JP3808510B2 - モーター駆動装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、位相検出制御により高速回転を行うモーター駆動装置に関する。
背景技術
モーターを高速且つ高トルクで回転させることは、モーターの基本性能の向上という面でもっとも重要な要素の１つであり、そのことから長年、研究開発がなされてきた。たとえばモーターを使用する製品の１つである電子時計では、近年多機能化が進み、通常の時刻表示以外の機能として、ストップウォッチ付き、アラーム付き、デュアルタイムなど様々な機能を持つ時計が開発、商品化されてきた。これらの多機能時計は電池投入時などの初期状態でシステムの初期化を行う場合や、通常使用時にモードの移行や針位置の帰零動作を行う場合などにおいて指針の早送り動作を行うことが必ず発生していたため、操作性の向上などの観点からモーターの高速回転は重要な要素を占めている。
また、モーターに扁平重りを取り付け、モーターが回転する際に発生する振動を用いて時刻の報知などを行う振動アラームとしての使用時や、時計用のモーターに指針の代わりに円板を取り付け時刻以外の表示を行う場合などに際しては、高トルクのモーターが必要不可欠であった。
また、モーターを高速で回転させた場合、モーターやモーターに接続された部品（たとえば時計においては減速輪列や指針など）の慣性により、駆動パルスの出力を停止してもモーターが直ちに停止しないという状況が発生することが考えられる。通常、所定の回転数を得ようとした場合はそれに応じた数のパルスを出力するが、上記のよう場合、出力したパルス数とモーターの回転数が一致しないという事態が発生してしまう。
このことは、たとえば時計指針においては、時刻表示のずれにつながるなど致命的な欠陥となってしまう。またモーターが停止した際のロータの磁極位置によっては、次にモーターを駆動する際に出力される駆動パルスによりステータに発生する磁極とロータの磁極位置の関係がずれてしまい、モーターが正常に回転しない場合が発生する。従ってモーターを高速で駆動し、且つモーターの回転数を正確に所望の値に制御するシステムに於いては、モーターを所定の位置に停止させることが不可欠となる。
以下従来のモーター駆動装置を電子時計のステップモーターを例にして説明する。
図１は従来の２極ステップモーターより成るモーター駆動装置の構成図、図２から図７はいずれもステータとロータとの磁極の位置関係を示す平面図であり、電気信号を機械的回転運動に変換する手段として、２極のステップモーターは図１に示す如く駆動コイル１０１、扁平ステータ１０２、ロータ１０３から成り、扁平ステータ１０２には図２に示す如く段差１０２ａが設けられている構成となっている。
またモータードライバ１０４ａ、１０４ｂを設け、前記駆動コイル１０１の両端の電位を変えることによってこの駆動コイル１０１に電流を流し、前記扁平ステータ１０２を励磁する。図１に示す２極モーターの場合、前記駆動コイル１０１に電流が流れていない場合におけるロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置は、図２に示す静的安定点１１０の位置に、また前記駆動コイル１０１に電流を流して前記扁平ステータ１０２を励磁した場合における前記ロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置は図３に示す電磁的安定点１１１の位置になる。
通常、電子時計では前記モータードライバ１０４ａまたは１０４ｂから４〜５ｍＳの間、前記駆動コイル１０１の両端電位を変化させる駆動パルス信号を出力してこの駆動コイル１０１にパルス電流を流し、前記ロータ１０３を回転動作させる。このロータ１０３は前記駆動コイル１０１に電流が流されている間回転し、前記ロータ１０３が前記扁平ステータ１０２に対しておおむね図４に示す磁極位置に来たとき前記駆動コイル１０１に流れる電流が停止するが、前記ロータ１０３は慣性によって図５の位置まで回転し、その後ロータ１０３は前記静的安定点１１０を中心に減衰振動し最終的に停止する。
前記ロータ１０３が静止した状態で、たとえば前記モータードライバ１０４ａから駆動パルス信号を出力し前記駆動コイル１０１に電流を流し、図６に示す如く前記扁平ステータ１０２を励磁した場合、前記ロータ１０３は図６のＡに示す回転方向に１８０度回転する。さらにロータ１０３が静止した後に、前回駆動パルス信号を出力したのと反対側のモータードライバ１０４ｂから駆動パルス信号を出力すると、前記ロータ１０３は図６のＡの方向にさらに１８０度回転する。ロータ１０３が静止した状態から前記駆動コイル１０１に電流を流すことによって前記ロータ１０３の回転動作を行った場合は図６のＡに示す方向に確実に回転する。
また、前記ステップモーターを高速回転させる場合、当然のことながら前記ロータ１０３を高速で回転させる必要が生じる。このとき、前記モータードライバ１０４ａとドライバ１０４ｂから出力される駆動パルス信号の出力間隔を狭くする必要が生じる。
前記ロータ１０３をより高速に回転させようとし、駆動パルス信号の出力間隔を狭めていくと、ロータ１０３が回転した直後の減衰振動が停止しないうちに次の駆動パルス信号を出力しなければならなくなってくる。
しかし、ロータ１０３が減衰振動中で図７の位置、すなわち前記ロータ１０３と電磁的安定点１１１との位置関係が図７に示す状態で次の駆動パルス信号が出力されると、ロータ１０３は図６のＡに示す方向と逆、すなわち通常方向とは逆方向の回転をしてしまう。従って、このロータ１０３を安定的に回転させるためには、駆動パルス信号の出力間隔を、ロータ１０３の回転後の減衰振動が、前記電磁的安定点１１１を越えない範囲に安定するまでの時間以上にする必要があった。
駆動パルス信号のパルス幅および減衰振動の安定時間を合わせた時間、すなわち駆動パルス信号の出力周期は最小でも１０ｍＳ前後となってしまう。これは現状の駆動方式では駆動パルス信号の出力周波数として１００Ｈｚ程度が限界になってしまっていることを示している。
しかし上記課題については、本出願人が先に出願した特願平６−３０４４４０号に示される方式によって改善されている。
図８は従来のモーター駆動装置における駆動回路の一例を示す回路図であり、図９は図８の駆動回路の動作を表わす波形図である。
図８において、２５’は駆動回路であり、１ａおよび１ｂのモータードライバから成る。２は駆動コイルである。４１’は逆起電圧検出回路であり、バイアス手段３と電圧検出回路５とを有する。さらに、３はバイアス手段であり３ａ、３ｂのスイッチ手段、３ｃ、３ｄの同抵抗値をもつバイアス抵抗から成る。４は扁平ステータ、５は電圧検出回路であり５ａのインバータ、５ｂの帰還抵抗、５ｃの入力抵抗から成る。６はインバータ、１０３はロータである。４２’は駆動コイル２、ステータ４およびロータ１０３から成るモーターである。
前記モータードライバ１ａ、１ｂは、信号ＯＥ１が”Ｈ”レベルのときはそれぞれＯ１ｉｎ、Ｏ２ｉｎの入力信号をバッファ出力し、信号ＯＥ１が”Ｌ”レベルのときは、出力をハイインピーダンスにする。また前記スイッチ手段３ａ、３ｂは、インバータ６から出力される信号ＳＥが”Ｌ”レベルの時オフ、”Ｈ”レベルのときオンするスイッチである。
以下、図９の波形図に従って図８の回路の動作の説明をする。
図９の（ａ）の期間は、信号ＯＥ１が”Ｈ”レベルであり、前記モータードライバ１ａから”Ｈ”レベルの駆動パルス信号が出力されるので、前記駆動コイル２に電流が流れ、前記ロータ１０３が回転する。この間、前記スイッチ手段３ａ、３ｂは信号ＳＥが”Ｌ”レベルであるためともにオフ状態になっている。図９の（ｂ）の期間では信号ＯＥ１が”Ｌ”レベルであるので前記モータードライバ１ａ、１ｂの出力はハイインピーダンス状態になっており、前記スイッチ手段３ａ、３ｂがオンするため、前記駆動コイル２の一端であるＸ端子は電源電圧の１／２の電圧であるバイアス電圧Ｖｂに分圧される。
ここで、図９の（ｂ）の期間に前記駆動コイル２の一端であるＹ端子に現われる電圧波形について説明する。
前記モータードライバ１ａ、１ｂの出力がハイインピーダンス状態で、前記スイッチ手段３ａ、３ｂがＯＮしており、前記バイアス抵抗３ｃ、３ｄによって、Ｘ端子の電圧が前記バイアス電圧Ｖｂのレベルになっている場合、Ｙ端子の電圧値は前記ロータ１０３の回転や前記モータードライバ１ａ、１ｂの影響がなければ、Ｘ端子と同様に前記バイアス電圧Ｖｂとなる。しかしながら図９の（ａ）の期間で駆動パルス信号の出力直後は、前記駆動コイル２に流れる電流が切られることにより誘導電圧が図９のＶｒの如く発生し、また駆動パルス信号が出力されることによって、前記ロータ１０３が回転すると、このロータ１０３の回転によって逆起電圧Ｖｇが図９の如く発生する。これらの発生電圧の合成波形がＹ端子に現れ、このＹ端子に現れる電圧波形を電圧検出回路５で増幅したものが図９のＡｏｕｔに示す波形となる。
図９の（ｂ）の期間のＡｏｕｔの波形は、駆動パルス信号の出力終了直後は、前記駆動コイル２から発生する誘導電圧が支配的となるが、時間の経過とともに影響が減少し、代わって前記ロータ１０３からの逆起電圧が支配的となる。
図９において、Ａｏｕｔの波形が前記バイアス電圧Ｖｂを正から負の方向によぎるタイミング（時点Ｐ）が、前記ロータ１０３がすでに説明した電磁的安定点を通過するタイミングとほぼ等しくなる。このタイミングにおいて、前回に駆動パルス信号を出力したのと逆のモータードライバ１ｂから駆動パルス信号を出力すると、前記ロータ１０３は、前記扁平ステータ４に対する磁極位置が電磁的安定点を過ぎたあとであるため、逆転することなく正方向の回転を続ける。
別の従来例として図１０は、モーターから発生する逆起電圧の検出を駆動コイルと同軸上に巻かれた検出コイルで行うものであり、すでに説明した図１のステップモーターに、前記駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた検出コイル１０５と、前記ロータ１０３が回転した際に前記検出コイル１０５に発生する逆起電圧を検出する差動アンプ１０６ａと、この差動アンプ１０６ａの出力信号を基準電圧Ｖｂと比較しこの比較結果である信号Ａｏｕｔを出力するコンパレータ１０８とで構成された電圧検出手段を付加したものである。
図１０において、２５はモータードライバ１０４ａおよび１０４ｂから成る駆動回路であり、４１はステータ１０２に巻かれた検出コイル１０５、差動アンプ１０６ａおよびコンパレータ１０８から成る逆起電圧検出回路であり、４２は駆動コイル１０１、ステータ１０２およびロータ１０３から成るモーターである。
本従来例では、前記ロータ１０３が回転しているときにおけるロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置を、前記ロータ１０３が回転することによって発生する逆起電圧を前記検出コイル１０５を介して前記電圧検出手段で検出し、前記コンパレータ１０８からの出力に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するように構成されている。
本従来例の構成によるモーターの駆動は前述した図８における駆動コイル２を用いてモーターからの逆起電圧を検出する方式と同様に行うことができ、波形としては図１１となる。ただし、本構成では駆動パルス出力時に駆動コイル１０１に流れる電流の直流成分は除去されるので差動アンプの出力に現れる電圧波形としてはＶｇとＶｒの合成波形となる。
本従来例では逆起電圧検出は、駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた検出コイル１０５によって行っているが、本方式は本出願人より特開平６−２３５７７７号公報としてすでに出願されている。
以上のように、図８および図９に示す駆動方式によれば、駆動パルス信号の出力間隔を限界まで狭くすることが可能であり、結果としてモーターを通常のステップ駆動方式に比べて３倍程度の速度で回転させることができた。
このような従来の同期駆動方式では、モーターの始動時の駆動パルス条件と、始動後一定時間が経過した後の回転速度が安定した状態での駆動パルス条件とは大きく異なっていた。従って駆動回路に印加する駆動パルス信号を予め数種類用意し、モーターの始動時は大きな幅の駆動パルス信号を駆動回路に印加し、回転速度の向上とともに印加する駆動パルス信号のパルス幅を狭くしていく構成をとっていた。
しかしながら、大きな負荷がモーターに取り付けられたシステム、とりわけ振動モーターの扁平重りのようにアンバランスな負荷が取り付けられた場合、モーターの姿勢によって駆動パルス条件が大きく異なってくる。すなわちモーターの回転軸が重力と垂直方向にあり、扁平重りが重力に逆らって回転を開始する位置にある場合と重力に引かれて回転を開始する位置にある場合とでは、始動に際して必要となるエネルギーが非常に異なり、その結果として駆動回路から出力される駆動パルス幅の条件が変わってしまう。
従来の駆動方式によってモーターを駆動した場合、始動時のパルス幅が一定条件で固定されていたために円滑な始動が行えないという不具合が発生していた。すなわち扁平重りが重力に逆らって回転を開始するという状態ではパルス幅がモーターが始動するに十分でなく、回転しないことがあり得た。また扁平重りが重力に引かれて回転を開始するという状態では，パルス幅が過剰となってしまい、結果として消費電流の増加を招いていた。
さらに従来の駆動方式の特徴であるロータの位相角に同期を取って駆動する方式では、モーターが回転して逆相に達したタイミングで次の駆動パルス信号を出力することが必要であるが、パルス幅が過剰に出力された場合、モーターが逆相に達した後も同じ駆動パルス信号が出力され続けることになり、結果としてモーターに対してブレーキがかかり回転効率を著しく損なうことになっていた。
またモーターの始動後に予め決められた時間で駆動パルス信号のパルス幅を徐々に狭くしていく方式では、モーターの負荷が大きいときや駆動電圧が低下している場合などの状態においてモーターの回転速度が十分に向上しないうちにパルス幅を狭くしてしまうこととなり、モーターの加速性能を低下させるばかりか場合によっては回転に必要なエネルギーが得られずモーターの停止に追い込まれる可能性が考えられた。
一方、回転速度に対して駆動パルス信号のパルス幅の減じ方が十分でない場合、すなわち過剰なパルス幅で駆動パルス信号を出力した場合、図８の電圧検出回路５から出力される信号Ａｏｕｔは図１２の如くなる。すなわち駆動パルス信号の出力が終了した後に発生する誘導電圧の影響がなくならないうちにモーターから発生する逆起電圧がＶｂの電位よりも負側に寄ってしまい、このため本来、時点Ｑで出力されるべき次の駆動パルス信号が出力されなくなってしまう。結果としてモーターが停止したり、停止にまでは至らなくても回転速度が向上しないという不具合が発生していた。
発明の開示
本発明は上記課題を解決し、モーターの確実な始動性や安定した回転性能を得ることを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、請求の範囲第１項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記電圧検出回路は、前記駆動コイルの一端の電位レベルを電源電圧の中間電位にバイアスするためのバイアス手段と、前記駆動コイルの他端に生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路で構成されており、前記駆動パルス発生手段は複数の休止期間を有する間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号を出力するとともに、前記磁極位置検出手段は、前記複数の休止期間中に検出した前記電圧検出回路からの検出信号と前記中間電位との比較結果に基づいて前記駆動パルス信号を停止するとともに該停止した駆動パルスとは逆相の駆動パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第２項として、請求の範囲第１項において、前記磁極位置の検出は、前記磁極位置検出手段で検出した逆起電圧が所定電位を横切ったことによって行われることを特徴とする。
また、請求の範囲第３項として、請求の範囲第２項において、前記磁極位置の検出のための前記所定電位が複数設定されていることを特徴とする。
また、請求の範囲第４項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の異なる複数のパルス群から成ることを特徴とする。
また、請求の範囲第５項として、請求の範囲第４項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の大きい第１パルスと、該第１パルスよりもパルス幅の小さい第２パルス群とで構成したことを特徴とする。
