JPH0623198Y2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はモータ制御装置にかかり、例えば電子黒板装置
における書込用シートの巻取用モータ等の制御装置に関
する。

（従来の技術） 従来、この種のモータ制御装置として、第10図に示すも
のが知られている。同図において、51はステッピングモ
ータであり、このステッピングモータ51は、永久磁石か
らなるロータ52とステータとしての４個のコイルＬ_１，
Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４とを備えている。各コイルＬ_１〜Ｌ_４
の一端はそれぞれトランジスタＱ_１１〜Ｑ_１４のコレク
タに接続されており、前記コイルＬ_１〜Ｌ_４の他端は一
括して電源＋Ｅに接続されている。

トランジスタＱ_１１〜Ｑ_１４は駆動回路53の主要部を構
成するもので、これらのトランジスタＱ_１１〜Ｑ_１４の
エミッタは一括してグランドに接続され、かつベースに
は抵抗Ｒ_１１〜Ｒ_１４を介して駆動パルスＳ_１〜Ｓ_４が
それぞれ加えられるようになっている。なお、ステッピ
ングモータ51のロータ52は、図示されていない書込用シ
ートの巻取ドラムに連結されている。

次に、この動作を第11図を参照しつつ説明する。前記駆
動パルスＳ_１〜Ｓ_４は図示されていないパルス発生回路
により生成され、その位相は、第11図に示すごとく駆動
パルスＳ_１，Ｓ_３，Ｓ_２，Ｓ_４の順で互いに電気角90゜
ずつずれている。このような駆動パルスＳ_１〜Ｓ_４を用
いてトランジスタＱ_１１〜Ｑ_１４を駆動し、コイルＬ_１
〜Ｌ_４に通電することにより、各コイルＬ_１〜Ｌ_４によ
る回転磁界が生じ、ロータ52との間に作用する磁気的吸
引力及び反発力によってロータ52が一定速度でステップ
状に回転する。これにより、ロータ52に連結された巻取
ドラムが回転し、シートの巻取りが行われる。

なお、この場合、駆動パルスＳ_１〜Ｓ_４の周波数を制御
することによってステッピングモータ51の回転速度、換
言すればシートの巻取速度を任意に制御することが可能
である。

（考案が解決しようとする課題） 上述した従来のモータ制御装置では、制御するべきステ
ッピングモータ51自体が比較的高価であり、また、コイ
ルが４個以上必要なことから駆動回路53や駆動パルスＳ
_１〜Ｓ_４を発生させるためのパルス発生回路の構成も複
雑であるという欠点があった。更に、各コイルについて
みると半周期のみ通電しているためエネルギーの利用効
率が低く、相対的に電源容量として大きなものが必要と
なるので全体的にコストが高く、また、モータ制御装置
の大型化を招くという問題があった。

更に、図示されていないが、従来では巻取ドラムのいわ
ゆる巻太りによる周速の変化や負荷変動によるモータの
回転速度の変化を防止するため、モータの回転速度に直
接比例しない部分の速度を制御することによってシート
の巻取速度を一定にする試みがなされている。例えばそ
の一例として、モータの回転速度を若干高めに設定し、
このモータによってシートをスリップさせながら巻取る
と共に、シートの定速巻取りはシートを介してピンチロ
ーラと向かいあうキャプスタンにて行うものがある。

しかしながらこの方式においては、シートを定速で巻取
るためのピンチローラやキャプスタン等の機構がモータ
の駆動回路とは別個に必要なため、やはり機構の複雑化
やコストの上昇を招くおそれがあった。

本考案は上記問題点を解消するために提案されたもの
で、その目的とするところは、ステータが永久磁石によ
って構成された安価な直流モータの使用を可能とし、駆
動回路の構成も簡単であると共に、シート等の被駆動体
を定速で巻取るための複雑な機構を不要とした経済的な
モータ制御装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、直流モータの起動時におい
て回転速度を速やかに確立して被駆動体の速やかな駆動
（巻取り）を可能にしたモータ制御装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本考案は、直流モータにより
駆動され、かつ前記直流モータの負荷の変動に伴って位
相がずれた位置検出パルスを出力するエンコーダと、外
部から入力される駆動パルスによりセットされ、かつ前
記位置検出パルスによりリセットされるフリップフロッ
プと、このフリップフロップの出力によって前記直流モ
ータを駆動するモータドライバとを備え、前記直流モー
タの起動時に、前記駆動パルスの周波数を定常時におけ
る前記位置検出パルスの周波数よりも高くするようにし
たものである。

