JP2002084792A - Stepping motor drive method - Google Patents
Stepping motor drive methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】複数の巻線組を有するステッピングモータの各
巻線組を歩進パルスに応じて所定の手順で励磁駆動する
ステッピングモータ駆動方法において、駆動トルクを一
定にするために、複雑となり、コスト高となる複電圧電
源を用いない構成とする。
【構成】 ハイサイド側スイッチ素子およびローサイド
側スイッチ素子に、励磁ステップ切換とともに電流制御
機能をも持たせる。すなわち、モータの各巻線電流を正
弦波状に変化させるように給電点の給電状態を変化さ
せ、かつ電気角で最大1フルステップを超えて離れた2種
以上の給電状態を繰返し、その給電状態は歩進パルスに
応じて変化する構成とする。
(57) [Summary] In a stepping motor driving method in which each winding set of a stepping motor having a plurality of winding sets is excited in a predetermined procedure according to a stepping pulse, in order to keep a driving torque constant. The configuration does not use a complicated and costly multi-voltage power supply. A high-side switch element and a low-side switch element have a current control function as well as an excitation step switching. That is, the power supply state of the power supply point is changed so that each winding current of the motor changes in a sinusoidal manner, and two or more power supply states separated by more than one full step in electrical angle are repeated. The configuration changes in accordance with the stepping pulse.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータ駆
動におけるトルク制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque control method for driving a stepping motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】5相ステッピングモータ駆動におけるト
ルク制御は、駆動電流制御により行なわれ、従来では駆
動電流の制御は、モータの電源電圧を変換することによ
り以下に説明するような方法で行なわれる。2. Description of the Related Art Torque control in driving a five-phase stepping motor is performed by drive current control. Conventionally, drive current control is performed by converting a power supply voltage of a motor in the following manner.
【0003】図11に、5相ステッピングモータ駆動回路の従
来例を示す。電流制御部1の構成要素であるスイッチ素
子QlはP型FET(電界効果トランジスタ)であり、ステッ
ピングモータ6への駆動励磁電流を供給するハイサイド
側スイッチ素子Pl〜P5はP型FETであり、ローサイド側ス
イッチ素子Nl〜N5はN型FETである。FIG. 11 shows a conventional example of a five-phase stepping motor drive circuit. The switching element Ql, which is a component of the current control unit 1, is a P-type FET (field effect transistor), and the high-side switching elements Pl to P5 that supply a drive excitation current to the stepping motor 6 are P-type FETs. The low-side switch elements N1 to N5 are N-type FETs.
【0004】モータ電源Vmの+側はスイッチ素子Qlのソース
に接続され、一側は接地されている。スイッチ素子Qlの
ゲートには電流制御信号生成部11の出力である信号SQl
が接続され、ドレインはコイルLlの一方端に接続されて
いる。コイルLlの他端にはコンデンサーClが接続され、
コンデンサーC1の他端はスイッチ素子Nl〜5のソースに
接続されている。コンデンサーClの+側にはスイッチ素
子Pl〜P5のソースヘ共通に接続されている。コンデンサ
ーClの一側はスイッチ素子Nl〜N5のソースヘ共通に接続
されている。コンデンサーClの両端電圧をVClとする。
スイッチ素子Pl〜P5各々のドレインはスイッチ素子Nl〜
N5各々のドレインに接続されるとともに、ステッピング
モータの給電点ア〜オヘ接続されている。[0004] The + side of the motor power supply Vm is connected to the source of the switch element Ql, and one side is grounded. A signal SQl which is an output of the current control signal generator 11 is provided at the gate of the switch element Ql.
And the drain is connected to one end of the coil Ll. A capacitor Cl is connected to the other end of the coil Ll,
The other end of the capacitor C1 is connected to the sources of the switching elements N1 to N5. The + side of the condenser Cl is commonly connected to the sources of the switch elements P1 to P5. One side of the condenser Cl is commonly connected to the sources of the switch elements N1 to N5. The voltage between both ends of the condenser Cl is defined as VCl.
The drains of the switch elements Pl to P5 are connected to the switch elements Nl to
N5 are connected to the respective drains, and are connected to the power supply points A to O of the stepping motor.
【0005】ステッピングモータ6は5組の励磁巻線A、B、
C、D、Eを有し、ステータでの配列は、A→B→C→D→E→
Aの順に環状に並び、巻線A〜Eは以下のように環状結線
している。巻線Dの一端と巻線Aの一端を結線して給電点
アとする。巻線Aの他端と巻線Cの一端を結線して給電点
イとする。巻線Cの他端と巻線Eの一端を結線して給電点
ウとする。巻線Eの他端と巻線Bの一端を結線して給電点
エとする。巻線Bの他端と巻線Dの他端を結線して給電点
オとする。[0005] The stepping motor 6 has five sets of excitation windings A, B,
It has C, D, and E, and the arrangement on the stator is A → B → C → D → E →
The windings A to E are annularly connected as shown below in the order of A. One end of the winding D and one end of the winding A are connected to form a feeding point A. The other end of the winding A and one end of the winding C are connected to form a feeding point A. The other end of the winding C and one end of the winding E are connected to form a feeding point c. The other end of the winding E and one end of the winding B are connected to form a feeding point d. The other end of the winding B and the other end of the winding D are connected to form a feeding point e.
【0006】給電点アはスイッチ素子PlおよびNlのドレイン
に接続され、同様に給電点イ〜オは各々スイッチ素子P2
〜P5およびN2〜N5のドレインにそれぞれ接続されてい
る。スイッチ素子Nl〜N5のソースは共通に抵抗R1の一
方端に接続されるとともに電流制御信号生成部11へ入力
されている。抵抗R1の他端は接地されている。抵抗R1
に流れる電流をiとし、その時の両端電圧をVR1とす
る。電流制御信号生成部11には電圧Vrefが入力されてい
る。[0006] The feeding point A is connected to the drains of the switching elements Pl and Nl.
To P5 and the drains of N2 to N5. The sources of the switch elements N1 to N5 are commonly connected to one end of the resistor R1 and are input to the current control signal generator 11. The other end of the resistor R1 is grounded. Resistance R1
Is the current flowing through i, and the voltage at both ends is VR1. The voltage Vref is input to the current control signal generator 11.
【0007】励磁信号生成部2には信号DIR、信号MCLKが入力
されている。励磁信号生成部2から信号SP10〜50が出力
され、電圧変換部3を経て各々信号SPl〜5としてスイッ
チ素子Pl〜5各々のゲートに接続されている。電圧変換
部3にはコンデンサーClの+側電圧が入力されている。
励磁信号生成部2から信号SNl〜5が出力されスイッチ素
子Nl〜5各々のゲートに接続されている。[0007] The excitation signal generator 2 receives a signal DIR and a signal MCLK. The signals SP10 to SP50 are output from the excitation signal generation unit 2, and are connected to the gates of the switch elements P1 to P5 via the voltage conversion unit 3 as signals SP1 to SP5, respectively. The voltage converter 3 receives the positive voltage of the capacitor Cl.
The signals SN1 to SN5 are output from the excitation signal generating unit 2 and connected to the gates of the switch elements N1 to N5.
【0008】[電流制御動作]電流制御信号生成部11には、
モータ駆動総和電流iの制御目標値に相当する電圧Vref
が入力され、その値は所望トルクに応じて設定する。励
磁信号生成部2により前記スイッチ素子Pl〜P5およびNl
〜N5が給電点ア〜オに所定の順序で電圧を与え、これに
よりモータ巻線に電流が流れ、その総和電流iが抵抗Rl
の両端に電圧VRlを生じる。このVRlと前記Vrefを電流制
御信号生成部11で比較し、その結果に基づき信号SQlを
生成する。信号SQlにより、スイッチ素子Qlのソースと
ドレインがオン(導通)状態とオフ(遮断)状態を繰り
返し、モータ駆動電源VmからコイルL1への供給電流が
調整される。[0008] [Current control operation] The current control signal generation unit 11
Voltage Vref corresponding to control target value of motor drive total current i
Is input, and the value is set according to the desired torque. The switching elements Pl to P5 and Nl are generated by the excitation signal generation unit 2.
