JPH02276491A

JPH02276491A - ブラシレス直流モータの制御方法

Info

Publication number: JPH02276491A
Application number: JP2000657A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Ushijima; 牛島　信義; Hiroshi Masuda; 宏増田; Akira Ishibashi; 石橋　耀; Masahiko Sato; 雅彦佐藤; Toshiyuki Haruna; 春名　利之; Kunikazu Takayama; 高山　訓一; Yoshinobu Kudo; 工藤　義信
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1990-11-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はブラシレス直流モータに関し、特に磁気ディス
ク装置において磁気ディスクを回転させるのに好適な、
磁気センサを用いない、ブラシレス直流モータの制御方
式に関する。

〔従来の技術〕

本発明に関するブラシレス直流モータは高効率で、しか
もブラシの保守が不要で信頼性も高いことから、磁気デ
ィスク装置のスピンドルモータとして利用したり、ＶＴ
Ｒの回転ヘッドを駆動するために用いたり、動力源とし
て様々な分野において利用されている。

従来のブラシレスモータは、ブラシを用いるかわりに、
ホール素子等のロータ位置検出素子を用いてステータに
対向するロータの位置を検出し、この検出された位置に
応じてモータの駆動電流を流す巻線（相）を切り替えて
いる。

しかしながら、このロータ位置検出素子を用いずに、ロ
ータの位置を電気的に検出するブラシレス直流モータの
制御方法が提案されている。

例えば、特開昭５９−１６２７９３号公報には、ロータ
の回転に伴って駆動巻線に逆起電圧が発生するのを利用
してロータの位置を検出している。

また、特開昭６３−６９４８９号公報には、回転中のモ
ータの所定回隔毎に各巻線に短い電流パルスを形成する
高周波電流を順次流し、各々の巻線に実際に流れた電流
のピーク振幅値を比較することによりロータの位置を検
出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の逆起電力信号を利用する方法においては、駆動電
流を流している相に逆起電圧が発生したか否かを検出し
て駆動電流を流す巻線を切替えている。しかし、逆起電
圧が発生するということは理想的な転流位置をすぎてい
るのでブレーキトルクが発生し回転効率が悪化してしま
う問題がある。

また、各巻線に電流パルスを流す方法では、駆動する巻
線（相）に通電している途中に給電を停止して、他の巻
線（相）全部に電流パルスを流すため、逆方向に回転力
を誘起する相にも電流を流すことになり、駆動トルクの
変動が大きくなる。

また、ロータの位置検出をする為に駆動巻線への給電を
一時的に止めなければならないので効率が悪くなるとい
う問題がある。また、モータの回転数が高くなればなる
ほど駆動巻線への給電時間に対するロータ位置の検出時
間（この間は駆動巻線への給電はストップ）の比が高く
なるので高回転域では駆動力不足になるという問題があ
る。例えば、発明者らの計算によれば４極３相モータを
３６０Ｏｒｐｍで回転させる時は、１つの駆動巻線に流
す電流時間は１．３９ｍ５である。このうち、ロータ位
置検出の為に例えば３相につき正負の２回、合計６回の
測定で、各回に０．２ｕ＋Ｓの高周波パルスを順次流す
とすると実際に駆動巻線に電流を流す時間は１．３９−
（０，２Ｘ６）　＝０．１９ｍ５となる。即ち、駆動巻
線に流す電流時間の半分以上をロータ位置検出用に費し
てしまい効率が大幅に低下し、トルク不足の問題が生じ
る。

本発明の第１の目的は、ロータ位置検出素子を使わずに
回転制御のできるブラシレス直流モータの制御方法を提
供することにある。

本発明の第２の目的は、回転効率が高く高回転域でも駆
動トルクの変動が少ないブラシレス直流モータの制御方
法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、信頼性の高いブラシレス直流モ
ータの制御方法を提供することにある。

本発明の第４の目的は、応答速度の早いブラシレス直流
モータの加減速制御方法を提供することにある。

本発明の第５の目的は、磁気ディスク上に予め記録され
たサーボ信号を利用して加減速制御をおこなうブラシレ
ス直流モータの制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するために、本発明は複数の磁極を持つ磁石を有するロ
ータと、及び複数の相を持つ巻線を有するブラシレス直
流モータにおいて実現される。ブラシレス直流モータを
回転させるために各相には所定の回隔毎に駆動電流が流
される。駆動電流は各々の相に順次流され、この切替え
に同期してロータが回転する。

本発明に係るブラシレス直流モータの制御については、
起動時から定常回転時までを好しくは３つのモードに分
けて制御する。第１のモードは起動から低速回転域の制
御を行なうモードである。

