JP2005229743A - ステッピングモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータの停止位置を正確に制御することにある。
【解決手段】 ロータ１の回転を停止する際に最後に励磁する被励磁部２１〜２８のためにコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に供給する最終励磁電流Ｉｂの通電時間である最終通電時間Ｔをパルス状に供給する励磁電流Ｉａの通電時間ｔより長く設定することにより、ロータの停止位置を正確に制御すべく構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータの回転停止位置を制御するのに好適なステッピングモータの制御方法に関するものである。

ステッピングモータとしては、例えばロータに永久磁石を用いたＰＭ型のものが知られている。このＰＭ型のステッピングモータは、図５及び図６に示すように、ロータ１と、このロータ１の外周面を囲むように設置されたステータ２とを備えた構成になっている。

ロータ１の外周面には、周方向に異なる磁極、即ちＮ極及びＳ極の永久磁石部が交互に配置されている。ここでは、周方向に４等分した各位置に、外周面をＮ極とする永久磁石部Ｎ１、Ｎ２及び外周面をＳ極とする永久磁石部Ｓ１、Ｓ２を磁極を異ならせて交互に配置したものを模式的に示している。

また、ステータ２の内周面には、４つのコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２によって磁化される複数の被励磁部２１〜２８が周方向に配置されている。ここでは、８つの被励磁部２１〜２８を周方向に８等分した各位置に設けたものを模式的に示している。

各コイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２は、図７に示すように、通電時間ｔの励磁電流Ｉａをパルス状に（間欠的に）順次供給することにより、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、被励磁部２１〜２８のうち磁化された被励磁部を周方向に順次変化させるようになっている。

ロータ１は、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、永久磁石部Ｎ１、Ｎ２が被励磁部２１〜２８のうちＳ極となった被励磁部から吸引力を受けると共に、Ｎ極となった被励磁部から反発力を受け、また永久磁石部Ｓ１、Ｓ２がＮ極となった被励磁部から吸引力を受けると共に、Ｓ極となった被励磁部から反発力を受けることにより、各被励磁部２１〜２８が順次磁化される方向に回転するようになっている。ここでは、時計の指針の回転方向（図５中の矢印方向）に回転する例を示している。

また、すべてのコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２への励磁電流Ｉａの供給を停止した場合には、被励磁部２１〜２８が磁性体で構成されていることから、各永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２からこれらに対向する各被励磁部２１〜２８に作用する磁力（吸引力）により、ロータ１が停止すると共に、その停止状態が維持される。

ところが、上記ステッピングモータにおいては、例えばロータ１が高速で回転しているときに、全コイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２への励磁電流Ｉａを停止すると、被励磁部２１〜２８のうち最後に磁化した各被励磁部で各永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２を吸引した後、例えば回転方向の一つ先の各被励磁部の位置に各永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が移動してから停止することがある。

このため、ロータ１の回転が速い場合には、当該ロータ１の停止位置を正確に制御することができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ロータの回転速度が速い場合でも、ロータの停止位置を正確に制御することのできるステッピングモータの制御方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載のステッピングモータの制御方法は、外周面に異なる磁極の永久磁石部が周方向に交互に配置されたロータと、このロータの外周面を囲むように周方向に複数配置された被励磁部及びこの被励磁部を励磁するコイルを有するステータとを備え、上記コイルに励磁電流をパルス状に供給することによって上記被励磁部の磁化を周方向に順次変化させることにより、磁化状態にある上記被励磁部と上記永久磁石部との間に作用する磁力を利用して上記ロータを回転駆動するステッピングモータの制御方法であって、上記ロータの回転を停止する際に最後に励磁する上記被励磁部のために上記コイルに供給する最終励磁電流の通電時間である最終通電時間を上記パルス状に供給する励磁電流の通電時間より長く設定することを特徴としている。

本発明の請求項２に記載のステッピングモータの制御方法は、請求項１に記載の発明において、上記最終通電時間は、上記最終励磁電流の供給を開始した後、上記最後の被励磁部で吸引した永久磁石部の周方向の揺れが停止するまでの時間とすることを特徴としている。

