JPH05300798A - ステップモータ駆動装置 - Google Patents

ステップモータ駆動装置

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JPH05300798A
JPH05300798A JP10310992A JP10310992A JPH05300798A JP H05300798 A JPH05300798 A JP H05300798A JP 10310992 A JP10310992 A JP 10310992A JP 10310992 A JP10310992 A JP 10310992A JP H05300798 A JPH05300798 A JP H05300798A
Authority
JP
Japan
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motor
torque
output
output torque
command
Prior art date
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Pending
Application number
JP10310992A
Other languages
English (en)
Inventor
Daisuke Yoshida
大輔 吉田
Takayuki Ikeda
隆之 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、慣性負荷の大小値に応じた最大加
速度を得つつ、ステップモータの持つ位置再現性により
位置管理を容易になし得るとともに、所定の出力トルク
となる位置でステップモータを簡単かつ確実に保持させ
ることができるステップモータ駆動装置を提供すること
を目的とする。 【構成】この発明では、位置指令値と実位置との差及び
速度指令値に対応する駆動パルスを発生するパルス発生
器を具え、このパルス発生器から出力される駆動パルス
に従ってステップモータを駆動するステップモータ駆動
装置において、ステップモータの出力トルクを検出する
モータ出力トルク検出手段と、ステップモータの出力ト
ルクの指令値を設定するモータ出力トルク指令値設定手
段と、モータ出力トルク指令値とモータ出力トルク検出
値を比較し、モータ出力トルク検出値がモータ出力トル
ク指令値を超えた場合、前記パルス発生器に対して駆動
パルスを停止させる出力停止信号を出力する比較手段と
を具えるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はステップモータ駆動装
置に関し、特にステップモータを使用して重い慣性負荷
を駆動したり或いは静止状態での出力トルクを管理しな
くては行けない用途に適したステップモータ駆動装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ステップモータにとって慣性負荷
を駆動したり或いは静止状態での出力トルク(ストール
トルク)を管理したりすることは不得手とされ、このよ
うな用途には通常DCモータが使用されていた。
【0003】これは、ステップモータの特徴として、規
定のトルク以上の負荷に対しては励磁位相の変化に回転
子が追従できず発生トルクが極端に低下する脱調現象と
称される特性を有すること、またはモータの停止位置が
離散的に決定されているのに対し静止軸トルクは回転子
と界磁の各磁極の相対位置によって決まるので任意位置
での出力トルク管理が困難であることに起因している。
【0004】例えば、重量物が載置された移動テーブル
をステップモータで移動駆動する構成において、上記重
量物が載置された移動テーブルを急加速しようとした場
合、ステップモータの駆動パルス速度とこれにかかる負
荷の加速用トルクとの関係において負荷の加速トルクが
ステップモータの最大起動トルクを超えたときには先に
述べた脱調現象によってモータは起動不可能になってし
まう。
【0005】このため、通常は最大の慣性負荷を想定し
てステップモータの起動時の駆動パルスを低い周波数か
ら徐々に加速していく方法が従来とられていたが、この
方法では軽負荷であっても起動速度は前記設定された起
動速度を超えることができず、軽負荷の場合立上がり速
度が遅いという問題があった。
【0006】すなわち、慣性Jなる負荷を加速する場合
を考えると、必要なトルクτは角加速度をωa(dω/
dt ω;角速度)とすると、τ=J・ωaで表され
る。このτをステップモータで与えるシステムにおいて
はモータの脱調限界トルクをτmaxとすれば、システム
として実現可能な角加速度(回転数上昇下降率)ωamax
は ωamax=τmax/J …(1) となる。
【0007】従って、従来装置においては、この角加速
度ωamaxを予めステップモータの加速度(駆動周波数上
昇率)として設定するようにしていた。しかるに、負荷
慣性Jが大きく変化するようなシステムにおいては、慣
性が減じた場合はモータの出力(パワー)が有効に使わ
れず、また慣性が増大すれば、前記脱調現象が生じてし
まう。
【0008】また、スタンプ装置等においては、試料に
対しての印加圧力が所定の値に達した後にこの圧力を一
定時間保持しておく必要があるが、このスタンプ駆動に
通常のDCモータを使用した場合には、DCモータはス
トール状態で使用されるため極めて効率の悪いマッチン
グを強いられ、過大な電機子電流による発熱が問題にな
っていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
