JP4498518B2 - ステッピングモータの制御方法および制御装置並びにステッピングモータシステム - Google Patents
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- H02P8/12—Control or stabilisation of current
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータの制御方法および制御装置並びにステッピングモータシステムに関し、特に、負荷トルク検出並びに駆動電流の最適化決定方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、従来のサーボモータシステムは位置検出器を使用して、このモータを駆動するための最も有効な位置コマンドを提供でき、これにより動作効率を最大にできる。しかしながら、そのような装置を組み込むと、モータシステムのコストや構造の複雑性を著しく高めることになる上に、それを最も効果的に利用する困難性も増加してしまうこととなる。
【0003】
これに対し、ステッピングモータシステムは、本来、高い位置決め性能および他の有益な特性を提供できる。その理由は、位置検出装置を必要とせず、さらにそれらの特性は無論、付随的な不都合を避け得るからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステッピングモータを実際的に動作させるには、確実に同期が維持されるように、大きな駆動電流を印加する必要がある。このため、たとえ負荷が変動しても、供給する電流は、加速する間に通常使用する最大値に設定する必要がある。一般に、ステッピングモータを駆動するために使用する電流は、負荷が実際に要求する電流の少なくとも2倍である。相当な量のエネルギーが結果として(過度の熱として)浪費されることになり、このためそのようなステッピングモータシステムは電力消費の点で効率を比較的に悪くしてしまうという問題点がある。
【0005】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の主な目的は、新規なステッピングモータシステムおよびその動作を制御する新規な制御方法および制御装置を提供して、エネルギー利用効率が向上するようにステッピングモータに供給する駆動電流を最適化することにある。
【0006】
また、本発明のさらに特定した目的は、ステッピングモータに加わるトルク負荷を推定および利用して、このステッピングモータを駆動するために印加する電流を(一般的には、選択的に減少することによって)最適にできるシステム、装置、および方法を提供することにある。
【0007】
本発明の別の特定した目的は、ステッピングモータの動作が比較的軽快で、また構造上の複雑性およびコストが比較的に低くて済むシステム、装置、および方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
矩形波電圧によって駆動されるステッピングモータシステムにおける駆動状態の遷移の後に、隣接した直列に付勢された巻線間の開放ノードに現れる電圧は、最初は時間の関数として有意な方法で変化することが観測される。定常状態のノード電圧(すなわち、端子電位の中間の指定されたレベル)に達する上で、遅延が発生する。この遅延は、モータの巻線のインダクタンスから発生し、ステッピングモータに加わるトルク負荷に対してほぼ直線関係を持つ値を有している。この関係は、安定状態および定常状態のフェーズの間に発生するノード電圧値のプロフィールに反映される。これらのプロフィールには、誘導性の「フライバック」電流およびモータに加わるトルク負荷の影響を示す識別可能な部分(本願では「遷移電圧領域」と称する)が含まれる。これらの機能は、一層詳細に後述する。
【0009】
本発明のいくつかの前述した、またそれに関連した目的は、ステッピングモータの動作を制御する方法を提供することによって達成されることが判明した。このステッピングモータは、リング構成の中に配置され、かつ、矩形波電圧によって付勢される多数の直列接続された巻線を有している。この方法には、次のステップが含まれる。すなわち、少なくとも一対の直列接続された巻線間のノードにおける電圧を、モータが所定の速度で動作している間、駆動電流によって巻線対の次の付勢が発生する遷移電圧領域を検出するためにモニタ(監視)するステップと、少なくとも1つの遷移電圧領域の持続時間(すなわち、時間の関数としての幅)を測定するステップと、少なくとも1つの目標とする持続時間値を検出された遷移電圧領域に対して確立するステップと、少なくとも1つの遷移電圧領域の測定された持続時間を目標とする持続時間値と比較するステップと、検出された遷移電圧領域の測定された持続時間を目標とする持続時間値に少なくとも近づけるために、また好ましくはほぼそれに一致させるために、モータ電流の大きさを調整するステップと、が含まれる。
