JP4717416B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明はモータ駆動装置に関し、特にＰｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ （ＰＷＭ）制御を行うモータ駆動装置に関する。

従来からビデオカメラなどのモータ駆動装置として、ＰＷＭ制御によるステッピングモータなどが用いられている。特許文献１には、このようなＰＷＭ制御により、ステッピングモータを駆動する回路の１例が示されている。

図５は、特許文献１に記載されたモータ駆動装置５０を示す回路図である。駆動装置５０は半導体集積回路で構成され、デレクション信号入力端子５１、出力端子５３、５４が設けられている。出力端子５３、５４にはステッピングモータ５５、入力端子５１にはデレクション信号発生回路（図示せず）が、それぞれ外部接続される。

ステッピングモータ５５は、例えば２相励磁方式の場合、図６に示すように４極の固定子を持ち、対抗する極にかけて、励磁コイルφ１，φ２が巻かれ、各コイルに９０°の位相差を持った電流を流すと回転子が回転する。従って、ステッピングモータ５５を回転させるには駆動装置５０は２個必要であるが、説明を簡明にするため、励磁コイルφ１又はφ２の片方を駆動する場合について以下説明する。

まず、ステップ基準電圧発生回路５０１から出力された正弦波状のステップ基準電圧に、三角波発生回路５０３からの三角波が重畳される。この重畳された信号が比較器５０４の正相入力に入力される。また、出力電流検出回路５０６により検出した信号は、比較器５０４の負相入力に入力される。比較器５０４では、入力された２つの信号を比較し、比較結果としてＰＷＭ制御信号をプリドライバ回路５０５に供給する。プリドライバ回路５０５はデレクション信号入力端子５１から入力される信号とＰＷＭ制御信号に基づいてＨブリッジ回路５０７を動作させる。その結果、ＰＷＭ制御信号に基づいて、モータ５５は擬似正弦波的に駆動される。

従来のモータ駆動装置５０において、ステップ基準電圧発生回路５０１から出力される正弦波は、詳細には図４に示すようなステップ状に変化する波形であり、この波形に基づいてＰＷＭ制御信号が生成されていた。しかしながら、このようなステップ状の波形に基づいてモータを駆動する場合、ステップの立ち上がり、立ち下がりのところでモータに対する励磁電圧の差が急峻になり、騒音、振動の原因となっていた。

そこで、ステップ基準電圧発生回路５０１の出力に対し、容量素子を接続することなどにより、急峻な立ち上がり、立ち下がりを緩やかにする手法も用いられている。しかしながら、このような手法を用いても、モータの回転速度が変化するため、その変化に追従できない場合があった。

例えば、モータが低速回転になった場合は、波形を十分に緩やかな立ち上がりにすることが出来ず、騒音が大きくなってしまう場合があった。一方、モータが高速回転になった場合は、容量素子がステップ基準電圧に対応した電圧に充電される前に、ステップ基準電圧発生回路の出力が変化してしまい、モータが正常に動作しなくなってしまう恐れがあった。
特開平１０−３０４６９８号公報

上述のように、従来のモータ駆動装置では、モータの騒音を十分に低減することが出来ず、また、モータの回転速度が変化した場合に回転速度の変化に追従してステップ状の波形の立ち上がり、立ち下がりの部分を調整することが困難であった。

本発明の実施の形態のモータ駆動装置は、ステップ状のステップ基準電圧を出力するステップ基準電圧発生回路と、ステップ基準電圧の周波数に基づいて、フィルタ回路の特性を制御するフィルタ制御信号を出力するフィルタ制御回路と、フィルタ制御信号に基づいて、ステップ基準電圧から基準電圧を生成するフィルタ回路と、基準電圧に基づいてＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ制御信号生成部とを有している。

また、ステップ基準電圧に基づいて、モータ駆動信号を出力するモータ駆動装置であって、ステップ基準電圧が入力されるフィルタ回路と、ステップ基準電圧の周波数に基づいてフィルタ回路の特性を変化させるフィルタ制御回路とを有している。

