JPS59162785A - 電動機による位置決め装置 - Google Patents
電動機による位置決め装置Info
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- JPS59162785A JPS59162785A JP58036863A JP3686383A JPS59162785A JP S59162785 A JPS59162785 A JP S59162785A JP 58036863 A JP58036863 A JP 58036863A JP 3686383 A JP3686383 A JP 3686383A JP S59162785 A JPS59162785 A JP S59162785A
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- speed
- driving
- synchronous
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
- G05B19/39—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using a combination of the means covered by at least two of the preceding sub-groups G05B19/21, G05B19/27, and G05B19/33
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体の製造、精密寸法の測定、精密工作機械
等精密な位置決を必要とする場合に用いることができる
電動機による位置決め装置に関するものである。
等精密な位置決を必要とする場合に用いることができる
電動機による位置決め装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
１ず同期機を基本構造とするＤＣブラシレス電動機と同
期電動機のそれぞれの特性について説明する。第１図に
２極３相ＤＣブラシレス電動機の原理図を示す。
期電動機のそれぞれの特性について説明する。第１図に
２極３相ＤＣブラシレス電動機の原理図を示す。
第１図において、１は２極の永久磁石により構成された
回転子である。２． ３． ４はそれぞれ固定子である
電機子已に巻回された電機子巻線（以下巻線と略す）で
ある。６は回転子１の位置全検出する公知の回転子位置
検出器（以下ＲＰＳと略ｆ）である。７は電子整流回路
８の指令に従かい巻線２． ３． ４全選択的に所要の
大きさの電流で励磁する公知のパワーアンプである。８
は公知の電子整流回路でありＲＰＳｅからの信号により
、例えば回転子１を矢印Ａで示すように反時計方向に回
転させるには巻線２． ３． ４を選択的に励磁してそ
れらの巻線が作り出す磁極（以下巻線磁極と略ｆ）９１
１０が回転子１の回転に追従して回転子１の磁極から常
に磁気的空間角でπ／２ずれた位置に来るよう［磁極９
＋１０’ｚ反時計方向に回転せしめるべくパワーアンプ
７を制御する必要がある。この電子整流回路は前記ＲＰ
Ｓ６と共に、従来のＤＣ電動機のブラシと整流子の役割
を有している。
回転子である。２． ３． ４はそれぞれ固定子である
電機子已に巻回された電機子巻線（以下巻線と略す）で
ある。６は回転子１の位置全検出する公知の回転子位置
検出器（以下ＲＰＳと略ｆ）である。７は電子整流回路
８の指令に従かい巻線２． ３． ４全選択的に所要の
大きさの電流で励磁する公知のパワーアンプである。８
は公知の電子整流回路でありＲＰＳｅからの信号により
、例えば回転子１を矢印Ａで示すように反時計方向に回
転させるには巻線２． ３． ４を選択的に励磁してそ
れらの巻線が作り出す磁極（以下巻線磁極と略ｆ）９１
１０が回転子１の回転に追従して回転子１の磁極から常
に磁気的空間角でπ／２ずれた位置に来るよう［磁極９
＋１０’ｚ反時計方向に回転せしめるべくパワーアンプ
７を制御する必要がある。この電子整流回路は前記ＲＰ
Ｓ６と共に、従来のＤＣ電動機のブラシと整流子の役割
を有している。
また電子整流回路８は速度指令に見合う回転速度になる
ように巻線２． ３． ４の電流を制御する機能をも有
している。
ように巻線２． ３． ４の電流を制御する機能をも有
している。
前記巻線磁極９．１０と回転子１の磁極の異極間のなす
磁気的空間角θ全以下トルク角θと称することにすると
θ＝π／２なる特段も大きなトルクを・発生することに
なり、従来のブラシと整流子を持つＤＣ電動機及び第１
図に示ｆＤｃブラシレス電動機においても普通θ＝π／
２ ｖｃ段設定れ、負荷の大きさにかかわらず一定であ
る。この種の電動機における速度制御は巻線磁極９．１
０の強さ、すなわち巻線２’、 ３． ４ｉ励磁する
電流の大きさ、さらに云い電子なら回転手１の磁極と巻
線磁極９，１０が作用して作り出す回転子１に作用する
