JPS6389088A - モ−タ回転数制御装置 - Google Patents

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） 本発明はモータ回転数制御装置に関するものであり、特
に、高精度にモータの回転数を制御できるモータ回転数
制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来のＰＬＬモータ制御回路の一例を第７図のブロック
図により説明する。

基準発振器１からは予め定められた周波数の基準パルス
が出力される。該基準パルスは位相比較器２と速度比較
器３に入力される。位相比較器２および速度比較器３に
はモータ４の回転数に比例したパルスを出力する角度セ
ンサ５から出力されたパルス（以下、フィードバック信
号と呼ぶ）が人力しており、該位相比較器２は前記基準
パルスとフィードバック信号の位相差に比例した信号を
出力する。一方、速度比較器３は前記基準パルスとフィ
ードバック信号の速度差に比例した信号を出力し、起動
時間の短縮を図るとともに、モータ４が基準パルスの整
数倍又は整数分の１倍に同期することを防止する。

該位相比較器２および速度比較器３の出力はループ・フ
ィルタ６に入力する。このループ・フィルタ６としては
、例えばアクティブ・ローパス・フィルタが用いられ、
制御ループの応答性および安定性を決める働きをしてい
る。ループ・フィルタ６から出力された低周波信号は、
次に、回転数制御回路７へ送られる。該回転数制御回路
７は、例えばパルス幅制御回路により構成されており、
パルス幅変調波を作って駆動回路８へ供給する。

該駆動回路８は、例えば、第８図に示されているように
、モータ４のロータの周囲に配置されたホール素子３ａ
、該ホール素子の出力を増幅するホール・アンプ８ｂ、
ホール素子の出力信号に応じて動作するロジック回路８
Ｃ％および該ロジック回路８ｃの出力に応じて切替えら
れるドライバ８ｄとからなり、電流を流すモータの巻線
をロータの回転に応じて切換える。

以上のようにして、モータ４はフィードバック制御され
、モータの回転精度を基準発振器１の精度にまで高める
ことができる。

（発明が解決しようとする問題点） −に記した従来の技術は、次のような問題点を有してい
た。

すなわち、前記角度センサ５はモータ４と同軸にエンコ
ーダを取付けることにより構成されており、モータの回
転角度をパルスとして取出すようにしている。しかしな
がら、このような構成の角度センサは高価で嵩ばり、レ
イアウトの自由度を低下させるという問題があった。

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、
エンコーダを用いずにモータの回転角度を表わす高精度
のパルスを得ることにより、大幅な小型化、低価格化を
図ることにある。

（問題点を解決するための手段および作用）前記の問題
点を解決するために、本発明は、モータのロータの周辺
近傍に配置された磁場変化検出手段と、譲磁場変化検出
手段の出力の立上りおよび立下りの少くとも一方を検出
する手段と、該手段によって検出された該立上り又は立
下りの時間と一回転前の対応する立上り又は立下りの時
間とから、モーター回転の時間Ｔを検出する手段と、予
め設定されたモータの基準回転周期Ｔ　と前記時間Ｔと
から回転速度の補正値を求める手段とを具備し、該補正
値をフィードバック信号として用いるようにした点に特
徴がある。

（実施例） 以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

ブラシレスモーフの中には、ロータの回転をその周囲に
配置されたホール素子により検知し、該検知信号をモー
タの駆動回路に加えステータの巻線に流れる電流を切換
えることにより、ステータに適切な磁場を作るようにし
た方式のものがある。

本発明は、このホール素子を用いてモータの回転角度を
得ようとするものであり、以下に本発明の一実施例を詳
細に説明する。

今、ロータ１０が、祐５図に示されているように８極の
磁極からなり、その周辺にホール素子１１．１２．１３
が配置されている場合を考える。

ロータ１０が回動すると、該ホール素子１１゜１２およ
び１３から得られる出力信号の波形は、第６図にＵ、Ｖ
、Ｗで示されているように、ホール素子がロータ１０の
Ｓ極と対向しているときＨレベル、Ｎ極と対向している
時Ｌレベルの矩形波になる。このため、各信号波形のデ
ユーティはロータ１０を構成する各磁極Ｓｌ、Ｎｌ、・
・・、Ｎ４の円周方向の長さ、すなわち各磁極の青磁幅
に依存する。しかし、該多磁極の円周方向の長さを均一
に作ることは難しく、一般にはばらつきがある。

