JPH02211088A - 静圧空気軸受スピンドルの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、静圧空気軸受スピンドルを直流モータでダ
イレクトドライブするための静圧空気軸受スピンドルの
駆動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の静圧空気軸受スピンドルの駆動制御装置としては
、第３図に示す構成のものが知られている。

この従来例は、静圧空気軸受スピンドルｌを磁極検出用
のホール素子′を有する直流ブラシレスモーフ２でダイ
レクトドライブし、この直流モータ２を駆動制御回路３
で駆動制御するようにしている。駆動制御回路３は、回
転速度指令としての指令パルスＯＰ及び直流モータ２に
連結されたエンコーダ４からのフィードバックパルスＦ
Ｐが入力され、両者の位相を比較してその位相差に応じ
た電圧の比較出力を出力するＰＬＬ回路５と、直流モー
タ２の回転・停止指令及び回転方向指令を出力する制御
状態設定回路６と、ＰＬＬ回路５の比絞出力に基づいて
直流モータ２の各励磁コイルに対する励磁電流を形成す
ると共に、制御状態設定回路６の指令に基づいて直流モ
ータ２のホール素子の検出電圧に基づき回転磁界を形成
するための極性切換えを行う通電制御回路７と、この通
電制御回路７の出力電流を増幅して直流モータ２の各励
磁コイルに供給するパワーアンプ８とを備えている。

而して、所定周波数の指令パルスＯＰをＰＬＬ回路５に
入力している状態で、制御状態設定回路６で正転又は逆
転の回転方向指令及び回転指令を通電制御回路７に出力
することにより、ＰＬＬ回路５から指令パルスＯＰとフ
ィードバックパルスＦＰの位相差に応じた比較出力が得
られ、これが通電制御回路７に入力されるので、この通
電制御回路７で比較出力に応じた励磁電流を回転方向指
令によって選択された直流モータ２の各励磁コイルの通
電順序に従って駆動信号を出力し、これをパワーアンプ
８で増幅して直流モータ２の各励磁コイルに供給するこ
とにより、直流モータ２が指令パルスＯＰに位相同期し
て回転駆動される。

そして、直流モータ２の回転駆動中に回転速度を変更す
るには、指令パルスＯＰの周波数を変更することにより
行う。このとき、指令パルスＯＰの周波数が現在のフィ
ードバックパルスＦＰの周波数より低くする減速制御を
行う場合には、指令パルスのパルス周期が長くなること
により、ＰＬＬ回路５の比較出力のパルス幅比（デユー
ティ比）が徐々に小さ（なり、終いにはＰＬＬ回路５の
比較出力が零となることにより、直流モータ２が惰性回
転状態となる。この惰性回転によって直流モータ２の回
転速度が低下し、これによってエンコーダ４で検出され
るフィードバックパルスＦＰのパルス周期も徐々に長く
なり、このフィードバックパルスＦＰのパルス周期が指
令パルスＯＰのパルス周期に略一致した時点で、再度Ｐ
ＬＬ回路５から低い比較電圧が出力され、これによって
直流モータ２が指令パルスＯＰのパルス周期に応じた回
転速度で回転駆動される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の静圧空気軸受スピンドルの駆
動制御装置にあっては、減速状態とするときに、直流モ
ータの駆動電流を零として惰性運転による速度低下を待
って減速運転状態とするようにしているので、静圧空気
軸受スピンドルは、通常の転がり軸受で支持したスピン
ドルに比較して、動トルクが非常に小さいと共に、回転
部分の慣性モーメントが大きいので、スピンドルが設定
された減速回転速度に達するまでに多くの時間を要し、
減速側への速度変更を迅速に行うことができない課題が
あった。　　電 そこで、この発明は、上記従来例の課題に着目してなさ
れたものであり、静圧空気軸受スピンドルを減速方向に
速度変更する場合に迅速に速度変更が可能な静圧空気軸
受スピンドルの駆動制御装置を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、静圧空気軸受
スピンドルをダイレクトドライブする直流モータと、該
直流モータの回転速度に応じた速度検出パルスを出力す
る回転速度検出部と、該回転速度検出部の速度検出パル
スと所要周波数の速度指令パルスとが入力されるＰＬＬ
回路と、該ＰＬＬ回路の位相比較出力に基づいて前記直
流モータを速度制御すると共に、回転方向を制御する駆
動回路とを備えた静圧空気軸受スピンドルの駆動制御装
置において、前記速度指令パルスと前記速度検出パルス
のパルス周期を比較し、前者が後者より所定設定値以上
長いときに減速状態信号を出力する減速状態検出手段と
、該減速状態検出手段の減速状態信号に基づいて前記駆
動回路の回転方向制御を逆転させるブレーキ手段とを備
えたことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、直流モータをＰＬＬ制御する静圧
空気軸受スピンドルの駆動制御装置において、ＰＬＬ回
路に供給する速度指令パルスのパルス周期を大きくする
か、又は回転速度検出部の速度検出パルスの周期を小さ
くすることによって直流モータの回外速度を減速する場
合に、減速状態検出手段で両者のパルス周期を比較し、
速度指令パルスのパルス周期が速度検出パルスのパルス
周期より所定設定値即ち通常運転時に生じる位相差以上
長くなったときに、減速状態信号が出力され、これに基
づいてブレーキ手段で駆動回路の回転方向を逆転させて
逆回転駆動状態とし、これにより直流モータを急速に減
速させる。これに応じて回転速度検出部の速度検出パル
スの周期が長くなり、これと速度指令パルスの周期との
差が所定設定値内となると、減速状態検出手段における
減速状態信号の出力が停止され、これによってブレーキ
手段による駆動回路の逆方向制御を解除して、正規の回
転方向制御に復帰させる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。

