JP5327667B2 - Stepping motor driving apparatus and stepping motor driving method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stepping motor drive device in which smoothness of the rotation from a low rotation zone to a high rotation zone by a micro-step drive is ensured, and an increase in power consumption, heat generation and radiation noise is reduced when it is caused because both a high-side drive element and a low-side drive element for switching excitation against excitation coils are put into a conductive state simultaneously for a moment. <P>SOLUTION: Four-phase excitation is achieved by synthesizing two-phase excitation obtained by connecting all terminals of the excitation coils of a stepping motor to either a positive electrode or a negative electrode. Furthermore, the dead time for putting both the drive elements into a cut-off state for a moment is inserted into a control command of the high-side drive element and the low-side drive element, which controls electric power supplied to the excitation coils. The length of this dead time is determined according to a voltage value applied to the excitation coils or the number of rotations of a motor rotor. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、スター結線、環状結線等の複数の励磁コイルを有するステッピングモータを駆動するための駆動装置であって、回動指令パルスに応じて励磁コイルに対する励磁を変更するステッピングモータ用駆動装置と、その駆動方法に関する。   The present invention is a drive device for driving a stepping motor having a plurality of excitation coils such as star connection, annular connection, etc., and a stepping motor drive device that changes excitation to the excitation coil in response to a rotation command pulse. And a driving method thereof.

一般に、N相ステッピングモータのモータ回転子を駆動する場合には、外部からステッピングモータの駆動装置に回動指令パルスを入力し、駆動装置がその入力した回動指令パルスを計数し、その計数値に応じてN相ステッピングモータの励磁コイルに対する励磁を切り替えることにより、回動指令パルスの総数に比例した角度だけモータ回転子を回転させる制御を行っている。   Generally, when driving a motor rotor of an N-phase stepping motor, a rotation command pulse is input from the outside to the stepping motor drive device, and the drive device counts the input rotation command pulse, and the count value Accordingly, the motor rotor is rotated by an angle proportional to the total number of rotation command pulses by switching the excitation to the excitation coil of the N-phase stepping motor according to the above.

この、N相ステッピングモータのモータ回転子の位置決め分解能を細かくする際には、N相ステッピングモータの機械的構造から決定される機械角を半分に分割するハーフステップ駆動や、更に細かい角度に分割して位置決めするマイクロステップ駆動が行われている。   When refining the positioning resolution of the motor rotor of the N-phase stepping motor, the mechanical angle determined from the mechanical structure of the N-phase stepping motor is divided into half steps or divided into finer angles. Micro-step driving for positioning is performed.

例えば、特許第3223216号公報(以下、特許文献1と呼ぶ。)に記載されているステッピングモータの駆動方式では、低回転域においては4相励磁時のPWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)のデューティを変化させることで各相の励磁電流を段階的に調節して、マイクロステップ駆動(特許文献1では、微小角駆動と記載されている。)を行っている。そして、回動指令パルスの周波数がPWM周波数よりも短くなる高回転域においては、PWMを用いない4相励磁によるフルステップ駆動の制御に切り替えている。   For example, in the stepping motor drive system described in Japanese Patent No. 3232216 (hereinafter referred to as Patent Document 1), PWM (Pulse Width Modulation) at the time of four-phase excitation is performed in a low rotation range. By changing the duty, the excitation current of each phase is adjusted stepwise to perform microstep drive (described in Patent Document 1 as minute angle drive). Then, in the high rotation range where the frequency of the rotation command pulse is shorter than the PWM frequency, the control is switched to the full step drive control by the four-phase excitation without using the PWM.

ところが、特許文献1にも記載されているように、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動との境界部分において、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えると、励磁パターンが急激に変化することに起因する振動(モータ回転子の回転数が変動すること。)が発生する。   However, as described in Patent Document 1, when switching from micro-step driving to full-step driving at the boundary between micro-step driving and full-step driving, vibration caused by a sudden change in the excitation pattern (The rotational speed of the motor rotor fluctuates.) Occurs.

この境界部分の回転数で発生する振動が、ステッピングモータの制御対象であるキャリッジの固有振動数と共振すると、その振幅が増大し、ワークの搬送等に支承をきたしたり、騒音が発生するなどの原因となる。そこで、特許文献1では、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動の切り替えを、回転数に応じて徐々に行うようにしている。これにより、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動との境界部分において、より滑らかな回転を得ることができるとしている。   When the vibration generated at the rotational speed of this boundary part resonates with the natural frequency of the carriage controlled by the stepping motor, the amplitude increases, causing support for workpiece transfer, noise generation, etc. Cause. Therefore, in Patent Document 1, switching between micro-step driving and full-step driving is gradually performed according to the number of rotations. As a result, smoother rotation can be obtained at the boundary between microstep driving and full step driving.

ここで、特許文献1に記載されている発明と、後段にて説明する本願発明との相違点を明確にするために、特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式について、図を引用して概略説明することにする。   Here, in order to clarify the difference between the invention described in Patent Document 1 and the present invention described later, a figure is cited for the driving method of the stepping motor described in Patent Document 1. The outline will be described.

先ず、特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式を実現するための駆動回路について図27を用いて説明する。特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式は、5相ステッピングモータ用の駆動方式である。特許文献1には、当該5相ステッピングモータ用の駆動回路が記載されていないので、特許第2821696号公報(以下、特許文献2と呼ぶ。)の第2図を図27として引用して説明することにする。   First, a drive circuit for realizing the drive system of the stepping motor described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. The driving method of the stepping motor described in Patent Document 1 is a driving method for a five-phase stepping motor. Since Patent Document 1 does not describe a drive circuit for the 5-phase stepping motor, FIG. 2 of Japanese Patent No. 2821696 (hereinafter referred to as Patent Document 2) will be described with reference to FIG. I will decide.

先ず、特許文献1に記載されている5相ステッピングモータの駆動方式のうち、高回転域において用いられている4相励磁によるフルステップ駆動時の励磁パターンについて説明する。   First, an excitation pattern at the time of full-step driving by four-phase excitation used in a high rotation range among driving methods of a five-phase stepping motor described in Patent Document 1 will be described.

図27に示す駆動回路を用いて4相励磁によるフルステップ駆動を行う場合には、例えば以下のように励磁コイルの各端子に電圧を印加して励磁を行っている。先ず、端子Aと接続されているハイサイド(特許文献1では上アームと記載されている。)駆動素子Q1のFETをオンにし、ローサイド(特許文献1では下アームと記載されている。)駆動素子Q2のFETをオフにする。このようにして端子Aに+V(V)の正極の電圧を印加する。同時に、ローサイド駆動素子Q6をオンにし、ハイサイド駆動素子Q5をオフにして端子Cに0(V)の負極に接続する。同様に、ローサイド駆動素子Q8をオンにし、ハイサイド駆動素子Q7をオフにして端子を0(V)の負極に接続する。 In the case of performing full-step drive by four-phase excitation using the drive circuit shown in FIG. 27, excitation is performed by applying a voltage to each terminal of the excitation coil as follows, for example. First, the FET of the high side (described in Patent Document 1 as the upper arm) connected to the terminal A is turned on, and the low side (described as the lower arm in Patent Document 1) is driven. The FET of the element Q2 is turned off. In this way, a positive voltage of + V (V) is applied to the terminal A. At the same time, the low-side drive element Q6 is turned on, the high-side drive element Q5 is turned off, and the terminal C is connected to the negative electrode of 0 (V). Similarly, the low-side drive element Q8 is turned on, the high-side drive element Q7 is turned off, and the terminal D is connected to the negative electrode of 0 (V).

このように、3つの端子を電源に接続することで、端子AからAφ、Bφを経由して端子Cに電流を流すとともに、端子AからEφ、Dφを経由して端子に電流が流れて、Aφ、Bφ、Eφ、Dφの4相が励磁される。この励磁状態をステップ0*Nの基本ステップ位置と呼ぶことにする。 In this way, by connecting the three terminals to the power source, current flows from the terminal A via the Aφ and Bφ to the terminal C, and current flows from the terminal A via the Eφ and Dφ to the terminal D. , Aφ, Bφ, Eφ, and Dφ are excited. This excitation state will be referred to as the basic step position of step 0 * N.

図28に、ステップ0*N〜9*N間における各端子に対するフルステップ駆動時の駆動パターンを示す。図28は、特許文献1の図3に示される図である。図28に示すように、いずれのステップ角においても3つの端子に正極又は負極の電圧を印加しているので、常時4相励磁を行っていることになる。   FIG. 28 shows a driving pattern at the time of full step driving for each terminal between steps 0 * N to 9 * N. FIG. 28 is a diagram shown in FIG. As shown in FIG. 28, since the positive or negative voltage is applied to the three terminals at any step angle, four-phase excitation is always performed.

図28に示すように、各励磁コイルに対する励磁を切り替えることで、ステッピングモータの電気角360°(歯数50Tの5相ハイブリッドステッピングモータの場合、電気角360°=機械角7.2°に相当する。)をステップ0*N〜9*Nまで10分割することができる。   As shown in FIG. 28, by switching the excitation for each excitation coil, the electrical angle of the stepping motor is 360 ° (in the case of a 5-phase hybrid stepping motor with 50T teeth, the electrical angle is equivalent to 360 ° = mechanical angle is 7.2 °). Can be divided into 10 steps from step 0 * N to 9 * N.

なお、例えばフルステップ駆動時においてステップ0*Nの励磁を行っている際には、端子B及び端子Eに対しては電圧を印加しておらず、常に電圧が制御されていないハイインピーダンス状態となっている。すなわち、図27に示すハイサイド駆動素子Q3及びローサイド駆動素子Q4、並びにハイサイド駆動素子Q9及びローサイド駆動素子Q10は、全てオフとなっている。   For example, when the excitation of step 0 * N is performed at the time of full step driving, no voltage is applied to the terminal B and the terminal E, and the high impedance state in which the voltage is not always controlled. It has become. That is, the high side drive element Q3 and the low side drive element Q4, and the high side drive element Q9 and the low side drive element Q10 shown in FIG. 27 are all off.

次に、特許文献1に記載されている5相ステッピングモータの駆動方式のうち、低回転域において用いられる4相励磁によるマイクロステップ駆動時の励磁パターンについて説明する。   Next, an excitation pattern at the time of microstep driving by four-phase excitation used in a low rotation range among driving methods of the five-phase stepping motor described in Patent Document 1 will be described.

例えば、ステップ0*Nとステップ1*Nの間のE0の区間においてマイクロステップ駆動を行う場合には、図29に示すように、端子Bを介して印加する電圧を電気角に応じて増加させるとともに、端子Cを介して印加していた電圧を電気角に応じて減少させる。電流の増減は、PWMのデューティを変更することによって行っている。なお、この図29は、特許文献1の図2に示される図である。   For example, when microstep driving is performed in the section E0 between step 0 * N and step 1 * N, as shown in FIG. 29, the voltage applied via the terminal B is increased according to the electrical angle. At the same time, the voltage applied via the terminal C is reduced according to the electrical angle. The current is increased or decreased by changing the PWM duty. Note that FIG. 29 is a diagram shown in FIG.

マイクロステップ駆動時においてステップ0*Nの励磁を行う場合には、フルステップ駆動時においては常にハイインピーダンス状態としていた端子B及び端子Eに対して、+V(V)及び0(V)の電圧を交互に50%のデューティで印加することで実現している。したがって、この状態では、図27に示すハイサイド駆動素子Q3及びローサイド駆動素子Q4、並びにハイサイド駆動素子Q9及びローサイド駆動素子Q10のFETは、オン−オフを常時繰り返している状態となっている。このように、特許文献1においては、同一のステップ0*Nにおける励磁であるにも関わらず、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動とで、全く異なる励磁を行っている。したがって、特許文献1に記載されている励磁切替方法では、マイクロステップ駆動の励磁とフルステップ駆動の励磁とを明確に切り替える必要がある。   When excitation of step 0 * N is performed at the time of microstep driving, voltages of + V (V) and 0 (V) are applied to terminal B and terminal E that are always in a high impedance state at the time of full step driving. This is realized by alternately applying a duty of 50%. Therefore, in this state, the high-side drive element Q3 and the low-side drive element Q4 and the high-side drive element Q9 and the low-side drive element Q10 FET shown in FIG. As described above, in Patent Document 1, although excitation is performed in the same step 0 * N, completely different excitation is performed in the microstep drive and the full step drive. Therefore, in the excitation switching method described in Patent Document 1, it is necessary to clearly switch between microstep drive excitation and full step drive excitation.

この、PWMを用いた4相励磁によるマイクロステップ駆動時の励磁方法について、図30及び図31を用いて説明する。図30は、マイクロステップ駆動時のステップ0*N〜9*Nの間において、端子Aに印加する電圧(デューティ)について説明する図であり、特許文献1の図8に示される図である。なお、図31は、特許文献1の図6に示される図に対して捕捉を行ったものである。   An excitation method at the time of microstep drive by four-phase excitation using PWM will be described with reference to FIGS. 30 and 31. FIG. FIG. 30 is a diagram for explaining the voltage (duty) applied to the terminal A during steps 0 * N to 9 * N during microstep driving, and is a diagram shown in FIG. Note that FIG. 31 is obtained by capturing the diagram shown in FIG.

図30に示されるように、区間E0及び区間E9の範囲では、端子Aに対してハイサイドの駆動素子Q1が100%のオンデューティで+V(V)を印加している。したがって、ローサイドの駆動素子Q2は0%のオンデューティとなる(なお、フルステップ駆動時には、区図28に示したように、間E0〜区間E9の全ての区間において100%又は0%のオンデューティの何れかとなっている。)。   As shown in FIG. 30, in the range of the section E0 and the section E9, the high-side drive element Q1 applies + V (V) to the terminal A with an on-duty of 100%. Therefore, the low-side drive element Q2 has an on-duty of 0% (Note that during full-step driving, as shown in FIG. 28, the on-duty of 100% or 0% in all the sections E0 to E9. Either).

他方、区間E4及び区間E5の範囲では、端子Aに対してハイサイドの駆動素子Q1が0%のオンデューティとなり、ローサイドの駆動素子Q2が100%のオンデューティで0(V)の電圧を印加する。   On the other hand, in the section E4 and the section E5, the high-side drive element Q1 has an on-duty of 0% with respect to the terminal A, and the low-side drive element Q2 applies a voltage of 0 (V) with an on-duty of 100%. To do.

また、区間E2及び区間E7の範囲では、端子Aに対して、ハイサイドの駆動素子Q1及びローサイドの駆動素子Q2の双方が、50%のオンデューティで+V(V)を印加している。   In the range of the section E2 and the section E7, + V (V) is applied to the terminal A with both the high-side drive element Q1 and the low-side drive element Q2 having an on-duty of 50%.

また、区間E1、E3、E6及び区間E8の範囲では、端子Aに対して、ハイサイドの駆動素子Q1及びローサイドの駆動素子Q2のデューティを細かく変更して電気角を変更し、マイクロステップを実現している。   In the range of sections E1, E3, E6, and section E8, the microstep is realized by changing the electrical angle by finely changing the duty of the high-side drive element Q1 and the low-side drive element Q2 with respect to the terminal A. doing.

次に、図31を用いて4相励磁によるマイクロステップ駆動時のPWM波形について説明する。図31に示すように、区間E0及び区間E9の範囲では、端子Aに対してハイサイドの駆動素子Q1が100%のオンデューティで+V(V)の電圧を印加している。したがって、ローサイドの駆動素子Q2は0%のオンデューティとなる。   Next, a PWM waveform at the time of microstep driving by four-phase excitation will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 31, in the range of section E0 and section E9, the high-side drive element Q1 applies a voltage of + V (V) to the terminal A with an on-duty of 100%. Therefore, the low-side drive element Q2 has an on-duty of 0%.

区間E4及び区間E5の範囲では、端子Aに対してハイサイドの駆動素子Q1が0%のオンデューティとなり、ローサイドの駆動素子Q2が100%のオンデューティで0(V)の電圧を印加している。   In the range of the section E4 and the section E5, the high-side drive element Q1 has an on-duty of 0% with respect to the terminal A, and the low-side drive element Q2 applies a voltage of 0 (V) with an on-duty of 100%. Yes.

区間E2及び区間E7の範囲では、端子Aに対してハイサイドの駆動素子Q1及びローサイドの駆動素子Q2が、50%のオンデューティで+V(V)を印加している。   In the range of the section E2 and the section E7, the high-side drive element Q1 and the low-side drive element Q2 apply + V (V) to the terminal A with 50% on-duty.

区間E1及び区間E8の範囲では、駆動素子Q1のオンデューティが50%を越えており、駆動素子Q2のオンデューティが50%未満である。区間E3及び区間E6の範囲では、駆動素子Q1のオンデューティが50%未満であり、駆動素子Q2のオンデューティが50%を越えている。   In the range of the section E1 and the section E8, the on-duty of the driving element Q1 exceeds 50%, and the on-duty of the driving element Q2 is less than 50%. In the range of the section E3 and the section E6, the on-duty of the driving element Q1 is less than 50%, and the on-duty of the driving element Q2 exceeds 50%.

このステッピングモータの駆動方式を用い、あるモータ回転子の回転数を境にして、急にマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えると、励磁パターンが急激に変化することに起因する振動(モータ回転子の回転数が変動すること。)が発生することになる。   When this stepping motor drive system is used and a sudden changeover from microstep drive to full step drive occurs at the speed of a certain motor rotor, vibration caused by a sudden change in the excitation pattern (motor rotor) The number of rotations varies).

そこで特許文献1では、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動との切り替えを、回転数を用いた2つの閾値の間(境界部分と呼ぶ。)において、この2つの閾値の間における回転数に応じて徐々に行うようにした。特許文献1では、図32に示すように、マイクロステップ駆動パターンとフルステップ駆動パターンとの境界部分に、モータ回転子の回転数に応じて励磁パターンを徐々に遷移させる遷移速度帯TS1〜TS4を設けている。なお、図32は、特許文献1の図5に捕捉を加えた図である。   Therefore, in Patent Document 1, switching between micro-step driving and full-step driving is gradually performed between two threshold values using a rotation speed (referred to as a boundary portion) according to the rotation speed between the two threshold values. I tried to do it. In Patent Document 1, as shown in FIG. 32, transition speed bands TS1 to TS4 for gradually transitioning the excitation pattern according to the number of rotations of the motor rotor are provided at the boundary between the microstep driving pattern and the full step driving pattern. Provided. FIG. 32 is a diagram obtained by adding capture to FIG.

次に、図33を用いて、遷移速度帯TS1〜TS4におけるPWM波形を説明する。図33は、特許文献1の図7に捕捉を加えたものである。特許文献1では、遷移速度帯において、図33に示すM1及びM2のパルス幅MWをモータ回転子の回転数に応じて長くすることにより、マイクロステップ駆動用のPWM波形から、フルステップ駆動用の100%オンデューティ波形に遷移させている。   Next, PWM waveforms in the transition speed bands TS1 to TS4 will be described with reference to FIG. FIG. 33 is obtained by adding capture to FIG. In Patent Document 1, in the transition speed band, the pulse width MW of M1 and M2 shown in FIG. 33 is lengthened according to the rotation speed of the motor rotor, so that the PWM waveform for microstep driving is used for full step driving. The transition is made to a 100% on-duty waveform.

特許文献1に記載されている発明では、この遷移速度帯において、図33に示すM1及びM2のパルス幅をモータ回転子の回転数に応じて徐々に変化させている。これにより、回転数の変化に不連続なポイントがなくなるので、低回転域から高回転域まで滑らかな回転が得られるとしている。   In the invention described in Patent Document 1, in this transition speed band, the pulse widths of M1 and M2 shown in FIG. 33 are gradually changed according to the rotation speed of the motor rotor. Thereby, since there are no discontinuous points in the change in the rotational speed, smooth rotation can be obtained from the low rotation range to the high rotation range.

また、特許文献3(特開2006−340510号)には、特許文献1に記載されている駆動方式を用いた際に、前記遷移速度帯において切り替え途中の励磁状態が継続することにより発生するモータ回転子の振動を低減することを目的とした発明が開示されている。   Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-340510) discloses a motor that is generated when an excitation state during switching is continued in the transition speed band when the driving method described in Patent Document 1 is used. An invention aimed at reducing the vibration of the rotor is disclosed.

特許文献1では、上述の図32に示したように、遷移速度帯TS1〜TS4において、モータ回転子の回転数に応じてM1及びM2のパルス幅を長くすることにより、マイクロステップ用のPWM波形からフルステップ駆動用の100%オンデューティの励磁波形に遷移させている。このように、モータ回転子の回転数のみに基づいて励磁状態を変化させる場合に、指令回転数として前記遷移速度帯の回転数を指令すると、切り替え途中の励磁状態がそのまま継続されることになり、このため、モータ回転子が振動するなどの不安定で好ましくない駆動状態が続いてしまうことがあった。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 32 described above, in the transition speed bands TS1 to TS4, by increasing the pulse widths of M1 and M2 in accordance with the rotational speed of the motor rotor, the PWM waveform for microsteps To the excitation waveform of 100% on-duty for full-step driving. Thus, when the excitation state is changed based only on the rotation speed of the motor rotor, if the rotation speed in the transition speed band is commanded as the command rotation speed, the excitation state in the middle of switching is continued as it is. For this reason, an unstable and undesired driving state such as vibration of the motor rotor may continue.

そこで特許文献3に記載されているステッピングモータの制御方法では、特許文献1に記載されている駆動方式の問題点に鑑み、駆動形態の切り替え途中の励磁状態が継続されることを回避して、より安定かつ円滑にステッピングモータを駆動することを目的として掲げている。   Therefore, in the stepping motor control method described in Patent Document 3, in view of the problem of the driving method described in Patent Document 1, it is avoided that the excitation state during the switching of the driving mode is continued, The purpose is to drive the stepping motor more stably and smoothly.

特許文献3に記載されているステッピングモータの制御方法では、回転数に依存した遷移速度帯TS1〜TS4を廃止し、モータ回転子の回転数がF1(rpm)を超えた場合に、所定の時間TW内においてMのパルス幅を徐々に長してゆき、マイクロステップ用のPWM波形からフルステップ駆動用の100%オンデューティの励磁波形に遷移させている。   In the stepping motor control method described in Patent Document 3, the transition speed bands TS1 to TS4 depending on the rotational speed are abolished, and when the rotational speed of the motor rotor exceeds F1 (rpm), a predetermined time Within the TW, the pulse width of M is gradually increased to shift from the PWM waveform for microstep to the excitation waveform of 100% on-duty for full step drive.

また、モータ回転子の回転数がF2(rpm)を下回った際(F1>F2)には、所定の時間TW内においてMのパルス幅を徐々に短くしてゆき、フルステップ駆動用の100%オンデューティの励磁波形から、マイクロステップ用のPWM波形に遷移させている。更に、急激に回転数が減少した際には、時間TWの経過を待たずに、Mのパルス幅を0に設定する機能も付加してある。   Further, when the rotational speed of the motor rotor falls below F2 (rpm) (F1> F2), the pulse width of M is gradually shortened within a predetermined time TW, and 100% for full-step driving. Transition from the on-duty excitation waveform to the micro-step PWM waveform is performed. Further, when the rotational speed is suddenly decreased, a function for setting the pulse width of M to 0 is added without waiting for the elapse of time TW.

特許文献3に記載されている発明によれば、駆動形態を切り替える途中の励磁状態を、所定の時間TW内において必ず終了するようにしたことにより、切り替え途中の励磁状態が継続されることを回避して、より安定かつ円滑にステッピングモータを駆動することができるとしている。   According to the invention described in Patent Document 3, it is ensured that the excitation state in the middle of switching the drive mode is always finished within the predetermined time TW, thereby avoiding continuing the excitation state in the middle of the switching. Thus, the stepping motor can be driven more stably and smoothly.

また、特許文献4(特開2008−61439号公報)には、マイクロステップ駆動の分解能を向上させて、低振動の超低速回転を可能にするステッピングモータの駆動方法が開示されている。この特許文献4に記載されているステッピングモータの駆動方法は、マイクロステップ駆動を更に低速域へ発展させる技術である。これに対し本願発明は、この特許文献4に記載されているマイクロステップ駆動の特徴である低振動性を、より高速回転域まで発展させることを可能にするものである。
特許第3223216号公報 特許第2821696号公報 特開2006−340510号公報 特開2008−61439号公報
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-61439) discloses a stepping motor drive method that improves the resolution of microstep drive and enables ultra-low speed rotation with low vibration. The stepping motor driving method described in Patent Document 4 is a technique for further developing microstep driving to a low speed range. On the other hand, the present invention makes it possible to develop the low vibration characteristic, which is the feature of the microstep drive described in Patent Document 4, to a higher speed rotation range.
Japanese Patent No. 3232216 Japanese Patent No. 2821696 JP 2006-340510 A JP 2008-61439 A

先ず、特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式における問題点について考察する。   First, problems in the driving method of the stepping motor described in Patent Document 1 will be considered.

特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式における第1の問題点として、マイクロステップ駆動時において高い回転数を指令した場合に、モータ回転子に振動が発生する問題を挙げることができる。   As a first problem in the stepping motor driving method described in Patent Document 1, there is a problem that vibration is generated in the motor rotor when a high rotational speed is commanded during microstep driving.

例えば、特許文献1の段落番号[0004]にも記載されているように、特許文献1の駆動方式では、出力素子のスイッチング(微小角駆動を行わせる場合の駆動素子のオン・オフのスイッチング)と外部の発振器から入力されるパルス信号による励磁シーケンスの切り替わりにより干渉が生じて、モータ回転子が振動してしまうことになる。これは、特許文献1に記載されている駆動方式では、マイクロステップ駆動中にモータ回転子の回転数が上昇するにつれて、励磁切替の間隔が短くなってくるからでり、回動指令パルスの間隔がPWMのオン・オフデューティの切替周期に近づくと、PWM励磁が完了せずに途中で終わってしまって、不完全なPWM励磁を行い続けることになるからである。そして、この不完全なPWM励磁によるオン・オフのデューティがもたらす影響が大きくなってくる。   For example, as described in Paragraph No. [0004] of Patent Document 1, in the driving method of Patent Document 1, switching of the output element (switching of the driving element when the minute angle driving is performed) Interference occurs due to switching of excitation sequences by pulse signals input from an external oscillator, and the motor rotor vibrates. This is because, in the driving method described in Patent Document 1, the excitation switching interval becomes shorter as the rotational speed of the motor rotor increases during microstep driving. This is because when the PWM on / off duty switching period approaches, the PWM excitation is not completed and is terminated midway, and incomplete PWM excitation is continued. And the influence which the duty of ON / OFF by this incomplete PWM excitation brings about becomes large.

例えば、図34に示すように、回動指令パルスが所定の間隔で入力され、当該回動指令パルスのタイミングに同期して、マイクロステップ駆動時において電気角を計数するアドレスカウンタが更新されるものとする。一方、PWMの周期TPは、回動指令パルスの間隔よりも若干短いものとし、50%のデューティで励磁コイルを励磁していたとする。   For example, as shown in FIG. 34, rotation command pulses are input at predetermined intervals, and an address counter that counts electrical angles during microstep driving is updated in synchronization with the timing of the rotation command pulses. And On the other hand, it is assumed that the PWM period TP is slightly shorter than the interval between rotation command pulses, and the excitation coil is excited with a duty of 50%.

すると、図34に示すように、50%のデューティで励磁しているはずのものが、回動指令パルスが入力される毎にPWMの励磁周期をリセットしているために、実際には67%デューティになってしまう。実際に励磁するデューティがこれだけ異なってしまうと、各相巻線に流れる励磁電流のコントロールが不完全になって各期間に流れる励磁電流に変動を生じ、その結果、モータ回転子に振動が発生することになる。この影響を少なくするためには、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替える回転数を下げて、回動指令パルスの間隔がPWM周期TPよりもかなり長くなるような、低い回転数で切り替える必要が生ずる。   Then, as shown in FIG. 34, what is supposed to be excited with a duty of 50% resets the PWM excitation cycle every time a rotation command pulse is input. It becomes a duty. If the actual duty is different, the excitation current flowing in each phase winding will be incompletely controlled, causing fluctuations in the excitation current flowing in each period, resulting in vibrations in the motor rotor. It will be. In order to reduce this influence, it is necessary to lower the number of rotations to be switched from microstep driving to full step driving and to switch at a lower number of rotations so that the interval between rotation command pulses is considerably longer than the PWM cycle TP. .

しかし、低い回転数においてマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えると、その低回転時においては特にモータ回転子の速度変動が目立つために、よりモータ回転子の回転数の変動が少なくなるような工夫が必要となる。   However, when switching from micro-step drive to full-step drive at a low rotation speed, the speed fluctuation of the motor rotor is particularly noticeable at the low rotation speed, so that the fluctuation of the rotation speed of the motor rotor is further reduced. Is required.

通常、PWM周波数は、通常可聴音を外した15kHz〜20kHz程度に設定される。例えばPWM周波数を20kHzに設定し、一般に多用されている歯数50Tの5相ハイブリッドステッピングモータに対して機械角を100分割したマイクロステップ駆動を行った場合には、角度指令の回動指令パルスがPWM周波数の20kHzを越えるのが240rpm(=4rps)となる。   Usually, the PWM frequency is normally set to about 15 kHz to 20 kHz excluding the audible sound. For example, if the PWM frequency is set to 20 kHz and a microstep drive with a mechanical angle divided by 100 is performed on a commonly used 5-phase hybrid stepping motor with 50T teeth, the rotation command pulse of the angle command is The PWM frequency exceeding 20 kHz is 240 rpm (= 4 rps).

