JPS60152300A - モ−タの速度検出装置 - Google Patents

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。

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ず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諌作器としてモータが多用
されている。

従来技術 サーボ制ｆａｌｌ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ーダ
、タコジェネレータ、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−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。

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、永久磁石型のステノビンゲモーク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、ステーク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、ｌ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夕１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ｌによる磁界で、ロータ２のＷ１
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、ず
なわら励磁電流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Ｓ
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、ステノビングモークｌ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ら、
２相１ｌｉｉｌＪ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φ１、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ば、前記スイッチ１】、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人力型のアントゲート３５．３６．３
７．３８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１５
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“’ｉｆ”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３Ｉ
、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、それらは両人力が共に“Ｈ″レヘル
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２１．２２．２３．２
４をオンの状態に設定する。ここでスイッチ２１．２２
．２３．２４に関し、“［（”レベルば、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、閉した状態のスイッチ２１を
経て、波形整形回路１６に入力されている。

それぞれの巻線３１．３２．３３．３４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１６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Ｉ
ｆ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ザ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
設りられており、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１夕１１では、２種類の誘起電圧
Ｅすなわち速度情報が同時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相励磁力式による実施例を示して
いる。２相の制御信号φ１、φ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、直接およびインハーク１
９．２０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１
６ａ、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、アント条件が取られていないため、４
（固のスイッチ２１．２２．２３．２４のうら常に２（
［１ｉ１のものがオンの状態に切り替え伝れ、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．
３２．３３．３４に接続されている。２つのスイッチ２
１．２３かオン状態に設定されているとき、非励磁状態
の巻線３１．３３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２９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について遅れ時間へＴ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になる。

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１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■が正方向のときには、逆
励磁へを行い、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、ローラ
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。この位相のすれた
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ずる。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
へ修正することか可能となる。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（別に固定している
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へＴ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
想的であるが、例えば電気的な時間遅れ要素などを回路
中に介在させることによっても実現できる。またその遅
れ時間ΔＴは、励磁電流五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、速度情報かエンコーダ
、タコジェネレーク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
おり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。

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
のタイムチャート図、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ャート図、第７図
はり−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、１
１．１２．１３．１４・・励磁切替え用のスイッチ、１
６．１６ａ、１６ｂ・・波形整形回路、２１．２２．２
３．２４・・速度信号検出用のスイ・ノチ、２９・・比
較回路。 特許出願人　株式会社三協精機製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   方を巻線とし、その巻線の一部に電流を流し、かつその
   電流が流れる部分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、電流が流れない巻線
   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。