JPS6043752B2 - モ−タの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は速度信号と距離付与器からの距離信号とに
応じて所定の位置に停止できるモータを制 御回路に設
けた、増分的に、即ちインクリメンンに制御可能な駆動
装置に関するものである。

この種の公知な駆動装置（ドイツ公開公報２２４６５
３４参照）では、そのつどの速度に対応する信号を出す
付与器と、そのつどの目標位置に達するまで進む距離に
対応する信号を出す（距離）付与器とを設ける。許容す
る速度値と最終（目標）位置まで進む距離との間の関連
を記憶する装置を上記距離付与器へ併設する。さらに比
較装置を設けて、これによりそのつどの（現）速度信号
と許容速度信号とを比較し、かつこの比較結果に応じて
モータヘ給電するようにする。上記公知の駆動装置はコ
ストが高く、このため種々の応用ができない。たとえば
距離付与器以外に特殊の速度計（たとえばタコジェネレ
ータ）を設ける必要がある。最終位置に達するまて進む
距離を検出するためにも、かなり複雑でコストの高い装
置を必要とする。 したがつて、この発明の目的はコス
ト高の手段および措置を必要とすることなく、ある目標
位置から次の目標位置へ正確かつ速やかな移行を可能と
する。

インクリメントに制御可能な駆動装置を提供することで
ある。 この発明では上記目的を達成するための措置と
して、所定のワン・ステップだけ相互にずれた少なくと
も二つの部分信号を距離付与器により生ずることができ
、かつ同部分信号はモータの運転中ワン●ステップの所
定一部分だけほぼ一定のレベル値を有するとともに、同
ステップの他方部分では同レベル値から静止値へ降下ま
たは上昇するようにすること、距離付与器へ比例段と微
分段を後接続して、両段により距離付与器の出力信号か
ら比例部分と微分部分とを導出させること、さらに比例
部分と微分部分の結合により生じる制御信号をモータへ
与えることができるようにすることの措置を講じる。

距離付与器部分信号が一定のレベル値にある間、モータ
は比例部分の影響下で加速される。

ついでワン・ステップの所定一部分を過ぎた後、距離付
与器部分信号の上昇（または降下）する傾斜部が現われ
るとすぐ、微分部分が最初優勢となり、これにもとづい
てモータの制動が行なわれる。続いて同モータは位置制
御されながら次の目標位置へ走行する。この発明にもと
づく駆動装置はかなり簡単な手段によつて実現できる。
さらに静止位置における好ましくない振子振動が著るし
く回避できる。ステップ位置へはほとんど慣性負荷に関
係なく正確かつ速やかに達する。モータとして、通常の
リニアな（または回転する）、とくに二巻線の同期モー
タ、刷子式モータまたは無刷子式直流モータを用いるこ
とができる。

この発明にもとづく原理により、上記モータのいずれも
がステップモータとして容易に駆動できる。この際の前
提条件としては、電気的な時定．数を機械的な時定数よ
り小さくすることだけである。モータの運動方向を選択
的に切替えることができるようにする必要のある場合、
ワン・ステップだけ相互にずれた少なくとも三つの部分
信号（所．定の各工程に対応）を距離付与器によつて生
じることができ、同部分信号はモータの運動中ワン・ス
テップの所定一部分だけ所望の運動方向に応じてほぼ一
定の第一または第二レベル値を有するとともに、同ステ
ップの他部分では第一または第二ーレベル値から静止値
へ降下または上昇するようにし、さらに距離付与器の各
部分信号の順序を取替えることができるようにする。

比例部分と微分部分の割合を調節できるようにするのが
とくに好ましい。

こうすると、駆動装置の振動作用をそのつどの駆動状況
へ最適に対応させることができる。この発明の別実施例
では制御回路の構成として、モータへ充分な加速電圧が
印加してから、（そのつど動作する）距離付与器部分信
号がほぼ一定のレベルに対応する最大値または最小値に
達するように構成する。

この結果、ある目標位置から他の目標位置へ移行する際
モータは最初最大加・速される。相続く二つの目標位置
間の移行時間をとくに短かくするため、制御回路の好ま
しい別構成として、ほぼ一定のレベル（つまり距離付与
器部分信号の最大値または最小値）からこれに続く同部
分信号の傾斜部への移行後、次の目標値に達する直前ま
でモータへ充分な制動電圧が印加するように構成する。

次の目標位置に通じている最後の距離部分だけは制御し
ながら進むようにする。このような回路構成が同時に有
する利点として、モータへ給電する電力増巾器がアナロ
グ増巾器としてよりむしろスイッチとして動作すること
である。これにより損失電力はかなり小さくなる。距離
付与器の好ましい構成として、そこから出される部分信
号をば最適な速度のステップ駆動に対応するように構成
する。

一般に、モータの加速および制動はほぼ同じ時定数で行
なわれるとしてよいので、距離付与器はほぼ半ステップ
に対応する距離にわたつてそのつど一定のレベル値を出
すようにするのが好ましい。

このような構成ては、加速工程および制動工程がほぼ同
じ長さである。上記の駆動形式によつて、次の目標位置
へは最適の短時間内に達する。距離付与器部分信号の傾
斜部は進む距離に応じて、ほぼリニア（線型的）に上昇
または降下するようにするのがとくに好ましい。特別の
負荷がある場合には、同部分信号の波形は（上記と）別
の形式で同負荷へ対応させることができる。距離付与器
を光電子装置として構成するとコストが割安ですむ。

この場合、送光素子と受光素子間の光通路を通ることが
できるとともにモータの運動と同期して駆動される回折
格子円板を上記距離付与器へ設けるのが好ましい。さら
に同回折格子円板は種々の異なるステップを与えるため
に取替えできるようにするのが好都合である。ステップ
の少なくとも三倍相当の（領域）区分を回折格子円板に
設けると、同円板は一方向または他方向へ運動するステ
ップモータの駆動用に使用できる上、運動方向を選択的
に制御できる駆動の場合にも用いることができる。かな
り大きいステップでは前記光通路を点状またはスリット
状にするとともに、さらに回折格子円板が明領域、次第
に暗くなる灰色領域、暗領域、次第に明るくなる灰色領
域を夫々運動方向に繰返し順次有していて、しかも同円
板の運動方向へ夫々明・暗両領域が工程数に無関係な距
離（たとえば、半ステップ）に（そのつど）わたり、か
つ灰色領域がほぼ半ステップに（そのつど）わたるよう
にするのが好ましい。