本発明の請求項３に記載のステッピングモータの制御方法は、請求項１に記載の発明において、上記最終通電時間は、上記最終励磁電流の供給を開始した後、上記最後の被励磁部で吸引した永久磁石部が上記最終励磁電流の供給を停止したとしても当該被励磁部の位置にとどまることとなる上記最終励磁電流の供給を停止するまでの時間とすることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、最後に励磁する被励磁部のためにコイルに供給する最終励磁電流の通電時間である最終通電時間をパルス状に供給する励磁電流の通電時間より長く設定しているので、当該最後に励磁した被励磁部で吸引した永久磁石部を当該被励磁部にとどまらせた状態でロータの回転を停止させることができる。

従って、ロータの回転速度が速い場合でも、ロータを正確な位置に確実に停止させることができる。即ち、ロータの停止位置を正確に制御することができる。なお、ロータを停止させるための上記最終通電時間を経過した後は、被励磁部の励磁が解除されることになるが、永久磁石部から磁性体製の被励磁部に吸引力（磁力）が作用し続けることになるので、ロータを停止状態に維持することができる。

請求項２に記載の発明によれば、最終通電時間が、最終励磁電流の供給を開始した後、最後の被励磁部で吸引した永久磁石部の周方向の揺れが停止するまでの時間とされているので、永久磁石部が回転方向の例えば一つ先の被励磁部の位置に移動してから停止するということがない。

従って、ロータの停止位置を正確に制御することができる。しかも、最後に被励磁部を励磁する時間（即ち、最終通電時間）が不要に長くなるのを防止することができるので、消費電力の低減を図ることができると共に、制御速度を速くすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、最終通電時間が、最終励磁電流の供給を開始した後、最後の被励磁部で吸引した永久磁石部が最終励磁電流の供給を停止したとしても当該被励磁部の位置にとどまることとなる上記最終励磁電流の供給を停止するまでの時間とされているので、ロータの停止位置を正確に制御することができると共に、最終通電時間を更に短縮することができる。従って、消費電力の低減及び制御速度の向上を図る上で極めて有用である。

以下、本発明を実施するための最良の形態としての一実施の形態について図１〜図６を参照して説明する。但し、ステッピングモータの構成については、背景技術において、図５及び図６を用いて既に説明しているので、これに重複する説明は極力避けることとする。

この実施の形態で示すステッピングモータの制御方法は、図１〜図６に示すように、被励磁部２１〜２８のうち最後に励磁する被励磁部のために各コイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に供給する最終励磁電流Ｉｂの通電時間である最終通電時間Ｔをパルス状に供給する励磁電流Ｉａの通電時間ｔより長く設定することにより、磁化状態にある被励磁部で吸引した永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２を当該磁化状態の被励磁部の位置にとどまらせた状態でロータ１の回転を停止させるようになっている。なお、最終励磁電流Ｉｂの電流値は、励磁電流Ｉａと同一である。

例えば、図１に示すように、各コイルＡ１、Ｂ１、Ａ２に励磁電流Ｉａを順次供給した後、コイルＢ２に最終励磁電流Ｉｂを供給すると、被励磁部２１〜２８における磁化された部分が、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、時計回りに順次変化し、最終的には図５（ｄ）に示すように、Ｎ極に磁化された被励磁部２４、２８で永久磁石部Ｓ１、Ｓ２を吸引し、Ｓ極に磁化された被励磁部２２、２６で永久磁石部Ｎ１、Ｎ２を吸引した状態になって、ロータ１の回転が停止する。

ここで、最終励磁電流Ｉｂで励磁部２４を励磁した後の当該励磁部２４に対する永久磁石部Ｓ１の動きに注目すると、当該永久磁石部Ｓ１の動きは、図２に示すようになる。即ち、永久磁石部Ｓ１は、最終励磁電流ＩｂによってＮ極に磁化された被励磁部２４に向かって移動すると共に、当該被励磁部２４における最終的に停止すべき位置を回転方向にオーバーランすることにより第１の角振幅ｄ１を生じる。その後、永久磁石部Ｓ１は、反回転方向に第２の角振幅ｄ２、回転方向に第３の角振幅ｄ３…を交互に繰り返した後、例えば第７の角振幅ｄ７後に、摩擦や負荷等の影響によって、被励磁部２４における上述した停止すべき位置に収束して停止することになる。

