KR20060112649A

KR20060112649A - 직류 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR20060112649A
Application number: KR1020067008304A
Authority: KR
Inventors: 고이찌 사이또; 도모따께 사또
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-11-01
Also published as: CN1875539A; WO2005055410A1; US20070098373A1; TW200524263A; JPWO2005055410A1

Abstract

오픈 루프 제어 방식의 직류 모터 구동 장치에서, 공급되는 속도 명령 데이터가 해당 직류 모터의 구동 지시에 해당하는지의 여부를 그 속도 명령 데이터에 기초하여 판정한다. 구동 지시라고 판정되었을 때에, 소정의 가속 기간에 소정 듀티비의 PWM 펄스로 스위치 수단을 제어하여 해당 직류 모터를 가속시킨다. 그 가속 기간이 종료되었을 때에 속도 명령 데이터에 따른 듀티비의 PWM 펄스로 스위치 수단을 제어하여 해당 직류 모터를 구동한다. 이에 의해, 기동할 때의 기동 전류를 제한하여 스위칭 트랜지스터 등의 내전류를 작게 함과 함께, 기동을 확실하게 행하여 모터의 속도 제어 범위를 넓게 한다.

직류 모터 구동 장치, 오픈 루프 제어 방식, 속도 명령 데이터, 가속 기간, 듀티비, PWM 펄스, 스위치 수단

Description

직류 모터 구동 장치{DC MOTOR DRIVE DEVICE}

본 발명은, 직류 모터를 외부로부터의 속도 명령에 따른 속도로 회전시키는 직류 모터 구동 장치로서, 기동을 확실하게 행함과 함께, 기동 전류를 억제하는 직류 모터 구동 장치에 관한 것이다.

게임 컨트롤러나 완구 등에서 구동시키거나 진동시키는 용도로 모터가 이용된다. 그 모터로서, 전원이 전지일 것, 염가일 것, 그 구동 회로가 비교적 간단할 것 등의 이유로부터, 직류 모터가 많이 이용된다.

도 5는 종래로부터 일반적으로 이용되고 있는 오픈 루프 제어 방식에 의한 직류 모터 구동 회로를 도시하는 도면이다. 이 도 5와 같이, 직류 모터(1)를, 온·오프 스위치되는 스위치 트랜지스터(2)를 개재하여, 전원 전압 Vcc와 그라운드 사이에 접속한다. 직류 모터(1)의 속도는 그것에 흐르는 전류 I에 비례하므로, 구동 제어용 IC(4)에서 소정의 듀티비의 PWM(펄스 폭 변조) 펄스에 의해 트랜지스터(2)를 제어하여, 직류 모터(1)를 소정의 속도로 회전하도록 구동하고 있다. 또한, 저항(3)은, 트랜지스터(2)의 베이스 전류를 조정하기 위한 저항이다.

이 도 5의 직류 모터 구동 회로에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 기동 시 t0에는, 모터(1)가 연속해서 소정 속도로 회전하고 있는 상태(이하, 정상 상태) 시 의 정상 전류 Ic보다도 현저히 큰 기동 전류 Ip(도 6의 예에서는 3배 이상)가 흐르게 된다. 따라서, 트랜지스터(2)나 전원을, 정상 전류 Ic보다도 현저히 큰 기동 전류 Ip에 견딜 수 있는 것으로 할 필요가 있으므로, 코스트 업을 초래하게 된다.

또한, 모터(1)를 저속으로 회전시키는 경우에는, PWM 펄스의 듀티비를 작게 하게 된다. 이 경우에는, 그 듀티비에 따라 기동 전류가 작아지므로, 정지 상태로부터 회전시키기 위해 필요한 기동 토크를 발생할 수 없을 때에는, 기동 불량을 야기하게 된다. 따라서, 직류 모터(1)의 최저 회전 수를 충분히 낮게 할 수 없어, 속도 제어 범위가 제한되게 된다.

이러한 직류 모터의 기동 전류를 저감시키는 방법으로서, 직류 모터가 정지하고 있는 경우에도, 이 직류 모터가 회전하지 않을 정도의 바이어스 전류를 흘리고 있어, 직류 모터를 기동할 때의 기동 전류를 작게 하는 것이, 일본특허공개 평11-230045호 공보(특허 문헌 1)에 제안되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1의 방법에서는, 기동 전류의 크기를 제한할 수는 있지만, 모터를 회전시키지 않는 경우에도 전류를 흘리고 있으므로, 쓸데없이 전력을 소비하게 된다. 또한, 회전하지 않을 정도의 바이어스 전류를 흘리고 있으므로, PWM 펄스의 듀티비를 조정하여 직류 모터의 회전 수를 조정할 수 있는 범위가, 도 5의 종래의 것과 동일하게 제한된다.

