JP7352967B2 - drive device - Google Patents

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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Description

本発明は、ステッピングモータを駆動する駆動装置に関する。 The present invention relates to a driving device for driving a stepping motor.

一般的に、ステッピングモータを駆動するために駆動装置(ドライバ)が用いられる。ステッピングモータを駆動する場合、駆動装置に対して外部から指令パルス(外部指令パルス)が入力され、駆動装置において、その入力された指令パルスが計数される。また、駆動装置は、ステッピングモータに矩形波の電圧を加えてステッピングモータのモータコイル(以下、コイルと略記することもある)を励磁するとともに、励磁するコイルを順番に切り替えることにより、指令パルスの計数値に対応する速度でステッピングモータを回転させる。 Generally, a drive device (driver) is used to drive a stepping motor. When driving a stepping motor, command pulses (external command pulses) are input to the drive device from the outside, and the input command pulses are counted in the drive device. In addition, the drive device applies a rectangular wave voltage to the stepping motor to excite the motor coil (hereinafter sometimes abbreviated as a coil) of the stepping motor, and also sequentially switches the excited coils to generate command pulses. Rotate the stepping motor at a speed corresponding to the count value.

ステッピングモータの駆動装置としては、定電流制御の方法が異なる2種類の駆動装置が知られている。
一方の駆動装置は、出力段チョッパ型の定電流制御を行うものである。この出力段チョッパ型の駆動装置では、コイルに流れる電流として検出される検出電流と基準電流値との誤差信号を生成し、その誤差信号のレベルと所定のノコギリ波のレベルとを比較して駆動装置の出力段部(スイッチング素子)をチョッピングすることによって、コイルに流れる電流を一定の大きさに制御している。このため、出力段チョッパ型の駆動装置では、出力段部において、ステップ駆動のパターン制御と定電流制御の両方が行われる。
As stepping motor drive devices, two types of drive devices with different constant current control methods are known.
One drive device performs output stage chopper type constant current control. This output stage chopper type drive device generates an error signal between the detected current detected as the current flowing through the coil and a reference current value, and drives by comparing the level of the error signal with the level of a predetermined sawtooth wave. By chopping the output stage section (switching element) of the device, the current flowing through the coil is controlled to a constant magnitude. Therefore, in the output stage chopper type drive device, both step drive pattern control and constant current control are performed in the output stage section.

なお、出力段チョッパ型の駆動装置では、駆動装置へ入力する電源の電圧が、そのままステッピングモータ(モータコイル)に印加される。このため、例えば駆動装置に入力される電圧がDC24Vの場合、ステッピングモータを所定の角度で停止させてホールドしたときであっても、モータコイルには24Vの電圧が印加される。 Note that in the output stage chopper type drive device, the voltage of the power source input to the drive device is directly applied to the stepping motor (motor coil). For this reason, for example, if the voltage input to the drive device is 24V DC, even when the stepping motor is stopped and held at a predetermined angle, a voltage of 24V is applied to the motor coil.

もう一方の駆動装置は、モータコイルに入力されるモータ駆動電圧DVの調節を行うことによって、コイルに流れる電流を一定の大きさに制御する定電流制御を行うものである。このようにモータ駆動電圧DVの調節により行う定電流制御は、DV型の定電流制御と呼ばれ、また、DV型の定電流制御を行う駆動装置は、DV型の駆動装置と呼ばれている。このDV型の駆動装置の一例が、特開2008-61439号公報(特許文献1)に記載されている。 The other drive device performs constant current control in which the current flowing through the coil is controlled to a constant magnitude by adjusting the motor drive voltage DV input to the motor coil. Constant current control performed by adjusting the motor drive voltage DV in this way is called DV-type constant current control, and a drive device that performs DV-type constant current control is called a DV-type drive device. . An example of this DV type drive device is described in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-61439 (Patent Document 1).

例えば図18に示すように、特許文献1の駆動装置100は、5相ステッピングモータ101に接続される。この駆動装置100は、外部指令パルスCWP又はCCWPが入力されてコイルを励磁するための励磁パターンを出力する励磁パターン出力回路102と、複数のパワー素子(スイッチング素子)106と、励磁パターン出力回路102から出力される励磁パターンのデータに従ってパワー素子106のON/OFFを制御するパワー素子駆動回路103と、DV型の定電流制御を行う定電流制御部とを有する。 For example, as shown in FIG. 18, the drive device 100 of Patent Document 1 is connected to a five-phase stepping motor 101. This drive device 100 includes an excitation pattern output circuit 102 that receives an external command pulse CWP or CCWP and outputs an excitation pattern for exciting a coil, a plurality of power elements (switching elements) 106, and an excitation pattern output circuit 102. It has a power element drive circuit 103 that controls ON/OFF of the power element 106 according to excitation pattern data output from the power element drive circuit 103, and a constant current control section that performs DV type constant current control.

励磁パターン出力回路102は、アドレスカウンタ(電気角位置管理)102aと、励磁周期カウンタ(駆動時間管理、励磁パターン切替指令)102bと、メモリ102cとを有する。メモリ102cには、励磁パターンデータと出力時間データが記憶されている。 The excitation pattern output circuit 102 includes an address counter (electrical angle position management) 102a, an excitation period counter (driving time management, excitation pattern switching command) 102b, and a memory 102c. The memory 102c stores excitation pattern data and output time data.

アドレスカウンタ102aは、外部指令パルスCWP、CCWPを受けて、5相ステッピングモータ101のモータ回転子(ロータ)の電気角位置(励磁アドレス)の情報を管理する。励磁周期カウンタ102bは、単位励磁周期ごとにアドレスカウンタ102aからアドレス(電気角位置情報)を読み込むとともに、メモリ102cから、アドレスに対応する励磁パターンデータとその出力時間データとを読み込む。更に、この読み込んだ励磁パターンデータと出力時間データに従って、各励磁パターンの指定とその励磁パターンの励磁時間(時間割合)のデータをパワー素子駆動回路103に出力する。 The address counter 102a receives external command pulses CWP and CCWP and manages information on the electrical angle position (excitation address) of the motor rotor of the five-phase stepping motor 101. The excitation period counter 102b reads an address (electrical angle position information) from the address counter 102a every unit excitation period, and also reads excitation pattern data corresponding to the address and its output time data from the memory 102c. Further, in accordance with the read excitation pattern data and output time data, the designation of each excitation pattern and data on the excitation time (time ratio) of the excitation pattern are output to the power element drive circuit 103.

パワー素子駆動回路103では、励磁パターン出力回路102から、上述のような励磁パターンのデータが入力され、各パワー素子106に与える電圧を制御する。これによって、ステッピングモータ101のコイルに電流を流して励磁し、また、励磁するコイルを順番に切り替える。それにより、ステッピングモータ101をステップ駆動する。 The power element drive circuit 103 receives excitation pattern data as described above from the excitation pattern output circuit 102, and controls the voltage applied to each power element 106. As a result, a current is applied to the coils of the stepping motor 101 to excite them, and the excitation coils are sequentially switched. Thereby, the stepping motor 101 is driven in steps.

駆動装置100の定電流制御部は、入力される電源の電圧を平滑化する第1コンデンサC1と、ON/OFFの切り換えによりモータ駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子107と、制御用スイッチング素子107のON/OFFを駆動するPWM定電流コントロール回路104と、モータコイルに流れる電流を検出する電流検出抵抗105と、制御用スイッチング素子107の切り換えにより生じる間欠的な電圧を平滑化するチョークコイルL1及び第2コンデンサC2と、チョークコイルL1が発する起電力をバイパスするダイオードD1とを有する。 The constant current control section of the drive device 100 includes a first capacitor C1 that smoothes the voltage of the input power supply, a control switching element 107 that increases or decreases the motor drive voltage by switching ON/OFF, and a control switching element 107. A PWM constant current control circuit 104 that drives ON/OFF of the motor, a current detection resistor 105 that detects the current flowing through the motor coil, and a choke coil L1 that smoothes the intermittent voltage generated by switching the control switching element 107. It has a second capacitor C2 and a diode D1 that bypasses the electromotive force generated by the choke coil L1.

この定電流制御部は、モータコイルに流れる電流と基準電流との差を誤差信号として生成して、その誤差信号に基づいて制御用スイッチング素子107のON/OFFを行うことにより、コイルに入力されるモータ駆動電圧を調節する。これによって、モータコイルに流れる電流を一定に維持している。 This constant current control section generates the difference between the current flowing through the motor coil and a reference current as an error signal, and turns ON/OFF the control switching element 107 based on the error signal, thereby inputting the current to the coil. Adjust the motor drive voltage. This keeps the current flowing through the motor coil constant.

このようなDV型の駆動装置100は、上述した出力段チョッパ型の駆動装置に比べて多くの回路が必要となるものの、パワー素子駆動回路103では、ステップ駆動を行うためのパターン制御のみを行うことができる。このため、DV型の駆動装置100は、出力段部でステップ駆動のパターン制御と定電流制御の両方を行う出力段チョッパ型の駆動装置に比べて、より高分解能のマイクロステップ駆動を円滑に行うことが可能となる。 Although such a DV type drive device 100 requires more circuits than the output stage chopper type drive device described above, the power element drive circuit 103 only performs pattern control for step drive. be able to. Therefore, the DV type drive device 100 can smoothly perform microstep drive with higher resolution than an output stage chopper type drive device that performs both step drive pattern control and constant current control in the output stage section. becomes possible.

また、特許文献1の駆動装置100では、ステッピングモータ101を高分解能でマイクロステップ駆動するために、複数の励磁パターンを合成することにより所要のトルクベクトルを生成している。すなわち、各励磁サイクルの中で、パワー素子106のスイッチング(ON/OFFの切り替え)を制御して複数の励磁パターンをそれぞれの出力時間の割合で出力することによって、モータコイルの平均電流値を操作し、それによって、所要のトルクベクトルを生成している。この場合、モータコイルの平均電流値の操作では、モータコイルのインダクタンスを利用することによって、モータコイルに流れる電流の平滑化が行われている。 Further, in the drive device 100 of Patent Document 1, in order to drive the stepping motor 101 in microsteps with high resolution, a required torque vector is generated by combining a plurality of excitation patterns. That is, in each excitation cycle, the average current value of the motor coil is manipulated by controlling the switching (ON/OFF switching) of the power element 106 and outputting a plurality of excitation patterns at respective output time ratios. In this way, the required torque vector is generated. In this case, in manipulating the average current value of the motor coil, the inductance of the motor coil is used to smooth the current flowing through the motor coil.

従って、特許文献1の駆動装置100によるステッピングモータ101のマイクロステップ駆動では、所要のトルクベクトルを得るために複数の励磁パターンを合成しているが、このような技術は、モータコイルのインダクタンスの利用(働き)を前提にして行われている。 Therefore, in the microstep drive of the stepping motor 101 by the drive device 100 of Patent Document 1, a plurality of excitation patterns are synthesized in order to obtain the required torque vector, but such technology does not utilize the inductance of the motor coil. It is carried out on the premise of (work).

また、特許文献1のようなDV型の駆動装置100の場合、上述したように、モータ駆動電圧DVを調節して定電流制御が行われる。通常、ステッピングモータは、モータ回転速度が速くなるとモータのインピーダンスが高くなるため、それに応じて、モータコイルに印加する電圧(モータ駆動電圧DV)も高くなるが、モータ回転速度を遅くした場合やモータを停止させた場合、DV型の駆動装置ではモータコイルに印加する電圧を小さくできる。このため、例えば駆動装置に入力される電圧がDC24Vの場合でも、ステッピングモータを所定の角度でホールドするときには、モータコイルに印加される電圧を、出力段チョッパ型の駆動装置のような24Vではなく、3V程度と小さくすることができる。 Further, in the case of the DV type drive device 100 as disclosed in Patent Document 1, constant current control is performed by adjusting the motor drive voltage DV, as described above. Normally, in a stepping motor, as the motor rotation speed increases, the impedance of the motor increases, so the voltage applied to the motor coil (motor drive voltage DV) increases accordingly, but if the motor rotation speed is slowed down or the motor When the motor is stopped, the voltage applied to the motor coil can be reduced in the DV type drive device. For this reason, for example, even if the voltage input to the drive device is 24V DC, when holding the stepping motor at a predetermined angle, the voltage applied to the motor coil should not be 24V as in an output stage chopper type drive device. , can be as small as about 3V.

特開2008-61439号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-61439

通常、ステッピングモータの特性は、そのステッピングモータを駆動する駆動装置の性能によって大きく異なる。また、ステッピングモータは、所要の速度で回転するだけでなく、位置決めもできるモータであるため、ステッピングモータの特性として、ダイナミック特性とスタティック特性の両方が求められることが多い。 Typically, the characteristics of a stepping motor vary greatly depending on the performance of the driving device that drives the stepping motor. Further, since a stepping motor is a motor that can not only rotate at a required speed but also perform positioning, both dynamic characteristics and static characteristics are often required as characteristics of the stepping motor.

ここで、例えば、駆動装置によって違いが生じるステッピングモータのダイナミック特性には、トルク特性、自起動特性、加速追従性、振動特性(回転の滑らかさ)、静穏性、回転(ドライブ)時のモータ発熱等が含まれる。また、駆動装置によって違いが生じるステッピングモータのスタティック特性には、分解能、ステップ毎の相対角度精度(モータ固有の絶対誤差を除く)、静止安定度、停止(ホールド)時のモータ発熱等が含まれる。更に、その他の特性として、回転から停止する際の位相変化、位相変化時に生じる振動、停止時の整定性等がある。また、駆動装置の性能の点まで拡げると、駆動装置の発生ノイズ、耐ノイズ性なども実用において特性に影響を与える要因である。 Here, for example, the dynamic characteristics of a stepping motor that differ depending on the drive device include torque characteristics, self-start characteristics, acceleration tracking characteristics, vibration characteristics (smoothness of rotation), quietness, and motor heat generation during rotation (drive). etc. are included. In addition, the static characteristics of stepping motors that differ depending on the drive device include resolution, relative angular accuracy for each step (excluding absolute errors inherent in the motor), static stability, motor heat generation when stopped (hold), etc. . Furthermore, other characteristics include phase changes when stopping from rotation, vibrations that occur during phase changes, stability when stopping, etc. Further, when expanding the performance to the performance of the drive device, the noise generated by the drive device, noise resistance, etc. are also factors that affect the characteristics in practical use.

