JP4126894B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転するロータのコイルに発生する逆起電力を検出することで、ロータの回転位置を検出するモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータのセンサレス駆動においては、ホール素子などのセンサを用いず、コイルに発生する逆起電圧を検出することによりロータの回転位置を検出する。そして、このモータのセンサレス駆動では、このロータの回転位置情報を用いて、駆動回路内部のロータ回転数同期発振回路が動作し、このロータ回転数同期発振回路の出力を用いて適切なタイミングでコイルに通電を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような逆起電圧の検出においてロータ回転数が低く逆起電圧が小さい場合には、ノイズに対するＳ／Ｎが低下し、ロータの回転位置を誤検出することがある。また、何らかの外的要因により急激にロータ回転数が変化した場合には、ロータ回転数同期発振回路が実際の回転数に追従できず、ロータの回転位置を正しく検出できないことがある。
【０００４】
このようにロータの回転位置を誤検出した場合には、例えば駆動回路自身が発生するノイズのような誤った信号を検出し続けることにより、実際のロータ回転数より遙かに高い周波数でロータ回転数同期発振回路が発振してしまう状態に陥ることがある（以下「ビートロック」と呼ぶ）。この状態では高い周波数でコイルに対して通電が行われるので、大きな音響ノイズがモータから発生する。また、適切なコイルへの通電ができないことにより既にロータは停止しているため、一度ビートロックの状態となってしまったら、外的要因がない限り自然にその状態から抜け出すことはない。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解決し、ビートロック状態が継続することを防止することができるモータ駆動装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項1の発明にあっては、回転するロータのコイルに発生する逆起電力を検出することで、前記ロータの回転位置を検出するモータ駆動回路であって、前記ロータの回転数に比例した回転数比例電圧を出力する比例電圧出力手段と、前記回転数比例電圧に基づいて、前記ロータの回転数を制御する電圧制御発振手段と、前記回転数比例電圧が前記基準電圧以上であるか否かを比較し、ビートロック状態が生じているか否かを判断する電圧比較手段と、前記ビートロック状態が生じていると判断された場合に、前記比例電圧出力手段が出力する前記回転数比例電圧を初期化する初期化手段とを備え、前記初期化手段は、前記比例電圧出力手段が通常の駆動状態で出力していた通常駆動電圧となるまで初期化を継続する構成となっていることを特徴とするモータ駆動装置により、達成される。
請求項１の構成によれば、モータ駆動装置は、回転するロータのコイルに発生する逆起電力を検出することで、ロータの回転位置を検出している。ここで、例えば電気的なノイズが発生したためステータに対するロータの回転位置を誤検出したとすると、モータ駆動装置は、比例電圧出力手段が出力する異常な回転数比例電圧に基づいて、電圧制御発信手段がロータの回転数を制御するのでビートロック状態が生じてしまうところであるが、次のようにしてビートロック状態の継続を防止している。
つまり、電圧比較手段は、回転数比例電圧を検出し、回転数比例電圧が基準電圧以上であるか否かを比較することで、ビートロック状態が生じているか否かを判断する。次に、初期化手段は、比例電圧出力回路が出力する回転数比例電圧を初期化することで、比例電圧出力回路が正常な回転数比例電圧を出力するようになる。初期化手段は、比例電圧出力手段が通常の駆動状態で出力していた通常駆動電圧となるまで初期化を継続するので、一旦初期化したはずの比例電圧出力が再度上昇してビーとロック状態が発生し続けることを確実に防止することができる。従って、電圧制御発信手段は、ビートロック状態が生じないように正常な回転数比例電圧に基づいて、ロータの回転を制御することができる。
このため、モータ駆動装置は、一旦ビートロック状態が発生しても、ビートロック状態が継続しないように自働的に処理することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記比較電圧出力手段、前記電圧制御発振手段、前記電圧比較手段及び前記初期化手段が、１つの半導体装置に内蔵されている構成としたことを特徴とする。
請求項２の構成によれば、請求項１の作用に加えて、半導体装置内でビートロック状態が発生した場合においても、半導体装置の外部から初期化処理を行わなくても、ビートロック状態を停止させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の好ましい実施形態としてのモータ駆動装置１の処理の流れを示すブロック図である。
モータ駆動装置１は、ホール素子などのセンサを用いず、コイルに発生する逆起電圧を検出することにより、センサレスモータ１７のロータの回転位置を検出しつつセンサレスモータ１７の駆動を制御する機能を有する。このセンサレスモータ１７としては、例えば光ディスクや磁気ディスクのドライブ装置のスピンドルモータ、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）のシリンダモータ、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンモータとして用いられている。