また、請求の範囲第６項として、請求の範囲第５項において、前記第１パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第７項として、請求の範囲第５項において、前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第８項として、請求の範囲第５項において、前記第２パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第９項として、請求の範囲第５項において、前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１０項として、請求の範囲第６項において、前記第１パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１１項として、請求の範囲第７項において、前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１２項として、請求の範囲第８項において、前記第２パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１３項として、請求の範囲第９項において、前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１４項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で横成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの回転速度に応じてその休止期間幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１５項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの始動時からのパルス出力数に応じてその休止期間幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１６項として、請求の範囲第１４項において、前記休止期間幅は、前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってその幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１７項として、請求の範囲第１５項において、前記休止期間幅は、前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにその幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１８項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記モーター駆動装置は、前記駆動パルス発生手段が始動パルスを出力してから所定の時間を計時した後タイマー信号を発生するタイマー回路を有し、前記駆動パルス発生手段は始動パルスの出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合に、前記タイマー回路からのタイマー信号出力に応じて始動パルスの出力を停止するとともに、始動パルスと逆相に駆動パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第１９項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記駆動パルス発生手段が駆動パルス信号の出力を終了してから所定の時間が経過した後にタイマー信号を発生するタイマー回路を有し、前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、次に出力する駆動パルス信号のパルス幅を前回出力された駆動パルス信号よりも狭くすることをことを特徴とする。
また、請求の範囲第２０項として、請求の範囲第１９項において、前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、前記駆動パルス信号とは逆極性の補償パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第２１項として、請求の範囲第２０項において、前記補償パルス信号は前記駆動パルス信号よりもパルス幅が狭いことを特徴とする。
また、請求の範囲第２２項として、請求の範囲第１項または第１９項において、前記ステップモーターの回転を停止する場合に、制動用パルス信号を出力する制動パルス発生手段を有し、該制動パルス発生手段は前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて制動用パルス信号の出力タイミングを制御することを特徴とする。
また、請求の範囲第２３項として、請求の範囲第２２項において、前記制動用パルス信号は前記ステータが前記ロータの磁極と逆極性に励磁される方向に出力されることを特徴とする。
また、請求の範囲第２４項として、請求の範囲第２２項において、前記制動用パルス信号は前記ステップモーターを駆動する駆動パルス信号よりも大きいパルス幅で出力されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は従来のモーター駆動装置の駆動部の回路図、図２は図１における２極ステップモーターの静的安定点を示す平面図、図３は図１における２極ステップモーターの電磁的安定点を示す平面図、図４は図１における２極ステップモーターの回転中の磁極位置を示す平面図、図５は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図６は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図７は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図８は従来例のモーター駆動装置における駆動回路の回路図、図９は図８の駆動回路の動作を表わす波形図、図１０は他の従来例のモーター駆動装置における駆動回路の回路図、図１１は図１０の駆動回路の動作を表わす波形図、図１２は図８の駆動回路の動作を表わす波形図である。図１３は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第１の実施例を示すブロック図、図１４は図１３の駆動システムの動作を表す波形図、図１５は第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図、図１６は第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図、図１７は図１０の駆動回路にヒステリシスコンパレータを適用した場合の回路図、図１８は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第２の実施例を示すブロック図、図１９は図１８の駆動システムの動作を表す波形図、図２０は図１８の駆動システムの動作を示す波形図、図２１は図８の駆動回路にヒステリシスコンパレータを適用した場合の回路図、図２２は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第３の実施例を示すブロック図、図２３は図２２の駆動システムの動作を表す波形図、図２４は図２２に示す第３の実施例の別の構成を示すブロック図、図２５は図２４の駆動システムの動作を表す波形図、図２６は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第４の実施例を示すブロック図、図２７は図２６の駆動システムの動作を表す波形図、図２８は図２６の駆動システムの動作を表す波形図、図２９は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第５の実施例を示すブロック図、図３０は図２９の駆動システムの動作を表す波形図、図３１は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第６の実施例を示すブロック図、図３２は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第７の実施例の構成を示すブロック図、図３３は図３２の駆動システムの動作を表す波形図、図３４は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第８の実施例を示すブロック図、図３５は図３４の駆動システムの動作を表す波形図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施例を図面をもって説明する。
図１３は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第１の実施例を示すブロック図であり、図１４は図１３の駆動システムの動作を表す波形図である。
図１３において、２１は基本周波数信号ＯＳＣを発振する発振回路であり、２２は基本周波数ＯＳＣを分周した信号Ｆｄｉｖを出力する分周回路であり、２３はモーター４２を駆動する駆動パルス信号の基となる信号である信号ＯＥを成形する波形成形回路であり、２４は信号ＯＥおよびＦｄに基づいて駆動パルス信号としての信号Ｏ１ｉｎまたは信号Ｏ２ｉｎを出力する駆動制御回路であり、２５は信号Ｏ１ｉｎおよび信号Ｏ２ｉｎに基づいてモーター４２を駆動する信号ｄｒｖ１または信号ｄｒｖ２を出力する駆動回路であり、２６ａは逆起電圧検出回路４１で検出した信号Ａｏｕｔが基準電位Ｖｂを正方向（負から正の方向）によぎったとき正エッジ検出信号ＰＥを出力する正エッジ検出回路であり、２６ｂは逆起電圧検出回路４１で検出した信号Ａｏｕｔが基準電位Ｖｂを負方向（正から負の方向）によぎったとき負エッジ検出信号ＮＥを出力する負エッジ検出回路であり、３１は正エッジ検出信号ＰＥと負エッジ検出信号ＮＥとをＯＲ出力するＯＲ回路であり、２８は駆動パルス信号の立ち上がりから所定時間の経過を計時するタイマー回路である。２７はパルス制御回路であり、駆動制御回路２４の動作、非動作を制御する信号Ｆｄと、波形成形回路２３が出力する信号ＯＥの出力タイミングを制御する信号Ｐｔｒｇを出力する。駆動回路２５、逆起電圧検出回路４１およびモーター４２は、先に従来例で説明した図１０と同様の構成をとるものとする。４０は、正エッジ検出回路２６ａと負エッジ検出回路２６ｂとＯＲ回路３１と逆起電圧検出回路４１とから構成される磁極位置検出回路である。
以下に図１４を参照して動作を説明する。
前記モーター駆動装置の本回路システム非動作状態、すなわち図１０に示した前記ロータ１０３が回転していない場合、前記パルス制御回路２７から出力される信号Ｆｄが”Ｈ”レベルになっており、この状態では前記駆動制御回路２４から前記駆動回路２５に対する出力Ｏ１ｉｎ、Ｏ２ｉｎはともに”Ｌ”レベルであるので、前記モータードライバ１０４ａ、１０４ｂの出力はともに”Ｌ”レベルになっている。
次に前記ロータ１０３を回転させる場合、外部より始動信号ＳＳが前記パルス制御回路２７に入力されると、このパルス制御回路２７から出力される信号Ｆｄが”Ｌ”レベルとなり、一方タイマー回路２８は、信号ＳＳを受けるとタイマー動作を開始する。信号Ｆｄが”Ｌ”レベルで且つ信号ＯＥが”Ｈ”になると前記駆動制御回路２４の出力信号は、信号ＯＥが”Ｌ”レベルの場合は信号Ｏ１ｉｎを”Ｈ”出力し、信号ＯＥが”Ｈ”レベルの場合は信号Ｏ２ｉｎを”Ｈ”出力する。図１４では、信号ＳＳが出力された直後の信号ＯＥは”Ｌ”であるのでこの場合は信号Ｏ１ｉｎが”Ｈ”となる。
ここで、前記正エッジ検出回路２６ａおよび前記負エッジ検出回路２６ｂの動作について説明する。前記正エッジ検出回路２６ａは、信号ＯＥが”Ｈ”レベルのとき能動状態になり、信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを正方向によぎった場合に正エッジ検出信号ＰＥを出力する。また、前記負エッジ検出回路２６ａは、信号ＯＥが”Ｌ”レベルのとき能動状態になり、信号ＯＥが”Ｌ”レベルの期間に信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを負方向によぎった場合に負エッジ検出信号ＮＥを出力する。
図１４のｔ１の期間は、信号ＯＥが”Ｌ”であることから、負エッジ検出回路２６ｂが動作状態となっている。駆動制御回路２４からの出力信号Ｏ１ｉｎが”Ｈ”の状態が続くと、駆動回路２５からの信号である信号Ａｏｕｔは、図１４のｔ１の期間で示される波形となる。
ｔ１の期間で信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂの電位を正から負の方向によぎると負エッジ検出回路２６ｂは負エッジ検出信号ＮＥを出力する。前記パルス制御回路２７は前記負エッジ検出信号ＮＥをＯＲ回路３１を介して受けると信号Ｐｔｒｇを出力する。またタイマー回路２８は同様に負エッジ検出信号ＮＥをＯＲ回路３１を介して受けるとタイマー動作をリセットして停止する。
前記波形成形回路２３は信号Ｐｔｒｇの立ち上がりに同期して信号ＯＥを、図１４のｔ２の期間”Ｈ”レベルにする。前記駆動制御回路２４は、信号ＯＥが”Ｈ”の間、信号Ｏ２ｉｎを”Ｈ”レベルにする。
図１４のｔ２の期間は、前記正エッジ検出回路２６ａは、信号Ａｏｕｔを受け、この信号Ａｏｕｔのレベルがバイアス電圧Ｖｂを負から正の方向によぎった場合に正エッジ検出信号ＰＥを出力する。前記パルス制御回路２７は前記正エッジ検出信号ＰＥをＯＲ回路３１を介して受けると信号Ｐｔｒｇを出力する。以降、同様の動作が繰り返され、前記ロータ１０３は回転を続ける。
前記ロータ１０３の回転を停止する場合は、外部より停止信号ＥＳを前記パルス制御回路２７に入力する。パルス制御回路２７は、停止信号ＥＳが入力された直後の正エッジ検出信号ＰＥまたは負エッジ検出信号ＮＥを受けると最後のＰｔｒｇを出力する。図１４の例ではパルス制御回路２７は負エッジ検出信号ＮＥを受、信号Ｐｔｒｇを出力している。
図１４のｔ４の期間で信号Ｏ２ｉｎに”Ｈ”レベルが出力され、前記正エッジ検出回路２６ａが能動状態となり、信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを負から正の方向によぎるタイミングで正エッジ検出信号ＰＥが出力される。前記パルス制御回路２７は停止信号ＥＳを受けた後に正エッジ検出信号ＰＥを受けると信号Ｆｄを”Ｈ”レベルにするとともに、前記モータードライバ１０４ａ、１０４ｂの出力を”Ｌ”レベルに固定し回路の動作は終了する。
以上説明した第１の実施例では、信号Ｏ１ｉｎに”Ｈ”レベルが出力される始動時の第１のパルスで、前記ロータ１０３が回転する磁極位置に合った場合を想定しているが、実際の使用時においては駆動パルス信号の位相とロータ１０３の磁極位置の関係が必ずしも一致しているとは限らない。とりわけ振動アラームのように慣性の大きな負荷が取り付けられた場合、モーターの回転動作が停止された後も惰性でモーターが回り続けてしまうことが考えられ、このような場合最終的な磁極位置がどちらになるかは不確定である。
以上の事項を考慮にいれ、第１のパルスでモーターが回転しなかった場合について本発明のシステムがどのように作動するかを図１３および図１５を用いて説明する。
図１５は、第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図である。
第１のパルスでモーターが回転しなかった場合には駆動回路２５から出力される信号Ａｏｕｔは図１５または図１６の状態になる。すなわち、モーターが回転動作をしていないため、モーターの正常回転時に発生する逆起電圧Ｖｒがほとんど発生せず、結果として信号Ａｏｕｔは駆動パルス信号の出力時に検出コイルに誘導される誘導電圧のみとなる。この場合誘導電圧の影響がなくなった後は図１０に示した差動アンプ１０６ａの両端の電位差は基本的には０になるはずであるが実際には何らかの電位差が生じているため結果として信号Ａｏｕｔの電位はバイアス電圧Ｖｂに対して若干ではあるが高いかもしくは低い状態になる。
誘導電圧の影響がなくなった後の信号Ａｏｕｔの電位がＶｂに比べて高い場合、駆動パルス信号を出力し続けても信号Ａｏｕｔが正から負の方向にＶｂのレベルをよぎることがないため、次の駆動パルス信号の出力タイミングとなる信号Ｐｔｒｇが発生しない。本システムでは信号ＳＳが入力されると始動用の駆動パルス信号を出力するとともにタイマー回路２８のタイマー動作が行われている。
タイマー回路２８は予め定められた時間（図１５においてはｔ１’）が経過しても磁極位置検出回路４０より正または負のエッジ検出信号がこない場合、疑似検出信号Ｔｕｐを出力するとともにタイマー動作を停止する。パルス制御回路２７は信号Ｔｕｐを受けると信号Ｐｔｒｇを出力し、結果として直ちに信号Ｏ２ｉｎに”Ｈ”レベルが出力され、すなわち次の駆動パルス信号は最初の駆動パルス信号と逆極性で出力されることで、ロータ１０３が回転する。以降の動作は先に説明した第１のパルスでモーターが回転した場合と同様の制御で行われる。