駆動装置の性能は年々向上しており、それにより、ステッピングモータの各種の特性も良くなってきている。また、ステッピングモータの特性が高くなることに伴い、ステッピングモータが使用される分野もより高度になり、ステッピングモータへの要求も更に高度化されてきている。 The performance of drive devices is improving year by year, and as a result, various characteristics of stepping motors are also improving. Furthermore, as the characteristics of stepping motors become higher, the fields in which stepping motors are used also become more sophisticated, and the demands placed on stepping motors become more sophisticated.

更に、高性能化したドライバが、高度な超精密機器に使用されるようになった結果、従来では確認されなかった新たな課題が生じるようになってきた。例えば、ステッピングモータを所要の角度で停止させてホールドしたときに、ホールド状態のステッピングモータにおいて、従来では確認できなかった超微振動(振動レベルが小さいナノメートルオーダーの超微振動)が生じていること、また、ステッピングモータの磁場が小さく変化していることが判明した。このようなステッピングモータの現象は、ステッピングモータのスタティック特性(特に、静止安定度)に影響を及ぼし、一部の超精密機器への使用に対して問題となる可能性があった。 Furthermore, as drivers with improved performance have come to be used in advanced ultra-precision equipment, new problems have arisen that have not been identified in the past. For example, when a stepping motor is stopped and held at a required angle, ultra-fine vibrations (ultra-fine vibrations with a small vibration level on the order of nanometers) that could not be detected in the past occur in the stepping motor in the held state. It was also found that the magnetic field of the stepping motor changed slightly. Such a phenomenon of a stepping motor affects the static characteristics (in particular, static stability) of the stepping motor, and may pose a problem for use in some ultra-precision devices.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステッピングモータをホールドした状態において、振動レベルが小さい超微振動の発生を抑制可能な駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a drive device that can suppress the generation of ultra-fine vibrations with a small vibration level when the stepping motor is held.

上記目的を達成するために、本発明により提供される駆動装置は、指令パルスが入力されてステッピングモータのモータコイルの励磁を切り替えることにより、前記ステッピングモータを駆動する駆動装置であって、前記ステッピングモータに接続する複数の出力端子と、前記出力端子ごとに設けられるスイッチング素子、及び前記スイッチング素子を駆動させる素子駆動回路を備える出力段部と、前記指令パルスに従って前記出力段部に励磁パターン信号を出力する励磁パターン出力部と、前記ステッピングモータに印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行う定電流コントロール部とを有し、前記励磁パターン出力部は、単位励磁サイクルを管理する励磁周期カウンタと、前記励磁パターンの信号を前記素子駆動回路に前記単位励磁サイクル毎に出力する励磁パターン出力セレクタとを有し、前記スイッチング素子のON/OFFは、前記素子駆動回路によって、前記励磁パターン出力セレクタから出力される前記励磁パターンに従って制御され、前記定電流コントロール部は、電流を検出する電流検出抵抗と、ON/OFFの切り替えにより前記駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子と、前記電流検出抵抗で検出された検出電流に基づいて前記制御用スイッチング素子のON/OFFを制御するPWM制御部とを備え、前記出力端子と前記スイッチング素子との間に、前記ステッピングモータに加える電圧を平滑化するフィルタ回路が設けられ、前記フィルタ回路は、前記単位励磁サイクル内で前記スイッチング素子のON/OFFによって形成される矩形波の電圧を平滑化して直流電圧に変換することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a driving device that drives the stepping motor by inputting a command pulse and switching the excitation of a motor coil of the stepping motor. an output stage section including a plurality of output terminals connected to a motor, a switching element provided for each of the output terminals, and an element drive circuit for driving the switching element; and an excitation pattern signal is sent to the output stage section according to the command pulse. The excitation pattern output section includes an excitation pattern output section that outputs an excitation pattern, and a constant current control section that performs constant current control by adjusting a drive voltage applied to the stepping motor, and the excitation pattern output section controls an excitation period that manages a unit excitation cycle. It has a counter and an excitation pattern output selector that outputs a signal of the excitation pattern to the element drive circuit for each unit excitation cycle, and ON/OFF of the switching element is controlled by the element drive circuit to output the excitation pattern. The constant current control unit is controlled according to the excitation pattern output from the selector, and includes a current detection resistor that detects current, a control switching element that increases or decreases the drive voltage by switching ON/OFF, and the current detection resistor. and a PWM control unit that controls ON/OFF of the control switching element based on the detected current detected by the controller, and smoothes a voltage applied to the stepping motor between the output terminal and the switching element. A filter circuit is provided, and the filter circuit is characterized in that it smoothes a rectangular wave voltage formed by ON/OFF of the switching element within the unit excitation cycle and converts it into a DC voltage.

本発明の駆動装置において、前記フィルタ回路は、フィルタ用チョークコイルと、フィルタ用コンデンサとを備えることが好ましい。
この場合、前記フィルタ用コンデンサとグランドとの間に、接続/遮断を切り替えるフィルタ用スイッチング素子が配され、前記フィルタ用スイッチング素子は、前記ステッピングモータが回転状態のときに、遮断状態に切り替えられることが好ましい。
また本発明の駆動装置において、前記フィルタ回路のグランドは、前記定電流コントロール部のグランドに接続されていることが好ましい。
In the drive device of the present invention, it is preferable that the filter circuit includes a filter choke coil and a filter capacitor.
In this case, a filter switching element for switching connection/cutoff is disposed between the filter capacitor and the ground , and the filter switching element is switched to a cutoff state when the stepping motor is in a rotating state. is preferred.
Further, in the drive device of the present invention, it is preferable that the ground of the filter circuit is connected to the ground of the constant current control section.

本発明に係る駆動装置は、駆動電圧を調節するDV型の定電流制御を行うステッピングモータ用駆動装置であり、また、ステッピングモータが接続される出力端子と、出力段部のスイッチング素子(パワー素子)との間に、ステッピングモータに加える電圧を平滑化するフィルタ回路が、出力端子ごとに設けられている。 The drive device according to the present invention is a stepping motor drive device that performs DV type constant current control to adjust the drive voltage, and also has an output terminal to which the stepping motor is connected, and a switching element (power element) in the output stage section. ) A filter circuit for smoothing the voltage applied to the stepping motor is provided for each output terminal.

本発明者等は、ステッピングモータの停止状態(ホールド状態)で超微振動が発生する要因について精査及び検討を重ねた結果、駆動装置からステッピングモータに出力される出力電流にリップル成分が含まれており、そのリップル成分がモータの静止安定度に影響を及ぼしていることが判明した。 As a result of careful examination and investigation into the factors that cause ultra-fine vibrations when the stepping motor is in a stopped state (hold state), the inventors of the present invention found that the output current output from the drive device to the stepping motor contains a ripple component. It was found that the ripple component affected the static stability of the motor.

通常、DV型の駆動装置において、出力端子の電圧は、出力段部のスイッチング素子のON/OFFの制御によって矩形波(矩形波電圧)となる。この場合、ステッピングモータに出力される励磁電流は、モータコイルのインダクタンスによって平滑化されるものの、その電流にはリップル成分が残る。 Generally, in a DV type drive device, the voltage at the output terminal becomes a rectangular wave (rectangular wave voltage) by controlling ON/OFF of a switching element in an output stage section. In this case, although the excitation current output to the stepping motor is smoothed by the inductance of the motor coil, a ripple component remains in the current.

また、DV型の駆動装置では、定電流コントロール部において、電流検出抵抗で検出される検出電流が基準電流の電流値になるようにモータ駆動電圧(DV電圧)を制御しているため、DV電圧はホールド状態でも微小変化を繰り返している。このようなDV電圧の微小変化は、励磁電流に含まれるリップル成分の形態に影響を与え、この励磁電流におけるリップル成分の形態変化が1kHz以下の周波数で表れる場合に、ステッピングモータの静止安定度を低下させることが判った。 In addition, in a DV type drive device, the motor drive voltage (DV voltage) is controlled in the constant current control section so that the detected current detected by the current detection resistor becomes the current value of the reference current, so the DV voltage is repeating minute changes even in the hold state. Such minute changes in the DV voltage affect the form of the ripple component included in the excitation current, and if the change in the form of the ripple component in the excitation current appears at a frequency of 1kHz or less, the static stability of the stepping motor may be affected. It was found that it decreased.

そこで、駆動装置によるステッピングモータの分解能や振動特性(回転の滑らかさ)等の特性に影響を与えることなく、優れた静止安定度を得るためには、従来のように矩形波電圧によってモータコイルに加えられる励磁電流を、モータコイルのインダクタンス成分で平滑化するのではなく、駆動装置の出力端子とスイッチング素子との間にフィルタ回路(ローパスフィルタ回路)を設けて、スイッチング素子による矩形波電圧を直流電圧に変換すれば良いことを見出し、本発明を完成させるに至った。 Therefore, in order to obtain excellent static stability without affecting the resolution and vibration characteristics (smoothness of rotation) of the stepping motor caused by the drive device, it is necessary to apply a rectangular wave voltage to the motor coil as in the past. Rather than smoothing the applied excitation current with the inductance component of the motor coil, a filter circuit (low-pass filter circuit) is provided between the output terminal of the drive device and the switching element, and the rectangular wave voltage generated by the switching element is converted to DC. They discovered that it is sufficient to convert it into voltage, and have completed the present invention.

本発明のようにフィルタ回路を設けて、ステッピングモータに印加する電圧を矩形波電圧から直流電圧に変換することにより、リップル成分のない励磁電流をモータコイルに流すことができる。それにより、ステッピングモータのホールド状態において、高度な超精密機器で観察される超微振動の発生を抑制でき、従来よりもステッピングモータの静止安定度を向上させることができる。更に、ステッピングモータに印加する電圧をフィルタ回路で直流化することにより、ステッピングモータのホールド時に生じる磁場の小さな変化を抑制することも期待できる。また本発明では、モータコイルの励磁電流にリップル成分が含まれなくなったことにより、ホールド時のモータ発熱を下げる効果も得られる。 By providing a filter circuit as in the present invention and converting the voltage applied to the stepping motor from a rectangular wave voltage to a DC voltage, an excitation current free of ripple components can be passed through the motor coil. As a result, when the stepping motor is in the hold state, it is possible to suppress the occurrence of ultra-fine vibrations observed in advanced ultra-precision equipment, and it is possible to improve the static stability of the stepping motor compared to the conventional method. Furthermore, by converting the voltage applied to the stepping motor into a DC voltage using a filter circuit, it can be expected that small changes in the magnetic field that occur when the stepping motor is held can be suppressed. Furthermore, in the present invention, since the excitation current of the motor coil no longer contains ripple components, it is also possible to obtain the effect of lowering the heat generated by the motor during hold.

特に本発明は、DV型の定電流制御を行う駆動装置に対して適用される。ステッピングモータを所要の角度でホールドする場合、例えば出力段チョッパ型の駆動装置では、前述のように駆動装置への入力電圧がそのままモータコイルに印加されるため、モータコイルにはホールド時でも大きな電圧が印加されるが、DV型の駆動装置では、ホールド時にモータコイルに印加する電圧をモータ回転時よりも小さくできる。すなわち、本発明は、スイッチング素子のチョッピングにより形成される矩形波電圧を、ステッピングモータのホールド時に小さくするというDV型の駆動装置自体の特徴(特有の性質)を利用するものであり、本発明では、ホールド時の電圧値が小さな矩形波電圧をフィルタ回路で平滑化することによって、ステッピングモータの静止安定度を向上させるという出力段チョッパ型の駆動装置では期待できない効果を得ることができる。 In particular, the present invention is applied to a drive device that performs DV type constant current control. When holding a stepping motor at a required angle, for example with an output stage chopper type drive device, the input voltage to the drive device is directly applied to the motor coil as described above, so a large voltage is applied to the motor coil even when held. However, in the DV type drive device, the voltage applied to the motor coil during hold can be made smaller than when the motor is rotating. That is, the present invention utilizes the characteristic (unique property) of the DV type drive device itself that the rectangular wave voltage formed by chopping of the switching element is reduced when the stepping motor is held. By smoothing a rectangular wave voltage with a small voltage value during hold using a filter circuit, it is possible to obtain an effect that cannot be expected with an output stage chopper type drive device, such as improving the static stability of the stepping motor.

上述のような本発明の駆動装置において、フィルタ回路は、フィルタ用チョークコイルと、フィルタ用コンデンサとを備えている。これにより、スイッチング素子による矩形波電圧を直流電圧に安定して変換することができる。 In the drive device of the present invention as described above, the filter circuit includes a filter choke coil and a filter capacitor. Thereby, the rectangular wave voltage caused by the switching element can be stably converted into a DC voltage.

この場合、フィルタ用コンデンサとグランドとの間に、接続/遮断を切り替えるフィルタ用スイッチング素子が配されていてもよい。例えばステッピングモータのホールド時には、フィルタ用スイッチング素子でフィルタ用コンデンサとグランドを接続することによりフィルタ用コンデンサを作用させて直流電圧への変換を行い、一方、ステッピングモータの回転(ドライブ)時には、フィルタ用スイッチング素子でフィルタ用コンデンサとグランドを遮断してフィルタ用コンデンサが作用しないようにすることができる。 In this case, a filter switching element for switching connection/cutoff may be disposed between the filter capacitor and the ground. For example, when a stepping motor is held, the filter switching element connects the filter capacitor to the ground, and the filter capacitor acts to convert the voltage to DC voltage.On the other hand, when the stepping motor is rotated (driven), the filter capacitor The filter capacitor can be disconnected from the ground using a switching element to prevent the filter capacitor from acting.

