DE19721282A1 - Stepping motor driving method - Google Patents

Stepping motor driving method

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DE19721282A1
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Masashi Ogasawara
Keiji Katano
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Abstract

A method of driving a stepping motor, includes microstep driving in a low-frequency acceleration/deceleration area and supplying an exciting current to each phase formed into a chopping wave current in these microsteps during one step of switching respective phases by bipolar driving in order to make it possible to make current ripple small and to control generation of heat of the stepping motor and also to control vibration in a low-frequency acceleration/deceleration area at the time of low-speed rotation and at the time of high-speed rotation. The stepping motor may be used for driving a printer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors, insbesondere auch ein Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors, der als Antriebsquelle für einen Schlittenantriebsmechanismus eines mit einem Schlitten ausgestatteten Druckers oder als Antriebsquelle für einen Papiertransportmechanismus eines Druckers eingesetzt wird.The invention relates to a method for driving a stepper motor, in particular also a method for driving a stepper motor, the as a drive source for a carriage drive mechanism with one a carriage equipped printer or as a drive source for one Paper transport mechanism of a printer is used.

Ein sogenannter seriell arbeitender Drucker, bei dem eine vorbestimmte Aufzeichnung erfolgt, während ein einen Druckkopf tragender Schlitten entlang einem Druckerwiderlager bewegt wird, der Druckkopf selektiv angesteuert wird, um einen Zeilenabschnitt auf einen Aufzeichnungs­ träger zu drucken, der Aufzeichnungsträger zeilenweise weitertranspor­ tiert wird, wenn eine Zeile gedruckt ist, um anschließend die nächste Zeile zu drucken, dient vornehmlich als Ausgabeeinrichtung für einen Rechner oder einen Textprozessor.A so-called serial printer in which a predetermined Recording takes place while a carriage is carrying a printhead is moved along a printer abutment, the print head is selective is driven to a line section on a recording print carrier, the record carrier is transported line by line if one line is printed, then the next Printing a line primarily serves as an output device for one Calculator or a word processor.

In einem solchen seriell arbeitenden Drucker wird im allgemeinen ein Schrittmotor dazu eingesetzt, den Antriebsmechanismus eines Schlittens und/oder eines Papiertransportmechanismus anzusteuern. Der Schritt­ motor eignet sich deshalb besonders gut, weil er folgende besondere Vorteile aufweist:In such a serial printer is generally a Stepper motor used to drive a carriage and / or to control a paper transport mechanism. The step Motor is particularly suitable because it has the following special Has advantages:

  • 1. Der Drehwinkel des Motors ist proportional zu der Anzahl von Eingangsimpulsen, es entsteht kein akkumulativer Fehler.1. The angle of rotation of the motor is proportional to the number of Input pulses, there is no accumulative error.
  • 2. Die Drehzahl des Motors ist proportional zur Eingangsimpulsfre­ quenz, und es ist ein präziser synchroner Betrieb in einem großen Steuerbereich möglich. 2. The speed of the motor is proportional to the input pulse fre quenz, and it is a precise synchronous operation in a large Tax area possible.  
  • 3. Anfahr- und Anhalteverhalten sind hervorragend; der Betrieb bei konstanter Frequenz ist bei der Selbst-Start-Frequenz oder darunter möglich.3. Starting and stopping behavior are excellent; the operation at constant frequency is at or below the self-start frequency possible.
  • 4. Das Ansprechverhalten ist sehr gut, ebenso wie die Ausgangslei­ tung.4. The response behavior is very good, as is the starting line tung.
  • 5. Man kann die Position dadurch steuern, daß man lediglich einen Eingangsimpuls entsprechend einer Zielposition eingibt.5. You can control the position by just one Inputs input pulse corresponding to a target position.
  • 6. Es ist eine digitale Steuerung möglich.6. Digital control is possible.

Ein Schrittmotor ist gemäß Fig. 9 hauptsächlich ausgestattet mit einem Stator 6, der einen ersten (A), einen zweiten (B), einen dritten (C) und einen vierten (D) magnetischen Pol (Phasen) 2, 3, 4 und 5 aufweist, die in Abständen von 90 Grad angeordnet sind, und einem Rotor 7, der aus einem sich drehenden Permanentmagneten mit einem N- und einem S-Pol mit 180 Grad Versatz besteht. Ferner ist dieser Rotor 7 mit einer nicht dargestellten Ausgangswelle gekoppelt. Um den ersten und den dritten magnetischen Pol 2 und 4 ist eine erste Spule 8 gewickelt, auf dem zweiten (B) und dem vierten (D) Magnetpol 3 und 5 ist eine zweite Spule 9 gewickelt.A stepper motor is shown in FIG. 9 mainly provided with a stator 6, a first (A), a second (B), a third (C) and fourth (D) magnetic pole (phase) 2, 3, 4 and 5 has, which are arranged at intervals of 90 degrees, and a rotor 7 , which consists of a rotating permanent magnet with an N and an S pole with a 180 degree offset. Furthermore, this rotor 7 is coupled to an output shaft, not shown. A first coil 8 is wound around the first and third magnetic poles 2 and 4 , and a second coil 9 is wound on the second (B) and fourth (D) magnetic poles 3 and 5 .

Wenn in die Spulen 8 und 9 ein Erregerstrom mit entsprechenden Pha­ sen für den Stator eingespeist wird, um den Schrittmotor 1 in Drehung zu versetzen, wird durch diesen Strom ein Magnetfeld erzeugt, so daß zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 7 elektromagnetische Anziehungs- oder Abstoßungskräfte entstehen. Die elektromagnetische Kraft zwi­ schen dem Stator 6 und dem Rotor 7 wird umgeschaltet, indem der Erregerstrom sukzessive umgesteuert wird, um dadurch ein Drehmoment zum Drehen des Rotors zu erzeugen.If in the coils 8 and 9, an excitation current with corresponding phases for the stator is fed in order to set the stepping motor 1 in rotation, a magnetic field is generated by this current, so that electromagnetic attraction or between the stator 6 and the rotor 7 Repulsive forces arise. The electromagnetic force between the stator 6 and the rotor 7 is switched over by successively reversing the excitation current, thereby generating a torque for rotating the rotor.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines Motortreiber-IC zum Ansteuern eines allgemeinen Schrittmotors. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist das Motortreiber-IC 10 aufgebaut durch eine Steuerschaltung 11, eine Trei­ berschaltung 12 und eine Versorgungsquelle 13. Die Steuerschaltung 11 hat die Funktionen des Steuerns insgesamt, beispielsweise das Ändern der Eingangsspannung, der Drehzahl und der Drehrichtung, einer Strecke und eines Winkels abweichend von einer Eingangsschnittstelle, und sie führt die Steuerung der Zeitpunkte für die Impulse durch, die dem Schrittmotor 1 zugeführt werden. Außerdem ist die Treiberschal­ tung 12 eine Schaltung zum Verteilen von impulsförmigen Signalen, die von der Steuerschaltung 11 kommen, sowie zum Verstärken dieser Signale, um die jeweiligen Phasen des Schrittmotors 1 in einer bestimm­ ten Folge zu erregen. Als Versorgungsquelle 13 werden zwei Arten benötigt, eine zum Antreiben des Schrittmotors, die andere für eine typische integrierte Schaltung (IC). Figure 10 is a block diagram of a motor driver IC for driving a general stepper motor. As is apparent from Fig. 10, the motor driver IC 10 is constructed by a control circuit 11, a dri berschaltung 12 and a supply source 13. The control circuit 11 has the functions of controlling as a whole, for example changing the input voltage, the rotational speed and the direction of rotation, a distance and an angle different from an input interface, and it carries out the control of the times for the pulses which are supplied to the stepping motor 1 . In addition, the driver circuit 12 is a circuit for distributing pulse-shaped signals coming from the control circuit 11 , and for amplifying these signals to excite the respective phases of the stepping motor 1 in a determined sequence. Two types are required as supply source 13 , one for driving the stepper motor, the other for a typical integrated circuit (IC).

