JP2001503599A - モータ制御装置とモータ駆動装置を含む情報記録及び／または再生する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、磁気ロータ（１５）と３つの巻線（１１，１２，１３）を持つ電気三相ブラシレスＤＣモータ（１０）の制御に適応されるモータ制御装置に関する。このモータ制御装置は、巻線（１１，１２，１３）に発生するバックｅｍｆ電圧に基づく整流信号（２１）の生成に適応される検出ユニット（２０）を有する。このモータ制御装置はさらに、電源に結合する第１端子（３１）及び第２端子（３２）と、巻線（１１，１２，１３）に接続する出力（３３，３４，３５）と、整流信号（２１）に応じて出力（３３，３４，３５）に端子（３１，３２）を選択的に結合する複数の半導体素子（３６）を有する。モータ制御装置は更に、センサ信号と基準信号との位相差を示す位相エラー信号（４３）の発生に適応される位相検出器（４０）を有する。出力段（３０）は、出力（３３，３４，３５）を介して巻線（１１，１２，１３）を流れる双方向電流（Ｉ）の導出に適応される制御可能な電源段（５０）に直列接続される。電流（Ｉ）は、ロータ（１５）の駆動を制御する若しくはロータを積極的に停止する移動エラー信号（４３）に応じて制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 モータ制御装置とモータ駆動装置を含む情報記録及び／または再生する装置 技術分野 本発明は、磁気ロータ及び複数の巻線を持つ電気マルチ位相ブラシレスＤＣモ ータを制御するモータ制御装置に関する。このモータ制御装置は、巻線に設けら れたバックｅｍｆ電圧に基づいた整流信号の発生に適応する検出ユニットと、巻 線に結合する出力と電力供給源に結合する少なくとも一つの端子と整流信号に依 存する出力に当該端子を選択的に結合する複数の制御装置を持つ出力段とを有す る。 本発明は更に、情報記録及び／または再生する装置に関する。この装置は、期 間限定基準信号と同期する周期で情報記録及び／または再生する手段と、当該手 段と共に動作する装置を駆動するモータと、素子の位置を検出してセンサ信号を 発生するセンサと、モータを制御するモータ制御装置とを有する。 背景技術 上述のようなモータ制御装置は、米国特許4752724号から既知である。この既 知のモータ制御装置は、巻線に発生するバックｅｍｆ電圧を検出する三相ブラシ レスＤＣモータの巻線に結合された検出ユニットを有する。検出したバックｅｍ ｆ電圧に基づいて、整流（COMMUTATION)信号が発生する。既知のモータ制御回路 は更に、電源に巻線を選択的に結合する複数の双極トランジスタを有する出力段 を持つ。このトランジスタは、整流信号により制御された信号発生器により制御 される。既知のモータ制御装置は、ロータが一定駆動される回転領域を巻線が発 生する与えられたパターンに応じて、ブラシレスモータの巻線の活性化すること に適する。 発明の開示 本発明は、制御ループに含まれるべきブラシレスＤＣモータを許容し、得られ るべき制御ループの大きな帯域を実現するモータ制御装置を提供することを目的 とする。この目的のため、本発明のモータ制御回路は、ロータの或る瞬間の位置 に対応する周期的センサ信号を受信する第１入力と、周期的基準信号を受信する 第２入力とを持ち、センサ信号と基準信号との位相差を表す位相エラー信号の発 生に適応される位相検出器と、ロータを駆動及び停止するために制御された位相 エラー信号に応じて前記出力段の出力を介して双方向電流を導くことに適応する 制御可能な電源段とを有することを特徴とする。 本発明のこの構成により、センサ信号と基準信号の位相差の信号に応じてロー タを加速若しくは積極的に制動出来る。本発明によるモータ制御装置の電源段は 、巻線を流れる電流の大きさを制御、整流信号の独立した反転、そしてロータ駆 動からロータの積極的な制動へを円滑な推移の許容を得ることを実現する。積極 的な制動の実現のため、モータ制御装置は、大きな帯域が得られる制御ループに 組込むことに非常に適する。駆動と積極的な制動の円滑な推移のため、モータ制 御装置は同様に、正確に機能する制御ループを実現する。センサ信号は、例えば 検出されたバックｅｍｆ電圧から供給可能もしくは、モータにより提供される素 子の或る位置を検出するフォトカプラ、容量センサ、若しくは誘導センサにより 発生可能である。基準信号は、例えばモータの在る回転速度を示す周波数及び／ 若しくはモータにより駆動された素子の或る所望の位置を示す位相である周期的 信号である。