JPS6056075B2 - パルスモ−タを用いた駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルスモータを駆動源として移動物体（負荷
）を移動する移動物体の駆動装置に関するものであり移
動物体をパルスモータにより目標位置まで駆動した後、
停止せしめた時の、残留振動を小さくすると共に、高速
駆動と高分解能を両立させることが可能に構成したもの
である。

従来パルスモータの駆動装置として高分解能を機械的
な減速なしで行なうにはマイクロステップ駆動あるいは
バーニヤ駆動と称する各相電流をステップ状に漸増減さ
せてモータのロータの平衡位置を除々に変化させる細分
割駆動方向が用いられていた。

４相パルスモータにおける細分割駆動方向における相電
流の変化を第１図における実線で示し、第２図にモータ
のロータの角度変位を実線で示す。

Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂはぞれそれ各相である。また参考のため
に従来の２相励磁における変化を同様に第１図及び第２
図に破線て示す。 相電流を漸増減させると２相励磁の
ように相電ヨ流をＯＮ−ＯＦＦ切換し、電流の立上り、
立下りを急激に行なわせる方式に比較して駆動トルクが
著しく小さくなり、高速駆動には適さない。

なせならば相電流の立上りがゆるやかになると回転方向
の駆動トルクが小さくなり、相電流の立下りがゆ・るや
かになると回転方向と逆方向のトルクが残るためである
。また高速駆動時には駆動回路および指令回路の動作周
波数が高くなり、高速信号処理が要求されるばかりでな
く、ノズルの影響を受けやすく誤動作を起す可能性が高
いものであつた。したがつて細分割駆動方式においては
高分解能が得られ、停止時の残留振動も少ないが上記理
由により、高速駆動には適さない。また逆に相電流を０
Ｎ−ＯＦＦ切換する２相励磁あるいはｌ−２相励磁等の
歩進ピッチの大なる励磁方式においてはトルクが大てあ
り、高速駆動には適するが、分解能か低くまた停止時の
残留振動も大きくそれぞれ一長一短があつた。本発明は
、残留振動を小さくするとともに、高速駆動と高分解能
を両立させることが可能なパルスモータの駆動装置を提
供するものてある。

第３図において、本発明をクローズドループ方式にて応
用した実施例を説明する。１はパルスモータで、Ａ，Ｂ
，Ａ，Ｂの４相のコイルを有し、ネジ軸２を駆動する。
３はネジ軸２に螺合するナットでテーブル４に固定され
ている。

５はテーブル４に固定された光学目盛あるいは磁気目盛
を有するリニアスケールで、６はスケール５の目盛を読
取る固定ヘッドである。

ヘッド６からのテーブル４の移動にともなつて順次生じ
る信号７はカウンタ８に入力され、カウンタ８はテーブ
ル４の位置信号９をＢＣＤコード等により制御回路１０
に出力する。Ｔ，ｌ，Ｔｌ２，Ｔ、３，Ｔ、４はそれぞ
れＡ，Ｂ，Ａ，Ｂコイルの駆動用トランジスタである。
１１はパルスモータ１を２相励磁するための励磁切換回
路てあり、制御回路１０からのＣＷ方向のパルス出力１
２、あるいはＣＣＷ方向のパルス出力１３により制御さ
れ、所定のタイミングでＴｌ，Ｔ、２，Ｔ、３，Ｔ、４
のベース電圧を０Ｎ，−０ＦＦし、パルスモータ１を駆
動する。

また励磁切換回路１１はどの相が励磁されているかを示
す励磁位置信号１４を制御回路１０に出力する。１５は
可変バイアス回路て制御回路１０からのバイアス印加信
号１６により、所定のトランジスタ！のベースに連続的
に変化するバイアス信号を印加する。

したがつてトランジスタのベース電圧は励磁切換回路１
１と可変バイアス回路１５のそれぞれのベースへの出力
電圧が重畳された合成電圧となる。１７は各トランジス
タのベース電圧のモニく夕信号てある。

１８はテーブル４の目標位置まで送るための、目標位置
指令信号である。

また制御回路１０は詳記しないがパルスモータ１を高速
で駆動するための公知の加減速機能を有している。次に
この動作を説明する。制御回路１０は目標位置指令信号
１８が入力されると現在のテーブル４の位置信号９と比
較してパルスモータ１の回転方向及び２相励磁て駆動す
る場合の所要ステップ数、加減速パルス数、加速速タイ
ミング、制御切換設定位置等を第７図，第８図に示すよ
うに設定する。設定が終了すると制御回転１０は励磁切
換回路１１にパルス出力１２あるいは１３を送出し、パ
ルスモータ１を２相励磁て駆動し、テープＤレ４を目標
位置に向つて送る。次にテーブル４が第８図に示す制御
切換設定位置近傍に達した後の動作を第４，５，６図に
て説明する。

