JPH02114896A - ステツプモータの微小ステツプ角制御回路 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明はステップモータを微小なステップ角で駆動す
るステップモータの微小ステップ角制御回路に関する。

〈従来の技術〉 従来、ステップモータの駆動（相励磁）の方式としては
、各相のコイルを１相ずつ順次励磁する１相励磁や、２
相ずつ励磁する２相励磁、および１相励磁と２相励磁と
を交互に繰返す１−２相励磁等がある。

これらの励磁方式によるステップモータのステップ角は
、ステップモータが例えば４相モータであれば、１相励
磁、２相励磁の場合、１ステツプ角が１．８度であり、
１−２相励磁の場合はその掻の　０．９度となる。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような従来のステップモータの励磁方式にあっては
、ステップ角が粗く、精密な位置決め用には不向きであ
り、また、過渡特性が悪く、起動時、停止時にモータが
脱調し易いという問題があつた。

そのため、４相のコイルにトランジスタＴＲＩ〜ＴＲ６
および抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続し、各相のコイルに印加さ
れる電圧を制御して、１相励磁の場合の屑のステップ角
でステップモータを駆動する方法が提案されている（例
えば特開昭６１−２０７１９８号公報参照）。

しかし、このような従来回路においても、精密な位置決
めを必要とするＸ−Ｙテーブルなどの駆動制御には、ま
だステップ角が粗く、不十分なものであった。

この発明は上記問題を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは、上記ステップ角を更に細
かく分割して、微小なステップ角で、ステップモータを
駆動することができるステップモータの微小ステップ角
制御回路を提供しようとするものである。

〈課題を解決するための手段〉 この発明は上記目的を達成するためになされたものであ
り、 アップダウンカウンタを備えたパルス入力部と、ステッ
プモータの励磁方式を指定する励磁方式選択部と、上記
パルス入力部および励磁方式選択部よりの信号を人力す
るとともに上記ステップモータの励磁相および駆動電流
に関するデータを記憶している励磁指令部と、上記励磁
指令部より出力されたデータにより上記ステップモータ
の駆動電流を決める基準電圧を発生する定電流駆動制御
部と、上記基準電圧により上記ステップモータの駆動電
流を制御するとともにそのステップモータの励磁相を決
定する駆動部と、を備えたステップモータの微小ステッ
プ角制御回路である。

〈作用〉 この発明は上記のように構成されたものでありパルス入
力部は、１パルス人力ごとのデータをアップダウンカウ
ンタによりアドレスデータに変換する。

励磁方式選択部は、励磁方式の指定およびモータ回転方
向信号に応じてアドレスデータを作成する。

励磁指令部は、これらのアドレスデータを人力として、
それに対応したステップモータの励磁相を選択する励磁
相選択信号および励磁電流レベル選択信号を出力する。

定電流駆動制御部は、励磁電流レベル選択信号を受け、
ステップモータに流すべき基準励磁電流に相当する基準
電圧を出力する。

駆動部は、励磁相選択信号に対応した各励磁相をオンに
するとともに、基準電圧に対応する励磁電流を出力する
。

上記の励磁相の選択および励磁電流を細かく分割制御す
ることにより、各励磁相における磁力の釣合位置が１相
励磁の場合のステップ角を細かく分割して、微小ステッ
プ角制御が行われる。

〈実施例〉 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明によるステップモータの微小ステップ角
制御回路の概略構成を示すブロック図である。

この制御回路は、ＣＷパルス、ＣＣＷパルスを受けて５
ビツトのアドレスデータを出力するパルス入力部１と、
励磁方式およびモータ回転方向の６ビツトのアドレスデ
ータを出力する励磁方式選択部２と、予じめ書込まれた
記憶データに基づいて上記アドレスデータに対応した４
ビツトの励磁相選択信号、および４ビツトの励磁電流レ
ベル選択信号を出力する励磁指令部３と、８分割された
しきい値を基準電圧として出力する定電流駆動制御部４
と、励磁相選択信号に対応した各励磁相のトランジスタ
をオンにするとともに、励磁電流を電流検出抵抗により
電圧降下として検出し、基準電圧と比較しながら励磁電
流を制御する駆動部５とを主体に構成されている。