【0010】
モニタされたノード電圧は、通常、遷移プロフィールに従う。この遷移プロフィールは、一対の巻線が駆動電流によって付勢される状態の変化の直ぐ後に始まり、一対の巻線への付勢電流の供給が終わる状態の変化で終了する。そのようなプロフィールの各々は、初めのインダクタンス支配の領域、およびその直後のリアクタンス支配の領域から成り、それら2つの領域の1つは本願で採用する「遷移電圧領域」を構成する。
【0011】
目標とする持続時間値は、一般に、所定の速度で動作し、それぞれ最小と最大のトルク負荷のもとで制御されるモータに対して(または別の同等のモータに対して)あらかじめ決められた最小と最大の遷移電圧領域の中間にある。そのような最小、最大、および中間の目標とする持続時間値は、多数の駆動電流の大きさのそれぞれの値においてモータに対して確立して、これにより最小と最大の曲線および目標とする持続時間ラインを確立することが好ましい。この目標とする持続時間ラインに対して、遷移電圧領域の測定された持続時間が比較ステップにおいて比較される。
【0012】
測定された持続時間が目標ラインの上または下にある場合、駆動電流の大きさの値は、これにより増加または減少される。リアクタンス支配の領域が遷移電圧領域を構成する場合では、測定された持続時間が目標ラインと最大曲線との間にある場合は、この大きさは増加され、それが目標ラインと最小曲線との間にある場合は、この大きさは減少される。それぞれが異なる速度におけるモータの動作に対応している、多数のそのような目標ラインが、通常、確立される。それは一般に(また最も望ましいが)、ステッピングモータを動作させて、結果として発生する適切なステッピングモータシステムのパラメータを電子メモリに記憶させて、これにより比較するためにアクセスできる目標とする持続時間ラインのライブラリを作成することによって行われる。
【0013】
本発明の制御方法は、一般に、モータに加わるトルク負荷を推定するために、検出された遷移電圧領域の測定された持続時間を利用するステップ、および直接的または間接的にそれに基づいて、(当業者に周知または明白な電子データ処理技術を利用して)駆動電流の大きさの値を計算するステップをさらに含む。これにより、その後に測定された持続時間の値を目標ラインに近付けるまたは一致させることができる。
【0014】
本発明の別の目的は、説明した特性のモータの動作を制御する装置を提供することによって達成される。
【0015】
本発明の装置は、遷移電圧領域を検出するために、モータの少なくとも一対の直列接続された巻線間のノードにおける電圧をモニタリングする手段と、この検出された遷移電圧領域の持続時間を測定する手段と、この電圧領域の測定された持続時間をその目標とする持続時間値と比較する手段と、この測定された持続時間を目標とする持続時間値にほぼ一致させるために、駆動電流の大きさを効率的に調整する手段と、をそれぞれ備えている。さらなる本発明の目的は、説明した制御装置に加えて、リング構成内で直列接続された多数の巻線から構成するステータを有するステッピングモータと、矩形波電圧を、直列接続された対としてまたモータを駆動する整流順序で巻線に提供する手段と、を提供することによって達成される。この提供された電圧は、デューティサイクルを調整することによるなどで、モータ電流の大きさを制御できるように調整可能である。
【0016】
本発明の制御装置およびモータシステムは、標準的に、検出された遷移電圧領域の測定された持続時間と比較するために、説明した特性の少なくとも1つの目標とする持続時間値を電子的に記憶するメモリ手段を備えている。たいていの場合、このメモリは、電流の大きさの値およびモータの動作速度の範囲を示す多数の目標ラインを記憶する。また、説明した方法のステップを実行するために適合した別の機能も、同様に組み込むことができることは無論である。この「比較する手段」は、標準的に、駆動電流の大きさの値を適切に増減するようにプログラムされた、電子データ処理手段を備えている。この駆動電流の大きさの値は、記憶された目標とする持続時間ラインに対する遷移電圧領域の測定された持続時間の位置に依存している。このデータ処理手段は、一般に、モータに加わるトルク負荷を推定するために検出された遷移電圧領域の測定された持続時間を利用するステップ、およびそれに基づいて駆動電流の大きさに対する最適な値を計算するステップのさらなるステップを実行するようにプログラムされる。
