JP2745606B2 - Stepping motor drive circuit - Google Patents

Stepping motor drive circuit

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JP2745606B2
JP2745606B2 JP63330217A JP33021788A JP2745606B2 JP 2745606 B2 JP2745606 B2 JP 2745606B2 JP 63330217 A JP63330217 A JP 63330217A JP 33021788 A JP33021788 A JP 33021788A JP 2745606 B2 JP2745606 B2 JP 2745606B2
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stepping motor
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Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in the following order.

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来の技術 D.発明が解決しようとする課題 E.課題を解決するための手段 F.作用 G.実施例 G1.実施例の構成(第1図〜第4図) G2.実施例の作用(第5図(a),(b)〜第8図) H.発明の効果 A.産業上の利用分野 本発明は、ステッピングモータを高速になめらかに回
転させるための駆動回路に関するものである。
A. Industrial application fields B. Summary of the invention C. Conventional technology D. Problems to be solved by the invention E. Means to solve the problems F. Function G. Example G 1 . Configuration of Embodiment (FIGS. 1 to 4) G 2 . Operation of Embodiment (FIGS. 5 (a) and (b) to FIG. 8) H. Effects of the Invention A. Industrial Application Field The present invention relates to a drive circuit for rotating a stepping motor smoothly at high speed. Things.

B.発明の概要 本発明は、ロータの回転位置に対応してメモリに記憶
する電圧波形を読み出しモータコイルに印加するステッ
ピングモータの駆動回路において、 ロータの回転速度を検出し、その回転速度に応じてモ
ータコイルに印加する電圧波形の位相を進め、高速回転
時の駆動電流の位相遅れを補正して最適な位相関係で駆
動することにより、 高速回転を可能にするとともに効率を高めたものであ
る。
B. Summary of the Invention The present invention relates to a stepping motor drive circuit that reads a voltage waveform stored in a memory corresponding to a rotation position of a rotor and applies the voltage waveform to a motor coil, detects a rotation speed of the rotor, and responds to the rotation speed. By increasing the phase of the voltage waveform applied to the motor coil and correcting the phase delay of the drive current during high-speed rotation and driving with the optimal phase relationship, high-speed rotation is possible and efficiency is improved. .

C.従来の技術 近年、ステッピングモータを位置決め制御だけでな
く、通常のブラシレスモータと同じような用途例えばVT
R(ビデオテープレコーダ)のキャプスタンモータ等の
用途に使用する要求がある。これは、ステッピングモー
タが、他のモータに比べコスト的に有利であること、ま
たオープンルームでありディジタル技術が生かせること
などが主な理由となっている。ところで、ステッピング
モータは、通常のパルス駆動では騒音やコキングやトル
クリップルがあり、VTRではジッター等の問題を生じる
ため、正弦波駆動によってなめらかな回転を実現してい
る。
C. Conventional technology In recent years, not only positioning control of stepping motors, but also applications similar to ordinary brushless motors such as VT
There is a demand for use in applications such as capstan motors for R (video tape recorders). This is mainly because stepping motors are more cost-effective than other motors, and because they are open rooms and digital technology can be used. By the way, a stepping motor has noise, coking, and torque ripple in a normal pulse drive, and causes a problem such as a jitter in a VTR. Therefore, a smooth rotation is realized by a sine wave drive.

D.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の技術におけるステッピング
モータの正弦波駆動では、オープンルームで高速回転の
正弦波駆動を行う場合、多極構造で鉄心付構造のために
モータコイルのインダクタンスによる影響が大きく、第
10図に示す従来例のモータコイルの印加電圧とモータコ
イル電流の関係図のように、正弦波印加電圧Vに対しモ
ータコイル電流Iの位相の遅れが大きくなっていた。こ
のため、逆向きのトルクが発生してステッピングモータ
の回転数が上げられないばかりでなく、効率を悪化させ
るという問題点があった。
D. Problems to be Solved by the Invention However, in the sine wave drive of the stepping motor in the above-described conventional technology, when performing a high-speed rotation sine wave drive in an open room, the motor coil of the multi-pole structure and the iron core structure is used. The effect of inductance is large,
As shown in the relationship diagram between the applied voltage of the motor coil and the motor coil current in the conventional example shown in FIG. 10, the phase delay of the motor coil current I with respect to the sine wave applied voltage V was large. For this reason, there is a problem that not only the rotation speed of the stepping motor cannot be increased due to the generation of reverse torque but also the efficiency is deteriorated.

