(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極からなる回転子、３相の電機子巻線を有する固定子、上記電機子巻線からの誘起電圧信号を加工して回転子位置信号を生成する回転子位置信号生成回路、この回路からの回転子位置信号に応じて、駆動電流を上記各相電機子巻線に１サイクルに６回転流させる電機子巻線駆動回路、及びモータ起動時にこの電機子巻線駆動回路に上記回転子位置信号に代え印加される起動信号を生成する起動信号生成回路を備えたセンサレス無整流子直流モータ駆動装置において、上記起動信号生成回路は、入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタに逆転、正転用クロックパルスを供給する正逆クロック制御回路を備え、上記回転子を逆方向に所定転流分回転させた後所定時間停止相に固定させてから正転させるよう、上記電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するよう構成したことを特徴とするセンサレス無整流子直流モータ駆動装置。
【請求項２】
磁極からなる回転子、３相の電機子巻線を有する固定子、上記電機子巻線からの誘起電圧信号を加工して回転子位置信号を生成する回転子位置信号生成回路、この回路からの回転子位置信号に応じて、駆動電流を上記各相電機子巻線に１サイクルに６回転流させる電機子巻線駆動回路、及びモータ起動時にこの電機子巻線駆動回路に上記回転子位置信号に代え印加される起動信号を生成する起動信号生成回路を備えたセンサレス無整流子直流モータ駆動装置において、上記起動信号生成回路は、入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタに逆転、正転用クロックパルスを供給する正逆クロック制御回路を備え、上記回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち速かに２回続けて転流させて正転させるよう、上記電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するよう構成したことを特徴とするセンサレス無整流子直流モータ駆動装置。
【請求項３】
磁極からなる回転子、３相の電機子巻線を有する固定子、上記電機子巻線からの誘起電圧信号を加工して回転子位置信号を生成する回転子位置信号生成回路、この回路からの回転子位置信号に応じて、駆動電流を上記各相電機子巻線に１サイクルに６回転流させる電機子巻線駆動回路、及びモータ起動時にこの電機子巻線駆動回路に上記回転子位置信号に代え印加される起動信号を生成する起動信号生成回路を備えたセンサレス無整流子直流モータ駆動装置において、上記起動信号生成回路は、入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタに逆転、正転用クロックパルスを供給する正逆クロック制御回路を備え、上記回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち２転流進んだ相から正転させるよう、上記電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するよう構成したことを特徴とするセンサレス無整流子直流モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、情報記録に用いられるディスク駆動装置に組み込まれているスピンドルモータ等に使用されるセンサレス無整流子直流モータ駆動装置に関し、特にそれの起動方式の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報記録に用いられるディスク駆動装置に組み込まれているスピンドルモータには一般に無整流子直流モータが採用されてきた。スピンドルモータの回転数を制御をするための位置信号検出方式には従来よりホール素子によるセンシングで対応するのが主流であった。しかし、モータの小型化、低価格化が進んだため、近年ホール素子を使わず、モータの固定子巻線と回転子の相互作用によって生じる誘起電圧によって位置信号を検出するセンサレス方式が使われるようになってきた。しかしながらこのセンサレス方式では回転子の回転速度が零の時、つまり起動時には誘起電圧が生じていないため位置信号を検出することができず、転流信号を作り出すことが困難である。そのため起動時に限ってある特定の相から励磁を始め、そこから次々と正転シーケンスの転流を行い強制的に起動する必要がある。
【０００３】
図７はスピンドルモータとして使用されるセンサレス無整流子直流モータの一例を示す平面図、図８はこのスピンドルモータに装着されたディスク駆動ハブの平面図、図９はこのセンサレス無整流子直流モータの駆動装置の構成を示すブロック線図、図１０はこのモータの電機子巻線駆動回路を示す回路図、図１１はこのモータ駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【０００４】