トルクの大きさの制御である。以上のような特性を有す
る電動機は、非同期電動機と称されている。
磁気的空間角θ全以下トルク角θと称することにすると
θ＝π／２なる特段も大きなトルクを・発生することに
なり、従来のブラシと整流子を持つＤＣ電動機及び第１
図に示ｆＤｃブラシレス電動機においても普通θ＝π／
２ ｖｃ段設定れ、負荷の大きさにかかわらず一定であ
る。この種の電動機における速度制御は巻線磁極９．１
０の強さ、すなわち巻線２’、 ３． ４ｉ励磁する
電流の大きさ、さらに云い電子なら回転手１の磁極と巻
線磁極９，１０が作用して作り出す回転子１に作用する
トルクの大きさの制御である。以上のような特性を有す
る電動機は、非同期電動機と称されている。
一！たブラシレス電動機を非同期電動機特性で運転する
ためのさらに１つの方法を次に説明する。
ためのさらに１つの方法を次に説明する。
前記巻線磁極９，１０の強さを一定にしておいて、すな
わち巻線電流を一定にしておいて前記と同様に回転子１
の位置を検出するＲＰＳｅからの信号により、トルク角
を制御すわ、ばトルク角に応じたトルクを得ることがで
きるので非同期特性運転が可能となる。
わち巻線電流を一定にしておいて前記と同様に回転子１
の位置を検出するＲＰＳｅからの信号により、トルク角
を制御すわ、ばトルク角に応じたトルクを得ることがで
きるので非同期特性運転が可能となる。
この方法はトルク角を変化させるだけで速度制御のみな
らず、トルク角を負にすれば逆回転させることも可能で
あり、常にトルク角をπ／２にしておいても巻線電流の
大きさを変化させて速度を側脚し、巻線電流の方向を逆
にして逆回転させる方法よりも構成を簡単にすることが
できる。
らず、トルク角を負にすれば逆回転させることも可能で
あり、常にトルク角をπ／２にしておいても巻線電流の
大きさを変化させて速度を側脚し、巻線電流の方向を逆
にして逆回転させる方法よりも構成を簡単にすることが
できる。
いずれの方法にしても非同期電動機において速度制御の
応答性を改善するためには一般に図示しないが、速度検
出器を用いて速度マイナルーブをかけることが必要であ
る。
応答性を改善するためには一般に図示しないが、速度検
出器を用いて速度マイナルーブをかけることが必要であ
る。
次に２極３相同期電動機について説明する。同期電動機
も第２図に示すように第１図と同様に回転子２１は永久
磁石であり、２２，２３．２４は電機子２５に巻回され
た巻線である。
も第２図に示すように第１図と同様に回転子２１は永久
磁石であり、２２，２３．２４は電機子２５に巻回され
た巻線である。
２６は可変周波数発振器２７（以下ＶＦＯと略ｆ ）
（Ｄ指令に従カｌ−ｈ巻＠ ２２ 、 ２３ 、 ２４
Ｋ互イに時間的ＶＣ２π／３の位相差を有する三相交
流を流すことにより、巻線２２，２３．２４が作り出す
磁極２８．２９（以下巻線磁極と略−１−）＝例えば回
転子２１を矢印Ｂで示すように反時計方向に回転させる
場合は反時計方向へ回転せしめるノシワーアンプである
。
（Ｄ指令に従カｌ−ｈ巻＠ ２２ 、 ２３ 、 ２４
Ｋ互イに時間的ＶＣ２π／３の位相差を有する三相交
流を流すことにより、巻線２２，２３．２４が作り出す
磁極２８．２９（以下巻線磁極と略−１−）＝例えば回
転子２１を矢印Ｂで示すように反時計方向に回転させる
場合は反時計方向へ回転せしめるノシワーアンプである
。
ＶＦＯ２７ｆｌ速度指令に見合う回転速度となるように
発振周波数を可変できる発振器であり、回転数（ｒｐｓ
）ｙｎ、発振周波数（Ｈｚ）ｉｆ、回転子の極数をＰと
した時ｎ＝２ｆ／Ｐとなるようにｆを決定してパワーア
ンプ２６を指令する。
発振周波数を可変できる発振器であり、回転数（ｒｐｓ
）ｙｎ、発振周波数（Ｈｚ）ｉｆ、回転子の極数をＰと
した時ｎ＝２ｆ／Ｐとなるようにｆを決定してパワーア
ンプ２６を指令する。
したが−てこの電動機において回転子２１１／′ｉ巻線
磁極２８．２９の回転に同期して回転し、無負荷の場合
は第２図に示すようにトルク角θ＝０であるが、負荷が
かかると第３図のようにθはθずれたことによる磁極２
８．２９と回転子２１の磁極間の吸引・反発作用により
θ＝○にしようとするトルク（以下このトルクを同期ト
ルクという）と負荷トルクがつり合う値となるまで変化
する。
磁極２８．２９の回転に同期して回転し、無負荷の場合
は第２図に示すようにトルク角θ＝０であるが、負荷が
かかると第３図のようにθはθずれたことによる磁極２
８．２９と回転子２１の磁極間の吸引・反発作用により
θ＝○にしようとするトルク（以下このトルクを同期ト
ルクという）と負荷トルクがつり合う値となるまで変化
する。
すなわちトルク角θは負荷の大きさにより変化し、負荷
トルクが大きくなるほどθも大きくなり、回転子が永久
磁石の場合、θ＝π／２の時同期トルクが最大となり、
θが−を越えるほど大きな負荷トルクがかかればいわゆ
る税調現象を起し、回転子２１は停止する。このような
特性を同期電動機特性と称することにする。この特性を