かなり小さいステップ用に適した実施例では光通路の巾
を少なくともワン・ステップ相当とし、かつ回折格子円
板がその移動方向で交互に変わる明・暗両領域を有して
いて、同両領域はワン・ステップの約Ｗ倍（ｍは距離付
与器から生じる部分信号の数または工程数）相当の長さ
に（そのつど）わたるようにする。

距離付与器は、その部分信号数に対応する数の送光素子
であつて交互に制御できるものを有していて、これら送
光素子へは共通の受光素子（またはそれぞれ別個の各受
光素子）を併設できるようにするのが好ましい。

前者の構成では単一の受光素子で事足りるが、ステップ
の大きさに応じて多少コスト高の光学部材を必要とし、
同部材により各送光素子からそのつど出る光を共通の受
光素子へ向かわせるようにしなければならない。別実施
例においては、距離付与器部分信号の数に対応する数の
受光素子であつて交互に制御できるものを同距離付与器
へ設け、これら受光素子は常時、光を発する一つまたは
複数個の送光素子と共働させる。

各送光素子および／または各受光素子は相互に重ね合わ
せた共通の回折格子円板と共働させ、かつ同円板の移動
方向に所定間隔おいて（たとえば、ワン・ステップ毎に
）配設できる。

しかしまた、各送光素子および／または各受光素子をそ
のつど別個の同回折格子円板と共働させることも可能で
ある。いずれの場合にも、同円板の（領域）区分を変え
ることによりステップ巾をたやすく変えることができる
。回転モータでは１回転毎にステップ数を任意に調節で
きる〔ただし、距離付与器部分信号の数（工程数）によ
つてステップ数を整数に分割できるものとする〕。上記
前者の構成の場合ではステップ数を変えるために送光素
子・受光素子の各組相互の間隔も適当に変える必要があ
る。電子整流回路を有する無刷子式直流モータを駆動装
置のモータとして用いる場合には、モータの位置に応じ
て非逆転駆動から逆転駆動へ切替えることのできる演算
増巾器を各モータ巻線の給電回路内に設けることにより
整流を著るしく容易に行なうことができる。

この際、整流のためにモータ位置を検出する装置と距離
付与器とを一体構成にするのが好ましい。

光電子式距離付与器を用いる場合には、付加的な整流板
を同付加器の回折格子円板へたやすく取付けることがで
きる。付加的な制御措置を講じるために、実施されたス
テップ用の判別回路を設けるのが好ましい。

このステップ判別段から出される「ステップ実施」信号
をばそのつど次のステップを実施させるステップ指令と
して利用する場合には、自動制御するステップモータ〔
つまり（外部からの〕ステップ指令を必要としないステ
ップモータ〕が割安のコストで得られる。駆動装置の応
用範囲を拡げるために、この発明の有利な構成では位置
制御のステップモータ駆動から非位置制御の駆動へと選
択的に駆動装置が切ｊ替えられるようにすることができ
る。

この際非位置制御のモータ駆動中、とくに距離付与器が
ステップ判別段の「ステップ実施」信号によりモータの
運動と同期して作動できるようにするのが好ましい。こ
のことの利点は、非位置制御の駆動からｊ位置制御の駆
動へといつでもスムーズに移行できることである。ステ
ップ判別段の有利な構成として、そのつど実施されたス
テップの所定一部分（たとえば、ほぼ半ステップ）後に
同判別段が「ステップ実施」フ信号を出すように構成す
る。

こうすると必要に応じて接続した決定段（たとえば、カ
ウンタ、コンピュータまたはプロセッサ）へは充分な時
間が与えられることになつて、「さらにステップを実施
すべきか否か」を決定することができる。最初の出発位
置から目標位置（後者は任意の所定数のステップ分だけ
同出発位置から隔つている）へできるだけ短かい時間内
に移行できるようにする位置定めシステムを構成するた
めに、この発明の別構成では切替作動段を設け、これに
より非位置制御の駆動から位置制御の駆動への移行を行
なうことができるようにする。

この結果、目標位置前方の適当な（距離にある）位置ま
で連続駆動によりモータを急速に（たとえば最大出力で
）走行させ、ついで駆動装置を位置制御駆動へ移行させ
て、この制御駆動中に高精度で目標位置へ制御しながら
達することができる。とくに決定段（たとえば、コンピ
ュータ、プロセッサまたはカウンタ）を設けて、切替作
動段の動作前に非位置制御駆動中にモータ速度を減速さ
せるのが好ましい。

決定段は目標位置前方の適当な位置で駆動装置を加速か
ら制動へと切替えることができる。

次いで所定の遮断速度に達することにより切替作動段が
動作して、とくに若干のステップだけ位置制御駆動でモ
ータをさらに走行させてついに目標位置への到達が判別
され、駆動装置が停止させられるようにすることができ
る。このような場合、ステップ判別段のステップ指令と
「ステップ実施」信号とを切替作動段へ与えるが、同作
動段の動作時−点として、ステップ指令と所属の「ステ
ップ実施」信号間の時間が所定の最小値に達する時点と
するのが好ましい。この発明の別実施例では、速度制御
器を設けて、これにより非位置制御駆動中の駆動装置を
所！定の遮断速度へ制御できるようにする。この構成で
はモータは最高出力で最初の出発位置から目標位置方向
へ走行でき、ついで決定段が制御（される）遮断速度へ
の移行をひきおこす。しかしまた、速度制御器の回転速
度目標値を切替できるよ３うにすることと、同速度制御
器によつて遮断速度だけではなく、非位置制御駆動中の
動作速度も制御することが可能である。速度制御器に必
要な（そのつどの）現速度信号は周波数電圧変換器によ
つて「ステップ実施」信４号から導出することができる
。

決定段はとくにスタート指令とストップ指令も出して、
これら信号により駆動装置が出発位置をスタートしたり
、目標位置でストップするようにさせるのが好ましい。

以下、添付図面に示す実施例にもとづいてこの発明の詳
細な説明する。第１図において駆動装置は主要構成とし
てモータ１を有しており、同モータは距離測定・比較装
置２と接続している。