このような構成により、モータの速度変化に追従して騒音対策を行うことが可能となる。

モータの回転速度が変化しても、騒音を低減でき、速度変化に追従するモータ駆動装置とすることが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態のモータ駆動装置１０について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に関わるモータ駆動装置１０を示す図である。本実施の形態のモータ駆動装置１０は、ステップ駆動方式のステッピングモータ駆動装置である。

図１に示すように、実施の形態のモータ駆動装置１０は、ステップ基準電圧発生回路１、フィルタ回路２、フィルタ制御回路８、三角波発生回路３、比較器４、プリドライバ回路５、出力電流検出回路６、Ｈブリッジ回路７を有している。また、端子として、デレクション信号入力端子１１、外部容量接続端子１２、出力端子１３、１４が設けられている。

デレクション信号入力端子１１には図示しないデレクション信号発生回路から出力されたデレクション信号が入力されている。また出力端子１３、１４の間には図６に示したようなステッピングモータ１５が外部接続されている。

本実施の形態においても、ステッピングモータ１５を回転させるには駆動装置１０は２個必要であるが、説明を簡明にするため、励磁コイルφ１又はφ２の片方を駆動する場合について以下説明する。

ステップ基準電圧発生回路１は、図４に示したようなステップ状に変化する正弦波を出力する回路である。ステッピングモータ１５の回転速度は、このステップ基準電圧発生回路１の出力する正弦波の周波数に基づいて決定される。

フィルタ回路２は、ステップ基準電圧発生回路１の出力する波形の立ち上がり、立ち下がりを緩やかにするための回路である。このフィルタ回路２の出力する電圧が基準電圧として後述する三角波と重畳される。このフィルタ回路２は、フィルタ制御回路８の出力する制御信号に基づいて、そのフィルタ特性が変化させられる。フィルタ回路２の詳細な構成と動作については後述する。

フィルタ制御回路８は、ステップ基準電圧発生回路１の出力する正弦波（ステップ基準電圧）の周波数に基づいて、フィルタ制御信号を出力する回路である。三角波発生回路３は、ＰＷＭ制御信号生成の為の三角波を生成する回路である。この三角波発生回路の出力する三角波と、フィルタ回路２の出力する基準電圧とが重畳され、比較器４に入力される。

比較器４は、その正相入力に入力された信号と、負相入力に入力された信号を比較し、比較結果をＰＷＭ制御信号として出力する回路である。比較器１５の正相入力には上述の三角波と基準電圧を重畳した波形が入力される。比較器４の負相入力には出力電流検出回路６が検出した信号が入力される。比較器４の出力はＰＷＭ制御信号としてプリドライバ回路５に入力される。

プリドライバ回路５には、デレクション信号が入力され、その出力はＨブリッジ回路７に接続されている。プリドライバ回路５はデレクション信号とＰＷＭ制御信号に基づいてＨブリッジ回路を動作させる。Ｈブリッジ回路は、プリドライバ回路から与えられる信号に基づいて擬似正弦波的に制御された駆動電流を生成し、モータ１５へと出力する。モータ１５は、この駆動電流に基づいて動作する。

上述したように、本実施の形態のモータ駆動装置１０はステップ基準電圧発生回路１が出力する周波数に基づいて、フィルタ制御回路８の出力するフィルタ制御信号が変化する。また、フィルタ回路２は、フィルタ制御回路８の出力に基づいてその特性が変化させられる。つまり、フィルタ回路２は、ステップ基準電圧発生回路１の出力する正弦波の周波数に基づいて、その特性が変化する回路である。このようにステップ基準電圧の波形に基づいて特性が変化させられるフィルタ回路２について以下に説明する。

本実施の形態の、フィルタ回路２の詳細な構成について説明する。フィルタ回路２は、図１に示したように、外部容量接続端子１２に接続された容量素子と、複数の抵抗（図２中では３つ）を有する回路である。また、フィルタ回路２内には複数の抵抗の合成抵抗値を変化させるための複数のスイッチ（図２中では２つ）が設けられている。

図２に示したフィルタ回路２では、３つの抵抗２１、２２、２３が直列に接続され、抵抗２３は容量接続端子１２を介して外付けの容量素子１６に接続されている。このフィルタ回路２にはステップ基準電圧発生回路１の出力するステップ基準電圧（図４参照）が入力されている。入力されたステップ基準電圧は、この実施の形態では３つに分岐され、抵抗２１の一端、抵抗２１と２２の間のノードＮ１および抵抗２２と２３の間のノードＮ２へと供給されている。