【００１１】
このモータ駆動装置１は、ロータ回転数比例電圧出力回路５、電圧制御発振回路７、転流ロジック３、内部基準電圧発生部１５、電圧比較部１３、ビートロック解除信号出力部１１及び電圧初期化部９を有する。尚、この図１は、処理の流れの概要を示すブロック図であり、実際の回路構成とは多少異なっている。
【００１２】
ロータ回転数比例電圧出力回路５は、センサレスモータ１７のロータの回転数を検出し、これに比例した電圧であるロータ回転数比例電圧Ｖｒを出力する機能を有する。このロータ回転数比例電圧出力回路５は、ロータ回転数比例電圧Ｖｒを、電圧制御発振回路７及び電圧比較部１３に出力する。
【００１３】
電圧制御発振回路７は、前述のロータ回転数比例電圧出力回路５から出力されたロータ回転数比例電圧Ｖｒに比例した周波数で発振し、ロータの回転位置に応じて駆動クロックＣＬＫを転流ロジック３に出力する。この電圧制御発振回路７は、例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路やＦＬＬ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路のような印加電圧に応じて出力する発振周波数が制御される回路ブロックである。
【００１４】
転流ロジック３は、電圧制御発振回路７からの駆動クロックＣＬＫに基づいて適切なタイミングで、センサレスモータ１７の各相コイルに駆動パルスを供給することで通電を行う。
【００１５】
内部基準電圧発生部１５は、ロータ回転数比例電圧Ｖｒと比較するための内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈを発生する回路ブロックである。この内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈは、ビートロックが発生した際に生じている際にロータ回転数比例電圧出力回路５が発生しているロータ回転数比例電圧を示す閾値電圧である。電圧比較部１３は、ロータ回転数比例電圧Ｖｒと内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈとを比較し、ロータ回転数比例電圧Ｖｒが内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈよりも高いときには、その旨を示す比較結果をビートロック解除信号出力部１１に出力する。
【００１６】
ビートロック解除信号出力部１１は、この比較結果２３に基づいて、電圧初期化部９に対してビートロック解除信号ＢＳを出力する。電圧初期化部９は、このビートロック解除信号ＢＳに基づいて、ロータ回転数比例電圧出力回路５に対して初期化信号ＲＳＴを出力する。従って、ロータ回転数比例電圧出力回路５が出力しているロータ回転数比例電圧Ｖｒが初期化されることで、電圧制御発振回路７が初期化されることになる。
【００１７】
図２は、ロータ回転数比例電圧出力回路５の出力であるロータ回転数比例電圧Ｖｒに対する電圧制御発振回路７の発振周波数の関係の一例を示す図である。
図示の最高発振周波数ｆｍａｘは、センサレスモータ１７が無負荷で回転している時（最高回転数）の電圧制御発振回路７の発振周波数ｆｂより高いところに設定される。この時のロータ回転数比例電圧出力回路５の出力であるロータ回転数比例電圧Ｖｒを「Ｖｂ」とする。
【００１８】
このような設定下では、通常の駆動状態において電圧制御発振回路７が最高発振周波数ｆｍａｘで発振することはない。つまり、センサレスモータ１７の通常の駆動状態においては、ロータ回転数比例電圧出力回路５が最大出力電圧Ｖｍａｘを出力することはない。一旦ビートロックが発生すると、従来、センサレスモータ１７のロータは停止しているにもかかわらず、最高発振周波数ｆｍａｘで発振を継続してしまうところであるが、電圧制御発振回路７は以下のようにしてビートロックを解除する。
【００１９】
ビートロックが発生している状態では、ロータ回転数比例電圧出力回路５の出力電圧であるロータ回転数比例電圧Ｖｒの最大出力電圧Ｖｍａｘに固定される。つまり、ロータ回転数比例電圧出力回路５のロータ回転数比例電圧Ｖｒを監視すれば、ビートロック状態を検出することが可能である。具体的には、ある基準電圧、例えば内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈを設け、これを出力電圧ＶｂとＶｍａｘの間に設定し、出力電圧Ｖｒｅｆとロータ回転数比例電圧Ｖｒを比較すれば良い。
【００２０】
この電圧比較部１３の出力としての比較結果を、ビートロック解除信号出力部１１により処理した後、ビートロック解除信号出力部１１がビートロック解除信号ＢＳを電圧初期化部９に出力することで、ロータ回転数比例電圧Ｖｒが初期状態、例えばＶｍｉｎに強制的に設定される。このように設定すれば、電圧制御発振回路７が発振する発振周波数は、初期発振周波数に設定されるため、ビートロックを解除することができる。
【００２１】
図３は、図１のモータ駆動装置１の一部の回路構成をより具体的に表した一例を示す回路図である。
電圧制御発振回路７、ロータ回転数比例電圧出力回路５及び電圧初期化部９は、端子２１において接続されている。この端子２１は、接地ＧＮＤとの間でキャパシタンスＣを有し、電荷が生じている。
