JPWO2009110321A1 - モータ制御回路、モータシステム、モータ制御方法 - Google Patents

Abstract

ロータの位置の検出結果に基づいて、コイルの通電を制御するモータ制御回路において、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させ、かつ、逆回転が起こらないように制御する。外部コントロール信号ＣＴＬがＬからＨへ変化すると、定常回転制御から逆転制御へと切り替わり、逆転ブレーキ状態となる。モータの回転速度がモニタされ、設定回転速度まで減衰したら、ブレーキ制御信号ＳＰＳＢがＬからＨへ変化し、ショートブレーキ状態となる。しかし、モータは慣性により回転を続け、位置検出信号ＨＡＬＬが変化するため、一時的に（パルス幅ＴRBに相当する時間だけ）逆転ブレーキ制御が行われる。この短パルス逆転ブレーキ制御は、モータが完全に停止するまで断続的に行われる。よって、停止直前の回転速度まで減速した後でショートブレーキ制御のみで停止する場合よりも、短い時間で停止できる。

Description

本発明は、モータコイルに通電することによりモータを制御するモータ制御回路、モータシステム、モータ制御方法に関する。

駆動しているモータに対して電気的に制動を行う方式として、モータのコイルに正転時とは逆方向に電流を通電させ電気的ブレーキをかける逆転ブレーキ制御と、コイル端をショートさせ、ロータの磁場とステータのコイル（インナーロータ型の場合は、ステータの磁場とロータのコイル）により生ずる逆起電圧で流れる電流で電気的ブレーキをかける、ショートブレーキ制御とがある。
図１１に従来制御方式の電気的制動を行った場合の回転速度の変化を示す。破線Ｓ１１は逆転ブレーキのみで制御を行った場合を示し、一点鎖線Ｓ１２はショートブレーキのみで制御を行った場合を示し、二点鎖線Ｓ１３は特開２００７−６８４００号公報で挙げられている制御方法で制御を行った場合を示す。

同図中の破線Ｓ１１に示すように、定常回転で駆動しているモータに時刻Ｔ０より逆転ブレーキのみで電気的制動を行った場合、制動力が大きいため回転速度は急激に低下する。しかしながら、逆転ブレーキ制御は、モータのコイルに正転時とは逆向きに電流を通電しているため、停止後も逆方向通電を続けた場合及び停止寸前の低回転時まで逆方向通電を行った場合、逆回転が起こる。従って、この逆回転を防止するには、逆転検知の回路を設けるか、ロータが停止するよりもある程度早い段階で逆方向通電を終了する必要がある。

逆転検知回路を設けてロータを停止させた場合、ロータ停止までには時刻Ｔ３までの時間が必要となる。また、ロータが停止するよりも早い段階で逆方向通電を終了した場合は、慣性により継続的に回転するため、停止までに時刻Ｔ３までの時間より更に長い時間がかかる。
一方、定常回転で駆動しているモータにショートブレーキのみで電気的制動を行った場合、図１１中の一点鎖線Ｓ１２に示すように、逆回転が起こることはない。しかしながら、制動力は逆起電圧に依存するため回転速度が低下するのに従って制動力も低下し停止するまでに時刻Ｔ４までの時間が必要となる。

ここで、逆転検知回路を必要とせず短時間でモータを停止させる従来の制御回路として、ロータの回転速度に応じて、前記逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を切り替える方式が、特開２００７−６８４００号公報に記載されている。
特開２００７−６８４００号公報に記載されている制御方式では、図１１中の二点鎖線Ｓ１３に示すように、停止直前の閾値の回転数Ｎ１までは、上記逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を回転速度により切り替えて短時間で減速し、停止直前の閾値の回転速度Ｎ１より低下した時刻Ｔ１よりショートブレーキ制御を行う。このように制御することで、上記逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御のどちらか一方のみで制動を行う場合よりも短時間となる時刻Ｔ２で停止させることができる。