【0017】
【発明の実施の形態】
始めに、図1を参照する。この図1には、本発明を採用すると共に、全体的に参照番号10で示したステッピングモータを備えた5相のステッピングモータのシステムが示されている。このステッピングモータ10は、直列接続されかつ五角形の構成(リング構成の1種であるペンタゴン結線)に配置された5つの巻線L1〜L5を有している。互いに隣接する各一対の巻線L1〜L5の間にはノードN1〜N5があり、各ノードN1〜N5は端子T1〜T5にそれぞれ接続されている。一組のMOS−FETスイッチ(この図には示していない)は、全体的に参照番号12で示したスイッチコンポーネントから成り、モータ巻線の端子に接続されたライン14を通る電流の流れを制御するように機能する。パルス振幅変調(PAM)ユニット16は、スイッチコンポーネント12を経由し、レール18を通ってステッピングモータに電流を供給する。
【0018】
タップライン20は、集積回路のプログラマブル論理素子(PLD)22をそれぞれの駆動電流ライン14に動作的に接続する。このPLD22は、各ノードN1〜N5で検出された遷移電圧領域の持続時間を測定し、代表的な信号をライン26およびアナログ/ディジタル(A/D)変換器28を通り中央演算処理ユニット(CPU)24へ送る。このCPUは、当業者には明白な適切なROM容量および必要な機能を備えている。
【0019】
「新しい」PWM信号が、CPU(中央処理装置)24で計算されて、ライン30を通ってORゲート32へ送られる。この「新しい」信号の計算は、検出された遷移電圧領域の測定された持続時間をCPU24のメモリに記憶されている確立された最適の持続時間値と比較することによって行われる。これにより、ステッピングモータ10に加わるトルク負荷が表示され、この表示から適切な駆動電流の要求量を決定できる。現在の電流の設定値を示している信号がスイッチコンポーネント12から出力されてライン38において受信されると、比較器36が動作され、「元の」PWM信号が、同時に、比較器36からライン34を通ってORゲート32に送られる。かくして、比較器36は、相電流を制限するように動作する。モータ駆動電流の大きさを制御する合成PWM信号は、ライン40を通ってPAMユニット16に送られる。
【0020】
図2および図3は、下記の表1のシーケンス表に記載された「4相オン」の励起パターンに従って、2つの各連続した状態でモータ10を付勢するコンポーネント12のMOS−FETスイッチ(SW1〜SW10)の状態を示している。なお、この表1では、「on」(オン)表示のない部分は、スイッチが「0ff」(オフ)であることを示している。
【0021】
【表1】
【0022】
これらの回路は、フライバックダイオードクランプD1〜D10も備えている。各々のノードN1〜N5で電圧値の同様なプロフィールが観測されるので、以後においては説明を簡単にかつ明白にするために、ノードN1〜N5のうちの1つのみ(すなわち、ノードN2)における電位を特に説明する。このことは、図4から理解できる。この図4では、電圧が上記表1において列挙されたステッピングモータの励起状態の設定と相互に関係付けられている。
【0023】
図2に示したMOS−FETスイッチの設定では(状態#1)、レール18を通って送られ、グラウンド(GND)に流れる電流のフローが、実績表示で示されている。印加された電位の値をVout で示す。状態#2のスイッチ構成を、レール18から接続された巻線を通ってGNDへ向かう電流の流れとして、図3に示す。状態#1から状態#2への遷移中に発生した誘導フライバック電流を、図3における点線の流路で示す。
【0024】
図5により一層特定して示すように、ノードN2における電圧の値は、モータが状態#1の付勢にある場合は、Vout である。状態#2の付勢に遷移する瞬間に、ダイオードD7を通過する順方向バイアス電流(GND以下の値)に達するまで、ノードN2の電位は減少する。このダイオードD7は、導通してノードN2の電圧を維持する。巻線L3が全電位(Vout −GND)で充電を開始して、巻線L2を通る新しい電流経路を確立すると、L2およびL3を通る電流が同じレベルに達するまで、ノードN2の電圧は上昇を開始する。この後、印加された全電位差の半分の値(Vout −GND)/2を有する定常状態が、ノードN2で検出される。ノードN2を直接GNDに接続するようにスイッチSW7が閉じられて、状態#4への遷移が行われるまで、その状態が維持される。
