JPH0353880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明はパルスモータの駆動方法に関するも
のである。

従来技術 従来、一般にパルスモータの駆動は第１図に示
すようにパルスモータ駆動回路１が入力パルス信
号CPと回転方向信号CW／CCWとに基づいてパ
ルスモータ２の所定の相の巻線を順次励磁させる
ことにより、同パルスモータ２のロータを回転さ
せるようになつている。

そして、その駆動原理は、説明の便宜上パルス
モータ２を第２図に示すように５相の永久磁石型
パルスモータとすれば、ステータ３の各相突極に
それぞれ巻線Ｌ１〜Ｌ５が巻装され、その各巻線
Ｌ１〜Ｌ５により各突極がＮ極に励磁されるよう
になつている。一方ロータ４は永久磁石で構成さ
れ、同永久磁石と前記突極に励磁された磁極との
吸引作用に基づいて同ロータ４が保持される。

そして、上記のように構成されたパルスモータ
２を例えば二、三相励磁方式により駆動させるに
は、前記パルスモータ駆動回路１が順次入力され
る入力パルス信号CPに応答して、第４図に示す
関係に従つて所定の相のスイツチ（実際にはトラ
ンジスタ等よりなるスイツチング回路によつて行
われる）SW１〜SW５をオン〔論理値１〕させ
ることにより10パルス１周期すなわち第５図に示
すように一励磁サイクル中に10個の励磁状態を作
り前記ロータ４を１回転させるようになつてい
る。

しかし、起動に際して自起動周波数以下の周期
の入力パルス信号CPを前記パルスモータ駆動回
路１に入れても第１２図に一点鎖線で示すように
パルスモータ２は脱調しない範囲内で遅れて始動
を開始する。そして、この遅れを小さくするため
に、いいかえれば入力パルス信号CPに対する応
答性を高めるために、パルスモータ２の相数を増
加（例えば二、三相励磁等の励磁方式により見掛
けの相数を増加）させて、ステツプ角を小さくさ
せることにより、非脱調周波数範囲を広くして、
ある程度遅れを改善することがモータ停止時にお
ける信号等に対しては満足する結果は得られなか
つた。

目 的 そこで、本発明者はパルスモータの静止トルク
の特性を利用して、パルスモータの起動から停止
までの時間を短縮するすなわち、複数パルス応答
特性を向上させるパルスモータの駆動方法を見い
出した。

すなわち、前記パルスモータ２の静止トルク曲
線は第６図に示すように表わされ、その最大静止
トルク（保持トルク）は例えば第５図０の励磁状
態において、ロータ４を第５図に示す位置まで変
位させた時である。いいかえれば、ｎ個の励磁状
態を有するパルスモータの静止トルクは１／2n
個の入力パルス信号CPがパルスモータ駆動回路
の入力された場合におけるロータが歩進（ステツ
プ）する位置に相当する変位が最大静止トルクと
なる。

従つて、ある励磁状態から自起動周波数以上の
周期の1/2ｎ個の入力パルス信号がパルスモータ
駆動回路に入力されても脱調することなく、ロー
タは前記所定の励磁状態から1/2ｎ個目の励磁状
態に対応する位置まで追随することがわかる。す
なわち、パルスモータの励磁相の変化が最大静止
トルクの範囲内であれば、ロータは脱調すること
なく変化した励磁相まで歩進する。このことはリ
ラクタンス型若しくはハイブリツド型（永久磁石
とリラクタンス型と併用によるもの）のパルスモ
ータについても同様である。

この発明は上記の解析に基づき従来と全く別の
方法で、しかもパルスモータの起動から停止まで
の時間を短縮することができ、パルスモータの性
能を向上させることができるパルスモータの駆動
方法を提供するにある。

