JPH0352581A - モータの回転速度検出装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 この発明は、モータの回転速度検出装置に関し、たとえ
ば複写機等に備られているＤＣサーボモータ等の回転速
度を検出するための回転速度検出装置に関するものであ
る。

く従来の技術〉 モータを所望の速度で正確に回転させるためには、前提
として、モータの回転速度を正確に検出する必要がある
。

モータの回転速度を検出するための一般的な装置は、モ
ータの回転軸に連結されたエンコーダを有し、該エンコ
ーダから出力される回転パルスに基づいて回転速度を検
出するようになっている。

く発明が角ダ決しようとする課題〉 上述のようにしてモータの回転速度を検出する場合にお
いて、反転時などの回転速度が変化する場合においては
、加速度変化による衝撃によってモータの回転軸が振動
し、この振動はエンコーダにも伝達する。そのため、エ
ンコーダから出力される回転パルスがチヤタリングを起
す場合があった。

回転パルスがチヤタリングを起すと、実際の回転速度に
比例した正確なパルス幅とは異なったパルス幅になるか
ら、そのような回転パルスに基づいては回転速度を正確
に検出することができず、その結果、モータの速度制御
が不安定になるという欠点があった。

この発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、
回転速度を正確に検出することができるモータの回転速
度検出装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、モータの回転軸に連結されており、回転軸
の予め定める微小角度回転するごとに回転パルスを出力
する回転パルス出力手段と、回転パルス出力手段から出
力される回転パルスに基づいてモータの回転速度を算出
する回転速度算出手段と、回転パルス出力手段から出力
される回転パルスに法づいてモータの回転方向が切換わ
ることを検出する反転検出手段と、反転検出手段の出力
に是づいて回転速度算出手段を不能動化する手段と、を
含むことを特徴とするモータの速度検出装置である。

く作用〉 回転パルス出力手段から出力される回転パルスには、た
とえばＡ相およびＢ相の２相の回転パルスが含まれてい
て、２相の回転パルスは等しい数で、互いに位相が９０
度ずれている。

よって、たとえばＡ相回転パルスの立ち上りエッジを検
出した時にＢ相回転パルスのレベルを判別することによ
り、モータの回転方向を検出することができる。

反転検出手段は、回転方向が切換わる場合に信号出力し
、該出力信号に基づいて回転速度算出手段が不能動化さ
れる。

つまり、モータの回転方向が切換わり、回転パルスがチ
ヤタリングを生じる恐れがある明間は、回転速度算出手
段が不能動化されて、正確でないパルス幅の回転パルス
に基づいては回転速度を算出しない仕組みになっている
。

〈実施例〉 以下には、この発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明をする。

第２図は、複写機に備えられた光学系（照明ユニットお
よび反射ミラー）を駆動するためのＤＣサーボモー夕の
駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。

このＤＣサーボモータ１０は永久磁石フィールド形であ
って、ドライバ部１１によって回転駆動され、光学系１
７を移動させる。

サーボモータ１０の回転軸にはロータリエンコーダ１２
が連結されている。ロータリエンコーダ１２は、既に公
知の通り、サーボモータ１０が予め定める微小角度回転
するごとに回転パルスを出力するものである。この実施
例のロータリエンコーダ１２は、サーボモータ１０がｌ
回転することによりたとえば２００個の回転パルスを出
力する。

また、ロータリエンコーダ１２の回転パルスには、少な
くともＡ相の回転パルスおよびＢ相の回転パルスが含ま
れていて、両回転パルスは等しい数（モータ１回転当た
り２００個）で、かつ互いに位相が９０度ずれたパルス
になっている。

ロータリエンコーダ１２から出力される回転パルスは、
エンコーダ信号入力部１３へ与えられる。

エンコーダ信号入力部１３は、後に詳述するように、ロ
ータリエンコーダ１２から与えられる回転パルスに基づ
いて、サーボモータ１０の回転を検出するための回路で
ある。エンコーダ信号人力部１３の検出出力は制御部１
４へ与えられる。