ステッピングモータを高速で回転させるときに、例えば上述したフィルタ回路で矩形波電圧を直流電圧に変換する場合、励磁パターンに従ったスイッチング素子のON/OFFの切り換えに対して、ステッピングモータの励磁コイルの切り替えが遅れることが考えられ、その結果、高速回転時におけるステッピングモータのトルク低下を招くことに繋がる。これに対して、上述したようなフィルタ用スイッチング素子を設けて、ステッピングモータのドライブ時にフィルタ用コンデンサを効かない状態にすることにより、高速回転時におけるステッピングモータのトルク低下を抑制することができる。 When a stepping motor is rotated at high speed, for example, when converting a rectangular wave voltage into a DC voltage using the above-mentioned filter circuit, the excitation coil of the stepping motor is turned on and off according to the excitation pattern. It is conceivable that the switching may be delayed, resulting in a decrease in the torque of the stepping motor during high-speed rotation. On the other hand, by providing a filter switching element as described above and making the filter capacitor ineffective when the stepping motor is driven, it is possible to suppress a decrease in torque of the stepping motor during high-speed rotation.

また本発明の駆動装置において、フィルタ回路のグランドは、DV型の定電流コントロール部のグランドに接続されている。これにより、フィルタ回路の設置による定電流コントロール部での電流検出への影響をなくし、DV型の定電流制御を安定して行うことができる。 Further, in the drive device of the present invention, the ground of the filter circuit is connected to the ground of the DV type constant current control section. This eliminates the influence of the installation of the filter circuit on current detection in the constant current control unit, and allows stable DV type constant current control.

本発明の第1の実施形態に係る駆動装置の内部構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the internal configuration of a drive device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した駆動装置の出力段部とフィルタ回路とを拡大して示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing an output stage section and a filter circuit of the drive device shown in FIG. 1; 駆動装置の出力端子とステッピングモータのモータコイルの接続関係、及びモータコイルに流れる電流の方向を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the connection relationship between the output terminal of the drive device and the motor coil of the stepping motor, and the direction of current flowing through the motor coil. 全てのモータコイルを励磁しないOFF時間の状態を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state during an OFF time in which all motor coils are not excited. ステッピングモータのモータコイルとトルクベクトルとの関係を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the relationship between a motor coil and a torque vector of a stepping motor. 基本角ステップの励磁パターンと基本角ステップ間の励磁パターンの割合について説明する説明図である。It is an explanatory view explaining an excitation pattern of a basic angle step, and a ratio of an excitation pattern between basic angle steps. 本発明の第2の実施形態におけるフィルタ回路を拡大して示す回路図である。FIG. 2 is an enlarged circuit diagram showing a filter circuit according to a second embodiment of the present invention. (a)は、実施例の駆動装置(第1の実施形態の駆動装置)で励磁相ABCDを形成するときの第1出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第1出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the first output terminal when forming the excitation phase ABCD in the drive device of the example (the drive device of the first embodiment); b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the first output terminal. (a)は、同駆動装置の第2出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第2出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the second output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the second output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第3出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第3出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the third output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the third output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第4出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第4出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the fourth output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the fourth output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第5出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第5出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the fifth output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the fifth output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、比較例の駆動装置で励磁相ABCDを形成するときの第1出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第1出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the first output terminal when forming excitation phase ABCD in the drive device of the comparative example, and (b) is a graph showing the output voltage at the first output terminal. It is a graph showing the results of measuring ripple components of voltage and output current. (a)は、同駆動装置の第2出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第2出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the second output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the second output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第3出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第3出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the third output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the third output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第4出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第4出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the fourth output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the fourth output terminal. It is a graph showing the results. (a)は、同駆動装置の第5出力端子における出力電圧と出力電流を測定した結果を示すグラフであり、(b)は、第5出力端子における出力電圧と出力電流のリップル成分を測定した結果を示すグラフである。(a) is a graph showing the results of measuring the output voltage and output current at the fifth output terminal of the drive device, and (b) is a graph showing the results of measuring the ripple components of the output voltage and output current at the fifth output terminal. It is a graph showing the results. 従来の駆動装置の内部構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of a conventional drive device.

以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る駆動装置10について、図1~図6を参照しながら具体的に説明する。ここで、図1は、第1の実施形態に係る駆動装置の内部構成を示すブロック図であり、図2は、図1に示した駆動装置の出力段部とフィルタ回路とを拡大して示す拡大図である。
Below, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
First, a driving device 10 according to a first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 6. Here, FIG. 1 is a block diagram showing the internal configuration of the drive device according to the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view showing the output stage section and filter circuit of the drive device shown in FIG. It is an enlarged view.

図1に示す駆動装置(ドライバ)10は、DV型の定電流制御を行うDV型の駆動装置10であり、ペンダゴン結線方式の5相ステッピングモータ1に接続される。この駆動装置10には、CWP(Clock Wise Pulse)方向又はCCWP(Counter Clock Wise Pulse)方向の外部指令パルスが、コントローラ等の外部機器から入力される。駆動装置10は、その指令パルスの入力を受けてステッピングモータ1で励磁するモータコイル2を切り替えることにより、ステッピングモータ1をステップ駆動させる。なお、CWP方向の外部指令パルスは、ステッピングモータ1のモータ回転軸(ロータ)を時計回りに正転させるための外部指令パルスであり、CCWP方向の外部指令パルスは反時計回りに逆転させるための外部指令パルスである。また、外部指令パルスは、指令パルスと略称されることもある。 A drive device (driver) 10 shown in FIG. 1 is a DV-type drive device 10 that performs DV-type constant current control, and is connected to a five-phase stepping motor 1 of a pendagon connection type. An external command pulse in a CWP (Clock Wise Pulse) direction or a CCWP (Counter Clock Wise Pulse) direction is input to this drive device 10 from an external device such as a controller. The drive device 10 receives the command pulse and switches the motor coil 2 to be excited by the stepping motor 1, thereby driving the stepping motor 1 in steps. Note that the external command pulse in the CWP direction is an external command pulse for rotating the motor rotating shaft (rotor) of the stepping motor 1 clockwise in the forward direction, and the external command pulse in the CCWP direction is for rotating the motor rotating shaft (rotor) in the counterclockwise direction. This is an external command pulse. Further, the external command pulse is sometimes abbreviated as a command pulse.

ここで、図3及び図4に示すように、ペンタゴン結線方式の5相ステッピングモータ1における5つのモータコイル2を、それぞれ第1コイル2a,第2コイル2b,第3コイル2c,第4コイル2d,第5コイル2eと定義する。また、第1コイル2a~第5コイル2eのそれぞれに流れるモータ電流を、それぞれモータ電流A,a;モータ電流B,b;モータ電流C,c;モータ電流D,d;モータ電流E,eと定義する。 Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the five motor coils 2 in the five-phase stepping motor 1 of the pentagon connection type are connected to a first coil 2a, a second coil 2b, a third coil 2c, and a fourth coil 2d, respectively. , the fifth coil 2e. In addition, the motor currents flowing through the first coil 2a to the fifth coil 2e are respectively defined as motor currents A, a; motor currents B, b; motor currents C, c; motor currents D, d; motor currents E, e. Define.

この場合、モータ電流A,B,C,D,Eと、モータ電流a,b,c,d,eとは、互いに対応するアルファベットについて、第1コイル2a~第5コイル2eのそれぞれにおいて反対の向きに流れる電流を示す。また、例えば第1コイル2aについて、モータ電流Aを流して励磁した状態を励磁コイル(励磁相)Aと表し、反対向きのモータ電流aを流して励磁した状態を励磁コイル(励磁相)aと表す。第2コイル2b~第5コイル2eについても、第1コイル2aの場合と同様とする。 In this case, motor currents A, B, C, D, E and motor currents a, b, c, d, e are opposite in each of the first coil 2a to fifth coil 2e with respect to the alphabets corresponding to each other. Indicates the current flowing in the direction. For example, regarding the first coil 2a, the state in which it is excited by flowing a motor current A is referred to as an excitation coil (excitation phase) A, and the state in which it is excited by flowing a motor current a in the opposite direction is referred to as an excitation coil (excitation phase) a. represent. The same applies to the second coil 2b to the fifth coil 2e as in the case of the first coil 2a.

更に、図5に示すように、5相ステッピングモータ1の第1コイル2a~第5コイル2eに、モータ電流A,a;B,b;C,c;D,d;E,eがそれぞれ流れたときに生成されるトルクベクトルを、モータ電流の各アルファベットに対応させて、それぞれトルクベクトルVA,Va;VB,Vb;VC,Vc;VD,Vd;VE,Veと定義する。すなわち、励磁コイルAで生じるトルクベクトルVAと、励磁コイルaで生じるトルクベクトルVaとは、互いに逆方向のベクトルとなる。 Furthermore, as shown in FIG. 5, motor currents A, a; B, b; C, c; D, d; E, e flow through the first coil 2a to fifth coil 2e of the five-phase stepping motor 1, respectively. The torque vectors generated when the motor current is applied are defined as torque vectors VA, Va; VB, Vb; VC, Vc; VD, Vd; VE, Ve, respectively, in correspondence with the letters of the motor current. That is, the torque vector VA generated by the excitation coil A and the torque vector Va generated by the excitation coil a are vectors in opposite directions.

第1の実施形態に係る駆動装置10は、第1出力端子11a~第5出力端子11eの5つの出力端子11と、出力段部20と、出力段部20に励磁パターンの信号を出力する励磁パターン出力回路(励磁パターン出力部)30と、DV型の定電流制御を行う定電流コントロール部40と、出力段部20と各出力端子11の間に配される5つのフィルタ回路50とを有する。 The drive device 10 according to the first embodiment includes five output terminals 11, a first output terminal 11a to a fifth output terminal 11e, an output stage section 20, and an excitation device that outputs an excitation pattern signal to the output stage section 20. It has a pattern output circuit (excitation pattern output section) 30, a constant current control section 40 that performs DV type constant current control, and five filter circuits 50 arranged between the output stage section 20 and each output terminal 11. .

第1出力端子11a~第5出力端子11eは、ステッピングモータ1の隣り合うモータコイル2が接続される5つの接続点にそれぞれ接続される。第1の実施形態の場合、第1出力端子11a~第5出力端子11eは、図3及び図4に示すような関係でステッピングモータ1の各接続点にそれぞれ接続される。 The first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e are respectively connected to five connection points to which adjacent motor coils 2 of the stepping motor 1 are connected. In the case of the first embodiment, the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e are connected to each connection point of the stepping motor 1 in the relationship shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

出力段部20は、複数のスイッチング素子(パワーMOS FET)TR1~TR10と、スイッチング素子TR1~TR10を駆動する素子駆動回路(パワー素子駆動回路)21とを有する。スイッチング素子TR1~TR10は、第1出力端子11a~第5出力端子11eのそれぞれについて、電源側に接続される正極側(ハイサイド)のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9と、接地側に接続される負極側(ローサイド)のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10とを有する。 The output stage section 20 includes a plurality of switching elements (power MOS FETs) TR1 to TR10 and an element drive circuit (power element drive circuit) 21 that drives the switching elements TR1 to TR10. The switching elements TR1 to TR10 are connected to the positive side (high side) switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 connected to the power supply side and the ground side for each of the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e. It has negative electrode side (low side) switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 connected to.

素子駆動回路21は、ゲートドライバ(専用IC)によって形成されている。素子駆動回路21において、正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9を駆動するためには、それらのスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9に対応する図示しないコンデンサを充電する必要がある。このコンデンサの充電は、負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をONにすること(正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をOFFにすること)により行われる。 The element drive circuit 21 is formed by a gate driver (dedicated IC). In the element drive circuit 21, in order to drive the positive side switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9, it is necessary to charge capacitors (not shown) corresponding to the switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9. There is. This capacitor is charged by turning on the switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 on the negative side (turning off the switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 on the positive side).

従って、この駆動装置10では、上述したコンデンサの充電を行うために、例えば図4及び図6に示すように、単位励磁サイクルT毎に、各出力端子11に対応する全ての正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をOFFに(負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をONに)することによって、モータコイル2の励磁を行わないOFF時間を設ける必要がある。本発明では、上述のように全ての出力端子11において正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をOFFにして、負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をONにした状態を便宜上「ネガティブOFF」と規定する。この「ネガティブOFF」の状態では、モータコイル2の接続点が全てマイナスの同電位に保持されるため、ステッピングモータ1は全てのモータコイル2が励磁されない非励磁状態となる。 Therefore, in this drive device 10, in order to charge the above-mentioned capacitor, for example, as shown in FIGS. 4 and 6, every unit excitation cycle T, all the positive switching elements corresponding to each output terminal 11 are It is necessary to provide an OFF time in which the motor coil 2 is not excited by turning off TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 (turning on switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 on the negative side). . In the present invention, as described above, at all output terminals 11, the positive side switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 are turned OFF, and the negative side switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 are turned ON. For convenience, this state is defined as "negative OFF". In this "negative OFF" state, all the connection points of the motor coils 2 are held at the same negative potential, so the stepping motor 1 is in a non-excited state in which all the motor coils 2 are not excited.

励磁パターン出力回路30は、ロジック回路で構成されており、特に第1の実施形態では、FPGA(Field Programmable Gate Array)により構成されている。
この励磁パターン出力回路30は、入力される外部指令パルスを計数して電気角位置(ステップ位置)及びその電気角位置に対応するアドレスを管理するアドレスカウンタ31と、アドレスカウンタ31から指令パルスの計数が入力されることによりステッピングモータ1の回転速度を管理する速度計測カウンタ32と、単位励磁サイクルT(単位励磁周期)を管理する励磁周期カウンタ33とを有する。
The excitation pattern output circuit 30 is composed of a logic circuit, and in particular, in the first embodiment, is composed of an FPGA (Field Programmable Gate Array).
This excitation pattern output circuit 30 includes an address counter 31 that counts input external command pulses and manages electrical angle positions (step positions) and addresses corresponding to the electrical angle positions, and a counter that counts command pulses from the address counter 31. It has a speed measurement counter 32 that manages the rotational speed of the stepping motor 1 by inputting it, and an excitation period counter 33 that manages a unit excitation cycle T (unit excitation period).

