JP4482727B2 - シンクロナスモータの駆動制御回路、および駆動制御ｃｐｕ - Google Patents

Description

本発明は、シンクロナスモータの駆動を制御するシンクロナスモータの駆動制御回路、および駆動制御ＣＰＵに関する。

従来、パルス信号（交流または直流）によって駆動制御されるシンクロナスモータが知られている。この種のシンクロナスモータは、一般の交流電源を用いることができる利便性があり、かつ、１コイル構造（バイファイラー捲きを含む単相隈取り型）でありながら、瞬時に起動／停止し、電源電圧や負荷の変動にかかわらず、パルス信号の周波数に同期する特性を有し、常に一定の回転数が得られ、安価なことから、バルブ制御、複写機、遊技機器などに広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

図４は、シンクロナスモータ駆動制御回路の従来例を示すブロック回路図である。この図に示すように、シンクロナスモータを駆動制御するシンクロナスモータ駆動制御回路１００は、励磁信号及び駆動シーケンスに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号によりシンクロナスモータを駆動するように構成されている。励磁信号は、スタート／ストップ信号を兼ねるシンクロナスモータの駆動及び停止を規定するＯＮ／ＯＦＦ信号であり、駆動シーケンスは、シンクロナスモータの回転数を規定するクロックパルス信号である。
また、交流電源を用いることができない水回り箇所や地域などの環境の場合、このシンクロナスモータ駆動制御回路１００に、直流電源により駆動できるように公知のバイポーラ駆動回路やユニポーラ駆動回路を組み込んで使用される。バイポーラ駆動回路は、Ｈブリッジ回路とも呼ばれるもので、電流をモータに交互に流すことで交流を供給することができるものであり、ユニポーラ駆動回路は、一方のモータコイルの巻き始め側と、他方のモータコイルの巻き終わり側から電流を流し、モータ内で交流磁界を発生させるようにしたものである。

ところで、図４に示すシンクロナスモータ駆動制御回路１００は、標準のクロック信号を発生させる発振器（標準クロック発生回路）１０１と、該発振器１０１からのクロック信号に基づいて駆動シーケンスを出力する制御回路１０２と、駆動電源Ｖ_Ｍ及び駆動シーケンスの入力に応じてシンクロナスモータＭをパルス信号により駆動する駆動回路１０３と、駆動電源Ｖ_Ｍと駆動回路１０３の間に介設され、スタート／ストップ信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする接点１０４とを備えている。つまり、上記のシンクロナスモータ駆動制御回路１００は、駆動回路１０３に対して駆動シーケンスを常時出力し、接点１０４のＯＮ／ＯＦＦのみでシンクロナスモータＭの駆動及び停止を行うように構成されている。

しかしながら、上記のシンクロナスモータ駆動制御回路１００では、駆動回路１０３に対する励磁信号入力経路と駆動シーケンス入力経路が別々に構成され、モータ起動時において励磁信号と駆動シーケンスが非同期となるため、シンクロナスモータＭ自体の構造的特性から、交流や直流の使用電源に関わりなく、その起動が不安定になったり、シンクロナスモータＭが意に反して逆転してしまう可能性がある。つまり、シンクロナスモータＭを所定の回転方向に起動させるには、回転方向に対応する極性の初期駆動信号を所定時間以上出力する必要があるが、上記のシンクロナスモータ駆動制御回路１００では、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、シンクロナスモータの起動電流のゼロクロスポイントにおいて初期駆動信号の極性と出力時間Ｔｓにバラツキが生じるため、モータを正常に起動するに充分な時間を確保することができない場合や、ワーストケースでは、＋極性電源を必要とするにもかかわらず−極性電源を印加して逆転したり、逆位相で電流が殆ど流れない場合が生じ、結果、起動が不安定になるだけでなく、意に反して逆転する可能性がある。このため、例えば、タイマー装置など連続的に起動・停止動作の精度が要求されるものに用いられる場合には、これが時間的誤差となって表れるなどの不具合が生じ、特許文献１に記載されているように原点復帰用の位置センサを設けたりしなければならず、シンクロナスモータにおいても、この様な不具合を生じないステッピングモータと同等の起動性能を備えたものの出現が望まれていた。

