JP4614728B2 - モータの駆動制御装置および起動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの駆動制御技術さらには３相直流モータの起動制御に適用して有効な技術に関するものであって、例えばハードディスク装置（ハード・ディスク・ドライバ）のようなディスク型記憶装置において記憶媒体を回転駆動するスピンドルモータの駆動制御装置に利用して有効な技術に関するものである。

ハードディスク装置における記憶媒体としての磁気ディスクの回転には、一般にスピンドルモータと呼ばれるブラシレスの３相直流モータが用いられており、スピンドルモータで磁気ディスクを高速で回転させ、この回転している磁気ディスクの表面にリード／ライト用の磁気ヘッドを近接させて径方向へ移動させながら情報の書込みまたは読み取りを行なっている。

従来、ブラシレスモータの駆動制御においては、ホール素子を用いてロータとステータとの位置関係を検出し、検出された位置関係から通電を開始するコイル相を決定することでモータの逆転を防止するようにした方式がある。しかしながら、ホール素子を用いたロータ位置検出器をモータに設けると装置の小型化が困難になるため、ハードディスク装置ではセンサレスのモータが多用されるようになって来ている。このようなセンサレスモータは、回転を開始する際にロータとステータとの位置関係が分からないとロータが逆転するおそれがある。

そこで、いずれか２相のコイルにロータが反応しない程度の短いパルス電流をそれぞれ流して非通電相に現われる誘起電圧の極性を検出してロータとステータの位置関係を判定し、誘起電圧の極性が電気角で１８０°毎に切り替わる特性を利用して通電を開始する相を決定することにより、センサレスモータの起動時の逆転を回避するようにした制御方式が本出願人によって提案されている（特許文献１参照）。
特開平２００１−２７５３８７号公報 特開平２００４−１４０９７５号公報

近年、多相直流モータには、構造的な工夫によって振動、騒音、回転ムラを抑制するため、ロータのマグネットの着磁方法や鉄心（コア）の形状等を変えたさまざまなモータが市場に出現している。本発明者らは、最近提供されるようになった幾つかの多相直流モータに対して、非通電相に現われる誘起電圧の極性から通電開始相を決定する特許文献１に開示されている起動制御方式を適用してみたところ、モータが逆転を起すことがあることを見出しその原因を調べた。

その結果、多くのモータは特開平２００４−１４０９７５号公報の図２２（Ｂ）〜（Ｄ）に示されているように電気角１８０°毎に誘起電圧の極性が切り替わるが、図２２（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、逆起電圧のゼロクロス点近傍で一時的に誘起電圧の極性が反転するモータがあり、かかるモータに特許文献１に開示されている起動制御方式を適用すると逆転を起すおそれがあることが明らかになった。そこで、本発明者らは、逆起電圧のゼロクロス点近傍で誘起電圧が一時的に極性反転を起すようなタイプのモータであっても逆転を起すことなくモータを起動させることができる起動方法に関する発明をなし、出願した（特許文献２）。

しかしながらその後、逆起電圧のゼロクロス点近傍で誘起電圧が一時的に極性反転を起すようなモータ以外にも、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないようなタイプのモータや誘起電圧の大きさが小さく正負の極性が正確に現われないようなタイプのモータが出現して来ていることが明らかになった。

本発明の目的は、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないようなタイプあるいは正負の極性が正確に現われないようなタイプのブラシレス多相直流モータであっても逆転を起すことなく起動させることができる回転駆動制御装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と特徴は、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。

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。
すなわち、いずれか２つの相のコイルに電流を流し非通電相に誘起される電圧の極性を検出し、検出された誘起電圧の極性に基づいて起動時の通電相を決定するモータの起動制御において、各相のコイルについて検出された非通電相の誘起電圧の平均値を求め該平均値と検出された誘起電圧とを比較して平均値との大小関係から誘起電圧の相対的な極性を判定し起動時の通電相を決定するようにしたものである。

いずれの相のコイルの誘起電圧をプロットした曲線も必ずすべての相のコイルの誘起電圧の平均値を示す線と交差するので、上記した手段のように、各相のコイルの誘起電圧の平均値と検出された誘起電圧とを比較して相対的な極性を判定して起動時の通電相を決定することにより、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないあるいは正負の極性が正確に現われないような特殊なタイプのモータであっても逆転を起すことなく確実に起動させることができるようになる。

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。
すなわち、本発明に従うと、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないあるいは正負の極性が正確に現われないような特殊なタイプのブラシレス多相直流モータであっても逆転を起すことなく確実に起動させることができるようになる。

