(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータにおける前記回転子の回転速度および回転位置の少なくともいずれかを検出する回転検出装置において、
前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に設けられ、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシと、
比較基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記一対の回転検出用ブラシからそれぞれ出力される回転検出信号のうちのいずれか一方を回転駆動方向に応じて選択する回転検出信号選択手段と、
前記回転検出信号選択手段により選択された前記一対の回転検出用ブラシのうちの一方の回転検出用ブラシにより検出された回転検出信号に基づく電圧と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較する比較器と
を具備することを特徴とする直流モータの回転検出装置。
【請求項２】
前記基準電圧生成手段は、前記直流駆動電圧を分圧して比較基準電圧を得る手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の直流モータの回転検出装置。
【請求項３】
前記一対の電極用ブラシは、前記整流子に対して互いにほぼ１８０°をなす回転角度位置で摺接し、
前記一対の回転検出用ブラシは、当該直流モータの極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する電極用ブラシに対して１８０／ｎ°未満の回転角度位置において摺接することを特徴とする請求項１に記載の直流モータの回転検出装置。
【請求項４】
回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータの前記回転子の回転動作を制御する回転制御装置において、
前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に設けられ、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシと、
前記一対の電極用ブラシに前記直流駆動電圧を供給して当該直流モータを駆動するモータ駆動回路と、
比較基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記一対の回転検出用ブラシからそれぞれ出力される回転検出信号のうちのいずれか一方を回転駆動方向に応じて選択する回転検出信号選択手段と、
前記回転検出信号選択手段により選択された前記一対の回転検出用ブラシのうちの一方の回転検出用ブラシにより検出された回転検出信号に基づく電圧と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較する比較器と
前記比較器の出力に応動して前記モータ駆動回路を制御するモータ制御回路とを具備することを特徴とする直流モータの回転制御装置。
【請求項５】
前記モータ制御回路は、
前記比較器の出力パルスのパルス間隔を計測するパルス間隔計測手段と、
前記パルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔に基づいて前記回転子の回転速度を求める回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段で検出された回転速度を目標とするモータ回転速度と比較する回転速度比較手段と、
前記回転速度比較手段の比較結果に基づくチョッパ制御により前記モータ駆動回路の駆動出力を制御して前記目標とするモータ回転速度とするチョッパ制御手段と
を含むことを特徴とする請求項４に記載の直流モータの回転制御装置。
【請求項６】
前記モータ制御回路は、
前記チョッパ制御手段によるチョッパ制御時に、前記パルス間隔計測手段に基づく回転速度検出を無効とする速度検出抑止手段
をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の直流モータの回転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的作動の駆動源として直流モータ（ＤＣモータ）を用い且つ該直流モータの回転速度の安定化および累積回転数の制御が要求される装置に係り、特に、回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に、固定子と一体的に設けられた一対の電極用ブラシを摺接し、該電極用ブラシおよび整流子により、直流駆動電圧を切換えて前記回転子コイルに供給して、直流モータにおける前記回転子の回転速度および回転位置の少なくともいずれかを検出して前記回転子の回転動作を制御するのに好適な直流モータの回転検出装置および回転制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カメラにおけるズームレンズからなる撮影レンズをズーミングさせるためのズーム動作、測距情報等の被写体距離情報に基づき撮影レンズおよび結像面の少なくとも一方を光軸に沿ってフォーカシング駆動して合焦させるためのフォーカス駆動、あるいは撮影フィルムの巻上げおよび巻戻しを行なうためのフィルム給送駆動などの機械的作動の駆動源として、ブラシ式の直流モータが用いられることが多い。ブラシ式の直流モータは、固定子に永久磁石等を用いた複数の固定磁極を形成し、回転子の複数の磁極を形成する複数の回転子コイルに、回転子と一体に回転する整流子および固定子側から該整流子に摺接するブラシを介して、直流駆動電圧を回転角度に応じて切換えて供給して回転子を回転させる。
このような直流モータとしては、例えば３極モータの場合、図１６に示すように、直流駆動電源Ｅ０から一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２を介して、これら一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２に摺接する整流子ＣＭ０に給電する。
【０００３】
一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２は、整流子ＣＭ０に対して１８０°異なる位置で当接している。整流子ＣＭ０は、回転子と一体に動作する円筒面を形成して設けられ、この場合、該円筒面を等角度間隔でほぼ１２０°毎に３等分した接片で構成される。整流子ＣＭ０の各隣接する接片間に３個の回転子コイルがそれぞれ接続されて、これら回転子コイルにより３個の回転子磁極を形成する。これら回転子磁極は、回転角度に応じて、電極用ブラシＢ０１およびＢ０２と整流子ＣＭ０の各接片との接触状態が変化することによって、極性が変動して、固定子側の永久磁石からなる、例えば一対の固定子磁極（図示せず）との間で回転駆動力を発生する。回転子の回転に伴い、各回転子磁極が各固定子磁極に逐次対峙し且つ電極用ブラシＢ０１およびＢ０２と整流子ＣＭ０の各接片との接触状態が変化して、各回転子磁極の極性が逐次変動することによって、回転子が継続的に回転する。
【０００４】
すなわち、電源Ｅ０から一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２に電圧が印加されると、電極用ブラシＢ０１およびＢ０２のうちの一方から他方に回転子コイルを介して電流が流れ、回転子コイルにより磁界を発生して、回転子磁極を形成する。このように回転子コイルにより発生した磁界と、固定子磁極による磁界との作用により、回転子が回転する。
このようなモータの回転を検出する方法としては、ロータリエンコーダ方式が一般的であり、具体的には、モータの回転出力軸またはそれに応動する伝達機構内に、周面にスリットを形成した回転スリット円盤を設け、該回転スリット円盤の周面のスリットをフォトインタラプタで検出することにより、回転を検出する方法がある。この方法は、的確な回転検出を行なうことができるが、ロータリエンコーダを構成する回転スリット円盤およびフォトインタラプタ等が必要となり、そのためのスペースの増大およびコストの上昇を伴うこととなる。
【０００５】
また、図１７および図１８に示すようにモータに流れる電流のリップルから回転を検出する方法もある。
すなわち、図１７に示すように、駆動電源Ｅ０からモータの駆動電流を一方の、例えば電極用ブラシＢ０２に給電する給電路に抵抗Ｒ０を直列に介挿して、抵抗Ｒ０の端子電圧を検出して、図１８に示すような６０°周期のリップル波形を得る。このリップル波形は、回転子の回転角度位置に対応しているから、これを適宜波形整形するなどして、回転角度位置に応じたパルス信号を得ることができる。この方法は、コストおよびスペースの面では有利であるが、ノイズ等による誤検出のおそれがあるなど、検出精度の面で不安がある。
これに対して、特開平４−１９０６５８号公報および特開平６−１８９５０４号公報等には、一対の電極用ブラシとは別に一対の回転検出用ブラシを設けて回転検出を行なう方式が示されている。一対の回転検出用ブラシは、一対の電極用ブラシと同様に整流子に摺接して、整流子にあらわれる電圧を検出する。これら一対の回転検出用ブラシで検出した信号を用いて回転子の回転を検出する。
【０００６】
上記特開平４−１９０６５８号公報には、具体的には、例えば、図１９に示すような構成が開示されている。モータＭ０の一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２とは別途に一対の回転検出用ブラシを構成する第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａおよび第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂが設けられている。まず、モータ駆動系の構成について説明する。第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂには、微分回路１０１、時定数リセット回路１０２および時定数回路１０３が順次接続されている。比較基準電圧発生部１０４の出力が反転入力端に接続された比較器１０５の非反転入力端に上記時定数回路１０３の出力が接続される。比較器１０５の出力は、図示極性のダイオード１０６を介してリレー１０７（の励磁コイル）の一端に接続される。リレー１０７（の励磁コイル）の他端は、駆動電源Ｅ０の正極端に接続される。駆動電源Ｅ０には、リレー１０７の接点１０７ａを介して一対の電極用ブラシＢ０１およびＢ０２が接続されている。
【０００７】
リレー１０７（の励磁コイル）の前記一端は、図示極性のダイオード１０８を介してモータ起動回路１０９のトランジスタ１０９ａのコレクタに接続されている。トランジスタ１０９ａのベースには、抵抗１０９ｂを介してモータ起動信号が供給され、トランジスタ１０９ａのベースとエミッタとの間に抵抗１０９ｃが接続されている。トランジスタ１０９ａのエミッタは、駆動電源Ｅ０の負極端に接続されている。
また、回転方向検知系は、次のように構成される。第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａは、第１の電圧変換回路１１０ａを介してフリップフロップ（Ｄ−フリップフロップ）１１１のデータ端Ｄに接続されている。第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂは、第２の電圧変換回路１１０ｂを介してフリップフロップ１１１のクロック端Ｃに接続されている。
【０００８】
図２０に、このような構成におけるモータ駆動系の各部の信号波形、つまり、モータ起動回路１０９に入力されるモータ起動信号、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂの検出信号ＶＢＢ、微分回路１０１の出力信号ＳＢ０、時定数回路１０３の出力信号ＳＣ０、比較器１０５の出力信号ＳＤ０、リレー１０７の動作信号および駆動電源Ｅ０からモータＭ０への駆動電源供給の各波形が示されている。
