JP2530676B2 - Ｄｃモ―タ駆動装置 - Google Patents

Ｄｃモ―タ駆動装置

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JP2530676B2
JP2530676B2 JP62504707A JP50470787A JP2530676B2 JP 2530676 B2 JP2530676 B2 JP 2530676B2 JP 62504707 A JP62504707 A JP 62504707A JP 50470787 A JP50470787 A JP 50470787A JP 2530676 B2 JP2530676 B2 JP 2530676B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、DCモータを駆動する装置に関するものであ
り、より特定的には、例えば、スピンドルを有し、定電
流駆動回路に接続され、スピンドルを駆動する大形磁気
ディスク装置に用いられるDCモータを駆動する装置に関
する。
背景技術 第１図は、従来技術としての、相当大規模な磁気ディ
スク装置（図示せず）に用いられる２極形直流（DC）モ
ータ駆動装置を図解する図である。第１図において、符
号１は３個の励磁コイル2A,2Bおよび2C、およびホール
効果形センサ3A,3Bおよび3Cを有する３相ブラシレス・
ホール形DCモータを示し、４はホールセンサ3A,3Bおよ
び3Cからの出力SHGA〜SHGCを合成する回路を示し、５は
タイミング制御回路を示し、６は位相切換スイッチング
回路を示し、７は電力供給源（電源）を示し、および、
８は位相スイッチング機能を有する定電流駆動回路を示
す。
位相切換スイッチング回路６は３個のパワートランジ
スタ形スイッチ6A〜6Cを包含する。定電流駆動回路８も
また、それぞれが少くとも１つのパワートランジスタを
有する３個の定電流源を包含する。
DCモータ１のロータ（図示せず）はスピンドル（図示
せず）に機械的に接続され、スピンドルの回転に応答し
て磁気ディスク（図示せず）を回転させる。
DCモータ１の回転位置はホールセンサ3A〜3Cによって
検出される。ホールセンサ3A〜3Cから出力される信号SH
GA〜SHGCが信号合成回路４において合成され、位相信号
SPHASEを生じさせる。タイミング制御回路５は、位相信
号SPHASEに応答して、パワートランジスタスイッチ6A〜
6Cを付勢するタイミング信号STA〜STC、および、定電流
源8A〜8Cを制御する制御信号SCA〜SCCを発生させる。そ
の結果として、直列に接続された励起コイル、すなわ
ち、2Aおよび2B,2Bおよび2C、並びに2Cおよび2Aが、位
相信号SPHASEに応答して、連続的に付勢され、DCモータ
１のロータを回転させる。
一般に、駆動電流を制御することによって、DCモータ
内で発生するトルクは自由に制御可能である。換言すれ
ば、モータにかゝる負荷が変化すると、モータ内で発生
するトルクが励磁コイルに供給される定電流により所定
の一定値に維持され得る。更に、DCモータ内において、
ロータの大きな慣性によって、大きな始動電流が長い始
動期間にわたって励磁コイルに流入する。ことことは基
本的に、長い始動期間の間、充分な始動電流を供給する
ための大規模且つ高価格な電源を必要とする。定電流駆
動回路が設けられた場合、始動電流が相当制限され、電
源の縮少化を可能ならしめる。以上議論したように、定
電流駆動回路８は上記利益を得ることに寄与する。更
に、定電流駆動回路が第１図に図示の如き位相切換形DC
モータに用いられた場合、従って、スイッチング用パワ
ートランジスタを包含する場合、定電流駆動回路は位相
切換機能を提供する。
再び第１図を参照すると、DCモータ１において、ロー
タが回転している間逆起電力（emf）が励磁コイル2A〜2
C内に誘起される。各逆起電力の振幅はロータの回転の
増加に応じて大きくなる。従って、電源７の電圧は、そ
の電圧がロータに要求されている高い定格回転スピー
ド、例えば、3600RPMにおける逆起電力を克服し、定電
流制御を可能にするように、設計される。
DCモータの特性は下記式により表わされ得る。
但し、VMはモータに供給される電圧（Ｖ）、 Keは誘導電圧定数（Ｖ）、 RSはロータの速度（RPM）、 Ｌは直列に接続されたコイルのインダクタンス
（Ｈ）、 rMは直列に接続されたコイルの抵抗値（Ω）、 および、 ｉは直列に接続されたコイルを流れる電流を示す。
モータの始動動作の間、又は、低速度動作において、
スピードRSは殆んど零であるか又は非常に小さく、逆起
電力は殆んど零であるか又は非常に小さい。その結果と
して、定電流源8A〜8C内のパワートランジスタに大きな
電圧が印加されるので、これらのパワートランジスタに
熱が蓄積される。大規模な磁気ディスク装置を駆動する
ためにDCモータが用いられる場合、その始動時間はほゞ
25〜35秒である。従って、これらの条件を考慮すると、
長い始動期間にわたってそれらに流れる大電流に対して
裕度を有し、それらに生ずる高温度に裕度を有する高出
力パワートランジスタを設けなければならない。このこ
とは、高価格、大規模な回路構成、および高価で大きい
寸法の冷却部材を設けなければならないという不利益を
もたらす。更に、パワートランジスタが破損する可能性
を増加させ、DCモータ駆動装置の信頼性を低下させる。
とりわけこれらの要素の中で、スイッチ8A〜8Cのパワー
トランジスタは、これらのパワートランジスタがそれら
の特性の直線領域で用いられるので、後者の問題に遭遇
している。
上述した問題を低減又は解消するための強い要求が起
きている。
1982年11月11日に刊行された日本特許公開公報（JP
A）第57−183281号は、ブラシレスDCモータ用の速度制
御回路を開示している。JPA57−183281の第４図の図示
の如く、その回路は、コイル13〜15に接続されたスイッ
チ25および抵抗器23を設けることにより、モータの始動
期間、電流制御用パワートランジスタ12に過大な電力が