따라서, 본 발명은, 직류 모터를 기동할 때의 기동 전류를 제한하여 스위칭 트랜지스터 등의 내전류를 작게 함과 함께, 기동을 확실하게 행하여 모터의 속도 제어 범위를 넓게 할 수 있는, 오픈 루프 제어 방식의 직류 모터 구동 장치를 제공 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 직류 모터 구동 장치는, 직류 모터에 직렬로 접속된 스위치 수단을 제어하여 그 직류 모터를 구동하는 직류 모터 구동 장치로서, 그 직류 모터의 기동 시에 소정의 가속 기간과 그 가속 기간에 대응한 가속 단계 데이터를 설정하는 가속 설정 수단과, 그 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 PWM 펄스 혹은 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 PWM 펄스를 생성하는 PWM 펄스 생성 수단을 구비하고, 그 소정의 가속 기간에는, 그 PWM 펄스 생성 수단으로부터의 그 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 PWM 펄스에 따라서 그 스위치 수단을 제어하고, 그 소정의 가속 기간 후에는, 그 PWM 펄스 생성 수단으로부터의 그 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 PWM 펄스에 따라서 그 스위치 수단을 제어한다.

또한, 외부로부터 공급되는 속도 명령 데이터가 그 직류 모터의 구동 지시에 해당하는지의 여부를 판정하는 데이터 판정 수단을 더 구비하고, 그 속도 명령 데이터가 구동 지시에 해당한다고 판정되었을 때에는, 소정의 가속 기간에는, 그 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 PWM 펄스에 따라서 그 스위치 수단을 제어하고, 그 소정의 가속 기간 후에는, 속도 명령 데이터가 나타내는 그 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 PWM 펄스에 따라서 그 스위치 수단을 제어한다.

또한, 그 가속 기간은 N(N≥1) 구분의 가속 단계를 갖고, 각 가속 단계는, 소정 시간과 각 가속 단계마다 순차적으로 커지는 소정 듀티비의 PWM 펄스로 설정되어 있다.

또한, 그 가속 기간 개시 후의 시간을 계측해서 그 가속 단계를 정함과 함께, 각 가속 단계에 대응한 각 소정 듀티비 및 속도 명령 데이터에 대응한 듀티비를 대응 테이블에 따라서 결정한다.

또한, 그 속도 명령 데이터가 해당 직류 모터의 구동 지시에 해당한다고 판정되고, 또한, 해당 직류 모터가 구동되고 있지 않을 때에만, 그 가속 기간에 따른 가속을 행한다.

또한, 그 속도 명령 데이터가 해당 직류 모터의 구동 지시에 해당한다고 판정되지 않을 때에는, 해당 직류 모터의 구동을 정지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 오픈 루프 제어되는 직류 모터의 기동 시에 소정의 가속 기간을 마련하고, 그 가속 기간에 소정 듀티비의 PWM 펄스로 스위치 수단을 제어하므로, 기동 전류를 제한할 수 있어, 내전류가 작은 스위치 수단(스위칭 트랜지스터)을 사용할 수 있다. 이에 의해, 직류 모터 구동 장치의 코스트를 저감할 수 있다.

또한, N(N≥1) 구분의 가속 단계를 마련하고, 각 가속 단계에, 소정 시간과 각 가속 단계마다 순차적으로 커지는 소정 듀티비의 PWM 펄스를 설정하므로, 기동 전류를 제한하면서, 가속을 보다 조속히 행할 수 있다.

또한, 소정 듀티비로 구동하는 가속 기간을 마련하고, 그 가속 후에는 명령 데이터에 기초를 둔 듀티비로 구동하므로, 직류 모터의 기동성을 개선하여, 제어할 수 있는 최저 회전 수를 낮게 할 수 있다. 즉, 기동을 확실하게 행하여 모터의 속도 제어 범위를 넓게 할 수 있다.