また、励磁パターン出力回路30は、複数の励磁パターンデータ及び励磁デューティーデータ等を記憶するメモリ34と、メモリ34から励磁パターンデータ及び励磁デューティーデータを選択してそのデータに従って励磁パターンの信号を単位励磁サイクルT毎に出力する励磁パターン出力セレクタ35とを有する。更に、励磁パターン出力回路30には、A/Dコンバータによってデジタル化されたモータ駆動電圧DVが入力される。なお本発明において、励磁パターン出力回路30における上述したような処理を行う各部分は、複数の処理部によって形成されていてもよく、また、各処理を行う複数の部分が1つの処理部によって形成されていてもよい。 The excitation pattern output circuit 30 also includes a memory 34 that stores a plurality of excitation pattern data, excitation duty data, etc., and selects excitation pattern data and excitation duty data from the memory 34 and generates a signal of the excitation pattern in unit excitation according to the data. It has an excitation pattern output selector 35 that outputs an output every cycle T. Furthermore, the motor drive voltage DV digitized by the A/D converter is input to the excitation pattern output circuit 30. Note that in the present invention, each part of the excitation pattern output circuit 30 that performs the above-described processing may be formed by a plurality of processing sections, or a plurality of sections that perform each processing may be formed by one processing section. may have been done.

励磁パターン出力回路30を形成するアドレスカウンタ31は、外部指令パルスの入力によりアドレスの数値をカウントアップ又はカウントダウンすることにより、電気角位置とアドレスの数値を管理する。また、アドレスカウンタ31は、管理しているアドレスの数値を、速度計測カウンタ32、励磁周期カウンタ33、及び励磁パターン出力セレクタ35にそれぞれ出力する。 The address counter 31 forming the excitation pattern output circuit 30 manages the electrical angle position and the address value by counting up or down the address value in response to input of an external command pulse. Further, the address counter 31 outputs the numerical value of the managed address to the speed measurement counter 32, the excitation period counter 33, and the excitation pattern output selector 35, respectively.

速度計測カウンタ32は、単位時間当たりの外部指令パルスの入力数から、ステッピングモータ1の演算上の回転速度を管理するとともに、その管理する回転速度の値を励磁パターン出力セレクタ35に出力する。励磁周期カウンタ33は、外部指令パルスとは無関係な一定の単位励磁サイクルTを管理するとともに、単位励磁サイクルT毎に励磁切替指令を励磁パターン出力セレクタ35に出力する。 The speed measurement counter 32 manages the calculated rotational speed of the stepping motor 1 based on the number of input external command pulses per unit time, and outputs the value of the managed rotational speed to the excitation pattern output selector 35. The excitation period counter 33 manages a fixed unit excitation cycle T independent of external command pulses, and outputs an excitation switching command to the excitation pattern output selector 35 for each unit excitation cycle T.

励磁パターン出力セレクタ35では、素子駆動回路21に出力する励磁パターンを切り替える処理が行われる。すなわち、励磁パターン出力セレクタ35は、速度計測カウンタ32で管理される回転速度と、アドレスカウンタ31で管理されるアドレスとに基づいて、メモリ34に記憶されている複数の励磁パターンデータと複数のデューティーデータから、対応する励磁パターンデータとデューティーデータを選択し、その選択した励磁パターンの信号を素子駆動回路21に単位励磁サイクルT毎に出力する。 The excitation pattern output selector 35 performs a process of switching the excitation pattern to be output to the element drive circuit 21. That is, the excitation pattern output selector 35 selects a plurality of excitation pattern data and a plurality of duties stored in the memory 34 based on the rotation speed managed by the speed measurement counter 32 and the address managed by the address counter 31. Corresponding excitation pattern data and duty data are selected from the data, and a signal of the selected excitation pattern is output to the element drive circuit 21 every unit excitation cycle T.

これにより、素子駆動回路21では、励磁パターン出力セレクタ35から入力された励磁パターンに従って、出力段部20の各スイッチング素子TR1~TR10のON/OFFを制御し、それによって、ステッピングモータ1のモータコイル2が所定のタイミングで励磁される。 As a result, the element drive circuit 21 controls ON/OFF of each switching element TR1 to TR10 of the output stage section 20 according to the excitation pattern input from the excitation pattern output selector 35, thereby controlling the motor coil of the stepping motor 1. 2 is excited at a predetermined timing.

また、励磁パターン出力回路30には、外部指令パルスCWP又はCCWPの入力に基づいてステッピングモータのドライブ状態とホールド状態とを判定する判定カウンタ(不図示)が設けられていてもよい。この判定カウンタは、駆動装置に対する外部指令パルスの立下りエッジ又は立上りエッジによってカウントを開始するドライブ状態維持タイマーを有するとともに、ドライブ状態の判定を行うための判定時間が設定される。この判定時間としては、例えば150msの時間が設定される。 Further, the excitation pattern output circuit 30 may be provided with a determination counter (not shown) that determines the drive state and hold state of the stepping motor based on the input of the external command pulse CWP or CCWP. This determination counter has a drive state maintenance timer that starts counting at the falling edge or rising edge of an external command pulse for the drive device, and also has a determination time for determining the drive state. As this determination time, for example, a time of 150 ms is set.

判定カウンタでは、例えば、外部指令パルスが入力されることによってドライブ状態維持タイマーを初期値からカウントし、設定された判定時間(150ms)が経過する前に次の外部指令パルスが入力されると、ドライブ状態を判定し(ドライブ状態の判定を維持し)、また、ドライブ状態維持タイマーがクリアされて再び初期値からカウントを始める。一方、設定された判定時間までに次の外部指令パルスの入力がなければ、ホールド状態と判定する。また、判定カウンタは、ドライブ状態とホールド状態の判定結果の信号を出力し、その出力信号は、定電流コントロール部40で基準値(基準電流)を切り替える信号として使用される。これによって、定電流コントロール部40では、例えばステッピングモータのホールド時にモータコイルを励磁する励磁電流を引き下げることができ、その結果、ホールド状態のステッピングモータの発熱を低減することが可能となる。 In the determination counter, for example, when an external command pulse is input, the drive state maintenance timer is counted from the initial value, and if the next external command pulse is input before the set determination time (150 ms) has elapsed, The drive state is determined (the determination of the drive state is maintained), and the drive state maintenance timer is cleared and starts counting again from the initial value. On the other hand, if the next external command pulse is not input by the set determination time, the hold state is determined. Further, the determination counter outputs a signal indicating the determination result between the drive state and the hold state, and the output signal is used as a signal for switching the reference value (reference current) in the constant current control section 40. As a result, the constant current control section 40 can lower the excitation current that excites the motor coil when the stepping motor is held, for example, and as a result, it becomes possible to reduce heat generation of the stepping motor in the held state.

図1に示した定電流コントロール部40は、ステッピングモータ1に対してDV型の定電流制御を行う。この定電流コントロール部40は、駆動装置10に入力された電圧を平滑化する第1コンデンサC1と、ON/OFFの切り換えによりモータ駆動電圧DVを増減させる制御用スイッチング素子TR11と、制御用スイッチング素子TR11のON/OFFを駆動する制御用素子駆動回路41と、制御用スイッチング素子TR11の切り換えにより生じる間欠的な電圧を平滑化してモータ駆動電圧DVを生成するチョークコイルL1及び第2コンデンサC2と、チョークコイルL1が発する起電力をバイパスするダイオードD1とを有する。 The constant current control section 40 shown in FIG. 1 performs DV type constant current control on the stepping motor 1. The constant current control unit 40 includes a first capacitor C1 that smoothes the voltage input to the drive device 10, a control switching element TR11 that increases or decreases the motor drive voltage DV by switching ON/OFF, and a control switching element TR11 that increases or decreases the motor drive voltage DV by switching ON/OFF. A control element drive circuit 41 that drives ON/OFF of TR11, a choke coil L1 and a second capacitor C2 that smooth intermittent voltages generated by switching the control switching element TR11 to generate motor drive voltage DV, It has a diode D1 that bypasses the electromotive force generated by the choke coil L1.

更に、定電流コントロール部40は、第2コンデンサC2のマイナス側とグランドの間に直列接続される第1センシング抵抗(第1電流検出抵抗)R1と、出力段部20を形成する回路の出力側と第2コンデンサC2のマイナス側の間に直列接続される第2センシング抵抗(第2電流検出抵抗)R2と、第1センシング抵抗R1及び第2センシング抵抗R2で検出される検出電流に基づいて制御用素子駆動回路41を制御するPWM定電流コントロール回路(PWM制御部)42とを有する。 Further, the constant current control section 40 includes a first sensing resistor (first current detection resistor) R1 connected in series between the negative side of the second capacitor C2 and the ground, and the output side of the circuit forming the output stage section 20. and a second sensing resistor (second current detection resistor) R2 connected in series between the negative side of the second capacitor C2, and the detected current detected by the first sensing resistor R1 and the second sensing resistor R2. It has a PWM constant current control circuit (PWM control section) 42 that controls an element drive circuit 41 for use.

PWM定電流コントロール回路42は、第1センシング抵抗R1及び第2センシング抵抗R2における検出電流と基準電流との差を誤差信号として生成し、その誤差信号に基づいて、制御用素子駆動回路41を介して制御用スイッチング素子TR11のON/OFFを切り替える。これにより、ステッピングモータ1に印加する駆動電圧を調節して、モータコイル2に流れる電流を一定となるように制御する。 The PWM constant current control circuit 42 generates the difference between the detected current and the reference current in the first sensing resistor R1 and the second sensing resistor R2 as an error signal, and based on the error signal, outputs the current through the control element drive circuit 41. to switch ON/OFF of the control switching element TR11. Thereby, the drive voltage applied to the stepping motor 1 is adjusted to control the current flowing through the motor coil 2 to be constant.

具体的には、第1センシング抵抗R1及び第2センシング抵抗R2に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ため、PWM定電流コントロール回路42で制御用スイッチング素子TR11のON時間を長くする。それにより、駆動電圧を増大して、モータコイル2に流れる電流を増加させる。一方、第1センシング抵抗R1及び第2センシング抵抗R2に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ため、PWM定電流コントロール回路42で制御用スイッチング素子TR11のON時間を短くして、モータコイル2に流れる電流を減少させる。これにより、モータコイル2に流れる電流を一定の大きさで安定化させて、ステッピングモータ1を定電流駆動できる。 Specifically, when the current flowing through the first sensing resistor R1 and the second sensing resistor R2 decreases, the level of the error signal increases, so the PWM constant current control circuit 42 changes the ON time of the control switching element TR11. lengthen. Thereby, the drive voltage is increased and the current flowing through the motor coil 2 is increased. On the other hand, when the current flowing through the first sensing resistor R1 and the second sensing resistor R2 increases, the level of the error signal decreases, so the PWM constant current control circuit 42 shortens the ON time of the control switching element TR11. As a result, the current flowing through the motor coil 2 is reduced. Thereby, the current flowing through the motor coil 2 can be stabilized at a constant level, and the stepping motor 1 can be driven at a constant current.

駆動装置10には、第1フィルタ回路50a~第5フィルタ回路50eの5つのフィルタ回路50が、第1出力端子11a~第5出力端子11eに対応して設けられている。第1フィルタ回路50a~第5フィルタ回路50eは、互いに同じ回路構成で形成されている。 The drive device 10 is provided with five filter circuits 50, a first filter circuit 50a to a fifth filter circuit 50e, corresponding to the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e. The first filter circuit 50a to the fifth filter circuit 50e are formed with the same circuit configuration.

各フィルタ回路50は、1つのフィルタ用チョークコイルLfと、1つのフィルタ用コンデンサCfとを有するローパスフィルタ回路50により形成されている。フィルタ用チョークコイルLfは、正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9及び負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10間の位置と、フィルタ用コンデンサCfの正極側との間に配置されている。 Each filter circuit 50 is formed by a low-pass filter circuit 50 having one filter choke coil Lf and one filter capacitor Cf. The filter choke coil Lf is located between the positive side switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, TR9 and the negative side switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, TR10, and the positive side of the filter capacitor Cf. placed in between.

フィルタ用コンデンサCfの負極側は、フィルタ回路50のグランドに接続されている。この場合、フィルタ回路50のグランドは、定電流コントロール部40のグランドに接続されている。これにより、定電流コントロール部40の電流検出に対するフィルタ回路50での電圧平滑化の影響がなくなり、DV型の定電流制御を安定して行うことができる。 The negative electrode side of the filter capacitor Cf is connected to the ground of the filter circuit 50. In this case, the ground of the filter circuit 50 is connected to the ground of the constant current control section 40. This eliminates the influence of voltage smoothing in the filter circuit 50 on current detection by the constant current control section 40, making it possible to stably perform DV type constant current control.

このようなフィルタ回路50を各出力端子11と、それに対応するスイッチング素子TR1~TR10との間に設けることにより、スイッチング素子TR1~TR10のON/OFFによって形成される矩形波電圧を直流電圧に変換でき、それによって、出力端子11から、リップル成分のない直流電流をモータコイル2に流すことができる。 By providing such a filter circuit 50 between each output terminal 11 and the corresponding switching elements TR1 to TR10, a rectangular wave voltage formed by ON/OFF of the switching elements TR1 to TR10 can be converted into a DC voltage. This allows direct current without ripple components to flow from the output terminal 11 to the motor coil 2.

また第1の実施形態において、フィルタ用チョークコイルLfには、定電流コントロール部40に設けたチョークコイルL1とインダクタンスが同じものが用いられている。また、フィルタ用コンデンサCfには、定電流コントロール部40の第1コンデンサC1及び第2コンデンサC2よりもインピーダンスが低いハイブリッドタイプのコンデンサが用いられている。このようなフィルタ用チョークコイルLf及びフィルタ用コンデンサCfを用いることにより、モータコイル2に印加する電圧(モータ駆動電圧DV)をフィルタ回路50で安定して平滑化することができる。 Further, in the first embodiment, the filter choke coil Lf has the same inductance as the choke coil L1 provided in the constant current control section 40. Further, a hybrid type capacitor having a lower impedance than the first capacitor C1 and the second capacitor C2 of the constant current control section 40 is used as the filter capacitor Cf. By using such a filter choke coil Lf and a filter capacitor Cf, the voltage applied to the motor coil 2 (motor drive voltage DV) can be stably smoothed by the filter circuit 50.

