JPS5961489A - 直流モ−タの速度制御方式 - 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】 ｆａ１発明の技術分野 本発明は、磁気ディスク装置において磁気ディスクを回
転させるスピンドルモータ等に適する直流モータの制御
方式に関する。

（ｂｌ技術の背景 磁気ディスク装置の小形化のために、磁気ディスク装置
のスピンドルにモータを組み込む方式が増えてきている
。このような小形化を行なうには、ブラシレスの直流モ
ータが適しているが、効率のよいモータでないと、発熱
のために付近の各部で機械的な熱膨張が発生して磁気ヘ
ッドのオフトラックを引き起す恐れがある。

（Ｃ１従来技術とその問題点 第１図は従来のスピンドルモータの制御方式を示すタイ
ムチャートで、（イ）はモータの１回転毎に発生ずるホ
ール出力、（ロ）は基準クロック、（ハ）はモータのコ
イルに供給される駆動電流、（ニ）はモータの回転速度
をそれぞれ示している。

モータには、ロータの位置検出を行なうボールセンサが
組み込まれ、磁気的にモータの回転速度が検出される。

モータの回転速度が遅く、ボールセンサの出力より先に
基準クロックが発生したときは、基準クロックによって
駆動電流がオンし、（ニ）のようにモータの回転速度が
次第に速くなる。

次第に加速され、モータのボール出力が基準クロツクよ
り早（発生したときは、ホール出力によって駆動電流が
オフとなり、（ニ）のようにモータは次第に減速される
。

このように従来は、駆動電流のへン・オフで、モータの
速度制御や起動・停止を行なっている。

そして起動時は、ボール出力が基準クロックより遅いの
で、より早く回転を上げるべく例えば４〔Ａ〕程度の大
電流が通電される。ところが起動時の回転が充分上がっ
ていない状態では、逆起電力が小さく、その結果モータ
駆動回路の駆動トランジスタに入電流が流れて該駆動１
〜ランジスタで消費される電力が大きく、かつ該駆動ト
ランジスタが破壊する恐れがある。また駆動トランジス
タで大電力が消費される際の発熱が、磁気ヘッドのオフ
トラックを引き起す原因にもなる。

更に起動時に瞬間的に大電流が通電されるので、ノイズ
を発生して他の回路に悪影響を及ぼしたり、瞬間的な大
電流で大きな駆動力が発生して磁気ディスクに伝達され
るので、振動を発生ずるなどの弊害がある。大電流をコ
イルに通電すると、磁気的な変動によってホールセンザ
の検出にも悪影響が発生し、且つ大電流のオン・オフは
電源にとっ”ζも好ましくない。

定常回転に達しても、回転速度が基準クロックの速度に
達するまでは通電されっばなしとなり、基準クロックが
回転速度より早い間は通電オフの状態が続く。このよう
に通電がオン・オフされる時間で回転制御されるので、
回転変動も大きい。

これらの問題を解決するためにアナログ的に制御するこ
とも考えられるが、そのためにはｆ−■」ンハータやチ
ャージポンプで、回転数に比例したアナログ電圧を発生
し、比較電圧と基準電圧との差に応じて駆動電流を制御
することが必要である。この場合は、駆動電流のレベル
を制御することになるのでオン・オフ制御の欠点は解消
されるが、系の応答の解析や定数決定が複雑になり、ま
た回路構成も複雑になるので、診断や調整が面倒である
。しかも回転数応答にオーバーシュートが発生しがちで
ある。

（ｄ）発明の目的 そこで本発明は、このような問題のないオン・オフ制御
におりる前記のような課題を解決し、起動時の駆動電流
の立ち上りを徐々に行なって、起動時の駆動トランジス
タでの消費電力を軽減すると共に、定常回転時の電流の
平均化と、回転変動の低減を図ることを目的する。

ｔｅ＋発明の構成 この目的を達成するために本発明は、モータの速度判別
を１周に１回ないし数回行なって、次のサイクルの加速
・減速のための通電を決定し、速度制御を行なう直流モ
ータの速度制御回路において、オン・オフ指示信号の立
ち上り、立下がり時に時定数を与える時定数回路と、そ
の出力信号の実効値を与える実効値変換回路を備え、該
実効値変換回路の出力によって励磁コイルの励磁電流を
決定し速度制御を行なう方式を採っている。

