JPH03124298A - ステップモータの駆動方法 - 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〕 本発明は、ステップモータの駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

ステップモータは、１信号入力毎に一定角度ずつ回転動
作するものである。この１信号入力毎の一定の作動角度
をステップ角度と言い、ステップ角度はステップモータ
の構造により定まる。すなわち、ステータとロータに形
成される突極の数やそのサイズおよびこの突極に設けら
れる歯部の数やそのサイズ等によって一義的に定まる。

例えば、４相式ハイブリッドステップモータを、ロータ
の歯数を５０、ステータの歯数を５０として作製した場
合、その最小ステップ角度は１・２相励磁力式で０　、
　９　ｄｅｇ／５ｔｅｐ、　２相励磁又は１相励磁力式
で１　、　８　ｄｅｇ／５ｔｅｐである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これら従来の励磁方式によるステップモータの
駆動方法では、１・２相励磁力式で得られる最小ステッ
プ角度よりも小さいステップ角でステップモータを作動
させることはできなかった。

したがって、従来得られる最小ステップ角度よりも小さ
いステップ角度を必要とする制御システム等にステップ
モータを組み込もうとした場合には、減速機が必要とな
り、装置の大型化および駆動力の損失増大を招いてしま
う。

そこで、上述の事情に鑑み、本発明は従来の駆動力性で
は得ることのできなかった小さなステップ角度でステッ
プモータを駆動することができるステップモータの駆動
方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明によるステップモー
タの駆動方法においては、ステップモータのステータに
巻装された各相コイルの内から選択される２つのコイル
にそれぞれ供給される電流の少なくとも一方を変化させ
ることを特徴としている。

〔作用〕

このように２つのコイルに供給される電流を増減させる
ことにより、ステータとロータの相互間に作用する磁力
の吸引・反発作用の釣り合いによって決定されるロータ
の安定点位置が変化する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第３図を参照し
つつ、説明する。

第１図は本発明によるステップモータの駆動方法が適用
されるステップモータの駆動回路を示した図である。こ
の図に示したステップモータｌは、ハイブリッド形のも
ので、そのステータには第１相、第２相、第３相および
第４相からなる４つのコイル１１．１２．１３．１４が
巻装されている。

これら各相コイルにはそれぞれ駆動用トランジスタ２１
．２２．２３．２４のコレクタが接続されており、これ
ら駆動用トランジスタのベースにはＣＰＵ等の制御手段
（図示せず）から所定周期のオン・オフ信号が入力され
るようになっている。

また、第−相コイル１１および第３相コイル１３はチョ
ッピング用トランジスタ１５を介して電源１７に接続さ
れ、第２相コイル１２および第４相コイル１４はチョッ
ピング用トランジスタ１６を介して電源１７に接続され
ている。チョッピング用トランジスタ１５および１６は
それぞれエミッタが電源１７に接続され、コレクタが各
相コイル１１および１３．１２および１４に接続され、
ベースには制御手段（図示せず）から高周波のパルス信
号が入力されている。このパルス信号は図示しないＰ　
ＷＭ　（ＰｕＩｓａ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ）回路によりそのデユーティ比が調整されるようにな
っている。

したがって、駆動用トランジスタ１１．１２．１３．１
４のいずれかのベースにオン信号が入力され、その駆動
用トランジスタが導通状態になると、これに接続されて
いるコイルにチョッピング用トランジスタ１５若しくは
１６によりチョッピングされた電源からの電流が供給さ
れるようになっている。そして、その平均電流値はチョ
ッピング用トランジスタ１５若しくは１６に入力される
パルス信号のデユーティ比が調整されることにより、増
減するようになっている。

次に、第１図に示したステップモータの駆動回路に本発
明による駆動方法を適用してステップモータ１を駆動す
る場合について、第２図に示したタイミングチャートを
参照しつつ説明する。

第２図（ａ）〜（ｄ）は駆動用トランジスタ２１．２２
．２３．２４の導通（オン）・非導通（オフ）状態を示
しており、同図（ｅ）〜（ｈ）はそれぞれ第１相コイル
１１、第２相コイル１２、第３相コイル１３、第４相コ
イル１４に供給されるチョッピング電流の平均電流値を
示している。