モータ起動信号によりモータ起動回路１０９のトランジスタ１０９ａがオンとなると、リレー１０７がオンとなって接点１０７ａが閉じ、電極用ブラシＢ０１およびＢ０２を介してモータＭ０に電力が供給され、モータＭ０の回転が開始される。モータＭ０の回転に伴い第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂからパルス列ＶＢＢが出力され、微分回路１０１で微分されて、各パルスの前縁に同期した信号ＳＢ０が時定数リセット回路１０２に供給される。時定数リセット回路１０２は、信号ＳＢ０に同期して時定数回路１０３をリセットし、時定数回路１０３から信号ＳＣ０として図２０に示すような信号を出力させる。
【０００９】
モータＭ０が通常の回転速度で回転している定常状態においては、時定数回路１０３の出力信号ＳＣ０が比較基準電圧発生部１０４から供給される比較基準電圧を超えることはない。この状態では、比較器１０５の出力信号ＳＤ０は“Ｌ（低レベル）”であり、リレー１０７は励磁されオン状態を続けて、モータＭ０に対する給電は維持される。ところが、過負荷等によりモータＭ０の回転速度が低下すると、時定数回路１０３の出力信号ＳＣ０が比較基準電圧を超え、比較器１０５の出力信号ＳＤ０が“Ｈ（高レベル）”となり、リレー１０７に励磁電流が流れなくなってオフとなり、接点１０７ａが開いてモータＭ０に対する給電は停止される。このようにして、モータＭ０の回転速度の低下を検出し、モータＭ０を停止させて、モータＭ０に過大な電流が流れ続けることを防止する。
【００１０】
また、図２１に回転方向検知系の各部の信号波形を示す。図２１には、回転方向が時計方向ＣＷ（clockwise）および反時計方向（counterclockwise）にそれぞれ回転した場合の、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａの出力ＶＢＡ、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂの出力ＶＢＢ、第１の電圧変換回路１１０ａの出力ＳＡ、第２の電圧変換回路１１０ｂの出力ＳＢ、フリップフロップ１１１の出力、すなわち、最終的な回転方向検知信号ＲＳの各波形を示している。
モータＭ０が時計方向に回転すると、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａから図示のように電圧Ｅｏと電圧Ｅｏ／２との間でのレベル変化による負極性のパルス波形の出力ＶＢＡが出力され、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂから図示のように電圧“０”と電圧Ｅｏ／２との間でのレベル変化による正極性のパルス波形の出力ＶＢＢが出力される。
【００１１】
これらパルス出力ＶＢＡとＶＢＢとは、パルス出力ＶＢＢが、パルス出力ＶＢＡに対して、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａと第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂとの整流子に対する摺接位置の回転角度間隔に基づく位相差ぶんだけ、位相遅れをもって出力される。第１および第２の電圧変換回路１１０ａおよび１１０ｂは、各々与えられたパルス波形を“Ｈ”と“Ｌ”との間のパルス波形ＳＡおよびＳＢに変換し、フリップフロップ１１１は、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂの出力ＶＢＢに基づくパルス波形ＳＢの立ち上がりエッジで、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａの出力ＶＢＡに基づくパルス波形ＳＡをラッチする形となり、回転信号検知信号ＲＳとして“Ｌ”を出力する。
【００１２】
モータＭ０が反時計方向に回転すると、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａからは、図示のように、電圧“０”と電圧Ｅｏ／２との間でのレベル変化による正極性のパルス波形の出力ＶＢＡが出力され、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂからは、図示のように電圧Ｅｏと電圧Ｅｏ／２との間でのレベル変化による負極性のパルス波形の出力ＶＢＡが出力される。これらパルス出力ＶＢＡとＶＢＢとは、パルス出力ＶＢＢが、パルス出力ＶＢＡに対して、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａと第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂとの整流子に対する摺接位置の回転角度間隔に基づく位相差ぶんだけ、位相進みをもって出力される。第１および第２の電圧変換回路１１０ａおよび１１０ｂは、各々与えられたパルス波形を“Ｈ”と“Ｌ”との間のパルス波形ＳＡおよびＳＢに変換し、フリップフロップ１１１は、第２の回転検出用ブラシＢＤ０ｂの出力ＶＢＢに基づくパルス波形ＳＢの立ち上がりエッジで、第１の回転検出用ブラシＢＤ０ａの出力ＶＢＡに基づくパルス波形ＳＡをラッチする形となり、回転信号検知信号ＲＳとして“Ｈ”を出力する。このようにして、回転方向を検出することができる。
【００１３】
また、特開平６−１８９５０４号公報には、上述とほぼ同様の構成において、回転検出用ブラシに抵抗を持たせることが示されている。特開平６−１８９５０４号公報では、回転検出用ブラシが、整流子の２つの接触片に同時に接触した際に、各接触片間のギャップにおける抵抗分を規定することにより、直流モータの出力トルクの低下を抑制し、且つノイズを低減して回転検知精度を向上することが示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平４−１９０６５８号公報等には、モータの回転速度がある程度よりも低下した場合にのみリレーを動作させることおよび単に回転方向を検出することが示されているに過ぎず、回転数、回転速度および回転位置等を高精度に検出し、回転方向制御、回転数制御および回転速度制御等に利用するための技術については明確に示されていない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単で且つスペースを占有しない構成により、ブラシ式直流モータの回転速度および回転数を的確に検出し、効果的な回転制御を可能とする直流モータの回転検出装置および回転制御装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項１の目的は、特に、スペースをとらない簡単且つ安価な構成で、効果的な回転検出を可能とする直流モータの回転検出装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の請求項２の目的は、特に、モータの駆動電圧変動にも対応して効果的な回転検出を可能とする直流モータの回転検出装置を提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、特に、モータの駆動電圧を安定に供給して効果的な回転検出を可能とする直流モータの回転検出装置を提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、特に、スペースをとらない簡単且つ安価な構成で、効果的な回転検出に基づく適切な回転制御を可能とする直流モータの回転制御装置を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、的確な回転速度検出に基づく効果的な回転制御を可能とする直流モータの回転制御装置を提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、特に、回転速度検出の誤検出を防止して効果的な回転制御を可能とする直流モータの回転制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る直流モータの回転検出装置は、上述した目的を達成するために、
回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータにおける前記回転子の回転速度および回転位置の少なくともいずれかを検出する回転検出装置において、
前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に設けられ、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシと、
比較基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記一対の回転検出用ブラシからそれぞれ出力される回転検出信号のうちのいずれか一方を回転駆動方向に応じて選択する回転検出信号選択手段と、
前記回転検出信号選択手段により選択された前記一対の回転検出用ブラシのうちの一方の回転検出用ブラシにより検出された回転検出信号に基づく電圧と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較する比較器と
を具備することを特徴としている。
【００１７】
請求項２に記載した本発明に係る直流モータの回転検出装置は、前記基準電圧生成手段が、前記直流駆動電圧を分圧して比較基準電圧を得る手段を含むことを特徴としている。
請求項３に記載した本発明に係る直流モータの回転検出装置は、
前記一対の電極用ブラシが、前記整流子に対して互いにほぼ１８０°をなす回転角度位置で摺接し、
前記一対の回転検出用ブラシが、当該直流モータの極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する電極用ブラシに対して１８０／ｎ°未満の回転角度位置において摺接することを特徴としている。
【００１８】
請求項４に記載した本発明に係る直流モータの回転制御装置は、
回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータの前記回転子の回転動作を制御する回転制御装置において、
前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に設けられ、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシと、
前記一対の電極用ブラシに前記直流駆動電圧を供給して当該直流モータを駆動するモータ駆動回路と、
比較基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記一対の回転検出用ブラシからそれぞれ出力される回転検出信号のうちのいずれか一方を回転駆動方向に応じて選択する回転検出信号選択手段と、
前記回転検出信号選択手段により選択された前記一対の回転検出用ブラシのうちの一方の回転検出用ブラシにより検出された回転検出信号に基づく電圧と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較する比較器と
前記比較器の出力に応動して前記モータ駆動回路を制御するモータ制御回路とを具備することを特徴としている。
【００１９】
請求項５に記載した本発明に係る直流モータの回転制御装置は、
前記モータ制御回路が、
前記比較器の出力パルスのパルス間隔を計測するパルス間隔計測手段と、
前記パルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔に基づいて前記回転子の回転速度を求める回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段で検出された回転速度を目標とするモータ回転速度と比較する回転速度比較手段と、
