JPH05130800A - ステツピングモータのｄｃ駆動制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速域で脱調現象を起こしたり、回転トルク
が減少することなく、制御範囲の広いステッピングモー
タのＤＣ駆動制御方式を提供すること。 【構成】 ロータＲと複数の駆動コイルＬ１，Ｌ２とを
具備するステッピングモータ１と、該駆動コイルＬ１，
Ｌ２に通電する駆動回路２とを具備し、駆動コイルＬ
１，Ｌ２に所定のタイミングで通電することにより、ロ
ータＲの回転を制御させるステッピングモータの駆動制
御方式であって、駆動コイルＬ１，Ｌ２に発生する逆起
電圧によりロータＲの位置を検出するロータ位置検出回
路４と、ロータ位置検出回路４の出力により、駆動コイ
ルＬ１，Ｌ２に通電するタイミングを生成する通電タイ
ミング生成回路５とを設け、通電タイミング生成回路５
の出力を駆動回路２に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータのＤ
Ｃ駆動制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来技術】一般に外部パルスで駆動されるステッピン
グモータは、総回転角が入力パルスの総数に比例し、そ
の速度がパルスレートに比例するという開ループ制御に
より駆動されている。その駆動回路を図２に示す。この
駆動回路は図示するように、パワートランジスタＴｒ１
〜Ｔｒ４からなる第１ブリッジ回路Ｂｒ１、パワートラ
ンジスタＴｒ５〜Ｔｒ８からなる第２ブリッジ回路Ｂｒ
２を具備し、この第１ブリッジ回路Ｂｒ１を構成するパ
ワートランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４及び第２ブリッジ回路
Ｂｒ２を構成するパワートランジスタＴｒ５〜Ｔｒ８を
決められたシーケンスによって、オンオフ制御すること
により、ステッピングモータＳＰＭの駆動コイルＬ１，
Ｌ２に所定のタイミング通電しロータＲを回転させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の駆動回路に
おいて、ステッピングモータＳＰＭの回転速度を上げよ
うとする場合、制御入力のパルスレートを上げれば良い
が高速域で脱調現象を起こしたり、回転トルク減少す
る。これはステッピングモータの制御系が開ループ制御
の為、高速域において、通電タイミングが回転トルクの
減少の方向にずれる為である。また、このように高速域
において、回転トルクの減少が起きる為電力効率が落ち
ることになる。更に、このように入力周波数（パルスレ
ート）に対して、出力回転速度が高回転域において非線
形性を持っているために制御範囲が狭いという問題もあ
る。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、ステッピングモータのロータの位置を逆起電圧によ
り検出し、このロータ位置により該ステッピングモータ
の駆動コイルに通電するタイミングを制御する閉ループ
制御系とすることにより、上記従来の問題点、即ち高速
域で脱調現象を起こしたり、回転トルクが減少したりす
ることがなく、制御入力としてパルスで無く、ＤＣ電圧
にて制御する。即ち、ステッピングモータをＤＣモータ
として扱える制御範囲の広いステッピングモータの駆動
制御方式を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ロータと複数の駆動コイルとを具備するステ
ッピングモータと、該駆動コイルに通電する駆動回路と
を具備し、駆動コイルに所定のタイミングで通電するこ
とにより、ロータの回転を制御させるステッピングモー
タの駆動制御方式において、駆動コイルに発生する逆起
電圧によりロータ位置を検出するロータ位置検出手段
と、ロータ位置検出手段の出力により、駆動コイルに通
電するタイミングを生成する通電タイミング生成手段と
を設け、通電タイミング生成手段の出力を駆動回路に出
力し、該通電タイミングで駆動コイルに通電することを
特徴とする。

