JPH01218379A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は°モータ駆動回路において、モータの回転情
報を検出するエンコーダの出力信号から誤り情報を除去
するエンコーダ信号処理回路の改良に関する。

（従来の技術） 一般にブラシレスモータの駆動回路は第３図に示すよう
に構成されている。第３図において、１１は三相交流駆
動方式のブラシレスサーボモータ（ＳＭ）である。この
モータ１１の駆動は直流電源１２の出力を駆動電流制御
回路１３でトルク指令（速度）に応じて変換した三相交
流駆動電流によって行なう。モータ１１の回転情報は磁
気式エンコーダ１４によってエンコーダ信号として検出
される。このエンコーダ信号は信号処理回路１５で波形
整形され、さらに所定の信号形式に変換され、モータ回
転情報として駆動電流制御回路１３に送られる。この駆
動電流制御回路１３はインバータ１３１によって直流電
源１２からの電源入力を三相交流駆動電流に変換する際
に、エンコーダ信号変換部１３２によってデジタル化さ
れたモータ回転情報と外部からのトルク指令とを制御部
１３３にて比較し、トルク指令にモータ回転情報が追従
するように電流検出器１３４でインバータ１３１の出力
電流量を監視しながらインバータ１１１の出力電流量を
制御することによって、モータ１１をトルク指令の回転
速度にサーボ制御するようになっている。

ここで、上記磁気式エンコーダ１４は第４図に示すよう
に構成される。°第４図において、モータ１１の回転軸
１１１には回転ドラム１４１が装着されている。この回
転ドラム１４１の周面には６種（Ａ、Ｂ。

２：定常運転用、φ１．φ２．φ３：さぐり運転用）の
磁気パターンが記録されており、各磁気パターンは回転
ドラム１４１の周面から数十μｍ離れた位置に設けられ
た磁気センサ（ヘッド）１４２によってパラレルに検出
された後、それぞれプリアンプ（ＰＲＥ）１４３に入力
される。このプリアンプ１４３には第５図に示すような
シュミットトリガタイプのコンパレータが各パターンに
対応するセンサ信号毎に設けられ、オペアンプ１５１を
用いてセンサ信号を他方の入力端に入力される基準電圧
Ｖ　ＲＥＦをしきい値電圧として波形整形し、不要な信
号成分を除去するようになっている。

各センサ信号（Ａ、Ｂ、Ｚ、　　φ１．φ２．φ、）の
タイミング関係を第６図及び第７図に示す。第６図はモ
ータ１１が正方向（ＣＷ）に回転した場合、第７図は逆
方向（ＣＣＷ）に回転した場合の出力タイミングを示し
ている。Ａ相とＢ相は互いに９０＠位相がずれており、
２相はＡ相の周期の１０２４倍（２’）と同期するよう
になっている。

ここで第６図及び第７図かられかるように、各センサ信
号が回転方向に応じて位相関係が異なる。

つまり、Ａ相に同期している２相のパルス期間における
Ｂ相の立上がりの存無を検出することによって位相関係
を検出し、これによって回転方向の判断を回路的に行な
うことができる。これらのセンサ信号は信号処理回路１
５に入力される。

この信号処理回路１５は、詳細を図示しないが、クロッ
ク発生回路、比較信号生成回路及びさぐり運転／定常運
転切換回路を有する。クロック生成回路は入力センサ信
号のＡ相及びＢ相のエツジパルスによってＡ相（または
Ｂ相）の４倍の周期を持つクロック信号を発生する。比
較信号生成回路は１２ビツト出力のカウンタで構成され
、クロック信号によって第６図及び第７図に示すような
タイミング信号ＡＡＢＳＯ〜ＡＡＢＳＩＩを生成する。

このタイミング信号ＡＡＢＳＯ〜ＡＡＢＳＩＩは回転子
をトルク指令に応じて位置決めしてモータ１１を駆動す
るための比較信号となる。この比較信号生成に際し、２
相のパルスは比較信号生成回路のクリア信号となる。さ
ぐり運転／定常運転切換回路は始動時にφ１〜φ３の信
号を駆動電流制御回路１３に送りで２相が検出されるま
で（１回転以内）モータ１１をさぐり運転させ、２相検
出後は比較信号ＡＡＢＳＯ〜ＡＡＢＳＩＩに切換えて定
常運転を行なうものである。切換スイッチには一般に第
８図に示すＳ−Ｒフリップフロップが用いられ、セット
端子Ｓには２相パルスが入力され、リセット端子Ｒには
電源投入時に発生されるイニシャライズ信号ＩＮＩが人
力され、Ｑ端子からさぐり運転／定常運転切換信号が出
力されるようになっている。

