JP4131510B2 - ブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング手段の内部抵抗と配線の抵抗とが原因となる駆動電圧の降下を小さくするブラシレスモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータは、様々な産業分野で利用されている。小さなモータは、例えば、携帯電話、テープレコーダあるいはＤＶＤ等に使用されている。直径が数ｍの大きなモータは、例えば、圧延機用モータとして使用されている。
【０００３】
モータには、整流子モータ、誘導モータ、ブラシレスモータ等の種類がある。
【０００４】
整流子モータは、ブラシと、整流子と、コイルとを含む。整流子モータは、構造が簡単で直流あるいは交流の何れの電流でも使えるために、高精度を必要としない汎用小型機器、家電製品、玩具などに広く使われている。
【０００５】
誘導モータは、磁場が回転し、そのときに起こる電磁誘導によって生成される電流によりモータを回転する。誘導モータは、鉄鋼の圧延機や、製紙ロール器等の工業生産用モータとして使われている。
【０００６】
ブラシレスモータは、整流子モータの構成要素であるブラシや整流子などの機械的な摺動部の代わりにセンサや専用ＩＣを使ってモータの整流機構を実現している。ブラシレスモータは、ブラシと整流子とを備えていないためブラシと整流子との接触が無く、そのため摩擦が無いので長寿命であり、金属粉やカーボンも飛散しない。ブラシレスモータは、パソコンのハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、空冷用のファンなどに使われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、Ｙ字型に結線された３相コイルを有するブラシレスモータ（Ｙ結線３相ブラシレスモータ）は知られていたが、デルタ型に結線された３相コイルを有するブラシレスモータ（デルタ結線３相ブラシレスモータ）は存在しなかった。デルタ型結線は、もっぱら整流子モータや誘導モータに利用されていたからである。 本発明は、従来のＹ結線３相ブラシレスモータ装置より優れた性能を有するデルタ結線３相ブラシレスモータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体発光素子は、デルタ型に結線された３相のコイルを含むモータ手段と、配線を介して前記モータ手段に電気的に接続されたスイッチング手段と、前記スイッチング手段のオンオフを制御することにより、前記モータ手段を駆動する駆動手段とを備えたブラシレスモータ装置において、前記スイッチング手段がオン時の前記スイッチング手段の内部抵抗の値をｒ１、前記配線の抵抗の値をｒ２、前記３相のコイルのそれぞれの直流抵抗の値をＲとするときの前記各抵抗値ｒ１、ｒ２、２Ｒの抵抗値選択方法であって、前記各抵抗値ｒ１、ｒ２、２Ｒを、ｒ１＋ｒ２＜２Ｒが成立するように選択することを特徴とし、これにより上記目的が達成される。
【０００９】
前記駆動手段は、前記スイッチング手段がオンの時間と前記スイッチング手段がオフの時間との比を可変に制御してもよい。
【００１０】
前記モータ手段は、軸の周りに回転可能なロータをさらに含み、
前記駆動手段は、前記スイッチング手段が前記ロータの回転角に応じた正弦波電流を出力するように該スイッチング手段のオンオフを制御してもよい。
【００１１】
前記モータ手段と前記スイッチング手段とは一体に構成されていてもよい。
【００１２】
前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、前記磁束検出手段は、前記３相のコイルのうち隣接する２つのコイルが発生する磁束が互いに打ち消しあう位置に設置されていてもよい。
【００１３】
前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、前記駆動手段は、前記正弦波電流の位相と前記磁束検出手段によって検出される前記ロータの回転角の位相との差が一定となるように前記スイッチング手段のオンオフを制御してもよい。
【００１４】
前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、前記駆動手段は、前記正弦波電流の位相と前記磁束検出手段によって検出される前記ロータの回転角の位相との差が前記ロータの回転速度に基づいて可変となるように前記スイッチング手段のオンオフを制御してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２、図３Ａ〜図３Ｃおよび図４Ａ〜図４Ｃを参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
１．ブラシレスモータ装置の構成
図１は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ装置１００の構成を示す。
【００１７】
ブラシレスモータ装置１００は、デルタ型に結線された３相のコイルを含むモータ手段としてのブラシレスモータ１１０と、配線を介してブラシレスモータ１１０に電気的に接続されたスイッチング手段１４０と、スイッチング手段１４０のオンオフを制御することによりブラシレスモータ１１０を駆動する駆動手段１３０とを含む。
【００１８】
ブラシレスモータ１１０は、軸の周りに回転可能なロータ１１２と、ロータに対して固定した位置に設置されているステータコイル１１４と、ロータ１１２が発生する磁束を検出する磁束検出手段（ホール素子）１１６とを含む。
【００１９】
ロータ１１２は、磁性体である（以下、ロータマグネット１１２という）。図１に示される例では、ロータマグネット１１２は、４極着磁ロータマグネットである。しかし、ロータマグネット１１２の極数は４に限定されない。ロータマグネット１１２は、例えば、１２極着磁ロータマグネットであってもよい。
【００２０】
