JPH03261391A - モータ駆動装置 - 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】 【概要〕 検出したモータ電流を帰還することにより、出力トルク
を精度良く制御できるように橘成されたブラシレスサー
ボモータの駆動装置に関し、駆動相切り換え後の電流の
安定化を図ることを目的とし、 モータコイルに流れるモータ電流を検出する電流検出回
路と、入力信号値に応じたデユーティ比のパルス列を発
生するパルス列発生回路と、前記モータコイルに駆動電
流を切り換え入力する電力増幅回路と、前記パルス列に
基づいて該モータコイルの駆動期間を制御すると共に、
モータの回転子の磁極位置に応じて該モータコイルの駆
動相を巡回的に切り換える信号を発生して該電力増幅回
路に供給し、かつ、該モータコイルの駆動相の切り換え
タイミング信号を発生するデコード回路と、前記７４流
検出回路の出力電流検出値を該デコード回路よりの駆動
相切り換えタイミング信号入力時点で保持し、その保持
電流値を所定期間記憶しつつ前記パルス列発生回路に前
記入力信号として供給し、該所定期間経過後は該検出電
流値をそのまま前記入力信号として該パルス列発生回路
に供給する記憶保持回路とを有するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はモータ駆動装置に係り、特に検出したモータ電
流を帰還することにより、出力トルクを＄ｉｌＩ良く制
御できるように構成されたブラシレスサーボモータの駆
動装置に関する。

小型磁気テープ５ＡＩなどでは、装置の小型集積化、ブ
ラシカ−ボン粉塵による記憶／再生機構の汚染防止、及
びモータ寿命の延長による保守の省力化を目的として、
磁気テープを走行させるり一ルモータにブラシレスサー
ボモータを使用しており、またその駆動回路には省電力
・小型化のためパルス駆動方式を採用している。

更に、磁気テープ装置では、その磁気テープを所定張力
を維持しながら一定速度で双方向に走行させてデータの
記録／再生を実施するため、速度ｌ１１１１１と張力制
御を行なう。従って、モータ駆動はモータ出力トルクを
精度良く直接変化させるのに容易なＩｆ流！１Ｊｉｌｌ
ｌ駆動方式を用いている。

このような電流制御駆動方式でブラシレスサーボモータ
を駆動するためには、帰還される電流を安定化すること
が重要である。

〔従来の技術〕

第５図は従来のモータ駆動装置の一例の構成図を示す。

この従来例はブラシレスモータをリールに巻き取られた
磁気テープの移送に使用し、かつ、その移送を安定動作
させる手段として精度良くその発生トルクを制御する機
構を使用している磁気テープ装置に適用した例で、同図
中、１ａ及び１ｂは夫々リールモータとして用いられる
ブラシレスサーボモータ、２ａ及び２ｂは夫々ボールセ
ンサでブラシレスサーボモータ１ａ、１ｂのロータの移
動を検出する。また、３ａ、３ｂはデコード回路で、ボ
ールセンサ２ａ、２ｂからのブラシレスサーボモータｌ
ａ、１ｂの回転子位置信号、駆動方向信号、後述のＰＷ
Ｍ変換回路８ａ、８ｂからのＰＷＭ信号及びモード信号
を基にモータ駆動素子のオン／オフを選択し、モータ」
イルに流れる電流切り換えを制御してブラシレスサーボ
モータ１ａ、１ｂの回転を維持する。

４ａ、４ｂは電力増幅回路で、デコーダ回路３ａ、３ｂ
の出力信号によりモータコイルに駆動電流を供給する。

ここでは高速パルス駆動により前記モータＩａ、Ｉｂを
駆動するので、駆動素子はトランジスタ等の半導体スイ
ッチング素子を用いる。また、電力増幅回路４ａ、４ｂ
はモータ１ａ、１ｂに流れる電流を検出する。

５ａ、５ｂは電流検出回路で、電流検出抵抗の電圧降下
として検出された信号を増幅してモータ電流信号とし、
また検出抵抗の選択スイッチを介してデ」−ド回路３ａ
、３ｂからの制御信号に基づき、必要な信号が現われて
いる検出抵抗を選択してモータ電流信号とする。