有する電動機はトルク角に余裕を持−て使用せねばなら
ないので前記非同期電動機のように常にトルク角π／２
ｖＣで最大トルクで動作させ得る電動機に比較して効
率は劣ることになる。
トルクが大きくなるほどθも大きくなり、回転子が永久
磁石の場合、θ＝π／２の時同期トルクが最大となり、
θが−を越えるほど大きな負荷トルクがかかればいわゆ
る税調現象を起し、回転子２１は停止する。このような
特性を同期電動機特性と称することにする。この特性を
有する電動機はトルク角に余裕を持−て使用せねばなら
ないので前記非同期電動機のように常にトルク角π／２
ｖＣで最大トルクで動作させ得る電動機に比較して効
率は劣ることになる。
しかしながら同期電動機における回転速度は脱調さえし
なければ負荷の大きさにかかわらず３相交流の周波数す
なわち磁界の回転速度と同一であるから非同期電動機の
ように速度制御を行なうための速度マイナルーブは不要
であるという特徴を持−ている。
なければ負荷の大きさにかかわらず３相交流の周波数す
なわち磁界の回転速度と同一であるから非同期電動機の
ように速度制御を行なうための速度マイナルーブは不要
であるという特徴を持−ている。
同期電動機においては回転磁界に対する追従性は負荷ト
ルク変動を△Ｔとし、その時のトルク角度動を△θとし
た時、△Ｔ／△θが大きいほど良好である。上記要求に
最も近い同期電動機はパルスモータである。第２図に示
すように永久磁石を回転子とするパルスモータは永久磁
石型（ＰＭ型）と称されているが、第４図に示すような
凸極３０゜３１を有する軟磁性体で構成された回転子３
２を持つパルスモータは可変レラクタンス型（４Ｒ型）
と称されている。
ルク変動を△Ｔとし、その時のトルク角度動を△θとし
た時、△Ｔ／△θが大きいほど良好である。上記要求に
最も近い同期電動機はパルスモータである。第２図に示
すように永久磁石を回転子とするパルスモータは永久磁
石型（ＰＭ型）と称されているが、第４図に示すような
凸極３０゜３１を有する軟磁性体で構成された回転子３
２を持つパルスモータは可変レラクタンス型（４Ｒ型）
と称されている。
ＶＲ型のモータの動作原理は巻線磁極３３．３４を作用
させた時、その反作用により、回転子３２の凸極３０，
３１に異種の磁極を誘起させてあたかも回転子３２が永
久磁石で構成されているかのように扱うことにあり、Ｐ
Ｍ型と同様に同期電動機特性を有す。またＰＭ型とＶＲ
型を組合せたパルスモータはハイブリッド型（ＨＢ型）
と称され同様に同期電動機特性を有す。
させた時、その反作用により、回転子３２の凸極３０，
３１に異種の磁極を誘起させてあたかも回転子３２が永
久磁石で構成されているかのように扱うことにあり、Ｐ
Ｍ型と同様に同期電動機特性を有す。またＰＭ型とＶＲ
型を組合せたパルスモータはハイブリッド型（ＨＢ型）
と称され同様に同期電動機特性を有す。
パルスモータは通常巻線にステップ的に変化する電流を
流して回転磁界をステップ的に回転させて回転子もステ
ップ的に回転させる方式が一般的であるが、巻線に連続
的に変化する電流を流せば回転磁界も連続的に回転し、
回転子も連続的に回転する。
流して回転磁界をステップ的に回転させて回転子もステ
ップ的に回転させる方式が一般的であるが、巻線に連続
的に変化する電流を流せば回転磁界も連続的に回転し、
回転子も連続的に回転する。
パルスモータはオーブンループで位置決め可能であるか
ら連続的に回転するということは理論的には無限小の分
解能で位置決め可能であることを示すものである。
ら連続的に回転するということは理論的には無限小の分
解能で位置決め可能であることを示すものである。
以上のような特性はパルスモータに限らず同期電動機特
性を有する電動機が有する特性である。
性を有する電動機が有する特性である。
次にＤＣブラシレス電動機及び同期電動機を位置決め制
御に用いる駆動源として見た場合の特性のちがいについ
て説明する。
御に用いる駆動源として見た場合の特性のちがいについ
て説明する。
位置決めとは位置偏差が○になった時速度を○にする速
度制御であると云えるから位置決め応答性の指標は第１
式に示す位置ループゲインＫｐで与えられる。
度制御であると云えるから位置決め応答性の指標は第１
式に示す位置ループゲインＫｐで与えられる。
Ｋｐ＝ｖ／ε（−８）・・・・・・・・・・・（１）但
し、Ｖは速度、 は位置偏差である。Ｋｐｍ大六いほど
応答性が優れるが、動力伝達系の機械的剛性、電動機や
ドライブアンプの性能等からＫｐの最適値が決定される
。
し、Ｖは速度、 は位置偏差である。Ｋｐｍ大六いほど
応答性が優れるが、動力伝達系の機械的剛性、電動機や
ドライブアンプの性能等からＫｐの最適値が決定される
。
一方高精度で位置決めするためには高分解能で駆動でき
る必要がある。分解能が上ることは第（１）式における
８が小さくなることを意味する。第（１）式におけるＫ
ｐ［一定であるからεが小さくなればＶも比例して小さ
くなる。
