JPH0634622B2 - 同期機構造の電動機の駆動方法 - Google Patents
同期機構造の電動機の駆動方法Info
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- JPH0634622B2 JPH0634622B2 JP1649883A JP1649883A JPH0634622B2 JP H0634622 B2 JPH0634622 B2 JP H0634622B2 JP 1649883 A JP1649883 A JP 1649883A JP 1649883 A JP1649883 A JP 1649883A JP H0634622 B2 JPH0634622 B2 JP H0634622B2
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- motor
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- 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
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、同期機構造の電動機を用いた、移動物体を予
じめ定められた目標位置まで正確,迅速に駆動して位置
決めする駆動方法に関するものであり、精密工作機械等
における移動物の精密な位置決め手段に利用して効果の
あるものである。
じめ定められた目標位置まで正確,迅速に駆動して位置
決めする駆動方法に関するものであり、精密工作機械等
における移動物の精密な位置決め手段に利用して効果の
あるものである。
従来例の構成とその問題点 同期機構造を基本構造とするDCブラシレス電動機と同
期電動機のそれぞれの特性について説明する。
期電動機のそれぞれの特性について説明する。
第1図に2極3相DCブラシレス電動機の原理図を示
す。
す。
1は2極の永久磁石により構成された回転子である。
2,3,4はそれぞれ固定子である電機子5に巻回され
た電機子巻線(以下巻線と略す)である。6は回転子1
の回転位置を検出する公知の回転子位置検出器(以下R.
P.Sと略す)である。7は電子整流回路8の指令に従が
い、巻線2,3,4を選択的に所要の大きさの電流で励
磁する公知のパワーアンプである。8はR.P.S6からの
検出信号により、例えば回転子1を矢印Aで示すように
反時計方向に回転させるには巻線2,2,4を選択的に
励磁してそれらの巻線が作り出す磁極(以下巻線磁極と
略す)9,10が回転子1の回転に追従して回転子1の
磁極から常に磁気的空間角でπ/2ずれた位置に来るよう
に磁極9,10を反時計方向に回転せしめるべくパワー
アンプ7を制御する公知の電子整流回路であり、前記R.
P.S6と共に従来のDC電動機のブラシと整流子の役割
を有している。
2,3,4はそれぞれ固定子である電機子5に巻回され
た電機子巻線(以下巻線と略す)である。6は回転子1
の回転位置を検出する公知の回転子位置検出器(以下R.
P.Sと略す)である。7は電子整流回路8の指令に従が
い、巻線2,3,4を選択的に所要の大きさの電流で励
磁する公知のパワーアンプである。8はR.P.S6からの
検出信号により、例えば回転子1を矢印Aで示すように
反時計方向に回転させるには巻線2,2,4を選択的に
励磁してそれらの巻線が作り出す磁極(以下巻線磁極と
略す)9,10が回転子1の回転に追従して回転子1の
磁極から常に磁気的空間角でπ/2ずれた位置に来るよう
に磁極9,10を反時計方向に回転せしめるべくパワー
アンプ7を制御する公知の電子整流回路であり、前記R.
P.S6と共に従来のDC電動機のブラシと整流子の役割
を有している。
また電子整流回路8は速度指令に見合う回転速度になる
ように巻線2,3,4の電流を制御する機能をも有して
いる。
ように巻線2,3,4の電流を制御する機能をも有して
いる。
前記巻線磁極9,10と回転子1の磁極の異極間のなす
磁気的空間角θを以下トルク角と称することにすると、
θ=π/2なる時最も大きなトルクを発生することにな
り、従来のブラシと整流子を持つDC電動機及び第1図
に示すDCブラシレス電動機においても普通θ=π/2に
設定され、負荷の大きさにかかわらず一定である。この
種の電動機における速度制御は巻線磁極9,10の強
さ、すなわち、巻線2,3,4を励磁する電流の大き
さ、さらに云い換るなら回転子1の磁極と巻線磁極9,
10が作用して作り出す回転子1に作用するトルクの大
きさの制御である。
磁気的空間角θを以下トルク角と称することにすると、
θ=π/2なる時最も大きなトルクを発生することにな
り、従来のブラシと整流子を持つDC電動機及び第1図
に示すDCブラシレス電動機においても普通θ=π/2に
設定され、負荷の大きさにかかわらず一定である。この
種の電動機における速度制御は巻線磁極9,10の強
さ、すなわち、巻線2,3,4を励磁する電流の大き
