(57)【要約】【課題】分析装置の廃液ポンプ等に用いられるＤＣブラシレスモータの速度制御を簡易な構成で実現する。【解決手段】３つのホールセンサの出力に基づいて位置検出パルスが生成され、各位置検出パルスごとに基準パルス１０２が生成される。基準パルス列信号は複数の基準パルス１０２によって構成される。基準パルス列信号を積分処理することにより積分信号が生成され、その積分信号のレベルに応じてモータへ供給する信号の電圧が制御される。基準パルス１０２の一定時間長Ｗを可変することにより、目標速度を可変することもできる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータの回転に伴って出力される個々の位置検出パルスに応答して所定パルス長を有する基準パルスを生成し、これにより前記ブラシレスモータの回転速度に応じて時間軸上においてパルス連なり状態が変化する基準パルス列信号を出力する基準パルス列信号生成手段と、
前記基準パルス列信号におけるレベルに応じて充電動作及び放電動作を行い、これにより積分信号を生成する充放電回路と、
前記積分信号のレベルに応じて前記ブラシレスモータの回転速度を制御する速度制御回路と、
を含むことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記充放電回路における充電時の時定数よりも放電時の時定数の方が小さい、ことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記ブラシレスモータの回転速度が所定回転速度にある場合には、前記基準パルス列信号において基準パルス間の隙間としてのローレベル期間が所定期間となり、これにより、前記充電動作による充電量と前記放電動作による放電量とが均衡する、ことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記ブラシレスモータの回転速度が前記所定回転速度よりも低い場合には、前記ローレベル期間が増大して前記積分信号のレベルが全体的に下がり、
前記ブラシレスモータの回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合には、前記基準パルス列信号における前記ローレベル期間が減少して前記積分信号のレベルが全体的に上がる、ことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記速度制御回路は、前記積分信号のレベルが低い場合には前記ブラシレスモータの回転数を上昇させ、前記積分信号のレベルが高い場合には前記ブラシレスモータの回転数を減少させ、これにより負荷の変動によらずに前記ブラシレスモータの回転速度を前記所定回転速度に維持する制御を実行する、ことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記速度制御回路は、前記積分信号のレベルが低い場合には前記ブラシレスモータに供給する駆動信号の電圧を上昇させ、前記積分信号のレベルが高い場合には前記ブラシレスモータに供給する駆動信号の電圧を下降させ、
前記負荷の変動に応じて前記駆動信号の電圧を増減する制御が実行される、ことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシレスモータ制御装置に関し、特にブラシレスモータの回転速度を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を用いる分析装置や手術装置などの機器には必要に応じてポンプが搭載される。典型的な例では、血液、尿などの検体や遺伝子サンプルを分析する分析装置においては廃液が生じるが、その廃液を廃液タンクに導くためにポンプが利用される。そのような廃液吸引用のポンプの場合、吸引量や吸引時間の管理制御の都合上、回転数を一定にすることが望まれる。
【０００３】
ポンプの駆動源としてはまずＡＣモータを利用することが考えられるが、装置内において高電圧のＡＣ電源ラインを引き回さなければならない。そこで、装置内部で既に利用されている比較的低電圧のＤＣ電源ラインを用いて駆動可能なＤＣモータを利用することが望まれる。ＤＣモータとしてはブラシレスモータが知られている。
【０００４】