上記のように構成されたステッピングモータの制御方法においては、最終通電時間Ｔをパルス状に供給する励磁電流Ｉａの通電時間ｔより長く設定しているので、ロータ１の回転速度が速い場合でも、最後に磁化した被励磁部、例えば図５（ｄ）に示す被励磁部２２、２４、２６、２８のそれぞれに永久磁石部Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２を対向させた状態でロータ１を停止させることができる。

従って、ロータ１の回転速度が速い場合でも、当該ロータ１を正確な位置に停止させることができる。即ち、ロータ１の停止位置を正確に制御することができる。また、上記最終通電時間Ｔを経過した後は、最終励磁電流Ｉｂの供給が停止されて、被励磁部の磁化が解除されることになるが、例えば図５（ｄ）に示す永久磁石部Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２から磁性体製の被励磁部２２、２４、２６、２８に吸引力が作用することになるので、ロータ１を停止状態に維持することができる。

なお、最終通電時間Ｔは、図２に示すように、最終励磁電流Ｉｂの供給を開始した後、第７の角振幅ｄ７後の永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２の周方向の揺れが停止するまでの時間Ｔ１とすることが好ましい。

上記最終保持時間Ｔとして最終通電時間Ｔ１を用いた場合には、ロータ１の揺れが確実に停止した後に、最終励磁電流Ｉｂの供給が停止し例えば図５（ｄ）に示す被励磁部２２、２４、２６、２８の磁化状態が解除されるので、各永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が各被励磁部２２、２４、２６、２８の位置に確実にとどまることになる。即ち、各永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が回転方向の例えば一つ先の各被励磁部２３、２５、２７、２１の位置に移動して停止するということがない。

従って、ロータ１の停止位置を正確に制御することができる。しかも、最終保持時間Ｔが不要に長くなるのを防止することができるので、消費電力の低減及び制御速度の向上を図ることができる。

更に、最終通電時間Ｔについては、最終励磁電流Ｉｂの供給を開始した後、最後の被励磁部で吸引した永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が最終励磁電流Ｉｂの供給を停止したとしても当該被励磁部の位置にとどまることとなる上記最終励磁電流Ｉｂの供給を停止するまでの時間に設定してもよい。

即ち、図２において、最終励磁電流Ｉｂの供給を開始した後、例えば第２の角振幅ｄ２が終了する時間Ｔ２において最終励磁電流Ｉｂの供給を停止すると、永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が吸引した励磁部の回転方向の先の励磁部に移動してから停止するおそれがあるのに対して、第３の角振幅ｄ３が終了する時間Ｔ３において最終励磁電流Ｉｂの供給を停止すると、永久磁石部Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２が吸引した励磁部の位置に確実にとどまって停止する場合には、上記時間Ｔ３を最終保持時間とすることができる。

上記最終保持時間Ｔとして最終保持時間Ｔ３を用いた場合には、ロータ１の停止位置を正確に制御することができることはもちろんのこと、最終保持時間Ｔを更に短縮することができるので、消費電力の低減及び制御速度の向上を図る上で極めて有用である。

また、上記ステッピングモータを例えば図３に示すカメラのレンズ（負荷）３の移動に利用する場合を想定すると、このステッピングモータとしてはトルクが大きいこと、高速回転が可能なこと、消費電力が少ないこと等が要求される。

そして、例えば、レンズ３を移動する距離が長い場合には、レンズ３を、図３（ａ）のように、連続的に直線駆動するのに代えて、図３（ｂ）のように、間欠的に直線駆動することにより、レンズ３の移動速度は遅くなるものの、レンズ３の移動に要する消費電力を抑えることができると共に、通電によるコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２の発熱を抑えて耐久性の向上を図ることができる。即ち、図４に示すように、ステッピングモータを駆動する励磁電流Ｉａ、Ｉｂの電流値Ｉ２に対して、耐久性上許容できる電流値Ｉ１まで電流を下げることができるので、消費電力の低減、耐久性の向上を図る上で有利である。

