JPH06351276A

JPH06351276A - Ｄｃサーボモータの駆動回路

Info

Publication number: JPH06351276A
Application number: JP5134832A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ishizawa; 克巳石澤; Satoshi Aida; 敏相田; Tsukasa Ogawa; 司小川
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＤＣサーボモータの発生トルクのばらつきを
抑えて回転変動を低減し、且つ定速運転時の駆動電流を
低減する。【構成】電流検出値の異なる複数レベルの定電流制御
回路をＤＣサーボモータの各動作モードにより切り換え
て使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＣサーボモータの駆
動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３、図４、図５、図６、図７により従
来のＤＣサーボモータの駆動回路について説明する。

【０００３】図３において、１はマイクロコンピュータ
部を示し、ＲＯＭ４に記憶されたＤＣサーボモータ（以
下、モータという）制御用のデータを順次読み出して命
令を実行するＣＰＵ２と、ＣＰＵ２が前記命令を実行す
る上で必要となるデータを自由に読み書きするためのＲ
ＡＭ５と、モータの基準速度クロックを発生させるため
のタイマ６と、ＣＰＵ２が周辺素子に対しデータを出力
したり、あるいは周辺素子からのデータを入力したりす
るためのＩ／Ｏポート３から構成されている。マイクロ
コンピュータ部１から出力されたデータが、加速制御部
８、定速制御部９、ドライバ制御部１０からなるサーボ
モータ制御部７に入力され、モータ制御部７でつくられ
たモータドライブ信号が、ドライバ１１に伝わりモータ
１４を駆動する。

【０００４】加速制御部８は、図４および図５に示すよ
うにカウンタ２０、インバータ２１ａおよび２１ｂ、Ｓ
−Ｒフリップフロップ２２ａおよび２２ｂ、アンドゲー
ト２３ａおよび２３ｂからなる。

【０００５】＋５Ｖが給電されると、信号ＲＥＳＥＴ−
ＮがＴＴＬレベルで「Ｌ」となり、その後「Ｈ」となる
（以下、「Ｌ」および「Ｈ」はすべてＴＴＬレベルとす
る）。また、ＳＥＲＶＯＲＯＴ−Ｐは「Ｌ」レベル
であるためフリップフロップ２２ａおよび２２ｂは初期
化され出力Ｑはそれぞれ「Ｈ」レベルである。

【０００６】アンドゲート２３ｂの出力信号ＡＣＣＥＬ
−Ｐは、この時点で「Ｌ」である。Ｉ／Ｏポート３から
の信号ＳＥＲＶＯＲＯＴ−Ｐが「Ｌ」から「Ｈ」にな
るとアンドゲート２３ｂの出力信号ＡＣＣＥＬ−Ｐも
「Ｌ」から「Ｈ」になる。

【０００７】一方、カウンタ２０は、１／２５６分周回
路であるため４９９．２ＫＨＺ−Ｎのクロックを１２８
個数えると出力が「Ｌ」から「Ｈ」または「Ｈ」から
「Ｌ」に反転するようになっている。時間にして（１／
４９９．２ＫＨＺ）×１２８＝２５６μｓｅｃとなる。

【０００８】また、モータ１４が回転することにより発
生するＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐがカウンタ２０のリセッ
ト信号になっており、ＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが発生す
るたびにカウンタ２０はリセットされ、カウンタ２０の
出力信号は「Ｌ」となる。

【０００９】ＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが「Ｌ」となると
カウンタ２０はカウントを開始する。図５はＳＥＲＶ
ＯＥＮＣ−Ｐを３個受信した時点でモータ１４の回転
が定速（エンコーダパルス周期２５６μｓｅｃ）に達し
たため、加速が終了した例を示す。

【００１０】ＳＥＲＶＯＲＯＴ−Ｐが「Ｈ」になる
と、アンドゲート２３ｂの出力ＡＣＣＥＬ−Ｐが「Ｈ」
になる。

【００１１】まず、１個目のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが
発生したとき、カウンタ２０はリセットされ、出力信号
は「Ｌ」となる。フリップフロップ２２ａはＳＥＲＶＯ
ＥＮＣ−Ｐが入力する前にカウンタ２０がカウントア
ップしてしまうためＳ入力が一度「Ｌ」となっているの
でＱ出力は「Ｌ」となっている。

