(57)【要約】【課題】起動時の騒音の防止と起動時間の短縮化を実現したモータ駆動制御装置およびモータ起動方法を提供する。【解決手段】起動時に多相直流モータのいずれか２つの相コイルに多相直流モータのロータが反応しないような電流を順次流し、各相電圧検出部により非通電相の誘起電圧の極性を検出する。上記検出信号をデコードして上記ロータを回転させるために電流を流す上記多相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定する第１動作を行う。上記第１動作での決定に従った電流を流す制御信号を形成して上記モータを駆動し、駆動中の非通電相に発生する誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う第２動作を行う。起動動作後の通常動作では、各相の逆起電圧により上記ロータの位置を検出して回転制御を行う。【選択図】図１
2008113506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側と下側パワーＭＯＳＦＥＴとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相ＤＣモータを駆動する出力段と、
上記多相ＤＣモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
電流指示信号と上記電流検出部の検出電流とが一致するように所望のＰＷＭ信号を出力する出力駆動制御部と、
多相ＤＣモータの各相電圧検出部と、
初期加速制御部とを有し、
上記初期加速制御部は、起動時に動作状態にされて、
上記ＰＷＭ信号により多相ＤＣモータを駆動する際の相電流の傾きに依存して非通電相に発生する誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行うことで多相ＤＣモータの初期加速を行い、
上記初期加速後においては上記各相電圧検出部を通した多相ＤＣモータの回転で発生する各相の逆起電圧により上記ロータの位置を検出して上記出力駆動制御部による回転制御を行うことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記非通電相誘起電圧は、所定のサンプリング周波数によりサンプリングされてデジタル信号化され、直前のサンプルタイミングに対応したデジタル信号と現在のデジタル信号との大小が比較されて上記ピーク値が検出されるモータ駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記相切り替え直後の異なる相同士のデジタル信号の大小比較結果は、ピーク値の検出に用いないように動作するモータ駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
上記誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う多相ＤＣモータの初期加速に先立って、多相直流モータのいずれか２つの相コイルにロータが反応しないような電流を順次流して非通電相に発生する誘起電圧の極性を検出してロータを回転させるために電流を流す相コイルと通電の方向を決定し、該決定に従って電流を流してモータの起動を開始することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
上記誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う多相ＤＣモータの初期加速は、予め決められた一定時間行われるモータ駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかにおいて、
上記誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う多相ＤＣモータの初期加速は、予め決められた回転速度以下の期間行われるモータ駆動制御装置。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかの発明において、
上記誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う多相ＤＣモータの初期加速は、予め決められた回転回数以下の期間行われるモータ駆動制御装置。
【請求項８】
請求項５において、
上記一定期間を設定するレジスタを有するモータ駆動制御装置。
【請求項９】
請求項６において、
上記回転速度を設定するレジスタを有するモータ駆動制御装置。
【請求項１０】
請求項７において、
上記回転回数を設定するレジスタを有するモータ駆動制御装置。
【請求項１１】
上側と下側パワーＭＯＳＦＥＴとスピンドル出力プリドライバ部からなり多相ＤＣモータを駆動する出力段と、
