JP3420265B2 - 直流モータ駆動装置 - Google Patents
直流モータ駆動装置Info
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- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直流モータ駆動装
置，例えば直流リニアモータの駆動装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】直流リニアモータは，例えば，工作機械
や産業用ロボットなどの直線運動機構部において，移動
させるべき物体を高精度に移動させるために多用されて
いる。そして，この種の直流リニアモータは，一次側及
び二次側から成り，例えば，一次側を給電側にしてしか
も固定側とし，二次側を可動側に構成されている。 【０００３】一次側を構成する給電側には，励磁コイル
及び該励磁コイルに対して駆動電流を供給するための駆
動回路等が具備され，また，二次側を構成する可動側に
は，界磁マグネットが装着され，前記励磁コイルに電流
を供給することによって，一次側及び二次側の両者間に
生ずるフレミングの左手の法則に基づく推力により一次
側に対して二次側である可動側を移動させるようにす
る。 【０００４】図７は前記した励磁コイルに対して駆動電
流を供給するための駆動回路の構成を示したものであ
る。図７において，符号５１は±ＶT のトルク指令信号
が供給される入力端子であり，±ＶT のトルク指令信号
は入力端子５１より絶対値回路５２に供給される。絶対
値回路５２によって生成されたトルク指令信号の絶対値
出力は，パルス幅変調器５３に印加され，ここでパルス
幅変調信号に変換される。そして，パルス幅変調器５３
からのパルス幅変調信号は方向切換器５４に供給され
る。 【０００５】方向切換器５４は極性判別回路５５からの
信号によってパルス幅変調器５３よりもたらされるパル
ス幅変調信号の出力極性を切り換えるものであり，極性
判別回路５５には入力端子５１に加えられる±ＶT のト
ルク指令信号が供給されるように構成されている。従っ
て，方向切換器５４よりもたらされる出力信号は，入力
端子５１に加えられるトルク指令信号の極性によって，
パルス幅変調信号の出力極性が切り換えられたものにな
る。 【０００６】方向切換器５４からのパルス幅変調信号
は，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃの被制御入力端子
にそれぞれ供給される。そして，各ホール効果素子５６
ａ〜５６ｃのホール効果出力端子は各電力増幅器５７ａ
〜５７ｃに接続されており，各ホール効果素子５６ａ〜
５６ｃの出力は，電力増幅器５７ａ〜５７ｃによってそ
れぞれ電力増幅され，それぞれの電力増幅器５７ａ〜５
７ｃの出力端に接続された各励磁コイル５８ａ〜５８ｃ
に供給される。 【０００７】ここで，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃ
は，可動側を構成する界磁マグネット（図示ぜず）に対
応するように配置されており，従って，可動側の各界磁
マグネットが接近したときのみトルク指令信号に対応し
たパルス幅変調信号を各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに対
して出力する。従って，各励磁コイル５８ａ〜５８ｃに
は，順に各電力増幅器５７ａ〜５７ｃからの出力が供給
され，フレミングの左手の法則に基づいて界磁マグネッ
トに対して推力が与えられ，固定の一次側に対して二次
側である可動側がトルク指令信号に応じたトルクをもっ
て移動されるよう作用する。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで，前記した従
来の駆動装置によると，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに
よって増幅される電流はパルス幅に応じた間欠的なもの
になる。しかしながら，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに
供給されるパルス幅変調信号は，各ホール効果素子５６
ａ〜５６ｃよりもたらされるものであり，各ホール効果
素子５６ａ〜５６ｃは可動側を構成する界磁マグネット
による磁力線の量によってその出力が制御される。 【０００９】そして，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃ
に対して作用する磁力線の量は界磁マグネットとホール
効果素子との距離の２乗に反比例する。従って，各ホー
ル効果素子５６ａ〜５６ｃによる出力は，図８に示した
ように，時点（イ）より時点（ロ）の間でリニアに立上
がり，時点（ロ）より時点（ハ）に至る所定時間ｔにお
いて波高値ｈを継続し，時点（ハ）より時点（ニ）の間
でリニアに立ち下がるという出力特性が生ずる。 【００１０】このために各電力増幅器５７ａ〜５７ｃの
動作は，時点（ロ）より時点（ハ）に至る所定時間ｔに
おいては，略完全なスイッチング動作領域となり，電力
増幅器５７ａ〜５７ｃを構成するパワートランジスタの
コレクタ損失はそれ程生じない。しかしながら，時点
（イ）より時点（ロ）の間のリニア領域（ホ）及び時点
（ハ）より時点（ニ）の間のリニア領域（ヘ）において
は，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃは完全なスイッチング