る必要がある。分解能が上ることは第（１）式における
８が小さくなることを意味する。第（１）式におけるＫ
ｐ［一定であるからεが小さくなればＶも比例して小さ
くなる。
非同期電動機においては要求される速度が小さくなると
速度マイナループを構成するに必要な速度検出器の不感
帯に入−できて低速制御が困難となり、低速制御の限界
から決る位置決め精度の限界は±０．０４μｍ程度であ
る。
速度マイナループを構成するに必要な速度検出器の不感
帯に入−できて低速制御が困難となり、低速制御の限界
から決る位置決め精度の限界は±０．０４μｍ程度であ
る。
一方同期電動機においては前に述べたように速度マイナ
ルーブを必要とせずに速度制御が可能であるから、分解
能が上って要求される速度が小さくな−ても速度検出器
が不要で丞るがら低速域の不感帯金きわめて少さくする
ことができるので安定した低速制御が可能となり、位置
決め精度が向上する。特に同期電動機の中でも前述のΔ
Ｔ／△θが大きく応答性の優ｆ″したパルスモータにお
いては回転磁界を連続的に回転させることにより、前に
述べたように理論的には無限小の分解能、゛実験的には
１×１０ 回転、角度にして約１秒の分解能にて位置決
めすることが可能となる。この分解能はり−ド４喘のネ
ジを用いれは土０．ｏ○４μｍに相当し、非同期電動機
音用いた場合よりもはるかに高い位置決め精度を期待で
きる。
ルーブを必要とせずに速度制御が可能であるから、分解
能が上って要求される速度が小さくな−ても速度検出器
が不要で丞るがら低速域の不感帯金きわめて少さくする
ことができるので安定した低速制御が可能となり、位置
決め精度が向上する。特に同期電動機の中でも前述のΔ
Ｔ／△θが大きく応答性の優ｆ″したパルスモータにお
いては回転磁界を連続的に回転させることにより、前に
述べたように理論的には無限小の分解能、゛実験的には
１×１０ 回転、角度にして約１秒の分解能にて位置決
めすることが可能となる。この分解能はり−ド４喘のネ
ジを用いれは土０．ｏ○４μｍに相当し、非同期電動機
音用いた場合よりもはるかに高い位置決め精度を期待で
きる。
また通常高精度位置決めにおいては位置検出器にレーザ
干渉計等のディジタル位置検出器を用いるのが普通であ
る。ディジタル位置検出器においては１ビツトの不感帯
を有しているから非同期電動機ケ用いた場合は目標位置
がその不感帯の間にある場合は電動機のトルクが○にな
り、位置決め剛性がＯになることに対し同期電動機にお
いては目標位置がその不感帯にある場合でも前述のΔＴ
／△θで表わされる剛性を有しているので停止安定性も
優れている。
干渉計等のディジタル位置検出器を用いるのが普通であ
る。ディジタル位置検出器においては１ビツトの不感帯
を有しているから非同期電動機ケ用いた場合は目標位置
がその不感帯の間にある場合は電動機のトルクが○にな
り、位置決め剛性がＯになることに対し同期電動機にお
いては目標位置がその不感帯にある場合でも前述のΔＴ
／△θで表わされる剛性を有しているので停止安定性も
優れている。
以上から同期電動機のうちでもパルスモータは高分解能
駆動におりでは非同期電動機よりも優れた特性全有して
いるが、前に述べたように同期電動機特性で運転する非
同期電動機のように最大トルク点で運転できないので高
速位置決めに必要な高加減速運動特性が劣ることになる
。
駆動におりでは非同期電動機よりも優れた特性全有して
いるが、前に述べたように同期電動機特性で運転する非
同期電動機のように最大トルク点で運転できないので高
速位置決めに必要な高加減速運動特性が劣ることになる
。
したが−て非同期電動機、同期電動機共にそれぞれ一長
一短の特性金有していることがわかる。
一短の特性金有していることがわかる。
発明の目的
本発明は１個の同期機構造の電動機を用いて高速高分解
能位置決め全達成する電動機の位置決め装置を提供する
ことにある。
能位置決め全達成する電動機の位置決め装置を提供する
ことにある。
発明の構成
本発明は同期機構造の電動機を目標位置近傍までトルク
が大きく高加減速・高速特性に秀れたトルク角制御によ
る非同期電動機特性にて運転し、その後目標位置まで高
分解特性に優れた同期電動機特性にて運転するようにし
た電動機による位置決め装置である。
が大きく高加減速・高速特性に秀れたトルク角制御によ
る非同期電動機特性にて運転し、その後目標位置まで高
分解特性に優れた同期電動機特性にて運転するようにし
た電動機による位置決め装置である。
実施例の説明
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
リニアスケールを用いて位置決めする場合について２極
３相の同期機構造の電動機を用いた構成全一例として説
明する。
３相の同期機構造の電動機を用いた構成全一例として説
明する。
第５図において４０は前記第１．２図と同様な同期機構
造の電動機、４１け永久磁石で構成された回転子、４２
，４３．４４はそれぞれ電機子４５に巻回されたを線で