上記多相ＤＣモータに流される電流を検出する為の電流検出部と、
電流指示信号と上記電流検出部の検出電流とが一致するように所望のＰＷＭ信号を出力する出力駆動制御部と、
多相ＤＣモータの各相電圧検出部と、
初期加速制御部とを有し、
上記初期加速制御部は、起動時に動作状態にされて、
上記ＰＷＭ信号により多相ＤＣモータを駆動する際の相電流の傾きに依存して非通電相に発生する誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行うことで多相ＤＣモータの初期加速を行うことを特徴とするモータ起動方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記初期加速の後に、上記各相電圧検出部を通した多相ＤＣモータの回転で発生する各相の逆起電圧により上記ロータの位置を検出して上記出力駆動制御部による回転制御を行うモータ起動方法。
【請求項１３】
請求項１１あるいは１２のいずれかにおいて、
上記誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う多相ＤＣモータの初期加速に先立って、多相直流モータのいずれか２つの相コイルにロータが反応しないような電流を順次流して非通電相に発生する誘起電圧の極性を検出してロータを回転させるために電流を流す相コイルと通電の方向を決定し、該決定に従って電流を流してモータの起動を開始することを特徴とするモータ起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの駆動制御技術さらには３相直流モータの起動制御に適用して有効な技術に関し、例えばハードディスク装置（ハード・ディスク・ドライバ）のようなディスク型記憶装置において記憶媒体を回転駆動するスピンドルモータの駆動制御装置に利用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置における記憶媒体としての磁気ディスクの回転には、一般にスピンドルモータと呼ばれるブラシレスの３相直流モータが用いられており、スピンドルモータで磁気ディスクを高速で回転させ、この回転している磁気ディスクの表面にリード／ライト用の磁気ヘッドを近接させて径方向へ移動させながら情報の書込みまたは読み取りを行なっている。ブラシレスモータの駆動制御においては、ホール素子を用いてロータとステータとの位置関係を検出し、検出された位置関係から通電を開始するコイル相を決定することでモータの逆転を防止するようにした方式がある。
【０００３】
しかしながら、ホール素子を用いたロータ位置検出器をモータに設けると装置の小型化が困難になるため、ハードディスク装置ではセンサレスのモータが多用されるようになって来ている。このようなセンサレスモータは、回転を開始する際にロータとステータとの位置関係が分からないとロータが逆転するおそれがある。そこで、いずれか２相のコイルにロータが反応しない程度の短いパルス電流をそれぞれ流して非通電相に現らわれる誘起電圧の極性を検出してロータとステータの位置関係を判定し、誘起電圧の極性が電気角で１８０°毎に切り替る特性を利用して通電を開始する相を決定することにより、センサレスモータの起動時の逆転を回避するようにした制御方式が本出願人によって先に提案されている（特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平２００１−２７５３８７号公報
【特許文献２】特開平２００４−１４０９７５号公報
【特許文献３】特開平２００６−１１５５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９ないし図１３を用いて、前記特許文献３に記載されたモータ起動方法を説明する。図９（ａ）のようにある２相（例えばＶ相→Ｗ相）にロータが反応しないような短いパルス電流を通電したとき非通電相（Ｕ相）に誘起される電圧Ｖm+と、図９（ｂ）のように逆方向（Ｗ相→Ｖ相）に通電したとき非通電相に誘起される電圧Ｖm-の和を取ると図１１に示した誘起電圧（正規化）が得られる。上記誘起電圧の極性は、電気角１８０度毎に切り替り、その位相は図１０に示したような逆起電圧（正規化）より電気角９０°進んだ関係となる。
【０００５】
３相Ｕ，Ｖ，Ｗの逆起電圧（ＢＥＭＦ）と上記各相の誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw の極性の関係を纏めると図１２に示すようになり、３相の誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw の極性情報（正／負）の組み合わせから電気角６０°ステップでロータの位置を特定することができる。例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw の極性が（正、正、負）である場合、ロータは電気角で０〜６０度の位置であることが分かり、Ｕ相→Ｖ相に出力電流を通電すれば正転トルクが発生してロータを正転することができる。
