JPS62135297A - 磁極位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イメージスキャナのヘッド送り等に使用し
て好適なパルスモータに係り、特にパルスモータを直流
機相当の性能で制御するために不可欠な磁極位置信号を
、パルスモータの磁極から直接検出することで、本来モ
ータ外部に付加されるセンサを取除き、モータの小形化
を図った磁極位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、交流機の制御技術として、ベクトル制御法が開発
され、交流機も直流機と同等の高性能制御が可能となっ
た。永久磁石形モータにベクトル制御法を適用するため
には、磁極位置を検出するセンサが必要である。センサ
信号をもとに、モータ巻線に流れる交流電流の位相を制
御すれば、モータが発生するトルクは、ロータの位ｔＵ
にかかわらず常に電流に比例し、直流機と等価となるこ
とが知られている。

ハイブリッド形パルスモータも永久磁石形交流機の一種
と考えられ、ベクトル制御法を適用するには、外部に磁
極位置センサが必要である。

第４図〜第７図はこの種のパルスモータの構成を示す図
である。図において、スライダがスケール上を移動する
ようになっている。スケールの上面には、一定のピッチ
τでスケール歯が形成されている。一方スライダは、永
久磁石と永久磁石のＮ　ｔＪｉ側とＳ極側に固定された
コ字状のコアとから成り、コアには磁極１．２．３．４
が形成されている。

磁極１．２．３．４とスケール歯はわずかなギャップを
隔てて対向し、磁極１．３．２．４の順にス／ｆ−ル歯
と】／４ピッチずつずれている。磁極１．２には巻線５
ａが、磁極３，４には巻線５ｂがそれぞれ巻かれている
。

スライダには第５図に示すように非磁性材を介し磁極位
置センサが取り付けられている。磁極位置信号は、９０
°位相の２相信号として得られるように、２個のセンサ
が配置されている。１相分の構成は、永久磁石と永久磁
石のＮ極側、Ｓ極側に固定された磁極６，７（磁極８，
９）およびＳ極側のギャップに取り付けたホール素子で
形成されている。磁極６．７（磁極８．９）とスケール
歯はわずかなギャップを隔てて対向し、かつ同ピツチと
なっている。さらに磁極６（磁極７）と磁極８（磁極９
）は互いに１．／４ピッチだけずれている。スライダが
移動すると、永久磁石と磁極６，７（磁極８．９）とス
ケールで構成された磁気回路の磁気抵抗が変化し、それ
にともなって磁束が変化する。この磁束変化は位置Ｘの
関数となるため、これをホール素子で検出すれば、第６
図に示す位置検出信号Ｖｉａ　、　Ｖｓｂが得られる。

第７図にこの種のモータの駆動回路の一構成例を示すが
、■ＳａとＶｓｂの直流バイアス分はセンサアンプで除
去し、位置信号として交流成分のみを取り出し、電流振
幅指令Ｉｍと乗算すれば、交流の電流指令ｉ’ａ；：、
’　ｉ　ｂが得られる。パワーアンプは指令通りの電流
をモータ巻線に供給する。

即ち、磁極位置センサとスライダの相対位置関係を第５
図に示すように、磁極６と磁極１がスケール歯に対して
同一位置となるように配置すれば、電流指令１１と巻線
５ａの誘起電圧および一１！流指令ｉもと巻線５ｂの誘
起電圧が同位相となり、最も効率よく推力を発生できる
。さらにスライダが移動しても、磁極位置センサとスラ
イダの相対位置関係は変わらないため、電流指令ｉ二と
巻線５ａの誘起電圧および電流指令ｉらと巻線５ｂの誘
起電圧は常に同位相となり、その結果パルスモータの推
力は電流振幅のみによって決定される。よって、第７図
の構成で駆動されるパルスモータは、電流振幅指令Ｉｍ
から見れば全く直流機と等価と見なすことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

パルスモータの高性能制御を行うためには、磁極位置セ
ンサを必要とし従来はモータ外部に特別の磁極位置セン
サを取付けていたが、その分モータサイズが大きくなり
、またこのモータを組込んだ装置全体のサイズも大きく
なるという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、モータ駆動信号に高周波信号を重畳する手
段と、モータ巻線電流によって生じる磁束変化を検出す
る手段と、検出信号から上記高周波信号のみ分離し、磁
極位置信号に変換する検出回路を具備することを特徴と
する。

