JPH01315299A - ステッピングモータ制御回路 - 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】 本発明ステッピングモータ制御回路を以下の項目に従っ
て説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ　発明の概要 Ｃ従来技術［第５図、第６図］ ａ　−船釣背景 す、従来例［第５図、第６図コ Ｄ　発明が解決しようとする課題 ５０課題を解決するための手段 Ｆ　実施例［ｉ１図乃至第４図］ ａ　ステッピングモータ［第１図、第２図コ ａ−１９巻線構造［第１図］ ａ−２１発生トルクと通電区間［第 ２図］ ５３回路［第３図］ ｂ−１，駆動部 ｂ−２９位置検出器 ｂ−３，遅れ角補正回路 Ｃ０動作［第４図］ Ｇ　発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は新規なステッピングモータ制御回路に関する。

詳しくは、ステッピングモータのもつ制御性の良さを失
うことなく効率の改善を図ることができる新規なステッ
ピングモータ制御回路を提供しようとするものである。

（Ｂ　発明の概要） 本発明ステッピングモータ制御回路は、ステッピングモ
ータを駆動する駆動回路と、外部からの指令信号に応じ
て駆動回路に所定の相励磁信号を送出する相励磁信号発
生回路と、ステッピングモータのロータ位置を検出する
ロータ位置検出手段と、通電時におけるステッピングモ
ータのロータとステータとの間の位相関係を補正する位
相補正手段とを有するステッピングモータ制御回路であ
って、通常の開ループ制御と同様に外部からの指令信号
にもとづいて作り出される相励磁信号によりステッピン
グモータを駆動することができ、位相補正手段がロータ
位置検出手段により検出されるロータ位置とその制御目
標とされるロータ位置との位相差に応じた補正信号を駆
動回路に送出して、ロータとステータとの位相関係にお
いて最も効率の高い所でステッピングモータへの通電が
行なわれるように制御し、これによってステッピングモ
ータのもつ制御の簡便性を損なうことなくステッピング
モータを効率良く駆動することができるようにしたもの
である。

（Ｃ，従来技術）［第５図、第６図コ （ａ、−数的背景） 一般に、ステッピングモータは、モータの総回転角が人
力パルスの総数に比例し、その速度がパルスレートに比
例するという制御上の簡便性を有しているため間ループ
制御による駆動方式を用いる場合が多い。

しかしながら、開ループ制御による駆動方式では脱調や
振動等の問題以外に通電時におけるロータとステータと
の間の位相関係が一定していないため、モータとしての
効率が低いという問題がある。

（ｂ　従来例）［第５図、第６図］ そこで、上記した効率の低さを改善するために、ロータ
の位置を検出し、入力情報に補正を加えることができる
ようにした閉ループ制御回路が知られている。

第５図はそのような閉ループ制御回路の一例ａを示すも
のである。

図中すは４相ステツピングモータである。

Ｃはステッピングモータｂのロータ位置を検出するため
の位置検出器であり、９０°の位相差を有する２つのホ
ール素子が用いられている。

ｄは励磁パルス発生回路であり、位置検出器Ｃからのパ
ルス信号にもとづいてステッピングモータｂの各相励磁
信号を得るために設けられている。

ｅは速度制御回路であり、Ｆ／Ｖ変換回路ｆ及び加算器
ｇとから成り、位置検出器Ｃからの信号をＦ／Ｖ変換し
て目標電圧との比較を行なった後、これを増幅するもの
である。

ｈは乗算器であり、励磁パルス発生回路ｄからの各相励
磁信号と速度制御回路ｅからの比較出力とを乗算して励
磁パルスの振幅を制御するために設けられており、その
出力を増幅回路ｉに送出するようにされている。

しかして、閉ループ制御回路ａの動作は次のようになる
。尚、第６図に示すタイムチャート図においてＨ，、Ｈ
２は位置検出器Ｃの各出力、Ａ、Ｂ、Ａ、■は各相励磁
信号、ＤＬはデイレイパルス、Ｆ／ＶはＦ／Ｖ変換回路
ｆ内における信号処理の様子を示している。

