モータ駆動装置及びモータを有する電気機器
センサレスモータの種類に関わらず、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動する駆動装置である。センサレスモータの複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つそのモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を複数のステータコイルに供給し、ステータコイルの中点電圧と検出基準電圧とを比較する。その比較結果が予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかと一致したとき、その検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生し、モータを起動する。一致しないときには、検出基準電圧を変更して、ロータ位置検出用信号を発生させロータ位置検出を繰り返して行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、回転位置センサを持たないセンサレス型モータ（以下、センサレスモータ）の駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器に関するものである。
【背景技術】
ＭＤドライバやＨＤＤドライバ等に用いられるモータとして、ホール素子などによる回転位置センサが不要なセンサレスモータが、その構造が簡単であることなどの理由から多く用いられるようになってきている。このセンサレスモータは、停止しているときにそのマグネットロータのロータ位置が不明であることから、所定方向に確実に回転起動させるための起動方法に問題がある。
従来のセンサレスモータの起動方法としては、ロータ位置に無関係な予め定められたシーケンスでそのモータを強制的に振動させることにより起動させる方法などが用いられてきた。
この起動方法では、ロータ位置に無関係な起動論理によって生成される三相の電圧をモータに印加するので、モータが正転方向に始動するとは限らないと言う問題があった。
また、特開平５−２６８７９１号公報（以下、特許文献１）には、フローティング状態にあるステータコイルにおける零交差電圧をモニタする事によりロータ位置を検出するモータ駆動装置が示されている。しかし、この検出方法では、モータが回転していなければロータ位置を検出することは出来ないから、同期外れ後の再同期の際にロータ位置を検出できても、モータ起動前の停止状態ではロータ位置を検出することは出来なかった。
そこで、本出願人は、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動を停止状態から回転位置に応じた所定の起動論理に基づいて駆動できるようにしたモータ駆動装置を既に提案している（特開２００４−１０４８４６；以下、関連文献という）。この関連文献は、この出願の優先日において、未だ、公知でない、
関連文献のモータ駆動装置は、モータの停止時にそのモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を順次にステータコイルに供給し、その時に発生するステータコイルの中点電圧と基準電圧とを比較した比較結果（検出パターン）に基づいてそのロータ位置を検出して、起動論理を決定するようにしている。
関連文献のモータ駆動装置では、対象とするモータによって中点電圧の発生状況（例えば、その電圧レベルや、変化状況）が異なるから、所定の比較結果（検出パターン）を得られるようにするために対象とするモータ毎に基準電圧を合わせ込むことが必要である。また、中点電圧の発生状況に依っては、基準電圧の合わせ込みのみでは所定の比較結果（検出パターン）を得ることが出来ない場合も発生することがある。
また、モータに印加される電源電圧が定格電圧より減少した減電時や増加した過電時には、ステータコイルの中点電圧はその減電量や過電量に応じて変化する。したがって、減電時や過電時には、所定の比較結果（即ち、検出パターン）を得ることがさらに困難である。
そこで、本発明は、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器において、適用されるセンサレスモータの種類に関わらず、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することを目的とする。また、電源電圧が減電時や過電時にも同様に安定してモータを起動することを目的とする。
【発明の開示】
本発明のモータ駆動装置は、センサレスモータの複数のステータコイルに駆動電流を供給するドライブスイッチ回路をドライブ信号によって制御してそのセンサレスモータを駆動するモータ駆動装置において、
そのセンサレスモータを回転させる前に、その複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つそのセンサレスモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧をその複数のステータコイルに供給するようにそのドライブスイッチ回路を制御するロータ位置検出用信号をそのドライブスイッチ回路に出力するシーケンス回路と、
そのロータ位置検出用駆動電圧が印加されたときのその複数のステータコイルの中点電圧と、そのロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成された検出基準電圧とを比較し、その比較結果である検出パターンが予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかの検出論理パターンと一致するか否かを検出するパターン一致検出回路を備え、
一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生する一方、一致しないときには、その検出基準電圧を変更させるとともに、そのシーケンス回路からロータ位置検出用信号を発生させて、ロータ位置検出を繰り返して行う。
また、そのロータ位置検出用電圧は、そのステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つそのステータコイルの他相が高電位である状態と、そのステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つそのステータコイルの他相が低電位である状態とが相を順次変化させてシーケンシャルに発生される。
また、その予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んでいる。
また、そのパターン一致検出回路は、その複数のステータコイルに供給されるそのロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成される仮想中性点電圧と可変のオフセット電圧とを加算してその検出基準電圧を得る検出レベル生成回路を有する。
また、その仮想中性点電圧は、一端が各相へのそのロータ位置検出用駆動電圧が印加され、他端が共通接続された抵抗回路により形成される。
また、そのオフセット電圧は、オフセット切り換え信号によってレベル及び又は極性が切り換えられる。
また、そのパターン一致検出回路は、その中点電圧とその検出基準電圧とを比較する比較器と、該比較器からの比較出力が順次入力され検出パターンとして記憶するレジスタと、該レジスタに記憶された検出パターンとその予め用意されている検出論理パターン群とをパターン比較し、その比較結果に応じて、その起動論理と、ロータ位置検出処理もしくはモータ駆動処理を指令するモードセレクト信号とを出力するデコーダを有する。
本発明の電気機器は、センサレスモータと、このセンサレスモータを駆動する本発明のいずれかのモータ駆動装置とを備える。
本発明によれば、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器において、複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つそのモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を複数のステータコイルに供給する。そして、ステータコイルの中点電圧と検出基準電圧とを比較する。その比較結果、即ち検出パターンが、予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかと一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生し、モータを起動する。一致しないときには、検出基準電圧を変更して、ロータ位置検出用信号を発生させロータ位置検出を繰り返して行う。これにより、適用されるモータの種類に関わらず、また、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行うことなく、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することができる。また、電源電圧が減電時や過電時にも同様に安定してロータ位置を決定できるから、やはりモータを安定して起動できる。
また、ロータ位置検出用電圧として、ステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つステータコイルの他相が高電位である状態と、ステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つステータコイルの他相が低電位である状態とを相を順次変化させてシーケンシャルに発生させるから、センサレスモータのロータ位置を確実に効率よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、モータ駆動装置の全体構成を示す図である。
図２は、図１の駆動装置のタイミングチャートである。
図３は、モータ位置検出用駆動電圧の波形図である。
図４．Ａは、中点電圧とロータの回転位置との関係を説明するための図である。
図４．Ｂは、中点電圧とロータの回転位置との関係を説明するための他の図である。
図５．Ａは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例１を示す図である。
図５．Ｂは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例２を示す図である。
図５．Ｃは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例３を示す図である。
図５．Ｄは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例４を示す図である。
図６．Ａは、検出レベル生成回路の具体的構成例を示す図である。
図６．Ｂは、検出レベル生成回路の他の具体的構成例を示す図である
図７は、検出基準電圧ＣＴＲの変更例を示す図である。
図８は、検出論理パターン群の検出論理パターンを考えやすい形式で示す図である。
図９は、検出論理パターン群の実際の検出論理パターンを示す図である。
図１０は、ロータ位置決定のための概略のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明のセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器の実施例について、図を参照して説明する。図１は、センサレスモータが３相である場合のモータ駆動装置の全体構成を示す図である。なお、本発明は、３相モータ以外の多相モータにも適用することができる。
図１において、ドライバ部（即ち、ドライブスイッチ回路）１は、３相駆動回路であり、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴであるパワートランジスタＱ１〜Ｑ６によって構成される。パワートランジスタＱ１〜Ｑ３のドレインは共通接続され、駆動電圧（電源電圧）ＶＣＣが印加される端子に接続される。パワートランジスタＱ１のソースがパワートランジスタＱ４のドレインに、パワートランジスタＱ３のソースがパワートランジスタＱ５のドレインに、パワートランジスタＱ３のソースがパワートランジスタＱ６のドレインに、それぞれ接続される。そして、パワートランジスタＱ４〜Ｑ６のソースは共通接続され、グランドに接続される。なお、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６はｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴでもよく、また、パワートランジスタＱ１〜Ｑ３をｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとし、パワートランジスタＱ４〜Ｑ６をｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとしてもよい。
