JP2017184427A - Drive circuit and starting method of motor, printer device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータの制御技術に関する。 The present invention relates to a brushless motor control technique.
ブラシレスモータがさまざまな用途で使用される。図1は、ブラシレスモータ(単にモータという)の駆動システムの制御ブロック図である。駆動システム600は、モータ602およびそれを駆動する駆動回路604を備える。
Brushless motors are used in various applications. FIG. 1 is a control block diagram of a drive system of a brushless motor (simply called a motor). The
駆動回路604は、速度検出器606、誤差検出器608、速度コントローラ610、駆動電圧コントローラ612を含む。速度検出器606は、モータ602の回転数の検出値ωFBを生成する。誤差検出器608は、回転数の検出値ωFBとその目標値ωREFの誤差(偏差)にもとづく誤差信号δωを生成する。速度コントローラ610は、誤差信号δωに応じた指令値VCTRLを生成する。駆動電圧コントローラ612は、指令値VCTRLに応じた駆動電圧Vmをモータ602に印加する。制御システム600においては、回転数の検出値ωFBが目標値ωREFに近づくように、駆動電圧Vmがフィードバック制御され、外乱の影響が除去される。
The
本発明者は、図1の制御システム600の起動シーケンスについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図2は、図1の制御システム600において、モータ602を停止状態ω=0から目標回転数ωREFに向けて起動するときの動作波形図である。回転数ωは、目標値ωREFに向かって緩やかに収束していく。
As a result of examining the activation sequence of the
モータのトルクに寄与するコイル電流Imは、以下の式で与えられる。
Im=(Vm−Keω)/(sL+Ra)
Lはコイルのインダクタンスであり、Raはモータの内部抵抗である。Keωは、逆起電力を表し、回転数ωに比例する。
The coil current Im that contributes to the motor torque is given by the following equation.
Im = (Vm−K e ω) / (sL + Ra)
L is the inductance of the coil, and Ra is the internal resistance of the motor. K e ω represents a counter electromotive force and is proportional to the rotational speed ω.
図2に示す加速過程においては、回転数ωはゼロから目標値ωREFに向かって増加していくため、モータの起動直後と、その後では、Keωの項が大きく変化する。つまり安定ループゲインは、回転数ωに応じて変化する。一方、図1の制御システム600では、ループゲインは一定であり、これにより図2に示すように、駆動電圧Vmが振動する。駆動電圧Vmの振動が可聴周波数で発生すると、騒音(音響的なノイズ)が発生する。
In the acceleration process shown in FIG. 2, since the rotational speed ω increases from zero toward the target value ω REF , the term K e ω changes greatly immediately after the start of the motor and thereafter. That is, the stable loop gain changes according to the rotational speed ω. On the other hand, in the
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、起動時の騒音を抑制あるいは低減可能なモータ駆動回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of the exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a motor drive circuit capable of suppressing or reducing noise at the time of startup.
本発明のある態様は、モータを駆動するモータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、モータの回転数の検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御により制御指令値を調節するフィードバックコントローラと、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値に安定しうる一定の起動指令値を生成するオープンループコントローラと、(ii)第1モードにおいて制御指令値に応じた駆動電圧をモータに印加するとともに、(ii)第2モードにおいて起動指令値に応じた駆動電圧をモータに印加する駆動電圧コントローラと、を備える。駆動電圧コントローラは、モータの停止状態からモータを起動する際に、第2モードにセットされる。 One embodiment of the present invention relates to a motor drive circuit that drives a motor. The motor drive circuit includes a feedback controller that adjusts the control command value by feedback control so that the detected value of the motor speed approaches the target value, and the motor speed in a steady state when the motor is controlled in an open loop. An open loop controller that generates a constant start command value that can be stabilized at a target value; and (ii) a drive voltage corresponding to the control command value is applied to the motor in the first mode, and (ii) a start command in the second mode. A drive voltage controller that applies a drive voltage corresponding to the value to the motor. The drive voltage controller is set to the second mode when starting the motor from the stopped state of the motor.
第2モードの期間、駆動電圧は起動指令に応じた実質的に一定値に保たれる。よって駆動電圧にはフィードバックによる振動が生じないため、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。 During the second mode, the drive voltage is maintained at a substantially constant value according to the start command. Therefore, vibration due to feedback does not occur in the drive voltage, so that noise during startup can be suppressed or reduced.
オープンループコントローラは、モータの回転数ωの応答波形が、
ω=Vm/Kt×{1−e(−t/τ)}
で表されるとき、
Vm=Kt×ωREF
を満たす駆動電圧Vmが得られるように、起動指令値を生成してもよい。ただしKtはモータに固有のパラメータである。
モータは一次遅れの系として表され、駆動電圧を一定に保ったとき、モータの回転数は、一次遅れ系のステップ応答にしたがって増加していく。この態様によれば、回転数ωを、目標値ωREFに向かって緩やかに上昇させることができる。
The open loop controller has a response waveform of the motor speed ω,
ω = Vm / Kt × {1-e (−t / τ) }
When represented by
Vm = Kt × ω REF
The start command value may be generated so that the drive voltage Vm that satisfies the above is obtained. Kt is a parameter specific to the motor.