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、励磁信号及び駆動シーケンスに基づいてシンクロナスモータを駆動／停止させるものでありながら、駆動シーケンス及び励磁信号を、クロック信号が入力された状態から、スタート／ストップ信号の入力に応じて、同期させた状態でその出力を開始し、これを停止させることにより、モータの駆動／停止を制御できるようにして、シンクロナスモータの起動が不安定になったり、シンクロナスモータが意に反して逆転してしまう不都合を解消し得て、ステッピングモータの起動特性と略同等の機能を具備することができるシンクロナスモータの駆動制御回路、および駆動制御ＣＰＵの提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明のシンクロナスモータの駆動制御回路は、パルス信号によって駆動制御されるシンクロナスモータの駆動制御回路であって、前記シンクロナスモータの励磁信号及び駆動シーケンスを出力する制御回路部と、該制御回路部が出力する励磁信号及び駆動シーケンスに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号によりシンクロナスモータを駆動する駆動回路部とを備え、前記制御回路部には、発振器から出力される所定周波数のクロック信号と、スタート／ストップ信号とが入力されるよう構成すると共に、前記制御回路部は、シンクロナスモータを起動するとき、前記励磁信号と駆動シーケンスとを、前記クロック信号が入力された状態から、前記スタート信号の入力に応じて、前記駆動回路部に対して同期させて出力を開始し、前記ストップ信号の入力に応じて、その出力を停止するよう構成されていることを特徴とするものである。
また、上記課題を解決するために本発明のシンクロナスモータの駆動制御ＣＰＵは、シンクロナスモータをパルス信号によって駆動制御する駆動回路部を、ＣＰＵに備えられた制御回路部によって制御するに、前記制御回路部には、発振器から出力される所定周波数のクロック信号と、スタート／ストップ信号とが入力されるよう構成すると共に、前記制御回路部は、前記励磁信号と駆動シーケンスとを、シンクロナスモータの起動時に、前記クロック信号が入力された状態から、前記スタート信号の入力に応じて、前記駆動回路部に対して同期せしめて出力を開始し、前記ストップ信号の入力に応じて、その出力を停止するよう構成されていることを特徴とするものである。

本発明は、上記のように構成したことにより、駆動シーケンス及び励磁信号に基づいてシンクロナスモータの駆動／停止を行うものでありながら、制御回路部は、駆動シーケンス及び励磁信号を、クロック信号が入力された状態から、スタート／ストップ信号の入力に応じて、完全に同期させた状態でその出力を開始し、これを停止させることができるので、発振器からのクロック信号入力の開始／停止のみに依存することなく、その出力と停止を行い得て、モータの駆動／停止を、スタート／ストップ信号を操作信号として制御することができる。しかも、モータを所定の回転方向に起動させるべく、回転方向に対応する極性の初期駆動信号を出力するにあたり、初期駆動信号の極性と出力時間にバラツキが生じることを回避し、モータを正常に起動するに充分な時間を確保することができるばかりか、起動時に必要な＋極性電源を常に印加することができ、逆位相で電流が殆ど流れないなどの不具合を解消することができる。その結果、生成される駆動シーケンスと共に励磁信号を同期出力する制御回路部によって、モータ起動時における動作の安定性を確保できるだけでなく、意に反した逆転駆動を確実に防止することができ、シンクロナスモータにおいても、交流電源を用いることができない地域や水回り箇所など使用電源に関わりなく、ステッピングモータと略同等の起動特性を有する制御が行えるようになり、タイマー装置などの起動精度が要求されるものにおいても、原点復帰用の位置センサなどの別途部品を設ける必要性がなくなり、高価なステッピングモータに替えて利用することをも可能ならしめ、その用途、利用範囲を拡大することができる。

以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するシンクロナスモータ駆動制御回路を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシンクロナスモータ駆動制御回路のブロック回路図である。この図に示されるシンクロナスモータ駆動制御回路１０は、ＣＰＵ１と駆動回路部１３によってシンクロナスモータＭの駆動制御を行うように構成されている。シンクロナスモータＭは、交流電圧の印加によって同期駆動する交流モータであり、通常の交流電源（必要において直流電源）を用いて駆動することが可能であるが、一定の回転数を得たい場合や、回転数を任意に変化させたい場合には、任意のパルス信号を生成可能なシンクロナスモータ駆動制御回路１０が用いられる。このシンクロナスモータ駆動制御回路１０は、シンクロナスモータＭの駆動及び停止を規定する励磁信号と、シンクロナスモータＭの回転数を規定する駆動シーケンスとに基づいてパルス信号（交流、直流）を生成するように構成されており、シンクロナスモータＭの駆動／停止及び回転数を制御することが可能である。以下、本発明の実施形態に係るシンクロナスモータ駆動制御回路１０の構成及び作用を説明する。

図１に示すように、シンクロナスモータ駆動制御回路１０は、発振器（クロック発生回路）１１、制御回路（制御回路部）１２及び駆動回路（駆動回路部）１３を備えて構成されている。駆動回路１３は、上述した励磁信号及び駆動シーケンスを入力すると共に、駆動電源Ｖ_Ｍから供給される直流電圧を、励磁信号及び駆動シーケンスに対応したパルス信号に変換し、このパルス信号を用いてシンクロナスモータＭに電源を出力するものであり、回路構成は、従来のものとほぼ同様であり、発振器１１と制御回路１２は回路ブロックとしてＣＰＵ１に備えられている。

