JP3062308B2 - N相パルスモータの相補励磁駆動方法 - Google Patents

N相パルスモータの相補励磁駆動方法

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JP3062308B2
JP3062308B2 JP21270391A JP21270391A JP3062308B2 JP 3062308 B2 JP3062308 B2 JP 3062308B2 JP 21270391 A JP21270391 A JP 21270391A JP 21270391 A JP21270391 A JP 21270391A JP 3062308 B2 JP3062308 B2 JP 3062308B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明方法は、N相パルスモータ
の環状結線における2以上の多分割駆動の新規な制御方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスモータはステッピングモータある
いは階動電動機とも称され、基本的にパルスの入力毎に
ステップ駆動されるものである。パルスモータには3相
機〜8相機というように多種類の機種が目的に応じて使
用されているが、例えばその内の5相パルスモータにあ
っては、4相又は5相駆動方式が従来から知られてい
た。
【0003】即ち、米国特許第3,720,865号公報
によれば、ペンタゴン結線による5相励磁方式が記載さ
れている。そのシーケンス図を図9(a)〜(j)に示す。こ
の方式によれば、パルスが入力する度毎にオンとなる2
つのスイッチング素子が選択されて切替わって行き、シ
ーケンス図に従って5相励磁によるステッピング駆動が
次々と行なわれていく。
【0004】又、『ACサーボモータとマイコン制御
(総合電子出版社 P11〜15 工博見城尚志監修)』におい
て、5相DCモータによる4相励磁方式が記載されてい
る。図10にその内容を簡略に示した。尚、DCモータの
ブラシ(30)(31)はパルスモータのスイッチング素子と同
等の働きをなすので、原理的にはDCモータもパルスモ
ータも同一技術分野に属するものである。この4相励磁
方式によれば、1つのブラシ(30)は常に2つの整流子片
(32)(33)に接触し、他のブラシ(31)は常に1つの整流子
片(35)に接触しているもので、整流子片(32)〜(36)をつ
なぐ5相の励磁コイル(37)〜(41)の内、4相の励磁コイ
ル(38)〜(41)が励磁されてロータが駆動される事にな
る。
【0005】上記2例は、いずれも4相乃至5相励磁に
よるフルステップ駆動であってステップ角が大きく、1
ステップのステッピング動作が粗いというパルスモータ
特有の問題があり、機器の性能の向上と共にほとんど同
一の回路構成でありながら、従来のフルステップ駆動よ
りももっと滑らかな駆動方式が提供される事が望まれて
いた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
かかる従来例の欠点に鑑みてなされたもので、従来、パ
ルスモータに適用されていた簡単な回路構成をそのまま
使用し、しかも任意の分割数で1ステップを分割して駆
動する事ができる適用範囲の非常に広い汎用性に富むパ
ルスモータの相補励磁駆動方法を提供する事をその解決
課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記、課題を解決するた
めに、本発明の第1方法は、請求項1に示すように、3
相以上の奇数相パルスモータのN相の相補励磁によって
駆動する方法で、 3相以上の奇数相パルスモータの
各相巻線を、その始端及び終端を順次に接続して環状に
結線し、 これらの相の接続点に各別にスイッチング
手段を接続し、 該スイッチング手段の共通の出力側
に直列接続された総電流検出用センス抵抗にてスイッチ
ング手段を通って出力される総電流を検出し、前記スイ
ッチング手段により、環状結線を構成する励磁相の(N-
1)/2と(N+1)/2がそれぞれ直列接続され且つ前記直列相
群の端部接続点が正極と負極とに接続され、前記総電流