前記回転速度比較手段の比較結果に基づくチョッパ制御により前記モータ駆動回路の駆動出力を制御して前記目標とするモータ回転速度とするチョッパ制御手段と
を含むことを特徴としている。
請求項６に記載した本発明に係る直流モータの回転制御装置は、前記モータ制御回路が、前記チョッパ制御手段によるチョッパ制御時に、前記パルス間隔計測手段に基づく回転速度検出を無効とする速度検出抑止手段をさらに含むことを特徴としている。
【００２０】
【作用】
すなわち、本発明の請求項１による直流モータの回転検出装置は、回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータにおける前記回転子の回転速度および回転位置の少なくともいずれかを検出する回転検出装置において、前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に一対の回転検出用ブラシを設け、前記回転子の回転を検出するとともに、該一対の回転検出用ブラシにより検出される回転検出信号の一方を回転検出信号選択手段により選択し、該選択された回転検出信号と基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較器で比較して回転検出信号を得る。
【００２１】
このような構成により、一対の回転検出用ブラシを効果的に用いて、簡単で且つスペースを占有しない構成により、ブラシ式直流モータの回転速度および回転数を的確に検出し、効果的な回転検出が可能となる。
また、本発明の請求項２による直流モータの回転検出装置は、前記基準電圧生成手段が、前記直流駆動電圧を分圧して比較基準電圧を得る手段を含む。
このような構成により、特に、モータの駆動電圧変動にも対応して効果的な回転検出を行なうことが可能となる。
【００２２】
また、本発明の請求項３による直流モータの回転検出装置は、前記一対の電極用ブラシが、前記整流子に対して互いにほぼ１８０°をなす回転角度位置で摺接し、前記一対の回転検出用ブラシが、当該直流モータの極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する電極用ブラシに対して１８０／ｎ°未満の回転角度位置において摺接する。
このような構成により、特に、モータの駆動電圧を安定に供給して効果的な回転検出をおこなうことが可能となる。
【００２３】
本発明の請求項４による直流モータの回転制御装置は、回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータの前記回転子の回転動作を制御する回転制御装置において、前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシを設け、比較基準電圧を基準電圧生成手段により生成し、前記一対の回転検出用ブラシにより検出される回転検出信号のうちのいずれか一方を回転信号選択手段により選択し、該選択された回転検出信号と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較器で比較するとともに、モータ制御回路によって、前記比較器の出力に応じて前記モータ駆動回路を制御する。
このような構成により、特に、簡単で且つスペースを占有しない簡単な構成を用いて、ブラシ式直流モータの効果的な回転検出に基づく適切な回転制御を行なうことが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項５による直流モータの回転制御装置は、前記モータ制御回路が、前記比較器の出力パルスのパルス間隔を計測するパルス間隔計測手段、前記パルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔に基づいて前記回転子の回転速度を求める回転速度検出手段、前記回転速度検出手段で検出された回転速度を目標とするモータ回転速度と比較する回転速度比較手段、および前記回転速度比較手段の比較結果に基づくチョッパ制御により前記モータ駆動回路の駆動出力を制御して前記目標とするモータ回転速度とするチョッパ制御手段を含む。
このような構成により、特に、的確な回転速度検出に基づく効果的な回転制御が可能となる。
本発明の請求項６による直流モータの回転制御装置は、前記モータ制御回路が、前記チョッパ制御手段によるチョッパ制御時に、前記パルス間隔計測手段に基づく回転速度検出を無効とする速度検出抑止手段をさらに含む。
このような構成により、特に、回転速度検出の誤検出を防止して効果的な回転制御が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る直流モータの回転検出装置および回転制御装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置の構成を示している。図１に示す直流モータの回転検出装置は、駆動電源Ｅ１からスイッチＳＷ１を介して駆動電力が供給されて駆動される直流モータＭ１の回転を検出するものであり、直流モータＭ１には、一対の電極用ブラシＢ１１およびＢ１２と一対の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂを設けている。図１の直流モータの回転検出装置は、第１のノイズ除去回路１ａ、第２のノイズ除去回路１ｂ、比較基準電圧生成手段２、比較器３および回転検出信号選択手段４を具備する。
【００２６】
第１のノイズ除去回路１ａは、第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａの検出信号の急峻なサージ状の波形等のノイズ成分を除去する。第２のノイズ除去回路１ｂは、第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂの検出信号の急峻なサージ状の波形等のノイズ成分を除去する。第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂの出力は、回転検出信号選択手段４で、所要の回転方向に応じていずれか一方が選択されて、比較器３に供給される。例えば、回転方向が反時計方向ＣＣＷの場合は、第１のノイズ除去回路１ａの出力を選択し、回転方向が時計方向ＣＷの場合には、第２のノイズ除去回路１ｂの出力を選択して比較器３に供給する。比較基準電圧生成手段２は、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂの検出信号を回転速度に応じたパルス周期およびパルス幅のパルス列に変換するための比較基準電圧を生成し、比較器３に供給する。
【００２７】
比較器３は、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂの検出信号から第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂによりノイズが除去されて、いずれか一方が回転検出信号選択手段４により選択された信号と、比較基準電圧生成手段２により生成される比較基準電圧とを比較して、回転速度に応じたパルス周期およびパルス幅のパルス列を出力する。
尚、図１において、第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａの整流子（図示せず）への摺接位置と正極側の電極用ブラシＢ１１の摺接位置と間の角度、および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂの整流子への摺接位置と負極側の電極用ブラシＢ１２の摺接位置との間の角度を、それぞれ４０°に設定した例を示してある。但し、この一対の第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよび第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂは、直流モータＭ１の極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する正極側の電極用ブラシＢ１１および負極側の電極用ブラシＢ１２に対して、１８０／ｎ°未満の回転角度位置において摺接するように配設することが望ましい。
【００２８】
その理由とするところは、図２２を用いて説明する。
すなわち、電極用ブラシおよび回転検出用ブラシを設けた場合、図２２に示すような状態では、電極用ブラシＢ１は、整流子ＣＭの図示左上および右上の２個の導体片に接触しており、回転検出用ブラシＤ（この場合１個として説明する）は、整流子ＣＭの図示右上および下方の２個の導体片に接触しており、電極用ブラシＢ２は、整流子ＣＭの図示下方の導体片に接触している。したがって、電源Ｅの正極側に接続された電極用ブラシＢ１は、整流子ＣＭの図示右上の導体片、回転検出用ブラシＤ、整流子ＣＭの図示下方の導体片を介して、電源Ｅの負極側に接続された電極用ブラシＢ２に導通している。このため、結果的には、電源Ｅの正負極両端が短絡された状態となっている。
【００２９】
このような状態の存在は、直流モータが高速で回転しているときには、それほど大きな問題とはならないことも多いが、この状態でモータが停止したときが問題となる。一般には、この種の直流モータの回転子は、鉄心にコイルを巻装して構成されており、コイルに電流を流さない状態では、この鉄心が永久磁石からなる固定子の磁極に引き付けられるため、例えば３極モータの場合６個所の安定ポイントがある。この安定ポイントに対応する位置を外して、回転検出用ブラシＤの整流子ＣＭへの摺接位置を設定すれば、上述の問題は低減されるが、上述した電源Ｅの短絡状態が生じないことが望ましい。
このような電源Ｅの短絡状態が生じないようにするには、回転検出用ブラシＤの整流子ＣＭへの摺接位置を、３極モータの場合、電極用ブラシＢ２の摺接位置との間の角度が６０°未満となるようにすればよい。すなわち、ｎ極（ｎは３以上の自然数）のモータの場合には、一方の電極用ブラシＢ２の摺接位置との間の角度が１８０／ｎ未満となるようにすればよい。
【００３０】
この場合、回転検出用ブラシが１個の例を示したが、図１に示すように、第１の回転ブラシＢＤ１ａと第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂの２つの場合も同様である。すなわち、直流モータＭ１の極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する正極側の電極用ブラシＢ１１および負極側の電極用ブラシＢ１２に対して１８０／ｎ°未満の回転角度位置において、第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよび第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂが摺接すればよい。図１の場合、直流モータＭ１の極数が３極であると仮定して、１８０／３°＝６０°未満の回転角度位置、すなわち、４０°の回転角度位置に設定したものである。
上述し且つ図１に示す本発明の第１の実施の形態による直流モータの回転検出装置をさらに具体的に構成したのが、本発明の第２の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置であり、その構成を図２に示す。
図２に示す直流モータの回転検出装置は、図１の場合と同様に駆動電源Ｅ１から第１のスイッチＳＷ１Ａを介して駆動電圧Ｅｏを供給して駆動される直流モータＭ１の回転を検出するものであり、モータＭ１には、一対の電極用ブラシＢ１１およびＢ１２とは別途に一対の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂを設けている。
【００３１】
図２の回転検出装置は、第１のノイズ除去回路１ａ、第２のノイズ除去回路１ｂ、比較基準電圧生成手段２Ａ、比較器３および回転検出信号選択手段４Ａを具備する。回転検出信号選択手段４Ａは、互いに連動する第１のスイッチＳＷ１Ａおよび第２のスイッチＳＷ２で構成する。
