JPH01218393A - ステツプモータのミニステツプ駆動装置 - Google Patents

ステツプモータのミニステツプ駆動装置

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JPH01218393A
JPH01218393A JP4148888A JP4148888A JPH01218393A JP H01218393 A JPH01218393 A JP H01218393A JP 4148888 A JP4148888 A JP 4148888A JP 4148888 A JP4148888 A JP 4148888A JP H01218393 A JPH01218393 A JP H01218393A
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JP
Japan
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rotation
normal
pulse
motor
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JP4148888A
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Katsuhide Sawada
克秀 沢田
Takaharu Akagi
敬治 赤木
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野i 本発明は、ステップモータのミニステップ駆動装置に係
り、特に、工作機械のテーブルや測定装置の載物台等の
駆動に用いるのに好適な、ステップモータの各相励磁信
号の大きさを細かく変化させることによって、安定点の
位置を徐々に移動させ、ステップ角を細分化すると共に
、1パルス毎の回転量が均一となるように、モータ特性
に合せて前記励磁信号を補正するようにしたステップモ
ータのミニステップ駆動装置の改良に関するものである
。 【従来の技術】 近年、工作機械のテーブルや測定装置の載物台等の駆動
源として、開ループ制御が可能であり、エンコーダやポ
テンショメータ等のフィードバック要素を用いることな
く、−サーボ機構を簡単且つ高精度に構成することがで
きることから、ステップモータが注目されている。 ステップモータには、基本的に可変リラクタンス(以下
VRと称する)型と永久磁石(以下PMと称する)型の
2形式があ木が、通常ハイブリツド型と呼ばれる形式を
も含むPM型スステップモータ、基本的には2相交流間
期モータであり、通常は、各相漏磁信号を一短形波で与
えていた。 一方近年、前記各相励磁信号の大きさを細かく変化させ
ることによって、安定点の位置を徐々に移動させ、ステ
ップ角を細分化して、駆動分解能を向上し、特に低速で
の滑らかな回転を得るようにしな、いわゆるミニステッ
プ駆動が実用化されている。各相励磁信号を細かく変化
させる方法には、抵抗の切換えによる方法や、スイッチ
ングに韮るパルス幅変調による方法があるが、PM型ス
ステップモータは、バイポーラ駆動の場合、第8図に示
す如く、2相の励磁電流を正弦波形(第1相)と余弦波
形(第2相)に変化させる方法が一般的である。 このミニステップ駆動を行うための駆動装置は、基本的
には第9図に示す如く構成されており、パルス列をリン
グカウンタ部12で計数し、ステップモータ20の1周
期をミニステップ駆動で例えば216等分するため、2
16で零に戻る8ビツトのデータk(k=o・・・21
6)を作る。このデータkに対応する正弦波sinθk
 (θに=k・Δθ、Δθ=2π/216 )及び余弦
波COSθにの値が、リードオンリーメモリ(ROM)
部14から出力され、デジタル/アナログ(D/A)コ
ンバータ部16でD/A変換変換動磁信号として駆動回
路18に入力される。駆動回路18は、例えば定電圧駆
動によって、ステップモータ20を駆動する。ステップ
モータ20の通常の駆動でのステップ角が1.8度であ
り、ミニステップ駆動の励磁電流波形の1周期(1−2
相励磁の場合で8ステツプ)で7.2反回転するものを
、ミニステップ駆動で216等分し、た場合、1ステツ