N5 apply a voltage to the feeding points A to O in a predetermined order, whereby a current flows through the motor winding, and the total current i is the resistance Rl
To generate a voltage VRl. The VRl and the Vref are compared by the current control signal generator 11, and a signal SQl is generated based on the result. The signal SQl causes the source and drain of the switch element Ql to repeat the ON (conducting) state and the OFF (cutoff) state, thereby adjusting the current supplied from the motor drive power supply Vm to the coil L1.
【0009】総和電流iが目標電流より小さい場合VRl<Vref
となり、信号SQlは、スイッチ素子Qlのオン期間が長く
なるよう変更され、その結果VClが上昇し総和電流iが増
す。総和電流iが目標電流より大きい場合VRl>Vrefとな
り、信号SQlは、スイッチ素子Qlのオン期間が短くなる
よう変更され、その結果VClが下降し総和電流iが減る。
このようにして、VCl即ちモータにかかる電圧を変えて
総和電流iすなわち駆動電流を目標値へ制御する。When the total current i is smaller than the target current, VRl <Vref
The signal SQl is changed so that the ON period of the switch element Ql is lengthened, and as a result, VCl increases and the total current i increases. When the total current i is larger than the target current, VRl> Vref, and the signal SQl is changed so that the ON period of the switching element Ql is shortened. As a result, VCl falls and the total current i decreases.
In this way, the total current i, ie, the drive current, is controlled to the target value by changing VCl, ie, the voltage applied to the motor.
【0010】[回転駆動動作]励磁信号生成部2には、ステ
ッピングモータ6を回転駆動するための制御信号とし
て、回転方向を定める信号DIR、回転速度を定める信号M
CLKが入力される。励磁信号生成部2では、この2つの信
号を元に制御信号SP10〜50(SPl〜5)およびSNl〜5を生
成し、それらによってスイッチ素子群Pl〜5およびNl〜5
を所定の手順で動作させ巻線を励磁し、ロータ(図示せ
ず)を信号DIRに応じた回転方向へ、信号MCLKに応じた
速度で回転駆動する。[Rotary driving operation] The excitation signal generating unit 2 includes a signal DIR for determining a rotational direction and a signal M for determining a rotational speed as control signals for rotationally driving the stepping motor 6.
CLK is input. The excitation signal generation unit 2 generates control signals SP10 to 50 (SPl to 5) and SNl to 5 based on these two signals, and by using them, the switch element groups Pl to 5 and Nl to 5
Are operated in a predetermined procedure to excite the winding, and a rotor (not shown) is rotationally driven in a rotational direction according to the signal DIR at a speed according to the signal MCLK.
【0011】給電点ア〜オの各々は、ハイサイド側スイッチ
素子Pl〜5によりコンデンサーClの+側とのオン(導
通)・オフ(遮断)が行なわれ、ローサイド側スイッチ
素子Nl〜5によりコンデンサーClの−側とのオン・オフ
が行なわれる。Each of the feeding points A to O is turned on (conducted) and turned off (cut off) with the + side of the capacitor Cl by the high-side switching elements P1 to P5, and the capacitors are turned on and off by the low-side switching elements N1 to N5. On / off with the minus side of Cl is performed.
【0012】スイッチ素子Pl〜5のP型FETの動作は、本例で
は説明の都合上以下のような単純動作とする。ゲート電
圧がソース電圧より「充分」低ければ、ソース・ドレイ
ン間はオン状態になる。ゲート電圧とソース電圧の差が
なければ、ソース・ドレイン間はオフ状態になる。ただ
し、前記電流制御によりソース電圧すなわち「VCl+VR
l」は変化するので、励磁信号生成部2の出力信号PSPl〜
PSP5を元に生成された電圧変換部3の出力信号SPl〜SP5
の電圧は「VCl+VRl」を基準にして変換し、本例ではオ
ン時は「(VCl+VRl)−10ボルト」とし、オフ時は「VC
l+VRl」とする。In this embodiment, the operation of the P-type FETs of the switch elements P1 to P5 is a simple operation as described below for convenience of explanation. If the gate voltage is "sufficiently" lower than the source voltage, the source-drain is turned on. If there is no difference between the gate voltage and the source voltage, the source and the drain are turned off. However, the source voltage, that is, "VCl + VR"
l ”changes, the output signals PSPl to
The output signals SPl to SP5 of the voltage conversion unit 3 generated based on PSP5
Is converted with reference to “VCl + VRl”. In this example, the voltage is “(VCl + VRl) −10 volts” when on, and “VC” when off.
l + VRl ".
【0013】スイッチ素子Nl〜5のN型FETは、同様に以下の
ように動作するものとする。ゲート電圧がソース電圧よ
り「充分」高ければ、ソース・ドレイン間はオン状態に
なる。ゲート電圧とソース電圧の差がなければ、ソース
・ドレイン間はオフ状態になる。抵抗Rlの両端電圧VRl
はVClに比し充分小さく無視できるので、励磁信号生成
部2の出力信号SNl〜SN5は、本例ではオン時は10ボルト
とし、オフ時は0ボルトとする。The N-type FETs of the switch elements N1 to N5 similarly operate as follows. If the gate voltage is "sufficiently" higher than the source voltage, the source-drain is turned on. If there is no difference between the gate voltage and the source voltage, the source and the drain are turned off. Voltage VRl across resistor Rl
Is sufficiently smaller than VCl and can be neglected. Therefore, the output signals SN1 to SN5 of the excitation signal generator 2 are set to 10 volts when on and 0 volt when off in this example.
【0014】[励磁駆動動作]図12に、前記5相ステッピング
モータの4相励磁駆動を示す。給電点ア〜オを図12の5角
形の頂点で示し、その通電状態を以下の記号で示す。ハ
イサイド側スイッチ素子Pl〜5がオン、ローサイド側ス
イッチ素子Nl〜5がオフで、コンデンサーClの+側へ接
続され電圧としてほぼVClが与えられる場合に○を付
す。スイッチ素子Pl〜5がオフ、スイッチ素子Nl〜5がオ
ンで、コンデンサーClの−側へ接続され電圧としてほぼ
ゼロボルトが与えられる場合に●を付す。電流の向き
は、図示右回り(時計周り)を正とする。[Excitation Drive Operation] FIG. 12 shows a four-phase excitation drive of the five-phase stepping motor. The feeding points A to A are indicated by vertices of a pentagon in FIG. 12, and the energized state is indicated by the following symbols. When the high-side switch elements Pl to P5 are on and the low-side switch elements Nl to N5 are off and are connected to the positive side of the capacitor Cl and almost VCl is given as a voltage, a circle is given. When the switch elements P1 to P5 are off and the switch elements N1 to N5 are on and connected to the minus side of the capacitor Cl and substantially zero volt is given as a voltage, ● is given. The direction of the current is positive in the clockwise direction in the figure (clockwise).
【0015】励磁ステップは信号MCLKに同期して進む。信号
DIRは回転方向を定める信号で、例えば、信号DIRが"H"
では、信号MCLKの立ち上りに同期して励磁ステップが
(1)(2)(3)…(10)(1)…と進む。信号DIRが“L"
では(1)(10)(9)…(1)(10)…と進み、"H"の場
合と回転方向が逆となるが、両者は励磁進段方向が異な
るだけで各励磁ステップの給電状態は同一なので、以下
は“H”の場合のみ説明する。[0015] The excitation step proceeds in synchronization with the signal MCLK. signal
DIR is a signal that determines the direction of rotation. For example, when the signal DIR is "H"
, The excitation step proceeds in the order of (1) (2) (3)... (10) (1). Signal DIR is “L”
Then (1) (10) (9) ... (1) (10) ..., the direction of rotation is opposite to the case of "H", but both differ only in the direction of the excitation step, and power is supplied at each excitation step. Since the states are the same, only the case of "H" will be described below.
