JP3411587B2 - Linear motor control circuit - Google Patents
Linear motor control circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リニアモータを制御す
るリニアモータ制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ビデオカメラ等におけるレンズ
の焦点調節装置等、微細な位置決めが要求される装置の
駆動モータとして、特にボイスコイル型のリニアモータ
が用いられ、通常、ボイスコイルモータと呼ばれてお
り、このボイスコイルモータは直進運動のストロークは
短いが、大きなトルクを得ることが可能なため、特開昭
５８−１８２４７０号公報及び特開平１−２０６８６１
号公報などに記載されているように、レンズのフォーカ
シング機構などに利用されている。
【０００３】そして、駆動するボイスコイルにハンチン
グを生じさせることなく応答性を向上させるために、駆
動するボイスコイルにダンピングをかけることが行われ
るが、このためにはボイスコイルの移動速度を検出する
必要がある。ボイスコイルの移動速度を検出するには、
従来は制動コイルを併設している。特開昭５６−１７９
０号公報に記載されたような特殊な制御を行っている。
【０００４】また、制動コイルを併設する機構として
は、図３に示すように、ボイスコイルモータ30の変位し
た位置を位置センサ31で検出すると共に、ボイスコイル
モータ30の変位のスピードを速度センサ32で検出する。
この速度センサ32は制動コイルによって構成しており、
ボイスコイルモータ30の変位のスピードに比例した起電
力がこの制動コイルに発生することを利用したものであ
る。この起電力を目標値（指示電圧）に負帰還させるこ
とにより速度制御ループを構成している。
【０００５】また、特開昭５６−１７９０号公報に記載
されている制御機構は、一定の周期でボイスコイルに駆
動電流を流さない期間を設け、この期間にボイスコイル
に発生する起電力を、ボイスコイルの速度として検出す
るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように制動コイル
を併設した機構では、制動コイルを設置するための余分
なスペースが必要となるため、全体の体積が増大すると
いう問題を有している。また、一定の体積内に制動コイ
ルを増設しようとすれば、駆動力に直接寄与するボイス
コイルの設置スペースが制約を受けることにもなる。
【０００７】また、特開昭５６−１７９０号公報の制御
機構では、実質的な駆動時間、即ち、ボイスコイルの通
電時間が短くなるため、迅速な駆動ができない問題を有
している。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたものであり、速度検出用の制動コイルなどを独
立して別途必要とせずに、装置全体の小型化及び制御機
構を簡素化してリニアモータの駆動制御を行うリニアモ
ータ制御回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のリニアモータ制
御回路は、ブリッジの一辺にリニアモータのコイル端 を
接続し、いずれかの辺に前記リニアモータの固有の抵抗
成分及びインダクタンス成分を相殺する値を有するイン
ピーダンス素子を接続し、前記リニアモータの速度に比
例した不平衡電圧が生ずるブリッジ回路と、この不平衡
電圧に基づき前記ブリッジ回路に出力して前記リニアモ
ータを駆動制御する駆動制御手段とを具備したものであ
る。
【００１０】
【作用】本発明は、ブリッジ回路のいずれかの辺にリニ
アモータの固有の抵抗成分及びインダクタンス成分を相
殺する値を有するインピーダンス素子を接続し、リニア
モータの速度に比例した不平衡電圧が生ずるようにし、
この不平衡電圧に基づきリニアモータを駆動制御するた
め、電圧を検出するために制動コイルなどを別途設ける
必要はなく、電気回路のみで検出することが可能とな