動作領域とはならず，電力増幅器５７ａ〜５７ｃを構成
するパワートランジスタのコレクタ損失が増大する。 【００１１】従って，上記コレクタ損失が各電力増幅器
５７ａ〜５７ｃの発熱となり，駆動回路の信頼性が低下
するという問題点が生ずる。 【００１２】そこで，この発明の目的は，上記のような
従来技術の欠点に鑑みて開発されたものであり，駆動回
路における各電力増幅器からの発熱を抑さえ，信頼性の
高い直流モータ駆動装置を提供することである。 【００１３】 【課題を解決するための手段】この発明は，一次側の給
電側に励磁コイルを有し，前記励磁コイルに対向する二
次側に界磁マグネットを有する直流モータ駆動装置にお
いて，トルク指令信号をこれに応じたパルスに変調する
パルス変調手段と，前記パルス変調手段からのパルス信
号が被制御入力端子に加えられて対向する前記界磁マグ
ネットの磁力線び量により出力を制御する磁電変換手段
と，前記磁電変換手段からの出力信号を波形整形する比
較手段と，前記比較手段の出力を増幅してその増幅出力
を前記励磁コイルに供給するための電力増幅手段とを具
備し， 前記パルス変調手段がトルク指令信号をパルス幅
に変調するパルス幅変調器でなり，前記磁電変換手段が
前記励磁コイルに対応して配設されたホール効果素子で
なり，前記比較手段が基準正電位に比較して前記基準正
電位を越える正電位が印加されたときに出力を発生する
第１コンパレータと基準負電位に比較して前記基準負電
位未満の負電位が印加されたときに出力を発生する第２
コンパレータとでなり，前記電力増幅手段が前記第１コ
ンパレータの出力を受ける第１電力増幅器と前記第２コ
ンパレータの出力を受ける第２電力増幅器とでなり，前
記第１電力増幅器の出力端と前記第２電力増幅器の出力
端との間に前記励磁コイルの各端部が接続されて前記励
磁コイルが駆動制御されることを特徴とする直流モータ
駆 動装置に関する。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下，この発明による直流モータ
駆動装置を図に示す実施例に基づいて説明するが，これ
に先立ちこの直流モータ駆動装置によって駆動される直
流リニアモータの一例について図１乃至図４を参照して
説明する。 【００１５】図１乃至図４に示す直流リニアモータは，
一次側及び二次側から成り，この実施例においては一次
側を給電側にしてしかも固定側とし，二次側を可動側と
して構成されている。先ず，これら一次側及び二次側の
相互の案内をなす案内手段から説明する。 【００１６】図１乃至図３に示すように，この案内手段
は，その伸長方向に対して垂直な断面の形状が上方に解
放した略コの字状であるように形成された軌道台１と，
転動体循環路２（参照符号は図２及び図３に示す：詳細
は後述する）を有し，軌道台１に対して相対運動可能な
摺動台としてのスライドユニット３とを有している。軌
道台１の左右の外側部には，断面が略円弧状の軌道とし
ての軌道溝１ａが１条ずつ，軸方向に沿って形成されて
いる。転動体循環路２はこれら軌道溝１ａの各々に対応
すべく，２条設けられている。そして，転動体循環路２
内には，スライドユニット３の移動に伴って軌道溝１ａ
上を転動しつつ循環して軌道台１及びスライドユニット
３の間で荷重を負荷する転動体としての多数のボール４
が配列収容されている。 【００１７】スライドユニット３は，軌道台１上に跨架
したケーシング６と，ケーシング６の両端部に結合され
た一対のエンドキャップ７ａ及び７ｂと，エンドキャッ
プ７ａ及び７ｂの各々の外面に取り付けられた２枚のシ
ール８ａ及び８ｂとを有している。また，エンドキャッ
プ７ａには，前記したボール４にグリースを供給するた
めのグリースニップル９が取り付けられている。図２及
び図３に示すように，各転動体循環路２は，ケーシング
６の左右両側部に夫々直線的にかつ互いに平行に形成さ
れた負荷軌道溝２ａ及びリターン路２ｂと，両エンドキ
ャップ７ａ，７ｂに形成されて負荷軌道溝２ａ及びリタ
ーン路２ｂをこれらの両端部にて連通させる一対の略半
円状の方向転換路２ｃ及び２ｄとから構成されている。
また，負荷軌道溝２ａが軌道台１の軌道溝１ａと対向し
ている。 【００１８】前記構成よりなる案内手段は，例えば，図
２及び図３に示す工作機械（全体としては図示しない）
が装備する平坦なベッド１２上に配置され，軌道台１が
べッド１２に対して複数本のボルト（六角穴つき）１３
によって締結される。このため，軌道台１は，これをベ
ッド１２に固定するための平坦な取付面１ｂを底部に有
している。また，図２及び図３に示すように，軌道台１
の底部には，ボルト１３の頭部よりも大きな径の座ぐり
部１ｃと，ボルト１３のねじ部よりも僅かに大径の挿通
孔１ｄとが同心的に形成されており，ボルト１３は，座
ぐり部１ｃ及び挿通孔１ｄにその全体が埋没するように
挿入されてベッド１２に螺合されている。また，図１に
示すように，スライドユニット３のケーシング６の上面
側には，複数のねじ孔６ａが形成されており，被加工物
等を担持するテーブル（図示ぜず）が，これらのねじ孔
６ａに螺合するボルト（六角穴付き：図示せず）によっ
てケーシング６に締結される。 【００１９】次に，上述した構成の案内手段によって相
互の案内がなされる直流リニアモータの一次側及び二次
側について詳述する。 【００２０】図１及び図３に示すように，一次側は，軌
道台１上に該軌道台の略全長に亘って延在するように設
けられた矩形板状のコイルヨーク１５と，コイルヨーク
１５上に一列に並べて配設された多数の励磁コイル１６