【0016】励磁ステップ(1)では、 (1a)給電点ア・イ・オが+側に接続され、給電点ウ・
エが−側に接続された状態 (1b)給電点アが+側に接続され、給電点イ・ウ・エ・
オが−側に接続された状態 が交互に時間的に50%ずつの割合で、信号MCLKの周期に
比し充分短い周期で繰返される。In the excitation step (1), (1a) the feed point A / I / O is connected to the + side,
(1b) Feeding point a is connected to the + side, and feeding point a, u, d
The state in which the o is connected to the-side is alternately repeated at a rate of 50% in time and sufficiently short in comparison with the cycle of the signal MCLK.
【0017】信号MCLKの立ち上りに同期して励磁ステップが
(2)に進むと、 (2a)給電点ア・イ・ウ・オが+側に接続され、給電点
エが一側に接続された状態 (2b)給電点ア・イが+側に接続され、給電点ウ・エ・
オが−側に接続された状態 が交互に時間的に50%ずつの割合で、信号MCLKの周期に
比し充分に短い周期で繰返される。以下、同様にして励
磁ステップ(10)まで進み再びステップ(1)に戻る。When the excitation step proceeds to (2) in synchronization with the rise of the signal MCLK, (2a) the feeding point A / I / O is connected to the + side, and the feeding point D is connected to one side. State (2b) The feed points A and A are connected to the + side, and the feed points U and D
The state in which the o is connected to the-side is alternately repeated at a rate of 50% in time and sufficiently short in comparison with the cycle of the signal MCLK. Hereinafter, similarly, the process proceeds to the excitation step (10) and returns to the step (1) again.
【0018】この励磁方法は、各ステップ内で巻線両端へ電
圧が与えられるため電流の変化が迅速で、モータをより
高速に回転駆動できるなどのメリットがある。[0018] This excitation method has advantages in that a voltage is applied to both ends of the winding in each step, the current changes quickly, and the motor can be driven to rotate at a higher speed.
【0019】前記励磁ステップでの電気ベクトルすなわちト
ルクベクトルを図13に示す。巻線A〜Eの巻線電流の方向
により、各々巻線が単独で生じるベクトルの向きは逆に
なるため、巻線が単独で生じるベクトルは全部で10本と
なり、隣接するベクトル間の角度すなわち電気角は360
度÷10分割=36度となる。FIG. 13 shows an electric vector, that is, a torque vector in the excitation step. Depending on the direction of the winding currents of the windings A to E, the directions of the vectors generated independently by the windings are reversed, so that the total number of vectors generated by the windings alone becomes 10, and the angle between the adjacent vectors, that is, Electrical angle is 360
Degree divided by 10 = 36 degrees.
【0020】励磁ステップ(1a)では巻線Bに負方向に電流
が流れ、巻線Cに正方向に電流が流れる。励磁ステップ
(1b)では巻線Aに正方向に電流が流れ、巻線Dに負方向
に電流が流れる。(1a)と(1b)とは同じ割合なので、
この状態の各巻線の生じるトルクベクトルの大きさを1
とすると、ステップ(1)の合成ベクトルはTl==TA−T
B+TC−TDとなり、その大きさ|Tl|≒3.08となる。以
下同様に励磁ステップ(2)の合成ベクトルT2は図13に
示すようなり、励磁ステップの進段で電気角は36度ずつ
変化する。以上が、励磁相数が常に4相の、いわゆるフ
ルステップ駆動であるが、回転角(電気角)単位をフル
ステップより細かくしたマイクロステップ駆動を次に説
明する。In the excitation step (1a), a current flows in the winding B in the negative direction, and a current flows in the winding C in the positive direction. In the excitation step (1b), a current flows through the winding A in the positive direction, and a current flows through the winding D in the negative direction. Since (1a) and (1b) have the same ratio,
The magnitude of the torque vector generated by each winding in this state is 1
Then, the combined vector of step (1) is Tl == TA−T
B + TC-TD, and the size | Tl | ≒ 3.08. Similarly, the resultant vector T2 of the excitation step (2) is as shown in FIG. 13, and the electrical angle changes by 36 degrees as the excitation step advances. The above is the so-called full-step drive in which the number of excitation phases is always four, but the micro-step drive in which the unit of the rotation angle (electrical angle) is made finer than the full step will be described below.
【0021】図14に、4分割マイクロステップの励磁ステッ
プを時系列で示す。励磁ステップ周期をtとする。以下
でのステップ位置は整数部分でフルステップ位置を表わ
し、その後の分数のうちの分母で分割数、分子でマイク
ロステップ位置を表現する。ステップ(1)では、ステ
ップ(1a)と(1b)とが等しい割合すなわち4t/8の時
間で繰返す。ステップ(1 1/4)では、ステップ(1)
と(2)とが3:1の比で繰返す。すなわち(1a)が3t/
8、(2a)がt/8、(1b)が3t/8、(2b)がt/8の時間
で繰返す。ステップ(12/4)では、ステップ(1)と
(2)とが2:2の比で繰返す。すなわち(1a)(2a)(1
b)(2b)が各々2t/8の時間で繰返す。以下、図示のよ
うに繰返し、ステップ(2)では、ステップ(2a)と(2
b)だけになり各々が4t/8の時間で繰返す。FIG. 14 shows the excitation steps of the four-divided microstep in a time series. Let t be the excitation step cycle. In the following, the step position indicates a full step position by an integer part, a division number by a denominator of a fraction, and a micro step position by a numerator. In step (1), steps (1a) and (1b) are repeated at an equal rate, that is, at a time of 4t / 8. In step (1 1/4), step (1)
And (2) repeat at a ratio of 3: 1. That is, (1a) is 3t /
8, (2a) is repeated at t / 8, (1b) is repeated at 3t / 8, and (2b) is repeated at time of t / 8. In step (12/4), steps (1) and (2) are repeated at a ratio of 2: 2. That is, (1a) (2a) (1
b) (2b) is repeated at a time of 2t / 8 each. Hereinafter, the process is repeated as shown in the figure. In step (2), steps (2a) and (2
b) only, each of which is repeated at a time of 4t / 8.
【0022】この時のベクトルは、図15に示すように、ステ
ップ(1)から(2)までの間を4つに内分したものとな
る。すなわち、ステップ(1 1/4)の合成ベクトルTl
l/4 では、ステップ(1)と(2)とが3:1の比で繰
返されるので、1:3に内分するベクトルになる。同様に
その後のマイクロステップのベクトルはフルステップの
ベクトル間の内分点を図示のように進み、歩進パルス1
周期当りの回転角(電気角)が、フルステップ時の4分
の1に細分化される。ただし、図15から明らかなよう
に、発生トルクは、フルステップ位置で最大値約3.08と
なり、中点であるハーフステップ位置で最小値約2.93と
なり、位置によりトルクが変動する。分割数を細分化す
るほど歩進パルス1周期当りの電気角も細分化され、ス
テッピングモータの階動回転が、擬似的に連続回転状態
に近づけることができる。ただし、分割数を細分化して
も上述のトルク変動はそのままである。なお、本例はス
イッチ素子は全てFETを用いた構成であるが、パイボー
ラ型トランジスタを用いたものもある。At this time, the vector between steps (1) and (2) is internally divided into four as shown in FIG. That is, the composite vector Tl of the step (1 1/4)
In l / 4, steps (1) and (2) are repeated at a ratio of 3: 1, so that the vector is internally divided into 1: 3. Similarly, the vector of the subsequent microstep advances the internal dividing point between the vectors of the full step as shown in FIG.