同装置２へは入力側３を介して目標値を供給する。さら
に、この装置２は（ワン・）ステップ角度の所定一部分
にわたつてほぼ一定のレベルと、これに続く上昇または
降下ノする傾斜部とを有する部分信号であつて相互にず
れているものを（以下詳細に述べる形式で）送り出す。
上記装置２へ比例段５と微分段６を後接続する。

両段は同装置２の出力信号から比例部分と微分部分とを
導出する。出力増巾器７を介してモータ１は、比例部分
と微分部分の結合によつて生じた制御信号を受ける。第
２図の実施例においては、位置制御をする制御器１０、
最終段１２、無刷子式の直流回転モータ１４で光電子式
ブッシュ・ボタンを有するもの、実施されるステップ用
の判別回路１３を設けてある。

制御器１０へ光電子式距離付与器１５を取付けるが、同
付与器の構成はこの実施例では三組の送光素子・受光素
子と、モータにより駆動する回折格子円板１６とから主
に構成する。

同円板１６は第２図で見やすくするためモータ軸１７上
に座着している状態でその全体を示す一方、送光素子と
受光素子の各組間にも部分的に示してある。各組の送光
素子・受光素子は夫々光を発するダイオード１８，１９
，２０およびフォトトランジスタ２１，２２，２３から
構成する。ダイオード１８，１９，２０は、リング・カ
ウンタとして構成したシフト・レジスタの形式の位相付
与器２５を介して所望のステップ順序で０Ｎおよび０Ｆ
Ｆされる。

この際、一方の目標位置から次の目標位置へ移行する間
そのつど一つのダイオードが制御され、この間他の二つ
のダイオードは動作を止められる。ダイオードの制御お
よび動作停止はサイクル的に交替する（第６ｂ，６ｃ，
６ｄ図参照）。この場合、ライン２６へ適当な右・左信
号を当てることによつて「ダイオード１８，１９，２０
，１８等」または「ダイオード１８，２０，１９，１８
等」の順序で制御を選択的に行なうようにすることがで
きる。ある目標位置から次の目標位置への移行を行なわ
せるステップパルス２８（第６ａ図参照）はライン２７
を介して位相付与器２５へ供給される。第３図の実施例
において、送光素子・受光素子の各組合せは点状または
スリット状の光通路を形成し、かつ回折格子円板１６の
移動方向で式Ｓ＝Ｐ（１＋３ｒ１）（Ｐはステップ角度
、ｎは任意の整数）に相当する間隔Ｓ１をおいて相互に
配置される。

上記円板１６はこの場合三組の送光素子・受光素子すべ
てと共働する明暗領域を有していて、同領域の区分はス
テップ角度Ｐの三倍相当である。つまり同円板の明・暗
の順序は間隔ＳＳ＝３×Ｐの間隔で繰返されるのである
。この際、角度Ｒに相当する明領域３０に続いて、次第
に暗くなる灰色領域３１て巾がＰのものが来る。同灰色
領域３１に続いて巾Ｒの暗領域３２が来るが、これには
次第に明るくなる灰色領域３３（巾はステップ角度Ｐに
相当する）が続く。こうして明・暗の区分がサイクル的
に繰返今れる。回折格子円板１６の移動方向はモータ１
４の回転方向に依存しており、この回転方向はライン２
６に与えられる信号によつて定まる。

説明上、第３図の回折格子円板は矢印３５の方向に運動
するものと仮定する。たとえば電圧３７（第６ｂ図参照
）の印加によつてダイオード１８を明制御すると、フォ
トトランジスタ２１は第３図の相対位置でます負の信号
３８（第６ｃ図参照）を出す。そのわけはダイオード１
８とフォトトランジスタ２１間に明領域３０があつて、
これに対応して同フォトトランジスタ２１が電流を導く
からである。同トランジスタ２１の出力信号のレベルは
一定に保たれ、やがて回折格子円板１６力弔角度だけ回
転して明領域３０に続く灰色領域３３が来る。同灰色領
域３３の通過中はフォトトランジスタ２１への光の入射
はますます減少する。同トランジスタ２１のコレクタ電
圧は上昇し続ける（第６ｅ図の傾斜部３９参照）。ダイ
オード１８はさらに動作状態を続けると仮定すると、フ
ォトトランジスタ２１の出力電圧は増大し続け、ついに
Ｐの回転角度後には暗領域３２が来る。続いて回折格子
円板１６力弔角度だけ回転する場合、トランジスタ２１
の出力電圧は一定のレベル４０（第６ｅ図参照）に保た
れる。次いで同出力電圧は、灰色領域３１の通過中、回
転角度Ｐ内で傾斜部４１に沿つて元の値３８へ降下する
。同様のことが送光素子・受光素子の各組合せ１９，２
２及び２０，２３についても当嵌る。ただしこれらの組
合せの出力信号４４，４５はそのつどステップ角度Ｐに
相当する回転角度分だけずれている（第６ｆ〜６ｇ参照
）。しかし実際の駆動ではダイオード１８，１９，２０
を持続的に動作させておくのではなく、ステップ順に相
次いで動作させられる（第６ｂ，６ｃ，６ｄ図参照）の
で、点４６における距離付与器の出力信号は、第３図に
矢印３５で示すモータ１４の回転方向の場合第６ｈ図の
形状を有する。

つまり、第６ｅ，６ｆ，６ｇ図の部分信号のうち、一定
の負信号（第６ｅ図の３８）と、これに続いて上昇する
傾斜部（第６ｅ図の３９）の半分だけが（そのつど）利
用されるのである。第３図に示す回折格子円板の位置か
ら出発して他方向、つまり矢印３５と反対の方向へモー
タ１４をステップさせるためには、まずダイオード１９
の明制御し、次いでダイオード１８，２０さらに再びダ
イオード１９と以下順次繰返すことになる。

このような場合、点４６には第６１図に示すごとき信号
が現われる。この際、第６ｅ，６ｆ，６ｇ図にもとづく
部分信号のうち一定な正のレベル値と、これに続いて降
下する傾斜部とが動作することがわかる。分枝ライン４
８を介して距離付与器信号の比例部分が演算増巾器５２
の一方の（反転）入力端へ到る。

