JP3815238B2 - モータの回転制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、三相ブラシレスモータの回転制御を行なう従来のモータの回転制御装置の一例を示すブロック図である。各部の動作を図面に即して簡単に説明する。先ず、分周器２は発振器１から出力されるクロックをモータの回転速度設定に応じた分周率で分周してカウント・クロックを出力する。
【０００３】
カウンタ３は、前記カウント・クロックをカウントし、カウント値を出力する。また、分周器２およびカウンタ３は、後述の速度比較部４が出力するリセット・パルスによってリセットされる。カウンタ３から出力するカウント値は、速度比較部４に入力する。
【０００４】
速度比較部４は、予め規定されている基準値と後述のＡ相検出用ホールセンサ１３が出力する回転センサ出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ３の出力（カウント値）とを比較して、制御目標値に対するモータの回転速度の差異情報を出力し、ＰＷＭデューティ制御部５は、この差異情報をもとにＰＷＭジェネレータ７に与えるＰＷＭデューティ・データを増減させる。また、速度比較部４は、前記回転センサ出力の立ち上がりエッジで速度比較処理を行なった後、リセット・パルスを発生して分周器２とカウンタ３をリセットし、次の１回転における回転速度検出シーケンスに入る。
【０００５】
また、カウンタ３の出力は、ＰＷＭジェネレータ制御部６にも入力されており、ＰＷＭジェネレータ制御部６は、適当な間隔でＰＷＭスタート・パルスを発生する。
【０００６】
ＰＷＭジェネレータ７は、前記ＰＷＭスタート・パルスをトリガにしてＰＷＭ波形を１周期分出力する。
【０００７】
モータ１２は、三相のブラシレスモータであり、ロータが発生する磁界に対向するような向きで該ロータの外周または内周に沿って等間隔で配置したＡ相検出用ホールセンサ１３，Ｂ相検出用ホールセンサ１４，Ｃ相検出用ホールセンサ１５で該ロータの磁極を検出することにより、ロータの回転角すなわちモータの回転位相を検出する。これらの各相検出用ホールセンサ１３〜１５の出力は、相切換制御部９に入力し、ロータの回転角に応じて適切なコイルを励磁するように電力制御部１０に相切替信号を与える。
【０００８】
電力制御部１０は、例えばＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成されており、前記相切替信号に対応したＭＯＳＦＥＴアレイのチャネルを前記ＰＷＭ波形に従ってオンまたはオフして、前期ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティに比例した電力をモータ１２へ供給する。また、過電流検出部１１で過電流を検出した場合は、過電流を検出したＰＷＭ周期が終了するまでモータへの給電をオフする。
【０００９】
ここで、前記ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティは、回転センサ（相検出用ホールセンサ１３）の出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ値が基準値に一致するようにＰＷＭデューティ制御部５によって増減されるので、モータ１２の回転速度が制御目標値に等しくなるようにフィードバック制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータの回転制御方法、例えばオン時間を１クロック単位でカウントして、ＰＷＭデューティを２５６段階に変化させることができるデジタルＰＷＭによってモータに供給する電力を制御してモータの回転制御を行なう方法で、ＰＷＭ周期がモータの回転周期の数十分の１程度になっていたとすると、ＰＷＭデューティ自体は１クロック単位で変化させることができるが、ＰＷＭデューティを１変化させるとモータのオン時間はモータ１回転当り数十クロック分変化することになり、本来その系が持つ最大の分解能である１クロック単位でモータのオン時間を変化させることができず、モータの回転速度制御が粗くなってしまうという問題がある。
【００１１】
また、モータ１回転中の各ＰＷＭ周期に１クロック単位でモータのオン時間を分散させてデジタルＰＷＭによる単位時間あたりの電力制御の分解能を向上させた場合は、モータのオン時間をその系が持つ最大の分解能である１クロック単位で変化させることができるが、モータのオン時間を変化させるＰＷＭ周期がモータの回転速度検出点を起点としたモータ１回転の周期の終りの方に存在するような条件では、モータのオン時間の微小な変化がモータの回転速度に反映されるまでに時間がかかるために回転速度変動に対する追従性が悪く、回転速度変動周期の短い系では回転速度が安定しにくいという問題がある。
【００１２】
また、モータ回転速度の制御目標値に対する差異を直接ＰＷＭデューティに反映させる場合には、少なくとも基準となるデューティに変化分の加算を行なう必要があり、場合によっては変化分に対する乗算も必要となる。このような演算をハードウエアで高速に行なう場合は回路規模が大きくなるという問題があり、ソフトウエアで行なう場合はマイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサ等の演算を実行するユニットが必要な上に回転速度変動検出から演算結果を反映させるまでに時間がかかるために回転速度変動に対する追従性が悪いという問題がある。また、何れの場合も、コストが高くなるという問題がある。
【００１３】
