JPS614458A

JPS614458A - ステツプ送りアクチユエ−タ装置

Info

Publication number: JPS614458A
Application number: JP12372884A
Authority: JP
Inventors: Kunio Miyashita; 邦夫宮下; Hiroshi Hayashida; 林田　弘; Tadashi Takahashi; 正高橋; Yasuo Notohara; 保夫能登原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1986-01-10

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】〔発明の利用分野〕本発明は、ステップ送りアクチュエータ装置に係り、ス
テップ的に位置を移動することができるもので、特に、
小形で高精度なものに係るステンプ送りアクチュエータ
装置に関するものである。

〔発明の背景〕

最近の情報産業の発展は、目覚しいものがある。

特に、ＯＡ　（Ｑｆｆｉｃｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）
機器は、省力化、省資源のニーズに対応して急速な進展
がみられる。

これにともない、ＯＡ機器に使用されるアクチュエータ
装置も小型、高速、高精度化が強く要求されている。

たとえば、フロッピディスク（ＦＤＤ）のヘッドを駆動
するアクチュエータ装置も、ＦＤＤの高密度化にともな
う、トラック間隔の減少、停止速度の向上が必須となっ
ている。

従来、前記のヘッド駆動用には、ステップモータが多く
使われているが、周知のごとく、ステップ送りの間隔を
短くするためには、ステップモータの鉄心の歯数を増加
させなければならない。

しかし、このようにすると、歯のピッチが小に１　　　
　カ、−，−７□１７８１，９１．２ケゆえ７〜あうも
悪くなる。

また、歯のピッチが小になると、トルク発生および、ト
ルクの傾斜に関係するリラクタンス変化が小になるため
、発生トルクも小になる欠点がある。

これにたいし、最近、コイル可動形のアクチュエータな
どを用い、ＦＤＤのディスク面にフィードバック用の信
号を記録し、この信号によりサーボをかける方式も発表
されているが、ディスクの方式にたいし互換性がなく、
汎用的なアクチュエータ装置になり難い欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、小形で高精度なステップ送りを可能としたス
テップ送りアクチュエータ装置の提供を、その目的とす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明のステップ送りアクチュエータ装置に係る第１の
発明の構成は、固定部と可動部とよしなるアクチュエー
タと、その可動部と対向させて、　　　　　　　　　夛
各相の出力を発生するセンサを設けるようにしたものに
おいて、そのセンサとして２相の出力Ａ。

Ｂを発生するセンサを設けるようにし、そのセンサ出力
Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、前記センサ出力Ａ、Ｂを基
に１７だ逆変換信号ａ、ｂとを処理する信号処理回路と
、位置指令に基づき前記の各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの中の
１つを順次選択して電圧指令を発生する電圧指令回路と
、その電圧指令に基づきアクチュエータの電圧を制御す
る電圧制御回路とを具備せしめて構成したものである。

同じく第２の発明の構成は、固定部と可動部とよりなる
アクチュエータと、その可動部と対向させて、各相の出
力全発生するセンサを設けるようにしたものにおいて、
そのセンサとしてｎ相（ｎ≧３）の圧力を発生するセｙ
すを設けるようにし、位置指令に基づき前記のｎ個の信
号の中の１つを順次選択して電圧指令を発生する電圧指
令回路と、その電圧指令に基づきアクチュエータの電圧
を制御する電圧制御回路とを具備せしめて構成したもの
である。

さらに詳述すると、次のとおりである。

本発明に係るものは、ステップモータの歯に相当する動
作を、センサおよび制御回路で達成するようにしたもの
である。

す々わち、ステップモータのステップ数に対応した数の
出力を発生する、たとえば、２相の出力Ａ、Ｂを発生す
るセンサ（たとえば、１．８°ステツプモータにたいし
ては、３６０／１．８　Ｘ　１／４＝５０パルス／回転
の２相センサ）を、アクチュエータの可動部に対向して
設け、このセンサの出力Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、回
出カＡ、Ｂの逆変換信号ａ、ｂとの中から、その１つを
指令パルスに同期して順次切換えていくようにしたもの
である。