まず、本発明によるステップモータの駆動方法において
は、ステップモータ１のステータに巻装された各相コイ
ル１１．１２．１３．１４の中から順次２つのコイルが
選択される。但し、第１相コイル１１と第３相コイル１
３とが同時に選択されることはなく、また、第２相コイ
ル１２と第４相コイル１４とが同時に選択されることは
ない。

そして、選択された２つのコイルに対応する駆動用トラ
ンジスタにオン信号が供給され、その駆動用トランジス
タが導通状態とされる。例えば、第４相コイル１４と第
１相コイル１１とが選択されたものとすると、これらに
接続されている駆動用トランジスタ２４および２１のベ
ースにオン信号が供給され、これらの駆動用トランジス
タが導通状態にされる（第２図（ａ）、（ｄ）のｔｌお
よびｔ２区間を参照）。これにより、第４相コイル１４
および第１相コイル１１にチョッピング用トランジスタ
１６および］５によりそれぞれチョッピングされた電流
が供給される。このとき、チョッピング用トランジスタ
１６若しくは１５のベースに入力されるパルス信号のデ
ユーティ比を変化させることにより、選択された第４相
コイル１４若しくは第１相コイル１１に供給される電流
が変化する。例えば、チョッピング用トランジスタ１６
のベースに入力されるパルス信号のデユーティ比を８０
％に保ったまま、チョッピング用トランジスタ１５のベ
ースに入力されるパルス信号のデユーティ比を０％から
８０％まで２０％ずつ段階的に増加させると、第２図（
ｈ）および（ｅ）のｔ１区間に示したように、第４相コ
イル１４に供給されるチョッピング電流の平均電流値は
一定値をとり、第１相コイル１１に供給されるチョッピ
ング電流の平均電流値は段階的に大きくなる。

そして、ｔ１区間の経過後チョッピング用トランジスタ
１５のベースに入力されるパルス信号のデユーティ比を
８０％に保ったまま、チョッピング用トランジスタ１６
のベースに入力されるパルス信号のデユーティ比を２０
％ずつ段階的に減少させると、ｔ２区間に示したように
、第１相コイル１１に供給されるチョッピング電流の平
均電流値は一定値をとり、第４相コイル１４に供給され
るチョッピング電流の平均電流値は段階的に小さくなる
。このようなデユーティ比制御により、選択された２つ
のコイルに供給されるチョッピング電流の平均電流値が
調整されるようになっている。

そして、このチョッピング電流の平均電流値の調整が、
順次選択される２つのコイルについて同様に行われる。

すなわち、ｔ３およびｔ４区間では第１相コイル１１と
第２相コイル１２とが選択され、これら選択されたコイ
ル対応する駆動用トランジスタ２１．２２のベースにオ
ン信号が入力され、これらコイルに供給されるチョッピ
ング電流の平均電流値が上述したようにデユーティ比制
御により調整される。同様にして、ｔ５およびｔ６区間
では第２相コイル１２と第３相コイル１３とが選択され
、ｔ７およびｔ８区間では第３相コイル１３と第４相コ
イル１４とが選択され、それぞれ選択されたコイルに供
給されるチョッピング電流の平均電流値がデユーティ比
制御により調整される。

ところで、上述したデユーティ比制御によるチョッピン
グ電流の平均電流値の調整は、選択された２つのコイル
のうち、一方に供給される電流を一定に保ち、他方に供
給される電流を増減しているが、本発明はこれに限られ
ず、一方のコイルに供給される電流を増大させながら、
他方のコイルに供給される電流を減少させることとして
もよい。

第３図に、選択された２つのコイルに供給される電流と
その電流に対応したステップモータの作動角との関係を
示す。図は、第１相コイルと第２相コイルが選択され、
これらにそれぞれ供給される電流１１と１２の平均電流
値を横軸に、その平均電流値に応じたモータの作動角度
を縦軸にとり、第１相コイルに供給される電流を増大さ
せながら、第２相コイルに供給される電流を減少させた
場合のステップモータの作動角を示している。

