JPH0352584A - 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サーボモー夕等の回転速
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。

検出の仕方としては、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
回転速度を算出する方式や、 ■１回転パルス幅（回転パルス１周期）の時間から回転
速度を算出する方式、 が知られている。

く発明が解決しようとする課題〉 上記のうち、荊者■の方式では、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。

一方、後者■の方式では、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、測定誤差が大きくな
り、回転速度の検出精度が悪くなるという欠点があった
。

この発明は、上述の背景に鑑みてなされたもので、回転
速度の検出精度が良く、しかも応答性に優れたモータの
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
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
する回転パルス出力手段と、与えられる基準クロックを
カウントする基準クロックカウント手段と、回転パルス
出力手段から出力される回転パルスをカウントする回転
パルスカウント手段と、サンプル時間を設定するサンプ
ル時間設定手段と、与えられた指令回転数またはその近
傍でモータを回転させた場合に、設定されたサンプル時
間が回転パルスの周期のほぼ整数倍になるか否かを判別
する判別手段と、判別手段出力に基づいてサンプル時間
が回転パルスの周期のほほ整数倍にならないように、サ
ンプル時間を一定時間だけ長くするサンプル時間変更手
段と、サンプル時間ごとに基準クロックカウント手段の
カウント数および回転パルスカウント手段のカウント数
を読取る読取手段と、読取手段が前回読取ったカウント
数および今回読取ったカウント数から、１サンプル時間
内における基準クロック数および回転パルス数を求め、
それらに基づいて回転速度を演算する回転速度演算手段
と、を含むことを特徴とするモータの回転速度検出装置
である。

く作用〉 読取手段は、サンプルタイミングごとに基準クロックカ
ウント手段のカウント数および回転バルスカウント手段
のカウント数を読取るから、今回のサンプルタイミング
で読取った基準クロックカウント数および回転パルスカ
ウント数と、前回のサンプルタイミングで読取った基準
クロツクカウント数および回転パルスカウント数との差
をそれぞれ求めることにより、前回のサンプルタイミン
グから今回のサンプルタイミングまでの１サンプル時間
内における基準クロック数および回転パルス数が求めら
れる。

いま、今回の基準クロックカウント数をＣＰＴｎ１前回
の基準クロックカウント数をＣＰＴｎ−い今回の回転パ
ルスカウント数をＡｎ，前回の回転パルスカウント数を
Ａ　ｎ−１とすれば、１回転パルス幅における基準クロ
ツク数ＣＰＴｏは ＣＰＴｏ−ＣＰＴｎ−ＣＰＴｎ−＋ Ａｎ−Ａｎ−１ となる。

ところで、上式における分母、っまり１サンプル時間内
における回転パルス数は、モータの回転速度に比例して
段階的に増加するから、モータが高速回転になるほど上
式の分母は大きくなり、回転速度の増加にかかわらず、
１回転パルス幅における基準クロック数ＣＰＴｏは正確
に求まる。

また、指令速度が特定の回転数の場合には、その特定回
転数を中心にモータ速度が変動して、上式における分母
が検出の度毎に変化することがある。このような分母の
変化は、基準クロツク数ＣＰＴｏの変動を招き、制御を
不安定にする。そこで、指令速度が特定の回転数の場合
には、サンプル時間を変化させ、上式における分母が変
化しないようにして不安定な要素を取除く。

く実施例〉 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
駆動制御回路の構威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１ｏ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１ｏが１
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、
エンコーダ信号人力部１３へ与えられる。

エンコーダ信号人力部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およびタイマが含まれている。

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
ａｔｌｏｎ）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１ｏの回転方向を決めたり、ブレーキングしたり
する。

第１図は、第２図におけるエンコーダ信号人カ部１３の
詳細な構成例を示すブロック図である。

エンコーダ信号人力部１３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
フリーラニングヵウンタ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がとしてフリーラニン
グヵウンタ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Ｈ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。

該人力部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を判断し、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Ａ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ー３３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］、サーボモーター
０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［ｐｐｒｌ、 今回のキャプチャレジスター３１の内容をＣＰＴｎｓ 前回のキャプチャレジスター３１の内容をＣ　Ｐ　Ｔ　
ｎ−＋、 とすると、 サーボモーター０の回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、１ Ｎ−　　　　　　　　　　　　　　　Ｘ６０（　Ｃ　Ｐ
　Ｔ　ｎ　−　Ｃ　Ｐ　Ｔ　ｈ−＋　）　ｘ　ｃｆ ・・・　（１） で算出することができる。

ここで、式（１）は、基準クロツク周波数ｆと回転パル
ス数Ｃとが定数であるから、 Ｃ Ｘ　：　Ｃ　Ｐ　Ｔ　ｎ　−　Ｃ　Ｐ　Ｔｎ−＋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−き Ｎ より Ｎ−−’Ｎ２ Ａ ・・・　（４） 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′が増加する関係にある。

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一が増加し、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、Ｎ−主立　　　　　　　　　　・
・・（５）Ｘ となり、回転数Ｎと誤差Ｎ゛との関係はＮ′一よーＮ２
　　　　　　　　・・・（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Ｘ で表わされ、回転数Ｎと誤差Ｎ′との関係はｎＡ 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一を、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。

これがこの実施例の特徴の１つである。

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サンプル時間をΔｔと
すれば、回転数Ｎを検出するためには、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の出カ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　≧（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３Ｂ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ｌ４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、ＵＤＣｎ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人力部１３で検出され、
制御部１４における速度制御にフィ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戊が採
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 凡二一（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。

速度指令信号人力部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Ｓｌｌ）、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３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３１３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Ｎａ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ｎ−３
の時に式（１１）が或立する場合には、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。

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。

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

また、複写機の光学系制御用に限らず、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ータ
制御回路に採用できる。

く発明の効果〉 この発明は、以上のように構戊されているので、ロータ
リエンコーダ等の回転パルス出力手段の分解能を上げる
ことなく、かつ、検出装置の応答数を低下させることな
く、モータの回転速度を正確に検出することができる。

特に、モータの回転速度が上昇した場合においても、検
出される誤差の増加が押さえられた信頼性のよい回転速
度検出装置とすることができる。

【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。 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・・
・エンコーダ信号人力部、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 第 ３Ａ 図 第 ３Ｂ 図 第 ４ 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回転
   パルス出力手段と、 与えられる基準クロックをカウントする基準クロックカ
   ウント手段と、 回転パルス出力手段から出力される回転パルスをカウン
   トする回転パルスカウント手段と、 サンプル時間を設定するサンプル時間設定手段と、 与えられた指令回転数またはその近傍でモータを回転さ
   せた場合に、設定されたサンプル時間が回転パルスの周
   期のほぼ整数倍になるか否かを判別する判別手段と、 判別手段出力に基づいてサンプル時間が回転パルスの周
   期のほぼ整数倍にならないように、サンプル時間を一定
   時間だけ長くするサンプル時間変更手段と、 サンプル時間ごとに基準クロックカウント手段のカウン
   ト数および回転パルスカウント手段のカウント数を読取
   る読取手段と、 読取手段が前回読取ったカウント数および今回読取った
   カウント数から、１サンプル時間内における基準クロッ
   ク数および回転パルス数を求め、それらに基づいて回転
   速度を演算する回転速度演算手段と、 を含むことを特徴とするモータの回転速度検出装置。