【０００６】
この誘起電圧極性（正／負）を利用して図１３に示したようなタイミングで初期加速動作を行う。まず、最初にロータが反応しないような短いパルス電流を図１３の拡大部のように順番に通電してＵ，Ｖ，Ｗの３相分の誘起電圧極性（３相センス）を検出する。この誘起電圧極性に応じて前記図１２に示した最適通電相で所定の時間だけモータを駆動（通電）する。次に誘起電圧極性を検出し、最適相で通電と交互に所定の回数あるいは回転数以上になるまで繰り返しモータの初期加速を行う。
【０００７】
上記初期加速方式における駆動トルクは、図１３のように検出期間（３相センス期間）ではトルクなし、通電期間では駆動電流に応じたトルクと、初期加速中に大きなトルク脈動が発生する。このためモータの初期加速中は検出期間と通電期間の合計時間で決まる周波数の騒音が発生する。モータの起動、停止を頻繁に行う用途や比較的静かな環境で使用する用途、耳元で使用するようなハンディタイプの機器で用いられるモータにおいてはモータ起動時におけるかかる騒音が耳障りなものとなる。また、検出期間では駆動トルクを発生させることができないため、初期加速時の平均トルクが下がり結果として所定回転に到達するまでの起動時間がその分長くなるという問題を有する。
【０００８】
この発明の目的は、起動時の騒音の防止と起動時間の短縮化を実現したモータ駆動制御装置およびモータ起動方法を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例によれば下記の通りである。すなわち、起動時に動作状態にされる初期加速制御部により出力電流制御部により多相直流モータのいずれか２つの相コイルに多相直流モータのロータが反応しないような電流を順次流し、各相電圧検出部により非通電相に誘起される電圧の極性を検出し、上記各相電圧検出部の検出信号をデコードして上記ロータを回転させるために電流を流す上記多相直流モータの相コイル及びその通電の方向を決定する第１動作を行う。上記第１動作での相コイル及びその通電の方向の決定に従った電流を流す制御信号を形成して上記ロータを回転起動させ、上記相電圧検出部において相電流の傾きに依存して非通電相に発生する誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替え制御を行う第２動作を行う。そして、上記第１及び第２動作によりモータの初期加速を行った後は、上記各相電圧検出部を通したモータが回転することで発生する各相の逆起電圧により上記ロータの位置を検出して上記出力駆動制御部による回転制御を行う。
【発明の効果】
【００１０】
この実施例によれば、第１動作でロータの位置検出結果により回転方向を決めて第２動作では非通電相誘起電圧を利用したロータの位置検出結果に従った連続通電によりトルク変動による騒音の防止と起動時間の短縮化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１には、この発明に係るモータ駆動制御装置の起動部分に関連した一実施例のブロック図が示されている。３相のモータ１のモータコイルＬu ，Ｌv ，Ｌw は、出力ドライバ７によりＰＷＭ駆動される。出力ドライバ７は、パワーＭＯＳＦＥＴＭ１〜Ｍ６及びスピンドル出力プリドライバＵpre , Ｖpre 及びＷpre により構成される。上記スピンドル出力プリドライバＵpre , Ｖpre 及びＷpre は、出力駆動制御部６で生成された出力制御信号ＵＰＷＭ，ＵＨＩＺ，ＶＰＷＭ，ＶＨＩＺ及びＷＰＷＭ，ＷＨＩＺを入力として動作する。
【００１２】
モータ駆動電流の検出は、直流シャント抵抗８を用いて行う。つまり、出力段の下側パワーＭＯＳＦＥＴＭ４，Ｍ５，Ｍ６の共通接続点と回路の接地電位との間に上記直流シャント抵抗８が設けられ、かかる抵抗８で検出された電圧ＩＳは、出力駆動制御部６に含まれるセンスアンプにより増幅され、その結果がアナログ−デジタル変換回路へ入力されてデジタル信号に変換される。出力駆動制御部６に含まれる電流制御部により、ＡＤ変換された検出値ＡＤＣＤと電流指令とから誤差を計算し、上記出力駆動制御部６に含まれる電流制御部−ＰＷＭ信号生成部−出力制御部−出力段−モータ−直流電流検出部８−アナログ−デジタル変換回路ＡＤＣからなる電流制御ループによってモータ駆動電流が電流指令と一致するようなデューティのＰＷＭ信号がＰＷＭ信号生成部により生成される。
【００１３】