り、装置全体の小型化及び制御機構が簡素化する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【００１２】図１に本発明にかかるリニアモータ制御回
路の回路図を示す。リニアモータ制御回路１は、リニア
モータのコイル２に駆動電流を与えるモータ駆動回路３
と、リニアモータが動く際に発生する逆起電圧Ｅcに比
例した電圧を不平衡電圧として検出するブリッジ回路４
とを備える。
【００１３】リニアモータのコイル２は、リニアモータ
が動くとその速度に比例した逆起電圧Ｅc（＝ｖＢｌ）
を発生するので、この逆起電圧Ｅc、コイル２の抵抗成
分r1、コイル２のインダクタンス成分L1を直列に接続し
た等価回路で表すことができる。
【００１４】ブリッジ回路４は、電流検出抵抗R1とリニ
アモータのコイル２とを直列に接続し、また、抵抗R2、
抵抗r2、インダクタンスL2を直列に接続すると共に、各
々並列に接続してブリッジを構成している。
【００１５】また、一般に電磁誘導作用を利用した機器
において、コイルに流れる電流ｉ、コイルのインダクタ
ンス成分L1、コイルの抵抗成分r1、コイルの速度ｖ、磁
束密度Ｂ、コイルの長さｌとすると、コイルの端子電圧
Ｅは数１で表わすことができる。
【００１６】
【数１】
【００１７】リニアモータでは、回転機器とは異なり数
１のBlは一定となる。従って、ブリッジ回路の一辺にコ
イルを接続し、これを相殺する値を有するインピーダン
ス素子をブリッジ回路の他の辺に接続することにより、
コイルの抵抗成分r1、インダクタンス成分L1が除去さ
れ、数１の右辺は、ｖＢｌの項のみとなる。従って、ブ
リッジ回路の不平衡電圧は、リニアモータの速度ｖに比
例した電圧となる。
【００１８】位置センサ５からはコイルの移動位置に応
じた電圧信号が出力され、この電圧信号は位置制御ルー
プを介して差動増幅器６の非反転入力端（＋）に入力さ
れる。
【００１９】ブリッジ回路４から出力される不平衡電圧
は、差動増幅器７、コンデンサＣ及び可変抵抗器R3によ
って構成する速度制御ループによって目標値（指示電
圧）に負帰還される。負帰還された信号を受けた目標値
（指示電圧）は、差動増幅器６の反転入力端（−）に入
力される。
【００２０】以上のように構成するリニアモータ制御回
路１の作用を説明する。
【００２１】まず、ブリッジ回路４におけるブリッジ辺
の各抵抗及びインダクタンスの定数を数２に示す平衡条
件に設定する。
【００２２】
【数２】
【００２３】この数２のように平衡条件を設定した場
合、リニアモータの可動子が動いていない状態ではブリ
ッジ回路４から出力される不平衡電圧としての出力電圧
Ｅabは０〔ｖ〕となり、コイル２の抵抗成分r1及びイン
ダクタンス成分L1が除去された形になる。
【００２４】また、リニアモータの可動子が動くと、そ
の速度ｖに比例した逆起電圧Ｅc（＝ｖＢｌ）が発生す
るので、ブリッジ回路４から出力される不平衡電圧とし
ての出力電圧Ｅabは、数３乃至数６によって求めること
ができる。
【００２５】
【数３】
【００２６】ここで数２より数５が得られる。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】よって数３、数４及び数５より出力電圧Ｅ
abは、数６として求めることができる。
【００３０】
【数６】
【００３１】また、電流の流れる方向が逆になっても同
様に、数６乃至数９によって求めることができる。
【００３２】
【数７】
【００３３】
【数８】
【００３４】
【数９】
【００３５】このようにブリッジ回路４から出力される
出力電圧Ｅabは逆起電圧Ｅcに比例した値となるため
（数６、数９参照）、リニアモータの可動子の移動速度
に比例した逆起電圧Ｅcのみを検出することができる。
【００３６】なお、この出力電圧Ｅabは差動増幅器７で
増幅された後、コンデンサＣで直流成分が除去されると
共に位相の進みが補償される。さらに可変抵抗器R3でゲ
イン調整され目標値（指示電圧）に負帰還される。この
負帰還によってリニアモータの可動子にダンピングがか
かることになり、ハンチングを生じることなく応答性を
向上させることができる。
【００３７】差動増幅器６からは、この負帰還された電