印加されることを回避可能としている。始動時、抵抗器
23が電源からの電力を消費し、それ故、励磁コイル13〜
15を介してトランジスタ12、および電流駆動回路６内の
位相切換用トランジスタに供給される電圧を低下させ
る。始動後、スイッチ25が抵抗器23をバイパスするよう
に付勢され、その結果、電源からの正規の電圧がコイル
13〜15およびトランジスタ12に供給される。上記スイッ
チ25の付勢はロータの速度に応じて行なわれる。
この速度制御回路は上述した問題の一部を克服してい
るが、上記可変電圧電源回路のスイッチングは本質的に
単一のスイッチングであるから、かゝる速度制御回路
は、短時間の始動時間を有する小形のDCモータにのみそ
の使用が制限される。更に、スイッチおよび抵抗器から
成る可変電圧、電源回路は上述した問題の全てを克服で
きない。
発明の開示 本発明の目的は、始動電流を有効に減少させ得るDCモ
ータ駆動装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、回路構成を簡単にし、製造価格
を低下させ、信頼性を向上させ、更に、DCモータの始動
電流を有効に減少させ得るDCモータ駆動装置を提供する
ことにある。
DCモータ、該モータの回転を検出するユニット、該モ
ータに駆動電力を供給する電源ユニット、および、モー
タのコイルに作動的に接続され、モータの通常動作の
間、駆動電力が供給されるコイルを通過する一定の電流
を提供する電流駆動回路を包含するDCモータ駆動装置に
おいて、本発明に基いて、電源ユニットが回転検出ユニ
ットからの回転信号を受け入れ、モータの始動期間、回
転信号の増加に応答してそこから出力される電圧を多段
階に連続的に増加させる。その結果として、電流駆動回
路が消費する電力が、始動期間、低減される。
好適には、電源ユニットは、消費電力の最大値が始動
期間連続的に増加されるように、電圧を段階的に変化さ
せ得る。
電源ユニットは、低電圧を供給する第１の電源、高電
圧を供給する第２の電源、第１の電源に接続されたダイ
オードを含み初期状態においてコイルに低電圧を供給す
る第１のスイッチ回路、および、少くとも１つの第２の
スイッチ回路を包含し得る。該第２のスイッチ回路は、
第２の電源に接続されたスイッチング素子を含み、高電
圧を供給し、回転が所定の値を越え第２のスイッチ回路
が付勢されたときダイオードを逆バイアスする。
電源ユニットはまた、正極性を有する電圧を供給する
第１の電源、負極性を有する電圧を供給する第２の電
源、大地とコイルとの間に作動的に接続される第１のス
イッチング回路、および、第１の電源とコイルとの間に
作動的に接続される第２のスイッチング回路、を包含し
得る。第２の電源は電流駆動回路を介してコイルに作動
的に接続される。第１のスイッチング回路は初期状態に
おいて大地と負電圧とにより規定される低電圧を提供す
るように付勢され、それにより、低電圧により規定され
る電流がコイルおよび電流駆動回路を介して大地と第２
の電源との間を流れる。第２のスイッチング回路は回転
が所定の値を越えると正電圧と負電圧とにより規定され
る高電圧を提供するように付勢され、それにより、高電
圧により規定される電流がコイルおよび電流駆動回路を
介して第１の電源と第２の電源との間を流れる。
図面の簡単な説明 第１図は従来のDCモータ駆動装置の構成図である、 第２図は本発明にもとづくDCモータ駆動装置の第１の
実施例の構成図である、 第３図（ａ）〜第３図（ｄ）は第２図におけるホール
センサ出力の波形図である、 第４図は第２図のDCモータ駆動装置の動作を図解する
グラフである、 第５図（ａ）〜第５図（ｃ）は第２図のDCモータのコ
イル間の電圧の波形を図解する図である、 第６図（ａ）〜第６図（ｃ）は第２図のDCモータのコ
イルを流れる電流の波形を図解する図である、 第７図および第８図は本発明に基づくDCモータ駆動装
置の第２および第３の実施例の構成図である、 第９図は本発明に基づくDCモータの他の動作を図解す
るグラフである、 第10図および第11図は上記実施例の詳細回路図であ
る、 第12図（ａ）〜第12図（ｊ）は第11図に図示の速度検
出器の動作を図解するタイミングチャートである、 第13図（ａ）〜第13図（ｃ）は第10図に図示の可変電
圧電源ユニットの回路図である、 第14図（ａ）〜第14図（ｅ）は第10図に図示の他の形
式の可変電圧電源ユニットの回路図である、 第15図（ａ）および第15図（ｂ）は本発明の実施例に
図示の回路に適用可能なパワーMOS−FETを示す図であ
る、 第16図（ａ）および第16図（ｂ）は本発明の実施例の
回路に用いられるパワーバイポーラトランジスタおよび
パワーMOS−FETの特性を示すグラフである、 第17図は本発明に基づく更に他のDCモータ駆動装置の
実施例の回路図である、 第18図（ａ）〜第18図（ｉ）は第17図に図示のDCモー
タ駆動装置の動作を示すタイミングチャートである、 第19図は本発明に基づくDCモータ駆動装置の他の実施
例のブロック構成図、である。
本発明を実施する最良の形態 第１図に図示のDCモータ駆動装置に対応する、本発明
のDCモータ駆動装置の第１実施例を第２図を参照して述
べる。
第２図において、DCモータ駆動装置は、第１図に図示
の、励磁コイル2A〜2C、ロータおよびホールセンサ3A〜
3Cを有する２極式ブラシレス３相DCモータ１、信号合成
回路４、タイミング制御回路５、パワートランジスタ形
スイッチ6A〜6Cを有する位相切換スイッチング回路６、
および定電流源8A〜8Cを有する電流駆動回路８に加え
て、速度検出器９、しきい値回路10および電圧変化回路
11を有する。
ホールセンサ3A〜3Cは、第３図（ａ）に図示の如くロ
ータの幾何学的回転角度に応じて第３図（ｂ）〜第３図
（ｄ）に図示の如き検出信号SHGA〜SHGCを出力する。検
出信号SHGA〜SHGCは信号合成回路４において合成され
る。信号合成回路４は、一方において、タイミング制御
回路５へ供給する位相信号SPHASEを発生し、他方、速度
検出器９においてロータの回転速度を検出するためのも