実施例 以下、この発明を具体化したパルスモータの駆
動方法の一実施例を図面に従つて説明する。

まず、このパルスモータの駆動方法に採用され
るパルスモータ制御装置について説明すると、第
７図において、制御回路１１はパルスモータのス
テツプ数を決定する移動ステツプデータＳとパル
スモータの回転方向を決定する回転方向データＤ
を入力し、その両データに基づいて次段のパルス
モータ駆動回路１２に入力パルス信号CP及び回
転方向信号CW／CCWを出力する。同制御回路
１１は第８図に示すように中央処理装置（以下、
CPUという）１３、読出し専用メモリ（リー
ド・オンリー・メモリ；以下、ROMという）１
４、読出し及び書込み可能なメモリ（ランダム・
アクセス・メモリ；以下、RAMという）１５及
びＩ／Ｏポート１６，１７よりなり、前記ROM
１４にはパルスモータの駆動制御のための制御プ
ログラムが記憶され、一方RAM１５にはＩ／Ｏ
ポート１６及びデータバス１８を介して前記移動
ステツプデータＳ及び回転方向データＤ等の各種
データ及び前記CPU１３の演算結果等が記憶さ
れるようになつている。

パルスモータ駆動回路１２は公知の二、三相励
磁のための駆動回路であつて、前記制御回路１１
からの入力パルス信号CP及び回転方向信号
CW／CCWに基づいて次段のパルスモータ１９
を所定の回転方向に所定のステツプ数だけ駆動さ
せる。パルスモータ１９は第９図に示すように５
相のリラクタンス型パルスモータであつて、一励
磁サイクル中に10個の励磁状態（励磁相）を有す
るようにステータ２０の各相突極に巻線Ｌ１１〜
Ｌ１５が巻装され、前記駆動回路１２のスイツチ
ング動作（第４図参照）によりロータ２１が回動
されるようになつている。

次にパルスモータの駆動方法について前記パル
スモータ制御装置におけるCPU１３の演算処理
動作を示す第１０図のフローチヤート図に従つて
説明する。

さて、CPU１３が初期設定されて、同CPU１
３によりROM１４はパルスモータ１９の駆動制
御のための制御プログラムを有効化し、かつ
RAM１５にはｎレジスタにパルスモータ１９の
一励磁サイクル中の励磁状態の数と等しい「10」
の値ｎが記憶されるとともに、パルスモータ１９
のロータ２１が第９図に示す状態に保持されてい
るとき、制御回路１１に移動ステツプデータＳと
回転方向データＤが入力されると、同CPU１３
は両データＳ，Ｄをそれぞれ前記RAM１５のＮ
レジスタ及びＤレジスタに書込む。

続いて、CPU１３は前記ｎレジスタの内容ｎ
とＮレジスタの内容Ｓとの大小を比較判断する。
ここで、説明の便宜上移動ステツプデータＳすな
わちステツプ数を「15」とすると、CPU１３は
移動ステツプデータＳの方が大きいことを判断し
て、1/2ｎ個すなわち５個の入力パルス信号CPを
非常に短かい周期〔Ta〕にて、次段のパルスモ
ータ駆動回路１２に出力する。

パルスモータ駆動回路１２は５個の入力パルス
信号CPに応答してスイツチング動作し、励磁相
を５つ順次遷移させ、停止状態における巻線Ｌ１
１，Ｌ１２，Ｌ１５による励磁状態から巻線Ｌ１
３，Ｌ１４による励磁状態すなわち、最大静止ト
ルクの変位に相当する位置における励磁相までそ
の励磁状態を非常に速く遷移させる。

従つて、パルスモータ１９のロータ２１は励磁
相の遷移により起動開始する。この時、励磁相と
ロータ２１との位相差が５パルス分となるため同
ロータ２１はほぼ最大静止トルクに相当する力で
励磁相に吸引される。