ここで、直流モータとしては、ステータが永久磁石から
なるものを使用することができる。

（作用） 本考案によれば、フリップフロップは外部からの駆動パ
ルスによりセットされ、エンコーダから発生する位置検
出パルスによりリセットされる。このため、モータの負
荷が大きくなって回転速度が低下しようとすると位置検
出パルスの位相が遅れるため、モータのＯＮ時間が長く
なって回転速度（シート等の被駆動体の移動速度）を上
昇させるように作用する。逆に、モータの負荷が小さく
なって回転速度が上昇しようとすると位置検出パルスの
位相が早まり、モータのＯＮ時間が短くなって被駆動体
の移動速度を低下させるように作用する。これにより、
被駆動体の移動速度がほぼ一定に保たれることになる。

また、直流モータの起動時に、駆動パルスの周波数を定
常時における位置検出パルスの周波数よりも高くするこ
とにより、直流モータの起動時におけるＯＮ時間をある
程度長くして駆動力を増し、これによって回転速度を早
期に確立することができ、シート等の被駆動体を速やか
に移動させることができる。

（実施例） 以下、図に沿って本考案の一実施例を説明する。

まず、第１図は本考案にかかるモータ制御装置に用いら
れる駆動回路１の構成を示している。すなわちこの駆動
回路１は、電源＋Ｅ_１に接続された発光ダイオード２ａ
及びフォトトランジスタ２ｂからなるフォトインタラプ
タ２と、抵抗Ｒ_１，Ｒ_２と、セット・リセット端子付き
のＤ−フリップフロップ３と、このフリップフロップ３
のＱ出力側に接続された抵抗Ｒ_３と、この抵抗Ｒ_３の一
端にダーリントン接続されたトランジスタＱ_１，Ｑ
_２と、トランジスタＱ_２のベース・エミッタ間に接続さ
れた抵抗Ｒ_４と、トランジスタＱ_２のコレクタと電源＋
Ｅ_２との間に接続されたサージ吸収用のダイオードＤ_１
とから構成されている。なお、抵抗Ｒ_３、トランジスタ
Ｑ_１，Ｑ_２、抵抗Ｒ_４、ダイオードＤ_１及び電源＋Ｅ_２
はモータドライバ４を構成している。

また、Ｍは永久磁石からなるステータを備えた直流モー
タであり、この直流モータＭは、電源＋Ｅ_２とトランジ
スタＱ_２のコレクタ間に接続されている。

なお、前記フリップフロップ３は、フォトトランジスタ
２ｂのエミッタから出力される位置検出パルスＰＰがク
ロック信号として入力され、またＤ入力が接地されてい
る。更に、セット端子（プリセット端子）ＰＳには図示
されていないパルス発生回路から駆動パルスＤＰが入力
され、リセット端子（クリア端子）ＣＲは＋５Ｖに固定
されていると共に、Ｑ出力端子が抵抗Ｒ_３の一端に接続
されている。そしてこのフリップフロップ３は、リーデ
ィングエッジトリガタイプとなっている。

次に、前記フォトインタラプタ２は直流モータＭの回転
に伴って位置検出パルスＰＰを出力するエンコーダ10の
一構成要素であり、かかるエンコーダ10の構成を第２図
を参照しつつ説明する。このエンコーダ10は、直流モー
タＭの回転軸に連結されたピニオンギア５と、このピニ
オンギア５に連動して回転するスリット円板６と、前記
フォトインタラプタ２とからなり、スリット円板６の周
囲４ケ所には、フォトインタラプタ２の発光ダイオーダ
２ａ及びフォトトランジスタ２ｂの光軸が通過するスリ
ット６ａが形成されている。

なお、図示されていないが、直流モータＭの回転軸は、
周知の動力伝達手段を介して電子黒板装置の書込用シー
ト等の巻取ドラムに連結されている。

次に、この動作を第３図ないし第７図を参照しつつ説明
する。

まず、直流モータＭの負荷に変動がなく一定である正常
時の動作を第３図により説明する。始めに、第３図に示
すように外部のパルス発生回路から駆動パルスＤＰが一
定周期で送られると、このパルスＤＰによってフリップ
フロップ３がセットされ、そのＱ出力が“Ｈ”レベルに
なって直流モータＭがＯＮ、すなわち回転する。これに
伴ってスリット円板６が回転すると、スリット６ａがフ
ォトインタラプタ２の光軸上に到来した際に位置検出パ
ルスＰＰが出力され、このパルスＰＰがクロック信号と
してフリップフロップ３に入力される。そして、このパ
ルスＰＰの立上りにより、フリップフロップ３がリセッ
トされ、そのＱ出力が“Ｌ”レベルになって直流モータ
ＭがＯＦＦ、すなわち減速する。