Außerdem gibt es grundsätzlich zwei Typen von Treibersystemen, näm­ lich ein unipolares und ein bipolares Treibersystem zum Ansteuern des Schrittmotors 1.In addition, there are basically two types of driver systems, namely a unipolar and a bipolar driver system for controlling the stepper motor 1 .

Das unipolare Treibersystem entspricht einem Verfahren, bei dem ein Strom in jeweilige Spulen in einer Richtung eingespeist wird, indem lediglich ein entsprechender Transistor 21, 22, 23 bzw. 24, die an zuge­ hörigen Spulen liegen, wie aus Fig. 11 hervorgeht, eingeschaltet wer­ den. Im Gegensatz dazu wird bei einem bipolaren Treibersystem eine Mehrzahl von Transistoren 25, 26, 27 und 28 an zugehörige Spulen angeschlossen, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Wenn man als Beispiel nur die Phase A betrachtet, so fließt ein Strom in der Richtung A, wenn man den ersten Transistor 25 und den vierten Transistor 28 einschaltet, während ein Strom in die umgekehrte Richtung A fließt, indem man den zweiten Transistor 26 und den dritten Transistor 27 einschaltet. Bei dem unipolaren Treibersystem ist ein im Vergleich zu dem bipolaren Treiber­ system vereinfachter Schaltungsaufbau möglich, weil die Anzahl der Transistoren nur halb so groß ist. Allerdings hat das bipolare Treibersys­ tem demgegenüber den Vorteil eines größeren Motor-Drehmoments im Vergleich zu dem unipolaren Treibersystem, bezogen auf gleiche elektri­ sche Eingangsleistung. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors 1 wird im vorliegenden Zusammenhang unter Bezug­ nahme auf ein bipolares Ansteuern erläutert.The unipolar driver system corresponds to a method in which a current is fed into respective coils in one direction by only switching on a corresponding transistor 21 , 22 , 23 or 24 , which are connected to the associated coils, as can be seen from FIG. 11 the. In contrast, in a bipolar driver system, a plurality of transistors 25 , 26 , 27 and 28 are connected to associated coils, as shown in FIG. 12. For example, if only phase A is considered, a current flows in the direction A when the first transistor 25 and the fourth transistor 28 are switched on, while a current flows in the reverse direction A by the second transistor 26 and the third transistor 27 turns on. In the unipolar driver system, a simplified circuit structure compared to the bipolar driver system is possible because the number of transistors is only half as large. However, the bipolar driver system has the advantage of a larger motor torque compared to the unipolar driver system, based on the same electrical input power. The method according to the invention for driving a stepping motor 1 is explained in the present context with reference to bipolar control.

Das Speisesystem für einen Erregerstrom beinhaltet die 1-Phasen-Erre­ gung, die 1-2-Phasen-Erregung, die 2-2-Phasen-Erregung und so weiter.The feed system for an excitation current contains the 1-phase excitation gung, the 1-2-phase excitation, the 2-2-phase excitation and so on.

Das oben angesprochene Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors 1 mittels 1-Phasen-Erregung ist das grundlegendste Treiberverfahren zum phasenweisen Erregen der jeweiligen Phasen nacheinander, um den Schrittmotor um einen Grundschritt-Winkel zu drehen. Wenngleich die Winkelgenauigkeit groß ist, hat dieses Verfahren doch den Nachteil, daß das Antriebsmoment gering und der Leistungswirkungsgrad niedrig ist. Deshalb gelangt dieses Verfahren nicht so häufig zur Anwendung. Darü­ ber hinaus entspricht bei der 1-Phasen-Erregung ein Schrittwinkel einem Grund-Schrittwinkel.The above-mentioned method for driving a stepping motor 1 by means of 1-phase excitation is the most basic driving method for energizing the respective phases in phases in order to rotate the stepping motor by a basic step angle. Although the angular accuracy is high, this method has the disadvantage that the drive torque is low and the power efficiency is low. This is why this method is not used so often. In addition, with the 1-phase excitation, a step angle corresponds to a basic step angle.

Das oben erläuterte Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors 1 durch 2-2-Phasen-Erregung ist ein Verfahren, bei dem ständig zwei einander benachbarte Phasen gleichzeitig erregt und zu einer gewissen Zeit die Erregung einer Phase umgeschaltet wird. Da stets zwei Phasen erregt sind, ist der Leistungswirkungsgrad hoch, und man erhält ein hohes Ausgangsdrehmoment bei gleicher Spannungsversorgung. Darüber hinaus ist der Schrittmotor dann in vorteilhafter Weise gut gegen Vibrationen abgesichert, wie sie entstehen, wenn der Rotor über die Soll-Position hinausdreht. Deshalb wird dieses Verfahren in großem Umfang zum Treiben eines Schrittmotors 1 eingesetzt.The above-described method for driving a stepping motor 1 by 2-2-phase excitation is a method in which two adjacent phases are constantly excited at the same time and the excitation of one phase is switched over at a certain time. Since two phases are always excited, the power efficiency is high and a high output torque is obtained with the same voltage supply. In addition, the stepper motor is advantageously well protected against vibrations, such as arise when the rotor rotates beyond the desired position. Therefore, this method is widely used for driving a stepping motor 1 .

Darüber hinaus gibt es noch das oben angesprochene Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors durch 1-2-Phasen-Erregung. Bei dieser Art der Motoransteuerung wird die oben angesprochene 1-Phasen-Erregung abwechselnd mit der 2-2-Phasen-Erregung durchgeführt. Weil die Anhal­ testellung des Rotors bei der 1-Phasen-Erregung und die Anhaltestellung bei der 2-2-Phasen-Erregung gegeneinander um 1/2 des Grundschritt­ winkels versetzt sind, läßt sich die Ausgangsgröße bei einem Schritt­ winkel erhalten, der 1/2 des Schrittwinkels der 1-Phasen-Erregung und der 2-2-Phasen-Erregung ausmacht, indem diese zwei Erregungszustände abwechselnd eingestellt werden. Es verdoppelt sich also die Auflösung im Vergleich zu den anderen Ansteuerverfahren, so daß man eine fein­ stufige Einstellung des Schrittmotors erreicht. Außerdem läßt sich der Schrittmotor mit wenig Rauschen und in stabiler Weise bei hoher Ge­ schwindigkeit antreiben. Das Verfahren wird also vornehmlich dann eingesetzt, wenn eine genaue Drehgröße erhalten werden soll.In addition, there is the procedure for Driving a stepper motor by 1-2 phase excitation. With this type the 1-phase excitation mentioned above becomes the motor control performed alternately with the 2-2 phase excitation. Because the Anhal position of the rotor in 1-phase excitation and the stopping position with 2-2 phase excitation against each other by 1/2 of the basic step  are offset at an angle, the output variable can be done in one step get angle, 1/2 of the step angle of the 1-phase excitation and of 2-2 phase excitation by making these two excitation states can be set alternately. So the resolution doubles compared to the other control methods, so you get a fine step setting of the stepper motor reached. In addition, the Stepper motor with little noise and in a stable manner at high Ge drive speed. The procedure is then primarily used if an exact rotation size is to be obtained.

