JPH09172797A - 同期モータの動作用のディジタルコントローラを有する回路 - Google Patents

同期モータの動作用のディジタルコントローラを有する回路

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JPH09172797A
JPH09172797A JP8302810A JP30281096A JPH09172797A JP H09172797 A JPH09172797 A JP H09172797A JP 8302810 A JP8302810 A JP 8302810A JP 30281096 A JP30281096 A JP 30281096A JP H09172797 A JPH09172797 A JP H09172797A
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、優れた同期性と、電気ノイ
ズの無い動作が得られる同期モータの制御用電子回路を
提供することである。 【解決手段】 本発明の回路によれば、同期モータは、
駆動信号（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）の振幅に影響を与えるコ
ントローラ（ＣＯＮ）の正弦波信号及び別の制御信号に
より駆動される。同期モータを調整する調整信号は、同
期モータに配置されたセンサ（ＧＥ）により生成され、
回転子の回転と駆動信号の間に一定の位相関係を生じさ
せる。上記回路は簡単な方法で実現され、ディジタル・
アナログ変換器を用いることなく制御される。本発明
は、特に、ディジタルビデオレコーダ及びビデオカメラ
に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は同期モータの動作用
のディジタルコントローラを有する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ビデオレコーダのビデオヘッド
ドラムを駆動する精密モータは、通常、外部整流形の同
期モータとして設計される。上記のモータは、容易に回
路設計が行われるディジタルコントローラにより方形波
電圧を用いて駆動される。モータは、例えば、２組の極
の対を備えたディスク磁石として設計された回転子と共
に設計される。回転子は、１２０°の角度をなす３本の
コイルに分割された固定子コイル上に短い間隔で回転し
得るように取付けられる。同一の軸に取付けられた磁気
戻りパスは、直角で固定子コイルを通る磁力線を案内す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のモータ駆動の場
合、大きい電流が、特に、方形波信号の切替わりのエッ
ジに生じ、電気的干渉と共に厳しいノイズを発生させる
という欠点がある。更に、トルクプロファイルは十分に
均一ではない。これは、特に、毎分９０００回転の高回
転速度で問題を生じる。
【０００４】本発明の目的は、上記欠点を回避する同期
モータの制御用の上記タイプの回路を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載された発明により達成される。本発明の展開は従
属する請求項に記載される。同期モータの動作用回路は
ディジタルコントローラを含み、同期モータのコイルを
駆動するため使用されるディジタルコントローラの出力
信号は正弦波信号に変換される。上記駆動信号の振幅
は、回路においてコントローラの分離した制御信号によ
る影響を受ける。
【０００６】上記の回路は、同期モータ上に設けられ、
同期モータを調整し、回転子の運動シーケンスの識別を
可能にさせる調整信号を生成するセンサを更に有する。
同期モータのコイルを駆動するため使用される方形波信
号は、最初に、積分器において三角波形信号に変換され
る。この三角波形信号は、次に、ローパスフィルタにお
いて正弦波信号に変換される。
【０００７】正弦波信号は、モータのコイルを静かに駆
動し、これにより、回転子の均一なトルクが生成され
る。同期モータは、３本の全コイルが常に動作的であ
り、急激な加速及び制動が得られるツゥ・クォードラン
ト(two-quadrant)モードで動作させられる。駆動信号の
振幅は、例えば、制御信号が供給された乗算器を用いて
調整される。制御信号は、乗算器により駆動信号がチョ
ップされるパルス幅変調信号である方が有利である。上
記の過程で生成された高調波は、乗算器の下流に設けら
れたローパスフィルタにより打ち消される。このような
方法で、複雑な制御信号のディジタル・アナログ変換が
回避される。
【０００８】モータ上に配置されたセンサは、正確な角
