(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷に供給する電圧を制御する為のスイッチ部と、該スイッチ部を制御して前記負荷に設定電流を供給する為の制御部と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、該電流検出部の検出信号を前記負荷の特性を補償して前記制御部に入力する補償回路とを有する駆動装置に於いて、
前記補償回路を前記負荷の特性に対応した補償特性をそれぞれ有し、且つ前記電流検出部と前記制御部とに接続する為の接点を有するカートリッジ構成とし、
前記スイッチ部と前記制御部と前記電流検出部とを少なくとも含み、内部に前記電流検出部と前記制御部とに接続する為の接点を有する挿入孔を形成した制御部本体の前記挿入孔に、前記負荷の特性に対応した補償特性の前記カートリッジ構成の補償回路を選択して挿入し、該カートリッジ構成の補償回路を前記電流検出部と前記制御部との間に接続する構成を有する
ことを特徴とする補償回路を備えた駆動装置。
【請求項２】
電源から負荷に供給する電圧を制御する為のスイッチ部と、該スイッチ部を制御して前記負荷に設定電流を供給する為の制御部と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、該電流検出部の検出信号を前記負荷の特性に対応して補償して前記制御部に入力する補償回路とを有する駆動装置に於いて、
前記スイッチ部と前記負荷との間に接続したフィルタと、
前記負荷の特性対応の補償特性を有する複数の補償回路を選択接続して、前記フィルタと前記負荷との間の前記電流検出部の検出信号を入力する選択スイッチと、
前記スイッチ部と前記フィルタとの間の電流を検出する前置電流検出部と、
該前置電流検出部の検出信号を前記フィルタの特性を補償して前記制御部に入力する前置補償回路と
を備えたことを特徴とする補償回路を備えた駆動装置。
【請求項３】
前記負荷の特性対応の補償特性を有し、且つ選択スイッチにより前記制御部に選択接続する複数の補償回路と、前記負荷の種類を識別する識別手段と、該識別手段により識別した前記負荷の種類対応の特性を補償する前記補償回路を選択接続するように前記選択スイッチを制御する補償制御部とを有することを特徴とする請求項２記載の補償回路を備えた駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータや電磁クラッチ等の各種の負荷の特性を補償して、スイッチング制御により駆動する補償回路を備えた駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の装置、例えば、Ｘ，Ｙプロッタ等に於いては、複数のモータや電磁クラッチ等を有し、指令位置に高速且つ正確にモータや電磁クラッチ等を駆動して位置決めする必要がある。又制振制御構成に於いては、振動や傾斜を検出して、電磁石等を駆動し、その振動を抑圧し又傾斜を補正することになる。従って、駆動装置は、モータ，電磁クラッチ，電磁石等の負荷の特性に対応した最適構成となるように設計する必要がある。
【０００３】
図６は従来例の説明図であり、６１はスイッチ部、Ｑ１〜Ｑ４はトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、６２は制御部、６３はカレントトランス等の電流検出部、６４は補償回路、６５は比較基準電圧、６６は演算増幅器、６７は直流の電源、６８はモータ等の負荷を示す。
【０００４】
スイッチ部６１は、トランジスタＱ１〜Ｑ４からなるＨブリッジ構成の場合を示し、制御部６２は、演算増幅器６６の出力信号（比較基準電圧６５と電流検出部６３による電流検出値との差出力信号）に従ったパルス幅制御信号（ＰＷＭ）を生成してスイッチ部６１を制御する。例えば、６０ｋＨｚ程度でパルス幅制御信号に従ってトランジスタＱ１〜Ｑ４のオン，オフを制御し、トランジスタＱ１，Ｑ４のオン・デューティをＤＵ１、トランジスタＱ２，Ｑ３のオン・デューティをＤＵ２として、ＤＵ１＞ＤＵ２の時、電源６７の電圧×（ＤＵ１−ＤＵ２）ボルトの電圧が負荷６８に印加されて電流が流れる。この負荷６８に流れる電流を電流検出部６３により検出し、電流検出値として演算増幅器６５と補償回路６４とに入力する。この補償回路６４は、抵抗とコンデンサとを含む回路構成で、演算増幅器６６の帰還回路を構成している。そして、検出信号が比較基準電圧６５に対応する設定値となるように、制御部６２によってスイッチ部６１のオン，オフのデューティを制御する。