第２のモードは低速回転域から定常回転に至るまでの制
御を行ない、第３のモードは定常回転時の等速制御を行
なう。

第１のモードでは、１つの相へ供給される駆動電流を所
定の短い期間、一時的に制限する。その期間経過後、制
限された駆動電流は同じ相に再び流れはじめる。この流
れはじめた時の駆動電流の立ち上がり状態を測定する。

立ち上がり状態を測定する方法としてはいくつかの手法
が考えられる。

例えば、電流値が０”から規定量に達するまでの立ち上
がり時間を測定する方法、クロック信号を使って電流値
がＯ”から規定量に達するまでに何回クロック信号が発
生したかで測定する方法がある。

次に、測定された立ち上がり状態をもとに駆動電流を流
している相に正対している磁極の種類及び位置が検出さ
れる。その相に正対している磁極の種類及び位置に応じ
て、駆動電流の放ち上がり時間が変化する。駆動電流を
流すことによって発生する磁界と、反対の極の磁石が正
対している時に駆動電流は最短時間で立ち上がる。検出
されたロータ位置をもとに、駆動電流を次の巻線（相）
に切り替える（転流する）か否か判断される。転流する
と判断されたら、駆動電流は次の巻線に切り替えられる
。転流しないと判断されたら所定時間経過後に再び上記
ロータ位置検出がおこなわれる。

第２のモードでは、転流をした直後に、次の相に切り替
わった駆動電流が立ち上がる時間を測定する。そしてこ
の立ち上がり時間をもとにその相に駆動電流を流す時間
（通電時間）が決定される。

通電時間が経過した後にさらに次の相への転流がおこな
われる。

第３のモードでは、まずブラシレス直流モータの回転数
が測定される。回転数の測定としては種々の方法が適用
できるが、磁気ディスク装置用のブラシレス直流モータ
では、磁気ディスク上に記録されたサーボ信号によって
回転数を測定するのが好しい。

回転数が高いと判断された時は、実質的に始動電流と等
しい電流（ブレーキ電流）を所定の間隔だけ流すととも
に、転流タイミングを変えることによってブレーキをか
ける。回転数が低いと判断された時は、加速電流を流す
ことによってモータの回転数を上昇させる。これらの電
流の切り替えはアナログ的に切り替えるのではなく、時
分割で定常電流、ブレーキ電流、加速電流を切り替えて
回転制御をする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第２図は、本発明のブラシレス直流モータを適用するに
好適な磁気ディスク装置の斜視図である。

３１はスピンドルモータであり、磁気ディスク円板３２
を搭載するハブと、モータのアウターケーシングが一体
となっている、いわゆるインハブタイプのモータであり
、本発明に係るブラシレス直流モータが適用される６３
３は磁気ディスク円板３２に信号を記録／再生するため
の磁気ヘッド、３４は磁気ヘッド３３を磁気ディスク円
板に一定の力で押しつけるためのロードスプリング、３
５はヘッドアーム、３６はシャフトであり、ヘッドアー
ム３５はシャフト３６を中心に揺動する構成になってい
る。３７はボイスコイルモータでありヘッドアーム３５
を駆動するためのものである。

第３図は本発明の一実施例のブラシレス直流モータの断
面図である。フランジ４０はベアリング４６を固定する
ためのベアリングチューブ４７と一体構造になっている
。ロータ４１は、モータの回転部分であり、本例では磁
気ディスク円板３２を搭載するためのハブもかねている
。ロータ４１は、シャフト４５に固定される。永久磁石
４２はロータ４１の内周に固定される。ステータ４３は
、巻線４８に電流を流すことにより磁界を発生するもの
で、積層鉄板により構成される。シャフト４５は、ベア
リング４６によって回転可能に保持される。リード線４
９は巻線４８にモータを回転させるための駆動電流を供
給するためのもので、コネクタ５０によってモータ制御
回路（後述）に接続される。

第４図は本実施例に係るブラシレス直流モータのロータ
とステータの構造を説明するための図である。永久磁石
４２は円筒形の磁石で４極からなる。

ステータ４３は３つの相を持つ。本実施例のモータは、
ｌ相に通電すると第４図の如く２つのボールがＮ極にな
るいわゆる６ボ一ル３相方式のモータである。

第５図は第４図の状態でステータの１つの相に電流を流
すとき、対向する永久磁石４２の位置に応じてその相に
おける電流の立ち上がり時間が変わることを説明するた
めの図である。横軸はロータの回転位置を示す。これは
、例えば第４図において、ロータの基準点５２が通電し
ている相の中心位置５１と何度ずれているか（ここでは
Ｎ極とＳ極のずれ）を示している。縦軸は、ある相に電
流を加えた時に、０〔Ａ〕から規定電流値に立ち上がる
のに要する時間を示す。