第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂは、それぞれ第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂの検出信号ＶＢ１ＡおよびＶＢ１Ｂの急峻なサージ状の波形等のノイズ成分を除去する回路である。回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２は、第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂの出力を所要の回転方向に応じて選択して、比較器３の非反転入力端（＋側）に供給する。
【００３２】
すなわち、回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２は、反時計方向ＣＣＷの回転方向を選択したときは、第１のノイズ除去回路１ａの出力を選択して比較器３の非反転入力端に供給する。また、回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２は、時計方向ＣＷの回転方向を選択したときは、第２のノイズ除去回路１ｂの出力を選択して比較器３の非反転入力端に供給する。回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２と連動する第１のスイッチＳＷ１Ａは、所要の回転方向に応じて、駆動電源Ｅ１から第１および第２の電極用ブラシＢ１１およびＢ１２に供給する電圧の極性を切り替える。すなわち、反時計方向ＣＣＷの回転を選択するときは、第１の電極用ブラシＢ１１に負側（つまり共通低電位側）、第２の電極用ブラシＢ１２に正側の電位を供給し、時計方向ＣＷの回転を選択するときは、第１の電極用ブラシＢ１１に正側、第２の電極用ブラシＢ１２に負側の電位を供給する。
【００３３】
比較基準電圧生成手段２Ａは、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂの検出信号を回転速度に応じたパルス周期およびパルス幅のパルス列に変換するための比較基準電圧を生成して、比較器３の反転入力端に供給する部分であり、ポテンショメータＶＲ１により構成される。ポテンショメータＶＲ１は、その固定側両端が駆動電源Ｅ１の両端にそれぞれ接続され、該ポテンショメータＶＲ１の可動端と共通低電位との間の電圧、例えばＥｏ／４にほぼ相当する電圧、が比較器３の反転入力端（−側）に供給される。
比較器３は、図１の場合とほぼ同様の構成を有し、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂの検出信号から第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂによりノイズが除去された信号のうちの、回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２により選択された一方の信号が非反転入力側（＋側）に、比較基準電圧生成手段２Ａにより生成される比較基準電圧（Ｅｏ／４）が反転入力側（−側）にそれぞれ供給され、両者を比較する。
【００３４】
比較器３は、選択された第１または第２のノイズ除去回路１ａまたは１ｂの出力が比較基準電圧（Ｅｏ／４）を超えると電源電圧Ｖｃｃ、つまり“Ｈ（高レベル）”となり、第１または第２のノイズ除去回路１ａまたは１ｂの出力が比較基準電圧（Ｅｏ／４）以下では共通低電位つまり“Ｌ（低レベル）”となって、回転速度に応じたパルス周期およびパルス幅のパルス列を出力する。
次に、図２の直流モータの回転検出装置の動作について、図３に示す各部の波形図を参照して説明する。図３には、第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａの反時計方向ＣＣＷの回転時の出力信号ＶＢ１Ａと、第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂの時計方向ＣＷの回転時の出力信号ＶＢ１Ｂの各信号電圧波形、比較器３の非反転入力＋の入力信号ＳＢ１および比較器３の出力信号ＳＣ１の各信号電圧波形を示している。
【００３５】
第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂを有する直流モータＭ１の第１および第２の電極用ブラシＢ１１およびＢ１２は、出力電圧Ｅｏの直流駆動電源Ｅ１に、回転検出信号選択手段４Ａの第１のスイッチＳＷ１Ａを介して接続されている。該直流モータＭ１の第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂは、それぞれ第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂに接続されている。回転検出信号選択手段４Ａにより反時計方向ＣＣＷの回転が選択されているときには、第１のノイズ除去回路１ａによりノイズが除去された第１の回転検出用ブラシＢＤ１ａの検出信号が、比較器３の非反転入力端＋に供給される。回転検出信号選択手段４Ａにより時計方向ＣＷの回転が選択されているときには、第２のノイズ除去回路１ｂによりノイズが除去された第２の回転検出用ブラシＢＤ１ｂの検出信号が、比較器３の非反転入力端＋に供給される。
【００３６】
回転検出信号選択手段４Ａの第２のスイッチＳＷ２と連動する第１のスイッチＳＷ１Ａは、反時計方向ＣＣＷの回転を選択するときは、第１の電極用ブラシＢ１１に、直流駆動電源Ｅ１の負側（共通低電位）から、第２の電極用ブラシＢ１２に、直流駆動電源Ｅ１の正側から駆動電圧を供給させ、時計方向ＣＷの回転を選択するときは、第１の電極用ブラシＢ１１に、直流駆動電源Ｅ１の正側から、第２の電極用ブラシＢ１２に、直流駆動電源Ｅ１の負側（共通低電位）から駆動電圧を供給させる。この第１のスイッチＳＷ１Ａの動作により、直流モータＭ１に駆動電源Ｅ１からの直流電圧が供給され、第１および第２の電極用ブラシＢ１１およびＢ１２を介して回転子コイルが励磁されて、永久磁石等により磁極が形成された固定子に対して、回転子が回転する。
【００３７】
この直流モータＭ１の回転により、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａおよびＢＤ１ｂにほぼパルス状の電圧信号ＶＢ１ＡおよびＶＢ１Ｂが発生する。第１または第２の回転検出用ブラシＢＤ１ａまたはＢＤ１ｂから出力される電圧信号ＶＢ１ＡまたはＶＢ１Ｂのパルス列の各パルスの前縁部、つまり図３に示す立ち上がり部分、の急峻なサージ状の波形は、ブラシに当接する整流子の接片が切り替わるときに、各接片に接続された回転子コイルに流れる電流の大きさが瞬間的に変化するため、回転子コイルの自己誘導作用により発生する電圧によるものであり、その大きさは、回転速度に応じてコイルを流れる電流の大きさにより変化する。
【００３８】
また、各パルス波形の傾斜部分は、回転子コイルに流れる電流およびコイルの直流抵抗成分により生ずる電圧と、コイルが磁界中を回転することにより生ずる誘導電圧とが合成されたものである。高速回転時は後者の誘導電圧が支配的となり、低速回転時は前者の抵抗成分による電圧が支配的となる。したがって、この傾斜部分の傾斜角度は、回転が低速であるほど傾斜が緩やかとなり、平坦に近くなる。
第１または第２のノイズ除去回路１ａまたは１ｂから比較器３の非反転入力端＋への入力信号ＳＢ１の波形は、上述したサージ波形および回転検出用ブラシＢＤ１ａ，ＢＤ１ｂと整流子との接触により生じる機械的ノイズ等の高周波ノイズが除去されている。比較器３は、この入力信号ＳＢ１の電圧とポテンショメータＶＲ１から取り出される、例えば約Ｅｏ／４、の比較基準電圧とを比較する。このため比較器３の出力信号ＳＣ１としては、この場合、電圧Ｖｃｃである“Ｈ”と、この場合、共通低電位、つまりグラウンドレベル（ＧＮＤ）、である“Ｌ”の２種類のレベルのいずれかしかあらわれず、安定した矩形波が得られる。
【００３９】
なお、第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂは、使用する直流モータの特性や使用する電力あるいは信号処理回路システムの電圧等に応じて適宜構成すれば良く、これら第１および第２のノイズ除去回路１ａおよび１ｂは、必ずしも必須の構成ではなく、使用する直流モータの特性や使用する電力あるいは信号処理回路システムの電圧等によっては、省略することもできる。
これら第１および第２の実施の形態が本発明の請求項１に対応する。
上述し且つ図１に示した本発明の第１の実施の形態による直流モータの回転検出装置をさらに改良し具体的に構成した他の構成が、本発明の第３の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置であり、その構成を図４に示す。
【００４０】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の構成を示している。図４に示す直流モータの回転制御装置は、直流モータＭ２および駆動電源Ｅ２に加えて、モータ駆動回路５、第１のノイズ除去回路６ａ、第２のノイズ除去回路６ｂ、比較基準電圧生成手段７、比較器８、回転検出信号選択手段９およびモータ制御回路１０を具備する。図４の直流モータの回転制御装置は、駆動電源Ｅ２からモータ駆動回路５を介して駆動電力が供給されて駆動される直流モータＭ２の回転を制御するものであり、モータＭ２には、一対の電極用ブラシＢ２１およびＢ２２と一対の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂを設けている。
【００４１】
電圧Ｅｏの直流電源からなる駆動電源Ｅ２の正負出力端間には、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４によりブリッジ回路を構成してなるスイッチング部を含むモータ駆動回路５が接続されている。ｐｎｐ型のトランジスタＱ１およびＱ２のエミッタは、駆動電源Ｅ２の正側出力端に共通に接続され、これらトランジスタＱ１およびＱ２のコレクタは、ｎｐｎ型のトランジスタＱ３およびＱ４のコレクタにそれぞれ接続され、トランジスタＱ３およびＱ４のエミッタは、駆動電源Ｅ２の負側出力端に共通に接続されている。モータ駆動回路５の出力端子の一方、すなわちトランジスタＱ１のコレクタとトランジスタＱ３のコレクタとの接続点、に直流モータＭ２の一方の電極用ブラシＢ２１が、モータ駆動回路５の出力端子の他方、すなわちトランジスタＱ２のコレクタとトランジスタＱ４のコレクタとの接続点、に直流モータＭ２の他方の電極用ブラシＢ２２が接続されている。
【００４２】
モータ駆動回路５の制御入力端は、モータ制御回路１０に接続されており、モータ制御回路１０からのモータ制御信号によって、トランジスタＱ１〜Ｑ４がオン／オフ制御され、直流モータＭ２の正転、逆転および停止等の制御が行なわれる。
回転検出信号選択手段９は、第１のアナログスイッチＡＳＷ１、第２のアナログスイッチＡＳＷ２およびインバータＩＮＶを有している。第１のアナログスイッチＡＳＷ１および第２のアナログスイッチＡＳＷ２は、各出力端が比較器８の非反転入力端＋に共通に接続されている。回転検出信号選択手段９には、外部から回転検出信号選択信号が与えられ、該回転検出信号選択信号は、第２のアナログスイッチＡＳＷ２の制御入力端には直接、第１のアナログスイッチＡＳＷ１の制御入力端にはインバータＩＮＶを介して供給される。したがって、第１および第２のアナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ２は、回転検出信号選択信号により相補的に導通状態となり、回転検出信号選択信号により第１および第２のアナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ２を選択的にオンとして切り替え動作させることができる。
【００４３】