【０００５】
又前述のデューティＤＵ１，ＤＵ２を、ＤＵ１＜ＤＵ２とすると、負荷６８に印加される電圧の極性が反転する。例えば、負荷６８を直流のモータとすると、デューティＤＵ１，ＤＵ２を、ＤＵ１＞ＤＵ２とした時に正回転し、ＤＵ１＜ＤＵ２とした時に逆回転する。又デューティＤＵ１，ＤＵ２の差を大きくすると、即ち、｜ＤＵ１−ＤＵ２｜の値を大きくすると、負荷６８に印加される電圧が高くなり、供給電流を大きくすることができる。この電流を電流検出部６３による電流検出値を基に、負荷６８に供給する電流を制御することができる。
【０００６】
又電流検出部６３により負荷６８の電流を検出して制御部６２にフィードバックしているから、補償回路６４によってフィードバック・ループの応答性を設定することができる。即ち、負荷６８の特性に対応した補償回路６４を構成して、負荷６８の変動に対して高速応答性を発揮させることができる。
【０００７】
図７は図６に示す従来例と異なる従来例の説明図であり、７１はスイッチ部、７２は制御部、７３は電流検出部、７４は補償回路、７５は比較基準電圧、７６は演算増幅器、７７は電源、７８は負荷、Ｑ５，Ｑ６はトランジスタ、Ｄ５，Ｄ６はダイオードを示す。
【０００８】
スイッチ部７１は、トランジスタＱ５，Ｑ６からなるプッシュプル構成の場合を示し、トランジスタＱ５のオン・デューティをＤＵ５、トランジスタＱ６のオン・デューティをＤＵ６とすると、電源７７の中点が接地されているから、例えば、ＤＵ５＞ＤＵ６とした時、負荷７８に正極性の電圧を印加し、ＤＵ５＜ＤＵ６とした時、負荷７８に逆極性の電圧を印加することができる。そして、このデューティＤＵ５，ＤＵ６の差を大きくすることにより、負荷７８に印加する電圧を大きくすることができる。即ち、負荷７８への供給電流を大きくすることができる。又図６に示す場合と同様に、補償回路７４により負荷７８の特性を補償したフィードバック回路を形成することができる。従って、スイッチ部７１のトランジスタのオン，オフの制御により、負荷７８に供給する電流を指令値に従って高速応答により制御することができる。
【０００９】
又図６及び図７に於いて、負荷６８，７８が交流負荷の場合、スイッチ部６１，７１のオン，オフのデューティの制御により、直流の電源６７，７７から等価的に正弦波状の電流となるように、負荷に印加する電圧の極性の反転と電圧の大きさとを制御部６２，７２によって制御することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
負荷６８，７８は、その種類に応じて、動作特性や電流容量等がそれぞれ相違する場合が一般的である。従って、スイッチ部と制御部と補償回路とを含む駆動装置は、負荷の種類対応に設計，製作する必要があり、多品種，少量生産の為にコストアップとなる問題がある。又パッケージ化された駆動装置を実装する場合に、複数の負荷を含む場合、その負荷の種類対応の駆動装置の実装位置を定めている。この場合、誤実装の可能性を含む問題がある。
【００１１】
又図６及び図７に於いて、スイッチ部６１，７１によるオン，オフ制御により負荷６８，７８に印加する電圧は、例えば、図８の（ａ）に示すものとなる。又負荷６８，７８はモータ等のインダクタンス成分を有するものであるから、電流は（ｂ）に示すように変化する。通常、スイッチ部６１，７１から分散配置された負荷６８，７８までの配線は相当の長さを有し、且つ複数の負荷や位置検出部等の含む装置に於いては、複数の配線が布設されているから、図８の（ａ）に示すようなパルス状の電圧により、他の配線にノイズとして誘導され、誤動作の問題がある。
【００１２】