実情に鑑みてなされたもので、慣性負荷の大小値に応じ
た最大加速度を得つつ、ステップモータの持つ位置再現
性により位置管理を容易になし得るステップモータ駆動
装置を提供することを目的とする。
【0010】またこの発明では、所定の出力トルクとな
る位置でステップモータを簡単かつ確実に保持させるこ
とができるステップモータ駆動装置を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明では、位置指令
値と実位置との差及び速度指令値に対応する駆動パルス
を発生するパルス発生器を具え、このパルス発生器から
出力される駆動パルスに従ってステップモータを駆動す
るステップモータ駆動装置において、ステップモータの
出力トルクを検出するモータ出力トルク検出手段と、ス
テップモータの出力トルクの指令値を設定するモータ出
力トルク指令値設定手段と、モータ出力トルク指令値と
モータ出力トルク検出値を比較し、モータ出力トルク検
出値がモータ出力トルク指令値を超えた場合、前記パル
ス発生器に対して駆動パルスを停止させる出力停止信号
を出力する比較手段とを具えるようにしたことを特徴と
する。
【0012】
【作用】かかる本発明の構成によれば、ステップモータ
の出力トルクが指令トルクを超えた場合、ステップモー
タに供給する駆動パルスを停止させる事で、モータ駆動
中の出力トルクを自動的に制限する。また、出力軸8が
ストールしているときにも出力トルクTが指令トルクT
cに満たないときにはモータ1は回転するようにしてい
るので、このようなストール状態でも所望のトルクを得
る事ができる。
【0013】また、前記指令トルクをモータの脱調限界
のトルクτmaxに設定するようにすれば、入力に与えら
れる速度指令以下の速度領域においてはモータは常にτ
maxを出力できるように制御されることになり、これに
よりシステムの角加速度は上記(1)式に従って慣性負荷
Jに応じて決定され、慣性が大きければ必然的に角加速
度は小さくなり、また慣性Jが小さければ反対に角加速
度は大きくなる。
【0014】ここで、システムに与えるτmaxが真に動
力源であるステップモータの脱調限界であるとすれば、
システムはこれにより得られるωa以上の加速度は得ら
れない。すなわち、負荷慣性の大小によらず、システム
は常にステップモータの出力し得る最大パワー(仕事
率)を負荷慣性に与える事になり、これは換言すれば、
与えられた慣性を含むシステムにおいて実現しえる最大
加速度を得られる事に他ならない。
【0015】
【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。
【0016】図2は、この発明の実施例を示すもので、
ステップモータ1は遊星歯車機構2を介して被駆動体に
出力を伝達する。
【0017】遊星歯車機構2は、モータ1の出力軸3に
直結されるサンギア4、プラネットギア5、プラネット
ギア5を支持するキャリア6、可動リングギア7で構成
され、キャリア6が出力軸8に直結されている。この出
力軸8を介して図示しない被駆動体に動力を伝達する。
【0018】リングギア7の上部には突出部9が設けら
れており、この突出部9には磁石10が埋設されてい
る。
【0019】図3は、上記リングギア7の突出部9付近
の構成を示すもので、リングギア6の突出部9はその両
側をバネ11、12によって支持されている。上記リン
グギア7の突出部9に埋設された磁石10に対向して該
磁石10の左右方向変位(バネ11または12の変位)
δを検出する磁気変位センサ13が設けられている。図
4は、図3に示した部分の更に具体的な構成例を示すも
のである。
【0020】リングギア7突出部9の左右両側には突起
14、15が固設されており、これらの突起14、15
はバネ11、12で付勢されたストッパ16、17に当
接している。
【0021】このように、慣性負荷がバネ11、12の
付勢力が小さいときには、リングギア6はこれらバネ1
1、12の付勢力によって固定されて、このときステッ
プモータ1の動力はサンギア4、プラネットギア5、キ
ャリア7を介して出力軸8に伝達される。
【0022】しかし、慣性負荷がバネ11、12の付勢
力より大きくなったときには、この慣性負荷に応じてリ
ングギア6は回転する事になり、これに伴って磁石10
も変位する。この変位は磁気変位センサ13によって検
出される。
【0023】図1は、この実施例システムにおける制御
駆動系の構成を示すもので、前記磁気変位センサ13の
検出出力δはトルク信号演算部20に入力される。
【0024】トルク信号演算部20では、該変位信号
δ、上記バネ11、12のバネ定数k、リングギア6の
半径Rからステップモータ1の出力トルクTを下式に従
って演算する。
【0025】T=k・R・δ …(2) 指令トルク入力部21には、所定の指令トルク値Tcが
予め設定されている。この指令トルク値Tcとしては、
例えば、前述したモータの脱調限界トルクをτmaxが設
定される。
【0026】比較器22では、これら指令トルクTcと
前記算出トルクTとを比較し、T>Tcとなると、停止
信号をパルス生成器23に出力する。
【0027】パルス生成器23、角度指令入力部24、
相対角カウンタ25、速度指令入力部26出力ドライバ
27から成る構成は、ステップモータ1を一フィードバ
ック制御する一般的な構成であり、角度指令入力部24
に設定された角度位置指令は相対角カウンタ25に入力
され、この相対角カウンタ25でそのフィードバック信
号との偏差がとられ、該偏差がパルス生成器に23に入