The rotation angle (electrical angle) per cycle is subdivided into a quarter of the full step. However, as is clear from FIG. 15, the generated torque has a maximum value of about 3.08 at the full step position and a minimum value of about 2.93 at the half step position which is the middle point, and the torque varies depending on the position. As the division number is subdivided, the electrical angle per one step of the step pulse is also subdivided, and the stepwise rotation of the stepping motor can be approximated to a pseudo continuous rotation state. However, even if the number of divisions is subdivided, the above-described torque fluctuation remains unchanged. In this example, the switching elements are all configured using FETs, but there are also those using a bipolar transistor.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】従来例では、所望の駆
動トルクとなるよう電流制御部によってハイサイド側電
圧をローサイド側に対して相対的に変化させる。電流制
御部の構成部品であるスイッチ素子Ql、コイルLl、コン
デンサーClなどは、充分な耐電圧とともに電流容量も大
きい部品を用いる必要があり、該部のコストは非常に高
いものとなってしまう。例えば、駆動用電源電圧が40ボ
ルト、モータ駆動電流が最大3アンペアの駆動回路の場
合、該部のコストが駆動回路全体のほぼ半分を占めてし
まう場合もある。駆動電流すなわち発生トルクを一定に
するよう制御する場合、回転速度が高いほど必要なエネ
ルギーも大きくなる。つまり、従来例では、回転速度が
高ければハイサイド側電圧も高くなり、回転速度が低く
なるとハイサイド側電圧も低くなる。In the prior art, the high-side voltage is changed relatively to the low-side voltage by the current control unit so that a desired driving torque is obtained. It is necessary to use components having a sufficient withstand voltage and a large current capacity for the switch element Ql, the coil Ll, the capacitor Cl, and the like, which are components of the current control unit, and the cost of the unit becomes extremely high. For example, in the case of a drive circuit having a drive power supply voltage of 40 volts and a motor drive current of a maximum of 3 amps, the cost of this part may occupy almost half of the entire drive circuit. In the case where the drive current, that is, the generated torque is controlled to be constant, the required energy increases as the rotation speed increases. That is, in the conventional example, the higher the rotation speed, the higher the high-side voltage, and the lower the rotation speed, the lower the high-side voltage.
【0024】ここで、複写機の構成要素である原稿読取装置
の用途例で見ると、読取期間後に、読取部材(読取セン
サなど)を高速で基準位置に戻すために高速回転駆動す
る非常に短期間においてハイサイド側電圧は最も高い。
一方、読取期間では、高速回転期間に比し回転速度が数
分の一から数十分の一と遅いため、ハイサイド側電圧は
非常に低い電圧となる。従って、耐圧が高く電流容量も
大きい事が必要な状態は短期間であり、回路の使用効率
から見ると非常に無駄の多い構成となり、かつコストも
高いということになる。Here, looking at an application example of the document reading apparatus which is a component of the copying machine, after a reading period, a reading member (such as a reading sensor) is driven at a high speed to return to a reference position at a high speed. Between them, the high-side voltage is the highest.
On the other hand, in the reading period, the rotation speed is as slow as several tenths to several tenths as compared with the high-speed rotation period, so that the high-side voltage is very low. Therefore, a state in which a high withstand voltage and a large current capacity are required is for a short period of time, resulting in a very wasteful configuration and high cost in terms of circuit use efficiency.
【0025】さらに、先ほど述べたように、駆動速度が小さ
いとハイサイド側電圧も下がり、ハイサイド側スイッチ
素子をオンさせる場合のゲート信号電圧もそれに応じて
ローサイド側電圧に近づきあるいはローサイド側電圧よ
り低い電圧にする必要が出てくる。そのため、例えば従
来例における電圧変換部3は、複電圧電源を用いた複雑
な構成としなければならず、駆動回路全体がさらに複雑
になるとともに、全体のコストも一層高いものになって
しまう。Further, as described above, if the driving speed is low, the high-side voltage also decreases, and the gate signal voltage when the high-side switch element is turned on approaches the low-side voltage or becomes lower than the low-side voltage accordingly. You need to lower the voltage. For this reason, for example, the voltage conversion unit 3 in the conventional example must have a complicated configuration using a multi-voltage power supply, so that the entire driving circuit becomes more complicated and the overall cost becomes higher.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、ハイサイド側スイッチ素子およびローサイド側スイ
ッチ素子に、励磁ステップ切換とともに電流制御機能を
も持たせる。すなわち、モータの各巻線電流を正弦波状
に変化させるように給電点の給電状態を変化させ、かつ
電気角で最大1フルステップを超えて離れた2種以上の給
電状態を繰返し、その給電状態は歩進パルスに応じて変
化する構成とする。In order to solve the above-mentioned problems, the high-side switch element and the low-side switch element are provided with a current control function as well as an excitation step switching. That is, the power supply state of the power supply point is changed so that each winding current of the motor changes in a sinusoidal manner, and two or more power supply states separated by more than one full step in electrical angle are repeated. The configuration changes in accordance with the stepping pulse.
【0027】[0027]
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。従来例の図11
に対応する構成要素には同一番号を付し、また構成の変
わらない部分の説明は省く。モータ電源Vmの+側は、コ
ンデンサーClの+側およびハイサイド側スイッチ素子Pl
〜5のソースに直接接続される。オフセット信号生成部1
01には、コンデンサーClの−側電圧と、モータ駆動トル
ク目標値に対応する電圧Vrefが入力され、信号OFSが出
力される。励磁信号生成都2Aには信号MCLK、信号DIRに
加え信号OFSも入力され、スイッチ素子制御信号SPl〜5
およびSNl〜5が出力される。電圧変換部3Aには信号SPl
〜5とハイサイド側電圧であるVmが入力され、信号SPl〜
5が出力される。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Fig. 11 of the conventional example
The same reference numerals are given to the components corresponding to, and the description of the parts having the same configuration is omitted. The + side of the motor power supply Vm is the + side of the condenser Cl and the high side switch element Pl.
Connected directly to ~ 5 sources. Offset signal generator 1
In 01, the negative voltage of the capacitor Cl and the voltage Vref corresponding to the motor drive torque target value are input, and the signal OFS is output. The excitation signal generator 2A also receives the signal OFS in addition to the signal MCLK and the signal DIR, and the switch element control signals SPl to SP5.
And SNl to 5 are output. The signal SPl is supplied to the voltage converter 3A.
~ 5 and Vm which is the high side voltage are input and the signal SPl ~
5 is output.
【0028】[励磁駆動動作]詳細は後述するが、5給電点
のいずれかがハイサイドまたはローサイドに100%の時
間割合で接続されるステップが従来例のフルステップに
対応するものであり、従来例に対応する整数でステップ
状態を表わすことにする。以下は、従来例のマイクロス
テップ分割数に相当する値が充分大きく、フルステップ
間の変化が連続的に扱える状態であるとする。[Excitation drive operation] Although the details will be described later, the step in which one of the five feeding points is connected to the high side or the low side at a time rate of 100% corresponds to the full step of the conventional example. Let the step state be represented by an integer corresponding to the example. Hereinafter, it is assumed that the value corresponding to the number of microstep divisions in the conventional example is sufficiently large, and that changes between full steps can be handled continuously.
【0029】図2に、給電点のPWM状態、巻線の給電状況、巻
線電流、給電電流を示す。横軸は励磁ステップであり約
2回転分を示し、2回転目のステップ1をステップ11とし
て示し、同様に2回転目のステップ10をステップ20とし
てステップ21まで示している。FIG. 2 shows the PWM state of the feeding point, the feeding state of the winding, the winding current, and the feeding current. The horizontal axis is the excitation step, which is approximately
Steps for the second rotation are shown as step 11, and step 10 for the second rotation is shown as step 20 to step 21.
【0030】図2(a)は、ア〜オの5給電点のPWM状態を「ハ
イサイド側のオン時間割合一ローサイド側のオン時間割
合」で示したものである。なお、ここでは細線の波形の
みを説明し、太線は後述する。例えば給電点アで見る
と、ステップ1では+側へ時間割合100%(+1.0)で接
続されており、ステップ6では−側へ時間割合100%(−
1.0)で接続されている。その間は図2(a)に示すよう
正弦波状に変化し、その後も同様で、全体では電気角1
回転=10ステップ周期の正弦波状に変化する。他の給電
点も同様で、隣接する給電点間の位相差が72度(=360
度÷5)の正弦波状に変化する。FIG. 2 (a) shows the PWM states of the five power supply points A to E by "high-side ON time ratio / low-side ON time ratio". Here, only the waveform of the thin line will be described, and the thick line will be described later. For example, looking at the feeding point a, in Step 1, the connection is made to the + side with a time ratio of 100% (+1.0), and in Step 6, the connection is made to the − side with a time ratio of 100% (−1.0).
