JP2002359997A - ステッパモータの駆動制御方法及びそのステッパモータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱調の防止及び励磁電流の適正化ができ、過
負荷のために瞬間停止するような状況でもステップ回転
の移動量を指令値に一致させることができ、ステータ励
磁を高効率に行えて高速域でも安定に駆動できるステッ
パモータの駆動制御方法を提供する 【解決手段】 ロータ位置のセンサ信号Ｓとステータ励
磁の相切替信号Ｐとの位相をモニタし、遅れ位相の信号
に基づいて励磁信号Ｖを生成して相切替制御を行う。セ
ンサ信号Ｓが進み位相では励磁電流を減少させ、逆に遅
れ位相では励磁電流を増加する励磁電流制御を行う。相
切替信号Ｐとセンサ信号Ｓのそれぞれを計数するととも
に、両信号の計数差値をモニタして、両信号が１パルス
以上ずれた際、相切替信号側が過剰値では加速のための
相切替制御、励磁電流制御を行い、逆に、センサ信号側
が過剰値では減速のための相切替制御、励磁電流制御を
行い、当該加減速駆動の制御を計数差値が零に収束する
まで行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッパモータの
駆動制御方法及びそのステッパモータ装置に関するもの
で、より具体的にはステッパモータのロータ位置を検出
するセンサ手段を備えて、それのセンサ信号とステータ
励磁のための相切替信号との位相（タイミング）に基づ
いて励磁信号を生成，出力するようにした駆動制御の改
良に関する。

【０００２】

【発明の背景】良く知られているように、ステッパモー
タは、オープンループ制御により位置，速度の制御がで
きることからＯＡ機器等に広く用いられている。しか
し、負荷が一瞬でも許容トルクを上回ると、ステータ励
磁のための相切替タイミングとロータの位置関係にミス
マッチが生じ、失速して回転が止まってしまう問題があ
り、いわゆる脱調と呼ばれる本質的な問題を持つ。

【０００３】そこで一般には、脱調を防止するためにト
ルクの余裕をとるが、その場合はステータの励磁巻線に
過剰に励磁電流を供給してしまう傾向があって、トルク
リップル，回転むら，振動，騒音等の問題を引き起こ
す。

【０００４】また、解決策として、ステッパモータにロ
ータ位置を検出する位置センサ等を設けて、セミクロー
ズループの駆動制御を行うことが提案されている。例え
ば、[ Matsushita Technical Journal Vol.46 No.1 Feb
2000 ]には、ロータ位置のセンサ信号とステータ励磁
のための相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れて
いる信号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切
替制御を行う技術が提案されている。センサ信号が遅れ
位相ではこれに基づいて励磁信号を生成して、いわゆる
ＤＣブラシレスモータの動作により脱調を防いでいる。
そして、上記技術報告には、センサ信号が相切替信号よ
りも進み位相では励磁電流を減少させ、逆に遅れ位相で
は励磁電流を増加する電流制御を行い、励磁電流を適正
化するようにした技術も示されている。

【０００５】しかしながら、上記技術報告にある駆動制
御では、過負荷のために瞬間停止するような状況でステ
ップ回転の移動量に指令値とのずれを起こしてしまう問
題があった。

【０００６】つまり、ロータが瞬間的に停止するような
過負荷が作用した場合に、センサ信号と相切替信号とで
パルス数に大きなずれを生じる。これは上述したよう
に、遅れ位相の信号に基づいて励磁信号を生成して駆動
巻線の相切替制御を行うので、そのまま次のタイミング
で同期し、脱調は回避できるものの、ステップ回転の移
動量は指令値とは相違したずれた状態で回転を継続する
ことになり、位置の制御が不正になる。

【０００７】一方、ステッパモータでは、励磁電流は励
磁巻線のインダクタンス等のため立ち上がりが緩く鈍っ
た積分波形になる。従って、高速動作させるために相切
替信号のパルスレートを上げていくことには限界があ
る。つまり、相切替信号のパルスレートを上げていく
と、励磁電流が一定値に達する前に相が切り替わってし
まい、ステータ歯と対するロータ磁極との位置関係で電
流波形の重なり面積が減り、励磁の効率が悪化するので
高速な駆動は望めない。

【０００８】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、脱調の防止及び励磁電流の適正化ができ、過負荷の
ために瞬間停止するような状況でもステップ回転の移動
量を指令値に一致させることができ、ステータ励磁を高
効率に行えて高速域でも安定に駆動できるステッパモー
タの駆動制御方法及びそのステッパモータ装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るステッパモータ駆動制御方法で
は、ステッパモータのロータ位置を検出するセンサ手段
を備えて、それのセンサ信号とステータ励磁のための相
切替信号との位相をモニタし、位相が遅れている信号に
基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切替制御を行
うとともに、前記センサ信号が前記相切替信号よりも進
み位相では励磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁
電流を増加する励磁電流制御を行うステッパモータの駆
動制御方法である。

