JPH0648914B2 - 直流モ−タの駆動装置 - Google Patents

直流モ−タの駆動装置

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JPH0648914B2
JPH0648914B2 JP60034523A JP3452385A JPH0648914B2 JP H0648914 B2 JPH0648914 B2 JP H0648914B2 JP 60034523 A JP60034523 A JP 60034523A JP 3452385 A JP3452385 A JP 3452385A JP H0648914 B2 JPH0648914 B2 JP H0648914B2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流モータに対して一定のトルク特性をも
たせる駆動方式にかゝわり、特に、光デイスク再生装置
のスピンドルモータに好適な小型のブラシレス直流モー
タの駆動装置に関するものである。
〔発明の概要〕
回転数と基準周波数を比較し、その差周波数に対応する
信号によつて直流モータの駆動電流を制御し、定速回転
数を得るようにした直流モータのサーボ回路において、
直流モータの回転角位置をアドレス信号として読み出さ
れるメモリ回路に当該直流モータのトルクリツプルのデ
ータを格納し、読み出されたデータにより、直流モータ
の駆動電流を制御することによつて1回転中に発生して
いる直流モータの回転トルクむらを除去するように制御
する。そのため、サーボループのゲインが低い場合もト
ルクむらのない充分な定速度特性が得られる。
〔従来の技術〕
従来、小型の直流モータで定トルク特性をもつものとし
て、例えば、Sin相、及びCosin相の電流で駆動
される、いわゆるBSL(Brush Slot Less)モータが
知られている。
BSLモータは円周方向に磁化されているロータマグネ
ツトに対峙してSin相、及びCosin相で駆動される
複数のステータコイルを配置し、Sin2θ+Cos2θ
=1という一定トルク特性をもたせたものであるが、ロ
ータマグネツトの着磁が完全に正弦波状になつていない
と一定トルク特性が得られずトルクリツプル(コギン
グ)が発生する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで、BSLモータと直結して回転するFG周波数発
電機)によつて回転数を検出し、トルクむらを回転数の
エラー信号としてサーボ回路に供給し、回転数(並び
に、トルクを一定にすることが行われているが、この場
合も、一般的にはかなり高いサーボゲインを与えないと
回転数特に、回転むらを一定にすることは出来ない。
又、サーボゲインを高くすると位相余裕が小さくなり発
振(乱調)状態になるという問題がある。
さらに、2相の駆動電流を得るためにロータマグネツト
の磁界を検出しているホール素子が必要とされるが、ホ
ール素子は比較的高価であり、かつ、その設置場所に制
約をうけるため回転トルクを高くすることができないと
いう問題がある。
この発明は、かゝる実状にかんがみてなされたもので、
ステータコイルに供給する駆動電流を電子回路によつて
制御することによりホール素子を省略し、かつ、トルク
リツプルをフイードホワード方式で解消するようなサー
ボ回路を設けることによつて一定の回転トルクが容易に
得られるようにした直流モータの駆動装置を提供するも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は、この発明の直流モータの駆動装置を示す原理
図で、例えば1は2相又は3相の駆動電流によつてドラ
イブされているブラシレスタイプの直流モータ、2は直
流モータ1の回転数に比例した交番信号を発生している
周波数発生機(FG)、3は基準周波数fとFG2の出
力周波数fを比較して差周波数Δfを出力している周
波数比較器、4は差周波数Δfに比例する電圧を出力し
ているf/v変換器、5は乗算回路、6はパワアンプ等
からなるドライブ回路である。
なお、7は直流モータ1の1回転分のトルクリツプルが
記憶されているメモリ(RAM)を示し、このメモリ7