（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、上記の制御方式では、以下の問題がある。すなわち、停止直前の閾値の回転速度Ｎ１より低下した場合に、ショートブレーキ制御を行うことで逆転は防止できるものの、低回転時におけるショートブレーキ制御の制動力は小さく、ロータは慣性で継続的に回転を続けるために停止までに多大な時間を要する。
ここで、図１２に電気的制動時の位置検出信号ＨＡＬＬのタイミングチャート図を示す。同図を参照すると、慣性により継続的に回転しているときの回転速度は遅いため、ブレーキ開始からロータ停止までの時間Ｔ_Bに対して、慣性により継続的に回転している時間Ｔ_Sが占める割合が大きくなる場合がある。

従って、停止までの時間短縮には、慣性による継続的な回転を抑制することが重要となる。
そこで本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、慣性による継続的な回転を抑制することにより短時間で停止させ、かつ、逆回転が起こらないようにモータを制御することのできるモータ制御回路、モータシステム、モータ制御方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）
本発明によるモータ制御回路は、モータコイルに通電することにより回転するロータの位置の検出結果に基づいて、前記コイルの通電を制御する制御手段を具備したモータ制御回路であって、
前記制御手段は、
第１制御状態において、逆転ブレーキ制御を行い、
前記第１制御状態の次の第２制御状態において、ショートブレーキ制御状態を行うと共に、断続的に逆転ブレーキ制御に切り替えることを特徴とする。この構成によれば、慣性による継続的な回転を抑制することにより短時間で停止させ、かつ、逆回転が起こらないようにモータを制御することができる。

前記第２制御状態において、前記ロータの慣性による継続的な回転に応じた前記ロータ位置検出信号の変化を検出した場合、一時的に逆転ブレーキ制御に切り替えることで逆転ブレーキを行い、前記ロータの慣性による継続的な回転を抑制してもよい。ロータ位置検出信号の変化を検出することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

また、前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、任意に設定可能としてもよい。逆転ブレーキ制御を行う期間を適切に設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、前記ロータの回転が起こらずかつ最もトルクが発生するように設定されてもよい。このように逆転ブレーキ制御を行う期間を設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

また、前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御は、前記ロータが完全に停止するまで断続的に繰返し行われてもよい。このように制御すれば、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
そして、前記第２制御を開始するタイミングは、任意に設定可能であってもよい。第２制御を開始するタイミングを適切に設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記タイミングは、慣性による継続的な前記ロータの回転に応じた前記ロータ位置検出信号が変化したタイミングでもよい。このタイミングを採用すれば、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
前記第１制御状態において、前記逆転ブレーキを終了するときの前記ロータの回転速度は、前記第１制御状態の終了後、前記第２制御状態のみで停止させた場合でも前記ロータの逆回転が起こらない回転速度に設定してもよい。このように設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記制御手段は、
前記ロータの位置を検出したロータ位置検出信号に基づいてロータの回転速度をモニタし、ブレーキ制御信号を生成するブレーキ制御回路と、
前記ロータ位置検出信号に基づいて、前記ロータの正転のための通電切り替えを制御する正転制御信号を生成する正転制御回路と、
外部コントロール信号、前記ブレーキ制御信号、及び前記正転制御信号に基づいた前記モータコイルの通電を行うために、前記モータコイルを駆動する複数のトランジスタを制御する通電切り替え制御回路と、
を具備してもよい。これらの信号を生成して複数のトランジスタを制御することにより、ショートブレーキ制御状態において、逆転ブレーキ制御へ断続的に切り替えることができ、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記通電切り替え制御回路は、前記外部コントロール信号及び前記ブレーキ制御信号に応じて、逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を切り替えてもよい。このようにすれば、ショートブレーキ制御状態において、逆転ブレーキ制御へ断続的に切り替えることができ、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
前記ブレーキ制御回路は、
前記ロータ位置検出信号のエッジを検出するエッジ検出回路と、
クロック信号をカウントすると共に前記エッジ検出回路からの検出結果によりそのカウント値がリセットされるカウンタ回路と、
予め設定した基準値とカウンタ値が等しくなったときパルスを発生するパルス発生回路と、
前記パルス及び前記ロータ位置検出信号に基づき前記ブレーキ制御信号を生成する生成回路と、
を具備してもよい。このように構成することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

本発明によるモータシステムは、
前記ロータ及び前記モータコイルを含むモータと、
前記ロータの位置を検出する磁気センサと、
上記いずれかのモータ制御回路と、
を具備することを特徴とする。この構成によれば、慣性による継続的な回転を抑制することにより短時間で停止させ、かつ、逆回転が起こらないようにモータを制御することができる。

