JPH04359693A - センサレスモータの起動方法及び起動回路 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータに永久磁石、ス
テータにモータコイルを有し、特にホール素子等のロー
タの位置検出用センサを含まないセンサレスモータに関
し、特にセンサレスモータの起動制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータコイルの近傍を永久磁石を有する
ロータが通過すると、磁場変化からモータコイルに起動
力が生じる。したがって、ロータ回転中は特にロータの
位置検出用素子を設けなくても、モータコイルに生じる
起電力を測定すればロータの位置を検出できる。

【０００３】センサレスモータの駆動回路では、モータ
コイルに発生しているコイル起電力を信号に変換する回
路を設け、変換された信号をロータ位置信号として用い
て回路を動作させる。

【０００４】ところが、モータの起動時にはモータがま
だ停止状態にあり、コイルには起電力が発生していない
。そこで、ロータの位置が不明な状態で起動を行なうこ
とになる。この起動時における歩進工程においては、ス
テータのコイルとロータの永久磁石の位置に関係なく、
決まったシーケンスでロータを順方向回転させる励磁手
順が行なわれる。

【０００５】図２（Ａ）に従来の技術によるセンサレス
モータの駆動部の回路を示す。モータ２１の駆動コイル
は制御回路２２によって制御される出力トランジスタ２
３から励磁電流を受ける。モータが回転している時は駆
動コイルに生じる起電力が検出回路２４で検出され、ロ
ータ位置信号として制御回路２２に供給される。この位
置信号に基づいて、制御回路は出力トランジスタ２３を
オン／オフし、ロータを所定方向に回転させる。

【０００６】起動時には、モータが回転していず、した
がって検出回路２４の出力もない。そこで、スイッチ２
７を起動回路２５側に接続する。起動回路２５は所定シ
ーケンスで駆動コイルを励磁するための信号を制御回路
２２に供給する。ロータが回転を始めると駆動コイルに
起電力が発生するので、スイッチ２７は検出回路２４側
に切換えられる。

【０００７】しかし、起動時はロータの位置に拘らず、
決まった手順の励磁を行うため、当初はロータが逆向き
に僅か動き、所定時間が経過しても必要な回転速度に達
していないことはある。このような起動失敗に対処する
ため、通常図２（Ｂ）に示すような制御システムを組む
。スタート指示が与えられ、制御がスタートすると、ま
ずステップＳ１で示すように、スタート／ブレーキ信号
Ｓ／Ｂをハイレベルからローレベルに変化させ、モータ
の起動工程を実行する。図２（Ａ）の回路を参照すれば
、スイッチ２７が起動回路２５に接続され、所定順序で
ステータコイルを励磁するための信号が制御回路２２に
送られる。この信号に基づいてモータ２１の駆動コイル
が励磁される。

【０００８】所定起動手順を実行した後、実際にモータ
が起動したか否かを駆動コイルに誘起される起電力を検
出すること等により、ステップＳ２で判定する（検出モ
ード）。たとえば所定回転速度の９０％以上の回転速度
を得た時、起動は成功したと見なす。

【０００９】起動に成功した時は、さらに加速し、定速
回転に移る。

【００１０】起動に失敗した時は、Ｓ／Ｂ信号をローか
らハイに変化させ、所定の制動を行なう（ステップＳ３
）。これをブレーキ工程と呼ぶ。その後再び、Ｓ／Ｂ信
号をハイからローに変化させ、再度起動工程を実行する
。

【００１１】たとえば、パソコンのハードティスク駆動
用モータにおいては、パソコンのスイッチオンと同時に
ハードディスクの駆動が指示される。通常立上動作は１
０秒程度で完了させる必要がある。そこで、たとえばカ
ウンターを準備し、起動失敗でカウンターを歩進させ、
起動失敗が所定回数（たとえば８回）になったらパソコ
ンのディスプレイに「リセットボタンを押して下さい」
等のメッセージを表示させ、再度立上動作を繰り返すよ
うにする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
センサレスモータの起動においては、ロータの位置を確
認せずに起動手順が行なわれる。このため、僅かな確率
であっても起動失敗が生じることは避け難い。たとえば
、１０００回に１回の起動失敗が生じる。起動が失敗し
た時は、ブレーキ工程に進入し、モータを停止させて初
期の状態に復活させ、再び起動工程を行なうことによっ
て起動をさせている。ここで、繰り返される起動工程は
それぞれ独立のものである。したがって、１回の起動モ
ードによる失敗が１／１０００であるとすれば、起動モ
ードを２回繰り返した場合も各回について１／１０００
の失敗の確率がある。起動失敗は可及的に減少させるこ
とが望まれる。

