波数を、そのモータを確実に自起動させる
ことができる周波数にあらかじめ固定的に設定し、この
設定周波数で同期運転を開始させることによりモータの
起動を行なっていた(たとえば、株式会社 東芝 発行
「東芝レビュー 1990 vol.45No.9」7
55〜758頁、センサレス・ブラシレスDCモータの
駆動技術参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。すなわち、モータが起動時に
一時的に逆転することによるバックモーションが大き
い。モータの起動が必ずしも円滑に行なわれなかった。
このため、たとえばハードディスク記憶装置では、起動
時の衝撃で記憶媒体を傷つける恐れがあった。
【0006】本発明の目的は、センサレス・ブラシレス
DCモータの起動時に生じるバックモーションを最小に
させる、という技術を提供することにある。本発明の前
記ならびにそのほかの目的と特徴は、本明細書の記述お
よび添付図面からあきらかになるであろう。
【0007】
【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。すなわち、センサレス・ブラシレ
スDCモータを起動するときの同期運転周波数を、その
モータの自起動周波数より高い周波数から低い周波数に
遷移させる、というものである。
【0008】
【作用】上述した手段によれば、センサレス・ブラシレ
スDCモータは常に、そのモータが自起動するのに必要
最低限のトルクを生ずることができる限界周波数で起動
されるようになる。これにより、センサレス・ブラシレ
スDCモータの起動時に生じるバックモーションを最小
にさせる、という目的が達成される。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。なお、図において、同一符号は同一あ
るいは相当部分を含むものとする。図1は本発明の技術
が適用されたセンサレス・ブラシレスDCモータ駆動回
路の一実施例を示す。
【0010】同図において、Lu,Lv,Lyは回転子
の回転方向に沿って配置された固定子コイル、1はコミ
ュテーション発生回路、2は多相駆動回路、3はゼロレ
ベル比較回路、4はエッジ検出回路、5はタイミング調
整回路、6はエッジ検出制御回路、7はVCO(電圧制
御型可変周波数発振回路)、8はクロック切換回路、9
は制御部である。コミュテーション発生回路1は、外部
から与えられるクロックCK(CK1またはCK2)に
基づいて、各固定子コイル(Lu,Lv,Lw)への通
電を制御するための多相制御信号いわゆるコミュテーシ
ョン信号を発生する。
【0011】多相駆動回路2は、上記コミュテーション
信号に基づいて各固定子コイル(Lu,Lv,Lw)を
位相別に通電駆動する。ゼロレベル比較回路3は、各固
定子コイル(Lu,Lv,Lw)の端子に現れる誘起電
圧(U−N,V−N,W−N)をそれぞれに基準電位
(0V)と比較する。このゼロレベル比較回路3には、
一定の入力しきい値VthHおよびVthLを有するヒ
ステリシス付比較回路が使用されている。
【0012】エッジ検出回路4は、上記比較回路3の出
力波形のエッジを検出することによって、上記固定子コ
イルの端子に現れる誘起電圧波形のゼロクロス点を位相
別に検出する。ここで検出されたゼロクロス点はパルス
の形で出力される。各相のエッジ検出パルスは論理加算
されることによって、自律運転時に上記コミュテーショ
ン発生回路1に与えられる基準クロックCK2となる。
タイミング調整回路5は、上記コミュテーション発生回
路1に与えられる基準クロックCK(CK1またはCK
2)の位相調整を行なう。
【0013】エッジ検出制御回路6は、上記エッジ検出
回路4によるエッジ検出が上記固定子コイルの非通電期
間にて選択的に行なわれるように制御する。この検出制
御は、上記コミュテーション発生回路1の動作状態を示
すステータス信号に基づいて行なわれる。VCO7は、
同期運転時に上記コミュテーション発生回路1に与えら
れる基準クロックCK1を生成する。クロック切換回路
8は、タイミング調整回路5を介してコミュテーション
発生回路1に与えられる基準クロックCK(CK1また
はCK2)を切換選択する。
【0014】制御部9は上述した各回路の動作状態に基
づいて、次のような制御を実行するように構成されてい
る。すなわち、 (1)エッジ検出回路4の出力状態に基づいてクロック
切換回路8を制御することによって、起動時には固定子
コイルの通電をVCO7の発振出力(CK1)に基づい
て制御する同期運転を行なわせる一方、起動後は固定子
コイルの通電を上記固定子コイルの誘起電圧(CK2)
に基づいて制御する自律運転を行なわせる。
【0015】(2)VCO7の発振周波数を制御するこ
とによって、図2に示すように、モータ起動時の同期運
転周波数をモータ自起動周波数fsよりも高い周波数か
ら低い周波数へ遷移させる起動制御を実行する。 (3)同期運転時のエッジ検出回路4の検出状態を監視
することによって、固定子コイルの端子電圧波形からゼ
ロクロス点が検出されるようになったときに、運転モー
ドを自律運転に移行させる切換制御を実行する。
