JP2008182816A - Stepping motor driving device, precision measuring equipment, precision machining equipment, and microstep driving method - Google Patents

Stepping motor driving device, precision measuring equipment, precision machining equipment, and microstep driving method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To use a conventional electronic circuit to segment the resolution of a stepping motor, and at the same time to reduce a grating audible sound produced at the time of rotational driving and at the time of hold. <P>SOLUTION: A stepping motor driving device includes: an electrical angle position managing means 12a having a basic step counter for counting the number of times of stepping of a stepping motor in a basic step and a number of times dividing step counter for counting the number of times of stepping in number of times divided step, obtained by dividing a basic step angle by m; an excitation phase combination outputting means 12b for outputting a combination of a first excitation set (F1-F2) and a second excitation set (F3-F4) according to the number of times of stepping in basic step; a number of times of excitation ratio outputting means 12d that gradually increases or decreases the number of times of exciting the first excitation set and gradually decreases or increases the number of times of exciting the second excitation set according to the number of times of stepping in number of times dividing step and thereby determines the ratio of the number of times of excitation of the first excitation set to that of the second excitation set; and an excitation waveform outputting means 12e that successively outputs excitation waveform dispersed so that the first excitation set does not constantly occur relative to the second excitation set in a simple cycle with a predetermined ratio of the number of times of excitation maintained, in an excitation cycle T. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、スター結線、環状結線等の複数の励磁コイルを有するN相ステッピングモータの励磁コイルを励磁するに際し、1の励磁の組合せと他の励磁の組合せとの励磁割合を変更して、N相ステッピングモータの基本ステップ角αを細分割するステッピングモータ駆動する装置と、同装置を搭載する精密測定機器及び精密加工機器と、そのマイクロステップ駆動方法に関する。   In the present invention, when exciting an exciting coil of an N-phase stepping motor having a plurality of exciting coils such as a star connection and an annular connection, the excitation ratio between one excitation combination and another excitation combination is changed to The present invention relates to a stepping motor driving device that subdivides a basic step angle α of a phase stepping motor, a precision measuring device and a precision processing device equipped with the device, and a microstep driving method thereof.

一般に、N相ステッピングモータのモータ回転子を駆動する場合には、外部からステッピングモータの駆動装置に回動指令パルスを入力し、駆動装置がその入力した回動指令パルスを計数し、その計数値に応じてN相ステッピングモータの所定の励磁相を励磁することにより、回動指令パルスの総数に比例した角度だけモータ回転子を回転させる制御を行っている。   Generally, when driving a motor rotor of an N-phase stepping motor, a rotation command pulse is input from the outside to the stepping motor drive device, and the drive device counts the input rotation command pulse, and the count value In response to this, by exciting a predetermined excitation phase of the N-phase stepping motor, control is performed to rotate the motor rotor by an angle proportional to the total number of rotation command pulses.

この、N相ステッピングモータのモータ回転子の位置決め分解能を細かくするために、N相ステッピングモータの機械的構造から決定される基本ステップ角αを半分に分割するハーフステップ駆動や、更に細かい角度に分割して位置決めするマイクロステップ駆動が行われている。   In order to refine the positioning resolution of the motor rotor of this N-phase stepping motor, the half-step drive that divides the basic step angle α determined from the mechanical structure of the N-phase stepping motor in half, or a smaller angle Then, microstep driving for positioning is performed.

従来のマイクロステップ駆動方法の一例として、例えば特許第3725316号公報(特許文献1)には、5相ステッピングモータに形成されている5相の励磁相の中から、モータ回転子を1の基本ステップの位置に位置決めするための1の励磁の組合せ(以降、第1励磁組と記載する。)と、次の基本ステップの位置に位置決めするための他の励磁の組合せ(以降、第2励磁組と記載する。)とを選択し、その第1励磁組又は第2励磁組を組合せた4つの励磁パターンの一部をマイクロステップ角の順序に従って変化させるとともに、励磁回数の割合を変更することにより、基本ステップ角αを細分割するマイクロステップ駆動方法が示されている。   As an example of a conventional microstep driving method, for example, Japanese Patent No. 3725316 (Patent Document 1) discloses that one basic step of a motor rotor is selected from five excitation phases formed in a five-phase stepping motor. One excitation combination for positioning to the position (hereinafter referred to as the first excitation set) and another excitation combination for positioning to the position of the next basic step (hereinafter referred to as the second excitation set) And by changing a part of the four excitation patterns combining the first excitation group or the second excitation group according to the order of the microstep angles, and changing the ratio of the number of excitations, A microstep driving method for subdividing the basic step angle α is shown.

特許文献1の実施例2に記載された5相ステッピングモータの駆動方法では、5相の励磁相のうち、例えば励磁相B及び励磁相Cの2相を同時に励磁する励磁組(BC)を生成するとともに、励磁相A及び励磁相Dの2相を同時に励磁する励磁組(AD)を生成する。そして、4種類の励磁組(BC)、(AD)、(BC)、(AD)を用いた励磁シーケンスを生成し、これを繰り返し出力することにより、合成ベクトル《ABCD》を構成して、アドレス=0の基本ステップの位置決めを実現している。   In the driving method of the five-phase stepping motor described in Example 2 of Patent Document 1, an excitation set (BC) that simultaneously excites two phases, for example, excitation phase B and excitation phase C, among the five excitation phases is generated. At the same time, an excitation set (AD) for exciting the excitation phase A and the excitation phase D simultaneously is generated. Then, an excitation sequence using four types of excitation groups (BC), (AD), (BC), and (AD) is generated, and this is repeatedly output to form a composite vector << ABCD >> = 0 Basic step positioning is realized.

アドレス=0からアドレス=1にマイクロステップの歩進をさせる場合には、前記4種類の励磁組(BC)、(AD)、(BC)、(AD)の最後の励磁組(AD)を励磁組(CD)に置き換えた4種類の励磁組(BC)、(AD)、(BC)、(CD)を用いた励磁シーケンスを生成し、これを繰り返し出力することにより、合成ベクトル《ABCD》+9.7°を得て、アドレス=1の位置に位置決めしている。   When stepping microsteps from address = 0 to address = 1, the last excitation group (AD) of the four types of excitation groups (BC), (AD), (BC), and (AD) is excited. By generating an excitation sequence using the four types of excitation groups (BC), (AD), (BC), and (CD) replaced with the group (CD), and repeatedly outputting them, the resultant vector << ABCD >> + 9 .7 ° is obtained and positioned at address = 1.

また、アドレス=1からアドレス=2に歩進させる場合には、4種類の励磁組(BC)、(AD)、(BC)、(CD)のうち3つ目の励磁組(BC)を励磁組(CD)に置き換えるとともに、最後に励磁組(BE)を配置した4種類の励磁組(BC)、(AD)、(CD)、(BE)を用いた励磁シーケンスを生成し、これを繰り返し出力することにより、合成ベクトル《ABCDE》を得て、アドレス=2のハーフステップの位置に位置決めしている。   Also, when stepping from address = 1 to address = 2, the third excitation group (BC) of the four types of excitation groups (BC), (AD), (BC), and (CD) is excited. Generate an excitation sequence using four types of excitation groups (BC), (AD), (CD), and (BE), which are replaced with the group (CD), and finally the excitation group (BE), and repeat this By outputting, a composite vector << ABCDE >> is obtained and positioned at the half step position of address = 2.

また、アドレス=2からアドレス=3にマイクロステップの歩進をさせる場合には、2つ目の励磁組(AD)を除いて、最後に励磁組(CD)を配置した4種類の励磁組(BC)、(CD)、(BE)、(CD)を用いた励磁シーケンスを生成し、これを繰り返し出力することにより、合成ベクトル《BCD》−9.7°を得て、アドレス=3の位置に位置決めしている。 In addition, when the micro step is incremented from the address = 2 to the address = 3, except for the second excitation group (AD), the last four excitation groups (CD) are arranged (CD). By generating an excitation sequence using (BC), (CD), (BE), (CD) and outputting this repeatedly, a composite vector << BCD E >>-9.7 ° is obtained, and address = 3 Positioned at the position.

また、アドレス=3からアドレス=4に歩進をさせる場合には、最初の励磁組(BC)を取り除いて、最後に励磁組(BE)を配置した4種類の励磁組(CD)、(BE)、(CD)、(BE)を用いた励磁シーケンスを生成し、これを繰り返し出力することにより、合成ベクトル《BCD》を得て、アドレス=4の基本ステップの位置に位置決めしている。 In addition, when stepping from address = 3 to address = 4, the four excitation groups (CD), (BE) in which the first excitation group (BC) is removed and the last excitation group (BE) is arranged. ), (CD), and (BE) are generated and repeatedly output, thereby obtaining a composite vector << BCD E >> and positioning it at the position of the basic step at address = 4.

このように、アドレス=0からアドレス=3にわたる4回のマイクロステップの励磁処理を用いることによって、合成ベクトル《ABCD》〜《ABC》の10段階の基本ステップをそれぞれ4分割したマイクロステップの歩進を実現させている。なお、このように、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数の割合を変化させることによってステップ角を細分割する手法を、以降、回数分割と呼ぶことにする。 In this way, by using the micro-step excitation process of four times from address = 0 to address = 3, the steps of the microstep obtained by dividing each of the ten basic steps of the composite vectors << ABCD >> to << ABC E >> into four. Has realized. Note that the method of subdividing the step angle by changing the ratio of the number of times of excitation between the first excitation group and the second excitation group in this way will be referred to as frequency division hereinafter.

また、従来のマイクロステップ駆動方法の他の実施態様として、例えば特開2004−266974号公報(特許文献2)には、3相ステッピングモータに形成されている3相の励磁コイルの励磁相(U相、V相、W相)の励磁極性を組み合わせて多相励磁を行うことにより、ステッピングモータの基本ステップ角αを細分割するマイクロステップ駆動方法が示されている。   As another embodiment of the conventional microstep driving method, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-266974 (Patent Document 2) discloses an excitation phase (U) of a three-phase excitation coil formed in a three-phase stepping motor. There is shown a microstep driving method in which the basic step angle α of the stepping motor is subdivided by performing multiphase excitation by combining the excitation polarities of the phase, V phase, and W phase).

例えば、特許文献2の図6には、第1励磁組(vUw)と第2励磁組(wVu)との出力比率をステップ毎に漸減及び漸増させることによって、基本ステップ間を10分割したマイクロステップ駆動方法が示されている。また、同特許文献2の図9には、第1励磁組(vUw)の励磁時間をステップ毎に漸増又は漸減するとともに、第2励磁組(wVu)の励磁時間をステップ毎に漸減又は漸増して、ステップ毎に励磁時間が異なる励磁波形(vUw、UwV、wVu)を生成し、複数の励磁コイルを順次励磁することにより、基本ステップ間を100分割したマイクロステップ駆動方法が示されている。なお、このように、第1励磁組と第2励磁組との励磁時間の割合を変化させることによってステップ角を細分割する手法を、以降、時間分割と呼ぶことにする。
特許第3725316号公報 特開2004−266974号公報
For example, FIG. 6 of Patent Document 2 shows a microstep in which the basic step is divided into 10 by gradually decreasing and gradually increasing the output ratio of the first excitation group (vUw) and the second excitation group (wVu) for each step. The driving method is shown. In FIG. 9 of Patent Document 2, the excitation time of the first excitation group (vUw) is gradually increased or decreased for each step, and the excitation time of the second excitation group (wVu) is gradually decreased or increased for each step. Thus, there is shown a microstep driving method in which excitation waveforms (vUw, UwV, wVu) having different excitation times for each step are generated and a plurality of excitation coils are sequentially excited to divide the basic steps into 100. Note that the method of subdividing the step angle by changing the ratio of the excitation time between the first excitation group and the second excitation group in this way will be referred to as time division hereinafter.
Japanese Patent No. 3725316 JP 2004-266974 A

近年では、光計測装置、光電子デバイス作製装置、有機EL作製装置、デバイスプロセス装置、若しくは有機半導体素子作製装置等の技術分野において、キャリッジの精密な位置決めや低振動の超低速駆動が求められている。なお、前記光計測装置の用途として、並列光演算技術、レーザ安定化技術、超高速分光技術、超高速光制御技術、若しくは光パルスタイミング同期技術等の光制御技術や、単一光子検出技術、超高速光計測技術、ホログラム計測技術、各種表面分光技術、電界発光計測技術、移動度計測技術、又は干渉計測技術等を挙げることができる。   In recent years, in a technical field such as an optical measurement device, an optoelectronic device manufacturing device, an organic EL manufacturing device, a device process device, or an organic semiconductor element manufacturing device, precise positioning of the carriage and ultra-low speed driving with low vibration are required. . In addition, as an application of the optical measuring device, parallel light calculation technology, laser stabilization technology, ultrafast spectroscopy technology, ultrafast light control technology, or optical pulse timing synchronization technology, etc., single photon detection technology, Examples include ultrafast optical measurement technology, hologram measurement technology, various surface spectroscopy technologies, electroluminescence measurement technology, mobility measurement technology, or interference measurement technology.

上記の各技術分野において、制御の容易性や制御装置の小型化、及び低価格化の要求により、キャリッジの駆動源としてステッピングモータが多用されており、ステッピングモータにも超低速駆動や高分解能駆動の性能が強く要求されている。また、研究室や生産現場等で作業する作業者の近傍で使用される各種装置に、高分解能のステッピングモータが組み込まれるケースも増加している。   In each of the above technical fields, stepping motors are frequently used as carriage drive sources due to demands for ease of control, miniaturization of control devices, and cost reductions. Ultra-low speed driving and high resolution driving are also used for stepping motors. There is a strong demand for performance. In addition, cases in which high-resolution stepping motors are incorporated into various devices used in the vicinity of workers working in laboratories and production sites are increasing.

上記特許文献1の実施例2に記載されたマイクロステップ駆動方法を用いて、ステッピングモータの分解能を向上させるためには、基本ステップ角αを分割するための励磁組の組合せ数(特許文献1の実施例2では4組の励磁組を使用している。)を増やす必要がある。   In order to improve the resolution of the stepping motor using the microstep driving method described in Example 2 of the above-mentioned Patent Document 1, the number of combinations of excitation groups for dividing the basic step angle α (see Patent Document 1). In Example 2, four excitation groups are used.)) Needs to be increased.

特許文献1の図1に記載された制御回路のスイッチング手段(Tr1)、(Tr3)、(Tr5)、(Tr7)、(Tr9)のドレイン及び(Tr2)、(Tr4)、(Tr6)、(Tr8)、(Tr10)のソースには、電源の電圧が直接印加されている。したがって、特許文献1の前記制御回路では、センシング抵抗(R1)が検出した信号を用いて、モータ回転子が低速の場合と高速の場合とでスイッチングの時間を変更する定電流回路を構成している(特許文献1の図3参照)。   Switching means (Tr1), (Tr3), (Tr5), (Tr7), (Tr9) drains and (Tr2), (Tr4), (Tr6), (Tr6) of the control circuit described in FIG. The power supply voltage is directly applied to the sources of Tr8) and (Tr10). Therefore, the control circuit of Patent Document 1 uses a signal detected by the sensing resistor (R1) to configure a constant current circuit that changes the switching time between when the motor rotor is low speed and when it is high speed. (See FIG. 3 of Patent Document 1).

このように、スイッチングの時間を変更することによってステッピングモータを定電流駆動する場合には、定電流コントロールを行うために、励磁コイルを励磁する周期として所定時間の励磁周期Tが必要となる。仮に、励磁周期T=20μsと仮定した場合、特許文献1の図3に記載されているシーケンスでは4種類の励磁組を用いているので、1シーケンスの励磁に必要な時間は、4回励磁×20μs=80μsとなる。   Thus, when the stepping motor is driven at a constant current by changing the switching time, an excitation cycle T of a predetermined time is required as a cycle for exciting the excitation coil in order to perform constant current control. If it is assumed that the excitation cycle T = 20 μs, the sequence described in FIG. 3 of Patent Document 1 uses four types of excitation groups. Therefore, the time required for one sequence excitation is four times excitation × 20 μs = 80 μs.

特許文献1の図3に示されるように、アドレス0及びアドレス4では、《ABCD》又は《BCDE》の励磁が所定の励磁周期Tで繰り返し出力されているので、励磁周期T=20μsとした場合には、モータ回転子は、1/T=50kHzの振動を発していることになる。しかし、この50kHzの音は、人間の可聴音領域とされている20Hz〜15kHzの範囲から大きく外れているために、人の耳には聞こえず、騒音とはならない。   As shown in FIG. 3 of Patent Document 1, at address 0 and address 4, the excitation of << ABCD >> or << BCDE >> is repeatedly output at a predetermined excitation period T, so that the excitation period T = 20 μs. In other words, the motor rotor emits vibration of 1 / T = 50 kHz. However, since the 50 kHz sound is greatly deviated from the range of 20 Hz to 15 kHz which is a human audible sound region, it cannot be heard by human ears and does not generate noise.

ところが、アドレス1〜3では、第1励磁組《ABCD》に対して第2励磁組《BCDE》が、4回励磁×20μs=80μsの間隔で出現しているために、モータ回転子は、1/(4回励磁×T)=12.5kHzの振動を発していることになる。この12.5kHzの音は、人間の可聴音領域とされている20Hz〜15kHzの範囲内に入っているために、人によっては高音の騒音がステッピングモータから聞こえることになる。   However, at addresses 1 to 3, the second excitation group << BCDE >> appears at an interval of four excitations x 20 [mu] s = 80 [mu] s with respect to the first excitation group <ABCD>. / (4 times excitation × T) = 12.5 kHz. Since this 12.5 kHz sound is within the range of 20 Hz to 15 kHz, which is considered as a human audible sound range, depending on the person, high-pitched noise can be heard from the stepping motor.

特許文献1の図3に記載されたマイクロステップ駆動方法では、基本ステップ角αを4分割しているが、更に超低速駆動や高分解能駆動を実現するために、更に10倍分解能を高めて、基本ステップ角αを40分割した場合について考察する。   In the microstep driving method described in FIG. 3 of Patent Document 1, the basic step angle α is divided into four, but in order to achieve ultra-low speed driving and high resolution driving, the resolution is further increased by 10 times. Consider the case where the basic step angle α is divided into 40.