【００１３】本発明の目的は、簡単な構成で起動失敗の
生じる確率を著しく減少させることのできるセンサレス
モータの起動方法と起動装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサレスモー
タの起動方法は、スタート信号の後に第１の歩進工程及
び第１の加速乃至定速工程を含む第１の起動工程を行な
い、次いで、駆動コイルへの通電を停止する休止工程を
遂行し、しかる後第２の歩進工程及び第２の加速乃至定
速工程を含む第２の起動工程を行なう。

【００１５】

【作用】センサレスモータは、通常１回の起動工程によ
って所定の回転速度に到達するが、万一、所定の回転速
度に未到達の場合には、休止工程後、第２の起動工程に
よって所定の回転速度に到達する。第１回の起動工程で
起動失敗した時は、回転速度が所定値未満ではあるが、
ある程度の回転は生じている。このため制動を行なわず
に休止後、第２の起動工程を行なえば、確実に起動させ
ることができる。このため、繰り返された起動工程後の
起動失敗の確率は実質上零と見なすことができる。

【００１６】

【実施例】図１（Ａ）、（Ｂ）及び図３に本発明の実施
例によるセンサレスモータの起動方法と起動装置を示す
。

【００１７】図１（Ａ）は、モータの駆動コイルを駆動
するための駆動信号波形を示す。図１（Ｂ）は、図１（
Ａ）に示すような駆動信号に基づく駆動電流により、モ
ータの回転速度が増加する振舞いを示す。図３は、図１
（Ａ）に示すような駆動信号に基づき、駆動電流をモー
タコイルに供給するための回路を示すブロック図である
。

【００１８】図３に示すように、センサレスモータがＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の３相コイルを有するモータである場合
を説明する。

【００１９】図１（Ａ）において、モータ起動時の駆動
信号（以下「起動信号」という）は、第１の起動信号と
第２の起動信号を含んでおり、第１の起動信号は第１の
起動工程において生成され、第２の起動信号は第２の起
動工程において生成され、この第１の起動工程と第２の
起動工程の間には、駆動コイルに電流を供給しない休止
工程が存在する。休止工程の時間Ｔ３は５乃至３０ｍｓ
程度が望ましい。

【００２０】第１の起動工程は、歩進信号を駆動コイル
に供給する第１の歩進工程と加速乃至定速信号を駆動コ
イルに供給する第１の加速乃至定速工程を含んでいる。 第１の歩進工程にて生成される歩進信号はパルス信号か
ら構成され、実施例ではこの工程中に９個の歩進パルス
信号が駆動コイルに供給される。この第１の歩進工程の
時間Ｔ１は３０乃至５００ｍｓ程度が望ましい。この時
間Ｔ１が短いとモータの回転開始が十分行なわれず、一
方、この時間Ｔ１が長いとモータの起動時間が長くなる
。

【００２１】第１の加速乃至定速工程においては、後に
も説明する如く、駆動コイルに生じる誘導起電力を検出
し、この誘導起電力よりロータの回転角度位置を検出し
、ロータの角度位置に基づいて駆動コイルに電流が所要
の通り供給される。第１の加速乃至定速工程の時間Ｔ２
は、第１の歩進工程の時間Ｔ１の１．５乃至４．０倍（
Ｔ２／Ｔ１＝１．５〜４．０）であるのが望ましい。 即ち、発明者等の実験結果より、第１の歩進工程の時間
Ｔ１に対する第１の加速乃至定速工程の時間Ｔ２の割合
（Ｔ２／Ｔ１）が小さいと、起動信頼性が低下し、上記
割合（Ｔ２／Ｔ１）を１．５以上に設定したときに所望
の起動信頼性が得られた。また、上記割合（Ｔ２／Ｔ１
）が大きいと、十分な起動信頼性が得られる一方、モー
タの起動時間が長くなり、上記割合（Ｔ２／Ｔ１）を４
．０以下に設定したとき起動信頼性と起動時間の短縮化
の双方を満たすことができた。尚、起動回路としてカウ
ンタを用い、カウンタからの信号を分周して第１の起動
信号を生成する場合には、上記割合（Ｔ２／Ｔ１）を整
数に設定すれば回路の構成が容易となる。しがたって、
上述の場合には、上記割合（Ｔ２／Ｔ１）を２または３
に設定するのがよい。