そして、駆動部５には、Ａ、Ｔ、Ｂ、Ｔ相のコイルφ１
．φ２．φ３．φ４を有する４相のステップモータ６が
接続されている。

第２図は、第１図の各ブロックを具体的回路構成で例示
した回路図である。

第２図において、パルス入力部１は、４ビットのアップ
ダウンカウンタ１１．１２からなり、アップダウンカウ
ンタ１１には、基準パルスとなるＣＷパルスおよびＣＣ
Ｗパルスが人力される。そして、アップダウンカウンタ
１１．１２は、そのカウント値を励磁指令部３のＦＲＯ
Ｍ３１に対する下位ビット（Ａｏ＝Ａ４）のアドレスデ
ータとして出力する。

励磁方式選択部２は、スイッチＳＷＩ、選択スイッチＳ
Ｗ２．スイッチＳＷ３からなり、各々ＰＲＯＭ３１に対
する上位ビット（Ａ６．Ａ６．Ａ８〜Ａ１．）のアドレ
スデータを出力する。即ち、スイッチＳＷＩはアドレス
入力Ａ１１に接続されており、１相励磁、１−２相励磁
、Ｗｌ−２相励磁Ｔ１−２相励磁の各励磁方式を選択す
る選択スイッチＳＷ２は、その各励磁選択の接点が、各
々アドレス人力Ａｓ　、　Ａａ　、　Ａ９．　Ａ　１゜
に接続されている。また、スイッチＳＷ３はアドレス入
力Ａに接続されている。

励磁指令部３は、８ビツト構成のＰ　ＲＯＭ　（ｐｒ。

ｇｒａｍａｂｌｅ　ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ　ｍｅｍｏｒｙ
）　３１と８ビゝントの反転出力形のラッチ３２を主体
に構成されている。

ＦＲＯＭ３１は、アドレスに対応するメモリエリアに、
予じめ書込まれた所定のデータを格納しており、到来し
たアドレスデータに対応した４ビツトの励磁電流レベル
選択信号、および４ビツトの励磁相信号を出力する。こ
の励磁相信号はラッチ３２によって出力を反転し、Ａ、
Ａ、Ｂ、Ｔ相の励磁選択信号として駆動部５へ出力され
る。なお、スイッチＳＷ４はラッチ３２の全出力をＬに
するためのスイッチである。

定電流駆動制御部４は、８ＣＨのマルチプレクサ４１．
４２と、しきい値設定用の分圧抵抗器ＶＲ１１〜ＶＲ１
７と、４回路独立双方向スイッチＳＷ５と、しきい値の
最大値が所定の電圧になるように分圧する分圧抵抗器Ｖ
ＲＩ、ＶＲ２とを主体に構成されている。

マルチプレクサ４１．４２の入力端子Ａ、Ｂ。

Ｃには、ＦＲＯＭ３１のデータ出力０５＋　ｏａ　＋０
７よりの励磁電流レベル選択信号が入力され、また、入
力端子Ｘ。−ｘ７には、分圧抵抗器ＶＲ１１〜ＶＲ１７
により、Ｖｃｃ　（５Ｖ）を８分割した各電圧■１〜ｖ
８．ｖ、’〜Ｖ８°が入力される。このマルチプレクサ
４１と４２とは、その入力端子ｘ１〜Ｘ７が互いに相反
するように接続されており、マルチプレクサ４１のｘｌ
に入力される電圧と、マルチプレクサ４２のＸ７に入力
される電圧の和が５Ｖになるように印加されている。

第１表は、実施例におけるマルチプレクサ４１．４２の
入力端子Ｘ　ｏ　”　Ｘ　７に人力される電圧を示す。

この電圧は、ステップ角が正確にスになるような電圧に
微調整される。

また、４回路独立双方向スイッチＳＷ５には、ＦＲＯＭ
３１のデータ出力０８よりの選択信号が人力されている
。そして、その接点ａ、ｅにはマルチプレクサ４１の出
力端子ＯＵＴが接続され、接点ｄ、ｈにはマルチプレク
サ４２の出力端子ＯＵＴが接続されている。更に、スイ
ッチＳＷ５の接点す、ｃは分圧抵抗器■Ｒ１に、接点ｆ
、ｇは分圧抵抗器ＶＲ２に接続されている。そして、分
圧抵抗器ＶＲＩ、ＶＲ２からは、各々Ａ、Ｔ相およびＢ
、Ｔ相の駆動電流決定用の基準電圧が出力される。

