JPS61273195A - ステツプ送りアクチユエ−タ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高精度ステップ送りアクチュエータ装置に係
シ、ステップ的に、任意に位置を移動することができる
とともに、小形で高精度なステップ送りアクチュエータ
装置に関するものである。

〔発明の背景〕

最近の信報産業の発展は、目覚しいものがある。

特に、ＯＡ　（Ｑｆｆｉｃｅ　Ａｕｔｏｍａｔｏｎ）　
機器は、省力化、省資源のニーズに対応して急速な進展
がみられる。

たとえば、７０ツビデイスク（ＦＤＤ）のヘッドを駆動
するアクチュエータ装置も、ＦＤＤの高密度化にともな
う、トラック間隔の減少、停止精度の向上が必須となっ
ている。

従来、前記のヘッド駆動用の高精度化に対応するにはス
テップモータの鉄心の歯数を増加させなければならない
。

しかし、このようにすると、歯のピッチが小になって加
工が難しくなり、ピッチにたいする精度も悪くなる。

また、歯のピッチが小になると、トルク発生および、ト
ルクの傾斜に関係するりラフタンス変化が小になるため
、発生トルクも小になる欠点がある。

これに対し、最近、コイル可動形のアクチュエータなど
を用い、　１；’ｉ）Ｄのディスク面にフィードバック
用の信号を記録し、この信号によシサーボを制御する方
式も発表されているが、ディスクの方式にたいし互換性
がなく、汎用的なアクチュエータ装置になり難い欠点が
あった。

なお、この種の装置として関連するものには、たとえば
特公昭５９−１８９５７号公報記載のものが挙げられる
。

〔発明の目的〕

本発明は、小形で高精度なステップ送りを可能としたス
テップ送りアクチュエータ装置の提供を゛その目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明の高精度ステップ送りアクチュエータ装置に係る
第１の発明の構成は、固定部と可動部とよりなるアクチ
ュエータと、その可動部と対向させて、各相の出力を発
生するセンサとを設けるようにしたものにおいて、その
センサとして２相の出力Ａ、Ｂを発生するセンサを設け
るようにし、そのセンサ出力Ａ、Ｂに係ム信号ａ、ｂと
、前記センサ出力Ａ、Ｂを基にした逆変換信号ａ、ｂと
を処理する信号処理回路と１位置指令に基づき補正指令
を発生させる補正指令発生回路と、補正指令に基づき前
記の各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの中の１つを順次選択して′
！を流指令を発生する電流指令回路と、電流指令に基づ
きアクチュエータの電流を制御する電流制御回路とを具
備せしめて構成したものである。

また、同様の第２の発明の構成は・固定部と可動部とよ
りなるアクチュエータと、その可動部と対向させて、各
相の出力を発生する七／すとを設けるようにし九ものに
おいて、そのセンサとしてｎ相（ｎ≧３）の出方を発生
するセンサを設けるようにし、位置指令に基づき補正指
令を発生させる補正指令発生回路と、補正指令に基づき
前記のｎ個の各信号の中の１つを順次選択して電流指令
を発生する電流指令回路と、ｒＩｔ流指令に基づきアク
チュエータの゛電流を制御する電流制御回路とを具備せ
しめて構成したものでるる。

さらに詳述すると、次のとおシである。

本発明に係るものは、ステップモータの歯に相当する動
作を、センサおよび制御回路とで達成するようにしたも
のである。

すなわち、センサが、ステップモータのステップ数に対
応した数の出力を発生する、たとえば、２相の出力Ａ、
Ｂを発生するセンサ（たとえば。

１．８°ステツプモータに対しては、３６０／１．８Ｘ
Ｉ／２＝１００パルス／回転の２相センサ］を、アクチ
ュエータの可動部に対向して設け、このセンサの２相の
出力Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、同出力Ａ、Ｈの逆変換
信号ａ、ｂとの中から、その１つを補正指令パルスに同
期して順次切換えていぐようＫしたものである。

そして１次いで、その信号に対応して、アクチュエータ
の巻線電流を制御するようにしたものである。

ステップ動作は、センサ信号を基準にするため。

アクチュエータのトルク発生機構は、ステップモータの
ように歯を必要とせず、上記センサと制御回路とが、ス
テップモータの歯の作用を代行するものである。

以上の考えに基づく、高精度ステップ送しアクチュエー
タ装置の基本構成を示すものが第１図のブロック図であ
る。

図で、ＬＡはアクチュエータの固定部、２Ａはアクチュ
エータの可動部、３Ａはアクチュエータの可動部２人に
対向して設置した、９０［位相の異なる３２相の出力Ａ
、Ｂを発生するセンサである。