別の分枝ライン５５を介して同時に距離付与器１５の出
力信号（点４６に現われる）が微分される。これにより
、演算増巾器５２の上記一方の入力端に距離付与器信号
の微分部分が付加的に入る。同演算増巾器５２の出力信
号のうち比例部分に由来するものは、回転方向を矢印３
５方向とｊじた場合に第６ｊ図に示してあり、他方微分
部分に由来する出力信号は第６ｋ図に示してある。演算
増巾器５２の出力端は、スイッチ５８を介して最終段１
２の入力端と接続している。同最終段１２は二つの出力
増巾器６３，６４を有しており、これらはいずれも９０
■だけ相互に異なる位置にある（無別子直流モータ１４
の）巻線６６，６７へ夫々接続している（同モータのロ
ータは６８で示す）。

電界効果トランジスタ７０は増巾器６３の反転入力端７
１に前接続してある一方、同増巾器６３の非反転入力端
７２は電界効果トランジスタ７３により無電位とするこ
とができる。同様にして電界効果トランジスタ７５，７
６は増巾器６４の反転入力端７７、非反転入力端７８へ
夫々併設する。モータ軸１７上には整流作用をする回折
格子円板８０が座着しており、同円板は１８００の角度
にわたる暗領域８１を有している。

この円板８０は第１ランプ８２と所属のフォトトランジ
スタ８３間および第２ランプ８４と所属のフォトトラン
ジスタ８５間の光通路内を運動する。第２ランプ８４と
フォトトランジスタ８５は第１ランプ８２とフォトトラ
ンジスタ８３に対して９０ンだけ位置が異なつている。
同フォトトランジスタ８３：８５は夫々電界効果トラン
ジスタ７５，７６；７０，７３の制御電流回路内にある
。前述した駆動装置の動作態様は下記の通りである：駆
動装置をステップモータ駆動とするために、最終段１２
の入力端はスイッチ５８を介して演算増巾器５２の出力
端と接続してある。

ライン２６へは所望の回転方向を定める信号（たとえば
、回折格子円板１６を第２〜３図で右方へ回動させるよ
うな信号）を加える。ライン２７へは第６ａ図のステッ
プパルス２８が来る。最初の第一ステップパルスでは、
ダイオード１８が明制御され、かつこの時点で明領域３
０がダイオード１８とフォトトランジスタ２１間に位置
する（第３図参照）ものと仮定する。点４６での電圧は
降下する。演算増巾器５２の出力端には一定のレベル値
を有す．る信号（第６１図参照）が現われる。第２図に
示す駆動状態では整流装置８０の両フォトトランジスタ
８３，８５が光を受けるので、四つの電界効果トランジ
スタ７０，７３，７５，７６はすべて動作を停止する。
両出力増巾器６３，６４は非逆一転駆動へと接続されて
いる。演算増巾器５２から出た信号は増巾されて巻線６
６，６７へ到るが、この際増巾器６３，６４が増巾作用
を充分行なう。明領域３０の通過中、点４６での電圧は
最初一定であるので、微分部分は零に等しい。これに対
応してモータは充分に駆動電流を受けて（第６１図参照
）、最大の出力で加速される（このことは第７図で時間
に依存する、モータ軸１７の角速度特性曲線８８からも
明らかである）。回折格子円板１６がＲ角度だけ回転し
た後、点４６の電圧は零に向かつて上昇し始める（第６
ｈ図の傾斜部３９参照）。

そのわけは灰色領域３３ノがダイオード１８からフォト
トランジスタ２１への光を次第に少なくするからである
。距離付与器信号の比例部分はこれに対応して降下する
。

この間微分部分は最大値へと急上昇する。比例部分と反
対の極性を有する微分部分は同−比例部分にまさるので
、演算増巾器の出力側の合成信号は符号を変える。第６
１図に示すごとく、出力増巾器６３，６４は加速工程と
反対の方向へ限度まで動作させられる。モータ１４は力
強く制動される（第７図の８９参照）。次の目標位置に
゛達する直前で初めて駆動装置は、制御駆動へと移行す
る；モータ１４は制御されながら目標位置へ到る。つい
で次の第二ステツプパルス２８が現われると、前述した
過程が繰返される。ただし、ダイオード１８に代つて今
度はダイオード１９が明制御され、フォトトランジスタ
２２が動作させられる。さらに次のステップではダイオ
ード２０が明制御される。次いで再びダイオード１８の
番となる具合にサイクル的に繰返される。モータ軸１７
の回動に伴なつて回折格子円板８０の暗領域８１が第２
ランプとフォトトランジスタ８５間に来るようになつた
場合には、両電界効果トランジスタ７０，７３が動作す
る。

非反転入力端７２は接地（零電位）され、演算増巾器５
２の信号は反転入力端７１へ達する。同様にして、モー
タ軸１７の角度位置を成す他の四分内部分に対する整流
が行なわれる。ステップ判別回路１３の役目は各ステッ
プ実施の際、「ステップ実施」信号をライン９０へ出す
ことであつて、同判別回路の主要構成はシユミツト・ト
リガとして形成した演算増巾器９２、インバータ９３，
９４，９５、ＮＡＮＤ回路９６，９７，９８およびフリ
ップ・フロップ９９から構成する。

演算増巾器９２の反転入力端は演算増巾器５２の出力端
に接続している。ライン２６に与えられかつ回転方向を
定める信号をＬ１増巾器９２の反転入力端の信号をシユ
ミツト・トリガ電圧レベル値より小さいと仮定すると、
インバータ８３の出力端は０．．ＮＡＮＤ回路９６の出
力端はＬである。

インバータ９５の出力端．には信号０があり、インバー
タ９４の出力端には信号Ｌがある。したがつて、ＮＡＮ
Ｄ回路９８の出力端はＯである。増巾器９２の入力端が
ステップパルス２８方向ヘシユミツト・トリガ電圧レベ
ル値の電圧に急上昇すると、インバータ９３の出カー端
に信号Ｌが現われる。ＮＡＮＤ回路９６の出力端はＯに
急降下し、他方ＮＡＮＤ回路９８の出力端はＬとなる。
このことはライン９０上の信号を図示する第６ｍ図から
れかる。躇の回転角度後、距離付与器信号の微分部分に
より演算増巾器９２の反転入力端の信号は、新たにシユ
ミツト・トリガ電圧レベル値以下になる。