６ａ、６ｂは加算回路で、モータ制御回路７からの指示
信号と電流検出回路５ａ、５ｂからのモータ電流信号の
帰還信号（極性は負）を加算し、ＰＷＭ変換回路８ａ、
８ｂに供給する。ＰＷＭ変換回路８ａ、８ｂはモータパ
ルス駆動のためのパルス幅変ＩＩ（ＰＷＭ）されたパル
ス列を発生する。

このパルス列は加算回路６ａ、６ｂからのモータ電流指
示信号に基づきパルスの繰り返し周期が一定で、そのパ
ルス幅が入力電圧の大きさに比例するパルス列で、デコ
ード回路３ａ、３ｂを通じて電力増幅回路４ａ、４ｂへ
供給される。

更に、９はタコメータでブラシレスサーボモ−タ１ｂの
回転数を検出し、その検出信号を速度検出回路１０を通
じてモータ制御回路７へ供給する。

また、１１は張力センサで、磁気テープを繰り出す側の
リールモータによって磁気テープに付与される張力を検
出し、その検出出力を張力検出回路１２で電気信号に変
換させてモータ制御回路７へ供給する。

上記の従来のモータ駆動装置の要部をなすモータ１ａ（
１ｂ）、デコード回路３ａ（３ｂ）、電力増幅回路４ａ
（４ｂ）及び電流検出回路５ａ（５ｂ）の駆動回路部を
更に詳細に示すと第６図のようになる。同図中、第５図
と同一構成部分には同一符号を付してあり、また第５図
中、添字ａを付した回路部と添字すを付した回路部は同
一構成であるから、自回路部のいずれか一方を示すとい
う意味で添字ａ、ｂを省略しである。第６図において、
モータ１は３相全波駆動型ブラシレスサーボモータで、
図示しない回転子の他、Ｙ結線されたモータコイルＣＡ
、ＣＢ及びＣＣを有している。

また、電力増幅回路４は、ソース側半導体スイッチング
素子ＡＰ、ＢＰ及びＣＰと、シンク側半導体スイッチン
グ素子ＡＮ、ＢＮ及びＣＮと、ダイオードＤＡ、ＤＢ、
ＤＣ，ＤＡＦ、ＤＢＦ及びＤＣＦからなる。半導体スイ
ッチング素子ＡＰ及びＡＮの接続点はモータコイルＣＡ
の一端に接続され、半導体スイッチング素子ＢＰ及びＢ
Ｎの接続点はモータコイルＣＢの一端に接続され、更に
半導体スイッチング素子ＣＰ及びＣＮの接続点はモータ
コイルＣＣの一端に接続されている。上記の半導体スイ
ッチング素子ＡＰ〜ＣＰ、ＡＮ〜ＣＮはデコード回路３
の出力信号によりスイッチング制御される。

更に、電流検出回路５は一端が半導体スイッチング素子
ＡＮ−ＣＮに共通接続され、他端が接地された第１の電
流検出抵抗Ｒｓと、一端がダイオードＤＡＦ、ＤＢ及び
ＤＣＦの各アノードに共通接続され、他端が接地された
第２の電流検出抵抗と、スイッチ５ＷＴｎと、増幅器１
５及び１６と、増幅率を定める抵抗などから構成されて
おり、増幅器１５から加算回路６ａ又は６ｂへ電流信号
ｖｉ清を出力する。

この従来の駆動回路ではデコード回路３より第７図にＡ
Ｐ・−ＣＰで示す駆動信号をソース側半導体スイッチン
グ素子ＡＰ〜ＣＰに印加して駆動することにより、ＡＰ
−ＣＰを通じて電源ＶｓｐｌからモータコイルＣＡ−Ｃ
Ｃへ電流を供給し、第７図にＡＮ−ＣＮで示す各駆動信
号でスイッチング制御されるシンク側半導体スイッチン
グ素子ＡＮ〜ＣＮによりモータ電流の戻りを電源ＶＳＩ
）ｌに帰す。そして、モータ回転子（図示せず）の回転
位置の移動に伴って各半導体スイッチング素子ＡＰ〜Ｃ
Ｐ、ＡＮ−ＣＮの通電状態が第７図に示す如く巡回的に
変化する。