Wenn allerdings bei diesem Verfahren des Ansteuerns eines Schrittmo­ tors die Eingangsleistung gesteigert wird, um bei Betrieb mit hoher Drehzahl ein entsprechend hohes Drehmoment zu erreichen, so wird im unteren Drehzahlbereich ein übermäßig großes Drehmoment erzeugt, was zu Vibrationen und zu Rauschen führt.However, if in this method of driving a step motor tors the input power is increased to operate at high Speed to reach a correspondingly high torque, so in generates excessive torque in the lower speed range, which leads to vibrations and noise.

Um diese Unzulänglichkeit zu vermeiden, wird von einem Treiberver­ fahren Gebrauch gemacht, welches mit der Bezeichnung Mikroschritt-Treiberverfahren bezeichnet wird, und bei dem ein Konstantstrom-Zer­ hackersystem zum Einsatz gelangt, bei dem ein Schrittwinkel, der me­ chanisch durch den Aufbau des Schrittmotors 1 festgelegt ist, zusätzlich einer Feinteilung unterzogen wird, und zwar mit Hilfe einer elektroni­ schen Schaltung, über die der Rotor des Schrittmotors 1 so angesteuert wird, daß er glatt gedreht wird. Im vorliegenden Fall soll beschrieben werden, daß die Ansteuerung nach dem Mikroschritt-Treiberverfahren mittels bipolarer Ansteuerung bei 2-2-Phasen-Erregung erfolgt.In order to avoid this inadequacy, use is made of a driver method, which is referred to as the micro-step driver method, and in which a constant current chopper system is used, in which a step angle, which is mechanical due to the structure of the stepper motor 1 is set, is also subjected to a fine division, with the help of an electronic circuit's, via which the rotor of the stepping motor 1 is controlled so that it is rotated smoothly. In the present case, it should be described that the control takes place according to the micro-step driver method by means of bipolar control with 2-2-phase excitation.

Die Zustandsänderungen eines Treiberstroms bei der Vollschritt-Ansteue­ rung sowie bei der Mikroschritt-Ansteuerung sind in Fig. 13 dargestellt. Wenn die Drehmoment-Winkel-Kennlinie des Schrittmotors 1 einen etwa sinusförmigen Verlauf hat, wird eine glatte Drehung mit geringen Dreh­ momentschwankungen möglich, wenn man einen sinusförmigen Erreger­ strom einspeist, wie er in Fig. 13 dargestellt ist. Dieser sinusförmige Erregerstrom wird dadurch erhalten, daß man eine Periode mit einer Steuerschaltung in mehrere Perioden aufteilt. Fig. 13 zeigt den Fall der Aufteilung einer Periode in vierzig Abschnitte, da dies jedoch bedeutet, daß der Grundschrittwinkel in zehn Abschnitte aufgeteilt ist, wird die Auflösung zehn Mal so hoch wie zuvor. Abgesehen davon, ist die An­ zahl der Unterteilungen optional wählbar.The state changes of a driver current in the full step control as well as in the micro step control are shown in FIG. 13. If the torque-angle characteristic curve of the stepping motor 1 has an approximately sinusoidal curve, a smooth rotation with small torque fluctuations is possible if one feeds a sinusoidal excitation current, as shown in FIG. 13. This sinusoidal excitation current is obtained by dividing a period into several periods with a control circuit. Fig. 13 shows the case of dividing a period into forty sections, but since this means that the basic step angle is divided into ten sections, the resolution becomes ten times as high as before. Apart from that, the number of subdivisions can be selected optionally.

Bei einem konventionellen Konstantstrom-Zerhackersystem wird bei der Mikroschritt-Ansteuerung ein konstanter Strom dadurch erhalten, daß man eines der im folgenden erläuterten Verfahren verwendet. Der Kon­ stantstrom-Zerhackertreiber hat eine solche Ausgestaltung, daß er die in Fig. 14 dargestellte Stromwellenform liefert, wonach ein konstanter Strom dadurch aufrechterhalten wird, daß ein Strom-Aus-Zustand für eine vorbestimmte Zeitspanne eingerichtet wird, wenn der Versorgungs­ strom einen Einstellwert erreicht, und der Strom anschließend wieder eingeschaltet wird, so daß der Speisestrom den Einstellwert erreicht.In a conventional constant current chopper system, a constant current is obtained in the micro step driving by using one of the methods explained below. The constant current chopper driver is designed to provide the current waveform shown in Fig. 14, after which a constant current is maintained by establishing a current-off state for a predetermined period of time when the supply current reaches a set value , and the current is then switched on again so that the feed current reaches the set value.

Gemäß einem ersten Verfahren zum Erhalten des konstanten Stroms wird in einer Treiberschaltung der in Fig. 12 gezeigten Bauart ein erster Transistor 25 sowie ein vierter Transistor 28 im Einschaltzustand der Spannungsversorgung eingeschaltet, und wenn die Versorgungsstrom­ stärke einen Einstellwert erreicht, wird der erste Transistor 25 in einem Zustand ausgeschaltet, in welchem der vierte Transistor 28 eingeschaltet bleibt. Obschon der Erregerstrom allmählich abnimmt, wird wiederholt ein Betrieb durchgeführt, bei dem der erste Transistor 25 in den Ein­ schaltzustand gebracht wird, der Strom auf einen Einstellwert angeho­ ben und der erste Transistor 25 erneut abgeschaltet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Gemäß einem zweiten Ver­ fahren wird in der Treiberschaltung nach Fig. 12 der erste Transistor 25 sowie der vierte Transistor 28 eingeschaltet, dann wird der erste Transi­ stor 25 ausgeschaltet, und der vierte Transistor 28 wird ebenfalls ausge­ schaltet zu dem Zeitpunkt, zu dem der Versorgungsstrom den Einstell­ wert erreicht, dann wird die Stromstärke drastisch reduziert, der erste Transistor 25 und der vierte Transistor 28 werden eingeschaltet, um den Strom auf den Einstellwert zu steigern, und der erste Transistor 25 sowie der vierte Transistor 28 werden erneut ausgeschaltet, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Dieser Vorgang wird wieder­ holt.According to a first method for obtaining the constant current, in a driver circuit of the type shown in FIG. 12, a first transistor 25 and a fourth transistor 28 are switched on when the voltage supply is switched on, and when the supply current reaches a set value, the first transistor 25 becomes in turned off a state in which the fourth transistor 28 remains turned on. Although the exciting current gradually decreases, an operation is repeatedly performed in which the first transistor 25 is turned on, the current is raised to a set value, and the first transistor 25 is turned off again after a predetermined period of time has passed. 12, the first transistor 25 and the fourth transistor 28 will drive according to a second Ver in the driver circuit of FIG. Turned on, then the first Transistor is stor 25 turned off and the fourth transistor 28 is also turned off to the time at which the supply current reaches the set value, then the current is drastically reduced, the first transistor 25 and the fourth transistor 28 are turned on to increase the current to the set value, and the first transistor 25 and the fourth transistor 28 are turned off again when a predetermined Period of time has passed. This process is repeated.

Es wurde lediglich der Verlauf des Erregerstroms in der Phase A erläu­ tert, jedoch erfolgt eine ähnliche Steuerung auch für die anderen Phasen-Spulen mit versetzten Erregerzeiten.Only the course of the excitation current in phase A was explained tert, but a similar control is also carried out for the others Phase coils with offset excitation times.

