JP2702433B2 - パルスモータの回転検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスモータを駆動源
とする医療用ポンプ、工業用ロボット等の制御装置にお
いて、駆動操作部等の動作量をフィードバックするパル
スモータの回転検知装置に係り、特にパルスモータが低
速回転している時に発生する回転素子のオーバーシュー
トやアンダーシュートに起因する動作量カウンタの誤加
算を防止するパルスモータの回転検知装置に関する。な
お、ここでパルスモータとは、モータの駆動信号として
パルス列を与えるもので、１パルス当りの回転角度が規
定されているものであり、従って与えられたパルスに比
例した回転角度を得ることができるモータをいう。

【０００２】

【従来の技術】従来、医療用ポンプ等の駆動手段として
使用されるパルスモータの制御装置として、一般に図６
に示す構成が知られている。すなわち、図６において、
参照符号１０はパルスモータ、１２は円板状回転素子、
１４はフォトインタラプタ、１６はＣＰＵ（中央処理装
置）をそれぞれ示す。この場合、パルスモータの回転
は、円板状回転素子１２を介してフォトインタラプタ１
４により検出され、ＣＰＵ１６においては、フォトイン
タラプタ１４により検出された信号により、パルスモー
タ１０の回転速度を検出し、パルスモータ１０が適正に
駆動されているかを監視する。

【０００３】しかるに、パルスモータ１０は、駆動部へ
パルス信号が入力されていない時は、静止トルクを最大
とする保持力を持って停止している。そして、パルス信
号が入力される度に、図７に示すようなステップ状の運
転を繰り返していくことになる。

【０００４】すなわち、図７においては、パルスモータ
１０の１ステップ応答の動作波形を示し、(A) 点は停止
状態、(B) 点はパルス信号が入力されて次のステップ角
度へ向かって加速する状態、(C) 点はパルスモータのロ
ータおよび負荷慣性モーメントの影響で、ある角度だけ
オーバーシュートし、逆方向に引き戻されるような動作
（アンダーシュート）を繰り返す状態、そして(D) 点は
減衰振動を繰り返した後、所定のステップ角度の位置で
停止する状態をそれぞれ示す。

【０００５】これらの場合における前記オーバーシュー
トおよびアンダーシュートの幅および停止するまでの時
間は、負荷の慣性モーメントおよび負荷の摩擦トルクに
より変化する。

【０００６】しかるに、この種のパルスモータ１０の制
御回路において、パルスモータ１０が回転している時、
何等かの原因で負荷が上昇して、パルスモータ１０が入
力パルスとの同期を失い、脱調してしまうことがある。
このため、パルスモータ１０の回転速度を検出して、こ
れを理論値と比較することにより、脱調を監視する必要
がある。

【０００７】通常、パルスモータの回転検出手段として
は、円板状回転素子と一相出力型フォトインタラプタと
を設け、このフォトインタラプタにおいて発光素子の光
が、受光素子に対して導通状態と遮断状態の双方の状態
が生じた際に、この状態を動作量カウンタにより加算動
作するように構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような動作量カウンタの加算方法によれば、パルスモ
ータが低速回転している場合、回転素子がオーバーシュ
ートやアンダーシュートし、これにより動作量カウンタ
が誤加算する不具合が生じ易い。このため、適正な脱調
監視を行うことができなくなると共に、適正なパルスモ
ータの制御も達成し得なくなる難点がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、回転素子がオー
バーシュートやアンダーシュートしても、これらに起因
する誤加算を防止して、適正な加算動作を達成すること
ができる動作量カウンタを備えたパルスモータの回転検
知装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るパルスモータの回転検知装置は、パル
スモータの出力軸に対し、外周に所定間隔離間させてそ
れぞれ光の透過部および遮光部を複数形成した回転素子
と、発光素子および受光素子を備えたフォトインタラプ
タとを結合して、パルスモータの回転を検知するよう構
成したパルスモータの回転検知装置において、前記フォ
トインタラプタは、発光素子に対し第１の受光素子およ
び第２の受光素子を設けた二相出力型フォトインタラプ
タからなり、前記回転素子のそれぞれ光の透過部および
遮光部において、第１の受光素子および第２の受光素子
が、それぞれ同時に光を透過または遮光動作するよう
に、前記第１の受光素子と第２の受光素子との離間距離
を設定し、前記フォトインタラプタの発光素子の光に対
し、前記第１の受光素子および第２の受光素子が、共に
導通状態となる場合と、共に遮断状態となる場合との双
方を感知した際に、動作量カウンタを加算操作するよう
に構成することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明に係るパルスモータの回転検知装置によ
れば、パルスモータに結合された回転素子が回転して、
二相出力型フォトインタラプタの発光素子の光に対し
て、第１の受光素子および第２の受光素子が、共に導通
状態および共に遮断状態の双方を感知した際に、動作量
カウンタを加算動作することによって、パルスモータが
低速回転している時に発生する回転素子のオーバーシュ
ートやアンダーシュートに起因する動作量カウンタの誤
加算を容易にかつ確実に防止することができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係るパルスモータの回転検知
装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係るパルスモータの回転
検知装置の概略構成図である。図１の（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）において、参照符号２０はパルスモータ、２２は
円板状の回転素子、２４は二相出力型フォトインタラプ
タをそれぞれ示す。回転素子２２は、外周に所定間隔離
間させて複数の切欠部２３を設けることにより光の透過
部および遮光部を複数形成した構成からなる。また、フ
ォトインタラプタ２４は、１つの発光素子２５に対し、
第１の受光素子２６ａおよび第２の受光素子２６ｂとを
設けている。そして回転素子２２のそれぞれ光の透過部
および遮光部において、第１の受光素子２６ａおよび第
２の受光素子２６ｂが、それぞれ同時に光を透過または
遮光動作するように、第１の受光素子２６ａと第２の受
光素子２６ｂとの離間距離ｓを設定してある。なお、前
記フォトインタラプタ２４から外部に導出される導線２
５′、２６′、２６″は、それぞれ前記発光素子２５、
第１の受光素子２６ａおよび第２の受光素子２６ｂと接
続される信号ラインである。