ある。４６．４７は第１図にオケる６、７と同様なそれ
ぞれＲＰＳおよびパワーアンプである。
造の電動機、４１け永久磁石で構成された回転子、４２
，４３．４４はそれぞれ電機子４５に巻回されたを線で
ある。４６．４７は第１図にオケる６、７と同様なそれ
ぞれＲＰＳおよびパワーアンプである。
４ ｓ ｔｒｒ、ＲＰ Ｓ ６からの信号により、巻線
４２゜４３．４４孕選択的に励磁してトルク角を、回転
子４１の速度が速度指令に見合う値となるよう制御する
トルク角制御回路である。４９は第２図における２７と
同様なＶＦＯである。５０．６＋１はいずれも切換スイ
ッチである。５２ｔｒｉ前記回転子４１に連結された送
りネジでテーブル５３を駆動する。６４はテーブル５３
に固定されたリニアスケールでテーブル５３の位置を検
出する。５６はリニアスケール５４のカウンタで、リニ
アスケール５４と共に、公知の位置フィードバックルー
プを形成する。６６は位置指令を出力すると共に、切換
スイッチ５０，５１の制’ｌ１１１ｆｆｉ行なう指令回
路である。５７は前記位置指令と前記カウンタ５５から
の位置フィードバック信号との偏差を位置偏差として出
力する公知の偏差カウンタである。
４２゜４３．４４孕選択的に励磁してトルク角を、回転
子４１の速度が速度指令に見合う値となるよう制御する
トルク角制御回路である。４９は第２図における２７と
同様なＶＦＯである。５０．６＋１はいずれも切換スイ
ッチである。５２ｔｒｉ前記回転子４１に連結された送
りネジでテーブル５３を駆動する。６４はテーブル５３
に固定されたリニアスケールでテーブル５３の位置を検
出する。５６はリニアスケール５４のカウンタで、リニ
アスケール５４と共に、公知の位置フィードバックルー
プを形成する。６６は位置指令を出力すると共に、切換
スイッチ５０，５１の制’ｌ１１１ｆｆｉ行なう指令回
路である。５７は前記位置指令と前記カウンタ５５から
の位置フィードバック信号との偏差を位置偏差として出
力する公知の偏差カウンタである。
６８は前記デメジタル位置偏差信号全アナログ速度指令
電圧に変換する公知のＤ／Ａ コンバータである。また
前記指令回路５６には前記位置偏差信号が入力される。
電圧に変換する公知のＤ／Ａ コンバータである。また
前記指令回路５６には前記位置偏差信号が入力される。
以上の系においてトルク角制御回路４８を用いて電動機
４０ｉ非同期電動機として動作させる場合、速度制御の
応答性を改善する、すなわち位置制御系においてはダン
ピング金与えるための公知の速度マイナルーブは第６図
においては省略しである。
４０ｉ非同期電動機として動作させる場合、速度制御の
応答性を改善する、すなわち位置制御系においてはダン
ピング金与えるための公知の速度マイナルーブは第６図
においては省略しである。
次に位置決め動作について説明する。電動機４０を非同
期特性で運転するために指令回路６６は切換スイッチ５
０．５１ｉ）ルク角制御回路４８がループ内に入るよう
に切換えた後、目標位置までの位置指令を偏差カウンタ
５７へ出力する。偏差カウンタ６γは位置指令と位置フ
ィードバック信号の偏差を算出し、その算出した位置偏
差′ｆｆ：Ｄ／Ａコンバータ５８へ出力する。Ｄ／Ａ
コンバータ５８は前記第（１）式で示される位置ルー
プゲインにて位置偏差を速度指令に変換して切換スイッ
チ５１を介してトルク角制御回路４８へ出力する。トル
ク角制御回路４８は前に述べたようにＨｐｓ４６と協働
して電動機４０ｉ非動期特性にて高速減速、高速駆動し
、送りネジ５２を回転させてテーブル５３を目標位置に
向−て駆動する。テーブル５３の動作に伴なってリニア
スケール５４から移動量に見合う位置フィードバック信
号がカウンタ５５を介して偏差カウンタ５７に入力され
る。、駆動初期においては位置偏差は大きいので速度指
令も大であるが１時間が経過すると位置偏差が小さくな
り、速度指令も小さくなる、位置偏差があらかじめ設定
された値、すなわち位置偏差の大きさから決まる速度指
令の値が、非同期運転系の速度制御の不感帯レベルに達
した時、指令回路６６は偏差カウンタ６７からの位置偏
差フィートノ（ツク信号５９よりそれ全判断し、電動機
４０を同期特性にて運転するために切換スイッチ５０．
５１’１ＶＦＯ４９がループ内に入るように切換る。そ
うすると回転子４１は回転磁界に同期して速度指令に等
しい速度で回転し、テーブル５３はさらに目標位置へ接
近する。目標位置へ接近するほど速度は小さくなり、目
標位置へ達すると位置偏差はＯになり速度も０となって
位置決め？完了する。前に述べたように速度が小さくな
ってＶＦＯ４９の発振周波数を速度指令に従がって変え
るだけで速度制御が可能であるから停止寸前の非常に低
い速度であ−ても容易に制御可能である力）ら安定した
位置決めが可能となる。また駆動距離の辺とんどを加減
速特性に優れたトルク自制ｆａｌｌによる非同期特性に
て駆動することにより、きわめて短時間に位置決めを行
なうことができる。
