JPH06178581A - センサレス多相直流モータの起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動確率が向上するセンサレス多相直流モー
タの起動方法の提供。 【構成】 起動方法では、s1で励磁カウンターがセット
され、s2で第１歩進工程が実行される。所定の内部歩進
ステップを有する第１歩進工程が実施されると、s3で第
１加速工程が所定の時間実施される。続くs4では、第２
歩進工程が実行される。この第２歩進工程では、各ステ
ータコイルｕ，ｖ，ｗにおける励磁電流の供給周波数
が、第１歩進工程の２倍に設定され、その内部歩進パタ
ーンが第１歩進工程の内部歩進パターンを遅れ側にシフ
トさせた状態に設定される。このような励磁電流を供給
すると、コイルｕとｗとで、休止期間を含まないで励磁
電流が逆転する逆励磁駆動動作が行われることになる。
その後s5で第２加速工程になり、次いで、s6で定速工程
に移行して、その状態に異常がなければその状態が維持
されるとともに、定速工程に異常が生じ、これがs7で検
出されると、s1に戻り再び起動時の処理が実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、センサレス多相直流
モータの起動方法に関し、特に、その起動の確実性を向
上させる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置の回転駆動用のモータ
として、従来から、ブラシレス多相直流モータが用いら
れている。この種のモータはスピンドルモータとも呼ば
れ、例えば、励磁状態において磁界を発生するステータ
コイルを備えたステータと、このステータコイルの磁界
との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネット
を備えたロータと、ロータマグネットの回転位置を検出
するセンサとを有する構造のものがよく知られており、
このような構造のスピンドルモータでは、多くの場合、
半導体チップ化された電子回路により回転制御が行われ
ている。

【０００３】この場合のステータ側の磁界発生タイミン
グは、センサによりロータマグネットの回転位置を検知
して制御され、この種のセンサには、従来からホール素
子が用いられていた。ところが、近時、モータの小型化
やセンサの特性劣化を回避するために、センサを使用し
ないで、休止中のコイルに発生する誘起電圧（または誘
起電流）を利用してロータマグネットの位置を検知する
いわゆるセンサレス多相直流モータが一般化されつつあ
る。

【０００４】センサレスモータの起動に際し、モータ停
止時は、逆起電圧が得られないため、まず、ロータを揺
動させることがおこなわれる。例えば、３相コイルのス
ピンドルモータでは、ステータコイルに励磁電流を順次
供給する歩進工程が繰り返され、この歩進工程中には、
通常、正方向，休止，逆方向の励磁電流を各相に流すス
テップが含まれていて、このようなステップが含まれた
所定パターンの励磁電流を流すことによって発生する磁
界と、ロータマグネットとの間の吸引，反発力により駆
動トルクが発生してモータの起動が行われる。

【０００５】しかしながら、このようなセンサレス多相
直流モータでは、特に、その起動方法に以下に説明する
技術的課題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記センサ
レス多相直流モータにおいては、コイルに鎖交する磁束
による誘起電圧によりロータマグネットの位置を検知し
ているが、モータの停止時には誘起電圧がなく、また、
マグネットの極性が不明なので、始動時には、強制的に
起動をかけている。ところが、ロータの位置によって
は、低トルクのために起動不良が発生したり、あるい
は、通電による磁界が逆方向に発生して、起動立上がり
において機械角６０°以上逆回転することもある。

【０００７】そこで、このような不都合を回避し、起動
信頼性を高めるために、本出願人は、歩進の一部をダブ
ル駆動方式とする起動方法を開発した。この起動方法で
は、センサレスモータの起動時に、休止時間を含まずに
通電方向が正から負、または、負から正に逆転する逆励
磁駆動動作を含む起動方法であって、この方法によれ
ば、第２歩進の初期において大きな磁束密度変化幅が生
じて、起動の死点が解消するとともに、高トルクが発生
し、起動信頼性が向上する。

【０００８】ところが、このようなダブル駆動方式で
は、３相のうちの１相のみで磁束密度変化の幅の増大が
起こるだけなので、例えば、ロータとステータとの位置
関係が、通電に対してたまたま０トルクを発生する位置
にある場合に起動操作を行うと、特に、電流を減少させ
ていったときには、ロータがあまり動かない状態で歩進
シーケンスが繰り返される。このとき、ロータを所定方
向に確実に回転させるために複数の歩進工程を繰り返す
が、例えば、逆励磁駆動動作が単一の方向で１相のコイ
ルのみの場合には、トルクアップが不十分になるという
問題があった。

【０００９】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、第２歩進
工程において複数の相で逆励磁駆動動作が行われるよう
にすることで、十分なトルクアップを図り、その結果、
電力消費の低減と起動確率の向上を図ることができるセ
ンサレス多相直流モータの起動方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、励磁状態で電流磁界を発生するステータ
コイルを備えたステータと、このステータコイルの電流
磁界との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネ
ットを備えたロータと、このロータを所定の方向に回転
させる励磁電流が所定の内部歩進パターンで前記ステー
タコイルに供給する第１および第２歩進工程を有するセ
ンサレス多相直流モータの起動方法において、前記第２
歩進工程は、初期に複数の相で通電方向が休止期間を含
まないで逆転する逆励磁駆動動作が行われることを特徴
とする。

