JPH0738342B2 - １相のロ−タリソレノイド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速動作が可能で、トルク特性が自由に選択
できる１相のロータリソレノイド装置に関するものであ
る。

〔従来技術と問題点〕

周知のリラクタンス型のロータリソレノイドは、マグネ
ツトを使用せず、比較的大きいトルクが得られ、また、
構成が簡素化される特徴がある。

しかし、一般にこの種のロータリソレノイドは相数が少
ないために各磁極の蓄積エネルギーが大きくなり、その
放出と蓄積に時間がかかり高速動作の妨げとなつている
ものである。また、トルク特性としては動作初期に大ト
ルクであるが、回転に従つて出力トルクが著しく減少す
る欠点がある。

このトルク特性は機種によつて定まつてしまつているも
のである。このため、位置検出装置を設けて、所定の入
力電圧信号分だけ回転せしめるサーボ装置を付加しよう
とすると、前記トルク特性のためにサーボ動作が不安定
となり実用性が失なわれる欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した種々の欠点を除去するために本発明においては
以下に述べる手段が採用されている。

第一に、高速動作を達成するために、高い電圧の直流電
源を使用し、励磁電流の立上りを急峻とし、蓄積磁気エ
ネルギを電源に還流せしめることにより急峻に放電電流
を消滅させている。

第二に、サーボを容易とするトルク特性とするために、
通電電流値の各時点における量を情報として記情素子で
あるROMにメモリーしておき、回転に伴なつて呼び出し
て通電電流波形を決定している。その際、メモリーの呼
び出し信号として、回転軸と直結したエンコーダより得
られるパルスを用いている。

〔実施例〕

第２図は従来のロータリソレノイドの通電波形及びトル
ク特性を示すものであり、縦軸が電流及びトルクの大き
さを示し、横軸が回転の機械角を示す。

初期位置（０°）に待期させられていたロータは、励磁
コイルに電流ｉが矩形波状に第２図（Ａ）の波形21の様
に通電されると90°回転するタイプを示している。

この場合、従来型のロータリソレノイドでは、そのトル
ク特性は第２図（Ｂ）の曲線22の様に動作初期に大トル
クであるが、回転に伴なつて出力トルクが著しく減少す
る特性となつている。

即ち、図上においてピークが左に寄つた形を呈してい
る。この様な特性のため、位置検知装置を設け、所定の
入力電圧信号分だけ回転せしめるサーボ装置を付加しよ
うとするとサーボ動作が不安定となり、実用性が失われ
る欠点を有するものである。

第３図にサーボに有効なトルク特性と通電波形を示す。
縦横軸は第２図と同一である。

有効なトルク特性は、第３図（Ｂ）の曲線32に示すよう
に使用回転範囲の大部分においてほぼ一定のトルクとな
ることが望ましい。この様なトルク特性とするために
は、回転中における励磁電流を制御することが必要であ
り、その通電電流波形を第３図（Ａ）の波形31として示
す。この波形は、回転開始後は漸増し、回転終了に近い
時点で最大値をとる、つまりピークが図上の右に寄つた
形状を呈するものとなる。

ここに、波形31で示す電流波形は、第２図の特性より求
めることができる。

即ち、第２図において、角度θによつて変化するトルク
と磁束密度をそれぞれＴ（θ）,B（θ）とすれば、一定
電流ｉのもとで、 Ｔ（θ）＝ｋ・Ｂ（θ）・ｉ （１） と表わすことができる。ただし、ｋは比例定数。これを
一定なトルクＴとするためには電流がθによつて変化す
ればよく、それをｉ（θ）とし、基準電流をＩとすれ
ば、 で与えられる電流を（１）式のｉのかわりに乗ずればよ
い。即ち、ｋ′,Kのいずれも比例定数とすると、 となり、Ｔ（θ）はθに関係なく一定な値Ｔとすること
ができる。

そこで、前記した波形31に相当するものは（２）式で与
えられていることになる。

次に、上記波形31で示す電流値で通電することを可能と
した本発明による実施例を第１図によつて説明する。

第１図（ａ）において記号１はロータリソレノイド本体
であり、該ロータリソレノイド本体１の回転軸（図示せ
ず）には一体となつて回転するジヤフトエンコーダ２が
設けられている。

シヤフトエンコーダ２は周知の光学式，磁気式等のいず
れでもよいが、回転位置検出用の信号発生部と回転速度
に伴つて周波数の変化するFG検出用の信号発生部より成
つている。したがつて、出力信号は後述するリセツトパ
ルスを発生するための位置信号V_Pと回転中に発生する多
数のFG信号V_Fとである。

前記した位置信号V_PとFG信号V_Fはそれぞれ波形整形回路
３−ａと３−ｂによつて波形整形されてリセツトパルス
Vsとクロツク信号Vcとされアドレスカウンタ４に入力さ
れる。

