JPH01286799A - ステッピングモータの微小角駆動回路 - 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の移動角を従来にも増して
微小に分割して駆動させる事により、その回転運動及び
停止精度を高めたステッピングモータの駆動回路の改良
に関する。

（従来の技術） ステッピングモータはパルスモータあるいは階動電動機
とも称され、入カパルス仁対応してステップ駆動される
ものであり、２相〜多相式のものなど各種のものが実用
に供されている。５相ステツピングモータを例にとって
みれば、従来の駆動方式として１パルスで０．７２°又
は０．３６°で駆動されているものであるが、移動角が
粗であって回転が円滑でないという欠点やドライブ周波
数との間に機械的な共振点があり、この周波数において
は駆動出来ないという現象が生ずるというような欠点が
あった。そこで、これらステッピングモータに特有な欠
点を克服するためにモータコイル（＾）（Ｂ）・・・の
電流制御を行い、合成トルクベクトルの方向を徐々に変
化させる事により、Ｏ，フ２°を１０分割あるいは２０
分割して１パルスで０．０７２°又は０．０３６゜等の
移動角でステップ駆動させる駆動方式が望まれていた。

この要望に対して、従来は、第１図に示すように１つの
モータコイル（＾）（Ｂ）・・・に対して４個の出力素
子（Ｔｒｔ）（丁ｒ−）（Ｔｒｓ）（Ｔｒ−）・”をブ
リッジに組み、＋■の電圧をモータコイル（＾）（Ｂ）
・・・に与える事により駆動電流をモータコイル（＾）
（Ｂ）・・・に流し、このモータコイル（＾）（Ｂ）・
・・に流れた駆動電流を相電流検出用センス抵抗（Ｒ１
＞・・・でモータコイル（＾）（Ｂ）・・・毎に各々検
出し、モータコイル（＾）（Ｂ）・・・毎に出力素子（
Ｔｒ）を独立してスイッチング制御し、（ｆ！→０→Ｅ
）と言うようにトルクベクトルを徐々に変化させて微小
角駆動を行う（即ち、５相パルスモータであれば、５つ
のモータコイル（＾）（Ｂ）　（Ｃ）　（Ｄ）　（Ｅ）
の駆動電流を５つのモータコイル制御回路（Ｍｌ）〜（
Ｍ５）が各々電流制御し、各々の出力素子（Ｔｒｌ）〜
（Ｔｒｉ、）を適宜スイッチング制御して、モータコイ
ル電流をコントロールする。）という方法を採っていた
。く第１，２図） （発明が解決使用とする問題点） 処が、この方式では、 ■　各相に４個の出力素子（Ｔｒ、　＞（Ｔｒ、）（Ｔ
ｒｓ）（Ｔｒ−）・・・をブリッジに組み、各相毎に駆
動電流を検出してコントロールしているため、５相ステ
ツピングモータではモータコイル制御回路（Ｍ）が５個
（換言すれば、出力素子（Ｔｒ）が２０個、検出回路が
５個）必要となって回路全体が繁雑になり、コストアッ
プの原因となるものであり、 ■　＋■の電圧を各相毎に制御しているために最低でも
５個の出力素子（Ｔｒ）をスイッチング制御しており　
（換言すれば、４個の出力素子（Ｔｒ）で定格電流のス
イッチング制御をなし、残りの１個の出力素子（Ｔｒ）
で微小角駆動電流のスイッチング制御をなす、）、その
結果５個の出力素子（Ｔｒ）の発熱による電力損失やス
イッチングノイズが発生すると言う欠点があり、 ■　更に、十■の電圧を各相毎にスイッチング制御して
いるためにモーターコイル（＾）（Ｂ）・・・に流れる
定格電流と微小角駆動電流に電流リップルが生じ、その
結果、停止時に停止位置の安定性に欠けるという欠点も
ある。