６人は、前記のセンサ３Ａの２相の出力Ａ、Ｂを基に一
信号ａ、ｂ、その逆変換信号ａ、ｂを作る信号処理回路
、８Ａは、指令発生回路である。

７Ａは、指令発生回路８Ａからの指令θＰ。

θ、（なお、θｐは、ステップ数に係るパルス列、θ、
は移動方向の指令である。）に基づき・補正指令（なお
、θｐｏは、ステップ数に係るパルス列θＰに基づく、
ある時間間隔をもった１組のパルス列、θ、０は、移動
方向の指令に基づく、補正移動方向指令である。］を発
生する補正指令発生回路でめる。

５人け、補正指令発生回路７Ａからの補正指令θｐｏｔ
θ、０　に基づき、信号処理回路６人からの各信号ａ、
ｂ、ａ、ｂの中からｌりづつ順次選択し。

それを基に電流指令信号ｉ（を発生させる電流指令回路
である。

また１前後したが、４Ａは、前記の電流指令信号ｉ（に
基づき、アクチュエータの固定部ＩＡ８るいは可動部２
人のコイル電流ｉを制御する電流制御回路でるる。

以上の構成によれば、センサ３人の２相の出力Ａ、Ｂに
よる信号ａ、ｂ、逆変換信号ａ、ｂｌｃよシ、アクチュ
エータの電流の方向および大きさが決まることになる。

第２図は、その各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの位相関係をあわ
せて示す、センサ出力と基本動作の関係説明図であシ、
これが同時に、各信号ａ、ｂ、ａｉに基づくアクチュエ
ータのコイル電流ｉの位相を示すものである。

この第２図で、正の方向の電流は、右方向の力を発生し
、負の方向の電流は、逆に左方向の力を発生するとすれ
ば、点ａ１の左側の位置（イ）の領域では、必ず右方向
に移動し、点ａ！の右側の位置（→の領域では、必ず左
方向に移動して１点ａ１で停止する。

また、図の点ａ２の左側の位置ｒ−ｔの領域では、右方
向に移動して点ａ１で停止する。

すなわち、センサ３人の出力Ａに基づく信号ａのときは
、点ａｌ　＃　ａｆｉ・・・が安定点で、必ず、この位
置に停止する。

同様に、逆変換信号ｉにたいし点ａｌ　、信号すにたい
し点ｂ！、逆変換信号Ｋにたいし点Ｔ、が安定点である
。

この図から、アクチュエータを右方向に動かすときは５
図示実線矢印のように、信号をＢ４ｂ→ａ→ｂ→ａのご
とく切換えるものでｓｂ、逆に、左方向に動かすときは
１図示破線矢印のように、ａ→５−＋　５１−＋　ｌ）
→ａのごとく切換えるものである。

すなわち、いま、信号ａに基づくとき、可動部２人が点
ａｌの位置にあるとすると１次に信号すに移ると、１！
流指令ｉｃが点ａｌの零からｉ、に増加し、可動＃２人
は右方向に移動し、ある時間後逆変換信号ａに移ると、
電流指令ｉｃがｉ、に変化する。

これにより、可動部２人は、右方向に移動し、点ａ１で
停止する。

次に、逆変換信号すに移ると、電流指令ｉ（Ｂは点１１
の零から再びｊ、に増加し、可動部２人は、右方向に移
動し、ある時間後信号ａに移ると、電流指令ｉｃがｉ、
に変化し、可動部２八は右方向に移動し１点ａ！で停止
する。

この動作を繰シ返すことにより、右方向に。

ａｌ−＋ａ１→ａ！の順に、何ステップでも移動させる
ことができるものである。

また、左方向も同様である。

したがって、アクチュエータは、その電流の方向により
、力の方向が変るものであればよく、電磁機械は大体含
まれる。たとえば、回転機では直流モータ、リニアアク
チュエータではボイスコイルなどである。

また、センサは、回転機の場合はロータリイエンコーダ
、リニアアクチュエータの場合はリニアエンコーダなど
がある。

この第２図から分るように、停止可能点Ｆｉ％ｌｔイｐ
ｈで、ａｌ　ｈ　ａｌ　ｍ　ｂｌ　ａ　ｂｌ　Ｏ４点で
あるが、停止点にけａＩ＋　”ｌ　の２点を使用し、ｂ
ｌｍ”１の２点は停止させないため、停止精度は１人相
のみのセンサｆｆ［に依存し１人相とＢ相の位相差のｎ
度は関係しないため、停止精度が向上するのは明白であ
る。