とを有している。また，コイルヨーク１５は断面形状が
上方が開放するコの字状に形成された軌道台１の底部近
傍に配置されている。詳しくは，軌道台１にはその底部
近傍に２条の支持段部１ｅが形成されており，コイルヨ
ーク１５はこれら支持段部１ｅにより支持され，且つ，
該各支持段部に対して接着剤若しくは小ねじ等を以て固
定されている。また，図示のように，各励磁コイル１６
は夫々，略矩形状に巻回されている。 【００２１】図３に示すように，コイルヨーク１５の下
面側には，制御駆動回路を構成するＩＣ及びトランジス
タ等の電子部品群１８が設けられている。コイルヨーク
１５の表面には，これらの電子部品相互を電気的に接続
するための配線がエッチング等により施されている。但
し，該配線とコイルヨーク１５とは，互いに電気的に絶
縁されている。即ち，コイルヨーク１５が回路基板とし
て作用するように構成されている。 【００２２】また，各励磁コイル１６の上面側には該各
励磁コイルを固定するための樹脂等からなる薄い基板１
９が固設されており，基板１９の下面に，コイルヨーク
１５及び励磁コイル１６等を有する一次側と後述の二次
側との相対的位置を検知するためのホール素子等から成
る磁電変換素子２０が取り付けられている。磁電変換素
子２０は，前記した励磁コイル１６の各々の内側に位置
するようにして，一次側及び二次側の相対移動方向にお
いて所定ピッチを隔てて多数並設されている。また，こ
れらの磁電変換素子２０は，電子部品群１８を含む制御
駆動回路と結線されている。 【００２３】一方，二次側に関しては，下記のように構
成されている。 【００２４】図３に示すように，二次側は，スライドユ
ニット３の構成部材であるケーシング６の下面側に固着
されたマグネットヨーク２２と，上記一次側の励磁コイ
ル１６の各々と対向すべく，マグネットヨーク２２の下
面に固設された界磁マグネット２３とを有している。図
４から明らかなように，界磁マグネット２３は，全体と
して略矩形板状に形成され，一次側及び二次側の相対的
移動がなされる方向Ａ，即ち軌道台１の長さ方向に沿っ
て，Ｎ及びＳの磁極が複数，この場合５極が交互に並ぶ
ように着磁されている。 【００２５】上述した直流リニアモータを含む直動ユニ
ットは，例えば，スライドユニット３がテーブル（図示
せず）を担持するようにして使用される。この構成にお
いて，該テーブル上に被加工物（図示せず）が載置され
て固定され，その状態で励磁コイル１６に所定の電流を
供給することにより，一次側及び二次側の両者間にフレ
ミングの左手の法則による推力が生じ，固定側である一
次側に対して二次側が移動する。これにより，該被加工
物の搬送が行われる。 【００２６】図５は以上のように成された直流リニアモ
ータを駆動するためのこの発明に係る駆動装置をブロッ
ク図で示したものである。また，図５は複数存在する励
磁コイルのうち，１つの励磁コイルに対して励磁電流を
供給する回路部分を示しており，他の励磁コイルに対す
る駆動回路も同一の構成であるので，その説明は省略す
る。 【００２７】図５において，符号３１は±ＶT のトルク
指令信号が供給される入力端子であり，±ＶT のトルク
指令信号は入力端子３１より，パルス変調手段としての
パルス幅変調器３２に印加される。そして，パルス幅変
調器３２の出力端は磁電変換素子としてのホール効果素
子２０の被制御入力端子に接続されている。ホール効果
素子２０のホール効果出力端子は，入力抵抗Ｒ１および
Ｒ２をそれぞれ介してオペレーショナルアンプ（以下，
オペアンプと称する）３３の反転入力端及び非反転入力
端に接続されている。オペアンプ３３の出力端と，前記
反転入力端との間には帰還抵抗Ｒ３が接続され，また，
オペアンプ３３の非反転入力端と基準電位点との間には
接地抵抗Ｒ４が接続されている。 【００２８】オペアンプ３３の出力端には，出力抵抗Ｒ
５の一端が接続され，出力抵抗Ｒ５の他端は比較手段と
しての第１コンパレータ３４と第２コンパレータ３５の
入力端にそれぞれ接続されている。第１コンパレータ３
４のリファレンス電圧入力端は，抵抗Ｒ６を介して所定
の基準正電位＋ＶＲｅｆに接続されており，また，第２
コンパレータ３５のリファレンス電圧入力端は，抵抗Ｒ
７を介して所定の基準負電位−ＶＲｅｆに接続されてい
る。 【００２９】第１コンパレータ３４の出力端は，抵抗Ｒ
８を介して電力増幅手段を構成する第１電力増幅器３６
の入力端に接続されており，且つ第１電力増幅器３６の
入力端にはプルアップ抵抗Ｒ９を介して所定のバイアス
電圧が印加される。また，第２コンパレータ３５の出力
端は，抵抗Ｒ１０を介して電力増幅手段を構成する第２
電力増幅器３７の入力端に接続されており，且つ第２電
力増幅器３７の入力端にはプルアップ抵抗Ｒ１１を介し
て所定のバイアス電圧が印加される。 【００３０】そして，第１電力増幅器３６の出力端３８
と，第２電力増幅器３７の出力端３９との間には励磁コ
イル１６の各端部が接続されている。 【００３１】以上の構成において，入力端子３１に図６
（ａ）に示したような±ＶT のトルク指令信号が印加さ
れると，パルス幅変調器３２はトルク指令信号の電圧値
に応じて図６（ｂ）に示したようなパルス幅変調信号を
発生する。このパルス幅変調信号はホール効果素子２０
の被制御入力端子に印加され，ホール効果素子２０は，
この時に可動側の界磁マグネット２３が接近したとき，
界磁マグネット２３から発生する磁力線の量に応じて図
６（ｃ）に示すようなパルス幅変調信号を発生する。 【００３２】図６（ｃ）に示したパルス幅変調信号は，