또한, 공급되는 속도 명령 데이터에 기초하여, 구동 지시, 회전 속도, 및 정지 지시 등을 판단하므로, 상위측 제어 수단은 직류 모터의 각종 동작 상태를 속도 명령 데이터만으로 직류 모터 구동 장치에 지시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 모터 구동 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예의 동작을 설명하는 플로우차트.

도 3은 본 발명의 실시예에서의 동작 상태의 1예를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에서의 동작 상태의 다른 예를 도시하는 도면.

도 5는 종래의 직류 모터 구동 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 6은 종래의 동작 형태의 예를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 직류 모터 구동 장치의 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 모터 구동 회로의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1의 동작을 설명하는 플로우차트이다. 도 3은 도 1, 도 2의 직류 모터 구동 회로에서의 동작 상태의 1예를 도시하는 도면이다.

도 1에서, 직류 모터 구동 장치는 오픈 루프 제어 방식에 의해서 제어된다. 직류 모터(21)와 스위칭 트랜지스터(22)가 전원 전압 Vcc와 그라운드 사이에 접속된다. 스위칭 트랜지스터(22)의 베이스에는 모터 구동 제어 회로(10)로부터 PWM 펄스 Pwm이 공급되고, 스위칭 트랜지스터(22)는 PWM 펄스 Pwm에 따라서 온 혹은 오 프로 제어된다. 조정 저항(23)은 트랜지스터(22)의 베이스 전류를 조정하기 위한 가변 저항이고, 필요에 따라 설치된다. 또한, 프리 휠 다이오드(24)는 전력 회생이나 노이즈 저감 등을 위해 설치되지만, 코스트 저감을 도모하는 등을 위해서 반드시 설치하지 않아도 된다.

직류 모터(21)에는, 스위칭 트랜지스터(22)의 온·오프에 의한 듀티비에 따른 전류 I가 흐른다. 정상 상태에서는, 소정의 듀티비의 PWM 펄스 Pwm로 트랜지스터(22)를 제어함으로써, 직류 모터(21)를 소정의 속도로 회전하도록 구동한다. 그러나, 기동 시에는, 종래예와 같이 일반적으로 정상 상태 시의 정상 전류보다도 현저히 큰 기동 전류가 흐르게 되므로, 본 발명에서는, 기동 전류를 제한하여 스위칭 트랜지스터(22)의 내전류를 작게 함과 함께, 기동을 확실하게 행함으로써 모터의 속도 제어 범위를 넓게 한다.

모터 구동 제어 회로(10)에는, 상위측 제어부로부터, 직류 모터(21)의 회전 속도를 지정하기 위한 속도 명령 데이터 Dsp가 공급된다. 상위측 제어부는, 게임 컨트롤러나 완구 등의 주제어부로서의 CPU 등으로서, 게임 컨트롤러 등에 이용되고 있는 직류 모터(21)의 구동, 회전 수 제어, 정지 등을 속도 명령 데이터 Dsp에 의해서 명령한다.

모터 구동 제어 회로(10)는, 데이터 레지스터 수단(11a), 데이터 판정 수단(11b), 회전 검출 수단(11c) 등을 갖는 컨트롤러 수단(11)과, 가속 지시 신호 Sacc가 주어졌을 때에 가속 시간을 카운트해서 가속 단계 데이터 Das를 출력하는 가속 설정 수단(이하, 가속 시간 카운터 수단)(12)과, 속도 명령 데이터 Dsp와 가속 단 계 데이터 Das와 정지 지시 신호 Soff가 공급되어, PWM용 펄스 생성 신호 Ipwm을 발생하는 PWM 듀티 생성 수단(13)과, 펄스 생성 신호 Ipwm이 공급되어, PWM 펄스 Pwm을 발생하고, 이 PWM 펄스 Pwm을 스위칭 트랜지스터(22)에 출력하는 PWM 펄스 생성 수단(14)을 구비하고 있다.

데이터 레지스터 수단(11a)은, 상위측 제어부로부터 공급되는 속도 명령 데이터 Dsp를 받아, 항상 최신의 속도 명령 데이터 Dsp로 치환하고, 판독 가능하게 기억해 둔다.

데이터 판정 수단(11b)은, 데이터 레지스터 수단(11a)으로부터 속도 명령 데이터 Dsp를 판독하고, 속도 명령 데이터 Dsp가 해당 직류 모터(21)의 구동 지시에 해당하는지의 여부를 그 속도 명령 데이터 Dsp에 기초하여 판정한다. 예를 들면, 속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 이상이면 구동 지시에 해당한다고 판정하고, 소정값 미만이면 구동 지시에 해당하지 않는다고 판정한다.

