JP3632059B2 - 直流ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ブラシレスモータの制御装置に関し、特に、前記直流ブラシレスモータを停止させるためのものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータによって、物体を移動させる場合、その停止位置を正確に制御することがある。この様な場合、モータ及びその制御装置には、交流モータとインバータとを使用したり、サーボモータとそれ専用の制御装置とを使用したりすることが行われている。また、このような位置決め制御には、モータにエンコーダ等を設けて、その回転数を検出するのが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成では、常にエンコーダが必要であり、コストが高くなる。また、インバータやサーボモータ専用制御装置に対する指令を与えるために高価なプログラマブルロジック回路を使用しなければならない。また、プログラマブルロジック回路の内容を変更しようとすると、書き込み機器が必要であったり、外部に内容変更用のスイッチ等を設けたりしなければならない。
【０００４】
本発明は、エンコーダ等が不要で、低コストなモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直流ブラシレスモータを制御する。直流ブラシレスモータは、ロータの位置検出用のホール素子を備え、かつ複数の電機子巻線を有している。ホール素子によるロータの位置検出に応じて、駆動手段が、直流ブラシレスモータの各電機子巻線に流す電流を切り換えて、直流ブラシレスモータを回転させる。ホール素子によるロータの位置検出に応じて、制御手段が、直流ブラシレスモータの回転数を検出し、この検出された直流ブラシレスモータの回転数が設定値に達したとき、駆動手段による直流ブラシレスモータの駆動を停止させる。
【０００６】
本発明によれば、直流ブラシレスモータにおいて、ブラシの代わりに使用されているホール素子によって、直流ブラシレスモータの回転数を検出することが可能であることを利用して、その回転数が設定値に達すると、モータを停止させるように構成してある。従って、エンコーダ等が不要で、コストを低減させることができる。
【０００７】
直流ブラシレスモータは、２つ設けられている。この場合、これら２つの直流ブラシレスモータは、間隔をおいて配置された２つの回転軸をそれぞれ駆動する。２つの回転軸には、長尺体の両端部がそれぞれ固定され、２つの回転軸は、一方から長尺体が繰り出されたとき、他方が長尺体を巻き取るように、２つの直流ブラシレスモータによって回転させられる。制御手段は、２つの直流ブラシレスモータの各ホール素子によって検出された２つの直流ブラシレスモータの回転数の和を基に、各直流ブラシレスモータの駆動を停止させる。
【０００８】
上記のように一方の回転軸から長尺体が送り出されると、一方の回転軸に巻かれている長尺体の直径が徐々に小さくなる。一方、長尺体を巻き取っている回転軸では、その巻き取られた長尺体の直径が徐々に大きくなる。従って、長尺体が送り出されている場合、モータの回転数が同じであっても、長尺体が送り出される長さは、徐々に多くなる。一方、長尺体を巻き取っている回転軸では、長尺体を巻き取っていくに従って、同じ回転数であっても巻き取られる長さが徐々に短くなっていく。従って、同じ長さずつ長尺体を送り出したり、巻き取ったりするためには、設定値を徐々に変化させていく必要がある。ところが、これら２つのブラシレスモータを同じ時間だけ回転させる場合、２つのブラシレスモータの回転数の和は、常に一定である。従って、この回転数の和を基に制御すると、いちいち設定値を変更する必要がない。
【０００９】
長尺体は、それぞれ同じ長さのポスターをその長さ方向に沿ってつなぎ合わせたものとすることができる。この場合、設定値は、ポスターの長さに対応するものとする。これによって、各ポスターを両回転軸の間に配置した状態に、それぞれ移動させることができる。しかも、そのとき、いずれのポスターに対しても、設定値は只一つである。
【００１０】