【００１０】（１）そして、前記相切替信号と前記セン
サ信号のそれぞれを計数するとともに、両信号の計数差
値をモニタして、両信号が１パルス以上ずれた際、相切
替信号側が過剰値では加速のための相切替制御，励磁電
流制御を行い、逆にセンサ信号側が過剰値では減速のた
めの相切替制御，励磁電流制御を行い、当該加減速の制
御を計数差値が零に収束するまで行う。

【００１１】（２）また、前記相切替信号と前記センサ
信号のそれぞれを計数するとともに、両信号の計数差値
をモニタして、停止信号または逆転信号が入力されたと
きに、相切替信号側が過剰値では適宜な周期のパルス信
号を計数差値のパルス数だけ生成，出力して駆動巻線の
相切替制御を行い、逆に、センサ信号側が過剰値では適
宜な周期のパルス信号を計数差値のパルス数だけ生成
し、これを逆回転の修正信号として出力して駆動巻線の
相切替制御を行う。

【００１２】（３）また、停止信号の入力によりロータ
位置を保持期間中にセンサ信号の計数を継続するととも
に、零値である相切替信号との計数差値の演算を継続
し、次に起動信号が入力されたときに、適宜な周期のパ
ルス信号を計数差値だけ生成し、これをロータ位置の修
正信号として出力して駆動巻線の相切替制御を行う。

【００１３】（４）また、停止信号の入力によりロータ
位置を保持期間中にセンサ信号の計数を継続するととも
に、零値である相切替信号との計数差値の演算を継続
し、計数差値が生じた際には適宜な周期のパルス信号を
計数差値のパルス数だけ生成し、これをロータ位置の修
正信号として出力して駆動巻線の相切替制御を行う。

【００１４】（５）一方、前記センサ信号をタイミング
基準にして前記励磁信号の位相を適宜に進ませる位相の
進角制御を行うようにすることもできる。この場合にお
いて、好ましくは、前記進角制御は、センサ信号の位相
差タイミングをタイマにより計測し、メモリに記憶した
進角量に見合う進角タイミングを、前記タイマの計測値
に基づいて演算するとともに、当該進角タイミングを前
記タイマの計測動作との同調一致から断定して補正セン
サ信号を出力することとする。

【００１５】また、前記進角制御は、ロータの正転方向
と逆転方向とで進角量をそれぞれに設定して行ったり、
ロータ回転の速度域に対応させて進角量をそれぞれに設
定して行ったり、指令信号に応じて進角量の設定を逐次
変更して行ったり、前記相切替信号等から指令側の回転
速度を判断し、当該回転速度に対応する進角量の最適値
を演算により求めて設定する等の他、各種の対応がとれ
る。

【００１６】そして、上記した（５）並びにその具体的
な適用例によるステッパモータの駆動制御方法は、
（１）〜（４）のステッパモータの駆動制御方法に組み
込んで実施することができる。

【００１７】また、本発明に係るステッパモータ装置
は、ステッパモータ及び当該ステッパモータの駆動を制
御する制御部を備えたステッパモータ装置であって、前
記制御部を、上記した各ステッパモータの駆動制御方法
を実行する制御部とすることである。

【００１８】従って本発明では、パルス数の計数と計数
差値のモニタにより加速駆動及び減速駆動を行わせ、計
数差値を零に収束させるので、相切替信号とセンサ信号
とで１パルス以上の計数差値が出た場合でも修正でき
る。また、使用する速度域に見合う進角量を予め設定す
るので、最適な動作タイミングを得ることができ、これ
によりステータ励磁を高効率に行える。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態を示している。本形態において、ステッパモータ装置
１０は、ステッパモータ１と、そのステッパモータ１の
駆動を制御する制御部５を備え、回転方向の切り替えを
指令する正逆切替信号Ｒと回転の速度，位置を指令する
駆動パルス信号Ｐとを制御部５に入力して対応するステ
ップ回転を行う構成になっている。

【００２０】ステッパモータ１は、２相のステッパモー
タであり、ロータ２の近辺にセンサ３を設けてあって、
そのセンサ３によりロータ２の位置を検出する構成にな
っている。