出力段は常に、例えば回転磁界を発生するために与えられたパター ンの整流状態に応じた三相モータの３つの巻線の２つを活性化する。既知のモー タ制御装置において、巻線を流れる電流の方向は同様に、或る整流状態の間とは 異なることに注意されたい。しかしながらロータは、既知のモータ制御装置の全 ての整流状態で駆動される。 本発明によるモータ制御装置の実施例は、出力段が電源段と直列配置されるこ とを特徴とする。この特徴により、巻線を流れる電流は、整流信号（のみでない ）から独立するが、出力段の整流信号からも独立する。この結果、制御素子は、 直線性に関する種々の要求若しくは供給された制御信号に対する同様の応答を完 全に満たす必要の無い出力段用に使用される。これは、例えばMOSFETの使用を可 能にする。 本発明によるモータ制御装置の実施例は、位相エラー信号に依存する双方向電 流を出力段の出力を介して巻線に供給することに適応するパルス幅変調器を有す ることを特徴とする。この特徴は、モータ制御装置における消失点の実質的な減 少をもたらす。望ましくは、出力段が電源に結合する第１端子及び第２端子の間 の同期を取るように設計され、パルス幅変調器がプラスパルスを供給し、このパ ルスが位相エラー信号の信号に依存して出力段の第１もしくは第２端子に供給さ れ、そしてパルス幅が位相エラー信号の大きさに依存する。 本発明によるモータ制御装置の実施例は、電源段が制御可能な電流源を有する ことを特徴とする。この特徴によると、モータ制御素子が含まれた制御ループの 動作は、巻線の直列抵抗、巻線の自己インダクタンス及び巻線に発生したバック ｅｍｆとは別である。巻線の抵抗は、温度で変化する。特に、例えばカメラもし くは携帯型コンピュータの様な携帯型装置で使用する場合、この特徴が実質的な 改善を提供する。発生したバックｅｍｆは、ロータの回転速度で変化する。この 特徴によると、モータ制御装置が含まれる制御ループの制御動作がロータの回転 速度に僅かに依存するという状態を実現する。これは、例えばモータが与えられ たレートで入射光からイメージセンサを遮断するシャッタを駆動するカメラにお いて重要である。このようなモータは、ビデオフォーマットに依存した異なる速 度で駆動される。 本発明によるモータ駆動装置の実施例は、位相検出器が基準信号の周期に比べ て狭くかつ、センサ信号と基準信号の間の位相差に比例したエネルギ内容を持つ パルスの形態で位相エラー信号を生成することを特徴とする。このようなパルス は、実質的に既知で、さらに基準信号とセンサ信号の両者がパルス形状若しくは 長方形である場合には簡素な回路によって生成される。基準信号の期間に比べて 狭いパルスを発生することにより、この期間においてロータがもはや加速される 若しくは制動される事態を実現する。これはモータ制御装置を含む制御ループの 帯域の更なる拡張をもたらす。 本発明によるモータ制御装置の実施例は、位相検出器と出力段との間に配置さ れ、パルスを双極制御信号に変換する第２ローパスフィルタ及び差分器の直列構 成と、電源段が双極制御信号に応じて電流を供給することに適応されることを特 徴とする。この特徴により、検出した位相差が直ちに修正され、一方でモータを 流れる平均的電流を一定に維持する事態をもたらす。これは、障害が、モータに よって克服されるべき摩擦の僅かな増加若しくは減少をもたらす分野で主に重要 である。障害の後、摩擦は、障害の修正に応じたモータの平均速度の上昇もしく は減少を回避する目的で、モータ電流が障害の前に格納される結果、障害の前と 等しい。この特徴は、障害の作用が障害自身の変化よりも長い時間の期間を網羅 しない。 本発明によるモータ制御装置の実施例は、ローパスフィルタの時間定数が基準 信号の周期よりも小さいことを特徴とする。この特徴により、ロータの加速及び 制動は、参照信号の最終期間に計測した位相差に常に基づく。これは障害作用の 継続の更なる低減を提供する。 本発明は同様に、周期的基準信号に同期した周期で情報の記録及び／若しくは 再生を行う手段と、手段と協働して素子を駆動するモータと、素子の位置を検出 し、センサ信号を発生するセンサと、前述のモータ制御装置とを有する情報の記 録及び／若しくは再生する装置を特徴とする。この特徴により、情報流を固定周 期周波数で記録若しくは再生できる。これは実時間システムと情報の全体が記録 及び／若しくは再生の間の一時的な情報記録に適さない大きさであるシステムに おいて重要である。 本発明の装置の実施例は、手段が、フレーム転送イメージセンサと、当該イメ ージセンサを周期的に遮断するシャッタを持つ素子とを有することを特徴とする 。