検出用センス抵抗を流れる総電流が略一定となるように
駆動電源電圧を制御してN相励磁を行うN相パルスモー
タの駆動方法において、 前記正極並びに負極に接続
した端部接続点が順次隣接の接続点に移動して励磁パタ
ーンを切り替えて行くように制御すると共に、 前励
磁パターンから次励磁パターンに切り替える迄の中間段
階では、各励磁相に流れる相電流に関係なく前励磁パタ
ーンと次励磁パターンとを繰り返すようにスイッチング
手段にて制御する事を特徴とするものである。
【0008】又、本発明の第2方法は、請求項2に示す
ように、N相パルスモータを(N-1)相の相補励磁によっ
て駆動する方法で、 3相以上の奇数相パルスモータ
の各相巻線を、その始端及び終端を順次に接続して環状
に結線し、 これらの相の接続点に各別にスイッチン
グ手段を接続し、 該スイッチング手段の共通の出力
側に直列接続された総電流検出用センス抵抗にてスイッ
チング手段を通って出力される総電流を検出し、前記ス
イッチング手段により、環状結線を構成する1つの励磁
相の両端を同極に接続すると共に残る励磁相の接続点内
の1つを異極に接続し、前記異極の接続点と両端が同極
に接続された励磁相に挟まれた直列励磁相を並列に配置
且つ前記総電流検出用センス抵抗を流れる総電流が略
一定となるように駆動電源電圧を制御して(N-1)相の励
磁を行うN相パルスモータの駆動方法において、 両
端が同極に接続される励磁相と異極に接続される接続点
の位置が順次移動して励磁パターンを切り替えて行くよ
うに制御すると共に 前励磁パターンから次励磁パタ
ーンに切り替える迄の中間段階では、各励磁相に流れる
相電流に関係なく前励磁パターンと次励磁パターンとを
繰り返すようにスイッチング手段にて制御する事を特徴
とするものである。
【0009】又、本発明の第3方法は、請求項3に示す
ように、N相パルスモータを(N-2)相の相補励磁によっ
て駆動する方法で、 5相以上の奇数相パルスモータ
の各相巻線を、その始端及び終端を順次に接続して環状
に結線し、 これらの相の接続点に各別にスイッチン
グ手段を接続し、 該スイッチング手段の共通の出力
側に直列接続された総電流検出用センス抵抗にてスイッ
チング手段を通って出力される総電流を検出し、前記ス
イッチング手段により、環状結線を構成する2つの相の
両端を正極又は負極に接続して当該相を非励磁相とする
と共に前記非励磁相の正極から負極に向けて通電し且つ
前記総電流検出用センス抵抗を流れる総電流が略一定と
なるように駆動電源電圧を制御して(N-1)相の励磁を行
うN相パルスモータの駆動方法において、 両端が共
に正極又は負極に接続される2つの非励磁相の位置が順
次移動して励磁パターンを切り替えて行くように制御す
ると共に、 前励磁パターンから次励磁パターンに切
り替える迄の中間段階では、各励磁相に流れる相電流に
関係なく前励磁パターンと次励磁パターンとを繰り返す
ようにスイッチング手段にて制御することを事を特徴と
するものである。
【0010】請求項4は、前記請求項1〜3に示すN相
パルスモータの多分割駆動を可能にした相補励磁法をよ
り詳しく述べたもので、 請求項1乃至請求項3に記
載のいずれか1つのN相パルスモータの相補励磁駆動方
法において、 前励磁パターンと次励磁パターンの励
磁効果時間比率に関して、前励磁パターンと次励磁パタ
ーンの励磁効果時間比率を順次変化させて前励磁パター
ンから次励磁パターンに切り替える迄の中間段階を2以
上の多分割して制御することを特徴とするものである。
【0011】これにより、本発明は従来から知られてい
る簡単な回路構成であるにも拘わらず、従来の簡単な回
路構成を変更する事なく任意の分割数でステップ駆動が
出来る適用範囲の非常に広い汎用性に富むパルスモータ
の相補励磁駆動方法を提供する事ができた。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って説明す
る。実施例では5相パルスモータを代表例として説明す
るが、勿論これに限られるものではない。図1はパルス
モータの巻き線(A)〜(E)をペンタゴン結線した例であ
