JPS6158499A - ステツピングモ−タの位置および速度検出装置 - 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】 発明の技術分野 本発明は、ステ７ビングモータの回転位置およびその回
転速度を検出するための電気的な装置に関する。

従来技術 例えば、位置制御用のサーボ制御系は、一般的に、第１
図に示すような構成となっている。すなわち目標値Ｓは
、加え合わせ点４０を経て、調節部４１に加えられ、操
作信号となって操作部としてのモータ４２に与えられる
。ここでモータ４２は、外乱りの影響を受ける制御対象
４３を駆りＪする。一方、検出部４４は、制御対象４３
の制御量を検出し、測定値として上記加え合わせ点４０
にフィードバックすることによって、調節部４１に偏差
として与えられる。このようなサーボ制御系では、検出
部４４の位置センサとしてエンコーダ、ポテンショメー
タ、レゾルバ等が用いられ、また速度検出用のセンサと
して、タコジェネレークが使用されている。

したがって、このような従来の位置制御用のサーボ系で
は、特別なセンサが必要となり、またこれらのセンサと
モータまたは負荷との結合が必要となるが、その結合過
程のためにサーボ系に不感帯やヒステリシス特性が起き
、制御特性が悪化している。

発明の目的およびその解決手段 したがって、本発明の目的は、従来のような特別なセン
サを用いないで、モータの磁極コイルなどに発生する誘
起電圧からサーボ系のフィードバック信号となるロータ
の回転位置および回転速度信号を得ることである。

そこで本発明は、ステッピングモータの励磁コイルなど
の誘起電圧を異なる回転位置で検出することにより、位
相差π／２の電圧つまりサインおよびコサインの形の誘
起電圧として検出し、それらの誘起電圧に平方、加算、
平方根および波形整形などの操作を施すことにより、速
度信号（ｄθ／ｄｔ）および位置信号（ｓ　ｉ　ｎＮθ
、ｃｏｓＮθ）を同時に得るようにしている。

発明の構成 以下、゛本発明の構成を第２図ないし第４図に基づいて
具体的に説明する。

まず、第２図は、本発明の位置および速度検出装置１を
示している。その検出対象のステッピングモータ２の励
磁コイル■、■、■、■は、誘起電圧検出手段３内の駆
動回路４に接続されている。

この駆動回路４およびこれの入力端に接続された分配回
路５はともに出力側でスイッチング回路６に接続されて
いる。このスイッチング回路６は２つの出力端側でそれ
ぞれの差動増幅器７ａ、７ｂの一方の入力端に接続され
ている。この差動増幅器７ａ、７ｂの他方の入力端は、
共通の電源端子３３に接続されており、さらに前記励磁
コイル■、■の接続点および励磁コイル■、■の接続点
に共通に接続されている。

そしてこの差動増幅器７ａ、７ｂの出力端は、第１の波
形整形回路８ａ、８ｂを経て、演算回路９の内部の平方
回路１０ａ、１０ｂおよび除算回路１５ａ、１５ｂの一
方の入力端にそれぞれ接続されている。これらの平方回
路１０ａ、１０ｂは、共に加算回路１１、平行根回路１
２、第２の波形整形回路１３および増幅回路１４を経て
速度信号Ｖの出力端子１７に順次接続されている。

また、上記第２の波形整形回路１３の出力端は、除算回
路１５ａ、１５ｂの他方の入力端にも接続されている。

この除算回路１５ａ、１５ｂはそれぞれ増幅回路１６ａ
、１６ｂを経て位置信号ｐａ。

ｐｂの出力端子１８ａ、１８ｂにそれぞれ接続されてい
る。

つぎに第３図は、２相励磁方式による誘起電圧検出手段
３の具体的な回路例をしている。制御信号φｆ、φ２は
、入力端子１９．２０から入力され、直接、またはイン
バータ２１．２２を経て、スイッチング用のトランジス
タ２３．２４．２５．２６のベースにそれぞれ印加され
る。このトランジスタ２３．２４．２５．２６は、励磁
コイル■、■、■、■のそれぞれの端子とアース２７と
の間に接続されている。また、スイッチング回路６のス
イッチ素子２８．２９．３０．３１は、励磁コイル■、
■、■、■の一端と、それぞれの差動増幅器７ａ、７ｂ
の入力端側に接続されている。そして、これらのスイッ
チ素子２８．２９．３０．３１は、上記制御信号φ１、
φ２によって直接、またはインパーク２１．２２によっ
て反転された信号によって、それぞれ駆動されるように
なっている。

