JPH0517797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は一般に信号再生装置用の円盤駆動装置
に係り、特に同目的に利用されるブラシレス直流
モータの速度制御に関するものである。 円盤駆動装置は信号再生装置に広く使用されて
いる。磁気記録媒体上への信号の記録及び再生に
１枚ないし複数枚の記録円盤が利用される。磁気
円盤がその磁気円盤を支持する軸の周りに回転
し、変換器がその記録円盤上の記録トラツクの上
に位置して、その記録トラツク上に信号を記録し
たり再生したりする。この記録円盤は代表的には
その軸の周りに軸駆動モータに依つて大体一定の
速度、例えば毎分3125回転、を以て回転させられ
る。記録トラツクに対する変換器の速度、従つ
て、軸駆動モータの速度は変換器に依る記録信号
精度と密度に重要な影響を及ぼす。 円盤駆動装置を使用する信号再生装置におい
て、その円盤駆動装置に要するサージ電流を極力
低減し使用部品の価格を極力低減する事が必要で
ある。軸駆動装置は静止からの起動時に大サージ
電流を必要とし、又定常回転時にも広範に使用さ
れている浴称“バン・バン（bang−bang）”即ち
“駆動−惰性’速度制御方式の為により少ない、
然し依然として相当な大きさの、サージ電流を必
要とする装置である。この“バン・バン”速度制
御装置の速度変動は連続速度制御装置に依つて得
られるものより劣る。 “バン・バン”速度制御装置は“惰性回転”期
間にはさまれた期間に於いて総ての突発サージ電
流を流す。これは代表的に±0.5％の幅で定常上
昇下降しながら振動する速度を招来する。更に、
モータが公称速度で回転している時にも電源は常
時突発サージ電流を受けなければならない。この
サージ電流は電源供給系統に過度電圧を発生させ
る。この過度電圧は普通同一電源系統に属する事
の多い他の円盤駆動装置、テープ駆動装置、等に
有害な影響をもたらす可能性がある。 円盤駆動装置に於いて軸駆動用に利用されるモ
ータには代表的なブラシレス直流モータがある。
この軸モータに駆動される装置は比較的大きな慣
性をもち且つ比較的に粘性がある。この装置のも
つ比較的大きな慣性は使用されている１枚又は複
数枚の記録円盤の質量の為である。この装置は軸
駆動モータの回転摩擦並びに軸自体と関連部のグ
リースや軸受の抵抗及び円盤表面に沿つて流れる
空気が作り出す抵抗の為に特に粘性がある。 モータ制御装置は回転子と複数の巻線を有し、
その複数の巻専用の電子式整流器を有し、そして
速度帰還感知器を利用したそれら巻専用の線形速
度制御帰還ループを有する型の電気モータを制御
する様に装備される。このモータ制御装置はモー
タを通つて流れる電流の量を表示する電流帰還信
号を発生する為に複数の巻線に連結された電流感
知器を使用する。このモータ制御装置は又線形速
度制御帰還ループに結合された比較器を使用し、
この比較器は電流感知器の電流帰還信号に結合さ
れて、線形速度制御帰還ループと電流帰還信号の
比較結果に応答する比較出力を供給し、その比較
出力は電気モータ回転子の希望位置及び電流帰還
信号を表示する。この制御装置は更にバイアスが
与えられて“ON”と“OFF”の両状態及びその
中間に於いて動作能力をもつ前記比較出力に結合
されたトランジスタ回路を含有する。インダクタ
が前記トランジスタ回路の出力と電子式整流器と
の間に結合される。正帰還増幅器が電流感知器に
結合され電流帰還信号が予め設定された水準を超
す時に動作して電流帰還信号の変化を拡大する。
このトランジスタ回路は電流帰還信号が予め設定
された水準を超さない時、線形閉ループ速度制御
帰還を電子式整流器に与え、又そのトランジスタ
回路は電流帰還信号が予め設定された水準を超す
時、電子式整流器の振動パルス幅変調に依る制御
を行う。 このし振動パルス幅変調制御はトランジスタ回
路を含む閉ループ全体の発振に依つて達成でき
る。制御系は又比較器とトランジスタ回路の間に
係合されてトランジスタ回路に必要駆動電流量を
与えるドライバを含有する事もある。 電流感知器は電子式整流器に結合された電流感
知抵抗器を利用してその電流感知低控器中を流れ
る電流量が電子式整流器中を流れる電流に応答す
る様にする事ができる。これは又２個の入力と１
個の出力をもつ演算増幅器を含み、その２個の入
力が電流感知抵抗器の両端に接続された帰還抵抗
器は演算増幅器の出力と比較器との間に結合され
る様にする事もできる。その時演算増幅器は減算
モードで動作できる。 比較器は、２個の入力が選択的に電流感知器と
線形速度制御ループに結合された演算増幅器を含
有し得る。この比較器は又電流感知器に結合され
た演算増幅器の入力と演算増幅器の出力との間に
結合された補償抵抗器と補償コンデンサを含有し
て閉ループ電流制御を与える事もできる。 制御装置のトランジスタ回路はベース、コレク
タ、及びエミツタをもつスイツチング・トランジ
スタを含有し得る。このベースは比較器と適当な
バイアス回路に結合される。エミツタはエミツタ
抵抗に、そしてコレクタはインダクタとアノード
が接地結合されたダイオードのカソードに結合さ
れる。このトランジスタ回路は又更にコレクタ・
ベース間に結合されたコンデンサを含み得る。 電流検出器中の演算増幅器が減算演算増幅器と
