(57)【要約】【課題】ロータの回転むらを低減すること。【解決手段】ロータの位相に応じて複数の位相検出素子から出力される位相信号に基づいてパルス状の複数の位相検出信号を生成する位相検出部と、前記ロータの回転速度に応じて周波数発電機から出力され且つ前記位相信号よりも高周波の周波数信号に基づいてパルス状の周波数検出信号を生成する周波数検出部と、前記周波数検出部により生成された前記周波数検出信号の周波数を逓倍し、前記周波数よりも高周波のパルス信号を生成する逓倍部と、前記位相検出部により生成された前記複数の位相検出信号のうち一の位相検出信号のエッジを基準に前記パルス信号をカウントするカウント部と、前記カウント部によりカウントされた値に基づいて複数の駆動波形信号を生成する駆動波形生成部と、前記駆動波形生成部により生成された前記複数の駆動波形信号に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動部とを備える、モータ駆動装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのロータの位相に応じて複数の位相検出素子のそれぞれから出力される位相信号に基づいて、パルス状の複数の位相検出信号を生成する位相検出部と、
前記ロータの回転速度に応じて周波数発電機から出力され且つ前記位相信号よりも高周波の周波数信号に基づいて、パルス状の周波数検出信号を生成する周波数検出部と、
前記周波数検出部により生成された前記周波数検出信号の周波数を逓倍し、前記周波数よりも高周波のパルス信号を生成する逓倍部と、
前記位相検出部により生成された前記複数の位相検出信号のうち一の位相検出信号のエッジを基準に、前記パルス信号をカウントするカウント部と、
前記カウント部によりカウントされた値に基づいて、複数の駆動波形信号を生成する駆動波形生成部と、
前記駆動波形生成部により生成された前記複数の駆動波形信号に基づいて、前記モータを駆動するモータ駆動部とを備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記位相検出部により生成された前記複数の位相検出信号に基づいて、前記ロータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記位相検出部により生成された前記複数の位相検出信号に基づいて、複数の分配信号を生成する分配部と、
前記回転数検出部により検出された前記回転数が所定値よりも低いとき、前記複数の分配信号を選択し、前記回転数検出部により検出された前記回転数が前記所定値よりも高いとき、前記複数の駆動波形信号を選択する選択部と、
前記モータ駆動部は、前記選択部により選択された信号に従って、前記モータを駆動する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記駆動波形生成部は、
駆動波形データを格納するメモリと、
前記カウント部によりカウントされた値に対応するアドレスに格納された駆動波形データを前記メモリから読み出す読み出し部と、
前記読み出し部により読み出された駆動波形データを前記複数の駆動波形信号に変換する変換部とを備える、請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータにおけるロータの駆動用主磁界を検出する複数の位相検出素子の出力信号に基づいて、パルス状の位相検出信号を生成し、生成した位相検出信号を内挿することで、より高い周波数のパルスを生成するモータ駆動装置が知られている。このようなモータ駆動装置は、生成した高周波パルスをカウントすることにより分解能の高い位相情報を取得することで、ロータの主磁界位相に基づいた電流（例えば、正弦波電流）をモータの各コイルに流すものである（例えば、特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１２６１７９号
【特許文献２】特開２００２−１９９７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
位相検出素子の出力信号に基づいて生成された位相検出信号には、ロータの実際の位相情報が正しく反映されている。しかしながら、位相検出信号を内挿により生成された高周波パルスには、ロータが一定速度で回転していなければ、ロータの実際の位相情報が正しく反映されているとは限らない。なぜなら、位相検出信号の１周期を、ロータの回転速度にかかわらず、等間隔に分割するからである。このため、ロータの回転速度が変動すると、誤った位相情報に基づいてモータを駆動することになるので、ロータの回転むらが増大するおそれがある。
【０００５】
そこで、本開示の一態様は、ロータの回転むらを低減できる、モータ駆動装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様では、
モータのロータの位相に応じて複数の位相検出素子のそれぞれから出力される位相信号に基づいて、パルス状の複数の位相検出信号を生成する位相検出部と、
前記ロータの回転速度に応じて周波数発電機から出力され且つ前記位相信号よりも高周波の周波数信号に基づいて、パルス状の周波数検出信号を生成する周波数検出部と、
