JPH11146678A5

JPH11146678A5 -

Info

Publication number: JPH11146678A5
Application number: JP1998041335A
Authority: JP
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2005-07-28

Description

【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のモータでは、下記の各種の課題が問題になっていた。
（１）電力損失が大きい。
従来の構成では、ＮＰＮ型パワートランジスタ２０２１，２０２２，２０２３およびＰＮＰ型パワートランジスタ２０２５，２０２６，２０２７は、そのエミッタ−コレクタ間の電圧をアナログ的に制御し、コイル２０１２，２０１３，２０１４に必要な振幅の駆動電流を供給している。そのため、各パワートランジスタの残留電圧が大きく、この残留電圧とパワートランジスタの通電電流の積によって、大きな電力損失が生じていた。特に、モータコイルへの駆動電流が大きいので、電力損失は著しく大きかった。そのため、モータの電力効率は極めて悪かった。
（２）コストが高い。
コストを安くするためには、トランジスタや抵抗類を１チップの集積回路（ＩＣ）にまとめることが有効である。しかし、ＰＮＰ型パワートランジスタ２０２５，２０２６，２０２７を形成するためには大きなチップ面積が必要になり、コスト増加を招く大きな要因になっていた。また、集積回路化した場合の寄生容量の影響により、ＰＮＰ型パワートランジスタを高速動作させることが難しかった。また、パワートランジスタの電力損失・発熱が大きく、集積回路化が難しかった。特に、モータコイルへの駆動電流が大きいので、パワートランジスタの発熱により集積回路の熱破壊を生じる危険性が大きい。また、熱破壊を防止するために放熱板を取り付けた場合には、コスト増加が大きかった。
（３）モータの振動が大きい。
近年、光ディスク装置や磁気ディスク装置では、ディスクの高密度記録再生に伴って、振動の小さなモータが要望されてきた。しかし、従来の構成では、パワートランジスタの急峻な切り換えに伴ってコイルにスパイク電圧が生じ、駆動電流の脈動を生じていた。これにより、発生駆動力が脈動し、大きなモータ振動を生じていた。これらの課題をそれぞれもしくは同時に解決したモータが強く望まれていた。本発明の目的は、上記の各種の問題点をそれぞれまたは同時に解決したモータを提供することにある。

【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータでは、移動体と、複数相のコイルと、直流電源の電力供給路を高周波スイッチングするスイッチングトランジスタを含み、前記直流電源の直流電圧を変換した変換直流電圧を出力する電圧供給手段と、前記電圧供給手段の負極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第１のパワートランジスタをそれぞれ含むＱ個（Ｑは２以上の整数）の第１のパワー増幅手段と、前記電圧供給手段の正極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第２のパワートランジスタをそれぞれ含むＱ個の第２のパワー増幅手段と、複数相の切換信号を出力する切換作成手段と、前記切換作成手段の出力信号に応動して前記第１のパワー増幅手段の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、前記切換作成手段の出力信号に応動して前記第２のパワー増幅手段の通電を分配制御する第２の分配制御手段と、前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御し、前記電圧供給手段の変換直流電圧を可変制御する動作制御手段と、を具備するモータであって、前記動作制御手段は、前記移動体の移動動作に同期してアナログ的に振幅を変化させる被変調信号を得る変調手段と、Ｑ個の前記第１のパワートランジスタもしくはＱ個の前記第２のパワートランジスタのうちで一方のＱ個のパワートランジスタの最小の動作電圧を検出する動作電圧検出手段と、前記動作電圧検出手段の出力信号と前記変調手段の出力信号に応動して前記スイッチングトランジスタをスイッチング制御する手段と、を含んで構成した。

これにより、第１のパワートランジスタや第２のパワートランジスタやスイッチングトランジスタの電力損失を大幅に低減し、モータの電力効率は著しく向上させた。
また、動作制御手段と電圧供給手段によって、通電時のパワートランジスタを能動領域内の小さな動作電圧に制御し、かつ、スイッチングトランジスタのスイッチング動作を変調手段の出力信号に応動して変化させるようにした。

