JP2008022678A - モータ駆動装置及びモータ制動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替わりを適切なタイミングで行って、より短時間でモータを停止させる。
【解決手段】モータ駆動装置は、モータ（１００）の制動指示を受けたとき、逆転ブレーキによりモータ（１００）の制動を開始し、その後ショートブレーキに切り替えるブレーキモード制御部（８０）と、回転信号（Ｓ１）を受け、回転信号（Ｓ１）の周期の開始を１周期ごとに検出する周期開始検出部（１０）と、周期開始検出部（１０）によって回転信号（Ｓ１）の周期の開始が検出されたとき、初期値からカウント動作を行うカウンタ（２０）とを備えている。ここで、ブレーキモード制御部（８０）は、カウンタ（２０）の値が閾値を超えたことを検出し、当該検出から遅延して逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、ホール素子等の回転位置検出器から出力される回転信号から１周期遅れで駆動信号を生成してブラシレスモータを駆動する装置におけるモータ制動技術に関する。

ブラシレスモータの制動方法として逆転ブレーキとショートブレーキがある。逆転ブレーキは、各相のモータ巻線に正回転時と逆極性の電流を供給して、ロータの回転速度を減速させるようにモータ巻線を励磁するものである。逆転ブレーキでは制動力が強く働くため、ロータは急速に減速する。しかし、減速が進むと制動が不安定になり、モータを停止できないおそれがある。一方、ショートブレーキは、各相のモータ巻線間を低インピーダンスにした上でこれらをグランド電圧又は電源電圧にショートすることで各相の誘導電圧をなくし、モータを制動するものである。ショートブレーキでは逆転ブレーキほど制動力は強く働かないが、モータを確実に停止させることができる。したがって、ブラシレスモータでは、逆転ブレーキとショートブレーキを適宜切り替えて効率よく制動することが求められる。

従来のモータ駆動装置では、モータの電気角回転周期を算出し、当該周期が閾値を超えたときに逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。これにより、モータを短時間で停止させることができる。

また、ブラシレスモータ等の駆動装置として、ロータが回転している状態でロータの基準位置の検出間隔を計測し、その回転周期、すなわち、モータ電気角回転周期に基づいて略正弦波形の駆動信号を生成し、当該駆動信号に従ってモータ各相への通電を制御するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３―２３５２８７号公報 特開２００４―１８７４５４号公報

上記後者の技術では、歪みのない略正弦波形の駆動信号によってモータが駆動されるため、一定速度下でのモータ駆動制御性に優れている。しかし、当該モータ駆動装置において逆転ブレーキをかけると、歪みのある実際のモータ誘導電圧と歪みのないモータ駆動信号との間で波形が一致しない部分が生じ、当該部分では加速制御が働いてしまう。特に、当該モータ駆動装置における駆動信号はモータの回転を検出した回転信号から１周期遅れて生成されるため、モータの減速が進んだところではモータ誘導電圧とモータ駆動信号との不一致部分の占める割合が大きくなり、モータは減速と加速を繰り返して停止不可能となるおそれがある。

そこで、当該モータ駆動装置に上記前者の技術を適用して、逆転ブレーキによりモータ制動を開始し、モータの電気角回転周期が閾値を超えたときにショートブレーキに切り替えるようにすることによって、モータをより早く確実に停止させることができるであろう。しかし、逆転ブレーキからショートブレーキへ切り替わる直前において、モータが減速制御されているか又は加速制御されているかは不確定であり、もし、加速制御されていたのであれば、ショートブレーキに切り替わってからモータが停止するまでの時間が長くなってしまうという問題がある。

上記問題に鑑み、本発明は、モータの回転を検出した回転信号から１周期遅れで生成した駆動信号に従って当該モータを駆動するモータ駆動装置に関して、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替わりを適切なタイミングで行って、より短時間でモータを停止させることを課題とする。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、モータの回転を検出した回転信号から１周期遅れで生成した駆動信号に従ってモータを駆動するモータ駆動装置として、モータの制動指示を受けたとき、逆転ブレーキによりモータの制動を開始し、その後ショートブレーキに切り替えるブレーキモード制御部と、回転信号を受け、回転信号の周期の開始を１周期ごとに検出する周期開始検出部と、周期開始検出部によって回転信号の周期の開始が検出されたとき、初期値からカウント動作を行うカウンタとを備えたものとする。ここで、ブレーキモード制御部は、カウンタの値が閾値を超えたことを検出し、当該検出から遅延して逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行う。

