JPH03504435A

JPH03504435A - 無刷子直流モータの始動方法

Info

Publication number: JPH03504435A
Application number: JP1503776A
Authority: JP
Inventors: ライト、ローレンス、マルコム
Original assignee: インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: EP0414703A1; WO1990010973A1; JPH0732634B2; US5198733A; DE68909232T2; DE68909232D1; EP0414703B1

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】無刷子直流モータの始動［発明の技術分野］本発明は無刷子直流モータを起動させる方法及びそのようなモータを含む駆動回路に関する。

［発明の背景］従来、殆どの無刷子直流モータは、ステータに対してロータの角度的な位置を決定するために、ホール効果デバイスや、或は光学的センサなどの専用のセンサが用いられていた０次に、この情報はモータをコミュテートするために用いられる。

最近になって、モータのステータ・コイルからの逆起電力信号（ｂａｃｋ　ＥＭＦ　）がロータの角度的位置を感知するのに使用されており、これはコミュテーションのタイミング・エラー及びコストを減少する利点がある。然しながら、モータが停止している時、ステータ・コイルからの逆起電力は生じないから、特別な起動システムが必要であった。このシステムは低速度において、駆動電流が逆起電力信号よりも遥かに大きい電圧を発生するので、それらの電圧を検出することが必要であり、この検出に問題がある。

１９８４年１０月のデザイン・エンジニャリング誌の３７頁には無刷子直流モータ用の逆起電力の位置感知システムが開示されている。この文献は、用いられている始動システム特表平３−５０４４３５　（２）の細部に関しては明瞭に記載されていないが、併し、特定の時間の間だけモータ・コイルを付勢する技術を記載しており、この技術は多くのアプリケーションに対して互換性がない。

ヨーロッパ特許出願第２５１７８５Ａ号はモータが停止しているか、または低速度で回転している時、モータの構造中りの回転位置に関するフィードバック情報を発生する方法が記載されている。モータの位相をマイクロプロセッサにより監視することによって、モータの位相はマイクロプロセッサの制御の下で付勢される０周期的に停止状態から第１の回転速度へ、モータの位相の各組が順番に瞬間的に付勢され各位相に短い電流パルスの振幅が監視される。最大の電流パルスが流れる位相はロータの位置を表わしている。−組の位相を瞬間的に付勢することは、ロータを回転するための充分なトルクを発生するには不充分である。つまり、−組の位相の各瞬間的な付勢は、特定の位相のトルク発生の付勢を維持することによって続けられ、このトルク発生の付勢は、監視された電流パルスによって表わされたロータの位置に固有のものであり、これは瞬間的な付勢に応答して追従される。短時間の電流パルスの振幅を監視することはアナログからディジタルへの変換器の使用を必要とする。従って、ヨーロッパ特許出願２５１７８５Ａ号に開示された方法は集積されたアナログ／ディジタル・コンバータを含むマイクロプロセッサの利用をするか、または、付加的なコスト、余分な電力消費及び低いシステムの信頼性を伴う別個のアナログ／ディジタル・コンバータの使用を含むマイクロプロセッサを利用するかの何れかの制限を含む弱点を持っている。

ＤＢ−Ｃ２−３２０９３９４号の特許出願は、できるだけ速く所望の方向にモータを回転させるために、無刷子直流モータを制御するシステムを開示している。

モータが静止している時、電流パルスが１つの巻線に印加され、次に、モータが所望の方向に回転を始めたか否かを決定するために、その巻線中の逆起電力が検査される。若し、所望の方向に回転していれば、システムは自己コミュテート・モードでモータを回転させる。若し、モータが望まない方向に回転を始めたのならば、システムは、モータが回転方向を変更するように、巻線を付勢する。この特許出願に開示されたシステムは、モータが動作速度に達するまで負荷が掛らない場合には適当なシステムであるが、併し、例えば記録用ディスク・ファイル駆動装置のような始動時の高い負荷を持つモータの場合には適用することが出来ない。

本発明は、記録用ディスク・ファイルを駆動するような、特に始動時に高い負荷を持つモータの場合において、無刷子直流モータを始動させる方法を提供する。

［発明の開示］本発明は、（ａ）予め決められた位置にロータを移動するために、モータの巻線を付勢することと、（ｂ）予め決められた回転方向の予め決められた位置からロータを回転させるために、所定の巻線位相に駆動パルスを供給することと、（Ｃ）コミュテーションの変更が予め決められた方向にロータの回転を維持する必要があるか否かを表示するために、巻線のＩＸＲ電圧降下が、逆起電力よりも実質的に小さいレベルに、電流パルスが減衰した時に、巻線位相中に発生された逆起電力をサンプルすることと、（ｄ）予め決められた方向にロータの回転を維持するために、ステップ（ｃ）によって与えられた表示に応答して所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給することとの連続したステップを含む無刷子直流モータを起動する方法を提供する。