ブラシレスモータは、一般に、供給電圧を一定とした場合、回転数が負荷に依存する特性を有する。負荷の大小に依らずに回転速度を一定にする方法として、モータの駆動信号に対してＰＷＭ（パルス幅変調）を適用する方法があげられる。すなわち、パルス幅の可変によって回転速度を一定に維持するものである。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば分析装置における廃液ポンプ用のモータとしてＤＣブラシレスモータを利用する場合、負荷に依存せずに一定の回転速度を維持する必要があるが、従来においては複雑なシーケンスや回路構成が必要となっていた。上記のようなモータにおいては、応答性が非常に良い、極めて高精度な制御が求められるのではなく、用途に叶った精度の制御が実現されれば十分であり（例えば少々の応答の遅れはあまり問題とならない）、精度よりも寧ろ制御、構成の簡易化、ひいては装置コストの低減が強く要請される。
【０００７】
なお、上記特許文献１にはブラシレスモータの速度制御装置が記載されているが、モータの駆動信号の生成にあたってかなり複雑な構成が不可欠となっている。特に、モータの速度パルスを基礎として減速パルス及び加速パルスを独立して生成する必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、ブラシレスモータの回転速度を簡易な構成で制御できるようにすることにある。本発明の他の目的は、分析装置における廃液ポンプに最適なブラシレスモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ブラシレスモータの回転に伴って出力される個々の位置検出パルスに応答して所定パルス長を有する基準パルスを生成し、これにより前記ブラシレスモータの回転速度に応じて時間軸上においてパルス連なり状態が変化する基準パルス列信号を出力する基準パルス列信号生成手段と、前記基準パルス列信号におけるレベルに応じて充電動作及び放電動作を行い、これにより積分信号を生成する充放電回路と、前記積分信号のレベルに応じて前記ブラシレスモータの回転速度を制御する速度制御回路と、を含むことを特徴とするブラシレスモータ制御装置に関する。
【００１０】
上記構成によれば、ブラシレスモータの回転に伴って回転位置を表す位置検出パルスが生成されると、個々の位置検出パルスに応答して所定パルス長を有する基準パルスが生成される。回転速度に応じて位置検出パルス間の間隔は変動するので、それを反映して、時間軸上における複数の基準パルスの並びあるいは連なりも変化する。それらの基準パルスで基準パルス列信号が構成される。基準パルス列信号はこのように簡単な構成で生成することができるものであるが（一定速制御に際して基準パルス長の可変制御等は不要）、基準パルス列信号においてはパルスの並びとして回転状態が如実に反映されており、目標速度よりも回転速度が高い場合にはパルスの並びが密な態様（場合によってはパルスが連なった態様）を呈し、その逆の場合にはパルスの並びが粗の態様を呈する。そこで、その態様に応じて、具体的にはハイレベルあるいはローレベルに対応して、充電動作及び放電動作を行って積分信号が生成される。その積分信号は目標速度と現在速度との間の速度差の傾向をアナログ的に表すものである。よって、積分信号から速度制御情報を得ることが可能となる。上記の各手段によって簡易小型の構成でありながら、負荷の変動によっても回転速度を一定に維持できる制御を実現できる。ちなみに、基準パルスについてのパルス長を可変すれば目標速度を容易に変更できる。
【００１１】
望ましくは、前記充放電回路における充電時の時定数よりも放電時の時定数の方が小さい。望ましくは、前記ブラシレスモータの回転速度が所定回転速度にある場合には、前記基準パルス列信号において基準パルス間の隙間としてのローレベル期間が所定期間となり、これにより、前記充電動作による充電量と前記放電動作による放電量とが均衡する。
【００１２】
望ましくは、前記ブラシレスモータの回転速度が前記所定回転速度よりも低い場合には、前記ローレベル期間が増大して前記積分信号のレベルが全体的に下がり、前記ブラシレスモータの回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合には、前記基準パルス列信号における前記ローレベル期間が減少して前記積分信号のレベルが全体的に上がる。望ましくは、前記速度制御回路は、前記積分信号のレベルが低い場合には前記ブラシレスモータの回転数を上昇させ、前記積分信号のレベルが高い場合には前記ブラシレスモータの回転数を減少させ、これにより負荷の変動によらずに前記ブラシレスモータの回転速度を前記所定回転速度に維持する制御を実行する。