誘導電圧の影響がなくなった後の信号Ａｏｕｔの電位がＶｂに比べて低い場合には、誘導電圧の影響がなくなった直後に信号Ａｏｕｔの波形がＶｂを正から負によぎるために負エッジ検出回路２６ｂから直ちに信号ＮＥが出力される。従ってこれを受けてタイマー回路２８はタイマー動作を停止する。またパルス制御回路２７は信号Ｐｔｒｇを出力し、以降の動作は先に説明した第１のパルスでモーターが回転した場合と同様の制御で行われる。
以上説明したシステムでは、駆動パルス信号を出力中にモーターから発生する逆起電圧を検出することでモーターが１８０度回転したことを認識することができ、さらにこのタイミングで次のパルスを出力することでモーターの回転の勢いを殺すことなく確実で効率のよいモーター駆動を実現することができる。
この第１の実施例によれば、従来のような磁極位置検出用の駆動パルス信号休止期間がないので、駆動パルス信号と次の駆動パルス信号との間隔をなくすことができるので、モーターを高速に且つ安定して駆動することができる。また、始動時のロータ１０３の磁極位置にかかわらず、確実なモータの始動を実現することができる。
なお、図１０では差動アンプ１０６ａの出力信号を基準電圧Ｖｂと比較しこの比較結果である信号を出力するコンパレータ１０８とで構成された電圧検出手段を付加したが、図１７のように、差動アンプ１０６ａと帰還抵抗１０６ｂと入力抵抗１０６ｃとから成る回路１０６に、差動アンプ１０７ａと帰還抵抗１０７ｂと入力抵抗１０７ｃとから成る回路１０７を接続して、ヒステリシスコンパレータを構成するようにして、磁極位置の検出のため、逆起電圧がよぎったかどうかの基準電位にヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このようにヒステリシスコンパレータを設けることにより、基準電位を逆起電圧がよぎったかどうかの検出タイミングに遅延を持たせることで、外部からの磁界等の影響による誤動作を防止することができ、さらに、モーターに物理的な衝撃等が加わった場合においてもモーターの回転の安定性向上に効果がある。
次に第２の実施例として、駆動コイルを磁極位置検出用の検出コイルに兼用してモーターからの逆起電圧を検出する構成をとるモーター駆動装置に関して本発明を導入した場合について図をもって説明する。
図１８は、先に説明した図１３のシステムに若干の改良を加え、駆動パルス信号を出力中であってもモーターからの逆起電圧を検出することを可能とした第２の実施例を示すブロック図であり、また図１９、図２０は図１８の動作を示す波形図である。図２０は、図１９と比べて時間軸で拡大して示してある。
図１８において、３２は信号ＯＥ１が”Ｌ”になってから所定時間を計時してこの所定時間内に正エッジ検出信号ＰＥまたは負エッジ検出信号ＮＥを受けていない場合に信号Ｔｕｐ’を出力するタイマー回路Ｂであり、４６は信号Ｔｕｐ’を受けるたびに出力信号Ｑを反転するフリップフロップ回路である。４０’は正エッジ検出回路２６ａと負エッジ検出回路２６ｂとＯＲ回路３１と逆起電圧検出回路４１’とから構成される磁極位置検出回路である。波形成形回路２３は、駆動パルス信号を間欠制御するとともに磁極位置検出回路４０’およびタイマー回路Ｂ３２を制御する信号である信号ＯＥ１を、パルス制御回路２７より出力されるＰｔｒｇ信号を受けるごとに出力する。駆動制御回路２４は、フリップフロップ回路４６からの出力信号Ｑに基づいて、信号Ｏ１ｉｎと信号Ｏ２ｉｎを切替え出力するように構成している。また、駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は、先に従来例で説明した図８と同様の構成をとるものとする。その他の構成要素は図１３と同様であるので説明を省略する。
図８に示した前記ロータ１０３を回転させる場合、外部より始動信号ＳＳが前記パルス制御回路２７に入力されると、このパルス制御回路２７から信号Ｐｔｒｇが出力され、信号ＯＥ１は図１９に示す如く期間ｔｂに”Ｈ”となる。信号ＯＥ１は、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”レベルの場合には信号Ｏ１ｉｎに出力され、出力信号Ｑが”Ｈ”レベルの場合には信号Ｏ２ｉｎに出力される。図１９では信号ＳＳが出力された直後に出力信号Ｑは”Ｌ”であるのでこの場合は信号ＯＥ１は信号Ｏ１ｉｎに出力される。図１９において信号ＯＥ１が出力されたｔｂの後のｔ２の期間では信号Ｑが”Ｌ”でありさらに信号ＯＥ１が”Ｌ”であることから正エッジ検出回路２６ａが能動状態となる。
図１９におけるｔ１の期間では信号ＯＥ１が”Ｈ”の間に信号Ｏ１ｉｎの駆動パルス信号が出力され、信号ＯＥ１が”Ｌ”の間は図８のモータードライバ１ａ、１ｂの出力をハイインピーダンスにするとともにバイアス手段３を動作させることによりモーターからの逆起電圧の検出を行う。
ここで図１９におけるｔ１の期間の信号Ａｏｕｔの波形について図２０の拡大図をもって説明する。
ｔ１の期間におけるＡｏｕｔの波形は、信号Ｏ１ｉｎの波形の駆動パルス信号が出力されることにより、駆動コイル２に発生する誘導電圧Ｖｒ、モーターが回転することにより発生する逆起電圧Ｖｇの合成波形となる。図２０のｔ２の期間では信号Ｏ１ｉｎが”Ｌ”になった直後は誘導電圧Ｖｒが支配的であり、誘導電圧Ｖｒの影響が時間の経過とともになくなると逆起電圧Ｖｇが観測されるようになる。逆起電圧Ｖｇの電位レベルがＶｂよりも上にあるｔ２の期間、すなわちロータ１０３が１８０度回転しきっていない場合では、信号Ａｏｕｔの波形が誘導電圧Ｖｒの影響がなくなる過程で必ずＶｂの電位を負から正の方向でよぎっている（図２０におけるＰ１の時点）。
タイマー回路Ｂ３２は信号ＯＥ１が”Ｌ”になるとタイマー動作を開始する。フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”であることから正エッジ検出回路２６ａは信号ＯＥ１が”Ｌ”の期間に動作状態となる。正エッジ検出回路２６ａは、図２０のｔ２の期間のＰ１の時点で、信号Ａｏｕｔの波形がＶｂを負から正方向によぎったことを観測すると、正エッジ検出信号ＰＥを出力する。また、タイマー回路Ｂ３２は信号ＰＥをＯＲ回路３１を介して受けるとタイマー動作を停止し、一方パルス制御回路２７は、所定の時間（ｔ２）の間、タイマー回路Ｂ３２からの信号がこない場合、所定時間経過後Ｐｔｒｇ信号を出力する。波形成形回路２３はＰｔｒｇ信号を受けるとｔｃの期間ＯＥ１を”Ｈ”出力しその後ｔ３の期間でｔ２の期間と同様の逆起電圧の検出を行う。
図２０におけるｔ２、ｔ３、ｔ４の期間では、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３の時点で信号Ａｏｕｔの波形がＶｂの電位を負から正の方向でよぎるので、Ｐｔｒｇが出力され、信号ＯＥ１に”Ｈ”信号が出力される。逆起電圧Ｖｇの電位レベルがＶｂよりも下にある期間、すなわち図２０のｔ５の期間では、ロータ１０３が１８０度以上回転しており、信号Ａｏｕｔの波形がＶｂの電位を負から正の方向でよぎることはない。したがってｔ５の期間では、この間に正エッジ検出回路２６ａから正エッジ検出信号ＰＥを出力することはない。タイマー回路Ｂ３２はｔ５の期間に正エッジ検出信号ＰＥを受けないで所定の時間（ｔ５）を経過するとＴｕｐ’を出力する。パルス制御回路２７は信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｐｔｒｇを出力し、その結果波形成形回路２３から信号ＯＥ１が出力される。このとき信号Ｔｕｐ’によりフリップフロップ４６の信号Ｑは”Ｌ”から”Ｈ”になっているので、駆動制御回路２４からは信号Ｏ２ｉｎ側に駆動パルス信号が出力される。以降の動作は先述した第１の実施例と同様である。
この第２の実施例によれば、駆動パルス信号を出力中に逆起電圧を検出するための間隙を設けることで、駆動コイルを逆起電圧検出コイルに兼用でき、構成が簡素化される。また、本実施例によれば、第１の実施例と同様に駆動パルス信号と次の駆動パルス信号との間隔をなくすことができるので、モーターを高速に且つ安定して駆動することができる。
なお、図２１の駆動回路は、図８の駆動回路にヒステリシスコンパレータ１３を付加したものであり、電圧検出回路５の後段にこのヒステリシスコンパレータ１３が接続される。このヒステリシスコンパレータ１３は、入力抵抗１３ａと帰還抵抗１３ｂとインバータ１３ｃとインバータ１３ｄとから成る。このように構成し、磁極位置の検出のため、逆起電圧がよぎったかどうかの基準電位にヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このようにヒステリシスコンパレータを設けることにより、基準電位を逆起電圧がよぎったかどうかの検出タイミングに遅延を持たせることで、外部からの磁界等の影響による誤動作を防止することができ、さらに、モーターに物理的な衝撃等が加わった場合においてもモーターの回転の安定性向上に効果がある。
以上モーター始動直後のパルス出力に対する制御方法について説明してきたが、次に第３の実施例として、モーター始動後モーターの回転数が加速状態から定速状態に移行するまでのパルス出力方法について説明する。
なお、ここで説明する実施例については、日板や振動アラーム用の扁平重りなど慣性の大きな負荷が接続されたモーターに対して特に有効な手段である。
図２２は第３の実施例の構成を示すブロック図であり第１および第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図２３は図２２の動作を表す波形図である。
図２２において、３５は信号ＯＥ１の立ち下がりに同期してタイマー動作を開始するタイマー回路Ｃである。また、タイマー回路Ｃ３５は、信号ＯＥ１が”Ｌ”のとき動作を開始して所定時間経過後に信号Ｃｕｐを出力し、信号Ｐｔｒｇによってリセットされる。３６はカウンタ回路であり、タイマー回路Ｃ３５からのＣｕｐ信号をカウントし、パルス幅選択信号Ｐｓ１〜ＰｓＮを切替え出力する。３７は駆動パルス制御回路であり、パルス幅選択信号Ｐｓ１〜ＰｓＮに基づいて信号ＯＥ１の幅を変化させている。なお、図２２における駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は、先に従来例で説明した図８と同様の構成をとるものとする。また、前述の第２の実施例と同様な構成については説明を省略する。
初期状態においては、カウンタ回路３６のカウント値はクリアされており、その結果として信号Ｐｓ１が”Ｈ”になっている。駆動パルス制御回路３７は、カウンタ回路３６から出力される信号Ｐｓ１から信号ＰｓＮに応じて出力する駆動パルス信号のパルス幅を変化させる。ここでは信号Ｐｓ１が”Ｈ”の場合すなわち始動直後が最も幅の広い駆動パルス信号を出力し、後述するように以降レベルが”Ｈ”となる信号が信号Ｐｓ２、Ｐｓ３、・・・、ＰｓＮの順で変化するに従って駆動パルス信号のパルス幅を減じる動作を行う。
信号ＳＳが入力されてモーターが始動する状態、すなわち図２３の（ａ）の期間に関しては前述の図９と同様であるので説明を省略する。
図２３において、第１、第２のパルスによりモーターの回転速度が向上してくると先に説明したとおり駆動パルス信号のパルス幅が過剰となり、本来、図２３のＰ時点で発生する、Ｖｂのレベルを負から正の方向によぎる現象が発生せず、このため次の駆動パルス信号が出力されない。
タイマー回路Ｃ３５は、通常状態、すなわち図２３の（ａ）の期間のような状態では信号ＯＥ１が”Ｌ”になるとタイマー動作を開始するが、予めセットされたタイマー動作を終了する所定時間Δｔになるまでに次の信号Ｐｔｒｇによりリセットされるので何の信号も出力しない。しかし、図２３の（ｃ）、（ｄ）の期間のように信号ＯＥ１が立ち下がって時間Δｔが経過した後も信号ＡｏｕｔがＶｂをよぎらず信号Ｐｔｒｇがこない場合は、ロータ１０３がすでに、次の駆動パルス信号で駆動される位置に達していると判断し、タイマー回路Ｃ３５は信号Ｃｕｐに”Ｈ”レベルのパルス信号を出力する。カウンタ回路３６は信号Ｃｕｐを受けると内部のカウンタをカウントアップしこれにともなって信号Ｐｓ１を”Ｌ”にするとともにＰｓ２を”Ｈ”にする。この結果、信号ＯＥ１は前回よりもパルス幅の狭い駆動パルス信号として出力される。
モーターの回転速度がある程度以上に達している場合やさらにすでに述べたように慣性の大きな負荷が接続されている場合などは、図２３のＰ時点で駆動パルス信号の出力が行われなくても若干の回転速度の低下が見られるもののすぐに回転が停止することはない。従ってＱ時点で次の駆動パルス信号が出力されれば回転そのものは停止することはない。しかしながらＱ時点で出力される駆動パルス信号のパルス幅が直前の駆動パルス信号と同一であった場合、Ｐ時点で駆動パルス信号が出力されなかったことによって一旦低下した回転速度が再び上昇し、再び図２３のＰ時点に示すような状況が発生してしまい、結果としてこれ以上の回転速度の向上は見込めなくなる。
本実施例では、駆動パルス信号の出力後、一定の時間内に信号Ａｏｕｔの波形がバイアス電圧Ｖｂをよぎらないとき、次に出力される駆動パルス信号のパルス幅が減じられる。この状態でモーターの回転速度が向上するとやはり図２３のＰ時点と同じ状態が発生するが、ここでも前述と同様の制御がおこなわれ、駆動パルス信号のパルス幅が減じられる。駆動パルス信号のパルス幅に対して同様の制御が繰り返されると回転速度が次第に向上し、ついにはこれ以上回転速度が向上しない安定状態となる。この状態では駆動パルス信号のパルス幅が過剰になることはなく、従って信号Ａｏｕｔの波形がバイアス電圧Ｖｂをよぎる点を検出できるため駆動パルスも確実に出力され安定した回転が得られる。
モーターの停止は、前述と同様に、信号ＥＳにより行われるが、この信号ＥＳを受けてカウンタ回路３６はリセットされ、カウンタ値は初期状態になる。従って、次にモーターが駆動される際には信号Ｐｓ１が”Ｈ”であることから最も幅の広い幅の駆動パルス信号が出力されることになる。
以上説明したように、第３の実施例を用いれば、モーターの回転速度に応じて最適幅の駆動パルス信号が選択されることで、モーターの速やかな加速と安定した回転を、さらには回転速度向上を得ることができる。なお、本実施例の説明では、駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は図８で説明した回路構成を取っているが、図１０の回路構成にしても同様の動作が得られる。
なお、この第３の実施例では、図２４に示すように構成してもよい。図２４は第３の実施例の別の構成を示すブロック図であり、図２２に示したのと同様な構成については説明を省略する。また、図２５は図２４の動作を表す波形図である。
図２４のブロック図では、新たに補償パルス作成回路３８を備えている。図２５の（ｄ）の期間のように信号ＯＥ１が立ち下がって時間Δｔが経過した後も信号Ｐｔｒｇがこない場合は、前述と同様にタイマー回路Ｃ３５は信号Ｃｕｐに”Ｈ”レベルのパルス信号を出力する。補償パルス作成回路３８はこの信号Ｃｕｐを受けると補償パルス信号ＦＰを出力する。この信号ＦＰはＯＲ回路を介して信号ＯＥ１として駆動制御回路２４に入力され、さらに、信号Ｃｕｐによりフリップフロップ回路４６の出力信号Ｑは”Ｈ”から”Ｌ”に切り替わる。この結果、補償パルス信号ＦＰは信号Ｏ１ｉｎの駆動パルス信号として出力される。
このように構成することによって、信号Ｐｔｒｇがこなくても補償パルス信号ＦＰが出力されることで、一時的な速度低下を抑えることができる。
なお、ここで出力される補償パルス信号ＦＰは、通常の駆動パルス信号に比べてパルス幅が狭いことが望ましい。これは信号ＦＰの幅が広い場合には、図２５における時点Ｒで、信号Ａｏｕｔが電位Ｖｂを正から負の方向によぎるタイミングを見失ってしまう可能性があり、補償パルス信号ＦＰのパルス幅を狭くすればこれを防ぐことができるからである。
次に、本発明の第４の実施例を説明する。図２６は第４の実施例の構成を示すブロック図であり、第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図２７は図２６の動作を表す波形図であり、図２８は信号ＯＥ１についての拡大波形図である。
本実施例は前述の第２の実施例の変形例である。図１９に示した第２の実施例の波形図を参照すると、第２の実施例では、期間ｔ１内において、パルス幅の等しい駆動パルス信号を複数出力しており、これによって、期間ｔ１内において逆起電圧を検出することができるようにしている。ところが、このようにすると、図１９からわかるように、逆起電圧の検出のための時間のために駆動パルス信号を出力している時間が減少させられており、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）を犠牲にしていることになる。そこで、モーターのより速やかな加速と安定した回転を望む場合には、本実施例すなわち第４の実施例が有効となる。
