JPH0570398B2

JPH0570398B2 -

Info

Publication number: JPH0570398B2
Application number: JP58203626A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tanuma; Takao Uchida; Kuniharu Hayashi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1983-11-01
Filing date: 1983-11-01
Publication date: 1993-10-05
Also published as: JPS60118086A; EP0140697B1; EP0140697A2; US4631457A; DE3476002D1; EP0140697A3

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明はプリンタ等に用いられる直流ブラシレ
スモータの原点位置決め方法に関するものであ
る。

〔従来技術〕

従来のこの種の直流ブラシレスモータの構造を
第１図，，及びに示す。図において１は
ステータで、磁性材料より成るステータヨーク２
上に絶縁板３を介して基板４を設け、該基板３上
に複数の電機子コイル５を実装すると共に、所定
の電機子コイル５の中心部にホール素子６を配
し、かつこれらの電機子コイル５を囲うように前
記基板３上に速度検出用パターン７（以下FGパ
ターンと略記する）を形成した構造となつてい
る。

前記電機子コイル５は、第１図に示すように
５−１，５−２，５−３，５−１′，５−２′，５
−３′の如く円形に６個配されていて、第１図
に示すように３相（φ₁，φ₂，φ₃）結線されてお
り、また前記ホール素子６は電気角で120°位相が
ずれるように３個接続されている。

８は前記ステータ１の中心部に設けた軸受で、
この軸受８は後述するロータのシヤフトを回転可
能に支持している。

９はロータで、第１図に示す如く磁性材料よ
り成るロータヨーク１０に、扇形にＮ，Ｓ極交互
に８等分割着磁された円板状のマグネツト１１
と、前記FGパターン７のピツチと同じ間隔で分
割されてＮ，Ｓ極交互に着磁されたリング状のマ
グネツト１２を取付けると共に、ロータヨーク１
０の中心部にシヤフト１３を設けた構造となつて
いて、前記マグネツト１１はステータ１の電機子
コイル５と対向し、またマグネツト１２はFGパ
ターン７と対向している。

この動作原理を簡単に説明する。まず３個のホ
ール素子６の検出出力によりロータ９の位置を検
知し、その位置での電流を電機子コイル５に通電
すると、電機子コイルはフレミングの左手の法則
により電流力を受けるが、電機子コイル５は固定
されているため、マグネツト１１に反力が作用し
てロータ９が回転する。ロータ９が回転すると、
リング状のマグネツト１２によつてFGパターン
７に交流電流が誘致されるので、それをパルス状
に変換し、そのパルス幅、つまり誘起電流の周期
を計測することにより、加速，減速，定速制御が
可能となる。

このように、従来の直流ブラシレスモータにお
いては、位置検出と速度検出とがあるので、信号
の種類は４種類となり、回路部品が多くなつてホ
ール素子６のバラツキとか、組立時の取付誤差も
問題となる。

また、電機子コイル５の中心部にホール素子６
を配置する構造としているために、電機子コイル
５の内側にコイルを充分に巻くことができなくな
り、そのためトルクが充分出せなかつたり、組立
が複雑になるという欠点がある。

このような欠点に対して本出願人は、既に特願
昭58−68302号において、次に第２図〜第６図を
参照して述べる方法により位置検出素子を取除
き、速度検出素子だけで制御する直流ブラシレス
モータの駆動方法を提案している。

すなわち、第２図，においてロータ９は、
ロータヨーク１０とマグネツト１１とシヤフト１
３及び速度検出用スリツトで構成されている。ス
テータ１は、第１図においてホール素子６及び
FGパターン７を削除したものと同じであるので、
ここでは図を省略している。

第３図は３相モータの簡易回路図で、図におい
て１５〜２０はトランジスタ、２１〜２３は電機
子コイルであり、ここで電機子コイル２１は第１
図における電機子コイル５−１，５−１′に、２
２は同じく５−２，５−２′に、２３は同じく５
−３，５−３′にそれぞれ対応する。２４ａは電
源の正側端子、２４ｂは電源の負側端子を示して
いる。

