JP3172565B2 - N相パルスモータの駆動方法 - Google Patents

N相パルスモータの駆動方法

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JP3172565B2
JP3172565B2 JP3456092A JP3456092A JP3172565B2 JP 3172565 B2 JP3172565 B2 JP 3172565B2 JP 3456092 A JP3456092 A JP 3456092A JP 3456092 A JP3456092 A JP 3456092A JP 3172565 B2 JP3172565 B2 JP 3172565B2
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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フルステップ駆動並びにハーフステ
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、3相、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4−5相又は4−3相ハーフステップ
駆動は、4相励磁駆動に対して電気角で18°ずれた5相
励磁あるいは3相励磁を組み合わせる事によって行な
う。処がこの場合、5相励磁では2相の直列相(ここで
はD,B相)と3相の直列相(ここではA,C,E相)を並列
に励磁するため、2相の直列相には定格電流(1io)の1.
2倍の電流が流れてしまい、2相の直列相の発熱を誘発
するという欠点がある。 又、4相励磁時に比べて5相
励磁時のトルクが5%多いという欠点もある。このよう
に4相励磁と5相励磁との間でトルク変動があるとロー
タの回転むら発生の原因になる。{図2(a)参照}
【0004】一方、従来の3相励磁においては、2相の
直列相(ここではD,B相)と単独相(ここではC相)を並
列に励磁するため、単独相には定格電流(1io)の1.33倍
の電流が流れてしまい、前記問題点を生起するという欠
点がある。又、4相励磁時に比べてトルクが22%少ない
という欠点もあり、前記同様の欠点を生じる。{図2
(b)} なお、図2(c)は、スイッチング手段(Tr)により、正極
または負極に接続される接続点の合計数が3、いずれの
極にも接続されない接続点の数が2となるようにスイッ
チング制御され、2つの2相直列相(ここではA,C相と
D,B相)に定格電流(1io)がそれぞれ流れて4相励磁を
行っている場合であり、4−5相ハーフステップ駆動で
は正極、負極並びに無接続点の位置を順次切り替えつつ
図2(a)と図2(c)の励磁パターンが繰返され、4−3
相ハーフステップ駆動では、図2(b)と図2(c)の励磁
パターンが繰返される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
では3相又は5相励磁時に励磁相に定格電流以上の駆動
電流が流れたり、励磁パターンが切り替わる度毎に駆動
トルクに変動が生じるという欠点があり、本発明は、か
かる従来例の欠点を解決すべくなされたものである。即
ち、N相励磁時にN相励磁と(N-2)相励磁を交互に繰り
返してスイッチング制御することにより駆動時に各相に
定格電流以上の駆動電流が流れないように制御したり、
又は、駆動トルクを一定にしたりする事を出来るように
することをその解決課題としている。
【0006】
【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、新規なN相励磁フルステップ駆動を行わせる
ものであり、(a) 3相以上の奇数相パルスモータの各相巻線(A)(B)
…を、その始端及び終端を順次に接続して環状に結線
し、(b) これらの相の接続点に各別にスイッチング手段(Tr
1)…を接続し、(c) 前記スイッチング手段(Tr1)…により環状結線を構
成する励磁相(A)(B)…の接続点を正極(+)又は負極(-)に
接続するかあるいはいずれの極にも接続しない(●)よう
にスイッチング制御するN相パルスモータの駆動方法に
おいて、(d) 励磁シーケンスの各ステップにおいて、N相励磁
駆動時には、スイッチング手段(Tr1)…により交互に繰
り返すN/(N-2)相励磁パターンの励磁デューティの制
御を行う事によりN相励磁フルステップ駆動を行う事を
特徴とする。これにより、合成によりN相励磁を行う場
合に、合成用N相励磁パターンと合成用(N-2)相励磁パ
ターンの励磁デューティを適切に選択することによって
すべての励磁相に定格電流以上の駆動電流が流れないよ
うにする事も出来る。
【0007】又、請求項2は、新規なN/(N-1)相励磁
ハーフステップ駆動を行わせるものであり、(a) 3相以上の奇数相パルスモータの各相巻線(A)(B)
…を、その始端及び終端を順次に接続して環状に結線
し、(b) これらの相の接続点に各別にスイッチング手段(Tr
1)…を接続し、(c) 前記スイッチング手段(Tr1)…により環状結線を構
成する励磁相(A)(B)…の接続点を正極(+)又は負極(-)に
接続するかあるいはいずれの極にも接続しない(●)よう
にスイッチング制御してN/(N-1)相励磁によるハーフ
ステップ駆動を行うN相パルスモータの駆動方法におい
て、(d) 励磁シーケンスの(N-1)相励磁駆動時には、スイ
ッチング手段(Tr1)…により、正極(+)又は負極(-)に接
続される接続点の合計数が3、いずれの極にも接続され
ない接続点(●)の数が(N-3)となるようにスイッチング
制御し、(e) 励磁シーケンスのN相励磁駆動時には、スイッチ