【０００６】

【作用】ステッピングモータの駆動制御方式を上記のよ
うに構成することにより、ロータ位置検出手段が検出し
たロータ位置により、通電タイミング生成手段が駆動コ
イルのタイミングを生成し、駆動回路に出力する構成、
即ち制御系を閉ループ構成とするので、脱調現象を起こ
すことなく、電力効率及び回転トルクの向上、更にはモ
ータ特性の線形性が保たれる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の駆動制御方式を適用するステッ
ピングモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図であ
る。図１において、１はステッピングモータ、２はステ
ッピングモータ１の駆動コイルＬ１，Ｌ２（図２の駆動
コイルＬ１，Ｌ２と同じ）にＤＣ電圧から通電するドラ
イバー回路である。３はステッピングモータ１の駆動コ
イルに発生する逆起電圧検出回路、４は前記逆起電圧検
出回路３で検出した逆起電圧からステッピングモータ１
のロータＲの回転位置を検出するロータ位置検出回路、
５は該ロータ位置検出回路で検出したロータ位置からス
テッピングモータ１の駆動コイルＬ１，Ｌ２に通電する
通電タイミングパルスを生成する通電タイミング生成回
路である。なお、６はステッピングモータ起動時の通電
タイミングを生成するパルス発生回路である。

【０００８】上記構成のステッピングモータ駆動制御装
置の動作を図３に基づいて説明する。なお、図３は２相
ステッピングモータの駆動コイルＬ１，Ｌ２に通電する
電流及び発生する逆起電圧の波形と各パワートランジス
タＴｒ１〜Ｔｒ８のオンオフ波形を示す図である。ステ
ッピングモータ１が回転しているとき、その駆動コイル
Ｌ１，Ｌ２に図３の（ｃ），（ｄ）示す電流を通電する
と、該駆動コイルＬ１，Ｌ２に図３の（ａ），（ｂ）に
示すような逆起電圧が発生する。

【０００９】図３の（ａ），（ｂ）に示す逆起電圧に
は、ステッピングモータ１のロータ位置情報が含まれて
いる。駆動コイルＬ１に発生する逆起電圧と駆動コイル
Ｌ２に発生する逆起電圧とでは９０°の位相差がある。
この逆起電圧を逆起電圧検出回路３で検出し、ロータ位
置検出回路４でロータＲの位置を検出し、図３の（ｄ）
に示すロータ位置検出信を通電タイミング生成回路５に
出力する。該通電タイミング生成回路５は図３の（ｆ）
に示すような駆動回路２を構成するパワートランジスタ
Ｔｒ１〜Ｔｒ８をオンオフするタイミング信号を生成
し、駆動回路２に出力する。これによりステッピングモ
ータ１の駆動コイルＬ１，Ｌ２に図３の（ｃ），（ｄ）
に示すようにトルク角９０°となる最大効率点で通電す
る。これによりステッピングモータ１は、ロータ位置が
フィードバックされたＤＣモータとして駆動されること
になる。従って制御入力としてＤＣ電圧ＶＩＮを可変に
することにより、ステッピングモータ１の回転速度を自
由に可変できる。

【００１０】図４は本発明の駆動制御方式で駆動制御さ
れるステッピングモータの構造を示す図である。図示す
るようにステッピングモータはロータ（回転子）１０と
ステータ（固定子）２０とを具備し、ロータ１０は上部
が閉じた円筒状の回転体１１を有し、該回転体１１の内
部中央には支柱１２が一体に設けられ、内周部には支持
部材１３を介在させてロータマグネット１４が固定され
た構造である。また、ステータ２０は台部材３０に中央
に設けた円筒状の支持部材３１の外周にＡ相側ステータ
２１とＢ相側ステータ２２を上下２段重ねに配置し固定
した構造である。ロータ１０の支柱１２は軸受３２，３
３を介して支持部材３１の内部に回転自在に支持されて
いる。

【００１１】図５はコイル２５，２６に電流をながした
場合、Ａ相側ステータ２１の上側ヨーク２１ａと下側ヨ
ーク２１ｂに発生する磁界の極性及びＢ相側ステータ２
２の上側ヨーク２２ａと下側ヨーク２２ｂに発生する磁
界の極性を示す展開図である。図５に示すように、Ａ相
側ステータ２１はクローポール型の円環状の上側ヨーク
２１ａと下側ヨーク２１ｂとからなり、内部にコイル固
定部材２３を介在させてコイル２５が巻回されている。
また、Ｂ相側ステータ２２は図５に示すように上側ヨー
ク２２ａと下側ヨーク２２ｂとからなり、内部にコイル
固定部材２４を介在させてコイル２６が巻回されてい
る。

