JPH0530159B2

JPH0530159B2 -

Info

Publication number: JPH0530159B2
Application number: JP59261850A
Authority: JP
Inventors: Noryuki Kikukawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1993-05-07
Also published as: JPS61142998A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明はステツピングモータ制御装置、特にス
テツピングモータの減速、停止特性を改善するス
テツピングモータ制御装置に関する。

［従来の技術］近年、自動制御あるいはマイクロコンピユータ
応用機器の分野において、簡単かつ精度の高い操
作部材としてステツピングモータが広く用いられ
ている。周知のようにステツピングモータでは移
動子に対して所定の磁界を与える事により所望の
制御位置で移動子を停止させる事ができる。

しかし、停止（静止）制御において、運動状態
から停止状態に移動子を移行させる場合、慣性の
ために移動子は目的回転位置の安定点近傍で減衰
振動を行なつてから静止する。従つて特に時間的
な停止精度を重んじる場合には従来ではこの減衰
振動時間を短くするため、特開昭59−139896号公
報などに示されるように、励磁相や励磁時間に工
夫をこらす事により移動子が安定点に達した時、
持つている運動エネルギーをゼロに近づけ、振動
を減速に収束させる方式が提案されていた。

このような移動子が安定点に達した後で励磁制
御を行なう従来方式ではモータにかかる負荷が一
定の場合にはある程度の効果を期待できるが、負
荷変動に生じた場合には殆ど効果を期待できない
他、モータ自体のトルクのバラツキにより振動の
収束特性に差異が生じる事があつた。従つて従来
方式においても振動収束時間、即ちダンピング時
間にある程度余裕を見て、それから続く制御を行
なわねばならないため、動作の高速化が妨げられ
ていた。どうしても高速な制御が必要な場合には
位置検出器などを設けてブレーキ動作を行なうな
どの閉ループ制御を移動子が停止する前の減速期
間から実施することが必要で、部品点数の増加、
装置の高コスト化につながる問題があつた。

［目的］本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもの
で、減速制御方式が閉ループ制御のままでも、装
置を複雑化することなく迅速な減速制御が可能
で、停止精度が高く、ステツピングモータの高速
駆動が可能なステツピングモータ制御装置を提供
することを目的とする。

［本発明の構成］以上の目的を達成するため、本発明において
は、ステツピングモータの個々の相を所定パター
ンにより駆動することによりステツピングモータ
を駆動するステツピングモータ制御装置におい
て、ステツピングモータの減速領域において、前
記個々の相を順に励磁するとともにその駆動パル
ス幅を操作することにより移動子を減速駆動する
ための第１の駆動手段と、前記減速領域における
各駆動パルス幅操作において、該第１の駆動手段
の駆動に同期して前記移動子の移動と関係しない
対の相を順に励磁し、前記移動子を減速駆動する
第２の駆動手段とを設けた構成を採用した。

［実施例］以下、図面に示す実施例に基づき本発明を詳細
に説明する。

第１図は本発明によるステツピングモータ制御
回路の一実施例を示している。ここではステツピ
ングモータとして４相のユニポーラ巻線のステツ
ピングモータSMを用いている。ステツピングモ
ータSMの連続して移動子の周囲に配置した４つ
の相〜のうち、相と相、相と相は図
示のように直列に接続され、それぞれそのタツプ
点は電源に接続されている。

また、各相〜の他端にはエミツタ接地のト
ランジスタTr１〜Tr４のコレクタがそれぞれ接
続され、各トランジスタのベースに駆動パルスＳ
１〜Ｓ４を印加する事により各相に駆動電流が与
えられ、モータ駆動が行なわれる。

本実施例においては、図示するように対をなし
て接続された相〜相のそれぞれの駆動用トラ
ンジスタとの接続点は、それぞれダイオードＤ
１，Ｄ３及びＤ２，Ｄ４を介してエミツタ接地の
トランジスタTr５，Tr６のコレクタと接続され
ている。トランジスタTr５，Tr６のベースには
電流制限抵抗を介して駆動パルスSW１，SW２
が印加される。

