JPH11225493A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成で、製造コストを上昇させる
ことなく構成することができるモータ駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 四相ロジック回路３は、基準クロック信
号ＣＫのタイミングに基づいて駆動回路７を介してモー
タ６の各相コイルに通電を行い駆動電圧を印加する。駆
動電圧制御手段２６は、コイルの電圧波形の立ち上がり
−立下がり時点におけるレベル差、即ち、誘起電圧のリ
ップルの大きさに応じてアップダウンカウンタ２１のカ
ウント値を変化させ、Ｄ／Ａコンバータ２３を介して駆
動回路７がモータ６に印加する駆動電圧のレベルを変化
させ、駆動電圧に対する通電角を所定範囲内に維持する
ことによりモータ６の回転変動を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基準信号のタイミ
ングに基づいて、モータの各相コイルに駆動電圧を印加
してモータを駆動する駆動手段を備えたモータ駆動装置
に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、例えば、光ディ
スク装置におけるスピンドルモータのように高い慣性能
率（慣性モーメント）を有するモータや、或いは、レー
ザビームプリンタにおけるスキャナモータなどのように
高速回転するモータを駆動する駆動装置は、モータにお
けるロータの回転位置を検出するために、ホール素子な
どのセンサを使用している。

【０００３】しかしながら、斯様なセンサを使用する駆
動装置では、その分部品が増えると共に、製造時におい
てセンサの取り付け位置精度を高める必要があり、製造
コストを上昇させる要因となってる。また、センサを使
用しないセンサレス駆動方式を採用した駆動装置も存在
するが、センサレス駆動方式では、一般に、各相電流の
転流タイミングを合わせるために回路構成が複雑になっ
てしまうという問題があった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、簡単な回路構成で、製造コストを上
昇させることなく構成することができるモータ駆動装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１または２記載のモータ駆動装置は、基準信
号のタイミングに基づいて、モータの各相コイルに駆動
電圧を印加して前記モータを駆動する駆動手段と、前記
モータのコイルの誘起電圧のリップルの大きさを検出す
る端子電圧検出手段と、この端子電圧検出手段によって
検出された前記コイルの誘起電圧のリップルの大きさに
基づいて前記駆動電圧を制御する駆動電圧制御手段とを
備え（請求項１）、具体的には、駆動電圧制御手段は、
端子電圧検出手段によって検出された２点以上の誘起電
圧のリップルのレベル差に応じて駆動電圧を制御するこ
とを特徴とする（請求項２）。

【０００６】斯様に構成すれば、駆動手段は、基準信号
のタイミングに基づいてモータの各相コイルに通電を行
い駆動電圧を印加するが、この場合、モータに印加する
駆動電圧と相電流との位相差は、モータが駆動する系の
慣性モーメント及びモータの負荷や、駆動電圧のレベル
により決定される。

【０００７】そして、この位相差に応じてコイルに発生
する誘起電圧のリップルの大きさは変化することから、
駆動電圧制御手段は、端子電圧検出手段によって検出さ
れた２点以上の誘起電圧のリップルのレベル差に応じて
駆動電圧を制御することにより前記位相差を所定範囲内
とするように制御すれば、モータの回転変動を低減する
ことができる。従って、従来のセンサレス駆動方式のよ
うな複雑な構成を必要とせず、簡単な回路構成で目的を
達成することができる。

【０００８】この場合、請求項３に記載したように、駆
動電圧制御手段を、駆動電圧をステップ状に変化させる
構成としても良く、斯様に構成すれば、駆動電圧を滑ら
かに変化させて、モータの回転変動を一層低減すること
ができる。

【０００９】また、請求項４または５に記載したよう
に、モータが、負荷量の変動が比較的少ない負荷を駆動
する構成としたり（請求項４）、または３０００ｒｐｍ
以上の回転駆動が可能に構成する（請求項５）のが好ま
しく、斯様に構成すれば、モータの誘起電圧の変動が比
較的少なくなることにより、駆動電圧制御手段は、駆動
電圧制御を高精度で行うことができる。