本発明は、このような従来例の欠点に鑑みてなされたも
ので、その目的とする処は、従来例に比べて簡素な回路
構成であるにも拘わらすモータコイルに流れる駆動電流
量を徐々に変化させて駆動ベクトルを合成した合成ベク
トルの方向を漸次変え、これにより微小角駆動を可能と
し、加えて出力素子の発熱による電力損失やスイッチン
グノイズの発生をほとんど無くす事が出来、更に、モー
ターコイルに流れる定格電流と微小角駆動電流に電流リ
ップルの発生を無くす事が出来て回転の滑らかさの向上
や停止位置の安定性を高める事が出来たステッピングモ
ータの微小角ｗＡ９ｊＪ回路を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明回路は、上記目的を達成するために、第１項に記
載したように： ■ｎ相のモータコイル（＾）（Ｂ）・・・を環状に結線
し、０２個１組の出力素子（Ｔｒ、）（Ｔｒｔ）・・・
を直列接続すると共に真出力素子（Ｔｒｔ）（Ｔｒｚ）
・・・の接続点に微小角駆動用素子（Ｔｒｚ）・・・を
接続して１相のモータコイル制御回路（Ｍｌ）（Ｍｌ）
・・・を形成し、■ｎ相のモータコイル制御回路（Ｍｌ
）（Ｍ、）・・・を並列接続してステッピングモータの
駆動回路（Ｓ）を構成し、 ■前記一対の出力素子（Ｔｒｔ）（Ｔｒｔ）・・・に並
列に平滑／駆動コンデンサ（４）を接続すると共にグラ
ンドに接地されたＤＶｌ［圧制御用センス抵抗（Ｒ１＞
を平滑／駆動コンデンサ（４）に直列接続し、■互いに
接続された微小角駆動用素子（Ｔｒ＋＋）（Ｔｒｔ、）
・・・の出力端にグランドに接地された微小角駆動用セ
ンス抵抗（Ｒｇ）を直列接続する。

と言う技術的手段を採用しており、第２項では；■モー
タコイルの相数を５相として５相のモータコイル（＾）
〜（Ｅ）をペンタゴン結線し、■モータコイル制御回路
（Ｍｌ）〜（Ｍ、）も５組とする。

；と言う技術的手段を採用している。

〈作　　用） しかして、第４図■■■■■・・・に示すように、モー
タコイル（＾）（Ｂ）・・・が順次励磁されて行くので
あるが、Ｐ点では■→■→■に合わせて（＋）→（ハイ
インピーダンス）→（−）と言うように、Ｑ点では■→
■→■に合わせて（−）→（ハイインピーダンス）→（
＋）と言うように変化していく、このＰ点及びＱ点の電
圧変化を徐々に行わせる事により、ステッピングモータ
の微小角駆動が行なわれるものである。

（実　施　例） 以下、添付図面によって本発明の一実施例を詳述する０
本実施例では、５相ステツピングモータを例に取って説
明するが、勿論、これに限られるものでなく、２相〜多
相ステツピングモータに適用出来る事は言うまでもない
。

第３図は本発明にかかる駆動回路の第１実施例で、直流
電源（図示せず、）の出力をチシッパ制御する半導体チ
ョッパ（１）、半導体チョッパ（１）をパルス幅変調ス
イッチング作用によって制御する定格電流検出回路（図
示せず）、フライホイルダイオード（２）、半導体チ日
ツバ（１）の出力側は直列に挿入されたりアクドル（３
）、平滑／駆動コンデンサ（４）、ステッピングモータ
制御回路（Ｓ）などから構成されている。直流電源（図
示せず、）は一般には交流電源を全波整流して得た直流
電源が用いられる。