このばらつきのために、前記信号波形Ｕ、Ｖ、Ｗの各々
は普通一定のデユーティのパルス列ではなく、デユーテ
ィの異なる信号で４周期分（図のＴの期間）形成され、
以後はその繰り返しの信号パターンになる。

このため、各信号波形Ｕ、　Ｖ、　Ｗの立上り又は立下
り信号によりモータの回転角度を求めることはできない
。しかし、ロータ１０の１回転毎の信号波形の変化点を
考えると、該変化点の間隔は前記磁極幅の不均一に影響
されず、一定になる。この理由を以下に説明する。

説明を簡単にするために、ロータ１０は一定回転数で回
転しているとし、ホール素子１１に着目する。ロータ１
０の各磁極の基準長さをｔ、該差をΔｔとすると、速度
をＶとした場合、各パルスのパルス幅ｔ　　（＋１＞、
　　ｔ　　（ｎ）、・・・、ｔｓ４（ｎ）　ＩＳＩ　　
　　　Ｎｌ ｔ　　（ｎ）は次のようになる。なお、ｔｓｌ、ｔＮｌ
・・・は磁極Ｓ１．　Ｎｌ・・・がホール素子１１を通
過するのに要した時間を表し、（ｎ）はｎ回転目の信号
であることを表すものである。

ｔ（ｎ）−（ｆ＋Δ！ｓ１）／ｖ この式から、隣り合うパルスの間隔は磁極の着磁幅の誤
差Δ！　　Δ！　　・・・、Δ’　Ｎ４のために８１’
　　　　　Ｎｌ’ ばらつきが生じることが分る。

しかし、ロータ１０は環状であることから、次式が成り
立つ。

Δ！　＋Δ！　十Δ！　＋ΔＩＮ２＋・・・＋Δ’　Ｎ
４８１　　　　ＮＩ　　　　Ｓ２ 一〇 したがって、ホール素子が前記ロータの一回転を検出す
る時間Ｔは次式で表され、一定になる。

Ｔ　−ｔ　　（ｎ）　＋　ｔ　　（ｎ）　＋　・・・＋
　ｔ　Ｎ４（ｎ）Ｓｔ　　　　　　　Ｎ１ 一１／Ｖ＋（Δ！　＋Δ’　Ｎｌ＋・・・Ｓｔ ＋ΔｌＮ４）／Ｖ ８１７Ｖ このロータの一回転の時間Ｔを検出する起点は、磁極の
ＮからＳおよびＳからＮの変り目を注目すればよ（、本
実施例の場合、ロータ１回転の間にホール素子１個当り
８個のチェックポイントを有している。本実施例では３
個のホール素子を用いているので、このチェックポイン
トは、第６図Ｚに示すように、ロータ１回転当り２４個
のチェックポイントがあることになる。

次に、該２４個のチェックポイントを用いて、モータの
回転速度の補正値を得るための具体的な装置の一例を第
１図および第２図を参照して説明する。なお、第２図は
第１図の一系統の信号のタイムチャートを示す。

第１図において、まず、ホール素子１１．１２および１
３から検出された波形の立上りおよび立下りの検出が行
われる。その具体的な一手段としては、ノアゲート１４
ａ〜１４ｃと、該ノアゲートの出力信号の立上りおよび
立下りを検出する手段１５ａ、１５ｂ、・・・とから構
成することができる。