以下、本発明の好適な実施態様を、図面を参照しながら説明する。
図１は、３相ブラシレス直流モータにおける駆動制御回路の概略構成を示す。
図１において、Ｌｕ，Ｌｖ，ＬｗはそれぞれモータＭＴのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相のステータコイル、Ｂ-emf(U)，Ｂ-emf(V)，Ｂ-emf(W)は各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの逆起電圧を電圧源として表わしたものである。また、１１０は各コイルの端子に電圧を印加して駆動電流を流すための出力ドライバ回路で、Ｍ１〜Ｍ３は各相のコイルに電流を流し込む高電位側の出力トランジスタ、Ｍ４〜Ｍ６は各相のコイルから電流を引き込む低電位側の出力トランジスタ、１１１〜１１３は出力トランジスタＭ１〜Ｍ６にゲート電圧を印加してコイルの駆動電流を制御するプリドライバである。上記低電位側の出力トランジスタＭ４〜Ｍ６のソース端子は共通接続されて電流センス抵抗Ｒsnsを介して接地電位点に接続されており、電源からモータコイルを介して接地点へ流れる直流電流がセンス抵抗Ｒsnsに流されるように構成されている。

１２０は、上記出力ドライバ回路１１０に対して出力電流を制御するＰＷＭ信号を生成し供給する出力電流制御部で、該出力電流制御部１２０には前記電流センス抵抗Ｒsnsにより検出された直流電流に応じた電圧がフィードバックされ、図示しないコントローラから供給される電流指令値と一致するように出力ドライバ回路１１０に対するＰＷＭ制御のためのパルス信号ＵＰＷＭ，ＶＰＷＭ，ＷＰＷＭを生成して出力する。

１３０は、いずれか２つの相コイルに流した電流に応じて非通電相のコイルに誘起される誘起電圧を検出する誘起電圧検出部で、この誘起電圧検出部１３０は、誘起電圧を検出しようとするコイルを選択する３つのスイッチからなる選択回路１３１と、該選択回路１３１で選択されたコイルの一方の端子電圧と各コイルの一端が共通に接続されたセンタータップＣＴの電圧との電位差を増幅して出力する差動アンプ１３２と、該差動アンプ１３２の出力に含まれるノイズをカットするフィルタ１３３と、差動アンプ１３２の出力電圧をＡＤ変換してディジタル信号に変換するＡＤ変換回路１３４とから構成されている。

１４０は誘起電圧検出部１３０により検出された誘起電圧の極性を判定するとともに、各相のコイルについて検出された非通電相の誘起電圧の平均値を求め該平均値と検出された誘起電圧とを比較して平均値との大小関係から相対的な極性を判定する極性検出部、１５０は極性検出部１４０の出力をデコードして電流を流す相を決定し通電相を示す信号を前記出力電流制御部１２０に対して供給するデコーダ部、１６０は入力コマンドに応じて所定の制御手順に従って図１の駆動制御回路全体を制御するシーケンサで、このシーケンサ１６０には前記デコーダ部１５０から決定した通電相を知らせる信号が供給され、これらの信号に応じて各部を制御する信号を生成し出力する。

次に、本実施例の駆動制御回路におけるモータ起動時の通電相の決定の仕方について説明する。
本実施例では、例えば図２（ａ）に示すように、Ｖ相コイルＬｖからＷ相コイルＬｗに向ってロータが反応しないような微少電流を流してそのときＵ相コイルＬｕに生じる誘起電圧をＶｍ＋を検出し、続いて図２（ｂ）に示すように、Ｗ相コイルＬｗからＶ相コイルＬｖに向って電流を流してそのとき非通電相であるＵ相のコイルＬｕに生じる誘起電圧をＶｍ−を検出してそれらの和をとり、その値をレジスタ等に保持する。

次に、Ｕ相コイルＬｕからＶ相コイルＬｖに向って電流を流してそのときＷ相コイルＬｗに生じる誘起電圧をＶｍ＋を検出し、続いてＶ相コイルＬｖからＵ相コイルＬｕに向って電流を流してそのときＷ相コイルＬｗに生じる誘起電圧をＶｍ−を検出して、それらの和をとり、その値をレジスタ等に保持する。さらに、Ｗ相コイルＬｗからＵ相コイルＬｕに向って電流を流してそのときＶ相コイルＬｖに生じる誘起電圧をＶｍ＋を検出し、続いてＵ相コイルＬｕからＷ相コイルＬｗに向って電流を流してそのときＶ相コイルＬｖに生じる誘起電圧をＶｍ−を検出して、それらの和をとり、その値と既に検出されている前記Ｕ相コイルＬｕとＷ相コイルＬｗに関する検出値とを加算して平均値に相当する値（実施例では平均値の３倍の値）を求める。その後、この平均値に相当する値と検出された各相の誘起電圧（実施例では検出値を３倍した値）とを比較して、相対的な極性を判定して起動時の通電相を決定する。

