JPH02223390A - ダイナミックモータ制御装置 - 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］ 本発明はダイナミックモータ制御装置に関する。

特に、本発明は一定の角度の間で回転され、特定の時間
期間中それらの一定の角度で静止状態に保持されるダイ
ナミックモータの制御に関する。

本発明はここでは説明的な適用に対して特定の実施例を
参照して記載されているが、本発明部それに限定されな
いことが理解される。当業者は、本発明の技術的範囲に
おいて付加的な修正、適用および実施例を認識するであ
ろう。

［従来技術］ 技術的に種々のブレーキシステムが知られている。この
ようなブレーキシステムの範囲は機械的ドラムおよびデ
ィスクブレーキから３相インダクシヨンモータの磁気ブ
レーキ装置まで及ぶ。

［発明の解決すべき課題］ ダイナミックモータ制御において、特定の時間期間中特
定の位置にロータの位置を維持することが好ましい。技
術的に知られているように、ステップモータは所望の位
置にロータを維持するために磁気デイテントを使用する
。電気エネルギはロータに磁気ヒルを通過させるために
付加されなければならない。モータが消勢されていると
き、ロータは静止し、磁気バレイ内に維持されている。

したがって、ステップモータは所望の停止位置に位置さ
れたこれらの磁気バレイを有するように構成されなけれ
ばならない。それ故、ステップモータの１つの欠点はモ
ータを多数の位置に保持させるために多数のデイテント
を必要とすることである。

ステップモータの他の欠点は、保持トルクと磁気摩擦間
の相関関係によるものである。すなわち、保持トルクが
大きくなるにしたがって、磁気ヒルの大きさが大きくな
り、したがってロータに磁気ヒルを通過させるために必
要な力が大きくなる。

したがって、所望の位置にロータおよびその負荷を保持
するために大きい保持トルクが必要とされるならば、一
つの停止位置から他の位置にロータを移動するために大
きい力が要求される。

ステップモータの第３の欠点は、モータが磁気バレイで
静止したときに、モータの軸は所望の位置で休止する前
に振動するという事実によるものである。この振動はモ
ータまたは負荷に損害を与え、もしくは過剰な摩耗を生
じさせる。

マイクロステップモータにより、軸が無数の不特定の位
置で保持されることを可能にするようにステップモータ
を改善することができる。マイクロステップモータは、
モータの空間的に直交する極に電気的に直交する信号を
供給することによって動作する。供給される信号の大き
さの比率を変化することによって、モータは移動され、
任意の所望の位置に保持されることができる。

しかしながら、所望の位置にロータを保持するために電
気エネルギは一定的に供給されなければならない。その
結果、マイクロステップモータの特性はさらに大きい保
持トルクに対して供給される電気エネルギの対応的な増
加要求によって制限される。

したがって、最小の保持トルクエネルギ要求を有するダ
イナミックモータ用のコンパクトで軽量であり安価なブ
レーキシステムに対する技術的な必要性が認められてい
る。

［課題解決のための手段］ 上記のような従来技術の欠点は、実質的に本発明のダイ
ナミックモータ、制御装置によって実質的に除去される
。本発明は、大きくて重いブレーキまたは高い電気エネ
ルギを必要とせずに機械的にモータ制御装置を設けるこ
とによって高性能、低価格および小型化を実現するもの
である。本発明は、運動ボディと、運動ボディに関して
静止して保持されるフレームと、運動ボディとフレーム
との間で支持され、運動ボディをフレームに関して運動
させる支持体とを具備する。本発明の特に新しい観点は
、運動ボディのブレーキ力を与えるための圧電気変換器
の使用である。

［実施例］ 図面を参照すると、第１図は本発明の電気的に制御され
るブレーキ装置を具備したダイナミック制御モータ１０
を示す。モータ１０は標準的なインダクションモータ１
５および本発明の電子ブレーキ装置２０を含む。当業者
はいずれのタイプの電気モータでも本発明の技術的範囲
を逸脱することなく使用され得ることを認識するであろ
う。モータ１５は埋設されたステータ巻線３０を備えた
スチールの円筒形モータ容器２５を含む。容器２５は一
端で閉じられている。さらにモータＩ５はロータ磁石４
０を取付けられた円筒形ロータ３５を含む。ロータ３５
は典型的にスチールまたはその他の適切な材料から構成
されている。ロータ３５は、電子ブレーキ装置２０に近
いロータ３５の端部に位置された第１のベアリング装置
４４および電子ブレーキ装置２０の反対側のロータ３５
の端部に位置された第２のベアリング装置４５によって
容器２５内に懸架されている。ベアリング装置４４およ
び４５はロータ３５を容器２５内のその縦軸を中心にに
して自由に回転させる。