基本ステップ角αを40分割すると、アドレス1〜39では、第1励磁組《ABCD》に対して第2励磁組《BCDE》が、40回励磁×20μs=800μsの間隔で出現するために、モータ回転子は、1/(40回励磁×T)=1.25kHzの振動を発することになる。この1.25kHzの音は、人間の可聴音領域の20Hz〜15kHzの範囲内に入っているとともに、人間の耳にとって高感度の周波数帯であるために、耳障りな高音の騒音がステッピングモータから聞こえることになる。したがって、たとえ高分解能のマイクロステップが実現できたとしても、ステッピングモータから発せられる騒音が大きすぎて、作業者が近傍に居る環境では使用することができないものとなってしまう。   When the basic step angle α is divided into 40, at addresses 1 to 39, the second excitation group << BCDE >> appears at an interval of 40 times excitation x 20 µs = 800 µs with respect to the first excitation group << ABCD >>. The rotor will oscillate at 1 / (40 times excitation × T) = 1.25 kHz. This sound of 1.25 kHz is within the range of 20 Hz to 15 kHz of the human audible sound region, and is a high-sensitivity frequency band for the human ear, so that annoying high-pitched noise can be heard from the stepping motor. It will be. Therefore, even if a high-resolution microstep can be realized, the noise generated from the stepping motor is too large to be used in an environment where an operator is in the vicinity.

一方、上記特許文献2に記載されたステッピングモータのマイクロステップ駆動方法では、ステッピングモータの分解能を向上させるために、第1組励磁時間及び第2組励磁時間を漸減又は漸増させる際の、機械的制約を受ける最小の単位励磁時間tを可能な限り短く設定して、基本ステップ角αの分割数を増やすという手段を用いている。因みに、特許文献2の図9に示されている実施例では、単位励磁時間t=0.5μs、励磁周期T=100μsに設定して、第1励磁組(vUw)を励磁する第1組励磁時間を50μs〜0μsまで0.5μs毎に100ステップで漸減させるとともに、第2励磁組(wVu)を励磁する第2組励磁時間を0μs〜50μsまで0.5μs毎に100ステップで漸増させている。   On the other hand, in the microstep driving method of the stepping motor described in the above-mentioned Patent Document 2, in order to improve the resolution of the stepping motor, the mechanical at the time of gradually decreasing or gradually increasing the first group excitation time and the second group excitation time. The minimum unit excitation time t subject to the restriction is set as short as possible to increase the number of divisions of the basic step angle α. Incidentally, in the embodiment shown in FIG. 9 of Patent Document 2, the unit excitation time t = 0.5 μs and the excitation cycle T = 100 μs are set, and the first group excitation (vUw) is excited. The time is gradually decreased from 50 μs to 0 μs every 0.5 μs in 100 steps, and the second set excitation time for exciting the second excitation group (wVu) is gradually increased from 0 μs to 50 μs every 0.5 μs in 100 steps. .

そして、第3励磁組(UwV)の出力時間の割合を100ステップの全てにおいて50%として、各励磁相の極性切り替え時に発生するトルクリップルを減少させつつ、円滑なマイクロステップ駆動を行っている。この、特許文献2に記載の時間分割によるマイクロステップ駆動方法を用いて、更に分解能を細かくした場合の問題点について考察する。   The ratio of the output time of the third excitation group (UwV) is set to 50% in all 100 steps, and smooth micro-step driving is performed while reducing the torque ripple generated when switching the polarity of each excitation phase. The problem when the resolution is further reduced by using the micro-step driving method by time division described in Patent Document 2 will be considered.

特許文献2に記載された時間分割のマイクロステップ駆動方法を用いて、更に分解能を高めようとすれば、ステッピングモータの励磁コイルに電力を供給するための最小の励磁時間を、0.5μsよりも更に短くしていく必要がある。しかし、スイッチング素子の応答時間は素子の性能で予め決まっているために、スイッチング素子に対して最小の励磁時間以下のスイッチング動作を指示しても、励磁電流の切換え時間に追随しなくなり、短い時間の励磁制御ができなくなってしまう。そこで、スイッチング素子が応答可能な所定の時間以上のスイッチング時間を、予め確保しておく必要がある。   If the resolution is further improved by using the time-division micro-step driving method described in Patent Document 2, the minimum excitation time for supplying power to the excitation coil of the stepping motor is less than 0.5 μs. It is necessary to shorten it further. However, since the response time of the switching element is determined in advance by the performance of the element, even if the switching element is instructed to perform a switching operation less than the minimum excitation time, it does not follow the switching time of the excitation current, and is short Excitation control is not possible. Therefore, it is necessary to secure in advance a switching time longer than a predetermined time during which the switching element can respond.

このような状況において、更に細かいマイクロステップを実現するために、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数の割合を変更することにより、更に細かいマイクロステップを実現することができる。例えば、特許文献2の図9に記載されているマイクロステップ駆動方法に加えて、更に回数分割を行う場合が考えられる。   In such a situation, in order to realize a finer micro step, a finer micro step can be realized by changing the ratio of the number of times of excitation between the first excitation group and the second excitation group. For example, in addition to the microstep driving method described in FIG.

特許文献2の図9に示すように、励磁組(vUw)=50%、(UwV)=50%、(wVu)=0%を組み合わせた励磁(第1励磁組)と、励磁組(vUw)=49%、(UwV)=50%、(wVu)=1%を組み合わせた励磁(第2励磁組)との励磁回数の割合を、例えば0:10から10:0まで変更することによって、更に10分割したマイクロステップを実現することができる。   As shown in FIG. 9 of Patent Document 2, excitation combination (vUw) = 50%, (UwV) = 50%, (wVu) = 0% combined excitation (first excitation set), and excitation set (vUw) By changing the ratio of the number of times of excitation with the combination of excitation (second excitation set) = 49%, (UwV) = 50%, (wVu) = 1%, for example, from 0:10 to 10: 0, Ten micro steps can be realized.

ところが、このように回数分割を付加すると、ステッピングモータから耳障りな騒音を発するために、使用が制限される場合がある。例えば、励磁周期Tを100μsとすると、励磁回数の割合が1:9から9:1の間で、励磁相(vUw)に対して励磁相(wVu)が、10回励磁×100μs=1000μsの間隔で出現することになるために、モータ回転子は1kHzの振動を発することになる。したがって、耳障りな高音の騒音が、ステッピングモータから発せられることになる。そのため、この場合にも、高分解能のマイクロステップが実現できたとしても、ステッピングモータが発する騒音のために、作業者が近傍に居る環境では、使用することができないものとなってしまう。   However, if the number of times division is added in this way, the use may be restricted because annoying noise is emitted from the stepping motor. For example, when the excitation cycle T is 100 μs, the excitation frequency ratio is between 1: 9 and 9: 1, and the excitation phase (wVu) is 10 times excitation × 100 μs = 1000 μs interval with respect to the excitation phase (vUw). The motor rotor will oscillate at 1 kHz. Therefore, annoying high-pitched noise is emitted from the stepping motor. Therefore, even in this case, even if a high-resolution microstep can be realized, it cannot be used in an environment where an operator is nearby due to noise generated by the stepping motor.

上述のように、ステッピングモータの励磁コイルを励磁するに際し、時系列的に異なる励磁組を組み合わせて励磁することにより、比較的容易に分解能を細かくすることができるが、分解能を細かくするにつれて励磁周期が長くなり、ステッピングモータから耳障りな可聴音の騒音が発生するという不具合が生ずる。   As described above, when exciting the excitation coil of the stepping motor, the resolution can be reduced relatively easily by combining different excitation sets in time series, but the excitation cycle increases as the resolution is reduced. This causes a problem that an audible audible noise is generated from the stepping motor.

このステッピングモータから発生する騒音は、ステッピングモータが歩進動作を行っている場合にも、また、回転を停止しているホールド時にも発生する。したがって、特に高分解能な位置決めを必要としている精密測定機器や精密加工機器の技術分野においては、低騒音で動作する高分解能のステッピングモータ駆動装置の出現が強く要望されている。   The noise generated from the stepping motor is generated not only when the stepping motor is performing a stepping operation but also when holding the rotation is stopped. Therefore, in the technical field of precision measuring equipment and precision processing equipment that particularly requires high-resolution positioning, there is a strong demand for the appearance of a high-resolution stepping motor drive that operates with low noise.

本発明は、こうした従来の課題を解決するためになされたものであり、耳障りな騒音の発生を低減し、ステッピングモータの分解能を飛躍的に向上させたマイクロステップを実現する、ステッピングモータ駆動装置、マイクロステップ駆動方法、精密測定機器、及び精密加工機器を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve such conventional problems, and a stepping motor driving device that realizes microsteps that reduce generation of annoying noise and dramatically improve the resolution of the stepping motor, It is an object to provide a microstep driving method, precision measuring equipment, and precision processing equipment.

更に本発明は、特別な電子回路の新たな追加を必要とせずに、従来の電子回路構成を利用することができ、単に論理回路の一部を変更するだけで、耳障りな騒音が少なく高分解能なマイクロステップを実現する、ステッピングモータ駆動装置、マイクロステップ駆動方法、精密測定機器、及び精密加工機器を提供することを目的としている。   Furthermore, the present invention can use a conventional electronic circuit configuration without requiring any new addition of a special electronic circuit, and by simply changing a part of the logic circuit, there is less annoying noise and high resolution. It is an object of the present invention to provide a stepping motor driving device, a microstep driving method, a precision measuring device, and a precision processing device that realize a simple microstep.

すなわち、本発明の基本的な第1の構成は、N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微細ステップにm細分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると、微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、m分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、N相ステッピングモータのモータ回転子を基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップの位置に位置決めするための励磁コイルの第1励磁組(1の励磁の組合せ)と次の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組(他の励磁の組合せ)との少なくとも2つの励磁組(励磁の組合せ)を出力する励磁相組合せ出力手段と、微細ステップの歩進数に応じて2つの励磁組(励磁の組合せ)の励磁回数を相互に漸増及び漸減することにより2つの励磁組(励磁の組合せ)の励磁回数割合を決定して出力する励磁回数割合出力手段と、励磁周期T毎に第1励磁組(1の励磁の組合せ)又は第2励磁組(他の励磁の組合せ)を構成する励磁の出力を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段と、前記決定した励磁回数割合を維持しつつ第1励磁組(1の励磁の組合せ)が第2励磁組(他の励磁の組合せ)に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁組(励磁の組合せ)の配列を用いて、第1励磁組(1の励磁の組合せ)又は第2励磁組(他の励磁の組合せ)を構成する励磁波形を、励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段とを備えたことを特徴としている。   That is, the first basic configuration of the present invention is a stepping motor driving apparatus that realizes a microstep for dividing a basic step angle α of an N-phase stepping motor into m fine steps. When a motion command pulse is input, an m-divided counter that counts and outputs the number of steps in fine steps, and a basic step counter that is positioned in the upper digit of the m-divided counter and outputs the number of steps in the basic step And a first excitation set of excitation coils (a combination of one excitation) for positioning the motor rotor of the N-phase stepping motor at the position of one basic step corresponding to the step number of the basic step. ) And the second excitation set (other excitation combinations) for positioning at the position of the next basic step. ) And two excitation groups (combination of excitation) by gradually increasing and decreasing the number of excitations of the two excitation groups (excitation combinations) according to the number of steps in fine steps. The excitation frequency ratio output means for determining and outputting the excitation frequency ratio and the excitation output constituting the first excitation group (one excitation combination) or the second excitation group (other excitation combinations) for each excitation cycle T Excitation period output means for outputting an excitation switching command for switching between the first excitation group (combination of one excitation) and second excitation group (combination of other excitations) while maintaining the determined excitation frequency ratio. On the other hand, the first excitation group (one excitation combination) or the second excitation group (others) is used by using an array of excitation groups (combination of excitations) that are sequentially distributed and output so that they do not appear constantly in a monotonous cycle. The excitation waveform that composes the excitation combination) An excitation waveform output means for outputting every excitation cycle T is provided.

好ましい態様によれば、前記励磁波形出力手段が、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番が、段r−1の出力順番と異なるように常に分散させた配列を用いることが望ましい。   According to a preferred aspect, the excitation waveform output means has an excitation column K (an excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (the number of stages in the excitation column K) as an arrangement of the first excitation group and the second excitation group. And an array in which the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group at one stage r in the stage number R is always distributed so as to be different from the output order of the stage r-1. It is desirable to use it.

また、他の好ましい態様によれば、前記励磁波形出力手段が、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより分散させることが望ましい。   According to another preferred aspect, the excitation waveform output means includes an excitation column K (an excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (an excitation column) as an arrangement of the first excitation group and the second excitation group. K), and the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group at one stage r in the stage number R is sequentially increased from the front of the excitation row K as the stage r increases. It is desirable that the backward movement pattern for moving backward and the forward movement pattern for sequentially moving forward from the rear of the excitation row K as the stage r increases are dispersed by alternately outputting.

更に、他の好ましい態様によれば、前記励磁波形出力手段が、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、第1段目(r=1)では励磁列Kの略中央の順番から出力し、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより分散させるパターンを含むことが望ましい。   Furthermore, according to another preferred aspect, the excitation waveform output means includes an excitation column K (an excitation column comprising a predetermined number of excitations) × stage number R (excitation column) as an arrangement of the first excitation group and the second excitation group. K), and the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group at one stage r in the stage number R is the excitation sequence K in the first stage (r = 1). Are moved from the center of the excitation row K to the rear, and the forward movement is sequentially moved forward from the center of the excitation row K as the step r increases. It is desirable to include a pattern that is dispersed by alternately outputting the pattern.

また、他の好ましい態様によれば、前記励磁波形出力手段が、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、乱数計算処理に基づいて決定することが望ましい。   According to another preferred aspect, it is desirable that the excitation waveform output means determines the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group based on random number calculation processing.

また、本発明の第2の基本的な構成は、N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微小ステップにn分割し、更に、微小ステップを微細ステップにm分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、m分割カウンタの上位の桁に位置し微小ステップの歩進数を計数して出力するn分割カウンタと、n分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、N相ステッピングモータのモータ回転子を基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップの位置に位置決めするための励磁コイルの第1励磁組(1の励磁の組合せ)と次の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組(次の励磁の組合せ)との少なくとも2つの励磁組(励磁の組合せ)を出力する励磁相組合せ出力手段と、N相ステッピングモータのモータ回転子を微小ステップの歩進数に対応した1の微小ステップの位置に位置決めするために2つの励磁組(励磁の組合せ)の励磁の時間を相互に漸増及び漸減することにより生成した1の時間の組合せと他の微小ステップの位置に位置決めするための他の時間の組合せとの少なくとも2つの時間の組合せを出力する時間組合せ出力手段と、微細ステップの歩進数に応じて2つの励磁組(励磁の組合せ)と1の時間とを組み合わせた1の励磁時間の組合せと、2つの励磁組(励磁の組合せ)と他の時間の組合せとを組み合わせた他の励磁時間の組合せとの励磁回数を相互に漸増及び漸減することにより2つの励磁時間の組合せの励磁回数割合を決定して出力する励磁回数割合出力手段と、励磁周期T毎に1の励磁時間の組合せ又は他の励磁時間の組合せを構成する励磁の出力を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段と、前記決定した励磁回数割合を維持しつつ1の励磁時間の組合せが他の励磁時間の組合せに対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁時間の組合せの配列を用いて、1の励磁時間の組合せ又は他の励磁時間の組合せを構成する励磁波形を、励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段とを備えたことを主要な構成としている。   Further, the second basic configuration of the present invention is a stepping motor drive that realizes a microstep in which the basic step angle α of the N-phase stepping motor is divided into n steps into fine steps, and further, the fine steps are divided into m steps. In the apparatus, when an N-phase stepping motor rotation command pulse is input, an m-divided counter that counts and outputs the number of steps in a fine step, and a step number in a minute step that is located in the upper digit of the m-divided counter An electrical angle position management means having an n-dividing counter that counts and outputs, and a basic step counter that is positioned in the upper digit of the n-dividing counter and counts and outputs the step number of the basic step, A first excitation set of excitation coils (one excitation) for positioning the motor rotor at the position of one basic step corresponding to the step number of the basic step. Excitation phase combination output means for outputting at least two excitation sets (excitation combinations) of the second excitation set (next excitation combination) for positioning at the position of the next basic step, and N phase In order to position the motor rotor of the stepping motor at the position of one minute step corresponding to the step number of the minute step, it was generated by gradually increasing and decreasing the excitation time of the two excitation groups (excitation combinations) mutually. Time combination output means for outputting a combination of at least two times of a combination of one time and another time combination for positioning at the position of another minute step, and two excitations according to the number of steps of the fine step One excitation time combination that combines a set (excitation combination) and one time, and another excitation that combines two excitation sets (excitation combinations) and another time combination The excitation frequency ratio output means for determining and outputting the excitation frequency ratio of the combination of the two excitation times by gradually increasing and decreasing the excitation frequency with the magnetic time combination, and one excitation time for each excitation cycle T An excitation cycle output means for outputting an excitation switching command for switching an excitation output that constitutes a combination or another excitation time combination, and a combination of one excitation time while maintaining the determined excitation frequency ratio is another excitation. Excitation that constitutes one excitation time combination or another excitation time combination using an array of excitation time combinations that are output in sequence so that they do not appear constantly in a monotonic cycle with respect to the time combination. The main configuration includes excitation waveform output means for outputting a waveform for each excitation period T.

第1及び第2の基本構成を備えた本発明によれば、特別な電子回路の追加を必要とせずに、従来の電子回路と論理回路を利用しつつ、N相ステッピングモータのステップ角を更に細分化した位置決めと超低速の駆動を実現でき、しかも回転駆動時やホールド時における耳障りな騒音の発生を低減させることができる。   According to the present invention having the first and second basic configurations, the step angle of the N-phase stepping motor can be further increased while using a conventional electronic circuit and logic circuit without requiring the addition of a special electronic circuit. Subdivided positioning and ultra-low speed driving can be realized, and the generation of annoying noise during rotational driving and holding can be reduced.

また、ステッピングモータを定電流駆動するにあたり、励磁コイルの励磁時間を調節するチョッパ方式の定電流コントロール回路を用い、その定電流制御に用いる励磁周期と同期して、複数種類の励磁相が単調な周期で定常的に出現しないように分散させた配列を用いて励磁を行うことによって、簡単且つコンパクトな構成で、騒音の発生が少ないマイクロステップを実現することができる。   In addition, when driving a stepping motor at a constant current, a chopper-type constant current control circuit that adjusts the excitation time of the excitation coil is used, and multiple types of excitation phases are monotonous in synchronization with the excitation cycle used for the constant current control. By performing excitation using an array dispersed so as not to appear regularly in a cycle, it is possible to realize a microstep with a simple and compact configuration and less noise generation.