図において、１はスピンドルモータ、２は１６対のＮＳ磁極からなる回転子、３は回転軸、４は駆動ピン、５は２４スロット固定子、６はこの固定子５に巻回されたＵ，Ｖ，Ｗ相からなる電機子巻線、７はディスク駆動ハブ、８はチャッキング孔、９は駆動ピン４を嵌合する位置決め孔、１０は電機子巻線駆動回路、１１は回転子位置信号生成回路、１２は６進カウンタ、１３は切換回路、１４は起動信号生成回路、１５は６進カウンタ、１６は入力クロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタ１４及び切換回路１３にパルス信号を出力するタイマである。
【０００５】
Ｖｃｃは直流電源、Ｇｎｄは接地端子、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はＰチャンネルＭＯＳトランジスタ（以下ＰＭＯＳという）、Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６はＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（以下ＮＭＯＳという）、Ｎｒ１，Ｎｒ２，Ｎｒ３，Ｎｒ４，Ｎｒ５，Ｎｒ６はノア素子、Ａｄ１，Ａｄ２，Ａｄ３，Ａｄ４，Ａｄ５，Ａｄ６はアンド素子、Ｉｖ１，Ｉｖ２，Ｉｖ３，Ｉｖ４，Ｉｖ５，Ｉｖ６はインバータ素子、ａ，ｂ，ｃはハイレベル値Ｈ、ローレベル値Ｌの何れかの値である６進数各ビット値、Ｔｕｗ，Ｔｖｗ，Ｔｖｕ，Ｔｗｕ，Ｔｗｖ，Ｔｕｖはアンド素子Ａｄ１〜Ａｄ６の出力信号である転流信号、Ｓｃｕ，Ｓｃｖ，Ｓｃｗは電流流入駆動用ソース信号、Ｓｋｕ，Ｓｋｖ，Ｓｋｗは電流流出駆動用シンク信号である。
【０００６】
次にその動作について説明する。まず、スピンドルモータ１の定常回転時の動作について説明する。モータ１の回転子２が回転中は固定子５の３相Ｙ結線の電機子巻線６の各Ｕ，Ｖ，Ｗ相には図１１に示す相電圧が誘起され、この各相電圧の差、即ち相間電圧Ｕ−Ｗ，Ｗ−Ｖ，Ｖ−Ｕが回転子位置信号生成回路１１に取り込まれ増幅されスライスされた位置信号Ｐｕｗ，Ｐｗｖ，Ｐｖｕが６進カウンタ１２に出力される。６進カウンタ１２は入力位置信号Ｐｕｗ，Ｐｗｖ，Ｐｖｕの各立上り、立下りエッジでカウントアップされ６進信号ａ，ｂ，ｃが得られ、切換回路１３を介して電機子巻線駆動回路１０に印加される。
【０００７】
電機子巻線駆動回路１０では６進信号ａ，ｂ，ｃが直接或はインバータ素子Ｉｖ１，Ｉｖ２，Ｉｖ３を介して各アンド素子Ａｄ１〜Ａｄ６に印加され、転流信号Ｔｕｗ〜Ｔｕｖがノア素子Ｎｒ１〜Ｎｒ６に出力されて、ノア素子Ｎｒ１，Ｎｒ２，Ｎｒ３からＰＭＯＳＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３にＬレベルのソース信号Ｓｃｕ，Ｓｃｖ，Ｓｃｗが、ノア素子Ｎｒ４，Ｎｒ５，Ｎｒ６からインバータ素子Ｉｖ４，Ｉｖ５，Ｉｖ６を介してＮＭＯＳＮｒ４，Ｎｒ５，Ｎｒ６にＨレベルのシンク信号Ｓｋｕ，Ｓｋｖ，Ｓｋｗに印加されて、ＰＭＯＳＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３及びＮＭＯＳＮｒ４，Ｎｒ５，Ｎｒ６を順次転流させ、直流電源Ｖｃｃからの電流が電機子巻線６の各相に流入し接地端子Ｇｎｄに流出する。
【０００８】
次表は交流１周期中の１／６周期毎の各転流シーケンス（１）（２）（３）（４）（５）（６）における６進信号、転流信号及びＵ，Ｖ，Ｗ相電流の関係を示す。
【表１】
0003547890.tif 000002
【０００９】
この表に示すようにこのモータ１の電機子巻線６への駆動電流はシーケンス（１）から（６）と転流し６通りで規則的に切り換わり、６回転流すると回転子２は図７に示す角度θ＝π／８だけ回転する。よって回転子２が１回転するのに１６サイクル、計９６回の転流を必要とすることになる。
【００１０】
このような方式のモータは自己起動ができないため、起動時には起動信号生成回路１４のタイマ１６により、外部からのクロック信号に応じパルスが６進カウンタ１２に出力されてカウントが開始され、６進信号ａ，ｂ，ｃが切換回路１３を介して電機子巻線駆動回路１０に印加される。これにより電機子巻線駆動回路１０により電機子巻線６がシーケンス（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（６）の順に切換え転流され、回転子２は強制的に正転方向に回転起動する。そして、回転子２の回転速度が上がり電機子巻線６に満足な誘起電圧が得られるようになったら、切換回路１３が切換えられ回転子位置信号生成回路１１及び６進カウンタ１２による定常回転動作に入る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のセンサレス無整流子直流モータ駆動装置では、起動時における回転子２の磁極位置と、固定子電機子巻線６の励磁開始相巻線位置との相対位置によっては、適正な正転回転力が得られなかったり、逆転方向に力が加わったりする場合が生じ、正方向に回転が修正されて回転が安定するまでに長時間を要するという問題点があった。
【００１２】
