JPH0646880B2

JPH0646880B2 - モ−タの速度検出装置

Info

Publication number: JPH0646880B2
Application number: JP59008958A
Authority: JP
Inventors: 清志若井
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1984-01-20
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPS60152300A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明は、永久磁石および励磁用の巻線を有するモータ
に関し、特にその巻線に発生する誘起電圧からモータの
速度を検出するための装置に係る。

発明の背景位置決め制御では、位置決めの高速化および位置決め精
度の向上が常に望まれており、特に高精度の位置決めが
要求される制御系では、サーボ系の制御が用いられる。
このようなサーボ系の制御の操作器としてモータが多用
されている。

従来技術サーボ制御では、位置検出用のセンサーが不可欠である
が、従来、この種のセンサーとしてエンコーダ、タコジ
エネレータ、ポテンショメータ、レゾルバ等が用いられ
る。またモータの内部に速度検出用のサーチコイルを付
加する形式のものも既に知られている。しかし、これら
のものでは、モータ回路と別にセンサーやサーチコイル
などが必要とされる。

また、非励磁相の誘起電圧を検知するものもあるが、励
磁電流のスイッチング時における逆起電圧の考慮がなさ
れていないため、逆起電圧によって検出値が変動し、制
御が不安定である。

発明の目的ここに本発明の目的は、閉ループ制御に用いられるモー
タ例えばユニポーラ型式のステッピングモータにおい
て、特別なセンサーを用いずに、モータの非励磁巻線す
なわち空コイルの誘起電圧を利用して、モータの速度を
間接的に検出し、かつその巻線のスイッチング時の逆起
電力による影響を少なくするとともに、逆起電力の検出
のための構成も簡単なものとすることである。

発明の概要そこで本発明は、モータの複数の巻線に対し、励磁電流
が順次切り替えて流されることに着目し、非励磁状態の
巻線部分に発生する誘起電圧を順次切り替えて検出する
ことにより、巻線自体にセンサー機能を分担させるとと
もに、その巻線部分へ電流が流れなくなってから、所定
の時間の経過後に上記検出を行い、これによって励磁電
流のスイッチング時における逆起電圧の影響を小さくな
るようにしている。また、誘起電圧を検出するためのス
イッチのオンオフ状態の切り替えは、励磁電流を切り替
える励磁切替え用スイッチを制御する制御信号によって
行うようにし、構成も簡単にしている。

実施例の構成以下、本発明の各実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。

まず、第１図は、永久磁石型のステッピングモータ１を
示しており、ロータ２は、永久磁石であり、その周囲の
励磁用の巻線３１、３２、３３、３４は、ステータ４に
固定されている。これらの巻線３１、３２および巻線３
３、３４の接続点は、共通の端子５を経て電源端子１０
に接続されている。また、巻線３１、３２、３３、３４
の各端部は、それぞれの端子６、７、８、９およびスイ
ッチ１１、１２、１３、１４を経て、共通のアース１５
に接続されている。また端子６、７、８、９は、それぞ
れの速度信号検出用のスイッチ２１、２２、２３、２４
を経て、高入力インピーダンスの波形整形回路１６の一
方の入力端に接続されている。なお、この波形整形回路
１６は、電源端子１０にも他方の入力端により接続され
ている。

そして励磁切替え用のスイッチ１１、１２、１３、１４
は、１相励磁、２相励磁または１−２相励磁などの励磁
方式、回転方向およびステップ数と対応し、順次切り替
えられる。この切り替えによって巻線３１、３２、３
３、３４は、励磁電流ｉによる磁界で、ロータ２の磁極
を順次吸引し、それに回転を与える。一方、速度信号検
出用のスイッチ２１、２２、２３、２４は、対応の巻線
３１、３２、３３、３４が励磁されていないとき、すな
わち励磁電流ｉが流れないときにオンとなるように、上
記スイッチ１１、１２、１３、１４と連動して切り替え
られる。