図中、１は静圧空気軸受スピンドルであって、スピンド
ルｌａと気体軸受１ｂとの間に圧縮空気を供給してスピ
ンドル１ａが気体軸受１ｂに非接触状態で浮上支持され
た構成を有し、そのスピンドル１ａの一端に直流ブラシ
レスモーフ２及び回転速度検出部としての回転速度に対
応したフィードバックパルスＦＰを出力するロークリエ
ンコーダ４が配設されている。

直流ブラシレスモーフ２は、スピンドル１ａに配設され
た永久磁石で構成される偏平形ロータ２ａと、このロー
タ２ａに対向する固定位置に配設された例えば励磁コイ
ルＬを巻回した４極の磁極及び磁極検出用の２つのホー
ル素子Ｈ，，Ｈ！を有するステータ２ｂとで構成されて
いる。

そして、直流ブラシレスモーフ２が駆動制御回路３によ
って駆動制御される。この駆動制御回路３は、前述した
従来例と同様に、回転速度指令としての指令パルスＯＰ
及び前記エンコーダ４からのフィードバックパルスＦＰ
が入力され、両者の位相を比較してその位相差に応じた
電圧の比較出力を出力するＰＬＬ回路５と、直流モータ
２の回転・停止指令及び回転方向指令を出力する制御状
態設定回路６と、ＰＬＬ回路５の比較出力に基づいて直
流モータの各励磁コイルに対する励磁電流を形成すると
共に、制御状態設定回路６の指令に基づいて直流モータ
２のホール素子の検出電圧に基づき回転磁界を形成する
ための極性切換えを行う通電制御回路７と、この通電制
御回路７の出力電流を増幅して直流モータ２の各励磁コ
イルに供給するパワーアンプ８とを備えていると共に、
減速状態を検出する減速状態検出回路１０を備えている
。