【００１４】このように構成されるパルスモータの回転
検知装置において、パルスモータ２０の回転駆動に際し
て、回転素子２２による前記フォトインタラプタ２４の
第１の受光素子２６ａおよび第２の受光素子２６ｂによ
り検出されるところのステップ応答特性は、図２に示す
通りである。

【００１５】(1) は、停止状態を示す。

【００１６】(2) は、パルス信号が入力されて位相が切
替わり、次のステップ角度へ向かって変位する状態を示
す。

【００１７】(3) は、パルスモータのロータの負荷慣性
モーメントの影響により、ある角度だけオーバーシュー
トし、アンダーシュート（逆方向へ引き戻される）する
動作を繰り返す状態を示す。

【００１８】(4) は、前記(3) の減衰振動を繰り返した
後、所定のステップ角度の位置で停止する状態を示す。

【００１９】(5) は、再びパルス信号が入力されて位相
が切替わり、次のステップ角度へ向かって加速する状態
を示す。

【００２０】(6) は、再びパルスモータのロータの負荷
慣性モーメントの影響により、ある角度だけオーバーシ
ュートし、アンダーシュートする動作を繰り返す状態を
示す。

【００２１】(7) は、前記(6) の減衰振動を繰り返した
後、所定のステップ角度の位置で停止する状態を示す。

【００２２】そこで、前記図２に示すような、回転素子
２２がオーバーシュートやアンダーシュートする場合に
おいて、誤加算を防止することができる、動作量カウン
タの回路構成の一実施例を、図３に示す。すなわち、図
３において、パルスモータの出力軸に結合された回転素
子が回転して、二相出力型フォトインタラプタの発光素
子２５の光に対して、第１の受光素子２６ａおよび第２
の受光素子２６ｂが、共に遮断状態になると、各信号ラ
イン２６′および２６″の信号Ｃおよび信号Ｂは高レベ
ルになる（図４参照）。

【００２３】このようにして得られた高レベルの信号Ｃ
および信号Ｂは、デコーダ集積回路３０の入力端子Ｃお
よびＢに入力されるので、前記デコーダ集積回路３０の
端子Ｙ６の出力信号は高レベルから低レベルになり、こ
れがフリップフロップ３２の端子ＣＬへ入力され、この
フリップフロップ３２の端子Ｑの出力信号は低レベルと
なる。

【００２４】その後、パルスモータ２０のロータが、オ
ーバーシュートやアンダーシュートして、前記フォトイ
ンタラプタ２４の発光素子２５の光に対して、第１の受
光素子２６ａおよび第２の受光素子２６ｂのいずれか一
方が、導通状態になっても、フリップフロップ３２の出
力信号に影響はなく、その端子Ｑの出力信号は低レベル
のまま変化しない。

【００２５】そして、パルスモータに何度かのパルス信
号が入力され、パルスモータのロータがある角度移動す
ると、前記フォトインタラプタ２４の発光素子２５の光
に対して、第１の受光素子２６ａおよび第２の受光素子
２６ｂが、共に導通状態になり、各信号ライン２６′お
よび２６″の信号Ｃおよび信号Ｂは低レベルになる（図
４参照）。

【００２６】このようにして得られた低レベルの信号Ｃ
および信号Ｂは、デコーダ集積回路３０の入力端子Ｃお
よびＢに入力されると共に、信号Ｃも低レベルとなるの
で、前記デコーダ集積回路３０の端子Ｙ０の出力信号は
高レベルから低レベルになり、これがフリップフロップ
３２の端子ＣＬＫへ入力され、このフリップフロップ３
２の端子Ｑの出力信号は高レベルとなる。

【００２７】従って、この端子Ｑの出力信号を動作量カ
ウンタの入力側へ供給する。このようにして、前記図１
に示すように、パルスモータ２０に結合された回転素子
２２が回転して、二相出力型フォトインタラプタ２４の
発光素子２５の光に対して、第１の受光素子２６ａおよ
び第２の受光素子２６ｂが、共に導通状態および共に遮
断状態の双方を感知した際に、動作量カウンタを加算動
作するようにして、パルスモータ２０が低速回転してい
る時に発生する回転素子２２のオーバーシュートやアン
ダーシュートに起因する動作量カウンタの誤加算を防止
することができる。