Bei dem zuerst erläuterten Verfahren läßt sich zwar die Stromwelligkeit gemäß Fig. 15 verringern, jedoch ist der Erregerstrom verzerrt, so daß der Anfall von Wärme in dem Schrittmotor zunimmt.In the first method explained Although the current ripple can be shown in FIG. 15 decrease, but the exciting current is distorted, so that the attack increases from heat in the stepping motor.

Bei dem zweiten Verfahren gibt es die Unzulänglichkeit, daß die Strom­ welligkeit gemäß Fig. 16 zunimmt, so daß die Motorverluste steigen, und es wird gleichzeitig das Drehmoment verringert.In the second method, there is a shortcoming that the current ripple increases as shown in FIG. 16, so that the motor losses increase, and at the same time the torque is reduced.

Da bei dem Mikroschritt-Treiberverfahren außerdem in Zeiten hoher Drehzahlen die Notwendigkeit besteht, einen Schritt (Impuls) in weitere feine Schritte zu unterteilen, erhält ein Treiberimpuls eine Hochfre­ quenzkomponente, was den Aufbau der Treiberschaltung und deren Steuerung verkompliziert.Because the micro-step driver method is also used at high times Speeds there is a need to step (impulse) into further To subdivide fine steps, a driver pulse receives a high frequency quenz component, what the structure of the driver circuit and its Control complicated.

Bei einem bekannten Ansteuerverfahren für einen Schrittmotor wird zur Überwindung der Probleme des Standes der Technik von einem Verfah­ ren der Ansteuerung eines Schrittmotors Gebrauch gemacht, bei dem der Motor bei hohen Drehzahlen mit einem normal arbeitenden Erregersys­ tem angesteuert wird, während bei niedrigen Drehzahlen die Mikro­ schritt-Ansteuerung erfolgt, wobei der Strom während der Ausschaltzeit­ spannen im Zerhackerbetrieb zur Erzielung eines konstanten Stroms beim Mikroschritt-Treiberverfahren reduziert wird, indem man eine Hochdrehzahl-Dämpfung mit einer Niedrigdrehzahl-Dämpfung kombi­ niert. In a known control method for a stepper motor Overcoming the problems of the prior art by one method the control of a stepper motor in which the Motor at high speeds with a normal excitation system system is controlled, while at low speeds the micro Step control takes place, the current during the switch-off time clamp in chopper mode to achieve a constant current in the micro step driver method is reduced by using a High speed damping combined with a low speed damping kidney.  

Bei diesem Ansteuerverfahren besteht die Möglichkeit, die Stromwellig­ keit zu verringern, und dadurch die Entstehung von Wärme und Vibra­ tion bei Drehung des Motors mit niedriger Drehzahl zu begrenzen, ohne dadurch die Steuerschaltung kompliziert zu machen.With this control method there is the possibility of rippling the current to reduce the amount of heat and vibra tion when rotating the motor at low speed without thereby complicating the control circuit.

Allerdings sind bei einem solchen Ansteuerverfahren für einen Schritt­ motor die der auf die Phasen A und C gewickelten ersten Spule 8 und die der auf die Phasen B und D gewickelten zweiten Spulen 9 entspre­ chende Referenzspannung eines Motortreiber-ICs 10 Sinuswellen, wie aus Fig. 17A und 17B hervorgeht, während die Mikroschritt-Ansteue­ rung erfolgt, während die in die Spulen 8 und 9 eingespeisten Erreger­ ströme ebenfalls sinusförmige Wellen basierend auf der Referenzspan­ nung sind, wie aus den Fig. 18A und 18B hervorgeht. Untersucht man die Summe der Erregerströme in der ersten Spule 8 und der zweiten Spule 9, so sieht man, daß eine Stromsummen-Welligkeit entstanden ist, wie sie in Fig. 18C dargestellt ist. Fig. 19 zeigt eine vergrößerte An­ sicht der Fig. 18C, und man erkennt, daß die Stromsumme jedesmal dann eine Spitze aufweist, wenn der Erregerstrom der ersten Spule 8 und der Erregerstrom der zweiten Spule 9 einander überlappen. Eine solche Stromsummen-Welligkeit führt zu einer Drehmoment-Welligkeit des Schrittmotors und war eine Ursache für die Entstehung von Vibra­ tionen bei der Mikroschritt-Ansteuerung.However, in such a driving method for a stepper motor, the first coil 8 wound on phases A and C and the second coil 9 wound on phases B and D are the reference voltage of a motor driver IC 10 corresponding to sine waves, as shown in FIG. 17A and 17B is shown while the microstep driving is taking place while the excitation currents fed into the coils 8 and 9 are also sinusoidal waves based on the reference voltage, as shown in FIGS. 18A and 18B. If one examines the sum of the excitation currents in the first coil 8 and the second coil 9 , it can be seen that a current ripple has arisen, as shown in FIG. 18C. Fig. 19 shows an enlarged view of Fig. 18C, and it can be seen that the current sum has a peak each time the excitation current of the first coil 8 and the excitation current of the second coil 9 overlap. Such a current ripple leads to a torque ripple of the stepper motor and was a cause for the development of vibrations in the microstep control.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Treiben eines Schrittmotors, welches in der Lage ist, ohne die Notwendigkeit einer komplizierten Steuerschaltung Vibrationen bei der Mikroschritt-Ansteuerung des Schrittmotors zu beherrschen.The object of the invention is to provide a method for driving a stepper motor that is able without the need a complicated control circuit vibrations at the To master micro-step control of the stepper motor.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Treiben eines Schrittmotors, bei dem Vibrationen im niederfrequenten Beschleunigungs/Verzögerungs-Bereich im Betrieb mit niedriger Dreh­ zahl oder im Betrieb mit hoher Drehzahl beherrscht werden können. Another object of the invention is to provide a method for Driving a stepper motor in which vibrations in the low frequency Acceleration / deceleration range in low speed operation number or can be controlled at high speed.  

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.This problem is solved by the one specified in the claims Invention.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors geschaffen, bei dem eine Mikroschritt-Ansteuerung im niederfrequenten Beschleunigungs/Verzögerungs-Bereich während des Betriebs mit niedriger Drehzahl und während des Betriebs mit hoher Drehzahl des Schrittmotors beim Umschalten der Phase während des bipolaren Ansteuerns durchgeführt wird, so daß der Rotorkern des Schrittmotors rund (glatt) dreht, und zwar im unteren Beschleunigungs- /Verzögerungs-Bereich bei hohen und niedrigen Drehzahlen, so daß Vibrationen auf ein Minimum unterdrückt werden.The present invention provides a method for driving a Stepper motor created, in which a micro-step control in low frequency acceleration / deceleration range during the Operation at low speed and during operation at high Speed of the stepper motor when switching the phase during bipolar control is performed so that the rotor core of the Stepper motor rotates round (smooth), in the lower acceleration / Deceleration range at high and low speeds so that Vibrations are suppressed to a minimum.

Durch die Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors geschaffen, welches in der Lage ist, eine Stromsummen­ welligkeit an der Entstehung zu hindern und Vibrationen zur Zeit des Mikroschritt-Ansteuerns zu unterdrücken, ohne daß eine komplizierte Steuerschaltung erforderlich wäre, indem ein Erregerstrom für die jewei­ ligen Phasen dadurch gebildet wird, daß eine Zerhacker-Stromwelle mit Hilfe des Mikroschritt-Ansteuerns erzeugt wird.The invention also provides a method for controlling a Stepper motor created, which is able to sum a current to prevent ripple from arising and vibrations at the time of Suppress microstep control without a complicated Control circuit would be required by an excitation current for each lige phases is formed by having a chopper current wave With the help of microstep control is generated.