このノイズによる影響を低減する為に、例えば、図９の（Ａ）に示すように、スイッチ部８１と負荷８２との間のスイッチ部８１側に、コイルやコンデンサ等からなるフィルタ８３を接続する構成が知られている。しかし、このようなフィルタ８３を接続することにより、スイッチ部８１から図９の（Ｂ）の（ａ）に示すように負荷８２に印加する電圧をステップ状に立上げた時、負荷８２に供給される電流は、（ｃ）に示すように、遅い立上りとなる。なお、（ｂ）はフィルタ８３を接続しない場合の電流の立上りを示す。このように、電流の立上りが遅れることは、負荷８２の駆動する場合の高速応答性を阻害する問題がある。
【００１３】
本発明は、各種の負荷に対して共用化を可能とし、且つ簡単に負荷の特性に対応した駆動特性を得ることを目的とし、又フィルタを設けた場合でも高速応答性を維持することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の補償回路を備えた駆動装置は、図１及び図２を参照して説明すると、電源８から負荷９に供給する電圧を制御する為のスイッチ部１と、このスイッチ部１を制御して、負荷９に設定電流を供給する為の制御部２と、負荷９に流れる電流を検出する電流検出部３と、この電流検出部３の検出信号を、負荷の特性に対応して補償して制御部２に入力する補償回路４とを有する駆動装置であって、補償回路４を負荷９の特性に対応した補償特性をそれぞれ有し、且つ電流検出部３と制御部２とに接続する為の接点を有するカートリッジ構成（１３ａ，１３ｂ）とし、スイッチ部１と制御部２と電流検出部３とを少なくとも含み、内部に電流検出部３と制御部２とに接続する為の接点を有する挿入孔１２ａ，１２ｂを形成した制御部本体１１の挿入孔１２ａ，１２ｂに、負荷９の特性に対応した補償特性のカートリッジ構成の補償回路４（１３ａ，１３ｂ）を選択して挿入し、このカートリッジ構成の補償回路を電流検出部３と制御部２との間に接続する構成を有するものである。
【００１５】
又補償回路４は、負荷の特性対応の補償特性を有し、且つ接点により制御部と接続可能のカートリッジ構成とすることができる。又補償回路は、負荷の特性対応の補償特性を有し、且つ選択スイッチにより制御部に選択接続する構成とすることができる。
【００１６】
又電源から負荷に供給する電圧を制御する為のスイッチ部と、このスイッチ部を制御して負荷に設定電流を供給する為の制御部と、負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、この電流検出部の検出信号を負荷の特性に対応して補償して前記制御部に入力する補償回路とを有する駆動装置であって、スイッチ部と負荷との間に接続したフィルタと、負荷の特性対応の補償特性を有する複数の補償回路を選択接続して、フィルタと負荷との間の電流検出部の検出信号を入力する選択スイッチと、スイッチ部とフィルタとの間の電流を検出する前置電流検出部と、この前置電流検出部の検出信号をフィルタの特性を補償して制御部に入力する前置補償回路とを備えている。
【００１７】
又負荷の特性対応の補償特性を有し、且つ選択スイッチにより制御部に選択接続する複数の補償回路と、負荷の種類を識別する識別手段と、この識別手段により識別した負荷の種類対応の特性を補償する補償回路を選択接続するように、選択スイッチを制御する補償制御部とを有することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態の説明図であり、１はスイッチ部、Ｑ１〜Ｑ４はトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、２は制御部、３はカレントトランス等による電流検出部、４は複数特性の補償回路、５は選択スイッチ、６は演算増幅器、７は比較基準電圧、８は電源、９は負荷を示す。この実施の形態は、スイッチ部１をトランジスタＱ１〜Ｑ４からなるＨブリッジ構成とした場合を示し、図６に示す従来例と同様に、制御部２によって負荷９に印加する電圧の極性及び設定した電流となるように、パルス幅制御信号を形成して、トランジスタＱ１，Ｑ４のオン・デューティと、トランジスタＱ２，Ｑ３のオン・デューティとを制御するものである。
【００１９】
補償回路４は、各種の負荷に対応する複数特性の補償回路であって、駆動する負荷９の特性に対応した補償特性となるように、選択スイッチ５によって選択接続する場合を示す。従って、スイッチ部１と制御部２とを含む駆動装置は、総ての負荷に共通化することができる。なお、スイッチ部１は、使用可能の最大電流容量の構成とすることにより、この許容範囲内の総ての負荷を駆動し、且つ各種の負荷が接続される場合でも、補償回路４の選択接続で済むことになる。即ち、多量生産によりコストダウンを図ることができる。