して動作する場合、正帰還増幅器は２個の入力が
選択的に減算演算増幅器の出力及び定常状態の規
準電圧に結合された帰還演算増幅器を含有し得
る。ダイオードのアノードが帰還演算増幅器の出
力に結合されそしてそのカソードが一方で減算演
算増幅器の一つの入力に結合された帰還抵抗器に
結合される。正帰還増幅器も又帰還演算増幅器の
出力と比較器との間に結合された帰還コンデンサ
を含む。この結果正帰還が電流感知器の入力側に
導入される。 被制御モータはブラシレス電流モータであり得
て、その時該モータは信号記録用の記録媒体の回
転を制御する。記録媒体は比較的大きな慣性をも
ち得て、記録円盤であり得る。 この様な方法で接続された制御装置は連続的線
形速度制御の為のPLL（位相ロツク・ループ）サ
ーボ・システムを利用し、又初期指導の為にパル
ス幅変調制御をも使用する。 この線形速度制御は単独では利点がない。定常
状態回転に於いては線形速度制御は正規に動作す
る一方、初期起動に於てはその使用は利点をもた
らさない。初期起動に於いて、線形速度制御動作
は過度な電流消費の為に劣悪である。ブラシレス
直流モータに供給電圧24ボルトが供給されると仮
定し、又モータ巻線が回転子固定の場合約２オー
ムの抵抗をもつと仮定しよう。この場合この固定
回転子モータに与えられる電圧は24ボルトから電
力トランジスタ（電子式整流トランジスタ）に於
ける電圧降下である約４ボルトを減じたものであ
る。消費されるサージ電流は24ボルト、マイナス
４ボルト、を２オームで割算して約10アンペアで
ある。このモータ及びその負荷である記録円盤は
相当大きな慣性をもつから、この電流を起動時に
数秒間維持する必要がある。この事は全電力トラ
ンジスタが少くとも10アンペアの連続電力定格を
もつ必要を意味し、その理由は数秒の期間は電力
トランジスタの熱的時定数を大幅に超過するから
である。更に供給電源も10アンペアのサージ電流
を１秒又はそれ以上供給できる様に設計されなけ
ればならない。この結果トランジスタ及び電源は
定常速度運転条件である１乃至2.5アンペアから
決定されるものより大幅に大きなものになる。 このサージ電流は電流帰還に依つて予め設定さ
れた数値内に制限できる筈である。然し線形電力
制御トランジスタに関連してこの予め設定された
電流に於いてモータが必要としない電圧が制御電
力トランジスタ（スイツチング・トランジスタ又
はパワー・ドライバ）の両端の間に発生してトラ
ンジスタに於ける大量の放熱を招来する。この方
法は従つてサージ電流問題をトランジスタの放熱
問題に置換えて電源規模問題のみを解決するもの
である。 パルス幅変調制御装置は電力放散問題と電力供
給問題とを殆ど解決する。パルス幅変調制御装置
に依りブラシレス電流モータを流れる電流は３か
ら５アンペアに制限される。然しその様なパルス
幅変調制御装置には定常速度状態に於ける電気雑
音が非常に多いと云う重大な欠陥が存在する。 本発明の制御装置は両モードの動作を利用す
る。パルス幅変調制御装置は軸駆動モータの起動
時に電力トランジスタ及び供給電源の大きさと価
格を低減する為に利用される。本発明は又線形連
続速度制御装置を定常状態に於いてモータの速度
を正確に制御し、発生電気雑音の量を低減し、且
つ電源サージを極限まで低減する為に利用する。 本発明の制御装置は軸駆動モータの始動が余り
ひんぱんでないとは云え、一つの重大問題を解決
する。この問題が重大である理由は第一に供給必
要の可能性のあるサージ電力の為の連続定格を有
した電源が必要である。問題が重大である理由の
第二は軸駆動モータの起動は比較的まれな事象か
も知れないが総ての電力トランジスタも又供給す
べきサージ電流に合わせて作らなければならない
事である。 更に詳細な説明として、閉ループのサーボ・シ
ステムに依るブラシレス直流モータの基本的制御
は技術的に周知のものである。この様な制御装置
を記述した文献としてベンジヤミン・シー・クオ
及びジエイコブ・タル共著になるイリノイ州
61820、シヤンペイン市ステイシヨンＡ私書函
2277在S.R.L.出版会社1978年発行の標題増分に依
る運動の制御……直流モータの制御装置なる刊行
物がある。直流モータの基本的線形制御が標題
“線形直流サーボ増幅器”をもつ第10章に説明さ
れている。基本的PLL制御方式とパルス幅変調
制御方式が第11章“直流サーボ方式の為のパルス
幅変調増幅器”、第12章“速度制御方式”、第13
章”位置制御方式”、及び第14章“位相固定サー
ボ方式”の中で述べられている。 ブラシレス直流モータ１０の為の閉ループ速度
制御装置の一部が第１図に示される。大体に於い
てブラシレス直流モータの速度誤差を表示する規
準電圧１２が演算増幅器から成る比較器１４の一
方の入力に結合される。それから比較器１４の出
力はパワー・ドライバであるスイツチング・トラ
ンジスタを通して結合されて、ブラシレス直流モ
ータ１０の電子式整流器を通つて流れる電流を制
御する。抵抗器１８はブラシレス直流モータ１０
の電子式整流器と直列に結合される。この抵抗器
１８を通つて流れる電流は従つてブラシレス直流
モータ１０の電子式整流器を通つて流れる電流の
量を表わす。抵抗器１８の抵抗は固定であるから