る。出力段トランジスタ(Tr1)乃至(Tr10)は、(Tr1)(T
r2)、(Tr3)(Tr4)、(Tr5)(Tr6)、(Tr7)(Tr8)、(Tr9)(Tr
10)の5組に分けられ、2個1組にて直列接続され、こ
の5組が並列接続されて駆動回路を構成している。巻き
線(A)〜(E)の結線部はこの直列接続された1組の出力段
トランジスタ(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)、(Tr5)(Tr6)、(T
r7)(Tr8)、(Tr9)(Tr10)の接続部に接続されている。
(R1)はセンス抵抗で、センス抵抗(R1)を通過する励磁相
(A)〜(E)を通る電流の総和とその抵抗値とを掛けてセン
ス電圧を出力し、このセンス電圧と図示しない基準電圧
とを比較して励磁相(A)〜(E)を通る電流の総和が常に2
i0となるようにするためのものである。(D1)〜(D10)は
出力段トランジスタ(Tr1)〜(Tr10)に並列接続されたダ
イオードである。
【0013】まず、本発明の実施例の説明にあたって、
最も実用性の高い(N-1)相相補励磁の1つの態様である
4相相補励磁に付いて説明し、続いてN相相補励磁の1
態様である5相相補励磁、(N-2)相相補励磁の1態様で
ある3相相補励磁に付いて説明する。
【0014】図4,5のシーケンスに従ってペンタゴン
方式による(N-1)相励磁による2以上の多分割駆動に付
いて説明する。
【0015】まず、図4の励磁パターン変化を列記して
あるシーケンス表に従ってペンタゴン方式による4相相
補励磁による多分割駆動に付いて説明する。図中、正極
に接続されている接続点は(+)を白丸で囲んだ印で表示
されており、負極に接続されている接続点は(−)を白丸
で囲んだ印で表示されており、オフとなっている接続点
は黒丸印で表示されており、(/)で左右に分割され、そ
の両側に表示されている印は左側が前パターンを表し、
右側が次パターンを表している。尚、前記シーケンス表
は(a)〜(e)までのパターンを列記しそれ以降を省略した
もので、それ以降はシーケンスに従った単なる繰り返し
であり、図5右側のシーケンス表を参照すれば理解でき
る。
【0016】図4(a)の状態では、AD相の接続点が正
極に接続され、CE相並びにBE相の接続点(即ち、E
相の両端の接続点)が負極に接続されている。これによ
り、直列接続されているAC相とDB相とが励磁され、
これに対して両端が負極に接続されているE相には電流
が流れず、非励磁相となっていていわゆる4相励磁が行
なわれる。
【0017】次に、パルスが入力すると図4(b)の状態
に励磁パターンが切替わるのであるが、図4(a)の状態
と同じくAD相の接続点並びにBE相の接続点は正極並
びに負極に接続され、DB相には(io)の電流が流れる。
【0018】一方、AC相の接続点を正極に、CE相の
接続点も負極に接続し且つこれら接続点を交互にオン・
オフを繰り返している。これを図1の下部に記載したス
イッチング素子(Tr3)(Tr6)のオン・オフ表に示す。これ
によればAC相の接続点がオフで、CE相の接続点が負
極に接続されていると励磁パターンは図4(a)の状態と
なる。
【0019】続いて、スイッチング素子(Tr3)(Tr6)が切
替わり、AC相の接続点が正極に接続され、CE相の接
続点がオフになるとA相の両端は正極に接続されるため
非励磁状態になる。これに対してCE相の接続点はオフ
となっているために電流はCE相を流れ、CE相を励磁
する。DB相はそのままで励磁され続けている。これに
より、図4の励磁パターン(c)の状態が得られる。
【0020】ここで、スイッチング素子(Tr3)のオンに
よる励磁パターン(c)の励磁効果でCE相が励磁される
割合を(X)とすると、スイッチング素子(Tr3)に対して
交互にオンとなるスイッチング素子(Tr6)のオンによる
励磁パターン(a)の励磁効果でAC相が励磁される割合
は(1-X)となる。
【0021】よって、A,C,E各相が励磁される割合
は、 A相=(1-X) C相=X+(1-X)=1 E相=X
【0022】よって、Xの割合を例えば、0/ 0.1/ 0.2
/ 0.3/ 0.4/ 0.5/ 0.6/ 0.7 / 0.8/0.9/ 1.0/と入力パ
