JPH02280696A - ステップモータの駆動制御方法 - 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］ この発明はエンジンのスロットル開度制御等に使用され
るステップモータの駆動制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えばエンジン回転数を負荷変動に対して一定に
保つ＊ｔｍを行う電子ガバナにおいては、スロットルバ
ルブを高速かつ高精度に制御する必要がある。そのため
に、この種の電子ガバナでは、スロットルバルブ駆動用
のアクチュエータとしてステップモータが一般的に使用
されている。

第７図にステップモータを駆動させる場合の電子ガバナ
制御周期とモータ駆動可能時間との関係を示す。即ち、
電子ガバナ制御周期を３０＋ｍｓとし、その演算時間を
１０１３とすると、残りの２０ｍ５がモータ駆動可能時
間となり、それら演算時間とモータ駆動可能時間とが周
期的に交互に発生する。

従って、この場合のステップモータの回転速度を１＋ａ
ｓの単位時間当たり１ステップ分であるとすると、ステ
ップモータは前記モータ駆動可能時間の間に２０ステッ
プ分だけ回転させることができることになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記ステップモータとして、所定のステ
ップ角（例えば、］、８°）をフルステップ角とするフ
ルステップ駆動と、前記フルステップ角の半分の角度（
この場合、０．９”）をハーフステップ角とするハーフ
ステップ駆動とを共に行うようにしたモータにおいて、
前記フルステップ駆動を採用した場合には、２０ｍ５の
モータ駆動可能時間の間に最大で３６″の回転量を得る
ことができて高速応答性を実現できるものの、細かい位
置決めを行う分解能の点で問題があった。一方、前記ハ
ーフステップ駆動を採用した場合に、分解能を高めるこ
とができるものの、最大の回転量がフルステップ駆動の
場合の半分となって応答性の点で問題があった。

そして、これまでステップモータを駆動させる場合には
、前記フルステップ駆動とハーフステップ駆動の何れか
一方のみを採用していたので、高分解能と同時に高速応
答性を実現させることができなかった。

この発明は前述した事情に迄みてなされたものであって
、その目的は、ステップモータの高分解能と高速応答性
とを同時に実現することが可能なステップモータの駆動
制御方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するためにこの発明においては、所定
のステップ角をフルステップ角とするフルステップ駆動
と、そのフルステップ角の半分の角度をハーフステップ
角とするハーフステップ駆動とを行うようにしたステッ
プモータにおいて、ステップモータを回転駆動させるた
めのハーフステップ駆動用の制御出力値を２で割った商
と余を算出し、ステップモータの現在の励磁保持状態に
基いて商の分だけフルステップ駆動を行うと共に余の分
だけハーフステップ駆動を行うようにしている。

［作用］ 従って、ステップモータを回転駆動させる場合に、その
ハーフステップ駆動用の制御出力値を２で割った商と余
を算出し、ステップモータの現在の励磁保持状態に基き
、前記算出された商の分だけフルステップ駆動を行うと
共に余の分だけハーフステップ駆動を行う、これによっ
て、制御出力値の大部分がフルステップ駆動で駆動され
、その端の分だけハーフステップ駆動で駆動される。

し実施例］ 以下、この発明をエンジンのスロットル開度制御装置に
具体化した一実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第５図はこの実施例におけるスロットル開度制御装置の
機構を示している。吸気通路１を有するスロットルボデ
ィ２にはステップモータ３が［され、同モータ３の出力
軸３ａが吸気通路１を貫通して回転可能に支持されてい
る。そしで、吸気通路１内にて前記出力軸３ａ上にはス
ロットル弁４が固着されている。従って、ステップモー
タ３の回転量を制御してスロットル弁４の開度を調節す
ることにより、エンジン回転数の制御が行われる。

次に、このスロットル開度制御装置の電気的構成を説明
すると、第１図に示すようにマイクロコンピュータ（以
下「マイコン」という）６は予め定められた制御プログ
ラムを記憶すると共に、その時々の演算結果を一時記憶
するしたメモリを内蔵している。そして、マイコン６は
メモリに記憶した制御プログラムに基き、エンジン回転
数を制御するために図示しないアクセルボジシッンセン
サ、エンジン回転数センサ及びクランク角センサ等の各
センサからの検出信号に基いてステップモータ３の回転
角度を決定し、その決定された回転角度に対応する制御
信号（相データ）をモータ駆動回路７を介してステップ
モータ３へ出力する。

