(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転数に応じて周波数が変化する信号を発生する交流モータと、
前記交流モータの発生する該交流モータの回転数に応じた周波数信号が入力され、該周波数信号の周波数に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号をマイクロコンピュータにより発生する制御手段と、
前記制御手段から出力される前記パルス幅変調信号を入力することにより該パルス幅変調信号の周波数に応じてスイッチングドライバでスイッチングされるトランジスタの出力端子に現れる交流電圧を平滑回路により平滑して所定の電圧に変換する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータの出力電圧を入力することにより発振器を駆動して前記交流モータに印加する交流電圧に変換して前記交流モータを駆動するドライバと、
を備え、
前記制御手段は、前記周波数信号の周波数から前記交流モータの回転動作が不安定にならないように、前記パルス幅変調信号の周波数を制御して前記交流モータの回転制御にサーボをかけると共に、駆動開始信号により動作を開始してこの駆動開始信号の発生期間中前記ドライバの発振器の時定数を長くする時定数可変回路を更に備え、前記交流モータに対する前記駆動開始信号の発生期間中に前記交流モータの起動当初に前記交流電圧の周波数を低減するように制御することを特徴とするモータ起動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段から出力されるパルス幅変調信号は、ローパスフィルタによりモータエラー成分が除去されることを特徴とする請求項１記載のモータ起動制御装置。
【請求項３】
前記時定数可変回路は、前記駆動開始信号により導通する複数のトランジスタと、前記複数のトランジスタにそれぞれ接続され前記トランジスタの導通時に充電されて前記発振器の時定数回路に付加してその時定数を長くする複数のコンデンサとを備えることを特徴とする請求項１記載のモータ起動制御装置。
【請求項４】
前記交流モータが発生する信号は、波形整形回路で波形整形されて前記マイクロコンピュータに入力されることを特徴とする請求項１記載のモータ起動制御装置。
【請求項５】
前記交流モータは、３相交流モータであることを特徴とする請求項１記載のモータ起動制御装置。
【請求項６】
前記交流モータは、多相交流モータであることを特徴とする請求項１記載のモータ起動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、８ミリビデオカメラの回転ドラムなどのような被駆動装置の回転駆動を行う交流モータの起動時にその駆動のスイッチ時間を可動または切り替えることにより、交流モータの立ち上がり特性を変化させて交流モータの立ち上がり時のラッシュ電力を削減するようにしたモータ起動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、８ミリビデオカメラなどに搭載され、回転ドラムなどを駆動するモータとして、３相交流電流で駆動される３相交流モータを使用する場合がある。
ビデオカメラの携帯時に撮影する場合には、通常バッテリの直流電力を３相交流電力に変換して交流モータに供給して３相交流モータを駆動するようにしている。
撮影時、 あるいは再生時にビデオテープの安定走行、ひいては、撮影画像あるいは、再生画像の安定化のために、モータの定速回転が望ましい。そこで、従来から、３相交流モータの安定回転に関して、種々の技術開発がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、３相交流モータの起動当初においては、３相交流モータの３相駆動のスイッチ時間を定常回転時に対して変化させておらず、起動当初と定常回転時と同じスイッチ速度で３相電圧を３相交流モータに印加してモータを駆動している。
すなわち、定常動作時における３相交流モータの回転速度の安定性を重視している。したがって、起動時の立ち上がり特性が最適になっておらず、起動時でも高い電圧を３相交流モータに印加している。
このため、３相交流モータの消費電流もいきおい多くなり、必要以上に電流を３相交流モータに供給して、無理に３相交流モータを起動するようにしている。
【０００４】
換言すれば、高い電圧を印加し、供給電流を多くしないと、３相交流モータが起動せずに、作動を停止することもある。
このように、３相交流モータの起動当初において、必要以上の高い電圧と大きな電流の供給は、搭載バッテリの無駄な電力の消費につながり、高価なバッテリを急速に消耗させることになる。
【０００５】
