JP2002078375A - モータ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサレスモータの構造を複雑化することな
く、起動時に正しく電流のスイッチングをでき、起動の
成功率を確実に向上できるモータ駆動装置及びその駆動
方法を提供する。 【解決手段】モータ２００の回転方向を制御する正逆転
回路４０と、逆起電力に基づきコイルの位置を検出する
コイル位置検出回路５０を設けて、モータ起動時に正逆
転回路４０によってモータの起動方向を逆転方向に設定
し、所定のタイミングで駆動電流を生成してコイルに供
給し、コイル位置検出回路５０によってコイルの位置を
検出した後、正逆転回路４０によってモータの起動方向
を正転方向に設定し、所定のタイミングで駆動電流を生
成してコイルに供給し、コイル位置検出回路５０によっ
てコイルの位置が確実に検出されたとき、当該検出され
た位置に基づいて、コイルに供給する駆動電流を制御
し、通常の駆動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサレスモータ
を駆動するモータ制御装置、特に、センサレスモータを
確実に起動させ、起動成功率を向上できるモータ制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日広く普及しているブラシレスモータ
は、ステータ（固定子）として配置されているアマチュ
アコイル、ロータ（回転素子）としてのマグネット及び
コイルの位置検出（ロータの位相検出）をするためのホ
ール素子などによって構成されている。ブラシレスモー
タでは、ステータ、ロータ及びホール素子の配置など精
度を要する部分が多いため、小型化と組み立ての簡素化
が困難である。このため、磁気テープ記録装置における
ドラムモータには、ブラシレスモータのロータ検出用ホ
ール素子を無くした、いわゆるセンサレスモータが多く
用いられている。

【０００３】このようなセンサレスモータでは、ホール
素子信号の代わりに、コイルの誘起電圧を利用し、その
逆起電力を検出することでロータの位置検出を行う。し
かし、コイルの誘起電圧はロータが回転している時にし
か出力されないため、駆動回路には起動時だけ強制的に
ロータを回転させる仕組みが必要である。

【０００４】センサレスモータの駆動は、コイルの巻き
線に流す電流の向きと、そのタイミングを駆動用ＩＣが
制御することがによって行われる。モータ内部の磁界を
変化させ、この磁界の中に永久磁石（マグネット）で構
成されているロータを置くと、ロータは磁界に引きずら
れて回るが、複数のコイルを持つセンサレスモータを制
御する場合、駆動時にどのコイルにどの方向の電流を流
す、即ちどのようにコイル駆動電流のスイッチングを行
うかの判定は、駆動用ＩＣが正しく行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、単純に正転
方向にのみモータを起動する従来の起動方法を用いた場
合、モータの起動処理中にコイルに電圧変化を加えて
も、駆動用ＩＣがコイルの逆起電力をうまく検出するこ
とができなく、コイル位置（ロータ位相）を誤検出する
ことがあった。その結果、コイルに流れる電流のスイッ
チングとロータの回転が合わず、ロータの止まっていよ
うとする慣性力によりモータの起動が失敗することがあ
った。

【０００６】センサレスモータのこのような起動の失敗
を避けるために、従来ではフォトトランジスタやホール
素子などを用いてコイル位置を精確に検出し、モータの
起動を確実にする方法がある。しかし、これらの方式で
はモータ駆動に直接必要のない構成要素を用いているた
め、モータの構造が複雑になり、モータの容積が増大
し、さらに製造コストが増加するなど不利益があった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、センサレスモータの構造を複雑
化することなく、起動時に正しく電流のスイッチングを
でき、起動の成功率を確実に向上できるモータ駆動装置
及びその駆動方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のモータ制御装置は、ブラシレスモータを制
御するモータ制御装置であって、上記モータの回転方向
を制御する回転方向制御手段と、上記モータのコイルに
生じた逆起電力に基づき、上記コイルの位置を検出する
コイル位置検出手段と、上記モータを起動させるとき、
上記回転方向制御手段によって上記モータの起動方向を
逆転方向に設定し、所定のタイミングで駆動電流を生成
して上記コイルに供給し、上記コイル位置検出手段によ
って上記コイルの位置を検出した後、上記回転方向制御
手段によって上記モータの起動方向を正転方向に設定
し、所定のタイミングで上記駆動電流を生成して上記コ
イルに供給し、上記コイル位置検出手段によって上記コ
イルの位置が検出されたとき、上記検出された位置に基
づいて、上記コイルに供給する駆動電流を制御する制御
手段とを有する。