【0025】
直列接続された一対の巻線の間の開放ノードにおいて検出された電圧は、これらの巻線対が矩形波電圧によって付勢される状態の変化の直後に始まり、これらの巻線対への付勢電流が終わる状態の変化で終了するような遷移プロフィールに従うことが分かる。このプロフィールは2つの領域を持つように観測される、すなわち、図5で「A」で示した、初期のインダクタンス支配の領域、およびその直後の、「B」で示した、リアクタンス支配の領域である。領域AおよびBのそれぞれの持続時間(幅)は、アクセスされたノードにおける電圧に影響するフライバック電流によって決められる。すなわち、遷移時間(例えば、状態#1から状態#4へ)は、所定の速度に対しては固定されたままであるため、これらの領域は逆比例する、すなわち互いに補足的な関係を持つ。すなわち、領域Aの持続時間が短ければそれだけ、領域Bの持続時間は長くなり、その逆の場合もある。
【0026】
本発明によれば、領域AおよびBの幅は、ステッピングモータへのトルク負荷を示していることは理解されよう。いずれの領域も負荷を推定するベースと考えることができるが、領域Bは任意に選択され、このため、後述する「検出された遷移電圧領域」を構成する。勿論、同様の原則は、たとえいくつかの値や関係が逆になっても、自明であるが、領域Aを使用する場合にも当てはまる。
【0027】
図6(a),(b)において、検出された遷移電圧領域Bの幅に対するトルク負荷の大きさの影響が示されている。図6(a)は、説明した実施形態のようなモータが発生した、検出されたノード電圧のプロフィールの部分を示す。このモータは、相当たり1.4アンペアの定格電流で、分当たり1000回転の速度で動作しており、トルク負荷は印加されていない。図6(b)のプロフィールは、モータは同じ速度で回転しているが、最大許容トルク負荷(すなわち、同期が失われる直ぐ下の負荷)が加えられている場合の、ノード電圧のプロフィールの同じ部分を示している。無負荷状態の領域Bの幅の持続時間は、約260マイクロセカンドを示すが、最大負荷の状態では、この領域の幅の持続時間は約340マイクロセカンドを示す。領域Bの幅の差(また逆に、先行する領域Aにおける差)は、モータに比較的小さい負荷が加わる場合(結果として、比較的狭いリアクタンス支配の領域Bを発生する)、比較的高いピーク値を有する誘導フライバック電流が発生するため、また、ステッピングモータに比較的大きなトルク負荷が加わる場合、比較的低いピークのフライバック電流値(またこのため、比較的広い領域Bが生じる)が発生するためである。これらの関係を図7に示す。
【0028】
発生したフライバック電流のピークの大きさは付勢されたトルク巻線のインダクタンスに依存すること、このインダクタンスはロータの角度位置によって影響されること、およびステッピングモータのシャフトに加わるトルク負荷は、ロータが実際に指示された角度だけずらされる程度に決定されるであろうことは、説明によって理解されよう。従って、モータに加わる負荷トルクが大きければ大きいほど、フライバック電流のピークの大きさは小さくなり、このため遷移電圧領域のインダクタンス支配領域は狭くなる(そして、リアクタンス支配領域は広くなる)。
【0029】
図8は、モータに印加されるトルク負荷が、検出されたノード電圧の持続時間(時間幅)に対してプロットされているグラフである。図8から分かるように、この関係はほぼ直線である。
【0030】
図9に示す無負荷(長方形のポイント)ラインおよび最大負荷(三角形のポイント)ラインは、ノードで検出された遷移電圧領域上の(この場合、印加された電圧のデューティサイクルによって制御された)供給電流の大きさの効果を示している。図9から分かるように、この領域の持続時間(電圧の時間幅)は、デューティサイクルに対して、またこのため供給電流の大きさに対して、逆比例で減少する。
【0031】