駆動部５は、電流制御用のトランジスタＴＲｌＴＲ２と
、励磁相決定用のトランジスタＴＲ３、ＴＲ４およびＴ
Ｒ５，ＴＲ６と、電流検出用の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、その
抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電位差の倍率決定を行うＯＰア
ンプ（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｍｐｒｉｆｉｅｒ）Ｏ
Ｐ　１　、　ＯＰ　２と、基準電圧比較用のＯＰアンプ
ＯＰ３．ＯＦ２とを主体にして構成さ−　１　〇　− れている。

トランジスタＴＲＩおよびＴＲ２のコレクタは第２図に
示すように各々ステップモータ６のＡＷ相のコイルφ１
．φ２、およびＢ、Ｔ相のコイルφ３．φ４に接続され
ている。また、そのエミッタは各々駆動電源ＢＭに接続
され、ベースには、各々ＯＰアンプＯＰ３．ＯＰ４の出
力が送られるように接続されている。

トランジスタＴＲ３，ＴＲ４およびＴＲ５，ＴＲ６のコ
レクタは、各々ダイオードＤを介してコイルφ１．φ２
の他端側、およびコイルφ３．φ４の他端側に接続され
ている。また、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４およびＴＲ
５，ＴＲ６のベースには、各々Ａ、Ｔ相およびＢ、Ｔ相
の励磁相選択信号が人力されるように接続されている。

そしてトランジスタＴＲ３，ＴＲ４およびＴＲ５，ＴＲ
６のエミッタは、各々抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してグランド
ＧＮＤに接続されている。

ＯＰアンプＯＰＩ、ＯＦ２には、そのプラスとマイナス
入力端子間に、各々抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端の電位差が入
力されるように接続されている。

また、ＯＰアンプＯＰ３．ＯＦ２のプラス入力端子には
、各々定電流駆動制御部４からの基準電圧が人力され、
マイナス入力端子には、各々ＯＰアンプＯＰＩ、ＯＰ２
の出力が送られるように接続されている。

次に、このように構成されたステップモータの微小ステ
ップ角制御の動作について説明する。

まず、初期状態として、励磁方式選択部２においてスイ
ッチＳＷＩ、ＳＷ３をオンにして、選択スイッチＳＷ２
でＴ１−２相励磁を選択する。

これにより、励磁指令部３のＰＲＯＭ３１のアドレス入
力は、Ａ　ｌｏ＋　Ａ　Ｉ　ｌがＨとなりデータ出力０
、．０２，０３および０８をＨとする。そしてラッチ３
２は出力ＡのみをＨとし、駆動部５はこれを受けてＡ相
用トランジスタＴＲ３をオンにする。

また定電流駆動制御部４は、ＰＲＯＭ３１の上位４ビツ
ト０５〜０８に制御され、初期状態においては、マルチ
プレクサ４１からの出力電圧Ｖ１が、４回路独立双方向
スイッチＳＷ５を経て分圧抵抗器ＶＲＩで分圧され、一
方の励磁相に流すべき基準励磁電流に相当する基準電圧
を出力する。

同様にマルチプレクサ４２からの出力電圧■１′が、分
圧抵抗器ＶＲ２に入り分圧され、他方の励磁相に流すべ
き基準励磁電流に相当する基準電圧を出力する。

次に、パルス入力部１にＣＷパルスが１パルス人力する
と、ＰＲＯＭ３１のＡ、およびＡｌｏ、Ａ目がＨとなり
、データ出力０１　＋　ｏ２１　ｏ５＋　０８をＨとす
る。この下位４ビツトを受けて、駆動部５のＡ相用およ
びＢ相用のトランジスタＴＲ３およびＴＲ５がオンとな
る。

また、定電流駆動制御部４は上位４ビツトの指令を受け
、分圧抵抗器ＶＲＩに電圧■２、分圧抵抗器ＶＲ２に電
圧ｖ２°を出力する。

以下、同様に１パルスの入力ごとに、ＰＲＯＭ３１の上
位４ビツトのデータ出力により定電流駆動制御用のしき
い値が選択され、下位４ビツトにより励磁相が決定され
る。

駆動部５においては、ＰＲＯＭ３１の指令により、初期
状態ではトランジスタＴＲＩおよびＴＲ３がオンとなり
、Ａ相のコイルφ１に電流が流れる。すると、抵抗器Ｒ
１の両端に電位差が生じ、その電圧がＯＰアンプＯＰＩ
により、実施例では４．４倍に増幅されて、ＯＰアンプ
ＯＰ３のマイナス入力端子に人力される。ＯＰアンプＯ
Ｐ３のプラス入力端子には、定電流駆動制御部４からの
基準電圧が入力され、ＯＰアンプＯＰ３により比較され
る。

