JPH0870593A - ３相ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は３相ブラシレスモータの制御装置に
関し、回転開始時間を安定化し、起動時における平均回
転開始時間を短縮することを目的とする。 【構成】 外部より供給される電流に基づいて所定の回
転磁界を発生させる３組のステータコイル３２と、該ス
テータコイル３２からの回転磁界に基づいて所定方向に
回転する８極着磁の永久磁石からなるロータ３３とを有
する３相ブラシレスモータ３１の制御装置１であって、
ＦＧ信号に基づいて前記ステータコイル３２に供給する
電流の供給タイミング及び供給量を制御する制御回路１
３を有し、前記制御回路１３は、前記ステータコイル３
２に供給する電流により、該ステータコイル３２に静止
磁界を発生させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータの制
御装置に係り、例えば、光磁気ディスク用スピンドルモ
ータ等のように、ＦＧ（Frequency Generator ）を有す
るブラシレスモータに用いて好適な、ブラシレスモータ
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブラシレスモータは、一般に、ホ
ール素子等の磁気センサを用いることにより、ロータマ
グネットの磁極位置を検出し、この検出信号をトランジ
スタのベース信号として、ステータコイルのスイッチン
グを行っていた。

【０００３】磁気センサは、磁場内に置かれていれば、
例え、ロータが停止していても検出信号を出力すること
ができるため、起動が容易で、かつ、信頼性も高いとい
う特長があるが、ブラシレスモータに磁気センサを設け
ることは、部品点数が増加して接続作業が増えることか
ら、量産効率が低下し、コスト高の要因となるという問
題があった。

【０００４】特に、３相駆動の場合、一般的に素子を３
個使用するため、モータと駆動回路部との配線本数は、
計１１本となり、組み立て工程が多くなるとともに、ハ
ンダ付箇所が多くなり、さらには、占有体積が増すた
め、小型化、薄型化が要求される現状では不利であっ
た。

【０００５】このため、ステータコイルの逆起電圧をス
イッチング信号に利用するというセンサレスのブラシス
モータが多種提案されている。

【０００６】ホール素子等のロータ位置を確認するため
の磁気センサを有しない、いわゆる、センサレスモータ
と呼ばれるブラシレスモータ（以下、単にセンサレスモ
ータという）は、ホール素子等の位置検出部品を有しな
いため、部品数、配線数、制御用ＩＣ（Integrated Cir
cuit）のピン数が少なくなり、これによって、ハンダ付
け等の箇所が少なくなって生産上の品質向上が図られる
とともに、コストダウンができるといった利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
センサレスモータにあっては、通常のブラシレスモータ
と比較して、コスト面での利点があるが、ステータによ
って回転磁界を与え、回転が開始されなければ、原理的
に磁極の位置を確認できないという構成となっていたた
め、以下に述べるような問題点があった。

【０００８】すなわち、回転開始時におけるロータとス
テータとの位置関係によっては、同期運転することか
ら、一瞬逆回転した後に正回転を開始するようなことも
有り得るため、起動時における回転開始時間が極端に長
くなる場合があり、回転開始時間のバラツキが大きいと
いう問題点があった。

【０００９】〔目的〕上記問題点に鑑み、本発明の目的
は、回転開始時間を安定化し、起動時における平均回転
開始時間を短縮するセンサレスモータを提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載する発明
は、図１に示すように、外部より供給される電流に基づ
いて所定の回転磁界を発生させる３組のステータコイル
３２と、該ステータコイル３２からの回転磁界に基づい
て所定方向に回転する８極着磁の永久磁石からなるロー
タ３３とを有する３相ブラシレスモータ３１の制御装置
１であって、ＦＧ信号に基づいて前記ステータコイル３
２に供給する電流の供給タイミング及び供給量を制御す
る制御回路１３を有し、前記制御回路１３は、前記ステ
ータコイル３２に供給する電流により、該ステータコイ
ル３２に静止磁界を発生させることにより、上記目的を
達成している。

【００１１】この場合、請求項２に記載する発明のよう
に、前記制御回路１３は、前記３組のステータコイル３
２中、いずれか２組のステータコイル３２に固定して通
電することにより、静止磁界を発生させることが有効で
ある。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明によれば、ＦＧ信号に基づ
いて制御回路により、ステータコイルによって静止磁界
が発生されるので、ステータコイルの静止磁界に対応す
る位置において、ロータ位置が規制されて位置決めが行
われる。

