JPH05146192A - Ｄｃブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＤＣブラシレスモータの駆動回路の効率改善 【構成】 モータの回転数を基準値と比較する回転数比
較手段２と、この比較手段２から出力される信号により
２つの駆動回路の何れか一方に接続を切換える駆動切換
回路３と、第１駆動回路４（全波駆動回路）及び第２駆
動回路５（半波駆動回路）からなる前記２つの駆動回路
と、これらの駆動回路の出力信号により回転力を与えら
れるモータ部６とによりＤＣブラシレスモータの駆動回
路１を構成した。即ち、回転数２０００ｒｐｍ未満では
第１駆動回路４を用い、２０００ｒｐｍを超える時は第
２駆動回路５を用いるようにしたので、各駆動回路の特
性の良い部分を組合わせることができ、比較的少ない消
費電力で回転数の大きいモータを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に低消費電力が要求
され電源電圧が低く大きな駆動トルクと高い回転数が必
要な、例えばバッテリ駆動の所謂ノートブック型パーソ
ナルコンピュータ等に内蔵される２．５インチ以下の小
型磁気ディスク装置のディスクを回転駆動するのに用い
られるＤＣブラシレスモータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、同一出願人が出願した「センサ
ーレス方式ブラシレスモータ」（特願平１−１３９５６
０号）及び「位置検出器を有しないブラシレスＤＣモー
タの駆動方法」（特願平２−１４６５９０号）の明細書
には、次の通り記載されている。

【０００３】まず「センサーレス方式ブラシレスモー
タ」は、モータの巻線から発生する逆起電圧を検出して
モータを駆動する場合において、３相の各巻線の一端を
共通に接地し各巻線の他端から一方向に通電する３相半
波駆動方式を用いた。一方、「位置検出器を有しないブ
ラシレスＤＣモータの駆動方法」は、３相の各巻線を両
方向から通電する３相全波駆動方式を用いた。

【０００４】ところで、３相半波駆動方式は３相全波駆
動方式に比べ構成が簡単なためトランジスタ等の素子の
数が少なくて済み、回路のロスを減らし費用も安くする
ことができ、又、逆起電圧が小さいので最大回転数を大
きくし易いという長所を備えている。

【０００５】一方、３相全波駆動方式は３相半波駆動方
式より起動トルクが大きく、トルクリップルが小さく、
効率が良くパワーロスが小さいという長所を備えてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、どちらの
方式も長所と短所を兼ね備え一概にどちらが良いとは言
えなかった。例えば、３相半波駆動方式は５Ｖ以下の低
電圧では逆起電圧定数が小さく最大回転数が大きいとい
う長所があったが、起動トルクが小さくトルクリップル
は大きいという短所もあった。一方、３相全波駆動方式
は、起動トルク及び逆起電圧定数が大きく、トルクリッ
プルは小さいが、最大回転数が小さいため３．５Ｖ以下
の低電圧で３０００ｒｐｍ程度の高速回転が要求される
場合に用いることは難しかった。そこで、モータのトル
ク定数を下げて入力電流を上げる方法が考えられるが、
起動時の最大電力が大きくなり、特にバッテリを用いた
所謂ノートブック型パーソナルコンピュータ等に用いら
れるハードディスク駆動装置等においてはバッテリの容
量不足が課題となっていた。

【０００７】そこで本発明の目的は、３相半波駆動方式
と３相全波駆動方式との長所を兼ね備えたＤＣブラシレ
スモータの駆動回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、各巻線の他端となる第２端子ｋに電流を選
択的に供給するスイッチング素子を接続し、各巻線を共
通に接続した第１端子ｊを介して２つの巻線に両方向に
電流を供給する第１駆動回路と、前記各巻線の第２端子
ｋに電流を選択的に供給するスイッチング素子を接続し
この第２端子ｋと前記第１端子ｊ間の一方向に電流を供
給する第２駆動回路と、前記第１又は第２駆動回路の何
れか一方に駆動回路を切換える駆動切換回路とを設け
た。

【０００９】ＤＣブラシレスモータの停止時から所定の
回転数までは前記第１駆動回路を駆動し、前記所定の回
転数を超える回転数では前記第２駆動回路を駆動するよ
う前記駆動切換回路を構成することもできる。