【００１０】加えて、請求項６に記載したように、モー
タの負荷を、情報記憶媒体たるディスクとするのが好適
であり、斯様に構成すれば、負荷が例えば光ディスクな
どの場合は、負荷変動が少なく慣性モーメントが大きい
ことからモータの誘起電圧の変動が少なくなり、本発明
の制御方式を有効に適用することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。電気的構成を示す図１におい
て、Ｖ／Ｆコンバータ１の入力端子は、電源＋ＶCCの電
圧を分圧する可変抵抗２の摺動端子２ａに接続されてお
り、出力端子は、例えばＰＬＤなどで構成される四相ロ
ジック回路３の入力端子及びインバータゲート４を介し
て分周回路５の入力端子に接続されている。Ｖ／Ｆコン
バータ１は、入力端子に与えられる電位に応じた周波数
信号を矩形波に整形して基準クロック信号（基準信号）
ＣＫとして出力するようになっている。

【００１２】四相ロジック回路３の出力信号は、四相の
モータ６を駆動する駆動回路７に与えられるようになっ
ている。モータ６は、例えば、情報記録媒体たる光ディ
スクを駆動する、光ディスク装置のスピンドルモータに
使用されるブラシレスＤＣモータである。駆動回路７
は、例えばトランジスタなどのスイッチング素子が、モ
ータ６のコイル（図示せず）とアースとの間に直列に接
続されたスイッチング回路として構成されている。

【００１３】四相ロジック回路３は、駆動回路７を構成
する各スイッチング素子に対し、与えられる基準クロッ
ク信号ＣＫに同期して、モータ６の各相（Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ）コイルに対する通電相を順次切り換えるように駆動
信号を与えるようになっている。尚、四相ロジック回路
３及び駆動回路７は、駆動手段に対応している。

【００１４】分周回路５は、基準クロック信号ＣＫを４
分周するものであり、その４分周されたクロック信号Ｃ
Ｋ4 は、サンプルホールド回路８（Ｓ／Ｈ１），ワンシ
ョットマルチバイブレータ（以下、ワンショットマルチ
と称す）９及び１０にトリガ信号として与えられるよう
になっている。ワンショットマルチ９の出力信号は、サ
ンプルホールド回路１１（Ｓ／Ｈ２）にトリガ信号とし
て与えられるようになっている。

【００１５】サンプルホールド回路８及び１１の入力端
子には、分圧抵抗などで構成され、駆動回路７のＣ相出
力端子（モータ６のＣ相コイル）に設けられている電圧
検出回路（端子電圧検出手段）１２の出力端子が接続さ
れており、サンプルホールド回路８及び１１は、夫々に
与えられるトリガ信号のタイミングに応じて、モータ６
におけるＣ相コイル電圧（端子電圧）のレベルをサンプ
ルホールドするようになっている。

【００１６】サンプルホールド回路８及び１１の出力信
号は、差動アンプ１３の反転入力端子及び非反転入力端
子に夫々与えられるようになっており、その差動アンプ
１３の出力信号は、サンプルホールド回路１４（Ｓ／Ｈ
３）に与えられるようになっている。

【００１７】サンプルホールド回路１４には、ワンショ
ットマルチ１０の出力信号がトリガ信号として与えられ
るようになっており、サンプルホールド回路１４の出力
信号は、コンパレータ１５及び１６の非反転入力端子及
び反転入力端子に夫々与えられるようになっている。コ
ンパレータ１５の反転入力端子には、上限基準値設定回
路１７より上限基準値Ｖref1が与えられるようになって
おり、コンパレータ１４の非反転入力端子には、下限基
準値設定回路１８より下限基準値Ｖref2が与えられるよ
うになっている。

【００１８】コンパレータ１５及び１６の出力信号は、
インバータゲート１９及び２０を介して、例えばＰＬＤ
などで構成される８ビットのアップダウンカウンタ２１
のＤＯＷＮ信号端子及びＵＰ信号端子（何れもロウアク
ティブ）に夫々与えられるようになっている。

【００１９】アップダウンカウンタ２１は、クロック回
路２２から与えられるクロック信号の入力パルス数を、
排他的にアクティブになるように与えられるＵＰ，ＤＯ
ＷＮ信号に応じてアップ，ダウンカウントするようにな
っている。また、ＵＰ，ＤＯＷＮ信号の何れもアクティ
ブにならない（インアクティブ）場合は、アップダウン
カウンタ２１は、その時点のカウント値を維持するよう
になっている。尚、クロック回路２２が出力するクロッ
ク信号の周波数は、基準クロック信号ＣＫの周波数を十
分上回るように設定されている。

