JP5573253B2 - Motor with built-in sensor - Google Patents
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Description
本発明は、出力軸の回転角度を制御するためのセンサーを備えたセンサー内蔵モータに関するものである。 The present invention relates to a sensor built-in motor provided with a sensor for controlling a rotation angle of an output shaft.
ガス流量制御弁等の開閉制御用や、車両に搭載されたミラー等の各種機器類の駆動制御用のモータとして、出力軸の回転角度を制御する制御装置を備えたモータが用いられている。そして、このようなモータにおいては、入力信号に基づいて、その出力軸の回転角度を正確に制御することが要求されている。 As a motor for opening / closing control of a gas flow rate control valve and the like and driving control of various devices such as a mirror mounted on a vehicle, a motor provided with a control device for controlling the rotation angle of an output shaft is used. In such a motor, it is required to accurately control the rotation angle of the output shaft based on the input signal.
そこで、従来、例えば上記モータとしてDCモータを用いた場合には、上記回転角度の制御に、図5および図6に示すようなポジショニングセンサーが用いられている。
このポジショニングセンサー1は、モータの出力軸2と同期回転する接触子3と、この接触子3の円形軌跡上に形成された炭素皮膜抵抗4とを備えたものである。
Therefore, conventionally, for example, when a DC motor is used as the motor, a positioning sensor as shown in FIGS. 5 and 6 is used to control the rotation angle.
The positioning sensor 1 includes a
そして、接触子3の回転に伴って端子5、6間の抵抗Raおよび端子6、7間の抵抗Rbが変化することを利用して、Ra/Rbを電圧差によって検出することにより、接触子3の位置を検知して、当該Ra/Rbの検出値が、予め設定した上記出力軸2の回転角度に対応した値に到達した際に、モータを停止させるようになっている。
Then, by utilizing the fact that the resistance Ra between the
ちなみに、この種のポジショニングセンサーを用いたモータについては、例えば下記特許文献1においても開示されている。 Incidentally, a motor using this type of positioning sensor is also disclosed in, for example, Patent Document 1 below.
また、上記モータとしてステッピングモータを用いた場合には、当該ステッピングモータは、通電するパルス数によって高い精度で回転角度を制御することが可能であるために、先ず当該ステッピングモータを原点側に回転させて所定位置に突き当てることに原点出し(イニシャライズ制御)を行い、次いで予め設定されたパルス数を通電する方法が採用されている。 When a stepping motor is used as the motor, the stepping motor can control the rotation angle with high accuracy by the number of energized pulses. Therefore, first, the stepping motor is rotated to the origin side. Thus, a method is adopted in which the origin is detected (initialization control) in order to abut against a predetermined position and then a preset number of pulses are energized.
なお、上述した制御においては、設定されたパルス数を通電するのみのオープンループ制御であるために、より一層正確な位置制御が要求される場合には、図5および図6に示したものと同様のポジショニングセンサーを併用して、当該ポジショニングセンサーからフィードバックさせるクローズドループ制御を行っている。 Since the above-described control is an open loop control in which only a set number of pulses are energized, when more accurate position control is required, the one shown in FIGS. 5 and 6 is used. The same positioning sensor is used in combination, and closed loop control for feedback from the positioning sensor is performed.
ところで、上記従来のポジショニングセンサー1を用いたモータにあっては、炭素皮膜抵抗における周方向の抵抗のバラツキや、接触子3における接触部の幅等により、出力軸2の実際の回転角度と、検知されたRa/Rbから得られた回転角度との間に、±1°程度の誤差が生じるという欠点があった。
By the way, in the motor using the conventional positioning sensor 1, the actual rotation angle of the
このため、厳密な角度制御が要求されない対象物の駆動用としては、そのまま使用することができるものの、例えば燃料ガスの流量制御弁等の高い回転角度制御が要求されるものとしては、別途フィードバック回路等を設けたクローズドループ制御を行う必要があり、制御系が複雑化するという問題点があった。 For this reason, although it can be used as it is for driving an object for which strict angle control is not required, for example, a high feedback angle control such as a fuel gas flow control valve is required. It is necessary to perform closed loop control provided with the above, and there is a problem that the control system becomes complicated.