この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、交流モータの起動の容易化と、立ち上がり時の電力の消耗の削減と、 瞬間的にも電力を取れない乾電池などのバッテリの使用が可能となるモータ起動制御装置を提供するこを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のモータ起動制御装置は、回転数に応じて周波数が変化する信号を発生する交流モータと、前記交流モータの発生する該交流モータの回転数に応じた周波数信号が入力され、該周波数信号の周波数に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号をマイクロコンピュータにより発生する制御手段と、前記制御手段から出力される前記パルス幅変調信号を入力することにより該パルス幅変調信号の周波数に応じてスイッチングドライバでスイッチングされるトランジスタの出力端子に現れる交流電圧を平滑回路により平滑して所定の電圧に変換する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電圧を入力することにより発振器を駆動して前記交流モータに印加する交流電圧に変換して前記交流モータを駆動するドライバと、を備え、前記制御手段は、前記周波数信号の周波数から前記交流モータの回転動作が不安定にならないように、前記パルス幅変調信号の周波数を制御して前記交流モータの回転制御にサーボをかけると共に、駆動開始信号により動作を開始してこの駆動開始信号の発生期間中前記ドライバの発振器の時定数を長くする時定数可変回路を更に備え、前記交流モータに対する前記駆動開始信号の発生期間中に前記交流モータの起動当初に前記交流電圧の周波数を低減するように制御することを特徴とする。
【０００７】
この発明においては、モータの起動時にモータに印加する電圧の周波数を定常回転時の周波数よりも低い周波数に切り替えて、モータへの印加電圧を低くしてモータの立ち上がり特性を変えることにより、モータの起動を容易にすることができるとともに、モータの立ち上がり時のラッシュ電力を削減することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明によるモータ起動制御装置の実施の形態について図面に基づき説明する。
図１はこの発明の第１実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２はその詳細な構成を示す回路図である。
この図１と図２を併用して第１実施の形態の構成から説明する。図１におけるメカニカルデッキ１は、たとえば、８ミリビデオカメラなどの磁気テープ走行機構などを搭載したメカニカルデッキである。
このメカニカルデッキ１の所定個所に搭載されている回転ドラムなどを駆動するドラムモータとしての３相交流モータ２が配置されている。
【０００９】
この３相交流モータ２の駆動開始および回転停止を行うためのスイッチがメカニカルデッキ１を収納する本体ケースあるいは筐体（いずれも図示しない）の所定の位置に設けられている。
このスイッチをオン操作することにより、モータオン信号が発生されると同時に３相交流モータ２に対する駆動開始信号が制御手段３の１構成要素であるマイクロコンピュータ４（以下、マイコンと略称する）から発生されるようになっており、この駆動開始信号の発生と同時にパルス幅変調信号がマイコン４から出力されるようになっている。制御手段３は図１、図２に示すように、マイコン４と、時定数可変回路５とから構成されている。
【００１０】
時定数可変回路５は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、コンデンサＣ３，Ｃ４とから構成されている。
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の各ベースには、マイコン４からの駆動開始信号が入力されるようになっている。
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の各エミッタは接地されており、コレクタはそれぞれ３相交流モータを駆動するためのドライバ６の端子Ｔ１，Ｔ２にコンデンサＣ３，Ｃ４を介して接続されている。
ドライバ６は、３相交流モータ１を駆動するものであり、図示されていないが、内部に三角波を発生する発振器が内蔵されており、この発振器の発振時定数を規定する時定数回路（詳細は図示せず）のコンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ前記端子Ｔ１，Ｔ２とアース間に接続されている。
【００１１】
トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が導通されると、コンデンサＣ３，Ｃ４がそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２と並列接続されるようになっている。
コンデンサＣ３，Ｃ４がそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２と並列接続されることにより、コンデンサＣ１とＣ３、コンデンサＣ２とＣ４の容量がそれぞれ合成され、ドライバ６内の発振器の発振時時定数が大きくなり、この発振器の発振周波数が低くなるようにしている。
【００１２】
また、マイコン４から出力される前記パルス幅変調信号は、３相交流モータ２の回転によって生じる信号の周波数に応じてパルス幅が変化する。
このパルス幅変調信号は、図２に示すように、ローパスフィルタ７を経て電圧コンバータ８に入力されるようになっている。
ローパスフィルタ７は３相交流モータ２の回転数に応じて発生する信号に対応するパルス幅変調信号に混入するエラー成分を除去するために，高周波成分を除去するフィルタである。
【００１３】
ローパスフィルタ7 を通過したパルス幅変調信号は、電圧コンバータ８に入力されるようになっている。