第４図は各トランジスタのベース電圧の変化を示し、破
線は励磁切換回路１１が各トランジスタに印加する電圧
を示し、一点鎖線は可変バイアス回路１５が各トランジ
スタに印加する電圧を示す。したがつて各トランジスタ
のベースに実際に印加される電圧は実線で示すそれぞれ
の電圧の合成電圧となる。第５図は各相に流れる電流の
変化を示す。第６図はパルスモータのロータの変位を示
し、ＡＢ，ＢＡ，ＡＢ，ＢＡはそれぞれの２相が励磁さ
れた時のロータの平衡位置を示す。例えば制御切換設定
位置の手前てＡＢ湘が励磁されていたとし、次に時間（
にてＢＡ相に切換えた後時間ちにてテーブル４が制御切
換設定位置に達すれば制御回路１０は位置信号９により
それを判断し、パルス出力１２あるいは１３の送出を停
止し、ＢＡ相は励磁状態を保持される。時間Ｔ２から制
御回路１０の内部にあらかじめ設定された時間Ｔ経過し
た後、すなわち時間Ｔ３にて制御回路１０は励磁位置信
号１４により現在どの相が励磁されているかを判断し、
可変バイアス回路１５を制御して第４図に示すようにＴ
ｒ９のベース電圧を除々に低下せしめ、第５図に示すよ
うにＢ相の電流を除々に低下せしめるとロータは残留振
動によるハンチングを自然減衰させながらＢＡ位置から
ＢＡ位置とＡＢ位置の中間位置に向つて除々に移動する
。時間ちにてＢ相の電流が零、すなわちＴｌ。のベース
電圧が零になるとベース電圧モニタ信号１７により制御
回路１０はそれを判断し、励磁切換回路１１を制御して
励磁をＢ相からＢ相に切換えると同時に可変バイアス回
路１５を制御してＴｒ４のベース電圧を除々に上昇せし
める。それによりロータは引続きＡＢ位置に向つて除々
に移動する。時間Ｔ５にてＴ、４のベース電圧が上限ま
て上昇するとベース電圧モニタ信号１７により制御回路
１０はそれを判断し、可変バイアス回路１５を制御して
Ａ相の電流を除々に低下せしめ、ロータを目標位置に向
つて移動させる。時間Ｔ６に乙ロータが目標位置に達す
ると位置信号９により制御回路１０はそれを判断し、詳
記しないが公知のサーボ手法により、可変バイアス回路
１５を制御してＡ相の電流変化を停止させ、ロータを目
標位置に停止させ、テーブル４の位置決めを完了する。
以上の方法によれば容易に高速駆動と、理論的には無限
小の分解能を両立させることができ、しかも残留振動を
すみやかに減衰させることができる。

特にサブミクロンの高精度、高分解能の位置ぎめを必要
とする場合、ＤＣサーボモータを用いる場合に比較して
、パルスモータを上記のようにディジタル制御とアナロ
グ制御を併用して用いると停止時にはパルスモータは基
本的には複数の励磁相の吸引力のバランスによりロータ
が保持される、すなわちモータ自身が安定点を有するの
でＤＣモータよりも停止安定性に優れるので有利である
。なお第６図における制御切換位置と目標位置との距離
Ｄ及び時間Ｔ，ζとＴ３間の時間、ζとＴ５間の時間は
ロータの残留振動が位置決めに支障をきたさないように
選択すればよい。

したがつてＴを短かくしてあるいは零としてζとＴ３間
の時間、ζとＴ５間の時間を長くしてもよい。また相駆
動トランジスタの電流を漸増減させる方式は本実施例の
方式に限るものではない。なおモータは４相の回転式に
ついて説明しが、相数が変つても、またリニア式のもの
てもよい。また負荷の位置検出はリニア式のものについ
て説明したが回転式のものであつてもよい。また励磁切
換回路はユニポーラ２相に限らず１−２相あるいはバイ
ポーラ駆動あるいはダブル１−２相等の他の励磁方式て
あつてもよい。また可変バイアス回路のベース供給電圧
は直線的に変化するものに限らず目的によつて分解能は
低下するが階段状に変化するものてあつてもまた正弦波
的あるいは他の関数に従つて除々に変化するものであつ
てもよい。すなわち目標位置近傍の所定の位置まては歩
進ピッチの大なる駆動手段により駆動し、前記位置から
目標位置までは歩進ノピツチの小なる駆動手段により駆
動するものであればよい。

また第５図に波線で示すようにＡ相電流をＴ７とＴ８の
間ＯＦＦしてやるとＢＮ位置に向つて加速されていたロ
ータはＡ相電流が０ＦＦすることによりＢ相の磁気吸引
力によりブレーキがかかり減速され、ロータがＢ″Ａ相
に達した時にＡ相電流を再び０Ｎしてやると第６図の破
線で示すようにハンチングをなくすることができる。Ｔ
７はロータがＢＡ相に達した時にロータのスピードが零
になるように、またＴ８はロータがＢＡ位置に達した時
Ａ相電源が０Ｎするように設定してやればよい。このよ
うにすることにより、残留振動によるハンチングをなく
すことが可能となり、ハンチングの自然減衰を待つ必要
はないのでＴ８からＴ６までの時間をかなり短縮するこ
とがてき、位置決めをよりすみやかに行なうことができ
る。