さ、さらに云い換るなら回転子1の磁極と巻線磁極9,
10が作用して作り出す回転子1に作用するトルクの大
きさの制御である。
以上のような特性を有する電動機は、非同期電動機と称
されており、この種の電動機において速度制御の応答性
を改善するためには一般に図示しないが速度検出器を用
いて速度マイナループをかけることが必要である。
されており、この種の電動機において速度制御の応答性
を改善するためには一般に図示しないが速度検出器を用
いて速度マイナループをかけることが必要である。
次に2極3相同期電動機について説明する。
同期電動機も第2図に示すように第1図と同様に回転子
21は永久磁石であり、22,23,24は電機子25
に巻回された巻線である。26は可変周波数発振器27
(以下VFOと略す)の指令に従がい巻線22,23,
24に互いに時間的に2π/3の位相差を有する3相交流
を流すことにより、巻線22,23,24が作り出す磁
極28,29(以下巻線磁極と略す)を、例えば回転子
21を矢印Bで示すように反時計方向に回転させる場合
は反時計方向へ回転せしめるパワーアンプである。
21は永久磁石であり、22,23,24は電機子25
に巻回された巻線である。26は可変周波数発振器27
(以下VFOと略す)の指令に従がい巻線22,23,
24に互いに時間的に2π/3の位相差を有する3相交流
を流すことにより、巻線22,23,24が作り出す磁
極28,29(以下巻線磁極と略す)を、例えば回転子
21を矢印Bで示すように反時計方向に回転させる場合
は反時計方向へ回転せしめるパワーアンプである。
VFO27は速度指令に見合う回転速度となるように発
振周波数を可変できる発振器であり、回転数(RPS)
をn、発振周波数(Hz)を、回転子の極数をPとした
時n=2/Pとなるようにを決定してパワーアンプ2
6を指令する。
振周波数を可変できる発振器であり、回転数(RPS)
をn、発振周波数(Hz)を、回転子の極数をPとした
時n=2/Pとなるようにを決定してパワーアンプ2
6を指令する。
したがってこの電動機において回転子21は、巻線磁極
28,29の回転に周期て回転し、無負荷の場合は第2
図に示すようにトルク角θ=Oであるが、負荷がかかる
と第3図のようにトルク角θは(θ≠O)ずれたことに
よる磁極28,29と回転子21の磁極間の吸引・反発
作用によりθ=Oにしようとするトルク(以下このトル
クを同期トルクという)と負荷トルクがつり合う値とな
るまで変化する。
28,29の回転に周期て回転し、無負荷の場合は第2
図に示すようにトルク角θ=Oであるが、負荷がかかる
と第3図のようにトルク角θは(θ≠O)ずれたことに
よる磁極28,29と回転子21の磁極間の吸引・反発
作用によりθ=Oにしようとするトルク(以下このトル
クを同期トルクという)と負荷トルクがつり合う値とな
るまで変化する。
すなわちトルク角θは負荷の大きさにより変化し、負荷
トルクが大きくなるほどθも大きくなり、回転子が永久
磁石の場合θ=π/2の時同期トルクが最大となり、θが
π/2を越えるほど大きな負荷トルクがかかればいわゆる
脱調現象を起し、回転子21は停止する。このような特
性を同期電動機特性と称することによる。この特性を有
する電動機はトルク角に余裕を持って使用せねばならな
いので前記非同期電動機のように常にトルク角π/2にて
最大トルクで動作させ得る電動機に比較して効率は劣る
ことになる。
トルクが大きくなるほどθも大きくなり、回転子が永久
磁石の場合θ=π/2の時同期トルクが最大となり、θが
π/2を越えるほど大きな負荷トルクがかかればいわゆる
脱調現象を起し、回転子21は停止する。このような特
性を同期電動機特性と称することによる。この特性を有
する電動機はトルク角に余裕を持って使用せねばならな
いので前記非同期電動機のように常にトルク角π/2にて
最大トルクで動作させ得る電動機に比較して効率は劣る
ことになる。
しかしながら同期電動機における回転速度は脱調さえし
なければ負荷の大きさにかかわらず3相交流の周波数す
なわち磁界の回転速度と同一であるから非同期電動機の
ように速度制御を行なうための速度マイナループは不要
であるという特徴を持っている。
なければ負荷の大きさにかかわらず3相交流の周波数す
なわち磁界の回転速度と同一であるから非同期電動機の
ように速度制御を行なうための速度マイナループは不要
であるという特徴を持っている。
同期電動機においては回転磁界に対する追従性は負荷ト
ルク変動をΔTとし、その時のトルク角変動をΔθとし
た時、ΔT/Δθが大きいほど良好である。上記要求に
最も近い同期電動機はパルスモータである。第2図に示
すように永久磁石を回転子とするパルスモータは永久磁
石型(PM型)と称されているが、第4図に示すような
凸極30,31を有する軟磁性体で構成された回転子3
2を持つパルスモータは可変レラクタンス型(VR型)
と称されている。
ルク変動をΔTとし、その時のトルク角変動をΔθとし
た時、ΔT/Δθが大きいほど良好である。上記要求に