【００２２】
ロータ回転数比例電圧出力回路５の出力である端子２１には、電圧制御発振回路７が接続されており、電荷がチャージされている。この電荷は、同じく端子２１に接続されている電圧初期化部９によって強制的に引き抜かれることにより、ロータ回転数比例電圧出力回路５から出力されているロータ回転数比例電圧Ｖｒを初期値に近い値に設定してビートロックを解除する。図３では簡素化のため、一例として電圧比較部１３及びビートロック解除信号出力部１１を兼用し、例えば電圧コンパレータのみで構成するように図示している。
【００２３】
また、内部基準電圧部１５としては、回路の状態によって２つの比較電圧（ロータ回転数比例電圧Ｖｒ及び内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈ）を生成する構成となっている。センサレスモータ１７の通常の駆動状態においては、内部基準電圧部１５は、内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈを電圧比較部１３に対して出力している。また、電圧比較部１３は、この内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈとロータ回転数比例電圧Ｖｒとを比較することにより、ビートロックを検出することができる。
【００２４】
電圧初期化部９は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びトランジスタＴＲ１を有し、内部基準電圧部１５は、抵抗Ｒ４〜Ｒ９及びトランジスタＴＲ２を有する。
【００２５】
電圧初期化部９の抵抗Ｒ１は、端子２１及びトランジスタＴＲ１のコレクタに接続されており、抵抗Ｒ２は、内部基準電圧部１５の抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ３及びトランジスタＴＲ１のベースに接続されている。抵抗Ｒ３及びトランジスタＴＲ１のエミッタは接地ＧＮＤに接続されている。
【００２６】
また、内部基準電圧部１５の抵抗Ｒ４は、電源及び抵抗Ｒ６，Ｒ７及び電圧比較部１３等に接続されている。抵抗Ｒ６は、一方が電源に接続された抵抗Ｒ５及びトランジスタＴＲ２のコレクタに接続されている。このトランジスタＴＲ２のベースには抵抗Ｒ８，Ｒ９が接続されている。この抵抗Ｒ９及びトランジスタＴＲ２のエミッタは、それぞれ接地ＧＮＤに接続されている。
【００２７】
モータ駆動装置１は以上のような構成であり、次に図１〜図３を参照しつつ、その動作例について説明する。
図４は、ロータ回転数比例電圧出力回路５が出力するロータ回転数比例電圧Ｖｒの特性の一例を示す図である。
【００２８】
センサレスモータ１７は、上述のようにホール素子などのセンサを用いず、コイルに発生する逆起電圧を検出することによりロータの回転位置を検出している。そして、このセンサレスモータ１７のモータ駆動装置１では、このロータの回転位置情報を用いて、ロータ回転数比例電圧出力回路５が動作し、このロータ回転数比例電圧出力回路５が出力するロータ回転数比例電圧Ｖｒを用いて適切なタイミングで、センサレスモータ１７の各相コイルに通電を行っている。センサレスモータ１７の通常の駆動状態においては、内部基準電圧部１５は、内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈを電圧比較部１３に対して出力している。
【００２９】
一般的なモータ駆動では、このような逆起電圧の検出においてロータ回転数が低く逆起電圧が小さい場合には、ノイズに対するＳ／Ｎが低下し、ロータの回転位置を誤検出することがある。また、何らかの外的要因により急激にロータ回転数が変化した場合には、ロータ回転数比例電圧出力回路５が実際の回転数に追従できず、ロータの回転位置を正しく検出できないことがある。
【００３０】
このようにロータの回転位置を誤検出した場合には、例えば駆動回路自身が発生するノイズのような誤った信号を検出し続けることにより、実際のロータ回転数より遙かに高い周波数でロータ回転数比例電圧出力回路５が発振してしまう状態に陥ることがある（「ビートロック状態」）。
【００３１】
このような場合には、電圧比較部１３が、この内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈとロータ回転数比例電圧Ｖｒとを比較することにより、ビートロックを検出することができる。電圧比較部１３がビートロックを検出すると、ビートロック解除信号出力部１１は、少なくとも電圧初期化部９に対して、好ましくは内部基準電圧部１５に対してもビートロック解除信号ＢＳを出力する。
【００３２】
ビートロック解除信号出力部１１がビートロック解除信号ＢＳを電圧初期化部９に出力することで、端子２１に蓄積された電荷が引き抜かれ、ロータ回転数比例電圧出力回路５が初期化される。このため、併せて電圧制御発振回路７も初期化され、出力する駆動クロックＣＬＫの発振周波数が初期化される。
【００３３】