ｆｆ）発明の実施例 次に本発明による直流モータの速度制御方式が実際上ど
のように具体化されるかを実施例で説明する。第２図は
速度制御回路の基本構成を示す図、第３図は時定数回路
と実効値変換回路の実施例を示す図、第４図はその各部
の波形を示す図である。

Ｍは直流モータで、そのロータの付近にホール素子１が
配設されて、モータの相を磁気的に検出すると共に回転
速度を検出し、速度検出器２にフィードバンクしている
。そして速度検出器２の出力信号を、切換回路３に入力
して、駆動回路４の駆動トランジスタ５・・・を選択す
ることにより、相切り替えが行なわれる。

各駆動トランジスタ５・・・と直列に電流検出用の抵抗
６を接続してレベル検出を行ない、その検出信号を電流
クランプ用の比較器７に入力する。

比較器７の基準電圧は、ホール素子１で検出された速度
信号に基づいてアナログ的に変化する。

即ちボール素子１の検出信号は速度検出器２に入力され
、該速度検出器２と基準発振器８からの基準クロックが
オン・オフ信号発生器９に入力する。

そして第１図において、（イ）のホール出力信号と（ロ
）の基準クロックとの差に基づいて、駆動電流のオン・
オフ信号を発生させたのと同様な動作で、例えばモータ
の１回転ごとに励磁電流のオン・オフを判定してオン・
オフ信号を時定数回路ＩＯに出力する。この時定数回路
ＩＯの出力は、次の実９ノ値変換回路１１に入力して、
実効値に変換してから、比較器７の基準電圧端子に入力
される。

第３図は時定数回路１０と実効値変換回路１１の具体的
な回路構成を示す図である。時定数回路ＩＯは、オン・
オフ信号発生器９から入力するオン信号で導通ずるトラ
ンジスタＱ＋　、オン・オフ信号発生器９から入力する
オフ信号で導通ずるトランジスタＱ２を備えている。そ
してトランジスタＱ１で制御されるトランジスタＱ３と
アース間に、抵抗Ｒ１とコンデンサＣが直列に接続され
ており、また該コンデンサＣと抵抗Ｒ＋間のａ点に、抵
抗Ｒ２と前記１−ランジスタＱ２が接続され°ζいる。

モータＭの速度が規定速度より遅いとの判断で、励磁コ
イルを通電させるためにオン信号がオン・オフ信号発生
器９から発生すると、トランジスタ釦がオンして、トラ
ンジスタ。３もオンする。

そのため、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣが充電される
。逆にモータの減速すべきときは、オン・オフ信号発生
器９の出力信号で、トランジスタ。

１がオフとなり、トランジスタＱ２がオンず名と、該］
・ランジスタＱ２および抵抗Ｒ２を介して、コンデンサ
Ｃに充電されていた電荷が放電される。

第４図（句は、このようにして充放電が行なわれた際の
、出力点ａの電圧変化の様子を示している。

この出力点ａに現れる充放電波形を直接比較器７に入力
すると、本発明の出願人が先に提案した特願昭５７−１
１３４３２号と同様に、比較器７の基準電圧が充放電回
路の出方で設定され、励磁電流が制御される。

即ちオン・オフ信号発生器９では、モータの回転速度が
基準クロックより遅い間は、第５図（イ）のように時定
数回路を充電状態にするためにオン信号を発生し、逆に
モータ回転速度が基準クロフクより速い間は、オフ信号
を発生して、放電を行なわせる。そのためモータ速度が
基準クロックより遅い間は、時定数回路ｌＯでは充電が
行なわれ、比較器７の基準信号が次第に増大して、第５
図（ロ）のような立ち上り特性を示す。その結果切り替
え回路３を介して、駆動回路４のトランジスタ５の電流
が制御され、次第に駆動電流が増大する。したがって（
ハ）に示すようにモータの回転速度も次第に速くなる。

