JPH02237499A - ステッピングモータ微小角駆動方法とその回路 - 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方法におい
て、記憶素子を使用する事により駆動機構を非常に簡素
化して大幅なコストダウンを図る事が出来る画期的な駆
動方法とその方法を達成するための回路に関する． 〈従来の技術） ステッピングモータはバルスモータあるいは階動電動機
とも称され、入力パルスに対応してステ・ンプ駆動され
るものであり、２相〜多相式のものなど各攬のものが実
用に供されている．５相ステ・ｙビ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バルスで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、これらステツビングモー夕に特有
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、０．７２゜を１０分割あるいは
２０分割して１パルスで０．Ｏフ２″″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８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（Ｔｒ１）（Ｔｒｔ）（Ｔｒａ）（Ｔｒｉ）・
”をブリッジに組み、→一Ｖ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（Ｒ，）・・・でモータコイル（Ａ＞（Ｂ）・・・毎
に各々検出し、モータコイル（＾）（Ｂ）・・・毎に出
力素子（Ｔｒｙ）・・・を相電流検出回路（Ｋ１）・・
・で独立してスイッチング制御し、（戸→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相パルスモー夕であれば、５つの相電
流検出回路（Ｋ，）〜（ＫＳ）にて５つのモータコイル
制御同路（Ｍ１）〜（Ｍ，）各々の出力素子（Ｔｒｙ）
〜（Ｔｒ．。）を適宜スイッチング制御して、５つのモ
ータコイル（＾）（Ｂ）　（Ｃ）　（Ｄ）　（Ｅ）の駆
動電流制御を行う．》という方法を採っていた．（第８
図）処が、この方式では各相に４個の出力素子（Ｔｒｙ
）（Ｔｒｔ）（Ｔｒｓ）（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、Ｎ相ステッピングモータでは相電流検出回路（κ
）がＮ個｛５相パルスモー夕では５個の相電流検出回路
（Ｋｌ）〜（Ｋｓ）ｌ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という欠点があった． （発明の目的） 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Ｖる処は、出力素子のスイッチング制
御のデューティコンｌ−　Ｌ：ｌ−ルを予め測定され、
記憶ＸＡｆｆにＭ積されｔ：微小角駆動用のデータに基
づいて行なわれ、且つ設定されたシーケンスに従ってス
デッピングモー夕の駆動制御を行う事により。従来必要
とされていた相電流検出回路を省略出来て回路全体の簡
素化を実現出来、コストダウンが可能となったステッピ
ングモータの微小角駆動方法とその回路を提供するにあ
る．（問題点を解決するための手段） 本発明方法は、上記目的を達成するために請求項（１）
にて； ■ステッピングモータのモータコイルに励磁電流を通電
して微小角駆動を行わせるステッピングモータの微小角
駆動方法において、 ■微小角駆動時の出力素子（Ｔｒ）のオン／オフスイッ
チング制御による相電流（ｉ）の変化を予め測定してお
いてデータ化しておき、 ■このデータに基づき該ステッピングモータの励磁シー
ケンスに従って出力素子（Ｔｒ）のオン／オフデューテ
ィを変化させるようにスイッチング制御させてデータ通