そして、次いで、この選択されたセンサ出力信号例対応
して、アクチュエータに印加する電圧を制御するように
したものである。

ステップ動作は、センサ信号を基準にさせるため、アク
チュエータのトルク発生機構は、ステップモータのよう
に歯を必要とせず、上記センサと制御回路が、ステップ
モータの歯の作用を代行するものである。

以上の考えに基づく、ステップ送りアクチュエータ装置
の基本構成を示すものが第１図のブロック図である。

図で、ＩＡはアクチュエータの固定部、２Ａはアクチュ
エータの可動部、３Ａは、アクチュエータの可動部２人
に対向して設置した、９０度位相の異なる２相出力Ａ、
Ｂを発生するセンサであり、６Ａは、前記センサ３Ａの
２相出力Ａ、Ｂを基に、信号ａ、ｂ、その逆変換信号ａ
、ｂを作る信号処理回路、７Ａは指令発生回路、５Ａは
、指令発生回路７Ａからの指令θ９．θｒ　（なお、θ
、は、ステップ数に係るパルス列、θ２は移動方向の指
令である。）に基づき、信号処理回路６Ａからの各信号
ａ、ｂ、ａ、ｂの中から１つのみ順次選択し、それを基
にｉ圧指令信号ｖｃを発生させる電圧指令回路、４Ａは
、前記の′電圧指令信号ｖ０に基づき、アクチュエータ
の固定部ＩＡあるいは可？動部２人に印加する電圧Ｖを制御する電圧制御回路であ
る。

以上のり成によれは、センサ３Ａの２相出力Ａ。

Ｂによる信号ａ、ｂ、逆変換信号ａ、ｂにより、アクチ
ュエータに印加される電圧の方向および大きさが決まる
ことになる。

第２図は、その各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの位相関係をあわ
せて示す、センサ出力と基本動作の関係説明図であり、
これが同時に、各信号ａ、ｂ、ａ。

ｂに基づくアクチュエータのコイル電圧■の位相を示す
ものである。

この第２図で、正の方向の電圧は、正の方向の電流を流
し右方向の力を発生し、負の方向の電圧は、逆に左方向
の電流を流し左方向の力を発生するとすれば、点ａｌの
左側の位置（イ）の領域では、必ず右方向に移動し、点
ａｌの右側の位置←）の領域では、必ず左方向に移動し
て、８１点で停止する。

また、図の点ａ２のＥ側の位置Ｃ９の領域では、右方向
に移動し、点ａ２で停止する。

すなわち、センサ３Ａの出力Ａに基づく信号ａのときは
、点ａｌ　ｌ　ａ２　＋・・・・・・が安定点で、必ず
、この位置に停止する。

同様に、逆変換信号ａにだいし点ａｌ、信号すにだいし
点ｂ１、逆変換信号すにたいし点ｂ１が安定点である。

この図から、アクチュエータを右方向に動かすときは、
図示一点鎖線矢印のように、信号をａＩ１）　−＋　、
１３−＋　ｌ）　−＋　ａのごとく切換えるものでちり
、逆に、左方向に動かすときは、図示波源矢印のように
、ａ→ｂ→ａ→ｂ→ａのごとく切換えるものである。

すなわち、いま、４６号ａに基づくとき、可動部２Ａが
点ａｌの位置にあるとすると、次に信号すに移ると、’
ｒｌ［圧指令Ｖ。が点ａ１の零からＶ、に増加する。

これにより、可動部２Ａは、右方向に移動し、点ｂ１で
停止する３、次に、逆変換信号ａに移ると、電圧指令ｖ０は点す、の
零から再びｖｏに増加し、可動部２人は、右方向に移動
し、点ａｌ　で停止する。