望ましくは、前記速度制御回路は、前記積分信号のレベルが低い場合には前記ブラシレスモータに供給する駆動信号の電圧を上昇させ、前記積分信号のレベルが高い場合には前記ブラシレスモータに供給する駆動信号の電圧を下降させ、前記負荷の変動に応じて前記駆動信号の電圧を増減する制御が実行される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、ブラシレスモータの回転速度を簡易な構成で一定に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、分析装置の部分的な構成が示されている。分析装置は生体から採取された血液や尿、その他のサンプルに対する分析を実行する装置であり、その処理によって生じた廃液が廃液ポンプを利用して排出される。その廃液ポンプは図１に示されるモータ１０を有するものである。モータ１０はＤＣブラシレスモータである。モータ制御装置１２はモータ１０の動作、特に回転速度の制御を行うものである。
【００１６】
モータ１０はロータ及びステータを有しており、ステータには３つのコイル１４，１６，１８が設けられている。各コイル１４，１６，１８にはモータ制御装置１２からドライブ信号が供給される。モータ１０は図示されるように３つのホールセンサ２０，２２，２４を有している。それらのホールセンサ２０，２２，２４はモータ１０におけるロータの回転速度に応じた信号を出力するものである。それらの信号が図２において（Ａ）〜（Ｃ）で示されている。
【００１７】
位置検出パルス発生器２６は３つのホールセンサ２０，２２，２４からの出力信号に基づいてモータ１０の回転位置を表す位置検出パルスを生成する。その位置検出パルスが図２において（Ｇ）で示されている。基準パルス列信号発生器２８は、個々の位置検出パルスが入力された時点で一定のパルス長をもった基準パルスを生成する回路であり、そのような複数の基準パルスによって基準パルス列信号が構成される。符号２８Ａで示されるように、外部回路によって各基準パルスが有するパルス長を可変設定することもできる。パルス長を増減することにより、目標速度を可変することが可能である。基準パルス列信号が図２において（Ｈ）で示されている。
【００１８】
積分信号発生器３０は、コンデンサを用いた充電回路及び放電回路を有しており、入力される基準パルス列信号に対して積分処理を実行するアナログ回路である。基準パルス信号におけるハイレベル期間においては充電を実行し、基準パルス列信号におけるローレベル期間においては放電を実行する。充電の時定数は、放電の時定数よりも十分大きく設定されており、これによって図２において（Ｉ）で示されるようなアナログ波形としての積分信号が生成される。供給電圧コントロール部３２は、積分信号のレベルに応じてモータに供給するドライブ信号の電圧すなわち供給電圧を制御する機能を有しており、積分信号のレベルが高くなると供給電圧を引き下げ、それとは逆に積分信号のレベルが低くなると供給電圧を高める制御を実行する。そのようなコントロール信号が図２において（Ｊ）で示されている。モータドライバ３４は、上述した３つのコイル１４，１６，１８に対してドライブ信号（駆動電流）を供給するものであり、それらのコイル１４，１６，１８に供給される信号が図２において（Ｄ）〜（Ｆ）で示されている。ちなみに、図２において符号１００は参考として各コイル間における電流の流れる向きを表している。各コイルにおいてはそれを正極とする信号とそれを負極とする信号とが交互に与えられている。そのような電流供給制御それ自体は公知技術である。
【００１９】
図１に示されるモータ制御装置１２は、あらかじめ設定された一定の回転速度（目標速度）にモータ１０の現在速度を一致させるようにフィードバック制御を実行するものである。ただし、モータ１０は廃液ポンプとして利用されているものであり、厳密な応答性は要求されていないために、本実施形態においては簡易な機構によって信頼性のある回転制御が実現されている。これを図２を用いて詳述する。
【００２０】
（Ｇ）で示される位置検出パルスは、３つのホールセンサの出力に応答して生成されるものであり、モータが一定の角度だけ回転すると１つの位置検出パルスが出力される。例えば１回転あたり６０個の位置検出パルスが出力される。隣接する位置検出パルス間の間隔（時間）は回転速度に相当するものである。ちなみにモータは１方向にのみ回転するものである。
【００２１】