この実施例では、各相電圧検出部２、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換回路）３及び誘起電圧判定部４とデコーダ５とシーケンサ９が設けられる。上記誘起電圧判定部４とデコーダ５は、初期加速制御部を構成する。また、上記各相電圧検出部２は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応した電圧を選択するスイッチ（セレクタ）ＳＷ１と、増幅回路ＡＭＰ及びサンプル／ホールド回路Ｓ／Ｈから構成される。上記シーケンサ９は、スタート信号Ｓｔａｒｔを受けて、起動時において上記誘起電圧判定部、デコーダ及び出力駆動制御部６の動作に必要な各種制御信号を形成する。
【００１４】
上記誘起電圧検出部４は、モータコイルＬu ，Ｌv ，Ｌw の中点ＣＴに対する非通電相の誘起電圧を検出する。非通電相は、デコーダ５及び出力駆動制御部６の制御により各相電圧検出部２により選択される。上記ＡＤＣ３は、誘起電圧をデジタル信号ＡＤＣＯＵＴに変換する。誘起電圧判定部４は、後述するように誘起電圧の極性検出結果あるいは誘起電圧のピーク検出結果に対応した出力信号Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleを出力する。デコーダ部５は、誘起電圧判定部４の出力信号Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleから通電相を決定し、各相の上下オン信号ＵＰＯＮ，ＵＮＯＮ、ＶＰＯＮ，ＶＮＯＮ及びＷＰＯＮ，ＷＮＯＮを出力する。出力駆動制御部６は、上記デコーダ部５の出力信号ＵＰＯＮ，ＵＮＯＮ、ＶＰＯＮ，ＶＮＯＮ及びＷＰＯＮ，ＷＮＯＮおよび電流検出部８の出力ＩＳと電流指令により、出力ドライバ７の電流を制御するＰＷＭ信号ＵＰＷＭ，ＶＰＷＭ，ＷＰＷＭ及び出力をオフにするＵＨＩＺ，ＵＨＩＺ，ＷＨＩＺ信号を生成する。出力ドライバ７は、出力駆動制御部６の出力信号ＵＰＷＭ，ＵＨＩＺ，ＶＰＷＭ，ＶＨＩＺ及びＷＰＷＭ，ＷＨＩＺにより３相ＤＣモータ１を駆動する。上記シーケンサ９は非通電相の切り替え、極性検出結果のラッチおよびデコードタイミングなど、回路全体を制御する。
【００１５】
図２には、この発明に係るモータ起動方法の説明図が示されている。同図には、ロータ位置検出のための逆起電圧（ＢＥＭＦ）と誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw の変化の関係が示されている。通電状態のまま誘起電圧を検出しようとすると検出できる相は限定される。例えば、Ｗ相からＶ相に通電した場合にはＵ相に発生する誘起電圧が検出でき、前記図１１の△印（Ｖm-）のポイントで示した電圧が検出できる。Ｖ相からＷ相に通電した場合には、前記図１１の■印（Ｖm+）のポイントで示した電圧が検出できる。
【００１６】
前記図１０において、Ｗ相からＶ相へ通電して正のトルクが発生する期間は、前記図１１において電気角−９０〜＋９０deg の期間であり、この期間前の−１２０deg 、上記期間内の−６０deg においてＵ相に発生する誘起電圧Ｖm+にピークが存在する。また、上記期間内の６０deg 、上記期間経過後の１２０deg においてＵ相に発生する誘起電圧Ｖm-にピークが存在する。この誘起電圧(Ｖm+あるいはＶm-）をＰＷＭ毎に検出し１サンプル前に検出した誘起電圧との差分ΔＥu1〜ΔＥv2をとるとそれぞれの通電状態において、前記図２に示したような関係となる。
【００１７】
図２において、Ｗ相からＶ相に通電した状態でＵ相の誘起電圧変化ΔＥu2を求めていくと電気角＋６０deg 付近でその極性が切り替る。なおΔＥu2の極性切り替りはＥu のピークに相当する。これを受けて次の通電状態（Ｕ相→Ｖ相）に通電相を切り替えると誘起電圧を検出できる相はＷ相になり、次は誘起電圧変化ΔＥw2の極性切り替りを判定する。この動作を繰り返すことにより逆起電圧ＢＥＭＦを検出できない停止あるいは低回転状態での安定な初期加速を実現する。
【００１８】
図３には、本発明に係るモータ初期加速方法を説明するための動作タイミング図が示されている。スタート信号（Ｓｔａｒｔ）がハイレベルになると、前記図１３に示したのと同様に３相分の誘起電圧検出を行いロータ位置の検出を行う。例えば、Ｕ相センスでは、まず出力ハイインピーダンス状態Ｈｉｚとし、オフセットキリブレーションを行う。そして、Ｖ相−Ｗ相に電流を流してＵ相誘起電圧（Ｖｍ+）のセンスを行う。出力ハイインピーダンス状態Ｈｉｚとして、Ｗ相−Ｖ相に電流を流してＵ相誘起電圧（Ｖｍ-）のセンスを行い誘起電圧和Ｅｕを求める。以下、他の相Ｖ，Ｗについて、同様にＨｉｚ−キャリブレーション−センス−Ｈｉｚ−センスの手順で誘起電圧のセンスを行い誘起電圧和Ｅｖ、Ｅｗをそれぞれ求める。
【００１９】