前記周波数検出部により生成された前記周波数検出信号の周波数を逓倍し、前記周波数よりも高周波のパルス信号を生成する逓倍部と、
前記位相検出部により生成された前記複数の位相検出信号のうち一の位相検出信号のエッジを基準に、前記パルス信号をカウントするカウント部と、
前記カウント部によりカウントされた値に基づいて、複数の駆動波形信号を生成する駆動波形生成部と、
前記駆動波形生成部により生成された前記複数の駆動波形信号に基づいて、前記モータを駆動するモータ駆動部とを備える、モータ駆動装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、ロータの回転むらを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】モータ駆動装置を備えたモータ制御システムの構成の一例を示す図である。
【図２】位相検出信号及び三相分配信号の各波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】波形生成部の構成の一例を示す図である。
【図４】波形生成部の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態に係るモータ駆動装置について説明する。
【００１０】
複写機やプリンタ等の情報機器に使用されるモータには、当該モータの速度制御を行うために、モータ速度検出用として周波数発電機（ＦＧ）が設けられている。周波数発電機は、ロータのステータ対向面に１周に渡って多極に着磁された磁石部分と、その磁石部分に対向するステータ基板面に１周に渡って設けられたパターンコイルとを備える。周波数発電機では、ロータが回転することで、ロータの回転速度に比例した周波数を有する周波数信号がパターンコイルに誘起する。したがって、パターンコイルに誘起した信号に基づいて、ロータの回転速度の検出が可能となる。
【００１１】
周波数発電機がロータ１回転当たりに発生させる周波数信号の周期は、駆動用主磁界を検出する位相検出素子がロータ１回転当たりに発生させる位相信号の周期よりも十分高く、その周期の精度も高い。ただし、駆動用主磁界を検出する複数の位相検出素子のそれぞれから出力される位相信号では、それらの位相信号を組み合わせることによって、ロータ主磁界の概略の絶対位相を特定することができる。これに対し、周波数発電機から出力される周波数信号のみでは、ロータの絶対位相情報を得ることはできない。
【００１２】
以下に説明する本実施形態に係るモータ駆動装置は、ロータの位相を検出する複数の位相検出素子の出力と、周波数発電機の出力とを組み合わせることによって、ロータの回転むらを低減する機能を有する。
【００１３】
図１は、モータ駆動装置を備えたモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図１に示されるモータ制御システム１００は、モータ６０の回転動作を制御するシステムの一例である。モータ制御システム１００は、モータ６０と、モータ駆動装置１とを備えている。
【００１４】
モータ６０は、複数のコイルを有する。モータ６０は、例えば、Ｕ相コイル６１とＶ相コイル６２とＷ相コイル６３とを有する三相のブラシレスモータである。Ｕ相コイル６１とＶ相コイル６２とＷ相コイル６３とは、中性点６４で互いに接続されている。
【００１５】
モータ駆動装置１は、モータ６０を駆動する。モータ駆動装置１は、位相検出部１０と、周波数検出部７０と、三相分配器２０と、波形生成部８０と、回転数検出部３０と、セレクタ４０と、モータ駆動部１２０とを備える。位相検出部１０、周波数検出部７０、三相分配器２０、波形生成部８０、回転数検出部３０及びセレクタ４０の一部又は全部は、ハードウェア回路によって実現される。あるいは、それらの一部又は全部の処理機能は、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより実現されてもよい。
【００１６】
位相検出部１０は、モータ６０のロータの位相に応じて複数の位相検出素子１１，１２，１３のそれぞれから出力される位相信号に基づいて、パルス状の複数の位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成する。位相検出部１０は、例えば、複数の位相検出素子１１，１２，１３のそれぞれから出力される位相信号が入力されるコンパレータ１４を有する。位相検出部１０は、各位相信号をコンパレータ１４により波形整形することによって、電気角で位相が互いに１２０°異なるパルス状の複数の位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを生成する。
【００１７】
位相検出素子１１，１２，１３は、モータ６０のロータの周りに等間隔で配置され、モータ６０のロータの位相を検出するホール素子である。位相検出素子１１，１２，１３は、それぞれ、ロータの駆動用主磁界を検出することで、各相のコイル６１，６２，６３に対するロータの回転位置（回転位相）に対応する位相信号を出力する。
【００１８】