ステッピングモータの駆動に関しては、年を追う毎に高分解能化及び低振動化に対する要望が高まっている。例えば、従来は6rpm〜60rpm(0.1rps〜1rps)程度の回転数でモータ回転子が安定して回転することが求められていたが、近年ではステッピングモータの機械角を1/2000まで分割した高分解能の駆動を行いながら、6rps(0.1rpm)以下の超低回転における回転の滑らかさが要求されている。   Regarding the driving of stepping motors, the demand for higher resolution and lower vibration is increasing every year. For example, in the past, the motor rotor was required to rotate stably at a rotational speed of about 6 rpm to 60 rpm (0.1 rps to 1 rps), but in recent years, the mechanical angle of the stepping motor has been divided to 1/2000. There is a demand for smooth rotation at an ultra-low speed of 6 rps (0.1 rpm) or less while driving at a high resolution.

そこで、上記の例で機械角を2000分割すると、角度指令の回動指令パルスがPWM周波数の20kHzを越えるのが12rpm(=0.2rps)となってしまう。そうすると、回動指令パルスがPWM周波数に近づく12rpmの手前で、モータ回転子に発生する振動が大きくなってしまうことになる。   Therefore, when the mechanical angle is divided into 2000 in the above example, it is 12 rpm (= 0.2 rps) that the rotation command pulse of the angle command exceeds 20 kHz of the PWM frequency. If it does so, the vibration which generate | occur | produces in a motor rotor will become large before 12 rpm before a rotation command pulse approaches PWM frequency.

特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式における第2の問題点として、ハイサイド駆動素子のオンとローサイド駆動素子のオフとを同時に指令したことに起因する問題を挙げることができる。一般に、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子が行うオン−オフ動作の過渡期には、一時期双方の駆動素子が同時にオンとなる状態が存在する。この、双方が同時にオンになっているときには、電源の正極と負極とが直接接続された状態(ショートサーキット状態)となり、スパイク的な貫通電流が流れることになる。   As a second problem in the stepping motor driving system described in Patent Document 1, there can be cited a problem caused by simultaneously instructing to turn on the high side driving element and turn off the low side driving element. In general, during the transition period of the on-off operation performed by the high-side drive element and the low-side drive element, there is a state where both the drive elements are simultaneously turned on. When both are turned on at the same time, the positive and negative electrodes of the power supply are directly connected (short circuit state), and a spike-like through current flows.

図35に、ハイサイド駆動素子のオンとローサイド駆動素子のオフとを同時に行った際における駆動素子のゲート電圧変化の過渡状態を示す。なお、図35の横軸は時間であり、駆動素子として多用されているMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いた実施形態を表している。   FIG. 35 shows a transient state of a change in the gate voltage of the drive element when the high-side drive element is turned on and the low-side drive element is turned off simultaneously. Note that the horizontal axis of FIG. 35 represents time, and represents an embodiment using a MOS-FET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor) that is frequently used as a drive element.

例えば、図35の上段に示すように、ハイサイド駆動素子入力端子用のデジタル出力をローからハイにすると同時に、ローサイド素子入力端子用のデジタル出力をハイからローに落としたとする。この場合であっても、ハイサイド駆動素子のソース電位に対するゲートの充電時における電位変化、及び、ローサイド駆動素子のゲートの放電時の電位変化は、ミラー効果等により図35の下段に示すような過渡特性を有する。   For example, as shown in the upper part of FIG. 35, assume that the digital output for the high-side drive element input terminal is changed from low to high and the digital output for the low-side element input terminal is dropped from high to low at the same time. Even in this case, the potential change during charging of the gate with respect to the source potential of the high-side drive element and the potential change during discharge of the gate of the low-side drive element are as shown in the lower part of FIG. Has transient characteristics.

図35に示すように、ハイサイド駆動素子入力端子をローからハイにすると同時に、ローサイド素子入力端子をハイからローに落とす指令を与えた場合には、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなって短絡電流が流れる短絡時間(重なり部分)が生ずる。   As shown in FIG. 35, when a command to drop the low-side element input terminal from high to low at the same time as the high-side driving element input terminal is changed from low to high, the high-side driving element and low-side driving element are simultaneously A short-circuiting time (overlapping portion) in which the short-circuit current flows when it is turned on occurs.

このように、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが一時的に同時に導通状態となって生ずる短絡電流は、ステッピングモータ駆動装置において無駄に電力を消費する元となるとともに、発熱を増大させる元となっている。ステッピングモータ駆動装置における発熱は、駆動素子を含めた当該機器の信頼性を低下させるとともに、経年劣化を加速させるものとなる。また、モータ電流制御手段における定電流制御を妨害する要因ともなる。   Thus, the short-circuit current generated when the high-side driving element and the low-side driving element are temporarily turned on simultaneously becomes a source of wasteful power consumption in the stepping motor driving device and a source of increased heat generation. It has become. The heat generation in the stepping motor drive device reduces the reliability of the device including the drive element and accelerates aging degradation. It also becomes a factor that disturbs constant current control in the motor current control means.

更に、この駆動素子における短絡電流は、短時間のうちに急激に流れて止まるため、大きな放射ノイズを発する。この放射ノイズは、自己のステッピングモータ駆動装置内に配置されている他の回路にて誤作動を誘発させたり、他の機器に伝播して他の機器において誤作動を誘発するといった、電磁波妨害の原因ともなる。   Furthermore, since the short-circuit current in this drive element flows rapidly and stops in a short time, a large radiation noise is emitted. This radiated noise is caused by electromagnetic interference such as inducing malfunctions in other circuits arranged in its own stepping motor drive device or propagating to other equipment and inducing malfunctions in other equipment. It can also be a cause.

ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子は、駆動対象のステッピングモータの巻線仕様(インダクタンスや直流抵抗の違いを含む。)やトルクに応じて定格電流の規格が異なる駆動素子を選択することになる。すると、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなって短絡電流が流れる短絡時間も、選択した駆動素子によって異なる値となるので、従来は、対応するステッピングモータの種類や定格電流、巻線仕様等に応じて駆動素子回りの回路構成や回路定数を設計する必要があった。   For the high-side drive element and the low-side drive element, drive elements having different rated current standards are selected according to the winding specifications (including differences in inductance and DC resistance) of the stepping motor to be driven and the torque. As a result, the short-circuit time during which the high-side drive element and the low-side drive element are simultaneously turned on and the short-circuit current flows also varies depending on the selected drive element. Therefore, conventionally, the corresponding stepping motor type, rated current, winding It was necessary to design the circuit configuration and circuit constants around the drive elements according to the line specifications and the like.

なお、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時に導通状態となることによる短絡電流を無くすためには、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方を一時的に遮断する期間(デッドタイム)を十分長く設定することが効果的である。   In order to eliminate the short-circuit current due to the high-side drive element and the low-side drive element being in the conductive state at the same time, a sufficient period (dead time) for temporarily shutting off both the high-side drive element and the low-side drive element is sufficient. A long setting is effective.

このように、デッドタイムを十分長く設定することは、短絡電流を低減するための有効手段ではあるが、デッドタイム中はハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方が遮断状態にあるために、出力端子は駆動電源の正極にも負極にも接続されない状態(ハイインピーダンス状態)になっている。マイクロステップ駆動時などの低回転域においてステッピングモータの励磁コイルの端子がハイインピーダンス状態になると、モータ回転子の回転が安定せずに振動が著しく増大したり、停止精度が著しく悪化するなどの不具合を生ずることになる。   As described above, setting the dead time sufficiently long is an effective means for reducing the short-circuit current, but since both the high-side drive element and the low-side drive element are in the cut-off state during the dead time, the output The terminal is not connected to either the positive electrode or the negative electrode of the drive power supply (high impedance state). If the stepping motor's excitation coil terminal is in a high impedance state in a low rotation range such as during micro-step driving, the motor rotor rotation will not stabilize and vibration will increase significantly, and stop accuracy will deteriorate significantly. Will result.

したがって、マイクロステップ駆動時における性能を重視する際には、デッドタイムの設定は0にすることが好ましいが、短絡電流を減少させて駆動素子の保護等を行うためにはデッドタイムを十分長く設定することが好ましいという、相反する設定が要求されることになる。   Therefore, when emphasizing the performance during microstep driving, it is preferable to set the dead time to 0. However, in order to reduce the short-circuit current and protect the driving element, the dead time should be set sufficiently long. It is required to have a conflicting setting that is preferable.

従来は、短絡電流による不具合を減少するために、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子回りの回路において極力短絡電流が少なくなるように、また、ステッピングモータの励磁コイルの端子にハイインピーダンス状態が発生しないようにするために、多大な工数をかけて回路構成と回路定数を選択していた。したがって、従来のステッピングモータ駆動装置は、短絡電流による発熱の増大や、放射ノイズの発生といった課題をある程度残した製品となっていた。   Conventionally, in order to reduce problems caused by short-circuit current, the short-circuit current is reduced as much as possible in the circuit around the high-side drive element and the low-side drive element, and no high-impedance state is generated at the excitation coil terminal of the stepping motor. In order to do so, the circuit configuration and circuit constants have been selected with a great deal of man-hours. Therefore, the conventional stepping motor driving apparatus has been a product that has left some problems such as an increase in heat generation due to a short-circuit current and generation of radiation noise.

なお、図35示した駆動素子のゲート電圧に起因する短絡電流の他にも、駆動素子がオフからオンに切り換わる際のスピードの特性(遅れ)と、オンからオフに切り換わる際のスピードの特性(遅れ)に起因して短絡時間が増加するスルーレートの問題もある。このスルーレートに起因する短絡時間は、駆動素子のソース−ドレイン間の電圧に比例して増大するので、励磁コイルの駆動電圧に応じて変化する性質を有するものとなる。   In addition to the short-circuit current due to the gate voltage of the drive element shown in FIG. 35, the speed characteristics (delay) when the drive element switches from off to on and the speed when the drive element switches from on to off. There is also a problem of a slew rate in which the short circuit time increases due to characteristics (delay). Since the short circuit time due to the slew rate increases in proportion to the voltage between the source and drain of the drive element, it has a property of changing according to the drive voltage of the exciting coil.

これとは別に、駆動素子におけるオン、オフ動作による端子電圧の変化が素子のゲートを誘導し、オフ状態にある駆動素子が一時的にオンに遷移して、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方が同時にオン状態になるといった、誘導に起因する短絡電流も存在する。   Independent of this, the change in the terminal voltage due to the on / off operation of the driving element induces the gate of the element, and the driving element in the off state temporarily changes to the on state, and the high side driving element and the low side driving element There is also a short-circuit current due to induction, where both are turned on simultaneously.

例えば、特許文献1に記載されているPWMを用いたステッピングモータのマイクロステップ駆動方式では、図31に示したように、区間E1、E2、E3、E6、E7及びE8において、ハイサイド駆動素子のオンとローサイド駆動素子のオフとが同時に指令されることが繰り返し行われる。例えば、区間E1における励磁では、PWM周期TP毎に、時刻TMにおいて駆動素子Q1のオンと駆動素子Q2のオフとが同時に指令され、時刻TE1にて駆動素子Q1のオフと駆動素子Q2のオンとが同時に指令される。駆動素子Q1及び駆動素子Q2が行うオン−オフ動作の過渡期には、一時期双方の駆動素子が同時にオンとなる状態が発生し、ここでスパイク的な貫通電流が流れることになる。   For example, in the microstep driving method of the stepping motor using PWM described in Patent Document 1, as shown in FIG. 31, in the sections E1, E2, E3, E6, E7 and E8, It is repeatedly performed that ON and OFF of the low side driving element are simultaneously commanded. For example, in the excitation in the section E1, for each PWM cycle TP, the driving element Q1 is turned on and the driving element Q2 is simultaneously turned off at the time TM, and the driving element Q1 is turned off and the driving element Q2 is turned on at the time TE1. Are commanded simultaneously. In the transition period of the on-off operation performed by the drive element Q1 and the drive element Q2, a state occurs in which both the drive elements are turned on at the same time, and a spike-like through current flows here.

この駆動素子Q1及び駆動素子Q2の双方の駆動素子が同時に切り替わる状態は、区間E2では時刻TM及び時刻TE2、区間E3では時刻TM及び時刻TE3、区間E6では時刻TM及び時刻TE6、区間E7では時刻TM及び時刻TE7、区間E8では時刻TM及び時刻TE8においてそれぞれ発生することになる。   The driving elements Q1 and Q2 are switched at the same time in a period E2 at time TM and time TE2, at section E3 at time TM and time TE3, at section E6 at time TM and time TE6, and at section E7 at time E7. In TM and time TE7 and in section E8, they occur at time TM and time TE8, respectively.

他方、図33に示した場合には、M1及びM2のパルス幅を用いて励磁の切り替えタイミングをずらしていることにより、駆動素子Q1及び駆動素子Q2の双方の駆動素子が同時に切り替わる状態は、区間E1では時刻TE1及び時刻TM2、区間E2では時刻TE2、区間E3では時刻TE3、区間E6では時刻TM1及び時刻TE6、区間E7では時刻TE7、区間E8では時刻TE8においてそれぞれ発生していることになる。したがって、図31に示した場合よりも、駆動素子Q1及び駆動素子Q2の双方の駆動素子が同時に切り替わる回数は減少するが、依然存在していることになる。   On the other hand, in the case shown in FIG. 33, the drive element Q1 and the drive element Q2 are both switched simultaneously by shifting the excitation switching timing using the pulse widths of M1 and M2. Time E1 occurs at time TE1 and time TM2, time TE2 occurs at section E2, time TE3 at section E3, time TM1 and time TE6 at section E6, time TE7 at section E7, and time TE8 at section E8. Therefore, the number of times that both the drive elements Q1 and Q2 are switched simultaneously is smaller than that shown in FIG. 31, but it still exists.

特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式における第3の問題点として、低い回転数でマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えた際にモータ回転子に振動が発生する問題を挙げることができる。   As a third problem in the driving method of the stepping motor described in Patent Document 1, there is a problem that vibration is generated in the motor rotor when switching from microstep driving to full step driving at a low rotation speed. it can.

上述のように、近年では、ステッピングモータを用いた精密位置決め及び高回転駆動や、定速駆動を行う要求が増えている。特許文献1に記載されているように、比較的低回転で4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えてしまうと、フルステップ駆動時において常に2つ以上の励磁コイルの端子がハイインピーダンス状態となることに起因して、モータ回転子の定回転性が損なわれるという問題が生ずる。   As described above, in recent years, there has been an increasing demand for precise positioning using a stepping motor, high rotation driving, and constant speed driving. As described in Patent Document 1, when switching to full-step driving by four-phase excitation at a relatively low rotation, the terminals of two or more exciting coils are always in a high impedance state during full-step driving. This causes a problem that the constant rotation of the motor rotor is impaired.

上述のように、マイクロステップ駆動の分解能を向上させると、比較的定回転域において4相励磁によるフルステップ駆動に切り替える必要が生ずる。すると、その低回転域においてフルステップ駆動に切り替えた際に、モータ回転子に振動が発生してしまうという不具合を生じる。   As described above, when the resolution of microstep drive is improved, it is necessary to switch to full step drive by four-phase excitation in a relatively constant rotation range. Then, when switching to the full step drive in the low rotation region, there arises a problem that vibration is generated in the motor rotor.

このように制御されたステッピングモータを用いてキャリッジ等を駆動する場合には、安定した駆動が必要とされる低回転域においてキャリッジに振動が発生するなどの不具合を生じる。   When the carriage or the like is driven using the stepping motor controlled in this way, there is a problem that the carriage vibrates in a low rotation range where stable driving is required.

特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式における第4の問題点として、遷移速度帯において加減速を行う際に発生するモータ回転子の振動の問題を挙げることができる。   As a fourth problem in the driving method of the stepping motor described in Patent Document 1, there is a problem of vibration of the motor rotor that occurs when acceleration / deceleration is performed in the transition speed band.

例えば、図32に示した遷移速度帯TS1においては、モータ回転子の回転数が、完全なマイクロステップ駆動パターンで駆動する速度域に近いにもかかわらず、区間E1から区間E2に切り換わるステップ2*Nの前後で、急激に階段状に駆動素子Q1のオンデューティが低下する波形となる。ところが、その後の区間E3では徐々にオンデューティが変化してゆくというように、モータ回転子の回転数が少し変化しただけで、急激に回転変動が増大するという問題点を含んでいる。   For example, in the transition speed zone TS1 shown in FIG. 32, step 2 in which the speed of the motor rotor is switched from the section E1 to the section E2 even though the rotational speed of the motor rotor is close to the speed range driven by the complete microstep drive pattern. * Before and after N, the waveform is such that the on-duty of the drive element Q1 decreases steeply in a staircase pattern. However, in the subsequent section E3, the on-duty gradually changes, and there is a problem that the rotational fluctuation increases rapidly only by a slight change in the rotational speed of the motor rotor.

したがって、遷移速度帯において緩やかな加減速を指令した場合に、滑らかな回転が得られず、振動が発生することとなる。このようなステッピングモータの駆動方式を用いる場合には、液体の搬送や軽量部品の搬送を目的とした精密な駆動の用途には適さないという不具合を生じることになる。更に、上述の第1の問題点で挙げた、回動指令パルスがPWMのオン・オフデューティの切替周波数に近づいた際に大きくなるモータ回転子の振動との影響が合わさって、より大きな振動を発する可能性がある。   Therefore, when a gentle acceleration / deceleration is commanded in the transition speed range, smooth rotation cannot be obtained, and vibration is generated. When such a stepping motor drive system is used, there arises a problem that it is not suitable for a precise drive intended to transport liquids or lightweight parts. Furthermore, the effects of the motor rotor vibration, which increases when the rotation command pulse approaches the switching frequency of the PWM on / off duty, mentioned in the first problem above, are combined to produce a larger vibration. May occur.

これに対し、特許文献3に記載されているステッピングモータの制御方法では、遷移速度帯において一定の回転数を指令した場合であっても、駆動形態を切り替える途中の励磁状態は所定の時間TW内において必ず終了するので、切り替え途中の励磁状態が継続されることは回避されることになる。しかし、4相励磁とPWMのデューティを変更する制御とを組み合わせてマイクロステップを行う限り、回動指令パルスがPWMのオン・オフデューティの切替周波数に近づいた際に発生する振動の影響や、この振動を避けるためにマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えるタイミングを低い回転数で実行しなければならない問題は残ることになる。   On the other hand, in the stepping motor control method described in Patent Document 3, even when a constant rotation speed is commanded in the transition speed band, the excitation state during the switching of the drive mode is within a predetermined time TW. Therefore, it is avoided that the excitation state during switching is continued. However, as long as microstepping is performed by combining 4-phase excitation and control that changes the duty of PWM, the influence of vibration generated when the rotation command pulse approaches the switching frequency of PWM on / off duty, In order to avoid vibration, there remains a problem that the timing for switching from microstep driving to full step driving must be executed at a low rotational speed.

また、ハイサイド駆動素子のオンとローサイド駆動素子のオフとを同時に指令したことに起因する消費電力の増大や、発熱、放射ノイズの問題等も、依然として存在している。   In addition, there are still problems such as an increase in power consumption due to the simultaneous command of turning on the high-side drive element and turning off the low-side drive element, problems of heat generation, and radiation noise.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ステッピングモータ用駆動装置において、電気角の分解能が1/100以下となるような微小角における停止精度(スタティック特性)を確保し、超低回転域から高回転域に至るまでの回転の滑らかさ(ダイナミック特性)を確保することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and in the stepping motor drive device, the stopping accuracy (static characteristics) at a minute angle such that the resolution of the electrical angle is 1/100 or less is ensured. The purpose is to ensure smoothness of rotation (dynamic characteristics) from the low rotation range to the high rotation range.

また、本発明は、ステッピングモータのコイル端子に正極の電圧を印加するためのハイサイド駆動素子、及び負極の電圧を印加するためのローサイド駆動素子の双方が同時に導通状態となる期間を短縮させて、短絡電流を減少させ、これに起因する消費電力の増大や、発熱、放射ノイズを低減させることを目的としている。   Further, the present invention reduces the period during which both the high-side drive element for applying the positive voltage to the coil terminal of the stepping motor and the low-side drive element for applying the negative voltage are in the conductive state simultaneously. The purpose is to reduce the short-circuit current, increase the power consumption due to this, and reduce heat generation and radiation noise.

上記課題を解決するために、本発明は、N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微細ステップにm分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、
N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると、前記微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、前記m分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、
N相ステッピングモータのモータ回転子を、前記基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップ位置に位置決めするために、N相の励磁コイルのうち所定の2相の組合せを励磁する1の励磁組と、他の基本ステップ位置に位置決めするための別の2相の組合せを励磁する他の励磁組との励磁組合せを出力する励磁相組合せ出力手段と、
前記m分割カウンタの値及び前記基本ステップカウンタの値とに応じて、前記2つの励磁組合せの励磁回数又は励磁時間をそれぞれ漸増及び漸減することにより、前記2つの励磁組合せの励磁割合を決定する励磁割合決定手段と、所定の単位励磁周期Tが計数される毎に、前記励磁組を構成する単位励磁相に対する励磁を切り換えるための単位励磁切替指令を出力する単位励磁周期出力手段と、前記単位励磁周期Tの整数倍で構成される組合せ励磁周期TCが計数される毎に、前記励磁割合に応じた前記2つの励磁組合せによる励磁を切り換えるための組合せ励磁切替指令を出力する、組合せ励磁周期出力手段と、
前記組合せ励磁切替指令が出力される毎に、新たな前記励磁割合を記憶する励磁割合記憶手段と、前記N相の励磁コイル端子毎に設けられ、前記励磁コイルと駆動電源の正極との導通又は遮断を制御するハイサイド駆動素子、及び、前記励磁コイルと駆動電源の負極との導通又は遮断を制御するローサイド駆動素子と、
前記励磁割合記憶手段に記憶されている前記励磁割合を用い、前記2つの励磁組合せを構成する単位励磁相に対する励磁を前記単位励磁切替指令が出力される毎に切り替えるために、前記ハイサイド駆動素子を駆動するためのハイサイド指令データ、及び、ローサイド駆動素子を駆動するためのローサイド指令データとを生成する駆動素子指令生成手段と、
励磁コイルに印加する電圧値又はモータ回転子の回転数に応じて定められるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、前記単位励磁切替指令が出力される毎に、前記ハイサイド指令データ及びローサイド指令データに応じたハイサイド指令及びローサイド指令を出力するとともに、前記単位励磁切替指令が出力された際に、前記ハイサイド指令及びローサイド指令が同時に切り替わることとなる場合には、当該切替時における前記ハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに対して、前記デッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を生成して、前記ハイサイド駆動素子及び前記ローサイド駆動素子の双方を遮断したハイインピーダンス状態を挿入するデッドタイム挿入手段と、を備え、
前記ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子は、前記ハイサイド指令及びローサイド指令に基づいて前記N相の励磁コイルを励磁してなり、前記デッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を用いた前記N相の励磁コイルに対する励磁が、前記デッドタイム挿入の前後におけるそれぞれの前記2つの励磁組合せを基にして形成される3相以上の励磁であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a stepping motor driving apparatus that realizes a microstep for dividing a basic step angle α of an N-phase stepping motor into fine steps by m,
When a rotation command pulse of the N-phase stepping motor is input, the m-dividing counter that counts and outputs the number of steps in the fine step, and the number of steps in the basic step that is located in the upper digit of the m-dividing counter are counted. An electrical angle position management means having a basic step counter for outputting
In order to position the motor rotor of the N-phase stepping motor at one basic step position corresponding to the number of steps of the basic step, one excitation set for exciting a predetermined combination of two phases among the N-phase excitation coils And excitation phase combination output means for outputting an excitation combination with another excitation group for exciting another two-phase combination for positioning at another basic step position,
Excitation that determines the excitation ratio of the two excitation combinations by gradually increasing and decreasing the number of excitations or excitation times of the two excitation combinations according to the value of the m-dividing counter and the value of the basic step counter, respectively. A ratio determining means; a unit excitation cycle output means for outputting a unit excitation switching command for switching excitation for the unit excitation phases constituting the excitation set each time a predetermined unit excitation period T is counted; and the unit excitation A combination excitation cycle output means for outputting a combination excitation switching command for switching excitation according to the two excitation combinations according to the excitation ratio each time a combination excitation cycle TC constituted by an integer multiple of the cycle T is counted. When,
Each time the combination excitation switching command is output, an excitation ratio storage means for storing a new excitation ratio and an N-phase excitation coil terminal are provided, and the conduction between the excitation coil and the positive electrode of the drive power supply A high-side drive element that controls blocking, and a low-side drive element that controls conduction or blocking between the excitation coil and the negative electrode of the drive power source,
In order to switch the excitation for the unit excitation phases constituting the two excitation combinations every time the unit excitation switching command is output, using the excitation ratio stored in the excitation ratio storage means, Driving element command generating means for generating high-side command data for driving and low-side command data for driving the low-side driving element;
Dead time generating means for generating a dead time determined according to the voltage value applied to the exciting coil or the rotational speed of the motor rotor, and the high side command data and the low side command each time the unit excitation switching command is output. When a high-side command and a low-side command according to data are output, and when the unit excitation switching command is output, if the high-side command and the low-side command are switched simultaneously, the high-side command and the low-side command are switched at the time of the switching. In response to either the side command or the low side command, a new high side command or low side command in which the dead time is inserted is generated, and a high impedance state in which both the high side driving element and the low side driving element are cut off is generated. And a dead time insertion means for inserting,
The high-side drive element and the low-side drive element excite the N-phase excitation coil based on the high-side command and the low- side command, and use a new high-side command or low-side command in which the dead time is inserted. Excitation for the N-phase excitation coil is excitation for three or more phases formed based on the two excitation combinations before and after insertion of the dead time.

本発明に係るステッピングモータ駆動装置では、ステッピングモータの励磁コイルの全ての端子を電源の正極又は負極のいずれかに接続した2相励磁を、時間的にずらして複数組み合わせることで4相励磁を実現し、基本ステップの1/200を越えるような分解能におけるマイクロステップ駆動時の停止精度と回転の滑らかさを確保しつつ、マイクロステップ駆動の高分解能化を実現している。この駆動方法によれば、マイクロステップ駆動時と、フルステップ駆動時の双方において、基本角ステップにおける励磁を統一することができる。   In the stepping motor driving apparatus according to the present invention, four-phase excitation is realized by combining a plurality of two-phase excitations in which all the terminals of the excitation coil of the stepping motor are connected to either the positive electrode or the negative electrode of the power supply with a time shift. However, high resolution of microstep drive is realized while ensuring stop accuracy and smooth rotation during microstep drive at a resolution exceeding 1/200 of the basic step. According to this driving method, the excitation at the basic angle step can be unified in both the micro step driving and the full step driving.

これに加えて本発明では、ステッピングモータの励磁コイルと駆動電源の正極との導通又は遮断を制御するハイサイド駆動素子、及び、前記励磁コイルと駆動電源の負極との導通又は遮断を制御するローサイド駆動素子とを用いて励磁を切り替える際に、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方が同時に切り替わることとなる場合には、当該切替時における前記ハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに対して、励磁コイルに印加する電圧値又はモータ回転子の回転数に応じて定められるデッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を生成して、前記ハイサイド駆動素子及び前記ローサイド駆動素子の双方を遮断したハイインピーダンス状態を挿入するように構成した。   In addition to this, in the present invention, a high-side drive element that controls conduction or interruption between the excitation coil of the stepping motor and the positive electrode of the drive power supply, and a low side that controls conduction or interruption between the excitation coil and the negative electrode of the drive power supply. When switching the excitation using the drive element, when both the high-side drive element and the low-side drive element are simultaneously switched, either the high-side command or the low-side command at the time of the switching, Generate a new high-side command or low-side command in which a dead time determined according to the voltage value applied to the exciting coil or the rotation speed of the motor rotor is inserted, and both the high-side drive element and the low-side drive element are It was configured to insert a blocked high impedance state.

ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方を遮断したハイインピーダンス状態を挿入することにより、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなる短絡時間を減少させることができる。したがって、短絡電流に起因する無駄な電力消費を減少させることができ、無駄な発熱も減少させることができる。この発熱を減少させることにより、駆動素子を含めた機器の信頼性を向上させることができ、機器の経年劣化を減少させることができる。更に、短絡電流を減少させることによって、この短絡電流に起因して発生する大きな放射ノイズを低減し、電磁妨害を減少させることができる。   By inserting a high-impedance state in which both the high-side drive element and the low-side drive element are cut off, it is possible to reduce the short-circuit time during which the high-side drive element and the low-side drive element are turned on simultaneously. Therefore, useless power consumption caused by the short-circuit current can be reduced, and useless heat generation can be reduced. By reducing this heat generation, the reliability of the device including the driving element can be improved, and the aging of the device can be reduced. Further, by reducing the short-circuit current, it is possible to reduce large radiation noise caused by this short-circuit current and reduce electromagnetic interference.