第５図から明らかなように、発明者らはある極性を持っ
たステータ４３に対向する永久磁石４２が異の極はば中
心位置にきたときに駆動電流の立ち上がり時間５８が最
小になることを発見した。そして、その状態から同極に
近づくにつれ再び駆動電流の立上がり時間５８が増加す
ることを見い出した。

第６図は駆動電流がＯから定常値に達するまでの駆動電
流の立ち上がり状態を示す図である。この場合電流値が
規定電流値まで立ち上がるのに要する立上り時間５８は
、第５図で説明したように異極と正対したときに最小と
なる。従って、この立上り時間５８を測定することによ
って、ロータの異極が正対する位置、にあるか否かを判
別することができる。本発明はこの立上り時間５８を測
定することによってロータの位置を検出する。そして、
ロータが適切な位置に達したら駆動電流を流す相を切換
え（転流）、モータを回転させるものである。

次に、本実施例に係るモータ制御回路について、第１図
を用いて説明する。モータ３１は磁気ディスク円板３２
を回転させるもので、例えば６ボ一ル３相方式のモータ
である。本モータの制御は停止時から低速回転までを制
御する第１のモード、低速回転から定常回転（例えば３
．６００ｒＰｍ）までを制御する第２のモード、定常回
転の制御をおこなう第３のモードの３つのモードに分け
て制御する。

発振回路１は、モータ３１の回転制御のための基準信号
を作る回路であり、水晶発振子からなる発振器２と、所
望の基準信号を作るための分周器３を含む。

信号選択回路４は、第１．第２．第３のモードに応じて
入力する基準信号を選択する。制御モードに関する情報
は、コントローラ１６の状態制御回路１８に格納されて
いる。

タイミング発生器５は、信号選択回路４によって選択さ
れた基準信号に応じて給電切換回路６の駆動電流の出力
線を決定する。即ち、各巻線４８に対し、給電側、帰線
側へ接続するか、あるいは非接続とするかを決定する。

給電切換回路６は、各巻線４８に選択して駆動電流を供
給するほかに、ブレーキ指示回路２０の指示により、各
巻線間を短絡する。

電流制限回路２１は、第１のモード時にロータの位置を
検出するために駆動電流を一定の間隔、例えば１０μｓ
間停止する。電流検出回路２２は電流制限回路２１によ
って停止された駆動電流、あるいは給電切換回路６によ
って切替えられた駆動電流が再び立上がる状態を検出す
る。

位置検出器１１は、電流検出回路２２の出力信号から電
流の立上がり時間５８を測定する。位置検出器１１には
、計時回路１２が含まれる。

ここで、第６図及び第７図（１）〜（３）を用いて駆動
電流５６の立上がり状態を測定する方法を説明する。

第６図では、駆動電流５６が最小値（＝Ｏ）から、規定
電流値５７まで復帰する立上り時間５８を計時回路１２
によって測定する。

第７図（ａ）では、立上がり時間５８を測定するかわり
に測定指令５９をクロック信号として発生させ、規定電
流値５７以上になるまでの測定回数を計時回路１２によ
り数えこのカウント値６０で計時を代行するものである
。この測定は、モータの回転中に１つの相において複数
回測定されるので、これらの結果をもとに立上がり時間
５８の推移が判断される。この立上がり時間が最小時間
値（第５図の中心位置５１に反対の磁極が達した時の時
間値）になったときに次の相への転流がおこなわれる。

第７図（ｂ）は、他の測定方法で、カウンタ値６０の３
回目と５回目を計測し、その時の電流値６１と６２によ
り立上り時間５８を求める方式である。これらの電流値
の平均値を求め、この平均値があらかじめ定められた暴
走電流値を超えたときに、次の相への転流がおこなわれ
る。

第７図（Ｃ）はさらに別の測定方法である。これは第７
図（ｂ）の測定をクロック信号ではなくタイマ（図示せ
ず）を用いて任意の２点間を選択しておこなうものであ
る。即ち駆動電流５６が立ち上がる時にタイマをセット
し、Ｔ１後に１度目の計測をおこない、さらにＴ、後に
２度目の計測をおこなうものである。

