JPWO2009128198A1 - モータ駆動装置、集積回路装置、モータ装置、およびモータ駆動システム - Google Patents

Abstract

本発明のモータ駆動装置は、シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとクロック信号を伝送するクロックラインとを含むシリアル通信バスを介して通信を行うシリアル通信部と、モータの動作を駆動制御する駆動制御部を備える。このシリアル通信バスから受け取ったクロック信号を、駆動制御部の基準クロック信号として利用するように構成する。

Description

本発明は、空調機器、給湯機、空気清浄機、複写機、プリンタなどに搭載されるブラシレスＤＣモータを駆動するのに好適なモータ駆動装置、このモータ駆動装置を備えた集積回路装置、このモータ駆動装置を備えたモータ装置、およびこのモータ装置を複数個備えたモータ駆動システムに関する。特に、本発明は、シリアルデータを用いたシリアル通信により制御されるモータ駆動装置、このモータ駆動装置を備えた集積回路装置、このモータ駆動装置を備えたモータ装置、さらには、このモータ装置を複数個備えたモータ駆動システムに関する。

例えば、複写機やレーザプリンタなどの情報機器では、通常、複数のモータが搭載されている。特に、近年、このようなドキュメントを扱う情報機器は、カラー化、多機能化や高精度化が進み、１台の機器に搭載されるモータの個数も増加傾向にある。このため、各モータの制御方法などが複雑化するとともに、各モータを制御するための信号線も増加している。

また、上述のブラシレスＤＣモータは、容易に回転制御ができるため近年多く用いられるようになっており、モータ本体とこのモータの駆動制御回路を含むモータ駆動装置とを一体化してモータ装置とし、マイコンなどとモータ駆動装置とを信号線で接続してモータの回転制御を行うような構成が一般的となっている。このとき、マイコンとモータ駆動装置との間では、例えば、起動／停止、ブレーキ動作／解除、正転／逆転、回転数指令、回転数モニタ、回転数位相ロック検知、制御ゲイン切替など多くの信号線が接続される。このため、モータの個数が増加すると、それに伴ってこのような信号線も増加し、配線スペースの増大による機器の小型化の阻害、機器側に設けられるマイコンなどのメインコントローラのポート負担や制御負担の増加、これらに伴うシステムコストの増加などを招くことになる。

ところで、近年、このような信号線の増加を抑制するため、各種の機器においてシリアル通信を利用して制御対象を制御する手法が広く用いられている。機器におけるシリアル通信は、機器内において、マイコンなどと各制御対象とをシリアル通信バスで接続することによって実現される。ここで、シリアル通信バスは、シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとこのシリアルデータに同期したクロック信号を伝送するクロックラインとを含んだ数本の信号線で構成されるデータバスが一般に利用されている。このとき、各制御対象は、それぞれが識別されるようにするため、それぞれにアドレスのような識別番号が割り当てられる。そして、マイコンがクロック信号とともに、識別番号を指定しながら必要なシリアルデータを送受信することで、各制御対象と個別にデータ通信することができる。このようにして、信号線の増加を抑制しながら、複数の制御対象と各種データの受け渡しが可能になり、マイコンはこのデータを用いて各制御対象を制御できる。

そこで、上述したような複数のモータを備えた機器においても同様に、このようなシリアル通信を利用した技術が提案されている。

このような技術の１つとして、従来、モータを駆動するモータ駆動装置に対して、シリアル通信バスが縦続接続となるように順次シリアル接続し、これによって配線効率を向上させるような複数モータの駆動システムが提案されている。この内容は、例えば、特許文献１に開示されている。

このような従来の駆動システムは、次のように構成されている。すなわち、シリアル通信バスを介して複数のモータをそれぞれ駆動するためのデータがシリアルデータとして送出される。モータごとに設けたモータ駆動装置は、シリアル通信バスを介して順次シリアル接続されている。また、各モータ駆動装置には、ビットスイッチなどにより、それぞれを特定するためのアドレスが設定されている。そして、まず、複数のモータ駆動装置のうち第１のモータ駆動装置がデータを受信する。このとき、第１のモータ駆動装置は、シリアル通信バスを介して送出されたアドレスを参照して、自己宛に送られた第１のモータ駆動装置のデータのみを抽出し、レジスタに格納する。また、第１のモータ駆動装置は、自己宛ではないデータを、次段のモータ駆動装置に転送する。以降、第１のモータ駆動装置と同様な処理を行っていくことで、複数のモータを駆動制御する。従来の駆動システムは、このような構成とすることにより、少ない配線数で簡素な構成を可能としている。

ところで、この従来の駆動システムのように複数個のモータ装置を対象として制御する場合、それぞれのモータ装置間において回転速度などの基準を決める信号にばらつきがあり、簡易な構成で各モータ装置の速度精度を高めるには限界があった。すなわち、例えば、モータの速度を検出する速度検出器からのパルス期間において内部クロック信号のパルス数を計数し、この計数値を利用して速度検出値とするような構成の場合、モータ装置間に内部クロック信号の周波数のばらつきがあると、モータ装置において速度のばらつきが生じる。

このような具体的な一例として、次のようにして速度のばらつきが生じることになる。まず、標準のモータ装置があったとして、内部クロック信号が１ＭＨｚであり、指令値１０００が与えられると、速度検出器からのパルス期間に、１ＭＨｚの内部クロック信号のクロック数が１０００個となるように速度制御されるものとする。すなわち、指令値とこのクロック数とが一致するような速度制御されるものとする。これに対し、標準からずれたモータ装置の内部クロック信号が１．１ＭＨｚであったとする。そして、標準からずれたモータ装置にも指令値１０００が与えられると、速度検出器からのパルス期間に、１．１ＭＨｚの内部クロック信号のクロック数が１０００個となるように速度制御される。すなわち、標準からずれたモータ装置の場合、速度検出器からのパルス期間は標準のモータ装置よりも短くなる。言い換えれば、同じ指令値１０００が与えられたとしても、標準からずれたモータ装置は、標準のモータ装置よりも高速で回転するように速度制御されることになる。従来のシリアル通信を使ったモータの駆動システムでは、以上のような課題があった。
特開２００１−１６１０９５号公報