1.0). During that time, the sine wave changes as shown in Fig. 2 (a), and the same applies thereafter.
Rotation = changes in a sinusoidal waveform with a period of 10 steps. The same applies to other feeding points, where the phase difference between adjacent feeding points is 72 degrees (= 360
It changes like a sine wave of degree ÷ 5).
【0031】図2(b)は、巻線A〜Eの給電状態を、各々巻線
両端の給電点のPWM状態の差で示したものである。な
お、ここでは細線の波形のみを説明し、太線は後述す
る。例えば巻線Aの両端の給電点はアとイであり、アが
ハイサイド側に接続され、イがローサイド側に接続され
た状態を+方向とする。ステップ1ではアは「+1.0」で
あり、イは「+0.31」であるので給電状態は「+0.69」
となる。給電点の変化が正弦波状なので、給電状態も10
ステップ周期の正弦波状になる。他の巻線も同様であ
り、巻線A・C・E・B・Dの順で隣接する巻線間の位相差
が72度の正弦波になる。FIG. 2B shows the power supply state of the windings A to E by the difference between the PWM states of the power supply points at both ends of the windings. Here, only the waveform of the thin line will be described, and the thick line will be described later. For example, feeding points at both ends of the winding A are A and A, and a state in which A is connected to the high side and A is connected to the low side is defined as a + direction. In step 1, a is "+1.0" and a is "+0.31", so the power supply state is "+0.69".
Becomes Since the feed point change is sinusoidal,
It becomes a sinusoidal wave with a step cycle. The same applies to other windings, and the phase difference between adjacent windings in the order of windings A, C, E, B, and D becomes a sine wave of 72 degrees.
【0032】図2(c)は巻線電流である。ここでは細線の波
形のみを説明し、太線は後述する。巻線電流の変化速度
は巻線のインダクタンスLやスイッチ素子の特性などに
よる充放電回路形成時の時定数の影響などを受けるた
め、実際の波形を表わすことは簡単ではない。そこで、
ここでは、回転速度が低く電流変化が遅くて前記時定数
の影響を無視でき、巻線電流が給電状態に比例する場
合、すなわち給電状態が「+1.0」のときの巻線電流を
「+1.0」として説明する。(回転速度が高く給電状態と
巻線電流との関係が複雑になっても、以下に説明するこ
とは本質的に同様である。)よって、巻線電流は、給電
状態と同様に、10ステップを周期とする、巻線A・C・E
・B・Dの順番で隣接する巻線間の位相差が72度の正弦波
になる。FIG. 2C shows the winding current. Here, only the thin line waveform will be described, and the thick line will be described later. Since the change speed of the winding current is affected by the time constant at the time of forming the charging / discharging circuit due to the inductance L of the winding and the characteristics of the switching element, it is not easy to represent the actual waveform. Therefore,
Here, the influence of the time constant can be ignored because the rotation speed is low and the current change is slow, and when the winding current is proportional to the power supply state, that is, when the power supply state is “+1.0”, the winding current is set to “+1”. .0 ". (Even if the rotation speed is high and the relationship between the feeding state and the winding current becomes complicated, the description below is essentially the same.) Therefore, the winding current is reduced by 10 steps as in the feeding state. , Winding A, C, E
-The phase difference between adjacent windings in the order of B and D becomes a sine wave of 72 degrees.
【0033】図2(d)は図2(c)に対応した給電点電流で
あり、対応する巻線電流の差となる。ここでは細線の波
形のみを説明し、太線は後述する。例えば給電点アでは
「巻線Aの巻線電流一巻線Dの巻線電流」となり、ステッ
プ1では「+1.38」となり、ステップ6では「−1.38」と
なり、隣接する給電点間の位相羞が72度の正弦波にな
る。以上、説明したように、本発明では給電点のPWM変
化が正弦波状であり、それにより給電点電流や巻線電流
も全て正弦波状になる。FIG. 2 (d) shows the feed point current corresponding to FIG. 2 (c), which is the difference between the corresponding winding currents. Here, only the thin line waveform will be described, and the thick line will be described later. For example, at the feeding point A, the winding current of the winding A is equal to the winding current of the winding D, at step 1, it is "+1.38", at step 6, it is "-1.38". The shout becomes a 72 degree sine wave. As described above, in the present invention, the PWM change at the feeding point has a sine wave shape, so that the feeding point current and the winding current all have a sine wave shape.
【0034】[電流制御動作]本発明では、上述のように、給
電点のPWM変化が正弦波状の変化であることを基本とし
て、異なる励磁ステップを組み合わせて電流制御を行な
う。その詳細を以下に説明する。まず、図3(i)に「励
磁ステップの組合せが同じ」場合の励磁状態の時間変化
を示す。これは、図2の「励磁ステップ1のみを繰返す」
状態である。図4に、図3(i)の「励磁ステップ1」のト
ルクベクトルSlを示す。給電点のPWM状態は図2(a)に
示すように、ア=+1.0、イ=+0.31、ウ=−0.81、エ
=−0.81、オ=+0.31、であるので、|Sl|≒2.94とな
る。[Current Control Operation] In the present invention, as described above, based on the fact that the PWM change at the feeding point is a sinusoidal change, current control is performed by combining different excitation steps. The details will be described below. First, FIG. 3 (i) shows a time change of the excitation state in a case where “the combination of the excitation steps is the same”. This means "repeat only excitation step 1" in Fig. 2.
State. FIG. 4 shows a torque vector Sl of “excitation step 1” in FIG. 3 (i). As shown in FIG. 2 (a), the PWM state at the feed point is a = + 1.0, b = + 0.31, c = −0.81, d = −0.81, and e = + 0.31, so | Sl | ≒ 2.94.
【0035】以下、同様にして励磁ステップ2、ステップ3…
でのトルクベクトルがS2、S3…が図示のように形成され
る。なお、図2から明らかなように、5つの巻線電流はい
わゆる「5相正弦波(交流)」状に変化するので、ベク
トルTA〜TEによって合成されるトルクベクトルSl…(S5
以降は図示省略)の大きさはもとより、フルステップ相
当位置間でのトルクベクトルの大きさも全て等しい。Hereinafter, similarly, the excitation step 2, the step 3,...
Are formed as shown in the drawing. As apparent from FIG. 2, the five winding currents change in a so-called “five-phase sine wave (AC)” state, and therefore the torque vectors Sl... (S5
The size of the torque vector between the positions corresponding to the full steps is the same as well as the magnitude of the torque vector (not shown hereafter).
【0036】次に、図3(ii)に「励磁ステップの組合せが
異なる」場合として、図2の励磁ステップ1と、それより
も4フルステップ相当離れた励磁ステップ5とを組合せ、
これらを交互に繰返す場合を示す。なお、励磁ステップ
期間の周期Tは図示のように(i)(ii)とも等しく、図
示の範囲で信号MCLKは変化しないものとする。Next, as a case of “combination of excitation steps is different” in FIG. 3 (ii), the excitation step 1 of FIG. 2 is combined with the excitation step 5 which is 4 full steps away from it.
The case where these are repeated alternately will be described. Note that the cycle T of the excitation step period is equal to (i) and (ii) as shown, and the signal MCLK does not change within the range shown.
【0037】トルクベクトルは図5に示すように、SlとS5の
合成ベクトルにより生成されるS15となる。この場合、
(i)でステップ1がTの周期で繰返される場合に比し(i
i)ではステップ1とステップ5とが組となり周期2Tで繰
返されるため、S15は、ステップ1のトルクベクトルSlと
ステップ5のトルクベクトルの合成ベクトルの半分とな
り、|S15|≒0.91となって、(i)の|Sl|≒2.94より
も小さくなる。As shown in FIG. 5, the torque vector is S15 generated by a combined vector of Sl and S5. in this case,
Compared to the case where step 1 is repeated with a period of T in (i), (i
In step i), step 1 and step 5 form a set and are repeated at a period of 2T. Therefore, S15 is half of the combined vector of the torque vector Sl of step 1 and the torque vector of step 5, and | S15 | ≒ 0.91, | Sl | ≒ 2.94 in (i).