更に本発明は、前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段とを備え、前記デッドタイム生成手段は、当該定電流制御後の電圧値が高い場合には、前記デッドタイムを長く設定することを特徴とする。   Furthermore, the present invention provides current detection means for detecting a current flowing through the excitation coil, and current control means for controlling a voltage value of the drive power source applied to the excitation coil so that the detected current is determined within a predetermined range; The dead time generating means sets the dead time longer when the voltage value after the constant current control is high.

モータ回転子の回転数が低い状態では、励磁コイルのインピーダンスも低いので、励磁コイルに印加する駆動電源の電圧値も低くて良い。この場合には、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなる短絡時間が存在していても、短絡電流は大きな値とはならない。したがって、デッドタイムを短くしても大きな問題は発生せず、逆にデッドタイムを短くした2相励磁を組み合わせることで、マイクロステップ駆動時の停止精度と回転の滑らかさを確保することが可能となる。   In a state where the rotational speed of the motor rotor is low, the impedance of the excitation coil is also low, so the voltage value of the drive power supply applied to the excitation coil may be low. In this case, even if there is a short-circuit time in which the high-side drive element and the low-side drive element are simultaneously turned on, the short-circuit current does not take a large value. Therefore, even if the dead time is shortened, no major problem occurs. Conversely, by combining two-phase excitation with a shortened dead time, it is possible to ensure stop accuracy and smooth rotation during microstep drive. Become.

他方、モータ回転子の回転数が上昇した場合には、励磁コイルのインピーダンスが上昇したことによる励磁コイルに印加する駆動電源の電圧値が上昇する。すると、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなった際の短絡電流は大きな値となってしまうために、デッドタイムを長く設定して短絡電流に起因する無駄な電力消費や、無駄な発熱を減少させ、放射ノイズを減少させる。なお、モータ回転子の回転数が高い場合には、モータ回転子の回転の滑らかさの重要性は低下するので、デッドタイムを長く設けることにより2相励磁の割合が減少しても、問題とはならない。   On the other hand, when the rotational speed of the motor rotor increases, the voltage value of the drive power source applied to the excitation coil increases due to the increase in impedance of the excitation coil. Then, since the short-circuit current when the high-side drive element and the low-side drive element are turned on at the same time becomes a large value, the dead time is set to be long and wasteful power consumption and waste due to the short-circuit current are set. Heat generation and radiation noise are reduced. If the motor rotor speed is high, the importance of the smoothness of the motor rotor's rotation decreases, so even if the ratio of two-phase excitation decreases by providing a long dead time, there is a problem. Must not.

更に本発明は、前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段とを備え、前記デッドタイム生成手段は、前記定電流制御後の電圧値が第1の閾値を上回った場合には、第1のデッドタイムを加算し、前記定電流制御後の電圧値が前記第1の閾値を上回った後、前記第1の閾値よりも低い第2の閾値を下回った場合には、前記第1のデッドタイムを減算することを特徴とする。   Furthermore, the present invention provides current detection means for detecting a current flowing through the excitation coil, and current control means for controlling a voltage value of the drive power source applied to the excitation coil so that the detected current is determined within a predetermined range; The dead time generating means adds a first dead time when the voltage value after the constant current control exceeds a first threshold value, and the voltage value after the constant current control is The first dead time is subtracted when the value falls below a second threshold value that is lower than the first threshold value after exceeding the threshold value of 1.

本発明によれば、駆動電源の電圧値の上昇に応じて段階的にデッドタイムを長く設定し、駆動電源の電圧値の下降に応じてデッドタイムを短く設定することができる。また、デッドタイムを長くする際の駆動電源の閾値と、デッドタイムを短くする際の駆動電源の閾値との間に差を設けたので、駆動電源の電圧が当該閾値付近で変動した場合であっても、デッドタイムが頻繁に変動してモータ回転子の回転数に変動が多発する不具合を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to set the dead time in a stepwise manner in accordance with an increase in the voltage value of the drive power supply, and to set the dead time in a short manner as the voltage value of the drive power supply decreases. In addition, since there is a difference between the threshold value of the driving power source for increasing the dead time and the threshold value of the driving power source for decreasing the dead time, the voltage of the driving power source fluctuates in the vicinity of the threshold value. However, it is possible to prevent a problem that the dead time frequently fluctuates and the motor rotor speed fluctuates frequently.

更に本発明は、前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段とを備え、前記デッドタイム生成手段は、前記定電流制御後の電圧値が第1の閾値を上回った場合には、第1の増加レートで第1のデッドタイムを漸増させてゆき、前記定電流制御後の電圧値が前記第1の閾値を上回った後、前記第1の閾値よりも低い第2の閾値を下回った場合には、前記第1のデッドタイムを第1の減少レートで漸減させてゆくことを特徴とする。   Furthermore, the present invention provides current detection means for detecting a current flowing through the excitation coil, and current control means for controlling a voltage value of the drive power source applied to the excitation coil so that the detected current is determined within a predetermined range; And the dead time generating means gradually increases the first dead time at a first increase rate when the voltage value after the constant current control exceeds a first threshold, and the constant current When the voltage value after the control exceeds the first threshold and then falls below the second threshold lower than the first threshold, the first dead time is gradually decreased at the first decrease rate. It is characterized by going.

本発明によれば、駆動電源の電圧値の上昇に応じて段階的にデッドタイムを長く設定し、駆動電源の電圧値の下降に応じてデッドタイムを短く設定することができる。また、デッドタイムを第1の増加レートで徐々に増加させてゆき、第1の減少レートで徐々に減少させてゆくことで、急激に励磁コイルの励磁状態が変化することによるモータ回転子の回転数の変動を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to set the dead time in a stepwise manner in accordance with an increase in the voltage value of the drive power supply, and to set the dead time in a short manner as the voltage value of the drive power supply decreases. In addition, by gradually increasing the dead time at the first increase rate and gradually decreasing at the first decrease rate, the rotation of the motor rotor is caused by a sudden change in the excitation state of the excitation coil. The fluctuation of the number can be prevented.

更に本発明は、前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段とを備え、前記デッドタイム生成手段は、前記電圧値が第1の閾値を上回ったことを判断すると、デッドタイムを単位励磁周期Tに相当する時間まで所定の増加レートで漸増させてゆき、前記電圧値が第1の閾値を上回った後に、前記電圧値が第2の閾値を下回ったことを判断すると、デッドタイムを単位励磁周期Tに相当する時間から所定の減少レートで漸減させてゆくことを特徴とする。   Furthermore, the present invention provides current detection means for detecting a current flowing through the excitation coil, and current control means for controlling a voltage value of the drive power source applied to the excitation coil so that the detected current is determined within a predetermined range; And the dead time generating means gradually increases the dead time at a predetermined increase rate until a time corresponding to the unit excitation period T when the voltage value exceeds the first threshold value, When it is determined that the voltage value has fallen below the second threshold value after the value has exceeded the first threshold value, the dead time is gradually decreased from the time corresponding to the unit excitation period T at a predetermined decrease rate. Features.

本発明によれば、2相励磁を時間的にずらして複数組み合わせることで4相励磁を実現したマイクロステップ駆動を行うが、駆動電源の電圧値が第1の閾値を越えると単位励磁周期Tに相当する時間までデッドタイムを漸増させて、所定の遷移時間内にマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えることができる。また、電圧値が第1の閾値を上回った後に、前記電圧値が第2の閾値を下回ったことを判断すると、単位励磁周期Tに相当する時間からデッドタイムを漸減させて、所定の遷移時間内にフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替えることができる。   According to the present invention, micro-step driving is realized in which four-phase excitation is realized by combining a plurality of two-phase excitations with time shift, but when the voltage value of the drive power source exceeds the first threshold, the unit excitation cycle T is reached. The dead time can be gradually increased to the corresponding time, and the microstep driving can be switched to the full step driving within a predetermined transition time. If it is determined that the voltage value has fallen below the second threshold value after the voltage value has exceeded the first threshold value, the dead time is gradually reduced from the time corresponding to the unit excitation period T to obtain a predetermined transition time. It is possible to switch from full-step driving to micro-step driving.

このように、デッドタイムの増減を徐々に行うとともに、所定の遷移時間内にデッドタイムの増減が終了するように構成したので、急激に励磁コイルの励磁状態が変化することによるモータ回転子の回転数の変動を防止することができるとともに、デッドタイムが混在した励磁を短時間にて終了させることができる。   As described above, the increase / decrease of the dead time is gradually performed and the increase / decrease of the dead time is completed within a predetermined transition time, so that the rotation of the motor rotor caused by a sudden change in the excitation state of the excitation coil The fluctuation of the number can be prevented, and the excitation with mixed dead time can be completed in a short time.

更に本発明は、前記励磁割合記憶手段は、前記組合せ励磁切替指令が出力される毎、又は前記基本ステップカウンタの値が更新される毎に、新たな前記励磁割合を記憶することを特徴とする。   Furthermore, the present invention is characterized in that the excitation ratio storage means stores a new excitation ratio each time the combination excitation switching command is output or the value of the basic step counter is updated. .

本発明によれば、回動指令パルスの入力に伴う励磁の更新を、組合せ励磁周期TC毎に出力される組合せ励磁切替指令に基づいて行うことにより、マイクロステップ駆動時における励磁サイクルを確保することができ、不完全な励磁が発生することを防止することができる。このように、回動指令パルスの入力に伴う励磁の更新を、組合せ励磁周期TC毎に行うことで、モータ回転子の回転数を上げる回動指令が入力されたことにより、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCよりも短くなった場合であっても、モータ回転子の回転が安定することになる。   According to the present invention, an excitation cycle at the time of microstep driving is ensured by performing excitation update accompanying input of a rotation command pulse based on a combination excitation switching command output every combination excitation cycle TC. And incomplete excitation can be prevented. Thus, the rotation command pulse interval is obtained when the rotation command for increasing the number of rotations of the motor rotor is input by updating the excitation accompanying the input of the rotation command pulse every combination excitation cycle TC. Even if this becomes shorter than the combination excitation cycle TC, the rotation of the motor rotor is stabilized.

更に、基本ステップカウンタの値が更新される毎に励磁の更新を行うことによって、モータ回転子の回転数を更に上げる回動指令により、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合においても、ステップの間引きを拡大しながら2相励磁の合成による4相励磁を継続することでモータ回転子の等速回転性を確保して、回転を安定させることができる。また、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り替えをシームレスに行うことができるとともに、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り替えを、広い回転域から選択することができる。   Further, by updating the excitation every time the value of the basic step counter is updated, the basic step counter update interval is larger than the interval of the combination excitation cycle TC by a rotation command to further increase the rotation speed of the motor rotor. Even in the case of shortening, by continuing the four-phase excitation by synthesizing the two-phase excitation while enlarging the steps, it is possible to secure the constant speed rotation of the motor rotor and stabilize the rotation. Further, switching from microstep driving to full step driving can be performed seamlessly, and switching from microstep driving to full step driving can be selected from a wide rotation range.

更に本発明は、前記組合せ励磁周期出力手段は、前記単位励磁周期Tの整数倍で構成される組合せ励磁周期TCが計数される毎に、前記励磁割合に応じた前記2つの励磁組合せによる励磁を切り換えるための組合せ励磁切替指令を出力し、更に前記基本ステップカウンタの値が更新される毎に前記組合せ励磁切替指令を出力するとともに、新たに前記組合せ励磁周期TCの計数を開始することを特徴とする。   Further, according to the present invention, the combination excitation cycle output means performs excitation by the two excitation combinations according to the excitation ratio each time a combination excitation cycle TC constituted by an integral multiple of the unit excitation cycle T is counted. A combination excitation switching command for switching is output, and each time the value of the basic step counter is updated, the combination excitation switching command is output, and counting of the combination excitation cycle TC is newly started. To do.

本発明によれば、回動指令パルスの入力に伴う励磁の更新を、組合せ励磁周期TC毎に出力される組合せ励磁切替指令に基づいて行うことにより、マイクロステップ駆動時における励磁サイクルを確保することができ、不完全な励磁が発生することを防止することができる、回動指令パルスの入力に伴う励磁の更新を、組合せ励磁周期TC毎に行うことで、モータ回転子の回転数を上げる回動指令が入力されたことにより、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCよりも短くなった場合であっても、モータ回転子の回転が安定することになる。   According to the present invention, an excitation cycle at the time of microstep driving is ensured by performing excitation update accompanying input of a rotation command pulse based on a combination excitation switching command output every combination excitation cycle TC. By performing the renewal of the excitation accompanying the input of the rotation command pulse every combination excitation cycle TC, which can prevent incomplete excitation from occurring, the number of rotations of the motor rotor can be increased. Even when the rotation command pulse interval is shorter than the combined excitation cycle TC due to the input of the motion command, the rotation of the motor rotor is stabilized.

更に、本発明では、基本ステップカウンタの値が更新される毎に組合せ励磁切替指令を出力するとともに、新たに組合せ励磁周期TCの計数を開始するように構成したので、基本ステップカウンタの値が更新される毎に励磁の更新を行うことができる。これによって、モータ回転子の回転数を更に上げる回動指令により、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合においても、ステップの間引きを拡大しながら2相励磁の合成による4相励磁を継続することでモータ回転子の等速回転性を確保して、回転を安定させることができる。また、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り替えをシームレスに行うことができるとともに、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動への切り替えを、広い回転域から選択することができる。   Furthermore, in the present invention, the combination excitation switching command is output every time the value of the basic step counter is updated, and the counting of the combination excitation cycle TC is newly started, so the value of the basic step counter is updated. The excitation can be updated whenever it is done. As a result, even when the basic step counter update interval is shorter than the interval of the combination excitation cycle TC due to a rotation command for further increasing the rotation speed of the motor rotor, the two-phase excitation is increased while increasing the step thinning. By continuing the four-phase excitation by synthesis, it is possible to secure the constant speed rotation of the motor rotor and stabilize the rotation. Further, switching from microstep driving to full step driving can be performed seamlessly, and switching from microstep driving to full step driving can be selected from a wide rotation range.

本発明によれば、ステッピングモータのコイル端子に正極の電圧を印加するためのハイサイド駆動素子、及び負極の電圧を印加するためのローサイド駆動素子の双方が同時に導通状態となる期間を短縮させることで駆動素子の短絡電流を減少させ、これに起因する消費電力の増大や、発熱、放射ノイズを低減させることができる。   According to the present invention, the period during which both the high-side drive element for applying the positive voltage to the coil terminal of the stepping motor and the low-side drive element for applying the negative voltage are simultaneously turned on can be shortened. Thus, it is possible to reduce the short-circuit current of the drive element, thereby increasing power consumption, heat generation, and radiation noise due to this.

また、本発明によれば、ステッピングモータ用駆動装置において、2相励磁の合成による4相励磁を用いたマイクロステップ駆動を行う回転数帯を拡大することにより、電気角の分解能が1/100以下となるような微小角における停止精度(スタティック特性)を確保し、超低回転域から高回転域に至るまでの回転の滑らかさ(ダイナミック特性)を確保することができる。   Further, according to the present invention, in the stepping motor drive device, the resolution of the electrical angle can be reduced to 1/100 or less by enlarging the rotation speed band for performing microstep drive using four-phase excitation by combining two-phase excitation. The stop accuracy (static characteristics) at such a small angle can be ensured, and the smoothness of rotation (dynamic characteristics) from the ultra low rotation range to the high rotation range can be ensured.

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail based on examples shown in the accompanying drawings.

図1は、5相ステッピングモータ1の各励磁コイルに対し、回動指令パルスが入力される毎に励磁態様を切り替えることが可能な、ステッピングモータ駆動装置10の内部構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a stepping motor driving apparatus 10 that can switch the excitation mode each time a rotation command pulse is input to each excitation coil of the five-phase stepping motor 1.

なお、図1は、本発明に係るステッピングモータ駆動装置10をペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1に接続した状態を示している。同図に示す実施形態では、ペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1を接続してマイクロステップの駆動制御を行う実施形態を示しているが、本発明はペンタゴン結線方式のステッピングモータ、又は、5相のステッピングモータに限定するものではなく、スター結線方式のステッピングモータ、又は、3相のステッピングモータにも応用することが可能である。また、直動型のステッピングモータにも応用することができる。   FIG. 1 shows a state in which a stepping motor driving apparatus 10 according to the present invention is connected to a 5-phase stepping motor 1 of a Pedagon connection system. In the embodiment shown in the figure, an embodiment is shown in which a Pendagon connection type five-phase stepping motor 1 is connected to perform microstep drive control. However, the present invention is a pentagon connection type stepping motor or a five-phase stepping motor. The present invention is not limited to this stepping motor, but can be applied to a star connection type stepping motor or a three-phase stepping motor. It can also be applied to a direct-acting stepping motor.

図1に示すように、本発明に係るステッピングモータ駆動装置10は、上位のコンピュータ等の外部機器から5相ステッピングモータ1の回動指令パルスCWP(Clock Wise Pulse)、又は、回動指令パルスCCWP(Counter Clock Wise Pulse)を入力し、5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁するためのハイサイド指令及びローサイド指令を、各駆動素子TR1〜TR10に出力する励磁波形決定手段12を備えている。なお、駆動素子TR1〜TR10として、MOS−FETやパワートランジスタ、その他のパワー素子を用いることができる。   As shown in FIG. 1, the stepping motor driving apparatus 10 according to the present invention includes a rotation command pulse CWP (Clock Wise Pulse) of the five-phase stepping motor 1 or a rotation command pulse CCWP from an external device such as a host computer. (Counter Clock Wise Pulse) is input, and excitation waveform determining means 12 for outputting high side commands and low side commands for exciting the respective excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 to the drive elements TR1 to TR10. I have. Note that MOS-FETs, power transistors, and other power elements can be used as the drive elements TR1 to TR10.

また、ステッピングモータ駆動装置10は、励磁コイル1a〜1eのインピーダンスに応じて、供給する駆動電源の電流を制御するモータ電流制御手段16と、各相の励磁コイル1a〜1eとモータ電流制御手段16の正極との導通又は遮断を制御するハイサイド駆動素子TR1、TR3、TR5、TR7、及びTR9と、各相の励磁コイル1a〜1eと駆動電源の負極との導通又は遮断を制御するローサイド駆動素子TR2、TR4、TR6、TR8、及びTR10とを備えている。また、ステッピングモータ駆動装置10は、励磁コイル1a〜1eが発した起電力をバイパスするダイオードD1〜D10を備えている。   Further, the stepping motor driving apparatus 10 includes motor current control means 16 for controlling the current of the driving power supply to be supplied in accordance with the impedances of the excitation coils 1a to 1e, and excitation coils 1a to 1e and motor current control means 16 for each phase. Low-side drive element that controls conduction or interruption between the high-side drive elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9, and the excitation coils 1a to 1e of each phase and the negative electrode of the drive power source. TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 are provided. Further, the stepping motor driving apparatus 10 includes diodes D1 to D10 that bypass electromotive forces generated by the exciting coils 1a to 1e.

上述の回動指令パルスCWPは、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を所定の回動位置まで時計回りに正転させるための指令パルスであり、CCWPは所定の回動位置まで反時計回りに逆転させるための指令パルスである。   The above-described rotation command pulse CWP is a command pulse for causing the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 to rotate forward clockwise to a predetermined rotation position, and CCWP is counterclockwise to the predetermined rotation position. This is a command pulse for reverse rotation.

図1に示す励磁波形決定手段12は、単位時間内に入力した回動指令パルスの数量を計数することで、指令されたモータ回転子の指令回転数を検出する指令回転数検出手段12vと、入力した回動指令パルスを用いて微細ステップ及び基本ステップの歩進数を計数する電気角位置管理手段12aと、基本ステップの歩進数に応じて5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップ位置に位置決めするための第1励磁組、及び他の基本ステップ位置に位置決めするための第2励磁組との組合せを出力する励磁相組合せ出力手段12bと、回数分割ステップカウンタの値及び基本ステップカウンタの値に応じて2つの励磁組合せの励磁回数割合又は励磁時間割合等を決定する励磁回数割合決定手段12d(励磁割合決定手段の一形態)とを備えている。   The excitation waveform determination means 12 shown in FIG. 1 counts the number of rotation command pulses input within a unit time, thereby detecting a command rotation speed detection means 12v for detecting the command rotation speed of the commanded motor rotor, The electrical angle position management means 12a that counts the number of steps of the fine step and the basic step using the input rotation command pulse, and the basic step of the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 according to the number of steps of the basic step. Excitation phase combination output means 12b for outputting a combination of a first excitation set for positioning at a position and a second excitation set for positioning at another basic step position, the value of a frequency division step counter and a basic step counter Excitation number ratio determining means 12d (one form of excitation ratio determining means) for determining the excitation frequency ratio or excitation time ratio of the two excitation combinations according to the value of It is equipped with a door.

また、励磁波形決定手段12は、所定の単位励磁周期Tが計数される毎に単位励磁切替指令を出力する単位励磁周期出力手段12hと、所定の組合せ励磁周期TCが計数される毎に組合せ励磁切替指令を出力する組合せ励磁周期出力手段12cとを備えている。   The excitation waveform determining means 12 includes a unit excitation cycle output means 12h that outputs a unit excitation switching command every time a predetermined unit excitation cycle T is counted, and a combination excitation every time a predetermined combination excitation cycle TC is counted. And a combination excitation cycle output means 12c for outputting a switching command.

また、励磁波形決定手段12は、組合せ励磁切替指令が出力される毎、又は基本ステップカウンタの値が更新される毎に新たな励磁回数割合又は励磁時間割合等を記憶する励磁回数割合記憶手段12i(励磁割合記憶手段の一形態)と、励磁回数割合記憶手段12iに記憶されている励磁回数割合又は励磁時間割合等を用いてハイサイド駆動素子を駆動するためのハイサイド指令データ、及び、ローサイド駆動素子を駆動するためのローサイド指令データとを生成する駆動素子指令生成手段12jと、ハイサイド指令データ及びローサイド指令データを用いて、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子を駆動するためのハイサイド指令及びローサイド指令を、単位励磁切替指令を入力する毎に切り替えて出力するデッドタイム挿入手段12kとを備えている。   Further, the excitation waveform determining means 12 stores an excitation frequency ratio storage means 12i that stores a new excitation frequency ratio or excitation time ratio every time a combination excitation switching command is output or the value of the basic step counter is updated. (One form of excitation ratio storage means), high side command data for driving the high side drive element using the excitation frequency ratio or excitation time ratio stored in the excitation frequency ratio storage means 12i, and the low side Drive element command generation means 12j for generating low side command data for driving the drive element, and a high side command for driving the high side drive element and the low side drive element using the high side command data and the low side command data And dead time insertion means 1 for switching and outputting the low-side command every time the unit excitation switching command is input. And a k.

また、励磁波形決定手段12は、励磁コイルに印加する電圧値又はモータ回転子の回転数に応じて定められるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段12lと、励磁コイルに印加する電圧値が第1の閾値を上回っていることを検出する第1閾値判断手段と、励磁コイルに印加する電圧値が第2の閾値を下回っていることを検出する第2閾値判断手段とを備えている。   The excitation waveform determining means 12 includes a dead time generating means 12l for generating a dead time determined according to the voltage value applied to the excitation coil or the rotation speed of the motor rotor, and the voltage value applied to the excitation coil is the first. First threshold value judging means for detecting that the voltage value exceeds the second threshold value, and second threshold value judging means for detecting that the voltage value applied to the exciting coil is lower than the second threshold value.

なお、励磁相組合せ出力手段12bと、励磁回数割合決定手段12dと、励磁回数割合記憶手段12iと、駆動素子指令生成手段12jとの機能を統合し、これらを一つの素子で構成することも可能であるが、本実施例では各機能の説明を容易にするために、各機能毎に構成を分けて記載している。   It should be noted that the functions of the excitation phase combination output means 12b, the excitation frequency ratio determination means 12d, the excitation frequency ratio storage means 12i, and the drive element command generation means 12j can be integrated and configured as a single element. However, in this embodiment, in order to facilitate explanation of each function, the configuration is described separately for each function.

モータ電流制御手段16は、5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eを励磁する電力を供給する電源PSと、電源PSの電圧を平滑化するコンデンサC1と、定電流駆動を行うために、励磁コイル1a〜1eに流れている電流を検出する電流検出抵抗15(電流検出手段)と、短時間に電圧の供給及び遮断を繰り返すPWM駆動を行うことによって励磁コイル1a〜1eに供給する電圧を調節するトランジスタTR11とを備えている。   The motor current control means 16 includes a power source PS that supplies power for exciting the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1, a capacitor C1 that smoothes the voltage of the power source PS, and an excitation for constant current driving. The current detection resistor 15 (current detection means) for detecting the current flowing in the coils 1a to 1e and the voltage supplied to the excitation coils 1a to 1e are adjusted by performing PWM driving that repeatedly supplies and cuts off the voltage in a short time. Transistor TR11.

また、モータ電流制御手段16は、電流検出抵抗15の両端に発生した電圧に応じてトランジスタTR11をオン、オフ制御することによって、励磁コイル1a〜1eのインピーダンス変化に依存せずに所定の電流を供給する制御を行う定電流コントロール回路14と、励磁コイル1a〜1eが発する起電力をバイパスするダイオードD11と、PWMにより生じた間欠的な電圧を入力して平滑化したモータ駆動電圧を生成するチョークコイルL1及びコンデンサC2とを備えている。   Further, the motor current control means 16 controls the transistor TR11 on and off according to the voltage generated at both ends of the current detection resistor 15, so that a predetermined current is obtained without depending on the impedance change of the exciting coils 1a to 1e. A constant current control circuit 14 that performs supply control, a diode D11 that bypasses the electromotive force generated by the exciting coils 1a to 1e, and a choke that generates an intermittent voltage generated by PWM to generate a smooth motor drive voltage. A coil L1 and a capacitor C2 are provided.

定電流コントロール回路14は、励磁コイル1a〜1eに供給する電流を検出し、その検出電流と基準電流との差を誤差信号として生成してトランジスタTR11のオン−オフ制御を行う。これにより、励磁コイル1a〜1eに供給する電圧を調節して、ステッピングモータの励磁コイルに対する総電流が所定の電流に定まるように制御することができる。トランジスタTR11のオン、オフにより脈流となった電圧は、チョークコイルL1及びコンデンサC2により平滑化されて、駆動素子TR1〜TR10を介して励磁コイル1a〜1eに供給される。   The constant current control circuit 14 detects the current supplied to the exciting coils 1a to 1e, generates a difference between the detected current and the reference current as an error signal, and performs on / off control of the transistor TR11. As a result, the voltage supplied to the exciting coils 1a to 1e can be adjusted to control the total current for the exciting coil of the stepping motor to be a predetermined current. The voltage pulsating due to the turning on and off of the transistor TR11 is smoothed by the choke coil L1 and the capacitor C2, and supplied to the exciting coils 1a to 1e via the driving elements TR1 to TR10.

例えば、電流検出抵抗15を流れる電流が減少した場合には、誤差信号のレベルが上昇するので、トランジスタTR11のオン時間を長くする。すると、トランジスタTR11を通過した電圧は、チョークコイルL1及びコンデンサC2により平滑化されて高い電圧となって励磁コイル1a〜1eに印加されるので、励磁電圧を増加させる制御を行うことができる。また、電流検出抵抗15を流れる電流が増加した場合には、誤差信号のレベルが下降するので、トランジスタTR11のオン時間を短くする。このようにして、励磁コイル1a〜1eに印加する電圧を減少させる制御を行うことができる。   For example, when the current flowing through the current detection resistor 15 decreases, the level of the error signal increases, so the on-time of the transistor TR11 is lengthened. Then, the voltage that has passed through the transistor TR11 is smoothed by the choke coil L1 and the capacitor C2 and becomes a high voltage, which is applied to the excitation coils 1a to 1e, so that the excitation voltage can be controlled to increase. Further, when the current flowing through the current detection resistor 15 increases, the level of the error signal decreases, so the on-time of the transistor TR11 is shortened. In this way, it is possible to perform control to reduce the voltage applied to the exciting coils 1a to 1e.

このように、モータ電流制御手段16を用いて5相ステッピングモータ1の励磁電圧を適宜調節することによって、励磁波形決定手段12が出力する第1励磁組又は第2励磁組の励磁周期Tとは無関係に励磁電流を安定化させ、5相ステッピングモータ1を定電流駆動することができる。なお、モータ電流制御手段16には、モータ駆動電圧を測定してその結果を出力する電圧検出手段が設けられている。なお、図1に示す実施形態に代えて、電圧検出手段は、励磁コイルに印加する電圧値を測定するように構成してもよい。なお、電圧検出手段が出力する電圧値として、アナログの電圧値を用いてもよいし、A/D変換器を用いてデジタルの電圧データに変換した電圧値を用いることもできる。   As described above, by appropriately adjusting the excitation voltage of the five-phase stepping motor 1 using the motor current control means 16, what is the excitation period T of the first excitation group or the second excitation group output from the excitation waveform determining means 12? Irrespectively, the excitation current can be stabilized and the five-phase stepping motor 1 can be driven at a constant current. The motor current control means 16 is provided with voltage detection means for measuring the motor drive voltage and outputting the result. Instead of the embodiment shown in FIG. 1, the voltage detection means may be configured to measure the voltage value applied to the exciting coil. An analog voltage value may be used as the voltage value output from the voltage detection means, or a voltage value converted into digital voltage data using an A / D converter may be used.

