JP2008172895A - ステップモータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステップモータ駆動装置は、モータ軸に連結されるとともに動力が伝搬する途中に遊びが含まれる動力伝搬機構に動力を供給するステップモータを駆動するステップモータ駆動装置において、上記動力伝搬機構の動力の伝搬する先方の動きが拘束されることにより上記モータ軸の回転が微小な角度範囲内に制限されたとき、上記ステップモータの磁気ばね特性および上記モータ軸から上記遊びまでの上記動力伝搬機構の部分の慣性から求まる固有振動数と同じ、または固有振動数の2倍から4倍の間のいずれかの駆動周波数の駆動パルスに従って駆動信号を供給して上記ステップモータを駆動する。
【選択図】図3
Description
図1は、この発明の実施の形態1に係わるステップモータ駆動装置により駆動されるステップモータから動力が供給される動力伝搬機構の構成図である。図2は、この発明の実施の形態1に係わるステップモータ駆動装置の機能ブロック図である。
この発明に係わる実施の形態1に係わるステップモータ駆動装置1は、図1に示すように、動力伝搬機構15に動力を供給するステップモータ2を駆動する。そして、動力伝搬機構15は、図示しないカメラを旋回操作する。なお、動力伝搬機構15は、以下の説明する例に限るものではなく、動力を伝搬する機構の中に機構の一部が拘束されたとき、遊びを有する箇所が含まれていれば良い。
このウォームホイール軸10にカメラが支持されている。
周波数可変部22は、ステップモータ2の脱調が検出されたとき、クロックパルスジェネレータ21が発振するパルスの周波数(以下、ステップモータ2を駆動するパルスの周波数であるので、駆動周波数と称す)が、ウォーム8がウォームホイール9に当接することによりモータ軸3が微小な角度範囲で振動するときのステップモータ2の磁気ばね特性およびモータ軸3の非減速段の慣性から求められるステップモータ固有振動数と同じ、またはステップモータ固有振動数の2倍から4倍の間のいずれかの周波数になるように変化する。
また、励磁相制御部25は、少なくとも駆動周波数の駆動パルス4個以上に従って駆動信号を励磁コイルに分配する。
モータ軸3の回転可能範囲が微小な角度範囲内に制限されることは、以下のような場合に発生する。例えば、カメラが屋外の氷雪で固着したとき、ウォームホイール軸10ならびにウォームホイール9の回転は拘束される。しかし、ウォームホイール9とウォーム8の間には遊びがあるため、ウォーム8およびウォーム軸7はこの遊びの範囲内で回転できる。そして、ウォームホイール9が拘束されているときにステップモータ2を駆動すると、ウォーム軸7にプーリB5、タイミングベルト5およびプーリA3を介して連結されたモータ軸3の回転範囲が制限されているため、ステップモータ2は脱調するが、駆動を継続するとウォームホイール9とウォーム8の間の遊びの範囲内で振動する。
ステップモータ2の駆動条件は、回転方向として時計方向(CW)と反時計方向(CCW)の2通りであり、駆動周波数としてf0、2f0、3f0、4f0である。このような駆動条件で駆動するステップモータ2に、加速度計をウォーム8の軸方向に取り付けて軸方向加速度および加速度計をウォーム8の回転の接線方向に取り付けて接線方向加速度を測定した。
図4は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の2倍の296Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/74=13msとなる。図4から分かるように、接線方向加速度は、0.011秒、0.026秒、0.038秒、0.053秒で加速度が大きくなっている。また、軸方向加速度は、0.026秒、0.053秒で大きくなっており、周期が接線方向加速度が大きくなる周期の2倍となっている。
図5は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の3倍の444Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/111=9msとなる。図5から、接線方向加速度の負側の大きな振幅の時点を読み取ると、0.005秒、0.016秒、0.023秒、0.032秒、0.042秒、0.05秒、0.059秒、0.069秒、0.078秒となり、周期は9msに近いことが分かる。しかし、詳細な波形を見ると加速度が大きくなる時点に規則性が見当たらない。
図6は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の4倍の592Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/148=6.8msとなる。図6から分かるように、接線方向加速度は、6.8msの周期で大きくなっている。
図8は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の2倍の296Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/74=13msとなる。図8から分かるように、加速度が大きくなる時点に規則性が見当たらない。
