JPS6168612A

JPS6168612A - ステツプ送りアクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS6168612A
Application number: JP18956784A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashida; 林田　弘; Yasuo Notohara; 保夫能登原; Kunio Miyashita; 邦夫宮下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-04-09

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ップ送りアクチュエータに関
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、フロッピーディスクドライブ（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、歯のピッチが小になって加
工が難しくなり、ピッチに対する精肌も悪くなる。

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。

これにだいし、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、小型で尚速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シなシ、正方向の力
を発生する第１の巻線と、負方向の力を発生する第２の
巻線とを有するアクチュエータ、およびその可動部と対
向させて、各相の出力を発生ずるセンサを設けるように
しだものにおいて、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ａＩ　ｂ。

ａ、ｂの中の２つを順次選択して、前記巻線１と巻線２
との電流指令を発生する電かこ指令回路と、これらの電
流指令に基づき、巻線１と巻線２の電流を制御する電流
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シなシ
、正方向の力を発生する第１の巻線と、負方向の力を発
生する第２の巻線とを有するアクチュエータ、およびそ
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個の信号の中の２つを順次選
択して電流指令を発生する電流指令回路と、その電流指
令に基づき、アクチュエータの電流を制御する電流制御
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、次のとおシである。

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構成するようにしたもの
である。

すなわち、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、３６０／１．８Ｘ１／４＝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、同出力
Ａ、Ｂの逆変換信号ａ、ｂとの中から、その２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。このとき正方向に駆動するときは正方向の力を発生
する巻線１に電流を供給し、逆方向に駆動するときは巻
線２に電流を供給する。そして、停止位置で保持制御を
するときは、ａｆ　ｂｌ　”１ｂの中から２つの信号を
選択し、１つは巻線１に他の信号は巻ｉｆＭ２の電流指
令となるようにすることによシ、巻線１に流れる電流と
、巻線２に流れる一流の絶対値が等しくなった所で、力
は零となシアクチュエータが停止するようになる。

この様にステップ動作は、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
のように薗を必要とせず、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。

以上の傷えに基づく、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は正方向の力を発生する巻線１と負方向の力
を発生する巻＃ｊ：２とを有するアクチュエータの固定
部、２人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ａｌ　ｂ
、その逆髪換信号ｉ、百を作るイ６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θ
、。

θ、（なお、θ、は、ステップ数に係るパルス列、θ、
は移動方向の指令である。）に基づき、信号処理回路６
Ａからの各信号ａｌ　ｂｌ　ａｌ　ｂＯ中から２つのみ
順次選択し、それを基に電流指令信号ｉ（１，ｉＨを発
生させる電流指令回路、４Ａは、前記の電流指令信号ｉ
　ｃｌ　、　１　ｃｚに基づき、アクチュエータ固定部
ＩＡの巻線１および巻線２の電流ｉｌ　ｍ　　”２をそ
れぞれ制御する電流制御回路である。

以上の構成によれば、センサ３Ａの２相出力Ａ。

Ｂによる信号ａｌｂ％逆変換信号ａ、　　１）Ｉｃより
、アクチュエータの巻線１、巻線２のそれぞれの電流の
大きさが決まることになる。

第２図は、その各信号ａｌ　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シ
、これが同時に、各信号ａＩ　ｂｌ　ａｌｂに基づくア
クチュエータのコイル電流ｉｌ＋１２の位相を示すもの
である。

この第２図で、正方向の力を発生する巻線の電流指令ｉ
ｃ１と負方向の力を発生する巻線の電流指令ｉｃ２とを
センサ信号より作成する場合に、ｂをｉｃｌとし、ａを
ｉｃｚとするとＰｌ　より左側イの領域では正方向の力
を発生し、右側口の領域では負方向の力を発生しＰｌ点
で安定するようになると考える。このような時にｉｃｌ
としてａ信号を、Ｉｃ２としてｂ信号に切換えると、ノ
・の領域では正方向の力を発生するようになるので、２
２点まで移動することになる。そして、２２点を過ぎる
二の領では負の力を発生するようにな９２２点にもどさ
れる。従って２２点で安定する。つまり、ＰｌからＰ２
ヘステップ状に移動したことになる。

一方、２１点よシ左に移動する場合には、ＩＣ１として
ａ信号を、Ｉｃ２としてｂ信号を使用すると、２３点へ
移動するようになる。

この図から、アクチュエータを右方向に動かすときは１
ｃｌ−１ｃ２として、ｂ　−ａ−ｅ　；ｌ　ｍ　１）−
４ｂ＊ａ−ａ　−１）−１）　−ａのごとく切換えるも
のであり、逆に、左方向に動かすときは、ｂ＋３−ｉｉ
ａｂ−ｅｂａ−ａｂ−ｂａのごとく切換えるものである
。