前記電機子コイル２１〜２３に流す電流の方向
は、２相励磁の場合、第３図における，，
とこれら反対方向の −１， −２， −３の６
種類であり、各電機子コイル２１，２２，２３に
矢印，，， −１， −２， −３方向の
電流を流した場合の出力トルク波形を示したのが
第４図である。

第４図において、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，
a′は、各出力トルク波形と点線Ｐ−P′との交点で
あり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，A′は前記ａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，a′点のトルクを発生するロ
ータ９の位置である。

これら６種類の波形は、電気角で60°ずつずれ
た相似形であり、図示したａ点からｂ点では−
３，ｂ点からｃ点では，ｃ点からｄ点では…
という具合に電流の流す方向を60°ごとに切換え
ると、点線Ｐ−P′の上の部分のリツプルの最も少
ない出力トルクが得られ、ロータ９は正回転（第
２図ａの矢印方向から見て時計方向）する。逆回
転（反時計方向）の場合は、点線Ｑ−Q′の下の
部分を利用すればよい。

以上のように、電気角60°ごとに電流を切換え
ると、１周期（ａ〜a′）では６回切換えることに
なる。また、この１周期はマグネツト１１のＮ，
Ｓ極ピツチであり、第２図から明らかなよう
に、ロータ９の１回転につき４周期となるので、
ロータ９の１回転当り６×４＝24回の電流切換え
が必要となる。このとき、速度検出用スリツト１
４が96分割されていると、１回の通電期間、例え
ば第４図のａ点からｂ点では、96÷（24）＝４個の
パルスまたはビツト情報の０か１かでは２倍の８
個の状態が表れる。そして、このパルスまたはビ
ツトの情報をカウントにより計数した値を、電流
方向を切換えるためのタイミングとしてカウンタ
に設定しておく。

起動時において、ロータ９であるマグネツト１
１と電機子コイル２１〜２３との位置の相対関係
は、第４図のＡ点からA′点までの間のどれかで
ある。従つて、始めに方向の電流を流し、マグ
ネツト１１が停止するまでの充分な時間を置き、
次に方向の電流を流し、同様に充分な時間を置
くと、方向の電流を流した場合に、Ａ点（また
はA′点）でつり合つた状態であつても、またＤ
点でロツクされた状態であつても、方向の電流
を流すことにより、Ｅ点でロツク状態にさせるこ
とができる。

このようにすれば、起電時にマグネツト１１が
どの位置にあつても→の順で電流を流すこと
により、マグネツト１１の位置をＥ点に設定でき
るので、それから正回転に駆動する場合には、
−１ → −２ → −３ →→→→ −１ …
の順番に、また逆回転に駆動する場合には、 −
３ → −２ → −１ →→→→ −３ …の
順番に電流を流してやればよいわけである。そし
て、その際電流の方向を切換えるタイミングは、
前述したように速度検出用スリツト１４からの出
力をカウンタにより計数し、そしてこの計数値が
電流方向を切り換えるタイミングとして予めカウ
ンタに設定しておいた設定値、すなわち４カウン
トを計数したときに切換えればよい。

次に、正・逆両回転する場合の方法について説
明する。回転方向を検知するために、速度検出用
スリツト１４の速度検出を電気角90°ずらして設
定すると、そのときの検出出力φA，φBは第５図
のようになり、該φA，φB2ビツト（φB：上位ビ
ツト，φA：下位ビツト）を用いてデジタル的に
検出器出力を表わしたのが、第５図の下に示した
値である。

よつて、速度検出器のデジタル出力値０→２→
３→１→０…が正回転すると、０→１→３→２→
０…が逆回転となる。従つて、前述の電流切換え
タイミングは、速度検出用スリツト１４が同じも
のとすると、４個のパルスの４倍の16個のセンサ
出力値によつて決定されることになる。この場合
の駆動方法では、最初の設定は前述と同様なので
省略する。