最も近い同期電動機はパルスモータである。第2図に示
すように永久磁石を回転子とするパルスモータは永久磁
石型(PM型)と称されているが、第4図に示すような
凸極30,31を有する軟磁性体で構成された回転子3
2を持つパルスモータは可変レラクタンス型(VR型)
と称されている。
VR型のモータの動作原理は巻線磁極33,34を作用
させた時、その反作用により、回転子32の凸極30,
31に異種の磁極を誘起させてあたかも回転子32が永
久磁石で構成されているかのように扱うことにあり、P
M型と同様に同期電動機特性を有す。またPM型とVR
型を組合せたパルスモータはハイブリッド型(HB型)
と称され同様に同期電動機特性を有す。
させた時、その反作用により、回転子32の凸極30,
31に異種の磁極を誘起させてあたかも回転子32が永
久磁石で構成されているかのように扱うことにあり、P
M型と同様に同期電動機特性を有す。またPM型とVR
型を組合せたパルスモータはハイブリッド型(HB型)
と称され同様に同期電動機特性を有す。
同期電動機を同期電動機特性で駆動する場合、固定子巻
線電流の大きさと、それによって作られる巻線磁極位
置、回転子位置の関係を第7図にて説明する。
線電流の大きさと、それによって作られる巻線磁極位
置、回転子位置の関係を第7図にて説明する。
第7図は第2図の電動機の固定子25の巻線22,2
4,23を説明のために直線状に展開し、説明を簡略に
するために巻線磁極28の内のN極と回転子21の磁極
の内のS極のみを取り出して図示したものである。図示
しない巻線磁極28のS極及び回転子21のN極はそれ
ぞれのN極、S極に対して磁気的空間角θ=π隔てた位
置に有る。
4,23を説明のために直線状に展開し、説明を簡略に
するために巻線磁極28の内のN極と回転子21の磁極
の内のS極のみを取り出して図示したものである。図示
しない巻線磁極28のS極及び回転子21のN極はそれ
ぞれのN極、S極に対して磁気的空間角θ=π隔てた位
置に有る。
前記したように、巻線22,24,23に互いに時間的
に2π/3の位相差を有する3相交流電流を流すと、状
態1においては、巻線磁極28のN極は巻線22の位置
に発生する。
に2π/3の位相差を有する3相交流電流を流すと、状
態1においては、巻線磁極28のN極は巻線22の位置
に発生する。
説明を簡単にするために回転子21は無負荷で駆動され
るものとすると、回転子21のS極は前記N極に引かれ
て巻線22の位置にある。
るものとすると、回転子21のS極は前記N極に引かれ
て巻線22の位置にある。
時間の経過につれて、前記各々の巻線22,24,23
に流れる電流はEで示す正弦波状に変化し、状態2にな
ると前記巻線磁極28のN極は巻線24の位置に移動
し、回転子21のS極も前記N極に引かれて巻線24の
位置に移動する。
に流れる電流はEで示す正弦波状に変化し、状態2にな
ると前記巻線磁極28のN極は巻線24の位置に移動
し、回転子21のS極も前記N極に引かれて巻線24の
位置に移動する。
さらに時間が経過して状態3になると同様に、前記巻線
磁極28のN極は巻線23の位置に移動し、回転子21
のS極も巻線23の位置に移動する。
磁極28のN極は巻線23の位置に移動し、回転子21
のS極も巻線23の位置に移動する。
パルスモータは、Gで示すようにステップ的に変化する
電流を巻線22,24,23に流して巻線磁極28をス
テップ的に移動させるものである。
電流を巻線22,24,23に流して巻線磁極28をス
テップ的に移動させるものである。
例えば、状態1において、巻線22に大きさ22−1、
巻線24に大きさ24−1、巻線23に大きさ23−1
の電流を流すと巻線磁極28のN極は巻線22の位置に
発生し、同様に回転子21のS極は前記N極に引かれて
巻線22の位置にある。
巻線24に大きさ24−1、巻線23に大きさ23−1
の電流を流すと巻線磁極28のN極は巻線22の位置に
発生し、同様に回転子21のS極は前記N極に引かれて
巻線22の位置にある。
ここで状態2に示すように巻線22の電流値を22−
2、巻線24の電流値を24−2、巻線23のの電流値
を23−2にステップ的に変化させると、巻線磁極28
のN極はステップ的に巻線24の位置に移動し、同様に
回転子21のS極も前記N極に引かれてスッテプ的に巻
線24の位置に移動する。
2、巻線24の電流値を24−2、巻線23のの電流値
を23−2にステップ的に変化させると、巻線磁極28
のN極はステップ的に巻線24の位置に移動し、同様に
回転子21のS極も前記N極に引かれてスッテプ的に巻
線24の位置に移動する。
さらに状態3に示すように巻線22の電流値を22−
3、巻線24の電流値を24−3、巻線23の電流値を
23−3にステップ的に変化させると、同様に巻線磁極
28のN極はステップ的に巻線23の位置に移動し、回
転子21のS極もスッテプ的に巻線23の位置に移動す
る。以上が一般的なパルスモータの駆動法である。
3、巻線24の電流値を24−3、巻線23の電流値を