ここで、ノードＮ１、Ｎ２には、第１のスイッチＳＷ１あるいは第２のスイッチＳＷ２を介してステップ基準電圧が供給されている。つまり、このスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフによってステップ基準電圧が、直列に接続された抵抗２１〜２３の間の、どのノードに供給されるかが決定される。また、このフィルタ回路２の出力は容量素子と抵抗２３との間のノードに対応している。このように構成することで、フィルタ回路２は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフによりそのフィルタ特性が変化する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）を構成している。上述のフィルタ回路２内の第１のスイッチＳＷ１および第２のスイッチＳＷ２はフィルタ制御回路８の出力する信号に基づいてオン・オフの制御が行われるスイッチである。

以下に本実施の形態のモータ駆動装置１０の動作について説明する。上述したようにステップ基準電圧発生回路１からはステップ状の正弦波が出力される。この時、フィルタ制御回路からは、この正弦波の周波数に応じてフィルタ制御信号が出力される。このステップ基準電圧の周波数は上述したようにモータの回転速度に対応している。

このフィルタ制御信号は、例えばモータが低速動作時（ステップ基準電圧の周波数が第１の所定値以下の時）であればスイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフにする。この場合、ステップ基準電圧は抵抗２１の端部に入力される。つまり合成抵抗値を最大にする。ステップ基準電圧は３つの抵抗と、容量素子から形成されるＬＰＦを介して、基準電圧として出力される。フィルタ回路２から出力された基準電圧は、その後、三角波と重畳されて比較器４へと入力される。

同様に、フィルタ制御信号は、例えばモータが中速動作時（ステップ基準電圧の周波数が第１の所定値より大きく、第２の所定値より小さい場合）であればスイッチＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフにする。この場合、ステップ基準電圧は、抵抗２１と２２との間のノードＮ１に入力される。ステップ基準電圧は抵抗２２、２３および容量素子から形成されるＬＰＦを介して出力され、その後三角波と重畳されて比較器４へと入力される。

また、フィルタ制御信号は、例えばモータが高速動作時（ステップ基準電圧の周波数が第２の所定値以上）であればスイッチＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンにする。この場合、ステップ基準電圧は、抵抗２２と２３との間のノードＮ２に入力される。ステップ基準電圧は抵抗２３と、容量素子から形成されるＬＰＦを介して出力され、その後三角波と重畳されて比較器４へと入力される。

このように、本実施の形態では、ステップ基準電圧がフィルタ回路２（ＬＰＦ）を介して出力される。このことにより、図４で示していたステップ状の波形は、急峻な変化を抑えた緩やかな正弦波とされる。また、モータの回転速度（ステップ基準電圧の周波数）に基づいて、フィルタ制御回路８がフィルタ回路２の特性を変化させる。具体的にはフィルタ回路２の抵抗値を変化させることにより、フィルタ回路２の時定数を変化させる。

図２および図３は、ステップ状に変化する入力波形と、フィルタ回路２を介して出力された基準電圧の波形を示す図である。図２は、モータが高速回転するときのステップ基準電圧および基準電圧を示している。図３は、モータが低速回転するときのステップ基準電圧および基準電圧を示している。

図２および図３に示すようにステップ状に変化するステップ基準電圧波形はＬＰＦを介して出力することで急峻な変化の抑えられた、緩やかに変化する正弦波状とされる。図３は、フィルタ回路２の特性を変化させ（時定数を大きくし）、低速動作に対応するステップ基準電圧が入力されたときのフィルタ回路２からの出力波形を示す図である。また、図３には、参考としてフィルタの特性を変化させない場合の低速回転時に、フィルタ回路２から出力される波形についても示してある。

仮にフィルタの特性を変化させない場合は、図３において破線で示したように、ステップ状の波形は変形するものの、その立ち上がり（あるいは立ち下がり）の部分で、基準電圧の変化が大きくなってしまう。それに対し本実施の形態では、モータの回転速度に基づいてフィルタ制御回路８がフィルタの時定数が最適となるようにフィルタ制御信号を出力する。そのため、モータの回転速度が変化しても図３に示したように緩やかに変化する波形として、基準電圧を出力することが可能である。