制御部１４は、この回路全体を制御する中枢であって、
演算処理等の機能を行うものである。

制御部１４には、後述する制御動作の際に用いられるメ
モリＡ１メモリＢ，タイマＡおよびタイマＢが含まれて
いる。

制御部１４には、また、動作指令信号および指令速度が
与えられる。指令速度は、速度指令クロックが速度指令
信号人力部１５へ与えられて信号処理されて求められ、
制御部１４へ与えられるようになっている。

制御部１４は、これら各入力信号に基づいて演算処理を
実行し、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌ
ａＬｌｏｎ）ユニット１６へＰＷＭデータを与えると共
に、前述したドライバ部１１ヘドライバ部駆動信号を与
える。

ＰＷＭユニット１６は、与えられるＰＷＭデータに基づ
いてＰＷＭ信号のパルス幅（出力デューティ）を変化さ
せるためのユニットである。ＰＷＭユニット１６から出
力されるＰＷＭ信号によってサーボモータ１０の回転速
度が制御される。また、ドライバ部駆動信号は、サーボ
モータ１０の回転方向を決めたり、ブレーキングしたり
する。

ドライバ部１１は、たとえば第６図に示すようなトラン
ジスタブリッジ回路を含んでおり、サーボモータ１０を
正転および逆転させることができる回路である。

制御部１４からのドライバ部駆動信号は、入力端子１１
１に与えられ、ドライバ部駆動信号がハイレベルではサ
ーボモータ１０が正転、ローレベルではサーボモータ１
０が逆転する。

また、ＰＷＭユニット１６からのＰＷＭ信号は、人力端
子１１２へ与えられ、ＰＷＭ信号がハイレベル／ローレ
ベルに切換えられることによって、モータがオン／オフ
される。

簡単に動作を説明しておくと、人力端子１１１および１
１２にハイレベル信号が与えられると、トランジズタ１
１４および１１５がオンして、サーボモータ１０に矢印
ａ方向の電流が流れ、サーボモータ１０は正転する。

一方、入力端子１１１にローレベル信号、人力端子１１
２にハイレベル信号が与えられると、トランジスタ１１
６および１１７がオンして、サーボモータ１０に矢印ｂ
方向の電流が流れ、サーボモータ１０は逆転する。

さらに、入力端子１１２がローレベルの場合は、サーボ
モータ１０への通電は禁止される。

第１図は、第２図におけるエンコーダの信号人力部１３
の詳細な構成を示すブロック図である。

従来のエンコーダの回転パルス出力に基づいてモータの
回転速度を検出する仕方には、たとえば、■一定時間内
における回転パルスエッジの数に基づいて回転数を算出
する方式や、 ■１回転パルス幅（回転パルス１周期）の時間から回転
数を算出する方式、 が知られていた。

しかじな・がら、このような従来の検．出方式では、前
者■の場合は、測定精度を上げるためには測定時間を長
くするか、または、エンコーダの分解能を高めて１回転
当たりに出力される回転パルス数を増やす必要がある。

それゆえ、測定時間を長くすると回転速度検出に要する
時間が長くなり、装置の応答性が悪くなるという欠点が
あった。また、エンコーダの分解能を向上させるには、
かなりのコストアップを伴なうという欠点があった。

また、後者■の場合は、回転速度が速くなれば、１回転
パルス幅の時間が短くなるから、１１１１定誤差が大き
くなり、回転速度の検出精度が悪くなるという欠点があ
った。

そこで、この実施例では、従来の方式のような欠点が生
じない構或が採用されている。

第１図を参照して説明すると、エンコーダ信号人力部１
３は、ロータリエンコーダ１２から出力されるＡ相の回
転パルスが与えられるエッジ検出回路１３１を備えてい
る。エッジ検出回路１３１は、与えられる回転パルスの
立ち上りエッジを検出して、その検出出力を導出する。

エンコーダ信号人力部１３は、また、与えられる基準ク
ロックをアップカウントするたとえば１６ビット構成の
フリーラニングカウンタ１３３と、キャプチャレジスタ
１３４とを備えている。キャプチャレジスタ１３４は、
エッジ検出回路１３１のエッジ検出出力をキャプチャ信
号とし、該キャプチャ信号をトリガとしてフリーラニン
グカウンタ１３３のカウント数を読取保持するものであ
る。