発振器１１は、所定周波数のクロック信号を発生する回路であり、発生したクロック信号は制御回路１２に入力される。本実施形態の発振器１１は、スタート／ストップ信号（シンクロナスモータＭの操作信号）を入力するようにしてあり、スタート信号の入力に応じて、クロック信号の出力を開始する一方、ストップ信号の入力に応じて、クロック信号の出力を停止するように構成されている。

制御回路１２は、発振器１１から入力したクロック信号に基づいて所定の駆動シーケンスを生成し、これを励磁信号と共に駆動回路１３に出力するように構成されている。図４に示す従来の制御回路１０２では、駆動回路１０３に対して駆動シーケンスを常時出力していたが、本実施形態の制御回路１２は、スタート信号の入力に応じて、駆動シーケンス及び励磁信号の出力を開始し、ストップ信号の入力に応じて、駆動シーケンス及び励磁信号の両方の出力を停止するようになっている。しかも、前述したように、制御回路１２にクロック信号を入力する発振器１１も、スタート／ストップ信号に応じて、クロック信号の出力を開始／停止させるので、図２に示すように、駆動シーケンスと励磁信号は、完全に同期された状態で出力が開始される。これにより、駆動回路１３では、初期駆動信号（回転方向を規定する極性の初期電流）の出力時間Ｔｓが十分に確保されたパルス信号を生成することが可能になる。また、出力時間Ｔｓは、モータ起動時の固定子と回転子の正しい位置関係を定めるための時間であり、この最初の出力時間Ｔｓを他の周期より長く設定することで更に動作を安定させることが可能となる。尚、図２に示すＴ１〜Ｔ４は、トーテムポール貫通電流保護のためのタイマー時間である。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、シンクロナスモータ駆動制御回路１０は、励磁信号及び駆動シーケンスに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号によってシンクロナスモータＭを駆動させるのであるが、制御回路１２には、発振器１１から出力される所定周波数のクロック信号と、スタート／ストップ信号とが入力されるよう構成されており、図２に示すように、駆動シーケンスと励磁信号は、クロック信号が入力された状態から、スタート信号の入力に応じて、駆動回路１３に対し、シンクロナスモータの起動電流のゼロクロスポイントにおいて完全に同期された状態で出力が開始され、ストップ信号の入力に応じて、その出力を停止する構成となっているので、制御回路１２は、駆動シーケンスと励磁信号について、発振器１１からのクロック信号入力の開始／停止のみに依存することなく、その出力と停止を行い得て、モータの駆動／停止を、スタート／ストップ信号を操作信号として制御することができると共に、駆動回路１３では、初期駆動信号の出力時間Ｔｓが充分に確保されたパルス信号を生成することが可能になる。これにより、必要とする＋極性電源を確実に印加できるようになり、初期駆動信号の極性と出力時間Ｔｓにバラツキが生じたり、逆位相が生じたりすることを回避し、電源ＯＮを含むモータ起動時における動作の安定性を確保できるだけでなく、意に反した逆転駆動を確実に防止することができ、その結果、生成される駆動シーケンスと共に励磁信号を同期出力する制御回路１２によって、シンクロナスモータにおいても、交流電源を用いることができない地域や水回り箇所など使用電源に関わりなく、ステッピングモータと略同等の起動特性をもたせた制御が行えるようになり、タイマー装置などの起動精度が要求されるものにおいても、原点復帰用の位置センサなどの別途部品を設ける必要性がなくなるばかりか、高価なステッピングモータに替えて利用することをも可能ならしめ、その用途、利用範囲を拡大することができる。

また、本実施形態のシンクロナスモータ駆動制御回路１０は、シンクロナスモータＭを停止するとき、駆動回路１３に対する励磁信号だけでなく駆動シーケンスの出力をも停止させるため、モータ起動時において励磁信号と駆動シーケンスを容易に同期させることができるだけでなく、最初に流れるモータ電流の時間Ｔｓを充分確保することができ、モータ停止時の信号出力によって誤作動をまねく不都合も回避することができる。

図１に示す本発明のシンクロナスモータ駆動制御回路１０と、図４に示す従来のシンクロナスモータ駆動制御回路１００とを用い、下記の条件でモータ起動時における逆転駆動の発生回数を測定した。ちなみに、シンクロナスモータ駆動制御回路１０によるモータ起動は、励磁信号及び駆動シーケンスを同期出力させるシンクロスタートであり、シンクロナスモータ駆動制御回路１００によるモータ起動は、駆動シーケンスを常時出力し、励磁信号を任意のタイミングで出力するランダムスタートである。