オペアンプ３３によって増幅され，比較手段としての第
１コンパレータ３４，及び第２コンパレータ３５のそれ
ぞれの入力端に供給される。第１コンパレータ３４は，
所定の基準正電位＋ＶＲｅｆに対してこれを越える正電
位の波高値のパルス幅変調信号が供給されたときに出力
を発生する。また，同様に第２コンパレータ３５は，所
定の基準負電位−ＶＲｅｆに対して，これ未満の負方向
に越える負電位の波高値のパルス幅変調信号が供給され
たときに出力を発生する。即ち，第１コンパレータ３４
の出力端には，図６（ｄ）に示すように，ホール効果素
子２０によって発生するリニア領域（ト）部分を除いた
正方向のパルス幅変調信号が発生し，また，第２コンパ
レータ３５の出力端には，図６（ｅ）に示すように，ホ
ール効果素子２０によって発生するリニア領域（ト）部
分を除いた負方向のパルス幅変調信号が発生する。 【００３３】そして，図６（ｄ）および図６（ｅ）に示
したパルス幅変調信号は，第１電力増幅器３６及び第２
電力増幅器３７にそれぞれ供給される。第１電力増幅器
３６及び第２電力増幅器３７の入力端には，それぞれプ
ルアップ抵抗Ｒ９及びＲ１１を介して所定のバイアス電
圧が印加されており，従って，第１電力増幅器３６は図
６（ｄ）に示したパルス幅信号が到来したときにこれを
電力増幅して励磁コイル１６に励磁電流を流し，また，
第２電力増幅器３７は図６（ｅ）に示したパルス幅信号
が到来したときにこれを電力増幅して励磁コイル１６に
励磁電流を流す。 【００３４】図６（ｄ）及び図６（ｅ）の信号波形で理
解できるように，第１電力増幅器３６及び第２電力増幅
器３７に供給される信号は，ホール効果素子２０によっ
て発生するリニア領域（ト）部分のパルス幅変調信号が
除かれており，従って，各電力増幅器３６，３７は共に
略完全なスイッチング動作領域で増幅動作が成される。
このため，電力増幅器を構成するパワートランジスタの
コレクタ損失はそれ程生ずることなく，電力増幅器から
の発熱が抑えられる。 【００３５】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように，この発明
による直流モータ駆動装置によれば，ホール効果素子に
よって得られるパルス幅変調された駆動信号を比較手段
に与え，この比較手段によってパルス幅変調された駆動
信号における前記したリニア領域の信号を削除するよう
に波形整形するため，これを受ける電力増幅器は略完全
なスイッチング領域で動作することになる。従って，電
力増幅器を構成するパワートランジスタのコレクタ損失
を少なく，即ち各電力増幅器からの発熱を抑制させるこ
とが可能となり，信頼性の高い直流モータ駆動装置を提
供できる効果がある。
置，例えば直流リニアモータの駆動装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】直流リニアモータは，例えば，工作機械
や産業用ロボットなどの直線運動機構部において，移動
させるべき物体を高精度に移動させるために多用されて
いる。そして，この種の直流リニアモータは，一次側及
び二次側から成り，例えば，一次側を給電側にしてしか
も固定側とし，二次側を可動側に構成されている。 【０００３】一次側を構成する給電側には，励磁コイル
及び該励磁コイルに対して駆動電流を供給するための駆
動回路等が具備され，また，二次側を構成する可動側に
は，界磁マグネットが装着され，前記励磁コイルに電流
を供給することによって，一次側及び二次側の両者間に
生ずるフレミングの左手の法則に基づく推力により一次
側に対して二次側である可動側を移動させるようにす
る。 【０００４】図７は前記した励磁コイルに対して駆動電
流を供給するための駆動回路の構成を示したものであ
る。図７において，符号５１は±ＶT のトルク指令信号
が供給される入力端子であり，±ＶT のトルク指令信号
は入力端子５１より絶対値回路５２に供給される。絶対
値回路５２によって生成されたトルク指令信号の絶対値
出力は，パルス幅変調器５３に印加され，ここでパルス
幅変調信号に変換される。そして，パルス幅変調器５３
からのパルス幅変調信号は方向切換器５４に供給され
る。 【０００５】方向切換器５４は極性判別回路５５からの
信号によってパルス幅変調器５３よりもたらされるパル
ス幅変調信号の出力極性を切り換えるものであり，極性
判別回路５５には入力端子５１に加えられる±ＶT のト
ルク指令信号が供給されるように構成されている。従っ
て，方向切換器５４よりもたらされる出力信号は，入力
端子５１に加えられるトルク指令信号の極性によって，
パルス幅変調信号の出力極性が切り換えられたものにな
る。 【０００６】方向切換器５４からのパルス幅変調信号
は，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃの被制御入力端子
にそれぞれ供給される。そして，各ホール効果素子５６
ａ〜５６ｃのホール効果出力端子は各電力増幅器５７ａ
〜５７ｃに接続されており，各ホール効果素子５６ａ〜
５６ｃの出力は，電力増幅器５７ａ〜５７ｃによってそ
れぞれ電力増幅され，それぞれの電力増幅器５７ａ〜５
７ｃの出力端に接続された各励磁コイル５８ａ〜５８ｃ
に供給される。 【０００７】ここで，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃ
は，可動側を構成する界磁マグネット（図示ぜず）に対
応するように配置されており，従って，可動側の各界磁
マグネットが接近したときのみトルク指令信号に対応し