【００１２】フリップフロップ２２ｂはＤ入力が「Ｌ」
でＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐによりトリガされ、Ｑ出力は
「Ｈ」となりアンドゲート２３ｂの出力ＡＣＣＥＬ−Ｐ
は「Ｈ」のままである。

【００１３】次に２個目のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが１
個目のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐよりも２５６μｓｅｃ以
上遅れて発生したとき、カウンタ２０は４４９．２ＫＨ
Ｚのクロックを１２８個数えているので出力信号は
「Ｈ」となっている。従って、フリップフロップ２２ａ
のＱ出力は「Ｌ」のままであり、フリップフロップ２２
ｂのＱ出力は「Ｈ」であり、アンドゲート２３ｂの出力
信号ＡＣＣＥＬ−Ｐは「Ｈ」のままである。

【００１４】次に３個目のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが２
個目のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐが発生してから２５６μ
ｓｅｃ以内に発生したとき、カウンタ２０は２個目のＳ
ＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐによりリセットされてから２５６
μｓｅｃ以内なので、４９９．２ＫＨＺのクロックを１
２８個数えていないので出力信号は「Ｌ」であり、イン
バータ２１ａの出力信号は「Ｈ」のままである。

【００１５】よって、前段のフリップフロップ２２ａの
Ｑ出力は「Ｈ」のままなので、ＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐ
の立上りで、後段のフリップフロップ２２ｂのＱ出力は
「Ｌ」に反転し、ＡＣＣＥＬ−Ｐは「Ｌ」となる。そし
て、一度後段のフリップフロップ２２ｂのＱ出力が
「Ｌ」になるとアンドゲート２３ａの出力信号が常に
「Ｌ」となるためにＳＥＲＶＯＲＯＴ−Ｐが「Ｌ」と
ならない限り、後段のフリップフロップ２２ｂのＱ出力
は「Ｌ」のままとなる。

【００１６】以上の動作により、ＳＥＲＶＯＲＯＴ−
Ｐが「Ｈ」となり、モータ１４が回転し始めてからＳＥ
ＲＶＯＥＮＣ−Ｐのパルスの間隔が２５６μｓｅｃ以
内になるまでＡＣＣＥＬ−Ｐの出力信号は「Ｈ」のレベ
ルを保持し、ドライバ制御部１０に加速中であることを
伝える。

【００１７】次に図６を用いて定速制御部９の動作を説
明する。

【００１８】前述したようにモータ１４はＳＥＲＶＯ
ＥＮＣ−Ｐのパルス間隔が２５６μｓｅｃとなるまで加
速される。そして一度、パルス間隔が２５６μｓｅｃと
なれば加速制御は終了し、マイクロコンピュータ部１か
ら出力される基準クロックＳＬＥＷＣＬＫ−Ｐとモー
タ１４からの回転信号のＳＥＲＶＯＥＮＣ−Ｐの位相
差によって制御される。基準クロックＳＬＥＷＣＬＫ
−Ｐに比べて、モータ１４の回転信号のＳＥＲＶＯＥ
ＮＣ−Ｐの遅れ分（位相差）だけＳＬＥＷ−Ｐを発生さ
せる。

【００１９】次に、図３に示すドライバ制御部１０およ
びドライバ１１について説明する。ドライバ制御部１０
にはマイクロコンピュータ部１から出力されるモータ１
４の正転、反転を決定するＦＷＤ−Ｐ、加速制御部８か
ら出力される加速制御信号のＡＣＣＥＬ−Ｐ、定速制御
部９から出力される定速制御信号ＳＬＥＷ−Ｐおよびコ
ンパレータ１７ａより出力される電流制限信号のＣＵＲ
ＲＥＮＴＬＩＭＩＴ−Ｐが入力されている。例えば、
ＦＷＤ−Ｐが「Ｈ」、ＣＵＲＲＥＮＴＬＩＭＩＴ−Ｐ
が「Ｌ」の時、ＡＣＣＥＬ−ＰあるいはＳＬＥＷ−Ｐが
「Ｈ」であれば、ＦＷＤＤＲＶＵ−ＰとＦＷＤＤ
ＲＶＬ−Ｐの出力信号が「Ｈ」となるので、パワート
ランジスタ１２ａ、１２ｄがともにＯＮして、モータ１
４には矢印の方向に電流が流れる。