ルスに応じて変化させる事により、図4の(a)〜(c)まで
を10分割する事が可能となる。勿論、ステップ数を更に
細かくする事も可能であるし、逆にステップ数を粗くす
る事も可能である。
【0023】以上から、A相とE相の電流は励磁パター
ン(a)(c)の割合で変化し、D,B,C相の電流は相補励磁
によって変化を受けない事が分かる。図4(a)の励磁パ
ターンはABCD相励磁であり、図4(c)の励磁パター
ンはBCDE相励磁である。パターン(a)から(c)への多
分割駆動による変化は、A相の励磁効果を徐々に短く
し、E相の励磁効果を長くして行く事によって得られ
る。
【0024】これにより所定のシーケンスに従ってスイ
ッチング素子をオン・オフして相補励磁を行うと多分割
駆動が達成出来る。
【0025】以下、同様でシーケンス図に従って駆動さ
れる事になる。ここでは、5相パルスモータによる4相
多分割駆動に付いて説明したが、勿論これに限られず、
請求項2に示すように、3相以上の奇数相数のN相パル
スモータに付いて適用する事ができる。
【0026】即ち、N相パルスモータの環状結線を構成
する1つの励磁相の両端を同極に接続すると共に残る励
磁相の接続点内の1つを異極に接続し、前記異極の接続
点と両端が同極に接続された励磁相に挾まれた直列励磁
相を並列に配置して(N-1)相励磁を行う。励磁パターン
の切り替えは両端が同極に接続される励磁相と異極に接
続される接続点の位置が順次移動して励磁パターンを切
り替えて行くように制御することにより行なわれる。前
励磁パターンから次励磁パターンに切り替える迄の中間
段階では、前励磁パターンと次励磁パターンとを繰り返
すようにスイッチング手段にて制御される。尚、図6は
3相パルスモータの2相相補励磁の場合である。
【0027】次に、5相パルスモータによる5相相補励
磁による多分割駆動に付いて説明する。ここでは前述の
(N-1)励磁の場合と相違する点のみを説明するに留どめ
る。図3右側のシーケンス表において、ステップ0で
は、出力段トランジスタ(Tr1)(Tr8)がオン状態で、この
場合、A,C,E相とD,B相とが直列になっており、A
D相の正極の接続点からBE相の負極の接続点に電流が
流れ、A,B,C,D,Eの5相総てが励磁されている。図
2(a)の状態である。
【0028】次に1パルスが入力すると、図2(b)の状
態に切替わり、正極に接続されたAD相とAC相それぞ
れの接続点が交互にオン・オフを繰り返し、ここから負
極に接続されたBE相の接続点に電流が流れ込み、AC
E相とDB相又はADB相とCE相との組み合わせで各
励磁相に電流が流れる。
【0029】ここで、スイッチング素子(Tr1)(Tr3)のオ
ンによる励磁効果の割合を段落番号0020〜0022
で述べたように細かく段階的に増減させて行くと、A相
を流れる電流はACの接続点側に流れる電流が次第に減
少し、励磁効果の割合が1:1の処で0となり、これを
越えた処で電流の方向は前記の逆方向、即ち、AD相の
接続点側に流れる電流が次第に増加して行く事になり、
最終的には図2の励磁パターン(c)の状態になる。ここ
で、励磁効果の割合の変化に従ってロータの角度も段階
的に回転して行く。これにより多分割駆動が達成出来
る。以下、同様でシーケンス図に従って駆動される事に
なる。
【0030】ここでは、5相パルスモータによる5相相
補励磁による多分割駆動に付いて説明したが、勿論これ
に限られず、請求項1に示すように、パルスモータが3
相以上の奇数相の場合、環状結線を構成する励磁相の(N
-1)/2と(N+1)/2がそれぞれ直列接続され且つ前記直列相
群の端部接続点が正極と負極とに接続されてN相励磁が
行なわれる。励磁パターンの切り替えは前記正極並びに
負極に接続した端部接続点が順次隣接の接続点に移動し
て行く事により行なわれる。そして、前励磁パターンか
ら次励磁パターンに切り替える迄の中間段階では、前励
磁パターンと次励磁パターンとを繰り返すようにスイッ
チング手段にて制御される。
【0031】最後に、図7,8のシーケンスに従って(N-
2)相の相補励磁による多分割駆動に付いて説明する。