The motor is represented as a first-order lag system, and when the drive voltage is kept constant, the rotation speed of the motor increases according to the step response of the first-order lag system. According to this aspect, the rotational speed ω can be gradually increased toward the target value ω REF .
駆動電圧コントローラは、モータの回転数の目標値が、第1値から第2値に変更されたとき、第2モードにセットされてもよい。停止からの起動のみでなく、回転数の変更時においても、騒音を低減あるいは抑制できる。 The drive voltage controller may be set to the second mode when the target value of the rotation speed of the motor is changed from the first value to the second value. Noise can be reduced or suppressed not only when starting from a stop but also when changing the rotational speed.
駆動電圧コントローラは、モータを起動開始後、所定時間の経過後に第1モードにセットされてもよい。駆動電圧コントローラは、モータを起動開始後、回転数の検出値と目標値の誤差が許容値より小さくなると、第1モードにセットされてもよい。 The drive voltage controller may be set to the first mode after a predetermined time has elapsed after starting the motor. The drive voltage controller may be set to the first mode when the error between the detected value of the rotational speed and the target value becomes smaller than the allowable value after starting the motor.
モータは、三相モータであってもよい。駆動電圧コントローラは、120度通電方式と180度通電方式が切り替え可能であり、モータの起動開始後、第1期間において第2モードにセットされ、120度通電方式でモータを駆動し、それに続く第2期間において第2モードにセットされ、180度通電方式でモータを駆動し、第2期間につづく第3期間において、第1モードにセットされ、180度通電方式でモータを駆動し、オープンループコントローラは、第1期間の間、起動指令値を、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値より低いサブ目標値に安定しうる値にセットし、第2期間の間、起動指令値を、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値に安定しうる値にセットしてもよい。 The motor may be a three-phase motor. The drive voltage controller can switch between the 120-degree energization method and the 180-degree energization method, and is set to the second mode in the first period after the start of the motor, drives the motor with the 120-degree energization method, and then continues to the second The second mode is set in the second period and the motor is driven by the 180-degree energization method, and the third period following the second period is set in the first mode and the motor is driven by the 180-degree energization method and the open loop controller. During the first period, when the motor is controlled in an open loop, the start command value is set to a value that can stabilize the rotation speed of the motor at a sub target value lower than the target value in a steady state. During this period, the start command value may be set to a value that can stabilize the motor speed at the target value in a steady state when the motor is controlled in an open loop. .
第1期間は、起動開始から所定時間の経過するまでの期間であってもよい。第1期間は、起動開始から、回転数の検出値が所定値に達するまでの期間であってもよい。 The first period may be a period from the start of activation until a predetermined time elapses. The first period may be a period from the start of activation until the rotation speed detection value reaches a predetermined value.
フィードバックコントローラは、回転数の検出値と目標値の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差検出器と、誤差信号に応じた制御指令値を生成する速度コントローラと、を備えてもよい。 The feedback controller may include an error detector that generates an error signal corresponding to an error between the detected value of the rotation speed and the target value, and a speed controller that generates a control command value corresponding to the error signal.
駆動電圧コントローラは、モータをPWM(Pulse Width Modulation)駆動し、制御指令値および起動指令値は、PWM駆動のデューティ指令値であってもよい。 The drive voltage controller may drive the motor with PWM (Pulse Width Modulation), and the control command value and the start command value may be a duty command value of PWM drive.
誤差検出器は、モータの回転数に応じた周波数を有する内部クロック信号と、目標値に応じた周波数を有する入力クロックを受け、誤差信号として、それらの周波数の誤差に応じた加速信号および減速信号を生成する速度ディスクリミネータを含んでもよい。速度コントローラは、加速信号および減速信号を積分する積分アンプを含んでもよい。 The error detector receives an internal clock signal having a frequency corresponding to the number of rotations of the motor and an input clock having a frequency corresponding to the target value, and as an error signal, an acceleration signal and a deceleration signal corresponding to the error of those frequencies A speed discriminator may be included. The speed controller may include an integrating amplifier that integrates the acceleration and deceleration signals.
モータは、FG着磁されてもよい。モータから得られるFG信号を周波数逓倍することにより、内部クロックが生成されてもよい。 The motor may be FG magnetized. An internal clock may be generated by multiplying the frequency of the FG signal obtained from the motor.
駆動電圧コントローラは、制御指令値または起動指令値に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、パルス幅変調信号に応じてモータに駆動電圧を印加するインバータと、を含んでもよい。 The drive voltage controller includes a pulse width modulator that generates a pulse width modulation signal having a duty ratio according to a control command value or a start command value, and an inverter that applies a drive voltage to the motor according to the pulse width modulation signal. May be included.
駆動回路は、1つの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
The drive circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.
“Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.