すなわち、いま、信号ｂ−ａに基づくとき、可動部２人
が点ＰＩの位置にあるとすると、次に信号ａｂに移ると
電流指令１（１が零からＩＣｓに増加する。これによシ
、可動部２人は、右方向に移動し、点Ｐ！で停止する。

この動作を繰シ返すことによシ右方向に順に何ステップ
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。

なお正方向の力を発生する巻線には十の電流を流し、逆
方向の力を発生する巻線には−の電流を流すように巻線
を２つに分離しているので、ｉｉｉ、流を零にする必要
はない。つ−！シ、２つの巻線のベクトル和で力の方向
が決まるので、’Ｆｂ、流を流した状態でアクチュエー
タを停止させることができる。

したがって、アクチュエーは２巻線を有するアクチュエ
τりでたとえば回転機では、２巻線の直流モータ、リニ
アアクチュエータでは、ボイスコイルなどである。

またセンサは回転機の場合はロータリエンフーダ、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図から分かるように、停止可能点は、１サイク
ルで４ケ所あシ、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。

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）のものでも良いものである
。

なお、第２図において、ｉｃｌとしてｂ信号、ｉｃ２と
してａ信号が選択されているとき、アクチュエータがト
の領域に入ってしまうと、巻線１には逆方向の力を発生
する電流を流さないので同期はずれをおこしたことにな
る。チの領域でも同様に、巻線２に正方向の力を発生す
る電流を流さないので同期はずれをおこしたことＫなる
。これはステップモータにおいても同じことである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的な一実施例を第３図、第４図によ
シ説明する。

まず、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徊成図、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において、正方向の力を発生する
巻線と負方向の力ｔ−光発生る巻線とを有し、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ａｌ　ｂｌａ、ｂの中の２つ
を順次選択して、電流指令を発生する電流指令回路と、
その電流指令に基づきアクチュエータの電流を制御する
電流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、２°個のコイル１５．
１５’を配設し、コイル１５の電流と磁束とにより右方
向の推力を、コイル１５′の電流と磁束とくよシ左方向
の推力を発生させるものである。

そして、これらのコイル１５．１５’に直結した可動部
１３は、すベシ軸受１４によシ支承されており、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シ位置
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、フィル１５に正、コイル１５′に負の電
流を流すことによシ、左右にリニアな動きをすることが
できるものでオシ、このリニアな動きに対して、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によシ、さきに述べた信号ａｌｂ、逆
変換信号ａ、ｂを作り、これらの各信号ａＩ　ｂｌ　”
ｌ　ｂを出力する信号処理回路である。

７は指令発生回路、墓は、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２つのみを選択し、それらを墓に電
流指令ｉｃｌと１ｃ２を発生する電流指令回路である。

この電流指令回路５は、’ＵＰ／ＤＯＷＮ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、ＵＰ／ＤＯＷＮ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、ＵＰカウントあ
るいはＤ　ＯＷＮ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　＋　Ｄｔに基づき、４個のスイッチの２個のみを閉
路するものであシ、たとえば、アドレス信号Ｄｏ　、Ｄ
ｌによシ、電流指令信号ｉｃｌはｂ→ａ→ｂ−ｈ　ａ−
ｈ　ｂのように、これに同期してｉｃ２はａ−１）　−
ａ　−ｂ−ａのように切シ換わるものである。

４は、コイル１５．１５’の電流を制御する電流制御回
路である。

すなわち、２１は直流電源、２３．２３’はトランジス
タであシ、そのトランジスタ２３．２３’をＯＮするこ
とによって、コイル電流を流７、し、かつそれらの通電
率によりコイル電流の大きさを制御するものであり、２
２．２２’はコイルを流を検出する電流検出器である。

また２４．２４’はコイル間に発生する逆電圧を防止す
るフライホイルダイオードである。

そして、８は、電流指令信号ｉ（１とコイルを流検出値
ｉ！とを比較し、また電流指令信号ＩＣ２とコイル電流
検出値１２とを比較することにより、トランジスタ２３
．２３’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、電流指令信号’ＣＩ
＋　　’ｃ２とコイル電流検出値Ｆ　＋　　１２とがそ
れぞれ増幅器３２．３２’で演算され、この出力Ｓｏ　
＋　Ｓｏ’が３角波発生回路９，９′よシの三角波信号
Ｓｔ、Ｓｔ’と、それぞれ比較器２９゜２９′で付き合
わされる。