これらの信号のタイムチヤートを第１図（ｂ）に示す。

矩形波11が位置信号V_Pを示し、パルス12がリセツトパル
スVsを示し、さらにパルス13がクロツク信号V_Cを示す。
ここで、クロツク信号V_Cは90°回転する間におよそ100
個発生される。

アドレスカウンタ４にリセツトパルス12が入力されると
クロツク信号13に従つてROM5に書き込まれていたトルク
補正データが読み出される。

トルク補正データは前記した（２）式によつて角度θに
従つて書き込まれており、90°回転する間に100個分の
番地から読み出されてＤ−Ａ変換器６に入力される。

該Ｄ−Ａ変換器６からの出力信号が曲線14で示す電流指
令信号V_gとなるものである。

電流指令信号V_gは後述する通電制御回路７に入力され、
最終的にロータリソレノイド本体１を駆動することにな
る。

次に、前記した通電制御回路７の構成について第４図及
び第５図によつて説明する。

第４図において励磁コイル10の両端には、それぞれトラ
ンジスタ41,42のコレクタが接続され、トランジスタ41
のエミツタは直流電源正極端子40aに、またトランジス
タ42のエミツタは抵抗43を介して直流電源負極端子40b
にそれぞれ接続されている。

ダイオード45aのアノードはトランジスタ42のエミツタ
に接続され、カソードはトランジスタ41のコレクタに接
続されており、ダイオード45bのアノードはトランジス
タ42のコレクタに接続され、カソードは正極端子40aに
接続されている。

トランジスタ41のベースは反転回路44を介して入力端子
46に接続され、また該入力端子46はトランジスタ42のベ
ースにも接続されている。

上記した回路構成のもとに、端子46より所定の正の電気
信号が入力されると、トランジスタ41,42が導通して励
磁コイル10が通電されロータリソレノイドのロータが回
転する。

上記回路の前段には第５図に示す回路が接続される。第
４図の回路と第５図の回路を組合せた場合について以下
に説明する。

第５図の端子50aは、第４図の端子46に入力される。ま
た、第５図の端子55aと第４図の端子47が接続される。
第５図の端子50bには第１図（ｂ）図示の位置信号11が
入力される。

上述した電気信号による励磁コイル10の通電の詳細を第
６図のタイムチャートによつて説明する。

第６図において、信号60は第１図（ｂ）の位置信号11と
同一なものである。第５図のアンド回路51を介する信号
60の入力によりトランジスタ41,42が導通する。

発振回路53,単安定回路54の出力は、第６図の記号61a,6
1b,…として示されている。両回路はパルス発振器とな
つているものである。

電気パルス61bが、フリツプフロツプ回路52a,52bを付勢
して、アンド回路51の下段の入力がハイレベルとなるの
で電機子電流は、第６図の曲線63aに示すように増大す
る。

点線62のレベルは、オペアンプ55の入力側のＸ点の電圧
によつて決定されるもので、電機子電流が増大して第４
図の抵抗43の電圧降下がＸ点のそれを越えると、前記オ
ペアンプ55の出力はローレベルとなり、フリツプフロツ
プは反転してアンド回路51の下段の入力がローレベルと
なつてトランジスタ41,42は不導通となる。電機子コイ
ル10の蓄積磁気エネルギーは、ダイオード45b,電源端子
40a,40b,抵抗43,ダイオード45aを介して放電される。こ
の際に、エネルギーが電源に還流されるので、放電電流
は急減少して第６図の曲線63bのようになる。

再び電気パルス61cが到来すると、フリツプフロツプ回
路52a,52bは付勢されて、アンド回路51の出力はハイレ
ベルとなるので電機子コイル10の通電電流は増大し、曲
線63cのようになる。

かかるサイクルを繰返して、電流値の上限は点線62即ち
第５図のＸ点の入力信号によつて規制される。

第６図の波形60の末端即ち第１図（ｂ）の位置信号11の
末期で、アンド回路51の出力もローレベルとなるのでト
ランジスタ41,42は不導通となる。したがつて、電機子
コイル10の蓄積磁気エネルギーは、ダイオード45b,電
源，抵抗43,ダイオード45aを介して放電される。この放
電は電源に還流して充電する形式となるので、放電電流
は急速に減少して第６図の曲線63dのようになる。

以上の説明のように、平坦部（点線62に近い部分）の電
流の漸減は、曲線63bの降下が小さいので、増減周波数
が低くなり、これによつてトランジスタのスイツチング
損失が小さくなり、また、リプル電流が少なくなる効果
がある。

