JPS5854594B2 - 直接駆動型モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音響機器に用いられる直接駆動型モータの改良
に関する。

さらに評言すれば速度比例積分制御ループで速度制御さ
れる直接駆動型モータの改良に関する。

本発明の目的は速度比例積分制御ループで速度制御され
た直接駆動型モータを使用した音響機器の再生音の低音
域でのもやつきおよび音像定位の不明確さを改善した直
接駆動型モータを提供することである。

この目的は本発明によれば、直接駆動型モータ（以下、
本明細書においてＤＤモータと記す）の被回転体たとえ
ばレコードプレーヤのターンテーブルなどの慣性モーメ
ントをＪ、速度積分制御ループの利得をＧｌ 、速度比
例制御ループの利得を”月 Ｇ２としたとき、−を検知限が最低となる２π フラッタ周波数以下に設定することにより達成される。

以下、本発明を説明する。

ＤＤモータはたとえば第１図に示す構成図の如く、速度
検出器１、速度電圧変換回路２、比較器３、増幅器４、
モータ駆動回路５からなる速度比例制御ループと、位相
差検出回路６、混合器７からなる速度積分制御ループと
からなるサーボ系により速度が制御されている。

尚Ｓｐは基準信号であり、Ｓｖは基準電圧であり、８は
ＤＤモータである。

この第１図で示したサーボ系のブロックダイヤグラムは
第２図の如くになる。

第２図において Ｓ ＝ｊω ＪＴ＝ＤＤモータの負荷トルク Ｖ ＝ＤＤモータの角速度 Ｋｖ＝速度−電圧変換利得 にφ＝速度−位相変換利得 にτ＝位相差−電圧変換利得 Ｋｔ＝ＤＤモータの駆動トルク定数 Ａ −増幅器の利得 Ｊ ＝被回転体の慣性モーメント ω〇−基準信号の基準角周波数 である。

このサーボ系の負荷トルク変動から角速度変動への伝達
関数は で表わされる。

となる。

この角周波数ωｐは共振角周波数である。また共振の鋭
さを表わすＱ値は である。

また、第１図に示した位相差検出回路６からなる速度積
分匍脚ループに代って第３図に示す如く周波数差検出回
路９および積分器１０を速度積分制御ループに用いたサ
ーボ系も用いられている。

第３図に示したサーボ系のブロックダイヤグラムは第４
図の如くになる。

第４図において Ｋｆ＝速度−周波数変換利得 ＫＤ＝周波数差−電圧変換利得 τ ＝積分回路の時定数 であり、その他、Ｓ、Ｊ、Ｋｔ、Ｋｖ、およびＡは第２
図と同一要素を示している。

第４図に示したブロック図において、このサーボ系の負
荷トルク変動から角速度変動への伝達関数は で表わされる。

となる。

この角周波数ωｐは共振角周波数である。また共振の鋭
さを表わすＱ値は である。

一般に、負荷トルク入力と角速度出力との間に、速度比
例制御ループと速度積分制御ループとの２種類の閉ルー
プで角速度制御されるＤＤモータにおいては、負荷トル
クＪＴから角速度変動■への伝達関数は の形で示される。

そこで角周波数ωｐおよび共振の鋭さを表わすとなる。

ここで、Ｘ、ＹおよびＺはサーボ系の電気的定数および
機械的定数を含む代数式で表わされ、ｘ＞ｏ 、ｙ＞ｏ
、ｚ＞ｏである。

■ そこで伝達関数−１角周波数ωｐをサーボＴ 系の速度積分制御ループの利得Ｇ＋ ’ｈよび速度比例
制御ループの利得Ｇ、で表わせば 第２図のサーボ系では Ｇ１−にτ・Ｋψ・Ｋ【・Ａ ・・・・・・・・・
（１０）Ｇｔ ＝Ｋｖ−Ｋ ｔ−Ａ ・”
”””α１）であり、第４図のサーボ系では Ｇｌ ＝Ｋｔ−ＫＤ−Ｋ ｔ・Ａ／τ ・・・・・・・
・・（１２）Ｇ２＝Ｋｖ−Ｋ【・Ａ ・・・
・・・・・・（１３）であり、 ■ 従って伝達関数−の（７式において Ｔ となり、 そこで（８）式に示した角周波数ωｐは となる。

ωｐは共振角周波数であるから、共振周波数ｆｐは となる。

一方、α訟よびβを とおけば 伝連関数は（７）式より で表わされ、 ■ 、Ｔ＋７）絶対値は となる。

■ 従って、−を対負荷角速度変動と呼べばそＴ の角周波数特性は、（２２）式を曲線で示した第５図の
如くになる。

（２２）式および第５図から明らかな如く、対負荷角速
度変動量の最大はω＝、／ａγのときに起りその値は−
であり、ω−αおよびω＝βのときその値はσ＝Ｘ／％
／２（α２＋β２）となる。

