JP4387728B2 - Stepping motor drive method - Google Patents

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Description

モータ駆動用IC等のモータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータに関し、特に無励磁待機状態からのモータ立ち上げ時の初期入力パルスのシーケンスに関するものである。   The present invention relates to a stepping motor that excites and drives each phase in accordance with a drive signal output from a motor drive signal generation source such as a motor drive IC, and more particularly to a sequence of initial input pulses when the motor is started from a non-excitation standby state. Is.

無励磁状態で待機をしているステッピングモータにおいて、ローターの極位置と立ち上げ時最初に励磁をする相の位置がずれている場合がほとんどである。従って従来のスッテッピングモータの立ち上げ制御においては、無励磁状態で待機をしているモータの立ち上げを行う場合、ローターの初期位置を決めるために、ホールド制御と呼ばれる、立ち上げの最初に任意の相を一定時間連続励磁する制御を行っている。ローターの初期位置を決めずにモータの立ち上げを開始すると、ローターの回転方向が定まらずローターが回転に追従することが出来ずに乱調を起こしてしまう。そこでこのホールド制御を行うことによりローターの初期位置が決まり、立ち上げ時にローターが乱調を起こすことを防止しステッピングモータを脱調を起こすことなく安定して立ち上げることが出来る。   In stepping motors that are waiting in a non-excited state, the pole position of the rotor and the position of the phase that is first excited at start-up are often shifted. Therefore, in the conventional stepping motor start-up control, when starting up a motor that is waiting in a non-excited state, in order to determine the initial position of the rotor, it is called the hold control at the beginning of the start-up. Control is performed to continuously excite any phase for a certain period of time. If the start-up of the motor is started without determining the initial position of the rotor, the rotation direction of the rotor is not determined, and the rotor cannot follow the rotation, resulting in turbulence. Therefore, by performing this hold control, the initial position of the rotor is determined, and it is possible to prevent the rotor from causing turbulence during start-up and to stably start up the stepping motor without causing step-out.

しかしながら、前記ホールド制御を行った時、ローターを任意の位置から初期位置まで回転させる距離は通常回転時の1ステップの移動距離よりも長くなることもある。そのためホールド期間に発生するローターの振動は比較的大きなものとなり、ギアによる駆動伝達を行う場合、のギアのバックラッシュ等により大きな音(以下騒音)を発生してしまう場合がある。また、ローターの振動が収まるまでには比較的長い時間を必要とする。よって、安定したモータの立ち上げを実現するためにローターの振動が収まってからモータの立ち上げを開始すると、モータの立ち上げ時間は長くなってしまう。   However, when the hold control is performed, the distance by which the rotor is rotated from an arbitrary position to the initial position may be longer than the moving distance of one step during normal rotation. Therefore, the vibration of the rotor that occurs during the hold period becomes relatively large, and there may be a case where a loud noise (hereinafter referred to as noise) is generated due to a gear backlash or the like when driving transmission by a gear. Also, a relatively long time is required until the vibration of the rotor is settled. Therefore, if the start-up of the motor is started after the vibration of the rotor is settled in order to realize a stable start-up of the motor, the start-up time of the motor becomes long.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ホールド時のローターの振動を小さくし、騒音の発生を抑制すると共にモータの立ち上げ時間も短くすることを可能とする。即ち、安定し且つ速いモータの立ち上げを実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to reduce the vibration of the rotor at the time of holding, suppress the generation of noise, and shorten the start-up time of the motor. That is, an object is to realize a stable and fast start-up of the motor.