センサレスモータ２のステータコイルＬｕの一端がパワートランジスタＱ１とパワートランジスタＱ４との接続ノードに接続され、ステータコイルＬｖの一端がパワートランジスタＱ２とパワートランジスタＱ５との接続ノードに接続され、ステータコイルＬｗの一端がパワートランジスタＱ３とパワートランジスタＱ６との接続ノードに接続される。また、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端が共通接続される。このように、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、スター結線されている。
モータ駆動制御回路３が、ドライブスイッチ回路１とモータ２との各接続ノードと、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端（共通接続点；中点）と、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６が出力される端子を介してパワートランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートとに接続される。
ドライブスイッチ回路１は、モータ駆動制御回路３から出力されるドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６によって、制御される。そして、ドライブスイッチ回路１からモータ２に駆動電圧が供給され、駆動電流が流れてモータ２が回転する。
次に、モータ駆動制御回路３について説明する。モータ駆動制御回路３は、モードセレクト回路１１と、逆起電圧検出回路１２と、スイッチングノイズマスク回路１３と、ドライブ波形生成回路１４と、マグネットロータの停止時のロータ位置を検出し起動論理を発生するためのロータ位置検出回路２０とによって構成される。
逆起電圧検出回路１２、スイッチングノイズマスク回路１３、ドライブ波形生成回路１４は、モータ２が起動した後に定常回転させるための回路である。モータ起動後の回転中においては、逆起電圧検出回路１２がモータ駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔとステータコイルの中点電圧ＣＴＭとからフローティング状態にあるステータコイルに発生する逆起電圧を検出し、この逆起電圧の検出信号をスイッチングノイズマスク１３に出力する。スイッチングノイズマスク１３は、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチングによって発生するスイッチングノイズを除去した後、逆起電圧の検出信号をドライブ波形生成回路１４に出力する。ドライブ波形生成回路１４は、逆起電圧の検出信号からモータ回転中のロータ位置を検出して、そのロータ位置に応じてドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を生成する。モータ起動後は、モードセレクト回路１１は、運転側に切り替わっているので、信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６がモードセレクト回路１１を介してドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６としてドライブ部１に出力される。
さて、モータ２を停止状態から、運転状態に起動するためには、停止しているロータ位置を特定し、そのロータ位置に応じた起動論理をドライブ波形生成回路１４に与える必要がある。この起動論理をロータ位置検出回路２０が発生する。
ロータ位置検出回路２０は、制御動作に必要とされる各種のクロックを発生し各構成要素に供給するクロック発生回路２１と、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生するシーケンス回路２２と、電圧レベルが可変の検出基準電圧ＣＴＲを発生する検出レベル生成回路２３と、ステータコイル中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとを比較して、検出パターンになる比較出力ＣＴＯを出力するコイル中点変動検出コンパレータ（比較器）２４と、比較出力ＣＴＯをロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６と同期して順次取り込んで検出パターンＲ１〜Ｒ６として記憶し、記憶された検出パターンＲ１〜Ｒ６を出力するレジスタ２５と、レジスタ２５に記憶された検出パターンＲ１〜Ｒ６を予め用意されている検出論理パターン群とパターン比較し、その比較結果が一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理Ｙ１〜Ｙ３を発生し、一致しないときには、シーケンス回路２２からロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生させると共に検出基準電圧ＣＴＲを変更してロータ位 置検出を繰り返して行うようにモードセレクト信号ＳＥＬを出力するデコーダ２６と、プリセット回路２７を有している。このロータ位置検出回路２０から、シーケンス回路２２を除いたものは、パターン一致検出回路となる。
そのデコーダ２６は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んで予め用意されている検出論理パターン群を記憶している論理検出テーブル２６Ａと、レジスタ２５から供給される検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群の内のいずれかの論理検出パターンと一致するかどうかを比較検出し、一致するものがある場合に一致したことを示すパターン一致信号Ｃ１と一致した検出論理パターンＰ１を出力する検出パターン比較回路２６Ｂと、パターン一致信号Ｃ１によってセットされリセット信号Ｒによってリセットされるフリップフロップ（ＦＦ）回路２６Ｃと、ＦＦ回路２６Ｃからセット出力Ｑ（モードセレクト信号ＳＥＬ）が出されたときに、一致した検出論理パターンＰ１に応じた起動論理Ｙ１〜Ｙ３を出力する論理変換回路２６Ｄを有している。
クロック発生回路２１は、図示しない制御回路等からモータ起動命令信号ＳＴがロータ位置検出回路２０に供給されると、短周期パルス信号である第１クロックＣＫ１（例えば、５０ｋＨｚ）を発生し、この第１クロックを分周して得られる第２クロック〜第５クロックを発生して、それぞれ所要の回路に供給する。これら第２〜第５クロックは、図２のタイミングチャートに示されるように、第２クロックＣＫ２はレジスタ２５への比較出力ＣＴＯを取り込むタイミングを決めるレジスト指令信号であり、第３クロックＣＫ３はロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の状態を切り換える期間切り換えタイミング信号であり、第４クロックＣＫ４はそのレベルが高（Ｈ）レベルか低（Ｌ）レベルであるかによって、検出パターンを決める検出サイクル信号であり、また、第５クロックＣＫ５は２つの検出サイクル毎に出力される検出レベル切り換え信号である。
シーケンス回路２２は、モードセレクト信号ＳＥＬがロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６が選択されるロータ位置検出期間中に動作する。第５クロックＣＫ５を基準にして、第３クロックＣＫ３毎にロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の状態を変化させる。
ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６は、モータ２が動き出さないような短い時間のみ出力される。時点ｔｏ〜ｔ１、・・・、ｔ５〜ｔ６の各期間Ｔ１〜Ｔ６は例えばそれぞれ６００μｓであり、Ｈレベル区間と、Ｌレベル区間と、クロックＣＫ１と同一波形になるパルス区間とを有している。ロータ位置検出用信号Ｓ１を例にとると、Ｔ１期間とＴ２期間がＬレベル区間であり、Ｔ３区間がＨレベル区間であり、Ｔ４区間がパルス区間であり、Ｔ５区間がＨレベル区間であり、そしてＴ６区間がＬレベル区間である。なお、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の順番は、モータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔの発生の仕方に応じて決められる。
モードセレクト回路１１は、ロータ位置検出中にはロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を選択してドライブ部１に出力し、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６をオン・オフ制御する。具体的に一例を示すと、期間Ｔ１ではパワートランジスタＱ１、Ｑ５、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ２、Ｑ３がオンになり、パワートランジスタＱ４がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ２ではパワートランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ４、Ｑ５がオンになり、パワートランジスタＱ３がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ３ではパワートランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ１、Ｑ３がオンになり、パワートランジスタＱ５がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ４ではパワートランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４がオフになり、パワートランジスタＱ５、Ｑ６がオンになり、パワートランジスタＱ１がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ５ではパワートランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５がオフになり、パワートランジスタＱ１、Ｑ２がオンになり、パワートランジスタＱ６がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ６ではパワートランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５がオフになり、パワートランジスタＱ４、Ｑ６がオンになり、パワートランジスタＱ２がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。
したがって、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加されるモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔは、図３に示されるように、期間Ｔ１ではＬ＊、Ｈ、Ｈに、期間Ｔ２ではＬ、Ｌ、Ｈ＊に、期間Ｔ３ではＨ、Ｌ＊、Ｈに、期間Ｔ４ではＨ＊、Ｌ、Ｌに、期間Ｔ５ではＨ、Ｈ、Ｌ＊に、期間Ｔ６ではＬ、Ｈ＊、Ｌになる。ここで、Ｈ＊は、Ｈレベルとオフとの間でのスイッチングを示し、Ｌ＊は、Ｌレベルとオフとの間でのスイッチングを示している。これにより、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗには、第１クロックＣＫ１と同一周期である短周期のパルス状電流が流れる。期間Ｔ１〜期間Ｔ６によって、１つの検出サイクルが構成される。なお、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流す電流を、短周期のパルス状電流とするのは、ステータコイルのインピーダンスを大きくして、中点電圧ＣＴＭの変動幅を大きくするためである。
センサレスモータ２のマグネットロータのマグネットが形成する磁界によって各ステータコイルのインピーダンスが変化する。したがって、ステータコイルの各一端電圧を図３の検出サイクルＴ１〜Ｔ６のように変化させることにより、停止状態のロータ位置に応じてステータコイルの中点電圧ＣＴＭは変動する。よって、この中点電圧ＣＴＭの変化を監視することにより、停止状態のロータ位置を特定することができる。
比較器２４は、中点電圧ＣＴＭの変化を、検出レベル生成回路２３の検出基準電圧ＣＴＲと比較して、この比較出力ＣＴＯを出力する。各検出サイクルＴ１〜Ｔ６における比較出力ＣＴＯから検出パターンを得る。