このような装置は、例えばビデオイメージを記録するカメラである。フレーム 転送イメージセンサの場合、イメージは、ピックアップ部からリードアウト部へ 周期的に転送される。この転送の間、イメージセンサは、スメア作用を排除する 目的で、望ましくは入射光から遮断される。明らかに、漏れ若しくは転送が同時 に発生することは非常に重要である。衝撃もしくはカメラの移動のような外部の 作用による障害の結果、シャッタを駆動するモータが、シャッタ及びイメージ転 送によるイメージセンサの障害の間の位相差を提供するより高く若しくは低い作 用を一時的に克服するであろう。本発明のこの特徴により、位相差が視覚的なス メア作用を排除するように直ちに訂正される。 本発明による装置の実施例は、素子が情報担体を有し、手段が当該情報担体に 情報を記録するヘッドを有することを特徴とする。このような装置は、例えばデ ィスクドライブ、磁気ディスク若しくは光学ディスクである情報担体、そして磁 気ヘッドもしくは光学ヘッドであるヘッドのそれぞれである。本発明による特徴 により、ディスクの速度を正確に制御可能で、この結果、定形情報流を書込み及 び／若しくは読取りの間に得られる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるモータ制御装置の第１実施例を示す図である。 第２図は、時間関数として巻線を流れる電流を示す図である。 第３図は、位相エラー信号から供給された双極制御信号を示す図である。 第４図は、モータ制御装置を含む制御ループの訂正動作中に時間関数として或 る巻線に電圧が印加されかつ、電流が流れる電源段から供給された電流を示す図 である。 第５図は、本発明によるモータ制御装置の第２実施例における電源段及び出力 段を示す図である。 第６図は、本発明による装置の第１実施例を示す図である。 第７図は、本発明による装置の第２実施例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、本発明によるモータ制御装置の第１実施例を示す図である。モータ 制御装置は、磁気ロータ１５及び３つの巻線１１，１２，１３を有する電気三相 ブラシレスＤＣモータ１０に適応される。モータ制御装置は、巻線に応じたロー タ１５の位置を示す整流信号２１の発生に適応される。整流信号２１は、巻線１ １，１２，１３に提供される。モータ制御装置は更に、電源に結合する第１端子 ３１及び第２端子３２と、巻線１１，１２，１３に結合する出力３３，３４，３ ５と、整流信号２１に応じて出力３３，３４，３５に選択的に結合する複数の制 御可能な半導体素子３６とを有する。 モータ制御装置は更に、周期的センサ信号を受信する第１入力４１及び周期的 基準信号を受信する第２入力４２を持つ位相検出器４０を有する。位相検出器４ ０は、センサ信号と基準信号との間の位相差を示す位相エラー信号の発生に適応 される。出力段３０は、出力３３，３４，３５を介して巻線１１，１２，１３を 流れる双方向電流の流れに適応される制御可能な電源段５０と直列に配置される 。位相エラー信号４３に応じて、制御しつつロータ１５を駆動するもしｋはロー タの動作を停止するために電流Ｉが制御される。この位相検出器４０は、基準信 号の周期Ｔに比べて狭いパルス形状で位相エラー信号４３を発生する（第３図参 照）。このパルスは、センサ信号と基準信号との間の位相差に比例したエネルギ 内容を持つ。第２ローパスフィルタと差分器の直列構成６０は、位相検出器４０ と電源段との間に配置される。ローパスフィルタの時間定数は、基準信号の周期 Ｔよりも小さい。直列構成６０が、位相エラー信号４３を双極制御信号に変換す ると仮定すると（第３図参照）、この制御信号は、制御可能な電源段５０の制御 に使用される。直列構成は、例えば、ブロック６０で示された周波数応答を有す る。この場合、位相エラー信号の比例成分と集約成分と差成分とに基づいたコン ポジット制御信号６１を提供するＰＩＤコントローラが得られる。電源段５０は 、制御可能な電流源を有する。この結果、制御信号６１に直接依存して電流が巻 線１１，１２，１３を流れる。 第２図は、時間関数として巻線を流れる電流を示す図である。ロータ１５を駆 動するため、電流Ｉ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ₁₃は、巻線１１，１２，１３を流れる。この電 流は、整流周期として参照される周期パターンに応じた回転領域を発生する。６ つの磁極を持つ三相モータの場合、整流信号はロータ１５の機械的回転に依存す る。一つの整流周期は結果として、６０度の回転角に対応する。