上記の目的を達成するために、本発明におけるステッピングモータ駆動方法は、モータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータ駆動方法であって、モータが自起動可能な低速回転のプルイン領域の回転数から回転を開始し、徐々に回転数を上げ目標とする高速回転のプルアウト領域の回転数で回転を行うにあたり、磁状態と無励磁状態の繰り返しを一定期間行うことでステッピングモータのロータの位置を確定させる為のホールド制御行うステッピングモータ駆動方法において、前記ホールド制御を行っている間に、励磁と無励磁の繰り返しにおける無励磁時間に対する励磁時間の割合を徐々に大きくすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a stepping motor driving method according to the present invention is a stepping motor driving method in which excitation is performed by exciting each phase in accordance with a driving signal output from a motor driving signal generation source. start rotating from the rotation speed of the pull-areas of its own bootable low speed, when gradually the rotation at a rotational speed of pull-out region of the high-speed rotation to raise the rotational speed target, energized when the repetition of the non-excited state In the stepping motor driving method for performing hold control for determining the position of the rotor of the stepping motor by performing for a predetermined period, during the hold control , the excitation time with respect to the non-excitation time in the repetition of excitation and non-excitation The ratio is gradually increased.

本発明のステッピングモータ駆動方法によれば、ホールド時にモータの励磁状態/無励磁状態を繰り返すことにより、ホールド時のローターの振動を抑えることが出来、騒音の低減を実現することが可能となる。またホールド時のモータ駆動電流値を定常回転時の駆動電流値よりも低い値にすることにより、更なる騒音の低減が可能となる。   According to the stepping motor driving method of the present invention, by repeating the excitation state / non-excitation state of the motor at the time of holding, the vibration of the rotor at the time of holding can be suppressed, and noise can be reduced. Further, the noise can be further reduced by setting the motor driving current value at the time of holding to a value lower than the driving current value at the time of steady rotation.

また、本ステッピングモータ駆動方法はレーザビームプリンタ、インクジェットプリンタやカメラ等のステッピングモータを使用する全ての機器に適応可能である。   In addition, this stepping motor driving method can be applied to all devices using a stepping motor such as a laser beam printer, an ink jet printer, and a camera.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施例)
モータ駆動用IC等のモータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い、各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータの起動を行う際、定常駆動を行いたい回転数が回転数の高いプルアウト領域にある場合、その回転数でのモータの起動は不可能であるため自起動が可能である回転数の低いプルイン領域から回転を始め、図3に示すように目標とする回転数まで徐々に回転数を上げていくスローアップ制御を行う。このときモータが無励磁状態で待機をしており、モータの起動開始と同時に励磁を開始して駆動を始める場合、図4(a)のように待機中のローター4の位置は定まっておらず任意の位置にあるため、必ず最初にローター4の位置を確定させるための励磁を行わなくてはならない。この励磁は図2のようにある相を励磁し続けることにより、図4(b)のようにローター4を励磁相に引き付け安定させ、図4(d)のようにローター4の位置を確定させる制御でホールドと呼ぶ。このホールド制御を行わずにモータの駆動を開始してしまうと、ローター4の回転方向が定まらない等の不安定な回転となり、ローター4が駆動信号に追従することが出来ずに乱調を起こし脱調を引起してしまうことがある。
(First embodiment)
When starting a stepping motor that drives by exciting each phase according to a drive signal output from a motor drive signal generation source such as a motor drive IC, a pull-out with a high rotational speed is required for steady-state driving. If it is in the region, it is impossible to start the motor at that rotational speed, so the rotation starts from the pull-in region where the self-starting is possible and the rotational speed is low, and gradually reaches the target rotational speed as shown in FIG. Slow-up control is performed to increase the rotation speed. At this time, when the motor is on standby in a non-excited state, and excitation is started at the same time as the start-up of the motor and driving is started, the position of the waiting rotor 4 is not fixed as shown in FIG. Since it is at an arbitrary position, it is necessary to first carry out excitation for determining the position of the rotor 4 first. This excitation continues to excite a phase as shown in FIG. 2, thereby attracting and stabilizing the rotor 4 to the excitation phase as shown in FIG. 4 (b), and determining the position of the rotor 4 as shown in FIG. 4 (d). Called hold by control. If driving of the motor is started without performing this hold control, the rotation direction of the rotor 4 becomes unstable and the rotor 4 cannot follow the drive signal, causing turbulence and escaping. May cause a tone.