力される。
【0028】パルス生成器23には、速度指令入力部に
設定された速度指令も入力されており、パルス生成器2
3は入力された偏差信号に対応する数の、かつ入力され
た速度指令に対応する周波数のパルス信号を出力ドライ
バ27に出力する。出力ドライバ27は、入力されたパ
ルス信号に従ってステップモータ1を駆動制御する。
【0029】かかる構成においては、ステップモータ1
の出力トルクTが指令トルクTcを超えた場合は、駆動
パルスを停止させる事でモータ1を停止させようとする
事で、モータ駆動中の出力トルクを自動的に制限する。
また、出力軸8がストールしているときにも出力トルク
Tが指令トルクTcに満たないときにはモータ1は回転
するようにしているので、このようなストール状態でも
所望のトルクを得る事ができる。
【0030】また、前記指令トルクTcをモータの脱調
限界のトルクτmaxに設定するようにすれば、入力に与
えられる速度指令以下の速度領域においてはモータは常
にτmaxを出力できるように制御されることになり、こ
れによりシステムの角加速度は上記(1)式に従って慣性
負荷Jに応じて決定され、慣性が大きければ必然的に角
加速度ωaは小さくなり、また慣性Jが小さければ反対
に角加速度ωaは大きくなる。
【0031】ここで、システムに与えるτmaxが真に動
力源であるステップモータの脱調限界であるとすれば、
システムはこれにより得られる角加速度ωa以上の加速
度は得られない。すなわち、負荷慣性の大小によらず、
システムは常にステップモータの出力し得る最大パワー
(仕事率)を負荷慣性に与える事になり、これは換言す
れば、与えられた慣性を含むシステムにおいて実現しえ
る最大加速度を得られる事に他ならない。
【0032】なお、ステップモータの出力トルクを検出
する為の構成は上記実施例に示したものに限らず、他の
任意の構成を採用するようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ステップモータの出力トルクが指令トルクを超えた場
合、ステップモータに供給する駆動パルスを停止させる
事で、モータ駆動中の出力トルクを自動的に制限するよ
うにしたので、慣性負荷の大小値に応じた最大加速度を
得つつ、ステップモータの持つ位置再現性により位置管
理を容易になし得るとともに、所定の出力トルクとなる
位置でステップモータを簡単かつ確実に保持させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施例の機械的構成部分を示す斜視
図である。
【図3】この発明の実施例の機械的構成部分を示す概念
図である。
【図4】この発明の実施例の機械的構成部分を示す断面
図である。
【符号の説明】
1…ステップモータ 2…遊星歯車機構 3…モータ出力軸 4…サンギア 5…プラネットギア 6…リングギア 7…キャリア 8…出力軸 10…磁石 11…バネ 12…バネ 13…磁気変位センサ 16…ストッパ 17…ストッパ 20…トルク信号演算部 21…指令トルク入力部 22…比較器 23…パルス生成器 24…角度指令入力部 25…相対角カウンタ 26…速度指令入力部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位置指令値と実位置との差及び速度指令値
    に対応する駆動パルスを発生するパルス発生器を具え、
    このパルス発生器から出力される駆動パルスに従ってス
    テップモータを駆動するステップモータ駆動装置におい
    て、 ステップモータの出力トルクを検出するモータ出力トル
    ク検出手段と、 ステップモータの出力トルクの指令値を設定するモータ
    出力トルク指令値設定手段と、 モータ出力トルク指令値とモータ出力トルク検出値を比
    較し、モータ出力トルク検出値がモータ出力トルク指令
    値を超えた場合、前記パルス発生器に対して駆動パルス
    を停止させる出力停止信号を出力する比較手段と、 を具えるようにしたことを特徴とするステップモータ駆
    動装置。
  2. 【請求項2】前記モータ出力トルク検出手段は、 前記ステップモータの出力軸に連結される共に被駆動体
    の駆動軸に連結され、ステップモータの出力トルクを被
    駆動体の駆動軸に伝達する動力伝達機構と、 前記モータ出力軸と前記被駆動体駆動軸との回転角度差
    に応じて伸縮するばね機構と、 このばね機構のばねの伸縮量を検出する検出手段と、 この検出手段の検出出力に基づきモータ出力トルクを演
    算する演算手段と、 を含む請求項1記載のステップモータ駆動装置。
JP10310992A 1992-04-22 1992-04-22 ステップモータ駆動装置 Pending JPH05300798A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007267536A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Kyocera Mita Corp 画像形成装置に用いられる駆動装置
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CN109510566A (zh) * 2018-12-19 2019-03-22 苏州奥宝杰电机科技有限公司 电机加速方法、电机控制方法、电机及工业吊扇

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