これを解決するために電流フィードバックを行ってサ
ーボをかける手法が考えられる。第11図をはその説明図
であり、コントロール信号に基づいて波形整形部101よ
り出力段102へステッピングモータ(図示省略)のモー
タコイルに印加する電圧波形信号を出力し、このとき出
力段の駆動電圧源Vsから流れる駆動電流Isの位相を検
出して波形整形部101に電流フィードバックをかけるも
のである。しかし、この解決手段では出力段102へ駆動
電圧Vsを常にかける必要があるため、その駆動電力Ws
はWs=Vs×Isとなり、スイッチング電源によるPWM
(パルス変調)制御を行うことができず、省電力化は図
れなくなる。
In order to solve this, a method of applying current feedback to apply servo is conceivable. FIG. 11 is an explanatory view of this, in which a voltage waveform signal applied to a motor coil of a stepping motor (not shown) is output from a waveform shaping unit 101 to an output stage 102 based on a control signal. it is intended to apply a current feedback to the waveform shaping section 101 detects the phase of the driving current I s flowing from the voltage source V s. However, in this solution, it is necessary to always apply the drive voltage V s to the output stage 102, so that the drive power W s
Is W s = V s × I s and the PWM by the switching power supply is
(Pulse modulation) control cannot be performed, and power saving cannot be achieved.

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたも
ので、高速回転を可能にするとともに高速回転時の効率
を高めるステッピングモータの駆動回路を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a driving circuit for a stepping motor that enables high-speed rotation and increases efficiency at high-speed rotation.

E.課題を解決するための手段 上記の目的を達成するための本発明のステッピングモ
ータの駆動回路の構成は、 ロータの回転位置にアドレスを対応させてモータコイ
ルに印加すべき電圧波形を記憶するメモリと、 ロータの回転速度を検出する手段と、 上記回転速度に応じて上記メモリの読み出し時のアド
レスをロータの回転位置に対応するアドレスより先のア
ドレスに進めることで上記モータコイルに印加すべき電
圧波形の位相を進めて上記メモリを読み出す手段とを有
することを特徴とする。
E. Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a configuration of a drive circuit of a stepping motor according to the present invention stores a voltage waveform to be applied to a motor coil by associating an address with a rotational position of a rotor. A memory, means for detecting the rotation speed of the rotor, and an address for reading the memory, which is advanced to an address ahead of an address corresponding to the rotation position of the rotor, to be applied to the motor coil in accordance with the rotation speed. Means for reading the memory by advancing the phase of the voltage waveform.

F.作用 本発明は、ロータの回転速度に応じてモータコイルに
印加する駆動電圧の電圧波形の位相を進め、高速回転時
の駆動電流の位相遅れを補正して、最適な位相関係で駆
動することにより、ロータの高速回転を可能にし、効率
を高める。
F. Action The present invention advances the phase of the voltage waveform of the drive voltage applied to the motor coil according to the rotation speed of the rotor, corrects the phase lag of the drive current during high-speed rotation, and drives the motor with an optimal phase relationship. This enables high-speed rotation of the rotor and increases efficiency.

G.実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
G. Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1.実施例の構成(第1図〜第4図) 第1図は本発明の一実施例を示すステッピングモータ
モータの駆動回路のブロック図である。1はステッピン
グモータ、2はロータの回転位置および回転速度を検出
するためのクロック信号を検出する位置検出器、3はそ
のクロック信号からロータの回転位置と回転速度を特定
しモータコイルに印加する駆動電圧波形の進み角即ち位
相シフト量を計算して駆動電圧波形を決定するマイクロ
コンピュータ、4は上記クロック信号の間隔を測りロー
タの回転速度を検出するための減算タイマ、5は位相を
シフトしない場合のロータの回転位置に対応して駆動電
圧波形をディジタル値で記憶するメモリ、6はマイクロ
コンピュータ3で決定された駆動電圧波形を基に電力増
幅ないしはPWM制御によりステッピングモータ1のモー
タコイルに駆動電圧を印加する出力段である。マイクロ
コンピュータ3は、メモリ5の読み出し手段であり、ロ
ーラの回転位置を基準として回転速度から計算された位
相シフト量に基づいてメモリアドレスをシフトすること
により、回転速度に応じた進み角だけ基準よりも位相の
進んだ電圧波形をメモリ5から読み出して、駆動電圧波
形を決定する。
G 1 . Embodiment 1 (FIGS. 1 to 4) FIG. 1 is a block diagram of a drive circuit of a stepping motor motor showing an embodiment of the present invention. 1 is a stepping motor, 2 is a position detector for detecting a clock signal for detecting the rotational position and rotational speed of the rotor, and 3 is a drive for identifying the rotational position and rotational speed of the rotor from the clock signal and applying it to the motor coil. A microcomputer for calculating a lead angle of a voltage waveform, that is, a phase shift amount to determine a drive voltage waveform, 4 is a subtraction timer for measuring the interval of the clock signal and detecting the rotation speed of the rotor, and 5 is a case where the phase is not shifted. A memory for storing a drive voltage waveform as a digital value corresponding to the rotational position of the rotor; and 6, a drive voltage applied to the motor coil of the stepping motor 1 by power amplification or PWM control based on the drive voltage waveform determined by the microcomputer 3. Is an output stage for applying the voltage. The microcomputer 3 is a reading means of the memory 5, and shifts the memory address based on the phase shift amount calculated from the rotation speed with reference to the rotation position of the roller, so that the advance angle corresponding to the rotation speed is shifted from the reference. Also, the voltage waveform whose phase is advanced is read from the memory 5 to determine the drive voltage waveform.