【0038】図6に、信号MCLKの立ち上りエッジにより励磁
ステップがフルステップ単位で進段する状態を示す。図
6(i)は図3 (i)に対応するもので、信号MCLKの立ち
上りエッジの後で励磁ステップが1から2へ進み、信号MC
LKの、次の立ち上りエッジが来るまでステップ2を繰返
す。図6(ii)は図3(ii)に対応するもので、信号MCLK
の立ち上りエッジの後で励磁ステップの繰返し組合せが
「ステップ1とステップ5」から「ステップ2とステップ
6」へ進み、信号MCLKの、次の立ち上りエッジが来るま
で「ステップ2とステップ6」の組合せを繰返す。ここで
はフルステップの例を示したがマイクロステップでも同
様であり、例えば分割数4の場合には、「ステップ1とス
テップ5」から「ステップ1 1/4とステップ5 1/4」へ
進むことになる。FIG. 6 shows a state where the excitation step advances in full step units due to the rising edge of the signal MCLK. Figure
6 (i) corresponds to FIG. 3 (i). After the rising edge of the signal MCLK, the excitation step proceeds from 1 to 2, and the signal MC
Step 2 is repeated until the next rising edge of LK comes. FIG. 6 (ii) corresponds to FIG. 3 (ii), and the signal MCLK
After the rising edge of, the repetition of the excitation step changes from "Step 1 and Step 5" to "Step 2 and Step
6 ”, and repeat the combination of“ Step 2 and Step 6 ”until the next rising edge of the signal MCLK comes. Here, an example of a full step is shown, but the same applies to a micro step. For example, when the number of divisions is 4, go from “Step 1 and Step 5” to “Step 1 1/4 and Step 5 1/4” become.
【0039】図5から明らかなように、組み合わせる2種のス
テップの差(以下ではオフセット量と記す)を変えるこ
とにより、合成トルクベクトルの大きさすなわち発生ト
ルク(駆動電流)を変えることができる。As is apparent from FIG. 5, the magnitude of the combined torque vector, that is, the generated torque (drive current) can be changed by changing the difference between the two types of steps (hereinafter, referred to as an offset amount).
【0040】図5で2種のベクトルのなす電気角をθ(θは0
度以上180度以下の範囲とする)とすると、合成ベクト
ルの大きさは、オフセット0(励磁ステップの組合せが
同じ)の場合すなわちθ=0度の時を基準にするとcos
(θ/2)倍となる。In FIG. 5, the electrical angle formed by the two types of vectors is θ (θ is 0
And 180 degrees or less), the magnitude of the resultant vector is cos when the offset is 0 (the combination of the excitation steps is the same), that is, when θ = 0 degrees.
(Θ / 2) times.
【0041】図7に、オフセット量とトルクベクトルの大き
さの対応を示す。オフセット量0とすれはベクトルの大
きさは理論的な最大値約2.94となり、オフセット量5す
なわち2種のベクトルの向きを正反対にすればトルクベ
クトルの大きさは0すなわち最小となり、その間は図の
ように正弦波状に変化する。よって、発生トルクは、電
源電圧やモータ特性などに応じた最大値から0までの任
意値すなわち所望の値に必ず制御できることになる。FIG. 7 shows the correspondence between the offset amount and the magnitude of the torque vector. If the offset amount is 0, the magnitude of the vector will be the theoretical maximum value of about 2.94, and if the offset amount 5, that is, the directions of the two types of vectors are reversed, the magnitude of the torque vector will be 0, that is, the minimum, during which the torque vector will be As in a sinusoidal wave. Therefore, the generated torque can always be controlled to an arbitrary value from the maximum value according to the power supply voltage or the motor characteristics to 0, that is, a desired value.
【0042】図5に示した「ステップ1とステップ5」すなわ
ちオフセット量4の場合の、給電点のPWM状態と巻線給電
状況、巻線電流、給電電流を、前掲の図2に重ねて示
す。図4(ii)の「ステップ1とステップ5」の時を(i)
のステップ1の位置に対応させている。図2(a)中の太
線は、ア〜オの5給電点のPWM状態をオフセット量0(細
線)と比し示したものである。オフセット量0の振幅が
土1.0であるのに対しオフセット量4では約士0.31とな
る。振幅以外はオフセット量が0の時と同様の正弦波状
である。図2(b)中の太線は、巻線A〜Eの給電状態をオ
フセット量0(実線)と比し示したものである。(a)と
同様、オフセット量に応じて周期は変らずに振幅のみが
相似的に変わる。振幅は、オフセット量0の振幅約土1.1
8に対しオフセット量4では約土0.36となる。図2(c)中
の太線は、巻線A〜Eの巻線電流を、オフセット量0(細
線)と比し示したものである。巻線電流も給電状態と同
様、オフセット量に応じて周期は変らずに振幅のみが相
似的に変わる。図2(d)中の太線は、(c)の太線に対
応した給電点電流である。[0042] In the case of "Step 1 and Step 5" shown in FIG. 5, that is, when the offset amount is 4, the PWM state of the feeding point, the winding feeding state, the winding current, and the feeding current are superimposed on FIG. . The time of "Step 1 and Step 5" in Fig. 4 (ii) is (i)
Corresponding to the position of step 1. The bold lines in FIG. 2A show the PWM states of the five feeding points A to E in comparison with the offset amount 0 (thin line). While the amplitude of the offset amount 0 is soil 1.0, the offset amount 4 is about 0.31. Except for the amplitude, it has the same sine wave shape as when the offset amount is 0. The bold line in FIG. 2B shows the power supply state of the windings A to E in comparison with the offset amount 0 (solid line). As in (a), only the amplitude changes in a similar manner without changing the period according to the offset amount. The amplitude is about 1.1 with an offset of 0.
At 8 the offset amount is about 0.36 on soil. The thick lines in FIG. 2 (c) show the winding currents of the windings A to E in comparison with the offset amount 0 (thin line). Similarly to the power supply state, the winding current similarly changes only the amplitude without changing the cycle according to the offset amount. The thick line in FIG. 2 (d) is a feed point current corresponding to the thick line in (c).
【0043】よって、図1のオフセット信号生成部101は以下
のように動作し、トルク制御する。総和電流iがトルク
目標値に対応する電圧より小さい場合(VRl<Vref)
は、信号OFSは「オフセット量を減らす」値を出力す
る。総和電流iがトルク目標値に対応する電圧より大き
い場合(VRl>Vref)は、信号OFSは「オフセット量を増
やす」値を出力する。信号OFSに応じて、励磁信号生成
部2Aでは、前述のオフセット量を上述のように変化させ
た信号SP10〜50およびSNl〜5を出力し、電流を制御す
る。図示を省略するが、オフセット量に応じて、図2の
各々に示したオフセット時の波形は、振幅のみがオフセ
ット量に応じて変わり、波形自体はオフセット0の波形
の相似形となる。すなわち、オフセット量を変えても巻
線電流すなわち発生トルクのみが変化し、それ以外の回
転特性(回転むらなど)はオフセット量に影響を受けな
い。Therefore, the offset signal generator 101 of FIG. 1 operates as follows and controls the torque. When the total current i is smaller than the voltage corresponding to the torque target value (VRl <Vref)
Outputs a signal OFS that "decreases the amount of offset". When the total current i is larger than the voltage corresponding to the torque target value (VRl> Vref), the signal OFS outputs a value "increase the offset amount". In response to the signal OFS, the excitation signal generation unit 2A outputs the signals SP10 to SP50 and SN1 to SP5 in which the above-described offset amount is changed as described above, and controls the current. Although illustration is omitted, in the waveform at the time of offset shown in each of FIGS. 2A and 2B, only the amplitude changes according to the offset amount according to the offset amount, and the waveform itself has a similar shape to the waveform of offset 0. That is, even if the offset amount is changed, only the winding current, that is, the generated torque changes, and the other rotation characteristics (such as uneven rotation) are not affected by the offset amount.