ステータコイル１１４は、第１相のコイル１１４ａと、第２相のコイル１１４ｂと、第３相のコイル１１４ｃとを含む。第１相のコイル１１４ａの第１の端子Ｔａ１と第２相のコイル１１４ｂの第１の端子Ｔｂ１とは電気的に接続される。第２相のコイル１１４ｂの第２の端子Ｔｂ２と第３相のコイル１１４ｃの第１の端子Ｔｃ１とは電気的に接続される。第３相のコイル１１４ｃの第２の端子Ｔｃ２と第１相のコイル１１４ａの第２の端子Ｔａ２とは電気的に接続される。このように、第１相のコイル１１４ａと、第２相のコイル１１４ｂと、第３相のコイル１１４ｃとは、デルタ型に結線される。
【００２１】
図１に示される例では、ステータコイル１１４は、３極３相ステータコイルである。しかし、ステータコイル１１４の極数は３に限定されない。ステータコイル１１４は、例えば、９極３相ステータコイルであってもよい。
【００２２】
ホール素子１１６は、ロータマグネット１１２が発生する磁束を検出する。ホール素子１１６は、検出された磁束に基づいて、ロータマグネット１１２の回転角に応じた正弦波信号を出力する。この出力信号は、ホールアンプ／２値化手段１３１に入力される。
【００２３】
図１では、ホール素子１１６は、第２相のコイル１１４ｂから第１相のコイル１１４ａの方向に３０°進んだ位置に引かれた一点鎖線からさらに１５°だけ第１相のコイル１１４ａの方向に進んだ位置であって、第１相のコイル１１４ａから第２相のコイル１１４ｂの方向に７５°進んだ位置に備えられている。つまり、ホール素子１１６は、第２相のコイル１１４ｂから第１相のコイル１１４ａの方向に４５°進んだ位置であって、第１相のコイル１１４ａから第２相のコイル１１４ｂの方向に７５°進んだ位置に備えられている。
【００２４】
スイッチング手段１４０は、３個の上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３と、３個の下側スイッチング素子ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３と、３個の上側ダイオードＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ３と、３個の下側ダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３を含む。
【００２５】
スイッチング手段１４０が含むスイッチング素子ＨＡ１、ＬＡ１、ＨＡ２、ＬＡ２、ＨＡ３およびＬＡ３は、後述するように駆動手段１３０によって生成される出力信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２、Ｈ３およびＬ３に基づいて駆動される。
【００２６】
駆動手段１３０は、スイッチング手段１４０のオンとオフとを制御することで、電圧５Ｖの電源からステータコイル１１４に流れる電流を制御する。
【００２７】
駆動手段１３０は、ホールアンプ／２値化手段１３１と、パルス間隔計測手段１３２と、正弦波テーブル格納部１３３と、換算器１３４と、Ｄａｔａ−Ｄｕｔｙ変換手段１３５と、駆動回路１３６と、起動手段１３７と、逆起電圧検出手段１３８と、制御手段１３９とを含む。
【００２８】
ホールアンプ／２値化手段１３１は、ホール素子１１６の出力信号を増幅した後、この増幅した出力信号に基づいて２値化パルス信号を生成する。この２値化パルス信号は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力され、パルス間隔計測手段１３２と正弦波テーブル格納部１３３とに入力される。
【００２９】
パルス間隔計測手段１３２は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力された２値化パルス信号のパルスの立上がり部分の時間間隔を計測する。パルス間隔計測手段１３２は、計測した時間間隔を表す測定デジタルデータを正弦波テーブル格納部１３３に出力する。また、パルス間隔計測手段１３２は、ブラシレスモータ１１０の実際の回転速度を示す回転速度信号ＦＧをホールアンプ／２値化手段１３１から出力された２値化パルス信号に基づいて生成する。パルス間隔計測手段１３２は、生成された回転速度信号ＦＧを制御手段１３９に出力する。
【００３０】
正弦波テーブル格納部１３３は、正弦波の角度に対応する正弦値を表したテーブルを格納している。このテーブルのデータ構成を（表１）に示す。
【００３１】
【表１】

（表１）は、３６０°を１２８等分し、１２８等分された正弦波の各々の位相に対応する正弦値を８ｂｉｔ（０から２５５）の値で表している。１２８個の正弦値の各々には、Ｎｏ．０からＮｏ．１２７までのデータ番号が付されている。また正弦値は、各データ番号について２系列（系列Ｈおよび系列Ｌ）に分けられている。
【００３２】
例えば、データ番号Ｎｏ．３２の正弦波の位相は９０°であり、系列Ｈの正弦値は２５４、系列Ｌの正弦値は０である。例えば、データ番号Ｎｏ．９６の正弦波の位相は２７０°であり、系列Ｈの正弦値は０、系列Ｌの正弦値は２５５である。
【００３３】
図２は、図１に示される正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブル（表１）の値を示す。縦軸は、正弦値を示す。横軸は、データ番号を示す。系列Ｈのデータは、●印でプロットしている。系列Ｌのデータは、▲印でプロットしている。
【００３４】
データ番号がＮｏ．０からＮｏ．６３（正弦波の位相が０°から１８０°）までの場合は、系列Ｈの値は、正弦波の位相に対応する正弦値である。系列Ｌの値は、０である。
【００３５】
データ番号がＮｏ．６４からＮｏ．１２７（正弦波の位相が１８０°から３６０°）までの場合は、系列Ｈの値は、０である。系列Ｌの値は、正弦波の位相に対応する正弦値の絶対値である。
【００３６】
正弦波テーブル格納部１３３は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力された２値化パルス信号のパルスの立ち上がりに応じて、格納されたテーブルの値を読み出す。正弦波テーブル格納部１３３は、パルス間隔計測手段１３２の出力時間の間隔と同じ間隔で、正弦波の１周期分のデータ数である１２８個のデータを読み出す。正弦波テーブル格納部１３３は、３つの異なるデータ番号から読み出しを開始することで、合計６個の信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３を出力する。Ｈ系列の出力信号Ｈｐ１は、Ｌ系列の出力信号Ｌｐ１と同じデータ番号である。Ｈ系列の出力信号Ｈｐ２は、Ｌ系列の出力信号Ｌｐ２と同じデータ番号である。Ｈ系列の出力信号Ｈｐ３は、Ｌ系列の出力信号Ｌｐ３と同じデータ番号である。
