JPH0219720B2 - - Google Patents

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JPH0219720B2
JPH0219720B2 JP18121584A JP18121584A JPH0219720B2 JP H0219720 B2 JPH0219720 B2 JP H0219720B2 JP 18121584 A JP18121584 A JP 18121584A JP 18121584 A JP18121584 A JP 18121584A JP H0219720 B2 JPH0219720 B2 JP H0219720B2
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JP
Japan
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circuit
signal
waveform shaping
coils
rotor
Prior art date
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JP18121584A
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English (en)
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JPS6158499A (ja
Inventor
Kyoshi Wakai
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Nidec Instruments Corp
Original Assignee
Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd filed Critical Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Priority to JP18121584A priority Critical patent/JPS6158499A/ja
Publication of JPS6158499A publication Critical patent/JPS6158499A/ja
Publication of JPH0219720B2 publication Critical patent/JPH0219720B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14Arrangements for controlling speed or speed and torque

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、ステツピ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つている。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、操作信号となつて操作部とし
てのモータ42に与えられる。ここでモータ42
は、外乱Dの影響を受ける制御対象43を駆動す
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
フイードバツクすることによつて、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、ポテンシヨメータ、レゾルバ等が用いられ、
また速度検出用のセンサとして、タコジエネレー
タが使用されている。
したがつて、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 したがつて、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イードバ
ツ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、ステツ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(sinNθ、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ツピン
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およびこれの入力側に接続さ
れた分配回路5はともに出力側でスイツチング回
路6に接続されている。このスイツチング回路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および徐算回
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12、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の他方の入力端には
接続されている。この徐算回路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φ1,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、
スイツチング用トランジスタ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、スイツチング回路
6のスイツチ素子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、これらのスイツチ素子28,29,
30,31は、上記制御装置φ1,φ2によつて
直接、またはインバータ21,22によつて反転
された信号によつて、それぞれ駆動されるように
なつている。
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、スイツチング用のトラン
ジスタ23,24,25,26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、磁電流が
順次流れる。これによつて、ステツピングモータ
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によつてスイツチ素子2
8,29,30,31を駆動する信号ともなつて
いるため、それらのスイツチ素子28,29,3
0,31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、その以外の励磁コイル、
に対応するスイツチ素子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Ea1,Ea2が
位相差π/2のもとに取り出される。スイツチ素
子28,29はまたはスイツチ素子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Ea1,Eb2は、時間軸上で、
連続状態となつている。
そしてこの誘起電圧Ea1,Eb2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Ea1,Eb2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Ea1,Eb2
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)の積を比例した値となつている。
Ea1=AsinNθ・dθ/dt Eb1=AcosNθ・dθ/dt 次に、この誘起電圧Ea1,Eb1は、それぞれ
平方回路10a,10bを経て二乗され、平方信
号Ea2,Eb2となり、共に加算回路11に入力
される。ここで〔sin2θ+cos2θ=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・dθ/dt)2 +(AcosNθ・dθ/dt)2 =A・dθ/dt)2 そしてこの信号E3は、平方根回路12によつ
て信号E4=|A・dθ/dt|となり、第2の波形
整形回路13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を回転
の方向に応じて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Vとなる。
一方、この信号E5は徐算回路15a,15b
によつて前記の電圧Ea1,Eb1との割算により、
信号Ea6=sinNθまたは信号Eb6=cosNθとなつ
た後それぞれの増幅回路16a,16bによつて
増幅され、位置信号Pa=sinNθおよび位置信号
Pb=cosNθとなり、出力端子18a,18bに
現れる。このようにして誘起電圧Ea1,Eb1か
ら速度信号V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ツピング
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Ea1,
Eb1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
回路によつて実現しているが、このような演算機
能は、コンピユータのプログラムの分野において
も実現できるから、その場合のコンピユータの演
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、ポテンシヨメータ、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
感帯、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、簡単な回路構成によつて、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
のステツ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ツピ
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つて、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ツク線図、第
2図は本発明のステツピングモータの位置および
速度検出装置のブロツク線図、第3図は駆動回路
およびスイツ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ツチング状態を示すタ
イムチヤート図、第5図は他の実施例のブロツク
線図である。 1……ステツピングモータの位置および速度検
出装置、2……ステツピングモータ、2a……ロ
ータ、3……誘起電圧検出手段、4……駆動回
路、5……分配回路、6……スイツチング回路、
7a,7b……差動増幅器、8a,8b……第1
の波形整形回路、9……演算回路、10a,10
b……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……徐算回路、16
a,16b……増幅回路、17,18a,18b
……出力端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ロータと、このロータと対向し異なる位相で
    励磁される複数のコイルと、該複数のコイルの各
    コイルに対応して設けられた複数のスイツチング
    用のトランジスタを順次導通させ上記各コイルを
    順次励磁する駆動回路と上記各コイルに対応して
    設けられた複数のスイツチ素子を有し上記複数の
    コイルのうち非励磁中のコイルに対応した上記ス
    イツチ素子をオン状態とするスイッチング回路と
    を備えてなるロータの回転によつて非励磁中のコ
    イルに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧発生
    手段と、この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
    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
    ツピングモータの位置および速度検出装置。
JP18121584A 1984-08-30 1984-08-30 ステツピングモ−タの位置および速度検出装置 Granted JPS6158499A (ja)

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US7477034B2 (en) 2005-09-29 2009-01-13 Agile Systems Inc. System and method for commutating a motor using back electromotive force signals
US7592761B2 (en) 2005-09-29 2009-09-22 Agile Systems Inc. System and method for starting and operating a motor
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US7279860B2 (en) 2005-09-29 2007-10-09 Agile Systems Inc. System and method for evaluating back electromotive force in a motor
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