【００１２】図６は上記構造のステッピングモータのロ
ータ１０のロータマグネット１４の磁極とステータ２０
のＡ相側ステータ２１及びＢ相側ステータ２２の磁極の
関係を示す展開図である。図６に示すようにＡ相側発生
磁界（Ａ相側ステータ２１のコイル２５から発生する磁
界）の磁極とＢ相側発生磁界（Ｂ相側ステータ２２のコ
イル２６から発生する磁界）の磁極は９０°位相をずら
して発生するように、上下側ヨーク２１ａ，２１ｂと上
下側ヨーク２２ａ，２２ｂを配置している。上記のよう
にステータ２０を構成しその外側にロータマグネット１
４を配置しているが、このロータマグネット１４の磁極
は図６にのようにＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ・・・・・のようにＡ相側
発生磁界及びＢ相側発生磁の磁極ピッチと同じピッチで
着磁されている。

【００１３】ここで図３に示すＡ相側ステータ２１のコ
イル２５は第１図のステッピングモータ１の駆動コイル
Ｌ１に相当し、Ｂ相側ステータ２２のコイル２６は駆動
コイルＬ２に相当する。従って、該コイル２５，２６に
発生する逆起電圧を逆起電圧検出回路３で検出し、ロー
タ位置検出回路で該逆起電圧からロータ１０のロータマ
グネット１４の位置を検出し、通電タイミング生成回路
５でコイル２５，２６で通電するタイミング信号を生成
し、駆動回路２に出力することで、ロータマグネット１
４はＡ相側発生磁界とＢ相側発生磁界に引かれて回転す
る。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ータ位置検出手段が検出したロータ位置により、通電タ
イミング生成手段が駆動コイルのタイミングを生成し、
駆動回路に出力する構成、即ち制御系を閉ループ構成と
するので、脱調現象を起こすことなく、電力効率及び回
転トルクの向上、更にはモータ特性の線形性が保たれる
という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動制御方式を適用するステッピング
モータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】ステッピングモータの駆動回路の構成を示す図
である。

【図３】２相ステッピングモータの駆動コイルの通電電
流、逆起電圧及びパワートランジスタオンオフ信号等の
各波形を示す図である。

【図４】本発明の駆動制御方式で駆動制御されるステッ
ピングモータの構造例を示す図である。

【図５】図４のステッピングモータのＡ相側ステータの
上側ヨークと下側ヨークに発生する磁界の極性とＢ相側
ステータの上側ヨークと下側ヨークに発生する磁界の極
性を示す展開図である。

【図６】図４のステッピングモータのロータマグネット
の磁極とＡ相側ステータ及びＢ相側ステータの磁極の関
係を示す展開図である。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ ２ 駆動回路 ３ 逆起電圧検出回路 ４ ロータ位置検出回路 ５ 通電タイミング生成回路 ６ パルス発生回路 １０ ロータ １１ 回転体 １２ 支柱 １３ 支持部材 １４ ロータマグネット ２０ ステータ ２１ Ａ相側ステータ ２２ Ｂ相側ステータ ２３ コイル固定部材 ２４ コイル固定部材 ２５ コイル ２６ コイル ３０ 台部材 ３１ 支持部材 ３２ 軸受 ３３ 軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと複数の駆動コイルとを具備する
   ステッピングモータと、該駆動コイルに通電する駆動回
   路とを具備し、前記駆動コイルに所定のタイミングで通
   電することにより、ロータの回転速度を制御するステッ
   ピングモータの駆動制御方式において、 前記駆動コイルに発生する逆起電圧によりロータ位置を
   検出するロータ位置検出手段と、 該ロータ位置検出手段の出力により、前記駆動コイルに
   通電するタイミングを生成する通電タイミング生成手段
   とを設け、 該通電タイミング生成手段の出力を前記駆動回路に出力
   し、該通電タイミングで前記駆動コイルに通電すること
   を特徴とするステッピングモータのＤＣ駆動制御方式。