JPH073839Y2 - モ−タの回転数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、歯科治療具駆動用の小型電子式コミュテータ
モータの回転数制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電子式コミュテータモータの回転数制御のために、例え
ばタコゼネレータのような回転数検出装置又は光電式も
しくは誘導式パルス発信器を設け、制御回路を介してモ
ータの回転数を特定の範囲内に制御することは公知であ
る。このような回転数検出装置ないしパルス発信器を付
加する必要から、モータの回路に要する費用、したがっ
て又製造費が上昇することになる。従来の回転数制御装
置の他の欠点は、回転数に相当する絶対電気量が使用さ
れるため、歯科治療具駆動用の場合に要求される例えば
800〜100,000rpmのような特に広い回転数範囲もしくは
回転数比においては合理的な評価がもはや不可能な点に
ある。公知の回転数制御装置はこのような高い回転数比
においてはかなり乱れた動作をする可能性がある。

機械的な整流、すなわち整流子およびブラシによる直流
モータにおいて、モータ軸に円盤を固定し、円盤上に周
辺に亘って均等に分布し異なる半径上にある２つのスリ
ット列を設け、モータ軸が回転する際光電的な走査によ
りスリット列を通過する光が測定されることは公知であ
る（ヨーロッパ特許第A-0065927号）。両スリット列は
２つの矩形波信号を作り、その１つはモータ回転数の実
際値を形成し、他の１つは回転方向識別に用いられる。
一方の矩形波信号の立上りによりモータ制御信号が形成
され、この信号はそれぞれ制御サイクルに対する始動信
号であり、それから２つの補助信号が導出され、それら
は矩形波信号のカウントエッジにより別の回路を介して
呼び出される。その際カウントエッジの時間的位置は実
際値を決定する。一方の補助信号は、休止時間カウンタ
内の休止時間が次の制御サイクルに対し大きくするか小
さくするかして記憶されることによって実際値を評価
し、また第２の補助信号は目標値ないし実際値カウンタ
をそれぞれ再びカウント値零にリセットする。

モータ回転数が変化すると、実際値を形成する周期も変
化する。例えば目標カウント値より小さい実際カウント
値が生じると、モータは回転が遅過ぎ、加速しなければ
ならない。実際カウント値の方が大きい場合にはモータ
の回転は早過ぎ、減速しなければならない。

公知の回転数制御装置は、モータを特定の回転数に制御
するのに適している。この装置によっては回転数または
回転数範囲の変化は不可能である。何故ならこのような
回転数変化はカウンタメモリのオーバフローに導くから
である。それ故この制御装置は、回転数を比較的大きい
回転数範囲内に変化させるには適していない。またその
まま電子式コミュテータモータに使用するにも適してい
ない。

起動補助装置を備え、この起動補助装置はモータの起動
後作用しなくなるような無整流子直流モータは公知であ
る（英国特許第A-1344299号）。このモータにおいて
は、転流の制御は固定子巻線の部分巻線内に誘起される
電圧によって行われ、この電圧はさらに回転数制御回路
に対する実際値として分離されており、そのため分離ト
ランジスタが設けられている。したがってこの電圧は転
流を制御するためにも回転数実際値を得るためにも用い
られる。一時的に無電流のモータ巻線内の起電力が測定
されるモータは、出力比（出力対容積比）が悪いため、
直径が非常に小さくそれに対して出力を大きくとる必要
のある歯科用には全く問題にならない。

〔考案が解決しようとする課題〕

本考案の目的は、上述のような欠点を有しない電子式コ
ミュテータモータの回転数制御装置、すなわちモータに
補助の装置を設ける必要がなく、できるだけ広い回転数
範囲にわたって確実に動作する回転数制御装置を得るこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本考案においては、歯科治
療具駆動用の小型電子式コミュテータモータを広い回転
数範囲内に回転数制御するための制御量を転流信号から
導出する回転数制御装置において、回転子の回転毎に少
なくとも１つの転流信号からパルス対を生成する装置を
備え、１つのパルス対の第２のパルスと次のパルス対の
第１のパルスとの間の時間間隔はモータ回転数の実際値
に相応しており、発信器からあらかじめ与えられモータ
回転数の目標値に相応する電気量とすべてのパルス対の
第２のパルスとが導かれる積分器を備え、この積分器は
第２のパルスによってそれぞれ零にリセットされ、積分
器の出力信号はすぐ次の第１のパルスの時点にサンプリ
ングされ、サンプリングされた出力信号の値は続く第１
のパルスの時点まで記憶要素に記憶され、この記憶要素
の出力がモータの電力供給部を制御するようになってい
る。