本発明の１つの目的は、制御系のもつ最高の分解能で自動調整することができるモータの回転制御方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、簡単な回路構成で行うことができ、レスポンスの早いモータの回転制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別に、モータ１回転中の特定の１点または複数点でリセットされ且つモータ回転周期の制御目標値を１または複数周期とするカウンタのリセットから一定時間および前記カウンタの１または複数周期終了前後の一定時間モータをオンする期間を設けるように制御することにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のモータの回転制御方法を実施する制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態におけるモータは、例えばレーザプリンタや複写機の光走査装置における回転多面鏡の駆動制御に適用し得る。
【００１７】
この実施の形態において、モータ１２は、三相ブラシレスモータである。回転制御装置は、クロックを出力する発振器１と、クロックを分周してカウント・クロックを出力する分周器２と、カウント・クロックをカウントするカウンタ３と、制御目標値に対するモータ回転速度の差異を検出して差異情報を出力すると共にリセット・パルスを出力する速度比較部４と、差異情報をもとにＰＷＭデューティを増減させるＰＷＭデューティ制御部５と、ＰＷＭスタート・パルスを出力するＰＷＭジェネレータ制御部６と、ＰＷＭ波形を出力するＰＷＭジェネレータ７と、ＰＷＭ制御から独立してモータのオン信号を出力する追加オン信号制御部８と、モータの回転位置を検出するＡ相検出用ホールセンサ１３と、Ｂ相検出用ホールセンサ１４と、Ｃ相検出用ホールセンサ１５と、各相検出用ホールセンサの出力をもとにモータの励磁コイルを選択するための相切換信号を出力する相切換制御部９と、相切換信号とＰＷＭ出力と追加オン信号とからモータの適切なコイルに電力を供給する電力制御部１０と、モータのコイルに流れる電流を設定値と比較して過電流検出を行なう過電流検出部１１を備える。
【００１８】
次に、この回転制御装置の動作を説明する。
【００１９】
分周器２は、発振器１から出力されるクロックをモータの回転速度設定に応じた分周率、例えば基準となるモータ回転速度の場合は２０分の１に分周し、１．２５倍速の場合は１６分の１に分周し、１．３３倍速の場合は１５分の１に分周し、１．４３倍速の場合は１４分の１に分周したカウント・クロックを出力し、後述する速度比較部４が出力するリセット・パルスでリセットされる。
【００２０】
カウンタ３は、前記カウント・クロックを０から３９までカウントする下位カウンタ（図示省略）および該下位カウンタの１周期を１カウントとして０から１２７までカウントする上位カウンタ（図示省略）によって構成し、全体で０から５１１９までカウントしてカウント値として出力すると共に、後述する速度比較部４が出力するリセット・パルスでリセットされる。また、カウンタ３の上位カウンタは、カウント値が１２７に到達した場合はリセットされるまで停止するように構成している。なお、カウンタ３をこのような構成にしているのは、ＰＷＭ周期をモータの回転周期の制御目標値の整数分の１にすることにより、後述するようにモータ回転速度の安定性をより高めるためである。
【００２１】
ここで、カウンタ３の出力は、速度検出手段となる速度比較部４に入力し、速度比較部４は、予め規定した基準値、例えば２５６０と、後述するＡ相検出用ホールセンサ１３が出力する回転センサ出力の立ち上がりエッジにおける前記カウンタ３の出力とを比較して、制御目標値に対するモータの回転速度の差異を検出し、差異情報としてＰＷＭデューティ制御部５に与える。また、速度比較部４は、前記回転センサ出力の立ち上がりエッジで速度比較処理を行なった後、リセット・パルスを発生して分周器２とカウンタ３をリセットし、次の１回転における回転速度検出シーケンスに入るが、回転センサ出力の立ち上がりエッジからリセット・パルスの立ち下りまでの時間は、発振器１が出力するクロックの１周期よりも短い時間となるような回路構成としている。
【００２２】
また、カウンタ３の出力は、ＰＷＭジェネレータ制御部６にも入力し、この実施の形態では、カウンタ３の下位カウンタをＰＷＭ周期規定手段であるＰＷＭ周期用カウンタとして使用し、カウンタ３の下位カウンタが０となったときにＰＷＭジェネレータ制御部６がＰＷＭスタート・パルスを発生して、ＰＷＭ周期の６４周期がモータの回転周期の制御目標値と一致するようにしている。
【００２３】
また、ＰＷＭデューティ調整手段となるＰＷＭデューティ制御部５は、前記差異情報をもとにしてＰＷＭジェネレータ７に与えるＰＷＭデューティ・データを増減させる。なお、ＰＷＭデューティ・データは、１５ビットで構成しており、上位９ビットで表されるカウント数すなわち０から５１１カウントを各ＰＷＭ周期で共通に使用する基本ＰＷＭデューティとし、下位６ビットで表されるカウント数すなわち０から６３カウントを各ＰＷＭ周期に１カウントずつ分散して割り当て、１クロック単位でモータのオン時間を制御できるように構成している。
【００２４】
ＰＷＭジェネレータ７は、前記ＰＷＭスタート・パルスが入力されると出力をハイレベルにして、前記ＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからクロックのカウントを開始し、ＰＷＭデューティ・データで規定されるカウント数をカウントすると出力をロウレベルにする。このような動作を繰返して、ＰＷＭジェネレータ７は、ＰＷＭ波形を出力する。
【００２５】
モータ１２は、前述したように、三相のブラシレスモータであり、ロータが発生する磁界に対向するような向きで該ロータの外周または内周に沿って等間隔で配したＡ相検出用ホールセンサ１３とＢ相検出用ホールセンサ１４とＣ相検出用ホールセンサ１５によってロータの磁極位置を検出して、ロータの回転角すなわちモータの回転位相を検出する。これらの回転センサ出力は、相切換制御部９に入力し、ロータの回転角に応じて適切なコイルを励磁するように電力制御部１０に相切替信号を与える。
【００２６】
電力制御手段である電力制御部１０は、例えばＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成しており、相切替信号に対応したＭＯＳＦＥＴアレイのチャネルを前記ＰＷＭ波形に従ってオンまたはオフして、前期ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティに比例した電力をモータ１２へ供給する。