【0016】(4)自律運転時のエッジ検出回路4の検
出状態を監視することによって、固定子コイルの端子電
圧波形から一定時間以上連続してゼロクロス点が検出さ
れなくなったときに、運転モードを起動時の状態に戻す
再起動制御を実行する。 以上のように構成されたセンサレス・ブラシレスDCモ
ータ駆動回路について、以下その動作を説明する。図2
はモータを起動させるときの同期運転周波数とモータ駆
動トルクの遷移状態を示す。
【0017】図3は固定子コイルの端子に現れる電圧の
状態別波形および誘起電圧に基づくクロック生成の過程
を示す。図4は起動開始から自律運転移行までの制御手
順の概要を示す。図1〜4において、まず、モータ起動
直後であってモータがまだ停止しているとき、そのモー
タの通電制御すなわちコミュテーション制御は、VCO
7からのクロックCK1に基づいて行なわれる。固定子
コイルは通電によって励磁されるものの、VCO7の発
振周波数がモータの自起動周波数fsよりも十分に高い
周波数で開始されているため、モータを駆動しようとす
るトルクは、まだ小さい。したがって、この時点でのモ
ータは停止状態にある(図2のA点)。また、固定子コ
イルの端子には、図3の(A)に示すように、通電波形
だけが現れる(図4のステップS1)。
【0018】モータの起動が開始されると、図2に示す
ように、VCO7の発振周波数すなわち励磁周波数は低
い方に遷移する。この励磁周波数の低下にともなって、
モータを駆動しようとするトルクが増大する。励磁周波
数の低下によってトルクが一定以上に増大すると、モー
タは回転を開始する。つまり、VCO7の発振周波数が
あるところ(<fs)まで低くなったところで、モータ
が自起動しはじめる(図2のB点および図4のステップ
S2)。
【0019】このようにして、モータは常に、そのモー
タが自起動するのに必要最低限のトルクを生ずることが
できる限界周波数(fs)で起動される。これにより、
モータの起動時に生じるバックモーションを最小にさせ
ることができる。この後も、VCO7の発振周波数はさ
らに低下し続けて、モータの自起動周波数fsよりも十
分に低い周波数に達した後、上昇に転じる。これによ
り、自起動されたモータは同期運転によってその回転数
をある程度まで上げる(図2のC点)。
【0020】以上のようにしてモータが同期運転による
自起動を開始すると、図3の(B)に示すように、固定
子コイルの端子には、回転子の回転によって生じる誘起
電圧が駆動電圧に重畳して現れるようになる。モータの
回転数がある程度まで上昇して、上記誘起電圧の振幅が
所定レベル(VthH−VthL)以上になると、図3
の(C)(D)(E)(F)に示すように、上記誘起電
圧波形に基づくクロック(エッジ検出パルス)CK2が
出力されるようになる。このクロックCK2が出力され
るようになると、運転モードは、VCO7の発振出力
(CK1)による強制的な同期運転から、上記誘起電圧
(CK2)に基づく自律運転に移行する(図4のステッ
プS3,S4)。
【0021】この場合、上記クロックCK2を出力する
ために行なわれるエッジ検出は、図3の(C)に示すよ
うに、固定子コイルの通電期間および固定子コイルの通
電オフから一定時間(t1)の間での検出を禁止するエ
ッジ検出制御信号にしたがって行なわれる。なお、図示
の実施例では、エッジ検出が禁止される上記期間にて、
比較回路3の入力を一定レベルにプルアップまたはプル
ダウンすることが行なわれている。
【0022】以上のようにして、同期運転によるモータ
の起動および誘起電圧に基づく自律運転への移行が行な
われる。運転モードが同期運転から自律運転に移行した
あとも、上記誘起電圧に基づくクロック(エッジ検出パ
ルス)CK2の監視が続行される。そして、クロックC
K2が一定時間以上連続して出力されなかった場合は、
運転モードが起動時の状態に戻させれる(図4のステッ
プS5)。これにより、仮に起動が失敗あるいは一旦起
動しはじめたモータが停止することがあっても、モータ
は確実に起動されるようになる。
【0023】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
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。たとえ
ば、コミュテーション発生回路1の状態に基づくエッジ
検出制御は、比較回路3の入力側、エッジ検出回路4の
入力側または出力側のいずれに対して行なってもよい。
【0024】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背景となった利用分野であるハー
ドディスク記憶装置のモータ駆動に適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではなく、たとえ
ば小型ビデオ・テープ・レコーダ(8mmビデオ)の回
転ヘッドモータの駆動にも適用できる。
【0025】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。すなわち、センサレス・ブラシレスDCモータの
