JP2502669B2 - ブラシレスモ―タの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、ロータの回転位置を検出する位置検出部を
有するブラシレスモータの制御装置に関するものであ
る。 従来の技術 モータの回転速度を速度検出器により検出して、その
検出信号によってモータへの供給電力を制御するモータ
の制御装置は、ビデオテープレコーダのキャプスタンモ
ータに使用されている。このような速度を制御する制御
装置には、負荷トルクの変動による回転速度の変動を十
分に抑制することが要求されている。 このような要求に対して、本出願人は特願昭60-22914
3号において、『モータの回転速度に応じた周期の交流
信号を生じる回転センサと、前記回転センサの交流信号
の周期に応じたデジタル信号を前記モータの１回転当た
りZq回（ここに、Zqは４以上の整数）得る速度検出手段
と、前記速度検出手段のデジタル信号にもとずき演算・
記憶して制御信号を作り出す補償手段と、前記補償手段
の制御手段に応じた電力を前記モータに供給する電力振
幅手段（駆動手段）とを具備し、前記補償手段は、前記
速度検出手段のデジタル信号により前記モータの回転誤
差Ｅを検出する回転誤差検出手段と、前記速度検出手段
が新しいデジタル信号を得るのに対応してカウント動作
を行い、Nx・Ｌ（ここに、Nxは２以上の整数で、Ｌは４
以上の整数）をmod（法）とするカウント値Ｉを作るカ
ウント手段と、逐次書き換え可能なラム領域内に少なく
ともNxL個のデジタル値Ｍ

〔０〕からＭ〔NxL−１〕を格
納するメモリ手段と、前記カウント手段のカウント値Ｉ
に対応して変化する整数Ｊに対して、少なくとも前記メ
モリ手段のＬ間隔ずつ離れたNx個のデジタル値群Ｍ〔Ｊ
−nL（mod NxL）〕（ｎ＝1,2,……,Nx）を使って合成計
算された合成値を算出する合成値算出手段（メモリ出力
値作成手段）と、前記合成値算出手段によって算出され
た合成値と前記回転誤差検出手段の回転誤差を加算した
加算値に実質的に対応した更新値によって、前記カウン
ト手段のカウント値Ｉに対応した前記メモリ手段のデジ
タル値を、順次Ｍ

〔０〕,M〔１〕,M〔２〕，……の順番
に更新保存する更新保存手段と、前記合成値算出手段に
よって算出された合成値と前記回転誤差検出手段の現時
点の回転誤差を加算合成して前記制御信号を作り出す制
御信号作成手段とから構成したモータの速度制御装置』
を提案した。 発明が解決しようとする課題 上記のモータの速度制御装置では、負荷トルクの変動
から回転速度の変動への周波数伝達関数が特定の周波数
群において０もしくは極めて小さくなるという優れた効
果を得ることができた。しかしながら、メモリ手段のデ
ジタル値Ｍ

〔０〕からＭ〔NxL−１〕に回転誤差に対応
した値が記憶されるまでの間は、十分な低減効果を発揮
していないことがわかった。そのため、メモリ手段のデ
ジタル値の個数が多い場合には、上記の効果を得るまで
の時間が非常に長くかかるという欠点があった。 本発明は、負荷トルクの変動による回転速度の変動の
低減効果を短時間に得ることができるブラシレスモータ
の制御装置を提供することを目的とするものである。 課題を解決するための手段 上記目的を解決するために、本発明のブラシレスモー
タの制御装置では、ロータの回転位置を検出する位置検
出部を有する多相のブラシレスモータと、前記ブラシレ
スモータの回転速度に応じた周期の交流信号を生じる回
転センサ手段と、前記回転センサ手段の交流信号により
前記ブラシレスモータの１回転当たり複数回の検出を行
う速度検出手段と、制御信号を作り出す補償手段と、前
記補償手段の制御信号に応じて前記ブラシレスモータを
駆動する駆動手段と、前記補償手段の動作内容を指示す
る動作指令手段を具備し、前記補償手段は、前記速度検
出手段の検出デジタル信号よりデジタル回転誤差を得る
回転誤差算出手段と、前記速度検出手段の検出時間間隔
に比例した時間毎に複数個のデジタル記憶値の内の１個
を順番に前記デジタル回転誤差に対応した値と少なくと
も１個の前記デジタル記憶値の合成値によって更新保存
する記憶値保存手段と、前記デジタル回転誤差と少なく
とも１個の前記デジタル記憶値を合成して前記制御信号
を作り出す制御信号作成手段と、前記ブラシレスモータ
の前記位置検出部の出力信号により前記ブラシレスモー
タの回転位置に対応したデジタル値を得る回転位置検出
手段と、前記動作指令手段の指示に従って制御動作内容
を変更する制御動作変更手段を有し、前記動作指令手段
の指示が前記ブラシレスモータの速度制御動作になる
と、前記回転位置検出手段の前記デジタル値を利用して
前記ブラシレスモータの回転位置に対応した前記記憶保
存手段のデジタル記憶値の記憶位置を検出し、前記記憶
位置から前記記憶値保存手段の更新保存動作を行うよう
にしたものである。 また、回転位置検出手段のデジタル値の変化時点を検
出し、その変化時点の前記デジタル値に対応した記憶位
置を得るようにしている。 さらに、動作指令手段の指示による速度制御動作移行
時に、まず、記憶値保存手段の動作をおこなわせない
で、回転誤差算出手段と制御信号作成手段を用いた制御
動作を行なうようにし、次に、所要時間経過した後に前
記記憶値保存手段の動作を行なわせるようにしている。 作用 本発明では上記の構成にすることによって、ブラシレ
スモータの速度制御動作移行時に、回転位置検出手段に