【００２７】
また、過電流検出部１１は、ＭＯＳＦＥＴアレイに流れる電流を監視し、ＭＯＳＦＥＴアレイを流れる電流が設定値を超えたときには過電流検出信号を出力する。この過電流検出信号は、電力制御部１０に入力し、電力制御部１０は過電流を検出したＰＷＭ周期が終了するまでＭＯＳＦＥＴアレイをオフする。ここで、前記ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティは、回転センサ出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ３の出力が前記基準値に一致するようにＰＷＭデューティ制御部５によって増減されるので、モータ１２の回転速度が制御目標値に等しくなるようにフィードバック制御される。
【００２８】
以上は、この実施の形態における基本となる動作であって前述した従来の制御技術と同様である。次に、本発明の特徴である以下のような制御技術が追加される。
【００２９】
追加オン信号制御部８は、カウンタ３の出力を入力しており、カウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときに、前記ＰＷＭ制御から独立した形でモータ１２をオンする追加オン信号を出力する。ここで、カウンタ３がリセットされたときには、カウンタ３の上位カウンタおよびカウンタ３の下位カウンタは共に０となり、上記条件の中に含まれている。
【００３０】
この追加オン信号は、電力制御部１０に入力しているので、モータ１２は、前記ＰＷＭ波形に加えて、前記追加オン信号でもオンすることになる。
【００３１】
この実施の形態では、追加オン信号制御部８は、ＡＮＤ論理とＯＲ論理とで構成しており、カウンタ３の出力の各ビットから該カウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときを検出するようにしている。
【００３２】
このように、追加オン信号制御部８は、僅かな論理回路の追加で安価に実現することができる。また、前記追加オン信号を発生する周期をモータ回転周期の制御目標値を等分割した時間とすることにより、モータの回転速度が制御目標値の近傍であれば、前記追加オン信号によるモータのオン期間がモータ１回転中にほぼ等間隔で配置されることになり、前記追加オン信号を与えることによるモータ１回転中のトルク分布のバラツキを抑制することができる。
【００３３】
また、同様に、ＰＷＭ周期をモータの回転周期の制御目標値の整数分の１にすることにより、モータの回転速度が制御目標値に一致したときにＰＷＭ制御によるモータのオン期間がモータ１回転中に等間隔で配置されることになり、モータ１回転中の回転速度の安定性を高めることができる。
【００３４】
また、この実施の形態におけるように、追加オン信号を発生する周期の基準となるカウンタがＰＷＭ周期規定手段を兼ねさせることにより、追加オン信号によるモータのオン期間による自動調整効果に関わる期間がＰＷＭ波形によるモータのオン期間中に発生することがないために、前述した制御による効果を確実に得ることができる。
【００３５】
なお、この実施の形態では、カウンタ３は、カウント・クロックを０から３９までカウントする下位カウンタと該下位カウンタの１周期を１カウントとして０から１２７までカウントする上位カウンタとによって構成したが、下位カウンタと上位カウンタの組み合せは、他の組み合せとしても良いし、一つのカウンタでカウンタ３を構成しても良い。
【００３６】
また、この実施の形態では、速度比較部４は、回転センサ出力の立ち上がりエッジでカウンタ３の出力と基準値を比較する構成としたが、回転センサ出力の立ち下りエッジで比較するように変形しても良い。
【００３７】
また、この実施の形態では、速度比較部４が比較する基準値を２５６０に設定したが他の値としても良い。
【００３８】
また、この実施の形態では、ＰＷＭ周期の６４周期がモータの回転周期の制御目標値と一致するように構成したが、ＰＷＭ周期がモータの回転周期の制御目標値の整数分の１となるような関係であれば良い。
【００３９】
また、この実施の形態では、ＰＷＭデューティ・データを１５ビットで構成しているが、１４ビットで構成しても良いし、他のビット数で構成しても良い。
【００４０】
また、この実施の形態では、ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティで電力制御部１０がモータ１２に供給する電力を制御するように構成したが、ＰＷＭ波形のローレベルで制御するように構成しても良い。
【００４１】
また、この実施の形態では、電力制御部１０をＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成したが、例えばトランジスタとその制御ロジックのように他の構成としても良い。
【００４２】
また、この実施の形態では、追加オン信号を出力するタイミングをカウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときとしたが、例えば総てＰＷＭ周期毎に追加オン信号を出力するように構成しても良いし、他のカウンタ値におけるＰＷＭ周期としても良い。
【００４３】
また、この実施の形態では、追加オン信号制御部８をＡＮＤ論理とＯＲ論理とで構成しているが、他の論理素子を用いても良いし、追加オン信号を一旦ラッチしてから使用するように構成しても良い。
【００４４】
次に、追加オン信号により得られる効果について、図２を参照して説明する。なお、図を簡単にするために、図２ではＰＷＭ周期の４周期をモータ回転周期の制御目標値としている。
【００４５】
図２（ａ）は、モータの回転周期とその制御目標値との差異であるΔｔが０の場合、すなわち、モータの回転速度と制御目標値が一致している場合のモータ・オン信号を示すタイミングチャートである。
【００４６】
