JPS6310668B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度基準として水晶発振器の出力の
ように安定な周波数を用いて回転数安定度を高
め、さらに速度制御ループの中に低域補償回路を
挿入して負荷安定度を高めて、実質的に速度制御
ループのみの１ループの制御回路であるにかかわ
らず、位相制御をかけた場合とほとんど同一の特
性を実現するようにしたモータの速度制御装置に
関するものである。

従来のレコードプレーヤ等の音響機器に用いら
れるモータとして、普及機には電圧を速度基準と
した速度制御モータを用いているが、この方式は
周囲の温度変化や、部品の経年変化に対して十分
安定な基準電圧をつくるのが難しく、また定常負
荷に対して速度偏差を生じるという問題点を含ん
でいる。

この問題を解決するために、高級機では速度制
御ループにさらに位相制御ループを加えて、定常
負荷に対する安定性を高めているが、この方式は
速度制御ループ、位相制御ループの２つの制御ル
ープからなり、その２つの制御ループの動作が互
に影響を及ぼしあうため、調整が難しく、構成も
複雑になり、さらに周囲温度の変化や部品の経年
変化に対して動作点が移動して、同期範囲が減少
する等の種々の問題が存在している。

本発明は上述の従来の問題点を解決し得るモー
タの速度制御装置を提供するものでである。以
下、本発明を図示の実施例に基いて説明する。第
１図は本発明の一実施例を示す要部ブロツク図で
ある。同図において、１はブラシレス型直流モー
タのごとき被速度制御モータ、２はモータ１の回
転数に比例した周波数の信号を発生する周波数発
電機、３は周波数発電機２の出力波形を整形して
１／２分周するための波形整形処理回路である。４
は水晶発振器の出力のように安定な周波数を発生
するための基準周波数信号発生回路である。５は
波形整形処理回路３の出力信号の立下りをトリガ
信号とし、クロツク信号である基準周波数信号発
生回路４の出力パルスをＮ個（Ｎは整数）カウン
トしている間は“１”レベルを保ち、Ｎ個カウン
トを終えた後に“０”レベルとなるようなＮ進カ
ウンタで構成された一定パルス幅発生回路、６は
前記波形整形処理回路３の出力パルスと一定パル
ス幅発生回路５の出力パルスを合成して、モータ
１の速度差に対応するパルス幅をもつパルス信号
に変換するためのパルス合成回路、７はパルス合
成回路６のパルス状の出力を平滑して直流電圧に
変換するためのフイルタ回路、８はフイルタ回路
７の出力の低周波成分（直流を含む）を増強する
ための低域補償回路、９は低域補償回路８の出力
を電力増幅してモータ１に電力を供給するための
モータ駆動回路である。なお、前記の波形整形処
理回路３と一定パルス幅発生回路５とパルス合成
回路６とで速度誤差検出回路１０を構成してい
る。また、以上に述べたモータ１、周波数発電機
２、速度誤差検出回路１０、フイルタ回路７、低
域補償回路８、およびモータ駆動回路９とで速度
制御ループを構成している。

第２図は速度誤差検出回路１０の具体的な構成
例を示す回路図で、図中の２１はクロツク入力端
子CK、出力端子、クリヤ端子CLをもつＮ進
カウンタで、CL端子を“０”レベルにすること
によりカウント内容を“０”状態にリセツトする
様に構成されている。２２はＢ点へ入力される信
号の立下り微分する微分回路、２３は“０”レベ
ルのトリガ信号でリセツトとセツト動作を行なう
リセツト・セツト・フリツプフロツプ（以下、
RSフリツプフロツプと記す）回路である。

以上に述べたＮ進カウンタ２１、微分回路２
２、RSフリツプフロツプ回路２３で一定パルス
幅発生回路５を構成している。

次に、この動作を説明する。まず最初、RSフ
リツプフロツプ回路２３が“０”状態でＱ端子が
“０”レベルであると仮定し、Ｂ点に信号が入つ
たとすると、その信号は品分回路２２で微分さ
れ、その出力でRSフリツプフロツプ回路２３を
“１”状態にセツトしてＱ端子を“１”レベルに
する。Ｑ端子はＮ進カウンタ２１のCL端子と接
続されているため、Ｎ進カウンタ２１はクリヤ
（リセツト）が解除されて、CK端子（Ａ点）に入
力されているクロツクパルスのカウントを開始
し、Ｎ個のクロツクパルスをカウントし終えた瞬
間に端子が“１”レベルから“０”レベルに
変わり、RSフリツプフロツプ回路２３にリセツ
トをかけて、その内部状態を“０”状態にし、次
に新たにＢ点に信号が入るまでＱ端子を“０”レ
ベルに保つ。すなわち一定パルス幅発生回路５は
Ｂ点への入力信号の立下りをトリガ信号として、
クロツクパルスの周期τとカウント数Ｎの積Nτ
で決定される時間だけ“１”レベルとなる一定幅
パルスを発生する。