直流モータＭ２の第１の回転検出用ブラシＢＤ２ａの出力は、第１のノイズ除去回路６ａに入力され、該第１のノイズ除去回路６ａの出力は、回転検出信号選択手段９の第１のアナログスイッチＡＳＷ１の入力端に供給される。第２の回転検出用ブラシＢＤ２ｂの出力は、第２のノイズ除去回路６ｂに入力され、該第２のノイズ除去回路６ｂの出力は、回転検出信号選択手段９の第２のアナログスイッチＡＳＷ２の入力端に供給される。これら第１および第２のノイズ除去回路６ａおよび６ｂを介してそれぞれ与えられる第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂの出力は、回転検出信号選択手段９の第１および第２のアナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ２により、回転検出信号選択信号に応じて切換え選択され、比較器８の非反転入力端＋に供給される。
【００４４】
一方、比較基準電圧生成手段７は、図２の比較基準電圧生成手段２Ａと同様に駆動電源Ｅ２の出力電圧Ｅｏを分圧するポテンショメータＶＲ１からなり、このポテンショメータＶＲ１の可動端から取り出した電位が比較器８の反転入力端に供給される。つまり、ポテンショメータＶＲ１は、電源電圧Ｅｏに比例した電圧を出力し、例えばポテンショメータＶＲ１は、可動端から共通低電位に対してほぼＥｏ／４の電圧を取り出すように設定されている。
アナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ２は、モータ制御回路１０からの回転検出信号選択信号に対応して、いずれか一方がオンとなり他方がオフとなるように制御されて、第１および第２のノイズ除去回路６ａおよび６ｂのうちの一方の出力のみを比較器８の非反転入力端に供給する。比較器８の出力ＳＣ１は、モータ制御回路１０に供給されている。
【００４５】
モータ制御回路１０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、比較器８の出力および必要ならば外部からの制御指示を受けて、モータ駆動回路５に対するモータ制御信号および回転検出信号選択手段９に対する比較基準電圧選択信号をそれぞれ生成し、モータ駆動回路５および回転検出信号選択手段９に供給する。
なお、アナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ２は、そのコントロール端子の信号の状態が“Ｈ”であるか“Ｌ”であるかによってオン／オフ動作し、オン状態では、入力端子に入力された電圧をそのまま出力端子に出力し、オフ状態では、入力端子に入力された電圧は出力端子に出力しない。
具体的には、例えば、コントロール端子が“Ｈ”のときオンとなって入力信号を通過させ、“Ｌ”のときオフとなってハイインピーダンス状態となる。
【００４６】
次に、図４の直流モータの回転制御装置の動作について、図５に示す各部の波形図を参照して説明する。図５には、直流モータＭ２が時計方向（ＣＷ）に回転するときと、反時計方向（ＣＣＷ）に回転するときとの、回転検出信号選択信号、第１の回転検出用ブラシＢＤ２ａの出力、第２の回転検出用ブラシＢＤ２ｂの出力、比較器８の非反転入力端の入力信号および比較器８の出力信号の各信号電圧波形を示している。
モータ制御回路１０からモータ制御信号が出力され、モータ駆動回路５のトランジスタＱ１およびトランジスタＱ４がオンとなると、モータが時計方向に回転するものとする。それと同時にモータ制御回路１０から回転検出信号選択信号として“Ｈ”が出力される。直流モータＭ２の第１の回転検出用ブラシＢＤ２ａの電圧は、第１のノイズ除去回路６ａを介して回転検出信号選択手段９の第１のアナログスイッチＡＳＷ１に与えられる。同様に、直流モータＭ２の第２の回転検出用ブラシＢＤ２ｂの電圧は、第２のノイズ除去回路６ｂを介して回転検出信号選択手段９の第２のアナログスイッチＡＳＷ２に与えられる。
【００４７】
回転検出信号選択手段９により選択された一方の回転検出信号が選択され、比較器８の非反転入力端＋に入力される。この場合、比較基準電圧選択信号が“Ｈ”であるのでアナログスイッチＡＳＷ１はオフ、アナログスイッチＡＳＷ２がオンとなっているので、第２の回転検出用ブラシＢＤ２ｂ側のノイズが除去された回転検出信号が選択され、これが比較器８に入力される。
一方、比較器８の反転入力端子−には、比較基準電圧生成手段７から比較基準電圧が入力されている。比較基準電圧としてはポテンショメータＶＲ１で設定された電圧Ｅｏ／４が供給されている。したがって、比較器８の出力には、図５（ａ）に示すような矩形波が得られることになる。
次に、モータ制御回路１０からモータ駆動回路５のトランジスタＱ２およびトランジスタＱ３をオンとするモータ制御信号と、回転検出信号選択信号として“Ｌ”の信号が出力される。そうすると、直流モータＭ２は、反時計方向に回転し、第１の回転検出用ブラシＢＤ２ａの検出電圧が、ノイズ除去回路６ａを経て回転検出信号選択手段９で選択され、比較器８の非反転入力端＋において、図５（ｂ）のような波形を呈する。
【００４８】
また、比較基準電圧生成手段から、比較基準電圧として、ポテンショメータＶＲ１で設定された電圧Ｅｏ／４が供給されている。したがって、比較器８の出力には、図５（ｂ）に示すような矩形波が得られることになる。
このように比較器８の出力には、直流モータＭ２の回転信号としてパルス列が得られるわけであるが、例えば、使用するモータの回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂと電極用ブラシＢ２１およびＢ２２との角度が４０°の場合、時計方向回転でも反時計方向回転でもデューティ１／３のパルス列になる。
以上のような構成にすれば、直流モータＭ２の両方向の回転に対して安定な回転検出信号を得て、直流モータＭ２を適正に回転制御することができる。上述した実施の形態が本発明の請求項４および５にほぼ対応する。
【００４９】
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の構成を示している。図６に示す直流モータの回転制御装置は、図４の直流モータの回転制御装置とほぼ同様に構成され、モータ駆動回路５に代えてモータ駆動回路５Ａが、モータ制御回路１０に代えてモータ制御回路１０Ａがそれぞれ設けられている。
モータ制御回路１０Ａは、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、パルス間隔計測手段１１、回転速度算出手段１２および回転速度比較手段１３の各機能が付加されている。
パルス間隔計測手段１１は、図７に示すようにパルス間隔ＴMを計測する。パルス間隔計測手段１１においては、図７に示すように比較器８から出力される直流モータＭ２の回転信号パルスよりも充分に周波数の高い基準クロックを回転信号パルスの一周期分カウントすることにより、パルス間隔ＴMを計測する。
【００５０】
回転速度算出手段１２は、パルス間隔計測手段１１で得たパルス間隔ＴMに基づいて直流モータＭ２の回転速度を算出する。すなわち、パルス間隔計測手段１１により得られた回転信号パルスの周期、つまりパルス間隔、がＴM[sec]である場合、回転速度算出手段１２によって、直流モータＭ２の回転速度は、３極モータの場合には６０／３ＴM[rpm]として計算される。なお、基準クロックは、モータ制御回路１０Ａを構成するマイクロコンピュータ等に内蔵している基準クロック発振器により発生する。回転速度比較手段１３は、回転速度算出手段１２で算出された回転速度Ｎ（現在）を目標速度Ｎ（目標）と比較し、目標速度Ｎ（目標）を得るべくモータ制御信号を生成する。
なお、この場合、モータ駆動回路５Ａは、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４をそれぞれモータ制御回路１０Ａの回転速度比較手段１３により生成されるモータ制御信号に応動するドライバＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３およびＤＡ４によりオン／オフ動作させる構成とする。
【００５１】
次に、図６の直流モータの回転制御装置の動作について、図８に示す要部のフローチャートおよび図９に示す各部の波形図を参照して説明する。
図９には、チョッパ制御により直流モータＭ２を回転させている状態で、モータ停止信号が与えられるまで、直流モータＭ２の回転速度を一定に保とうとする場合について、トランジスタＱ１のオン／オフ制御信号、トランジスタＱ４のオン／オフ制御信号、比較器８の非反転入力端の入力信号および比較器８の出力信号の各信号電圧波形を示している。
直流モータＭ２が回転している状態において、直流モータＭ２の回転に応じて比較器８の出力には直流モータＭ２の回転信号パルスがあらわれる。
この実施の形態では、モータ制御回路１０Ａは、直流モータＭ２への通電を一時的にオフとすることを繰り返す（オン／オフを繰り返す）、いわゆるチョッパ制御を行ない、チョッパ制御のデューティ比を変更することにより、直流モータＭ２の回転速度を制御している。
【００５２】
すなわち、直流モータＭ２の回転信号から回転速度を算出し、回転速度が予め設定された目標速度より速くなった場合には、デューティ比（オンデューティ〜一周期におけるオン時間の割合）を小さくして減速させ、目標速度より遅くなった場合には、デューティ比を大きくして加速させることにより、直流モータＭ２の回転速度を目標の回転速度とするように動作する。
すなわち、図８のフローチャートを参照して、その動作を説明すると、モータ制御回路１０Ａは、パルス間隔計測手段１１によって、比較器８の回転信号パルスからパルス間隔ＴMを計測し（ステップＳ１１）、このパルス間隔ＴMの計測結果に基づき、回転速度算出手段１２によって、その時点での回転速度Ｎを算出する（ステップＳ１２）。さらに、モータ制御回路１０Ａの回転速度比較手段１３は、回転速度算出手段１２によって算出された最新の回転速度Ｎ（現在）を、目標速度Ｎ（目標）と比較し、該目標速度Ｎ（目標）未満であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。
【００５３】
なお、目標速度Ｎ（目標）は、特定回転速度値でなく特定の回転速度の範囲である場合もある。回転速度Ｎ（現在）が、目標速度Ｎ（目標）未満でなければ、モータ制御回路１０Ａの回転速度比較手段１３は、回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）を超えているか否かを判別する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４において回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）を超えていなければ、回転速度Ｎ（現在）は目標速度Ｎ（目標）に等しいので、モータ制御回路１０Ａは、そのままのデューティ比でチョッパ制御を継続する（ステップＳ１５）。そして、モータ制御回路１０Ａは、モータ停止信号が与えられたか否かを判別し（ステップＳ１６）、モータ停止信号が与えられれば、直流モータＭ２を停止させる（ステップＳ１７）。ステップＳ１６においてモータ停止信号が与えられなければ、ステップＳ１１に戻り、モータ制御回路１０Ａは、直流モータＭ２のチョッパ制御を継続する。
【００５４】
ステップＳ１３において、モータ制御回路１０Ａの回転速度比較手段１３は、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）未満であると判別した場合には、直前のデューティ比変更後、所定時間を経過しているか否を判別する（ステップＳ１８）。
モータ制御回路１０Ａは、それ以前にデューティ比変更が全く行なわれていない場合および直前に行なわれたデューティ比変更から所定時間を経過している場合には、チョッパ制御のデューティ比（オンデューティ）を大きくして（ステップＳ１９）、ステップＳ１６に移行する。また、ステップＳ１８において、直前に行なわれたデューティ比変更から所定時間を経過していないと判別した場合には、モータ制御回路１０Ａは、チョッパ制御のデューティ比を変更せず直ちにステップＳ１６に移行する。