この通電相の巡回的切り換えは３個のボールセンサ２ａ
（又は２ｂ）の信号の状態の組合わせをデコード回路３
で解析し、回転を維持する駆動相をオンにすることによ
り実行される。また、ソース側半導体スイッチング素子
ＡＰ−ＣＰは各通電期間内においてＰＷＭ駆動信号に応
じてオン／オフ動作をしてモータコイルＣＡ〜ＣＣに流
れる第７図に示す如きモータ電流ＩＡ〜Ｉｃの平均値を
制御する。

なお、第６図中のスイッチＳ　Ｗ　ｍはデコード回路３
に入力されるモード信号により、モータ１の逆方向駆動
時の回生発電制御モードのときオンとされて増幅器１６
の出力信号を増幅器１５に入力し、電流検出抵抗Ｒｂ及
びＲｓの雨検出出力の時系列的合成信号を増幅器１５よ
り電流信号ＶｌｌＢとして出力させる。

〔発明が解決しようとするｉ１題〕 ところで、駆動モードにおいてはソース側半導体スイッ
チング素子ＡＰ〜ＣＰのいずれかがオンのとき、モータ
１に電源電圧ｙｓｐ＋が供給されてモータ電流が流れ、
ＰＷＭ駆動信号に応じてソース側半導体スイッチング素
子ＡＰ−ＣＰがオン／オフしてモータ電流を変化させ、
また回転子が回転する。この回転により回転子の位置が
移動すると、回転を維持するためモータコイルの駆動相
を切り換える必要がある。この駆動相の切り換えはソー
ス側半導体スイッチング素子ＡＰ〜ＡＮおよびシンク側
半導体スイッチング素子ＡＮ〜ＣＮのうちオンとなる素
子を切り換えることで行なう。

この結果、電源電圧Ｖｓｐｌが印加されるモータコイル
が切り換わり、回転子の回転を維持する。

例えば、第９図（Ａ）にハイレベルで示す如くソース側
半導体スイッチング素子ＡＰがオンで、かつ、同図（Ｂ
）にハイレベルで示す如くシンク側半導体スイッチング
素子ＢＮがオンである期間は、第８図に示す如くモータ
コイルＣＡからＣＢヘモータ電流１ｃａ、ｌｃｂが順次
流れる。次に、ＡＰがオン状態を継続している期間でオ
ンとなっているシンク側の半導体スイッチング素子が第
９図（Ｂ）、（Ｃ）に示す如＜ＢＮからＣＮへ切り換わ
ると、モータコイルＣＢに流れるモータ電流（ｃｂは第
９図（Ｅ）に示す如く流れなくなり、−方、モータコイ
ルＣＣに同図（Ｆ）に示す如くモータ電流１ｃｃが流れ
始める。このようにして、回転子の回転を維持する。

しかるに、モータ電流の切り換え時には半導体スイッチ
ング素子ＡＰ−ＣＰ、ＡＮ−ＣＮの動作応答遅延時間や
モータコイルＣＡ−ＣＧのインダクタンスの作用で実際
のモータ電流の切り換えが遅れ、第９図の例では同図（
Ｄ＞に示す如くモータコイルＣＡに流れるモータ電流１
ｃａが一瞬低下する。

モータ駆動装置は上記のモータ電ＦｉＬＩＣａが第８図
に示すようにＩｃｂ又はｌｃｃとされて電流検出用抵抗
Ｒｓに第９図（Ｇ）にｌｒｓで示す如くに流れることに
より発生した電圧を加算回路（第５図の６ａ又は６ｂ）
を介して帰還する、指示入力に応じた定電流ＩＩＩＷＡ
方式で構成されているため、モータ電流の低下状態が帰
還されて低下した電流を回復すべく駆動電流指示値を増
加させる。