この整流は、整 流信号２１に基づいて制御される（第１図参照）。ロータ１５を駆動するため、 出力段３０の半導体素子３６は（第１図参照）、修正期間に切替えられるであろ う。切替えの瞬間は、検出ユニット２０により規定される（第１図参照）。３つ の巻線の内、２つの各時間が活性化される。 第３図は双極制御信号がどの様に位相エラー信号から提供されるかを示す図で ある。第３ａ図に示された位相エラー信号５３は、位相検出器４０（第１図参照 ）により発生されかつ、パルス形状である。このパルスのエネルギ内容は、セ ンサ信号と基準信号の間の位相差に比例する。第３ｂ図に示された信号は、第１ ローパスフィルタの後で得られる。第３ｃ図に示された信号は、第２ローパスフ イルタの後で得られる。そして第３ｄ図に示された双極制御信号６１は、差分器 の後で得られる。 第４図は、モータ制御装置を含む制御ループの修正動作中の時間関数として、 電源段に供給された電流と或る巻線の電圧及び電流を示す図である。電源段５０ により供給された電流Ｉは、双極制御信号６１に依存して変化する（第３図参照 ）。初めに、電源段は電流Ｉが減少し、マイナスになり、そして再び電流Ｉ＝Ｉ₀ に実質的に増加する瞬間ｔ＝ｔ₁まで電流Ｉ＝Ｉ₀を供給する（第１図参照）。 巻線１１の電圧は、バックｅｍｆパルス（電圧Ｉ₁₁Ｒ）に等しい。ここでＲは、 巻線１１の電気抵抗である。瞬間ｔ＝ｔ₁以降は、電流Ｉ₁₁がＶ₁₁と同期状態で 、電流値について減少する。瞬間ｔ＝ｔ₂以降、電源段に供給される電流Ｉがマ イナスになり、結果として、巻線１１を流れる電流Ｉ₁₁が電圧Ｖ₁₁とは逆の位相 になる。この結果、巻線１１を流れる電流Ｉ₁₁が整流信号２１の方向及び大きさ に関して制御可能となる。整流信号２１は、バックｅｍｆ電圧のゼロ交差に基づ く。このゼロ交差がバックｅｍｆで検出されると、新たな整流が３０度に等しい Δｔ後、作用するであろう。ゼロ交差の間、巻線１１を流れる電流Ｉ₁₁がゼロで ある。この結果、電圧Ｖ₁₁がバックｅｍｆ電圧に対応する。電源段５０による種 々の電流Ｉは、ゼロ交差の間電圧Ｖ₁₁には作用せず、この結果、整流信号２１の 発生が影響を与えない。この結果、ロータ１５の駆動及び能動的な制動の間の整 流及び制御が、相互に完全に独立して実施される。 第５図は、本発明によるモータ制御装置の第２実施例における電源段及び出力 段を示す図である。電源段７０は、双方向制御信号６１に依存しかつ、整流信号 に影響されない出力段３０の出力３３，３４，３５を介して双方向電流Ｉを供給 することに適応される。電源段７０は、制御信号６１の大きさに依存した与えら れた幅のプラスパルスを供給するパルス幅変調器７２を有する。電源段７０は更 に、出力段３０に供給された電流Ｉの方向を反転するスイッチ７３を活性化する 制御信号６１の内容に応じた信号検出器７１を有する。 第６図は、本発明による装置の第１実施例を示す図である。この装置は、ビデ オイメージを記録するカメラ８０であり、そしてフレーム転送イメージセンサ８ １及びこのイメージセンサ８１を周期的に閉じるシャッタ８２を有する。シャッ タ８２は、上述のようにモータ制御装置８６で制御されるモータ８４で駆動され る。ビデオコントローラ８７により、毎時、イメージセンサ８１の読取り周期を 示す周期的参照信号８８が発生される。シャッタ８２の位置は、周期的センサ信 号８９を発生する光学センサ８５により検出される。センサ信号８９及び基準信 号８８は、いずれもモータ制御装置８６に供給される。制御ループは、イメージ センサ８１が読取り周期の間にレンズ８３を介して入射する光から遮断される事 態を形成する。言換えれば、制御ループは、読取り及びシャッタ８２の移動が位 相に関連して固定される事態をもたらす。 第７図は、本発明による装置の第２実施例を示す図である。この装置は、情報 の記録及び／もしくは再生を行うハードディスクユニット９０である。このハー ドディスクユニット９０は、磁化可能ディスク９２と制御ユニット９７に結合さ れた磁気ヘッド９１を有する。このディスクは、上述のようなモータ制御装置９ ６により制御されるモータ９４に駆動される。制御ユニット９７は、例えば、デ ィスク９２に格納される情報流から導いた周期的基準信号９８を発生する。制御 ユニット９７は同様に、例えば、ヘッド９１によりディスク９２から読取ったサ ーボ信号から導いた周期的センサ信号９９を生成する。このセンサ信号９９及び 基準信号９８の両者は、モータ制御装置９６に供給される。制御ループは、ディ スク９２の回転数を、ディスク９２に格納される情報流に対応させる。 本発明は上述の実施例に限定されないことに注意されたい。