JPH01231694A - ステッピングモータの励磁電流プロファイル較正方法 - Google Patents

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） 本発明は、ステッピングモータをアクチュエータとして
使用している装置に対して、ステッピングモータの駆動
中に発生する速度振動を抑え、精密位置決め、騒音防止
等を実現するためのステッピングモータの励磁電流プロ
ファイルを較正する方法に関する。

（従来の技術） ステッピングモータのマイクロステップ駆動では、１ス
テップ分を１周期とする正弦関数の励磁電流を各励磁相
に位相をずらして励磁することにより分解能の高い駆動
を行っている。ところが、ステッピングモータは製品の
仕様により励磁電流プロファイルが正確な正弦関数にな
っておらず、単に正弦波状の励磁電流で駆動したのでは
、高精廉な位置決めができなかったり、定速回転ができ
ないという問題があった。例えば、第３図に２相ステツ
ピングモータの励磁電流を示すように、Ａ相、Ｂ相に励
磁する正弦波状の励磁電流２２．２４と、真の励磁電流
プロファイル２３．２５とはずれているため、高精度の
位置決めはできない。

これを解決するため、励磁電流プロファイルの較正を行
っていた。

従来は各メーカの技術資料に示されるように以下の較正
方法が用いられていた。ステッピングモータのひとつの
相を一定な励磁電流で励磁すると可動子はある安定点で
静止する。可動子にトルク（力）を与えて安定点より移
動させると元に戻ろうとする静トルク（力）が発生する
が、逆にそのトルク（力）を発生するような励磁電流に
すると可動子は移動された点を安定点とする。ステッピ
ングモータでは静トルク（力）と励磁電流は比例するの
で、移動量と静トルク（力）との関係が求まれば移動量
と励磁電流の関数は求められる。移動量と静トルク（力
）との関係は、トルク（力）計により実測して求める。

最後にステッピングモータに与えられる負荷の分のトル
クにカ）を静トルク（力）に加えて、負荷を持つ可動子
が１ステップの移動量を等分割した各点に移動させる各
相の全ての励磁電流値を求めるとマイクロステップ駆動
を行うための励磁電流プロファイルが較正される。尚文
中、トルクは回転型のステッピングモータに関して用い
る言葉で、力はリニア型のステッピングモータに関して
用いる言葉である。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術において記した静トルク（力）特性曲線を求
めるためにはトルク（力）を測定する専用の測定器が必
要である。しかし、通常ステッピングモータをアクチュ
エータとする装置にそのような測定機能を付加するとこ
は不可能であり、測定器にステッピングモータを移し換
えて測定しなければならないという問題点があった。従
って、負荷変動や経年変化、組立誤差を考慮して較正し
なおすことは困難であった。

これに対し、本発明は通常のステッピングモータをアク
チュエータとする装置に付加できる測定機能を使用する
ことにより励磁電流のプロファイルの較正を行える方法
を得ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によるステッピングモータの励磁電流プロファイ
ル較正方法は、Ｍ個の励磁相を有するステッピングモー
タでマイクロステップ駆動を行うに際し、実効値が定格
電流値になり可動子の１ステップの移動が１周期分に相
当する正弦関数でひとつの相の励磁電流関数を定義し、
前記励磁電流関数を順に１８０゜／Ｍ位相をずらしたも
のを残りの各相の励磁電流関数とし、前記定義した全て
の相の励磁電流関数よりなる仮励磁電流プロファイルで
励磁したときの前記可動子の移動量の実測を行い、可動
子の１ステップの移動量を等分割した各点に対応する各
相の励磁電流値の組を求め励磁電流プロファイルとする
ことを特徴とする。

（作用） 本発明では、１ステップを１周期とする正弦波の励磁電
流で負荷を付けた状態のステッピングモータの各励磁相
に位相をずらして励磁し、その励磁電流に対応した移動
量を測定する。この測定結果から移動量と励磁電流の関
係を求め励磁電流プロファイルとする。つまり、必要な
トルク（力）に対し励磁電流を求めるのではなく、負荷
を与えられた状態の可動子の移動量に対し励磁電流を求
めている。従って本発明では、移動量の検出に用いる回
転角度検出器や位置検出器などが簡単に装置に取付けら
れるので随時較正が可能となるという効果がある。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。ここで
は、簡単のために回転型の分布型２相ＶＲ型ステツピン
グモータの場合の例を挙げて説明する。