から読み出されたデータによつて前記乗算回路5の乗数
が設定されるものである。
〔作 用〕
回転している直流モータ1の回転数に比例したFG2か
ら出力される周波数fと基準周波数fに差がある
と、差周波数Δfに相応する電圧がf/v変換器4から
乗算回路5、ドライブ回路6を介して直流モータ1に供
給されるため、このサーボ回路によつて差周波数が小さ
くなるように、つまり、一定の回転スピードになるよう
な回転サーボが付加される。
この場合、直流モータ1の磁極構造によつて第2図に示
すようなトルクむら(トルクリツプル)が発生すると、
サーボループのゲインを相当高く設定しても容易に取り
除くことは困難であるが、この発明の駆動装置による
と、前記メモリ7に1回転分のトルクリツプルに対応す
るデータが直流モータ1の回転角をアドレス信号として
記憶されているから、FG2から出力される信号を回転
角のアドレス信号としてメモリ7のデータを読み出し、
このデータによつてf/v変換器4から出力されるエラ
ー信号を乗算回路5においてさらに変調すると、トルク
リツプルに対応して変化する駆動電流を直流モータ1に
供給することができる。そのため、第2図の点線で示す
ようにトルクリツプルを相殺するような駆動電流がフイ
ードホワード方式で重畳されることになるから、回転ト
ルクが一定となり、モータの回転むらが消失する。
〔実施例〕
第3図(a),(b),(c)は、この発明の一実施例を示すブ
ラシレスモータの構造を示すもので、第3図(a)はステ
ータコイルの平面図、第3図(b)はロータマグネツトの
平面図、第3図(c)はモータの側面図を示している。こ
れらの図において、11a〜11cはほぼ120゜の角
度で配置されている偏平型のステータコイル、12は円
周方向に磁化されている偏平型のロータマグネツトであ
る。
ロータマグネツト12,及びステータコイル11a〜1
1cは第3図(c)に示されているように上下に間隙をお
いて配置されており、ロータマグネツト12はその回転
軸が基板16,17に取り付けられている軸受15a,
15b(15bはスラスト軸受)によつて回動自在に支
持されている。なお、前記ステータコイル11a〜11
cの中央にはポール13a〜13cを設け磁束密度を高
くすることが好ましい。
このようなモータは、第4図に示すように各ステータコ
イル11a〜11cに120゜の位相差でもつて極性の
反転する駆動電流IA,IB,ICを供給すると、ロータ
マグネツト12がこの駆動電流IA,IB,ICによつて
形成される磁界によつて吸引、及び反撥を受けて図示方
向に回転する(各駆動電流IA,IB,ICの極性が全部
180゜反転している場合は逆回転する。)。
したがつて、後述するようにモータの回転位置及びその
回転角速度をPG(位相発電機)、FG(周波数発電
機)によつて検出し、その検出した信号により直流電源
を反転することにより、駆動電流IA,IB,ICを形成
し、前記ステータコイル11a〜11cに供給すると、
いわゆるブラシレス直流モータとすることができる。
第5図は、かゝるブラシレス直流モータをトルクリツプ
ルがないように回転させるこの発明の一実施例を示すブ
ロツク図で、21は前述したような構造の直流モータ、
22はモータの回転角位置、及びそのスピードを検出し
ているPG・FG信号発生機で、例えばスリツト円板と
光電素子、又は磁化された歯車と検出コイル等で構成さ
れている。23はPG・FG信号から回転角位置を示す
アドレス信号を形成するアドレス信号発生回路、24は
モータにクランプされた、例えば光デイスクDの記録信
号を読み出しているピツクアツプ、25はピツクアツプ
24の再生RF信号からクロツク成分を形成しているク
ロツク発生回路、26は回転基準となる周波数fの発
振回路、27は前記クロツク発生回路25の周波数f
と基準の周波数fを比較し、その差周波数Δfに比例
した信号を出力しているF/V変換回路、28はA/D
変換器である。29は前述したようにメモリ30に記録
されているトルクリツプルを補償するためのデータに基
づいて乗算を行う乗算回路で、乗算された出力値は次の
D/A変換器31においてアナログ信号に変換される。