本実施例は、図２７の期間ｔ１のうちロータ１０３が１８０度回転しきっていないことが明らかな最初の方の期間には、逆起電圧の検出を行わずに比較的パルス幅の広い駆動パルス信号を出力して、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）が長くなるようにしている。以下、本実施例を詳しく説明する。
本実施例では、図２６に示すように、波形成形回路２３を大パルス発生回路２３ａと小パルス発生回路２３ｂとから構成する。また、信号ＯＥ１の立ち下がりでタイマー回路Ｂ３２はリセットして、且つ再スタートし、所定時間経過後に信号Ｔｕｐ’を出力する。この信号Ｔｕｐ’を受けたパルス制御回路２７では信号Ｃｔｒｇまたは信号Ｐｔｒｇを出力するが、前回の信号Ｔｕｐ’の入力から今回の信号Ｔｕｐ’の入力までの間に、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けていない場合には信号Ｃｔｒｇを出力し、受けている場合には信号Ｐｔｒｇを出力する。波形成形回路２３では、信号Ｃｔｒｇを受けた場合には比較的パルス幅の広い信号ＯＥ１を出力し、信号Ｐｔｒｇを受けた場合には比較的パルス幅の狭い信号ＯＥ１を出力する。信号Ｃｔｒｇはフリップフロップ回路４６にも入力され、これにより、信号Ｏ１ｉｎと信号Ｏ２ｉｎの切替えが行われる。なお、パルス制御回路２７は信号ＳＳを受けたときには無条件で信号Ｃｔｒｇを出力する。また、信号ＯＥ１の立ち下がりでタイマー回路Ｂ３２がリセットされる。
図２６のように構成することによって、図２７に示すような制御を行うことができる。図２７の期間ｔ１を参照すると、比較的パルス幅の広い駆動パルス信号が最初に一度出力され、その後は比較的パルス幅の狭い駆動パルス信号が出力されていることがわかる。また、図２８を参照すると、信号ＯＥ１として、期間ｔｐ１には比較的パルス幅の広い信号が一度出力され、期間ｔｐ２の経過後の期間ｔｐ３には比較的パルス幅の狭い信号が出力されていることがわかる。
以上説明したように、本実施例では、図２７の期間ｔ１のうちロータ１０３が１８０度回転しきっていないことが明らかな期間には、逆起電圧の検出を行わず、比較的パルス幅の広い駆動パルス信号を出力し、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）が長くなるようにしているので、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
次に、本発明の第５の実施例を説明する。図２９は第５の実施例の構成を示すブロック図であり、第４の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３０は図２９の動作を表す波形図である。
本実施例は前述の第４の実施例の変形例である。第４の実施例では、大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅、小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅および、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（ｔ３、ｔ４、ｔ５等）は、常に一定であった。ところが、モーターの回転速度に応じて図２７に示した期間ｔ１の長さが変化するなどの理由から、これらの値をモーターの回転速度に応じて変更すると、モーターのより速やかな加速と安定した回転を得ることができる。
本実施例は、モーターの回転速度に応じて、この大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅、小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅および、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間の変更を可能とするものである。
本実施例では図２９に示すように回転速度検出回路４５を新たに設けた。この回転速度検出回路４５は、分周回路２２からの信号を基準クロックとしてパルス制御回路２７からの信号Ｃｔｒｇの発生間隔を求め、この信号Ｃｔｒｇの発生間隔によってモーターの回転速度を得、モーターの回転速度が所定速度以上になった場合に、信号Ｐｓｅｌを”Ｌ”から”Ｈ”に切替える。この信号Ｐｓｅｌは、大パルス発生回路２３ａ、小パルス発生回路２３ｂおよびタイマー回路Ｂ３２に入力される。
大パルス発生回路２３ａでは、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで発生していた信号のパルス幅よりも狭いパルス幅の信号を出力するようになる。また、小パルス発生回路２３ｂでは、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで発生していた信号のパルス幅よりも狭いパルス幅の信号を出力するようになる。さらに、タイマー回路Ｂ３２信号では、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで計時していた時間（逆起電圧を検出するための時間）を短いものに切替える。
図３０を参照すると、信号Ｃｔｒｇの発生間隔Ｔｐが所定値以下になった場合、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わり、信号Ｐｓｅｌが”Ｈ”になると、期間Ｔｐ１はより短い期間Ｔｐ１’に切り替わり、期間Ｔｐ２はより短い期間Ｔｐ２’に切り替わり、期間Ｔｐ３はより短い期間Ｔｐ３’に切り替わっていることがわかる。
モーターの回転速度が速くなった場合に、大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅および小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅をいままでよりも狭いものとすることによって、ロータ１０３が１８０度回転しきった後にも同相の駆動パルス信号を出力してしまうということを減らすことができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
また、モーターの回転速度が速くなった場合に、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（逆起電圧の検出のための時間）を短くすることによって、逆起電圧の検出のための時間と駆動パルス信号を出力している時間との比率を所定範囲にすることができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。モーターの回転速度が速くなった場合には、逆起電圧の電圧レベルが上がり、より短い時間で逆起電圧の検出が可能となるため、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（逆起電圧の検出のための時間）を短くすることができる。
次に、本発明の第６の実施例を説明する。図３１は第６の実施例の構成を示すブロック図であり、第５の実施例と共通の項目については説明を省略する。
本実施例は前述の第５の実施例の変形例である。第５の実施例では回転速度検出回路４５を設けて、大パルス発生回路２３ａ等で発生する信号のパルス幅等を変更するようにしたが、本実施例ではカウンタ回路Ｂ４７を設けて、大パルス発生回路２３ａ等で発生する信号のパルス幅等を変更するようにしている。
本実施例はモーターが回転を開始した後に発生する信号Ｃｔｒｇの数をカウントすることによって、モーターの回転速度を推定するようにしている。すなわち、モーターの始動直後は発生した信号Ｃｔｒｇの数に応じてモーターの回転速度が速くなるものであることから、信号Ｃｔｒｇのカウント数でモーターの回転速度を推定している。カウンタ回路Ｂ４７は、パルス制御回路２７からの信号Ｃｔｒｇの数をカウントして、このカウント数が所定値以上になった場合に、信号Ｐｓｅｌを”Ｌ”から”Ｈ”に切替える。この信号Ｐｓｅｌは、大パルス発生回路２３ａ、小パルス発生回路２３ｂおよびタイマー回路Ｂ３２に入力される。カウンタ回路Ｂ４７に停止信号ＥＳが入力された場合にはカウンタ回路Ｂ４７のカウント値がリセットされる。そのほかの動作については第５の実施例と同様であるので説明を省略する。
この第６の実施例では、モーターの回転速度を信号Ｃｔｒｇのカウント数で簡易的に推定することで第５の実施例と同様の効果が得られ、また、モーターの回転速度検出のための回路が不要なため回路を簡素化することができる。
次に、本発明の第７の実施例を説明する。図３２は第７の実施例の構成を示すブロック図であり、第４の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３３は図３２の動作を表す波形図である。
本実施例は前述の第４の実施例の変形例である。第４の実施例では、パルス制御回路２７は、タイマー回路Ｂ３２からの信号Ｔｕｐ’を受けたときにのみ信号Ｃｔｒｇまたは信号Ｐｔｒｇを出力するようにしたが、本実施例では、パルス制御回路２７は、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けたならばすぐに信号Ｐｔｒｇを出力し、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けずにタイマー回路Ｂ３２からの信号Ｔｕｐ’を受けたときには信号Ｃｔｒｇを出力するように構成されている。
また、本実施例では、磁極位置検出回路４０’からの信号ＰＥおよびＮＥは、タイマー回路Ｂ３２に入力され、タイマーのリセットを行う。そのほかの動作については、第４の実施例と同様であるので説明を省略する。
本実施例によれば、図３３を参照してわかるように、逆起電圧の検出を行う時間をさらに短くすることができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
次に、本発明の第８の実施例を説明する。図３４は第８の実施例の構成を示すブロック図であり、第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３５は図３４の動作を表す波形図である。
本実施例はモーターを停止させる際の制動制御に関する実施例であり、図１８に示した第２の実施例の構成に加えて制動パルス発生回路５０を備えている。
パルス制御回路２７は、通常、信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｐｔｒｇを出力するが、停止信号ＥＳを受けた場合には、信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｅｔｒｇを出力する。制動パルス発生回路５０は信号Ｅｔｒｇを受けると信号Ｅｐを”Ｈ”で出力する。この信号Ｅｐは、ＯＲ回路を介し、信号ＯＥ１として駆動制御回路２４に入力される。また、信号Ｅｐは直接に駆動制御回路２４に入力され、信号Ｏ１ｉｎを出力するかそれとも信号Ｏ２ｉｎを出力するかの判断にも用いられる。すなわち、通常、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”の場合には信号ＯＥ１は信号Ｏ１ｉｎとして出力され、出力信号Ｑが”Ｈ”の場合には信号ＯＥ１は信号Ｏ２ｉｎとして出力されるが、信号Ｅｐが”Ｈ”の場合にはこの出力先が逆になる。
図３５を参照すると、パルス制御回路２７に停止信号ＥＳが入力された後、パルス制御回路２７はＱ時点で信号Ｔｕｐ’を受け、信号Ｅｔｒｇを出力している。このＱ時点の後は、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”であるが、このとき、信号Ｅｐが”Ｈ”であるためＯ２ｉｎとして制動パルス信号ＰＳＥが出力されている。
このように構成した本実施例によれば、より素早く所望の位置でモーターを停止させることができる。
以上、説明したように本発明によれば、第１または第２の実施例により確実なモーターの始動性を、第３の実施例により速やかな加速と安定した回転性能を得ることができる。また第１、第２の実施例と第３の実施例を別々に説明したがそれぞれの実施例を組み合わせて使用することで、より高性能なモーター駆動回路を実現することができる。さらに本発明ではモーターの高速および高トルクの回転駆動を従来の扁平型２極モーターの構造を変更することなく、簡素なシステム構成で実現することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、電子時計に限らずモーターを利用するあらゆる電子機器に利用することができる。特に、小型化が必要な電子機器において利用価値が高く、モーター駆動装置の小型化、低消費電流化等の大きな効果を奏する。
本発明は、位相検出制御により高速回転を行うモーター駆動装置に関する。
背景技術
モーターを高速且つ高トルクで回転させることは、モーターの基本性能の向上という面でもっとも重要な要素の１つであり、そのことから長年、研究開発がなされてきた。たとえばモーターを使用する製品の１つである電子時計では、近年多機能化が進み、通常の時刻表示以外の機能として、ストップウォッチ付き、アラーム付き、デュアルタイムなど様々な機能を持つ時計が開発、商品化されてきた。これらの多機能時計は電池投入時などの初期状態でシステムの初期化を行う場合や、通常使用時にモードの移行や針位置の帰零動作を行う場合などにおいて指針の早送り動作を行うことが必ず発生していたため、操作性の向上などの観点からモーターの高速回転は重要な要素を占めている。
また、モーターに扁平重りを取り付け、モーターが回転する際に発生する振動を用いて時刻の報知などを行う振動アラームとしての使用時や、時計用のモーターに指針の代わりに円板を取り付け時刻以外の表示を行う場合などに際しては、高トルクのモーターが必要不可欠であった。
また、モーターを高速で回転させた場合、モーターやモーターに接続された部品（たとえば時計においては減速輪列や指針など）の慣性により、駆動パルスの出力を停止してもモーターが直ちに停止しないという状況が発生することが考えられる。通常、所定の回転数を得ようとした場合はそれに応じた数のパルスを出力するが、上記のよう場合、出力したパルス数とモーターの回転数が一致しないという事態が発生してしまう。
このことは、たとえば時計指針においては、時刻表示のずれにつながるなど致命的な欠陥となってしまう。またモーターが停止した際のロータの磁極位置によっては、次にモーターを駆動する際に出力される駆動パルスによりステータに発生する磁極とロータの磁極位置の関係がずれてしまい、モーターが正常に回転しない場合が発生する。従ってモーターを高速で駆動し、且つモーターの回転数を正確に所望の値に制御するシステムに於いては、モーターを所定の位置に停止させることが不可欠となる。
以下従来のモーター駆動装置を電子時計のステップモーターを例にして説明する。
図１は従来の２極ステップモーターより成るモーター駆動装置の構成図、図２から図７はいずれもステータとロータとの磁極の位置関係を示す平面図であり、電気信号を機械的回転運動に変換する手段として、２極のステップモーターは図１に示す如く駆動コイル１０１、扁平ステータ１０２、ロータ１０３から成り、扁平ステータ１０２には図２に示す如く段差１０２ａが設けられている構成となっている。
またモータードライバ１０４ａ、１０４ｂを設け、前記駆動コイル１０１の両端の電位を変えることによってこの駆動コイル１０１に電流を流し、前記扁平ステータ１０２を励磁する。図１に示す２極モーターの場合、前記駆動コイル１０１に電流が流れていない場合におけるロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置は、図２に示す静的安定点１１０の位置に、また前記駆動コイル１０１に電流を流して前記扁平ステータ１０２を励磁した場合における前記ロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置は図３に示す電磁的安定点１１１の位置になる。
通常、電子時計では前記モータードライバ１０４ａまたは１０４ｂから４〜５ｍＳの間、前記駆動コイル１０１の両端電位を変化させる駆動パルス信号を出力してこの駆動コイル１０１にパルス電流を流し、前記ロータ１０３を回転動作させる。このロータ１０３は前記駆動コイル１０１に電流が流されている間回転し、前記ロータ１０３が前記扁平ステータ１０２に対しておおむね図４に示す磁極位置に来たとき前記駆動コイル１０１に流れる電流が停止するが、前記ロータ１０３は慣性によって図５の位置まで回転し、その後ロータ１０３は前記静的安定点１１０を中心に減衰振動し最終的に停止する。
