JPH04533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光を利用してブラシレスモータの回
転位置を検出するモータの制御装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 光学式の変位変換器は、符号板に所定ピツチの
配列で形成された透光スリツトに光を投射し、こ
の透光スリツトを通過した光を受光素子で検出
し、検出光をもとに符号板の変位を求めるもので
ある。

従来、このような変位変換器として、例えば、
本出願人による特願昭58−13951号（特開昭59−
138921号公報）の「変位変換器」であつた。

この変位変換器では、角度分解能は（透光スリ
ツト数）×（透光スリツトの１ピツチの内挿数）で
決まる。例えば、スリツト数が160、内挿数が
4096の場合は、角度分解能は360／655360度にな
る。

［発明が解決しようとする問題点］ この変位変換器をブラシレスのDDモータ
（Direct Drive Motor）に用いた場合は、単なる
変位変換器としてだけでなく、DDモータのロー
タとステータに設けられた歯の位置を検出し、モ
ータのコイルに２相、３相等の励磁電流を流す制
御（以下、転流制御とする）のもとになる信号を
与えるためにも使用する。このため、従来はモー
タの透光スリツト数をモータの歯数と等しくする
必要があつた。

従つて、次のような問題点が生じた。

符号板のスリツト数を大きくできないため、
精度が悪い。

より、スリツトのピツチが大きくなるた
め、大きな光源が必要になる。

スリツトの形成位置の半径を大きくできない
ため、符号板の中心の穴を大きくできなくな
り、モータと変位変換器の配線を通しにくい。

本発明は上述した問題点を解決するためになさ
れたものであり、光学式の変位変換器を用いて、
透光スリツトの数をモータの歯数よりも大きくし
て転流制御が可能なモータの制御装置を実現する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、 所定ピツチの配列で透光スリツトが形成された
符号板をブラシレスモータのロータに取付け、前
記透光スリツトに光を投射し、透光スリツトの通
過光をもとにして前記モータのロータとステータ
の歯の位置関係を求めるモータの制御装置におい
て、 前記符号板に透光スリツト数がn₁個とn₂個の二
段スリツト列を設け、n₁−n₂（n₁＞n₂）は前記モ
ータの歯数に設定するとともに、前記n₁個とn₂個
の透光スリツトを通過した光の検出信号の位相差
からモータのロータとステータの歯の位置ずれを
求める信号処理部を具備したことを特徴とするモ
ータの制御装置である。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかるモータの制御装置の一
実施例の構成図である。

図で、１は円板状の符号板であり、円周方向に
所定のピツチで透光スリツトが配列された２段の
透光スリツト列が設けられている。外側のスリツ
ト列にはn₁個の透光スリツト２が設けられ、内側
の透光スリツト列にはn₂個の透光スリツト３が設
けられている。これらの透光スリツト２と３はモ
ータのロータとステータの歯の位置ずれを検出す
るために設けられたものである。符号板１の回転
位置の検出用スリツトとして、スリツト２の外側
にスリツトＳが設けられている。この符号板１は
モータの出力軸Ｍと一体に回転するものである。

４，５は光源、６，７は光源４，５からの光ビ
ームを平行ビームにするためのレンズである。

レンズ６を通過した光はスリツト２とＳに、レ
ンズ７を通過した光はスリツト３にそれぞれ当た
る。

８およびD₁，D₂は透光スリツト２を通つた光
（スリツト像）を受光するイメージセンサである。
フオトダイオードアレイ８は例えば８個のフオト
ダイオード８₁〜８₈がアレイ状に配列されたもの
である。

９は透光スリツト３を通過した光（スリツト
像）を受光するイメージセンサであり、例えば８
個のフオトダイオード９₁〜９₈がアレイ状に配列
されたものである。

これらのフオトダイオードは第２図に示すよう
に透光スリツトの１ピツチＰ内に配列されてい
る。

１０は信号処理部であり、フオトダイオード８
_１〜８₈と９₁〜９₈の検出信号をもとにしてモータ
のロータとステータの歯の位置関係を算出する。

このような制御装置の具体的な構成例を第３図
に示す。第３図で第１図と同一のものは同一符号
を付ける。以下、図において同様とする。

第３図で、SW１〜SW８はフオトダイオート
８₁〜８₈と９₁〜９₈からの信号を一定のタイミン
グで順次取出していくスイツチである。

１１，１２はOPアンプであり、各スイツチ
SW１〜SW８を介して印加される信号を増幅す
る。OPアンプ１１，１２の出力は階段状の波形
になる。波形の高さは光を検出したフオトダイオ
ードの個数に相当する。

