JP2560278B2 - 磁極位置検出装置 - Google Patents
磁極位置検出装置Info
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- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 15
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イメージスキヤナのヘッド送り等に使用
して好適なパルスモータに係り、特にパルスモータを直
流機相当の性能で制御するために不可欠な磁極位置信号
を、パルスモータの磁極から直接検出することで、本来
モータ外部に付加されるセンサを取除き、モータの小形
化を図った磁極位置検出装置に関する。
して好適なパルスモータに係り、特にパルスモータを直
流機相当の性能で制御するために不可欠な磁極位置信号
を、パルスモータの磁極から直接検出することで、本来
モータ外部に付加されるセンサを取除き、モータの小形
化を図った磁極位置検出装置に関する。
近年、交流機の制御技術として、ベクトル制御法が開
発され、交流機も直流機と同等の高性能制御が可能とな
った。永久磁石形交流機にベクトル制御法を適用するた
めには、磁極位置を検出するセンサが必要である。セン
サ信号をもとに、モータ巻線に流れる交流電流の位相を
制御すれば、モータが発生するトルクは、ロータの位置
にかかわらず常に電流に比例し、直流機と等価となるこ
とが知られている。
発され、交流機も直流機と同等の高性能制御が可能とな
った。永久磁石形交流機にベクトル制御法を適用するた
めには、磁極位置を検出するセンサが必要である。セン
サ信号をもとに、モータ巻線に流れる交流電流の位相を
制御すれば、モータが発生するトルクは、ロータの位置
にかかわらず常に電流に比例し、直流機と等価となるこ
とが知られている。
ハイブリッド形パルスモータも永久磁石形交流機の一
種と考えられ、ベクトル制御法を適用するには、外部に
磁極位置センサが必要である。
種と考えられ、ベクトル制御法を適用するには、外部に
磁極位置センサが必要である。
第４図〜第７図はこの種のパルスモータの構成を示す
図である。図において、スライダがスケール上を移動す
るようになっている。スケールの上面には、一定のピッ
チτでスケール歯が形成されている。一方スライダは、
永久磁石と永久磁石のＮ極側とＳ極側に固定されたコ字
状のコアとから成り、コアには磁極1,2,3,4が形成され
ている。磁極1,2,3,4とスケール歯はわずかなギヤップ
を隔てて対向し、磁極1,3,2,4の順にスケール歯と1/4ピ
ッチずつずれている。磁極1,2には巻線5aが、磁極3,4に
は巻線5bがそれぞれ巻かれている。
図である。図において、スライダがスケール上を移動す
るようになっている。スケールの上面には、一定のピッ
チτでスケール歯が形成されている。一方スライダは、
永久磁石と永久磁石のＮ極側とＳ極側に固定されたコ字
状のコアとから成り、コアには磁極1,2,3,4が形成され
ている。磁極1,2,3,4とスケール歯はわずかなギヤップ
を隔てて対向し、磁極1,3,2,4の順にスケール歯と1/4ピ
ッチずつずれている。磁極1,2には巻線5aが、磁極3,4に
は巻線5bがそれぞれ巻かれている。
スライダには第５図に示すように非磁性材を介し磁極
位置センサが取り付けられている。磁極位置信号は、90
゜位相の２相信号として得られるように、２個のセンサ
が配置されている。１相分の構成は、永久磁石と永久磁
石のＮ極側、Ｓ極側に固定された磁極6,7（磁極8,9）お
よびＳ極側のギヤップに取り付けたホール素子で形成さ
れている。磁極6,7（磁極8,9）とスケール歯はわずかな
ギヤップを隔てて対向し、かつ同ピッチとなっている。
さらに磁極６（磁極７）と磁極８（磁極９）は互いに1/
4ピッチだけずれている。スライダが移動すると、永久
磁石と磁極6,7（磁極8,9）とスケールで構成された磁気
回路の磁気抵抗が変化し、それにともなって磁束が変化
する。この磁束変化は位置Ｘの関数となるため、これを
ホール素子で検出すれば、第６図に示す位置検出信号Vs
a、Vsbが得られる。
位置センサが取り付けられている。磁極位置信号は、90
゜位相の２相信号として得られるように、２個のセンサ
が配置されている。１相分の構成は、永久磁石と永久磁
石のＮ極側、Ｓ極側に固定された磁極6,7（磁極8,9）お
よびＳ極側のギヤップに取り付けたホール素子で形成さ
れている。磁極6,7（磁極8,9）とスケール歯はわずかな
ギヤップを隔てて対向し、かつ同ピッチとなっている。