今、ホール素子１１および１２の出力信号波形が、第２
図のＵ、　　Ｖであるとすると、そのノアゲ−ト出力の
波形は同図（ａ）に示すようになる。

また、立上りおよび立下り検出手段１５ａおよび１５ｂ
の出力信号の波形す、　　ｃは同図（ｂ）。

（ｃ）に示すようになる。

第１図の１６ａ、１６ｂはリングバッファであり、立上
り検出手段１５ａあるいは立下り検出手段１５ｂからそ
の出力信号が入力すると、これをトリガとして、時間情
報発生手段（例えば、タイマ）１７の時間情報を記憶す
る。このリングバッファ１６ａ、１６ｂは前記トリガ信
号が入力する毎に前回記憶した時間情報を次の記憶エリ
アに転送し、かつ初段の記憶エリアに該トリガ信号が人
力した時の時間情報を記憶する。したがって、今、第２
図に示されているように、Ｕ相の波形の立」二りが時間
Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４．Ｔ５の順で発生したとすると
、リングバッファ１６ａには第１図に示されるような時
間情報が記憶される。また、■相の出力波形の立下りが
、時間Ｔｌ　＋、　Ｔ２　＋。

Ｔ３　＋、　　Ｔ４　　＋、　Ｔ５　　″の順で発生し
たとすると、リングバッファ１６ｂには図示のような時
間情報が記憶される。なお、図示されたリングバッファ
は５個の記憶エリアを有しているが、これはロータ１０
が８極であることによるものであり、ロータ１０の極数
により、リングバッファの記憶エリアの数を変えること
ができる。

リングバッファ１６ａの最終段と初段の出力は比較手段
１８ａで比較され、（時間ＴＩ−時間Ｔ５）すなわち、
第２図の時間Ｔが求められる。この時間Ｔは、前述のよ
うに、ロータ１０の回転速度のみに依存し、ロータ１０
の各磁極の磁極幅の誤差と無関係な値である。比較手段
１８ｂからは、同様に、■相の波形の立下りをチェック
ポイントとして求めたローター回転の時間Ｔ′が出力さ
れる。

次に、前記比較手段１８ａ、１８ｂから出力された値は
、比較手段２０ａ、２０ｂによって、回転数設定手段１
９から出される基準回転周期Ｔ。

と比較される。この結果、比較手段２０ａ。

２０ｂからは、現在のモータの回転速度と、希望するモ
ータ回転速度との誤差情報、すなわち補正値が出力され
る。これらの補正値はセレクタ２１に入力し、ロータ１
０の回転と同期して選択され、選択された補正値は、例
えばＰＬＬモータ制御回路のフィードバック信号として
用いられる。なお、前記比較手段１８ａ、２０ａとして
は、ディジタル的に演算を行う減算器を用いることがで
きる。

また、前記セレクタ２１に変えて、メモリ手段を用い、
補正値を一部メモリに記憶させて、これを読み比すよう
にしてもよい。

以」二のように、本実施例によれば、モーター回転当り
、２４個の正確な補正値が得られる。また、従来、モー
タの巻線に流す電流を切換える制御信号の発生に用いら
れているホール素子の出力を、モータの回転速度の補正
信号を得るための手段に共用しており、従来装置のよう
なモータと同軸のエンコーダを必要としない。このため
、従来装置の問題点は解決される。また、本実施例の方
式によれば、ホール素子の取付は位置による各相信号の
位相ずれも問題にならない。

次に、本発明の第２実施例について、第３図および第４
図を参照して説明する。第３図は本実施例のブロック図
、第４図は第３図のＣＰＵの動作の一部を示すフローチ
ャートである。

第３図において、３０はホール素子１１．１２および１
３によって検出された信号の立上りおよび立下りを検出
する手段、３１は該立上り、立下りを基にして、回転速
度補正値を算出、出力する制御回路（例えば、ＣＰＵ）
　、３２’はモータの駆動回路、３３はブラシレスモー
タを示す。

次に、第４図を参照して第３図の動作を説明する。

制御回路３１は通常メインルーチンの動作をしており、
立上り、立下り検出手段３０で検出されたホール素子１
１．１２および１３の出力の立上りおよび立下りが入力
したかどうかを監視している。そして、人力があると、
サブルーチンへ移り、制御回路３１中のクロックをカウ
ントしているカウンタの値を、レジスタ等の一時蓄積手
段に書込む（ステップＳｌ）。この時のカウンタの値を
ＴＣＰＴとする。次にリングバッファのＮ番地に記憶さ
れている値と、該カウンタの値ＴＣＰＴとの差をとる（
ステップＳｌ）。ここに、Ｎ番地には、モータの一回転
前の該立上り又は立下りに対応する前記カウンタの値が
記憶されている。３相８極のモータの場合には、Ｎ−２
４とされている。