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail based on examples shown in the accompanying drawings.

図1は、励磁時間を調節することにより、5相ステッピングモータ1に対する定電流のコントロールを実現する、チョッパ型の定電流コントロール回路14を備えたステッピングモータ駆動装置10の内部構成を示すブロック図である。なお、図1は、本発明に係るステッピングモータ駆動装置10をペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1に接続した状態を示している。同図に示す実施形態では、ペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1を接続してマイクロステップの駆動制御を行う実施形態を示しているが、本発明はペンタゴン結線方式のステッピングモータ、又は、5相のステッピングモータに限定するものではなく、スター結線方式のステッピングモータ、又は、3相のステッピングモータにも応用することが可能である。また、直動型のステッピングモータにも応用することができる。   FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a stepping motor driving apparatus 10 having a chopper type constant current control circuit 14 that realizes constant current control for the five-phase stepping motor 1 by adjusting excitation time. is there. FIG. 1 shows a state in which a stepping motor driving apparatus 10 according to the present invention is connected to a 5-phase stepping motor 1 of a Pedagon connection system. In the embodiment shown in the figure, an embodiment is shown in which a Pendagon connection type five-phase stepping motor 1 is connected to perform microstep drive control. However, the present invention is a pentagon connection type stepping motor or a five-phase stepping motor. The present invention is not limited to this stepping motor, but can be applied to a star connection type stepping motor or a three-phase stepping motor. It can also be applied to a direct-acting stepping motor.

図1に示すように、本発明に係るステッピングモータ駆動装置10は、上位のコンピュータ等の外部機器から5相ステッピングモータ1のCWP(Clock Wise Pulse)やCCWP(Counter Clock Wise Pulse)等の回動指令パルスを入力し、5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁するための励磁波形を生成する励磁波形決定手段12と、励磁波形決定手段12が生成した励磁波形に基づいて各励磁コイル1a〜1eを励磁させるための励磁指令を出力するパワー素子駆動回路13とを備えている。   As shown in FIG. 1, a stepping motor driving apparatus 10 according to the present invention is configured to rotate a 5-phase stepping motor 1 such as CWP (Clock Wise Pulse) or CCWP (Counter Clock Wise Pulse) from an external device such as a host computer. An excitation pulse determining means 12 for generating an excitation waveform for exciting each excitation coil 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 by inputting a command pulse, and each excitation based on the excitation waveform generated by the excitation waveform determining means 12 And a power element driving circuit 13 for outputting an excitation command for exciting the coils 1a to 1e.

また、ステッピングモータ駆動装置10は、励磁波形に基づいて各励磁コイル1a〜1eを励磁させるための励磁電流を制御するパワー素子TR1〜TR10と、励磁コイル1a〜1eが発した起電力をバイパスするダイオードD1〜D10と、励磁コイル1a〜1eを励磁する電力を供給する電源PSと、電源PSの電圧を平滑化するコンデンサC1と、定電流駆動を行うために励磁コイル1a〜1eに流れている電流を検出する電流検出抵抗15と、励磁コイル1a〜1eのインピーダンスに応じて励磁コイル1a〜1eの励磁の時間TPを調節する定電流コントロール回路14とを備えている。   Further, the stepping motor driving apparatus 10 bypasses the electromotive force generated by the excitation coils 1a to 1e and the power elements TR1 to TR10 for controlling the excitation current for exciting the excitation coils 1a to 1e based on the excitation waveform. The diodes D1 to D10, the power source PS that supplies power for exciting the exciting coils 1a to 1e, the capacitor C1 that smoothes the voltage of the power source PS, and the exciting coils 1a to 1e flow to perform constant current driving. A current detection resistor 15 for detecting current and a constant current control circuit 14 for adjusting the excitation time TP of the excitation coils 1a to 1e according to the impedance of the excitation coils 1a to 1e are provided.

ここで、上述の回動指令パルスCWPは、5相ステッピングモータ1を所定の位置まで正転(モータ回転子の出力軸側から見て時計回りの回転)させるための指令パルスであり、CCWPは所定の位置まで逆転(反時計回りの回転)させるための指令パルスである。   Here, the rotation command pulse CWP described above is a command pulse for causing the five-phase stepping motor 1 to rotate forward (clockwise rotation as viewed from the output shaft side of the motor rotor) to a predetermined position, and CCWP is This is a command pulse for reverse rotation (counterclockwise rotation) to a predetermined position.

図1に示す励磁波形決定手段12は、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスを入力し、その入力した回動指令パルスを用いて基本ステップの歩進数、及び微細ステップ(例えば基本ステップ角αを回数分割によりm分割した微細ステップ角毎の歩進位置を表す。以降、回数分割ステップと記載する。)の歩進数を計数して出力する電気角位置管理手段12aと、電気角位置管理手段12aが計数した基本ステップの歩進数に応じて、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップの位置に位置決めするための第1励磁組と、他の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組との組合せを出力する励磁相組合せ出力手段12bと、励磁周期T毎に第1励磁組又は第2励磁組を構成する励磁を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段12cとを備えている。   The excitation waveform determining means 12 shown in FIG. 1 receives a rotation command pulse of the five-phase stepping motor 1 and uses the input rotation command pulse to determine the step number of the basic step and the fine step (for example, the basic step angle α). Represents the step position for each fine step angle divided by m by the number of times division, hereinafter referred to as the number of times division step), and the electrical angle position management means 12a for counting and outputting the number of steps. The first excitation set for positioning the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at the position of one basic step and the positions of other basic steps according to the number of steps of the basic step counted by 12a Excitation phase combination output means 12b for outputting a combination with the second excitation set, and excitation for switching the excitation constituting the first excitation set or the second excitation set for each excitation cycle T. And an excitation cycle output unit 12c that outputs the replacement command.

また、励磁波形決定手段12は、回数分割ステップの歩進数に応じて第1励磁組を励磁する回数を漸増又は漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を漸減又は漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を決定して出力する励磁回数割合出力手段12dと、前記決定した励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁組が第2励磁組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁組の配列を用いて、第1励磁組又は第2励磁組の励磁波形を励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段12eとを備えている。なお、励磁相組合せ出力手段12bと、励磁回数割合出力手段12dと、励磁波形出力手段12eとの機能を統合し、これらを一つの素子で構成することも可能であるが、本実施例では各機能の説明を容易にするために、各機能毎に構成を分けて記載している。   In addition, the excitation waveform determining means 12 gradually increases or decreases the number of times of exciting the first excitation group according to the number of steps in the frequency division step, and gradually decreases or gradually increases the number of times of exciting the second excitation group. The excitation number ratio output means 12d for determining and outputting the excitation number ratio of the first excitation group and the second excitation group, and the first excitation group with respect to the second excitation group while maintaining the determined excitation number ratio Excitation waveform output means 12e for outputting the excitation waveform of the first excitation group or the second excitation group at every excitation period T by using an array of excitation groups that are dispersed and sequentially output so that they do not appear constantly in a monotonous cycle. And. It is possible to integrate the functions of the excitation phase combination output means 12b, the excitation frequency ratio output means 12d, and the excitation waveform output means 12e, and to configure them as a single element. In order to facilitate the explanation of the functions, the configuration is described separately for each function.

次に、5相ステッピングモータ1の基本ステップ角αを10分割する実施例について、図2及び図3を用いて説明する。
図2の(a)に示すように、ペンタゴン結線方式を採用した5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eと、励磁相ABCDEabcdeの励磁電流の方向とを定義し、(b)に5相ステッピングモータ1の励磁相ABCDEabcdeと、トルクベクトルVA〜Veとの関係を定義する。
Next, an embodiment in which the basic step angle α of the five-phase stepping motor 1 is divided into ten will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
As shown in FIG. 2 (a), the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 adopting the pentagon connection method and the direction of the excitation current of the excitation phase ABCDEabcde are defined. The relationship between the excitation phase ABCDEabcde of the motor 1 and the torque vectors VA to Ve is defined.

図2(a)に示すように、励磁コイル1aに流す電流の方向に応じて、励磁相A及び励磁相aを定義する。以下同様にして、励磁コイル1b〜1eに流す電流の方向に応じて、それぞれ励磁相BbCcDdEeを定義する。そして、各励磁相を励磁した際のトルクベクトルVA〜VE及びトルクベクトルVa〜Veの向きを、図2(b)に示すように定義する。図2(a)及び図2(b)に示すように、励磁コイル1aに流す電流は、励磁Aと励磁aとでは逆方向であり、トルクベクトルもVAとVaとで逆方向になる。   As shown in FIG. 2A, the excitation phase A and the excitation phase a are defined according to the direction of the current flowing through the excitation coil 1a. In the same manner, excitation phases BbCcDdEe are respectively defined according to the directions of currents flowing through the excitation coils 1b to 1e. Then, the directions of the torque vectors VA to VE and the torque vectors Va to Ve when the respective excitation phases are excited are defined as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the current flowing through the exciting coil 1a is in the opposite direction between excitation A and excitation a, and the torque vector is also in the opposite direction between VA and Va.

次に、図3に、モータ回転子を所定の基本ステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせ例を示す。
なお、表現を簡略化するために、5相の励磁コイル1a〜1eのうちの複数の励磁コイルに対して同時に励磁電流を流すことにより、多相励磁を行う際の励磁相の組合わせを励磁組と呼ぶ。例えば、励磁相A及び励磁相Bの2相を同時に励磁した状態を2相励磁と呼び、これを励磁組(AB)と表記する。更に、4相励磁を実現するために、励磁組(AB)及び励磁組(CD)を時間をずらして時系列的に励磁する場合を、励磁組(AB−CD)と表記することにする。
Next, FIG. 3 shows a combination example of excitation phases for positioning the motor rotor at a predetermined basic step position.
In order to simplify the expression, an exciting current is simultaneously applied to a plurality of exciting coils among the five-phase exciting coils 1a to 1e to excite a combination of exciting phases when performing multi-phase excitation. Called a pair. For example, a state where two phases of excitation phase A and excitation phase B are excited simultaneously is called two-phase excitation, and this is expressed as an excitation group (AB). Further, in order to realize the four-phase excitation, the case where the excitation group (AB) and the excitation group (CD) are excited in a time series with the time shifted is referred to as an excitation group (AB-CD).

図3に示す実施例では、5相ステッピングモータ1のモータ回転子をステップ=0の基本ステップで停止させる際に、励磁相ABCDの4相を励磁する。ところが、単一の電源を用いてこの4相を同時に励磁することはできないので、励磁組(BC)及び励磁組(AD)を時間をずらして時系列的に励磁することによって、4相励磁を実現する。すなわち、モータ回転子をステップ=0の基本ステップで停止させる際には、励磁組(BC−AD)の励磁電流を生成して5相ステッピングモータ1に出力する。   In the embodiment shown in FIG. 3, when the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 is stopped at the basic step of step = 0, the four phases of the excitation phase ABCD are excited. However, since these four phases cannot be excited simultaneously using a single power source, four-phase excitation can be performed by exciting the excitation group (BC) and excitation group (AD) in time series. Realize. That is, when the motor rotor is stopped at the basic step of step = 0, the excitation current of the excitation set (BC-AD) is generated and output to the 5-phase stepping motor 1.

また、図3に示すように、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を、ステップ=1の基本ステップで停止させる際には、励磁組(CD−BE)の励磁電流を生成して出力する。このように、ステップ=0からステップ=9までの励磁を切り換えることによって、各基本ステップにおける位置決めを行うことができる。   Further, as shown in FIG. 3, when the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 is stopped at the basic step of step = 1, an excitation current of the excitation group (CD-BE) is generated and output. In this way, positioning in each basic step can be performed by switching the excitation from step = 0 to step = 9.

例えば、5相ステッピングモータの基本ステップ角αが0.72°の場合には、励磁相をABCD→BCDE→CDEa→DEab→Eabc→abcd→bcde→cdeA→deAB→eABCの順序で10回切り換えることにより、モータ回転子を7.2°回転させることができる。更に、この10ステップ(0〜9)の歩進を50回繰り返すと、モータ回転子が360°、すなわぢ丁度1回転することになる。   For example, when the basic step angle α of the 5-phase stepping motor is 0.72 °, the excitation phase is switched 10 times in the order of ABCD → BCDE → CDEa → DEab → Eabc → abcd → bcde → cdeA → deAB → eABC. Thus, the motor rotor can be rotated by 7.2 °. Further, when the step of 10 steps (0 to 9) is repeated 50 times, the motor rotor rotates 360 °, that is, exactly one rotation.

次に、図4に、モータ回転子を所定の基本ステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせの他の実施例を示す。
図4に示す実施例では、モータ回転子をステップ=0の基本ステップで停止させる際に、励磁組(AB−CD)を励磁する。また、モータ回転子をステップ=1の基本ステップで停止させる際には、励磁組(BC−DE)を励磁する。このように、ステップ=0からステップ=9までの励磁を切り換えることによって、各基本ステップにおける位置決めを行うことができる。
Next, FIG. 4 shows another embodiment of a combination of excitation phases for positioning the motor rotor at a predetermined basic step position.
In the embodiment shown in FIG. 4, the excitation set (AB-CD) is excited when the motor rotor is stopped at the basic step of step = 0. Further, when stopping the motor rotor at the basic step of step = 1, the excitation set (BC-DE) is excited. In this way, positioning in each basic step can be performed by switching the excitation from step = 0 to step = 9.

なお、図3及び図4に示す実施例では、励磁コイル1a〜1eの両端が、必ず正極(+)又は負極(−)のいずれかに接続されるように励磁している。このように、常に励磁コイル1a〜1eの端子が開放しないように励磁することによって、前ステップから次ステップに切り替えて歩進を行った際の電流のオーバーシュートを減少させ、ダンピング特性を向上させることが可能となり、モータ回転子に発生する振動の低減と騒音の低減とを図ることができる。   In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, excitation is performed so that both ends of the excitation coils 1 a to 1 e are always connected to either the positive electrode (+) or the negative electrode (−). Thus, by exciting so that the terminals of the exciting coils 1a to 1e are not always opened, the overshoot of the current when stepping from the previous step to the next step is reduced, and the damping characteristic is improved. Therefore, it is possible to reduce the vibration generated in the motor rotor and the noise.

次に、図1に示した励磁波形決定手段12を構成する各ブロックの処理について、図5を用いて説明する。
図5に示す実施例では、電気角位置管理手段12aは、上位の桁から順に、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスをm回入力する毎に基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタと、回動指令パルスを入力する毎に基本ステップ角αをm分割した回数分割ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタ(以降、回数分割ステップカウンタと記載する。)とを備えている。
Next, the processing of each block constituting the excitation waveform determining means 12 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 5, the electrical angle position management means 12a counts and outputs the number of steps in the basic step every time the rotation command pulse of the five-phase stepping motor 1 is input m times in order from the upper digit. A basic step counter, and an m-divided counter (hereinafter referred to as a number-divided step counter) that counts and outputs the number of steps in a number-of-times-divided step obtained by dividing the basic step angle α by m every time a rotation command pulse is input. It has.

図5に示す回数分割ステップカウンタは、回動指令パルスCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントアップし、回動指令パルスCCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントダウンして、その値を励磁回数割合出力手段12dに出力する。なお、回数分割ステップカウンタの下位に、回数分割ステップを更に細分割するためのカウンタを別途設けることも可能である。   The number division step counter shown in FIG. 5 counts up the number of steps in the number of division steps every time the rotation command pulse CWP is inputted, and counts down the number of steps in the number of division steps every time the rotation command pulse CCWP is inputted. The value is output to the excitation frequency ratio output means 12d. In addition, it is also possible to separately provide a counter for further subdividing the number division step below the number division step counter.

基本ステップカウンタは、回数分割ステップカウンタの上位の桁に該当し、回数分割ステップカウンタの値が「9」から「0」に切り替わる際に一つカウントアップするように構成する。また回数分割ステップカウンタの値が、「0」から「9」に切り替わる際に一つカウントダウンするように構成する。基本ステップカウンタが計数する基本ステップの歩進数は、図3及び図4に示した基本ステップの位置(ステップ=0〜9)を表し、モータ回転子を所定のステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせを決定するためのカウンタである。   The basic step counter corresponds to the upper digit of the number division step counter, and is configured to count up by one when the value of the number division step counter is switched from “9” to “0”. Further, the count division step counter is configured to count down by one when the value is switched from “0” to “9”. The step number of the basic step counted by the basic step counter represents the position of the basic step shown in FIGS. 3 and 4 (step = 0 to 9), and the excitation phase for positioning the motor rotor at the predetermined step position. It is a counter for determining a combination.

励磁相組合せ出力手段12bは、基本ステップカウンタから基本ステップの歩進数を入力すると、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップの位置に位置決めするための第1励磁組と、他の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組との、励磁相の組合せを出力する。5相のステッピングモータを駆動する場合には、第1励磁組及び第2励磁組の組合せの数量は、図3及び図4に示したように、5相ステッピングモータ1の相数Nの2倍の10種類存在する。   When the step number of the basic step is input from the basic step counter, the excitation phase combination output means 12b includes a first excitation group for positioning the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at the position of one basic step, The combination of excitation phases with the second excitation set for positioning at the basic step position is output. In the case of driving a five-phase stepping motor, the number of combinations of the first excitation group and the second excitation group is twice the number N of phases of the five-phase stepping motor 1 as shown in FIGS. There are 10 types.

なお、図5に示す励磁相組合せ出力手段12bは、5相ステッピングモータ1を4相励磁する場合の励磁相の組合せを示しており、第1励磁組の4相を励磁する際には、2相の励磁組F1及び2相の励磁組F2を2回に分けて励磁するための励磁組(F1−F2)を出力する。また、第2励磁組の4相を励磁する際には、2相の励磁組F3及び2相の励磁組F4を2回に分けて励磁するための励磁組(F3−F4)を出力する。   The excitation phase combination output means 12b shown in FIG. 5 shows a combination of excitation phases when the five-phase stepping motor 1 is excited in four phases. When exciting the four phases of the first excitation set, 2 An excitation group (F1-F2) for exciting the phase excitation group F1 and the two-phase excitation group F2 in two steps is output. Further, when exciting the four phases of the second excitation group, an excitation group (F3-F4) for exciting the two-phase excitation group F3 and the two-phase excitation group F4 in two steps is output.