図示したように、第１相コイルに電流を供給せｆ　（ｉ
ｔ　−０）に第２相コイルのみに３．ＯＡの電流１２を
供給した場合のロータの作動角度位置を基準位置として
、電流１１を０，５Ａに、電流１２を２．５Ａに上述し
たようにデユーティ比を調整して変化させると、ステー
タとロータの相互間に作用する磁力の吸引・反発作用の
釣り合いによって決定されるロータの安定点位置が変化
し、ロータは基準位置から約０．２７ｄｅｇだけ回転し
た位置に安定する。また、電流１１を１．ＯＡに、電流
１２を２．ＯＡに変化させると、同様にしてロータは更
に約０．２７ｄｅｇだけ回転した位置に安定する。この
ことから、電流ｉ　と１２の平均電流値を０．５Ａずつ
増減していくことによって、約０．２７ｄｅｇずつロー
タが回転することが判る。

ステップモータのステップ角はロータの隣接する安定点
相互間の角度に他ならないから、このように各相コイル
に供給される電流を制御することによって、約０．２７
ｄｅｇのステップ角度でステップモータを作動させるこ
とができる。なお、理論的には各相コイルに供給される
電流値の変化幅を小さくしていくことによって、電流変
化に応じたステップ角度を無限に小さくすることが可能
である。

第３図に示した２点鎖線は、従来の１・２相励磁方式で
ステップモータを駆動した場合のステップ角を示してお
り、この場合には電流の制御はオン・オフ制御のみで行
っていたため、０．８ｄｅｇより小さいステップ角度で
ステップモータを駆動することはできなかった。

なお、上述した本発明によるステップモータの駆動方法
と従来の２相励磁や１・２相励磁方式を必要に応じて使
い分けると、効率の良い制御が可能となる。例えば、内
燃機関のスロットル弁をステップモータにより制御しよ
うとする場合、スロットルの急激な開閉動作に必要とさ
れる高い作動速度と、スロットル全閉付近の低開度域で
の緻密なスロットル制御を実現するために必要とされる
作動角分解能とを同時に得ることは、従来は困難であっ
た。すなわち、スロットル弁とステップモータとの間に
減速機を設けても、作動速度か作動角分解能のいずれか
一方が犠牲とならざるを得なかった。また、減速機の付
設は装置の大型化および複雑化を招くし、減速機を付設
すると、ステップモータの無励磁時の保持トルクに抗し
て、電源オフ時にスロットル弁を全閉にするための大き
な力を持ったリターンスプリングが必要となる。がかる
場合に、高い作動速度が必要とされるときには従来の２
相励磁方式等によりステップモータを駆動し、微小の作
動角分解能が要求されるときには本発明による駆動方法
にて駆動することで、作動速度と作動角分解能のいずれ
をも犠牲とすることなく、しかも、減速機を廃したコン
パクトな構造を実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるステップ角度の駆動
方法によれば、選択された２つのコイルに供給される電
流を増減させることにより、ステータとロータの相互間
に作用する磁力の吸弓反発作用の釣り合いによって決定
されるロータの安定点位置を変化させることができるの
で、これ１ ２ により任意の微小ステップ角度でステップモータを駆動
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるステップモータの駆動回路
を示した図、第２図は本発明によりステップモータを駆
動した場合のタイミングチャート、第３図はステップモ
ータの各相コイルに供給される電流とステップモータの
作動角の関係を示した図である。 １・・・ステップモータ、１１・・・第１相コイル、１
２・・・第２相コイル、１３・・・第３相コイル、１４
・・・第４相コイル、１５．１６・・・チョッピング用
トランジスタ、１７・・・電源、２１，２２，２３゜２
４・・・駆動用トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステップモータのステータに巻装された各相コイルの内
   から選択される２つのコイルに同時に電流を供給してス
   テップモータを駆動する方法であって、前記２つのコイ
   ルにそれぞれ供給される電流の少なくとも一方を変化さ
   せることを特徴とするステップモータの駆動方法。