【００２１】センサ３としては、例えばホールセンサ，
磁気センサなどを用い、ロータ２に対してコミュテーシ
ョンセンサとして機能する配置に設ける。制御部５は、
入力した正逆切替信号Ｒ，駆動パルス信号Ｐに基づいて
相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂを発生する相切替信号発生部
６と、入力したセンサ信号Ｓａ，Ｓｂに対して適切な進
み角度に補正する進角設定部７と、相切替信号Ｐｄａ，
Ｐｄｂと補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂとに基づいて位
相比較を行って駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ及び励磁電流の
適正化信号Ｉｄを演算する演算部８と、駆動信号Ｖｄ
ａ，Ｖｄｂと適正化信号Ｉｄとに基づいて励磁巻線に加
える電力信号を発生する駆動ドライバ９等を備えてい
る。

【００２２】つまり、制御部５では、取り込んだ駆動パ
ルス信号Ｐ，正逆切替信号Ｒを相切替信号発生部６で変
換処理し、ステータ励磁のための相切替信号Ｐｄａ，Ｐ
ｄｂを生成して演算部８に出力する。また、取り込んだ
センサ信号Ｓａ，Ｓｂを進角設定部７でタイミング処理
し、ＤＣブラシレスモータの動作となる加速回転時に回
転速度を適正化し得る進み角度に補正した補正センサ信
号Ｓｄａ，Ｓｄｂを生成して演算部８に出力する。

【００２３】演算部８は、位相比較部８ａと励磁電流部
８ｂとに分かれている。位相比較部８ａは、相切替信号
Ｐｄａ，Ｐｄｂと補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂのパル
ス数を計数，記憶し、１パルス以上の計数差値を比較す
るとともに、位相（タイミング）を比較してステッピン
グモータの動作を行わせるか、ＤＣブラシレスモータの
動作を行わせるかを判定する演算処理を行い、判定結果
に対応する駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂを駆動ドライバ９へ
出力する。

【００２４】そして、励磁電流部８ｂは、相切替信号Ｐ
ｄａ，Ｐｄｂと補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂの位相
（タイミング）を比較し、励磁電流の適正化信号Ｉｄを
求めて駆動ドライバ９へ出力する。この適正化信号Ｉｄ
は、相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂが補正センサ信号Ｓｄ
ａ，Ｓｄｂより遅れ位相では励磁電流を減少させるＤＯ
ＷＮ信号となり、逆に進み位相では励磁電流を増加させ
るＵＰ信号となる。すなわち、制御部５で行う駆動制御
は次のようになっている。

【００２５】相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂと補正センサ信
号Ｓｄａ，Ｓｄｂとの計数では、相切替信号Ｐｄａ，Ｐ
ｄｂのパルス数が多いときは、ロータ２の回転位置が遅
れている場合であり、ＤＣブラシレスモータの動作を行
わせて励磁電流を増加させて回転を加速する。

【００２６】逆に相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂのパルス数
が少ないときは、ロータ２の回転位置が進んでいる場合
であり、ＤＣブラシレスモータの動作を行わせて励磁電
流を減少させて回転を減速する。そして、加速駆動ある
いは減速駆動の制御を計数差値が零に収束するまで行
う。

【００２７】また、相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂと補正セ
ンサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂとの計数が零の時は、ロ−タ２
の回転位置が適正な場合であり、相切替信号Ｐｄａ，Ｐ
ｄｂと補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂとの位相比較を行
い、位相が遅れている信号に基づいて励磁信号（駆動信
号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）を生成して駆動巻線の相切替制御を
行う。つまり、相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂが遅れ位相の
ときは、励磁電流が過剰な場合であり、そのまま位相遅
れ側の相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂに基づいて励磁信号
（駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）を生成し、ステッピングモ
ータの動作を行わせて励磁電流を減少させて励磁電流を
適正化する。

【００２８】逆に相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂが進み位相
のときは、励磁電流が不足な場合であり、位相遅れ側の
補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂに基づいて励磁信号（駆
動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）を生成し、ＤＣブラシレスモー
タの動作を行わせて励磁電流を増加させて回転を加速す
る。

【００２９】図２は、進角制御の動作を説明するブロッ
ク図である。進角設定部７が行う進角制御は、センサ３
から送られるセンサ信号Ｓａ，Ｓｂをタイミング基準に
していて、これを適宜に進ませた補正センサ信号Ｓｄ
ａ，Ｓｄｂを生成，出力するものであり、補正センサ信
号Ｓｄａ，Ｓｄｂを受けた位相比較部８ａが進角位相の
励磁信号をステッパモータ１側へ出力する。