さらに磁極６（磁極７）と磁極８（磁極９）は互いに1/
4ピッチだけずれている。スライダが移動すると、永久
磁石と磁極6,7（磁極8,9）とスケールで構成された磁気
回路の磁気抵抗が変化し、それにともなって磁束が変化
する。この磁束変化は位置Ｘの関数となるため、これを
ホール素子で検出すれば、第６図に示す位置検出信号Vs
a、Vsbが得られる。
第７図にこの種のモータの駆動回路の一構成例を示す
が、VsaとVsbの直流バイアス分はセンサアンプで除去
し、位置信号として交流成分のみを取り出し、電流振幅
指令Imと乗算すれば、交流の電流指令▲ｉ＊ ａ▼、▲ｉ
＊ ｂ▼が得られる。パワーアンプは指令通りの電流をモ
ータ巻線に供給する。
が、VsaとVsbの直流バイアス分はセンサアンプで除去
し、位置信号として交流成分のみを取り出し、電流振幅
指令Imと乗算すれば、交流の電流指令▲ｉ＊ ａ▼、▲ｉ
＊ ｂ▼が得られる。パワーアンプは指令通りの電流をモ
ータ巻線に供給する。
即ち、磁極位置センサとスライダの相対位置関係を第
５図に示すように、磁極６と磁極１がスケール歯に対し
て同一位置となるように配置すれば、電流指令▲ｉ＊ ａ
▼と巻線5aの誘起電圧および電流指令▲ｉ＊ ｂ▼と巻線
5bの誘起電圧が同位相となり、最も効率よく推力を発生
できる。さらにスライダが移動しても、磁極位置センサ
とスライダの相対位置関係は変わらないため、電流指令
▲ｉ＊ ａ▼と巻線5aの誘起電圧および電流指令▲ｉ＊ ｂ
▼と巻線5bの誘起電圧は常に同位相となり、その結果パ
ルスモータの推力は電流振幅のみによって決定される。
よって、第７図の構成で駆動されるパルスモータは、電
流振幅指令Imから見れば全く直流機と等価と見なすこと
ができる。
５図に示すように、磁極６と磁極１がスケール歯に対し
て同一位置となるように配置すれば、電流指令▲ｉ＊ ａ
▼と巻線5aの誘起電圧および電流指令▲ｉ＊ ｂ▼と巻線
5bの誘起電圧が同位相となり、最も効率よく推力を発生
できる。さらにスライダが移動しても、磁極位置センサ
とスライダの相対位置関係は変わらないため、電流指令
▲ｉ＊ ａ▼と巻線5aの誘起電圧および電流指令▲ｉ＊ ｂ
▼と巻線5bの誘起電圧は常に同位相となり、その結果パ
ルスモータの推力は電流振幅のみによって決定される。
よって、第７図の構成で駆動されるパルスモータは、電
流振幅指令Imから見れば全く直流機と等価と見なすこと
ができる。
パルスモータの高性能制御を行うためには、磁極位置
センサを必要とし従来はモータ外部に特別の磁極位置セ
ンサを取付けていたが、その分モータサイズが大きくな
り、またこのモータを組込んだ装置全体のサイズも大き
くなるという欠点があった。
センサを必要とし従来はモータ外部に特別の磁極位置セ
ンサを取付けていたが、その分モータサイズが大きくな
り、またこのモータを組込んだ装置全体のサイズも大き
くなるという欠点があった。
この発明は、モータ駆動信号に高周波信号を重畳する
手段と、モータ巻線電流によって生じる磁束変化を検出
する手段と、検出信号から上記高周波信号のみ分離し、
磁極位置信号に変換する検出回路を具備することを特徴
とする。
手段と、モータ巻線電流によって生じる磁束変化を検出
する手段と、検出信号から上記高周波信号のみ分離し、
磁極位置信号に変換する検出回路を具備することを特徴
とする。
上記構成によれば、スライダがスケール上を移動する
時の磁極の磁気抵抗変化が、検出された高周波信号の振
幅変化となって現われるため、この振幅変化のみを取り
出せば磁極位置信号が得られる。
時の磁極の磁気抵抗変化が、検出された高周波信号の振
幅変化となって現われるため、この振幅変化のみを取り
出せば磁極位置信号が得られる。
以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。第１
図は本発明の一実施例によるパルスモータの要部を示す
構成図、第３図は磁極位置検出回路の一実施例によるブ
ロック図である。
図は本発明の一実施例によるパルスモータの要部を示す
構成図、第３図は磁極位置検出回路の一実施例によるブ
ロック図である。
スライダの磁極1,2には巻線5aが、磁極3,4には巻線5b
が巻かれ、それぞれパワーアンプによって駆動される。
さらに磁極１には巻線10aが、磁極２には巻線11aが、磁
極３には巻線10bが、磁極４には巻線11bが巻かれ、巻線
10aの電圧Vs1、巻線11aの電圧Vs2、巻線10bの電圧Vs3、
巻線11bの電圧Vs4はそれぞれ磁極位置検出回路へ入力さ
れている。磁極位置検出回路は、第３図に示すごとく、