By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
本発明の別の態様は、プリンタ装置に関する。プリンタ装置は、三相モータと、三相モータを駆動する上述のいずれかのモータ駆動回路と、三相モータが取り付けられる紙送り機構と、を備える。 Another aspect of the present invention relates to a printer apparatus. The printer device includes a three-phase motor, one of the motor drive circuits described above that drives the three-phase motor, and a paper feed mechanism to which the three-phase motor is attached.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。 According to an aspect of the present invention, noise at startup can be suppressed or reduced.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図3は、実施の形態に係る駆動回路100を備える制御システム200のブロック図である。制御システム200は、モータ202および駆動回路100を備える。
FIG. 3 is a block diagram of a
駆動回路100は、モータ202の回転数の目標値ωREFを受け、モータ202の回転数を目標値ωREFに安定化する。駆動回路100は、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能IC(Integrated Circuit)であってもよい。駆動回路100は、フィードバックコントローラ102、オープンループコントローラ104、駆動電圧コントローラ112を備える。
The
フィードバックコントローラ102は、モータ202の回転数ωの検出値ωFBが目標値ωREFに近づくようにフィードバック制御により制御指令値VCTRLを調節する。たとえばフィードバックコントローラ102は、速度検出器106、誤差検出器108、速度コントローラ110を含む。速度検出器106は、モータ202の回転数をモニタし、その検出値ωFBを生成する。
The
速度検出器106は、FG着磁されたモータからのFG信号をモニタしてもよいし、ホール素子からのホール信号をモニタしてもよいし、ロータリーエンコーダからの信号をモニタしてもよい。速度検出器106の一部あるいは全部は、駆動回路100のICの外部に設けられてもよい。誤差検出器108は、回転数の検出値ωFBと目標値ωREFの誤差に応じた誤差信号δωを生成する。速度コントローラ110は、誤差信号δωに応じた制御指令値VCTRLを生成する。
The
オープンループコントローラ104は、モータ202をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ202の回転数を目標値ωREFに安定しうる一定の起動指令値VSTARTを生成する。
When the
駆動電圧コントローラ112は、(ii)第1モードφ1において制御指令値VCTRLに応じた駆動電圧Vmをモータ202に印加するとともに、(ii)第2モードφ2において起動指令値VSTARTに応じた駆動電圧Vmをモータ202に印加する。
The drive voltage controller 112 (ii) applies a drive voltage Vm corresponding to the control command value V CTRL to the
駆動電圧コントローラ112は、モータ202の停止状態からモータ202を起動する際に、第2モードφ2にセットされ、オープンループでモータ202の回転数を上昇させる。そしてモータ202の回転数をある程度上昇させた後に、駆動電圧コントローラ112は第1モードφ1にセットされ、フィードバック制御によりモータ202の回転数を目標値ωREFに近づける。
The
なお、駆動電圧コントローラ112が第2モードφ2にセットされる間も、フィードバックコントローラ102を動作させておき、制御指令値VCTRLを生成しておくことが望ましい。
It is desirable that the
モータ202が一次遅れシステムとして表されるとき、一定の駆動電圧Vmを与えたときのモータ202の回転数ωは、ステップ応答に対応する以下の式(1)にしたがって上昇する。
ω=Vm/Kt×{1−e(−t/τ)} …(1)
Ktは、モータ202および駆動方式に固有のパラメータである。
When the
ω = Vm / Kt × {1-e (−t / τ) } (1)
Kt is a parameter specific to the
オープンループコントローラ104は、式(2)を満たす駆動電圧Vmが得られるように、起動指令値VSTARTを生成してもよい。
Vm=Kt×ωREF …(2)
The
Vm = Kt × ω REF (2)
駆動電圧コントローラ112が生成する駆動電圧Vmと、制御指令値VCTRL(あるいは起動指令値VSTART)の間に、以下の関係式(3)が成り立つとする。
Vm=α×VSTART …(3)
αは比例定数である。この場合、オープンループコントローラ104は、式(4)にもとづいて起動指令値VSTARTを生成すればよい。
VSTART=Vm/α=Kt×ωREF/α …(4)
Assume that the following relational expression (3) holds between the drive voltage Vm generated by the
Vm = α × V START (3)
α is a proportionality constant. In this case, the
V START = Vm / α = Kt × ω REF / α (4)
以上が駆動回路100の構成である。続いてその動作を説明する。図4は、図3の駆動回路100の動作波形図である。時刻t0より前にモータ202は停止しており回転数ωはゼロである。時刻t0に、目標回転数ωREFが非ゼロのある値にセットされる。オープンループコントローラ104は、目標回転数ωREFに応じた起動指令値VSTARTを生成する。駆動電圧コントローラ112は、時刻t0から第1期間T1の間、第2モードφ2にセットされ、オープンループでモータ202を駆動する。第1期間T1において、モータ202の回転数は、式(1)にしたがって上昇する。
The above is the configuration of the driving
モータの回転数が安定すると、時刻t2に駆動電圧コントローラ112は、第1モードにセットされる。時刻t2以降の第2期間T2において、駆動電圧コントローラ112は制御指令値VCTRLにもとづいて、モータ202の回転数を安定化する。
When the rotation speed of the motor is stabilized, the
第1期間T1の間、フィードバックコントローラ102は動作しており、回転数の検出値ωFBと目標値ωREFの誤差に応じた制御指令値VCTRLが生成されている。したがって時刻t1において、起動指令値VSTARTから制御指令値VCTRLは近い値をとることとなり、第2モードφ2から第1モードφ1へとシームレスに移行することができ、回転数ωがリンギングするのを防止できる。
During the first period T 1, the
なお駆動電圧コントローラ112は、モータ202を起動開始後、所定時間τの経過後に第1モードφ1にセットされてもよいし、モータ202を起動開始後、回転数の検出値ωFBと目標値ωREFの誤差が許容値より小さくなると、第1モードφ1にセットされてもよい。
The
以上が駆動回路100の動作である。このように実施の形態に係る駆動回路100によれば、モータ202を加速する第1期間T1において、駆動電圧Vmは起動指令VSTARTに応じた実質的に一定値に保たれる。よって駆動電圧Vmにはフィードバックによる振動が生じないため、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。
The above is the operation of the
続いて、起動シーケンスの変形例を説明する。 Subsequently, a modified example of the activation sequence will be described.
