JPH01268482A - ブラシレスモータの駆動制御方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はブラシレスモータの駆動制御方式に関する。

（従来の技術） レーザープリンター、ファクシミリ、デジタルコピア等
のスキャナモータに使用されているモータ配線図を第６
図に示す、これは回転側に結合された磁気マスク付モー
タマグネット６１と、固定側の印刷配線ボード上に配線
されて回転数に比例した出力レベルの周波数を検出発生
するＦＧパターン６２．３相の励磁コイル６４の各相励
磁位置を検出するホール素子６３とからなる。そしてＦ
Ｇパターン６２・の出力（ＦＧ倍信号は波形整形回路８
７へ加えられ、また、ホール素子６３の出力電圧はモー
タ駆動回路８６へ、この回路の出力は各相の励磁コイル
６４へ出力される。

また、上記ＦＧパターン６２とモータマグネット６１と
の位置関係は第７図に示すように、上ヨーク６１Ｅ側（
回転側）にマグネット６１−１．磁気マスク６１−２が
、また下ヨーク６２Ｅ側（固定側）に印刷配線ボード（
ＰＷＢ）６２−１上に３相の励磁コイル６２−２が固定
され図示のような配置で磁気マスクと対向配置されてい
る。

このようなモータ（Ｍ）６０の速度制御のブロック図を
第８図に示す。スキャナモータは、厳しい温度条件下で
特に正確な回転数が要求されるため、変動の少ない速度
制御を必要とする。そこで、水晶発振子８１の発振を基
準信号とするＰＬＬ制御（またはＰＬＬ制御とＦ／Ｖ制
御の組合せ）が−般に用いられている。

図のＦＧパターン５２と、波形整形回路８７とはモータ
６０の速度検出手段を構成し、ＦＧパターン６２は、モ
ータ部と一体となっており、モータの回転を検出して、
その回転数に比例した周波数信号（第９図（１）　Ｆ　
Ｇ信号）を発生する。このＦＧ倍信号波形整形回路８７
によりパルス信号に波形整形（第９図（２））され、位
相比較器８３で基準信号と位相が比較される。即ち、こ
の基準信号は、例えば水晶発振子８１の出力が分周器８
２で分周されて作成された基準周波数パルス（第９図（
３））が用いられる。位相比較器８３は上記基準信号と
ＦＧ倍信号位相差に相当するパルス幅をもつパルス信号
Ａ。

Ｂ（第９図（４）、　（５））を出力する。この位相比
較器８３からのパルス出力信号Ａ、Ｂは夫々の積分器か
らなる平滑回路８４により夫々平滑（第９図（６）。

（７））されて、更に位相補償回路８５を通って位相補
償された制御信号（第９図（８））によりモータ駆動回
路８６に加えられ基準速度でモータ６０はその回転が制
御される。

第１０図は第６図に示すモータＭ　（６０）の３相（Ｕ
。

Ｖ、Ｗ）の励磁コイル６４が励磁されるときの磁界によ
り、各ホール素子６３が磁界と直角な方向に電圧を発生
して位置を検出するタイミングを示す。

ここでモータ６０に要求される機能は、定速回転時の場
合の回転ムラがないことである。

この回転ムラの発生原因の１つに第１０図に示す各相（
Ｕ、Ｖ、Ｗ）（７）励磁タイミング（１）、　（２）　
、　（３）のバラツキがある。それは、第１０図（４）
　、　（５）　、　（６）に示すように各相の励磁タイ
ミングに合致してホール素子が位置検出を行ない各相の
励磁を順次に行えば良いが、第６図に示す各相のホール
素子６３の物理的なレイアウト誤差やホール素子間の感
度バラツキ等があって、これまで定速回転時の回転ムラ
を完全に防止することができなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したようにホール素子によって各相の励磁位置検出
を行なう方法では、特にモータの定速回転時の場合１回
転ムラが生じやすい問題点があった。

本発明は上述したような問題点を解消し、位置検出用の
ホール素子によらず、ＦＧパターンは物理的に正確に作
製できることに着目し、このＦＧパターンから得られる
ＦＧ倍信号各相の励磁を行ない、モータの信頼性、耐温
度特性に優れかつ安価な制御方式を得ることを目的とす
るものである。

（構成および作用） 本発明は上記目的を達成するため、モータスート時には
励磁コイルの励磁は、外部から供給される一定周波数ま
たは低周波から高周波に次第に変化するクロック信号に
よって行ない、その後は回転磁極部の回転磁界をＦＧパ
ターンで検出される信号により得られる誘起電圧によっ
て前記励磁コイルを励磁することを特徴とする。

本発明は水晶振動子の出力を分周し、その１つは定常回
転数を決定し、ＦＧ倍信号周波数比較を行なうクロック
信号ＣＬＫ工とし、他の１つはモータスタート時に直接
励磁コイルを励磁するクロック信号ＣＬ　Ｋ、とし、当
初は水晶振動子の出力を分周したクロック信号ＣＬ　Ｋ
２を選択し、モータを回転して一定の時間経過後に前記
クロック信号ＣＬＫｏ３Ｆ倍信号と等しくし、以後はＦ
Ｇパターンから得られるＦＧ倍信号前記クロック信号Ｃ
ＬＫ□との位相比較、平滑処理によりモータ駆動回路を
してモータの回転制御を行なうものである。