上記のようにホールド制御はステッピングモータを駆動するうえで重要な制御となっている。しかし、ホールドはローター4を無励磁状態の任意の位置から初期励磁相まで回転させるため、図4(c)のように励磁相の位置で振動8を起こす。その時のローター4の移動距離は通常回転時の1ステップの移動距離よりも長くなることがある。従ってこのような場合、ホールド時に発生するローター4の振動8はローター4の移動距離に比例するため、比較的大きなものとなり、駆動の伝達を行うためのギアのバックラッシュ等により騒音を発生してしまう。   As described above, the hold control is an important control for driving the stepping motor. However, the hold causes the rotor 4 to rotate from an arbitrary position in the non-excited state to the initial excitation phase, and thus causes vibration 8 at the position of the excitation phase as shown in FIG. The moving distance of the rotor 4 at that time may be longer than the moving distance of one step during normal rotation. Therefore, in such a case, the vibration 8 of the rotor 4 generated at the time of holding is proportional to the moving distance of the rotor 4 and thus becomes relatively large, and noise is generated due to a gear backlash or the like for driving transmission. End up.

そこで、このホールド時に相を励磁し続けずに、図1に示すように相の励磁状態/無励時状態を繰り返す。ここで、励磁時間/無励磁時間の比を一定、例えば1:1となるように制御を行えば、制御を複雑にせずに実現をすることが出来る。これにより図5に示すようにモータに流れる駆動電流6の実効値が減る。よってローター4の相への引き付け力は駆動電流に比例するため、ローター4の相への引き込み速度を抑えることが出来る。従って初期励磁相までの移動距離が長い場合でもホールド時のローター4の振動8を小さく抑えることが出来、振動8が小さいため振動の収束するまでの時間も短くなる。(図6)よって騒音の発生を抑え、速いモータの立ち上げを実現することが可能となる。   Therefore, the phase excitation state / non-excitation state is repeated as shown in FIG. Here, if the control is performed so that the ratio of the excitation time / non-excitation time is constant, for example, 1: 1, the control can be realized without complicating the control. As a result, the effective value of the drive current 6 flowing through the motor is reduced as shown in FIG. Therefore, since the attractive force to the phase of the rotor 4 is proportional to the drive current, the pulling speed to the phase of the rotor 4 can be suppressed. Therefore, even when the moving distance to the initial excitation phase is long, the vibration 8 of the rotor 4 at the time of holding can be suppressed small, and since the vibration 8 is small, the time until the vibration converges is shortened. (FIG. 6) Accordingly, it is possible to suppress the generation of noise and realize a fast motor start-up.

(第2の実施例)
モータ駆動用IC等のモータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い、各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータの起動を行う際、定常駆動を行いたい回転数が回転数の高いプルアウト領域にある場合スローアップ制御を行う。このときモータが無励磁状態で待機をしている場合、必ず最初にローター4の位置を確定させるための励磁を行わなくてはならない。このホールド制御を行わずにモータの駆動を開始してしまうと、ローター4の回転方向が定まらない等の不安定な回転となり、ローター4が駆動信号に追従することが出来ずに乱調を起こし脱調を引起してしまうことがある。
(Second embodiment)
When starting a stepping motor that drives by exciting each phase according to a drive signal output from a motor drive signal generation source such as a motor drive IC, a pull-out with a high rotational speed is required for steady-state driving. Slow-up control is performed when in the area. At this time, if the motor is waiting in a non-excited state, the excitation for determining the position of the rotor 4 must always be performed first. If driving of the motor is started without performing this hold control, the rotation direction of the rotor 4 becomes unstable and the rotor 4 cannot follow the drive signal, causing turbulence and escaping. May cause a tone.

