JP2003079192A

JP2003079192A - パルスモータの駆動装置

Info

Publication number: JP2003079192A
Application number: JP2001266671A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Kawate; 宣佳川手
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】パルスモータの駆動装置に関し、特にパルス
モータの励磁相切替時の振動及び騒音を低減する駆動装
置を提供する。【解決手段】複数の励磁相巻線A,B,C,Dを有するパル
スモータ１を、励磁相切替信号DRA,DRB,DRC,DRD及び電
流制御信号PUA,PUBとに応じて駆動するパルスモータの
駆動装置において、前記各励磁相切替信号の期間内に対
応する励磁相巻線電流を漸増後漸減させる電流制御手段
を含むパルスモータの駆動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスモータの駆動装
置に関し、特にパルスモータの励磁相切替時の振動及び
騒音を低減する駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５，図６及び図７は、従来のミシンの
パルスモータ駆動装置の構成を示す図である。図５にお
いて、１はＡ相，Ｂ相，Ｃ相及びＤ相の駆動巻線を有す
るパルスモータであり、各相巻線の一端は直流電源（＋
V）に接続され、他端は各相励磁用駆動用トランジスタA
P，BP，CP及びDPのコレクタと接続され、各トランジス
タのエミッタは合わせて電流検出用抵抗R5を介してアー
ス（GRN）に接続されている。

【０００３】また、前記駆動用トランジスタの各ベース
には、PWM（パルス幅変調）用コンパレータ４５の出力
がドライバー４６を介して接続されている。PWM用コン
パレータ４５には、パルスモータ制御信号ap,bp,cp,dp
及び基準信号（三角波）が供給されている。

【０００４】以下、図６及び図７を用いて詳細に説明す
る。図７は、図５のPWMコンパレータの詳細な構成を示
す図である。図７において、４０は抵抗R1コンデンサC1
よりなる平滑回路であり、４１は平滑回路の出力が与え
られる抵抗R2及び一対のダイオードD1,D2よりなるリミ
ッタ回路である。そして、リミッタ回路のダイオードD1
のカソード及びD2のアノードには電圧（＋V1）が印加さ
れている。また、リミッタ回路４１の出力はラインW1を
介してPWM用コンパレータ４５の（−）端子に接続さ
れ、（＋）端子にはラインW2を介して基準信号（三角
波）が供給されている。なお、抵抗R2の抵抗値は、ダイ
オードD1、D2の順方向抵抗よりも十分大きく、且つ、逆
方向抵抗よりも十分小さい値である。また、コンパレー
タ４５の出力は増幅器４６及びラインW3を介してトラン
ジスタAPのゲートに接続されている。また、他のトラン
ジスタBP，CP及びDPに対しても同様である。

【０００５】図６において、図５の電流検出抵抗R5の検
出出力は、増幅器４３及びバッファ６１を介して減算回
路４４を構成するオペアンプ６２の（−）端子に与えら
れる。また、このオペアンプ６２の（＋）端子には、基
準信号発生回路４２の出力がバッファ６３を介して与え
られている。

【０００６】次にPWM制御について説明する。基準信号
発生回路４２で図１２(a)に示す三角波よりなる基準信
号が発生されている。この基準信号は、2.5Vを振幅の中
心とするようにバイアス電圧が設定されている。ここ
で、制御信号apが図８に示すように、「H」レベルから
「L」レベルのに切替えられると、図７のラインW1上の
点Xの電位は、図９に示すように平滑回路４０により指
数関数曲線として徐々に減少する。この指数関数曲線
は、次のリミッタ回路４１によって、ラインW1上の点Y
に、図１１の実線に示すようにその上限及び下限がダイ
オードD1及びD2によって（例えば、上限値3.0V下限値2.
0Vに）クリップされた信号とされる。即ち、リミッタ回
路において、電圧V1（例えば2.5V）に対して、ダイオー
ドD1,D2の両端の電位差（例えば、0.5V）分を加算又は
減算した値に制限される。