図9には目標ラインも含まれている。その位置はいくらか不定であるが、この目標ラインはあらゆる場合において、無負荷曲線と最大負荷曲線との間に位置する必要があり、またそれらのほぼ中間にあることが好ましい。目標ラインが無負荷曲線に近づき過ぎている場合には、電流の大きさの調整が頻繁に行われ過ぎて、ステッピングモータの動作は不安定になりがちである。他方、目標ラインが最大負荷曲線に接近し過ぎている場合には、エラーに対して同じ程度の小さいマージンしか与えられないことになり、結果として同期が失われることによるオーバシューティングの不適当な危険が生ずる可能性がある。
【0032】
図10は、本発明が提供する効率を達成するために、供給電流の大きさにおいて実行すべき変化を発生させる基本原理を示す。モータへのトルク負荷が比較的大きい場合、(前述した実施形態における)供給電圧のデューティサイクルが増加されて、これにより電流の大きさを増加させ、また測定された遷移電圧領域の幅を減少させて、目標ラインで示した値に向かってトルク負荷をシフトさせ、また理想的には一致させる。逆に言うと、決定されたトルク負荷が比較的小さい場合には、デューティサイクルが減少されて、電圧の持続時間を再度目標ラインに接近させる。例えば、電流の大きさと遷移領域の持続時間との間の関係は、電圧プロフィールの領域Aが領域Bの代わりにトルク負荷を推定する場合に使用される場合、逆比例することは理解されよう。
【0033】
最後に、図11のタイミング図は、ステッピングモータに最適な電流を供給するために合成PWM信号を確定できる論理を説明している。前述したように、この合成PWM信号は、「元の」(古い)PWM信号と「新しい」PWM信号とを使用して、ORゲートの出力部から発生する。これらの信号は同じ周波数であり、同期したダウンエッジのタイミングを有する。「元の」PWM信号はドライバ回路に対する最大電流を示し、一方、「新しい」PWM信号は、本発明の負荷トルク感知技術を用いるコントローラによって決定される。ORゲートは、常にハイ論理レベル信号を取るので(一方が存在すれば、すなわち、ハイのオフ信号がローのオン信号に対して制御されていれば)、この場合のシステムの負荷トルク感知機能は、合成PWM信号におけるデューティサイクルを減少させる。このデューティサイクルは、PAM回路16の動作を制御して、モータに最適な電流を供給する。
【0034】
当業者は理解するように、本発明の方法、装置、およびシステムの中で、本願で説明し、定義された新規な考えからもとることなく、各種の変更を行うことができる。例えば、三角形、方形、また他のリング形状の巻線構成を有するステッピングモータを使用できる。実際に、本発明の電流制御およびトルク推定技術は、本願で説明した特徴付けられた遷移電圧領域を得ることができるいかなるモータシステムにも適用できると考えられる。さらに、パルス幅変調したデューティサイクルの調整を電流の大きさを最適に制御する手段として説明してきたが、例えば比較器を使用するアナログ電流のフィードバックによるなどの、そうするための他の技術も勿論採用できる。
【0035】
従って、本発明は、新規なステッピングモータシステム、および、その動作を制御するための、エネルギー使用効率を改良するようにステッピングモータに供給された駆動電流を最適にできる新規な方法と装置を提供することが分かる。本発明によれば、トルク負荷を推定しかつ使用して、駆動モータに印加された電流を最適にすることができ、また本発明は、ステピングモータの動作が比較的軽快で、構造の複雑性およびコストが比較的低いシステム、装置、および方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を使用する5相のステッピングモータシステムの概略図である。
【図2】図1のようなシステムで好適なMOS−FETスイッチとモータの巻線との配置を示す配線図である。
【図3】図2の駆動状態から連続する駆動状態を示す図2と同様の配線図である。
【図4】各々10の駆動状態遷移の2サイクル分の、図3の方式による、動作している図示したステッピングモータの各5つのノードで検出された電圧のプロフィールを示す図である。
【図5】4つの連続した遷移状態の間の、前述したモータシステムのノードの1つに現れる、電圧プロフィール「X」の部分と、影響された巻線で発生した誘導「フライバック」電流において同時に発生する変動の対応するプロフィール「Y」と、を示す図である。
【図6】図6(a),(b)は、一定の速度で動作しており、2つの異なるトルク負荷が加えられているステッピングモータで発生する遷移電圧プロフィールを拡大して示す時間スケールのグラフである。
【図7】フライバック電流およびノード電圧プロフィール上で3つの異なるトルク負荷の効果を示す、図5と同様の図である。