また、上記ステッピングモータを用いた場合には、イニシャライズ制御を行うたび毎に、減速歯車列に大きな負荷が作用することから、使用寿命の長期化の観点から、より負荷の軽い制御方法が望まれていた。 In addition, when the stepping motor is used, a large load is applied to the reduction gear train every time initialization control is performed. Therefore, a control method with a lighter load is desired from the viewpoint of extending the service life. It was.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造によって高い回転角度制御を行うことができるセンサー内蔵モータを提供することを課題とするものである。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the motor with a built-in sensor which can perform high rotation angle control with a simple structure.
上記課題を解決するため、請求項1に記載のセンサー内蔵モータは、ステッピングモータと、このステッピングモータの回転軸に歯合された減速歯車列と、この減速歯車列の出力軸の回転角度を検出するセンサーと、上記ステッピングモータの回転を制御する制御手段とを備えてなり、上記センサーは、上記出力軸に固定された複数の接触子と、これらの接触子の回転軌跡に形成されて、予め設定された角度θにおいて上記接触子と導通させる複数の導電性パターンとを備え、上記制御手段は、上記出力軸を回転させる角度θ1が上記θの最小角度よりも小さい時は、イニシャライズによる上記出力軸の原点出しを実施した後に、当該角度θ1に対応したパルス数を上記ステッピングモータに通電するとともに、上記出力軸を回転させる角度θ2が各々の上記θよりも大きい時は、上記ステッピングモータにパルスを通電して上記出力軸を回転させ、上記センサーから上記θ 2 以内でありかつ上記θの最大角度の上記接触子の上記記導通信号を受信した後に、上記角度(θ2−θ)に対応したパルス数を上記ステッピングモータに通電することを特徴とするものである。 In order to solve the above problem, the motor with a built-in sensor according to claim 1 detects a rotation angle of a stepping motor, a reduction gear train meshed with a rotation shaft of the stepping motor, and an output shaft of the reduction gear train. And a control means for controlling the rotation of the stepping motor. The sensor is formed in advance on a plurality of contacts fixed to the output shaft and a rotation trajectory of these contacts. A plurality of conductive patterns that are electrically connected to the contact at a set angle θ, and the control means is configured to perform initialization when the angle θ 1 for rotating the output shaft is smaller than the minimum angle of θ. After carrying out the origin of the output shaft, the number of pulses corresponding to the angle θ 1 is energized to the stepping motor and the angle θ 2 for rotating the output shaft is When greater than each of the theta is energized the pulse to the stepping motor rotates the output shaft, and at the theta 2 within the said sensor and the SL conduction of the contact of the maximum angle of the theta After receiving the signal, the stepping motor is energized with the number of pulses corresponding to the angle (θ 2 −θ).
請求項1に記載のセンサー内蔵モータによれば、センサーとして、設定角度θにおいて接触子を導通させる導電性パターンを用いているために、従来のポジショニングセンサーのように抵抗のバラツキ等に起因した誤差を生じることがない。加えて、モータとしてステッピングモータを用いているために、上記設定角度θ以上の角度のみをパルス制御すればよく、よってオープンループ制御によっても高い精度で出力軸の回転角度を制御することができる。 According to the motor with a built-in sensor according to claim 1, since a conductive pattern that conducts the contact at the set angle θ is used as the sensor, an error caused by a resistance variation or the like as in a conventional positioning sensor. Will not occur. In addition, since a stepping motor is used as the motor, only the angle equal to or larger than the set angle θ needs to be pulse-controlled. Therefore, the rotation angle of the output shaft can be controlled with high accuracy by open loop control.
しかも、上記設定角度θを従来の原点位置として利用することができるために、ステッピングモータを上記設定角度θに満たない角度θ1だけ回転させる場合についてのみ従来のイニシャライズ制御が必要になるものの、当該角度θを超える角度θ2まで回転制御する場合には、上記イニシャライズ制御を不要にすることができる。これにより、減速歯車列に作用する負荷を低減して、一層の長寿命化を図ることができる。 Moreover, since the set angle θ can be used as the conventional origin position, the conventional initialization control is necessary only when the stepping motor is rotated by an angle θ 1 that is less than the set angle θ. When the rotation control is performed up to the angle θ 2 exceeding the angle θ, the above initialization control can be made unnecessary. As a result, the load acting on the reduction gear train can be reduced, and the life can be further extended.
