JP3129500B2 - Ｎ相パルスモータの駆動方法 - Google Patents

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微小角駆動並びにその１態様である
ハーフステップ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相駆動によるフルステップ駆動方式
並びにこれを改良した４−５相駆動によるハーフステッ
プ駆動方式が従来から知られていた。

【０００３】前記４相乃至５相フルステップ駆動では、
ステップ角度が粗く、ロータの回転が滑らかでないとい
う欠点があり、パルスモータを搭載した機器の性能がさ
ほど高くなかった時点では余り問題とされていなかった
が、機器の性能向上と共にこの問題はパルスモータ特有
の欠点となっていた。

【０００４】そこで、発明者らは、特開昭６１-１８５
０５６号に記載の駆動方法を呈示して、５相パルスモー
タによる、より回転の滑らかなハーフステップ駆動方式
を提案した。即ちこれによれば、２個１組の出力段トラ
ンジスタ(Tr₁)(Tr₂)…(Tr₉)(Tr₁₀)を直列接続すると共
に５組の出力段トランジスタを並列接続して駆動回路を
形成し、ペンタゴン結線せる５相パルスモータの巻き線
(A)〜(E)の結線部と各組の出力段トランジスタ(Tr₁)(Tr
₂)…(Tr₉)(Tr₁₀)の接続部とを接続し、巻き線を順次Ａ
乃至Ｅ相とし、４相励磁の次にペンタゴン結線の結線部
にそれぞれ接続せる１組の出力段トランジスタを順次オ
フにすることにより、ペンタゴン結線のいずれか１つの
結線部を順次ハイインピーダンスにして５相励磁を行う
という４相励磁と５相励磁とを交互に繰り返す駆動方式
で、これによれば、ペンタゴン結線方式であるにも拘わ
らず、従来不可能とされていた４−５相励磁駆動による
ハーフステップ駆動を行う事ができて、パルスモータの
ロータの回転をより滑らかにする事ができたが、この方
式では１ステップをより細かく分割して駆動するマイク
ロステップ駆動を行う事ができず、回転特性に限界があ
った。

【０００５】上記最初の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、それを改善したのが第３従来
例の４−５相励磁によるハーフステップ駆動であるが、
これとても現在の機器性能からすれば不満であって、最
近に至っては、機器性能の一層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は
もとより、ハーフ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、しかもハーフステップ駆動もその１つ
の態様を選択するだけで可能となる適用範囲の非常に広
いＮ相パルスモータの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】請求項１に示す本発明駆
動方法は、微小角駆動の１態様であるハーフステップ駆
動であり、 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、前記スイッチング手段により、環状結線を構成す
る励磁相の接続点を正極または負極に接続して(N-1)−
Ｎ相励磁を行うＮ相パルスモータの駆動方法において、
(N-1)相励磁時には、１つの励磁相の両端の接続点
を同極に接続し且つ１つの接続点を異極に接続すると共
に残りの(N-3)個の接続点をデューティ50％にて前記１
つの接続点と同極に接続し、 Ｎ相励磁時には、１つ
の接続点を正極に、他の１つの接続点を負極に、残る(N
-2)個の接続点をデューティ50％にていずれかの極に接
続するもので、 (N-1)相励磁からＮ相励磁に移る場
合には、前記１対の同極接続点の内の１つのデューティ
を100％から50％に落とす事によってＮ相励磁に切り替
え、 Ｎ相励磁から(N-1)相励磁に移る場合には、前
記50％デューティに落とされた接続点に隣接せる50％デ
ューティの接続点を100％デューティに上げる事によっ
て(N-1)相励磁に切り替える事を特徴とする。これによ
り、オンデューティを100％から50％に、又、逆に50％
から100％に切り替えるだけで前記微小角駆動の１態様
としてハーフステップ駆動を行う事ができる。

【０００８】又、前記微小角駆動という課題を達成する
ために本発明方法は、請求項２に示すように、 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、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接続点を正
極または負極に接続して(N-1)−Ｎ相励磁を行うＮ相パ
ルスモータの駆動方法において、 (N-1)相励磁時に
は、１つの励磁相の両端の接続点を同極に接続し且つ１
つの接続点を異極に接続すると共に残りの(N-3)個の接
続点をデューティ50％にて前記１つの接続点と同極に接
続し、 Ｎ相励磁時には、１つの接続点を正極に、他
の１つの接続点を負極に、残る(N-2)個の接続点をデュ
ーティ50％にていずれかの極に接続するもので、 (N
-1)相励磁からＮ相励磁に移る場合には、前記１対の同
極接続点の内の１つのデューティを100％から50％に徐
々に下げてＮ相励磁に切り替え、 Ｎ相励磁から(N-
1)相励磁に移る場合には、前記50％デューティに切替わ
った接続点に隣接せる50％デューティの接続点を100％
デューティに徐々に変化させる事によって(N-1)相励磁
に切り替えていく事を特徴とする。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
割数で微小角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駆動方法を提供する事ができた。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の微小角駆動方法の１態様であ
るハーフステップに付いて説明し、続いて微小角駆動を
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)(Tr₂)、(Tr₃)(Tr₄)、(Tr₅)(Tr₆)、
(Tr₇)(Tr₈)、(Tr₉)(Tr₁₀)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)、(Tr₇)(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(R
₁)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２i₀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。