第2図は上記実施例に使用するステッピングモータの
構造例を示す断面図である。本例はアウターロータ構造
のPM(永久磁石回転子)型ステッピングモータの場合の
例を示している。11はステータ、12はロータである。ロ
ータ12はプーリー13に固定し、プーリー13はシャフト14
に固着する。シャフト14は軸受15によりステータ11側に
回転可能に取り付ける。ステータ11側には2相のモータ
コイル16,17をシャフト14の軸方向に並設し、その各モ
ータコイル16,17を覆うように周面方向に極歯を形成す
る磁極板18,19を設ける。各磁極板18,19の極歯は、モー
タコイル16,17に印加される駆動電圧により流れる電流
で交互に反対磁極を形成し、その磁極のピッチが磁極板
18と19とでは所定ピッチ(2相では1/2ピッチ)だけず
れるように配置する。一方、ロータ12は円筒状に形成
し、磁極板18,19の極歯に対向する内側には周方向に反
対磁極を交互に着磁したメインマグネット20を配置す
る。以上により通常のステッピングモータが構成され
る。
FIG. 2 is a sectional view showing a structural example of a stepping motor used in the above embodiment. This example shows an example of a PM (permanent magnet rotor) type stepping motor having an outer rotor structure. 11 is a stator and 12 is a rotor. The rotor 12 is fixed to the pulley 13 and the pulley 13 is
Stick to The shaft 14 is rotatably attached to the stator 11 by a bearing 15. On the stator 11 side, two-phase motor coils 16 and 17 are arranged side by side in the axial direction of the shaft 14, and magnetic pole plates 18 and 19 that form pole teeth in the circumferential direction so as to cover the motor coils 16 and 17 are provided. Provide. The pole teeth of each of the magnetic pole plates 18 and 19 alternately form opposite magnetic poles by a current flowing by a drive voltage applied to the motor coils 16 and 17, and the pitch of the magnetic poles is
They are arranged so as to be shifted by a predetermined pitch (1/2 pitch for two phases) between 18 and 19. On the other hand, the rotor 12 is formed in a cylindrical shape, and a main magnet 20 in which opposite magnetic poles are alternately magnetized in the circumferential direction is arranged inside the magnetic pole plates 18 and 19 facing the pole teeth. Thus, a normal stepping motor is configured.

本実施例で用いるステッピングモータは、上記に加え
て、ロータ12の回転位置および回転速度の検出のため
に、FG(フリケンシ・ジェネレータ)マグネット21と、
そのFGマグネット21の磁極を検出するためのMR(磁気抵
抗効果)素子22を設ける。FGマグネット21は、ロータ12
の外周面方向に配置し、メインマグネット20よりも精細
なピッチ(例えばメインマグネット24極に対し480極)
で周面方向に反対磁極を交互に着磁する。MR素子22は、
第1図の回転検出器2を構成するものであり、ステータ
11側にFGマグネット21の着磁面に対向して配置し、上記
FGマグネット21の磁極を検出してロータ2の回転位置お
よび回転速度検出のためのクロック信号を作成する。
In addition to the above, the stepping motor used in this embodiment includes an FG (frequency generator) magnet 21 for detecting the rotation position and the rotation speed of the rotor 12,
An MR (magnetoresistive) element 22 for detecting the magnetic pole of the FG magnet 21 is provided. The FG magnet 21 is connected to the rotor 12
The pitch is finer than the main magnet 20 (for example, 480 poles for 24 poles of the main magnet)
To alternately magnetize opposite magnetic poles in the circumferential direction. MR element 22,
The rotation detector 2 shown in FIG.
On the 11 side, face the magnetized surface of the FG magnet 21 and
By detecting the magnetic pole of the FG magnet 21, a clock signal for detecting the rotational position and rotational speed of the rotor 2 is created.