【００３７】
図３Ａは、ホール素子１１６が出力する正弦波信号とホールアンプ／２値化手段１３１の出力パルスを示す。縦軸は、出力の大きさを示す。横軸は、時刻を示す。この出力パルスは、ホール素子１１６が出力する正弦波信号が負から正に変化する時刻に立ち上がるパルスである。
【００３８】
パルス間隔計測手段１３２は、パルスの間隔を計測し、時間データｔ０、ｔ１、ｔ２・・・を生成する。
【００３９】
図３Ｂは、正弦波テーブル格納部１３３から出力された出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３を示す。縦軸は、出力信号の大きさを示す。横軸は、時刻を示す。
【００４０】
正弦波テーブル格納部１３３は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力されたパルスを入力すると、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＮｏ．７５のＨ系列の値からＨ系列の値を読み出し始め、この値を出力信号Ｈｐ１として掛算器１３４に出力する。Ｎｏ．１２７のＨ系列の値まで出力するとＮｏ．０に戻り、同様にＨ系列の値の読み出しを繰り返す。読み出しの値がＮｏ．１まで来ると、Ｈ系列の値１２、２４、３７．．．が、出力信号Ｈｐ１として順に出力される。
【００４１】
読み出しの速度は、ホールアンプ／２値化手段１３１の出力パルス間隔ｔ０で１２８個のデータを出力する速度に制御される。出力の途中でホールアンプ／２値化手段１３１から次のパルスが出力されると、最初のＮｏ．７５に戻り、読み出しの速度は、ホールアンプ／２値化手段１３１の出力パルス間隔ｔ１で１２８個のデータを出力する速度に制御される。
【００４２】
同様に、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＬ系列のＮｏ．７５の値から読み出しを開始し、この値を出力信号Ｌｐ１として掛算器１３４に出力する。
【００４３】
同様に、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＨ系列のＮｏ．１１７の値から読み出しを開始し、この値を出力信号Ｈｐ２として掛算器１３４に出力する。
【００４４】
同様に、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＬ系列のＮｏ．１１７の値から読み出しを開始し、この値を出力信号Ｌｐ２として掛算器１３４に出力する。
【００４５】
同様に、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＨ系列のＮｏ．３２の値から読み出しを開始し、この値を出力信号Ｈｐ３として掛算器１３４に出力する。
【００４６】
同様に、正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルのＬ系列のＮｏ．３２の値から読み出しを開始し、この値を出力信号Ｌｐ２として掛算器１３４に出力する。
【００４７】
図３Ｃは、ステータコイル１１４の第１相のコイル１１４ａと、第２相のコイル１１４ｂと、第３相のコイル１１４ｃとに各々印加される電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを示す。
【００４８】
電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、ホール素子１１６の出力信号と同じ周波数で一定の位相関係を持つ。
【００４９】
掛算器１３４は、制御手段１３９から出力される電圧指令値Ｖｄを正弦波テーブル格納部１３３から出力される出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３に各々掛けることで、出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３を生成する。
【００５０】
電圧指令値Ｖｄは、ブラシレスモータ１１０を駆動する電圧の指令値である。後述するように、制御手段１３９は、８ｂｉｔ（０から２５５まで）のデータ値として電圧指令値Ｖｄを出力する。電圧指令値０Ｖの場合、データ値０が出力される。電圧指令値５Ｖの場合、データ値２５５が出力される。
【００５１】
正弦波テーブル格納部１３３から出力された出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３の値の最高値は、２５５である。したがって、出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３の最高値は、２５５×２５５＝６５０２５である。
【００５２】
Ｄａｔａ−Ｄｕｔｙ変換手段１３５は、出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３をこれらの出力信号の値に比例したｄｕｔｙ比を持つ出力信号Ｈｒ１、Ｌｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３に変換する。最高値６５０２５である出力信号は、ｄｕｔｙ比＝１００％である。最低値０である出力信号は、ｄｕｔｙ比＝０％である。
【００５３】
駆動回路１３６は、出力信号Ｈｒ１、Ｌｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３を入力し、出力信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２、Ｈ３およびＬ３を生成する。スイッチング手段１４０が含むスイッチング素子ＨＡ１、ＬＡ１、ＨＡ２、ＬＡ２、ＨＡ３およびＬＡ３は、出力信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２、Ｈ３およびＬ３に基づいて駆動される。また、後述するように駆動回路１３６は、起動手段１３７からも信号を入力する。後述するように駆動回路１３６は、制御手段１３９から切り替え信号を入力する。
