JPH01107696A

JPH01107696A - Ｄｃモータ

Info

Publication number: JPH01107696A
Application number: JP62264124A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Mihara; 隆久三原; Keiichi Kono; 圭一河野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕負荷を駆動するＤＣモータに関し、低い直流電源電圧かつ小さい最大電流のもとで、起動時
に高起動トルクを発生させかつ定常運転時に高出力を発
生させることを目的とし、主コイルおよび補助コイルを
備え、主コイルおよび補助コイルの両者に対して回転ト
ルクを発生させるための所定の１性の直流電流を供給し
て起動し、起動後に主コイルのみに上記起動時とほぼ等
しい所定の極性の直流電流を供給するように切り換えて
更に加速した後、所定の速度で定常運転するように構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、負荷を駆動するＤＣモータに関するものであ
る。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕磁気デ
ィスク装置のスピンドルモータ（ＤＣモータ）に対して
、一定のｔａ！の条件のもとて起動時に高トルクを発生
させ、かつ定常運転時に高出力を発生させるという相反
する要求がある。従来は、これら２つの要求を１組のコ
イルを用いてバランスさせて両者をほぼ満足させるよう
に設計していたため、起動時および定常運転時に対して
夫々最適になるように設計し得ないという問題点があっ
た。

このため、近年の磁気ディスクの高密度実装の要求が高
まるに伴い、例えば磁気媒体（磁気ディスク）に潤滑材
をますます含浸させる度合が高くなってくると、停止時
に磁気へンドがこれに吸着などして起動し難くなり、起
動時に高トルクが必要とされると共に、定常運転時に高
出力が要求されるようになってきた。しかし、これら両
者の要求を低を源電圧例えば２４ＶＤＣかつ小電流例え
ば４八以下で効率的に実現することは、従来の１組のコ
イルを用いたＤＣモータでは、実現し得ないという問題
点があった。

本発明は、低い直流電源電圧かつ小さい最大電流のもと
で、起動時に高起動トルクを発生させかつ定常運転時に
高出力を発生させることを目的としている。

Ｃ問題点を解決するための手段〕第１図は本発明の原理構成図を示す。図中主コイルｌは
、定常運転時に電流を供給して回転トルクを発生させる
ものである。

補助コイル２は、起動時に主コイル１と共に電流を供給
して回転トルクを発生させるものである。

ホール素子３は、ロータの回転角度を検出し、所定の極
性の電流を主コイル１および補助コイル２に供給して回
転磁界を生成して当該ロータを回転などさせるものであ
る。

コイル切替器４は、起動した後に補助コイル２を切り離
したりなどするものである。

駆動回路５は、駆動制御回路６から入力された信号を増
幅した所定の極性の電流を、コイル切替器４を介して主
コイル１　（および補助コイル２）に対して供給し、回
転磁界を生成してロータを回転させるものである。

駆動制御回路６は、６−１ないし６−５から構成され、
駆動回路５およびコイル切替器４を介して主コイル１　
（および補助コイル２）に対して所定の極性の電流を供
給して、ロータを回転させるものである。

ＩＮＤＥＸ作成回路６−１は、ホール素子３から通知さ
れたロータの回転角度信号に基づいて、例えば１回転に
１個のパルス信号（ＩＮＤＥＸ信号）を作成するもので
ある。

比較回路６−２は、通知されたＩＮＤＥＸ信号が基準タ
イミング発生回路６−３から通知された基準タイミング
（例えば１６．６６６ｍ５）よりも小さいか／大きいか
を比較するものである。

基準タイミング発生回路６−３は、ロータを例えば１回
転させたい時間（３６００ｒｐｍに相当する１６．６６
６ｍ５など）である基準タイミングを発生させるもので
ある。

コミュテータ／リミッタ６−４は、駆動回路５および切
替器４を介して主コイル１　（および補助コイル２）に
供給する所定の極性の電流（必要に応じて最大電流値を
制限した電流）を供給して、ロータを回転させるもので
ある。

回転数検出回路６−５は、ＩＮＤＥＸ作成回路６−１か
ら通知されたＩＮＤＥＸ信号に基づいて、主コイル１お
よび補助コイル２を用いた補助系から、主コイル１のみ
を用いた主系に切り換える回転速度を検出し、コイル切
替信号をコイル切替器４に通知するものである。