発明の作用 次に、上記位置および速度検出装置１の作用を説明する
。

駆動回路４の入力端子１９．２０に第４図に示すような
制御信号φ１、φ２が位相を異にしながら入力されてい
るため、スイッチング用のトランジスタ２３．２４．２
５．２６は、順次オン・オフを繰り返す。この結果、励
磁コイル■、■、■、■に第４図で示すような位相で、
励磁電流Ｉが順次流れる。これによって、ステッピング
モータ２のロータ２ａは、制御信号φ１、φ２と同期し
ながら回転する。

一方、この制御信号φ１、φ２は、直接またはインバー
タ２１．２２によってスイッチ素子２８．２９．３０．
３１を駆動する信号ともなっているため、それらのスイ
ッチ素子２８．２９．３０゜３１は、非励磁状態の励磁
コイル■、■、■、■と対応して順次オンの状態に設定
される。すなわち例えば時刻ｔでは、励磁コイル■、■
が励磁状態にあるため、それ以外の励磁コイル■、■に
対応するスイッチ素子２９．３１がオンの状態になる。

このようにして、非励磁状態の励磁コイル■、■、■、
■から誘起電圧Ｅａｌ、Ｅａ２が位相差π／２のもとに
取り出される。スイッチ素子２８．２９またはスイッチ
素子３０．３１は、交互にオン・オフを繰り返すが、そ
の２相出力すなわち誘起電圧Ｅａｌ、Ｅｂ２は、時間軸
上で、連続状態となっている。

そしてこの誘起電圧Ｅａｌ、Ｅｂｌは、それぞれの差動
増幅器７ａ、７ｂおよび第１の波形整形回路８ａ、８ｂ
を経て演算回路９に入力される。

ここで、第１の波形整形回路８ａ、８ｂは、誘起電圧Ｅ
ａｌ、Ｅｂｌの高調波の除去の他、励磁コイル■、■、
■、■の自己インダクタンスおよびそれらの相互インダ
クタンスにより誘起される電圧分を除去している。この
結果、第１の波形整形回路８ａ、８ｂの出力、つまり誘
起電圧Ｅａｔ、Ｅｂｌは極数をＮ、最大値をＡとし、回
転角をθとすれば、下記のように、ロータ２ａの着磁位
置および着磁分布（ｓｉｎＮθ）およびロータ２ａの回
転速度（ｄθ／ｄｔ）の積に比例した値となっている。

Ｅａ　１ｗＡｓ　ｉｎＮθ−ｄθ／ｄｔＥｂｌ＝Ａｃｏ
ｓＮθ・ｄθ／ｄｔ 次に、この誘起電圧Ｅａｌ、Ｅｂｌは、それぞれ平方回
路１０ａ、１０ｂを経て二乗され、平方信号Ｅａ２、Ｅ
ｂ２となり、共に加算回路１１に入力される。ここで（
ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓθ＝１〕の三角関数の定理を利用し
て加算回路１１の出力とし下記の信号Ｅ３が得られる。

Ｅ３＝　（ＡｓｉｎＮθ？＋（ＡＣＯ，ＳＮθデ＝（Ａ
−ｄθ／ｄｔ）” そしてこの信号Ｅ３は、平方根回路１２によって信号Ｅ
４＝ｌＡ−ｄθ／ｄｔｌとなり、第２の波形整形回路１
３の入力となる。ここで第２の波形整形回路１３は、前
段の平方根回路１２の使用により信号が絶対値で処理さ
れるため、ｄθ／ｄｔを所要の正負信号に変換する機能
を持つ。このようにして第２の波形整形回路１３の出力
としての信号Ｅ５＝Ａ−ｄθ／ｄｔは、増幅回路１４を
経て速度信号■となる。