たパルス幅変調信号を各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに対
して出力する。従って，各励磁コイル５８ａ〜５８ｃに
は，順に各電力増幅器５７ａ〜５７ｃからの出力が供給
され，フレミングの左手の法則に基づいて界磁マグネッ
トに対して推力が与えられ，固定の一次側に対して二次
側である可動側がトルク指令信号に応じたトルクをもっ
て移動されるよう作用する。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで，前記した従
来の駆動装置によると，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに
よって増幅される電流はパルス幅に応じた間欠的なもの
になる。しかしながら，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃに
供給されるパルス幅変調信号は，各ホール効果素子５６
ａ〜５６ｃよりもたらされるものであり，各ホール効果
素子５６ａ〜５６ｃは可動側を構成する界磁マグネット
による磁力線の量によってその出力が制御される。 【０００９】そして，各ホール効果素子５６ａ〜５６ｃ
に対して作用する磁力線の量は界磁マグネットとホール
効果素子との距離の２乗に反比例する。従って，各ホー
ル効果素子５６ａ〜５６ｃによる出力は，図８に示した
ように，時点（イ）より時点（ロ）の間でリニアに立上
がり，時点（ロ）より時点（ハ）に至る所定時間ｔにお
いて波高値ｈを継続し，時点（ハ）より時点（ニ）の間
でリニアに立ち下がるという出力特性が生ずる。 【００１０】このために各電力増幅器５７ａ〜５７ｃの
動作は，時点（ロ）より時点（ハ）に至る所定時間ｔに
おいては，略完全なスイッチング動作領域となり，電力
増幅器５７ａ〜５７ｃを構成するパワートランジスタの
コレクタ損失はそれ程生じない。しかしながら，時点
（イ）より時点（ロ）の間のリニア領域（ホ）及び時点
（ハ）より時点（ニ）の間のリニア領域（ヘ）において
は，各電力増幅器５７ａ〜５７ｃは完全なスイッチング
動作領域とはならず，電力増幅器５７ａ〜５７ｃを構成
するパワートランジスタのコレクタ損失が増大する。 【００１１】従って，上記コレクタ損失が各電力増幅器
５７ａ〜５７ｃの発熱となり，駆動回路の信頼性が低下
するという問題点が生ずる。 【００１２】そこで，この発明の目的は，上記のような
従来技術の欠点に鑑みて開発されたものであり，駆動回
路における各電力増幅器からの発熱を抑さえ，信頼性の
高い直流モータ駆動装置を提供することである。 【００１３】 【課題を解決するための手段】この発明は，一次側の給
電側に励磁コイルを有し，前記励磁コイルに対向する二
次側に界磁マグネットを有する直流モータ駆動装置にお
いて，トルク指令信号をこれに応じたパルスに変調する
パルス変調手段と，前記パルス変調手段からのパルス信
号が被制御入力端子に加えられて対向する前記界磁マグ
ネットの磁力線び量により出力を制御する磁電変換手段
と，前記磁電変換手段からの出力信号を波形整形する比
較手段と，前記比較手段の出力を増幅してその増幅出力
を前記励磁コイルに供給するための電力増幅手段とを具
備し， 前記パルス変調手段がトルク指令信号をパルス幅
に変調するパルス幅変調器でなり，前記磁電変換手段が
前記励磁コイルに対応して配設されたホール効果素子で
なり，前記比較手段が基準正電位に比較して前記基準正
電位を越える正電位が印加されたときに出力を発生する
第１コンパレータと基準負電位に比較して前記基準負電
位未満の負電位が印加されたときに出力を発生する第２
コンパレータとでなり，前記電力増幅手段が前記第１コ
ンパレータの出力を受ける第１電力増幅器と前記第２コ
ンパレータの出力を受ける第２電力増幅器とでなり，前
記第１電力増幅器の出力端と前記第２電力増幅器の出力
端との間に前記励磁コイルの各端部が接続されて前記励
磁コイルが駆動制御されることを特徴とする直流モータ
駆 動装置に関する。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下，この発明による直流モータ
駆動装置を図に示す実施例に基づいて説明するが，これ
に先立ちこの直流モータ駆動装置によって駆動される直
流リニアモータの一例について図１乃至図４を参照して
説明する。 【００１５】図１乃至図４に示す直流リニアモータは，
一次側及び二次側から成り，この実施例においては一次
側を給電側にしてしかも固定側とし，二次側を可動側と
して構成されている。先ず，これら一次側及び二次側の
相互の案内をなす案内手段から説明する。 【００１６】図１乃至図３に示すように，この案内手段
は，その伸長方向に対して垂直な断面の形状が上方に解
放した略コの字状であるように形成された軌道台１と，
転動体循環路２（参照符号は図２及び図３に示す：詳細
は後述する）を有し，軌道台１に対して相対運動可能な
摺動台としてのスライドユニット３とを有している。軌
道台１の左右の外側部には，断面が略円弧状の軌道とし
ての軌道溝１ａが１条ずつ，軸方向に沿って形成されて
いる。転動体循環路２はこれら軌道溝１ａの各々に対応
すべく，２条設けられている。そして，転動体循環路２
内には，スライドユニット３の移動に伴って軌道溝１ａ
上を転動しつつ循環して軌道台１及びスライドユニット
３の間で荷重を負荷する転動体としての多数のボール４
が配列収容されている。 【００１７】スライドユニット３は，軌道台１上に跨架