回転方向の切り換え方法を、やはり第４図によ
つて説明する。今、正回転に駆動を開始したとす
ると、正回転方向の電流方向と、それと逆の電流
方向を、逆回転方向の情報として用意する。例え
ば、方向の電流を正回転方向として流している
場合、 −２の電流方向を逆回転方向として用意
すればよい。

また、速度検出器の出力をカウントし、正回転
方向のときはインクリメントして、カウント値が
16になれば０にもどし、逆回転方向のときにはデ
クリメントし、カウント値が０になれば16に設定
するようにする。

そして、第４図のＦ点において回転方向を切換
えるならば、Ｄ点において方向の電流を流し
て、後は検出器出力のみを検知し、Ｅ点になれ
ば、正回転方向の電流 −１と逆回転方向の電流
の情報の用意だけし、実際に流す電流はのま
まとする。そして、Ｆ点でロツク状態になつて停
止すれば、用意されている逆回転方向の電流か
ら流して駆動すればよい。もし、Ｆ点を通過して
も、検出器出力さえ確実に検知すれば、次の正回
転方向は −２、逆回転方向はの情報が用意さ
れるので、位置ずれは生じない。

これらを連続して行うことにより、ホール素子
６がなくてもロータ９の位置制御が可能である。

速度制御については、従来と同様の方法で行え
ばよい。

以上のようにして、位置検出用のホール素子６
を使用することなく、ロータ９の原点位置決め可
能となつたが、更に改良すべき点があることが判
明した。

この改良すべき点について、第６図及び第７図
を参照して説明する。

第６図において、２５はホール素子を有してい
ない直流ブラシレスモータ、２６は移動体である
キヤリツジ、２７は該キヤリツジ上に搭載された
印字ヘツド、２８は該キヤリツジ２６の一側に設
けられた遮光板、２９は発光ダイオード、３０は
受光トランジスタ、３１はプーリ、３２は該プー
リ３１と前記直流ブラシレスモータ２５とに巻掛
けられた駆動ベルトである。

ここで、発光ダイオード２９と、この発光ダイ
オード２９からの光を受ける受光トランジスタ３
０は、キヤリツジ２６の移動経路の左端において
対向設置されており、直流ブラシレスモータ２５
を駆動し、駆動ベルト３２を介してキヤリツジ２
６を左方向に移動すると、キヤリツジ２６に設け
られている遮光板２８が発光ダイオード２９の光
をさえぎるようになつている。

このときの受光トランジスタ３０の出力の様子
と、キヤリツジ２６の動作ピツチの関係を示した
のが第７図で、縦軸に受光トランジスタ出力をと
り、横軸のp₀〜p_o点はキヤリツジ２６の安定停止
位置を示している。この第７図に見られるよう
に、p_oからp₁までは受光トランジスタ３０の出力
は一定値を示しているが、p₁〜p₀に移動すると
き、上述したように遮光板２８が発光ダイオード
２９の光をさえぎるため、この間で出力は零とな
つている。このとき、キヤリツジ２６はp₀の位置
に停止しているので、このp₀を基準点としてい
る。

しかしながら、このような方法では、直流ブラ
シレスモータ２５の停止位置近傍のトルクが小さ
いため、機械的摩擦力に打勝つてロータ９を停止
点に正確に位置づけることができないという問題
が有り、この位置決め誤差が原点位置決め後も残
存するという欠点がある。このことは、単に原点
がずれるという問題だけではなく、その後の駆動
において比較的大きなトルクリツプルを生じる原
因ともなる。