また、本発明は、予め決められた位置にロータを移動するためにモータの巻ｕＩを付勢する手段と、予め決められた回転方向の予め決められた位置からロータを回転させるために、所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給する手段と、予め決められた方向にロータの回転を維持するために、コミュテーションの変更が必要があるか否かを表示するために、巻線中のＩＸＲ電圧降下が逆起電力よりも実質的に小さいレベルに、電流パルスが減衰した時、巻線位相中に発生された逆起電力をサンプルするサンプル手段と、予め決められた方向にロータの回転を維持するために、サンプル手段によって与えられた表示に応答して、所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給する手段とを含む無刷子直流モータの駆動回路を与える。

［図面の簡単な説明］無刷子直流モータの回路図と、そのモータの起動及び回転を制御する装置を示す添付図面を参照しながら、本発明がどのようにして実施されるかを実施例を用いて説明する。

［発明の詳細な記述］電子的にコミュテートされる直流モータＭはネオジム／鉄／硼素のような希土類の磁気材料で作られた８極のパーマネント磁石のロータＲを持っている。モータＭのステータ巻線１１．１２．１３は電子スイッチ回路１４によって電圧供給源十Ｖから付勢される３相Ｘ、Ｙ及びＺ信号を与えるためにデルタ構造に接続されている。制御装置１５はスイッチ回路１４に６本の出力ライン０１乃至０６の上に信号を供給することによって、モータＭのコミュテーション及び速度を制振する。モータＭのロータＲの回転は巻線１１．１２．１３中に逆起電力を誘起する０位相Ｘ、Ｙ及びＺは逆起電力を分離するために、低域濾波回路１６に接続されている６回路１６の低域濾波器の時定数は、モータ駆動回路からのスイッチ・ノイズを除去するのに充分に大きなものであり、且つ、Ａ、Ｂ及びＣの位相（ロータの位置に対して）がモータに要求された動作速度を訂正するように選ばれている。分離された所定の逆起電力は、３つの比較器１７．１８、及び１９によって比較され、出力Ａ、　Ｂ及びＣを発生し、それらの出力Ａ、Ｂ及びＣは、共同して絶えず逆起電力が巻線中のＩＸＲ電圧降下よりも大きいロータＲの位置の表示を与える。比較器１７．１８及び１９は、入力なＯポルトに降下させる作用を行うような回路であり、ナショナル・セミコンダクター社（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）で販売されているＬＭ３３９のような標準的なカッド比較器のパッケージであってよい。モータが所定の最小速度よりも大きな速度で回転した時、スイッチ手段２０は図面に示したようにセットされ、出力Ａ、Ｂ及びＣは制御器１５の入力Ｎ１、Ｎ２及びＮ３に通過する。この場合、制御器１５は、出力Ａ、Ｂ及びＣによって示されたロータの位置に従って出力ライン０１乃至０６上に信号を発生するが、その発生の態様は、ロータの角度的位置を決定するために、３つのホール効果センサを使用して、モータに通常使われるコミュテーション・ロジックによって、コミュテーション信号が発生される方法と同じである。

また、Ａ、Ｂ及びＣは３ビツト・レジスタ２１の入力に印加され、３ビツト・レジスタ２１は負荷パルスＬＰを受取った時にそれらをサンプルし、そして負荷パルスＬＰによって決められるサンプル時点においてロータの位置を表示する出力Ａ１、Ｂ１及びＣ１を発生する。出力Ａ１、Ｂ１及びＣ１は、出力信号Ａ２、Ｂ２及びＣ２を発生するディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２２に印加され、出力信号Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、サンプルされたロータの位置から要求された方向にモータの駆動を制御することなどに用いられる。出力信号Ａ２、Ｂ２及びＣ２は、スイッチ手段２０が図示された位置とは反対の位置にセットされた時に、制御器１５の入力Ｎ１、Ｎ２及びＮ３に印加される。スイッチ手段２０の位置はＤＳＰ２２によって発生された信号Ｓにより決定される。３ビツト・レジスタ２１に印加された負荷パルスＬＰはＤＳＰ２２によって発生するか、または、予め決められた期間を持つパルス列かの何れかで与えることが出来る。また、ＤＳＰ２２の出力信号りが制御器１５に印加された時、ＤＳＰ２２は、スイッチ回路１４が巻！ｉ！Ｘ、Ｙ及びＺに電流を供給するのを阻止するのに必要な電流信号りを発生する。スイッチ回路１４は３個のＰ型ＦＥＴ２３．２４及び２５と、３個のＮ型ＦＥＴ２６．２７及び２８とで構成されている。ＦＥＴ２３及び２６は電圧供給源＋Ｖとアースとの間に直列に接続され、そしてＦＥＴ２３及び２６の間の結合点はモータＭのＸ位相の入力に接続されている。制御器１５の出力ライン０１はＦＥＴ２３のゲートに接続されており、制御器１５の出力ライン０４はＦＥＴ２６のゲートに接続されている。同じ態様で、ＦＥＴ２４及び２７は電圧供給源十Ｖとアースの間に直列に接続され、モータのＹ位相の入力に接続され、そして、制御器１５の出力ライン０２及び０５に接続されている。ＦＥＴ２５及び２８は同様に、モータのＺ位の入力に接続され、そして制御器１５の出力０３及び０６に接続されている。