前記実施例においてはリニアスケールを用いたクローズ
ドループ方式を説明したが次のようにすれば位置精度は
低下するが、オープンループ方式で高速駆動と高分解能
を両立させることができる。

例えは負荷の所要動作距離をＳとし、励磁切換回路によ
る１ステップ当りの動作距離をＰとすると所要ステップ
数ｎはＳ／Ｐとなる。ｎの整数部分をｎ１小数部分を〜
とするとｎ１−Ａステップ目を制御切換設定位置とし、
ｎ１−Ａステップを励磁切換回路により駆動し、τ−Ａ
を相電流を漸増減させて駆動し、最終の端数距離ｓ−Ｐ
ｎｌはその端数距離に相当するあらかじめ設定された相
電流比になつた時相電流の変化を停止させれば負荷は目
標位置に停止する。負荷が制御切換位置に達したかどう
かはパルス数を計数することにより判断させればよい。
但しＡ＝０、１、２、３・・・・・・である。以上のよ
うに本発明は、負荷の位置を検出する手段と、負荷が目
標位置近傍の所定位置に達するまではパルスモータの各
相電流をステップ状に切換えて相電流を急激に立上り、
立下りさせて高トルクを発生させて負荷を高速駆動する
、すなわち歩進ピッチの大なる第１の駆動手段、すなわ
ち本実施例では相駆動トランジスタのベース電圧を０Ｎ
−ＯＦＦにする手段と、前記所定位置に負荷が達した後
はパルスモータの相電流を漸増減させることにより、滑
らかに負荷を目標位置まて駆動する、すなわち歩進ピッ
チの小なる第２の駆動手段、すなわち本実施例では、前
記ベースの０Ｎ−０ＦＦ電圧に漸増減するバイアス電圧
を重畳する手段とにより構成したことにより、停止時の
残留振動を非常に小さくすることができ、しかも高速駆
動と高分能を両立させることができる。

また、高速駆動時の０Ｎ−ＯＦＦベース電圧に漸増減す
る負のバイアス電圧を重畳する構成により、非常に容易
に且簡単に高速高トルク駆動から滑らかな駆動に切換る
ことができ、しかも容易に高分解を得ることができる。

図面の簡単な説明第１図は従来の駆動方式のパルスモー
タの相電流の変化を示す図、第２図は従来の駆動方式の
パルスモータのロータの変位を示す図、第３図は本発明
の１実施例の概略構成図、第４図は第３図の構成におけ
る各トランジスタのベース電圧の変化を示す図、第５図
は第３図の構成における各相電流の変化を示す図、第６
図は第３図の構成におけるパルスモータのロータの目標
位置近傍における変位を示す図、第７図は起動から停止
まてのパルスモータの速度線図、第８図は起動から停止
までのパルスモータの走行距離線図である。

１・・・・・・パルスモータ、２・・・・・・ネジ軸、
３・・・・・・ナット、４・・・・・・テーブル、５・
・・・・・スケール、６・・・・・・固定ヘッド、８・
・・・・・カウンタ、１０・・・・・・制御回路、１１
・・・・・・励磁切換回路、１５・・・・・・可変バイ
アス回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷を目標位置までパルスモータで駆動する駆動装
   置において、前記負荷の駆動位置を検出する手段と、前
   記負荷が目標位置近傍の所定位置に達するまでは前記パ
   ルスモータの各相電流をステップ状に切換えてパルスモ
   ータを第１の歩進ピッチにて駆動する第１の駆動手段と
   、前記所定位置に達した後は前記パルスモータの所要の
   相の電流を漸増減させて前記第１の歩進ピッチよりも小
   なる第２の歩進ピッチにて負荷を目標位置まで駆動する
   第２の駆動手段とによりなるパルスモータを用いた駆動
   装置。 ２ 負荷の所要動作距離をＳとし、第１の駆動手段によ
   る１ステップ当りの動作距離をＰした際Ｓ／Ｐで表わさ
   れる所要ステップ数ｎの整数部分をｎ＿１、小数部分を
   ｎ＿２とすると、ｎ＿１−Ａを第１の駆動手段で駆動し
   （但し、Ａは整数）、ｎ＿２＋Ａを第２の駆動手段によ
   り駆動してなる特許請求の範囲第１項に記載のパルスモ
   ータを用いた駆動装置。 ３ 第１の駆動手段をパルスモータの各相の駆動トラン
   ジスタのベースにＯＮ−ＯＦＦ電圧を所定のタイミング
   で印加する手段により構成し、第２の駆動手段を前記ト
   ランジスタのベースに所定のタイミングで漸増減する負
   のバイアス電圧を前記第１の駆動手段によるＯＮ−ＯＦ
   Ｆ電圧に重畳させる手段により構成した特許請求の範囲
   第１項記載のパルスモータを用いた駆動装置。