図1〜図4は、本発明に係るセンサー内蔵モータの一実施形態を示すもので、図中符号10がセンサー内蔵モータのケーシングである。なお、目視の便宜から、当該ケーシング10の蓋となる上側1/2の部分は省略してある。
1 to 4 show an embodiment of a motor with a built-in sensor according to the present invention, and
このケーシング10内は、仕切板10aによって上下のスペースに区切られており、下方のスペースに、ステッピングモータ11が組み込まれるとともに、上方のスペースに減速歯車列12が設けられている。ここで、板10aには、ステッピングモータ11の上方位置に開口部が形成されており、この開口部から突出するステッピングモータ11の回転軸11aに、減速歯車列12における初段の歯車12aが固定されている。
The inside of the
また、2段目以降の歯車12b〜12dは、各々仕切板10aに回転自在に支承されている。そして、最終段の歯車12dが一体成形された出力軸13の下方には、センサー基板14が配置されている。
Further, the second and
このセンサー基板14は、中心部に出力軸13が挿入される円形の開口部14aが形成されるとともに、当該開口部14aの外周に、出力軸13と中心軸線を一致させた円弧状の第1の導電パターン15が形成されている。この第1の導電パターン15は、連続した円弧状に形成されている。
The
そして、この第1の導電パターン15の外周側であって、かつ出力軸13が基準位置よりも90°回転した位置と180°回転した位置との2箇所に、方形状の第2の導電パターン16a、16bが形成されている。ここで、第2の導電パターン16a、16bは、出力軸13と中心軸線を一致させるとともに、第1の導電パターン15よりも大径の円弧上に位置するように形成されている。
A rectangular second conductive pattern is provided at two locations on the outer peripheral side of the first
そしてさらに、第2の導電パターン16a、16bの外周側であって、かつ出力軸13が基準位置よりも90°回転した位置と270°回転した位置との2箇所に、方形状の第3の導電パターン17a、17bが形成されている。これら第3の導電パターン17a、17bも、出力軸13と中心軸線を一致させるとともに、第2の導電パターン16a、16bよりも大径の円弧上に位置するように形成されている。
Further, the second conductive patterns 16a and 16b are arranged on the outer peripheral side, and the
なお、これらの第2および第3の導電パターン16a、16b、17a、17bは、センサー基板14の表面に、第1の導電パターン15と同様の連続した円弧状の導電パターンが形成されるとともに、上記導電パターン16a、16b、17a、17bの箇所を除いた部分がレジスト皮膜によって覆われることにより形成されたものである。この結果、第2の導電パターン16a、16b同士、および第3の導電パターン17a、17b同士は電気的に導通されている。そして、第1〜第3の導電パターン15、16a、17aに、各々図示されない制御基板(制御手段)への引出線18、19、20が接続されている。
The second and third
他方、センサー基板14と対向する出力軸13に一体成形された歯車12dの端面には、導電性金属からなる導通片21が取り付けられている。この導通片21は、3本の接触子22a、22b、22cが一体化されたもので、出力軸13の中心軸線に対して、接触子22aが第1の導電パターン15と同一距離となる位置に、接触子22bが第2の導電パターン16a、16bの円弧と同一距離となる位置に、接触子22cが第3の導電パターン17a、17bの円弧と同一距離となる位置に固定されている。
On the other hand, a
そして、これらセンサー基板14、第1〜第3の導電パターン15、16a、16b、17a、17b、各々の第1〜第3の導電パターン15、16a、16b、17a、17b上を接触可能に配置された接触子22a〜22cを有する導通片21によって、出力軸13の回転角度を検出するためのセンサーが構成されている。
The
以上の構成からなるセンサー内蔵モータにおいては、導通片21の接触子22a〜22cが、各々第1の導電パターン15、第2の導電パターン16a、第3の導電パターン17aに導通した時に、制御装置に出力軸13の回転角度が90°である信号が発せられる。また、導通片21の接触子22a、22bが、各々第1の導電パターン15、第2の導電パターン16bに導通した時に、出力軸13の回転角度が180°である信号が発せられる。
In the motor with a built-in sensor having the above-described configuration, when the contacts 22a to 22c of the
さらに、導通片21の接触子22a、22cが、各々第1の導電パターン15、第3の導電パターン17bに導通した時に、制御装置に出力軸13の回転角度が270°である位置検出信号が発せられる。
Further, when the contacts 22a and 22c of the
そして、上記制御装置に、ステッピングモータ11によって出力軸13を所定の角度θ1だけ回転させる信号が入力された際に、先ず上記角度θ1<90°である場合には、イニシャライズによる出力軸13の原点出しを実施した後に、当該角度θ1に対応したパルス数をステッピングモータ11に通電する。これにより、当該ステッピングモータ11における1ステップ角度の高い精度で、出力軸13を上記角度θ1だけ回転させることができる。
When a signal for rotating the
これに対して、出力軸13を回転させる角度θ2が90°、180°または270°よりも大きい時は、ステッピングモータ11にパルスを通電して出力軸13を回転させ、各々上記導通片21の接触子22a〜22c間が導通することにより、制御装置が90°、180°または270°の位置検出信号を受信した後に、角度(θ2−90°)、(θ2−180°)または(θ2−270°)に対応したパルス数をステッピングモータ11に通電する。
In contrast, the
このように、上記センサー内蔵モータによれば、出力軸13の位置を検出するセンサーをケーシング10内に組み込むとともに、当該センサーとして設定角度90°、180°および270°において接触子22a〜22cを導通させる第1〜第3の導電性パターン15、16a、16b、17a、17bを用いているために、従来のポジショニングセンサーのように抵抗のバラツキ等に起因した誤差を生じることがない。