【００２０】アップダウンカウンタ２１のカウントデー
タは、８ビットのＤ／Ａコンバータ２３に入力データと
して与えられるようになっており、Ｄ／Ａコンバータ２
３のアナログ出力信号は、バッファ２４及びエミッタフ
ォロワ形の電圧出力回路（ドライバ）２５を介して駆動
回路７に駆動電圧指令として与えられるようになってい
る。その駆動電圧指令は、モータ６の各相コイルの共通
端子に駆動電圧として与えられ、その駆動電圧によって
モータ６が駆動されるようになっている。尚、以上イン
バータゲート４から電圧出力回路２５までの構成は、駆
動電圧制御手段２６を構成している。

【００２１】次に、本実施例の作用について図２及び図
３をも参照して説明する。四相ロジック回路３は、基準
クロック信号ＣＫの立ち上がりエッジに同期して、モー
タ６の各相コイルに対する通電タイミングを切り換えて
（図２（ａ），（ｃ）〜（ｆ）参照）、モータ６を回転
駆動する。

【００２２】この時、図２（ｃ）〜（ｆ）に示す各相Ａ
〜Ｄのコイル電圧波形は、各コイルへの印加電圧に、モ
ータ６が回転することにより発生する誘起電圧が重畳さ
れた波形となる。ここで、Ｃ相のコイル電圧波形（図２
（ｅ）参照）に注目すると、分周クロック信号ＣＫ4 を
トリガ信号として、Ｃ相のコイル電圧波形をサンプルホ
ールドするサンプルホールド回路８は、Ｃ相のコイル電
圧波形の立上がりのレベルＬ１をサンプルホールドする
（図２（ｈ）参照）。

【００２３】また、ワンショットマルチ９は、分周クロ
ック信号ＣＫ4 をトリガ信号として、その時点から遅延
時間Ｔd1後にワンショットパルスを出力する（図２
（ｇ）参照）。そして、ワンショットマルチ９の出力信
号をトリガ信号としてＣ相のコイル電圧波形をサンプル
ホールドするサンプルホールド回路１１は、Ｃ相のコイ
ル電圧波形の立下がりのレベルＬ２をサンプルホールド
する（図２（ｉ）参照）。

【００２４】そして、これらサンプルホールド回路８及
び１１の出力信号は、差動アンプ１３の入力信号として
与えられ、両者の差分が増幅された信号がサンプルホー
ルド回路１４に与えられる。

【００２５】また、ワンショットマルチ１０は、分周ク
ロック信号ＣＫ4 をトリガ信号として、その時点から遅
延時間Ｔd2後にワンショットパルスを出力する（図２
（ｋ）参照）。そして、サンプルホールド回路１４は、
ワンショットマルチ１０の出力信号をトリガ信号とし
て、差動アンプ１３の出力信号レベルＬ３をサンプルホ
ールドする。

【００２６】例えば、図２（ｅ）に示すように、Ｃ相の
コイル電圧波形の各立ち上がり及び立下がりタイミング
に〜を付すと、サンプルホールド回路１４が、トリ
ガタイミングＸでサンプルホールドするのは、の立下
がりとの立上がりとのレベル差に基づく信号であり、
トリガタイミングＹでサンプルホールドするのは、の
立下がりとの立上がりとのレベル差に基づく信号であ
る。

【００２７】尚、図２（ｈ）及び（ｉ）においては、各
タイミング〜におけるＣ相のコイル電圧波形のレベ
ルを反映したサンプルホールド信号のレベルを示すため
に、対応する丸数字を付している。

【００２８】そして、差動アンプ１３の出力信号は、サ
ンプルホールド回路１１の出力信号レベルＬ２とサンプ
ルホールド回路８の出力信号レベルＬ１との差分（Ｌ２
−Ｌ１）を増幅するため、例えば、タイミングＸ→Ｙの
間では、Ｌ１，Ｌ２間のレベル差が縮小されたことによ
り、サンプルホールド回路１４の出力信号レベルＬ３は
上昇している。

【００２９】ここで、このようにしてコイル電圧波形の
立ち上がり及び立下がりにおける電圧レベルを検出する
ことの意味について、図３を参照して説明する。図３
は、コイル電圧波形の一例を示すものである。誘起電圧
は、モータ６が回転してロータマグネットが各相コイル
を鎖交することによって誘起され、そのレベルは、モー
タ６の回転数に比例する。