この実施例のステップモータ３は各相φＡ。

φＢ、φＣ１φＤを有する４相モータであり、モータ駆
動回路７は各相φＡ、φＢ；［有］Ｃ２φＤの励磁順序
を決定するシーケンサと、ステップモータ３の巻線８．
９に電流を供給する変換器とから構成されている。

モータ駆動回路７は第３図に示す２相励磁と第４図に示
す１〜２相励磁との両方を行い得る回路である。そして
、ステップモータ３は２相励磁によって所定のステップ
角（この場合、１．８＠）をフルステ・ノブ角とするフ
ルステップ駆動が行われるものであると共に、１−２相
励磁によって前記フルステップ角の半分の角度（この場
合、０．９”）をハーフステップ角とするハーフステッ
プ駆動が行われるものである。

次に、マイコン６の制御動作を第６図のフローチャート
に従って説明する。

まず、エンジンが始動された状態において、ステップ１
０１では各センサからの検出信号に基いてステップモー
タ３の回転角度を演算して決定し、同モータ３を回転駆
動させるためのハーフステップ駆動用の制御出力値Ｙを
割り出し、その割り出された制御出力値Ｙを２で割った
商Ｎと余Ｒを算出する。ここで、制御出力値Ｙは、 モータ駆動可能時間（ｍｓ） ０≦Ｙ≦　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　×
２モータ駆動速度（ｐｐｓ） である。

次に、ステップ１０２へ移行し、現在の保持状態がハー
フステップ駆動であるか否か、つまり前回の制御出力値
Ｙに従って回転したステップモータ３の最後の励磁ステ
ップがハーフステップ駆動に基り！１ｉｌＩ磁ステップ
で、その励磁状態でステップモータ３が保持されている
か否かを判別する。

そして、保持状態がハーフステップ駆動での励磁保持状
態でない場合、つまりフルステップ駆動での励磁保持状
態である場合には、ステップ１０３へ移行して、前記算
出した商Ｎの符号に従ってＮステップの分だけフルステ
ップ駆動でステップモータ３を回転させる。

続いて、ステップ１０４へ移行し、フルステップ駆動で
の励磁保持状態をハーフステップ駆動での励磁状態に進
めるために、以下に示す表１に従って励磁データを決定
する。尚、表１はフルステップ駆動での励磁保持状態か
らハーフステップ駆動での励磁で移動する際、ハーフス
テップ駆動のどのステップへ移動するかの励磁データを
示し、「励磁」の欄のデータは１６進数で表記されてい
る。

表１ そして、ステップ１０５へ移行して、表１の励磁データ
に従って前記糸Ｒの分だけハーフステップ駆動でステッ
プモータ３を回転させる。

例えば、現在の保持ステップがフルステップ駆動での励
磁の１ステツプ状態である場合には、表１の「保持」の
欄の「１」に対応するｒｊ［Ｊの欄の「Ｃ」がフルステ
ップ駆動の励磁データとなる。そして、１６進表記の「
Ｃ」は２進表記に直き換えるとｒｌ　１００Ｊとなり、
これはステップモータ３の各相φＡ、φＢ、φＣ９φＤ
の励磁のを無に対応する。つまり、各相φＡ、φＢが励
磁となり、残りの各相φＣ１φＤが非ｗＪ磁となる。

そして、商Ｎの符号が正である場合、表１の「移動方向
」の欄の「＋」に対応する「移動」の欄の「３」がハー
フステップ駆動での移動ステップとなり、その移動ステ
ップに対応する「励磁」の欄の「４」がハーフステップ
駆動の励磁データとなる。即ち、１６進表記の「４」は
２進表記で「０１００Ｊとなる。つまり、相φＢが励磁
となり、残りの各相φＡ、φＣ１φＤが非励磁となる。

そして、このようにハーフステップ駆動・＼移行されて
余Ｒの分だけハーフステップ駆動が行われる。

一方、ステップ１０２において、現在の保持状態がハー
フステップ駆動での励磁保持状態である場合には、ステ
ップ１０６へ移行し、現在の保持ステップが奇数ステッ
プであるか否かを判別する。