電圧コンバータ８は、パルス幅変調信号を所定の直流電圧に変換するもので、ローパスフィルタ７を通過したパルス幅変調信号は電圧コンバータ８内のアンプ８ａで増幅された後にスイッチングドライバ８ｂに入力されるようになっている。
スイッチングドライバ８ｂは、アンプ８ａの出力を入力してパルス幅変調信号の周波数に応じてスイッチング信号をスイッチングトランジスタ８ｃのベースに印加するようになっている。
スイッチングトランジスタ８ｃのエミッタには、図示されていない電源からの電圧（非調整電圧）が印加されており、コレクタはダイオード８ｄを介して設置されている。ダイオード８ｄは、スイッチングトランジスタ８ｃによるスイッチング出力を整流するためのダイオードである。
【００１４】
スイッチングトランジスタ８ｃはインダクタンス要素８ｅを介してドライバ６の入力端子ＶＳに接続されている。入力端ＶＳはコンデンサ８ｆを介して接地されている。
このインダクタンス要素８ｅとコンデンサ８ｆとにより平滑回路を構成している。インダクタンス要素８ｅとコンデンサ８ｆとの接続点に平滑された直流電圧が出力され、ドライバ６の入力端子ＶＳに印加されている。
ドライバ６には、３相の三角波電圧を発生する上記発振器が設けられており、３相の三角波電圧がドライバ６の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ，から出力されて、３相モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の励磁コイルに印加するようになっている。励磁コイルの中点はドライバ６のコモン端子ＣＯＭに接続されている。
【００１５】
３相交流モータ２の回転により、その回転数に応じた周波数の信号が波形整形回路９に入力され、そこで波形整形されて制御手段３のマイコン４に入力されるようになっている。
マイコン４は波形整形回路９で整形された信号を入力することにより、その信号の周波数に応じてパルス幅変調信号のパルス幅を変化するようにしている。
【００１６】
次に、以上のように構成されたこの第１実施の形態の動作について図３のタイミングチャートを参照して説明する。
図３は３相交流モータ２のうちの１相分の駆動に対応する信号波形を示している。
まず、３相交流モータ２を起動させるに当たり、３相交流モータ２の一般的な回転駆動動作の説明から行うことにする。この場合、３相交流モータ２の回転開始、停止を行わせるためのスイッチ（図示せず）をオンにすることにより、図３（ａ）に示すようなモータオン信号が発生されると同時に、図３（ｅ）に示すような駆動開始信号がマイコン４から出力される。
このモータオン信号の発生により、３相交流モータ２の駆動制御が開始され、マイコン４からパルス幅変調信号がローパスフィルタ７を通して電圧コンバータ８に入力される。
【００１７】
電圧コンバータ８において、パルス幅変調信号はアンプ８ａで増幅され、スイッチングドライバ８ｂに入力される。
このスイッチングドライバ８ｂによりスイッチングトランジスタ８ｃはパルス幅変調信号の周波数に応じてスイッチングされ、そのコレクタに現れる交流電圧をダイオード８ｄにより整流して所定の電圧の直流電圧に変換する。
この直流電圧はインダクタンス要素８ｅとコンデンサ８ｆとにより平滑してドライバ６の入力端子ＶＳに印加がされる。
【００１８】
ドライバ６内では、この直流電圧が印加されることにより、発振器が時定数回路のコンデンサＣ１，Ｃ２で決まる発振時定数により所定周波数の３相の三角波を発生し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから３相交流モータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各励磁コイルに印加して、この３相交流モータ２を回転させる。
３相交流モータ２の回転に伴って図示しない信号発生器から信号が発生し、この信号は３相交流モータ２の回転数に応じた周波数の信号であり、この信号は波形整形回路９で波形整形されてマイコン４に入力される。
【００１９】
マイコン４は、この信号の周波数に応じて前記パルス幅変調信号の周波数（パルス幅）を変えて前記と同様にして、ローパスフィルタ７を経て電圧コンバータ８に出力する。
この際、マイコン４に入力される波形整形回路９の出力信号の周波数から３相交流モータ２の回転動作が不安定にならないように、マイコン４はパルス幅変調信号の周波数を制御して３相交流モータ３の回転制御にサーボがかかり、３相交流モータ２の回転数が安定し、ひいては、回転ドラムが安定した回転数で回転される。
【００２０】
次に、この第１実施の形態の特徴である３相交流モータ３の起動当初の制御について説明する。
この起動当初においては、制御手段３の時定数可変回路５を動作させる。このとき、 図３（ａ）に示す３相交流モータ２のオン信号が発生すると同時に図３（ｅ）に示す駆動開始信号がマイコン４から時定数可変回路５のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の両ベースに印加され、この両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が駆動開始信号の発生している期間中導通する。