起動時に生じるバックモーションを最小にさせる、とい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の技術が適用されたセンサレス・ブラシ
レスDCモータ駆動回路の一実施例を示すブロック回路
【図2】モータを起動させるときの同期運転周波数とモ
ータ駆動トルクの遷移状態を示すグラフ
【図3】図3は固定子コイルの端子に現れる電圧の状態
別波形および誘起電圧に基づくクロック生成の過程を示
す波形チャート
【図4】起動開始から自律運転移行までの制御手順を示
すフローチャート
【符号の説明】
Lu,Lv,Ly 固定子コイル 1 コミュテーション発生回路 2 多相駆動回路 3 ゼロレベル比較回路 4 エッジ検出回路 5 タイミング調整回路 6 エッジ検出制御回路 7 VCO 8 クロック切換回路 9 制御部 fs モータの自起動周波数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鴻上 康彦 群馬県高崎市西横手町111番地 株式会 社日立製作所 高崎工場内 (56)参考文献 特開 昭60−261379(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 6/00 - 6/24

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子の運動方向に沿って配置された複
    数の固定子コイルの通電を制御するための多相制御信号
    を基準クロックに基づいて発生するコミュテーション発
    生回路と、 上記多相制御信号に基づいて上記複数の固定子コイルを
    通電駆動する多相駆動回路と、 上記複数の固定コイルの端子に現れる誘起電圧を基準電
    位と比較する複数の比較回路と、 上記複数の比較回路の出力波形のエッジを検出して上記
    コミュテーション発生回路に供給する上記基準クロック
    を発生するエッジ検出回路と、モータの回転が開始される前に、該モータの回転を可能
    とする限界周波数より高い周波数の信号を上記コミュテ
    ーション発生回路に供給し、その後周波数を遷移させ、
    上記限界周波数より低い周波数の信号を上記コミュテー
    ション発生回路に供給する制御回路とを備えてなり、 上記複数の固定子コイルの通電を上記複数の固定子コイ
    ルの端子に現れる上記誘起電圧に基づいて制御する自律
    運転と、上記制御回路からの周波数の信号に基づいて上
    記固定子コイルの通電を制御する同期運転とを行う こと
    を特徴とするセンサレス・ブラシレスDCモータ駆動回
    路。
  2. 【請求項2】 上記制御回路は、起動時に上記同期運転
    を行なってモータの回転を開始させる回路を含んでなる
    ことを特徴とする請求項1に記載のセンサレス・ブラシ
    レスDCモータ駆動回路
  3. 【請求項3】 上記制御回路は、上記エッジ検出回路の
    検出信号に基づいて、上記同期運転から上記自律運転に
    移行させることを特徴とする請求項1または請求項2に
    記載のセンサレス・ブラシレスDCモータ駆動回路
  4. 【請求項4】 上記制御回路は、上記エッジ検出回路の
    検出信号に基づいて、上記自律運転から上記同期運転に
    移行させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
    に記載のセンサレス・ブラシレスDCモータ駆動回路
  5. 【請求項5】 上記制御手段は電圧制御型可変周波数発
    振回路を含んでなることを特徴とする請求項1乃至4の
    いずれかに記載のセンサレス・ブラシレスD Cモータ駆
    動回路
  6. 【請求項6】 周波数制御信号に基づいて同期運転周波
    数の信号を発生する可変周波数発生部と、 上記可変周波数発生部から出力された上記同期運転周波
    数の信号に基づいて複数の固定子コイルを通電駆動する
    モータ駆動部とを備え、 上記可変周波数発生部は、モータの回転が開始される前
    にモータ自起動周波数より高い同期運転周波数の信号を
    上記モータ駆動部に供給し、上記周波数制御信号に基づ
    いて上記高い同期運転周波数を上記モータ自起動周波数
    より低い同期運転周波数に変化させ、上記低い同期周波
    数の信号を上記モータ駆動部に供給し、 上記モータ駆動部は、上記可変周波数発生部からの信号
    に基づいて上記固定子コイルへの通電を行ないモータの
    回転を開始させることを特徴とするセンサレス・ブラシ
    レスDCモータ駆動回路
  7. 【請求項7】 上記可変周波数発生部は電圧制御型可変
    周波数発振回路を含んでなることを特徴とする請求項6
    に記載のセンサレス・ブラシレスDCモータ駆動回路
  8. 【請求項8】 上記モータ駆動部は複数の固定子コイル
    への通電を切り換える多相駆動回路を含んでなることを
    特徴とする請求項6または7に記載のセンサレス・ブラ
    シレスDCモータ駆動回路
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