JPH04505095A - マイクロステッピング単極モーター用のパラメトリック電流制御法 - 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】 １　マイクロステッピング単極モータ ー用のパラメトリック電流制御法 １　発明の背景と要約 本発明は単極ステッピングモーターのマイクロステ１　ッピング制御法に関する 。

ｊ　本発明者の、米国特許第４．８５５．６６０号は単【　極ステッピングモー ターのマイクロステッピングのための新しい装置と方法を開示している。

１　本発明の開示された実施例はモーターに供給される電流調整における改善を 表わしている。

従来の電流調整は、感知抵抗、ホールセンサー、または電流変成器を介してモー ター巻線内の電流を直接的に感知することを必要としている。そこにはモーター に提供される電力と電圧の無駄な波費消耗が生じる本発明は、電圧と巻線抵抗の 測定を通して間接的にモーター電流を感知することを意図している。さらに特定 化すると、本発明は、電池電圧を感知することと、そして巻線温度を感知して巻 線抵抗を感知することによってモーター電圧を感知することを意図している。こ れらのパラメーターの測定から、望ましいパルス幅変ＩＩ　（ＰＷＭ）されたデ ユーティサイクルが、望ましいモーター電流に関して計算される。本発明の長所 は、より安いコストと、より低い電圧降下と、より小さなサイズと、そしてより 少ない電力消費を実現することにある。

他の長所と同様、本発明の前述の長所は、添付図面と関連して考慮される説明と 請求の範囲とから明らかになる。図面類は、本発明を実施するのに現時点で最も 好都合な方法によって表わした望ましい実施例を開示する。図面類の説明 第１図は本発明の原理を実現させた単極ステッピングモーター制御装置の回路図 であり、 第２Ａ図および第２Ｂ図は、特に本発明を構成する改善を含む装置の動作を説明 する流れ図である。

望ましい実施例の説明 装置１０は、１つの相巻線を構成する対向的に巻かれたコイル１２ａ、１２ｂの １つの組と、別の相巻線を構成する、対向的に巻かれたコイル１２ｃ、１２ｄの 別の組とを持つ標準的な単極ステッピングモーター１２を含んでいる。コイル１ ２ａ、１２ｂは、トランジスタＱ５を通して正側電池端子Ｂ＋に接続される共通 端子を有している。コイル１２ａ、１２ｂの各々の他の端子はトランジスタＱ７ ．Ｑ８のそれぞれを通してグランド電池端子にそれぞれ接続されており、この２ つのトランジスタはグランドへの抵抗１４を共有している。

抵抗Ｒ４３，Ｒ４４，Ｒ４５およびトランジスタＱ６で構成される回路は、マイ クロプロセッサ−１６によ、てそれ自身が制御されているトランジスタＱ６によ ってトランジスタＱ５の導通を制御するものである。それぞれの抵抗Ｒ４６，Ｒ ４７を通してマイクロプロセッサ−１６に結合しているトランジスタＱ７．Ｑ８ もまた、マイクロプロセッサ−１６の制御の下にある。ダイオードＤ５．Ｄ６． Ｄ７．Ｄ８．Ｄ９．およびＤ１５は、図に示されるような方法で回路に接続され ている。

コイル１２ｃ、１２ｄに結び付いている回路は、コイル１２ａ、１２ｂと結び付 いているそれと正確に同じであるため、詳しく説明することは不必要である。

マイクロプロセッサ−１６への入力には、望ましい位置入力１８および現在位置 人力２０とが含まれている。マイクロプロセッサ−１６は、発明者の前述特許に おいて説明されている方法と同様な方法でモーターコイルの励磁を制御するよう 機能するので、詳細はそれら特許を参照することができる。全般的には、望まし い位置信号への、現在位置信号の相応の欠如によってエラー信号が発生されるた め、現在位置と望ましい位置が異なっている時にはいつでも、望ましい位置に向 かってモーターがマイクロステップを生じさせる。

モーターの動作過程は、コイルへのＰＷＭ電流の供給を含んんでいる。この電流 は最適動作のために調整されるべきである。本発明はこれを、コイルへの実際の 電流の直接的感知なしで実施するものである。寧ろ、電流の表示（インディケー ジ３ン）は間接的に得られるものであり、そしてこれはモーターに供給される電 圧を感知することと、そしてコイル自体の抵抗を感知することとによって実施さ れるのである。