第3図は以上のように構成した実施例の動作例を示す
フローチャートである。動作をスタートすると、マイク
ロコンピュータ3は、まず、第段で回転検出器2のク
ロック信号の入力数をカウンタを用いてカウントし、ス
テッピングモータ1のロータのある時点の回転位置(ロ
ータ位相)を特定する。続いて第〜段において、回
転速度を検出し、その回転速度からモータコイルに印加
すべき電圧波形の進み角即ち位相シフト量を計算するわ
けであるが、本例では回転速度と進み角の関係を直線近
似することにより、一定の値から回転速度に応じた量を
減算して上記位相シフト量を求める。即ち、回転検出器
2のクロック信号の立ち上がりを検出して減算タイマ4
をONする。減算タイマ4は、予め一定値を設定しておい
て内部計時信号によりその値からダウンカウントを行
う。このダウンカウントは、上記クロック信号の次のク
ロック信号の立ち上がりまでの周期を検出して減算タイ
マ4をOFFに制御するまで行う。そのOFF後における減算
の残値が位相シフト量になるように、減算タイマ4の内
部計時信号の周期を設定する。減算タイマ4のOFF後、
第段において電圧波形データを記憶するメモリ5のメ
モリアドレスを決定し、第段においてその電圧波形デ
ータを読み出す。メモリ5には各ロータ位相に対応して
メモリアドレスに進む角が0の場合の電圧波形データが
記憶されており、第段においては第段で求めたロー
タ位相に対応するアドレス(カウンタの値)に位相シフ
ト量を加えることにより回転速度に応じてメモリ5から
読み出す電圧波形の位相を進める。続いて第段におい
てマイクロコンピュータ3側もしくは出力段6側でA/D
変換を行い、必要によってフィルタを通した後第段に
おいて出力段6によりモータ駆動を行う。上記におい
て、出力段6がPWM制御によりモータ駆動を行う場合で
は、A/D変換は行なわず、マイクロコンピュータ3側よ
りPWM波形を出力する。
FIG. 3 is a flowchart showing an operation example of the embodiment configured as described above. When the operation is started, the microcomputer 3 first counts the number of input clock signals of the rotation detector 2 using a counter at the first stage, and specifies the rotational position (rotor phase) of the rotor of the stepping motor 1 at a certain point in time. I do. Subsequently, in the first to third stages, the rotational speed is detected, and the lead angle of the voltage waveform to be applied to the motor coil, that is, the phase shift amount is calculated from the rotational speed. In this example, the relationship between the rotational speed and the lead angle is calculated. Is approximated by a straight line, and the phase shift amount is obtained by subtracting an amount corresponding to the rotation speed from a constant value. That is, the rising of the clock signal of the rotation detector 2 is detected and the subtraction timer 4
To ON. The subtraction timer 4 sets a predetermined value in advance and counts down from that value in accordance with the internal clock signal. This down-counting is performed until the cycle until the next clock signal rises after the clock signal is detected and the subtraction timer 4 is controlled to be OFF. The cycle of the internal clock signal of the subtraction timer 4 is set so that the remaining value of the subtraction after the OFF becomes the phase shift amount. After the subtraction timer 4 turns off,
The memory address of the memory 5 for storing the voltage waveform data is determined in the first stage, and the voltage waveform data is read out in the first stage. The memory 5 stores voltage waveform data when the angle of advance to the memory address corresponding to each rotor phase is 0. In the first stage, an address (counter value) corresponding to the rotor phase obtained in the first stage is stored. , The phase of the voltage waveform read from the memory 5 is advanced according to the rotation speed. Next, in the first stage, the microcomputer 3 or the output stage 6 performs A / D
After conversion and, if necessary, filtering, the output stage 6 drives the motor in the first stage. In the above, when the output stage 6 drives the motor by PWM control, A / D conversion is not performed, and the microcomputer 3 outputs a PWM waveform.