【００５５】
ステップＳ１４において、モータ制御回路１０Ａの回転速度比較手段１３は、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えていると判別した場合には、直前のデューティ比変更後、所定時間を経過しているか否を判別する（ステップＳ２０）。モータ制御回路１０Ａは、それ以前にデューティ比変更が全く行なわれていない場合および直前に行なわれたデューティ比変更から所定時間を経過している場合には、チョッパ制御のデューティ比を小さくして（ステップＳ２１）、ステップＳ１６に移行する。
また、ステップＳ２０において、直前に行なわれたデューティ比変更から所定時間を経過していないと判別した場合には、モータ制御回路１０Ａは、チョッパ制御のデューティ比を変更せず直ちにステップＳ１６に移行する。
【００５６】
なお、上述において、デューティ比変更後の所定時間については、デューティ比を変更しないようにしているが、これは、直流モータＭ２の回転速度が、デューティ比を変更しても直ちに追従せず、応答遅れがあることを考慮したものである。したがって、所定時間に代えて、チョッパ制御の所定周期、または回転信号パルスの所定カウント数を用いるようにしてもよい。
図９に示すように、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）に一致している状態では、モータ制御回路１０Ａは、トランジスタＱ１が一定周期一定デューティでオン／オフを繰り返し、トランジスタＱ４が常時オンとなるように制御している。
【００５７】
モータ制御回路１０Ａは、回転速度Ｎ（現在）の計測結果が目標速度Ｎ（目標）よりも遅いと判断すると、その相違に応じて、モータ駆動回路５Ａに対してチョッパ制御のデューティ比を大きく変更させるべくモータ制御信号を与える。具体的には、例えばトランジスタＱ１の周期的なオン／オフ動作における一周期中のオン期間の割合をオフ期間に対して相対的に大きくする。例えば、当初は、デューティ比５０％として制御を行なっていたとすれば、デューティ比を７５％に変更してチョッパ制御を行ない、再度回転速度計測を行なう。
そして、モータ制御回路１０Ａは、回転速度Ｎ（現在）の計測結果が目標速度Ｎ（目標）よりも速いと判断すると、その相違に応じて、モータ駆動回路５Ａに対してチョッパ制御のデューティ比を小さく変更させるべくモータ制御信号を与える。
【００５８】
具体的には、例えばトランジスタＱ１の周期的なオン／オフ動作における一周期中のオン期間の割合をオフ期間に対して相対的に小さくする。例えば、デューティ比７５％として制御を行なっていた場合に、デューティ比を５０％に変更してチョッパ制御を行ない、再度回転速度計測を行なう。それでも、回転速度Ｎ（現在）の計測結果が目標速度Ｎ（目標）よりも速いと判断すると、モータ制御回路１０Ａは、その相違に応じて、モータ駆動回路５Ａに対してチョッパ制御のデューティ比をさらに小さく変更させるべくモータ制御信号を与える。具体的には、例えばトランジスタＱ１の周期的なオン／オフ動作における一周期中のオン期間のオフ期間に対する相対的な割合をさらに小さくする。例えば、デューティ比５０％として制御を行なっていた場合に、デューティ比を２５％に変更してチョッパ制御を行ない、再度回転速度計測を行なう。
【００５９】
ここで、チョッパ制御を行なっているときの第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂの出力電圧について説明する。第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂの出力電圧は、回転方向に応じていずれか一方が選択されており、いずれが選択されている場合にも、比較器８の非反転入力端＋においては同様の波形となる。通常の、つまり直流制御のときの、波形においてほとんど電圧を発生していない低電圧部分をＬ部、電圧が漸次増加する右肩上がりの電圧波形を発生している部分をＨ部とすると、Ｌ部についてはチョッパ制御区間であってもトランジスタＱ４が常にオンとなっているため電極用ブラシＢ２２は、ほぼ共通低電位（グラウンドレベル）であり、電極用ブラシＢ２２と４０°の角度をなす回転検出用ブラシＢＤ２は、整流子によって電極用ブラシＢ２２にショート（短絡）されるからほぼ共通低電位である。
【００６０】
Ｈ部については、例えば図９のＡ部について考えてみると、トランジスタＱ１がオフとなっているため直流モータＭ２の電極（電極用ブラシＢ２１、Ｂ２２）には外部電圧は加わっていない。しかしながら、上述したように、直流モータＭ２が回転していると、回転子コイルに誘導起電力による電圧が発生しているため、Ｈ部にやはり電圧があらわれることになる（回転速度が遅くなると発生する電圧が小さくなるので検出は難しくなる）。
この実施の形態による直流モータの回転制御装置では、直流モータＭ２をチョッパ制御により制御し、計測した回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）未満となると、回転速度をあげるために、チョッパ制御のデューティ比を大きくして回転速度を上昇させる。また、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えた場合に、回転速度を目標速度Ｎ（目標）まで落とすために、チョッパ制御のデューティ比を小さくして回転速度を低下させる。上述した実施の形態が本発明の請求項５にほぼ対応する。
【００６１】
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の構成を示している。図１０に示す直流モータの回転制御装置は、図６の直流モータの回転制御装置とほぼ同様に構成され、モータ駆動回路５Ａに代えてモータ駆動回路５Ｂが、モータ制御回路１０Ａに代えてモータ制御回路１０Ｂがそれぞれ設けられている。
すなわち、図１０に示す直流モータの回転制御装置の基本構成は、図６に示した第４の実施の形態に係る構成とほぼ同様である。図６の直流モータの回転制御装置との回路上の相違点は、モータ駆動回路５Ｂの内部構成にあり、図１０においては、トランジスタＱ１〜Ｑ４で構成されるブリッジ回路の前段にデコーダＤＥＣ１を有することである。この場合のモータ駆動回路５Ｂの機能としては、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａからモータ制御信号として供給される各１ビットの入力信号ＩＮ１およびＩＮ２の２ビットの組合わせにより、図１１に真理値表を示すようにモータの時計方向回転、反時計方向回転、ブレーキ（シャント）および停止の４つの状態をとることができる。
【００６２】
このようなモータ駆動回路５Ｂは、制御信号が少なくて済むため直流モータの回転を制御する機器に広く利用することができる。この場合、モータ駆動回路５Ｂは、モータ制御信号ＩＮ１およびＩＮ２に応動するデコーダＤＥＣ１の出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３およびＯＵＴ４により、それぞれトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４をオン／オフ動作させる。
また、モータ制御回路１０Ｂは、図６のモータ制御回路１０Ａとほぼ同様にマイクロコンピュータ等を用いて、パルス間隔計測手段１１および回転速度算出手段１２を有して構成され、モータ制御回路１０Ａにおける回転速度比較手段１３に代えて、若干異なる回転速度比較手段１３Ａを設けている。
回転速度比較手段１３Ａは、回転速度算出手段１２で算出された回転速度Ｎ（現在）を目標速度Ｎ（目標）と比較し、直流制御とチョッパ制御とを組み合わせて、目標速度Ｎ（目標）を得るべくモータ制御信号を生成するが、チョッパ制御期間中は、回転速度Ｎ（現在）と目標速度Ｎ（目標）との比較結果を無視するか、あるいはパルス間隔計測手段１１および回転速度算出手段１２による回転速度の検出結果を無視するかして、モータ駆動回路５Ｂに供給されるモータ制御信号に反映させない。
【００６３】
次に、図１０の直流モータの回転制御装置の動作について、図１２に示す要部のフローチャートおよび図１３に示す各部の波形図を参照して説明する。
モータ制御回路１０Ｂからのモータ制御信号により、モータ駆動回路５Ｂを介して、直流モータＭ２に直流電圧が印加され、直流モータＭ２が回転を始める。直流モータＭ２の回転速度は、時定数的に増加して定常回転となる。モータ制御回路１０Ｂは、直流モータＭ２の回転信号から回転速度Ｎ（現在）を算出し、回転速度Ｎ（現在）が予め設定された目標速度Ｎ（目標）よりも速くなった場合、速度を下げるために、その時点から一定期間、いわゆるチョッパ制御に切換えて、直流モータＭ２への通電のオン／オフを繰り返して、間欠的に給電することにより、直流モータＭ２の回転速度Ｎを目標の回転速度Ｎ（目標）とするように動作する。図１２は、このような動作の流れを示している。
【００６４】
直流モータＭ２が停止している状態において、モータ制御回路１０Ｂから回転検出信号選択信号“Ｈ”が出力される（ステップＳ３１）。その回転検出信号選択信号“Ｈ”の出力とほぼ同一のタイミングで、モータ制御回路１０Ｂからモータ制御信号ＩＮ１＝“Ｈ”およびＩＮ２＝“Ｌ”が出力されると、モータ駆動回路５ＢのトランジスタＱ１とトランジスタＱ４がオンとなり、直流モータＭ２の両端、つまり電極用ブラシＢ２１と電極用ブラシＢ２２との間、にほぼ電源電圧Ｅｏに等しい電圧が印加され、直流モータＭ２が時計方向に回転を始める（ステップＳ３２）。したがって、モータの回転に応じて比較器８の出力には直流モータＭ２の回転信号パルスがあらわれる。
直流モータＭ２の回転速度は、当初はゆっくりであるが、そのまま駆動電圧を印加し続けると、回転速度が時定数的に増加し、直流モータＭ２の発生トルクと負荷トルクとが釣り合ったところで定常回転となる。
【００６５】
モータ制御回路１０Ｂは、直流モータＭ２の回転信号から回転速度Ｎ（現在）を算出し、回転速度Ｎ（現在）が予め設定された目標速度Ｎ（目標）より速くなった場合、直流モータＭ２への通電のオン／オフを繰り返して、間欠的に給電する、いわゆるチョッパ制御を行なうことにより、直流モータＭ２の回転速度を目標の回転速度とするように動作する。
すなわち、モータ制御回路１０Ｂは、パルス間隔計測手段１１によって、比較器８の回転信号パルスからパルス間隔ＴMを計測し（ステップＳ３３）、このパルス間隔ＴMの計測結果に基づき、回転速度算出手段１２によって、その時点での回転速度Ｎ（現在）を算出する（ステップＳ３４）。さらに、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度算出手段１２によって算出された最新の回転速度Ｎ（現在）を、目標速度Ｎ（目標）と比較し、該目標速度Ｎ（目標）を超えているか否かを判別する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、回転速度比較手段１３Ａは、最新の回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えていなければ、回転を維持させるが、このとき、モータ停止信号が与えられたか否かを判別し（ステップＳ３６）、モータ停止信号が与えられれば、直流モータＭ２を停止させる（ステップＳ３７）。
【００６６】
これは、何らかの理由によりいつまでも目標速度に達せず、無限ループとなってしまうのを回避するためである。
ステップＳ３６において、モータ停止信号が与えられなければ、ステップＳ３３に戻り、上述と同様にパルス間隔ＴMの計測、回転速度の算出および目標速度との比較判別を繰り返す。
ステップＳ３５において、回転速度比較手段１３Ａは、最新の回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えていると判別すれば、モータ駆動回路５ＢのトランジスタＱ１とトランジスタＱ４を同時にオン／オフすることにより駆動電流をオン／オフ制御して駆動電流の供給を断続するチョッパ制御を開始する（ステップＳ３８）。