との（ソース）信号を発生する。
速度検出器９は信号合成回路４からのもとの信号に基
いてロータの速度を検出する。速度検出器９はディジタ
ル形式の速度検出器又はアナログ形式の速度検出器のい
ずれによっても実現可能である。前者は、所定の期間に
わたって信号合成回路４からのホール検出信号SHGA（〜
SHGC）を計数し、速度信号SPDとして計数値を出力する
カウンタを包含し得る。後者は、所定の期間にわたって
信号合成回路４からのホール検出信号を積分し、速度信
号SPDとして積分電圧を出力する信号積分器を包含し得
る。
しきい値回路10は速度検出器９からの速度信号SPDを
受け入れ、しきい値STH1およびSTH2に応じて速度識別信
号SDS1およびSDS2を出力する。しきい値STH1およびSTH2
は第４図における横軸に示した速度SPD1およびSPD2に対
応し、２つの速度領域段階、すなわち、低速度領域、中
速度領域および高速度領域を規定する。速度信号SPDが
計数値の場合、しきい値回路10はそれぞれ速度識別信号
SDS1およびSDS2を出力する２つのディジタル比較器によ
り実現され得る。速度信号SPDがアナログ電圧の場合、
しきい値回路10は、IC増幅器を包含し得る。２つのアナ
ログ比較器により実現され得る。
可変電圧回路11は、電源７から定電圧を受け入れ、速
度識別信号SDS1およびSDS2に応答してそこから出力され
る電圧を変化させる。可変電圧回路から出力される電圧
が第４図に曲線CVで示されている。両速度識別信号SDS1
およびSDS2が低レベルの場合、すなわちロータが第４図
に図示の低速度で回転している場合、最も低い電圧V0が
選択されて、位相切換スイッチング回路６を介して励磁
コイル2A〜2Cおよび定電流駆動回路８に供給される。速
度識別信号SDS1のみが高レベルの場合、すなわちロータ
が中速度領域にあるとき、中央の電圧V1が出力される。
さらに、速度識別電圧SDS2が高レベルであるとき、すな
わちロータが高速度領域にあるとき、定格電圧V2が出力
される。
第４図において、横軸はロータ速度を示し、ここで、
曲線CV1が可変電圧回路11からの出力電圧を示し、曲線C
V2が直列に接続されたDCモータ１の励磁コイル内に発生
する逆起電力を示し、曲線CV3は定電流駆動回路８のパ
ワートランジスタの動作電圧IRを示す。破線CV4は第１
の従来技術における一定の定格電圧を示し、他の破線CV
5は破線CV4によって示された電圧が励磁コイルに供給さ
れる場合に直列に接続された励磁コイルを通過する電流
を示す。
或る値の電圧が位相切換スイッチング回路６に供給さ
れた場合のパワートランジスタスイッチ6Aと6Bとの間、
換言すればコイル2Aと2Bの端子T1AとT1Bとの間の端子電
圧VA−VB、端子電圧VB−VC、および端子電圧VC−VAが第
５図（ａ）〜第５図（ｃ）に図示の如く図解される。従
って、タイミング制御回路５からのタイミング信号STA
および制御信号SCBのそれぞれに応答してパワートラン
ジスタスイッチ6Aおよび定電流源8B内のトランジスタを
付勢することにより端子T1Aを介してコイル2Aと2Bを流
れる電流I2A、すなわち定電流源8Bを流れる電流が第６
図（ａ）に図解される。同様に、コイル2Bを流れる電流
I2B、およびコイル2Cを流れる電流I2Cが第６図（ｂ）お
よび第６図（ｃ）に図示される。曲線CV3およびCV5は電
流の振幅を示す。
第４図において、コイルにおける曲線CV2により示さ
れた逆起電力は回転速度の増加に応じて増大する。直列
に接続されたコイルに流れる電流、すなわち電流源を通
過する電流は式（１）によって表わされた関係で決定さ
れる。第１の従来技術に関して述べたように、位相切換
スイッチング回路６に供給される電圧は、破線CV4によ
って図示の如く、一定の定格電圧V2であった。パワート
ランジスタの動作電圧は破線CV5で示される。
第２図の実施例による、曲線CV1に図示の如き位相切
換スイッチング回路６に供給される上記多段的に変化す
る電圧によれば、最も低い電圧V0により規定されるパワ
ートランジスタの動作電圧が曲線CV3に示す如く大きく
減少する。またパワートランジスタの動作電圧は回転速
度の増加、換言すれば逆起電力の増加に応じて減少す
る。速度SPD1において電圧がV1まで上昇するので動作電
圧は低い或る値まで増加する。低速度領域における上記
現象は中速度領域および高速度領域においてもくり返さ
れる。
特開昭57−18321号公報に開示された第２の従来技術
においても同様の効果が得られる。しかしながら、この
従来技術は、単一の電圧切換であるから充分低い初期電
流を得ることができない。より具体的に言えば、定格速
度における定格電流IRは所定の値に維持されなければな
らず、速度範囲の区分は粗い。その結果として、電流は
曲線CV6に図解の如くなる。初期電流はＩ′MAXより低い
Ｉ″MAXであるが、IMAXよりは相当大きい。
動作電圧がこの実施例における全動作状態を通じて減
少されるから、位相切換スイッチング回路６および電流
駆動回路８において定格の低いスイッチング素子を高い
信頼性で用いることができるようになり、上述した問題
が克服される。
第７図に図示の如く、第２図に図示の可変電圧回路11
は直列接続可能な抵抗器111および112、およびパワート
ランジスタスイッチ113および114から成る回路により実
現される。電源７は定格電圧V2を出力する。回転速度が
低速度領域にあるとき、スイッチ113,114は消勢され抵
抗器111と112とを直列に接続し、それにより最も低い電
圧V0が電源から出力される。回転速度が中速度領域のと
きスイッチ113が付勢されて抵抗器111をバイパスし、中
程度の電圧V1が出力される。回転速度が高速度領域にあ
るとき、両スイッチ113と114が付勢されて両抵抗器111
と112とをバイパスし、定格電圧V2が出力される。
第７図に図示の装置の変形形態が第８図に図示の如く
とられる。電源7aは電圧V0,V1,V2を提供する。可変電圧
回路11aは３個並列に接続されたパワートランジスタス