【００３０】この進角量は、制御部５にメモリ手段を備
えて、使用する速度域に対応する値を予め設定すればよ
く、その際、ロータ２の正転方向と逆転方向とで進角量
をそれぞれに設定する。これは、例えばセンサ３の取り
付け誤差等に起因してモータ特性が回転方向で相違する
特性の不一致を修正するためであり、進角量の設定値を
回転方向それぞれに調節することで正転，逆転何れも同
等特性にできる。

【００３１】また使用する速度域が正転方向と逆転方向
とで違う場合も、使用する速度域に見合う進角量を回転
方向それぞれに設定することで、正転，逆転何れも安定
化した駆動が行える。

【００３２】図３は、モータ起動時における各信号波形
を示すタイムチャートである。このタイムチャートは、
モータ起動時にロータ２側が２パルス程度の遅れを起こ
した場合のものであり、パルス数の計数と計数差値のモ
ニタによりまず加速駆動を行い、１０パルス目で加速が
追いつき、その後若干のアンダーシュートがあって安定
動作に収束している。

【００３３】このように、パルス数の計数と計数差値の
モニタにより加速駆動及び減速駆動を行わせ、計数差値
を零に収束させるので、相切替信号Ｐとセンサ信号Ｓと
で１パルス以上の計数差値がでた場合でも修正でき、ス
テップ回転の移動量のずれを修正することでロータ２の
位置制御を正しく行える。

【００３４】すなわち、脱調の防止及び励磁電流の適正
化ができる上に、過負荷のために瞬間停止するような状
況でもステップ回転の移動量を指令値に一致させること
ができ、ステッピング動作を高精度に行える。

【００３５】また、使用する速度域に見合う進角量を予
め設定するので、最適な動作タイミングを得ることがで
き、これによりステータ励磁を高効率に行える。その結
果、ステッパモータ１が本来有する潜在的な性能特性を
有効に活用することができ、安定化した駆動が行える。

【００３６】なお、制御部５としては、以下のような制
御動作を行う構成にすることもできる。例えば、相切替
信号Ｐｄａ，Ｐｄｂと補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂの
それぞれを計数するとともに、両信号の計数差値をモニ
タして、停止信号または逆転信号が入力されたときに、
相切替信号側が過剰値では適宜な周期のパルス信号（駆
動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）を計数差値のパルス数だけ生
成，出力して駆動巻線の相切替制御を行う。

【００３７】逆に、センサ信号側が過剰値では適宜な周
期のパルス信号を計数差値のパルス数だけ生成し、これ
を逆回転の修正信号（駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）として
出力して駆動巻線の相切替制御を行う。

【００３８】この場合、位相比較部８ａでの位相比較に
よる相切替制御は行うので、モータ起動中に過負荷等に
起因して両信号の計数に１パルス以上のずれが生じる
と、そのまま次のタイミングで同期し、脱調は回避でき
るが、ステップ回転の移動量は指令値とは相違したずれ
た状態で回転を継続することになる。

【００３９】しかしここでは、停止信号または逆転信号
が入力されたときに、両信号の計数差値のパルス数だけ
の相切替制御を、ステップ数が不足では正転を行い、ま
た過剰では逆回転を行うので、最後にステップ数を合わ
せることができ、ステップ回転の移動を指令値の通り正
しく行える。

【００４０】また、制御部５の別の構成としては、停止
信号の入力によりロータ位置を保持期間中に補正センサ
信号Ｓｄａ，Ｓｄｂの計数を継続するとともに、零値で
ある相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂとの計数差値の演算を継
続し、次に起動信号が入力されたときに、適宜な周期の
パルス信号を計数差値だけ生成し、これをロータ位置の
修正信号（駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）として出力して駆
動巻線の相切替制御を行う。

【００４１】このように、次回の起動時にはまず修正信
号が出力されることから、停止ホールド中におけるロー
タ位置のずれを修正することができ、毎回の起動を正し
いロータ位置から行うことができ、ステッピング動作を
高精度に行える。

【００４２】さらに、制御部５の別の構成としては、停
止信号の入力によりロータ位置を保持期間中に補正セン
サ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂの計数を継続するとともに、零値
である相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂとの計数差値の演算を
継続し、計数差値が生じた際には適宜な周期のパルス信
号を計数差値のパルス数だけ生成し、これをロータ位置
の修正信号（駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ）として出力して
駆動巻線の相切替制御を行う。

【００４３】この場合、停止ホールド中にはロータ位置
にずれが生じる度に修正信号が出力されることから、ロ
ータ位置のずれを逐一修正することができる。従って、
毎回の起動を正しいロータ位置から行うことができ、ス
テッピング動作を高精度に行える。

