JP3132779B2 - センサレス多相直流モータの起動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサレスタイプのブ
ラシレス多相直流モータに関し、たとえば磁気ディスク
装置用のスピンドルモータにおいて、複数相による複数
回の逆励磁による複数回の起動工程の繰り返しによって
起動信頼性の向上が可能とされるセンサレス多相直流モ
ータの起動方法に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置用のスピンドル
モータとしては、たとえば励磁状態において磁界を発生
するステータと、このステータ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とを備えたセンサレスタ
イプのブラシレス直流モータが多く用いられ、多くの場
合に半導体チップ化された電子回路による回転制御が行
われている。

【０００３】たとえば、三相コイルのセンサレス多相直
流モータにおいては、停止時に回転方向が不明なため、
ステータに駆動電流を順次供給して通電する歩進工程を
繰り返す。これにより、正方向、休止、逆方向の励磁電
流を各相に流すことにより各コイルが間欠的・同期的に
通電され、ロータが所定方向に確実に回転されるように
なっている。

【０００４】また、モータの駆動は、電磁石と永久磁石
との吸引または反発による駆動トルクが発生して可能と
なり、その発生タイミングは従来のホールセンサなどに
よるロータマグネットの検知と異なり、コイルの誘起電
圧を利用して行われる。この場合に、トルクの大きさ
は、巻数一定とすれば電流と磁束密度変化幅に正比例す
るため、トルクを高めるためには電流を増加させるか、
または磁束密度変化幅を大きくすればよいことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記センサ
レススタートにおいては、コイルに鎖交する磁束による
誘起電圧を用いるが、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であるという欠点がある。その
ために、始めは信号なしで強制的に歩進をかけるが、ロ
ータ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、または磁界が通電と逆方向のために逆転が発生し
得る。

【０００６】そこで、起動信頼性を高めるために、従来
はリトライを繰り返したり、ダブル駆動方式としたり、
さらには両者を併用することによって起動特性を向上さ
せる必要が生じる。ここで、ダブル起動方式とは、本出
願人が別途出願した起動方式であり、モータの起動時に
通電に対する初期値を与えた上電流方向を転換させ、逆
方向励磁を行って起動トルクを高め、大きな磁束密度変
化幅を得て高トルクを発生させる工程を含むことを特徴
とするものである。

【０００７】しかしながら、ロータとステータの位置関
係が、通電に対してたまたま０トルクを発生する位置に
あるときにスタートをかけた場合は、ロータがあまり動
かない状態で歩進のシーケンスが反復される。この時、
ロータを所定方向に確実に回転させるために歩進工程を
繰り返すが、たとえばダブル駆動による高トルクの発現
が単方向で１相のコイルのみであると、トルクアップが
不充分であるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、起動工程中の正
方向から逆方向または逆方向から正方向への逆励磁を複
数相で複数回行い、かつこの起動工程を複数回繰り返す
ことにより、起動特性を多重的または累積的に向上させ
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。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１１】 すなわち、請求項１に係る発明のセンサ
レス多相直流モータの起動方法は、通電することによっ
て磁界を発生する多相のコイルを有するステータと、該
ステータとの間の電磁相互作用により回転力を得るロー
タと備え、該ロータを所定方向に回転させるように電流
を前記コイルに順次通電する一連のステップからなる起
動工程を繰り返すことにより起動するセンサレス多相直
流モータであって、前記起動工程において、正方向から
逆方向又は逆方向から正方向に休止期間を含まずに電流
を転換させる逆励磁を２相のコイルで同時に行うステッ
プを複数回有するものである。

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、前記起動工程を繰り返すとき、前記コイル
へ通電する電流の初期値を変えるものである。

【００１３】

【作用】前記したセンサレス多相直流モータの起動方法
によれば、起動工程中に逆励磁が複数相に複数回含ま
れ、かつこの起動工程が複数回繰り返されることによ
り、高トルクの発現が複数相で複数回行われるので、磁
性体の能力を充分に発揮させ、起動トルクの増加を図る
ことができる。これにより、起動時間が短くなり、また
高トルクによりモータを短時間で立ち上げることができ
る。