例えば、図3に示した励磁を行う場合であって、基本ステップカウンタが基本ステップの歩進数として「0」を出力している場合(ステップ=0の場合)には、基本ステップの歩進数が「0」と「1」との間をm分割したマイクロステップを実現すべく、第1励磁組として励磁組(AD−BC)を出力する。また、第2励磁組として励磁組(BE−CD)を出力する。基本ステップカウンタが基本ステップの歩進数として「1」を出力している場合(ステップ=1の場合)には、基本ステップの歩進数が「1」と「2」との間をm分割したマイクロステップを実現するべく、第1励磁組として励磁組(BE−CD)を出力し、第2励磁組として励磁組(Ca−DE)を出力する。以降同様に、基本ステップの歩進数に応じて第1励磁組と第2励磁組を出力する。   For example, when the excitation shown in FIG. 3 is performed and the basic step counter outputs “0” as the step number of the basic step (when step = 0), the step number of the basic step is An excitation group (AD-BC) is output as the first excitation group in order to realize a microstep obtained by dividing m between “0” and “1”. In addition, an excitation group (BE-CD) is output as the second excitation group. When the basic step counter outputs “1” as the step number of the basic step (when step = 1), the step number of the basic step is a micro divided by m between “1” and “2”. In order to realize the step, the excitation group (BE-CD) is output as the first excitation group, and the excitation group (Ca-DE) is output as the second excitation group. Thereafter, similarly, the first excitation group and the second excitation group are output according to the number of steps in the basic step.

励磁相組合せ出力手段12bの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。その場合には、電気角位置管理手段12aは、メモリのアドレスカウンタとして機能するように構成する。   As an element for realizing the function of the excitation phase combination output means 12b, a memory such as a ROM can be used. In that case, the electrical angle position management means 12a is configured to function as an address counter of the memory.

励磁回数割合出力手段12dは、回数分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁組を励磁する回数を漸増又は漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を漸減又は漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を決定して出力する機能を備えている。例えば、回数分割ステップの分割数をm=10に設定している場合には、第1励磁組を励磁する回数を10回〜1回まで漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を0回〜9回まで漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を10:0〜1:9まで変更して出力する機能を備えている。なお、図5に示す実施例では、4相励磁を実現するために2相励磁を2回出力しているので、励磁回数は2回×m分割=20回(0P〜19P)となっている。   The excitation number ratio output means 12d gradually increases or decreases the number of times of exciting the first excitation group and gradually decreases or gradually increases the number of times of exciting the second excitation group according to the number of steps in the number dividing step. A function for determining and outputting the ratio of the number of times of excitation between the first excitation group and the second excitation group is provided. For example, when the number of divisions in the frequency division step is set to m = 10, the number of times of exciting the first excitation group is gradually decreased from 10 to 1, and the number of times of exciting the second excitation group is set to 0. By gradually increasing up to 9 times, it has a function of changing and outputting the number of excitation times of the first excitation group and the second excitation group from 10: 0 to 1: 9. In the embodiment shown in FIG. 5, since 2-phase excitation is output twice in order to realize 4-phase excitation, the number of excitations is 2 times × m division = 20 times (0P to 19P). .

図5に示す実施例によれば、回数分割ステップカウンタが回数分割ステップの歩進数として「0」を出力している場合には、第1励磁組のF1、F2の繰り返しを励磁相0P〜19Pに代入して出力する。これにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を10:0に設定して、基本ステップの歩進数「0」の位置にモータ回転子を位置決めすることができる。   According to the embodiment shown in FIG. 5, when the number division step counter outputs “0” as the step number of the number division step, the repetition of F1 and F2 of the first excitation group is performed as the excitation phases 0P to 19P. Assign to and output. As a result, the ratio of the number of excitations between the first excitation group and the second excitation group is set to 10: 0, and the motor rotor can be positioned at the position of the step number “0” of the basic step.

回数分割ステップカウンタが回数分割ステップの歩進数として「1」を出力している場合には、第2励磁組のF3、F4を励磁相0P、1Pに代入して出力し、第1励磁組のF1、F2の繰り返しを2P〜19Pに代入して出力する。これにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を9:1に設定して、基本ステップの歩進数「0」と「1」との間を10分割した位置にモータ回転子を位置決めすることができる。   When the number division step counter outputs “1” as the step number of the number division step, F3 and F4 of the second excitation set are substituted into the excitation phases 0P and 1P and output, and the first excitation set is output. The repetition of F1 and F2 is assigned to 2P to 19P and output. Thereby, the ratio of the number of times of excitation between the first excitation group and the second excitation group is set to 9: 1, and the motor rotor is located at a position obtained by dividing the step number “0” and “1” of the basic step into ten. Can be positioned.

以下同様に、回数分割ステップの歩進数に応じて第1励磁組を励磁する回数を漸増又は漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を漸減又は漸増することにより励磁相0P〜19Pを定め、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を決定して出力する。   Similarly, the excitation phases 0P to 19P are determined by gradually increasing or decreasing the number of times of exciting the first excitation group according to the number of steps in the number dividing step, and gradually decreasing or gradually increasing the number of times of exciting the second excitation group. The excitation frequency ratio between the first excitation group and the second excitation group is determined and output.

励磁周期出力手段12cは、励磁回数割合出力手段12dが決定した励磁相0P〜19Pを、励磁周期T毎に切り換えて出力するためのカウンタである。この励磁周期Tは、定電流制御を行う際のPWMのタイミングと同期させるために、定電流コントロール回路14にも出力している。   The excitation cycle output means 12c is a counter for switching and outputting the excitation phases 0P to 19P determined by the excitation frequency ratio output means 12d for each excitation cycle T. This excitation cycle T is also output to the constant current control circuit 14 in order to synchronize with the PWM timing when performing constant current control.

なお、励磁回数割合出力手段12dが出力する励磁相0P〜19Pを、励磁周期T毎に繰り返して出力することにより、基本ステップ角αをm分割したマイクロステップを実現することが可能である。しかし、回数分割ステップの歩進数が、「1」〜「9」の間では、第1励磁組(F1−F2)に対して、第2励磁組(F3−F4)が、励磁周期T×分割数m×励磁回数2毎に出現することになる。例えば、励磁周期T=20μs、分割数m=10とした場合には、T×m×2=400μsとなり、2.5kHzの騒音を発することになる。   In addition, by repeatedly outputting the excitation phases 0P to 19P output by the excitation frequency ratio output means 12d for each excitation cycle T, it is possible to realize a microstep by dividing the basic step angle α into m. However, when the number of steps in the number dividing step is between “1” and “9”, the second excitation group (F3-F4) is divided by the excitation cycle T × division with respect to the first excitation group (F1-F2). It appears every several m × the number of excitation times 2. For example, when the excitation cycle T = 20 μs and the number of divisions m = 10, T × m × 2 = 400 μs, and a noise of 2.5 kHz is generated.

そこで本発明では、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁組が第2励磁組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次励磁するように構成する。例えば、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番が、段r−1の出力順番と異なるように、第1励磁組と第2励磁組とを常に分散させた配列について、図6を用いて説明する。   Therefore, in the present invention, while maintaining the excitation frequency ratio between the first excitation group and the second excitation group, the first excitation group is dispersed so as not to appear constantly with a monotonic cycle with respect to the second excitation group. It is configured to sequentially excite. For example, as the arrangement of the first excitation group and the second excitation group, an arrangement divided into excitation column K (excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (number of stages of excitation column K) is used. An arrangement in which the first excitation group and the second excitation group are always dispersed so that the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group in one stage r is different from the output order of the stage r-1. Will be described with reference to FIG.

図6は、回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合において、励磁周期Tと励磁組の出力順序との関係を、0P〜19Pを用いて一般的に表した励磁波形出力手段の配列表である。
図6に示す実施例では、励磁相0P〜19Pを各段rにおいて単調に繰り返して出力するのではなく、励磁周期=0〜19の間(段r=0)では0P〜19Pまでを順次出力し、励磁周期=20〜39の間(段r=1)では、2P〜19P及び0P、1Pを順次出力し、励磁周期=40〜59の間(段r=2)では、18P、19P、及び、0P〜17Pまでを連続して出力するというように、励磁周期=0〜359までを、段数R=18段で構成している。なお、図6に示す実施例では、励磁周期T=20μs、励磁列K=20回励磁としている。
FIG. 6 shows the arrangement of the excitation waveform output means that generally represents the relationship between the excitation cycle T and the output order of the excitation groups using 0P to 19P when the number of steps in the number dividing step is “1”. It is a column table.
In the embodiment shown in FIG. 6, the excitation phases 0P to 19P are not monotonously repeated at each stage r, but are sequentially outputted from 0P to 19P during the excitation cycle = 0 to 19 (stage r = 0). In the excitation cycle = 20 to 39 (stage r = 1), 2P to 19P and 0P and 1P are sequentially output. In the excitation period = 40 to 59 (stage r = 2), 18P, 19P, In addition, the excitation cycle = 0 to 359 is configured with the number of stages R = 18 so that 0P to 17P are continuously output. In the embodiment shown in FIG. 6, the excitation cycle T = 20 μs and the excitation row K = 20 times of excitation.

図6に示すように、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより、第1励磁組に対する第2励磁組の出現を分散させることができる。   As shown in FIG. 6, as the arrangement of the first excitation group and the second excitation group, an array divided into excitation column K (excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (number of excitation column K stages) is used. And a rearward movement pattern in which the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group in one stage r in the stage number R is sequentially moved from the front to the rear of the excitation row K as the stage r increases, By alternately outputting a forward movement pattern that sequentially moves from the rear to the front of the excitation row K as r increases, the appearance of the second excitation set with respect to the first excitation set can be dispersed.

例えば、段r=0段と段r=1段との間では、励磁組(0P−1P)の励磁間隔は38回×20μs=760μsとなり、周波数に換算すると1.31kHzとなる。また、段r=1段と段r=2段との間では、励磁組(0P−1P)の励磁間隔は4回×20μs=80μsとなり、周波数に換算すると12.5kHzとなる。以下同様に、第1励磁組に対する第2励磁組の出現間隔が分散した状態となるので、定常音の発生を防止することができる。したがって、騒音が少なく分解能が高いステッピングモータ駆動装置を提供することができる。   For example, between the stage r = 0 and the stage r = 1, the excitation interval of the excitation group (0P-1P) is 38 times × 20 μs = 760 μs, which is 1.31 kHz in terms of frequency. Further, between the stage r = 1 stage and the stage r = 2, the excitation interval of the excitation group (0P-1P) is 4 times × 20 μs = 80 μs, which is 12.5 kHz in terms of frequency. Similarly, since the appearance intervals of the second excitation group with respect to the first excitation group are dispersed, it is possible to prevent the generation of steady sound. Therefore, it is possible to provide a stepping motor driving device with low noise and high resolution.

図6に示した励磁波形出力手段12eの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。また、励磁相組合せ出力手段12bと励磁回数割合出力手段12dとを併せて一体のメモリで構成してもよい。   A memory such as a ROM can be used as an element for realizing the function of the excitation waveform output means 12e shown in FIG. Further, the excitation phase combination output means 12b and the excitation frequency ratio output means 12d may be combined into a single memory.

図7に、回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合における、励磁周期Tと励磁組の出力順序との関係を示す配列表を示す。
図7は、図6に示した0P及び1Pに、励磁組(BE−CD)を代入し、2P〜19Pに励磁組(AD−BC)を代入して、励磁周期Tと励磁組の出力順序との関係を表した図表である。図7に示すように、段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組(AD−BC)に対する第2励磁組(BE−CD)の出力順番を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより、所定の励磁回数割合(9:1)を維持しつつ、第1励磁組が第2励磁組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて出力することが可能となる。
FIG. 7 shows an array table showing the relationship between the excitation cycle T and the output order of the excitation groups when the number of steps in the number dividing step is “1”.
7 shows that the excitation set (BE-CD) is assigned to 0P and 1P shown in FIG. 6, the excitation set (AD-BC) is assigned to 2P to 19P, and the excitation cycle T and the output order of the excitation sets. It is the chart showing the relationship. As shown in FIG. 7, the output sequence of the second excitation group (BE-CD) with respect to the first excitation group (AD-BC) in one stage r in the stage number R is sequentially increased as the stage r increases. By alternately outputting a backward movement pattern for moving from the front of K to the rear and a forward movement pattern for sequentially moving from the rear of the excitation row K to the front as the level r increases, a predetermined excitation frequency ratio (9 1), the first excitation group can be dispersed and outputted so as not to appear steadily in a monotonic cycle with respect to the second excitation group.

次に、定電流駆動コントロール回路14の動作と、励磁波形出力手段12eが出力する励磁波形について図8を用いて説明する。
図8は、励磁周期Tと、励磁組の出力順序と、励磁出力との関係を時系列的に表したタイミングチャートであり、定電流駆動コントロール回路14の動作と、励磁波形出力手段12eが出力する励磁出力について説明するチャートである。
Next, the operation of the constant current drive control circuit 14 and the excitation waveform output by the excitation waveform output means 12e will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a timing chart showing in time series the relationship between the excitation cycle T, the output order of the excitation groups, and the excitation output. The operation of the constant current drive control circuit 14 and the excitation waveform output means 12e output it. It is a chart explaining the excitation output to be performed.

図7に示したように、回数分割ステップの歩進数が「1」の場合には、励磁周期=0から順に励磁周期T毎に励磁組(BE)、(CD)、(AD)、(BC)、(AD)、(BC)…を出力する。5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eのインピーダンスは、モータ回転子の回転速度に応じて上昇するので、常に一定の励磁時間で励磁コイル1a〜1eを励磁していると、高回転時のトルクが減少してしまう。したがって、励磁波形出力手段12eは、モータ回転子が停止している場合(ホールド時)や低速で回転している場合には、励磁コイル1a〜1eの励磁時間を短くし、モータ回転子が高速で回転している場合は励磁時間を長くして、励磁コイル1a〜1eに印加する電流を一定に制御する必要がある。   As shown in FIG. 7, when the number of steps in the number dividing step is “1”, excitation groups (BE), (CD), (AD), (BC ), (AD), (BC)... Since the impedance of the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 increases according to the rotation speed of the motor rotor, if the excitation coils 1a to 1e are always excited with a constant excitation time, Torque will decrease. Therefore, the excitation waveform output means 12e shortens the excitation time of the excitation coils 1a to 1e when the motor rotor is stopped (during holding) or rotates at a low speed, and the motor rotor operates at a high speed. In the case of rotating at a speed of 1, it is necessary to lengthen the excitation time and to control the current applied to the excitation coils 1a to 1e to be constant.

図8に示すように、励磁波形出力手段12eは、励磁周期Tを入力する毎に、所定の励磁組(BE)、(CD)、(AD)、(BC)、(AD)、BC)…を出力しなければならない。このときに、励磁周期Tの情報は、定電流コントロール回路14にも伝達され、同期した鋸状の三角波を生成する。そして、一定の励磁電流を得るために、基準電流値と電流検出抵抗15(図1参照。)の両端に発生している検出電流との誤差信号を生成し、前記三角波のレベルと比較する。そして、誤差信号≧三角波の関係が成立する間のみ、ゲートを開いて励磁コイルを励磁する。   As shown in FIG. 8, the excitation waveform output means 12e receives a predetermined excitation set (BE), (CD), (AD), (BC), (AD), BC). Must be output. At this time, the information on the excitation period T is also transmitted to the constant current control circuit 14 to generate a synchronized sawtooth triangular wave. Then, in order to obtain a constant excitation current, an error signal between the reference current value and the detection current generated at both ends of the current detection resistor 15 (see FIG. 1) is generated and compared with the level of the triangular wave. Only when the relationship of error signal ≧ triangular wave is established, the gate is opened to excite the exciting coil.

このように構成すると、図1に示した電流検出抵抗15を流れる電流が減少した場合には、誤差信号のレベルが上昇するので、励磁出力の時間が長くなる。すると、励磁コイル1a〜1eに流れる電流は、励磁コイル1a〜1eのインダクタンスによって平滑されて、結果的に励磁コイル1a〜1eに流れる電流を増加させた制御を行うことができる。また、電流検出抵抗15を流れる電流が増加した場合には、誤差信号のレベルが下降するので、励磁出力の時間が短くなり、結果的に励磁コイル1a〜1eに流れる電流を減少させた制御を行うことができる。   With this configuration, when the current flowing through the current detection resistor 15 shown in FIG. 1 decreases, the level of the error signal increases, and the excitation output time becomes longer. Then, the current flowing through the exciting coils 1a to 1e is smoothed by the inductance of the exciting coils 1a to 1e, and as a result, it is possible to perform control in which the current flowing through the exciting coils 1a to 1e is increased. Further, when the current flowing through the current detection resistor 15 increases, the level of the error signal decreases, so that the excitation output time is shortened, and as a result, control is performed to reduce the current flowing through the excitation coils 1a to 1e. It can be carried out.

このように、定電流コントロール回路をチョッパ回路を用いて実現することにより、定電流コントロールと回数分割によるマイクロステップの励磁出力の両方を、特別な電子回路の新たな追加を必要とせずに、簡単な回路構成で同時に行うことができる。また、励磁コイル1a〜1eを励磁しない状態においても、励磁コイル1a〜1eの端子をハイインピーダンス状態にならないように、常に正極又は負極のいずれかに接続しておく。こうすることにより、励磁出力を切り換えた際の電流のオーバーシュートを減少させ、ダンピング特性を向上させることが可能となり、振動の低減と騒音の低減を図ることができる。   In this way, by implementing a constant current control circuit using a chopper circuit, both constant current control and microstep excitation output by frequency division can be easily performed without requiring the addition of a special electronic circuit. Can be performed simultaneously with a simple circuit configuration. Even when the exciting coils 1a to 1e are not excited, the terminals of the exciting coils 1a to 1e are always connected to either the positive electrode or the negative electrode so as not to be in a high impedance state. By doing so, it becomes possible to reduce the overshoot of the current when the excitation output is switched and improve the damping characteristic, and it is possible to reduce vibration and noise.