【０００７】PWM用コンパレータ４５には、図１２(a)の
基準信号と図１１のクリップされた制御信号anが図１０
(a)に示すように印加、比較され、ラインW3上の点Zにそ
の比較出力が図１０(b)に示す如く得られる。このPWM用
コンパレータでは、図１２(a)の基準信号（三角波）と
図１１のクリップされた制御信号anが比較され、基準信
号が制御信号よりも高い電位の期間に図１０(b)の出力
が点Zに得られる。

【０００８】点Ｚの制御信号（トランジスタAPの駆動信
号）として、最初は導通期間（パルス幅）がゼロで、徐
々に導通期間（パルス幅）が大きくなる制御信号（ヂュ
ーティ比が徐々に大きくなる制御信号）が得られる。こ
の制御信号がトランジスタAPのゲートに与えられると、
トランジスタAPに接続されたA相巻線に流れる駆動電流
を徐々に大きくさせることができる。そして、この制御
信号を各相巻線(A,B,C,D)に接続されたトランジスタAP,
Bp,CP及びDPのゲートに与えることにより、各相巻線間
の電流の切替えをスムーズに行うことができ、パルスモ
ータの振動や騒音を低減できる。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
のパルスモータの駆動回路では、制御信号を平滑した信
号の内、リミッタのかかる上限値と下限値の間で電流が
徐々に増減する構成であるため、励磁相（巻線）の切替
わりをよりリニアに近づける為に、電流の立ち上りと立
ち下がりの速度を穏やかにしようとすると、制御信号に
対する巻線電流の立ち上り及び立ち下がり始めの遅れが
顕著になるという問題が生じて、十分に振動を抑えるこ
とができなかった。本発明の課題(目的)は、パルスモー
タの駆動装置に関し、特にパルスモータの励磁相切替時
の振動及び騒音を低減する駆動装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、複数の励磁相巻線A,B,C,Dを有するパルスモータ１
を、励磁相切替信号ARD,BRD,CRD,DRD及び電流制御信号P
UA,PUBとに応じて駆動するパルスモータの駆動装置にお
いて、前記各励磁相切替信号の期間内に対応する励磁相
巻線電流を漸増後漸減させる電流制御手段を含むことに
よって、励磁相切替時の振動及び騒音を低減するパルス
モータ駆動装置が得られる。（請求項１）

【００１１】また、前記電流制御手段の前段には、コン
デンサに対する充電回路と放電回路とで構成される電流
設定回路が設けられている。（請求項２）また、前記電流制御信号は、前記励磁相切替信号のパル
ス幅の１／２のパルス幅の信号とする。（請求項３）

【００１２】また、前記電流制御手段は、比較回路とマ
ルチバイブレータとで構成する。（請求項４）また、前記電流制御手段の制御出力は、逆相関係にある
１対の励磁相巻線に共通に供給する。（請求項５）また、前記電流制御手段の比較回路には、前記電流設定
回路の漸増後漸減する出力電圧と前記励磁相巻線の検出
電流とが供給される。（請求項６）

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明のミシンのパルスモ
ータ駆動装置を図１を用いて説明する。図１において、
１はＡ相，Ｂ相，Ｃ相及びＤ相の励磁相巻線を有するパ
ルスモータであり、２はパルスモータ駆動回路である。
そして、各相巻線の一端は直流電源（VM）に接続され、
他端は各相励磁用駆動用トランジスタQ1，Q2，Q3及びQ4
のコレクタと接続され、トランジスタQ1とQ3のエミッタ
は合わせて電流検出用抵抗R5を介してアース（GRN）に
接続されている。また、トランジスタＱ２とＱ４のエミ
ッタは合わせて電流検出用抵抗R6を介してアース（GR
N）に接続されている。