【００４４】次に、第２の実施の形態を説明する。本実
施の形態では、上記した第１の実施の形態を基本とし、
進み角量の調整を行うことができるようにしている。す
なわち、図４にその要部構成を示すように、ロータ回転
の速度域に対応させて進角量をそれぞれに設定して行う
ようにしている。

【００４５】図示するように、ロータ回転の速度域を例
えば低速域，中速域，高速域の三つに分割し、制御部５
のメモリ７ａには、低速域に対応する進角量θ１と、中
速域に対応する進角量θ２と、高速域に対応する進角量
θ３とを記憶しておく。そして、選択信号Ｄを受けてメ
モリ７ａから何れかの進角量を読み出すものであり、進
角制御は、モータ起動中であっても、選択信号Ｄの更新
に応じて進角量の設定を逐次変更して行う。

【００４６】このように、使用する速度域に見合う進角
量を選択信号Ｄにより選択して設定することができるこ
とから、各速度域では最適な動作タイミングを得ること
ができ、これによりステータ励磁を高効率に行える。

【００４７】その結果、より高速側で駆動することがで
きるようになり、ステッパモータ１が本来有する潜在的
な性能特性を有効に活用することができ、高速域でも安
定化した駆動が行える。なお、その他の構成並びに作用
は、第１の実施の形態並びにその変形例と同様であるの
で、その詳細な説明を省略する。

【００４８】図５は、本発明の第３の実施の形態の要部
を示している。本実施の形態における進角制御として
は、センサ信号Ｓａ，Ｓｂの位相差タイミング（エッジ
間隔）を計測（計数）するタイマ７ｃを備えており、メ
モリ７ａには、正転（ＣＷ）に対応する進角量θＡと、
逆転（ＣＣＷ）に対応する進角量θＢとを記憶してお
く。そして、メモリ７ａに記憶した進角量（θＡ，θ
Ｂ）に見合う進角タイミングを、タイマ７ｃの計数値に
基づいて演算するとともに、当該進角タイミングをタイ
マ７ｃの計数動作との同調一致から断定して補正センサ
信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを出力する。なお、センサ３として
は、例えば光学式センサを用いる。或いは、ホールセン
サ等を用いてその出力信号を矩形波に変換してもよい。

【００４９】図６は進角設定部の進角制御を説明するフ
ローチャート図であり、図７は進角制御における各信号
波形を示すタイムチャート図である。本実施の形態でも
ステッパモータ１は、２相のものであり、センサ信号Ｓ
ａ，Ｓｂは９０度位相がずれたパルスとなっている。ま
た、センサ信号Ｓａ，Ｓｂのエッジ数は、ロータ回転に
おけるステップ数と同数になっている。なお、図７に示
す補正センサ信号Ｓｄａ、Ｓｄｂは進角量を４５度とし
た例であり、これを例にして進角制御の動作を説明す
る。

【００５０】まず、進角設定部７では、タイマ７ｃによ
る計数動作をセンサ信号Ｓａ，Ｓｂによりリセットして
おり、このためステッパモータ１を起動中は、タイマ７
ｃはセンサ信号Ｓａ，Ｓｂの位相差タイミング（エッジ
間隔）を計測（計数）するものとなる。

【００５１】つまり、図７に示すタイミングＴ０からタ
イミングＴ１までの時間間隔がエッジ間隔であり、これ
をタイマ７ｃにより計数していて、タイミングＴ１にな
った時点でタイマ７ｃからその計数値（タイマ値Ｔａ）
を取り込むとともに（ＳＴ１）、直ちにタイマ７ｃをリ
セットして（ＳＴ２）、次のエッジ間隔について計数動
作を連続的に行わせる。

【００５２】次に、メモリ７ａから回転方向に対応する
進角量（θＡ或いはθＢ）を読み込み、その進角量に見
合う進角タイミングを、タイマ７ｃの計数値（タイマ値
Ｔａ）に基づいて演算する（ＳＴ３）。つまり、進角設
定部７では、取り込んだタイマ値Ｔａに基づいて進角量
（図７に示す例では４５度）に見合う進角タイミングＴ
ａ１を演算するものであり、進角タイミングＴａ１は、
補正センサ信号Ｓｄａを出力する出力タイミングＴ１ｅ
までの時間間隔であって、 Ｔａ１＝Ｔａ−Ｔａ×４５度／９０度 という関係式から求める。