一方、５個の入力パルス信号CPを出力した
CPU１３は前記Ｎレジスタの内容Ｓ（＝15）を５
減算するとともに同CPU１３に内蔵されたタイ
マをＴ１時間（本実施例ではロータ２１が先の励
磁相の遷移により回動して、１ステツプ位置まで
回動するに要する時間）作動させる。タイマルー
チンによるＴ１時間経過後、CPU１３は入力パ
ルス信号CPを１個次段のパルスモータ駆動回路
１２に出力するとともに、Ｎレジスタの内容Ｓを
１減算する。この時パルスモータ駆動回路１２は
前記１個の入力パルス信号CPに応答して、励磁
相を１つ遷移させるが、この時すでにロータ２１
は１ステツプ回動しているため、前記ロータ２１
の励磁相に対する位相差は５パルス分となり、前
記ロータ２１はひきつづき最大静止トルクに相当
する力でもつて励磁相に吸引されて回動を続け
る。

一方、CPU１３はＮレジスタの内容Ｓ、すな
わち減算の結果〔Ｓ＝10−１＝９〕が比較値Ｋ
（この実施例では４（＝1/2ｎ−１））より大きいか
どうかチエツクし、いまだＮレジスタの内容Ｓが
比較値Ｋより大きいことをチエツクして、前記タ
イマをＴ２時間（ほぼ自起動周波数の周期に相当
する時間）作動させる。

タイマルーチンによるＴ２時間経過後、CPU
１３は入力パルス信号CPを１個前記駆動回路１
２に出力して、前記と同様に励磁相を１つ遷移さ
せるとともに、Ｎレジスタの内容Ｓを１減算させ
る。そして再びＮレジスタの内容Ｓと比較値Ｋと
を比較した後、タイマをＴ２時間作動させる。以
後Ｎレジスタの内容Ｓが「４」になるまで、略Ｔ
２時間ごとにCPU１３はパルスモータ駆動回路
１２に入力パルス信号CPを出力して、励磁相を
１づつ遷移させる。

従つて、励磁相はこの間ほぼ自起動周波数に相
当する周期Ｔ２の入力パルス信号CPにより遷移
され、ロータ２１は脱調することなく回動され
る。

Ｎレジスタの内容Ｓが「４」になつた時、
CPU１３は前記タイマをＴ３時間作動させ、タ
イムアツプ後直ちに４個の入力パルス信号CPを
非常に短かい周期Taで次段のパルスモータ駆動
回路１２に出力する。なお、タイマのT3時間は
ロータ２１が10個の入力パルス信号CPによつて
遷移した励磁相の位置をオーバーランして再び同
励磁相の位置に復帰しようとするまでの時間と一
致させていて、この実施例においては同ロータ２
１がちようど前記移動ステツプデータＳに基づく
最終ステツプ位置までオーバーランされているも
のとして予め設定されている。

従つて、パルスモータ１９のロータ２１がオー
バーランして移送ステツプデータＳに基づく最終
ステツプ位置に回動して来た時、すなわちロータ
２１の回動速度が０になつた時に最後の４個の入
力パルス信号CPが非常に短かい周期Taで制御回
路１１から出力されて、同最終ステツプ位置に励
磁相が直ちに遷移するため、同ロータ２１は減衰
振動されることなく最終ステツプ位置で停止され
る。

ロータ２１が停止すると、CPU１３は同ロー
タ２１をその状態に保持するとともに、次の新た
な移送ステツプデータＳ及び回転方向データＤの
入力を持つ。

このように、移送ステツプデータＳに基づいて
パルスモータ１９は起動時において脱調すること
なく起動するとともに、停止時に不用な振動をす
ることなく所定の最終ステツプ位置で確実に停止
する。

ちなみに、本実施例について試験した結果、第
１２図に実線で示すパルスモータ変位曲線Ｒ１が
得られ、従来の駆動方法によるパルスモータ変位
曲線（同図に一点鎖線で示す曲線）Ｒ２に比べ
て、起動時においては加速性に優れ、停止時にお
いては不用な振動がすることなく最終ステツプ位
置にすばやく停止することがわかつた。