ところが、実際にはこの瞬間は電流が流せない状態にあ
るため、加算回路の出力信号は第９図（Ｈ−）に示す如
くますます帰還量が増加した波形となり、駆動電流指示
値を増加させようとする。

その後、駆動相の切り換え状態が安定すると駆動電流が
指示に従って増加／回復動作をする。、理想状態の動作
では瞬時にモータ電流は安定するが、実際には駆動回路
の動作遅延時間やモータコイルＣＡ−ＣＣのインダクタ
ンスに基づく時定数により電流の応答が遅れるため、第
９図（Ｄ）、（Ｆ）に示すようにモータ電流Ｉｃａ、ｌ
ｃｃにオーバーシュートｄ、ｆが生ずることとなる。

このように、従来のモータ駆動装置では、モータ駆動相
の切り換えに際し一瞬モータ電流が低下し、その直後に
大きなオーバーシュートが生ずる。

このため、モータ１の発生トルクにリップルが重畳され
、その結果、磁気テープの走行を乱して走行速度変動や
テープ張力変動が大きくなり、データ記録／再生性能及
び品質を落としてしまう場合がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされた。もので、駆動相切
り換え後の電流の安定化を図ることが１できるモータ駆
動装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 第１図は本発明の原理ブロック図を示す。同図中、１０
２はモータコイル１０１に流れるモータ電流を検出する
電流検出回路、１０３は記憶保持回路、１０４はパルス
列発生回路で記憶保持回路１０３の出力電流値に応じた
デユーティ比のパルス列を発生する。１０５はデコード
回路で、パルス列に基づいてモータコイル１０１の駆動
期間をｉ制御すると共に、モータの回転子の磁極位置に
応じてモータコイル１０１の駆動相を巡回的に切換える
信号を発生して電力増幅回路１０６に供給し、かつ、モ
ータコイル１０１の駆動相の切換えタイミング信号を発
生する。

記憶保持回路１０３は電流検出回路１０２よりの検出電
流値を上記駆動相の切り換えタイミング信号入力時点で
保持し、その保持電Ｆ＆値を所定期間記憶しつつパルス
列発生回路１０４に供給し、所定期間経過後は検出電流
値をそのま゛まパルス列発生回路１０４へ供給する。

（作用〕 モータコイル１０１の駆動相の切り換えは、デコード回
路１０５から電力増幅回路１０６へ供給される信号に基
づき、回転子の回転を維持するために連続して巡回的に
実行される。本発明ではモータ電流は電流検出回路１０
２．記憶保持回路１０３．パルス列発生回路１０４．デ
コード回路１０５を介して電力増幅回路１０６へ帰還入
力されるが、駆動相の切り換え期間中はこのモータ電Ｆ
ＩＬ９１３！ｌ１ｌＩｖＩＪが不能となる。

そこで、本発明では記憶保持回路１０３において駆動相
切り換えタイミング信号入力時点で検出電流値を保持し
、それを仮想電流値として帰還することにより、モータ
コイル駆動相切り換えに際して生ずるモータ電流の瞬断
を帰還しないようにし、その時点の電流を継続１ｉｌＩ
Ｉｌする。これにより、本発明では帰還の中断に起因す
るモータ電流の急激な変動を防止することができる。

〔実施例） 第２図は本発明装置の一実施例の構成図を示す。

同図中、第１図及び第５図と同一構成部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。第２図において、デコー
ド回路２１ａ、２１ｂは、前記したデコード回路１０５
に相当し、ブラシレスモータ１ａ、１ｂの回転子位置信
号、駆動方向信号、ＰＷＭ駆動信号、モード信号を基に
、後述の第３図の電力増幅回路４　（４ａ、４ｂ）内の
６個の半導体スイッチング素子ＡＰ−ＣＰ、ＡＮ−ＣＮ
のスイッチング制御信号を発生して、モータ１ａ。