〔作用〕

本発明は、第１図に示すように、主コイル１および補助
コイル２を設け、起動時にホール素子３、ＩＮＤＥＸ作
成回路６−１、および比較回路６−２を介して通知され
た信号に基づいて、コミュテータ／リミッタ６−４が生
成した所定の極性の電流を、駆動回路５およびコイル切
替器４を介して主コイル１および補助コイル２に供給し
てロータを起動し、ＩＮＤＥＸ作成回路６−１から通知
されたＩＮＤＥＸ信号に基づいて回転数検出回路６−５
が所定の回転数となった時にコイル切替器４にコイル切
替信号を通知し、主コイル１のみに電流が供給されるよ
うにして更に加速して定常速度にする。そして、定常速
度に到達した後、比較器６−２から通知された信号に基
づいて、コミュテータ／リミッタ６−４が、駆動回路５
およびコイル切替器４を介して主コイル１に供給する電
流を０Ｎ１０ＦＦ＄ｄ制御例えば１周期を単位にしてＯ
Ｎ１０ＦＦｍ？１１して、所定速度（例えば３６００ｒ
ｍｐ）に速度制御するようにする。

従って、補助コイル２および主コイル１からなる補助系
による起動初期の駆動段における損失と、主コイル１か
らなる主系への切替時の駆動段における損失とをほぼ等
しくし、かつ低い直流電圧および小さい最大電流によっ
て高起動トルクおよび定常運転時の高出力を得ることが
可能となる。

〔実施例〕

まず、第２図を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図（イ）は駆動回路５の駆動段における安全動作領
域を示し、第２図（ロ）は時間の経過に伴ってコイルが
補助系から主系に切り替わった時にコイルに供給される
電流１　ｃｏ籠りの大きさを示す。

第２図（イ）において、横軸は駆動回路５の駆動段のト
ランジスタに印加される電圧ｖｃを表し、縦軸はその時
の電流■。を表す、そして、斜線を用いて囲んだ領域内
が、この駆動回路５の駆動段のトランジスタが安全に動
作する領域（安全動作領域）を表す、以下動作を説明す
る。

第２図（イ）図中■は、第１図主コイル１および補助コ
イル２からなる補助系に所定の極性の直流電流を供給す
る状態を示す。

図中■は、ロータが加速され、起動された状態を示す。

図中■は、図中■の加速によってロータの回転数が所定
の速度例えば１５００ｒｍｐに到達したことが、第１図
回転数検出回路６−５によって検出されたので、コイル
切替信号をコイル切替器４に通知して主コイル１のみか
らなる主系に切り換え、所定の極性の直流電流をこの主
コイルｌに供給を開始する状態を示す。

図中■は、図中■の状態で加速した状態を示す。

図中■は、図中■の状態で、第１図比較回路６−２によ
って所定の定常駆動時例えば３６００ｒｐｍに到達して
更にこの速度を超えたことが検出された場合、この旨を
コミュテータ／リミッタ６−４に通知し、主コイル１に
供給する所定の極性の直流電流をＯＦＦ例えば次の１周
期分だけＯＦＦにし、一方、定常駆動速度以下になった
ことが検出された場合次の１周期分をＯＮに制御するこ
とを繰り返し、定常駆動する状態を示す。

以上のように、補助コイル２および主コイル１からなる
補助系から、主コイルｌからなる主系に切り換えた時に
、駆動回路５の駆動段のトランジスタの損失をほぼ等し
くなるように構成することにより、低い電源電圧かつ小
さい最大電流によって高起動トルクおよび高出力を得る
ことが可能となる。

第２図（ロ）において、図中■ないし■は、第２図（イ
）図中■ないし■に対応している。図中横軸は起動時か
らの経過時間ｔ（ｓｅｃ）を表し、縦軸はコイルに供給
される電流ｌ、。１Ｌを表す。尚、図中Ｒｅａｄｙは、
主系に切り替わった後、定常駆動点に到達し、主コイル
ｌに対して供給する電流を０Ｎ１０ＦＦＩｉＩＩＩＩ例
えば１周期を単位としてＯＮ１０ＦＦｍ？Ｉして所定の
速度例えば３６００ｒｐｍに至った状態を示す。