度位置及び回転子の回転速度を示し、ディジタルコント
ローラにより直接に処理可能なディジタルパルスを生成
する。コントローラ内の発生器は、動作中に上記パルス
により同期させられる。３個の駆動信号がコントローラ
内で簡単な方法により、３ビットカウンタ及び下流の復
号化器を用いて発生器の信号から生成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面及び表を参照し
て本発明の実施例の説明を行う。図１には、３本のコイ
ルＳ１、Ｓ２及びＳ３を有するディジタルコントローラ
ＣＯＮからなる回路が示される。同期モータに設けられ
たセンサＧＥは、動作中に、コントローラＣＯＮに供給
される調整信号ＦＧを生成する。３個のディジタル駆動
信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１が、コントローラＣＯＮにおい
てモータの動作用に生成される。方形波信号Ｕ１、Ｖ
１、Ｗ１は、下流の適当に設計された積分器Ｉ１、Ｉ
２、Ｉ３を用いて三角波形信号Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に変換
される。
【００１０】３個の駆動信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、互い
に対し１２０°ずつ位相偏移させられる。この位相偏移
は、回路の個々の各段階で保持される。上記回路におけ
る駆動信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の処理は、何れの場合にお
いても同一であり、そのため、以下では、一つの位相に
対する信号Ｕ２の更なる処理だけを説明する。積分器Ｉ
１の出力信号Ｕ２の振幅は、下流の乗算器Ｍ１による影
響を受ける。同様に三角波形を有する乗算器Ｍ１の出力
信号Ｕ３は、次に、ローパスフィルタＴＰ１において、
正弦波信号Ｕ４に変換され、同期モータのコイルＳ１に
供給される前に増幅器Ａ１により増幅される。
【００１１】図２には、変換された信号Ｕ２及びＵ４と
共に駆動信号Ｕ１と、センサＧＥの調整信号ＦＧが時間
に関しプロットされている。同図には、上記の信号の位
相同期と信号波形が示される。同期モータはコントロー
ラＣＯＮにより同期位相で動作させられ、その回転速度
は、以下の説明の如く、調整信号ＦＧにより制御され
る。
【００１２】コイルＳ１、Ｓ２及びＳ３に供給された上
記信号（及び電流）の振幅、即ち、回転子の回転速度
は、各々の場合に乗算器Ｍ１、Ｍ２及びＭ３に供給され
る別の制御信号ＳＴにより調整される。上記の実施例に
おいて、制御信号ＳＴは、アナログ乗算器Ｍ１、Ｍ２及
びＭ３により処理される前に、ディジタル・アナログ変
換器ＤＡにおいてディジタル形式からアナログに変換さ
れる。
【００１３】モータがスタートしたとき、コントローラ
ＣＯＮは、１２０°ずつ偏移した低周波数の３個の方形
波信号Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を生成する。制御変数ＳＴが十
分に大きい場合には、回転子は印加された回転界磁に追
従を開始し、定格回転速度まで加速される。以下、図３
を参照して、方形波駆動信号Ｕ１を正弦波信号Ｕ４に変
換する回路の有利な一実施例を説明する。
【００１４】この例において、積分器Ｉ１は適切に配線
された演算増幅器であり、この演算増幅器は、駆動信号
Ｕ１を僅かに台形状の三角波形信号Ｕ２に変換する。下
流の乗算器Ｍ１は、パルス幅変調信号ＰＷＭと同期して
積分器Ｉ１のアナログ出力信号をチョップする電界効果
トランジスタＴよりなる。この例の場合、トランジスタ
Ｔのハイレベルにより、発振が妨げられ、一方、ローレ
ベルにより、発振は元の振幅で継続する。適当に設計さ
れたローパスフィルタＴＰ１は、信号Ｕ３から、ＰＷＭ
信号の高周波の高調波と、三角波形信号の高調波の双方
を除く。信号Ｕ２、Ｕ３及びＵ４の波形は、図３の上部
に示される。
【００１５】ローパスフィルタカバーＴＰ１の出力信号
は、かくして、アナログ正弦波信号であり、その振幅は
パルス幅変調信号ＰＷＭのデューティ比に反比例する。
このような態様で、高価なディジタル・アナログ変換器
ＤＡ（図１）と、複雑なアナログ乗算器を避けることが
可能になる。更に、ディジタルパルス幅変調は、回路の
許容度がないということを意味する。方形波信号Ｕ１を
三角波形信号Ｕ２を介して正弦波信号Ｕ４に変換するこ
とにより、トランジスタＴによる調整が全発振周期に亘
って動作的であるという利点が得られる。方形波信号の
場合、信号は時間の５０％の間でゼロであるので、上記
の利点は得られない。三角波形信号Ｕ２は、図３に示さ