三相分配器２０には、電気角で位相が互いに１２０°異なる位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが入力される。三相分配器２０は、位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、電気角で位相が互いに１２０°異なる三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を生成して出力する。三相分配器２０は、分配部の一例である。
【００１９】
図２は、位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ及び三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各波形の一例を示すタイミングチャートである。図２の場合、三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１は、信号レベルがステップ状に変化する波形を有する。
【００２０】
図１において、周波数検出部７０は、モータ６０のロータの回転速度に応じて周波数発電機７４から出力される周波数信号に基づいて、周波数信号と同じ周波数のパルス状の周波数検出信号を生成する。周波数検出部７０は、例えば、周波数発電機７４から出力される周波数信号が入力されるコンパレータ７２を有する。周波数検出部７０は、周波数発電機７４から出力される周波数信号をコンパレータ７２により波形整形することによって、パルス状の周波数検出信号Ｓ４を生成する。
【００２１】
周波数発電機７４は、モータ６０に設けられ、モータ６０のロータの回転速度を検出する。周波数発電機７４は、ロータの回転速度に対応する周波数を有するパルス状の周波数信号を生成する。周波数発電機７４が生成する周波数信号の周波数は、複数の位相検出素子１１，１２，１３のそれぞれから出力される位相信号の周波数よりも高い。
【００２２】
周波数発電機７４は、例えば、ロータの磁石部分に対向するステータ基板面に設けられたコイルパターン７１を有し、コイルパターン７１によって誘起された電圧に対応する周波数を有する周波数信号を出力する。
【００２３】
波形生成部８０は、複数の位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのうちの一の位相検出信号（例えば、位相検出信号Ｈｕ）と、周波数検出部７０から出力される周波数検出信号Ｓ４とに基づいて、複数の駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を生成して出力する。複数の駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、電気角で位相が互いに１２０°異なる。波形生成部８０は、信号合成部９０と、駆動波形生成部１１０とを備える。波形生成部８０のより詳細な説明については後述する。
【００２４】
回転数検出部３０は、位相検出部１０により生成された複数の位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、モータ６０のロータの回転数（単位時間当たりのロータ回転数）を検出する。
【００２５】
ここで、波形生成部８０で行われる駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の生成には、周波数発電機７４から出力される周波数信号に基づいて生成される周波数検出信号Ｓ４が使われている。周波数発電機７４から出力される周波数信号は、モータ６０のロータの回転数がある程度上昇しないと安定しない。
【００２６】
そこで、セレクタ４０は、回転数検出部３０により検出された回転数が所定値Ｒよりも低いとき、三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を選択し、選択した三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１をそれぞれ駆動制御信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗとして出力する。一方、セレクタ４０は、回転数検出部３０により検出された回転数が所定値Ｒ以上のとき、駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を選択し、選択した駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２をそれぞれ駆動制御信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗとして出力する。これにより、モータ６０のロータの回転数にかかわらず、モータ６０のロータの回転を安定させることができる。セレクタ４０は、選択部の一例である。
【００２７】
モータ駆動部１２０は、駆動制御信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに従って、モータ６０を駆動する。モータ駆動部１２０は、インバータ駆動部１３０と、インバータ５０とを有する。