３角波発生回路９，９′は、それぞれ２個の増幅器３０
，３１．３０’　、３１’から結成され、コンデンサ３
５．３５’の充放電によシ３角波を発生する。

この３角波信号８ｔ、８＊’と増幅器３２．３２’の出
力８６　、　Ｓｏ’との付き合わせによシ、デユーティ
出力Ｓａ　、　Ｓａ’が得られる。

このデユーティ出力Ｓａ　、　Ｓ４’に−よシそれぞれ
トランジスタ２３．２３’がＯＮするようになっている
。

以上の構成によシ、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シ１のタイムナヤート図により、よシ詳細
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、
θ１は移動方向の指令である。図示の１は右方向、零は
左方向である。

また、８１　＃　８２は電流指令回路５で選択された信
号名で、’Ｃ１＋　　’Ｃ２は、電流指令回路５の出力
に係る電流指令信号でちり、プリドライブ回路８および
電流制御回路４の動作が充分に速いとすると、コイル電
流検出値ｉｌ　ｒ　　１２　も上記の出力それぞれ係る
ｉｃ、、　ｉｃ２に、はぼ等しくなる。ＦはｉＩとｉＩ
によって合成された力を示している。

Ｖ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１９〜１．では、センサ３からのＢ相出
力に係る信号すと人相出力に係る信号ａとが選択されて
安定点で停止している。この場合、ｉｃｌとｉｃ２とは
同じ大きさで方向が反対のコイル電流指令となっている
。次に、時間ｔ１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Ａに係る信号ａと
出力Ｂに係る信号すとが越択されて、それぞれｔ流指令
’ＣＩ＋ｉｃｚとなり、コイル電流がそれに追従して流
れ始め、可動部１３が動き出すものである。

次に、時間ｔ２〜ｔ３でパルス信号Ｐ２．Ｐ３が入力さ
れると、センサ３はす、ａとａ、ｂの１＠に選択されて
いき、可動部１３が図示Ｘのように動くものである。

次に、時間ｔ３〜ｔ４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３ステツ
プ右へ進んだことになる。

次に、時間ｔ３〜ｔ４の中間で移動方向の指令θ、がＯ
になり、時間ｔ４でパルス信号Ｐ４が入ると、センサ３
はｂとａとが選択され、コイル電流指令ｉ（１とｉｃ２
が図示のように変化するだめ、コイルに働らく力Ｆは逆
方向となシ可動部１３は左方向へ動き出すものである。

次いで、時間ｔＳ　＋　　ｔ８でパルス信号Ｐ　ｓ　＋
Ｐ６が入ると、センサ３は、信号ａとｂ１信号すとａが
順次選択され、時間ｔ６の後の、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所、つまジスタ
ート点で停止する。

なお、本実施例は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た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。

〔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
イル等の一搬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／す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。

ｔ　た、Ｉ２　点つまシ停止時にアクチュエータに電流
を通電しているので、・電流が連続していることになり
、電流の継続による遅れの問題を解決できる。

【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ュエータ装置
の基本構成を示すブロック図、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図は本発明の具体タイムチャート図である。３・・・センサ、４・・・電流制御回路、５・・・電流
指令回路、６・・・信号処理回路、７・・・指令発生回
路、８・・・プリドライブ回路、９．９’・・・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・・・スベリ軸受、１５．１５′・・
・コイル、１６・・・磁極片、１７・・・磁性塗料、２
１・・・直流′電源、２２．２２’・・・電流検出器、
２３．２３’・・・トランジスタ、２４．２４’・・・
ダイオード、２９゜２９′・・・比較器、３０，３１，
３２．３０’　。３１’、３２’・・・増幅器、３５．３５’・・・コン
デンサ、５１・・・アナログマルチプレクサ、５２・・
・’ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ、６１．６２・・・アナロ
グインバータ。

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において
、正方向の力を発生する巻線と、負方向の力を発生する
巻線とを有し、その可動部に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２つ
を順次選択して電流指令を発生する電流指令回路と、そ
の電流指令に基づきアクチュエータの電流を制御する電
流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。２、固定部と可動部とよりなるアクチュエータにおいて
、正方向の力を発生する巻線と、負方向の力を発生する
巻線とを有し、その可動部に対向させて、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２つを順次選択して、前記正方向の力を発生する
巻線と負方向の力を発生する巻線との電流指令を発生す
る電流指令回路と、その電流指令に基づきアクチュエー
タの電流を制御する電流制御回路とを具備せしめて構成
したことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
ステップ送りアクチュエータ。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２＾ｎ
個の信号の中の２つを順次選択して、正方向のトルクを
発生する巻線と負方向のトルクを発生する巻線との電流
指令を発生する電流指令回路と、それらの電流指令に基
づき、正方向のトルクを発生する巻線と負方向のトルク
を発生する巻線の電流を制御する電流制御回路とを具備
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。