第4図はマイクロコンピュータ3の詳細な処理手順を
示すフローチャートである。本実施例では、ステッピン
グモータ1の回転方向を検出してメモリ5の読み出し方
向を決めるために、回転検出器2のMR素子を2個配置し
てA,B2相のクロック信号を検出している。まず、スター
ト後、初期化のためにロータの位相合せを行う。位相合
せとは、モータコイルのある1相に、ある一定時間電流
を流してロータの回転位置(ロータ位相)をロックする
ことであり、このロック状態においてロータ位相を特定
するカウンタや減算タイマ(以下単にタイマと略記す
る)4およびメモリ5の読み出しを指定するレジスタの
メモリアドレスCの各値を0に初期化する。ここでタイ
マ4は、タイマ値0で割り込みをかけタイマスタートま
でその0を保持する構成とする。続いて、回転動作に移
るがB相クロック信号がH(ハイレベル)が否か判断
し、否(N)であればB相クロック信号がHとなる(立
ち上がり)まで待ち、それがHとなったときにA相クロ
ック信号がHか否か判断し、Hで(Y)あれば正回転で
あると判定してカウンタが最高値(例えば127)でない
ことを確認してカウンタを+1だけ進める。上記におい
て、最初のB相クロック信号がHか否かの判断でHで
(Y)であった場合およびA相クロック信号がHが否か
の判断で否(N)であった場合、今度はB相クロック信
号がHでなくなる(立ち下がり)まで待ち、それがHで
なくなったときにA相クロック信号がHか否かを判断
し、Hで(Y)あれば逆回転であると判定してカウンタ
をカウンタ値が最低値(例えば0)でないことを確認し
て−1する。上記においてA相クロック信号がHでない
(N)場合は、前述の正回転例のB相クロック信号の立
ち上がり判断から実行する。
FIG. 4 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the microcomputer 3. In the present embodiment, in order to detect the rotation direction of the stepping motor 1 and determine the reading direction of the memory 5, two MR elements of the rotation detector 2 are arranged to detect the A and B two-phase clock signals. . First, after the start, the phase of the rotor is adjusted for initialization. The phase matching is to lock a rotational position (rotor phase) of a rotor by supplying a current to a certain phase of a motor coil for a certain period of time. In this locked state, a counter or a subtraction timer (hereinafter, referred to as a timer) for specifying the rotor phase is used. Each value of a memory address C of a register that specifies reading of the memory 4 and the memory 5 is initialized to 0. Here, the timer 4 is configured to generate an interrupt with a timer value 0 and hold the value 0 until the timer starts. Subsequently, the operation shifts to a rotation operation, but it is determined whether or not the B-phase clock signal is at H (high level). If not (N), the process waits until the B-phase clock signal becomes H (rising), which becomes H. At this time, it is determined whether or not the A-phase clock signal is H, and if it is H (Y), it is determined that the motor is rotating forward, and it is confirmed that the counter is not the maximum value (for example, 127), and the counter is advanced by +1. In the above, when the first B-phase clock signal is H (Y) in the determination as to whether or not, and the A-phase clock signal is N (N) in the determination whether the H is not, this time. Wait until the B-phase clock signal is no longer H (falling), and when it is no longer H, determine whether the A-phase clock signal is H, and if H (Y), determine reverse rotation. The counter is decremented by 1 after confirming that the counter value is not the lowest value (for example, 0). If the A-phase clock signal is not H (N) in the above, the processing is executed from the determination of the rise of the B-phase clock signal in the above-described normal rotation example.

正回転側の処理において、カウンタ+1する操作を行
う前に、カウンタ値が最高値(127)か否かを判断して1
27である場合には、カウンタ値から127を引き、+1す
る操作は行なわない。カウンタ+1する操作またはカウ
ンタから127を引く操作の後、正回転側では前回のタイ
マ4の残値を読み出し、カウンタ値+タイマ残値をメモ
リ5のメモリアドレスCとしてタイマ4をスタートさせ
る。このタイマスタートは第3図における第段から第
段までの動作を行なわせることを指す。
In the process on the positive rotation side, before performing the operation of incrementing the counter by 1, it is determined whether the counter value is the maximum value (127) or not.
If it is 27, the operation of subtracting 127 from the counter value and increasing +1 is not performed. After the operation of incrementing the counter by 1 or the operation of subtracting 127 from the counter, the previous value of the timer 4 is read on the forward rotation side, and the timer 4 is started using the counter value + timer remaining value as the memory address C of the memory 5. The start of the timer indicates that the operations from the first stage to the second stage in FIG. 3 are performed.