そして、この信号によつて設定された値の3相の駆動電
流I,I,Iが次の切換回路32で形成される。
又、S,Sは図示しない機構によつてモータの起動
時と定速回転時で切り換わるスイツチを示す。
つづいて、このモータの制御回路について説明する。
スイツチS,Sを接点C側に倒しておくと、乗算回
路29の係数は一定の値が入力される。この状態で直流
モータ21を図示しないキツク回路により始動して回転
させると、PG・FG信号発生機22から出力される信
号によつて直流モータ21の回転角位置に対応するアド
レス信号がアドレス信号発生回路23より出力され、前
述したような位相関係にある3相の駆動電流IA,IB
Cが切換回路32から出力されて直流モータ21の回
転が持続する。このとき、ピツクアツプ24から得られ
るRF信号によつてクロツク発生回路25から回転数に比
例したクロツク周波数fが得られるから、このクロツ
ク周波数fと基準の周波数fの差周波数成分に対応
したエラー信号がF/V変換器27から出力され、A/
D変換器28に入力される。ここでデジタル信号に変換さ
れたのち乗数が一定となつている乗算回路29に入力さ
れ、再びD/A変換器31によりアナログ信号に変換さ
れたのち駆動電流IA,IB,ICを形成している切換回
路32に供給され、このフイードバツクサーボループに
よつてクロツク周波数fと基準周波数fが一致する
ような回転サーボループが形成される。
しかしながら、前述したように直流モータ21の磁極構
造、駆動電流(IA,IB,IC)の波形からモータの1
回転中には第2図で示すようなトルクリツプルが発生
し、この回転サーボループではトルクが一定となるよう
にすることは困難である(サーボゲインを高くするとト
ルクリツプルが圧縮されるが位相余裕が小さくなりサー
ボ系が不安定になる)。
そこで、この発明の駆動装置では直流モータ21が所定の
回転数に近くなつた時点でスイツチSを接点R側に切
り換え、前記したアドレス信号発生回路23のアドレス
信号で読み込まれているA/D変換器28のエラー出力
信号に含まれているトルクリツプル値を読み出して乗算
回路29に出力するようにする。
そのため、乗算回路29では読み出されたトルクリツプ
ルに対応するデータに基づいてエラー信号のレベルが平
坦になるような演算を行う。すなわち、トルクが弱くな
る回転角位置では乗数Kが大きくなるデータがメモリ3
0から出力され、結果的に回転むらがなくなるように制
御する。
又、このようなフイードホワード制御において、スイツ
チSも接点R側に切り換えておくと、ゲート回路33
を介して、トルクリツプル値がさらに連続してメモリ3
0に取り込まれ、すでに入力されているデータの修正を
行わせをことができるが、この修正はゲート回路33が
所定のトルクリツプル値以上になつたとき開くウインド
ゲートタイプにすることにより、トルクリツプルが所定
値以上大きくなつたときに取り込み修正することが好ま
しい。
なお、メモリ30としてはアドレス信号が入力されたの
ちデータが読み出され、直後に書き込みモードになるよ
うなRAMを使用する。
さらに、修正は点線で示すように読み出したデータと取
り込まれたトルクリツプルの差を出力している加算器3
4を介して行う。
第6図は、トルクリツプルの圧縮を行う前記メモリ30
と切換回路32の具体的な他の実施例を示すもので、前
記メモリ30はRAM43によつて構成されており、前
記切換回路32はROM40、EX−OR41A,41
B,41C,及び反転スイツチ42A,42B,42C
で構成されている。ROM40,及びRAM43はアド
レス信号が0〜63番地の場合を例示してある。ROM
40、RAM43に格納されているデータは回転角位置
を示すアドレス信号によつて同時に読み出されるが、R
OM40では3ビツトのコードA,A1,A0がそれぞ
れEX−OR(41A,41B,41C)に入力されて反
転スイツチ42A,42B,42Cを制御することによ
つて第4図に示したような3相の駆動電流IA,IB,I
Cをステータコイル(11a〜11c)に供給する。他
方、RAM43に格納されているデータは回転角位置に対
応するトルクリツプル値を例えば8bitのデータa0〜a