この中点電圧ＣＴＭは、同様な構造のセンサレスモータであっても、個々のモータによってその電圧の発生度合いが異なる。図４．Ａ及び図４．Ｂは、中点電圧ＣＴＭがロータの位置に応じて変化する状況を説明するための図である。この図４．Ａ及び図４．Ｂでは、モータの２つの相をＨレベルとし、他の１相をＬレベルとオフとにスイッチングさせながら、そのモータのマグネットロータの位置を電気角度で０°から３６０°まで手動によってずらせて行ったときの中点電圧ＣＴＭの変動を示している。また、モータの２つの相をＬレベルとし、他の１相をＨレベルとオフとにスイッチングさせることとしても良い。
このように中点電圧ＣＴＭの変化の大きさやパターンは、ステータコイルのインダクタンス成分や抵抗成分、磁界の強さ、ロータとステータとの距離（ギャップ長）等に応じてモータによって異なることになる。
関連文献では、比較出力ＣＴＯから検出サイクルにおける所定の検出パターンを得ることができるように、モータの種類に合わせて検出基準電圧ＣＴＲのレベルを調整していた。
しかし、ＭＤドライバやＨＤＤドライバには多くの種類（例えば、１０数種類）のセンサレスモータが採用される。したがって、用いられるモータ毎に検出基準電圧ＣＴＲのレベルを合わせ込む調整作業が、必要となっていた。
また、図４．Ａのように、中点電圧ＣＴＭの最高点（最大ピーク点）が他の部分と明確に区別できる場合には、関連文献に示されているような１種類の検出論理パターンでも、検出基準電圧ＣＴＲのレベルの合わせ込みによって、検出可能である。しかし、図４．Ｂに示されるような中点電圧ＣＴＭの変化パターンを示すモータに対しては、関連文献に示されているような１種類の検出論理パターンでは、もはや、検出基準電圧ＣＴＲのレベルの合わせ込みのみだけでは、的確にロータ位置を検出することは困難である。
そこで、本発明では、検出論理パターン群として、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含むように複数種類の検出論理パターンを予め用意すること、検出パターンが検出論理パターン群の内のいずれとも一致しないときには、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、ロータ位置検出を繰り返して行うこと、としている。これにより、適用されるモータの種類に関わらず、また、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行うことなく、停止状態でのロータ位置を確実に且つ自動的に検出する。このために、検出レベル生成回路２３やデコーダ２６などを、本発明に特有の構成としている。
図４．Ａ、図４．Ｂでは、モータの２つの相をＨレベルとし、他の１相をＬレベルとオフとにスイッチングさせながら、そのモータのマグネットロータの回転位置を電気角度で０°から３６０°まで手動によってずらせて行ったときの中点電圧ＣＴＭの変動を示した。しかし、実際には、マグネットロータを回転させるのではなく、その代わりに、図２のようにロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生させる。そのロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６によって、図３のようにロータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔを発生させている。その場合の比較出力ＣＴＯの例を、図５．Ａ〜図５．Ｄに示している。
この例では、図５．Ａが或る電気角（例えば、０°）での中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとの差ＣＴＭ−ＣＴＲを期間Ｔ１〜期間Ｔ６の検出パターンとして示している。図５．Ａの検出パターンは、「ＬＬＬＨＬＬ」である。この検出パターンが、図５．Ｂでは「ＬＬＬＨＨＬ」になり、図５．Ｃでは「ＬＬＬＨＨＬ」になり、６０°電気角が経過した図５．Ｄでは「ＬＬＬＬＨＬ」になる。このような電気角３６０°の検出パターンの変化を、検出して、ロータ位置を特定することが可能になる。
検出レベル生成回路２３の具体的構成例が、図６．Ａ及び図６．Ｂに示されている。まず、図６．Ａの構成例について説明する。
図６．Ａにおいて、抵抗３１−１の一端に駆動電圧Ｖｕｏｕｔが入力され、抵抗３１−２の一端に駆動電圧Ｖｖｏｕｔが入力され、抵抗３１−３の一端に駆動電圧Ｖｗｏｕｔが入力される。抵抗３１−１〜３１−３の他端は、共通接続されて差動アンプ３２の非反転入力端に接続される。抵抗３１−１〜３１−３の他端に、仮想中性点電圧が発生する。差動アンプ３２の出力端子及び反転入力端子が、直接に接続されて、ボルテージフォロアとして動作する。差動アンプ３２の出力端子が、抵抗３３−１とスイッチ３４−１の直列回路、抵抗３３−２とスイッチ３４−２の直列回路、乃至抵抗３３−ｎとスイッチ３４−ｎの直列回路を介して比較器２４の反転入力端子に接続される。この反転入力端子に入力される電圧が、検出基準電圧ＣＴＲになる。また、比較器２４の反転入力端子に定電圧端子から定電流源３５を介して定電流Ｉ１が流入し、比較器２４の反転入力端子から定電流源３６を介してグランドへ定電流Ｉ２が流出する。比較器２４の非反転入力端子には中点電圧ＣＴＭが入力される。オフセット電圧調整回路が、これら抵抗３３−１〜３３−ｎ、スイッチ３４−１〜３４−ｎ、定電流源３５、３６、オフセットレベル切換回路３７、オフセット方向切換回路３８を含んで、形成される。
スイッチ３４−１〜３４−ｎはオフセットレベル切換回路３７からの切換信号によって選択的に切り換えられる。また、定電流源３５、３６は、オフセット方向切換回路３８からの切換信号によって切り換えられる。定電流Ｉ１、Ｉ２は同じ大きさで良いが、大きさが異なっていても良い。また、定電流源３５、３６は、オフセット電圧を与えないように、同時にオフにするようにしても良い。
定電流源３５、３６及びスイッチ３４−１〜３４−ｎを切り換えることにより、抵抗３１−１〜３１−３の他端に発生する仮想中性点電圧（即ち、ボルテージフォロアとして動作する差動アンプ３２の出力電圧）に加算或いは減算するオフセット電圧のレベル及び方向が変更されるから、検出基準電圧ＣＴＲが変更される。
また、図６．Ｂにおいて、抵抗４１−１の一端に駆動電圧Ｖｕｏｕｔが入力され、抵抗４１−２の一端に駆動電圧Ｖｖｏｕｔが入力され、抵抗４１−３の一端に駆動電圧Ｖｗｏｕｔが入力される。抵抗４１−１〜４１−３の他端に、仮想中性点電圧が発生する。抵抗４１−１〜４１−３の他端は、共通接続されて比較器２４の反転入力端子に接続される。共通接続された抵抗４１−１〜４１−３の他端には、定電圧端子から定電流源４２−１とスイッチ４３−１との直列回路、定電流源４２−２とスイッチ４３−２との直列回路、乃至定電流源４２−ｎとスイッチ４３−ｎとの直列回路を介して電流Ｉ１が流入する。また、共通接続された抵抗４１−１〜４１−３の他端から、定電流源４４−１とスイッチ４５−１との直列回路、定電流源４４−２とスイッチ４５−２との直列回路、乃至定電流源４４−ｎとスイッチ４５−ｎとの直列回路を介して電流Ｉ２がグランドへ流出する。この反転入力端子に入力される電圧が、検出基準電圧ＣＴＲになる。比較器２４の非反転入力端子には中点電圧ＣＴＭが入力される。オフセット電圧調整回路が、これら定電流源４２−１〜４２−ｎ、スイッチ４３−１〜４３−ｎ、スイッチ４５−１〜４５−ｎ、定電流源４４−１〜４４−ｎ、オフセットレベル切換回路４６、オフセット方向切換回路４７を含んで、形成される。
スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎはオフセットレベル切換回路４６及びオフセット方向切換回路４７からの切換信号によって選択的に切り換えられる。スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎを切り換えることにより電流の大きさ及び方向が調整できるから、抵抗４１−１〜４１−３の他端に発生する検出基準電圧ＣＴＲが変更される。電流Ｉ１、Ｉ２は同じ大きさで良いが、大きさが異なっていても良い。また、オフセット電圧を与えないように、スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎを同時にオフにするようにしても良い。
図７に、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６と同期して切り換えられる検出基準電圧ＣＴＲの変更例を示している。図７では、２つの検出サイクル毎にオフセット電圧のレベルが切り換えられる。そのレベルの切り換えタイミングは、検出レベル切換信号ＣＫ５により決定される。
第１検出サイクルでは、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５において２つの相がＨレベルで、他の１相がＬレベルとオフとのスイッチングであるから、検出基準電圧ＣＴＲは２・ＶＣＣ／３にオフセット電圧を加算した電圧とされる。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６において２つの相がＬレベルで、他の１相がＨレベルとオフとのスイッチングであるから、検出基準電圧ＣＴＲはＶＣＣ／３からオフセット電圧を減算した電圧とされる。つまり、期間切り換えタイミング信号ＣＫ３と同期して、定電流源３５、３６が交互に切り換えられている。
第２検出サイクルでは、各期間Ｔ１〜Ｔ６でオフセット電圧の極性が第１サイクルとは逆にされている。即ち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５では、検出基準電圧ＣＴＲは２・ＶＣＣ／３からオフセット電圧を減算した電圧とされる。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６では、検出基準電圧ＣＴＲはＶＣＣ／３にオフセット電圧を加算した電圧とされる。つまり、期間切り換えタイミング信号ＣＫ３と同期して、定電流源３５、３６が第１検出サイクルとは逆に交互に切り換えられている。第１検出サイクルと、第２検出サイクルの切換は、検出サイクル信号ＣＫ４により、判別される。
第３検出サイクルでは、検出レベル切換信号ＣＫ５によりオフセット電圧のレベルが切り換えられる。その後、第１、第２検出サイクルと同じようにして、検出基準電圧ＣＴＲが切り換えられていく。
この検出サイクルの更新は、検出パターンが検出論理パターン群のうちの１つの検出論理パターンと一致した段階で中止することがよい。また、オフセット電圧のレベル、方向の全ての組み合わせでの検出サイクルが終わったときに終了するようにしても良い。
レジスタ２５は、比較器２４からの比較出力ＣＴＯを、レジスト指令信号ＣＫ２のタイミングで読み込んで記憶していく。そして、各検出サイクルの終了毎に検出サイクル信号ＣＫ４に同期して、記憶している比較出力ＣＴＯを検出パターンＲ１〜Ｒ６として、デコーダ２６に出力する。
デコーダ２６内の論理検出テーブル２６Ａには、各種のセンサレスモータに適合するように設定されている、検出論理パターン群が記憶されている。
図８は、論理検出テーブル２６Ａに予め用意されている検出論理パターン群の検出論理パターンを、考えやすい形式で示している。図８では、検出論理パターン１〜検出論理パターン４で検出論理パターン群を構成している。検出論理パターン１〜検出論理パターン４において、Ｐｏｓ．１〜Ｐｏｓ．１２は、電気角３６０°を１２等分した各ロータ位置を示している。この図８からも判るように、各ロータ位置に対応する検出論理パターンが複数、この例では４つ用意されている。例えば、ロータ位置Ｐｏｓ．１についてみると、「ＬＨＨＬＬＬ」、「ＬＨＨＬＬＬ」、「ＨＨＨＨＬＬ」、「ＨＨＨＨＬＬ」である。ロータ位置Ｐｏｓ．１において、検出論理パターン１〜４のいずれに該当しても、同じロータ位置を示すものであるから起動論理Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、いずれも同じ、「Ｈ、Ｌ、Ｍ」である。なお、「Ｈ、Ｌ、Ｍ」は、Ｕ相が高レベル、Ｖ相が低レベル、Ｗ相が開放状態、であることを示している。他の起動論理Ｙ１〜Ｙ３も同様である。
図９が実際の検出論理パターン群である。各検出サイクルにおける期間Ｔ１〜期間Ｔ６のうち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６とは、その電圧レベルが逆転している。したがって、比較出力ＣＴＯも、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６とでは逆になる。図９では、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５の論理を図８と逆にしたものとなる。即ち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５においては、図８のＨレベルを図９ではＬレベルにし、図８のＬレベルを図９ではＨレベルにしている。
検出パターン比較回路２６Ｂは、レジスタ２５からの検出パターンＲ１〜Ｒ６を、論理検出テーブル２６Ａの検出論理パターン群と比較する。検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちの１つの検出論理パターンと一致したときに、パターン一致信号Ｃ１と、一致した検出論理パターンＰ１を出力する。
