JP3248281B2 - センサレス多相直流モータの回転制御方法 - 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
モータの回転制御方法に関し、特に、その回転時のトル
クを増加させるとともに、始動死点を回避する技術に関
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】一方、モータが起動すると、逆起電圧を検
出して、この検出値に基づいて、モータの回転制御が行
われている。しかしながら、このようなセンサレス多相
直流モータの回転制御方法には、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時の制御方法を開発した。この制
御方法では、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方法であって、この制御方法
によれば、大きな磁束密度変化幅が生じて、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、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発生トルクが小さい位置、すなわ
ち、始動死点にある場合に、特に、起動電流が少ない
と、ロータがあまり動かない状態で歩進シーケンスが繰
り返されという問題があった。また、モータが起動して
回転した後の制御においても、一般的には、複数相のス
テータコイルに順次励磁電流を供給する方法なので、ス
テータコアが片極性に近い状態での利用となり、回転中
のトルクについても不満があった。

【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、起動にお
いて十分なトルクアップが図れ、かつ、始動死点も解消
されるセンサレス多相直流モータの回転制御方法を提供
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し、３相スタ
ー結線された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、このロー
タを所定の方向に回転させために、パルス状の励磁電流
を前記ステータコイルの２相に、一方の相が逆励磁とな
る状態で供給する制御装置とを有するセンサレス多相直
流モータの回転制御方法において、モータを起動するた
めの歩進工程は、各相で、実質上休止期間を含まないで
通電方向が正から負、または、負から正に逆転する逆励
磁駆動動作を含み、複数の相で前記逆励磁駆動動作が順
次行われるとともに、前記逆励磁駆動動作を含む内部ス
テップが２回繰り返された後に励磁電流の供給を前記複
数の相の全てにおいて停止する停止期間を設けることを
特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【作用】上記構成のセンサレス多相直流モータの回転制
御方法によれば、励磁電流は、各相で、休止期間を含ま
ないで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み、複数の相で逆励磁駆動動作が
順次行われるので、この逆励磁駆動動作により、起動時
において、大きな磁束密度変化幅が生じて、高トルクが
発生する。また、上記回転制御方法によれば、逆励磁駆
動動作を含む内部ステップが２回繰り返された後に励磁
電流の供給を複数の相の全てにおいて停止する停止期間
が設けられているので、モータは、起動時において、初
期値へのリセット、言い換えると、死点解消動作を繰り
返すことになり、仮に、最初のスタートで死点にあった
としても、次のスタートの時点（リセットされた後の次
の逆励磁駆動動作）でロータとステータとの位置関係の
非対称性による磁束密度変化幅の相違によって、死点を
免れ、かかる動作が歩進工程中連続的に繰り返される。

【００１３】

【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５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
モータの制御装置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。

【００１４】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
は、一端側が共通接続されている。制御装置１０は、各
ステータコイルｕ，ｖ，ｗの一端側が接続されたパワー
回路１０ａと、パワー回路１０ａに出力側が接続された
ドライバー回路１０ｂと、ドライバー回路１０ｂに出力
側が接続された制御部１０ｃと、制御部１０ｃの出力側
に接続されたシーケンサ１０ｄ，および励磁カウンタ１
０ｅ，歩進タイマ１０ｆとを有している。

【００１５】パワー回路１０ａは、制御部１０ｃからの
指令に基づいて作動するドライバー回路１０ｂの出力信
号を受けて、各ステータコイルｕ，ｖ，ｗに励磁カウン
タ１０ｅで設定されたパターンで励磁電流を供給する。
制御部１０ｃは、モータの起動および起動後の回転制御
を行う。シーケンサ１０ｄは、制御部１０ｃからの制御
信号を受けて予め設定されている歩進パターンの励磁電
流を送出するものであり、図２に示すように、ステータ
コイルｕ，ｖ，ｗに対して、ｕ→ｗ，ｕ→ｖ，ｗ
→ｖ，ｗ→ｕ，ｖ→ｕ，ｖ→ｗの６つの内部ステ
ップが繰り返される励磁電流のパターンが設定されてい
る。

【００１６】励磁カウンタ１０ｅは、制御部１０ｃの信
号を受けて、この信号に基づいて、シーケンサ１０ｄの
歩進パターンを変更するものであって、例えば、これが
１にセットされた場合には、歩進パターンは〜のス
テップが繰り返される励磁電流をドライバー回路１０ｂ
に送出するとともに、励磁カウンタ１０ｅが＋２にセッ
トされた場合には、図２に示した歩進パターンでは、後
に示す実施例の通り、，，の内部ステップが繰り
返される励磁電流を送出する。

【００１７】歩進タイマ１０ｆは、励磁カウンタ１０ｅ
で設定された励磁電流の通電時間Ｔと、停止期間ｔとを
それぞれ個別に制御部１０ｃからの信号に基づいて設定
するものである。図３には、制御部１０ｃで実行される
制御手順の一例が示され、また、図４には、モータの起
動および定常回転時の各ステータコイルｕ，ｖ，ｗにお
ける励磁電流のタイムチャートが示されている。