この動作を慄り返すことにより、右方向に、ａ、−＋ｂ
、−＋ａ、−＋ｂ、−４３２９順に、何ステップでも移
動させることができるものである。

また、左方向も同様である。

したがって、アクチュエータは、その゛重圧の方向によ
り、力の方向が変るものであればよく、電磁機械は大体
含まれる。たとえば、回転機では直流モータ、リニアア
クチュエータではボイスコイルなどである。

まだ、センサは、回転機の場合はロータリイエンコーダ
、リニアアクチュエータの場合はリニアエンコーダなど
がある。

この第２図から分るように、停止可能点は、１サイクル
で、ａｌ　＋　ａＩ　ｒ　ｂｌ　ｒ　ｂｌの４点あり、
それらの停止精度は、センサ精度に依存することは明白
である。

また、停止点の負荷にたいする誤差を小にするために、
センサ波形を台形に整形してもよいものである。

さらに、センサ出力は、三相出力Ａ、Ｂ、Ｃに係る相の
ものを含めたｎ相（ｎ≧３）のものでもよいものである
。

〔発明の実施例〕

本発明に係るステップ送りアクチュエータ装置の各実施
例を、第３図ないし第６図を参照して説明する。

捷ず、第３図は、本発明の一実施例に係るステップ送り
アクチュエータ装置の略示構成図、第４図は、その動作
を説明するタイムチャート図である。

しかして、本実施例に係るものは、固定部と可動部とよ
りなるアクチュエータと、その可動部と対向させて、各
相の出力を発生するヤノサを設けるようにしたものにお
いて、そのセンサとして２相の出力Ａ、Ｂを発生するセ
ンサを設けるようにし、そのセンサ出力へ、Ｂに係る信
号ａ、ｂと、前記センサ出力Ａ、Ｂを基にした逆変換信
号ａ、゛■とを処理する信号処理回路と、位置指令に基
づき前記の各信号ａ、ｂ、ａ、ｂの中の１つが順次選択
して電圧指令を発生する電圧指令回路と、その電圧指令
に基づきアクチュエータの電圧を制御する電圧制御回路
とを具備せしめて構成するようにしたものである。

すなわち、第３図において、１０はコイル可動形のリニ
アアクチュエータで、固定部１１の内面に、永久磁石１
２および磁極片１６を有するものである。

そして、これらの中間の空隙に、コイル１５を配設し、
そのコイル電流と磁束とにより、推力を発生させるもの
である。

そして、前記のコイル１５に直結した可動部１３は、す
べり軸受１４により支承されており、左右に動くことが
できるものである。

しかして、前記の可動部１３の位置を検出するために、
センサ３が、可動部１３と対向して配設されているもの
である。

このセンサ３は、磁気抵抗効果素子であり、可動部１３
に塗布した磁性塗料１７の磁極の磁界の増減により位置
を測定することができるものである。

しかして、本構成におけるリニアアクチュエータ１０の
可動部１３は、コイル１５に正および負電圧を印加しそ
の結果正および負の電流を流すことにより、左右にリニ
アな動きをすることができるものであり、このリニアな
動きに対応して、センサ３は、９０度位相の異なる２相
出力Ａ、Ｂを発生する。

６は、センサ３の２相出力Ａ、Ｂを基に、アナログイン
バータ６１，６２により、さきに述べた信号ａ、ｂ、逆
変換信号ａ、ｂを作り、これらの各信号ａ、ｂ、ａ、ｂ
を出力する信号処理回路である。

７は指令発生回路、５は、指令発生回路７からの指令に
基づき、信号処理回路６からの信号ａ。

ｂ、ａ、ｂの中から１つのみを選択し、それを基に電圧
指令信号Ｖ。を発生する電圧指令回路である。

この゛電圧指令回路５は、Ｕ、Ｐ／Ｉ）ＯＷＮカウンタ
５２とアナログマルチプレクサ５１とより構成されるも
のであり、−Ｕ　Ｐ、／Ｄ　ＯＷＮカウンタ５２は、指
令発生回路７からのステップ送り数を指令するパルス列
信号に係るパルス列指令θ、を方向指令θ、により、Ｕ
ＰカウントあるいはＤＯＷＮカウントをし、アドレス信
号Ｄｏ　＋　ＤＩを発生するものである。