23−3にステップ的に変化させると、同様に巻線磁極
28のN極はステップ的に巻線23の位置に移動し、回
転子21のS極もスッテプ的に巻線23の位置に移動す
る。以上が一般的なパルスモータの駆動法である。
前記正弦波状に変化する電流で駆動する場合、状態1か
ら任意の距離離れた状態1−1に巻線22の電流値を2
2−1−1、巻線24の電流値を24−1−1、巻線2
3の電流値を23−1−1にそれぞれ変化させると巻線
磁極28のN極は状態1−1の位置に移動し、回転子2
1のS極も前記N極に引かれて状態1−1の位置に移動
することになる。
ら任意の距離離れた状態1−1に巻線22の電流値を2
2−1−1、巻線24の電流値を24−1−1、巻線2
3の電流値を23−1−1にそれぞれ変化させると巻線
磁極28のN極は状態1−1の位置に移動し、回転子2
1のS極も前記N極に引かれて状態1−1の位置に移動
することになる。
ここで状態1−1の各巻線電流が保持されるならば巻線
磁極28は状態1−1の位置に静止するので回転子21
も状態1−1の位置に静止する。
磁極28は状態1−1の位置に静止するので回転子21
も状態1−1の位置に静止する。
すなわち、各巻線電流を正弦波状に変化させると巻線磁
極28のN極は連続的に移動し、回転子21のS極も前
記N極に引かれて連続的に移動することになる。
極28のN極は連続的に移動し、回転子21のS極も前
記N極に引かれて連続的に移動することになる。
パルスモータは、オープンループで位置決め可能である
から連続的に回転するということは、理論的には無限小
の分解能で位置決め可能であることを示すものであり、
本発明はこの点に着目してなされたものである。
から連続的に回転するということは、理論的には無限小
の分解能で位置決め可能であることを示すものであり、
本発明はこの点に着目してなされたものである。
以上のような特性はパルスモータに限らず同期電動機特
性を有する電動機が有する特性である。
性を有する電動機が有する特性である。
次にDCブラシレス電動機及び同期電動機を位置決め制
御に用いる駆動源として見た場合の特性のちがいについ
て説明する。
御に用いる駆動源として見た場合の特性のちがいについ
て説明する。
位置決めとは位置偏差がOになった時速度をOにする速
度制御であると云えるから位置決め応答性の指標は第
(1)式に示す位置ループゲインKpで与えられる。
度制御であると云えるから位置決め応答性の指標は第
(1)式に示す位置ループゲインKpで与えられる。
Kp=V/ε(−s)……(1) 但し、Vは速度、εは位置偏差である。Kpは大きいほど
応答性が秀れるが、動力伝達系の機械的剛性,電動機や
ドライアンプの性能等からKpの最適値が決定される。
応答性が秀れるが、動力伝達系の機械的剛性,電動機や
ドライアンプの性能等からKpの最適値が決定される。
一方、高精度で位置決めするためには高分解能で駆動で
きる必要がある。分解能が上ることは第(1)式における
εが小さくなることを意味する。第(1)式におけるKpは
一定であるからεが小さくなればVも比例して小さくな
る。
きる必要がある。分解能が上ることは第(1)式における
εが小さくなることを意味する。第(1)式におけるKpは
一定であるからεが小さくなればVも比例して小さくな
る。
非同期電動機においては要求される速度が小さくなると
速度マイナループを構成するに必要な速度検出器の不感
帯に入ってきて低速制御が困難となり、低速制御の限界
から決る位置決め精度の限界は±0.04μm程度である。
速度マイナループを構成するに必要な速度検出器の不感
帯に入ってきて低速制御が困難となり、低速制御の限界
から決る位置決め精度の限界は±0.04μm程度である。
一方、、同期電動機においては前に述べたように速度マ
イナループを必要とせずに速度制御が可能であるから、
分解能が上って、要求される速度が小さくなっても速度
検出器が不要であるから低速域の不感帯をきわめて小さ
くすることができるので安定した低速制御が可能とな
り、位置決め精度が向上する。特に同期電動機の中でも
前述のΔT/Δθが大きく応答性の優れたパルスモータ
においては回転磁界を連続的に回転させることにより、
前に述べたように理論的には無限小の分解能,実験的に
は1×10−6回転、角度にして約1秒の分解能にて位
置決めすることが可能となる。この分解能はリード4mm
のネジを用いれば±0.004μmに相当し、非同期電動機
を用いた場合よりもはるかに高い位置決め精度を期待で
きる。
イナループを必要とせずに速度制御が可能であるから、
分解能が上って、要求される速度が小さくなっても速度
検出器が不要であるから低速域の不感帯をきわめて小さ
くすることができるので安定した低速制御が可能とな
り、位置決め精度が向上する。特に同期電動機の中でも
前述のΔT/Δθが大きく応答性の優れたパルスモータ
においては回転磁界を連続的に回転させることにより、
前に述べたように理論的には無限小の分解能,実験的に
は1×10−6回転、角度にして約1秒の分解能にて位