プでのステップ角は1/30度となる。 このようなミニステップ駆動装置で駆動されるステップ
モータ20により位置決めテーブルを駆動し、その精密
位置決めを行う場合、1周期(電気角2π)、216ス
テツスでの各ステップ毎のテーブル移動量の測定結果は
、例えば第10図に示す如くとなり、ステップ毎のピッ
チ精度は、ステップモータの1周期に対して4倍の誤差
周期を持っていることがわかる。この周期は、静止トル
ク特性のコギングトルクの周期と一致しており、主にス
テップモータ内部の特性が原因であると考えられる。即
ち、正弦波と余弦波の波形によるミニステップ駆動では
、第10図から明らかなように、ステップ角を均一にす
ることができず、1パルス毎の回転量が不均一となるの
で、高精度の位置決めを実現するためには、各相励磁信
号の大きさをステップモータの特性に合わせて補正する
必楢がある。 従って、例えば励磁電流を正弦波−余弦波的に段階的に
切換えて得な1パルス毎の静止角度データを基に、1パ
ルス毎の回転量が均一となるように、例えばバイポーラ
駆動の場合には、第11図に示す如く励磁信号を補正す
ることが考えられている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、発明者らが実験したところ、前記ステッ
プピッチ精度は、ステップモータの回転方向によって異
なり、例えば第12図に示す如く、ステップモータの正
転方向(CW)と反転方向(CCW)では、靜、止角度
特性が異なることが判明した。 従って、従来のように、正転方向と逆転方向の静止角度
データの平均値を用いて励磁電流の補正を行った場合に
は、正転方向のステップピッチ精度は、例えば第13図
に示す如くとなり、又、反転方向のステップピッチ精度
は、例えば第14図に示す如くとなる。 図から明らかな如く、正転と反転の静止角度データの平
均値を用いて励磁電流の補正を行ったのでは、1パルス
毎の回転量の均一性、回転速度の定速性、振動の低減に
は限界があり、充分な効果をあげることができなかった
【発明の目的】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、ステップモータの自転方向に拘らず、1パルス毎
の回転量を均一にし、より滑らかで一定速度の回転を得
、回転振動も低減することが可能なステップモータのミ
ニステップ駆動装置を提供することを目的とする。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、ステップモータの各相励磁信号の大きさを細
かく変化させることによって、安定点の位置を徐々に移
動させ、ステップ角を微細化すると共に、1パルス毎の
回転量が均一となるように、モータ特性に合わせて前記
励磁信号を補正するようにしたステップモータのミニス
テップ駆動装置において、モータ正転時に前記励磁信号
を補正するための正転用補正テーブルと、モータ反転時
に前記励磁信号を補正するための反転用補正テーブルと
を設け、モータ正転時と反転時で独立した励磁信号補正
を行うようにして、前記目的を達成したものである。
【作用】
本発明においては、ステップモータの正転と反転で静止
角度特性が異なることに着目し、正転用と反転用で異な
る補正テーブルによって、独立した励磁信号補正を行う
ようにしなので、ステップモータをより高精度で駆動す
ることができ、ステップモータの回転方向に拘らず、1
パルス毎の回転量を均一にし、より滑らかで一定速度の
回転を得、回転振動も低減することができる。
【実施例】
以下図面を参照して、本発明を、A相、B相を回転に応
じて切換えてA相、B相を作るようにしたユニポーラ駆
動の場合に適用した実施例を詳細に説明する。 本実施例の基本的な構成は、第1図に示す如くであり、
前出第9図に示した従来例と略同様のリングカウンタ部
12、ROM部14、D/Aコンバータ部16、駆動回
路18、ステップモータ20を含むミニステップ駆動装
置において、入力パルスが正転パルスであるか反転パル
スであるかを判別する正転・反転弁別部30が設けられ
ると共に、前記ROM部14に、モータ正転時に励磁信
号を補正するための正転用補正テーブル32Aと、モー