【0044】ここで、比較のために、巻線電流の変化が正弦
波状でなく、従来例の項で説明した、マイクロステップ
時に2状態を時分割で混合しその比を直線的に変える方
法(図14、図15)を、上記のオフセット方式に適用した
場合を、図2と同様の方法で示したものが図8である。Here, for comparison, the change of the winding current is not sinusoidal, and the two states are mixed in a time-division manner at the time of microstepping and the ratio thereof is changed linearly as described in the section of the conventional example. FIG. 8 shows the case where FIGS. 14 and 15) are applied to the above-described offset method, in the same manner as in FIG.
【0045】図8(a)は、ア〜オの5給電点のPWM状態を示し
たものである。細線はオフセット0、太線はオフセット4
の場合である。例えば給電点アで見ると、オフセット0
の場合(細線)、ステップ1から2までは「+1.0」であ
り、ステップ3では「0」になり、ステップ2からステッ
プ3の間では直線状に変化する。以下同様にして、変化
が直線状である、全体としてほぼ台形状の変化が、各給
電点で行なわれる。一方、オフセット4(太線)では、
図のように、三角状の変化が部分的に混合された複雑な
変化となり、オフセット0の場合の波形の相似形とはな
らない。FIG. 8A shows the PWM state of the five feeding points A to E. Offset 0 for thin lines, offset 4 for thick lines
Is the case. For example, looking at the feed point a, offset 0
In the case of (thin line), it is “+1.0” in steps 1 and 2, becomes “0” in step 3, and changes linearly between steps 2 and 3. In the same manner, a substantially trapezoidal change as a whole, in which the change is linear, is performed at each feeding point. On the other hand, at offset 4 (thick line)
As shown in the figure, a triangular change is a partially mixed complex change, and does not have a similar waveform when the offset is zero.
【0046】図8(b)は、巻線A〜Eの給電状態を、各々巻線
両端の給電点のPWM状態の差で示したものである。な
お、細線はオフセット0の場合、太線はオフセット4の場
合である。例えば巻線Aで見ると、オフセット0の場合
(黒線)、台形が連続した形の変化となる。他の巻線も
同様である。一方、オフセット4(灰色線)では、図の
ように、台形状の間に給電「0」期間が生じた複雑な変
化となり、オフセット0の場合の波形の相似形とはなら
ない。FIG. 8 (b) shows the power supply state of the windings A to E by the difference between the PWM states of the power supply points at both ends of the windings. The thin line indicates the case of offset 0, and the thick line indicates the case of offset 4. For example, in the case of the winding A, when the offset is 0 (black line), the trapezoid changes continuously. The same applies to other windings. On the other hand, at the offset 4 (gray line), as shown in the figure, a complicated change occurs in which the power supply “0” period occurs between the trapezoidal shapes, and the waveform does not become analogous at the offset 0.
【0047】図8(c)は巻線電流であり、細線はオフセット
0の場合、太線はオフセット4の場合である。ここでも、
実施例の図2と同様に巻線電流が給電状態に比例し、給
電状態が「+1.0」であれば巻線電流も「+1.0」すなわ
ち比例定数を1の場合で示す。巻線電流は、給電状態の
変化と同様、オフセット4(太線)では、オフセット0
(細線)の相似形とはならず、実施例のように「振幅の
みがオフセット量に応じて変わり、波形自体はオフセッ
ト0の波形の相似形になる」関係とは全く異なるものと
なる。FIG. 8C shows the winding current, and the thin line indicates the offset.
In the case of 0, the bold line is the case of offset 4. even here,
As in FIG. 2 of the embodiment, the winding current is proportional to the power supply state, and when the power supply state is “+1.0”, the winding current is also “+1.0”, that is, when the proportionality constant is 1. As with the change in the power supply state, the winding current is offset 0 (offset 4) (thick line).
(Thin line) does not have a similar shape, and is completely different from the relationship that only the amplitude changes according to the offset amount and the waveform itself becomes a similar shape to the waveform of offset 0 as in the embodiment.
【0048】図8(d)は(c)に対応した給電点電流であ
り、細線はオフセット0の場合、太線はオフセット4の場
合である。給電電流も、巻線電流の変化と同様、オフセ
ット4(太線)では、オフセット0(細線)の相似形とは
ならず全く異なるものとなる。発明者らが実際に上述の
方法にて5相ステッピングモータを電流駆動制御した時
の、給電点の電流波形を図9、図10に示す。ステッピ
ングモータは従来例として示した環状結線方式のもの
で、モータ軸1回転あたり500フルステップであり、駆動
電流(給電点電流)規格は3アンペアppである。このモ
ータの標準回転速度は毎秒1.8回転であるが、前述のよ
うに非常に遅い速度の一例として毎秒約0.22回転で駆動
した。FIG. 8D shows the feeding point current corresponding to FIG. 8C. The thin line shows the case of offset 0, and the thick line shows the case of offset 4. Similarly to the change in the winding current, the supply current at the offset 4 (thick line) does not have a similar shape to the offset 0 (thin line), and is completely different. FIGS. 9 and 10 show current waveforms at the feeding point when the inventors actually control the current driving of the five-phase stepping motor by the above-described method. The stepping motor is of the ring connection type shown as a conventional example, has 500 full steps per rotation of the motor shaft, and has a drive current (feed point current) standard of 3 amps pp. The standard rotation speed of this motor is 1.8 revolutions per second, but as described above, the motor was driven at about 0.22 revolutions per second as an example of a very low speed.
【0049】図9は図2に示した正弦波状変化で駆動した場合
で、給電点の電流波形はほぼ正弦波状である。図10は
図8に示した台形波状変化で駆動した場合で、給電点の
電流波形は図8(d)で示した台形波に似た形状であり、
理論値に近いことがわかる。台形波状の駆動をオフセッ
ト方式に適用した場合に正常な制御ができないことが以
上のことから充分明らかであるので、詳細な説明は省く
が、結果だけ述べると、トルクを非常に小さくした場合
すなわちオフセット量が5フルステップに近い場合に
は、回転動作が間欠的に行なわれる状態が出現し、トル
ク制御自体が全く正常に行なわれなくなる。FIG. 9 shows a case where the driving is performed with the sinusoidal change shown in FIG. 2, and the current waveform at the feeding point is almost sinusoidal. FIG. 10 shows a case where driving is performed by the trapezoidal waveform change shown in FIG. 8, and the current waveform at the feeding point has a shape similar to the trapezoidal waveform shown in FIG.
It turns out that it is close to a theoretical value. It is sufficiently clear from the above that normal control cannot be performed when the trapezoidal drive is applied to the offset method.Thus, a detailed description will be omitted. When the amount is close to 5 full steps, a state in which the rotation operation is performed intermittently appears, and the torque control itself is not performed normally.
【0050】以上のことから、本発明のオフセット方式で
は、巻線電流の変化が正弦波状であること、すなわち給
電点のPWM変化が正弦波状であることがトルク制御を正
常に行なうための条件となる。本発明ではモータ電源電
圧すなわちハイサイド側電圧はVmで一定(電圧VRlは微
小)なので、電圧変換部3Aの出力である信号SPl〜5の電
圧は、従来例にならって表現するとオン時は「Vm−10ボ
ルト」となり、オフ時は「Vm」とそれぞれ固定値とな
る。つまり、電圧変換部3Aの出力は、従来例の電圧変換
部3のような複電源を用いる必要はなく、単電源の非常
に簡単な回路で構成できる。From the above, in the offset method of the present invention, the condition for normal torque control is that the change in winding current is sinusoidal, that is, the change in PWM at the feeding point is sinusoidal. Become. In the present invention, since the motor power supply voltage, that is, the high-side voltage is constant at Vm (the voltage VRl is very small), the voltages of the signals SP1 to SP5, which are the outputs of the voltage conversion unit 3A, are represented by " Vm−10 volts ”, and when off, it is fixed to“ Vm ”. That is, the output of the voltage conversion unit 3A does not need to use a multiple power supply like the voltage conversion unit 3 of the conventional example, and can be constituted by a very simple circuit of a single power supply.