圧信号を受けた目標値と、位置センサ５で検出された電
圧信号との差に比例した電圧信号が出力される。この電
圧信号は電流制御回路Ｉに入力され、ここで入力電圧に
応じた電流信号が出力されモータ駆動回路３に与えられ
る。モータ駆動回路３は定電流制御されるがこの制御は
差動増幅器６の出力が０になるまで続けられる。
【００３８】また、リニアモータ制御回路の他の実施例
を図２に示す。このリニアモータ制御回路１´は、リニ
アモータのコイル２におけるインダクタンス成分L1を除
去するため、抵抗成分r1とコンデンサC1とを直列に接続
した除去回路８をコイル２の等価回路に対して並列に接
続し、これに伴って、相対する辺に接続していたインダ
クタンスL2を除去したものである。その他の回路の構成
要素は、図１で示した回路と同一であり、同一の参照番
号を付す。
【００３９】以上のように構成するリニアモータ制御回
路１´の作用について説明する。
【００４０】まず、コイル２に対して並列に接続した除
去回路８の抵抗成分r1及びコンデンサC1の定数を数１０
で示すように、コイル２の時定数と等しく設定する。
【００４１】
【数１０】
【００４２】このように設定すると、並列接続したコイ
ル２と除去回路８との合成抵抗Ｒは、数１２よりr1とな
る。
【００４３】
【数１１】
より
【数１２】
【００４４】
【数１３】
【００４５】従って、ブリッジ回路４に接続した各抵抗
の値を数１３のように設定すれば、数１の右辺、第１項
と共に第２項も除去され、リニアモータの可動子が動い
ていない状態ではブリッジ回路４から出力される不平衡
電圧としての出力電圧Ｅabは０〔Ｖ〕となる。
【００４６】また、リニアモータの可動子が動くと、そ
の速度ｖに比例した逆起電圧Ｅc（＝ｖＢｌ）を発生す
るので、ブリッジ回路４から出力される不平衡電圧とし
ての出力電圧Ｅabは、数１４により求めることができ
る。
【００４７】
【数１４】
【００４８】なお、電流の方向が逆になった場合にも、
同様に数１５で表すことができる。
【００４９】
【数１５】
【００５０】このように、ブリッジ回路４から出力され
る出力電圧Ｅabは、前述の実施例と同様に、逆起電圧Ｅ
cに比例した値となり（数１４、数１５参照）、このよ
うに回路を構成した場合も、リニアモータの可動子の移
動速度に比例した逆起電圧Ｅcを検出することができ
る。具体的な回路動作は、前述のリニアモータ制御回路
１と同様であり、説明が重複するため省略する。
【００５１】従って、いずれの実施例でも、このブリッ
ジ回路から得られる不平衡電圧は、駆動されるリニアモ
ータの駆動速度に比例した電圧となるため、従来のよう
に、この電圧を検出するために制動コイルなどを別途設
ける必要はなく、電気回路のみで検出することが可能と
なり、装置全体の小型化、及び制御機構の簡素化を図る
ことができる。また、これによって軽量化を図ることが
できるためリニアモータの負荷が軽くなり、周波数特性
が向上すると共に、モータの推力増大にも寄与するもの
である。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、ブリッジ回路のいずれ
かの辺にリニアモータの固有の抵抗成分及びインダクタ
ンス成分を相殺する値を有するインピーダンス素子を接
続し、リニアモータの速度に比例した不平衡電圧が生ず
るようにし、この不平衡電圧に基づきリニアモータを駆
動制御するため、電圧を検出するために制動コイルなど
を別途設ける必要はなく、電気回路のみで検出すること
が可能となり、装置全体の小型化及び制御機構を簡素化
できる。 Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention controls a linear motor.
The present invention relates to a linear motor control circuit. 2. Description of the Related Art Generally, a lens in a video camera or the like is used.