【００３０】一方、駆動回路７が、Ｖ／Ｆコンバータ１
が出力する基準クロック信号ＣＫに基づいてモータ６の
各相コイルに通電を行い駆動電圧を印加するが、この場
合、モータ６に印加する駆動電圧と相電流との位相差、
即ち、駆動電圧に対する相電流の通電角は、モータ６の
負荷やモータ６が駆動する系の慣性能率、モータ６の駆
動電圧のレベルなどによって決定される。この通電角が
進み過ぎると逆転トルクの発生が大きくなり回転変動が
増加し、通電角が遅れ過ぎると正転トルクのみが発生す
ることにより、ロータの回転が同期できずに脱調状態と
なってしまう。

【００３１】従って、通電角は、回転変動が増加せず、
且つ、脱調状態に至ることがない範囲内に維持する必要
がある。ここで、図３において、通電角が駆動電圧に対
して同相である場合の誘起電圧波形が実線であるとする
と、その状態から通電角が遅れを生じると、誘起電圧波
形はＲ−Ｒの破線で示すように、立上がりレベルが上昇
すると共に立下がりレベルが下降して、リップルが大き
くなるように変化する。逆に、通電角が進みを生じる
と、誘起電圧波形はＬ−Ｌの破線で示すように、立上が
りレベルが下降すると共に立下がりレベルが上昇して、
リップルが小さくなるように変化する。

【００３２】即ち、誘起電圧のリップルの大きさ（立上
がり−立下がりのレベル差）は、通電角の駆動電圧に対
する進み，遅れを反映しており、前記レベル差に応じて
駆動電圧レベルを変化させれば、通電角の位相を調整す
ることができる。具体的には、通電角が遅れた場合には
誘起電圧も遅れを生じるので、その分だけ駆動電圧のレ
ベルを上昇させて位相を進み側に戻し、逆に、通電角が
進んだ場合には駆動電圧のレベルを下降させて位相を遅
れ側に戻すようにする。また、駆動電圧の上限を規定す
ることは、モータ６の電流が過大となって、モータの効
率を悪化させることを防止する意味をも有する。

【００３３】尚、本実施例の制御では、各信号の出力タ
イミングに応じて、例えば、誘起電圧のレベル差は、タ
イミング，間ではなく、モータ６の負荷変動等の影
響が顕著に反映されるタイミングの立下がり，タイミ
ングの立上がり間のものを検出するようにしている。

【００３４】再び、図１を参照するが、以上のようにし
て出力されるサンプルホールド回路１４の出力信号は、
コンパレータ１５及び１６に与えられるが、これらのコ
ンパレータ１５及び１６においては、出力信号レベルＬ
３が上限基準値Ｖref1，下限基準値Ｖref2の間にある場
合は、アップダウンカウンタ２１に対してＤＯＷＮ信
号，ＵＰ信号の何れも出力されず、アップダウンカウン
タ２１は、その時点のカウンタ値を維持する（図４参
照）。

【００３５】即ち、図２（ｌ）において、サンプルホー
ルド回路１４の出力信号レベルは、タイミングＷ，Ｘ，
Ｙにおいては、上記基準値Ｖref1，Ｖref2の間でアップ
ダウンしており、図２（ｊ）に示すモータ駆動電圧のレ
ベルは変化しない。この場合、アップダウンカウンタ２
１は所定のカウント値を示しており、そのカウント値が
Ｄ／Ａ変換されたアナログ出力信号は、駆動回路７に対
して一定の駆動電圧指令として与えられている。

【００３６】その後の、タイミングＹ→Ｚにおいて、サ
ンプルホールドレベルＬ１，Ｌ２の差が（−）から
（−）に変化して一層縮まり（即ち、通電角がより
進むことにより）、サンプルホールドレベルＬ３が更に
上昇して上限基準値Ｖref1を超えると、コンパレータ１
５の出力信号がハイレベルとなってＤＯＷＮ信号がアク
ティブとなり、アップダウンカウンタ２１はダウンカウ
ントを行う。すると、図２（ｊ）に示すように、その時
点で駆動電圧のレベルは低下して、通電角を遅れ側に戻
すように制御する。

【００３７】以上のように本実施例によれば、四相ロジ
ック回路３は、基準クロック信号ＣＫのタイミングに基
づいてモータ６の各相コイルに通電を行い駆動電圧を印
加すると共に、コイルの電圧波形の立ち上がり−立下が
り時点におけるレベル差、即ち、誘起電圧のリップルの
大きさに応じて、駆動回路７がモータ６に印加する駆動
電圧のレベルを変化させるようにした。