よってブラシレスモータの回転位置を検出し、ブラシレ
スモータの回転位置に対応した記憶値保存手段のデジタ
ル記憶値から更新保存することにより、回転位置に対応
したデジタル記憶値をすみやかに利用することができ、
速度変動の低減効果を短時間に得ることができた。 また、回転位置検出手段のデジタル値の変化時点を検
出し、その変化時点の前記デジタル値に対応した記憶位
置を得るようにすれば、回転位置検出手段の検出デジタ
ル値の状態数が更新保存手段の記憶位置の個数よりも大
幅に少ない場合であっても、精度の良い記憶位置の検出
ができる。 さらに、速度制御動作への移行時に、まず、記憶値保
存手段の動作を行わせないで、回転誤差算出手段と制御
信号作成手段を用いた制御動作を行うようにし、次に、
所要時間経過した後に記憶値保存手段の動作も行わせる
ように構成したことによって、記憶値を利用した制御に
移った瞬間のスパイク的な速度変動による影響を迅速に
収束させることができた。 実施例 以下、本発明の一実施例のブラシレスモータの制御装
置について、ビデオテープレコーダのキャプスタンモー
タを例にとり、図面を参照しながら説明する。第２図に
本発明の実施例を表す構成図を示す。第２図において、
ブラシレスモータ１は回転センサ２と負荷10を直接回転
駆動する。ブラシレスモータ１は、たとえば本出願人が
提出した特願昭57-10691号に記載されているように、界
磁用の多極のマグネット（例えば８極）を有するロータ
と、多相のコイル（例えば３相）を配設されたステータ
と、ロータの回転位置を検出するためにステータに配設
された複数個の位置検出素子（例えばホール素子）から
なる位置検出部を有している。第２図では、３相のブラ
シレスモータ１を使用して、３個の位置検出素子により
３相位置検出信号h1,h2,h3を得るようにし、３相のコイ
ルに３相の駆動信号（駆動電流）d1,d2,d3が供給される
ようにしている。 回転センサ２はブラシレスモータ１の回転に伴って１
回転当たりZq回（Zqは４以上の整数であり、ここでは、
Zq＝1024とする）の交流信号ａ（波形成形されたパネル
信号）を発生する。回転センサ２の交流信号ａは速度検
出器３に入力され、交流信号ａの周期に応じたデジタル
信号ｂを得ている。 速度検出器３の具体的な構成例を第３図に示す。交流
信号ａはアンド回路33とフリップフロップ回路35に入力
されている。アンド回路33の入力側には、さらに、発振
回路回路32のクロックパルスｐとカウンタ回路34のオー
バフロー出力信号ｗも入力されている。発振回路32は水
晶発振器と分周器等によって構成され、交流信号ａの周
波数よりもかなり高周波のクロックパルスｐ（500KHz程
度）を発生している。カウンタ回路34は、アンド回路33
の出力パルスｈの到来毎にその内容をカウントアップす
る12ビットのアップカウンタになっている。また、オー
バフロー出力信号ｗはカウンタ回路34のカウント内容が
所定値以下の時には“H"であり、カウンタ回路34のカウ
ント内容が所定値以上になるとｗは“L"に変化する（こ
こに、“H"は高電位状態を表し、“L"は低電位状態を表
している）。データ入力型フリップフロップ回路35は、
交流信号ａの立ち下がりエッジをトリガ信号としてデー
タ入力端子に入力された“H"を取り込み、その出力信号
ｑを“H"にする（ｑ＝“H"）。また、補償器４からのリ
セット信号ｒが“H"になると、カウンタ回路34とフリッ
プフロップ回路35の内部状態がリセットされる（ｂ＝
“LLLLLLLLLLLL"、ｗ＝“H"、ｑ＝“L"）。 次に、第３図の速度検出器３の動作について説明す
る。いま、カウンタ回路34とフリップフロップ回路35が
リセット信号ｒによってリセットされているものとす
る。回転センサ２の交流信号ａが“L"から“H"に変わる
と、アンド回路33の出力信号ｈとして発振回路32のクロ
ックパルスｐが出力される。カウンタ回路34は出力信号
ｈをカウントし、その内容状態を変化させていく。交流
信号ａが“H"から“L"に変わると、アンド回路33の出力
信号ｈは“L"になり、カウンタ回路34はその内容状態を
保持する。また、フリップフロップ回路35は交流信号ａ
の立ち下がりエッジによってデータ“H"を取り込み、そ
の出力信号ｑを“L"から“H"に変化させる。カウンタ回
路34のデジタル信号ｂは、回転センサ２の交流信号ａの
（半）周期長に比例した値であり、ブラシレスモータ１
の回転速度に反比例している。後述の補償器４は、フリ
ップフロップ回路35の出力信号ｑを見て、ｑが“H"にな
るとカウンタ回路34のデジタル信号ｂを入力し、その後
にリセット信号ｒを所定の短時間の間“H"にして、カウ
ンタ回路34とフリップフロップ回路35を初期状態にリセ
ットし、次の速度検出動作に備えている。なお、ブラシ
レスモータ１の回転速度が遅過ぎるときには、回転セン
サ２の交流信号ａの周期が長いためにカウンタ回路34の
内部状態が所定値以上になり、オーバフロー出力信号ｗ
が“H"から“L"に変わり、アンド回路33の出力信号ｈが
“L"になり、カウンタ回路34が所定の大きな値を保持す
ることもある。 第２図の補償器４は、演算器５とメモリ６とD/A変換
器７と回転位置検出器８によって構成され、速度検出器
３のデジタル信号ｂを後述する内蔵のプログラムによっ
て計算加工し、制御信号ｃを出力する。補償器４の制御
信号ｃは駆動器９に入力され、電力増幅された３相の駆
動信号d1,d2,d3（制御信号ｃを比例増幅した電流）がブ
