JPS6314408A - １相のロ−タリソレノイド装置 - 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〕 本発明は、高速動作が可能で、トルク特性が自由に選択
できる！相のロータリソレノイド装置に関するものであ
る。

〔従来技術と問題点〕

周知のリラクタンス型のロータリソレノイドは、マグネ
ットを使用せず、比較的大きいトルクが得られ、また、
構成が簡素化される特徴がある。

しかし、一般にこの種のロータリソレノイドは相数が盃
ないために各磁極の蓄積エネルギーが大きくなり、その
放出と蓄積に時間がかかり高速動作の妨げとなっている
ものである。また、トルク特性としては動作初期に大ト
ルクであるが、回転に従って出力トルクが著しく減少す
る欠点がある。

このトルク特性は機種によって定まってしまっているも
のである。このため、位置検出装置を設けて、所定の入
力電圧信号弁だけ回転せしめるサーボ装置を付加しよう
とすると、前記トルク特性のためにサーボ動作が不安定
となり実用性が失なわれる欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した種々の欠点を除去するために本発明においては
以下に述べる手段が採用されている。

第２に、高速動作を達成するために、高い電圧の直流電
源を使用し、励磁電流の立上りを急峻とし、蓄積磁気エ
ネルギを電源に還流せしめることにより急峻に放電電流
を消滅させている。

第二に、サーボを容易とするトルク特性とするため罠１
通電電流値の各時点における量を情報として起債素子で
あるＲ　Ｏ、Ｖ、にメモリーシておき、回転に伴なって
呼び出して通電電流波形を決定している。その際、メモ
リーの呼び出し信号として、回転軸と直結したエンコー
ダより得られるパルスを用いテイル。

〔実施例〕

第２図は従来のロータリソレノイドの通電波形及びトル
ク特性を示すものであり、縦軸が電流及びトルクの大き
さを示し、横軸が回転の機械角を示す。

初期位置（Ｏｏ）に待期させられていたロータは、励磁
コイルに電流ｉが矩形波状に第２図（Ａ）の波形ｊ／の
様に通電されると９σ　回転するタイプを示している。

この場合、従来型のロータリソレノイドでは、そのトル
ク特性は第２図（Ｂ）の曲線２２の様に動作初期に大ト
ルクであるが、回転に伴なって出力トルクが著しく減少
する特性となっている。

即ち、図上においてピークが左に寄った形を呈している
。この様な特性のため、位置検知装置を設け、所定の入
力電圧信号弁だけ回転せしめるサーボ装置を付加しよう
とするとサーボ動作が不安定となり、実用性が失われる
欠点を有するものである。

第３図にサーボに有効なトルク特性と通電波形を示す。

縦横軸は第２図と同一である。

有効なトルク特性は、第３図（Ｂ）の曲線３２に示すよ
う°に使用回転範囲の大部分においてほぼ一定のトルク
となることが望ましい。この様なトルク特性とするため
には、回転中における励磁電流を制御することが必要で
あり、その通電電流波形を第３図（Ａ）の波形３１とし
て示す。

この波形は、回転開始後は漸増し、回転終了に近い時点
で最大値をとる、つまりピークが図上の右に寄った形状
を呈するものとなる。

ここに、波形３／で示す電流波形は、第２図の特性より
求めることができる。

即ち、第２図において、角度θによって変化するトルク
と磁束密度をそれぞれＴ（の、Ｂ（のとすｎば、一定電
流ｉのもとで、 Ｔ（のミ　ん　・　Ｂ（の　・　１（１）と表わすこと
ができる。ただし、ｋは比例定数。

これを一定なトルクＴとするためには電流がθによって
変化すればよ（、それを１（のとし、基準電流を１とす
れば、 番　（の千−−１（ｚ） Ｂ（θ） で与えられる電流を（１）式のｉのかわりに乗ずればよ
い。即ち、ｈ′、ｘのいずれも比例定数とすると、 Ｔ（の＝ｋ　　＠　Ｂ（の　。　ｉ Ｉ ミ　ｋ　　、　　Ｂ（の　・　丁　・　Ｉ、　　　＝Ｊ
・ｋｌ、Ｉ＝に・Ｉ＝’Ｔ　　（ａ＋となり、Ｔ（のは
θに関係なく一定な値Ｔとすることができる。