このためＮＡＮＤ回路９８の出力はＬからＯへ急降下す
る。第６ｍ図で示す負の降下部９８はラインー９０上の
信号として制御目的のために利用できる。とくにライン
９０は第２図に示すごとく、上記降下部９９により制御
されるＲＳフリップ・フロップ９９の一方の入力端（リ
セット入力端）と接続できる。同フリップ●フロップの
他方の入力端（セット入力端）はライン２７へ接続する
。このフリップ◆フロップはステップを実施させる（ス
テップパルスの）上昇部分によりライン２７上でセット
され、かつライン９０に来る（「ステップ実施Ｔ信号の
負の降下部によつてリセットされる。このようにして各
ステップパルスには単一の［ステップ実施」信号が必ら
ず対応している（同信号はライン９１へ加えられる）。
スイッチ５８を第２図に示す位置におく場合、最終段１
２の入力端は制御電圧Ｕｓｔと接続する。

モータは制御可能な直流モータとして走行する。ライン
９１をライン２７と接続する場合、ステップモータ駆動
側の位置にあるスイッチ５８のもとで駆動装置は自動制
御ステップモータとして作動でき、同モータへは（外部
から）ステップパルスをライン２７を介して供給する必
要がない。これに対して、スイッチ５８が第２図の位置
を占める場合、距離付与器１５によつて生じさせられる
光の回転場（回折格子円板の）は「空」となるが、モー
タ軸１７の回転と同期して回転し続ける。このため、「
ステップ無し」の情報がなくとも同期的に直流モータ駆
動からステップモータ駆動（またはその逆）へ切替える
ことできる。第４図は別実施例の距離付与器の一部概略
断面図であつて、ここでは回折格子円板が重ね合わせた
三つの部分１００，１０１，１０２から構成されていて
、これらにそのつど送光素子・受光素子の各組合せを併
設する。１０３，１０４，１０５で概略的に示す送光素
子・受光素子の各組合せが上記円板の運動方向に対して
共に垂直になりうる時点は、第４図かられかるごとく上
記部分１００，１０１，１０２の明暗区分がステップ角
度Ｐの値に相当する量だけ相互にずれている時である。

第３図の実施例に対して第４図の実施例が有する利点は
モータ１回転当りのステップ数を変えるために回折格子
円板だけを取替えさえすればよいことである。第５図は
さらに別の距離付与器を示す。

ここでは単一の受光素子１０７を設けて、三つの送光素
子１０８，１０９，１１０の各々と順次共働させる。適
当なレンズ１１１，１１２，１１３，１１４によつて、
各送光素子の光通路がステップ角度Ｐに相当する巾を持
つようにする。併設する回折格子円板１６″は順次交互
に変わる明領域１１６と暗領域１１７を有していて、両
領域の巾はそのつどステップ角度Ｐの１市倍相当である
。この実施例は小さいステップ角度用にとくに適してい
る。モータ１回転当りのステップ数をとくに多くするに
は、モアレ縞円板（図示せず）を利用する。

この場合、回転する回折格子円板１６または１６″以外
に、固定した回折格子円板を送光素子と受光素子間に公
知の形式で設ける。前記回折格子円板１６（または１６
″）および８０を一体構成にできることは言うまでもな
い。

灰色領域３１，３３はたとえば適当なラインラスタによ
つて得ることができるが、この場合明・暗の関係が連続
的に変わる。） ダイオード１８，１９，２０の給電回
路内の可変抵抗器１２０，１２１，１２２によつて、送
光素子と受光素子の各組合せを相互に調節することがで
きる。

ポテンショメータ１２４により、モータ軸１７の静止位
置を調節する。演算増巾器５２の入力側回路（もしくは
反結合回路）内の可変抵抗器１２３および（または）１
２５の調節によつて比例部分と微分部分の割合を調整し
て、制御回路の振動作用をそのつど所望どおりにするこ
とができる。前述した制御形式は無刷子式直流モータだ
けに限定されないことは言うまでもない。

たとえば第８図に示すごとく、出力増巾器１２７を介し
て制御器１０の出力端へ刷子式モータ１２６を接続して
もよい。演算増巾器５２自体を出力増巾器として構成す
る場合には、上記出力増巾器１２７を別に設ける必要は
ない。

実際上、しばしば現われる問題として出発位置から目標
位置（これは複数個のステップ分だけ出発位置から離れ
ている）へできるだけ短時間内に移行するという問題で
ある。

この例として筆記器用の筆記ヘッド駆動装置がある。こ
のような応用例に適した装置を第９，１１図に示してあ
る。第９図の実施例においてモータ１（たとえば無刷子
直流モータ）は、第１図の場合と同様に距離測定・比較
個所２と接続している。同個所２の方は制御増巾器４へ
接続してある。この制御増巾器４は第１図の構成要素５
，６，７（または第２図の構成グループ１０，１２）を
組合わせたものであつてモータ１および距離測定・比較
個所２とともに位置制御回路を形成する。この際、制御
増巾器４とモータ１の結合ライン内にあるスイッチ５８
は第９図に示す位置を占めるものとする。この動作位置
において、駆動装置はステップモータと。して作動し、
同モータへはライン２７を介してステップ指令ＳＩＭ（
第１０ｄ図参照）が与えられる。スイッチ５８が他方の
動作位置にある時には、上記位置制御回路は構成されな
い。モータ１は切替スイッチ５１を介して制御電圧＋Ｕ
ｓｔまた、は−Ｕｓｔを印加される。この際、同モータ
は通常の直流モータとして加速（＋Ｕｓｔ）もしくは制
動（−Ｕｓｔ）される。駆動装置の制御は決定段５６か
ら始まる。

この決定段として、とくにコンピュータ、プロセッサ４
またはカウンタを用いることができる。この決定段５６
は信号ＳＳＲ（第１０ａ図）、ＬＡＲ（第１０ｂ図）と
Ｄ屯をライン８，９，１１へ夫々与える。制御増巾器４
の出力端へ判別回路１３を接続するが、同回路はモニタ
１の実施するステップを判別する。この際、同モータは
位置制御されるステップモータとして、または位置制御
されない直流モータとして走行するどちらの場合でもよ
い。上記判別回路は所定のステップ射出信号（以下、簡
単に信号ＳＡＲと呼ぶ。第１０ｃ図参照）をライン９１
へ送る。同ライン９１は二つの時間遅延段４２，４３の
入力端および切替作動段２４の一つの入力端と接続して
いる。同切替作動段２４の）他の二つの入力端はライン
８、もしくは２７と接続している。上記段２４は信Ｊ８
ＧＭＭ（第１０ｅ図）を送り出すが、この信号はライン
２９を介してスイッチ５８を制御する。切替作動段２４
の相補信号ＣＭＭはライン３４，を介してＮＡＮＤ回路
３６の一方の入力端へ行く。