また、停止点の負荷にたいする誤差を小にするために、
センサ波形を台形に整形してもよいものである。

さらに、センサ出力は、三相出力Ａ、Ｂ、Ｃに係る相の
ものを含めたｎ相（ｎ≧３）のものでもよいものである
。

〔発明の実施例〕

本発明に係るステップ送りアクチュエータ装置の各実施
例を、第３図ないし第６図を参照して説明する。

まず、第３図は１本発明の一実施例に係る高精度ステッ
プ送りアクチュエータ装置の略示構成図。

第４図は、その動作を説明するタイムチャート図である
。

しかして、本実施例に係るものは、固定部と可動部とよ
りなるアクチュエータと、その可動部と対向させて、各
相の出力を発生するセンサを設け。

るようＫしたものにおいて、そのセンサとして２相の出
力Ａ、Ｂを発生するセンサを設けるようにし、そのセン
サ出力Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、前記センサ出力Ａ、
Ｂを基にした逆変換信号ａ。

ｂとを処理する信号処理回路と１位置指令に基づき補正
指令を発生させる補正指令発生回路と、補正指令に基づ
き前記の各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの中の１つを順次選択し
て電流指令を発生する電流指令回路と、その電流指令に
基づきアクチュエータの電流を制御する電流制御回路と
を具備せしめて構成するようにしたものである。

すなわち、第３図において、ｌＯはコイル可動形のＩＪ
　ニアアクチュエータで、固定部１１の内面に、永久磁
石１２および磁極片１６を有するものである。

そして、これらの中間の空隙に、コイル１５．を配設し
、そのコイル電流と磁束とにより、推力を発生させるも
のである。

そして、前記のコイル１５に直結した可動部１３ｆｆ、
すヘシ軸受１４により支承されておシ。

左右に動くことができるものである。

しかして、前記の可動部１３の位置を検出するために・
センサ３が、可動部１３と対向して配設されているもの
である。

とのセ／す３は、磁気抵抗効果素子であシ、可動部１３
に塗布した磁性塗料１７の磁極の磁界の増減によシ位置
を測定することができるものである。

しかして１本構成におけるリニアアクチュエータ１０の
可動部１３は、コイル１５に正および負の電流を流すこ
とにょシ、左右にリニアな動きをすることができるもの
であり、このリニアな動きに対ろして、センサ３は、９
０１ｉ位相の異なる２相出力Ａ、Ｂを発生する。

６は、センサ３の２相出力Ａ、Ｂを基に、アナログイン
バータ６１．６２により、さきに述べた信号ａ、ｂ、逆
変換信号ａ、ｂを作シ、これらの各信号ａ、ｂ、ａ、ｂ
を出力する信号処理回路である。

８は指令発生回路、７は指令発生回路８がらの指令に基
づき、補正指令を発生する補正指令発生回路である。５
は、補正指令発生回路７がらの指令に基づき、信号処理
回路６からの信号ａ、ｂ。

ａ、ｂの中から１つづつ選択し、それを基に電流指令信
号ｉ、を発生する電流指令回路である。

この電流指令回路５は、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ５２と
アナログマルチプレクサ５１とよ多構成されるものであ
Ｆ）、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ５２は、指令発生回路８
からのステップ送υ数を指令するパルス列信号に係るパ
ルス列指令θＰと方向指令θ、に基づき、発生する補正
パルス列指令θｐｏと補正移動方向指令θ、０により、
ＵＰカウントあるいはＤＯＷＮカウントをし、アドレス
信号Ｄｏ　、ＤＩを発生するものである。

また、アナログマルチプレクサ５１は、アドレス信号Ｄ
ｏ　、ＤＩに基づき、４個のスイッチの１個のみを閉路
するものであり、たとえば、アドレス信号Ｄｏ　、Ｄｌ
により、’を流指令信号ｉ、は、信号ａ−＋ｂ→Ｂ　−
＋　ｌ）のように切シ換わるものである。

４は、コイル１５の電流を制御する電流制御回路である
。

すなわち、２１は、直流電源、２３〜２６は、Ｈ型に接
続したトランジスタであり、そのトランジスタ２３．２
６をＯＮ、めるいは同２４．２５をＯＮすることによっ
てコイル電流の方向を、また、それらの通電率によシコ
イル電流の大きさを制御するものであり、２２は、コイ
ル電流を検出する電流検出器である。