以上の構成において、不図示の移動子が停止し
ている際に駆動パルスSW１を与えると、相と
相にそれぞれI₁，I₃が流れる。この停止状態で
は相対する，相の電流I₁とI₃は等しいので両
相と移動子間に発生する力は打ち消し合い、移動
子は動かない。ところが、回転中に駆動パルス
SW１によりトランジスタTr５をONとすると、
移動子の移動により発生した−相の巻線に生
じる逆起電力によりI₁≠I₃となり、移動子に制動
がかかる。駆動パルスSW２によりトランジスタ
Tr６をONをした場合にも，相について同様
の事がいえる。本発明ではこの制動力により減速
制御及び停止制御を行なう。

上記の制動動作を用いたモータ駆動の一例を第
２図に示す。第２図は第１図の各駆動パルスＳ１
〜Ｓ４及びSW１，SW２の波形を示したタイミ
ングチヤート図である。

第２図の時刻t₀₀〜t₀までは常に２つの相をオー
バーラツプさせて駆動する、いわする２相励磁方
式による加速領域で、目標位置までの移動子（ま
たは被駆動部材）の迅速な移動を行なう。

続いて移動子が目標位置に近づくにつれ、時刻
t₀より励磁を１相励磁に切り換えて減速に移る。
ここでは各相が順に１相ずつ励磁され、徐々にそ
のパルス幅が長くされる。そして移動子が目的位
置に到達する時刻t₂に先立つ時刻t₁において、励
磁されている相に加えて更に相に最終パルス
を与え、，相を同時に駆動して２相励磁によ
り停止制御を行なう。

以上の時刻t₀〜t₂の減速領域のうち、時刻t₀〜
t₁の区間では、１相励磁状態において駆動されて
いない対の相の側の駆動パルスSW１またはSW
２をハイレベルにする。例えば、図示のように、
相が駆動されている場合はパルスSW２をハイ
レベル、相が駆動されている場合はパルスSW
１をハイレベルとする。これにより、結果的には
３つの相が同時に駆動状態に置かれる。

以上のようにして前述の如くして発生される制
動力により移動子の慣性が殺され、移動子の減速
が速まる。従つて従来方式よりもさらに減速領域
における駆動パルス長は短くて済み、短期間で効
果的な減速を行なつて、目標位置への到達後時刻
t₂〜t₃において生じる移動子のダンピング時間を
短縮する事ができる。従つてこの後目標位置にお
いてより迅速に続く制御へ移行する事ができる。

しかも電流I₁とI₃の差（あるいはI₄とI₂の差）
は移動子の速度が大きければ、それに従つて大き
く、また小さければ減少するので、相の電流差に
よる制動力は回転速度に比例した大きさになる。
従つてモータ負荷が変動した場合でもこれに応じ
た適切な制動力により常に安定した減速特性を得
る事ができる。

ここで第３図Ａに本発明制御における時間ｔに
関連した駆動周波数（パルスレート）ｆの関係を
図示する。第３図Ｂは従来の２相励磁により同じ
パルスモータを駆動した場合の駆動周波数特性を
示している。第３図Ｂの従来例では時間をかけて
徐々に周波数を落とし、減速を行なわなければな
らないが、第３図Ａに見るように本発明では短時
間で周波数を落としても効果的な減速が可能で、
時刻t₂〜t₃のダンピング時間も短くなつている事
がわかる。

以上の実施例では減速領域では常に３つの相に
電流が流れる事になりモータの発熱等を考えると
好ましくない。この場合第１図のトランジスタ
Tr５，Tr６のコレクタ・エミツタ回路に直列に
電流制限用の抵抗素子を入れてやる。

この結果制限された電流値がI₁とI₃（あるいはI₂
とI₄）の差電流の最大値よりも大きくなるように
上記電流制限用の抵抗の値を定めればその効果は
何ら変らない。

また、以上に示した実施例ではトランジスタ
Tr５，Tr６を用いて対の相，と，に制
動電流を流したが、ダイオードＤ１〜Ｄ４及びト
ランジスタTr５，Tr６を省略し、従来と同様の
構成とし、直接駆動パルスＳ１〜Ｓ４を制御して
制動電流をかけるようにしてもよい。