電源電圧が高いので、通電曲線63aの立上り部が急峻
で、その後は電機子コイルのインダクタンスにより、通
電電流が抑止され、降下部も電源電圧が高いために急速
に降下する。したがつて、大きい出力トルクのときに、
大きい電機子のインダクタンスが存在している場合で
も、電機子電流の通電区間は、入力信号（波形60）の区
間と時間遅れを極小にしてほぼ一致させることができる
ものである。以上の説明では、その便宜上、通電電流波
形がほぼ矩形波（曲線63aから63dまで）になる場合につ
いて述べたが、実際には第３図（Ａ）の波形31に相似し
た波形を通電させてトルク平坦となる目的を達するもの
であるので、この場合について説明する。

第５図の端子50bには位置信号V_Pである第１図（ｂ）図
示の矩形波11をそのまま入力し、乗算回路56の端子56a
より第３図（Ａ）の波形31を入力する。該波形31はトル
クを平坦とするための通電電流波形であり前述したROM5
より読み出されたデータをＤ−Ａ変換したものに相当す
る。即ち、第１図（ｂ）の電流指令信号14で置き換えら
れるものである。したがつて端子56aには電流指令信号1
4が入力される。

ここに、第１図（ａ）図示の通電制御回路７への一方の
入力は信号14を示すV_g，他方の入力は波形31と等価なV_P
となつている。

いま、乗算回路56の他方の入力端子56bに一定電圧信号
（V_m）が入力されていたとすると、Ｘ点の電圧は信号14
に相似する（常に所定倍された）波形64となる。

この状態で電機子電流をみると、前述と同様に位置信号
V_P（波形11）の入力によつて矩形波になろうとするが、
電流上限値を決定するＸ点の電圧が信号14に相似な波形
64となつているため点線62に相当する上限曲線は点線65
のようになり波形64に近似した曲線66が得られるもので
ある。

この結果、第２図で述べたような特異的な特性曲線とな
るトルク変化をほぼ平坦な特性とできる。そして、前記
乗算回路の端子56bの入力はV_mから他の値に自由に変更
できるので、点線65で示す上限曲線の波形の高さが変更
でき、出力トルクの大きさも制御容易となるものであ
る。

〔効果〕

上述の説明のように本発明によれば、リラクタンス型の
１相のロータリソレノイドの特異的なトルク特性を記憶
素子であるROMに蓄えられたトクル補正データによりサ
ーボの可能なトルク特性に容易に変更できるとともに、
EPROM等とすれば必要に応じたトルク特性となるよう書
き換えることも可能となる。

また、蓄積磁気エネルギーを高い直流電圧で制御してい
るため、大電流を要するような大トルクの制御の場合で
も急速な立上りと、源信号（位置信号）に時間的に従つ
た急速な立下りを実現でき大トルクと高速動作を同時に
達成しその効果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明装置装置の実施例のブロツク図、
第１図（ｂ）は該実施例の各部信号のタイムチヤート、
第２図は従来例のトルク特性図、第３図は通電電流とト
ルク特性の相関図、第４図は通電制御回路の終段の回路
図、第５図は通電制御回路の前段の回路図、第６図は第
4,5図の回路の各部信号のタイムチヤートをそれぞれ示
す。 １…ロータリソレノイド本体、２…シヤフトエンコー
ダ、３−a,3−ｂ…波形整形回路、４…アドレスカウン
タ、５…ROM、６…Ｄ−Ａ変換器、７…通電制御回路、4
0a,40b…直流電源正負極端子、41,42…トランジスタ、4
3…抵抗、44…反転回路、45a,45b…ダイオード、51…ア
ンド回路、52a,52b…フリツプフロツプ回路、53…発振
回路、54…単安定回路、55…オペアンプ、56…乗算回
路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータ及び１相の励磁コイルを有するロー
   タリソレノイド本体と、該ロータの所定回転中の各回転
   位置における出力トルク、磁束密度及び通電電流の関係
   から定トルク特性となる通電電流値に比例する値を回転
   位置に対応させた番地内にデータとして蓄積させた記憶
   素子と、該記憶素子の出力を回転位置に同期してアナロ
   グ信号として読み出す読み出し装置と、該アナログ信号
   にしたがつて前記励磁コイルに通電する通電制御回路と
   より構成されたことを特徴とする１相のロータリソレノ
   イド装置。
2. 【請求項２】第（１）項記載の特許請求の範囲におい
   て、励磁コイルの両端に挿入された第1,第２のトランジ
   スタを介して直流電源より通電する回路と、励磁電流に
   対応した電圧を得る検出回路と、励磁電流の検出回路の
   出力電圧が前記したアナログ信号に比例した電圧値より
   大きい場合は第1,第２のトランジスタを不導通とし、設
   定値より小さくなつた場合には導通せしめる回路とより
   構成された通電制御回路を具備したことを特徴とする１
   相のロータリソレノイド装置。