まず、ステッピングモータ制御回路（Ｓ）に付いて説明
する。まず、２個の出力素子（Ｔｒｙ）（Ｔｒ寞）〜（
Ｔｒｓ）（ｔｒ＋＊）を隣接させて直列接続し、且つこ
の一対の出力素子（Ｔｒ＋）（Ｔｒｚ）・・・の接続点
に微小角駆動用素子（Ｔｒｚ）・・・を接続してモータ
コイル駆動回路（Ｍ）を構成する０次いで、ステッピン
グモータの相数樟等しい組み（５相ステツピングモータ
であれば、５組）のモータコイル制御回路（Ｎ、）〜（
Ｍ、）を並列接続してステッピングモータ制御回路（Ｓ
）を構成し、出力素子（Ｔｒ＋　）（Ｔｒｔ）〜（Ｔｒ
ｓ）（Ｔｒ＋−の接続点とステッピングモータのモータ
コイル（＾）〜（Ｅ）の接続点とをそれぞれ接続する０
本実施例では５相ステツピングモータを例として採用し
ているので、Ａ〜Ｅ相まで５個のモータコイル制御回路
（Ｍｌ）〜（Ｍ、）が設けられている。ここで、図の結
線方式はペンタゴン結線と呼ばれる結線方式で、各モー
タコイル（＾）〜（Ｅ）の接続点を（＋）、（−）にす
る事により、ステッピングモータのモータ駆動がなされ
る事になる。勿論、ステッピングモータの相数が５相で
ない場合には、ステッピングモータの相数に対応せるモ
ータコイル制御回路（Ｍ　＋　）　（Ｍ、）・・・が設
けられる事になる。ＤＶ電圧（＋）を平滑にすると同時
に安定な電圧とするための平滑／駆動コンデンサ（４）
は出力素子（Ｔｒ、）（Ｔｒｙ）・・・に並列に接続さ
れており、リアクトル（３）から流れてくる電流をその
充・放電特性により、ＤＶ電圧制御用センス抵抗（Ｒ＋
）に直ちに伝え、これによりＤＶ電圧（＋）は定電流コ
ントロール電源として安定な制御がなされるのである。

微小角駆動用センス抵抗（Ｒ２）並びにＤＶ電圧制御用
センス抵抗（Ｒ１）はこれらの電圧降下がＤＶ電圧（十
）に対して無視できるような小さいインピーダンスのも
のを用いである。

以上の構成において、直流電源の＋■電圧をパルス幅変
調スイッチング制御して得たＤＶ電圧（＋）をパルスモ
ータのモータコイル（＾）〜（Ｅ）に与え、駆動電流を
流すことによりモータ駆動がなされるのである。即ち、
本回路では、ペンタゴン結線における４−５相励磁シー
ケンスを徐々に変化させる事により、ロータのＡ−Ｅの
各相に生起したベクトルを合成した合成ベクトルの方向
を徐々に変化させて微小角駆動を行うものである。

又、ＤＶ電圧コントロールはＤＶ電圧制御用センス抵抗
（Ｒ１）により、微小角駆動コントロールは微小角駆動
用センス抵抗（Ｒ２）にて行なわれるよう仁なっている
。

これを等価回路で示した第５１５ｉ１１に従って説明す
る。

ａ）　４相励磁の場合、Ｃ，Ｄ相では出力素子（Ｔｒｓ
）（Ｔｒ、）（Ｔｒ、）がオンになってそれぞれに（ｉ
、）の電流が流れ、この和（２ｉ、）がＤＶ電圧制御用
センス抵抗（Ｒ１）に流れるのであるが、このリアクト
ル（３）から流れてくる電流を平滑／駆動コンデンサ（
４）の充・放電特性により、ＤＶ電圧制御用センス抵抗
（Ｒ１）に直ちに伝え、これによりＤＶ電圧（＋）は定
電流コントロール電源として安定な制御がなされるので
ある。

一方、Ａ、Ｂ相にあっては出力素子（Ｔｒｌ）（Ｔｒｓ
）並びに微小角駆動用素子（Ｔｒｌ）がオンになってそ
れぞれに（ｉ、）の電流が流れ、この和（２ｉ、）が微
小角駆動用センス抵抗（Ｒ１）に流れるのである。この
場合Ｅ相の両端は（＋）電圧が印加しているために電流
が流れない、これが第４図■の状態である。

ｂ）　続いて、５相励磁に移行するのであるがこの場合
、Ｃ，Ｄ相の電流は出力素子（Ｔｒ＝＞（Ｔｒ−）並び
にＧＮＤ側の出力素子（Ｔｒｙ）がオンになってＤＶ電
圧制御用センス抵抗（Ｒ１）に２倍の定格電流（２ｉ。