구동 지시에 해당한다고 판정되었을 때에는, 그 속도 명령 데이터 Dsp를 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급하거나, 기동 시에는 가속 지시 신호 Sacc를 가속 시간 카운터 수단(12)에 공급하거나 한다. 또한, 구동 지시에 해당하지 않는다고 판정되었을 때에는, 정지 지시 신호 Soff를, 예를 들면 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급하여, 직류 모터(21)의 구동을 정지하게 한다. 또한, 정지 지시 신호 Soff의 기능을, PWM 듀티 생성 수단(13)에의 속도 명령 데이터 Dsp나 가속 시간 카운터 수단(12)의 가속 지시 신호 Sacc를 컨트롤함으로써, 대체하는 것도 가능하다.

회전 검출 수단(11c)은, 회전 검출 신호 Rdet로서 PWM 펄스 생성 수단(14)으 로부터 PWM 펄스 Pwm을 받아, 직류 모터(21)가 회전하고 있는지의 여부를 판정한다.

회전하고 있지 않다고 판정되었을 때(즉, 기동 시)에는, 속도 명령 데이터 Dsp가 구동 지시에 해당하는 것을 조건으로, 컨트롤러 수단(11)으로부터 가속 지시 신호 Sacc를 가속 시간 카운터 수단(12)에 공급한다. 회전하고 있다고 판정되었을 때(즉, 정상 동작 시)에는, 컨트롤 수단(11)으로부터, 속도 명령 데이터 Dsp가 구동 지시에 해당하는 것을 조건으로, 속도 명령 데이터 Dsp를 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급한다.

또한, 회전 검출 신호 Rdet로서는, PWM 펄스 Pwm 외에, 직류 모터(21)가 회전하고 있다는 것을 추정할 수 있는 신호이면 되고, 예를 들면, 펄스 생성 신호 Ipwm을 이용하여도 된다.

가속 시간 카운터 수단(12)은, 가속 기간으로서, N(N≥1) 구분, 예를 들면 3개의 가속 단계 S1∼S3을 갖고 있고, 그 가속 단계 S1∼S3에 따른 가속 단계 데이터 Das를 출력한다. 가속 시간 카운터 수단(12)에 가속 지시 신호 Sacc가 주어졌을 때에, 그로부터의 시간을 카운트해서, 각 가속 단계 S1∼S3마다 미리 정해진 소정 시간 T1∼T3만큼, 미리 정해진 각 가속 단계 데이터 Das(예를 들면, 1∼3)를 순차적으로 출력한다. 각 가속 단계 데이터 Das는, 각 가속 단계 S1∼S3을 나타내는 수치(예를 들면, 1∼3) 대신에, 속도 명령 데이터 Dsp와 마찬가지로 속도를 나타내는 데이터로 하여도 된다. 소정의 가속 단계 N(예를 들면, 가속 단계 S3)까지 종료하면, 가속 시간 카운터 수단(12)은 가속 단계 데이터 Das의 출력을 종료한다.

PWM 듀티 생성 수단(13)은, 가속 단계 데이터 Das가 공급되면, 그 가속 단계 S1∼S3에 따라서, 각 가속 단계 S1∼S3마다, PWM 펄스 Pwm의 듀티비 D1∼D3이 순차적으로 커지도록 설정되어 있는 펄스 생성 신호 Ipwm을 발생한다. 또한, 속도 명령 데이터 Dsp가 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급되면, PWM 듀티 생성 수단(13)은 그 속도 명령 데이터 Dsp에 따른 펄스 생성 신호 Ipwm을 발생한다. 펄스 생성 신호 Ipwm은, 예를 들면, PWM 펄스 Pwm의 상승 타이밍과 하강 타이밍을 부여하는 형식의 것이어도 된다.

속도 명령 데이터 Dsp는, 가속 단계 데이터 Das가 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급되지 않을 때에, PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급되도록 하여도 되지만, 속도 명령 데이터 Dsp와 가속 단계 데이터 Das는, PWM 듀티 생성 수단(13)에 동시에 공급되도록 하여도 된다. 이와 같이, 동시에 속도 명령 데이터 Dsp와 가속 단계 데이터 Das가 공급될 때에는, PWM 듀티 생성 수단(13)은 가속 단계 데이터 Das가 우선하여 이용되도록 제어된다. 정지 지시 신호 Soff가 컨트롤러 수단(11)으로부터 PWM 듀티 생성 수단(13)에 공급될 때에는, 가속 단계 데이터 Das나 속도 명령 데이터 Dsp에 관계없이, PWM 듀티 생성 수단(13)으로부터 펄스 생성 신호 Ipwm은 출력이 정지된다.