図4では、停止状態のモータを回転させる場合を説明したが、目標回転数ωREFを変更する際にも、第2モードφ2を利用することができる。すなわち駆動電圧コントローラ112は、モータ202の回転数の目標値ωREFが、第1値ωREF1から第2値ωREF2に変更されたとき、第2モードφ2にセットされる。オープンループコントローラ104は、変更後の第2値ωREF2にもとづいて、式(4)の起動指令値VSTARTを生成する。これにより、速度を変更する際にも、騒音を抑制、低減することができる。上述した図4の起動時のシーケンスは、ωREF1=0とした場合と把握することができる。
In FIG. 4, the case where the stopped motor is rotated has been described, but the second mode φ <b> 2 can also be used when changing the target rotational speed ω REF . That is, the
図5は、図3の駆動回路100の別の動作波形図である。ここでは、モータ202は、三相モータ202であり、駆動電圧コントローラ112は、矩形波通電(120度通電)方式と正弦波通電(180度通電)方式が切り替え可能となっている。
FIG. 5 is another operation waveform diagram of the
時刻t0より前にモータ202は停止しており回転数ωはゼロである。時刻t0に、目標回転数ωREFが非ゼロのある値(最終目標値ωREFという)にセットされる。モータ202の起動開始後、第1期間T1において駆動電圧コントローラ112は第2モードφ2にセットされ、120度通電方式でモータ202を駆動する。それに続く第2期間T2においても引き続き第2モードφ2にセットされ、180度通電方式でモータ202を駆動する。第2期間T2につづく第3期間T3において、駆動電圧コントローラ112は第1モードφ1にセットされ、180度通電方式でモータ202を駆動する。
Before the time t0, the
オープンループコントローラ104は、第1期間T1の間、起動指令値VSTARTを、モータ202をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ202の回転数を最終目標値ωREFより低いサブ目標値ωSUBに安定しうる値VSTART1にセットする。
VSTART1=Vm/α=Kt(120°)×ωSUB/α
Kt(120°)は120度通電に対応するパラメータである。
Open-
V START1 = Vm / α = Kt (120 °) × ω SUB / α
Kt (120 °) is a parameter corresponding to 120-degree energization.
またオープンループコントローラ104は、第2期間T2の間、起動指令値VSTARTを、モータ202をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ202の回転数を最終目標値ωREFに安定しうる値VSTART2にセットする。
VSTART2=Vm/α=Kt(180°)×ωREF/α
Further, the
V START2 = Vm / α = Kt (180 °) × ω REF / α
第1期間T1は、起動開始から所定時間τの経過するまでの期間であってもよいし、起動開始から、回転数の検出値ωFBが所定値ωTHに達するまでの期間であってもよい。所定時間τあるいは所定値ωTHは、120度通電の波形と180度通電の波形との交点Pから求めることができる。 The first period T 1 may be a period from the start of activation until a predetermined time τ elapses, or a period from the start of activation until the rotation speed detection value ω FB reaches the predetermined value ω TH. Also good. The predetermined time τ or the predetermined value ω TH can be obtained from the intersection point P between the 120-degree energization waveform and the 180-degree energization waveform.
以上の起動シーケンスによれば、120度通電方式と180度通電方式を切り替え可能な駆動回路100においても、騒音を低減することができる。
According to the above activation sequence, noise can be reduced even in the
本発明は、図3のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。 The present invention is understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 3 or extends to various devices, circuits, and methods derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, more specific configuration examples will be described in order not to narrow the scope of the present invention but to help understanding and clarify the essence and circuit operation of the present invention.