上記のようにホールド制御はステッピングモータを駆動するうえで重要な制御となっている。しかし、ホールド時に発生するローター4の振動8は比較的大きなものとなり、駆動の伝達を行うためのギアのバックラッシュ等により騒音を発生してしまう。   As described above, the hold control is an important control for driving the stepping motor. However, the vibration 8 of the rotor 4 generated at the time of holding becomes relatively large, and noise is generated due to a gear backlash or the like for transmitting drive.

そこで、このホールド時に相を励磁し続けずに、相の励磁状態/無励時状態を繰り返す。ここで、図7に示すように励磁時間/無励磁時間の比を変化、例えば励磁時間を徐々に長くするように制御を行う。これによりモータに流れる駆動電流6の実効値が減り、ローター4の相への引き込み速度を抑えることが出来ると共に、励磁時間を徐々に長くしていくことで実効電流6が増えてくるため、ローター4をゆっくり引き込んだ後強い力で位置決めを行うことが出来る。従って初期励磁相までの移動距離が長い場合でもホールド時のローター4の振動8を小さく抑えることが出来、その後の振動8も早く収束させることが出来る。よって騒音の発生を抑え、速いモータの立ち上げを実現することが可能となる。   Therefore, the excitation state / non-excitation state of the phase is repeated without continuing to excite the phase during this hold. Here, as shown in FIG. 7, control is performed so that the ratio of excitation time / non-excitation time is changed, for example, the excitation time is gradually increased. As a result, the effective value of the drive current 6 flowing through the motor decreases, the pulling speed of the rotor 4 into the phase can be suppressed, and the effective current 6 increases by gradually increasing the excitation time. After slowly pulling 4 in, positioning can be performed with a strong force. Therefore, even when the moving distance to the initial excitation phase is long, the vibration 8 of the rotor 4 at the time of holding can be suppressed small, and the subsequent vibration 8 can be converged quickly. Therefore, it is possible to suppress the generation of noise and realize a fast motor start-up.

(第3の実施例)
モータ駆動用IC等のモータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い、各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータの起動を行う際、定常駆動を行いたい回転数が回転数の高いプルアウト領域にある場合スローアップ制御を行う。このときモータが無励磁状態で待機をしている場合、必ず最初にローター4の位置を確定させるための励磁を行わなくてはならない。このホールド制御を行わずにモータの駆動を開始してしまうと、ローター4の回転方向が定まらない等の不安定な回転となり、ローター4が駆動信号に追従することが出来ずに乱調を起こし脱調を引起してしまうことがある。
(Third embodiment)
When starting a stepping motor that excites and drives each phase according to a drive signal output from a motor drive signal generation source such as a motor drive IC, a pull-out with a high rotational speed is required for steady-state driving. Slow-up control is performed when in the area. At this time, if the motor is on standby in a non-excited state, the excitation for determining the position of the rotor 4 must always be performed first. If driving of the motor is started without performing this hold control, the rotation direction of the rotor 4 becomes unstable and the rotor 4 cannot follow the drive signal, causing turbulence and escaping. May cause a tone.

上記のようにホールド制御はステッピングモータを駆動するうえで重要な制御となっている。しかし、ホールド時に発生するローター4の振動8は比較的大きなものとなり、駆動の伝達を行うためのギアのバックラッシュ等により騒音を発生してしまう。   As described above, the hold control is an important control for driving the stepping motor. However, the vibration 8 of the rotor 4 generated at the time of holding becomes relatively large, and noise is generated due to a gear backlash or the like for transmitting drive.