또한, PWM 듀티 생성 수단(13)은, 속도 명령 데이터 Dsp나 가속 단계 데이터 Das에 따라서 펄스 생성 신호 Ipwm을 발생하기 위해, 대응 테이블을 이용하는 것이 바람직하다. 이 대응 테이블의 예로서, 속도 명령 데이터 Dsp가 8 비트의 디지털 데이터로 주어질 때, 속도 명령 데이터 Dsp가 소정의 하한값까지는 PWM 펄스 Pwm의 듀티비를 0으로 하고, 속도 명령 데이터 Dsp가 이 하한값을 초과하는 경우에, 속도 명령 데이터 Dsp에 대응하여 PWM 펄스 Pwm의 듀티비를 결정한다.

이에 의해, 상위측 제어부로부터 공급되는 속도 명령 데이터 Dsp 그 자체에 의해, 구동 지시, 정지 지시를 행하거나, 회전 속도의 명령을 행할 수 있다. 또한, 직류 모터(21)의 회전 속도와 PWM 펄스 Pwm의 듀티비가 비선형 특성의 관계에 있는 경우에도, 속도 명령 데이터 Dsp와 PWM 펄스 Pwm의 듀티비의 대응 관계를 대응 테이블에 따라서 그 비선형 특성에 맞춰 설정한다. 이에 의해, 속도 명령 데이터 Dsp와 직류 모터(21)의 회전 속도의 관계를 선형 특성으로 하는 등, 원하는 특성으로 설정할 수 있다.

PWM 펄스 생성 수단(14)은, PWM 듀티 생성 수단(13)으로부터 공급되는 펄스 생성 신호 Ipwm에 따른 듀티비의 PWM 펄스 Pwm을 발생해서, 스위칭 트랜지스터(22)에 구동 신호로서 출력한다. 또한, 본 예에서는, PWM 펄스 Pwm을 회전 검출 신호 Rdet로서 컨트롤러 수단(11)에 공급하고 있다.

이상과 같이 구성되어 있는 모터 구동 제어 회로(10)의 기능은 하드웨어로 실현할 수 있고, 또한 소프트웨어 처리에 의해 실현할 수도 있다.

이하, 본 발명의 직류 모터 구동 장치의 동작을, 도 2의 플로우차트와 함께, 도 1의 직류 모터 구동 회로의 구성도, 도 3의 동작 상태도도 참조하여, 설명한다.

동작을 개시하면, 우선, 스텝 S101에서, 상위측 제어부로부터 직류 모터(21)의 회전 속도를 지정하기 위한 속도 명령 데이터 Dsp가 데이터 레지스터 수단(11a)에 세트된다.

스텝 S102와 스텝 S103에서는, 데이터 판정 수단(11b)이 데이터 레지스터 수단(11a)으로부터 속도 명령 데이터 Dsp를 판독하고, 세트된 속도 명령 데이터 Dsp를 소정값 N1과 이중으로 비교한다. 스텝 S102에서, 속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 N1보다 작을 때에는, 그 속도 명령 데이터 Dsp는 구동 지시라고 간주되지 않아서, 직류 모터(21)의 기동은 행해지지 않는다. 만약, 이 경우, 이미 직류 모터(21)가 기동되어, 정상적으로 회전되고 있을 때에는, 즉시 직류 모터(21)를 정지시키도록 동작시킨다. 스텝 S103에서, 또한, 속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 N1보다 작을 때에는, 스텝 S101로 되돌아가, 이 동작을 반복한다.

속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 N1 이상일 때에, 그 속도 명령 데이터 Dsp는 구동 지시라고 할 수 있으므로, 스텝 S102와 스텝 S103을 거쳐 스텝 S104로 진행한다.