逆回転側の処理においてカウンタを−1する操作を行
う前に、カウンタ値が最低値(0)か否かを判断して0
である場合には、カウンタ値に127を加え、−1する操
作は行なわない。カウンタを−1する操作またはカウン
タに126を加える操作の後、逆回転側では前回のタイマ
4の残値を読み出し、カウンタ値−タイマ残値をメモリ
5のメモリアドレスCとしてタイマ4を前述のようにス
タートさせる。
Before performing the operation of decrementing the counter by −1 in the process on the reverse rotation side, it is determined whether or not the counter value is the minimum value (0) and 0 is determined.
In the case of, 127 is added to the counter value, and the operation of -1 is not performed. After the operation of decrementing the counter or the operation of adding 126 to the counter, the reverse rotation side reads the previous residual value of the timer 4 and sets the timer 4 as the memory address C of the counter value-timer residual value as described above. To start.

正回転側の処理および逆回転側の処理ともに、タイマ
スタート後上記メモリアドレスCをもとにメモリ5を読
み出して第3図に示すように出力段6へ出力する。ここ
で読み出される電圧波形は、正回転側の処理および逆回
転側の処理ともに、アドレスがシフトされることによっ
て回転速度に応じた所定の進み角だけ進められる。この
後、再び回転方向の判断の手順から周期的に繰り返され
て、ロータの回転位置毎に電圧波形の位相が補正されて
出力段6へ出力が行なわれる。
In both the normal rotation side processing and the reverse rotation side processing, after the timer is started, the memory 5 is read out based on the memory address C and output to the output stage 6 as shown in FIG. The voltage waveform read out here is advanced by a predetermined advance angle corresponding to the rotation speed by shifting the address in both the forward rotation side processing and the reverse rotation side processing. Thereafter, the procedure of determining the direction of rotation is periodically repeated again, the phase of the voltage waveform is corrected for each rotation position of the rotor, and output to the output stage 6.

2.実施例の作用(第5図(a),(b)〜第8図) 以上のように構成した実施例の作用を述べる。第5図
(a),(b)は作用説明用のモータコイルの駆動電
圧,駆動電流の波形図、第6図は駆動電流の位相遅れと
回転速度との関係図、第7図(a),(b)は同じく作
用説明用のクロック信号と電圧波形の関係図である。本
実施例は、位置検出器2のクロック信号によりロータ位
相に対応するメモリ5のメモリアドレスを作成して、そ
のメモリ5に記憶させてある駆動電圧波形を読み出して
モータコイルを駆動することを基本としている。ただ
し、このままでは、第5図(a)に示すように駆動電圧
sとモータコイルの逆起電圧Vrとの位相関係が固定で
あるため、第5図(b)に示すように実際にトルクに寄
与する駆動電流Isがモータコイルのインダクタンスの
影響で電気角θだけ遅れを生じる。この遅れ量θは、第
6図に示すようにステッピングモータの回転速度(r.p.
m)の関係で与えられるものである。そこで、本実施例
は、この遅れをキャンセルするために、位置検出器2か
らのクロック信号の間隔を計測しその値に応じ駆動電圧
波形の位相を進めるという手法を用いる。ここで、第6
図に示す関数において、使用する回転数の範囲(例えば
1800rpmを中心とする)において直線近似を行ない、上
記計測したクロック信号の間隔からその関数に基づく複
雑な演算を行うことなく、演算タイマによる単純な減算
により求める。このことにより、マイクロコンピュータ
程度の性能でも本実施例を実現可能にする。
G 2 . Operation of Embodiment (FIGS. 5 (a) and (b) to FIG. 8) The operation of the embodiment configured as described above will be described. 5 (a) and 5 (b) are waveform diagrams of the drive voltage and drive current of the motor coil for explaining the operation, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the phase delay of the drive current and the rotation speed, and FIG. 7 (a). And (b) is a diagram showing the relationship between the clock signal and the voltage waveform for explaining the operation. In the present embodiment, a memory address of the memory 5 corresponding to the rotor phase is created based on the clock signal of the position detector 2, and the drive voltage waveform stored in the memory 5 is read to drive the motor coil. And However, in this state, since the phase relation between the counter electromotive voltage Vr of the drive voltage V s and the motor coil as shown in FIG. 5 (a) is fixed, the actual torque as shown in FIG. 5 (b) contributes driving current I s to the results of the delayed electrical angle θ due to the influence of the inductance of the motor coil. The delay amount θ is, as shown in FIG. 6, the rotational speed of the stepping motor (rp
m). Therefore, in this embodiment, in order to cancel this delay, a method of measuring the interval of the clock signal from the position detector 2 and advancing the phase of the drive voltage waveform according to the value is used. Here, the sixth
In the function shown in the figure, the range of rotation speed to be used (for example,
(1800 rpm is the center), a straight line approximation is performed, and a simple subtraction by a calculation timer is performed from the measured clock signal interval without performing a complicated calculation based on the function. As a result, the present embodiment can be realized even with the performance of a microcomputer.