フィルタ回路２は、フィルタ制御信号に基づいて、その特性を変化させる。そのため、モータの回転速度に基づいて、急峻な変化のない基準電圧を出力することが可能である。本実施の形態のモータ駆動装置１０は、このように、急峻な変化の部分を緩やかにした正弦波を三角波と重畳する。その後、比較器３がＰＷＭ制御信号を生成する。ＰＷＭ制御信号とデレクション信号に基づいてプリドライバ回路５は、Ｈブリッジ回路７を動作させ、出力端子１３、１４からモータ駆動電流が出力される。

本実施の形態のモータ駆動装置１０によれば、ステップ基準電圧の急峻な変化をフィルタ回路２を介して抑えることで、モータが低速回転する時の騒音を防止することが可能となる。また、モータが高速回転するときにはフィルタ回路２の時定数を小さく設定することにより、フィルタ回路２を介して出力された基準電圧が目標とするステップ基準電圧に追従できなくなってしまう恐れもない。

以上、詳細に説明したように、本発明の実施の形態では、モータを回転させる回転速度に合わせて、フィルタ制御回路がフィルタの特性を変化させる。回転速度に合わせてフィルタの特性（実施の形態では時定数）が変化することにより、ステップ状に変化する波形の急峻な変化を緩やかにすることができる。また、時定数が常に最適値となるように制御することで、モータの速度が変化しても騒音対策をすることが可能となる。

以上の実施の形態では、ステップ基準電圧が入力されたノードから出力までの抵抗数でフィルタ回路の時定数を変化させる構成としたが、例えば並列に接続された抵抗のオン・オフで抵抗値を変化させる構成、可変抵抗を用いる構成などでもよく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態のモータ駆動装置を示す図である。 ステップ基準電圧とフィルタ回路を介して生成された基準電圧を示す図である。 ステップ基準電圧とフィルタ回路を介して生成された基準電圧を示す図である。 ステップ基準電圧が生成するステップ状の正弦波を示す図である。 従来のモータ駆動装置を示す図である。 モータを示す模式図である。

符号の説明

１、５０１ ステップ基準電圧発生回路
２ フィルタ回路
３、５０３ 三角波発生回路
４、５０４ 比較器
５、５０５ プリドライバ回路
６、５０６ 出力電流検出回路
７、５０７ Ｈブリッジ回路
８、５０８ フィルタ制御回路
１１、５１ デレクション信号入力端子
１２ 外部容量接続端子
１３，１４、５３、５４ 出力端子
１５、５５ ステッピングモータ
２１、２２、２３ 抵抗
Ｎ１、Ｎ２ ノード
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

Claims (5)

1. ステップ状のステップ基準電圧を出力するステップ基準電圧発生回路と、
   前記ステップ基準電圧の周波数に基づいて、フィルタ回路の特性を制御するフィルタ制御信号を出力するフィルタ制御回路と、
   前記フィルタ制御信号に基づいて、前記ステップ基準電圧から基準電圧を生成するフィルタ回路と、
   前記基準電圧に基づいてＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ制御信号生成部とを有するモータ駆動装置。
2. 前記フィルタ回路は、低域通過フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記フィルタ回路は、容量素子と、抵抗とを有し、
   前記抵抗の抵抗値を変化させることで、前記フィルタ回路の特性が変化させられることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記フィルタ回路は、
   容量素子と、
   直列に接続された複数の抵抗と、
   前記ステップ基準電圧を前記複数の抵抗の間のノードへと供給する複数のスイッチとを有し、
   前記フィルタ制御信号に基づいて、前記複数のスイッチの導通状態が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
5. ステップ基準電圧に基づいて、モータ駆動信号を出力するモータ駆動装置であって、
   前記ステップ基準電圧が入力されるフィルタ回路と、
   前記ステップ基準電圧の周波数に基づいて前記フィルタ回路の特性を変化させるフィルタ制御回路とを有するモータ駆動装置。

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