【０００９】また、本発明では、好適には、起動時に上
記コイルに供給する駆動電流の供給タイミングを制御す
るタイミング制御手段を有する。

【００１０】また、本発明では、好適には、上記検出さ
れたコイルの位置に基づいて、上記コイルに供給する駆
動電流を制御するスイッチング手段を有する。

【００１１】また、本発明では、好適には、上記制御手
段は上記コイルの位置が確実に検出されるまで、上記モ
ータを逆転方向に起動させた後、正転方向に起動させる
制御を繰り返して行う。

【００１２】また、本発明のモータ制御方法は、ブラシ
レスモータを制御するモータ制御方法であって、上記モ
ータを起動させるとき、上記モータの起動方向を逆転方
向に設定するステップと、所定のタイミングで駆動電流
を生成して上記モータのコイルに供給するステップと、
上記コイルに生じた逆起電力に基づき上記コイルの位置
を検出するステップと、上記モータの起動方向を正転方
向に設定するステップと、所定のタイミングで駆動電流
を生成して上記コイルに供給するステップと、上記コイ
ルの位置を検出するステップと、上記検出されたコイル
位置に基づいて、上記コイルに供給する駆動電流を制御
して上記コイルに供給するステップとを有する。

【００１３】また、本発明では、好適には、上記コイル
の位置が確実に検出されるまで、上記モータを逆転方向
に起動させた後、正転方向に起動させる制御を繰り返し
て行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るモータ駆動装
置の一実施形態を示す構成図である。図示のように、本
実施形態のモータ駆動装置１００は、起動制御回路１
０、タイミング制御回路２０、スイッチング回路３０、
正逆転回路４０、ロータ位置検出回路５０、出力駆動回
路６０及び外付けキャパシタ７０によって構成されてい
る。以下、モータ駆動装置の各部分の構成及び機能につ
いて説明する。

【００１５】起動制御回路１０は、モータ起動時に、各
コイルへの電流スイッチングのタイミングを決める回路
である。起動時に、起動制御回路１０は、外部に接続さ
れているキャパシタ７０の定数、例えば、キャパシタ７
０の容量値により定まったタイミングでスイッチングを
制御する。

【００１６】タイミング制御回路２０は、ロータ位置検
出結果をもとに、電流スイッチングのタイミングを決め
る回路である。スイッチング回路３０は、モータ２００
の各コイル（コイルＵ，Ｖ，Ｗ）への供給電流を決め
る。スイッチング回路３０は、タイミング制御回路２０
によって設定されたタイミングで、コイルＵ，Ｖ，Ｗに
出力する電流Ｉ_U ，Ｉ_V 及びＩ_Wのレベルを決定する。
例えば、Ｉ_U を高レベル、Ｉ_V を中レベル、Ｉ_W を低レ
ベルのように、それぞれの電流を決定する。

【００１７】正逆転回路４０は、モータの回転方向を制
御する回路である。ロータ位置検出回路５０は、コイル
の逆起電力を検出することで、ロータの位置を検出する
回路である。図示のように、ロータ位置検出回路５０
は、モータ２００のコイルＵ，Ｖ，Ｗによって発生した
逆起電力を電圧Ｕ_in，Ｖ_in及びＷ_inとして入力し、これ
らの電圧に応じて、コイルＵ，Ｖ，Ｗで発生した逆起電
力を検出し、さらにその結果に応じて、ロータの位置を
検出する。出力駆動回路６０は、スイッチング回路３０
によって決められたコイルに、決められた電流を出力す
る。

【００１８】上述した本実施形態のモータ制御装置１０
０は、センサレスモータを起動させるとき、従来方式の
ように単純に正転方向にのみモータを起動しようとせ
ず、起動処理中に正転と逆転方向に交互にモータを駆動
させることで確実にコイルの位置を検出し、検出結果に
従って複数のコイルへの電流スイッチングを正しく行う
ことで、安定したモータの起動を実現するものである。

【００１９】モータ駆動装置１００は、モータ起動処理
中にコイルの位置を正しく検出することができれば、コ
イルに電流を正しくスイッチングすることが可能である
ため、モータを安定して起動させることが期待できる。
ここで注意すべき点は、センサレスモータでは、ロータ
の永久磁石とステータのコイルとの距離が離れている場
合などでは、コイルの逆起電力を検出しにくいため、モ
ータ駆動装置１００におけるロータ位置を誤って検出
し、その結果、正しく電流をスイッチングできないこと
で、起動に失敗しやすいロータの位相が存在することで
ある。