モーターに供給される電圧の表示（インディケージ３ン）は、２２におけるよう にマイクロプロセッサ−がＢ十電池電圧を感知することによって得られ、そして コイル抵抗の表示は、２４におけるようにモーターコイル温度の測定値を受ける ことによって得られる。

このコイルの抵抗は温度に関連しており、それら測定値ヲ基にしてマイクロプロ セッサ−はコイルへの電流を計算し、そしてそれに従って前記電流を調整する。

以前に指摘したような、付加的な感知用機器の使用は、これによって不要となる 。ある種の単極ステッピングモーターは既に、内部的に埋め込まれたサーミスタ が設けられており、そしてそれらの存在はマイクロプロセッサ−に温度信号を提 供することに利用できる。

第２Ａ図および第２Ｂ図は動作の説明に用いられる。これらの図は、マイクロプ ロセッサ−によって実行される、そしてモーター割込みと呼ばれるサブルーチン を表わしている。第２Ａ図において描かれているステップは、発明者の前述特許 の第６図に描かれている相応したステップと類似であるが、しかし速度調節カウ ンターを調節するためのいくつかのステップヲ含んでいる。第２Ｂ図に表わされ ているサブルーチンの部分には、本発明の特色が表わされているので、図面が詳 細に説明される。

最初のステップである１００は、２つの部分、すなわち１）電池電圧変換を決め 、そして２）モータースケーリングファクターを決め、ることを含んでいる。

このステップを完了すれば、２２において感知された電池電圧と２４で感知され たモータ一温度とが、相応するファクターを発生するように、マイクロプロセッ サ−によって用いられる。電池電圧変換ファクターは電池電圧の異なるレベルと 関連しており、またモータースケーリングファクターはモータ一温度と関連して いる。電池電圧を監視することによって、マイクロプロセッサ−は、参照テーブ ルのような媒体中に蓄積されている、対応する電圧変換ファクターを選択するこ とが可能である。同様な方法によって、モータースケーリングファクターも決め られる。電池電圧変換ファクターと電池電圧との間の関係は、電圧変換ファクタ ーが一般的には電池電圧に関する逆数となるように、換言すれば、電池電圧が小 さいほど大きな電池電圧変換ファクターを持ち、電圧が大きいほど小さな変換フ ァクターを持つようにされる。モータースケーリングファクターと感知されたモ ータ一温度との間の関係は、一般的にはモータースケーリングファクターは温度 によって直接的に変化するように、換言すれば、温度が高ければモータースケー リングファクターも大きくなるようにされる。

第３のファクターはステップ１０２で決められるもので、これは現在のモーター ステップレートを基にしたスケーリングファクターである。この第３のファクタ ーの目的は、モーターの時定数と逆起電力の補正である。

これら３つのファクターはステップ１０４で互いに乗算されて、モーター補償ス ケーラ−（ＳＣＡＬＥ）を得る。モーターへの電流を調節し、そしてそれによっ て電流調整を設けるのに用いられる。のは、５ＣＡＬＥである。

この装置は、発明者の前述特許において説明されているのと同じ方法で適当なモ ーター動作を実行するためそれぞれのコイルにサインのおよびコサイン出力を提 供する。３６０度の範囲にわたって、制御電流の個別のサインおよびコサイン値 が発生される。モーターの望ましい動作に従って特定の値が選択される。トラン ジスタＱ５の動作は、対応するトランジスタＱ７またはＱ８が動作している時に コイル１２ａ、１２ｂの選択された１方を励磁させることができ、同様に、トラ ンジスタＱ９の動作は、対応するトランジスタＱ１１またはＱ１２が動作してい る時にコイル１２ｃ、１２ｄの選択された１方を励磁させることができる。本発 明によって提供される改善は、これらサインおよびコサイン値が前に説明された ３つのファクターに関して補償されることであり、そしてそのような補償は、ト ランジスタＱ５．Ｑ９の導通性を制御することによって実行される。こうしてス テップ１０６．１０８はサイン値をめ、１方ステツプ１１０はめられたサイン値 を請求められた５ＣＡＬＥフアクタ一倍する。