現在提供されている一般的な３相直流モータの非通電相誘起電圧は、図３に示すように、逆起電圧の波形Ａに対して位相が電気角で約９０°進んだ波形Ｂとなる。誘起電圧が図３のような特性を有するモータを起動する場合には、図４に示されているように、各相の誘起電圧の極性を検出して、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「負」「負」「正」のときは通電相をＶ相→Ｕ相と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「正」「負」「正」のときは通電相をＷ相→Ｕ相と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「正」「負」「負」のときは通電相をＷ相→Ｖ相と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「正」「正」「負」のときは通電相をＵ相→Ｖ相と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「負」「正」「負」のときは通電相をＵ相→Ｗ相と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の極性が「負」「正」「正」のときは通電相をＶ相→Ｗ相と決定して電流を流すように出力ドライバ回路を制御することによってモータを起動させることができる。かかる起動方法は、特開平２００１−２７５３８７号公報で開示されている起動方法である。

ところで、近年騒音や振動を低減するためさまざまな３相直流モータが提供されるようになって来ており、それらの中には、ロータのマグネットの着磁方法や鉄心（コア）の形状等によって、図５に示す○印をプロットした特性線Ｂ’のようにオフセットを有し、誘起電圧の極性が負（あるいは正）に切り替わらないようなモータがあることが分かった。このような特性を有するモータの各相コイルの誘起電圧の極性は、図６の下の表のようになる。図４に示されている表と比較すると明らかなように、図６の表ではＵ相の極性欄がすべて「正」になっており、正負の極性判定結果で通電相と通電方向を決定する特開平２００１−２７５３８７号公報で開示されている起動方法では、モータを正しい方向へ回転させることができない場合が生じることが分かる。

本実施例の起動制御においては、検出された誘起電圧の平均値を求め、その平均値と検出された誘起電圧とを比較して相対的な極性を判定し、その判定結果から通電相と通電方向を決定することにより、誘起電圧が図５のような特性（オフセット）を有するモータであっても確実に起動させることができるように構成されている。なお、図３および図５において、縦軸の正規化電圧は、誘起電圧の最大値を１Ｖ、最小値を−１Ｖに換算したときの電圧である。また、図５にはＵ相の誘起電圧のみがオフセットを有する場合が示されているが、他の相や３相のうち２相あるいは３相すべての誘起電圧がオフセットを有する場合もあり、そのような場合にも本実施例の起動制御は有効である。

図７には、誘起電圧がオフセットを有するモータの駆動制御回路に本実施例を適用した場合における逆起電圧の位相と誘起電圧の変化タイミングとの関係および誘起電圧の相対極性判定結果と通電相と次回に検出する相との関係を示す。図７の波形を見るとＵ相の誘起電圧の絶対的な極性は常時「正」であるが、図７の下の表に示されているように相対的な極性は、電気角−１８０°〜−１２０°と＋６０°〜＋１８０°の間で「負」となる。図７の下の表と図４に示されている表と比較すると明らかなように両者は同じであり、本実施例を適用することで誘起電圧の極性が正負反転しなくても通電相を正しく決定できることが分かる。

図８には、いずれか１つの相（例えばＵ相）の誘起電圧がオフセットを有するモータにおけるＵ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の変化とそれらを平均した値（◆印）との関係を示す。また、図９には、特開平２００４−１４０９７５号公報の発明が着目した誘起電圧に凹みがあるモータにおけるＵ，Ｖ，Ｗの各相の誘起電圧の変化とそれらを平均した値（◆印）との関係を示す。図８と図９の波形を見ると、いずれの相のコイルの誘起電圧をプロットした曲線も必ずすべての相のコイルの誘起電圧の平均値を示す線と交差するので、各相のコイルの誘起電圧の平均値と検出された誘起電圧とを比較して相対的な極性を判定して起動時の通電相を決定することにより、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないあるいは正負の極性が正確に現われないような特殊なタイプのモータであっても逆転を起すことなく確実に起動させることができることが分かる。

本実施例の駆動制御回路においては、極性検出部１４０とデコーダ１５０とシーケンサ１６０によって、上記のような誘起電圧の相対極性判定および判定結果に基づく通電相の決定を行なうように構成されている。以下、極性検出部１４０および出力電流制御部１２０の構成と動作を図１０および図１１を用いて、またシーケンサ１６０による起動制御手順を図１２のフローチャートを用いて説明する。