１３，１４はローパスフイルタであり、OPア
ンプ１１，１２の低周波域の信号成分を抽出す
る。OPアンプ１１，１２の出力は、ローパスフ
イルタ１３，１４を通過することにより周期関数
の波形になる。

１５，１６はコンパレータであり、ローパスフ
イルタ１３，１４からの信号f₁（ｔ）、f₂（ｔ）を
波形成形する。

１７は位相差カウンタであり、計数用クロツク
CLKのタイミングをもとに信号f₁（ｔ）とf₂（ｔ）
の位相差をカウントする。カウンタの値のリセツ
トには信号f₁（ｔ）を用い、カウンタの値のスト
ローブには信号f₂（ｔ）を用いる。これらの信号
の１周期を1024分割したい場合は係数用クロツク
CLKの周波数f_cを1024f_s（f_sは信号f₁（ｔ）、f₂（ｔ）
の周波数）にする。

１８はsinとcosの値が格納されたROMである。
位相差カウンタ１７から与えられる位相差θ_eの
sin値とcos値がROM１８から読み出される。

１９，２０は乗算型Ｄ／Ａ変換器（デイジタル
−アナログ変換器）であり、ROM１８から読み
出したsinθ_eの値とcosθ_eの値をＤ／Ａ変換する。
これらの変換器にはモータのトルク指令信号が与
えられる。

２１，２２は定電流増幅器であり、乗算型Ｄ／
Ａ変換器１９，２０からの信号をもとにDDモー
タ２３のコイルL₁，L₂に定電流を流す。

２４は符号板１の回転位置を検出する位置検出
回路である。この回路の具体的構成を第４図に示
す。

第４図で、３１はシフトレジスタであり、スイ
ツチSW１〜SW８を順次オンにしていく。

３２はタイミング発生回路で、８番目のスイツ
チSW８がオンになつたタイミングで信号f₁（ｔ）
を取込みカウンタ３３とラツチ回路３４に与え
る。カウンタ３３は、信号f₁（ｔ）の位相ずれを
クロツク発生器３５のタイミングをもとにしてカ
ウントする。クロツク発生器３５は例えば12MHz
のクロツク信号を発生する。ラツチ回路３４はカ
ウンタ３３のカウント値をラツチする。

３６は分周回路であり、クロツク発生器３５の
クロツク信号を例えば1/512に分周し、シフトレ
ジスタ３１にスイツチSW１〜SW８のオン・オ
フのタイミング信号として与える。

３７はマイクロプロセツサであり、ラツチ回路
３４からの信号をもとにして符号板の回転位置を
算出する。

フオトダイオードD₁及びD₂の出力信号はアン
プ３８で増幅された後、バツフア３９を経てマイ
クロプロセツサ３７に与えられる。この信号が基
準位置信号（ゼロ信号）になる。

次に、このような制御装置の動作について説明
する。

スイツチSW１〜SW８のスキヤン周波数は８f_s
に設定されている。

外側の透光スリツト２を通過した光をフオトダ
イオードアレイ８で検出し、内側の透光スリツト
３を通過した光をフオトダイオードアレイ９で検
出する。これらフオトダイオードアレイの検出信
号を８f_sの周波数で走査すると、ローパスフイル
タ１３，１４を通過した信号f₁（ｔ）、f₂（ｔ）は
次のようになる。

f₁（ｔ）＝A₁sin（ωt＋n₁θ） f₂（ｔ）＝A₂sin（ωt＋n₂θ） A₁、A₂：定数、θ：符号板の回転角 ω＝2πf_s ここで、両方の信号の位相差φは、 φ＝（n₁−n₂）θ となる。

