JP3223610B2 - 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】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、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にお
いても、例えば、第１歩進工程の開始時にロータとステ
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すると、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、ロータを
所定方向に確実に回転させるための第２歩進工程を遂行
しても、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、トルクアップを十分に図ること
ができない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、トルクアップを大幅に図ることができ、
その結果、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を有し、前記ロータを所定の方向
に回転させる励磁電流を前記ステータコイルに通電供給
する歩進工程が、所定の内部歩進パターンで前記ステー
タコイルに励磁電流を供給する第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歩進工程の初期において、いずれか一相で
通電方向が休止期間を含まないで逆転し、また前記一相
以外の相を前記第１歩進工程の内部歩進パターンに対し
て入れ換えた内部歩進パターンで前記ステータコイルに
励磁電流を供給することで、逆励磁駆動動作が複数相に
おいて同時にかつ相互に逆の通電方向で行われることを
特徴とする。

【００１１】前記第２歩進工程では、初期における逆励
磁駆動動作の後に、少なくとも一相において逆励磁駆動
動作を遂行することができる。

【００１２】

【作用】一般的に、多相直流モータでは、歩進工程で各
相に励磁電流を供給する内部歩進のパターンが決まって
いて、例えば、３相直流モータでは、励磁電流がｕ→
ｖ，ｗ→ｖ，ｗ→ｕ，ｖ→ｕ，ｖ→ｗ，ｕ→ｗの６ステ
ップが繰り返される。上記構成の起動方法において、例
えば、第１歩進工程で、このような内部歩進パターンを
採用し、かつ、９回のステップが繰り返されるものとす
れば、本発明では、第２歩進工程の初期において、例え
ば、ｕ相で逆励磁駆動動作が行われ、第２歩進工程の内
部歩進パターンがｖ相とｗ相とを入れ換えた状態で励磁
電流を供給する。

【００１３】つまり、いま例えば、起動時において、モ
ータが０トルクの位置にあったとすれば、第１歩進工程
の最初のステップでｕ→ｖに励磁電流が供給されるの
で、ｕ相は正，ｖ相は負，ｗ相は０になっているととも
に、最終ステップでは、ｗ→ｕに励磁電流が供給される
ことになり、このときには、ｕ相が負，ｖ相は０，ｗ相
は正となる。

【００１４】このような励磁状態において、第２歩進工
程の初期では、ｕ相が逆励磁駆動動作となるので、ｕ相
は正、また、ｖ相とｗ相とが入替えられるので、ｖ相は
０，ｗ相は負となる。従って、相を入れ換えると、ｗ相
においても第２歩進工程の初期で、通電方向が休止期間
を含まないで正から負に逆転する逆励磁駆動動作が行わ
れ、しかも、この相の逆励磁駆動動作は、ｕ相のものと
逆方向になり、これにより、起動時間が短くなって、モ
ータを短時間に立ち上げることができる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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２歩進工程の後の加速工程とが設定さ
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。

【００１９】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。

【００２０】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で電流
保持工程が所定の時間実施される。すなわち、内部歩進
ステップの励磁電流の状態が電流保持工程の期間中維
持される。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、ｕ相に関しては、図４に示すよ
うに、第２歩進工程の初期において、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よう
に設定される。

【００２１】すなわち、本実施例では、ｕ相に関して
は、第１歩進工程の内部歩進ステップでは、ｕ相は、
負になっているので、第２歩進工程の初期の内部歩進パ
ターンは、正に設定されることになり、図４に示した例
では、第１歩進工程と同じ内部歩進パターンが設定され
ている。また、ｖ相に関しては、ｗ相と入れ換えられた
内部歩進パターンが第２歩進工程で設定されている。つ
まり、従来の起動方法では、第１歩進工程と同じ内部歩
進パターンがｖ相に関しても設定されていたので、第２
歩進工程の初期には、ｖ相が負となるところをｗ相と入
れ換えているので、第２歩進工程の初期にｖ相は、０と
なり、その以降はｗ相の第１歩進工程の内部歩進パター
ンが実行される。

【００２２】さらに、ｗ相に関しても、ｖ相と入れ換え
られた内部歩進パターンが第２歩進工程で実行される。
このような状態で第２歩進工程を実行すると、ｕ相で通
電方向が休止期間を含まないで負から正に逆転する逆励
磁駆動動作が行われる上に、ｗ相でも通電方向が正から
負に逆転する逆励磁駆動動作が行われ、これらの逆励磁
駆動動作で通電方向が互いに逆になっているので、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。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。

【００２４】なお、上記実施例では、第２歩進工程の内
部歩進パターンの各ステップの実施時間は、第１歩進工
程の内部歩進パターンの略２倍に設定したものを例示し
たが、本発明の実施はこれに限定されるものではない。
また、上記実施例では、第２歩進工程の開始時（初期）
に、２相のコイルにおいて逆励磁駆動動作が遂行され、
しかる後、通常の第２歩進工程が遂行される構成である
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、起動不良となるおそれがある。

【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
に、例えば、一相において逆励磁駆動動作を行う（より
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おいて、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
動作時において発生トルクの相殺が免れ、ロータは回転
するようになる。

【００２６】

【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】第２歩進工程の変形例における内部歩進パター
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

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 H02P 6/16

Claims (1)

(57)【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を有し、前記ロータを所定の方向
   に回転させる励磁電流を前記ステータコイルに通電供給
   する歩進工程が、所定の内部歩進パターンで前記ステー
   タコイルに励磁電流を供給する第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歩進工程の初期において、いずれか一相で通電
   方向が休止期間を含まないで逆転し、また前記一相以外
   の相を前記第１歩進工程の内部歩進パターンに対して入
   れ換えた内部歩進パターンで前記ステータコイルに励磁
   電流を供給することで、逆励磁駆動動作が複数相におい
   て同時にかつ相互に逆の通電方向で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。