CN1246754A - 步进电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种OA设备、信息设备等所用的步进电动机驱动装置,设有一控制电动机微步进驱动的步进控制电路,根据检测电动机活动件位置的编码器所输出的信号,停止该微步进驱动。由此提供一种不受保持转矩等的影响,能够进行高精度位置控制的优异的步进电动机驱动装置。

Description

步进电动机驱动装置
本发明涉及一种OA设备、信息设备等所用的步进电动机的驱动装置。具体来说，涉及一种可以高精度地对步进电动机进行位置控制的驱动装置。
以往，对于步进电动机的驱动装置，已知的有日本专利申请特开平6-343294号公报揭示的装置。图4是该步进电动机驱动装置的框图。
图4中，驱动电路302依次使步进电动机301的2相定子绕组励磁。步进电动机由此得到步进驱动。可逆计数器351对电动机301步进驱动所用的指令信号即步进信号进行计数。只读存储器(以下称为ROM)352和353输入计数器351的计数值，输出所存储的与该计数值对应的励磁信号数据。将数字信号变换为模拟信号的D/A变换器354和355输入上述ROM352和353输出的数字励磁信号数据，将该数据变换为模拟电压信号，输出至驱动电路302。驱动电路302输入D/A变换器354和355输出的电压信号，放大该电压信号，通过将该放大电压加在电动机301上，如上文所述驱动电动机301。
上述构成当中，ROM352和353存储的数据设定为如同拟合正弦波。这样，通过增加电动机每一转所需的步数，每一步的步距角便减小，因此可平滑地驱动电动机。
但如上所述的现有构成中，因保持转矩等转矩变动的影响，难以确保电动机的位置控制精度。这里所说的保持转矩(detent torque)，是指在定子绕组未励磁状态下，与要使转子旋转的外部转矩相平衡，电动机设法保持原来状态所产生的最大转矩。
此外，问题还在于，在例如电动机301连接一编码器，将电动机301的旋转位置信息反馈给控制电路，这样进行所谓的闭环位置控制时，位置精度高的驱动装置其电路构成变得复杂。
本发明正是解决上述现有问题的，其目的在于，用简单电路构成，提供一种可按编码器所具有的精度加以控制，并且噪声、振动少的步进电动机驱动装置。
本发明的步进电动机驱动装置具有以下构成。
(a)包括步进电动机、编码器、控制电路和驱动电路，
(b)编码器检测步进电动机活动件位置，
(c)控制电路
(c-1)一旦有指令脉冲信号输入，便输出一拟合正弦波信号，用以与时钟信号同步对步进电动机进行微步进驱动，
(c-2)一旦有编码器输出的活动件位置信号输入，便停止输出拟合正弦波信号，
(d)驱动电路放大拟合正弦波信号，来驱动步进电动机。
按照此构成，可以按编码器所具有的精度对电动机进行旋转控制，利用微步进驱动提高位置精度。而且，可以消除保持转矩等转矩变动影响所造成的位置偏移，能够平滑地驱动，可以减小噪声、振动。
附图简要说明：
图1是示意本发明实施例步进电动机驱动装置的框图；
图2是示意该装置中步进控制电路的框图；
图3是用于该装置动作说明的信号图；
图4是示意现有例步进电动机驱动装置的框图。
以下参照附图说明本发明实施例。
图1是示意本发明实施例步进电动机驱动装置的框图。
图1中，驱动电路2依次使步进电动机1的2相定子绕组励磁。作为电动机1活动件的转子(未图示)，由此得到步进驱动。
步进控制电路4输入时钟信号101、指令脉冲信号103和编码器信号105，而将驱动信号108和109输出给驱动电路2。
这里，时钟信号101是以例如石英振子的振荡频率等高精度频率为基准生成的信号。指令脉冲信号103是用以步进驱动电动机1的指令信号。编码器信号105是用以检测电动机1转子旋转位置的编码器3的检测信号。
驱动信号108和109是控制电路4一旦有指令脉冲信号103输入便按时钟信号101的周期对电动机1进行微步进驱动所用的拟合正弦波信号。控制电路4一旦有编码器信号105输入，便停止输出这些驱动信号108和109。
就上述构成说明电动机控制动作。
控制电路4一旦输入指令脉冲信号103，就将用以与时钟信号101同步对电动机1进行微步进驱动的拟合正弦波驱动信号108和109输出给驱动电路2。驱动电路2放大这些驱动信号108和109，提供给电动机1。编码器3检测电动机1转子旋转位置，向控制电路4输出作为编码器信号105。控制电路4受理该编码器信号105的输入，停止拟合正弦波驱动信号108和109输出给驱动电路2。
参照图2和图3说明控制电路4的构成例及其动作。图2是示意该装置中步进控制电路的框图；图3是用于该装置动作说明的信号图。
图2中，SR锁存电路41由指令脉冲信号103设置，由编码器信号105复位。AND电路42取SR锁存电路41输出信号107和时钟信号101的逻辑积，输出至计数器43。
ROM44和45输入计数器43的计数值，将与这些计数值对应的数字数据分别输出至D/A变换器46和47。D/A变换器46和47构成为将这些数字数据变换为模拟量的拟合正弦波信号108和109，输出给驱动电路2。上述拟合正弦波信号108和109是例如图3中信号108和109所示的那种以阶梯形式近似于正弦波的信号。
这里就图3所示的信号图再稍微详细地加以说明。
SR锁存电路41一旦有指令脉冲信号103由低电平(以下用L表示)变化为高电平(以下用H表示)的上升沿输入，其输出Q便保持H。这时，AND电路(“与”门电路)42的某一输入即信号107为H，因而另一输入即时钟信号101按原样通过AND电路42，从AND电路42输出。计数器43对该AND电路42输入的时钟信号101的上升沿计数。
ROM44将计数器43输入的计数值所对应的数字数据输出至D/A变换器46。该D/A变换器46将所输入的数字数据变换为模拟量的拟合正弦波信号108。
这里，形成该信号108的方式如下。计数器43输入一次时钟信号101的上升沿，便使计数值递进规定值，递进到输入4次为止。这样，就可由时钟信号101的8个脉冲形成拟合正弦波信号的一个周期(电角度360度)。
同样，ROM45将计数器43输入的计数值所对应的数字数据输出至D/A变换器47。该D/A变换器47将所输入的数字数据变换为模拟量的拟合正弦波信号109。
ROM45存储的数字数据与ROM44存储的数字数据相比有如下不同。分别将数据存储于ROM44和ROM45中，使得拟合正弦波信号109相对于拟合正弦波信号108，滞后时钟信号101的2个脉冲，即电角度90度相位。
SR锁存电路41一旦有编码器信号105上升沿输入，SR锁存电路41便复位，其输出Q翻转为L。这时，AND电路42其中一输入即信号107为L，因而不论另一输入即时钟信号101如何，AND电路42均输出L。计数器43因为该AND电路42输入的信号总是L而停止计数。因此，ROM44和45输出的数字数据便固定(停止变化)，拟合正弦波信号108和109也固定为这以前的电压值。这样，一旦有编码器信号105输入SR锁存电路41，D/A变换器46和47便停止输出拟合正弦波信号108和109。
由上述说明可知，一旦输入指令脉冲信号103，步进控制电路4便向驱动电路2输出与时钟信号101同步但相互差90度相位的2相拟合正弦波信号108和109。该控制电路4一旦有编码器信号105输入，便停止输出该拟合正弦波信号108和109。
这样，驱动电动机1所用的拟合正弦波信号108和109根据时钟信号101形成。该时钟信号101，由于是以极高精度、具有很好稳定性的例如石英振子的振荡频率进行分频生成的，因而拟合正弦波信号108和109在高精度和稳定性方面也很优异。
而电动机1的停止是相应于编码器信号105进行的。所以，只要所用的编码器3达到高精度，与此相应的电动机1的位置控制也会达到高精度。另外，电动机旋转速度可以随指令脉冲信号103的频率变化而变化。例如，要提高旋转速度，只要提高指令脉冲信号103的频率就行。
如上所述，本发明的步进电动机驱动装置，利用上述构成，控制电路4一旦有脉冲指令信号103输入，便对电动机1进行基于拟合正弦波信号的微步进驱动，而且可以使之停止于编码器3检测的旋转位置。换言之，可以按编码器所具有的精度控制。因而，可以不受保持转矩等转矩变动的影响，提高微步进驱动时的位置精度，实现噪声、振动少的平滑旋转。
本实施例中，拟合正弦波信号108和109是以时钟信号101的8个脉冲为一个周期的，但不限于8个脉冲。而且其构成为直接将拟合正弦波信号108和109输入驱动电路2中进行功率放大，但根据需要，这些信号108和109也可以在经过平滑滤波器、更加平滑的基础上，输入驱动电路2。
分别对定子绕组励磁用的驱动信号，其波形也并非必须是本实施例那种拟合正弦波。具体来说，驱动信号的波形，只要是与时钟信号同步形成，并可根据这样形成的驱动信号波形，对步进电动机进行微步进驱动的波形形状即可。
本实施例中说明的是步进电动机其定子绕组按2相构成的例子，但对于非2相的步进电动机也同样能够实施。此外，本发明的驱动装置不仅适用步进电动机其活动件是旋转类型的电动机，而且适用于直线运动类型的电动机。
本实施例中，步进控制电路4、驱动电路2均是作为独立电路说明的，但不用说，也可以按集成电路构成一包含上述电路在内的电路。