第２図は、本発明のベアリング装置４４および４５の詳
細な断面を示す。各ベアリング装置４４および４５は、
環状内部レース４７と環状外部レース４８との間に配置
されたボールベアリング４Ｂを含む。環状内部レース４
７および環状外部レース４８はボール４Ｂを保持し、一
方でボール４６を自由に回転させる。

環状内部レース４７および環状外部レース４８は共にス
チールまたはその他の適切な剛性の材料から構成されて
いる。ベアリング装置４４および４５の内部レース４７
および外部レース４８の内面とボール４Ｂは、ボール４
Ｂと各内外レース４７および４８との間の摩擦を減少す
るために例えばグラファイトのような適切な潤滑剤４９
により滑らかにされている。ロータ３５は内部レース４
７に接続され、一方容器２５は外部レース４８に接続さ
れている。このようにして、ロータ３５は容器２５内に
懸架され、一方ロータ３５を容器２５内で運動させる。

第１図を再び参照すると、ブレーキ装置２０は容器２５
の閉じられた端部とスペーサ５５との間に位置された圧
電気変換器５０を含む。技術的に知られているように、
圧電気変換器が付勢されたとき、それにより膨廊して供
給電圧に比例した圧力を与える。反対に、電圧はそれに
供給された圧力に比例して圧電気変換器を横切って増大
する。

圧電気変換器５０は、水晶またはその他の適切な圧電気
結晶材料から構成されてもよい。圧電気変換器５０はス
ペーサ５５および容器２５と接触する２側で平坦である
。スペーサ５５はスチールまたはその他の適切な硬質の
材料から構成され、変換器５０が付勢されたときにだけ
一面で第１のベアリング装置４４と接触するように成形
されている。

電気接続６０は、所望のときにオペレータにマイクロプ
ロセッサまたはその他の制御装置（示されていない）を
介してブレーキ装置２０を付勢および消勢させるために
圧電気変換器５０に設けられている。これはスペーサ５
５に与えられるべき所望の圧力に比例した電圧を生成す
る。スペーサ５５は、第１のベアリング装置４４に圧電
気変換器５０によって供給された力を伝達する。技術的
に知られているように、ベアリングの摩擦はベアリング
負荷が増加されるにしたがって高くなる。スペーサ５５
を通じて第１のベアリング４４に供給された力は、ベア
リング負荷を増加させ、それによってベアリングの摩擦
を高める。ベアリングの摩擦のこの増大はブレーキトル
クをロータ３５に供給させる。したがって、ブレーキ装
置２０はロータ３５の回転を制限するように選択的に付
勢されることができる。（当業者は本発明の発展形態と
して第２の圧電気変換器（示されていない）がロータ３
５に与えられるブレーキ力を決定するために使用され得
ることを理解するであろう。） 動作において、負荷はロータ３５に接続されている。ロ
ータ３５はステータ巻線３０に電流を供給するによって
回転される。ロータが所望の位置まで回転されたとき、
ブレーキ装置２０の圧電気変換器５０は付勢される。供
給電圧に応答して、圧電気変換器５０はスペーサ５５に
圧力を与えるように膨張し、それによってスペーサが第
１のベアリング装置４４の外部レース４８に圧力を加え
る。圧力が第１のベアリング装置４４の外部レース４８
に加えられると、ブレーキトルクがロータ３５によって
発生される。

第３図は圧電気変換器５０に供給された電圧と最適に開
発されていないモデルから得られたロータ３５上のブレ
ーキトルクとの間の線形関係を示すグラフである。圧電
気変換器５０に十分な電圧を供給することによって、オ
ペレータは所望の停止位置にロータ３５を保持するのに
十分なブレーキトルクを供給することができる。ロータ
３５が所望の停止位置において停止したとき、インダク
ションモータ１５のステータ巻線３０に対するエネルギ
の付加はもはや必要ない。技術的に知られているように
、圧電気変換器は電流を導かず、一方で所定の圧力を維
持する。したが・うて、圧電気変換器５０が付勢されて
、ステータ巻線３０への電流が終了されたとき、システ
ムは電流を導かず、それ敵本質的に所定の位置にロータ
３５を保持するためにパワーは必要ない。

第２の停止位置にロータ３５を移動するために、圧電気
変換器５０は消勢され、ステータ巻線３０への電流は再
開される。ロータ３５は圧電気変換器５０が再度付勢さ
れる第２の停止位置に到達するまで回転する。このよう
にして、ロータ３５は移動され、その全運動範囲内の任
意の位置で保持されることができる。