ここで、内部基準電圧部１５は、出力する電圧を、内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈから内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｌまで低下させるようにするのが望ましい。これは、電圧比較部１３が、ロータ回転数比例電圧Ｖｒが内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈまで低下して電圧初期化部９の初期化処理を終了させてしまうと、再度ロータ回転数比例電圧Ｖｒが内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈを越えてしまい、いつまでもビートロックが継続してしまうためである。このようにすると、モータ駆動装置１は、ロータ回転数比例電圧出力回路５の出力であるロータ回転数比例電圧Ｖｒが完全に初期化されるまで、確実に電圧初期化部９を動作させることができる。従って、ビートロックは、確実に解除されるようになる。
【００３４】
ビートロックが解除されると、内部基準電圧部１５は、上記ビートロック解除信号ＢＳに基づいて、トランジスタＴＲ２がＯＮすることで、電圧比較部１３への出力電圧を元のように再び内部基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ｈまで上昇させ、電圧初期化部９の動作停止と同時にセンサレスモータ１７は再駆動されることになる。
【００３５】
尚、ビートロックを解除するための条件を設定して処理させようとする場合には、図３の電圧比較部１３とビートロック解除信号出力部１１を兼用する上記電圧コンパレータの後段に、図示しない所定のロジック回路を追加する構成としてもよい。
【００３６】
本発明の実施形態によれば、一旦ビートロックが発生しても、ビートロック状態が継続することを防止することができる。従って、従来ビートロック状態で生じていた大きな音響ノイズがセンサレスモータ１７から発生することは無くなる。また、このモータ駆動装置１は、一旦ビートロックの状態となっても、外的要因がなくても自然にその状態から抜け出すことができる。
【００３７】
また、好ましくはロータ回転数比例電圧出力回路５、電圧制御発振回路７、内部基準電圧部１５、電圧比較部１３、ビートロック解除信号出力部１１及び電圧初期化部９は、１つの半導体装置としてのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に内蔵された構成であるのが望ましい。このようにすると、この半導体装置を搭載する電子機器等のセットにおいてビートロックが発生した場合においても、半導体装置を除くセット側から半導体装置に対してビートロック状態を解除する処理を行わなくても良くすることができ、半導体装置側で自らビートロック状態を解除することができる。従って、セット側にビートロック状態を検出し解除する複雑な回路を設ける必要がないので、セットを安価に製造することができる。
【００３８】
ところで本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態は、上記モータ駆動装置１のみならず、印加電圧に応じた発振周波数を出力する電圧制御発振回路（本実施形態の電圧制御発振回路７に相当）を有するモータ駆動装置に適用することができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ビートロック状態が継続することを防止することができるモータ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態としてのモータ駆動装置の処理の流れを示すブロック図。
【図２】ロータ回転数比例電圧出力回路の出力であるロータ回転数比例電圧に対する電圧制御発振回路の発振周波数の関係の一例を示す図。
【図３】図１のモータ駆動装置の一部の回路構成をより具体的に表した一例を示す回路図。
【図４】ロータ回転数比例電圧出力回路が出力するロータ回転数比例電圧の特性の一例を示す図。
【符号の説明】
１・・・モータ駆動装置、５・・・ロータ回転数比例電圧出力回路（比例電圧出力手段）、７・・・電圧制御発振回路（電圧制御発振手段）、９・・・電圧初期化部（初期化手段）、１１・・・ビートロック解除信号出力部（初期化手段）、１３・・・電圧比較部（電圧比較手段）、１５・・・内部基準電圧部、１７・・・センサレスモータ（モータ）、Ｖｒｅｆ＿Ｈ・・・内部基準電圧（基準電圧）

Claims (2)

1. 回転するロータのコイルに発生する逆起電力を検出することで、前記ロータの回転位置を検出するモータ駆動回路であって、
   前記ロータの回転数に比例した回転数比例電圧を出力する比例電圧出力手段と、
   前記回転数比例電圧に基づいて、前記ロータの回転数を制御する電圧制御発振手段と、
   前記回転数比例電圧が前記基準電圧以上であるか否かを比較し、ビートロック状態が生じているか否かを判断する電圧比較手段と、
   前記ビートロック状態が生じていると判断された場合に、前記比例電圧出力手段が出力する前記回転数比例電圧を初期化する初期化手段とを備え、
   前記初期化手段は、前記比例電圧出力手段が通常の駆動状態で出力していた通常駆動電圧となるまで初期化を継続する構成となっていることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記比較電圧出力手段、前記電圧制御発振手段、前記電圧比較手段及び前記初期化手段が、１つの半導体装置に内蔵されている構成としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。

Images