りの微小角駆動をステッピングモータにさせる． ；と言う技術的手段を採用しており、前記方法を達成す
るために請求項（２）では， ■外部からの正転／逆転の指定並びにステッピングモー
タの回転速度を決める回転方向指定パルスを入力し、，
二の回転方向指定パルスをアドレスに変化させて記憶装
置（ＲＯＭ）に入力するアップ／ダウンカウンタ（ＵＤ
Ｃ）と、 ■ステッピングモータ駆動回路（Ｓ）の出力素子（Ｔ『
）のオン／オフスイッチングデューティ制御のためのデ
ータを記憶し、アップ／ダウンカウンタ（ＵＯＣ）から
のアドレス変化を受けて記憶したデータに従って出力素
子（１’ｒ）のオン／オフスイッチングデューティ制御
のためのデータを出力する記憶装？！！　（ＲＯＭ）と
、 ■記憶装置（ＲＯＭ）からの出力データに基づいて出力
素子（Ｔｒ）をオン／オフスイッチング制御してステッ
ピングモータのモータコイル（＾）〜（Ｅ）４こ駆動電
流を通電してシーケンス通りの微小角駆動を行うステッ
ピングモータ駆動回路（Ｓ）とでステッピングモータ微
小角駆動回路を構成する．；と言う技術的手段を採用し
ている． 《作　　用） 本発明の駆動原理を分かりやすくするために第２図に従
って説明する．出力素子（Ｑ．）（Ｑ２）がオンの場合
、モータコイルに流れる相電流は１００％（即ち、１０
）となる．次に、出力素子（Ｑ，）がオフになると相電
流が０％となる．即ち、出力累’？−（Ｑ．）をオン／
オフスイッチング制御させて行くと、そのオンデューテ
イにより、モータコイルに流れる相電流は漸増／漸減し
ていく事になる．ここで重要な事はこの出力素子のオン
／オフデューテイを徐々に変化させる事により、このオ
ン／オフデューティに合わせて相＠流（１）も而述のよ
うに０〜１００％まで変化して行くが、本発明ではオン
／オフデューティの変化による相電流＜ｉ）の変化をデ
ータ化して記憶装ｆｉ　（ＲＯＭ＞に記憶しておき、励
磁シーケンス実行時にこのデータに基づいて出力素子（
’ｒｒ）のオン／オフデューティを制御し、従来の相電
流検出によるスイッチング制御回路＜Ｓ＞へのフィード
バックの助けなくして所定の微小角駆動を行うと言うも
のである． これにより、微小角駆動回路の大幅な簡素化が行え、大
幅なコス．トダウンが可能となる．（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．
第１実施例では、５相スデッピングモー夕のペンタゴン
結線の場合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〜多相スデッピングモー夕に適用
出来る事は言うまでもない．更に、ステッピングモータ
の結線方式はペンタゴン結線だけに限られるものでなく
、スター結線その他の結線方式に適用する事が出来るも
のである． 第１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Ｊツバ制御する半導体チ
ョッパ（１）、半導体チョッパ（１）をパルス幅２！ｉ
ｌスイッチング作用によって制御ずる定格゛砿流検出回
路（図示せず）、フライホイルダイオード（２）、半導
体チョッパ（１）の出力側に直列に挿入されたりアクト
ル（幻、平滑／駆動コンデンサ〈４》、総ｉｔ流検出回
路（Ｋ）とＤＶ電圧制御用センス抵抗（Ｉｔ）並びにス
テッピングモ・一タ駆動回路（Ｓ）などから構成されて
いる．直流＠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．ステッピングモ
ータ駆動回路（Ｓ）は、２個の出力素子（’ｌ’ｒ＋）
（１゜ｒｚ）〜（Ｔｒ−）（Ｔｒ，　０）を隣接させ、
且つ、その５Ｍｉを直列接続して構成されている．史に
、出力素子（Ｔｒ＋）（’ｒｒｚ）〜（’ｒｒｓ）（Ｔ
ｒ＋Ｊの接続点とステッピングモータのモータコイル（
＾）〜（Ｈ）の接続点とがそれぞれ接続されてる．前記
平滑／駆勤コンデンサ《４》はりアクトル（３》の出力