（Ｈ）に示す基準パルス列信号は、複数の基準パルス１０２の並びに相当するものであり、各基準パルス１０２は個々の位置検出パルスの立ち上がりをトリガとして生成される。各基準パルス１０２のパルス長Ｗは一定値であり、上述したようにそのパルス長を可変することによって目標速度を可変設定することが可能である。基準パルス列信号において、モータの回転速度が目標速度よりも高まると基準パルスの間隔がより短くなり、つまり密のパルス配列が構成される。部分的には複数のパルスが連なった状態が形成される（符号１０３）。一方、モータの回転速度が目標速度よりも小さい場合には隣接する基準パルスの間隔が増大することになる。すなわちパルス配列が粗の状態となる。
【００２２】
（Ｉ）に示される積分信号は、基準パルス列信号を積分処理することによって生成され、ここで期間（ハイレベル期間）Ｔ１は充電期間を示しており、期間（ローレベル期間）Ｔ２は放電期間を示している。すなわち図１に示した積分信号発生器３０は充電回路及び放電回路を有しており、入力されるデジタル信号としての基準パルス列信号に対してコンデンサを用いたアナログ処理を適用することにより積分信号を生成している。上述したように、充電時の時定数よりも放電時の時定数の方が小さく、その結果、図２の（Ｉ）に示されるようなモータの回転速度に応じたレベル変動が生じる。ここで、符号１０４で示される期間は起動直後の期間を表しており、ここでは現在速度が目標速度よりも低く、このため積分信号においてはそのレベルが低くなっている。符号１０６で示される期間は回転速度が安定してきた期間を表しており、この場合においては概ね充電量と放電量が均衡すなわちバランスし、これによって平衡状態が形成される。符号１０８で示される期間は負荷が小さくなった低負荷時の状態を示しており、そのような状態においては現在速度が目標速度よりも高まり、それを反映して積分信号のレベルがかなり上昇する。その後の期間１１０は再び回転速度が安定した期間を示しており、この状態においても放電量と充電量が均衡し、積分信号の平均レベルが一定値となる。
【００２３】
図１に示した供給電圧コントロール部３２は、以上説明したような積分信号に基づいて供給電圧を可変する。具体的には、積分信号のレベルが低い場合には供給電圧を高めるように制御を実行し、積分信号のレベルが高くなった場合には供給電圧を引き下げる制御を実行する。図１に示したモータドライバ３４は、各ホールセンサ２０，２２，２４の出力信号に基づいて動作を行っており、その場合において図２に（Ｄ）〜（Ｆ）で示される出力信号の生成にあたっては、その電圧を図２の（Ｊ）に示した制御条件に従って調整している。
【００２４】
したがって、上記実施形態においては、位置検出パルスから固定長のパルスを発生させるだけで回転速度の状態を表す基準パルス列信号を生成でき、それに対して積分処理を適用するだけで負荷に応じて回転数を増減させる電圧制御情報を得られるという利点がある。このような構成においては一般に高精度の応答性を求めることは困難ではあるが、分析装置の廃液ポンプ等で用いられるモータの制御を行う場合には十分であり、むしろ安価かつ小型な制御装置を構成できるので実用的価値が極めて高い。
【００２５】
ちなみに、モータドライバそれ自体は公知の構成であり、各ホールセンサでの出力に基づいて各出力信号を構成するパルス幅の可変を行っており、その場合における負荷に応じた電圧の可変が上述した各構成によって実現されている。ちなみに、充電の時定数は放電の時定数よりもかなり大きく設定するのが望ましく、そのような各時定数を調整することにより速度制御における応答性を調整することも可能である。また、上述したように、基準パルス列信号を構成する個々の基準パルスの時間長を可変することにより目標速度を可変できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す各信号を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  モータ（ブラシレスモータ）、１２  モータ制御装置、２６  位置検出パルス発生器、２８  基準パルス列信号発生器、３０  積分信号発生器、３２  供給電圧コントロール部、３４  モータドライバ。
【図１】
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【図２】
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