抵抗器１８の両端の間に現われる電圧はブラシレ
ス直流モータ１０の電子式整流器を通つて流れる
電流の量を表示する。それから減算器２０が抵抗
器１８の両端に結合されてその出力２２にブラシ
レス直流モータ１０を通つて流れる電流の量を表
示する信号を供給する。この出力２２は比較器１
４の他方の入力に結合される。 電流帰還ループが規準電圧１２とブラシレス直
流モータ１０を通つて流れる電流を代表する減算
器２０の出力２２との差を極力低減する様に動作
するので、基準電圧１２は、ブラシレス直流モー
タ１０の電流を制御する事になる。規準電圧１２
がモータ１０の電流を制御するのではそれは間接
的にモータ速度を制御する。然し規準電圧１２が
速度誤差を表示するので最終的には平衡が成立し
モータの速度が速度制御ループ（第１図には示さ
ず）の要求を満たす。この制御は充分に線形でな
いとしても完全に連続的である。モータ電流と規
準電圧の関係に不連続は一切ない。個々の増幅器
並びにパワー・ドライバは飽和して“ON”にな
り遮断されて“OFF”になる動作と反対の“線
形”モードと呼ばれる動作をしている。 然し前に指摘した様に、ブラシレス直流モータ
の線形速度制御、特に円盤駆動に使用される制
御、はモータ１０の実際の速度が希望動作速度の
近傍にない時に有利性の欠如を示す。 第２図は第１図中のものと同じ帰還制御ループ
に追加を施したものである。再度規準電圧１２
が、演算増幅器から成る比較器１４と共にパワ
ー・ドライバであるスイツチング・トランジスタ
を経由してブラシレス直流モータ１０に送られ
る。そして再度抵抗器１８がブラシレス直流モー
タ１０の電子式整流器を通つて流れる電流を測定
し減算器２０が出力２２にその電流を表示する信
号を供給する。然し第２図の制御ループは２個の
追加部品を含む；アンダクタ２４と正帰還回路２
６である。インダクタ２４と正帰還回路２６は帰
還ループの他の素子と協力して改善された動作特
性を与える。正帰還回路２６は抵抗器１８を通つ
て流れる電流の量を監視しそれが予め設定したし
きい値に近づくと正帰還回路２６は減算器２０の
入力と出力２２に正帰還を供給してパワー・ドラ
イバ１６の急速な遮断を促進する。パワー・ドラ
イバ１６とブラシレス直流モータ１０の間に結合
されたインダクタ２４はパルス幅動作モード時に
動作してブラシレス直流モータ１０の電子式整流
器に於ける瞬間的電流変化を阻止する。正帰還回
路２６はブラシレス直流モータ１０の電子式整流
器を通つて流れる電流の感知に於ける変化を高速
度化する様に動作して、その情報を比較器１４に
供給しパルス幅変調時のパワー・ドライバ１６の
オン・オフを制御させる。インダクタ２４はこれ
らの素子と協力してブラシレス直流モータの電子
式整流器を通つて実際に流れる電流を平滑化し同
時に電流感知を高速度化し電流の開閉を行う。イ
ンダクタ２４は又正帰還２６に依つて創成された
ヒステリシス及びブラシレス直流モータ１０並び
にその負荷の特性に協力してパワー・ドライバ１
６のオン・オフ繰返しの動作周波数を制御する。 ブラシレス直流モータ１０の速度が希望動作速
度に合致又は接近する時、出力２２に存在する電
圧は予め設定されたしきい値を下回る。これによ
つて比較器１４が適正水準の信号をパワー・ドラ
イバ１６に送出してブラシレス電流モータ１０の
線形速度制御を行わせる事ができる。然しブラシ
レス直流モータ１０の速度がその希望動作速度に
接近しない時は減算器２０に依り決定され出力２
２に存在する電圧は前記しきい値を超える。この
場合には比較器１４は異なる信号をパワー・ドラ
イバ１６に送出してそのオン及びオフ状態の中間
で動作させブラシレス直流モータ１０の電子式整
流器に流れる電流を交互に供給及び遮断させてこ
のブラシレス直流モータにパルス幅変調制御を加
えさせる。ブラシレス直流モータ１０の速度がそ
の希望動作速度に近づき始めると、出力２２に存
在する電圧は前記の予め設定されたしきい値を下
回つて制御装置は動作速度上又はその近接での線
形制御に切換わる。 このブラシレス直流モータ１０用の二重帰還ル
ープ制御方式はかくてブラシレス直流モータ１０
に二重の制御モードを与える。モータ１０は起動
時の様にその速度が希望動作速度近傍にない時に
はパルス幅変調制御の下で動作させられ、その速
度が希望動作速度に到達又は接近した時には線形
制御の下で動作させられる。 第３図は本発明のブロツク図を示し第２図の帰
還ループを全体の位相固定速度制御ループとの関
連に於いて描写してある。ここではブラシレス直
流モータ１０はモータ巻線２８並びに電子式整流
器３０の２部分に分割して示されている。第２図
の場合同様抵抗器１８は電子式整流器３０を通つ
て流れる電流を感知し、減算器２０は抵抗器１８
の両端の間の電圧を測定し、正帰還回路２６は減
算器２０及び出力２２に帰還を供給し、前記出力
２２は比較器１４に結合されてパワー・ドライバ
１６に供給され、前記パワー・ドライバ１６はイ
ンダクタ２４を経由して元の直流モータ１０の電
子式整流器３０に結合される。 以前に言及したもう一つの帰還ループも描かれ
ている。ブラシレス直流モータ１０はその回転子
の位置を感知して表示する位置感知器を含有す
る。これらの位置感知器はモータ・フオト・ドラ