【００２８】
インバータ駆動部１３０は、駆動制御信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに従って、インバータ５０に対して出力する複数の駆動信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを生成し、複数の駆動信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬによってインバータ５０を駆動する。インバータ駆動部１３０は、正弦波状の交流の駆動電流がモータ６０の各相のコイル６１，６２，６３に流れるように、インバータ５０を動作させる複数の駆動信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを生成する。
【００２９】
インバータ５０は、複数の駆動信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬに従って、モータ６０の各相のコイル６１，６２，６３に駆動電流を流すことによって、モータ６０のロータを回転させる。
【００３０】
インバータ５０は、トランジスタ５１〜５６を有する。トランジスタ５１，５３，５５は、直流電源５７側に接続されたハイサイドトランジスタである。トランジスタ５２，５４，５６は、グランド側に接続されたローサイドトランジスタである。トランジスタ５１〜５６は、それぞれ、駆動信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに従ってオン又はオフとなる。
【００３１】
次に、図１、３及び４を参照して、波形生成部８０の構成及び動作について説明する。図３は、波形生成部の構成の一例を示す図である。図４は、波形生成部の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００３２】
図４において、位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、ロータ主磁界を検出する位相検出素子１１，１２，１３の出力信号が位相検出部１０のコンパレータ１４によってハイレベル又はローレベルの電圧信号に変換されたものである。
【００３３】
モータ６０のロータが起動（回転）し始めてからその回転数が所定値Ｒに達するまでは、回転数検出部３０は、三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１をセレクタ４０に選択させる。その後、モータ６０のロータの回転数が所定値Ｒに達すると、三相分配信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の代わりに、駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２をセレクタ４０に選択させる。
【００３４】
次に、図３及び図４を参照して、波形生成部８０の構成及び駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の生成について説明する。
【００３５】
波形生成部８０は、信号合成部９０と、駆動波形生成部１１０とを有する。信号合成部９０は、逓倍部９３と、カウント部９５とを有する。逓倍部９３は、周波数検出部７０により生成された周波数検出信号Ｓ４の周波数を逓倍し、周波数検出信号Ｓ４の周波数よりも高周波のパルス信号Ｓ１０を生成する。カウント部９５は、位相検出部１０により生成された複数の位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのうち一の位相検出信号（この場合、位相検出信号Ｈｕ）のエッジを基準に、パルス信号Ｓ１０をカウントする。カウント部９５は、Ｄ型のフリップフロップ９１，９２と、カウンタ９４とを有する。
【００３６】
図４において、位相検出信号Ｈｕの立上りエッジが、フリップフロップ９１に入力されることにより、フリップフロップ９１からハイレベルの信号Ｓ８が出力される。その後、周波数検出信号Ｓ４の立上りエッジがフリップフロップ９２に入力されることにより、フリップフロップ９２から出力される信号Ｓ９は、一旦ハイレベルになる。しかしながら、信号Ｓ９と同時にフリップフロップ９２から出力されるＱバー信号（信号Ｓ９のレベルが反転した信号）により、２個のフリップフロップ９１，９２はリセットされるので、信号Ｓ９は、すぐにローレベルに遷移する。
【００３７】
一方、周波数検出信号Ｓ４は、逓倍部９３による内挿処理によって、周波数検出信号Ｓ４の周波数よりも高い（図示の場合、８倍）の周波数を有するパルス信号Ｓ１０が生成される。パルス信号Ｓ１０は、カウンタ９４に入力される。
【００３８】
カウンタ９４は、パルス信号Ｓ１０のパルスをカウントする。カウンタ９４は、信号Ｓ９によりリセットされることで、信号Ｓ９でリセットされたタイミングから、パルス信号Ｓ１０のカウントアップを始める。カウンタ９４によりカウントされた値は、メモリ１１５のアドレスに関連付けされたアドレス信号Ｓ１１（アドレス情報）として、カウンタ９４から駆動波形生成部１１０に供給される。