本発明のモータ駆動装置は、次の構成を有する。シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとクロック信号を伝送するクロックラインとを含むシリアル通信バスを介して通信を行うシリアル通信部と、このモータの動作を駆動制御する駆動制御部を備える。このシリアル通信バスから受け取ったクロック信号を、駆動制御部の基準クロック信号として利用するように構成する。

本発明は、さらにこのモータ駆動装置を備えた集積回路装置を含む。本発明は、さらにこのモータ駆動装置とモータと、モータの速度を検出する速度検出器とを備えたモータ装置を含む。本発明は、さらに、このモータ装置を複数個備え、さらにこのモータ装置を制御するホスト装置を備え、このホスト装置と複数個のモータ装置とをシリアル通信バスで接続したモータ駆動システムを含む。

この構成により、本発明は、シリアル通信バスを利用して、モータ装置を搭載した機器内の省線化を図るとともに、高精度な速度制御が可能なモータ駆動装置、集積回路装置、モータ装置、およびモータ駆動システムを提供することができる。

図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動システムの構成図である。 図２は同モータ駆動システムのモータ装置の詳細な構成を示すブロック図である。 図３は同モータ装置の速度制御部のブロック図である。 図４はモータ装置の速度制御部の他の構成例を示すブロック図である。 図５は本発明の実施の形態２におけるモータ装置のブロック図である。 図６は同モータ装置の内部クロック発生部のブロック図である。

符号の説明

１０ ホスト装置
１１ シリアル通信バス
１９ クロック発振器
２０ モータ装置
２１ モータ駆動装置
２２ 集積回路装置
２３ シリアル通信部（通信部）
２４ パラメータ設定部
２５ 制御部
２６ 駆動部
２７ 内部クロック発生部
２９ モータ
３１ 入力処理部
３２ 出力処理部
５１ 速度制御部
５２ 全体制御部
６１ 正弦波駆動部
６２ インバータ
９１ 速度検出器
９２ 位置検出器
２７２ 発振部
２７３ 分周器
５１１，２７１ 位相比較部
５１２ ゲイン設定部
５１３ 波形整形部
５１４ クロック検出部
５１５ クロックパルス抜取部
５１６ クロック周期計測部
５１７ ＦＧ周期計測部
５１８ 減算器

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本モータ駆動システムは、モータ２９とモータ２９を駆動制御するモータ駆動装置２１とを含むモータ装置２０を複数個配置するとともに、各モータ装置２０を制御するホスト装置１０を備えている。そして、ホスト装置１０と複数個のモータ装置２０のモータ駆動装置２１とは、シリアル通信バス１１を介してバス接続されている。図１では、ホスト装置１０が、３個のモータ装置２０を制御するような一例を示している。

ホスト装置１０は、例えば、モータ装置２０が搭載される機器に備えられ、マイコン（マイクロコンピュータ）あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などで構成される。このようなホスト装置１０から、シリアル通信バス１１を介して、モータ装置２０を制御するための各種データが各モータ装置２０に通知される。また、逆に、モータ２９の回転数に関するデータなどが各モータ装置２０から、シリアル通信バス１１を介して、ホスト装置１０に通知される。

本実施の形態では、シリアル通信バス１１が、シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとしてのデータ出力ラインＳＯおよびデータ入力ラインＳＩと、クロック信号Ｃｌｋを伝送するクロックラインＣＬＫとの３つの信号線で構成されるような一例を挙げている。データ出力ラインＳＯには、ホスト装置１０から各モータ装置２０へのシリアルデータが伝送される。データ入力ラインＳＩには、モータ装置２０からホスト装置１０へのシリアルデータが伝送される。そして、クロックラインＣＬＫには、ホスト装置１０からシリアルデータに同期したクロック信号Ｃｌｋが伝送される。

また、図１に示すように、ホスト装置１０には、クロック発振器１９が接続されている。クロック発振器１９は、クロック信号Ｃｌｋやシリアルデータのタイミングを生成するための基となる原クロック信号Ｏｓｃを生成しホスト装置１０に供給する。ホスト装置１０は、供給された原クロック信号Ｏｓｃを用いてクロック信号Ｃｌｋやシリアルデータを生成し、このようにして生成したクロック信号Ｃｌｋやシリアルデータをシリアル通信バス１１に伝送する。また、クロック発振器１９は、ホスト装置１０の制御に従った周波数の原クロック信号Ｏｓｃを生成する。このような周波数制御を行うため、ホスト装置１０からクロック発振器１９に対して、周波数制御のための原クロック制御信号Ｖｆが供給される。

本実施の形態のモータ駆動システムは、このようにホスト装置１０がクロック発振器１９の周波数を制御し、ホスト装置１０が制御した原クロック信号Ｏｓｃに基づく周波数のクロック信号Ｃｌｋがシリアル通信バス１１に伝送される。ホスト装置１０は、このような構成により、クロック信号Ｃｌｋをシリアルデータ伝送のために利用するのに加えて、速度制御における基準クロック信号として、モータ２９に対して指令する速度に応じた周波数のクロック信号ＣｌｋをクロックラインＣＬＫに伝送する。また、シリアルデータもこのようなクロック信号Ｃｌｋの周波数に同期したタイミングのシリアルデータとして伝送される。