そして、９は、電流指令信号ｉ、とコイル電流検出値ｉ
１とを比較し、トランジスタ２３〜２６群の点弧信号を
作るプリドライブ回路である。

このプリドライブ回路９の中では、電流指令信号ｉ、と
コイル′醒流検出Ｋｉ　ｔとが増幅器３２で演算され、
この出力Ｓｏが３角波発生回路２０よりの３角波信号Ｓ
、と、比較器２９で付き合される。

３角波発生回路２０は、２個の増幅器３０゜３１から構
成され、コンデンサ３５の充放電によシ３角波を発生す
る。

この３角波信号Ｓｔと増幅器３２の出力Ｓｏとの付き合
せによシ、デユティ出力Ｓ−が得られる。

このデユティ出力Ｓ−に係る信号がアンド回路２７．２
８の入力となるものであり、このアンド回路２７．２８
の他の一方の入力は、電流指令信号ｉ、をコンパレータ
３４により、正方向か負方向かの方向を判定し、これを
アンド回路２７に入力し、アンド回路２８にはＮＯＴ回
路３３を通して入力している。

したがって、正方向のときはトランジスタ２３゜２６が
、逆方向のときはトランジスタ２５．２４がＯＮするよ
うになっている。

以上の構成により、指令発生回路８の指令に追従して、
リニアアクチュエータ１０は、ステップ送りができのも
のでるる。

これを、第４図のタイムチャート図によシ２より祥細に
説明するっ 同図で、θＰ、θ、Ｆｉ前述のように、指令発生回路８
の指令で、θｐＩｆｉ＊ステップ送り数を指令す石パル
ス列指令、θ２は、移動方向の指令で２図示の１は右方
向、零は左方向である。

つぎにθＰ（１＋θ、０け前記指令発生回路８の指令θ
Ｐ、θ１に基づいた指令で、θＩ’Ｏは、−（ルス列指
令θＰに基づいた補正パルス列指令、θ７０は移動方向
の指令θ１に基づいた補正移動方向指令で。

図示の１は右方向、零は左方向である。

また、Ｓｆ′ｉ電流指令回路５で選択された信号名。

ｉ（は、電流指令回路５の出力に係るｔｊｉ流指令信号
でろシ、プリドライブ回路９および１！先制御回路４の
動作速度が十分に速いとすると、コイル電流検出値ｉｔ
も上記の出力に係るｉｃに、はぼ等しくなる。Ｖは、リ
ニアアクチュエータｌＯの可動部１３の速度、Ｘは可動
部１３の位置を示すものである。

すなわち、時間ｔｏｏｌ、では、センサ３からのＡ相出
力に係る信号ａが選択されて信号ａの安定点で停止して
いる。

次に、時間１１で、パルス列指令θＰに係るパルス信号
Ｐ１が入ると、前記パルス信号Ｐ１に基づき、ある時間
間隔をもった１組のパルス信号Ｐｏ　ｓ　＊　Ｐｏ　ｔ
’　　が発生し、センサ３よりの出力Ｂに係る信号ｂ、
出力大に係る逆変換信号ａと順に選択されて、電流指令
信号１ｃが正の値になり、コイル電流が、それに追従し
て流れ始め、可動部１３が動き出すものである。

次に１時間ｔ２〜ｔ４でパルスＰ２〜Ｐａが入力される
と、センサ３は、各信号す、ａ、ｂ、ａｂａａの順に選
択されていき、可動部１３が図示のＸのように動くもの
である。

次に、時間ｔ４〜ｔｓで、ある一定の時間がたつと、可
動部１３ｒＩ′ｉ停止する。このとき、可動部１３は４
ステツプ右へ進んだことになる。

次に１時間ｔ４〜ｔｓの中間で移動方向の指令θ、が０
になシ、これに基づき補正移動方向指令θｒｏがＯにな
９１時間ｔｓでパルス信号Ｐ１１が入ると、前記パルス
信号Ｐｓに基づき、るる時間間隔をもった１組のパルス
信号Ｐａ　１　＃　Ｐｏ　ｔ’が発生し、センサ３は、
信号ａからす、ａと信号が選択され。