【００１４】前記駆動用トランジスタの各ベースには論
理積回路U1〜U4の出力が接続されている。また、論理積
回路U1〜U4には、励磁相切替信号(DRA,DRB,DRC,DRD)及
び電流制御回路５の出力が供給されている。そして、電
流制御回路は比較回路U5，U6とマルチバイブレータU7，
U8とで構成されている。

【００１５】比較回路U5，U6の一方の端子には、電流制
御信号PUA，PUBが印加されるコンデンサＣ１，Ｃ２に対
する充電回路(R1,C1),(R3,C2）と放電回路(R2,C1)、(R
4,C2)とで構成される電流設定回路４の出力が供給され
ている。また、比較回路U5，U6の他方の端子には、電流
検出回路３により電流に比例した検出電圧が与えられて
いる。

【００１６】次に、図１のパルスモータ駆動装置の動作
を図１〜４を用いて説明する。図４は、励磁相切替信号
(DRA,DRB,DRC,DRD)，電流制御信号(PUA,PUB)とモータの
各相電流（各励磁相巻線電流）との時間関係を示す図で
あり、t0〜t4で１サイクルを構成している。図２は、図
１の回路のコンデンサに対する充電回路と放電回路とで
構成される電流設定回路４の出力側のZ点の信号波形を
示している。図２では、電流設定回路４に対する入力信
号ＰＵＡが図４のt0〜t1の期間にＨのパルス電圧が印加
されて、指数関数曲線として徐々に上昇する（漸増す
る）状態と、電流設定回路４に対する入力信号ＰＵＡが
図４のt1〜t2の期間はパルス電圧が印加されず、充電さ
れた電圧が、徐々に指数関数曲線で放電（漸減）される
状態の電圧波形を示している。

【００１７】励磁相切替信号(DRA,DRB,DRC,DRD)の内のD
RAと、電流制御信号(PUA,PUB)の内のPUAとを「L」から
「H」にタイミングt0の時点で切替える。この場合に、
時点t0から時点t1にかけて図２に示すような信号が電流
制御回路５の比較回路U5の（＋）端子に入力されてい
る。また、比較回路U5の（−）端子は、電流検出回路３
の検出電圧が入力されているが、この時点(t0)では、A
相巻線には電流が流れてはいないので、検出電圧は「ゼ
ロ」であり、点Ｄの電位（比較回路の（＋）端子の電圧
の方が高く、比較回路U5の出力は[L]のままである。

【００１８】したがって、この[L]入力が与えられるマ
ルチバイブレータU8の出力は「H」になる。このマルチ
バイブレータU8の「H」出力と励磁相切替信号のDRAの
「H」とにより、論理積回路U1の出力が「H」となって、
トランジスタQ1がONとなって、励磁相巻線Aに電流が流
れる。

【００１９】励磁相巻線Aに電流が流れることにより、
電流検出回路の検出電圧が徐々に上昇して、比較器U5の
（＋）端子の電位（図２に示すZ点電位）よりも高くな
ると、比較回路U5の出力は「H」となりマルチバイブレ
ータU8がスタートする。それと同時に、マルチバイブ
レータU8の出力が「L」になるので、このマルチバイブ
レータU8の「L」出力と励磁相切替信号のDRAの「H」と
により、論理積回路U1の出力が「L」となって、トラン
ジスタQ1がOFFとなって、励磁相巻線Aに電流が「ゼロ」
になる。

【００２０】この時、トランジスタQ1のOFFにより励磁
相巻線Ａに流れる電流が「ゼロ」になると、励磁相巻線
Ａに逆相関係にある励磁相巻線ＣにGND→ダイオードD3
→励磁相巻線Cの経路で回生電流が流れる。

【００２１】励磁相巻線Ａの電流が「ゼロ」になると、
電流検出回路５の検出電圧（比較回路の（−）端子電
圧）は再び「ゼロ」になり、比較回路Ｕ５の出力は
「L」になるが、マルチバイブレータU8の設定時間が経
過するまでは、マルチバイブレータU8の出力は「L」の
ままで、トランジスタQ1はOFFのままである。なお、こ
のマルチバイブレータU8の設定時間は前記t0〜t1の時間
に比較して極めて短い時間に設定されている。