モータＭを始動するために、ＤＳＰ２２は、図示された方向とは反対方向にスイッチをセットするために、スイッチ手段２０に連続して信号Ｓを供給し、そして、出力端子Ａ２、Ｂ２及びＣ２に信号を供給し、これに応答した制御器１５は、ロータのリセット位置から予め決められた任意の位置にロータを移動させるように、予め決められた初期シーケンスにモータ位相を付勢させる。モータの位相に供給された電流は、オーバーシュートを阻止するために、この初期付勢の期間の間で、連続して増加される。モータが予め決められた位置に位置付けられた時、ＤＳＰ２２は、ロータがその予め決められた位置から予め決められた方向に回転するような方向で且つ充分に長い時間の間、モータの位相に対して電流パルスを、制御器１５により供給させる。ロータがモータ位相の付勢に応答して回転を開始するのに充分に長い時間の間、ＤＳＰ２２は、制御器１５がモータ巻線中の電流を減衰させるように減勢信号りを供給する。モータの巻線中の電流がほぼゼロに減衰するのに充分に長い時間が経過した後、負荷パルスＬＰは３ビツト・レジスタ２１に印加され、次に、３ビツト・レジスタは比較器１７．１８及び１９の出力Ａ、Ｂ及びＣをサンプルする。サンプルされた出力Ａ１、Ｂ１及びＣ１はＤＳＰ２２に通過され、ＤＳＰ２２は、ロータの位置を決定し、そしてロータを所望の方向に回転させる出力信号Ａ２、Ｂ２及びＣ２を発生する。同時に、ＤＳＰ２２は、減勢信号りをオフに転じ、従って、制御器１５をＡ２、Ｂ２及びＣ２の信号に応答させ、そして、所望の方向にロータを回転するため、モータの所定の位相を付勢させるように制御装置１５の出力ライン０１乃至０６上に信号を供給する。成る時間の経過後、ＤＳＰ２２は制御器１５に減勢信号りを再度供給し、従って、モータの巻線中の電流を減衰させる。ＩＸＲ損失よりも逆起電力が大きくなるようなレベルにモータの巻線の電流が減衰した時、負荷パルスＬＰは比較器の出力Ａ、Ｂ及びＣをサンプルするために３ビツト・レジスタ２１に再度印加される。

サンプルされた出力はＤＳＰ２２に通過され、そして、サンプルされた出力は減勢信号りを再度オフに転じ、モータは制御器１５により所定の位相に付勢される。このプロセスは、逆起電力が巻線のＩＸＲ損失よりも充分に大きくなるまで、ロータの速度と正比例する速度で繰り返えされる（巻線の付勢を減勢する必要はない）、この期間の間、逆起電力はコミュテート速度よりも大きな速度でサンプルされ、コミュテート速度はＤＳＰ２２によって連続して監視される。

例えば逆起電力の６番目のサンプル後のように周期的に、ＤＳＰ２２はサンプルされた逆起電力からのロータの実際の位置を決定する。逆起電力の他のサンプルを受は取った時、ＤＳＰ２２は、コミュテーションの変更を必要とするロータの変化が発生したか否かを単純に決定する。若し、ロータの位置にそのような変化が生じたならば、ＤＳＰ２２は、所望の方向の回転を発生するトルクのために適当な次のコミュテーション位相を適用する。これはモータが意図された方向に回転を開始することを保証するだけである。

逆起電力が巻線中のＩＲ損失よりも充分に大きくなるような速度にロータが回転した時、ＤＳＰ２２は信号Ｓをオフに転じ、これにより、スイッチ回路２０中のスイッチを図示の位置にセットする。その後、比較器１７．１８及び１９の出力Ａ、Ｂ及びＣは制御器１５の人力Ｎ１、Ｎ２及びＮ３に通り、モータが回転している間に、減勢信号りをオフに止める。