【００１０】以下、本発明を５相パルスモータのペンタ
ゴン結線による４−５相微小角励磁駆動の１態様である
ハーフステップ駆動方式を一例に取って説明する。勿
論、本発明が５相パルスモータのペンタゴン結線による
４−５相微小角励磁駆動方式(ハーフステップ駆動も含
む)だけに適用されるものでないことは言うまでもな
い。

【００１１】図２のシーケンスは本発明方法において、
次々と励磁パターンが変化している状態を表している。
図２(a)は、Ａ,Ｃ相及びＤ,Ｂ相が励磁されている４相
励磁状態で、Ａ,Ｄ相の接続点が正極に、Ｅ相の両端の
接続点が負極に、残るＡ,Ｄ相とＤ,Ｂ相の接続点をオン
デューティ50％にて正極に接続してある。ここでＤ,Ｂ
相を見るとＢ相はデューティ50％の正極とデューティ10
0％の負極にて励磁されていて、デューティ50％の正極
オン時に矢印方向に電流が流れるように励磁され、デュ
ーティ50％の正極オフ時には励磁されないとう状態が繰
り返されている。

【００１２】ここでＢ相はモータコイルであるからコイ
ルの特性としてデューティ50％の正極オフ時には起電力
が発生し、オフとなったＤ,Ｂ相の接続点を負極の電位
にする。この時、Ｄ相は正極と負極にて励磁される事に
なり、矢印方向に電流が流れる事になる。このようにし
てＤ,Ｂ相の接続点をデューティ50％の正極とする事に
より、Ｂ相はデューティ50％の正極オン時に励磁され、
Ｄ相はデューティ50％正極オフ時(これはデューティ50
％負極オフと同等の状態)に励磁される。よって、Ｄ,Ｂ
相は各デューティ50％で励磁されるため、Ｂ相とＤ相の
電流は同じ大きさで矢印方向に流れる。デューティ50％
正極による効果は、これをデューティ50％負極としても
同様の効果を得る事ができる。ここでは、次パターンの
移動に都合が良いようにデューティ50％としている。
尚、デューティ50％時は、正極、負極共オン／オフは同
期している。

【００１３】Ｄ,Ｂ相と同様にＡ,Ｃ相にも同じ大きさの
駆動電流が矢印方向に流れる。よって、ステップ０(＝
図２(a)の状態)ではＡ相(io)＝Ｂ相(io)＝Ｃ相(io)＝Ｄ
相(io)となり、センス抵抗(R₁)に流れる総駆動電流は
(２io)となる。

【００１４】次に、パルスが入力すると図２(b)の状態
に励磁パターンが切替わって行くのであるが、パルスの
入力の度毎にＥ相の一方の接続点の負極オンデューティ
が100％から50％に切り替えて行く。

【００１５】Ｅ相の一方の接続点の負極オンデューティ
が50％に切り替えると、ステップ２(＝図２(b)の状態)
の５相励磁状態になる。Ｄ,Ｂ相に流れる電流は前記４
相励磁の場合と同一で、Ｄ相(io)＝Ｂ相(io)で矢印方向
に駆動電流が流れる。

【００１６】Ａ,Ｃ,Ｅ相についてみれば、Ｃ相はデュー
ティ50％の正極とデューティ50％の負極にて励磁されて
いて、この正極と負極は同時にオン・オフするためオン
時には矢印方向に電流が流れるように励磁され、オフ時
には励磁されないという状態が繰り返し行なわれてい
る。

【００１７】ここで、Ｃ相はモータコイルであるからそ
のコイル特性により、デューティ50％のオフ時には起電
力を発生してＡ,Ｃ相の接続点を負極の電位に、Ｃ,Ｅ相
の接続点を正極の電位にする。この結果、Ａ相とＥ相は
矢印方向に電流が流れるように励磁される。

【００１８】このようにＡ,Ｃ相の接続点をデューティ5
0％の正極、Ｃ,Ｅ相の接続点をデューティ50％の負極と
する事により、デューティ50％オン時にはＣ相が励磁さ
れ、デューティ50％オフ時には、Ａ,Ｅ相が励磁され
る。そしてこのデューティがそれぞれ50％であることに
よってＡ,Ｃ,Ｅ相の駆動電流は同じ大きさで矢印方向に
流れる。このようにしてステップ２の５相励磁が行なわ
れるのである。

【００１９】以下、同様でシーケンス図に従って４−５
相ハーフステップ駆動がなされる事になる。ここでは、
５相パルスモータによる４−５相ハーフステップ駆動に
付いて説明したが、勿論これに限られず、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。