期特性で運転するために指令回路６６は切換スイッチ５
０．５１ｉ）ルク角制御回路４８がループ内に入るよう
に切換えた後、目標位置までの位置指令を偏差カウンタ
５７へ出力する。偏差カウンタ６γは位置指令と位置フ
ィードバック信号の偏差を算出し、その算出した位置偏
差′ｆｆ：Ｄ／Ａコンバータ５８へ出力する。Ｄ／Ａ
コンバータ５８は前記第（１）式で示される位置ルー
プゲインにて位置偏差を速度指令に変換して切換スイッ
チ５１を介してトルク角制御回路４８へ出力する。トル
ク角制御回路４８は前に述べたようにＨｐｓ４６と協働
して電動機４０ｉ非動期特性にて高速減速、高速駆動し
、送りネジ５２を回転させてテーブル５３を目標位置に
向−て駆動する。テーブル５３の動作に伴なってリニア
スケール５４から移動量に見合う位置フィードバック信
号がカウンタ５５を介して偏差カウンタ５７に入力され
る。、駆動初期においては位置偏差は大きいので速度指
令も大であるが１時間が経過すると位置偏差が小さくな
り、速度指令も小さくなる、位置偏差があらかじめ設定
された値、すなわち位置偏差の大きさから決まる速度指
令の値が、非同期運転系の速度制御の不感帯レベルに達
した時、指令回路６６は偏差カウンタ６７からの位置偏
差フィートノ（ツク信号５９よりそれ全判断し、電動機
４０を同期特性にて運転するために切換スイッチ５０．
５１’１ＶＦＯ４９がループ内に入るように切換る。そ
うすると回転子４１は回転磁界に同期して速度指令に等
しい速度で回転し、テーブル５３はさらに目標位置へ接
近する。目標位置へ接近するほど速度は小さくなり、目
標位置へ達すると位置偏差はＯになり速度も０となって
位置決め？完了する。前に述べたように速度が小さくな
ってＶＦＯ４９の発振周波数を速度指令に従がって変え
るだけで速度制御が可能であるから停止寸前の非常に低
い速度であ−ても容易に制御可能である力）ら安定した
位置決めが可能となる。また駆動距離の辺とんどを加減
速特性に優れたトルク自制ｆａｌｌによる非同期特性に
て駆動することにより、きわめて短時間に位置決めを行
なうことができる。
なお、電動機に実施例のように回転形でなくてもリニア
形であ−でも、また２極３相に限らず多極形であっても
、またパルスモータであっても同期機構造の電動機であ
ればよい。位置検出器はリニアスケールに限るものでは
なくレーザ干渉測長器のような分解能の高い測長器であ
ればより一層本発明の効果全発揮し得る。また高分解能
で高速駆動する場合、例えば分解能０．０１μｍで最高
速１００ ｍｍ ／ Ｓであれば偏差カウンタの動作周
波数は１０ＭＨ２に達するばかりでなく Ｄ／ｋ コン
＜−タの所要ビット数も多くなってし堤う。そうすれば
耐ノイズ性が不利であるばかりでなく高速信号処理のた
めの回路構成が非常に高価となってしまう。以上の問題
は次のようにすることによ−て解決し得る。
形であ−でも、また２極３相に限らず多極形であっても
、またパルスモータであっても同期機構造の電動機であ
ればよい。位置検出器はリニアスケールに限るものでは
なくレーザ干渉測長器のような分解能の高い測長器であ
ればより一層本発明の効果全発揮し得る。また高分解能
で高速駆動する場合、例えば分解能０．０１μｍで最高
速１００ ｍｍ ／ Ｓであれば偏差カウンタの動作周
波数は１０ＭＨ２に達するばかりでなく Ｄ／ｋ コン
＜−タの所要ビット数も多くなってし堤う。そうすれば
耐ノイズ性が不利であるばかりでなく高速信号処理のた
めの回路構成が非常に高価となってしまう。以上の問題
は次のようにすることによ−て解決し得る。
分解能０．０１μｍで最高速１１００ｐ／Ｓ である
場合、非同期特性にて目標位置の１μｍ 手前捷で駆動
するものとすれば非同期特性駆動の分解能は１ ｔｒ
ｍで良い。したがって位置検出器からの信号も○、ｏｉ
ｐｆｕｒ分周して１ｔｔｍで処理すれば偏差カウンタの
動作周波数は１ｏｏＫＨｚで良いことにカリ、かなり信
号処理が容易となる。最適位置ループゲイン１ｏｏ（Ｓ
）であ−たとでると、非同期特性駆動時のＤ／Ａ コ
ンバータのゲインは位置偏差１〃Ｔｎ （１パルス）当
り１ｏｏμｍ／Ｓ とすれば良い。同期特性駆動に入れ
ば゛最大位置偏差は大きくても２ 〃ｍで最大速度は２
００ ｔｔ ｍ ／ Ｓであるから分解能全０．０１μ
ｍに戻しても２０ＫＩＩｚであり、全く問題はない。ま
たこの時はＤ／Ａコンバータのゲインは位置偏差０．０
１ｐ ｍ （１ハ／ｌ／ス）当り１１１ｍ／Ｓとすれば
良い。以上の操作をすることによって動作周波数ｉ１．
／１００に、また、Ｄ／Ａコンバータの容量も１／１ｏ
ｏにすることができる。
場合、非同期特性にて目標位置の１μｍ 手前捷で駆動
するものとすれば非同期特性駆動の分解能は１ ｔｒ
ｍで良い。したがって位置検出器からの信号も○、ｏｉ
ｐｆｕｒ分周して１ｔｔｍで処理すれば偏差カウンタの
動作周波数は１ｏｏＫＨｚで良いことにカリ、かなり信
号処理が容易となる。最適位置ループゲイン１ｏｏ（Ｓ
）であ−たとでると、非同期特性駆動時のＤ／Ａ コ