図１０は、極性検出部１４０の構成例を示す。この実施例の極性検出部１４０は、誘起電圧検出部１３０で検出されＡＤコンバータ１３４でディジタル値に変換された誘起電圧値を累積加算する積算器１４１と、検出された誘起電圧のうち２相（例えばＵ相とＶ相）の電圧を保持するレジスタ１４２ａ，１４２ｂと、レジスタ１４２ｂに保持されている値と積算器１４１で検出された誘起電圧（Ｗ相）とを加算する加算器１４３ｂと、レジスタ１４２ａに保持されている値と加算器１４３ｂで算出された値とを加算する加算器１４３ａと、レジスタ１４２ａ，１４２ｂに保持されている値または積算器１４１で検出された誘起電圧のいずれかを選択するセレクタ１４４と、選択された値を３倍する乗算器１４５と、乗算器１４５の結果と前記加算器１４３ａの結果との差を算出する減算器１４６とを有する。

さらに、極性検出部１４０は、前記減算器１４６の出力値と基準値（接地電位）とを比較することで相対極性の判定を行なう極性判定用コンパレータ１４７と、該コンパレータ１４７の判定結果をそれぞれ保持する極性レジスタ１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃと、前記コンパレータ１４７の判定結果をそれぞれ対応する極性レジスタ１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃへ伝送して保持させるセレクタ１４９を備える。セレクタ１４４と１４９は、選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３によって対応するいずれか１つのスイッチ同士がオン状態にされ、残りの２つのスイッチはオフ状態にされる。

上記レジスタ１４２ａと１４２ｂは、それぞれシーケンサ１６０から供給されるＵ相とＶ相の検出タイミング示す信号USENS，VSENSによって入力値を取り込んで保持する。積算器１４１は加算器ＡＤＤとレジスタＲＥＧとからなり、レジスタＲＥＧの値が加算器ＡＤＤにフィードバックされてクロックＣＬＫに同期して入力値と加算されることで累積加算を行い、レジスタＲＥＧはＵ相とＶ相とＷ相のそれぞれの検出タイミングを示す信号USENS，VSENS，WSENSに同期してそのときの累積値を所定時間保持する。また、極性レジスタ１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃは、シーケンサ１６０から供給されるラッチタイミングを示す信号ＬＡＴ１〜ＬＡＴ３によってラッチ動作する。

セレクタ１４９はシーケンサ１６０から供給される選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３によって制御され、コンパレータ１４７で判定された相の結果が対応する極性レジスタ１４８ａ〜１４８ｃにそれぞれ格納され、極性レジスタ１４８ａ〜１４８ｃから各相の誘起電圧の極性を示す信号Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleとしてデコーダ部１５０へ出力される。

デコーダ部１５０は、上記極性判定部１４０からの極性を示す信号Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleをデコードして、図７の表の下から２欄目の通電方向に従って各相のコイルを駆動制御させる信号ＵＰON，ＵＮON，ＶＰON，ＶＮON，ＷＰON，ＷＮONを生成し出力するとともに、シーケンサ１６０に対して決定した通電相を知らせる選択信号ＳＥＬ０を生成し出力する。これにより、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないあるいは正負の極性が正確に現われないような特殊なタイプのモータのみならず、極性が正負反転する一般的なモータも正しく起動させることができる。

デコーダ部１５０から出力される信号ＵＰON，ＶＰON，ＷＰONはそれがハイレベルの時は対応する相のコイル端子に電圧Ｖspnを印加して電流を流し込み、信号ＵＮON，ＶＮON，ＷＮONがハイレベルの時は対応する相のコイル端子を接地点に接続して電流を引き込むことを意味している。また、信号ＵＰON，ＶＰON，ＷＰONとＵＮON，ＶＮON，ＷＮONが共にロウレベルの時は対応する相のコイル端子をハイインピーダンスにするつまり非通電相とすることを意味する。

出力電流制御部１２０は、図１１に示すように、定常回転制御時にセンス抵抗Ｒsnsにより検出されたコイル電流に比例した電圧をＡＤ変換器１３４でディジタル値に変換したものISENSEと図示しないコントローラから供給される電流指令値との差分を算出する減算器１２１と、電流制御系の発振を防止するためのフィルタ１２２と、該フィルタ１２２の出力電圧に応じたパルス幅を有する所定の周波数のＰＷＭパルスを生成するパルス生成回路１２３と、前記デコーダ部１５０からの通電制御信号ＵＰON，ＵＮON；ＶＰON，ＶＮON；ＷＰON，ＷＮONとシーケンサ１６０からのタイミング信号ＵSENS，ＶSENS，ＷSENSに応じてＵ相プリドライバ１１１に対するＰＷＭ駆動信号ＵPWMまたはＵ相端子をハイインピーダンスにするように指令する信号ＵHIZやＶ相プリドライバ１１２に対するＰＷＭ駆動信号ＶPWMまたはＶ相端子をハイインピーダンスにするように指令する信号ＶHIZ、Ｗ相プリドライバ１１３に対するＰＷＭ駆動信号ＷPWMまたはＷ相端子をハイインピーダンスにするように指令する信号ＷHIZを生成し出力するＰＷＭ変調回路１２４などにより構成されている。