【００５４】
逆起電圧検出手段１３８は、ステータコイル１１４に発生する逆起電圧の位相に関するデータ、極性に関するデータ等を検出し、これらのデータを起動手段１３７に出力する。
【００５５】
起動手段１３７は、ロータマグネット１１２に回転運動を与えるために、ブラシレスモータ１１０の起動時に適当な信号を駆動回路１３６に出力する。起動手段１３７は、逆起電圧検出手段１３８から出力されるデータを入力し、駆動回路１３６に出力する。駆動回路１３６は、逆起電圧検出手段１３８から出力されるデータに基づいて、ブラシレスモータ１１０を低い回転数で駆動することができる。
【００５６】
駆動回路１３６は、信号Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を各々下側スイッチング素子ＬＡ１、ＬＡ２およびＬＡ３に出力する。駆動回路１３６は、信号Ｈ１、Ｈ２およびＨ３を各々上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２およびＨＡ３に出力する。駆動回路１３６は、スイッチング手段１４０のオンとオフとを制御することで、電圧５Ｖの電源からステータコイル１１４に流れる電流を制御する。
【００５７】
上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２およびＨＡ３ならびに下側スイッチング素子ＬＡ１、ＬＡ２およびＬＡ３は、完全にオンまたは完全にオフの動作のみを行う。したがって、オン状態のスイッチング素子には、電流‐電圧特性が飽和状態になるような十分な電圧を印加できる。
【００５８】
また、スイッチング手段１４０とブラシレスモータ１１０とは、一体に構成されることにより、スイッチング手段１４０とステータコイル１１４の間の配線の抵抗を低くすることができる。
【００５９】
制御手段１３９は、速度指令値、速度信号ＦＧおよびＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰ信号を入力する。制御手段１３９は、ブラシレスモータ１１０の起動時に駆動回路１３６および起動手段１３７へ切替信号を出力する。制御手段１３９は、速度信号ＦＧを入力することでブラシレスモータ１１０の回転数がある一定以上になったことを検出すると、駆動回路１３６を通常の駆動に切り替える。また、制御手段１３９は、速度指令値の信号と速度信号ＦＧとを比較し、この差に比例した値を電圧指令値Ｖｄとして出力する。ブラシレスモータ１１０の回転数が速度指令値の値になるように、ブラシレスモータ１１０が制御される。
【００６０】
２．ブラシレスモータ装置１００の動作
以下に、ブラシレスモータ装置１００の動作を説明する。本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ装置１００は、例えば光ディスク記録再生装置に備えて利用される。
【００６１】
ＳＴＡＲＴ信号が制御手段１３９に入力されると、制御手段１３９は、駆動回路１３６および起動手段１３７に切替信号を出力する。起動手段１３７から出力された信号によって、ブラシレスモータ１１０は、駆動状態になる。起動手段１３７は、適当な信号を駆動回路１３６に出力し、スイッチング手段１４０を制御することで、ロータマグネット１１２に回転運動を与える。
【００６２】
制御手段１３９が速度信号ＦＧによりロータマグネット１１２に回転運動が与えらたことを検出すると、制御手段１３９は、起動手段１３７に切替信号を出力する。起動手段１３７は、逆起電力検出手段１３８から出力されるステータコイル１１４に発生する逆起電圧の位相に関するデータ、極性に関するデータに基づいて生成された信号を駆動回路１３６に出力する。駆動回路１３６は、スイッチング手段１４０を制御することでブラシレスモータ１１０を低い回転数で駆動する。駆動回路１３６は、回転数が上昇し回転数が一定以上に成ると通常の駆動に切り替わり、出力信号Ｈｒ１、Ｌｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３に基づいて駆動を行う。
【００６３】
ブラシレスモータ１１０は、すでに所定の回転数以上で回転しているので、ホール素子１１６から安定した出力信号が出力される。ホールアンプ／２値化手段１３１は、２値化信号を出力する。パルス間隔計測手段１３２は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力されたパルスの立上がり部分の時間間隔を計測し、計測デジタルデータが出力される。計測デジタルデータは、正弦波テーブル格納部１３３に入力され、出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３が出力される。
【００６４】
正弦波テーブル格納部１３３は、ホールアンプ／２値化手段１３１から出力されたパルス信号の立上がり時刻に読み出しを開始し、パルス間隔計測手段１３２のパルス信号出力間隔と同じ時間間隔で１２８個のデータを読み出す。このため、ブラシレスモータ１１０が定速回転している場合、ホール素子１１６の出力信号の周期と正弦波テーブル格納部１３３から読み出されるデータの周期は一致する。また、ホール素子１１６の出力信号の位相と正弦波テーブル格納部１３３から読み出されるデータの位相も、互いに一定の関係を持つ。
【００６５】
パルス間隔計測手段１３２から出力された時間間隔のデータは、１周期前の時間間隔のデータであるため、ブラシレスモータ１１０が加減速している場合は、ホール素子１１６の出力信号の周期と正弦波テーブル格納部１３３から読み出されるデータの周期は一致せず、また、ホール素子１１６の出力信号の位相と正弦波テーブル格納部１３３から読み出されるデータの位相も、互いに一定の関係を成さない。しかし、１２極着磁ロータマグネットと９極３相のステータコイルを備えたブラシレスモータ装置では、ホール素子１１６の出力信号は１２極着磁ロータマグネットの１／６回転で１周期の信号を発生する。１２極着磁ロータマグネットを５００ｒ．ｐ．ｍ程度以上で回転させ、最大トルクで加減速した場合でも、周期の不一致は最大１０％程度で、ブラシレスモータ装置の性能には、全く問題はない。