転流信号は巻線そのもの、又はもともと存在する発信器
から得ることができる。回転子の１回転に対し少なくと
も１つの転流信号を得るようにすると有利である。転流
信号を時間的にずれた２つのパルスに変換し、その時間
的に遅れたほうのパルスは積分器に、時間的に早いほう
のパルスは記憶要素に導くようにすると有利である。両
パルスの時間的に遅れたパルスによりその都度初期状態
にセットされる積分器には、回転数の目標値に相応する
電気量が導かれる。それにより積分器の出力端には、電
機子の１回転周期にわたって見て、のこぎり波状パルス
が生じ、そのパルス側縁はほぼ最大点でサンプリングさ
れる。

〔実施例〕

以下図面について、本考案をさらに２つの実施例、すな
わちアナログ技術による一実施例とディジタル技術によ
る他の実施例について詳細に説明する。

第１図のブロック図において、１で示されている電気モ
ータは通常のように電力供給部２によって制御される。
モータ巻線自身またはモータにおける補助の発信器によ
り得られる転流信号は、一般に第２図に示されているよ
うに正弦波形であるため、信号波形整形回路３において
側縁の急峻な矩形波信号に変換される（第３図）。信号
波形整形は公知のようにコンパレータ、ディスクリミネ
ータあるいはシュミット・トリガー回路により行われ
る。矩形波信号の一方の側縁からパルス発生回路４にお
いて２つの時間的にずれた第１のパルスI1、第２のパル
スI2からなるパルス対が得られる（第４図および第５
図）。これらの両パルスのパルス幅および時間間隔は制
御系の処理時間に合わせられるが、できるだけ小さくあ
るべきである。パルスが転流信号から取り出されること
によって、パルスI1、I2の時間的間隔はモータの実際回
転数に対応する量となる。すなわち回転数は周期の逆数
であるが、本発明においては第２のパルスI2と第１のパ
ルスI1との間の時間はほぼ一定で、しかも周期に対し極
めて小さく、実用上パルス測定において誤差は生じな
い。時間的に遅れたパルスは通常よく用いられる方法で
作ることができるが、例えば二重単安定回路を用い、第
１の単安定回路の動作時間を第１のパルスI1の立上りと
第２のパルスI2の立上りとの間の時間に相応させ、第２
の単安定回路の動作時間を第２のパルスI2の立上りと第
２のパルスI2の立下りとの間の時間に相応させることに
よって得られる。この時間の調整は単安定回路中に含ま
れるRC素子によって行うことができる。時間的に遅れて
いるほうのパルスI2（第５図）は積分器５に供給され、
時間的に早いほうのパルスI1は記憶要素（サンプルホー
ルド回路）６を制御する。

目標値に相当する電気量は、例えば電流または電圧の形
で、目標値発信器７から積分器５に供給される。この積
分器５は時間的に遅れたパルスI2によって初期状態にリ
セットされる。積分器５の出力端にはモータの電機子回
転の周期を有するのこぎり波状電圧（第６図）が生じ
る。のこぎり波の振幅は与えられた目標値および実際回
転数に関係している。

積分器５において、目標値発信器７からの目標値はパル
スI2とI1の間の時間にわたって、すなわち時間T2からT1
にわたって積分される。積分器の状態は時点T1にサンプ
リングされ、記憶要素６内にモータの一回転の期間中保
持される。その場合に、時間的に早いほうのパルスI1は
記憶要素６を制御し、のこぎり波は最大値のできるだけ
すぐ前にサンプリングされる。記憶要素６は電機子の各
回転毎に新たに動作させられ、即ち記憶要素６は各回転
毎に実際的な値を供給してもらうことができる。これが
従来装置に対する主要な相違である。

既に述べたように、のこぎり波の振幅は所定の目標値お
よび実際回転数に依存する。例えば目標値が低く設定さ
れたときには、第６図の中央あたりに示されているより
も平坦なのこぎり波の傾きが生じる。

記憶要素の出力信号は、第７図に示されているように、
目標回転数の絶対値に依存しない。それは、むしろ目標
値に対する実際値の偏差に相当する。この信号はアナロ
グの実施形態の場合には電力供給部２を直接に制御す
る。ディジタルの実施形態の場合には第１図において破
線で書かれているディジタル／アナログ変換器８が設け
られる。