【００１４】すなわち、逆励磁によってステータに蓄え
られたエネルギーが、励磁電流の反転によって高められ
てハイトルクとして放出される課程を短時間で何度も反
復蓄積させることができる。この場合に、トルクアップ
にも拘らず、電流実効は増加しないので、駆動回路とモ
ータの低温・小形化が可能となる。逆に、モータが起動
容易な高信頼性の場合は、同一所要トルクに対して起動
電流を低めることができる。

【００１５】また、逆励磁における駆動電流の電流値が
可変されることにより、たとえば第１起動の駆動電流を
低レベルとし、第２起動において高レベルの駆動電流で
駆動させる場合には、第１起動で通電エネルギーを抑制
してモータをほとんど回さずに、第２起動でエネルギー
を増強して確実に回転させることができる。

【００１６】

【実施例１】図１は本発明のセンサレス多相直流モータ
の起動方法の一実施例であるセンサレス多相直流モータ
の起動電流のモデルを示す波形図、図２は本実施例にお
けるスタートアップ手順を示すフロー図、図３はスター
トアップシーケンスを示す説明図である。

【００１７】まず、図１により本実施例のセンサレス多
相直流モータにおける起動電流波形を説明する。

【００１８】 本実施例のセンサレス多相直流モータ
は、たとえば、磁気ディスク装置用のスピンドルモータ
に適用され、図示はしないが、通電することによって磁
界を発生する多相のコイルを有するステータと、該ステ
ータ等との間の電磁相互作用により回転力を得るロータ
と備え、該ロータを所定方向に回転させるように駆動電
流を前記各相のコイルに順次供給して通電する１連のス
テップからなる起動工程を繰り返すことにより起動する
センサレス多相直流モータとされ、前記起動工程は、正
方向から逆方向又は逆方向から正方向に休止期間を含ま
ずに電流を転換させる逆励磁を２相のコイルで同時に行
うステップを複数回有するものである。

【００１９】たとえば、図１に示すように、Ｕ相コイル
への電流波形（ｉｕ）については、３ステップにおいて
負方向に逆励磁され、４ステップで一拠に正方向への高
トルクによる起動トルクが放出され、さらに７ステップ
において正方向、１３ステップおよび１６ステップにお
いても逆方向への高トルクを得ることができる。

【００２０】同様に、Ｖ相コイルの電流波形（ｉｖ）に
ついては、１ステップおよび４ステップにおいて逆方
向、１０ステップおよび１３ステップにおいて正方向へ
高トルクが得られ、またＷ相コイルの電流波形（ｉｗ）
については、１ステップおよび１６ステップにおいて正
方向、７ステップおよび１０ステップにおいて逆方向へ
の高トルクが得られるようになっている。

【００２１】このようにして、従来の起動工程に相当す
る工程で、各コイルに高トルクの起動電流が４回行わ
れ、これによって起動工程における起動トルクの増加を
図り、モータを確実に立ち上げることができる。

【００２２】また、高トルクの発現が各ステップについ
て２相とされ、たとえば１ステップにおけるＶ相コイル
とＷ相コイル、４ステップにおけるＵ相コイルとＶ相コ
イル、７ステップにおけるＵ相コイルとＷ相コイルとい
うように同時にそれぞれ反対方向へ高トルクとすること
ができるので、短い起動時間でモータを立ち上げること
ができる。ちなみに、測定によれば同時一相で1.７倍の
トルクアップ、同時二相で約３倍のトルクアップ比率が
得られる。

【００２３】この場合に、以上のような起動工程への高
トルクによるＫｅｅｐ−ｏｎおよび逆励磁のタイミング
は、たとえば図２のようなスタートアップフローでルー
プをかけ、図３に示すような各相の第１起動、検出期
間、第２起動および加速期間のフェーズシーケンスにお
いて、第２起動の後から第１起動の前に戻したり、第２
起動の後から第２起動の前に戻すことによって得ること
ができる。

【００２４】従って、本実施例のセンサレス多相直流モ
ータの起動方法によれば、ステータへの逆励磁通電によ
る起動工程が複数回繰り返されることにより、モータを
確実に立ち上げることが可能となり起動信頼性または省
電力性を向上させることができる。

【００２５】同時に、起動工程中に正方向から逆方向ま
たは逆方向から正方向に電流を転換させる逆励磁が、複
数相に複数回含まれることによって磁性体の能力を充分
に発揮させ、起動時間を短縮することができる。