【００２０】
図２は本発明の第２の実施の形態の概略斜視図を示し、１１は駆動装置本体、１２ａ，１２ｂは補償回路の挿入孔、１３ａ，１３ｂは補償回路、１４ａ，１４ｂはエッジコネクタの接点、１５ａ，１５ｂは補償回路の特性を示すラベル、１６は駆動装置のコネクタ、１７はマザーボード、１８はコネクタを示す。
【００２１】
駆動装置本体１１は、図示を省略した負荷毎にマザーボード１７に実装して、コネクタ１６，１８を接続する。又駆動装置本体１１の内部回路としては、補償回路を除く構成としておき、挿入孔１２ａ，１２ｂに補償回路１３ａ，１３ｂを挿入することにより、スイッチ部を制御する制御部に接続するものである。
【００２２】
補償回路１３ａ，１３ｂは、抵抗やコンデンサ等を含む回路構成を有し、駆動装置本体１１の挿入孔１２ａ，１２ｂに挿入した時に、内部の制御部等と接続する為の接点１４ａ，１４ｂを備えている。又補償回路の特性を示す名称，番号，記号等を示すラベル１５ａ，１５ｂを有し、実装した駆動装置本体１１により駆動する負荷の特性対応に補償特性の補償回路を選択可能としている。この場合、補償回路１３ａの構成の場合は、ラベル１５ａが挿入孔１２ａ，１２ｂ内に隠れることになるが、補償回路１３ｂの構成の場合は、ラベル１５ｂが露出し、補償回路の特性の確認等に好適である。
【００２３】
又挿入孔１２ａ，１２ｂは、駆動装置本体１１の側面と前面とに形成した場合を示すが、側面と前面との何れか一方に形成すれば良いものである。なお、前面に形成した挿入孔１２ｂの場合、駆動装置本体１１をマザーボード１７に実装した後に、選択した補償回路を挿入することが可能となる。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施の形態の説明図であり、２１−１，２１−２は駆動装置本体、２２は負荷の種類を識別する識別手段としての識別処理部、２３は選択スイッチ、２４は複数の補償特性の補償回路、２５は制御部、２６，２８はコネクタ、２７はマザーボード、２９−１，２９−２は負荷、３０はジャンパ部を示す。
【００２５】
マザーボード２７に実装する複数の駆動装置本体２１−１，２１−２は同一構成を有し、それぞれ識別処理部２２と、選択スイッチ２３と、補償回路２４と、制御部２５とを含む構成を有するものであり、スイッチ部は図示を省略している。又ジャンパ部３０−１，３０−２は、負荷２９−１，２９−２の種類や特性を示すようにジャンパ線で複数のピン間を選択的に接続した場合を示すが、サムスイッチ等により設定することも可能である。
【００２６】
図４は本発明の第３の実施の形態の接続構成の説明図であり、図３と同一符号は同一部分を示し、３１はスイッチ部、３２は演算増幅器、３３は電流検出部、３４は比較基準電圧、ｐ１〜ｐ８はコネクタ２６のピン、ｓ１〜ｓ４は選択スイッチ２３の接点、ｊｐはジャンパ部のジャンパ線を示す。
【００２７】
駆動装置本体をマザーボード２７に対して実装すると、ピンｐ１，ｐ２を介してスイッチ部３１に電源の電圧が印加される。又制御部２５はピンｐ８を介して図示を省略した上位の制御装置からの制御信号が入力される。又ピンｐ３，ｐ４を介して図示を省略した負荷にスイッチ部３１によりオン，オフ制御された電圧が供給される。
【００２８】
又識別処理部２２は、ピンｐ５〜ｐ７間をジャンパ線を介した接続状態により、負荷の種類等を識別して、選択スイッチ２３を制御するものであり、例えば、図示のように、ジャンパ線ｊｐによりピンｐ５，ｐ６間を短絡すると、選択スイッチ２３の接点ｓ１をオンとする。又ピンｐ５，ｐ７間の短絡により、選択スイッチ２３の接点ｓ２をオン、ピンｐ６，ｐ７間の短絡により、選択スイッチ２３の接点ｓ３をオン、ピンｐ５〜ｐ７を全部短絡することにより、選択スイッチ２３の接点ｓ４をオンとするように制御することができる。
【００２９】