先ず、位置検出器Ｃからの信号Ｈ，、Ｈ２が励磁パルス
発生回路ｄ及び速度制御回路ｅに送られる。

すると、励磁パルス発生回路ｄが信号ＨＩ　ｓＨ２をも
とに各相励磁信号Ａ、Ｂ、Ａ、丁を発生させる。

また、速度制御回路ｅは信号Ｈ２の立上がりから所定時
間遅れたデイレイパルスを発生させ、その立ち下がりか
ら所定の傾斜をもった鋸歯状波を作り出す。そして、こ
の鋸歯状波を用いて信号Ｈ，をＦ／Ｖ変換し、その出力
電圧と目標電圧とを比較して増幅した後、これを乗算器
りに送出する。

よって、乗算器りにおいて上記出力信号により相励磁信
号Ａ、Ｂ、−ス、コの振幅の制御がなされ、これが増幅
回路ｉに送られた後ステッピングモータに送出される。

従って、通電時におけるロータとステータとの間の位相
関係が常に一定になるように制御されるため効率の改善
が図られることになる。

（Ｄ、発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような閉ループ制御回路にあっ
ては効率面での改善はなされるがステッピングモータ本
来の持つ制御性の良さが失われてしまうという問題があ
る。

即ち、従来例にあっては相励磁信号を位置検出器からの
信号をもとに作り出しているため、開ループ制御の場合
のように回転数及び回転方向に関する制御信号から各和
動ｆｉｎ信号を得ることができず、速度制御等の複雑な
制御を要することになるためである。

（Ｅ、課題を解決するための手段） そこで、上記した課題を解決するために本発明ステッピ
ングモータ制御回路は、外部からの指令信号に応じて所
定の相励磁信号を駆動回路に送出する和動６ｎ信号発生
回路を有すると共に、ステッピングモータのロータ位置
を検出するロータ位置検出手段と、通電時におけるステ
ッピングモータのロータとステータとの位相関係を補正
する位相補正手段とを設けることにより、該位相補正手
段がロータ位置検出手段により検出されるロータ位置と
その制御目標とされるロータ位置との位相差に応じた補
正信号を駆動回路に送出して通電時におけるロータとス
テータとの位相関係が常に所定の関係になるように制御
するものである。

従って、本発明によれば、開ループ制御と同様に外部か
らの指令信号にもとづいて得られる各相励磁信号により
ステッピングモータを駆動することができ、尚且つ、位
相補正手段によりロータとステータとの位相関係におい
て最も効率の高い所でステッピングモータへの通電が行
なわれるように制御されるため、ステッピングモータの
もつ制御性の良さを犠牲にすることなく効率の改善を図
ることができる。

（Ｆ、実施例）［第１図乃至第４図］ 以下に、本発明ステッピングモータ制御回路の詳細を添
附図面に示した実施例に従って説明する。

尚、図示した実施例では理解を容易にするために本発明
ステッピングモータ制御回路を永久磁石（Ｐ　Ｍ　）　
型４相ステツピングモータのユニポーラ駆動回路に適用
し、また、励６ｆｔシーケンスを一相励磁として説明を
進めてゆくことにする。

（ａ、ステッピングモータ）［第１図、第２図］ 先ず、本発明ステッピングモータ制御回路１の説明を行
なう前にステッピングモータのロータとステータとの位
相関係について説明する。

（ａ−１，巻線構造）［第１図コ ２はＰＭ回転子型ステッピングモータを概略的に示すも
のであり、そのステップ角が９０°とされている。

３は略円筒状をしたロータであり永久磁石が用いられて
いる。

４はステータであり、ロータ３に対向して９０°間隔で
設けられた４つの突片５．６．７．８には各々２組のコ
イルが巻着されており、これらのコイルに電流を流した
ときに生じる磁力によりロータ３が突片に引きつけられ
て当該ロータ３が回転するようにされている。

９はＡ相のコイルであり、その一端部が端子９ａに接続
されると共に中間の部分が突片５に巻着された後突片７
に巻き付けられて他端部が端子９ｂに接続されている。

１０はＴ相のコイルであり、その一端部が端子１０ａに
接続されると共に、中間の部分が上記コイル９とはその
巻線方向が逆向きの状態で突片５に巻着された後突片７
に巻着されて他端部が端子１０ｂに接続されている。