次に、5相ステッピングモータ1の機械角を基本ステップ毎に10分割する際の励磁について、図2〜図4を用いて説明する。   Next, excitation when the mechanical angle of the five-phase stepping motor 1 is divided into 10 for each basic step will be described with reference to FIGS.

先ず、図2(a)に示すように、ペンタゴン結線方式を採用した5相ステッピングモータ1の励磁コイル1a〜1eと、励磁相ABCDEabcdeの励磁電流の方向とを定義する。そして、図2(b)に示すように、5相ステッピングモータ1の励磁相ABCDEabcdeと、トルクベクトルVA〜Veとの関係とを定義する。   First, as shown in FIG. 2A, the excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 adopting the pentagon connection method and the direction of the excitation current of the excitation phase ABCDEabcde are defined. Then, as shown in FIG. 2B, the relationship between the excitation phase ABCDEabcde of the five-phase stepping motor 1 and the torque vectors VA to Ve is defined.

図2(a)に示すように、励磁コイル1aに流す電流の方向に応じて、励磁相A及び励磁相aを定義する。以下同様にして、励磁コイル1b〜1eに流す電流の方向に応じて、それぞれ励磁相BbCcDdEeを定義する。そして、各励磁相を励磁した際のトルクベクトルVA〜VE及びトルクベクトルVa〜Veの向きを、図2(b)に示すように定義する。図2(a)及び図2(b)に示すように、励磁コイル1aに流す電流は、励磁Aと励磁aとでは逆方向であり、トルクベクトルもVAとVaとで逆方向になる。   As shown in FIG. 2A, the excitation phase A and the excitation phase a are defined according to the direction of the current flowing through the excitation coil 1a. In the same manner, excitation phases BbCcDdEe are respectively defined according to the directions of currents flowing through the excitation coils 1b to 1e. Then, the directions of the torque vectors VA to VE and the torque vectors Va to Ve when the respective excitation phases are excited are defined as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the current flowing through the exciting coil 1a is in the opposite direction between excitation A and excitation a, and the torque vector is also in the opposite direction between VA and Va.

次に、図3に、モータ回転子を所定の基本ステップ位置に位置決めする励磁相の組み合わせ例を示す。   Next, FIG. 3 shows a combination example of excitation phases for positioning the motor rotor at a predetermined basic step position.

なお、表現を簡略化するために、5相の励磁コイル1a〜1eのうちの複数の励磁コイルに対して同時に励磁電流を流すことにより、多相励磁によるトルクベクトルの合成を行う際における単位励磁相の組合せを励磁組と呼ぶ。例えば、励磁相A及び励磁相Bの2相の単位励磁相を同時に励磁した状態を2相励磁と呼び、これを励磁組(AB)と表記する。更に、擬似的な4相励磁を実現するために、励磁組(AB)及び励磁組(CD)を時間をずらして時系列的に合成して励磁する場合を、励磁組(AB−CD)と表記することにする。   In order to simplify the expression, unit excitation when synthesizing torque vectors by multi-phase excitation by simultaneously passing excitation currents to a plurality of excitation coils of the five-phase excitation coils 1a to 1e. The combination of phases is called an excitation group. For example, a state in which two unit excitation phases of excitation phase A and excitation phase B are excited simultaneously is called two-phase excitation, and this is expressed as an excitation group (AB). Further, in order to realize pseudo four-phase excitation, the excitation group (AB) and the excitation group (CD) are synthesized in time series with the time being shifted, and the excitation group (AB-CD) is referred to as an excitation group (AB-CD). I will write it.

図3に示す実施例では、5相ステッピングモータ1のモータ回転子をステップ=0*Nの基本ステップで停止させる際に、励磁相ABCDの4相を励磁する。ところが、単一の電源を用いてこの4相を同時に励磁することはできないので、励磁組(BC)及び励磁組(AD)を時間をずらして時系列的に交互に励磁して、4相励磁を実現する。すなわち、モータ回転子をステップ=0*Nの基本ステップで停止させる際には、5相ステッピングモータ1に対して励磁組(BC−AD)の励磁を行う。   In the embodiment shown in FIG. 3, when the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 is stopped at the basic step of step = 0 * N, the four phases of the excitation phase ABCD are excited. However, since these four phases cannot be excited simultaneously using a single power source, the excitation group (BC) and the excitation group (AD) are alternately excited in time series by shifting the time, and four-phase excitation is performed. Is realized. That is, when the motor rotor is stopped at the basic step of step = 0 * N, the excitation set (BC-AD) is excited for the five-phase stepping motor 1.

また、図3に示すように、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を、ステップ=1*Nの基本ステップで停止させる際には、5相ステッピングモータ1に対して励磁組(CD−BE)の励磁を行う。このように、ステップ=0*Nからステップ=9*Nまでの励磁を切り替えることによって、各基本ステップにおける位置決めを行うことができる。   Further, as shown in FIG. 3, when the motor rotor of the 5-phase stepping motor 1 is stopped at the basic step of step = 1 * N, the excitation set (CD-BE) for the 5-phase stepping motor 1 is used. Excitation is performed. Thus, positioning in each basic step can be performed by switching the excitation from step = 0 * N to step = 9 * N.

例えば、5相ステッピングモータの基本ステップ角αが0.72°の場合には、励磁相をABCD→BCDE→CDEa→DEab→Eabc→abcd→bcde→cdeA→deAB→eABCの順序で10回切り替えることにより、モータ回転子を7.2°回転させることができる。更に、この10ステップ(0〜9)の歩進を50回繰り返すと、モータ回転子が360°、すなわち丁度1回転することになる。   For example, when the basic step angle α of a 5-phase stepping motor is 0.72 °, the excitation phase is switched 10 times in the order of ABCD → BCDE → CDEa → DEab → Eabc → abcd → bcde → cdeA → deAB → eABC. Thus, the motor rotor can be rotated by 7.2 °. Further, if the step of 10 steps (0 to 9) is repeated 50 times, the motor rotor rotates 360 °, that is, just one rotation.

次に、図4に、モータ回転子を所定の基本ステップ位置に位置決めする励磁相の組み合わせの他の実施例を示す。   Next, FIG. 4 shows another embodiment of a combination of excitation phases for positioning the motor rotor at a predetermined basic step position.

図4に示す実施例では、モータ回転子をステップ=0*Nの基本ステップで停止させる際に、励磁組(AB−CD)を励磁する。また、モータ回転子をステップ=1*Nの基本ステップで停止させる際には、励磁組(BC−DE)を励磁する。このように、ステップ=0*Nからステップ=9*Nまでの励磁を切り替えることによって、各基本ステップにおける位置決めを行うことができる。   In the embodiment shown in FIG. 4, when the motor rotor is stopped at the basic step of step = 0 * N, the excitation set (AB-CD) is excited. Further, when the motor rotor is stopped at the basic step of step = 1 * N, the excitation set (BC-DE) is excited. Thus, positioning in each basic step can be performed by switching the excitation from step = 0 * N to step = 9 * N.

なお、図3及び図4に示す実施例では、励磁コイル1a〜1eの両端が、必ずモータ電流制御手段16の正極(+)又は負極(−)のいずれかの制御された電位に接続されるように励磁している。このように、常に励磁コイル1a〜1eの端子が開放しないように2相励磁を行うことによって、前ステップから次ステップに切り替えて歩進を行った際の電流のオーバーシュートを減少させ、ダンピング特性を向上させることが可能となり、モータ回転子に発生する振動の低減と騒音の低減とを図ることができる。   In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, both ends of the exciting coils 1a to 1e are always connected to the controlled potential of either the positive electrode (+) or the negative electrode (−) of the motor current control means 16. Excited like that. Thus, by performing two-phase excitation so that the terminals of the exciting coils 1a to 1e are not always opened, the overshoot of the current when switching from the previous step to the next step is reduced, and the damping characteristic Thus, it is possible to reduce vibrations and noise generated in the motor rotor.

次に、図1に示した励磁波形決定手段12を構成する各ブロックの処理について、図5を用いて説明する。   Next, the processing of each block constituting the excitation waveform determining means 12 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図5に示す励磁波形決定手段12は、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスを入力し、単位時間内に入力した回動指令パルスの数量を計数して、指令されたモータ回転子の指令回転数を検出する指令回転数検出手段12vを備えている。   The excitation waveform determining means 12 shown in FIG. 5 inputs rotation command pulses of the five-phase stepping motor 1, counts the number of rotation command pulses input within a unit time, and instructs the command of the motor rotor. Command rotational speed detecting means 12v for detecting the rotational speed is provided.

また、励磁波形決定手段12の電気角位置管理手段12aは、上位の桁から順に、5相ステッピングモータ1の回動指令パルスをm回入力する毎に基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタと、回動指令パルスを入力する毎に基本ステップ角αをm分割した回数分割ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタ(以降、回数分割ステップカウンタと記載する。)とを備えている。   Further, the electrical angle position managing means 12a of the excitation waveform determining means 12 counts and outputs the number of steps in the basic step every time the rotation command pulse of the five-phase stepping motor 1 is input m times in order from the upper digit. A basic step counter, and an m-divided counter (hereinafter referred to as a number-divided step counter) that counts and outputs the number of steps in a number-of-times-divided step obtained by dividing the basic step angle α by m every time a rotation command pulse is input. It has.

図5に示す回数分割ステップカウンタは、回動指令パルスCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントアップし、回動指令パルスCCWPを入力する毎に回数分割ステップの歩進数をカウントダウンして、その値を励磁回数割合決定手段12dに出力する。なお、回数分割ステップカウンタの下位に、当該回数分割ステップを更に細分割するためのカウンタを別途設けることも可能である。   The number division step counter shown in FIG. 5 counts up the number of steps in the number of division steps every time the rotation command pulse CWP is inputted, and counts down the number of steps in the number of division steps every time the rotation command pulse CCWP is inputted. The value is output to the excitation frequency ratio determining means 12d. It is also possible to separately provide a counter for further subdividing the frequency division step below the frequency division step counter.

基本ステップカウンタは、回数分割ステップカウンタの上位の桁に該当し、回数分割ステップカウンタの値が「9」から「0」に切り替わる際に一つカウントアップするように構成する。また回数分割ステップカウンタの値が、「0」から「9」に切り替わる際に一つカウントダウンするように構成する。基本ステップカウンタが計数する基本ステップの歩進数は、図3及び図4に示した基本ステップ位置(ステップ=0*N〜9*N)を表し、モータ回転子を所定のステップの位置に位置決めする励磁相の組み合わせを決定するためのカウンタである。   The basic step counter corresponds to the upper digit of the number division step counter, and is configured to count up by one when the value of the number division step counter is switched from “9” to “0”. Further, the count division step counter is configured to count down by one when the value is switched from “0” to “9”. The step number of the basic step counted by the basic step counter represents the basic step position (step = 0 * N to 9 * N) shown in FIGS. 3 and 4, and the motor rotor is positioned at a predetermined step position. It is a counter for determining the combination of excitation phases.

励磁相組合せ出力手段12bは、基本ステップカウンタから基本ステップの歩進数を入力すると、5相ステッピングモータ1のモータ回転子を1の基本ステップ位置に位置決めするための第1励磁組、及び、他の基本ステップ位置に位置決めするための第2励磁組の、励磁相の組合せを出力する。5相のステッピングモータを駆動する場合には、第1励磁組及び第2励磁組の組合せの数量は、図3及び図4に示したように、5相ステッピングモータ1の相数Nの2倍の10種類存在する。   When the step number of the basic step is input from the basic step counter, the excitation phase combination output means 12b receives the first excitation group for positioning the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 at one basic step position, and other A combination of excitation phases of the second excitation set for positioning to the basic step position is output. When driving a five-phase stepping motor, the number of combinations of the first excitation group and the second excitation group is twice the number N of phases of the five-phase stepping motor 1 as shown in FIGS. There are 10 types.

図5に示す励磁相組合せ出力手段12bの内部には、5相ステッピングモータ1を励磁する際の励磁相の組合せが記憶されている。第1励磁組の4相を励磁する際には、2相の励磁組F1及び2相の励磁組F2を2回に分けて励磁するための励磁組(F1−F2)を出力する。また、第2励磁組の4相を励磁する際には、2相の励磁組F3及び2相の励磁組F4を2回に分けて励磁するための励磁組(F3−F4)を出力する。   The excitation phase combination output means 12b shown in FIG. 5 stores a combination of excitation phases when the five-phase stepping motor 1 is excited. When exciting the four phases of the first excitation group, an excitation group (F1-F2) for exciting the two-phase excitation group F1 and the two-phase excitation group F2 in two steps is output. Further, when exciting the four phases of the second excitation group, an excitation group (F3-F4) for exciting the two-phase excitation group F3 and the two-phase excitation group F4 in two steps is output.

例えば、図3に示した励磁を行う場合であって、基本ステップカウンタが基本ステップの歩進数として「0」を出力している場合(ステップ=0*Nの場合)には、基本ステップの歩進数が「0」と「1」との間をm分割したマイクロステップを実現すべく、第1励磁組として励磁組(AD−BC)を出力し、第2励磁組として励磁組(BE−CD)を出力する。   For example, when the excitation shown in FIG. 3 is performed and the basic step counter outputs “0” as the step number of the basic step (when step = 0 * N), the step of the basic step is performed. In order to realize a microstep in which the decimal number between “0” and “1” is divided into m, an excitation group (AD-BC) is output as the first excitation group and an excitation group (BE-CD) as the second excitation group. ) Is output.

基本ステップカウンタが基本ステップの歩進数として「1」を出力している場合(ステップ=1*Nの場合)には、基本ステップの歩進数が「1」と「2」との間をm分割したマイクロステップを実現するべく、第1励磁組として励磁組(BE−CD)を出力し、第2励磁組として励磁組(Ca−DE)を出力する。以降同様に、基本ステップの歩進数に応じて第1励磁組と第2励磁組とを出力する。   When the basic step counter outputs “1” as the step number of the basic step (in the case of step = 1 * N), the step number of the basic step is divided into “1” and “2” by m. In order to realize the microstep, the excitation group (BE-CD) is output as the first excitation group, and the excitation group (Ca-DE) is output as the second excitation group. Thereafter, similarly, the first excitation group and the second excitation group are output according to the number of steps in the basic step.

励磁相組合せ出力手段12bの機能を実現する素子として、ROMなどのメモリを用いることができる。その場合には、電気角位置管理手段12aは、メモリのアドレスカウンタとして機能するように構成する。   As an element for realizing the function of the excitation phase combination output means 12b, a memory such as a ROM can be used. In that case, the electrical angle position management means 12a is configured to function as an address counter of the memory.

励磁回数割合決定手段12dは、回数分割ステップの歩進数に応じて、第1励磁組を励磁する回数又は時間等を漸増又は漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数又は時間等を漸減又は漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合又は励磁時間等を決定して出力する機能を備えている。   The excitation frequency ratio determining means 12d gradually increases or decreases the number of times or time to excite the first excitation group according to the number of steps in the frequency division step, and gradually decreases or decreases the number of times or time to excite the second excitation group. By gradually increasing, a function of determining and outputting the excitation frequency ratio or excitation time of the first excitation group and the second excitation group is provided.

例えば、回数分割ステップの分割数をm=10に設定している場合には、第1励磁組を励磁する回数を10回〜1回まで漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を0回〜9回まで漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を10:0〜1:9まで変更して出力する機能を備えている。なお、図5に示す実施例では、4相励磁を実現するために2相励磁を2回出力して合成しているので、励磁回数は2回×m分割=20回(0P〜19P)となっている。   For example, when the number of divisions in the frequency division step is set to m = 10, the number of times of exciting the first excitation group is gradually decreased from 10 to 1, and the number of times of exciting the second excitation group is set to 0. By gradually increasing up to 9 times, it has a function of changing and outputting the number of excitation times of the first excitation group and the second excitation group from 10: 0 to 1: 9. In the embodiment shown in FIG. 5, since the two-phase excitation is output twice and synthesized in order to realize the four-phase excitation, the number of excitation is 2 times × m division = 20 times (0P to 19P). It has become.

図5に示す実施例によれば、回数分割ステップカウンタが回数分割ステップの歩進数として「0」を出力している場合には、第1励磁組のF1、F2の繰り返しを励磁相0P〜19Pに代入して出力する。これにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を10:0に設定して、基本ステップの歩進数「0」の位置にモータ回転子を位置決めすることができる。   According to the embodiment shown in FIG. 5, when the number division step counter outputs “0” as the step number of the number division step, the repetition of F1 and F2 of the first excitation group is performed as the excitation phases 0P to 19P. Assign to and output. As a result, the ratio of the number of excitations between the first excitation group and the second excitation group is set to 10: 0, and the motor rotor can be positioned at the position of the step number “0” of the basic step.

回数分割ステップカウンタが回数分割ステップの歩進数として「1」を出力している場合には、第2励磁組のF3、F4を励磁相0P、1Pに代入して出力し、第1励磁組のF1、F2の繰り返しを2P〜19Pに代入して出力する。これにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を9:1に設定して、基本ステップの歩進数「0」と「1」との間を10分割した位置にモータ回転子を位置決めすることができる。   When the number division step counter outputs “1” as the step number of the number division step, F3 and F4 of the second excitation set are substituted into the excitation phases 0P and 1P and output, and the first excitation set is output. The repetition of F1 and F2 is assigned to 2P to 19P and output. Thereby, the ratio of the number of times of excitation between the first excitation group and the second excitation group is set to 9: 1, and the motor rotor is located at a position obtained by dividing the step number “0” and “1” of the basic step into ten. Can be positioned.

以下同様に、回数分割ステップの歩進数に応じて第1励磁組を励磁する回数を漸増又は漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を漸減又は漸増することにより励磁相0P〜19Pを定め、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を決定して出力する。   Similarly, the excitation phases 0P to 19P are determined by gradually increasing or decreasing the number of times of exciting the first excitation group according to the number of steps in the number dividing step, and gradually decreasing or gradually increasing the number of times of exciting the second excitation group. The excitation frequency ratio between the first excitation group and the second excitation group is determined and output.

なお、図5の励磁回数割合決定手段12dに示した実施形態では、励磁回数割合の遷移を判り易く説明する都合上、励磁組F1(AD)及び励磁組F2(BC)並びに励磁組F3(BE)及び励磁組F4(CD)を交互に時間をずらして時系列的に交互に励磁して、4相励磁を実現する実施形態を示したが、図6に示すようにそれぞれの励磁組を纏めて連続して励磁することもできる。この図6に示すように、それぞれの励磁組を纏めて励磁することによって、励磁の切替回数を減少させて、励磁の切替時に発生する熱損失やノイズの発生等を減少させることができる。   In the embodiment shown in the excitation frequency ratio determining means 12d in FIG. 5, the excitation group F1 (AD), the excitation group F2 (BC), and the excitation group F3 (BE) are described for the sake of convenience in explaining the transition of the excitation frequency ratio. ) And the excitation group F4 (CD) are alternately time-sequentially excited at different times to realize the four-phase excitation. However, as shown in FIG. Can be excited continuously. As shown in FIG. 6, by exciting each excitation group together, it is possible to reduce the number of times of excitation switching, and to reduce the heat loss and noise generated at the time of excitation switching.

励磁回数割合記憶手段12iは、組合せ励磁切替指令が出力される毎、又は基本ステップカウンタの値が更新される毎に、励磁回数割合決定手段12dが出力する第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合又は励磁時間割合等を記憶する。   The excitation frequency ratio storage means 12i includes a first excitation group and a second excitation group that are output by the excitation frequency ratio determination means 12d each time the combination excitation switching command is output or the value of the basic step counter is updated. The excitation frequency ratio or excitation time ratio is stored.

単位励磁周期出力手段12hは、所定の単位励磁周期Tが計数される毎に、励磁組を構成する単位励磁相に対する励磁を切り替えるための単位励磁切替指令を出力する。   The unit excitation cycle output means 12h outputs a unit excitation switching command for switching excitation for the unit excitation phases constituting the excitation set every time a predetermined unit excitation cycle T is counted.

組合せ励磁周期出力手段12cは、単位励磁周期Tの整数倍で構成される組合せ励磁周期TCが計数される毎に、励磁回数割合又は励磁時間割合等に応じた2つの励磁組合せによる励磁(例えば励磁相0P〜19P。)を切り替えるための組合せ励磁切替指令を出力する。例えば組合せ励磁周期TCとして50μs、単位励磁周期Tとして2.5μsの値を用いることができる。   The combination excitation cycle output means 12c is excited by two excitation combinations (for example, excitation) according to the number of times of excitation or the rate of excitation time each time the combination excitation cycle TC composed of an integral multiple of the unit excitation cycle T is counted. A combination excitation switching command for switching phases 0P to 19P.) Is output. For example, 50 μs can be used as the combination excitation cycle TC, and 2.5 μs can be used as the unit excitation cycle T.

励磁回数割合決定手段12dが出力する励磁相0P〜19Pを、組合せ励磁周期TC毎に繰り返して出力することにより、基本ステップ角αをm分割したマイクロステップを実現することが可能となる。   By repeatedly outputting the excitation phases 0P to 19P output by the excitation frequency ratio determining means 12d for each combination excitation cycle TC, it is possible to realize a microstep by dividing the basic step angle α into m.

例えば、図5の励磁回数割合決定手段12dに示すように、回数分割ステップの歩進数が0の場合には、第1励磁組(F1−F2)のみが組合せ励磁周期TC毎に繰り返し励磁され、モータ回転子は基本ステップ=0*Nの位置に位置決めされる。この状態において回動指令パルスCWPが1パルス入力されると、回数分割ステップカウンタの値が1増加して、回数分割ステップの歩進数が1となる。すると、組合せ励磁周期TC内において第2励磁組(F3−F4)が1回励磁され、第1励磁組(F1−F2)が9回励磁される。この割合での励磁が組合せ励磁周期TC毎に繰り返されることにより、モータ回転子は(基本ステップ=0*N)+(回数分割ステップ=1)の位置に位置決めされる。   For example, as shown in the excitation frequency ratio determining means 12d in FIG. 5, when the number of steps in the frequency division step is 0, only the first excitation group (F1-F2) is repeatedly excited every combination excitation cycle TC. The motor rotor is positioned at the position of basic step = 0 * N. When one rotation command pulse CWP is input in this state, the value of the number division step counter is incremented by 1, and the number of steps in the number division step becomes 1. Then, within the combination excitation cycle TC, the second excitation group (F3-F4) is excited once, and the first excitation group (F1-F2) is excited nine times. By repeating the excitation at this ratio every combination excitation cycle TC, the motor rotor is positioned at a position of (basic step = 0 * N) + (number of times dividing step = 1).

このようにして、回数分割ステップの歩進数に応じて第1励磁組を励磁する回数を漸減するとともに、第2励磁組を励磁する回数を漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁回数割合を10:0〜1:9まで変更して、回数分割ステップの歩進数に応じた位置決めを行うことができる。   In this way, the first excitation group and the second excitation group are gradually decreased by gradually decreasing the number of times of exciting the first excitation group according to the number of steps in the number dividing step, and gradually increasing the number of times of exciting the second excitation group. The excitation frequency ratio can be changed from 10: 0 to 1: 9, and positioning according to the number of steps in the frequency division step can be performed.

上記に示した実施形態では、1つの基本ステップの歩進数に対して、励磁回数割合を変更する回数分割により10分割したマイクロステップを実現する実施形態を示したが、本発明は10分割に限定するものではなく、20分割、40分割、その他の分割数を用いることもできる。また、回数分割に加えて、第1励磁組(F1−F2)を励磁する時間を漸減するとともに、第2励磁組(F3−F4)を励磁する時間を漸増することにより、第1励磁組と第2励磁組との励磁時間割合を変更する、時間分割によるマイクロステップを用いることもできる。   In the embodiment described above, the embodiment has been described in which the microstep is obtained by dividing the number of steps of one basic step into 10 by dividing the number of excitation times, but the present invention is limited to 10 divisions. However, 20 divisions, 40 divisions, and other division numbers may be used. Further, in addition to the number of times division, the time for exciting the first excitation group (F1-F2) is gradually decreased, and the time for exciting the second excitation group (F3-F4) is gradually increased to obtain the first excitation group. It is also possible to use microsteps by time division that change the excitation time ratio with the second excitation set.

駆動素子指令生成手段12jは、励磁回数割合記憶手段12iに記憶されている励磁回数割合又は励磁時間割合等を用い、ハイサイド駆動素子を駆動するためのハイサイド指令データ、及び、ローサイド駆動素子を駆動するためのローサイド指令データとを生成して出力する。   The drive element command generation means 12j uses the excitation frequency ratio or the excitation time ratio stored in the excitation frequency ratio storage means 12i, and uses the high-side command data for driving the high-side drive element and the low-side drive element. Generate and output low-side command data for driving.

図7に、駆動素子指令生成手段12jが生成するハイサイド指令データ、及びローサイド指令データの構成例を示す。図7に示すハイサイド指令データ及びローサイド指令データは、図5に示す基本ステップの歩進数が0で、回数分割ステップの歩進数が1の場合(図3に示した2相励磁の組合せ1の場合であって、ステップ0*N+(1/10)*1の場合)における0P、1P、2P、3P…のデータである。   FIG. 7 shows a configuration example of high-side command data and low-side command data generated by the drive element command generation unit 12j. The high-side command data and low-side command data shown in FIG. 7 are obtained when the number of steps in the basic step shown in FIG. In this case, the data is 0P, 1P, 2P, 3P... In step 0 * N + (1/10) * 1).

ハイサイド駆動素子TR1、TR3、TR5、TR7、又はTR9に対するハイサイド指令データが1の場合には、これらの駆動素子がオンになり、各出力端子を介して+V(V)の正極の電圧を出力することができる。ローサイド駆動素子TR2、TR4、TR6、TR8、又はTR10に対するローサイド指令データが1の場合には、これらの駆動素子がオンになり、各出力端子を0(V)の負極に接続することができる。また、図7には示されていないが、ハイサイド指令データ及びローサイド指令データの双方が0の場合には、その出力端子は+V(V)にも0(V)にも接続されないハイインピーダンス状態となる。   When the high-side command data for the high-side drive elements TR1, TR3, TR5, TR7, or TR9 is 1, these drive elements are turned on, and a positive voltage of + V (V) is applied through each output terminal. Can be output. When the low-side command data for the low-side drive elements TR2, TR4, TR6, TR8, or TR10 is 1, these drive elements are turned on, and each output terminal can be connected to the negative electrode of 0 (V). Although not shown in FIG. 7, when both the high-side command data and the low-side command data are 0, the output terminal is not connected to either + V (V) or 0 (V). It becomes.

第1閾値判断手段12mは、励磁コイルに印加する駆動電源の電圧値を、モータ電流制御手段16の電圧検出手段から取得して、予め定められている第1閾値との比較を行う。もし、第1閾値よりも駆動電源の電圧値が高くなった場合には、その旨を表す第1回転数情報を記憶するとともにデッドタイム生成手段12lにも第1回転数情報を出力する。デッドタイム生成手段12lは、当該第1回転数情報を取得すると、デッドタイム挿入手段12kに出力していた第2のデッドタイムに代えて、第1のデッドタイムを生成して出力する。   The first threshold value determination unit 12m acquires the voltage value of the driving power source applied to the exciting coil from the voltage detection unit of the motor current control unit 16, and compares it with a predetermined first threshold value. If the voltage value of the drive power supply becomes higher than the first threshold value, the first rotational speed information indicating that is stored and the first rotational speed information is also output to the dead time generating means 12l. When the dead time generating unit 121 acquires the first rotation speed information, the dead time generating unit 121 generates and outputs a first dead time instead of the second dead time output to the dead time inserting unit 12k.

例えば、単位励磁周期Tとして2.5μsを設定しており、モータ電流制御手段16が励磁コイルに印加するための電圧として3〜23(V)を出力することが可能であって、駆動電源の電圧値が第1閾値として設定した10(V)を超えた場合には、デッドタイム生成手段12lは第1のデッドタイムとして50nsを出力する。なお、第2のデッドタイムの値として、0nsを用いても良いし、10ns等の初期値を用いることもできる。なお、デッドタイム生成手段12lは、アナログ値のデッドタイムを出力する構成を用いることもできるし、デッドタイムカウンタを内蔵してデッドタイムを数値として出力する構成を用いることもできる。 For example, 2.5 μs is set as the unit excitation cycle T, and the motor current control means 16 can output 3 to 23 (V) as a voltage to be applied to the excitation coil. When the voltage value exceeds 10 (V) set as the first threshold value, the dead time generating unit 121 outputs 50 ns as the first dead time. Note that 0 ns may be used as the second dead time value, or an initial value such as 10 ns may be used. The dead time generating unit 12l can use a configuration that outputs an analog dead time or a configuration that includes a dead time counter and outputs the dead time as a numerical value.

第2閾値判断手段12nは、励磁コイルに印加する駆動電源の電圧値を取得して、予め定められている第2閾値との比較を行う。この第2閾値の値は、前記第1閾値よりも低い値に設定することで、電圧値に応じてデッドタイムを設定する際にヒステリシスを設けるためのものである。もし、第2閾値よりも駆動電源の電圧値が低くなった場合には、その旨を表す第2回転数情報を第1閾値判断手段12mに出力する。第1閾値判断手段12mは、当該第2回転数情報を取得すると、記憶していた第1回転数情報をリセットするとともに、第2回転数情報をデッドタイム生成手段12lに出力する。   The second threshold value determination unit 12n acquires the voltage value of the driving power source applied to the exciting coil and compares it with a predetermined second threshold value. The value of the second threshold is set to a value lower than the first threshold, thereby providing hysteresis when setting the dead time according to the voltage value. If the voltage value of the drive power supply is lower than the second threshold value, the second rotation speed information indicating that is output to the first threshold value judging means 12m. When the first threshold value determination unit 12m acquires the second rotation number information, the first threshold value determination unit 12m resets the stored first rotation number information and outputs the second rotation number information to the dead time generation unit 12l.