前記ロータ１０３が静止した状態で、たとえば前記モータードライバ１０４ａから駆動パルス信号を出力し前記駆動コイル１０１に電流を流し、図６に示す如く前記扁平ステータ１０２を励磁した場合、前記ロータ１０３は図６のＡに示す回転方向に１８０度回転する。さらにロータ１０３が静止した後に、前回駆動パルス信号を出力したのと反対側のモータードライバ１０４ｂから駆動パルス信号を出力すると、前記ロータ１０３は図６のＡの方向にさらに１８０度回転する。ロータ１０３が静止した状態から前記駆動コイル１０１に電流を流すことによって前記ロータ１０３の回転動作を行った場合は図６のＡに示す方向に確実に回転する。
また、前記ステップモーターを高速回転させる場合、当然のことながら前記ロータ１０３を高速で回転させる必要が生じる。このとき、前記モータードライバ１０４ａとドライバ１０４ｂから出力される駆動パルス信号の出力間隔を狭くする必要が生じる。
前記ロータ１０３をより高速に回転させようとし、駆動パルス信号の出力間隔を狭めていくと、ロータ１０３が回転した直後の減衰振動が停止しないうちに次の駆動パルス信号を出力しなければならなくなってくる。
しかし、ロータ１０３が減衰振動中で図７の位置、すなわち前記ロータ１０３と電磁的安定点１１１との位置関係が図７に示す状態で次の駆動パルス信号が出力されると、ロータ１０３は図６のＡに示す方向と逆、すなわち通常方向とは逆方向の回転をしてしまう。従って、このロータ１０３を安定的に回転させるためには、駆動パルス信号の出力間隔を、ロータ１０３の回転後の減衰振動が、前記電磁的安定点１１１を越えない範囲に安定するまでの時間以上にする必要があった。
駆動パルス信号のパルス幅および減衰振動の安定時間を合わせた時間、すなわち駆動パルス信号の出力周期は最小でも１０ｍＳ前後となってしまう。これは現状の駆動方式では駆動パルス信号の出力周波数として１００Ｈｚ程度が限界になってしまっていることを示している。
しかし上記課題については、本出願人が先に出願した特願平６−３０４４４０号に示される方式によって改善されている。
図８は従来のモーター駆動装置における駆動回路の一例を示す回路図であり、図９は図８の駆動回路の動作を表わす波形図である。
図８において、２５’は駆動回路であり、１ａおよび１ｂのモータードライバから成る。２は駆動コイルである。４１’は逆起電圧検出回路であり、バイアス手段３と電圧検出回路５とを有する。さらに、３はバイアス手段であり３ａ、３ｂのスイッチ手段、３ｃ、３ｄの同抵抗値をもつバイアス抵抗から成る。４は扁平ステータ、５は電圧検出回路であり５ａのインバータ、５ｂの帰還抵抗、５ｃの入力抵抗から成る。６はインバータ、１０３はロータである。４２’は駆動コイル２、ステータ４およびロータ１０３から成るモーターである。
前記モータードライバ１ａ、１ｂは、信号ＯＥ１が”Ｈ”レベルのときはそれぞれＯ１ｉｎ、Ｏ２ｉｎの入力信号をバッファ出力し、信号ＯＥ１が”Ｌ”レベルのときは、出力をハイインピーダンスにする。また前記スイッチ手段３ａ、３ｂは、インバータ６から出力される信号ＳＥが”Ｌ”レベルの時オフ、”Ｈ”レベルのときオンするスイッチである。
以下、図９の波形図に従って図８の回路の動作の説明をする。
図９の（ａ）の期間は、信号ＯＥ１が”Ｈ”レベルであり、前記モータードライバ１ａから”Ｈ”レベルの駆動パルス信号が出力されるので、前記駆動コイル２に電流が流れ、前記ロータ１０３が回転する。この間、前記スイッチ手段３ａ、３ｂは信号ＳＥが”Ｌ”レベルであるためともにオフ状態になっている。図９の（ｂ）の期間では信号ＯＥ１が”Ｌ”レベルであるので前記モータードライバ１ａ、１ｂの出力はハイインピーダンス状態になっており、前記スイッチ手段３ａ、３ｂがオンするため、前記駆動コイル２の一端であるＸ端子は電源電圧の１／２の電圧であるバイアス電圧Ｖｂに分圧される。
ここで、図９の（ｂ）の期間に前記駆動コイル２の一端であるＹ端子に現われる電圧波形について説明する。
前記モータードライバ１ａ、１ｂの出力がハイインピーダンス状態で、前記スイッチ手段３ａ、３ｂがＯＮしており、前記バイアス抵抗３ｃ、３ｄによって、Ｘ端子の電圧が前記バイアス電圧Ｖｂのレベルになっている場合、Ｙ端子の電圧値は前記ロータ１０３の回転や前記モータードライバ１ａ、１ｂの影響がなければ、Ｘ端子と同様に前記バイアス電圧Ｖｂとなる。しかしながら図９の（ａ）の期間で駆動パルス信号の出力直後は、前記駆動コイル２に流れる電流が切られることにより誘導電圧が図９のＶｒの如く発生し、また駆動パルス信号が出力されることによって、前記ロータ１０３が回転すると、このロータ１０３の回転によって逆起電圧Ｖｇが図９の如く発生する。これらの発生電圧の合成波形がＹ端子に現れ、このＹ端子に現れる電圧波形を電圧検出回路５で増幅したものが図９のＡｏｕｔに示す波形となる。
図９の（ｂ）の期間のＡｏｕｔの波形は、駆動パルス信号の出力終了直後は、前記駆動コイル２から発生する誘導電圧が支配的となるが、時間の経過とともに影響が減少し、代わって前記ロータ１０３からの逆起電圧が支配的となる。
図９において、Ａｏｕｔの波形が前記バイアス電圧Ｖｂを正から負の方向によぎるタイミング（時点Ｐ）が、前記ロータ１０３がすでに説明した電磁的安定点を通過するタイミングとほぼ等しくなる。このタイミングにおいて、前回に駆動パルス信号を出力したのと逆のモータードライバ１ｂから駆動パルス信号を出力すると、前記ロータ１０３は、前記扁平ステータ４に対する磁極位置が電磁的安定点を過ぎたあとであるため、逆転することなく正方向の回転を続ける。
別の従来例として図１０は、モーターから発生する逆起電圧の検出を駆動コイルと同軸上に巻かれた検出コイルで行うものであり、すでに説明した図１のステップモーターに、前記駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた検出コイル１０５と、前記ロータ１０３が回転した際に前記検出コイル１０５に発生する逆起電圧を検出する差動アンプ１０６ａと、この差動アンプ１０６ａの出力信号を基準電圧Ｖｂと比較しこの比較結果である信号Ａｏｕｔを出力するコンパレータ１０８とで構成された電圧検出手段を付加したものである。
図１０において、２５はモータードライバ１０４ａおよび１０４ｂから成る駆動回路であり、４１はステータ１０２に巻かれた検出コイル１０５、差動アンプ１０６ａおよびコンパレータ１０８から成る逆起電圧検出回路であり、４２は駆動コイル１０１、ステータ１０２およびロータ１０３から成るモーターである。
本従来例では、前記ロータ１０３が回転しているときにおけるロータ１０３の前記扁平ステータ１０２に対する磁極位置を、前記ロータ１０３が回転することによって発生する逆起電圧を前記検出コイル１０５を介して前記電圧検出手段で検出し、前記コンパレータ１０８からの出力に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するように構成されている。
本従来例の構成によるモーターの駆動は前述した図８における駆動コイル２を用いてモーターからの逆起電圧を検出する方式と同様に行うことができ、波形としては図１１となる。ただし、本構成では駆動パルス出力時に駆動コイル１０１に流れる電流の直流成分は除去されるので差動アンプの出力に現れる電圧波形としてはＶｇとＶｒの合成波形となる。
本従来例では逆起電圧検出は、駆動コイル１０１と同軸上に巻かれた検出コイル１０５によって行っているが、本方式は本出願人より特開平６−２３５７７７号公報としてすでに出願されている。
以上のように、図８および図９に示す駆動方式によれば、駆動パルス信号の出力間隔を限界まで狭くすることが可能であり、結果としてモーターを通常のステップ駆動方式に比べて３倍程度の速度で回転させることができた。
このような従来の同期駆動方式では、モーターの始動時の駆動パルス条件と、始動後一定時間が経過した後の回転速度が安定した状態での駆動パルス条件とは大きく異なっていた。従って駆動回路に印加する駆動パルス信号を予め数種類用意し、モーターの始動時は大きな幅の駆動パルス信号を駆動回路に印加し、回転速度の向上とともに印加する駆動パルス信号のパルス幅を狭くしていく構成をとっていた。
しかしながら、大きな負荷がモーターに取り付けられたシステム、とりわけ振動モーターの扁平重りのようにアンバランスな負荷が取り付けられた場合、モーターの姿勢によって駆動パルス条件が大きく異なってくる。すなわちモーターの回転軸が重力と垂直方向にあり、扁平重りが重力に逆らって回転を開始する位置にある場合と重力に引かれて回転を開始する位置にある場合とでは、始動に際して必要となるエネルギーが非常に異なり、その結果として駆動回路から出力される駆動パルス幅の条件が変わってしまう。
従来の駆動方式によってモーターを駆動した場合、始動時のパルス幅が一定条件で固定されていたために円滑な始動が行えないという不具合が発生していた。すなわち扁平重りが重力に逆らって回転を開始するという状態ではパルス幅がモーターが始動するに十分でなく、回転しないことがあり得た。また扁平重りが重力に引かれて回転を開始するという状態では，パルス幅が過剰となってしまい、結果として消費電流の増加を招いていた。
さらに従来の駆動方式の特徴であるロータの位相角に同期を取って駆動する方式では、モーターが回転して逆相に達したタイミングで次の駆動パルス信号を出力することが必要であるが、パルス幅が過剰に出力された場合、モーターが逆相に達した後も同じ駆動パルス信号が出力され続けることになり、結果としてモーターに対してブレーキがかかり回転効率を著しく損なうことになっていた。
またモーターの始動後に予め決められた時間で駆動パルス信号のパルス幅を徐々に狭くしていく方式では、モーターの負荷が大きいときや駆動電圧が低下している場合などの状態においてモーターの回転速度が十分に向上しないうちにパルス幅を狭くしてしまうこととなり、モーターの加速性能を低下させるばかりか場合によっては回転に必要なエネルギーが得られずモーターの停止に追い込まれる可能性が考えられた。
一方、回転速度に対して駆動パルス信号のパルス幅の減じ方が十分でない場合、すなわち過剰なパルス幅で駆動パルス信号を出力した場合、図８の電圧検出回路５から出力される信号Ａｏｕｔは図１２の如くなる。すなわち駆動パルス信号の出力が終了した後に発生する誘導電圧の影響がなくならないうちにモーターから発生する逆起電圧がＶｂの電位よりも負側に寄ってしまい、このため本来、時点Ｑで出力されるべき次の駆動パルス信号が出力されなくなってしまう。結果としてモーターが停止したり、停止にまでは至らなくても回転速度が向上しないという不具合が発生していた。
発明の開示
本発明は上記課題を解決し、モーターの確実な始動性や安定した回転性能を得ることを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、請求の範囲第１項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記電圧検出回路は、前記駆動コイルの一端の電位レベルを電源電圧の中間電位にバイアスするためのバイアス手段と、前記駆動コイルの他端に生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路で構成されており、前記駆動パルス発生手段は複数の休止期間を有する間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号を出力するとともに、前記磁極位置検出手段は、前記複数の休止期間中に検出した前記電圧検出回路からの検出信号と前記中間電位との比較結果に基づいて前記駆動パルス信号を停止するとともに該停止した駆動パルスとは逆相の駆動パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第２項として、請求の範囲第１項において、前記磁極位置の検出は、前記磁極位置検出手段で検出した逆起電圧が所定電位を横切ったことによって行われることを特徴とする。
また、請求の範囲第３項として、請求の範囲第２項において、前記磁極位置の検出のための前記所定電位が複数設定されていることを特徴とする。
また、請求の範囲第４項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の異なる複数のパルス群から成ることを特徴とする。
また、請求の範囲第５項として、請求の範囲第４項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の大きい第１パルスと、該第１パルスよりもパルス幅の小さい第２パルス群とで構成したことを特徴とする。
また、請求の範囲第６項として、請求の範囲第５項において、前記第１パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第７項として、請求の範囲第５項において、前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第８項として、請求の範囲第５項において、前記第２パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第９項として、請求の範囲第５項において、前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１０項として、請求の範囲第６項において、前記第１パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１１項として、請求の範囲第７項において、前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１２項として、請求の範囲第８項において、前記第２パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１３項として、請求の範囲第９項において、前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１４項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で横成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの回転速度に応じてその休止期間幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１５項として、請求の範囲第１項において、前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの始動時からのパルス出力数に応じてその休止期間幅が変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１６項として、請求の範囲第１４項において、前記休止期間幅は、前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってその幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１７項として、請求の範囲第１５項において、前記休止期間幅は、前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにその幅が狭くなるように変化することを特徴とする。
また、請求の範囲第１８項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記モーター駆動装置は、前記駆動パルス発生手段が始動パルスを出力してから所定の時間を計時した後タイマー信号を発生するタイマー回路を有し、前記駆動パルス発生手段は始動パルスの出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合に、前記タイマー回路からのタイマー信号出力に応じて始動パルスの出力を停止するとともに、始動パルスと逆相に駆動パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第１９項として、少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、前記駆動パルス発生手段が駆動パルス信号の出力を終了してから所定の時間が経過した後にタイマー信号を発生するタイマー回路を有し、前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、次に出力する駆動パルス信号のパルス幅を前回出力された駆動パルス信号よりも狭くすることをことを特徴とする。
また、請求の範囲第２０項として、請求の範囲第１９項において、前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、前記駆動パルス信号とは逆極性の補償パルス信号を出力することを特徴とする。
また、請求の範囲第２１項として、請求の範囲第２０項において、前記補償パルス信号は前記駆動パルス信号よりもパルス幅が狭いことを特徴とする。
