JPS61240895A

JPS61240895A - ダイカストマシンの射出速度制御用パルスモータ駆動型流量制御弁の制御方法

Info

Publication number: JPS61240895A
Application number: JP7919585A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mihara; 三原　毅史
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1985-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1986-10-27
Also published as: JPH0359680B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、パルスモータ（スラッピングモータ）を駆動
する方法に係り、主として、比較的低い周波数で駆動さ
れる場合がある機器、例えば、流量制御弁のスプールの
駆動に用いられる場合等に関するものである。

［従来の技術］パルスモータ（ステッピングモータ）は、１つの入力の
パルスに対して、一定の角度だけ回転する電動機で、入
力されるパルス数で、回転角が定まり、パルスの周波数
で、角速度が決まる特徴を有しており、その構造、駆動
方式の点で、幾多の種類をもっている。簡単のため、こ
こでは、３相パルスモータを例にして説明する。

第２図は、３相パルスモータの構造図で、その構造は、
コイル３を中心とする３つのブロックより構成されてい
る。ステータ１の歯部はインターナルギア状となり、そ
の１相あたりの歯数は、ロータ２の歯数と等しく、３組
のものの歯部がｈピッチずつずらして積層されている。

４はヨーク、５はフランジ、６は軸受、７は軸である。

第３図（ａ　）、（ｂ）はロータ２の形状を示している
。

第４図は、３相型パルスモータの動作原理図で、１、Ｉ
、Ｉ［［のコイル３は３相に巻かれたコイルでＩに励磁
されると、ロータ２は図の位置に安定し、次に工を切り
、■に励磁を切り換えることでθ１だけ移動し、■相目
の位置に安定する。

πの励磁を切り、■を励磁すると■相目の位置に静止す
る。このように、パルスモータは、入力１パルスごと、
コイル３の励磁により始動、加速、停止を繰り返してお
り、過渡的状態の連続で回転運動を形成している。

［発明が解決しようとする問題点］前述の様に、パルスモータは一見連続して回転している
様に見えても、微視的には、１パルスごとに、始動、加
速、停止というステップを踏んでいるため、その瞬間的
停止時には、減衰振動が発生する。この減衰振動は、パ
ルスモータと、それにより駆動される被駆動部より成る
系に固有の値をとる。この撮動数と、パルスモータへ指
令として入力されるパルス（以下指令パルスという）の
周波数がほぼ一致すると、１ステツプごとに表われる減
衰振動に同期して、次の指令が入ることになり、収束に
向うどころか、逆に励起、共振状態に陥ってしまう。そ
の結果、その周波数付近での指令パレスに対しては、パ
ルスモータは、著しくトルクを低下させるか、もしくは
、全く作動しなくなり、いわゆる、脱調現象の大きな要
因となっていた。

［問題点を解決するための手段］前述の様に、共振する周波数は、パルスモータのロータ
等の回転部と、パルスモータにより駆動される被駆動部
より成る系に固有であるから、この共振周波数領域に、
パルスモータへの指令パルスの周波数が設定された場合
、パルスモータの出力軸の慣性モーメントを変える。例
えば、パルスモータの出力軸とフライホイールをクラッ
チを介して連結する。また、パルスモータ出力軸を電磁
ブレーキにより制動する。あるいは、直流モータを連結
し、直流モータに印加する電圧価により制御する等の手
段により、パルスモータの１ステツプごとに発生する減
衰振動の周波数を変化させることにより共振を防ぐ様に
した。

［作　　用］パルスモータと、パルスモータにより駆動される被駆動
部より成る系の固有振動数ω。は、パルスモータの駆動
トルクをＴ１その系の慣性モーメントをＪとすると、一
般的に、の関係を有すので、慣性モーメントが変れば、ステップ
の時の減衰振動の状態が変わり、その結果、指令パルス
の周波数との共振現象が防止できる。