そこで、このホールド時に相を励磁し続けずに、相の励磁状態/無励時状態を繰り返す。ここで、励磁時間/無励磁時間の比は一定もしくは変化させる。これによりモータに流れる駆動電流6の実効値は減少する。更にモータ駆動電流6の定電流設定値を定常回転時の駆動電流6よりも下げることで駆動電流6の実効値をより減らすことが出来る。よって、ローター4の相への引き込み速度を更に抑えることが出来る。従って初期励磁相までの移動距離が長い場合でもホールド時のローター4の振動8をより小さく抑えることが出来、振動8が小さくなるため振動8の収束するまでの時間も短くなる。よって騒音の発生を抑え、速いモータの立ち上げを実現することが可能となる。   Therefore, the excitation state / non-excitation state of the phase is repeated without continuing to excite the phase during this hold. Here, the ratio of excitation time / non-excitation time is fixed or changed. As a result, the effective value of the drive current 6 flowing through the motor decreases. Furthermore, the effective value of the drive current 6 can be further reduced by lowering the constant current set value of the motor drive current 6 below the drive current 6 during steady rotation. Therefore, the drawing speed to the phase of the rotor 4 can be further suppressed. Therefore, even when the moving distance to the initial excitation phase is long, the vibration 8 of the rotor 4 at the time of holding can be further reduced, and since the vibration 8 becomes small, the time until the vibration 8 converges is also shortened. Therefore, it is possible to suppress the generation of noise and realize a fast motor start-up.

本発明の第一の実施形態におけるホールド制御を示すシーケンス。The sequence which shows the hold control in 1st embodiment of this invention. 従来例におけるホールド制御を示すシーケンス。The sequence which shows the hold control in a prior art example. スローアップ時の時間とモータ回転数の関係図。The relationship between the time of slow-up and the motor speed. ホールド時のローターの挙動を示す模式図。The schematic diagram which shows the behavior of the rotor at the time of a hold | maintenance. ホールド時の駆動電流波形。Drive current waveform during hold. ホールド時の振動の振幅と収束時間の関係図。The relationship figure of the amplitude of vibration at the time of holding, and convergence time. 本発明の第二の実施形態におけるホールド制御を示すシーケンス。The sequence which shows the hold control in 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 A相シーケンス
2 B相シーケンス
3 スローアップ
4 ローター
5 ステーター
6 電流波形
7 ON/OFF信号
8 振動波形
1 A phase sequence 2 B phase sequence 3 Slow up 4 Rotor 5 Stator 6 Current waveform 7 ON / OFF signal 8 Vibration waveform

Claims (2)

モータ駆動信号発生源より出力をされた駆動信号に従い各相の励磁を行い駆動をするステッピングモータ駆動方法であって、モータが自起動可能な低速回転のプルイン領域の回転数から回転を開始し、徐々に回転数を上げ目標とする高速回転のプルアウト領域の回転数で回転を行うにあたり、磁状態と無励磁状態の繰り返しを一定期間行うことでステッピングモータのロータの位置を確定させる為のホールド制御行うステッピングモータ駆動方法において、
前記ホールド制御を行っている間に、励磁と無励磁の繰り返しにおける無励磁時間に対する励磁時間の割合を徐々に大きくすることを特徴とするステッピングモータ駆動方法
A stepping motor drive method that drives by exciting each phase in accordance with a drive signal output from a motor drive signal generation source, starting rotation from the rotation speed of a low-speed pull-in region in which the motor can self-start, Upon gradually the rotation at a rotational speed of pull-out region of the high-speed rotation to raise the rotational speed target, hold for finalizing the position of the rotor of the stepping motor by repeating the predetermined period of energized when a non-excited state In the stepping motor driving method for performing control ,
A stepping motor driving method characterized by gradually increasing the ratio of excitation time to non-excitation time in repetition of excitation and non-excitation while performing the hold control .
励磁状態と無励磁状態の繰り返しを行っている間、モータ駆動電流の定電流設定値を定常回転時の駆動電流と異なる値へと切換えることを特徴とする請求項に記載のステッピングモータ駆動方法。 2. The stepping motor drive method according to claim 1 , wherein the constant current set value of the motor drive current is switched to a value different from the drive current during steady rotation while the excitation state and the non-excitation state are repeated. .
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