置決めすることが可能となる。この分解能はリード4mm
のネジを用いれば±0.004μmに相当し、非同期電動機
を用いた場合よりもはるかに高い位置決め精度を期待で
きる。
また、通常高精度位置決めにおいては位置検出器にレー
ザ干渉計等のディジタル位置検出器を用いるのが普通で
ある。ディズタル位置検出器においては1ビットの不感
帯を有しているから非同期電動機を用いた場合は目標位
置がその不感帯の間にある場合は電動機のトルクがOに
なり、位置決め剛性がOになることに対し同期電動機に
おいては目標位置がその不感帯にある場合でも前述のΔ
T/Δθで表わされる剛性を有しているので停止安定性
も秀れている。
ザ干渉計等のディジタル位置検出器を用いるのが普通で
ある。ディズタル位置検出器においては1ビットの不感
帯を有しているから非同期電動機を用いた場合は目標位
置がその不感帯の間にある場合は電動機のトルクがOに
なり、位置決め剛性がOになることに対し同期電動機に
おいては目標位置がその不感帯にある場合でも前述のΔ
T/Δθで表わされる剛性を有しているので停止安定性
も秀れている。
以上から同期電動機のうちでもパルスモータは高分解能
駆動においては非同期電動機よりも秀れた特性を有して
いるが、前に述べたように同期電動機特性で運転する以
上非同期電動機のように最大トルク点で運転できないの
で高速位置決めに必要な高加減速運動特性が劣ることに
なる。
駆動においては非同期電動機よりも秀れた特性を有して
いるが、前に述べたように同期電動機特性で運転する以
上非同期電動機のように最大トルク点で運転できないの
で高速位置決めに必要な高加減速運動特性が劣ることに
なる。
したがって、非同期電動機,同期電動機共にそれぞれ一
長一短の特性を有していることがわかる。
長一短の特性を有していることがわかる。
発明の目的 本発明は、1コの同期機構造の電動機と、移動物の位置
を高い分解能と低い分解能で検出する位置検出器とを用
いて移動物体の高速・高分解能の位置決めを達成するた
めの手段を提供することにある。
を高い分解能と低い分解能で検出する位置検出器とを用
いて移動物体の高速・高分解能の位置決めを達成するた
めの手段を提供することにある。
発明の構成 本発明は移動物体を駆動する同期機構造の電動機を目標
位置近傍までトルクが大きく高加減速・高速特性に優れ
た非同期電動機特性にて移動物体の低分解能位置信号に
基づいて運転し、その後目標位置まで高分解能特性に優
れた同期電動機特性にて移動物体の高分解能位置信号に
基づいて駆動するものである。
位置近傍までトルクが大きく高加減速・高速特性に優れ
た非同期電動機特性にて移動物体の低分解能位置信号に
基づいて運転し、その後目標位置まで高分解能特性に優
れた同期電動機特性にて移動物体の高分解能位置信号に
基づいて駆動するものである。
なお、ここで、電動機がパルスモータの場合、それを同
期電動機特性にて駆動するとは、前述の如く、回転磁界
を連続的に回転させることにより、理論的には無限小の
動作分解能を有する様に駆動することを言う。
期電動機特性にて駆動するとは、前述の如く、回転磁界
を連続的に回転させることにより、理論的には無限小の
動作分解能を有する様に駆動することを言う。
実施例の説明 リニアスケールを用いて位置決めする場合について2極
3相の同期機構造の電動機を用いた本発明の一実施例を
第5図に示す。
3相の同期機構造の電動機を用いた本発明の一実施例を
第5図に示す。
第5図において、40は前記第1図および第2図と同様
な2極3相の同期機構造の電動機で、41は永久磁石で
構成された回転子であり、42,43,44はそれぞれ
電機子45に巻回された巻線である。46,47,48
は第1図における6,7,8と同様なそれぞれR.P.S,
パワーアンプ,電子整流回路である。49は第2図にお
ける27と同様なVFOである。50,51はいずれも
切換スイッチである。52は前記回転子41に連結され
た送りネジで、この回動により移動物であるテーブル5
3を駆動する。54はテーブル53に固定されたリニア
スケールで、テーブル53の位置を検出する。55はリ
ニアスケール54の出力パルスを計数するカウンタであ
り、リニアスケール54と共に公知の位置フィードバッ
クループを形成する。56は位置指令の出力と共に、切
換スイッチ50,51及びVFO49の制御を行なう指
令回路である。57は前記位置指令と前記カウンタ55
からの位置フィードバック信号の偏差を位置偏差として
出力する公知の偏差カウンタである。58は前記ディジ
タル位置偏差信号をアナログ速度指令電圧に変換する公
知のD/Aコンバータである。
な2極3相の同期機構造の電動機で、41は永久磁石で
構成された回転子であり、42,43,44はそれぞれ
電機子45に巻回された巻線である。46,47,48
は第1図における6,7,8と同様なそれぞれR.P.S,
パワーアンプ,電子整流回路である。49は第2図にお
ける27と同様なVFOである。50,51はいずれも
切換スイッチである。52は前記回転子41に連結され