同様に、ステップ１１２．１１４はコサイン値をめ、１方、ステップ１１６はめ られたコサイン値を、求められた５ＣＡＬＥフアクタ一倍する。これまで述べた 調整は、適正な電流が選択されたモーターコイルの各々の供給されるよう、選択 されたモーターコイル両端に現われるＰＷＭ電圧出力を調整することである。残 りのステップ１１８，１２０，１２２はサブルー−チンを含むものであり、そし て装置はモーターに適正な電流を提供する。

このように、モーターへの電流は電池電圧の、そしてモーターコイル抵抗の、変 化に関して補償されるように調整される。本発明は、アクセルペダルの位置によ って指示されるようにステッピングモーターがスロットルブレードを位置決めす る、自動車用スロットル制御装置に使用される。

本発明の望ましい実施例が開示されたのではあるが、この原理は他の実施例にも 適用可能であることは明らかである。

平成　４年　４月２４日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．単極ステッピングモーター制御装置において、各相巻線が２つの対向して巻 かれたコイルを持つ２相巻線を含む単極ステッピングモーターを有し、前記モー ターは駆動される部分を回転させるシャフトを備え、更に、 前記駆動される部分の現在位置を表わす信号を発生させるよう動作する現在位置 センサー装置を有し、前記駆動される部分の望ましい位置を表わす信号を発生さ せるよう動作する望ましい位置発生器装置、を有し前記望ましい位置まで前記ス テッピングモーターが前記駆動される部分を駆動するよう、前記駆動される部分 の現在位置と望ましい位置との間の差異を表わすエラー信号を発生するため前記 複数の信号に応答する、マイクロプロセッサーを含む、装置、を有し、３６０度 の範囲にわたって制御電流の個別のサインおよびコサイン値を発生するための装 置、を有し、相応するコイル中の電流の流れを制御するための、前記各コイルに 関する、相応する制御される導通用装置を有しこの制御される導通用装置は前記 マイクロプロセッサーの制御の下にあるように構成されており、前記マイクロプ ロセッサーは、前記制御される導通用装置の最初の１つを前記制御電流の正のサ イン値に関してのみ導通状態とし、前記制御される導通用装置の第２のものを前 記制御電流の負のサイン値に関してのみ導通用状態とし、前記制御される導通用 装置の第３のものを前記制御電流の正のコサイン値に関してのみ導通状態とし、 そして前記制御される導通用装置の第４のものを前記制御電流の負のコサイン値 に関してのみ導通状態とし、 前記装置はさらに、前記コイルの各々の中の制御電流を調整するための電流調整 用装置を有し、前記電流調整用装置は、前記制御される導通用装置を通して前記 コイルに制御電流を供給する直放電源の電圧を感知して 前記マイクロプロセッサーに供給するための電圧感知用装置と、そして前記複数 の相巻線付近のモーター温度を感知して前記マイクロプロセッサーに供給する温 度感知用装置とを有し、 さらに前記マイクロプロセッサーは、モーター動作が実質的にモーター温度にお ける、そして直流電源電圧における変動から影響を受けないよう、前記コイルヘ の電流が調整されるよう前記制御される導電用装置を動作させるために働く、こ とを特徴とする装置。
2. ２．前記電流調整用装置が、回路内で最初の４つの制御される導通用装置のうち の２つとそれらに相応するコイルとの結び付いている第５の制御される導通用装 置と、そして回路内で前記最初の４つの制御される導通用装置のうちの他の２つ とそれらに相応するコイルとに結び付いている第６の制御される導電用装置とを 有し、 前記第５および第６の制御される導電用装置の導電度は前記マイクロプロセッサ ーの制御の下にあって、前記コイルの特定の１つが前記第１から第４までの制御 される導電用装置の特定の１つによって選択された時に、モーターを通る電流の 大きさが調整されるような、請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．