イッチ115〜117を有し、しきい値回路10aはそれぞれが
スイッチ115〜117を付勢する識別信号SDS′1,SDS′2,SD
S′３を提供する。
第２図、第７図および第８図に図示の如く、３以上の
多段電圧スイッチングが好適である。
更に第７図および第８図に図示の電圧スイッチング回
路は組合されて多段電圧スイッチングを実現することが
できる。
上述の如く、初期（又は始動）動作電圧は、パワート
ランジスタの負荷を軽減するという観点から、可能な限
り低くすべきである。このことは、低電圧V0が可能な限
り低くなければならないことを意味する。一方、高速度
領域におけるDCモータに供給される定格電圧は、可能な
限り高くなければならない。第９図は上記特徴を図解す
るグラフであり、同図において、曲線CV11はDCモータに
供給される電圧を表わし、第４図に図示の曲線CV1に対
応する。始動電圧V0は第４図のものと等しいが、定格電
圧V3は第４図の定格電圧V2よりも高い。曲線12はパワー
トランジスタの動作電圧を表し、第４図の曲線CV3に対
応する。
上記観点から、多段階に電圧をスイッチングすること
が好ましい。
抵抗器111,112、第７図における電源７、および第８
図における電源7aは上記特徴に合致するように設計され
る。
本発明のDCモータ駆動装置の他の実施例について添付
図面を参照してより具体的に述べる。
第10図はDCモータ駆動装置の回路図であり、第２図、
第７図、第８図に図示のDCモータ駆動装置よりもより具
体的に図解されている。
第10図において第２図、第７図および第８図において
用いたものと同じ符号は同じ構成要素を示すために用い
ている。符号20は可変電圧電源ユニットを示し、該ユニ
ットは第２図、第７図、第８図に図示の電源７又は7aお
よび可変電圧回路11又は11aを組合せた回路に対応す
る。信号合成回路４は削除されている。
タイミング制御回路５は、検出信号SHGA〜SHGCを受け
入れるデコーダ51、位相切換タイミング信号STA〜STCを
出力するドライバゲート回路52、および制御信号SCA〜S
CCを出力するドライバゲート回路53を有する。デコーダ
51は、ロータの回転角度を示す検出信号SHGA〜SHGCに応
答してタイミング信号STA〜STCおよび制御信号SCA〜SCC
を発生する。
回路の図解を簡単にするため、コイル2Cに接続されて
いる、電力切換スイッチ回路６内の１つのパワートラン
ジスタ形スイッチ6Cおよび定電流駆動回路８内の１つの
定電流源8Cが図示されている。パワートランジスタ形ス
イッチ6Cは、トランジスタQ61、演算増幅器として機能
するトランジスタQ62、およびパワートランジスタQ63,Q
64から成るダーリントン回路61を有する。トランジスタ
Q61はタイミング信号STCに応答してターンオンされてト
ランジスタQ62を介してダーリントン回路61をオン状態
にし、可変電圧電源20から電圧を供給する。定電流源8C
は３個並列に接続されたパワートランジスタQ82〜Q84、
および演算増幅器として機能するトランジスタQ81を有
する。トランジスタQ81は制御信号SCCによりターンオン
されてパワートランジスタQ82〜Q84を付勢し、モータの
通常動作時一定の電流をそれらを通過させる。定電流駆
動回路８はトランジスタQ80および比較器CMP80を包含す
る共通の電流制限器80を有する。電流制限器80は、電流
源8C内のパワートランジスタQ82〜Q84を通過する電流を
比較器CMP80に供給される制限値ILMTに制限する。
第11図は速度検出器９およびしきい値回路10の回路図
である。速度検出器９は、ホール信号SHGAおよびSHGCを
受け入れるANDゲートAND91、ORゲートOR91およびOR92、
直列接続されたフリップフロップ（FF）FF91〜FF93、AN
DゲートAND92、フリップフロップFF94、およびインバー
タINV91を有する。クロックCLKがディレー形フリップフ
ロップFF92〜FF94に供給される。第12図（ａ）〜第12図
（ｊ）は速度検出器９のタイミングチャートであり、第
２図（ｅ）〜第２図（ｈ）はノードN1〜N4における信号
図である。速度検出器９は回転速度SPDを示す信号＊RST
1およびRST2を出力する。
しきい値回路10は４個のORゲート、２つのフリップフ
ロップFF101,FF102、および出力トランジスタQ101,Q102
を有する。しきい値回路は速度信号＊RST1,RST2を受け
入れ、しきい値信号に対応して識別信号SDS1,SDS2を可
変電圧電源20に出力する。
第10図に図示の可変電圧ユニット20の種々の実施例に
ついて第13図（ａ）〜第13図（ｃ）、および第14図
（ａ）〜第14図（ｅ）を参照して述べる。
第13図（ａ）において、可変電圧供給ユニット20a
は、第４図および第９図に図示の最低の電圧V0に対応す
る一定の電圧VC1を供給する第１の電源201、第４図に図
示の定格電圧V2に対応する定電圧VC2を供給する第２の
電源202、ダイオード203、およびスイッチ204を有す
る。電圧供給ユニット20aは位相切換スイッチング回路
に接続されている。初期状態において、スイッチ204が
ターンオフされており、電源201からの電圧VC1が位相切
換回路６に供給されている。回転速度が所定の値を越え
ると、識別信号SDSがしきい値回路10から出力され、ス
イッチ204をターンオンさせる。その結果として、ダイ
オード203が逆バイアスされ自動的にターンオフされ
る。その理由は、電圧VC2が電圧VC1より高く、電圧VC2
がスイッチ204を介して位相切換スイッチング回路６に
供給されるからである。第２の従来技術としての特開昭
57−183281号公報と比較すると、特開昭57−183281号公
報における抵抗器における電力損失がなくなる。更に低
価格且つ高信頼性のダイオード203が第８図に図示のス
イッチ115の寸法を縮少する。第８図に図示のスイッチ2
04,115〜117は、これらの高電圧が供給され大電流がこ
れらを流れるので、パワートランジスタ、および、パワ