【００６６】
掛算器１３４は、制御手段１３９から出力された電圧指令値Ｖｄを出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３に各々掛け、振幅が電圧指令値Ｖｄに比例した信号である出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３を生成する。出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３は、Ｄａｔａ−Ｄｕｔｙ変換手段１３５に入力される。Ｄａｔａ−Ｄｕｔｙ変換手段１３５は、出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３の値に比例したｄｕｔｙ比を持つ出力信号Ｈｒ１、Ｌｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３を生成する。
【００６７】
図４Ａは、ホールアンプ／２値化手段１３１の出力パルス信号と出力信号Ｌｐ１の値を示す。
【００６８】
図４Ｂは、ホールアンプ／２値化手段１３１からパルス信号が入力された直後の出力信号Ｌｐ１と出力信号Ｌｑ１の値を示す。
【００６９】
制御手段１３９から電圧指令値Ｖｄの値１２８（２．５Ｖに相当）が出力されているものとする。
【００７０】
パルス信号がホールアンプ／２値化手段１３１から正弦波テーブル格納部１３３に出力されると、正弦波テーブル格納部１３３は、Ｌ系列のＮｏ．７５のデータから順に読み出して出力信号Ｌｐ１として出力する。出力信号Ｌｐ１は、読み出された順に１３１、１４２、１５２．．．という値をとる。掛算器１３４は、出力信号Ｌｐ１にＶｄの値１２８を掛け、出力信号Ｌｑ１を生成する。出力信号Ｌｑ１は、１６７６８、１８１７６、１９４５６．．．という値をとる。
【００７１】
図４Ｃは、図４Ｂに示す出力信号Ｌｑ１に基づいて生成された出力信号Ｌｒ１を示す。Ｄａｔａ‐Ｄｕｔｙ変換手段１３５は、最高値２５５×２５５＝６５０２５に対する出力信号Ｈｑ１、Ｌｑ１、Ｈｑ２、Ｌｑ２、Ｈｑ３およびＬｑ３の比率をｄｕｔｙ比とする信号を生成し、出力信号Ｌｒ１として出力する。
【００７２】
具体的には、出力信号Ｌｒ１は、ｄｕｔｙ比にｔ０／１２８（正弦波テーブル格納部１３３からデータが読み出される時間）を掛けた値の幅を有するパルス信号として出力される。このパルス信号は０Ｖか５Ｖの２値の値のみをとる。出力信号Ｈｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３も同様に生成される。
【００７３】
駆動回路１３６は、出力信号Ｈｒ１、Ｌｒ１、Ｈｒ２、Ｌｒ２、Ｈｒ３およびＬｒ３に基づいて出力信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２、Ｈ３およびＬ３を生成する。駆動回路１３６は、スイッチング手段１４０が含む６個のスイッチング素子ＨＡ１、ＬＡ１、ＨＡ２、ＬＡ２、ＨＡ３およびＬＡ３を制御する。
【００７４】
出力信号Ｈ１、Ｌ１、Ｈ２、Ｌ２、Ｈ３およびＬ３も２値の値のみをとる。駆動回路１３６は、３個の信号Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を下側スイッチング素子ＬＡ１、ＬＡ２およびＬＡ３に出力し、３個の信号Ｈ１、Ｈ２およびＨ３を上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２およびＨＡ３に出力する。
【００７５】
駆動回路１３６は、下側スイッチング素子ＬＡ１、ＬＡ２およびＬＡ３ならびに上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２およびＨＡ３をオンまたはオフすることにより、ステータコイル１１４に流れる駆動電流を制御する。出力信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が上側スイッチング素子ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３に、また、出力信号Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が下側スイッチング手段ＬＡ１、ＬＡ２、ＬＡ３に交互に加えられるため、ステータコイル１１４の各コイルには、図３Ｃに示すように連続した正弦波状の電圧が印加される。
【００７６】
（表２）は、Ｙ結線３相ブラシレスモータ（モータＡ）と、このＹ結線３相ブラシレスモータのコイル結線のみをデルタ結線にした本発明の実施の形態によるデルタ結線３相ブラシレスモータ（モータＢ）と、線積率をこのデルタ結線３相ブラシレスモータと同一にして巻き数を１／２にしたＹ結線３相ブラシレスモータ（モータＣ）との比較表である。
【００７７】
【表２】

モータＢとモータＣとは逆起電圧が同一である。モータＢは、コイルの直流抵抗がモータＣより大きいため流せる駆動電流は少ない。しかし、モータＢは、単位電流当たりの発生トルクが大きくなり、少ない電流で同一の単位電圧あたりのトルクを得ることができる。また、一般にコイルの巻き数が少なくなると全体に効率が低下する傾向があるが、コイルの巻き数を少なくすることなくこのような仕様を実現できる。
【００７８】
３．ブラシレスモータ装置１００の抵抗値の条件
以下に、本発明の実施の形態によるブラシレスモータ装置１００がＹ結線３相ブラシレスモータ装置より優れた特性を有するための抵抗値を求める。
【００７９】
一般に、駆動トランジスタのオン時は、いくらかの抵抗（駆動トランジスタの内部抵抗）が存在する。また、駆動トランジスタからモータまでの配線にも抵抗がある。デルタ結線では、（表２）に示すように、駆動電流は増大する。このため、これらの抵抗が大きく特性に影響し、特に起動トルクが大きく減少する。この結果、トランジスタの内部抵抗および配線の抵抗が大きい駆動手段でトランジスタを駆動すると起動トルクが通常のＹ結線であるモータより低下してしまう可能性がある。