ラシレスモータ１の位置検出信号h1,h2,h3に応じて３相
のステータコイルに分配供給される。なお、駆動器９に
は、たとえば特願昭57-10691号に記載したような周知の
回路構成が使用可能である。 従って、ブラシレスモータ１と回転センサ２（回転セ
ンサ手段）と速度検出器３（速度手段）と補償器４（補
償手段）と駆動器９（駆動手段）によって速度制御系が
構成され、ブラシレスモータ１の回転速度が所定の値に
制御される。なお、補償器４には動作指令器11の動作指
令信号ｊが入力されており、補償器４は動作指令信号ｊ
に応じた制御動作を行うようになされている。動作指令
信号ｊは４ビット程度のデジタル信号であり、ブラシレ
スモータ１の動作指令をコード化したものである。たと
えば、ビデオテープレコーダのキャプスタンモータの場
合には、上述の高精度の速度制御動作以外に、正方向の
高速再生サーチや逆方向の高速再生サーチの動作等を行
わせている。これらは、補償器４の制御動作内容を変更
することによって対応可能である。 補償器４の回転位置検出器８は、ブラシレスモータ１
の位置検出部の２相の検出信号h1とh2が入力され、ブラ
シレスモータ１の回転方向の判別を含めてブラシレスモ
ータ１の回転位置に対応したデジタル信号ｉを得てい
る。第４図に回転位置検出器８の具体的な構成例を示
す。これについて、第５図の動作説明用の波形図を参照
して説明する。位置検出信号h1とh2はそれぞれ整形回路
41と42によって波形整形され、整形信号h1′とh2′を得
ている。２相の位置検出信号h1とh2の間には検出素子の
物理的な配置による位相差（電気的に120度）があり、
整形信号h1′とh2′は第５図（ａ），（ｂ）に示すよう
になっている。微分回路43は、整形信号h1′の立ち上が
りエッジおよび立ち下がりエッジにおいて所定の微少時
間幅の微分パルスｅを発生する（第５図（ｃ））。整形
信号h1′とh2′および微分信号ｅは方向判別回路44に入
力され、整形信号h1′の立ち上がりエッジおよび立ち下
がりエッジの到来時点における整形信号h2′のレベル
（“H"または“L"）によってブラシレスモータ１の回転
方向を検出し、回転方向検出信号ｇを得ている（第５図
（ｄ））。すなわち、ブラシレスモータ１が正方向に回
転しているときには方向判別回路44の出力信号ｇは“H"
となり、ブラシレスモータ１が逆方向に回転していると
きには方向判別回路44の出力信号ｇは“L"となる。方向
判別回路44の方向検出信号ｇと微分回路43の微分信号ｅ
はロータマグネットの極数（本例では８極）に対応した
ビット数（ここでは３ビット）のアップダウン型のカウ
ンタ回路45に入力され、方向検出信号ｇが“H"の時には
微分信号ｅの立ち下がりエッジの到来毎にカウンタ回路
45がカウントアップしていき、方向検出信号ｇが“L"の
時には微分信号ｅの立ち下がりエッジの到来毎にカウン
タ回路45がカウントダウンしていく。ブラシレスモータ
１の位置検出部の位置検出信号h1を整形・微分した微分
信号ｅは、ロータマグネットの極数（８）に対応して、
ブラシレスモータ１の１回転中に８回のパルス信号であ
る。カウンタ回路45は３ビットであるからその内容であ
るデジタル信号ｉは０から７の値を取り、その状態数
（８）はブラシレスモータ１の１回転中のパルス数に対
応している。また、この状態数は速度検出器３によるブ
ラシレスモータ１の１回転の検出回数（Zq＝1024）の約
数にしている。すなわち、カウンタ回路45は常時ブラシ
レスモータ１の１回転中の回転位置を検出し、ブラシレ
スモータ１の回転位置に対応したデジタル値を得て、デ
ジタル信号ｉとして出力する。 補償器４のメモリ６は、所定のプログラムと定数が格
納されたロム領域（ROM:リードオンリーメモリ）と随時
必要な値を格納するムラ領域（RAM:ランダムアクセスメ
モリ）に別れている。演算器５はロム領域内のプログラ
ムに従って所定の動作や演算を行っている。第１図にそ
のプログラムの具体的な一例を示す。次に、その動作に
ついて詳細に説明する。 〔回転誤差算出部1A〕 （1A−１） まず、演算器５は速度検出器３のフリップ
フロップ回路35の出力信号ｑを入力し、信号ｑが“H"と
なるのを待っている。すなわち、速度検出器３が交流信
号ａの（半）周期を検出し、新しい検出デジタル信号ｂ
を出力するのをモニタしている。 （1A−２） ｑが“H"になると、速度検出器３の検出デ
ジタル信号ｂを読み込んで、検出デジタル信号ｂに対応
する速度検出デジタル値Ｓに直すと共に、リセット信号
ｒを所定時間“H"にして速度検出器３のカウンタ回路34
とフリップフロップ回路35をリセットする。 （1A−３） 所定の基準値Srefから速度検出デジタル値
Ｓを引いて、ブラシレスモータ１の現時点での新しいデ
ジタル速度誤差を得る （Eo＝Sref−Ｓ）。速度誤差EoをＲ倍して、ブラシレス
モータ１の現時点での新しいデジタル回転誤差Ｅを算出
する（Ｅ＝Ｒ・Eo）。 〔制御信号作成部1B〕 （1B−１） 現時点の回転誤差Ｅと後述する記憶値保存
部1Dのメモリ出力値作成部1Dbによるメモリ出力値Ｖを
所定の比率（1:D）にて加算合成し、デジタル合成値Ｙ
を得る（Ｙ＝Ｅ＋Ｄ・Ｖ）。ここに、Ｄは0.5以上で1.2
以下の定数で、好ましくはＤ＝１。 （1B−２） デジタル合成値Ｙ（制御信号デジタル値）
をD/A変換器７に出力し、Ｙの値に対応した直流的な電