本発明の方法は第２図に示す以下の構成のような装置に
より実現できる。負荷２２を持つステッピングモータ１
８にエンコーダ１９を付けたものに対してコンピュータ
２１より電流増幅アンプ２０を介して前記ステッピング
モータのＡ相、Ｂ相を励磁電流Ａ１、Ａ２で励磁し、そ
の励磁電流の値を変化させて前記ステッピングモータを
駆動し、前記エンコーダより回転角を検出する。

回転型の分布型２相ＶＲ型ステツピングモータは、１回
転をロータ歯数Ｎで割りさらに励磁相の数Ｍで割った回
転角が最小回転角である。ところで本発明のマイクロス
テップ駆動は、ひとつの相の可動子の１ステップ分 θ、　＝　３ＥｉＯ°／ＮＰ＃、　　　　　　　　（１
）をさらにＮ　２（Ｎ　２　＞　Ｍ　）で細分割し最小
回転角よりも細かい送りでステッピングモータを駆動す
るものである。

以下本発明に従い、第１図によりマイクロステップ駆動
を行うための励磁電流プロファイルの較正について説明
する。

第１図は、本発明の励磁電流プロファイルを較正するフ
ロー図を示す。

ブロック１では、次のブロック２で仮励磁電流を求める
ための諸変数の定義を行う。

ます、マイクロステップ駆動の分割数Ｎ２の整数倍のＮ
１を定義する。Ｎ、は最小回転角をさらに細かく分割し
て仮励磁電流プロファイルを求めるときの分割数であり
、後で励磁電流プロファイルを実測値より較正する際に
、実測値の数が十分与えられるように定義する。次にひ
とつの相の可動子の１ステップ分をＮ１分割した ｄθ＝θ工／　Ｎ　。

を求め、測定するための回転角の進み角とする。

ブロック２では、前記仮励磁電流プロファイルを求める
。前記Ａ相の励磁電流を回転角θがＯから６丁の間では
次の正弦関数 Ａｌｏ　（θ）　−、ｆ；ｉＡ　ｓ　ｉ　ｎ　（ω）　
　　　（２＋で、また前記Ｂ相の励磁電流を９０°位相
がずれたＡ２′　（θ）　−ｆテＡｓ　ｉ　ｎ　（ω＋
９０°）（３１で仮定する。ここで、 ω＝３６０°　・０７０丁 Ａ　前記ステッピングモータの定格電流である。そこで
、前記正弦関数の１周期分をＮ。

分割した関数の組 ＬＡ＋　　（ｒｚ　）　、Ａ２　　（ｎｌ　）　１−（
Ａｌｏ　（ｒｚ　ｄθ）、 Ａ２°　（ｒｚ　ｄθ）　’　＋　　　　　　（４１０
１：整数（０≦ｎ、＜Ｎ、） を定義する。そして、θ−〇〜θニーｄθの範囲でｄθ
毎に（２）、（３）式に従い各相の励磁電流を求め、（
４）式のような組にし仮励磁電流プロファイルとする。

ブロック３では、ブロック２で求めた前記仮励磁電流プ
ロファイルに対して実際に励磁した時の回転角を測定す
る。ここで（４）式の （Ａ＋　　（ｎｌ　）　、Ａ２　　（ｎｌ　））で励磁
した時の回転角をθ＋（ｎｌ）とおく。仮励磁電流プロ
ファイルは、ｎ□についてＯからＮ１−１までのＮ１組
の人相とＢ相の励磁電流よりなるが、それぞれの組につ
いて励磁を行い、その時の回転角をエンコーダで読み取
りθ１（ｎｌ　）を求める。