制御器１５の制御の下で、モータの速度は所望の速度に達し、その後は所望の速度に維持される。

本発明はデルタ構造に接続されたモータの巻線を持つモータに関連して説明されて来たけれども、本発明はスター接続の巻線にも適用することが出来る。

要約すると、以下の基本的なステップを含む無刷子直流モータの始動方法が説明された。

１、　任意のロータ位置を特定し、そして、ロータが任意のロータ位置に移動するような駆動電流を３つのモータ位相人力に印加すること。

２、　ロータが所望の方向に回転するように所定の巻線に電流を供給すること。

３、　モータが始動した後、モータ位相入力への電流供給を停止すること。

４、　モータが回転した速度において、巻線中のＩＸＲ電圧降下が逆起電力よりも充分に小さいレベルまでモータ中の電流を減衰させること。

５、　巻線中に発生された（非常に小さい）逆起電力をサンプルすること。

６、　ロータがコミュテーションに必要な位置に移動したか否かを検出するためにサンプルされた逆起電力を監視すること。

７、　ロータが必要な方向に回転を続けるように、コミュテーションにおいて変更を必要とする変化がステップ５において検出されたか否かに従って３相のモータの位相入力に駆動電流を供給すること。

８、　コミュテーション速度よりも大きな速度（即ち、モータの速度が増加するよりもより頻繁に）において、そして、モータの速度に正比例した速度において、所定の回数だけステップ４乃至７を繰返すこと。

９、　ステップ４及び５を繰返すこと。

１０、　サンプルされた逆起電力からロータの現在の位置を決定すること。

１１、　現在の位置から要求された方向にモータを回転させる電流なモータの３相入力に供給すること。

１２、　逆起電力が巻線中のＰＲ損失よりも遥かに大きい値になるまでステップ４を繰り返すこと。

１３、　逆起電力が巻線中のＰＲ損失よりも迩かに大きい値になった時、逆起電力の連続した比較によって、ロータの現在の位置とは独立して、モータの位相入力（つまりコミュテート）に電流を供給すること。

国際調査報告　　１）、Ｔ／ｎ。。。／Ｉ’Ｉｎ’）ＥＣ国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）予め決められた位置にロータを移動するためにモータ巻線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を付勢するステップと、（ｂ）予め決められた回転方向に予め決められた位置からロータを回転させるために、所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給するステツプと、（ｃ）予め決められた方向にロータの回転を維持するためにコミユテーションの変更が必要であるか否かを表示するために、巻線中のＩ×Ｒ電圧降下が逆起電力よりも実質的に小さなレベルに、巻線位相中に発生された逆起電力が減衰した時、巻線中に発生された逆起電力をサンプルするステツプと、（ｄ）予め決められたロータの回転方向を維持するために、ステツプ（ｃ）により与えられた表示に応答して所定の貴破線位相に駆動電流パルスを供給するステツプとを順次に含む無刷子直流モータ（Ｍ）を起動する方法。
（２）請求項１に記載された方法において、（ｅ）（ｃ）及び（ｄ）のステツプを何回か繰返すことと、（ｆ）ステツプ（ｃ）を繰返すことと、（ｇ）サンプルされた逆起電力からロータの位置を決定することと、（ｈ）ステツプ（ｇ）で決定されたロータの位置から、予め決められた方向にロータを回転するために、所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給することとを含む方法。
（３）請求項２に記載の方法において、逆起電力が巻線の中のＩＲ損失よりも遥かに大きくなった速度にモータが到達するまで、ステツプ（ｅ）乃至（ｈ）を繰返すステツプと、巻線中に発生された逆起電力を連続して比較することによつて表わされたロータの現在の位置とは独立して、モータをコミユテートするステツプとを更に含む方法。
（４）無刷子直流モータ（Ｍ）と、予め決められた位置にロータを移動するためにモータ巻線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を付勢する手段と、予め決められた回転方向に予め決められた位置からロータを回転させるために、所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給する手段と、予め決められた方向にロータの回転を維持するためにコミユテーシヨンを変更する必要があるか否かを表示するために、巻線中のＩＲ電圧降下が逆起電力よりも実質的に小さいレベルまで、電流パルスが減衰した時、巻線位相に発生された逆起電力をサンプルするサンプル手段と、予め決められた方向にロータの回転を維持するために、サンプル手段によつて与えられた表示に応答して所定の巻線位相に駆動電流パルスを供給する手段とを含む駆動回路。