また、アナログマルチプレクサ５１は、アドレス信号Ｄ
ｏ　、Ｄ＋に基づき、４個のスイッチの１個のみを閉路
するものであり、たとえば、アドレス信号Ｄｏ　、Ｄ＋
により、電圧指令信号Ｖ。は、信号ａ−＋ｌ）−＊　ａ
−＊ｂのように切り換わるものである。

４は、コイル１５の電圧を制御する電圧制御回路である
。

す々わち、２１は、直流電源、２３〜２６は、Ｈ型に接
続したトランジスタであり、そのトランジスタ２３．２
６をＯＮｌ　あるいは同２４．２５をＯＮすることによ
ってコイル電圧の方向を、また、それらの通電率により
コイル電圧の大きさを〜制御するものである。

そして、８は、電圧指令信号ｖ０に基づきトランジスタ
２３〜２６群の点弧信号を作るプリドライブ回路である
。

このプリドライブ回路８の中では、電圧指令信号ｖ６が
３角波発生回路９よりの３角波信号Ｓ。

と、比較器２９で付き合される。

３角波発生回路９は、２個の増幅器３０．３１から構成
され、コンデンサ３５の充放電により３角波を発生する
。

この３角波信号Ｓｔと電圧指令信号ｖ６との付き合せに
より、デユティ出力Ｓｄが得られる。

このデユティ出力Ｓａに係る信号がアンド回路２７．２
８の入力となるものであり、このアンド回路２７．２８
の他の一方の入力は、電圧指令信号Ｖ。をコンバータ３
４により、正方向か負方向かの方向を判定し、これをア
ンド回路２７に人力し、アンド回路２８にはＮＯＴ回路
３３を通して入力している。

したがって、正方向のときはトランジスタ２３゜２６が
、逆方向のときはトランジスタ２５，２４４　　　　　
　　がＯＮするようになっている。

以上の構成により、指令発生回路７の指令に追従して、
リニアアクチュエータ１０は、ステップ送りができるも
のである。

これを、第４図のタイムチャート図により、より詳細に
説明する。

同図で、θ２．θ、は、前述のように、指令発生回路７
の指令で、θ、は、ステップ送り数を指令するパルス列
指令、θ２は、移動方向の指令で、図示の１は右方向、
零は左方向である。

また、Ｓは電圧指令回路５で選択された信号名、ｖわは
、電圧指令回路５の出力に係る電圧指令信号で、アクチ
ュエータのコイルに印加される電圧ｖ１はＶ、を基にパ
ルス巾変調された波形となり、その結果、アクチュエー
タのコイル電流＆、も電圧指令ｖ８にほぼ等しくなる。

Ｎは、リニアアクチュエータ１０の可動部１３の速度、
Ｘは、可動部１３の位置を示すものである。

すなわち、時間ｔｏ〜ｔ１では、センサ３からのＡ相出
力に係る信号ａが選択されて信号ａの安定点で停止して
いる。

次に、時間ｔｌで、パルス列指令θ、に係るパルス信号
Ｐ１が入ると、センサ３よりの出力Ｂに係る信号すが選
択されて、電圧指令信号Ｖ、が正の値になり、コイル電
圧が正になりそれに伴いコイル電流が、流れ始め、可動
部１３が動き出すものである。

次に、時間ｔ２〜ｔ４でパルス信号Ｐ２〜Ｐ４が入力さ
れると、センサ３は、各信号ａ、ｂ、ａの順に選択され
ていき、可動部１３が図示のＸのように動くものである
。

次に、時間ｔ４〜ｔ５で、ある一定の時間がたつと、可
動部１３は停止する。このとき、可動部１３は４ステツ
プ右へ進んだことになる。

次に、時間ｔ４〜ｔ５の中間で移動方向の指令θ、が０
になり、時間ｔ５でパルス信号Ｐ５が入ると、センサ３
は、信号ａからｂが選択され、電圧指令信号Ｖ。が負に
なり、コイル電圧が負に々す、それに伴ないコイル電流
も逆になって、可動部１３も左方向へ動き出すものであ
る。