従つて、パルスモータの起動から停止までに要
する時間を短縮することができ、パルスモータの
性能を向上させることができる。

なお、本実施例では、前記移動ステツプデータ
Ｓが前記RAM１５のｎレジスタに記憶した値ｎ
より小さい場合、すなわち一励磁サイクル中の励
磁状態の総数より小さい場合には、CPU１３は
同データＳと値ｎの大小をチエツクした後、デー
タＳと値ｎの差に応じてｎレジスタの内容をパル
スモータ１９がスムースに起動停止できる値とな
るように演算して書替えるようにしている。そし
て、この書替えられたｎレジスタの内容に基づい
てパルスモータ１９は起動停止されるようになつ
ている。

又、本実施例では、Ｔ１時間を周期Taの５個
の入力パルス信号CPに基づいて遷移した励磁相
により回動されるロータ２１が１ステツプ移動す
るに要する時間、すなわち次の６個目の入力パル
ス信号CPに基づいて励磁相が１つ遷移した場合
に、ロータ２１が同遷移した励磁相における静止
最大トルク位置まで回動するに要する時間となる
ように設定したが、ロータ２１と励磁相との位相
差が1/2ｎ個以内となる時間で適宜に変更しても
よい。同様にＴ３時間についても負荷変動による
オーバーランの多少に基づいて適宜に変更しても
よい。

さらに、本実施例では、起動時における入力パ
ルス信号CPの数を５個出力するように設定した
が、一励磁サイクル中にｎ個の励磁状態があるな
らば、1/2ｎ個以下（本実施例の場合は５個以下）
の数の範囲で適宜に変更してもよい。又、停止時
における入力パルス信号CPの数については予め
負荷イナーシヤ等を考慮して運動方程式から計算
されたデータに基づき求めた最適数４個を用い
た。上記入力パルス信号CPの周期Taについては
非常に高い周波数であつて、パルスモータ駆動回
路１２が応答できる（スイツチング動作できる）
範囲内であればどれだけ短かい周期に変更しても
よく、又起動時と停止時における周基Taを異な
るものにしてもよい。

次に、この発明の第二の実施例について説明す
る。

この実施例では本発明の駆動方法をフイードバ
ツク制御に応用したものであつて、第１３図に示
すようにパルスモータ１９が１ステツプするたび
ごとにフイードバツク信号SG１を出力する位置
検出器２５を同モータ１９に設けるとともに、こ
のフイードバツク信号SG１に制御回路１１の
CPU１３が応答して、入力パルス信号CPの出力
を制御させるようにしたものである。

以下、この実施例におけるパルスモータの駆動
方法について第１５図に示すCPU１３の演算処
理動作を示すフローチヤート図に従つて説明す
る。

前記実施例と同様に制御回路１１に移送ステツ
プデータＳ及び回動方向データＤが入力される
と、CPU１３は両データをそれぞれＮレジスタ
及びＤレジスタに書込むとともに、データＳとｎ
レジスタに記憶した値ｎとを比較する。そして
CPU１３は値ｎ（＝10）より移動ステツプデータ
Ｓ（＝15）の方が大きいと判断すると、Ｎレジス
タの内容Ｓを1/2ｎ減算（Ｓ＝10）させた後、自
起動周波数以上の周期Taの５個の入力パルス信
号CPを次段のパルスモータ駆動回路１２に出力
する。パルスモータ駆動回路１２は前記と同様に
パルスモータ１９の励磁相を５パルス分遷移させ
る。この時、パルスモータ１９のロータ２１は最
大静止トルクにより励磁相まで回動を開始する。
そして、ロータ２１が１ステツプ分変位した時、
前記位置検出器２５からフイードバツク信号SG
１が出力される。このフイードバツク信号SG１
に応答してCPU１３は１個入力パルス信号CPを
パルスモータ駆動回路１２に出力させて、パルス
モータ１９の励磁相を１つ遷移させる。励磁相が
１つ遷移した時、ロータ２１と励磁相との位相差
が５パルス分となるため同ロータ２１はほぼ最大
静止トルクに相当する力で励磁相に吸引されてさ
らに回動する。