）が流れ、ａ）に引き続いてＤＶ電圧（＋）のコントロ
ールが行なわれる。

一方、出力素子（Ｔｒｓ）並びに微小角駆動用素子（Ｔ
ｒａｔ）がオンになってＢ相に定格電流（ｉ、）が、又
、出力素子（Ｔｒ、）と前記微小角駆動用素子（Ｔｒａ
ｔ）がオンになっていてＥ、Ａ相に（ｉＥ）、＜ｉＡ）
の微小角駆動電流が流れ、これらの和（＋ｅ＋＋ｙ）が
微小角駆動用センス抵抗（Ｒ７）に流れて微小角駆動コ
ントロールが行なわれるのである。

即ち、出力素子（Ｔｒｚ）がオフであって、出力素子（
Ｔｒｙ）をスイッチング制御して微小角駆動電流の制御
を行うと、微小角駆動用センス抵抗（Ｒ２）に電流（ｉ
、十ｉ＾＝　ｉｌｌ＋　ｉＥ＋ｉＸ）が流れる事になる
。これが第４図■の状態である。

Ｃ）　次ぎに、出力素子（Ｔｒｙ）がオフとなり、続い
て出力素子（Ｔｒｚ）が徐々にオンとなってくるとＥ相
の電流の一部が出力素子（Ｔｒｚ）に流れ込んで、（ｉ
Ｅ＝ｉ＾＋ｉＸ）となり、 微小角駆動用センス抵抗（Ｒ１）には、電流（ｉ、＋　
ｉ＾＋　ｉＸ＝　ｉｏ＋　ｉＥ）が流れる事になり、最
終的には第４図■の状態となる。

即ち、Ｃ，Ｄ相では出力素子（丁ｒｓ）（Ｔｒｓ）（Ｔ
ｒ−）がオンになってそれぞれに（１０）の電流が流れ
、この和（２ｉ　、　）がＤＶ電圧制御用センス抵抗（
Ｉｔ、）に流れ、引き続いて平滑／駆動コンデンサ（４
）の充・放電特性によりＤＶｆｔ圧（＋）コントロール
を行うのである。

一方、Ｂ、Ｅ相にあっては出力素子（Ｔｒｓ）（Ｔｒｓ
）並びに微小角駆動用素子（Ｔｒｚ）（Ｔｒａｔ）がオ
ンになってそれぞれに（ｉゆ）の電流が流れ、この和（
２ｉゆ）が微小角駆動用センス抵抗（Ｒ８）に流れるの
である。

この場合Ａ相の両端の電位は（−）となっていて電流が
流れない、（第４Ｉ５１Ｉ■の状態）従って、２１・→
１．５ｉｓ→２ｉｏにて第４図■■■・・・の微小角駆
動がなされる事になる。