【００５３】タイマ７ｃは、上述したようにタイミング
Ｔ１の時点で計数動作を０から再スタートしており、進
角設定部７では、この計数値が進角タイミングＴａ１に
一致するか否かをモニタしている（ＳＴ４）。そして、
タイマ７ｃの計数値が進角タイミングＴａ１に一致した
ときが、補正センサ信号Ｓｄａの出力タイミングＴ１ｅ
なので（ＳＴ４の分岐判断でＹｅｓ）、このとき補正セ
ンサ信号Ｓｄａを出力する（ＳＴ５）。

【００５４】以降も同様に、センサ信号Ｓａ，Ｓｂの位
相差タイミングに、タイマ７ｃの計数値を取り込み、取
り込んだタイマ値Ｔｘに基づいて進角量θＸに見合う進
角タイミングＴｘＸを演算して、次の計数動作の計数値
がこの進角タイミングＴｘＸに一致した時点（出力タイ
ミングＴＸｅ）で補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを出力
する。

【００５５】このように、進角設定部７としては、セン
サ信号Ｓａ，Ｓｂのエッジ毎に間隔時間つまり位相差タ
イミングをタイマ７ｃにより計測しており、メモリ７ａ
に記憶した進角量（θＡ，θＢ）に見合う進角タイミン
グを、タイマ７ｃの計数値に基づいて演算するととも
に、当該進角タイミングをタイマ７ｃの計数動作との同
調一致から断定して補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを出
力するので、進角タイミングのきざみ値がタイマ７ｃの
計数分解能に依存することになる。すなわち、進角制御
はタイマ７ｃの分解能で行われるものとなり、センサ３
の分解能には依存しない。

【００５６】このことは、例えば進角制御としては、ロ
ータ回転の１ステップあたりに複数パルスを出力するよ
うなエンコーダをセンサ３に用いて、その出力パルスを
カウントすることで進角タイミングを直接的に割り出
し、補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを出力する構成を採
ることができる。しかし、そうした場合は進角タイミン
グのきざみ値がエンコーダパルスのきざみ値になり、進
角量の設定はセンサ３の分解能に依存し、進角制御を高
精度に行うには、より高分解能なエンコーダに変更する
必要がある。これに対し、本形態の進角制御によれば、
タイマ７ｃの計数分解能で進角タイミングを決定でき、
センサ３の分解能を超える高い精度で進角量を設定する
ことができる。

【００５７】また、メモリ７ａには、回転方向に対応し
て進角量（θＡ，θＢ）をそれぞれ記憶させているの
で、進角制御を回転方向それぞれに行えて正転，逆転を
それぞれ適宜に調節することができる。さらに、センサ
３の取り付け誤差等のためにモータ特性に回転方向での
不一致があっても、進角タイミングの演算において適正
化のための補正演算が行えるので、センサ３を取り付け
た後でも進角量を高精度に設定できる。

【００５８】そして、センサ信号Ｓａ，Ｓｂのエッジ毎
に進角タイミングを演算するので、メモリ７ａに記憶さ
せた進角量（θＡ，θＢ）を適宜に変更することによ
り、当該モータを駆動中にも進角量を自由に変更するこ
とができる。

【００５９】図８は、本発明の第４の実施の形態の要部
を示している。本実施の形態における進角制御として
は、進角演算部７ｂを備えており、相切替信号Ｐｄａ，
Ｐｄｂ等から指令側の回転速度を判断し、当該回転速度
に対応する進角量の最適値を演算により求めて設定する
ようにしている。つまり、モータ起動中であっても、指
令側の回転速度に応じて進角量の設定を進角演算部７ｂ
により逐次変更し、動的に進角制御を行う。

【００６０】従って、速度を可変に駆動制御する場合で
も、指令側の回転速度に対応させて、常に最高効率とな
る進角量を設定できる。このため、ステータ励磁を常に
高効率に行えて高速域でも安定に駆動できる。なお、そ
の他の構成並びに作用は、第１の実施の形態並びにその
変形例と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【００６１】＊実験結果 本発明に係る駆動制御方法を、通常型のステッパモータ
（ＳＭＰ）と高効率型のステッパモータ（ＳＭＨ）とに
適用して、特性測定を行った。トルク特性を図９に示
す。そして効率特性を図１０に示す。両図において、三
角記号△，▲は通常型のステッパモータ（ＳＭＰ）であ
り、四角記号□，■は高効率型のステッパモータ（ＳＭ
Ｈ）である。そして、黒抜き記号▲，■は本発明を適用
した場合であり、白抜き記号△，□は従来の駆動制御方
法を適用した場合である。同図から明らかなように、本
発明の適用によりトルク特性を高速域に延ばすことがで
き、高速域において高効率に駆動できることを確認でき
た。