ＰＷＭ周期用カウンタは、一定の周期で一周して０に戻るが、回転センサの立ち上がりエッジ毎に出力されるリセット・パルスによってもリセットされる。ここで、ＰＷＭ周期用カウンタが０のときにＰＷＭスタート・パルスが出力されるような構成としており、ＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりにＴdの時間遅れを加えたタイミングでＰＷＭ出力がハイレベルになる。ＰＷＭ出力は、ＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからＴPWMの期間ハイレベルを維持してローレベルになる。追加オン信号は、ＰＷＭ周期用カウンタがｍ1以上またはｍ2以下の場合にハイレベルとなるように構成しており、図２（ａ）における追加オン信号の立ち上がりからＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりまでをＴ1、ＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりから追加オン信号の立ち下がりまでをＴ2とする。図２（ａ）の条件ではモータのオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1＋Ｔd＋ＴPWM
となるが、Ｔ1およびＴdは一定であるので、ＰＷＭ周期毎のＴonの違いは、ＴPWMのみに依存する。すなわち、ＰＷＭデューティが一定であれば、モータ１回転当りのモータオン時間は一定になる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）は、モータの回転周期がその制御目標値に対してΔｔ＜Ｔ1だけ短い場合のモータ・オン信号を示しており、リセット・パルス前後を拡大したタイミングチャートである。この場合、ＰＷＭ周期カウンタは、回転センサ出力の立ち上がり時において、通常の場合に比べてΔｔだけ短い周期でリセットされるために、追加オン信号の立ち上がりからＰＷＭスタート・パルスまでの時間は、Δｔだけ短くなる。したがって、リセット・パルス前後のモータオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1−Δｔ＋Ｔd＋ＴPWM
となり、モータ１回転当りのモータオン時間は、図２（ａ）の場合に比べてΔｔだけ短くなる。
【００４８】
次に、図２（ｃ）はモータの回転周期がその制御目標値に対してΔｔ＜Ｔ2だけ長い場合のモータ・オン信号を示しており、リセット・パルス前後を拡大したタイミングチャートである。この場合、ＰＷＭ周期カウンタは、回転センサ出力の立ち上がり時において、通常の場合に比べてΔｔだけ長い周期でリセットされるために、一旦ＰＷＭスタート・パルスが発生してＰＷＭ出力がハイレベルになった後で、再度ＰＷＭスタート・パルスが発生することになる。ＴPWMは、最後のＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからの時間となるので、リセット・パルス前後のモータオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1＋Δｔ＋Ｔd＋ＴPWM
となり、モータ１回転当りのモータオン時間は、図２（ａ）の場合に比べてΔｔだけ長くなる。
【００４９】
以上の関係から、この実施の形態の如く、追加オン信号を制御に加えることによって、モータの回転周期がその制御目標値に対して短い、すなわち、モータの回転速度が制御目標値よりも速い場合は、モータの回転速度と制御目標値の差異に比例してモータ１回転当りのモータオン時間が短くなり、逆にモータの回転周期がその制御目標値に対して長い、すなわち、モータの回転速度が制御目標値よりも遅い場合は、モータの回転速度と制御目標値の差異に比例してモータ１回転当りのモータオン時間が長くなる。したがって、Δｔ＜Ｔ1且つΔｔ＜Ｔ2の範囲であれば、モータの回転速度が変動しても制御目標値との差異に比例してモータのオン時間が自動調整され、モータの回転速度が安定するように制御される。また、速度比較直後にモータのオン時間を増減するために、回転速度変動に対する追従性がよくなる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別に、モータ１回転中の特定の１点または複数点でリセットされ且つモータ回転周期の制御目標値を１または複数周期とするカウンタのリセットから一定時間および前記カウンタの１または複数周期終了前後の一定時間モータをオンする期間を設けることにより、モータ回転速度に対する制御目標値の差異に比例してモータのオン時間をその系のもつ最高の分解能で自動調整することが可能となると共に、ＰＷＭデューティの設定値となるデータに対して演算を行なう必要がないために回路構成が簡単でレスポンスの早いモータの回転制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの回転制御方法を実施する制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置における追加オン信号とモータのオン信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図３】従来のモータの回転制御方法を実施する制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…発振器、２…分周器、３…カウンタ、４…速度比較部、５…ＰＷＭデューディ制御部、６…ＰＷＭジェネレータ制御部、７…ＰＷＭジェネレータ、８…追加オン信号制御部、９…相切換制御部、１０…電力制御部、１１…過電流検出部、１２…モータ、１３…Ａ相検出用ホールセンサ、１４…Ｂ相検出用ホールセンサ、１５…Ｃ相検出用ホールセンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、三相ブラシレスモータの回転制御を行なう従来のモータの回転制御装置の一例を示すブロック図である。各部の動作を図面に即して簡単に説明する。先ず、分周器２は発振器１から出力されるクロックをモータの回転速度設定に応じた分周率で分周してカウント・クロックを出力する。
【０００３】