次いで、時間ｔ６．ｔ７でパルス信号Ｐ６＋Ｐ７が入る
と、センサ３は、信号ａ、ｂが順次選択され、時間ｔ７
後の、ある時間経過したのちに停止する。

この結果、３ステツプ左方向へ移動した点で停止する。

なお、本実施例け２相のセンサを例にあげて説明したが
、センサの分解能を上げるだめに多相にした場合も、本
発明の考え方は有効に適用できるものである。

次に、その多相センサの場合について説明する。

すなわち、第５図は、本発明の他の実施例に係るステッ
プ送りアクチュエータ装置の略示構成図、第６図は、そ
の各信号の位相関係をあわせて示す、センサ出力と基本
動作の１関係説明図である。

しかして、本実施例に係るものは、固定部と可動部とよ
りなるアクチュエータと、その可動部と対向させて、各
相の出力を発生するセンサを設けるように〔またものに
おいて、そのセンサとしてｎ−相（ｎ≧３）の出力荀発
生するセンサを設けるようにし、その各七／す出力に係
るｎ個の信号と、前記各センサ出力を基にしたｎ個の各
逆変換信号とを処理する信号処理側路と、位置指令に基
づき前記の２ｎ個の信号の中の１つを順次選択して電圧
指令を発生する電圧指令回路と、その電圧指令に基づき
アクチュエータの電圧を制御する電圧制御回路とを具備
せしめて構成したものであり、ｎ−３、すなわち３相に
係るものである。

図において、さきの実施例に係る第３図と同一符号は、
同等のものを示し、３−１は３相のセンサ、５−１は電
圧指令回路、５１−１はＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ、６−
１は信号処理回路、６１〜６３は、アナログインバータ
である。

すなわち、本実施例に係るものは、ｔｘ５．６図に示す
ごとく、多相に係る人相、Ｂ相、Ｃ相の各１２０度毎離
れた３相センサの場合である。３相センサの場合、セン
サ３−１の出力Ａ、Ｂ、Ｃに係る３相の信号ａ、ｂ、ｃ
を使うとともに、センサ３−１の各出力Ａ、Ｂ、Ｃの反
転信号に係る逆変換信号ａ、ｂ、ｃを同時に使うと、６
０度毎にステップ送りが可能となるものである。

そして、第６図で、点ａＩ　＋　ｂＩ　ｒ　ＣＩが人相
。

Ｂ相、Ｃ相に対応する信号ａ、ｂ、ｃの安定点であり、
点ａ１　＋　ｂｌ　＋　Ｃ１がＡ相、Ｂ相、Ｃ相に対応
する信号ａ、ｂ、ｃの安定点である。

６０度毎のステップ送りは、第６図の実線矢印で示すよ
うに、ａ→ｃ−＋ｂ→ａ→Ｃ→ｂ→ａの順に切り換える
ことにより行うことができるものである。

しかして、本実施例においては、各３相の各信号ａｌ　
ｂ、ｃ、ａ、ｂ、’を同時に使うようにしたものである
が、この３相センサの場合、その出力Ａ、Ｂ、Ｃに係る
信号ａ、ｂ、ｃのみを使うととにより、１２０度毎のス
テップ送りを行うことができるステップ送りアクチュエ
ータ装置とすることができるものである。

すなわち、この場合は、第５図の信号処理回路６−１を
設けず、またＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ５１−１における
６個のスイッチを信号ａ、ｂ。

Ｃに係る３個のスイッチだけの構成とすることにより、
１２０度毎のステップ送りのものとすると　　　　　　
３とができるものである。

しかして、これらにおいて、その多相を、３相以上の多
相とした場合においても、その構成を同態様に変更構成
して、同様の効果を所期しうるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ステップ送りができるアクチュエータ
装置を鉄心等に歯を設けることなく、センサおよび制御
回路により実現できるものである。