れるように、特に、台形状に平らにしてもよい。
【００１６】ブリッジ回路内の電力増幅器は、駆動信号
Ｕ４をコイルＳ１に直接的に伝達する。このブリッジの
出力段は、モータをツゥ・クォードラントモードで動作
させ、即ち、回路は、動作的に加速させ、かつ、動作的
に制動させることが可能である。従って、回転速度の非
常に高速かつ精確な変化が実現可能である。
【００１７】
【実施例】図４を参照して、ディジタルコントローラＣ
ＯＮ（図１）の設計をより詳細に説明する。ディジタル
コントローラＣＯＮは、スタート時に約１８Ｈｚの基本
周波数で発振し、その出力信号が３ビットカウンタＺの
入力に供給される発生器Ｐを含む。上記のカウンタＺの
３個の出力は、以下の表１を参照して駆動信号Ｕ１、Ｖ
１、Ｗ１を生成する復号化器Ｄに供給される。
【００１８】
【表１】
【００１９】カウンタＺの出力信号の符号は、１２０°
ずつ位相偏移した３個の方形波信号が生成されるよう
に、復号化器において変換される。カウンタＺは、１か
ら６まで、対応する２値形式では０から１０１までカウ
ントし、次に、リセットパルスＲＥＳにより０にリセッ
トされる。表１に示されるように、対称性のある方形波
発振Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の発振周期は、厳密に６をカウン
トするパルス長である。カウントの向きは、表の矢印に
より示される。
【００２０】センサＧＥ（図１）により生成された調整
信号ＦＧは、コントローラ内の分離器ＳＥＰに供給さ
れ、分離器ＳＥＰは、発生器ＰのトリガパルスＴＲと、
カウンタＺのリセットパルスＲＥＳを生成する。図２か
ら分かるように、調整信号ＦＧのパルスは、１１個の幅
の狭い方形波パルスと、１個の幅の広い方形波パルスと
により構成される。上記の各パルスは、分離器ＳＥＰの
トリガパルスＴＲをスタートさせる。幅の広いパルス
は、カウンタＺ用のリセット信号ＲＥＳであると考えら
れる。このリセット信号は、２値のカウンタ値０００を
生成し、各回転子の回転のスタート信号に対応する。
【００２１】モータ上に配置されたセンサＧＥ（図１）
は、例えば、発光ダイオードと、光接続線が回転子によ
って周期的に遮られるホトトランジスタとを用いて光学
的に実現される。この例の場合、スタートパルスの機械
的な配置は、定格回転速度で最高の効率が得られるよう
に選択される。正弦波信号でモータを駆動することによ
り、方形波信号で駆動するよりも優れた効率が得られ
る。
【００２２】図５には、駆動信号Ｕ１、Ｖ１及びＷ１が
調整信号ＦＧから得られる様子が示される。駆動信号Ｕ
１、Ｖ１及びＷ１のエッジは、かくして、回転子の回転
により厳密に画成される。光センサＧＥの正確な機械的
位置決めにより、回転子に対し最適な進み角を定める回
転界磁が生じ、その結果として、最も好ましい効率が得
られる。定格回転速度において、磁気回転界磁と回転子
の間に一定の位相関係がある。かくして、位相の分離が
３０°の等距離にある１２個のパルスが１回の回転子の
回転中に生成される。図５には、更に、積分器Ｉ１、Ｉ
２及びＩ３（図１）により生成された三角波形信号Ｕ
２、Ｖ２及びＷ２が示される。
【００２３】全部で３個の駆動信号に対し１個のセンサ
ＧＥだけで十分である。スタートパルスの最適な時間
は、プログラム可能な遅延を用いてコントローラＣＯＮ
により選択的に設定される。例えば、ビデオレコーダに
おいて既に何らかの形で利用されているように、プログ
ラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）をコントローラとして
使用してもよい。上記の回路は、集積化してもよく、或
いは、物理的に分散した別個の部品から構成してもよ
い。コントローラ自体を個別の部品から構成しても構わ
ない。
【００２４】同期モータは、３個ではなく、多数のコイ
ルＳ１、Ｓ２及びＳ３を有する場合があるので、回路は
対応した数の駆動信号を有する必要がある。各コイルＳ
１、Ｓ２又はＳ３は、多数の巻線に分割してもよい。
【００２５】
【発明の効果】上記の電子回路は、高い費用効率で設計
することが可能であり、アナログ部分とディジタル部分
がアナログ・ディジタル変換器又はディジタル・アナロ
グ変換器を用いることなく互いに接続される。更に、高
い効率が得られる。結果として、特に、ディジタルビデ
オレコーダ及びビデオカメラに適用されるが、その他に
も、例えば、コンピュータ内のディスクドライブ装置又
はコンパクトディスクドライブ装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】三相同期モータを駆動する回路の構成図であ
る。
