JP3049918B2 - 3相ステッピングモータの駆動方法 - Google Patents

3相ステッピングモータの駆動方法

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JP3049918B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3相ステッピングモータ
の駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用途としてステッピングモ
ータが使用されるようになってきている。自動車用部品
としてのステッピングモータは、小形化,高トルク化,
低振動化が要望されている。
【0003】以下に従来の3相ステッピングモータのマ
イクロステップ駆動方法について説明する。図6は従来
の3相ステッピングモータのマイクロステップ駆動によ
る各コイルの駆動電流波形を示す。
【0004】41は第1のコイルを流れる電流、42は
第2のコイルを流れる電流、43は第3のコイルを流れ
る電流である。
【0005】図7は3相ステッピングモータをマイクロ
ステップ駆動するための回路ブロック図である。44は
指令入力端子、45はエラーアンプ、46は三角波発振
器、47はレベルシフト回路、48はドライバ、49は
電流フィードバックアンプ、50は電流検出抵抗、51
はモータである。
【0006】以上のように構成された3相ステッピング
モータのマイクロステップ駆動方法について以下その動
作を説明する。
【0007】入力端子44に位相が120°ずつずれた
正弦波を指令として入力する。コイル一相ごとに電流検
出抵抗50を挿入し、一相ごとの電流検出を行い、49
のフィードバックアンプを介して45のエラーアンプへ
入力される電流マイナーループを構成してモータ電流を
制御する。48のドライバは各相への通電を許可する
ランジスタブリッジで構成されており、それぞれがPW
M制御されている。47のレベルシフト回路はトランジ
スタブリッジのアーム短絡防止のため、休止期間を設け
ている。上記のように構成することで指令値に同期した
モータ電流を制御することができ、3相ステッピングモ
ータをマイクロステップ駆動させることが可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、マイクロステップ駆動するために電流検出
を行わなければならず、それに伴い電流検出抵抗が必要
となる。また、電流マイナスループを構成するため回路
構成が複雑となり、それに伴いコスト高となる。さらに
電流検出抵抗を用い、かつ回路構成が複雑なため回路規
模も大きくなり、小スペースに用いる箇所には使用でき
ないという問題を有していた。
【0009】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、簡単な回路構成でマイクロステップ駆動に近似し
た駆動が可能な3相ステッピングモータの駆動方法を提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本願発明は3相ステッピングモータの駆動方法にお
いて、コイル2相を通電する2相励磁と、コイル3相を
通電する3相励磁とを交互に繰返す2−3相励磁駆動す
る3相ステッピングモータの駆動方法であり、2相通電
時の電流値を制御し、コイル各相の駆動電流を正規化
た値で0,+0.5,+0.87,+1.0,+0.8
7,+0.5,0,−0.5,−0.87,−1.0,
−0.87,−0.5の順に流して正弦波に近似させる
3相ステッピングモータの駆動方法である。また、Y結
線された3相ステッピングモータの駆動方法において、
コイル2相を通電する2相励磁と、コイル3相を通電す
る3相励磁とを交互に繰返す2−3相励磁駆動する3相
ステッピングモータの駆動方法であり、3相通電時の電
流値を制御し、コイル各相の駆動電流を正規化した値で
0,+0.5,+0.87,+1.0,+0.87,+
0.5,0,−0.5,−0.87,−1.0,−0.
