JPS6223389A

JPS6223389A - 直流モ−タ

Info

Publication number: JPS6223389A
Application number: JP60159343A
Authority: JP
Inventors: Masaki Chokai; 正樹鳥海
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1987-01-31

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】〔発明の技術分野）本発明は、サーボモータ等の直流モータの改良に関する
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、例えばＸＹテーブルやマニプレータの駆動源とし
てサーボモータ等の直流モータが多く使用されているが
、この種の直流モータは従来より一般にヨークに１個の
コイルを巻回してこのコイルに駆動回路から駆動電流を
供給することにより推力を発生する構成となっている。

この場合、テーブル等への駆動力、つまりモータの推力
はコイルに供給する駆動電流の大きざを可変することに
より制御している。

ところで、この種のモータを用いて例えばテーブル等の
負荷を移動制御する場合には、テーブルの慣性力や粘性
力に打勝って駆動するだけのＫｇオーダの大きな推力か
ら、微少な位置合わせを行なうためのびオーダの小さな
推力まで制御できるようにする必要がある。しかしなが
ら前記従来の直流モータは、モータの推力を駆動電流の
大きさにより制御しているため、駆動電流を数アンペア
から数ミリアンペアまで、場合によっては数百マイクロ
アンペアまで可変しなければならず、この結果サーボ駆
動回路に線形で高感度のものが要求されて駆動回路が極
めて複雑で高価になる欠点があった。また、上記のよう
な微少な駆ｖＪ電流を発生させる場合は、サーボ駆動回
路に供給する指令信号のレベルが非常に小さくなってノ
イズのＰＩ９Ｎを受は易くなり、これにより制卸精疾が
劣化する欠点があった。

〔発明の目的〕

高性能の駆動回路を使用することなくかつ駆動回路への
指令信号の電圧レベルを小さくすることなく微少な推力
を得られるようにし、これにより簡単な駆動回路で負荷
の位置を高精度に制弾し得る直流モータを提供すること
を目的とする。

〔発明の′ｆＡ要）本発明は、上記目的を達成するために次のように構成し
たものである。すなわち、モータの推力Ｆが推力作用コ
イル長をＮｆｉ、コイルの巻数をＮ１磁束密度をＢ、コ
イル電流をＩとしたときに、Ｆ＝ＫｇＮＢＩ　（Ｋは定
数）と表わされる点に着目し、ヨークに主コイルとこの
主コイルよりも短い補助コイルとをそれぞれ巻回してお
き、コイル切換手段により、高速駆動時には上記主コイ
ルまたはこの主コイルと補助コイルとの直列回路に駆動
電流を供給して大きな推力を発生させ、かつ微少駆動時
には上記補助コイルのみに駆！１１１電流を供給して小
さな推力を発生させるようにした点である。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例におけるリニア直流モータの
構成を示でもので、１はヨーク、２は永久磁石を示して
いる。ヨーク１には、主コイル３Ｉｌ！３よび補助コイ
ル４がそれぞれ巻回されており、これらのコイルはヨー
クに沿って左右移動可能となっている。これらのコイル
３．４は互いに独立しており、その巻数比は例えば９：
１に設定されている。また本実施例の直流モータは切換
スイッチ５を備えている。この切換スイッチ５は、図示
しない制御部からの切換信号ＳＳにより動作するもので
、一方の切換状態では上記主コイル３および補助コイル
４を直列に接続してこれらをサーボ駆動回路７に接続し
、他方の切換状態では補助コイル４のみをサーボ駆動回
路７に接続する。なお、６は上記補助コイル４の内部抵
抗値が小さいために、この補助コイル４のみをサーボ駆
動回路７に接続した場合の回路の抵抗値を調整するため
に挿入された抵抗である。

次に、かかる直流モータの作用をこの直流モータをテー
ブル移動用として適用した場合を例にとって説明する。

第２図はそのテーブル移動装置の構成を示すもので、前
記第１図と同一部分には同一符号を付しで示しである。

テーブル８は、直流モータにより矢印六方向スライド移
動可能に構成されており、その移動距離はテーブル８に
固定された反射１＊８ａにレーザ測長器９から測定用レ
ーザ光を照射し、テーブル８が一定距離移動する毎にレ
ーザ測長器９から発生されるパルスをパルスカウンタ１
０でカウントすることにより検出されて制御部１３に導
入されている。また上記テーブル８の移動速度は、上記
レーザ測長器９から出力されるパルスの間隔の変化を周
波数・電圧変換器（Ｆ／Ｖ）１１で電圧値に変換するこ
とにより検出され、その検出出力は可変増幅器１２でゲ
イン調整されたのち演算増幅器１６に導かれている。一
方制陣部１３から出力された速度指令信号は、デジタル
・アナログ変換器（Ｄ／Δ）１４でアナログ信号に変換
されたのち可変増幅器１５を経て上記演算増幅器１６に
導かれ、この演算増幅器１６で上記速度検出出力と比較
される。そしてその比較出力、つまり速度指令信号と速
度検出出力との偏差信号が可変増幅器１７を介してサー
ボ駆動回路７に供給される。サーボ駆動回路７は、上記
偏差信号に応じた駆動電流を発生してこの駆ａＮ流を直
流モータの主コイル３および補助コイル４に供給する。