αおよびβがそれぞれ実数である条件は Ｙ２−４Ｚ≧０ ・・・・・・・・
・（２３）であり、この条件を制御ループの利得Ｇ１お
よびＧ２で表わせば ２ （−）２− １ ４−≧Ｏ・・・・・・・・・（２） となり、制御ループの利得Ｇ１およびＧ２の間はＧ； ４Ｇ、≦−・・・・・・・・・（２５） の関係になる。

従ってＱ≦０．５となりＤＤモータは不足制動となるこ
とはなく、ステップ負荷の過渡応答においても被回転体
はオーバーシュートすることはない。

ここで、（２５）式中左辺の値は右辺の値より小さいか
あるいはほぼ等しい場合でも良い。

以上のことは、規定速度で回転する座標は回転に関して
慣性系とみなせるが、上記第５図に示した角周波数特性
は、速度比例積分制御ループにより角速度制御されるＤ
Ｄモータは制動不足でなくても振動篩でいうところの復
元力に起因する固有振動数を有していることを示してい
る。

また負荷トルクの変動がこの慣性系においてＤＤモータ
軸に関する回転の微小振動を励起していると云う事で、
（２２）式すなわち第５図の特性は、この微小振動の最
大角速度を表わすものである。

いま振動のエネルギをＷとすれば Ｗ＝−Ｊ（角速度）２＋（位置のエネルギ）・・・・・
・・・・（２６） であり、角速度が最大となるのは位置のエネルギが零の
ときであり、最犬角速度力犯２式で表わされるから 振動のエネルギは となり、振動のエネルギＷは第６図に示す如くになる。

そこで、速度比例積分制御ループを採用したＤＤモータ
においては、機構的加工精度その他の技術的な事項を理
想的に処理しであるとしても、サーボ系に共振周波数が
存在し、種々の周波数成分を有する負荷トルクが加わっ
たとき、この周波数成分のうち、共振周波数と一致する
周波数により共振して、角速度変動がこの共振周波数に
集中し、振動のエネルギも集中した形となり、角速度変
動を皆無にすることは不可能である。

ところで、音響機器の音の周波数、たとえば録音再生機
において音声記録のときは記録媒体上に記録される信号
として記録される信号周波数および再生のときは音とし
て再生されてくる信号周波数は、ＤＤモータの角速度に
比例しているため、角速度比例積分制御ループで速度制
御されるＤＤモータを用いた音響機器においては、この
対負荷角速度変動はワウ７ラツクとなる。

従ってワウ７ラックの量は（２２）および（２７）式す
なわち第５図および第６図と同型またはこれに準じた角
周波数特性となる。

一方、ワウフラッタの検知限、すなわち音の周波数変動
を人間が検知できる変動量は、従来からの測定結果によ
れば、横軸にフラッタ周波数を、縦軸に検知限％（Ｊｆ
／ｆ）にとって示せば第７図に示す如くになる。

（日本音響学会誌２９巻１２号７６６頁）第７図におい
て曲線Ａ、ＢおよびＣは異なる測定者による測定結果を
示しており基準信号としては１０００Ｈｚ純音を、変動
を正弦波変動に選択して測定されていてその傾向はほぼ
一致している。

検知限について、（イ）、ワウ７ラツク検知限は周波数
特性を有すること。

（ロ）、ワウフラッタ周波数が１ないし５Ｈｚのとき最
も小さい変動量で検知される。

←→、（ロ）の値は０．１％の変化すなわち１０００Ｈ
ｚの信号がＩＨｚ変化しても検知できる。

に）、ワウフラッタ周波数が信号周波数に近接した場合
、検知限が急激に小さくなる。

この検知限に関する（イ）、（ロ）、←→およびに）項
に示した事項は一般に認められている。

そこで本発明にむいてはＤＤモータの共振周波”Ｅ 数−−を検知限が最低となるフラッタ周 ２π 波数以下に設定する。

このために、ＤＤモータの共振周波数に共振する周波数
成分を有する負荷トルクが加わったときでも対負荷速度
変動により生ずる再生音の周波数変動が検知されること
はない。

従って低音域でのもやつきおよび音像定位の不明確さが
改善される。

また、たとえば、音響機器のワウフラッタについて、そ
の変動の量を０．０３％に抑えたとしても、音響機器を
通して再生音を聴く場合に少なくとも録音時、再生時の
２回ワウフラックの影響をうけることになる。