電流指令に高周波信号を重畳するための乗算器20、21お
よび減算器22、23と、センサ巻線電圧Vs1〜Vs4から高周
波信号のみを取り出すためのハイパスフィルタ（HPF）2
4〜27と、HPF出力に電流指令に重畳したのと同じ高周波
信号を乗算するための乗算器28〜31と、乗算器28と29の
出力を減算する減算器32と、乗算器30と31の出力を減算
する減算器33と、減算器32、33の出力から高周波成分を
除去するためのローパスフイルタ（LPF）34、35とで構
成される。
が巻かれ、それぞれパワーアンプによって駆動される。
さらに磁極１には巻線10aが、磁極２には巻線11aが、磁
極３には巻線10bが、磁極４には巻線11bが巻かれ、巻線
10aの電圧Vs1、巻線11aの電圧Vs2、巻線10bの電圧Vs3、
巻線11bの電圧Vs4はそれぞれ磁極位置検出回路へ入力さ
れている。磁極位置検出回路は、第３図に示すごとく、
電流指令に高周波信号を重畳するための乗算器20、21お
よび減算器22、23と、センサ巻線電圧Vs1〜Vs4から高周
波信号のみを取り出すためのハイパスフィルタ（HPF）2
4〜27と、HPF出力に電流指令に重畳したのと同じ高周波
信号を乗算するための乗算器28〜31と、乗算器28と29の
出力を減算する減算器32と、乗算器30と31の出力を減算
する減算器33と、減算器32、33の出力から高周波成分を
除去するためのローパスフイルタ（LPF）34、35とで構
成される。
以下に第１図〜第３図を参照しながら動作を説明す
る。
る。
第１図のモータ巻線5aに電流iaが流れると、それによ
る磁束は磁極１→スケール→磁極２→磁極１という磁気
回路を流れ、巻線10a、巻線11aにそれぞれ電圧を誘起す
る。
る磁束は磁極１→スケール→磁極２→磁極１という磁気
回路を流れ、巻線10a、巻線11aにそれぞれ電圧を誘起す
る。
巻線10aの電圧Vs1および巻線11aの電圧Vs2はモータ固
定子、回転子間相対変位によるリラクタンス変化の速度
起電圧と、モータ巻線電流iaによる誘起電圧、を加えた
もので次のように得られる。
定子、回転子間相対変位によるリラクタンス変化の速度
起電圧と、モータ巻線電流iaによる誘起電圧、を加えた
もので次のように得られる。
すなわち、速度起電圧Esは永久磁石による磁束φ１と
コイル電流iaによる鎖交磁束φ２のモータ固定子、回転
子間相対位置変化に基づく変化として表わされ、 となり、また誘起電圧Eiは上記鎖交磁束φ２のコイル電
流iaの時間変化に基づく変化として表わされる。
コイル電流iaによる鎖交磁束φ２のモータ固定子、回転
子間相対位置変化に基づく変化として表わされ、 となり、また誘起電圧Eiは上記鎖交磁束φ２のコイル電
流iaの時間変化に基づく変化として表わされる。
よって 同様に ここで Ns ；巻線10a（巻線11a）の巻数 △φ；永久磁石により磁極１（磁極２）を流れ
る磁束の位置による変化量の最大値 Ms ；巻線5aの磁極１に巻かれた部分と巻線10
aとの間、巻線5aの磁極２に巻かれた部分と巻線11aとの
間、巻線5aの磁極２に巻かれた部分と巻線10aとの間、
巻線5aの磁極１に巻かれた部分と巻線11aの間、の各相
互インダクタンスの平均値 △Ms;磁極１（磁極２）の巻線5aと巻線10a（巻
線11a）の間の相互インダクタンスの位置による変化量
の最大値 一例として、磁極１の磁束と相互インダクタンスの位
置による変化を第２図に示す。（３）、（４）式の右辺
第１項は主に速度に依存する成分、第２項はiaに依存す
る成分、第３項はiaと磁極位置に依存する成分となり、
第３項のみを分離できれば磁極位置の検出が可能とな
る。
る磁束の位置による変化量の最大値 Ms ；巻線5aの磁極１に巻かれた部分と巻線10
aとの間、巻線5aの磁極２に巻かれた部分と巻線11aとの
間、巻線5aの磁極２に巻かれた部分と巻線10aとの間、
巻線5aの磁極１に巻かれた部分と巻線11aの間、の各相
互インダクタンスの平均値 △Ms;磁極１（磁極２）の巻線5aと巻線10a（巻
線11a）の間の相互インダクタンスの位置による変化量
の最大値 一例として、磁極１の磁束と相互インダクタンスの位
置による変化を第２図に示す。（３）、（４）式の右辺
第１項は主に速度に依存する成分、第２項はiaに依存す
る成分、第３項はiaと磁極位置に依存する成分となり、
第３項のみを分離できれば磁極位置の検出が可能とな
る。
次に第３図の検出回路の動作を説明する。電流指令▲
ｉ＊ ａ▼は、推力発生に作用する基本波成分と、基本波
より十分高い周波数の信号を減算器22で重畳して得られ