Durch die Erfindung soll außerdem ein Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors geschaffen werden, bei dem der Vibrationspegel des Mo­ tors dadurch verbessert wird, daß man einen Erregerstrom einspeist, der sich aus einer Zerhacker-Stromwelle zusammensetzt, welche ihrerseits erhalten wird durch Anlegen eines Vorstroms an die jeweiligen Spulen des Schrittmotors.The invention is also intended to provide a method for actuating a Stepper motor are created in which the vibration level of the Mo tors is improved by feeding an excitation current that is composed of a chopper current wave, which in turn is obtained by applying a bias current to the respective coils of the stepper motor.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the Drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1A ein Diagramm, welches eine Drehzahländerung eines Schrittmotors im unteren Drehzahlbereich gemäß der Erfin­ dung veranschaulicht; Fig. 1A is a diagram illustrating a speed change of a stepper motor in the lower speed range according to the inven tion;

Fig. 1B ein Diagramm, welches eine Spannungsänderung für jede Phase eines Motors im unteren Drehzahlbereich zeigt (der Abschnitt der Sägezahnwelle veranschaulicht die Treiberpo­ sitionen durch Mikroschritt-Ansteuerung); Fig. 1B is a diagram showing a change in voltage for each phase of an engine in the lower speed area (of the portion of the sawtooth wave illustrates the Treiberpo sitions by micro-step driving);

Fig. 2A ein Diagramm einer Drehzahländerung eines Schrittmotors im hohen Drehzahlbereich gemäß der Erfindung; Fig. 2A is a diagram of a speed change of a stepping motor in the high speed range according to the invention;

Fig. 2B ein Diagramm einer Spannungsänderung für jede Phase eines Motors im hohen Drehzahlbereich (der dargestellte Sägezahnwellenbereich zeigt die Treiberpositionen durch Mikroschritt-Ansteuerung); FIG. 2B is a diagram showing a change in voltage for each phase of a motor in the high speed range (the illustrated Sägezahnwellenbereich shows the driving positions by micro-step driving);

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm eines Spulenstroms gemäß einer Ausführungsform eines Ansteuerverfahrens für einen Schrittmotor gemäß der Erfindung; Fig. 3 is a waveform diagram of a coil current in accordance with an embodiment of a driving method for a stepping motor according to the invention;

Fig. 4A ein Wellenformdiagramm einer Referenzspannung entspre­ chend einer ersten Spule eines Motortreiber-ICs gemäß einer Ausführungsform eines Ansteuerverfahrens für einen Schrittmotor gemäß der Erfindung; FIG. 4A is a waveform diagram of a reference voltage accordingly a first coil of a motor driver ICs according to an embodiment of a driving method for a stepping motor according to the invention;

Fig. 4B ein Wellenformdiagramm, welches eine Referenzspannung entsprechend einer zweiten Spule eines Motortreiber-IC ähnlich der obigen Darstellung veranschaulicht; 4B is a waveform diagram of a second coil of a motor driver IC similarly illustrates a reference voltage as illustrated above.

Fig. 5A ein Wellenformdiagramm, die einen Erregerstrom der ersten Spule gemäß einer Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Ansteuerverfahrens für einen Schrittmotor zeigt; Fig. 5A is a waveform chart showing an excitation current to the first coil in accordance with an embodiment of the driving method according to the Invention for a stepping motor;

Fig. 5B ein Wellenformdiagramm, welches den Erregerstrom der zweiten Spule ähnlich der obigen Darstellung zeigt; 5B is a waveform diagram which shows the similar exciting current of the second coil of the above representation.

Fig. 5C ein erläuterndes Diagramm, welches eine Stromsumme von Erregerströmen der ersten und der zweiten Spule veran­ schaulicht; 5C is an explanatory diagram illustrating a current sum of exciting currents of the first and the second coil veran.

Fig. 6 ein vergrößertes Diagramm der Fig. 5C; Fig. 6 is an enlarged diagram of Fig. 5C;

Fig. 7A ein Wellenformdiagramm der Referenzspannung, die mit entsprechender Vorspannung an die erste Spule des Motor­ treiber-ICs gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treiberverfahrens für einen Schritt­ motor angelegt wird; Fig. 7A is a waveform diagram of the reference voltage, which is applied with a corresponding bias to the first coil of the motor driver IC according to a further embodiment of a driver method according to the invention for a stepper motor;

Fig. 7B ein Wellenformdiagramm, welches eine Referenzspannung zeigt, die mit Vorspannung an die entsprechende zweite Spule des Motortreiber-ICs angelegt wird, ähnlich wie Fig. 7A; FIG. 7B is a waveform diagram showing a reference voltage that is biased to the corresponding second coil of the motor driver IC, similar to FIG. 7A;

Fig. 8A ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms, der mit Vorspannung in die erste Spule gemäß einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Treiben eines Schrittmotors eingespeist wird; FIG. 8A is a waveform diagram of an excitation current, of a further embodiment is fed an inventive method for driving a stepper motor with bias in the first coil in accordance with;

Fig. 8B ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms, der mit Vorspannung in die zweite Spule eingespeist wird; 8B is a waveform diagram of an excitation current, which is fed with pre-tension in the second coil.

Fig. 8C eine anschauliche Darstellung eines Summenstroms der Erregerströme, die mit Vorspannung in die erste und die zweite Spule eingespeist werden; 8C is a view showing a sum current of the exciting currents which are supplied with bias voltage in the first and the second coil.

Fig. 9 ein grundlegendes Diagramm zum Veranschaulichen des Aufbaus eines Schrittmotors; Fig. 9 is a basic diagram illustrating the structure of a stepping motor;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Treibers eines Schrittmotors; Fig. 10 is a block diagram of a stepper motor driver;

Fig. 11 eine anschauliche Darstellung einer Treiberschaltung für einen Schrittmotor eines Unipolar-Systems; FIG. 11 is an explanatory view showing a driver circuit for a stepper motor of a unipolar system;

Fig. 12 ein anschauliches Diagramm einer Treiberschaltung für einen Schrittmotor eines Bipolar-Systems; FIG. 12 is an explanatory diagram of a drive circuit for a stepping motor of a bipolar system;

Fig. 13 ein anschauliches Diagramm zum Erläutern der Änderung eines Erregerstroms bei der Vollschritt-Ansteuerung einer­ seits und bei der Mikroschritt-Ansteuerung andererseits; FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the change of an excitation current in the full-step driving a hand, and at the micro-step drive the other;

Fig. 14 ein Wellenformdiagramm für einen Erregerstrom bei einem Konstantstrom-Zerhackersystem; FIG. 14 is a waveform diagram for an excitation current at a constant current chopping system;

Fig. 15 ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms während der Zeit der Niedrigdrehzahl-Dämpfung entsprechend einem konventionellen Treiberverfahren; FIG. 15 is a waveform diagram of an excitation current during the time of low-speed damping according to a conventional driving method;

Fig. 16 ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms zur Zeit der Hochdrehzahl-Dämpfung entsprechend einem konventionel­ len Treiberverfahren; FIG. 16 is a waveform diagram of an excitation current at the time of high-speed damping according to a convention tutional driving method;

Fig. 17A ein Wellenformdiagramm einer Referenzspannung entspre­ chend der ersten Spule des Motortreiber-IC gemäß einem konventionellen Treiberverfahren für einen Schrittmotor; FIG. 17A is a waveform diagram of a reference voltage accordingly the first coil of the motor driver IC according to a conventional driving method for a stepping motor;

Fig. 17B ein Wellenformdiagramm, welches eine Referenzspannung entsprechend der zweiten Spule des Motortreiber-IC ähn­ lich Fig. 17A zeigt; Fig. 17B is a waveform diagram showing a reference voltage corresponding to the second coil of the motor driver IC similar to Fig. 17A;

Fig. 18A ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms der ersten Spule gemäß einem konventionellen Treiberverfahren für einen Schrittmotor; FIG. 18A is a waveform diagram of an excitation current to the first coil according to a conventional driving method for a stepping motor;

Fig. 18B ein Wellenformdiagramm eines Erregerstroms für die zweite Spule, ähnlich Fig. 18A; FIG. 18B is a waveform diagram of an excitation current for the second coil, similar to FIG. 18A;

Fig. 18C ein anschauliches Diagramm für einen Summenstrom von Erregerströmen der ersten und der zweiten Spule; und FIG. 18C is an explanatory diagram for a total current of exciting currents of the first and the second coil; and

Fig. 19 ein vergrößertes Diagramm der Fig. 18C. Fig. 19 is an enlarged diagram of Fig. 18C.