ここで、位相差φと符号板の回転角θの関係に
ついて説明する。

例えば、外側のスリツト数n₁が８個で内側のス
リツト数n₂が６個の場合について説明する。

この場合、モータの歯数ｍは８−６から２個に
設定する。

この場合のフオトダイオードアレイ８と９の検
出信号とモータの回転角の関係は第５図ａとｂの
ようになる。

図に示すように、これらの検出信号のずれ（電
気角）は回転角θ（機械角）に比例してφ₁、φ₂…
と増えていく。

符号板がθだけ回転したときの両方の検出信号
のずれφは、式より、次のようになる。

φ＝（８−６）θ 一方、符号板がθだけ回転するとモータのロー
タもθだけ回転する。モータの歯数は２個である
ことから、モータのロータとステータの歯は電気
角にして2θだけ角度がずれたことになる。すなわ
ち、符号板で検出された位相差がモータのロータ
とステータの歯の電気角のずれに相当する。これ
をもとにしてモータのロータとステータの歯の位
置関係（機械角）を検出し、この位置関係をもと
にモータを転流制御する。

次に、符号板の偏心による誤差の補償動作につ
いて説明する。

今、信号f₁（ｔ）およびf₂（ｔ）から求めた符号
板の位置に応じたパルス数（以下、位置パルス数
とする）をN₁およびN₂とすると、 N₁＝＋δ／R₁sin N₂＝＋δ／R₂sin ：真の回転角、δ：偏心量、R₁：フオトダ
イオードアレイ８の取付け半径、R₂：フオトダ
イオードアレイ９の取付け半径 となる。、式から真の回転角は、 ＝｛Ａ−ＢR₁−R₂／R₁＋R₂｝／２ ここで、Ａ＝N₁＋N₂、Ｂ＝N₁−N₂となる。
式を用いてを求めることによつて偏心による
誤差が補正される。

このような誤差補正の演算は別個に設けたマイ
クロプロセツサによつて行う。

なお、実施例ではモータが２相モータである場
合について説明したが、これに限らずモータは３
相モータであつてもよい。この場合、各コイルに
流れる電流信号の位相はθ_e、θ_e−120°、θ_e＋120°
になる。

［効果］ 本発明によれば、次のような効果が得られる。

すなわち、二段透光スリツト列の外側と内側の
透光スリツト数の差がモータの極数になるように
スリツト数を設定しているため、モータの極数よ
りも多い数の透光スリツトを設けることができ
る。これによつて、角度分解能を小さくできるこ
とから変位の検出精度が向上する。また、透光ス
リツトのピツチを小さくできるので、光源も小さ
くてすむ。第６図から、フオトダイオードアレイ
PDAの取付け半径Ｒの誤差Δによつて検出信号
に生じる誤差Ｅは、 Ｅ＝2π／ｎΔ／Ｒ ｎ：スリツトの数 となる。式からｎ、Ｒが小さい方が誤差Ｅが小
さくなる。

また、透光スリツト数を大きくできるため、ス
リツトの取付け半径を大きくできる。これによつ
て、符号板の中心に大きな穴を形成できるため、
モータと変位変換器の配線を容易に通すことがで
きる。

これに加えて、２個のフオトダイオードアレイ
の検出信号をもとに、符号板の偏心による誤差を
補償する構成になつていることからも検出精度を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるモータの制御装置の一
実施例の構成図、第２図はフオトダイオードと透
光スリツトの配列関係を示した図、第３図及び第
４図は第１図の制御装置の具体的な構成例を示し
た図、第５図は第１図の制御装置の動作説明図、
第６図は第１図の制御装置に生じる誤差を説明す
るための図である。 １……符号板、２，３……透光スリツト、４，
５……光源、８，９……フオトダイオードアレ
イ、１０……信号処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定ピツチの配列で透光スリツトが形成され
   た符号板をブラシレスモータのロータに取付け、
   前記透光スリツトに光を投射し、透光スリツトの
   通過光をもとにして前記モータのロータとステー
   タの歯の位置関係を求めるモータの制御装置にお
   いて、 前記符号板に透光スリツト数がn₁個とn₂個の二
   段スリツト列を設け、n₁−n₂（n₁＞n₂）は前記モ
   ータの歯数に設定するとともに、前記n₁個とn₂個
   の透光スリツトを通過した光の検出信号の位相差
   からモータのロータとステータの歯の位置ずれを
   求める信号処理部を具備したことを特徴とするモ
   ータの制御装置。