JP2005237043A - ステッピングモータ駆動制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２相励磁方式でのステッピングモータの駆動において比較的短時間に確実にモータを立ち上げる。
【解決手段】ステッピングモータの加速開始前に第１の時間（Ｔ１１またはＴ２１）、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の励磁を行う。ついで、第１の時間と同じまたはそれ以上の第２の時間（Ｔ１２またはＴ２２）、第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の励磁を行う。その後、前記回転方向に加速するために第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるようＡ相およびＢ相の出力を発生する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御方法に関し、２相励磁方式でのステッピングモータ駆動制御方法に関する。

図１に示すように、ステッピングモータは、磁石であるロータ３１とその周囲の複数のステータ３２により構成される。（ここではステータの極数を４個としているが、さらに多くてもよい。）従来、ロータ３１とステータ３２との間の磁力を強めモータのトルクを大きくする励磁方式として、同時に励磁する相を２つずつにする２相励磁方式が知られている。２相励磁方式でステッピングモータの駆動を行う場合、各励磁状態では、隣接する２つのステータ３２の間にロータ３１の極が位置決めされる。ロータ３１のＮ極側が特定の位置、例えば図１の位置Ｉにある状態から時計周りで駆動がスタートする場合、従来、図７に示すように、一定時間Ｔ１の前励磁を行った後、加速期間Ｔ２において図１で順次位置Ｉ→II→III→IV→Ｉ・・・と回転し、目標の速度まで徐々に加速させていく方式を採っていた。前励磁とはモータの回転開始の位置を確実に合わせるためのものであり、図１の例では、位置Ｉで前励磁を行うとすると、モータの回転開始前に位置Ｉで一定時間モータに固定励磁をかけることでモータの回転を位置Ｉから開始させることができる。

上記従来技術では、極稀ではあるが、前励磁しようとした位置と逆の相でロータが釣り合ってしまうことがある。例えば、ロータのＮ極が位置IIIで停止しているとき位置Ｉで前励磁をかけようとした場合にロータには両回転方向に均等の力が働き、ロータが暫時位置IIIにとどまり位置Ｉへ移動しないことがある。その後の駆動は、立ち上げ１ステップ目で逆転などして相ズレが起こり脱調が生じる。上記例では、位置Ｉ→II→III→IV・・・と回転しようとするのに対して、ロータ位置は例えば位置III→II→III→IV・・・となり、相がずれてしまい脱調等が発生する。

このような問題の解決策として、従来技術では、十分に長い時間の前励磁をかけ、加速の立ち上げ周波数の周期を非常に長い時間にして立ち上げていた。したがって、立ち上げに時間が掛かりすぎるという問題点があった。

本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、２相励磁方式でのステッピングモータの駆動において、比較的短時間に確実にモータを立ち上げることができるステッピングモータ駆動制御方法を提供することにある。

本発明によるステッピングモータ駆動制御方法は、２相励磁方式でステッピングモータを停止状態から加速状態に駆動するステッピングモータ駆動制御方法において、加速開始前に複数の前励磁を行い、続いて２相励磁方式の回転磁界を発生させることを特徴とする。

この発明では、ステッピングモータを２相励磁で駆動させる際に、最初の前励磁を比較的短く印加しても、２度目の前励磁で相を正しく合わせることができる。すなわち、ステッピングモータの停止状態から第１の励磁状態による第１の励磁（前励磁）を行ったとき仮にロータが初期的に不安定な位置にあったとしても、続いて、前記第１の時間と同じ（またはこれより長い）第２の時間、前記第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の励磁（前励磁）を行うことにより、ロータ位置を確実に当該「次の位置」に位置させることができ、これにより、続く加速状態にスムーズに移行させることが可能となる。

本発明によるステッピングモータ駆動制御装置は、位相のずれたＡ相およびＢ相のパルス信号を受けて、第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるよう、ステッピングモータのＡ相，／Ａ相およびＢ相，／Ｂ相の各駆動線に対して２相励磁駆動信号を出力する励磁駆動手段と、加速開始前に第１および第２の前励磁を連続して行い、続いて２相励磁方式の回転磁界を発生させるよう前記２相励磁駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