次に、第３図ないし第５図を用いて本発明の１実施例の
具体的構成および動作を順次詳細に説明する。

第３図は、第１図構成中のコイル切替器４および駆動回
路５の具体的回路例を示す。

第３図において、コイル切替器４は、Ｓ　Ｗ　Ｘ　Ｉな
いしＳＷＺい５Ｗｘｚないし５Ｗｚｔ−および制動抵抗
Ｒから構成されている。第１に、起動時には、Ｓ　Ｗ　
Ｘ　ｔないしＳ　Ｗ　ｚ　ｔを下側に夫々切り換えて補
助コイル２および主コイル１を直列に接続した補助系に
対して、駆動回路５から入力された所定の極性の電流を
供給するように接続する。これにより、起動時に補助コ
イル２および主コイル１からなる補助系に対して、駆動
回路５から入力された電流が供給され、駆動回路５の駆
動段のトランジスタＴ　ＲＸ　ＩないしＴＲ２１，ＴＲ
ＸＩないしＴ　Ｒｚ　を内における損失が軽減されると
共に起動トルクを高（取ることが可能となる。第２に、
定常駆動時には、図示のように５ＷＸ１ないしＳＷｚ＋
を上側、および５ＷｘｔないしＳ　Ｗ２．を下側に夫々
切り換えて主コイルｌからなる主系に対して、駆動回路
５から入力された所定の極性の電流を供給するように接
続する。これにより、定常駆動時の電源電圧を低くし、
かつ出力を大きく取ることが可能となる。第３に、電源
ＯＦＦ時（３６００ｒ　ｐｍから停止状態にする時〉に
は、ＳＷＸ！ないしＳＷ２□を上側に　・人々切り換え
て、制動抵抗Ｒを図示のように接続する。これにより、
簡単な構成によって制動ブレーキを働らかして迅速にロ
ータを停止させることが可能となる。

第３図において、駆動回路５は、直流電源例えば２４Ｖ
ＤＣから主コイルｌ　（および補助コイル２）に対して
直流電流を流入させるＴＲ１ｌｌないしＴＲ，、、およ
び主コイル１　（および補助コイル２）から直流電流を
電流検出抵抗ＲＦｌｌｆに対して流出させるＴＲＸｔな
いしＴＲ０などから構成されている。これら各トランジ
スタには、第４図に示すコイル電流ＩＸないし１．に対
応する駆動信号（駆動電圧）ｖｇないし■２を供給する
。このような構成を採用することにより、単一の２４Ｖ
ＤＣを用いて補助コイル２および主コイル１に対して第
４図を用いて示すようにコイル電流！、ないしＩ８を供
給して、回転磁界を発生させることが可能となる。

また、第３図において、電流検出抵抗Ｒｒａｔは、主コ
イル１　（および補助コイル）に流れる電流値を電圧に
変換して検出するものである。この検出された値は、電
流フィードバック信号として、第１図コミュテータ／リ
ミッタ６−４に入力され、補助系（補助コイル２および
主コイル１を直列接続した系）を用いた起動時に、所定
の電流値■。

（この電流値Ｉ０は、主系に切り換えた当初の電流値に
ほぼ等しい）になるように駆動回路５を構成する例えば
トランジスタＴＲｘｚないしＴ　Ｒｚ□のベースに所定
電圧を供給し、フィードバンク制御するようにしている
。これにより、第２図を用いて説明したように、起動時
における補助系に供給する最大電流値と、主系に供給す
る最大電流値とをほぼ等しくなるようにリミット（制限
）し、駆動回路５の出力段の小さい容量の各トランジス
タＴＲによって制御し得るようにしている。

次に、第４図を用いて回転磁界を発生させるために、補
助コイル２および主コイル１に対して供給するコイル電
流■８ないし１．について説明する。

第４図（イ）は、第３図補助コイル２および主コイル１
からなる補助系、および主コイル１からなる主系の両者
に対して供給するコイル電流ｌｘないし■２の向きを示
す。本実施例の場合には、３相６極のＤＣモータである
ので、図中■ないし■は、各６０°毎に順次番号順に切
り替わるように制御される。この制御は、第１図ホール
素子３によって検出された角度に対応して実行される。

第４図（ロ）は、第４図（イ）図中矢印を用いて示すよ
うな電流を供給するために、第３図駆動回路５を構成す
るトランジスタＴＲ□ないしＴＲ２いＴＲｘｚないしＴ
Ｒｘｚ中を流れる電流を示す。