ンジスタ３２として描かれている。ブラシレス直
流モータ１０の場合、正規の切換えを電子式整流
器３０に供給してブラシレス直流モータ回転の為
の正しい時点でのモータ巻線２８に対する電流供
給を行わせる為に、固定子に対する回転子の位置
を知る必要がある。これの必要な理由はこの直流
モータがブラシレスである為前記整流を供給する
ブラシを有さないからである。直流モータはその
対応するモータ巻線に対する電流を各回転毎に何
回も切換えなければならない。このモータ・フオ
ト・トランジスタ３２はその位置感知を電子式整
流器３０に適正信号を供給する増幅器３４に供給
する様に描かれている。この様なモータ・フオ
ト・トランジスタ３２、増幅器３４、及び電子式
整流器３０はモータ技術界に於いて周知のもので
ある。ブラシレス直流モータ１０の回転子の位置
表示を与えるモータ・フオト・トランジスタ３２
の内の一つの出力はは帰還制御回路に供給され
る。この位置表示は周波数／位相検出器３６に供
給され、この検出器３６には又水晶発振器３８に
依つて供給される予め設定された周波数を以て定
期的に発生するパルスの供給源も供給される。こ
の周波数／位相検出器３６の出力は出力電圧規準
信号１２を供給するサーボ・ループ補償器４０を
経由して供給される。周波数／位相検出器３６、
及び水晶発振器３８のサーボ・ループ補償器４０
を経由してのモータ・フオト・トランジスタ３２
を伴つた使用法は技術界に於いて周知のものであ
る。かくて第３図に於いて、本発明が２個の帰還
制御ループを有する事が明示されている。一つの
制御ループは周波数／位相検出器３６及びサー
ボ・ループ補償器４０を経由する。第２の制御ル
ープは抵抗器１８、減算器２０、正帰還回路２
６、スイツチング・トランジスタ１６、及びイン
ダクタ２４を経由する。この内側のループは速度
誤差信号である電圧規準１２が大の時にはブラシ
レス直流モータ１０のパルス幅変調制御を与え、
速度誤差信号が小の時には線形制御を与える。 第４図は電子式整流器３０とモータ巻線２８の
概要表現である。信号５２，５４，５６，５８，
６０、及び６２が後述する電子式増幅器３４から
供給される。信号５２は抵抗器６４及び６６とコ
ンデンサ６８及び７０を経由してトランジスタ７
２に供給される。同様に信号５４は抵抗器７４及
び７６とコンデンサ７８及び８０を経由してトラ
ンジスタ８２に供給される。信号５８はコンデン
サ９４及び９６を経由してトランジスタ９８に供
給される。信号６０はコンデンサ１００及び１０
２を経由してトランジスタ１０４に供給される。
信号６２はコンデンサ１０６及び１０８を経由し
てトランジスタ１１０に供給される。抵抗器１１
２，１１４、及び１１６はコンデンサ１１８，１
２０、及び１２２並びにダイオード１２４と共に
電子式整流器３０の結合を完成させる。組のトラ
ンジスタ７２及び９８は電流を巻線１２６に供給
すべく動作し、トランジスタ８２及び１０４は巻
線１２８に電流を供給すべく結合し、トランジス
タ９２及び１１０は巻線１３０に電流を供給すべ
く結合して、これらは総てモータ巻線２８の中に
包含される。本発明のこの好ましい実施例に於い
て、ブラシレス直流モータ１０は３個のモータ巻
線１２６，１２８、及び１３０を含有する。 第５図はモータ・フオト・トランジスタ３２と
増幅器３４の回路図である。モータ・フオト・ト
ランジスタ１３２，１３４、及び１３６はこの直
流モータ１０の固定子に対する回転子位置の位置
表示を与える。フオト・トランジスタ１３２，１
３４、及び１３６の出力は演算増幅器１３８，１
４０、及び１４２の一方の入力にそれぞれ加えら
れる。抵抗器１４４，１４６、及び１４８は抵抗
器１５４、コンデンサ１５６、並びにダイオード
１５８と共に演算増幅器１３８，１４０、及び１
４２にバイアスを与える。抵抗器１６０とコンデ
ンサ１６２は演算増幅器１３８に結合される。抵
抗器１６４とコンデンサ１６６は演算増幅器１４
０に結合される。抵抗器１６８とコンデンサ１７
０は演算増幅器１４２に結合される。抵抗器１７
２，１７４、及び１７６は演算増幅器１３８，１
４０、及び１４２の出力をそれぞれプル・アツプ
する。 演算増幅器１３８，１４０及び１４２の出力は
直接、そしてインバータ１７８，１８０、及び１
８２を経由してNORゲート１８４，１８６、及
び１８８並びにORゲート１９０，１９２、及び
１９４から成る論理ゲート群を経由して加えられ
る。抵抗器１９６，１９８，２００，２０２，２
０４及び２０６がそれぞれプル・アツプを与え
る。NORゲート１８４は信号５２をインバータ
２０８を通して駆動する。NORゲート１８６は
信号５４をインバータ２１０を通して駆動し、他
方NORゲート１８８は信号５６をインバータ２
１２を通して駆動する。ORゲート１９０は信号
５８をインバータ２１４を通して駆動する。OR
ゲート１９２は信号６０をインバータ２１６を通
して駆動し、他方ORゲート１９４は信号６２を
インバータ２１８を通して駆動する。抵抗器２２
０，２２２、及び２２４はインバータ２１４，２
１６、及び２１８それぞれのプル・アツプを与え
る。出力２２６はモータ・フオト・トランジスタ
１３６から得られて制御帰還ループの周波数／位