なお、基準クロックは、第２図に示す回路全体の動作タ
イミングの基準となる基準クロックであり、回路がマイ
クロコンピュータで構威されている場合はマシンクロッ
クが利用される。

また、そのような基準クロックがない場合、基準クロッ
ク発生回路を設けてもよい。

該入力部１３は、さらに、アップダウン検出部１３５お
よびアップダウンカウンタ１３６を備えている。アップ
ダウン検出部１３５は、Ａ相のエッジ検出出力が与えら
れた時にＢ相の回転パルスのレベルヲ判断し、Ｂ相の回
転パルスがハイレベルかローレベルかによって、サーボ
モータ１０（第２図）が正転しているか逆転しているか
を判別するものである。アップダウンカウンタ１３６は
、アップダウン検出部１３５の判別出力に基づいて、エ
ッジ検出回路１３１の検出出力をアップカウントまたは
ダウンカウントするものである。

次に、第１図の回路の動作説明をする。

キャプチャレジスタ１３４の内容は、キャプチャ信号、
すなわち人相の立ち上がりエッジ検出信号によって更新
されていく。よって、エッジ検出信号に基づいてキャプ
チャレジスタ１３４の内容を読出し、今回の読出し内容
から前回の読出し内容を減算することによって、ロータ
リエンコーダ１２（第２図）から回転パルスが１個出力
される間にフリーランニングカウンタ１３３によってカ
ウントされる基準クロックのカウント数を計測すること
ができる。

いま、 基準クロックの周波数をｆ　　［Ｈｚ］、サーボモータ
１０が１回転することによりロータリエンコーダ１２か
ら出力されるＡ相の回転パルス数をＣ［ｐｐｒ］、 今回のキャプチャレジスタ１３１の内容をＣＰＴｎ， 前回のキャプチャレジスタ１３１の内容をＣＰＴ，い とすると、 サーボモータ１０の回転数Ｎ［ｒｐｍｌは、ｆ （１） で算出することができる。

ここで、式（１）は、基準クロック周波数ｆと回転パル
ス数Ｃとが定数であるから、 但し、 Ａ：−！−Ｘ６０ Ｃ Ｘ　：　ＣＰＴｎ−ＣＰＴ，−， となる。

ところで、式（２）で表わされるサーボモータ１０の回
転数Ｎの誤差Ｎ゛は、Ｎを変数Ｘについて微分した絶対
値となるから、 で表わされ、 ここで Ｘ一立 Ｎ より となる。

つまり、サーボモータ１０の回転数Ｎと誤差Ｎとの関係
は、回転数Ｎが増加すると、回転数Ｎの増加の２乗で誤
差Ｎ′が１曽加する関係にある。

言い換えれば、サーボモータ１０の回転数Ｎが高くなれ
ば誤差Ｎ″が増加し、回転数Ｎの検出精度が悪くなるの
である。

以上は、回転パルスが１個出力される間にフリーランニ
ングカウンタ１３３のカウント数を計測する場合であっ
たが、次に、回転パルスが２個出力される間にフリーラ
ンニングカウンタ１３３のカウント数を計測する場合を
考える。この場合は、，２立　　　　　　　　　・・・
（５）Ｘ となり、回転数Ｎと誤差Ｎ′との関係はＮ＝−”　　Ｎ
２　　　　　　　　・・・（６）２Ａ となる。

つまり、一般に、回転パルスがｎ個出力される間にフリ
ーランニングカウンタ１３３でカウントされる基準パル
スのカウント数を計測し、それに基づいて回転数Ｎを算
出する場合、回転数ＮはＮ−工立 Ｘ （７） で表わされ、回転数Ｎと誤差Ｎ′との関係はとなる。

これらの関係をグラフで表わすと第３Ａ図のようになる
。

この実施例は、このような回転数Ｎと誤差Ｎ゛との関係
に着目し、回転数Ｎが増加するのに応じて回転数Ｎを算
出する回転パルス数ｎを増加させることにより、回転数
Ｎの増加に伴なって２乗の割合で増加しようとする誤差
Ｎ゛を、式（８）で表わされるように、１乗の割合での
増加に止めるようにして誤差Ｎ′をおさえ、正確な回転
数Ｎの検出ができるようにしたものである。