た送りネジで、この回動により移動物であるテーブル5
3を駆動する。54はテーブル53に固定されたリニア
スケールで、テーブル53の位置を検出する。55はリ
ニアスケール54の出力パルスを計数するカウンタであ
り、リニアスケール54と共に公知の位置フィードバッ
クループを形成する。56は位置指令の出力と共に、切
換スイッチ50,51及びVFO49の制御を行なう指
令回路である。57は前記位置指令と前記カウンタ55
からの位置フィードバック信号の偏差を位置偏差として
出力する公知の偏差カウンタである。58は前記ディジ
タル位置偏差信号をアナログ速度指令電圧に変換する公
知のD/Aコンバータである。
また前記指令回路56には前記位置偏差信号及びR・P.S
46からの回転子位置信号が入力される。
46からの回転子位置信号が入力される。
以上の系において、電子整流回路48を用いて電動機4
0を非同期電動機として動作させる場合、速度制御の応
答性を改善する。すなわち位置制御系においてはダンピ
ングを与えるための公知の速度マイナループは第5図に
おいては省略してある。
0を非同期電動機として動作させる場合、速度制御の応
答性を改善する。すなわち位置制御系においてはダンピ
ングを与えるための公知の速度マイナループは第5図に
おいては省略してある。
次に動作について説明する。
電動機40を非同期特性で運転するために指令回路56
は切換スイッチ50,51を電子整流回路48がループ
内に入るように切換えた後、目標位置までの位置指令を
偏差カウンタ57へ出力する。偏差カウンタ57は位置
指令と位置フィードバック信号の偏差を算出し、その算
出した位置偏差をD/Aコンバータ58へ出力する。D/Aコ
ンバータ58は前記第(1)式で示される位置ループゲイ
ンにて位置偏差を速度指令に変換して切換スイッチ51
を介して電子整流回路48へ出力する。
は切換スイッチ50,51を電子整流回路48がループ
内に入るように切換えた後、目標位置までの位置指令を
偏差カウンタ57へ出力する。偏差カウンタ57は位置
指令と位置フィードバック信号の偏差を算出し、その算
出した位置偏差をD/Aコンバータ58へ出力する。D/Aコ
ンバータ58は前記第(1)式で示される位置ループゲイ
ンにて位置偏差を速度指令に変換して切換スイッチ51
を介して電子整流回路48へ出力する。
電子整流回路48は前に述べたようにR・P.S46と協働
して電動機40を非同期特性にて高加減速,高速駆動
し、送りネジ52を回転させてテーブル53を目標位置
に向って駆動する。テーブル53の動作に伴なってリニ
アスケール54から移動量に見合う位置フィードバック
信号がカウンタ55を介して偏差カウンタ57に入力さ
れる。駆動初期においては位置偏差は大きいので速度指
令も大であるが、時間が経過すると位置偏差が小さくな
り速度指令も小さくなる。位置偏差があらかじめ設定さ
れた値、すなわち位置偏差の大きさから決まる速度指令
の値が、非同期運転系の速度制御の不感帯レベルに達し
た時、指令回路56は偏差カウンタ57からの位置偏差
フィードバック信号59よりそれを判断し、電動機40
を同期特性にて運転するために切換スイッチ50,51
をVFO49がループ内に入るよう切換えると共に次の
ような操作を行なう。切換前には例えば回転子41は第
6図のような状態にあり、回転方向は矢印Cで示す反時
計方向であったとすると非同期特性で運転されていたの
で巻線42,43,44が作り出す磁極60,61はπ
/2ずれた位置にある。したがつて回転子41を同期特性
にて回転させるための切換を滑らかに行なうためにはト
ルク角がOとなる位置に磁極62,63を作り出す必要
がある。以上のような操作を行なうために指令回路56
はR・P.Sからの回転子位置信号に基づき、VFO49を
位相合せ信号により制御する。したがって回転子41は
巻線磁極62,63の位置から矢印C方向に回転する回
転磁界に同期して速度指令に等しい速度で回転し、テー
ブル53はさらに目標位置へ接近する。目標位置へ接近
するほどVFOの発振周波数は低くなって速度は小さく
なり、目標位置へ達すると位置偏差、VFOの発振周波
数は共に0となり位置決めを完了する。勿論、VFOの
発振周波数は0であるから、電機子巻線の電流値は、位
置決めが完了された時の値を保持しており、回転子は、
位置決めされた位置において静止する。前に述べたよう
に速度が小さくなっても、VFO49の発振周波数を速
度指令に従がって変えるだけで速度制御が可能であるか
ら停止寸前の非常に低い速度であっても容易に制御可能
であるから安定した位置決めが可能となる。また駆動距
離のほとんんどを加減速特性に優れた非同期特性にて駆
動することによりきわめて短時間に位置決めを行なうこ
とができる。
して電動機40を非同期特性にて高加減速,高速駆動
し、送りネジ52を回転させてテーブル53を目標位置
に向って駆動する。テーブル53の動作に伴なってリニ
アスケール54から移動量に見合う位置フィードバック