今、例えばスイッチ１１が閉じており、これに対応し巻
線３１に励磁電流ｉが流れているとき、スイッチ２２ま
たはスイッチ２３がオンの状態に設定される。永久磁石
のロータ２が回転しているとき、非励磁状態の巻線３
２、３３、３４に誘起電圧Ｅが発生しているが、そのう
ちの巻線３２または巻線３３の誘起電圧Ｅは、オン状態
のスイッチ２２、２３を経て、波形整形回路１６の入力
端に印加される。このときの波形整形回路１６の入力電
圧つまり誘起電圧Ｅは、ロータ２の回転速度に正比例の
関係にある。このため波形整形回路１６の出力電圧によ
って、ステッピングモータ１の回転速度が間接的に測定
できることになる。

つぎに、第２図は、第１図の基本的な回路構成のうち、
２相励磁方式による実施例を示している。２つの入力端
子１７、１８に第３図に示すような２相の制御信号φ
１、φ２がそれぞれ印加されており、直接またはインバ
ータ１９、２０を経て、スイッチング用のトランジスタ
２５、２６、２７、２８のベースにそれぞれ印加されて
いる。このトランジスタ２５、２６、２７、２８は、前
記スイッチ１１、１２、１３、１４と対応している。ま
た、この制御信号φ１、φ２およびそれぞれの反転信号
は、２入力型のアンドゲート３５、３６、３７、３８の
入力端にそれぞれ接続されている。そしてこれらのアン
ドゲート３５、３６、３７、３８の出力信号は、それぞ
れ対応のスイッチ２１、２２、２３、２４の駆動信号と
なり、直接または適当な駆動回路を経て、それらのオ
ン、オフ状態を制御する。

実施例の作用つぎに、第３図を参照しながら、速度検出時の作用を説
明する。

制御信号φ１、φ２は、回転方向およびステップ数に応
じて外部コントローラから入力端子１７、１８に位相差
θのもとに順次入力されている。制御信号φ１、φ２が
“Ｈ”レベルにあるとき、トランジスタ２５、２７が位
相差θでオンの状態に設定され、また制御信号φ１、φ
２が“Ｌ”レベルに設定されているとき、これがインバ
ータ１９、２０によって“Ｈ”レベルに変換されるた
め、トランジスタ２６、２８がオンの状態に設定され
る。これらのトランジスタ２５、２６、２７、２８がオ
ンの状態に設定されているとき、電源端子１０から対応
の巻線３１、３２、３３、３４に励磁電流ｉがアース１
５に向けて流れるため、巻線３１、３２、３３、３４
は、第３図に示すように順次励磁されていく。なお、図
面上、巻線３１、３２、３３、３４についての“Ｈ”レ
ベルは、励磁状態と対応しており、また“Ｌ”レベル
は、非励磁状態と対応している。このようにして巻線３
１、３２、３３、３４が順次励磁されていくため、これ
と同期してロータ２が回転することになる。

一方、この制御信号φ１、φ２およびその反転信号がそ
れぞれアンドゲート３５、３６、３７、３８の入力信号
となっているため、それらは両入力が共に“Ｈ”レベル
にあるとき、“Ｈ”レベルの出力を発生し、これによっ
て直接または間接的に対応のスイッチ２１、２２、２
３、２４をオンの状態に設定する。ここでスイッチ２
１、２２、２３、２４に関し、“Ｈ”レベルは、図面
上、オン状態と対応している。この結果、４個のスイッ
チ群のうち１個のものが位相差θで順次オンの状態に切
り替えられていく。しかもこのオン状態にあるスイッチ
の一端は、非励磁状態にある巻線と対応している。

さて、ロータ２の回転中に、非励磁状態の例えば巻線３
１には、電磁誘導作用によって、ロータ２の回転に比例
した誘起電圧Ｅが発生している。そしてその誘起電圧Ｅ
は、閉じた状態のスイッチ２１を経て、波形整形回路１
６に入力されている。それぞれの巻線３１、３２、３
３、３４についての誘起電圧Ｅは、位相を異にしている
ため、不連続の状態にあるが、これらが波形整形回路１
６の共通の入力端に順次印加されるため、波形整形回路
１６の入力電圧すなわち誘起電圧Ｅは、連続しているこ
とになる。そこで波形整形回路１６は、これらの誘起電
圧Ｅの波形を整形し、それをロータ２の速度情報として
出力する。なお、この波形整形回路１６は、既に述べた
ように、高入力インピーダンスとなっている。

