JP4517456B2

JP4517456B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP4517456B2
Application number: JP2000172382A
Authority: JP
Inventors: 誓龍高山; 淳二勝田; 礼一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: US6476576B2; US20010050540A1; JP2001352783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの制御装置に関し、特にブラシレスセンサーレスモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池を電源とするたとえば携帯型のＭＤ（ミニディスク）装置では、電池の消耗を抑えて連続再生時間の長時間化を図るため、ＭＤを回転させるモータは、ＭＤをアクセスして記録再生を行う場合にのみ、高速アクセスのため高速に回転させ、それ以外は低速で回転させて消費電力を抑えるように制御されている。
【０００３】
図６はモータの回転速度を切り換える場合のドライブ電圧の変化を示す波形図、図７は図６のようにドライブ電圧を変化させた際のモータの回転速度の変化を示す波形図である。この例では、タイミングＴ１まではＭＤをアクセスする必要がないため、ドライブ電圧は低く抑えられ、回転数も低くなっている。タイミングＴ１からＴ２は、ＭＤをアクセスするためにドライブ電圧が高く設定され、回転数も高くなっている。タイミングＴ２以降は、ドライブ電圧はゼロであり、モータは惰性で回転してしだいに回転速度が低下している。
【０００４】
ところで、ＭＤを回転駆動するモータとしては、回転速度を検出するためのホール素子などのセンサーが不要なブラシレスセンサーレスモータを用いることがコストなどの点で有利である。このモータは、３相コイルを形成する３つのコイルを含み、その内の１つから生成されるパルス信号にもとづいて、モータの回転速度を周波数で表すＦＧパルス信号が生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ブラシレスセンサーレスモータの場合、上述のように連続再生時間の長時間化を図るべく回転速度を切り換えるとき、回転速度が短時間に大きく変化すると、上記ＦＧパルス信号が正しく生成されなくなり、サーボ制御を行えないことから、モータの制御が不可能になってしまうことがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、回転速度を切り換えた場合にもブラシレスセンサーレスモータを安定に動作させることができるモータ制御装置を提供することにある。
【０００６】
本発明によれば、ブラシレスモータを制御するモータ制御装置であって、
当該ブラシレスモータは回転速度を周波数で表すＦＧパルス信号を出力し、
当該モータ制御装置は、前記ＦＧパルス信号にもとづいて、前記モータの回転速度を目標とする回転速度に保つためにパルス幅変調信号のパルス幅を規定するデューティ比を制御して出力するサーボ回路と、前記サーボ回路が出力する前記パルス幅変調信号が入力されるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力電圧を入力し、当該出力電圧に応じた駆動信号を上記モータに印加するドライバ回路と、前記モータの回転速度を変更するための回転速度変更手段と、セレクタ手段とを有し、
前記回転速度変更手段は、前記サーボ回路が出力する前記パルス幅変調信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、前記モータの回転速度の変更の開始、および、変更すべき目標のデューティ比を示す制御信号が当該モータ制御装置の外部から入力されたとき、前記デューティ比検出手段が検出した現在のパルス幅変調信号のデューティ比から、前記制御信号で示される目標のデューティ比まで徐々に変化するパルス幅変調信号を生成するパルス発生手段と、を有し、