また、上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、モータの回転を検出した回転信号から１周期遅れで生成した駆動信号に従ってモータを駆動するモータ駆動装置におけるモータ制動方法として、逆転ブレーキによりモータの制動を開始し、モータの回転速度が下限値を下回ったとき、回転信号の周期の開始タイミングから遅延してショートブレーキによる制動に切り替えるものとする。

これら発明によると、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替え直前においてモータに対して逆転ブレーキによる減速トルクを十分に効かせることができる。したがって、ショートブレーキに切り替わってから素早くモータを停止させることができる。

具体的には、上記のモータ駆動装置は、周期開始検出部によって回転信号の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことを検出するタイマを備えている。そして、ブレーキモード制御部は、カウンタの値が閾値を超えたことを検出してからタイマによる所定時間の経過が検出されたとき、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行う。

より具体的には、タイマは、周期開始検出部による回転信号の周期の開始が検出されたときのカウンタの値を所定の整数で除算した周期でパルス信号を出力するパルス信号生成部と、周期開始検出部によって回転信号の周期の開始が検出されたとき、初期値からパルス信号のカウント動作を行うパルスカウンタと、パルスカウンタの値が閾値に達したことを検出するカウント検出部とを有する。

また、具体的には、上記のモータ制動方法は、回転信号の１周期ごとに当該周期の開始を検出するステップと、回転信号の１周期ごとに当該周期長を計測するステップと、計測された回転信号の周期長が閾値を超えたことを検出するステップと、回転信号の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことを検出するステップと、計測された回転信号の周期長が閾値を超えたことが検出され、かつ、回転信号の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことが検出されたとき、逆転ブレーキからショートブレーキへ切り替えるステップとを備えている。

そして、好ましくは、上記の所定時間は、周期開始検出部による回転信号の周期の開始が検出されたときのカウンタの値の半分近傍に相当する時間又は計測された回転信号の周期長の半分近傍に相当する時間である。具体的には、周期開始検出部による前記回転信号の周期の開始が検出されたときのカウンタの値の半分に相当する時間又は計測された回転信号の周期長の半分に相当する時間である。

これによると、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替え直前においてモータに対して逆転ブレーキによる減速トルクを最大限に効かせることができる。

以上説明したように、本発明によると、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替わりを適切なタイミングで行って、より短時間でモータを停止させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るモータ駆動装置の構成の一例を示す。本装置は、周期開始検出部１０、カウンタ２０、タイマ３０、駆動波形生成部４０、ＰＷＭ信号生成部５０、プリドライバ６０、インバータ７０及びブレーキモード制御部８０を備え、３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）ブラシレスモータ１００を駆動する。また、図２は、本装置における各種信号及び電気特性を示すグラフである。

周期開始検出部１０は、モータ１００の回転を検出した回転信号Ｓ１を受け、回転信号Ｓ１の１周期ごとに当該周期が開始したことを示す信号Ｓ２を出力する。回転信号Ｓ１は、モータ１００の回転に応じて周期的に変化する信号であり、例えば、ホールセンサ信号、ＦＧ信号などである。モータ１００がセンサレスの場合、誘導電圧（電流）でもよい。回転信号Ｓ１の周期の開始タイミングは、ホールセンサ信号の場合には、ホールセンサがロータの基準位置を検出したときである。ホールセンサは１個でもよい（いわゆる１センサ方式）。誘導電圧の場合には、モータの中性点電圧を基準として負から正へと又は正から負へと極性反転したときである。

カウンタ２０は、信号Ｓ２を受けると、カウント値をリセットして内部又は外部のクロック信号に基づくカウントアップ動作を開始し、カウント値を示す信号Ｓ３を出力する。すなわち、カウンタ２０は、信号Ｓ２の出力間隔を計測することにより、実質的に回転信号Ｓ１の周期長を計測する。

タイマ３０は、信号Ｓ２を受けてから、カウンタ２０によって計測された回転信号Ｓ１の周期長の半分に相当する時間が経過したとき、信号Ｓ４を出力する。すなわち、タイマ３０は、回転信号Ｓ１の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことを検出する。具体的には、タイマ３０は、パルス信号生成部３２、パルスカウンタ３４及びカウント検出部３６を備えている。