一方、この信号Ｅ５は除算回路１５ａ、１５ｂによって
前記の電圧Ｅａｌ、Ｅｂｌとの割算により、信号Ｅａ６
−ｓｉｎＮθまたは信号Ｅｂ６＝ｃｏｓＮθとなった後
それぞれの増幅回路１６ａ、１６ｂによって増幅され、
位置信号Ｐａ−５ｉｎＮθおよび位置信号Ｐｂ＝ｃｏｓ
Ｎθとなり、出力端子１８ａ、１８ｂに現れる。このよ
うにして誘起電圧Ｅａｌ、Ｅｂｌから速度信号■および
位置信号Ｐａ、Ｐｂが同時に得られる。

他の実施例の構成および作用 次に、第４図は、バイポーラ型のステッピングモータ１
に励磁コイル■、■と別なサーチコイル３２ａ、３２ｂ
を別に付加した例を示している。

これらのサーチコイル３２ａ、３２ｂは、π／２だけ位
相のずれた状態で配列されており、前記と同様にロータ
２ａの回転時に、誘起電圧Ｅａｔ、Ｅｂｌを発生する。

その後の動作は、第１図の実施例と同様である。

発明の変形例 上記実施例は、演算回路９を必要な複数の機能回路によ
って実現しているが、このような演Ｗ、機能は、コンピ
ュータのプログラムの分野においても実現できるから、
その場合のコンピュータの演算部は、上記演算回路９と
均等なものとなる。

発明の効果 本発明では、下記の特有の効果が得られる。

まず、制御対象の位置信号および速度信号がエンコーダ
、ポテンショメータ、レゾルバ等のセンサを用いないで
検出できる。このことは、価格的に有利となるのみなら
ず、スペース的な自由度の増大ともなり、さらにサーボ
系における不要な不懸帯、ヒステリシス特性等を減じる
という機能的効果となる。

次に、ｗＪ単な回路構成によって、位置信号や速度信号
が同時に得られる。すなわちユニポーラ型のステッピン
グモータの場合には、演算回路を付加することで足り、
またバイポーラ型のステッピングモータの場合には、サ
ーチコイルおよび演算回路などを追加することによって
、その目的が簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なサーボ系のブロック線図、第２図は本
発明のステッピングモータの位置および速度検出装置の
ブロック線図、第３図は駆動回路およびスイッチング回
路の回路図、第４図は制御信号、励磁状態およびスイッ
チング状態を示すタイムチャート図、第５図は他の実施
例のブロック線図である。 １・・ステッピングモータの位置および速度検出装ｆｆ
ｉ、２・・ステッピングモータ、２ａ・・ロータ、３・
・誘起電圧検出手段、４・・駆動回路、５・・分配回路
、６・・スイッチング回路、７ａ、７ｂ・・差動増幅器
、８ａ、８ｂ・・第１の波形整形回路、９−−／ＪＩ算
回路、ｉｏａ、１０ｂ・・平方回路、１１・・加算回路
、１２・・平方根回路、１３・・第２の波形整形回路、
１４・・増幅回路、１５ａ、１５ｂ・・・除算回路、１
６ａ、１６ｂ・・増幅回路、１７．１８ａ、１８ｂ・・
出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータと、このロータの回転によって誘起電圧を発生さ
   せる誘起電圧発生手段と、この誘起電圧発生手段により
   発生する誘起電圧をサインおよびコサインの形に分けか
   つ波形整形する第１の波形整形回路と、サインおよびコ
   サインの形として上記第１の波形整形回路から出た各信
   号をそれぞれ平方する平方回路と、この平方回路からの
   信号を加算する加算回路と、この加算回路からの信号の
   ルートをとる平方根回路と、この平方根回路からの信号
   を所要の正負信号に変換する第２の波形整形回路と、こ
   の第２の波形整形回路からの信号で上記第１の波形整形
   回路からの各信号を除す除算回路とを有し、上記第２の
   波形整形回路からの信号をロータの速度信号とし、上記
   除算回路からの各信号をロータの位置信号として検出す
   ることを特徴とするステッピングモータの位置および速
   度検出装置。