１個の入力パルス信号CPを出力して、Ｎレジ
スタの内容Ｓを１減算した後、CPU１３は同Ｎ
レジスタの内容Ｓが減算されて「５」になるまで
前記位置検出器２５から出力されるフイードバツ
ク信号SG１を入力するたびごとに入力パルス信
号CPを出力して、パルスモータ１９の励磁相を
１づつ遷移させ、ロータ２１を回動させる。

Ｎレジスタの内容Ｓが「４」になると、CPU
１３はタイマをＴ４時間（ロータ２１が10個の入
力パルス信号CPによつて遷移した励磁相の位置
をオーバーランして再び励磁相の位置に戻ろうと
する時間）作動させる。タイマルーチンによるＴ
４時間経過してCPU１３は前記実施例と同様に
４個の非常に短かい入力パルス信号CPを出力し
て、ロータ２１を脱調させることなく、かつ減衰
振動が生じることなく所定の励磁相位置に停止さ
せる。

従つて、このフイードバツク制御においても、
前記実施例と同様にパルスモータ１９を脱調する
ことなく起動させ、停止時においても不用な振動
をすることなく所定のステツプ位置で停止させる
ことができるとともに、起動から停止するまでに
要する時間を非常に短縮することができる。

次にこの発明の第三の実施例について説明する
と、この実施例は第１３図に示すようにさらにパ
ルスモータ１９に速度検出器２６を設けたもので
あつて、同検出器２６からの回転速度検出号信号
SG２を制御回路１１に出力して、前記第二の実
施例とは別の方法でパルスモータ１９を停止制御
させるものである。

以下、この方法を第１７図に示す制御回路１１
のCPU１３の演算処理動作を示すフローチヤー
ト図に従つて説明する。なお、本実施例はロータ
２１を停止させる前までの方法は前記第二の実施
例と同じなのでその説明は省略し、同ロータ２１
を停止させる場合についてのみ説明する。

さら、Ｎレジスタの内容Ｓが「４」になつたこ
とをCPU１３がチエツクすると、次に、同CPU
１３はロータ２１のオーバーランに基づく前記位
置検出器２５からのフイードバツク信号SG１に
応答して、Ｎレジスタの内容Ｓを１減算する。続
いて、CPU１３はＮレジスタの内容Ｓがいまだ
「０」でないことをチエツクした後に遅延タイマ
を作動させ、同ロータ２１のオーバーランに基づ
く次のフイードバツク信号SG１を待つ。遅延タ
イマがタイムアツプした後次のフイードバツク信
号SG１が出力されると、CPU１３は再びＮレジ
スタの内容Ｓを１減算して、以後内容Ｓが「０」
となるまですなわち、ロータ２１が移動ステツプ
データＳに基づくステツプ位置をオーバーランす
るまで減算を繰り返す。

ロータ２１が移送ステツプデータＳに基づくス
テツプ位置までオーバーランすることを前記フイ
ードバツク信号SG１によりCPU１３が判別する
と、同CPU１３は速度検出器２６からの回転速
度検出号信号SG２によりロータ２１の回転速度
が「０」すなわちオーバーランして次に元の励磁
相位置に復帰する瞬間をチエツクして、４個の入
力パルス信号CPを所定の短かい周期Taで出力さ
せる。これによつて、ロータ２１が速度「０」に
なつた位置すなわち移送ステツプデータＳに基づ
くステツプ位置に励磁相が直ちに遷移するため、
同ロータ２１は脱調かつ減衰振動することなく停
止される。

従つて、ロータ２１が確実にオーバーランして
移送ステツプデータＳに基づくステツプ位置に来
たか否かを確実に検出してロータ２１を停止させ
ることができ、前記第二の実施例のＴ４時間を設
定するタイマは不用となり、しかも負荷の変動に
よるオーバーランの変動においても確実にロータ
２１は脱調かつ減衰振動することはない。

なお前記各実施例は５相のリラクタンス型パル
スモータを二、三相励磁方式で運転させる場合に
ついて説明したが、他の励磁方式でも可能である
とともに、５相機以外のパルスモータであつても
よい。さらに永久磁石型パルスモータ等、他のパ
ルスモータの応用することは勿論可能である。