【００８０】
スイッチング手段１４０がオン時の内部抵抗の値をｒ１、スイッチング手段１４０からブラシレスモータ１１０への配線の抵抗の値をｒ２とし、Ｒ１＝ｒ１＋ｒ２とする。Ｙ結線のモータの起動トルクをＴｙとすると、（数１）が成り立つ。
【００８１】
【数１】
Ｔｙ＝Ｋ・Ｉ
ここで、Ｉは駆動電流、Ｋはトルク定数である。
【００８２】
電源が電圧Ｅである場合、流れる駆動電流Ｉはコイル１相の直流抵抗をＲとすると、（数２）が成り立つ。
【００８３】
【数２】
Ｉ＝Ｅ／（２Ｒ＋Ｒ１）
（数１）と（数２）とから、電源が電圧Ｅである場合に発生する起動トルクＴｙは（数３）のようになる。
【００８４】
【数３】
Ｔｙ＝Ｋ・Ｅ／（２Ｒ＋Ｒ１）
３相ブラシレスモータの結線をデルタ結線とした場合、起動トルクＴｄは（表２）を参照すれば、（数４）のようになる。
【００８５】
【数４】
Ｔｄ＝２／３・Ｋ・Ｉ
電源が電圧Ｅの場合、流れる駆動電流Ｉは（数５）のようになる。
【００８６】
【数５】
Ｉ＝Ｅ／（２／３・Ｒ＋Ｒ１）＝３Ｅ／（２Ｒ＋３Ｒ１）
（数４）と（数５）より、デルタ結線とした場合、電源が電圧Ｅである場合に発生する起動トルクＴｄは（数６）のようになる。
【００８７】
【数６】
Ｔｄ＝２Ｋ・Ｅ／（２Ｒ＋３Ｒ１）
（数３）と（数６）より、Ｔｙ＝ＴｄとなるＲ１を求めると（数７）を得る。
【００８８】
【数７】
Ｒ１＝２Ｒ
すなわち、デルタ結線による利点を得るためには（数８）の関係を満足する駆動回路を用いる必要がある。
【００８９】
【数８】
ｒ１＋ｒ２＜２Ｒ
Ｒの値は、一般的に１Ω前後と低く、スイッチング手段のオン時の内部抵抗ｒ１は通常１Ω前後であるため、内部抵抗ｒ１は、モータの特性に大きな影響を与える。また、ブラシレスモータとスイッチング手段とが離れて配置されている場合、ブラシレスモータからスイッチング手段への配線の抵抗ｒ２もモータの特性に大きな影響を与える。
【００９０】
本発明のブラシレスモータ装置１００は、スイッチング手段１４０がオン時のスイッチング手段の内部抵抗の値をｒ１、配線の抵抗の値をｒ２、３相のコイルのそれぞれの直流抵抗の値をＲとするとき、ｒ１＋ｒ２＜２Ｒである。
【００９１】
したがって、本発明のブラシレスモータ装置は、Ｙ結線３相ブラシレスモータの場合と比較して、スイッチング手段の内部抵抗の値と配線の抵抗の値との和の大きさが原因となる実質的な駆動電圧の電圧降下が小さくなる。このため、各相のコイルに流れる駆動電流が大きくなり、一定の駆動電流あたりのトルクが大きくなる。
【００９２】
本発明のブラシレスモータ装置では、速度制御の目的で駆動電流を最大値以外の値に制御する場合や、正弦波や台形波で駆動する場合にもスイッチング手段で消費される電力は存在しない。オン抵抗によって電力が消費されるが、この電力の消費さらに発熱も低く抑えることができる。
【００９３】
また、本発明のブラシレスモータ装置では、ほぼ完全な正弦波電流で駆動されるため、駆動時の騒音は非常に小さく抑えることができる。したがって、静音化が強く求められるオーディオ、ビジュアル用途に対しても十分な騒音特性を得ることができる。
【００９４】
４．読み出し開始位置可変手段の利用
ステータコイルはインダクタンス成分を持つ。したがって、ブラシレスモータの回転数が上昇し駆動周波数が高くなると、駆動電流の位相が遅れトルク発生効率が低下する。このため、ブラシレスモータの回転の加速に要する時間が長くなる、駆動電流が増加する、回転数が十分上昇しない等の弊害が生ずる。
【００９５】
したがって、ブラシレスモータの回転数が上昇するとロータマグネットの回転角の位相に対して駆動電流の位相を進めるという位相制御を行うことにより、加速を改善する、駆動電流をさらに減少させる、最高回転数を向上させる等の効果が期待できる。
【００９６】
駆動電流の位相の遅れは、ステータコイルの直流抵抗に対するステータコイルのインダクタンスの比に関連する。この比が大きいほど駆動電流の位相の遅れが大きい。デルタ結線モータの場合、Ｙ結線モータと比較し、一般に巻き数が大きい。ステータコイルの直流抵抗は巻き数に比例するが、ステータコイルのインダクタンスは巻き数の２乗に比例する。このためデルタ結線モータはこの比がＹ結線モータと比較して大きく、従って、位相の遅れも大きい。
【００９７】
したがって、モータの回転数に応じた駆動電流の位相でモータを駆動することによるモータ特性の改善は、デルタ結線モータでは、Ｙ結線モータよりも更に大きく、デルタ結線モータの持つ利点を更に発揮させ得る。
【００９８】
位相制御を行うために、本発明の実施の形態によるブラシレスモータ１００が備えた制御手段１３９は、読み出し開始位置可変手段１５０を備えてもよい。
【００９９】
制御手段１３９が読み出し開始位置可変手段１５０を備える場合、パルス間隔計測手段１３２から出力された速度信号ＦＧが読み出し開始位置可変手段１５０に入力される。読み出し開始位置可変手段１５０には、ブラシレスモータ１１０の回転数とその回転数に最も適した正弦波テーブル格納部１３３の読み出し開始位置とが記憶されたテーブルが格納されている。読み出し開始位置可変手段１５０は、ブラシレスモータ１１０の回転数に対応した正弦波テーブル格納部１３３の読み出し開始位置を示す信号を正弦波テーブル格納部１３３に出力する。正弦波テーブル格納部１３３はこの信号に基づいてブラシレスモータ１１０の回転数に応じて正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルの読み出し開始位置を可変する。
【０１００】
例えば、起動時に読み始める正弦波テーブル格納部１３３に格納された位相は、前述の位相が最適である。ブラシレスモータ１１０の回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍの場合は、起動時の位相より１５°程度進めた位相から読み始めることが最適である。ブラシレスモータ１１０の回転数が５０００ｒ．ｐ．ｍの場合は、起動時の位相より３０°程度進めた位相から読み始めることが最適である。