ートランジスタQ63,Q64が接続されたダーリントン回路
を有するスイッチ回路6Cによって図示の如く比較的複雑
な回路を用いて構成されなければならない。従って、ダ
イオード203を設けることによりスイッチの寸法を縮少
することは構成の簡単な回路を提供し、その価格を低下
させる。
第13図（ｂ）において、可変電圧供給ユニット20bは
第13図（ａ）に図示の電圧供給ユニット20aに加えて、
抵抗器205を有する。電源201′も第13図（ａ）に図示の
電源201とは異なる。一般に電源は標準化され、12VDC,2
4VDC,48VDC等を供給する。最低の電圧V0が8VDCの場合、
第13図（ａ）に図示の電源201は8VDCの特別の電源が設
けられる。第13図（ｂ）においては、抵抗器205が12VDC
の電圧を8VDCに低下させるように設計されている。従っ
て、標準の安価な12VDCの電圧を出力する電源201′が利
用可能である。
第13図（ｃ）の可変電圧電源ユニット20Cは第13図
（ｂ）の電源ユニット20bの変形形態である。電源20
1′、ダイオード203および抵抗器205が低速度領域にお
いて電圧V0を提供し、電源ユニット202が電圧V2、例え
ば48VDCを提供する。ここで抵抗器206は電圧V2を第４図
の電圧V1に低下させるように設計されている。電源20
2、抵抗器206およびスイッチ207が中速度領域における
電圧V1を提供する。電源202およびスイッチ204が高速度
領域における電圧V2を提供する。電源ユニット20Cは回
路7a,11aと同様に機能するが、これらの回路と比較する
と、１つのスイッチおよび１つの電源が少くなくなって
いる。
電源ユニット20Cはさらに多くの電圧レベルを供給可
能である。このことは第４図における曲線CV1に図示の
電圧変化に関連づけて議論される。電源ユニットは第９
図の曲線CV11に図示の電圧変化を提供するようにも設計
され得る。
他の形式の可変電圧電源ユニット20について第14図
（ａ）〜第14図（ｅ）を参照して述べる。この形式の電
源ユニットの最も注目すべき特徴は、位相切換スイッチ
ング回路６、DCモータ１、定電流駆動回路８の間に、正
極電圧電源211および負極電圧電源212を設けたことにあ
る。上述の如く、高速度動作における電圧は、モータの
電力損失を最小にするためには、可能な限り高くすべき
である。しかしながら、高電圧電源は、安全規則、高い
絶縁性等の厳しい要求に支配され、高価になる。正極電
圧電源211と負極電圧電源212は高電圧を分担し、それら
の間で高電圧を提供する。例えば、高電圧が48VCDであ
る場合、正極電圧電源211が＋24VDCを提供し、負極電圧
電源212が−24VCDを提供する。
第14図（ａ）に図示の電圧供給ユニットは、低速度領
域においてスイッチ214が識別信号SDS1により付勢され
ると、位相切換スイッチング回路６および定電流駆動回
路８を介して、モータ１に対して、大地と負極電圧電源
212との間の低電圧を提供する。電圧供給ユニットは、
高速度領域においてスイッチ213が付勢され、スイッチ2
14が消勢されると、正極電圧電源211と負極電圧電源212
との間の高電圧をモータ１に提供する。
第14図（ｂ）に図示の電圧供給ユニットは３種の電
圧、すなわち、大地と電源212との間の低電圧、電源211
と212との間の高電圧、および抵抗器215における電圧降
下だけ高電圧より低い中レベル電圧、を提供する。スイ
ッチ214,216,213はモータ１の回転スピードに応じて順
次付勢される。
第14図（ｃ）に図示の電圧供給ユニットは、第14図
（ａ）のスイッチ214に代えて、ダイオード217および抵
抗器218を有する。ダイオード217、抵抗器218およびス
イッチ213の動作機能は第13図（ｂ）のものと同様であ
る。
第14図（ｄ）に図示の電圧供給ユニットは第14図
（ｂ）および第14図（ｃ）に図示の電圧供給ユニットを
組合せたものである。この電圧供給ユニットもまた３種
の電圧を供給する。
第14図（ｅ）に図示の電圧供給ユニットは第14図
（ｄ）の電圧供給ユニットの変形形態である。中速度領
域において、スイッチ216が付勢されてダイオード217を
逆バイアスし、抵抗器219と抵抗器218を直列接続させ
る。抵抗器218は低速度領域だけでなく、中速度領域で
も用いられる。抵抗器219は第14図（ｄ）の抵抗器215よ
りも小さくできるから、第14図（ｅ）の電圧供給ユニッ
トは第14図（ｄ）の電圧供給ユニットよりも更に経済的
である。
上記実施例において、第10図のパワートランジスタ形
スイッチ用スイッチとしてのスイッチング素子、第10図
の電流源8C、第13図（ａ）のスイッチ204、第14図
（ａ）のスイッチ213,214はパワートランジスタであっ
た。第10図に図示の如く、一般にパワートランジスタは
エミッタを接地し、コレクタから出力をとり出すように
用いる。
スイッチング素子は他のスイッチング素子、例えばパ
ワーMOS−FETにより置き換えられ得る。一般に、MOS−F
ETは第15図（ａ）、および第15図（ｂ）に図示の如く、
ソースを接地して使う。第15図（ａ）のMOS−FETは第10
図の位相切換スイッチング回路6Cに代えて位相切換スイ
ッチとして使用可能である。第15図（ｂ）のMOS−FETは
第10図の定電流源8Cに代えて定電流源として使用可能で
ある。
最近のMOS−FETの分野における技術進歩は、低オン抵
抗を有し、TTL電圧レベルのような低ゲート電圧で動作
可能なパワーMOS−FETの実用化を可能にしている。パワ
ーMOS−FETのゲートのインピーダンスは相当高いから、
ゲート電流は相当低く、電力消費を低下させ、回路構成
を簡単にする。
さらにMOS−FETはバイポーラトランジスタにおける第
２ブレークダウン制限に支配されない。第16図（ａ）バ
イポーラトランジスタの特性を図解するグラフである。
バイポーラトランジスタの性能は、破線LMTCで示された
電流制限、破線LMTVで示されたコレクタ・エミッタ電圧
VCEの制限、および破線LMTWで示された電力制限により