また、請求の範囲第２２項として、請求の範囲第１項または第１９項において、前記ステップモーターの回転を停止する場合に、制動用パルス信号を出力する制動パルス発生手段を有し、該制動パルス発生手段は前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて制動用パルス信号の出力タイミングを制御することを特徴とする。
また、請求の範囲第２３項として、請求の範囲第２２項において、前記制動用パルス信号は前記ステータが前記ロータの磁極と逆極性に励磁される方向に出力されることを特徴とする。
また、請求の範囲第２４項として、請求の範囲第２２項において、前記制動用パルス信号は前記ステップモーターを駆動する駆動パルス信号よりも大きいパルス幅で出力されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は従来のモーター駆動装置の駆動部の回路図、図２は図１における２極ステップモーターの静的安定点を示す平面図、図３は図１における２極ステップモーターの電磁的安定点を示す平面図、図４は図１における２極ステップモーターの回転中の磁極位置を示す平面図、図５は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図６は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図７は図１における２極ステップモーターの回転方向を示す平面図、図８は従来例のモーター駆動装置における駆動回路の回路図、図９は図８の駆動回路の動作を表わす波形図、図１０は他の従来例のモーター駆動装置における駆動回路の回路図、図１１は図１０の駆動回路の動作を表わす波形図、図１２は図８の駆動回路の動作を表わす波形図である。図１３は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第１の実施例を示すブロック図、図１４は図１３の駆動システムの動作を表す波形図、図１５は第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図、図１６は第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図、図１７は図１０の駆動回路にヒステリシスコンパレータを適用した場合の回路図、図１８は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第２の実施例を示すブロック図、図１９は図１８の駆動システムの動作を表す波形図、図２０は図１８の駆動システムの動作を示す波形図、図２１は図８の駆動回路にヒステリシスコンパレータを適用した場合の回路図、図２２は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第３の実施例を示すブロック図、図２３は図２２の駆動システムの動作を表す波形図、図２４は図２２に示す第３の実施例の別の構成を示すブロック図、図２５は図２４の駆動システムの動作を表す波形図、図２６は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第４の実施例を示すブロック図、図２７は図２６の駆動システムの動作を表す波形図、図２８は図２６の駆動システムの動作を表す波形図、図２９は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第５の実施例を示すブロック図、図３０は図２９の駆動システムの動作を表す波形図、図３１は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第６の実施例を示すブロック図、図３２は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第７の実施例の構成を示すブロック図、図３３は図３２の駆動システムの動作を表す波形図、図３４は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第８の実施例を示すブロック図、図３５は図３４の駆動システムの動作を表す波形図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施例を図面をもって説明する。
図１３は本発明のモーター駆動装置における駆動システムの第１の実施例を示すブロック図であり、図１４は図１３の駆動システムの動作を表す波形図である。
図１３において、２１は基本周波数信号ＯＳＣを発振する発振回路であり、２２は基本周波数ＯＳＣを分周した信号Ｆｄｉｖを出力する分周回路であり、２３はモーター４２を駆動する駆動パルス信号の基となる信号である信号ＯＥを成形する波形成形回路であり、２４は信号ＯＥおよびＦｄに基づいて駆動パルス信号としての信号Ｏ１ｉｎまたは信号Ｏ２ｉｎを出力する駆動制御回路であり、２５は信号Ｏ１ｉｎおよび信号Ｏ２ｉｎに基づいてモーター４２を駆動する信号ｄｒｖ１または信号ｄｒｖ２を出力する駆動回路であり、２６ａは逆起電圧検出回路４１で検出した信号Ａｏｕｔが基準電位Ｖｂを正方向（負から正の方向）によぎったとき正エッジ検出信号ＰＥを出力する正エッジ検出回路であり、２６ｂは逆起電圧検出回路４１で検出した信号Ａｏｕｔが基準電位Ｖｂを負方向（正から負の方向）によぎったとき負エッジ検出信号ＮＥを出力する負エッジ検出回路であり、３１は正エッジ検出信号ＰＥと負エッジ検出信号ＮＥとをＯＲ出力するＯＲ回路であり、２８は駆動パルス信号の立ち上がりから所定時間の経過を計時するタイマー回路である。２７はパルス制御回路であり、駆動制御回路２４の動作、非動作を制御する信号Ｆｄと、波形成形回路２３が出力する信号ＯＥの出力タイミングを制御する信号Ｐｔｒｇを出力する。駆動回路２５、逆起電圧検出回路４１およびモーター４２は、先に従来例で説明した図１０と同様の構成をとるものとする。４０は、正エッジ検出回路２６ａと負エッジ検出回路２６ｂとＯＲ回路３１と逆起電圧検出回路４１とから構成される磁極位置検出回路である。
以下に図１４を参照して動作を説明する。
前記モーター駆動装置の本回路システム非動作状態、すなわち図１０に示した前記ロータ１０３が回転していない場合、前記パルス制御回路２７から出力される信号Ｆｄが”Ｈ”レベルになっており、この状態では前記駆動制御回路２４から前記駆動回路２５に対する出力Ｏ１ｉｎ、Ｏ２ｉｎはともに”Ｌ”レベルであるので、前記モータードライバ１０４ａ、１０４ｂの出力はともに”Ｌ”レベルになっている。
次に前記ロータ１０３を回転させる場合、外部より始動信号ＳＳが前記パルス制御回路２７に入力されると、このパルス制御回路２７から出力される信号Ｆｄが”Ｌ”レベルとなり、一方タイマー回路２８は、信号ＳＳを受けるとタイマー動作を開始する。信号Ｆｄが”Ｌ”レベルで且つ信号ＯＥが”Ｈ”になると前記駆動制御回路２４の出力信号は、信号ＯＥが”Ｌ”レベルの場合は信号Ｏ１ｉｎを”Ｈ”出力し、信号ＯＥが”Ｈ”レベルの場合は信号Ｏ２ｉｎを”Ｈ”出力する。図１４では、信号ＳＳが出力された直後の信号ＯＥは”Ｌ”であるのでこの場合は信号Ｏ１ｉｎが”Ｈ”となる。
ここで、前記正エッジ検出回路２６ａおよび前記負エッジ検出回路２６ｂの動作について説明する。前記正エッジ検出回路２６ａは、信号ＯＥが”Ｈ”レベルのとき能動状態になり、信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを正方向によぎった場合に正エッジ検出信号ＰＥを出力する。また、前記負エッジ検出回路２６ａは、信号ＯＥが”Ｌ”レベルのとき能動状態になり、信号ＯＥが”Ｌ”レベルの期間に信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを負方向によぎった場合に負エッジ検出信号ＮＥを出力する。
図１４のｔ１の期間は、信号ＯＥが”Ｌ”であることから、負エッジ検出回路２６ｂが動作状態となっている。駆動制御回路２４からの出力信号Ｏ１ｉｎが”Ｈ”の状態が続くと、駆動回路２５からの信号である信号Ａｏｕｔは、図１４のｔ１の期間で示される波形となる。
ｔ１の期間で信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂの電位を正から負の方向によぎると負エッジ検出回路２６ｂは負エッジ検出信号ＮＥを出力する。前記パルス制御回路２７は前記負エッジ検出信号ＮＥをＯＲ回路３１を介して受けると信号Ｐｔｒｇを出力する。またタイマー回路２８は同様に負エッジ検出信号ＮＥをＯＲ回路３１を介して受けるとタイマー動作をリセットして停止する。
前記波形成形回路２３は信号Ｐｔｒｇの立ち上がりに同期して信号ＯＥを、図１４のｔ２の期間”Ｈ”レベルにする。前記駆動制御回路２４は、信号ＯＥが”Ｈ”の間、信号Ｏ２ｉｎを”Ｈ”レベルにする。
図１４のｔ２の期間は、前記正エッジ検出回路２６ａは、信号Ａｏｕｔを受け、この信号Ａｏｕｔのレベルがバイアス電圧Ｖｂを負から正の方向によぎった場合に正エッジ検出信号ＰＥを出力する。前記パルス制御回路２７は前記正エッジ検出信号ＰＥをＯＲ回路３１を介して受けると信号Ｐｔｒｇを出力する。以降、同様の動作が繰り返され、前記ロータ１０３は回転を続ける。
前記ロータ１０３の回転を停止する場合は、外部より停止信号ＥＳを前記パルス制御回路２７に入力する。パルス制御回路２７は、停止信号ＥＳが入力された直後の正エッジ検出信号ＰＥまたは負エッジ検出信号ＮＥを受けると最後のＰｔｒｇを出力する。図１４の例ではパルス制御回路２７は負エッジ検出信号ＮＥを受、信号Ｐｔｒｇを出力している。
図１４のｔ４の期間で信号Ｏ２ｉｎに”Ｈ”レベルが出力され、前記正エッジ検出回路２６ａが能動状態となり、信号Ａｏｕｔが前記バイアス電圧Ｖｂを負から正の方向によぎるタイミングで正エッジ検出信号ＰＥが出力される。前記パルス制御回路２７は停止信号ＥＳを受けた後に正エッジ検出信号ＰＥを受けると信号Ｆｄを”Ｈ”レベルにするとともに、前記モータードライバ１０４ａ、１０４ｂの出力を”Ｌ”レベルに固定し回路の動作は終了する。
以上説明した第１の実施例では、信号Ｏ１ｉｎに”Ｈ”レベルが出力される始動時の第１のパルスで、前記ロータ１０３が回転する磁極位置に合った場合を想定しているが、実際の使用時においては駆動パルス信号の位相とロータ１０３の磁極位置の関係が必ずしも一致しているとは限らない。とりわけ振動アラームのように慣性の大きな負荷が取り付けられた場合、モーターの回転動作が停止された後も惰性でモーターが回り続けてしまうことが考えられ、このような場合最終的な磁極位置がどちらになるかは不確定である。
以上の事項を考慮にいれ、第１のパルスでモーターが回転しなかった場合について本発明のシステムがどのように作動するかを図１３および図１５を用いて説明する。
図１５は、第１のパルスでモーターが回転しなかった場合の回路の各部の状態を表す波形図である。
第１のパルスでモーターが回転しなかった場合には駆動回路２５から出力される信号Ａｏｕｔは図１５または図１６の状態になる。すなわち、モーターが回転動作をしていないため、モーターの正常回転時に発生する逆起電圧Ｖｒがほとんど発生せず、結果として信号Ａｏｕｔは駆動パルス信号の出力時に検出コイルに誘導される誘導電圧のみとなる。この場合誘導電圧の影響がなくなった後は図１０に示した差動アンプ１０６ａの両端の電位差は基本的には０になるはずであるが実際には何らかの電位差が生じているため結果として信号Ａｏｕｔの電位はバイアス電圧Ｖｂに対して若干ではあるが高いかもしくは低い状態になる。
誘導電圧の影響がなくなった後の信号Ａｏｕｔの電位がＶｂに比べて高い場合、駆動パルス信号を出力し続けても信号Ａｏｕｔが正から負の方向にＶｂのレベルをよぎることがないため、次の駆動パルス信号の出力タイミングとなる信号Ｐｔｒｇが発生しない。本システムでは信号ＳＳが入力されると始動用の駆動パルス信号を出力するとともにタイマー回路２８のタイマー動作が行われている。
タイマー回路２８は予め定められた時間（図１５においてはｔ１’）が経過しても磁極位置検出回路４０より正または負のエッジ検出信号がこない場合、疑似検出信号Ｔｕｐを出力するとともにタイマー動作を停止する。パルス制御回路２７は信号Ｔｕｐを受けると信号Ｐｔｒｇを出力し、結果として直ちに信号Ｏ２ｉｎに”Ｈ”レベルが出力され、すなわち次の駆動パルス信号は最初の駆動パルス信号と逆極性で出力されることで、ロータ１０３が回転する。以降の動作は先に説明した第１のパルスでモーターが回転した場合と同様の制御で行われる。
誘導電圧の影響がなくなった後の信号Ａｏｕｔの電位がＶｂに比べて低い場合には、誘導電圧の影響がなくなった直後に信号Ａｏｕｔの波形がＶｂを正から負によぎるために負エッジ検出回路２６ｂから直ちに信号ＮＥが出力される。従ってこれを受けてタイマー回路２８はタイマー動作を停止する。またパルス制御回路２７は信号Ｐｔｒｇを出力し、以降の動作は先に説明した第１のパルスでモーターが回転した場合と同様の制御で行われる。
以上説明したシステムでは、駆動パルス信号を出力中にモーターから発生する逆起電圧を検出することでモーターが１８０度回転したことを認識することができ、さらにこのタイミングで次のパルスを出力することでモーターの回転の勢いを殺すことなく確実で効率のよいモーター駆動を実現することができる。
この第１の実施例によれば、従来のような磁極位置検出用の駆動パルス信号休止期間がないので、駆動パルス信号と次の駆動パルス信号との間隔をなくすことができるので、モーターを高速に且つ安定して駆動することができる。また、始動時のロータ１０３の磁極位置にかかわらず、確実なモータの始動を実現することができる。
なお、図１０では差動アンプ１０６ａの出力信号を基準電圧Ｖｂと比較しこの比較結果である信号を出力するコンパレータ１０８とで構成された電圧検出手段を付加したが、図１７のように、差動アンプ１０６ａと帰還抵抗１０６ｂと入力抵抗１０６ｃとから成る回路１０６に、差動アンプ１０７ａと帰還抵抗１０７ｂと入力抵抗１０７ｃとから成る回路１０７を接続して、ヒステリシスコンパレータを構成するようにして、磁極位置の検出のため、逆起電圧がよぎったかどうかの基準電位にヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このようにヒステリシスコンパレータを設けることにより、基準電位を逆起電圧がよぎったかどうかの検出タイミングに遅延を持たせることで、外部からの磁界等の影響による誤動作を防止することができ、さらに、モーターに物理的な衝撃等が加わった場合においてもモーターの回転の安定性向上に効果がある。
次に第２の実施例として、駆動コイルを磁極位置検出用の検出コイルに兼用してモーターからの逆起電圧を検出する構成をとるモーター駆動装置に関して本発明を導入した場合について図をもって説明する。
図１８は、先に説明した図１３のシステムに若干の改良を加え、駆動パルス信号を出力中であってもモーターからの逆起電圧を検出することを可能とした第２の実施例を示すブロック図であり、また図１９、図２０は図１８の動作を示す波形図である。図２０は、図１９と比べて時間軸で拡大して示してある。
図１８において、３２は信号ＯＥ１が”Ｌ”になってから所定時間を計時してこの所定時間内に正エッジ検出信号ＰＥまたは負エッジ検出信号ＮＥを受けていない場合に信号Ｔｕｐ’を出力するタイマー回路Ｂであり、４６は信号Ｔｕｐ’を受けるたびに出力信号Ｑを反転するフリップフロップ回路である。４０’は正エッジ検出回路２６ａと負エッジ検出回路２６ｂとＯＲ回路３１と逆起電圧検出回路４１’とから構成される磁極位置検出回路である。波形成形回路２３は、駆動パルス信号を間欠制御するとともに磁極位置検出回路４０’およびタイマー回路Ｂ３２を制御する信号である信号ＯＥ１を、パルス制御回路２７より出力されるＰｔｒｇ信号を受けるごとに出力する。駆動制御回路２４は、フリップフロップ回路４６からの出力信号Ｑに基づいて、信号Ｏ１ｉｎと信号Ｏ２ｉｎを切替え出力するように構成している。また、駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は、先に従来例で説明した図８と同様の構成をとるものとする。その他の構成要素は図１３と同様であるので説明を省略する。
図８に示した前記ロータ１０３を回転させる場合、外部より始動信号ＳＳが前記パルス制御回路２７に入力されると、このパルス制御回路２７から信号Ｐｔｒｇが出力され、信号ＯＥ１は図１９に示す如く期間ｔｂに”Ｈ”となる。信号ＯＥ１は、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”レベルの場合には信号Ｏ１ｉｎに出力され、出力信号Ｑが”Ｈ”レベルの場合には信号Ｏ２ｉｎに出力される。図１９では信号ＳＳが出力された直後に出力信号Ｑは”Ｌ”であるのでこの場合は信号ＯＥ１は信号Ｏ１ｉｎに出力される。図１９において信号ＯＥ１が出力されたｔｂの後のｔ２の期間では信号Ｑが”Ｌ”でありさらに信号ＯＥ１が”Ｌ”であることから正エッジ検出回路２６ａが能動状態となる。