For devices that require fine positioning, such as focus adjustment devices
As a drive motor, especially a voice coil type linear motor
Is used, usually is called a voice coil motor, this voice coil motor stroke of linear movement is short, since it is possible to obtain a large torque, JP
58-182470 and JP-A-1-2066861
As described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-207, it is used for a focusing mechanism of a lens . [0003] In order to improve the response without causing hunting the voice coil to drive, it is performed to apply a damping to the voice coil to drive, for this purpose detects the moving speed of the voice coil There is a need. To detect the moving speed of the voice coil,
Conventionally, a braking coil is provided . JP-A-56-179
Special control as described in 0 JP that going. [0004] Further , as a mechanism for additionally providing a braking coil,
3, the position where the voice coil motor 30 is displaced is detected by the position sensor 31 and the speed of displacement of the voice coil motor 30 is detected by the speed sensor 32, as shown in FIG.
This speed sensor 32 is constituted by a braking coil,
This utilizes the fact that an electromotive force proportional to the speed of displacement of the voice coil motor 30 is generated in the braking coil. By making this electromotive force negatively fed back to the target value (instruction voltage), a speed control loop is formed. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-1790 describes
The control mechanism is provided with a period in which a drive current is not supplied to the voice coil at a constant cycle, and detects an electromotive force generated in the voice coil as a speed of the voice coil during this period. [0006] Such a mechanism provided with a braking coil requires an extra space for installing the braking coil, and thus has a problem that the overall volume increases. ing. Further, if an attempt is made to increase the number of braking coils within a certain volume, the installation space of the voice coil that directly contributes to the driving force will be restricted. [0007] In the control mechanism of JP-A-56-1790, substantial operating time, i.e., because the energization time of the voice coil is short, have a problem that can not be rapidly driven
are doing. The present invention, such are those problems was made to solve without separately required independently and brake coil for detecting the speed of the entire apparatus size and control unit
It is an object of the present invention to provide a linear motor control circuit that controls driving of a linear motor by simplifying the structure . A linear motor control circuit according to the present invention has a coil end of a linear motor on one side of a bridge.
Connect and connect the intrinsic resistance of the linear motor to either side
Component with a value that offsets the
Connect a speed element to the speed of the linear motor.
A bridge circuit that produces the illustrated unbalanced voltage, and this unbalanced
The linear motor is output to the bridge circuit based on the voltage.
Drive control means for driving and controlling the motor . According to the present invention, a linear circuit is provided on either side of a bridge circuit.
The inherent resistance and inductance components of the motor
Connect an impedance element with a killing value and
So that an unbalanced voltage proportional to the motor speed is generated,
Drive control of the linear motor is performed based on this unbalanced voltage.
A separate brake coil to detect the voltage
It is not necessary, and it is possible to detect
As a result, the size of the entire apparatus is reduced and the control mechanism is simplified. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a linear motor control circuit according to the present invention. The linear motor control circuit 1 includes a motor drive circuit 3 for applying a drive current to the coil 2 of the linear motor.
And a bridge circuit 4 for detecting, as an unbalanced voltage, a voltage proportional to the back electromotive force Ec generated when the linear motor moves.
And When the linear motor moves, the coil 2 of the linear motor has a back electromotive force Ec (= vBl) proportional to the speed of the linear motor.
Is generated, the back electromotive force Ec, the resistance component r1 of the coil 2, and the inductance component L1 of the coil 2 can be represented by an equivalent circuit in which they are connected in series. The bridge circuit 4 connects the current detection resistor R1 and the coil 2 of the linear motor in series.