１１はＢ相のコイルであり、上記コイルと同様にその両
端部が端子１１ａ、１１ｂに接続されると共に中間の部
分が突片６．８に巻着されている。

１２は丁相のコイルてあり、やはりその両端部が４子１
２ａ、１２ｂに接続されると共に、中間の部分が上記コ
イル１１とはその巻線方向が逆向きの状態で突片６．８
に巻着されている。

しかして、第１図に示すようにロータ３のＮ極が上方、
Ｓ極が下方に向いて位置された状態で、コイル９に端子
９ｂから端子９ａの方向に電流を流すと突片５がＳ極に
、突片７がＮ極に励磁されるためにロータ３はこの状態
で安定する。次に、コイル９に電流を流さずコイル１１
に端子１１ｂから端子１１ａの方向に電流を流すと、突
片６がＳ極に、突片８がＮ極に励磁されロータ３のＮ極
が突片６に引きつけられるため時計回り方向に回転した
後安定する。このようにコイル９→１１→１０−１２−
９・・・の順に各相を励磁することによりロータ３がス
テップ角９０”　で回転することになる。

（ａ−２，発生トルクと通電区間）［第２図］次に開ル
ープ制御により駆動される場合のステッピングモータの
発生トルクと通電区間及びその時々におけるロータとス
テータとの位相関係について説明する。

尚、第２図に示すグラフ図は縦軸に発生トルクをとり、
横軸に変位角θをとったときのある相、例えば、Ａ相に
おけるトルク曲線を正弦曲線で近似して示すものであり
、変位角θの原点はロータ３のＮ極と突片５が対向した
位置とされている。

−ｉｔに、ステッピングモータ２を開ループ制御により
駆動する場合には、通電時におけるロータ３とステータ
４の突片との位相関係は一定でなく、負荷トルク、パル
スレート、励磁電流等によりたえず変化している。

例えば、回転数及び励６ｉｌ電流を一定にした状態でス
テッピングモータ２を駆動する場合には無負荷時が最も
ロータ３の位相が進んだ状態である。

このとぎのロータ３とステータ４の位相関係が第２図（
Ａ）と（Ｂ）との間の状態にあったと仮定して、この状
態から負荷トルクをかけていくと矢印で示すロータ３の
回転方向とは逆の方向に制動さねロータ３の位相が徐々
に遅れてゆき、第２図（Ｃ）に示すように通電区間の中
心での発生トルクが最大トルクＴ□に略一致するように
なる。そして、この脱調寸前の状態で励磁したときが最
も効率が良く（以下、「最大効率点」という。）、従っ
て、この最大効率点を基準としたときのロータ３の位相
差（以下、「遅れ角」という。）が０になるよう補正す
ればステッピングモータ２を必要最小限の電力で制御す
ることができることになる。

（ｂ、回路）［第３図コ 次に、本発明ステッピングモータ制御回路１の回路構成
を説明する。

ステッピングモータ制御回路１はパルス発生回路１３か
らの信号をもとに所定の相励磁信号を作り出してステッ
ピングモータ２を駆動させる駆動部１４と、ステッピン
グモータ２のロータ３の位置を検出する位置検出器１５
と、駆動部１４からの和動ｔｉｎ信号と位置検出器１５
からの信号をもとに遅れ角を補正する補正信号を駆動部
１４に送出する遅れ角補正回路１６とから構成されてい
（ｂ−１，駆動部） 駆動部１４は間ループ制御の場合と同様にパルス分配回
路１７と駆動回路１８とからなる。

パルス分配回路１７はパルス発生回路１３に接続された
カウンタ１９と該カウンタ１９に接続されたデコーダ２
０とから構成され、パルス発生回路１３から送られてく
る信号を分周した後デコードすることによってＡ、Ｂ、
Ａ、Ｂ相の各和動６ｉ１信号を作り出すための回路であ
る。

駆動回路１８はそのスイッチング用トランジスタ２１ａ
、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのコレクタがステッピングモ
ータ２の各コイル９．１０．１１．１２の端子９ａ、１
０ａ、ｌｌａ。

１２ａに各々接続されると共に、各々のベースが上記パ
ルス分配回路１７のデコーダ２０の出力端子に接続され
ており、パルス分配回路１７からの各相励磁信号により
コイル９．１０．１１．１２が各別に相励磁されるよう
になっている。

