JPS63103912A - モ−タの制御装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光を利用してブラシレスモータの回転位置を
検出するモータの制御ｉ置に関するものである。

［従来の技術］ 光学式の変位変換器は、符号板に所定ピッチの配列で形
成された透光スリットに光を投射し、この透光スリット
を通過した光を受光素子で検出し、横用光をもとに符号
板の変位を求めるしのである。

従来、このような変位変換器として、例えば、本出願人
による特願昭５８−１３９５１日の「変位変換器」があ
った。

この変位変換器では、角度分解能は（透光スリット数）
×（透光スリットの１ピツチの内１ｌＴｉ数）で決まる
。例えば、スリット数が１６０、内挿数が４０９６の場
合は、角度分解能は３６０／６５５３６０度になる。

［発明が解決しようとする問題点］ この変位変換器をブラシレスのＤＤ′Ｕ：一タ（Ｄｉｒ
ｅｃｔ　　Ｄｒｉｖｅ　　Ｍｏｔｏｒ）に用いた場合は
、単なる変位変換器としてだりでなく、ＤＤモータのロ
ータとステータに設けられた歯の位置を検出し、モータ
のコイルに２相、３相等の励磁電流を流ずｉ！ｌｌＩ罪
（以下、転流制御とする）のちとになる信号を与えるた
めにも使用する。このため、従来はモータの透光スリッ
ト数をモータの歯数と等しくする必要があった。

従って、次のような問題点が生じた。

■符号板のスリット数を大きくできないため、精度が悪
い。

■■より、スリットのビッグが大きくなるため、大きな
光源が必要になる。

■スリットの形成位置の半径を大きくできないため、符
号板の中心の穴を大きくできなくなり、モータと変位変
換器の配線を通しにくい。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、光学式の変位変換器を用いて、透光スリットの
数をモータの歯数よりも大きくしても転流制御が可能な
七−夕の制ｔ１１装置を実現することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、 所定ビッグの配列で透光スリットが形成された符号板を
ブラシレスモータのロータに取付り、前記透光スリット
に光を投射し、透光スリットの通過光をもとにして前記
モータのロータとステータの歯の位置関係を求めるモー
タの制御装置において、 前記符号板に透光スリット数がｎ、個と０２個の二段ス
リット列を設け、ｎｌ　　ｎ２（ｎｌ＞ｎ２）は前記モ
ータの歯数に設定するとともに、前記ｎ、個とｎ２個の
透光スリットを通過した光の検出信号の位相差からモー
タのロータとステータの歯の位置ずれを求める信号処理
部を具備したことを特徴とするモータの制御ｌ装置であ
る。

［実燕例］ 実施例の構成図である。

図で、１は円板状の符号板であり、円周方向に所定のピ
ッチで透光スリットが配列された２段の透光スリット列
がｔＧプられている。外側のスリット列にはｎ＋個の透
光スリット２が設けられ、内側の透光スリット列にはｎ
２個の透光スリット３が設けられている。これらの透光
スリット２と３はモータのロータとステータの歯の位置
ずれを検出するために設けられたものである。符号板１
の回転位置の検出用のスリットとして、スリット２の外
側にスリットＳが設けられている。この符号板１はモー
タの出力軸Ｍと一体に回転するものである。

４．５は光源、６，７は光源４，５からの光ビームを平
行ビームにするためのレンズである。

レンズ６を通過した光はスリット２とＳに、レンズ７を
通過した光はスリット３にそれぞれ当たる。

８およびＤｌ、Ｄ２は透光スリット２を通った光（スリ
ット像）を受光するイメージセンサである。フォトダイ
オードアレイ８は例えば８個のフォトダイオード８１〜
８８がアレイ状に配列されたものである。

９は透光スリット３を通過した光（スリット像）を受光
するイメージセンサであり、例えば８個のフォトダイオ
ード９１〜９日がアレイ状に配列されたものである。

これらのフォトダイオードは第２図に示すように透光ス
リットの１ピツチＰ内に配列されている。

１０は信号処理部であり、フォトダイオード８１〜８日
と９１〜９日の検出信号をもとにしてモータのロータと
ステータの歯の位置関係を算出する。

このような制御３ＩＩ装置の具体的な構成例を第３図に
示す。第３図で第１図と同一のものは同一符号を付ける
。以下、図において同様とする。

第３図で、ＳＷ１〜ＳＷ８はフォトダイオード８、〜８
８ど９．〜９８からの信のを一定のタイミングで順次取
出していくスイッチである。

１１．１２はＯＰアンプであり、各スイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ８を介して印加される信号を増幅する。