圧（制御信号ｃ）に変換する。 〔記憶位置検出部1C〕 〈安定状態判別部1Ca〉 （1Ca−１） 速度検出器の検出デジタル値Ｓに比例し
たデジタル速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも大
きい時には（|Eo|≧Ex）、不安定な過渡状態であると判
別し、回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入力してデ
ジタル信号ｉに対応したデジタル値Idとし、IoにIdを代
入し（Io＝Id）、メモリ出力値に相当するＶをＯにし
（Ｖ＝Ｏ）、分岐判断用の変数GaをＯにした後に、制御
動作変更部1Eの動作に移る。このとき、回転位置検出部
1Cbと記憶値保存部1Dの動作は実行されない。また、速
度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも小さい時には
（|Eo|＜Ex）、安定な速度制御状態であると判別し、回
転位置検出部1Cbの動作に移る。 〈回転位置検出部1Cb〉 （1Cb−１） 分岐判断用変数Gaが１の時には記憶値保
存部1Dの動作に移り、Gaが１に等しくないときには（1C
b−２）以下の動作に移る。 （1Cb−２） 回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入
力し、デジタル信号ｉに対応したデジタル値Idにする。 （1Cb−３） 新しい回転位置検出デジタル値Idが古い
デジタル値Ioに等しいときには、制御動作変更部1Eの動
作を移る。IdがIoに等しくないときには、後述のカウン
ト変数Ｉにデジタル値IdをAd倍した値を代入し（Ｉ＝Ad
・Id）、このデジタル値Ｉと所定のデジタル値Maを後述
のNx・Ｌをmod（法）として加算した値を設定デジタル
値Imとなし〔Im＝Ｉ＋Ma（mod NxL）〕、分岐判断用変
数Gaを１にし（Ga＝１）、分岐判断用変数Gbを０にした
後に（Gb＝０）、制御動作変更部1Eの動作に移る。ここ
に、AdはZq（ブラシレスモータ１の１回転中の速度検出
器３の検出回数）をPd（ブラシレスモータ１の１回転中
の位置検出信号h1の整形・微分信号ｅのパルス数）で割
った値である（Ad＝Zq/Pd）。これにより、位置検出信
号h1による新しい微分信号ｅが発生した時点において、
カウント変数Ｉの値がブラシレスモータ１の回転位置に
対応したデジタル値Idを使って初期初期設定され、か
つ、分岐判断用変数Gaが１となり、その後の新しい速度
検出デジタル値Ｓが得られた時点から、記憶値保存部1D
の動作が行われるようになる。また、後述するように、
デジタル値Ｉに所定値Ma（ここに、Maは１以上でNxL以
下の整数）を加算した設定デジタル値Imと分岐判断用変
数Gbを用いて、記憶値保存部1Dでの動作を切り換えてい
く。 〔記憶値保存部1D〕 〈更新保存部1Da〉 （1Da−１） Nx・Ｌ（ここに、ＬはZqの整数倍の整
数、Nxは正の整数、好ましくはNxは２以上の整数）をmo
d（法）として、新しい速度検出デジタル値Ｓを得る毎
にカウント変数Ｉをカウントアップしていく。すなわ
ち、Ｉ＝Ｉ＋１（Ｉ＋１）を新しいＩにする）した後
に、Ｉ＝NxLならばＩ＝０にする。このような演算をす
るならば、Ｉは０からNxL−１の間の整数となる。ま
た、記憶値保存部1Dの動作を開始するときのカウント変
数Ｉの初期値は、回転位置検出器８の変化した直後のデ
ジタル信号ｉに対応した値であり、ブラシレスモータ１
の回転位置に対応した値となっている。 （1Da−２） 分岐判断用変数Gbが１の時には、（1Da−
３）の動作に移る。Gbが１以外の時には（Gb＝０の
時）、カウント変数Ｉと前述の設定デジタル値Imを比較
し、Ｉ＝Imになった時にGbを１にした後に（Gb＝１）、
メモリ出力値作成部1Dbの動作に移る。これにより、下
記の（1Da−３）の記憶値の更新保存動作は、カウント
変数Ｉが設定デジタル値Imに等しくなった後に行われる
ようになる。 （1Da−３） 現時点の回転誤差Ｅと後述するメモリ出
力値作成部1Dbによるメモリ出力値Ｖを1:1の比率にて加
算合成して更新値を計算し、カウント変数Ｉに対応した
ラム領域内のデジタル記憶値Ｍ〔Ｉ〕を更新し（Ｍ
〔Ｉ〕＝Ｅ＋Ｖ）、次の更新時まで格納保存する。これ
により、NxL個のデジタル記憶値Ｍ〔Ｉ〕（Ｉ＝0,1,…
…,NxL−１）は、速度検出器３が新しい検出デジタル信
号を得る毎に１個ずつ順番に更新保存される。 〈メモリ出力値作成部1Db〉 （1Db−１） NxLをmodとしてＩに１を足した整数Ｊを
計算し〔Ｊ＝Ｉ＋１（mod NxL）〕、ラム領域内のＬ間
隔ずつ離れたNx個のデジタル記憶値群Ｍ〔Ｊ−nL（mod
NxL）〕（ｎ＝1,……,Nx）を使って、次式によりメモリ
出力値Ｖを算出し、その後に、制御動作変更部1Eの動作
に移る。 ここに、比率Wnの値は、 ０＜Wn＜2/Nx（ｎ＝1,……,Nx） ……（２） を満たすものとする。具体的には、 Wn＝1/Nx（ｎ＝1,2,……,Nx） ……（４） にすると、所定のデジタル記憶値を加算した後に１回の
割り算（またはビットシフト）を行うことによって簡単
に（１）式の演算を実現できる。なお、このメモリ出力
値Ｖは、次の速度検出値Ｓが得られた後に、制御信号作
成部1Bと更新保存部1Daにおいて利用される。 〔制御動作変更部1E〕 （1E−１） 動作指令器11の動作指令信号ｊを入力す
る。 （1E−２） 動作指令信号ｊを判読し、速度制御指令の