ング手段(Tr1)…により、交互に繰り返すN/(N-2)相励
パターンの励磁デューティの制御を行う事を特徴とす
る。これにより、N/(N-1)相励磁ハーフステップ駆動
において、合成によりN相励磁を行う場合に、合成用N
相励磁パターンと合成用(N-2)相励磁パターンの励磁デ
ューティを適切に選択することによってすべての励磁相
に定格電流以上の駆動電流が流れないようにする事も出
来るし、又、N相励磁と(N-1)相励磁時との励磁トルク
を等しくする事も可能となった。
【0008】
【実施例】以下、本発明駆動方法であるハーフステップ
に付いて説明し、続いてフルステップ駆動を図示実施例
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。スイッチング手段(Tr1)乃至(Tr10)
は、(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)、(Tr5)(Tr6)、(Tr7)(T
r8)、(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組のスイッチング手段(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)、(T
r5)(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(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2i0となるようにするためのものである。(D1)
〜(D10)はスイッチング手段(Tr1)〜(Tr10)に並列接続さ
れたダイオードである。
【0009】図3(a)と(c)は従来の5,3相励磁の場
合のそれぞれ励磁パターン図、図3(b)が本発明におけ
る5相励磁パターン図である。図3(a)はスイッチング
手段(Tr1)により環状結線を構成する励磁相(A)(B)…の
接続点(+)(−)を合計3で正極または負極に接続し、い
ずれの極にも接続しない接続点(●)を2として励磁を行
う従来の5相励磁パターンである。図3(c)も従来の3
相励磁パターンで、環状結線を構成する励磁相(A)(B)…
の接続点を合計2の正極(+)及び合計2の負極(−)に接
続し、いずれの極にも接続しない接続点(●)を1として
励磁を行うものである。
【0010】図3(b)は前記2つの合成用励磁パターン
を交互に切り替える事によって構成される新規な合成5
相励磁パターンである。まず、定格電流(1io)を越えな
いように励磁パターン切替制御を行う場合に付いて説明
する。
【0011】今、図3(a)の励磁効果を生起させる比率
をXとし、図3(c)の励磁効果を生起させる比率を(1-X)
とする。図3(a)の励磁の場合、図2(a)に示すように
D,B相に1.2ioの電流が、A,C,E相は0.8ioの電流が
流れようとする。一方、図3(c)励磁の場合、D,B相に
(2/3)ioの電流が、C相は(4/3)ioの電流が流れようとす
る。A,E相には駆動電流が流れない。ここで、図3(a)
と(c)の励磁状態を交互に繰り返すのであるが、この合
成励磁状態である(b)では、各相に以下の電流が流れる
事になる。 A相電流=0.8io×X+ 0io×(1-X)=(4/5)Xio B相電流=1.2io×X+(2/3)io×(1-X)={(8/15)X+(2
/3)}io C相電流=0.8io×X+(4/3)io×(1-X)={(4/3)−(8/1
5)X}io D相電流=1.2io×X+(2/3)io×(1-X)={(8/15)X+(2
/3)}io E相電流=0.8io×X+ 0io×(1-X)=(4/5)Xio
【0012】ここで、本実施例の場合には定格電流(1i
o)を越えないように励磁パターン切替制御を行うので、
以下の3式を同時に満足するXを求めればよい事にな
る。 (4/5)Xio≦io {(8/15)X+(2/3)}io≦io {(8/15)X+(2/3)}io≦io 上記3式を計算すると、X=5/8という事になる。従っ
て、図3(a)の励磁効果を生起させる比率を5/8とし、図
3(c)の励磁効果を生起させる比率を3/8とすることによ
ってA乃至E相に流れる駆動電流は定格電流(io)を越え
る事がない。
【0013】尚、A相電流=E相電流=0.5io B相電流=C相電流=D相電流=1.0io、という事にな
り、この時の回転トルクは4相励磁時{図2(c)}の95%
となる。
【0014】次に、4相励磁時と5相励磁との回転トル
クを同一にする制御例を示す。各相に定格電流(io)を流
した場合の各相の回転トルクの大きさを1とすると、4
相励磁時の回転トルクは3.08となる。従って、5相励磁
時には、 (A相電流+E相電流)×cos(36°+18°) +C相電流+(B相電流 +D相電流)×cos(18°)=3.08 、となり、Xは、ほぼ
0.29となる。これを代入すると、 尚、A相電流=E相電流=0.232io C相電流=1.179io B相電流=D相電流=0.821io、という事になり、駆動
電流をスイッチング手段(Tr1)によって前記値に制御し
てやれば、この時の回転トルクは4相励磁、5相励磁と
も等しくなる。
【0015】以上のように駆動電流の大きさ、又は、回
転トルクの大きさを接続点2の励磁と接続点4の励磁の
励磁効果比率を変える事で制御できるものである。
【0016】図4は本発明方法による5相励磁フルステ
ップ駆動の励磁パターン図で、図中黒丸印(●)は100%
デューティで、当該接続点に接続している一対のスイッ
チング手段がいずれもオフとなっていて、いずれの極に
も接続されない状態である。(/)の区切りは左側が5相