【0051】なお、従来例で説明したマイクロステップは、
図14および15で示したように「1フルステップ離れて隣
接した」2状態を時分割で組合せ、その比率を変えてト
ルクベクトルの「向きを変える」ものであり、トルクベ
クトルの実効的な「大きさを変える」本発明とは目的も
作用も全く異なるものである。The micro-step described in the conventional example is
As shown in FIGS. 14 and 15, two states 「1 full step apart and adjacent to each other’ are combined in a time-division manner, and the ratio is changed to change the direction of the torque vector. The purpose and operation of the present invention are completely different from those of the present invention.
【0052】本発明では、図3に示したように、2種の状態を
繰返すのでPWM変化の周期単位は2Tとなり、従来例の変
化周期Tに比し、PWM動作に因る電流変化がモータコイル
などを微妙に振動させなどにより発生する音の周波数が
半分に低くなり、可聴音となってしまうように見える。
しかし、生じると思われる周波数を可聴周波数域より高
くする、すなわちTを例えば30マイクロ秒程度にすれば
周波数は約16キロヘルツとなり、発生音を聞こえなくす
ることは容易に可能である。いままで述べてきたことか
ら明らかなように、PWM周期は「電流制御のために変更
する」必要はないため、このようにしても電流制御上は
問題ない。In the present invention, as shown in FIG. 3, since two types of states are repeated, the cycle unit of the PWM change is 2T, and the current change due to the PWM operation is smaller than the change cycle T of the conventional example. The frequency of the sound generated by delicately vibrating the coil etc. is reduced by half, and it appears that the sound becomes audible.
However, if the frequency considered to be generated is higher than the audible frequency range, that is, if T is set to, for example, about 30 microseconds, the frequency becomes about 16 kHz, and it is easy to make the generated sound inaudible. As is clear from what has been described so far, the PWM cycle does not need to be “changed for current control”, so that there is no problem in current control even in this case.
【0053】本例では5相環状結線のステッピングモータで
説明したが、原理的には「5相」「環状結線」「ステッ
ピングモータ」に限定することなく、複数の巻線組を持
ち、巻線に対応する給電点から電流を供給し、その量を
時間軸方向で変化させることにより駆動するモータであ
れば、回転モータに限らず、直動モータなどにも広く適
用できる。In this embodiment, the description has been made of the stepping motor having the five-phase ring connection. However, in principle, the present invention is not limited to the "five-phase", "ring connection", and "stepping motor". As long as the motor is driven by supplying a current from a power supply point corresponding to the motor and changing the amount in the time axis direction, the present invention can be widely applied to not only a rotary motor but also a linear motor.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータ電源電圧を変換する回路(従来例の電流制御部
1)を要さずに、巻線励磁のためのスイッチ素子(Pl〜5
およびNl〜5)を用いて電流制御をも行なうため、モー
タ電源電圧変換部の構成部品であるスイッチ素子Ql、コ
イルLl、コンデンサーClなどの大きな構成部品が不要と
なり、さらに、トルクの大小に関係なくハイサイド側電
圧は一定であるので、ハイサイドスイッチ素子の動作信
号を生成する電圧変換部は単電源の単純な構成にでき、
従来方法に比し大幅にコストダウンできるとともに、駆
動回路全体もより一層小型に構成できる。As described above, according to the present invention,
Circuit that converts motor power supply voltage (conventional current controller
1) The switch element (Pl ~ 5
And Nl to 5) also perform current control, eliminating the need for large components such as the switching element Ql, coil Ll, and capacitor Cl, which are the components of the motor power supply voltage conversion unit, and further reducing the magnitude of torque. And the voltage on the high side is constant, so the voltage converter that generates the operation signal for the high side switch element can be a simple configuration with a single power supply,
The cost can be drastically reduced as compared with the conventional method, and the entire drive circuit can be further reduced in size.
【図1】図1は本発明の実施例1の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】図2は実施例1の給電状態、電流などの時間変化
を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a change over time in a power supply state, a current, and the like according to the first embodiment.
【図3】図3は実施例1のタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart of the first embodiment.
【図4】図4は実施例1のトルクベクトルを示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a torque vector according to the first embodiment.
【図5】図5は実施例1の合成トルクベクトルを示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating a combined torque vector according to the first embodiment.
【図6】図6は実施例1の進段状況を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a progress state of the first embodiment.
【図7】図7はオフセット量とトルクベクトルの大きさ
を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an offset amount and a magnitude of a torque vector.
【図8】図8は従来例の給電状態、電流などの時間変化
を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a change over time in a power supply state, a current, and the like in a conventional example.
【図9】図9は正弦波変化での給電電流の時間変化を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing a time change of a supply current with a sine wave change.
【図10】図10は台形波変化での給電電流の時間変化を
示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a change over time in a supply current with a trapezoidal wave change.
【図11】図11は従来例の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional example.
【図12】図12は5相ステッピングモータの励磁方法を
説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a method of exciting a five-phase stepping motor.
【図13】図13は従来例のトルクベクトルを示す図であ
る。FIG. 13 is a diagram showing a torque vector of a conventional example.
【図14】図14はマイクロステップのタイミングチャー
トである。FIG. 14 is a timing chart of a micro step.
【図15】図15はマイクロステップのトルクベクトルを
示す図であるFIG. 15 is a diagram showing a torque vector of a micro step.
1 電流制御部 2、2A 励磁信号生成部 3、3A 電圧変換部 6 ステッピングモータ 11 電流制御信号生成部 101 オフセット信号生成部 Pl〜P5 Nl〜N5 QI スイッチ素子 Ll コイル Cl コンデンサー Rl 抵抗 Vm モータ電源 1 Current control unit 2, 2A Excitation signal generation unit 3, 3A Voltage conversion unit 6 Stepping motor 11 Current control signal generation unit 101 Offset signal generation unit Pl to P5 Nl to N5 QI Switch element Ll Coil Cl Capacitor Rl Resistance Vm Motor power supply
Claims (4)
の各巻線組を歩進パルスに応じて所定の手順で励磁駆動
するステッピングモータ駆動方法において、各巻線電流
を正弦波状に変化させるよう給電点の給電状態を変化さ
せ、電気角で1種の給電状態を含み、電気角で最大1フル
ステップを超えて離れた2種以上の給電状態を歩進パル
ス周期より短い周期で歩進パルスと非同期に繰返し、前
記2種以上の給電状態を歩進パルスに応じてともに変化
させることを特徴とするステッピングモータ駆動方法。In a stepping motor driving method for exciting each winding set of a stepping motor having a plurality of winding sets in a predetermined procedure according to a stepping pulse, a feeding point is provided so that each winding current is changed in a sine wave shape. The power supply state is changed to include one type of power supply state in electrical angle, and two or more types of power supply states separated by more than one full step in electrical angle are asynchronous with the stepping pulse with a cycle shorter than the stepping pulse cycle A stepping motor driving method, wherein the two or more power supply states are changed together according to a stepping pulse.
れていることを特徴とする請求項1項記載のステッピン
グモータ駆動方法。2. The stepping motor driving method according to claim 1, wherein the windings of the stepping motor are connected in a ring shape.
点は5点であることを特徴とする請求項1〜2項記載のス
テッピングモータ駆動方法。3. The stepping motor driving method according to claim 1, wherein the winding sets of the stepping motor, that is, the feeding points are five points.
検出し、ステッピングモータの巻線に流れる総和電流値
と目標電流値の差に応じて前記2種以上の給電状態を切
り換えることを特徴とする請求項1項記載のステッピン
グモータ駆動方法。4. The method according to claim 1, wherein a total current flowing through the stepping motor is detected, and the two or more power supply states are switched according to a difference between a total current flowing through the winding of the stepping motor and a target current. Item 4. The stepping motor driving method according to item 1.
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