なお、出力電流制御部１２０は、ＰＷＭ変調回路１２４からの信号に応じてモータ起動時には誘起電圧検出のための予め規定された時間の通電を行なわせるような駆動信号と、センス抵抗Ｒsnsに流れる電流をコントローラからの電流指令値に一致させる上記のようなＰＷＭ駆動制御を行ったＰＷＭ変調信号とをＵＳＥＮＳ，ＶＳＥＮＳ，ＷＳＥＮＳ信号から交互に切り換えた信号を生成してプリドライバ１１１、１１２，１１３へ与える。また、モータが所定の回転数以上に達すると誘起電圧検出によるモータの加速を終了することで、センス抵抗Ｒsnsに流れる電流をコントローラからの電流指令値に一致させる上記のようなＰＷＭ駆動制御のみを行なうように構成されている。ＡＤ変換器１３４は、誘起電圧検出部１３０で検出された電圧とセンス抵抗Ｒsnsにより検出されたコイル電流をディジタル信号に変換するのに共通に使用される。

次に、シーケンサ１６０による起動制御手順を図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１３には、該起動制御時のタイミングチャートが示されている。

シーケンサ１６０は起動制御を開始すると、先ず、図１０の極性判定部１４０に設けられているＡＤ変換結果を累積保持する積算器１４１のレジスタＲＥＧをリセットする（ステップＳ１）。その後、ロータが反応しないような短いパルスの電流をＶ相からＷ相のコイルへ流しそのとき相互誘導現象で「Ｕ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出を規定回数行ない、検出された誘起電圧をＡＤ変換回路１３４で変換した結果を上記積算レジスタ１４１に累積させるとともに、電流の向きを変えて同一動作を繰り返し、積算レジスタの値に基づいてＵ相の誘起電圧の極性とレベル判定を行ないその結果をレジスタ１４２ａにラッチさせる（ステップＳ２）。

次に、再び積算器１４１のレジスタをリセットしてから、ロータが反応しないような短いパルスの電流をＵ相からＷ相のコイルへ流し、今度は「Ｖ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出を規定回数行ない、検出された誘起電圧をＡＤ変換回路１３４で変換した結果を上記積算器１４１のレジスタに累積させるとともに、電流の向きを変えて同一動作を繰り返し、積算レジスタの値に基づいてＶ相の誘起電圧の極性とレベル判定を行ないその結果をレジスタ１４２ｂにラッチさせる（ステップＳ３，Ｓ４）。

その後さらに、積算器１４１のレジスタをリセットしてから、ロータが反応しないような短いパルスの電流をＵ相からＶ相のコイルへ流し、今度は「Ｗ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出を規定回数行ない、検出された誘起電圧をＡＤ変換回路１３４で変換した結果を上記積算器１４１のレジスタに累積させるとともに、電流の向きを変えて同一動作を繰り返し、積算レジスタの値に基づいてＷ相の誘起電圧の極性とレベル判定を行なう（ステップＳ５，Ｓ６）。その結果は積算器１４１のレジスタＲＥＧに保持させておく。

続いて、セレクタ１４４を制御してレジスタ１４２ａと１４２ｂとＲＥＧの値を順次乗算器１４５へ送って検出値を３倍して、レジスタＲＥＧと１４２ｂと１４２ａの値を加算器１４３ａ，１４３ｂで加算した結果を減算し、コンパレータ１４７によって減算値と基準値とを比較して各相の誘起電圧の相対極性を判定するとともに、セレクタ１４９を制御して各極性判定結果を対応するレジスタ１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃにラッチさせる（ステップＳ７〜Ｓ９）。その後、それらの極性判定結果をデコーダ部１５０へ伝達して通電相（通電の方向）を決定させる（ステップＳ１０）。