本発明によるモータ制御方法は、モータコイルに通電することにより回転するロータの位置の検出結果に基づいて、前記コイルの通電を制御するモータ制御方法であって、
逆転ブレーキ制御を行う第１制御状態と、
前記第１制御状態の次に、ショートブレーキ制御状態を行うと共に、断続的に逆転ブレーキ制御に切り替える第２制御状態と、
を備えることを特徴とする。この方法によれば、慣性による継続的な回転を抑制することにより短時間で停止させ、かつ、逆回転が起こらないようにモータを制御することができる。逆転ブレーキ制御へ断続的に切り替えることにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記第２制御状態において、前記ロータの慣性による継続的な回転に応じた前記ロータ位置検出信号の変化を検出した場合、一時的に逆転ブレーキ制御に切り替えることで逆転ブレーキを行い、前記ロータの慣性による継続的な回転を抑制してもよい。ロータ位置検出信号の変化を検出することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、任意に設定可能であってもよい。逆転ブレーキ制御を行う期間を適切に設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、前記ロータの回転が起こらずかつ最もトルクが発生するように設定されてもよい。このように逆転ブレーキ制御を行う期間を設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

また、前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御は、前記ロータが完全に停止するまで断続的に繰返し行われてもよい。このように制御すれば、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
そして、前記第２制御を開始するタイミングは、任意に設定可能であってもよい。第２制御を開始するタイミングを適切に設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

前記タイミングは、慣性による継続的な前記ロータの回転に応じた前記ロータ位置検出信号が変化したタイミングでもよい。このタイミングを採用すれば、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。
前記第１制御状態において、前記逆転ブレーキを終了するときの前記ロータの回転速度は、前記第１制御状態の終了後、前記第２制御状態のみで停止させた場合でも前記ロータの逆回転が起こらない回転速度に設定してもよい。このように設定することにより、慣性による継続的な回転を抑制して短時間で停止させることができる。

（発明の効果）
本発明によれば、モータの回転速度をモニタし、停止直前の回転速度までは逆転ブレーキ制御を行い、逆転ブレーキ終了後、慣性で継続的に回転しようとするモータを短パルス逆転ブレーキ及びショートブレーキで抑制するため、モータが逆回転することがなく短時間で停止できる。

本発明の実施形態におけるモータ制御回路の構成例を示すブロック図である。 図１中のブレーキ制御回路の構成例を示す図である。 図１中の正転制御回路の構成例を示す図である。 図３の回路の各部の動作を示すタイミングチャート図である。 図１中の通電切り替え制御回路の構成例を示す図である。 本発明の実施形態におけるモータブレーキ時の主信号のタイミングチャート図である。 本発明の実施形態におけるモータブレーキ時の回転速度の変化を表した図である。 本発明の実施形態における異なるブレーキ制御タイミングの回転速度の変化を表した図である。 本発明の実施形態におけるロータの逆回転が起こらない理由を説明するための図である。 本発明の実施形態における異なる印加パルス幅における位置検出信号の出力を表した図である。 従来方法におけるモータブレーキ時の回転速度の変化を表した図である。 従来方法におけるロータ位置検出信号のタイミングチャート図である。

符号の説明

１ ロータ位置検出回路
２ ブレーキ制御回路
３ Ｈ型ブリッジ回路
４ 正転制御回路
５ 通電切り替え制御回路
６ 発振器
７ カウンタ回路
８ エッジ検出回路
９ パルス発生回路
１０、１１ デッドタイム生成回路
１２ 外部端子
１３ Ｄ−フリップフロップ回路
ＨＥ ホール素子
ＩＮ１、ＩＮ２インバータ回路
ＯＲ１〜ＯＲ５ 論理和回路
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２ 出力端子
ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４ セレクタ
Ｔｒ１〜Ｔｒ４ トランジスタ