7としたもので、このデータa〜aもアドレス信号
によつて順次読み出され、デジタルマルチプライヤ46
に供給される。
このデジタルマルチプライヤ46にはエラー信号が供給
されている絶対値回路44の出力が入力されているの
で、エラー信号に含まれているトルクリツプル値がデジ
タルマルチプライヤ46によつて平坦化されたのち次の
可変電源47に供給され、こゝで駆動電流のレベルが設
定される。なお、エラー信号の極性が例えば負の場合
は、極性検出回路45の出力によつて前記EX−OR
(41A,41B,41C)に反転信号を供給するた
め、駆動電流IA,IB,ICの極性が全て反転し、いわ
ゆるブレーキ作用を与えるようにする。
なお、スイツチS,Sの切り換えはPG信号を所定
数カウントしているカウンタを設け、その出力により切
り換えるようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明の直流モータの駆動装置
は、基準信号周波数と、モータに装着されている記録媒
体から再生出力されるクロック周波数を比較し、そのエ
ラー信号によって回転制御を行う際に、書き換え可能な
記憶手段を設け、この記憶手段に回転中のモータで発生
しているトルクリップル値を記憶するように構成し、こ
のトルクリップル値を回転サーボ回路に対してフィード
ホワード方式で供給するようにしているから、直流モー
タの磁極構造の精度や、温度変動等によって発生し易い
トルクむらを圧縮して効果的に抑圧することができる。
また、回転中に所定値以上のエラー信号が出力されたと
きは、記憶手段に記憶されているトルクリップル抑圧用
のデータが修正されるため、常にトルクリップルが最小
になるように制御することができる。
また、エラー信号が所定値以下のときは、トルクリップ
の値修正を行わないほで、消費電力を少なくするという
利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の概要を示す直流モータの駆動方式の
原理図、第2図はトルクリツプルの様子を示す波形図、
第3図(a),(b),(c)はブラシレスモータのステータコ
イルの平面図,ロータマグネツトの平面図,及びモータ
の側面図、第4図は駆動電流の波形図、第5図はこの発
明のモータの駆動方式に適用されるブロツク図、第6図
は駆動電流をコントロールするための他の実施例を示す
ブロツク図である。 図中、1は直流モータ、2は周波数発生機、3は周波数
比較器、4はf/v変換器、5は乗算回路、6はドライ
ブ回路、7はトルクリツプルが記憶されるメモリを示
す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータの回転角信号を検出する回転角検出
    手段と、 上記モータの回転速度信号を発生する回転速度検出手段
    と、 上記回転角信号と上記回転速度信号に基づいて回転角位
    置を示すアドレス信号を形成するアドレス信号発生手段
    と、 上記モータに装着された記録媒体から再生された信号か
    らクロック信号成分を抽出するクロック発生手段と、 上記クロック発生手段からのクロック周波数と基準周波
    数発生手段からの基準周波数を比較し、上記クロック周
    波数と基準周波数の差分に比例したエラー信号を発生す
    るエラー信号発生手段と、 上記アドレス信号発生手段のアドレスに基づいて上記エ
    ラー信号発生手段からのエラー信号を取り込み、上記エ
    ラー信号に含まれているトルクリップル値を記憶する記
    憶手段と、 上記アドレス信号に基づいて上記記憶手段から読み出さ
    れた上記トルクリップル値と上記エラー信号を掛け合わ
    す乗算手段と、 上記乗算手段の出力で上記モータを駆動する駆動信号を
    制御する駆動手段を備え、 上記エラー信号発生手段からのエラー信号が所定値以上
    と判断されたときは、上記記憶手段に読み込まれている
    上記エラー信号の数値が修正されるように構成されてい
    ることを特徴とする直流モータの駆動装置。
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