〔作用〕

上記構成によれば、スライダがスケール上を移動する時
の磁極の磁気抵抗変化が、検出された高周波信号の振幅
変化となって現われるため、この振幅変化のみを取り出
せば磁極位置信号が得られる。

〔実施例〕 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例によるパルスモータの要部を
示す構成図、第３図は磁極位置検出回路の一実施例によ
るブロック図である。

スライダの磁極１．２には巻線５ａが、磁極３．４には
巻線５ｂが巻かれ、それぞれパワーアンプによって駆動
される。さらに磁極１には巻線１０ａが、磁極２には巻
線１１ａが、磁極３には巻線１０ｂが、磁極４には巻線
１１ｂが巻かれ、巻線１０ａの電圧Ｖｓｌ。

巻線１１ａの電圧Ｖｓ２、巻線１０ｂの電圧■ｓ３、巻
線１１ｂの電圧Ｖｓ４はそれぞれ磁極位置検出回路へ入
力されている。磁極位置検出回路は、第３図に示すごと
く、電流指令に高周波信号を重畳するための乗算器２０
．２１および減算器２２．２３と、センサ巻線電圧Ｖｓ
ｌ〜ＶＳ４から高周波信号のみを取り出すためのバイパ
スフィルタ（ＨＰＦ）２４〜２７と、ＨＰＦ出力に電流
指令に重畳したのと同じ高周波信号を乗算するための乗
算器２８〜３１と、乗算器２８と２９の出力を減算する
減算器３２と、乗算器３０と３１の出力を減算する減算
器３３と、減算器３２．３３の出力から高周波成分を除
去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）３４．３５と
で構成される。

以下に第１図〜第３図を参照しながら動作を説明する。

第１図のモータ巻線５ａに電流ｉａが流れると、それに
よる磁束は磁極１→スケール→磁極２→磁極１という磁
気回路を流れ、巻線１０ａ　％巻線１１ａ　　にそれぞ
れ電圧を誘起する。

巻線１０ａの電圧Ｖｓｌおよび巻線１１ａの電圧Ｖｓ２
はそれぞれ次式で得られる。

Ｖｓｌ　＝　−（Ｎ３△φ＋△Ｍ　ｓ　ｉ　ａ　）　ｕ
　ｓｉｎ　２Ｌ！−ｇ　ＡＬτ　　　τ　　　　ｄｔ ｄｉａ　　　　　　　　　２ｒｒ　　　　ｄｉａ＋２Ｍ
５−Ｔｔ十△Ｍｓ鵡−〒−ニーｉニー・・・・・・・・
・・・・（ＩＪＶＳ２＝（ＮＳ△φ＋ΔＭｓｉａ　）　
２−ｓｉｎ　ｉ！−χ−卦−τ　　　　τ　　　αＶ ｄｌａ　　　　　　　　　　２ｘ　　　　ｄｉａ＋　２
Ｍ　ｓ　ａ　ｔ−一△ＭＳｅｌＴχ７−−・−・・−・
（２）ここで　Ｎｓ；巻線１０ａ（巻線１１ａ）の巻数
△φ；永久磁石により磁極ｌ（磁極２）を流れる磁束の
位置による変化量の最大値ＭＳ；磁極１（磁極２）の巻
線５ａと巻線ｌＯａ　（巻ａ　１ｌａ）の間の相互イン
ダクタンスの平均値 訓ｓ蟇磁極１（磁極２）の巻線５ａと巻線１０ａ　（巻
ｍ　１ｌａ）の間の相互インダクタンスの位置による変
化量の最大値 一例として、磁極１の磁束と相互インダクタンスの位置
による変化を第２図に示す。［１）、（２）式の右辺第
１項は主に速度に依存する成分、第２項はｉａに依存す
る成分、第３項はｉａと磁極位置に依存する成分となり
、第３項のみを分離できれば磁極位置の検出が可能とな
る。