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（モータ制御回路の構成）
図１は、本発明の実施形態によるモータ制御回路の構成例を示すブロック図である。
同図に示すように、磁気センサ、例えばホール素子ＨＥによる検出磁場を基にロータ位置検出信号ＨＡＬＬを出力するロータ位置検出回路１と、ロータ位置検出信号ＨＡＬＬを基にモータの回転速度をモニタし、短パルス逆転ブレーキ及びショートブレーキをコントロールするためのブレーキ制御信号ＳＰＳＢを出力するブレーキ制御回路２と、ロータ位置検出信号ＨＡＬＬを基にモータを駆動するＨ型ブリッジ回路３と、ロータが正転するようにＨ型ブリッジ回路３をコントロールする信号を出力する正転制御回路４と、正転制御、逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を選択し、Ｈ型ブリッジ回路３を制御する通電切り替え制御回路５と、回路全体の動作タイミングを決めるクロック信号ＣＬＫを発生する発振器６とを備えている。なお、外部端子１２から入力されるコントロール信号ＣＴＬは、ブレーキ制御回路２および通電切り替え制御回路５に入力される。

Ｈ型ブリッジ回路３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４によるブリッジ回路を有している。そして、ＭＯＳトランジスタＴｒ１とＭＯＳトランジスタＴｒ３との接続点である出力端子ＯＵＴ１と、ＭＯＳトランジスタＴｒ２とＭＯＳトランジスタＴｒ４との接続点である出力端子ＯＵＴ２との間に、負荷であるモータコイルが接続される（同図中の破線部分）。

正転制御回路４は、Ｈ型ブリッジ回路３を構成するＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４のゲートをロータが正転するようにコントロールする信号Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２を出力する。
通電切り替え制御回路５は、Ｈ型ブリッジ回路３を構成するＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４のゲートをコントロールするための信号ＰＧ１、ＰＧ２、ＮＧ１、ＮＧ２を出力する。
ここで、Ｈ型ブリッジ回路３は、ＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４が全てＮ型のＭＯＳトランジスタまたはＰ型のＭＯＳトランジスタでも構成可能である。また、ＭＯＳトランジスタの代わりにバイポーラトランジスタを用いることも可能である。

（ブレーキ制御回路の構成例）
図２は、図１中のブレーキ制御回路２の構成例を示す図である。同図に示すように、本例のブレーキ制御回路２は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がり毎にカウントアップするカウンタ回路７と、位置検出信号ＨＡＬＬのエッジを検出した場合にパルスであるエッジ検出信号ＨＡＬＬＥＤＧＥを発生するエッジ検出回路８と、予め設定しておいた値とカウンタの値が等しくなったときパルスを発生するパルス発生回路９と、外部端子１２から入力されるコントロール信号ＣＴＬを反転した信号を出力するインバータ回路ＩＮ１と、エッジ検出信号ＨＡＬＬＥＤＧＥ及びコントロール信号ＣＴＬを反転した信号の論理和を出力する論理和回路ＯＲ１と、非同期リセット端子Ｒ付きのＤ−フリップフロップ回路（以下、ＤＦＦと称する）１３とから構成される。ＤＦＦ１３のＤ入力はＨレベルに固定され、出力はブレーキ制御信号ＳＰＳＢとして、図１中の通電切り替え制御回路５に入力される。

カウンタ回路７は、クロック信号ＣＬＫによってカウント動作を行う。そのカウント値は、エッジ検出信号ＨＡＬＬＥＤＧＥが入力されるタイミングでリセットされる。
回転速度のモニタは、ロータ位置検出信号ＨＡＬＬの立ち上がりから立下がりまでの時間Ｔ_Hを、カウンタ回路７がリセットされてから、次にリセットされるまでの時間をカウントすることで行われる。そして、ブレーキをコントロールするブレーキ制御信号ＳＰＳＢの切り替えタイミングは、位置検出信号ＨＡＬＬの立ち上がりから立下がりまでの時間Ｔ_H及びパルス発生回路９で予め設定した値とクロック信号ＣＬＫの周期により求まる時間に相当するパルス幅Ｔ_SB、Ｔ_RB（これらについては後述する）により決定される。

（正転制御回路の構成例）
図３は、図１中の正転制御回路４の構成例を示す図である。同図に示すように、本例の正転制御回路４は、デッドタイム生成回路１０および１１と、位置検出信号ＨＡＬＬを反転した信号を出力するＩＮ２とから構成され、ロータが正転するようにコントロールする信号Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２を出力する。なお、デッドタイム（dead time）とは、トランジスタの組であるアームの短絡を防止するために、全てのトランジスタをオフ状態に設定する時間である。