ＯＰアンプ１１．１２の出力は階段状の波形になる。波
形の高さは光を検出したフォトダイオードの個数に相当
する。

１３．１４はローパスフィルタであり、ＯＰアンプ１１
．１２の低周波域の信号成分を抽出する。

ＯＰアンプ１１．１２の出力は、ローパスフィルタ１３
．１４を通過することにより周期関数の波形になる。

１５．１６はコンパレータであり、ローパスフィルタ１
３．１４からの信号ｆ＋　　（ｊ）、ｆ２（１）を波形
成形する。

１７は位相差カウンタであり、計数用クロックＣＬＫの
タイミングをもとに信号ｆ＋　　（ｉ＞と「２　（１）
の位相差をカウントする。カウンタの値のリセッ］・に
は信号ｆ＋　　（ｉ）を用い、カウンタの噴のストロー
ブには信ｎｆ２　（ｊ＞を用いる。

これらの信号の１周期を１０２４分割したい場合は係数
用クロックＣＬＫの周波数ｆｃを１０２４ｆｓ　（ｆｓ
は信ｊ３ｆｔ　　（ｔ）、ｆ２　　（ｔ）の周波数〉に
する。

１８はｓｉｎとＣＯＳの値が格納されたＲＯＭである。

位相ｍ　７Ｊウンタ１７から与えられる位相差θｅのｓ
ｉｎ値とｃｏｓｌ直がＲＯＭ１８から読み出される。

１９．２０は型筒型Ｄ／Ａ変換器（ディジタル−アナロ
グ変換器）であり、ＲＯＭ１８から読み出したｓｉｎθ
ｅの（直とｃｏｓθＣの１１ｆ１をＤ７′△変換する。

これらの変換器にはモータのトルク指命イ月号が与えら
れる。

２１．２２は定電流増幅器であり、乗算Ｔｈ’！　Ｄ　
／／Ａ変換器１９．２０からの信号をもとにＤ　Ｄモー
タ２３のコイルＬ＋　、Ｌ２に定電）農を流Ｊ０２４は
符号板１の回転位置を検出する（１２Ｖｙ′Ｉ検出回路
である。この回路の具体的構成を第４図に示す。

第４図で、３１はシフトレジスタであり、スイッチＳＷ
１〜ＳＷ８を順次オンにしていく。

３２はタイミング発生回路で、８番口のスイッｆｓＷ８
がオンになったタイミングで（Ｊ号ｆ１＜１＞を取込み
カウンタ３３とラッチ回路３４に与える。カウンタ３３
は、信号ｆ１　（ｔ）の位相ずれをクロック発生器３５
のタイミングをちどにしてカウントする。クロック発生
器３５は例えば１２ＭＩ−（ｚのクロック信号を発生す
る。ラッチ回路３４はカウンタ３３のカウント１直をラ
ッチする。

３６は分周回路であり、クロック発生器３５のクロック
信号を例えば１１５１２に分周し、シフトレジスタ３１
にスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオン・Ａ）のタイミング信
号として与える。

３７はマイクロプロセッサであり、ラッチ回路３４から
の１を号をムとにして符号板の回転位置を口出する。

フＡｉ・ダイオードＤ１及びＤ２の出力信号はアンプ３
８で増幅された後、バッフ１３つを紅でマイクロプロセ
ッサ３７に与えられる。この信号が基準位置信号（げ口
信号）になる。

次に、このようなｉｌｌ　１２１１Ｂ置の動作について
説明づる。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ８のスキＶン周波数は８ｒｓに設
定されている。

外側の透光スリット２を通過した光をフォ１−ダイオー
ドアレイ８で検出し、内側の透光スリット３を通過した
光をフΔ１ヘダイオードアレイ９で検出する。これらフ
ォトダーイオードアレイの検出信号を８　’ｆ’　ｓの
周波数で走査すると、ロー・パスフィルタ１３．１４を
通過した信号ｆ＋　　（ｊ）、ｆ２（１）は次のように
なる。

ｆ＋　　（ｊ）−△、　ｓ　ｉ　ｎ　（ωｔ＋ｎ、θ）
　■ｆ２　（ｊ）＝△２Ｓｉｎ（ωｔ＋−ｎ２０）　■
△１．△２：定数、θ：符号阪の回転角ω−２π［Ｓ ここで、両方の信号の位相差φは、 φ−（ｎ＋　　ｎ２）θ　　　　　　　　　■左なる。