例えば、駆動電源の電圧値が第2閾値として設定した9(V)を下回った場合には、その旨を表す第2回転数情報を第1閾値判断手段12mに出力する。第2回転数情報を取得した第1閾値判断手段12mは、記憶していた第1回転数情報をリセットするとともに、デッドタイム生成手段12lに第2回転数情報を出力する。   For example, when the voltage value of the drive power supply falls below 9 (V) set as the second threshold value, the second rotation speed information indicating that is output to the first threshold value judging means 12m. The first threshold value determination unit 12m that has acquired the second rotation number information resets the stored first rotation number information and outputs the second rotation number information to the dead time generation unit 12l.

デッドタイム生成手段12lが第2回転数情報を取得すると、デッドタイム挿入手段12kに出力していた第1のデッドタイム(例えば50ns)に代えて、第2のデッドタイム(例えば0ns)を生成して出力する。N相ステッピングモータ1の励磁コイルに印加する電圧が高い場合には、一般にハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時にオンとなる時間も長くなるので、励磁コイルに印加する電圧値に応じてデッドタイムを長く設定すると良い。   When the dead time generating unit 12l acquires the second rotation speed information, a second dead time (for example, 0 ns) is generated instead of the first dead time (for example, 50 ns) output to the dead time inserting unit 12k. Output. When the voltage applied to the excitation coil of the N-phase stepping motor 1 is high, generally, the time during which the high-side drive element and the low-side drive element are turned on at the same time becomes longer, so that the dead time depends on the voltage value applied to the excitation coil. A long time should be set.

デッドタイム挿入手段12kは、単位励磁周期出力手段12hから単位励磁切替指令が出力される毎に、ハイサイド指令データ及びローサイド指令データに応じたハイサイド指令及びローサイド指令を出力する。   Each time the unit excitation switching command is output from the unit excitation cycle output unit 12h, the dead time insertion unit 12k outputs a high side command and a low side command corresponding to the high side command data and the low side command data.

駆動素子TR1〜TR10は、デッドタイム挿入手段12kから取得したハイサイド指令及びローサイド指令に応じて5相ステッピングモータ1の各励磁コイル1a〜1eを励磁する。   The drive elements TR1 to TR10 excite the respective excitation coils 1a to 1e of the five-phase stepping motor 1 in accordance with the high side command and the low side command acquired from the dead time insertion unit 12k.

上記にて説明したデッドタイム挿入手段12kが出力するハイサイド指令及びローサイド指令の一例を、図8のタイミングチャートに示す。   An example of the high-side command and the low-side command output from the dead time insertion unit 12k described above is shown in the timing chart of FIG.

図8に示すハイサイド指令及びローサイド指令は、図7に示したハイサイド指令データ及びローサイド指令データを用いて、単位励磁切替指令が出力される毎に、ハイサイド指令及びローサイド指令を切り替えて出力する状態を示した図であり、デッドタイムを挿入しない場合の指令である。   The high-side command and the low-side command shown in FIG. 8 are output by switching the high-side command and the low-side command every time the unit excitation switching command is output using the high-side command data and the low-side command data shown in FIG. It is a figure which shows the state to perform, and is a command when not inserting a dead time.

図8に示す例では、時刻TF0において、OUT3のハイサイド駆動素子TR5とローサイド駆動素子TR6とが同時に切り替わることになる。この場合には、図35に示したようなゲートオンの重なり部分が生じるとともに、駆動素子のスルーレートに起因する短絡電流が増大するという問題が発生する。なお、同様に、時刻TF1においてハイサイド駆動素子TR1及びTR5と、ローサイド駆動素子TR2及びTR6とが同時に切り替わる。また、時刻TF2においてハイサイド駆動素子TR7とローサイド駆動素子TR8とが同時に切り替わる。また、時刻TF3及びTF4においては、ハイサイド駆動素子TR1及びTR7と、ローサイド駆動素子TR2及びTR8とが同時に切り替わる。   In the example shown in FIG. 8, at time TF0, the high-side drive element TR5 and the low-side drive element TR6 of OUT3 are switched simultaneously. In this case, a gate-on overlapping portion as shown in FIG. 35 occurs and a short-circuit current due to the slew rate of the drive element increases. Similarly, at time TF1, the high-side drive elements TR1 and TR5 and the low-side drive elements TR2 and TR6 are simultaneously switched. At time TF2, the high side drive element TR7 and the low side drive element TR8 are simultaneously switched. At times TF3 and TF4, the high side drive elements TR1 and TR7 and the low side drive elements TR2 and TR8 are simultaneously switched.

駆動電源の電圧が低い場合には、このハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時に切り替わることにより発生する短絡電流はあまり問題とはならないが、駆動電源の電圧が上昇した場合(例えば、5相ステッピングモータ1のモータ回転子の回転数が上昇した場合など。)における短絡電流は、消費電力を増大させたり、発熱により機器の信頼性が低下したり、放射ノイズを発するなどの不具合を生ずることになる。   When the voltage of the drive power supply is low, the short-circuit current generated by switching the high-side drive element and the low-side drive element at the same time is not a problem, but when the voltage of the drive power supply is increased (for example, five-phase The short-circuit current in the case where the rotational speed of the motor rotor of the stepping motor 1 is increased) may cause problems such as increased power consumption, reduced device reliability due to heat generation, and emission noise. become.

そこで、本発明では、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時に切り替わることとなる際に、一時期双方の駆動素子を遮断したハイインピーダンス状態を挿入することにした。これにより、図35に示したようなゲートオンの重なり部分に起因する短絡電流を減少させるとともに、駆動素子のスルーレートに起因する短絡電流を減少させることができる。そして、消費電力の増大を防止し、発熱を防止して機器の信頼性が低下する不具合を防止し、発生する放射ノイズを減少させることができる。   Therefore, in the present invention, when the high-side drive element and the low-side drive element are switched at the same time, a high-impedance state in which both the drive elements are cut off for a period of time is inserted. Thereby, it is possible to reduce the short-circuit current due to the gate-on overlapping portion as shown in FIG. 35 and to reduce the short-circuit current due to the slew rate of the drive element. In addition, it is possible to prevent an increase in power consumption, prevent heat generation, prevent a problem that the reliability of the device is lowered, and reduce generated radiation noise.

なお、デッドタイムを挿入することにより、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子の双方を遮断したハイインピーダンス状態を挿入すると、マイクロステップ駆動時の停止精度が悪化したり、5相ステッピングモータ1のモータ回転子の回転数が低い場合の回転が不安定になって振動が発生する。したがってモータ回転子の回転数が低く、駆動電源の電圧が低い場合には、停止精度を向上させたり、モータ回転子の回転を安定させるために、デッドタイムは短い方が好ましい。   If a high impedance state in which both the high-side drive element and the low-side drive element are cut off is inserted by inserting a dead time, the stop accuracy at the time of microstep driving deteriorates or the motor rotation of the five-phase stepping motor 1 When the number of rotations of the child is low, the rotation becomes unstable and vibration occurs. Therefore, when the rotation speed of the motor rotor is low and the voltage of the drive power supply is low, it is preferable that the dead time is short in order to improve stop accuracy and stabilize the rotation of the motor rotor.

図9に、デッドタイム挿入手段12kによりデッドタイムDTが挿入されたハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングチャートの一例を示す。図9は、図3に示した2相励磁の組合せ1の場合であって、基本ステップの歩進数=0、回数分割ステップの歩進数=1の場合においてデッドタイムDTを挿入したハイサイド指令及びローサイド指令を表した図である。   FIG. 9 shows an example of a timing chart of the high side command and the low side command in which the dead time DT is inserted by the dead time inserting means 12k. FIG. 9 shows the case of the combination 1 of the two-phase excitation shown in FIG. 3 and the high-side command including the dead time DT inserted when the number of steps in the basic step = 0 and the number of steps in the number dividing step = 1. It is a figure showing the low side command.

図9に示すように、時刻TF0において単位励磁切替指令が出力された際に、ハイサイド駆動素子TR5とローサイド駆動素子TR6が同時に切り替わることとなる場合には、ハイサイド駆動素子TR5に対するハイサイド指令にオンディレイのデッドタイムDTを挿入する。このデッドタイムDTを挿入したことにより、この間出力端子OUT3がハイインピーダンス状態となるので、デッドタイムDTの間において実際に励磁される励磁組は3相のBCEとなる。   As shown in FIG. 9, when the unit excitation switching command is output at time TF0, when the high-side drive element TR5 and the low-side drive element TR6 are simultaneously switched, the high-side command for the high-side drive element TR5 is switched. Insert an on-delay dead time DT. By inserting the dead time DT, the output terminal OUT3 is in a high impedance state during this period, so that the excitation group that is actually excited during the dead time DT is a three-phase BCE.

励磁組(BCE)のトルクベクトルは図2(b)を参照して算出すると22.4°となる。この励磁組(BCE)のトルクベクトルは、時刻TF0の直前の励磁組(BC)におけるトルクベクトル36°と、時刻TF1までの励磁組(BE)におけるトルクベクトル0°との間に位置するトルクベクトルとなる。このように、デッドタイムDTを挿入することによって得られるトルクベクトルは間に位置するトルクベクトルとなるので、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   The torque vector of the excitation set (BCE) is 22.4 ° when calculated with reference to FIG. The torque vector of this excitation group (BCE) is a torque vector located between the torque vector 36 ° in the excitation group (BC) immediately before time TF0 and the torque vector 0 ° in the excitation group (BE) up to time TF1. It becomes. Thus, since the torque vector obtained by inserting the dead time DT becomes a torque vector located between them, there is no problem that fluctuations appear in the rotational speed of the motor rotor by inserting the dead time DT. .

次の時刻TF1においては、ローサイド駆動素子TR2及びTR6に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(BCDE)の4相励磁を行う。励磁組(BCDE)のトルクベクトルは0°であり、時刻TF1までの励磁組(BE)におけるトルクベクトル0°、及び時刻TF2までの励磁組(CD)におけるトルクベクトル0°と等しい値となる。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF1, the four-phase excitation of the excitation set (BCDE) is performed by inserting an on-delay dead time DT into the low-side drive elements TR2 and TR6. The torque vector of the excitation set (BCDE) is 0 °, which is equal to the torque vector 0 ° in the excitation set (BE) up to time TF1 and the torque vector 0 ° in the excitation set (CD) up to time TF2. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

次の時刻TF2においては、ローサイド駆動素子TR8に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(ACD)の3相励磁を行う。励磁組(ACD)のトルクベクトルは13.6°であり、時刻TF2までの励磁組(CD)におけるトルクベクトル0°と、時刻TF3までの励磁組(AD)におけるトルクベクトル36°との間に位置するものである。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF2, the three-phase excitation of the excitation set (ACD) is performed by inserting an on-delay dead time DT into the low-side drive element TR8. The torque vector of the excitation group (ACD) is 13.6 °, and it is between the torque vector 0 ° in the excitation group (CD) until time TF2 and the torque vector 36 ° in the excitation group (AD) until time TF3. It is what is located. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

次の時刻TF3においては、ハイサイド駆動素子TR1及びTR7に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(ABCD)の4相励磁を行う。励磁組(ABCD)のトルクベクトルは36°であり、時刻TF3までの励磁組(AD)におけるトルクベクトル36°と、時刻TF4までの励磁組(BC)におけるトルクベクトル36°と等しいものである。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF3, four-phase excitation of the excitation group (ABCD) is performed by inserting an on-delay dead time DT into the high-side drive elements TR1 and TR7. The torque vector of the excitation group (ABCD) is 36 °, which is equal to the torque vector 36 ° in the excitation group (AD) up to time TF3 and the torque vector 36 ° in the excitation group (BC) up to time TF4. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

以降同様にして、ハイサイド指令及びローサイド指令が同時に切り替わることとなる場合には、当該切替時におけるハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに対して、出力端子をハイインピーダンス状態にするためのデッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を生成してゆく。   Similarly, when the high-side command and the low-side command are switched at the same time, the dead time for setting the output terminal to the high-impedance state with respect to either the high-side command or the low-side command at the time of switching. A new high-side command or low-side command in which is inserted is generated.

本発明では、駆動電源の電圧値が上昇するのに従って、デッドタイムを長くするようにしている。したがって、モータ回転子の回転数が上昇するにつれてデッドタイムが長くなることになる。なお、一般にステッピングモータ駆動装置では、モータ回転子の回転数が上昇した場合には、何れかのタイミングでマイクロステップ駆動から基本角ステップ毎に励磁を行うフルステップ駆動に切り替える処理を行っている。   In the present invention, the dead time is increased as the voltage value of the drive power supply increases. Therefore, the dead time becomes longer as the rotational speed of the motor rotor increases. In general, in a stepping motor drive device, when the rotation speed of the motor rotor increases, a process of switching from micro-step drive to full-step drive in which excitation is performed for each basic angle step at any timing is performed.

図9に示す実施形態では、ハイサイド指令又はローサイド指令が0から1に変化する部分にオンディレイのデッドタイムDTを挿入した実施形態を示している。この他にも、単位励磁周期Tの経過を待たずにハイサイド指令又はローサイド指令を1から0に変化させることで、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子の双方を遮断するためのデッドタイムDTを挿入することもできる。   In the embodiment shown in FIG. 9, an embodiment in which an on-delay dead time DT is inserted in a portion where the high-side command or the low-side command changes from 0 to 1 is shown. In addition, by changing the high side command or the low side command from 1 to 0 without waiting for the unit excitation period T to elapse, the dead time DT for shutting off both the high side drive element and the low side drive element is set. It can also be inserted.

次に、図9に示す状態から、モータ回転子の回転数の上昇に伴ってデッドタイムDTを徐々に延長してゆく場合について考察する。図9に示す状態からデッドタイムDTを延長してゆき、デッドタイムDT=Tまで延長することも可能である。その場合には、トルクベクトルは22.4°、0°、13.6°、36°、36°…となり、デッドタイムDT=0の本来のトルクベクトル0°、0°、36°、36°…とは若干異なることになる。もし、このトルクベクトルの違いによる問題が顕著化するような場合には、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えることで問題の発生を回避することができる。   Next, consider the case where the dead time DT is gradually extended from the state shown in FIG. 9 as the rotational speed of the motor rotor increases. It is also possible to extend the dead time DT from the state shown in FIG. 9 to the dead time DT = T. In that case, the torque vectors are 22.4 °, 0 °, 13.6 °, 36 °, 36 °, etc., and the original torque vector of dead time DT = 0 is 0 °, 0 °, 36 °, 36 °. It will be slightly different from…. If the problem due to the difference in torque vector becomes prominent, the problem can be avoided by switching from micro-step driving to full-step driving.

図10に、図3に示した2相励磁の組合せ1の場合であって、基本ステップの歩進数=0のフルステップ駆動を行い、デッドタイムDT=T/2を挿入したハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングチャートの一例を示す。   FIG. 10 shows the case of the combination 1 of the two-phase excitation shown in FIG. 3, in which the full step drive with the step number of basic steps = 0 is performed and the dead time DT = T / 2 is inserted and the high side command and low side An example of a command timing chart is shown.

図10に示すように、励磁相(AD−BC)の励磁を行っているところにデッドタイムDTを挿入して励磁相(ABCD)の4相励磁を行っても、トルクベクトルに変化は発生しない。したがって、基本ステップにおいては、更にデッドタイムDTを長く設定してゆき、デッドタイムDT=Tとしても、何ら問題は発生しないこととなる。   As shown in FIG. 10, the torque vector does not change even when the excitation phase (AD-BC) is excited and the dead time DT is inserted to perform the excitation phase (ABCD) four-phase excitation. . Therefore, in the basic step, even if the dead time DT is set longer and the dead time DT = T, no problem occurs.

すなわち、モータ回転子の回転数の上昇に伴ってハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とに流れる短絡電流を減少させるためにデッドタイムDTを増加させてゆくとともに、フルステップ駆動に切り替えることによって、自然に4相励磁のフルステップ駆動に移行させることができる。   In other words, the dead time DT is increased in order to reduce the short-circuit current flowing through the high-side drive element and the low-side drive element as the rotational speed of the motor rotor increases, and by switching to full-step drive, It is possible to shift to full-step driving with four-phase excitation.

なお、フルステップ駆動を行う場合には、回数分割ステップ等に関する励磁の組合せが不用となるので、基本ステップの更新周期が2×Tに至るまで、低振動で静穏運転が可能な2相励磁(ステッピングモータの励磁コイルの全ての端子を電源の正極又は負極のいずれかに接続した励磁。)によるフルステップ駆動を行うことができる。また、4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えた場合には、基本ステップの更新周期が更に短くなった場合であっても、通常の高速回転を行うことができる。   When full-step driving is performed, the combination of excitations related to the number-of-times division step or the like is not necessary, so that two-phase excitation that enables quiet operation with low vibration until the basic step update period reaches 2 × T ( Full step drive can be performed by excitation in which all terminals of the excitation coil of the stepping motor are connected to either the positive electrode or the negative electrode of the power source. In addition, when switching to full-step driving by four-phase excitation, normal high-speed rotation can be performed even when the basic step update period is further shortened.

上述の図9及び図10では、図3に示した2相励磁の組合せ1を用いた場合であって、基本ステップの歩進数=0の場合における励磁組(AD−BC)及び励磁組(BE−CD)について説明した。この、2相励磁の組合せ1を用いた場合であって、ステップ0*N〜ステップ9*Nの各基本ステップの歩進数における励磁組を図11に示す。図11に示すように、ハイサイド指令又はローサイド指令にデッドタイムDTを挿入することによって、2相励磁の間に3相励磁、又は4相励磁が形成されることになる。   9 and 10 described above, the combination 1 of the two-phase excitation shown in FIG. 3 is used, and the excitation set (AD-BC) and the excitation set (BE) when the step number of the basic step is 0. -CD) was explained. FIG. 11 shows the excitation group in the step number of each basic step from Step 0 * N to Step 9 * N when the two-phase excitation combination 1 is used. As shown in FIG. 11, by inserting the dead time DT into the high-side command or the low-side command, three-phase excitation or four-phase excitation is formed between the two-phase excitations.

次に、図3に示した2相励磁の組合せ2について説明を行う。図9及び図10では、図3に示した2相励磁の組合せ1について説明したが、同様に2相励磁組合せ2の場合においても、デッドタイムDTを挿入した励磁を行うことができる。図12は、2相励磁の組合せ2の場合であって、基本ステップの歩進数=0、回数分割ステップの歩進数=1の場合においてデッドタイムDTを挿入したハイサイド指令及びローサイド指令を表した図である。   Next, the combination 2 of the two-phase excitation shown in FIG. 3 will be described. 9 and 10, the two-phase excitation combination 1 shown in FIG. 3 has been described. Similarly, in the case of the two-phase excitation combination 2, excitation with the dead time DT inserted can be performed. FIG. 12 shows the high-side command and the low-side command in which the dead time DT is inserted in the case of the combination 2 of the two-phase excitation when the number of steps in the basic step = 0 and the number of steps in the number dividing step = 1. FIG.

図12に示すように、時刻TF0において単位励磁切替指令が出力された際に、ハイサイド駆動素子TR1とローサイド駆動素子TR2が同時に切り替わることとなる場合には、ハイサイド駆動素子TR1に対するハイサイド指令にオンディレイのデッドタイムDTを挿入する。このデッドタイムDTを挿入したことにより、出力端子OUT1がハイインピーダンス状態となるので、実際に励磁される励磁組は3相のBCとなる。 As shown in FIG. 12, when the unit excitation switching command is output at time TF0, if the high-side drive element TR1 and the low-side drive element TR2 are switched simultaneously, the high-side command for the high-side drive element TR1. Insert an on-delay dead time DT. By inserting the dead time DT, the output terminal OUT1 becomes the high impedance state, excitation set actually excited is the three-phase BC D.

励磁組(BC)のトルクベクトルは図2(b)を参照して算出すると18°となる。この励磁組(BC)のトルクベクトルは、時刻TF0の直前の励磁組(CD)におけるトルクベクトル0°と、時刻TF1までの励磁組(BC)におけるトルクベクトル36°との間にあるトルクベクトルなので、デッドタイムDTを挿入したことによりモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。 The torque vector of the excitation group (BC D ) is 18 ° when calculated with reference to FIG. The torque vector of the excitation set (BC D ) is a torque vector between the torque vector 0 ° in the excitation set (CD) immediately before time TF0 and the torque vector 36 ° in the excitation set (BC) up to time TF1. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

次の時刻TF1においては、ローサイド駆動素子TR2及びハイサイド駆動素子TR5に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(BCDE)の4相励磁を行う。励磁組(BCDE)のトルクベクトルは0°であり、時刻TF1までの励磁組(BC)におけるトルクベクトル36°、及び時刻TF2までの励磁組(DE)におけるトルクベクトル−36°との中間のトルクベクトルとなる。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF1, by inserting an on-delay dead time DT into the low-side drive element TR2 and the high-side drive element TR5, four-phase excitation of the excitation set (BCDE) is performed. The torque vector of the excitation group (BCDE) is 0 °, and the intermediate torque between the torque vector 36 ° in the excitation group (BC) until time TF1 and the torque vector -36 ° in the excitation group (DE) until time TF2. It becomes a vector. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

次の時刻TF2においては、ハイサイド駆動素子TR1、ローサイド駆動素子TR6及びTR8に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(ABCDE)の5相励磁を行う。励磁組(ABCDE)のトルクベクトルは18°であり、時刻TF2までの励磁組(DE)におけるトルクベクトル−36°と、時刻TF3までの励磁組(AB)におけるトルクベクトル72°との丁度中間に位置するものである。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF2, the five-phase excitation of the excitation set (ABCDE) is performed by inserting an on-delay dead time DT into the high-side drive element TR1 and the low-side drive elements TR6 and TR8. The torque vector of the excitation group (ABCDE) is 18 °, which is exactly halfway between the torque vector -36 ° in the excitation group (DE) up to time TF2 and the torque vector 72 ° in the excitation group (AB) up to time TF3. It is what is located. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

次の時刻TF3においては、ローサイド駆動素子TR2及びハイサイド駆動素子TR7に対してオンディレイのデッドタイムDTを挿入することで、励磁組(ABCD)の4相励磁を行う。励磁組(ABCD)のトルクベクトルは36°であり、時刻TF3までの励磁組(AB)におけるトルクベクトル72°と、時刻TF4までの励磁組(CD)におけるトルクベクトル0°との丁度中間に位置するものである。したがって、デッドタイムDTを挿入することによってモータ回転子の回転数に変動が現れるといった不具合は生じない。   At the next time TF3, an on-delay dead time DT is inserted into the low-side drive element TR2 and the high-side drive element TR7 to perform four-phase excitation of the excitation set (ABCD). The torque vector of the excitation group (ABCD) is 36 °, and is located just in the middle between the torque vector 72 ° in the excitation group (AB) up to time TF3 and the torque vector 0 ° in the excitation group (CD) up to time TF4. To do. Therefore, there is no problem that the rotational speed of the motor rotor changes due to the insertion of the dead time DT.

以降同様にして、ハイサイド指令及びローサイド指令が同時に切り替わることとなる場合には、当該切替時におけるハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに対して、出力端子をハイインピーダンス状態にするためのデッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を生成してゆく。   Similarly, when the high-side command and the low-side command are switched at the same time, the dead time for setting the output terminal to the high-impedance state with respect to either the high-side command or the low-side command at the time of switching. A new high-side command or low-side command in which is inserted is generated.

前述の場合と同様に、図12に示す状態からデッドタイムDTを延長してゆき、デッドタイムDT=Tまで延長することも可能である。その場合には、トルクベクトルは22.4°、0°、18°、36°、36°…となり、デッドタイムDT=0の本来のトルクベクトル36°、−36°、72°、0°…とは若干異なることになる。もし、このトルクベクトルの違いによる問題が顕著化する場合には、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えることで問題の発生を回避することができる。   Similarly to the above-described case, it is possible to extend the dead time DT from the state shown in FIG. 12 and extend to the dead time DT = T. In this case, the torque vectors are 22.4 °, 0 °, 18 °, 36 °, 36 °, etc., and the original torque vectors 36 °, −36 °, 72 °, 0 °, etc. with dead time DT = 0. Will be slightly different. If the problem due to the difference in torque vector becomes prominent, the problem can be avoided by switching from micro-step driving to full-step driving.

図13に、2相励磁の組合せ2の場合であって、基本ステップの歩進数=0のフルステップ駆動を行い、デッドタイムDT=T/2を挿入したハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングチャートの一例を示す。   FIG. 13 shows the timing chart of the high-side command and the low-side command in the case of the combination 2 of the two-phase excitation, in which the full step drive with the step number of basic steps = 0 is inserted and the dead time DT = T / 2 is inserted. An example is shown.

図13に示すように、励磁相(AB−CD)の励磁を行っているところにデッドタイムDTを挿入して励磁相(ABCD)の4相励磁を行っても、合成後のトルクベクトルに変化は発生しない。したがって、基本ステップにおいては、更にデッドタイムDTを長く設定してゆき、デッドタイムDT=Tとしても、何ら問題は発生しないこととなる。すなわち、モータ回転子の回転数の上昇に伴ってハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とに流れる短絡電流を減少させるためにデッドタイムDTを増加させてゆくとともに、フルステップ駆動に切り替えることによって、自然に4相励磁のフルステップ駆動に移行させることができる。   As shown in FIG. 13, even when the excitation phase (AB-CD) is excited and the dead time DT is inserted to perform the excitation phase (ABCD) four-phase excitation, the torque vector changes to the synthesized torque vector. Does not occur. Therefore, in the basic step, even if the dead time DT is set longer and the dead time DT = T, no problem occurs. In other words, the dead time DT is increased in order to reduce the short-circuit current flowing through the high-side drive element and the low-side drive element as the rotational speed of the motor rotor increases, and by switching to full-step drive, It is possible to shift to full-step driving with four-phase excitation.

上述の図12及び図13では、図4に示した2相励磁の組合せ2を用いた場合であって、基本ステップの歩進数=0の場合における励磁組(AB−CD)及び励磁組(BC−DE)について説明した。この、2相励磁の組合せ2を用いた場合であって、ステップ0*N〜ステップ9*Nの各基本ステップの歩進数における励磁組を図14に示す。図14に示すように、ハイサイド指令又はローサイド指令にデッドタイムDTを挿入することによって、2相励磁の間に3相励磁、4相励磁、又は5相励磁が形成されることになる。   12 and 13 described above, the combination 2 of the two-phase excitation shown in FIG. 4 is used, and the excitation group (AB-CD) and the excitation group (BC) when the number of steps in the basic step = 0. -DE) has been described. FIG. 14 shows the excitation group in the step number of each basic step from Step 0 * N to Step 9 * N when the two-phase excitation combination 2 is used. As shown in FIG. 14, by inserting the dead time DT into the high-side command or the low-side command, three-phase excitation, four-phase excitation, or five-phase excitation is formed between the two-phase excitations.

なお、フルステップ駆動を行う場合には、回数分割ステップ等に関する励磁の組合せが不用となるので、基本ステップの更新周期が2×Tに至るまで、低振動で静穏運転が可能な2相励磁(ステッピングモータの励磁コイルの全ての端子を電源の正極又は負極のいずれかに接続した励磁。)によるフルステップ駆動を行うことができる。また、4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えた場合には、基本ステップの更新周期が更に短くなった場合であっても、通常の高速回転を行うことができる。   When full-step driving is performed, the combination of excitations related to the number-of-times division step or the like is not necessary, so that two-phase excitation that enables quiet operation with low vibration until the basic step update period reaches 2 × T ( Full step drive can be performed by excitation in which all terminals of the excitation coil of the stepping motor are connected to either the positive electrode or the negative electrode of the power source. In addition, when switching to full-step driving by four-phase excitation, normal high-speed rotation can be performed even when the basic step update period is further shortened.

〔複数のデッドタイムを設定する実施形態〕
上記に説明した実施形態では、駆動電源の電圧値が第1の閾値を上回った場合には、デッドタイム挿入手段12kがハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに第1のデッドタイムを加算し、駆動電源の電圧値が第1の閾値を上回った後、第1の閾値よりも低い第2の閾値を下回った場合には、前記第1のデッドタイムを減算する実施形態の説明を行ったが、駆動電源の電圧値に応じて、更に多くの種類のデッドタイムを設定することができる。
[Embodiment for setting a plurality of dead times]
In the embodiment described above, when the voltage value of the drive power supply exceeds the first threshold, the dead time insertion unit 12k adds the first dead time to either the high side command or the low side command, The embodiment has been described in which the first dead time is subtracted when the voltage value of the drive power source exceeds the first threshold value and then falls below the second threshold value that is lower than the first threshold value. More types of dead times can be set according to the voltage value of the drive power supply.