次に第３図の検出回路の動作を説明する。電流指令、：
は、推力発生に作用する基本波成分と、基本波より十分
高い周波数の信号を減算器２２で重畳して得られる。高
周波成分は、乗算器２０で振幅Ｉｓと交流信号ｓｉｎ　
（ωｓ　ｔ　＋ｆ’）を乗算して作成する。

パワーアンプは指令通りの電流を巻線５ａに供給する。

今、ｉａの基本波位相は巻線５ａの誘起電圧と同相とな
るように決めればｉａは次式となる。

ｉａ　＝　−Ｉｍ　ｓｉｎ＋−！−χ＋ｌ５ｓｉｎ（ω
ｓｔ＋ψ）・・・・・・・・・・・・・・・（３）τ ｉａの基本波位相と巻線５ａの誘起電圧の位相を同相と
するのは、最も効率よく推力を発生させるためである。

（３）式を（１）、（２）式に代入すると、ｖＳｌ、Ｖ
Ｓ２はそれぞれ次式で与えられる。

２＋ｒ　　　２π　　ｄｘ　　　　　　　　　２ｒｒ　
　１２＋ｒ、　　ｄｘＶ５１＝　−Ｎｓ△φ７Ｓｌｎ７
χ石＋△Ｍ　ｓＩｍ−Ｆ−５１０了χπ−へＭｓ　ｌ５
−ＴＦ−ｓｔｎ　（ｗｓｔ＋＄）　ｓｉｎ　　’　４２
π 一２ＭｓＩｍ午ｃｕ−７”χ　　＋２Ｍ５Ｉｓ　ωｓｍ
（ωｓｔ＋ｆ）２Ｗ　　ｘ　　２ｒ　　ｄｘ　　　　　
　　　　　　　２π−崖ｓＩｍ−７朗下χπ十訓ｓｌｓ
ωＳ朗了工朗（ωｓｔ−＋”／）・・・・・・・・・・
・・（４）Ｖｓ２＝Ｎｓ△φ＝ｓｉｎ　”　ｘ％−八Ｍ
ｓ　Ｉｍ　Ｄ　ｓｉｎ”　’工些τ　　　τ　　ｄｔ　
　　　　　　　　τ　　　　　τ　　ｄ仁２π　　　　
　　　　　　　２π　　　ｄｘ＋ΔＭ　ｓ　Ｉ　Ｓ　−
Ｆ−５ｌｌｌ　（ｔｎｓｔ十ψ）ｓｍ−７−χ、１゜２
π　　　２π　　ｄｘ −２Ｍｓ　Ｉｍ　７（１７χπ＋　２Ｍｓ　Ｉｓ　ω５
ｃｏａ（ωｓｔ＋５１’）２π　　λ、２π　　ｄｘ　
　　　　　　　　　　　　２π十ΔＭｓ１ｍ−ｔｘｕ　
下χ訂−ΔＭ　Ｓ　Ｉｓ　ｕＪｓｃ’ｔｕ　７χ可τ （ωｓｔ＋ｃ７）　　・・・・・・・・・（５）Ｖｓｌ
　、ＶＳ２をそれぞれバイパスフィルタ２４．２５を通
し、ωＳの成分以外を除去すると、Ｖ３１　、　ＶＳ２
　は次式となる。

２π Ｖｓｌ＝−ΔＭｓ　Ｉ　Ｓ　−Ｆ−５ｌｌｌ　（ＣＩＪ
　ｓｔ十ψ）　ｓｉｎ　メ丹→ン外ヲ＋２ＭｓＩｓｗｓ
　ｍ　（ｕ）ｓｔ＋ヂ）２π 十ΔＭｓＩｓωＳ朗７．を四（ωｓｔ＋ｃｌ））・・・
・・・・・・・・・・・・（６）２π　　　　　　２π
　ｄｘ ＶＳ２　＝△Ｍｓ　Ｉｓ　−７ｓｔｎ　（ωｓｔ＋ψ）
ｓｉｎ７−χπ＋２Ｍｓ　Ｉｓ　（ＪＪＳ　ｍ　（ω３
　を十ψ）２π 一△ＭｓｌｓωＳ四７，１１：圓（ωｓｔ＋ｃｌ’）・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）さらに直流
バイアス成分を除去するため乗算器２８．２９で■ｓ１
、■ｓ２にそれぞれ而（ωｓ　ｔ　＋　ＣＰ）を乗算し
、乗算器２８の出力から乗算器２９の出力を減算器３２
で減算すれば、その出力Ｖｓａは次式となる。