励磁シーケンスであり、右側が3相励磁シーケンスであ
る。
【0017】図4(a)(b)…のそれぞれは、励磁相が(A
BCDE),(BCDE-A),(CDE-A-B),(DE-A-B-C),
(E-A-B-C-D)…である。ここで、(/)の左半分の励磁パ
ターンが(5/8)、(/)の右半分の励磁パターンが(3/8)と
なるようにスイッチング制御する事により、A,B,C,
D相…に流れる駆動電流量を常に定格電流以下にする事
ができる。
【0018】図6は、図4におけるスイッチング手段(T
r)と励磁シーケンスとの関係を示す表である。図中、前
記同様(/)の区切りは左側が5相励磁シーケンスであ
り、右側が3相励磁シーケンスであるが正負は省略し
た。又、(/)の左側の無印の部分は5相励磁時に無接続
であることを示す。5相フルステップ駆動では、奇数ス
テップを実行して行く。
【0019】図5は本発明方法による4−5相励磁ハー
フステップ駆動の励磁パターン図で、図中黒丸印その他
は図4の場合と同様である。
【0020】図5(a)(b)…のそれぞれは、励磁相が(A
BCD),(ABCDE),(BCDE),(BCDE-A),(CD
E-A)…である。この場合も、(/)の左半分の励磁パター
ンが(5/8)、(/)の右半分の励磁パターンが(3/8)となる
ようにスイッチング制御する事により、A,B,C,D相
…に流れる駆動電流量を常に定格電流以下にする事がで
きる。
【0021】又、(/)の左半分の励磁パターンが(0.2
9)、(/)の右半分の励磁パターンが(0.71)となるように
スイッチング制御する事により、4相励磁時と5相励磁
時の回転トルクを同一にする事ができる。
【0022】尚、図7は、図5におけるスイッチング手
段(Tr)と励磁シーケンスとの関係を示す表である。図
中、(/)の区切りその他の表示は図6と同様である。
【0023】
【効果】本第1発明方法は請求項1に示すような構成で
あるから、N相励磁フルステップ駆動を行う場合、合成
用N相励磁パターンと合成用(N-2)相励磁パターンの励
磁デューティを適切に選択することによってすべての励
磁相に定格電流以上の駆動電流が流れないようにする事
が出来た。
【0024】又、第2発明方法は請求項2に示す通りで
あり、これにより、N/(N-1)相励磁ハーフステップ駆動
において、合成によりN相励磁を行う場合に、合成用N
相励磁パターンと合成用(N-2)相励磁パターンの励磁デ
ューティを適切に選択することによってすべての励磁相
に定格電流以上の駆動電流が流れないようにする事も出
来るし、又、N相励磁時と(N-1)相励磁時との励磁トル
クを等しくする事も可能となった。
【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】従来の5,4,3相励磁パターンと本発明の合成
5相励磁パターンとの比較図
【図3】本発明の5相励磁パターンの合成方法を示す図
【図4】本発明方法における5相フルステップ駆動時の
励磁パターンの変化図
【図5】本発明方法における4−5相ハーフステップ駆
動時の励磁パターンの変化図
【図6】本発明の第1法である5相フルステップ駆動に
おけるスイッチング手段とこれに対応する5相励磁シー
ケンス表を記載した図面
【図7】本発明の第2法である4−5相ハーフステップ
駆動におけるスイッチング手段とこれに対応する4−5
相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 (●)…いずれの極にも接続されない接続点

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又は負極に接続するかあるいはいず
    れの極にも接続しないようにスイッチング制御するN相
    パルスモータの駆動方法において、 励磁シーケンスの各ステップにおいて、N相励磁駆動時
    には、スイッチング手段により交互に繰り返すN/(N-
    2)相励磁パターンの励磁デューティの制御を行う事によ
    りN相励磁フルステップ駆動を行う事を特徴とする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又は負極に接続するかあるいはいず
    れの極にも接続しないようにスイッチング制御してN/
    (N-1)相励磁によるハーフステップ駆動を行うN相パル
    スモータの駆動方法において、 励磁シーケンスの(N-1)相励磁駆動時には、スイッチン
    グ手段により、正極又は負極に接続される接続点の合計
    数が3、いずれの極にも接続されない接続点の数が(N-
    3)となるようにスイッチング制御し、 励磁シーケンスのN相励磁駆動時には、スイッチング手
    段により、交互に繰り返すN/(N-2)相励磁パターンの
    励磁デューティの制御を行う事を特徴とするN相パルス
    モータの駆動方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102553552B1 (ko) * 2015-03-27 2023-07-07 다이오 페이퍼 코퍼레이션 흡수성 물품

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US10441481B2 (en) 2014-05-27 2019-10-15 The Proctre & Gamble Company Absorbent core with absorbent material pattern
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