【００２０】これを回避するために、本実施形態のモー
タ駆動装置１００では、コイル位置検出を確実に行って
いないまま起動処理を終了せず、起動処理で確実にコイ
ル位置、即ちロータの位相を検出できたと判断された
後、正転方向に定常の駆動に切り替わる。なお、ここで
いう定常駆動とは、ロータの回転タイミングに基づい
て、コイルへの電流をスイッチングする通常の駆動のこ
とである。

【００２１】上述した起動処理を行うための処理手順が
図２のフローチャートによって示されている。以下、図
１と図２を参照しながら、本実施形態のモータ制御装置
の起動時の制御について説明する。

【００２２】図１に示すように、モータ２００におい
て、コイルＵ，Ｖ，Ｗは対称的に配置されている。図１
において、コイルＵ，Ｖ，Ｗはいわゆるスター結線方式
で接続されているが、本発明はこの結線方式に限定され
ず、他の結線方式にも適用可能である。なお、スター結
線方式では、コイルＵ，Ｖ，Ｗがモータの構造に対して
対称的に配置されているため、以下の説明において、コ
イルＵ，Ｖ，Ｗを各々置き換えて説明を行っても本質的
に変わりはない。

【００２３】起動処理では、停止しているロータを強制
的に回転させるため、その電流スイッチングは、起動制
御回路１０及びタイミング制御回路２０によって設定さ
れているタイミングに従って行われる（ステップＳ００
１）。

【００２４】まず、正逆転回路４０によって、起動方向
が逆転方向に設定される（ステップＳ００２）。次に、
ロータ位置検出回路５０によってコイル位置検出が行わ
れる（ステップＳ００３）。コイル位置の検出は、例え
ば、図１に示すように、ロータ位置検出回路５０によっ
て、コイルＵ，Ｖ，Ｗの逆起電力によって発生したコイ
ル電圧Ｕ_in，Ｖ_in及びＷ_inを入力し、これらの電圧の振
幅及び位相に応じて、各々のコイルの位相を検出するこ
とで行われる。

【００２５】コイル位置検出の結果に応じて、それぞれ
のコイルに供給する電圧が決定される（ステップＳ００
４）。例えば、ここで、コイルＵ，Ｖ，Ｗに印加する電
圧がそれぞれ高、中、低に設定される。コイルに駆動電
圧を印加することによって、コイル電流が流れ、磁界が
生じる。このため、永久磁石が取り付けられたロータが
逆転方向に回転することによって、コイルと永久磁石と
の相対運動を止めようとする向きにコイルから逆起電力
が発生する。

【００２６】次に、モータを起動させる方法を切り替え
て、正逆転回路４０によって、起動方向が正転方向に設
定される（ステップＳ００５）。そして、コイルＵ，
Ｖ，Ｗに印加する電圧がそれぞれ低、中、高に設定され
る（ステップＳ００６）。このように回転方向を切り替
えることは、逆転方向に回転を始めていたロータに取り
付けられている永久磁石と、電圧設定を正転方向に切り
替えられたコイルとが相対運動することにより、コイル
と永久磁石との相対運動を止めようとする向きに発生す
る逆起電力は、コイルが逆転方向のまま電圧設定されて
いる場合と比較して大きいため、ロータ位置検出回路５
０のコイル位置検出をしやすくするためである。

【００２７】次に、コイル位置検出できたか否かの判定
が行われる（ステップＳ００７）。判定の結果、コイル
位置が検出された場合、次のステップＳ００８の処理に
進み、コイル位置が検出されていなかった場合、ステッ
プＳ００２の処理に戻り、モータの起動方向を逆転方向
に設定し、再度コイルの位置検出が行われる。

【００２８】上述した処理が、コイルの位置が検出され
るまで、ステップＳ００２からステップＳ００６にかけ
て繰り返して行われるので、コイルの位置検出が確実に
行われる。また、上述したステップＳ００２からＳ００
６までの処理が予め設定された繰り返し回数を固定値と
して設定しておき、モータ制御回路１００において、起
動時にこの固定値の回数内にステップＳ００２からＳ０
０６までの処理を繰り返して実行させ、コイルの位置検
出を確実に行うことができる。