次に、何らかの原因で直流モータＭの負荷が大きくなる
と、直流モータＭの回転速度が過渡的に遅くなり、第４
図に示すごとく位置検出パルスＰＰの位相が第３図に比
べて時間的に後へ遅れてくる。これにより、フリップフ
ロップ３のＱ出力が“Ｈ”レベルである時間が長くなっ
て直流モータＭのＯＮ時間が長くなるので、その駆動力
が増加し、回転速度ひいてはシートのような被駆動体の
移動速度の低下を防ぐ方向に直流モータＭが制御され
る。

逆に、図示されていないが、直流モータＭの負荷が小さ
くなって回転速度が上昇しようとすると、位置検出パル
スＰＰの位相が第３図よりも早まって直流モータＭのＯ
Ｎ時間が短くなる。従って、直流モータＭの駆動力が低
下し、回転速度ひいては被駆動体の移動速度の上昇を防
ぐ方向に直流モータＭが制御される。

このような動作により、１つの駆動パルスＤＰが発生し
て次の駆動パルスＤＰが発生するまでの期間に位置検出
パルスＰＰが発生すれば、上記期間内では駆動パルスＤ
Ｐに対応した数の位置検出パルス、すなわち直流モータ
Ｍの回転速度に比例した数のパルスによって直流モータ
Ｍの回転が制御されることになり、ステッピングモータ
に似た回転制御が可能になる。

ところで、モータによって負荷を駆動する場合、モータ
が停止している状態から起動する場合には、静止摩擦に
打ち勝って回転を開始するため、起動時の負荷は定常回
転時に比べて大きくなる。この起動時における負荷の増
加に起因し、上記実施例において１つの駆動パルスＤＰ
が発生して次の駆動パルスＤＰが発生するまでに位置検
出パルスＰＰが発生しない場合には、直流モータＭのＯ
Ｎ，ＯＦＦが不定周期で繰り返されてその回転が不安定
になるおそれがある。

この点に鑑み、第５図に示すように、直流モータＭの起
動時には駆動パルスＤＰの周波数を定常時の位置検出パ
ルスＰＰの周波数よりも高くすることにより、フリップ
フロップ３がセット状態となる時間を長くして直流モー
タＭのＯＮ時間をある程度長くし駆動力を増すことがで
き、回転速度を早期に確立して速やかに巻取りを開始す
ることが可能になる。

なお、これ以外にも、第６図に示すように、直流モータ
Ｍの起動時には駆動パルスＤＰを長期にわたって“Ｌ”
レベルとすることによってフリップフロップ３のセット
状態を長く保ち、直流モータＭのＯＮ状態を継続させる
ことにより、起動後、早期に回転速度を一定の値にまで
引き上げることができる。

なお、既に明らかなように、フリップフロップ３のＱ出
力は位置検出パルスＰＰの立上りエッジでリセットされ
て直流モータＭを減速させる。従って、仮りに直流モー
タＭの初期の停止位置が、スリット円板６のスリット６
ａがフォトインタラプタ２の光軸上に位置していて位置
検出パルスＰＰが“Ｌ”レベルで連続的に出力されるよ
うな位置にある場合でも、駆動パルスＤＰによって直流
モータＭを起動することが可能であり、直流モータＭ及
びスリット円板６の停止位置に拘らず直流モータＭを速
やかに起動することができる。

また、上記実施例ではフリップフロップ３としてリーデ
ィングエッジトリガタイプのものを使用したが、トレイ
リングエッジトリガタイプのものを使用してもよい。

次に、上記実施例では直流モータＭのＯＮ時間、ＯＦＦ
時間を制御することにより回転速度をほぼ一定に保つも
のであるが、ステッピングモータをほぼ同一の駆動回路
を用いて駆動する場合、以下に述べるようにモータの回
転速度に直接比例しない部分の速度を制御することでシ
ートの巻取速度をほぼ一定に保つことが可能である。

すなわち、第７図において、51はステッピングモータで
あり、このモータ51にはタイミングベルト７を介して巻
取ドラム８が連結されている。この巻取ドラム８は、ロ
ーラ９を介して書込用のシートＳを巻き取るためのもの
である。更に、ローラ９にはベルト11を介してスリット
円板12が連結され、前記同様にこのスリット円板12に設
けられたスリット12aに応じてパルスを出力するフォト
インタラプタ２が設けられている。なお、ローラ９，ベ
ルト11，スリット円板12，スリット12a及びフォトイン
タラプタ２はエンコーダ10′を構成している。

次いで、ステッピングモータ51の駆動回路１′の構成は
第８図に示すとおりである。すなわち、フリップフロッ
プ３のＱ出力端子はアンドゲート13の一入力端子に接続
されており、その他入力端子には外部からステップパル
スが入力されている。また、アンドゲート13の出力端子
はパターン発生回路14に入力されており、このパターン
発生回路14から出力される所定周波数の駆動パルスＳ_１
〜Ｓ_４がステッピングモータ51の４相のコイルにそれぞ
れ加えられるようになっている。