ＯＰアンプＯＰ３は、プラス側人力の電圧が高い間は、
トランジスタＴＲＩをオン状態に保ち、コイルφ１の電
流が増えて抵抗Ｒ１の電圧降下が大きくなると、ＯＰア
ンプＯＰ３のマイナス側人力の電圧が高くなり、トラン
ジスタＴＲＩをオフにする。即ち、ＯＰアンプＯＰ３の
プラス側入力端子をしきい値として、トランジスタＴＲ
Ｉは高速スイッチングを行う（第３図　（Ｂ））。これ
に応じてＡ相のコイルφ１に流れる電流値は、第３図（
Ｃ）のようになる。しかし、電流は、自己誘導作用をも
つモータのコイルを流れるため、更には、回路の応答お
くれのため、完全な０アンペアと設定値との間を交番す
る波形にならず、設定値を中心として上下に振れる程度
となり、第３図（Ｄ）に示すように、はぼ安定した定電
流駆動が行われる本実施例では、４Ａ定電流駆動とした
ため、抵抗Ｒ１，Ｒ２を０．１５Ωとすると、その両端
の電位差は０．６■となり、０．６Ｘ　４．４±２．６
４ＶがＯＰアンプＯＰ３．ＯＦ２のマイナス側入力端子
となる一方、分圧抵抗器ＶＲＩ　１〜ＶＲ１７により８
分割された電圧が、マルチプレクサ４１．４２および４
回路独立双方向スイッチＳＷ５を経て、分圧抵抗器ＶＲ
Ｉ、ＶＲ２に供給される。

分圧抵抗器ＶＲＩ、ＶＲ２では、しきい値の最大値が２
．６４Ｖになるように分圧し、４Ａ定電流駆動の基準電
圧を出力する。第４図はその電流波形を示し、この電流
値により２相が同時に励磁され電流値に応じた磁力の釣
合いを利用して、１相励磁の場合のステップ角度（１，
８度）の８倍の分解能（ステップ角度０．２２５度）が
得られる。

更に、定電流駆動制御部４の動作を詳述すると、初期状
態では、ＦＲＯＭ３１の上位４ビツトの０５．０．．０
．がり、０８がＨで出力され、マルチプレクサ４１．４
２の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃはし、即ち、マルチプレクサ４
１．４２の入力はＸｏが選択される。また、最上位０８
はＨであるから、４回路独立双方向スイッチＳＷ５は接
点８５間、および接点ｇ、ｈ間がオンとなり、分圧抵抗
器ＶＲＩにマルチプレクサ４１のＸ。の値（５■）を出
力し、分圧抵抗器ＶＲ２にはマルチプレクサ４２のＸ。

の値（０■）を出力する。

以下、パルス入力部１に１パルス人力ごとに、マルチプ
レクサ４１．４２の出力を順次変えて行き、８パルス目
では、ＦＲＯＭ３１の上位４ビツトはＬとなり、マルチ
プレクサ４１．４２の人力はｘｏとなり、初期状態と同
様となる。しかし、最上位の０８がＬとなるため、４回
路独立双方向スイッチＳＷ５は接点ｃ、ｄ間、および接
点ｅ。

１間がオンとなり、分圧抵抗器ＶＲＩにマルチプレクサ
４２のＸ。の値（０■）を出力し、分圧抵抗器ＶＲ２に
マルチプレクサ４１のＸ。の値（５Ｖ）を出力する。

以下、同様に、１パルス人力ごとにマルチプレクサ４１
．４２の出力を変え、８パルスごとにスイッチ５の切替
え制御を行う。この出力を分圧抵抗器ＶＲＩ、ＶＲ２で
分圧した電圧が、第４図に示すＯＦ２．ＯＰ４プラス側
入力電圧となる。

なお、パルス入力部１にＣＣＷパルスが人力されると、
ＦＲＯＭ３１のアドレス人力Ａ５はＨとなり、上記とは
逆順の励磁が行われてステップモータ６を逆回転させる
。

また、励磁方式選択部２において、選択スイッチＳＷ２
の切替えによりＷｌ−２相励磁、１−２相励磁、１相励
磁を選択すると、それに応じて、各々アドレス人力Ａ９
　、Ａ８　、Ａ６をＨとし、励磁指令部３はそれに対応
した励磁相選択信号、励磁電流レベル選択信号を出力す
る。