Claims (5)

1.一种步进电动机驱动装置，(a)包括步进电动机、编码器、控制电路和驱动电路，其特征在于，(e)步进电动机驱动装置构成为，
(b)所述编码器检测所述步进电动机活动件位置，
(c)所述控制电路
(c-1)一旦有指令脉冲信号输入，便输出一拟合正弦波信号，用以与时钟信号同步对所述步进电动机进行微步进驱动，
(c-2)一旦有所述编码器输出的活动件位置信号输入，便停止输出拟合正弦波信号，
(d)驱动电路放大拟合正弦波信号，来驱动所述步进电动机。
2.如权利要求1所述的步进电动机驱动电路，其特征在于，
步进电动机属于活动件旋转的类型。
3.一种步进电动机驱动装置，(a)包括步进电动机、编码器、控制电路和驱动电路，其特征在于，(f)步进电动机驱动装置构成为，
(b)所述步进电动机具有卷绕有定子绕组的定子和活动件，
(c)所述编码器检测活动件位置，
(d)所述控制电路
(d-1)一旦有指令脉冲信号输入，便输出一驱动信号，用以与时钟信号同步对所述步进电动机进行驱动，
(d-2)一旦有所述编码器输出的检测信号输入，便停止输出该驱动信号，
(e)驱动电路放大驱动信号，使定子绕组励磁。
4.如权利要求3所述的步进电动机驱动装置，其特征在于，
步进电动机具有多相定子绕组，
对所述多相定子绕组分别励磁用的驱动信号，互相具有规定的相位差。
5.如权利要求4所述的步进电动机驱动装置，其特征在于，驱动信号是拟合正弦波信号。
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