ここで、慣性モーメントを変えるといっても、パルスモ
ータのロータ等の回転部とパルスモータにより、駆動さ
れる被駆動部の慣性モーメントは固有的に存在するので
、それを相対的にでも減少させる手段は限られ、増加さ
せることにより、慣性モーメントを変化させる事がほと
んである。従って、パルスモータのトルクの側から見る
と、憤性モーメントの増加は、能力低下につながるが、
本発明では、パルスモータの適用の方法と、上記の共振
状況に鑑み、このトルク低下が重大な欠点とならないこ
とをつきつめた。即ち（１）パルスモータは、一般に回
転数（指令パルス因数）が上昇するに従ってトルクが減
少するパワーコンスタント形である。（第５図参照）　
（２）高応答性を有していることから、高速での位置決
め、送りに利用されることがほとんどである。（３）共
振現象を起こす周波数が比較的低く、自起動周波数、即
ちその周波数で、ただちにパルスモータを起動出来る限
界の周波数内である。（第６図参照）第５図は、第６図
示した自起動周波数内で、起動開始したパルスモータの
指令パルス周波数を徐々に上げていった場合の指令パル
ス周波数とトルクの関係であり、前記（１）、（２）の
理由から、通常は、保持トルク（パルスモータ停止状態
、周波数−〇の状態でのトルク）几の４〜弓までの周波
数ｆｃ範囲を使用するのがほとんどである。ということ
は、パルスモータの駆動する被駆動部の負荷トルク分は
、（Ｈ−１’ｌ）Ｔ、以下で、その残りは、該被駆動部
及び、パルスモータのロータ等の回転部を、所要の加速
特性に従って回転、移動させるに必要な加速トルクとし
て使用出来るトルクである。

（第１図参照）第１図に示すごとく、系の固有振動数ω。付近の周波数
を持つ指令パルスで、パルスモータを駆動しようとして
も、前述の様な共振現象を起こし、脱調してしまうが、
その共振周波数は、第６．１図に示すごとく、自起動周
波数内の低い周波数になることがほとんどである。ここ
で到達周波数「Ｃまで等加速度的に加速するとすれば、
その加速に要するトルクＴＡは一定で、ｆｃにおけるパ
ルスモータの有する駆動トルクＴｃより、負荷トルクＴ
Ｌを減じた範囲内である。従って、ｆｃ以下の周波数で
駆動トルク７ｃから、ＴＡ＋ＴＬを減じた部分は、全て
余剰トルクとなり、実際の駆動には、寄与していないパ
ルスモータの余力になる。この余力は、周波数が低い程
大きく（前記（１）に示した様にパルスモータはパワー
コンスタント形）、共振周波数ω。付近では、はぼ保持
トルクＴ０と同等の駆動トルクを有しているから、その
余力も十分あるといえる。

従って、この共振周波数ω。近傍で、パルスモータ出力
軸の慣性モーメント増加せしめても、駆動には、何ら問
題はない。例えば、現状のパルスモータ及びその駆動部
が有する慣性モーメントの総和と等しい量、増加させて
も（２倍にしても）、それによる駆動トルクに与える影
響は、加速トルクＴＡ強程度の値になるだけであり、こ
れで式（ａ　）より共振周波数は第１図中破線で示す様
にω１１．１（−テω。）まで下がるため、結果的には、ω。周波数
近辺でのトルクは増加し、ｌ１５２ｍの発生を防止でき
ることになる。

［実施例］つぎに、図面に示した実施例によって、本発明をさらに
詳細に説明する。

第７図は例えば、ダイカストマシンの射出シリンダ１０
等の速度制御を行う流量制御弁１１のスプール１２の駆
動にパルスモータ１３を用いた実施例で、パルスモータ
１３の回転力をボールネジ１４でスプール１２のストロ
ーク移動方向力に変換している。液圧供給源１５の圧力
とスプール１２の受圧面積による力が、ボールネジ１４
を介して、パルスモータ１３の負荷トルクに相当し、ス
プール１２を所定の速度で開くのに必要なトルクがパル
スモータ１３の加速トルクとして表われてくる。位置検
出器１６は射出シリンダ１０の位置を検出し、この位置
信号２１を受けて、指令パルス発生器１７はスプール１
２を所定の開度まで所定の速度で移動させるために、パ
ルスモータ１３を駆動する指令パルス１９を出力する。

１８はドライブユニットで、指令パルス１９を、最終的
にパルスモータ１３を駆動出来る電圧と相電流を持った
信号２２に変換する機能を持っている。

今、射出シリンダ１０の位置信号２１に対して、スプー
ル１２の開度、即ち、射出シリンダ１ｏのピストンの移
動速度を、第８図に示す様に、指令パルス発生器１７に
プログラムされていたとする。

位置Ｓ２で、開度■１→■、位ａＳ、で開度■→ｖ３へ
変更するには、短い時間に開度差を大きくとる必要があ
るので、指令パルス１９は、自起動周波数が駆動を開始
して高い周波数まで到達させねば達成出来ないが、８１
点から開度Ｖ＋まで開くのには、低い周波数でよいので
、必要な周波数が自起動周波数内であれば、指令パルス
１９は、一定の周波数でよい。