【0032】図7(a)の状態では、D相の両端の接続点
が正極に接続され、E相の両端の接続点が負極に接続さ
れている。これにより、B相並びに直列接続されている
AC相とが励磁され、これに対して両端が正極又は負極
に接続されているD,E相には電流が流れず、非励磁相
となっていていわゆる3相励磁が行なわれる。
【0033】次に、パルスが入力すると図7(b)の状態
に励磁パターンが切替わるのであるが、図7(a)の状態
と同じくE相の両端の接続点は負極に接続され、AD相
の接続点は正極に接続されている。
【0034】一方、AC相及びDB相の接続点を正極に
接続し且つこれら接続点を交互にオン・オフを繰り返し
ている。これを図8右側のシーケンス表に示す。これに
よればAC相の接続点がオフで、DB相の接続点が正極
に接続されていると励磁パターンは図7(a)の状態とな
る。
【0035】続いて、スイッチング素子(Tr3)(Tr9)が切
替わり、AC相の接続点が正極に接続され、DB相の接
続点がオフになるとA相の両端は正極に接続されるため
非励磁状態になる。これに対してDB相の接続点はオフ
となっているために電流はDB相を流れてDB相を励磁
する。これにより、図7の励磁パターン(c)の状態が得
られる。スイッチング素子(Tr3)(Tr9)のオンによる励磁
効果の割合が前述のように漸増乃至漸減する事によって
多分割駆動が行なわれる。多分割駆動の分割数は前記同
様任意に選定出来る。
【0036】尚、前述の場合は5相パルスモータにおけ
る3相相補励磁方式を例に取って説明したが、勿論これ
に限られず、請求項3に示すように、5相以上の奇数相
パルスモータの環状結線を構成する2つの相の両端を正
極又は負極に接続して当該相を非励磁相とすると共に前
記非励磁相の正極から負極に向けて通電して(N-2)相励
磁を行い、両端が共に正極又は負極に接続される2つの
非励磁相の位置が順次移動して励磁パターンを切り替え
て行くように制御すると共に前励磁パターンから次励磁
パターンに切り替える迄の中間段階では、前励磁パター
ンと次励磁パターンとを繰り返すようにスイッチング手
段にて制御する。
【0037】
【効果】本発明は叙上のような構成であるから、従来の
簡単な回路構成を変更する事なく、3相以上の奇数相数
のN相パルスモータをN相相補励磁並びに(N-1)相相補
励磁によって2以上の多分割駆動を行う事が出来、又、
5相以上の奇数相数のN相パルスモータでも(N-2)相相
補励磁による2以上の多分割駆動を行う事が出来るとい
う利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用した駆動回路の回路図
【図2】本発明の第1法の5相パルスモータによる5相
相補励磁の励磁パターン図
【図3】本発明の第1法の5相パルスモータにおけるス
イッチング素子とこれに対応する5相相補励磁シーケン
ス表を記載した図面
【図4】本発明の第2法の5相パルスモータによる4相
相補励磁の励磁パターン図
【図5】本発明の第2法の5相パルスモータにおけるス
イッチング素子とこれに対応する4相相補励磁シーケン
ス表を記載した図面
【図6】本発明の第2法の他の実施例である3相パルス
モータによる2相相補励磁の励磁パターン図
【図7】本発明の第3法の5相パルスモータによる3相
相補励磁の励磁パターン図
【図8】本発明の第3法の5相パルスモータにおけるス
イッチング素子とこれに対応する3相相補励磁シーケン
ス表を記載した図面
【図9】従来例の5相パルスモータによる5相励磁の励
磁パターン図
【図10】従来例の5相DCモータによる4相励磁の励
磁パターン図
【符号の説明】
A,B,C,D,E…励磁相 (Tr1)〜(Tr10)…スイッチング手段 (+)…正極 (−)…負極

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3相以上の奇数相パルスモータの各相巻線
    を、その始端及び終端を順次に接続して環状に結線し、
    これらの相の接続点に各別にスイッチング手段を接続
    し、該スイッチング手段の共通の出力側に直列接続され
    た総電流検出用センス抵抗にてスイッチング手段を通っ