そこで、前記した波形３１に相当するものは（２）式で
与えられていることＫなる。

次に、上記波形３／で示す電流値で通電することを可能
とした本発明による実施例を第１図によって説明する。

第１図（りにおいて記号ｌはロータリソレノイド本体で
あり、該ロータリソレノイド本体ｌの回転軸（図示せず
）には一体となって回転するシャフトエンコーダコが設
けられている。

シャフトエンコーダコは周知の光学式、磁気式等のいず
れでもよいが、回転位置検出用の信号発生部と回転速度
に伴って周波数の変化するＦＧ検出用の信号発生部より
成っている。したがって、出力信号は後述するり・セッ
トパルスを発生するための位置信号Ｖｐ　と回転中に発
生する多数のＦＧ信号Ｖ、　　とである。

前記した位置信号ＶＰとＦＧ信号Ｖ、はそれぞれ波形整
形回路３−１と、？−ｂによって波形整形されてリセッ
トパルスＶｓとクロック信号Ｖｃとされアドレスカウン
タｑに入力される。

これらの信号のタイムチャートを第１図（ｈ）に示す。

矩形波／／が位置信号Ｖｐを示し、パルス／Ｕがリセッ
トパルスＶｓ　　を示し、さらにパルスｉ、ｔがクロッ
ク信号ＶＣを示す。ここで、クロック信号ＶＣはｑｏｏ
　回転する間におよそ１００個発生される。

アドレスカウンタｌにリセットパルスｌ−が入力される
とクロック信号／３に従ってＲＯＭｓに書き込まれてい
たトルク補正データが読み出される。

トルク補正データは前記した（２）式によって角度θに
従って書き込まれており、９σ　回転する間Ｋ　１００
個分の番地から読み出されてＤ−Ａ変換器乙に入力され
る。

該Ｄ−Ａ変換器６からの出力イｇ号が曲線／ｑで示す電
流指令信号Ｖ、となるものである。

電流指令信号Ｖ、は後述する通電制御回路７に入力され
、最終的にロータリソレノイド本体ｌを駆動することに
なる。

次に、前記した通電制御回路７の構成について第９図及
び第Ｓ図によって説明する。

第９図において励磁コイル１０の両端には、それぞれト
ランジスタＩＩ／、侵のコレクタが接続され、トランジ
スタＩＩ／のエミッタは直流電源正極端子ｐｏ　４に、
またトランジスタ侵のエミッタは抵抗４１３を介して直
流電源負極端子ｌＩＯｈにそれぞれ接続されている。

ダイオードｌＩｊαのアノードはトランジスタ４（ｕの
エミッタに接続され、カソードはトランジスタｑｌのコ
レクタに接続されており、ダイオードｑｊｈのアノード
はトランジスタｑ２のコレクタに接続され、カソードは
正極端子ＵＯａに接続されている。

トランジスタ侵ｌのベースは反転回路蝉を介して入力端
子ダ乙に接続され、また該入力端子ｑ６はトランジスタ
４１２のベースにも接続されている。

上記した回路構成のもとに、端子’ＩＡより所定の正の
電気信号が入力されると、トランジスタダ／、ダコが導
通して励磁コイル１０が通電されロータリソレノイドの
ロータが回転する。

上記回路の前段には第Ｓ図に示す回路が接続される。第
９図の回路と第５図の回路を組合せた場合について以下
に説明する。

第３図の端子ｇｏ　ｃは、第９図の端子４１４に入力さ
れる。また、第Ｓ図の端子Ｓ３αと第亭図の端子４Ｆ７
が接続される。第３図の端子ｓｏ　ｈには第１図（句図
示の位置信号／ｌが入力される。