ＦＦ回路２６Ｃは、パターン一致信号Ｃ１が入力されるとセットされ、出力端子Ｑからモードセレクト信号ＳＥＬを出力する。このモードセレクト信号ＳＥＬは、モードセレクタ回路１１に入力されて、それまでのロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の出力状態から、ドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を出力するように切り換える。このモードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときは、ロータ位置が決定されたことを意味するから、モードセレクト信号ＳＥＬによってロータ位置検出回路２０の動作を停止させることがよい。
また、論理変換回路２６Ｄはモードセレクト信号ＳＥＬが入力されて、その時点で供給されている論理検出パターンＰ１を起動論理Ｙ１〜Ｙ３に変換する。
プリセット回路２７は、論理変換回路２６Ｄから出力された起動論理Ｙ１〜Ｙ３をドライブ波形生成回路１４に供給する。なお、ＰＲはプリセット信号であり、このプリセット信号ＰＲがプリセット回路２７に入力されたときには、所定の起動論理Ｙ１〜Ｙ３を出力する。
次に、以上のように構成されるモータ駆動装置の動作について、図１０のフローチャートも参照して、説明する。
センサレスモータ２が停止している状態で、ステップＳ１０１でマグネットロータの位置検出がスタートすると、モータ起動命令信号ＳＴがロータ位置検出回路２０に供給されて、位置検出動作が開始される。
モータ起動命令信号ＳＴによって、クロック発生回路２１が発振を開始し、図２のように第１〜第５クロックＣＫ１〜ＣＫ５を発生する。図２の第１検出サイクルにおいて、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６が、各期間Ｔ１〜Ｔ６毎に、ドライブスイッチ回路１に供給され、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６をスイッチングする。これにより、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに図３に示されるようなモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔが印加される。
このモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔの印加により、ロータ位置に応じて中点電圧ＣＴＭが発生される。一方、第１検出サイクルにおいて、図７に示されるような検出基準電圧ＣＴＲが発生されている。これら中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとが比較器２４で期間Ｔ１〜Ｔ６毎に比較されて、その比較出力ＣＴＯがレジスト指令信号ＣＫ２のタイミングでレジスタ２５に順次取り込まれる。このレジスタ２５への取り込みタイミングは、各期間Ｔ１〜Ｔ６中の任意の時点でよく、好ましくは中点電圧ＣＴＭが安定して発生される時点に設定される。
レジスタ２５に第１検出サイクル分の比較出力ＣＴＯが取り込まれると、ステップＳ１０２で、レジスタ２５から第１検出サイクル分の比較出力ＣＴＯが検出パターンＲ１〜Ｒ６として、デコーダ２６の検出パターン比較回路２６Ｂに供給される。
ステップＳ１０３で、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が論理検出テーブル２６Ａの検出論理パターン群のうちのいずれかの論理検出パターンと一致するかどうかを検出パターン比較回路２６Ｂで照合する。
この照合の結果、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちのいずれの論理検出パターンとも一致しない（即ち、不一致）場合には、パターン一致信号Ｃ１及び一致した検出論理パターンＰ１は出力されない。そして、第２検出サイクルに入る。
第２検出サイクルでは、ステップＳ１０４において、検出基準電圧ＣＴＲを、第１検出サイクルでの検出基準電圧ＣＴＲと異ならせる。検出基準電圧ＣＴＲを異ならせる例として、図７に示されるように、オフセット電圧の極性を各期間Ｔ１乃至Ｔ６において逆にすることができる。この場合にはオフセットレベルは一定で極性のみを逆にすれば良い。また、他の例として、オフセット電圧の極性は同じでそのオフセットレベルを異ならせる。つまり、オフセットレベルのみ切り換えていってもよい。
このように第２検出サイクルでは、検出基準電圧ＣＴＲを異ならせて、再度ステップＳ１０２で検出パターンＲ１〜Ｒ６を得て、ステップＳ１０３で再度検出結果を照合する。
照合の結果が一致しない場合には、第３検出サイクルに入り、同様にステップＳ１０４、Ｓ１０２、Ｓ１０３を繰り返す。このように、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、検出サイクルを繰り返す。この場合の検出基準電圧ＣＴＲは、２つの検出サイクル毎にオフセットレベルを変更し、その２つの検出サイクルの奇数番目の検出サイクルと偶数番目の検出サイクルとでオフセット電圧の極性を逆にする。また、オフセット電圧を検出サイクル毎に順次大きくし、或いは順次小さくするようにして、検出基準電圧ＣＴＲを変更しても良い。
ステップＳ１０３での照合の結果、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちのいずれかの論理検出パターンと一致した場合には、検出パターン比較回路２６Ｂからパターン一致信号Ｃ１及び一致した検出論理パターンＰ１が出力される。
パターン一致信号Ｃ１によってＦＦ回路２６Ｃがセットされ、モードセレクト信号ＳＥＬが出力される。このモードセレクト信号ＳＥＬはモードセレクト回路１１を切り換えて、モードセレクト回路１１からロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６に代えて、ドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を出力できるようにする。
一致した検出論理パターンＰ１が論理変換回路２６Ｄで対応する起動論理Ｙ１〜Ｙ３に変換される。起動論理Ｙ１〜Ｙ３はプリセット回路２７を介してドライブ波形生成回路１４に供給される。
このように、本発明のモータ駆動装置は、照合の結果が一致しない場合には、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、ロータ位置検出用信号を発生させロータ位置検出を繰り返して行う。また、予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含むように形成されている。したがって、適用されるモータの種類が異なっていても、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行う必要が無く、停止状態でのロータ位置を確実に検出することができる。また、電気機器の電源電圧ＶＣＣはその電源によっては電圧低下（減電）したり、電圧上昇（過電）することがあるが、このような減電時や過電時にも同様に安定してロータ位置を決定できる。したがって、共通のモータ駆動装置によって、外部からの検出基準電圧の合わせ込みを行う必要が無く、モータの種類や電源電圧に依らずに、各種モータを安定して起動することができる。
なお、１回の検出サイクルに要する時間は、数ｍｓｅｃ（例、約５ｍｓｅｃ）であるから、検出サイクルを何回か繰り返したとしても実用的な時間内にロータ位置を検出することができる。
なお、デコーダ２６において、検出パターンが一致したときにのみ、その一致した検出論理パターンＰ１を出力しても良く、また、検出パターンＲ１〜Ｒ６を毎回出力しモードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときに起動論理への論理変換を行うようにしてもよい。
また、モードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときに、ロータ位置検出回路２０を停止させるようにすることがよい。これにより、無駄な電力消費を削減できる。
また、本発明のモータ駆動装置では、論理パターンが一致するまで、検出基準電圧ＣＴＲを変更しつつ検出サイクルを繰り返すから、通常はいずれかの検出サイクルで一致する論理パターンが得られる。ただ、何らかの理由で所定回数の検出サイクルを行っても一致する論理パターンが得られ無い場合には、プリセット回路２７にプリセット信号ＰＲを与えて、所定の起動論理Ｙ１〜Ｙ３を与えて強制的に起動することができる。
本発明のモータ駆動装置を用いたＭＤドライバやＨＤＤドライバ等では、モータが逆回転方向に起動することがないので、モータ、例えばスピンドルモータの起動がスムーズに且つ速やかに行われる。また、以上の実施例では、ドライブスイッチ回路１をモータ駆動制御回路３と別の構成として示したが、これらを１つのＩＣで構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
本発明に係るモータ駆動装置によると、ＭＤドライバやＨＤＤドライバ等に用いられるセンサレスモータの種類に関わらず、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４．Ａ】
【図４．Ｂ】
【図５．Ａ】
【図５．Ｂ】
【図５．Ｃ】
【図５．Ｄ】
【図６．Ａ】
【図６．Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【技術分野】
本発明は、回転位置センサを持たないセンサレス型モータ（以下、センサレスモータ）の駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器に関するものである。
【背景技術】
ＭＤドライバやＨＤＤドライバ等に用いられるモータとして、ホール素子などによる回転位置センサが不要なセンサレスモータが、その構造が簡単であることなどの理由から多く用いられるようになってきている。このセンサレスモータは、停止しているときにそのマグネットロータのロータ位置が不明であることから、所定方向に確実に回転起動させるための起動方法に問題がある。
従来のセンサレスモータの起動方法としては、ロータ位置に無関係な予め定められたシーケンスでそのモータを強制的に振動させることにより起動させる方法などが用いられてきた。
この起動方法では、ロータ位置に無関係な起動論理によって生成される三相の電圧をモータに印加するので、モータが正転方向に始動するとは限らないと言う問題があった。
また、特開平５−２６８７９１号公報（以下、特許文献１）には、フローティング状態にあるステータコイルにおける零交差電圧をモニタする事によりロータ位置を検出するモータ駆動装置が示されている。しかし、この検出方法では、モータが回転していなければロータ位置を検出することは出来ないから、同期外れ後の再同期の際にロータ位置を検出できても、モータ起動前の停止状態ではロータ位置を検出することは出来なかった。
そこで、本出願人は、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動を停止状態から回転位置に応じた所定の起動論理に基づいて駆動できるようにしたモータ駆動装置を既に提案している（特開２００４−１０４８４６；以下、関連文献という）。この関連文献は、この出願の優先日において、未だ、公知でない、
関連文献のモータ駆動装置は、モータの停止時にそのモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を順次にステータコイルに供給し、その時に発生するステータコイルの中点電圧と基準電圧とを比較した比較結果（検出パターン）に基づいてそのロータ位置を検出して、起動論理を決定するようにしている。
関連文献のモータ駆動装置では、対象とするモータによって中点電圧の発生状況（例えば、その電圧レベルや、変化状況）が異なるから、所定の比較結果（検出パターン）を得られるようにするために対象とするモータ毎に基準電圧を合わせ込むことが必要である。また、中点電圧の発生状況に依っては、基準電圧の合わせ込みのみでは所定の比較結果（検出パターン）を得ることが出来ない場合も発生することがある。
また、モータに印加される電源電圧が定格電圧より減少した減電時や増加した過電時には、ステータコイルの中点電圧はその減電量や過電量に応じて変化する。したがって、減電時や過電時には、所定の比較結果（即ち、検出パターン）を得ることがさらに困難である。
そこで、本発明は、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器において、適用されるセンサレスモータの種類に関わらず、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することを目的とする。また、電源電圧が減電時や過電時にも同様に安定してモータを起動することを目的とする。