パルス信号生成部３２は、信号Ｓ３の値を所定の整数で除算した周期でパルス信号Ｓ５を出力する。第ｎ＋１周期において、信号Ｓ３の値は回転信号Ｓ１の第ｎ周期の周期長ＴＲ_ｎを表しており、上記の所定の整数をＭとすると、パルス信号Ｓ５の出力周期はＴＲ_ｎ／Ｍで表される。当該周期は、モータ１００の各相に通電すべき電流信号を生成する上で基準となる電気角（３６０／Ｍ）°を与えるものである。なお、上述したように、パルス信号Ｓ１は回転信号Ｓ１から１周期遅れで生成される。したがって、回転信号Ｓ１が第ｋ周期にあるとき、パルス信号Ｓ５の出力周期はＴＲ_ｋ−１／Ｍとなる。

パルスカウンタ３４は、パルス信号Ｓ５をカウントアップし、カウント値がＭとなるごとにカウント値をリセットする。また、パルスカウンタ３４は、信号Ｓ２を受けたときにもカウント値をリセットする。当該カウント値は信号Ｓ６として出力される。モータ１００の各相に通電すべき電流信号の電気角は当該カウント値（信号Ｓ６）に基づいて算出される。具体的には、モータ１００のＵ相に通電される電流信号の電気角はパルスカウンタ３４の値に電気角（３６０／Ｍ）°を乗じた値として与えられる。また、Ｖ相及びＷ相に通電される電流信号の電気角は、それぞれ、Ｕ相よりも１２０°及び２４０°ずつずれた値として与えられる。

カウント検出部３６は、信号Ｓ６を監視し、パルスカウンタ３４の値がＭ／２に達したことを検出したとき、信号Ｓ４を出力する。すなわち、カウント検出部３６は、モータ１００のＵ相への通電開始から電気角１８０°に相当する時間が経過したとき、信号Ｓ４を出力する。

駆動波形生成部４０は、信号Ｓ６及びトルク指令信号Ｓ７に基づいてモータ１００の各相について正弦波の駆動波形を生成する。駆動波形の振幅はトルク指令信号Ｓ７に基づいて決定される。ＰＷＭ信号生成部５０は、駆動波形生成部４０が生成した各駆動波形についてパルス幅変調を行って、モータ１００の各相のＰＷＭ信号を生成する。プリドライバ６０は、これらＰＷＭ信号に従って、インバータ７０における図示しないトランジスタをスイッチング制御する。これにより、モータ１００における各相に互いに電気角１２０度ずつずれて略正弦波の電流が供給される。また、プリドライバ６０は、ブレーキ指令信号Ｓ８を受けると、後述するブレーキモード制御部８０から出力されるブレーキモード信号Ｓ９に従って、逆転ブレーキ及びショートブレーキのいずれかによりモータ１００を制動する。

ブレーキモード制御部８０は、ブレーキ指令信号Ｓ８を受けると、まず逆転ブレーキによる制御を開始してモータ１００の回転速度を十分に落とし、その後ショートブレーキに切り替えてモータ１００を停止させる。ブレーキモードの切り替えはブレーキモード信号Ｓ９の論理値を変化させることにより行う。具体的には、ブレーキモード制御部８０は、ブレーキ指令信号Ｓ８を受けると、ブレーキモード信号Ｓ９を“Ｌ”に設定して逆転ブレーキを選択する。そして、信号Ｓ３によって示される回転信号Ｓ１の周期長と閾値とを比較し、周期長が閾値よりも大きいことを検知してから信号Ｓ４を受けたとき、ブレーキモード信号Ｓ９を“Ｈ”に設定してショートブレーキに切り替える。信号Ｓ３によって示される回転信号Ｓ１の周期長と閾値との比較は、逐次行ってもよいし、回転信号Ｓ１の周期の開始タイミングで行ってもよい。このように、ブレーキモード制御部８０は、モータ１００の回転速度が下限値を下回ったことを検知するとすぐにショートブレーキに切り替えるのではなく、当該検知のタイミングから遅延して、具体的には、当該検知のタイミングから当該検知時の回転信号Ｓ１の半周期が経過してからショートブレーキに切り替える。