このようにPWM定電流コントロールと励磁組の切り替えとを同期して行うチョッパ方式を用いることによって、特別な電子回路の新たな追加を必要とせずに、従来の電子回路構成を利用した小型のステッピングモータ駆動装置を用いて、騒音が少なく高分解能なマイクロステップを実現することができ、ステッピングモータ駆動装置の小型化要求にも応えることができる。   By using a chopper method that synchronizes PWM constant current control and excitation group switching in this way, a small stepping using a conventional electronic circuit configuration is possible without the need to add a special electronic circuit. By using the motor drive device, it is possible to realize a high-resolution microstep with less noise, and it is possible to meet the demand for miniaturization of the stepping motor drive device.

次に、マイクロステップの高分解能化と騒音の発生との関係について説明する。
図5の励磁回数割合出力手段12dに示されるように、マイクロステップの高分解能化を図るために回数分割数を多くすると、所定の励磁割合を合成するための励磁回数(0P〜19P)を増加させなければならない。その結果、励磁回数の合成周期が伸びていくために、特にモータ停止時(ホールド時)に耳障りな可聴音の騒音を発生するといった不具合を生ずる。ステッピングモータが比較的大きいものである場合には、励磁コイル1a〜1eのインダクタンスやロータイナーシャが大きいために、励磁電流のリツプルによる振幅が小さくなり、可聴音も小さくさほど気にならないが、近年増加傾向の小型で励磁コイル1a〜1eのインダクタンスが小さいステッピングモータでは、ステッピングモータが発する可聴音が耳障りとなるために、問題視されつつある。
Next, the relationship between the high resolution of the microstep and the generation of noise will be described.
As shown in the excitation frequency ratio output means 12d in FIG. 5, when the number of frequency divisions is increased to increase the resolution of the microstep, the number of excitations (0P to 19P) for synthesizing a predetermined excitation ratio is increased. I have to let it. As a result, since the synthesis cycle of the number of excitations is extended, there is a problem that an audible audible noise is generated particularly when the motor is stopped (holding). If the stepping motor is relatively large, since the inductance and rotor inertia of the exciting coils 1a to 1e are large, the amplitude due to the ripple of the exciting current is reduced, and the audible sound is small and not bothered. In stepping motors that tend to be small and the inductances of the exciting coils 1a to 1e are small, the audible sound produced by the stepping motors becomes annoying and is becoming a problem.

一方、モータ回転子が振動することにより音を発した場合であっても、音の周波数や定常性によって、人が聞き取った際に感じる音量や、人に与える不快感は異なったものとなる。   On the other hand, even when the motor rotor emits sound, the volume felt by the person and the discomfort given to the person differ depending on the frequency and continuity of the sound.

例えば、人が感じる音の大きさ(ラウドネス)は、人間が感じる主観的な音の大小であるとともに、可聴音周波数範囲にわたって一様ではない。つまり、同じ音圧レベルの音が耳に入った場合であっても、その音の周波数や定常性によって大きさの感覚が異なる。例えば、音の大きさの感じ方に影響する第1の現象として、定常的な音の場合には、2KHzから4KHzが感度が良く、低音で感度が悪くなるという耳の周波数特性の影響が存在する。   For example, the loudness that humans feel is the magnitude of subjective sounds that humans feel and is not uniform across the audible sound frequency range. That is, even when a sound having the same sound pressure level enters the ear, the sense of magnitude differs depending on the frequency and continuity of the sound. For example, as a first phenomenon that affects how the loudness of sound is affected, in the case of a stationary sound, there is an influence of the frequency characteristic of the ear that sensitivity is good at 2 KHz to 4 KHz and sensitivity is low at low frequencies. To do.

また、第2の現象として、ある周波数の音が聞こえているときに、もう一つの周波数の音を聞くと、一方の音にもう一方がかき消されて聞こえなくなるというスペクトラルマスキングの現象が発生する。   Further, as a second phenomenon, a spectral masking phenomenon occurs in which, when a sound of a certain frequency is heard, if a sound of another frequency is heard, the other is erased by one sound and cannot be heard.

また、第3の現象として、ある音が鳴りやんだ直後に別の音を短く鳴らした場合、後の音が前の音にかき消されて聞こえなくなるというテンポラルマスキングの現象が発生する。   In addition, as a third phenomenon, a temporal masking phenomenon occurs in which when a certain sound is stopped immediately and another sound is shortly played, the subsequent sound is erased by the previous sound and cannot be heard.

そこで、本発明では、励磁周期Tとして可聴音外となる短い時間を設定するとともに、回数分割を行った際の励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁組が第2励磁組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁組の配列を用いて、第1励磁組又は第2励磁組の励磁波形を励磁周期T毎に出力することにした。これにより、発生する音の周波数を常に変動させて、テンポラルマスキングの効果を用い、不快な可聴音が耳に残らないようにしている。   Therefore, in the present invention, a short time outside the audible sound is set as the excitation period T, and the first excitation set is monotonous with respect to the second excitation set while maintaining the excitation frequency ratio when the number of times is divided. The excitation waveform of the first excitation group or the second excitation group is output every excitation period T by using an array of excitation groups that are dispersed and sequentially output so that they do not appear regularly at a certain period. In this way, the frequency of the generated sound is constantly changed, and the effect of temporal masking is used so that unpleasant audible sound does not remain in the ear.

次に、励磁波形出力手段12eが出力する励磁波形の他の実施例について説明する。
図9〜図12は、励磁波形出力手段12eが、回数分割ステップの歩進数に応じた励磁回数割合を各段rにおいて維持しつつ、出力する第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K=80回励磁×段数R=78に分けた配列表を示している。更に、この配列表では、段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを交互に出力することにより、分散させた配列の実施例を示している。
Next, another embodiment of the excitation waveform output by the excitation waveform output means 12e will be described.
FIGS. 9 to 12 show an arrangement of the first excitation set and the second excitation set that the excitation waveform output means 12e outputs while maintaining the excitation frequency ratio according to the number of steps in the frequency division step at each stage r. An arrangement table divided into excitation row K = 80 times excitation × number of stages R = 78 is shown. Further, in this arrangement table, in one stage r in the stage number R, the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group is sequentially moved backward from the front of the excitation row K as the stage r increases. An example of a distributed arrangement is shown by alternately outputting a pattern and a forward movement pattern that sequentially moves forward from the back of the excitation row K as the stage r increases.

図9〜図12では、励磁回数K=80回励磁の実施例を示しているので、列方向を圧縮して表現するために、第1励磁組又は第2励磁組を構成している2つの励磁組を出力する順序(例えば「0」及び「1」、「2」及び「3」…)を一つの列で表している。   9 to 12 show an example of excitation number K = 80 times excitation. In order to express the column direction in a compressed manner, the two excitation groups constituting the first excitation group or the second excitation group are shown. The order of outputting the excitation groups (for example, “0” and “1”, “2” and “3”...) Is represented by one column.

図9〜図12では、空白の欄が第1励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示しており、「0」を記入した欄が第2励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示している。また、図9は、回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合の励磁組の出力順序を示し、図10は、回数分割ステップの歩進数を「2」とした場合の励磁組の出力順序を示し、図11は、回数分割ステップの歩進数を「3」とした場合の励磁組の出力順序を示し、図12は、回数分割ステップの歩進数を「9」とした場合の励磁組の出力順序を示している。   9 to 12, blank columns indicate the timing for outputting the excitation waveform of the first excitation set, and columns with “0” indicate the timing for outputting the excitation waveform of the second excitation set. . FIG. 9 shows the output order of the excitation groups when the number of steps in the number division step is “1”, and FIG. 10 shows the output of the excitation groups when the number of steps in the number division step is “2”. FIG. 11 shows the output order of the excitation group when the number of steps in the number division step is “3”, and FIG. 12 shows the excitation group when the number of steps in the number division step is “9”. Shows the output order.

図9〜図12に示すように、第1励磁組が第2励磁組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁組の配列を用いて、第1励磁組又は第2励磁組を構成する励磁波形を、励磁周期T毎に出力することによって、可聴音領域における定常音の発生を防止して、耳障りな騒音を減少させることができる。   As shown in FIGS. 9 to 12, the first excitation set is dispersed so that it does not appear steadily in a monotonous cycle with respect to the second excitation set. By outputting the excitation waveform constituting the group or the second excitation group for each excitation period T, generation of stationary sound in the audible sound region can be prevented, and harsh noise can be reduced.

図13は、励磁波形出力手段12eが、回数分割ステップの歩進数に応じた励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K=40回励磁×段数R=36に分けた配列を用いるとともに、段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、第1段目(r=1)では励磁列Kの略中央の順番から出力し、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより分散させるパターンを含む実施例を示す図表である。   FIG. 13 shows that the excitation waveform output means 12e maintains the excitation frequency ratio according to the number of steps in the frequency division step, and the excitation column K = 40 times excitation × number of stages as the arrangement of the first excitation group and the second excitation group. An array divided into R = 36 is used, and the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group at one stage r in the number of stages R is the abbreviation of the excitation row K in the first stage (r = 1). A backward movement pattern that is output from the center order and sequentially moves backward from the center of the excitation row K as the step r increases, and a forward movement pattern that sequentially moves forward from the center of the excitation row K as the step r increases. It is a graph which shows the Example containing the pattern disperse | distributed by outputting alternately.

図13は、回数分割ステップの歩進数が「1」、励磁回数K=40回励磁の場合の励磁組の出力順序を示す実施例であり、空白の欄が第1励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示し、「0P」及び「1P」を記入した欄が第2励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示している。   FIG. 13 is an example showing the output sequence of the excitation group when the step number of the number dividing step is “1” and the excitation number K = 40 times excitation, and the blank column outputs the excitation waveform of the first excitation group. The column in which “0P” and “1P” are entered indicates the timing for outputting the excitation waveform of the second excitation group.

図13に示すように、段数R中の一つの段rにおける第2励磁組の出力順番(0P−1P)を、第1段目(段r=1)では励磁列Kの略中央の順番から出力し、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより、可聴音領域における定常音の発生を防止して、耳障りな騒音を減少させることができる。図13に示す実施例では、励磁周期T=13μsとし、励磁回数K=40回励磁、励磁の段数R=36段としているために、全励磁周期(T×K×R)=18.7msとなり、周波数で表すと53.4Hzとなる。この53.4Hzの音は、人間の可聴音領域とされている20Hz〜15kHzの範囲内ではあるが、ラウドネス曲線では感度の低い低音領域であるために、騒音として聞こえにくくなっている。なお、図13に示す実施例では、励磁の段数R=36段としているが、更に励磁の段数Rを増やすことによって、全励磁周期を延ばすことができる。   As shown in FIG. 13, the output order (0P-1P) of the second excitation set at one stage r in the stage number R is changed from the order of the approximate center of the excitation row K at the first stage (stage r = 1). As the level r increases, the backward movement pattern that sequentially moves backward from the center of the excitation row K and the forward movement pattern that sequentially moves forward from the center of the excitation row K as the level r increases are alternately displayed. By outputting, it is possible to prevent generation of steady sound in the audible sound region and reduce unpleasant noise. In the embodiment shown in FIG. 13, since the excitation cycle T = 13 μs, the number of excitations K = 40 times, and the number of excitation stages R = 36, the total excitation cycle (T × K × R) = 18.7 ms. The frequency is 53.4 Hz. Although this 53.4 Hz sound is within the range of 20 Hz to 15 kHz, which is considered as a human audible sound region, it is difficult to hear as noise because it is a low sound region with low sensitivity in the loudness curve. In the embodiment shown in FIG. 13, the number of excitation stages R = 36. However, by increasing the number of excitation stages R, the entire excitation cycle can be extended.

図14は、励磁波形出力手段12eが、回数分割ステップの歩進数に応じた励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁組及び第2励磁組の配列として、励磁列K=40回励磁×段数R=30に分けた配列を用いるとともに、段数R中の一つの段rにおける、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を乱数計算処理に基づいて決定することにより、分散させた実施例を示す配列表の図表である。   FIG. 14 shows that the excitation waveform output means 12e maintains the excitation frequency ratio according to the number of steps in the frequency division step, and the excitation column K = 40 times excitation × number of stages as the arrangement of the first excitation group and the second excitation group. An example in which an array divided into R = 30 is used and the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group at one stage r in the stage number R is determined based on random number calculation processing to be distributed. FIG.

図14は、回数分割ステップの歩進数が「1」、励磁回数K=40回励磁の場合の励磁組の出力順序を示す実施例であり、空白の欄が第1励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示し、「0P」及び「1P」を記入した欄が第2励磁組の励磁波形を出力するタイミングを示している。   FIG. 14 is an example showing the output sequence of the excitation group when the step number of the number dividing step is “1” and the excitation number K = 40 times excitation, and the blank column outputs the excitation waveform of the first excitation group. The column in which “0P” and “1P” are entered indicates the timing for outputting the excitation waveform of the second excitation group.

図14に示すように、段rにおける第2励磁組の出力順番(0P−1P)を乱数計算処理に基づいて決定することにより、定常音の発生を防止して耳障りな騒音を減少させることができる。   As shown in FIG. 14, by determining the output order (0P-1P) of the second excitation set in stage r based on random number calculation processing, it is possible to prevent generation of steady sounds and reduce annoying noise. it can.

なお、図14に示す実施例では、励磁周期T=13μsとし、励磁回数K=40回励磁、励磁の段数R=30段としているために、全励磁周期(T×K×R)=15.6msとなり、周波数で表すと64.1Hzとなっている。この周波数に起因する騒音を調査するために、励磁の段数Rを1段〜120段まで変化させて、全励磁周期と騒音の発生状況との関係について調査した結果を図15に示す。   In the embodiment shown in FIG. 14, since the excitation cycle T = 13 μs, the excitation frequency K = 40 excitations, and the excitation stage number R = 30, the total excitation period (T × K × R) = 15. 6 ms, which is 64.1 Hz in terms of frequency. FIG. 15 shows the result of investigating the relationship between the total excitation period and the noise generation state by changing the number of excitation stages R from 1 to 120 in order to investigate the noise caused by this frequency.

図15は、第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を乱数計算処理に基づいて分散させた際に、励磁の段数Rと、人が感じる騒音の内容との関係を観測した結果を示す図表である。なお、乱数のパターンとして、パターン1及びパターン2の、2種類の乱数パターンの出力順序を用いて観測したが、乱数のパターンの違いによる騒音の相違は、励磁段数が5段程度の騒音の大きな場合において、音質の違いとして現れたのみであった。また、励磁の段数R=1段とした場合のデータは、同一の励磁パターンを毎段繰り返して出力しているために、乱数の効果は無く、比較のために記載したデータである。   FIG. 15 shows the result of observing the relationship between the number of excitation stages R and the content of noise felt by humans when the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group is dispersed based on random number calculation processing. It is a chart. Note that the random number pattern was observed using the output order of two types of random number patterns, pattern 1 and pattern 2, but the difference in noise due to the difference in random number pattern is that the number of excitation stages is about five. In some cases, it only appeared as a difference in sound quality. The data when the number of excitation stages R = 1 is the data described for comparison because there is no effect of random numbers because the same excitation pattern is repeatedly output every stage.

図15に示すように、励磁の段数Rを増加させるに伴って、耳障りな高音の騒音が減少し、励磁の段数R≧10段の場合に騒音を減少させる効果がはっきりする。更に、励磁の段数R≧20段の場合に、特に騒音を減少させる顕著な効果が現れる。   As shown in FIG. 15, as the excitation stage number R is increased, annoying high-pitched noise is reduced, and the effect of reducing the noise becomes clear when the excitation stage number R ≧ 10. Further, when the number of excitation stages R ≧ 20, a remarkable effect of reducing noise appears.

また、図15に示すように、励磁の段数RをR≧100とすることにより、全励磁周期が可聴音領域下限の20Hz以下になるように50ms以上に設定した場合であっても、騒音として聞こえる低音を減少させる効果は乏しいことが判明した。したがって、励磁の段数Rは、R≧20段程であれば高音の騒音を減少させて、耳障りな騒音を減少させる効果が確認できた。   Further, as shown in FIG. 15, by setting the excitation stage number R to be R ≧ 100, even if the excitation period is set to 50 ms or more so that the total excitation period is 20 Hz or less, which is the lower limit of the audible sound region, It turns out that the effect of reducing the audible bass is poor. Therefore, if the number of excitation stages R is about R ≧ 20, it is possible to confirm the effect of reducing treble noise and reducing annoying noise.

一方、励磁の段数Rを、20段から徐々に減少させてゆくと、全励磁周期が100Hzを超えるように10ms以下に設定したあたりから、段数Rの減少に伴って、耳障りな高音成分の騒音が顕著に増大する。すなわち、励磁の段数Rを10段以上にすることにより、乱数により生成した励磁の配列を用いた騒音減少の効果が現れる。更に好ましくは、励磁の段数Rを20段以上にすることによって、高音の騒音を顕著に減少させることができる。   On the other hand, if the excitation stage number R is gradually reduced from 20 stages, since the total excitation period is set to 10 ms or less so as to exceed 100 Hz, the noise of the annoying high-frequency component is reduced as the stage number R decreases. Increases significantly. That is, by setting the number of excitation stages R to 10 or more, the noise reduction effect using the excitation arrangement generated by random numbers appears. More preferably, by setting the number of excitation stages R to 20 or more, treble noise can be significantly reduced.

次に、定電流コントロール回路の他の実施例について、図16及び図17を用いて説明する。
図16は、励磁電圧を調節することにより5相ステッピングモータ1に対する定電流のコントロールを実現する、駆動電圧変換型の定電流コントロール回路34を備えたステッピングモータ駆動装置30の内部構成を示すブロック図である。図16は、本発明に係るステッピングモータ駆動装置30にペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1を接続した状態を示している。また、図17は、電気角位置管理手段32a、励磁相組合せ出力手段32b、励磁周期出力手段32c、及び励磁回数割合出力手段32dの機能を示す図である。
Next, another embodiment of the constant current control circuit will be described with reference to FIGS.
FIG. 16 is a block diagram showing an internal configuration of a stepping motor drive device 30 including a drive voltage conversion type constant current control circuit 34 that realizes constant current control for the five-phase stepping motor 1 by adjusting the excitation voltage. It is. FIG. 16 shows a state in which a pendagon connection type five-phase stepping motor 1 is connected to the stepping motor driving apparatus 30 according to the present invention. FIG. 17 is a diagram showing the functions of the electrical angle position management means 32a, the excitation phase combination output means 32b, the excitation cycle output means 32c, and the excitation frequency ratio output means 32d.