【００２９】コイル位置が検出されたあと、ロータ位置
検出回路５０によって、コイル位置情報がタイミング制
御回路２０に出力される（ステップＳ００８）。タイミ
ング制御回路２０において、ロータの位置情報に基づき
電流スイッチングのタイミング設定が行われる（ステッ
プＳ００９）。そして、タイミング制御回路２０によっ
て設定されたタイミングに従って、スイッチング回路３
０は、コイルに供給する駆動電流をスイッチングするた
めの制御信号を出力駆動回路６０に出力する。これに応
じて、出力駆動回路６０によって、コイルＵ，Ｖ，Ｗに
それぞれ所定の駆動電流が供給される。

【００３０】上述した起動処理によって、コイルの位置
を確実に検出することができ、電流スイッチングが正し
く行われ、安定したモータ駆動を実現することができ
る。従来の起動方法に比べて、起動の失敗を回避でき、
モータの起動を確実に行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ制
御装置及びその制御方法によれば、起動時にモータのコ
イル位置を確実に検出することができ、これに応じて起
動時にコイル電流を正しくスイッチングでき、起動成功
率の向上を実現できる。また、本発明によれば、本来モ
ータの駆動に直接必要ではない要素、例えば、ホール素
子、フォトトランジスタなどを用いてコイルの位置検出
を行うことでモータの起動成功率を向上させる方式と比
較すると、本発明のモータ制御装置では、モータ駆動に
直接必要ではない素子を省略でき、モータの構造を簡単
化でき、小型化、軽量化を容易に実現できるほか、モー
タの設計、製造コストを低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ制御装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図２】モータ制御装置の起動時の処理を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】 １００…モータ制御装置、１０…起動制御回路、２０…
タイミング制御回路、３０…スイッチング回路、４０…
正逆転回路、５０…ロータ位置検出回路、６０…出力駆
動回路、７０…キャパシタ、２００…モータ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシレスモータを制御するモータ制御装
   置であって、 上記モータの回転方向を制御する回転方向制御手段と、 上記モータのコイルに生じた逆起電力に基づき、上記コ
   イルの位置を検出するコイル位置検出手段と、 上記モータを起動させるとき、上記回転方向制御手段に
   よって上記モータの起動方向を逆転方向に設定し、所定
   のタイミングで駆動電流を生成して上記コイルに供給
   し、上記コイル位置検出手段によって上記コイルの位置
   を検出した後、上記回転方向制御手段によって上記モー
   タの起動方向を正転方向に設定し、所定のタイミングで
   上記駆動電流を生成して上記コイルに供給し、上記コイ
   ル位置検出手段によって上記コイルの位置が検出された
   とき、上記検出された位置に基づいて、上記コイルに供
   給する駆動電流を制御する制御手段とを有するモータ制
   御装置。
2. 【請求項２】起動時に、上記コイルに供給する駆動電流
   の供給タイミングを制御するタイミング制御手段を有す
   る請求項１記載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】上記検出されたコイルの位置に基づいて、
   上記コイルに供給する駆動電流を制御するスイッチング
   手段を有する請求項１記載のモータ制御装置。
4. 【請求項４】上記制御手段は、上記コイルの位置が検出
   されるまで、上記モータを逆転方向に起動させた後、正
   転方向に起動させる制御を繰り返して行う請求項１記載
   のモータ制御装置。
5. 【請求項５】ブラシレスモータを制御するモータ制御方
   法であって、 上記モータを起動させるとき、上記モータの起動方向を
   逆転方向に設定するステップと、 所定のタイミングで駆動電流を生成して上記モータのコ
   イルに供給するステップと、 上記コイルに生じた逆起電力に基づき上記コイルの位置
   を検出するステップと、 上記モータの起動方向を正転方向に設定するステップ
   と、 所定のタイミングで駆動電流を生成して上記コイルに供
   給するステップと、上記コイルの位置を検出するステッ
   プと、 上記検出されたコイル位置に基づいて、上記コイルに供
   給する駆動電流を制御して上記コイルに供給するステッ
   プとを有するモータ制御方法。
6. 【請求項６】上記コイルの位置が確実に検出されるま
   で、上記モータを逆転方向に起動させた後、正転方向に
   起動させる制御を繰り返して行われる請求項５記載のモ
   ータ制御方法。