より具体的に説明すると、あるサンプルタイミングから
次のサンプルタイミングまでの１サンプル峙間をΔｔと
すれば、回転数Ｎを険出するためには、サンプル時間Δ
ｔ内に少なくとも１以上の回転パルス、つまりエッジ検
出回路１３１の出力が導出されなければならない。

そのためには、上述の式（７）は、 Ｘ≦Δｔ の要件を満たさなければならず、 結局、回転数Ｎと誤差Ｎ″とは、 Ｎ″よ（１／Δｔ）Ｎ　　　　　　・・・（９）なる関
係を満たすことが必要である。式（９）の関係は、第３
Ｂ図に示すように、直線Ｎ−−　（１／Δｔ）Ｎの上側
となる。

よって、サンプル時間Δｔを式（９）の関係を満足する
適当な一定時間とすることにより、第４Ｂ図における太
線の部分、つまり回転数Ｎに対して誤差Ｎ′が比較的少
ない範囲をうまく利用して、回転数Ｎを検出できるので
ある。

第４図は、制御部１４（第２図）がキャプチャレジスタ
１３４およびアップダウンカウンタ１３６の内容をサン
プル時間Δｔごとに読出して回転数Ｎを算出するための
制御動作を表わすフローチャートである。

次に、第１図、第３Ｂ図および第４図を参照して説明を
する。

制御部１４は、内部タイマが一定のサンプル時間Δｔに
達するごとに（ステップＳ１）、タイマをリセットし（
ステップＳ２）、キャプチャレジスタ１３４およびアッ
プダウンカウンタ１３６の内容を読出す（ステップＳ３
）。

そして、読出したキャプチャレジスタ１３４のカウント
数ＣＰＴｎからメモリＡにストアされている前回読出し
たキャプチャレジスタ１３４のカウント数Ｃ　Ｐ　Ｔ　
ｎ−＋を減じて１サンプル時間Δｔ内の基準クロック数
Ｘを求めた後、ＣＰＴｎをメモリＡにストアする（ステ
ップＳ４）。

また、読出したアップダウンカウンタ１３６のカウント
数ＵＤＣｎからメモリＢにストアされている前回読出し
たアップダウンカウンタ１３６のカウント数Ｕ　Ｄ　Ｃ
　ｎ−＋を減じて１サンプル時間Δｔ内の回転パルス数
を求めた後、Ｕ　Ｄ　Ｃ　ｎをメモリＢにストアする（
ステップＳ５）。

その後、上述した式（７）に基づいて、サーボモータ１
０の回転数Ｎを求める（ステップＳ６）。

なおステップＳ５およびＳ６において、サーボモータ１
０の回転数Ｎが増加すればサンプル時間Δｔ内において
、回転パルス数ｎも段階的に増加するので、第３Ｂ図に
おける太線の部分を利用してサーボモータ１０の回転数
Ｎが算出できることは前述の通りである。

ところで、上述のような制御において、いま、速度指令
信号入力部１５から制御部１４へ与えられる指令速度が
、たとえば第３Ｂ図に示す回転数Ｎｓである場合を考え
る。この場合、制御部１４は回転数Ｎｓでサーボモータ
１０を回転させるためにＰＷＭユニット１６へＰＷＭデ
ータを出力する。

ところが、サーボモータ１０は常に回転数Ｎｓで回転す
るわけではなく、負荷変動等によって回転数Ｎｓを中心
にその回転数が上下に変動する。

この回転数の変動は、上述したように、ロータリエンコ
ーダ１２およびエンコーダ信号入力部１３で検出され、
制御部１４における速度制御にフイードバックされるわ
けである。

しかしながら、指令回転数Ｎｓが、この場合のように回
転パルス数ｎ−２の場合のＮ−Ｎ−特性曲線と、ｎ−３
の場合のＮ−Ｎ−特性曲線との切替点の近傍である場合
には、いずれの特性曲線に基づいて回転数Ｎを算出する
かによって誤差Ｎ゛が大きく変動してしまう。そして誤
差Ｎ−の変動は駆動制御に不安定な要因を招く。