第7図において、(a)はロータの回転が遅い場合の
駆動電圧波形を示し、(b)は高速回転の場合の駆動電
圧波形を示している。(a)において、回転速度を示す
回転検出器2のクロック信号の周期Tが長いため、タイ
マスタートによりその立ち上がりから次の立ち上がりま
でに減算タイマ4が残値0になるまで減算される。従っ
て、メモリ5のメモリアドレスはシフトされずメモリ5
から読み出される電圧波形は位相進みのないものとな
る。(b)においては、高速回転であるためクロック信
号の周期Tは短く、タイマスタートにより減算される減
算タイマ4の残値は0になるまで減算されず、高速であ
るほど大きな値となる。従って、その残値がメモリアド
レスのシフト量となって、回転速度に応じた所定の進み
角θだけ進んた位相の電圧波形をメモリ5から読み出す
ことができる。このことにより、ステッピングモータの
回転数が高速回転となっても、逆向きのトルクが発生し
ないような最適な位相で駆動電流を流すことが可能にな
る。このため。ステッピングモータをより高速まで回転
させることができるとともに、効率を高めることができ
る。本実施例は、逆トルクの発生がないことから、トル
クリップルが少く、回転速度の対応範囲が広がり、標準
速,3倍速,ピクチャサーチ等を有するVTRのキャプスタ
ン用のモータとして、ブラシレスモータやサーボモータ
等に代えて使用することが可能になる。
In FIG. 7, (a) shows a driving voltage waveform when the rotation of the rotor is slow, and (b) shows a driving voltage waveform when the rotor is rotating at high speed. In (a), since the cycle T of the clock signal of the rotation detector 2 indicating the rotation speed is long, the subtraction timer 4 is decremented by the timer start from the rise to the next rise until the remaining value becomes zero. Therefore, the memory address of the memory 5 is not shifted.
The voltage waveform read out from the terminal has no phase advance. In (b), the cycle T of the clock signal is short because of high-speed rotation, and the remaining value of the subtraction timer 4 that is decremented by the timer start is not decremented until it becomes 0. The higher the speed, the larger the value. Accordingly, the remaining value becomes the shift amount of the memory address, and a voltage waveform having a phase advanced by a predetermined advance angle θ according to the rotation speed can be read from the memory 5. As a result, even if the rotation speed of the stepping motor becomes high, the drive current can be supplied with an optimal phase so that the reverse torque is not generated. For this reason. The stepping motor can be rotated to a higher speed and the efficiency can be increased. In this embodiment, since no reverse torque is generated, the torque ripple is small, the range of rotation speed is widened, and a brushless motor or a VTR capstan motor having a standard speed, a triple speed, a picture search, etc. is used. It can be used in place of a servomotor or the like.

第8図は本実施例の効果を示すステッピングモータの
静特性図、第9図はその効果の比較のために用いる従来
例のステッピングモータの静特性図である。両者とも40
mmφ程度のPM型ステッピングモータにおける回転速度
[rpm],駆動電流[mA],効率[%]対トルク[g−c
m]の関係を示したものである。このグラフから明らか
なように、駆動電圧波形の位相補正を行った場合(第8
図)は、それを行わない従来例の場合(第9図)に比べ
て、2倍以上の高速回転が得られるとともに可変速度の
範囲も3倍以上になり、効率も約2倍に改善できる。こ
のように、直線近似計算によって位相補正を行っても実
用上充分な効果が得られることがわかる。
FIG. 8 is a static characteristic diagram of a stepping motor showing the effect of the present embodiment, and FIG. 9 is a static characteristic diagram of a conventional stepping motor used for comparison of the effect. Both are 40
Rotational speed [rpm], drive current [mA], efficiency [%] versus torque [g-c] in a PM type stepping motor of about mmφ
m]. As is apparent from this graph, the case where the phase correction of the drive voltage waveform was performed (the eighth
In the case of the conventional example (FIG. 9), the rotation speed is twice or more, the range of the variable speed is three times or more, and the efficiency can be improved to about twice as compared with the conventional example (FIG. 9). . Thus, it can be seen that even if the phase is corrected by the linear approximation calculation, a practically sufficient effect can be obtained.