【００２２】第２の起動工程も、歩進信号を駆動コイル
に供給する第２の歩進工程と加速乃至定速信号を駆動コ
イルに供給する第２の加速乃至定速工程を含んでいる。 第２の歩進工程にて生成される歩進信号はパルス信号か
ら構成され、実施例では第１の歩進工程と同様に９個の
歩進パルス信号が駆動コイルに供給される。この第２の
歩進工程の時間も３０乃至５００ｍｓ程度に設定するこ
とができる。尚、第２の起動工程開始時においては、ロ
ータが幾分回動しているので、この第２の歩進工程のパ
ルス数を第１の歩進工程のパルス数よりも少なく、たと
えば６個とすることもできる。

【００２３】第２の加速乃至定速工程においては、再び
、駆動コイルからの誘導起電力に基づいて駆動コイルに
電流が所要の通り供給され、この第２の加速乃至定速工
程後にモータは所定回転数に維持される。

【００２４】これらの駆動電流により、モータが順調に
回転を開始した場合、図１（Ｂ）の曲線ｒ１に示すよう
に、第１の起動工程後にモータの回転速度は所定値以上
に上昇する。すなわち、モータの起動は成功する。とこ
ろが、第１の歩進工程の当初において加速が適初にかか
らず、たとえば初期にモータが逆転をするとその後の駆
動電流により、モータの逆転は次第に小さくなり、順方
向回転に移行するが、第１の起動工程終了後のモータの
回転速度は曲線ｒ２に示すように、所定の回転数に比べ
いまだ低い状態に留まる。得られた回転速度が所定の値
に達しない場合は、モータの起動が失敗したとみなされ
る。本実施例においては、第１回目の起動工程によって
所定の回転速度が得られない場合でも、起動失敗とはみ
なさず、続いて第２回目の起動工程を行なう。

【００２５】図１（Ａ）の起動信号では、第２の歩進工
程にて第１の歩進工程と同様に９個の歩進パルスが示さ
れている。すなわち、第１の起動工程後、所定の休止期
間を経て、第２の起動工程が行なわれる。この第２の起
動工程は第１の起動工程と同等のものであってもよいが
、図示のようにより短縮化されたものであってもよい。 第１の起動工程によって得た回転速度が所定回転速度ま
で達していない場合でも、すでにモータの回転は開始さ
れているため、第２の起動工程によりモータの回転速度
は速かに向上する。このようにして、図１（Ｂ）に示す
ように、第１の起動工程によっては所定回転速度まで達
しなかった場合も、モータの回転速度は第２の起動工程
によって所定回転速度に達することができる。

【００２６】上述のようなセンサレスモータの起動を行
なうための回路を図３に概略的に示す。

【００２７】スタート信号が生成されると、このスター
ト信号に基づいて基準信号源１は所定周波数の基準信号
をカウンタ３に供給する。カウンタ３は供給経された基
準信号をカウントし、第１の歩進パルス信号を発生する
。たとえば、図１（Ａ）に示すように、第１の歩進工程
においては９個の歩進パルス信号を発生する。次いで、
図２（Ａ）で示すように、検出回路８を介して、モータ
回転速度を検出するモードに移行する。第１の歩進工程
の後に、制御手段５に含まれる通電切換ロジック９が歩
進モードから加速乃至定速モードに切換られる。かくす
ると、カウンタ３からの信号に基づく駆動コイル７への
電流供給が停止し、これに代って、検出回路８からの信
号に基づいて電流が駆動コイル７に所要の通り供給され
る。次に、休止工程に移り、駆動コイル７への電流供給
が停止される。しかる後、再び、通電切換ロジック９が
歩進モードとなり、カウンタ３は供給された基準信号を
カウントし、第２の歩進信号を発生する。次に、通電切
換ロジック９が加速乃至定速モードとなり、再度、検出
回路８からの信号に基づいて電流が駆動コイル７に所要
の通り供給される。図２（Ｂ）に示す従来の起動動作と
比較すると、ステップＳ１で示す起動が繰り返される間
、ステップＳ２、Ｓ３に示す回転モニタ、制動が省略さ
れている。このため、起動に必要とする時間が短縮化さ
れるのみでなく、本来不要な制動動作を省略し、起動確
率を著しく向上することができる。