스텝 S104에서는, 회전 검출 수단(11c)에 의해, 직류 모터(21)가 회전하고 있는지의 여부를 판정된다. 이 회전하고 있는지의 판정은, 직류 모터(21)에 공급되는 PWM 펄스 Pwm이나, 이를 위한 기초로 되는 펄스 생성 신호 Ipwm 등이 출력되고 있는지의 여부에 따라서, 행한다. 즉, 회전하고 있다는 것을 추측한다. 이와 같이, PWM 펄스 Pwm 등에 의해서 직류 모터(21)의 회전을 검출하므로, 타코미터 등의 회전 검출 장치를 생략할 수 있다.

스텝 S104에서, 직류 모터(21)가 회전하고 있지 않다고 판정되었을 때에는, 가속 스테이지(스텝 S111∼스텝 S114)로 진행하고, 직류 모터(21)가 회전하고 있다고 판정되었을 때에는, 정상 회전 스테이지(스텝 S121, 스텝 S122)로 진행한다.

가속 스테이지(스텝 S111∼스텝 S114)는, 본 예에서는, 가속 기간으로서, N=3, 즉 제1 가속 단계 S1∼제3 가속 단계 S3을 갖고 있고, 그 가속 단계 S1∼S3에 따른 가속 단계 데이터 Das를 출력한다.

스텝 S111에서는, 가속 횟수가 0∼2인 경우에, 대응하는 가속 단계 S1∼S3에 따른 가속 처리를 행하고, 가속 횟수가 3으로 된 경우에는 정상 회전 스테이지(스텝 S121, 스텝 S122)로 진행한다.

기동 시에는, 가속 횟수가 0이므로, 스텝 S112로 진행하여, 제1 가속 단계의 가속 조건 「시간 T1㎳, PWM 펄스의 듀티비 D1%」를 설정하고, 스텝 S103에서 이 가속 조건에서 직류 모터(21)의 출력을 온하여(즉, 스위칭 트랜지스터(22)를 온·오프하여), 가속을 행한다.

이 가속의 양태가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 제1 가속 단계 S1은 시점 t0에서 듀티비 D1%에서의 가속을 개시해서, 시간 T1만큼 계속된다. 이 제1 가속 단계 S1에서의 전류 I는 직류 모터(21)의 정상 전류 Ic(이 경우에는, 듀티비 100%)보다 약간 상회하는 값에 머물러 있다. 이 전류 I는 시점 t0으로부터 시점 t1을 향함에 따라 감소한다. 시점 t1에 이르렀을 때에, 제1 가속 단계 S1은 종료한다. 이 시점 t1에서, 스텝 S114에서 가속 횟수를 +1 카운트하여, 0으로부터 1로 한다.

가속 횟수가 1일 때에는, 제2 가속 단계의 가속 조건 「시간 T2㎳, PWM 펄스의 듀티비 D2%」를 설정하고, 스텝 S103에서 이 가속 조건에서 직류 모터(21)의 출력을 온하여, 가속을 행한다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 가속 단계 S2는 시 점 t1에서 듀티비 D2%에서의 가속을 개시해서, 시간 T2만큼 계속된다. 이 제2 가속 단계 S2에서의 전류 I는, 마찬가지로, 직류 모터(21)의 정상 전류 Ic보다 약간 상회하는 값에 머무르고, 시점 t1로부터 시점 t2를 향함에 따라 감소한다. 시점 t2에 이르렀을 때에, 제2 가속 단계 S2는 종료한다. 이 시점 t2에서, 스텝 S114에서 가속 횟수를 +1 카운트하여, 1로부터 2로 한다.

가속 횟수가 2일 때에는, 마찬가지로, 제3 가속 단계의 가속 조건 「시간 T3㎳, PWM 펄스의 듀티비 D3%」를 설정하고, 스텝 S103에서 이 가속 조건에서 직류 모터(21)의 출력을 온하여, 가속을 행한다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제3 가속 단계 S3은 시점 t2에서 듀티비 D3%에서의 가속을 개시해서, 시간 T3만큼 계속된다. 이 제3 가속 단계 S3에서의 전류 I는, 마찬가지로, 직류 모터(21)의 정상 전류 Ic보다 약간 상회하는 값에 머무르고, 시점 t2로부터 시점 t3을 향함에 따라 감소한다. 시점 t3에 이르렀을 때에, 제3 가속 단계 S3은 종료한다. 이 시점 t3에서, 스텝 S114에서 가속 횟수를 +1 카운트하여, 2로부터 3으로 한다.