この動作を第９図を参照しつつ説明すると、前記同様に
駆動パルスＤＰ及び位置検出パルスＰＰによってフリッ
プフロップ３のＱ出力は図示のとおりとなる。いま、ス
テップパルスが図示のように一定周期のパルス列である
とすると、フリップフロップ３のＱ出力が“Ｈ”レベル
である期間だけ、アンドゲート14を介してステップパル
スがパターン発生回路15に入力される。これによりパタ
ーン発生回路15では、上記ステップパルスに基づいて、
位相が電気角90゜ずつ順次ずれた駆動パルスＳ_１〜Ｓ_４
を生成してステッピングモータ51に出力するものであ
る。

なお、上記動作においても、負荷変動等に伴ってシート
Ｓの巻取速度が変化し、これによって位置検出パルスＰ
Ｐの位相がずれた場合には、結果としてフリップフロッ
プ３のＱ出力の“Ｈ”レベル、“Ｌ”レベルの比（デュ
ーティ）がずれてくるため、駆動パルスＳ_１〜Ｓ_４によ
るステッピングモータ51のＯＮ，ＯＦＦ時間の比がずれ
てくる。これにより、前記同様にステッピングモータ51
のステップ数が制御されるため、シートＳの巻取速度の
変化を是正するような制御が行われることになる。従っ
て、負荷変動等にかかわらず、常にほぼ一定の速度でシ
ートＳを巻き取ることが可能となる。

なお、前記実施例では本考案を電子黒板装置の書込用シ
ートの巻取用モータに適用した場合について説明した
が、この種の用途ではシートの巻取速度が通常一定であ
って大幅な速度制御範囲が要求されないため、本考案は
至って実用的であり、同様に速度をほぼ一定として駆動
するものであればシートの巻取以外の種々の用途に適用
可能である。また、本考案は原理的に直流モータＭのＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御であるから、ミクロ的に見れば、大きな
フライホイールでもないかぎり直流モータＭの回転に微
妙な振動が発生するが、高精度な速度制御、回転制御が
要求されないこの種の用途では何ら支障はない。

（考案の効果） 以上詳述したように本考案によれば、原則として従来の
ようにステッピングモータを対象とするものではなく、
安価な永久磁石直流モータの使用が可能であると共に、
この結果、複雑な構成の駆動回路やパルス発生回路が不
要になるため、モータ制御装置の構成の簡略化及び低コ
スト化を図ることができる。加えて、シート等の被駆動
体を定速で移動させるためにピンチローラやキャプスタ
ンのような複雑な機構を必要としないという利点があ
る。

また、ステッピングモータを使用する場合に比べてエネ
ルギー効率がよいため、小容量の電源を使用することが
でき、電流定格で例えばステッピングモータの場合の1/
5のものを使用することができる。これにより、モータ
制御装置の一層の低コスト化、小型軽量化が可能であ
る。

更に、直流モータの起動時に駆動パルスの周波数を位置
検出パルスの周波数よりも高くすることで、直流モータ
を速やかに安定した回転状態へと移行させることがで
き、シート等の被駆動体のスムーズな巻取りを行わせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本考案の一実施例を示すもので、
第１図は駆動回路の構成図、第２図はエンコーダの構成
図、第３図ないし第６図は動作を説明するためのタイミ
ングチャート、第７図ないし第９図は本考案の原理をス
テッピングモータに応用した一応用例を示すもので、第
７図はエンコーダ等の構成図、第８図は駆動回路の構成
図、第９図は動作を説明するためのタイミングチャー
ト、第10図は従来例を示す回路構成図、第11図は駆動パ
ルスの説明図である。 １……駆動回路、２……フォトインタラプタ 2a……発光ダイオード 2b……フォトトランジスタ ３……フリップフロップ、４……モータドライバ ５……ピニオンギア、６……スリット円板 6a……スリット、10……エンコーダ Ｍ……直流モータ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流モータにより駆動され、かつ前記直流
   モータの負荷の変動に伴って位相がずれた位置検出パル
   スを出力するエンコーダと、外部から入力される駆動パ
   ルスによりセットされ、かつ前記位置検出パルスにより
   リセットされるフリップフロップと、このフリップフロ
   ップの出力によって前記直流モータを駆動するモータド
   ライバとを備え、前記直流モータの起動時に、前記駆動
   パルスの周波数を定常時における前記位置検出パルスの
   周波数よりも高くするようにしたことを特徴とするモー
   タ制御装置。