なお、高速なコンピュータもしくは演算器を用いて実
際の回転速度対進み角の関数式から位相シフト量を計算
しても良いことは当然であり、実施例におけるマイクロ
コンピュータはディジタル論理回路で構成できることも
当然のことである。このように、本発明はその主旨に沿
って種々に応用され、種々の実施態様を取り得るもので
ある。
It should be understood that the phase shift amount may be calculated from a function formula of the actual rotation speed versus the lead angle using a high-speed computer or a computing unit, and the microcomputer in the embodiment may be constituted by a digital logic circuit. Of course. As described above, the present invention can be variously applied according to the gist and can take various embodiments.

H.発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明のステッピング
モータの駆動回路によれば、以下のような効果が得られ
る。
H. Effects of the Invention As is apparent from the above description, the following effects can be obtained by the drive circuit of the stepping motor of the present invention.

(1) 通電位相がずれないため、逆トルク発生による
回転速度の頭打ちや回転速度上昇に伴う位相ずれから生
じるトルクリップルの増加がなくなる。
(1) Since the energization phase does not shift, the torque ripple does not increase due to the rotation speed peaking due to the generation of the reverse torque or the phase shift accompanying the rotation speed increase.

(2) 回転速度が変化しても常に効率の良い状態に保
つことができる。
(2) Even if the rotation speed changes, an efficient state can be always maintained.

(3) 電流フィードバックをかける場合と比べると、
駆動電源にスイッチング電源を用いることが可能になる
ため、省電力化が図れるようになる。
(3) Compared to applying current feedback,
Since a switching power supply can be used as the drive power supply, power saving can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すステッピングモータの
駆動回路のブロック図、第2図は上記実施例に使用する
ステッピングモータの構造例を示す断面図、第3図は上
記実施例の動作例を示すフローチャート図、第4図はマ
イクロコンピュータの処理手順を示すフローチャート、
第5図(a),(b)は作用説明用のモータコイルの駆
動電圧,駆動電流の波形図、第6図は駆動電流の位相遅
れと回転速度の関係図、第7図(a),(b)は作用説
明用のクロック信号と駆動電圧波形の関係図、第8図は
本実施例の効果を示すステッピングモータの静特性図、
第9図は従来例のステッピングモータの静特性図、第10
図は従来例のステッピングモータにおけるモータコイル
の印加電圧とモータコイル電流の関係図、第11図は電流
フィードバック手法の説明図である。 1……ステッピングモータ、2……位置検出器、3……
マイクロコンピュータ、4……減算タイマ、5……メモ
リ、6……出力段。
FIG. 1 is a block diagram of a stepping motor drive circuit showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing an example of the structure of a stepping motor used in the above embodiment, and FIG. 3 is an operation of the above embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing an example, FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of a microcomputer,
5 (a) and 5 (b) are waveform diagrams of the drive voltage and drive current of the motor coil for explaining the operation, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the phase delay of the drive current and the rotation speed, and FIGS. 7 (a) and 7 (b). FIG. 8B is a diagram showing the relationship between a clock signal and a drive voltage waveform for explaining the operation, FIG. 8 is a static characteristic diagram of a stepping motor showing the effect of this embodiment,
FIG. 9 is a diagram showing static characteristics of a conventional stepping motor, and FIG.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the applied voltage of the motor coil and the motor coil current in the conventional stepping motor, and FIG. 11 is an explanatory diagram of the current feedback method. 1 ... stepping motor, 2 ... position detector, 3 ...
Microcomputer 4, subtraction timer 5, memory 6, output stage.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロータの回転位置にアドレスを対応させて
モータコイルに印加すべき電圧波形を記憶するメモリ
と、 ロータの回転速度を検出する手段と、 上記回転速度に応じて上記メモリの読み出し時のアドレ
スをロータの回転位置に対応するアドレスより先のアド
レスに進めることで上記モータコイルに印加すべき電圧
波形の位相を進めて上記メモリを読み出す手段とを有す
ることを特徴とするステッピングモータの駆動回路。
1. A memory for storing a voltage waveform to be applied to a motor coil in association with an address corresponding to a rotational position of a rotor, means for detecting a rotational speed of a rotor, and a memory for reading the memory according to the rotational speed. Means for advancing the phase of the voltage waveform to be applied to the motor coil by advancing the address of the rotor to the address corresponding to the rotational position of the rotor and reading the memory. circuit.
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