上述した電気信号による励磁コイルＩＯの通電の詳細を
第６図のタイムチャートによって説明する。

第６図において、信号６０は第１図（ｈ）の位置信号／
ｌと同一なものである。第５図のアンド回路３１を介す
る信号６０の入力によりトランジスタ侵／。

侵が導通する。

発振回路Ｓ３．単安定回路Ｗの出力は、第６図の記号Ａ
Ｉ　’！　、　６／　Ａ　、・・・とじて示されている
。両回路はパルス発振器となっているものである。

電気パルス６１ｂが、フリップフロップ回路３２ｃ　、
　３２　ｈを付勢して、アンド回路Ｓ／の下段の入力が
ハイレベルとなるので電機子電流は、第６図の曲線４Ｊ
　４に示すように増大する。

点線６２のレベルは、オペアンプＳＳの入力側のＸ点の
電圧によって決定されるもので、電機子電流が増大して
第１図の抵抗ダ３の電圧降下がＸ点のそれを越えると、
前記オペアンプ５ｊの出力はローレペ〃となり、フリッ
プフロップは反転してアンド回路Ｓ／の下段の入力がロ
ーレベルとなってトランジスタ４Ｚ／、ｌＩ−は不導通
となる。電機子コイル１０の蓄積磁気エネルギーは、ダ
イオードダｓｈ、電源端子すＱ４．’ＩＯｂ、抵抗４（
、？　、ダイオ−’５”ＩＩｇａを介して放電される。

この際Ｋ、エネルギーが電源に還流されるので、放電電
流は急減少して第３図の曲線＆、ｊ　ｈのようになる。

再び電気パルスＡｌｔが到来すると、フリップフロップ
回路３コα、Ｓコｂは付勢されて、アンド回路Ｓ）の出
力はハイレベルとなるので電機子コイル１０の通電電流
は増大し、曲線４Ｊ　ｅのようになる。

かかるサイクルを繰返して、電流値の上限は点線６２即
ち第５図のＸ点の入力信号によって規制される。

第６図の波形６０の末端即ち第１図Ｃｈ）の位置信号ｌ
／の末期で、アンド回路３１の出力もローレベルとなる
のでトランジスタ４１／、＆コは不導通となる。したが
って、電機子コイルＩＯの蓄積磁気エネルギーは、ダイ
オード’ＩＳ　ｈ　ｌ　を源、抵抗ダ３゜ダイオードｌ
Ｉｊ　４を介して放電される。この放電は電源に還流し
て充電する形式となるので、放電電流は急速に減少して
第６図の曲線４．７　ｄのようになる。

以上の説明のように、平坦部（点線６コに近い部分）の
電流の漸減は、曲線４３Ａの降下が小さいので、増減周
波数が低（なり、これによってトランジスタのスイッチ
ング損失が小さくなり、また、リプル電流が少なくなる
効果がある。

電源電圧が高いので、通電曲線６３４の立上り部が急峻
で、その後は電機子コイルのインダクタンスにより、通
電電流が抑止され、降下部も電源電圧が高いために急速
に降下する。したがって、太きい出力トルクのときに、
大きい電機子のインダクタンスが存在している場合でも
、電機子電流の通電区間は、入力信号（波形１．０　）
の区間と時間遅れを極小にしてほぼ一致させることがで
きるものである。以上の説明では、その便宜上、通電電
流波形がほぼ矩形波（曲線６３福から４３　ｄまで）に
なる場合について述べたが、実際には第３図（Ａ）の波
形３１に相似した波形を通電させてトルク平坦となる目
的を達するものであるので、この場合について説明する
。

第Ｓ図の端子ｊ０ｈには位置信号ＶＰである第１図（ｈ
）図示の矩形波ＩＩをそのまま入力し、乗算回路Ｓ６の
端子！ｒ６４より第３図（、（）の波形Ｊｌを入力する
。該波形３ノはトルクを平坦とするための通電電流波形
であり前述したＲ　Ｏ、Ｗ　ｓより読み出されたデータ
をＤ−Ａ変換したものに相当する。即ち、第１図（ｈ）
の電流指令信号／ダで置き換えられるものである。した
がって端子Ｓ６αには電流指令信号／Ｉが入力される。

