(57)【要約】  モーター制御システム（２００）において、モーター（１１０）のターゲット速度に対応する命令が受け取られる。モーターの回転速度（ＳＰＤ）が測定され、ブレーキングインタバルのためのブレーキ対オフ比が、回転速度（ＳＰＤ）、ターゲット速度（ＴＧＴ）、ブレーキングパラメータ（ＫＥ）に少なくとも部分的に基づいて制御ロジック（２１２）により計算される。モーター（１１０）に結合されるインバータ（１０６）に対するオフ状態がブレーキングインタバルのオフ部分分の間誘導され、ブレーキングインタバルのブレーキング部分の間ブレーキ信号がインバータに印加される。
2015507467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
モーターに結合されるように構成されるインバータ、及び
コントローラ、
を含み、
前記コントローラが、
前記インバータに結合されるパルス幅変調（ＰＷＭ）生成器、
前記ＰＷＭに結合される逆電流検出器、
前記ＰＷＭ生成器に結合され、且つ、ターゲット速度信号を受信するように構成される制御ロジック、及び
前記逆電流検出器及び前記制御ロジックに結合される逆電流ロジック、
を有し、
前記逆電流ロジックが、前記ターゲット速度信号と、ブレーキングパラメータと、回転速度パラメータとを受信するように構成され、
逆電流が検出されるとき、前記逆電流ロジックが、前記ターゲット速度信号と、前記ブレーキングパラメータと、前記回転速度パラメータとに少なくとも部分的に基づくブレーキインタバルに対してブレーキ対オフ（brake-to-off）比を計算するように構成される、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記逆電流ロジックが、前記ブレーキ対オフ比を前記インバータに印加するように、制御信号を前記コントローラに提供するように構成される、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記逆電流が、前記ターゲット速度信号により示されるターゲット速度を達成するため、複数のブレーキインタバルに対する複数のブレーキ対オフ比を反復的に計算するように構成される、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記逆電流ロジックが有限ステートマシンを更に含む、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記逆電流検出器が、前記ＰＷＭ生成器に結合されるレジスタと、前記レジスタに結合されるコンパレータとを更に含む、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記回転パラメータが、前記モーターの回転速度であるように構成される、装置。
【請求項７】
方法であって、
モーターのターゲット速度に対応する命令を受け取るステップ、
前記モーターの回転速度を測定するステップ、
前記回転速度と前記ターゲット速度とブレーキングパラメータとに少なくとも部分的に基づいてブレーキングインタバルに対するブレーキ対オフ比を計算するステップ、
前記ブレーキングインタバルのオフ部分の間前記モーターに結合されるインバータに対しオフ状態を誘導するステップ、及び
前記ブレーキングインタバルのブレーキング部分の間ブレーキ信号を前記インバータに印加するステップ、
を含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記回転速度が第１の回転速度を更に含み、前記ブレーキングインタバルが第１のブレーキングインタバルを更に含み、
前記方法が、
前記第１のブレーキングインタバルの後前記モーターの第２の回転速度を測定するステップ、及び
前記第２の回転速度に対する計算された逆起電力（バックＥＭＦ）が前記ターゲット速度に対する計算された逆起電力より大きい場合、第２のブレーキングインタバルに対し、前記計算するステップ、前記誘導するステップ、及び前記印加するステップを反復するステップ、
を更に含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記ブレーキング信号が、ブレーキングに対応する複数のＰＷＭ信号を更に含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記方法が逆電流を検出するステップを更に含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記モーターが３位相ブラシレス直流（ＤＣ）モーターである、方法。
【請求項１２】
装置であって、
モーターと、
モータードライバと、
を含み、
前記モータードライバが、
前記モーターに結合されるインバータと、
コントローラと、
を有し、
前記コントローラが、