端とＤＶ１！圧制御用センス抵抗（Ｒ）の入力端との１
ｍにて出力素子（Ｔｒ１）（Ｔｒ２）・・・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ようにな
っている．そしてＤＶ電圧制御用センス抵抗（Ｒ）はそ
の電圧降下がＤＶ電圧《１−》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てある．フライボ
イルダイオード（２）は半導体チジッパ（１）の出力端
と（ＧＮＤ）との間に接続されており、ＤＶ電圧制御用
センス抵抗（Ｒ）はステッピングモータ駆動回路（Ｓ）
の出力端に的列接続されており、その出力端は（１，Ｎ
Ｏ）に接地されている．総電流検出回ｎ（Ｋ）は、半導
体チョッパ（１）をチョッピング制御するためのもので
、Ｉ）Ｖ電圧制御用センス抵抗（１え）に４相分の電流
が流れるように半導体チョッピング（１）を制御するよ
うになっている． ここで，図の結線方式はペンタゴン結線と呼ばれる結線
方式であるが，各モータコイル（＾》〜（Ｅ）の接続点
を（＋）、（−）にする事により、ステツビングモー夕
のモータ駆勤がなされる蝦になる．勿論、スデッピング
モー夕の相数が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（Ｍｌ）（Ｌ
）・・・が設けられる事になる． （以下余白） 次に前記ステッピングモータ駆動回路（Ｓ）のオン／オ
フデ１−ディを制６ｌｒる部分に付いて説明する．第７
図のブロック回路図に示すようにアップ／ダウンカウン
タ（ＵＤＣ）と記憶装Ｗ１（ＲＯＭ）とが設けられてお
り、アップ／ダウンカウンタ（ＵＤＣ）は、外部かｔ，
の正転／逆転の指定並びにスデッピングモータの回転速
度を決める回転方向指定パルスを入力し、この回転方向
指定パルスを加算乃至減算してアドレスに変化させて記
憶装置（ＲＯＭ）に入力するものであり、記憶装置（Ｒ
ＯＭ＞はスデッピングモータ駆動回路＜Ｓ）の出力素了
直Ｔｒ）のオン／オフスイッチングデューティ制御のた
めのデータを記憶し、アップ／ダウンカウンタ（ＩＩＤ
Ｃ）からのアドレス変化を受け、記憶した前記データに
従って出力し、出力素子（’ｒｒ）のオン／オフスイッ
チングデューティを制御するものである．第７図中記憶
装ｉｉ！（ＲＯＭ＞から出力されて駆動回路（Ｓ）に入
力するデータ（＾）は出力素子（Ｔｒ）のオン／オフに
関するモータシーケンスデー夕であり、データ（ロ》は
データ（＾）で選択された出力素子（Ｔｒ）のスイッチ
ングデューティを制御するためのデータである．説明を
分かりやすくするために便宜上２つに別けて描いたもの
である． 以上の構成において、直流電源の＋Ｖ電圧をパルス幅変
調スイッチング制御して得たＤＶ電圧《＋）をバルスモ
ー夕のモータコイル（＾》〜（Ｅ）に与え、駆動電流を
これらにシーケンスに従って流すくこの時、出力素子（
Ｔｒ）のオン／オフデューティは記憶装ｉｔ（ＲＯＭ＞
のデータに従って行なわれる．）ことにより所定の微小
角駆動がなされるのである．第３図（ａ）　（ｂ）・・
・は、本回路における４−５相ドライブの例で、（ａ）
はＡ　，Ｂ　，Ｃ　，Ｄ相の４相励磁状態であり、（ｂ
）はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５相励磁状態、（ｃ）はＢ　
，Ｃ　，Ｄ　，Ｅ相の励磁状態であり、（ｄ）はＢ．Ｃ
　，Ｄ　，Ｅ　，八の５相励磁状態であり、以下、所定
の相が順次シーケンスに従って励磁されていく．ここで
、第５図の（Ｐ）点が（＋）中オフ（ニ）（一）と言う
ように変化して行き、続いて（Ｑ）点が（一》（ニ）オ
フ・・・と言うように変化して各相が第３図のように励
磁されて行くのである．ここで、出力素子（Ｔｒ）を予
め定められたシーケンスに従ってオン／オフスイッチン
グ制御し、且つ、（Ｐ），（Ｑ”）点の変化を前記記憶
装置（ＲＯＭ）に記憶されたオン／オフデューティのデ