【００６２】本発明に関わる駆動制御方法を、高効率型
のステッパモ−タ（ＳＭＨ）に適応することで通常型の
ステッパモ−タ（ＳＭＰ）に適応するより更なる高速
域、高効率での駆動ができることを確認できた。

【００６３】また、進角制御で進角量を変更した場合の
トルク特性を図１１に示す。これには高効率型のステッ
パモータ（ＳＭＨ）を使用した。図中、θ０は従来の駆
動制御方法を適用した場合であり、θ１は進角量を小と
し、θ２は進角量を中とし、θ３は進角量を大とした場
合である。

【００６４】進角量を大にすると低速域でのトルクが低
下するが、高速域でも回転させることができることが確
認できた。また、進角量を小にすると高速域まで回転さ
せることができないことが確認できた。その結果、使用
する速度域に合わせ進角量を設定することにより高効率
で安定した回転を得られることが確認できた。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るステッパモ
ータの駆動制御方法では、パルス数の計数と計数差値の
モニタにより加速駆動及び減速駆動を行わせ、計数差値
を零に収束させるので、相切替信号とセンサ信号とで１
パルス以上の計数差値がでた場合でも修正でき、ステッ
プ回転の移動量のずれを修正することでロータの位置制
御を正しく行える。

【００６６】従って、脱調の防止及び励磁電流の適正化
ができる上に、過負荷のために瞬間停止するような状況
でもステップ回転の移動量を指令値に一致させることが
でき、ステッピング動作を高精度に行える。

【００６７】また、使用する速度域に見合う進角量を予
め設定するので、最適な動作タイミングを得ることがで
き、これによりステータ励磁を高効率に行える。その結
果、ステッパモータが本来有する潜在的な性能特性を有
効に活用することができ、高速域でも安定に駆動でき
る。さらに、その進角制御は、センサ信号の位相差タイ
ミングをタイマにより計測し、メモリに記憶した進角量
に見合う進角タイミングを、タイマの計測値に基づいて
演算するとともに、当該進角タイミングをタイマの計測
動作との同調一致から断定して補正センサ信号を出力す
ることとするので、タイマの計測分解能で進角タイミン
グを決定でき、センサ手段の分解能を超える高い精度で
進角量を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すステッパモー
タ装置の構成図である。

【図２】本発明に係る進角制御の動作を説明するブロッ
ク図である。

【図３】モータ起動時における各信号波形を示すタイム
チャート図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図６】進角設定部の進角制御を説明するフローチャー
ト図である。

【図７】進角制御における各信号波形を示すタイムチャ
ート図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図９】トルク特性を示すグラフ図である。

【図１０】効率特性を示すグラフ図である。

【図１１】進角制御におけるトルク特性を示すグラフ図
である。

【符号の説明】

１ ステッパモータ ２ ロータ ３ センサ ５ 制御部 ６ 相切替信号発生部 ７ 進角設定部 ７ａ メモリ ７ｂ 進角演算部 ７ｃ タイマ ８ 演算部 ８ａ 位相比較部 ８ｂ 励磁電流部 ９ 駆動ドライバ １０ ステッパモータ装置

フロントページの続き (72)発明者 宮地 茂樹 東京都港区新橋５丁目36番11号 エフ・デ ィー・ケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H580 AA05 AA06 BB06 CB01 FA04 FA22 FB03 HH09 HH27 HH39 JJ02