Ein Treiberverfahren für einen Schrittmotor gemäß der Erfindung beruht auf dem Zerhacker-Ansteuern mit der oben erläuterten Bipolar-Treiber­ schaltung. In einer ersten Ausfühlungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ansteuerung mit normaler 1-2-Phasen-Erregung oder 2-2-Phasen-Erregung während hoher Drehzahlen des Schrittmotors, während im unteren Drehzahlbereich sowie im hohen Drehzahlbereich des Schritt­ motors 1 eine Mikroschritt-Ansteuerung an niederfrequenten Beschleuni­ gungs/Verzögerungs-Bereich vorgenommen wird.A driver method for a stepper motor according to the invention is based on the chopper control with the bipolar driver circuit explained above. In a first embodiment of the present invention, the control takes place with normal 1-2-phase excitation or 2-2-phase excitation during high speeds of the stepping motor, while in the lower speed range and in the high speed range of the stepping motor 1, a microstep control takes place low-frequency acceleration / deceleration range is made.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ansteue­ rung mit normaler 1-2-Phasen-Erregung oder 2-2-Phasen-Erregung während hoher Drehzahlen, während bei niedriger Drehzahl die Mikro­ schritt-Ansteuerung erfolgt und für den in jede Phase eingespeisten Erregerstrom ein zerhackter Strom verwendet wird.In a second embodiment of the invention, the control takes place tion with normal 1-2-phase excitation or 2-2-phase excitation at high speeds, while at low speeds the micro step control takes place and for the fed into each phase Excitation current a chopped current is used.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schrittmotor dadurch getrieben, daß ein Erregerstrom wie bei der zweiten Ausfüh­ rungsform eingespeist wird, jedoch mit einem entsprechenden Vorstrom.In a third embodiment of the invention, a stepper motor driven by an excitation current as in the second embodiment is fed in, but with a corresponding bias current.

Die hier angesprochene Zeitspanne niedriger Drehzahl bedeutet den Zeitabschnitt der Ansteuerung oder des Treibens, in welchem eine Treiberimpulsbreite pro Schritt von etwa 650 Mikrosekunden bis zu 10 Millisekunden dauert.The period of low speed mentioned here means the Period of control or driving in which one Driver pulse width per step from about 650 microseconds to 10 Lasts milliseconds.

Fig. 1 und 2 sollen die Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl eines Motors und die an jede Phase zu dieser Zeit angelegten Spannung für ein Ver­ fahren des Treibens eines Schrittmotors gemäß der ersten Ausführungs­ form der Erfindung erläutern. Fig. 1 and 2 to the rotating speed of a motor and the voltage applied to each phase at that time for a voltage Ver drive of driving a stepping motor according to the first execution form to illustrate the invention.

Fig. 1A zeigt die Drehzahl des Schrittmotors 1 zur Zeit langsamer Dre­ hung, also niedriger Drehzahl, Fig. 1B zeigt die zu jener Zeit an jede Phase angelegte Spannung. Weiterhin zeigt Fig. 2A die Drehzahl des Schrittmotors 1 während schneller Drehung, und Fig. 2B zeigt die dann an jede Phase angelegte Spannung. In den Fig. 1B und 2B ist der säge­ zahnförmige Linienzug derjenige Bereich, in der die Ansteuerung nach dem Mikroschritt-Treiberverfahren erfolgt. Fig. 1A shows the speed of the stepping motor 1 at the time of slow rotation, that is, low speed, Fig. 1B shows the voltage applied to each phase at that time. Furthermore, 2A, FIG. 1, the rotational speed of the stepping motor during high speed rotation and Fig. 2B shows the voltage applied to each phase voltage then. In FIGS. 1B and 2B, the saw tooth-shaped trace the portion in which the control is implemented by the micro step drive.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird, wenn der Schrittmotor 1 mit geringer Drehzahl gedreht wird, der Motor so gesteuert, daß er in dem gesamten Bereich vom Beschleunigungsbereich (Zeit t0 bis t1) bis zu dem Bereich konstanter Drehzahl (Zeit t1 bis t2) und dem Verzögerungsbereich (Zeit t2 bis t3) nach dem Mikroschritt-Ansteuerverfahren betrieben wird.As is apparent from Fig. 1, when the stepping motor 1 is rotated at a low speed, the motor is controlled to be in the whole range from the acceleration range (time t0 to t1) to the constant speed range (time t1 to t2) and the delay area (time t2 to t3) is operated according to the microstep driving method.

Andererseits wird gemäß Fig. 2 der Schrittmotor so gesteuert, daß im hohen Drehzahlbereich des Schrittmotors 1 der Antrieb durch Mikro­ schrittansteuerung nur in einem Bereich erfolgt, in welchem die Treiber­ impulsbreite pro Schritt zwischen dem dreifachen der Eigenstart-Fre­ quenz des Schrittmotors 1 (etwa 650 Mikrosekunden) und 10 Millisekun­ den liegt, während die Drehung auf eine vorbestimmte, konstante Ge­ schwindigkeit beschleunigt wird und eine Verzögerung aus der vorbe­ stimmten, konstanten Geschwindigkeit bis zum Anhalten erfolgt, d. h., nur in der Zeitspanne t0 bis t1 und t4 bis t5, während in den übrigen Beschleunigungs/Drehzahl-Bereichen bei hoher Drehzahl und in den Niedrigdrehzahlbereichen die Ansteuerung nach dem normalen Erreger­ verfahren erfolgt.On the other hand, the stepper motor is controlled according to FIG. 2 so that in the high speed range of the stepper motor 1, the drive by micro-step control occurs only in an area in which the driver pulse width per step between three times the self-starting frequency of the stepper motor 1 (about 650 Microseconds) and 10 milliseconds is while the rotation is accelerated to a predetermined constant Ge speed and there is a delay from the predetermined constant speed to stop, that is, only in the time period t0 to t1 and t4 to t5 while in the other acceleration / speed ranges at high speed and in the low speed ranges, control is carried out according to the normal exciter.