ータに従って徐々に行わせる事により所定の微小角駆動
を行わせるのである．これを第４１３ｉ１の等価回路図
で説明する．第３図（ａ）は、４相励磁状態で出力素子
（Ｑ．）がオン、出力素子《Ｑ２》がオフになっている
．ここで５出力素子（Ｑ１）をオン／オフデューティの
データに従ってスイッチング制御して行くのであるが、
この時、各相のコイルインピーダンスを（Ｒ０》とする
と、Ｅ，Ａ相に流れる電流（ｉＥ）　，　（ｉ＾》は、
ｉ１：−Ｒ．＋ｉ＾・Ｒｏ＝ｉｏ・Ｒ０；となり、Ｒ．
で両辺を割ると、 ｉＥ＋ｉ＾＝１０、となる．従って、出力素子（Ｑ，）
のオンデューティを漸減していくと（ｉ＾）がそれに連
れて漸減し、逆に（；Ｅ）が漸増して行く．最後に出力
素子（Ｑ，）（Ｑ．）共にオフになった状ｆフが第３図
（ｂ）で、　ｉＥ＝ｉ＾−０．５ｉｏ　　：となる．次
に出力素子（Ｑ，）のオンデューディを漸増して行くと
Ａ相を流れる電流（ｉ＾）が更に漸減すると同時にＥ相
を流れる電流（ＩＥ）が漸増し、出力索子（Ｑ２）がオ
ンになった時、ｉＥ＝ｉｏ　　ｉ＾；０　となり、第３
図（ｃ）の状態になる．以下、順次励磁状態が切替わっ
て４−５相励磁を実行して行く．さて、この本発明にお
ける（Ｐ）．（Ｑ）点の変化を徐々に行わせるためには
、前述のように出力素子（Ｔｒ）のオン／オフスイッチ
ング制御による相電流の変化を予め測定してデータ化し
、記憶装置（ＲＯＮ）に記憶させておき、このオン／オ
フデューティのデータをもとに出力素子（Ｔｒ）をスイ
ッチング制御し、所定のシーケンスに従ってモーターコ
イル（＾）（ｎ）・・・を励磁して行くものである．こ
の場合、出力素子（１゜『）のオン／オフデューティは
実際の微小角駆動時のオン／オフデューティに合致して
いるので、従来の相電流検出によるスイッチング制御回
路（Ｓ）へのフィードバックを必要としないものである
． 第５図は本発明同路の第２実施例で、１つのモータコイ
ル（＾）（Ｂ）・・・（Ｅ）に対して４個の出力素子（
Ｔｒｉ　）（Ｔｒｚ）（’ｒｒ３）（Ｔｒ＊）・”　（
Ｔｒ＋　ｙ）（Ｔｒ＋　ｓ）（Ｔｒ　１ｓ）（Ｔｒ２。

）をそれぞれブリッジに組んであり、互いに直列接続さ
れている出力素子（’ｒｒ＋）　（Ｔｒｔ）　，　（Ｔ
ｒｔ）（Ｔｒ＋）・＝　（Ｔｒ＋ｔ）（’ｒｒ＋ｓ）．
（Ｔｒ＋ｓ）（Ｔｒｉｏ）の接続点間にモータコイル（
＾）・・・（Ｅ）が接続されている．この結線方式はス
タンダード・ドライブ方式と呼ばれている．この場合も
萌述同様予めデータ化された相１ｔ流の変化に従って出
力素子（Ｔｒ）をスイッチング制御を行って行くもので
ある． 以上のように、本発明の駆動回路構成は総電流検出のみ
の一最な駆動回路と同一でありながら、シークンスに従
って出力素子（Ｔｒ）を予めＪｔｌ　’．ｔし、記憶装
置（ＲＯＭ）に記憶させたオン／オフデューディのデー
タにてスイッチング制御して行く事により微小角駆動を
実行して行くものである．（以下余白》 以下、本発明で使用したシーケンスの一例を示す． 第１表 （本発明で使用する励磁シーケンス） （以下余白》 〈劾　　果》 本発明方法は請求項（１）に記載したように、ステッピ
ングモータのモータコイルに励磁電流を通電して微小角
駆動を行わせるステッピングモータの微小角駆動方法に
おいて、微小角駆動時の出方素子のオン／オフスイッチ
ング制御による相電流の変化を予め測定しておいてデー
タ化しておき、このデータに基づき該ステッピングモー
タの励磁シーケンスに従って出力素子のオン／オフデュ
ーティを変化させるようとスイッチング制御させてデー
タ通りの微小角駆動をステッピングモータにさせるので
、出力素子のオン／オフデューティは実際の微小角駆動
時のオン／オフデスーティに合致しており５その結果、
従来の相電流検出によるスイッチング制御回路へのフィ
ードバックを必要としないものである．従って、従来必
要とされていた相電流検出回路を省略出来て回路全体の
ｆｌ′ｌＶ索化を実現出来、コストダウンが＋’ｉ（能