例えば、図15に示すように、駆動電源の電圧値に応じて複数のデッドタイムDTを設定することができる。図15に示す実施形態では、駆動電源の電圧値が10(V)未満の場合にはデッドタイムDT=0nsとし、駆動電源の電圧値が10(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=50nsを設定する。その後、駆動電源の電圧値が9(V)未満に降下した場合には、デッドタイムDT=0nsを設定する。   For example, as shown in FIG. 15, a plurality of dead times DT can be set according to the voltage value of the drive power supply. In the embodiment shown in FIG. 15, the dead time DT = 0 ns when the voltage value of the driving power supply is less than 10 (V), and the dead time DT when the voltage value of the driving power supply rises to 10 (V) or more. = 50 ns is set. Thereafter, when the voltage value of the drive power supply drops below 9 (V), the dead time DT = 0 ns is set.

更に、駆動電源の電圧値が12(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=100nsを設定し、駆動電源の電圧値が14(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=500nsを設定し、駆動電源の電圧値が16(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=1000nsを設定し、駆動電源の電圧値が20(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=2500ns(=2.5μs=T)を設定する。   Further, when the voltage value of the driving power source rises to 12 (V) or more, the dead time DT = 100 ns is set, and when the voltage value of the driving power source rises to 14 (V) or more, the dead time DT = 500 ns. When the voltage value of the driving power supply rises to 16 (V) or more, the dead time DT = 1000 ns is set, and when the voltage value of the driving power supply rises to 20 (V) or more, the dead time DT = 2500 ns (= 2.5 μs = T) is set.

その後、駆動電源の電圧値が17(V)未満に下降した場合には、デッドタイムDT=1000nsを設定し、駆動電源の電圧値が13(V)未満に下降した場合には、デッドタイムDT=500nsを設定し、駆動電源の電圧値が12(V)未満に下降した場合には、デッドタイムDT=100nsを設定し、駆動電源の電圧値が10(V)未満に下降した場合には、デッドタイムDT=50nsを設定する。   After that, when the voltage value of the driving power supply falls below 17 (V), the dead time DT = 1000 ns is set. When the voltage value of the driving power supply falls below 13 (V), the dead time DT is set. = 500 ns is set, and when the voltage value of the driving power supply falls below 12 (V), the dead time DT = 100 ns is set, and when the voltage value of the driving power supply falls below 10 (V) , Dead time DT = 50 ns is set.

図15に示すように、駆動電源の電圧値に応じて複数のデッドタイムDTを設定することによって、駆動素子のスルーレートに起因する短絡電流の増大を防止することができる。そして、モータ回転子の回転数が低い場合にはデッドタイムDTを短くして2相励磁に近づけることでモータ回転子の回転を安定させることができる。また、モータ回転子が停止している場合には停止精度の良好な2相励磁を行うことができる。   As shown in FIG. 15, by setting a plurality of dead times DT according to the voltage value of the drive power supply, it is possible to prevent an increase in short circuit current due to the slew rate of the drive element. When the rotation speed of the motor rotor is low, the rotation of the motor rotor can be stabilized by shortening the dead time DT and approaching the two-phase excitation. Further, when the motor rotor is stopped, two-phase excitation with good stopping accuracy can be performed.

〔連続してデッドタイムを変更する実施形態〕
また、図15に示すように、駆動電源の電圧値に応じて段階的にデッドタイムDTを増加させる代わりに、図16に示すように、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムDTを連続的に増加させるように構成することもできる。この場合には、図5に示した第1閾値判断手段12m及び第2閾値判断手段12nを用いずに、モータ電流制御手段16から出力される駆動電源の電圧値を直接デッドタイム生成手段12lが取得して、当該駆動電源の電圧値に応じたデッドタイムDTをデッドタイム挿入手段12kに出力することで実現することができる。
[Embodiment in which dead time is continuously changed]
Further, as shown in FIG. 15, instead of increasing the dead time DT stepwise according to the voltage value of the driving power source, the dead time DT is continuously increased according to the voltage value of the driving power source as shown in FIG. It can also be configured to increase. In this case, without using the first threshold value judging means 12m and the second threshold value judging means 12n shown in FIG. 5, the dead time generating means 12l directly outputs the voltage value of the drive power output from the motor current control means 16. This can be realized by obtaining and outputting the dead time DT corresponding to the voltage value of the driving power source to the dead time inserting means 12k.

〔モータ回転子の回転数に応じてデッドタイムを設定する実施形態〕
なお、上記の実施形態では、ハイサイド駆動素子とローサイド駆動素子とが同時に切り替わる際に生ずるゲートオンの重なり部分に起因する短絡電流や、駆動素子のスルーレートに起因する短絡電流が増大する不具合を減少させるために、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムDTを設定する実施形態について説明した。このように、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムDTを設定することによって、異なる巻線仕様の複数種類のステッピングモータに対して同一のステッピングモータ駆動装置で対応することが可能となるため、ステッピングモータ駆動装置の汎用性を向上させることができる。
[Embodiment in which dead time is set in accordance with the rotational speed of the motor rotor]
In the above embodiment, the short-circuit current due to the gate-on overlapping portion generated when the high-side drive element and the low-side drive element are switched at the same time and the short-circuit current due to the slew rate of the drive element are reduced. In order to make this happen, the embodiment in which the dead time DT is set according to the voltage value of the drive power supply has been described. In this way, by setting the dead time DT according to the voltage value of the drive power supply, it becomes possible to handle a plurality of types of stepping motors with different winding specifications with the same stepping motor driving device. The versatility of the stepping motor driving device can be improved.

なお、特定のステッピングモータ専用のステッピングモータ駆動装置とするのであれば、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムDTを設定する代わりに、例えば指令回転数検出手段12vが出力する指令回転数、又はステッピングモータの回転数に応じてデッドタイムDTを設定するように構成することができる。   If a stepping motor driving device dedicated to a specific stepping motor is used, instead of setting the dead time DT according to the voltage value of the driving power supply, for example, the command rotational speed output by the command rotational speed detection means 12v, or The dead time DT can be set according to the rotation speed of the stepping motor.

例えば、図17に示すように、ステッピングモータの種類に応じて、モータ回転子の回転数と駆動電源の電圧値との関係は異なるものとなる。図17は、ステッピングモータA、ステッピングモータB、及びステッピングモータCの各ステッピングモータにおける、モータ回転子の回転数(rpm)と、駆動電源の電圧値(V)との関係を表した図である。図17に示すように、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムDTを設定することによって、複数種類の巻線仕様を有するステッピングモータに対応することが可能となり、ステッピングモータ駆動装置の汎用性を向上させることができる。   For example, as shown in FIG. 17, the relationship between the number of rotations of the motor rotor and the voltage value of the drive power supply differs depending on the type of stepping motor. FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the rotation speed (rpm) of the motor rotor and the voltage value (V) of the drive power source in each of the stepping motors A, B, and B. . As shown in FIG. 17, by setting the dead time DT according to the voltage value of the drive power supply, it becomes possible to cope with a stepping motor having a plurality of types of winding specifications, and the versatility of the stepping motor drive device can be increased. Can be improved.

図17に示すように、インダクタンスの小さいステッピングモータCの場合には、インダクタンスの大きいステッピングモータAに比べて、所定の回転数における駆動電源の電圧値は低い値となるため、短絡電流も少ない。したがって、本発明に係るステッピングモータ駆動装置を用いてインダクタンスの小さいステッピングモータCを駆動する場合には、デッドタイムDT=0とする回転数領域を広くすることができる。したがって、インダクタンスの小さいステッピングモータCを駆動する場合には、より高い回転数まで、滑らかな回転を得ることができる。更に、デッドタイムDTを含んだ2相励磁をより高回転まで行うことができるので、低振動で静穏運転が可能な回転数帯を拡大することができる。   As shown in FIG. 17, in the case of the stepping motor C having a small inductance, the voltage value of the drive power supply at a predetermined rotational speed is lower than that of the stepping motor A having a large inductance, and therefore the short circuit current is also small. Therefore, when the stepping motor C having a small inductance is driven using the stepping motor driving apparatus according to the present invention, the rotation speed region where the dead time DT = 0 can be widened. Therefore, when the stepping motor C having a small inductance is driven, a smooth rotation can be obtained up to a higher rotation speed. Furthermore, since the two-phase excitation including the dead time DT can be performed up to a higher rotation, the number of rotations in which a quiet operation can be performed with a low vibration can be expanded.

〔デッドタイムの設定によりマイクロステップ駆動とフルステップ駆動とを切り替える実施形態〕
図18に、モータ回転子の回転数に応じてデッドタイムDTを設定することにより、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動とを切り替える実施形態を示す。図18に示す実施形態では、モータ回転子が加速中であって、モータ回転子の回転数が1400rpm未満の場合にはデッドタイムDT=0nsとし、モータ回転子の回転数が1400rpm以上に上昇した場合にはデッドタイムDT=T=2500nsを設定する。そして、一旦1400rpm以上に上昇した回転数が1000rpm未満に下降した場合には、2500nsであったデッドタイムDTを0nsに設定する。
[Embodiment in which micro step driving and full step driving are switched by setting dead time]
FIG. 18 shows an embodiment in which the micro step driving and the full step driving are switched by setting the dead time DT according to the rotation speed of the motor rotor. In the embodiment shown in FIG. 18, when the motor rotor is accelerating and the rotation speed of the motor rotor is less than 1400 rpm, the dead time DT is set to 0 ns, and the rotation speed of the motor rotor is increased to 1400 rpm or more. In this case, dead time DT = T = 2500 ns is set. And when the rotation speed once increased to 1400 rpm or more falls below 1000 rpm, the dead time DT which was 2500 ns is set to 0 ns.

このデッドタイムDT=2500nsは、単位励磁周期T=2.5μsと同じ値としてある。したがって、デッドタイムDTが2500nsに設定された場合には、4相励磁によるフルステップ駆動に切り替わったことになる(図10又は図13参照。)。   This dead time DT = 2500 ns is the same value as the unit excitation period T = 2.5 μs. Therefore, when the dead time DT is set to 2500 ns, it is switched to full-step driving by four-phase excitation (see FIG. 10 or FIG. 13).

なお、デッドタイムDTを0nsから2500nsに変化させる際には、デッドタイム生成手段12lが、単位励磁周期Tに相当する時間まで所定の増加レート(例えば100ns/T)でデッドタイムを漸増させてゆくと良い。このようにデッドタイムを徐々に変化させてゆくことで、急激に励磁コイルの励磁状態が変化することを防止して、モータ回転子の回転数の変動を防止することができる。なお、100ns/Tの増加レートでデッドタイムを漸増させた場合には、25サイクル×組合せ励磁周期TC=1250μsの間にマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替わることになる。   When the dead time DT is changed from 0 ns to 2500 ns, the dead time generating unit 12l gradually increases the dead time at a predetermined increase rate (for example, 100 ns / T) until the time corresponding to the unit excitation period T. And good. By gradually changing the dead time in this way, it is possible to prevent the excitation state of the excitation coil from changing suddenly and to prevent fluctuations in the rotational speed of the motor rotor. When the dead time is gradually increased at an increase rate of 100 ns / T, the microstep driving is switched to the full step driving during 25 cycles × combination excitation cycle TC = 1250 μs.

また、同様に、デッドタイムDTを2500nsから0nsに変化させる際にも、デッドタイム生成手段12lが、単位励磁周期Tに相当する時間まで所定の増加レート(例えば200ns/T)でデッドタイムを漸減させてゆくと良い。なお、200ns/Tの減少レートでデッドタイムを漸減させた場合には、13サイクル×組合せ励磁周期TC=650μsの間にフルステップ駆動からマイクロステップ駆動に切り替わることになる。   Similarly, when the dead time DT is changed from 2500 ns to 0 ns, the dead time generating means 12l gradually reduces the dead time at a predetermined increase rate (for example, 200 ns / T) until the time corresponding to the unit excitation period T. It is good to let it go. When the dead time is gradually reduced at a reduction rate of 200 ns / T, the full-step drive is switched to the micro-step drive during 13 cycles × combination excitation cycle TC = 650 μs.

〔所定のデッドタイムレートを用いてデッドタイムを変更してゆく実施形態〕
ハイサイド指令又はローサイド指令に挿入するデッドタイムDTを、ある回転数を境にして変更する場合には、上述のように所定のデッドタイムレートでデッドタイムDTを増加させたり、減少させたりすることができる。
[Embodiment in which dead time is changed using a predetermined dead time rate]
When changing the dead time DT to be inserted into the high-side command or the low-side command at a certain rotational speed, increase or decrease the dead time DT at a predetermined dead time rate as described above. Can do.

例えば図19に示すように、駆動電源の電圧値が16(V)未満の場合にはデッドタイムレートとして50(ns/T)の増加レートを設定する。そして、モータ回転子が加速中であって、駆動電源の電圧値が16(V)以上に上昇した場合にはデッドタイムレートとして100(ns/T)の増加レートに設定する。   For example, as shown in FIG. 19, when the voltage value of the drive power supply is less than 16 (V), an increase rate of 50 (ns / T) is set as the dead time rate. When the motor rotor is accelerating and the voltage value of the drive power supply rises to 16 (V) or more, the dead time rate is set to an increase rate of 100 (ns / T).

また、一旦駆動電源の電圧値が16(V)以上に上昇した後に、モータ回転子が減速する際には、デッドタイムレートとして200ns/Tの減少レートを設定する。更にモータ回転子が減速して、駆動電源の電圧値が13(V)未満まで下降した場合には、200(ns/T)に設定されていたデッドタイムレートを100(ns/T)の減少レートに設定する。   Further, when the motor rotor decelerates once the voltage value of the drive power supply has increased to 16 (V) or more, a decrease rate of 200 ns / T is set as the dead time rate. Furthermore, when the motor rotor decelerates and the voltage value of the drive power supply falls below 13 (V), the dead time rate set to 200 (ns / T) is reduced by 100 (ns / T). Set to rate.

次に、前述の図15に示したデッドタイムDTの設定と、図19示すデッドタイムレートの設定とを組み合わせて用いた場合について考察する。駆動電源の電圧値が13.9(V)から14.1(V)に上昇した場合には、最初の単位励磁周期Tにおいて、それまで挿入していたハイサイド指令又はローサイド指令に対して、デッドタイムDT=100nsに50nsを加算したデッドタイムDT=150nsを挿入し、次の単位励磁周期Tにおいては更にデッドタイムを50ns増加させたデッドタイムDT=200nsを挿入する。そして、単位励磁周期T毎にデッドタイムDTの値を50nsずつ増加させてゆき、8回目の単位励磁周期T以降においては、デッドタイムDTの最大値500nsを挿入する。   Next, a case where the setting of the dead time DT shown in FIG. 15 and the setting of the dead time rate shown in FIG. 19 are used in combination will be considered. When the voltage value of the drive power supply rises from 13.9 (V) to 14.1 (V), in the first unit excitation cycle T, with respect to the high-side command or the low-side command inserted so far, A dead time DT = 150 ns obtained by adding 50 ns to the dead time DT = 100 ns is inserted. In the next unit excitation period T, a dead time DT = 200 ns obtained by further increasing the dead time by 50 ns is inserted. Then, the value of the dead time DT is increased by 50 ns for each unit excitation cycle T, and the maximum value 500 ns of the dead time DT is inserted after the eighth unit excitation cycle T.

更にモータ回転子の回転数が上昇し、駆動電源の電圧値が15.9(V)から16.1(V)に上昇した場合には、それまで挿入していたデッドタイムDT=500nsに対して100ns増加させたデッドタイムDT=600nsをハイサイド指令又はローサイド指令に挿入し、次の単位励磁周期Tにおいては更に100ns増加させたデッドタイムDT=700nsを挿入する。このように、単位励磁周期T毎に100nsずつ順次デッドタイムDTを増加させてゆき、5回目以降の単位励磁周期Tにおいては、デッドタイムDTの最大値1000nsを挿入する。   Further, when the rotation speed of the motor rotor rises and the voltage value of the drive power supply rises from 15.9 (V) to 16.1 (V), the dead time DT = 500 ns inserted so far The dead time DT = 600 ns increased by 100 ns is inserted into the high side command or the low side command, and the dead time DT = 700 ns further increased by 100 ns is inserted in the next unit excitation period T. In this way, the dead time DT is sequentially increased by 100 ns for each unit excitation period T, and the maximum value 1000 ns of the dead time DT is inserted in the unit excitation periods T after the fifth time.

また、一旦16(V)以上且つ20(V)未満に上昇した駆動電源の電圧値が、12.9(V)まで下降した場合には、最初の単位励磁周期Tにおいて、それまで挿入していたハイサイド指令又はローサイド指令に対して、デッドタイムDT=1000nsから200nsを減算したデッドタイムDT=800nsを挿入し、次の単位励磁周期Tにおいては更に200ns減算させたデッドタイムDT=600nsを挿入する。そして、3回目以降の単位励磁周期Tにおいては、デッドタイムDTとして500nsを挿入する。 In addition, when the voltage value of the drive power source once increased to 16 (V) or more and less than 20 (V) falls to 12.9 (V), it has been inserted so far in the first unit excitation period T. The dead time DT = 800 ns obtained by subtracting 200 ns from the dead time DT = 1000 ns is inserted into the high side command or the low side command, and the dead time DT = 600 ns obtained by further subtracting 200 ns is inserted in the next unit excitation period T. To do. In the third and subsequent unit excitation periods T, 500 ns is inserted as the dead time DT.

なお、デッドタイムの増加レート及び減少レートは、上述のようにそれぞれ異なる値を設定することもできるし、同一の値に設定することもできる。また、駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムの増加レート又は減少レートを変更させる他、モータ回転子の回転数に応じて変更することもできる。また、モータ回転子の加速度又は減速度に応じてデッドタイムの増加レート又は減少レートを変更することもできる。また、デッドタイムの増加レート又は減少レートを定める他、デッドタイムを変更する変更時間を、駆動電源の電圧値、モータ回転子の回転数、モータ回転子の加速度又は減速度に応じて定め、その変更時間に基づいてデッドタイムレートを設定することもできる。これらのデッドタイムの値や、デッドタイムレートの値、各種閾値、その他の設定事項については、ステッピングモータの種類や巻線仕様に応じて変更する必要が生ずる場合があるので、ステッピングモータ駆動装置の機能設定において変更することが可能なように構成しておくことが好ましい。   The dead time increase rate and decrease rate can be set to different values as described above, or can be set to the same value. In addition to changing the increase rate or decrease rate of the dead time according to the voltage value of the drive power supply, it can also be changed according to the rotation speed of the motor rotor. Further, the increase rate or decrease rate of the dead time can be changed according to the acceleration or deceleration of the motor rotor. In addition to determining the dead time increase rate or decrease rate, the change time for changing the dead time is determined according to the voltage value of the drive power supply, the rotation speed of the motor rotor, the acceleration or deceleration of the motor rotor, A dead time rate can also be set based on the change time. These dead time values, dead time rate values, various threshold values, and other setting items may need to be changed according to the type of stepping motor and winding specifications. It is preferable to configure the function setting so that it can be changed.

また、駆動電源の電圧値と、モータ回転子の回転数によるデッドタイムDTの増減を併用するようにしてもよい。例えばこの場合には、デッドタイムDTを増加させる設定を、デッドタイムDTを減少させる設定よりも優先するとよい。   Moreover, the voltage value of the drive power supply and the increase / decrease in the dead time DT depending on the rotation speed of the motor rotor may be used in combination. For example, in this case, the setting for increasing the dead time DT may be given priority over the setting for decreasing the dead time DT.

例えば、モータ回転子の回転数により決定されるおけるデッドタイムDTの設定が0nsであった場合でも、励磁コイルの駆動電源の電圧値により決定されるデッドタイムDTの設定が2500nsとなる場合には、長い方のデッドタイムDT=2500nsを挿入した励磁を行うとよい。 For example, when the setting of the dead time DT determined by the number of revolutions of the motor rotor is 0 ns, but the setting of the dead time DT determined by the voltage value of the driving power source of the exciting coil is 2500 ns. Is preferably performed by inserting the longer dead time DT = 2500 ns.

逆に、励磁コイルの駆動電源の電圧値により決定されるデッドタイムDTの設定が1000nsであった場合でも、モータ回転子の回転数により決定されるデッドタイムDTが
2500nsとなる場合には、やはり長い方のデッドタイムDT=2500nsデッドタイムを挿入した励磁を行うとよい。
Conversely, when the dead time DT determined by the voltage value of the drive power source of the exciting coil is 1000 ns , the dead time DT determined by the rotation speed of the motor rotor is 2500 ns. The excitation with the longer dead time DT = 2500 ns dead time inserted may be performed.

〔所定の遷移時間内にマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替える実施形態〕
上記では、デッドタイムレートを定めることにより、デッドタイムDTを漸増又は漸減してゆく実施形態について説明した。これに代えて、予めデッドタイムDTを漸増又は漸減させる際の遷移時間を予め定めておき、その遷移時間内にデッドタイムDTの漸増又は漸減が終了するように構成することもできる。
[Embodiment in which micro-step driving is switched to full-step driving within a predetermined transition time]
In the above, the embodiment in which the dead time DT is gradually increased or decreased by determining the dead time rate has been described. Instead of this, a transition time for gradually increasing or decreasing the dead time DT may be determined in advance, and the increase or decrease of the dead time DT may be completed within the transition time.

例えば、図18に示した条件で、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動とを切り替える場合であって、加速時の遷移時間として2500μsを設定した場合には、増加レートは、増加レート=単位励磁周期T/(加速時の遷移時間/組合せ励磁周期TC)=2.5μs/(2500μs/50μs)=2.5μs/50=50ns/Tと算出される。すなわち、50ns/Tの増加レートでデッドタイムDTを漸増させてゆくことで、2500μsの遷移時間内にデッドタイムDT=0の2相励磁によるマイクロステップ駆動から、デッドタイムDT=Tの4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えることができる。   For example, when switching between micro-step driving and full-step driving under the conditions shown in FIG. 18 and setting 2500 μs as the transition time during acceleration, the increasing rate is increased rate = unit excitation cycle T. / (Transition time during acceleration / combination excitation cycle TC) = 2.5 μs / (2500 μs / 50 μs) = 2.5 μs / 50 = 50 ns / T. In other words, by gradually increasing the dead time DT at an increase rate of 50 ns / T, the four-phase excitation of the dead time DT = T from the micro step driving by the two-phase excitation of the dead time DT = 0 within the transition time of 2500 μs. Can be switched to full-step driving.

また、減速時の遷移時間として1250μsを設定した場合には、減少レートは、減少レート=単位励磁周期T/(減速時の遷移時間/組合せ励磁周期TC)=2.5μs/(1250μs/50μs)=2.5μs/25=100ns/Tと算出される。すなわち、100ns/Tの減少レートでデッドタイムDTを漸減させてゆくことで、1250μsの遷移時間内にデッドタイムDT=Tの4相励磁によるフルステップ駆動から、デッドタイムDT=0の2相励磁によるマイクロステップ駆動に切り替えることができる。   When 1250 μs is set as the transition time during deceleration, the decrease rate is as follows: decrease rate = unit excitation cycle T / (transition time during deceleration / combination excitation cycle TC) = 2.5 μs / (1250 μs / 50 μs) = 2.5 μs / 25 = 100 ns / T. That is, by gradually decreasing the dead time DT at a decreasing rate of 100 ns / T, two-phase excitation with dead time DT = 0 from full-step driving by four-phase excitation with dead time DT = T within the transition time of 1250 μs. Can be switched to microstep driving.

このように、所定の遷移時間内においてマイクロステップ駆動とフルステップ駆動とを徐々に切り替えてゆくことによって、急激に励磁コイルの励磁状態が変化することによるモータ回転子の回転数の変動を防止することができるとともに、マイクロステップ駆動による励磁と、デッドタイムDTが混在した励磁を短時間にて終了させることができる。したがって、滑らかにマイクロステップ駆動とフルステップ駆動との切り替えを終了させることができる。   In this way, by gradually switching between micro-step driving and full-step driving within a predetermined transition time, fluctuations in the rotational speed of the motor rotor due to sudden changes in the excitation state of the exciting coil are prevented. In addition, the excitation by microstep driving and the excitation in which the dead time DT is mixed can be completed in a short time. Therefore, the switching between the micro step driving and the full step driving can be smoothly finished.

また、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動とを切り替える場合に限らず、駆動電源の電圧値やモータ回転子の回転数に応じてデッドタイムDTを変更する際においても、遷移時間を定めてデッドタイムDTを漸増又は漸減を行うように構成することもできる。この遷移時間は、上述のように、加速時と減速時とで異なる値を設定することもできるし、同一の値とすることもできる。また、駆動電源の電圧値やモータ回転子の回転数や、これらの変化率に応じて異なる遷移時間を設定することもできる。   Further, not only when switching between micro-step driving and full-step driving, but also when changing dead time DT according to the voltage value of the drive power supply and the rotation speed of the motor rotor, the transition time is determined and dead time DT is determined. Can be configured to gradually increase or decrease. As described above, the transition time can be set to a different value between acceleration and deceleration, or the same value. Also, different transition times can be set according to the voltage value of the driving power source, the rotation speed of the motor rotor, and the rate of change thereof.

〔基本ステップ同期更新1を併用する実施形態〕
次に、5相ステッピングモータ1のモータ回転子が回転している状態における、励磁切替タイミングについて図20及び図21を用いて説明する。ここで、所定の組合せ励磁周期TC毎に励磁を切り替える励磁切替方法を励磁周期同期更新と呼ぶ。これに加えて、以下に説明するように、基本ステップカウンタの更新に伴って組合せ励磁周期TCの途中から励磁を更新する励磁切替方法を基本ステップ同期更新1と称することにする。なお、図20及び図21に示す実施例は、図5に示したように、基本ステップ数=10、回数分割数m=10とした場合を示している。
[Embodiment using basic step synchronous update 1]
Next, excitation switching timing when the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 is rotating will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. Here, an excitation switching method for switching excitation every predetermined combination excitation cycle TC is referred to as excitation cycle synchronization update. In addition to this, as will be described below, an excitation switching method in which excitation is updated from the middle of the combined excitation cycle TC as the basic step counter is updated will be referred to as basic step synchronization update 1. 20 and FIG. 21 shows a case where the number of basic steps = 10 and the number of times of division m = 10, as shown in FIG.

また、図20及び図21には、回動指令パルスCWPが入力された場合の回数分割ステップカウンタの値(2桁の数値で表記してある。)の変化と、当該回数分割ステップカウンタの上位の桁に該当する基本ステップカウンタの値(2桁の数値で表記してある。)の変化と、組合せ励磁周期TC毎に出力される組合せ励磁切替指令と、励磁回数割合記憶手段12iに記憶されたステップ位置(4桁の数値で表記してある。)とを、横軸を時間に取って表してある。なお、励磁回数割合記憶手段12iが記憶するのは、第1励磁組及び第2励磁組とその励磁回数割合であるが、ここでは説明の都合上、回数分割ステップカウンタの値と、基本ステップカウンタの値とを表記している。   20 and 21 show the change in the value of the number division step counter (represented by a two-digit numerical value) when the rotation command pulse CWP is input, and the upper order of the number division step counter. Changes in the value of the basic step counter corresponding to this digit (represented by a two-digit numerical value), the combination excitation switching command output at each combination excitation cycle TC, and the excitation frequency ratio storage means 12i. The step position (represented by a four-digit numerical value) is shown with the horizontal axis representing time. The excitation number ratio storage means 12i stores the first excitation group and the second excitation group and the excitation number ratio, but here, for convenience of explanation, the value of the number division step counter and the basic step counter And the value of.

これらの各図のうち、図20は、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合におけるステップ位置の変化を表している。また、図21は、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCよりも短くなった場合におけるステップ位置の変化を表している。   Of these figures, FIG. 20 shows a change in the step position when the rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combined excitation cycle TC. FIG. 21 shows a change in the step position when the update interval of the basic step counter is shorter than the combination excitation cycle TC.

最初に、図20を用いて、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合における基本ステップ同期更新1を用いた励磁切替タイミングについて説明する。例えば機械角7.2°の5相ステッピングモータ1を用い、基本ステップ数=10、回数分割数m=10、組合せ励磁周期TC=50μsに定めた場合には、図20に示す状態は、モータ回転子が約30rps(1800rpm)で回転している状態である。   First, the excitation switching timing using the basic step synchronization update 1 when the rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combined excitation cycle TC will be described with reference to FIG. For example, when the 5-phase stepping motor 1 with a mechanical angle of 7.2 ° is used and the basic step number = 10, the number of divisions m = 10, and the combination excitation cycle TC = 50 μs, the state shown in FIG. The rotor is rotating at about 30 rps (1800 rpm).

図20に示すように、回動指令パルスCWPが入力されると、その立ち上がりで回数分割ステップカウンタの値が更新される(例えば、L08からL09に更新される。)。このように、回動指令パルスCWPが入力される毎に、回数分割ステップカウンタの値が更新されてゆき、回数分割ステップカウンタの値がL09からL00に切り替わる際には、基本ステップカウンタの値が更新される(例えば、H00からH01に更新される。)。   As shown in FIG. 20, when the rotation command pulse CWP is input, the value of the frequency division step counter is updated at the rising edge (for example, updated from L08 to L09). Thus, each time the rotation command pulse CWP is input, the value of the number-of-times division step counter is updated, and when the value of the number-of-times division step counter is switched from L09 to L00, the value of the basic step counter is changed. It is updated (for example, updated from H00 to H01).