再び第１図を参照するに、位置検出器１１により測定さ
れた測定値はコントローラ１６に入力される。

計算回路１７は、測定値をもとに次に駆動電流を切り換
える時間を計算する。切り替え時間に達したらコントロ
ーラ１６は切換え信号を信号選択回路４に出力する。

磁気ヘッド３３は、磁気ディスク円板３２に予め記録さ
れたサーボ信号を読出し、ディスク読出回路１０はサー
ボ信号を増やして位置検出器１３へ出力する。位置検出
器１３のカウンタ回路１４は、サーボ信号をカウントし
速度作成回路１５に出力する。速度作成回路１５は、サ
ーボ信号によりモータ３１の回転速度を求め、所定速度
（回転数）よりも早いが否か認識する。この位置検出器
１３、速度作成回路１５は主に第３のモードの時に利用
する。ここで、速度が速いと認識された場合は、ブレー
キ指示回路２０によって、給電切換回路６にブレーキの
指示が出され、モータ３１は、指示がでている間ブレー
キがかかる。また、速度が遅いと認識された場合は、駆
動電流指示回路１９によって電流制限回路２１へ、加速
命令が出され、給電切換回路６で、加速電流を流す。速
度が適切であると判断した場合はそのまま定常電流が流
される。上記ブレーキ動作と、モータ３１の加速動作を
セクター単位で、時分割に切換えることによって、モー
タ３１の速度の制御を行い、所定の回転数を得る。

次に第８図から第１６図を用いて、本実施例に係るブラ
シレス直流モータの第１から第３のモードにおける制御
動作について説明する。

第８図は、本実施例によるモータの第１のモード時の電
流切り替えタイミングを説明するための図である。本実
施例では磁極４極、６ボール３相モータを用いており第
８図（ａ）はＵ相のコイル端子電圧を示している。本モ
ータでは、１７１２回転ごとに各巻線への駆動電流が切
り換えられる。

第８図（ｂ）は、電流制限回路２１が電流信号を制限す
るタイミングを示したものである。電流制限回路２１に
よって電流制限信号が発せられると駆動電流５６はほぼ
Ｏに低下する。次にこの電流制限が解除されると第８図
（Ｃ）に示すように駆動電流５６が急激に上昇する。こ
の上昇の状態は、第５図で示したように、ロータの位置
によって変化する。

電流検出回路２２は電流値の立ち上がり状態を測定する
。この時位置検出器１１は第８図（ｅ）に示す如く測定
指令を発し、この時のロータの位置を検出する。本図で
は、第７図（３）に示した方法で測定する例を示してい
る。第７図（ｆ）は上記ロータ位置の検出動作をおこな
っている時の各相への給電状態を示している。この状態
において計時回路１２が発する測定指令に基づきデータ
が採集される。このデータを解析することにより、ロー
タ４１の巻線４８に対する位置がわかり、数回の測定に
より転流適正位置に到達したならば転流信号が出され、
次の巻線（相）４８への通電の切換えがなされる。

第９図は、第８図の測定箇所を拡大表示し、界磁ロータ
の移動と共に測定電流値が変化し又２値の差が変化する
様子を示している。本図は、１０回分の測定指令５９が
発せられ、その際の測定電流値を示している。この場合
、測定１と２では電流値が高く２つの電流値の差も小さ
い。この状態は、転流をおこなう適正位置よりも前、す
なわち、第５図でＳ極が中心位置５１に到達する前であ
る。測定７と８になると電流値は比較的小さくなり、２
つの電流値の差は大きくなる。この位置は転流時期とし
て適正な位置、すなわち、第５図でＳ極が中心位置５１
に達した状態である。このときに転流させれば、逆起電
圧発生前に転流することができる。測定９，１０では逆
起電圧が加わって電流値は増大し、２値の差も７，８に
比べて小さくなる。

尚、巻線と磁石が近づく時は駆動トルクだけ発生するが
、遠ざかる時は、逆起電圧の発生によりブレーキ効果が
発生するので、転流は逆起電圧発生前に行なうことが望
ましい。