その結果、コイルの逆起電力波形の影響による動作電圧の脈動を低減でき、パワートランジスタの動作電圧を常に必要最小限の値に制御できた。従って、通電時のパワートランジスタにおける電力損失・発熱は一層小さくなった。

また、これらのパワー素子を単一チップに集積回路化しても、その発熱が著しく小さく、集積回路の熱破壊は生じない。従って、スイッチングトランジスタやパワートランジスタ等のパワー素子を、所要の半導体素子と一緒に単一チップの集積回路内に高密度に形成でき、安価なモータを実現できる。

また、たとえば、第１のパワー増幅手段や第２のパワー増幅手段の通電制御端子側に滑らかに変化する第１の分配電流信号や第２の分配電流信号を供給することにより、滑らかに変化する両方向の駆動電流をコイルに供給でき、駆動電流の脈動を大幅に低減した。

その結果、発生駆動力の脈動が低減し、高性能なモータを実現できる。

また、本発明の他の構成のモータでは、移動体と、複数相のコイルと、直流電圧を供給する電圧供給手段と、前記電圧供給手段の負極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第１の電界効果型パワートランジスタをそれぞれ含むＱ個（Ｑは２以上の整数）の第１のパワー増幅手段と、前記電圧供給手段の正極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第２の電界効果型パワートランジスタをそれぞれ含むＱ個の第２のパワー増幅手段と、複数相の切換信号を出力する切換作成手段と、前記切換作成手段の出力信号に応動して前記Ｑ個の第１のパワー増幅手段の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、前記切換作成手段の出力信号に応動して前記Ｑ個の第２のパワー増幅手段の通電を分配制御する第２の分配制御手段と、を具備するモータであって、さらに、前記電圧供給手段の直流電源の正極端子側から前記Ｑ個の第２のパワー増幅手段の電流流入端子側への電力路を接続または遮断する電界効果型電力路トランジスタを有する電力路スイッチ手段と、前記直流電源がオフになった時に、前記複数相のコイルの逆起電力を整流した整流直流電圧を取り出す電圧取出手段と、を含み、前記直流電源がオンとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオンにして前記電力路を接続し、前記第１の電界効果型パワートランジスタと前記第２の電界効果型パワートランジスタにより前記複数相のコイルに両方向の駆動電流を供給し、かつ、前記直流電源がオフとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオフにして前記電力路を遮断させ、前記電圧取出手段により前記複数相のコイルの逆起電力を整流した前記整流直流電圧を取り出す構成にした。

これにより、直流電源がオフになった時に整流直流電圧を取り出せるモータを実現した。その結果、直流電源がオフになった緊急状態において、整流直流電圧を用いて所要の緊急退避処理を実行することを可能にした。これにより、低コストに信頼性の高いモータ及び機器を実現可能にした。