【００１０】

【作用】所定の条件を満足すると駆動切換回路は、モー
タの駆動を第１又は第２駆動回路の何れか一方に切換え
て行う。

【００１１】前記所定の条件を所定の回転数とすると、
停止時から所定の回転数までは第１駆動回路でモータを
駆動し、前記所定の回転数を超える回転数では第２駆動
回路でモータを駆動するよう駆動切換回路はモータの駆
動方式を切換える。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。図１は本発明に係るＤＣブラシレ
スモータの駆動回路の一例の構成図、図２は同回転数比
較手段の一例の構成図、図３は同第１実施例の回路図、
図４は同第２実施例の回路図、図５は同逆起電圧波形と
駆動コイルに流す電流のタイミングチャート、図６は同
発生トルク特性図、図７は同電源電圧対最大回転数及び
消費電流特性図、図８は同駆動切換動作特性図である。

【００１３】図１においてＤＣブラシレスモータの駆動
回路１は、モータの回転数を予め設定した回転数と比較
する回転数比較手段２と、この比較手段２の出力信号に
基づいた駆動切換信号を発生する駆動切換回路３と、こ
の駆動切換信号により何れか一方が動作する第１駆動回
路４及び第２駆動回路５と、前記駆動回路４又は５によ
り回転力を与えられるモータ部６とにより構成される。

【００１４】この構成により、まず回転数比較手段２で
回転数が比較され、比較結果に応じて駆動切換回路３は
第１駆動回路４又は第２駆動回路５の何れか一方を動作
させモータ部６を回転させる。

【００１５】回転数比較手段２は、一般にＡ／Ｄ変換器
とタイマ等により構成されるマイクロコンピュータ等で
構成されるが、その一例を図２に示す。図２によれば、
マイクロコンピュータ等で構成された回転数比較手段２
は例えば図示しないモータのコイルからモータ回転中に
発生する逆起電圧を検出して得られた信号を検出する回
転数検出部２ａと、この検出部２ａから出力されるパル
ス等の信号をカウント（計数）するカウンタ２ｂと、カ
ウントを一定時間で停止させるためのタイマ２ｃと、前
記カウンタ２ｂのカウント数と基準値記憶メモリ２ｄか
ら読出した基準カウント数とを比較する比較回路２ｅと
により構成され、この比較回路２ｅの出力信号が前記駆
動切換回路３に入力される。

【００１６】即ち、カウンタ２ｂの出力とメモリ２ｄを
比較することによりモータ部６の回転数が相対的に比較
される。従って、予め必要な回転数、本実施例では２０
００ｒｐｍに相当するカウント数を前記メモリ２ｄに書
込んでおけば前記比較回路２ｅの出力信号として回転数
が２０００ｒｐｍを超えたか否かの判定信号が得られ
る。

【００１７】図３は駆動切換回路３と第１及び第２駆動
回路４，５とにより構成される駆動回路の第１実施例の
回路図である。本実施例では３相モータを用いたが３相
に限定するものではなくＤＣブラシレスモータであれば
任意の相数でよい。又、一般に用いられる回路と同様の
部分については部品の記号を記し、その説明は省略す
る。

【００１８】モータ部６のＵ相駆動コイルＬ１、Ｖ相駆
動コイルＬ２及びＷ相駆動コイルＬ３はスイッチング素
子に相当するＰＮＰ形トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３及
びＦＥＴＱ４，Ｑ５，Ｑ６とにより夫々選択的に電流が
供給され、前記モータ部６を回転させる。駆動切換回路
３はＦＥＴＱ７で構成されるスイッチング回路で、この
ＦＥＴＱ７のソース側は全電流制御用ＦＥＴＱ８のドレ
イン側と接続される。

【００１９】次に、この駆動回路の動作について説明す
る。まずモータ部６が停止時から回転数２０００ｒｐｍ
に達するまでは、前記ＦＥＴＱ７には前記回転数比較手
段２よりＬ（低）レベルの信号が入力され、このＱ７は
オフである。従って、例えば前記トランジスタＱ１及び
ＦＥＴＱ５がオンになるタイミングに前記駆動コイルＬ
１には電流が流れ、この電流は更にコイルＬ２及び前記
ＦＥＴＱ５を経由して前記ＦＥＴＱ８に流れ込む。そし
て、このＱ８で電流の大きさが制御される。即ち、この
駆動回路は３相全波駆動回路（以下、全波という。）と
して動作し、前記第１駆動回路４がこの回路に相当す
る。