図9は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の3倍の444Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/111=9msとなる。図9から分かるように、加速度が大きくなる時点に規則性が見当たらない。
図10は、駆動周波数fをステップモータ固有振動数f0の4倍の592Hzにして駆動したときの加速度波形である。このときの連続する駆動パルス4個の周期は、1/148=6.8msとなる。図10から分かるように、接線方向加速度が大きくなる時点に規則性が見当たらないが、軸方向加速度の周期は約21msとなっている。
先ず、参考として衝突がない通常駆動の条件でステップモータ2を駆動したときのトルクの挙動について説明する。図12は、衝突がない通常駆動の条件でステップモータ2を駆動したときのトルクの変化の様子を示す図である。なお、縦軸はトルクを示し、横軸はロータの位置φを示すが、ロータの位置φはステップ角で正規化した値であるので、一定の駆動周波数で駆動されているときは横軸を時間とみなすことができる。図12から分かるように、通常駆動しているときは、トルクが駆動周波数と一致して変動している。
ウォームホイール軸10が固定されているとき、ウォーム8はウォームホイール9とのバックラシュすきまで衝突振動する。
これらの拘束位置で発生するトルクは、記号○△□◇で示した4回の励磁切換えを一周期として変化する。トルクは、駆動ステップ時間tsで正規化して時間軸上に描けばハッチングで示す矩形波となる。そして、拘束位置φcによってトルク波形は変化するが、その変動周期は駆動ステップ時間の4倍4tsであることがわかる。
図14に示すトルク波形は、図13に示すトルク波形よりも複雑な波形になるが、図13に示す静的トルクと類似の波形となっており、トルク変動の周期が駆動ステップ時間の4倍4tsであることが確認できる。
図17は、この発明の実施の形態2に係わるステップモータ駆動装置でのステップモータを起動する起動ルーチンの手順を示すフローチャートである。
この発明の実施の形態2に係わるステップモータ駆動装置1は、実施の形態1に係わるステップモータ駆動装置1と同様であり、実施の形態2ではステップモータ駆動装置1でのステップモータを起動する起動ルーチンを説明する。
ステップS12で、角度センサ11の信号から回転角度を算出する。
ステップS14で、算出した回転角度が起動で与えた指令から定まる所定の回転角度に達しているか否かを判断し、達しているとき脱調していないと判断し起動ルーチンを終了して通常駆動に移行する。達していないとき脱調していると判断しステップS16に進む。
ステップS18で、係数nを0にセットする。
ステップS20で、係数nに1を加算して値を新たな係数nとする。
ステップS22で、ステップモータ固有振動数f0のn倍を駆動周波数fとし、20ステップの駆動信号をステップモータ2に供給する。
ステップS26で、算出した回転角度が20ステップ駆動したときに達している回転角度に達しているか否かを判断し、達しているとき脱調が解消したと判断し起動ルーチンを終了して通常駆動に移行する。達していないとき脱調が解消していないと判断しステップS28に進む。
ステップS28で、ステップモータ固有振動数f0のn倍を駆動周波数fとし、20ステップの駆動信号をステップモータ2に供給する。
ステップS32で、算出した回転角度が20ステップ駆動したときに達している回転角度に達しているか否かを判断し、達しているとき脱調が解消したと判断し起動ルーチンを終了して通常駆動に移行する。達していないとき脱調が解消していないと判断しステップS34に進む。
ステップS36で、係数nが所定の閾値N未満か否かを判断し、係数nが閾値N未満のときステップS20に戻り、係数nが閾値N以上のときステップS38に進む。
ステップS38で、回転方向切換部23により回転方向をCWからCCWに設定してステップS18に戻る。
Claims (4)
- モータ軸に連結されるとともに動力が伝搬する途中に遊びが含まれる動力伝搬機構に動力を供給するステップモータを駆動するステップモータ駆動装置において、
上記動力伝搬機構の動力の伝搬する先方の動きが拘束されることにより上記モータ軸の回転が微小な角度範囲内に制限されたとき、上記ステップモータの磁気ばね特性および上記モータ軸から上記遊びまでの上記動力伝搬機構の部分の慣性から求まる固有振動数と同じ、または固有振動数の2倍から4倍の間のいずれかの駆動周波数の駆動パルスに従って駆動信号を供給して上記ステップモータを駆動することを特徴とするステップモータ駆動装置。 - 上記駆動周波数の4個以上の駆動パルスに従って駆動信号を供給することを特徴とする請求項1に記載のステップモータ駆動装置。
- 回転方向に従って上記駆動周波数を変えることを特徴とする請求項1または2に記載のステップモータ駆動装置。
- 角度センサから入力される回転角度に基づき上記モータ軸の回転が微小な角度範囲内に制限されていると判別することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のステップモータ駆動装置。
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