（ｂ−２，位置検出器） 位置検出器１５はステッピングモータ２のロータ３に対
向してコイルの所定の相、例えばＡ相に対するロータ３
の位置を検出するために配置されており、ホール素子や
逆起電圧検出器、あるいは光学式エンコーダ等が用いら
れる。

（ｂ−３，遅れ角補正回路） ２２は鋸歯状波発生回路であり、その入力端子はパルス
分配回路１７のデコーダ２０の出力端子に接続されてお
り、デコーダ２０からの相励磁信号丁の立ち上がりから
相励磁信号Ａの立ち下がり迄の間所定の傾斜を有する鋸
歯状波を発生するようにされている。

２３はデイレイパルス発生回路であり、その入力端子が
位置検出器１５の出力端子に接続されており、位置検出
器１５からの信号にもとづいて所定のパルス幅を有する
デイレイパルスを作り出すための回路である。

２４はサンプリングパルス発生回路であり、上記デイレ
イパルスの立ち下がりからサンプリングパルスを作り出
して次のサンプルホールド回路に送出するための回路で
ある。

２５はサンプルホールド回路であり、鋸歯状波発生回路
２２と上記サンプリングパルス発生回路２４に接続され
ており、サンプリングパルスが人力された時点での鋸歯
状波の電圧を抽出し、遅れ角に比例した電圧を保持する
ようにされている。

２６は比較／増幅回路であり、その入力端子はサンプル
ホールド回路２５の出力端子に接続されると共に基！！
電圧発生回路２７に接続されており、サンプルホールド
回路２５からの遅れ角に比例した電圧と基準電圧（「Ｖ
ｒ６ｆ」とする。）との比較を行なった後その差を増幅
し所定電圧レベル迄クランプして、駆動回路１８に駆動
電圧として送出するための回路である。

２８はリミッタ−回路であり、比較／増幅回路２６と駆
動回路１８との間に接続されており、比較／増幅回路２
６の出力信号の電圧レベルが所定電圧以下になると脱調
してしまうので出力電圧が所定電圧以下に低下しないよ
うにするために設けられている。そして、その出力端子
はコイル９．１０．１１．１２の端子９ｂ、ｉｏｂ、ｌ
ｌｂ、１２ｂそれぞれに接糸売されてしする。

（ｃ、動作）［第４図］ しかして、本発明ステッピングモータ制御回路１の動作
は次のようになる。尚、第４図に示すタイムチャート図
においてＫはパルス分配回路１７の出力信号、即ち、Ａ
、Ｂ、λ−１■の各相励磁信号、Ｌは鋸歯状波発生回路
２２の出力と基準電圧Ｖ　ｒｅｆ及びサンプルホールド
回路２５の出力電圧（以下、「サンプルホールド電圧」
という。）とを併せて示すものであり、Ｍは位置検出器
１５の出力信号、Ｎはデイレイパルス、０はサンプリン
グパルスを各々示している。

先ず、外部からの人力信号に応じてパルス発生回路１３
からパルス分配回路１７に所定のパルスレートを有する
信号が送られると、当該信号がカウンタ１９及びデコー
ダ２０により分周されデコードされることによって相励
磁信号Ｋが作り出される。そして、これらが駆動回路１
８のトランジスタ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに各
々送出されてコイル９．１０．１１．１２の相励磁が各
別に制御される。

また、鋸歯状波発生回路２２は相励磁信号丁の立ち上が
りから相ｒｇＪ磁信号Ａの立ち下がり迄の間に所定の鋸
歯状波を発生する。

そして、デイレイパルス発生回路２３によって位置検出
器１５からのロータ位置に関する信号Ｍの立ち上がりか
ら所定のパルス幅を有するデイレイパルスＮが作られた
後、その立ち下がりからサンプリングパルス発生回路２
４によりサンプリングパルスＯが作られ、これがサンプ
ルホールド回路２５に人力される。

よって、サンプルホールド回路２５により鋸歯状波のう
ちサンプリングパルス０に対応した電圧が抜き出される
。即ち、ロータ３の位相が最大効率点より進んでいる場
合にはサンプルホールド電圧は基準電圧Ｖ　ｒａｔ以下
となり、最大効率点より遅れている場合には基準電圧Ｖ
　ｒａｆ以上となる。

