JPS582558B2 - パルスモ−タの電子ダンパ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、パルスモークのダンパーに関し、さらに詳
しくは、パルスモータに高速動作を要求する装置に最適
なパルスモータの電子ダンパーに関する。

一般的に、パルスモータには、ダンパーが設けられる。

このダンパーは、バルスモータをすみやかに安定位置に
移行し静止させるため設けられるものである。

具体的には、第１図に示すように、パルスモータをある
位置からθ０回転させ静止させようとすると、ｔ１時間
後にθ０に達するが、その後ｔ２時間θ０へ収束する振
動を行う。

この振動は、装置に好しくない影響を与える。

例えば、パルスモータを用いたタイプライターでは、振
動が少なくなるまで印字することはできない。

つまり、振動中に印字すると、字が綺麗に印字されない
。

また、ディスク装置等では、ヘッドの位置決めに悪影響
を及ぼす。

そこで、従来ダンパーとして各種の手法が用いられてい
る。

その１つは、パルスモータの駆動形式を２相同時励磁方
式とするものである。

他の１つは、１相励磁方式のパルスモータの巻線間にコ
ンデンサを常時介在させ、断続の際の充放電電流を利用
するものである。

しかし、前者の方法によると、ダンパーの効果は生じる
が、角度を精確に制御することは、１相励磁のものに比
して困難となってしまう。

また、後者の手法によると、低速な装置にしか応用でき
ない。

即ち、放電電流による励磁は、高速な断続に追従できな
い。

特にコンデンサの容量を大きくするとその影響は大であ
る。

従って、タイプライターのように、印字ヘッドを選択す
るため精確な角度を与えることが必要で、かつ高速で次
の活字を選択しただちに静止することが必要な装置に、
パルスモータを用いることは、困難なものであった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものである。

それ故、本発明の目的は、あるパルスモータのロータの
位置から他の位置へ直ちに移行でき、かつただちに静止
させるダンパーを提供することである。

本発明の他の目的は、高速移行・即時停止を行なわせ、
同時にパルスモータの角度ｎ度を低下させないダンパー
を提供することである。

このため、本発明は１相励磁方式のパルスモー夕を用い
、かつパルスモータの停止時にダンパー効果を持たせる
ようにした。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

説明の都合上タイプライターを例として説明するが、他
の装置に用いても同様の目的を達成する。

第２図において、１は制御回路を示す。

この制御回路１は、図示せぬ印字ハンマーの打ち込みタ
イミングパルスを端子Ｃから出力する機能と、巻線Ｌ１
〜Ｌ４にどのようなシーケンスで電流を与え励磁するか
を決定する機能と、スイッチング素子であるリレー４を
駆動するパルスを端子Ｂから発生させる機能とを有する
。

Ｌ１〜Ｌ４は、パルスモータの巻線を示す。

そして、この例のパルスモータは４相機であるとする。

したがって、４相機の１相励磁方式であるので、巻線Ｌ
１〜Ｌ４は１個づつ励磁される。

また、巻線Ｌ１とＬ２，Ｌ３とＬ４は、パルスモータの
ロータの振動または回転によって互いに相反する極性の
起電力を発生する構成となっている。

具体的には、巻線Ｌ１とＬ２（またはＬ３とＬ４）は同
一の極に反対方向に巻かれている。

ＴＲ１〜ＴＲ４は、夫々巻線Ｌ１〜Ｌ４に電流を断続さ
せるトランジスタである。

２は電流源を示し、３はハンマー駆動部を示す。

したがって、制御回路１によってパルスモータを右へ何
度か回転させるときは、制御回路１内で一定のシーケン
スによって、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４のＯＮ／ＯＦ
Ｆを制御し、巻線Ｌ１〜Ｌ４を励磁させる。