【発明の開示】
本発明のモータ駆動装置は、センサレスモータの複数のステータコイルに駆動電流を供給するドライブスイッチ回路をドライブ信号によって制御してそのセンサレスモータを駆動するモータ駆動装置において、
そのセンサレスモータを回転させる前に、その複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つそのセンサレスモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧をその複数のステータコイルに供給するようにそのドライブスイッチ回路を制御するロータ位置検出用信号をそのドライブスイッチ回路に出力するシーケンス回路と、
そのロータ位置検出用駆動電圧が印加されたときのその複数のステータコイルの中点電圧と、そのロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成された検出基準電圧とを比較し、その比較結果である検出パターンが予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかの検出論理パターンと一致するか否かを検出するパターン一致検出回路を備え、
一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生する一方、一致しないときには、その検出基準電圧を変更させるとともに、そのシーケンス回路からロータ位置検出用信号を発生させて、ロータ位置検出を繰り返して行う。
また、そのロータ位置検出用電圧は、そのステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つそのステータコイルの他相が高電位である状態と、そのステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つそのステータコイルの他相が低電位である状態とが相を順次変化させてシーケンシャルに発生される。
また、その予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んでいる。
また、そのパターン一致検出回路は、その複数のステータコイルに供給されるそのロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成される仮想中性点電圧と可変のオフセット電圧とを加算してその検出基準電圧を得る検出レベル生成回路を有する。
また、その仮想中性点電圧は、一端が各相へのそのロータ位置検出用駆動電圧が印加され、他端が共通接続された抵抗回路により形成される。
また、そのオフセット電圧は、オフセット切り換え信号によってレベル及び又は極性が切り換えられる。
また、そのパターン一致検出回路は、その中点電圧とその検出基準電圧とを比較する比較器と、該比較器からの比較出力が順次入力され検出パターンとして記憶するレジスタと、該レジスタに記憶された検出パターンとその予め用意されている検出論理パターン群とをパターン比較し、その比較結果に応じて、その起動論理と、ロータ位置検出処理もしくはモータ駆動処理を指令するモードセレクト信号とを出力するデコーダを有する。
本発明の電気機器は、センサレスモータと、このセンサレスモータを駆動する本発明のいずれかのモータ駆動装置とを備える。
本発明によれば、回転位置センサを持たないセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器において、複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つそのモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を複数のステータコイルに供給する。そして、ステータコイルの中点電圧と検出基準電圧とを比較する。その比較結果、即ち検出パターンが、予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかと一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生し、モータを起動する。一致しないときには、検出基準電圧を変更して、ロータ位置検出用信号を発生させロータ位置検出を繰り返して行う。これにより、適用されるモータの種類に関わらず、また、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行うことなく、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することができる。また、電源電圧が減電時や過電時にも同様に安定してロータ位置を決定できるから、やはりモータを安定して起動できる。
また、ロータ位置検出用電圧として、ステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つステータコイルの他相が高電位である状態と、ステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つステータコイルの他相が低電位である状態とを相を順次変化させてシーケンシャルに発生させるから、センサレスモータのロータ位置を確実に効率よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、モータ駆動装置の全体構成を示す図である。
図２は、図１の駆動装置のタイミングチャートである。
図３は、モータ位置検出用駆動電圧の波形図である。
図４．Ａは、中点電圧とロータの回転位置との関係を説明するための図である。
図４．Ｂは、中点電圧とロータの回転位置との関係を説明するための他の図である。
図５．Ａは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例１を示す図である。
図５．Ｂは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例２を示す図である。
図５．Ｃは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例３を示す図である。
図５．Ｄは、ロータ位置検出用駆動電圧印加時の比較出力のパターン例４を示す図である。
図６．Ａは、検出レベル生成回路の具体的構成例を示す図である。
図６．Ｂは、検出レベル生成回路の他の具体的構成例を示す図である
図７は、検出基準電圧ＣＴＲの変更例を示す図である。
図８は、検出論理パターン群の検出論理パターンを考えやすい形式で示す図である。
図９は、検出論理パターン群の実際の検出論理パターンを示す図である。
図１０は、ロータ位置決定のための概略のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明のセンサレスモータの駆動装置及びこの駆動装置によって駆動されるセンサレスモータを有する電気機器の実施例について、図を参照して説明する。図１は、センサレスモータが３相である場合のモータ駆動装置の全体構成を示す図である。なお、本発明は、３相モータ以外の多相モータにも適用することができる。
図１において、ドライバ部（即ち、ドライブスイッチ回路）１は、３相駆動回路であり、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴであるパワートランジスタＱ１〜Ｑ６によって構成される。パワートランジスタＱ１〜Ｑ３のドレインは共通接続され、駆動電圧（電源電圧）ＶＣＣが印加される端子に接続される。パワートランジスタＱ１のソースがパワートランジスタＱ４のドレインに、パワートランジスタＱ３のソースがパワートランジスタＱ５のドレインに、パワートランジスタＱ３のソースがパワートランジスタＱ６のドレインに、それぞれ接続される。そして、パワートランジスタＱ４〜Ｑ６のソースは共通接続され、グランドに接続される。なお、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６はｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴでもよく、また、パワートランジスタＱ１〜Ｑ３をｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとし、パワートランジスタＱ４〜Ｑ６をｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとしてもよい。
センサレスモータ２のステータコイルＬｕの一端がパワートランジスタＱ１とパワートランジスタＱ４との接続ノードに接続され、ステータコイルＬｖの一端がパワートランジスタＱ２とパワートランジスタＱ５との接続ノードに接続され、ステータコイルＬｗの一端がパワートランジスタＱ３とパワートランジスタＱ６との接続ノードに接続される。また、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端が共通接続される。このように、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、スター結線されている。
モータ駆動制御回路３が、ドライブスイッチ回路１とモータ２との各接続ノードと、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの他端（共通接続点；中点）と、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６が出力される端子を介してパワートランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートとに接続される。
ドライブスイッチ回路１は、モータ駆動制御回路３から出力されるドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６によって、制御される。そして、ドライブスイッチ回路１からモータ２に駆動電圧が供給され、駆動電流が流れてモータ２が回転する。
次に、モータ駆動制御回路３について説明する。モータ駆動制御回路３は、モードセレクト回路１１と、逆起電圧検出回路１２と、スイッチングノイズマスク回路１３と、ドライブ波形生成回路１４と、マグネットロータの停止時のロータ位置を検出し起動論理を発生するためのロータ位置検出回路２０とによって構成される。
逆起電圧検出回路１２、スイッチングノイズマスク回路１３、ドライブ波形生成回路１４は、モータ２が起動した後に定常回転させるための回路である。モータ起動後の回転中においては、逆起電圧検出回路１２がモータ駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔとステータコイルの中点電圧ＣＴＭとからフローティング状態にあるステータコイルに発生する逆起電圧を検出し、この逆起電圧の検出信号をスイッチングノイズマスク１３に出力する。スイッチングノイズマスク１３は、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチングによって発生するスイッチングノイズを除去した後、逆起電圧の検出信号をドライブ波形生成回路１４に出力する。ドライブ波形生成回路１４は、逆起電圧の検出信号からモータ回転中のロータ位置を検出して、そのロータ位置に応じてドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を生成する。モータ起動後は、モードセレクト回路１１は、運転側に切り替わっているので、信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６がモードセレクト回路１１を介してドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６としてドライブ部１に出力される。
さて、モータ２を停止状態から、運転状態に起動するためには、停止しているロータ位置を特定し、そのロータ位置に応じた起動論理をドライブ波形生成回路１４に与える必要がある。この起動論理をロータ位置検出回路２０が発生する。
ロータ位置検出回路２０は、制御動作に必要とされる各種のクロックを発生し各構成要素に供給するクロック発生回路２１と、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生するシーケンス回路２２と、電圧レベルが可変の検出基準電圧ＣＴＲを発生する検出レベル生成回路２３と、ステータコイル中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとを比較して、検出パターンになる比較出力ＣＴＯを出力するコイル中点変動検出コンパレータ（比較器）２４と、比較出力ＣＴＯをロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６と同期して順次取り込んで検出パターンＲ１〜Ｒ６として記憶し、記憶された検出パターンＲ１〜Ｒ６を出力するレジスタ２５と、レジスタ２５に記憶された検出パターンＲ１〜Ｒ６を予め用意されている検出論理パターン群とパターン比較し、その比較結果が一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理Ｙ１〜Ｙ３を発生し、一致しないときには、シーケンス回路２２からロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生させると共に検出基準電圧ＣＴＲを変更してロータ位 置検出を繰り返して行うようにモードセレクト信号ＳＥＬを出力するデコーダ２６と、プリセット回路２７を有している。このロータ位置検出回路２０から、シーケンス回路２２を除いたものは、パターン一致検出回路となる。