【００２０】一方、前記モータ部６の回転数が２０００
ｒｐｍを超えると、前記ＦＥＴＱ７には前記回転数比較
手段２よりＨ（高）レベルの信号が入力され、このＱ７
はオンになる。このＱ７がオンになると図示しない駆動
コイル制御回路により前記ＦＥＴＱ４乃至Ｑ６はオフに
される。従って、例えば前記トランジスタＱ１がオンに
なるタイミングに前記コイルＬ１には電流が流れ、この
電流は前記ＦＥＴＱ７を経由して前記ＦＥＴＱ８に流れ
込む。即ち、この駆動回路は３相半波駆動回路（以下、
半波という。）として動作し、前記第２駆動回路５がこ
の回路に相当する。

【００２１】図４は駆動回路の第２実施例の回路図で、
スイッチング素子として第１実施例と同様にトランジス
タＱ１乃至Ｑ３、ＦＥＴＱ４乃至Ｑ７を用いるが、３相
に流れる電流をアナログ的に制御するようアナログスイ
ッチＳ１乃至Ｓ３をＦＥＴＱ４乃至Ｑ６の入力側に、更
に、ＦＥＴＱ７の入力側にもアナログスイッチＳ４を設
けた点が第１実施例と異なる。

【００２２】図５は同図（Ｂ）乃至（Ｇ）に示す前記第
１及び第２駆動回路４，５の制御タイミングを同図
（Ａ）に示す逆起電圧に対して示したものである。同図
（Ｂ）乃至（Ｄ）は全波（第１駆動回路４）、同図
（Ｅ）乃至（Ｇ）は半波（第２駆動回路５）の駆動タイ
ミングを示す。ここで全波の前記トランジスタ及びＦＥ
ＴＱ１乃至Ｑ６の切換タイミングは、無通電のコイルか
ら発生する逆起電圧を図示しないマイクロコンピュータ
に内蔵したＡ／Ｄ変換器を利用して検出するため２相に
通電して１相を無通電とする所謂１２０度通電を用いて
いる。

【００２３】図６（Ａ）は全波の発生トルク波形を、同
図（Ｂ）は半波の発生トルク波形を示す。図３，４の回
路図と図５のタイミングチャートから１相分の抵抗値を
Ｒとし回路の損失分を無視すると、全波では２相に通電
するため電流はＶ／２Ｒとなり発生トルクはこの２相分
を合成した波形になる。同様に１相分の抵抗値をＲとし
回路の損失分を無視すると、半波では１相に通電するた
め電流はＶ／Ｒとなり前記全波に比べ１つのコイルにつ
いての電流は２倍になる。従って、発生トルクは合成さ
れず波形のリップルは前記全波に比べ増えるものの電流
が２倍になるため平均トルクの大きさは前記全波と殆ど
変らない。即ち、前記全波では前記半波と同じトルクを
発生させるのに電力は前記半波の半分で済むことにな
る。

【００２４】図７は３相全波と３相半波の電源電圧に対
する最大回転数（同図（Ａ））と消費電流（同図
（Ｂ））の関係を示す。これは一例として２．５インチ
の小型ハードディスク装置（ＨＤＤ）の２枚のディスク
を回転駆動するスピンドルモータの駆動回路について示
したもので、起動時の最大電流は全波の場合で略６００
ｍＡ、半波の場合で略１．２Ａである。

【００２５】既に説明したように全波と半波では起動時
のトルクは略同じになるが、同図（Ａ）より電源電圧に
対する最大回転数は全波より半波の方が大きく、最も比
の大きいところで１．５倍程度である。又、同図（Ｂ）
よりその時の電流は全波より半波の方が大幅に増大する
ことがわかる。半波の方が最大回転数が高くなるのは、
最大回転数を得るためコイルに印加される電圧は電源電
圧からコイルに発生する逆起電圧を減算したものであ
り、半波の方がこの逆起電圧が小さいためである。

【００２６】図８は全波と半波の駆動切換時の動作を示
す特性図で電源電圧が３．５Ｖ未満の場合にこの切換動
作を行う。即ち、一般に３乃至５Ｖで動作するＨＤＤは
基準電圧発生回路とＡ／Ｄ変換器とを内蔵した図示しな
いマイクロコンピュータを備え、基準電圧に対して電源
電圧をＡ／Ｄ変換してこの電源電圧を測定し、スピンド
ルモータの回転数を定格回転数３２００ｒｐｍにするた
めに全波又は半波の駆動回路を選択している。ところ
で、図７（Ａ）からも分るように電源電圧が略３．５Ｖ
以上であれば全波でも３２００ｒｐｍの回転数が得られ
ることから、この場合は起動時から定格回転時まで全波
駆動回路のみを用い、電源電圧が３．５Ｖ未満の場合に
ついて本発明に係る駆動回路を用いるようにした。