各モータ装置２０において、モータ駆動装置２１は、シリアル通信バス１１に接続されたシリアル通信部２３、モータ装置２０を動作させるための各種パラメータが設定されたパラメータ設定部２４、モータ２９の回転を制御するなどの制御部２５、およびモータ２９を駆動する駆動部２６を備えている。このシリアル通信部２３は、以下、単に、通信部２３と称する。

通信部２３は、ホスト装置１０から、それぞれがシリアル通信バス１１を介して順次直列接続となるように接続されている。通信部２３は、このようなシリアル通信バス１１でバス接続された構成によって、ホスト装置１０とのシリアル通信を行う。

パラメータ設定部２４は、シリアル通信バス１１を介して通信部２３に伝送されるシリアルデータから取得した各種データを、制御パラメータや駆動パラメータなどに区分してメモリなどの記憶部に記憶する。このようにして、パラメータ設定部２４には、各種パラメータなどのデータが設定される。

制御部２５は、モータ装置２０内における各種制御や処理などを行う。例えば、制御部２５は、パラメータ設定部２４からの制御ゲインなどのパラメータが設定され、回転を制御するための制御信号を生成し、この制御信号によりモータ２９の回転動作を制御する。そして、駆動部２６は、制御部２５からの制御信号に基づきモータ２９を駆動する。また、制御部２５と駆動部２６とにより、モータ２９の動作を駆動制御する駆動制御部が構成される。

さらに、モータ駆動装置２１において、クロックラインＣＬＫに伝送されるクロック信号Ｃｌｋが制御部２５に供給される。上述したように、ホスト装置１０から伝送されるクロック信号Ｃｌｋは、モータ２９に対して指令する速度に応じた周波数で伝送される。このため、ホスト装置１０からシリアル通信バス１１を介し、モータ駆動装置２１に対して速度を変更するような指令がなされると、モータ駆動装置２１は、クロック信号Ｃｌｋを利用してモータ２９の速度制御を実行する。本実施の形態では、このように、クロック信号Ｃｌｋが制御部２５に供給されることを特徴としている。すなわち、本実施の形態では、クロック信号Ｃｌｋをモータ２９の速度制御のための基準クロック信号にも活用している。

このようなシリアル通信バス１１の構成において、ホスト装置１０がクロック信号Ｃｌｋとともにシリアルデータを送出すると、ホスト装置１０と直接にシリアル通信バス１１で接続された最上流側となるモータ装置２０の通信部２３にクロック信号Ｃｌｋとシリアルデータとが伝送される。この最上流側の通信部２３は、受け取ったクロック信号Ｃｌｋとシリアルデータとを中継して、次段の通信部２３へ転送する。このようにして、ホスト装置１０から、一方端となる最上流側の通信部２３、その後段の通信部２３へと、他方端となる最下流側の通信部２３に向けて順番に、各通信部２３を介しながら、データ出力ラインＳＯを通してシリアルデータが伝送される。また、逆に、例えば、最下流側の通信部２３からホスト装置１０に通知するようなデータは、最下流側の通信部２３から、その前段の通信部２３へと、ホスト装置１０まで順番に、各通信部２３を介しながら、データ入力ラインＳＩを通してシリアルデータが伝送される。

そして、クロックラインＣＬＫには、ホスト装置１０から、モータ装置２０に対して指令する速度に応じた周波数のクロック信号Ｃｌｋが伝送される。

図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置２１を備えたモータ装置２０の詳細な構成を示すブロック図である。

図２に示すような構成により、モータ駆動装置２１がモータ２９を駆動制御する。本実施の形態では、モータ２９がモータ駆動装置２１により正弦波駆動や矩形波駆動されるブラシレスＤＣモータである一例を挙げて説明する。また、モータ駆動装置２１の機能の一部あるいは全部は、１つまたは複数の集積回路装置により実現される。図２では、モータ駆動装置２１の機能全部が１つの集積回路装置２２により実現された一例を示している。また、モータ駆動装置２１の機能を実現する回路素子がプリント基板上に形成される。そして、モータ装置２０は、このようなプリント基板が、モータ２９に内蔵または一体化されている。

モータ２９は、可動子と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相とする３相の駆動巻線（図示しない）とを有している。各駆動巻線には、モータ駆動装置２１から、それぞれ駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが供給される。また、モータ２９の近辺には、モータ２９の速度を検出する速度検出器９１、およびモータ２９の可動子の位置を検出する位置検出器９２が配置されている。速度検出器９１は、検出した速度を示す速度検出信号ＦＧをモータ駆動装置２１に通知する。位置検出器９２は、検出した位置を示す位置検出信号ＣＳをモータ駆動装置２１に通知する。

ところで、このように正弦波駆動されるブラシレスＤＣモータは、回転速度むらの低減や、低騒音・高効率駆動などの高い性能が、広い回転速度範囲で要求されることが多くなってきており、これらの要求を実現するためには、各回転速度ごとにきめ細かく多くの制御パラメータや駆動パラメータを設定する必要がある。このため、シリアル通信バスを利用してブラシレスＤＣモータを制御することにより、速度制御、正弦波駆動の際の各種制御パラメータや駆動パラメータをきめ細かに設定でき、より一層の制御性能、低騒音・高効率駆動性能を高めることが可能になる。

一方、図２に示すように、モータ駆動装置２１のクロック入力端子ＣＩには、ホスト装置１０あるいは前段のモータ装置２０である上流側から、クロックラインＣＬＫを通して、クロック信号Ｃｌｋが供給される。また、データ入力端子ＳＩＨには、データ出力ラインＳＯを通して、シリアルデータが供給される。そして、データ出力端子ＳＯＨは、データ入力ラインＳＩを通して、上流側に対してのシリアルデータを出力する。