前記インバータに結合されるＰＷＭ生成器、
前記ＰＷＭに結合される逆電流検出器、
前記ＰＷＭ生成器に結合され、且つ、ターゲット速度信号を受信するように構成される制御ロジック、及び
前記逆電流検出器及び前記制御ロジックに結合される逆電流ロジック、
を有し、
前記逆電流ロジックが、前記ターゲット速度信号とブレーキングパラメータと回転速度パラメータとを受信するように構成され、
逆電流が検出されるとき、前記逆電流ロジックが、前記ターゲット速度信号と前記ブレーキングパラメータと前記回転速度パラメータとに少なくとも部分的に基づくブレーキインタバルに対してブレーキ対オフ比を計算するように構成される、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概してモーター制御に関し、更に特定して言えば、ブラシレス直流（ＤＣ）モーターの制御に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモーターは様々な用途において用いられており、例えば、ブラシレスＤＣモーターのための１つの用途は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）又は光学ディスクドライブ（即ち、デジタルバーサタイルディスク又はＤＶＤプレーヤー）のためのスピンドルモーターとしてのものである。これらの用途（ＤＶＤプレーヤーなど）の幾つかでは、モーターが頻繁に速度を変えるため、モーターの速度制御は非常に重要となり得る。これは、ブレーキング及び加速度の遷移期間があることを意味する。
【０００３】
ブレーキングでは、特に、適切な機能性が保持されることを概して確実にするためモーターは迅速に速度を落とすべきであり、図１において、ブレーキング方式を用いるシステム１００−１の一例を見ることができる。この例では、モーター１１０が３位相ブラシレスＤＣモーターであり、各位相ＰＨＡ〜ＰＨＣはそれぞれ、インバータ１０６のトランジスタ対Ｑ１／Ｑ２、Ｑ３／Ｑ４、及びＱ５／Ｑ６（これらは図示するようにＮＭＯＳトランジスタである）に結合される。コントローラ１０４−１が、モーター１１０（即ち、駆動モーター１１０）の位相ＰＨＡ〜ＰＨＣを制御するためパルス幅変調（ＰＷＭ）信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６をインバータ１０６に印加する。しかし、ブレーキングの間、モーター１１０は、集積回路（ＩＣ）のピンＵ、Ｖ、及びＷ又はモータードライバ１０２−１を介して供給ピンＶＤＤへ逆電流又は負の電流を生成する。これが成されると、コントローラ１０４−１は、トランジスタＱ８のドレインを供給ピンＧＮＤに結合することにより電流ミラーＱ７及びＱ８（これらは図示するようにＰＭＯＳトランジスタである）をアクティブにするように放電回路１０８のスイッチＳを閉じる。これにより、逆電流又は負の電流が、レジスタＲ２を介して放電され得る。しかし、この配置に関する問題点の１つは、トランジスタＱ７及びＱ８が、逆電流を搬送するために充分に大きくするためＩＣ１０２−１のエリアの大きな部分を占め得ることであり、そのため、代替例（図２に示す）として、放電回路１０８が取り除かれ得、幾つかの異なる種類のブレーキング方式が（図３及び図４に図示するように）用いられ得る。
【０００４】
１つの方式（これを図３に示す）では、コントローラ１０４−２が、トランジスタＱ１〜Ｑ６をイナクティブにする又は「オフ」にして、インバータ１０６を高インピーダンス又はＨＩＺモードにすることができる。機械的摩擦（即ち、ベアリングから）を、モーター１１０の回転速度を遅くするために用いることができる。通常、これを生じさせるため、コントローラ１０４−２に発行される速度命令は、負の又は逆電流が生成され得るように、時間Ｔ１においてコードＬ１（これはターゲット回転速度ω１に対応する）からコードＬ３（これは、図示しないターゲット回転速度に対応する）まで変化する。この時点で、インバータ１０６は、ＨＩＺ（オフ）状態又はモードに置かれるが、摩擦に起因する損失は、通常、非常に低いためモーター１１０は、所望の減速期間（即ち、時間Ｔ１とＴ２の間）内に所望のターゲット速度ω２（これはコードＬ２に関連付けられる）に達しない。代わりに、モーター１１０は、時間Ｔ２においてさらに速い速度ω３に達する。
【０００５】
別の方式（これを図４に示す）では、短いブレーキング期間を用いることができる。時間Ｔ３とＴ４の間の期間の間、コントローラ１０４−２に発行される速度命令はコードＬ３（これは、図示しないターゲット回転速度に対応する）に設定される。その結果、コントローラ１０４−２は、インバータ１０６をブレーキングモード又は状態にする。このブレーキング状態において、トランジスタＱ１、Ｑ３、及びＱ５はイナクティブにされるか又は「オフ」にされ、トランジスタＱ２、Ｑ４、及びＱ６はアクティブにされるか又は「オン」にされる。これにより、逆又は負の電流が、レジスタＲ１により消散されるようにピンＣＯＭＭを介して逆に流れることが可能となる。この短いブレーキング期間をこのように用いることは、モーター１１０を所望の減速期間（即ち、時間Ｔ３とＴ４の間）内で所望の又はターゲット速度まで減速する際に効果的であるが、この速度は安定的ではない。何らかの「リンギング」が生じる。