【００１１】前記第２歩進工程では、前記第１歩進工程
の内部歩進パターンの周波数を分周して前記逆励磁駆動
動作を行なうことができる。また、前記逆励磁駆動動作
は、前記第２歩進工程の内部歩進パターンが前記第１歩
進工程の内部歩進パターンを遅れ側にシフトさせること
により行なうことができる。

【００１２】

【作用】上記構成のセンサレス多相直流モータの起動方
法によれば、第２歩進工程の初期に複数の相で通電方向
が休止期間を含まないで逆転する逆励磁駆動動作が行わ
れるので、この逆励磁駆動動作によりステータの磁束密
度変化幅が大きく増大し、その結果大幅なトルクアップ
が達成され、これにより起動確率が大幅に向上する。

【００１３】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図１から図４は、本発明に
かかるセンサレス多相直流モータの起動方法の一実施例
を示している。同図に示す起動方法は、本発明を３相の
センサレス直流モータに適用したものであり、図１には
モータの制御系を含む全体構成が示されており、直流モ
ータは、励磁状態で磁界を発生する図外のステータと、
このステータの磁界との電磁相互作用により回転力を得
る図外のロータとを有している。

【００１４】ステータには、３相のステータコイルｕ，
ｖ，ｗが施されていて、各ステータコイルｕ，ｖ，ｗに
は、励磁電流が供給されない休止時間に各ステータコイ
ルｕ，ｖ，ｗに誘起される逆誘起起電圧を検知する逆起
電圧検出回路１が接続されている。本実施例の制御系
は、逆起電圧検出回路１の検出信号が入力される制御部
２と、制御部２の出力側に接続されたドライバー回路３
およびパワー回路４と、制御部２の制御信号を受けて、
起動時に予め設定された内部歩進パターンの出力信号を
ドライバー回路３に出力するシーケンサ５とを有してい
る。

【００１５】パワー回路４は、制御部２からの指令に基
づいて作動するドライバー回路３からの出力信号を受け
て、各ステータコイルｕ，ｖ，ｗに設定されたパターン
で励磁電流を供給する。制御部２は、モータの起動およ
び起動後の定常運転の制御を逆起電圧検出回路１からの
信号に基づいて行う。図２には、制御部２で実施される
起動時の制御フローが示され、また、図３には、起動時
の歩進工程のタイムチャートが示されている。

【００１６】図３に示した歩進工程では、第１および第
２歩進工程と、第１歩進工程の後に行われる電流保持工
程とが設定されていて、歩進工程が２回繰り返されるよ
うになっており、各歩進工程では、９回の内部歩進ステ
ップが行われる内部歩進パターンが設定されている。ま
た、この実施例では、第１歩進工程の内部歩進パターン
は、図４に示すように、モータの慣性に同期した周期
で、励磁電流がステータコイルｕ，ｖ，ｗにおいて、ｕ
→ｖ，ｗ→ｖ，ｗ→ｕ，ｖ→ｕ，ｖ→ｗ，ｕ→ｗの順に
繰り返される、第１から第９までの９回の内部歩進ステ
ップ〜が行われるように設定されている。

【００１７】図２に示す制御フローでは、制御部２がス
タート信号を受けて作動すると、まず、ステップｓ１で
スタート励磁カウンターがセットされ、ステップｓ２で
第１歩進工程が実行される。このステップｓ２で実行さ
れる第１歩進工程では、制御部２の制御信号に基づいて
シーケンサー５を作動させ、その出力信号をドライバー
回路３に入力し、パワー回路４を介して、まず、第１内
部歩進ステップで、ステータコイルｕから同ｖへと所
定時間だけ通電し、次の第２内部歩進ステップで、ス
テータコイルｗから同ｖへと通電され、以後は図４に示
した内部歩進パターンに従って順次ステータコイルｕ，
ｖ，ｗが励磁される。

【００１８】そして、９回の内部歩進ステップ〜ま
での第１歩進工程が実施されると、ステップｓ３で第１
加速工程が所定の時間実施される。この電流保持工程で
は、例えば、モータが０トルクの位置で起動され、第１
歩進工程で起動に失敗した場合には、内部歩進ステップ
の励磁電流の状態が第１加速工程の期間中維持され
る。

【００１９】続くステップｓ４では、第２歩進工程が実
行される。このとき、本実施例では、この第２歩進工程
の内部歩進パターンが各相ｕ，ｖ，ｗにおいて、以下の
ように設定される。まず、この第２歩進工程では、各ス
テータコイルｕ，ｖ，ｗにおける励磁電流の供給周波数
が、第１歩進工程の２倍に設定される。このような周波
数の内部歩進パターンを得る手段としては、例えば、第
１歩進工程の信号を分周することによって簡単に得られ
る。