ところで、エンコーダ１４の２相出力は、実際にはセン
サの構造上、第９図に示すように人相及びＢ相の影響を
受けてノイズ成分が重畳してしまう波形整形後の２相パ
ルス幅とＡ相パルス幅はサーボ動作を行なう上で同一を
要求されるため、２相を波形成形するコンパレータのし
きい値はＡ相、Ｂ相ノイズレベルのぎりぎり（約１００
ｍＶ）まで下げざるを得ない状況にある。第９図に一般
的なレベル例を付加して示す。このようなことがら上記
駆動回路では、わずかな外部変動要因によってＡ相、Ｂ
相のノイズがＺ相に重畳され、モータの制御を不能にし
てしまう。主な外部変動要因としては以下のものがある
。

（１）　　センサ取付は歪（数十μｍオーダー）による
磁気ドラム１４１及びヘッド１４２間の隙間の変化。

（２）　　モータ回転数の変動（低速運転時と高速運転
時）によるセンサ出力レベルの変動（数十ｍＶ程度）。

（３）シきい値を設定しているオペアンプＯＰの基準電
位Ｖ　ＲＢＰの変動。

（４）　　外来ノイズ、外部磁気の影響。

（５）　　パターンの磁気、ヘッド１４２の温度ドリフ
ト。　や経年変化。

以上のような要因によって２相の波形成形パルスにノイ
ズが乗ると、°モータ軸が１回転しないうちに２パルス
が現われるため、回転子位置決め用のカウンタがクリア
され、制御部１３３でトルク指令値との比較ができなく
なり、これによってモータ、１１の回転が不規則になる
。したがって、サーボモー９の特徴である回転数制御あ
るいはトルク制御を行なうことができなくなって制御が
不正確になり、意味をなさない。また、回転初期に２相
にノイズが乗ると、回転方向を２相のパルス位置でＢ層
のパルスの立上がりの有無を検出して決めているので、
モータ１１の正転（ＣＷ）、逆転（ＣＣＷ）の区別がで
きなくなり、モータ１１は回転せずに振動を起こしてし
まう。

（発明が解決しようとする課８） 以上述べたように従来のモータ駆動回路では、回転基準
位置を示すエンコーダ信号を波形成形してパルス信号に
変換する際、しきい値をノイズレベルから離して設定す
ることはセンサの特性上困難であるため、わずがな外部
変動要因によってもノイズが乗ってしまい、その結果安
定したモータ運転が難しかった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、センサの特性にかかわらず、簡単な構成で回転基準位
置を示すエンコーダ信号からノイズ成分を確実に除去し
て安定したモータ運転を実行可能なモータ駆動回路を提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明に係るモータ駆動回
路は、トルク指令値に応じてモータを回転駆動するもの
であって、モータ回転軸にドラムを装着し、このドラム
の周面に１回転に一個の２相パルス信号とこの２相パル
ス信号と同期し該２相パルス信号のパルス幅の２倍の周
期でｎ個のパルスを有するＡ相パルス信号列とこのＡ相
パルス信号列と同一周期゛かつ同一個数で位相の異なる
Ｂ相パルス信号列を予め記録しておき、ドラム周面の近
傍に配置したセンサにょつて各信号をモータ回転情報と
して検出し、各検出信号をそれぞれ基準値と比較して波
形成形し、２相パルス信号のパルス検出期間のＢ相パル
ゑ信号が立上っているか否か判別することによってモー
タの回転方向を検出し、２相パルス信号によってクリア
されるカウンタにＡ相パルス信号を入力し、このカウン
タの計数値と外部からのトルク指令値と比較して両者が
一致するように前記モータを駆動制御するモータ駆動回
路において、前記２相パルス信号の入力をラッチするラ
ッチ回路と、このラッチ回路の出力とＡ相パルス信号の
反転信号との論理積を演算する論３１積ゲート回路と、
この論理積ゲート回路の出力をリセット信号として入力
し該リセット信号解除後にＡ相パルス信号の反転信号の
パルス入力回数を計数するカウンタと、このカウンタの
計数値がＯのとき前記ラッチ回路にリセット信号を送り
、計数値がｎ−１のとき補正パルス信号を出力するゲー
ト回路と、前記２相パルス信号及び補正パルス信号を入
力し、両信号の論理和を演算して２相パルス信号を補正
出力する論理和ゲート回路とを具備して構成される。