【００１８】図３に示す制御手順では、制御部１０ｃが
スタート信号を受けて作動すると、まず、ステップｓ１
で初期化され、続くステップｓ２により励磁カウンター
１０ｅが＋２にセットされ、ステップｓ３で歩進タイマ
１０ｆの通電期間Ｔ，停止期間ｔおよびその繰り返し回
数ｎがセットされ、歩進工程が開始される。次のステッ
プｓ４では、内部ステップが２回繰り返された否がが判
断され、これが２回繰り返されたと判断されるとステッ
プｓ５に移行する。

【００１９】ステップｓ５では、ステップｓ３で設定さ
れた停止期間ｔが経過したか否かが判断され、期間ｔが
経過すると、ステップｓ６でその停止期間の繰り返し回
数ｎが判断され、回数ｎが終了した場合には、ステップ
ｓ７でゼロクロスか否かが判断され、ゼロクロスで無い
場合には、ステップｓ２に戻るとともに、ゼロクロスし
たと判断された場合には、歩進工程が終了して、ステッ
プｓ８の加速工程に移行し、その後、モータの定常運転
が行われる。

【００２０】以上のような手順でモータの回転制御を行
うと、まず、ステップｓ２で励磁カウンタ１０ｅが＋２
にセットされ、かつ、ステップｓ３で通電期間がＴにセ
ットるので、各ステータコイルｕ，ｖ，ｗには、図４に
示すように、ｕ→ｗ，ｗ→ｖ，ｖ→ｕの内部ステ
ップが繰り返される励磁電流が期間Ｔ、例えば、２ｍｓ
だけ供給される。

【００２１】このような励磁電流が供給されると、ステ
ータコイルｕ，ｖ，ｗにおいては、図４に太線矢印で示
すように、停止期間を含まないで励磁電流が負から正に
逆転する逆励磁駆動動作が、ステータコイルｗ，同ｕ，
同ｖの順に順次行われることになり、これにより、大き
な磁束密度変化幅が生じて、起動時の歩進工程において
高トルクが発生して、モータの起動確率が大幅に向上す
るとともに、起動時間の短縮も図れる。

【００２２】また、この実施例では、ステップｓ３で停
止期間ｔを設定し、かつ、ステップｓ４，５で内部ステ
ップが２回繰り返された後に、停止期間ｔが設けられる
ようにしているので、図４に示すように、内部ステップ
が２回繰り返される度に時間ｔの停止期間が実行され、
その停止期間ｔは、上記逆励磁駆動動作の間にそれぞれ
設定される。この停止期間では、図４から明らかなよう
に、３相の全てにおいて励磁電流の供給が停止され、こ
の停止期間にてモータは実質上リセットされた状態にな
る。

【００２３】この場合の停止期間ｔは、例えば、通電期
間Ｔが２ｍｓであれば、その２．５倍の５ｍｓ程度に設
定され、５００μｓ以上の期間が選択される。このよう
にして、逆励磁駆動動作の間に停止期間ｔを設けると、
ステータコアの残留磁束密度は実質上ゼロとなり、従っ
て、モータは、起動時において、高速でスタートとリセ
ットとを繰り返すことになり、仮に、最初のスタートで
死点にあったとしても、次のスタートの時点でロータと
ステータとの位置関係の非対称性により死点を免れる。

【００２４】換言すると、片方向の通電のときに発生す
る磁束密度の変化幅と、逆励磁駆動動作のときに発生す
る磁束密度の変化幅とが異なることにより死点が免れ、
かかる動作がリセット毎に繰り返される。従って、モー
タの起動特性の改善が図れる。なお、上記実施例におい
ては、図３の制御手順において、歩進工程終了後に、逆
励磁駆動動作を含まない通常の励磁電流を供給するパタ
ーン、例えば、公知のユニポーラ制御にすることも可能
である。

【００２５】また、上記ステップｓ３で設定する通電期
間Ｔおよびまたは停止期間ｔは、これらが繰り返される
期間中において、必ずしも同じ時間に設定する必要はな
く、例えば、これらの期間を漸次増加ないしは減少させ
ることも可能である。

【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回転制御方
法によれば、モータの起動確率が非常に高くなるととも
に、運転時のトルクも大きくなるとともに、始動死点も
解消されるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる回転制御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】本発明にかかる回転制御方法で採用される通電
工程の励磁電流のパターンの一例を示す説明図である。

【図３】本発明の回転制御方法における制御手順の一例
を示すフローチャートである。

【図４】本発明の励磁電流の一例を示す波形図である。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １０ａ パワー回路 １０ｂ ドライバー回路 １０ｃ 制御部 １０ｄ シーケンサ １０ｅ 励磁カウンタ １０ｆ 歩進タイマ ｕ，ｖ，ｗ ステータコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−308192（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−38190（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−281389（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−304192（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359693（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−300787（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/20

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し、３相スタ
   ー結線された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、このロー
   タを所定の方向に回転させために、パルス状の励磁電流
   を前記ステータコイルの２相に、一方の相が逆励磁とな
   る状態で供給する制御装置とを有するセンサレス多相直
   流モータの回転制御方法において、 モータを起動するための歩進工程は、各相で、実質上休
   止期間を含まないで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み、複数の相で前記
   逆励磁駆動動作が順次行われるとともに、前記逆励磁駆
   動動作を含む内部ステップが２回繰り返された後に励磁
   電流の供給を前記複数の相の全てにおいて停止する停止
   期間を設けることを特徴とするセンサレス多相直流モー
   タの回転制御方法。