【００２０】また、マイクロコンピュータ部１からの出
力信号ＦＷＤ−Ｐが「Ｌ」となった時はＲＶＳＤＲＶ
Ｌ−Ｐ、及びＲＶＳＤＲＶＵ−Ｐの出力信号だけ
が「Ｈ」となり、パワートランジスタ１２ｂ、１２ｃを
ともにＯＮしてモータ１４には矢印の逆方向に電流が流
れる。

【００２１】本回路は、モータ１４を制御するにあたり
一般的に使われているＨブリッジ回路であるため詳細な
説明は省略する。

【００２２】モータ１４に電流が流れると電流検出抵抗
１３にも電流が流れ電流検出抵抗１３の両端に電圧が発
生する。この電圧は、モータ１４に流れる電流が大きく
なると、それに比例して大きくなる。

【００２３】コンパレータ１７ａの負入力にはモータ１
４に流す電流の上限値を決定するための抵抗１６ａ、１
６ｂが接続されている。正入力には電流検出抵抗１３の
一端が接続され、モータ１４に電流が流れた時に電流検
出抵抗１３の両端に発生する電圧が入力される。モータ
１４に流す電流の上限値をＡとした時、電流検出抵抗１
３の両端にあらわれる電圧は、Ａ×（電流検出抵抗１３
の抵抗値）である。この値と５×（抵抗１６ｂの抵抗
値）／｛（抵抗１６ａの抵抗値）＋（抵抗１６ｂの抵抗
値）｝が等しくなるように抵抗１６ａ、抵抗１６ｂの値
を決定すれば、モータ１４に流れる電流がＡよりも小さ
い時、コンパレータ１７ａの出力は「Ｌ」となり、Ａよ
りも大きくなったとき「Ｈ」となる。このコンパレータ
１７ａの出力信号ＣＵＲＲＥＮＴＬＩＭＩＴ−Ｐはド
ライバ制御部１０に入力されていて、電流検出抵抗１３
に流れる電流値が上限値Ａよりも大きくなったときにＣ
ＵＲＲＥＮＴＬＩＭＩＴ−Ｐは「Ｈ」となり、ドライ
バ制御部１０からの出力信号ＦＷＤＤＲＶＵ−Ｐ、
ＦＷＤＤＲＶＬ−Ｐ、ＲＶＳＤＲＶＵ−Ｐ、Ｒ
ＶＳＤＲＶＬ−Ｐが全て「Ｌ」となり、パワートラ
ンジスタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがＯＦＦし、
モータ１４に電流が流れなくなる。モータ１４に流れる
電流が上限値Ａよりも小さくなると再びパワートランジ
スタがＯＮする。

【００２４】以上のようにして、モータ１４に流れる電
流が上限値Ａを超えないように一定にコントロールされ
る。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】図７にモータ１４の加
速、定速運転時の駆動信号とモータ１４に流れる電流波
形を示すように、加速時、即ち、ＡＣＣＥＬ−Ｐが
「Ｈ」の時、モータ１４に流れる電流は上限値Ａを超え
てしまうと、コンパレータ１７ａの出力信号のＣＵＲＲ
ＥＮＴＬＩＭＩＴ−Ｐが「Ｈ」となり、パワートラン
ジスタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがＯＦＦしてモ
ータ１４に電流が流れないようにしている。

【００２６】また、定速運転時には、モータ１４に流れ
る電流は上限値Ａを超えることはないが、モータ１４の
コイル抵抗が非常に小さいため、定電流制御部９から出
力されるＳＬＥＷ−Ｐのパルス幅の違いに対しモータ１
４に流れる電流値の変化率が大きくなりがちとなり、電
流波形が安定しない。つまり、モータ１４の発生トルク
のばらつきが大きくなり、回転変動が大きくなりやす
い。

【００２７】また、大きなモータトルクを必要とする加
速時にあわせ電流の上限値Ａを決定しているため、定速
運転時にも大きな電流が流れやすく、モータの発熱、ブ
ラシの摩耗が起こりやすいという不具合がある。

【００２８】本発明の目的は、従来技術の欠点をなくし
ＤＣサーボモータの必要トルクを発生するのに十分な電
流を供給しつつ、コイルに流れる電流の実効電流を低減
し、発生トルクのばらつきを均一化することで、ＤＣサ
ーボモータの回転変動を小さくし、発熱を抑え、ブラシ
摩耗を少なくし、モータの信頼性を高めることが可能と
なるＤＣサーボモータの駆動回路を提供することにあ
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】ＤＣサーボモータの必要
運転トルク（コイルに流れる電流）は立ち上げ時に比べ
定速時の方が小さくて良いことに着目し、ＤＣサーボモ
ータの立ち上げ時は定電流設定値を高くし、定速時は定
電流設定値を低くするようにＤＣサーボモータの動作モ
ードとコイルに流す電流の関係を工夫したものである。