Zu dieser Zeit wird der Strom mit einem Konstantstrom-Zerhackersys­ tem eingespeist, wobei ein erster Transistor 25 ausgeschaltet wird, wenn eine Stromstärke einen Einstellwert in einer Treiberschaltung gemäß Fig. 12 zu einer Teilungszeit erreicht, während der Ein- und Auszustand des vierten Transistors 28 ausgewählt werden kann, während der erste Tran­ sistor 25 ausgeschaltet ist, und der vierte Transistor 28 ebenfalls zu­ sammen mit dem ersten Transistor 25 ausgeschaltet werden kann, wenn die Stromstärke einen Einstellwert erreicht. Daran anschließend wird der Erregerstrom drastisch gesenkt (Hochgeschwindigkeitsdämpfung). Wenn dann der Erregerstrom auf einen vorbestimmten Wert (vorbestimmte Zeitspanne) abgesenkt ist, wird der vierte Transistor 28 eingeschaltet. Dabei wird die Verringerung des Erregerstroms langsam (Niedrigdreh­ zahl-Dämpfung). Wenn weiterhin die Stromstärke auf einen zweiten Einstellwert (eine vorbestimmte Zeitspanne ist verstrichen) absinkt, wird der erste Transistor 25 wieder eingeschaltet, um dadurch die Stromstärke zu steigern. Wenn die Stromstärke auf den Einstellwert zunimmt, erfolgt die oben erläuterte Steuerung für den ersten Transistor 25 und den vier­ ten Transistor 28. Dieser Zerhackerbetrieb wird mit einer Teilungszeit geregelt, indem man die Steuerung in mehreren Zeiträumen wiederholt.At this time, the current is fed with a constant current chopper system, and a first transistor 25 is turned off when a current reaches a set value in a driver circuit shown in FIG. 12 at a split time while the on and off state of the fourth transistor 28 is selected can be while the first transistor 25 is turned off, and the fourth transistor 28 can also be turned off together with the first transistor 25 when the current reaches a set value. The excitation current is then drastically reduced (high-speed damping). Then, when the exciting current is lowered to a predetermined value (predetermined time period), the fourth transistor 28 is turned on. The reduction of the excitation current is slow (low speed damping). Furthermore, when the current level drops to a second set value (a predetermined period of time has passed), the first transistor 25 is turned on again, thereby increasing the current level. When the current increases to the set value, the above-mentioned control for the first transistor 25 and the fourth transistor 28 takes place . This chopper operation is regulated with a division time by repeating the control in several periods.

Eine durch den oben geschilderten Steuervorgang erhaltene Stromwellen­ form ist in Fig. 3 dargestellt. Indem man diese Steuerung zu jeweiligen Teil-Zeiten wiederholt, erhält der Erregerstrom einen glatten Verlauf mit unterdrückten Verzerrungen oder Welligkeiten des Stroms, so daß es möglich wird, die Entstehung von Wärme in dem Schrittmotor 1 zu beherrschen und auch den Leistungsverlust des Schrittmotors 1 klein zu halten. Hierdurch wird eine Reduzierung des Drehmoments vermieden, und die Drehung des Rotors 7 des Schrittmotors 1 wird rund und zeigt keine Vibrationen oder Schwankungen. Das Einschalten und Ausschalten des Transistors erfolgt jeweils mit Hilfe einer in der Steuerschaltung 14 enthaltenen CPU.A current waveform obtained by the above-described control operation is shown in FIG. 3. By repeating this control at respective partial times, the excitation current has a smooth course with suppressed distortions or ripples of the current, so that it becomes possible to control the generation of heat in the stepper motor 1 and also to reduce the power loss of the stepper motor 1 small hold. This avoids a reduction in the torque, and the rotation of the rotor 7 of the stepping motor 1 becomes round and shows no vibrations or fluctuations. The transistor is switched on and off with the aid of a CPU contained in the control circuit 14 .

Als nächstes soll eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben erläuterten ersten Ausführungsform durch den Umstand, daß als Erreger­ strom eine zerhackte Stromwelle eingesetzt wird, die jeder Phase einer Mikroschrittansteuerung im unteren Drehzahlbereich zugeführt wird. Next, a second embodiment of the invention will be explained will. This second embodiment differs from that above explained first embodiment by the fact that as a pathogen current a chopped current wave is used, each phase one Microstep control in the lower speed range is supplied.  

Die Wellenformen der an das Motortreiber-IC 10 gegebenen Referenz­ spannung und die Erregerströme für die jeweiligen Spulen 8 und 9 bei einer solchen Steuerung sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4A zeigt die Referenzspannung entsprechend der ersten Spule 8A, die der Phase A und der Phase C entspricht, wobei die Referenzspannung dem Motortreiber-IC 10 zugeführt wird, Fig. 4B zeigt die Referenzspannung entsprechend der zweiten Spule 9 für die Phase B und die Phase D. Weiterhin zeigt Fig. 5A den Erregerstrom, der in die erste Spule 8 basierend auf der Referenzspannung gemäß Fig. 4A eingespeist wird, und Fig. 4B zeigt den Erregerstrom, der in die zweite Spule 9 basierend auf der in Fig. 4B dargestellten Referenzspannung eingespeist wird. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, ist es dadurch, daß man die Wellen­ form der an das Motortreiber-IC 10 gelieferten Referenzspannung zu einer zerhackten Welle mit geradlinigem Anstieg oder Abstieg formt, möglich, die Erregerströme für die erste Spule 8 und die zweite Spule 9 ebenfalls zu einer zerhackten Welle zu gestalten, die geradlinig ansteigt oder abfällt. In Fig. 6 ist außerdem graphisch als Vergrößerung von Fig. SC die Summe aus den jeweiligen Erregerströmen für die erste Spule 8 und die zweite Spule 9 dargestellt. Wie aus diesen Diagrammen ersicht­ lich ist, wird der Summenstrom aus den Erregerströmen für die erste Spule 8 und die zweite Spule 9 konstant. In anderen Worten: es wird keine Stromsummenwelligkeit erzeugt.The waveforms of the reference voltage given to the motor driver IC 10 and the excitation currents for the respective coils 8 and 9 in such a control are shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 4A shows the reference voltage corresponding to the first coil 8 A, which corresponds to phase A and phase C, the reference voltage being supplied to the motor driver IC 10 , FIG. 4B shows the reference voltage corresponding to the second coil 9 for phase B and phase D. Furthermore, FIG. 5A shows the excitation current that is fed into the first coil 8 based on the reference voltage according to FIG. 4A, and FIG. 4B shows the excitation current that flows into the second coil 9 based on that in FIG. 4B shown reference voltage is fed. As can be seen from these figures, by shaping the wave form of the reference voltage supplied to the motor driver IC 10 into a chopped wave with a straight rise or descent, it is possible to excite the currents for the first coil 8 and the second coil 9 also to make a chopped wave that rises or falls in a straight line. In FIG. 6, the sum of the respective excitation currents for the first coil 8 and the second coil 9 is also shown graphically as an enlargement of FIG. SC. As can be seen from these diagrams, the total current from the excitation currents for the first coil 8 and the second coil 9 becomes constant. In other words, no current ripple is generated.

Weil dementsprechend auch keine Drehmomentwelligkeit oder keine Drehmomentschwankungen entstehen, läßt sich das Vibrieren des Schrittmotors 1 noch wirksamer beherrschen.Accordingly, because there is no torque ripple or torque fluctuations, the vibration of the stepping motor 1 can be controlled even more effectively.