逆にモータ回転速度が基準クロックより早い間は、オフ
信号を発生して、時定数回路では放電が行なわれ、比較
器７の基準信号は次第に減少して、第５図（ロ）の立ち
下がり特性を示す。その結果、切換回路３を介して、駆
動回路の駆動トランジスタ５の電流がクランプされ、次
第に駆動電流が減少する。したがって定富回転に入って
からの減速も徐々に行なわれ、減速と加速を徐々に繰り
返すことによって、（ハ）に示すように回転速度がほぼ
一定に維持され、オーバーシュートが緩和される。

ところがこのように電圧値が変動する充放電回路の出力
で直接、励磁電流を制御すると、どうしても励磁電流の
変動を伴うので、それだけ電源容量も大きくしなければ
ならず、電源にとっては好ましくない。

そこで本発明は、この充放電回路に加えて、実効値変換
回路１１を設けて、充放電波形を実効値に変換するよう
にしている。即ちアースされたツェナダイオード１２と
充放電回路の出力点ａとの間に、オペアンプ１３．１４
を直列に接続し、もう一つのオペアンプ１５の入力には
、前記両オペアンプ１３．１４の出力をそれぞれ入力す
る。そしてオペアンプ１５の出力を、比較器７の基準信
号端に接続する。すると、オペアンプ１３の出力端およ
びオペアンプ１４の入力端には、第４図（イ）と同様の
充放電波形が現れるが、それがオペアンプ１４で０ポル
トを中心に反転された形の波形に変換された後、オペア
ンプ１５の反転入力端子に入力される。その結果オペア
ンプ１５で、第４図（イ）のような波形とそれが反転し
た波形とが加算されることとなり、その出力値に抵抗で
分圧を印加すると、比較器７の基準信号入力端には、充
放電回路の出力波形が実効値に変換された形の波形が現
れる。第４図（ロ）はこうして実効値変換された、ｂ点
における波形を示している。

ｆｇ１発明の効果 このように本発明によれば、駆動電流をあるレベルにク
ランプする手段と、モータの加速を要するときは、その
クランプレベルを徐々に増加させ、モータの減速を要す
るときは、クランプレベルを徐々に低下させる時定数回
路を備えている。そしてこの時定数回路とクランプ手段
との間に、実効値変換回路を設けて、時定数回路の出力
を実効値に変換して、クランプ手段に入力している。そ
のため、駆動電流の制御が時定数回路の出力の実効値で
行なわれるので、回転変動が低減されて回転が安定し、
回転制御が理想的に行なわれる。しかも充放電回路の出
力で直接、励磁電流を制御する方式と違って、励磁電流
の変動が少ないので、電源容量も小さくて済む。

またモータの起動時の駆動電流が徐々に立ち上がるので
、駆動トランジスタで消費される電力が軽減され、駆動
トランジスタが保護されると共に発熱も抑制されて、温
度上昇に起因する熱膨張でオフトラ・７りが発生するよ
うなこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流モータの回転制御方式を示すタイム
チャート、第２図は本発明による直流モータの回転制御
回路を示す図、第３図は同速度制御回路中の時定数回路
と実効値変換回路の具体例を示す回路図、第４図はその
充放電波形と実効値変換された波形を示す図、第５図は
同速度制御回路中の時定数回路の動作を示すタイムチャ
ートである。 図において、Ｍは直流モータ、■はホール素子、２は速
度検出器、３は切換回路、４は駆動回路、５は駆動トラ
ンジスタ、６は電流検出用抵抗、７は比較器、９はオン
・オフ信号発生器、１０は時定数回路、１１は実効値変
換回路、Ｑ１〜Ｑ３はトランジスタ、Ｒ＋　、Ｒｚ　は
抵抗、１３〜１５はオペアンプをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 モータの速度判別を１周に１回ないし数回行なって、次
   の勺イクルの加速・減速のための通電を決定し、速度制
   御を行なう直流モータの速度制御回路において、 オン・オフ指示信号の立ち上り、立下がり時に時定数を
   与える時定数回路と、その出力信号の実効値を与える実
   効値変換回路を備え、該実効値変換回路の出力によって
   励磁コイルの励磁電流を決定し速度制御を行なうことを
   特徴とする直流モータの速度制御方式。