また、このようなセンサレス無整流子直流モータをディスク駆動装置のスピンドルモータに使用した場合、回転子２が常に正転方向（矢印の時計回り方向）に駆動されているため、図８に示すように停止時においては回転子２に固着された駆動ピン４はディスク駆動ハブ７の位置決め孔９の回転方向側の端縁に当接している。この状態でモータ１を起動するとディスク駆動ハブ７のヘッドスティクション等の負荷が直に起動時のモータ１にかかり、これを超える駆動力がモータ１に要求され起動しにくく起動から正常回転まで時間かかるという問題点もあった。
【００１３】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、迅速かつ確実に起動することができるセンサレス無整流子直流モータ駆動装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無整流子直流モータ駆動装置は、入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタに逆転、正転用クロックパルスを供給する正逆クロック制御回路を備え、回転子を逆方向に所定転流分回転させた後所定時間停止相に固定させてから正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたものである。
【００１５】
また、回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち速かに２回続けて転流させて正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたものである。
【００１６】
また、回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち２転流進んだ相から正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態を図を用いて説明する。図１はこの実施の形態の構成を示すブロック線図、図２はこの実施の形態の動作を説明するためのタイムチャート、図３はこの実施の形態におけるモータに装着されたディスク駆動ハブの平面図、図４はこの実施の形態におけるモータのトルクを示す図である。なお、図７及び図１０はこの実施の形態にも適用される。
【００１８】
図において、３は回転軸、４は駆動ピン、６は固定子５に巻回されたＵ，Ｖ，Ｗ相からなる電機子巻線、７はディスク駆動ハブ、８はチャッキング孔、９は駆動ピン４を嵌合する位置決め孔、１０は電機子巻線駆動回路、１１は回転子位置信号生成回路、１２は６進カウンタ、１３は切換回路、１５は６進カウンタで、以上は図８、図９で示す従来例と同様のものである。１７は起動信号生成回路、１８は入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタ１４にカウントダウン（逆転）、カウントアップ（正転）用クロックパルスＣＬｐを、切換回路１３に切換信号を供給する正逆クロック制御回路である。
【００１９】
次にその動作について説明する。起動時の起動モードでは、起動信号生成回路１７の正逆クロック制御回路１８へのスタート信号に応じ、切換回路１３が起動モードに切換えられるとともに、カウントダウンのクロックパルスＣＬｐが６進カウンタ１５に出力される。それにより６進カウンタ１５からのカウントダウンの６進信号ａ，ｂ，ｃが切換回路１３を介して電機子巻線駆動回路１０に印加される。これにより電機子巻線駆動回路１０により電機子巻線６がシーケンス（６）→（５）→（４）→（３）→（２）→（１）の順に切換え転流され、回転子２は強制的に逆転方向に６転流分、即ち１サイクルだけ回転する。この逆転カウト領域から一定時間Ｔ０の相固定領域に入り、クロックパルスＣＬｐが印加されなくなり、シーケンス（１）で転流が停止し、電機子巻線６のＵ相とＷ相にのみ電流が流れ、ロータ２のＮ極がＵ相の固定子極にＳ極がＷ相の固定子極に最も近接した位置で振動しながら停止する。このように逆転カウント期間の最後の転流シーケンスによってきまる相位置に確実に停止する。
【００２０】
この相固定領域で振動が収まる迄１相に相固定してから正転カウント領域に入り、正逆クロック制御回路１８から正転用のカウントアップのクロックパルスＣＬｐが短い間隔で２パルス６進カウンタ１５に出力される。それにより６進カウンタ１５からのカウントアップの６進信号ａ，ｂ，ｃが切換回路１３を介して電機子巻線駆動回路１０に印加され、電機子巻線駆動回路１０により電機子巻線６がシーケンス（１）から（２），（３）に切換え転流され、回転子２は急速に正転方向に回転を開始する。そして、回転子２の回転速度が上がり電機子巻線６に満足な誘起電圧が得られるようになったら、正逆クロック制御回路１８からの切換信号により切換回路１３が切換えられ回転子位置信号生成回路１１及び６進カウンタ１２による定常モードの回転動作に入る。
【００２１】
この定常モードに切り換えるタイミング、即ち上記相固定領域及び正転カウント領域時間は、回転子２のイナーシャ、モータのトルク定数などから設定できる。この時１相固定で回転子２の機械的振動が収まる時間は、回転子のイナーシャを３５ｇｃｍ／ｓｅｃ２、トルク定数を２４０ｇｃｍ／Ａとした場合、無負荷時で最大１００ｍｓとすればよい。
【００２２】