前記制御手段は、例えば、ステッピングモータの加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行った後、前記第１の時間と同じ第２の時間、前記第１の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行うよう前記２相励磁駆動手段を制御する。あるいは、前記制御手段は、ステッピングモータの加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行った後、前記第１の時間より長い第２の時間、前記第１の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行うよう前記２相励磁駆動手段を制御する。

このような構成に基づき、ステッピングモータを２相励磁で駆動させる際に、最初の前励磁を比較的短く印加しても、２度目の前励磁で相を正しく合わせることができる。

本発明では２相励磁方式のステッピングモータの駆動において、最初に比較的短い前励磁を行った後、最初の前励磁の時間と同じ（またはそれより長い）時間２回目の前励磁を行うことにより、全体として比較的短い前励磁時間で確実にステッピングモータを立ち上げることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２は、本発明のステッピングモータの駆動系の構成を示すブロック図である。ステッピングモータ３０は、制御部１０により駆動回路（ドライバ）２０を介して駆動される。本実施の形態では２相励磁方式により駆動される。制御部１０は、後述する図６に示す処理フローに対応するプログラム等を格納したメモリおよびこのプログラムを実行するＣＰＵ、ならびに時間をカウントするカウンタ等により構成することができる。

図３は、ステッピングモータの駆動回路２０の一例を示す回路図である。本実施の形態では、駆動回路２０の主要部として既存のドライバＩＣ２０１（ここでは松下電器産業社製ＡＮ８４９５ＳＢを用いている。ドライバＩＣ２０１の入力端子ＰＨＡ１、ＰＨＢ１にはモータ３０を駆動するための２相のパルス信号Ａ，Ｂが入力される。出力端子ＡＯＵＴ１，ＡＯＵＴ２にはそれぞれモータのステータのＡ相および／Ａ相に与えられる駆動出力が発生する（本明細書において”／”は反転信号を意味する）。同様に、出力端子ＢＯＵＴ１，ＢＯＵＴ２にはそれぞれモータのステータのＢ相および／Ｂ相に与えられる駆動出力が発生する。入力端子ＩＮ０〜ＩＮ３はドライバＩＣ２０１によるモータ３０の励磁方式（例えば２相励磁、１−２相励磁等）の切換を行うための端子である。その他の入出力端子は本発明に直接関係ないので説明を省略する。

図４に、本実施の形態におけるステッピングモータの２相励磁時の駆動シーケンスとそれに対応する図１におけるロータの位置を示す。図３のドライバＩＣ２０１のＰＨＡ１，ＰＨＢ１入力端子にそれぞれ、互いに所定の角度（９０°）だけ位相のずれた図４のパルス波形ＰＨＡ，ＰＨＢを入力すると、ドライバＩＣ２０１の出力端子ＡＯＵＴ１，ＡＯＵＴ２，ＢＯＵＴ１，ＢＯＵＴ２にはそれぞれ図４の波形Ａ，Ｂ，／Ａ，／Ｂが出力され、その結果、ロータの位置はIV、Ｉ、II、III、IV、と変化していく。

図３、図４で説明した駆動回路２０およびその２相励磁駆動動作自体は既知であり、本発明は、その２相励磁駆動の立ち上げ時の制御方法に特徴を有する。

図５は本実施の形態におけるステッピングモータの前励磁から加速までのステップを示した図である。図５を用いて本実施の形態の動作を説明する。図５（ａ）の方法では、最初に通常より短い時間Ｔ１１だけ第１の前励磁を行った後、２回目の前励磁として第１の前励磁と同じ時間Ｔ１２だけ第２の前励磁を行う。図５（ｂ）に示した方法では、第１の前励磁の時間Ｔ２１（＝Ｔ１１）に対して第２の前励磁の時間Ｔ２２を長くしている。第２の前励磁の時間を長くすることにより、その変化分以上に第１の前励磁の時間を短くしても安定的な駆動が行え、トータルで立ち上げ時間を短縮することが期待される。なお、本実施の形態における各前励磁の時間はステッピングモータの自起動周波数の周期の２倍以上の長さとする。