ンバータのゲインは位置偏差１〃Ｔｎ （１パルス）当
り１ｏｏμｍ／Ｓ とすれば良い。同期特性駆動に入れ
ば゛最大位置偏差は大きくても２ 〃ｍで最大速度は２
００ ｔｔ ｍ ／ Ｓであるから分解能全０．０１μ
ｍに戻しても２０ＫＩＩｚであり、全く問題はない。ま
たこの時はＤ／Ａコンバータのゲインは位置偏差０．０
１ｐ ｍ （１ハ／ｌ／ス）当り１１１ｍ／Ｓとすれば
良い。以上の操作をすることによって動作周波数ｉ１．
／１００に、また、Ｄ／Ａコンバータの容量も１／１ｏ
ｏにすることができる。
発明の効果
本発明は同期機構造の電動機を駆動する手段金トルク角
が要求速度に応じた値になるよう制御して非同期電動機
特性にて駆動する第１の駆動手段と、同期電動機特性に
て駆動する第２の駆動手段とにより構成し、移動体を目
標位置近傍筐で前記第１の駆動手段により駆動し、目標
位置近傍から目標位置凍て前記第２の駆動手段により駆
動することにより、目標位置近傍まで高速で短時間に駆
動した後、目標位置まで高分解能駆動することが可能と
なり、高速で短時間に、しかも停止時の安定性の高い高
精度位置決めを実現することができるものである。
が要求速度に応じた値になるよう制御して非同期電動機
特性にて駆動する第１の駆動手段と、同期電動機特性に
て駆動する第２の駆動手段とにより構成し、移動体を目
標位置近傍筐で前記第１の駆動手段により駆動し、目標
位置近傍から目標位置凍て前記第２の駆動手段により駆
動することにより、目標位置近傍まで高速で短時間に駆
動した後、目標位置まで高分解能駆動することが可能と
なり、高速で短時間に、しかも停止時の安定性の高い高
精度位置決めを実現することができるものである。
また非同期運転全電流制御ではなくトルク角制御で行な
うことにより、速度及び回転方向の制御をトルク角を変
るだけで行なうことができ前者よりも非同期運転系の構
成を簡単にすることが可能となる。また非同期運転から
同期運転に切換る時電流制御方式ではトルク角をπ／２
からＯＫ切換る操作を必要とするが、トルク角制御では
非同期運転における低速域でにトルク角が０に近くなっ
ているから前者のような操作を必要とせず、きわめて容
易にトルク角○の同期運転に移行させることが可能とな
る。
うことにより、速度及び回転方向の制御をトルク角を変
るだけで行なうことができ前者よりも非同期運転系の構
成を簡単にすることが可能となる。また非同期運転から
同期運転に切換る時電流制御方式ではトルク角をπ／２
からＯＫ切換る操作を必要とするが、トルク角制御では
非同期運転における低速域でにトルク角が０に近くなっ
ているから前者のような操作を必要とせず、きわめて容
易にトルク角○の同期運転に移行させることが可能とな
る。
第１図は２極３相ＤＣブラシレス電動機の動作原理を示
す原理図、第２図は２極３相同期電動機の動作原理を示
す原理図、第３図は同期電動機の動作を説明するための
原理図、第４図はその他の構造を有する同期電動機の動
作全説明するための原理図、第５図は本発明の一実施例
における電動機による位置決め装置の構成を示すブロッ
ク図である。 １．２１，３２．Ａ１−０°°０”回転子、２． ３．
４゜２２．２３，２４，４２，４３．４４・・・・・
・電機子巻線、９，１０．２Ｂ、２９，３３．３４・・
・・・電機子巻線が作り出丁磁極、６，４６・・・・・
・回転子位置検出器（ＲＰＳ）、８・・・パ・電子整流
回路、４８・・・・・トルク角制御回路、２７．４９・
・・・・・可変周波数発掘器（ＶＦＯ）、５０．５１・
・・・・・切換スイッチ＋５２・・・・・送りネジ、５
３・・・・・・テーブル、５４・°°°゛リニアスケー
ル、５５゛°・パカウンタ、６６・・・・・・指令回路
、５７・・・・・偏差カウンタ、５８・・・・・・Ｄ／
Ａコンバータ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名。 第１図 りＡ ４３６ 第３図 第４図
す原理図、第２図は２極３相同期電動機の動作原理を示
す原理図、第３図は同期電動機の動作を説明するための
原理図、第４図はその他の構造を有する同期電動機の動
作全説明するための原理図、第５図は本発明の一実施例
における電動機による位置決め装置の構成を示すブロッ
ク図である。 １．２１，３２．Ａ１−０°°０”回転子、２． ３．
４゜２２．２３，２４，４２，４３．４４・・・・・
・電機子巻線、９，１０．２Ｂ、２９，３３．３４・・
・・・電機子巻線が作り出丁磁極、６，４６・・・・・
・回転子位置検出器（ＲＰＳ）、８・・・パ・電子整流
回路、４８・・・・・トルク角制御回路、２７．４９・
・・・・・可変周波数発掘器（ＶＦＯ）、５０．５１・
・・・・・切換スイッチ＋５２・・・・・送りネジ、５
３・・・・・・テーブル、５４・°°°゛リニアスケー
ル、５５゛°・パカウンタ、６６・・・・・・指令回路
、５７・・・・・偏差カウンタ、５８・・・・・・Ｄ／
