JPS6360640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルスモータを駆動源として移動物体
（負荷）を移動する移動物体の駆動装置に関する
ものであり、移動物体をパルスモータにより目標
位置まで駆動した後、停止せしめた時の、残留振
動を小さくすると共に、高速駆動と高分解能を両
立させることが可能に構成したものである。

本発明は、パルスモータの高速駆動と高分解能
を両立させることが可能な駆動装置とした特願昭
56−97877号として１つの提案をした。

パルスモータを高速送りさせたい場合は通常電
流の立上りの早いチヨツパ定電流電源により駆動
される。

前記特願昭56−97877号に記載されているよう
にパルスモータの相電流を慚増減させて負荷を目
標位置まで駆動する場合は、チヨツパ定電流電源
の電流は脈動電流であるためモータトルクに脈動
を生じモータのロータが振動を起すことになり、
停止時の安定性が劣化する。

チヨツパ定電流電源のチヨツパ周波数を高くす
れば、すなわちトルク変動周波数を高くすればモ
ータのロータ及び負荷のフライホイール効果およ
びコイルのインダクタンスによる電流の平滑効果
が大きくなつて安定性は良くなるが、チヨツパ周
波数を上るにも限度があり、分解能が高くなれば
なるほど安定性を得ることは困難であつた。

本発明はこの点に鑑み停止時にモータのロータ
の振動を無くして停止安定性を高め、高速駆動と
高分解能を容易に両立させることができる駆動装
置を提供することを目的とする。

第１図において、本発明をクローズドループ方
式にて応用した実施例を説明する。１はパルスモ
ータで、Ａ、Ｂ、、の４相のコイルを有し、
ネジ軸２に駆動する。３はネジ軸２に螺合するナ
ツトでテーブル４に固定されている。５はテーブ
ル４に固定された光学目盛あるいは磁気目盛を有
するリニアスケールで、６はスケール５の目盛を
読取る固定ヘツドである。ヘツド６からのテーブ
ル４の移動にともなつて順次生じる信号７はカウ
ンタ８に入力され、カウンタ８はテーブル４の位
置信号９をBCDコード等により制御回路１０に
出力する。T_r1，T_r2，T_r3，T_r4はそれぞれＡ、
Ｂ、、コイルの駆動用トランジスタである。
１１はパルスモータ１を２相励磁するための励磁
切換回路であり、制御回路１０からのCW方向の
パルス出力１２、あるいはCCW方向のパルス出
力１３により制御され、所定のタイミングでトラ
ンジスタT_r1，T_r2，T_r3，T_r4のベース電圧をON
−OFFし、パルスモータ１を駆動する。また励
磁切換回路１１はどの相が励磁されているかを示
す励磁位置信号１４を制御回路１０に出力する。
１５は可変バイアス回路で制御回路１０からのバ
イアス印加信号１６により、所定のトランジスタ
のベースに連続的に変化するバイアス信号を印加
する。したがつてトランジスタのベース電圧は励
磁切換回路１１と可変バイアス回路１５のそれぞ
れのベースへの出力電圧が重畳された合成電圧と
なる。１７は各トランジスタのベース電圧のモニ
タ信号である。１８はテーブル４を目標位置まで
送るための目標位置指令信号である。また制御回
路１０は詳記しないがパルスモータ１を高速で駆
動するための公知の加減速機能を有している。１
９は公知のチヨツパ定電流電源（以下チヨツパ電
源と略す）、２０は前記チヨツパ電源１９よりも
波形率の良い、すなわちリツプル除去機能を有す
る純直流に近い公知の直流電源である。２１及び
２２は例えばサイリスタあるいはリレーのような
スイツチング素子で電源切換回路からの信号２
５，２６により選択的にON−OFFされる。２７
は前記電源切換回路２３を制するため切換指令信
号である。

制御回路１０は目標位置指令信号１８が入力さ
れると現在のテーブル４の位置信号９と比較して
パルスモータ１の回転方向及び２相励磁で駆動す
る場合の所要ステツプ数、加減速パルス数、加減
速タイミング、制御切換設定位置等を第５図、第
６図に示すように設定する。設定が終了すると制
御回路１０は切換指令２７により電源切換回路２
３をスイツチング素子２１が、ON、２２がOFF
するように指令し、パルスモータ１には高速駆動
用のチヨツパ電源１９が接続される。

次に制御回路１０は励磁切換回路１１にパルス
出力１２あるいは１３を送出し、パルスモータ１
を２相励磁で駆動し、テーブル４を目標位置に向
つて送る。

次にテーブル４が第６図に示す制御切換設定位
置近傍に達した後の各部の動作を第２，３，４図
にて説明する。第２図は各トランジスタのベース
電圧の変化を示し、破線は励磁切換回路１１が各
トランジスタに印加する電圧を示し、一点鎖線は
可変バイアス回路１５が各トランジスタに印加す
る電圧を示す。したがつて各トランジスタのベー
スに実際に印加される電圧は実線で示すそれぞれ
の電圧の合成電圧となる。第３図は各相に流れる
電流の変化を示す。第４図はパルスモータのロー
タの変化を示し、AB、Ｂ、、Ａはそれ
ぞれ２相が励磁された時のロータの平衡位置を示
す。