As described above, according to the sensor built-in motor, the sensor for detecting the position of the
しかも、モータとしてステッピングモータを用いているために、上記設定角度90°、180°および270°以上の角度のみをパルス制御すればよく、よって制御装置をデジタル回路によって構成することができるとともに、オープンループ制御による簡易な制御装置によっても、高い精度で出力軸の回転角度を制御することができる。 In addition, since a stepping motor is used as the motor, it is only necessary to perform pulse control only on the set angles of 90 °, 180 °, and 270 ° or more, so that the control device can be configured by a digital circuit and open. Even with a simple control device based on loop control, the rotation angle of the output shaft can be controlled with high accuracy.
しかも、上記設定角度90°、180°および270°を、従来の原点位置として利用することができるために、当該設定角度を超える角度θ2まで回転制御する場合に、上記イニシャライズ制御を不要にすることができる。これにより、減速歯車列12に作用する負荷を低減して、一層の長寿命化を図ることができる。
In addition, since the set angles 90 °, 180 °, and 270 ° can be used as the conventional origin position, the initialization control is not required when the rotation is controlled to the angle θ 2 that exceeds the set angle. be able to. As a result, the load acting on the
なお、上記実施形態においては、センサー基板14上に第1〜第3の導電パターン15、16a、16b、17a、17bを形成して、設定角度を90°、180°および270°とした場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、導電パターンの数や位置を増減させることにより、適宜設定角度の位置および角度を変更することが可能である。
In the above embodiment, the first to third
11 ステッピングモータ
12 減速歯車列
13 出力軸
14 センサー基板
15 第1の導電パターン
16a、16b 第2の導電パターン
17a、17b 第3の導電パターン
21 導通片
22a〜22c 接触子
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記センサーは、上記出力軸に固定された複数の接触子と、これらの接触子の回転軌跡に形成されて、予め設定された角度θにおいて上記接触子と導通させる複数の導電性パターンとを備え、
上記制御手段は、上記出力軸を回転させる角度θ1が上記θの最小角度よりも小さい時は、イニシャライズによる上記出力軸の原点出しを実施した後に、当該角度θ1に対応したパルス数を上記ステッピングモータに通電するとともに、上記出力軸を回転させる角度θ2が各々の上記θよりも大きい時は、上記ステッピングモータにパルスを通電して上記出力軸を回転させ、上記センサーから上記θ 2 以内でありかつ上記θの最大角度の上記接触子の上記記導通信号を受信した後に、上記角度(θ2−θ)に対応したパルス数を上記ステッピングモータに通電することを特徴とするセンサー内蔵モータ。 A stepping motor, a reduction gear train meshed with the rotation shaft of the stepping motor, a sensor for detecting the rotation angle of the output shaft of the reduction gear train, and a control means for controlling the rotation of the stepping motor. Become
The sensor includes a plurality of contacts fixed to the output shaft, and a plurality of conductive patterns formed on a rotation locus of the contacts and electrically connected to the contacts at a preset angle θ. ,
When the angle θ 1 for rotating the output shaft is smaller than the minimum angle of θ, the control means performs the origination of the output shaft by initialization and then sets the number of pulses corresponding to the angle θ 1 with energizing the stepping motor, when the angle theta 2 which rotates the output shaft is greater than each of the theta is energized the pulse to the stepping motor rotates the output shaft, said from the sensor theta 2 And the stepping motor is energized with the number of pulses corresponding to the angle (θ 2 −θ) after receiving the conduction signal of the contact with the maximum angle of θ and motor.
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