また、原点位置決めのために、発光ダイオード
２９と受光トランジスタ３０を使用しているた
め、塵埃や油等によつて受光トランジスタ３０の
出力が低下し、極端な場合には出力が得られなく
なる等、信頼性が低いという欠点があり、更に発
光ダイオード２９及び受光トランジスタを使用す
ることにより増幅器等が必要となるので、コスト
低減の上で不都合であつた。

〔発明の目的〕

本発明は上述した従来技術の欠点を解決するた
めになされたもので、直流ブラシレスモータにお
ける位相合わせを正確に行えるようにして、誤差
のない正確な原点位置決めを可能とし、原点位置
決め後の駆動における大きなトルクリツプルの発
生を防止して、原点位置決め並びに動作の信頼性
を向上した直流ブラシレスモータの原点位置決め
方法を実現することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

直流ブラシレスモータのロータの回転により移
動体を移動させると共に、そのときの速度検出器
からの出力パルスをカウンタにより計数して、予
め設定した値だけ計数するごとにロータを回転さ
せるための励磁相を切り換える直流ブラシレスモ
ータの原点位置決め方法において、任意の励磁相
による通電時のトルク最大位置近傍の位置で、前
記移動体が衝突してロータの回転を止めるストツ
パを設け、前記移動体がストツパに衝突してロー
タの回転が停止することにより前記速度検出器か
らの出力が停止したとき、前記カウンタの計数値
を位相誤差のない時の移動体の位置に対応する値
に変更し、その後ロータが逆回転するように通電
を行うことで電機子コイルとロータ間の位相を合
わせて、安定停止位置へ位置付けるようにしたも
のである。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を説明する。第８図は本
発明による直流ブラシレスモータの原点位置決め
方法を示す模式図で、図において、２５は直流ブ
ラシレスモータ、２６はキヤリツジ、２７は印字
ヘツド、３１はプーリ、３２は駆動ベルトであ
り、これらは第６図のものと同じである。ここ
で、もう１度直流ブラシレスモータ２５の構成に
ついて簡単に説明すると、この直流ブラシレスモ
ータ２５は、第２図，に示したロータ９と、
第１図においてホール素子６及びFGパターン
７を取除いたステータ１により構成されている。

本発明においては、従来使用していた第６図に
示される遮光板２８、発光ダイオード２９及び受
光トランジスタ３０は不要となり、代りにストツ
パ３３はキヤリツジ２６の移動経路の左端、つま
り厳密にいうとロータ９の安定停止位置ピツチの
１／２の位置に追加されている。

尚、この実施例では、ストツパ３３は独立した
１個の部品として設けているが、プーリ３１のシ
ヤフト等と共用することも可能である。

次に本発明の動作原理を第８図及び第９図を用
いて説明する。図示したように、ストツパ３３の
設置位置はロータ９の安定停止位置ピツチＡ，
Ｂ，Ｃ…の1/2の位置にあり、トルク波形では最
大値のところである。第９図では、Ａ，Ｂの1/2
で、 −３の電流の位置にあるが、これは６種類
の中のどれでもよい。

第１０図は本発明を実施するためのプリンタ制
御装置のブロツク図であり、サーボコントロール
部３５はプリンタコントロール部３４からの信号
と、カウンタ３９からの信号によつて相信号を形
成し、その相信号によりサーボドライバ３６が駆
動されて直流ブラシレスモータ２５に電流が流れ
る。これにより直流ブラシレスモータ２５のロー
タ９が回転すると、エンコーダ３７から位置信号
φA，φBが出力され、この位置信号φA，φBは波
形増幅器３８において、移動方向を指示するパル
ス信号に変換される。そして、このパルス信号
は、速度制御のためにサーボドライバ３６へ、ま
た電流切換えのためにカウンタ３９へとそれぞれ
与えられる。