次に、本実施形態の駆動装置10によりステッピングモータ1を駆動する方法について説明する。
ステッピングモータ1を駆動する場合、駆動装置10の励磁パターン出力回路30において、外部から入力される外部指令パルスに従って、励磁パターン出力セレクタ35から所要の励磁パターンの信号を出力段部20の素子駆動回路21に出力する。素子駆動回路21では、励磁パターン出力セレクタ35から入力される励磁パターン信号に従って、各スイッチング素子TR1~TR10のON/OFFを制御する。また同時に、定電流コントロール部40において、制御用スイッチング素子TR11のON/OFFの切り換えによるDV型の定電流制御を行う。
Next, a method for driving the stepping motor 1 using the driving device 10 of this embodiment will be explained.
When driving the stepping motor 1, the excitation pattern output circuit 30 of the drive device 10 outputs a signal of a desired excitation pattern from the excitation pattern output selector 35 to the element drive circuit of the output stage section 20 in accordance with an external command pulse input from the outside. Output to 21. The element drive circuit 21 controls ON/OFF of each of the switching elements TR1 to TR10 according to the excitation pattern signal input from the excitation pattern output selector 35. At the same time, the constant current control section 40 performs DV type constant current control by switching ON/OFF of the control switching element TR11.

ここで、ステッピングモータ1の回転と励磁パターンについて説明する。
ステッピングモータ1の電気角一周(360°)は、機械角(モータ回転軸の回転角)の7.2°に相当する。この電気角一周(機械角の7.2°)を50回繰り返すことにより、機械角を1周させること(モータ回転軸の1回転させること)ができる。
Here, the rotation and excitation pattern of the stepping motor 1 will be explained.
One electrical angle (360°) of the stepping motor 1 corresponds to 7.2° of mechanical angle (rotation angle of the motor rotation shaft). By repeating this electrical angle revolution (7.2 degrees of mechanical angle) 50 times, it is possible to complete one mechanical angle revolution (one rotation of the motor rotation shaft).

例えばCWP方向の外部指令パルスが入力されて、ステッピングモータ1の電気角一周(機械角の7.2°)を基本角ステップ(フルステップ)の位置でステップ駆動する場合には、出力段部20のスイッチング素子TR1~TR10のON/OFFを切り替えることにより、ステッピングモータ1において、モータコイル2の4相を励磁する4相励磁が順番に切り替えられる。具体的には、モータコイル2の4相励磁は、励磁相ABCD(0°の電気角位置)→BCDE(36°の電気角位置)→CDEa(72°の電気角位置)→DEab(108°の電気角位置)→Eabc(144°の電気角位置)→abcd(180°の電気角位置)→bcde(216°の電気角位置)→cdeA(252°の電気角位置)→deAB(288°の電気角位置)→eABC(324°の電気角位置)→励磁相ABCD(0°の電気角位置)の順序で10回切り換えて変更される。 For example, when an external command pulse in the CWP direction is input and the stepping motor 1 is driven step by step around one electrical angle (7.2 degrees of mechanical angle) at a basic angle step (full step) position, the output stage section 20 By switching ON/OFF of the switching elements TR1 to TR10, the four-phase excitation that excites the four phases of the motor coil 2 in the stepping motor 1 is sequentially switched. Specifically, the four-phase excitation of the motor coil 2 is as follows: excitation phase ABCD (0° electrical angular position) → BCDE (36° electrical angular position) → CDEa (72° electrical angular position) → DEab (108° electrical angular position) electrical angle position) → Eabc (electrical angle position of 144°) → abcd (electrical angle position of 180°) → bcde (electrical angle position of 216°) → cdeA (electrical angle position of 252°) → deAB (288° It is changed by switching 10 times in the order of (electrical angle position) → eABC (electrical angle position of 324°) → excitation phase ABCD (electrical angle position of 0°).

これによって、ステッピングモータ1のモータ回転軸を機械角で0.72°(電気角で36°)ずつ10回ステップ駆動(歩進)させて、電気角一周となる7.2°の機械角を回転(正転)させる。そして、このような基本角ステップの10回の歩進を50回繰り返すことにより(基本角ステップの10回×50)、モータ回転子を機械角で360°、すなわち機械角で1回転させることができる。なお、CCWP方向の外部指令パルスが入力されるときは、モータコイル2の励磁が上記とは逆方向の順序で変更され、それによって、モータ回転子を逆回転させることができる。 As a result, the motor rotating shaft of the stepping motor 1 is stepped (stepped) 10 times by 0.72 degrees in mechanical angle (36 degrees in electrical angle), and a mechanical angle of 7.2 degrees, which is one revolution in electrical angle, is achieved. Rotate (forward rotation). By repeating these 10 basic angle steps 50 times (10 basic angle steps x 50), the motor rotor can be rotated 360 degrees in mechanical angle, that is, one rotation in mechanical angle. can. Note that when an external command pulse in the CCWP direction is input, the excitation of the motor coil 2 is changed in the reverse order to that described above, thereby making it possible to reversely rotate the motor rotor.

また第1の実施形態では、各基本角ステップの位置でモータコイル2をそれぞれ4相励磁する場合、2つの2相励磁の励磁パターンを単位励磁サイクルT毎に組み合わせて合成することにより各励磁相が形成される。例えば0°の電気角位置では、図6に示したように、単位励磁サイクルT(48.6μs)内で励磁パターンADによる励磁相ADと、励磁パターンBCによる励磁相BCとが組み合わされて出力されることにより、合成された励磁相ABCDが単位励磁サイクルTで形成される。 In addition, in the first embodiment, when the motor coil 2 is excited in four phases at each basic angle step position, each excitation phase is is formed. For example, at the electrical angle position of 0°, as shown in FIG. 6, the excitation phase AD by the excitation pattern AD and the excitation phase BC by the excitation pattern BC are combined and output within a unit excitation cycle T (48.6 μs). As a result, a synthesized excitation phase ABCD is formed in a unit excitation cycle T.

このとき、励磁パターンADと励磁パターンBCとでは、それぞれ、第1出力端子11a~第5出力端子11eの各電圧が、図6に示したように+(プラス)又は-(マイナス)に制御される。例えば各出力端子11に配される一対の正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9と負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10のうち、正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をONに(負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をOFFに)することによって、出力端子11の電圧を+(プラス:略モータ駆動電圧DV)にすることができる。また、負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をONに(正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をOFFに)することによって、出力端子11の電圧を-(マイナス:略0V)にすることができる。 At this time, in the excitation pattern AD and the excitation pattern BC, each voltage of the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e is controlled to + (plus) or - (minus) as shown in FIG. Ru. For example, among a pair of positive side switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, TR9 and negative side switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, TR10 arranged at each output terminal 11, the positive side switching element TR1, By turning on TR3, TR5, TR7, and TR9 (turning off switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 on the negative side), the voltage at the output terminal 11 becomes + (plus: approximately motor drive voltage DV). can do. In addition, by turning on the switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 on the negative side (turning off the switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 on the positive side), the voltage at the output terminal 11 is -( (minus: approximately 0V).

すなわち、励磁パターンADの場合、第1出力端子11a~第4出力端子11dの電圧が-(マイナス)となり、且つ、第5出力端子11eの電圧が+(プラス)となるように、出力段部20のスイッチング素子TR1~TR10が制御され、それによって、ステッピングモータ1のA相(第1コイル2a)とD相(第4コイル2d)を励磁する電流がモータコイル2に流されるため、励磁相ADが形成される。 That is, in the case of the excitation pattern AD, the output stage section is arranged so that the voltage at the first output terminal 11a to the fourth output terminal 11d becomes - (minus), and the voltage at the fifth output terminal 11e becomes + (plus). 20 switching elements TR1 to TR10 are controlled, and as a result, a current that excites the A phase (first coil 2a) and D phase (fourth coil 2d) of the stepping motor 1 is passed through the motor coil 2, so that the excitation phase AD is formed.

また、励磁パターンBCの場合、第2出力端子11b及び第3出力端子11cの電圧が-(マイナス)となり、且つ、第1出力端子11a、第4出力端子11d、及び第5出力端子11eの電圧が+(プラス)となるように、出力段部20のスイッチング素子TR1~TR10が制御され、それによって、ステッピングモータ1のB相(第2コイル2b)とC相(第3コイル2c)を励磁する電流がモータコイル2に流されるため、励磁相BCが形成される。なお、各単位励磁サイクルTでは、全ての出力端子11で負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10をONにするネガティブOFFの状態が0.6μsの時間で確保されている。 Furthermore, in the case of excitation pattern BC, the voltages at the second output terminal 11b and the third output terminal 11c are - (minus), and the voltages at the first output terminal 11a, the fourth output terminal 11d, and the fifth output terminal 11e are The switching elements TR1 to TR10 of the output stage section 20 are controlled so that the value becomes + (plus), thereby exciting the B phase (second coil 2b) and C phase (third coil 2c) of the stepping motor 1. Since the current flows through the motor coil 2, an excitation phase BC is formed. In each unit excitation cycle T, a negative OFF state in which the negative side switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 are turned ON at all output terminals 11 is ensured for a time of 0.6 μs.

上述のように励磁パターンBCと励磁パターンADによってモータコイル2を励磁した場合、励磁パターンBCにより得られるトルクベクトル(すなわち、VB+VC)の向きと、励磁パターンADにより得られるトルクベクトル(すなわち、VA+VD)の向きとは同じ向きになる(図5を参考)。また、励磁パターンBCによる合成されたトルクベクトルの大きさは、励磁パターンADによる合成されたトルクベクトルよりも強くなる。このため、第1の実施形態では、単位励磁サイクルT内における励磁パターンBCのトータルの励磁時間を励磁パターンADのトータルの励磁時間よりも長くすることによって、0°の電気角位置におけるトルクをより安定して発生させることができる。 When the motor coil 2 is excited by the excitation pattern BC and the excitation pattern AD as described above, the direction of the torque vector obtained by the excitation pattern BC (i.e., VB+VC) and the torque vector obtained by the excitation pattern AD (i.e., VA+VD) The direction is the same as that of (see Figure 5). Further, the magnitude of the torque vector synthesized by the excitation pattern BC is stronger than the torque vector synthesized by the excitation pattern AD. Therefore, in the first embodiment, by making the total excitation time of the excitation pattern BC longer than the total excitation time of the excitation pattern AD within the unit excitation cycle T, the torque at the 0° electrical angle position is further increased. It can be generated stably.

更に基本角ステップでステップ駆動する場合、上述した励磁相ABCD(0°の電気角位置)の状態から、CWP方向の外部指令パルスが入力されてアドレスカウンタ31のアドレスがカウントアップされることによって、モータコイル2の励磁が励磁相BCDE(36°の電気角位置)に切り替えられる。この励磁相BCDEは、励磁相ABCDの場合と同様に、励磁パターンBEと励磁パターンCDとが組み合わされて形成される。またこの場合、励磁パターンCDは、励磁パターンBEよりも長く励磁される。 Furthermore, in the case of step driving in basic angle steps, an external command pulse in the CWP direction is input from the state of the above-mentioned excitation phase ABCD (0° electrical angle position), and the address of the address counter 31 is counted up. The excitation of the motor coil 2 is switched to the excitation phase BCDE (36° electrical angle position). The excitation phase BCDE is formed by combining the excitation pattern BE and the excitation pattern CD, similarly to the excitation phase ABCD. Further, in this case, the excitation pattern CD is excited for a longer time than the excitation pattern BE.

一方、外部からの分解能指令(STEP SEL)によりステッピングモータ1の分解能を高く設定して、フルステップ位置間に設定されるマイクロステップ位置でステッピングモータ1をステップ駆動する場合、各マイクロステップ位置では、1つのフルステップ位置における2つの2相励磁パターンを組み合わせた第1の組み合わせ励磁パターンと、その次のフルステップ位置における2つの2相励磁パターンを組み合わせた第2の組み合わせ励磁パターンとを、そのマイクロステップ位置に応じた割合で組み合わせて形成される。 On the other hand, when the resolution of the stepping motor 1 is set high by an external resolution command (STEP SEL) and the stepping motor 1 is driven in steps at microstep positions set between full step positions, at each microstep position, A first combination excitation pattern that combines two two-phase excitation patterns at one full step position, and a second combination excitation pattern that combines two two-phase excitation patterns at the next full step position, They are formed in combination at a ratio depending on the step position.

例えば励磁相ABCD(0°の電気角位置)と励磁相BCDE(36°の電気角位置)の間に設定されるマイクロステップ位置では、図6に示したように、4相励磁ABCDを実現する2つの2相励磁パターン(励磁パターンBC及び励磁パターンADを含む第1の組み合わせ励磁パターン)と、次のフルステップ位置の4相励磁BCDEを実現する2つの2相励磁パターン(励磁パターンCD及び励磁パターンBEを含む第2の組み合わせ励磁パターン)とが、そのステップ位置に応じた割合で組み合わされてモータコイル2を励磁する。 For example, at a microstep position set between excitation phase ABCD (0° electrical angle position) and excitation phase BCDE (36° electrical angle position), four-phase excitation ABCD is realized as shown in FIG. Two two-phase excitation patterns (first combination excitation pattern including excitation pattern BC and excitation pattern AD) and two two-phase excitation patterns (excitation pattern CD and excitation pattern) that realize four-phase excitation BCDE at the next full step position. (a second combination excitation pattern including pattern BE) are combined at a ratio according to the step position to excite the motor coil 2.