なお、図16に示す実施形態では、ペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1を接続してマイクロステップの駆動制御を行う実施形態を示しているが、本発明はペンタゴン結線方式のステッピングモータ、又は、5相のステッピングモータに限定するものではなく、スター結線方式のステッピングモータ、又は、3相、2相のステッピングモータにも応用することが可能である。また、直動型のステッピングモータにも応用することができる。   In addition, in embodiment shown in FIG. 16, although the embodiment which connects the Pedagon connection type | mold 5-phase stepping motor 1 and performs drive control of a micro step is shown, this invention is a stepping motor of a Pentagon connection type, or The present invention is not limited to a five-phase stepping motor, and can be applied to a star connection type stepping motor, or a three-phase, two-phase stepping motor. It can also be applied to a direct-acting stepping motor.

図16に示すように、本発明に係るステッピングモータ駆動装置30は、上位のコンピュータ等の外部機器から5相ステッピングモータ1のCWP(Clock Wise Pulse)やCCWP(Counter Clock Wise Pulse)等の回動指令パルスを入力し、5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁するための励磁波形を生成する励磁波形決定手段32と、励磁波形決定手段32が生成した励磁波形に基づいて5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁させるための励磁指令を出力するパワー素子駆動回路33と、励磁波形に基づいて5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁させるための励磁電流を制御するパワー素子TR1〜TR10と、励磁コイル1a〜1eが発した起電力をバイパスするダイオードD1〜D10と、励磁コイル1a〜1eのインピーダンスに応じて供給する電流を制御するモータ電流制御回路36とを備えている。   As shown in FIG. 16, the stepping motor drive device 30 according to the present invention rotates a 5-phase stepping motor 1 such as CWP (Clock Wise Pulse) or CCWP (Counter Clock Wise Pulse) from an external device such as a host computer. Based on the excitation waveform generated by the excitation waveform determination means 32, the excitation waveform determination means 32 for generating an excitation waveform for exciting the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 by inputting a command pulse. A power element drive circuit 33 that outputs an excitation command for exciting the excitation coils 1a to 1e of the stepping motor 1 and an excitation for exciting the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 based on the excitation waveform. Power elements TR1 to TR10 for controlling current, and excitation coils 1a to Diodes D1 to D10 that bypass the electromotive force generated by 1e and a motor current control circuit 36 that controls a current to be supplied according to the impedance of the exciting coils 1a to 1e are provided.

ここで、上述の回動指令パルスCWPは、5相ステッピングモータ1を所定の位置まで正転させるための指令パルスであり、CCWPは所定の位置まで逆転させるための指令パルスである。また、励磁波形決定手段32は、5相ステッピングモータ1の駆動制御に必要な第1励磁組と第2励磁組の励磁波形を、パワー素子駆動回路33に対して出力している。   Here, the rotation command pulse CWP described above is a command pulse for causing the five-phase stepping motor 1 to normally rotate to a predetermined position, and CCWP is a command pulse for causing the reverse rotation to a predetermined position. The excitation waveform determining means 32 outputs the excitation waveforms of the first excitation group and the second excitation group necessary for driving control of the five-phase stepping motor 1 to the power element driving circuit 33.

(モータ電流制御回路36)
モータ電流制御回路36は、5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eを励磁する電力を供給する電源PSと、電源PSの電圧を平滑化するコンデンサC1と、定電流駆動を行うために、励磁コイル1a〜1eに流れている電流を検出する電流検出抵抗35と、短時間に電圧の供給及び遮断を繰り返すPWM駆動を行うことによって励磁コイル1a〜1eに供給する電圧を調節するトランジスタTR11とを備えている。
(Motor current control circuit 36)
The motor current control circuit 36 includes a power source PS that supplies power for exciting the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1, a capacitor C1 that smoothes the voltage of the power source PS, and an excitation for constant current driving. A current detection resistor 35 for detecting the current flowing through the coils 1a to 1e, and a transistor TR11 for adjusting the voltage supplied to the exciting coils 1a to 1e by performing PWM driving that repeatedly supplies and cuts off the voltage in a short time. I have.

また、モータ電流制御回路36は、電流検出抵抗35の両端に発生した電圧に応じてトランジスタTR11をオン、オフ制御することによって、励磁コイル1a〜1eのインピーダンス変化に依存せずに所定の電流を供給する制御を行う定電流コントロール回路34と、励磁コイル1a〜1eが発する起電力をバイパスするダイオードD11と、PWMにより生じた間欠的な電圧を入力して平滑化したモータ駆動電圧を生成するチョークコイルL1及びコンデンサC2とを備えている。   Further, the motor current control circuit 36 controls the transistor TR11 on and off according to the voltage generated at both ends of the current detection resistor 35, so that a predetermined current can be obtained without depending on the impedance change of the exciting coils 1a to 1e. A constant current control circuit 34 that performs supply control, a diode D11 that bypasses the electromotive force generated by the exciting coils 1a to 1e, and a choke that generates an intermittent voltage generated by PWM and generates a smooth motor drive voltage. A coil L1 and a capacitor C2 are provided.

定電流コントロール回路34は、励磁コイル1a〜1eに供給する電流を検出し、その検出電流と基準電流との差を誤差信号として生成し、図8に示したように、鋸状の三角波のレベルと比較する。そして、誤差信号≧三角波の関係が成立する間のみ、トランジスタTR11をオンにして励磁コイル1a〜1eに供給する電圧を調節する。トランジスタTR11のオン、オフにより脈流となった電圧は、チョークコイルL1及びコンデンサC2により平滑化されて、パワー素子TR1〜TR10を介して励磁コイル1a〜1eに供給される。   The constant current control circuit 34 detects the current supplied to the exciting coils 1a to 1e, generates a difference between the detected current and the reference current as an error signal, and has a sawtooth triangular wave level as shown in FIG. Compare with Then, only while the relationship of error signal ≧ triangular wave is established, the transistor TR11 is turned on to adjust the voltage supplied to the exciting coils 1a to 1e. The voltage pulsating due to the on / off of the transistor TR11 is smoothed by the choke coil L1 and the capacitor C2, and supplied to the exciting coils 1a to 1e via the power elements TR1 to TR10.

このようにモータ電流制御回路36を構成することによって、電流検出抵抗35を流れる電流が減少した場合には、誤差信号のレベルが上昇するので、トランジスタTR11のオン時間が長くなる。すると、トランジスタTR11を通過した電圧は、チョークコイルL1及びコンデンサC2により平滑化されて高い電圧となって励磁コイル1a〜1eに印加されるので、励磁電圧を増加させる制御を行うことができる。また、電流検出抵抗35を流れる電流が増加した場合には、誤差信号のレベルが下降するので、トランジスタTR11のオン時間が短くなり、励磁コイル1a〜1eに印加する電圧を減少させる制御を行うことができる。   By configuring the motor current control circuit 36 in this way, when the current flowing through the current detection resistor 35 decreases, the level of the error signal increases, so the on-time of the transistor TR11 becomes longer. Then, the voltage that has passed through the transistor TR11 is smoothed by the choke coil L1 and the capacitor C2 and becomes a high voltage, which is applied to the excitation coils 1a to 1e, so that the excitation voltage can be controlled to increase. Further, when the current flowing through the current detection resistor 35 increases, the level of the error signal decreases, so that the ON time of the transistor TR11 is shortened and control is performed to decrease the voltage applied to the exciting coils 1a to 1e. Can do.

このように、モータ電流制御回路36を用いて5相ステッピングモータ1の励磁電圧を適宜調節することによって、励磁波形決定手段32が出力する第1励磁組又は第2励磁組の励磁周期Tとは無関係に励磁電流を安定化させ、5相ステッピングモータ1を定電流駆動することができる。   Thus, by appropriately adjusting the excitation voltage of the five-phase stepping motor 1 using the motor current control circuit 36, the excitation period T of the first excitation group or the second excitation group output from the excitation waveform determining means 32 is Irrespectively, the excitation current can be stabilized and the five-phase stepping motor 1 can be driven at a constant current.

(励磁波形決定手段32)
図16及び図17に示すように、励磁波形決定手段32は、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスを入力し、その入力した回動指令パルスを用いて基本ステップの歩進数、微小ステップ(例えば、基本ステップ角αを時間分割によりn分割した微小ステップ角毎の歩進位置を表す。以降、時間分割ステップと記載する。)の歩進数、及び回数分割ステップの歩進数を計数して出力する電気角位置管理手段32aと、電気角位置管理手段32aが計数した基本ステップの歩進数に応じて、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップの位置に位置決めするための第1励磁組と、他の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組との組合せを出力する励磁相組合せ出力手段32bとを備えている。
(Excitation waveform determining means 32)
As shown in FIGS. 16 and 17, the excitation waveform determining means 32 inputs a rotation command pulse of the five-phase stepping motor 1, and uses the input rotation command pulse, the number of basic steps, a minute step ( For example, it represents the step position for each minute step angle obtained by dividing the basic step angle α by n by time division (hereinafter referred to as a time division step) and the number of steps in the number division step. The electrical angle position management means 32a that performs the first step for positioning the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at the position of one basic step according to the number of steps of the basic step counted by the electrical angle position management means 32a. Excitation phase combination output means 32b for outputting a combination of the excitation set and the second excitation set for positioning at the position of another basic step is provided.

また、励磁波形決定手段32は、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を、時間分割ステップの歩進数に対応した1の時間分割ステップの位置に位置決めするために、第1励磁組及び第2励磁組の励磁の時間を相互に漸増及び漸減することにより生成した1の時間の組合せ(以降、第1時間組と記載する。図17に示すTP1及びTP2が第1時間組に該当する。)と、他の時間分割ステップの位置に位置決めするための、第1励磁組及び第2励磁組を励磁する他の時間の組合せ(以降、第2時間組と記載する。図17に示すTP3及びTP4が第2時間組に該当する。)との、少なくとも2つの時間の組合せを出力する時間組合せ出力手段32fを備えている。   In addition, the excitation waveform determining means 32 is arranged to position the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at the position of one time division step corresponding to the number of steps of the time division step. A combination of one time generated by gradually increasing and gradually decreasing the excitation time of the pair (hereinafter referred to as a first time group. TP1 and TP2 shown in FIG. 17 correspond to the first time group). , Another time combination for exciting the first excitation group and the second excitation group for positioning at the position of another time division step (hereinafter referred to as a second time group. TP3 and TP4 shown in FIG. A time combination output means 32f that outputs a combination of at least two times.

また、励磁波形決定手段32は、第1励磁組及び第2励磁組と第1時間組とを組み合わせた1の励磁時間の組合せ(以降、第1励磁時間組と記載する。)と、第1励磁組及び第2励磁組と第2時間組とを組み合わせた他の励磁時間の組合せ(以降、第2励磁時間組と記載する。)とを生成する励磁回数割合出力手段32dを備えている。励磁回数割合出力手段32dは、更に、回数分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数を、相互に漸増及び漸減することにより、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を決定して出力する機能を備えている。このように、励磁回数割合出力手段32dが、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を変更することによって、時間分割ステップ間を、更に回数分割を用いて細分割することができる。   Further, the excitation waveform determining means 32 includes a combination of one excitation time (hereinafter referred to as a first excitation time group) obtained by combining the first excitation group, the second excitation group, and the first time group, and the first excitation group. An excitation number ratio output means 32d for generating an excitation group and another combination of excitation times (hereinafter referred to as a second excitation time group) obtained by combining the second excitation group and the second time group is provided. The excitation number ratio output means 32d further increases and decreases the number of excitations of the first excitation time group and the second excitation time group according to the number of steps in the number division step, thereby increasing the first excitation time. A function of determining and outputting the excitation frequency ratio between the set and the second excitation time set is provided. Thus, the excitation frequency ratio output means 32d further subdivides the time division step using the frequency division by changing the excitation frequency ratio between the first excitation time group and the second excitation time group. Can do.

また、励磁波形決定手段32は、励磁周期T毎に第1励磁時間組及び第2励磁時間組を構成する励磁の出力を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段32cと、励磁回数割合出力手段32dが決定した励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁時間組が第2励磁時間組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁時間組の配列を用いて、第1励磁時間組又は第2励磁時間組の励磁波形を、励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段32eとを備えている。なお、励磁相組合せ出力手段32bと、励磁回数割合出力手段32dと、励磁波形出力手段32eと、時間組合せ出力手段32fとを統合し、これらを一つの素子で構成することも可能であるが、本実施例では各機能の説明を容易にするために、各機能毎に構成を分けて記載している。   The excitation waveform determination means 32 includes an excitation cycle output means 32c for outputting an excitation switching command for switching the excitation output constituting the first excitation time group and the second excitation time group for each excitation period T, and the number of excitations. While maintaining the ratio of the number of times of excitation determined by the ratio output means 32d, the first excitation time group is dispersed so that the first excitation time group does not appear steadily at a monotonous cycle with respect to the second excitation time group, and the excitation time group is sequentially output. Excitation waveform output means 32e that outputs the excitation waveforms of the first excitation time group or the second excitation time group for each excitation cycle T using the arrangement is provided. The excitation phase combination output means 32b, the excitation frequency ratio output means 32d, the excitation waveform output means 32e, and the time combination output means 32f can be integrated into a single element. In this embodiment, in order to facilitate the explanation of each function, the configuration is described separately for each function.

次に、図16に示した励磁波形決定手段32を構成する各ブロックの処理について、図17を用いて説明する。
図17に示す実施例では、電気角位置管理手段32aは、下位の桁から順に、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスが入力されると回数分割ステップの歩進数を計数して出力する回数分割ステップカウンタと、当該回数分割ステップカウンタの上位の桁に位置し時間分割ステップの歩進数を計数して出力するn分割カウンタ(以降、時間分割ステップカウンタと記載する。)と、当該時間分割ステップカウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタと備えている。
Next, the processing of each block constituting the excitation waveform determining means 32 shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG.
In the embodiment shown in FIG. 17, the electrical angle position managing means 32a counts and outputs the number of steps in the number dividing step when the rotation command pulse of the five-phase stepping motor 1 is input in order from the lower digit. A division step counter, an n-division counter (hereinafter referred to as a time division step counter) that is positioned in the upper digit of the number division step counter and counts and outputs the number of steps in the time division step, and the time division step It is provided with a basic step counter that is located in the upper digit of the counter and counts and outputs the number of steps in the basic step.

図17に示す回数分割ステップカウンタは、回動指令パルスCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントアップし、回動指令パルスCCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントダウンして、その値を励磁回数割合出力手段32dに出力する。   The count division step counter shown in FIG. 17 counts up the number of steps in the number of division step every time the rotation command pulse CWP is input, and counts down the number of steps in the number of division step every time the rotation command pulse CCWP is input. The value is output to the excitation frequency ratio output means 32d.

時間分割ステップカウンタは、回動指令パルスCWPを入力することにより、回数分割ステップカウンタの値が例えば「39」から「0」に切り替わる際に、時間分割ステップの歩進数をカウントアップして、その値を時間組合せ出力手段32fに出力するように構成する。また、回動指令パルスCCWPを入力することにより、回数分割ステップカウンタの値が例えば「39」から「0」に切り替わる際に、時間分割ステップの歩進数をカウントダウンして、その値を時間組合せ出力手段32fに出力する。   By inputting the rotation command pulse CWP, the time division step counter counts up the number of steps in the time division step when the value of the number division step counter switches from “39” to “0”, for example. A value is output to the time combination output means 32f. In addition, when the rotation command pulse CCWP is input, the number of steps in the time division step is counted down when the value of the number division step counter is switched from “39” to “0”, for example, and the value is output as a time combination. Output to means 32f.

基本ステップカウンタは、時間分割ステップカウンタの値が「99」から「0」に切り替わる際に一つカウントアップして、その値を励磁相組合せ出力手段32bに出力するように構成する。また時間分割ステップカウンタの値が、「0」から「99」に切り替わる際に一つカウントダウンして、その値を励磁相組合せ出力手段32bに出力するように構成する。基本ステップカウンタが計数する基本ステップの歩進数は、図3及び図4に示した基本ステップの位置(ステップ=0〜9)を表し、モータ回転子を所定の基本ステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせを決定するためのカウンタである。   The basic step counter is configured to count up by one when the value of the time division step counter is switched from “99” to “0” and to output the value to the excitation phase combination output means 32b. Further, when the value of the time division step counter is switched from “0” to “99”, it is configured to count down by one and output the value to the excitation phase combination output means 32b. The step number of the basic step counted by the basic step counter represents the position of the basic step shown in FIGS. 3 and 4 (steps = 0 to 9), and an excitation phase for positioning the motor rotor at the position of the predetermined basic step. It is a counter for determining the combination.

励磁相組合せ出力手段32bは、基本ステップカウンタから基本ステップの歩進数を入力すると、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップの位置に位置決めするための第1励磁組と、モータ回転子を他の基本ステップの位置に位置決めするための第2励磁組との、励磁相の組合せを出力する。励磁相組合せ出力手段32bの機能は、図5に示した励磁相組合せ出力手段12bの機能と同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。   When the step number of the basic step is input from the basic step counter, the excitation phase combination output means 32b receives the first excitation group for positioning the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at the position of one basic step, and the motor rotation. A combination of excitation phases with a second excitation set for positioning the child at the position of another basic step is output. Since the function of the excitation phase combination output means 32b is the same as that of the excitation phase combination output means 12b shown in FIG. 5, detailed description thereof is omitted here.

励磁周期出力手段32cは、励磁回数割合出力手段32dが決定した第1励磁時間組及び第2励磁時間組を構成する励磁相0P〜159Pを、励磁周期T毎に切り換えて出力するためのカウンタである。   The excitation cycle output means 32c is a counter for switching and outputting the excitation phases 0P to 159P constituting the first excitation time group and the second excitation time group determined by the excitation frequency ratio output means 32d for each excitation period T. is there.

時間組合せ出力手段32fは、時間分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁組及び第2励磁組の励磁の時間を相互に漸増及び漸減することにより、TP1及びTP2から構成される第1時間組を生成して出力する。この第1時間組を用いて第1励磁組及び第2励磁組を励磁することによって、モータ回転子を1の時間分割ステップの位置に位置決めすることができる。   The time combination output means 32f first increases the time of excitation of the first excitation group and the second excitation group and gradually decreases them according to the number of steps in the time division step, thereby forming a first time composed of TP1 and TP2. Generate and output tuples. By exciting the first excitation group and the second excitation group using this first time group, the motor rotor can be positioned at the position of one time division step.