従って、比較／増幅回路２６によってサンプルホールド
電圧と基準電圧Ｖ　ｒａｔどの差が増幅された後クラン
プされ、これがリミッタ−回路２８を介して駆動回路１
８に送られるので、ロータ３の位相が最大効率点でのロ
ータの位相より進んでいれば駆動電圧が低下しコイルに
流れる電流が減少するため位相が遅れ、また、ロータ３
の位相が最大効率点でのロータの位相より遅れている場
合には逆に駆動電圧が上昇し位相が進むことになり、こ
のような制御によってステッピングモータ２の制御効率
が高められることになる。

（Ｇ、発明の効果） 以上に記載したところから明らかなように、本発明ステ
ッピングモータ制御回路は、ステッピングモータを駆動
する駆動回路と、外部からの指令信号に応じて駆動回路
に所定の和動６１信号を送出する相励磁信号発生回路と
、ステッピングモータのロータ位置を検出するロータ位
置検出手段と、通電時におけるステッピングモータのロ
ータとステータとの間の位相関係を補正する位相補正手
段とを有するステッピングモータ制御回路であって、上
記位相補正手段が、ロータ位置検出手段からのロータ位
置に関する情報及び相励磁信号発生回路からの相励磁信
号にもとづいて、検出されるロータ位置とその制御目標
とされるロータ位置との位相差に応じた補正信号を駆動
回路に送出することにより、通電時におけるロータとス
テータとの位相関係が所定の関係になるように制御され
ることを特徴とする。

従って、本発明によれば、開ループ制御と同様に外部か
らの指令信号にもとづいて得られる各和動６１信号によ
りステッピングモータを駆動することかでき、尚且つ、
位相補正手段によりロータとステータとの位相関係にお
いて最も効率の高い所でステッピングモータへの通電が
行なわれるように制御されるため、ステッピングモータ
のもつ制御性の良さを犠牲にすることなく効率の改善を
図ることができる。

尚、前記した実施例にあっては説明の便宜上ＰＭ型ステ
ッピングモータを例にとったが、本発明がこれに限定さ
れるわけではなく可変リラクタンス型、ハイブリッド型
等、ステッピングモータ一般に適用することができ、ま
た励磁シーケンスに関しても、１相励磁に限らず、１−
２相励磁、多相励磁等に応用することができることは勿
論である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明ステッピングモータ制御回路
の実施の一例を示すものであり、第１図はステッピング
モータの概略図、第２図は発生トルクと通電区間及びそ
の時のロータとステータどの位相関係を説明するための
図、第３図は回路ブロック図、第４図はタイムチャート
図、第５図及び第６図は従来のステッピングモータ制御
回路の一例を示すものであり、第５図は回路ブロック図
、第６図はタイムチャート図である。 符号の説明 １・・・ステッピングモータ制御回路、２・・・ステッ
ピングモータ、 ３・・・ロータ、　　４・・・ステータ、１５・・・ロ
ータ位置検出手段、 １６・・・位相補正手段、 １７・・・相励磁信号発生回路、 １８・・・駆動回路 ２　　ステ１１．どング七−り ４　　ステータ 概略図 第１図 脅−に−一 回 ＝ＸＷ 第５図 タイムチャート図（従采例）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ステッピングモータを駆動する駆動回路と、外部から
   の指令信号に応じて駆動回路に所定の相励磁信号を送出
   する相励磁信号発生回路と、ステッピングモータのロー
   タ位置を検出するロータ位置検出手段と、 通電時におけるステッピングモータのロータとステータ
   との間の位相関係を補正する位相補正手段とを有するス
   テッピングモータ制御回路であって、 上記位相補正手段が、ロータ位置検出手段からのロータ
   位置に関する情報及び相励磁信号発生回路からの相励磁
   信号にもとづいて、検出されるロータ位置とその制御目
   標とされるロータ位置との位相差に応じた補正信号を駆
   動回路に送出することにより、通電時におけるロータと
   ステータとの位相関係が所定の関係になるように制御さ
   れることを特徴とするステッピングモータ制御回路。