例えば制御切換設定位置の手前でAB2相が励
磁されていたとし、次に時間t₁にてＢ相に切換
えた後時間t₂にてテーブル４が制御切換設定位置
に達すれば制御回路１０は位置信号９によりそれ
を判断し、パルス出力１２あるいは１３の送出を
停止し、Ｂ相は励磁状態を保持される。

またテーブル４が制御切換設定位置に達すると
制御回路１０はスイツチング素子２１をONから
OFFへ、２２をOFFからONへ切り換えるように
電源切換回路２３を指令し、時間t₂′にてパルス
モータ１は第３図に示すようにチヨツパによる脈
動電流から波形率の良い純直流により励磁される
ことになり、目標位置までモータ１のロータが振
動を起さない状態で安定して接近できる体制とな
る。時間t₂から制御回路１０の内部にあらかじめ
設定された時間Ｔ経過した後、すなわち時間t₃に
て制御回路１０は励磁位置信号１４により現在ど
の相が励磁されているかを判断し、可変バイアス
回路１５を制御して第４図に示すようにT_r2のベ
ース電圧を除々に低下せしめ、第５図に示すよう
にＢ相の電流を除々の低下せしめるとロータは残
留振動によるハンチングを自然減衰させながらＢ
Ａ位置からＢ位置と位置の中間位置に向つ
て除々に移動する。時間t₄にてＢ相の電流が零、
すなわちT_r2のベース電圧が零になるとベース電
圧モニタ信号１７により制御回路１０はそれを判
断し、励磁切換回路１１を制御して励磁をＢ相か
ら相に切換えると同時に可変バイアス回路１５
を制御してT_r4のベース電圧を除々に上昇せしめ
る。それによりロータは引続き位置に向つて
除々に移動する。時間T₅にてT_r4のベース電圧が
上限まで上昇するとベース電圧モニタ信号１７に
より制御回路１０はそれを判断し、可変バイアス
回路を制御して相の電流を除々に低下せしめ、
ロータを目標位置に向つて移動させる。時間t₆に
乙ロータが目標に達すると位置信号９により制御
回路１０はそれを判断し、詳記しないが公知のサ
ーボ手法により、可変バイアス回路１５を制御し
て相の電流変化を停止させ、ロータを目標位置
に停止させ、テーブル４の位置決めを完了する。

この時例えばチヨツパ電流で励磁した状態でt₃
からt₆までの操作を行なうと時間t₃，t₅において
は２相の相電流は同一であり、またt₄においては
１相励磁であるから振動を起さないが、２相の電
流が異なる状態においてはモータ１のロータはチ
ヨツパ電流の脈動に振られて振動を起し、ロータ
の変位は第７図のようになり、高分解能位置決め
は望めない。

以上の方法によれば容易に電流の立上り立下り
の早いチヨツパ定電流による高速駆動と、モータ
のロータが振動を起さない直流励磁位置決め操作
による理論的には無限小の分解能を両立させるこ
とができる。

本発明は最終位置決め操作時に波形率の良い直
流電流によりパルスモータを励磁することにより
目的を達するものであるから第８図の構成として
もよい。１９はチヨツパ電源、３０は例えばLC
を用いた平滑回路、２８は前記２１，２２と同様
なスイツチング素子で電源切換回路２３からの信
号２９により選択的にON−OFFされる。

２相励磁により高速で送る場合はスイツチング
素子２８をONして、すなわちチヨツパ電源１９
が平滑回路３０を介さずに直接パルスモータ１に
接続されたと等価となり立上りの早い電流を得る
ことができるテーブル４が制御切換位置に達した
時スイツチング素子２８をOFFするとチヨツパ
電流は平滑回路３０を介して平滑され、波形率の
良い直流となつてパルスモータ１を励磁する。平
滑回路を通すと平滑回路の大きな時定数により電
流の立上りは悪くなるが高速で駆動する必要がな
いので何ら支障はない。

したがつてこの構成では電源及びスイツチング
素子は１コづつでよいので安価となる。

なお、第４図における制御切換位置と目標位置
と距離Ｄ及び時間Ｔ、t₄とt₃間の時間、t₄とt₅間
の時間はロータの残留振動が位置決めに支障をき
たさないように選択すればよい。したがつてＴを
短かくしてあるいは零としてt₄とt₃間の時間、t₄
とt₅間を長くしてもよい。また相駆動トランジス
タの電流を慚増減させる方式は本実施例の方式に
限るものではない。なお、モータは４相の回転式
について説明したが、相数が変つても、またリニ
ア式のものでもよい。また負荷の位置検出はリニ
ア式のものについて説明したが回転式のものであ
つてもよい。また励磁切換回路はユニポーラ２相
に限らず１−２相あるいはバイポーラ駆動あるい
はダブル１−２相等の他の方式であつてもよい。
また可変バイアス回路のベース供給電圧は直線的
に変化するものに限らず目的によつては分解能は
低下するが階段状に変化するものであつてもまた
正弦波的あるいは他の関数に従つて除々に変化す
るものであつてもよい。