（実施例） 第１図は本発明のモータ配線図を示し、従来のモータ配
線図（第６図）と比較すれば明らかなように、３相の位
置検出用ホール素子６３を外し、磁気マスク付モータマ
グネット６１、ＦＧパターン６２、および３相の励磁コ
イル６４とで構成される。

第１図に示すモータ（Ｍ）６０の速度制御ブロック図を
第２図に示す。−点鎖線で囲まれたブロックは従来の速
度制御ブロック図（第８図）と同じである０本実施例は
第１のクロック信号ＣＬＫ□のほか第２のクロック信号
ＣＬ　Ｋ、を作成する分周器２１、波形整形回路８７か
らのＦＧ倍信号前記第２のクロック信号を入力とし、タ
イマー２３で起動され第３のクロック信号ＣＬ　Ｋ、を
作成するマルチプレクサ２２、前記第３のクロック信号
ＣＬ　Ｋ、を入力としモータ駆動回路８６の３相の励磁
コイル６４を励磁するための３つの信号を作成するシー
ケンスロジック２４、およびホスト制御部２５からのス
タート信号５ＴＡＲＴで起動する前記タイマー２３で構
成される。なお、シーケンスロジック２４も上記スター
ト信号で起動される。

次にモータ（Ｍ）６０の回転制御動作を第３図に示す主
要信号のタイムチャート（反時計針方向へ回転の場合）
を用いて説明する。

第１図のモータ（Ｍ）６０は３相８極バイポ一ラ式ブラ
シレスモータであり、モータの１回転に対してＦＧ倍信
号第３図（１））は１２個、磁界は４回。

変化する。即ち第３図（６）に示すように１７４回転（
機械角９０°）で、同図（７）に示すように電気角は３
６０°であり、この間にＦＧ倍信号同図（１）に示すよ
うに３個ＦＧパターン６２から検出する。（ＦＧ信信号
１測 本実施例のモータ制御は、いわゆるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ
，　Ｌｏｋｅｄ　　Ｌｏｏｐ）制御で、基本クロックＣ
ＬＫ工に対して、実際のモータ（Ｍ）６０の回転体から
得られるクロック信号（ＦＧパターン６２からのＦＧ倍
信号の位相比較器８３で比較し、この２つの信号間の位
相差が、ある値に固定されるようにモータを制御するこ
とにより、モータ回転数を基本クロック信号Ｃ　Ｌ　Ｋ
１で決められた、ある回転数に制御しようとするもので
ある。

以下、ホスト制御部２５よりスタート信号が出てからモ
ータ（Ｍ）６０が回転を始め、所望の回転数に達するま
でをのべる。水晶発振子８１の出力は各分周器８２．　
２１により、第１の基本クロック信号ＣＬＫ１と、第２
のクロック信号ＣＬＫ，を作る。分周器８２で分周した
第１の基本クロック信号ＣＬＫ□は，定速回転時にＦＧ
倍信号周波数と一致すべき信号であり、分周器２１で得
られる第２のクロック信号Ｃ　Ｌ　Ｋ，は、モータスタ
ート時に直接、３相励磁コイル６４を励磁する駆動入力
信号を作るためのクロック信号である。

まず、ホスト制御部２５からスタート信号が出ると、タ
イマー２３とシーケンスロジック２４が起動し。

マルチプレクサ２２によって第３のクロック信号ＣＬＫ
ｏと等しい第２のクロック信号Ｃ　Ｌ　Ｋ２が選択され
る。そして、シーケンスロジック２４によって３相の励
磁コイルＵ，Ｖ，Ｗの３つの信号（第３図（３）、（４
）、（５））に処理される．この駆動信号によってモー
タ（Ｍ）６０は外部より強制的（この場合は、非ＰＬＬ
制御状態）に駆動され、第２のクロック信号Ｃ　Ｌ　Ｋ
２に同期した回転数になる。

モータ（Ｍ）６０の回転スタート時は低速であるので．
ＦＧパターン６２から第３図（１）に示すようなＦＧ倍
信号得られないので一定の時間を経過した後、ＦＧ倍信
号得られる時にホスト制御部２５で制御される夕．イマ
−２３が切れ、マルチプレクサ２２によって第３図（２
）に示すように第３のクロック信号ＣＬＫｏ＝ＦＧ信号
となる。

この時点では、実回転数は目標回転数に比べて可成り低
いので、位相比較器８３での出力レベルは大きく、従っ
て平滑回路８４の出力レベルも大きく、モータ駆動回路
８６はモータ（Ｍ）６０に大電流を供給するため、モー
タは加速領域に入る。