これらおよびその他の構成や動作については、実施例の説明において詳細に説明する。

Claims

移動体と、
複数相のコイルと、
直流電源の電力供給路を高周波スイッチングするスイッチングトランジスタを含み、前記直流電源の直流電圧を変換した変換直流電圧を出力する電圧供給手段と、
前記電圧供給手段の負極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第１のパワートランジスタをそれぞれ含むＱ個（Ｑは２以上の整数）の第１のパワー増幅手段と、
前記電圧供給手段の正極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第２のパワートランジスタをそれぞれ含むＱ個の第２のパワー増幅手段と、
複数相の切換信号を出力する切換作成手段と、
前記切換作成手段の出力信号に応動して前記第１のパワー増幅手段の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、
前記切換作成手段の出力信号に応動して前記第２のパワー増幅手段の通電を分配制御する第２の分配制御手段と、
前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御し、前記電圧供給手段の変換直流電圧を可変制御する動作制御手段と、を具備するモータであって、
前記動作制御手段は、
前記移動体の移動動作に同期してアナログ的に振幅を変化させる被変調信号を得る変調手段と、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタもしくはＱ個の前記第２のパワートランジスタのうちで一方のＱ個のパワートランジスタの最小の動作電圧を検出する動作電圧検出手段と、
前記動作電圧検出手段の出力信号と前記変調手段の出力信号に応動して前記スイッチングトランジスタをスイッチング制御する手段と、
を含んで構成されたモータ。
前記変調手段は、
前記移動体の移動動作に同期した変調信号を得る変調作成手段と、前記電圧供給手段の変換直流電圧に応動する変換電流信号を得る変換電流手段と、
前記変調信号によって前記変換電流信号を変調して被変調電流信号を得る電流変調手段と、
を含んで構成された請求項１に記載のモータ。
前記第１の分配制御手段と前記第２の分配制御手段は、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタもしくはＱ個の前記第２のパワートランジスタのうちで動作制御手段が動作電圧を検出する側のＱ個のパワートランジスタにより前記複数相のコイルへの合成供給電流を指令信号に応動して制御する手段と、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタもしくはＱ個の前記第２のパワートランジスタのうちで前記動作制御手段が動作電圧を検出しない側のＱ個のパワートランジスタのうちで少なくとも１個のパワートランジスタを低動作電圧の飽和動作させる手段と、
を含んで構成された請求項１または請求項２のいずれかに記載のモータ。
前記第１の分配制御手段と前記第２の分配制御手段は、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタとＱ個の前記第２のパワートランジスタにより前記電圧供給手段の変換直流電圧から前記複数相のコイルへの合成供給電流を指令信号に応動して制御する手段を含んで構成された請求項１または請求項２のいずれかに記載のモータ。
スイッチングトランジスタの高周波スイッチング動作により直流電源の直流電圧を変換した変換直流電圧を作成し、Ｑ個（ここに、Ｑは２以上の整数）の第１のパワートランジスタとＱ個の第２のパワートランジスタにより前記変換直流電圧から複数相のコイルに両方向の駆動電流を供給するモータであって、
前記モータの移動体の移動動作に同期してアナログ的に振幅を変化させる被変調信号を得る変調手段と、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタの最小の動作電圧を検出する動作電圧検出手段と、
前記動作電圧検出手段の出力信号と前記変調手段の出力信号に応動して前記スイッチングトランジスタをスイッチング制御する手段と、
を含んで構成されたモータ。
前記変調手段は、
前記移動体の移動動作に同期した変調信号を得る変調作成手段と、前記変換直流電圧に応動する変換電流信号を得る変換電流手段と、
前記変調信号によって前記変換電流信号を変調して被変調電流信号を得る電流変調手段と、
を含んで構成された請求項５に記載のモータ。
前記モータは、
Ｑ個の前記第１のパワートランジスタにより前記変換直流電圧から前記複数相のコイルへの合成供給電流を指令信号に応動して制御する手段と、
Ｑ個の前記第２のパワートランジスタのうちで少なくとも１個のパワートランジスタを低動作電圧の飽和動作させる手段と、
を含んで構成された請求項５または請求項６のいずれかに記載のモータ。
移動体と、
複数相のコイルと、
直流電圧を供給する電圧供給手段と、
前記電圧供給手段の負極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第１の電界効果型パワートランジスタをそれぞれ含むＱ個（Ｑは２以上の整数）の第１のパワー増幅手段と、