カウンタ３９は、波形整形器３８からのパルス
信号により、例えば第９図に示すFW方向のパル
ス信号でUPし、BK方向のパルス信号でDOWN
するｎ進UP・DOWNカウンタ（ｎ＝Ｎ／24−
1N：直流ブラシレスモータの１回転におけるパ
ルス数）であつて、UPの場合ｎから０になると
き、またDOWNの場合０からｎになるときにサ
ーボコントロール部３５に切換え信号を与えるも
のである。更にプリンタコントロール部３４から
もカウンタ３９の値を０からｎまで任意に設定す
ることが可能である。

さて、直流ブラシレスモータ２５の起動時にお
いては、プリンタコントロール部３４よりサーボ
コントロール部３５へ強制的に相をきめて駆動
し、第９図のB′点に固定させようとするが、機
械的摩擦のためにB′点よりαだけFW方向にずれ
たＸ点に停止することになる。ところが、プリン
タコントロール部３４は前記αの誤差の確認が不
可能であるので、仮の基準点としてカウンタ３９
の値を０にリセツトする。そして、BK方向に
→→…と駆動するが、電流の切換えはカウン
タ３９で決定されるので、切換え時は常にαだけ
ずれる結果となり、直流ブラシレスモータ２５の
トルクは第９図のBK方向の太線矢印で示したリ
ツプルの大きいものとなる。この状態で、やがて
キヤリツジ２６がストツパ３３に衝突するが、第
９図の場合の電流で駆動し、トルクの最大値の
点、つまりＡ点とＢ点の真中の位置で直流ブラシ
レスモータ２５のロータ９回転が止まることにな
るので、機械的摩擦は無視することができ、正確
な位置出しを行うことができる。

一方、プリンタコントロール部３４は、前記ロ
ータ９の回転停止によるエンコーダ３７からの停
止信号が一定時間以上待つても入力されないと、
キヤリツジ２６がストツパ３３に衝突したことを
検知できるので、その時点において、キヤリツジ
３２の位置の基準点をセツトし、次に直流ブラシ
レスモータ２５の位相を補正するためにカウンタ
３９の値をｎ／２にセツトし直し、それからFW
方向に −３ →→…と駆動し、ロータ９を原
点位置A′に停止させる。

つまり、キヤリツジ２６がストツパ３３に衝突
する以前の位相誤差αは、衝突時にカウンタ３９
の値をｎ／２にセツトすることでα＝０となる。
これは、ストツパ３３の位置がＡ点とＢ点の1/2
の位置にあり、カウンタ３９の値はＡ点で０、Ｂ
点ではｎになるので、Ａ点とＢ点の1/2の位置で
のカウンタ３９の理想値はｎ／２になるからであ
る。

この補正によつて直流ブラシレスモータ２５の
トルクは、第９図のFW方向の太線矢印で示した
理想的なトルクとなるので、原点位置A′点にロ
ータ９を停止させるためにＦ点においてカウンタ
３９から相切換え信号が出ても −２に変わらな
いようにプリンタコントロール部３４から強制的
に −１にするような信号を出力して、サーボコ
ントロール部３５に送るようにすればA′点に停
止させることができる。ここで、このA′点に停
止したときにも、起動時と同じで機械的摩擦によ
り停止位置に誤差を生じるが、この場合の位置の
基準点は、前述の如くキヤリツジ２６がストツパ
３３に衝突した時点で設定してあるので、停止位
置誤差はプリントコントロール部３４で検知する
ことが可能となり問題はなくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、ロータの回転動作を速度
検出器からの出力パルスをカウンタにより計数
し、この計数値がカウンタに予め設定した値を計
数するごとに前記ロータを回転させるための励磁
相を切り換える直流ブラシレスモータの原点位置
決め方法において、任意の励磁相による通電時の
トルク最大位置近傍の位置で、前記移動体が衝突
してロータの回転を止めるストツパを設け、前記
移動体がストツパに衝突してロータの回転が停止
することにより前記速度検出器からの出力が停止
したとき、前記カウンタの計数を位相誤差のない
移動体の位置に対応する値に変更し、その後ロー
タが逆回転するよう通電を行うことにより、直流
ブラスレスモータにおける電機子コイルとロータ
間の位相合わせを正確に行えるようになり、これ
によつて誤差のない正確な原点位置決めを行うこ
とができることになる。このことは、原点位置決
め後の駆動にも影響を与えるものであり、大きな
トルクリツプルの発生を防止することができる。