A resistor r2 and an inductance L2 are connected in series and connected in parallel to form a bridge. Also, in general, devices utilizing electromagnetic induction action
, The current i flowing through the coil, the inductor of the coil
Resistance component L1, coil resistance component r1, coil speed v,
Assuming a bundle density B and a coil length l, the terminal voltage of the coil
E can be represented by Equation 1. ## EQU1 ## In a linear motor, unlike a rotary device,
Bl of 1 is constant. Therefore, one side of the bridge circuit
Impedance with a value to connect and offset this
By connecting the switching element to the other side of the bridge circuit,
The coil resistance component r1 and inductance component L1 have been removed.
Thus, the right side of Equation 1 is only the term of vBl. Therefore,
The unbalanced voltage of the ridge circuit is proportional to the speed v of the linear motor.
The voltage will be as shown. A voltage signal corresponding to the moving position of the coil is output from the position sensor 5, and this voltage signal is input to the non-inverting input terminal (+) of the differential amplifier 6 via a position control loop. The unbalanced voltage output from the bridge circuit 4 is negatively fed back to a target value (instruction voltage) by a speed control loop constituted by the differential amplifier 7, the capacitor C and the variable resistor R3. The target value (instruction voltage) that has received the negative feedback signal is input to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier 6. The operation of the linear motor control circuit 1 configured as described above will be described. First, the constants of the resistances and inductances of the bridge sides in the bridge circuit 4 are set to the equilibrium conditions shown in Expression 2. ## EQU2 ## [0023] When setting the equilibrium conditions as in the number 2, the output voltage Eab as the unbalanced voltage output from the bridge circuit 4 is in a state in which the linear motor movable element is not moving 0 [v], and the coil 2, the resistance component r1 and the inductance component L1 are removed. When the mover of the linear motor moves, a back electromotive voltage Ec (= vBl) proportional to the speed v is generated, so that the output voltage Eab as an unbalanced voltage output from the bridge circuit 4 is : it can be determined by the number 3 to 6. [Equation 3] Here, Equation 5 is obtained from Equation 2. (Equation 4) (Equation 5) Therefore, the output voltage E is obtained from the equations (3), (4) and (5).
ab can be obtained as Equation 6 . (Equation 6) [0031] Similarly, in the direction of current flow is reversed, it can be determined by the number 6 or number 9. [Mathematical formula-see original document] (Equation 8) Equation 9 As described above, since the output voltage Eab output from the bridge circuit 4 has a value proportional to the back electromotive voltage Ec (see equations 6 and 9 ), the back electromotive force proportional to the moving speed of the mover of the linear motor is obtained. Only the voltage Ec can be detected. After the output voltage Eab is amplified by the differential amplifier 7, the DC component is removed by the capacitor C and the phase advance is compensated. Further, the gain is adjusted by the variable resistor R3 and negatively fed back to the target value (instruction voltage). Due to this negative feedback, damping is applied to the mover of the linear motor, and responsiveness can be improved without hunting. The differential amplifier 6 outputs a voltage signal proportional to the difference between the target value receiving the negatively fed-back voltage signal and the voltage signal detected by the position sensor 5. This voltage signal is input to the current control circuit I, where a current signal corresponding to the input voltage is output and given to the motor drive circuit 3. The motor drive circuit 3 is controlled by a constant current, but this control is continued until the output of the differential amplifier 6 becomes zero. FIG. 2 shows another embodiment of the linear motor control circuit. This linear motor control circuit 1 ′ connects a removal circuit 8 in which a resistance component r 1 and a capacitor C 1 are connected in series to an equivalent circuit of the coil 2 in parallel in order to remove an inductance component L 1 in the coil 2 of the linear motor. Accordingly, the inductance L2 connected to the opposite side is removed. The other components of the circuit are the same as those of the circuit shown in FIG. 1, and are denoted by the same reference numerals. The operation of the linear motor control circuit 1 'constructed as described above will be described. Firstly, the number of constants of the resistance components r1 and capacitor C1 of removing circuit 8 connected in parallel to the coil 2 10
Is set equal to the time constant of the coil 2. [Mathematical formula-see original document] With this setting, the combined resistance R of the coil 2 and the removing circuit 8 connected in parallel becomes r1 according to Equation 12 . [Mathematical formula-see original document] From [Equation 12] [Mathematical formula-see original document] Therefore, if the value of each resistor connected to the bridge circuit 4 is set as shown in Equation 13 , the second term as well as the first term on the right side of Equation 1 is also removed, and the mover of the linear motor does not move. In this state, the output voltage Eab as the unbalanced voltage output from the bridge circuit 4 is 0 [V]. When the mover of the linear motor moves, a back electromotive force Ec (= vBl) proportional to the speed v is generated, so that the output voltage Eab as an unbalanced voltage output from the bridge circuit 4 is: It can be obtained by Expression 14 . [Mathematical formula-see original document] When the direction of the current is reversed,
Similarly, it can be expressed by Expression 15 . (Equation 15) As described above, the output voltage Eab output from the bridge circuit 4 is equal to the back electromotive voltage Eab, as in the above-described embodiment.