電気ブレーキ装置２０はモータ１５に比べて比較的小型
で、軽量である。したがって本発明のダイナミック制御
モータ１０の寸法および重量は実質的に変化されない。

ブレーキ装置２０のダイナミック制御モータｌＯへの付
加はオペレータにロータ３５を移動させ、それを任意の
位置に保持させる。本発明の電気ブレーキ装置はまた（
磁気デイテントのような過剰な磁気エネルギを蓄積せず
、）ロータ３５の振動によって引起こされる損害を減少
する。

第４図は装置が小さい固定角度の間における反復回転に
さらされた後のベアリング装置４４または４５の断面図
である。ダイナミック制御モータ１０が回転すると、ベ
アリング装置４４および４５、スチールボール４Ｂは固
体の潤滑剤４９の累積的な歪みを引起こす。この歪みは
トルクバンブ４３として知られているものになる。、固
定角度間の反復的な回転によりトルクバンブ４３は、モ
ータ１０の動作に悪影響を−及ぼすのに十分に大きくな
る。

トルクバンブ４３によって発生された問題を補正するた
めの１つの方法は、広い運動の範囲にわたってロータ３
５を周期的に回転し、それによってトルクバンブ４３を
滑らかにすることである。しかしながら、この手段はロ
ータ３５の運動範囲に対する物理的制限のために不可能
であることが多い。

トルクバンブ４３の大きさを制限する第２の方法は、ロ
ータ３５が第１の方向に回転されたときに電気ブレーキ
装置２０を使用することによってベアリング装置４４お
よび４５に小さい前負荷を供給することである。前負荷
は、ロータ３５が第２の方向に回転されたときに電気ブ
レーキ装置２０の圧電気変換器５０に供給された電圧を
減少または除去することによってベアリング４４および
４５から減少または完全に除去される。第５図はこの過
程がベアリング装置４４および４５内のボール４Ｂに外
部レース４Ｂおよび内部レース４７の付近に移動させる
ことを示すグラフである。この移動はベアリング装置４
４および４５のトルクバンブ４３の大きさを制限する。

第６図は本発明のトルクバンブを減少する改善された方
法を示す。技術的に知られているように、標準的なベア
リング装置のレース内のボールの接触角度は負荷の関数
である。前負荷を供給するために本発明の電気ブレーキ
装置２０に類似した装置を使用することによって、ベア
リング装置４４および４５のレース４７および４８とボ
ール４６の接触角度は制御されることができる。

レース４７および４８とボール４６の接触角度は、前負
荷を供給することによってロータ３５が第１の方向に移
動されるときに決定され、前負荷を除去することによっ
てロータ３５が第２の方向に移動されるときに変化され
る。接触角度は第２の方向と第１の回転方向で異なって
いるが、回転角度は同じなので、ボール４６の通路長は
回転の異なる方向に対して異なる。したがって、ベアリ
ング装置４４および４５に供給される前負荷を変化する
ことによって、ベアリング装置４４および４５のボール
４６の移動は制御されることができる。これは、ボール
４Ｇの最初の位置が前負荷が供給される位置Ａであり、
第６図に示されている。ベアリング装置４４および４５
が特定の角度にわたって回転された後、ボール４６は位
置Ｂを占有し、前負荷が供給される。前負荷がベアリン
グ装置４４および４５から除去された後、ボール４Ｂは
位置Ｃを占有する。ベアリング４４および４５は回転さ
れて同じ特定の角度に戻され、ボール４６は位置りを占
有する。前負荷が再供給されると、ボール４６は位置Ａ
′を占有する。このようにして、ボール４Ｂは内部レー
ス４７および外部レース４８の周りを移動し、トルクバ
ンブ形成が緩和される。

本発明はここで図示された実施例および特定の適用を参
照して記載されているが、それに限定されるものではな
いことが理解される。当業者は、本発明の的的範囲内で
付加的な修正および適用を認識するであろう。例えば、
ＤＣモータは本発明の技術的範囲を逸脱することなく記
載の実施例におけるインダクションモータの代わりに使
用されることができる。