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッパモータのロータ位置を検出する
   センサ手段を備えて、それのセンサ信号とステータ励磁
   のための相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れて
   いる信号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切
   替制御を行うとともに、 前記センサ信号が前記相切替信号よりも進み位相では励
   磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁電流を増加す
   る励磁電流制御を行うステッパモータの駆動制御方法に
   おいて、 前記相切替信号と前記センサ信号のそれぞれを計数する
   とともに、両信号の計数差値をモニタし、 両信号が１パルス以上ずれた際、相切替信号側が過剰値
   では加速のための相切替制御，励磁電流制御を行い、逆
   に、センサ信号側が過剰値では減速のための相切替制
   御，励磁電流制御を行い、当該加減速駆動の制御を計数
   差値が零に収束するまで行うことを特徴とするステッパ
   モータの駆動制御方法。
2. 【請求項２】 ステッパモータのロータ位置を検出する
   センサ手段を備えて、それのセンサ信号とステータ励磁
   のための相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れて
   いる信号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切
   替制御を行うとともに、 前記センサ信号が前記相切替信号よりも進み位相では励
   磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁電流を増加す
   る励磁電流制御を行うステッパモータの駆動制御方法に
   おいて、 前記相切替信号と前記センサ信号のそれぞれを計数する
   とともに、両信号の計数差値をモニタし、 停止信号または逆転信号が入力されたときに、相切替信
   号側が過剰値では適宜な周期のパルス信号を計数差値の
   パルス数だけ生成，出力して駆動巻線の相切替制御を行
   い、 逆に、センサ信号側が過剰値では適宜な周期のパルス信
   号を計数差値のパルス数だけ生成し、これを逆回転の修
   正信号として出力して駆動巻線の相切替制御を行うこと
   を特徴とするステッパモータの駆動制御方法。
3. 【請求項３】 ステッパモータのロータ位置を検出する
   センサ手段を備えて、それのセンサ信号とステータ励磁
   のための相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れて
   いる信号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切
   替制御を行うとともに、 前記センサ信号が前記相切替信号よりも進み位相では励
   磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁電流を増加す
   る励磁電流制御を行うステッパモータの駆動制御方法に
   おいて、 停止信号の入力によりロータ位置を保持期間中にセンサ
   信号の計数を継続するとともに、零値である相切替信号
   との計数差値の演算を継続し、 次に起動信号が入力されたときに、適宜な周期のパルス
   信号を計数差値だけ生成し、これをロータ位置の修正信
   号として出力して駆動巻線の相切替制御を行うことを特
   徴とする請求項１または２に記載のステッパモータの駆
   動制御方法。
4. 【請求項４】 ステッパモータのロータ位置を検出する
   センサ手段を備えて、それのセンサ信号とステータ励磁
   のための相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れて
   いる信号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切
   替制御を行うとともに、 前記センサ信号が前記相切替信号よりも進み位相では励
   磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁電流を増加す
   る励磁電流制御を行うステッパモータの駆動制御方法に
   おいて、 停止信号の入力によりロータ位置を保持期間中にセンサ
   信号の計数を継続するとともに、零値である相切替信号
   との計数差値の演算を継続し、 計数差値が生じた際には適宜な周期のパルス信号を計数
   差値のパルス数だけ生成し、これをロータ位置の修正信
   号として出力して駆動巻線の相切替制御を行うことを特
   徴とする請求項１または２に記載のステッパモータの駆
   動制御方法。
5. 【請求項５】 ステッパモータのロータ位置を検出する
   センサ手段を備え、 そのセンサ手段からのセンサ信号とステータ励磁のため
   の相切替信号との位相をモニタし、位相が遅れている信
   号に基づいて励磁信号を生成して駆動巻線の相切替制御
   を行うとともに、 前記センサ信号が前記相切替信号よりも進み位相では励
   磁電流を減少させ、逆に遅れ位相では励磁電流を増加す
   る励磁電流制御を行うステッパモータの駆動制御方法に
   おいて、 前記センサ信号をタイミング基準にして前記励磁信号の
   位相を適宜に進ませる位相の進角制御を行うことを特徴
   とするステッパモータの駆動制御方法。
6. 【請求項６】 前記進角制御は、前記センサ信号の位相
   差タイミングをタイマにより計測し、 メモリに記憶した進角量に見合う進角タイミングを、前
   記タイマの計測値に基づいて演算するとともに、当該進
   角タイミングを前記タイマの計測動作との同調一致から
   断定して補正センサ信号を出力することを特徴とする請
   求項５に記載のステッパモータの駆動制御方法。
7. 【請求項７】 前記進角制御は、ロータの正転方向と逆
   転方向とで進角量をそれぞれに設定して行うことを特徴
   とする請求項５または６に記載のステッパモータの駆動
   制御方法。
8. 【請求項８】 前記進角制御は、ロータ回転の速度域に
   対応させて進角量をそれぞれに設定して行うことを特徴
   とする請求項５または６に記載のステッパモータの駆動
   制御方法。
9. 【請求項９】 前記進角制御は、指令信号に応じて進角
   量の設定を逐次変更して行うことを特徴とする請求項５
   または６に記載のステッパモータの駆動制御方法。
10. 【請求項１０】 前記進角制御は、前記相切替信号等か
    ら指令側の回転速度を判断し、当該回転速度に対応する
    進角量の最適値を演算により求めて設定することを特徴
    とする請求項５または６に記載のステッパモータの駆動
    制御方法。
11. 【請求項１１】 ステッパモータ及び当該ステッパモー
    タの駆動を制御する制御部を備えたステッパモータ装置
    において、 前記制御部を、請求項１〜１０に記載のステッパモータ
    の駆動制御方法を実行する制御部としたことを特徴とす
    るステッパモータ装置。