図6は、三相モータを駆動する駆動回路100aを備える制御システム200aの回路図である。制御システム200aは、駆動回路100a、ブラシレス三相モータ(単にモータという)202に加えて、ホール素子204〜208を備える。ホール素子204〜208はそれぞれ、モータ202のロータの位置に応じた周期的なホール信号S1U〜S1Wを生成する。各ホール信号S1は、逆極性の一対の信号を含む。
FIG. 6 is a circuit diagram of a
駆動回路100aは、外部から、モータ202の目標回転数ωREFに応じた周波数を有する入力クロックCLKREFを受け、モータ202の回転数を、目標回転数ωREFに安定化する。
The
駆動電圧コントローラ112は、パルス幅変調器14、ロジック回路16、駆動段20を備える。駆動段20は、ロジック回路16からの制御信号S2にもとづいて、モータ202の三相のコイル(不図示)に駆動電圧S3U〜S3Vを印加し、モータ202を駆動する。駆動段20は、三相インバータ22と、そのドライバ24を含む。
The
ホールコンパレータHCMP1は、U相のホール素子204からのホール信号S1Uを比較し、U相の矩形信号S5Uを生成する。同様にしてホールコンパレータHCMP2、HCMP3は、V相、W相の矩形信号S5V、S5Wを生成する。矩形信号S5U〜S5Wは、モータ202のロータの位置を示しており、駆動電圧コントローラ112のロジック回路16に供給される。
Hall comparator HCMP1 compares the Hall signal S1 U from the
駆動電圧コントローラ112は、120度通電方式によりモータ202を駆動する。ロジック回路16は、ホールコンパレータHCMP1〜HCMP3からの矩形信号S5にもとづいて、制御信号S2を生成し、駆動電流を供給するコイルを切り替えかえる(転流制御)。
The
駆動電圧コントローラ112は、モータ202をPWM(Pulse Width Modulation)駆動する。フィードバックコントローラ102からの制御指令値VCTRLおよびオープンループコントローラ104からの起動指令値VSTARTは、PWM駆動のデューティ指令値である。
The
パルス幅変調器14は、第1モードφ1において制御指令値VCTRLに、第2モードφ2において起動指令値VSTARTに応じたデューティ比を有するPWM信号SPWMを生成する。ロジック回路16は、インバータ22を構成するトランジスタがPWM信号SPWMに応じてスイッチングするように、制御信号S2を生成する。
The
フィードバックコントローラ102は、速度検出器106、誤差検出器108、速度コントローラ110を含む。誤差検出器108は、速度ディスクリミネータ76を含む。速度ディスクリミネータ76は、モータ202の実際の回転数に応じた周波数を有する内部クロック信号CLKINTと、目標値ωREFに応じた周波数を有する入力クロックCLKREFを受け、誤差信号δωとして、それらの周波数の誤差に応じた加速信号ACCおよび減速信号DECを生成する。
The
本実施の形態においてモータ202はFG着磁されており、モータ202の1回転当たり、所定数(たとえば45回)のFG信号が生成される。速度検出器106は、モータ202から得られるFG信号を周波数逓倍(たとえば1024倍)することにより、内部クロックCLKINTを生成する。速度検出器106は、FG信号を増幅するFGアンプと、FGアンプの出力を周波数逓倍するPLL回路とを含んでもよい。この場合、内部クロックCLKINTは、モータ202の実際の回転数に比例した周波数を有し、したがって回転数の検出値ωFBとなる。
In this embodiment,
速度コントローラ110は、加速信号ACCおよび減速信号DECを積分する積分アンプ110を含む。速度コントローラ110の出力は制御指令値VCTRLであり、その値はデューティ比の指令値となる。
The
オープンループコントローラ104は、入力クロックCLKREFを受け、その周波数に応じた起動指令値VSTARTを生成する。たとえばオープンループコントローラ104は、入力クロックCLKREFの周波数を測定する周波数カウンタと、周波数カウンタのカウント値をアナログ電圧(起動指令値VSTART)に変換するA/Dコンバータと、を含んでもよい。周波数カウンタのカウント速度や、A/Dコンバータの基準電圧を最適化することで、式(4)を満たす起動指令値VSTARTを生成することができる。なおオープンループコントローラ104の構成は特に限定されない。
The
シーケンサ30は、駆動電圧コントローラ112のモードを制御するためのモード設定信号S7を生成する。シーケンサ30は、アナログタイマ、デジタルタイマ、ステートマシンなどの組み合わせで構成することができるが、その構成は特に限定されない。
The
図7は、120度通電方式を示す波形図である。各相のインバータのハイサイドアームのゲート信号UH,VH,WHならびにローサイドアームのゲート信号UL,VL,WLは、矩形信号S5のエッジのタイミングで所定の順序でオン、オフが切り替えられ、それぞれは電気角で120度の間、オンを維持する。各相のハイサイドアームは、そのオン期間においてPWM制御されてもよい。 FIG. 7 is a waveform diagram showing the 120-degree energization method. The high-side arm gate signals UH, VH, WH and the low-side arm gate signals UL, VL, WL of each phase inverter are switched on and off in a predetermined order at the edge timing of the rectangular signal S5. It remains on for 120 degrees in electrical angle. The high-side arm of each phase may be PWM controlled during its on period.