カウンタ３は、前記カウント・クロックをカウントし、カウント値を出力する。また、分周器２およびカウンタ３は、後述の速度比較部４が出力するリセット・パルスによってリセットされる。カウンタ３から出力するカウント値は、速度比較部４に入力する。
【０００４】
速度比較部４は、予め規定されている基準値と後述のＡ相検出用ホールセンサ１３が出力する回転センサ出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ３の出力（カウント値）とを比較して、制御目標値に対するモータの回転速度の差異情報を出力し、ＰＷＭデューティ制御部５は、この差異情報をもとにＰＷＭジェネレータ７に与えるＰＷＭデューティ・データを増減させる。また、速度比較部４は、前記回転センサ出力の立ち上がりエッジで速度比較処理を行なった後、リセット・パルスを発生して分周器２とカウンタ３をリセットし、次の１回転における回転速度検出シーケンスに入る。
【０００５】
また、カウンタ３の出力は、ＰＷＭジェネレータ制御部６にも入力されており、ＰＷＭジェネレータ制御部６は、適当な間隔でＰＷＭスタート・パルスを発生する。
【０００６】
ＰＷＭジェネレータ７は、前記ＰＷＭスタート・パルスをトリガにしてＰＷＭ波形を１周期分出力する。
【０００７】
モータ１２は、三相のブラシレスモータであり、ロータが発生する磁界に対向するような向きで該ロータの外周または内周に沿って等間隔で配置したＡ相検出用ホールセンサ１３，Ｂ相検出用ホールセンサ１４，Ｃ相検出用ホールセンサ１５で該ロータの磁極を検出することにより、ロータの回転角すなわちモータの回転位相を検出する。これらの各相検出用ホールセンサ１３〜１５の出力は、相切換制御部９に入力し、ロータの回転角に応じて適切なコイルを励磁するように電力制御部１０に相切替信号を与える。
【０００８】
電力制御部１０は、例えばＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成されており、前記相切替信号に対応したＭＯＳＦＥＴアレイのチャネルを前記ＰＷＭ波形に従ってオンまたはオフして、前期ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティに比例した電力をモータ１２へ供給する。また、過電流検出部１１で過電流を検出した場合は、過電流を検出したＰＷＭ周期が終了するまでモータへの給電をオフする。
【０００９】
ここで、前記ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティは、回転センサ（相検出用ホールセンサ１３）の出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ値が基準値に一致するようにＰＷＭデューティ制御部５によって増減されるので、モータ１２の回転速度が制御目標値に等しくなるようにフィードバック制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータの回転制御方法、例えばオン時間を１クロック単位でカウントして、ＰＷＭデューティを２５６段階に変化させることができるデジタルＰＷＭによってモータに供給する電力を制御してモータの回転制御を行なう方法で、ＰＷＭ周期がモータの回転周期の数十分の１程度になっていたとすると、ＰＷＭデューティ自体は１クロック単位で変化させることができるが、ＰＷＭデューティを１変化させるとモータのオン時間はモータ１回転当り数十クロック分変化することになり、本来その系が持つ最大の分解能である１クロック単位でモータのオン時間を変化させることができず、モータの回転速度制御が粗くなってしまうという問題がある。
【００１１】
また、モータ１回転中の各ＰＷＭ周期に１クロック単位でモータのオン時間を分散させてデジタルＰＷＭによる単位時間あたりの電力制御の分解能を向上させた場合は、モータのオン時間をその系が持つ最大の分解能である１クロック単位で変化させることができるが、モータのオン時間を変化させるＰＷＭ周期がモータの回転速度検出点を起点としたモータ１回転の周期の終りの方に存在するような条件では、モータのオン時間の微小な変化がモータの回転速度に反映されるまでに時間がかかるために回転速度変動に対する追従性が悪く、回転速度変動周期の短い系では回転速度が安定しにくいという問題がある。
【００１２】
また、モータ回転速度の制御目標値に対する差異を直接ＰＷＭデューティに反映させる場合には、少なくとも基準となるデューティに変化分の加算を行なう必要があり、場合によっては変化分に対する乗算も必要となる。このような演算をハードウエアで高速に行なう場合は回路規模が大きくなるという問題があり、ソフトウエアで行なう場合はマイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサ等の演算を実行するユニットが必要な上に回転速度変動検出から演算結果を反映させるまでに時間がかかるために回転速度変動に対する追従性が悪いという問題がある。また、何れの場合も、コストが高くなるという問題がある。
【００１３】
本発明の１つの目的は、制御系のもつ最高の分解能で自動調整することができるモータの回転制御方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、簡単な回路構成で行うことができ、レスポンスの早いモータの回転制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別に、モータ１回転中の特定の１点または複数点でリセットされ且つモータ回転周期の制御目標値を１または複数周期とするカウンタのリセットから一定時間および前記カウンタの１または複数周期終了前後の一定時間モータをオンする期間を設けるように制御することにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のモータの回転制御方法を実施する制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態におけるモータは、例えばレーザプリンタや複写機の光走査装置における回転多面鏡の駆動制御に適用し得る。