ここで、制御状態設定回路６の一例は、第２図に示すよ
うに、直流モータ２の回転・停止を選択する駆動選択ス
イッチ６ａと、回転方向を選択する方向選択スイッチ６
ｂとを有し、駆動選択スイッチ６ａの回転選択時に論理
値“１パ、停止選択時に論理値“０“となるスイッチ信
号がリレー駆動回路を構成する九ンド回路６ｃに入力さ
れ、ナンド回路６Ｃの出力側が、通電制御回路７の一端
が正の電源に接続された駆動リレー７ｂのリレーコイル
！、の他端に接続され、他方、方向選択スイッチ６ｂの
正転選択時に論理値゛１”、逆転選択時に論理値“°０
”となるスイッチ信号が排他的論理和回路６ｄの一方の
入力側に接続され、この排他的論理和回路６ｄの出力側
が、通電制御回路７の一端が正の電源に接続された方向
切換用パワーリレー７ｃのリレーコイルｆ！、２の他端
に接続され、排他的論理和回路６ｄの他方の入力側に減
速状態検出回路１０からの減速状態検出信号が入力され
る。

また、通電制御回路７の一例は、第２図に示すように、
ＰＬＬ回路５からの位相差比較出力が入力される入力端
子７ａと、この入力端子７ａに抵抗Ｒ１を介してエミッ
タが接続された電流スイッチング回路を構成する４つの
ＰＮＰ形トランジスタＱ１〜Ｑ４と、これらトランジス
タＱ１〜Ｑ４のコレクタに接続された駆動用リレー７ｂ
及び回転方向切換用パワーリレー７ｃの切換接点を含む
切換回路７ｄと、出力端子７ｅと、図示しないが直流モ
ータ２のホール素子Ｈ１及びＨ７に対する制御電流を供
給する制御回路とを少なくとも備えており、トランジス
タＱ１及びＱ２のベースに直流モータ２のホール素子Ｈ
，の２つの出力端子が個別に接続され、トランジスタＱ
、及びＱ４のベースにホール素子Ｈ２の２つの出力端子
が個別に接続されている。

なお、制御状態設定回路６の排他的論理和回路６ｄ、通
電制御回路７の回転方向切換用パワーリレー７Ｃ及び切
換回路７ｄでブレーキ手段が構成されている。

さらに、減速状態検出回路１０は、第１図に示すように
、速度指令パルスＯＰが入力され、これを電圧に変換す
る周波数−電圧変換回路１０ａと、エンコーダ４からの
フィードバックパルスＦＰが入力され、これを電圧に変
換する周波数−電圧変換回路１０ｂと、両変換回路１０
ａ、ｆｏｂの出力電圧を比較する電圧比較回路１０ｃと
を有し、電圧比較回路１０ｃから周波数−電圧変換回路
ｌＯａの出力電圧Ｖ。が周波数−電圧変換回路ｌＯｂの
出力電圧■、より通常回転状態における両者の差値より
大きい所定設定電圧■８以上低いときに論理値“１”、
それ以外のときに論理値“０“の減速状態検出信号Ｓｏ
が出力され、これが制御状態設定回路６の排他的論理和
回路６ｄの他方の入力側に供給される。

次に、上記実施例の動作を説明する。今、ＰＬＬ回路５
に所定パルス周期の速度指令パルスＯＰが入力されてお
り、且つ制御状態設定回路６の駆動選択スイッチ６ａで
回転状態が選択されて、通電制御回路ケの駆動用リレー
７ｂがオフ状態となって、そのリレー接点が開き、且つ
回転方向選択スイッチ６ｂで正転が選択されて、ＰＬＬ
回路５から出力される速度指令パルスＯＰとエンコーダ
４からのフィードバックパルスＦＰとの位相差に応じた
比較出力が通電切換回路７に供給され、この通電切換回
路７でホール素子Ｈ１及びＨ２の出力電圧に応じてトラ
ンジスタＱ、−Ｑ、で電流スイッチングが行われて、直
流ブラシレスモータ２の各励磁コイルしに回転磁界を形
成する駆動電流が形成され、これがパワーアンプ８を介
して直流ブラシレスモーフ２の各励磁コイルしに供給さ
れることにより、直流ブラシレスモーフ２が速度指令パ
ルスＯＰに応じて正転駆動されているものとする。

この正転駆動状態では、ＰＬＬ回路５によって速度指令
パルスＯＰとフィードバックパルスＦＰとの位相差が生
じないようにＰＬＬ制御されているので、減速状態検出
回路１０の周波数−電圧変換回路１０ａ及び１０ｂの出
力電圧■。及び■。