Ａコンバータ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名。 第１図 りＡ ４３６ 第３図 第４図
Claims (2)
- （１）同期機構造の電動機と、この電動機をトルク角が
要求速度に応じた値になるように非同期電 。 動機特性にて駆動する第１の駆動手段と、前記電動機全
同期電動機特性にて駆動する第２の駆動手段と、移動体
を目標位置近傍１で前記第１の駆動手段によって前記電
動機を駆動して移動させ、前記目標位置近傍から目標位
置まで前記第２の手段により前記電動＠全駆動して前記
移動体を移動させるように制御する制御手段と全備えた
電動機による位置決め装置。 - （２） 第１の駆動手段を電動機の可動子の位置を検
出する可動子位置検出手段と、この可動子位置検出手段
により制御されて前記可動子の所要速度に見合うトルク
を発生させるトルク角になるよう選択的に前記電動機の
巻線を励磁する第１の励磁手段とにょ多構成し、第２の
駆動手段を、前記巻線全所要の速度で順次励磁して移動
磁界金作り、この移動磁界の移動速度に同期して可動子
全所要の速度で駆動する第２の励磁手段により構成した
特許請求の範囲第１項記載の電動機による位置決め装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58036863A JPS59162785A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 電動機による位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58036863A JPS59162785A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 電動機による位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59162785A true JPS59162785A (ja) | 1984-09-13 |
| JPH0458278B2 JPH0458278B2 (ja) | 1992-09-17 |
Family
ID=12481617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58036863A Granted JPS59162785A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 電動機による位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59162785A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63114586A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-19 | Shibaura Eng Works Co Ltd | 三相ｄｃブラシレスモ−タの制動方法 |
| JPH02131391A (ja) * | 1988-11-05 | 1990-05-21 | Nippon Densan Corp | ブレーキ制御装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57199498A (en) * | 1981-05-21 | 1982-12-07 | Data Products Corp | Incremental operation motor control system |
-
1983
- 1983-03-07 JP JP58036863A patent/JPS59162785A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57199498A (en) * | 1981-05-21 | 1982-12-07 | Data Products Corp | Incremental operation motor control system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63114586A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-19 | Shibaura Eng Works Co Ltd | 三相ｄｃブラシレスモ−タの制動方法 |
| JPH02131391A (ja) * | 1988-11-05 | 1990-05-21 | Nippon Densan Corp | ブレーキ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0458278B2 (ja) | 1992-09-17 |
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