また、モータ駆動装置２１のクロック出力端子ＣＯは、クロックラインＣＬＫを通して、下流側となる後段のモータ装置２０へと、ホスト装置１０からのクロック信号Ｃｌｋを出力する。また、データ出力端子ＳＯＬは、データ出力ラインＳＯを通して、ホスト装置１０からのシリアルデータを出力する。そして、データ入力端子ＳＩＬには、下流側から、データ入力ラインＳＩを通して、後段のモータ装置２０からのシリアルデータが供給される。

次に、通信部２３は、データ入力端子ＳＩＨに供給されたシリアルデータの処理を行う入力処理部３１、およびホスト装置１０にシリアルデータを通知する処理を行う出力処理部３２を備えている。

入力処理部３１は、クロック入力端子ＣＩに供給されたクロック信号Ｃｌｋに従って、データ入力端子ＳＩＨに供給されるシリアルデータを取り込む。入力処理部３１は、取り込んだシリアルデータをパラレル変換し、パラレル変換したデータを入力データとしてまず取り込む。さらに、入力処理部３１は、入力データに含まれるアドレス情報を参照し、自己宛に送られたデータであるかどうかを判定する。入力処理部３１は、自己宛に送られたデータであると判定するとそのデータをパラメータ設定部２４に転送する。

また、出力処理部３２には、ホスト装置１０に通知するためのデータが制御部２５から供給される。出力処理部３２は、自己のアドレスデータとともにホスト装置１０に通知するためのデータをシリアルデータに変換し、変換したシリアルデータをクロック入力端子ＣＩに供給されたクロック信号Ｃｌｋに従ってホスト装置１０に伝送する。また、出力処理部３２は、データ入力端子ＳＩＬに供給されたシリアルデータを中継してデータ出力端子ＳＯＨから出力する。このように、出力処理部３２は、下流側から伝送されたシリアルデータをホスト装置１０へと転送する処理も行う。

次に、パラメータ設定部２４は、例えば、ホスト装置１０から設定されるパラメータなどを記憶する設定メモリを備えている。設定メモリには、入力処理部３１により格納される各種動作を設定するためのデータが記憶される。設定メモリが記憶するデータとしては、制御動作を設定するための制御動作設定データ、駆動動作を設定するための駆動動作設定データ、インバータなどのパワー部の動作を設定するためのパワー部動作設定データ、起動時の遅延時間を設定するための起動遅延設定データ、保護動作を設定するための保護動作設定データ、一連の動作を設定するための一連動作設定データ、および省エネルギーに関する動作を設定するための省エネ設定データなどが含まれる。さらに、制御動作設定データとしては、回転速度に対応した制御ゲインなどの制御パラメータに関するデータ、指令した回転速度に達したこと示す回転情報に対してのその検出範囲を示すデータなどが含まれる。駆動動作設定データとしては、回転速度に対応した進角値、モータ２９を駆動する波形やパルス幅変調の方式を示すデータなどが含まれる。パワー部動作設定データとしては、デッドタイム、パルス幅変調の周波数、パワートランジスタのスイッチ速度を示すデータなどが含まれる。保護動作設定データは、保護機能の有効／無効、動作閾値などのパラメータ設定を示すデータなどが含まれる。一連動作設定データとしては、例えば「起動→所望速度での回転→ブレーキ減速→停止→再起動」のような一連動作を指令するデータなどが含まれる。

次に、制御部２５は、モータ２９の回転速度に関する制御を行う速度制御部５１、およびモータ装置２０の各部の制御や処理などを行う全体制御部５２を備えている。全体制御部５２は、モータ装置２０の基本動作に関する処理、出力処理部３２を介しホスト装置１０に対してデータの送出を要求するようなフィードバック要求の処理などを行う。

速度制御部５１は、パラメータ設定部２４に記憶された駆動動作設定データから、制御パラメータとしての各データを取り込む。これにより、速度制御部５１には、速度制御信号ＶＳＰを生成するために必要となる制御ゲインなどの回転制御のための制御パラメータが設定される。速度制御部５１は、このようにして制御パラメータが設定された状態で、速度制御信号ＶＳＰを生成し、生成した速度制御信号ＶＳＰによりモータ２９の回転速度を制御する。

次に、駆動部２６は、速度制御部５１からの速度制御信号ＶＳＰに従ってモータ２９を正弦波駆動するための正弦波駆動信号を生成する正弦波駆動部６１、正弦波駆動信号に基づきモータ２９の各駆動巻線に駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを供給するインバータ６２を備えている。正弦波駆動部６１は、正弦波駆動信号を生成するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を有している。そして、インバータ６２は、正弦波駆動部６１からの駆動信号により、直流電力を交流の駆動電力に変換し、モータ２９を駆動する。

正弦波駆動部６１は、速度制御部５１からの速度制御信号ＶＳＰに応じた振幅、および位置検出器９２からの位置検出信号ＣＳに応じた位相の正弦波状の波形信号を生成する。さらに、正弦波駆動部６１は、生成した波形信号によりパルス幅変調した駆動パルス信号を生成する。生成された駆動パルス信号は正弦波駆動信号としてインバータ６２に供給される。

インバータ６２は、直流電力を交流の駆動電力に変換し、モータ２９を駆動する駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷを生成する。これにより、インバータ６２から、正弦波駆動信号に応じたパルス状の駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが出力される。正弦波駆動信号は、正弦波状の波形信号によりパルス幅変調した信号である。このため、パルス幅変調の原理から、平均値的には、この波形信号に応じた正弦波状の電圧となる駆動電圧Ｕ、ＶおよびＷが、それぞれの駆動巻線に供給されることになる。

また、内部クロック発生部２７は、モータ駆動装置２１内部におけるデジタル処理の内部クロック信号Ｃｋを発生し、モータ駆動装置２１内の各部に供給する。例えば、内部クロック信号Ｃｋは、正弦波駆動部６１におけるパルス幅変調の基準クロックパルスなどに利用される。