この様な場合、その周波数が、共拒周波数ω。近傍であ
ると、これまでの説明で明らかな様に、脱調を誘発して
しまう。従って、共振周波数ω。近辺の周波数が指令パ
ルス発生器１７にプログラムされた場合は、共振周波数
ω。近傍の指令パルスが発せられる直前に慣性切換信号
２０をクラッチ２３に出力し、パルスモータ１３の出力
軸とフライホイール２４を連結し、系の慣性モーメント
が増加し、共振周波数ω。を下げる。本実施例では、パ
ルスモータ出力軸の慣性モーメントを増加させる手段と
してフライホイールを用いたが、これは、電磁ブレーキ
等の制動力を利用しても同様の結果が得られる。

また、第９図は別の実施例で、パルスモータ１３の出力
軸にカップリング２６で直流モータ２５を連結し、この
直流モータ２５に印加する電圧により、慣性モーメント
を制御したものである。

慣性切換信号２０を受け、アンプ２７で所定の電圧値２
８を、直流モータ２５をパルスモータ１３に対し反対方
向の回転を与える様に印加することで、任意の制動状態
、即ち、任意に慣性モーメントを増加出来る様にしたも
のである。

また、本実施例のようにすれば、直流モータ２５をパル
スモータ１３に対して同方向に回転させてもよい。そう
すると、パルスモータ１３側から見ると、その系のもつ
慣性モーメントはかわらず、トルクが増加した形になる
ので、式＜ａ　）より、撮動数ω。は増加し、指令パル
スの周波数領域からはずれ、共振が防止出来る。しかも
、トルク損失は無い（増加してる）ので、駆動にも全く
問題がなくなる。

［効　　果］本発明においては、特許請求の範囲に記載した様にした
ので、共振周波数の近辺でパルスモータの駆動が可能と
なり、例えば、低速時の流Ｉｌｌ整弁の開度への立ち上
り勾配が任意にとれる様になった。なお、従来では、共
振の問題から、立ち上り勾配に制約を受け、これが、ダ
イカスト機等の射出シリンダの制御に適用された場合、
溶湯への空気の巻き込み、溶湯の乱れが発生し、成形品
に悪影響を及ぼしていたが、本発明の実施により、これ
らのことがほとんどなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのもので、周波数
とトルクとの関係を示す線図、第２図は通常用いられる
３相パルスモータの正面図（上半分は縦断面図）、第３
図（ａ）はロータの正面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ
　）の右側面図、第４図は３相パルスモータの動作原理
図、第５図は指令パルス周波数とトルクの関係を示す線
図、第６図は自起動周波数とトルクの関係を示す線図、
第７図は本発明を実施するための装置の１実施例を倒す
図、第８図は射出シリンダの作動における位置と流量制
御弁の開度との関係を示す線図、第９図は本発明を実施
する装置の他の実施例を示す図である。１０・・・射出シリンダ、１１・・・流量制御弁、１２
・・・スプール、１３・・・パルスモータ、１４・・・
ボールネジ、１５・・・油圧供給源、１６・・・位置検
出器、１７・・・指令パルス発生器、１８・・・ドライ
ブユニット、１９・・・指令パルス、２０・・・慣性切
換信号、２３・・・クラッチ、２４・・・フライホイー
ル、２５・・・直流モータ、２６・・・カップリング特許出願人　　　宇部興産株式会社第１図第２図第３図　　　第４図第５図第６図第７図第８図第９図手続補正書昭和６０年５月３１日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルスモータを駆動する指令パルスの周波数に応
じてパルスモータ出力軸の慣性モーメントを変化させる
ことを特徴としたパルスモータ駆動方法。
（２）パルスが時間的に周波数の変化を有さない一定周
波数の下でパルスモータが駆動されている場合に、その
周波数に応じて、パルスモータ出力軸の慣性モーメント
を変化させることを特徴とした特許請求の範囲第１項記
載のパルスモータ駆動方法。
（３）パルスモータ及びパルスモータにより駆動される
被駆動部より成る系の有する固有振動数近傍にパルスモ
ータを駆動する指令周波数が来た場合、パルスモータ出
力軸の慣性モーメントを増加させるように変化させるこ
とを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のパルスモー
タ駆動方法。
（４）パルスモータ出力軸の慣性モーメントを変化させ
る方法として、パルスモータ出力軸とフライホールをク
ラッチを介して連結したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のパルスモータ駆動方法。
（５）パルスモータ出力軸の慣性モーメントを変化させ
る方法として、パルスモータ出力軸を電磁ブレーキによ
り制動したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のパルスモータ駆動方法。
（６）パルスモータ出力軸の慣性モーメントを変化させ
る方法として、パルスモータ出力軸と直流モータ出力軸
を連結し、直流モータに印加する電圧値により制御する
ことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のパルスモ
ータ駆動方法。
（７）パルスモータ駆動方法を、主としてパルスモータ
により直接駆動される流量制御弁を制御する場合に用い
ることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のパルス
モータ駆動方法。