これにより、定電流駆動制御部４および駆動部５は、各
々第５図、第６図、第７図に示すように各相を励磁して
、それぞれの励磁方式に対応して属ステップ角、％ステ
ップ角、１ステップ角でステップモータ６の駆動制御を
行う。

なお、この発明は上述の説明および区側に限定されるこ
となく、この発明の技術的思想から逸脱しない範囲にお
いて、その実施態様を変更することができる。例えば、
上記実施例では、第４図の９ステツプ目で、トランジス
タＴＲ３のベース電圧をＬにしてＡ相に流れる電流をカ
ットしているが、第４図の破線で示すように９ステツプ
目においても、トランジスタＴＲ３のベース電圧をＨに
保つことにより、Ａ相に流れる電流を急にカットせず、
ある程度流れる方式をとることもできる。

これにより、ステップモータのもつ振動および振動音の
発生を著しく低下させることが可能であるまた、ＦＲＯ
Ｍ３１を１６ビツト構成のものとし、マルチプレクサ４
１．４２を１６ＣＨとすれば、更にステップモータのス
テップ角を小さくして駆動制御することかできる。

更に、特定の励磁方式専用とする場合には、励磁方式選
択部２は、その特定の励磁方式に固定的に接続したもの
であってもよいことは勿論である〈発明の効果〉 以上説明したようにこの発明のステップモータの微小ス
テップ角制御回路は、アップダウンカウンタを備えたパ
ルス入力部と、ステップモータの励磁方式を指定する励
磁方式選択部と、パルス入力部および励磁方式選択部よ
りの信号を人力するとともにステップモータの励磁相お
よび駆動電流に関するデータを記憶している励磁指令部
と、励磁指令部より出力されたデータによりステップモ
ータの駆動電流を決める基準電圧を発生する定電流駆動
制御部と、基準電圧によりステップモータの駆動電流を
制御するとともにそのステップモータの励磁相を決定す
る駆動部と、を備えた構成なので、１相励磁の場合のス
テップ角を細かく分割して、微小ステップ角でステップ
モータを制御することができる。

従って、Ｘ−Ｙテーブルなどの位置決め装置に使用して
、高い位置決め分解能を発揮することが可能である。

また、駆動電流を段階的に増減して制御を行うのて、ス
テップモータの振動および振動音の発生を抑制すること
ができ、また、ステップモータを微小ステップ角で駆動
制御するので、過渡特性が向上し、起動時、停止時の脱
調を防止することができる。

更に、励磁指令部に制御データを記憶させ、入力信号に
より直接制御データを出力して制御しているので、ステ
ップモータの高速制御が可能となり、また、電流制御を
基準電圧に対するスイッチングで制御しているため、無
駄な電力消費が防止される等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のステップモータの微小ステップ角制
御回路の概略構成を示すブロック図、第２図は一実施例
の具体的回路構成を示す回路図、 第３図は同じく定電流制御を示す説明図、第４図は同じ
＜Ｔｌ−２相励磁方式による各部のタイミングチャート
、 第５図は同じ＜Ｗｌ−２相励磁方式による各部のタイミ
ングチャート、 第６図は同じく１−２相励磁方式による各部のタイミン
グチャート、 第７図は同じく１相励磁方式による各部のタイミングチ
ャートである。 １・・・パルス入力部、 ２・・・励磁方式選択部、 ３・・・励磁指令部、 ４・・・定電流駆動制御部、 ５・・・駆動部、 ６・・・ステップモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アツプダウンカンタを備えたパルス入力部と、ステツプ
   モータの励磁方式を指定する励磁方式選択部と、 前記パルス入力部および励磁方式選択部よりの信号を入
   力するとともに前記ステツプモータの励磁相および駆動
   電流に関するデータを記憶している励磁指令部と、 前記励磁指令部より出力されたデータにより前記ステツ
   プモータの駆動電流を決める基準電圧を発生する定電流
   駆動制御部と、 前記基準電圧により前記ステツプモータの駆動電流を制
   御するとともにそのステツプモータの励磁相を決定する
   駆動部と、 を備えたことを特徴とするステツプモータの微小ステツ
   プ角制御回路。