【００３８】従って、駆動電圧のレベルを制御すること
により、駆動電圧に対する通電角を所定範囲内として、
モータ６の回転変動を低減することができ、従来のセン
サレス駆動方式のような複雑な構成を必要とせずに、簡
単な回路構成で製造コストを上昇させることなく所期の
目的を達成することができる。

【００３９】また、本実施例によれば、８ビットのアッ
プダウンカウンタ２１及びＤ／Ａコンバータ２３を用い
ることにより、駆動電圧を２５６段階のステップ状に変
化させるようにしたので、駆動電圧を滑らかに変化させ
てモータ６の回転変動を低減するための調整を、微小な
レベルで行うことができる。

【００４０】更に、本実施例によれば、モータ６を光デ
ィスク装置のスピンドルモータとしたので、負荷量の変
動が比較的少なく且つ慣性能率が高い駆動系であること
から、モータ６の誘起電圧の変動が少なくなり、本実施
例の制御方式を有効に適用することができ、駆動電圧制
御を高精度で行うことができる。

【００４１】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。Ｃ相コイルの電圧に限ることなく、
任意の相のコイル電圧を検出して制御を行って良い。ア
ップダウンカウンタ２１及びＤ／Ａコンバータ２３のビ
ット数は８ビットに限ることなく、必要な制御精度に応
じて、４，１２，１６ビットなどに設定すれば良い。モ
ータは、光ディスク装置のスピンドルモータに限ること
なく、要は高い慣性能率を有する用途のものであれば、
特に有効に適用することができる。また、レーザビーム
プリンタ装置のスキャナモータなどのように、３０００
ｒｐｍ以上の高速回転が必要とされる用途についても同
様である。更に、これらの用途に限ることなく、制御精
度の許容範囲に応じてその他の用途に適用しても良い。
四相モータに限ることなく、三相や六相、或いは八相の
モータに適用しても良い。

【００４２】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるので、
以下の効果を奏する。本発明のモータ駆動装置によれ
ば、駆動手段が、基準信号のタイミングに基づいてモー
タの各相コイルに通電を行い駆動電圧を印加すると、モ
ータに印加する駆動電圧と相電流との位相差に応じて変
化するコイルに発生する誘起電圧のリップルの大きさは
変化するので、駆動電圧制御手段は、端子電圧検出手段
によって検出された２点以上の誘起電圧のリップルのレ
ベル差に応じて駆動電圧を制御する。従って、前記位相
差を所定範囲内に維持するように制御することにより、
モータの回転変動を低減することができ、従来のセンサ
レス駆動方式のような複雑な構成を必要とせずに、簡単
な回路構成で目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成図

【図２】各信号のタイミングチャート

【図３】通電角の進み，遅れに対してコイル電圧波形が
変換する状態を説明する図

【図４】サンプルホールドレベルＬ３に対する上限基準
値Ｖref1，下限基準値Ｖref2の設定を示す図

【符号の説明】

３は四相ロジック回路（駆動手段）、６はモータ、７は
駆動回路（駆動手段）、１２は電圧検出回路（端子電圧
検出手段）、２６は駆動電圧制御手段を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準信号のタイミングに基づいて、モー
   タの各相コイルに駆動電圧を印加して前記モータを駆動
   する駆動手段と、 前記モータのコイルの誘起電圧のリップルの大きさを検
   出する端子電圧検出手段と、 この端子電圧検出手段によって検出された前記コイルの
   誘起電圧のリップルの大きさに基づいて、前記駆動電圧
   を制御する駆動電圧制御手段とを備えたことを特徴とす
   るモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 駆動電圧制御手段は、端子電圧検出手段
   によって検出された２点以上の誘起電圧リップルのレベ
   ル差に応じて駆動電圧を制御することを特徴とする請求
   項１記載のモータ駆動装置。
3. 【請求項３】 駆動電圧制御手段は、駆動電圧をステッ
   プ状に変化させることを特徴とする請求項１または２記
   載のモータ駆動装置。
4. 【請求項４】 モータは、負荷量の変動が比較的少ない
   負荷を駆動することを特徴とする請求項１乃至３の何れ
   かに記載のモータ駆動装置。
5. 【請求項５】 モータは、３０００ｒｐｍ以上の回転駆
   動が可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃
   至４の何れかに記載のモータ駆動装置。
6. 【請求項６】 モータは、情報記憶媒体たるディスクを
   負荷とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに
   記載のモータ駆動装置。