両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が導通することにより、コンデンサＣ３，Ｃ４がそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２に並列に接続されることになる。したがって、コンデンサの合成容量が増し、ドライバ６の端子Ｔ１，Ｔ２のコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電時間が図３（ｄ）に示すように長くなり、ドライバ６の発振器の時定数が増し、その発振周波数が低下する。
【００２１】
したがって、この発振器から図３（ｂ）に示すような発振周波数の低下した三角波の電圧が発生して、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの各相ごと出力されて３相交流モータ２の励磁コイルに印加される。
このように三角波の発振周波数が低下することにより、３相交流モータ２の同一励磁コイルに流れている時間を長くすることになる。
つまり、３相交流モータ２へのＵ，Ｖ，Ｗの各相のドライバ６の出力電圧を低い周波数に切り替えることができる。
【００２２】
その結果、３相交流モータ２の起動をし易くなる。この起動をし易くすることで、３相交流モータ２への電圧の印加時間を長くすることができ、３相交流モータ２を急激に回転させる必要がなくなる。
したがって、３相交流モータ２の出力、すなわち、３相交流モータ２の回転に応じて発生する信号の周波数も低くなり、図３（ｃ）に示すように低くなる。
このように、３相交流モータ２の起動当初においては、コンデンサＣ１，Ｃ２にコンデンサＣ３，Ｃ４をそれぞれ付加して、コンデンサＣ１，Ｃ２の合成容量を増加させことにより、３相交流モータ２の印加電圧を下げ、立ち上がり時の電力を削減することができる。
ここで、具体的数値例を挙げると、従来のラッシュ電力は、４．６Ｖ×６１０ミリA ＝約２．５６Ｗであるのに対して、この第１実施の形態では、２．８V ×３００A ＝約０．８４Ｗであり、１．７２Ｗもの削減が可能である。
【００２３】
上記のようにして、３相交流モータ２の起動期間が経過すると，今度は３相交流モータ２の回転状態を定常状態に自動的に戻す必要がある。
そこで、この第１実施の形態では、図３（ｅ）に示すように、３相交流モータ２の駆動開始信号が所定期間、すなわち起動当初期間が経過すると、「ロー」レベルになり、時定数可変回路５のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２がオフになり、コンデンサＣ３，Ｃ４がコンデンサＣ１，Ｃ２からそれぞれ切り離され、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量はそれぞれ自身の単独の容量となる。
その結果、ドライバ６内の三角波の発振周波数が図３（ｂ）に示すように高くなり、以降前記３相交流モータ２の定常時の回転制御がマイコン４により実行される。
【００２４】
なお、上記第１実施の形態では、マイコン４から出力される駆動開始信号により時定数可変回路５のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２をオンさせて、コンデンサＣ３、Ｃ４をコンデンサＣ１，Ｃ２に並列にして合成容量を増加させるようにした場合を例示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、マイコン４などがスイッチングしても、前記第１実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
また、直接ソフトウェアにより３相交流モータに給電する３相交流電圧の周波数の切り替え制御でも可能である。
さらに、前記第１実施の形態では、モータとして３相交流モータの起動制御についての説明であるが、交流モータであればよく、多相モータであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、交流モータの起動当初に駆動開始信号の発生期間中に時定数変更回路によってドライバの発振器の時定数を長くすることによりモータに印加する電圧の周波数を定常回転時の周波数よりも低い周波数に切り替えて、交流モータへの印加電圧を低くして交流モータの立ち上がり特性を変えるようにしたので、交流モータの起動をし易くすることができるとともに、交流モータの立ち上がり時のラッシュ電力を削減することができ、時間的にも電力を取れない乾電池などのバッテリを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のモータ起動制御装置による第１実施の形態の原理的構成を示すブロック図である。
【図２】この発明のモータ起動制御装置による第１実施の形態の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】この発明のモータ起動制御装置による第１実施の形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１……メカニカルデッキ、２……３相交流モータ、３……制御手段、４……マイコン、５……時定数可変回路、６……ドライバ、７……ローパスフィルタ、８……電圧コンバータ、８ｃ……スイッチングトランジスタ、８ｄ……ダイオード、８Ｆ, Ｃ１〜Ｃ４……コンデンサ、９……波形整形回路、ＴＲ１，ＴＲ２……トランジスタ。
【図１】
0003951201.tif 000002
【図２】
0003951201.tif 000003
【図３】
0003951201.tif 000004