相検出器３６に供給される事になる。 第６図は減算器２０と正帰還回路２６の回路図
である。抵抗器１８は第２図に示す如く電子式整
流器３０に結合される。これは又第４図にも参照
番号１２５として示されている。抵抗器１８はこ
の電子式整流器３０の中の参照番号１２５と24ボ
ルトの帰路の間に結合される。抵抗器１８は電源
の中で発生可能な接地帰路雑音をすべて除去する
為に接地の代りに24ボルトの帰路に結合される。
演算増幅器２３０は抵抗器２３２，２３４、及び
２３６を通して抵抗器１８の両端に結合される。
この演算増幅器２３０はその入力と出力の間に抵
抗器２３８を結合されて比較器として動作する。
コンデンサ２４０及び２４２は演算増幅器２３０
への電源接続を減結合し波する。減算器として
動作する演算増幅器２３０の出力はそれから貫通
給電抵抗器２４４を通して出力２２に供給され
る。正帰還回路２６は演算増幅器２４６の正入力
に結合された演算増幅器２３０の出力を以てこの
電流感知器に結合される。コンデンサ２４８及び
２５０はこの演算増幅器の電源接続を減結合し
波する。演算増幅器２４６の負入力は波コンデ
ンサ２５２をもつ定常状態の＋５ボルト電源に結
合される。演算増幅器２４６の出力はコンデンサ
２５４を通して出力２２に結合され同時に又分離
ダイオード２５６と抵抗器２５８を通して元の演
算増幅器２３０の一方の入力にも結合される。動
作時には演算増幅器２４６は減算演算増幅器２３
０の動作に正帰還を与える。演算増幅器２３０の
出力が約５ボルトに充たない時には演算増幅器２
４６の出力は約−３ボルトに保持される；然し演
算増幅器２３０の出力に於ける電圧が前記の＋５
ボルトしきい値を超えて増大した時、演算増幅器
２４６はこの電圧を＋24ボルトに向けて増幅し、
ダイオード２５６は導通してこの増幅された電圧
を元の演算増幅器２３０の入力に供給して、これ
は次に演算増幅器２３０の出力に於ける電圧を増
大し、この様に正帰還を与えて出力２２に存在す
る電圧が＋５ボルトを通過する時の電圧変化を高
速化する。 第７図は水晶発振器３８及び周波数／位相検出
器３６並びにサーボ・ループ補償器４０の回路図
を示す。この水晶発振器３８は固定の予め設定さ
れた周波数の一連のパルスを供給する。一つの好
ましい実施例に於いては208.3ヘルツの周波数が
使用されている。この信号は抵抗器２６０を通し
て周波数／位相検出器のチツプ２６２の一方の入
力に加えられる。この周波数／位相検出チツプ２
６２の他方の入力は第５図のブラシレス直流モー
タ１０の回転子位置表示を与えるモータ・フオ
ト・トランジスタ１３６に源を発する信号２２６
から来る。周波数／位相検出チツプ２６２は水晶
発振器３８からのパルスの周波数がこのモータ・
フオト・トランジスタ１３６から来る位置信号の
周波数より高い時には2.5ボルト未満の平均信号
をその出力に供給するが、水晶発振器からの信号
周波数がモータ・フオト・トランジスタ１３６か
ら供給される信号周波数より低い時は2.5ボルト
より大きい平均信号をその出力に供給する。然し
水晶発振器３８とモータ・フオト・トランジスタ
１３６から来る信号が同一周波数の時には、もし
水晶発振器３８から来る信号の正極性の波頭がモ
ータ・フオト・トランジスタ１３６から来る信号
の正極性の波頭より進んでいれば、周波数／位相
検出チツプ２６２の出力に存在する平均信号は
2.5ボルト未満であり、もし水晶発振器３８から
の信号の正極性波頭がモータ・フオト・トランジ
スタ１３６から来る信号の正極性波頭より遅れて
いれば、上述の逆になる。かくて周波数／位相検
出チツプ２６２の出力はモータから来る位置信号
の周波数と水晶発振器から来る方形波の周波数の
差を表示し、これら信号の周波数が一致した時に
はそれらの位相を表示する。この信号はそれから
抵抗器２６６、抵抗器２６８、抵抗器２７０、抵
抗器２７２、抵抗器２７４、抵抗器２７６、抵抗
器２７８、コンデンサ２８０、コンデンサ２８
２、及びコンデンサ２８４を経由して演算増幅器
２６４に加えられる。抵抗器２７４及び２７６は
コンデンサ２８６と共に2.5ボルト様の電圧分割
器と波器を供与する。抵抗器２７２はこの2.5
ボルトへの周波数／位相検出チツプ２６２の出力
からの径路を与える。抵抗器２６６及び２６８並
びにコンデンサ２８０はこの信号の搬送波波器
を与え、他方抵抗器２７０及びコンデンサ２８４
は演算増幅器２６４への入力の為の進相回路網を
与える。抵抗器２８８及びコンデンサ９０は演算
増幅器の回路網に積分と進相を与える。コンデン
サ２９２と２９４は演算増幅器２６４の電源を
波し減結合する為に使用される。演算増幅器６４
の出力にある抵抗器２９６と２９８は演算増幅器
６４の出力を減衰する様に動作する。これの結果
が水晶発振器からの方形波に対するブラシレス直
流モータ回転子の位置誤差の積分を表わす規準電
圧信号１２である。 規準電圧１２はそれから第８図に示された比較
器１４に供給される。この規準電圧信号１２は抵
抗器３００を通して演算増幅器３０２の正入力に
加えられる。演算増幅器３０２の負入力は第２の
帰還ループ、即ち第６図の出力２２、から来る。
抵抗器３０４とコンデンサ３０６は閉ループの安
定性を保証し、演算増幅器３０２の出力に定常状
態の直流電圧を供給する為に補償動作を行う。ツ