【０００６】
従って、ブラシレスＤＣモーターを備えたブレーキングの改善された方法及び／又は装置が求められている。
【０００７】
従来のシステムの幾つかの例は下記である。
【特許文献１】米国特許番号第６，５２８，９６８号
【特許文献２】米国特許番号第７，３０９，９６７号
【特許文献３】米国特許番号第８，０９８，０３１号
【特許文献４】米国特許公開番号２００９／０２１８９７２
【発明の概要】
【０００８】
例示の装置実施例が、モーターに結合されるように構成されるインバータ、及びコントローラを含む。コントローラは、インバータに結合されるパルス幅変調（ＰＷＭ）生成器、ＰＷＭに結合される逆電流検出器、ＰＷＭ生成器に結合され、且つ、ターゲット速度信号を受信するように構成される制御ロジック、及び逆電流検出器及び制御ロジックに結合される逆電流ロジックを有する。逆電流ロジックは、ターゲット速度信号と、ブレーキングパラメータと、回転速度パラメータとを受信するように構成される。逆電流が検出されるとき、逆電流ロジックは、ターゲット速度信号と、ブレーキングパラメータと、回転速度パラメータとに少なくとも部分的に基づくブレーキインタバルに対してブレーキ対オフ（brake-to-off）比を計算するように構成される。
【０００９】
１つの形式において、逆電流ロジックは、ブレーキ対オフ比をインバータに印加するように、制御信号をコントローラに提供するように構成される。
【００１０】
１つの形式において、逆電流は、ターゲット速度信号により示されるターゲット速度を達成するため、複数のブレーキインタバルに対する複数のブレーキ対オフ比を反復的に計算するように構成される。
【００１１】
１つの形式において、逆電流ロジックは有限ステートマシンを更に含む。
【００１２】
１つの形式において、逆電流検出器は、ＰＷＭ生成器に結合されるレジスタと、レジスタに結合されるコンパレータとを更に含む。
【００１３】
１つの形式において、回転パラメータは、モーターの回転速度であるように構成される。
【００１４】
例示の方法実施例において、モーターのターゲット速度に対応する命令を受け取ること、モーターの回転速度を測定すること、回転速度とターゲット速度とブレーキングパラメータとに少なくとも部分的に基づいてブレーキングインタバルに対するブレーキ対オフ比を計算すること、ブレーキングインタバルのオフ部分の間モーターに結合されるインバータに対しオフ状態を誘導すること、及びブレーキングインタバルのブレーキング部分の間ブレーキ信号をインバータに印加することを含む。
【００１５】
１つの形式において、回転速度は第１の回転速度を更に含み、ブレーキングインタバルは第１のブレーキングインタバルを更に含む。この方法は更に、第１のブレーキングインタバルの後モーターの第２の回転速度を測定すること、及び第２の回転速度に対する計算された逆起電力（バックＥＭＦ）がターゲット速度に対する計算された逆起電力より大きい場合、第２のブレーキングインタバルに対し、計算すること、誘導すること、及び印加することを反復することを含む。
【００１６】
１つの形式において、ブレーキング信号は、ブレーキングに対応する複数のＰＷＭ信号を更に含む。
【００１７】
１つの形式において、この方法は逆電流を検出することを更に含む。
【００１８】
１つの形式において、モーターは３位相ブラシレス直流（ＤＣ）モーターである。
【００１９】
改変された例示の装置実施例において、モーターと、モータードライバとを含む。モータードライバは、モーターに結合されるインバータと、コントローラとを有する。コントローラは、インバータに結合されるＰＷＭ生成器、ＰＷＭに結合される逆電流検出器、ＰＷＭ生成器に結合され、且つ、ターゲット速度信号を受信するように構成される制御ロジック、及び逆電流検出器及び制御ロジックに結合される逆電流ロジックを有する。逆電流ロジックは、ターゲット速度信号とブレーキングパラメータと回転速度パラメータとを受信するように構成される。逆電流が検出されるとき、逆電流ロジックは、ターゲット速度信号とブレーキングパラメータと回転速度パラメータとに少なくとも部分的に基づくブレーキインタバルに対してブレーキ対オフ比を計算するように構成される。
【００２０】
１つの形式において、逆電流ロジックは、回転速度を受け取るようにモーターに結合される。
【００２１】
１つの形式において、モーターは３位相ブラシレスＤＣモーターである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来のシステムの例の図である。