【００２０】なお、本実施例では、第２歩進工程の周波
数が第１歩進工程の周波数に対して、２倍に設定したも
のを例示しているが、本発明の実施はこれに限定される
ものではなく、例えば、２倍以上の整数倍に設定するこ
とも可能である。また、この第２歩進工程では、その内
部歩進パターンが第１歩進工程の内部歩進パターンを遅
れ側に１シフトさせた状態に設定されている。

【００２１】すなわち、図４に示した例では、第１歩進
工程の内部歩進パターンが、内部歩進パターンのステッ
プでステータコイルｕ→ｖに通電する状態から開始さ
れているので、これを遅れ側に１シフトさせた状態であ
るステータコイルｕ→ｗに励磁電流を供給するステップ
から開始されるように設定している。このような励磁電
流を供給すると、ステータコイルｕとｗとで、休止期間
を含まないで励磁電流が逆転する逆励磁駆動動作が行わ
れることになる。

【００２２】そして、この場合に特に注目すべきこと
は、第２歩進工程の初期において、ステータコイルｕで
は、励磁電流が負から正に、また、ステータコイルｗで
は、励磁電流が正から負に逆転していることであって、
このような状態にすることにより、例えば、モータが０
トルクの状態で起動されたとしても、磁性体の能力を十
分に発揮させ、非常に短い立ち上げ時間で確実に起動さ
せることが可能になる。

【００２３】そして、ステップｓ４で以上の第２歩進工
程が実行されると、ステップｓ５で第２加速工程にな
り、その後、ステップｓ６で定速工程が実行され、定速
工程に移行して、その状態に異常がなければその状態が
維持されるとともに、定速工程に異常が生じ、これがス
テップｓ７で検出されると、ステップｓ１に戻り再び起
動時の処理が実行される。

【００２４】図１〜４に示した実施例では、第２歩進工
程の開始時に２相のコイルｕ，ｗにおいて逆励磁駆動動
作を遂行し、しかる後通常の第２歩進工程を遂行する構
成であるが、特定機種のモータでは第２歩進工程の開始
時に逆励磁駆動動作を行ってもロータマグネットの特定
角度位置において、発生トルクの相殺により十分な駆動
トルクが得られず、起動不良となる恐れがある。

【００２５】このような場合には、図５に示すように、
電流を切り換えるのが好ましい。すなわち、第２歩進工
程の開始時に２相において逆励磁駆動動作を遂行した
後、例えば、１相において逆励磁駆動動作を行う（好ま
しくは、２相の逆励磁駆動動作に続いて行う）のが好ま
しい。かくすることにより、第２歩進工程の開始時の逆
励磁駆動動作時にて発生トルクの相殺により起動トルク
が殆ど発生しなくても、後の逆励磁駆動動作によって発
生トルクの相殺が免れ、ロータは確実に回転するように
なる。

【００２６】さて、以上のような多相直流モータの起動
方法によれば、第１歩進工程で起動に失敗したとして
も、第２歩進工程の初期に複数の相で逆励磁駆動動作が
行われるので、大きな磁束密度変化幅が生じ、この変化
幅に基づいて大きな起動トルクが発生して、起動の死点
が解消するとともに、高トルクが発生して、モータの起
動が確実に行われる。

【００２７】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるセンサレス多相直流モータの起動方法に
よれば、第２歩進工程の初期に複数の相で逆励磁駆動動
作が実施されるので、モータの起動確率が非常に高くな
り、起動失敗の確率が殆ど零になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる起動方法が適用されるセンサレ
ス多相直流モータの制御系を含む全体構成図である。

【図２】本発明にかかる起動方法の一例を示すフローチ
ャートである。

【図３】図２に示したフロチャートで実施される歩進工
程の説明図である。

【図４】図３に示した歩進工程の内部歩進パターンの説
明図である。

【図５】本発明にかかる起動方法の変形例における歩進
工程の内部歩進パターンの説明図である。

【符号の説明】

１ 逆起電圧検出回路 ２ 制御部 ３ ドライバー回路 ４ パワー回路 ５ シーケンサ ｕ，ｖ，ｗ ステータコイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁状態で電流磁界を発生するステータ
   コイルを備えたステータと、このステータコイルの電流
   磁界との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネ
   ットを備えたロータと、このロータを所定の方向に回転
   させる励磁電流が所定の内部歩進パターンで前記ステー
   タコイルに供給する第１および第２歩進工程を有するセ
   ンサレス多相直流モータの起動方法において、 前記第２歩進工程は、初期に複数の相で通電方向が休止
   期間を含まないで逆転する逆励磁駆動動作が行われるこ
   とを特徴とするセンサレス多相直流モータの起動方法。
2. 【請求項２】 前記第２歩進工程は、前記第１歩進工程
   の内部歩進パターンの周波数を分周して前記逆励磁駆動
   動作が行われることを特徴とする請求項１記載のセンサ
   レス多相直流モータの起動方法。
3. 【請求項３】 前記逆励磁駆動動作は、前記第２歩進工
   程の内部歩進パターンが前記第１歩進工程の内部歩進パ
   ターンを遅れ側にシフトさせることにより行われること
   を特徴とする請求項１または２記載のセンサレス多相直
   流モータの起動方法。