ここで、図４は、ロータが正転するようにコントロールする信号Ｐ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２のタイミングチャート図を示す。同図を参照すると、図３のデッドタイム生成回路１０、１１の入力端子ＩＮに入力される信号（ＨＡＬＬ信号またはＨＡＬＬ信号の反転信号）に対し、設定された時間Ｔ_Dの遅延を持たせた信号（Ｐ１、Ｎ１またはＰ２、Ｎ２）が、デッドタイム生成回路１０、１１の出力端子Ｏ１、Ｏ２から出力される。このような信号を出力端子Ｏ１、Ｏ２から出力するには、例えば、ＨＡＬＬ信号を遅延回路で遅延させた信号と元のＨＡＬＬ信号との論理積、論理和をとればよい。ＨＡＬＬ信号の反転信号についても同様である。

（通電切り替え制御回路の構成例）
図５は、図１中の通電切り替え制御回路５の構成例を示す図である。同図に示すように、本例の通電切り替え制御回路５は、選択信号Ｓとして入力される信号がＬレベル（ローレベル）の場合には入力信号Ａを出力信号Ｑとして出力し、選択信号Ｓとして入力される信号がＨレベル（ハイレベル）の場合には入力信号Ｂを出力信号Ｑとして出力するセレクタＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３、ＳＥＬ４と、短パルス逆転ブレーキ及びショートブレーキをコントロールするブレーキ制御信号ＳＰＳＢがＨレベルの場合にショートブレーキ、Ｌレベルの場合に短パルス逆転ブレーキとなるコントロール信号を出力する論理和回路ＯＲ２、ＯＲ３、ＯＲ４、ＯＲ５と、から構成されており、Ｈ型ブリッジ回路３を構成するＭＯＳトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４（図１参照）のゲートをコントロールする信号ＰＧ１、ＰＧ２、ＮＧ１、ＮＧ２を出力する。

（動作例）
次に、図１中の各部の信号レベルについて説明する。図６は、本例におけるモータブレーキ時の主信号のタイミングチャート図である。また、図７は、本例におけるモータブレーキ時の回転速度の変化を示す図である。
図６には、位置検出信号ＨＡＬＬ、コントロール信号ＣＴＬ、ブレーキ制御信号ＳＰＳＢ、図１中の信号Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２およびＮ２、図１中の信号ＰＧ１、ＮＧ１、ＰＧ２およびＮＧ２、出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２からの出力信号、について、それぞれの出力レベルの変化が示されている。

本例では、同図に示すように、定常回転状態において、外部コントロール信号ＣＴＬがＬレベルからＨレベルへ変化した場合、図５中のセレクタＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３、ＳＥＬ４の出力信号Ｑの内容が入力信号Ａから入力信号Ｂとなる。これにより、定常回転制御から逆転制御へと切り替わり、逆転ブレーキ状態となる。それと共に、図２中のＤＦＦ１３のリセットが解除され、パルス発生回路９の出力するパルスが有効となる。

図１中のブレーキ制御回路２では、ブレーキ時にモータの回転速度をモニタしており、設定回転速度まで減衰したら（つまり、Ｔ_H＞Ｔ_SBとなったら）、図２中のパルス発生回路９よりパルスが一発出力されるため、ＤＦＦ１３の出力であるブレーキ制御信号ＳＰＳＢがＬレベルからＨレベルへと変化する。このため、図５中の論理和回路ＯＲ２、ＯＲ３、ＯＲ４、ＯＲ５の出力は全てＨレベルとなるため、ショートブレーキ状態となる。

しかしながら、図６に示すように、ショートブレーキ状態となってもモータは慣性により継続的に回転を続ける（したがって、位置検出信号ＨＡＬＬが変化する）。ここで、図２中のエッジ検出回路８は位置検出信号ＨＡＬＬが変化したときにパルスを発生させるため、ショートブレーキ状態においてＨＡＬＬの変化が検出された場合、つまり、慣性による継続的な回転が検出された場合、図２中のＤＦＦ１３はリセットされる。このため、ＤＦＦ１３の出力であるブレーキ制御信号ＳＰＳＢはＨレベルからＬレベルと変化する。従って、図５中の論理和回路ＯＲ２、ＯＲ３、ＯＲ４、ＯＲ５は、逆転ブレーキの制御信号を出力する。

