JPS61240896A

JPS61240896A - パルスモ−タ駆動方法

Info

Publication number: JPS61240896A
Application number: JP7919685A
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

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１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ｎ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１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を中心とした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・夕２の歯数と等しく、３
相のものの歯部がｈピッチずつずらして積層されている
。４はヨーク、５は７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、■、■
、■のコイル３は３相に巻かれたコイルで■に励磁され
ると、０−夕２は図の位置に安定し、次に１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。

■の励磁を切り、■を励ｔａ　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した問題点］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。この振動数と、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、ｍｍ現象の大きな要
因となっていた。

ｒ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
、パルスモータの各相のコイルに供給される相電流値を
変えて、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〕パルスモータのコイルに供給される相電流値工を変える
ことにより、パルスモータの１ステツプごとの始動、加
速時の励磁力、即ち、駆動トルク下が変わる。

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１°、その系の慣性モーメントをＪとしたと、
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かはと
んである。従って、パルスモータのトルクの側から見る
と、慣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、通常ハ、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）Ｔｏの４〜ｈまでの周波
数ｆａ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
、（イ〜ｈ）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、前述の様な共振川縁を起こし、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ｆｃ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、「Ｃにおけるパ
ルスモータの有する駆動トルクＴＯ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Ｔｏ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。

よって、この共振周波数ω。近辺で、相電流を■。

から工、に下げても、駆動には何ら差し支えない。

故に、パルスモータの駆動において、共振周波数ω、近
傍で、特に一定周波数で駆動する場合には、相電流を下
げることは、前述の式（ａ　）に従って、共振周波数を
ω。→ω、に下げることになり、保持トルクはＴ−！Ｔ
＋下っても、結果的には、ω０周波数近辺でのトルクは
増加し、脱調の発生を防止できることになる。

し実施例］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１０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した。

位［Ｓ２’ｔ’、開度Ｖ＋　→Ｖｔ、位置ｓ、ｒ　開度
Ｖｚ　−Ｖｓ　ヘ変更するには、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、Ｓ６点から開度Ｖ１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、共相周波数ω。近傍であ
ると、これまでの説明で明らかな様に、脱調を読発して
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、同時に、相
電流切換信号２０をドライブユニット１８に出力する。

ドライブユニット１８内の構成の詳細はたとえば、第９
図に示寸様であり、図示例では、そのうら、パルスモー
タ１３の１相のコイル３に付いてのみ示している。通常
時は、スイッチ２３は閉状態にあり、そのため、電源２
６と接地２７間に掛る電圧Ｖに対し、抵抗２４は、並列
接続のため、回路抵抗はＲ／２により、これに応じた電
流Ｉが、トランジスタ２５により、指令パルス１９によ
りスイッチングされ、コイル３に流れる。ところが、前
述の過程で相電理切挨信号２０が入ると、抵抗２４のう
ち１方は回路から切りはなされ、従って、回路抵抗はＲ
になり、電流はＩ／２に下がり、それに応じて、パルス
モータ１３のトルクも速やかに減じられて、共振周波数
ω、がω＋　（”！　＊　ω＋）に下がる。特に、実験
の結果、第１図に示す様に、ω。は一点ではなく、ある
範囲を持っており、これとパルスモータ１３の余剰トル
クの関係から相電流値を定格の５０〜７０％の値に減す
るのが最も効果的であった。図示例では、相電流を切換
える信号を指令パルス発生器１７からドライブユニット
１８へ伝送して制御する方法を示したが、ドライブユニ
ット１８自体が、指令パルス１つの周波数を判断し、（
周波数カウンタ等の設置で容易に出来る）、相電流の切
換を行ってもよく、本発明の真意を揺がすものではない
。

［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ど
なり、例えば、低速時の流量調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、
溶湯への空気の沓き込み、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（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ね図、
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図は本発明の実施
に用いるドライブユニットの１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・・・相電流
、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＝イπ１信う２１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
じてパルスモータへ供給される相電流を変化させること
を特徴としたパルスモータ駆動方法。
（２）指令パルスが時間的に周波数変化を有さない一定
周波数下にて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へ供給される相電流を変
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固有振動数近傍にパルスモ
ータを駆動する指令パルスの周波数が来た場合、パルス
モータへ供給される相電流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。
（４）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。