さて、この様な装置においてテーブル８を所定距離移動
させる場合には、制御部１３は先ず切換信号ＳＳを発生
して切換スイッチ５を動作させ、これにより主コイル３
と補助コイル４とを直列に接続してサーボ駆動回路７に
接続する。そしてこの状態で速度指令信号を出力する。

そうすると、この速度指令信号と速度検出出力との偏差
信号が演算増幅器７から発生されてこの信号に対応する
駆ｖ３電流がサーボ駆動回路７から直流モータに供給さ
れ、これにより直流モータはテーブル駆動推力を発生す
る。このとき直流モータの主コイル３ａ３よび補助コイ
ル４は直列に接続されているため、上記テーブルの駆動
推力は大きなものが得られ、この結果テーブル８は高速
度に移動を開始する。

第３図は速度パターンが台形型の場合を示すものであり
、テーブル８の移動速度が制卸部１３の速度指令に対応
する速度Ｖに達すると、サーボ駆動回路７から出力され
る駆動電流が一定化されて直流モータは定速動作に移行
し、この結果テーブル８は第３図（ａ＞の口に示す如く
定速移動する。

一方、このテーブル８の移動中に制御部１３はパルスカ
ウンタ１０のカウント出力を監視しており、カラン１〜
（ｌ！が第３図（ｂ）に示す所定１直Ｓ１に達するとそ
の時点ｔ１で減速指令信号を発生する。

そうすると演算増幅器１６から偏差信号が発生されてこ
の信号に応じてサーボ駆動回路７からの駆動電流値が低
下し、これにより直流モータの回転速度は低下してテー
ブル８は第３図（ａ）のハのように減速する。

さて、この減速によりテーブル８の位置が停止目標位置
Ｓ３の若干手前の位ｆＺｓ２達すると、制御部１３はこ
の時点ｔ２で先ず切換信号ＳＳを発生して切換スイッチ
５を動作させ、これにより主コイル３を切離して補助コ
イル４のみをサーボ駆動回路７に接続した状態とする。

そして制御モードを速度制卸から変位υＩｌ［ｌに切換
え、以下この変位制御モードによりテーブル８の位置制
御を行なう。尚、このとき制御部１３はサーボ駆動回路
７のゲインを増加さゼて演算増幅器１６の定常１％差量
が零になるように設定するとともに、変位制御系として
動作が安定化するように可変増幅器１２のゲイン、つま
り速度フィードバックゲインを調整する。この変位制御
モードでは、サーボ駆動回路７から出力された駆動電流
は補助コイル４のみに流れる。このため、直流モータか
ら発生される推力は、前記主コイル３と補助コイル４と
の直列回路で動作していた速度制御モード時に比べ、駆
動電流値が一定だとして主コイル３補助コイル４との巻
数比（９：　１　）に応じて１／１０になる。したがっ
て、同じ推力を得るためには補助コイルへ１０倍の電流
を流す必要があり、サーボ駆動回路７への入力信号電圧
は１０倍となる。この結果直流モータの推力の微調整が
可能となり、停止目標位置Ｓ３になった時点ｔ３で正確
に停止する。かくしてテーブルの移動が完了する。

このように本実施例であれば、移動開始時点から停止目
標位置Ｓ３の一定距離手前までは、主フィル３および補
助コイル４の直列回路により大きな推力を発生させて高
速度にテーブル８を移動させることができ、一方停止目
標位置Ｓ３の一定距離手前の位置＄２に達した後は、主
コイル３を切離して補助コイル４のみをサーボ駆動回路
７に接続するようにしたことにより駆動電流値を零に近
い値に低下させなくても微少な推力を発生させ得、これ
によりテーブル８を正確に最終目標位置Ｓ３に停止させ
ることができる。したがって、サーボ駆動回路７の駆動
電流の変化範囲をそれほど大きく設定する必要がなくな
り、これによりサーボ駆動回路７として簡単で安価なも
のを使用することができる。また上記したように微少な
推力を発生させるために駆動電流を零に近い小さな値に
設定する必要がないので、サーボ駆動回路７への指令信
号の電圧レベルを高く保持することができ、この結果指
令信号のノイズによる影響を低減して高精度の制御を行
なうことができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば、主コイル３および補助コイル４の巻回構造につい
ては、第４図（ａ）に示す如く主コイル３と補助コイル
４とをそれぞれ独立してヨーク１に巻回するようにして
もよく、また第４図（ｂ）に示す如く主コイル３を巻回
した上に重ねて補助コイル４を巻回するようにしてもよ
い。この場合コイルをボビン１８に巻付けても、またコ
イルどうしを直接接着剤で固定するようにしてもよい。