このとき、図２中のカウンタ回路７もリセットされるため、ブレーキ制御信号ＳＰＳＢがＬレベルに変化してからカウントし始め、パルス発生回路９で設定されたパルス幅Ｔ_RBに相当する時間が経過すると再びパルス発生回路９はパルスを発生する。このパルス発生回路９により出力されたパルスによって、ＤＦＦ１３の出力であるブレーキ制御信号ＳＰＳＢは再びＨレベルとなりショートブレーキ制御状態へ戻る。従って、パルス幅Ｔ_RBに相当する時間だけ、一時的に、逆転ブレーキ制御が行われることになる（以下、短パルス逆転ブレーキ制御と呼ぶ）。なお、図６に示すように、この短パルス逆転ブレーキ制御は、モータが完全に停止するまで、断続的に繰返し行われる。

従って、慣性による継続的な回転を、短パルス逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御により抑制することになる。このため、図７に示すように、従来の停止直前の回転速度まで減速した後ショートブレーキ制御のみで停止する場合（図７中の二点鎖線Ｓ１３）の時刻Ｔ２までの停止時間に対して、上記動作の場合（図７中の実線Ｓ１０）は時刻Ｔ５までの停止時間に短縮することができる。

（逆転ブレーキの終了タイミング）
ここで、上記ブレーキ制御において、逆転ブレーキを終了する回転速度Ｎ１（時間Ｔ_SBにより設定）は、逆転ブレーキ終了後、ショートブレーキのみで停止させた場合でもモータの逆回転が起こらない回転速度に設定する。
図８は、逆転ブレーキを終了する回転速度をＮａ、Ｎｂ、Ｎｃに設定した場合の回転速度の変化例を示す図である。同図では、ショートブレーキ区間を二点鎖線で示している。同図を参照すると、逆転ブレーキを終了する回転速度をＮａに設定した場合、ショートブレーキ区間が長すぎるために停止まで時間がかかる。また、逆転ブレーキを終了する回転速度をＮｃに設定した場合、逆転ブレーキによる逆回転方向のトルクが大きすぎるために逆回転が起こる。従って、逆回転が起こらず、最短で停止するＮｂが最適な設定回転速度となる。

ここで、逆転ブレーキを終了する回転速度は、従来の制御方法の場合と同じであり、本発明ではさらに短パルスの逆転ブレーキにより逆回転方向のトルクを与えるにも関わらず、逆回転が起こらない理由について、図９を用いて説明する。同図において、実線Ｓ１はブレーキ制御によりロータにかかる逆回転方向のトルク、一点鎖線Ｓ２はロータが持つ正回転方向のトルク、二点鎖線Ｓ３は一点鎖線Ｓ２のロータが持つ正回転方向のトルクにロータが停止状態から起動するのに必要なトルクを加算したトルク量である。二点鎖線Ｓ３を瞬間的にでも超えるようなトルクがロータに加わると逆回転が起こる。
同図を参照すると、実線Ｓ１のブレーキ制御による逆回転方向のトルクは、回転速度が低下するに従って、増加する。よって、一点鎖線Ｓ２のロータが持つ正回転方向のトルク及び二点鎖線Ｓ３の逆回転が起こるトルクは回転速度の低下に伴って減衰する。

図８に示す逆転ブレーキを終了する回転速度をＮｃに設定した場合の回転速度の変化で逆回転が起こるのは、実線Ｓ１のブレーキ制御による逆回転方向のトルクが二点鎖線Ｓ３の逆回転が起こるトルクを超えるような回転速度まで逆転ブレーキを行っているためである。逆転ブレーキを終了する設定回転数をＮｂとした場合には、回転速度Ｎｂに到達したときに実線Ｓ１のブレーキによる逆回転方向のトルクが二点鎖線Ｓ３の逆回転が起こるトルクを超えていないのでロータの逆回転は起こらない。更に、図９に示すように短パルスの逆転ブレーキを行ったとしても短パルスの逆転ブレーキによる逆回転方向のトルクが二点鎖線Ｓ３の逆回転が起こるトルクを超えなければ逆回転が起こることがない。従って、短パルス逆転ブレーキのパルス幅Ｔ_RB（図６参照）は、モータ停止状態において、そのパルス幅の通電を行ってもモータが回転しないパルス幅に設定する。