１ｂの１転を維持すると共に、ボールセンサ２ａ。

２ｂからの回転子位置信号に基づき、モータコイルＣＡ
−ＣＣの駆動相切り換えタイミング時点でサンプル・ホ
ールド回路２２ａ、２２ｂのサンプリング信号を出力す
る。

サンプル・ホールド回路２２ａ及び２２ｂは前記した記
憶保持回路１０３に相当し、モータコイルＣＡ−ＣＣの
駆動相切り換え時点で電流検出回路５ａ、５ｂからの検
出電流値をサンプリングし、その直後の一定期間はサン
プリング値をホールド（保持）し、その値を電流帰還値
として加算回路５ａ、５ｂへ出力する。

本実施例は３相全波駆動型ブラシレスモータ１ａ、１ｂ
をリールモータとして用いた小型磁気テープ装置に適用
した例で、次のようにして磁気テープの走行制御を行な
う。

巻き取りリール側モータ１ａは順方向に駆動してテープ
を巻き上げ、繰り出しリール側モータ１ｂは逆方−向に
駆動してテープに張力を加えながら双方のモータトルク
を変化させて走行速度と張力を制御する。ここで回転し
ているモータをパルス駆動で制−すると、順方向駆動時
は通常のスイッチング駆動モードとなるが、逆方向駆動
時はモータ起電力による電流も制御する必要があるため
余剰電力を電源に戻す回生発電制御モードとなる。

またブラシレスモータｌａ、１ｂの回転方向の切り換え
は、印加駆動電圧の極性反転でなく駆動相巡回順序の入
れ換えにより実施している。

また、モータ電流駆動制御においては、全波駆動ヤブラ
シレスモータ１ａ、１ｂの各端子には駆動相の巡回に従
って双方向にモータ電流が流れるため、モータ電流を検
出するには常に一方向に流れる経路に電流検出用抵抗（
第３図のＲｃ　、　Ｒｂ　）を挿入しておき、モータ電
流が流れて発生する電圧降下を増幅してモータ電流信号
とする。また、駆動回路の入力である加算回路５ａ、５
ｂには駆動電流指令値が印加されているので、これにモ
ータ電流信号を帰還してその差によりモータを駆動する
ことにより、モータ電流を入力指令値に応じた値に制御
することができる。このためにはどのような駆動状態に
おいてもモータに流れる電流を正確に検出し帰還する必
要がある。

第３図は第２図の要部の一実施例の構成図を示す。同図
中、第２図及び第６図と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。第３図において、サンプルホ
ールド回路２２（第２図の２２ａ又は２２ｂ）は増幅器
１５から取り出されるモータ電流検出値が入力される。

′このモータ電流検出値は、モータ１の順方向駆動時は
電流検出゛用抵抗Ｒｓでモータ電流により生じた電肝を
増幅器１５で増幅した値であり、一方、モータ１の逆方
向駆動時は前記した回生発電制御モードであり、スイッ
チ５ＷＴ１１がオンとなるから抵抗Ｒｂで生じた電圧を
増幅器１５．１６で夫々増幅した信号と、抵抗Ｒｓで生
じた電圧を増幅器１５で増幅した信号との時系列的合成
値となる。

ここで、モータコイルＣＡ−ＣＣと電力増幅回路４との
接続は従来装置と同じであるから、モータコイルＣＡ、
ＣＢ及びＣＣと半導体スイッチング素子ＡＰ、ＢＮ、Ｃ
Ｎ及びモータ電流検出用抵抗Ｒｓとの接続関係は第８図
と同じになる。いま、半導体スイッチング素子ＡＰが第
４図（Ａ）に模式的に示す如くオンであり、かつ、半導
体スイッチング素子ＢＮ及びＣＮは第４図（Ｂ）、（Ｃ
）に模式的に示す如＜ＢＮがオンからオフへ切り換わる
と同時にＣＮがオフからオンへ切り換わるものとすると
、同図（Ｆ）、（Ｇ）に示すようにモータコイルＣＢの
駆動電流１ｃｂが流れなくなり、かつ、モータコイルＣ
Ｃに駆動電流１ｃｃが流れ始める。

ここで、上記のモータコイルの駆動相の切り換え時点で
、第４図（Ｄ）に示す如く、短いパルス幅のサンプル・
ホールド信号がデコード回路２１からサンプル・ホール
ド回路２２へ供給され、このサンプル・ホールド信号の
立上りでモータ電流検出値をサンプリングし、その後、
サンプル・ホールド信号が立上がるまでの期間、そのサ
ンプリング値をホールドさせる。