そのデコーダ２６は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んで予め用意されている検出論理パターン群を記憶している論理検出テーブル２６Ａと、レジスタ２５から供給される検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群の内のいずれかの論理検出パターンと一致するかどうかを比較検出し、一致するものがある場合に一致したことを示すパターン一致信号Ｃ１と一致した検出論理パターンＰ１を出力する検出パターン比較回路２６Ｂと、パターン一致信号Ｃ１によってセットされリセット信号Ｒによってリセットされるフリップフロップ（ＦＦ）回路２６Ｃと、ＦＦ回路２６Ｃからセット出力Ｑ（モードセレクト信号ＳＥＬ）が出されたときに、一致した検出論理パターンＰ１に応じた起動論理Ｙ１〜Ｙ３を出力する論理変換回路２６Ｄを有している。
クロック発生回路２１は、図示しない制御回路等からモータ起動命令信号ＳＴがロータ位置検出回路２０に供給されると、短周期パルス信号である第１クロックＣＫ１（例えば、５０ｋＨｚ）を発生し、この第１クロックを分周して得られる第２クロック〜第５クロックを発生して、それぞれ所要の回路に供給する。これら第２〜第５クロックは、図２のタイミングチャートに示されるように、第２クロックＣＫ２はレジスタ２５への比較出力ＣＴＯを取り込むタイミングを決めるレジスト指令信号であり、第３クロックＣＫ３はロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の状態を切り換える期間切り換えタイミング信号であり、第４クロックＣＫ４はそのレベルが高（Ｈ）レベルか低（Ｌ）レベルであるかによって、検出パターンを決める検出サイクル信号であり、また、第５クロックＣＫ５は２つの検出サイクル毎に出力される検出レベル切り換え信号である。
シーケンス回路２２は、モードセレクト信号ＳＥＬがロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６が選択されるロータ位置検出期間中に動作する。第５クロックＣＫ５を基準にして、第３クロックＣＫ３毎にロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の状態を変化させる。
ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６は、モータ２が動き出さないような短い時間のみ出力される。時点ｔｏ〜ｔ１、・・・、ｔ５〜ｔ６の各期間Ｔ１〜Ｔ６は例えばそれぞれ６００μｓであり、Ｈレベル区間と、Ｌレベル区間と、クロックＣＫ１と同一波形になるパルス区間とを有している。ロータ位置検出用信号Ｓ１を例にとると、Ｔ１期間とＴ２期間がＬレベル区間であり、Ｔ３区間がＨレベル区間であり、Ｔ４区間がパルス区間であり、Ｔ５区間がＨレベル区間であり、そしてＴ６区間がＬレベル区間である。なお、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の順番は、モータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔの発生の仕方に応じて決められる。
モードセレクト回路１１は、ロータ位置検出中にはロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を選択してドライブ部１に出力し、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６をオン・オフ制御する。具体的に一例を示すと、期間Ｔ１ではパワートランジスタＱ１、Ｑ５、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ２、Ｑ３がオンになり、パワートランジスタＱ４がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ２ではパワートランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ４、Ｑ５がオンになり、パワートランジスタＱ３がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ３ではパワートランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６がオフになり、パワートランジスタＱ１、Ｑ３がオンになり、パワートランジスタＱ５がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ４ではパワートランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４がオフになり、パワートランジスタＱ５、Ｑ６がオンになり、パワートランジスタＱ１がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ５ではパワートランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５がオフになり、パワートランジスタＱ１、Ｑ２がオンになり、パワートランジスタＱ６がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。期間Ｔ６ではパワートランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５がオフになり、パワートランジスタＱ４、Ｑ６がオンになり、パワートランジスタＱ２がクロックＣＫ１と同期してオン／オフスイッチングされる。
したがって、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加されるモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔは、図３に示されるように、期間Ｔ１ではＬ＊、Ｈ、Ｈに、期間Ｔ２ではＬ、Ｌ、Ｈ＊に、期間Ｔ３ではＨ、Ｌ＊、Ｈに、期間Ｔ４ではＨ＊、Ｌ、Ｌに、期間Ｔ５ではＨ、Ｈ、Ｌ＊に、期間Ｔ６ではＬ、Ｈ＊、Ｌになる。ここで、Ｈ＊は、Ｈレベルとオフとの間でのスイッチングを示し、Ｌ＊は、Ｌレベルとオフとの間でのスイッチングを示している。これにより、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗには、第１クロックＣＫ１と同一周期である短周期のパルス状電流が流れる。期間Ｔ１〜期間Ｔ６によって、１つの検出サイクルが構成される。なお、ステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流す電流を、短周期のパルス状電流とするのは、ステータコイルのインピーダンスを大きくして、中点電圧ＣＴＭの変動幅を大きくするためである。
センサレスモータ２のマグネットロータのマグネットが形成する磁界によって各ステータコイルのインピーダンスが変化する。したがって、ステータコイルの各一端電圧を図３の検出サイクルＴ１〜Ｔ６のように変化させることにより、停止状態のロータ位置に応じてステータコイルの中点電圧ＣＴＭは変動する。よって、この中点電圧ＣＴＭの変化を監視することにより、停止状態のロータ位置を特定することができる。
比較器２４は、中点電圧ＣＴＭの変化を、検出レベル生成回路２３の検出基準電圧ＣＴＲと比較して、この比較出力ＣＴＯを出力する。各検出サイクルＴ１〜Ｔ６における比較出力ＣＴＯから検出パターンを得る。
この中点電圧ＣＴＭは、同様な構造のセンサレスモータであっても、個々のモータによってその電圧の発生度合いが異なる。図４．Ａ及び図４．Ｂは、中点電圧ＣＴＭがロータの位置に応じて変化する状況を説明するための図である。この図４．Ａ及び図４．Ｂでは、モータの２つの相をＨレベルとし、他の１相をＬレベルとオフとにスイッチングさせながら、そのモータのマグネットロータの位置を電気角度で０°から３６０°まで手動によってずらせて行ったときの中点電圧ＣＴＭの変動を示している。また、モータの２つの相をＬレベルとし、他の１相をＨレベルとオフとにスイッチングさせることとしても良い。
このように中点電圧ＣＴＭの変化の大きさやパターンは、ステータコイルのインダクタンス成分や抵抗成分、磁界の強さ、ロータとステータとの距離（ギャップ長）等に応じてモータによって異なることになる。
関連文献では、比較出力ＣＴＯから検出サイクルにおける所定の検出パターンを得ることができるように、モータの種類に合わせて検出基準電圧ＣＴＲのレベルを調整していた。
しかし、ＭＤドライバやＨＤＤドライバには多くの種類（例えば、１０数種類）のセンサレスモータが採用される。したがって、用いられるモータ毎に検出基準電圧ＣＴＲのレベルを合わせ込む調整作業が、必要となっていた。
また、図４．Ａのように、中点電圧ＣＴＭの最高点（最大ピーク点）が他の部分と明確に区別できる場合には、関連文献に示されているような１種類の検出論理パターンでも、検出基準電圧ＣＴＲのレベルの合わせ込みによって、検出可能である。しかし、図４．Ｂに示されるような中点電圧ＣＴＭの変化パターンを示すモータに対しては、関連文献に示されているような１種類の検出論理パターンでは、もはや、検出基準電圧ＣＴＲのレベルの合わせ込みのみだけでは、的確にロータ位置を検出することは困難である。
そこで、本発明では、検出論理パターン群として、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含むように複数種類の検出論理パターンを予め用意すること、検出パターンが検出論理パターン群の内のいずれとも一致しないときには、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、ロータ位置検出を繰り返して行うこと、としている。これにより、適用されるモータの種類に関わらず、また、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行うことなく、停止状態でのロータ位置を確実に且つ自動的に検出する。このために、検出レベル生成回路２３やデコーダ２６などを、本発明に特有の構成としている。
図４．Ａ、図４．Ｂでは、モータの２つの相をＨレベルとし、他の１相をＬレベルとオフとにスイッチングさせながら、そのモータのマグネットロータの回転位置を電気角度で０°から３６０°まで手動によってずらせて行ったときの中点電圧ＣＴＭの変動を示した。しかし、実際には、マグネットロータを回転させるのではなく、その代わりに、図２のようにロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６を発生させる。そのロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６によって、図３のようにロータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔを発生させている。その場合の比較出力ＣＴＯの例を、図５．Ａ〜図５．Ｄに示している。
この例では、図５．Ａが或る電気角（例えば、０°）での中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとの差ＣＴＭ−ＣＴＲを期間Ｔ１〜期間Ｔ６の検出パターンとして示している。図５．Ａの検出パターンは、「ＬＬＬＨＬＬ」である。この検出パターンが、図５．Ｂでは「ＬＬＬＨＨＬ」になり、図５．Ｃでは「ＬＬＬＨＨＬ」になり、６０°電気角が経過した図５．Ｄでは「ＬＬＬＬＨＬ」になる。このような電気角３６０°の検出パターンの変化を、検出して、ロータ位置を特定することが可能になる。
検出レベル生成回路２３の具体的構成例が、図６．Ａ及び図６．Ｂに示されている。まず、図６．Ａの構成例について説明する。