【００２６】

【実施例２】図４は本発明のセンサレス多相直流モータ
の起動方法の他の実施例であるセンサレス多相直流モー
タの起動電流を示す波形図である。

【００２７】 本実施例のセンサレス多相直流モータ
は、実施例１と同様に磁気ディスク装置用のスピンドル
モータに適用され、図示はしないが、通電することによ
って磁界を発生する多相のコイルを有するステータと、
該ステータ等との間の電磁相互作用により回転力を得る
ロータと備え、該ロータを所定方向に回転させるように
駆動電流を前記各相のコイルに順次供給して通電する１
連のステップからなる起動工程を繰り返すことにより起
動するセンサレス多相直流モータとされ、実施例１との
相違点は、起動工程を繰り返すとき、前記コイルへ通電
する電流の初期値を変えることである。

【００２８】すなわち、図４に示すように各コイルのセ
ンシングレートを変え、第１起動は低パワーレイトと
し、検出期間後の第２起動で初期値を増大して第１起動
以上のトルクを出して第２起動が行われ、これによって
第１起動では逆転はなくモータはほとんど回らず、そし
て第２起動で大電流が初期値となって確実に回転させる
ことができるようになっている。

【００２９】たとえば、このようなセンシングレートを
変える方法としては、カレントセンサ、タイマーおよび
加算器などを備え、加算器はタイマーの期間だけカレン
トセンサの感度を変化させることにより、たとえば0.１
Ａを0.５Ａと認識させて駆動電流を低下させたり、逆に
高い電流値に設定することができる。

【００３０】従って、本実施例のセンサレス多相直流モ
ータの起動方法によれば、実施例１のような同一エネル
ギーによる起動工程の繰り返しと異なり、第１起動で通
電エネルギーを抑制し、第２起動でエネルギーを増強す
ることによって一拠に駆動させることができるので、効
果としては実施例１と同様に起動信頼性の向上が可能と
なる他、起動時にモータが逆転しない、または逆転角を
微小にでき、その結果、たとえば磁気ディスク装置にお
いてヘッドクラッシュやスティックションを回避し、あ
るいはメディアを損傷しないという効果を奏する。

【００３１】

【実施例３】図５は本発明のセンサレス多相直流モータ
の起動方法の他の実施例であるセンサレス多相直流モー
タの通電回路の要部を示す回路図、図６は本実施例にお
ける通電状態を示す説明図である。

【００３２】本実施例のセンサレス多相直流モータは、
実施例１および２と同様に磁気ディスク装置用のスピン
ドルモータに適用され、図示しない励磁状態において磁
界を発生するステータと、このステータとの電磁相互作
用により回転力を得るロータとを備え、ロータを所定方
向に回転させる駆動電流を、ステータに順次供給して通
電する起動工程を繰り返して起動するセンサレス多相直
流モータとされ、実施例２と同様に起動工程を繰り返す
場合の逆励磁における駆動電流の電流値を可変し、実施
例２との相違点は、コイルの中性点にダイオードを介し
て始動電源を接続する点である。

【００３３】すなわち、図５に示すように２つのトラン
ジスタの接続点に接続される各コイルの中性点が、Ｅｉ
ｎｓｔｅｉｎｅｒ（系の状態関数を変換する１個の半導
体素子）に相当し、導通、普通の２状態を切り換える役
目を果たすダイオードを介して、外部からの電源投入よ
りも所定の時間だけ遅れて電源電圧が印加される始動電
源に接続されている。

【００３４】たとえば、各コイルのインピーダンスを1.
５Ω、始動電源を＋３Ｖ、印加電圧を＋３Ｖとすると、
逆励磁の予備励磁においては、図６(a) のようにトラン
ジスタＱ１のみをＯＮにしてＵ相コイルに−２Ａの駆動
電流を流すことができ、また逆励磁においては、図６
(b) に示すようにトランジスタＱ２およびＱ５をＯＮに
してＵ相コイルに＋１Ａの駆動電流を流し、Ｗ相コイル
には−１Ａの電流を流すことができる。

【００３５】これにより、Ｕ相コイルにおいては、−２
Ａから＋１Ａの変化によって３Ａの電流変化量を得るこ
とができるので、従来は図６(b) と同様の通電により−
１Ａから＋１Ａのように２Ａの変化量しか得ることがで
きなかったのに対して、1.５倍の変化量による起動トル
クの増加を図ることができる。