しかる後、ステップＳ１１へ移行し、カウンタの値を参照してコイルへの規定回数の通電を終了したか判定し、終了していないときはステップＳ１０で確定した通電相に対して比較的短い所定時間の通電を行ない通電カウンタをインクリメントする（ステップＳ１２）。それから、積算レジスタＲＥＧをリセットし（ステップＳ１３）、ロータが反応しないような短いパルスの電流をＶ相とＷ相のコイル間に流してそのとき相互誘導現象で「Ｕ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出を行なう（ステップＳ１４）。また、同様にして、積算レジスタＲＥＧをリセットしてから、電流をＷ相とＵ相のコイル間に流してそのとき相互誘導現象で「Ｖ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出と、電流をＵ相とＶ相のコイル間に流してそのとき相互誘導現象で「Ｗ相」のコイルに現われる誘起電圧の検出を行なう（ステップＳ１５〜Ｓ１８）。なお、このとき、シーケンサ１６０は、デコーダ部１５０から極性判定結果に基づいて供給される次に誘起電圧を検出するセンス相を示す信号ＳＥＬ０に基づいて、それに応じた選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３を生成して出力する。

続いて、ステップＳ２〜Ｓ６の検出結果に基づいてデコーダ部１５０で極性判定を行なうべき相を決定し、それに応じてセレクタ１４４を制御して決定した相に関して図１０の演算器１４３ａ，１４３ｂ，１４５，１４６による演算を行ない、その演算結果を用いてコンパレータ１４７でその相の誘起電圧の相対極性が正か負かの判定を行なう（ステップＳ１９，Ｓ２０）。ここで、１相についてのみ極性の判定を行なうのは、図７の下欄の表からも分かるように一旦決定した相に対して通電を行なうと、次に極性が変化する相は一義的に決まるためである。従って、通電開始前とは異なり通電実行後は１相の極性演算と判定のみで通電相を決定することが可能となる。

次に、ステップＳ２０での判定結果に基づいてデコーダ部１５０で次に通電を行なうべき相および方向を決定（ステップＳ２１）してステップＳ１１へ戻り、上記手順を繰り返す。これにより、徐々にロータの回転速度が加速されて行く。そして、ステップＳ１１で規定回数の通電が終了したと判定すると、起動制御処理を終了してコントローラからの電流指令値も基づくフィードバック制御へ移行する。

なお、ステップＳ２０で行なった誘起電圧の極性判定結果が前回と同じであればステップＳ２１で前回と同じ相（例えばＵ相）がセンス相として選択されて同一の相に対する通電（例えばＵ相→Ｖ相）が行なわれ、ステップＳ２０での判定結果が前回と異なればステップＳ１９で次に期待される相（例えばＷ相）がセンス相として選択されるとともに、それに応じた相に対して通電（例えばＵ相→Ｗ相）がステップＳ２１にて行なわれる。このように、一旦通電を開始した後は１相の極性判定のみで通電相を決定することにより、３相すべてについて極性判定を行なう場合に比べて、通電相を決定するのに要する時間が短縮できると共に確実に正転方向の通電相の切り換えを行うことができる。

図１４および図１５には、本発明に係るモータ駆動制御回路の他の実施例が示されている。
この実施例の駆動制御回路は、第１の実施例の駆動制御回路とほぼ同様である。第１の実施例と異なる点は、図１０に示されている極性検出部１４０において検出された誘起電圧を格納するレジスタ１４２ａ，１４２ｂの後段に３相のコイルについて検出された誘起電圧をすべて加算した値すなわち３相の誘起電圧の平均値に相当する値を格納するレジスタ１４２ｃとそのラッチタイミングを与える信号を生成するＡＮＤゲートＧ０が設けられている点と、これに応じてモータの起動制御を簡略化した点にある。

具体的には、３相の誘起電圧の平均値に相当する値を格納するレジスタ１４２ｃを設けたことにより、図１２の制御フローチャートにおけるステップＳ１３〜Ｓ１８の３相の誘起電圧検出が不要になり、１相のみの誘起電圧検出とそれに基づく極性判定を行なうようにしたものである。そのため、この実施例の制御フローでは、図１５に示すように、ステップＳ１２での通電の後、ステップＳ２〜Ｓ６の検出結果に基づいてデコーダ部１５０で極性判定を行なうべき相を決定し（ステップＳ１３’）、決定した相についてのみ誘起電圧の検出を行ない（ステップＳ１４’，Ｓ１５’）、その検出に基づいて極性判定を行なって通電相を決定するようにしている（ステップＳ１６’，Ｓ１７’）。

このように本実施例では、通電相決定のための誘起電圧検出が１相のみで良いため、第１の実施例を適用した場合に比べてモータの起動に要する時間が短縮されるという利点がある。なお、この第２の実施例は、図８に示されているように、誘起電圧の平均値の変化が小さいタイプのモータの起動制御に有効である。図９に示されているように誘起電圧の平均値の変化が大きいタイプのモータの起動制御に適用すると、停止しているロータの位置の違いによって平均値が変わってしまうため精度の高い止極性判定が困難になるからである。

