JPS63287387A

JPS63287387A - ブラシレスモ−タ

Info

Publication number: JPS63287387A
Application number: JP62121151A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Otogawa; 音川　光弘; Hiroyuki Takimoto; 滝本　宏之
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1988-11-24

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】〔産業上の利用分野〕本発明はブラシレスモータに関し、詳しくは、ディジタ
ルサーボ回路を有して出力トルクを適正に制御する装置
に関するものである。

（従来の技術）第７図はブラシレスモータの構成例を示す断面図である
。同図はその一例として、キャプスタンモータを示して
おり、回転軸１をメタル軸受３およびポールベアリング
４で軸支する。２は軸受ハウジング、６はうす巻き状コ
イルであり、ステータヨーク５上に複数配列され、これ
に対向するようにしてロータヨーク９に多極マグネット
７が配謬されている。

多極マグネット７はブツシュ８およびロータヨーク９を
介して回転軸１と接合し、伴って回転する。ｌＯはＦＧ
マグネットであり、ロータヨーク９の外周上にピッチの
細い超多極着磁が施されることによって形成されている
。１１は磁気検知素子としての磁気抵抗素子であり、　
ＦＧマグネット１０との組合わせにより、回転！ｌ１１
１の回転状態に応じてＦＧパルスを出力する。すなわち
、回転数が速くなればパルス幅は短くなり、遅くなれば
長くなる。１２はホール素子であり、多極マグネット７
の位相を検知し、コイル６への電流供給をスイッチする
機構の一端となる。１９は制御対象としてのブラシレス
モータである。

第８図はブラシレスモータ夕が発生するトルク変動を示
す線図である。一般に、３相ブラシレスモータでは、コ
イルにおける磁束分布は同図（Ａ）に示すように正弦波
になる。各相のコイルは、磁極数ｎの場合、互いに（２
／３・３６０／１１）度づつ位相をずらしてステータヨ
ーク５上に固着し、これにより３相の磁束変化を生ずる
。

このことと、各々のホール素子１２の出力から同図（Ｂ
）に示すようなタイミングで電流が各々の相のコイル６
に流れるため、発生するトルクは同図（Ｃ）に示すよう
な形となり、トルクリップルが生じる。これにより回転
軸１の回転ムラが発生する。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、回転ムラΔＮとトルクリップルＴは、回転に
係る部位のイナーシャＪと回転数Ｎを介しての関係にあるため、特に回転数の遅いキャプスタンモー
タでは、このトルクリップルによる回転ムラか大きく、
従ってこの様なブラシレスモータを用いた磁気記録再生
製雪においては、音声信号のワウフラッタや映像信号の
ジッタとして問題となっていた。このため、イナーシャ
Ｊを大きくしてこの問題に対処していたためモータの軽
量化、ひいては、このようなモータが適用される機器に
おける軽量化の大きな障害となっていた。

そこで、本発明は上述した従来の問題点に鑑み、回転ム
ラの原因であるトルクリップルを減少あるいはほとんど
無くすることによってモータの回転性能をあげるととも
に、かかるモータの軽量化に対する大きな可能性を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、本発明では、回転体の回転速度を検出する速
度検出手段と、ブラシレスモータにおける各相の逆起電
力の出力波形を合成して出力する合成手段と、合成手段
からの合成波形を検波して出力する検波手段と、検波手
段からの検波波形を反転して出力する反転手段と、予め
設定された所定の周波数を発振する発振手段と、発信手
段からの周波数を反転手段からの出力に応じて分周する
分周手段と、分周手段からの出力をクロックとしてカウ
ントし、速度検出手段からの所定信号が入力したときに
所定信号の１周期間のカウント値をラッチして出力する
と共に計数値をリセットするカウント手段と、カウント
手段からの出力値に基づいて制御電圧を発生させ回転体
に供給する電流値を制御する駆動制御手段とを具えたこ
とを特徴とする。

（作用）以上の構成によれば、ディジタルサーボにおけるクロッ
クの周波数を、トルクリップルの発生する位相で変化さ
せることによってトルクリップルを減少させることが可
能となる。