【００６７】
すなわち、以後は、直流モータＭ２の回転信号から回転速度を算出し、回転速度Ｎ（現在）が予め設定された目標速度Ｎ（目標）よりも速くなった場合には、デューティ比を小さくして減速させ、目標速度より遅くなった場合には、デューティ比を大きくして加速させることにより、直流モータＭ２の回転速度を目標の回転速度とするように動作する。
モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御を開始すると、モータ停止信号が与えられたか否かを判別し（ステップＳ３９）、モータ停止信号が与えられれば、直流モータＭ２を停止させる（ステップＳ４０）。ステップＳ３９においてモータ停止信号を検出しなければ、モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御開始後、所定時間を経過したか否を判別する（ステップＳ４１）。
【００６８】
モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御開始後、所定時間を経過していなければ、ステップＳ３９に戻り、モータ停止信号を検出する。ステップＳ４１において、チョッパ制御開始後、所定時間を経過していると判別されれば、モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御を停止し（ステップＳ４２）、回転速度比較手段１３Ａからモータ制御信号ＩＮ１＝“Ｈ”およびＩＮ２＝“Ｌ”を出力して、モータ駆動回路５ＢのトランジスタＱ１とトランジスタＱ４をオンとして、直流モータＭ２を直流制御する。
次に、モータ制御回路１０Ｂは、パルス間隔計測手段１１によって、比較器８の回転信号パルスからパルス間隔ＴMを計測し（ステップＳ４３）、このパルス間隔ＴMの計測結果に基づき、回転速度算出手段１２によって、その時点での回転速度Ｎ（現在）を算出する（ステップＳ４４）。
【００６９】
さらに、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度算出手段１２によって算出された最新の回転速度Ｎ（現在）を、目標速度Ｎ（目標）と比較し、該目標速度Ｎ（目標）を超えているか否かを判別する（ステップＳ４５）。この目標速度Ｎ（目標）も、特定回転速度値でなく特定の回転速度の範囲であってもよい。回転速度Ｎ（現在）が、目標速度Ｎ（目標）を超えていなければ、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）未満であるか否かを判別する（ステップＳ４６）。回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）未満でなければ、回転速度Ｎ（現在）は目標速度Ｎ（目標）に一致しているので、モータ制御回路１０Ｂは、そのまま、前回と同じデューティ比に設定して（ステップＳ４７）、ステップＳ３８に戻り、該デューティ比にてチョッパ制御を開始する。
【００７０】
ステップＳ４５において、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えていると判別した場合には、チョッパ制御のデューティ比を前回よりも小さなデューティ比に設定して（ステップＳ４８）、ステップＳ３８に移行してチョッパ制御を開始する。また、ステップＳ４６において、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）未満であると判別した場合には、チョッパ制御のデューティ比を前回よりも大きなデューティ比に設定して（ステップＳ４９）、ステップＳ３８に移行してチョッパ制御を開始する。
なお、この場合も、デューティ比を設定してチョッパ制御を開始した後、所定時間についてはチョッパ制御を停止しないようにしているが、これは、直流モータＭ２の回転速度が、デューティ比を設定してチョッパ制御を開始しても直ちに追従せず、応答遅れがあることを考慮したものである。
【００７１】
次に、図１０の直流モータの回転制御装置における上述した動作について、図１３に示す各部の波形図を参照して説明する。図１３には、直流制御状態およびチョッパ制御状態の繰り返しについて、トランジスタＱ１のオン／オフ制御信号、トランジスタＱ４のオン／オフ制御信号、比較器８の非反転入力端の入力信号および比較器８の出力となる回転信号パルスの各信号電圧波形を示している。
モータ制御回路１０Ｂからモータ制御信号ＩＮ１＝“Ｈ”およびＩＮ２＝“Ｌ”が出力されると、モータ駆動回路５ＢのトランジスタＱ１とトランジスタＱ４がオンとなり、直流モータＭ２の両端、つまり第１の電極用ブラシＢ２１と第２の電極用ブラシＢ２２との間、にほぼ電源電圧Ｅｏに等しい電圧が印加され、直流モータＭ２が時計方向に回転を始める。それとほぼ同一のタイミングで、モータ制御回路１０Ｂから時計方向回転に応じた回転検出信号選択信号“Ｈ”が出力され、当該直流モータＭ２の回転に応じて比較器８の出力には回転信号パルスがあらわれる。
【００７２】
直流モータＭ２の回転速度は、当初はゆっくりであるが、そのまま駆動電圧を印加し続けると、回転速度が時定数的に増加し、最終的には直流モータＭ２の発生トルクと負荷トルクとが釣り合ったところで定常回転となる。モータ制御回路１０Ｂは、直流モータＭ２の回転信号から回転速度を算出し、回転速度が予め設定された目標速度より速くなった場合、速度を下げるために、その時点から一定期間、直流モータＭ２への通電のオン／オフを繰り返して、間欠的に給電することにより、直流モータＭ２の回転速度を目標の回転速度とするように動作する。
この実施の形態におけるチョッパ制御では、モータ駆動回路５ＢのトランジスタＱ１とトランジスタＱ４が共にオンの状態と、トランジスタＱ１とトランジスタＱ４が共にオフの状態とが交互に繰り返される。
【００７３】
チョッパ制御期間中の第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂのうちの選択された方の出力は、図１３に示すようにトランジスタＱ１とトランジスタＱ４が共にオフとなる期間に電位が不安定になる（図１３における比較器８の非反転入力端の入力信号波形を破線で示す部分）。これは、トランジスタＱ１とトランジスタＱ４が共にオフとなると、第１または第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａまたはＢＤ２ｂが回路から全く切り離されるためである。したがって、比較器８の出力も不安定になり、パルス幅が変化したり、本来は、直流モータＭ２の回転信号が存在しないはずの部分にもパルスがあらわれることになる。
したがって、モータ制御回路１０Ｂのパルス間隔計測手段１１、回転速度算出手段１２または回転速度比較手段１３Ａ等においては、チョッパ制御の期間中は回転速度検出を行なわず、所定時間後、直流制御に戻して回転速度検出を行ない、これを繰り返すことにより最終的に目標とする回転速度を達成するようにしている。
なお、チョッパ制御開始後に、チョッパ制御を停止させ直流制御として回転速度検出を行なうまでの所定時間は、チョッパ制御による応答速度を考慮して決定すればよい。また、チョッパ制御を停止させ直流制御としておいて回転速度検出を行なう期間は、比較器８の回転信号パルスを少なくとも２個検出できれば良く、短い時間でよい。
【００７４】
本発明の第６の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置は、第５の実施の形態と同様に図１０に示す構成において、図１４のフローチャートに示すような制御を行なう。
この第６の実施の形態における直流モータの回転制御装置では、モータ制御装置は、チョッパ制御中、チョッパ制御を停止させて、直流モータＭ２の回転信号から回転速度Ｎ（現在）を算出し、その結果が予め設定された目標速度Ｎ（目標）よりも遅くなった場合、速度を上げるためにデューティ比を大きくして、その時点から一定時間ＴCHPチョッパ制御を行い、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）よりも速くなった場合、速度を下げるためにデューティ比を小さくして、その時点から一定時間ＴCHPチョッパ制御を行なう。
【００７５】
但し、この場合の一定時間ＴCHPとは、直前のパルス間隔計測手段の計測結果ＴMから求められる時間で、例えばＴCHP＝０．７ＴMである。そして、期間ＴCHPについては回転信号パルスの検出を行なわず、期間ＴCHP経過後のトランジスタＱ１とトランジスタＱ４が共にオンとなった直流制御の状態で検出を開始し、回転信号パルスの立ち上がりを検出するまでは、トランジスタＱ１とトランジスタＱ４が、共にオンの状態を保持する。一方、毎回のチョッパ制御の開始直前の回転信号パルスの立ち上がりを検出した時点から基準クロックのカウントを始めておき、チョッパ制御後の次の直流制御の状態でパルスの立ち上がりを検出したら、パルス間隔の計測結果ＴMを算出し、再度所定時間ＴCHP（＝０．７ＴM）だけチョッパ制御を行ない（このとき必要であればデューティを変更する）、以後これを繰り返す。
【００７６】
すなわち、第６の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の動作について、図１４に示す要部のフローチャートおよび図１５に示す各部の波形図を参照して説明する。図１５には、直流制御状態およびチョッパ制御状態の繰り返しについて、トランジスタＱ１のオン／オフ制御信号、トランジスタＱ４のオン／オフ制御信号、比較器８の非反転入力端の入力信号および比較器８の出力となる回転信号パルスの各信号電圧波形を示している。図１５のトランジスタＱ１のオン／オフ制御信号波形およびトランジスタＱ４のオン／オフ制御信号波形においては、チョッパ制御の周波数を充分に高くした場合を示しており、チョッパ制御を停止した直流制御期間がパルス状に示されている。
直流モータＭ２が回転している状態において、直流モータＭ２の回転に応じて比較器８の出力には直流モータＭ２の回転信号パルスがあらわれる。但し破線で示した部分（ＴCHPの期間に相当）は擬似パルスが現れるため回転信号パルスの検出は行わない。
【００７７】
この実施の形態では、モータ制御回路１０Ｂは、所定時間ずつチョッパ制御を行ない、チョッパ制御のデューティ比を変更することにより、直流モータＭ２の回転速度を制御している。すなわち、所定時間ＴCHP（例えば０．７ＴM）だけチョッパ制御を行なう毎に、直流モータＭ２の回転信号から回転速度を算出し、回転速度が予め設定された目標速度より速くなった場合には、減速させるべくデューティ比（オンデューティ〜一周期におけるオン時間の割合）を小さくして、所定時間ＴCHP（例えば０．７ＴM）だけチョッパ制御を行ない、目標速度より遅くなった場合には、加速させるべくデューティ比を大きくして、所定時間ＴCHP（例えば０．７ＴM）だけチョッパ制御を行なうことにより、直流モータＭ２の回転速度を目標の回転速度とするように動作する。
【００７８】
すなわち、モータ制御回路１０Ｂは、パルス間隔計測手段１１によって、比較器８の回転信号パルスからパルス間隔ＴMを計測し（ステップＳ５１）、このパルス間隔ＴMの計測結果に基づき所定時間ＴCHP（＝０．７ＴM）を求め（ステップＳ５２）、さらにパルス間隔ＴMの計測結果に基づき、回転速度算出手段１２によって、その時点での回転速度Ｎ（現在）を算出する（ステップＳ５３）。次に、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度算出手段１２によって算出された最新の回転速度Ｎ（現在）を、目標速度Ｎ（目標）と比較し、該目標速度Ｎ（目標）未満であるか否かを判別する（ステップＳ５４）。なお、目標速度Ｎ（目標）は、特定回転速度値でなく特定の回転速度の範囲である場合もある。回転速度Ｎ（現在）が、目標速度Ｎ（目標）未満でなければ、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）を超えているか否かを判別する（ステップＳ５５）。回転速度Ｎ（現在）が該目標速度Ｎ（目標）を超えていなければ、回転速度Ｎ（現在）は目標速度Ｎ（目標）に等しいので、モータ制御回路１０Ｂは、そのままのデューティ比でチョッパ制御を継続する（ステップＳ５６）。