【００３９】
駆動波形生成部１１０は、メモリ１１５と、読み出し部１１４と、変換部１１６とを有する。
【００４０】
メモリ１１５には、複数の駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を生成するための駆動波形データが予め格納されている。読み出し部１１４は、アドレス信号Ｓ１１に基づいて、カウンタ９４によりカウントされた各値に対応する各アドレスに格納された駆動波形データをメモリ１１５から読み出す。変換部１１６は、読み出し部１１４によって読み出されたデジタルの駆動波形データを、アナログの複数の駆動波形信号に変換する。
【００４１】
変換部１１６は、ＤＡコンバータ１１１，１１２，１１３を有する。変換部１１６は、駆動波形信号Ｕ２用のデジタルの駆動波形データをＤＡコンバータ１１１によってアナログの駆動波形信号Ｕ２に変換して、駆動波形信号Ｕ２を出力する。変換部１１６は、駆動波形信号Ｖ２用のデジタルの駆動波形データをＤＡコンバータ１１２によってアナログの駆動波形信号Ｖ２に変換して、駆動波形信号Ｖ２を出力する。変換部１１６は、駆動波形信号Ｗ２用のデジタルの駆動波形データをＤＡコンバータ１１３によってアナログの駆動波形信号Ｗ２に変換して、駆動波形信号Ｗ２を出力する。これにより、図４に示されるような三相分の駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が生成される。
【００４２】
なお、上記の例では、周波数検出信号Ｓ４の内挿による逓倍処理及びパルス信号Ｓ１０のカウント処理は、位相検出信号Ｈｕを基準に行われているが、位相検出信号Ｈｖ又はＨｗを基準に行われてもよい。
【００４３】
図４に示されるＥＸＯＲ信号は、位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの排他的論理和を表す信号である。このＥＸＯＲ信号を基準に位相検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを内挿する従来技術では、ＥＸＯＲ信号は、周波数検出信号Ｓ４に比べて周期が長いだけでなく、モータ上でのそれぞれのマウント位置がばらついた位相検出素子から出力される３つの位相信号の合成により生成される。したがって、ＥＸＯＲ信号のパルスのピッチ精度が悪くなりやすい。また、ＥＸＯＲ信号は、ロータの回転速度にかかわらず、位相検出信号の１周期を等間隔に生成される。そのため、ＥＸＯＲ信号には、ロータの実際の位相情報が正しく反映されているとは限らない。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、複数の位相検出素子１１，１２，１３のそれぞれから出力される位相信号よりも高周波の周波数信号に基づいて生成される。そのため、より高分解能で高精度なロータの位相情報が得られる。また、周波数信号は、モータ６０のロータの回転速度に応じて周波数発電機７４から出力される。そのため、ロータが一定速度で回転していなくても、あるいは、ロータの回転速度が急変しても、ロータの回転数がある程度高い状態では、周波数信号には、ロータの実際の位相情報が比較的正しく反映されている。したがって、このような周波数信号に基づいて生成された駆動波形信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に従って、ロータの回転が制御されるので、ロータの回転むらを低減することができる。
【００４５】
ロータの回転むらを低減することができるので、例えば、モータ６０が複写機やプリンタ等の印刷機器に使用された場合、印刷機器による印刷の精度が向上する。
【００４６】
以上、モータ駆動装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００４７】
例えば、モータの駆動方式は、正弦波駆動に限定されず、台形波による駆動方式や正弦波に特殊な変調をかけた駆動方式などの漸次に駆動電圧が変化する駆動方式や、矩形波による駆動方式など、種々の駆動方式を用いることができる。
【００４８】
また、モータは、３相のブラシレスモータに限られず、２相以上のブラシレスモータでもよい。また、モータは、ブラシレスモータ以外のモータでもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  モータ駆動装置
１０  位相検出部
１１〜１３  位相検出素子
２０  三相分配器
３０  回転数検出部
４０  セレクタ
５０  インバータ
６０  モータ
７０  周波数検出部
７４  周波数発電機
８０  波形生成部
９０  信号合成部
９３  逓倍部
９５  カウント部
１００  モータ制御システム
１１０  駆動波形生成部
１１４  読み出し部
１１５  メモリ
１１６  変換部
１２０  モータ駆動部
１３０  インバータ駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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