次に、本装置によるモータ制動について図３のフローチャートを参照しながら説明する。まず、逆転ブレーキによりモータ１００の制動を開始する（ステップＳ１０）。そして、回転信号Ｓ１の周期の開始が検出されると（ステップＳ１１のＹＥＳ肢）、タイマ３０が初期値から時間の計測を開始する（ステップＳ１２）。カウンタ２０によって計測された回転信号Ｓ１の周期長ＴＲが閾値ＴＬ以下であれば（ステップＳ１３のＮＯ肢）、逆転ブレーキを維持して（ステップＳ１４）、ステップＳ１１に戻る。一方、回転信号Ｓ１の周期長ＴＲが閾値ＴＬよりも大きければ（ステップＳ１３のＹＥＳ肢）、タイマ３０によって計測された時間が回転信号Ｓ１の周期長ＴＲの半分（ＴＲ／２）に相当する時間を経過した後に（ステップＳ１５のＹＥＳ肢）、逆転ブレーキからショートブレーキに切り替える（ステップＳ１６）。

図４は、本装置によるモータ制動のタイミングを示すグラフである。時刻ｔ１にブレーキ指令信号Ｓ８が“Ｈ”になることにより、正回転駆動が終了し、逆転ブレーキが開始する。そして、時刻ｔ２でモータ回転数（ＲＰＭ）が閾値１／ＴＬに達してからΔＴ後の時刻ｔ３に逆転ブレーキからショートブレーキに切り替わる。その後、モータ１００は減速を続け、時刻ｔ４で完全に停止する。本装置では、ショートブレーキへの切り替えタイミングが従来のタイミングである時刻ｔ２よりもΔＴだけ遅延している。この遅延はタイマ３０によってもたらされる。

図５は、本装置のモータ制動時におけるタイミングチャートである。逆転ブレーキの開始により、回転信号Ｓ１と同極性の電流がモータ１００のＵ相に通電されることにより、Ｕ相に減速トルクが生じる。上述したように、Ｕ相駆動電流の周期は回転信号Ｓ１から１周期遅れている。このため、時刻ｔ_ｎ＋１以降、回転信号Ｓ１の周期ＴＲ_ｋが急速に増大するにつれ、回転信号Ｓ１とＵ相駆動電流との間で極性が不一致となる箇所が発生し、当該不一致箇所では加速トルクが生じる。回転信号Ｓ１の周期の開始及び１周期前の周期長ＴＲ_ｋは、それぞれ、信号Ｓ２及びＳ３によって示される。時刻ｔ_ｎ＋２までの周期ではカウンタ２０のカウント値（信号Ｓ３）は閾値ＴＬに達しないが、時刻ｔ_ｎ＋２から時刻ｔ_ｎ＋３までの第ｎ＋２周期においてカウント値は閾値ＴＬを上回る。このため、時刻ｔ_ｎ＋３で回転信号Ｓ１の周期長ＴＲ_ｎ＋２が閾値ＴＬを超えたことが検出されるが、すぐにショートブレーキには切り替わらずに、周期長ＴＲ_ｎ＋２の半周期分（ＴＲ_ｎ＋２／２）が経過したとき（時刻ｔ_ａ）、ブレーキモード信号Ｓ９が“Ｈ”となり、ショートブレーキに切り替わる。

図６は、モータ制動特性を示すグラフである。逆転ブレーキのみの場合、モータ１００は、制動不安定回転数近傍で加速と減速を繰り返し、完全に停止できない。一方、従来技術のようにモータ回転数が閾値１／ＴＬに達してからショートブレーキに切り替えることにより、モータ１００は時刻ＴＳで完全に停止する。さらに、本発明に係るモータ制動方法によると、モータ１００が十分に減速してからショートブレーキに切り替わるため、時刻ＴＳよりも早い時刻ＴＳ’でモータ１００を完全に停止させることができる。

以上、本実施形態によると、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替え直前において逆転ブレーキの減速トルクによってモータが十分に減速されるため、ショートブレーキへの切り替わり後に素早くモータを停止させることができる。すなわち、短時間でモータを停止させることができる。