前記セレクタ手段は、前記制御信号が入力されたとき前記パルス発生手段が生成したパルス幅変調信号を前記ローパスフィルタに出力し、前記制御信号が入力されないとき前記サーボ回路から出力されたパルス幅変調信号を前記ローパスフィルタに出力する、
モータ制御装置が提供される。
【０００７】
本発明のモータ制御装置では、回転速度変更手段は、ブラシレスモータの回転速度を変更すべく制御信号が当該モータ制御装置の外部から入力されたとき、ローパスフィルタに印加されるパルス幅制御信号のデューティ比を現在の値から目標値にまで徐々に変化させて、ドライバ回路から出力される回転速度を変更する。その結果、モータの回転速度も除々に変化しモータはＦＧパルス信号を正しく生成することから、回転速度を大きく変更しても、ＦＧパルス信号にもとづいてブラシレスモータを正しく制御することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は本発明によるモータ制御装置の一例を示すブロック図、図２は図１のモータ制御装置におけるモータのドライブ電圧の変化を示す波形図、図３は図１のモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
本実施の形態例のモータ制御装置は一例としてＭＤ装置に組み込んでＭＤを回転させるモータを制御するためのものであるとする。
図１に示したように、実施の形態例のモータ制御装置２は、パルス幅変調信号４を出力するサーボ回路６と、サーボ回路６が出力するパルス幅変調信号４を入力とするローパスフィルタ８（時定数はたとえば５００μｓ〜１ｍｓ程度）と、ローパスフィルタ８の出力電圧を入力としてブラシレスセンサーレスモータ１０（単にモータ１０とも記す）を駆動するドライバ回路１２とを含み、サーボ回路６が、モータ１０からの、同モータの回転速度を周波数により表すＦＧパルス信号１０Ａにもとづいて、モータ１０の回転速度を目標とする回転速度に保つべくパルス幅変調信号４のパルス幅（すなわちデューティ比）を制御する構成となっている。
【０００９】
そして、本実施の形態例では、モータ制御装置２は回転速度変更手段１４をさらに備え、この回転速度変更手段１４は、制御開始信号１６が入力されたとき、ドライバ回路１２が出力する電圧を現在の電圧から目標電圧にまで徐々に変化させてモータ１０の回転速度を変更する。
【００１０】
回転速度変更手段１４は、より詳しくは、サーボ回路６が出力するパルス幅変調信号４のデューティ比を検出するデューティ比検出手段１８と、制御開始信号１６が入力されたとき、デューティ比検出手段１８が検出した現在のデューティ比から、上記目標電圧に対応する目標のデューティ比まで徐々に変化する第２のパルス幅変調信号を生成するパルス発生手段２０と、サーボ回路６が出力するパルス幅変調信号４およびパルス発生手段２０が生成した第２のパルス幅変調信号を入力とし、選択信号にもとづきいずれかの入力信号を選択してローパスフィルタ８に供給するセレクタ手段２２とを備え、さらに、パルス発生手段２０が第２のパルス変調信号を生成している間、第２のパルス幅変調信号を選択させるべく選択信号をセレクタ手段２２に供給するセレクタ制御手段２３を備えている。
【００１１】
そして、上記パルス発生手段２０は、与えられたデジタル信号の大きさに応じたデューティ比の第２のパルス幅変調信号３４を出力するパルス幅変調信号発生手段２４と、制御開始信号１６が入力されたとき、デューティ比検出手段１８が検出したデューティ比に対応する値から、前記目標デューティ比に対応する値まで徐々に値が変化するデジタル信号を生成してパルス幅変調信号発生手段２４に供給するデジタル信号発生手段２６とを含んで構成されている。
【００１２】
また、実施の形態例のモータ制御装置２は、サーボ回路制御手段２８を有し、サーボ回路制御手段２８は、制御開始信号１６が入力されて、ドライバ回路１２の出力電圧が目標電圧になるまでの間に、サーボ回路６が目標とするモータ１０の回転速度を、目標電圧に対応する回転速度に設定する。
【００１３】
次に、このように構成されたモータ制御装置２の動作について説明する。