【００１７】
この実施の形態において、モータ１２は、三相ブラシレスモータである。回転制御装置は、クロックを出力する発振器１と、クロックを分周してカウント・クロックを出力する分周器２と、カウント・クロックをカウントするカウンタ３と、制御目標値に対するモータ回転速度の差異を検出して差異情報を出力すると共にリセット・パルスを出力する速度比較部４と、差異情報をもとにＰＷＭデューティを増減させるＰＷＭデューティ制御部５と、ＰＷＭスタート・パルスを出力するＰＷＭジェネレータ制御部６と、ＰＷＭ波形を出力するＰＷＭジェネレータ７と、ＰＷＭ制御から独立してモータのオン信号を出力する追加オン信号制御部８と、モータの回転位置を検出するＡ相検出用ホールセンサ１３と、Ｂ相検出用ホールセンサ１４と、Ｃ相検出用ホールセンサ１５と、各相検出用ホールセンサの出力をもとにモータの励磁コイルを選択するための相切換信号を出力する相切換制御部９と、相切換信号とＰＷＭ出力と追加オン信号とからモータの適切なコイルに電力を供給する電力制御部１０と、モータのコイルに流れる電流を設定値と比較して過電流検出を行なう過電流検出部１１を備える。
【００１８】
次に、この回転制御装置の動作を説明する。
【００１９】
分周器２は、発振器１から出力されるクロックをモータの回転速度設定に応じた分周率、例えば基準となるモータ回転速度の場合は２０分の１に分周し、１．２５倍速の場合は１６分の１に分周し、１．３３倍速の場合は１５分の１に分周し、１．４３倍速の場合は１４分の１に分周したカウント・クロックを出力し、後述する速度比較部４が出力するリセット・パルスでリセットされる。
【００２０】
カウンタ３は、前記カウント・クロックを０から３９までカウントする下位カウンタ（図示省略）および該下位カウンタの１周期を１カウントとして０から１２７までカウントする上位カウンタ（図示省略）によって構成し、全体で０から５１１９までカウントしてカウント値として出力すると共に、後述する速度比較部４が出力するリセット・パルスでリセットされる。また、カウンタ３の上位カウンタは、カウント値が１２７に到達した場合はリセットされるまで停止するように構成している。なお、カウンタ３をこのような構成にしているのは、ＰＷＭ周期をモータの回転周期の制御目標値の整数分の１にすることにより、後述するようにモータ回転速度の安定性をより高めるためである。
【００２１】
ここで、カウンタ３の出力は、速度検出手段となる速度比較部４に入力し、速度比較部４は、予め規定した基準値、例えば２５６０と、後述するＡ相検出用ホールセンサ１３が出力する回転センサ出力の立ち上がりエッジにおける前記カウンタ３の出力とを比較して、制御目標値に対するモータの回転速度の差異を検出し、差異情報としてＰＷＭデューティ制御部５に与える。また、速度比較部４は、前記回転センサ出力の立ち上がりエッジで速度比較処理を行なった後、リセット・パルスを発生して分周器２とカウンタ３をリセットし、次の１回転における回転速度検出シーケンスに入るが、回転センサ出力の立ち上がりエッジからリセット・パルスの立ち下りまでの時間は、発振器１が出力するクロックの１周期よりも短い時間となるような回路構成としている。
【００２２】
また、カウンタ３の出力は、ＰＷＭジェネレータ制御部６にも入力し、この実施の形態では、カウンタ３の下位カウンタをＰＷＭ周期規定手段であるＰＷＭ周期用カウンタとして使用し、カウンタ３の下位カウンタが０となったときにＰＷＭジェネレータ制御部６がＰＷＭスタート・パルスを発生して、ＰＷＭ周期の６４周期がモータの回転周期の制御目標値と一致するようにしている。
【００２３】
また、ＰＷＭデューティ調整手段となるＰＷＭデューティ制御部５は、前記差異情報をもとにしてＰＷＭジェネレータ７に与えるＰＷＭデューティ・データを増減させる。なお、ＰＷＭデューティ・データは、１５ビットで構成しており、上位９ビットで表されるカウント数すなわち０から５１１カウントを各ＰＷＭ周期で共通に使用する基本ＰＷＭデューティとし、下位６ビットで表されるカウント数すなわち０から６３カウントを各ＰＷＭ周期に１カウントずつ分散して割り当て、１クロック単位でモータのオン時間を制御できるように構成している。
【００２４】
ＰＷＭジェネレータ７は、前記ＰＷＭスタート・パルスが入力されると出力をハイレベルにして、前記ＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからクロックのカウントを開始し、ＰＷＭデューティ・データで規定されるカウント数をカウントすると出力をロウレベルにする。このような動作を繰返して、ＰＷＭジェネレータ７は、ＰＷＭ波形を出力する。
【００２５】
モータ１２は、前述したように、三相のブラシレスモータであり、ロータが発生する磁界に対向するような向きで該ロータの外周または内周に沿って等間隔で配したＡ相検出用ホールセンサ１３とＢ相検出用ホールセンサ１４とＣ相検出用ホールセンサ１５によってロータの磁極位置を検出して、ロータの回転角すなわちモータの回転位相を検出する。これらの回転センサ出力は、相切換制御部９に入力し、ロータの回転角に応じて適切なコイルを励磁するように電力制御部１０に相切替信号を与える。
【００２６】
電力制御手段である電力制御部１０は、例えばＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成しており、相切替信号に対応したＭＯＳＦＥＴアレイのチャネルを前記ＰＷＭ波形に従ってオンまたはオフして、前期ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティに比例した電力をモータ１２へ供給する。
【００２７】
また、過電流検出部１１は、ＭＯＳＦＥＴアレイに流れる電流を監視し、ＭＯＳＦＥＴアレイを流れる電流が設定値を超えたときには過電流検出信号を出力する。この過電流検出信号は、電力制御部１０に入力し、電力制御部１０は過電流を検出したＰＷＭ周期が終了するまでＭＯＳＦＥＴアレイをオフする。ここで、前記ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティは、回転センサ出力の立ち上がりエッジにおけるカウンタ３の出力が前記基準値に一致するようにＰＷＭデューティ制御部５によって増減されるので、モータ１２の回転速度が制御目標値に等しくなるようにフィードバック制御される。