上記３相誘起電圧和Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗの極性判定により初期ロータ位置を特定し、初期通電相を決定する。この初期通電相の決定結果に従って、通電（モータ駆動）を開始し、モータ１をＰＷＭ駆動し始める。このＰＷＭ駆動中に相互誘導の影響で非通電相に発生する誘起電圧を検出し、誘起電圧のピークを検出したら通電相を切り替える。通電相を切り替えた後も引き続きモータ駆動中の非通電相に現れる誘起電圧のピークを検出し、これを相切り替えのタイミングに利用してモータを加速させる。このようにすることにより通電を行いながら相切り替えタイミングを検出することができるため、前記図１３に示したように通電と３相センスとが交互に行うようにした場合のように駆動トルクには周期的な脈動が発生せずモータの騒音を低減することが可能になる。なお、最初の３相分の誘起電圧検出は本実施例では１回としているが、モータ加速の安定性と騒音を考慮して数回行っても構わない。
【００２０】
図４には、図１の誘起電圧判定部の一実施例のブロック図が示されている。この実施例の誘起電圧判定部は、ある２相に電流を流した時非通電相に誘起される電圧の検出を行い、検出された誘起電圧をＡＤＣ３でデジタル信号に変換した結果ＡＤＣＯＵＴを誘起電圧格納レジスタに保持する。Ｕ相の誘起電圧を検出している間は、ＵＳＥＮＳ信号に従ってＵ相誘起電圧格納レジスタＵ、Ｖ相の誘起電圧を検出している間は、ＶＳＥＮＳ信号に従ってＶ相誘起電圧格納レジスタＶ、Ｗ相の誘起電圧を検出している間は、ＷＳＥＮＳ信号に従ってＷ相誘起電圧格納レジスタＶにそれぞれ格納する。
【００２１】
前記図３の３相センス期間のように、３相分の誘起電圧極性を求める場合、つまりは初期ロータ位置特定においては、ＳＥＮＳＥ信号がハイレベルにされる。上記誘起電圧格納レジスタに格納された誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw を用いて、例えばＳＥＬ信号でスイッチＳＷ１を制御してＵ相の誘起電圧の極性を判定する場合、すなわちＵ相が非通電相の場合はＥa ＝3 ×Ｅu −（Ｅu ＋Ｅv ＋Ｅw ）を求める。上記電圧Ｅa は各相の誘起電圧から誘起電圧の平均値を減算し、それを３倍したものに相当し、これを極性判定コンパレータＶＣで極性判定する。非通電相がＵ相、Ｖ相、Ｗ相のときの極性判定結果は、上記ＳＥＬ信号でスイッチＳＷ２を制御し、ＬＡＴＣＨ信号に従ってそれぞれの極性レジスタＵ，Ｖ，Ｗに保持し、判定結果Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleとして出力する。
【００２２】
前記図３の通電中の非通電相に現れる誘起電圧を検出する場合には、上記ＳＥＮＳＥ信号がロウレベルとなり、例えばＳＥＬ信号でスイッチＳＷ１を制御してＵ相の誘起電圧の極性を判定する場合、すなわちＵ相が非通電相の場合はΔＥm ＝ＡＤＣＯＵＴ−Ｅuを求める。ΔＥm は１サンプル前と現在の誘起電圧との差分に相当し、これを極性判定コンパレータＶＣで極性判定する。この極性の切り替りを検出することで誘起電圧のピークを検出する。このピーク検出結果は、この検出結果も上記３相センス期間と同様に極性レジスタＵ，Ｖ，Ｗに保持し、検出結果Ｕpole，Ｖpole，Ｗpoleを通電相の切替に利用する。
【００２３】
図５には、この発明に係るモータ初期加速方法の一実施例を説明するフローチャート図が示されている。ステップ（１）〜（６）によりＵ相→Ｖ相→Ｗ相と誘起電圧を検出した後は３相分の極性演算及び判定を行い、その結果に基づきデコーダにて通電相を確定する。例えば、ステップ（１）のＵ相誘起電圧センスでは、ＵＳＥＮＳ＝Ｈｉ（ハイレベル）となり、ステップ（２）のＶ相誘起電圧センスでは、ＶＳＥＮＳ＝Ｈｉ（ハイレベル）となり、ステップ（３）のＷ相誘起電圧センスでは、ＷＳＥＮＳ＝Ｈｉ（ハイレベル）となり、それぞれの誘起電圧Ｅu,Ｅv,Ｅw が誘起電圧格納レジスタに格納される。
【００２４】
ステップ（４）では、ＳＥＬ＝Ｕ相となり、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がＵ相を選択し、前記Ｅa ＝3 ×Ｅu −（Ｅu ＋Ｅv ＋Ｅw ）の演算と、コンパレータＶＣによる極性判定が行われる。ステップ（５）（６）では、それぞれＶ相、Ｗ相について同様な動作が行われる。ステップ（７）では、信号ＤＥＣＯＤＥ＝Ｈｉ（ハイレベル）となり、図１のデコーダ５により、通電相確定が行われる。このような通電相確定については、前記特許文献１〜３に詳細に述べられている。
【００２５】