【００３０】

【作用】本発明によれば、簡単な回路を追加するだけ
で、ＤＣサーボモータのコイルに流れる実効電流を低減
することが可能となる。

【００３１】また、ＤＣサーボモータ回転時、前記モー
タに流れる電流が平均化するためモータの発生トルクの
ばらつきが小さくなり回転変動がおさえられ正確な制御
が可能となる。

【００３２】さらに、スパイク電流がおさえられるた
め、ブラシ寿命が延びモータの信頼性が高まる。

【００３３】

【実施例】本発明の実施例を図１、図２を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施例を示すＤＣサーボモータの
定電流制御系の回路図である。図２は図１における駆動
信号とモータの電流波形のタイミングチャートである。

【００３４】図１において、図３と同一部分は同じ符号
で示し、共通部の説明は省略する。従来技術からの改良
点は、定電流制御回路２４ａ、２４ｂの２個を持ち、Ａ
ＣＣＥＬ−Ｐの信号レベルにより回路を切り換えられる
ことである。

【００３５】本実施例では、定電流設定値が２７．８Ａ
であったのに加え、定電流設定値１０．８Ａも設定でき
るようにコンパレータ１７ｂ、抵抗１６ｃ、１６ｄが増
設されている。

【００３６】また、モータ１４が加速状態であることを
示す信号ＡＣＣＥＬ−Ｐとインバータ１５により反転し
た信号が、アンドゲート１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力
しており、さらに、オアゲート１９を介してドライバ制
御部１０に接続されている。すなわち、加速制御部８か
らの出力信号ＡＣＣＥＬ−Ｐが「Ｈ」の時（サーボモー
タ加速）、アンドゲート１８ａに接続されたコンパレー
タ１７ａが選択される。抵抗１６ａ、１６ｂで設定さ
れる基準値２７．８Ａよりモータ１４のコイルに流れる
電流が小さい時は、パワートランジスタ１２ａと１２
ｄ、もしくは１２ｂ、１２ｃのいずれかの組み合せでＯ
Ｎが可能となり、コイルに流れる電流が２７．８Ａより
大きい時は、パワートランジスタ１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄは全てＯＦＦする。

【００３７】また、加速制御部８からの出力信号ＡＣＣ
ＥＬ−Ｐが「Ｌ」の時（サーボモータ加速時以外）、ア
ンドゲート１８ｂに接続されたコンパレータ１７ｂが選
択され、パワートランジスタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、
１２ｄは、抵抗１６ｃ、１６ｄで設定される基準値１
０．８Ａによりコントロールされる。

【００３８】つまり、加速制御部８から出力されるＡＣ
ＣＥＬ−Ｐ信号により定電流設定値の切換えが可能であ
る。

【００３９】次に、図２のタイミングチャートについて
説明する。

【００４０】モータ１４を立ち上げるには、Ｉ／Ｏポー
ト３によりＳＥＲＶＯＲＯＴ−Ｐ信号を「Ｈ」、モー
タの回転方向を決定するＦＷＤ−Ｐを「Ｈ」、「Ｌ」の
いずれかで出力する。ここでは、ＦＷＤ−Ｐを「Ｈ」と
して示す。加速が開始されるとＡＣＣＥＬ−Ｐ信号が
「Ｈ」となる。このＡＣＣＥＬ−Ｐ信号が「Ｈ」とな
ることにより、ドライバ制御部１０からの出力信号ＥＷ
ＤＤＲＶＵ−Ｐ、ＦＷＤＤＲＶＬ−Ｐが「Ｈ」
となり、パワートランジスタ１２ａ、１２ｄがＯＮして
モータ１４に矢印の方向に電流が流れる。

【００４１】また、この時ＡＣＣＥＬ−Ｐ信号が「Ｈ」
となっており、アンドゲート１８ａに接続されているコ
ンパレータ１７ａが選択されているので定電流設定値は
２７．８Ａ（図２におけるＡに相当する。）となり、コ
イルに流れる電流は２７．８Ａ一定に保たれる。