【００７９】
そして、モータ制御回路１０Ｂは、モータ停止信号が与えられたか否かを判別し（ステップＳ５７）、モータ停止信号が与えられていなければ、所定時間ＴCHP経過したか否かが判別され（ステップＳ５８）、所定時間ＴCHPを経過していなければ、ステップＳ５７に戻る。ステップＳ５８において、所定時間ＴCHPを経過したと判定されれば、モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御を停止させる（ステップＳ５９）。さらに、モータ制御回路１０Ｂは、モータ停止信号が与えられたか否かを判別し（ステップＳ６０）、モータ停止信号が与えられていなければ、ステップＳ５１に戻る。ステップＳ５７およびステップＳ６０において、モータ停止信号が与えられていると判別された場合、モータ制御回路１０Ｂは、直流モータＭ２を停止させる（ステップＳ６１）。
【００８０】
ステップＳ５４において、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）未満であると判別した場合には、直前のデューティ比変更後、所定パルス数の回転信号パルスをカウントしたか否かを判別する（ステップＳ６２）。モータ制御回路１０Ｂは、それ以前にデューティ比変更が全く行なわれていない場合および直前に行なわれたデューティ比変更以後、所定パルス数をカウントしている場合には、チョッパ制御のデューティ比（オンデューティ）を大きくして（ステップＳ６３）、ステップＳ５７に移行する。
また、ステップＳ６２において、直前に行なわれたデューティ比変更から所定パルス数をカウントしていないと判別した場合には、モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御のデューティ比を変更せず直ちにステップＳ５７に移行する。
【００８１】
ステップＳ５５において、モータ制御回路１０Ｂの回転速度比較手段１３Ａは、回転速度Ｎ（現在）が目標速度Ｎ（目標）を超えていると判別した場合には、直前のデューティ比変更後、所定パルス数をカウントしたか否を判別する（ステップＳ６４）。モータ制御回路１０Ｂは、それ以前にデューティ比変更が全く行なわれていない場合および直前に行なわれたデューティ比変更以後所定パルス数をカウントしている場合には、チョッパ制御のデューティ比を小さくして（ステップＳ６５）、ステップＳ５７に移行する。また、ステップＳ６４において、直前に行なわれたデューティ比変更から所定パルス数をカウントしていないと判別した場合には、モータ制御回路１０Ｂは、チョッパ制御のデューティ比を変更せず直ちにステップＳ５７に移行する。
【００８２】
なお、上述において、デューティ比変更後に所定パルス数の回転信号パルスをカウントするまでの期間についてはデューティ比を変更しないようにしているが、これは、直流モータＭ２の回転速度が、デューティ比を変更しても直ちに追従せず、応答遅れがあることを考慮したものである。
上述のように、チョッパ制御時に、第１および第２の回転検出用ブラシＢＤ２ａおよびＢＤ２ｂが実質的に回路から切り離されるようなモータ制御回路１０Ｂを使用したときにもモータの回転速度を目標の速度に制御することができる。上述した第５および第６の実施の形態が本発明の請求項６にほぼ対応する。
その他、本発明は、上述し且つ図面に示す実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡単で且つスペースを占有しない構成により、ブラシ式直流モータの回転速度および回転数を的確に検出し、効果的な回転制御を可能とする直流モータの回転検出装置および回転制御装置を提供することができる。
特に、本発明の請求項１の直流モータの回転検出装置によれば、回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータにおける前記回転子の回転速度および回転位置の少なくともいずれかを検出する回転検出装置において、前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に一対の回転検出用ブラシを設け、前記回転子の回転を検出するとともに、該一対の回転検出用ブラシにより検出される回転検出信号のうち回転駆動方向に対応したいずれか一方を回転検出信号選択手段により選択し、該選択された回転検出信号と基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較器で比較して回転検出信号を得る構成により、一対の回転検出用ブラシを効果的に用いて、簡単で且つスペースを占有しない構成により、ブラシ式直流モータの回転速度および回転数を的確に検出し、効果的な回転検出が可能となる。
【００８４】
また、本発明の請求項２の直流モータの回転検出装置によれば、前記基準電圧生成手段が、前記直流駆動電圧を分圧して比較基準電圧を得る手段を含むことにより、特に、モータの駆動電圧変動にも対応して効果的な回転検出を行なうことが可能となる。
さらに、本発明の請求項３の直流モータの回転検出装置によれば、前記一対の電極用ブラシが、前記整流子に対して互いにほぼ１８０°をなす回転角度位置で摺接し、前記一対の回転検出用ブラシが、当該直流モータの極数がｎ極（ｎは３以上の自然数）の場合、それぞれ近接する電極用ブラシに対して１８０／ｎ°未満の回転角度位置において摺接する構成により、特に、モータの駆動電圧を安定に供給して効果的な回転検出を行うことが可能となる。
【００８５】
本発明の請求項４の直流モータの回転制御装置によれば、回転子コイルに接続され且つ該回転子コイルと共に回転子に設けられた整流子に摺接し、直流駆動電圧を該整流子により切換えて前記回転子コイルに供給する一対の電極用ブラシを、固定子と一体的に設けた直流モータの前記回転子の回転動作を制御する回転制御装置において、前記一対の電極用ブラシとは別途に固定子側に、前記回転子の回転を検出するための一対の回転検出用ブラシを設け、比較基準電圧を基準電圧生成手段により生成し、前記一対の回転検出用ブラシにより検出される回転検出信号のうちの上記回転駆動方向に対応した一方を回転信号選択手段により選択し、該選択された回転検出信号と前記基準電圧生成手段により生成される比較基準電圧とを比較器で比較するとともに、モータ制御回路によって、前記比較器の出力に応じて前記モータ駆動回路を制御する構成により、特に、簡単で且つスペースを占有しない簡単な構成を用いて、ブラシ式直流モータの効果的な回転検出に基づく適切な回転制御を行なうことが可能となる。
【００８６】
本発明の請求項５の直流モータの回転制御装置によれば、前記モータ制御回路が、前記比較器の出力パルスのパルス間隔を計測するパルス間隔計測手段、前記パルス間隔計測手段で計測されたパルス間隔に基づいて前記回転子の回転速度を求める回転速度検出手段、前記回転速度検出手段で検出された回転速度を目標とするモータ回転速度と比較する回転速度比較手段、および前記回転速度比較手段の比較結果に基づくチョッパ制御により前記モータ駆動回路の駆動出力を制御して前記目標とするモータ回転速度とするチョッパ制御手段を含むことにより、特に、的確な回転速度検出に基づく効果的な回転制御が可能となる。
本発明の請求項６の直流モータの回転制御装置によれば、前記モータ制御回路が、前記チョッパ制御手段によるチョッパ制御時に、前記パルス間隔計測手段に基づく回転速度検出を無効とする速度検出抑止手段をさらに含むことにより、特に、回転速度検出の誤検出を防止して効果的な回転制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図２の直流モータの回転検出装置の動作を説明するための各部波形図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る直流モータの回転検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】図４の直流モータの回転検出装置の動作を説明するための各部波形図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図７】図６の直流モータの回転制御装置の動作に係るパルス間隔の計測を説明するための波形図である。
【図８】図６の直流モータの回転制御装置の動作を説明するための要部のフローチャートである。
【図９】図６の直流モータの回転制御装置の動作を説明するための各部波形図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１１】図１０の直流モータの回転制御装置の動作を説明するための真理値表を示す図である。
【図１２】図１０の直流モータの回転制御装置の動作を説明するための要部のフローチャートである。
【図１３】図１０の直流モータの回転制御装置の動作を説明するための各部波形図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る直流モータの回転制御装置の動作を説明するための要部のフローチャートである。
【図１５】図１４の動作を説明するための各部波形図である。
【図１６】一般的な３極直流モータの原理構成を説明するための模式図である。
【図１７】従来の３極直流モータにおける回転検出手法を説明するための模式図である。
【図１８】図１７の３極直流モータにおける回転検出手法における信号波形を説明するための模式図である。
【図１９】従来の一対の回転検出用ブラシを用いた直流モータにおける回転制御装置の一例の構成を説明するための模式図である。
【図２０】図１９の回転制御装置における回転制御に係る各部信号波形を説明するための模式図である。
【図２１】図１９の回転制御装置における回転方向検知に係る各部信号波形を説明するための模式図である。
【図２２】直流モータの電極用ブラシ、回転検出用ブラシおよび整流子における問題を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，６ａ，６ｂ  ノイズ除去回路
２，２Ａ，７  比較基準電圧生成手段
３，８  比較器
５，５Ａ，５Ｂ  モータ駆動回路
９  回転検出信号選択手段
１０，１０Ａ，１０Ｂ  モータ制御回路
１１  パルス間隔計測手段
１２  回転速度算出手段
１３，１３Ａ  回転速度比較手段
ＳＷ１，ＳＷ１Ａ，ＳＷ２  スイッチ
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３  駆動電源
Ｍ１，Ｍ２  直流モータ
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ３１，Ｂ３２  電極用ブラシ
ＢＤ１ａ，ＢＤ１ｂ，ＢＤ２ａ，ＢＤ２ｂ  回転検出用ブラシ
ＶＲ１  ポテンショメータ
ＩＮＶ  インバータ
ＡＳＷ１，ＡＳＷ２  アナログスイッチ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  トランジスタ
ＤＡ１，ＤＡ２，ＤＡ３，ＤＡ４  ドライバ
ＤＥＣ１  デコーダ
【図１】
0003776683.tif 000002
【図２】
0003776683.tif 000003
【図３】
0003776683.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003776683.tif 000006
【図６】
0003776683.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003776683.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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