又高速回転になり、転流タイミングを早くしたいときは
測定５，６のときに転流することも可能になり駆動電流
の通電状態を位置検出により自由に調整出来る。

第１０図は、第１のモードにおける位置検出動作のフロ
ーチャートである。ここで位置検出方法は第８図の方法
を利用する。

まずタイマが終了したかどうかを判定し、終了していな
かったら終了するまで待つ（ステップ１ｏ１）。

このタイマは、位置検出をおこなうタイミングを図るも
のである。タイマが終了、即ち、次の位置検出時期に達
したら駆動電流５６を１０μｓ間減する（ステップ１０
２）。その後駆動電流５６が上昇はじめたら（ステップ
１０３）、タイマ６３の設定時間Ｔ１を２０μｓに設定
する（ステップ１０４）。１８時間が経過したら測定指
令５９が発せられ、駆動電流５６を測定する（ステップ
１０５　、１０６）　、、次にタイマ６３の設定時間Ｔ
２を２０μｓに設定する（ステップ１０７）。１８時間
が経過したら測定指令５９が発せられ駆動電流５６を測
定する（ステップ１０８，１０９）。次に、ステップ１
０６、１０９で測定した駆動電流５６の値の差から、ロ
ータの位置を検出し、転流位置を過ぎているか否かを判
定する（ステップ１１０，１１１）。転流位置を過ぎて
いないときは次の位置検出をおこなうためのタイミング
として、タイマを４０μｓにセットしくステップ１１５
）、ステップ１０１に戻る。転流位置をすぎているとき
はただちに転流しくステップ１１２）、モータの回転数
から転流時間を決定しくステップ１１３）　、タイマを
１〜６０＋ｎｓにセットする（ステップ１１４）。

次に、第１１図から第１２図を用いて、モータの起動後
定常の回転数に達するまでの第２のモードの制御を説明
する。

第１１図は、モータの励磁相の切換えのタイムチャート
である。

第１のモードでは駆動電流５６を一定間隔で制限して位
置検出をおこなっていたが、第２のモードでは、電流制
限はおこなわずにロータの１／１２周ごとにおこなわれ
る転流時の駆動電流５６の立ち上がり状態を測定し、こ
の立ち上がり状態に応じて次の転流時期を決定する。

第１１図（ａ）は駆動電流５６の波形を示している。

駆動電流５６は、１／１２周ごとの転流により一旦規定
電流値９０以下に減する。転流時に駆動電流が規定電流
以下に下がらない特性のモータの時は、電流制限回路２
１により転流する時に電流を一時的にカットしても良い
。第１１図（Ｃ）に示す通電時間が経過すると、次の相
に転流すべく第１１図（ｄ）の如き転流信号が発せられ
る。転流がおこなわれると第１１図（ｂ）に示す如く駆
動電流５６がある相から次の相に移り、この転流時には
駆動電流５６が一時下降する。次に再び駆動電流５６は
規定電流値まで上昇するが、この規定電流値９０に達す
るまでの時間を測定し、その相における通電時間を決定
する。この間モータ駆動巻線への通電はＵ相、■相、Ｗ
相とそれぞれの対であるＸ相、ゼ相、Ｚ相の組合せによ
り指示され、通電転流等が制御されている。第１１図（
ｆ）ではＵ−Ｗ相はＬｏでＯＮ、Ｘ−Ｚ相はＨｉでＯＮ
となる相電流である。

第１２図は、第２のモードにおけるモータ制御動作を示
すフローチャートである。まず、通電時間を測るための
タイマが終了しているか判定する。

タイマが終了したとき、即ち転流時期になったら転流を
おこなう（ステップ１２１　、１２２）。

次に、駆動電流値５６の立上がり時間の測定を開始する
（ステップ１２３）。駆動電流値５６が規定電流値５９
に達したら、立ち上がり時間５８を測定しくステップ１
２４，１２５）、ロータ位置の検出をおこなう（ステッ
プ１２６）。

次に、検出されたロータ位置によって、通電時間を計算
する。通電時間は（前回の通電時間ｘ（ｉ十ロータ位置
補正値十回転増速補正値））で求める（ステップ１２７
）。ここでロータ位置補正値は、転流が適性タイミング
よりも早いか遅いかによって決定される補正値でありス
テップ１２６のロータ位置検出に基いて決定される。回
転増速補正値は、モータの回転数の増減に応じて決定さ
れる補正値である。求められた通電時間はタイマに設定
されステップ１２１にもどる。

次に、第３のモード、即ちモータが定常回転になったと
きのモータ制御方法を第１３図から第１６図を用いて説
明する。

第１３図は定常回転時、例えば３６００ｒｐｍで回転中
のモータの制御手順を示すフローチャートである。

まず、定常回転時に所定の間隔毎にモータの回転数を測
定する（ステップ１３１）、回転数測定の方法は種々あ
るが、本実施例では被回転物である磁気ディスク円板３
２に予め記録されたセクターサーボ信号を用いて測定す
る。通常、モータの定常回転時にはモータの起動時に比
べて小さな駆動電流、例えば３．５インチ磁気ディスク
用モータでは０．４Ａの電流、が流れている。

次に、測定された回転数が基準回転数に一致しているか
否か判断する（ステップ１３２）。回転数が基準回転数
よりも高いときは、ブレーキをかける時間を計算しくス
テップ１３３）、ブレーキ電流を所定のセクター間隔流
す（ステップ１３４）。同様に、回転数が低い時は加速
する時間を計算しくステップ１３５）、加速電流を所定
のセクター間隔流す（ステップ１３６）。加速電流は定
常電流より大きい駆動電流、例えば１．５Ａの駆動電流
である。