る。高周波成分は、乗算器20で振幅Isと交流信号sin
（ωst＋）を乗算して作成する。パワーアンプは指令
通りの電流を巻線5aに供給する。今、モータ巻線電流ia
の基本波を磁束と直交するよう、即ち逆起電力と同相と
なるように決めればiaは次式のように電流指令Imを振幅
とする磁極ピッチ周期の正弦波（基本波成分）と、この
発明に係る磁極位置検出用の高周波成分より表され、電
流磁束間の直交関係ずれの位相差を考慮せずともよく、
最大推力対応となる。
ｉ＊ ａ▼は、推力発生に作用する基本波成分と、基本波
より十分高い周波数の信号を減算器22で重畳して得られ
る。高周波成分は、乗算器20で振幅Isと交流信号sin
（ωst＋）を乗算して作成する。パワーアンプは指令
通りの電流を巻線5aに供給する。今、モータ巻線電流ia
の基本波を磁束と直交するよう、即ち逆起電力と同相と
なるように決めればiaは次式のように電流指令Imを振幅
とする磁極ピッチ周期の正弦波（基本波成分）と、この
発明に係る磁極位置検出用の高周波成分より表され、電
流磁束間の直交関係ずれの位相差を考慮せずともよく、
最大推力対応となる。
（５）式を（３）、（４）式に代入すると、Vs1、Vs2
はそれぞれ次式で与えられる。
はそれぞれ次式で与えられる。
Vs1、Vs2をそれぞれハイパスフイルタ24、25を通し、
ωｓの成分以外を除去すると、 は次式となる。
ωｓの成分以外を除去すると、 は次式となる。
さらに直流バイアス成分を除去するため乗算器28、29
で にそれぞれcos（ωst＋）を乗算し、乗算器28の出力
から乗算器29の出力を減算器32で減算すれば、その出力
Vsaは（８）式、（９）式の第２項が消去、第１項、第
３項が変形され次式となる。
で にそれぞれcos（ωst＋）を乗算し、乗算器28の出力
から乗算器29の出力を減算器32で減算すれば、その出力
Vsaは（８）式、（９）式の第２項が消去、第１項、第
３項が変形され次式となる。
ローパスフィルタ34を通してωｓの成分を除去すれ
ば、磁極位置信号 は次式のように得られる。
ば、磁極位置信号 は次式のように得られる。
次に巻線5bの電流ibを とし、前述と同様の処理を行えば、磁極位置 は次式で得られる。
と電流振幅指令Imを乗算すれば、▲ｉ＊ ａ▼の基本波成
分が得られ、 とImを乗算すれば▲ｉ＊ ｂ▼の基本波成分が得られる。
ただし、▲ｉ＊ ａ▼と（５）式、▲ｉ＊ ｂ▼と（12）式
を等しくするためには △MsIsωｓ＝１ ……（14） となるようにIsを決めなければならない。
分が得られ、 とImを乗算すれば▲ｉ＊ ｂ▼の基本波成分が得られる。
ただし、▲ｉ＊ ａ▼と（５）式、▲ｉ＊ ｂ▼と（12）式
を等しくするためには △MsIsωｓ＝１ ……（14） となるようにIsを決めなければならない。
こうして、本実施例によれば、特別に磁極位置センサ
を外部に取り付けなくても、磁極位置の検出が可能とな
り、モータの小形化を図ることができる。
を外部に取り付けなくても、磁極位置の検出が可能とな
り、モータの小形化を図ることができる。
なお、上記の説明はリニアパルスモータを例にとって
説明したが、ロータリパルスモータやその他凸極性を有
する永久磁石形モータに適用することも可能である。
説明したが、ロータリパルスモータやその他凸極性を有
する永久磁石形モータに適用することも可能である。
以上説明したように、この発明はモータ駆動信号に高
周波信号を重畳し、その時の磁束変化をモータ巻線と同
心に巻かれた検出巻線で検出して、電子回路で磁極位置
信号に変換するようにしたので、外部に専用の磁極位置
センサを取り付ける必要がない。
周波信号を重畳し、その時の磁束変化をモータ巻線と同
心に巻かれた検出巻線で検出して、電子回路で磁極位置
信号に変換するようにしたので、外部に専用の磁極位置
センサを取り付ける必要がない。
従ってこのパルスモータをイメージスキヤナのヘッド
送り等に使用すれば、装置全体の小形化が図れる。
送り等に使用すれば、装置全体の小形化が図れる。
第１図は本発明の一実施例によるパルスモータの要部の
構成を示す図、第２図は磁極１の磁束と巻線5aと巻線10
a間の相互インダクタンスの位置による変化を示す図、
第３図は本発明の一実施例による磁極位置検出回路の構
成を示すブロック図、第４図は従来のパルスモータの構
成を示す図、第５図は従来の磁極位置センサの構成を示
す図、第６図は従来の磁極位置センサの検出波形図、第
７図は従来のパルスモータの駆動回路の構成を示す図で