の差値はあまり大きくならず、設定電圧Ｖ３を越えるこ
とがないので、電圧比較回路１０ｃから出力される減速
状態検出信号ＳＤは論理値“Ｏ”を維持しており、制御
状態設定回路６の排他的論理和回路６ｄの出力は、論理
値“１°゛となって、通電制御回路７の方向切換用パワ
ーリレー７Ｃのリレーコイル１２が非励磁状態を維持し
て、切換回路７ｄを正転状態に維持している。

この正転駆動状態から減速側に速度変更するには、速度
指令パルスＯＰのパルス周期を例えば分周回路によって
長く設定する。このように、速度指令パルスＯＰのパル
ス周期が長くなると、ＰＬＬ回路５から出力される比較
電圧が徐々に低下することになる。一方、減速状態検出
回路１０では、周波数−電圧変換回路１０ａの出力電圧
ｖ０が低下し、周波数−電圧変換回路１０ｂの出力電圧
■。

は直前の電圧を略維持するので、両者の差値が所定設定
電圧Ｖ、を越えることになり、電圧比較回路１０ｃから
減速状態を表す論理値“１”の減速状態検出信号ＳＤが
出力され、これが制御状態設定回路６の排他的論理和回
路６ｄに入力されるので、この排他的論理和回路６ｄの
出力が論理値“°０”となり、通電制御回路７の方向切
換用リレー７ｃのリレーコイル１２が通電状態となり、
切換回路７ｄを逆転側に切換える。このため、直流ブラ
シレスモーフ２が逆転駆動されることになって急ブレー
キ状態となるので、その回転速度が急激に低下し、これ
に応じてエンコーダ４から出力されるフィードバックパ
ルスＦＰのパルス周期も長くなり、ＰＬＬ回路５の比較
出力も大・きくなる。

これに応じて減速状態検出回路ｌＯの周波数−電圧変換
回路１０．ｂの出力電圧■、が減少し、これと周波数−
電圧変換回路１０ａの速度指令パルスＯＰに基づく出力
電圧ｖ０との差値が所定設定値Ｖ、以下となると、電圧
比較回路１０ｃから出力される減速状態検出信号Ｓわが
論理値“０”に復帰し、これによって制御状態設定回路
６の排他的論理和回路６ｄの出力が論理値“１°”に復
帰することによって、通電制御回路７の方向切換用パワ
ーリレー７ｃのリレーコイル！２が非通電状態となり、
切換回路７ｄが正転側に復帰して、直流ブラシレスモー
タ２が速度指令パルスＯＰのパルス周期に応じた減速し
た正転駆動状態に移行する。

この減速側正転駆動状態から増速側に速度変更する場合
には、速度指令パルスＯＰのパルス周期を短くすること
により、ＰＬＬ回路５の比較出力を大きくして、直流ブ
ラシレスモーフ２の回転速度を増加させる。このとき、
減速状態検出回路１０では、電圧比較回路１０ｃの減速
状態検出信号Ｓ０が論理値“０”を維持するので、通電
制御回路７での切換回路７ｄが切換わることがない。

そして、直流ブラシレスモーフ２の回転駆動状態から停
止させるには、制御状態設定回路６の駆動選択スイッチ
６ａで停止位置を選択し、これによって論理値“０”の
スイッチ信号がナンド回路６ｃに入力されることにより
、通電制御回路７の駆動用リレー６ｂのリレーコイル１
１が通電状態となり、そのリレー接点が閉じて直流ブラ
シレスモーフ２の隣接する２つの励磁コイルＬが同時に
通電状態となって回転磁界の発生を停止、速やかに回転
停止状態に移行する。