以上が駆動回路100aの構成である。この駆動回路100aによれば、三相モータ202を、低騒音で起動することができる。
The above is the configuration of the
図8は、120度通電方式と180度通電方式を切りかえてモータ202を駆動する駆動回路100bの回路図である。なお図8において、図6と共通の回路ブロックは省略可している。フィードバックコントローラ102bは、波形データ生成部12、セレクタ13、パルス幅変調器14および回転数検出回路50を備える。
FIG. 8 is a circuit diagram of a
180度通電方式では、駆動電圧S3U〜S3Wを、正弦波に応じて変化させる。波形データ生成部12は、モータ202の回転数にあわせて、波形データSINU〜SINWを生成する。なお図8にはU相に関する構成のみが示されるが、V相、W相についても同様である。
In the 180-degree energization method, the drive voltages S3 U to S3 W are changed according to the sine wave. The waveform
波形データ生成部12は、波形メモリ60、読み出し部62を含む。波形メモリ60は、正規化された振幅を有する波形データSINUを保持する。波形データSINU〜SINWは同じであるから、波形メモリ60はU,V,W相で共有してもよい。波形データSINU〜SINWの形状は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。
The waveform
読み出し部62は、矩形信号S5U〜S5Wと同期しながら、波形データSINUを、電気角60°を単位として読み出す。読み出し部62には回転数検出回路50からの回転数検出情報S6が入力される。回転数検出情報S6は、モータ202のロータが、所定の電気角(たとえば60度)回転するのに要する時間を示すデータであってもよい。回転数検出回路50は、矩形信号S5U〜S5Wにもとづいて、回転数検出情報S6を生成してもよい。読み出し部62は、波形データSINUのうち電気角60°分のデータを、回転数検出情報S6が示す電気角60°の長さとなるように読み出す。
The
パルス幅変調器14は、波形データSINUに応じたデューティ比を有するPWM(パルス幅変調)信号SPWMUに変換する。たとえばパルス幅変調器14は、D/Aコンバータ66、オシレータ68、コンパレータ70を含む。D/Aコンバータ66は、読み出し部62から読み出された波形データSINUをアナログの波形信号VSINUに変換する。オシレータ68は、三角波あるいはのこぎり波の周期信号VOSCを生成する。コンパレータ70は、周期信号VOSCと波形信号VSINUを比較し、PWM信号SPWMUを生成する。なおパルス幅変調器14はデジタル回路で構成してもよい。
The
セレクタ13は、速度コントローラ110からの制御指令値VCTRLと、オープンループコントローラ104からの起動指令値VSTARTを受け、モード設定信号S7に応じた一方を選択する。セレクタ13の出力信号は、D/Aコンバータ66の基準電圧として与えられる。したがってD/Aコンバータ66の出力電圧VSINUは、波形データSINUに応じた波形を有し、かつその振幅が、制御指令値VCTRLもしくは起動指令値VSTART
に応じて変化する。
The
It changes according to.
ロジック回路16は、PWM信号SPWMUと、矩形信号S5U〜S5Wにもとづいて、U相のゲート信号UH,ULを生成する。V相、W相についても同様である。
The
図9は、180度通電方式を示す波形図である。ここでは波形データSINU〜SINWとして理想的な正弦波を示すが、その波形は変調方式(2相変調、3相変調)によって異なる。たとえば2相変調では、双コブの正弦波が用いられる場合がある。また正弦波に代えて、それを簡略化した台形波やステップ波が用いられる場合もある。 FIG. 9 is a waveform diagram showing the 180-degree energization method. Here, an ideal sine wave is shown as the waveform data SINU to SINW, but the waveform differs depending on the modulation method (two-phase modulation, three-phase modulation). For example, in two-phase modulation, a double-cove sine wave may be used. Further, instead of the sine wave, a trapezoidal wave or a step wave obtained by simplifying it may be used.
波形データSINU〜SINWそれぞれの周期は、ホール信号の周期と一致していなければならず、したがって波形データSINU〜SINWの生成には、現在のモータの回転数を示す回転数検出情報S6が必要となり、これは回転数検出回路50により生成されている。回転数検出回路50は、電気角で60度の時間を単位として、波形データSINU〜SINWの生成を行う。この場合、波形データ生成部12は、電気角60度の時間を、モータの回転数を示す回転数情報として取得し、回転数情報に応じた時間スケールで、波形データSINU〜SINWを生成する。
The period of each of the waveform data SINU to SINW must match the period of the hall signal. Therefore, the generation of the waveform data SINU to SINW requires the rotational speed detection information S6 indicating the current rotational speed of the motor. This is generated by the rotation
続いて駆動回路100の用途を説明する。図10は、図6あるいは図8の駆動回路100を備えるプリンタ装置300の斜視図である。プリンタ装置300は、紙304を給紙するための紙送り機構(シートフィーダともいう)302を備える。実施の形態に係る駆動回路100は、紙送り機構302を制御するためのモータ202の駆動に好適である。
Next, the use of the
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
(第1変形例)
図6の駆動回路100aにおいて、積分アンプ78に代えて、チャージポンプ回路を設けてもよい。この場合、速度ディスクリミネータ76は、速度誤差に応じて加速パルスACC、減速パルスDECを生成する。チャージポンプ回路は、キャパシタと、加速パルスACCに応答してキャパシタを充電し、減速パルスDECに応じてキャパシタを放電する充放電回路と、を含みうる。キャパシタに生ずる電圧が、速度制御信号S9に対応する。
(First modification)
In the
チャージポンプ回路より前段の速度ディスクリミネータ76、セレクタ64、FGアンプ72を駆動回路100aの外部に設けてもよい。すなわち駆動回路100aは、加速パルスACC、減速パルスDECを受ける端子を備えてもよい。
The
(第2変形例)