そして、本実施の形態では、クロックラインＣＬＫから制御部２５の速度制御部５１にクロック信号Ｃｌｋが供給される。すなわち、本実施の形態のモータ駆動装置２１は、ホスト装置１０から伝送されるクロック信号Ｃｌｋを、モータ２９に対して指令する速度に応じた周波数の速度指令信号として取り込み、モータ２９の速度制御を行っている。

図３は、速度制御部５１の詳細な構成を示すブロック図である。図３に示すように、速度制御部５１は、速度検出器９１からの速度検出信号ＦＧの波形整形を行い、波形整形した速度検出信号ＦＧ’として出力する波形整形部５１３を備えている。さらに速度制御部５１は、速度指令信号としてのクロック信号Ｃｌｋと波形整形部５１３からの速度検出信号ＦＧ’との位相比較を行い、位相比較信号を出力する位相比較部５１１を備えている。さらに速度制御部５１は、パラメータ設定部２４からの制御パラメータＰｒｖが設定され、位相比較部５１１からの位相比較信号に対して、制御ゲイン処理などを行うゲイン設定部５１２を備えている。

速度制御部５１は、このような構成により、まず、位相比較部５１１がホスト装置１０から伝送されるクロック信号Ｃｌｋの位相と速度検出信号ＦＧ’の位相との位相差に相当する位相比較信号を出力する。この位相比較信号は、ゲイン設定部５１２により適切なゲイン処理が行われ、ゲイン設定部５１２から速度制御信号ＶＳＰが出力される。モータ２９は、この速度制御信号ＶＳＰに応じた速度で回転するように、駆動部２６により駆動される。また、この回転速度は、速度検出器９１により検出され、波形整形部５１３を介し、速度検出信号ＦＧ’として位相比較部５１１にフィードバックされる。なお、位相比較部５１１によるクロック信号Ｃｌｋと速度検出信号ＦＧ’との位相比較に代えて周波数比較をするような構成であってもよい。速度制御部５１は、このようなフィードバックループにより、ホスト装置１０から伝送されるクロック信号Ｃｌｋの周波数に応じた速度でモータ２９が回転するように制御する。

このように、本実施の形態では、クロック信号Ｃｌｋをシリアルデータ伝送のために利用するのに加えて、速度制御における基準クロック信号として利用している。このため、本モータ駆動システムのように複数のモータ装置２０を駆動する場合、各モータ装置２０の速度精度が安定し、各モータ装置２０間の速度差を抑制できる。

なお、例えば、クロック信号Ｃｌｋの通常の周波数が１ＭＨｚ、最大回転数のときの速度検出信号ＦＧの周波数が１０ＫＨｚというように、それぞれの周波数が大きく異なるような構成とする場合がある。このように、クロック信号Ｃｌｋが速度検出信号ＦＧの周波数よりも高い場合にはクロック信号Ｃｌｋを分周したり、また逆に、クロック信号Ｃｌｋが速度検出信号ＦＧの周波数よりも低い場合にはクロック信号Ｃｌｋを逓倍したりしてもよい。すなわち、クロックラインＣＬＫからのクロック信号Ｃｌｋを分周器や逓倍器に供給し、クロック信号Ｃｌｋを分周や逓倍した信号を速度指令信号として、図３の位相比較部５１１に供給するような構成とすればよい。

また、クロック信号Ｃｌｋを分周する分周比や逓倍する逓倍率がシリアル通信バス１１を介して設定されるような構成をさらに加えてもよい。特に、本モータ駆動システムのように複数のモータ装置２０を制御する場合、このような構成とすることにより、モータ装置２０ごとに個別に回転速度範囲を設定できる。さらに、クロック信号Ｃｌｋを分周する構成とした場合、クロック信号Ｃｌｋの周波数を速度検出信号ＦＧの周波数よりも比較的高く設定することになるため、モータ２９の速度設定に縛られることなく、シリアル通信の通信レートを高くできる。また、クロック信号Ｃｌｋを逓倍する構成とした場合、クロック信号Ｃｌｋの周波数を速度検出信号ＦＧの周波数よりも比較的低く設定することになるため、モータ２９の速度設定に縛られることなく、シリアル通信の通信エラーのリスクを低減できる。

また、シリアル通信バス１１は、シリアルデータの伝送にあわせてその期間のみクロック信号Ｃｌｋも伝送するような手法が広く利用されている。すなわち、このような構成では、クロック信号Ｃｌｋは連続して送出されておらず、シリアルデータの伝送時のみ同一周期のクロックパルスが例えば数十パルスだけ送出され、他の期間は送出を休止している。このように、クロック信号Ｃｌｋが断続的に送出されることになる。

図４は、このような断続的にクロック信号Ｃｌｋを伝送するようなシリアル通信バス１１にも好適な、速度制御部５１の他の構成例を示すブロック図である。

図４において、クロック検出部５１４は、ホスト装置１０からクロック信号Ｃｌｋが送出されたことを検出する。クロック検出部５１４がクロック信号Ｃｌｋの送出を検出すると、それに応答して、クロックパルス抜取部５１５は、クロック信号Ｃｌｋからそのパルスを抜き取り、抜取パルスの期間を検出する。すなわち、例えば、クロック信号Ｃｌｋのパルスに対し、その立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間となる抜取パルスＰｒｅｆを出力する。

クロック周期計測部５１６には、クロックパルス抜取部５１５からの抜取パルスＰｒｅｆと、内部クロック発生部２７からの内部クロック信号Ｃｋが供給される。クロック周期計測部５１６は、抜取パルスＰｒｅｆのパルス期間における内部クロック信号Ｃｋのパルス数を計測する。クロック周期計測部５１６は、計測したパルス数を速度指令信号に相当する速度指令値Ｎｒｅｆとして出力する。また、クロック周期計測部５１６は、計測した結果を周期計測値として記憶しておく。