ＭＤ装置においてたとえばＭＤから情報を読み出さない期間では、モータ１０は低速で回転させる。このときサーボ回路制御手段２８および回転速度変更手段１４には制御開始信号１６は入力せず、したがって、サーボ回路制御手段２８はモータ１０を低速回転させるべく低速の回転速度を目標の回転速度としてサーボ回路６に設定し、回転速度変更手段１４のセレクタ制御手段２３は、サーボ回路６が出力するパルス幅変調信号４を選択してローパスフィルタ８に出力するようセレクタ手段２２を制御する。そして、サーボ回路６は、モータ１０からのＦＧパルス信号１０Ａにもとづいて、モータ１０の回転速度を上記目標の回転速度とすべくパルス幅変調信号４のパルス幅を制御する。これによりモータ１０は目標の回転速度で回転する。
このとき、ドライバ回路１２がモータ１０に供給するドライブ電圧３０は、図２のタイミングＴ１までの期間のように低い電圧でほぼ一定となっている。
【００１４】
その後、ＭＤからたとえば情報を読み出すため、タイミングＴ１で制御開始信号１６が回転速度変更手段１４およびサーボ回路制御手段２８に入力されると、まず、回転速度変更手段１４では、デジタル信号発生手段２６が、デューティ比検出手段１８により検出された、サーボ回路６が出力するパルス幅変調信号４の現在のデューティ比に対応する値から、目標デューティ比に対応する値まで徐々に変化するデジタル信号を生成する。なお、ここでデジタル信号発生手段２６は、目標デューティ比を目標電圧（高速回転時のドライブ電圧）との対応関係から決定する。また、デジタル信号の値を変化させる期間は例えば１００ｍｓ〜１ｓ程度とする（図２におけるタイミングＴ１〜Ｔ２の期間）。
【００１５】
そして、パルス幅変調信号発生手段２４は、デジタル信号発生手段２６からのデジタル信号の大きさに応じたデューティ比の第２のパルス幅変調信号３４を出力する。
また、このとき、セレクタ制御手段２３は、パルス幅変調信号発生手段２４が第２のパルス幅変調信号３４の出力を開始したことから、パルス幅変調信号発生手段２４の出力信号を選択すべく選択信号を出力してセレクタ手段２２を制御する。
したがって、パルス幅変調信号発生手段２４が発生した第２のパルス幅変調信号３４はセレクタ手段２２を通じてローパスフィルタ８に供給され、ローパスフィルタは、この信号をパルス幅（したがってデューティ比）に対応した電圧に平滑化してドライバ回路１２に供給し、モータ１０はこの電圧に応じた回転速度で回転する。
【００１６】
図２に示したように、デジタル信号発生手段２６がタイミングＴ１からタイミングＴ２の期間において、直線的に値が大きくなるデジタル信号を生成したとすると、パルス幅変調信号発生手段２４が発生する第２のパルス幅変調信号３４は、そのパルス幅が時間とともに直線的に広くなり、したがってモータ１０に印加されるドライブ電圧３０は、図２のように、上記期間において目標電圧３２まで直線的に上昇する。
【００１７】
その結果、モータ１０の回転速度は、従来のようにタイミングＴ１で直ちに目標の回転速度になるのではなく、徐々に上昇してタイミングＴ２で目標の回転速度となる。
一方、サーボ回路制御手段２８は、制御開始信号１６が入力されると、ドライバ回路１２の出力電圧が目標電圧に到達するまでの間に、サーボ回路６が目標とするモータ１０の回転速度を、上記目標電圧に対応する高速の回転速度に設定する。
【００１８】
そして、デジタル信号発生手段２６は、タイミングＴ２でデジタル信号の出力を停止し、その結果、パルス幅変調信号発生手段２４も第２のパルス幅変調信号３４の生成を停止する。これによりセレクタ制御手段２３は、セレクタ手段２２を制御してサーボ回路６からの信号を選択させ、したがってタイミングＴ２以降は、サーボ回路６によりモータ１０の回転速度が制御され、高速かつほぼ一定の回転速度に保たれる。この状態で、ＭＤがアクセスされ、記録された情報が高速に読み出される。
【００１９】
その後、ＭＤのアクセスが終了すると、タイミングＴ３で、サーボ回路制御手段２８を通じて回転速度がたとえばゼロに設定される。したがって、ドライブ電圧３０はゼロとなり、この場合にはサーボ動作は実質的に行われず、モータ１０は惰性で回転して除々にその回転速度を低下させる。