なお、図20に示す組合せ励磁切替指令は、回動指令パルスとは無関係なタイミングで生成されるものである。この組合せ励磁切替指令は、組合せ励磁周期出力手段12cにより組合せ励磁周期TC毎に生成される。   The combination excitation switching command shown in FIG. 20 is generated at a timing unrelated to the rotation command pulse. This combination excitation switching command is generated for each combination excitation cycle TC by the combination excitation cycle output means 12c.

図20に示す励磁周期同期更新による励磁切替方法においては、この組合せ励磁切替指令に基づいてのみ、励磁回数割合記憶手段12iに記憶する第1励磁組及び第2励磁組とその励磁回数割合(ステップ位置に相当する。)とを更新する。これに対し、基本ステップ同期更新1の励磁切替方法では、前記組合せ励磁切替指令に加えて、基本ステップカウンタの更新に伴って、励磁回数割合記憶手段12iに記憶する第1励磁組及び第2励磁組とその励磁回数割合とを更新するようにしている。   In the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update shown in FIG. 20, only the first excitation set and the second excitation set stored in the excitation frequency ratio storage means 12i and the excitation frequency ratio (step) (step) Corresponding to the position). On the other hand, in the excitation switching method of basic step synchronization update 1, in addition to the combination excitation switching command, the first excitation group and the second excitation stored in the excitation frequency ratio storage means 12i with the update of the basic step counter. The set and the excitation frequency ratio are updated.

図20に示すように、励磁周期同期更新による励磁切替方法では、所定の組合せ励磁周期TC毎に生成される組合せ励磁周期TC毎に、励磁回数割合記憶手段12iに記憶するステップ位置の更新を行っているため、5乃至6のマイクロステップ位置が間引かれることになる。   As shown in FIG. 20, in the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, the step position stored in the excitation frequency ratio storage means 12i is updated every combination excitation cycle TC generated every predetermined combination excitation cycle TC. Therefore, 5 to 6 microstep positions are thinned out.

例えば、励磁周期同期更新の励磁切替方法のみを用いた場合において、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えると、ステップ位置0100の励磁更新周期が2×TCとなり、ステップ位置0200の励磁更新周期がTCとなって等速回転性が若干悪化し、モータ回転子に振動が発生することになる。   For example, when only the excitation switching method of excitation cycle synchronization update is used, when switching from microstep drive to full step drive, the excitation update cycle at step position 0100 is 2 × TC, and the excitation update cycle at step position 0200 is TC. Thus, the constant speed rotation is slightly deteriorated, and vibration is generated in the motor rotor.

他方、基本ステップ同期更新1の励磁切替方法を用いてマイクロステップ駆動を行う場合には、基本ステップカウンタが更新される付近において励磁の更新頻度が増して、回数分割ステップの補完が行われる。これにより、駆動がいくぶん安定することとなる。また、基本ステップの更新周期と組合せ励磁周期TCとは干渉しないので、可聴音は発生しない。したがって、基本ステップカウンタの更新に同期してステップ位置を更新しても、悪影響は生じないことになる。   On the other hand, when microstep driving is performed using the excitation switching method of basic step synchronization update 1, the excitation update frequency increases in the vicinity of the basic step counter being updated, and the frequency division step is complemented. This makes the drive somewhat more stable. Further, since the basic step update cycle and the combination excitation cycle TC do not interfere with each other, no audible sound is generated. Therefore, even if the step position is updated in synchronization with the update of the basic step counter, there is no adverse effect.

更に、この図20に示す回動指令パルス間隔において、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えた場合には、ステップ位置0100の励磁更新周期、ステップ位置0200の励磁更新周期、ステップ0300の励磁更新周期等が共にTRとなるので、基本ステップ同期更新1の励磁切替方法を用いることにより、フルステップ駆動時における等速回転性が維持されることになる。   Further, in the rotation command pulse interval shown in FIG. 20, when switching from microstep driving to full step driving, the excitation update cycle at step position 0100, the excitation update cycle at step position 0200, and the excitation update cycle at step 0300. Therefore, by using the excitation switching method of the basic step synchronization update 1, the constant speed rotation at the time of full step driving is maintained.

図20に示す実施例では、励磁回数割合記憶手段12iに記憶するステップ位置として回数分割ステップを含めており、間引きを加えたマイクロステップ駆動を行っている状態を示している。実験結果によれば、加速時においては5rps(300rpm)でマイクロステップ駆動の励磁からフルステップ駆動の励磁に切り替え、減速時においては4.6rps(276rpm)でフルステップ駆動の励磁からマイクロステップ駆動の励磁に切り替えるように構成しても、実用上問題となる振動は発生しなかった。したがって、図20に示す回転数よりもはるかに低い回転数において、既にフルステップ駆動に切り替えることが可能となる。   In the embodiment shown in FIG. 20, the step division stored as the step position stored in the excitation number ratio storage means 12i includes the number division step, and the microstep drive with thinning is performed. According to the experimental results, switching from microstep drive excitation to full step drive excitation at 5 rps (300 rpm) at the time of acceleration, and from full step drive excitation to microstep drive at 4.6 rps (276 rpm) at the time of deceleration. Even if it was configured to switch to excitation, vibration that would be a practical problem did not occur. Therefore, it is possible to already switch to full-step driving at a rotational speed much lower than that shown in FIG.

次に、図21を用いて、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合における基本ステップ同期更新1を用いた励磁切替タイミングについて説明する。例えば機械角7.2°の5相ステッピングモータ1を用い、基本ステップ数=10、回数分割数m=10、組合せ励磁周期TC=50μsに定めた場合には、図21に示す状態は、モータ回転子が約60rps(3600rpm)で回転している状態である。なお、図20にて説明した事項と同一の事項については、その説明を省略するものとする。   Next, the excitation switching timing using the basic step synchronization update 1 when the update interval of the basic step counter becomes shorter than the interval of the combination excitation cycle TC will be described using FIG. For example, when the 5-phase stepping motor 1 with a mechanical angle of 7.2 ° is used and the basic step number = 10, the number of divisions m = 10, and the combination excitation cycle TC = 50 μs, the state shown in FIG. The rotor is rotating at about 60 rps (3600 rpm). Note that the description of the same items as those described in FIG. 20 is omitted.

図21に示す実施形態では、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短いために、基本角ステップを含めた多くのマイクロステップ位置が間引かれる。なお、この図21に示す回動指令パルス間隔においては、もはやマイクロステップ駆動を行う意味は無いので、フルステップ駆動に切り替えて駆動することが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 21, since the update interval of the basic step counter is shorter than the interval of the combination excitation cycle TC, many microstep positions including the basic angle step are thinned out. In the rotation command pulse interval shown in FIG. 21, it is no longer meaningful to perform microstep driving, so it is preferable to switch to full step driving.

励磁周期同期更新による励磁切替方法を用いてフルステップ駆動を行った場合には、各励磁更新周期TCにおけるステップ位置が、0100、0200、0400、0600…となるために等間隔にならず、モータ回転子の等速回転性が若干悪化し、モータ回転子に振動が発生することになる。   When full step driving is performed using the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, the step positions in each excitation update cycle TC are 0100, 0200, 0400, 0600. The constant speed rotation of the rotor is slightly deteriorated, and vibration is generated in the motor rotor.

他方、基本ステップ同期更新1の励磁切替方法によるマイクロステップ駆動を用いた場合には、基本ステップカウンタが更新される付近において励磁の更新頻度が増して、回数分割ステップの補完が行われる。これにより、駆動がいくぶん安定することとなり、基本ステップカウンタの更新に同期してステップ位置を更新しても、悪影響は生じない。   On the other hand, when microstep driving by the excitation switching method of basic step synchronization update 1 is used, the excitation update frequency increases in the vicinity where the basic step counter is updated, and the number of times division step is complemented. As a result, the driving becomes somewhat stable, and even if the step position is updated in synchronization with the update of the basic step counter, no adverse effect is caused.

また、基本ステップ同期更新1の励磁切替方法を用いてフルステップ駆動を行う場合には、各励磁更新周期TRにおけるステップ位置は基本ステップの歩進数となるので、フルステップ駆動時における等速回転性と静穏性が確保されることになる。   In addition, when full step driving is performed using the excitation switching method of basic step synchronization update 1, the step position in each excitation update period TR is the step number of the basic step, and therefore constant speed rotation during full step driving. And calmness will be ensured.

したがって、励磁周期同期更新による励磁切替方法に加えて、基本ステップ同期更新1による励磁切替方法を用いることにより、モータ回転子の回転数が高い場合における振動を低減することができる。更に、マイクロステップ駆動を行う速度域で2相励磁を合成した4相励磁を用い、ステッピングモータの全てのコイル端子を正極又は負極の何れかに接続しておく状態を設けることで、停止時の停止精度を向上させるとともに、超低回転域から低回転域における回転の滑らかさを確保することができる。また、モータ回転子の回転数が上昇するにつれて自然に組合せ励磁周期TC毎の歩進数を増加させてゆくことができる。このように、モータ回転子の振動を増加させることなく、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替える回転数を、広い回転域から選択することができる。   Therefore, by using the excitation switching method based on the basic step synchronization update 1 in addition to the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, it is possible to reduce vibrations when the rotational speed of the motor rotor is high. Furthermore, by using the four-phase excitation that combines the two-phase excitation in the speed range where microstep drive is performed, by providing a state where all the coil terminals of the stepping motor are connected to either the positive electrode or the negative electrode, While stopping accuracy can be improved, smoothness of rotation can be ensured from the ultra low rotation range to the low rotation range. Further, as the number of rotations of the motor rotor increases, the number of steps for each combination excitation cycle TC can be increased naturally. In this way, the number of rotations to switch from microstep driving to full step driving can be selected from a wide rotation range without increasing the vibration of the motor rotor.

なお、フルステップ駆動を行う場合には、回数分割ステップに関する励磁の組合せが不用となるので、励磁更新周期TRが2×Tに至るまで、低振動で静穏運転が可能な2相励磁によるフルステップ駆動を行うことができる。また、4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えた場合には、励磁更新周期TRが更に短くなった場合であっても、通常の高速回転を行うことができる。   In the case of performing full-step drive, the combination of excitations related to the number-of-times division step is not required, so that full-steps by two-phase excitation that enables quiet operation with low vibration until the excitation update period TR reaches 2 × T. Drive can be performed. Further, when switching to full-step driving by four-phase excitation, normal high-speed rotation can be performed even when the excitation update cycle TR is further shortened.

次に、基本ステップ同期更新1による励磁切替方法を実現する際において、上記の組合せ励磁周期TCの途中で励磁を切り替える方法について、図22及び図23を用いて説明する。   Next, a method for switching excitation in the middle of the combination excitation cycle TC when realizing the excitation switching method based on the basic step synchronization update 1 will be described with reference to FIGS.

図22及び図23は、マイクロステップ駆動を実現するために、回数分割ステップ毎の励磁回数割合と、単位励磁周期T及び組合せ励磁周期TCとの関係を表した図である。このうち、図22は、組合せ励磁周期TCにおいて、所定の励磁回数割合に応じた励磁が完結している状態を表した図である。図22に示す励磁割合は、先の図6に示した励磁回数割合決定手段12dが、それぞれの回数分割ステップの歩進数に応じて決定する励磁割合を表している。   FIG. 22 and FIG. 23 are diagrams showing the relationship between the excitation frequency ratio for each frequency division step, the unit excitation cycle T, and the combination excitation cycle TC in order to realize microstep driving. Among these, FIG. 22 is a diagram showing a state in which excitation according to a predetermined excitation frequency ratio is completed in the combination excitation cycle TC. The excitation ratio shown in FIG. 22 represents the excitation ratio determined by the excitation frequency ratio determining means 12d shown in FIG. 6 according to the number of steps in each frequency division step.

他方、図23は、組合せ励磁周期TC内において基本ステップカウンタの値がH00からH01に切り替わったことにより、組合せ励磁周期TCの途中からH01に相当する電気角位置(ステップ1*N)の励磁組合せに切り替えている状態を表した図である。   On the other hand, FIG. 23 shows the excitation combination of the electrical angle position (step 1 * N) corresponding to H01 from the middle of the combination excitation cycle TC because the value of the basic step counter is switched from H00 to H01 within the combination excitation cycle TC. It is a figure showing the state currently switched to.

図23に示すように、時刻tc1においては、基本ステップカウンタの値がH00であり、回数分割ステップカウンタの値がL08であるので、その時刻tc1における電気角位置=ステップ0*N+(N/10)*8に対応した励磁割合を、励磁回数割合記憶手段12iが励磁回数割合決定手段12dから取得して記憶する。そして、この励磁割合で励磁の出力を行う。   As shown in FIG. 23, at time tc1, the value of the basic step counter is H00, and the value of the number-of-times division step counter is L08. Therefore, the electrical angle position at time tc1 = step 0 * N + (N / 10 ) The excitation ratio corresponding to * 8 is acquired by the excitation frequency ratio storage means 12i from the excitation frequency ratio determination means 12d and stored. Then, excitation output is performed at this excitation ratio.

時刻tc1の後に、回動指令パルスCWPを入力して回数分割ステップカウンタの値がL08からL09に遷移し、更に、時刻tc2において回動指令パルスCWPを入力すると、回数分割ステップカウンタの値がL09からL00に遷移し、基本ステップカウンタの値がH00からH01に遷移する。すると、励磁回数割合記憶手段12iは、時刻tc2における電気角位置(ステップ1*N)に対応した励磁割合を、新たに励磁回数割合決定手段12dから取得して記憶する。そして、図23に示すように、時刻tc2から時刻tc3まで、新たに記憶した励磁の出力を行う。   After the time tc1, when the rotation command pulse CWP is input and the value of the number division step counter transits from L08 to L09, and further when the rotation command pulse CWP is input at time tc2, the value of the number division step counter becomes L09. From L00 to L00, and the value of the basic step counter changes from H00 to H01. Then, the excitation frequency ratio storage means 12i newly acquires and stores the excitation ratio corresponding to the electrical angle position (step 1 * N) at time tc2 from the excitation frequency ratio determination means 12d. Then, as shown in FIG. 23, the newly stored excitation is output from time tc2 to time tc3.

こうすることによって、励磁周期同期更新による励磁切替方法に加えて、基本ステップ同期更新1による励磁切替方法を実現することができる。   By doing so, in addition to the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, the excitation switching method based on the basic step synchronization update 1 can be realized.

〔基本ステップ同期更新2を併用する実施形態〕
次に、5相ステッピングモータ1のモータ回転子が回転している状態における、励磁切替タイミングの他の実施形態について説明する。上述の基本ステップ同期更新1を併用する実施形態では、励磁周期同期更新による励磁切替方法に加えて、基本ステップカウンタの更新に伴って組合せ励磁周期TCの途中から励磁を更新する励磁切替方法を用いていた。これに対して、下記に示す実施形態では、基本ステップカウンタの値が更新される毎に、組合せ励磁周期出力手段12cが組合せ励磁切替指令を出力するとともに、新たに組合せ励磁周期TCの計数を開始するように構成してある。したがって励磁回数割合記憶手段12iは、組合せ励磁周期出力手段12cが出力する組合せ励磁切替指令に基づいて励磁を切り替えることで、基本ステップに同期して励磁を更新することができる。この励磁切替タイミングを用いた励磁切替方法を、基本ステップ同期更新2と称することにする。
[Embodiment using basic step synchronous update 2]
Next, another embodiment of the excitation switching timing when the motor rotor of the five-phase stepping motor 1 is rotating will be described. In the embodiment using the basic step synchronization update 1 described above, in addition to the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, an excitation switching method for updating excitation from the middle of the combined excitation cycle TC as the basic step counter is updated is used. It was. On the other hand, in the embodiment shown below, each time the value of the basic step counter is updated, the combination excitation cycle output means 12c outputs a combination excitation switching command and starts counting the combination excitation cycle TC anew. It is comprised so that it may do. Therefore, the excitation frequency ratio storage unit 12i can update excitation in synchronization with the basic step by switching excitation based on the combination excitation switching command output by the combination excitation cycle output unit 12c. This excitation switching method using the excitation switching timing will be referred to as basic step synchronization update 2.

なお、この基本ステップ同期更新2を用いた励磁切替方法に加えて、基本ステップカウンタの値が更新される毎に、単位励磁周期出力手段12hが単位励磁切替指令を出力するとともに、新たに単位励磁周期Tの計数を開始するように構成することもできる。   In addition to the excitation switching method using the basic step synchronization update 2, every time the value of the basic step counter is updated, the unit excitation cycle output means 12h outputs a unit excitation switching command and newly unit excitation. It can also be configured to start counting the period T.

この基本ステップ同期更新2を併用する場合の励磁切替タイミングについて、図24及び図25を用いて説明する。図24及び図25に示す実施例は、図5に示した実施例と同様に、基本ステップ数=10、回数分割数m=10とした場合を示している。なお、図20及び図21に示した事項と同一の事項については同一の名称を付して、その説明を省略する。   Excitation switching timing when the basic step synchronization update 2 is used together will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. The embodiment shown in FIGS. 24 and 25 shows a case where the number of basic steps = 10 and the number of times of division m = 10, as in the embodiment shown in FIG. Note that the same items as those shown in FIGS. 20 and 21 are given the same names, and descriptions thereof are omitted.

図24及び図25には、回動指令パルスCWPが入力された場合の回数分割ステップカウンタの値(2桁の数値で表記してある。)の変化と、当該回数分割ステップカウンタの上位の桁に該当する基本ステップカウンタの値(2桁の数値で表記してある。)の変化と、組合せ励磁周期TC毎に出力される組合せ励磁切替指令と、励磁回数割合記憶手段12iに記憶されたステップ位置(4桁の数値で表記してある。)とを、横軸を時間に取って表してある。なお、励磁回数割合記憶手段12iが記憶するのは、第1励磁組及び第2励磁組とその励磁回数割合であるが、ここでは説明の都合上、回数分割ステップカウンタの値と、基本ステップカウンタの値とを表記している。   24 and 25, the change in the value of the number division step counter (represented by a two-digit numerical value) when the rotation command pulse CWP is input, and the upper digit of the number division step counter. Of the basic step counter value (represented by a two-digit numerical value) corresponding to the above, a combination excitation switching command output at each combination excitation cycle TC, and a step stored in the excitation frequency ratio storage means 12i. The position (represented by a four-digit numerical value) is represented with the horizontal axis representing time. The excitation number ratio storage means 12i stores the first excitation group and the second excitation group and the excitation number ratio, but here, for convenience of explanation, the value of the number division step counter and the basic step counter And the value of.

これらの各図のうち、図24は、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合におけるステップ位置の変化を表している。また、図25は、基本ステップカウンタの更新間隔が、組合せ励磁周期TCよりも短くなった場合におけるステップ位置の変化を表している。   Of these figures, FIG. 24 shows a change in the step position when the rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combined excitation cycle TC. FIG. 25 shows a change in the step position when the update interval of the basic step counter is shorter than the combination excitation cycle TC.

最初に、図24を用いて、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合における基本ステップ同期更新2を用いた励磁切替タイミングについて説明する。例えば機械角7.2°の5相ステッピングモータ1を用い、基本ステップ数=10、回数分割数m=10、組合せ励磁周期TC=50μsに定めた場合には、図24に示す状態は、モータ回転子が約30rps(1800rpm)で回転している状態である。なお、図13にて説明した事項と同一の事項については、その説明を省略するものとする。   First, the excitation switching timing using the basic step synchronization update 2 when the rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combined excitation cycle TC will be described with reference to FIG. For example, when the 5-phase stepping motor 1 with a mechanical angle of 7.2 ° is used and the basic step number = 10, the number of divisions m = 10, and the combination excitation cycle TC = 50 μs, the state shown in FIG. The rotor is rotating at about 30 rps (1800 rpm). Note that the description of the same items as those described in FIG. 13 is omitted.

図24に示すように、回動指令パルスCWPが入力されると、その立ち上がりで回数分割ステップカウンタの値が更新される(例えば、L08からL09に更新される。)。このように、回動指令パルスCWPが入力される毎に、回数分割ステップカウンタの値が更新され、回数分割ステップカウンタの値がL09からL00に切り替わる際に、基本ステップカウンタの値が更新される(例えば、H00からH01に更新される。)。   As shown in FIG. 24, when the rotation command pulse CWP is input, the value of the frequency division step counter is updated at the rising edge (for example, updated from L08 to L09). Thus, each time the rotation command pulse CWP is input, the value of the number-of-times division step counter is updated, and the value of the basic step counter is updated when the value of the number-of-times division step counter is switched from L09 to L00. (For example, it is updated from H00 to H01).

なお、励磁周期同期更新による励磁切替方法では、組合せ励磁切替指令を、回動指令パルスとは無関係に組合せ励磁周期出力手段12cにより組合せ励磁周期TC毎に生成しているが、基本ステップ同期更新2による組合せ励磁切替指令は、この組合せ励磁周期TC毎に生成する条件に加えて、基本ステップカウンタの値が更新される毎に出力するように構成してある。更に、基本ステップカウンタの値が更新される毎に、新たに組合せ励磁周期TCの計数が開始される。   In the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, the combination excitation switching command is generated for each combination excitation cycle TC by the combination excitation cycle output means 12c irrespective of the rotation command pulse. The combination excitation switching command by is output every time the value of the basic step counter is updated in addition to the conditions generated at each combination excitation cycle TC. Further, every time the value of the basic step counter is updated, counting of the combination excitation cycle TC is newly started.

したがって、基本ステップ同期更新2の励磁切替方法では、組合せ励磁周期TC毎に出力される組合せ励磁切替指令に加えて、基本ステップカウンタの更新に同期して組合せ励磁切替指令を出力して、励磁回数割合記憶手段12iに記憶する第1励磁組及び第2励磁組とその励磁回数割合とを更新する。   Therefore, in the excitation switching method of basic step synchronization update 2, in addition to the combination excitation switching command output every combination excitation cycle TC, the combination excitation switching command is output in synchronization with the update of the basic step counter, and the number of excitations The first excitation group and the second excitation group and the excitation frequency ratio stored in the ratio storage means 12i are updated.

例えば、図24に示す実施形態では、回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCよりもかなり短いために、5乃至6のマイクロステップ位置が間引かれることになる。励磁周期同期更新の励磁切替方法のみを用いた場合において、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えた場合には、ステップ位置0100の励磁更新周期が2×TCとなり、ステップ位置0200の励磁更新周期がTCとなって等速回転性が若干悪化し、モータ回転子に振動が発生することになる。   For example, in the embodiment shown in FIG. 24, since the rotation command pulse interval is considerably shorter than the combined excitation cycle TC, 5 to 6 microstep positions are thinned out. When only the excitation switching method of excitation cycle synchronization update is used, when switching from microstep drive to full step drive, the excitation update cycle at step position 0100 is 2 × TC, and the excitation update cycle at step position 0200 is As a result, the constant speed rotation is slightly deteriorated, and vibration is generated in the motor rotor.

他方、基本ステップ同期更新2の励磁切替方法を用いてマイクロステップ駆動を行う場合には、基本ステップカウンタが更新される付近において励磁の更新頻度が増して、回数分割ステップの補完が行われる。これにより、駆動がいくぶん安定することとなる。したがって、基本ステップカウンタの更新に同期してステップ位置を更新しても、悪影響は生じないことになる。   On the other hand, when microstep driving is performed using the excitation switching method of basic step synchronization update 2, the excitation update frequency is increased in the vicinity of the basic step counter being updated, and the frequency division step is complemented. This makes the drive somewhat more stable. Therefore, even if the step position is updated in synchronization with the update of the basic step counter, there is no adverse effect.

更に、この図24に示す回動指令パルス間隔において、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替えた場合には、ステップ位置0100の励磁更新周期、ステップ位置0200の励磁更新周期、ステップ0300の励磁更新周期等が共にTRとなるので、基本ステップ同期更新2の励磁切替方法を用いることにより、フルステップ駆動時における等速回転性が維持されることになる。   Further, in the rotation command pulse interval shown in FIG. 24, when switching from micro-step driving to full-step driving, excitation update cycle at step position 0100, excitation update cycle at step position 0200, excitation update cycle at step 0300 Therefore, by using the excitation switching method of the basic step synchronization update 2, constant speed rotation at the time of full step driving is maintained.

図24に示す実施例では、励磁回数割合記憶手段12iに記憶するステップ位置として回数分割ステップを含めており、間引きを加えたマイクロステップ駆動を行っている状態を示している。実験結果によれば、加速時においては5rps(300rpm)でマイクロステップ駆動の励磁からフルステップ駆動の励磁に切り替え、減速時においては4.6rps(276rpm)でフルステップ駆動の励磁からマイクロステップ駆動の励磁に切り替えるように構成しても、実用上問題となる振動は発生しなかった。したがって、図24に示す回転数よりもはるかに低い回転数において、既にフルステップ駆動に切り替えることが可能となる。   In the embodiment shown in FIG. 24, the step number stored in the excitation frequency ratio storage means 12i includes a frequency division step, and shows a state where microstep driving with thinning is performed. According to the experimental results, switching from microstep drive excitation to full step drive excitation at 5 rps (300 rpm) at the time of acceleration, and from full step drive excitation to microstep drive at 4.6 rps (276 rpm) at the time of deceleration. Even if it was configured to switch to excitation, vibration that would be a practical problem did not occur. Therefore, it is possible to already switch to full-step driving at a rotational speed much lower than that shown in FIG.

次に、図25を用いて、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合における基本ステップ同期更新2を用いた励磁切替タイミングについて説明する。例えば機械角7.2°の5相ステッピングモータ1を用い、基本ステップ数=10、回数分割数m=10、組合せ励磁周期TC=50μsに定めた場合には、図25に示す状態は、モータ回転子が約60rps(3600rpm)で回転している状態である。なお、図13にて説明した事項と同一の事項については、その説明を省略するものとする。   Next, the excitation switching timing using the basic step synchronization update 2 when the update interval of the basic step counter becomes shorter than the interval of the combination excitation cycle TC will be described using FIG. For example, when a 5-phase stepping motor 1 with a mechanical angle of 7.2 ° is used and the basic step number = 10, the number of divisions m = 10, and the combination excitation cycle TC = 50 μs, the state shown in FIG. The rotor is rotating at about 60 rps (3600 rpm). Note that the description of the same items as those described in FIG. 13 is omitted.

図25に示す実施形態では、基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短いために、基本角ステップを含めた多くのマイクロステップ位置が間引かれる。なお、この図25に示す回動指令パルス間隔においては、もはやマイクロステップ駆動を行う意味は無いので、フルステップ駆動に切り替えて駆動することが好ましい。   In the embodiment shown in FIG. 25, since the update interval of the basic step counter is shorter than the interval of the combination excitation cycle TC, many microstep positions including the basic angle step are thinned out. In the rotation command pulse interval shown in FIG. 25, it is no longer meaningful to perform microstep driving, so it is preferable to switch to full step driving.

励磁周期同期更新による励磁切替方法を用いてフルステップ駆動を行った場合には、各励磁更新周期TCにおけるステップ位置が、0100、0200、0400、0600…となるため等間隔にならず、モータ回転子の等速回転性が若干悪化し、モータ回転子に振動が発生することになる。   When full step drive is performed using the excitation switching method based on the excitation cycle synchronization update, the step positions in each excitation update cycle TC are 0100, 0200, 0400, 0600. The constant speed rotation of the rotor is slightly deteriorated, and vibration is generated in the motor rotor.

他方、基本ステップ同期更新2の励磁切替方法によるフルステップ駆動を用いた場合には、基本ステップカウンタが更新される毎に毎回励磁を切り替えるので、各励磁更新周期TRにおけるステップ位置は、基本ステップの歩進数となって、フルステップ駆動時における等速回転性が確保されることになる。   On the other hand, when full-step driving by the excitation switching method of basic step synchronization update 2 is used, excitation is switched every time the basic step counter is updated, so the step position in each excitation update period TR is As the number of steps increases, constant speed rotation during full-step driving is ensured.

したがって、基本ステップカウンタの値が更新される毎に組合せ励磁切替指令を出力するとともに、新たに組合せ励磁周期TCの計数を開始することとなる基本ステップ同期更新2の励磁切替方法を用いることにより、モータ回転子の回転数が高い場合における振動を低減することができる。更に、マイクロステップ駆動を行う速度域で2相励磁を合成した4相励磁を用い、ステッピングモータの全てのコイル端子を正極又は負極の何れかに接続しておく状態を設けることで、停止時の停止精度を向上させるとともに、超低回転域から低回転域における回転の滑らかさを確保することができる。また、モータ回転子の回転数が上昇するにつれて自然に歩進数を増加させてゆくことができる。このように、モータ回転子の振動を増加させることなく、マイクロステップ駆動からフルステップ駆動に切り替える回転数を、より広い回転域から選択することができる。   Therefore, every time the value of the basic step counter is updated, a combination excitation switching command is output, and the excitation switching method of basic step synchronous update 2 that newly starts counting the combination excitation cycle TC is used. It is possible to reduce vibration when the rotational speed of the motor rotor is high. Furthermore, by using the four-phase excitation that combines the two-phase excitation in the speed range where microstep drive is performed, by providing a state where all the coil terminals of the stepping motor are connected to either the positive electrode or the negative electrode, While stopping accuracy can be improved, smoothness of rotation can be ensured from the ultra low rotation range to the low rotation range. Further, the number of steps can be increased naturally as the number of rotations of the motor rotor increases. In this manner, the rotation speed for switching from microstep driving to full step driving can be selected from a wider rotation range without increasing the vibration of the motor rotor.