更に、各直流ブラシレスモータは、対応する回転軸内に収容することができる。このように回転軸内に直流ブラシレスモータを収容することによって、小型化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態は、例えば電動広告表示機に本発明を実施したもので、図２に示すように、間隔を隔てて、例えば上下方向に配置された２つの回転軸２ａ、２ｂを有している。これら回転軸２ａ、２ｂの間には、長尺体、例えばそれぞれが同じ長さのポスター４、４・・・をそれらの長さ方向に繋いだポスター群６が取り付けられている。即ち、このポスター群６の一端が回転軸２ａに固定され、他端が回転軸２ｂに固定されている。例えば回転軸２ａ、２ｂを矢印ａ方向に回転させることによって、ポスター群６を回転軸２ａ側に巻き取り、回転軸２ｂ側から送り出すように、即ち、ポスター群６を上側に移動させることができ、矢印ａ方向とは反対方向に回転軸２ａ、２ｂを回転させることによって、ポスター群６を回転軸２ｂ側に巻き取り、回転軸２ａ側から送り出すように、即ち、ポスター群６を下側に移動させることができる。
【００１２】
このような巻き取り、送り出しを行うために、回転軸２ａ、２ｂ内には、直流ブラシレスモータ８ａ、８ｂが内蔵されている。これらブラシレスモータ８ａ、８ｂは、回転軸２ａ、２ｂ内に設けられた回転伝達機構、例えば減速器（図示せず）を介して、回転軸２ａ、２ｂに回転を与える。なお、図２に符号１０、１０で示すのは、回転軸２ａ、２ｂを適当なフレームに固定するための固定軸である。この固定軸１０、１０の周りに回転自在に回転軸２ａ、２ｂは取り付けられている。
【００１３】
図１に示すように、各直流ブラシレスモータ８ａ、８ｂは、駆動手段、例えばドライバ１２ａ、１２ｂによって駆動される。ドライバ１２ａ、１２ｂは、直流ブラシレスモータ１２ａ、１２ｂが備える複数、例えば３つの電機子のうち電流を供給するものを切り換えることによって、ブラシレスモータ１２ａ、１２ｂのロータを回転させるもので、その回転制御を行うために、ブラシレスモータ１２ａ、１２ｂ内には、図示していないが、複数、例えば３つのホール素子が設けられている。これらホール素子は、ロータの各極を検出するためのもので、ロータが例えば４極のものであれば、３つのホール素子を使用することによって、ロータが１回転する際に、合計６個のパルス信号をホール素子が発生する。これらパルス信号がドライバ１２ａ、１２ｂに供給され、これらパルス信号を利用して、ドライバ１２ａ、１２ｂは、所定の方向に直流ブラシレスモータ８ａ、８ｂを回転させる。このドライバ１２ａ、１２ｂは、直流電源１４ａ、１４ｂからの直流電圧を交流電圧に変換するインバータを含んでいる。そして、このインバータの導通期間をＰＷＭ制御することによって、電機子に流れる電流の大きさを変化させて、直流ブラシレスモータの速度を制御している。
【００１４】
この速度制御の指示信号はＤ／Ａ変換器１６ａ、１６ｂを介して制御手段、例えばＣＰＵ１８から供給されている。この速度制御指示信号は、例えば直流電圧であって、速度を速くするとき程、大きな値となる。
【００１５】
ＣＰＵ１８には、モータ８ａの各ホール素子のうち一つからパルス信号が供給されている。これは、モータ８ａのロータのいずれかの極の回転を検出したものである。ＣＰＵ１８には、モータ８ｂからもホール素子のパルス信号が供給されている。このホール素子は、ＣＰＵ１８にモータ８ａからパルス信号を供給しているものに対応するものである。なお、これらパルス信号は、インバータ２０ａ、２０ｂによって反転されて、供給されている。
【００１６】
また、ＣＰＵ１８には、設定手段、例えばスイッチ回路２２も設けられおり、長尺体の停止距離、例えば一枚のポスター４の長さに相当する距離が設定されている。この距離は、例えばポスター４が異なったものとなった場合には、スイッチ回路２２の操作によって、新たなポスター４の長さに対応したものに変更される。
【００１７】
ＣＰＵ１８が行うモータ８ａ、８ｂの制御の概略を図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）はモータ８ａのドライバ１２ａに供給される電圧の変化を示し、同図（ｂ）はモータ８ｂドライバ１２ｂに供給される電圧の変化を示している。停止期間には、モータ８ａ、８ｂのドライバ１２ａ、１２ｂには、共にポスター４を回転軸２ａ、２ｂに巻き取る方向の低い電圧が印加されており、ポスター４にはテンションが掛けられた状態にある。このとき、ちょうど１枚のポスター４が回転軸２ａ、２ｂ間にある。
【００１８】
この状態からＣＰＵ１８からドライバ１２ａ、１２ｂには徐々に増加していく電圧が供給され、ソフトスタートが実行され、モータ８ａ、８ｂの速度は徐々に所定の速度まで上昇していく。但し、モータ８ａ、８ｂの所定の速度は異なっており、モータ８ａの速度の方が速い。これら所定の速度にそれぞれ到達すると、その所定の速度によって、モータ８ａ、８ｂが回転する。このときの回転方向は、回転軸２ａ側にポスター４が巻き取られる方向である。モータ８ａの速度がモータ８ｂの速度よりも速いので、ポスター４にはテンションが掛けられ、ポスター４がたるむことはない。