２π　　　２π　　ｄｘ Ｖｓａ　＝　−２ΔＭｓ　Ｉｓ　７　Ｓｉｎ　７　Ｘ　
石τＳｉｎ　２　（ｌｊＪｓｔ＋ヂ）２π 十ΔＭｓ（ＪＪｓ　Ｉ　ｓ　可−７Ｘｌ　２　（ωｓｔ
十ψ）２π ＋△Ｍｓ　ｗｓ　Ｉｓ　倶下Ｘ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（８）ローパスフィ
ルタ３４を通してωＳの成分を除去すれば、磁極位置信
号Ｖｓａは次式のように得られる。

２π Ｖｓａ−△ＭｓωｓＩｓ四下χ、ｅ、−―、−１゛、°
・ｌ１・・・・・・旧・・・・・・・・（９）次に巻線
５ｂの電流ｉｂを ２π ｉｂ　＝　Ｉｍ朗〒χ−Ｉｓ曲（ωｓｔ十ψ）・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１０）とし、前述と同
様の処理を行えば、磁極位置Ｖ１は次式で得られる。

２π Ｖｓｂ−△Ｍｓ　Ｉ　ｓ　ｗｓ　ｓ＋ｎ−Ｆ−χ・・・
・・・・・・・旧・・・・・・・・・・・・・・（１１
）Ｖｓｂと電流振幅指令１ｍを乗算すれば、■二の基本
本波成分が得むれる。ただし、己よ（３）、　式１．：
よ（ｌＯ）太番等しくするためには △ＭｓＩｓωｓ＝１・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（１２）
となるようにＩｓを決めなければならない。

こうして、本実施例によれば、特別に磁極位置センサを
外部に取り付けなくても、磁極位置の検出が可能となり
、モータの小形化を図ることができる。

なお、上記の説明はリニアパルスモークを例にとって説
明したが、ロータリパルスモータやその他凸極性を有す
る永久磁石形モータに適用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明はモータ駆動信号に高周
波信号を重畳し、その時の磁束変化をモータ巻線と同心
に巻かれた検出巻線で検出して、電子回路で磁極位置信
号に変換するようにしたので、外部に専用の磁極位置セ
ンサを取り付ける必要がない。

従ってこのパルスモータをイメージスキャナのヘッド送
り等に使用すれば、装置全体の小形化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるパルスモータの要部の
構成を示す図、第２図は磁極１の磁束と巻線５ａと巻線
１０ａ間の相互インダクタンスの位置による変化を示す
図、第３図は本発明の一実施例による磁極位置検出回路
の構成を示すブロック図、第４図は従来のパルスモータ
の構成を示す図、第５図は従来の磁極位置センサの構成
を示す図、第６図は従来の磁極位置センサの検出波形図
、第７図は従来のパルスモータの駆動回路の構成を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）凸極性を有する永久磁石形モータにおいて、複数
   のモータ巻線電流のそれぞれにより生ずる磁束変化を電
   気信号に変換する複数個の検出手段と、上記複数のモー
   タ巻線電流に互いに位相の異なる高周波信号を重畳する
   手段と、上記複数個の検出手段から得られた電気信号か
   ら、磁極位置信号を復調する手段、を具備することを特
   徴とする磁極位置検出装置。
2. （２）磁極位置信号復調手段は、複数個の検出手段から
   得られた電気信号から、磁極位置に対応して振幅変調さ
   れた高周波信号のみを取り出す手段と、上記振幅変調さ
   れた高周波信号を、モータ巻線電流に重畳した高周波信
   号で変調する手段と、変調された信号に含まれる直流バ
   イアス成分を除去する手段と、変調用高周波信号を除去
   し、磁極位置信号のみを取り出す手段、を具備すること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の磁極位置検
   出装置