一方、ＦＧ周期計測部５１７は、速度検出信号ＦＧ’のパルスに対し、例えば、その立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間を検出し、そのパルス期間における内部クロック信号Ｃｋのパルス数を計測する。ＦＧ周期計測部５１７は、計測したパルス数を速度検出信号に相当する速度検出値Ｎｆｇとして出力する。

減算器５１８は、速度指令値Ｎｒｅｆと速度検出値Ｎｆｇとの差分演算を行い、その演算結果を速度偏差値として出力する。ゲイン設定部５１２は速度偏差値に対して適切なゲインを設定し、速度制御信号ＶＳＰとして出力する。

このように、クロック信号Ｃｌｋのパルス周期と内部クロック信号Ｃｋとを用いて速度指令信号とすることができる。また、このような構成とすることにより、クロック信号Ｃｌｋの最低１つのパルスに基づき速度指令信号を生成できるため、クロック信号Ｃｌｋがホスト装置１０から断続的に送出される場合にも適用できる。なお、クロック信号Ｃｌｋの複数のパルスから複数の抜取パルスＰｒｅｆを生成し、それぞれ検出した速度指令値Ｎｒｅｆの平均値を速度指令信号とするような構成であってもよい。

また、特に、速度制御部５１を図４に示すような構成とすることにより、本モータ駆動システムのように複数のモータ装置２０を制御する場合に次のような効果を発揮する。

すなわち、モータ装置２０が備える内部クロック発生部２７は、通常、簡易な発振器であるため、内部クロック信号Ｃｋの周波数精度は低い。このため、複数のモータ装置２０間の内部クロック信号Ｃｋの周波数にばらつきが生じる。これに対し、モータ装置２０の速度制御部５１を図４に示すような構成とすることにより、各モータ装置２０は、モータ装置２０間で共通となるクロック信号Ｃｌｋのパルス周期で速度制御されることになる。そのため、モータ装置２０間の内部クロック信号Ｃｋにおいて周波数にばらつきがあっても、そのばらつきを吸収できるため、モータ装置２０間の速度のばらつきも抑制することができる。また、内部クロック発生部２７は、例えばＣＲ発振器のような簡易な発振器でよいため、高価な水晶発振器などを設ける必要もない。

モータ装置２０間でのばらつきを吸収する具体的な一例として、モータ装置２０の一方の内部クロック信号が１ＭＨｚであり、他方のクロック信号が１．１ＭＨｚとした場合を挙げる。また、モータが１０００回転／秒の場合、内部クロック信号のばらつきにより、一方のモータ装置２０の速度検出値Ｎｆｇは１０００であるのに対し、他方の速度検出値Ｎｆｇは１１００とする。また、クロック信号Ｃｌｋのパルス周期に基づく抜取パルスＰｒｅｆの周期が、１０００回転を指令する１ｍ秒とした場合、一方のモータ装置２０の速度指令値Ｎｒｅｆは１０００であり、他方のモータ装置２０の速度指令値Ｎｒｅｆは１１００となる。その結果、モータ装置２０内部において、速度検出値Ｎｆｇや速度指令値Ｎｒｅｆの値としてはモータ装置２０間で異なるものの、それぞれのモータ装置２０は、１０００回転とする指令に対応した回転数、すなわち回転速度で回転する。このように、クロック周期計測部５１６がクロック信号Ｃｌｋの周期に対して内部クロック信号Ｃｋを用いて計測し、計測した結果を速度指令信号とすることにより、内部クロック発生部２７が簡易な発振器であっても、モータ装置２０間での速度差を抑制することが可能となる。さらに、クロック信号Ｃｌｋを休止させることができるため、ホスト装置１０の制御負荷を軽減できる。また、ホスト装置１０の指令によりクロック信号Ｃｌｋの周期の取り込みや記憶を制御できるように構成することで、断続的に送出されるクロック信号Ｃｌｋにも柔軟に対応できるとともに、ホスト装置１０は、クロック信号Ｃｌｋをシリアル通信用に特化できるため、通信速度の自由度を向上できる。

以上説明したように、本モータ駆動装置２１は、シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとクロック信号Ｃｌｋを伝送するクロックラインＣＬＫとを含むシリアル通信バス１１を介して通信を行う通信部２３を備え、モータ２９を駆動する。さらに、モータ２９の動作を駆動制御する制御部２５および駆動部２６を備え、シリアル通信バス１１から受け取ったクロック信号Ｃｌｋを、速度基準としての基準クロック信号として利用している。

さらに、速度指令信号と速度検出信号ＦＧとに基づき速度制御信号ＶＳＰを生成する速度制御部５１は、シリアル通信バス１１から受け取ったクロック信号Ｃｌｋを利用して速度指令信号を生成している。

さらに、速度指令信号はクロック信号Ｃｌｋであり、速度制御部５１は、クロック信号Ｃｌｋである速度指令信号と速度検出信号ＦＧとの位相比較に基づき、速度制御信号ＶＳＰを生成している。

このため、本実施の形態におけるモータ駆動装置、集積回路装置、モータ装置、およびモータ駆動システムによれば、シリアル通信バスのクロック信号の周波数や周期に基づき、モータの速度制御を行うことができる。すなわち、シリアル通信バスのクロック信号を速度制御のための基準クロック信号とすることができ、モータ装置を複数制御するような場合、高精度な速度制御ができるとともに、簡易な回路で速度制御が実現できる。