効 果 以上詳述したようにこの発明は、パルスモータ
を起動時においては加速性を高め、停止時におい
ては不用な振動をさせることなく最終ステツプ位
置にすばやく停止させることができ、パルスモー
タの起動から停止までに要する時間を短縮するこ
とができるため、パルスモータの性能を向上させ
ることができる。又、本発明においては、ロータ
の１ステツプごとの変位に基づいて励磁相を１ス
テツプずつ遷移させロータと励磁相との位相差が
常に５パルス以内となるようにしたので、負荷の
変動に対してもロータは脱調することなく確実か
つすばやく目標位置へ回動させ得る効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパルスモータの駆動方法を説明
するための電気ブロツク回路図、第２図は５相の
永久磁石型パルスモータの構造を説明する説明
図、第３図は同じく電気回路図、第４図は同じく
パルスモータを二、三相励磁方式による駆動方法
を説明するための表図、第５図は同じく二、三相
励磁方式によるパルスモータの駆動状態を示す説
明図、第６図は静止トルク曲線、第７図はこの発
明を具体化したパルスモータの駆動方法の一実施
例を示す電気ブロツク回路図、第８図は制御回路
の電気ブロツク回路図、第９図はリラクタンス型
パルスモータの構造を説明するための説明図、第
１０図は中央処理装置の演算処理動作を示すフロ
ーチヤート図、第１１図は入力パルス信号の出力
波形図、第１２図はロータの変位曲線図、第１３
図はこの発明の第二の実施例を説明するための電
気ブロツク回路図、第１４図は同じく制御回路の
電気ブロツク回路図、第１５図は同じく中央処理
装置の演算処理動作を示すフローチヤート図、第
１６図は同じく入力パルス信号の出力波形図、第
１７図はこの発明の第三の実施例を説明するため
の中央処理装置の演算処理動作を示すフローチヤ
ート図である。 制御回路…１１、パルスモータ駆動回路…１
２、中央処理装置…１３、読出し専用メモリ…１
４、読出し及び書込み可能なメモリ…１５、パル
スモータ…１９、ステータ…２０、ロータ…２
１、位置検出器…２５、速度検出器…２６、入力
パルス信号…CP、フイードバツク信号…SG１、
回転速度検出信号…SG２、移動ステツプデータ
…Ｓ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １パルス信号の入力毎に複数相パルスモータ
   １９の少なくとも１相の励磁状態を変化させてロ
   ータ２１を１ステツプ定角度回動させるように各
   相の励磁状態を変化させる駆動回路１２に対し、
   予め決められた目標数の前記パルス信号をパルス
   列として供給することによりロータ２１を所定角
   度回転させるパルスモータの駆動方法において、 停止状態のロータ２１を回転させる時、所定個
   の前記パルス信号を自起動周波数を越える周期の
   パルス列として前記駆動回路１２に供給し、予め
   決定された第１の時間Ｔ１経過後に、続くパルス
   信号を自起動周波数以下の周期のパルス列として
   前記駆動回路１２に供給するとともに、 前記目標数の最後のパルス信号よりも所定個前
   のパルス信号が前記駆動回路１２に供給されてか
   ら予め決定された第２の時間Ｔ３経過後に、残る
   パルス信号を自起動周波数を越える周期のパルス
   列として前記駆動回路１２に供給してロータ２１
   を停止させること を特徴とするパルスモータの駆動方法。 ２ 前記第１の時間は、前記所定個のパルス信号
   が自起動周波数を越える周期のパルス列として前
   記駆動回路１２に供給されてから、停止状態のロ
   ータ２１が１ステツプ回転するまでの時間として
   設定されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のパルスモータの駆動方法。 ３ 前記第２の時間Ｔ３は、前記目標数の最後の
   パルス信号よりも所定個前のパルス信号が供給さ
   れてから、そのパルス信号により生成される励磁
   状態が指向する回転位置を越えるロータ２１の過
   回動が復動に転ずるまでの時間として設定されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のパルスモータの駆動方法。