（作用） 上記構成によるモータ駆動回路では、２相パルス信号の
入力をラッチ回路でラッチし、このラッチ出力をゲート
回路からのリセット信号によってリセットし、このラッ
チ回路の出力とＡ相パルス信号の反転信号との論理積を
演算してカウンタのリセット信号とする。これによって
カウンタの計数値はＺ相パルス信号の入力とＡ相パルス
信号の反転信号の入力を条件として０にクリアされる。

カウンタの計数値が０になるとゲート回路か゛らのリセ
ット信号によってラッチ回路がリセットされ、次の２相
パルス信号の入力を待機する。カウンタはリセット信号
解除後に人相パルス信号の反転信号のパルス入力回数を
計数する。このカウンタの計数値がｎ−１になるとゲー
ト回路から補正パルス信号が出力され、論理和ゲート回
路からＡ相パルス信号のパルス幅に補正された２相パル
ス信号が出力される。このため、波形成形時の基準値を
高く設定してもＺ相パルス信号のパルス幅をＡ相パルス
信号のパルス幅に一致させることができるので、人相パ
ルス信号の検出時におけるノイズ成分を確実に除去する
ことができる。

（実施例） 以下、第１図及び第２図を参照してこの発明の一実施例
を説明する。

第１図は第３図乃至第９図で説明したモータ駆動回路に
この発明を適用した場合の構成を示すもので、端子２１
には２相パルスが人力され、端子２２にはＡ相パルスが
入力され、端子２３にはイニシャライズ信号ＩＮＩが入
力される。２相パルスはノイズレベルより十分高いしき
い値によって波形成形されたものである。２相パルスは
Ｓ−Ｒフリップフロップ２４のセット端子Ｓに供給され
、またオア回路２５の一方の入力端に供給される。Ｓ−
Ｒフリップフロップ２４のリセット端子Ｒにはオア回路
２Ｂを介してイニシャライズ信号ＩＮＩが供給され、そ
のＱ出力はアンド回路２７の一方の入力端に供給される
。このアンド回路２７の他方の入力端にはＡ相パルスが
反転入力され、その出力はカウンタ２Ｂのリセット端子
Ｒに供給される。

カウンタ２８は１０ビツト出力（Ｑｌ−ＱＩＯ）であり
、クロック入力端ＣＰに供給されるＡ相反転パルスをリ
セット信号が解除されている量計数し、その計数値をゲ
ート回路２９に送るものである。このゲート回路２９は
カウンタ２８の計数値が０のときリセット信号をオア回
路２３を介してフリップフロップ２４に送り、１０２３
のとき補正パルスをオア回路２５の他方の入力端に供給
するものである。オア回路２５の出力は補正されたＺ相
パルスとして前述したＡＡＢＳＯ〜ＡＡＢＳＩＩの生成
及びさぐり運転／定常運転の切換えに供される。

上記構成において、以下第２図に示す各出力のタイミン
グ図を参照してその動作を説明する。

まず、電源投入直後にはイニシャライズ信号ＩＮＩが発
生してフリップフロップ２４をリセットすると共に、パ
ルスφｌ〜φ３によってさぐり運転が行なわれる。この
とき検出されるＺ相パルスはしきい値が高く設定されて
いるため十分なパルス幅が得られず、Ａ相パルスのパル
ス幅より狭い。

Ｚ相パルスの最初の立上がり時にはゲート回路２９から
補正パルスは出力されていないので、２相パルスはオア
回路２５を介してそのまま出力され、これによって定常
回転に切換制御される。

一方、Ｚ相パルスが立上がると、フリップフロップ２４
がセットされ、Ｑ出力がハイレベルとなる。

このときＡ相反転パルスはローレベルとなっているので
、アンド回路２７はＡ相反転パルスがハイレベルになる
のを待ってリセット信号を出力し、カウンタ２８の計数
値を０とする。カウンタ２８の計数値が０になると、ゲ
ート回路２９がらフリップフロップ２４へ直ちにリセッ
ト信号が出力され、これによってアンド回路２７のリセ
ット出力も直ちに解除される。

カウンタ２８はリセット解除により人相反転パルスを計
数していく。カウンタ２８の計数値が１０２３になると
、ゲート回路２９の補正パルスが立上がり、その直後に
２相パルスが検出される。