他方の入力端はライン１１と接続している。上記回路３
６の出力端はライン４７を介してスイッチ４９を制御す
るが、同スイッチは一方の動作位置においてＮ，ＡＮＤ
回路５０の一方の入力端を時間遅・延段４２の出力端と
結合させ、また他方の動作位置においては時間遅延段４
３の出力端と上記入力端を結合させる。ＮＡＮＤ回路５
０の他方の入力端はライン５３を介してライン８へ接続
している。一方同回路５０の出力端はライン５４を介し
てライン２７と接続している。スイッチ４９，５１，５
８として、公知の電気機械的なスイッチ（または電子ス
イッチ）を用いることができる。

第９図の駆動装置の動作態様は下記の通りである：駆動
装置が静止位置（第１０図のち〜ｔ１）にある時、信号
ＳＳＲ，ＬＡＲ，ＧＭＭは０．ｄｑＭはＬである。

スイッチ４９，５１，５８は第９図に示す動作位置を占
める。モータ１は出発位置にある。決定段５６が時点ｔ
１でスタート・ストップ信号ＳＳＲをライン８上でＬに
すると（スタート指令）、信号ＧＭＭはライン２９上で
Ｌへ急上昇する（゜“直流モータ駆動゛指令）。スイッ
チ５８は第９図で下方の動作位置へ移される。同時に、
決定段５６はライン９上を行く信号ＬＡＲ（゜“走行゛
指令）をＬとする。スイッチ５１はモータ１を制御電圧
＋Ｕｓｔへ接続する。同モータ１は直流モータとして加
速される。同モータの角速度ωは第１０ｆ図に示すごと
く上昇する。ライン１１，３４上の信号寛屯，υ１Ｍは
両者ともこの時点でＯであるので、ＮＡＮＤ回路３６の
出力端はＬへ急上昇する。スイッチ４９は第９図の上方
の動作位置へ移り、ここで時間遅延段４２がＮＡＮＤ回
路５０の一方の入力端と接続する。判別段１３の信号Ｓ
．ＡＲは、段４２により定められる時間遅延のもとでス
イッチ４９は、ＮＡＮＤ回路５０、ライン５４を介して
ステップ指令ＳＩＭとしてライン２７へ与えられる。距
離測定・比較個所２はモータ１と同期して動作する。上
記回路構成によつていつでも直流，モータ駆動からステ
ップモータ駆動へ移行できるようになり、しかも駆動装
置は所定動作を逸脱することがない。段４２による時間
遅延は充分に行なつて、ライン２７へ次のステップ指令
ＳＩＭを加える前に各信号ＳＡＲに続いて、「モータ】
を加速から制御へ切替えるかどうか」を決定する時間を
決定段５６に与えるようにする。決定段５６が制動点（
第１０図のＴ２）を、たとえば目標位置までのステップ
数（この数内で駆動装置は必らず停止できるようにする
）を数えるこ．とによつて判別すると、信号■はＬとな
る。

したがつて、ライン３４はＮＡＮＤ回路３６を介して切
替スイッチ４９の制御ライン４７へ導通する。信号ＬＡ
Ｒは０へ急降下する。ライン９を介して切替スイッチ５
１は第９図の下方の動作位置へ移される。モータ１はス
イッチ５１，５８を介して制御電圧−Ｕｓｔを印加され
る。このモータ電圧の変化によつてモータ１は直流モー
タとして制動される（第１０ｆ図参照）ようになる。切
替作動段２４が動作し（第１０図の時点Ｔ３）、かつ信
号ＧＭＭをＯとする時点は、ライン２７上でのステップ
指令ＳＩＭの出現と、ライン９１上ての信号ＳＡＲの出
現との間に経過する時間が所定の最小値に達した時であ
る。

この時間はモータ１の瞬間的な角速度に依存する。段２
４の動作をひきおこす上記最小値を選ふに当つては、同
最小値をばモータの回転数ω。（第１０ｆ図）（つまり
遮断回転数）に対応させるようにし、かつ同回転数は充
分低くして直流モータ駆動からステップモータ駆動へス
ムーズに移行できるようにする。０へ急降下する信号Ｇ
ＭＭはライン２９を介してスイッチ５８を第９図の上方
の動作位置へ移す。

ここに位置制御回路が形成される。駆動装置はステップ
モータ駆動へと切替わる。同時にライン３４上の信号Ｃ
ＭＭはＬとなるので、ＮＡＮＤ回路３６の出力端はＯへ
急降下する。制御ライン４７を介して切替スイッチ４９
は第９図の下方の動作位置へ移される。このため、後続
の信号ＳＡＲは時間遅延段４３上を走行し、さらにＮＡ
ＮＤ回路５０およびライン５４，２７を介してステップ
指令として距離測定・比較個所２へ送られる。段４３は
自動制御するステップモータ駆動に必要な時間遅延を行
なう。信号ＳＡＲに続いて、決定段５６またはこれと結
合した判別段１３により目標位置が判別される場合、モ
ータ１を該ステップ内にストップするようにする。

決定段５６の信号ＳＳＲはＯとなる（第１０図の時点Ｔ
４）。これにより、ステップ指令ライン２７へ別の信号
ＳＡＲをさらに送るＮＡＮＤ回路５０の動作はライン５
３を介して阻止される。モータ１は目標位置で位置制御
される。第１０図は概略図に示してあつて、該駆動装置
の原理的な作用形式を説明するようにしてあることに留
意されたい。

実際上では、一般に直流モータ駆動の時間（ｔ１〜Ｔ３
）はこれに続くステップモータ駆動（Ｔ３〜Ｔ４）の時
間より長くする。直流モータ駆動においては最初の加速
の後で、供給される出力に対応した多少とも一定の角速
度へ達してから制御へと切替えられる。第１１図の実施
例では、位置制御する制御器１０、最終段１２、実施さ
れるステップ用の判別回路１３、モータ１４、工程付与
器２５、光電式距゛離付与器１５とこれに併設した回折
格子円板１６と送光素子・受光素子の各組合せ１８，２
１；１９，２２；２０，２３以外に、回転速度制御器を
設ける。