ブロック４では、ブロック５で励磁電流プロファイルを
求めるための諸変数の定義を行う。まず、マイクロステ
ップ駆動を行うための分割数としてＮ２を定義する。Ｎ
２はマイクロステップ駆動が滑らかに行われるよう十分
分解能が高いものを選択する。その励磁電流プロファイ
ルの進み角は、 ｄθ＝θ１／Ｎ２ で定義される。

ブロック５ては、分割数Ｎ２のマイクロステップ駆動を
行うための励磁電流プロファイルを求める。この励磁電
流プロファイルは、θ＝Ｏ〜θ１−ｄθの範囲で進み角
がｄθとなるような励磁電流の組よりなる。そこで、上
記のθの範囲で次のような較正を行う。まず、ｎ２番目
（０≦ｎ２〈Ｎ２）の回転角を０２（ｎ２）とおく。前
記励磁電流プロファイルに従い実測で得られたθ＋（ｎ
　＋）のうちで０２　（ｎ２）　に最も近いものを選び
θ＋”（ｒｚ）とする。この選んたθ１”　　（ｎｌ）
に対応する励磁電流の組が０２　（ｎ２）の較正された
組となる。これを全てのｎ２について行うと目的の励磁
電流プロファイルが得られる。

この励磁電流プロファイルを前記ステッピングモータに
適用する場合には、上記した方法による較正を可動子の
特定の１ステップだけてなく全体について行い、全体の
ばらつきを考慮した励磁電流プロファイルを作成する必
要がある。従って同様の較正をＮ分割された全てのステ
ップについて行い、例えば平均をとって代表の関数とし
て最終的なステッピングモータの例磁電流プロファイル
とする。

ここでは、回転型のステッピングモータの場合の較正方
法を示したか、リニア型に対しても位置検出器を付加し
たものであれば、同様に行い得ることはもちろんである
。

（発明の効果） 本発明に比べた例磁プロファイルの較正方法に従いマイ
クロステップ駆動を行うと、励磁プロファイルの曲線が
正弦関数のものを用い駆動した場合には第４図に示すよ
うに上記の回転角６丁のなかに４周期の速度変動が見ら
れたのが、第５図に示すように速度変動がなくなる。従
って、この方法により速度変動を抑えることが可能なこ
とは明白である。

さらに、本方法ではトルク（力）一定を目標に励磁プロ
ファイルの較正を行うのではなく、ある励磁で可動子が
停止している点から次の励磁にしたときに動く移動量が
常に一定になるように較正を行うものであるから、通常
ステッピングモータをアクチュエータとする装置につい
ている回転角（位置）を検出するセンサ類を用いて較正
を行える。従って、従来の方法に比ベステッピングモー
タ個々のばらつき、及び経年変化、負荷変動に対処しや
すい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の励磁プロファイルの較正方法を実行す
るためのフロー図、第２図は本方法を適用するステッピ
ングモータをアクチュエータとする装置の１例を示す図
、第３図は本発明の較正方法を示す図、第４図は例磁電
流プロファイルを正弦関数で定義し駆動を行った場合の
角速度信号を測定したものを示す図、第５図は本発明の
方法にまり例磁プロファイルを較正して駆動した場合の
角速度信号を測定したものを示す図である。 図において、１８はステッピングモータ、１９はエンコ
ーダ、２０は電流増幅アンプ、２１はコンピュータ、２
２は負荷、２８は回転角検出回路をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｍ個の励磁相を有するステッピングモータでマイクロ
   ステップ駆動を行うに際し、実効値が定格電流値になり
   可動子の１ステップの移動が１周期分に相当する正弦関
   数でひとつの相の励磁電流関数を定義し、前記励磁電流
   関数を順に１８０゜／Ｍ位相をずらしたものを残りの各
   相の励磁電流関数とし、前記定義した全ての相の励磁電
   流関数よりなる仮励磁電流プロファイルで励磁したとき
   の前記可動子の移動量の実測を行い、可動子の１ステッ
   プの移動量を等分割した各点に対応する各相の励磁電流
   値の組を求め励磁電流プロファイルとすることを特徴と
   するステッピングモータの励磁電流プロファイル較正方
   法。