２４は周波数発電機２の出力を増幅するための
増幅器、２５は増幅器２４の出力波形を矩形波に
整形するための整形回路、２６は1/2分周器で、
増幅器２４、整形回路２５、分周器２６で波形整
形処理回路３を形成している。

２７と２８はOR回路とAND回路、２９，３０
はPNP形のトランジスタ３３とNPN形のトラン
ジスタ３４のベースに電流を供給するための抵
抗、３１と３２は各トランジスタ３３，３４のリ
ーク電流を防止するための抵抗である。

上記OR回路２７、AND回路２８、抵抗２９，
３０，３１，３２およびトランジスタ３３，３４
でパルス合成回路６を構成している。パルス合成
回路６はＥ点が次のような３つの状態となるよう
に構成されている。すなわち、Ｄ点、Ｂ点が共に
“１”レベルの時にトランジスタ３３がオフ、ト
ランジスタ３４がオンとなつて電流吸い込みモー
ドになり、またＤ点、Ｂ点が共に“０”レベルの
時にトランジスタ３３がオン、トランジスタ３４
がオフの電流ふき出しモードになり、そしてＤ
点、Ｂ点のレベルが一致していない時は、トラン
ジスタ３３，３４の両方がオフとなつて、いわゆ
る高インピーダンスとなるような３ステートの状
態を持つ。

第３図，第４図および第５図は第１図，第２図
の実施例の動作時Ｃ、Ｂ、Ｄ、Ｅの各点のタイム
チヤートでを示したもので、第３図はモータの回
転が速すぎる場合、第４図はモータの回転が遅す
ぎる場合、第５図はモータの回転が定常の場合を
示している。

第３図のモータ回転速度が速すぎる場合、周波
数発電機２の出力周波数（Ｃ点の周波数）が₁で
あるとする。ここでＡ点に入るクロツクパルスの
周期τと、一定パルス幅発生回路５を構成するＮ
進カウンタのカウント数は一定で、 Nτ＝１／₀ ……(1) （ただし、₀はモータ１が定常回転の時の周波
数発電機２の出力周波数） の関係を満すように設定しておくと、 τ₁＝Nτ−１／₁＝１／₀−１／₁……(2) の期間だけＢ点、Ｄ点は共に“１”レベルとなる
ので、Ｅ点は電流吸い込みモードとなつてフイル
タ回路７から電流を吸い込んでフイルタ回路７の
出力電圧を下げ、低域補償回路８、モータ駆動回
路９を経てモータ１の回転数を遅くして、周波数
発電機２の出力周波数、すなわちＣ点の周波数を
引き下げようとする。

第４図のモータの回転速度が遅すぎる場合、周
波数発電機２の出力周波数が₂であるとすると、 τ₂＝１／₂−Nτ＝１／₂−１／₀……(3) の値の期間だけＢ点、Ｄ点は共に“０”レベルと
なるので、Ｅ点は電流ふき出しモードとなつてフ
イルタ回路７へ電流を流し込んで、フイルタ回路
７の出力電圧を上げ、低域補償回路８、モータ駆
動回路９を経てモータ１の回転数を上げて、周波
数発電機２の出力周波数を引き上げようとする。

第５図のモータ１が定常回転で回転している場
合は、Ｂ点、Ｄ点が共に同一レベルになる期間が
なく、トランジスタ３３，３４は共にオフ状態を
続けて高インピーダンス状態になり、Ｅ点での電
流の出入りはなくなつて、フイルタ回路７の出力
電圧は一定に保たれる。その結果、モータ１の回
転数も一定に保たれる。

