JP2000125596A - ステッピングモータの偏差検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステッピングモータの駆動指令信号に基づく
可動コアの位置と実際の可動コアの位置との偏差を検出
する。 【解決手段】 信号回路１４からモータドライバー回路
１５に送られる指令信号に基づいてステッピングモータ
１０のステータコア１１には駆動信号が送られる。ステ
ッピングモータ１０の可動コア１３の実際の移動量はエ
ンコーダ１６によって検出される。モータドライバー回
路１５からの信号とエンコーダ１６からの信号に基づく
指令信号による可動コア１３の移動量と実際に可動コア
１３が移動する量との偏差は偏差演算回路１７により演
算され、偏差量は偏差表示部１８に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステッピングモータ
により被駆動部材を駆動する場合における駆動指令信号
と可動コアとの偏差を検出する偏差検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被駆動部材を回転移動したり、直線移動
するために、ステッピングモータが使用されることがあ
り、ステッピングモータはステップモータ、パルスモー
タなどとも言われている。被駆動部材を回転移動するた
めのステッピングモータは、ステータコアのコイルに対
する入力パルス信号により励磁の状態が変化するごとに
一定の角度だけ可動コアを進め、励磁の状態が変化しな
ければ可動コアを一定の位置に保持して静止させること
になる。

【０００３】被駆動部材を回転移動させる回転形のステ
ッピングモータとしては、ＶＲ(Variable Reluctance)
形、ＰＭ(Permanent Magnet)形およびＨＢ(Hybird)形な
どがあり、被駆動部材を直線移動させるリニア形にも、
ＶＲ形とＰＭ形がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ステータコアを励磁さ
せて可動コアに角度変位を生じさせるときの最大トル
ク、つまり励磁時最大静止トルクはモータの容量などの
種々の要素によって相違することになる。

【０００５】ステッピングモータを用いて被駆動部材を
駆動する場合に、被駆動部材の負荷が前記最大トルクよ
りも大きいと、指令信号をステータコアに加えても、可
動コアを一定の角度進めることができずに、脱調現象が
発生することになる。また、ステッピングモータを用い
て被駆動部材を駆動していた状態から被駆動部材の移動
を停止する場合に、被駆動部材の慣性力が前記最大トル
クよりも大きければ、同様に脱調現象が発生することに
なる。

【０００６】特定のステッピングモータを用いて被駆動
部材を駆動する場合に、被駆動部材の負荷が変化するこ
とがあり、その場合に脱調を起こす程度の負荷であるか
否かを検出することができれば、モータによる駆動状態
を知ることができる。

【０００７】モータにより被駆動部材を駆動する駆動す
る場合に、脱調を起こさないようにするには、予想され
る負荷に対して十分な容量を持ったモータを使用すれば
良いが、コストなどの関係から負荷に最適なモータを使
用することできれば、ステッピングモータのトルクを最
大限に引き出すことができる。そのためには、どの程度
の容量を有するモータを使用すれば良いか否かを実際に
検出することができれば、モータの容量の選定を容易に
行うことができる。

【０００８】本発明の目的は、ステッピングモータの駆
動指令信号に基づく可動コアの位置と実際の可動コアの
位置との偏差を検出し得るようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のステッピングモ
ータの偏差検出装置は、指令信号に基づいてステッピン
グモータのステータコアに駆動信号を送るモータドライ
バー回路と、ステッピングモータの可動コアに連結され
て前記可動コアの実際の移動量を検出するエンコーダ
と、前記モータドライバー回路からの信号と前記エンコ
ーダからの信号に基づいて前記指令信号による前記可動
コアの移動量と実際の前記可動コアの移動量との偏差を
演算する偏差演算回路と、前記偏差演算回路からの出力
信号によって偏差を表示する偏差表示部とを有すること
を特徴とする。前記可動コアは回転運動するロータリコ
アであり、前記エンコーダは前記ロータリコアの回転角
度を検出するロータリエンコーダとしても良く、可動コ
アをステータコアにより直線移動させるようにし、リニ
アエンコーダにより可動コアの移動量を検出するように
しても良い。