しかも例えばスイッチ２１が巻線３１の誘起電圧Ｅを検
出する時点では、その巻線３１が励磁状態から非励磁状
態に切り替えられた後、所定の遅れ時間ΔＴだけ常に経
過していることになるから、その巻線３１の誘起電圧Ｅ
は、励磁電流ｉのスイッチング時における逆起電力の影
響をほとんど受けないことになる。

このように特別なセンサーが必要とされず、非励磁状態
の巻線３１、３２、３３、３４の誘起電圧を所定の遅れ
時間後に検出することによって、ロータ２の速度情報が
連続的に、しかも正確に得られる。このような速度情報
は、高速位置決めのためのサーボ情報として利用でき
る。

他の実施例の構成つぎに第４図は、２つの波形整形回路１６ａ、１６ｂが
設けられており、これと対応してスイッチ２１、２２の
一端が一方の波形整形回路１６ａの入力端に接続されて
おり、また他のスイッチ２３、２４の一端が他の波形整
形回路１６ｂの入力端に接続されている例を示してい
る。したがってこの実施例では、２種類の誘起電圧Ｅす
なわち速度情報が同時に得られることになる。

そして第５図は、上記第４図の基本回路構成のうち、前
記実施例と同様に、２相励磁方式による実施例を示して
いる。２相の制御信号φ１、φ２がスイッチング用のト
ランジスタ２５、２６、２７、２８を駆動する部分は、
前記第２図の実施例と同様である。しかし、この実施例
では、アンドゲート３５、３６、３７、３８が用いられ
おらず、制御信号φ１、φ２は、直接およびインバータ
１９、２０を経て、スイッチ２１、２２、２３、２４を
駆動するための信号となっている。そして波形整形回路
１６ａ、１６ｂの出力端は、比較回路２９の入力端にそ
れぞれ接続されている。

実施例の作用つぎに上記実施例の作用を第６図に基づいて説明する。

この実施例では、アンド条件が取られていないため、４
個のスイッチ２１、２２、２３、２４のうち常に２個の
ものがオンの状態に切り替えられ、かつオン状態のもの
の一端は、それぞれ非励磁状態の巻線３１、３２、３
３、３４に接続されている。２つのスイッチ２１、２３
がオン状態に設定されているとき、非励磁状態の巻線３
１、３３の誘起電圧Ｅが波形整形回路１６ａ、１６ｂに
よってそれぞれ検出される。このように２種類の誘起電
圧Ｅが同時に検出されるから、２つの用途例えば位置決
めの高速化および位置決めの高精度化を計るためのサー
ボ情報として個別に利用できることになる。しかもそれ
ぞれの波形整形回路１６ａ、１６ｂの出力すなわち波形
整形出力が共に比較回路２くに送られ、そこで比較され
るため、その比較結果も回転状態を検出するための情報
として利用できる。なお、この場合、例えば一方の巻線
３１について遅れ時間ΔＴの後に誘起電圧Ｅが検出され
ると、他方の巻線３３について遅れ時間ΔＴの区間にお
いて誘起電圧Ｅが検出されるから、その少なくとも一方
の誘起電圧Ｅは、励磁電流ｉのスイッチングによる逆起
電力の影響を受けていないことなる。

さて、位置決めの高速化は、つぎのようにして実現でき
る。

すなわち一般にロータ２の位置決めは、励磁電流ｉつま
りステッピング電流を切ってから、所定の時間遅れ後に
逆励磁をすることになどの時間的な制御に頼っている。
しかしこの間に負荷が変化したとき、従来では、その対
応が充分なされていなかった。しかし本発明では、常に
ロータ２の回転速度およびその方向（正回転および逆回
転）を比較回路２９の比較結果から判別できる。そこ
で、第７図に示すように、速度Ｖが正方向のときには、
逆励磁Ａを行い、また速度が逆方向のときには、通常の
励磁Ｂを行うような切り替えを行うことによって、ロー
タ２の停止指令後、停止までの過渡的な時間ｔを可及的
に早めることができる。このことはまた、ロータ２の振
動的回転を極力押さえられることにもなる。