制限される。バイポーラトランジスタはさらに、熱暴走
を防止するため、実線により示されたジャンクション
（接合部）の第２ブレークダウンにより制限される。そ
の結果として、実際に使用するバイポーラトランジスタ
の有効領域は斜線で図示の部分に制限される。第２ブレ
ークダウン制限はジャンクションの温度に非常に依存す
る。もし温度が上昇すると、線LMT′SBDによって図示の
如く第２ブレークダウン制限が大きくなり、更に有効に
利用できる領域が狭くなる。これに対して、MOS−FET
は、ジャンクションがないので、第16図（ｂ）に図示の
如く第２ブレークダウン制限に支配されない。第16図
（ｂ）において、横軸はドレイン・ソース電圧を示し、
縦軸はドレイン電流を示す。直線LTC,LTW,LTVは電流制
限、電力制限、電圧制限を示す。斜線部が有効に利用で
きる領域を示す。
第17図は他の形式のDCモータ駆動装置の回路図であ
る。
第17図において、DCモータ1aは、ニュートラル線2D、
第10図の励磁コイルに対応する励磁コイル2A〜2Cおよび
ホールセンサ3A′〜3C′を有するユニポーラ形ブラシレ
スモータである。信号合成回路４はホール検出信号SH
G′Ａ〜SHG′Ｃを受け入れ、インバータINV41〜INV43を
介して位相信号として反転信号を出力する。タイミング
制御回路5aはインバータINV51〜INV53、ANDゲートAND51
〜AND53、およびドライバDRV51〜DRV53を有する。タイ
ミング制御回路5aは制御信号SCA〜SCCを定電流駆動回路
に出力するが、１つの電流源8C′および１つの電流制限
器80′のみが図解されている。電流源8C′は第10図に図
示の電流源8Cと同様である。電流源8C′は、トランジス
タQ86′、演算増幅器として機能するトランジスタQ8
1′、および４個並列に接続されたパワー増幅器Q82′〜
Q85′を有する。
速度検出器９、しきい値回路10および電圧供給ユニッ
ト20は前述したものと実質的に同じである。
第10図の位相切換スイッチング回路６が必要でないこ
とに注目されたい。
第18図（ａ）〜第18図（ｉ）は第17図のDCモータ駆動
装置の動作を図解するタイミングチャートである。第18
図（ａ）〜第18図（ｃ）はホールセンサ出力SHG′Ｃ〜S
HG′Ａの波形であり、第18図（ｄ）〜第18図（ｆ）はニ
ュートラル線とそれぞれのコイル2C,2B,2Aとの間の電圧
の波形であり、第18図（ｇ）〜第18図（ｉ）はコイル2
C,2B,2Cに流れる電流である。
斜線で図示の時間、電流が定電流駆動回路8a′,8b′
（図示せず）、8c′を介してコイルに流れる。
パワーMOS−FETはまた第17図に図示の回路にも適用可
能である。
上述した実施例においてはホール形モータを駆動する
DCモータ駆動装置はブラシレスDCモータである。本発明
のDCモータ駆動装置は明らかなように、MR装置、磁気飽
和装置、フォトインタラプタ等における他の形式のブラ
シレスDCモータを駆動するのにも適用可能である。
DCモータ駆動装置はブラシレスDCモータだけでなく、
定電流駆動回路により駆動され始動電流を低減させるこ
とが要求されるブラシ形DCモータにも適用できる。
第19図はブラシ形DCモータ駆動装置のブロック図であ
る。駆動装置は、可変電圧電源ユニット20′、ブラシ形
DCモータ１′、DCモータ１′のロータシャフトに機械的
に接続されたタコ・ジェネレータ等の速度センサ３′、
および定電流駆動回路８′を有する。ここでは位相切換
スイッチングは不要である。可変電圧供給ユニット20′
は速度センサ３′から速度信号を受け入れ、ロータ速度
に応じて種々の段階の電圧を出力する。定電流駆動回路
８′は上述した回路により実現できる。
産業上の利用可能性 本発明のDCモータ駆動装置は、磁気ディスク駆動装置
などのDCモータを用いる種々の装置に適用可能である。
好適にはDCモータ駆動装置は、定電流駆動回路により駆
動され、DCモータの負荷変動に関係なく一定のトルクを
維持するDCモータに適用される。

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直流（DC）モータ（1,1a,1′）、該モータ
    のロータの回転を検出する手段（3A〜3C,3A′〜3C′,
    3′,4′,5,9）、該モータに駆動電力を供給する電源手
    段（20,20′）、および、該モータのコイルに作動的に
    接続され、該モータの通常動作の間該駆動電力が供給さ
    れる該コイルを通過する一定の電流を提供する電流駆動
    手段（8,8′）、を具備するDCモータ駆動装置におい
    て、 前記電源手段は、前記回転検出手段から回転信号を受け
    入れ、前記モータの始動動作期間、前記回転信号の増加
    に応答して該電源手段からの電圧を多段に連続的に増加
    させる手段を有し、 前記電流駆動手段（8,8′）は、各個が前記コイルに作
    動的に接続され前記通常動作の間前記コイルを流れる一
    定の電流を提供する少くとも１つのパワースイッチング
    素子（Q82〜Q84,Q82′〜Q85′）を有する、少くとも１
    つの電流駆動回路（8A〜8C）を具備することを特徴とす
    る、DCモータ駆動装置。
  2. 【請求項２】前記各電流駆動回路がさらに前記パワース
    イッチング素子を駆動する演算増幅器（Q81,Q81′）を
    具備する、請求の範囲第１項記載のDCモータ駆動装置。
  3. 【請求項３】前記電源手段（20,20′）が相互に並列に
    接続された少くとも２つのスイッチング回路を具備し、
    該スイッチング回路の各々が他方のスイッチング回路用
    の他方の回転範囲とは異なる所定の回転範囲により付勢
    されるスイッチング回路を包含し他方のスイッチング回
    路からの他の電圧と異なる電圧を提供する、請求の範囲
    第２項記載のDCモータ駆動装置。
  4. 【請求項４】前記各スイッチング回路が、十分にターン
    ・オンする状態と十分にターン・オフする状態との間で