以下、これをシーケンスに従って順次繰り返す事により
、■→■→■・・・というように進行して微小角駆動が
なされる事になる。

（効　　果） 本発明は軟土のように、ｎ相のモータコイルを環状に結
線し、２個１組の出力素子を直列接続すると共に再出力
素子の接続点に微小角駆動用素子を接続してｎ相のモー
タコイル制御回路を形成し、ｎ相のモータコイル制御回
路を並列接続してステッピングモータの駆動回路を構成
し、前記一対の出力素子に並列に平滑／駆動コンデンサ
を接続すると共にグランドに接地されたＤＶ［圧制御用
センス抵抗を平滑／駆動コンデンサに直列接続し、互い
に接続された微小角駆動用素子の出力端にグランドに接
地された微小角駆動用センス抵抗を直列接続しであるの
で、シーケンスに従って素子をオン・オフ制御すること
により、各モータコイルとロータの開で発生する互いに
方向の異なる駆動ベクトルの大きさを適宜漸増乃至漸減
させる事が出来、その結果前駆動ベクトルを合成した合
成ベクトルの方向を漸次変えていく事によりステッピン
グモータの微小角駆動を行うものである。ここで、 ■定格電流が流れる相については２相分の定格電流を制
御するためのＤＶ電圧制御用センス抵抗にて定格電流の
コントロールを行い、微小角駆動を行う２つの相におい
ては当該相に接続された２個１組の出力素子乃至微小角
駆動用素子のいずれかをスイッチング制御して微小角駆
動用センス抵抗を通る電流を２１．→１．５ｉ、→２ｉ
ｏに変化させ、その結果、定格電流制御用のＤＶ電圧制
御用センス抵抗の電圧変化を検知するため検知回路と、
微小角駆動用センス抵抗の電圧変化を検知する検知回路
の２回路で微小角駆動出来ると言う利点があり、 ■（ｎ−１）相励磁時は（ｎ−１）相に、ｎ相励磁時は
（ｎ−２）相のモータコイルに流れる定格１！流は、定
格電流制御回路にて安定に制御されたＤＶ電圧にて流さ
れる事になり、ｎ相励磁時の残りの２相分のみが微小角
駆動電流ｆｆ１１ｍ回路にてスイッチング制御されてリ
ップルをわずかに生ずるものであり、その結果リップル
発生量は全相にわたってリップルが発生する従来例のｌ
／ｎになり、その結果ステッピングモーターの振動が少
なく、且つ、停止位置が安定するという利点も有り、■
　スイッチング制御される素子が回路全体で半導体チョ
ッパと微小角駆動を行っている２つの内いずれかの出力
素子の計２個しかないためｎ個の出力素子を作動させね
ばならない従来回路に比べて熱損失が少なく、又、スイ
ッチングノイズも少ないという利点もある。

更に、軟土のような方式を採用しているので、出力素子
の数も従来の３７４となり、回路全体を簡素化する事が
出来、コストダウンに寄与すると言う利点がある。

又、グランドに接地されたＤＶ電圧制御用センス抵抗を
平滑／ｗＡ勤コンデンサに直列接続しであるので、リア
クトルから流れてくる電流をその充・放電特性により、
ＤＶ電圧制御用センス抵抗に直ちに伝えられ、ＤＶ！圧
（ト）が定電流コントロール電源として安定な制御がな
されると言う利点がある。

尚、ステッピングモータの２相弐〜多相式まで応用は言
うまでもなく自在である。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・一部を省略した従来回路結線図、第２図・
・・従来回路の励磁パターンシーケンス図、第３図・・
・本発明の第１実施例の駆動回路結線図、第４図・・・
本発明の励磁コイルの模式図、第５ｙ４・・・本発明の
第１実施例の５相励磁時の等価回路図、 第６５１・・・本発明の励磁パターンシーケンス図。 （Ｎ）・・・モータコイル制御回路、 （＾）〜（Ｅ）・・・モータコイル、 （Ｒ）・・・センス抵抗、　　（Ｔｒ）・・・出力素子
、（１）・・・半導体チョッパ、 （２）・・・フライホイルダイオード、（３）・・・リ
アクトル、　　（４）・・・平滑／駆動コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ｎ相のモータコイルを環状に結線し、２個１組
   の出力素子を直列接続すると共に両出力素子の接続点に
   微小角駆動用素子を接続してｎ相のモータコイル制御回
   路を形成し、ｎ相のモータコイル制御回路を並列接続し
   てステッピングモータの駆動回路を構成し、前記一対の
   出力素子に並列に平滑／駆動コンデンサを接続すると共
   にグランドに接地されたＤＶ電圧制御用センス抵抗を平
   滑／駆動コンデンサに直列接続し、互いに接続された微
   小角駆動用素子の出力端にグランドに接地された微小角
   駆動用センス抵抗を直列接続してなることを特徴とする
   ステッピングモータの微小角駆動回路。
2. （２）　モータコイルの相数を５相として５相のモータ
   コイルをペンタゴン結線し、モータコイル制御回路も５
   組とした事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ステッピングモータの微小角駆動回路。