【００２０】
ここで、回転速度変更手段１４、特にパルス発生手段２０の動作について、図３を参照して、さらに詳しく説明する。
上述のように制御開始信号１６が入力されると、デジタル信号発生手段２６は、高速回転のための目標電圧にもとづいて、対応する目標デューティ比を設定する（ステップＳ１）。さらに、目標デューティ比まで何ステップで変化させるかを設定し（ステップＳ２）、デューティ比検出手段１８から現在のデューティ比を取得して（ステップＳ３）、デジタル信号の生成を開始する（ステップＳ４）。
【００２１】
そして、デジタル信号発生手段２６は、ステップＳ２で設定したステップ数より決まる増分を現在のデューティ比に加算し（ステップＳ５）、対応する値のデジタル信号を出力する。その後、目標のデューティ比に到達したか否かを判定し（ステップＳ６）、目標に到達するまで、たとえば一定の周期でステップＳ５、Ｓ６を繰り返して、ステップＳ６で目標到達となったところでデジタル信号の生成を終了する（ステップＳ７）。
【００２２】
このように、本実施の形態例のモータ制御装置２では、回転速度変更手段１４は、モータ１０の回転速度を切り換えるべく制御開始信号１６が入力されたとき、ドライバ回路１２が出力する電圧を現在の電圧から目標電圧にまで徐々に変化させてモータ１０の回転速度を変更する。したがって、モータ１０の回転速度も除々に変化し、モータ１０はＦＧパルス信号を正しく生成することから、回転速度を大きく変更しても、ＦＧパルス信号にもとづいてモータ１０を正しく制御することができる。
また、モータ１０の回転速度を急激に切り換えると、大きな駆動電流がドライバ回路１２を通じて流れることになるが、本実施の形態例では、モータ１０の回転速度は除々に変化するので、回転速度を切り換えた場合でも、特に大きな駆動電流は流れず、したがって、消費電力の削減をも実現できる。
【００２３】
なお、図２に示したタイミングＴ１〜Ｔ２の期間のドライブ電圧は、デジタル信号発生手段２６において、目標デューティ比までのステップ数を比較的大きく設定した場合の電圧であり、したがって、ドライブ電圧は連続的に上昇している。
しかし、上記ステップ数は比較的小さい値に設定してもよく、その場合には、ドライブ電圧はステップ状に上昇することになる。また、その際、図３のステップＳ５、Ｓ６を繰り返す周期は、変化させてもよく、たとえばしだいに短くすると、ドライブ電圧は図４の波形図に示したように変化することになる。
【００２４】
図５は実施の形態例のモータ制御装置２を試作してドライブ電圧などの測定を行った結果を示すグラフである。図中、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。そして、波形３６はモータ１０に印加されるドライブ電圧３０、波形３８はセレクタ手段２２が出力するパルス幅変調信号、波形４０はセレクタ制御手段２３がセレクタ手段２２に供給する選択信号に対応する信号を表している。
そして、タイミングＴ１で、上記制御開始信号１６が入力されて、セレクタ手段２２が出力するパルス幅変調信号（３８）のデューティ比が変化を開始し、ドライブ電圧（３６）がほぼ一定の速度で除々に上昇して、タイミングＴ２以降はほぼ一定となっている。
【００２５】
本実施の形態例では、モータ制御装置２はＭＤ装置に組み込まれているとしたが、ＤＶＤ装置に組み込んで同様の効果を得ることも無論可能である。
また、モータ１０の回転速度を低速から高速に切り換える場合だけでなく、高速から低速に切り換える場合にも本発明は有効である。減速時の急激な変化は、ドライブ電圧をゼロにして惰性でモータ１０を回転させることによっても回避できるが、本発明により、方式選択の自由度が高まる。なお、回転速度を低下させる場合には、たとえば図３のステップＳ５で増分をマイナスの増分などとすればよい。