実施の形態ではホール素子204〜208を備える制御システム200について説明したが本発明はそれには限定されない。ホール素子は、U〜W相のいずれか1相のみに設けられてもよい。
(Second modification)
In the embodiment, the
あるいはホール素子204〜208を省略したセンサレス方式の制御システム200にも本発明は適用可能である。この場合、ホール素子204〜208の代わりに、コイルの端子電圧と中点電圧の比較にもとづきゼロクロス点を検出する逆起電力(BEMF)検出用のBEMFコンパレータを設ければよい。
Alternatively, the present invention is also applicable to a
(第3変形例)
回転数検出回路50による回転数の検出方法は特に限定されない。図7に示したようにモータ202がFG着磁され、FG信号が生成される場合、回転数検出回路50は、FG信号にもとづいて回転数検出情報S6を生成してもよい。あるいは駆動回路100が、逆起電力にもとづくゼロクロスを検出するためのコンパレータを備える場合、BEMFコンパレータの出力の周期にもとづいて回転数検出情報S6を生成してもよい。
(Third Modification)
The detection method of the rotation speed by the rotation
(第4変形例)
モータ202は単相モータであってもよい。また実施の形態では、図6を参照して、モータ202をPMW駆動する駆動回路100aを説明したが、本発明はそれに限定されず、モータ202をリニア駆動してもよい。
(Fourth modification)
The
(第5変形例)
実施の形態では、120度通電方式から180度通電方式への切りかえを説明したが本発明はそれに限定されない。たとえば、正弦波通電方式として、150度通電方式を採用してもよい。
(5th modification)
In the embodiment, switching from the 120-degree energization method to the 180-degree energization method has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, a 150-degree energization method may be adopted as the sine wave energization method.
(第6変形例)
モータ202の種類は特に限定されず、冷却装置に用いられるファンモータでもよい。
(Sixth Modification)
The type of the
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
100…駆動回路、102…フィードバックコントローラ、104…オープンループコントローラ、106…速度検出器、108…誤差検出器、110…速度コントローラ、112…駆動電圧コントローラ、200…制御システム、202…モータ、204,206,208…ホール素子、10…制御信号発生器、12…波形データ生成部、13…セレクタ、14…パルス幅変調器、16…ロジック回路、20…駆動段、22…インバータ、24…ドライバ、30…シーケンサ、50…回転数検出回路、HCMP…ホールコンパレータ、S1…ホール信号、S2…制御信号、S3…駆動電圧、S5…矩形信号、S6…回転数検出情報、S7…モード設定信号、S8…パルス信号、S9…速度制御信号、60…波形メモリ、62…読み出し部、64…セレクタ、66…D/Aコンバータ、68…オシレータ、70…コンパレータ、76…速度ディスクリミネータ、78…積分アンプ、300…プリンタ装置、302…紙送り機構、304…紙。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記モータの回転数の検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御により制御指令値を調節するフィードバックコントローラと、
前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値に安定しうる一定の起動指令値を生成するオープンループコントローラと、
(ii)第1モードにおいて前記制御指令値に応じた駆動電圧を前記モータに印加するとともに、(ii)第2モードにおいて前記起動指令値に応じた駆動電圧を前記モータに印加する駆動電圧コントローラと、
を備え、
前記駆動電圧コントローラは、前記モータの停止状態から前記モータを起動する際に、前記第2モードにセットされることを特徴とするモータ駆動回路。 A motor drive circuit for driving a motor,
A feedback controller that adjusts a control command value by feedback control so that a detected value of the rotation speed of the motor approaches a target value;
When the motor is controlled in an open loop, an open loop controller that generates a constant start command value that can stabilize the rotation speed of the motor at the target value in a steady state;
(Ii) a drive voltage controller that applies a drive voltage according to the control command value to the motor in the first mode, and (ii) a drive voltage controller that applies a drive voltage according to the start command value to the motor in the second mode; ,
With
The motor drive circuit, wherein the drive voltage controller is set to the second mode when starting the motor from a stopped state of the motor.
ω=Vm/Kt×{1−e(−t/τ)}
で表されるとき、
Vm=Kt×ωREF
を満たす駆動電圧Vmが得られるように、前記起動指令値を生成することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動回路。 The open loop controller uses the unique parameter Kt, and the response waveform of the rotational speed ω of the motor is
ω = Vm / Kt × {1-e (−t / τ) }
When represented by
Vm = Kt × ω REF
The motor drive circuit according to claim 1, wherein the start command value is generated so that a drive voltage Vm satisfying the above condition is obtained.