以上の説明から明らかな様に、定速状態では、
周波数発電機２の出力周波数を_Gとすれば、 １／_G＝Nτ ……(4) の関係が常に成り立つことがわかる。

第６図はモータ１の回転数を調整するために、
前述の一定パルス幅発生回路５と置換すべき可変
パルス幅発生回路４１の構成例を示す図である。
同図において、２２と２３は前に述べた微分回路
とRSフリツプフロツプ回路である。４２はプリ
セツト端子を持つプログラマブルカウンタと各種
ゲート回路などで構成されるプリセツトカウンタ
で、プリセツト入力端子２進数で設定された値を
カウントし終えると端子から“０”レベルの
出力がでる様に構成されている。４３はプリセツ
トカウンタ４２のプリセツトを行なうための設定
回路で、これは複数個のスイツチ４４と、“１”
レベルを与えるための複数個の抵抗４５で構成さ
れている。

なお、プリセツトカウンタ４２のプリセツト入
力端子はそれぞれ２⁰，２¹……２ⁿの桁に対応し、
スイツチ４４によつて所望の桁が選択され所望の
パルス幅を得ることができる。

本構成によれば、先のタイムチヤートで説明し
たように、常に速度制御がかかつて第５図の状態
で安定するように前記(4)式の関係が成り立つよう
に動作するので、スイツチ４４を操作してプリセ
ツトカウンタ４２のカウント数Ｎを変化させると
パルス幅Nτも変化し、周波数発電機２の出力周
波数_Gすなわちモータ１の回転速度を変えること
ができる。

なお、以上の説明では回転数の設定をスイツチ
４４で行なつているが、これに限られるものでは
なく、BCD（２進化10進）コードをもつたデジタ
ルスイツチや、さらにはゲート回路やカウンタで
構成したロジツク回路で制御を行なつても良い。

第７図は演算増幅器５１、抵抗５２と５３、コ
ンデンサ５４、基準電源５５で構成されるアクテ
イブフイルタの構成例を示し、これは前記低域補
償回路９として動作する。これは第８図に例示す
る周波数特性のごとく、低域ほど利得が増大する
様に動作し、速度制御ループに組入れることによ
り低域ほど帰還量が増大するようになつている。

第９図および第１０図はモータの制御特性の例
を示すグラフで、第９図中のＡ，Ｂはそれぞれ低
域補償回路９がない場合と、ある場合のトルクの
外乱周波数―速度変動特性を示すボード線図、第
１０図中のＣ，Ｄはそれぞれ低域補償回路９がな
い場合と、ある場合の負荷トルタ―速度変化特性
を示すグラフである。

これは、制御系の帰還量が低域ほど増大し、直
流域では実用上ほぼ無限大（演算増幅器５１の裸
利得によつて決定される。）となるために、第１
０図のＤに示す様に制御範囲内では、いかなる負
荷トルクでも速度変化はほとんど０となり、位相
制御をかけた場合と殆んど同一の特性となる。

第１１図は本発明で使用し得る波形整形処理回
路３の他構成例を示した要部ブロツク図である。
同図において、２４と２５は前に述べた増幅器と
整形回路、６１は抵抗とコンデンサ、または数個
直列に接続されたインバータ回路等で構成された
遅延回路６２とイクスクルーシブORゲート回路
６３で構成された周波数逓倍回路、６４はＤフリ
ツプフロツプ回路６５，６６とNANDゲート回
路６７で構成された1/3分周回路で、その出力の
“１”レベルのデユーテイは1/3となる。

第１２図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは第１１図の波形
整形処理回路の動作を示すタイムチヤートであ
る。

この第１１図の回路を使用した本発明の実施例
（以下、これを第２番目の実施例と称す）の場合
も第３図乃至第５図に示したのと同様に、斜線で
示した区間１／_Gと一定パルス幅発生回路５の出
力パルスのパルス間隔Nτと一致する様に動作す
るので、結果的には前述の第２図に示した第１番
目の実施例の動作と同じになる。しかし、この第
２番目の実施例では、第１番目の実施例が周波数
発電機の出力周波数_Gの２倍の周期でモータ１の
速度誤差を検出して補正するのに対し、第１２図
のタイムチヤートから明らかなように、周波数発
電機２の出力周波数_Gの1.5倍の周期でモータ１
の速度誤差を検出して補正する。このため第２番
目の実施例の方が第１番目の実施例にくらべて系
の応答時間を１／1.5に短縮できる点で有利であ
る。