【図２】図２は、従来のシステムの例の図である。
【００２３】
【図３】図３は、図２のシステムのための従来のブレーキング方式を示す図である。
【図４】図４は、図２のシステムのための従来のブレーキング方式を示す図である。
【００２４】
【図５】図５は、本発明に従ったシステムの一例の図である。
【００２５】
【図６】図６は、図５のシステムのためのブレーキング方式の一例を示す図である。
【００２６】
【図７】図７は、図５の逆電流ロジックのための例示の状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図５は、本発明の原理を具現化するシステム２００の一例を図示する。システム２００は、ＩＣ又はモータードライバ２０２において、適応性ブレーキング方式を実行するコントローラ２０４があることを除き、構造がシステム１００−１及び１００−２のものと同様である。オペレーションにおいて、制御ロジック２０６及び逆電流ロジック２１２（これは、例えば、有限ステートマシン又はＦＳＭであり得る）にターゲット速度信号ＴＧＴが供給される。このターゲット信号ＴＧＴに基づいて、制御ロジック２０６は、モーター１１０を駆動するためにＰＷＭ信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６をインバータ１０６（システム１００−１及び１００−２に類似する）に提供することができる。逆電流検出器（これは概してレジスタＲ２及びコンパレータ２１０を含む）により逆電流が検出されるとき、逆電流ロジック２１２は、適応性ブレーキングをモーター１１０に適用するように制御ロジック２０６を制御する。代替として、別の電流測定又は抵抗性要素（トランジスタなど）が逆電流検出器の一部として用いられてもよい。
【００２８】
適応性ブレーキング方式（これは図５及び６に示されている）は、ターゲット減速度時間内にモーター１１０を所望の回転速度まで遅らせる又は減速させることができる。図示するように、ターゲット減速度時間は、時間Ｔ５とＴ６の間の期間である。システム１００−１及び１００−２に類似して、ターゲット信号ＴＧＴは、時間Ｔ５においてコードＬ１からコードＬ３まで、及び時間Ｔ６においてコードＬ３からコードＬ２まで変化する。時間Ｔ５とＴ６の間、逆電流検出器は、逆又は負の電流を（状態３０２で図示するように）検出する。逆電流ロジック２１２はその後、ブレーキングインタバルＩのためのブレーキ対オフ又はブレーキ対ＨＩＺ比を（状態３０４で）計算する。ブレーキングインタバルＩは、概して、プログラム可能に変更され得る概して固定の長さを有する、所定の又は事前設定のインタバルであり、ブレーキ対オフ比は、コントローラ２０４が、インバータ１０６をＨＩＺ（オフ）モード又は状態（即ち、トランジスタＱ１〜Ｑ６がイナクティブにされる）及びブレーキングモード又は状態（即ち、トランジスタＱ１、Ｑ３、及びＱがイナクティブにされ、トランジスタＱ２、Ｑ４、及びＱ６がアクティブにされる）にする、ブレーキングインタバルＩの相対的な部分である。典型的に、ブレーキ対オフ比は、ターゲット速度信号ＴＧＴ、ブレーキングパラメータＫＥ、及び回転速度パラメータＳＰＤ（即ち、モーター１１０からの測定された回転速度）から計算される。例えば、ブレーキ対オフ比は、下記により計算され得る。
【数１】
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ブレーキングインタバルが終了すると、（信号ＳＰＤからの）測定された回転速度の計算される逆起電力（バックＥＭＦ）と（信号ＴＧＴからの）ターゲット速度の比較を用いて、付加的なブレーキングが実行されるべきか否かについて状態３０６において判定が成される。即ち下記である。
【数２】
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通常、図６に示すように、ブレーキ対オフ比は、連続的なブレーキングインタバルＩにわたってより小さくなる（即ち、ブレーキングモードのための期間が増大する一方、ＨＩＺモードのための期間が低減する）。これにより、嵩張る放電回路（即ち、放電回路１０８）を用いることなく、しかもリンギングなしに、モーター１１０が所望の減速インタバル内で減速され得る。
【００２９】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。
【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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【国際調査報告】
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