【００１０】本発明にあっては、指令信号による可動コ
アを移動させる量と、実際に可動コアが移動した量との
偏差が表示部に表示されるので、表示部を観察すること
によって、ステッピングモータに加わる負荷の状態を容
易に検出することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明のステッピングモータの偏差
検出装置の基本構造を示す回路図であり、ステッピング
モータ１０はコイルを有するステータコア１１と、回転
自在のモータシャフト１２に固定された可動コアとして
のロータコア１３とを有している。ロータコア１３の回
転方向と回転速度を設定する指令信号は、信号回路１４
から出力されるようになっている。この信号回路１４か
らの指令信号は、モータドライバー回路１５に送られ、
このモータドライバー回路１５からロータコア１３のコ
イルに対して駆動信号が出力される。

【００１３】ロータコア１３にはこれの実際の移動角度
を検出するために、ロータリエンコーダ１６が取り付け
られており、このロータリエンコーダ１６の出力信号
と、モータドライバー回路１５にロータコア１３に対し
て送られる駆動信号はそれぞれ偏差演算回路１７に送ら
れるようになっている。この偏差演算回路１７によっ
て、ロータコア１３に送られる駆動信号と、実際のロー
タコア１３の移動角度との偏差が求められる。

【００１４】この偏差演算回路１７からの出力信号は、
偏差表示部１８に送られて実際の移動角度と、信号回路
１４により指令された移動角度との偏差が表示される。

【００１５】図２はステッピングモータ１０の角度偏差
−トルク特性を示す線図であり、モータを励磁して、ロ
ータコア１３のモータシャフト１２に外部からトルクを
正転方向と逆転方向とに加えたときにおけるモータシャ
フト１２の角度偏差とトルクとの関係を示す。このよう
に、角度偏差とトルクとの関係は、図２に示すように、
正弦波に近い波形となり、正転方向と逆転方向において
偏差が０である安定点Ｓから、励磁時の最大静止トルク
Ｔ_M となるまでは偏差が大きくなると安定点に引き戻す
トルクは大きくなるが、それよりも偏差が大きくなると
引き戻すトルクは小さくなり、不安定点Ｕにおいて引き
戻すトルクは０となる。図２に示された１サイクルの角
度Ｄ_P はステッピングモータ１０のロータコア１３に設
けられた歯の１ピッチ分に相当し、不安定点Ｕを過ぎる
偏差が発生すると、ステッピングモータは脱調を起こす
ことになる。

【００１６】安定点Ｓを中心に所定の角度の範囲を安定
領域Ａとし、この安定領域Ａを超えて最大トルクＴ_M と
なるあたりの範囲までを通常動作領域Ｂとし、これを超
える範囲を過負荷領域Ｃと設定した。したがって、安定
的にステッピングモータ１０を作動させるには、偏差が
安定領域Ａと通常動作領域Ｂの範囲内で作動させること
が好ましい。

【００１７】ロータリエンコーダ１６は１ピッチＤ_P の
１／１６の分解能を有しており、安定点Ｓを中心に正逆
両方向に１／１６Ｄ_P の範囲が安定領域Ａとし、これを
超える両方向に４／１６Ｄ_P の範囲を通常動作範囲Ｂと
した。

【００１８】図３はステータコア１１に供給されるステ
ップＮ_S が０番から２番までの励磁角度と、ロータリエ
ンコーダ１６から４ビットの信号を出力するようにした
場合におけるロータリエンコーダのカウンタ値Ｃ_e との
関係を示す線図である。

【００１９】図４は４ビットで表した角度偏差Ｄ_d （Ｃ
_e −Ｎ_S ）をステータコア１１に供給される各ステップ
番号について示した示した表であり、モータドライバー
１５からのステップ番号の信号に基づいて、偏差演算部
１７において角度偏差Ｄ_d を演算することによって、偏
差が求められる。

【００２０】図３および図４により示されるように、Ｎ
_S が０番のときには、Ｃ_e ＝０のときに偏差トルクＴ＝
０、つまり安定となり、偏差トルクＴはＣ_e が０から離
れるにつれて安定状態に引き戻す方向に大きくなり、Ｃ
_e ＝４を超えると小さくなっていく。Ｎ_S ＝１のときに
は、Ｃ_e ＝１のときにＴ＝０となり、Ｎ＝２のときには
Ｃ_e ＝２のときにＴ＝０となる。このように、各ステッ
プ番号の変化に対するトルクの大きさと距離は、角度偏
差によって求められる。