以上の説明から明らかなように、本発明は次の
ような数々のすぐれた特長を有する。

(1) 構成の簡単な速度制御ループのみの１ループ
の制御回路であるにかかわらず、位相制御をか
けた場合と殆んど同一の負荷特性を持たせるこ
とができ、また、以上の結果として位相制御を
かけた場合のように速度制御ループと位相制御
ループの動作点が互に干渉しあうことはなく、
周囲温度変化や部品の経年変化による回路の動
作点の変動もなくなる。

(2) 速度誤差検出はデジタル的に行なつているの
で、ビツト誤差以外の検出誤差は発生せず、ク
ロツクパルスとして水晶発振器の出力のような
安定な周波数信号を用いることにより、モータ
の回転速度の安定度と精度は水晶発振器の安定
度と精度と同等にすることができる。

(3) 速速度誤差検出回路の出力（パルス合成回路
の出力）端子は、電流吸い込みモード、電流ふ
き出しモード、高インピーダンスモードの３つ
の状態を持ち、定速時には高インピーダンスモ
ードとなつて安定するので、電流の出入りがな
く、したがつて、リツプル等が発生せず、フイ
ルタ回路７の時定数を小さくしても、なめらか
な制御ができる。

(4) 回転速度を調整するために、速度誤差検出回
路を構成するカウンタのカウント数を変えて
も、速度誤差検出回路の出力端子は自動的に高
インピーダンスモードとなつて安定するため動
作点調整の必要がない。

(5) 速度誤差検出回路は全てデジタル回路で構成
できるため、IILまたはＣ―MOS等のIC化に適
しており、従来のサンプリング方式による速度
誤差検出回路のように外付けのコンデンサ等も
不要になりコストダウンがはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部ブロツク
図、第２図は本発明で使用し得る速度誤差検出回
路の構成例を示す図、第３図，第４図および第５
図は速度誤差検出回路の動作時のタイムチヤー
ト、第６図は本発明で使用し得る可変パルス幅発
生回路の構成例を示す図、第７図および第８図は
低域補償回路の一例を示す図とその周波数特性
図、第９図および第１０図は本発明による特性改
善効果の例を説明するための特性図、第１１図は
本発明で使用し得る波形整形処理回路の他の例を
示すブロツク図、第１２図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは
そのタイムチヤートである。 １…モータ、２…周波数発電機、３…波形整形
回路、４…基準周波数信号発生回路、５…一定パ
ルス幅発生回路、６…パルス合成回路、７…フイ
ルタ回路、８…低域補償回路、９…モータ駆動回
路、１０…速度誤差検出回路、２１…Ｎ進カウン
タ、２２…微分回路、２３…RSフリツプフロツ
プ回路、２４…増幅器、２５…整形回路、２６…
１／２分周器、４１…可変パルス幅発生回路、６１
…周波数逓倍回路、６４…1/3分周回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータと、該モータの回転数に比例した周波
   数の信号を発生する周波数信号発生手段と、該周
   波数信号発生手段の出力信号波形を整形ならびに
   処理する波形整形処理回路と、クロツクパルス入
   力端子とトリガパルス入力端子を持ち、前記波形
   整形処理回路の出力信号の立上り、または立下り
   をトリガ信号とし、クロツクパルスをＮ個（ただ
   し、Ｎは整数）カウントしている間は第１レベル
   を保ち、Ｎ個カウントを終えた後に第２レベルと
   なるようなＮ進カウンタを含めて構成された一定
   パルス幅発生回路、該一定パルス幅発生回路の出
   力パルスと前記波形整形処理回路の出力パルスを
   合成して、前記モータが制御回転数と一致した
   時、高インピーダンスレベルの出力を、また制御
   回転数より遅い時は“０”または“１”の第１レ
   ベルの出力を、制御回転数より速い時は第１レベ
   ルの逆出力である第２レベルの出力を出すパルス
   合成回路を含めて成る速度誤差検出回路と、前記
   パルス合成回路の出力を平滑するためのフイルタ
   回路と、該フイルタ回路の出力の直流を含む低周
   波成分を増強するための低域補償回路と、該低域
   補償回路の出力を電力増幅するためのモータ駆動
   回路を具備し、前記モータ駆動回路の出力を前記
   モータに供給して速度制御を行なわすように構成
   したことを特徴とするモータの速度制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の記載において、前記
   一定パルス幅発生回路を構成するＮ進カウンタの
   カウント数をプログラム可能なプログラマブルカ
   ウンタとし、外部からの設定により、そのプログ
   ラマブルカウンタを制御してモータの回転数調整
   を可能にしたことを特徴とするモータの速度制御
   装置。