ステップ（８）では、規定回数の３相分の極性検出を行っていない場合はデコーダで確定した通電相でステップ（９）において規定時間の通電を行い、その後再び３相分の誘起電圧の検出を行う。前記実施例のように規定回数が１回とされたなら、直ちにステップ（１０）に移行する。上記規定回数を複数回に指定した場合には、上記通電によりモータを駆動した後に、上記ステップ（１）に戻るようにする。このような動作を複数回を行うことにより、モータが正転方向に回転したことを確認した上で後述する誘起電圧のピークを検出した駆動方法に切り替えることができ安定なモータ起動を実現できる。
【００２６】
ステップ（１０）では、規定回数の３相分の極性検出後はデコーダで確定した通電相で通電を開始し、ステップ（１１）においてＳＭＰＬ信号がハイレベル毎にステップ（１２）により非通電相に現れる誘起電圧を検出する。ステップ（１３）では、１サンプル前の誘起電圧との差分ΔEmを演算し、ステップ（１４）により極性が切り替るまでステップ（１１）に戻り、誘起電圧の検出を繰り返す。ステップ（１４）において、ΔＥm の極性が切り替ったらステップ（１５）で通電相を切り替え、この動作をステップ（１６）により規定の回転数になるまで継続する。なお、誘起電圧のピーク検出による駆動方法の終了は規定回数の相切替が行われたかどうかで判断するようにしてもよい。あるいは、予め決められた一定時間まで継続するようにしてもよい。これらの設定値は、レジスタを設けて外部から任意の回数、回転数あるいは時間を設定できるようにすることが便利である。
【００２７】
図６には、前記図５のステップ（１２）のような通電中の誘起電圧を検出する際の動作波形が示されている。Ｗ相→Ｖ相に通電した場合、Ｗ相はＷＨＩＺ＝Ｌｏ（ロウレベル）、ＷＰＷＭにＰＷＭ信号が重畳されＷ相出力はＰＷＭ動作となる。Ｖ相は図示していないがＶＨＩＺ＝Ｌｏ、ＶＰＷＭ＝Ｌｏで下側パワーＭＯＳＦＥＴがオン状態でＶ相出力電圧はＬｏ（ロウレベル）となる。この時、非通電相であるＵ相はＷ相のＰＷＭ動作に同期した波形となるが、ＰＷＭオン状態すなわちＷＰＷＭ＝Ｈｉの状態の誘起電圧を検出する。ＰＷＭのオン／オフ動作によりＵ相の電圧波形は立ち上がりでリンギングするため、誘起電圧のサンプル信号ＳＭＰＬとしてはＰＷＭ信号の後半部分をサンプルするように構成している。
【００２８】
ＳＭＰＬ信号で非通電相の誘起電圧をサンプリングするとＳＨＯＵＴのような波形となり、これをＡ／Ｄ変換したＡＤＣＯＵＴはＰＷＭ毎にＥu(n-1)，Ｅ(n) ，Ｅu(n+1)，Ｅu(n+2)‥‥と更新される。１サンプル前の誘起電圧との差分ΔＥm が図のように正から負に切り替ったら通電相の切り替えを行う。相切り替え後はＵ相→Ｖ相の通電となるが、切り替え後の最初のΔＥm は１サンプル前のデータが別の相の誘起電圧に相当するため極性判定には用いないようにする（無効）。その後は、この動作を繰り返し、起動時の騒音を低減した安定なモータの初期加速を実現する。前記図１３のように３相センスと通電とを交互に行う場合のような起動時の騒音を低減し、かつ短時間で所定回転数まで立ち上げることができる。
【００２９】
図７には、この発明に係るモータ駆動制御装置の前記図１の起動部を含む一実施例の全体ブロック図が示されている。３相モータコイル１はパワーＭＯＳＦＥＴＭ１〜Ｍ６等のパワー素子からなる出力段と出力プリドライバからなる出力ドライバ７によりパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動される。出力プリドライバは、駆動電圧プロファイル生成部１１で生成した正弦波状の駆動電圧あるいは初期加速制御部１０で決定された通電相に対応して出力駆動制御部６でＰＷＭ変調した信号ＵＰＷＭ，ＶＰＷＭ，ＷＰＷＭ及び出力をオフするする信号ＵＨＩＺ，ＶＨＩＺ，ＷＨＩＺを入力として動作する。上記初期加速制御部１０は、前記図１の誘起電圧判定部４とデコーダ５から構成される。
【００３０】
スピンドル出力電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは、各相電圧検出部２のスイッチ（セレクタ）セレクタＳＷ1 で非通電相が選択され、モータコイル１の中性点ＣＴとの差電圧がプリアンプＡＭＰで生成される。プリアンプＡＭＰの出力はＳＭＰＬ信号によりサンプルホールド回路Ｓ／Ｈでサンプルホールドされ、その出力ＳＨＯＵＴはセレクタＳＥＬ及びＢＥＭＦ検出コンパレータＶＣ１に入力される。ＳＨＯＵＴ信号としてはモータ回転数が高い場合には逆起電圧ＢＥＭＦが十分に大きくなるが、モータ停止状態や低回転の状態では逆起電圧ＢＥＭＦは非常に小さく、ＰＷＭ動作による電流の傾きと相互誘導の影響により決定される誘起電圧が観測される。このことを利用して、本願発明では、前記誘起電圧の極性検出やモータ駆動中のピーク検出といったロータ移動に対応した通電相切り替えを行う。
【００３１】