図１を例に時計周りにモータを回転させるとする場合を考える。今、位置Ｉで前励磁をかけようとしたときに最初位置IIIにモータの相が合っているとする。このとき、ロータは第１の前励磁で位置Ｉへ移行せず位置IIIに釣り合いそこに止まっているとしても、第２の前励磁で位置IIにおいて十分な時間で励磁をかけることにより、確実に位置IIに位置させることができる。これによって続く回転加速状態にスムーズに移行させることができる。その結果、加速時の立ち上げ周波数の周期を長い時間にとらなくても確実に位置IIをスタート点として位置II→III→IV→Ｉと回転させ、ステッピングモータを立ち上げることができる。

図６は、本実施の形態における図２の制御部１０の処理フローを示している。制御部１０を構成するＣＰＵは、メモリ内に記憶された当該処理フローに対応したプログラムを読み出して実行する。ＣＰＵは、ステッピングモータの立ち上げ開始時に、まず、加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行う（Ｓ１１）。この第１の前励磁は第１の所定時間維持する（Ｓ１２）。ついで、第１のステップに続いて、第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行う（Ｓ１３）。この第２の前励磁は、第１の所定時間と同じかそれより長い第２の所定時間維持する（Ｓ１４）。さらに続いて、前記回転方向に加速するために第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるようＡ相およびＢ相の出力を発生することにより加速動作を行う（Ｓ１５）。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、プログラムの全体または一部をハードウェアで置き換える等の変更が可能である。

本発明が適用されるステッピングモータの原理的構成および２相励磁の説明図である。 本発明のステッピングモータの駆動系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態において使用されるステッピングモータの駆動回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの２相励磁時の駆動シーケンスとそれに対応する図２におけるロータの位置を示す図である。 本発明の実施の形態におけるステッピングモータの前励磁から加速までのステップを示した図である。 本発明の実施の形態における図２の制御部の処理フローを示すフローチャートである。 従来の２相励磁方式のステッピングモータの駆動制御の説明図である。

符号の説明

１０ 制御部
２０ 駆動回路
３０ ステッピングモータ
３１ ロータ
３２ ステータ
２０１ ドライバＩＣ

Claims (6)

1. ２相励磁方式でステッピングモータを停止状態から加速状態に駆動するステッピングモータ駆動制御方法において、加速開始前に複数の前励磁を行い、続いて２相励磁方式の回転磁界を発生させることを特徴とするステッピングモータ駆動制御方法。
2. 請求項１に記載のステッピングモータ駆動制御方法であって、
   加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行う第１のステップと、
   第１のステップに続いて、前記第１の時間と同じ第２の時間、前記第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行う第２のステップと、
   第２のステップに続いて、前記回転方向に加速するために第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるようＡ相およびＢ相の出力を発生する第３のステップと
   を備えるステッピングモータ駆動制御方法。
3. 請求項１に記載のステッピングモータ駆動制御方法であって、
   ２相励磁方式でステッピングモータを停止状態から加速状態に駆動するステッピングモータ駆動制御法において、
   加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行う第１のステップと、
   第１のステップに続いて、前記第１の時間より長い第２の時間、前記第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行う第２のステップと、
   第２のステップに続いて、前記回転方向に加速するために第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるようＡ相およびＢ相の出力を発生する第３のステップと
   を備えるステッピングモータ駆動制御方法。
4. 位相のずれたＡ相およびＢ相のパルス信号を受けて、第１の回転磁界とそれより位相がずれた第２の回転磁界を共に発生させるよう、ステッピングモータのＡ相，／Ａ相およびＢ相，／Ｂ相の各駆動線に対して２相励磁駆動信号を出力する励磁駆動手段と、
   加速開始前に複数の前励磁を行い、続いて２相励磁方式の回転磁界を発生させるよう前記２相励磁駆動手段を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動制御装置。
5. 前記制御手段は、ステッピングモータの加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行った後、前記第１の時間と同じ第２の時間、前記第１の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行うよう前記２相励磁駆動手段を制御することを特徴とする請求項４記載のステッピングモータ駆動制御装置。
6. 前記制御手段は、ステッピングモータの加速開始前に第１の時間、Ａ相およびＢ相の第１の励磁状態で第１の前励磁を行った後、前記第１の時間より長い第２の時間、前記第１の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相およびＢ相の第２の励磁状態で第２の前励磁を行うよう前記２相励磁駆動手段を制御することを特徴とする請求項４記載のステッピングモータ駆動制御装置。

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