モータ：定格がＡＣ７Ｖのシンクロナスモータ
駆動回路：矩形波駆動回路（バイポーラ駆動）
駆動周波数：５０Ｈｚ
回路電圧：５Ｖ
モータ電圧：３〜５Ｖ

モータ電圧を３〜５Ｖの範囲で変更しながら、各モータ電圧で３００〜８００回のモータ起動を行ったところ、従来のシンクロナスモータ駆動制御回路１００によって起動させたシンクロナスモータＭでは、０〜２６回の逆転駆動が発生した。これに対して、本発明のシンクロナスモータ駆動制御回路１０によって起動させたシンクロナスモータＭでは、逆転駆動の発生が０回であった。また、従来のシンクロナスモータ駆動制御回路１００によって起動させたシンクロナスモータＭでは、不安定な動作が確認されたが、本発明のシンクロナスモータ駆動制御回路１０によって起動させたシンクロナスモータＭは、動作が常に安定していた。これにより、本発明に係るシンクロナスモータ駆動制御回路１０の逆転防止効果及び動作安定効果が確認された。

本発明の実施形態に係るシンクロナスモータ駆動制御回路のブロック回路図である。 本発明の実施形態に係るシンクロナスモータ駆動制御回路の出力波形を示す説明図である。 従来例と実施例の逆転発生回数を比較した表図である。 シンクロナスモータ駆動制御回路の従来例を示すブロック回路図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は従来例に係るシンクロナスモータ駆動制御回路の出力波形を示す説明図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
１０ シンクロナスモータ駆動制御回路
１１ 発振器
１２ 制御回路
１３ 駆動回路
１００ シンクロナスモータ駆動制御回路
１０１ 発振器
１０２ 制御回路
１０３ 駆動回路
１０４ 接点
Ｍ シンクロナスモータ

Claims (6)

1. パルス信号によって駆動制御されるシンクロナスモータの駆動制御回路であって、前記シンクロナスモータの励磁信号及び駆動シーケンスを出力する制御回路部と、該制御回路部が出力する励磁信号及び駆動シーケンスに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号によりシンクロナスモータを駆動する駆動回路部とを備え、
   前記制御回路部には、発振器から出力される所定周波数のクロック信号と、スタート／ストップ信号とが入力されるよう構成すると共に、
   前記制御回路部は、シンクロナスモータを起動するとき、前記励磁信号と駆動シーケンスとを、前記クロック信号が入力された状態から、前記スタート信号の入力に応じて、前記駆動回路部に対して同期させて出力を開始し、前記ストップ信号の入力に応じて、その出力を停止するよう構成されていることを特徴とするシンクロナスモータの駆動制御回路。
2. シンクロナスモータをパルス信号によって駆動制御する駆動回路部を、ＣＰＵに備えられた制御回路部によって制御するに、
   前記制御回路部には、発振器から出力される所定周波数のクロック信号と、スタート／ストップ信号とが入力されるよう構成すると共に、
   前記制御回路部は、前記励磁信号と駆動シーケンスとを、シンクロナスモータの起動時に、前記クロック信号が入力された状態から、前記スタート信号の入力に応じて、前記駆動回路部に対して同期せしめて出力を開始し、前記ストップ信号の入力に応じて、その出力を停止するよう構成されていることを特徴とするシンクロナスモータの駆動制御ＣＰＵ。
3. 前記発振器には、スタート／ストップ信号が入力されるよう構成すると共に、前記シンクロナスモータを停止するとき、前記発振器と制御回路部の何れかにストップ信号が入力されることに応じて、前記駆動回路部に対する励磁信号及び駆動シーケンスの出力を停止させることを特徴とする請求項１に記載のシンクロナスモータの駆動制御回路。
4. 前記発振器には、スタート／ストップ信号が入力されるよう構成すると共に、前記シンクロナスモータを停止するとき、前記発振器と制御回路部の何れかにストップ信号が入力されることに応じて、前記駆動回路部に対する励磁信号及び駆動シーケンスの出力を停止させることを特徴とする請求項２に記載の駆動制御ＣＰＵ。
5. 前記制御回路部は、前記クロック信号入力に基づいて所定の駆動シーケンスを生成し、前記励磁信号と共に出力することを特徴とする請求項１または３に記載のシンクロナスモータの駆動制御回路。
6. 前記制御回路部は、前記クロック信号入力に基づいて所定の駆動シーケンスを生成し、前記励磁信号と共に出力することを特徴とする請求項２または４に記載の駆動制御ＣＰＵ。