さらに、図４に示すクロック周期計測部５１６が計測した周期計測値を次のように利用することもできる。すなわち、周期計測値は、クロック信号Ｃｌｋを基準とした内部クロック信号Ｃｋのばらつき度合いを示す値である。このため、周期計測値を利用して、駆動部２６における内部クロック信号Ｃｋのばらつきに起因する標準からのずれを補正することも可能である。例えば、パラメータ設定にて指定される起動時間の遅延時間、保護動作の設定時間、パルス幅変調の周波数の設定、デッドタイム時間など、内部クロック信号Ｃｋを利用した時間に関する設定に対して、周期計測値を用いて補正することで駆動制御部における駆動部２６の各駆動動作の精度も高めることができる。

なお、以上の説明では、速度制御部が速度指令信号と速度検出信号とに基づき速度制御信号を生成するような構成例を挙げて説明したが、単に、速度制御部が速度指令信号に基づき速度制御信号を生成するような構成であってもよい。すなわち、速度制御信号をクロック信号、クロック信号を分周した信号、あるいはクロック信号を逓倍した信号とするような構成としてもよい。また、クロック信号Ｃｌｋの周期に対して内部クロック信号Ｃｋを用いて計測し、計測した結果を速度制御信号とするような構成としてもよい。空調機器用のファンモータ駆動や燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機などでは、このような直接モータを駆動する制御方式が利用されており、これらの機器において複数のモータを使用する場合などにも、本発明を適用することができる。

以上のように、本発明は、シリアル通信バスから受け取ったクロック信号を、モータ駆動装置の基準クロック信号として利用するような構成としている。従って、シリアル通信バスを利用して、モータ装置を搭載した機器内の省線化を図るとともに、高精度な速度制御が可能なモータ駆動装置、集積回路装置、モータ装置、およびモータ駆動システムを提供することができる。

また、上述したドキュメント機器に使用されるモータは、近年、回転速度むらの低減や、低騒音・高効率駆動など、より高い性能が広い回転速度範囲で要求される。本発明によれば、シリアル通信を利用して、回転速度ごとにきめ細かく多くの制御パラメータや駆動パラメータを設定できるため、このような要求に応えることが可能となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

本モータ駆動装置２１は、実施の形態１との比較において、図５に示すようにクロックラインＣＬＫに伝送されるクロック信号Ｃｌｋが内部クロック発生部２７に供給される構成であることが異なる。また、内部クロック発生部２７にもパラメータ設定部２４から内部クロック発生に関するパラメータＰｒｃが通知される。なお、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。

また、図６は、本発明の実施の形態２における内部クロック発生部２７の詳細な構成を示すブロック図である。以下、図５および図６を参照しながら本実施の形態のモータ駆動装置２１の構成について説明する。

図６に示すように、内部クロック発生部２７は、内部クロック信号Ｃｋを分周する分周器２７３と、クロックラインＣＬＫに伝送されるクロック信号Ｃｌｋと分周器２７３の出力信号との位相比較を行う位相比較部２７１を備えている。また、分周器２７３の分周比は、パラメータ設定部２４からのパラメータＰｒｃとして通知され、分周器２７３に設定される。内部クロック発生部２７は、さらに、この位相比較部２７１の出力信号に応じた周波数となるような位相制御により、位相制御に応じた周波数の内部クロック信号Ｃｋを生成する発振部２７２を備えている。このように、内部クロック発生部２７は、内部クロック信号Ｃｋをクロック信号Ｃｌｋにロックさせるようなフェーズロックループ（ＰＬＬ）を構成している。このようなＰＬＬを構成することにより、内部クロック発生部２７は、逓倍器として機能し、クロック信号Ｃｌｋの周波数に対して、分周器２７３の分周比に応じた高い周波数となる内部クロック信号Ｃｋを出力する。また、このときの逓倍率は、次のようにして設定される。シリアル通信バス１１やパラメータ設定部２４を介して分周器２７３の分周比が設定され、これにより、逓倍率の設定が適宜行われる。

すなわち、本モータ駆動装置２１は、制御部２５や駆動部２６である駆動制御部に供給する内部クロック信号Ｃｋを、シリアル通信バス１１から受け取ったクロック信号Ｃｌｋに基づき生成している。このように、本実施の形態のモータ駆動装置２１は、クロック信号Ｃｌｋに基づき内部クロック信号Ｃｋをクロック再生し、モータ駆動装置２１内部の基準クロック信号としている。

本モータ駆動装置２１は、このような構成であるため、ホスト装置１０が備えたクロック発振器１９と同等の精度の内部クロック信号Ｃｋを得ることができる。また、例えば、図１に示したように複数のモータ装置２０を駆動する場合、各モータ装置２０内部の内部クロック発生部２７は、それぞれホスト装置１０からのクロック信号Ｃｌｋに同期するため、それぞれのモータ装置２０間の内部クロック信号Ｃｋの精度を同等にできる。このため、モータ装置２０間で速度がばらつくなどの不具合を抑制できる。

例えば、モータ駆動システムを構成するモータ装置２０において、モータ装置２０の一方の内部クロック発生部２７の自走周波数が１ＭＨｚであり、他方の自走周波数が１．１ＭＨｚであるようなばらつきがあっても、クロック信号Ｃｌｋの周波数にロックさせることにより、それぞれの内部クロック発生部２７から出力される内部クロック信号Ｃｋの周波数が一致する。このため、モータ装置２０間の速度のばらつきも抑制することができる。

さらに、内部クロック信号Ｃｋの周波数精度を高めることができるため、例えば、パラメータ設定にて指定される起動時間の遅延時間、保護動作の設定時間、パルス幅変調の周波数の設定、デッドタイム時間など、内部クロック信号Ｃｋを利用した時間に関する設定の精度も高めることができる。