가속 횟수가 3일 때에는, 스텝 S111에서 가속 기간이 종료하였다고 판정하고, 정상 회전 스테이지로 진행한다. 이 정상 회전 스테이지로 이동한 시점 t3에도, 전류 I는, 마찬가지로, 직류 모터(21)의 정상 전류 Ic보다 약간 상회하는 값(이 경우에, 피크치 Ip)에 머무르고, 이후, 정상 전류 Ic를 향하여 시간의 경과와 함께 감소한다.

이 가속 시간 및 듀티비는, 예를 들면 「T1; 25㎳, D1; 65%」, 「T2; 25㎳, D2; 75%」, 「T3; 25㎳, D3; 85%」로 한다. 각 가속 단계 S1∼S3에서의 가속 시간 T1∼T3은 동일하여도 되고, 또한 다르게 하여도 된다. 그러나, 각 가속 단계 S1∼S3에서의 듀티비 D1∼D3은, 전류 I의 크기를 임의의 값보다 이하로 제한하기 위해서, 각 가속 단계 S1∼S3마다 순차적으로 크게 하는 것이 필요하다.

또한, 제1 가속 단계 S1에서의 듀티비 D1은 가속 기간 종료 후의 속도 명령 데이터 Dsp에 따르지 않고, 직류 모터(21)를, 정지 상태에서의 정지 마찰 토크를 이겨내어 기동할 수 있는 크기 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도 3의 예와 같은 속도 명령 데이터 Dsp가 100% 듀티비를 나타내는 경우에도, 또한, 속도 명령 데이터 Dsp가 상당히 작은 듀티비를 나타내는 경우(도 3a에 파선으로 예시하고 있음)에도, 가속 기간 중의 가속 후에 소정의 속도 명령 데이터 Dsp에 따른 낮은 속도로 직류 모터(21)를 회전시킬 수 있다. 따라서, 직류 모터(21)의 기동성을 개선하여, 제어할 수 있는 최저 회전 수를 낮게 할 수 있다.

정상 회전 스테이지로 이동하면, 스텝 S121, 스텝 S122에서는, PWM 듀티 생성 수단(13) 및 PWM 펄스 생성 수단(14)에서, 속도 명령 데이터 Dsp에 따른 듀티의 PWM 펄스를 형성하고, 그 PWM 펄스에 의해 스위칭 트랜지스터(22)를 온 오프 제어한다. 이에 의해, 직류 모터(21)는 속도 명령 데이터 Dsp에 따른 속도로 회전한다.

그 후, 스텝 S101로부터, 스텝 S102∼스텝 S104를 경유하여, 정상 회전 스테이지로 되돌아가는 플로우가 반복해서 행해져, 직류 모터(21)는 계속해서 운전된다.

이 직류 모터(21)의 운전 중에 속도 명령 데이터 Dsp가 변경되면 직류 모터 (21)의 운전 상황도 변경된다. 변경 후의 속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 N1 이상의 큰 값인 경우에는, 그 변경 후의 속도 명령 데이터 Dsp에 따라서 PWM 펄스 Pwm의 듀티비가 변경된다. 직류 모터(21)는 이 변경된 속도 명령 데이터 Dsp에 따른 속도로 회전을 계속한다.

그러나, 변경 후의 속도 명령 데이터 Dsp가 소정값 N1보다 작은 값인 경우에는, 스텝 S102에서 그 속도 명령 데이터 Dsp는 구동 지시라고는 간주되지 않는다. 그리고, 스텝 S102로부터 정지 스테이지(스텝 S131, 스텝 S132)로 이동하고, 스텝 S131에서 직류 모터(21)에의 출력을 오프하고, 스텝 S103에서 가속 횟수를 0으로 세트한다. 그리고, 스텝 S101로부터, 스텝 S102를 경유하여, 정지 스테이지로 되돌아가는 플로우가 반복해서 행해져, 대기 상태가 계속된다.