【００４２】モータ１４からのエンコーダパルスの間隔
が２５６μｓｅｃ以内となるとＡＣＣＥＬ−Ｐ信号は
「Ｌ」となり立ち上げは終了となる。

【００４３】次に、モータ１４はエンコーダパルスＳＥ
ＲＶＯＥＮＣ−Ｐとマイクロコンピュータ部１から出
力されるＳＬＥＷＣＬＫ−Ｐとの位相差によって発生
するＳＬＥＷ−Ｐにより定速制御される。

【００４４】この時、ＡＣＣＥＬ−Ｐ信号は「Ｌ」で
あるからアンドゲート１８ｂに接続されているコンパレ
ータ１７ｂが選択される。よって、定電流設定値は１
０．８Ａ（図２におけるＢに相当する）となり、コイル
に流れる電流は１０．８Ａ一定に保たれる。

【００４５】以上のように、必要運転トルクが大きい
（モータ１４に流さなければならない電流が大きい）立
ち上げ時には定電流設定値を２７．８Ａにして、必要運
転トルクが小さい（モータ１４に流さなければならない
電流が小さい）定速時には定電流設定値を１０．８Ａに
切り換える。

【００４６】本実施例において、特に定速回転時の実効
電流が低減されるとともに、ピーク値が１０．８Ａに抑
えられるため、スパイク電流がなくなることでモータの
発熱が抑えられ、且つブラシ摩耗が低減されモータの信
頼性を高めることができた。また、モータの発生トルク
を均一化することができたため回転変動を小さくするこ
とができた。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な回路を追加する
だけで、ＤＣサーボモータのコイルに流れる実効電流を
低減することができるので、外部冷却ファン等で強制冷
却の必要があったモータであっても外部冷却ファンの必
要がなくなり、消費電流が小さくなるため電源の小型
化、低価格化が可能となる。

【００４８】また、ＤＣサーボモータ回転時、ＤＣサー
ボモータに流れる電流が平均化するためモータの発生ト
ルクのばらつきが小さくなり回転変動がおさえられ正確
な制御が可能となる。

【００４９】さらに、スパイク電流がおさえられるた
め、ブラシ寿命が延びモータの信頼性が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明となるＤＣサーボモータの駆動回路の一
実施例である。

【図２】図１の駆動回路におけるＤＣサーボモータの駆
動信号と電流波形を示した説明図である。

【図３】従来のＤＣサーボモータの駆動回路である。

【図４】加速制御回路である。

【図５】加速制御回路の動きを示すタイミングチャート
である。

【図６】定速制御部の動きを示すタイミングチャートで
ある。

【図７】図３の駆動回路におけるＤＣサーボモータの駆
動信号と電流波形を示した説明図である。

【符号の説明】

８は加速制御部、９は定速制御部、１０はドライバ制御
部、１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄはパワートラ
ンジスタ、１３は電流検出抵抗、１４はＤＣサーボモー
タ、２４ａおよび２４ｂは定電流制御回路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＣサーボモータからのエンコーダパル
スによる回転情報を基にＤＣサーボモータの加速を行な
う加速制御部と、ＤＣサーボモータの基準速度クロック
と、エンコーダパルスとを比較し、速度制御フィードバ
ックによる定速制御を行なう定速制御部、前記加速制御
部および前記定速制御部からの制御信号と、マイクロコ
ンピュータ部からのＤＣサーボモータ回転方向指示信号
により、ＤＣサーボモータ駆動用パワートランジスタの
動作条件を決定するドライバ制御部、ＤＣサーボモータ
駆動用パワートランジスタ、ＤＣサーボモータのコイル
に流れる電流を検出する回路、電流値が一定レベルをこ
えるとパワートランジスタをオフし、ＤＣサーボモータ
のコイルに流れる電流を一定に保つ定電流制御回路から
なるＤＣサーボモータ駆動回路において、電流値検出レ
ベルの異なる複数の定電流制御回路を有することを特徴
としたＤＣサーボモータの駆動回路。
【請求項２】上記定電流制御回路を、ＤＣサーボモー
タの加速、定速等の各動作モードにより切り換えて使用
することで、動作モードにより、ＤＣサーボモータのコ
イルに流れる電流を変えることを特徴とした請求項１記
載のＤＣサーボモータの駆動回路。