JP2934258B2

JP2934258B2 - サーボ装置

Info

Publication number: JP2934258B2
Application number: JP1179024A
Authority: JP
Inventors: 尚宏原
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH0345156A

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野本発明は、サーボ装置に関し、特に、所定角度ごとに
間欠回転する同期形ブラシレスDCモータの回転子の磁極
と固定子のスロットの組み合わせにより発生するコギン
グトルクをモータが発生する最大発生トルクの約20％〜
約60％に設定し、間欠回転時の回転子の回転および停止
動作を確実にするための新規な改良に関する。

b.従来の技術従来、用いられていたこの種の所定角度毎に回転駆動
するモータとしては、本願と同一出願人による特開昭61
−254058号に開示されたステップモータの構成を挙げる
ことができる。

c.発明が解決しようとする課題従来のステップモータは、以上のように構成されてい
たため、次のような課題を有していた。

すなわち、ステップモータでは、その構造上、大きい
トルクを得ること、および、起動時よりの高速立上げは
極めて困難であり、第トルクおよび高速立上げを必要と
する用途には不適であった。

さらに、ステップモータの場合には、入力駆動パルス
数に比例したステップ駆動数を完全に得ることは困難
で、脱調を起こすこともあった。

また、通常の間欠回転時における回転子の回転後にお
ける定位置保持は、コギングトルクが小であるため、回
転子の磁気作用によってのみ行うことは難しく、別に、
定位置保持機能を設ける必要があった。

すなわち、モータが小さい発生トルクで回転できるよ
うにするため、通常、コギングトルクはモータの発生ト
ルクの約20％以下に設定されている。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされ
たもので、特に、所定角度ごとに間欠回転する同期形ブ
ラシレスDCモータの回転子の磁極と固定子のスロットの
組み合わせにより発生するコギングトルクをモータが発
生する最大発生トルクの約20％〜60％に設定し、間欠回
転時の回転子の回転および停止動作を確実にするように
したサーボ装置を提供することを目的とする。

d.課題を解決するための手段本発明によるサーボ装置は、複数のスロットを有し、
固定子巻線を有する固定子に対し、複数の磁極を構成す
る永久磁石を有する回転子を用い、前記各永久磁石の二
相の回転角度信号を得るための一対のホール素子と、前
記各回転角度信号を波形整形回路によりディジタル信号
として入力される４倍方向判別回路及び論理反転回路
と、前記４倍方向判別回路からの出力が入力される第２
計数回路と前記第２計数回路からの出力が入力されると
共に、CW指令パルス及びCCW指令パルスが入力される第
１計数回路からのパルスが入力される差検出回路と、前
記差検出回路からの出力が入力されるD/A変換回路及び
論理反転回路と、前記D/A変換回路からのアナログ電圧
が入力されると共に前記論理反転回路からの出力がレベ
ルシフト回路を介して入力されるドライブICと、を備
え、前記ドライブICの電流を前記固定子巻線に出力さ
せ、前記CW指令パルスが第１計数回路に入力さて前記差
検出回路からの出力が１の時に回転子がCW方向に回転す
ると共に零の時に回転子の回転が停止し、前記CCW指令
パルスが第１計数回路に入力されて前記差検出回路から
の出力が論理反転回路で反転されてドライブICに入力さ
れることにより回転子がCCW方向に回転され、前記回転
子を正逆間欠回転させるようにした同期形ブラシレスDC
モータを用いたサーボ装置において、前記回転子の磁極
と固定子のスロットの組み合わせにより発生するコギン
グトルクを、前記同期形ブラシレスDCモータが有する最
大発生トルクの約20％〜約60％となるように設定した構
成である。

e.作用本発明によるサーボ装置において、回転子の磁極と固
定子のスロットの組み合わせにより発生するコギングト
ルクを、同期形ブラシレスDCモータが有する最大発生ト
ルクの約20％〜60％となるように設定したので、回転子
が回転する場合には、モータの最大発生トルクがコギン
グトルクを十分に越えるため、回転が確実に行われ、ま
た、回転子が所定角度回転した後、回転を停止する場合
には、コギングトルクが少なくとも約20％に設定されて
いるため、回転子の停止および保持を確実に得ることが
できる。

従って、回転の立上がりが良好で且つ所定角度回転後
の停止保持が確実な同期形ブラシレスDCモータを用いた
サーボ装置を得ることができる。

f.実施例以下、図面と共に本発明によるサーボ装置の好適な実
施例について詳細に説明する。

第１図から第５図迄は、本発明によるサーボ装置を適
用した同期形ブラシレスDCモータを示すもので、第１図
はブロック図、第２図は波形図、第３図はステータを示
す平面図、第４図は回転子を示す平面図、第５図は回転
子の断面図である。