図６．Ａにおいて、抵抗３１−１の一端に駆動電圧Ｖｕｏｕｔが入力され、抵抗３１−２の一端に駆動電圧Ｖｖｏｕｔが入力され、抵抗３１−３の一端に駆動電圧Ｖｗｏｕｔが入力される。抵抗３１−１〜３１−３の他端は、共通接続されて差動アンプ３２の非反転入力端に接続される。抵抗３１−１〜３１−３の他端に、仮想中性点電圧が発生する。差動アンプ３２の出力端子及び反転入力端子が、直接に接続されて、ボルテージフォロアとして動作する。差動アンプ３２の出力端子が、抵抗３３−１とスイッチ３４−１の直列回路、抵抗３３−２とスイッチ３４−２の直列回路、乃至抵抗３３−ｎとスイッチ３４−ｎの直列回路を介して比較器２４の反転入力端子に接続される。この反転入力端子に入力される電圧が、検出基準電圧ＣＴＲになる。また、比較器２４の反転入力端子に定電圧端子から定電流源３５を介して定電流Ｉ１が流入し、比較器２４の反転入力端子から定電流源３６を介してグランドへ定電流Ｉ２が流出する。比較器２４の非反転入力端子には中点電圧ＣＴＭが入力される。オフセット電圧調整回路が、これら抵抗３３−１〜３３−ｎ、スイッチ３４−１〜３４−ｎ、定電流源３５、３６、オフセットレベル切換回路３７、オフセット方向切換回路３８を含んで、形成される。
スイッチ３４−１〜３４−ｎはオフセットレベル切換回路３７からの切換信号によって選択的に切り換えられる。また、定電流源３５、３６は、オフセット方向切換回路３８からの切換信号によって切り換えられる。定電流Ｉ１、Ｉ２は同じ大きさで良いが、大きさが異なっていても良い。また、定電流源３５、３６は、オフセット電圧を与えないように、同時にオフにするようにしても良い。
定電流源３５、３６及びスイッチ３４−１〜３４−ｎを切り換えることにより、抵抗３１−１〜３１−３の他端に発生する仮想中性点電圧（即ち、ボルテージフォロアとして動作する差動アンプ３２の出力電圧）に加算或いは減算するオフセット電圧のレベル及び方向が変更されるから、検出基準電圧ＣＴＲが変更される。
また、図６．Ｂにおいて、抵抗４１−１の一端に駆動電圧Ｖｕｏｕｔが入力され、抵抗４１−２の一端に駆動電圧Ｖｖｏｕｔが入力され、抵抗４１−３の一端に駆動電圧Ｖｗｏｕｔが入力される。抵抗４１−１〜４１−３の他端に、仮想中性点電圧が発生する。抵抗４１−１〜４１−３の他端は、共通接続されて比較器２４の反転入力端子に接続される。共通接続された抵抗４１−１〜４１−３の他端には、定電圧端子から定電流源４２−１とスイッチ４３−１との直列回路、定電流源４２−２とスイッチ４３−２との直列回路、乃至定電流源４２−ｎとスイッチ４３−ｎとの直列回路を介して電流Ｉ１が流入する。また、共通接続された抵抗４１−１〜４１−３の他端から、定電流源４４−１とスイッチ４５−１との直列回路、定電流源４４−２とスイッチ４５−２との直列回路、乃至定電流源４４−ｎとスイッチ４５−ｎとの直列回路を介して電流Ｉ２がグランドへ流出する。この反転入力端子に入力される電圧が、検出基準電圧ＣＴＲになる。比較器２４の非反転入力端子には中点電圧ＣＴＭが入力される。オフセット電圧調整回路が、これら定電流源４２−１〜４２−ｎ、スイッチ４３−１〜４３−ｎ、スイッチ４５−１〜４５−ｎ、定電流源４４−１〜４４−ｎ、オフセットレベル切換回路４６、オフセット方向切換回路４７を含んで、形成される。
スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎはオフセットレベル切換回路４６及びオフセット方向切換回路４７からの切換信号によって選択的に切り換えられる。スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎを切り換えることにより電流の大きさ及び方向が調整できるから、抵抗４１−１〜４１−３の他端に発生する検出基準電圧ＣＴＲが変更される。電流Ｉ１、Ｉ２は同じ大きさで良いが、大きさが異なっていても良い。また、オフセット電圧を与えないように、スイッチ４３−１〜４３−ｎ及び４５−１〜４５−ｎを同時にオフにするようにしても良い。
図７に、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６と同期して切り換えられる検出基準電圧ＣＴＲの変更例を示している。図７では、２つの検出サイクル毎にオフセット電圧のレベルが切り換えられる。そのレベルの切り換えタイミングは、検出レベル切換信号ＣＫ５により決定される。
第１検出サイクルでは、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５において２つの相がＨレベルで、他の１相がＬレベルとオフとのスイッチングであるから、検出基準電圧ＣＴＲは２・ＶＣＣ／３にオフセット電圧を加算した電圧とされる。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６において２つの相がＬレベルで、他の１相がＨレベルとオフとのスイッチングであるから、検出基準電圧ＣＴＲはＶＣＣ／３からオフセット電圧を減算した電圧とされる。つまり、期間切り換えタイミング信号ＣＫ３と同期して、定電流源３５、３６が交互に切り換えられている。
第２検出サイクルでは、各期間Ｔ１〜Ｔ６でオフセット電圧の極性が第１サイクルとは逆にされている。即ち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５では、検出基準電圧ＣＴＲは２・ＶＣＣ／３からオフセット電圧を減算した電圧とされる。また、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６では、検出基準電圧ＣＴＲはＶＣＣ／３にオフセット電圧を加算した電圧とされる。つまり、期間切り換えタイミング信号ＣＫ３と同期して、定電流源３５、３６が第１検出サイクルとは逆に交互に切り換えられている。第１検出サイクルと、第２検出サイクルの切換は、検出サイクル信号ＣＫ４により、判別される。
第３検出サイクルでは、検出レベル切換信号ＣＫ５によりオフセット電圧のレベルが切り換えられる。その後、第１、第２検出サイクルと同じようにして、検出基準電圧ＣＴＲが切り換えられていく。
この検出サイクルの更新は、検出パターンが検出論理パターン群のうちの１つの検出論理パターンと一致した段階で中止することがよい。また、オフセット電圧のレベル、方向の全ての組み合わせでの検出サイクルが終わったときに終了するようにしても良い。
レジスタ２５は、比較器２４からの比較出力ＣＴＯを、レジスト指令信号ＣＫ２のタイミングで読み込んで記憶していく。そして、各検出サイクルの終了毎に検出サイクル信号ＣＫ４に同期して、記憶している比較出力ＣＴＯを検出パターンＲ１〜Ｒ６として、デコーダ２６に出力する。
デコーダ２６内の論理検出テーブル２６Ａには、各種のセンサレスモータに適合するように設定されている、検出論理パターン群が記憶されている。
図８は、論理検出テーブル２６Ａに予め用意されている検出論理パターン群の検出論理パターンを、考えやすい形式で示している。図８では、検出論理パターン１〜検出論理パターン４で検出論理パターン群を構成している。検出論理パターン１〜検出論理パターン４において、Ｐｏｓ．１〜Ｐｏｓ．１２は、電気角３６０°を１２等分した各ロータ位置を示している。この図８からも判るように、各ロータ位置に対応する検出論理パターンが複数、この例では４つ用意されている。例えば、ロータ位置Ｐｏｓ．１についてみると、「ＬＨＨＬＬＬ」、「ＬＨＨＬＬＬ」、「ＨＨＨＨＬＬ」、「ＨＨＨＨＬＬ」である。ロータ位置Ｐｏｓ．１において、検出論理パターン１〜４のいずれに該当しても、同じロータ位置を示すものであるから起動論理Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、いずれも同じ、「Ｈ、Ｌ、Ｍ」である。なお、「Ｈ、Ｌ、Ｍ」は、Ｕ相が高レベル、Ｖ相が低レベル、Ｗ相が開放状態、であることを示している。他の起動論理Ｙ１〜Ｙ３も同様である。
図９が実際の検出論理パターン群である。各検出サイクルにおける期間Ｔ１〜期間Ｔ６のうち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６とは、その電圧レベルが逆転している。したがって、比較出力ＣＴＯも、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５と期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６とでは逆になる。図９では、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５の論理を図８と逆にしたものとなる。即ち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５においては、図８のＨレベルを図９ではＬレベルにし、図８のＬレベルを図９ではＨレベルにしている。
検出パターン比較回路２６Ｂは、レジスタ２５からの検出パターンＲ１〜Ｒ６を、論理検出テーブル２６Ａの検出論理パターン群と比較する。検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちの１つの検出論理パターンと一致したときに、パターン一致信号Ｃ１と、一致した検出論理パターンＰ１を出力する。
ＦＦ回路２６Ｃは、パターン一致信号Ｃ１が入力されるとセットされ、出力端子Ｑからモードセレクト信号ＳＥＬを出力する。このモードセレクト信号ＳＥＬは、モードセレクタ回路１１に入力されて、それまでのロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６の出力状態から、ドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を出力するように切り換える。このモードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときは、ロータ位置が決定されたことを意味するから、モードセレクト信号ＳＥＬによってロータ位置検出回路２０の動作を停止させることがよい。
また、論理変換回路２６Ｄはモードセレクト信号ＳＥＬが入力されて、その時点で供給されている論理検出パターンＰ１を起動論理Ｙ１〜Ｙ３に変換する。
プリセット回路２７は、論理変換回路２６Ｄから出力された起動論理Ｙ１〜Ｙ３をドライブ波形生成回路１４に供給する。なお、ＰＲはプリセット信号であり、このプリセット信号ＰＲがプリセット回路２７に入力されたときには、所定の起動論理Ｙ１〜Ｙ３を出力する。
次に、以上のように構成されるモータ駆動装置の動作について、図１０のフローチャートも参照して、説明する。
センサレスモータ２が停止している状態で、ステップＳ１０１でマグネットロータの位置検出がスタートすると、モータ起動命令信号ＳＴがロータ位置検出回路２０に供給されて、位置検出動作が開始される。
モータ起動命令信号ＳＴによって、クロック発生回路２１が発振を開始し、図２のように第１〜第５クロックＣＫ１〜ＣＫ５を発生する。図２の第１検出サイクルにおいて、ロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６が、各期間Ｔ１〜Ｔ６毎に、ドライブスイッチ回路１に供給され、パワートランジスタＱ１〜Ｑ６をスイッチングする。これにより、モータ２のステータコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに図３に示されるようなモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔが印加される。
このモータ位置検出用駆動電圧Ｖｕｏｕｔ、Ｖｖｏｕｔ、Ｖｗｏｕｔの印加により、ロータ位置に応じて中点電圧ＣＴＭが発生される。一方、第１検出サイクルにおいて、図７に示されるような検出基準電圧ＣＴＲが発生されている。これら中点電圧ＣＴＭと検出基準電圧ＣＴＲとが比較器２４で期間Ｔ１〜Ｔ６毎に比較されて、その比較出力ＣＴＯがレジスト指令信号ＣＫ２のタイミングでレジスタ２５に順次取り込まれる。このレジスタ２５への取り込みタイミングは、各期間Ｔ１〜Ｔ６中の任意の時点でよく、好ましくは中点電圧ＣＴＭが安定して発生される時点に設定される。
レジスタ２５に第１検出サイクル分の比較出力ＣＴＯが取り込まれると、ステップＳ１０２で、レジスタ２５から第１検出サイクル分の比較出力ＣＴＯが検出パターンＲ１〜Ｒ６として、デコーダ２６の検出パターン比較回路２６Ｂに供給される。
ステップＳ１０３で、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が論理検出テーブル２６Ａの検出論理パターン群のうちのいずれかの論理検出パターンと一致するかどうかを検出パターン比較回路２６Ｂで照合する。
この照合の結果、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちのいずれの論理検出パターンとも一致しない（即ち、不一致）場合には、パターン一致信号Ｃ１及び一致した検出論理パターンＰ１は出力されない。そして、第２検出サイクルに入る。
第２検出サイクルでは、ステップＳ１０４において、検出基準電圧ＣＴＲを、第１検出サイクルでの検出基準電圧ＣＴＲと異ならせる。検出基準電圧ＣＴＲを異ならせる例として、図７に示されるように、オフセット電圧の極性を各期間Ｔ１乃至Ｔ６において逆にすることができる。この場合にはオフセットレベルは一定で極性のみを逆にすれば良い。また、他の例として、オフセット電圧の極性は同じでそのオフセットレベルを異ならせる。つまり、オフセットレベルのみ切り換えていってもよい。
このように第２検出サイクルでは、検出基準電圧ＣＴＲを異ならせて、再度ステップＳ１０２で検出パターンＲ１〜Ｒ６を得て、ステップＳ１０３で再度検出結果を照合する。