従って、サンプル・ホールド回路２２により、モータコ
イルＣＡに流れるモータ電流Ｉｃａが低下する直前の電
流検出値がサンプリングされ、かつ、その値がモータコ
イルの駆動相の切り換えが安定するまで保持されるため
、サンプル・ホールド回路２２からは第４図（Ｈ）に示
す如くレベル変動の殆どない信号が電流帰還値として取
り出される。

従って、第２図に示した加算回路６ａ、６ｂの出力信号
は第４図（１）に示す如く、従来の加算出力信号（第９
図〈Ｈ））に比ベレベル変動を大幅に抑圧されたものと
することができる。従って、本実施例によれば、駆動相
切り換え直後も安定に、かつ、精度良くモータトルクを
制御することができる。

なお、サンプル・ホールド回路２２は、サンプル・ホー
ルド信号がローレベルになっている期間（駆動相の切り
換え時点より所定期間経過後）はサンプル及びホールド
動作は行なわず、入力モータ電流検出値をそのままスル
ーして電流帰還値として出力する。

なお、上記の実施例ではＰＷＭ変換回路８ａ。

８ｂによるパルス駆動方式として説明したが、比例増幅
回路（リニアランプ）を使用した場合にも、同様に帰還
系にサンプル・ホールド回路を用いて帰還の中断による
電流急変を抑制することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、駆動相切り換え時の帰還
の中断に起因するモータ電流の急激な変動を防止するこ
とができるため、電流の安定化によりモータトルクを精
度良く制御ｌ］することができ、よって磁気テープ装置
に適用した場合は磁気テープをテープ張力の変動少なく
安定に走行できるので、データ記録／再生の信頼性を向
上することができる等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明装置の一実施例の構成図、第３図は本発
明装置の要部の一実施例の構成図、第４図は本発明装置
の一実施例の各部の信号波形図、 第５図は従来装置の一例の構成図、 第６図は従来装置の要部の一例の構成図、第７図は第６
図の各部の信号波形図、 第８図はモータコイルとスイッチング素子の関係を示す
回路図、 第９図は従来装置の各部の信号波形図である。 図において、 １ａ、１ｂはブラシレスサーボモータ、４ａ、４ｂ、　
　１０６Ｌｔｌ力増幅回１．５ａ、５ｂ、１０２は’ｌ
ｌ検出［［，２１、２１ａ、　　２　ｌ　ｂ、　　１０
５ハフ’コート回路、２２．２２ａ、２２ｂはサンプル
−ホールｔ’回路、１０１、ＣＡ、ＣＢ、ＣＣはモータ
コイル、１０３は記憶保持回路、 １０４はパルス列発生回路 を小す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 モータコイル（１０１）に流れるモータ電流を検出する
   電流検出回路（１０２）と、 入力信号値に応じたデューティ比のパルス列を発生する
   パルス列発生回路（１０４）と、 前記モータコイル（１０１）に駆動電流を切り換え入力
   する電力増幅回路（１０６）と、 前記パルス列に基づいて該モータコイル（１０１）の駆
   動期間を制御すると共に、モータの回転子の磁極位置に
   応じて該モータコイル（１０１）の駆動相を巡回的に切
   り換える信号を発生して該電力増幅回路（１０６）に供
   給し、かつ、該モータコイル（１０１）の駆動相の切り
   換えタイミング信号を発生するデコード回路（１０５）
   と、 前記電流検出回路（１０２）の出力電流検出値を該デコ
   ード回路（１０５）よりの駆動相切り換えタイミング信
   号入力時点で保持し、その保持電流値を所定期間記憶し
   つつ前記パルス列発生回路（１０４）に前記入力信号と
   して供給し、該所定期間経過後は該検出電流値をそのま
   ま前記入力信号として該パルス列発生回路（１０４）に
   供給する記憶保持回路（１０３）と、 を有することを特徴とするモータ駆動装置。