87,−0.5の順に流して正弦波に近似させる3相ス
テッピングモータの駆動方法であってもよい。
【0011】
【作用】この構成によって、コイルを流れる駆動電流を
正弦波入力を近似した駆動電流とみなすことができ、な
めらかで低振動駆動でき回路構成も簡単となり、ローコ
ストで電流検出抵抗も不要となるため回路規模も小さく
なり、小スペースに用いる箇所に使用できることとな
る。
【0012】
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0013】図1は本発明における3相ステッピングモ
ータを2−3相励磁駆動しかつ、3相通電の電流値を制
御した際の各コイルの電流波形を示している。11は第
1のコイルを流れる電流、12は第2のコイルを流れる
電流、13は第3のコイルを流れる電流である。図2は
3相ステッピングモータの2−3相励磁駆動を行うため
の各コイルの通電シーケンスを示す概念図である。14
はコイルの第1端、15はコイルの第2端、16はコイ
ルの第3端である。(表1)は第1のコイルの各励磁状
態におけるコイルの結線状態,等価抵抗値,第1のコイ
ルを流れる電流値,各々の電流値の割合を一覧としてま
とめたものである。表中のuは第1のコイルである。
【0014】以上のように構成された3相ステッピング
モータの駆動方法について、以下その動作について図2
を用いて説明する。まずコイルの第1端14より第2端
15へ電流を通電する。これを2相励磁とよぶ。次に第
1端14より第2端15へと同時に第3端16より第2
端15へ電流を通電する。これを3相励磁とよぶ。そし
て順次図2の概念図に示すシーケンスに従って電流を通
電していく。つまりコイルの通電方法として2相励磁と
3相励磁を交互に繰り返す2−3相励磁駆動を行う。各
3つのコイルの抵抗値をR,コイル端に加える電圧をE
とした場合、2相励磁における第1のコイルに流れる電
流値は±E/2Rとなる。3相励磁における第1のコイ
ルに流れる電流値は2値をとる。これは図2の○2,○
4,○8,○10群と、○6,○12群の2通りであ
る。コイル端子に電圧を印加した際に、○2,○4,○
8,○10群の電流値は、○6,○12群の1/2であ
ることがわかる。これを一覧にまとめたのが(表1)で
ある。
【0015】
【表1】
【0016】(表1)より第1のコイルに流れる電流
は、最大電流値を1と定義し、電気角360°を12分
割して第1の分割領域から0.75→0.5→0→−
0.5→−0.75→−1.0→−0.75→−0.5
→0→0.5→0.75→1.0と順次流れていく。こ
こで、駆動電流値を正弦波360°を12分割した電流
を考えると、前記同様最大電流を1とすると、0.87
→0.5→0→−0.5→−0.87→−1.0→−
0.87→−0.5→0→0.5→0.87→1.0と
なり、前記本発明の駆動電流値と非常によく似ているこ
とがわかる。
【0017】以上のように本実施例によれば、コイルの
電流の通電方法を2相励磁と3相励磁を交互に繰り返
し、特定のコイルを順次通電する2−3相励磁駆動する
ことで駆動電流値が正弦波入力近似と非常によく似た値
をとり、3相ステッピングモータを低振動で駆動するこ
とが実現できる。
【0018】(実施例2)実施例1の励磁方法による
と、駆動電流値を正弦波入力近似と比較した場合、2相
励磁時のみが異なっていることが判る。そこで、さらに
低振動で駆動するため2−3励磁駆動し、かつ駆動電流
値を正弦波入力近似できる方法について説明する。
【0019】以下、本発明の第2の実施例について図面
を参照しながら説明する。図3において21は12進カ
ウンタ、22はデコーダ、23は駆動切替部、24はド
ライバ、25は電源、26はゲート回路、27は電圧切
替部、28はモータである。
【0020】以上のように構成された3相ステッピング
モータの駆動方法について、以下その動作を説明する。
まず12進カウンタ21に指令パルスが入力される。指
パルスに同期してカウンタ出力が0から11まで変化
する。その値をデコーダ22でデコードし、駆動切替部
23で図2のシーケンスに従うコイル電流を流すように
24のドライバ内の6個のトランジスタをONさせる。
さらに、駆動電流値を正弦波近似するために2相励磁時
の電流値を正規化±0.87となるようデコーダの出力
より2相励磁の信号を27の電圧切替部へ入力し、コイ
ル印加電圧を3相励磁時のおよそ1.15倍する。2相
励磁信号がハイアクティブとすると27の電圧切替部に
おいてR1:R2は約1:6となるように選ぶことで、
2相励磁時のコイル印加電圧を3相励磁時の1.15倍
とすることができる。
【0021】図4に実施例1記載の2−3相励磁時,正
弦波近似時,正弦波入力時のあるコイルの電流波形を示
す。
【0022】以上のようにコイルの印加電圧を2相励磁
時と3相励磁時を切替えて、2相励磁時は3相励磁時の
約1.15倍することで、2−3相励磁駆動において正
弦波入力近似した駆動を実現することができる。
【0023】尚、2相励磁時の電流値を最大電流値1に
対して±0.87とするために本実施例においてコイル
印加電圧を制御しているが、図3の駆動切替部において
各トランジスタをONさせるデューティを制御して、2
相励磁時の電流値を直接制御して±0.87の電流値を
作り出しても同様な効果が得られることは言うまでもな
い。
【0024】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。
【0025】図5において31は12進カウンタ、32
はデコーダ、33は駆動切替部、34は電源、35は発
振部、36はゲート回路、37はドライバ、38はモー