〔実施例）以下、図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る装置の構成を示すブロ
ック図であり、１３は発振器、１４は発振器１３からの
発振周波数を分周する分周期である。分周器１４は後述
する補正部２１のＡ／Ｄ変換器２６を介した出力のレベ
ルに応じてその分周比が変化する。

１５はカウンタであり、分周器１４からのパルスをカウ
ントし、所定のパルス数でオーバーフローするように設
定されており、このオーバーフローあるいは磁気抵抗素
子１１からのアンプ２０を介したＦＧパルスの立ち上が
りエツジでリセットされる。

１６はＤ／Ａ変換器、１７は補償フィルタであり、Ｄ／
＾変換器１６の出力の高域成分を除去したり、本図で示
されるモータ制御ループの応答性を決定する。１８はド
ライバで、補償フィルタ１７からの入力電圧に応じて制
御対象であるモータ１９への供給電流を変化させる。

２１は補正部であり、以下、その構成および機能の詳細
を第２図〜第５図を参照して説明する。

第３図はブラシレスモータ１９が回転する際、第１相の
コイルに発生する逆起電圧波形である。

ところで、第８図（Ｃ）　　に示したように、定電流を
流したときの合成トルクの発生トルク波形は、磁束の周
波数の６倍の周波数成分を有するものとなっている。こ
こで、発生トルクは「トルク係数×コイル電流値」であ
り、コイル電流値は一定てあり、また合成した発生トル
クは上述した如きものであるから、トルク係数が磁束変
化周波数の６倍の周波数成分をもつことになる。

一方、逆起電力は「逆起電力係数×回転数」であり、逆
起電力係数とトルク係数は共に、界磁磁束量、極数等、
同一の要素および定数の積として表わされる。

以上のことから、第３図に示すように、ブラシレスモー
タ１９が回転したときに発生する逆起電力波形は、合成
トルク波形と同じ周波数成分をもった波形となることが
理解される。

第２図は第１図に示した補正回路２１．ドライバ１８お
よびモータ１９の詳細な構成を示すものであり、補正回
路２１は上述したような３相の逆起電力波形により、ト
ルクリップルキャンセル補正信号を作り出すための回路
である。

ドライバ１８は、モータ１９の各コイルに内蔵されたホ
ール素子１２からの出力によって各コイルへ流す電流を
切換えて出力し、モータ１９を回転させる。このモータ
１９の回転に応じて第３図に示した逆起電力が各相のコ
イルに発生する。

この３相の波形を加算器２２でミックスし、加算器２２
で得られたミックス波形を検波器２３で検波する。第４
図の波線と実線で示す波形がミックス波形であり、同図
の実線で示す波形が検波波形である。さらに反転器２４
により検波出力は反転して、第５図に示すようなトルク
リップルキャンセル補正信号２５を出力する。

次に、第６図に示すタイムチャートを参照しながら、カ
ウンタ１５の動作を詳細に説明する。アンプ２０を介し
た、磁気抵抗素子１１からのモータ１９の回転数に応じ
たＦＧパルスが入力されたとき、その立ち上がりエツジ
によりてリセットがかかり（時点■）、カウンタ１５は
動作を開始する。その後、分周器１４からの所定の数の
パルス（以下、これをｎとする。）が入力されたときに
オーバーフローして再びリセットがかかる（時点■）。

以後、４回オーバーフローをくり返しく時点■）、次の
ＦＧパルスの立ち上りエツジでカウンタ値ＤＮがラッチ
されて出力される（時点■）。

ここで、時間Ｔ　＝ｎ／ｆｃは、制御ループのゲインと
なり、ループに応じて適切な値に設定されるものである
。また、ＤＮをモータ１９の目標回転数に対応したカウ
ンタ値とすれば、入力するＦＧパルスによるラッチ出力
は、Ｄｓ＝ｎ／２となるのが望ましい。

次に、目標回転数よりモータ１９の回転数が少し低くな
ってＦＧＩのようなパルスが入力されると、このときの
カウンタ値をＤｓとすれば（時点■）、Ｄｓ＞ＤＮとな
る。逆に回転数が目標回転数より少し高くなってＦＧ２
のようなパルスが入力されると、このときのカウンタ値
をＤ「とすれば、Ｄｒ＜　ＤＮの関係となる。従って、
カウンタ１５のラッチ出力はモータ１９の回転数とは逆
の関係となる。