また、一方の速度情報は、位置決めの高精度化のために
用いられる。すなわちロータ２に負荷がかかった状態の
ときには、ロータ２の停止位置が磁極の安定点から負荷
の値に比例してずれることになる。この位相のずれた状
態で、ロータ２に電流の切り替え順序を替えて振動を与
えると、巻線３１、３２、３３、３４のうち２つについ
ての誘起電圧Ｅに位相的なずれが発生する。そのずれの
方向が比較回路２９の出力信号の極性によって判明する
から、その比較内容に基づいてロータ２の正しい位置へ
修正することが可能となる。なお、この修正は、ロータ
２の停止後に行われるため、ロータの回転中での回転速
度の検出と異なるが、速度の検出と同様の構成によって
実現できるから、本発明の原理の一つの利用態様と言え
る。

発明の変形例上記実施例は、いずれもロータ２を永久磁石とし、巻線
３１、３２、３３、３４をステータ側に固定している
が、この永久磁石と巻線との関係は実施例と逆の関係に
あってもよい。また本発明は、ステッピングモータに限
らず、永久磁石と巻線との間で相対的な回転を得る直流
モータにも応用できる。また、励磁電流ｉのスイッチン
グ後の所定の送り時間ΔＴは、上実施例のように、制御
信号φ１、φ２のレベルとの関係で得るのがもっとも理
想的である。またその遅れ時間ΔＴは、励磁電流ｉのス
イッチングによる逆起電力の影響を受けない位相であれ
ば、非励磁状態の区間内で任意に設定できる。

発明の効果本発明では、下記の特有の効果が得られる。まず、励磁
用の巻線のうち非励磁状態の巻線がそのまま速度信号の
センサーとして利用できるから、速度情報がエンコー
ダ、タコジエネレータなどの特別なセンサーを必要とせ
ず、簡単な構成によって検出できる。また、その誘起電
圧の検出が励磁電流のスイッチング時点から一定の遅れ
時間ののちに検出されるから、励磁電流のスイッチング
における逆起電力の影響のない状態で、誘起電圧が検出
でき、したがってモータの回転情報が正確に検出でき
る。また、誘起電圧を検出するための速度信号検出用ス
イッチのオンオフ状態の切り替えは、励磁電流を切り替
える励磁切替え用スイッチを制御する制御信号によって
行うように構成したから、上記一定の遅れ時間の時間制
御も特別な構成も必要なく達成することができ、構成も
非常に簡単なものとすることができる。さらに、同時に
２以上の速度情報が検出できる実施例では、それらの情
報が異なる目的例えば位置決めの高速化および高精度化
のために独立して用いられるため、より高度な制御が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な回路図、第２図は第１図のも
のの具体的な回路図、第３図は第２図の回路での動作時
のタイムチヤート図、第４図は他の実施例での基本回路
図、第５図は第４図のものでの具体的な回路図、第６図
は第５図の回路での動作時のタイムチヤート図、第７図
はロータの停止時における振動特性を示すグラフであ
る。１……永久磁石型のステッピングモータ、２……ロー
タ、３１、３２、３３、３４……巻線、４……ステー
タ、１１、１２、１３、１４……励磁切替え用のスイッ
チ、１６、１６ａ、１６ｂ……波形整形回路、２１、２
２、２３、２４……速度信号検出用のスイッチ、２９…
…比較回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータおよびステーターのいずれか一方を
磁石とし、他方を複数の巻線とし、該複数の巻線に励磁
電流を流すための励磁切替え用のスイッチをそれぞれ接
続し、該励磁切替え用スイッチを制御することにより、
上記複数の巻線のうち一部の巻線に励磁電流を流し、か
つ、その巻線を順次切り替えることにより、上記ロータ
を回転させるモータにおいて、上記複数の巻線にそれぞ
れ速度検出用のスイッチを接続し、該速度信号検出用ス
イッチのオンオフ状態の切り替えを、上記励磁切替え用
スイッチを制御する制御信号によって行うとともに、上
記速度信号検出用スイッチの切り替えは、上記励磁電流
が流れる巻線とは異なる巻線部分に発生する誘起電圧を
検出するよう構成するとともに、この巻線部分へ電流が
流れなくなってから所定の時間後に上記誘起電圧の検出
を行うように構成したことを特徴とするモータの速度検
出装置。