（短パルス逆転ブレーキのパルス幅）
短パルス逆転ブレーキのパルス幅の設定について、図１０を参照して説明する。同図は、モータ停止状態において、各パルス幅の電圧を印加した場合の位置検出信号ＨＡＬＬの出力を示す。
同図を参照すると、パルス幅Ｔａ、Ｔｂのパルスを印加した場合、位置検出信号ＨＡＬＬは変化しておらず、ロータが回転していないことを示す。しかしながら、パルス幅Ｔｃの電圧を印加した場合、位置検出信号ＨＡＬＬが変化しており、ロータが回転したことを示す。従って、最適な短パルス逆転ブレーキのパルス幅は、ロータの回転が起こらず、最もトルクが発生するパルス幅Ｔｂとなる。

この短パルス逆転ブレーキのパルス幅の決定方法は、短パルス逆転ブレーキのパルス幅が常に一定で動作する場合であり、回転速度に応じて短パルス逆転ブレーキのパルス幅を変化させることも可能である。その場合、各回転速度における短パルス逆転ブレーキのパルス幅は、図９中の二点鎖線Ｓ３に示す逆回転が起こるトルクを超えないように各回転速度毎に設定を行う。

（変形例）
上記制御方法では、逆転ブレーキを終了する回転速度を決定するパルス幅Ｔ_SB及び短パルス逆転ブレーキのパルス幅Ｔ_RBは、図２のパルス発生回路９に予め設定しているが、パルス発生回路９に複数ビットの入力を設けることで、外部から設定することも可能である。
また、図１の動作タイミングを決めるクロック信号ＣＬＫを発生する発振器６は、クロック信号ＣＬＫの周期は固定ではなく、外部から調整できるように構成してもよい。例えば、外部接続の抵抗または容量等の部品によりクロック信号ＣＬＫの周期を決定する構成を採用すれば、それを外部から調整することができる。

（まとめ）
以上のように、逆転ブレーキ制御から、短パルス逆転ブレーキ制御及びショートブレーキへ制御の切り替え回転速度、短パルス逆転ブレーキ制御のパルス幅を最適値に設定することにより、モータの逆回転が起こることなく短時間での停止が実現できる。また、ブレーキ時の振動騒音を低減するためにブレーキ開始時に逆転ブレーキを行わず、ショートブレーキ制御から開始し、その後短パルス逆転ブレーキ制御及びショートブレーキへ制御の切り替えを行うことも可能である。ブレーキ開始から短パルス逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を行うことも可能である。

上述したブレーキ制御では、逆転ブレーキ及び短パルス逆転ブレーキ時にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行わず、Ｆｕｌｌトルクでの動作により説明を行ったが、逆転ブレーキ及び短パルス逆転ブレーキ時にＰＷＭ制御を行うことも可能である。ブレーキ制御時にＰＷＭ制御を行い、ＰＷＭ制御用パルスのＤｕｔｙ及び周波数を変更することで、停止時間、振動騒音レベル及び消費電力を容易に調整することができる。
さらに、上述した制御方法は単相コイルのモータだけでなく複数相コイルのモータにも適用することができる。

産業上の利用の可能性

本発明は、モータの制御に利用することができる。

Claims (20)