なお、本実施の形態では、クロック信号Ｃｌｋから内部クロック信号Ｃｋをクロック再生するような逓倍機能を有した構成例を挙げたが、クロック信号Ｃｌｋ自身を内部クロック信号Ｃｋとするような構成であってもよく、またクロック信号Ｃｌｋを分周した信号を内部クロック信号Ｃｋとするような構成であってもよい。クロック信号Ｃｌｋを分周する場合、クロック信号Ｃｌｋを分周器２７３に供給し、分周した出力を内部クロック信号Ｃｋとする構成にすればよい。また、クロック信号Ｃｌｋをバッファや増幅器を介して内部クロック信号Ｃｋとして出力するような構成であってもよいのは言うまでもない。

また、クロック信号Ｃｌｋを利用して内部クロック信号Ｃｋを生成する手法として、図４で説明したクロック周期計測部５１６を利用するような構成とすることもできる。すなわち、クロック信号Ｃｌｋの周期を計測し、計測した結果を周期計測値として記憶するクロック周期計測部を備え、内部クロック発生部２７が周期計測値に応じた周期の内部クロック信号Ｃｋを発生するような構成とすることもできる。また、ホスト装置１０の指令によりクロック信号Ｃｌｋの周期の取り込みや記憶を制御できるようにさらに構成してもよい。以上のように、クロック信号Ｃｌｋを利用して内部クロック信号Ｃｋを生成するような構成であればよい。

本発明のモータ駆動装置、モータ装置やモータ駆動システムは、モータ装置を搭載した機器内の省線化を図るとともに、高精度な速度制御が可能あり、さらに、このようなシリアル通信を利用して、回転速度ごとにきめ細かく多くの制御パラメータや駆動パラメータを設定できる。このため、より高い性能が広い回転速度範囲で要求されるプリンタ、複写機、さらには、ハードディスク、光メディア機器などの情報機器などに使用されるモータ駆動システムやモータ装置に好適である。また、空調機器用のファンモータ駆動や燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機などにも好適である。

Claims (21)

1. シリアルデータを伝送するシリアルデータラインとクロック信号を伝送するクロックラインとを含むシリアル通信バスを介して通信を行うシリアル通信部を備え、モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記モータの動作を駆動制御する駆動制御部を備え、
   前記シリアル通信バスから受け取った前記クロック信号を、前記駆動制御部の基準クロック信号として利用したことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記駆動制御部は、前記モータの速度を指令する速度指令信号と、前記モータの速度を検出する速度検出器からの速度検出信号とに基づき、前記モータの速度を制御するための速度制御信号を生成する速度制御部を備え、
   前記シリアル通信バスから受け取った前記クロック信号を利用して、速度指令の基準となる前記速度指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記速度制御部は、前記速度指令信号と前記速度検出信号との位相比較および周波数比較のいずれかに基づき、前記速度制御信号を生成することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記駆動制御部は、前記モータの速度を指令する速度指令信号に基づき、前記モータの速度を制御するための速度制御信号を生成する速度制御部を備え、
   前記シリアル通信バスから受け取った前記クロック信号を利用して、速度指令の基準となる前記速度指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記速度指令信号を前記クロック信号としたことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
6. 前記速度指令信号を、前記クロック信号を分周した信号としたことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
7. 前記クロック信号を分周する分周比は、シリアル通信バスを介して設定されることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記速度指令信号を、前記クロック信号を逓倍した信号としたことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
9. 前記クロック信号を逓倍する逓倍率は、前記シリアル通信バスを介して設定されることを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 内部クロック信号を発生する内部クロック発生部と、
    前記クロック信号の周期を計測し、計測した結果を周期計測値として記憶するクロック周期計測部とをさらに備え、
    前記クロック周期計測部は、前記内部クロック信号を用いて前記クロック信号の周期を計測し、計測した結果を前記駆動制御部に供給することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
11. 前記クロック周期計測部が計測した前記結果は、速度指令信号として前記速度制御部に供給されることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
12. 前記クロック信号の周期の計測および記憶は、前記シリアル通信バスを介して指令されることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
13. 前記シリアル通信バスから受け取った前記クロック信号または前記クロック信号からクロック再生した信号を、前記駆動制御部の基準クロック信号である内部クロック信号としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
14. 前記シリアル通信バスから受け取った前記クロック信号を逓倍し、前記クロック信号を逓倍した信号を、前記駆動制御部の基準クロック信号である内部クロック信号としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
15. 前記クロック信号を逓倍する逓倍率は、前記シリアル通信バスを介して設定されることを特徴とする請求項１４に記載のモータ駆動装置。
16. 内部クロック信号を発生する内部クロック発生部と、
    前記クロック信号の周期を計測し、計測した結果を周期計測値として記憶するクロック周期計測部とをさらに備え、
    前記内部クロック発生部は、前記周期計測値に応じた周期の内部クロック信号を発生し、発生した前記内部クロック信号を前記駆動制御部の基準クロック信号としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
17. 前記クロック信号の周期の計測および記憶は、前記シリアル通信バスを介して指令されることを特徴とする請求項１６に記載のモータ駆動装置。
18. 位相制御に応じた位相の内部クロック信号を発生する内部クロック発生部と、
    前記クロック信号と前記内部クロック信号との位相比較を行い、位相比較信号を出力する位相比較部とをさらに備え、
    前記内部クロック発生部は、前記位相比較信号に基づき前記クロック信号と前記内部クロック信号との位相が一致するように制御され、
    前記内部クロック信号を前記駆動制御部の基準クロック信号としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置を含むことを特徴とする集積回路装置。
20. モータと、
    前記モータの速度を検出する速度検出器と、
    請求項１から１８までのいずれか１項に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とするモータ装置。
21. 請求項２０に記載のモータ装置を複数個備え、さらに前記モータ装置を制御するホスト装置を備え、前記ホスト装置と複数個の前記モータ装置とを前記シリアル通信バスで接続したことを特徴とするモータ駆動システム。

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