時には回転誤差算出部1Aの動作に復帰する。速度制御指
令以外の動作指令の時には（たとえば、正方向の高速再
生サーチや逆方向の高速再生サーチの動作）、その指令
に応じた動作をブラシレスモータ１に行わせながら、動
作指令信号ｊの変化をチェックし、再度速度制御指令に
なった時に回転誤差算出部1Aの動作に移行する。ここ
で、速度制御動作以外の実際の動作内容は本発明の主旨
ではないので、その具体的な説明を省略する。 このように構成するならば、ブラシレスモータ１の速
度制御時において、第２図の負荷10の生じる負荷トルク
の変動に対して極めて強くなる。これについて簡単に説
明する。回転誤差とメモリ出力値を加算して新しいデジ
タル記憶値にしているので、上記NxL個のデジタル記憶
値Ｍ〔Ｉ〕（Ｉ＝0,1,……,NxL−１）には回転誤差の時
間変化に対応したパターンが形成される。これらのデジ
タル記憶値が保持したパターンはメモリ出力値Ｖに反映
される。制御信号作成部1Bにおいて、回転誤差Ｅとメモ
リ出力値Ｖの加算合成値Ｙにより制御信号を作っている
ので、所要時間の制御動作の後にメモリ出力値Ｖによっ
て作り出されるパターンについては回転誤差側に小さく
なる（場合によっては零でもよい）。回転誤差Ｅが小さ
いということは、ブラシレスモータ１の速度変動自体が
小さいことを意味し、極めて良い効果を得ている。特
に、このような効果は、NxL個のデジタル記憶値の一巡
の更新周期に対応した特定の周波数群において得られる
ものである。本実施例では、デジタル記憶値の一巡の更
新周期をブラシレスモータ１の１回転周期の整数倍にし
ている。 さらに、本実施例では、速度検出器３が新しい検出デ
ジタル信号を得た直後に回転誤差算出部1Aと制御信号作
成部1Bの動作を記憶値保存部1Dの動作よりも優先して行
わせるようにしている。特に、記憶値保存部1Dのメモリ
出力値作成部1Dbが次の速度検出時点において利用する
メモリ出力値Ｖをあらかじめ算出しているので、新しい
検出デジタル信号を得てからそれを使った新しい制御信
号Ｙを得るまでの時間遅れが極めて短くなっている。こ
の時間遅れは制御において非常に重要で有り、時間遅れ
が短いほど制御利得を大きくでき、負荷変動に対する速
度変動を小さくできる。すなわち、本実施例の速度変動
は、小さくなっている。 さらに、本実施例では、動作指令器11の指示に従って
補償器４がブラシレスモータ１の速度制御以外の動作を
行っているときにも、記憶値保存部1D内の複数個のデジ
タル記憶値Ｍ〔Ｉ〕（Ｉ＝0,1,……,NxL−１）は保持さ
れていると共に、ブラシレスモータ１の回転位置を回転
位置検出器８によって常時検出している。従って、その
後の速度制御動作時において、ブラシレスモータ１のデ
ジタル速度誤差が所定の小さな範囲内になった時に、回
転位置検出器８のデジタル信号ｉ（デジタル値Id）を利
用してブラシレスモータ１の回転位置に対応した記憶値
保存部1Dのデジタル記憶値の記憶位置を検出でき、その
記憶位置から順次更新保存動作を行わせることができ
る。さらに、制御信号作成部1Bは、記憶値保存部1Dに保
持されていたデジタル記憶値の情報をブラシレスモータ
１の回転位置に対応させてすみやかに利用できるので、
短時間に速度変動の低減効果を得ることができる。特
に、位置検出信号h1に応動する回転位置検出器８のデジ
タル信号ｉが１回転中に８状態（０から７）と非常に少
ない分解能しかもたなくても、回転位置検出器８のデジ
タル信号ｉが変化した直後の信号ｉの値を使ってブラシ
レスモータ１の回転位置を検出しているので、その変化
時点のデジタル信号ｉ（デジタル値Id）に対応したカウ
ント値Ｉの値に関しては回転位置検出の精度が高くなっ
ており、正確に、もしくはほぼ正確にブラシレスモータ
１の回転位置に対応したデジタル記憶値の位置（カウン
ト値Ｉ）が検出される。さらに、ブラシレスモータ１の
構成要素である位置検出部の２相の位置検出信号h1とh2
を利用するならば、回転位置検出用に特別なセンサ部品
を設ける必要がなく、構成部品も少なくてよい。 なお、本実施例では、回転位置検出器８の１回転中の
状態数をPd＝8,速度検出器３の１回転中の検出回数をZq
＝1024として、PdをZqの約数にしたが、本発明はそのよ
うな場合に限らず、その関係を任意にすることが可能で
ある。一般には、回転位置検出器８のデジタル信号ｉの
各値に対応したデジタル記憶値の位置（カウント値Ｉ）
をそれぞれに記憶保持することにより、ブラシレスモー
タ１の回転位置（デジタル値Id）に対応したデジタル記
憶値の位置を簡単に見いだすことができる。 さらに、本実施例のように、分岐判断用変数Gbと設定
デジタル値Imによって、速度制御動作への移行時に、ま
ず、記憶値保存部1Dの更新保存動作を行わせないで（メ
モリ出力値作成動作は行っている）、回転誤差算出部1A
と制御信号作成部1Bを用いた制御動作を行うようにし、
次に、所定値Maに対応した適当な時間が経過した後に記
憶値保存部1Dの更新保存動作を行わせるようにし、回転
誤差算出部1Aと記憶値保存部1Dと制御信号作成部1Bを用
いた制御動作に移行するように構成したことによって、
記憶値Ｍ〔Ｉ〕を利用した制御に移った瞬間のスパイク
的な速度変動による影響が迅速に収束するようになっ
た。これについて、さらに説明する。記憶値Ｍ〔Ｉ〕を
利用した制御に移った時に、制御信号Ｙには記憶値分の
脈動が入力されることになる。この脈動によって、移行
直後にほんの一時的にブラシレスモータ１の速度がやや