なお、フルステップ駆動を行う場合には、回数分割ステップに関する励磁の組合せが不用となるので、励磁更新周期TRが2×Tに至るまで、低振動で静穏運転が可能な2相励磁によるフルステップ駆動を行うことができる。また、4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えた場合には、励磁更新周期TRが更に短くなった場合であっても、通常の高速回転を行うことができる。   In the case of performing full-step drive, the combination of excitations related to the number-of-times division step is not required, so that full-steps by two-phase excitation that enables quiet operation with low vibration until the excitation update period TR reaches 2 × T. Drive can be performed. Further, when switching to full-step driving by four-phase excitation, normal high-speed rotation can be performed even when the excitation update cycle TR is further shortened.

次に、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の特徴について図26を用いて説明する。図26(a)は、特許文献1又は3を用いた場合に振動低減効果が得られる回転数の範囲を模式的に表した図である。図26(b)は、本発明に係るステッピングモータ駆動装置を用いた場合に振動低減効果が得られる回転数の範囲を模式的に表した図である。   Next, features of the stepping motor driving apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 26A is a diagram schematically showing the range of the rotational speed at which the vibration reduction effect is obtained when Patent Document 1 or 3 is used. FIG. 26 (b) is a diagram schematically showing a rotation speed range in which a vibration reduction effect can be obtained when the stepping motor driving device according to the present invention is used.

図26(a)に示すように、背景技術として挙げた特許文献1又は3を用いた場合の振動低減効果は、マイクロステップ駆動とフルステップ駆動との境界部分において発生する振動のみを低減することを目的とするものである。したがって、できるだけ高い回転数までモータ回転子の回転を滑らかにしたり、駆動素子の短絡電流を減少させたり、マイクロステップの分解能を向上させたり、より多くの種類のステッピングモータの巻線仕様に対応したステッピングモータ駆動装置を提供するといった対応は困難である。   As shown in FIG. 26 (a), the vibration reduction effect when using Patent Document 1 or 3 cited as the background art is to reduce only the vibration generated at the boundary between microstep driving and full step driving. It is intended. Therefore, smooth rotation of the motor rotor to the highest possible number of revolutions, reduction of short-circuit current of the drive element, improvement of micro-step resolution, and support for more types of winding specifications for stepping motors It is difficult to provide a stepping motor drive device.

これに対し、本発明に係るステッピングモータ駆動装置では、デッドタイムなしのマイクロステップ駆動領域では、励磁コイル端子がハイインピーダンス状態にならないようにした2相励磁の組み合わせにより、停止精度の向上とモータ回転子の回転を安定させた滑らかな駆動を可能にしている。   On the other hand, in the stepping motor drive device according to the present invention, in the microstep drive region without dead time, the stop accuracy is improved and the motor rotation is achieved by the combination of two-phase excitation in which the excitation coil terminal is not in a high impedance state. It enables smooth driving with stable rotation of the child.

また、デッドタイムを含んだマイクロステップ駆動領域では、モータ回転子の回転数の上昇に伴って上昇した駆動電源の電圧値により、ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子が同時に導通状態となる短絡電流を減少させるために、ハイサイド指令又はローサイド指令にデッドタイムを挿入する。これにより、できる限り2相励磁の組合せによる励磁を継続することでモータ回転子の回転を安定させつつ、短絡電流を減少させることができる。   In addition, in the microstep drive region including dead time, a short-circuit current that causes the high-side drive element and the low-side drive element to be in a conductive state at the same time due to the voltage value of the drive power source that increases as the rotation speed of the motor rotor increases. In order to reduce the dead time, a dead time is inserted into the high side command or the low side command. Thereby, it is possible to reduce the short-circuit current while stabilizing the rotation of the motor rotor by continuing the excitation by the combination of the two-phase excitation as much as possible.

例えばこの2相励磁は、モータ電流制御手段16が実行する定電流コントロールの電圧飽和直前まで続けることができる。特に、インダクタンスが低い励磁コイルを有するステッピングモータに対しては、より高回転まで回転安定性の優れた2相励磁を用いることができる。   For example, this two-phase excitation can be continued until just before the voltage saturation of the constant current control executed by the motor current control means 16. In particular, for a stepping motor having an excitation coil having a low inductance, two-phase excitation having excellent rotational stability up to a higher rotation can be used.

また、デッドタイムを含んだ2相励磁のフルステップ駆動を行うことにより、基本ステップの更新周期が2×T(T=単位励磁周期)に至る回転数まで2相励磁によるフルステップ駆動を行って、モータ回転子を滑らかに回転させることができる。なお、駆動電源の電圧値が飽和したことにより励磁コイルの定電流制御が効かなくなる領域では、マイクロステップ駆動のためのスイッチングを、デッドタイムDTを挿入することによってマスクすることができる。これにより、定電流制御が効かなくなる領域においてスイッチングがもたらす駆動電源の電圧値のリップルを低減して、モータ回転子の振動を減少させることができる。   In addition, by performing full-phase drive with two-phase excitation including dead time, full-step drive with two-phase excitation is performed until the basic step update cycle reaches 2 × T (T = unit excitation cycle). The motor rotor can be smoothly rotated. In a region where the constant current control of the exciting coil is not effective due to saturation of the voltage value of the driving power supply, switching for microstep driving can be masked by inserting a dead time DT. As a result, it is possible to reduce the ripple of the voltage value of the drive power supply caused by switching in the region where the constant current control is not effective, and to reduce the vibration of the motor rotor.

なお、更にモータ回転子の回転数が上昇した場合には、デッドタイムDTを単位励磁周期Tまで拡大した4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えて、更に高回転まで対応することが可能となる。なお、モータ電流制御手段16が制御する定電流コントロールの電圧が飽和電圧値達した場合には、当該4相励磁によるフルステップ駆動に切り替えることができる。   In addition, when the rotational speed of the motor rotor further increases, it is possible to switch to full-step driving by four-phase excitation in which the dead time DT is expanded to the unit excitation period T, and to cope with higher rotation. When the constant current control voltage controlled by the motor current control means 16 reaches the saturation voltage value, it is possible to switch to the full step drive by the four-phase excitation.

本発明に係るステッピングモータ駆動装置及びマイクロステップ方法は、精密な位置決め又は低振動の低回転域駆動に加え、静粛性が要求される用途に好適である。例えば、光計測装置、光電子デバイス作製装置、有機EL作製装置、デバイスプロセス装置、若しくは有機半導体素子作製装置等に適用することができる。   The stepping motor driving apparatus and the microstep method according to the present invention are suitable for applications that require quietness in addition to precise positioning or low-vibration driving in a low rotation range. For example, the present invention can be applied to an optical measurement device, an optoelectronic device manufacturing device, an organic EL manufacturing device, a device process device, an organic semiconductor element manufacturing device, or the like.

なお、前記光計測装置の用途として、並列光演算技術、レーザ安定化技術、超高回転域分光技術、超高回転域光制御技術、若しくは光パルスタイミング同期技術等の光制御の技術分野や、単一光子検出技術、超高回転域光計測技術、ホログラム計測技術、各種表面分光技術、電界発光計測技術、移動度計測技術、又は干渉計測技術等の技術分野を挙げることができる。   In addition, as an application of the optical measurement device, a parallel optical calculation technology, a laser stabilization technology, an ultra-high rotation region spectroscopy technology, an ultra-high rotation region light control technology, or an optical control technology field such as an optical pulse timing synchronization technology, There may be mentioned technical fields such as single-photon detection technology, ultra-high rotational speed optical measurement technology, hologram measurement technology, various surface spectroscopy technologies, electroluminescence measurement technology, mobility measurement technology, or interference measurement technology.

また、上記の実施例では、本発明のマイクロステップ方法を回転型のステッピングモータの駆動に用いた実施例を示したが、直動型のステッピングモータに応用することも可能である。   In the above embodiments, the microstep method of the present invention is used to drive a rotary stepping motor. However, the microstep method can be applied to a direct-acting stepping motor.

5相ステッピングモータの各励磁コイルを励磁する際に、一時期ハイインピーダンス状態を挿入することが可能な、ステッピングモータ駆動装置の内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a stepping motor drive device which can insert a high impedance state for a while when exciting each excitation coil of a 5-phase stepping motor. (a)は、ペンタゴン結線方式を採用した5相ステッピングモータの励磁コイル1a〜1eと、励磁相ABCDEabcdeの励磁電流の方向とを定義する図である。(b)は、5相ステッピングモータの励磁相ABCDEabcdeと、トルクベクトルVA〜Veとの関係を定義する図である。(A) is a figure which defines the excitation coil 1a-1e of the 5-phase stepping motor which employ | adopted the pentagon connection system, and the direction of the excitation current of excitation phase ABCDEabcde. (B) is a diagram defining the relationship between the excitation phase ABCDEabcde of the five-phase stepping motor and the torque vectors VA to Ve. モータ回転子を所定の基本ステップ位置に位置決めする励磁相の組み合わせ例を示す図である。It is a figure which shows the example of a combination of the excitation phase which positions a motor rotor in a predetermined | prescribed basic step position. モータ回転子を所定の基本ステップ位置に位置決めする励磁相の組み合わせの他の実施例を示す図である。It is a figure which shows the other Example of the combination of the excitation phase which positions a motor rotor in a predetermined | prescribed basic step position. 図1に示した励磁波形決定手段における各機能を説明する図である。It is a figure explaining each function in the excitation waveform determination means shown in FIG. 励磁回数割合決定手段において、各励磁相の励磁組を纏めて出力する他の励磁形態を示す図である。It is a figure which shows the other excitation form which collectively outputs the excitation group of each excitation phase in an excitation frequency ratio determination means. 駆動素子指令生成手段が生成するハイサイド指令データ及びローサイド指令データの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the high side command data and low side command data which a drive element command generation means produces | generates. デッドタイム挿入手段が出力するハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングを表した図である。It is a figure showing the timing of the high side command and low side command which a dead time insertion means outputs. デッドタイム挿入手段によりデッドタイムDTが挿入されたハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングを表した図である。It is a figure showing the timing of the high side command and low side command in which the dead time DT was inserted by the dead time insertion means. 2相励磁の組合せ1を用いデッドタイムDT=T/2を挿入したハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングを表した図である。It is a figure showing the timing of the high side command and low side command which inserted the dead time DT = T / 2 using the combination 1 of 2 phase excitation. 2相励磁の組合せ1を用いてステップ0*N〜ステップ9*Nの各基本ステップの歩進を行う際の励磁組を表す図表である。It is a chart showing the excitation group at the time of performing step of each basic step of Step 0 * N to Step 9 * N using the combination 1 of two-phase excitation. 2相励磁の組合せ2を用いデッドタイムDTを挿入したハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングを表した図である。It is a figure showing the timing of the high side command and low side command which inserted the dead time DT using the combination 2 of 2 phase excitation. 2相励磁の組合せ2を用いデッドタイムDT=T/2を挿入したハイサイド指令及びローサイド指令のタイミングを表した図である。It is a figure showing the timing of the high side command and low side command which inserted the dead time DT = T / 2 using the combination 2 of 2 phase excitation. 2相励磁の組合せ2を用いてステップ0*N〜ステップ9*Nの各基本ステップの歩進を行う際の励磁組を表す図表である。It is a chart showing the excitation group at the time of performing the step of each basic step of Step 0 * N to Step 9 * N using the combination 2 of two-phase excitation. 駆動電源の電圧値に応じて複数のデッドタイムDTを設定する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where several dead time DT is set according to the voltage value of a drive power supply. 駆動電源の電圧値に応じて連続的にデッドタイムDTを増加させる場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the dead time DT is increased continuously according to the voltage value of a drive power supply. 複数種類のステッピングモータにおけるモータ回転子の回転数と駆動電源の電圧値との関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the rotation speed of the motor rotor in multiple types of stepping motors, and the voltage value of a drive power supply. モータ回転子の回転数に応じてデッドタイムDTを設定する実施形態を表す図表である。It is a chart showing embodiment which sets dead time DT according to the number of rotations of a motor rotor. 駆動電源の電圧値に応じてデッドタイムレートを設定する実施形態を表す図表である。It is a graph showing embodiment which sets a dead time rate according to the voltage value of a drive power supply. 回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合における基本ステップ同期更新1を用いた励磁切替タイミングについて説明する図である。It is a figure explaining the excitation switching timing using the basic step synchronous update 1 in case a rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combination excitation cycle TC. 基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合における基本ステップ同期更新1を用いた励磁切替タイミングについて説明する図である。It is a figure explaining the excitation switching timing using the basic step synchronous update 1 when the update interval of a basic step counter becomes shorter than the space | interval of the combination excitation period TC. 図6に示した励磁回数割合決定手段が決定する、回数分割ステップの歩進数に応じた励磁回数割合の遷移を表した図であり、組合せ励磁周期TCにおいて、所定の励磁回数割合に応じた励磁が完結している状態を表した図である。FIG. 7 is a diagram showing a transition of the excitation frequency ratio according to the number of steps in the frequency division step determined by the excitation frequency ratio determining means shown in FIG. 6, and in the combination excitation cycle TC, the excitation according to a predetermined excitation frequency ratio It is a figure showing the state which is completed. 基本ステップカウンタの値が更新されたことに伴って、組合せ励磁周期TC内において励磁組合せを切り替えた状態を表す図である。It is a figure showing the state which switched the excitation combination within the combination excitation period TC in connection with the value of a basic step counter being updated. 回動指令パルス間隔が組合せ励磁周期TCの約1/7.5の場合における基本ステップ同期更新2を用いた励磁切替タイミングについて説明する図である。It is a figure explaining the excitation switching timing using the basic step synchronous update 2 in case a rotation command pulse interval is about 1 / 7.5 of the combination excitation cycle TC. 基本ステップカウンタの更新間隔が組合せ励磁周期TCの間隔よりも短くなった場合における基本ステップ同期更新2を用いた励磁切替タイミングについて説明する図である。It is a figure explaining the excitation switching timing using the basic step synchronous update 2 when the update interval of a basic step counter becomes shorter than the interval of the combination excitation cycle TC. (a)は、特許文献1又は3を用いた場合に振動低減効果が得られる回転数の範囲を模式的に表した図であり、(b)は、本発明に係るステッピングモータ駆動装置を用いた場合に振動低減効果が得られる回転数の範囲を模式的に表した図である。(A) is the figure which represented typically the range of the rotation speed from which the vibration reduction effect is acquired when patent document 1 or 3 is used, (b) uses the stepping motor drive device which concerns on this invention. It is the figure which represented typically the range of the rotation speed from which a vibration reduction effect is acquired when there exists. 特許文献1に記載されているステッピングモータの駆動方式を実現するための駆動回路について説明する図である。It is a figure explaining the drive circuit for implement | achieving the drive system of the stepping motor described in patent document 1. FIG. 特許文献1の図3に示されているフルステップ駆動時の駆動パターンを説明する図である。It is a figure explaining the drive pattern at the time of the full step drive shown by FIG. 3 of patent document 1. FIG. 特許文献1の図2に示されているマイクロステップ駆動時の駆動パターンを説明する図である。It is a figure explaining the drive pattern at the time of the micro step drive shown by FIG. 2 of patent document 1. FIG. 特許文献1の図8に示されているマイクロステップ駆動時において端子Aに印加する電圧(デューティ)について説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a voltage (duty) applied to a terminal A during microstep driving shown in FIG. 8 of Patent Document 1. 特許文献1の図6に示されているマイクロステップ駆動時におけるPWMパターンを説明する図である。It is a figure explaining the PWM pattern at the time of the micro step drive shown by FIG. 6 of patent document 1. FIG. 特許文献1の図5に示されているマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に移行する際のPWMパターンの遷移を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a transition of a PWM pattern when shifting from microstep driving shown in FIG. 5 of Patent Document 1 to full step driving. 特許文献1の図7に示されているマイクロステップ駆動からフルステップ駆動に移行する際に、M1及びM2を用いたPWMパターンの遷移を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the transition of a PWM pattern using M1 and M2 when shifting from microstep driving shown in FIG. 7 of Patent Document 1 to full step driving. 従来のマイクロステップ駆動時において、回動指令パルスに同期して電気角を更新する場合の、回動指令パルスとPWM波形との関係を表した図である。It is the figure showing the relationship between a rotation command pulse and a PWM waveform in the case of updating an electrical angle in synchronization with a rotation command pulse during conventional microstep drive. ハイサイド駆動素子のオンとローサイド駆動素子のオフとを同時に行った際における駆動素子のゲート電圧変化の過渡状態を示す。The transient state of the gate voltage change of the drive element when the high side drive element is turned on and the low side drive element is turned off simultaneously is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 5相ステッピングモータ
1a〜1e 励磁コイル
10 ステッピングモータ駆動装置
12 励磁波形決定手段
12a 電気角位置管理手段
12b 励磁相組合せ出力手段
12c 組合せ励磁周期出力手段
12d 励磁回数割合決定手段(励磁割合決定手段)
12h 単一励磁周期出力手段
12i 励磁回数割合記憶手段(励磁割合記憶手段)
12j 駆動素子指令性性手段
12k デッドタイム挿入手段
12l デッドタイム生成手段
12m 第1閾値判断手段
12n 第2閾値判断手段
12v 指令回転数検出手段
14 定電流コントロール回路
15 電流検出抵抗
16 モータ電流制御手段
C1、C2 コンデンサ
D1〜D11 ダイオード
L1 チョークコイル
PS 電源
TR1〜TR10 駆動素子
TR11 トランジスタ
VA〜VE、Va〜Ve トルクベクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 5-phase stepping motor 1a-1e Excitation coil 10 Stepping motor drive device 12 Excitation waveform determination means 12a Electrical angle position management means 12b Excitation phase combination output means 12c Combination excitation cycle output means 12d Excitation frequency ratio determination means (Excitation ratio determination means)
12h Single excitation cycle output means 12i Excitation number ratio storage means (excitation ratio storage means)
12j Driving element commanding means 12k Dead time inserting means 12l Dead time generating means 12m First threshold judging means 12n Second threshold judging means 12v Command rotational speed detecting means 14 Constant current control circuit 15 Current detecting resistor 16 Motor current controlling means C1 , C2 Capacitors D1 to D11 Diode L1 Choke coil PS Power supply TR1 to TR10 Drive element TR11 Transistors VA to VE, Va to Ve Torque vector

Claims (8)

N相ステッピングモータの基本ステップ角αを微細ステップにm分割するマイクロステップを実現するステッピングモータ駆動装置にあって、
N相ステッピングモータの回動指令パルスが入力されると、前記微細ステップの歩進数を計数して出力するm分割カウンタと、前記m分割カウンタの上位の桁に位置し基本ステップの歩進数を計数して出力する基本ステップカウンタとを有する電気角位置管理手段と、
N相ステッピングモータのモータ回転子を、前記基本ステップの歩進数に対応した1の基本ステップ位置に位置決めするために、N相の励磁コイルのうち所定の2相の組合せを励磁する1の励磁組と、他の基本ステップ位置に位置決めするための別の2相の組合せを励磁する他の励磁組との励磁組合せを出力する励磁相組合せ出力手段と、
前記m分割カウンタの値及び前記基本ステップカウンタの値とに応じて、前記2つの励磁組合せの励磁回数又は励磁時間をそれぞれ漸増及び漸減することにより、前記2つの励磁組合せの励磁割合を決定する励磁割合決定手段と、
所定の単位励磁周期Tが計数される毎に、前記励磁組を構成する単位励磁相に対する励磁を切り換えるための単位励磁切替指令を出力する単位励磁周期出力手段と、
前記単位励磁周期Tの整数倍で構成される組合せ励磁周期TCが計数される毎に、前記励磁割合に応じた前記2つの励磁組合せによる励磁を切り換えるための組合せ励磁切替指令を出力する、組合せ励磁周期出力手段と、
前記組合せ励磁切替指令が出力される毎に、新たな前記励磁割合を記憶する励磁割合記憶手段と、
前記N相の励磁コイル端子毎に設けられ、前記励磁コイルと駆動電源の正極との導通又は遮断を制御するハイサイド駆動素子、及び、前記励磁コイルと駆動電源の負極との導通又は遮断を制御するローサイド駆動素子と、
前記励磁割合記憶手段に記憶されている前記励磁割合を用い、前記2つの励磁組合せを構成する単位励磁相に対する励磁を前記単位励磁切替指令が出力される毎に切り替えるために、前記ハイサイド駆動素子を駆動するためのハイサイド指令データ、及び、ローサイド駆動素子を駆動するためのローサイド指令データとを生成する駆動素子指令生成手段と、
励磁コイルに印加する電圧値又はモータ回転子の回転数に応じて定められるデッドタイムを生成するデッドタイム生成手段と、
前記単位励磁切替指令が出力される毎に、前記ハイサイド指令データ及びローサイド指
令データに応じたハイサイド指令及びローサイド指令を出力するとともに、前記単位励磁切替指令が出力された際に、前記ハイサイド指令及びローサイド指令が同時に切り替わることとなる場合には、当該切替時における前記ハイサイド指令又はローサイド指令のいずれかに対して、前記デッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を生成して、前記ハイサイド駆動素子及び前記ローサイド駆動素子の双方を遮断したハイインピーダンス状態を挿入するデッドタイム挿入手段と、
を備え、
前記ハイサイド駆動素子及びローサイド駆動素子は、前記ハイサイド指令及びローサイド指令に基づいて前記N相の励磁コイルを励磁してなり、
前記デッドタイムを挿入した新たなハイサイド指令又はローサイド指令を用いた前記N相の励磁コイルに対する励磁が、前記デッドタイム挿入の前後におけるそれぞれの前記2つの励磁組合せを基にして形成される3相以上の励磁であることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
In a stepping motor driving apparatus that realizes a microstep for dividing a basic step angle α of an N-phase stepping motor into m steps,
When a rotation command pulse of the N-phase stepping motor is input, the m-divided counter that counts and outputs the number of steps in the fine step, and the step number in the basic step that is located in the upper digit of the m-divided counter are counted. An electrical angle position management means having a basic step counter for outputting
The motor rotor of the N-phase stepping motor, said to position the basic step position of 1 corresponding to step radix basic steps, one for exciting the two-phase combination of excitation coils sac Chi plants constant of N phase An excitation phase combination output means for outputting an excitation combination of the excitation set and another excitation set for exciting another two-phase combination for positioning at another basic step position;
Excitation that determines the excitation ratio of the two excitation combinations by gradually increasing and decreasing the number of excitations or excitation times of the two excitation combinations according to the value of the m-dividing counter and the value of the basic step counter, respectively. A ratio determining means;
Unit excitation period output means for outputting a unit excitation switching command for switching excitation for the unit excitation phases constituting the excitation group each time a predetermined unit excitation period T is counted;
Each time a combination excitation cycle TC composed of an integral multiple of the unit excitation cycle T is counted, a combination excitation switching command for switching excitation according to the two excitation combinations according to the excitation ratio is output. Periodic output means;
Excitation ratio storage means for storing a new excitation ratio each time the combination excitation switching command is output;
A high-side drive element that is provided for each of the N-phase excitation coil terminals and controls conduction or interruption between the excitation coil and the positive electrode of the drive power supply, and controls conduction or interruption between the excitation coil and the negative electrode of the drive power supply. A low-side drive element to
In order to switch the excitation for the unit excitation phases constituting the two excitation combinations every time the unit excitation switching command is output, using the excitation ratio stored in the excitation ratio storage means, Driving element command generating means for generating high-side command data for driving and low-side command data for driving the low-side driving element;
Dead time generating means for generating a dead time determined in accordance with a voltage value applied to the exciting coil or the rotation speed of the motor rotor;
Each time the unit excitation switching command is output, a high side command and a low side command corresponding to the high side command data and low side command data are output, and when the unit excitation switching command is output, the high side command is output. When the command and the low-side command are switched simultaneously, a new high-side command or low-side command in which the dead time is inserted is generated for either the high-side command or the low-side command at the time of the switching. Dead time insertion means for inserting a high impedance state in which both the high side driving element and the low side driving element are cut off;
With
The high side driving element and the low side driving element are formed by exciting the N-phase excitation coil based on the high side command and the low side command ,
Three-phase excitation is performed on the N-phase excitation coil using the new high-side command or the low-side command with the dead time inserted based on the two excitation combinations before and after the dead time insertion. A stepping motor driving apparatus characterized by the above excitation.
前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段と、
を備え、
前記デッドタイム生成手段は、当該定電流制御後の電圧値が高い場合には、前記デッドタイムを長く設定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駆動装置。
Current detecting means for detecting a current flowing in the exciting coil;
Current control means for controlling a voltage value of the drive power supply applied to the exciting coil so that the detected current is determined within a predetermined range;
With
2. The stepping motor driving apparatus according to claim 1, wherein the dead time generation unit sets the dead time to be long when the voltage value after the constant current control is high.
前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段と、
を備え、
前記デッドタイム生成手段は、前記定電流制御後の電圧値が第1の閾値を上回った場合には、第1のデッドタイムを加算し、
前記定電流制御後の電圧値が前記第1の閾値を上回った後、前記第1の閾値よりも低い第2の閾値を下回った場合には、前記第1のデッドタイムを減算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駆動装置。
Current detecting means for detecting a current flowing in the exciting coil;
Current control means for controlling a voltage value of the drive power supply applied to the exciting coil so that the detected current is determined within a predetermined range;
With
The dead time generating means adds a first dead time when the voltage value after the constant current control exceeds a first threshold value,
The first dead time is subtracted when the voltage value after the constant current control exceeds the first threshold and then falls below a second threshold lower than the first threshold. The stepping motor driving apparatus according to claim 1.
前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段と、
を備え、
前記デッドタイム生成手段は、前記定電流制御後の電圧値が第1の閾値を上回った場合には、第1の増加レートで第1のデッドタイムを漸増させてゆき、
前記定電流制御後の電圧値が前記第1の閾値を上回った後、前記第1の閾値よりも低い第2の閾値を下回った場合には、前記第1のデッドタイムを第1の減少レートで漸減させてゆく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駆動装置。
Current detecting means for detecting a current flowing in the exciting coil;
Current control means for controlling a voltage value of the drive power supply applied to the exciting coil so that the detected current is determined within a predetermined range;
With
The dead time generation means gradually increases the first dead time at a first increase rate when the voltage value after the constant current control exceeds a first threshold value,
When the voltage value after the constant current control exceeds the first threshold value and then falls below a second threshold value that is lower than the first threshold value, the first dead time is set to a first decrease rate. The stepping motor driving apparatus according to claim 1, wherein the stepping motor is gradually reduced at a step.
前記励磁コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流が所定の範囲に定まるように前記励磁コイルに印加する前記駆動電源の電圧値を制御する電流制御手段と、
を備え、
前記デッドタイム生成手段は、前記電圧値が第1の閾値を上回ったことを判断すると、デッドタイムを単位励磁周期Tに相当する時間まで所定の増加レートで漸増させてゆき、
前記電圧値が第1の閾値を上回った後に、前記電圧値が第2の閾値を下回ったことを判断すると、デッドタイムを単位励磁周期Tに相当する時間から所定の減少レートで漸減させてゆく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駆動装置。
Current detecting means for detecting a current flowing in the exciting coil;
Current control means for controlling a voltage value of the drive power supply applied to the exciting coil so that the detected current is determined within a predetermined range;
With
When determining that the voltage value has exceeded the first threshold value, the dead time generation means gradually increases the dead time at a predetermined increase rate until a time corresponding to the unit excitation period T,
When it is determined that the voltage value has fallen below the second threshold value after the voltage value has exceeded the first threshold value, the dead time is gradually reduced from the time corresponding to the unit excitation period T at a predetermined decrease rate. The stepping motor driving apparatus according to claim 1, wherein:
前記励磁割合記憶手段は、前記組合せ励磁切替指令が出力される毎、又は前記基本ステップカウンタの値が更新される毎に、新たな前記励磁割合を記憶することを特徴とする請求項1〜5に記載のステッピングモータ駆動装置。   6. The excitation ratio storage means stores the new excitation ratio each time the combination excitation switching command is output or the value of the basic step counter is updated. A stepping motor driving apparatus according to 1. 前記組合せ励磁周期出力手段は、前記単位励磁周期Tの整数倍で構成される組合せ励磁周期TCが計数される毎に、前記励磁割合に応じた前記2つの励磁組合せによる励磁を切り換えるための組合せ励磁切替指令を出力し、更に前記基本ステップカウンタの値が更新される毎に前記組合せ励磁切替指令を出力するとともに、新たに前記組合せ励磁周期TCの計数を開始することを特徴とする請求項1〜5に記載のステッピングモータ駆動装置。   The combination excitation cycle output means is configured to switch the excitation according to the two excitation combinations according to the excitation ratio every time the combination excitation cycle TC composed of an integral multiple of the unit excitation cycle T is counted. 2. A switching command is output, and each time the value of the basic step counter is updated, the combination excitation switching command is output and counting of the combination excitation cycle TC is newly started. 5. A stepping motor driving device according to 5. 前記請求項1〜7のいずれかに記載のステッピングモータ駆動装置を用いたN相ステッピングモータの駆動方法。   A driving method of an N-phase stepping motor using the stepping motor driving device according to any one of claims 1 to 7.
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