【００２８】なお、本発明において、例えばステップ角
１．８゜（１回の励磁相の切換えで１．８゜移動）のパ
ルスモータ２０のオーバーシュート角度は、最大値で約
０．５゜程度である。そして、回転素子２２が０．５゜
オーバーシュートした時の、フォトインタラプタ２４の
受光素子部分の移動量が、受光素子２６ａと２６ｂの両
者が遮断状態になる位置から、両者が透過状態になる位
置までの動作量（換言すれば、受光素子２６ａと２６ｂ
の距離）より十分に小さいことが好適である（図５参
照）。

【００２９】すなわち、図５において、回転素子２２の
中心からフォトインタラプタ２４部分までの距離（半
径）ｒを１０ｍｍと仮定し、回転素子２２が０．５゜オ
ーバーシュートした時の受光素子２６ａ、２６ｂ部分の
移動量をΔｄとすると、Δｄ＝π×２０×０．５÷３６
０ｍｍ＝０．８７ｍｍとなる。従って、受光素子は最大
０．８７ｍｍオーバーシュートすることがあり得る計算
となる。従って、フォトインタラプタ２４の受光素子２
６ａと２６ｂの距離ｓが、回転素子２２の走行方向（矢
印）で０．８７ｍｍ以上（但し、前記半径ｒを１０ｍｍ
とした時）あれば、誤加算がなくなることになる。アン
ダーシュートの場合も同様である。

【００３０】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更
をすることができる。

【００３１】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明に係るパルスモータの回転検知装置によれば、パル
スモータの出力軸に結合した回転素子とフォトインタラ
プタによりパルスモータの回転を検知する回転検知装置
において、前記フォトインタラプタとして二相出力型フ
ォトインタラプタを使用して、このフォトインタラプタ
の発光素子の光に対し、第１の受光素子および第２の受
光素子が共に導通状態となる場合と、第１の受光素子お
よび第２の受光素子が共に遮断状態となる場合との双方
を感知した際に、動作量カウンタを加算操作するように
構成することにより、パルスモータ２０が低速回転して
いる時に発生する回転素子２２のオーバーシュートやア
ンダーシュートに起因する動作量カウンタの誤加算を容
易かつ確実に防止することができる。

【００３２】特に、本発明によれば、パルスモータに限
らず、一般の回転するものの検知装置において、回転体
そのものの振動や、回転素子の振動に影響されることな
く、動作量カウンタの誤加算を簡便に防止することがで
き、この種制御装置における速度監視の確実性の向上に
寄与する効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルスモータの回転検知装置の一
実施例を示すものであって、（ａ）は概略側面図、
（ｂ）は（ａ）に示す回転検知用部材の正面図、（ｃ）
は（ａ）に示すフォトインタラプタの平面図である。

【図２】本発明に係るパルスモータの回転検知装置にお
ける回転検知用部材のステップ応答特性を示す波形図で
ある。

【図３】本発明に係るパルスモータの回転検知装置にお
けるフォトインタラプタの出力を処理するところの回路
図である。

【図４】図３に示すパルスモータの回転検知装置におけ
るフォトインタラプタの出力特性を示す信号波形図であ
る。

【図５】本発明に係るパルスモータ回転検知装置におけ
るフォトインタラプタの受光素子と回転素子との関係に
おける構成配置を示す説明図である。

【図６】従来のパルスモータ駆動装置におけるパルスモ
ータの制御系を示す概略系統図である。

【図７】従来のパルスモータ駆動装置におけるステップ
応答動作波形図である。

【符号の説明】

２０ パルスモータ ２２ 回転素子 ２３ 切欠部 ２４ フォトインタラプタ ２５ 発光素子 ２５′ 信号ライン ２６ａ 第１の受光素子 ２６ｂ 第２の受光素子 ２６′ 信号ラインＣ ２６″ 信号ラインＢ ３０ デコーダ集積回路 ３２ フリップフロップ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスモータの出力軸に対し、外周に所
   定間隔離間させてそれぞれ光の透過部および遮光部を複
   数形成した回転素子と、発光素子および受光素子を備え
   たフォトインタラプタとを結合して、パルスモータの回
   転を検知するよう構成したパルスモータの回転検知装置
   において、 前記フォトインタラプタは、発光素子に対し第１の受光
   素子および第２の受光素子を設けた二相出力型フォトイ
   ンタラプタからなり、前記回転素子のそれぞれ光の透過部および遮光部におい
   て、第１の受光素子および第２の受光素子が、それぞれ
   同時に光を透過または遮光動作するように、前記第１の
   受光素子と第２の受光素子との離間距離を設定し 、前記 フォトインタラプタの発光素子の光に対し、前記第
   １の受光素子および第２の受光素子が、共に導通状態と
   なる場合と、共に遮断状態となる場合との双方を感知し
   た際に、動作量カウンタを加算操作するように構成する
   ことを特徴とするパルスモータの回転検知装置。