    動作する、パワースイッチング素子を具備する、請求の
    範囲第３項記載のDCモータ駆動装置。
  5. 【請求項５】前記DCモータが複数の励磁コイルを包含す
    るブラシレス形DCモータであり、 前記電流駆動手段（8,8′）は、各々が対応するコイル
    に作動的に接続された複数の電流駆動回路を具備し、 更に、前記回転信号を受け入れ、回転位相を見出し、前
    記対応する電流駆動回路へ複数の制御信号（SCA〜SCC）
    を順次発生する、タイミング制御手段（5,5a）を具備す
    る、 請求の範囲第４項記載のDCモータ駆動装置。
  6. 【請求項６】前記DCモータが複数の励磁コイルを包含す
    るブラシレス・位相切換形DCモータであり、 前記電流駆動手段（8,8′）は、各々が対応するコイル
    に作動的に接続された複数の電流駆動回路（8A〜8C）を
    具備し、 更に、各々が前記電源手段（20,20′）に作動的に接続
    された複数のスイッチング回路（6A〜6C）を包含する位
    相切換手段（６）を具備し、前記対応する電流駆動回路
    および前記対応するコイルが、付勢されたとき、前記ロ
    ータに回転力を与え、 また更に、前記回転信号を受け入れ、回転位相を見出
    し、および、前記位相切換手段内の前記対応するスイッ
    チング回路へ複数のタイミング信号（STA〜STC）、およ
    び前記対応する電流駆動回路へ複数の制御信号（SCA〜S
    CC）を、順次、出力する、タイミング信号制御手段（5,
    5a）を具備する、 請求の範囲第４項記載のDCモータ駆動装置。
  7. 【請求項７】前記位相切換手段（６）内の各々のスイッ
    チ回路が、十分にターン・オンする状態と十分にターン
    ・オフする状態との間で動作する、パワースイッチング
    素子を具備する、請求の範囲第６項記載のDCモータ駆動
    装置。
  8. 【請求項８】前記DCモータがブラシ形DCモータである、
    請求の範囲第４項記載のDCモータ駆動装置。
  9. 【請求項９】前記スイッチング素子の各々が、パワーバ
    イポーラトランジスタを具備する、請求の範囲第１項記
    載のDCモータ駆動装置。
  10. 【請求項１０】前記スイッチング素子の各々が、パワー
    MOS−FETを具備する、請求の範囲第１項記載のDCモータ
    駆動装置。
  11. 【請求項１１】ロータ、少くとも１つの励磁コイルおよ
    び該ロータの回転を検出する手段を包含する直流（DC）
    モータを駆動する装置であって、該DCモータ駆動装置
    が、該モータに駆動電力を供給する電源手段（20,2
    0′）、および、該コイルに作動的に接続され、該モー
    タの通常動作期間該駆動電力が供給される該コイルを通
    過する一定の電流を提供する電流駆動手段（8,8′）を
    具備するものにおいて、 前記電源手段（20,20′）は、低電圧を供給する第１の
    電源（201,201′）、高電圧を供給する第２の電源（20
    2）、ダイオード（203）を包含し前記第１の電源に接続
    され初期状態において前記低電圧を供給する第１のスイ
    ッチ回路、および、１つのスイッチング素子を包含し前
    記第２の電源に接続された少くとも１つの第２のスイッ
    チ回路（204,206,207）であって、前記ロータの回転が
    所定の値を越え該第２のスイッチ回路が付勢されたとき
    高電圧を供給し前記ダイオードを逆バイアスするもの、
    を包含し、 前記電流駆動手段（8,8′）は、各個が前記コイルに作
    動的に接続され前記通常動作の間前記コイルを流れる一
    定の電流を提供する少くとも１つのパワースイッチング
    素子（Q82〜Q84,Q82′〜Q85′）を有する、少くとも１
    つの電流駆動回路（8A〜8C）を具備することを特徴とす
    る、DCモータを駆動する装置。
  12. 【請求項１２】前記第２のスイッチ回路が前記第２の電
    源間に接続されたスイッチング素子（204）を具備す
    る、請求の範囲第11項記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記第１の電源手段が基準電圧を供給す
    る通常の電源（201′）を具備し、 前記第１のスイッチ回路が前記ダイオード（203）に直
    列に接続された抵抗器（205）を包含し、前記基準電圧
    から前記低電圧を前記コイルに供給する、請求の範囲第
    12項記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記第２のスイッチは、各々が直列に接
    続されたスイッチング素子（207）と抵抗器（206）を有
    する回路を包含し前記低電圧と前記高電圧との間の電圧
    を供給する、前記スイッチング素子（204）と並列に接
    続された少くとも１つ又は複数のスイッチング回路をさ
    らに具備し、 該電圧は、該少くとも１つ又は複数のスイッチング回路
    から供給される他の電圧とは異なっており、 前記電源手段（20,20′）からの電圧は、該電圧の１つ
    が前記回転に応答して出力され、前記回転の増加に応答
    して前記出力電圧により定められる前記電流駆動手段
    （8,8′）を通過する前記電流の最大値を連続的に増大
    させるように、規定される、請求の範囲第12項記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】前記スイッチング素子の各々が、パワー
    バイポーラトランジスタを具備する、請求の範囲第11項
    記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記スイッチング素子の各々が、パワー
    MOS−FETを具備する、請求の範囲第11項記載の装置。