信号がカウンタ55を介して偏差カウンタ57に入力さ
れる。駆動初期においては位置偏差は大きいので速度指
令も大であるが、時間が経過すると位置偏差が小さくな
り速度指令も小さくなる。位置偏差があらかじめ設定さ
れた値、すなわち位置偏差の大きさから決まる速度指令
の値が、非同期運転系の速度制御の不感帯レベルに達し
た時、指令回路56は偏差カウンタ57からの位置偏差
フィードバック信号59よりそれを判断し、電動機40
を同期特性にて運転するために切換スイッチ50,51
をVFO49がループ内に入るよう切換えると共に次の
ような操作を行なう。切換前には例えば回転子41は第
6図のような状態にあり、回転方向は矢印Cで示す反時
計方向であったとすると非同期特性で運転されていたの
で巻線42,43,44が作り出す磁極60,61はπ
/2ずれた位置にある。したがつて回転子41を同期特性
にて回転させるための切換を滑らかに行なうためにはト
ルク角がOとなる位置に磁極62,63を作り出す必要
がある。以上のような操作を行なうために指令回路56
はR・P.Sからの回転子位置信号に基づき、VFO49を
位相合せ信号により制御する。したがって回転子41は
巻線磁極62,63の位置から矢印C方向に回転する回
転磁界に同期して速度指令に等しい速度で回転し、テー
ブル53はさらに目標位置へ接近する。目標位置へ接近
するほどVFOの発振周波数は低くなって速度は小さく
なり、目標位置へ達すると位置偏差、VFOの発振周波
数は共に0となり位置決めを完了する。勿論、VFOの
発振周波数は0であるから、電機子巻線の電流値は、位
置決めが完了された時の値を保持しており、回転子は、
位置決めされた位置において静止する。前に述べたよう
に速度が小さくなっても、VFO49の発振周波数を速
度指令に従がって変えるだけで速度制御が可能であるか
ら停止寸前の非常に低い速度であっても容易に制御可能
であるから安定した位置決めが可能となる。また駆動距
離のほとんんどを加減速特性に優れた非同期特性にて駆
動することによりきわめて短時間に位置決めを行なうこ
とができる。
なお、電動機の構造は前記実施例のように回転形でなく
てもリニア形であっても、また2極3相に限らず多極形
であってもまたパルスモータであっても同期機構造の電
動機であればよい。
てもリニア形であっても、また2極3相に限らず多極形
であってもまたパルスモータであっても同期機構造の電
動機であればよい。
また、位置検出器はリニアスケールに限るものではなく
レーザ干渉測長器のような分解能の高い測長器であれば
より一層本発明の効果を発揮し得る。ここで、高分解能
で高速駆動する場合、例えば分解能0.01μmで最高速10
0mm/sであれば偏差カウンタの動作周波数は10MHzに達
するばかりでなく、D/Aコンバータの所要ビット数も多
くなってしまう。そうすれば耐ノイズ性が不利であるば
かりでなく高速信号処理のための回路構成が非常に高価
となってしまう。以上の問題は本発明においては次の様
にする事によって解決している。
レーザ干渉測長器のような分解能の高い測長器であれば
より一層本発明の効果を発揮し得る。ここで、高分解能
で高速駆動する場合、例えば分解能0.01μmで最高速10
0mm/sであれば偏差カウンタの動作周波数は10MHzに達
するばかりでなく、D/Aコンバータの所要ビット数も多
くなってしまう。そうすれば耐ノイズ性が不利であるば
かりでなく高速信号処理のための回路構成が非常に高価
となってしまう。以上の問題は本発明においては次の様
にする事によって解決している。
例えば分解能0.01μmで最高速100mm/sである場
合、、非同期特性にて目標位置の1μm手前まで駆動す
るものとすれば非同期特性駆動の分解能は1μmで良
い。したがって位置検出器からの分解能0.01μmの信号
を分周して分解能1μmで処理することにより偏差カウ
ンタの動作周波数を100kHzに低減し、信号処理を容
易にしている。
合、、非同期特性にて目標位置の1μm手前まで駆動す
るものとすれば非同期特性駆動の分解能は1μmで良
い。したがって位置検出器からの分解能0.01μmの信号
を分周して分解能1μmで処理することにより偏差カウ
ンタの動作周波数を100kHzに低減し、信号処理を容
易にしている。
最適位置ループゲインが100(−s)であるとする
と、非同期特性駆動時のD/Aコンバータのゲインを位
置偏差1μm(1パルス)当り100μm/sとしてい
る。同期特性駆動に入れば最大位置偏差は大きくても2
μmで最大速度は200μm/sであるから分解能を0.
01μmに戻している。そうしても偏差カウンタの動作周
波数は20kHzであるから全く問題はない。また、この
時はD/Aコンバータのゲインを位置偏差0.01μm(1
パルス)当り1μm/sとしている。
と、非同期特性駆動時のD/Aコンバータのゲインを位
置偏差1μm(1パルス)当り100μm/sとしてい
る。同期特性駆動に入れば最大位置偏差は大きくても2
μmで最大速度は200μm/sであるから分解能を0.