【００３６】従って、本実施例のセンサレス多相直流モ
ータの起動方法によれば、実施例１および２と同様にモ
ータを確実に立ち上げることができるので、起動信頼性
の向上が可能となる。

【００３７】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例１〜３に基づき具体的に説明したが、本発明は前記
各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３８】たとえば、前記各実施例のセンサレス多相
直流モータにおいて、実施例１のスタートアップフロー
の変更、実施例２のセンシングレートの変更、さらに実
施例３の始動電源の電圧値の変更など、これらについて
種々変更が可能であることはいうまでもない。

【００３９】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野である磁気ディスク装置
用のスピンドルモータに適用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、たとえばレーザプ
リンタなどの他の装置に適用されるセンサレス多相直流
モータについても広く適用可能である。

【００４０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００４１】請求項１に係る発明によれば、ロータを所
定方向に回転させる駆動電流を、各相のコイルに順次通
電する一連のステップからなる起動工程を繰り返し、こ
の起動工程は、正方向から逆方向または逆方向から正方
向に電流を転換させる逆励磁を２相のコイルで同時に行
うステップを複数回含むことにより、高トルクの発現が
起動工程内で複数回行われるので、磁性体の能力を充分
に発揮させ、起動トルクの増加を図ることができ、モー
タを確実に立ち上げることができる。

【００４２】特に、高トルクを２相のコイルで同時に発
現させることができるので、起動トルクを増加させてモ
ータの起動時間を短縮することができる。

【００４３】また、トルクアップにも拘らず電流実効値
を増加させることがないので、モータの駆動回路、電源
（電池を含む）の容量およびモータの温度上昇値の低減
・小形化を図ることができる。

【００４４】請求項２に係る発明によれば、前記起動工
程を繰り返すとき、前記コイルへ通電する電流の初期値
を変えるようにしたから、たとえば、第１起動工程の駆
動電流を低レベルとし、第２起動工程の駆動電流を高レ
ベルとしてロータを駆動させる場合には、第１起動工程
で通電エネルギーを抑制してロータをほとんど回さず
に、第２起動工程でエネルギーを増強して確実に回転さ
せることができる。その結果、磁気ディスク装置におい
ては致命的なヘッドクラッシュやスティックションなど
を回避することができる。

【００４５】しかも、逆励磁における駆動電流の変化量
を大きくして起動トルクを増加させることができるの
で、モータの立ち上げを確実に行うことができる。

【００４６】以上のように、両請求項に係る発明は、起
動工程中における駆動トルクの増加により確実に起動さ
れ、起動信頼性の向上したセンサレス多相直流モータの
起動方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサレス多相直流モータの起動方法
の実施例１であるセンサレス多相直流モータの起動電流
のモデルを示す波形図である。

【図２】実施例１のセンサレス多相直流モータにおける
スタートアップ手順を示すフロー図である。

【図３】実施例１のセンサレス多相直流モータにおける
スタートアップシーケンスを示す説明図である。

【図４】本発明のセンサレス多相直流モータの起動方法
の実施例２であるセンサレス多相直流モータの起動電流
を示す波形図である。

【図５】本発明のセンサレス多相直流モータの起動方法
の実施例３であるセンサレス多相直流モータの通電回路
の要部を示す回路図である。

【図６】実施例３のセンサレス多相直流モータにおける
通電状態を示す説明図である。

【符号の説明】

ｉｕ Ｕ相コイルの電流波形 ｉｖ Ｖ相コイルの電流波形 ｉｗ Ｗ相コイルの電流波形 Ｑ１〜Ｑ６ トランジスタ Ｄ ダイオード Ｅ 始動電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電することによって磁界を発生する多
   相のコイルを有するステータと、該ステータとの間の電
   磁相互作用により回転力を得るロータと備え、該ロータ
   を所定方向に回転させるように電流を前記各相のコイル
   に順次通電する一連のステップからなる起動工程を複数
   回繰り返すことにより起動するセンサレス多相直流モー
   タであって、前記起動工程において、正方向から逆方向
   又は逆方向から正方向に休止期間を含まずに電流を転換
   させる逆励磁を２相のコイルで同時に行うステップを複
   数回有すること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】 前記起動工程を繰り返すとき、前記コイ
   ルへ通電する電流の初期値を変え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。