タ反転時に励磁信号を補正するための反転用補正テーブ
ル32Bとが含まれている点が前記従来例と異なる。 本実′雄側は、具体・的には、第2図に示す如く構成さ
れている。 第2図において、正転方向の入力パルスCW及び反転方
向の入力パルスCCWは、それぞれインバータ40A、
40B及び後出付加パルス発生部34のDフリップフロ
ップ42A、42B、44A、44B及びナントゲート
46A、46Bを介して、前記リングカウンタ部12の
最下位可逆カウンタ12Aに入力される。 ここで、前記Dフリップフロップ42A、42B、44
A、44Bは、後出付加パルス発生部34で発生された
、入力1パルスに付き例えば16パルスの付加パルスが
一周期分通過する迄、前記ナントゲート46A、46B
を開状態でホールドしておく機能を有する。 前記Dフリップフロップ44A、44Bの出力は、前記
正転・反転弁別部30の、D (SR)フリップフロッ
プ47に入力され、回転方向に応じたROMアドレス切
換信号1を作成するために、入力パルスの回転方向(C
W又はCCW>がホールドされる。 該Dフリップフロップ47出力の回転方向ホールド信号
は、Dフリップフロップ48に入力され、後出1/4周
期検出部36のノアゲート120の出力との同期がとら
れる。該Dフリップフロップ48の出力は、補正テーブ
ルの切換時点を選択するための切換スイッチ50の出力
と共に、アンドゲート52に入力される。 該切換スイッチ50は、入力パルスの方向反転と同時に
補正テーブルを切換えたい時にオンとされ、入力パルス
の方向反転後、回転方向の違いによる補正値のずれによ
って回転軸のとびが発生しない1/4周期(ユニポーラ
駆動の場合)位1迄動いた所で補正テーブルを切換えた
い時にオフとされる。 前記Dフリップフロップ47出力の回転方向ホールド信
号は、又、前記切換スイッチ50の出力を反転するイン
バータ53の出力と共にアンドゲート54に入力される
。従って、前記切換スイツチ50がオンの時には、アン
ドゲート52がオフ、アンドゲート54がオンと・され
て、Dフリップフロップ47の出力がそのままオアゲー
ト56に入力される。一方、前記切換スイッチ50がオ
フの時には、逆にアンドゲート52がオン、アンドゲー
ト54がオフとされて、Dフリップフロップ48の出力
がオアゲート56に入力される。 該オアゲート56の出力は、正転時と反転時で独立した
補正テーブルを用いるか否かを選択するための切換スイ
ッチ60の出力と共に、アンドゲート62に入力される
。 ・該切換スイッチ60は、本発明により、正転時と反転
時で補正テーブルを切換えたい時にオンとされ、従来の
ように、正転時と反転時で同一の補正テーブルを使用し
たい時にはオフとされる。 前記アンドゲート62の出力は、ROMアドレス切換信
号1として、前記ROM部14に入力される。 主に以上のDフリップフロップ47〜アンドゲート62
で、前記正転・反転弁別部30が構成されている。 前記リングカウンタ部12は、前記ナントゲート46A
、46Bから入力される正転パルス及び反転パルスを計
数する各4ビツトの可逆カウンタ12A〜12Cと、前
記ナントゲート46A、46B出力の否定の論理和を後
出付加パルス発生部34の分周カウンタ94B後段の4
ビツトバイナリカウンタに出力するノアゲート70と、
例えばD/Aコンバータ部16の調整時に前記可逆カウ
ンタ12A〜12Cに、それぞれ任意の値を初期設定す
るための設定スイッチ群72A〜72Cと、該初期設定
を行う際にオンとされるロードスイッチ74及び該ロー
ドスイッチ74出力を前記可逆カウンタ12A〜12C
に入力するナントゲート76と、前記可逆カウンタ12
A〜12Cの計数値をクリヤする際にオンとされるゼロ
スイッチ78及び該ゼロスイッチ78の出力を前記可逆
カウンタ12A〜12Cに入力するノアゲート80と、
該ノアゲート80の出力と後出16パルス検出部38の
マルチバイブレータ38F出力の論理和の否定を前記D
フリップフロップ42 A、42B、44A、44Bの
リセット端子に入力して、付加パルスが入力1パルス分
の16個通過した時に、これらのホールド状態をリセッ
トするためのノアゲート82とから主に構成されている
。 ここで、前記可逆カウンタ12Aは、付加パルス分の計