エナー・ダイオード３０８はトランジスタ３１０
と組んでトランジスタ３１０のベース・コレクタ
間が正バイアスにならない様に動作する。トラン
ジスタ３１０は抵抗器３１２及び３１４と共に第
９図に示すスイツチング・トランジスタ回路に閉
ループ電圧信号を供給する様に反転及び電力利得
並びにレベル移動を与える。トランジスタ３１６
のベースは抵抗器３１８を以てバイアスされトラ
ンジスタ３１６のコレクタとエミツタは抵抗器３
２０、コンデンサ３２２、及びダイオード３２４
を以てバイアスされる。ダイオード３２４はトラ
ンジスタ３１６のコレクタが−0.7ボルト以下に
なると導通しトランジスタ３１６への過電圧を防
止する。コンデンサ３２６はトランジスタ３１６
のコレクタ・ベース間に結合される。トランジス
タ３１６の出力３２８はそれから第２図にられる
様に250マイクロ・ヘンリのインダクタに供給さ
れ、このインダクタは第４図の電子式整流器３０
の参照番号１２３に供給されて、この二重閉ルー
プ帰還回路を完成させる。 第表には下記の部品数値表が含まれる：

【表】

【表】

【表】

【表】 かくの如く電気モータ用の新奇な制御方式が示
され説明された事がお判りになる筈である。但し
ご了解願いたい事は説明された発明の形状や細部
に於ける色々な変化、変更、及び代替を特許請求
の範囲に規定した本発明の範囲から逸脱せずに行
う事が熟練技術者にとつては可能であると云う事
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方式の電流帰還ループの
ブロツク図、第２図は正帰還を使用しブラシレス
直流モータ巻線と直列のインダクタンスを使用し
た本発明の制御方式の電流帰還ループのブロツク
図、第３図はブラシレス直流モータの全体の閉ル
ープ制御方式のブロツク図、第４図はブラシレス
直流モータの電子式整流器を示すブロツク図、第
５図はブラシレス直流モータの位置感知器と電子
式整流器の駆動の回路図、第６図は正帰還附き電
流感知器の回路図、第７図は線形速度制御帰還ル
ープの回路図、第８図は比較器の回路図、第９図
はスイツチング回路の回路図である。 符号の説明、１０……ブラシレス直流モータ、
１２……規準電圧、１４……比較器、１６……ス
イツチングトランジスタ、１８……抵抗器、２０
……減算器、２２……出力、２４……インダク
タ、２６……帰還演算増幅器、２８……モータ巻
線、３０……電子式整流器、３２……モータ・フ
オト・トランジスタ、３４……増幅器、３６……
周波数／位相検出器、３８……水晶発振器、４０
……サーボループ補償器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転子および複数の巻線２８と、前記複数の
   巻線用の電子式整流器３０と、速度感知器帰還を
   用いた前記巻線用線形速度制御帰還ループとを備
   える電気モータ１０のモータ制御装置であつて、 前記複数の巻線に結合されて前記電気モータ中
   を流れる電流の量を表わす電流帰還信号２２を作
   り出す電流感知器１８，２０と、 前記線形速度制御帰還ループ内に結合されまた
   前記電流感知器の前記電流帰還信号２２に結合さ
   れて、前記線形速度制御帰還ループと前記電流帰
   還信号の比較の結果に応答し目標値に対する前記
   電気モータの前記回転子の誤差および前記電流帰
   還信号の誤差を表わす比較出力を与える比較器１
   ４と、 前記比較器１４からの前記比較出力を受けるよ
   う前記線形速度制御帰還ループ内に結合され、バ
   イアスを与えられ“ON”及び“OFF”状態で動
   作し且つその中間で線形モードで動作して出力信
   号を出すスイツチングトランジスタ回路１６と、 前記スイツチングトランジスタ回路１６の前記
   出力と前記電子式整流器３０の間に結合されたイ
   ンダクタ２４と、 前記電流感知器１８，２０に結合されて前記電
   流帰還信号２２が予め設定された数値を超える時
   動作して前記電流帰還信号を急激に変化させる正
   帰還増幅器２６とを有し、 前記スイツチングトランジスタ回路１６は、前
   記電流帰還信号２２が前記予め設定された数値を
   超えない時線形閉ループ速度制御帰還を前記電子
   式整流器３０に与え、そして前記スイツチングト
   ランジスタ回路１６は、前記電流帰還信号２２が
   前記予め設定された数値を超える時前記電子式整
   流器３０に振動パルス幅変調制御を与えること
   を、特徴とするモータ制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のモータ制御装
   置において前記振動パルス幅変調制御が前記スイ
   ツチングトランジスタ回路１６の発振によつて与
   えられることを特徴とするモータ制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のモータ制御装
   置において前記電流感知器１８，２０は前記電子
   式整流器３０に結合された電流用抵抗器１８を備
   えそれによつて前記電流用抵抗器を通つて流れる
   電流の量が前記電子式整流器を通つて流れる電流
   の量に応答し、また、前記電流感知器１８，２０