【００２８】
以上は、この実施の形態における基本となる動作であって前述した従来の制御技術と同様である。次に、本発明の特徴である以下のような制御技術が追加される。
【００２９】
追加オン信号制御部８は、カウンタ３の出力を入力しており、カウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときに、前記ＰＷＭ制御から独立した形でモータ１２をオンする追加オン信号を出力する。ここで、カウンタ３がリセットされたときには、カウンタ３の上位カウンタおよびカウンタ３の下位カウンタは共に０となり、上記条件の中に含まれている。
【００３０】
この追加オン信号は、電力制御部１０に入力しているので、モータ１２は、前記ＰＷＭ波形に加えて、前記追加オン信号でもオンすることになる。
【００３１】
この実施の形態では、追加オン信号制御部８は、ＡＮＤ論理とＯＲ論理とで構成しており、カウンタ３の出力の各ビットから該カウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときを検出するようにしている。
【００３２】
このように、追加オン信号制御部８は、僅かな論理回路の追加で安価に実現することができる。また、前記追加オン信号を発生する周期をモータ回転周期の制御目標値を等分割した時間とすることにより、モータの回転速度が制御目標値の近傍であれば、前記追加オン信号によるモータのオン期間がモータ１回転中にほぼ等間隔で配置されることになり、前記追加オン信号を与えることによるモータ１回転中のトルク分布のバラツキを抑制することができる。
【００３３】
また、同様に、ＰＷＭ周期をモータの回転周期の制御目標値の整数分の１にすることにより、モータの回転速度が制御目標値に一致したときにＰＷＭ制御によるモータのオン期間がモータ１回転中に等間隔で配置されることになり、モータ１回転中の回転速度の安定性を高めることができる。
【００３４】
また、この実施の形態におけるように、追加オン信号を発生する周期の基準となるカウンタがＰＷＭ周期規定手段を兼ねさせることにより、追加オン信号によるモータのオン期間による自動調整効果に関わる期間がＰＷＭ波形によるモータのオン期間中に発生することがないために、前述した制御による効果を確実に得ることができる。
【００３５】
なお、この実施の形態では、カウンタ３は、カウント・クロックを０から３９までカウントする下位カウンタと該下位カウンタの１周期を１カウントとして０から１２７までカウントする上位カウンタとによって構成したが、下位カウンタと上位カウンタの組み合せは、他の組み合せとしても良いし、一つのカウンタでカウンタ３を構成しても良い。
【００３６】
また、この実施の形態では、速度比較部４は、回転センサ出力の立ち上がりエッジでカウンタ３の出力と基準値を比較する構成としたが、回転センサ出力の立ち下りエッジで比較するように変形しても良い。
【００３７】
また、この実施の形態では、速度比較部４が比較する基準値を２５６０に設定したが他の値としても良い。
【００３８】
また、この実施の形態では、ＰＷＭ周期の６４周期がモータの回転周期の制御目標値と一致するように構成したが、ＰＷＭ周期がモータの回転周期の制御目標値の整数分の１となるような関係であれば良い。
【００３９】
また、この実施の形態では、ＰＷＭデューティ・データを１５ビットで構成しているが、１４ビットで構成しても良いし、他のビット数で構成しても良い。
【００４０】
また、この実施の形態では、ＰＷＭ波形のハイレベルのデューティで電力制御部１０がモータ１２に供給する電力を制御するように構成したが、ＰＷＭ波形のローレベルで制御するように構成しても良い。
【００４１】
また、この実施の形態では、電力制御部１０をＭＯＳＦＥＴアレイとその制御ロジックで構成したが、例えばトランジスタとその制御ロジックのように他の構成としても良い。
【００４２】
また、この実施の形態では、追加オン信号を出力するタイミングをカウンタ３の上位カウンタが０，１６，３２，４８，６４，８０，９６，１１２で且つカウンタ３の下位カウンタが０，１，３８，３９のときとしたが、例えば総てＰＷＭ周期毎に追加オン信号を出力するように構成しても良いし、他のカウンタ値におけるＰＷＭ周期としても良い。
【００４３】
また、この実施の形態では、追加オン信号制御部８をＡＮＤ論理とＯＲ論理とで構成しているが、他の論理素子を用いても良いし、追加オン信号を一旦ラッチしてから使用するように構成しても良い。
【００４４】
次に、追加オン信号により得られる効果について、図２を参照して説明する。なお、図を簡単にするために、図２ではＰＷＭ周期の４周期をモータ回転周期の制御目標値としている。
【００４５】
図２（ａ）は、モータの回転周期とその制御目標値との差異であるΔｔが０の場合、すなわち、モータの回転速度と制御目標値が一致している場合のモータ・オン信号を示すタイミングチャートである。
【００４６】
ＰＷＭ周期用カウンタは、一定の周期で一周して０に戻るが、回転センサの立ち上がりエッジ毎に出力されるリセット・パルスによってもリセットされる。ここで、ＰＷＭ周期用カウンタが０のときにＰＷＭスタート・パルスが出力されるような構成としており、ＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりにＴdの時間遅れを加えたタイミングでＰＷＭ出力がハイレベルになる。ＰＷＭ出力は、ＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからＴPWMの期間ハイレベルを維持してローレベルになる。追加オン信号は、ＰＷＭ周期用カウンタがｍ1以上またはｍ2以下の場合にハイレベルとなるように構成しており、図２（ａ）における追加オン信号の立ち上がりからＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりまでをＴ1、ＰＷＭスタート・パルスの立ち上がりから追加オン信号の立ち下がりまでをＴ2とする。図２（ａ）の条件ではモータのオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1＋Ｔd＋ＴPWM