従って、負荷の種類や特性に対応して、マザーボード２７のジャンパ部３０−１，３０−２のジャンパ線による接続パターンを設定しておくことにより、駆動装置本体を実装することにより、その実装位置対応の負荷の特性を補償した補償回路を選択接続した駆動装置が自動的に構成されることになる。なお、選択スイッチ部２３の接点ｓ１〜ｓ４はトランジスタ等により構成することができ、又識別処理部２２は、比較的簡単な論理回路によって構成することができる。
【００３０】
又制御部２５にマイクロプロセッサを含む場合、そのマイクロプロセッサの制御処理によって、識別処理部２の機能を実現することも可能である。或いは、マザーボード２７に搭載して全体の管理や制御を行うプロセッサを有する場合、負荷対応の実装位置を管理して、その位置に実装した駆動装置に対して補償回路の選択指令を送出して、選択スイッチを制御し、自動的に負荷の特性に対応した補償特性を有する駆動装置を実現することも可能である。
【００３１】
図５は本発明の第４の実施の形態の説明図であり、４１はスイッチ部、４２は制御部、４３は電流検出部、４４は補償回路、４６は演算増幅器、４７は比較基準電圧、４８は電源、４９は負荷、５０は前置電流検出部、５１は前置補償回路、５２は加算器、５３はフィルタを示す。スイッチ部４１と負荷４９との間に、ノイズ低減の為のコイルとコンデンサとを含むフィルタ５３を接続した構成に於いて、フィルタ５３とスイッチ部４１との間に前置電流検出部５０を接続し、その検出信号を前置補償回路５１に入力する。この前置補償回路５１は、フィルタ５３による遅延特性等の補償する為の抵抗やコンデンサ等による回路構成とすることができる。
【００３２】
フィルタ５３によって、前述のようにスイッチ部４１のスイッチングによるノイズ成分を抑圧することができるが、負荷４９に供給する電流の制御に遅れが生じる。これは、補償回路４４によっても補償できないものである。そこで、前置補償回路５１を設け、前置電流検出部５０により負荷４９に供給する電流の変化を検出し、加算器５２を介して制御部４２にフィードバックする。従って、電流検出部４３により負荷４９に供給する電流の変化を検出して制御部４２にフィードバックする場合に比較して、フィルタ５３の遅延による影響を受けることなく、スイッチ部４１のオン，オフ制御を行うことができる。即ち、高速応答性を実現することができる。
【００３３】
なお、補償回路４４は、前述の各実施の形態のように、負荷４９の特性対応の補償特性を有する構成とし、負荷４９の特性に対応した補償特性の補償回路を選択接続することができる。前述の各実施の形態に於けるスイッチ部は、Ｈブリッジ構成の場合を示すが、例えば、図７に示すようなプッシュプル構成とすることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スイッチ部のオン・デューティ制御により負荷に供給する電圧を制御する駆動装置であって、各種の負荷の特性対応の補償回路を選択接続することにより、駆動装置の本体部分を共通化することができる。それによって、多量生産によるコストダウンを図ることができる。又駆動する負荷の特性の識別手段を設けることにより、実装した駆動装置を、その負荷の特性に対応した補償特性とすることができる。その場合は、誤実装の問題は完全になくなる利点がある。又フィルタを設けてノイズ対策を行った場合の応答特性の劣化を、前置補償回路を設けて改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の概略斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の接続構成の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の説明図である。
【図６】従来例の説明図である。
【図７】従来例の説明図である。
【図８】スイッチングによる電圧及び電流の説明図である。
【図９】フィルタと電流立上り特性との説明図である。
【符号の説明】
１  スイッチ部
２  制御部
３  電流検出部
４  補償回路
５  選択スイッチ
６  演算増幅器
７  比較基準電圧
８  電源
９  負荷
Ｑ１〜Ｑ４  トランジスタ
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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