大きく変動する現象が生じた。そのため、移行と同時に
記憶値Ｍ〔Ｉ〕の更新保存を行うと、移行直後に急激な
速度変動の影響が記憶値Ｍ〔Ｉ〕に入力・保存されてし
まい、ほぼ一巡の更新動作後にメモリ出力値Ｖとして制
御信号Ｙに出力され、またしてもブラシレスモータ１の
速度を脈動させてしまう。この脈動は、長時間経過すれ
ば最終的にはなくなるのであるが、ブラシレスモータ１
の速度変動を迅速に小さくするという目的からみれば、
ないほうが好ましい。そこで、本実施例では、記憶値Ｍ
〔Ｉ〕を利用した制御に移行した直後の所要時間の間、
記憶値の更新保存を停止するようにした（記憶値に対応
したメモリ出力値の制御信号への出力は行っている）。
これにより、上述のブラシレスモータ１の速度変動は迅
速に小さくなることを確認した。 第６図に制御系全体の安定性を考慮にいれた補償器４
のプログラム例を示す。ここでは、更新保存部における
更新値の計算の仕方と、メモリ出力値作成部におけるメ
モリ出力値の準備の個数と、制御信号作成部におけるメ
モリ出力値作成部のメモリ出力値の利用の仕方を改良し
ている。次に、その動作について詳細に説明する（全体
の構成は第２図と同じであり、説明を省略する）。 〔回転誤差算出部6A〕 （6A−１） まず、演算器５は速度検出器３のフリップ
フロップ回路35の出力信号ｑを入力し、信号ｑが“H"と
なるのを待っている。すなわち、速度検出器３が交流信
号ａの（半）周期を検出し、新しい検出デジタル信号ｂ
を出力するのをモニタしている。 （6A−２） ｑが“H"になると、速度検出器３の検出デ
ジタル信号ｂを読み込んで、検出デジタル信号ｂに対応
する速度検出デジタル値Ｓに直すと共に、リセット信号
ｒを所定時間“H"にして速度検出器３のカウンタ回路34
とフリップフロップ回路35をリセットする。 （6A−３） 所定の基準値Srefから速度検出デジタル値
Ｓを引いて、ブラシレスモータ１の現時点での新しいデ
ジタル速度誤差を得る（E₀＝Sref−Ｓ）。速度誤差E₀を
Ｒ倍して、ブラシレスモータ１の現時点での新しいデジ
タル回転誤差Ｅを算出する（Ｅ＝Ｒ・E₀）。 〔制御信号作成部6B〕 （6B−１） 現時点の回転誤差Ｅと後述する記憶値保存
部6Dのメモリ出力値作成部6Dbによる新しいメモリ出力
値Ｖ〔Px〕を所定の比率（1:D）にて加算合成し、デジ
タル合成値Ｙを得る（＝Ｅ＋Ｄ・Ｖ〔Px〕）。ここに、
Ｄは0.5以上で1.2以下の定数で、好ましくはＤ＝１。 （6B−２） デジタル合成値Ｙ（制御信号デジタル値）
をD/A変換器７に出力し、Ｙの値に対応した直流的な電
圧（制御信号ｃ）に変換する。 〔記憶位置検出部6C〕 〈安定状態判別部6Ca〉 （6Ca−１） 速度検出器の検出デジタル値Ｓに比例し
たデジタル速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも大
きい時には（|Eo|≧Ex）、不安定な過渡状態であると判
別し、回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入力してデ
ジタル信号ｉに対応したデジタル値Idとし、IoにIdを代
入し（Io＝Id）、メモリ出力値に相当するＶ〔Px〕を０
にし（Ｖ〔Px〕＝０）、分岐判断用の変数Gaを０にした
後に、制御動作変更部6Eの動作に移る。このとき、回転
位置検出部6Cbと記憶値保存部6Dの動作は実行されな
い。また、速度誤差の絶対値|Eo|が所定の値Exよりも小
さい時には（|Eo|＜Ex）、安定な速度制御状態であると
判別し、回転位置検出部6Cbの動作に移る。 〈回転位置検出部6Cb〉 （6Cb−１） 分岐判断用変数Gaが１の時には記憶値保
存部6Dの動作に移り、Gaが１には等しくないときには
（6Cb−２）以下の動作に移る。 （6Cb−２） 回転位置検出器８のデジタル信号ｉを入
力し、デジタル信号ｉに対応したデジタル値Idにする。 （6Cb−３） 新しい回転位置検出デジタル値Idが古い
デジタル値Ioに等しいときには、制御動作変更部6Eの動
作に移る。IdがIoに等しくないときには、後述のカウン
ト変数Ｉにデジタル値IdをAd倍した値を代入し（Ｉ＝Ad
・Id）、このデジタル値Ｉと所定のデジタル値Maを後述
のNx・Ｌをmod（法）として加算した設定デジタル値をI
mとなし〔Im＝Ｉ＋Ma（mod NxL）〕、分岐判断用変数Ga
を１にし（Ga＝１）、分岐判断用変数Gbを０にした後に
（Gb＝０）、制御動作変更部6Eの動作に移る。ここに、
AdはZq（ブラシレスモータ１の１回転中の速度検出器３
の検出回数）をPd（ブラシレスモータ１の１回転中の位
置検出信号h1の整形・微分信号ｅのパルス数）で割った
値である（Ad＝Zq/Pd）。これにより、位置検出信号h1
による新しい微分信号ｅが発生した時点において、カウ
ント変数Ｉの値がブラシレスモータ１の回転位置に対応
したデジタル値Idを使って初期設定され、かつ、分岐判
断用変数Gaが１となり、その後の新しい速度検出デジタ
ル値Ｓが得られた時点から、記憶値保存部6Dの動作が行
われるようになる。また、後述するように、デジタル値
Ｉに所定値Ma（ここに、Maは１以上でNxL以下の整数）
を加算した設定デジタル値Imと分岐判断用変数Gbを用い
て、記憶値保存部6Dでの動作を切り換えていく。 〔記憶値保存部6D〕 〈更新保存部6Da〉 （6Da−１） Nx・Ｌ（ここに、ＬはZqの整数倍の整