即ち、第４図のｒｌ、３．５．７Ｊに相当する保持ステ
ップであるか否かを判別する。

そして、保持ステップが奇数ステップでない場合、即ち
第４図のｒｏ、２，４．６Ｊに相当する偶数ステップで
ある場合には、ステップ１０７へ移行し、ハーフステッ
プ駆動での励磁保持状態をフルステップ駆動での励磁状
態に進めるために、以下に示す表２に従って励磁データ
を決定する。

尚、表２はハーフステップ駆動での励磁保持状態からフ
ルステップ駆動での励磁状態で移動する際、フルステッ
プ駆動のどのステップへ移動するかの励磁データを示し
、「励磁」の欄のデータは１６進数で表記されている。

（以下、余白〉 表２ 続いて、ステップ１０７から前記ステップ１０３ヘジヤ
ンプして前記各ステップ１０３〜１０５の処理動作を実
行する。

一方、ステップ１０６において保持ステップが奇数ステ
ップである場合には、ステップ１０８へ移行し、ハーフ
ステップ駆動で１ステップ分だけステップモータ３を回
転させる。

続いて、ステップ１０９へ移行し、余Ｒが「Ｏ」である
か否かを判別し、余Ｒが「０」でない場合には、ステッ
プ１１０へ移行して表２によって励磁データを決定し、
更にステップ１１１へ移行して商Ｎのステップ分だけフ
ルステップ駆動でステップモータ３を回転させる。

又、ステップ１０９において余Ｒが「０」である場合に
は、ステップ１１２へ移行し、ン＼−フステップ駆動で
の励磁保持状態をフルステップ駆動での励磁状態に進め
るために、前記表２に従って励磁データを決定する。続
いて、ステップ１１３へ移行し、（Ｎ−１）のステップ
分だけフルステップ駆動でステップモータ３を回転させ
る。そして、ステップ１１４へ移行し、表１によってハ
ーフステップ励磁データを決定し、更にステップ１１５
へ移行して１ステップ分だけハーフステップ駆動でステ
ップモータ３を回転させる。

次に、上記のように構成したスロットル開度制御装置の
作用を第２図のタイムチャートに従って具体的に説明す
る。

さて、ステップモータ３がフルステップ駆動においてＯ
ステップ状態で励磁が保持されている場合であって、最
初の制御周期Ｔ１におけるアクセルボジシヲンセ゛ンサ
、エンジン回転数センサ及びクランク角センサ等の各セ
ンサからの検出信号に基いて決定されたステップモータ
３の回転角度が＋９．９°である場合に、その回転角度
に対応する制御出力値Ｙは、９．９１０．９−１１とな
る。よって、前記制御出力値Ｙを２で割った商Ｎは「５
」となり、余Ｒは「１」となる。

従って、ステップモータ３を「５」のステップ分だけフ
ルステップ駆動で回転させると、ステップモータ３はフ
ルステップ駆動での１ステツプ状態で励磁（励磁データ
は「Ｃ」）が保持される。

そして、余ＲはｒＯＪでないから、表１に従ってハーフ
ステップ駆動での３ステツプ状態へ移行するために（励
磁データはｒ４Ｊ）、余Ｒの分、即ち「１」のステップ
分だけハーフステップ駆動でステップモータ３を回転さ
せる（励磁データはｒＣＪから「４」にする）。すると
、そのときのステップモータ３はハーフステップ駆動で
の３スチップ状態で励磁が保持される。

続いて、次の制御周期Ｔ２において、各センサからの検
出信号に基いて決定されたステップモータ３の回転角度
が−０，９°になると、その回転角度に対応する制御出
力値Ｙは「−１」となる。よって、前記制御出力値Ｙを
２で割った商Ｎは「０」となり、余Ｒは「−１」となる
。

従って、ステップモータ３をハーフステップ駆動で「−
１」のステップ分だけ回転させると、ステップモータ３
はハーフステップ駆動での２ステツプ状態で励磁が保持
される（励磁データは「Ｃ」）。又、商ＮはｒＯＪであ
るから、駆動させる必要はないが、ソフトウェアの都合
上、「０」のステップ分だけ駆動させるという形をとっ
た時は、第３図と第４図との対応により、フルステップ
駆動での１ステツプ状態で励磁が保持されることになり
、励磁データは変わらない、従って、この場合はフルス
テップ駆動の１ステツプ状態で保持されていることとす
る。