さらに、直流ブラシレスモーフ２を逆回転させる場合に
は、制御状態設定回路６の回転方向選択スイッチ６ｂで
逆転を選択することにより、この選択スイッチ６ｂから
論理値“°０”のスイッチ信号が排他的論理和回路６ｄ
に入力され、その出力が論理値“０゛となるので、回転
方向切換用パワーリレー７ｂのリレーコイル！２が通電
状態となり、切換回路７ｄが逆転側に切換えられ、これ
によって直流ブラシレスモーフ２の励磁コイルしに逆方
向の回転磁界が形成されることにより、ロータ２ａが逆
転駆動される。

なお、上記実施例においては、直流ブラシレスモーフ２
の回転速度を変更する場合に、ＰＬＬ回路５に入力する
速度指令パルスＯＰのパルス周期を変更する場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、エンコ
ーダ４から出力されるフィードバックパルスをプログラ
マブルカウンタに入力し、このカウンタに速度設定をセ
ットすることによってフィードバックパルス周期を変更
するようにしてもよい。

また、上記実施例では、通電制御回路７でＰＬＬ回路５
の比較出力をトランジスタによる電流スイッチング回路
で各励磁コイルに分配する場合について説明したが、こ
れに限らすＰＬＬ回路５の出力をホール素子制御回路に
入力し、ホール素子の入力電流を制御することにより、
その出力電圧を制御して各励磁コイルに分配するように
してもよい。

さらに、上記実施例においては、減速状態検出回路ｌＯ
を、速度指令パルスＯＰ及びフィードバックパルスＦＰ
を電圧に変換して比較する構成とした場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、ＰＬＬ回路を
使用して位相比較するようにしてもよい。

またさらに、回転方向の切換えは、通電制御回路７で行
う場合に限らず、パワーアンプ８の出力側で回転方向切
換えを行うようにしてもよい。

なおさらに、上記実施例においては、直流モータとして
４相直流ブラシレスモータ２を適用した場合について説
明したが、これに限らず２相又は３相直流ブラシレスモ
ーク、その他の直流モータを適用することもできる。

また、回転速度検出検出部の速度検出パルスとしては、
ロークリエンコーダ４の出力パルスに限らず、モータの
ホール素子信号、直流モータに連結した周波数発生器（
ＦＣ）の周波数信号を使用することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、直流モータを
一定速度で回転駆動している状態で、減速側に速度変更
りるときに、減速状態検出手段によって減速状態を検出
し、その減速状態検出信号に基づいてブレーキ手段で、
直流モータに対する通電を逆転制御するように構成した
ので、直流モータの減速を迅速に行うことができ、静圧
空気軸受スピンドルの減速側への速度変更を短時間で確
実に行うことが可能となり、この静圧空気軸受スピンド
ルを使用した各種回転機器の検査工程での検査時間を大
幅に短縮することができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は制御状態設定回路及び通電制御回路の具体的構成を示
す回路図、第３図は従来例を示すブロック図である。 図中、１は静圧空気軸受スピンドル、２は直流ブラシレ
スモーフ、３は駆動制御回路、４はロータリエンコーダ
、５はＰＬＬ回路、６は制御状態設定回路、７は通電制
御回路、８はパワーアンプ、１０は減速状態検出回路、
ｌＯａ、１０ｂは周波数−電圧変換回路、１０ｃは電圧
比較回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）静圧空気軸受スピンドルをダイレクトドライブす
   る直流モータと、該直流モータの回転速度に応じた速度
   検出パルスを出力する回転速度検出部と、該回転速度検
   出部の速度検出パルスと所要周波数の速度指令パルスと
   が入力されるＰＬＬ回路と、該ＰＬＬ回路の位相比較出
   力に基づいて前記直流モータを速度制御すると共に、回
   転方向を制御する駆動回路とを備えた静圧空気軸受スピ
   ンドルの駆動制御装置において、前記速度指令パルスと
   前記速度検出パルスのパルス周期を比較し、前者が後者
   より所定設定値以上長いときに減速状態信号を出力する
   減速状態検出手段と、該減速状態検出手段の減速状態信
   号に基づいて前記駆動回路の回転方向制御を逆転させる
   ブレーキ手段とを備えたことを特徴とする静圧空気軸受
   スピンドルの駆動制御装置。