   は、演算増幅器２３０を備え前記演算増幅器の２
   個の入力が前記電流用抵抗器の両端に結合され、
   そして前記演算増幅器２３０の１つの出力と前記
   比較器１４との間に帰還用抵抗器２４４が結合さ
   れたことを更に特徴とするモータ制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のモータ制御装
   置において前記演算増幅器２３０が減算モードで
   動作することを更に特徴とするモータ制御装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載のモータ制御装
   置において前記演算増幅器２３０は減算演算増幅
   器であり、又前記正帰還増幅器２６が２個の入力
   と１個の出力をもつ帰還演算増幅器２４６を備
   え、前記２個の入力の内の１個が前記減算演算増
   幅器の前記出力に結合され前記２個の入力の内の
   他の１個が定常電圧に結合され、前記正帰還演算
   器２６がカソードとアノードをもつダイオード２
   ５６を有し、前記アノードが前記帰還演算増幅器
   ２４６の前記出力に結合され、前記カソードと前
   記減算演算増幅器２３０の前記２個の入力の内の
   １個との間に結合された１個の帰還抵抗器２５８
   を有し、そして前記帰還演算増幅器２４６の前記
   出力と前記比較器１４の間に結合された帰還コン
   デンサ２５４を有し、それによつて正帰還が前記
   電流感知器１８，２０の入力側に導入されること
   を特徴とするモータ制御装置。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載のモータ制御装
   置において前記比較器１４が２個の入力と１個の
   出力をもつ演算増幅器３０２を備え、前記２個の
   入力の内の１個が前記電流感知器１８，２０に結
   合され前記２個の入力の内の他の１個が基準電圧
   に結合され、前記演算増幅器３０２が比較モード
   で動作することを更に特徴とするモータ制御装
   置。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載のモータ制御装
   置において前記比較器１４が更に前記２個の入力
   の内の前記１個と前記出力の間に結合された補償
   用抵抗器３０４及び補償用コンデンサ３０６を備
   え閉ループ電流補償を与えることを更に特徴とす
   るモータ制御装置。 ８ 特許請求の範囲第１項に記載のモータ制御装
   置において前記スイツチングトランジスタ回路１
   ６がベース、コレクタ、及びエミツタをもつスイ
   ツチングトランジスタ３１６を含み、前記ベース
   が前記比較器１４とバイアス回路３１８に結合さ
   れ、前記エミツタがエミツタ抵抗器３２０に結合
   され、そして前記コレクタが、前記インダクタ２
   ４とアノードが接地結合されたダイオード３２４
   のカソードに結合されていることを更に特徴とす
   るモータ制御装置。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載のモータ制御装
   置において、前記スイツチングトランジスタ回路
   １６は前記コレクタと前記ベースの間に結合され
   たコンデンサ３２６をもつことを更に特徴とする
   モータ制御装置。 １０ 永久磁石の回転子および複数の巻線２８を
   もつ固定子と、前記複数の巻線に対する前記回転
   子の磁極の位置を感知してそれに応答する位置信
   号を作り出す位置表示器３２と、前記複数の巻専
   用の電子式整流器３０とを備えるブラシレス直流
   モータ１０のモータ制御装置であつて、 予め設定された周波数の方形波信号を作り出す
   水晶発振器３８と、 前記位置表示器３２と前記水晶発振器３８とに
   動作的に結合されて平均電圧が前記位置信号と前
   記方形波信号の周波数差に応答し更に前記位置信
   号と前記方形波信号の位相差に応答する出力を作
   り出す周波数／位相検出器３６と、 前記周波数／位相検出器３６の前記出力に結合
   され前記周波数／位相検出器の前記出力に応答し
   て閉ループ速度補償を与えるために使用される誤
   差電圧信号を作り出すため前記周波数／位相検出
   器の前記出力に応答するサーボ出力をもつサー
   ボ・ループ補償器４０と、 前記電子式整流器３０に動作的に結合されて前
   記電子式整流器を通つて流れる電流に応答する電
   流帰還信号を作り出す電流感知器１８，２０と、 前記サーボ・ループ補償器４０の前記サーボ出
   力に結合されるとともに前記電流感知器の前記電
   流帰還信号２２に結合されて、前記サーボ出力と
   前記電流帰還信号の比較の結果に応答し前記水晶
   発振器の方形波信号に対する前記永久磁石回転子
   の位置誤差を最小限にするのに必要な駆動を表わ
   す比較出力を供給する比較器１４と、 前記比較出力に結合されバイアスを与えられて
   “ON”及び“OFF”の状態並びにその中間で動
   作して出力を供給するスイツチングトランジスタ
   回路１６と、 前記スイツチングトランジスタ回路１６の出力