次に、第１４図を用いてブレーキ時間、加速時間の設定
の方法を説明する。磁気ディスク円板３２は、記録エリ
アが同心状の複数のトラックに分割され、各トラックは
複数のセクターに分割される（図示せず）。各セクター
の先頭部分にはサーボ情報があらかじめ記録されており
、磁気ヘッド３３がサーボ情報を読み取ることによって
各セクタの先頭位置を認識することができる。

この複数のセクターを任意のに個のセクタ１４１に分け
て、Ｋ個のセクタ周期で加減速制御をおこなう。このに
個のセクタうち、例えばセクタ＃１からセクタ＃３を通
過する間はブレーキ電流１４２を流し、残りの期間は定
常電流１４３を流す。ブレーキ量はブレーキ電流１４２
を流す時間（セクタ数）を長くするか、短くするかによ
って調整する。加速時にはブレーキ電流１４２のかわり
に加速電流を流せばよい。

ブレーキ電流１４２を流す方法は種々適用できる。

■駆動電流をＯＦＦにする。空気抵抗、摩擦等により回
転数が低下する。■駆動電流を減じ、定常回転を維持で
きる電流以下にしく例えば、０．２Ａ）、徐々に減速す
る。■巻線間をショートし、逆起電圧に起因する電流で
ブレーキをかける。■加速電流と同等の大電流を流し、
かつ転流タイミングを適正位置よりもやや遅らす。逆起
電圧発生により強力なブレーキをかけることができる。

この方法はモータの転流タイミングをソフト的に自由に
変えられる本実施例に係るモータに特有の方法である。

次に、第１５図を用いて上記■のブレーキ動作の原理を
説明する。第１５図（ａ）はロータ位置と駆動電流との
関係を示している。駆動電流１５１は転流直後急激に上
昇する（範囲１５２）。正対位置、すなわち、駆動電流
１５１を流している磁極に対向する磁石が磁極の中心に
達するまでは電流値は規定値を保つ（範囲１５３）。正
対位置をすぎると逆起電力も加わり駆動電流１５１は上
昇する（範囲１５４）。

この時のモータの発生する駆動トルクを示したのが第１
５図（ｂ）である。この図かられかるようにロータが正
対位置に達するまでは正のトルク１５６が発生するが、
正対位置をすぎると逆起電力により負のトルク１５７、
即ちブレーキトルクが発生する。定常回転時には正対位
置までくると次の巻線へ転流させて負のトルク１５７の
影響がでないようにするが本実施例では転流位置を正対
位置よりも遅らせて、負のトルク１５７を積極的にブレ
ーキ動作に利用するものである。一般にホール素子を用
いたブラシレスＤＣモータでは正対位置で必ず転流がお
こなわれるので負のトルク１５７の利用はできないが、
本実施例に係るモータでは、第９図の７．８番目で転流
をおこなうのを９，１０番目でおこなうように選択する
だけで簡単に負のトルク１５７をブレーキ動作に適用で
きる。

次に第１６図に示す制御フローチャートを用いて第３の
モードの詳細について説明する。本図は３つの駆動電流
の値を選択して速度制御を行うフローチャートを示す。

定常電流１４３に加えて、加速電流及びブレーキ電流１
４２が用いられる。

モータの増速か必要なときは、ｎ個のセクタのうちｍ　
（＜ｎ）セクタ間加速電流を流し、残りのｎ−ｍセクタ
間は定常電流を流す。同様にモータの減速が必要なとき
は、０個のセクタのうちＳ（≦Ω）セクタ間ブレーキ電
流を流し、残りのΩ−ｓセクタ間は定常電流を流す。

ステップ２００では、Ｎはモータに流れている電流を切
り替えないで流し続ける残りセクタ数を示す。Ｎ輯ｌな
ら、Ｎ＝Ｎ−１とし、１つのセクタ間を通過する間通常
電流を保つ（ステップ２１６）。

Ｎ＝１なら、モード切換の時期なので、駆動電流値５６
はブレーキ電流、加速電流あるいは定常電流のいずれか
に切替えられる。

ステップ２０２では、ブレーキフラグの有無を判断する
。ブレーキフラグがあることはブレーキ動作がおこなわ
れた（終了した）ことを示し、ブレーキ電流を解除し定
常電流にもどす（ステップ２１８．２２０）。そして定
常電流を流すセクタ数Ｎ　（＝Ω−８）をセットしブレ
ーキフラグを解除する（ステップ２２２　、２２４）。