したがって、添付の特許請求の範囲の各請求項により本
発明の技術的範囲内において全てのこのような修正、適
用および実施例をカバーすることが意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイナミック制御モータを示す。 第２図は、内部および外部レースに関する本発明のベア
リングを示す。 第３図は、圧電気変換器に供給された電圧と本発明のロ
ータに供給されたブレーキトルクとの間の線形関係を示
すグラフである。 第４図はベアリングの反復された運動によって固体の潤
滑剤に形成されたトルクバンブを示す。 第５図は、供給された前負荷と接触角度とベアリング内
のボールの位置との間の関係のグラフを示す。 第６図はベアリングが一方向に回転されたときに前負荷
が供給され、ベアリングが他方向に回転されたときにそ
れが除去された場合のベアリング内のボールの軌跡を示
す。 １０・・・ダイナミック制御モータ、１５・・・インダ
クションモータ、２０・・・電気ブレーキ装置、２５・
・・容器、３０・・・ステータウィンドウ、３５・・・
ロータ、４０・・・ロータ磁石、４４．４５・・・ベア
リング、４６・・・ボール、４７・・・内部レース、４
８・・・外部レース、５０・・・圧電気変換器、５５・
・・スペーサ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスを支持するフレーム手段と、 前記フレーム手段内に前記マスを自由な運動を与えるよ
   うに懸架するベアリング手段と、 前記ベアリング手段に選択的に圧力を供給し、それによ
   って前記マスにブレーキ力を与える前記フレーム手段と
   前記ベアリング手段との間に位置する圧電気変換器とを
   含むマスの回転を制御するブレーキ装置。
2. （２）前記圧電気変換器から前記ベアリング手段に前記
   圧力を伝達する前記圧電気変換器と前記ベアリング手段
   との間に位置された力伝達手段を含む請求項１記載のブ
   レーキ装置。
3. （３）前記圧電気変換器に供給された電圧を検出し、そ
   れによって前記ブレーキ力の大きさを検出する圧力検出
   手段を含む請求項２記載のブレーキ装置。
4. （４）前記マスはモータロータである請求項３記載のブ
   レーキ装置。
5. （５）負荷を有し、ロータ巻線を支持するロータ手段と
   、 前記ロータ手段を支持し、ステータ巻線を支持する容器
   手段と、 前記容器手段内に前記ロータ手段を前記容器手段に関し
   て前記ロータ手段を自由に回転させるように懸架するベ
   アリング手段と、 前記容器手段と前記ベアリング手段との間に位置され、
   前記ベアリング手段に圧力を与え、それによって前記ロ
   ータ手段にブレーキ力を供給する圧電気変換器とを含む
   ダイナミック制御モータ。
6. （６）（ａ）フレームとベアリングの間に圧電気変換器
   を設け、 （ｂ）マスの運動を制限するために前記ベアリング手段
   に対して第１の方向に力を与えるように前記圧電気変換
   器を選択的に付勢し、 （ｃ）前記マスの自由な運動を可能にするように前記圧
   電気変換器を選択的に消勢するステップを含むベアリン
   グ手段によってフレーム内に支持されたマスの回転を正
   確に制御する方法。
7. （７）（ａ）ステータ巻線を含むモータ容器を設け、 （ｂ）ロータ巻線を含み、所望ならば負荷を有するロー
   タを設け、 （ｃ）前記モータ容器に関する前記ロータの自由な運動
   を可能にするように前記モータ容器に前記ロータを接続
   するベアリング手段を設け、（ｄ）前記モータ容器とベ
   アリング手段との間に圧電気変換器を設け、 （ｅ）所望の位置に前記ロータを回転し、 （ｆ）前記圧電気変換器を付勢し、それによって前記モ
   ータ容器と前記ベアリング手段との間に力を生成して所
   望の位置に前記ロータを保持し、（ｇ）第２の所望の位
   置に前記ロータを回転させるように前記圧電気変換器を
   消勢するステップを含むモータ容器、前記モータ容器に
   関して回転するロータおよび前記モータ容器に関する前
   記ロータの自由な運動を可能にするように前記モータ容
   器に前記ロータを接続するベアリング手段を含むモータ
   のダイナミック制御方法。
8. （８）第１および第２の面内に含まれている一連のボー
   ルから構成され、回転軸を支持する振動ベアリング内の
   ボールの通路を制御する方法において、 （ａ）前記軸を自由に回転させるように前記ベアリング
   を具備する容器手段を設け、 （ｂ）前記第１の面と前記容器手段との間に圧電気変換
   器を設け、 （ｃ）前記ベアリングに前負荷を設け、一方前記軸は前
   記圧電気変換器を付勢することによって第１の方向にお
   いて回転され、 （ｄ）前記ベアリングに対する前負荷を減少させ、一方
   前記軸は前記圧電気変換器を消勢することによって第２
   の方向において回転されるステップを含む回転軸を支持
   する振動ベアリング内のボールの通路を制御する方法。