単極ステッピングモーターを制御するための装置において、 ２つの相巻線と、駆動される部分、前記駆動される部分は望ましい位置に回転す るよう動作できる、に結合された出力シャフトとを単極ステッピングモーター、 と 前記駆動される部分に結合し、前記駆動される部分の現在位置を表わす信号を発 生するよう動作できる位置センサー装置、と 前記駆動される部分の望ましい位置を表わす信号を発生するよう動作できる望ま しい位置信号発生器、と 前記駆動される部分の前記現在の位置と望ましい位置との差異を表わすエラー信 号を発生するために前記信号の各々に応答する装置、と 前記モーターに関するパルス周期を表わす複数の信号の１つを発生するために前 記いくつかのステップに応答するテーブル参照装置、と 前記望ましい位置まで前記駆動される部分を回転させるために前記モーターに電 力を供給するため、前記参照テーブル装置からの前記信号に応答する装置、とを 有し さらに、モーター温度における、および前記モーターに電力を与える直流電源電 圧の大きさにおける、変動に対して、前記モーターに電力を供給するための前記 装置を調整するための調整用装置をも有していることを特徴とする装置。
4. ４．前記調整用装置が前記巻線付近の前記モーター内に設けられた熱センサーを 含んでいるような請求の範囲第３項記載の装置。
5. ５．２つの相巻線と、望ましい位置まで回転するよう動作できる駆動される部分 に結合した出力シャフトとを持つ単極ステッピングモーターを制御するための方 法において、 駆動される部分の現在位置を表わす信号を発生するため駆動される部分に位置セ ンサー装置を結合させるステップ、と 駆動される部分の望ましい位置を表わす信号を発生させるステップ、と 駆動される部分の望ましい位置と現在位置との間の差異を計算するステップ、と モーターに関するステップ速度を発生するために、その差異の大きさに応答する ステップ、とモーターの角度回転を表わす信号のために、モーターのステップ速 度に応答してテーブル内を参照するステップ、と そして次に、望ましい位置にまで駆動される部分を回転させるためモーターの各 巻線に電力を供給するよう参照されたテーブルからの前記信号に応答するステッ プ、とを有し 参照のステップにおいては、テーブルはモーターの角度回転を表わすためのＮ語 のサイン値からなりさらにこの方法は、モーターに電力を与える直流電源の電圧 における、そしてモーターの温度における、変動に対して調整するステップを有 し、前記調整用ステップは、直流電線電圧を感知し、モーター温度を感知し、そ して次に感知された直流電源電圧および感知されたモーター温度に従って、前記 直流電源から前記モーターに供給されるパルス幅変調電流のデューティサイクル をセッティングするステップを含む、ことを特徴とする方法。
6. ６．モーター温度の感知が、モーター巻線付近に設けられた感知用装置によって 行なわれるような、請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．単極ステッピングモーター制御装置において、２つの相巻線、各相巻線は２ つの対向して巻かれたコイルを持つ、を有する単極ステッピングモーター、前記 モーターは駆動される部分を回転させるシャフトを持っている、と 前記駆動される部分の現在位置を表わす信号を発生するよう動作する現在位置セ ンサー装置、と前記駆動される部分の望ましい位置を表わす信号を発生するよう 動作する望ましい位置発生器装置、と 望ましい位置にまで前記駆動される部分が駆動されるよう前記駆動される部分の 現在位置と望ましい位置との間の差異を表わすエラー信号を発生させるため前記 信号に応答する、マイクロプロセッサーを含む、装置、と 前記モーターコイルと前記モーターコイルに電流を供給する直流電圧電源との間 の回路内の制御される導電用装置、ここにおいて前記電源からの前記回路は前記 制御される導電用装置および前記モーターコイル以外の電気回路とは関わりなく 、前記制御される導電用装置は前記望ましい位置にまで前記駆動される部分を駆 動するため前記マイクロプロセッサーの制御の下にある、とを含み さらに前記装置は前記コイルの各々内の制御電流を調整するための電流調整用装 置を含み、前記電流規則用装置は、前記直流電源の電圧を感知して前記マイクロ プロセッサーへ供給するための電圧感知用装置、および前記巻線付近のモーター 温度を感知して前記マイクロプロセッサーへ供給するための温度感知用装置を有 し、 そして前記マイクロプロセッサーは、モーター温度における、および前記直流電 源の電圧における、変動に実質的に無関係となるよう前記コイルヘの電流がパル ス幅変調されるように前記制御される導電用装置を動作させる装置を含んでいる 、ことを特徴とする装置。
8. ８．モーター温度が、前記巻線付近の前記モーター内に設けられた温度感知用装 置によって感知されるような、請求の範囲第７項に記載の装置。