したケーシング６と，ケーシング６の両端部に結合され
た一対のエンドキャップ７ａ及び７ｂと，エンドキャッ
プ７ａ及び７ｂの各々の外面に取り付けられた２枚のシ
ール８ａ及び８ｂとを有している。また，エンドキャッ
プ７ａには，前記したボール４にグリースを供給するた
めのグリースニップル９が取り付けられている。図２及
び図３に示すように，各転動体循環路２は，ケーシング
６の左右両側部に夫々直線的にかつ互いに平行に形成さ
れた負荷軌道溝２ａ及びリターン路２ｂと，両エンドキ
ャップ７ａ，７ｂに形成されて負荷軌道溝２ａ及びリタ
ーン路２ｂをこれらの両端部にて連通させる一対の略半
円状の方向転換路２ｃ及び２ｄとから構成されている。
また，負荷軌道溝２ａが軌道台１の軌道溝１ａと対向し
ている。 【００１８】前記構成よりなる案内手段は，例えば，図
２及び図３に示す工作機械（全体としては図示しない）
が装備する平坦なベッド１２上に配置され，軌道台１が
べッド１２に対して複数本のボルト（六角穴つき）１３
によって締結される。このため，軌道台１は，これをベ
ッド１２に固定するための平坦な取付面１ｂを底部に有
している。また，図２及び図３に示すように，軌道台１
の底部には，ボルト１３の頭部よりも大きな径の座ぐり
部１ｃと，ボルト１３のねじ部よりも僅かに大径の挿通
孔１ｄとが同心的に形成されており，ボルト１３は，座
ぐり部１ｃ及び挿通孔１ｄにその全体が埋没するように
挿入されてベッド１２に螺合されている。また，図１に
示すように，スライドユニット３のケーシング６の上面
側には，複数のねじ孔６ａが形成されており，被加工物
等を担持するテーブル（図示ぜず）が，これらのねじ孔
６ａに螺合するボルト（六角穴付き：図示せず）によっ
てケーシング６に締結される。 【００１９】次に，上述した構成の案内手段によって相
互の案内がなされる直流リニアモータの一次側及び二次
側について詳述する。 【００２０】図１及び図３に示すように，一次側は，軌
道台１上に該軌道台の略全長に亘って延在するように設
けられた矩形板状のコイルヨーク１５と，コイルヨーク
１５上に一列に並べて配設された多数の励磁コイル１６
とを有している。また，コイルヨーク１５は断面形状が
上方が開放するコの字状に形成された軌道台１の底部近
傍に配置されている。詳しくは，軌道台１にはその底部
近傍に２条の支持段部１ｅが形成されており，コイルヨ
ーク１５はこれら支持段部１ｅにより支持され，且つ，
該各支持段部に対して接着剤若しくは小ねじ等を以て固
定されている。また，図示のように，各励磁コイル１６
は夫々，略矩形状に巻回されている。 【００２１】図３に示すように，コイルヨーク１５の下
面側には，制御駆動回路を構成するＩＣ及びトランジス
タ等の電子部品群１８が設けられている。コイルヨーク
１５の表面には，これらの電子部品相互を電気的に接続
するための配線がエッチング等により施されている。但
し，該配線とコイルヨーク１５とは，互いに電気的に絶
縁されている。即ち，コイルヨーク１５が回路基板とし
て作用するように構成されている。 【００２２】また，各励磁コイル１６の上面側には該各
励磁コイルを固定するための樹脂等からなる薄い基板１
９が固設されており，基板１９の下面に，コイルヨーク
１５及び励磁コイル１６等を有する一次側と後述の二次
側との相対的位置を検知するためのホール素子等から成
る磁電変換素子２０が取り付けられている。磁電変換素
子２０は，前記した励磁コイル１６の各々の内側に位置
するようにして，一次側及び二次側の相対移動方向にお
いて所定ピッチを隔てて多数並設されている。また，こ
れらの磁電変換素子２０は，電子部品群１８を含む制御
駆動回路と結線されている。 【００２３】一方，二次側に関しては，下記のように構
成されている。 【００２４】図３に示すように，二次側は，スライドユ
ニット３の構成部材であるケーシング６の下面側に固着
されたマグネットヨーク２２と，上記一次側の励磁コイ
ル１６の各々と対向すべく，マグネットヨーク２２の下
面に固設された界磁マグネット２３とを有している。図
４から明らかなように，界磁マグネット２３は，全体と
して略矩形板状に形成され，一次側及び二次側の相対的
移動がなされる方向Ａ，即ち軌道台１の長さ方向に沿っ
て，Ｎ及びＳの磁極が複数，この場合５極が交互に並ぶ
ように着磁されている。 【００２５】上述した直流リニアモータを含む直動ユニ
ットは，例えば，スライドユニット３がテーブル（図示
せず）を担持するようにして使用される。この構成にお
いて，該テーブル上に被加工物（図示せず）が載置され
て固定され，その状態で励磁コイル１６に所定の電流を
供給することにより，一次側及び二次側の両者間にフレ
ミングの左手の法則による推力が生じ，固定側である一
次側に対して二次側が移動する。これにより，該被加工
物の搬送が行われる。 【００２６】図５は以上のように成された直流リニアモ
ータを駆動するためのこの発明に係る駆動装置をブロッ
ク図で示したものである。また，図５は複数存在する励
磁コイルのうち，１つの励磁コイルに対して励磁電流を
供給する回路部分を示しており，他の励磁コイルに対す
る駆動回路も同一の構成であるので，その説明は省略す
る。 【００２７】図５において，符号３１は±ＶT のトルク
指令信号が供給される入力端子であり，±ＶT のトルク
指令信号は入力端子３１より，パルス変調手段としての
パルス幅変調器３２に印加される。そして，パルス幅変
調器３２の出力端は磁電変換素子としてのホール効果素
子２０の被制御入力端子に接続されている。ホール効果