数、Nxは正の整数、好ましくはNxは２以上の整数）をmo
d（法）として、新しい速度検出デジタル値Ｓを得る毎
にカウント変数Ｉをカウントアップしていく。すなわ
ち、Ｉ＝Ｉ＋１（Ｉ＋１を新しいＩにする）した後に、
Ｉ＝NxLならばＩ＝０にする。このような演算をするな
らば、Ｉは０からNxL−１の間の整数となる。また、記
憶値保存部6Dの動作を開始するときのカウント変数Ｉの
初期値は、回転位置検出器８の変化した直後のデジタル
信号ｉに対応した値であり、ブラシレスモータ１の回転
位置に対応した値となっている。 （6Da−２） NxLをmodとしてカウント値ＩからKd（こ
こに、Kdは２以上の整数であり、Kd＝３が好ましい）を
引いた整数Ｋを計算する〔Ｋ＝Ｉ−Kd（mod NxL）〕。 （6Da−３） レジスタ変数Ｘ〔ｍ＋１〕の内容をＸ
〔ｍ〕に順番に転送する（ｍ＝0,1,2,……,2Kd−１）。
次に、現時点の回転誤差Ｅと後述するメモリ出力値作成
部6Dbによって算出された古いメモリ出力値Ｖ

〔０〕を
1:1の比率にて加算合成した値をレジスタ変数Ｘ〔2Kd〕
入れる（Ｘ〔2Kd〕＝Ｅ＋Ｖ

〔０〕。すなわち、Ｘ〔2K
d〕からＸ

〔０〕に連続する2Kd＋１個の加算値（メモリ
出力値と回転誤差の加算値）を得る。 （6Da−４） 分岐判断用変数Gbが１の時には、（6Da−
５）の動作に移る。Gbが１以外の時には（Gb＝０の
時）、カウント変数Ｉと前述の設定デジタル値Imを比較
し、Ｉ＝Imになった時にGbを１にした後に（Gb＝１）、
メモリ出力値作成部6Dbの動作に移る。これにより、下
記の（6Da−５）の記憶値の更新保存動作は、カウント
変数ＩがImに等しくなった後に行われるようになる。 （6Da−５） Ｘ〔ｍ〕に所定の正の比率Cm（ｍ＝0,1,
……,2Kd）を掛けた値を加算合成した新しい更新値を得
て、整数Ｋに対応したラム領域内のデジタル記憶値Ｍ
〔Ｋ〕として次の更新時まで格納保存する。ここに、比
率Cmには次の関係がある。 Ｃ＝Ｃ （ｍ＝0,1……,Kd） ……（５） ｍ ₂Kd−ｍ これにより、分岐判断用変数Gbが１の時には、NxL個の
デジタル記憶値Ｍ〔Ｋ〕（Ｋ＝0,1,……,NxL−１）は、
速度検出器が新しい検出デジタル信号を得る毎に１個ず
つ順番に更新保存される。 〈メモリ出力値作成部6Db〉 （6Db−１） NxLをmodとしてカウント値ＩにPx＋１（P
xは１以上で５以下の整数であり、Px＝３が好ましい）
を足した整数Ｊを計算する〔Ｊ＝Ｉ＋Px＋１（mod Nx
L）〕。 （6Db−２） レジスタ変数Ｖ〔ｍ＋１〕の内容をＶ
〔ｍ〕に順番に転送した後に（ｍ＝0,1,……,Px−
１）、ラム領域内のＬ間隔ずつ離れたNx個のデジタル記
憶値群Ｍ〔Ｊ−nL（mod NxL）〕（ｎ＝1,……,Nx）を使
って次の式によって計算される最新のメモリ出力値をＶ
〔Px〕に入れる。その後に、制御動作変更部6Eの動作に
復帰する。 ここに、Wnの値は、（２），（３）式および（４）式を
満たしている。すなわち、Ｖ〔Px〕からＶ

〔０〕に連続
するPx＋１個のメモリ出力値を得る。このとき、Ｖ〔P
x〕を計算する時の（７）式中の整数ＪをJ1とし、Ｖ

〔０〕を計算する時の（７）式中の整数ＪをJ2とする
と、J1＝J2＋Pxの関係がある。すなわち、Ｖ〔Px〕とＶ

〔０〕の間には整数Pxに対応したズレがある。すでに説
明したように、次の速度検出デジタル値Ｓを得た後に、
Ｖ〔Px〕は制御信号作成部6Bにおいて使用され、Ｖ

〔０〕は更新保存部6Daにおいて使用される。 〔制御動作変更部6E〕 （6E−１） 動作指令器11の動作指令信号ｊを入力す
る。 （6E−２） 動作指令信号ｊを判読し、速度制御指令の
時には回転誤差算出部6Aの動作に復帰する。速度制御指
令以外の動作指令の時には（たとえば、正方向の高速再
生サーチや逆方向の高速再生サーチの動作）、その指令
に応じた動作をブラシレスモータ１に行わせながら、動
作指令信号ｊの変化をチェックし、再度速度制御指令に
なった時に回転誤差算出部6Aの動作に移行する。ここ
で、速度制御動作以外の制御動作内容は本発明の主旨で
はないので、その具体的な説明を省略する。 本実施例のように、更新保存部6Daに加重平均を取る
演算を挿入したり、制御信号作成部6Bにおいて使用する
メモリ出力値作成部6Dbの第一のメモリ出力値Ｖ〔Px〕
と更新保存部6Daにおいて使用するメモリ出力値作成部6
Dbの第二のメモリ出力値Ｖ

〔０〕の間に所定のズレを設
けるならば、制御範囲内において良好な制御特性が得ら
れると共に、制御系全体の動作も安定になることを確認
した。 また、更新保存部6Daの更新保存動作 〔（6Da−５）〕を行わない場合（Gb＝０の場合）にお
いても、レジスタ変数Ｘ〔ｍ〕を準備しているので、更
新保存動作を行うようになった場合に、すでに準備され
ているＸ〔ｍ〕を使って直ちに更新値を計算できる。 なお、比率WnやCmによる演算は上記の形に限られるも
のではなく、上記のプログラムの内容を実現するもので
あればよく、各種の等価的な式変形が可能であることは
言うまでもない。また、新しい回転誤差が得られた時
に、最初に制御信号作成部による新しい制御信号の出力
動作を行い、その後に、記憶値保存部のメモリ出力値作
成部によって次のサンプリング時点で使用するメモリ出
力値を計算するようになすならば、メモリ出力値作成部
の演算時間を長くとれると共に、制御信号の出力までの
時間遅れを短くできるので、制御系の安定性を確保し易