続いて、次の制御周期Ｔ３において、各センサからの検
出信号に基いて決定されたステップモータ３の回転角度
が＋１８°になると、その回転角度に対応する制−外出
力値Ｙは「２０」となる。よって、前記制御出力値Ｙを
２で割った商Ｎは「１０」となり、余Ｒは「０」となる
。

従って、ステップモータ３をフルステップ駆動で「１０
」のステップ分だけ回転させると、ステップモータ３は
フルステップ駆動での３ステツプ状態で励磁が保持され
る。

続いて、次の制御周期Ｔ４において、各センサからの検
出信号に基いて決定されたステップモータ３の回転角度
が−３５，１’になると、その回転角度に対応する制御
出力値Ｙはｒ−３９Ｊとなる。

よって、前記制御出力値Ｙを２で割った商Ｎはｒ−１９
Ｊとなり、余Ｒは「−１」となる。

従って、ステップモータ３をフルステップ駆動でｒ−１
９Ｊのステップ分だけ回転させると、ステップモータ３
はフルステップ駆動での１ステツプ状態で励磁（励磁デ
ータは「Ｃ」）が保持される。そして、余Ｒは「０」で
ないから、表１に従ってハーフステップ駆動での１ステ
ツプ状態へ移動するため（励磁データはｒｌＪ）、余Ｒ
の分、即ち「−１」のステップ分だけハーフステップ駆
動でステップモータ３を回転させる。

このようにして、ステップモータ３の回転量が制御され
、吸気通路１におけるスロットル弁４の開度が制御され
てエンジン回転数が調節される。

上“記のようにこの実施例では、ステップモータ３を回
転駆動させるためのハーフステップ駆動用の制御出力値
Ｙを２で割った商Ｎと余Ｒを算出し、ステップモータ３
の現在の励磁保持状態に基いて商Ｎの分だけフルステッ
プ駆動を行うと共に余Ｒの分だけハーフステップ駆動を
行うようにしている。つまり、ステップモータ３を駆動
させるための制御出力値Ｙの大部分をフルステップ駆動
させ、端の分だけハーフステップ駆動させて、それらを
ステップモータ３の現在の励磁保持状態に合わせて行う
ようにしている。

従って、フルステップ駆動による高速応答性と、ハーフ
ステップ駆動による高分解能とを同時に実現することが
できる。よって、スロットル開度制御の高速応答性と高
分解能を達成することができる。しかも、ギれらをステ
ップモータ３の駆動制御のみよって達成することができ
るので、分解能を高めるための減速ギア装置等を設ける
必要がなく、スロットル開度制御装置として全体を小型
化することができ、狭いエンジンルームに通している。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜
に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記実施例では、４相のステップモータ３を使用
して説明したが、フルステップ駆動及びハーフステップ
駆動を行い得るステップモータであれば同相のステップ
モータでもよい０例えば、５相のステップモータでもよ
い。

（２）前記実施例では、スロットル開度制御装置に具体
化したが、ステップモータをアクチエエータとして使用
する装置であればよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、ステップモータ
の高分解能と高速応答性とを同時に実現することができ
るという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明を具体化した一実施例を示す
図面であって、第１図はスロットル開度制御装置の電気
的構成を示す図、第２図はスロットル開度制御装置の作
用を説明するタイムチャート、第３図はステップモータ
の２相励磁を示すタイムチャート、第４図はステップモ
ータの１−２相励磁を示すタイムチャート、第５図はス
ロットル開度制御装置の機構を示す断面図、第６図はマ
イコンの制御動作を説明するフローチャートである。第
７図は従来例のステップモータの制御動作を説明するタ
イムチャートである。 図中、３はステップモータ、６はマイコン、７はモータ
駆動回路である。 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所代理人　
弁理士　　恩　１）博　宣（ほか１名）第５図 第７図 印 （ｍｓＪ 第３ｍ 第４ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　所定のステップ角をフルステップ角とするフルステ
   ップ駆動と、前記フルステップ角の半分の角度をハーフ
   ステップ角とするハーフステップ駆動とを行うようにし
   たステップモータにおいて、前記ステップモータを回転
   駆動させるためのハーフステップ駆動用の制御出力値を
   ２で割った商と余を算出し、前記ステップモータの現在
   の励磁保持状態に基いて前記商の分だけフルステップ駆
   動を行うと共に前記余の分だけハーフステップ駆動を行
   うようにしたステップモータの駆動制御方法。