この場合、アドレスカウンタ31のアドレスが大きくなるほど(励磁相ABCDから励磁相BCDEに近付くほど)、単位励磁サイクルT内における4相励磁ABCDを形成する励磁パターンBC及び励磁パターンADの割合を漸減させるとともに、4相励磁BCDEを形成する励磁パターンCD及び励磁パターンBEの割合を漸増させる。 In this case, as the address of the address counter 31 increases (as it approaches the excitation phase BCDE from the excitation phase ABCD), the proportion of the excitation pattern BC and the excitation pattern AD forming the four-phase excitation ABCD in the unit excitation cycle T is gradually decreased. , the ratio of the excitation pattern CD and the excitation pattern BE forming the four-phase excitation BCDE is gradually increased.

すなわち、マイクロステップ駆動では、単位励磁サイクルTの中で複数の励磁パターンを組み合わせるとともに、各励磁パターンの出力時間の割合を制御することによってモータコイル2に流れる平均電流値を操作して、所要のトルクベクトルを形成する。これによって、ステッピングモータ1を各マイクロステップ位置で順番にステップ駆動させて、電気角が0°の位置から36°の位置まで回転させることができる。 That is, in microstep driving, a plurality of excitation patterns are combined in a unit excitation cycle T, and the average current value flowing through the motor coil 2 is manipulated by controlling the output time ratio of each excitation pattern to obtain the required value. Forms a torque vector. Thereby, the stepping motor 1 can be sequentially driven in steps at each microstep position, and can be rotated from a position where the electrical angle is 0° to a position where the electrical angle is 36°.

続いて、上述のような制御を行う第1の実施形態の駆動装置1において、ステッピングモータ1を、所要の角度(例えば0°の電気角位置)で停止させてホールドする場合について説明する。
0°の電気角位置でステッピングモータ1をホールドする場合、上述したように、励磁パターンBCと励磁パターンADを単位励磁サイクルT毎に組み合わせることによって4相励磁ABCDを合成し、その4相励磁ABCDを複数の単位励磁サイクルTで繰り返して形成することにより、ステッピングモータ1が0°の電気角位置でホールドされる。
Next, a case will be described in which the stepping motor 1 is stopped and held at a required angle (for example, an electrical angle position of 0°) in the drive device 1 of the first embodiment that performs the above-described control.
When holding the stepping motor 1 at the electrical angle position of 0°, as described above, by combining the excitation pattern BC and the excitation pattern AD every unit excitation cycle T, the four-phase excitation ABCD is synthesized, and the four-phase excitation ABCD is By repeating this in a plurality of unit excitation cycles T, the stepping motor 1 is held at the electrical angle position of 0°.

各単位励磁サイクルT(48.6μs)内では、励磁パターンBCと励磁パターンADとが切り替えられるため、第1出力端子11a~第5出力端子11eのそれぞれの電圧が、出力段部20のスイッチング素子TR1~TR10のON/OFFにより制御される。例えば、第1出力端子11a及び第4出力端子11dでは、1つの単位励磁サイクルT内(ネガティブOFFを除く)において、電圧が-(マイナス)で8μs、+(プラス)で32μs、-(マイナス)で8μsとなるようにスイッチング素子TR1,TR2,TR7,TR8のON/OFFが制御される(切り替えられる)。また、第2出力端子11b及び第3出力端子11cでは、単位励磁サイクルT内で電圧が-(マイナス)となるようにスイッチング素子TR3~TR6のON/OFFが制御され、第5出力端子11eでは、単位励磁サイクルT内(ネガティブOFFを除く)で電圧が+(プラス)となるようにスイッチング素子TR9,TR10のON/OFFが制御される。 Within each unit excitation cycle T (48.6 μs), the excitation pattern BC and the excitation pattern AD are switched, so that each voltage of the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e is applied to the switching element of the output stage section 20. Controlled by ON/OFF of TR1 to TR10. For example, at the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d, within one unit excitation cycle T (excluding negative OFF), the voltage is - (minus) for 8 μs, + (plus) for 32 μs, - (minus) ON/OFF of the switching elements TR1, TR2, TR7, and TR8 is controlled (switched) so that the time is 8 μs. Further, at the second output terminal 11b and the third output terminal 11c, ON/OFF of the switching elements TR3 to TR6 is controlled so that the voltage becomes - (minus) within the unit excitation cycle T, and at the fifth output terminal 11e, , ON/OFF of switching elements TR9 and TR10 is controlled so that the voltage becomes + (plus) within a unit excitation cycle T (excluding negative OFF).

ここで、本発明の特徴を説明するために、先ず、従来の駆動装置で行われる処理について説明する。従来の駆動装置を用いてステッピングモータ1を駆動する場合、上述したように、単位励磁サイクルTの中で複数の励磁パターンを組み合わせるとともに、各励磁パターンの出力時間の割合を制御することによってモータコイル2に流れる平均電流値を操作して、所要のトルクベクトルを形成している。 Here, in order to explain the features of the present invention, first, processing performed in a conventional drive device will be explained. When driving the stepping motor 1 using a conventional drive device, as described above, a plurality of excitation patterns are combined in a unit excitation cycle T, and the motor coil is controlled by controlling the output time ratio of each excitation pattern. The required torque vector is formed by manipulating the average current value flowing through the motor.

従来の駆動装置では、励磁パターンを組み合わせてモータコイル2の平均電流値を操作する際に、励磁パターンに従った電流をモータコイル2に流すために、出力段部のスイッチング素子のON/OFFを制御して、出力端子から電圧の矩形波をモータコイル2に印加する。この場合、モータコイル2では、電流がモータコイル2のインダクタンスにより平滑化されるため、その平滑化された電流によって所要のトルクベクトルを形成することが可能となる。すなわち、従来の駆動装置では、モータコイル2のインダクタンスを利用することが、励磁パターンを組み合わせてモータコイル2の平均電流値を操作する技術の前提(基本)とされている。 In conventional drive devices, when controlling the average current value of the motor coil 2 by combining excitation patterns, the switching element in the output stage section is turned ON/OFF in order to flow the current according to the excitation pattern to the motor coil 2. A rectangular wave of voltage is applied to the motor coil 2 from the output terminal under control. In this case, since the current in the motor coil 2 is smoothed by the inductance of the motor coil 2, it is possible to form a required torque vector using the smoothed current. That is, in the conventional drive device, the use of the inductance of the motor coil 2 is the premise (basic) of the technique of manipulating the average current value of the motor coil 2 by combining excitation patterns.

しかし、上述のように電圧の矩形波を出力端子からモータコイル2に印加する場合、前述したように、ステッピングモータ1に流れる電流は、モータコイル2のインダクタンスの働きによって直流的になるものの、その電流には、出力段部のスイッチング素子のON/OFFによるリップル成分が含まれている。今回、この電流のリップル成分が、モータの静止安定度に影響を及ぼしていることが新たに判明した。 However, when a rectangular wave of voltage is applied from the output terminal to the motor coil 2 as described above, the current flowing through the stepping motor 1 becomes DC due to the inductance of the motor coil 2. The current includes a ripple component due to ON/OFF of the switching element in the output stage section. This time, it has been newly discovered that the ripple component of this current affects the static stability of the motor.

そこで第1の実施形態では、モータコイル2に電圧の矩形波を印加するのではなく(モータコイル2のインダクタンスで電流を平滑化するのではなく)、駆動装置10におけるスイッチング素子TR1~TR10と出力端子11との間に、上述したフィルタ回路50を設けることにより、モータコイル2に印加する電圧(出力電圧)を、従来の矩形波電圧ではなく、直流電圧に変換し、それによって、リップル成分が含まれない電流をステッピングモータ1に出力するようにした。 Therefore, in the first embodiment, instead of applying a voltage rectangular wave to the motor coil 2 (rather than smoothing the current with the inductance of the motor coil 2), the switching elements TR1 to TR10 in the drive device 10 and the output By providing the above-mentioned filter circuit 50 between the terminal 11 and the terminal 11, the voltage (output voltage) applied to the motor coil 2 is converted into a DC voltage instead of a conventional rectangular wave voltage, thereby eliminating ripple components. The current that is not included is output to the stepping motor 1.

すなわち、第1の実施形態の駆動装置10の場合、例えば上述したように0°の電気角位置でステッピングモータ1をホールドする場合、モータコイル2に励磁パターンに従った電流を流すために、図6に示すように励磁パターンBCと励磁パターンADに従って出力段部20のスイッチング素子TR1~TR10のON/OFFが制御されるものの、そのスイッチング素子TR1~TR10のON/OFFによって形成される矩形波電圧は、出力端子11から出力される前に、フィルタ回路50によって平滑化される。 That is, in the case of the drive device 10 of the first embodiment, for example, when holding the stepping motor 1 at the electrical angle position of 0° as described above, in order to flow a current in the motor coil 2 according to the excitation pattern, Although the ON/OFF of the switching elements TR1 to TR10 of the output stage section 20 is controlled according to the excitation pattern BC and the excitation pattern AD as shown in 6, the rectangular wave voltage formed by the ON/OFF of the switching elements TR1 to TR10 is controlled. is smoothed by the filter circuit 50 before being output from the output terminal 11.

これにより、駆動装置10の各出力端子11では、フィルタ回路50で平滑化された直流電圧をモータコイル2に印加できるため、モータコイル2にリップル成分を含まない電流を出力して、モータコイル2を励磁することができる。この場合、モータコイル2に流れる電流の平均電流値は、励磁パターンの出力時間の割合(すなわち、正極側のスイッチング素子TR1,TR3,TR5,TR7,TR9をONにする時間の割合)を制御することによって操作可能である。 As a result, each output terminal 11 of the drive device 10 can apply the DC voltage smoothed by the filter circuit 50 to the motor coil 2, so that a current that does not include ripple components is output to the motor coil 2, and the motor coil 2 can be excited. In this case, the average current value of the current flowing through the motor coil 2 controls the output time ratio of the excitation pattern (i.e., the ratio of the time when the positive side switching elements TR1, TR3, TR5, TR7, and TR9 are turned ON). It can be operated by

具体的に説明すると、0°の電気角位置でステッピングモータ1をホールドする場合、上述したように、第1出力端子11a及び第4出力端子11dでは、1つの単位励磁サイクルT内において、電圧が-(マイナス)で8μs、+(プラス)で32μs、-(マイナス)で8μsとなるように正極側及び負極側のスイッチング素子TR2,TR4,TR6,TR8,TR10のON/OFFが切り替えられるものの、この切り替えによって形成される矩形波電圧は第1フィルタ回路50a及び第4フィルタ回路50dでそれぞれ平滑化されて、第1出力端子11a及び第4出力端子11dからは、直流電圧がモータコイル2に印加される(後述する図8及び図11を参照)。 Specifically, when holding the stepping motor 1 at an electrical angle position of 0°, as described above, the voltage at the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d increases within one unit excitation cycle T. Although the ON/OFF of the switching elements TR2, TR4, TR6, TR8, and TR10 on the positive and negative sides can be switched so that the time is 8 μs for - (minus), 32 μs for + (plus), and 8 μs for - (minus), The rectangular wave voltage formed by this switching is smoothed by the first filter circuit 50a and the fourth filter circuit 50d, and a DC voltage is applied to the motor coil 2 from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d. (See FIGS. 8 and 11 described later).

この場合、第1出力端子11a及び第4出力端子11dから出力される電圧は、合成された励磁祖ABCDにおいて、例えば単位励磁サイクルT内で電圧が常に+(プラス)に制御される第5出力端子11eと比較すると、単位励磁サイクルT内での出力時間(+(プラス)に制御される時間)の割合が2/3(66%)となる。このため、第1出力端子11a及び第4出力端子11dからモータコイル2に流す平均電流値は、第5出力端子11eからモータコイル2に流す平均電流値の2/3(66%)程度にすることができる。 In this case, the voltage output from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d is the fifth output whose voltage is always controlled to be + (plus) within the unit excitation cycle T, for example, in the combined excitation source ABCD. Compared to the terminal 11e, the ratio of the output time (time controlled to be positive) within the unit excitation cycle T is 2/3 (66%). Therefore, the average current value flowing from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d to the motor coil 2 is set to about 2/3 (66%) of the average current value flowing from the fifth output terminal 11e to the motor coil 2. be able to.

特にDV型の駆動装置10においては、ステッピングモータ1のホールド状態のときには、ドライブ状態に比べて、スイッチング素子のチョッピングにより形成される矩形波電圧の大きさが小さくなるため、矩形波電圧から直流電圧への変換をフィルタ回路50で安定して行うことができる。 In particular, in the DV type driving device 10, when the stepping motor 1 is in the hold state, the magnitude of the rectangular wave voltage formed by chopping of the switching element is smaller than in the drive state, so the rectangular wave voltage is changed to the DC voltage. The filter circuit 50 can perform the conversion stably.

以上に説明したように、第1の実施形態の駆動装置10では、スイッチング素子TR1~TR10と出力端子11との間にフィルタ回路50が設けられていることにより、出力端子11からステッピングモータ1のモータコイル2に直流電圧を印加でき、それによって、リップル成分のない電流をモータコイル2に流してモータコイル2を励磁できる。またこの場合、その励磁電流の形態は、リップル成分を含まないため、DV電圧の微小変化の影響を受けることもない。 As described above, in the drive device 10 of the first embodiment, the filter circuit 50 is provided between the switching elements TR1 to TR10 and the output terminal 11, so that the stepping motor 1 can be A DC voltage can be applied to the motor coil 2, thereby allowing a current with no ripple component to flow through the motor coil 2 to excite the motor coil 2. Furthermore, in this case, the form of the excitation current does not include a ripple component, so it is not affected by minute changes in the DV voltage.

その結果、ステッピングモータ1の所要の角度でホールドしたときに、従来の駆動装置を高度な超精密機器に適用した場合に観察されるような超微振動の発生を抑制できるため、ステッピングモータ1のスタティック特性(特に、静止安定度)を従来の駆動装置に比べて大きく向上させることができる。またこの場合、ホールド時のモータ発熱を下げる効果も得られる。更に、第1の実施形態の駆動装置10では、モータコイル2に直流電圧を印加できるため、例えば従来の矩形波電圧を印加する場合に生じていた磁場の小さな変化の発生を抑制する効果も期待できる。 As a result, when the stepping motor 1 is held at the required angle, it is possible to suppress the occurrence of ultra-fine vibrations that would be observed when a conventional drive device is applied to advanced ultra-precision equipment. Static characteristics (especially static stability) can be greatly improved compared to conventional drive devices. In this case, the effect of reducing the heat generated by the motor during hold can also be obtained. Furthermore, since the drive device 10 of the first embodiment can apply a DC voltage to the motor coil 2, it is also expected to have the effect of suppressing the occurrence of small changes in the magnetic field that occur when applying a conventional rectangular wave voltage, for example. can.