数に用いられ、前記可逆カウンタ12B、12Cが入力
パルス分の計数に用いられる。 前記ROM部14は、前記リングカウンタ部12の計数
値に対応するアドレスを有する3f!itのROM 1
4 A〜14Cから構成されており、該ROM14Aの
全部とROM 14 Bの図の上半分が第1相(A相)
用データを出力し、ROM 14 Bの図の下半分とR
OM14Cの全部が第2相(B相)用データを出力する
ようにされている。 各ROM14A〜14Cには、例えば第3図に示すよう
な正転用(実線)と反転用(破線)の補正励磁信号を得
るために必要なデータを含む、正転用補正テーブル32
Aと反転用補正テーブル32Bが、第4図に示す如く、
正転用と反転用でアドレスを分けて(第4図の例では1
〜100番地が正転用、101番地以上が反転用)記憶
されている。従って、前記正転・反転弁別部30から入
力されるROMアドレス切換信号1の状態に応じて、各
ROM14A〜14C内のアドレスを切換えることによ
って、本発明を安価に実現できる。 なお、補正テーブルを切換える方法は、これに限定され
ない。 前記D/Aコンバータ部16は、A相用のD/Aコンバ
ータ16Aと、B相用のD/Aコンバータ16Bと、前
記A相用り/Aコンバータ16Aの出力を増幅して前記
駆動回路18のA、A相に出力する演算増幅器16Cと
、D/Aコンバータ16A、16Bの参照電圧を作成す
る演算増幅器16Dと、前記B相用り/Aコンバータ1
6Bの出力を増幅して前記駆動回路18のB、B相に出
力する演算増幅器16Eとから主に構成されている。 前記駆動回路18は、該D/Aコンバータ部16のA相
、B相出力を回転に応じて切換えてA相、B相を作り、
ユニポーラ駆動により前記ステップモータ20を駆動し
ている。 本実施例においては、更に、第5図に示す如く、入力パ
ルスから付加パルスを生成することによって、正転/反
転パルスが1パルス入力したときに、いきなり1パルス
分の励磁電流を切換えないで、段階的(実施例では16
段階)に切換えるための付加パルス発生部34が設けら
れている。 この付加パルス発生部34は、例えば8MHzのパルス
信号を発生する発振器90と、該発振器90の出力を反
転するインバータ92と、前段が該インバータ92の出
力を1/16に分周して500に−とする4ビツトバイ
ナリカウンタとされ、後段が該前段の出力を更に分周す
る4ビツトバイナリカウンタとされた分周カウンタ94
Aと、前段が該分周カウンタ94Aの出力を更に分周す
る4ビツトバイナリカウンタとされ、後段が前記リング
カウンタ部12のノアゲート70の出力を1/16に分
周して後出16バルス検出部38に出力する4ビツトバ
イナリカウンタとされた分周カウンタ94Bと、該分周
カウンタ94Aの後段及び分周カウンタ94Bの前段の
分周出力のいずれかを選択して必要な周期の付加パルス
を作成するためのデータセレクタ96と、該データセレ
クタ96の設定値(即ち分周率)を変えることによって
付加パルスの傾き(出力時間)を変えるための設定スイ
ッチ98A〜98C及びインバータ100A〜100C
と、前記データセレクタ96の出力を波形整形して、周
期に拘らず一定のパルス幅の信号とし、付加パルスとし
て前記ナントゲート46A、46Bに出力するDフリッ
プフロップ102及び104とから主に構成されている
。 前記分周カウンタ94Bの後段の4ビツトバイナリカウ
ンタは、アンドゲート45を介して入力される、前記D
ブリップフロップ44A、44Bの出力の論理積によっ
てリセットされる。又、前記データセレクタ96は、例
えば設定スイッチ98A〜98Cがいずれもオフとされ
た時にDO端子への入力をY端子に出力し、設定スイッ
チ98A〜98.Cがいずれもオンとされた時にD7端
子への入力をY端子に出力する。 前記付加パルス発生部36には、更に、前記リングカウ
ンタ部12の最下位可逆カウンタ12Aの出力の所定の
組合わせから付加パルスが入力1パルス分の16パルス
発生されたことを検出するナントゲート38A、38B
及び38Cと、該ナントゲート38Cの出力を遅延する
積分器38Dと、該積分器38Dの出力又は前記分周カ
ウンタ94B後段の4ビツトバイナリカウンタで分周し
た前記リングカウンタ部12のノアゲート70出力(い