이와 같이, 속도 명령 데이터 Dsp의 크기에 의해, 구동 지시, 회전 속도, 및 정지 지시 등을 판단하므로, 상위측 제어 수단은 직류 모터(21)의 각종 동작 상태를 속도 명령 데이터 Dsp만으로 모터 구동 제어 회로(10)에 지시할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는, 가속 기간으로서, N=2, 즉 2개의 가속 단계 S1, S2를 갖고 있는 경우의, 직류 모터 구동 회로에서의 동작 상태의 예를 도시하는 도면이다. 이 도 4에서는, 가속 단계 S1, S2의 2개로 되어 있다는 점이 다를 뿐이고, 도 1∼도 3을 참조하여 설명한 것과 마찬가지의 동작이 행해진다. 예를 들면, 이 경우에는, 가속 시간 및 듀티비는, 예를 들면 「T1; 50㎳, D1; 60%」, 「T2; 50㎳, D2; 75%」로 한다. 각 가속 단계 S1, S2에서의 가속 시간 T1, T2는 동일하여도 되고, 또한 다르게 하여도 된다. 그러나, 각 가속 단계 S1, S2에서의 듀티비 D1, D2는, 전류 I의 크기를 임의의 값보다 이하로 제한하기 위해, 각 가속 단계 S1, S2마다 순차적으로 크게 하는 것이 필요하다.

또한, 가속 기간으로서, N=4 이상, 즉 4개 이상의 가속 단계를 갖게 하여도 되고, 또한 반대로 N-1, 즉 가속 단계는 단지 하나이어도 된다. 어떠한 가속 단계를 갖게 할지는, 스위칭 트랜지스터(22), 직류 모터(21)나 전원 용량 등의 조건을 고려하여 결정된다.

또한, 직류 모터(21)는 브러시를 갖는 것이어도 되고, 브러시리스인 것이어도 적용할 수 있다. 또한, 스위칭 트랜지스터(22)는 바이폴라 트랜지스터에 한정되지 않고, 제어 신호에 따라서 스위칭할 수 있는 것이면 된다.

본 발명에 따른 직류 모터 구동 장치에 의하면, 게임 컨트롤러나 완구 등에서 구동시키거나 진동시키기 위해서 이용되는 직류 모터를, 외부로부터의 속도 명령에 따른 속도로 회전시킴과 함께, 기동 전류를 억제할 수 있다.

Claims

직류 모터에 직렬로 접속된 스위치 수단을 제어하여 상기 직류 모터를 구동하는 직류 모터 구동 장치로서,

상기 직류 모터의 기동 시에 소정의 가속 기간과 그 가속 기간에 대응한 가속 단계 데이터를 설정하는 가속 설정 수단과,

상기 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스 혹은 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스를 생성하는 펄스 폭 변조 펄스 생성 수단

을 구비하고,

상기 소정의 가속 기간에는, 상기 펄스 폭 변조 펄스 생성 수단으로부터의 상기 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스에 따라서 상기 스위치 수단을 제어하고,

상기 소정의 가속 기간 후에는, 상기 펄스 폭 변조 펄스 생성 수단으로부터의 상기 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스에 따라서 상기 스위치 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 가속 기간은 N(N≥1) 구분의 가속 단계를 갖고,

각 가속 단계는, 소정 시간과 각 가속 단계마다 순차적으로 커지는 소정 듀 티비의 펄스 폭 변조 펄스로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,

외부로부터 공급되는 속도 명령 데이터가 상기 직류 모터의 구동 지시에 해당하는지의 여부를 판정하는 데이터 판정 수단

을 더 구비하고,

상기 속도 명령 데이터가 구동 지시에 해당한다고 판정되었을 때에는, 소정의 가속 기간에는, 상기 가속 단계 데이터에 따른 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스에 따라서 상기 스위치 수단을 제어하고,

상기 소정의 가속 기간 후에는, 속도 명령 데이터가 나타내는 상기 소정 회전 속도에 대응하는 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스에 따라서 상기 스위치 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,

상기 가속 기간은 N(N≥1) 구분의 가속 단계를 갖고,

각 가속 단계는, 소정 시간과 각 가속 단계마다 순차적으로 커지는 소정 듀티비의 펄스 폭 변조 펄스로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제4항에 있어서,

상기 가속 기간 개시 후의 시간을 계측해서 상기 가속 단계를 정함과 함께, 각 가속 단계에 대응한 각 소정 듀티비 및 속도 명령 데이터에 대응한 듀티비를 대응 테이블에 따라서 결정하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 속도 명령 데이터가 해당 직류 모터의 구동 지시에 해당한다고 판정되고, 또한, 해당 직류 모터가 구동되고 있지 않을 때에만, 상기 가속 기간에 의한 가속을 행하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 속도 명령 데이터가 해당 직류 모터의 구동 지시에 해당한다고 판정되지 않았을 때에는, 해당 직류 모터의 구동을 정지하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 구동 장치.