更に、時間組合せ出力手段32fは、モータ回転子を他の時間分割ステップの位置に位置決めするための、TP3及びTP4から構成される第2時間組を生成して出力する。この1の時間分割ステップに位置決めするための第1時間組と、他の時間分割ステップに位置決めするための第2時間組との、2つの時間組を用いることによって、時間分割ステップ間を更にm分割する回数分割を行うことができる。   Further, the time combination output means 32f generates and outputs a second time set composed of TP3 and TP4 for positioning the motor rotor at the position of another time division step. By using two time groups, a first time group for positioning in this one time division step and a second time group for positioning in another time division step, there is a further m between time division steps. The number of times of division can be divided.

この時間分割ステップの歩進数と、第1時間組及び第2時間組との関係について、図18を用いて説明する。
図18は、時間分割の分割数を100分割に設定した場合の、時間分割ステップの歩進数と、励磁の時間TP1〜TP4との関係を表した図表である。図18に示すように、時間分割による分割数をn=100分割に設定している場合には、時間組合せ出力手段32fは、1の時間分割ステップの位置に位置決めするための第1励磁組(F1−F2)の励磁の時間TP1を20μs〜0.2μsまで0.2μs毎に漸減するとともに、第2励磁組(F3−F4)の励磁の時間TP2を0μs〜19.8μsまで0.2μs毎に漸増して出力する機能を備えている。
The relationship between the number of steps in this time division step and the first time group and the second time group will be described with reference to FIG.
FIG. 18 is a chart showing the relationship between the number of steps in the time division step and the excitation times TP1 to TP4 when the number of divisions in time division is set to 100 divisions. As shown in FIG. 18, when the number of divisions by time division is set to n = 100 divisions, the time combination output means 32f is a first excitation group (positioning at the position of one time division step ( The excitation time TP1 of F1-F2) is gradually decreased every 0.2 μs from 20 μs to 0.2 μs, and the excitation time TP2 of the second excitation group (F3-F4) is decreased every 0.2 μs from 0 μs to 19.8 μs. It has a function of gradually increasing the output.

また、これと同時に、時間組合せ出力手段32fは、他の時間分割ステップの位置に位置決めするための第1励磁組(F1−F2)の励磁の時間TP3を19.8μs〜0μsまで0.2μs毎に漸減するとともに、第2励磁組(F3−F4)の励磁の時間TP4を0.2μs〜20μsまで0.2μs毎に漸増して出力する機能を備えている。図18に示した時間組合せ出力手段32fの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。   At the same time, the time combination output unit 32f sets the excitation time TP3 of the first excitation set (F1-F2) for positioning at the position of another time division step from 19.8 μs to 0 μs every 0.2 μs. And a function of gradually increasing the excitation time TP4 of the second excitation set (F3-F4) from 0.2 μs to 20 μs every 0.2 μs. A memory such as a ROM can be used as an element for realizing the function of the time combination output unit 32f shown in FIG.

また、図17に示すように、励磁回数割合出力手段32dは、先ず、第1励磁組(F1−F2)及び第2励磁組(F3−F4)と第1時間組(TP1−TP2)とを組み合わせた第1励磁時間組(F1−TP1,F2−TP1,F3−TP2,F4−TP2)とを生成する。同様に、第1励磁組(F1−F2)及び第2励磁組(F3−F4)と第2時間組(TP3−TP4)とを組み合わせた第2励磁時間組(F1−TP3,F2−TP3,F3−TP4,F4−TP4)とを生成する。   Further, as shown in FIG. 17, the excitation number ratio output means 32d first generates the first excitation group (F1-F2), the second excitation group (F3-F4), and the first time group (TP1-TP2). A combined first excitation time group (F1-TP1, F2-TP1, F3-TP2, F4-TP2) is generated. Similarly, a second excitation time group (F1-TP3, F2-TP3) obtained by combining the first excitation group (F1-F2), the second excitation group (F3-F4), and the second time group (TP3-TP4). F3-TP4, F4-TP4).

更に、励磁回数割合出力手段32dは、回数分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁時間組(F1−TP1,F2−TP1,F3−TP2,F4−TP2)と、第2励磁時間組(F1−TP3,F2−TP3,F3−TP4,F4−TP4)との励磁回数割合を生成して出力する。   Further, the excitation frequency ratio output means 32d has a first excitation time group (F1-TP1, F2-TP1, F3-TP2, F4-TP2) and a second excitation time group (in accordance with the number of steps in the number division step. F1-TP3, F2-TP3, F3-TP4, F4-TP4) are generated and output.

例えば、回数分割ステップの歩進数が0の場合には、モータ回転子は1の時間分割ステップの位置に位置決めするので、第1励磁時間組による励磁を100%、第2励磁時間組による励磁を0%とする。この場合には、励磁回数割合出力手段32dは、第1励磁時間組のみの繰り返しを出力する。具体的には、回数分割ステップの歩進数が0の場合には、励磁回数割合出力手段32dは、励磁組0P=F1−TP1,1P=F2−TP1,2P=F3−TP2,3P=F4−TP2、4P=F1−TP1,5P=F2−TP1,6P=F3−TP2,7P=F4−TP2…を繰り返し励磁組159Pまで出力する。ここで以降の説明を簡略化するために、4つの励磁組0P〜3Pを励磁時間組0Qと表し、励磁組4P〜7Pを励磁時間組1Qと表し、以降同様に、励磁組156P〜159Pまでを励磁時間組39Qまで用いて表すことにする。   For example, if the number of steps in the number division step is 0, the motor rotor is positioned at the position of 1 time division step, so excitation by the first excitation time group is 100% and excitation by the second excitation time group. 0%. In this case, the excitation frequency ratio output means 32d outputs repetition of only the first excitation time group. Specifically, when the number of steps in the number dividing step is 0, the excitation number ratio output means 32d provides the excitation set 0P = F1-TP1, 1P = F2-TP1, 2P = F3-TP2, 3P = F4- TP2, 4P = F1-TP1, 5P = F2-TP1, 6P = F3-TP2, 7P = F4-TP2... Are repeatedly output to the excitation set 159P. Here, in order to simplify the following description, the four excitation groups 0P to 3P are represented as excitation time group 0Q, the excitation groups 4P to 7P are represented as excitation time group 1Q, and thereafter, similarly to excitation groups 156P to 159P. Is expressed using the excitation time group 39Q.

回数分割ステップの歩進数が1の場合には、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を39:1に設定する必要がある。したがって、励磁回数割合出力手段32dは、励磁時間組0Qとして第2励磁時間組(0P=F1−TP3,1P=F2−TP3,2P=F3−TP4,3P=F4−TP4)を代入して出力し、以降励磁時間組1Q〜30Qとしてそれぞれに第1励磁時間組(F1−TP1,F2−TP1,F3−TP2,F4−TP2)を代入して出力する。   When the number of steps in the number dividing step is 1, it is necessary to set the excitation frequency ratio between the first excitation time group and the second excitation time group to 39: 1. Accordingly, the excitation frequency ratio output means 32d substitutes and outputs the second excitation time group (0P = F1-TP3, 1P = F2-TP3, 2P = F3-TP4, 3P = F4-TP4) as the excitation time group 0Q. Thereafter, the first excitation time groups (F1-TP1, F2-TP1, F3-TP2, F4-TP2) are assigned to the excitation time groups 1Q to 30Q, respectively, and output.

これにより、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を39:1に設定して、時間分割ステップの歩進数「0」と「1」との間を40分割した位置にモータ回転子を位置決めすることができる。   As a result, the excitation frequency ratio between the first excitation time group and the second excitation time group is set to 39: 1, and the interval between the step numbers “0” and “1” in the time division step is divided into 40 positions. The motor rotor can be positioned.

回数分割ステップの歩進数が2の場合には、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を38:2に設定して出力する。以降同様に、回数分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数を、相互に漸増及び漸減することにより、第1励磁時間組と第2励磁時間組の励磁回数割合を決定して出力する。図17に示した励磁回数割合出力手段32dの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。また、励磁相組合せ出力手段32bと、時間組合せ出力手段32fと、励磁回数割合出力手段32dとを一体のメモリで構成してもよい。   When the number of steps in the frequency division step is 2, the excitation frequency ratio between the first excitation time group and the second excitation time group is set to 38: 2 and output. Thereafter, similarly, the first excitation time group and the second excitation time are gradually increased and gradually decreased with respect to each other in accordance with the number of steps in the number dividing step. Determine the excitation frequency ratio of the set and output. A memory such as a ROM can be used as an element for realizing the function of the excitation frequency ratio output means 32d shown in FIG. Further, the excitation phase combination output means 32b, the time combination output means 32f, and the excitation frequency ratio output means 32d may be constituted by an integrated memory.

次に、図16に示した励磁波形出力手段32eの機能について、図19を用いて説明する。
図19は、回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合において、励磁周期Tと励磁時間組の出力順序との関係を、励磁回数Kを用いて一般的に表した励磁波形出力手段32eの配列表である。
Next, the function of the excitation waveform output means 32e shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG.
FIG. 19 shows an excitation waveform output means 32e that generally represents the relationship between the excitation cycle T and the output order of the excitation time group using the number of excitation K when the number of steps in the number division step is “1”. It is the arrangement | sequence list of.

図19では、励磁回数K=4(励磁組の数)×40回(励磁時間組の数)=160回励磁を行う実施例を示しているので、列方向を圧縮して表現するために、第1励磁時間組又は第2励磁時間組を構成している4つの励磁時間組を出力する順序(例えば0P〜3P…156P〜159P)を1/4の数量の列(0Q…39Q)として表している。   In FIG. 19, since the number of times of excitation K = 4 (the number of excitation groups) × 40 times (the number of excitation time groups) = 160 times is shown, in order to compress and express the column direction, The order in which the four excitation time groups constituting the first excitation time group or the second excitation time group are output (for example, 0P to 3P... 156P to 159P) is expressed as a column of a quarter quantity (0Q... 39Q). ing.

図19では、空白の欄が第1励磁時間組の励磁波形を出力するタイミングを示しており、「0」を記入した欄が第2励磁時間組の励磁波形を出力するタイミングを示している。また、図19は、回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合の励磁組の出力順序を示しているので、各段rにおける第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合は39:1で一定となっている。   In FIG. 19, a blank column indicates the timing for outputting the excitation waveform of the first excitation time group, and the column in which “0” is entered indicates the timing for outputting the excitation waveform of the second excitation time group. FIG. 19 shows the output order of the excitation groups when the number of steps in the number division step is “1”, so the number of excitations of the first excitation time group and the second excitation time group in each stage r. The ratio is constant at 39: 1.

図19に示すように、励磁波形出力手段32eは、回数分割ステップの歩進数に応じた励磁回数割合(39:1)を各段rにおいて維持しつつ、出力する第1励磁時間組及び第2励磁時間組の配列として、励磁列K=160回励磁×段数R=78に分けた配列表を示している。更に、この配列表では、段数R中の一つの段rにおける、第1励磁時間組に対する第2励磁時間組の出力順番を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを交互に出力することにより、分散させた配列の実施例を示している。   As shown in FIG. 19, the excitation waveform output means 32e maintains the excitation frequency ratio (39: 1) corresponding to the number of steps in the frequency division step at each stage r while outputting the first excitation time group and the second excitation time group. As an array of excitation time groups, an array table divided into excitation row K = 160 times excitation × stage number R = 78 is shown. Further, in this arrangement table, the output order of the second excitation time group with respect to the first excitation time group in one stage r in the stage number R is sequentially moved from the front to the rear of the excitation row K as the stage r increases. An example of a distributed arrangement is shown by alternately outputting a backward movement pattern and a forward movement pattern that sequentially moves forward from the rear of the excitation row K as the stage r increases.

図19に示すように、第1励磁時間組が第2励磁時間組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁組の配列を用いて、第1励磁時間組又は第2励磁時間組を構成する励磁波形を、励磁周期T毎に出力することによって、可聴音領域における定常音の発生を防止して、耳障りな騒音を減少させることができる。   As shown in FIG. 19, the first excitation time group is distributed in order so that the first excitation time group does not constantly appear in a monotonous cycle with respect to the second excitation time group, and the first excitation time group is sequentially output. By outputting the excitation waveforms constituting the group or the second excitation time group at every excitation period T, generation of stationary sound in the audible sound region can be prevented, and harsh noise can be reduced.

図19に示した励磁波形出力手段32eの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。また、励磁相組合せ出力手段32bと励磁回数割合出力手段32dと、時間組合せ出力手段32fとを一体のメモリで構成してもよい。   As an element for realizing the function of the excitation waveform output means 32e shown in FIG. 19, a memory such as a ROM can be used. Further, the excitation phase combination output means 32b, the excitation frequency ratio output means 32d, and the time combination output means 32f may be constituted by an integrated memory.

本発明では、第1励磁時間組と第2励磁時間組との励磁回数割合を維持しつつ、第1励磁時間組が第2励磁時間組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次励磁するように構成しており、例えば、図10〜図14に示した配列表と同様の配列表を用いて、励磁波形を出力することができる。   In the present invention, while maintaining the excitation frequency ratio between the first excitation time group and the second excitation time group, the first excitation time group does not constantly appear in a monotonic cycle with respect to the second excitation time group. For example, excitation waveforms can be output using an arrangement table similar to the arrangement table shown in FIGS. 10 to 14.

次に、時間分割ステップの歩進数と第1励磁時間組の励磁の時間TP1及びTP2、第2励磁時間組の励磁の時間TP3及びTP4との関係について、図20を用いて説明する。   Next, the relationship between the number of steps in the time division step and the excitation times TP1 and TP2 of the first excitation time group and the excitation times TP3 and TP4 of the second excitation time group will be described with reference to FIG.

図20は、回数分割ステップの歩進数が「1」、励磁の段数r=1の場合における、時間分割ステップの歩進数と励磁組F1〜F4の励磁波形との関係を示すタイミングチャートである。   FIG. 20 is a timing chart showing the relationship between the number of steps in the time division step and the excitation waveforms of the excitation groups F1 to F4 when the number of steps in the number division step is “1” and the number of excitation stages r = 1.

図20では、時間分割ステップが「0」、「1」、「99」の場合における励磁波形を表している。時間分割の歩進数が「0」の場合には、図18より第1励磁時間組の励磁の時間は、TP1=20μs、TP2=0μs、第2励磁時間組の励磁の時間は、TP3=19.8μs、TP4=0.2μsである。したがって、回数分割ステップの歩進数が「1」で励磁の段数r=1の場合には、図19より第1励磁時間組(1Q〜39Q)を励磁の時間TP1=20μs及びTP2=0μsで励磁し、第2励磁時間組(0Q)を励磁の時間TP3=19.8μs及びTP4=0.2μsで励磁することになる。   FIG. 20 shows excitation waveforms when the time division steps are “0”, “1”, and “99”. When the time division step number is “0”, the excitation time of the first excitation time group is TP1 = 20 μs, TP2 = 0 μs, and the excitation time of the second excitation time group is TP3 = 19 from FIG. .8 μs, TP4 = 0.2 μs. Therefore, when the number of steps in the number dividing step is “1” and the number of excitation stages is r = 1, the first excitation time group (1Q to 39Q) is excited with the excitation time TP1 = 20 μs and TP2 = 0 μs from FIG. Then, the second excitation time set (0Q) is excited at the excitation time TP3 = 19.8 μs and TP4 = 0.2 μs.

また、時間分割ステップの歩進数が「1」の場合には、図18より第1励磁時間組(1Q〜39Q)を励磁の時間TP1=19.8μs及びTP2=0.2μsで励磁し、第2励磁時間組(0Q)を励磁の時間TP3=19.6μs及び0.4μsで励磁する。また、時間分割ステップの歩進数が「99」の場合には、図18より第1励磁時間組(1Q〜39Q)を励磁の時間TP1=0.2μs及びTP2=19.8μsで励磁し、第2励磁時間組(0Q)を励磁の時間TP3=0μs及びTP4=20μsで励磁することになる。   When the number of steps in the time division step is “1”, the first excitation time group (1Q to 39Q) is excited with the excitation times TP1 = 19.8 μs and TP2 = 0.2 μs from FIG. Two excitation time groups (0Q) are excited at excitation times TP3 = 19.6 μs and 0.4 μs. When the number of steps in the time division step is “99”, the first excitation time group (1Q to 39Q) is excited with the excitation times TP1 = 0.2 μs and TP2 = 19.8 μs from FIG. Two excitation time groups (0Q) are excited with excitation times TP3 = 0 μs and TP4 = 20 μs.

以上のようにして、時間分割と回数分割とを併存させて、基本ステップ角αをn×m=100×40=4000分割することが可能となる。更に本発明では、第1励磁時間組が第2励磁時間組に対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力しているので、回数分割にるマイクロステップを行った場合であっても、耳障りな騒音を減少させることができる。なお、本発明についても、図13及び図14に示した配列表を用いて、励磁コイル1a〜1eの励磁を行うことができる。   As described above, the basic step angle α can be divided into n × m = 100 × 40 = 4000 by coexisting time division and frequency division. Furthermore, in the present invention, since the first excitation time group is dispersed and sequentially output so that it does not appear steadily in a monotonic cycle with respect to the second excitation time group, the microstep by dividing the number of times is performed. Even so, harsh noise can be reduced. In the present invention, the excitation coils 1a to 1e can be excited using the arrangement tables shown in FIGS.

本発明に係るステッピングモータ駆動装置及びマイクロステップ駆動方法は、精密な位置決め又は低振動の低速駆動に加え、静粛性が要求される用途に好適である。例えば、光計測装置、光電子デバイス作製装置、有機EL作製装置、デバイスプロセス装置、若しくは有機半導体素子作製装置等に適用することができる。   The stepping motor driving device and the microstep driving method according to the present invention are suitable for applications that require quietness in addition to precise positioning or low-speed driving with low vibration. For example, the present invention can be applied to an optical measurement device, an optoelectronic device manufacturing device, an organic EL manufacturing device, a device process device, an organic semiconductor element manufacturing device, or the like.