ずれか一方を選択しておく)を反転するインバニタ38
Eと、該インバータ38E出力に応じてリセットパルス
を発生し、前記リングカウンタ部12のノアゲート82
に出力するマルチバイブレータ38Fとから構成される
16パルス検出部38が設けられており、この16パル
ス検出部38の出力によって、付加パ□ルスが所定の1
6パルス発生された時に前記Dフリップ70ツブ42A
、42B、44A、44Bがリセットされている。 この付加パルス発生部34から発生される付加パルス(
実施例では入力1パルスにつき16パルス)により、第
5図に示した如く、ミニステップの1パルスを更に段階
的に駆動することができ、1パルス当りの駆動分解能を
更に小さくして、整定時間を短縮し、ミニステップ駆動
のステップ応答を大幅に改善して、回転振動も一層低減
することができる。なお付加パルス出力の傾きは、最高
周波数でも遅れないように設定スイッチ98A〜98C
で設定されている。なお、速度に応じて設定スイッチ9
8A〜98Cを自動的に切換えて、例えば速度のゾーン
毎に該ゾーン内の最高速度でも遅れることがないように
傾きを自動的に切換えるように構成することも可能であ
る。 本実施例では、更に、前記切換スイッチ60がオンとさ
れ、正反転独立データが選択されたときに、正反転デー
タの切換えを直ちに行うのではなく、実施例のユニポー
ラ駆動の場合、第3図に示した如く、励磁相が共に切換
えられ、正転用データと反転用データが共に零(励磁電
流が零)となつて、正転用データによる補正結果と反転
用テーブルによる補正結果が一致する1/4周期までデ
ータの切換えを遅らせるための1/4周期検出部36が
設けられている。 この1/4周期検出部36は、前記リングカウンタ部1
2の最上位可逆カウンタ12Cの出力QC,QDを反転
するインバータ110A、110Bと、該インバータ1
10A、110Bの出力及び前記可逆カウンタ12Cの
出力QC,QDの所定の組合わせの論理積を出力するア
ンドゲート112A〜112Dと、該アンドゲート11
2A〜112Dの出力を反転して遅延するインバータ1
14A〜114D及び積分器116A〜116Dと、各
アンドゲート112A〜112Dの出力と各積分器11
6A〜116Dの出力の論理積を出力するアンドゲート
118A〜118Dと、該アンドゲート118A〜11
8Dの論理積を1/4周期信号として前記正転・反転弁
別部30のDフリップフロップ48に出力するオアゲー
ト120とから主に構成されている。 前記切換スイッチ60が切換えられた時に、この1/4
周期検出部36から1/4周期信号が出力される迄、R
OMアドレス切換信号lの発生を遅らせることによって
、正転と反転で静止角度精度のヒステリシスが大きいス
テップモータ20を使用した場合でも、補正値のずれに
よる回転角のとびを防ぐことができる。 以下実施例の作用を説明する。 本発明を実施する際には、前記切換スイッチ60をオン
としておく、すると、入力パルスの正転方向(CW) 
、反転方向(CCW)に応じて、正転・反転弁別部30
からROM 14 A〜14CにROMアドレス切換信
号1が入力され、ROM 14A〜14Cのアドレスの
うち、例えば正転時には1から100番地まで、反転時
には101番地以降が選択される。従って、正転時と反
転時で異なる補正テーブルが用いられるので、正転時と
反転時の各々のステップピッチ特性に合わせた補正テー
ブルをROM14A〜14Cにそれぞれ記憶しておくご
とによって、ステップピッチ精度を高めて、1パルス毎
の回転量をより均一とじ、回転速度の定速性を向上し、
更に振動を低減することができる。 なお、本実施例の付加パルスに対応しな正転・反転のデ
ータ補正は、例えば久方1パルス分を単純に16分割し
た直線補正によって行うことができる。 発明者らの実験では、正転用補正テーブルを用いて正転
時の励磁電流補正を行った場合のステップピッチ精度は
第6図に示す如くであり、正転時と逆転時の平均値で励
磁電流補正を行った場合(前出第13図)に比べて、ス
テップピッチ精度が大幅に向上していることが明らかで
ある。 本実施例においては、付加パルス発生部34及び1/4
周期検出部36が設けられているので、より高精度な制