It becomes a value proportional to c (see Equations 14 and 15 ), and even with such a circuit configuration, a back electromotive force Ec proportional to the moving speed of the mover of the linear motor can be detected. The specific circuit operation is the same as that of the above-described linear motor control circuit 1, and the description will not be repeated here. Therefore, in any of the embodiments, this bridge
The unbalanced voltage obtained from the
Voltage is proportional to the driving speed of the motor.
In order to detect this voltage, a braking coil etc.
It is not necessary to detect
To reduce the size of the entire device and simplify the control mechanism.
be able to. This also helps to reduce weight
To reduce the load on the linear motor and reduce the frequency characteristics.
Improves the thrust of the motor.
It is. According to the present invention, any of the bridge circuits
On the other side, the inherent resistance component and inductor of the linear motor
Connect an impedance element with a value that cancels the impedance component.
Unbalanced voltage proportional to the speed of the linear motor
And drive the linear motor based on this unbalanced voltage.
To control the dynamics, to detect the voltage
It is not necessary to provide a separate, it can be detected only by the electric circuit
Is possible, miniaturizing the entire device and simplifying the control mechanism
it can.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるリニアモータ制御回路を示す回
路構成図である。
【図２】他の実施例を示す回路構成図である。
【図３】従来のリニアモータ制御回路の一例を示す回路
構成図である。
【符号の説明】
１，１´ リニアモータ制御回路
２ コイル
３ モータ駆動回路（駆動制御手段）
４ ブリッジ回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing a linear motor control circuit according to the present invention. FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing another embodiment. FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional linear motor control circuit. [Description of Signs] 1, 1 'linear motor control circuit 2 coil 3 motor drive circuit (drive control means) 4 bridge circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00 G02B 7/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 5/00 G02B 7/08
Claims (1)
端を接続し、いずれかの辺に前記リニアモータの固有の
抵抗成分及びインダクタンス成分を相殺する値を有する
インピーダンス素子を接続し、前記リニアモータの速度
に比例した不平衡電圧が生ずるブリッジ回路と、 この不平衡電圧に基づき前記ブリッジ回路に出力して前
記リニアモータを駆動制御する駆動制御手段と を具備し
た ことを特徴とするリニアモータ制御回路。(57) [Claims] [Claim 1] A linear motor coil on one side of a bridge
Connect the ends, and either side of the linear motor
Has a value that cancels out the resistance and inductance components
Connect the impedance element and adjust the speed of the linear motor.
A bridge circuit unbalanced voltage is generated in proportion to the previous output to the bridge circuit on the basis of the unbalanced voltage
; And a drive control means for driving and controlling the serial linear motor
A linear motor control circuit characterized by the following.
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|---|---|---|---|
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| JPH05244790A JPH05244790A (en) | 1993-09-21 |
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-
1992
- 1992-02-27 JP JP04139992A patent/JP3411587B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH05244790A (en) | 1993-09-21 |
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