【００１３】すなわち、ブレーキング時には、静止磁界
の発生により、種々の条件下でも確実に、かつ、速やか
に回転の停止が行われ、また、位置決めにより、ロータ
とステータとの位置関係が一定となるため、センサレス
モータにおいては、回転開始時間が安定化し、起動時に
おける平均回転開始時間が短縮される。

【００１４】この場合、請求項２記載の発明によれば、
複数組のステータコイル中、いずれか２組のステータコ
イルに固定的に通電されるので、前述の請求項１記載の
発明に加えて、通電される２組のステータコイルは、Ｎ
極及びＳ極の極性となり、ロータのＳ極及びＮ極と引き
合って停止するため、ロータ位置が所望の位置に固定さ
れる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を、図２〜図６
を参照して説明する。なお、図２〜図６において、図１
と同一部分には同一の符号を付す。

【００１６】まず、本実施例の構成を説明する。

【００１７】図２は、本実施例の３相ブラシレスモータ
の制御装置１の要部構成を示すブロック図である。

【００１８】制御装置１は、図２に示すように、１チッ
プＩＣにより構成され、増幅器１１Ｕ，１１Ｖ，１１
Ｗ、波形整形回路１２、制御回路１３、ドライバ回路１
４、リセット付きタイマ１５、ブレーキ回路１６、合成
回路１７、電圧比較回路１８、位相比較回路１９、増幅
器Ａ１、積分増幅器Ａ２からなり、その外部には、ＦＧ
２１Ｕ（以下、単にＦＧ１と記す），ＦＧ２１Ｖ（以
下、単にＦＧ２と記す），ＦＧ２１Ｗ（以下、単にＦＧ
３と記す）、オシレータ２２、モータ起動制御信号入力
端子２３、Ｕ相駆動信号出力端子２４Ｕ、Ｖ相駆動信号
出力端子２４Ｖ、Ｗ相駆動信号出力端子２４Ｗが設けら
れている。

【００１９】増幅器１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗは、ＦＧ
１，ＦＧ２，ＦＧ３により生成されたＦＧ信号を増幅
し、波形成形回路１２に出力するものである。

【００２０】波形整形回路１２は、増幅器１１Ｕ，１１
Ｖ，１１Ｗから入力された増幅信号波形を整形するため
の入力フィルタである。

【００２１】制御回路１３は、３相ブラシレスモータに
対する駆動信号を生成するとともに、この駆動信号を出
力するタイミングを制御するものである。

【００２２】ドライバ回路１４は、制御回路１３により
設定されたタイミングに基づいて、各駆動信号出力端子
２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗから駆動信号を出力するための
信号増幅回路である。

【００２３】リセット付きタイマ１５は、予め設定され
た時間に基づいて計時を行うものである。

【００２４】ブレーキ回路１６は、モータ起動制御信号
入力端子２３から入力されるモータ起動制御信号と、電
圧比較回路１８から入力される比較結果信号とに基づい
て制御回路１３に対してブレーキ信号を出力するもので
あり、定常時にはスルーとなっている。

【００２５】合成回路１７は、波形整形回路１２を介し
て入力された３つのＦＧ信号を合成するものである。

【００２６】電圧比較回路１８は、合成回路１７から出
力される信号電圧と基準電圧Ｖｃｃ／ｘとを比較し、比
較結果信号をブレーキ回路１６に出力するものである。

【００２７】位相比較回路１９は、増幅器Ａ１を介して
入力されるオシレータ２２からの基準波形信号と合成回
路１７から入力される出力される信号波形との位相を比
較し、比較結果信号を積分増幅器Ａ２に出力するもので
ある。

【００２８】増幅器Ａ１は、オシレータ２２から入力さ
れる基準波形信号を増幅するものであり、積分増幅器Ａ
２は、位相比較回路１９から入力される比較結果信号を
積分増幅し、回転数補正信号を出力するものである。

【００２９】図３は、３φＦＧパターンの一例を示す図
であり、図４は、ＦＧ信号の生成タイミング及び３相ブ
ラシレスモータの各相に出力する出力信号のレベルを示
す図である。

【００３０】ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３は、Ｕ相，Ｖ相，
Ｗ相用のＦＧ信号を生成するものであり、図３に示すよ
うなパターンに対して、図４（ａ）に示すように、電気
角で互いに１２０°ずつ位相のずれたＦＧ信号をセンシ
ング信号としてスイッチングを行うようになっており、
この結果、図４（ｂ）に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相
に対する出力信号を得ている。

【００３１】なお、図３中、ＦＧ１，ＦＧ１’（ＦＧ
１’は、ＦＧ１の反転信号であるトップバーを示す、以
下同様），ＦＧ２，ＦＧ２’，ＦＧ３，ＦＧ３’は、そ
れぞれＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３からの出力信号端を示
す。