図において符号１で示されるものは複数のスロット1a
を有する固定子であり、この固定子１は従来のステップ
モータ用の固定子と同一構造であり、各スロット1a内に
は、図示しない多相形の固定子巻線が設けられている。

前記固定子１の各スロット1aの間に形成された各歯部
1bによって形成された空隙1c内には、第４図および第５
図で示す回転子２が回転自在に設けられており、この回
転子２の外周には、四個の互いに異なる磁極の永久磁石
3,3A,3B,3Cが、30度毎の空隙部４を介して等間隔に配設
され、各永久磁石３〜3Cの各角度は60度に形成されてい
る。

また、前記各永久磁石３〜3Cの二相の回転角度検出信
号h₁,h₂を得るための回転角度検出部をなす一対のホー
ル素子5A,5Bが、互いに45度の間隔で配設され、各ホー
ル素子5A,5Bの配設位置は、前記固定子１に設けた場合
にかぎらず、図示しないケーシングに設け、回転軸に設
けた四極の永久磁石からなる磁石板（図示せず）に対応
して配設することもできる。

従って、永久磁石３〜3Cの磁極と固定子１の各スロッ
ト1a形状の組み合わせにより発生する周期的なコギング
のコギング発生位置と前記回転子２の回転子角度検出信
号h₁,h₂の信号発生位置（各ホール素子5A,5Bに相当す
る）とは、相関関係となるように配置され、且つ、前記
コギングの発生頻度と回転子角度検出信号の発生頻度と
が一致するように構成されている。

次に、第１図に示すブロック図において、符号10で示
されるものは、外部からのCW指令パルスａおよびCCW指
令パルスｂを受け入れるための第１計数回路であり、こ
の第１計数回路10は、差検出回路11に接続され、この差
検出回路11からの出力d₁,d₂は、D/A変換回路12を介して
ドライブIC13からブラシレスDCモータ14（前述の第３図
〜第５図に示す）に入力されている。

前記差検出回路11の他の出力ｅは、論理反転回路15に
入力され、この論理反転回路15からのl₁,l₂は、レベル
シフト回路16を介して前記ドライブIC13に入力されてい
る。

前記ブラシレスDCモータ14に設けられたホール素子5
A,5Bからの二相の回転角度検出信号h₁,h₂は、波形整形
回路17を経て４倍方向判別回路18および前記論理反転回
路15に入力され、この４倍方向判別回路18からの出力
j₁,j₂は、第２計数回路19を介して出力k₁,k₂として前記
差検出回路11に入力されている。

本発明による同期形ブラシレスDCモータは、前述した
ように構成されており、以下に、その動作について説明
する。

まず、CW指令パルスａが第１計数回路10に１パルスと
して印加（立上がり時動作）されると、この第１計数回
路10からは第１パルスC₁が差検出回路11に入力される。

この場合、第２計数回路19からの出力k₁は零となって
いるため、この差検出回路11からの出力d₁が１としてD/
A変換回路12でアナログ電圧ｆがドライブIC13に供給さ
れる。

このドライブIC13は入力電圧に比例したコイル電流ｇ
をブラシレスDCモータ14に供給することにより、回転子
２はCW方向に回転し始め、各ホール素子5A,5Bから二相
の進み信号h₁および遅れ信号h₂が出力される。

これらの各信号h₁,h₂は、波形整形回路17で波形整形
されてディジタル信号i₁,i₂として４倍方向判別回路18
に入力され、この４倍方向判別回路18により変化点（ト
リガーとなる）で出力パルスj₁が現れる。

この出力パルスj₁によって第２計数回路19から１パル
スk₁が前記差検出回路11に入力され、その結果、この差
検出回路11からは出力d₁が零となり、ドライブIC13から
はコイル電流ｇが出力されず、回転子２の回転は停止
し、45゜の間欠回転が達成される。

前述の回転子２は、前述回転角度検出信号h₁,h₂が360
゜/8パルスであるため、45゜の回転の後、停止するよう
に構成されている。。

尚、外部指令が、CCW指令パルスｂの場合には、差検
出回路11からの出力ｅが論理反転回路15で反転し、反転
出力i₁,i₂がドライブIC13に出力され、回転子２はCCW方
向に逆回転する。

従って、前述のコギングトルクが、同期形ブラシレス
DCモータ14の有する最大発生トルク（固定子巻線に印加
するコイル電流の大きさによつて任意に設定できる）の
約20％から約60％の範囲内に抑えられているため、回転
子２の回転は、コギングトルクを越えて回転することが
できると共に、回転子の回転後の停止は、コギングトル
クが少なくとも20％あるため、確実に停止することがで
きる。