次に、本発明の第2の実施形態に係る駆動装置10aについて、図7を参照しながら説明する。ここで、図7は、第2の実施形態に係る駆動装置におけるフィルタ回路を拡大して示す回路図である。 Next, a drive device 10a according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a circuit diagram showing an enlarged filter circuit in the drive device according to the second embodiment.

第2の実施形態に係る駆動装置10aは、上述した第1の実施形態に係る駆動装置10に比べて、各出力端子11に対応して配される各フィルタ回路60(図7では、第1フィルタ回路60a)に、接続/遮断を切り替えるフィルタ用スイッチング素子TR12が、フィルタ用コンデンサCfとグランドとの間にそれぞれ追加で設けられて形成されている。 The driving device 10a according to the second embodiment is different from the driving device 10 according to the first embodiment described above in that each filter circuit 60 (in FIG. 7, the first In the filter circuit 60a), a filter switching element TR12 for switching connection/cutoff is additionally provided between the filter capacitor Cf and the ground.

なお、第2の実施形態に係る駆動装置10aは、フィルタ用スイッチング素子TR12を追加で設置したこと以外については、上述した第1の実施形態に係る駆動装置10と実質的に同様に形成されている。従って、第2の実施形態において、上述した第1の実施形態の場合と実質的に同じ構成を有する部分又は部材については同じ符号を用いて表すことによって、その説明を省略することとする。 Note that the drive device 10a according to the second embodiment is formed substantially the same as the drive device 10 according to the first embodiment described above, except that a filter switching element TR12 is additionally installed. There is. Therefore, in the second embodiment, parts or members having substantially the same configuration as those in the first embodiment described above will be represented by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

第2の実施形態において、ステッピングモータ1が停止状態(ホールド状態)のときには、フィルタ用スイッチング素子TR12が接続状態(ON状態)に切り替えられ、それによって、フィルタ用コンデンサCfの負極側が、グランド(定電流コントロール部40のグランド)に接続される。これにより、フィルタ用コンデンサCfで電圧の平滑化を行えるようにしている。一方、ステッピングモータ1が回転状態(ドライブ状態)のときには、フィルタ用スイッチング素子TR12が遮断状態(OFF状態)に切り替えられて、フィルタ用コンデンサCfによる平滑化が効かないように制御される。 In the second embodiment, when the stepping motor 1 is in the stopped state (hold state), the filter switching element TR12 is switched to the connected state (ON state), so that the negative electrode side of the filter capacitor Cf is connected to the ground (constant state). (ground) of the current control section 40. This allows the filter capacitor Cf to smooth the voltage. On the other hand, when the stepping motor 1 is in the rotating state (drive state), the filter switching element TR12 is switched to the cut-off state (OFF state), and the smoothing by the filter capacitor Cf is controlled so as not to be effective.

この場合、フィルタ用スイッチング素子TR12のON/OFFの切り替えには、第1の実施形態で説明した励磁パターン出力回路30に設けられる判定カウンタ(不図示)の信号が利用される。これにより、例えば判定カウンタから、ステッピングモータ1のホールド状態としてLレベルの信号が出力されると、フィルタ用スイッチング素子TR12がONにされてフィルタ用コンデンサCfを有効に機能させることができる。一方、判定カウンタから、ステッピングモータ1のドライブ状態としてHレベルの信号が出力されると、フィルタ用スイッチング素子TR12がOFFにされて、フィルタ用コンデンサCfとグランドとが遮断される。 In this case, a signal from a determination counter (not shown) provided in the excitation pattern output circuit 30 described in the first embodiment is used to switch ON/OFF of the filter switching element TR12. Thus, for example, when the determination counter outputs an L level signal indicating the hold state of the stepping motor 1, the filter switching element TR12 is turned on and the filter capacitor Cf can function effectively. On the other hand, when the determination counter outputs an H level signal indicating the driving state of the stepping motor 1, the filter switching element TR12 is turned off, and the filter capacitor Cf is cut off from the ground.

例えば第1の実施形態に係る駆動装置10の場合、上述したように、ステッピングモータ1のホールド状態において、フィルタ回路50が矩形波電圧を平滑化することによって、超微振動が発生することを抑制している。しかし一方で、ステッピングモータ1を高速で回転させる場合には、出力端子11の電圧を速く切り替える必要があるものの、フィルタ回路50で電圧の平滑化が行われることによって、切り替えの速さが妨げられてしまい、ステッピングモータ1の励磁相を切り替えるタイミングに遅れを生じさせる可能性がある。その結果、ステッピングモータ1で発生させるトルクを高速回転領域で低下させる虞があることが考えられる。 For example, in the case of the drive device 10 according to the first embodiment, as described above, when the stepping motor 1 is in the hold state, the filter circuit 50 smoothes the rectangular wave voltage, thereby suppressing the occurrence of ultra-fine vibrations. are doing. However, on the other hand, when the stepping motor 1 is rotated at high speed, it is necessary to switch the voltage at the output terminal 11 quickly, but the voltage smoothing performed by the filter circuit 50 hinders the switching speed. This may cause a delay in the timing of switching the excitation phase of the stepping motor 1. As a result, there is a possibility that the torque generated by the stepping motor 1 may be reduced in the high speed rotation region.

これに対し、第2の実施形態に係る駆動装置10aは、上述したフィルタ用スイッチング素子TR12を各フィルタ回路60に設けて、そのフィルタ用スイッチング素子TR12のON/OFFを、ステッピングモータ1のホールド状態/ドライブ状態に応じて切り替えられるように形成されている。これによって、ステッピングモータ1のホールド状態では、フィルタ用コンデンサCfの負極側とグランドとを接続し、且つ、ステッピングモータ1のドライブ状態ではフィルタ用コンデンサCfの負極側とグランドとを遮断できるため、フィルタ用コンデンサCfによる電圧の平滑化を、ステッピングモータ1のホールド状態のみで行うことが可能となる。 On the other hand, the drive device 10a according to the second embodiment provides the above-described filter switching element TR12 in each filter circuit 60, and controls the ON/OFF state of the filter switching element TR12 to the hold state of the stepping motor 1. / It is formed so that it can be switched depending on the drive state. As a result, when the stepping motor 1 is in the hold state, the negative electrode side of the filter capacitor Cf can be connected to the ground, and when the stepping motor 1 is in the drive state, the negative electrode side of the filter capacitor Cf can be disconnected from the ground. It becomes possible to smooth the voltage using the capacitor Cf only when the stepping motor 1 is in the hold state.

その結果、第2の実施形態に係る駆動装置10aによれば、ステッピングモータ1のホールド状態では、モータ駆動電圧DVが低く安定しており、且つ、一定の励磁パターンが繰り返して出力されることから、フィルタ回路60を有効に機能させても、フィルタ回路60がステッピングモータ1のホールド制御を妨げることはない。このため、第2の実施形態に係る駆動装置10aは、第1の実施形態に係る駆動装置10と同様に、ステッピングモータ1のホールド時に超微振動が発生することを効果的に抑制できる。 As a result, according to the drive device 10a according to the second embodiment, when the stepping motor 1 is in the hold state, the motor drive voltage DV is low and stable, and a constant excitation pattern is repeatedly output. Even if the filter circuit 60 is made to function effectively, the filter circuit 60 will not interfere with the hold control of the stepping motor 1. Therefore, like the drive device 10 according to the first embodiment, the drive device 10a according to the second embodiment can effectively suppress generation of ultra-fine vibrations when the stepping motor 1 is held.

一方、ステッピングモータ1のドライブ状態では、第2の実施形態に係る駆動装置10aが、フィルタ用スイッチング素子TR12を切り替えてフィルタ回路60の影響を抑えることによって、高速回転領域でのトルク低下を抑制し、例えばフィルタ回路60を備えない駆動装置と略同様のダイナミック特性を備えることが可能となる。 On the other hand, in the driving state of the stepping motor 1, the drive device 10a according to the second embodiment suppresses the torque drop in the high speed rotation region by switching the filter switching element TR12 to suppress the influence of the filter circuit 60. For example, it is possible to provide substantially the same dynamic characteristics as a drive device that does not include the filter circuit 60.

なお、上述した第1及び第2の実施形態において、各フィルタ回路50,60は、それぞれ、1つのフィルタ用チョークコイルLfと、1つのフィルタ用コンデンサCfとを有している。しかし本発明において、各フィルタ回路に設けるフィルタ用チョークコイルの個数、及びフィルタ用コンデンサの個数は特に限定されるものではない。 In the first and second embodiments described above, each of the filter circuits 50 and 60 includes one filter choke coil Lf and one filter capacitor Cf. However, in the present invention, the number of filter choke coils and the number of filter capacitors provided in each filter circuit are not particularly limited.

例えば、本発明のフィルタ回路は、第1の実施形態のフィルタ回路50に、追加のフィルタ用コンデンサ(2つ目のフィルタ用コンデンサ)を1つ目のフィルタ用コンデンサCfと並列に接続して形成されていてもよい。また、本発明のフィルタ回路は、フィルタ用チョークコイルLfを設けずに、1つ又は複数のフィルタ用コンデンサCfのみによって形成されていてもよい。 For example, the filter circuit of the present invention is formed by connecting an additional filter capacitor (second filter capacitor) in parallel with the first filter capacitor Cf to the filter circuit 50 of the first embodiment. may have been done. Moreover, the filter circuit of the present invention may be formed only by one or more filter capacitors Cf without providing the filter choke coil Lf.

更に上述した第1及び第2の実施形態において、出力段部20に設けられる素子駆動回路21は、ゲートドライバ(専用IC)によって形成されているが、本発明において、素子駆動回路はゲートドライバではなく、トランジスタ回路によって形成されていても良い。 Furthermore, in the first and second embodiments described above, the element drive circuit 21 provided in the output stage section 20 is formed by a gate driver (dedicated IC), but in the present invention, the element drive circuit is not a gate driver. Instead, it may be formed by a transistor circuit.

(実施例及び比較例1)
実施例として、上述した第1の実施形態の駆動装置10を用いて、5相ステッピングモータ1を0°の電気角位置(電源立ち上げ時の基本角ステップの位置)でホールドし、そのときの第1出力端子11a~第5出力端子11eから印加される電圧(出力電圧)と、モータコイル2に流れる電流と、電流に含まれるリップル成分との測定を行った。その測定結果を図8~図12に示す。
(Example and Comparative Example 1)
As an example, using the drive device 10 of the first embodiment described above, the 5-phase stepping motor 1 is held at an electrical angle position of 0° (the position of the basic angle step when the power is turned on), and the The voltages (output voltages) applied from the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e, the current flowing through the motor coil 2, and the ripple component contained in the current were measured. The measurement results are shown in FIGS. 8 to 12.

なお、ステッピングモータ1を0°の電気角位置でホールドする場合には、図6に示しながら説明したように、単位励磁サイクルT内で励磁パターンADと励磁パターンBCとを組み合わせて出力するとともに、励磁パターンADの出力時間の割合と励磁パターンBCの出力時間の割合とを制御することにより、0°の電気角位置に対応する励磁相ABCDが形成される。 Note that when the stepping motor 1 is held at the electrical angle position of 0°, as described with reference to FIG. 6, the excitation pattern AD and the excitation pattern BC are combined and output within the unit excitation cycle T, and By controlling the output time ratio of excitation pattern AD and the output time ratio of excitation pattern BC, excitation phase ABCD corresponding to the electrical angle position of 0° is formed.

また比較例1として、上述した第1の実施形態の駆動装置10から第1フィルタ回路50a~第5フィルタ回路50eを取り除いた構造を備える駆動装置(すなわち、従来の駆動装置)を用いて、実施例と同様に、5相ステッピングモータ1を0°の電気角位置でホールドした。そのときの第1出力端子~第5出力端子から印加される電圧と、モータコイル2に流れる電流と、電流に含まれるリップル成分とを実施例と同様に測定した。その測定結果を図13~図17に示す。 Further, as Comparative Example 1, a drive device (that is, a conventional drive device) having a structure in which the first filter circuit 50a to the fifth filter circuit 50e are removed from the drive device 10 of the first embodiment described above was used. As in the example, the five-phase stepping motor 1 was held at the electrical angle position of 0°. At that time, the voltage applied from the first output terminal to the fifth output terminal, the current flowing through the motor coil 2, and the ripple component contained in the current were measured in the same manner as in the example. The measurement results are shown in FIGS. 13 to 17.

なお、図8~図17の各図において、(a)のグラフは、DC結合を選択して測定された電圧の波形71と、モータコイル2に流れる電流の波形72とを示している。(b)のグラフは、電圧の波形71と、AC結合を選択して測定された電流に含まれるリップル成分の波形73を示している。なお、リップル成分の波形73は、直流(500mA/Div)で観測された電流のリップル成分を、10倍の倍率(50mA/Div)で観測している。 In each of the figures in FIGS. 8 to 17, the graph (a) shows a voltage waveform 71 measured by selecting DC coupling and a waveform 72 of the current flowing through the motor coil 2. The graph in (b) shows a voltage waveform 71 and a ripple component waveform 73 included in the current measured by selecting AC coupling. Note that the ripple component waveform 73 is obtained by observing the ripple component of the current observed with direct current (500 mA/Div) at a magnification of 10 times (50 mA/Div).