【００３２】オシレータ２２は、基準波形信号を生成す
るものであり、モータ起動制御信号入力端子２３は、回
転開始または回転停止信号を入力するための端子であ
り、Ｕ相駆動信号出力端子２４Ｕ，Ｖ相駆動信号出力端
子２４Ｖ，Ｗ相駆動信号出力端子２４Ｗは、３相ブラシ
レスモータのＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対する駆動信号を出力
するための端子である。

【００３３】以下、図５に示すフローチャートに基づい
て、起動時における処理手順を説明する。

【００３４】図５は、本実施例の制御装置１の起動時に
おける処理を説明するためのフローチャートである。

【００３５】まず、外部より回転指令信号として、モー
タ起動制御信号入力端子２３にモータオン信号が出力さ
れると（ステップＳ１）、リセット付きタイマ１５がオ
ンし（ステップＳ２）、ステータコイル３２のいずれか
２相（例えば、Ｕ相及びＶ相）に通電されて、この２相
によって静止磁界が生成され、ロータ３３の位置が所定
位置にオフセットされる（ステップＳ３）。

【００３６】次に、リセット付きタイマ１５において設
定された時間が過ぎたか否かがチェックされ（ステップ
Ｓ４）、予め設定された設定時間を経過するまで静止磁
界がロータ３３に作用し、これによって、ステータコイ
ル３２により発生した静止磁界にロータ３３の対応する
極が吸引され、強制的に位置決めが行われる。

【００３７】一方、設定時間を過ぎた場合、タイマ値が
リセットされ、従来の逆起電圧式のセンサレスモータと
同様の３相同期通電が行われるとともに（ステップＳ
５）、規定回転数となったか否かがチェックされ（ステ
ップＳ６）、このステップＳ６の判断処理において、３
相同期通電から３相ＦＧスイッチングによる定常通電に
切り換えられる（ステップＳ７）。

【００３８】したがって、センサレスモータにあって
は、回転開始前に位置決めを行うことにより、回転開始
時間を安定化させて起動時における平均回転開始時間を
短縮することができる。

【００３９】以下、図６に示すフローチャートに基づい
て、停止時における処理手順を説明する。

【００４０】図６は、本実施例の制御装置１の停止時に
おける処理を説明するためのフローチャートである。

【００４１】まず、外部よりブレーキ信号として、モー
タ起動制御信号入力端子２３にモータオフ信号が出力さ
れると（ステップＰ１）、制御回路１３により、ロータ
３３に対して逆回転方向となるように回転磁界が発生さ
せられ（ステップＰ２）、モータの強制静止が行われ
る。

【００４２】そして、モータの回転数が規定回転数より
も下がったか否かがチェックされ（ステップＰ３）、回
転数が規定回転数よりも下がった場合、逆回転状態の前
状態と判断されるまで、ロータ３３に対して逆回転とな
る回転磁界が作用する。

【００４３】上記ステップＰ３の判断処理において、逆
回転状態の前状態であると判断されると、リセット付き
タイマ１５がオンし（ステップＰ４）、ステータコイル
３２のいずれか２相（例えば、Ｕ相及びＶ相）に通電さ
れて、この２相によって静止磁界が生成され、ロータ３
３の位置が所定位置にオフセットされる（ステップＰ
５）。

【００４４】次に、リセット付きタイマ１５において設
定された時間が過ぎたか否かがチェックされ（ステップ
Ｐ６）、予め設定された設定時間を経過するまで静止磁
界がロータ３３に作用し、これによって、ステータコイ
ル３２により発生した静止磁界にロータ３３の対応する
極が吸引され、強制的に位置決め停止が行われる。

【００４５】なお、この停止制御処理において、最初か
らロータ３３に対して静止磁界を作用させることにより
停止させるものであってもよいが、本実施例では、初期
の減速に逆回転となる回転磁界を発生させることによ
り、従来技術の利点を生かし、停止時間の短縮を図って
いる。

【００４６】これによって、多種のメディアを扱う駆動
装置においても、確実に、かつ、速やかに回転の停止を
行うことができる。

【００４７】なお、本実施例では、いずれか２組のステ
ータコイル対に通電することにより位置制御を行う場合
について説明したが、各ステータコイル３２の共通接続
点から信号線を引き出すことにより、１組のステータコ
イル対に通電し、前述した例と同様の位置制御を行うこ
ともできる。