【００１９】
この所定の速度によるモータ８ａ、８ｂの回転によって、モータ８ａ、８ｂのホール素子から、ロータが１回転する間に２発のパルス信号がＣＰＵ１８に供給される。ＣＰＵ１８は、これらパルス信号の加算値の１／２の値が、設定値に等しくなるまで、それぞれの所定速度での走行を行う。
【００２０】
例えば回転軸２ａ、２ｂが回転を開始する直前でのポスター４の巻き径を、回転軸２ａで５０ｍｍ、回転軸２ｂで６０ｍｍとすると、回転軸２ａ側にポスター４ａが巻かれた結果、回転軸２ａ側で巻き径が６０ｍｍ、回転軸２ｂ側で５０ｍｍになったとする（ポスター４は、たるむことなく巻き取られているとする）。モータ８ａについて考えると、例えばポスター４の巻き径が５０ｍｍのときと６０ｍｍのときとでは、巻き径の相違によってモータ８ａの１回転において巻き取られるポスター４の長さが異なる。従って、ポスター４を１枚ずつ巻き取って、停止させるためには、停止させるための設定値を、例えば１枚目のポスター４が巻き取られるときに、仮に１０とすると、２枚目のポスター４が巻き取られるときには１２というように、徐々に変更する必要がある。しかし、回転軸２ａでは、直径が５０ｍｍから６０ｍｍに、回転軸２ｂでは、直径が６０ｍｍから５０ｍｍになるだけであるので、モータ８ａ、８ｂのホール素子が発生するパルス信号の総和は、同じ時間だけ走行させた場合には、常に等しい。従って、このパルスの総和を利用して、モータ８ａ、８ｂを停止させれば、何枚目のポスター４を１枚分巻き取る際に発生させるパルスの総和は常に等しい値となる。よって、何枚目にあるポスター４であるかによって設定値を異ならせる必要が無く、設定値としては１つだけ準備すればよく、また何枚目のポスター４であるかを検出する必要もない。よって、コストを低減することができる。
【００２１】
このようにして所定距離だけポスター４を移動させると、モータ８ｂは即座に停止させられるが、モータ８ａはソフトスタートによって徐々に速度が低下させられる。そして、ポスター４の所定距離の移動から徐々に速度を減少させて、設定距離だけポスター４を移動させると、再び停止状態とされて、モータ８ａ、８ｂのドライバ１２ａ、１２ｂには、共にポスター４を回転軸２ａ、２ｂに巻き取る方向の低い電圧が印加され、ポスター４にはテンションが掛けられる。
【００２２】
上記のようにモータ８ａ、８ｂを制御するためにＣＰＵ１８が行う処理をフローチャートで示すと、図４のようになる。即ち、まず両モータ８ａ、８ｂに回転軸２ａ、２ｂにポスター４が巻き取られる方向の互いに逆方向の電圧を印加する（ステップＳ２）。そして、予め設定された停止時間が経過したか判断する（ステップＳ４）。停止時間が経過していないと判断されると、停止時間が経過するまで、ステップＳ２、Ｓ４のループが繰り返される。
【００２３】
停止時間が経過したと判断されると、ソフトスタートが行われる（ステップＳ６）。即ち、予め定めた時間が経過するごとに、ドライバ１２ａ、１２ｂに供給される電圧が所定電圧（この値は、ドライバ１２ａ用とドライバ１２ｂ用とで異なった値である）ずつ増加させられる。この電圧の増加は、予め定めた時間が所定回数経過するまで行われる。このソフトスタートによって、モータ８ａ、８ｂに供給される電圧は、それぞれの設定電圧（これもモータ８ａ、８ｂによって異なる）に到達し、この設定電圧によってモータ８ａ、８ｂが回転する（ステップＳ８）。
【００２４】
そして、モータ８ａ、８ｂの設定電圧での回転により、ホール素子からパルス信号が供給されるか判断する（ステップＳ１０）。そして、パルス信号が供給されるまで、ステップＳ８、Ｓ１０のループを繰り返す。
【００２５】
両モータ８ａ、８ｂのホール素子からパルス信号が供給されると、それぞれのパルスをカウントし、その総和を求める（ステップＳ１２）。そして、この総和が、モータ８ａにおいて減速用のソフトスタートを開始する位置に対応したパルス数に到達しているか判断する（ステップＳ１４）。この判断の答えがノーの場合、イエスになるまで、ステップＳ１４を繰り返す。無論、この間、モータ８ａ、８ｂのドライバ１２ａ、１２ｂには、それぞれの設定電圧が供給されている。
【００２６】