   と前記電子式整流器３０の間に結合されたインダ
   クタ２４と、 前記電流感知器１８，２０に結合されて前記電
   流帰還信号２２が予め設定された数値を超える時
   動作して前記電圧出力を急激に変化させる正帰還
   増幅器２６とを有し、 前記スイツチングトランジスタ回路１６は、前
   記電流帰還信号２２が前記予め設定された数値を
   超えない時線形閉ループ速度制御帰還を前記電子
   式整流器３０に与え、そして前記スイツチングト
   ランジスタ回路１６は、前記電流帰還信号２２が
   前記予め設定された数値を超える時前記電子式整
   流器３０の振動パルス幅変調制御を与えるように
   制御されていることを、特徴とするモータ制御装
   置。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載のモータ制
   御装置において前記振動パルス幅変調制御が前記
   スイツチングトランジスタ回路１６の発振によつ
   て与えられることを特徴とするモータ制御装置。 １２ 特許請求の範囲第１０項に記載のモータ制
   御装置において前記電流感知器１８，２０が前記
   電子式整流器３０に結合された電流用抵抗器１８
   を備えそれによつて前記電流用抵抗器を通つて流
   れる電流の量が前記電子式整流器を通つて流れる
   電流の量に応答し、また、前記電流感知器１８，
   ２０は演算増幅器２３０を備え前記演算増幅器の
   ２個の入力が前記電流用抵抗器の両端に結合さ
   れ、そして前記演算増幅器２３０の１つの出力と
   前記比較器１４との間に帰還用抵抗器２４４が結
   合されたことを更に特徴とするモータ制御装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項に記載のモータ制
   御装置において前記演算増幅器２３０が減算モー
   ドで動作することを更に特徴とするモータ制御装
   置。 １４ 特許請求の範囲第１３項に記載のモータ制
   御装置において前記演算増幅器２３０は減算演算
   増幅器であり、又前記正帰還増幅器２６が２個の
   入力と１個の出力をもつ帰還演算増幅器２４６を
   備え、前記２個の入力の内の１個が前記減算演算
   増幅器の前記出力に結合され前記２個の入力の内
   の他の１個が定常電圧に結合され、前記正帰還演
   算器２６がカソードとアノードをもつダイオード
   ２５６を有し、前記アノードが前記帰還演算増幅
   器２４６の前記出力に結合され、前記カソードと
   前記減算演算増幅器２３０の前記２個の入力の内
   の１個との間に結合された１個の帰還抵抗器２５
   ８を有し、そして前記帰還演算増幅器２４６の前
   記出力と前記比較器１４の間に結合された帰還コ
   ンデンサ２５４を有し、それによつて正帰還が前
   記電流感知器１８，２０の入力側に導入されるこ
   とを特徴とするモータ制御装置。 １５ 特許請求の範囲第１０項に記載のモータ制
   御装置において前記比較器１４が２個の入力と１
   個の出力をもつ演算増幅器３０２を備え、前記２
   個の入力の内の１個が前記電流感知器１８，２０
   に結合され前記２個の入力の内の他の１個が基準
   電圧に結合され、前記演算増幅器３０２が比較モ
   ードで動作することを更に特徴とするモータ制御
   装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項に記載のモータ制
   御装置において前記比較器１４が更に前記２個の
   入力の内の前記１個と前記出力の間に結合された
   補償用抵抗器３０４及び補償用コンデンサ３０６
   を備え閉ループ電流補償を与えることを更に特徴
   とするモータ制御装置。 １７ 特許請求の範囲第１０項に記載のモータ制
   御装置において前記スイツチングトランジスタ回
   路１６がベース、コレクタ、及びエミツタをもつ
   スイツチングトランジスタ３１６を含み、前記ベ
   ースが前記比較器１４とバイアス回路３１８に結
   合され、前記エミツタがエミツタ抵抗器３２０に
   結合され、そして前記コレクタが、前記インダク
   タ２４とアノードが接地結合されたダイオード３
   ２４のカソードに結合されていることを更に特徴
   とするモータ制御装置。 １８ 特許請求の範囲第１７項に記載のモータ制
   御装置において、前記スイツチングトランジスタ
   回路１６は前記コレクタと前記ベースの間に結合
   されたコンデンサ３２６をもつことを更に特徴と
   するモータ制御装置。 １９ 特許請求の範囲第１８項に記載のモータ制
   御装置において前記ブラシレス直流モータ１０が
   信号記録用の記録媒体の回転を制御することを更
   に特徴とするモータ制御装置。 ２０ 特許請求の範囲第１９項に記載のモータ制
   御装置において前記記録媒体が比較的大きな慣性
   を有する媒体であることを更に特徴とするモータ
   制御装置。 ２１ 特許請求の範囲第１９項に記載のモータ制
   御装置において前記記録媒体が記録円盤であるこ
   とを更に特徴とするモータ制御装置。