モータ回転速度が目標回転数に近づけば，近づく程第１
の基本クロック信号ＣＬＫ１とＦＧ倍信号の位相差が少
なくなるため、モータに供給される電流は徐々に減少し
、定常（目標）回転数に達するとモータの必要とする出
力レベルに見合うだけの電流に相当するＣＬＫ工とＦＧ
倍信号の位相差に落つく。このＦＧ倍信号Ｃ　Ｌ　Ｋ，
）による各相の励磁電圧は第３図（３）　、　（４）　
、　（５）に示すタイミングと電圧レベル（下段のアー
ス電位に対し中段のカットオフ、上段の十電位）で交互
に印加される。

ここで、モータトルクに対して外乱が入って場合につい
てのべる。まず、負荷が重たくなるとモータの回転速度
が落ちるため、位相差が増し駆動電流が増加するので、
回転数は加速され設定値に復帰する。また、負荷が軽く
なった場合は、同様に駆動電流が減少するので回転数が
設定値を超過するのを防止する。

このように本発明はＦＧ倍信号相励磁を行なうため、相
励磁タイミングのバラツキを殆んで無視でき回転ムラを
軽減できる。

第４図は本発明の別の実施例による速度制御ブロック図
を示す、これは、ランプ電圧発生器４１の出力電圧ｖＬ
ｔ−電圧制御発振器（ＶＣＯ）４２に加え第２のクロッ
ク信号ＣＬＫ□を得る。また、ホスト制御部２５からス
タート信号（ＳＴＡＲＴ）が、タイマー２３とランプ電
圧発生器４工およびシーケンスロジック２４へ夫々加え
、制御する構成としたものである。

これは、第５図にその動作タイムチャートを示すように
、ランプ電圧発生器４１の出力電圧ＶＬ（第５図（２）
）はスタート直後から直線的に電圧が次第に上昇し、電
圧制御発振器４２もこれによって発振周波数（クロック
信号ＣＬＫ、、第５図（３））を高めマルチプレクサ２
２へ出力する。

マルチプレクサ２２は前記実施例（第２図）で述べたよ
うに第３のクロック信号ＣＬＫ、（第５図（６））と等
しい第２のクロック信号ＣＬＫ、（第５図（３））が選
択され、モータは急速に回転速度を上げる。

この場合、タイマー２３はホスト制御部２５からのスタ
ート信号で動作し、一定時間後に切れる。それは、モー
タの回転速度が急速に上昇しＦＧパターン６２からＦＧ
倍信号第５図（５））が前記クロック信号ＣＬ　Ｋ２と
等しくなった時である。

以後は前記実施例と同様にシーケンスロジック２４がホ
スト制御部２５からのスタート信号により、３相Ｕ、Ｖ
、Ｗの励磁コイルを励磁するための３つの信号に処理さ
れ、モータ駆動回路８６へ加える。

この実施例は、外部から加えるモータスタート時のクロ
ック信号ＣＬＫ、（＝ＣＬＫ、）を、急速に低周波から
高周波としてモータ回転速度を短時間で目標速度とする
。したがって、目標速度に達した後の基本クロック信号
ＣＬＫ工とＦＧ倍信号の位相比較が早く行なわれ、目標
速度が早く維持されるので、実用的である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明は定速回転時の回転ムラの原因
となる各相励磁位置を検出するホール素子を外して、モ
ータの機構を簡単化低コスト化した。また、モータのス
タート時は外部から加えるクロック信号によって行なう
ので、基本クロック信号とモータの回転により得られる
ＦＧ倍信号で回転速度を目標値とすることが早急に制御
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のモータ配線図、第２図は第
１図の速度制御ブロック図、第３図は第２図の主要信号
のタイムチャート、第４図は本発明の別の実施例の速度
制御ブロック図、第５図は第４図の主要信号のタイムチ
ャート、第６図は従来のモータ配線図の例、第７図はモ
ータマグネット６１とＦＧパターンとの位置関係を示す
図、第８図は従来の速度制御ブロック図、第９図は第８
図の制御系信号のタイミングを示す図、第１０図は３相
の励磁コイルとホール素子の励磁位置検出タイミングを
示す図である。 ６０・・・モータ（Ｍ）、６１・・・磁気マスク付モー
タマグネット、６２・・・　ＦＧパターン、６３・・・
ホール素子、６４・・・３相Ｕ、Ｖ。 Ｗの励磁コイル、２１・・・分周器、２２・・・マルチ
プレクサ、２３・・・タイマー、２４・・・シーケンス
ロジック、２５・・・ホスト制御部、８１・・・水晶振
動子、８２・・・分周器、８３・・・位相比較器、８４
・・・平滑回路、８５・・・位相補償回路、８６・・・
モータ駆動回路、８７・・・波形整形回路、４１・・・
ランプ電圧発生器、４２・・・電圧制御発振器（ＶＣＯ
）。 特許出願人　株式会社　リ　コ　− 第１図 ＣＣＷ（工υ軸、１ｌｌ） 第４図 第６図 Ｌｂ− 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　モータスタート時には励磁コイルの励磁は、外部から
   供給される一定周波数または低周波から高周波に次第に
   変化するクロック信号によって行ない、その後は回転磁
   極部の回転磁界をＦＧパターンで検出される信号により
   得られる誘起電圧によって前記励磁コイルを励磁するこ
   とを特徴とするブラシレスモータの駆動制御方式。