【０１０１】
上述のブラシレスモータ１１０の回転数と読み始める正弦波テーブル格納部１３３に格納された位相との関係を実現するため、ブラシレスモータ１１０の回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍの場合は、出力信号Ｈｐ１およびＬｐ１は（表１）のＮｏ．８０から、出力信号Ｈｐ２およびＬｐ２はＮｏ．１２３から、出力信号Ｈｐ３およびＬｐ３はＮｏ．３７から読み出される。このように読み出しを開始するデータ番号を５から６程度、平均５．３３だけ大きくすると１５°（３６０×５．３３／１２８）だけ位相を進めることとなる。読み出しを開始するデータ番号を進め、進んだ読み出し開始位置から正弦値を読み出して出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３として出力した結果、ブラシレスモータ１１０の回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍの場合の駆動に最適な１５°進んだ位相でブラシレスモータ１１０を駆動できる。
【０１０２】
同様にブラシレスモータ１１０の回転数が５０００ｒ．ｐ．ｍの場合は、出力信号Ｈｐ１およびＬｐ１は（表１）のＮｏ．８５から、出力信号Ｈｐ２およびＬｐ２はＮｏ．０から、出力信号Ｈｐ３およびＬｐ３はＮｏ．４３から読み出される。このように開始番号を１０から１１程度、平均１０．６６ずつ大きくすると３０°（３６０×１０．６６／１２８）位相の進んだ位置から正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルを読み出して、出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３として出力することになる。この結果、ブラシレスモータ１１０の回転数が５０００ｒ．ｐ．ｍの場合の駆動に最適な３０°進んだ位相でブラシレスモータ１１０を駆動できる。
【０１０３】
読み出し開始位置可変手段１５０に格納されたテーブルは、使用するモータによって容易に変更できる構成になっている。
【０１０４】
読み出し開始位置可変手段１５０を備えたブラシレスモータ装置１００は、ブラシレスモータ１１０（ロータマグネット１１２、ステータコイル１１４、ホール素子１１６を含む）と読出し読み出し開始位置可変手段１５０を含む制御手段１３９とを除く部分が１個のモータ駆動用ＩＣとして構成され、読み出し開始位置可変手段１５０を含む制御手段１３９が光ディスク駆動装置のハードウェアとして構成され、読み出し開始位置可変手段１５０に格納されたテーブルは光ディスク駆動装置の制御用ソフトウェアを格納したマスクＲＯＭの一部として構成される。
【０１０５】
共通な仕様を有するＹ結線モータとデルタ結線モータとを比較する。
【０１０６】
Ｙ結線モータは、位相制御を行わずにモータの駆動を行った場合、最高回転数が５７８７ｒ．ｐ．ｍであった。位相制御を行うと最高回転数が６５４４ｒ．ｐ．ｍとなり、最高回転数が１１．３％向上した。
【０１０７】
デルタ結線モータは、位相制御を行わずにモータの駆動を行った場合、最高回転数が５６０５ｒ．ｐ．ｍであった。位相制御を行うと最高回転数が６８１２ｒ．ｐ．ｍとなり、最高回転数が２１．５％向上した。位相制御を行うと、Ｙ結線モータよりも最高回転数の向上率が大きく、また、回転数自体も高いという結果が得られた。デルタ結線モータを位相制御駆動することにより、Ｙ結線モータよりも大きな特性改善効果が得られる。
【０１０８】
５．ホール素子１１６の設置位置の変更
ホール素子１１６は、ステータコイル１１４の３相のコイルのうち隣接する２つのコイルが発生する磁束が互いに打ち消しあう位置に設置されていてもよい。
【０１０９】
例えば、ホール素子１１６は、第１相のコイル１１４ａから第２相のコイル１１４ｂの方向に６０°進んだ位置であって、第２相のコイル１１４ｂから第１相のコイル１１４ａの方向に６０°進んだ位置に備えられる。したがって、ホール素子１１６は、ロータマグネット１１２が発生する磁束のみを検出することができる。よって、隣接するコイルから発生する磁束を検出することが無く、モータの特性に悪影響を与えるノイズの発生を抑制し得る。
【０１１０】
ホール素子１１６が、第１相のコイル１１４ａから第２相のコイル１１４ｂの方向に６０°進んだ位置であって、第２相のコイル１１４ｂから第１相のコイル１１４ａの方向に６０°進んだ位置に備えられている場合、この位置は、Ｙ結線モータのホール素子の位置と同一になる。したがって、Ｙ結線モータ装置で用いられる駆動ＩＣをそのままデルタ結線モータ装置に適用することが考えられる。しかし、Ｙ結線モータ装置で用いられる駆動ＩＣをそのままデルタ結線モータ装置に適用しても、励磁切替えタイミングが最適値からずれているために、トルク効率の低下、不要振動の発生がある。Ｙ結線モータ装置で用いられる駆動ＩＣをそのままデルタ結線モータ装置に適用しても、ステータコイル１１４の各コイルへの電流の流れ方が異なり、発生する磁界の位相も異なるからである。
【０１１１】
読み出し開始位置可変手段１５０を備えたブラシレスモータ装置１００では、更に、正弦波電流の位相とホール素子１１６によって検出されるロータマグネット１１２の回転角の位相との差をデルタ結線モータの駆動に適した値に一定にするという位相制御を行うことで、ブラシレスモータ１１０の回転効率の劣化を防止することができる。また、正弦波電流の位相とホール素子１１６によって検出されるロータマグネット１１２の回転角の位相との差は一定の値ではなく、ロータマグネット１１２の回転数に応じて可変するようにしてもよい。
【０１１２】
本発明のブラシレスモータ装置では、正弦波電流の位相とホール素子によって検出されるロータマグネットの回転角の位相との差がロータマグネットの回転速度に基づいて可変とし得る。したがって、ロータマグネットの回転速度に最適な位相でブラシレスモータを駆動することができる。
【０１１３】