ここに、第７図（０図示の通電制御回路７への一方の入
力は信号／ダを示すＶ　、他方の入力は波形３１と等価
なＶＰとなっている。

いま、乗算回路Ｓ６の他方の入力端子５６６に一定電圧
信号（’ｍ　）が入力されていたとすると、Ｘ点の電圧
は信号／ダに相似する。（常に所定倍された）波形６１
Ｉとなる。

この状態で電機子電流をみると、前述と同様に位置信号
Ｖｐ　　（波形１）　）の入力によって矩形波になろう
とするが、電流上限値を決定するＸ点の電圧が信号／４
ｔＫ相似な波形６４？となっているため点！１Ｊ６２に
相当する上限曲線は点線６Ｓのようになり波形６ダに近
似した曲線６６が得られるものである。

この結果、第２図で述べたような特異的な特性曲線とな
るトルク変化をほぼ平坦な特性とできる。そして、前記
乗算回路の端子見すの入力はＶｍから他の値に自由に変
更できるので、点線６ｊで示す上限曲線の波形の高さが
変更でき、出力トルクの大きさも制御容易となるもので
ある。

〔効果〕

上述の説明のように本発明によれば、リラクタンス型の
ｌ相ロータリソレノイドの特異的なトルク特性を記憶素
子であるＲ　ＯｒＶに蓄えられたトルク補正データによ
りサーボの可能なトルク特性に容易に変更できるととも
に、ＥＰＲ−ＯＭ等とすれば必要に応じたトルク特性と
なるよう書き換えることも可能となる。

また、蓄積磁気エネルギーを高い直流電圧で制御してい
るため、大電流を要するような大トルクの制御の場合で
も急速な立上りと、源信号（位置信号）Ｋ時間的に従っ
た急速な立下りを実現でき大トルクと高速動作を同時に
達成しその効果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ｆＬ）は本発明装置装置の実施例のブロック図
、第１図Ｃｈ）は該実施例の各部信号のタイムチャート
、第２図は従来例のトルク特性図、第３図は通電電流と
トルク特性の相関図、第９図は通電制御回路の終段の回
路図、第Ｓ図は通電制御回路の前段の回路図、第６図は
第ｑ、３図の回路の各部信号のタイムチャートをそれぞ
れ示す。 ｌ・・・ロータリソレノイド本体、　　　　−・・・シ
ャフトエンコーダ、　　３−１．３−ｈ・・・波形整形
回路、　　　ダ・・・アドレスカウンタ、Ｓ・・・ＲＯ
ｋｆ　　　　ｂ・・・Ｄ−Ａ変換器、７・・・通電制御
回路、　　リα、ｔＩｏｂ・・・直流電源正負極端子、
　　ダ１．侵・・・トランジスタ、４（Ｊ・・・抵抗、
　　怖・・・反転回路、　　社ｉ　、　ｔｉｓ　ｂ・・
・ダイオード、　　５／・・・アンド回路、Ｓコ１．５
コｂ・・・フリップフロップ回路、Ｓ３・・・発振回路
、　　５ｑ・・・単安定回路、坊・・・オペアンプ、　
　　ｊ！・・・乗算回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータ及び１相の励磁コイルを有するロータリソ
   レノイド本体と、該ロータの所定回転中の各回転位置に
   おける出力トルク、磁束密度及び通電電流の関係から定
   トルク特性となる通電電流値に比例する値を回転位置に
   対応させた番地内にデータとして蓄積させた記憶素子と
   、該記憶素子の出力を回転位置に同期してアナログ信号
   として読み出す読み出し装置と、該アナログ信号にした
   がつて前記励磁コイルに通電する通電制御回路とより構
   成されたことを特徴とする１相のロータリソレノイド装
   置。
2. （２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、励磁
   コイルの両端に挿入された第１、第２のトランジスタを
   介して直流電源より通電する回路と、励磁電流に対応し
   た電圧を得る検出回路と、励磁電流の検出回路の出力電
   圧が前記したアナログ信号に比例した電圧値より大きい
   場合は第１、第２のトランジスタを不導通とし、設定値
   より小さくなつた場合には導通せしめる回路とより構成
   された通電制御回路を具備したことを特徴とする１相の
   ロータリソレノイド装置。