すなわち、目標位置近傍の所定の位置までは歩
進ピツチの大なる駆動手段により駆動し、前記位
置から目標位置までは歩進ピツチの小なる駆動手
段により駆動するものであればよい。

前記実施例においてはリニアスケールを用いた
クローズドループ方式を説明したが次のようにす
れば位置精度は低下するが、オープンループ方式
で高速駆動と高分解能を両立させることができ
る。例えば負荷の所要動作距離をＳとし、励磁切
換回路による１ステツプ当りの動作距離をＰとす
ると所要ステツプ数ｎはＳ／Ｐとなる。ｎの整数
部分をn₁小数部分をn₂とするとn₁−Ａステツプ目
を制御切換設定位置とし、n₁−Ａステツプをチヨ
ツパ電源にて励磁切換回路により駆動し、n₂＋Ａ
を波形率の良い電源にて相電流を慚増減させて駆
動し、最終の端数距離Ｓ−Pn₁はその端数距離に
相当するあらかじめ設定された相電流比になつた
時相電流の変化を停止させれば負荷は目標位置に
停止する。負荷が制御切換位置に達したかどうか
はパルス数を計数することにより判断させればよ
い。但しＡ＝０、１、２、３…である。

本発明は、負荷の位置を検出する手段と、負荷
が目標位置近傍の所定位置に達するまではパルス
モータの各相電流をステツプ状に切換えて相電流
を急激に立上り、立下りさせて高トルクを発生さ
せて負荷を高速駆動する、すなわち、歩進ピツチ
の大なる第１の駆動手段と、前記所定位置に負荷
が達した後はパルスモータの相電流を慚増減させ
ることにより滑らかに負荷を目標位置まで駆動す
る、すなわち歩進ピツチの小なる第２の駆動手段
と、少なくとも第２の駆動手段により負荷を駆動
するための電源であつて、第１の駆動手段により
負荷を駆動するための電源よりも波形率の良い電
源と、選択的に前記２つの電源パルスモータに接
続する電源切換回路とにより構成したことによ
り、高速駆動と、停止安定性向上による高分解能
を容易に両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動装置における１実施例の
概略構成図、第２図は第１図の構成におけるトラ
ンジスタのベース電圧の変化を示す図、第３図は
第１図の構成における各相電流の変化を示す図、
第４図は第１図の構成におけるパルスモータのロ
ータの目標位置近傍における変位を示す図、第５
図は起動から停止までのパルスモータの速度線
図、第６図は起動から停止までのパルスモータの
走行距離線図、第７図はパルスモータ励磁電源が
チヨツパ電源のみの場合のパルスモータのロータ
の目標位置近傍における変化を示す図、第８図は
本発明の他の実施例の要部概略構成図である。 １……パルスモータ、２……ネジ軸、３……ナ
ツト、４……テーブル、５……スケール、６……
固定ヘツド、８……カウンタ、１０……制御回
路、１１……励磁切換回路、１５……可変バイア
ス回路、１９……チヨツパ定電流電源、２０……
波形率の良い直流電源、２１，２２，２８……ス
イツチング素子、２３……電源切換回路、３０…
…平滑回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷を目標位置まで駆動するパルスモータ
   と、前記負荷の駆動位置を検出する検出手段と、
   前記負荷が目標位置近傍の所定位置に達するまで
   は前記パルスモータの各相電流をステツプ状に切
   換えてパルスモータを第１の歩進ピツチにて駆動
   する第１の駆動手段と、前記所定位置に達した後
   は前記パルスモータの所要の相の電流を漸増減さ
   せて前記第１の歩進ピツチよりも小なる第２のピ
   ツチにて目標位置まで駆動する第２の駆動手段
   と、前記パルスモータに電流を供給する第１の電
   源と、第１の電源よりも波形率のよい電流をパル
   スモータに供給する第２の電源と、前記第１と第
   ２の電源を選択的にパルスモータに接続する電源
   切換回路とにより構成し、少なくとも前記第２の
   駆動手段によりパルスモータを駆動する時は第２
   の電源からパルスモータに電流を供給することを
   特徴とするパルスモータを用いた駆動装置。 ２ 第１の電源をリツプル除去機能を有する直流
   電源により構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のパルスモータを用いた駆動装
   置。 ３ 第１の電源をチヨツパ定電流電源により構成
   し、第２の電源を前記チヨツパ定電流電源と平滑
   回路とにより構成し、電源切換回路を前記平滑回
   路と平列に接続したスイツチング素子により構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のパルスモータを用いた駆動装置。