【図8】測定された遷移電圧領域の持続時間とモータのトルク負荷との間に存在するほぼ直線関係を示すプロット図である。
【図9】無負荷状態および最大負荷状態のもとで、遷移電圧領域の持続時間上の供給電流のデューティサイクルの効果、および、間に挟まれた最適な持続時間の目標ラインを示すグラフである。
【図10】検出された遷移電圧領域の持続時間を目標値に一致させるために適用される一般的な基準を示す図である。
【図11】本発明の技術に基づく、ステッピングモータへの電流を制御するパルス幅変調(PWM)信号の波形を示すタイミング図である。
【符号の説明】
10 ステッピングモータ
12 スイッチコンポーネント
16 パルス振幅変調(PAM)ユニット
22 プログラマブル論理素子(PLD)
24 CPU
28 アナログ/ディジタル(A/D)変換器
32 ORゲート
36 比較器
Claims (27)
- リング構成に配置された、多数の直列接続された巻線を有すると共に、矩形波電圧によって駆動されるステッピングモータの動作を制御する方法であって、
(a) 少なくとも一対の直列接続された巻線間のノードにおける電圧を、前記ステッピングモータが所定の速度で動作している間に、駆動電流による前記一対の巻線の次の付勢が発生する遷移電圧領域を検出するためにモニタするステップと、
(b) 前記検出された遷移電圧領域の持続時間を測定するステップと、
(c) 前記検出された遷移電圧領域に対する少なくとも1つの目標とする持続時間値を確定するステップと、
(d) 少なくとも1つの前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間を前記目標とする持続時間値と比較するステップと、
(e) 前記測定された持続時間を前記目標とする持続時間値にほぼ一致させるために、駆動電流の大きさを調整するステップと、
をそれぞれ有することを特徴とするステッピングモータの制御方法。 - 前記モニタされたノード電圧が、前記一対の巻線が前記駆動電流によって付勢される状態の変化の直後に始まり、前記一対の巻線への前記付勢電流の供給が終わる状態の変化で終了するプロフィールに従い、それぞれの前記プロフィールが初めのインダクタンス支配の領域、およびその直後のリアクタンス支配の領域から成り、前記電圧プロフィールの前記インダクタンス支配の領域および前記リアクタンス支配の領域の1つがそれぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータの制御方法。
- 前記電圧プロフィールの前記リアクタンス支配の領域が、それぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項2に記載のステッピングモータの制御方法。
- 前記目標とする持続時間値が、前記所定の速度で動作しており、それぞれ最小および最大の負荷トルクが加わるような前記ステッピングモータに対してあらかじめ決められた最小および最大の遷移電圧領域の持続時間の中間にあることを特徴とする請求項3に記載のステッピングモータの制御方法。
- 中間の目標とする持続時間値が、前記所定の速度で動作すると共に最小および最大の負荷トルクが加わる前記ステッピングモータに対して、前記駆動電流の大きさの多数の値の各々において確立され、これにより、前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間が、前記比較するステップにおいて比較される目標持続時間ラインを確立することを特徴とする請求項4に記載のステッピングモータの制御方法。
- 前記測定された持続時間が前記目標とする持続時間ラインの上または下にある場合、前記駆動電流の大きさがそれぞれ増加または減少されることを特徴とする請求項5に記載のステッピングモータの制御方法。
- 前記ステッピングモータに加わるトルク負荷を推定するために、前記検出された遷移電圧領域の前記測定された持続時間を使用するステップと、前記推定された負荷に基づいて、前記測定された持続時間値を前記目標とする持続時間ラインにほぼ近付けるために、前記駆動電流の大きさの値を計算するステップと、をさらに有することを特徴とする請求項6に記載のステッピングモータの制御方法。
- 多数の前記目標とする持続時間ラインが確定されて、前記目標とする持続時間ラインの1つが、多数の異なる速度の各々で動作するような前記ステッピングモータに対して確立されることを特徴とする請求項5に記載のステッピングモータの制御方法。