ステップ２０２でブレーキフラグがない時は、ステップ
２０４へ進み加速フラグの有無をチエツクする。加速フ
ラグがあることは加速動作がおこなわれた（終了した）
ことを示し、加速電流を解除し、定常電流にもどす（ス
テップ２２６）。そして、定常電流を流すセクタ数Ｎ　
（＝ｎ−ｍ）をセットし、加速フラグを解除する（ステ
ップ２２８，２３０）。

ステップ２０４で加速フラグがないときは、次にモータ
３１の回転速度を測定するため測定指令を出す（ステッ
プ２０６）。次に°、セクタごとに発生するセクタサー
ボ信号の時間間隔をカウントしている数値りを読む（ス
テップ２０８）。ステップ２１０では、ＤとＣ（許容で
きる回転速度の下限値で回転したときのカウント数）を
比較し、ＤＥＣであれば回転数が遅いと認識し、ステッ
プ２３２へ進み加速電流を流し、加速フラグを立て、加
速電流を流すセクタ数Ｎ　（＝ｍ）を設定する（ステッ
プ２３４，２３６）。

Ｄ≦Ｃであればステップ２１２へ進む。ステップ２１２
では、ＤとＣ”（許容可能な回転速度の上限値で回転し
たときのカウント数）を比較し、ＤＥＣ’であれば、回
転数は速いと認識し、ステップ２３８へ進み、ブレーキ
をかけ、ブレーキフラグを立て、Ｎを設定する（ステッ
プ２４０　、２４２）。ここでＮはＳであり、ブレーキ
をかけているセクタ数である。

Ｄ≧Ｃ°であればステップ２１４へ進む。ステップ２１
４では、速度は許容範囲内であるので、通常電流を流す
。

以上、図面を用いて実施例を説明してきたが、本発明は
種々の変形が可能である。例えば、本実施例では第１か
ら第３までの３つのモードに分けてモータ制御をおこな
ったが、第１のモードと第３のモードの２つのモードだ
けで制御することも可能である。