ステップＳ１４の判断の答えがイエスになると、モータ８ａに対してソフトスタートが開始される（ステップＳ１６）。このとき、モータ８ｂのドライバ１２ｂへの供給電圧は零となる。ステップＳ１６では、パルス信号の総和が予め定めた値だけ大きくなるごとに、ドライバ１２ａに供給している電圧を予め定めた量だけ減少させていく。そして、停止位置と定めた位置までポスター４が移動したことを、パルス信号の総和が表しているか判断し（ステップＳ１８）、停止位置まで移動していないと、停止位置に移動するまで、ステップＳ１６、Ｓ１８のループを繰り返す。
【００２７】
停止位置までポスター４が移動すると、ステップＳ２が実行され、停止時間の間、ポスター４が停止する。その後、上述したのと同様にして、次のポスター４が移動させられる。
【００２８】
上記の説明では省略したが、回転軸２ａ側に最大限にポスター４が巻き取られた後には、逆に回転軸２ｂ側にポスター４が巻き取られるように、モータ４ａ、４ｂが逆の方向に回転させられる。
【００２９】
上記の実施の形態では、モータ８ａ、８ｂが備えるホール素子が発生するパルス数によってポスター４の停止位置の制御を行ったが、これに限ったものではなく、例えば、２つのモータで長尺体の巻き取りを行うものであれば、種々のものの停止位置制御に利用することができる。さらに、支持体の両端にそれぞれ牽引用の紐帯を設け、これら紐帯を２つの直流ブラシレスモータに結合し、同期してこれら紐帯を巻き上げる場合に、両モータに備えられたホール素子からのパルス信号によって両モータを制御することもできる。同様に２軸テーブルやクロスフィーダに使用されているモータの制御も同様に、これらモータに設けられているホール素子からのパルス信号に基づいて行うことができる。上記の実施の形態では、ＣＰＵ１８からのディジタル信号の指令をＤ／Ａ変換器１６ａ、１６ｂによってアナログ信号に変換して、ドライバ１２ａ、１２ｂに供給したが、ＣＰＵ１８からのディジタル信号の指令を直接にドライバ１２ａ、１２ｂに供給してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、直流ブラシレスモータが備えているホール素子を用いて、直流ブラシレスモータの制御を行っているので、エンコーダが不要であり、コストを低減することができる。さらに、２つの回転軸間に設けられた長尺体を巻き取る際に、両モータのホール素子からのパルス信号の総和を用いて制御を行っているので、設定値としては、１つだけ設ければよく、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の電動広告機のブロック図である。
【図２】図１の電動広告機の斜視図である。
【図３】図１の電動広告機に使用されるモータの速度の変化を示す図である。
【図４】図１のＣＰＵが行う処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ａ ２ｂ 回転軸
６ ポスター群（長尺体）
８ａ、８ｂ 直流ブラシレスモータ
１８ ＣＰＵ（制御手段）

Claims (3)

1. ロータの位置検出用のホール素子を備え、かつ複数の電機子巻線を有する直流ブラシレスモータと、
   前記ホール素子による前記ロータの位置検出に応じて、前記各電機子巻線に流す電流を切り換えて、前記直流ブラシレスモータを回転させる駆動手段と、
   前記ホール素子による前記ロータの位置検出に応じて、前記直流ブラシレスモータの回転数を検出し、この検出された前記直流ブラシレスモータの回転数が設定値に達したとき、前記駆動手段による前記直流ブラシレスモータの駆動を停止させる制御手段とを、
   具備し、
   前記直流ブラシレスモータは、２つ設けられ、これら２つの直流ブラシレスモータは、間隔をおいて配置された２つの回転軸を駆動し、前記２つの回転軸には、長尺体の両端部がそれぞれ固定され、前記２つの回転軸は、一方から前記長尺体が繰り出されたとき、他方が前記長尺体を巻き取るように、前記２つの直流ブラシレスモータの回転数の和を基に前記各直流ブラシレスモータの駆動を停止させる直流ブラシレスモータ制御装置。
2. 請求項１記載の直流ブラシレスモータ制御装置において、前記長尺体が、それぞれ同じ長さのポスターをその長さ方向に沿ってつなぎ合わせたものであり、前記設定値は、前記ポスターの長さに対応するものである直流ブラシレスモータ制御装置。
3. 請求項１記載の直流ブラシレスモータ制御装置において、前記直流ブラシレスモータは、対応する回転軸内に収容されている直流ブラシレスモータ制御装置。

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