モータ１０の回転速度は、たとえばＭＤ上の外周部でも内周部でも一定の速度が得られるように制御する場合（ＣｏｎｓｔａｎｔＬｉｎｅａＶｅｌｏｃｉｔｙサーボ）と、角速度が一定となるように制御する場合とがあるが、本発明はいずれの場合にも有効である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、制御開始および目標のデューティ比を示す制御信号が入力されたとき、パルス幅変調信号のデューティ比を、現在のデューティ比から目標のデューティ比まで徐々に変化させるので、ローパスフィルタを介してデューティ比が徐々にに変化したパルス幅変調信号を受けたドライバ回路が目標の回転数まで徐々にに変化する駆動信号を出力する。
【００２７】
したがって、モータの回転速度も徐々に変化し、ブラシレスモータはＦＧパルス信号を正しく生成することから、回転速度を大きく変更しても、モータ制御装置は、ＦＧパルス信号にもとづいてブラシレスモータを正しく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図１のモータ制御装置におけるモータのドライブ電圧の変化を示す波形図である。
【図３】図１のモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１のモータ制御装置におけるモータのドライブ電圧の変化を示す波形図である。
【図５】実施の形態例のモータ制御装置を試作してドライブ電圧などの測定を行った結果を示すグラフである。
【図６】モータの回転速度を切り換える場合のドライブ電圧の変化を示す波形図である。
【図７】図６のようにドライブ電圧を変化させた際のモータの回転速度の変化を示す波形図である。
【符号の説明】
２……モータ制御装置、４……パルス幅変調信号、６……サーボ回路、８……ローパスフィルタ、１０……ブラシレスセンサーレスモータ（モータ）、１２……ドライバ回路、１４……回転速度変更手段、１６……制御開始信号、１８……デューティ比検出手段、２０……パルス発生手段、２２……セレクタ手段、２４……パルス幅変調信号発生手段、２６……デジタル信号発生手段、２８……サーボ回路制御手段、３０……ドライブ電圧、３４……第２のパルス幅変調信号、３６……波形、３８……波形、４０……波形。

Claims

ブラシレスモータを制御するモータ制御装置であって、
当該ブラシレスモータは回転速度を周波数で表すＦＧパルス信号を出力し、
当該モータ制御装置は、
前記ＦＧパルス信号にもとづいて、前記モータの回転速度を目標とする回転速度に保つためにパルス幅変調信号のパルス幅を規定するデューティ比を制御して出力するサーボ回路と、
前記サーボ回路が出力する前記パルス幅変調信号が入力されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力電圧を入力し、当該出力電圧に応じた駆動信号を上記モータに印加するドライバ回路と、
前記モータの回転速度を変更するための回転速度変更手段と、
セレクタ手段と、
を有し、
前記回転速度変更手段は、
前記サーボ回路が出力する前記パルス幅変調信号のデューティ比を検出するデューティ比検出手段と、
前記モータの回転速度の変更の開始、および、変更すべき目標のデューティ比を示す制御信号が当該モータ制御装置の外部から入力されたとき、前記デューティ比検出手段が検出した現在のパルス幅変調信号のデューティ比から、前記制御信号で示される目標のデューティ比まで徐々に変化するパルス幅変調信号を生成するパルス発生手段と、
を有し、
前記セレクタ手段は、前記制御信号が入力されたとき前記パルス発生手段が生成したパルス幅変調信号を前記ローパスフィルタに出力し、前記制御信号が入力されないとき前記サーボ回路から出力されたパルス幅変調信号を前記ローパスフィルタに出力する、
モータ制御装置。
前記パルス発生手段は、
与えられたデジタル信号の大きさに応じたデューティ比のパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調信号発生手段と、
前記制御信号が当該モータ制御装置の外部から入力されたとき、前記デューティ比検出手段が検出した現在のパルス幅変調信号のデューティ比に対応する値から、前記制御信号で示される目標のデューティ比に対応する値まで徐々に値が変化するデジタル信号を生成して前記パルス幅変調信号発生手段に供給するデジタル信号発生手段と
を有する、
請求項１に記載のモータ制御装置。