ある。 （5a）、（5b）……高周波信号重畳のモータ巻線 （10a）、（11a）、（10b）、（11b）……検出巻線 （24）、（25）、（26）、（27）……ハイパスフィルタ
ー（高周波信号のみを取り出す手段） （28）、（29）、（30）、（31）……乗算器（高周波信
号を変調する手段） （32）、（33）……減算器（直流バイアス成分除去手
段） （34）、（35）……ローパスフィルター（変調用高周波
信号除去手段）
構成を示す図、第２図は磁極１の磁束と巻線5aと巻線10
a間の相互インダクタンスの位置による変化を示す図、
第３図は本発明の一実施例による磁極位置検出回路の構
成を示すブロック図、第４図は従来のパルスモータの構
成を示す図、第５図は従来の磁極位置センサの構成を示
す図、第６図は従来の磁極位置センサの検出波形図、第
７図は従来のパルスモータの駆動回路の構成を示す図で
ある。 （5a）、（5b）……高周波信号重畳のモータ巻線 （10a）、（11a）、（10b）、（11b）……検出巻線 （24）、（25）、（26）、（27）……ハイパスフィルタ
ー（高周波信号のみを取り出す手段） （28）、（29）、（30）、（31）……乗算器（高周波信
号を変調する手段） （32）、（33）……減算器（直流バイアス成分除去手
段） （34）、（35）……ローパスフィルター（変調用高周波
信号除去手段）
Claims (2)
- 【請求項１】凸極性を有する永久磁石形モータにおい
て、多相モータ巻線の各相へ相互に位相を異にする高周
波信号を重畳する手段と、上記多相モータ巻線からの高
周波信号重畳の正弦波モータ電流による磁束変化、及び
モータ固定子、回転子間のリラクタンス変化に基づく磁
束変化を電気信号に変換する複数個の検出手段と、上記
複数個の検出手段より得られた電気信号から、磁極位置
信号を復調する手段、を具備することを特徴とする磁極
位置検出装置。 - 【請求項２】磁極位置信号復調手段は、上記検出手段よ
り得た電気信号から、磁極位置に対応して振幅変調され
た高周波信号を取り出すハイパスフイルタ、ハイパスフ
イルタ出力の振幅変調高周波信号にモータ巻線電流に重
畳したのと同じ高周波信号を乗算する乗算器、乗算器出
力を相互に減算し直流バイアス成分を除去する減算器、
減算器出力より上記高周波信号を除去し磁極位置信号を
取り出すローパスフィルタ、を具備することを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項記載の磁極位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60275766A JP2560278B2 (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 磁極位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60275766A JP2560278B2 (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 磁極位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62135297A JPS62135297A (ja) | 1987-06-18 |
| JP2560278B2 true JP2560278B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17560090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60275766A Expired - Lifetime JP2560278B2 (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 磁極位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560278B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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-
1985
- 1985-12-06 JP JP60275766A patent/JP2560278B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62135297A (ja) | 1987-06-18 |
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