以上、本発明者によってなされた発明を実施態様にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施態様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。例えば、上記実施例のモータ駆動制御回路では、３相直流モータを駆動制御する回路を例にとって説明したが、モータは３相以外の多相直流モータであっても本発明を適用することができる。

また、実施例においては、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わらないあるいは正負の極性が正確に現われないような特殊なタイプのモータの起動制御について説明したが、本実施例の機動制御回路は、誘起電圧の極性が電気角１８０°毎に切り替わる一般的なモータの起動制御にも適用することができる。

さらに、実施例においては、３相の誘起電圧の平均値をとる代わりに３相の合計値といずれかの相の検出値を乗算器で３倍した値を用いて相対極性を判定しているが、乗算器を用いないで３相の誘起電圧の平均値をとる割算器を使用するようにしてもよい。また、実施例においては、３相の誘起電圧の平均値に相当する値を求めるため、各相の誘起電圧を加算する２つの加算器１４３ａ，１４３ｂを設けているが、例えば図１４の構成において、加算器１４３ａの入力側にセレクタを設けて入力値をそれぞれ切替え可能に構成するとともに、レジスタ１４２ｃの値を加算器１４３ａに戻す経路を設けることで、加算器１４３ｂを省略するようなことも可能である。

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背景となった利用分野であるハードディスク装置のスピンドルモータの駆動制御装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えばレーザビームプリンタのポリゴンミラーを回転させるモータや軸流ファンモータなどのブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置に広く利用することができる。

本発明を適用して有効な３相直流モータにおける駆動制御回路の概略構成を示す回路構成図である。 実施例の駆動制御回路におけるロータの位置を検出するための通電方法と非通電相の誘起電圧の検出方法を示す説明図である。 一般的な３相直流モータにおける非通電相に誘起される電圧と逆起電圧の位相関係を示す波形図である。 一般的な３相直流モータにおける誘起電圧の極性と逆起電圧の位相関係を示す波形図である。 特殊な３相直流モータにおける非通電相に誘起される電圧と逆起電圧の位相関係を示す波形図である。 特殊な３相直流モータにおける誘起電圧の極性と逆起電圧の位相関係を示す波形図である。 特殊な３相直流モータにおける誘起電圧の極性およびレベルの大きさと逆起電圧の位相関係を示す波形図である。 いずれかの相の誘起電圧がオフセットを有するような３相直流モータにおける誘起電圧と３相の誘起電圧の平均値との関係を示す波形図である。 誘起電圧の変化が凹みを有するような３相直流モータにおける誘起電圧と３相の誘起電圧の平均値との関係を示す波形図である。 実施例のモータ駆動制御回路の極性検出部の構成例を示すブロック図である。 実施例のモータ駆動制御回路の出力電流制御部の構成例を示すブロック図である。 実施例のモータ駆動制御回路におけるシーケンサによる起動制御手順の一例を示すフローチャートである。 実施例のモータ駆動制御回路における起動制御時の動作タイミングを示すタイムチャートである。 第２の実施例のモータ駆動制御回路における極性検出部の構成例を示すブロック図である。 第２の実施例のモータ駆動制御回路におけるシーケンサによる起動制御手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ コイル
１１０ 出力ドライバ回路
１２０ 出力電流制御回路
１３０ 誘起電圧検出部
１４０ 極性検出部
１４１ 積算器（積算レジスタ）
１４７ 極性判定用コンパレータ
１４８ａ〜１４８ｃ レジスタ
１５０ デコーダ部
１６０ シーケンサ

Claims (10)