本発明のブラシレスモータ装置では、正弦波電流の位相とホール素子によって検出されるロータマグネットの回転角の位相との差を一定にし得る。したがって、ステータコイルが発生する磁束からホール素子への磁束の干渉を防止しつつ、デルタ結線モータとＹ結線モータとの最適位相角の差を補正して最適な効率を得ることができる。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明のブラシレスモータ装置は、スイッチング手段がオン時のスイッチング手段の内部抵抗の値をｒ１、配線の抵抗の値をｒ２、３相のコイルのそれぞれの直流抵抗の値をＲとするとき、ｒ１＋ｒ２＜２Ｒである。
【０１１５】
本発明のブラシレスモータ装置によれば、従来のＹ結線３相ブラシレスモータ装置の場合と比較して、スイッチング手段の内部抵抗の値と配線の抵抗の値との和を小さくすることができる。従来のＹ結線３相ブラシレスモータ装置では、スイッチング手段の内部抵抗の値をｒ１’、配線の抵抗の値をｒ２’、３相のコイルのそれぞれの直流抵抗の値をＲ’とするとき、ｒ１’＋ｒ２’＞２Ｒ’だからである。したがって、本発明のブラシレスモータ装置によれば、従来のＹ結線３相ブラシレスモータ装置と比較して、スイッチング手段の内部抵抗の値と配線の抵抗の値との和の大きさが原因となる駆動電圧の降下を小さくすることができる。これにより、各相のコイルに流れる駆動電流を大きくし、一定の駆動電流あたりのトルクを大きくすることができる。その結果、従来のＹ結線３相ブラシレスモータ装置より優れた性能を有するデルタ型３相ブラシレスモータ装置を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ装置１００の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態における正弦波テーブル格納部１３３に格納されたテーブルの値を示す図
【図３Ａ】ホール素子１１６が出力する正弦波信号とホールアンプ／２値化手段１３１の出力パルスとを示す図
【図３Ｂ】正弦波テーブル格納部１３３から出力された出力信号Ｈｐ１、Ｌｐ１、Ｈｐ２、Ｌｐ２、Ｈｐ３およびＬｐ３を示す図
【図３Ｃ】ステータコイル１１４の第１相のコイル１１４ａと、第２相のコイル１１４ｂと、第３相のコイル１１４ｃとに各々印加される電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを示す図
【図４Ａ】ホールアンプ／２値化手段１３１の出力と出力信号Ｌｐ１の値を示す図
【図４Ｂ】ホールアンプ／２値化手段１３１からパルス信号が入力された直後の出力信号Ｌｐ１と出力信号Ｌｑ１を示す図
【図４Ｃ】図４Ｂに示す出力信号Ｌｑ１に基づいて生成された出力信号Ｌｒ１を示す図
【符号の説明】
１００ ブラシレスモータ装置
１１０ ブラシレスモータ
１１２ ロータマグネット
１１４ ステータコイル
１１４ａ 第１相のコイル
１１４ｂ 第２相のコイル
１１４ｃ 第３相のコイル
１１６ ホール素子
１３０ 駆動手段
１３１ ホールアンプ／２値化手段
１３２ パルス間隔計測手段
１３３ 正弦波テーブル格納部
１３４ 換算器
１３５ Ｄａｔａ−Ｄｕｔｙ変換手段
１３６ 駆動回路
１３７ 起動手段
１３８ 逆起電圧検出手段
１３９ 制御手段
１４０ スイッチング手段

Claims (7)

1. デルタ型に結線された３相のコイルを含むモータ手段と、
   配線を介して前記モータ手段に電気的に接続されたスイッチング手段と、
   前記スイッチング手段のオンオフを制御することにより、前記モータ手段を駆動する駆動手段とを備えたブラシレスモータ装置において、
   前記スイッチング手段がオン時の前記スイッチング手段の内部抵抗の値をｒ１、前記配線の抵抗の値をｒ２、前記３相のコイルのそれぞれの直流抵抗の値をＲとするときの前記各抵抗値ｒ１、ｒ２、２Ｒの抵抗値選択方法であって、
   前記各抵抗値ｒ１、ｒ２、２Ｒを、ｒ１＋ｒ２＜２Ｒが成立するように選択することを特徴とするブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
2. 前記駆動手段は、前記スイッチング手段がオンの時間と前記スイッチング手段がオフの時間との比を可変に制御する、請求項１に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
3. 前記モータ手段は、軸の周りに回転可能なロータをさらに含み、
   前記駆動手段は、前記スイッチング手段が前記ロータの回転角に応じた正弦波電流を出力するように該スイッチング手段のオンオフを制御する、請求項１に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
4. 前記モータ手段と前記スイッチング手段とは一体に構成されている、請求項１に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
5. 前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、
   前記磁束検出手段は、前記３相のコイルのうち隣接する２つのコイルが発生する磁束が互いに打ち消しあう位置に設置されている、請求項３に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
6. 前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、
   前記駆動手段は、前記正弦波電流の位相と前記磁束検出手段によって検出される前記ロータの回転角の位相との差が一定となるように前記スイッチング手段のオンオフを制御する、請求項３に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。
7. 前記モータ手段は、前記ロータが発生する磁束を検出する磁束検出手段をさらに含み、
   前記駆動手段は、前記正弦波電流の位相と前記磁束検出手段によって検出される前記ロータの回転角の位相との差が前記ロータの回転速度に基づいて可変となるように前記スイッチング手段のオンオフを制御する、請求項３に記載のブラシレスモータ装置の抵抗値選択方法。

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