すなわち、コギングトルクが前述の20％以下では、回
転子２が回転後の確実な停止を得ることができなくな
り、約60％以上では回転子２の発生トルクがコギングト
ルクに負けて回転不能となるため、コギングトルクがこ
の範囲内となるように、前述の回転子２の永久磁石3,3
A,3B,3Cの磁力の強さ、形状（円周角度）等をそのモー
タ14の最大発生トルクに合わせて設計することにより適
宜得られるものである。

尚、前述の第１図における各出力は、第２図に示され
るタイミングチャートに示される通りである。

尚、本発明によるサーボ装置を適用した同期形ブラシ
レスDCモータの二相固定子巻線（Ａ相は入出力端子La₁,
La₂よりなり、Ｂ相は入出力Lb₁,Lb₂とからなる）を用い
て各ホール素子5A,5Bからの位置検出信号Ha,Hbとの駆動
論理の構成は下記の第１表の通りであり、正方向回転
（CW）および逆転方向回転（CCW）における駆動状態が
示されている。

また、第１表におけるＨは電流がハイ、Ｌは電流が、
ロー、Ｍは電流が流れない中点を表している。

g.発明の効果本発明によるサーボ装置は、以上のように構成されて
いるため、次のような効果を得ることができる。

すなわち、外部からの指令パルスに応じて45゜づつ間
欠回転し、この状態で、ホール素子からの回転角度検出
信号のパルスを前記指令パルスと比較して、その差が零
となるようにクローズドループで制御しているため、回
転子の所定角度の回転を確実に得ることができる。

また、駆動構造がブラシレスDCモータであるため、従
来のステップモータよりも大きい回転トルクを得ると共
に、起動時より高速立上げを可能とすることができる。

さらに、コギングトルクがモータの最大発生トルクの
約20％〜60％に設定されているため、回転が確実で且つ
回転後の停止が確実となり、極めて信頼性の高い間欠回
転駆動を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図迄は、本発明によるサーボ装置を適用
した同期形ブラシレスDCモータを示すもので、第１図は
ブロツク図、第２図は波形図、第３図はステータを示す
平面図、第４図は回転子を示す平面図、第５図は回転子
の断面図である。１は固定子、1aはスロット、２は回転子、3,3A,3B,3Cは
永久磁石、h₁,h₂は回転子角度検出信号、5A,5Bは信号発
生位置である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスロット（1a）を有し、固定子巻線
を有する固定子（１）に対し、複数の磁極を構成する永
久磁石（3,3A,3B,3C）を有する回転子（２）を用い、前
記各永久磁石（3,3A,3B,3C）の二相の回転角度信号
（h₁,h₂）を得るための一対のホール素子（5A,5B）と、
前記各回転角度信号（h₁,h₂）を波形整形回路（17）に
よりディジタル信号（i₁,i₂）として入力される４倍方
向判別回路（18）及び論理反転回路（15）と、前記４倍
方向判別回路（18）からの出力（j₁,j₂）が入力される
第２計数回路（19）と、前記第２計数回路（19）からの
出力（k₁,k₂）が入力されると共に、CW指令パルス
（ａ）及びCCW指令パルス（ｂ）が入力される第１計数
回路（10）からのパルス（C₁,C₂,C₃…）が入力される差
検出回路（11）と、前記差検出回路（11）からの出力
（d₁,d₂とｅ）が入力されるD/A変換回路（12）及び論理
反転回路（15）と、前記D/A変換回路（12）からのアナ
ログ電圧（ｆ）が入力されると共に前記論理反転回路
（15）からの出力（l₁,l₂）がレベルシフト回路（16）
を介して入力されるドライブIC（13）と、を備え、前記
ドライブIC（13）の電流（ｇ）を前記固定子巻線に出力
させ、前記CW指令パルス（ａ）が第１計数回路（10）に
入力されて前記差検出回路（11）からの出力（d₁）が１
の時に回転子（２）がCW方向に回転すると共に零の時に
回転子（２）の回転が停止し、前記CCW指令パルス
（ｂ）が第１計数回路（10）に入力されて前記差検出回
路（11）からの出力（ｅ）が論理反転回路（15）で反転
されてドライブIC（13）に入力されることにより回転子
（２）がCCW方向に回転され、前記回転子（２）を正逆
間欠回転させるようにした同期形ブラシレスDCモータを
用いたサーボ装置において、前記回転子（２）の磁極と固定子（１）のスロット（1
a）の組み合わせにより発生するコギングトルクを、前
記同期形ブラシレスDCモータが有する最大発生トルクの
約20％〜約60％となるように設定したことを特徴とする
サーボ装置。