また左へ何度か回転するときも同様である。

Ｃ１，Ｃ２はコンデンサを、ＳＷ１，ＳＷ２はスイツチ
点を、４はリレーを示し、スイッチ点ＳＷ１，ＳＷ２と
リレー４とはスイッチング素子を構成する。

コンデンサＣ１，Ｃ２とスイッチング素子とは、巻線Ｌ
１−Ｌ２間、Ｌ３−Ｌ４に直列に介在させられるまた、
スイッチ点ＳＷ１，ＳＷ２は頭初開放されている。

このように構成されているので、次のように作用する。

この作用説明には、第３図のタイミングチャートを参照
する。

例えば、印字するため制御回路１はパルスモータ駆動パ
ルスＡを必要個数出力する。

また、制御回路１内では、これに基づいて、トランジス
タＴＲ１〜ＴＲ４のＯＮ／ＯＦＦシーケンスを作りそれ
を実行する。

したがって、パルスモータ駆動パルスＡが出力され終る
と、パルスモータは一定の方向へ一定の角度回転するこ
とになる。

そのとき、パルスモータ駆動パルスＡの最終のパルスの
立下がりに同期して、リレー駆動信号Ｂが、制御回路１
からリレー４へ出力される。

これによって、リレー４はスイッチ点ＳＷ１，ＳＷ２を
倒す。

したがッテ、巻線Ｌ１−コンデンサＣ１−巻線Ｌ２の閉
ループと、巻線Ｌ３−コンデンサＣ２−巻線Ｌ４の閉ル
ープとが形成される。

この結果、巻線Ｌ１に発生する起電力は巻線Ｌ２に発生
する起電力と大きさの同じ極性の相反するものであるか
ら、相互にコンデンサＣ１を介して打ち消し合う。

また、巻線Ｌ３，Ｌ４についても同様に発生した起電力
は打ち消し合う。

この後、制御回路１はハンマー駆動部３に対し、ハンマ
ー駆動パルスＣを送出し印字を行う。

この印字の際、巻線Ｌ１−Ｌ２，Ｌ３−Ｌ４間で起電力
を打ち消し合っているので、ロータの振動・回転が生じ
ない。

このため印字は綺麗にでき上がる。

以上説明したように、本発明によれば、パルスモータの
回転時には、コンデンサを介在させていないので、高速
な動作を行いうる。

また、パルスモータの停止時に、コンデンサを介在し、
発生する起電力を打ち消し合わせしめるので、効率の良
いダンパーを提供でき、ロータの振動・回転が直ちに停
止できる。

さらに、１相励磁方式なので、パルスモータの角度精度
の低下はなく、タイプライターに適している。

尚、最適なコンデンサの値を決める方法について次に記
す。

ロータが振動することで、ステータのコイルに励起され
る起電力の周波数と位相は、ロータの振動の周波数や位
相とかならずしも一致しない。

その理由はステータのコイルに通る磁束の大きさがロー
クの位置と、ノンリニアーな関数になっているためであ
る。

しかも、この関数がパルスモータの構造上の種類により
異なる。

このことをＢを磁束とじロータの位相をθとして、数式
で表わすと、Ｂ＝Ｆ （θ） ここでθはロータの振動の振幅を■、角周波数をω、位
相φとすると、次のように表わせる。

θ＝■Ｓｉｎ（ωｔ＋φ） そして励起される起電力は磁束の変化に比例するので、
数式で表わすと、 ダンピング効果を得るためには、この起電力ｅにより流
れる電流ｉがロータの角速度に対しブレーキとなる位相
関係でなければならない。

つまり、 ここではＺはコンデンサと２つのコイルで形成される閉
ループ回路のインピーダンスである。

従って、Ｆ（θ）によってＺを構成するＣの値を適切に
選ばねばならない。

つまり、上の式においてω２ＬＣ−１＝０となるようω
とＬＣの関係を定めた時がＺ＝ＲとなりＺが最小となる
。

このことは、ＬＣで決定される電気的直列共振周波数を
ロータの機械的振動周波数ωに一致させればよいことに
なる。

ここで注意しなければならないのはコイルのインダクタ
ンスＬである。

バルスモータの性質としてよく知られているように、巻
線のコイルのインダクタンスはロータの位置などにより
一定ではない。

そのうえ、ロータの機械的共振周波数におけるコイルの
インダクタンスを考えると、ロータの機械的振動により
磁束変化が起り、その結果、コイルに誘起電圧が生じる
ため、みかけ上コイルのインダクタンスがコイル自身の
インダクタンスより大きくなったことになる。

大きくなる度合はパルスモータの型式や形状により異な
る。

ちなみに本発明の一実施例である活字板駆動用パルスモ
ータにおいてはコイルの公称インダクタンスの約２倍の
インダクタンスとして働いている。

この一実施例について適切なコンデンサの値を求める手
順を説明する。

１巻線当りのコイルの公称インダクタンスをＬ′とし、
ロータの機械的振動周波数をｆＭとする。

電気的共振周波数を求める時コイルのインダクタンスが
前記のように２倍となり、しかも２つのコイルが直列に
つながる為、Ｌ＝４Ｌ′となるので電気的共振周波数ｆ
Ｍを求める式は下記のようになる。

ここで前記の通りｆＥ＝ｆＭとすることが最大のダンピ
ング効果を表すので となればよい。

これより、Ｃを求めると次のようになる。

ここで実施例による具体的数値を代入してみると、 ｆＭ＝６７Ｈ２ Ｌ′＝１４ｍＨ ∴Ｃ≒１００μＦとなる。

またこれを別の表現のしかたをすると、コイルの公称イ
ンダクタンスの値Ｌ′とコンデンサとで計算した共振周
波数をｆ０とすれば、次の式がなりたつ。

かれる。

つまり、みかけ上、コイルの公称インダクタンスから計
算した電気的直列共振周波数ｆ０をローを選べばよいと
も言える。

コンデンサの容量を変化させて、パルスモータが振動を
停止するまでの時間を測定した結果を第４図に示す。

図からわかるように、コンデンサの容量が５０μＦ〜２
００μＦのとき、即ち、２つの巻線と公称インダクタン
スコンデンサとで形成される直列共振回路の直列共振周
波数が、機械系実用上使用できる範囲である。