【００２１】求められた偏差を表示する表示部の一例を
示すと、図６の通りであり、ステッピングモータ１０の
角度偏差−トルク特性に対応させて正弦波の形状にそれ
ぞれＬＥＤからなる１６個の表示灯を表示パネル２１に
配置している。安定領域を示す３つの表示灯と、通常動
作領域を示す６つの表示灯と、過負荷領域を示す８つの
表示灯とでは、相互に色彩を相違させている。たとえ
ば、安定領域を緑色とし、通常動作領域を黄色とし、過
負荷領域を赤色などにすることにより、作業者は色彩に
よってステッピングモータに加わっている負荷の状態を
検出することができる。

【００２２】図５は表示部の他の例を示す図であり、こ
の場合には、円の形状にそれぞれＬＥＤからなる１６個
の表示灯を表示パネル２２に配置しており、それぞれの
表示灯は前述した場合のように、負荷の状態によって色
彩が相違している。

【００２３】図６はさらに他の表示部の例を示す図であ
り、この場合には、直線方向にそれぞれＬＥＤからなる
１６個の表示灯を表示パネル２３に配置している。

【００２４】このような偏差検出装置を使用すると、ス
テッピングモータ１０を使用してボールねじあるいはタ
イミングベルトを介して直線往復動する部材を被駆動部
材してこれを移動する場合に、どの程度の容量のステッ
ピングモータ１０を使用すれば、ステッピングモータの
最大トルクを最大限に利用することができるかを試験す
ることができる。その場合には、表示パネルの表示灯を
観察して、安定領域あるいは通常動作領域の範囲でステ
ッピングモータ１０が作動する場合には、そのステッピ
ングモータ１０は使用に適していると判断される。過負
荷領域となる場合には、より容量の大きいステッピング
モータが選定される。

【００２５】一方、ステッピングモータ１０が組み込ま
れた駆動装置において、被駆動部材が駆動されていると
きに、表示パネルの表示灯を観察することにより、ステ
ッピングモータ１０に適正な負荷が加わっているか、過
負荷が加わっているかを容易に識別することができる。

【００２６】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００２７】たとえば、図示するステッピングモータは
ロータコア１３とステータコア１１とを有し、モータシ
ャフト１２を回転するタイプであるが、主要な磁路を形
成するステータコアと、磁界を作るコイルおよび永久磁
石と主要な磁路を形成するコアつまり可動コアとを有す
るリニア形のステッピングモータを用いて被駆動部材を
直線移動する場合にも、本発明を適用することが可能で
ある。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、指令信号による可動コ
アを移動させる量と、実際に可動コアが移動した量との
偏差が表示部に表示されるので、ステッピングモータに
加わる負荷に基づく偏差量を容易に観察することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるステッピングモー
タの偏差検出装置の基本構造を示す回路図である。

【図２】ステッピングモータの角度偏差とトルクとの特
性を示す線図である。

【図３】複数のステップ信号とロータリエンコーダのカ
ウント値との関係を示す線図である。

【図４】角度偏差とステップ番号との関係を示す表であ
る。

【図５】表示部の一例を示す正面図である。

【図６】表示部の他の例を示す正面図である。

【図７】表示部のさらに他の例を示す正面図である。

【符号の説明】

１０ ステッピングモータ １１ ステータコア １２ モータシャフト １３ ロータコア（可動コア） １４ 信号回路 １５ モータドライバー回路 １６ ロータリエンコーダ １７ 偏差演算回路 １８ 偏差表示部 ２１〜２３ 表示パネル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指令信号に基づいてステッピングモータ
   のステータコアに駆動信号を送るモータドライバー回路
   と、 ステッピングモータの可動コアに連結されて前記可動コ
   アの実際の移動量を検出するエンコーダと、 前記モータドライバー回路からの信号と前記エンコーダ
   からの信号に基づいて前記指令信号による前記可動コア
   の移動量と実際の前記可動コアの移動量との偏差を演算
   する偏差演算回路と、 前記偏差演算回路からの出力信号によって偏差を表示す
   る偏差表示部とを有することを特徴とするステッピング
   モータの偏差検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のステッピングモータの偏
   差検出装置において、前記可動コアは回転運動するロー
   タリコアであり、前記エンコーダは前記ロータリコアの
   回転角度を検出するロータリエンコーダであることを特
   徴とするステツピングモータの偏差検出装置。