になったと阿う利点がある．その他、スイッチング制御
される出力素子が１個であるためにスイッチングノイズ
や発熱を軽減出来ると言う利点もある．又、相電流検出
によるスイッチング制御回路へのフィードバックを必要
としないため２相〜多相ステッピングモータに適用出来
るというメリットもある． 又、請求項（２）のステッピングモータ微小角駆動回路
では、外部からの正転／逆転の指定並びにステッピング
モータの回転速度を決める四転方向指定パルスを入力し
、この回転方向指定パルスをアドレスに変化させて記憶
装置に入力するアップ／ダウンカウンタと、ステッピン
グモータ駆動回路の出力素子のオン／オフスイッチング
デューディ制御のためのデータを記憶し、アップ／ダウ
ンカウンタからのアドレス変化を受け、記憶したデータ
に従って出力素子のオン／オフスイッチングデューディ
制御のためのデータを出力する記憶装置と、記憶装置か
らの出力データに基づいて出力素子をオン／オフスイッ
チングデユーティ制御してステツビングモー夕のモータ
コイルに駆動電流を通電してシーケンス通りの微小角駆
動を行うステッピングモータ駆動回路とで横成されてい
るので、Ｈ記方法を実施する事が出来、回路構成を非常
に簡素化する事が出来て大幅なコストダウンが可能とな
った．

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の第１実施例の駆動方法結線図、第
２図・・・本発明の原理を説明するための簡略回路図、 第３図（ａ）〜（ｅ）・・・本発明の励磁コイルの模式
図、第４図・・・本発明の説明用の等価回路図、第５図
・・・本発明の第２実施例の駆動方法結線図５第６図・
・・本発明のベクトル図、 第７図・・・本発明の１１７ツク回路図第８図・・・一
部を省略］７た従来回路結線国．（Ｍ）・・・モータコ
イル制御回路、 （＾）〜（１’．）・・・モータコイル、（Ｔｒ）・・
・出力素子、　　（Ｋ）・・・総電流検出回路（Ｒ）・
・・Ｄ　Ｖ電圧制御用センス抵抗（Ｓ）・・・ステッピ
ングモータ駆動回路（ｔｌＤｃ）・・・アップ／ダウン
カウンタ（ＲＯＭ）・・・記憶装置 （１）・・・半導体チリッパ、 （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．第
２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステッピングモータのモータコイルに励磁電流を
   通電して微小角駆動を行わせるステッピングモータの微
   小角駆動方法において、微小角駆動時の出力素子のオン
   ／オフスイッチング制御による相電流の変化を予め測定
   しておいてデータ化しておき、このデータに基づき該ス
   テッピングモータの励磁シーケンスに従って出力素子の
   オン／オフデューティを変化させるようにスイッチング
   制御させてデータ通りの微小角駆動をステッピングモー
   タにさせる事を特徴とするステッピングモータの微小角
   駆動方法。
2. （２）外部からの正転／逆転の指定並びにステッピング
   モータの回転速度を決める回転方向指定パルスを入力し
   、この回転方向指定パルスをアドレスに変化させて記憶
   装置に入力するアップ／ダウンカウンタと、 ステッピングモータ駆動回路の出力素子のオン／オフス
   イッチングデューティ制御のためのデータを記憶し、ア
   ップ／ダウンカウンタからのアドレス変化を受け、記憶
   したデータに従って出力素子のオン／オフスイッチング
   デューティ制御のためのデータを出力する記憶装置と、 記憶装置からの出力データに基づいて出力素子をオン／
   オフスイッチングデューティ制御してステッピングモー
   タのモータコイルに駆動電流を通電してシーケンス通り
   の微小角駆動を行うステッピングモータ駆動回路とで構
   成された事を特徴するステッピングモータ微小角駆動回
   路。