シーケンサ９はモータ駆動制御装置（スピンドルドライバ）全体の動作制御を行い、ＭＯＤＥ信号によって初期加速制御や逆起電圧ＢＥＭＦを検出しモータを駆動するＰＬＬ制御の動作状態を決定する。所定の回転数未満では初期加速制御部１０及び出力駆動制御部６により前記図１等のような本発明の初期加速方法で動作する。所定の回転数以上ではＢＥＭＦ検出コンパレータＶＣ１−位相誤差検出部１２−位相ロックドループ（ＰＬＬ）フィルタ部１３−通電タイミングカウンタ部１４−出力駆動制御部６−出力ドライバ７−モータ１からなるＰＬＬ制御ループによってＢＥＭＦを検出しモータを駆動する。
【００３２】
駆動電圧プロファイル生成部１１は、逆起電圧ＢＥＭＦを検出してモータを駆動する際に駆動電圧を正弦波状の電圧にする。これによりトルクリップルの少ないほぼ一定トルクでのモータ駆動を実現し、モータ駆動中の騒音を低減する。モータ駆動電流の検出については電流検出部Ｒnf（８）を用いて行う。電流検出部Ｒnfで検出された電圧はサンプルホールド回路Ｓ／Ｈ１を経てセンスアンプＡＭＰ１により増幅され、その結果がセレクタＳＥＬを介してＡＤＣ３へ入力される。Ａ／Ｄ変換された検出値ＣＲＮＴＯＵＴは、電流制御誤差検出部１５で電流指令ＩＣとから誤差が計算され、電流制御フィルタ１６−出力駆動制御部６−出力ドライバ７−モータ１からなる電流制御ループによって駆動電流の制御が行われる。
【００３３】
シーケンサ９は、ＡＤＳＥＬ信号を生成して駆動電流制御のためのＡ／Ｄ変換と誘起電圧検出のためのＡ／Ｄ変換の切り替え制御も行い、ＡＤＣ３としては駆動電流検出と誘起電圧検出の両方に時分割的に使用される。モータの速度制御については出力駆動制御部６より回転数に比例した周期信号のＰＨＡＳＥ信号が出力され、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１８にて目標速度との比較が行われ、速度に応じた電流指令ＩＣが入力される。マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１８とのインターフェースはシリアルポートで行われ、電流指令、電流制御、ＰＬＬ、一定トルク駆動、初期加速制御等の各種パラメータがレジスタにより設定される。以上のブロックによりスピンドルモータを停止状態から定常回転まで安定かつ低騒音で駆動するシステムが実現できる。
【００３４】
図８には、この発明に係るモータ駆動装置が適用されたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置の一実施例の機構図が示されている。この実施例は、この発明に係る３相スピンドルモータ制御系と、ボイスコイルモータ制御系および磁気ヘッド駆動制御系から構成される。３相スピンドルモータは機構部の小型化や高密度実装を実現するため、ディスクを保持するハブという部品の内側にステータであるコイルとロータとなる磁石を持ち、回転軸を中心にディスクを回転させる。
【００３５】
ＶＣＭは磁石とＶＣＭコイルにより電流を流すことで回転推力を得て、ヘッドを移動させる。モータ駆動制御回路は、前記実施例で説明したような機能を有するスピンドルモータ駆動制御回路と磁気ヘッドをディスクの径方向へ移動させるボイスコイルモータ駆動制御回路とが一体となった半導体集積回路装置で構成される。上記モータ駆動制御回路はマイコン（ＭＰＵ）から供給される制御信号がシリアルポートを介して入力され、その制御信号に従って動作することで、ボイスコイルモータとスピンドルモータを制御する。
【００３６】
リードライトＩＣは磁気ヘッド（ＭＲヘッド等も含む）によって検出された磁気の変化に応じた電流を増幅して読出し信号を信号処理ＬＳＩ（データチャネルプロセッサ）送信し、信号処理ＬＳＩからの書込みパルス信号を増幅して磁気ヘッドの駆動電流を出力する。信号処理ＬＳＩは、デジタル磁気記録に適した変調／復調処理や磁気記録特性を考慮した波形整形等の信号処理を行うとともに、上記磁気ヘッドの読出信号から位置情報を読み取る。ハードディスク・コントローラは信号処理ＬＳＩから送信されてくる読出しデータを取り込んで誤り訂正処理を行ったりホストからの書込みデータに対して誤り訂正符号化処理を行って信号処理ＬＳＩへ出力したりする。インタフェース・コントローラは本システムと外部装置との間のデータの受渡しおよび制御等を行い、上記ハードディスク・コントローラはインタフェース・コントローラを介してパソコン本体のマイクロコンピュータなどのホストコンピュータに接続される。
【００３７】
キャッシュメモリは磁気ディスクから高速で読み出されたリードデータを一時的に記憶するバッファ用として用いる。マイコン（マイクロコンピュータ）からなるコントローラは、ハードディスク・コントローラからの信号に基づいて、いずれの動作モードか判定し、動作モードに対応してシステム各部の制御を行うとともに、ハードディスク・コントローラから供給されるアドレス情報に基づいてセクタ位置などを算出したりする。