なお、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替わりに回転信号Ｓ１の半周期に相当する遅延を持たせているが、これはあくまでも理論値であって、本発明はこの遅延量に限定されるものではない。例えば、回転信号Ｓ１の１／４周期に相当する遅延であってもよいし、３／４周期に相当する遅延であってもよい。当該遅延量は、実際のモータの特性に応じて決定すればよい。

本発明に係るモータ駆動装置は、素早くモータを停止させることができるため、光ディスク装置におけるディスクモータの駆動装置などとして有用である。

本発明に係るモータ駆動装置の構成図である。 図１に示したモータ駆動装置における各種信号及び電気特性を示すグラフである。 図１に示したモータ駆動装置によるモータ制動のフローチャートである。 図１に示したモータ駆動装置によるモータ制動のタイミングを示すグラフである。 図１に示したモータ駆動装置のモータ制動時におけるタイミングチャートである。 モータ制動特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ 周期開始検出部
２０ カウンタ
３０ タイマ
３２ パルス信号生成部
３４ パルスカウンタ
３６ カウント検出部
８０ ブレーキモード制御部

Claims (9)

1. モータの回転を検出した回転信号から１周期遅れで生成した駆動信号に従って当該モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記モータの制動指示を受けたとき、逆転ブレーキにより前記モータの制動を開始し、その後ショートブレーキに切り替えるブレーキモード制御部と、
   前記回転信号を受け、前記回転信号の周期の開始を１周期ごとに検出する周期開始検出部と、
   前記周期開始検出部によって前記回転信号の周期の開始が検出されたとき、初期値からカウント動作を行うカウンタとを備え、
   前記ブレーキモード制御部は、前記カウンタの値が閾値を超えたことを検出し、当該検出から遅延して逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行う
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記周期開始検出部によって前記回転信号の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことを検出するタイマを備え、
   前記ブレーキモード制御部は、前記カウンタの値が前記閾値を超えたことを検出してから前記タイマによる前記所定時間の経過が検出されたとき、逆転ブレーキからショートブレーキへの切り替えを行う
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動装置において、
   前記タイマは、
   前記周期開始検出部による前記回転信号の周期の開始が検出されたときの前記カウンタの値を所定の整数で除算した周期でパルス信号を出力するパルス信号生成部と、
   前記周期開始検出部によって前記回転信号の周期の開始が検出されたとき、初期値から前記パルス信号のカウント動作を行うパルスカウンタと、
   前記パルスカウンタの値が閾値に達したことを検出するカウント検出部とを有する
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項２に記載のモータ駆動装置において、
   前記所定時間は、前記周期開始検出部による前記回転信号の周期の開始が検出されたときの前記カウンタの値の半分近傍に相当する時間である
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項４に記載のモータ駆動装置において、
   前記所定時間は、前記周期開始検出部による前記回転信号の周期の開始が検出されたときの前記カウンタの値の半分に相当する時間である
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
6. モータの回転を検出した回転信号から１周期遅れで生成した駆動信号に従って当該モータを駆動するモータ駆動装置におけるモータ制動方法であって、
   逆転ブレーキにより前記モータの制動を開始し、前記モータの回転速度が下限値を下回ったとき、前記回転信号の周期の開始タイミングから遅延してショートブレーキによる制動に切り替える
   ことを特徴とするモータ制動方法。
7. 請求項６に記載のモータ制動方法において、
   前記回転信号の１周期ごとに当該周期の開始を検出するステップと、
   前記回転信号の１周期ごとに当該周期長を計測するステップと、
   前記計測された前記回転信号の周期長が閾値を超えたことを検出するステップと、
   前記回転信号の周期の開始が検出されてから所定時間が経過したことを検出するステップと、
   前記計測された前記回転信号の周期長が前記閾値を超えたことが検出され、かつ、前記回転信号の周期の開始が検出されてから前記所定時間が経過したことが検出されたとき、逆転ブレーキからショートブレーキへ切り替えるステップとを備えた
   ことを特徴とするモータ制動方法。
8. 請求項７に記載のモータ制動方法において、
   前記所定時間は、前記計測された前記回転信号の周期長の半分近傍に相当する時間である
   ことを特徴とするモータ制動方法。
9. 請求項８に記載のモータ制動方法において、
   前記所定時間は、前記計測された前記回転信号の周期長の半分に相当する時間である
   ことを特徴とするモータ制動方法。

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