【００２２】その後、マルチバイブレータU8の設定時間
が経過すると、その出力は「H」となり、このマルチバ
イブレータU8の「H」出力と励磁相切替信号のDRAの
「H」とにより、論理積回路U1の出力が「H」となって、
再びトランジスタQ1がONとなって、励磁相巻線Aに再び
電流が流れる。

【００２３】この励磁相巻線Aに電流が流れることによ
り、電流検出回路の検出電圧が徐々に上昇して、比較器
U5の（＋）端子の電位（図２に示すZ点電位）よりも高
くなると、比較回路U5の出力は「H」となりマルチバイ
ブレータU8がスタートする。なお、この時、図２に示す
ように点Zの電位は前回よりも高くなっているが、この
電位よりも電流検出回路３の検出電圧が高くなった時点
で、U5の出力が「H」になる。それと同時に、マルチバ
イブレータU8の出力が「L」になるので、このマルチバ
イブレータU8の「L」出力と励磁相切替信号のDRAの
「H」とにより、論理積回路U1の出力が「L」となって、
トランジスタQ1がOFFとなって、励磁相巻線Aに電流が
「ゼロ」になる。

【００２４】前述の動作を電流制御信号PUAが「H」の期
間(t0〜t1)及び「L」の期間（t1〜t2）に繰り返すこと
により、図３の巻線Aの電流が形成される。

【００２５】また、図３の点線で示す巻線Ｃの電流は、
前述の如く、トランジスタQ1のOFFにより励磁相巻線Ａ
に流れる電流が「ゼロ」になると、励磁相巻線Ａに逆相
関係にある励磁相巻線ＣにGND→ダイオードD3→励磁相
巻線Cの経路で流れる回生電流であり、該回生電流はト
ランジスタQ1のON-OFF動作に伴うOFF期間に繰り返し図
示の如く流れる。したがって、トランジスタQ1のON-OFF
によって、実質的なＡ相電流としては、図３の巻線Ａの
電流と巻線Ｃの電流を合わせた電流（図３の巻線Ａ，Ｃ
の合成電流）が流れることになる。

【００２６】前述の動作は、トランジスタQ1に対する励
磁相切替信号DRA及び電流制御信号PUAとに応じて励磁相
巻線Aの駆動について説明であるが、励磁相巻線Ｂ、及
び励磁相巻線Ｃに対しても同様である。

【００２７】なお、図１の構成では、電流検出回路３，
電流設定回路４及び電流制御回路５を、逆相関係にある
２相分（Ａ相、Ｃ相）（Ｂ相、Ｄ相）の電流制御信号に
対して共通に設けているが、それぞれの相毎に設けるこ
とも可能である。

【００２８】図１の回路に、図４に示すタイミングで、
励磁相切替信号(DRA,DRB,DRC,DRD)と、電流制御信号(PU
A,PUB)を供給して、電流設定回路４の抵抗R1,R2,R3,R4
と、コンデンサC1,C2をパルスモータの駆動スピードに
合わせて充電及び放電させることによって漸増後漸減す
る三角波電圧とする。この三角波電圧を電流制御回路の
比較回路に与えるこよにより、図４のモータ電流として
示す如き各励磁相巻線の切替時の巻線電流の増減の変化
を滑らかにすることができる。このように、各励磁相巻
線の切替時の巻線電流の増減の変化を滑らかにすること
により、パルスモータの電流ベクトルの変化も滑らかに
なり、励磁相の切替わり時の振動や騒音を大幅に低減す
ることが可能になる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、複数の励磁
相巻線A,B,C,Dを有するパルスモータ１を、励磁相切替
信号ARD,BRD,CRD,DRD及び電流制御信号PUA,PUBとに応じ
て駆動するパルスモータの駆動装置において、前記各励
磁相切替信号の期間内に対応する励磁相巻線電流を漸増
後漸減させる電流制御手段を含むことによって、励磁相
切替時の振動及び騒音を低減するパルスモータ駆動装置
が得られる。