【００３８】
上記ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置において、前記実施例のようなモータ駆動制御装置を用いることで、起動時の騒音を低減させることができ、しかもリード／ライト動作が可能な所定回転数まで高速に立ち上げることができる。つまり、モータ通電中に誘起電圧のピークを検出して通電相の切り替えを行うため、誘起電圧を検出するためだけの期間を設ける必要がなく、トルク脈動を低減することが可能になる。トルク脈動を低減することでモータ起動中の騒音を低減することができる。誘起電圧を検出するための期間が不要なことからトルクをかけない期間が減るため、起動の安定性を確保しつつモータの起動時間を短縮することが可能になる。特に、前記のようにモータの起動、停止を頻繁に行う用途や比較的静かな環境で使用する用途や、耳元で使用するようなハンディタイプの機器での用途においてはモータ起動時におけるかかる耳障りな騒音の発生を防止することができるので有益なものとなる。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施態様にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施態様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。例えば、上記実施例のモータ駆動制御回路では、３相直流モータを駆動制御する回路を例にとって説明したが、モータは３相以外の多相直流モータであっても本発明を適用することができる。さらに、前記実施例においては、誘起電圧をデジタル値に変換してピーク検出を行っているが、積分回路を設けアナログ的にピーク検出を行う構成としても構わない。またノイズ等による誤検出を避けるために誘起電圧のサンプル値を数回合計した値でピーク検出する構成としてもよい。この発明は、モータ自体の特性である相互誘導作用を利用するので、光ディスクやファンモータ、レーザビームプリンタのポリゴンミラーを回転させるモータや軸流ファンモータなどのブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置とモータ起動方法に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明に係るモータ駆動制御装置の起動部分に関連した一実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明に係るモータ起動方法の説明図である。
【図３】この発明に係るモータ初期加速方法を説明するための動作タイミング図である。
【図４】図１の誘起電圧判定部の一実施例を示すブロック図である。
【図５】この発明に係るモータ初期加速方法の一実施例を説明するためのフローチャート図である。
【図６】この発明に係る通電中の誘起電圧を検出する際の動作波形である。
【図７】この発明に係るモータ駆動制御装置の一実施例を示す全体ブロック図である。
【図８】この発明に係るモータ駆動装置が適用されたハードディスクドライブ装置の一実施例を示す機構図である。
【図９】従来のモータ起動方法を説明するための等価回路図である。
【図１０】図９の逆起電圧の波形図である。
【図１１】図９の誘起電圧の波形図である。
【図１２】図１０の逆起電圧と図１１の誘起電圧とを纏めた説明図である。
【図１３】従来の初期加速動作を説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｍ１〜Ｍ６…パワーＭＯＳＦＥＴ、Ｌu ，Ｌv ，Ｌv …モータコイル、ＡＭＰ，ＡＭＰ１…プリアンプ、Ｓ／Ｈ，Ｓ／Ｈ１…サンプングホールド回路、ＶＣ，ＶＣ１…コンパレータ、ＡＤＣ…アナログ／デジタル変換回路、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、ＳＥＬ…セレクタ、
１…３相モータ、２…各相電圧検出部、３…ＡＤＣ、４…誘起電圧判定部、５…デコーダ、６…出力駆動制御部、７…出力ドライバ、８…電流検出部、９…シーケンサ、１０…初期加速制御部、１１…駆動制御／駆動電圧プロファイル生成部、１２…位相誤差検出部、１３…ＰＬＬフィルタ、１４…通電タイミングカウンタ、１５…電流誤差検出部、１６…電流制御フィルタ、１７…パラメータ設定レジスタ／シリアルポート、１８…ＭＰＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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