【００２８】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
マイコン等を用いて同様のシーケンスを行なわせてもよ
く、更に、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なこ
とは当業者に自明であろう。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の歩進工程及び第１の加速乃至定速工程を含む第１
回目の起動工程を終了した後、休止期間を経て第２の歩
進工程及び第２の加速乃至定速工程を含む第２回目の起
動工程が行なわれるため、第１回目の起動によっては所
定回転速度に達しなかった場合も、第２回目の起動工程
によりほぼ確実に所定回転速度に達することができる。 このため起動失敗する確率が実質上零になる。

【図面の簡単な説明】

【図１（Ａ）】本発明の実施例を説明するための起動信
号を示す波形図である。

【図１（Ｂ）】本発明の実施例を説明するためのモータ
の回転速度の時間変化を示すグラフである。

【図２（Ａ）】従来の技術を説明するための回路図であ
る。

【図２（Ｂ）】従来の技術を説明するための起動動作の
制御シーケンスを示すフローチャートである。

【図３】本発明の実施例を説明するための起動回路の回
路図である。

【符号の説明】

１　　基準信号源 ３　　カウンタ ５　　制御回路 ７　　ステータコイル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　永久磁石を有するロータと駆動コイル
   を有するステータを含み、特にロータの回転検出用のセ
   ンサを有さないセンサレスモータの起動方法であって、
   スタート信号の後に歩進信号を該駆動コイルに供給する
   第１の歩進工程と、該第１の歩進工程の後に加速乃至定
   速信号を該駆動コイルに供給する第１の加速乃至定速工
   程を含む第１の起動工程と、該第１の起動工程の後に、
   該駆動コイルへの通電を停止する休止工程と、該休止工
   程の後に再び歩進信号を該駆動コイルに供給する第２の
   歩進工程と、該第２の歩進工程の後に加速乃至定速信号
   を該駆動コイルに供給する第２の加速乃至定速工程とを
   含む第２の起動工程と、を有するセンサレスモータの起
   動方法。
2. 【請求項２】　　該第１の加速乃至定速工程の時間Ｔ２
   は該第１の歩進工程の時間Ｔ１の１．５乃至４．０倍（
   Ｔ２／Ｔ１＝１．５〜４．０）である請求項１記載のセ
   ンサレスモータの起動方法。
3. 【請求項３】　　該第１の歩進工程の時間Ｔ１は３０乃
   至５００ｍｓである請求項１又は２記載のセンサレスモ
   ータの起動方法。
4. 【請求項４】　　該休止工程の時間は５乃至３０ｍｓで
   ある請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサレスモー
   タの起動方法。
5. 【請求項５】　　永久磁石を有するロータと駆動コイル
   を有するステータを含み、特にロータの回転検出用のセ
   ンサを有しないセンサレスモータの起動回路であって、
   スタート信号の後に第１の歩進信号を生成する第１の歩
   進信号生成手段と、該第１の歩進信号の後に第１の加速
   乃至定速信号を生成する第１の加速乃至定速信号生成手
   段と、該第１の加速乃至定速信号の後に所定時間経過後
   第２の歩進信号を生成する第２の歩進信号生成手段と、
   該第２の歩進信号の後に第２の加速乃至定速信号を生成
   する第２の加速乃至定速信号生成手段と、を含むセンサ
   レスモータの起動回路。
6. 【請求項６】　　該第１の加速乃至定速信号生成手段が
   該第１の加速乃至定速信号を生成する時間Ｔ２は、該第
   １の歩進信号生成手段が該第１の歩進信号を生成する時
   間Ｔ１の１．５乃至４．０倍（Ｔ２／Ｔ１＝１．５〜４
   ．０）であるセンサレスモータの起動回路。