御を行うことができる。なお、これらの回路は省略する
こともできる。 前記実施例は、本発明を、ユニポーラ駆動による分解数
256のミニステップ駆動に適用したものであるが、本
発明の適用範囲はこれに限定されず、ミニステップ駆動
の分解数はいくらでもよい。 又、A相、B相そのままで駆動するようにしたバイポー
ラ駆動の場合にも同様に適用することができる。このバ
イポーラ駆動の場合、補正した励磁信号は、例えば第7
図に示す如くとなる。 更に、前記実施例においては、本発明が、定電圧駆動に
よる励磁電流補正に適用されていたが、本発明の適用範
囲はこれに限定されず、励磁電圧補正の場合にも同様に
適用することができる。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、正転、反転それぞ
れ1パルス毎の回転量がより均一となり、回転速度の定
速性が向上し、振動も低減する等の優れた効果を有する
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るユニポーラ駆動によるステップ
モータのミニステップ駆動装置の実施例の基本的な構成
を示すブロック線図、第2図は、前記実施例の一部の回
路構成を示す回路図、第3図は、前記実施例で用いられ
ている補正後の励磁信号の例を示す線図、第4図は、同
じく補正テーブルの例を示す線図、第5図は、前記実施
例の付加パルスを示す線図、第6図は、前記実施例にお
いて正転用補正テーブルを用いて正転時の励磁電流補正
を行った場合のステップピッチ精度の例を示す線図、第
7図は、バイポーラ駆動の場合の補正後の磁励信号の例
を示す線図、第8図は、通常のバイポーラ駆動によるミ
ニステップ駆動の励磁信号の例を示す線図、第9図は、
ミニステップ駆動装置の基本的な回路構成の例を示すブ
ロック線図、第10図は、正弦波及び余弦波をそのまま
励磁信号とした場合のステップピッチ精度の例を示す線
図、第11図は、励磁電流を従来技術により補正した場
合の補正後の励1!i電圧の例を示す線図、第12図は
、従来例における励磁電流補正を行わなかった場合の正
転方向と反転方向のステップピッチ精度の例を比較して
示す線図、第13図は、正転方向と反転方向の平均値で
補正した場合の正転方向のステップピッチ精度の例を示
す線図、第14図は、同じく反転方向のステップピッチ
精度の例を示す線図である。 12・・・リングカウンタ部、 12A〜12C・・・可逆カウンタ、 14・・・リードオンリーメモリ(ROM)部、14A
〜14C・・・ROM。 16・・・D/Aコンバータ部、 16A、16B・・・D/Aコンバータ、18・・・駆
動回路、 20・・・ステップモータ、 30・・・正転・反転弁別部、 1・・・ROMアドレス切換信号、 32A・・・正転用補正テーブル、 32B・・・反転用補正テーブル、 60・・・切換スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ステップモータの各相励磁信号の大きさを細かく
    変化させることによつて、安定点の位置を徐々に移動さ
    せ、ステップ角を微細化すると共に、1パルス毎の回転
    量が均一となるように、モータ特性に合わせて前記励磁
    信号を補正するようにしたステップモータのミニステッ
    プ駆動装置において、 モータ正転時に前記励磁信号を補正するための正転用補
    正テーブルと、 モータ反転時に前記励磁信号を補正するための反転用補
    正テーブルとを設け、 モータ正転時と反転時で独立した励磁信号補正を行うこ
    とを特徴とするステップモータのミニステップ駆動装置
JP4148888A 1988-02-24 1988-02-24 ステツプモータのミニステツプ駆動装置 Pending JPH01218393A (ja)

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JP4148888A JPH01218393A (ja) 1988-02-24 1988-02-24 ステツプモータのミニステツプ駆動装置

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