【００２７】図８によれば、起動時から回転数が略２０
００ｒｐｍまでは全波駆動回路を動作させ、２０００ｒ
ｐｍを超えると半波駆動回路に切換えて動作させ定格回
転数の３２００ｒｐｍを得ていることが分る。

【００２８】以上説明したように本発明は、３相全波駆
動回路と３相半波駆動回路の利点を組合わせて用いるよ
うＤＣブラシレスモータの駆動回路を構成したところに
特徴がある。即ち、３相全波駆動回路は起動トルクが大
きくトルクリップルも小さいことから、起動時から所定
の回転数、例えば２０００ｒｐｍ程度まではこの全波駆
動回路を用いることにより、起動時は最大電流が小さい
ため最大消費電力を少なくすることができる。一方、３
相半波駆動回路は逆起電圧定数が小さく最大回転数が大
きいことから、２０００ｒｐｍを超えた後はこの半波駆
動回路を用いることにより電源電圧が３Ｖ程度でも大き
い回転数で比較的安定に回転駆動することができる。
尚、スイッチング素子としてＰＮＰ形トランジスタで構
成したが、ＮＰＮ形トランジスタで構成してもよく、又
ＦＥＴ等の他の増幅素子で構成してもよい。

【００２９】又、従来の駆動回路に駆動切換用の素子と
してＦＥＴを１個追加するだけであり、又、駆動制御は
殆どソフトウエアで行われ、共通に使用できる部分が多
いため、追加するソフトウエアに対するメモリの増加も
少なくて済む。従って、本発明を小型モータに用いるこ
ともでき、併せて費用の節減も図ることができる。

【００３０】

【発明の効果】２つの駆動回路を選択して用いるようモ
ータの駆動回路を構成したので、各駆動回路の特性の良
い部分を組合わせることができる。従って、回転数の大
きいモータを比較的少ない消費電力で、且つ、比較的簡
単な回路の追加で得ることが可能となり、モータの小型
化に適し、併せて費用の節減も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＤＣブラシレスモータの駆動回路
の一例の構成図である。

【図２】同回転数比較手段の一例の構成図である。

【図３】同第１実施例の回路図である。

【図４】同第２実施例の回路図である。

【図５】同逆起電圧波形と駆動コイルに流す電流のタイ
ミングチャートである。

【図６】同発生トルク特性図である。

【図７】同電源電圧対最大回転数及び消費電流特性図で
ある。

【図８】同駆動切換動作特性図である。

【符号の説明】

１…ＤＣブラシレスモータの駆動回路、２…回転数比較
手段、３…駆動切換回路、４…第１駆動回路、５…第２
駆動回路、６…モータ部、ｊ…第１端子、ｋ…第２端
子、Ｌ１〜Ｌ３…Ｕ相〜Ｗ相駆動コイル、Ｑ１〜Ｑ３…
ＰＮＰ形トランジスタ、Ｑ４〜Ｑ８…ＦＥＴ、Ｓ１〜Ｓ
４…アナログスイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の巻線で構成され各巻線の一端が共
   通に接続された第１端子ｊを備えた駆動コイルと、この
   駆動コイルに電流を供給して発生する磁界と多極に着磁
   された駆動マグネットから発生する磁界との相互作用に
   より回転力を発生するＤＣブラシレスモータの駆動回路
   において、前記各巻線の他端となる第２端子ｋに電流を
   選択的に供給するスイッチング素子を接続し前記第１端
   子ｊを介して２つの巻線に両方向に電流を供給する第１
   駆動回路と、前記各巻線の第２端子ｋに電流を選択的に
   供給するスイッチング素子を接続しこの第２端子ｋと前
   記第１端子ｊ間の一方向に電流を供給する第２駆動回路
   と、前記第１又は第２駆動回路の何れか一方に駆動回路
   を切換える駆動切換回路とを設けたことを特徴とするＤ
   Ｃブラシレスモータの駆動回路。
2. 【請求項２】 ＤＣブラシレスモータの停止時から所定
   の回転数までは前記第１駆動回路を駆動し、前記所定の
   回転数を超える回転数では前記第２駆動回路を駆動する
   よう前記駆動切換回路を構成したことを特徴とする請求
   項１記載のＤＣブラシレスモータの駆動回路。