- 前記目標とする持続時間ラインが、動作している前記ステッピングモータによって確立されて、かつ、前記目標とする持続時間ラインのライブラリが、前記ステッピングモータの動作パラメータおよび対応する前記検出された遷移電圧領域のデータを電子メモリ手段の中に記憶することによって作成されると共に、前記目標とする持続時間ラインの前記ライブラリが、前記比較ステップにおいて前記測定された持続時間と比較するためにアクセス可能であることを特徴とする請求項8に記載のステッピングモータの制御方法。
- リング構成に配置された、多数の直列接続された巻線を有すると共に、矩形波電圧によって駆動されるステッピングモータの動作を制御する装置であって、
(a) 遷移電圧領域を検出するために、前記ステッピングモータの少なくとも一対の直列接続された巻線間のノードにおける電圧をモニタする手段と、
(b) 前記検出された遷移電圧領域の持続時間を測定する手段と、
(c) 前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間をその目標とする持続時間値と比較する手段と、
(d) 前記測定された持続時間を前記目標とする持続時間値にほぼ一致させるために、前記ステッピングモータを駆動する駆動電流の大きさを有効に調整する手段と、
をそれぞれ具備することを特徴とするステッピングモータの制御装置。 - 前記モニタされたノード電圧が、前記一対の巻線が前記駆動電流によって付勢される状態の変化の直後に始まり、前記一対の巻線への前記付勢電流の供給が終わる状態の変化で終了するプロフィールに従い、それぞれの前記プロフィールが始めのインダクタンス支配の領域、およびその直後のリアクタンス支配の領域から成り、前記電圧プロフィールの前記インダクタンス支配の領域および前記リアクタンス支配の領域の1つがそれぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項10に記載のステッピングモータの制御装置。
- 前記電圧プロフィールの前記リアクタンス支配の領域が、それぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項11に記載のステッピングモータの制御装置。
- 少なくとも1つの目標とする持続時間値を、前記検出された遷移電圧領域の前記測定された持続時間と比較するために、電子的に記憶するメモリ手段をさらに具備することを特徴とする請求項10に記載のステッピングモータの制御装置。
- 前記メモリ手段が、前記所定の速度で動作すると共にそれぞれ最小および最大の負荷トルクが加わるような前記ステッピングモータに対して、予め設定された最小および最大の遷移電圧領域の持続時間の中間にある少なくとも1つの前記目標とする持続時間値を含むことを特徴とする請求項13に記載のステッピングモータの制御装置。
- それぞれの多数の値の前記駆動電流の大きさにおいて、前記所定の速度で動作すると共に最小および最大のトルク負荷が加わるような前記ステッピングモータに対して、中間の目標とする持続時間値が前記メモリ手段に記憶され、前記記憶された目標とする持続時間値が、前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間を比較するために前記手段が比較することができる記憶された目標とする持続時間ラインを構成することを特徴とする請求項14に記載のステッピングモータの制御装置。
- 比較するための前記手段が電子データ処理手段を備えており、前記データ処理手段は、前記測定された持続時間がそれぞれ前記記憶された目標とする持続時間ラインの上または下にある場合、前記駆動電流の大きさの中で増加または減少を実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項15に記載のステッピングモータの制御装置。
- 前記データ処理手段が、前記ステッピングモータに加わるトルク負荷を推定するために、前記検出された遷移電圧領域の前記測定された持続時間を使用するステップと、前記推定された負荷に基づいて、前記測定された持続時間値を前記目標とする持続時間ラインにほぼ一致させるために、前記駆動電流の大きさの値を計算するステップと、をさらに実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項16に記載のステッピングモータの制御装置。
- 多数の前記目標とする持続時間ラインが前記メモリ手段の中に記憶されて、前記目標とする持続時間ラインの1つが多数の異なる速度の各々で動作する前記ステッピングモータに対して確立されることを特徴とする請求項15に記載のステッピングモータの制御装置。