い。 前述の各実施例では、速度検出器によってブラシレス
モータの回転速度のみを検出するようにしたが、これ以
外のブラシレスモータの回転位相を周知の位相検出器に
よって検出し、その両者を合成してデジタル回転誤差と
してもよく、本発明に含まれることは言うまでもない。
また、補償器の出力をデジタル信号やPWM信号（パルス
幅変調信号）にしたり、駆動器の出力信号をPWM信号に
してもよい。また、ブラシレスモータの構成は前述の実
施例に限定されるものではなく、ロータの回転位置を検
出する位置検出部を有する周知の各種のブラシレスモー
タを用いることができる。さらに、補償器を完全なハー
ドウェアによって構成し、前述のプログラムによる動作
と同じ動作をおこなわせるようにしてもよい。その他、
本発明の主旨を変えずして種々の変更が可能である。 発明の効果 本発明のブラシレスモータの制御装置は、速度制御動
作への移行時に短時間に回転速度の変動を大幅に低減す
ることができる。従って、本発明に基き、ビデオテープ
レコーダのキャプスタンモータを構成するならば、磁気
テープの走行速度を極めて正確に制御でき、ワウ・フラ
ッタの少ない高性能のビデオテープレコーダを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブラシレスモータの制御装
置の補償器の内蔵プログラムの一例を表すフローチャー
ト図、第２図は本発明の実施例の全体の構成を表す構成
図、第３図は第２図の速度検出器の具体的な構成例を表
す構成図、第４図は第２図の回転位置検出器の具体的な
構成例を表す構成図、第５図は第４図の回転位置検出器
の動作説明用の波形図、第６図は本発明の他の実施例を
表すブラシレスモータの制御装置の補償器の内蔵プログ
ラムの一例を表すフローチャート図である。 １……ブラシレスモータ、２……回転センサ、３……速
度検出器、４……補償器、５……演算器、６……メモ
リ、７……D/A変換器、８……回転位置検出器、９……
駆動器、10……負荷、11……動作指令器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−100088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−156690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−183285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−89087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−5789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−62894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−214787（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータの回転位置を検出する位置検出部を
   有する多相のブラシレスモータと、前記ブラシレスモー
   タの回転速度に応じた周期の交流信号を生じる回転セン
   サ手段と、前記回転センサ手段の交流信号により前記ブ
   ラシレスモータの１回転当たり複数回の検出を行う速度
   検出手段と、制御信号を作り出す補償手段と、前記補償
   手段の制御信号に応じて前記ブラシレスモータを駆動す
   る駆動手段と、前記補償手段の動作内容を指示する動作
   指令手段を具備し、前記補償手段は、前記速度検出手段
   の検出デジタル信号よりデジタル回転誤差を得る回転誤
   差算出手段と、前記速度検出手段の検出時間間隔に比例
   した時間毎に複数個のデジタル記憶値の内の１個を順番
   に前記デジタル回転誤差に対応した値と少なくとも１個
   の前記デジタル記憶値の合成値によって更新保存する記
   憶値保存手段と、前記デジタル回転誤差と少なくとも１
   個の前記デジタル記憶値を合成して前記制御信号を作り
   出す制御信号作成手段と、前記ブラシレスモータの前記
   位置検出部の出力信号により前記ブラシレスモータの回
   転位置に対応したデジタル値を得る回転位置検出手段
   と、前記動作指令手段の指示に従って制御動作内容を変
   更する制御動作変更手段を有し、前記動作指令手段の指
   示が前記ブラシレスモータの速度制御動作になると、前
   記回転位置検出手段の前記デジタル値を利用して前記ブ
   ラシレスモータの回転位置に対応した前記記憶値保存手
   段のデジタル記憶値の記憶位置を検出し、前記記憶位置
   から前記記憶値保存手段の更新保存動作を行うようにし
   たブラシレスモータの制御装置。
2. 【請求項２】回転位置検出手段のデジタル値の変化時点
   を検出し、その変化時点の前記デジタル値に対応した記
   憶位置を得るようにした請求項（１）記載のブラシレス
   モータの制御装置。
3. 【請求項３】動作指令手段の指示による速度制御動作移
   行時に、まず、記憶値保存手段の動作をおこなわせない
   で、回転誤差算出手段と制御信号作成手段を用いた制御
   動作を行なうようにし、次に、所要時間経過した後に前
   記記憶値保存手段の動作も行なわせるようにした請求項
   （１）記載のブラシレスモータの制御装置。