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 7 und 8 vorgestellt.Next, a third embodiment of the invention will be presented with reference to FIGS. 7 and 8.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Vorstrom eingespeist, wenn der Erregerstrom in einer Mikroschrittansteuerung gemäß der oben beschrie­ benen zweiten Ausführungsform an die erste Spule 8 und die zweite Spule 9 gegeben wird. Anlegen einer Vorspannung bzw. Einspeisen eines Vorstroms bedeutet, daß der Nulldurchgangspunkt der Spannung zur Plusseite oder zur Minusseite hin versetzt wird, indem man eine Gleichspannung auf die Wechselspannung gibt, bzw. daß der Nulldurch­ gangspunkt des Stroms in Richtung Plus- oder Minusseite verlagert wird, indem ein Gleichstrom auf einen Wechselstrom gegeben wird, um einen vorbestimmten Betriebspunkt einzustellen.In this embodiment, a bias current is fed in when the excitation current is supplied to the first coil 8 and the second coil 9 in a microstep control according to the second embodiment described above. Applying a bias voltage or feeding a bias current means that the zero crossing point of the voltage is shifted to the plus side or to the minus side by applying a direct voltage to the alternating voltage, or that the zero crossing point of the current is shifted towards the plus or minus side, by applying a direct current to an alternating current to set a predetermined operating point.

Es sei angenommen, daß zum Beaufschlagen des Erregerstroms mit einem Vorstrom auf die Referenzspannung für das Motortreiber-IC 10 eine Referenzspannung aufgebracht wird, wie dies in Fig. 7 darstellt ist.It is assumed that a reference voltage is applied to the excitation current with a bias current on the reference voltage for the motor driver IC 10 , as shown in Fig. 7.

Fig. 7A und 7B zeigen Referenzspannungs-Wellenformen des Motortrei­ ber-IC 10 entsprechend der ersten Spule 8 und der zweiten Spule 9, und sie zeigen außerdem, daß auf die in Fig. 2 gezeigte Referenzspannung eine Vorspannung aufgebracht ist. Damit ist gemäß Fig. 8A und 8B auch ein Vorstrom für die Erregerströme gegeben, die in die erste Spule 8 und die zweite Spule 9 eingespeist werden, und wenn diese Erreger­ ströme summiert werden, wird die Stromsumme konstant, ohne daß eine Stromsummenwelligkeit entsteht, wie aus Fig. 8C hervorgeht. FIGS. 7A and 7B show waveforms of the reference voltage Motortrei over IC 10 according to the first coil 8 and the second coil 9, and in addition, they show that a bias voltage is applied to the embodiment shown in Fig. 2 the reference voltage. Thus, according to FIG. 8A and 8B, where a bias current for the exciter currents flowing in the first coil 8 and the second coil are fed 9, and if this exciting currents are summed, the sum current is constant without a Stromsummenwelligkeit arises, as apparent from Fig. 8C.

Wenn also der Erregerstrom mit Vorstrom aufgebracht wird, verbessert sich der Vibrationspegel des Schrittmotors 1, und man erzielt eine ver­ besserte und stabilisierte Drehsteuerung.So if the excitation current is applied with bias current, the vibration level of the stepper motor 1 improves, and you achieve a ver improved and stabilized rotation control.

Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in zahlreicher Weise modifiziert werden, je nach dem, wie es die Umstände erfordern.The invention is not based on the exemplary embodiments explained above limited, but can be modified in numerous ways, depending according to the circumstances.

Das Mikroschritt-Ansteuern wird z. B. so gesteuert, daß sie während der Zeit der Drehung mit niedriger Drehzahl erfolgt. Allerdings läßt sich auch bei Drehung mit hoher Drehzahl ein beträchtlicher Effekt bei der Vibrations-Vermeidung und dergleichen in dem Beschleunigungsbereich erzielen, wenn die Mikroschrittansteuerung in dem oben erläuterten Konstantstrom-Zerhackersystem eingesetzt wird. The microstep control is e.g. B. controlled so that during the Time of rotation at low speed is done. However, a considerable effect when turning at high speed Vibration avoidance and the like in the acceleration range achieve if the microstep drive in the above Constant current chopper system is used.  

Ein ähnlicher Effekt wird nicht nur in einem System mit 2-2-Phasen-Erregung erreicht, sondern auch im Fall einer 1-2-Phasen-Erregung.A similar effect is not only seen in a system with 2-2 phase excitation achieved, but also in the case of a 1-2-phase excitation.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, läßt sich ein hervorragen­ der Verbesserungseinfluß für die Vibration beim Mikroschritt-Ansteuern erreichen, ohne daß hierzu eine komplexe Steuerschaltung erforderlich wäre.As can be seen from the above description, one can stand out the influence of improvement for the vibration in microstep control achieve without requiring a complex control circuit would.

Claims (4)

1. Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors, bei dem ein Stator (6) mit mehreren mit Spulen (8, 9) bewickelten Phasen um einen Rotor (7) herum angeordnet ist, wobei eine elektromagnetische Anzie­ hungs- oder Abstoßungskraft zwischen Stator und Rotor erzeugt wird, indem in die Spulen (8, 9) ein Erregerstrom eingespeist wird, und die elektromagnetische Kraft durch sukzessives Umschalten der Erregerströme für die jeweiligen Phasen umgeschaltet wird, um dadurch den Rotor zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom im Niederfrequenz- Beschleunigungs/Verzögerungs-Bereich während der Drehung des Motors mit niedriger Drehzahl und während der Zeit der Drehung mit hoher Drehzahl des Motors mittels Mikroschritt-Ansteuerung gesteuert wird.1. A method for driving a stepper motor, in which a stator ( 6 ) with a plurality of phases wound with coils ( 8 , 9 ) is arranged around a rotor ( 7 ), an electromagnetic attraction or repulsion force being generated between the stator and the rotor , in that an excitation current is fed into the coils ( 8 , 9 ), and the electromagnetic force is switched over by successively switching over the excitation currents for the respective phases, thereby rotating the rotor, characterized in that the excitation current in the low-frequency acceleration / deceleration -The range during the rotation of the motor at low speed and during the time of rotation at high speed of the motor is controlled by means of microstep control. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerung mittels eines normalen Erregungssystems im Hochfrequenz-Beschleunigungs/Ver­ zögerungs-Bereich und im Bereich konstanter Drehzahl erfolgt, wenn der Motor mit hoher Drehzahl dreht.2. The method according to claim 1, wherein the control by means of a normal excitation system in high frequency acceleration / ver deceleration range and in the constant speed range, when the engine is rotating at high speed. 3. Verfahren zum Treiben eines Schrittmotors, bei dem ein Stator (6) mit mehreren mit Spulen (8, 9) bewickelten Phasen um einen Rotor (7) herum angeordnet ist, wobei eine elektromagnetische Anzie­ hungs- oder Abstoßungskraft zwischen Stator und Rotor erzeugt wird, indem in die Spulen (8, 9) ein Erregerstrom eingespeist wird, und die elektromagnetische Kraft durch sukzessives Umschalten der Erregerströme für die jeweiligen Phasen umgeschaltet wird, um dadurch den Rotor zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Erregerstroms mit Mikroschrittansteuerung erfolgt, und daß während der Zeit der Drehung des Motors mit niedriger Drehzahl der Erregerstrom als zerhackte Stromwelle gebildet wird.3. Method for driving a stepper motor, in which a stator ( 6 ) with a plurality of phases wound with coils ( 8 , 9 ) is arranged around a rotor ( 7 ), an electromagnetic attraction or repulsion force being generated between the stator and the rotor by feeding an excitation current into the coils ( 8 , 9 ) and switching the electromagnetic force by successively switching over the excitation currents for the respective phases, thereby rotating the rotor, characterized in that the excitation current is controlled with microstep control, and that during the time of rotation of the motor at low speed, the exciting current is formed as a chopped current wave. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Erregerstrom dem Motor mit einem Vorstrom zugeführt wird.4. The method of claim 3, wherein the excitation current to the motor is supplied with a bias current.
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