- (a) リング構成で直列接続された多数の巻線から成るステータを有するステッピングモータと、
(b) 前記巻線を直列接続された対として付勢するために、前記ステッピングモータを駆動するための切換順序で、調整可能な矩形波電圧を提供する手段と、
(c) 前記ステッピングモータの動作を制御する制御装置と、
をそれぞれ具備し、
前記制御装置が、
(d) 遷移電圧領域を検出するために、前記ステッピングモータの前記直列接続された巻線の少なくとも1つの対の間のノードにおける電圧をモニタする手段と、
(e) 前記検出された遷移電圧領域の持続時間を測定する手段と、
(f) 前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間をその目標とする持続時間値と比較する手段と、
(g) 前記提供する手段によって提供された前記矩形波電圧を効率よく調整して、これにより、前記測定された持続時間を前記目標とする持続時間値にほぼ一致させるために必要に応じて前記ステッピングモータを駆動する電流の大きさを調整する手段と、
をそれぞれ具備していることを特徴とするステッピングモータシステム。 - 前記モニタされたノード電圧が、前記一対の巻線が前記駆動電流によって付勢される状態の変化の直後に始まり、前記一対の巻線への前記付勢電流の供給が終わる状態の変化で終了するプロフィールに従い、それぞれの前記プロフィールが初めのインダクタンス支配の領域、およびその直後のリアクタンス支配の領域から成り、前記電圧プロフィールの前記インダクタンス支配の領域および前記リアクタンス支配の領域の1つがそれぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項19に記載のステッピングモータシステム。
- 前記電圧プロフィールの前記リアクタンス支配の領域がそれぞれの前記検出された遷移電圧領域を構成することを特徴とする請求項20に記載のステッピングモータシステム。
- 少なくとも1つの目標とする持続時間値を、前記検出された遷移電圧領域の前記測定された持続時間と比較するために、電子的に記憶するメモリ手段をさらに具備することを特徴とする請求項19に記載のステッピングモータシステム。
- 前記メモリ手段が、前記所定の速度で動作すると共にそれぞれ最小および最大の負荷トルクが加わるような前記ステッピングモータに対して、予め設定された最小および最大の遷移電圧領域の持続時間の中間にある少なくとも1つの前記目標とする持続時間値を含むことを特徴とする請求項22に記載のステッピングモータシステム。
- それぞれの多数の値の前記駆動電流の大きさにおいて、前記所定の速度で動作すると共に最小および最大のトルク負荷が加わるような前記ステッピングモータに対して、中間の目標とする持続時間値が前記メモリ手段に記憶され、前記記憶された目標とする持続時間値が、前記遷移電圧領域の前記測定された持続時間を比較するために前記手段が比較することができる記憶された目標とする持続時間ラインを構成することを特徴とする請求項23に記載のステッピングモータシステム。
- 比較するための前記手段が電子データ処理手段を備えており、前記データ処理手段は、前記測定された持続時間がそれぞれ前記記憶された目標とする持続時間ラインの上または下にある場合、前記駆動電流の大きさの中で増加または減少を実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項24に記載のステッピングモータシステム。
- 前記データ処理手段が、前記ステッピングモータに加わるトルク負荷を推定するために、前記検出された遷移電圧領域の前記測定された持続時間を使用するステップと、前記推定された負荷に基づいて、前記測定された持続時間値を前記目標とする持続時間ラインにほぼ一致させるために、前記駆動電流の大きさの値を計算するステップと、をさらに実行するようにプログラムされていることを特徴とする請求項25に記載のステッピングモータシステム。
- 多数の前記目標とする持続時間ラインが前記メモリ手段の中に記憶されて、前記目標とする持続時間ラインの1つが多数の異なる速度の各々で動作する前記ステッピングモータに対して確立されることを特徴とする請求項24に記載のステッピングモータシステム。
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