この構成は図示の例では二つの回転速度制御段５９，６
０とこれらに夫々並設した目標回・転速度付与器６１，
６２とから構成する。判別回路１３の出力端と接続した
周波数電圧変換器６５はステップ射出信号から（そのつ
どの）現回転速度信号を導出し、この信号を回転速度制
御段５９，６０へ送る。制御されていない回転速度用の
制御電圧は制御段６９から取出すことができる。最終段
１２の入力端は電子スイッチ１３０を介して位置制御す
る制御器１０の出力端または回転方向逆転段１３１の出
力端へ選択的に接続できる。他方同回転方向逆転段１３
１の方は電子スイツチ１３２を介して回転速度制御段５
９，６０のうちいずれかの出力端または制御段６９の出
力端と選択的に結合する。判別回路１３の出力端はさら
に可変時間遅延段８６（これは第９図の段４２，４３に
ほぼ相当する）と、電子スイッチ１３３とを介して工程
付与器２５の入力端へ接続できる。スイッチ１３３が他
方の動作位置にある時、位相付与器２５は（外部から）
ステップパルスを供給するライン１３４と結合する。図
示していない決定段（これは第９図の決定段５６に相当
し、計算機、プロセッサまたはカウンタとして構成でき
る）へは、ライン１３５を介してステップ射出信号が供
給される。所定の駆動形式に応じて、スイッチ１３２は
上記決定段およびデコーダ１３７を介して次の真理値表
にもとづき制御される：スイツチ１３０，１３２，１３
３の作動段は第１１図で１３８，１３９，１４０により
示してある。第１１図の駆動装置は通常のステップモー
タとして、第２図の駆動装置の作動形式と同様に駆動で
きる。

このために、スイッチ１３０は動作位置ａに、スイッチ
１３３は動作位置ｂへ移される。ライン１３４（第２図
のライン２７に対応）を介してステップ指令が外部から
供給される。この間第２図のライン２６に対応する制御
ライン１４１を介して所望の回転方向が与えられる。ラ
イン１３４へステップ指令が来ると、概述の形式で光の
回転場（回折格子円板の）がワン・ス．テツプ分だけ（
さらに）回転する。

位置制御系１０，１２，１５，２５はモータ１４を次の
ステップ位置へ移動させる。ステップの始めと終りのほ
ぼ中途で距離測定特性曲線３８，４４または４５の傾斜
部分３９もしくは４１（第６図参照）に達・すると、モ
ータ１４は充分に制動し始める。同距離測定特性曲線が
水平部分から傾斜部分へと移行すると同時に、ステップ
判別回路１３はステップ射出信号を出す。モータ１４の
ロータはこの時点で次のステップ位置へ確実に走行する
だけの運動エネルギを有している。上記駆動形式では回
転速度制御器は動作しない。スイッチ１３０が動作位置
ｂへ移されると、位置制御器はモータの作動へ影響を及
ぼさない。

同モータは位置制御されることなく通常の直流モータと
同様に連続的に走行する。ステップモータとしての駆動
の場合と同様、判別回路１３は距離測定特性曲線が水平
部分から傾斜部分へと移行するノ際にステップ射出信号
を出す。この信号は遅延されることなく直接そのまま再
び工程付与器２５へ供給されるので、直流モータ駆動中
光の回転場（回折格子円板の）はモータ軸に対して少な
くとも半ステップ分だけ先に回転するが、その他の点・
では同モータ軸と常時同期する。周波数電圧変換器６５
は、平滑素子を後接続しているモノフロップから構成す
るのが好ましいが、ステップ射出信号、この周波数はモ
ータの回転速度に比例するからそのつどの現回転速度信
号を導出する。後者の゛信号はスイッチ１３２の動作位
置Ａ．ｌ５ｂにおいて付与器６１もしくは６２の目標回
転速度信号と比較され、ついで最終段１２を介してモー
タをば適当に制御される回転速度で駆動させるようにす
る。必要の場合、回転速度目標値を二段階以上にわたつ
て切替できるように構成することができることは言うま
でもない。この回転速度目標値は、たとえば簡単にデジ
タル制御できる。最終段１２の増巾器が常時制御される
（第１１図でスイッチ１３２の動作位置ｃへ制御段６９
を接続する場合）程度に回転速度目標値を選ぶと、モー
タは回転速度制御されながら最大出力で（回転）走行す
る。ある出発位置から急速に、複数個のステップ分離れ
た目標位置へ移行する必要のある位置定め問題の場合、
既述の（図示していない）決定段と、（モータ回転速度
を連続的なモータ駆動中に制御する時には）デコーダ１
３７とが必要である。

駆動装置は第９図の実施例の場合と同様に出発位置にお
いてスタート●ストップ信号ＳＳＲ（第１２ａ図参照）
によつてスタートさせられるが、この信号はスイッチ１
３０を動作位置ｂへもつてゆく。スイッチ１３３は動作
位置ａにある（自動制御駆動）；スイッチ１３２は高い
制御回転速度で走行するために動作位置ｂへ決定段によ
り移させられる。周波数電圧変換器６５の出力電圧は最
初ほぼ零に近い。回転速度制御段６０を介して最終段１
２を制御し、モータを最大加速するようにする（第１２
ｃ図の回転速度特性曲線の上昇傾斜部参照）。目標回転
速度ｎ１に達する直前には、周波数電圧変換器６５の出
力電圧は上昇し終つていて、最終段１２の増巾器はリニ
アな動作領域で制御される。調節によつてモータ１４の
目標回転速度ｎ１へは多少の過振動を伴なつて到達し、
同速度は以後一定に保たれる。モータ軸１７の回転中、
ライン１３５を介して決定段へは、実施されるステップ
が絶えず知らされる。