【図２】一つの相に対する回路で生成された電子信号を
示す図である。
【図３】一つの相に対する回路の構成図である。
【図４】ディジタルコントローラの構成図である。
【図５】調整信号及び同期モータの三相に対する３個の
駆動信号を示す図である。
【符号の説明】
Ａ１ 増幅器 ＣＯＮ ディジタルコントローラ Ｄ 復号化器 ＤＡ ディジタル・アナログ変換器 ＦＧ 調整信号 ＧＥ センサ Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３ 積分器 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 乗算器 Ｐ 発生器 ＰＵ パルス ＰＷＭ パルス幅変調信号 ＲＥＳ リセットパルス Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ コイル ＳＥＰ 分離器 Ｔ トランジスタ ＴＰ１ ローパスフィルタ ＴＲ トリガパルス Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１ ディジタル駆動信号 Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２ 三角波形信号 Ｕ３ 乗算器の出力信号 Ｕ４ 正弦波信号 Ｚ ３ビットカウンタ
フロントページの続き (72)発明者 ゲーアハルト ライナー ドイツ連邦共和国 78052 ヴィリンゲン −シュヴェニンゲン オーダーシュトラー セ 118

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同期モータの駆動コイル用のコントロー
    ラの各ディジタル駆動信号を正弦波信号に変換する手段
    からなり、 上記コントローラからの制御信号が上記駆動信号の振幅
    に影響を与えることを特徴とする同期モータの動作用の
    ディジタルコントローラを有する回路。
  2. 【請求項２】 上記同期モータに設けられ、上記同期モ
    ータを調整する調整信号を生成するセンサを更に有し、 上記調整信号は、回転子の運動シーケンスの識別を可能
    にさせることを特徴とする請求項１記載の回路。
  3. 【請求項３】 上記手段は、上記コントローラのディジ
    タル駆動信号を三角波形信号に変換する積分器と、上記
    三角波形信号を正弦波信号に変換するローパスフィルタ
    とを含み、上記三角波形信号の振幅に影響を与えること
    が可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の回
    路。
  4. 【請求項４】 上記手段は、上記制御信号が供給され、
    その制御信号により駆動信号の振幅を調整することがで
    きる乗算器を含むことを特徴とする請求項３記載の回
    路。
  5. 【請求項５】 上記乗算器は上記ローパスフィルタの
    上流に設けられ、 上記制御信号はパルス幅変調信号であり、そのパルス幅
    変調信号により上記乗算器は上記駆動信号をチョップ
    し、その結果として生成された高調波が上記ローパスフ
    ィルタで除波されることを特徴とする請求項４記載の回
    路。
  6. 【請求項６】 上記センサは回転子の回転毎に１２個の
    方形波パルスを生成し、 回転用のスタートパルスとして使用される上記パルスの
    中の１個は、他のパルスとは異なるパルス幅を有するこ
    とを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか１項記載
    の回路。
  7. 【請求項７】 上記コントローラは、上記モータのスタ
    ート用のスタート周波数を生成し、動作中に上記センサ
    の上記パルスにより同期させられる発生器を有すること
    を特徴とする請求項６記載の回路。
  8. 【請求項８】 ３ビットカウンタが、上記コントローラ
    の上記発生器の下流に設けられ、上記発生器の上記パル
    スをカウントし、上記３ビットカウンタの出力信号は、
    復号化器により１２０°ずつ位相偏移した３個の方形波
    信号に変換されることを特徴とする請求項７記載の回
    路。
  9. 【請求項９】 上記スタートパルスは上記カウンタをリ
    セットさせることを特徴とする請求項８記載の回路。
  10. 【請求項１０】 ディジタルビデオレコーダ又はビデオ
    カメラの応用に使用されることを特徴とする請求項１乃
    至９のうちいずれか１項記載の回路。
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