タである。
【0026】上記のように構成された3相ステッピング
モータの駆動方法について、以下その動作を説明する。
まず12進カウンタ31に指令パルスが入力される。指
令パルスに同期してカウンタ出力が0から11まで変化
する。
【0027】カウンタの値をデコードし、駆動切替部3
3で図2に従う電流シーケンスを作り出すようにブリッ
で構成されたドライバ37を駆動する。その際デコー
ダ32の出力より3相通電のタイミングを識別する。3
相通電の電流値を制御するために、発振部35のクロッ
クをゲート回路36に入力しておき、デコーダ32の出
力より3相通電のタイミングに同期させ、発振部35の
クロックで駆動切替部33をチョッピングする。発振部
35のクロックの周波数,デューティを適切に制御する
ことで、各コイルに流れる電流を最大電流値を1とする
と、±1,±0.87,±0.5,0に制御することが
でき、それを分割領域に0から1まで順次増加減少させ
ることで正弦波近似駆動が可能となる。
【0028】以上のように本実施例によれば、励磁方法
として2相励磁と、3相励磁を交互に繰り返す2−3相
励磁駆動し、かつ3相通電のタイミングで適切な周波数
でチョッピングすることで3相通電電流値を制御し、駆
動電流値が正弦波入力近似でき、3相ステッピングモー
タの駆動をなめらかで低振動で駆動することができる。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明は、Y結線された3
相ステッピングモータの励磁方法を2相励磁と3相励磁
を交互に繰り返し、かつ特定のコイルを順次通電するこ
とで駆動電流が正弦波入力近似と非常に似た電流を流す
ことができ、また2相励磁時の電流を制御するかもしく
は、3相励磁時の電流を制御することで、正弦波入力近
似した電流を流すことができ、その結果ステッピングモ
ータ特有の振動を低減することができる。また、回路構
成が単純なため、コストも安く、チップ実装可能となり
回路規模も小さくすることができる。その上、リード線
が3本でよく、モータスペースの制限の少ない3相ステ
ッピングモータの駆動方法を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における3相ステッピン
グモータの2−3相励磁駆動における各コイルの電流波
形図
【図2】第1の実施例における図1を説明するための概
念図
【図3】第2の実施例における2−3相励磁駆動による
正弦波近似駆動のための回路ブロック図
【図4】第2の実施例における各入力状態のあるコイル
の駆動電流波形図
【図5】第3の実施例における2−3相励磁駆動による
正弦波近似駆動のための回路ブロック図
【図6】従来の3相ステッピングモータのマイクロステ
ップ駆動した際の各コイルを流れる電流波形図
【図7】従来の3相ステッピングモータをマイクロステ
ップ駆動するための回路ブロック図
【符号の説明】
11 Y結線された3相ステッピングモータの第1のコ
イルを流れる電流 12 Y結線された3相ステッピングモータの第2のコ
イルを流れる電流 13 Y結線された3相ステッピングモータの第3のコ
イルを流れる電流 14 3端子を有するコイルの第1端 15 3端子を有するコイルの第2端 16 3端子を有するコイルの第3端 21,31 12進カウンタ 22,32 デコーダ 23,33 駆動切替部 24,37,48 ドライバ 25,34 電源 26,36 ゲート回路 27 電圧切替部 28,38,51 モータ 35 発振部 41 従来のステッピングモータの第1のコイルを流れ
る電流 42 従来のステッピングモータの第2のコイルを流れ
る電流 43 従来のステッピングモータの第3のコイルを流れ
る電流 44 入力端子 45 エラーアンプ 46 三角波発振器 47 レベルシフト回路 49 フィードバックアンプ 50 電流検出抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−308499(JP,A) 特公 昭51−44562(JP,B2) 米国特許3599069(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 8/00 - 8/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Y結線された3相ステッピングモータの駆
    動方法において、コイル2相を通電する2相励磁と、コ
    イル3相を通電する3相励磁とを交互に繰返す2−3相
    励磁駆動する3相ステッピングモータの駆動方法であ
    り、2相通電時の電流値を制御し、コイル各相の駆動電
    流を正規化した値で0,+0.5,+0.87,+1.
    0,+0.87,+0.5,0,−0.5,−0.8
    7,−1.0,−0.87,−0.5のに流して正弦
    波に近似させる3相ステッピングモータの駆動方法。
  2. 【請求項2】Y結線された3相ステッピングモータの駆
    動方法において、コイル2相を通電する2相励磁と、コ
    イル3相を通電する3相励磁とを交互に繰返す2−3相
    励磁駆動する3相ステッピングモータの駆動方法であ
    り、3相通電時の電流値を制御し、コイル各相の駆動電
    流を正規化した値で0,+0.5,+0.87,+1.
    0,+0.87,+0.5,0,−0.5,−0.8
    7,−1.0,−0.87,−0.5のに流して正弦
    波に近似させる3相ステッピングモータの駆動方法。
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