となるが、Ｔ1およびＴdは一定であるので、ＰＷＭ周期毎のＴonの違いは、ＴPWMのみに依存する。すなわち、ＰＷＭデューティが一定であれば、モータ１回転当りのモータオン時間は一定になる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）は、モータの回転周期がその制御目標値に対してΔｔ＜Ｔ1だけ短い場合のモータ・オン信号を示しており、リセット・パルス前後を拡大したタイミングチャートである。この場合、ＰＷＭ周期カウンタは、回転センサ出力の立ち上がり時において、通常の場合に比べてΔｔだけ短い周期でリセットされるために、追加オン信号の立ち上がりからＰＷＭスタート・パルスまでの時間は、Δｔだけ短くなる。したがって、リセット・パルス前後のモータオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1−Δｔ＋Ｔd＋ＴPWM
となり、モータ１回転当りのモータオン時間は、図２（ａ）の場合に比べてΔｔだけ短くなる。
【００４８】
次に、図２（ｃ）はモータの回転周期がその制御目標値に対してΔｔ＜Ｔ2だけ長い場合のモータ・オン信号を示しており、リセット・パルス前後を拡大したタイミングチャートである。この場合、ＰＷＭ周期カウンタは、回転センサ出力の立ち上がり時において、通常の場合に比べてΔｔだけ長い周期でリセットされるために、一旦ＰＷＭスタート・パルスが発生してＰＷＭ出力がハイレベルになった後で、再度ＰＷＭスタート・パルスが発生することになる。ＴPWMは、最後のＰＷＭスタート・パルスが立ち下がってからの時間となるので、リセット・パルス前後のモータオン時間Ｔonは、
Ｔon＝Ｔ1＋Δｔ＋Ｔd＋ＴPWM
となり、モータ１回転当りのモータオン時間は、図２（ａ）の場合に比べてΔｔだけ長くなる。
【００４９】
以上の関係から、この実施の形態の如く、追加オン信号を制御に加えることによって、モータの回転周期がその制御目標値に対して短い、すなわち、モータの回転速度が制御目標値よりも速い場合は、モータの回転速度と制御目標値の差異に比例してモータ１回転当りのモータオン時間が短くなり、逆にモータの回転周期がその制御目標値に対して長い、すなわち、モータの回転速度が制御目標値よりも遅い場合は、モータの回転速度と制御目標値の差異に比例してモータ１回転当りのモータオン時間が長くなる。したがって、Δｔ＜Ｔ1且つΔｔ＜Ｔ2の範囲であれば、モータの回転速度が変動しても制御目標値との差異に比例してモータのオン時間が自動調整され、モータの回転速度が安定するように制御される。また、速度比較直後にモータのオン時間を増減するために、回転速度変動に対する追従性がよくなる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別に、モータ１回転中の特定の１点または複数点でリセットされ且つモータ回転周期の制御目標値を１または複数周期とするカウンタのリセットから一定時間および前記カウンタの１または複数周期終了前後の一定時間モータをオンする期間を設けることにより、モータ回転速度に対する制御目標値の差異に比例してモータのオン時間をその系のもつ最高の分解能で自動調整することが可能となると共に、ＰＷＭデューティの設定値となるデータに対して演算を行なう必要がないために回路構成が簡単でレスポンスの早いモータの回転制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの回転制御方法を実施する制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置における追加オン信号とモータのオン信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図３】従来のモータの回転制御方法を実施する制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１…発振器、２…分周器、３…カウンタ、４…速度比較部、５…ＰＷＭデューディ制御部、６…ＰＷＭジェネレータ制御部、７…ＰＷＭジェネレータ、８…追加オン信号制御部、９…相切換制御部、１０…電力制御部、１１…過電流検出部、１２…モータ、１３…Ａ相検出用ホールセンサ、１４…Ｂ相検出用ホールセンサ、１５…Ｃ相検出用ホールセンサ。
Claims (3)
- モータ回転速度を検出する速度検出手段と、制御目標値に対するモータ回転速度の差異に応じてＰＷＭデューティを増減させるＰＷＭデューティ調整手段と、ＰＷＭデューティ調整手段が設定したＰＷＭデューティに応じてモータに供給する電力を制御する電力制御手段と、モータ回転周期の制御目標値を複数周期とするＰＷＭ周期を規定するＰＷＭ周期規定手段と、モータ１回転中の特定の１点または複数点でリセットされ且つモータ回転周期の制御目標値を１または複数周期とするカウンタとを備えたモータ回転制御装置によるモータの回転制御方法おいて、
前記ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別に、前記カウンタのリセットから一定時間および前記カウンタの１または複数周期終了前後の一定時間モータをオンする期間を設けることを特徴とするモータの回転制御方法。 - 請求項１において、前記ＰＷＭデューティに応じたモータへの電力の供給とは別にモータをオンする期間の間隔は、モータ回転周期の制御目標値を等分割した時間とすることを特徴とするモータの回転制御方法。
- 請求項１または２において、前記カウンタは、前記ＰＷＭ周期規定手段を兼ねることを特徴とするモータの回転制御方法。
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