電流指令信号ｉｃが負になシ、コイル電流も逆になって
、可動部１３も左方向へ動き出すものである。

次いで、時間’６　ｍ　ｔ７でパルス信号Ｐ６ｔＰ７が
入ると、センサ３は、信号す、ａ、ｂ、ａが順次選択さ
れ１時間ｔ７＠の、ある時間経過したのちに停止する。

この結果、３ステツプ左方向へ移動した点で停止する。

なお、本実施例は２相のセンサを例にめげて説明し九が
、多相にした場合も１本発明の考え方は有効に適用でき
るものである。

〔発明の効果〕 本発明によれば、ステップ送りができるアクチュエータ
装置を鉄心等に歯を設けることなく、センサおよび制御
回路によシ実現できるものである。

このため、高精度なセンサを使用することにニジ。

極微細ステップ長のアクチュエータ装置が実現可能であ
る。

また、トルク発生機構として、直流機あるいはボイスコ
イル等の一般的なものが使用でき、小形化ｈ　′？ｔＪ
効率化が達成できる。

さらに、センサのピッチを変えることにより、ステップ
数を変えることができ、また、センサ出力の位相差のｎ
度に停止精度が関係がなく、センサの調整等が容易にな
シアクチュエーメ装置トシての量産性、汎用性が大幅に
向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係るステップ送りアクテユエータ装
置の基本構成を示すブロック図、第２図は、その各信号
の位相関係をあわせて示す、センサ出力と基本動作の関
係説明図、第３図は、本発明の一実施例に係るステップ
送）アクチュエータ装置の略示構成図、第４図は、その
動作を説明するタイムチャート図である。 ３・・・センサ、４・・・電流制御回路、５・・・電流
指令回路、６・・・信号処理回路、７・・・補正指令発
生回路、８・・・指令発生回路１，９・・・プリドライ
ブ回路、ｌＯ・・・コイル可動形のリニアアクチュエー
タ、１１・・・固定部、１２・・・永久磁石、１３・・
・可動部、１４・・・ナベｐ軸受、１５・・・コイル、
１６・・・磁極片、１７・・・磁性塗料、２０・・・３
角波発生回路、２１・・・直流電源、２２・・・電流検
出器、２３〜２６・・・トランジスタ、２７．２８・・
・アンド回路、２９・・・比較器。 ３０′３２°°°増幅器％３３・・・ＮＯＴ回路、３４
・・・コンパレータ、３５・・・コンデンサ、５１・・
・ＵＰ／ＤＯＷＮカクンタ、５２・・・アナログマルチ
プレクサ、６１〜６３・・・アナログインバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定部と可動部とよりなるアクチュエータと、その
   可動部と対向させて、各相の出力を発生するセンサとを
   設けるようにしたものにおいて、そのセンサとして２相
   の出力Ａ、Ｂを発生するセンサを設けるようにし、その
   センサ出力Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、前記センサ出力
   Ａ、Ｂを基にした逆変換信号＠ａ＠、＠ｂ＠とを処理す
   る信号処理回路とし、位置指令に基づき補正指令を発生
   させる補正指令発生回路と、補正指令に基づき前記の各
   信号ａ、ｂ、＠ａ＠、＠ｂ＠の中の１つを順次選択して
   電流指令を発生する電流指令回路と、電流指令に基づき
   アクチュエータの電流を制御する電流制御回路とを具備
   せしめて構成したことを特徴とするステップ送りアクチ
   ュエータ装置。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、固
   定部と可動部とよりなるアクチュエータと、その可動部
   と対向させて、各相の出力を発生するセンサとを設ける
   ようにしたものにおいて、そのセンサとしてｎ相（ｎ≧
   ３）の出力を発生するセンサを設けるようにし、位置指
   令に基づき補正指令を発生させる補正指令発生回路と、
   補正指令に基づき前記のｎ個の各信号の中の１つを順次
   選択して電流指令を発生する電流指令回路と、電流指令
   に基づきアクチュエータの電流を制御する電流制御回路
   とを具備せしめて構成したことを特徴とするステップ送
   りアクチュエータ装置。 ３、前記特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、ｎ
   相（ｎ≧３）の出力を発生する各センサ出力に係るｎ個
   の信号と、前記各センサを基にしたｎ個の各逆変換信号
   とを処理する信号処理回路と、位置指令に基づき補正指
   令を発生させる補正指令発生回路と、補正指令に基づき
   前記の２ｎ個の信号の中の１つを順次選択して電流指令
   を発生する電流指令回路と、電流指令に基づきアクチュ
   エータの電流を制御する電流制御回路とを具備せしめた
   ものであるステップ送りアクチュエータ装置。 ４、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、セ
   ンサ出力のある任意の１相を位置の停止用に使用し、そ
   の他の相は、アクチュエータの駆動用として使用するこ
   とにより、センサ出力の各相間の位相差の精度が悪くて
   も、停止精度を向上できるようにしたことを特徴とする
   ステップ送りアクチュエータ装置。