上述の回転数制御はアナログ構成部品またはディジタル
構成部品で実施でき、あるいはハイブリッド構成、即ち
アナログ構成部品とディジタル構成部品の組合わせでも
実施できる。

ディジタル構成の場合には、パルス発生器４としてカウ
ンタ、例えばジョンソンカウンタを設けることができ
る。積分器５の機能はディジタル構成の場合には同様に
カウンタが引き受け、このカウンタは外部で発生させら
れた周波数によって代表された目標値を入力され、時間
的に遅いほうのパルスI2によってリセットされる。この
カウンタは始動のために零にセットされて最大値で止め
られることが好ましい。時間的に早いほうのパルスI1は
記憶要素（ディジタルメモリ）６を制御し、この記憶要
素６はそのカウンタから情報をリセット前に引き取る。
記憶要素６の出力端には常時カウンタの２進コードで制
御量が存在し、モータの各回転後に更新される。目標値
とモータ周波数との間の差周波数は定常状態において記
憶要素６の値に応じて出力インターフェース（一点鎖線
で示す）を介して定義される。電力供給部２がアナログ
技術で実施されている場合には積分器とともにディジタ
ル／アナログ変換器８が破線位置に後続接続されるべき
である。

〔考案の効果〕

本考案による制御装置の主な利点は、追加の費用なしに
目標値に対する実際値の偏差に相当する制御量がモータ
回転数に比例する転流信号から得られることである。原
理的には転流のために必要な発信器がモータ内に存在す
るときと同様に、１回転あたりの測定回数を多くするこ
とができる。しかしながら、特に発信器の位置決めの際
における製作誤差の影響を受けないように電機子の１回
転当たり１回だけの測定を行うことが望ましい。１回転
の周期で目標値に対する実際値の偏差情報を記憶してモ
ータの各回転毎に更新することによって、制御装置にと
って非常に僅かの時定数が生じる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案による電子式コミュテータモータの回転
数制御装置の一実施例を示すブロック図、第２図ないし
第７図は本考案の作用を説明するための波形図である。 １……電子式コミュテータモータ ２……電力供給部 ３……信号波形整形回路 ４……パルス発生回路 ５……積分器 ６……記憶要素 ７……目標値設定器 ８……ディジタル／アナログ変換器

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】歯科治療具駆動用の小型電子式コミュテー
   タモータを広い回転数範囲内に回転数制御するための制
   御量を転流信号から導出する回転数制御装置において、
   回転子の回転毎に少なくとも１つの転流信号からパルス
   対（I1、I2）を生成する装置（４）を備え、１つのパル
   ス対の第２のパルス（I2）と次のパルス対の第１のパル
   ス（I1）との間の時間間隔はモータ回転数の実際値に相
   応しており、発信器（７）からあらかじめ与えられモー
   タ回転数の目標値に相応する電気量とすべてのパルス対
   の第２のパルス（I2）とが導かれる積分器（５）を備
   え、この積分器（５）は第２のパルス（I2）によってそ
   れぞれ零にリセットされ、積分器（５）の出力信号はす
   ぐ次の第１のパルス（I1）の時点にサンプリングされ、
   サンプリングされた出力信号の値は続く第１のパルス
   （I1）の時点まで記憶要素（６）に記憶され、この記憶
   要素（６）の出力がモータ（１）の電力供給部（２）を
   制御するようになっていることを特徴とするモータの回
   転数制御装置。
2. 【請求項２】転流信号が正弦波である場合において、転
   流信号が波形整形要素（３）により矩形波信号に変換さ
   れ、矩形波信号の各一方の側縁からパルス対（I1、I2）
   が得られるようになっていることを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の回転数制御装置。
3. 【請求項３】積分器（５）および記憶要素（６）のため
   の制御パルスがカウンタ（４）から生成され、積分器
   （５）としてカウンタ、記憶要素（６）としてディジタ
   ルメモリが設けられ、目標値（７）は外部で生成された
   周波数により形成され、この周波数により積分器（５）
   として用いられるカウンタがクロックされるようになっ
   ていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第２項
   記載の回転数制御装置。
4. 【請求項４】アナログ構成部品にて構成された電力供給
   部（２）が設けられ、ディジタルメモリ（６）の出力側
   にディジタル・アナログ変換器（８）が積分器とともに
   接続されていることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第３項記載の回転数制御装置。