なお、前記光計測装置の用途として、並列光演算技術、レーザ安定化技術、超高速分光技術、超高速光制御技術、若しくは光パルスタイミング同期技術等の光制御の技術分野や、単一光子検出技術、超高速光計測技術、ホログラム計測技術、各種表面分光技術、電界発光計測技術、移動度計測技術、又は干渉計測技術等の技術分野を挙げることができる。   Applications of the optical measurement device include parallel light calculation technology, laser stabilization technology, ultrafast spectroscopy technology, ultrafast light control technology, or optical pulse timing synchronization technology, and single photon detection. Examples of such technical fields include technology, ultrafast optical measurement technology, hologram measurement technology, various surface spectroscopy technologies, electroluminescence measurement technology, mobility measurement technology, and interference measurement technology.

また、上記の実施例では、本発明のマイクロステップ駆動方法を回転型のステッピングモータの駆動に用いた実施例を示したが、直動型のステッピングモータに応用することも可能である。   In the above embodiment, the microstep driving method of the present invention is used for driving a rotary stepping motor. However, the present invention can be applied to a direct acting stepping motor.

チョッパ方式により5相ステッピングモータを定電流制御する、本発明の代表的な実施例を示すステッピングモータ駆動装置のブロック図である。1 is a block diagram of a stepping motor driving apparatus showing a typical embodiment of the present invention that performs constant current control of a five-phase stepping motor by a chopper method. (a)は、ペンタゴン結線方式を採用した5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eと、励磁相ABCDEabcdeの励磁電流の方向とを定義する図である。(b)は、5相ステッピングモータ1の励磁相ABCDEabcdeと、トルクベクトルVA〜Veとの関係を定義する図である。(A) is a figure which defines the excitation coil 1a-1e of the 5-phase stepping motor 1 which employ | adopted the pentagon connection system, and the direction of the excitation current of excitation phase ABCDEabcde. (B) is a diagram defining the relationship between the excitation phase ABCDEabcde of the five-phase stepping motor 1 and the torque vectors VA to Ve. モータ回転子を所定の基本ステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせ例を示す図である。It is a figure which shows the example of a combination of the excitation phase which positions a motor rotor in the position of a predetermined | prescribed basic step. モータ回転子を所定の基本ステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the combination of the excitation phase which positions a motor rotor in the position of a predetermined | prescribed basic step. 図1に示した電気角位置管理手段12a、励磁相組合せ出力手段12b、励磁周期出力手段12c、及び励磁回数割合出力手段12dの機能を示す図である。It is a figure which shows the function of the electrical angle position management means 12a, the excitation phase combination output means 12b, the excitation period output means 12c, and the excitation frequency ratio output means 12d which were shown in FIG. 励磁周期Tと励磁組の出力順序との関係を、0P〜19Pを用いて一般的に表した本発明の励磁波形出力手段の配列例を示す図表である。It is a graph which shows the example of arrangement | sequence of the excitation waveform output means of this invention which generally represented the relationship between the excitation period T and the output order of an excitation group using 0P-19P. 回数分割ステップの歩進数が「1」の場合における励磁周期Tと励磁組の出力順序との関係を示す配列例を示す図表である。It is a table | surface which shows the example of an arrangement | sequence which shows the relationship between the excitation period T and the output order of an excitation group in case the step number of a frequency | count division | segmentation step is "1". 本発明における定電流駆動コントロール回路14の動作と、励磁波形出力手段12eが出力する励磁出力について説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the operation | movement of the constant current drive control circuit 14 in this invention, and the excitation output which the excitation waveform output means 12e outputs. 第1励磁組に対する第2励磁組の出力順を、順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力する実施例を示す配列表の図表である(回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合)。A backward movement pattern in which the output order of the second excitation group with respect to the first excitation group is sequentially moved from the front to the rear of the excitation row K, and a forward movement pattern in which the excitation row K is sequentially moved from the rear to the front as the level r increases. Is a chart of an array table showing an example of alternately outputting (when the number of steps in the number dividing step is “1”). 図9に示した励磁組の出力順序で、回数分割ステップの歩進数を「2」とした場合の実施例を示す配列表の図表である。10 is a diagram of an array table showing an example in which the number of steps in the number division step is “2” in the output order of the excitation groups shown in FIG. 9. 図9に示した励磁組の出力順序で、回数分割ステップの歩進数を「3」とした場合の実施例を示す配列表の図表である。FIG. 10 is a diagram of an array table showing an embodiment in the case where the number of steps in the number dividing step is “3” in the output order of the excitation groups shown in FIG. 9. 図9に示した励磁組の出力順序で、回数分割ステップの歩進数を「9」とした場合の実施例を示す配列表の図表である。FIG. 10 is a diagram of an array table showing an example in which the number of steps in the number dividing step is “9” in the output order of the excitation groups shown in FIG. 9. 第1励磁組に対する第2励磁組の出力順を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力する実施例を示す配列表の図表である。The output order of the second excitation group with respect to the first excitation group is a backward movement pattern that sequentially moves backward from the center of the excitation row K as the step r increases, and forward from the center of the excitation row K sequentially as the step r increases. It is a table | surface of the arrangement | sequence table | surface which shows the Example which outputs alternately the front movement pattern made to move to. 第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、乱数計算処理に基づいて決定し、分散させて出力する実施例を示す配列表の図表である。It is a table | surface of the arrangement | sequence table which shows the Example which determines the output order of the 2nd excitation group with respect to a 1st excitation group based on random number calculation processing, and distributes and outputs it. 第1励磁組に対する第2励磁組の出力順番を、乱数計算処理に基づいて分散させた際に、励磁の段数Rと人が感じる騒音の内容との関係を観測した結果を示す図表である。It is a graph which shows the result of having observed the relationship between the stage number of excitation R, and the content of the noise which a person feels, when the output order of the 2nd excitation group with respect to a 1st excitation group is distributed based on random number calculation processing. 励磁電圧を調節することにより、5相ステッピングモータを定電流制御する、本発明の他の実施例を示すステッピングモータ駆動装置のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a stepping motor driving apparatus showing another embodiment of the present invention in which constant current control is performed on a five-phase stepping motor by adjusting an excitation voltage. 図16に示した電気角位置管理手段、励磁相組合せ出力手段、励磁周期出力手段、及び励磁回数割合出力手段の機能を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the function of the electrical angle position management means, excitation phase combination output means, excitation cycle output means, and excitation frequency ratio output means shown in FIG. 時間分割の分割数を100分割に設定した場合の、時間分割ステップの歩進数と励磁の時間TP1〜TP4との関係を表した図表である。It is a chart showing the relationship between the number of steps in the time division step and the excitation times TP1 to TP4 when the division number of the time division is set to 100 divisions. 回数分割ステップの歩進数を「1」とした場合において、励磁周期Tと励磁時間組の出力順序との関係を、励磁回数Kを用いて一般的に表した配列表である。When the number of steps in the number of times division step is “1”, the relationship between the excitation period T and the output order of the excitation time group is an array table that generally represents the number of times of excitation K. 回数分割ステップの歩進数が「1」、励磁の段数r=1の場合における、時間分割ステップの歩進数と励磁組F1〜F4の励磁波形との関係を示すタイミングチャートである。10 is a timing chart showing the relationship between the number of steps in the time division step and the excitation waveforms of the excitation groups F1 to F4 when the number of steps in the number division step is “1” and the number of excitation stages is r = 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 5相ステッピングモータ
1a〜1e 励磁コイル
10 ステッピングモータ駆動装置
12 励磁波形決定手段
13 パワー素子駆動回路
14、34 定電流コントロール回路
15 電流検出抵抗
12a、32a 電気角位置管理手段
12b、32b 励磁相組合せ出力手段
12c、32c 励磁周期出力手段
12d、32d 励磁回数割合出力手段
12e、32e 励磁波形出力手段
32f 時間組合せ出力手段
30 ステッピングモータ駆動装置
32 励磁波形決定手段
33 パワー素子駆動回路
35 電流検出抵抗
36 モータ電流制御回路
C1、C2 コンデンサ
D1〜D11 ダイオード
L1 チョークコイル
PS 電源
TR1〜TR10 パワー素子
TR11 トランジスタ
VA〜VE、Va〜Ve トルクベクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 5 phase stepping motor 1a-1e Excitation coil 10 Stepping motor drive device 12 Excitation waveform determination means 13 Power element drive circuit 14, 34 Constant current control circuit 15 Current detection resistance 12a, 32a Electrical angle position management means 12b, 32b Excitation phase combination Output means 12c, 32c Excitation period output means 12d, 32d Excitation frequency ratio output means 12e, 32e Excitation waveform output means 32f Time combination output means 30 Stepping motor drive device 32 Excitation waveform determination means 33 Power element drive circuit 35 Current detection resistor 36 Motor Current control circuit C1, C2 Capacitors D1-D11 Diode L1 Choke coil PS Power supply TR1-TR10 Power element TR11 Transistors VA-VE, Va-Ve Torque vector

Claims (9)

N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微細ステップにm分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、
N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると、前記微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、前記m分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、
N相ステッピングモータのモータ回転子を、前記基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップの位置に位置決めするための、励磁コイルの1の励磁の組合せと、他の基本ステップの位置に位置決めするための他の励磁の組合せとの、少なくとも2つの励磁の組合せを出力する励磁相組合せ出力手段と、
前記微細ステップの歩進数に応じて、前記2つの励磁の組合せの励磁回数を、相互に漸増及び漸減することにより、前記2つの励磁の組合せの励磁回数割合を決定して出力する励磁回数割合出力手段と、
励磁周期T毎に、前記1の励磁の組合せ又は他の励磁の組合せを構成する励磁の出力を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段と、
前記決定した励磁回数割合を維持しつつ、前記1の励磁の組合せが、他の励磁の組合せに対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁の組合せの配列によって、前記1の励磁の組合せ又は他の励磁の組合せを構成する励磁波形を、前記励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段と、
を備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
In a stepping motor driving apparatus that realizes a microstep that divides a basic step angle α of an N-phase stepping motor into m fine steps,
When a rotation command pulse of the N-phase stepping motor is input, the m-dividing counter that counts and outputs the number of steps in the fine step, and the number of steps in the basic step that is located at the upper digit of the m-dividing counter An electrical angle position management means having a basic step counter for outputting
The motor rotor of the N-phase stepping motor is positioned at the position of one basic step corresponding to the number of steps of the basic step, and at the position of the other basic step and the combination of one excitation coil. Excitation phase combination output means for outputting at least two excitation combinations with other excitation combinations for:
According to the number of steps in the fine step, the number of excitations of the two excitation combinations is gradually increased and decreased, thereby determining and outputting the excitation number ratio of the two excitation combinations. Means,
Excitation period output means for outputting an excitation switching command for switching the excitation output constituting the combination of the one excitation or another excitation for each excitation period T;
While maintaining the determined excitation frequency ratio, the one excitation combination is dispersed so that it does not constantly appear in a monotonous cycle with respect to the other excitation combinations, and the excitation combinations are sequentially output. Excitation waveform output means for outputting an excitation waveform constituting the combination of excitations 1 or other excitations for each excitation period T;
A stepping motor driving device comprising:
前記励磁波形出力手段は、前記2つの励磁の組合せの配列として、励磁列K(所定の励磁回数からなる励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、1の励磁の組合せに対する他の励磁の組合せの出力順が、段r−1の出力順と異なるように常に分散する配列であ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駆動装置。   The excitation waveform output means uses, as the array of combinations of the two excitations, an array divided into excitation column K (excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (number of stages of excitation column K), and The output order of one excitation combination with respect to one excitation combination in one stage r in the number of stages R is an array that is always distributed so as to be different from the output order of the stage r-1. 2. A stepping motor drive device according to 1. 前記励磁波形出力手段は、前記2つの励磁の組合せの配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、1の励磁の組合せに対する他の励磁の組合せの出力順を、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの前方から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの後方から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより分散させた配列であ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駆動装置。   The excitation waveform output means uses, as the array of combinations of the two excitations, an array divided into excitation column K (excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (number of stages of excitation column K), and A rearward movement pattern in which the output order of another excitation combination with respect to one excitation combination in one stage r in the stage number R is sequentially moved from the front to the rear of the excitation row K as the stage r increases; 2. The stepping motor drive device according to claim 1, wherein the stepping motor drive device is an array in which forward movement patterns for sequentially moving from the rear side to the front side of the excitation row K are distributed by alternately outputting as the value increases. 前記励磁波形出力手段は、前記2つの励磁の組合せの配列として、励磁列K(所定の励磁回数から成る励磁の列)×段数R(励磁列Kの段数)に分けた配列を用いるとともに、前記段数R中の一つの段rにおける、1の励磁の組合せに対する他の励磁の組合せの出力順を、第1段目(r=1)では励磁列Kの略中央の順番から出力し、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から後方に移動させる後方移動パターンと、段rが増加するにつれて順次励磁列Kの中央から前方に移動させる前方移動パターンとを、交互に出力することにより分散させるパターンを含む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駆動装置。   The excitation waveform output means uses, as the array of combinations of the two excitations, an array divided into excitation column K (excitation column consisting of a predetermined number of excitations) × stage number R (number of stages of excitation column K), and The output order of other excitation combinations with respect to one excitation combination in one stage r in the number of stages R is output from the order of the approximate center of the excitation row K in the first stage (r = 1), and the stage r Are distributed by alternately outputting a backward movement pattern that sequentially moves backward from the center of the excitation row K as the value increases, and a forward movement pattern that sequentially moves forward from the center of the excitation row K as the level r increases. The stepping motor driving apparatus according to claim 1, further comprising a pattern to be generated. 前記励磁波形出力手段は、1の励磁の組合せに対する他の励磁の組合せの出力順を、乱数計算処理に基づいて決定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駆動装置。   2. The stepping motor driving apparatus according to claim 1, wherein the excitation waveform output means determines the output order of other excitation combinations with respect to one excitation combination based on random number calculation processing. N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微小ステップにn分割し、更に、前記微小ステップを微細ステップにm分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、
N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると、前記微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、前記m分割カウンタの上位の桁に位置し微小ステップの歩進数を計数して出力するn分割カウンタと、前記n分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、
N相ステッピングモータのモータ回転子を、前記基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップの位置に位置決めするための、励磁コイルの1の励磁の組合せと、他の基本ステップの位置に位置決めするための他の励磁の組合せとの、少なくとも2つの励磁の組合せを出力する励磁相組合せ出力手段と、
N相ステッピングモータのモータ回転子を、前記微小ステップの歩進数に対応した1の微小ステップの位置に位置決めするために、前記2つの励磁の組合せの励磁の時間を相互に漸増及び漸減することにより生成した1の時間の組合せと、他の微小ステップの位置に位置決めするための他の時間の組合せとの、少なくとも2つの時間の組合せを出力する時間組合せ出力手段と、
前記微細ステップの歩進数に応じて、前記2つの励磁の組合せと1の時間とを組み合わせた1の励磁時間の組合せと、前記2つの励磁の組合せと他の時間の組合せとを組み合わせた他の励磁時間の組合せとの励磁回数を、相互に漸増及び漸減することにより、前記2つの励磁時間の組合せの励磁回数割合を決定して出力する励磁回数割合出力手段と、
励磁周期T毎に、前記1の励磁時間の組合せ又は他の励磁時間の組合せを構成する励磁の出力を切り換えるための励磁切替指令を出力する励磁周期出力手段と、
前記決定した励磁回数割合を維持しつつ、前記1の励磁時間の組合せが、他の励磁時間の組合せに対して単調な周期で定常的に出現しないように分散させて順次出力する励磁時間の組合せの配列を用いて、前記1の励磁時間の組合せ又は他の励磁時間の組合せを構成する励磁波形を、前記励磁周期T毎に出力する励磁波形出力手段と、
を備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
In a stepping motor driving apparatus that realizes a microstep that divides a basic step angle α of an N-phase stepping motor into n steps and divides the minute step into m steps.
When a rotation command pulse of an N-phase stepping motor is input, an m-divided counter that counts and outputs the number of steps in the fine step, and a step number in a minute step that is located in the upper digit of the m-divided counter An electrical angle position management means having an n-divided counter that outputs and a basic step counter that counts and outputs the step number of the basic step that is located in the upper digit of the n-divided counter;
The motor rotor of the N-phase stepping motor is positioned at the position of one basic step corresponding to the number of steps of the basic step, and at the position of the other basic step and the combination of one excitation coil. Excitation phase combination output means for outputting at least two excitation combinations with other excitation combinations for:
In order to position the motor rotor of the N-phase stepping motor at the position of one minute step corresponding to the number of steps of the minute step, the excitation time of the combination of the two excitations is gradually increased and decreased mutually. Time combination output means for outputting a combination of at least two times, one generated time combination and another time combination for positioning at the position of another minute step;
Depending on the number of steps in the fine step, another combination of one excitation time that combines the two excitation combinations and one time, and another combination of the two excitation combinations and another time combination. Excitation number ratio output means for determining and outputting the excitation frequency ratio of the two excitation time combinations by gradually increasing and decreasing the excitation frequency with the combination of excitation times;
An excitation cycle output means for outputting an excitation switching command for switching the output of excitation constituting the combination of the one excitation time or the combination of other excitation times for each excitation cycle T;
A combination of excitation times that are sequentially output while being dispersed so that the combination of the excitation times of 1 does not appear regularly in a monotonous cycle with respect to the combinations of other excitation times while maintaining the determined excitation frequency ratio Excitation waveform output means for outputting the excitation waveform constituting the combination of the one excitation time or the combination of the other excitation times at every excitation period T using the arrangement of
A stepping motor driving device comprising:
前記請求項1〜6のいずれかに記載のステッピングモータ駆動装置を用いてN相ステッピングモータを駆動してなることを特徴とする精密測定機器。   A precision measuring instrument obtained by driving an N-phase stepping motor using the stepping motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 6. 前記請求項1〜6のいずれかに記載のステッピングモータ駆動装置を用いてN相ステッピングモータを駆動してなることを特徴とする精密加工機器。   A precision processing apparatus, wherein an N-phase stepping motor is driven using the stepping motor driving device according to any one of claims 1 to 6. 前記請求項1〜6のいずれかに記載のステッピングモータ駆動装置を用いたN相ステッピングモータのマイクロステップ駆動方法。   A micro-step driving method of an N-phase stepping motor using the stepping motor driving device according to any one of claims 1 to 6.
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