そこで、以下の実施例では、このような不安定な要因を
除去するべく、指令回転数ＮｓがＮ−Ｎ゛特性曲線の切
替点またはその近傍にある場合には、１サンプル時間を
長くすることによって、上述の欠点を解消する構成が採
用されている。

次に、この実施例について具体的に説明をする。

第３Ｂ図において、Ｎ−Ｎ″特性曲線の切替点に該当す
る回転数Ｎは、上述した式（８）で表わされるＮ−Ｎ−
特性曲線と、式（９）で表わされる直線との交点の回転
数Ｎｃである。よって、式（８）および式（９）からこ
の回転数Ｎｃを求めると Ｎ２−　（１／Δｔ）Ｎ ｎＡ よって、 Ｎ−　（１／Δｔ）ｎＡ−Ｎｃ　　　．−　（１０）と
なる。

それゆえ、指令回転数Ｎｓが式（１０）の回転数Ｎｃの
場合、および、制御時における回転数の微小変動を考慮
して、指令回転数Ｎｓを中心にプラスマイナス５％の範
囲内の回転数が、式（１０）の回転数Ｎｃになる場合に
は、サンプル時間Δｔを長くして、指令回転数ＮｓがＮ
−Ｎ　−特性曲線の切替点に入らないようにしている。

第５図は、制御部１４によって実行される上述の制御内
容を表わすフローチャートである。

次に、第５図の流れに従い、第２図を参照しながら説明
をする。

速度指令信号入力部１５から指令速度として回転数Ｎｓ
が与えられると（ステップＳ１１）、制御部１４は、回
転数Ｎｓを５％速めた上回転数Ｎａおよび回転数Ｎｓを
５％遅くした下回転数Ｎｂを算出する（ステップＳ１２
）。

次に、上回転数Ｎｓと下回転数Ｎｂとの間に、第３Ｂ図
に示すＮ−Ｎ”特性曲線の切替点が入っているかいない
かを判別する（ステップＳ１３）。

切替点は、上述した式（１０）を満足する回転数Ｎｃで
あるから、ステップＳ１３では、次式（１１）を満足す
る回転パルス数ｎが存在するか否かを判別することによ
って、上回転数Ｎｇと下回転数Ｎｂとの間に切替点が入
っているか否かの判別をする。

Ｎｂ＜　（１／Δｔ）ｎＡ＜Ｎａ　　−　（１　１）（
但し、ｎ＝１．２，３，　　・・・）式（１１）を満足
する回転パルス数ｎが存在する場合、たとえばｎｓ−３
の時に式（１１）が戊立する場合には、制御部１４は、
サンプル時間Δｔを長くして、新たなサンプル時間Δｔ
ｂに変更する。

具体的には、新たなサンプル時間Δｔｂは、式（１１）
における左の項と中央の項とが等しくなる時間、すなわ
ち Δｔ　ｂ−ｎＡ／Ｎｂ　　　　　　　　　−　　（１　
２）（但し、ｎは式（１１）を満足する整数）を算出す
る処理を行う（ステップＳ１４）。

このようにすれば、回転数Ｎに対して誤差Ｎ゛の割合が
切替わる切替点を避けて、安定した制御を行える。

上述の実施例は、サーボモータ１０に連結されたローク
リエンコーダ１２によって回転パルスが出力される構成
にしたが、ロータリエンコーダ１２に代えてファンクシ
ョンジエネレータ等を川いることもできる。

また、指令速度がどのような速度においても、回転数を
正確に検出でき、正確な回転数データをフィードバック
することができるので、制御が安定する。

さらに、この実施例では、第７図に示す回転速度算出処
理を不能動化するための制御動作が行われており、サー
ボモータ１０の回転方向が切換わり、回転パルスがチヤ
タリングを生じる恐れがある期間は、回転速度を算出し
ない仕組みになっている。