1. 多相直流モータのいずれか２つの相コイルに上記多相直流モータのロータが反応しないような電流を順次流して非通電相に誘起される電圧の極性を検出して上記ロータを回転させるために電流を流す上記多相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定し、該決定に従って電流を流して上記ロータを回転起動させるモータの駆動制御装置であって、
   上記多相直流モータの各相の誘起電圧検出結果に基づいて電流を流す相コイル及びその通電の方向を決定する際に、検出された全ての上記多相直流モータの相の誘起電圧の平均値に相当する値を求め、該平均値に相当する値をしきい値として上記多相直流モータの各相の誘起電圧の極性判定を行なうように構成されていることを特徴とするモータの駆動制御装置。
2. 上記平均値に相当する値は検出された全ての上記多相直流モータの相の誘起電圧の合計値であり、極性判定の際に用いる上記多相直流モータの各相の誘起電圧の値は検出された誘起電圧に上記多相直流モータの相の数を掛けた値であることを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
3. ３相直流モータのいずれか２つの相コイルに上記３相直流モータのロータが反応しないような電流を順次流して非通電相に誘起される電圧の極性を検出して上記ロータを回転させるために電流を流す上記３相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定し、該決定に従って電流を流して上記ロータを回転起動させるモータの駆動制御装置であって、
   上記３相直流モータの第１相および第２相のコイルに電流を流して非通電相である上記３相直流モータの第３相のコイルに発生する誘起電圧の検出値を保持する第１の保持回路と、上記第２相および第３相のコイルに電流を流して非通電相である上記第１相のコイルに発生する誘起電圧の検出値を保持する第２の保持回路と、上記第３相および第１相のコイルに電流を流して非通電相である上記第２相のコイルに発生する誘起電圧の検出値を保持する第３の保持回路と、
   を備え、上記第１、第２、第３の保持回路に保持されている値からそれらの平均値に相当する値を求める演算回路と、該演算回路により求められた値をしきい値として上記３相直流モータの各相の誘起電圧の極性判定を行なう極性判定回路とを有することを特徴とするモータの駆動制御装置。
4. 上記極性判定回路の判定結果に基づいて決定した上記３相直流モータの相コイル及びその通電の方向に従って通電した後、上記３相直流モータの３相すべての誘起電圧を再度検出してそれらの平均値に相当する値を再度求め、該再度求められた上記平均値に相当する値と上記３相直流モータの所定の相の誘起電圧とからいずれか１つの上記３相直流モータの相の誘起電圧の極性判定を行なって電流を流す上記３相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のモータの駆動制御装置。
5. 上記演算回路より得られた上記平均値に相当する値を保持する第４の保持回路を備え、上記極性判定回路の判定結果に基づいて決定した上記３相直流モータの相コイル及びその通電の方向に従って通電した後、上記３相直流モータの所定の相の誘起電圧を検出し、検出された誘起電圧と上記第４の保持回路に保持されている上記平均値に相当する値とからいずれか１つの上記３相直流モータの相の誘起電圧の極性判定を行なって電流を流す上記３相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のモータの駆動制御装置。
6. 上記平均値に相当する値は検出された上記３相直流モータの全ての相の誘起電圧の合計値であり、極性判定の際に用いる上記３相直流モータの各相の誘起電圧の値は検出された誘起電圧に上記３相直流モータの相の数を掛けた値であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のモータの駆動制御装置。
7. 上記第１、第２、第３の保持回路に保持される非通電相に発生した誘起電圧の検出値は、上記非通電相以外の上記３相直流モータの２つの相コイルに第１の方向に電流を流したときに非通電相に発生した誘起電圧の検出値と上記非通電相以外の２つの上記３相直流モータの相コイルに上記第１の方向とは逆の第２の方向に電流を流したときに非通電相に発生した誘起電圧の検出値とを足し合わせた値であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のモータの駆動制御装置。
8. 上記第１、第２、第３の保持回路のうちいずれか１つの保持回路は、非通電相以外の２つの上記３相直流モータの相コイルに予め設定された回数だけ電流を流したときに非通電相に発生した誘起電圧の検出値を累積する累積回路に設けられ、上記３相直流モータのすべての相の誘起電圧の検出時に累積値を保持するのに使用されることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載のモータの駆動制御装置。
9. いずれか２つの相コイルにロータが反応しないような電流を順次流して非通電相に誘起される電圧の極性を検出して上記ロータを回転させるために電流を流す相コイル及びその通電の方向を決定し、該決定に従って電流を流してモータを回転起動させるモータの起動方法であって、
   上記モータの各相の誘起電圧検出結果に基づいて電流を流す相コイルと及びその通電の方向を決定する際に、検出された全ての上記モータの相の誘起電圧の平均値に相当する値を求め、該平均値に相当する値をしきい値として上記モータの各相の誘起電圧の極性判定を行ない、該判定結果に基づいて上記ロータを回転させるために電流を流す上記モータの相コイル及びその通電の方向の決定と該決定に従った通電とを行ない、その後はいずれか１相のコイルについて上記誘起電圧の極性判定を行なって上記ロータを回転させるために電流を流す上記モータの相コイル及びその通電の方向の決定と該決定に従った通電とを行なうことを特徴とするモータの起動方法。
10. 上記検出された全ての上記モータの相の誘起電圧の平均値に相当する値を記憶し、上記ロータを回転させるための通電を行なった後、上記モータの所定の相のコイルについて誘起電圧を検出し該検出した誘起電圧と記憶されている平均値に相当する値とを比較して次の通電相および通電方向の決定と該決定に従った通電とを行なうことを特徴とする請求項９に記載のモータの起動方法。

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