したがって、ステップＳ２では、モーター回転に要した
時間Ｔが求められたことになる。

次に、前回のカウンタの値ＴＣＰＴ　（Ｎ）を今回のカ
ウンタの値ＴＣＰＴに更新する（ステップＳ３）。次い
で、リングバッファの番地をＮ−１に更新する（ステッ
プＳ４）。そして、Ｎ−０かどうか判断され（ステップ
Ｓ５）、ノウであればステップＳ７に進み、前記ステッ
プＳ２で求めた時間Ｔと基準時間ＴＳＴＤの差、すなわ
ち補正値ＴＤＩＦが求められる（ステップＳ７）。一方
、ステップＳ５がイエスであれば、リングバッファの番
地はＮに戻される。そして、前記ステップＳ７の処理が
行われる。最後に、該補正値ＴＤＩＦをメモリに記憶し
、該補正情報を駆動回路３２にフィードバック信号とし
て出力する。ステップＳ８が終了すると、メインルーチ
ンに戻る。

以上のように、該第２実施例によれば、ホール素子の出
力を用いて、正確なモータの回転速度の補正信号を得る
ことができる。

本発明によれば、低コスト化、小型化が達成できるので
、ハード・ディスク、オプチカルディスク、ＣＤプレイ
ヤー等のモータ、あるいはカセットデツキ、プレーヤ等
の回転機器のモータに応用することができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、従来能の用途に用いら
れていたホール素子の出力を利用してモータの回転速度
の補正信号を正確に得ることができるので、従来のモー
タに用いられていたエンコーダを削除でき、モータの小
型化、低価格化を大幅に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の一系統の信号のタイムチャート、第３図は本発明の
第２実施例のブロック図、第４図は第３図の制御回路の
動作を示すフローチャート、第５図はロータの一例を示
す図、第６図は該ロータの周辺に配置されたホール素子
の出力のタイムチャート、第７図は従来装置のブロック
図、第８図は第７図の駆動回路の一例を示すブロック図
である。 １１〜１２・・・ホール素子、１５ａ・・・立上り検出
回路、１５ｂ・・・立下り検出回路、１６ａ、１６ｂ・
・・リングバッファ、１７・・・時間情報発生手段、ｉ
８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ−・・比較手段、１９・
・・回転数設定手段、３０・・・立上り、立下り検出手
段、３１・・・制御回路、３２・・・駆動回路、３３・
・・ブラシレスモータ 代理人弁理士　平木通人　外１名 第　　２　図 第３図 第４図 （メインルーチン）　　　　　　　（サブルーチン）第
７図 ４′ 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータのロータの周辺近傍に配置された磁場変化
   検出手段と、該磁場変化検出手段の出力の立上りおよび
   立下りの少くとも一方を検出する手段と、該手段によっ
   て検出された該立上り又は立下りの時間と一回転前の対
   応する立上り又は立下りの時間とから、モーター回転の
   時間Ｔを検出する手段と、予め設定されたモータの基準
   回転周期Ｔ＿０と前記時間Ｔとから回転速度の補正値を
   求める手段とを具備し、該補正値をフィードバック信号
   として用いるようにしたことを特徴とするモータ回転数
   制御装置。
2. （２）前記回転速度の補正値が前記モータの基準回転周
   期Ｔ＿０と時間Ｔの差により求められるようにしたこと
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のモータ回
   転数制御装置。
3. （３）前記磁場変化検出手段がホール素子であることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１又は２項記載のモー
   タ回転数制御装置。
4. （４）前記磁場変化検出手段が前記ロータの周辺近傍に
   複数個設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第１
   項記載のモータ回転数制御装置。