素子２０のホール効果出力端子は，入力抵抗Ｒ１および
Ｒ２をそれぞれ介してオペレーショナルアンプ（以下，
オペアンプと称する）３３の反転入力端及び非反転入力
端に接続されている。オペアンプ３３の出力端と，前記
反転入力端との間には帰還抵抗Ｒ３が接続され，また，
オペアンプ３３の非反転入力端と基準電位点との間には
接地抵抗Ｒ４が接続されている。 【００２８】オペアンプ３３の出力端には，出力抵抗Ｒ
５の一端が接続され，出力抵抗Ｒ５の他端は比較手段と
しての第１コンパレータ３４と第２コンパレータ３５の
入力端にそれぞれ接続されている。第１コンパレータ３
４のリファレンス電圧入力端は，抵抗Ｒ６を介して所定
の基準正電位＋ＶＲｅｆに接続されており，また，第２
コンパレータ３５のリファレンス電圧入力端は，抵抗Ｒ
７を介して所定の基準負電位−ＶＲｅｆに接続されてい
る。 【００２９】第１コンパレータ３４の出力端は，抵抗Ｒ
８を介して電力増幅手段を構成する第１電力増幅器３６
の入力端に接続されており，且つ第１電力増幅器３６の
入力端にはプルアップ抵抗Ｒ９を介して所定のバイアス
電圧が印加される。また，第２コンパレータ３５の出力
端は，抵抗Ｒ１０を介して電力増幅手段を構成する第２
電力増幅器３７の入力端に接続されており，且つ第２電
力増幅器３７の入力端にはプルアップ抵抗Ｒ１１を介し
て所定のバイアス電圧が印加される。 【００３０】そして，第１電力増幅器３６の出力端３８
と，第２電力増幅器３７の出力端３９との間には励磁コ
イル１６の各端部が接続されている。 【００３１】以上の構成において，入力端子３１に図６
（ａ）に示したような±ＶT のトルク指令信号が印加さ
れると，パルス幅変調器３２はトルク指令信号の電圧値
に応じて図６（ｂ）に示したようなパルス幅変調信号を
発生する。このパルス幅変調信号はホール効果素子２０
の被制御入力端子に印加され，ホール効果素子２０は，
この時に可動側の界磁マグネット２３が接近したとき，
界磁マグネット２３から発生する磁力線の量に応じて図
６（ｃ）に示すようなパルス幅変調信号を発生する。 【００３２】図６（ｃ）に示したパルス幅変調信号は，
オペアンプ３３によって増幅され，比較手段としての第
１コンパレータ３４，及び第２コンパレータ３５のそれ
ぞれの入力端に供給される。第１コンパレータ３４は，
所定の基準正電位＋ＶＲｅｆに対してこれを越える正電
位の波高値のパルス幅変調信号が供給されたときに出力
を発生する。また，同様に第２コンパレータ３５は，所
定の基準負電位−ＶＲｅｆに対して，これ未満の負方向
に越える負電位の波高値のパルス幅変調信号が供給され
たときに出力を発生する。即ち，第１コンパレータ３４
の出力端には，図６（ｄ）に示すように，ホール効果素
子２０によって発生するリニア領域（ト）部分を除いた
正方向のパルス幅変調信号が発生し，また，第２コンパ
レータ３５の出力端には，図６（ｅ）に示すように，ホ
ール効果素子２０によって発生するリニア領域（ト）部
分を除いた負方向のパルス幅変調信号が発生する。 【００３３】そして，図６（ｄ）および図６（ｅ）に示
したパルス幅変調信号は，第１電力増幅器３６及び第２
電力増幅器３７にそれぞれ供給される。第１電力増幅器
３６及び第２電力増幅器３７の入力端には，それぞれプ
ルアップ抵抗Ｒ９及びＲ１１を介して所定のバイアス電
圧が印加されており，従って，第１電力増幅器３６は図
６（ｄ）に示したパルス幅信号が到来したときにこれを
電力増幅して励磁コイル１６に励磁電流を流し，また，
第２電力増幅器３７は図６（ｅ）に示したパルス幅信号
が到来したときにこれを電力増幅して励磁コイル１６に
励磁電流を流す。 【００３４】図６（ｄ）及び図６（ｅ）の信号波形で理
解できるように，第１電力増幅器３６及び第２電力増幅
器３７に供給される信号は，ホール効果素子２０によっ
て発生するリニア領域（ト）部分のパルス幅変調信号が
除かれており，従って，各電力増幅器３６，３７は共に
略完全なスイッチング動作領域で増幅動作が成される。
このため，電力増幅器を構成するパワートランジスタの
コレクタ損失はそれ程生ずることなく，電力増幅器から
の発熱が抑えられる。 【００３５】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように，この発明
による直流モータ駆動装置によれば，ホール効果素子に
よって得られるパルス幅変調された駆動信号を比較手段
に与え，この比較手段によってパルス幅変調された駆動
信号における前記したリニア領域の信号を削除するよう
に波形整形するため，これを受ける電力増幅器は略完全
なスイッチング領域で動作することになる。従って，電
力増幅器を構成するパワートランジスタのコレクタ損失
を少なく，即ち各電力増幅器からの発熱を抑制させるこ
とが可能となり，信頼性の高い直流モータ駆動装置を提
供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による直流モータ駆動装置が実施され
る直流リニアモータの構成を一部を破断して示した斜視
図である。 【図２】図１に示した直流リニアモータを工作機械のベ
ッド上に取り付けた状態を一部破断して示した側面図で
ある。 【図３】図２におけるＢ−Ｂ線における断面を矢印方向
に見た断面図である。 【図４】図１乃至図３に示した直流リニアモータが具備
する界磁マグネットの斜視図である。 【図５】この発明による直流モータ駆動装置の一実施例
を示した回路ブロック図である。 【図６】図５に示した回路ブロック図における各部の信