即ち、コンデンサの容量は、１００μＦを中心としてそ
の１／２（５０μＦ）から２倍（２００μＦ）の範囲で
ある。

ただし、装置の使用目的によっては、幅を広げても良い
ことは明らかである。

ところで、コンデンサと２つのコイルとで形成される閉
ループのインピーダンスＺの絶対値が小さければ理論上
ダンピング効果が大となることを前述した。

そこで、インピーダンスＺを小さくする手法として、閉
ループ回路に存在する直流抵抗分を小さくすることを試
みる。

これによって、本発明における即時停止の効果をさらに
大とすることを目的とする。

第５図は、この発明の一実施例を示すもので、第２図と
同一の符号は同一の構成要素を示している。

したがって、この例においては負性抵抗ＲＮ１，ＲＮ２
をスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とコイルＬ１Ｌ２の
間に介在させたことを特徴とする。

具体的には、この負性抵抗ＲＮ１，ＲＮ２を与える回路
例を第６図に示す。

図において、６１Ａ，６１Ｂは電源、ｒ１，ｒ２，ｒ３
は抵抗、６２はオペアンプ、６３，６４はトランジスタ
である。

この回路は、所謂非反転回路であり、トランジスタ６３
，６４は出力電流を大とするため接続されている。

従って、回路には、が成立し これだけの負性抵抗が生じる。

以上説明した負性抵抗ＲＮを介在させることによって、
閉ループに流れる電流が増大しこれによってダンピング
効果が大となる。

本発明者が用いたパルスモータでは、巻線１つの直流抵
抗が５Ωであり、閉ループ全体としては、１０Ωとなる
。

したがって、負性抵抗ＲＮを９Ωとすればよい。

これによって、第４図の破線で示すように元のグラフを
下方へ平行移動した形となることが実験的に確かめられ
た。

そして、１００μＦのコンデンサを用いたとき１５ｍＳ
で振動が停止した。

ここで、負性抵抗を閉ループ内の直流抵抗値と同一にし
ないのは、振動しないがロータの回転角への収束時間が
オーバー・ダンピングのため長くなることがあるからで
ある。

また、負性抵抗の絶対値を直流抵抗値以上にすると発振
するのは明らかである。

このように、本発明によれば、第３図に示すリレー駆動
信号Ｂのパルス幅を負性抵抗を介在しないときは５０ｍ
Ｓ程度、負性抵抗を介在させたときは１５ｍＳ程度与え
ることによって、従来１ｓｅｃ程度振動していたのに比
べ１／２０，１／６０に振動時間はおさえられる。

尚、本発明の説明では、４相機のパルスモータを１相励
磁方式で用いたがこれに限定されない。

即ち、ｎ相機のパルスモータを１相励磁方式で用いれは
良い。

またスイッチング素子はトランジスタやＳＣＲとし、制
御回路でこれを制御しコンデンサを介在させたり、介在
させなくしてもよい。

このように、本発明は、高速移動と高速停止させる必要
がある装置にバルスモータを適用している場合、コンデ
ンサとスイッチング素子でダンパー効果が生じ、さらに
負性抵抗を用いればさらに効果大となる。

したがって、本発明によれば最適のパルスモータダンパ
ーを提供しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、パルスモータの振動の様子を説明するための
図、第２図は本発明の一実施例を示す回路図、第３図は
第２図の回路の作用を説明するタイミングチャート、第
４図は本発明の効果を示す図、第５図は本発明を更に改
良したブロック図、第６図は負性抵抗を作る回路例の回
路図である。 Ｌ１〜Ｌ４・・・・・・・・・巻線、Ｃ１，Ｃ２・・・
・・・・・・コンデンサ、ＳＷ１，ＳＷ２・・・・・・
・・・スイッチ点、４・・・・・・・・・リレー、ＳＷ
１，ＳＷ２，４・・・・・・・・・スイッチング素子、
ＲＮ１，ＲＮ２・・・・・・・・・負性抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータの振動または回転によって互いに相反する極
   性の起電力を発生する２つの巻線を有する１相励磁方式
   のパルスモータにおいて、前記２つの巻線間にコンデン
   サとスイッチング素子とを直列に介在させ、パルスモー
   タ駆動パルスの出力終了後、前記スイッチング素子を導
   通状態とするパルスモータの電子ダンパー。 ２ 前記コンデンサの容量を、前記２つの巻線のインダ
   クタンスに機械系から等価変換されるインダクタンスを
   加えた合計のインダクタンスとコンデンサとで形成され
   る直列共振回路の直列共振周波数が、機械系も含めたパ
   ルスモータの振動周波数の１倍を中心として、その１／
   ２倍から２倍の範囲と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の電子ダンパー。 ３ ロータの振動または回転によって互いに相反する極
   性の起電力を発生する２つの巻線を有する１相励磁方式
   のパルスモータにおいて、前記２つの巻線間にコンデン
   サとスイッチング素子と前記２つの巻線が有する直流抵
   抗成分を打ち消すための負性抵抗とを直列に介在させ、
   パルスモータ駆動パルスの出力終了後、前記スイッチン
   グ素子を導通状態とするパルスモータの電子ダンパー。