このため、高精度なセンサを使用することにより、極微
細ステップ長のアクチュエータ装置が実現可能である。

また、トルク発生機構として、直流機あるいはボイスコ
イル等の一般的なものが使用でき、小形化、高効率化が
達成できる。

さらに、センサのピッチを変えることにより、ステップ
数を変えることができ、アクチュエータ装置としての量
産性、汎用性が大巾に向上できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るステップ送りアクチェエータ装
置の基本構成を示すブロック図１．第２図は、その各信
号の位相関係をあわせて示す、センサ出力と基本動作の
関係説明図、第３図は、本発明の一実施例に係るステッ
プ送りアクチュエータ装置の略示構成図、第４図は、そ
の動作を説明するタイムチャート図、第５図は、他の実
施例に係るステップ送りアクチュエータ装置の略示構成
図、第６図は、その各信号の位相関係をあわせて示す、
センサ出力と基本動作の関係説明図である。３．３−１・・・センサ、４・・・電圧制御回路、５，
５−１・・・電圧指令回路、６．６−１・・・信号処理
回路、７・・・指令発生回路、８・・・プリドライブ回
路、９・・・３角波発生回路、１０・・・コイル可動形
のリニアアクチュエータ、１１・・・固定部、１２・・
・永久磁石、１３・・・可動部、１４・・・すべり軸受
、１５・・・コイル、１６・・・磁極片、１７・・・磁
性塗料、２１・・・直流電源、２３〜２６・・・トラン
ジスタ、２７．２８・・・アンド回路、２９・・・比較
器、３０〜３１・・・増幅器、３３・・・ＮＯＴ回路、
、３’４・・・コンパレータ、３５・・・コンｆ７ｆ、
５１．５ｌ−１−ＵＰ／ＤＯＷＮカウ７り、５２・・・
アナログマルチプレクサ、６１−＋−６３・・・アナロ
クインバータ。

Claims

【特許請求の範囲】１、固定部と可動部とよりなるアクチュエータと、その
可動部と対向させて、各相の出力を発生するセンサを設
けるようにしたものにおいて、そのセンサとして２相の
出力Ａ、Ｂを発生するセンサを設けるようにし、そのセ
ンサ出力Ａ、Ｂに係る信号ａ、ｂと、前記センサ出力Ａ
、Ｂを基にした逆変換信号ａ、ｂとを処理する信号処理
回路と、位置指令に基づき前記の各信号ａ、ｂ、ａ、ｂ
の中の１つを順次選択して電圧指令を発生する電圧指令
回路と、その電圧指令に基づきアクチュエータの電圧を
制御する電圧制御回路とを具備せしめて構成したことを
特徴とするステップ送りアクチュエータ装置。２、固定部と可動部とよりなるアクチュエータと、その
可動部と対向させて、各相の出力を発生するセンサを設
けるようにしたものにおいて、そのセンサとしてｎ相（
ｎ≧３）の出力を発生するセンサを設けるようにし、位
置指令に基づき前記のｎ個の各信号の中の１つを順次選
択して電圧指令を発生する電圧指令回路と、その電圧指
令に基づきアクチュエータの電圧を制御する電圧制御回
路とを具備せしめて構成したことを特徴とするステップ
送りアクチュエータ装置。３、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、ｎ相（
ｎ≧３）の出力を発生する各センサ出力に係るｎ個の信
号と、前記各センサを基にしたｎ個の各逆変換信号とを
処理する信号処理回路と、位置指令に基づき前記の２ｎ
個の信号の中の１つを順次選択して電圧指令を発生する
電圧指令回路と、その電圧指令に基づきアクチュエータ
の電圧を制御する電圧制御回路とを具備せしめて構成し
たものであるステップ送りアクチュエータ装置。