図中■ないし■は、第４図（イ）図中■ないし■に夫々
対応している。

第５図は、定常駆動時の駆動電流例を示す。図中ホール
ＰＨＡ信号は、第１図ホール素子３によって検出された
ロータの角度位置に対応する信号であって、３相６極の
ＤＣモータに対応して各ホール素子３を取りつけである
ので、図示のように６０°毎に変化する信号が検出され
る。このホールＰＨＡ信号を、第１図ＩＮＤＥＸ作成部
６−１に入力すると、図中ＩＮＤＥＸ信号に見られるよ
うに、ロータが１回転する毎に１パルスの信号が得られ
る。そして、この１回転毎に１パルスが発生されるＩＮ
ＤＥＸ信号の間隔が、所定周期例えば３６００ｒｐｍに
対応する１６．６６６ｍ５に比較して短いか（３６００
ｒｐｍ以上の速度か）、あるいは長いか（３６００ｒｐ
ｍ以下の速度か）を図中に示すようにして検出する。短
い場合（図中りの場合）には、次の１周の電流をＯＦＦ
にする。一方、長い場合（図中Ｈの場合）には、次の１
周の電流をＯＮにする。このように主コイル１（および
補助コイル２）に供給するコイル電流を１周章位に０Ｎ
１０ＦＦ＊１ｉ８することにより、第２図図中■に示す
ように、所定の速度（例えば３６００ｒｐｍ）で効率良
好に定常駆動される。

尚、従来の１組のコイルによるＤＣモータでは、起動ト
ルク１．２Ｋｇｆｃｍ、定常出力３２Ｗａｔｔ、Ｕ動段
のトランジスタ損失８０Ｗａｔｔであったものが、本実
施例によれば、同一のトランジスタを用いて起動トルク
２．５Ｋｇｆｃｍ、定常出力４５Ｗａ　ｔ　ｔ、駆動段
のトランジスタ損失８０Ｗａｔｔが得られた。即ち、同
じトランジスタを用いて、本実施例は、起動トルクを従
来の約２倍、定常出力を約１．５倍にすることができた
。

また、本実施例に係わる各値を定めるには、下記手順に
よって行うとよい。

（１）所要の起動トルクと電流値とから補助系のトルク
定数を定める。

（２）所要の定常出力と電流値とから主系のトルク定数
と、コイル抵抗、インダクタンスを定める。

（３）　　主系の低速域における駆動段トランジスタの
内部損失プロファイルを描き、当該トランジスタの安定
動作領域内に設定し、補助系から主系に切り換えるコイ
ル切替点（回転数）を定める。

（４）起動初期において、コイル切替点における電流値
に一致するように補助系の抵抗値を設定する。但し、補
助系における柊速かコイル切替点での主系の回転数より
も十分大きくなるように設定する。

以上の手順によって、駆動段のトランジスタの定格を最
小限にしつつ高起動トルク、高定常出力のＤＣモータが
得られる。　　　　　　′”〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば、主コイルおよび
補助コイルの両者に回転トルクを発生させるための所定
の極性の直流電流を供給して起動した後、主コイルに起
動時に供給した所定の極性の直流電流とほぼ等しい直流
電流を供給して更に加速した後、定常運転する構成を採
用しているため、電流供給段のトランジスタ等の容量を
小さくし、かつ低い直流電源電圧および小さい最大電流
のもとで、起動トルクを太き（および定常運転時の出力
を太き（することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は駆動動作説明図
、第３図は本発明の１実施例構成図（部分）、第４図は
コイル電流例、第５図は定常駆動時の駆動電流例を示す
。図中、１は主コイル、２は補助コイル、３はホール素子
、４はコイル切替器、５は駆動回路、６は駆動制御回路
、６−２は比較回路、６−３は基準タイミング発生回路
、６−４はコミエテータ／リミッタ、６−５は回転数検
出回路を表す。、駆動動作説明図第　２　図（イ）コイル電清、イη１１鳥　４　図

Claims

【特許請求の範囲】負荷を駆動するＤＣモータにおいて、主コイル（１）および補助コイル（２）を備え、主コイ
ル（１）および補助コイル（２）の両者に対して回転ト
ルクを発生させるための所定の極性の直流電流を供給し
て起動し、起動後に主コイル（１）のみに上記起動時と
ほぼ等しい所定の極性の直流電流を供給するように切り
換えて更に加速した後、所定の速度で定常運転するよう
に構成したことを特徴とするＤＣモータ。