目標位置前方の所定ステップ数（いわゆる制動ステップ
数）、たとえば１５ステップ前方で、決定段は信号ＢＲ
Ｓ（第１２ｂ図参照）を出し、これによりスイッチ１３
２は動作位置ａ（低い制御遮断回転速度）へ移される。
最終段１２の増巾器は制動方向へと制御される。モータ
１４は充分制動される。制御される遮断回転速度ｆ（第
１２ｃ図参照）へ達する直前になつて初めて、回転速度
制御は回転速度制御段５９を介して始まる。遮断回転速
度〜の大きさとしては、モータ１４が同回転速度から半
ステップ以内にほぼ過振動することなくストップできる
ように選ぶ。回転速度制御段５９の影響下にモータ１４
は約０〜３ステップ位、低い遮断回転速度で制御されな
がら走行する。ライン１３５を通るステップ射出信号に
もとづいて、゜゜該ステップ内に目標位置へ達する゛と
決定段が決定すると、同決定段から出される信号ＳＳＲ
はＯ（第１２ａ図参照）へ急降下する。上記ステップが
ほぼ半分位実施される（該距離特性曲線の水平部分から
傾斜部分への移行）時点で、スイッチ１３０は動作位置
ａへ移されるので、同ステップの残り半分が位置制御駆
動で実施される。信号ＳＳＲがＬからＯへ急降下するこ
とにより第９図のＮＡＮＤ回路５０に相当するグリッド
素子の作用で、さらに別のステップ射出信号が判別回路
１３から工程付与器２５へ行くのを防ぐようにするのが
好ましい（第１１図では図示していない）。モータは目
標位置で停止するに到る（第１２ｃ図参照）。高回転速
度ｎ１の回転速度制御をやめて、モータを制御せずに最
高出力で出発位置から目標位置へ走行させる必要のある
場合（第１３図参照）、スイッチ１３２は最初動作位置
ｃへ移される。

制御ステップ数が非制御回転数Ｎｎの関数であるので、
所要の制動ステップ数はそのつどの現回転速度Ｎｎから
絶えず定めなければならない。これは決定段でアナログ
またはデジタルに行なうことができる（たとえばドイツ
公開公報２２４邸お参照）。回転駆動装置の場合を例に
してこの発明を今迄説明したが、リニアな駆動装置の場
合にもこの発明が応用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にもとづいて構成した駆動装置の一実
施例のブロック図、第２図は無刷子直流モータを使用し
た場合における駆動装置の有利な実施例の回路構成図、
第３図は光電式距離付与器の一部概略断面図、第４図は
同距離付与器の別実施例の第３図と同様の図、第５図は
さらに別実施例の距離付与器の第３図と同様の図、第６
図は第２図の駆動装置で生じる各信号の波形の略図、第
７図は時間に依存するロータの角速度特性曲線の略図、
第８図は駆動モータを刷子モータとした場合における駆
動装置のブロック図、第９図は位置決めシステムとして
構成した駆動装置のブロック回路図、第１０図は第９図
の駆動装置で生じる各信号の波形と、時間に依存するモ
ータ速度の特性曲線との各略図、第１１図は位置定めシ
ステムを形成する駆動装置の別実施例のブロック回路図
、第１２図および第１３図は第１１図の実施例における
信号の波形と、モータ速度の特性曲線との各略図である
。 １，１４，１２６・・・・・モータ、２・・・・・距離
測定・比較個所、３，７１，７２，７７，７８・・入力
端、４・・・・・・制御増巾器、５・・・・・・比較段
、６・・・・・・微分段、７，６３，６４，１２７・・
・・・・出力増巾器、８，９，１１，２６，２７，２９
，３４，４−７，４８，５３，５４，５５，９０，９１
，１３４，１３５，１４４・・・・・ライン、１０・・
・・（位置）制御器、１２・・・・・・最終段、１３・
・・・・（ステップ）判別回路、１５・・・・・・光電
式距離付与器、１６，１６″，８０，１００，１０１，
１０２・・・回折格子円板、１７・・・・・・モータ軸
、１８，１９，２０，１０８，１０９，１１０・・・・
・・ダイオード（送光素子）、２１，２２，２３，８３
，８５，１０７・・・・フォトトランジスタ（受光素子
）、２４・・・切替作動段、２５・・・・・・位相付与
器、２８・・・・ステップパルス、３０，１１６・・・
・・明領域、３１，３３・・・・・・灰色領域、３２，
８１，１１７・・暗領域、３５・・・・・回折格子円板
の回転方向、３６，５０，９６，９７，９８・・・・・
・ＮＡＮＤ回路、３７・・・・・・電圧波形、３８，４
４，４５・・・・・・距離測定特性曲線、３９，４１・
・・・・・同特性曲線の傾斜部、４０・・・・・ルベル
、４２，４３，８６・・・・時間遅延段、４４，４５・
・・・・出力信号の波形、４９，５１，５８，１３０，
１３２，１３３・ ・・スイッチ、５２，９２・・・・
・演算増巾器、５６・・・・・・決定段、５９，６０・
・・・・・回転速度制御段、６１，６２・・目標回転速
度付与器、６５・・・・・・周波数電圧変換器、６６，
６７・ ・・巻線、６８・・・・・・ロータ、６９・・
・・・・制御段、７０，７３，７５，７６・・・・・電
界効果トランジスタ、８２，８４・・・・・ランプ、８
８，８９・・・・・ロータの角速度特性曲線、９３，９
４，９５・・・・・・インバータ、９９・・・・・フリ
ップ●フロップ、１０３，１０４，１０５・ ・・送光
素子・受光素子の組合せ、１１１，１１２，１１３，１
１４・・・・・・レンズ、１２０，１２１，１２２，１
２３，１２５・・・・・・可変抵抗器、１２４・・・・
・・ポテンショメータ、１３１・・・・・・回転方向逆
転段、１３７・・・・・・デコーダ、１３８，１３９，
１４０・・・・・作動段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モータの回転軸とともに回転可能であつて、その回
   転方向に沿つて回転ステップに対応した所定周期で繰返
   しパターンが形成されている円板と、前記繰返パターン
   を検出し、この繰返パターンに対応して第１及び第２レ
   ベル間で変動を繰返す台形波状の信号を発生することが
   でき、互いに台形波状信号を前記回転ステップだけずれ
   て発生するように配置されている少なくとも第１及び第
   ２のトランスジューサと、前記第１レベル或いは、第２
   レベルからそれらの中間レベルに向けて変化する台形波
   の一部に対応する部分信号を前記トランスジューサから
   次々に発生させる手段と、次々に発生される部分信号に
   比例する比例信号を発生する比例回路と、次々に発生さ
   れる部分信号を微分した微分信号であつて比例信号とは
   、逆極性の微分信号を発生する微分回路と、比例信号に
   対応した駆動成分及び微分信号に対応した制動成分を有
   する制御信号を合成してモータに与える信号合成路とか
   ら成ることを特徴とするモータの駆動回路。