照合の結果が一致しない場合には、第３検出サイクルに入り、同様にステップＳ１０４、Ｓ１０２、Ｓ１０３を繰り返す。このように、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、検出サイクルを繰り返す。この場合の検出基準電圧ＣＴＲは、２つの検出サイクル毎にオフセットレベルを変更し、その２つの検出サイクルの奇数番目の検出サイクルと偶数番目の検出サイクルとでオフセット電圧の極性を逆にする。また、オフセット電圧を検出サイクル毎に順次大きくし、或いは順次小さくするようにして、検出基準電圧ＣＴＲを変更しても良い。
ステップＳ１０３での照合の結果、その検出パターンＲ１〜Ｒ６が検出論理パターン群のうちのいずれかの論理検出パターンと一致した場合には、検出パターン比較回路２６Ｂからパターン一致信号Ｃ１及び一致した検出論理パターンＰ１が出力される。
パターン一致信号Ｃ１によってＦＦ回路２６Ｃがセットされ、モードセレクト信号ＳＥＬが出力される。このモードセレクト信号ＳＥＬはモードセレクト回路１１を切り換えて、モードセレクト回路１１からロータ位置検出用信号Ｓ１〜Ｓ６に代えて、ドライブ信号ＭＴＸ１〜ＭＴＸ６を出力できるようにする。
一致した検出論理パターンＰ１が論理変換回路２６Ｄで対応する起動論理Ｙ１〜Ｙ３に変換される。起動論理Ｙ１〜Ｙ３はプリセット回路２７を介してドライブ波形生成回路１４に供給される。
このように、本発明のモータ駆動装置は、照合の結果が一致しない場合には、検出基準電圧ＣＴＲを変更して、ロータ位置検出用信号を発生させロータ位置検出を繰り返して行う。また、予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含むように形成されている。したがって、適用されるモータの種類が異なっていても、モータに応じた検出基準電圧の合わせ込みを行う必要が無く、停止状態でのロータ位置を確実に検出することができる。また、電気機器の電源電圧ＶＣＣはその電源によっては電圧低下（減電）したり、電圧上昇（過電）することがあるが、このような減電時や過電時にも同様に安定してロータ位置を決定できる。したがって、共通のモータ駆動装置によって、外部からの検出基準電圧の合わせ込みを行う必要が無く、モータの種類や電源電圧に依らずに、各種モータを安定して起動することができる。
なお、１回の検出サイクルに要する時間は、数ｍｓｅｃ（例、約５ｍｓｅｃ）であるから、検出サイクルを何回か繰り返したとしても実用的な時間内にロータ位置を検出することができる。
なお、デコーダ２６において、検出パターンが一致したときにのみ、その一致した検出論理パターンＰ１を出力しても良く、また、検出パターンＲ１〜Ｒ６を毎回出力しモードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときに起動論理への論理変換を行うようにしてもよい。
また、モードセレクト信号ＳＥＬが出力されたときに、ロータ位置検出回路２０を停止させるようにすることがよい。これにより、無駄な電力消費を削減できる。
また、本発明のモータ駆動装置では、論理パターンが一致するまで、検出基準電圧ＣＴＲを変更しつつ検出サイクルを繰り返すから、通常はいずれかの検出サイクルで一致する論理パターンが得られる。ただ、何らかの理由で所定回数の検出サイクルを行っても一致する論理パターンが得られ無い場合には、プリセット回路２７にプリセット信号ＰＲを与えて、所定の起動論理Ｙ１〜Ｙ３を与えて強制的に起動することができる。
本発明のモータ駆動装置を用いたＭＤドライバやＨＤＤドライバ等では、モータが逆回転方向に起動することがないので、モータ、例えばスピンドルモータの起動がスムーズに且つ速やかに行われる。また、以上の実施例では、ドライブスイッチ回路１をモータ駆動制御回路３と別の構成として示したが、これらを１つのＩＣで構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
本発明に係るモータ駆動装置によると、ＭＤドライバやＨＤＤドライバ等に用いられるセンサレスモータの種類に関わらず、停止状態でのロータ位置を確実に検出して適切な起動論理を決定し、安定してモータを起動することができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４．Ａ】
【図４．Ｂ】
【図５．Ａ】
【図５．Ｂ】
【図５．Ｃ】
【図５．Ｄ】
【図６．Ａ】
【図６．Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサレスモータの複数のステータコイルに駆動電流を供給するドライブスイッチ回路をドライブ信号によって制御して前記センサレスモータを駆動するモータ駆動装置において、
前記センサレスモータを回転させる前に、前記複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つ前記センサレスモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を前記複数のステータコイルに供給するように前記ドライブスイッチ回路を制御するロータ位置検出用信号を前記ドライブスイッチ回路に出力するシーケンス回路と、
前記ロータ位置検出用駆動電圧が印加されたときの前記複数のステータコイルの中点電圧と、前記ロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成された検出基準電圧とを比較し、その比較結果である検出パターンが予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかの検出論理パターンと一致するか否かを検出するパターン一致検出回路を備え、
一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生する一方、一致しないときには、前記検出基準電圧を変更させるとともに、前記シーケンス回路からロータ位置検出用信号を発生させて、ロータ位置検出を繰り返して行うことを特徴とする、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記ロータ位置検出用電圧は、前記ステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つ前記ステータコイルの他相が高電位である状態と、前記ステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つ前記ステータコイルの他相が低電位である状態とが相を順次変化させてシーケンシャルに発生されることを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記パターン一致検出回路は、前記複数のステータコイルに供給される前記ロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成される仮想中性点電圧と可変のオフセット電圧とを加算して前記検出基準電圧を得る検出レベル生成回路を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記仮想中性点電圧は、一端が各相への前記ロータ位置検出用駆動電圧が印加され、他端が共通接続された抵抗回路により形成されることを特徴とする、請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記オフセット電圧は、オフセット切り換え信号によってレベル及び又は極性が切り換えられることを特徴とする、請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記パターン一致検出回路は、前記中点電圧と前記検出基準電圧とを比較する比較器と、該比較器からの比較出力が順次入力され検出パターンとして記憶するレジスタと、該レジスタに記憶された検出パターンと前記予め用意されている検出論理パターン群とをパターン比較し、その比較結果に応じて、前記起動論理と、ロータ位置検出処理もしくはモータ駆動処理を指令するモードセレクト信号とを出力するデコーダを有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
センサレスモータと、このセンサレスモータを駆動する前記請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ駆動装置とを備えることを特徴とする、電気機器。
【請求項１】
センサレスモータの複数のステータコイルに駆動電流を供給するドライブスイッチ回路をドライブ信号によって制御して前記センサレスモータを駆動するモータ駆動装置において、
前記センサレスモータを回転させる前に、前記複数のステータコイルの中点電圧が変動し且つ前記センサレスモータが回転しないようなロータ位置検出用駆動電圧を前記複数のステータコイルに供給するように前記ドライブスイッチ回路を制御するロータ位置検出用信号を前記ドライブスイッチ回路に出力するシーケンス回路と、
前記ロータ位置検出用駆動電圧が印加されたときの前記複数のステータコイルの中点電圧と、前記ロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成された検出基準電圧とを比較し、その比較結果である検出パターンが予め用意されている検出論理パターン群の内のいずれかの検出論理パターンと一致するか否かを検出するパターン一致検出回路を備え、
一致するときには、その一致した検出論理パターンが示すロータ位置に応じた起動論理を発生する一方、一致しないときには、前記検出基準電圧を変更させるとともに、前記シーケンス回路からロータ位置検出用信号を発生させて、ロータ位置検出を繰り返して行うことを特徴とする、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記ロータ位置検出用電圧は、前記ステータコイルの１相が低電位とオン・オフスイッチングで且つ前記ステータコイルの他相が高電位である状態と、前記ステータコイルの１相が高電位とオン・オフスイッチングで且つ前記ステータコイルの他相が低電位である状態とが相を順次変化させてシーケンシャルに発生されることを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記予め用意されている検出論理パターン群は、同じロータ位置に対して異なった複数の論理パターンを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記パターン一致検出回路は、前記複数のステータコイルに供給される前記ロータ位置検出用駆動電圧に基づいて形成される仮想中性点電圧と可変のオフセット電圧とを加算して前記検出基準電圧を得る検出レベル生成回路を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記仮想中性点電圧は、一端が各相への前記ロータ位置検出用駆動電圧が印加され、他端が共通接続された抵抗回路により形成されることを特徴とする、請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記オフセット電圧は、オフセット切り換え信号によってレベル及び又は極性が切り換えられることを特徴とする、請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記パターン一致検出回路は、前記中点電圧と前記検出基準電圧とを比較する比較器と、該比較器からの比較出力が順次入力され検出パターンとして記憶するレジスタと、該レジスタに記憶された検出パターンと前記予め用意されている検出論理パターン群とをパターン比較し、その比較結果に応じて、前記起動論理と、ロータ位置検出処理もしくはモータ駆動処理を指令するモードセレクト信号とを出力するデコーダを有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
センサレスモータと、このセンサレスモータを駆動する前記請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ駆動装置とを備えることを特徴とする、電気機器。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８３８７６
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１０３８４（Ｐ２００６−５１０３８４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５３５
【国際出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５３５
【国際出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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