そして、従来のように発光ダイオード及び受光
トランジスタ等による原点検出素子やホール素子
が不要となるので、原点位置決め並びに動作の信
頼性の向上並びにコストの低減を図ることができ
るという効果が得られる。

また、プリンタのキヤリツジに限らず、定位置
からの移動が要求される移動体であれば適用可能
であり、同様の効果が得られることはいうまでも
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流ブラシレスモータを示す構
造図であり、は断面図、はステータの平面
図、はロータの平面図、は電機子コイルの結
線図である。第２図は本発明に使用される直流ブ
ラシレスモータを示す構造図であり、はロータ
の断面図、はロータの平面図である。第３図は
３相モータの回路図、第４図はその出力トルク波
形を示す図、第５図は第２図の直流ブラシレスモ
ータにおける速度検出用スリツトの動作説明図、
第６図は第２図の直流ブラシレスモータを使用し
た従来の原点位置決め方法を示す模式図、第７図
は第６図における受光トランジスタ出力と遮光板
位置との関係を示す特性図、第８図は本発明によ
る直流ブラシレスモータの原点位置決め方法の一
実施例を示す模式図、第９図は本発明における出
力トルク波形及び駆動状態を示す説明図、第１０
図は本発明を実施するプリンタ制御回路のブロツ
ク図である。１……ステータ、２……ステータヨーク、３…
…絶縁板、４……基板、５……電機子コイル、８
……軸受、９……ロータ、１０……ロータヨー
ク、１１……マグネツト、１３……シヤフト、１
４……速度検出用スリツト、１５〜２０……トラ
ンジスタ、２１〜２３……電機子コイル、２４ａ
……電源の正側端子、２４ｂ……電源の負側端
子、２５……直流ブラシレスモータ、２６……キ
ヤリツジ、３１……プーリ、３２……駆動ベル
ト、３３……ストツパ、３４……プリンタコント
ロール部、３５……サーボコントロール部、３６
……サーボドライバ、３７……エンコーダ、３８
……波形整形器、３９……カウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１ステータヨーク上に基板を介して複数の電機
子コイルを配置固定して成るステータ、及び円周
方向にＮ，Ｓ極を交互に分割着磁した円板状にマ
グネツトを前記電機子コイルと対向するようにロ
ータヨークに取付けかつこれと同軸に速度検出用
スリツトを設けて成る回転自在なロータを備え、
前記電機子コイルに対するマグネツトの磁極の位
置に応じて設定した複数の励磁相を１周期とし、
前記電気子コイルへ通電することにより前記ロー
タを回転させる直流ブラシレスモータと、前記ロータの回転時に前記速度検出用スリツト
を検出してパルス電圧を出力する速度検出器と、この速度検出器からの出力をカウントするカウ
ンタとを用い、前記ロータの回転により移動体を移動させると
共に、そのときの速度検出器からの出力パルスを
カウンタにより計数して、予め設定した値だけ計
数するごとに励磁相を切り換える直流ブラシレス
モータの原点位置決め方法において、任意の励磁相による通電時のトルク最大位置近
傍の位置で、前記移動体が衝突してロータの回転
を止めるストツパを設け、前記移動体がストツパに衝突してロータの回転
が停止することにより速度検出器からの出力が停
止したとき、前記カウンタの計数値を位相誤差のない時の移
動体の位置に対応する値に変更し、その後ロータ
を逆回転するように通電を行うことで電機子コイ
ルとロータ間の位相を合わせて、安定停止位置へ
位置付けることを特徴とする直流ブラシレスモー
タの原点位置決め方法。