すなわち、上述したカウンタ１５に係る閉ループによっ
て、モータ１９の回転数を一定にする制御を行うもので
ある。この回転数制御に加え本発明に係るトルクリップ
ルの補正制御について以下に述べる。

補正回路２１の出力端２５における出力はＡ／Ｄ変換器
２６でディジタル値に変換される。このディジタル値波
形で値が大きいところは、発生トルクが目標とする値よ
り低くなっているところである。

従って、このとき、分周器１４は分周比を小さくしてそ
の出力周波数をｆｃ＋Δｆとする。ここでｆｃは、トル
クリップルの無い目標トルクの状態に対応して分周器１
４が出力するパルスの周波数とする。ｆｃより速い周波
数のものがクロックとして入力されると、カウンタ１５
のラッチ出力は、モータ１９の回転数を一定とずれはｆ
ｃのときに較へて大きな値がラッチされ、モータに高い
電圧が印加されて電流値が増加する。これにより発生ト
ルクが高くなる。

一方、発生トルクが目標とする値より高いところでは、
Ａ／Ｄ変換器２６の出力値は小さくなり、従って分周器
１４における分周比が大きくなって周波数ｆｃ−Δｆが
カウンタ１５のクロックとなる。この結果、クロックの
パルス幅（時間）が長くなることによってラッチ出力は
周波数がｆｃの場合に比較して小さくなり、供給電圧は
降下し、従って発生トルクは低くなる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、ディジタルサーボにお
けるクロックの周波数を、トルクリップルの発生する位
相で変化させることによってトルクリップルを減少させ
ることが可能となる。このことによって、モータの回転
ムラが改善できるという効果、さらには回転イナーシャ
を小さくできることによるモータ装置の軽量化に対する
太きな可能性を得られるという効果も得られた。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例に係る装置の構成を示すブロ
ック図、第２図は第１図に示した補正回路の詳細を示すブロック
図、第３図ないし第５図は第２図に示した各部位で人出力す
る、それぞれ逆起電力波形、ミックスおよび検波波形１
反転波形を示す波形図、第６図は第１図に示したカウン
タの動作を示すタイミングヂャート、第７図は偏平ブラシレスモータの構成を示す断面図、第８図はブラシレスモータの磁束、電流およびトルクの
出力例を示す波形図である。１・・・回転軸、２・・・軸受ハウジング、３・・・メタル軸受、４１ボールベアリング、５・・・ステータヨーク、６・・・うす巻きコイル、７・・・多極マグネット、８・・・ブツシュ、９・・・ロータヨーク、１０・・・ＦＧマグネット、１１・・・磁気抵抗素子、１２・・・ホール素子、１３・・・発振器、１４・・・分周器、１５・・・カウンタ、１６・・・Ｄ／Ａ変換器、１７・・・ループ補償フィルタ、１８・・・ドライバ、１９・・・ブラシレスモータ、２０・・・Ｆ６アンブ、２１・・・補正回路、２２・・・ミックス器、２３・・・検波器、２４・・・反転器、２６・・・Ａ／Ｄ変換器。喪（姥イ列　０フシ喫ン４杉図第３図莢ガ魁イ列のン皮巾回第４図

Claims

【特許請求の範囲】回転体の回転速度を検出する速度検出手段と、ブラシレ
スモータにおける各相の逆起電力の出力波形を合成して
出力する合成手段と、該合成手段からの合成波形を検波して出力する検波手段
と、該検波手段からの検波波形を反転して出力する反転手段
と、予め設定された所定の周波数を発振する発振手段と、該発信手段からの周波数を前記反転手段からの出力に応
じて分周する分周手段と、該分周手段からの出力をクロックとしてカウントし、前
記速度検出手段からの所定信号が入力したときに当該所
定信号が入力したときのカウント値をラッチして出力す
ると共に計数値をリセットするカウント手段と、該カウント手段からの出力値に基づいて回転体に供給す
る電流値を制御する駆動制御手段とを具えたことを特徴
とするブラシレスモータ。