また主コイル３および補助コイル４の接続構成は、第５
図に示す如く単なるスイッチ５ａを主コイル３に対し直
列に挿入し、このスイッチ５ａを投入したときに主コイ
ル３がサーボ駆動回路７に接続され、一方スイッチ５ａ
が解放されたときに補助コイル４がサーボ駆動回路７に
接続されるように構成してもよい。つまり主コイル３お
よび補助コイル４を二者択一的にサーボ駆動回路７に接
続するように構成してもよい。さらに直流モータの構造
は、第６図（ａ）、（ｂ）に示す如くそれぞれヨーク１
を閉路形としても、また開路形としてもよい。また前記
実施例では補助コイルを１個のみ設けた場合について説
明したが、巻数が異なる複数の補助コイルを設けてこれ
らのコイルを選択的に使用するように構成してもよい。

その他、直流モータの種類（リニアモータ以外にロータ
リモータでも可）やその適用対象、主コイルおよび補助
コイルの巻数や巻回構造、切換手段の構成等についても
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施で
きる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、ヨークに主コイル
とこの主コイルよりも短い補助コイルとをそれぞれ巻回
しておき、コイル切換手段により、高速駆動時には上記
主コイルまたはこの主コイルと補助コイルとの直列回路
に駆動電流を供給して大きな推力を発生させ、かつ微少
駆動時には上記補助コイルのみに駆動電流を供給して小
さな推力を発生させるようにしたことによって、高性能
の駆動回路を使用することなくかつ駆動回路への指令信
号の電圧レベルを小さくすることなく微少な推力を得る
ことができ、これにより簡単な駆動回路で負荷の位置を
高精度に制御し得る直流モータを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直流モータの概略構
成図、第２図は同装置を適用したテーブル移動装置の構
成を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同テーブ
ル移動装置のテーブルの速度特性および変位変化特性を
示す図、第４図（ａ）。（ｂ）乃至第６図はそれぞれ本発明の他の実施例を説明
するためのもので、第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ相
異なる主コイルおよび補助コイルの巻回構造を示す断面
図、第５図は切換手段の構成を示す回路図、第６図（ａ
）、（ｂ）はそれぞれ相異なるヨークの構造を示すもの
である。１・・・ヨーク、２・・・永久磁石、３・・・主コイル
、４・・・補助コイル、５・・・切換スイッチ、６・・
・補助コイルの抵抗ｌａｍ整用０抵抗、７・・・サーボ
駆動回路、８・・・テーブル、８ａ・・・反射鏡、９・
・・レーザ測長器、１０・・・パルスカウンタ、１１・
・・周波数・電圧変換器（Ｆ／Ｖ）　、１２，１５．１
７・・・可変増幅器、１３・・・制御部、１４・・・デ
ジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）　、１６・・・演算
増幅器、１８・・・ボビン。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦！第１図第２図図面の浄Σ（円容に変更なし）Ｂｔ　７９’１第３図（ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第４図第５図（ａ）　　　　　　（ｂ）第６図特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿１、事件の表示特願昭６０−１５９３４３号２、発明の名称直流モータ３、補正をする者事件との関係　特許出願人（３０７）株式会社　東芝４、代理人昭和６０年１０月２９日６、補正のり・ｊ象図面、第３図（ａ）　、　ｆｂｌを別紙の通９訂正する
姶引こ変更ない６！愁？

Claims

【特許請求の範囲】

サーボ駆動回路からの供給電流に従つて推力を発生する
直流モータにおいて、ヨークに巻回された主コイルおよ
びこの主コイルよりも巻数の少ない補助コイルと、高推
力必要時には前記主コイルまたはこの主コイルと補助コ
イルとの直列回路に駆動電流を供給し、かつ低推力必要
時には前記補助コイルのみに駆動電流を供給する切換手
段とを具備したことを特徴とする直流モータ。