ここで、位相ｔφと符号板の回転角θの関係について説
明する。

例えば、外側のスリット数ｎ１が８個で内側のスリット
数ｎ２が６１［！ａの場合について３１明・」る。

この場合、モータのｌｆｌａｍは８−６から２個に設定
する。

この場合の）Ａトグイオードアレイ８と９の検出信号と
モータの回転角の関係は第５図（ａ＞と（ｂ）のように
なる。

図に示すように、これらの検出信号のずれ（電気角）は
回転角０（機械角）に比例してφ１．φ２・・・と増え
ていく。

符号板がθだ【ノ回転したときの両方の検出信号のずれ
φは、０式より、次のようになる。

φ−（８−６）θ 一方、符号板がθだけ回転するとモータのロータもθだ
け回転する。モータの歯数は２個であることから、モー
タのロータとステータの歯は電気角にして２θだけ角度
がずれたことになる。すなわち、符号板で検出された位
相差がモータのロータとステータの歯の電気角のずれに
相当する。これをもとにしてモータのロータとステータ
の歯の位置関係（別緘角）を検出し、この位置関係をも
とにモータを転流ルリ御する。

次に、符号板の偏心による誤差の補＠動作についてシ！
Ｑｌｌする。

今、信ｇｆ＋（ｊ＞およびｆ２　（ｊ）から求めた符号
板の位置に応じたパルス数（以下、位置パルス数とする
）をＮ＋ＪｊよびＮ２とすると、ｅ：真の回転角、δ：
＠心ｉ１ｎ、ｆｌ＋：フオトダイＡ−ドアレイ８の取付
は半径、Ｒ２：フォトダイオードアレイ９の取付は半径
となる。０．０式から真の回転角θは、ここで、△−Ｎ
ｌ　＋Ｎ２　、Ｂ＝ＮＩ　　Ｎ２となる。０式を用いて
ｅを求めることによって偏心による誤差が補正される。

このような誤差補正の演算は別個に設けたマイクロプロ
セッサによって行う。

なお、実施例ではモータが２相モータである場合につい
て説明したが、これに限らず［−タは３相モータであっ
てもよい。この場合、各コイルに流れる電流信号の位相
はθｅ、θｅ　　１２０°。

θｅ＋１２０’になる。

［効果］ 本発明によれば、次のような効果が（ｑられる。

すなわち、二段透光スリット列の外側と内側の透光スリ
ット数の差がモータの極数になるようにスリット数を設
定しているため、モータの極数よりも多い数の透光スリ
ットを設置′ｌることかできる。

これによって、角度分解能を小さくできることがら変位
の検出精度が向上する。また、透光スリットのピッチを
小さくできるので、光源も小さくてずむ。第６図から、
）ＡトダイオードアレイＰＤ△の取付は半径Ｒの誤差Δ
によって検出信号に生じる誤差Ｅは、 ｎニスリットの数 となる。■式からｎ、Ｒが小さい方が誤差［が小さくな
る。

また、透光スリット−数を大きくできるため、スリット
の取付は半径を大きくできる。これによって、符号板の
中心に大きな穴を形成できるため、モータと変位変換器
の配線を容易に通すことができる。

これに加えて、２個のフォトダイオードアレイの検出信
号をもとに、符号板の偏心による誤差を補償する構成に
なっていることからも検出精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかるモータの制御装置の一実施例の
構成図、第２図はフォトダイオードと透光スリットの配
列関係を示した図、第３図及び第４図は第１図の制御装
置の具体的な構成例を示した図、第５図は第１図の制御
装置の動作説明図、第６図は第１図の制ｔ１１装置に生
じる誤差を説明するための図である。 １・・・符号板、２．３・・・透光スリット、４．５・
・・光源、８，９・・・フォトダイオードアレイ、１０
・・・信号処理部。 第１図 卒２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定ピッチの配列で透光スリットが形成された符号板を
   ブラシレスモータのロータに取付け、前記透光スリット
   に光を投射し、透光スリットの通過光をもとにして前記
   モータのロータとステータの歯の位置関係を求めるモー
   タの制御装置において、 前記符号板に透光スリット数がｎ＿２個とｎ＿２個の二
   段スリット列を設け、ｎ＿１−ｎ＿２（ｎ＿１＞ｎ＿２
   ）は前記モータの歯数に設定するとともに、前記ｎ＿１
   個とｎ＿２個の透光スリットを通過した光の検出信号の
   位相差からモータのロータとステータの歯の位置ずれを
   求める信号処理部を具備したことを特徴とするモータの
   制御装置。