レコード再生の場合には、録音時、カツテング時（２回
）、再生時と少なくとも４回ワウフラックの影響を受け
る。

従って総合ワウフラッフ特性はピーク値で０６１２％（
１，０００３４より算出）という値となる。

この値は第７図に示した検知限の特性からいえば十分検
知できるオーダである。

またレコード製作時カツテング以前にミキシング作業を
繰返した場合は、ピーク値で録音再生機を経た回数分だ
け前記変動の量に加えられることになり、ｓ、ｒ。

は小さく設定することが車重しい。

また、第７図に示した測定は基準信号を１０００Ｈｚ、
純音に、変動を正弦波変動に選んでいる。

しかし前記検知限に関するに）項から、たとえば１００
Ｈｚの周波数の音を基準信号に選んで検知限を測定すれ
ば第７図に示した周波数特性が得られるとは限らない。

基準信号を１００Ｈｚとし、１０Ｈｚのフラッタ周波数
で０．０５％の、変動量の変動を受けた場合、第７図の
Ｘで示したＰ点の位置となり検知限以下のため検知され
ない筈であるが、前記検知限に関するに）項から検知さ
れる可能性がある。

しかし人間の知覚は一般に変化が緩慢な程、その変化を
検知できない性質があり、ＤＤ”刀 モータの共振周波数−−をたとえばＩＨｚ２π 以下に設定すればワウフラッタの変動量が０．１％前後
であっても十分検知限を下廻す、検知されることはない
。

以上説明した如く本発明によりＤＤモータの被回転体の
慣性モーメン）Ｊ、速度制御系の速度積分制御ループの
利得Ｇ１および速度比例制御ルー”４．ｆ′ ブの利得Ｇ、としたとき、−−を検知限が Ｊ 最低値となるフラッタ周波数以下にしたことにより、再
生音の周波数変動は検知されることがなく、低音域のも
やつきおよび音像の不明確さが改善される。

また、 ４は速度制御系の速度積分制御２π Ｊ ループの利得すなわち位相同期ループでは、この利得に
かかわり、−１層を検知限が最低とな２π る周波数以下に設定することは、位相同期ループの利得
はドリフトを抑える程度の小さな利得でもよい事を意味
し、位相同期ループの設計および製作が容易となる効果
もある。

０２′ さらに、４Ｇ、≦−と設定することにより、ＤＤモータ
は制動不足となることはなく、被回転体はオーバーシュ
ートすることがない。

尚、上記の説明は、ＤＤモータが直流モータの場合とし
て説明した。

ＤＤモータが交流モータの場合でも、速度制御系を速度
比例積分制御ループで構成されている限り、負荷トルク
から角速度変動への伝達関数は直流モータの場合と同様
であり、ＤＤモータが交流モータであっても差支えない
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＤＤモータの速度制御系の一例を示す構成図、
第２図は第１図の速度制御系のブロック図。 第３図はＤＤモータの速度制御系の他の例を示す構成図
。 第４図は第３図の速度制御系のブロック図。 第５図は第１図および第３図の速度制御系を有するＤＤ
モータの対負荷角速度変動量の角周波数特性。 第６図は第１図および第３図の速度制御系を有するＤＤ
モータの振動のエネルギの角周波数特性。 第７図はフラッタ周波数対検知限の特性。 １・・・速度検出器、２・・・速度電圧変換回路、３・
・・比較器、４・・・増幅器、５・・・モータ駆動回路
、６・・・位相差検出回路、７・・・混合器、８・・・
ＤＤモータ、９・・・周波数差検出回路、１０・・・積
分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 利得Ｇ、の速度積分制御ループと利得Ｇ２の速度比
   例制御ループからなる速度比例積分制御系で制御され、
   慣性モーメン）Ｊを有する被回転体を駆動する直接駆動
   型モータに３いて、少なくと”Ｋ も− を検知限が最低となるフラッタ周波２π 数以下に設定したことを特徴とする直接駆動型モータ。 ２ 検知限が最低となるフラッタ周波数が１であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の直接駆動型
   モータ。 ３ 利得Ｇ１の速度積分制御ループと利得Ｇ２の速度比
   例制御ループからなる速度比例積分制御系で制御され、
   慣性モーメン）Ｊを有する被回転体”か を駆動する直接駆動型モータにおいて、−２π を検知限が最低となるフラッタ周波数以下に設定Ｇ； し、かつ４Ｇ、≦−に設定したことを特徴とする直接駆
   動型モータ。 ４ 検知限が最低となるフラッタ周波数が１であること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の直接駆動型
   モータ。