ステッピングモータ1を0°の電気角位置でホールドする場合、図6に示したように、第1出力端子11a及び第4出力端子11dの出力電圧は、単位励磁サイクルT内で-(マイナス)、+(プラス)、-(マイナス)と順番に切り替えられる。このため、第1フィルタ回路50a~第5フィルタ回路50eを備えない比較例の駆動装置の場合、図13及び図16に示したように、第1出力端子11a及び第4出力端子11dの出力電圧に矩形波が表れている。 When the stepping motor 1 is held at the electrical angle position of 0°, as shown in FIG. It can be switched in order between + (plus) and - (minus). Therefore, in the case of the drive device of the comparative example that does not include the first filter circuit 50a to the fifth filter circuit 50e, as shown in FIGS. 13 and 16, the output voltage of the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d is A square wave appears.

また、これらの第1出力端子11a及び第4出力端子11dからモータコイル2に流れる電流は、モータコイル2のインダクタンスによって平滑化されているものの、それぞれの電流には、図13の(b)及び図16の(b)に示したように、スイッチング素子TR1~TR10のON/OFFの切り替えに起因するリップル成分が含まれていることが確認できる。この電流に含まれるリップル成分の形態は、DV電圧の微小変化による影響を受けて変化し、そのリップル成分の形態変化が1kHz以下の周波数で表れる場合に、ホールド状態のステッピングモータ1に、振動レベルが極めて小さいナノメートルオーダーの超微振動を生じさせる。 Furthermore, although the currents flowing from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d to the motor coil 2 are smoothed by the inductance of the motor coil 2, the currents shown in FIG. 13(b) and As shown in FIG. 16(b), it can be confirmed that ripple components caused by ON/OFF switching of the switching elements TR1 to TR10 are included. The shape of the ripple component included in this current changes under the influence of minute changes in the DV voltage, and when the shape change of the ripple component appears at a frequency of 1 kHz or less, the vibration level of the stepping motor 1 in the hold state changes. generates extremely small ultra-fine vibrations on the order of nanometers.

これに対して、実施例の駆動装置10(第1の実施形態の駆動装置10)の場合、各出力端子11にフィルタ回路50が設けられているため、第1出力端子11a及び第4出力端子11dに対応するスイッチング素子TR1,TR2,TR7,TR8のON/OFFが単位励磁サイクルT内で切り替えられても、図8及び図11に示したように、第1出力端子11a及び第4出力端子11dの出力電圧に矩形波が表れることはなく、それぞれ平滑化された直流電圧になっていることが確認できる。また、第1出力端子11a及び第4出力端子11dから直流電圧が印加されるため、第1出力端子11a及び第4出力端子11dからは、リップル成分を含まない直流電流がモータコイル2に流れていることも確認できる(図8(b)及び図11(b)におけるリップル成分の波形73を参照)。 On the other hand, in the case of the drive device 10 of the example (drive device 10 of the first embodiment), since the filter circuit 50 is provided in each output terminal 11, the first output terminal 11a and the fourth output terminal Even if ON/OFF of the switching elements TR1, TR2, TR7, TR8 corresponding to 11d is switched within the unit excitation cycle T, as shown in FIGS. 8 and 11, the first output terminal 11a and the fourth output terminal It can be confirmed that no rectangular wave appears in the output voltage of 11d, and that each is a smoothed DC voltage. Furthermore, since a DC voltage is applied from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d, a DC current that does not include ripple components flows into the motor coil 2 from the first output terminal 11a and the fourth output terminal 11d. (See the waveform 73 of the ripple component in FIG. 8(b) and FIG. 11(b)).

従って、実施例の駆動装置10では、図8~図12に示したように、ステッピングモータ1のホールド状態において、第1出力端子11a~第5出力端子11eのそれぞれから、リップル成分を含まない直流電流をモータコイル2に安定して流すことができるため、リップル成分に起因する超微振動の発生を防止する効果を得られることが確認できた。更に、実施例の駆動装置10でステッピングモータ1をマイクロステップ駆動するときのステップ角度精度についても確認したところ、ステップ角度精度の特性低下は認められなかった。 Therefore, in the drive device 10 of the embodiment, as shown in FIGS. 8 to 12, when the stepping motor 1 is in the hold state, a direct current without ripple components is supplied from each of the first output terminal 11a to the fifth output terminal 11e. It was confirmed that since current could be stably passed through the motor coil 2, the effect of preventing the occurrence of ultra-fine vibrations caused by ripple components could be obtained. Furthermore, when the step angle accuracy when driving the stepping motor 1 in microsteps with the drive device 10 of the example was also confirmed, no deterioration in the characteristics of the step angle accuracy was observed.

(比較例2)
比較例2として、出力段チョッパ型の定電流制御を行う駆動装置に対して、各出力端子とスイッチング素子との間に、実施例の駆動装置と同様のフィルタ回路50を設けることによって、ステッピングモータ1のホールド時に、出力段チョッパ型の駆動装置で各出力端子から出力される電圧を平滑化することを試してみた。
(Comparative example 2)
As Comparative Example 2, in a driving device that performs output stage chopper type constant current control, a filter circuit 50 similar to that of the driving device of the embodiment is provided between each output terminal and a switching element, so that a stepping motor can be controlled. 1 hold, I tried smoothing the voltage output from each output terminal using an output stage chopper type drive device.

その結果、フィルタ回路50を設けた出力段チョッパ型の駆動装置では、定電流制御を行うためにセンシング抵抗で検出電流(コイルに流れる電流)が検出されるが、その検出される検出電流の形態がフィルタ回路50によって変化してしまい、定電流制御を安定して行うことができなくなることが判った。従って、出力端子から出力する電圧を平滑化するフィルタ回路は、出力段チョッパ型の定電流制御を行う駆動装置に適用できず、DV型の定電流制御を行う駆動装置に対してのみ有効であることも確認できた。 As a result, in the output stage chopper type drive device provided with the filter circuit 50, the detection current (current flowing through the coil) is detected by the sensing resistor in order to perform constant current control, but the form of the detected current is It was found that the filter circuit 50 changes the constant current control, making it impossible to stably perform constant current control. Therefore, a filter circuit that smoothes the voltage output from the output terminal cannot be applied to a drive device that performs output stage chopper type constant current control, and is only effective for a drive device that performs DV type constant current control. I was also able to confirm that.

1 ステッピングモータ
2 モータコイル
2a 第1コイル
2b 第2コイル
2c 第3コイル
2d 第4コイル
2e 第5コイル
10,10a 駆動装置(ドライバ)
11 出力端子
11a 第1出力端子
11b 第2出力端子
11c 第3出力端子
11d 第4出力端子
11e 第5出力端子
20 出力段部
21 素子駆動回路(パワー素子駆動回路)
30 励磁パターン出力回路(励磁パターン出力部)
31 アドレスカウンタ
32 速度計測カウンタ
33 励磁周期カウンタ
34 メモリ
35 励磁パターン出力セレクタ
40 定電流コントロール部
41 制御用素子駆動回路
42 PWM電定流コントロール回路(PWM制御部)
50 フィルタ回路(ローパスフィルタ回路)
50a 第1フィルタ回路
50b 第2フィルタ回路
50c 第3フィルタ回路
50d 第4フィルタ回路
50e 第5フィルタ回路
60 フィルタ回路
60a 第1フィルタ回路
71 電圧の波形
72 電流の波形
73 リップル成分の波形
A,a コイルに流れるモータ電流
B,b コイルに流れるモータ電流
C,c コイルに流れるモータ電流
D,d コイルに流れるモータ電流
E,e コイルに流れるモータ電流
DV モータ駆動電圧
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
Cf フィルタ用コンデンサ
D1 ダイオード
L1 チョークコイル
Lf フィルタ用チョークコイル
R1 第1センシング抵抗(第1電流検出抵抗)
R2 第2センシング抵抗(第2電流検出抵抗)
T 単位励磁サイクル
TR1~TR10 スイッチング素子
TR11 制御用スイッチング素子
TR12 フィルタ用スイッチング素子
VA,Va トルクベクトル
VB,Vb トルクベクトル
VC,Vc トルクベクトル
VD,Vd トルクベクトル
VE,Ve トルクベクトル
1 Stepping motor 2 Motor coil 2a 1st coil 2b 2nd coil 2c 3rd coil 2d 4th coil 2e 5th coil 10, 10a Drive device (driver)
11 Output terminal 11a First output terminal 11b Second output terminal 11c Third output terminal 11d Fourth output terminal 11e Fifth output terminal 20 Output stage section 21 Element drive circuit (power element drive circuit)
30 Excitation pattern output circuit (excitation pattern output section)
31 Address counter 32 Speed measurement counter 33 Excitation period counter 34 Memory 35 Excitation pattern output selector 40 Constant current control section 41 Control element drive circuit 42 PWM current constant current control circuit (PWM control section)
50 Filter circuit (low-pass filter circuit)
50a First filter circuit 50b Second filter circuit 50c Third filter circuit 50d Fourth filter circuit 50e Fifth filter circuit 60 Filter circuit 60a First filter circuit 71 Voltage waveform 72 Current waveform 73 Ripple component waveform A, a Coil B,b Motor current flowing in the coil C,c Motor current flowing in the coil D,d Motor current flowing in the coil E,e Motor current flowing in the coil DV Motor drive voltage C1 First capacitor C2 Second capacitor Cf Filter Capacitor D1 Diode L1 Choke coil Lf Filter choke coil R1 First sensing resistor (first current detection resistor)
R2 Second sensing resistor (second current detection resistor)
T Unit excitation cycle TR1 to TR10 Switching element TR11 Control switching element TR12 Filter switching element VA, Va Torque vector VB, Vb Torque vector VC, Vc Torque vector VD, Vd Torque vector VE, Ve Torque vector

Claims (4)

指令パルスが入力されてステッピングモータ(1)のモータコイル(2)の励磁を切り替えることにより、前記ステッピングモータ(1)を駆動する駆動装置(10,10a)であって、
前記ステッピングモータ(1)に接続する複数の出力端子(11)と、
前記出力端子(11)ごとに設けられるスイッチング素子(TR1~TR10)、及び前記スイッチング素子(TR1~TR10)を駆動させる素子駆動回路(21)を備える出力段部(20)と、
前記指令パルスに従って前記出力段部(20)に励磁パターン信号を出力する励磁パターン出力部(30)と、
前記ステッピングモータ(1)に印加する駆動電圧を調節することにより定電流制御を行う定電流コントロール部(40)とを有し、
前記励磁パターン出力部(30)は、単位励磁サイクル(T)を管理する励磁周期カウンタ(33)と、前記励磁パターンの信号を前記素子駆動回路(21)に前記単位励磁サイクル(T)毎に出力する励磁パターン出力セレクタ(35)とを有し、
前記スイッチング素子(TR1~TR10)のON/OFFは、前記素子駆動回路(21)によって、前記励磁パターン出力セレクタ(35)から出力される前記励磁パターンに従って制御され、
前記定電流コントロール部(40)は、電流を検出する電流検出抵抗(R1,R2)と、ON/OFFの切り替えにより前記駆動電圧を増減させる制御用スイッチング素子(TR11)と、前記電流検出抵抗(R1,R2)で検出された検出電流に基づいて前記制御用スイッチング素子(TR11)のON/OFFを制御するPWM制御部(42)とを備え、
前記出力端子(11)と前記スイッチング素子(TR1~TR10)との間に、前記ステッピングモータ(1)に加える電圧を平滑化するフィルタ回路(50,60)が設けられ
前記フィルタ回路(50,60)は、前記単位励磁サイクル(T)内で前記スイッチング素子(TR1~TR10)のON/OFFによって形成される矩形波の電圧を平滑化して直流電圧に変換する
ことを特徴とする駆動装置。
A drive device (10, 10a) that drives the stepping motor (1) by inputting a command pulse and switching excitation of a motor coil (2) of the stepping motor (1),
a plurality of output terminals (11) connected to the stepping motor (1);
an output stage section (20) comprising switching elements (TR1 to TR10) provided for each of the output terminals (11) and an element drive circuit (21) for driving the switching elements (TR1 to TR10);
an excitation pattern output section (30) that outputs an excitation pattern signal to the output stage section (20) according to the command pulse;
a constant current control section (40) that performs constant current control by adjusting the drive voltage applied to the stepping motor (1);
The excitation pattern output section (30) includes an excitation period counter (33) that manages unit excitation cycles (T), and a signal of the excitation pattern to the element drive circuit (21) for each unit excitation cycle (T). It has an excitation pattern output selector (35) to output,
ON/OFF of the switching elements (TR1 to TR10) is controlled by the element drive circuit (21) according to the excitation pattern output from the excitation pattern output selector (35),
The constant current control section (40) includes a current detection resistor (R1, R2) that detects the current, a control switching element (TR11) that increases or decreases the drive voltage by switching ON/OFF, and the current detection resistor ( a PWM control unit (42) that controls ON/OFF of the control switching element (TR11) based on the detected current detected by R1, R2),
A filter circuit (50, 60) for smoothing the voltage applied to the stepping motor (1) is provided between the output terminal (11) and the switching elements (TR1 to TR10) ,
The filter circuit (50, 60) smoothes the rectangular wave voltage formed by ON/OFF of the switching elements (TR1 to TR10) within the unit excitation cycle (T) and converts it into a DC voltage.
A drive device characterized by:
前記フィルタ回路(50,60)は、フィルタ用チョークコイル(Lf)と、フィルタ用コンデンサ(Cf)とを備える請求項1記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the filter circuit (50, 60) includes a filter choke coil (Lf) and a filter capacitor (Cf). 前記フィルタ用コンデンサ(Cf)とグランドとの間に、接続/遮断を切り替えるフィルタ用スイッチング素子(TR12)が配され
前記フィルタ用スイッチング素子(TR12)は、前記ステッピングモータ(1)が回転状態のときに、遮断状態に切り替えられる
請求項2記載の駆動装置。
A filter switching element (TR12) for switching connection/cutoff is arranged between the filter capacitor (Cf) and the ground ,
The filter switching element (TR12) is switched to a cutoff state when the stepping motor (1) is in a rotating state.
The drive device according to claim 2.
前記フィルタ回路(50,60)のグランドは、前記定電流コントロール部(40)のグランドに接続されている請求項1~3のいずれかに記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein the ground of the filter circuit (50, 60) is connected to the ground of the constant current control section (40).
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