また、第３のモードでは被回転体の速度を測定するのに
磁気ディスクのセクターサーボ信号を利用したが、被回
転体またはその他の物から得られる速度信号なら何でも
良い。また、特別な速度検出器を設けても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ホール素子等のロータ位置検出器を使
わずにブラシレス直流モータの制御をおこなうことがで
きる。また、ロータ位置検出器を用いないのでモータの
薄形化が可能となり、信頼性も向上する。さらに、ソフ
トウェア制御によって転流タイミングを任意に変えるこ
とができるので、精密な制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るブラシレス直流モータ
の制御回路を示すブロック図、第２図は本実施例に係る
ブラシレス直流モータを使った磁気ディスク装置の斜視
図、第３図は本実施例に係るブラシレス直流モータの断
面図、第４図は第３図のモータのロータとステータの位
置関係を説明するための図、第５図はロータの位置と駆
動電流の立ち上がり状態を示す図、第６図は駆動電流を
流すときの電流の立ち上がり状態を示す図、第７図（ａ
）〜（Ｃ）は駆動電流の立ち上がり状態を測定する方法
を示す図、第８図は第１のモードにおける制御を示すタ
イミング図、第９図は第８図における測定電流値の推移
を説明するための図、第１０図は第１のモードの制御フ
ローチャート、第１１図は第２のモードにおける制御を
示すタイミング図、第１２図は第２のモードの制御フロ
ーチャート、第１３図は第３のモードの基本制御原理を
示すフローチャート、第１４図はブレーキ動作の制御方
法を説明するための図、第１５図（ａ）、　（ｂ）はロ
ータ位置と駆動電流、駆動トルクの関係を示す図、第１
６図は第３のモードの制御フローチャートである。３１・・・モータ、５６・・・駆動電流、５８・・・立
ち上がり時間。第圀第閉躬第ンＬロー２１Ｌ！（ｒαｄ）躬菌躬／２幻躬阻塙第図第１５１！１（山）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の磁極をもつ磁石を有するロータと複数相を
持つ巻線を有し、所定の時間毎に上記ロータを駆動する
ための電流を上記相に順次切替えながら流すことによっ
て、上記ロータを回転させるブラシレス直流モータにお
いて、起動時から定常回転数に至るまで以下のステップ
によって制御することを特徴とするブラシレス直流モー
タの制御方法；上記複数相のうち１つの相に電流を流すステップ、電流を流している上記１つの相への電流の供給を、所定の期間一時的に制限するステップ、上記制限された電流を再び同一の相に流し、この流し始
めたときの電流の立ち上がり状態を測定するステップ、上記測定された電流の立上りの状態に基づいて、上記電流を流している相に対向する位置にある上
記ロータの磁極の位置を検出するステップ、該検出された磁極の位置によって電流を次の相へ切り替えるか否かを判定するステップ、電源を次
の相へ切り替えると判定されたときは電流を流す相を次の相に切り替え、次の相へ切り替
えないと判定されたときは一定の間隔をおいた後に上記
各ステップを繰り返すステップ。
（２）上記電流の立ち上がり状態を測定するステップは
、電流値０から所定の電流値に立ち上がるまでの時間を
測定することによって電流の立ち上がり状態を測定する
ことを特徴とする請求項第１項記載のブラシレス直流モ
ータの制御方法。
（３）上記電流の立ち上がり状態を測定するステップは
、クロック信号を用い、電流値が０から所定の電流値に
立ち上がるまでの間に、該クロック信号が何回発生する
かを測定することによって電流の立ち上がり状態を測定
することを特徴とする請求項第１項記載のブラシレス直
流モータの制御方法。
（４）上記電流の立ち上がり状態を測定するステップは
、クロック信号を用い、ｎ番目（ｎ≧１）のクロック信
号の発生したときの電流値と、ｎ＋ｋ番目（ｋ≧１）の
クロック信号が発生したときの電流値の平均値を求める
ことによって電流の立上り状態を測定することを特徴と
する請求項第１項記載のブラシレス直流モータの制御方
法。
（５）上記電流の立ち上がり状態を測定するステップは
、電流を制限してからＴ１時間経過後の電流値と、Ｔ２
（Ｔ１＜Ｔ２）時間経過後の電流値の平均値を求めるこ
とによって電流の立上り状態を測定することを特徴とす
る請求項第１項記載のブラシレス直流モータ制御方法。
（６）上記位置を検出するステップは、上記電流が最短
時間で立ち上がるときに、その相に発生する磁界と反対
向きの磁界を発生する磁石が位置していると決定するこ
とを特徴とする第１項記載のブラシレス直流モータの制
御方法。
（７）上記判定するステップは、上記電流の立上り時間
が一定の基準値よりも早いときに電流を流す相を切替え
ると判定することを特徴とする第１項記載のブラシレス
直流モータの制御方法。
（８）複数の磁極をもつ磁石を有するロータと複数相を
持つ巻線を有し、所定の時間毎に上記ロータを駆動する
ための電流を上記相に順次切替えながら流すことによっ
て、上記ロータを回転させるブラシレス直流モータにお
いて、起動時から定常回転数に至るまで以下のステップ
によって制御することを特徴とするブラシレス直流モー
タの制御方法；１つの相から次の相へ電流を流す相を切り換えるステップ、上記次の相における電流の立ち上がり状態を測定するステップ、上記測定された立ち上がり状態に応じてその相における電流を流す通電時間を決定するステップ、上記通電時間経過後、最初のステップに戻るステップ。
（９）サーボ情報が書かれた磁気ディスクと、該磁気デ
ィスクを一定の回転数にて駆動するブラシレス直流モー
タと、該磁気ディスク上のサーボ情報を読み取るための
磁気ヘッドと、該読み取られたサーボ情報によって上記
磁気ディスクの位置を検出する検出回路を有する磁気デ
ィスク装置のモータ制御方法において、以下のステップ
によってモータの等速制御をすることを特徴とする制御
方式；定常回転時に上記モータに供給する第１の電流値と、上記モータを加速させる時に上記モータに供
給する第２の電流値と、上記モータを減速させる時に上
記モータに供給する第３の電流値の３つの電流値を設定
するステップ、上記検出された磁気ディスクの回転位置をもとにモータの回転数を算出するステップ、上記算出さ
れた回転数が所定の回転数より高いか低いかを判定するステップ、上記判定された回転数に応じて第１から第３の電流値を時分割で切り替えるステップ。
（１０）複数の磁極を持って配置された永久磁石を具備
するロータと、複数の相が形成される様に巻回された巻
線を備えるステータを有し、複数の相を順次切り替える
様に電流を巻線に供給することによって該ロータを回転
するブラシレス直流モータの制御装置において、該巻線に選択的に電流を供給する第１の回路と、該第１
の回路により電流が供給されている相に対して電流の供
給を一時的に停止するための第２の回路と、電流の供給が停止された後、再び該第１の回路により当
該相に電流が供給されるとき、この電流の値が所定値に
なるまでの時間を計数する第３の回路と、該第３の回路が所定値を計数したときの、上記相と所定
の位置関係にあるロータの磁極の位置を直接又は間接的
に検出する第４の回路と、該第４の回路による検出結果
に従って、前記第１の回路を制御し、次の相に電流を供
給するか否かを決定する第５の回路を備えたブラシレス
直流モータの制御装置。