このように回転子２が逆方向に回転して所定相位置に停止するので、正転を開始する時点では、図３に示すように回転子２に固着された駆動ピン４はディスク駆動ハブ７の位置決め孔９の回転方向側の端縁とは離れた係合していない位置にあるので、回転子２の回転開始時の負荷は軽く速かに起動し、起動後の駆動ピン４が位置決め孔９の回転方向側の端縁にあたる衝撃力によりヘッドスティクション等の負荷に打勝ってディスク駆動ハブ７を回転駆動する。
【００２３】
また、図４に示すように、回転子２が転流シーケンス（１）で停止した位置では転流シーケンス（２）のトルクは減少途中にあリ、転流シーケンス（３）のような増加傾向にあるトルクをかける方がより強い起動を促すと考えられる。このため、なるべく速くシーケンス（３）に転流させるため短い間隔で２個のクロックパルスＣＬｐが６進カウンタ１５に印加される。
【００２４】
実施の形態２．
実施の形態１では相固定後２個のクロックパルスＣＬｐを６進カウンタ１５に印加して、２回転流するようにしたが、より強いトルクを生じさせるために、最初から２つ先の転流シーケンスから始動するようにしてもよい。図５はこの場合の実施の形態２の動作を説明するためのタイムチャート、図６はこの実施の形態におけるモータのトルクを示す図である。
【００２５】
図より明らかなように、転流シーケンス（１）で相固定した後、２つ先の転流シーケンス（３）の６進信号ａ，ｂ，ｃが６進カウンタ１５から出力されるようクロックパルスＣＬｐが印加され、より強いトルクが生ずる転流シーケンス（３）で回転子２の回転が開始される。そして回転子２の加速が最大となるタイミングで、その次の転流シーケンス（４）に切り換えられ、更に加速される。このように転流シーケンスが切換えられることにより、正転カウント領域においてより速い回転子２の状態で定常モードに切り換えられる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によるセンサレス無整流子直流モータ駆動装置は以上説明したように、入力スタート信号及びクロック信号に応じて所定タイミングで６進カウンタに逆転、正転用クロックパルスを供給する正逆クロック制御回路を備え、回転子を逆方向に所定転流分回転させた後所定時間停止相に固定させてから正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたので、回転子が確実に正転方向に回転始動し、かつ、ディスク駆動ハブを駆動するスピンドルモータとして使用した場合、回転子に固着された駆動ピンが、ディスク駆動ハブの位置決め孔の端縁にあたる衝撃力が利用でき、ヘッドスティクション等の負荷に打勝ってディスク駆動ハブを回転駆動できるという効果がある。
【００２７】
また、回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち速かに２回続けて転流させて正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたので、回転子の正転開始時に、素早く回転子に強いトルクを与えることができ起動が確実かつ速かに行なうことができるという効果がある。
【００２８】
また、回転子を逆方向に所定転流分回転させ所定相に固定した後、１サイクル６転流のうち２転流進んだ相から正転させるよう、電機子巻線駆動回路に起動信号を供給するようにしたので、回転子の正転開始時、直ちに最高のトルクを与えることができ起動が確実かつ速かに行なうことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示すブロック線図。
【図２】実施の形態１の動作を説明するためのタイムチャート。
【図３】実施の形態１におけるモータに装着されたディスク駆動ハブの平面図。
【図４】実施の形態１におけるモータのトルクを示す図。
【図５】実施の形態２の動作を説明するためのタイムチャート。
【図６】実施の形態２におけるモータのトルクを示す図。
【図７】センサレス無整流子直流モータの一例を示す平面図。
【図８】従来のディスク駆動装置のディスク駆動ハブの平面図。
【図９】従来のセンサレス無整流子直流モータの駆動装置の構成を示すブロック線図。
【図１０】センサレス無整流子直流モータの電機子巻線駆動回路を示す回路図。
【図１１】センサレス無整流子直流モータ駆動装置の定常動作を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１  スピンドルモータ、２  回転子、５  固定子、６  電機子巻線、１０  電機子巻線駆動回路、１１  回転子位置信号生成回路、１７  起動信号生成回路。
【図１】
0003547890.tif 000003
【図２】
0003547890.tif 000004
【図３】
0003547890.tif 000005
【図４】
0003547890.tif 000006
【図５】
0003547890.tif 000007
【図６】
0003547890.tif 000008
【図７】
0003547890.tif 000009
【図８】
0003547890.tif 000010
【図９】
0003547890.tif 000011
【図１０】
0003547890.tif 000012
【図１１】
0003547890.tif 000013