01μmに戻している。そうしても偏差カウンタの動作周
波数は20kHzであるから全く問題はない。また、この
時はD/Aコンバータのゲインを位置偏差0.01μm(1
パルス)当り1μm/sとしている。
以上の操作をする事によって、位置信号処理動作周波数
を1/100に、またD/Aコンバータの容量も1/1
00にすることができる。
を1/100に、またD/Aコンバータの容量も1/1
00にすることができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、目標位置近傍までは非同
期特性によって高速で短時間に駆動した後、目標位置近
傍から目標位置までを同期特性によって高分解能で駆動
し、目標位置において位置決めすることができ、高速で
短時間に、しかも停止時の安定性の高い高精度位置決め
を実現することができる。
期特性によって高速で短時間に駆動した後、目標位置近
傍から目標位置までを同期特性によって高分解能で駆動
し、目標位置において位置決めすることができ、高速で
短時間に、しかも停止時の安定性の高い高精度位置決め
を実現することができる。
第1図は2極3相のDCブラシレス電動機の動作原理を
示すブロック図、第2図は2極3相同期電動機の動作原
理を示すブロック図、第3図は同期電動機の動作説明
図、第4図はその他の構造を有する同期電動機の動作原
理の説明図、第5図は本発明の駆動装置の一実施例を示
すブロック図、第6図は同装置の動作説明図、第7図
は、同期電動機を同期電動機特性で駆動する場合、固定
子巻線電流の大きさと、それによって作られる巻線磁極
位置、回転子位置の関係の説明図である。 1,21,32,41……回転子、2,3,4,22,
23,24,42,43,44……電機子巻線、9,1
0,28,29,33,34,60,61,62,63
……電機子巻線が作り出す磁極、6,46……回転子位
置検出器(R・P.S)、8,48……電子整流回路、2
7,49……可変周波数発振器(VFO)、50,51
……切換スイッチ、52……送りネジ、53……テーブ
ル、54……リニアスケール、55……カウンタ、56
……指令回路、57……偏差カウンタ、58……D/Aコ
ンバータ、E……正弦波状電流波形。
示すブロック図、第2図は2極3相同期電動機の動作原
理を示すブロック図、第3図は同期電動機の動作説明
図、第4図はその他の構造を有する同期電動機の動作原
理の説明図、第5図は本発明の駆動装置の一実施例を示
すブロック図、第6図は同装置の動作説明図、第7図
は、同期電動機を同期電動機特性で駆動する場合、固定
子巻線電流の大きさと、それによって作られる巻線磁極
位置、回転子位置の関係の説明図である。 1,21,32,41……回転子、2,3,4,22,
23,24,42,43,44……電機子巻線、9,1
0,28,29,33,34,60,61,62,63
……電機子巻線が作り出す磁極、6,46……回転子位
置検出器(R・P.S)、8,48……電子整流回路、2
7,49……可変周波数発振器(VFO)、50,51
……切換スイッチ、52……送りネジ、53……テーブ
ル、54……リニアスケール、55……カウンタ、56
……指令回路、57……偏差カウンタ、58……D/Aコ
ンバータ、E……正弦波状電流波形。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−199498(JP,A) 特開 昭52−80414(JP,A) 特開 昭55−18756(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】同期機構造の電動機にによって駆動される
移動体の位置を高精度に位置決めするための前記電動機
の駆動方法であって、 前記移動体の目標位置近傍までは、前記電動機を非同期
電動機特性で運転して前記移動体を駆動し、 前記目標位置近傍から目標位置までは、前記電動機の固
定子巻線の電流値を正弦波状に変化させて前記固定子巻
線が作る連続的に移動する磁極によって前記移動体を同
期電動機特性で駆動し、 前記移動体が前記目標位置に到達した時点において、そ
の時点における前記固定子巻線の電流を保持するように
なして、前記電動機の可動子を前記固定子に対する任意
の位置で静止可能となしたことを特徴とする同期機構造
の電動機の駆動方法。 - 【請求項2】非同期電動機特性による、移動体の目標位
置近傍までの移動が、トルク角が略π/2となる非同期
電動機特性で駆動されることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の同期機構造の電動機の駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1649883A JPH0634622B2 (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 同期機構造の電動機の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1649883A JPH0634622B2 (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 同期機構造の電動機の駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59144390A JPS59144390A (ja) | 1984-08-18 |
JPH0634622B2 true JPH0634622B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=11917942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1649883A Expired - Lifetime JPH0634622B2 (ja) | 1983-02-03 | 1983-02-03 | 同期機構造の電動機の駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0634622B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0066159B1 (en) * | 1981-05-21 | 1986-09-03 | Dataproducts Corporation | Incremental motion motor control system |
-
1983
- 1983-02-03 JP JP1649883A patent/JPH0634622B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59144390A (ja) | 1984-08-18 |
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