図１９におけるｔ１の期間では信号ＯＥ１が”Ｈ”の間に信号Ｏ１ｉｎの駆動パルス信号が出力され、信号ＯＥ１が”Ｌ”の間は図８のモータードライバ１ａ、１ｂの出力をハイインピーダンスにするとともにバイアス手段３を動作させることによりモーターからの逆起電圧の検出を行う。
ここで図１９におけるｔ１の期間の信号Ａｏｕｔの波形について図２０の拡大図をもって説明する。
ｔ１の期間におけるＡｏｕｔの波形は、信号Ｏ１ｉｎの波形の駆動パルス信号が出力されることにより、駆動コイル２に発生する誘導電圧Ｖｒ、モーターが回転することにより発生する逆起電圧Ｖｇの合成波形となる。図２０のｔ２の期間では信号Ｏ１ｉｎが”Ｌ”になった直後は誘導電圧Ｖｒが支配的であり、誘導電圧Ｖｒの影響が時間の経過とともになくなると逆起電圧Ｖｇが観測されるようになる。逆起電圧Ｖｇの電位レベルがＶｂよりも上にあるｔ２の期間、すなわちロータ１０３が１８０度回転しきっていない場合では、信号Ａｏｕｔの波形が誘導電圧Ｖｒの影響がなくなる過程で必ずＶｂの電位を負から正の方向でよぎっている（図２０におけるＰ１の時点）。
タイマー回路Ｂ３２は信号ＯＥ１が”Ｌ”になるとタイマー動作を開始する。フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”であることから正エッジ検出回路２６ａは信号ＯＥ１が”Ｌ”の期間に動作状態となる。正エッジ検出回路２６ａは、図２０のｔ２の期間のＰ１の時点で、信号Ａｏｕｔの波形がＶｂを負から正方向によぎったことを観測すると、正エッジ検出信号ＰＥを出力する。また、タイマー回路Ｂ３２は信号ＰＥをＯＲ回路３１を介して受けるとタイマー動作を停止し、一方パルス制御回路２７は、所定の時間（ｔ２）の間、タイマー回路Ｂ３２からの信号がこない場合、所定時間経過後Ｐｔｒｇ信号を出力する。波形成形回路２３はＰｔｒｇ信号を受けるとｔｃの期間ＯＥ１を”Ｈ”出力しその後ｔ３の期間でｔ２の期間と同様の逆起電圧の検出を行う。
図２０におけるｔ２、ｔ３、ｔ４の期間では、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３の時点で信号Ａｏｕｔの波形がＶｂの電位を負から正の方向でよぎるので、Ｐｔｒｇが出力され、信号ＯＥ１に”Ｈ”信号が出力される。逆起電圧Ｖｇの電位レベルがＶｂよりも下にある期間、すなわち図２０のｔ５の期間では、ロータ１０３が１８０度以上回転しており、信号Ａｏｕｔの波形がＶｂの電位を負から正の方向でよぎることはない。したがってｔ５の期間では、この間に正エッジ検出回路２６ａから正エッジ検出信号ＰＥを出力することはない。タイマー回路Ｂ３２はｔ５の期間に正エッジ検出信号ＰＥを受けないで所定の時間（ｔ５）を経過するとＴｕｐ’を出力する。パルス制御回路２７は信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｐｔｒｇを出力し、その結果波形成形回路２３から信号ＯＥ１が出力される。このとき信号Ｔｕｐ’によりフリップフロップ４６の信号Ｑは”Ｌ”から”Ｈ”になっているので、駆動制御回路２４からは信号Ｏ２ｉｎ側に駆動パルス信号が出力される。以降の動作は先述した第１の実施例と同様である。
この第２の実施例によれば、駆動パルス信号を出力中に逆起電圧を検出するための間隙を設けることで、駆動コイルを逆起電圧検出コイルに兼用でき、構成が簡素化される。また、本実施例によれば、第１の実施例と同様に駆動パルス信号と次の駆動パルス信号との間隔をなくすことができるので、モーターを高速に且つ安定して駆動することができる。
なお、図２１の駆動回路は、図８の駆動回路にヒステリシスコンパレータ１３を付加したものであり、電圧検出回路５の後段にこのヒステリシスコンパレータ１３が接続される。このヒステリシスコンパレータ１３は、入力抵抗１３ａと帰還抵抗１３ｂとインバータ１３ｃとインバータ１３ｄとから成る。このように構成し、磁極位置の検出のため、逆起電圧がよぎったかどうかの基準電位にヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このようにヒステリシスコンパレータを設けることにより、基準電位を逆起電圧がよぎったかどうかの検出タイミングに遅延を持たせることで、外部からの磁界等の影響による誤動作を防止することができ、さらに、モーターに物理的な衝撃等が加わった場合においてもモーターの回転の安定性向上に効果がある。
以上モーター始動直後のパルス出力に対する制御方法について説明してきたが、次に第３の実施例として、モーター始動後モーターの回転数が加速状態から定速状態に移行するまでのパルス出力方法について説明する。
なお、ここで説明する実施例については、日板や振動アラーム用の扁平重りなど慣性の大きな負荷が接続されたモーターに対して特に有効な手段である。
図２２は第３の実施例の構成を示すブロック図であり第１および第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図２３は図２２の動作を表す波形図である。
図２２において、３５は信号ＯＥ１の立ち下がりに同期してタイマー動作を開始するタイマー回路Ｃである。また、タイマー回路Ｃ３５は、信号ＯＥ１が”Ｌ”のとき動作を開始して所定時間経過後に信号Ｃｕｐを出力し、信号Ｐｔｒｇによってリセットされる。３６はカウンタ回路であり、タイマー回路Ｃ３５からのＣｕｐ信号をカウントし、パルス幅選択信号Ｐｓ１〜ＰｓＮを切替え出力する。３７は駆動パルス制御回路であり、パルス幅選択信号Ｐｓ１〜ＰｓＮに基づいて信号ＯＥ１の幅を変化させている。なお、図２２における駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は、先に従来例で説明した図８と同様の構成をとるものとする。また、前述の第２の実施例と同様な構成については説明を省略する。
初期状態においては、カウンタ回路３６のカウント値はクリアされており、その結果として信号Ｐｓ１が”Ｈ”になっている。駆動パルス制御回路３７は、カウンタ回路３６から出力される信号Ｐｓ１から信号ＰｓＮに応じて出力する駆動パルス信号のパルス幅を変化させる。ここでは信号Ｐｓ１が”Ｈ”の場合すなわち始動直後が最も幅の広い駆動パルス信号を出力し、後述するように以降レベルが”Ｈ”となる信号が信号Ｐｓ２、Ｐｓ３、・・・、ＰｓＮの順で変化するに従って駆動パルス信号のパルス幅を減じる動作を行う。
信号ＳＳが入力されてモーターが始動する状態、すなわち図２３の（ａ）の期間に関しては前述の図９と同様であるので説明を省略する。
図２３において、第１、第２のパルスによりモーターの回転速度が向上してくると先に説明したとおり駆動パルス信号のパルス幅が過剰となり、本来、図２３のＰ時点で発生する、Ｖｂのレベルを負から正の方向によぎる現象が発生せず、このため次の駆動パルス信号が出力されない。
タイマー回路Ｃ３５は、通常状態、すなわち図２３の（ａ）の期間のような状態では信号ＯＥ１が”Ｌ”になるとタイマー動作を開始するが、予めセットされたタイマー動作を終了する所定時間Δｔになるまでに次の信号Ｐｔｒｇによりリセットされるので何の信号も出力しない。しかし、図２３の（ｃ）、（ｄ）の期間のように信号ＯＥ１が立ち下がって時間Δｔが経過した後も信号ＡｏｕｔがＶｂをよぎらず信号Ｐｔｒｇがこない場合は、ロータ１０３がすでに、次の駆動パルス信号で駆動される位置に達していると判断し、タイマー回路Ｃ３５は信号Ｃｕｐに”Ｈ”レベルのパルス信号を出力する。カウンタ回路３６は信号Ｃｕｐを受けると内部のカウンタをカウントアップしこれにともなって信号Ｐｓ１を”Ｌ”にするとともにＰｓ２を”Ｈ”にする。この結果、信号ＯＥ１は前回よりもパルス幅の狭い駆動パルス信号として出力される。
モーターの回転速度がある程度以上に達している場合やさらにすでに述べたように慣性の大きな負荷が接続されている場合などは、図２３のＰ時点で駆動パルス信号の出力が行われなくても若干の回転速度の低下が見られるもののすぐに回転が停止することはない。従ってＱ時点で次の駆動パルス信号が出力されれば回転そのものは停止することはない。しかしながらＱ時点で出力される駆動パルス信号のパルス幅が直前の駆動パルス信号と同一であった場合、Ｐ時点で駆動パルス信号が出力されなかったことによって一旦低下した回転速度が再び上昇し、再び図２３のＰ時点に示すような状況が発生してしまい、結果としてこれ以上の回転速度の向上は見込めなくなる。
本実施例では、駆動パルス信号の出力後、一定の時間内に信号Ａｏｕｔの波形がバイアス電圧Ｖｂをよぎらないとき、次に出力される駆動パルス信号のパルス幅が減じられる。この状態でモーターの回転速度が向上するとやはり図２３のＰ時点と同じ状態が発生するが、ここでも前述と同様の制御がおこなわれ、駆動パルス信号のパルス幅が減じられる。駆動パルス信号のパルス幅に対して同様の制御が繰り返されると回転速度が次第に向上し、ついにはこれ以上回転速度が向上しない安定状態となる。この状態では駆動パルス信号のパルス幅が過剰になることはなく、従って信号Ａｏｕｔの波形がバイアス電圧Ｖｂをよぎる点を検出できるため駆動パルスも確実に出力され安定した回転が得られる。
モーターの停止は、前述と同様に、信号ＥＳにより行われるが、この信号ＥＳを受けてカウンタ回路３６はリセットされ、カウンタ値は初期状態になる。従って、次にモーターが駆動される際には信号Ｐｓ１が”Ｈ”であることから最も幅の広い幅の駆動パルス信号が出力されることになる。
以上説明したように、第３の実施例を用いれば、モーターの回転速度に応じて最適幅の駆動パルス信号が選択されることで、モーターの速やかな加速と安定した回転を、さらには回転速度向上を得ることができる。なお、本実施例の説明では、駆動回路２５’、逆起電圧検出回路４１’およびモーター４２’は図８で説明した回路構成を取っているが、図１０の回路構成にしても同様の動作が得られる。
なお、この第３の実施例では、図２４に示すように構成してもよい。図２４は第３の実施例の別の構成を示すブロック図であり、図２２に示したのと同様な構成については説明を省略する。また、図２５は図２４の動作を表す波形図である。
図２４のブロック図では、新たに補償パルス作成回路３８を備えている。図２５の（ｄ）の期間のように信号ＯＥ１が立ち下がって時間Δｔが経過した後も信号Ｐｔｒｇがこない場合は、前述と同様にタイマー回路Ｃ３５は信号Ｃｕｐに”Ｈ”レベルのパルス信号を出力する。補償パルス作成回路３８はこの信号Ｃｕｐを受けると補償パルス信号ＦＰを出力する。この信号ＦＰはＯＲ回路を介して信号ＯＥ１として駆動制御回路２４に入力され、さらに、信号Ｃｕｐによりフリップフロップ回路４６の出力信号Ｑは”Ｈ”から”Ｌ”に切り替わる。この結果、補償パルス信号ＦＰは信号Ｏ１ｉｎの駆動パルス信号として出力される。
このように構成することによって、信号Ｐｔｒｇがこなくても補償パルス信号ＦＰが出力されることで、一時的な速度低下を抑えることができる。
なお、ここで出力される補償パルス信号ＦＰは、通常の駆動パルス信号に比べてパルス幅が狭いことが望ましい。これは信号ＦＰの幅が広い場合には、図２５における時点Ｒで、信号Ａｏｕｔが電位Ｖｂを正から負の方向によぎるタイミングを見失ってしまう可能性があり、補償パルス信号ＦＰのパルス幅を狭くすればこれを防ぐことができるからである。
次に、本発明の第４の実施例を説明する。図２６は第４の実施例の構成を示すブロック図であり、第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図２７は図２６の動作を表す波形図であり、図２８は信号ＯＥ１についての拡大波形図である。
本実施例は前述の第２の実施例の変形例である。図１９に示した第２の実施例の波形図を参照すると、第２の実施例では、期間ｔ１内において、パルス幅の等しい駆動パルス信号を複数出力しており、これによって、期間ｔ１内において逆起電圧を検出することができるようにしている。ところが、このようにすると、図１９からわかるように、逆起電圧の検出のための時間のために駆動パルス信号を出力している時間が減少させられており、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）を犠牲にしていることになる。そこで、モーターのより速やかな加速と安定した回転を望む場合には、本実施例すなわち第４の実施例が有効となる。
本実施例は、図２７の期間ｔ１のうちロータ１０３が１８０度回転しきっていないことが明らかな最初の方の期間には、逆起電圧の検出を行わずに比較的パルス幅の広い駆動パルス信号を出力して、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）が長くなるようにしている。以下、本実施例を詳しく説明する。
本実施例では、図２６に示すように、波形成形回路２３を大パルス発生回路２３ａと小パルス発生回路２３ｂとから構成する。また、信号ＯＥ１の立ち下がりでタイマー回路Ｂ３２はリセットして、且つ再スタートし、所定時間経過後に信号Ｔｕｐ’を出力する。この信号Ｔｕｐ’を受けたパルス制御回路２７では信号Ｃｔｒｇまたは信号Ｐｔｒｇを出力するが、前回の信号Ｔｕｐ’の入力から今回の信号Ｔｕｐ’の入力までの間に、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けていない場合には信号Ｃｔｒｇを出力し、受けている場合には信号Ｐｔｒｇを出力する。波形成形回路２３では、信号Ｃｔｒｇを受けた場合には比較的パルス幅の広い信号ＯＥ１を出力し、信号Ｐｔｒｇを受けた場合には比較的パルス幅の狭い信号ＯＥ１を出力する。信号Ｃｔｒｇはフリップフロップ回路４６にも入力され、これにより、信号Ｏ１ｉｎと信号Ｏ２ｉｎの切替えが行われる。なお、パルス制御回路２７は信号ＳＳを受けたときには無条件で信号Ｃｔｒｇを出力する。また、信号ＯＥ１の立ち下がりでタイマー回路Ｂ３２がリセットされる。
図２６のように構成することによって、図２７に示すような制御を行うことができる。図２７の期間ｔ１を参照すると、比較的パルス幅の広い駆動パルス信号が最初に一度出力され、その後は比較的パルス幅の狭い駆動パルス信号が出力されていることがわかる。また、図２８を参照すると、信号ＯＥ１として、期間ｔｐ１には比較的パルス幅の広い信号が一度出力され、期間ｔｐ２の経過後の期間ｔｐ３には比較的パルス幅の狭い信号が出力されていることがわかる。
以上説明したように、本実施例では、図２７の期間ｔ１のうちロータ１０３が１８０度回転しきっていないことが明らかな期間には、逆起電圧の検出を行わず、比較的パルス幅の広い駆動パルス信号を出力し、モーターに対して回転のためのエネルギーを供給する時間（駆動パルス信号を出力している時間）が長くなるようにしているので、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
次に、本発明の第５の実施例を説明する。図２９は第５の実施例の構成を示すブロック図であり、第４の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３０は図２９の動作を表す波形図である。
本実施例は前述の第４の実施例の変形例である。第４の実施例では、大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅、小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅および、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（ｔ３、ｔ４、ｔ５等）は、常に一定であった。ところが、モーターの回転速度に応じて図２７に示した期間ｔ１の長さが変化するなどの理由から、これらの値をモーターの回転速度に応じて変更すると、モーターのより速やかな加速と安定した回転を得ることができる。
本実施例は、モーターの回転速度に応じて、この大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅、小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅および、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間の変更を可能とするものである。
本実施例では図２９に示すように回転速度検出回路４５を新たに設けた。この回転速度検出回路４５は、分周回路２２からの信号を基準クロックとしてパルス制御回路２７からの信号Ｃｔｒｇの発生間隔を求め、この信号Ｃｔｒｇの発生間隔によってモーターの回転速度を得、モーターの回転速度が所定速度以上になった場合に、信号Ｐｓｅｌを”Ｌ”から”Ｈ”に切替える。この信号Ｐｓｅｌは、大パルス発生回路２３ａ、小パルス発生回路２３ｂおよびタイマー回路Ｂ３２に入力される。