    て出力される総電流を検出し、前記スイッチング手段に
    より、環状結線を構成する励磁相の(N-1)/2と(N+1)/2が
    それぞれ直列接続され且つ前記直列相群の端部接続点が
    正極と負極とに接続され、前記総電流検出用センス抵抗
    を流れる総電流が略一定となるように駆動電源電圧を制
    御してN相励磁を行うN相パルスモータの駆動方法にお
    いて、 前記正極並びに負極に接続した端部接続点が順次隣接の
    接続点に移動して励磁パターンを切り替えて行くように
    制御すると共に、 前励磁パターンから次励磁パターンに切り替える迄の中
    間段階では、各励磁相に流れる相電流に関係なく前励磁
    パターンと次励磁パターンとを繰り返すようにスイッチ
    ング手段にて制御する事を特徴とするN相パルスモータ
    の相補励磁駆動方法。
  2. 【請求項2】3相以上の奇数相パルスモータの各相巻線
    を、その始端及び終端を順次に接続して環状に結線し、
    これらの相の接続点に各別にスイッチング手段を接続
    し、該スイッチング手段の共通の出力側に直列接続され
    た総電流検出用センス抵抗にてスイッチング手段を通っ
    て出力される総電流を検出し、前記スイッチング手段に
    より、環状結線を構成する1つの励磁相の両端を同極に
    接続すると共に残る励磁相の接続点内の1つを異極に接
    続し、前記異極の接続点と両端が同極に接続された励磁
    相に挟まれた直列励磁相を並列に配置し且つ前記総電流
    検出用センス抵抗を流れる総電流が略一定となるように
    駆動電源電圧を制御して(N-1)相の励磁を行うN相パル
    スモータの駆動方法において、 両端が同極に接続される励磁相と異極に接続される接続
    点の位置が順次移動して励磁パターンを切り替えて行く
    ように制御すると共に前励磁パターンから次励磁パター
    ンに切り替える迄の中間段階では、各励磁相に流れる相
    電流に関係なく前励磁パターンと次励磁パターンとを繰
    り返すようにスイッチング手段にて制御する事を特徴と
    するN相パルスモータの相補励磁駆動方法。
  3. 【請求項3】5相以上の奇数相パルスモータの各相巻線
    を、その始端及び終端を順次に接続して環状に結線し、
    これらの相の接続点に各別にスイッチング手段を接続
    し、該スイッチング手段の共通の出力側に直列接続され
    た総電流検出用センス抵抗にてスイッチング手段を通っ
    て出力される総電流を検出し、前記スイッチング手段に
    より、環状結線を構成する2つの相の両端を正極又は負
    極に接続して当該相を非励磁相とすると共に前記非励磁
    相の正極から負極に向けて通電し且つ前記総電流検出用
    センス抵抗を流れる総電流が略一定となるように駆動電
    源電圧を制御して(N-1)相の励磁を行うN相パルスモー
    タの駆動方法において、 両端が共に正極又は負極に接続される2つの非励磁相の
    位置が順次移動して励磁パターンを切り替えて行くよう
    に制御すると共に、 前励磁パターンから次励磁パターンに切り替える迄の中
    間段階では、各励磁相に流れる相電流に関係なく前励磁
    パターンと次励磁パターンとを繰り返すようにスイッチ
    ング手段にて制御することを事を特徴とするN相パルス
    モータの相補励磁駆動方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3に記載のい
    ずれか1つのN相パルスモータの相補励磁駆動方法にお
    いて、前励磁パターンと次励磁パターンの励磁効果時間
    比率に関して、前励磁パターンと次励磁パターンの励磁
    効果時間比率を順次変化させて前励磁パターンから次励
    磁パターンに切り替える迄の中間段階を2以上の多分割
    に分割して制御することを特徴とするN相パルスモータ
    の相補励磁駆動方法。
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