  17. 【請求項１７】ロータ、少なくとも１つの励磁コイル及
    び該ロータの回転を検出する手段を包含する直流（DC）
    モータを駆動する装置であって、該DCモータ駆動装置
    が、該モータに駆動電力を供給する電源手段（20,2
    0′）、および、該コイルに作動的に接続され、該モー
    タの通常動作期間該駆動電力が供給される該コイルを通
    過する一定の電流を提供する電流駆動手段（8,8′）を
    具備するものにおいて、 前記電源手段（20,20′）は、正極性電圧を供給する第
    １の電源（211）、負極性電圧を供給する第２の電源（2
    12）、大地と前記コイルとの間に作動的に接続された第
    １のスイッチング手段（214,217,218）、および、前記
    第１の電源と前記コイルとの間に作動的に接続された第
    ２のスイッチング手段（213,215,216,219）を包含し、 前記第２の電源は前記電流駆動手段（8,8′）を介して
    前記コイルに作動的に接続され、 前記第１のスイッチング手段は初期状態において付勢さ
    れ大地および前記第２の電源の負極性電圧により規定さ
    れる低電圧を提供し、それにより、該低電圧により規定
    される電流が前記コイルおよび前記電流駆動手段を介し
    て大地と前記第２の電源との間を流れ、 前記第２のスイッチング手段は前記回転が所定の値を越
    えたとき付勢されて前記第１の電源を正極性電圧と前記
    第２の電源の負極性電圧とにより規定される高電圧を提
    供し、それにより、該高電圧により規定される電流が前
    記コイルおよび前記電流駆動手段を介して前記第１の電
    源と前記第２の電源との間を流れ、 前記電流駆動手段（8,8′）は、各個が前記コイルに作
    動的に接続され前記通常動作の間前記コイルを流れる一
    定の電流を提供する少くとも１つのパワースイッチング
    素子（Q82〜Q84,Q82′〜Q85′）を有する、少くとも１
    つの電流駆動回路（8A〜8C）を具備することを特徴とす
    る、DCモータ駆動装置。
  18. 【請求項１８】前記第１のスイッチング手段がスイッチ
    ング素子（214）を具備し、 該スイッチング素子が前記初期状態において付勢され
    て、大地と前記第２の電源（212）の負極性電圧との間
    の電圧により規定される電流を前記コイルおよび前記電
    流駆動手段を介して流し、 前記スイッチング素子は前記回転が所定の値を越えると
    消勢される、請求の範囲第17項記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記第２のスイッチング手段が、前記回
    転が前記所定の値を越えると付勢される、スイッチング
    素子（213）を具備する、請求の範囲第18項記載の装
    置。
  20. 【請求項２０】前記第２のスイッチング手段が、前記ス
    イッチング素子（213）に並列に接続された少くとも１
    個又は複数個のスイッチング回路をさらに具備し、該ス
    イッチング回路の各々が、スイッチング素子（216）と
    抵抗器（215）とが直列接続された回路を包含し、前記
    低電圧と前記高電圧との間の電圧を供給するものであ
    り、 該電圧が前記少くとも１個又は複数個のスイッチング回
    路からの他の電圧とは異なり、 前記電源手段（20,20′）からの前記電圧は、前記電圧
    の１つが前記回転に応答して出力される、 請求の範囲第19項記載の装置。
  21. 【請求項２１】前記第１のスイッチング手段が、大地に
    作動的に接続されたアノードを有するダイオード（21
    7）を具備する、請求の範囲第17項記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記第２の電源手段が基準電圧を供給す
    る通常の電源を具備し、 前記第１のスイッチ回路が前記ダイオードに直列に接続
    された抵抗器（205）を包含し、前記基準電圧から前記
    低電圧を前記コイルおよび前記電流駆動手段に供給す
    る、 請求の範囲第21項記載の装置。
  23. 【請求項２３】前記第２のスイッチング手段が、前記回
    転が前記所定の値を越えると付勢される、スイッチング
    素子（213）を具備する、請求の範囲第22項記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】前記第２のスイッチング手段が、前記ス
    イッチング素子（213）に並列に接続された少くとも１
    個又は複数個のスイッチング回路をさらに具備し、該ス
    イッチング回路の各々が、スイッチング素子（216）と
    抵抗器（215）とが直列接続された回路を包含し、前記
    低電圧と前記高電圧との間の電圧を供給するものであ
    り、 該電圧が前記少くとも１個又は複数個のスイッチング直
    列回路からの他の電圧とは異なり、 前記電源手段（20,20′）からの前記電圧は、前記電圧
    の１つが前記回転に応答して出力される、 請求の範囲第23項記載の装置。
  25. 【請求項２５】前記各直列回路の抵抗器が前記ダイオー
    ドのカソードに接続された前記第１のスイッチ回路内の
    前記抵抗器（218）に直列に接続可能に設けられ、前記
    第１のスイッチ回路内に前記抵抗器に直列に接続される
    前記抵抗器の抵抗値が前記各出力電圧を提供するように
    決定される、請求の範囲第24項記載の装置。
  26. 【請求項２６】前記スイッチング素子の各々が、パワー
    バイポーラトランジスタを具備する、請求の範囲第19項
    記載の装置。
  27. 【請求項２７】前記スイッチング素子の各々が、パワー
    MOS−FETを具備する、請求の範囲第19項記載の装置。
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