大パルス発生回路２３ａでは、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで発生していた信号のパルス幅よりも狭いパルス幅の信号を出力するようになる。また、小パルス発生回路２３ｂでは、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで発生していた信号のパルス幅よりも狭いパルス幅の信号を出力するようになる。さらに、タイマー回路Ｂ３２信号では、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わると、いままで計時していた時間（逆起電圧を検出するための時間）を短いものに切替える。
図３０を参照すると、信号Ｃｔｒｇの発生間隔Ｔｐが所定値以下になった場合、信号Ｐｓｅｌが”Ｌ”から”Ｈ”に切り替わり、信号Ｐｓｅｌが”Ｈ”になると、期間Ｔｐ１はより短い期間Ｔｐ１’に切り替わり、期間Ｔｐ２はより短い期間Ｔｐ２’に切り替わり、期間Ｔｐ３はより短い期間Ｔｐ３’に切り替わっていることがわかる。
モーターの回転速度が速くなった場合に、大パルス発生回路２３ａで発生する信号のパルス幅および小パルス発生回路２３ｂで発生する信号のパルス幅をいままでよりも狭いものとすることによって、ロータ１０３が１８０度回転しきった後にも同相の駆動パルス信号を出力してしまうということを減らすことができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
また、モーターの回転速度が速くなった場合に、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（逆起電圧の検出のための時間）を短くすることによって、逆起電圧の検出のための時間と駆動パルス信号を出力している時間との比率を所定範囲にすることができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。モーターの回転速度が速くなった場合には、逆起電圧の電圧レベルが上がり、より短い時間で逆起電圧の検出が可能となるため、タイマー回路Ｂ３２で計時する時間（逆起電圧の検出のための時間）を短くすることができる。
次に、本発明の第６の実施例を説明する。図３１は第６の実施例の構成を示すブロック図であり、第５の実施例と共通の項目については説明を省略する。
本実施例は前述の第５の実施例の変形例である。第５の実施例では回転速度検出回路４５を設けて、大パルス発生回路２３ａ等で発生する信号のパルス幅等を変更するようにしたが、本実施例ではカウンタ回路Ｂ４７を設けて、大パルス発生回路２３ａ等で発生する信号のパルス幅等を変更するようにしている。
本実施例はモーターが回転を開始した後に発生する信号Ｃｔｒｇの数をカウントすることによって、モーターの回転速度を推定するようにしている。すなわち、モーターの始動直後は発生した信号Ｃｔｒｇの数に応じてモーターの回転速度が速くなるものであることから、信号Ｃｔｒｇのカウント数でモーターの回転速度を推定している。カウンタ回路Ｂ４７は、パルス制御回路２７からの信号Ｃｔｒｇの数をカウントして、このカウント数が所定値以上になった場合に、信号Ｐｓｅｌを”Ｌ”から”Ｈ”に切替える。この信号Ｐｓｅｌは、大パルス発生回路２３ａ、小パルス発生回路２３ｂおよびタイマー回路Ｂ３２に入力される。カウンタ回路Ｂ４７に停止信号ＥＳが入力された場合にはカウンタ回路Ｂ４７のカウント値がリセットされる。そのほかの動作については第５の実施例と同様であるので説明を省略する。
この第６の実施例では、モーターの回転速度を信号Ｃｔｒｇのカウント数で簡易的に推定することで第５の実施例と同様の効果が得られ、また、モーターの回転速度検出のための回路が不要なため回路を簡素化することができる。
次に、本発明の第７の実施例を説明する。図３２は第７の実施例の構成を示すブロック図であり、第４の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３３は図３２の動作を表す波形図である。
本実施例は前述の第４の実施例の変形例である。第４の実施例では、パルス制御回路２７は、タイマー回路Ｂ３２からの信号Ｔｕｐ’を受けたときにのみ信号Ｃｔｒｇまたは信号Ｐｔｒｇを出力するようにしたが、本実施例では、パルス制御回路２７は、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けたならばすぐに信号Ｐｔｒｇを出力し、磁極位置検出回路４０’から信号ＰＥまたはＮＥを受けずにタイマー回路Ｂ３２からの信号Ｔｕｐ’を受けたときには信号Ｃｔｒｇを出力するように構成されている。
また、本実施例では、磁極位置検出回路４０’からの信号ＰＥおよびＮＥは、タイマー回路Ｂ３２に入力され、タイマーのリセットを行う。そのほかの動作については、第４の実施例と同様であるので説明を省略する。
本実施例によれば、図３３を参照してわかるように、逆起電圧の検出を行う時間をさらに短くすることができ、モーターのより速やかな加速と安定した回転が可能となる。
次に、本発明の第８の実施例を説明する。図３４は第８の実施例の構成を示すブロック図であり、第２の実施例と共通の項目については説明を省略する。また図３５は図３４の動作を表す波形図である。
本実施例はモーターを停止させる際の制動制御に関する実施例であり、図１８に示した第２の実施例の構成に加えて制動パルス発生回路５０を備えている。
パルス制御回路２７は、通常、信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｐｔｒｇを出力するが、停止信号ＥＳを受けた場合には、信号Ｔｕｐ’を受けると信号Ｅｔｒｇを出力する。制動パルス発生回路５０は信号Ｅｔｒｇを受けると信号Ｅｐを”Ｈ”で出力する。この信号Ｅｐは、ＯＲ回路を介し、信号ＯＥ１として駆動制御回路２４に入力される。また、信号Ｅｐは直接に駆動制御回路２４に入力され、信号Ｏ１ｉｎを出力するかそれとも信号Ｏ２ｉｎを出力するかの判断にも用いられる。すなわち、通常、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”の場合には信号ＯＥ１は信号Ｏ１ｉｎとして出力され、出力信号Ｑが”Ｈ”の場合には信号ＯＥ１は信号Ｏ２ｉｎとして出力されるが、信号Ｅｐが”Ｈ”の場合にはこの出力先が逆になる。
図３５を参照すると、パルス制御回路２７に停止信号ＥＳが入力された後、パルス制御回路２７はＱ時点で信号Ｔｕｐ’を受け、信号Ｅｔｒｇを出力している。このＱ時点の後は、フリップフロップ回路４６の出力信号Ｑが”Ｌ”であるが、このとき、信号Ｅｐが”Ｈ”であるためＯ２ｉｎとして制動パルス信号ＰＳＥが出力されている。
このように構成した本実施例によれば、より素早く所望の位置でモーターを停止させることができる。
以上、説明したように本発明によれば、第１または第２の実施例により確実なモーターの始動性を、第３の実施例により速やかな加速と安定した回転性能を得ることができる。また第１、第２の実施例と第３の実施例を別々に説明したがそれぞれの実施例を組み合わせて使用することで、より高性能なモーター駆動回路を実現することができる。さらに本発明ではモーターの高速および高トルクの回転駆動を従来の扁平型２極モーターの構造を変更することなく、簡素なシステム構成で実現することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、電子時計に限らずモーターを利用するあらゆる電子機器に利用することができる。特に、小型化が必要な電子機器において利用価値が高く、モーター駆動装置の小型化、低消費電流化等の大きな効果を奏する。
Claims (24)
- 少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、
該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、
該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、
前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、
該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、
前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、
前記電圧検出回路は、
前記駆動コイルの一端の電位レベルを電源電圧の中間電位にバイアスするためのバイアス手段と、
前記駆動コイルの他端に生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路で構成されており、
前記駆動パルス発生手段は複数の休止期間を有する間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号を出力するとともに、
前記磁極位置検出手段は、
前記複数の休止期間中に検出した前記電圧検出回路からの検出信号と前記中間電位との比較結果に基づいて前記駆動パルス信号を停止するとともに
該停止した駆動パルスとは逆相の駆動パルス信号を出力する
ことを特徴とするモーター駆動装置。 - 前記磁極位置の検出は、前記磁極位置検出手段で検出した逆起電圧が所定電位を横切ったことによって行われる
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモーター駆動装置。 - 前記磁極位置の検出のための前記所定電位が複数設定されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のモーター駆動装置。
- 前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の異なる複数のパルス群から成る
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモーター駆動装置。 - 前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号は、パルス幅の大きい第１パルスと、該第１パルスよりもパルス幅の小さい第２パルス群とで構成した
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第１パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第２パルスは前記ロータの回転速度に応じてそのパルス幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数に応じてそのパルス幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第１パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化する
ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第１パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化する
ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第２パルスは前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってそのパルス幅が狭くなるように変化する
ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のモーター駆動装置。 - 前記第２パルスは前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにそのパルス幅が狭くなるように変化
することを特徴とする請求の範囲第９項に記載のモーター駆動装置。 - 前記間欠的なパルス群で横成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの回転速度に応じてその休止期間幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモーター駆動装置。 - 前記間欠的なパルス群で構成された駆動パルス信号の複数の休止期間の幅は、前記ロータの始動時からのパルス出力数に応じてその休止期間幅が変化する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のモーター駆動装置。 - 前記休止期間幅は、前記ロータの回転速度が速くなるにしたがってその幅が狭くなるように変化する
ことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載のモーター駆動装置。 - 前記休止期間幅は、前記ロータの始動時からの駆動パルス出力数の増加とともにその幅が狭くなるように変化する
ことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のモーター駆動装置。 - 少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、
該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、
該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、
前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、
該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、
前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、
前記モーター駆動装置は、前記駆動パルス発生手段が始動パルスを出力してから所定の時間を計時した後タイマー信号を発生するタイマー回路を有し、
前記駆動パルス発生手段は始動パルスの出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合に、
前記タイマー回路からのタイマー信号出力に応じて始動パルスの出力を停止するとともに、
始動パルスと逆相に駆動パルス信号を出力する
ことを特徴とするモーター駆動装置。 - 少なくとも２極のステータと少なくとも２極の永久磁石を有するロータと前記ステータと磁気的に結合した駆動コイルとで構成されたステップモーターと、
該ステップモーターを駆動するための駆動パルス信号を出力する駆動パルス発生手段と、
該駆動パルス発生手段からの信号に基づき前記駆動コイルに駆動電流を供給するための駆動回路と、
前記ロータの回転によって生じる逆起電圧を検出する電圧検出回路と、
該電圧検出回路に生じる検出信号に基づいて前記ステータに対する回転中のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段を備え、
前記駆動パルス発生手段は、前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて前記駆動パルス信号の出力タイミングを制御するモーター駆動装置において、
前記駆動パルス発生手段が駆動パルス信号の出力を終了してから所定の時間が経過した後にタイマー信号を発生するタイマー回路を有し、
前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、次に出力する駆動パルス信号のパルス幅を前回出力された駆動パルス信号よりも狭くする
ことをことを特徴とするモーター駆動装置。 - 前記駆動パルス発生手段は駆動パルス信号の出力を開始した後に所定の時間が経過しても前記磁極位置検出手段からの検出信号が発生しない場合、前記駆動パルス信号とは逆極性の補償パルス信号を出力する
ことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のモーター駆動装置。 - 前記補償パルス信号は前記駆動パルス信号よりもパルス幅が狭い
ことを特徴とする請求の範囲第２０項に記載のモーター駆動装置。 - 前記ステップモーターの回転を停止する場合に、制動用パルス信号を出力する制動パルス発生手段を有し、
該制動パルス発生手段は前記磁極位置検出手段からの検出信号に基づいて制動用パルス信号の出力タイミングを制御する
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第１９項に記載のモーター駆動装置。 - 前記制動用パルス信号は前記ステータが前記ロータの磁極と逆極性に励磁される方向に出力される
ことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載のモーター駆動装置。 - 前記制動用パルス信号は前記ステップモーターを駆動する駆動パルス信号よりも大きいパルス幅で出力される
ことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載のモーター駆動装置。
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