次に、第１図、第２図および第６図を参照しながら、第
７図の流れに従って、回転速度の算出を不能動化する制
御について説明する。

アップダウン検出部１３５の検出信号が人力されると（
ステップＳ２１）、制御部１４は該検出信号のレベルを
判別し、該検出信号のレベルがハイレベルからローレベ
ルまたはローレベルからハイレベルに切換わったか否か
によって、サーボモータ１０の回転が反転したか否かの
判別をする（ステップＳ２１）。

そして、制御部１４はサーボモータ１０が反転したこと
を判別すると、タイマＢをセットする（ステップＳ２３
）。このタイマＢは、サーボモータ１０の回転方向が切
換わり、加速度変化等の衝撃によってモータ回転軸が振
動を生じる可能性のある期間を計測するためのものであ
る。

制御部１４はタイマＢをセットした場合、該タイマＢが
タイマアップするまでは、第４図を参照して説明した回
転数の算出処理制御を不能動化する（ステップＳ２４，
Ｓ２５）。回転数検出処理の不能動化とは、タイマＡに
よる計時動作を停止させることでもよいし、キャプチャ
レジスタ１３４やアップダウンカウンタ１３６のカウン
ト数を読出す動作を禁止することであってもよい。

このように制御が行われる結果、サーボモータ１０の回
転方向が切換わって、モータ回転軸が振動し、ロータリ
エンコーダ１２の回転パルス出力がチヤタリングを生じ
る可能性のある期間は、回転数検出処理が中止されるの
で、不正確な回転数に基づく速度制御が行われることが
なくなる。

以上の説明は、サーボモータ１０が反転する場合を取上
げて説明したが、サーボモータ１０が停止状態から立ち
上がる場合や、高速回転から急速にブレーキングされる
場合にも、エンコーダ１２の出力がチヤタリングを生じ
ることがあるから、そのような場合にも採用してもよい
。

また、上述の実施例のように複写機の光学系制御用に限
らず、この発明は、ファクシミリ装置の読取装置制御用
モータや、その他の一般的なモ−夕制御回路に採用でき
る。

く発明の効果〉 この発明は、以上のように構成されているので、チヤタ
リング発生等，により、誤ったデータによって回転数検
出が行われる恐れがある場合に、回転数の検出を禁止す
る。

その結果、モータを目標速度へ到達させるための制御時
間を短縮することができ、また、正確でかつ安定した速
度制御を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る光学系駆動用ＤＣ
サーボモー夕の回転速度検出装置の要部構成を示す回路
ブロック図である。 第２図は、この発明の一実施例が適用された光学系駆動
用ＤＣサーボモー夕の駆動制御回路の全体構成を示すブ
ロック図である。 第３Ａ図および第３Ｂ図は、モータの回転数Ｎと誤差Ｎ
″との関係を表わすグラフである。 第４図は、この発明の一実施例における回転速度検出動
作を表わすフローチャートである。 第５図は、この発明の一実施例における制御部１４のサ
ンプル時間変更制御の動作を表わすフローチャートであ
る。 第６図は、ドライバ部の一例を示す回路図である。 第７図は、この発明の一実施例に係る回転数検出処理の
不能動化制御を表わすフローチャートである。 図において、１０・・・ＤＣサーボモー夕、１１・・・
ドライバ部、１２・・・ロータリエンコーダ、１３・・
・エンコーダ信号入力部、１４・・・制御部、１３１・
・・エッジ検出回路、１３３・・・フリーランニングカ
ウンタ、１３４・・・キャプチャレジスタ、１３５・・
・アップダウン検出部、１３６・・・アップダウンカウ
ンタ、を示す。 （ほか２名） 第 １ 図 制御部１４ヘ 第 ３Ａ 図 第 ３Ｂ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータの回転軸に連結されており、回転軸の予め定
   める微小角度回転するごとに回転パルスを出力する回転
   パルス出力手段と、 回転パルス出力手段から出力される回転パルスに基づい
   てモータの回転速度を算出する回転速度算出手段と、 回転パルス出力手段から出力される回転パルスに基づい
   てモータの回転方向が切換わることを検出する反転検出
   手段と、 反転検出手段の出力に基づいて回転速度算出手段を不能
   動化する手段と、 を含むことを特徴とするモータの速度検出装置。