1. モータコイルに通電することにより回転するロータの位置の検出結果に基づいて、前記コイルの通電を制御する制御手段を具備したモータ制御回路であって、
   前記制御手段は、
   第１制御状態において、逆転ブレーキ制御を行い、
   前記第１制御状態の次の第２制御状態において、ショートブレーキ制御状態を行うと共に、断続的に逆転ブレーキ制御に切り替えることを特徴とするモータ制御回路。
2. 前記第２制御状態において、前記ロータの慣性による継続的な回転に応じた前記ロータ位置検出信号の変化を検出した場合、一時的に逆転ブレーキ制御に切り替えることで逆転ブレーキを行い、前記ロータの慣性による継続的な回転を抑制することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御回路。
3. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御回路。
4. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、前記ロータの回転が起こらずかつ最もトルクが発生するように設定される請求項３に記載のモータ制御回路。
5. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御は、前記ロータが完全に停止するまで断続的に繰返し行われることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のモータ制御回路。
6. 前記第２制御を開始するタイミングは、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のモータ制御回路。
7. 前記タイミングは、慣性による継続的な前記ロータの回転に応じた前記ロータ位置検出信号が変化したタイミングであることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御回路。
8. 前記第１制御状態において、前記逆転ブレーキを終了するときの前記ロータの回転速度は、前記第１制御状態の終了後、前記第２制御状態のみで停止させた場合でも前記ロータの逆回転が起こらない回転速度に設定することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のモータ制御回路。
9. 前記制御手段は、
   前記ロータの位置を検出したロータ位置検出信号に基づいてロータの回転速度をモニタし、ブレーキ制御信号を生成するブレーキ制御回路と、
   前記ロータ位置検出信号に基づいて、前記ロータの正転のための通電切り替えを制御する正転制御信号を生成する正転制御回路と、
   外部コントロール信号、前記ブレーキ制御信号、及び前記正転制御信号に基づいた前記モータコイルの通電を行うために、前記モータコイルを駆動する複数のトランジスタを制御する通電切り替え制御回路と、
   を具備することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のモータ制御回路。
10. 前記通電切り替え制御回路は、
    前記外部コントロール信号及び前記ブレーキ制御信号に応じて、逆転ブレーキ制御及びショートブレーキ制御を切り替えることを特徴とする請求項９に記載のモータ制御回路。
11. 前記ブレーキ制御回路は、
    前記ロータ位置検出信号のエッジを検出するエッジ検出回路と、
    クロック信号をカウントすると共に前記エッジ検出回路からの検出結果によりそのカウント値がリセットされるカウンタ回路と、
    予め設定した基準値とカウンタ値が等しくなったときパルスを発生するパルス発生回路と、
    前記パルス及び前記ロータ位置検出信号に基づき前記ブレーキ制御信号を生成する生成回路と、
    を具備することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のモータ制御回路。
12. 前記ロータ及び前記モータコイルを含むモータと、
    前記ロータの位置を検出する磁気センサと、
    請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のモータ制御回路と、
    を具備することを特徴とするモータシステム。
13. モータコイルに通電することにより回転するロータの位置の検出結果に基づいて、前記コイルの通電を制御するモータ制御方法であって、
    逆転ブレーキ制御を行う第１制御状態と、
    前記第１制御状態の次に、ショートブレーキ制御状態を行うと共に、断続的に逆転ブレーキ制御に切り替える第２制御状態と、
    を備えることを特徴とするモータ制御方法。
14. 前記第２制御状態において、前記ロータの慣性による継続的な回転に応じた前記ロータ位置検出信号の変化を検出した場合、一時的に逆転ブレーキ制御に切り替えることで逆転ブレーキを行い、前記ロータの慣性による継続的な回転を抑制することを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御方法。
15. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のモータ制御方法。
16. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御を行う期間は、前記ロータの回転が起こらずかつ最もトルクが発生するように設定される請求項１５に記載のモータ制御方法。
17. 前記第２制御状態において、前記逆転ブレーキ制御は、前記ロータが完全に停止するまで断続的に繰返し行われることを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれか１項に記載のモータ制御方法。
18. 前記第２制御を開始するタイミングは、任意に設定可能であることを特徴とする請求項１３から請求項１７までのいずれか１項に記載のモータ制御方法。
19. 前記タイミングは、慣性による継続的な前記ロータの回転に応じた前記ロータ位置検出信号が変化したタイミングであることを特徴とする請求項１８に記載のモータ制御方法。
20. 前記第１制御状態において、前記逆転ブレーキを終了するときの前記ロータの回転速度は、前記第１制御状態の終了後、前記第２制御状態のみで停止させた場合でも前記ロータの逆回転が起こらない回転速度に設定することを特徴とする請求項１３から請求項１７までのいずれか１項に記載のモータ制御方法。

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