２相パルスが入力されると、初期の場合と同様にフリッ
プフロップ２４がセットされ、Ａ相パルスの半クロック
遅れでカウンタがリセットされるので、補正パルスはロ
ーレベルに立下がる。この補正パルスの発生位置は２相
パルスの位置に対応し、Ａ相パルスのパルス幅に一致す
る。したがって、ゲート回路２９の補正パルス出力とＺ
相パルスとの論理和を演算することによって、Ａ相パル
スのパルス幅に一致するＺ相パルスを得ることができる
。

したがって、上記構成によるモータ駆動回路は、磁気ド
ラムとヘッドの微小変位による出力変動や回転数による
出力変動、外部要因による出力変動等、全てのセンサ出
力の変動を防止するように波形成形時のしきい値を十分
高く設定してもＡ相パルス及び２相パルスのパルス幅を
一致させることができるので、安定したモータ運転が実
行可能となり、センサ自体の耐環境性、取扱いの容易性
を向上させることができ、しかも使用可能範囲を拡大さ
せることができ、これによって信頼性及び実用性を大幅
に向上させることができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、センサの特性にか
かわらず、簡単な構成で回転基準位置を示すエンコーダ
信号からノイズ成分を確実に除去して安定したモータ運
転を実行可能なモータ駆動回路を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るモータ駆動回路の一実施例を示
すブロック回路構成図、第２図は同実施例の動作を説明
するための主要部の出力タイミングを示すタイミング図
、第３図はこの発明が適用されるモータ駆動回路の全体
の構成図、第４図は第３図のエンコーダの信号検出手段
を示す構成図、第５図は前記検出手段の検出出力を波形
成形する波形成形回路の構成を示すブロック回路図、第
６図及び第７図はそれぞれ第３図の信号処理回路の正転
、逆転時の信号処理回路の出力タイミングを示すタイミ
ング図、第８図は第３図の信号処理回路のさぐり運転／
定常運転切換回路の切換スイッチを示す図、第９図は第
３図のエンコーダのＺ相出力がＡ相及びＢ相の影響を受
けてノイズ成分が重畳している様子を示す波形図である
。 １１・・・サーボモータ、１２・・・直流電源、１３・
・・駆動電流制御回路、１８１・・・インバータ、１１
２・・・エンコーダ信号変換部、１３３・・・制御部、
１３４・・・電流検出器・１４１・・・回転ドラム、１
４２・・・磁気ヘッド、１４３・・・プリアンプ、Ｉ４
・・・磁気式エンコーダ、１５・・・信号処理回路、２
１・・・２相パルス入力端子、２２・・・Ａ相パルス入
力端子、２３・・・イニシャライズ信号入力端子、２４
・・・Ｓ−Ｒフリップフロップ、２５．２８・・・オア
回路、２７・・・アンド回路、２８・・・カウンタ、２
９・・・ゲート回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トルク指令値に応じてモータを回転駆動するものであっ
   て、モータ回転軸にドラムを装着し、このドラムの周面
   に１回転に一個のＺ相パルス信号とこのＺ相パルス信号
   と同期し該Ｚ相パルス信号のパルス幅の２倍の周期でｎ
   個のパルスを有するＡ相パルス信号列とこのＡ相パルス
   信号列と同一周期かつ同一個数で位相の異なるＢ相パル
   ス信号列を予め記録しておき、ドラム周面の近傍に配置
   したセンサによって各信号をモータ回転情報として検出
   し、各検出信号をそれぞれ基準値と比較して波形成形し
   、Ｚ相パルス信号のパルス検出期間のＢ相パルス信号が
   立上っているか否か判別することによってモータの回転
   方向を検出し、Ｚ相パルス信号によってクリアされるカ
   ウンタにＡ相パルス信号を入力し、このカウンタの計数
   値と外部からのトルク指令値と比較して両者が一致する
   ように前記モータを駆動制御するモータ駆動回路におい
   て、前記Ｚ相パルス信号の入力をラッチするラッチ回路
   と、このラッチ回路の出力とＡ相パルス信号の反転信号
   との論理積を演算する論理積ゲート回路と、この論理積
   ゲート回路の出力をリセット信号として入力し該リセッ
   ト信号解除後にＡ相パルス信号の反転信号のパルス入力
   回数を計数するカウンタと、このカウンタの計数値が０
   のとき前記ラッチ回路にリセット信号を送り、計数値が
   ｎ−１のとき補正パルス信号を出力するゲート回路と、
   前記Ｚ相パルス信号及び補正パルス信号を入力し、両信
   号の論理和を演算してＺ相パルス信号を補正出力する論
   理和ゲート回路とを具備するモータ駆動回路。