前記電圧供給手段の正極出力端子側と前記コイルの電流路を形成する第２の電界効果型パワートランジスタをそれぞれ含むＱ個の第２のパワー増幅手段と、
複数相の切換信号を出力する切換作成手段と、
前記切換作成手段の出力信号に応動して前記Ｑ個の第１のパワー増幅手段の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、
前記切換作成手段の出力信号に応動して前記Ｑ個の第２のパワー増幅手段の通電を分配制御する第２の分配制御手段と、を具備するモータであって、
さらに、前記電圧供給手段の直流電源の正極端子側から前記Ｑ個の第２のパワー増幅手段の電流流入端子側への電力路を接続または遮断する電界効果型電力路トランジスタを有する電力路スイッチ手段と、
前記直流電源がオフになった時に、前記複数相のコイルの逆起電力を整流した整流直流電圧を取り出す電圧取出手段と、を含み、
前記直流電源がオンとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオンにして前記電力路を接続し、前記第１の電界効果型パワートランジスタと前記第２の電界効果型パワートランジスタにより前記複数相のコイルに両方向の駆動電流を供給し、かつ、前記直流電源がオフとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオフにして前記電力路を遮断させ、前記電圧取出手段により前記複数相のコイルの逆起電力を整流した前記整流直流電圧を取り出すモータ。
前記電力路スイッチ手段は、前記電界効果型電力路トランジスタの電流流入端子側から電流流出端子側に向けて一方向に通電可能な寄生ダイオード素子が形成されるように、前記直流電源の正極端子側から前記Ｑ個の第２のパワー増幅手段への間に逆接続された前記電界効果型電力路トランジスタを含んで構成された請求項８に記載のモータ。
前記第１の分配制御手段と前記第２の分配制御手段は、前記複数相のコイルへの合成供給電流を指令信号に応動して制御する手段を含んで構成された請求項８または請求項９のいずれかに記載のモータ。
前記第１の分配制御手段と前記第２の分配制御手段は、
Ｑ個の前記第１の電界効果型パワートランジスタもしくはＱ個の前記第２の電界効果型パワートランジスタのうちでいずれか一方のＱ個の電界効果型パワートランジスタにより前記複数相のコイルへの合成供給電流を指令信号に応動して制御する手段と、
Ｑ個の前記第１の電界効果型パワートランジスタもしくはＱ個の前記第２の電界効果型パワートランジスタのうちで他方のＱ個の電界効果型パワートランジスタの少なくとも１個の電界効果型パワートランジスタを低動作電圧の飽和動作させる手段と、
を含んで構成された請求項８または請求項９のいずれかに記載のモータ。
前記電圧供給手段は、磁気エネルギーを蓄える変換用インダクタ手段と、電気エネルギーを蓄える変換用コンデンサ手段と、直流電源の負極端子側に電流流出端子側を接続され、電流流入端子側を前記変換用インダクタ手段の一端に接続されたスイッチングトランジスタと、を含み、前記直流電源から前記変換用インダクタ手段の磁気エネルギーを補充する電力供給路を高周波スイッチングするスイッチング手段と、前記スイッチングトランジスタのオン・オフのスイッチング動作に相補的にオフ・オン動作して前記変換用インダクタ手段から前記変換用コンデンサ手段を含む回路側への電流路を形成する電流路形成手段と、を有し、
前記変換用コンデンサ手段の一端と前記直流電源の一端の間に出力した変換直流電圧を前記第１のパワー増幅手段と前記第２のパワー増幅手段に供給する構成とした請求項８から請求項１１のいずれかに記載のモータ。
直流電源の負極端子側と複数相のコイルとの電流路を形成するＱ個（ここに、Ｑは２以上の整数）の第１の電界効果型パワートランジスタおよび前記直流電源の正極端子側と前記複数相のコイルとの電流路を形成するＱ個の第２の電界効果型パワートランジスタを含み、Ｑ個の前記第１の電界効果型パワートランジスタとＱ個の前記第２の電界効果型パワートランジスタにより前記直流電源から前記複数相のコイルに両方向の駆動電流を供給するモータであって、
前記直流電源の正極端子側からＱ個の前記第２の電界効果型パワートランジスタへの電力路を接続または遮断する電界効果型電力路トランジスタを有する電力路スイッチ手段と、
前記直流電源がオフになった時に、前記複数相のコイルの逆起電力を整流した整流直流電圧を取り出す電圧取出手段と、を含み、
前記直流電源がオンとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオンにして前記電力路を接続し、前記第１の電界効果型パワートランジスタと前記第２の電界効果型パワートランジスタにより前記複数相のコイルに両方向の駆動電流を供給し、かつ、前記直流電源がオフとなった時に前記電界効果型電力路トランジスタをオフにして前記電力路を遮断させ、前記電圧取出手段により前記複数相のコイルの逆起電力を整流した前記整流直流電圧を取り出すモータ。
前記電力路スイッチ手段は、前記電界効果型電力路トランジスタの電流流入端子側から電流流出端子側に向けて一方向に通電可能な寄生ダイオード素子が形成されるように、前記直流電源の正極端子側からＱ個の前記第２の電界効果型パワートランジスタへの間に逆接続された前記電界効果型電力路トランジスタを含んで構成された請求項１３に記載のモータ。