本発明は、例えば 、与えられた周期でスクリーン上で輻射ビームを動かすミラーを有する輻射ビー ムを発生する画像表示装置に同様に適応可能である。ここで輻射ビームは、スク リーンに画像を表示する目的で情報流に基づいて変調される。一方、出力段３０ 及び電源５０は集積化可能である。制御素子３６は、双方向制御信号６１及び双 方向制御信号６１の内容に応じて所望の制御素子の同調により反転されるモータ を流れる電流の方向に応じて連続的に制御される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダムストラ ニコラース ヨハネス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ブトカー ヘンリカス コルネリス ヨハ ネス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ 【要約の続き】 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁気ロータ（１５）と複数の巻線（１１，１２，１３）を有する電気マルチ 位相ブラシレスＤＣモータ（１０）を制御するモータ制御装置であって、 前記巻線に発生するバックｅｍｆ電圧に基づいた整流信号（２１）の生成に適 応される検出ユニット（２０）と、 前記巻線に結合する出力（３３，３４，３５）と、電源に結合する少なくとも 一つの端子（３１）と、前記整流信号に応じて前記端子を選択的に出力に結合す る複数の制御素子（３６）とを持つ出力段（３０）を有するものにおいて、 前記ロータ（１５）の或る瞬間の位置に対応する周期的センサ信号を受信する 第１入力（４１）と、周期的基準信号を受信する第２入力（４２）とを持ち、前 記センサ信号と前記基準信号との位相差を表す位相エラー信号（４３）の発生に 適応される位相検出器（４０）と、 前記ロータ（１５）を駆動及び制動するために制御された位相エラー信号（４ ３）に応じて前記出力段（３０）の出力（３３，３４，３５）を介して双方向電 流（Ｉ）を導くことに適応する制御可能な電源段（５０）とを有することを特徴 とするモータ制御装置。 ２．請求項１に記載のモータ制御装置において、 前記出力段（３０）が電源段（５０）と直列配置されることを特徴とするモー タ制御装置。 ３．請求項１もしくは２に記載のモータ制御装置において、 前記位相エラー信号（４３）に依存する双方向電流（Ｉ）を前記出力段（３０ ）の出力（３３，３４，３５）を介して前記巻線に供給することに適応するパル ス幅変調器（７０）を有することを特徴とするモータ制御装置。 ４．請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ制御装置において、 前記電源段（５０）が制御可能な電流源を有することを特徴とするモータ制御 装置。 ５．請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ制御装置において、 前記位相検出器（４０）が前記基準信号の周期（Ｔ）に比べて狭くかつ、前記 センサ信号と前記基準信号の間の位相差に比例したエネルギ内容を持つパルスの 形態で位相エラー信号（４３）を生成することを特徴とするモータ制御装置。 ６．請求項５に記載のモータ制御装置において、 位相検出器（４０）と出力段（３０）との間に配置され、前記パルスを双極制 御信号（６１）に変換する第２ローパスフィルタ及び差分器の直列構成（６０） と、 前記電源段（５０）が前記双極制御信号に応じて電流（Ｉ）を供給することに 適応されることを特徴とするモータ制御装置。 ７．請求項６に記載のモータ制御装置において、 前記ローパスフィルタの前記時間定数が前記基準信号の周期よりも小さいこと を特徴とするモータ制御装置。 ８．周期的基準信号（８８，９８）に同期した周期で情報の記録及び／若しくは 再生を行う手段と、 前記手段と協働して素子（８２，９２）を駆動するモータ（８４，９４）と、 前記素子の位置を検出し、センサ信号（８９，９９）を発生するセンサ（８５ 、９１）と、 前記モータを駆動するため、請求項１乃至７の何れか一項に記載のモータ制御 装置（８６，９６）とを有することを特徴とする装置。 ９．請求項８に記載の装置において、 前記手段は、フレーム転送イメージセンサ（８１）と、当該イメージセンサを 周期的に遮断するシャッタ（８２）を持つ素子とを有することを特徴とする装置 。 １０．請求項８に記載の装置において、 前記素子が情報担体（９２）を有し、前記手段が当該情報担体に情報を記録す るヘッド（９１）を有することを特徴とする装置。