【００２０】次に、５相パルスモータによる４−５相微
小角駆動の場合を簡単に説明する。前記本発明のハーフ
ステップ駆動は微小角駆動の１態様であり、励磁相の変
化は接続点に接続したスイッチング手段(Tr)のスイッチ
ング動作によって行なわれる。ここで、このスイッチン
グ手段(Tr)のデューティを100％→90％→80％→70％→6
0％→50％というように漸減させて行く(又は、50％→60
％→70％→80％→90％→100％というように漸増させて
行く)事によって励磁相の切り替えが５段階に行なわれ
る事になり、ハーフステップよりも更に細かい微小角駆
動が行なわれる。勿論、分割数は５段階に限られない。

【００２１】まず、ステップ０の４相励磁状態からから
ステップ１の５相励磁状態に切り替える場合は、Ｃ,Ｅ
相の接続点をデューティ100％の負極からデューティ50
％の負極に前述のように漸減していく。50％になった処
でステップ１の５相励磁状態となる。

【００２２】次ぎに、ステップ１の５相励磁状態からス
テップ２の４相励磁時に切替わる場合に付いて言えば、
Ａ,Ｃ相の接続点をデューティ50％の正極からデューテ
ィ100％の正極に漸増させる事によって行なわれる。こ
こで、ステップ１からステップ２に移動する際に、Ｄ,
Ｂ相の接続点もデューティ50％の正極からデューティ50
％の負極へと変化させているが、これはハーフステップ
駆動で説明したように、デューティ50％であれば正極で
も負極でもどちらに接続してもよいものである。この場
合、次パターンへの変化に都合が良いように変化させた
だけに過ぎないものである。

【００２３】つまり、分割数が同じである微小角駆動で
あれば、Ａ,Ｃ相の接続点がデューティ50％の正極から
デューティ90％の正極に変化する間は、Ｄ,Ｂ相の接続
点はデューティ50％の正極のままでよく、Ａ,Ｃ相の接
続点がデューティ90％の正極からデューティ100％の正
極に変わる時に同時にＤ,Ｂ相の接続点をデューティ50
％の正極からデューティ50％の負極に変化させればよい
のである。

【００２４】同様に、ステップ２からステップ３への変
化は、Ａ,Ｄ相の接続点をデューティ100％の正極からデ
ューティ50％の正極への変化を分割して行えばよく、ス
テップ３からステップ４への変化はＤ,Ｂ相の接続点を
デューティ50％の負極からデューティ100％の負極への
変化を分割して行い、最後にＣ,Ｅ相の接続点をデュー
ティ50％の負極からデューティ50％の正極へと同時に変
化させればよい。このように、順次デューティを漸増・
漸減させる事によって微小角駆動が行なわれるものであ
る。

【００２５】

【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相パルスモータを微小角駆動並びにその１態様であ
るハーフステップ駆動させる事ができ、適用範囲の非常
に広いＮ相パルスモータの駆動方法を提供する事が出来
た。

【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
イッチング手段とこれに対応する５相相補励磁シーケン
ス表を記載した図面

【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 (2)

(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、前記スイッチング手段により、環状結線を構
   成する励磁相の接続点を正極または負極に接続して(N-
   1)−Ｎ相励磁を行うＮ相パルスモータの駆動方法におい
   て、 (N-1)相励磁時には、１つの励磁相の両端の接続点を同
   極に接続し且つ１つの接続点を異極に接続すると共に残
   りの(N-3)個の接続点をデューティ50％にて前記１つの
   接続点と同極に接続し、 Ｎ相励磁時には、１つの接続点を正極に、他の１つの接
   続点を負極に、残る(N-2)個の接続点をデューティ50％
   にていずれかの極に接続するもので、 (N-1)相励磁からＮ相励磁に移る場合には、前記１対の
   同極接続点の内の１つのデューティを100％から50％に
   落とす事によってＮ相励磁に切り替え、 Ｎ相励磁から(N-1)相励磁に移る場合には、前記50％デ
   ューティに落とされた接続点に隣接せる50％デューティ
   の接続点を100％デューティに上げる事によって(N-1)相
   励磁に切り替えてハーフステップ駆動を行わせる事を特
   徴とするＮ相パルスモータの駆動方法。
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、前記スイッチング手段により、環状結線を構
   成する励磁相の接続点を正極または負極に接続して(N-
   1)−Ｎ相励磁を行うＮ相パルスモータの駆動方法におい
   て、 (N-1)相励磁時には、１つの励磁相の両端の接続点を同
   極に接続し且つ１つの接続点を異極に接続すると共に残
   りの(N-3)個の接続点をデューティ50％にて前記１つの
   接続点と同極に接続し、 Ｎ相励磁時には、１つの接続点を正極に、他の１つの接
   続点を負極に、残る(N-2)個の接続点をデューティ50％
   にていずれかの極に接続するもので、 (N-1)相励磁からＮ相励磁に移る場合には、前記１対の
   同極接続点の内の１つのデューティを100％から50％に
   徐々に下げてＮ相励磁に切り替え、 Ｎ相励磁から(N-1)相励磁に移る場合には、前記50％デ
   ューティに切替わった接続点に隣接せる50％デューティ
   の接続点を100％デューティに徐々に変化させる事によ
   って(N-1)相励磁に切り替えて微小角駆動を行わせる事
   を特徴とするＮ相パルスモータの駆動方法。