【００３０】また、請求項２に記載の発明では、前記電
流制御手段の前段には、コンデンサに対する充電回路と
放電回路とで構成される電流設定回路が設けられてい
て、比較回路で巻線電流と比較される制御信号を漸増し
た後に漸減する波形の信号とすることができ、電流ベク
トルをリニアに変化させる方法を安価に提供できる。ま
た、請求項３に記載の発明では、前記電流制御信号は、
前記励磁相切替信号のパルス幅の１／２のパルス幅の信
号とすることにより、各励磁相巻線の切替時の巻線電流
の増減の変化を滑らかにすることにより、パルスモータ
の電流ベクトルの変化も滑らかになり、励磁相の切替わ
り時の振動や騒音を大幅に低減することが可能になる。

【００３１】また、請求項４に記載の発明では、前記電
流制御手段は、比較回路とマルチバイブレータとで構成
することにより、巻線に流れる電流を漸増した後に漸減
する波形の電流とすることができる。また、請求項５に
記載の発明では、前記電流制御手段の制御出力は、逆相
関係にある１対の励磁相巻線に共通に供給することによ
り、パルスモータの駆動回路の構成を少ない部品で構成
できる。また、請求項６に記載の発明では、前記電流制
御手段の比較回路には、前記電流設定回路の漸増後漸減
する出力電圧と前記励磁相巻線の検出電流とが供給され
るので、簡単な構成で、漸増した後に漸減する波形と同
様の波形の巻線電流とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスモータの駆動装置の構成を示す
図である。

【図２】電流制御手段における制御信号波形を示す図で
ある。

【図３】励磁相巻線に流れる電流の波形を示す図であ
る。

【図４】本発明の励磁相切替信号とパルスモータの各励
磁相巻線に流れる電流の関係を示す図である。

【図５】従来のパルスモータの駆動装置の構成を示す図
である。

【図６】図５のパルスモータの駆動装置の詳細な構成を
示す図である。

【図７】図５のPWMコンパレータの詳細な構成を示す図
である。

【図８】図７の端子APに供給される制御信号の波形を示
す図である。

【図９】図７のX点の波形を示す図である。

【図1０】図７のコンパレータ４５の動作とZ点の波形の
関係を示す図である。

【図1１】図７のＹ点の波形を示す図である。

【図1２】図７のコンパレータ４５の動作とＺ点の波形
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１パルスモータ２駆動回路３電流検出回路４電流設定回路５電流制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】複数の励磁相巻線を有するパルスモータ
を、励磁相切替信号及び電流制御信号とに応じて駆動す
るパルスモータの駆動装置において、前記各励磁相切替信号の期間内に対応する励磁相巻線電
流を漸増後漸減させる電流制御手段を含むことを特徴と
するパルスモータの駆動装置。
【請求項２】前記電流制御手段の前段には、コンデン
サに対する充電回路と放電回路とで構成される電流設定
回路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載
のパルスモータの駆動装置。
【請求項３】前記電流制御信号は、前記励磁相切替信
号のパルス幅の１／２のパルス幅の信号であることを特
徴とする請求項１又は２に記載のパルスモータの駆動装
置。
【請求項４】前記電流制御手段は、比較回路とマルチ
バイブレータとで構成されていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載のパルスモータの駆動装
置。
【請求項５】前記電流制御手段の制御出力は、逆相関
係にある１対の励磁相巻線に共通に供給されることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパルスモ
ータの駆動装置。
【請求項６】前記電流制御手段の比較回路には、前記
電流設定回路の漸増後漸減する出力電圧と前記励磁相巻
線の検出電流とが供給されることを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１項に記載のパルスモータ駆動回路。