【００４８】次いで、制御回路１３により、静止磁界が
発生させられ、モータの回転が停止する（ステップＰ
７）。

【００４９】したがって、センサレスモータにあって
は、停止時も吸引作用により停止するので、イナーシャ
がなく、停止時間も短縮できる。

【００５０】以上説明したように、本実施例では、ＦＧ
信号に基づいて制御回路１３により、ステータコイル３
２によって静止磁界を発生させることでステータコイル
３２の静止磁界に対応する位置において、ロータ３３の
位置を規制することができ、正確な位置決めを行うこと
ができる。

【００５１】したがって、ブレーキング時には、静止磁
界の発生により、種々の条件下でも確実に、かつ、速や
かに回転の停止を行い、また、位置決めによって、ロー
タとステータとの位置関係を一定とすることができるた
め、センサレスモータにおいては、回転開始時間を安定
化させて起動時における平均回転開始時間を短縮するこ
とができる。

【００５２】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記
実施例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。

【００５３】例えば、上記実施例では、ＦＧを有するブ
ラシレスモータとして、光磁気ディスク用スピンドルモ
ータを例に採り説明したが、他にも、ＦＤＤ用スピンド
ルモータ、ＨＤＤ用スピンドルモータ、ＣＤ−ＲＯＭ用
スピンドルモータ、ＯＤＤ用スピンドルモータ、ＣＤ−
Ｒ用スピンドルモータ、ＭＤ用スピンドルモータ、ＬＢ
Ｐにおけるポリゴンミラー用モータ等にも適用できる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、ＦＧ信号に基
づいて制御回路により、ステータコイルに静止磁界を発
生することにより、ステータコイルの静止磁界に対応す
る位置において、ロータ位置を規制することができ、正
確な位置決めを行うことができる。

【００５５】したがって、ブレーキング時には、静止磁
界の発生により、種々の条件下でも確実に、かつ、速や
かに回転の停止を行い、また、位置決めによって、ロー
タとステータとの位置関係を一定とすることができるた
め、センサレスモータにおいては、回転開始時間を安定
化させて起動時における平均回転開始時間を短縮するこ
とができる。

【００５６】この場合、請求項２記載の発明によれば、
複数組のステータコイル中、いずれか２組のステータコ
イルに固定的に通電することにより、前述の請求項１記
載の発明に加えて、通電される２組のステータコイル
は、Ｎ極及びＳ極の極性となり、ロータのＳ極及びＮ極
と引き合って停止させることができるため、ロータ位置
を所望の位置に固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３相ブラシレスモータの制御装置の原
理図である。

【図２】本実施例の３相ブラシレスモータの制御装置の
要部構成を示すブロック図である。

【図３】３φＦＧパターンの一例を示す図である。

【図４】ＦＧ信号の生成タイミング及び３相ブラシレス
モータの各相に出力する出力信号のレベルを示す図であ
る。

【図５】本実施例の制御装置の起動時における処理を説
明するためのフローチャートである。

【図６】本実施例の制御装置の停止時における処理を説
明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 制御装置 １１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ 増幅器 １２ 波形整形回路 １３ 制御回路 １４ ドライバ回路 １５ リセット付きタイマ １６ ブレーキ回路 １７ 合成回路 １８ 電圧比較回路 １９ 位相比較回路 ２１Ｕ ＦＧ１ ２１Ｖ ＦＧ２ ２１Ｗ ＦＧ３ ２２ オシレータ ２３ モータ起動制御信号入力端子 ２４Ｕ Ｕ相駆動信号出力端子 ２４Ｖ Ｖ相駆動信号出力端子 ２４Ｗ Ｗ相駆動信号出力端子 ３１ ３相ブラシレスモータ ３２ ステータコイル ３３ ロータ Ａ１ 増幅器 Ａ２ 積分増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部より供給される電流に基づいて所定の
   回転磁界を発生させる３組のステータコイルと、該ステ
   ータコイルからの回転磁界に基づいて所定方向に回転す
   る８極着磁の永久磁石からなるロータとを有する３相ブ
   ラシレスモータの制御装置であって、 ＦＧ信号に基づいて前記ステータコイルに供給する電流
   の供給タイミング及び供給量を制御する制御回路を有
   し、 前記制御回路は、 前記ステータコイルに供給する電流により、該ステータ
   コイルに静止磁界を発生させることを特徴とする３相ブ
   ラシレスモータの制御装置。
2. 【請求項２】前記制御回路は、 前記３組のステータコイル中、いずれか２組のステータ
   コイルに固定して通電することにより、静止磁界を発生
   させることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモー
   タの制御装置。