前記駆動電圧コントローラは、120度通電方式と180度通電方式または150度通電方式が切り替え可能であり、前記モータの起動開始後、第1期間において前記第2モードにセットされ、120度通電方式で前記モータを駆動し、それに続く第2期間において前記第2モードにセットされ、180度通電方式または150度通電方式で前記モータを駆動し、前記第2期間につづく第3期間において、前記第1モードにセットされ、180度通電方式または150度通電方式で前記モータを駆動し、
前記オープンループコントローラは、
前記第1期間の間、前記起動指令値を、前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値より低いサブ目標値に安定しうる値にセットし、
前記第2期間の間、前記起動指令値を、前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値に安定しうる値にセットすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The motor is a three-phase motor;
The drive voltage controller can be switched between a 120-degree energization method, a 180-degree energization method, or a 150-degree energization method, and is set in the second mode in the first period after the start of the motor, The motor is driven, the second mode is set in the subsequent second period, the motor is driven by a 180-degree energization method or a 150-degree energization system, and the first period in the third period following the second period. Set to the mode, the motor is driven by a 180-degree energization method or a 150-degree energization method,
The open loop controller is
During the first period, when the motor is controlled in an open loop, the start command value is set to a value that can stabilize the rotational speed of the motor at a sub target value lower than the target value in a steady state,
The start command value during the second period is set to a value that can stabilize the rotational speed of the motor at the target value in a steady state when the motor is controlled in an open loop. Item 6. The motor drive circuit according to any one of Items 1 to 5.
前記回転数の検出値と前記目標値の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差検出器と、
前記誤差信号に応じた前記制御指令値を生成する速度コントローラと、
を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The feedback controller is
An error detector that generates an error signal corresponding to an error between the detected value of the rotational speed and the target value;
A speed controller that generates the control command value according to the error signal;
The motor drive circuit according to claim 1, further comprising:
前記制御指令値および前記起動指令値は、PWM駆動のデューティ指令値であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The drive voltage controller drives the motor with PWM (Pulse Width Modulation),
The motor drive circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the control command value and the start command value are duty command values for PWM driving.
前記速度コントローラは、前記加速信号および減速信号を積分する積分アンプを含むことを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動回路。 The error detector receives an internal clock signal having a frequency corresponding to the number of rotations of the motor and an input clock having a frequency corresponding to the target value, and accelerates according to an error of those frequencies as the error signal. A speed discriminator that generates a signal and a deceleration signal;
The motor drive circuit according to claim 9, wherein the speed controller includes an integration amplifier that integrates the acceleration signal and the deceleration signal.
前記制御指令値または前記起動指令値に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、
前記パルス幅変調信号に応じて前記モータに駆動電圧を印加するインバータと、
を含むことを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載のモータ駆動回路。 The drive voltage controller is
A pulse width modulator that generates a pulse width modulation signal having a duty ratio according to the control command value or the start command value;
An inverter for applying a driving voltage to the motor in accordance with the pulse width modulation signal;
The motor drive circuit according to claim 1, comprising:
前記三相モータを駆動する請求項1から14のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
前記三相モータが取り付けられる紙送り機構と、
を備えることを特徴とするプリンタ装置。 A three-phase motor,
The motor drive circuit according to any one of claims 1 to 14, which drives the three-phase motor;
A paper feed mechanism to which the three-phase motor is attached;
A printer apparatus comprising:
前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を目標値に安定しうる一定の起動指令値を生成するステップと、
前記モータの起動開始後の第1期間、前記起動指令値に応じたデューティ比で前記モータを駆動するステップと、
前記第1期間の後の第2期間において、前記モータの回転数の検出値が前記目標値に近づくように制御指令値を生成するステップと、
前記第2期間において前記制御指令値に応じたデューティ比で、前記モータを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 A method for starting a stopped motor so that the rotation speed becomes a target value,
When the motor is controlled in an open loop, generating a constant start command value capable of stabilizing the rotation speed of the motor at a target value in a steady state;
Driving the motor with a duty ratio according to the start command value in a first period after starting the motor;
Generating a control command value so that a detected value of the rotational speed of the motor approaches the target value in a second period after the first period;
Driving the motor at a duty ratio according to the control command value in the second period;
A method comprising the steps of:
前記モータの起動開始後、第1期間において、前記三相モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記最終目標値より低いサブ目標値に安定しうる一定の第1起動指令値を生成するステップと、
前記第1期間において、前記第1起動指令値に応じたデューティ比で、120度通電方式で前記モータを駆動するステップと、
前記第1期間に続く第2期間において、前記三相モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記最終目標値に安定しうる一定の第2起動指令値を生成するステップと、
前記第2期間において、前記第2起動指令値に応じたデューティ比で、180度通電方式または150度通電方式で前記モータを駆動するステップと、
前記第2期間に続く第3期間において、前記モータの回転数の検出値が前記最終目標値に近づくように制御指令値を生成するステップと、
前記第3期間において前記制御指令値に応じたデューティ比で、前記モータを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 A method of starting a stopped three-phase motor so that its rotational speed becomes a final target value,
When the three-phase motor is controlled in an open loop in the first period after the start of the motor, a constant first value that can stabilize the rotational speed of the motor to a sub target value lower than the final target value in a steady state. Generating a start command value;
In the first period, driving the motor with a 120-degree energization method at a duty ratio according to the first start command value;
In a second period following the first period, when the three-phase motor is controlled in an open loop, a constant second start command value that can stabilize the motor speed at the final target value in a steady state is generated. And steps to
Driving the motor in a 180 degree energization method or a 150 degree energization method at a duty ratio according to the second start command value in the second period;
Generating a control command value so that a detected value of the rotational speed of the motor approaches the final target value in a third period following the second period;
Driving the motor at a duty ratio according to the control command value in the third period;
A method comprising the steps of:
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