号波形を示した信号波形図である。 【図７】従来の直流モータ駆動装置の一例を示した回路
ブロック図である。 【図８】図７に示した回路ブロック図における一部の信
号波形を示した信号波形図である。 【符号の説明】 １６ 励磁コイル ２０ ホール効果素子 ２３ 界磁マグネット ３１ 入力端子 ３２ パルス幅変調器 ３３ オペアンプ ３４ 第１コンパレータ ３５ 第２コンパレータ ３６ 第１電力増幅器 ３７ 第２電力増幅器 ３８，３９ 出力端 ＋ＶＲｅｆ 基準正電位 −ＶＲｅｆ 基準負電位
る直流リニアモータの構成を一部を破断して示した斜視
図である。 【図２】図１に示した直流リニアモータを工作機械のベ
ッド上に取り付けた状態を一部破断して示した側面図で
ある。 【図３】図２におけるＢ−Ｂ線における断面を矢印方向
に見た断面図である。 【図４】図１乃至図３に示した直流リニアモータが具備
する界磁マグネットの斜視図である。 【図５】この発明による直流モータ駆動装置の一実施例
を示した回路ブロック図である。 【図６】図５に示した回路ブロック図における各部の信
号波形を示した信号波形図である。 【図７】従来の直流モータ駆動装置の一例を示した回路
ブロック図である。 【図８】図７に示した回路ブロック図における一部の信
号波形を示した信号波形図である。 【符号の説明】 １６ 励磁コイル ２０ ホール効果素子 ２３ 界磁マグネット ３１ 入力端子 ３２ パルス幅変調器 ３３ オペアンプ ３４ 第１コンパレータ ３５ 第２コンパレータ ３６ 第１電力増幅器 ３７ 第２電力増幅器 ３８，３９ 出力端 ＋ＶＲｅｆ 基準正電位 −ＶＲｅｆ 基準負電位
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−142985（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−85689（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−22197（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭63−120598（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 7/00
F16C 29/06
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一次側の給電側に励磁コイルを有し，前
記励磁コイルに対向する二次側に界磁マグネットを有す
る直流モータ駆動装置において， トルク指令信号をこれに応じたパルスに変調するパルス
変調手段と，前記パルス変調手段からのパルス信号が被
制御入力端子に加えられて対向する前記界磁マグネット
の磁力線び量により出力を制御する磁電変換手段と，前
記磁電変換手段からの出力信号を波形整形する比較手段
と，前記比較手段の出力を増幅してその増幅出力を前記
励磁コイルに供給するための電力増幅手段とを具備し， 前記パルス変調手段がトルク指令信号をパルス幅に変調
するパルス幅変調器でなり，前記磁電変換手段が前記励
磁コイルに対応して配設されたホール効果素子でなり，
前記比較手段が基準正電位に比較して前記基準正電位を
越える正電位が印加されたときに出力を発生する第１コ
ンパレータと基準負電位に比較して前記基準負電位未満
の負電位が印加されたときに出力を発生する第２コンパ
レータとでなり，前記電力増幅手段が前記第１コンパレ
ータの出力を受ける第１電力増幅器と前記第２コンパレ
ータの出力を受ける第２電力増幅器とでなり，前記第１
電力増幅器の出力端と前記第２電力増幅器の出力端との
間に前記励磁コイルの各端部が接続されて前記励磁コイ
ルが駆動制御される ことを特徴とする直流モータ駆動装
置。
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|---|---|---|---|
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| US08/117,615 US5469030A (en) | 1992-09-10 | 1993-09-08 | Direct current motor drive apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806792A JP3420265B2 (ja) | 1992-09-10 | 1992-09-10 | 直流モータ駆動装置 |
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3420265B2 (ja) |
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- 1992-09-10 JP JP26806792A patent/JP3420265B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1993-09-08 US US08/117,615 patent/US5469030A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| US5469030A (en) | 1995-11-21 |
| JPH0698591A (ja) | 1994-04-08 |
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