ここで、ステッピングモータは、図１及び図４に示すように、例えばコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２に順次励磁電流Ｉａを流した後、上述した最終通電時間Ｔ（最終保持時間Ｔ１、Ｔ３でも可）だけ、コイルＢ２に最終励磁電流Ｉｂを供給することにより、所定の回転角の位置に正確にロータ１を停止させることができる。そして、休止時間Ｔ４を経過後、再びコイルＡ１、Ｂ１、Ａ２に順次励磁電流Ｉａを流す等を繰り返すことにより、ロータ１の回転角度を正確に制御しながら、レンズ３を間欠的に移動することができる。

また、レンズ３を移動する距離が短い場合には、休止時間Ｔ４を入れることなく、高速でレンズ３を移動することができる。ただし、この場合も最終通電時間Ｔを用いてロータ１を停止させることにより、ロータ１の回転角、即ちレンズ３の位置を正確に制御することができる。

そして、最終保持時間Ｔとして最終通電時間Ｔ３を用いた場合には、消費電力を抑える上で極めて有利であることから、デジタルカメラ等のようにバッテリに充電された有限の電気エネルギを利用して作動させる機器において、作動時間の延長を図る上で極めて効果がある。

本発明の一実施の形態として示したステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータの各コイルに供給する励磁電流のタイミングチャートである。 同ステッピングモータの制御方法における最終励磁電流の供給を開始した後の励磁部に対する永久磁石部の周方向の揺れ（ダンピング）を示す説明図である。 同ステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータでカメラのレンズを駆動する例を示す説明図であり、（ａ）はレンズを連続的に直線駆動する例を示す図であり、（ｂ）はレンズを間欠的に直線駆動する例を示す図である。 同ステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータでカメラのレンズを間欠的に直線駆動する際のコイルに供給する励磁電流のタイミングチャートである。 同ステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータの作用を示す説明図であり、（ａ）はコイルＡ１に励磁電流を供給した後の被励磁部の磁化状態及びロータの回転位置を示す図であり、（ｂ）はコイルＢ１に励磁電流を供給した後の被励磁部の磁化状態及びロータの回転位置を示す図であり、（ｃ）はコイルＡ２に励磁電流を供給した後の被励磁部の磁化状態及びロータの回転位置を示す図であり、（ｄ）はコイルＢ２に最終励磁電流を供給した後の被励磁部の磁化状態及びロータの回転位置を示す図である。 ステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータのコイル及びロータを示す説明図である。 従来例として示したステッピングモータの制御方法におけるステッピングモータの各コイルに供給する励磁電流のタイミングチャートである。

符号の説明

１ ロータ
２ ステータ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ 被励磁部
ｔ 通電時間
Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２ コイル
Ｉａ 励磁電流
Ｉｂ 最終励磁電流
Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２ 永久磁石部
Ｔ、Ｔ１、Ｔ３ 最終通電時間

Claims (3)

1. 外周面に異なる磁極の永久磁石部が周方向に交互に配置されたロータと、このロータの外周面を囲むように周方向に複数配置された被励磁部及びこの被励磁部を励磁するコイルを有するステータとを備え、上記コイルに励磁電流をパルス状に供給することによって上記被励磁部の磁化を周方向に順次変化させることにより、磁化状態にある上記被励磁部と上記永久磁石部との間に作用する磁力を利用して上記ロータを回転駆動するステッピングモータの制御方法であって、
   上記ロータの回転を停止する際に最後に励磁する上記被励磁部のために上記コイルに供給する最終励磁電流の通電時間である最終通電時間を上記パルス状に供給する励磁電流の通電時間より長く設定することを特徴とするステッピングモータの制御方法。
2. 上記最終通電時間は、上記最終励磁電流の供給を開始した後、上記最後の被励磁部で吸引した永久磁石部の周方向の揺れが停止するまでの時間とすることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの制御方法。
3. 上記最終通電時間は、上記最終励磁電流の供給を開始した後、上記最後の被励磁部で吸引した永久磁石部が上記最終励磁電流の供給を停止したとしても当該被励磁部の位置にとどまることとなる上記最終励磁電流の供給を停止するまでの時間とすることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの制御方法。

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