第４図に直接パルスＳ１〜Ｓ４を制御する場合
のタイミングチヤート図を示す。第４図は第２図
と同様の図で、時刻t₀からの減速領域では移動子
の移動に関連した１相の他の２相を直接励磁（結
果的には３相励磁となる。）して制動をかけてい
る。この結果、相電流I₁，I₃，I₂，I₄の状態は第
２図の場合と全く同様となり、より簡単な構成に
より、前記と同様の効果を得る事ができる。

第４図の例でも第１図と同じく３相同時の励磁
から来る発熱の問題があるが、これは第５図のよ
うな構成により解決する事ができる。

第５図では対の相，及び，に直列にそ
れぞれトランジスタTr７，Tr８から成るスイツ
チング素子を接続し、通常の状態ではトランジス
タTr７，Tr８を介して各相に給電が行なわれ
る。一方駆動パルスＳ１，Ｓ３およびＳ２，Ｓ４
はアンドゲートＧ１，Ｇ２にそれぞれ入力されて
おり、このアンドゲートＧ１，Ｇ２の出力はそれ
ぞれトランジスタTr７，Tr８のベースに接続さ
れている。またトランジスタTr７，Tr８のエミ
ツタ〜コレクタには並列に電流制限用抵抗RL１，
RL２をそれぞれ接続してある。これらの抵抗値
は前述のようにして定めておく。

このような構成によれば、減速領域においてパ
ルスＳ１，Ｓ３ないしＳ２，Ｓ４が同時にハイレ
ベルにされると、アンドゲートＧ１ないしＧ２を
介してトランジスタTr７ないしTr８が遮断さ
れ、同時に励磁される相への電流供給は抵抗RL
１ないしRL２を介して行なわれる。これにより
制動電流は小さな値に制限され、好ましくない発
熱を抑制する事ができる。

以上の実施例では加速から減速への切り換え時
点から対の空巻線に制動電流を流し始めたが、加
速領域の途中もしくは減速領域にはいつてしばら
くしてから制動電流を流し始めても上記の効果は
充分現われる他、加速−等速−減速といつた台形
駆動にも上記の制御が応用できるのはいうまでも
ない。

また上記の実施例では４相ユニポーラ巻線のス
テツピングモータを停止２相励磁で駆動する場合
を例に説明したが、停止１相励磁で駆動する場
合、あるいは４相以外のモータを駆動する場合に
も本発明の技術が応用できるのは勿論である。更
に本発明は第６図に図示したようなバイポーラ巻
線のモータ等にも応用できる。

［効果］以上の説明から明からなように、本発明によれ
ば、ステツピングモータの個々の相を所定パター
ンにより駆動することによりステツピングモータ
を駆動するステツピングモータ制御装置におい
て、ステツピングモータの減速領域において、前
記個々の相を順に励磁するとともにその駆動パル
ス幅を操作することにより移動子を減速駆動する
ための第１の駆動手段と、前記減速領域における
各駆動パルス幅操作において、該第１の駆動手段
の駆動に同期して前記移動子の移動と関係しない
対の相を順に励磁し、前記移動子を減速駆動する
第２の駆動手段とを設けた構成を採用しているの
で、減速領域における閉ループ制御機構のような
複雑な構成をなんら必要とせず、迅速な減速を行
なうことができ、したがつて、停止後、良好なダ
ンピング特性を得られ、高速なステツピングモー
タ制御が可能な、簡単安価で優れたステツピング
モータ制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置の一実施例を示
した回路図、第２図は第１図の装置における動作
を示したタイミングチヤート図、第３図Ａ，Ｂは
それぞれ本発明装置における作用効果を説明する
線図、第４図は本発明の変形例における制御を説
明するタイミングチヤート図、第５図は本発明の
さらに異なつた変形例を示した回路図、第６図は
バイポーラ駆動の回路を示す回路図である。〜……相、SW１，SW２，Ｓ１〜Ｓ４…
…駆動パルス、Tr１〜Tr８……トランジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】１ステツピングモータの個々の相を所定パター
ンにより駆動することによりステツピングモータ
を駆動するステツピングモータ制御装置におい
て、ステツピングモータの減速領域において、前記
個々の相を順に励磁するとともにその駆動パルス
幅を操作することにより移動子を減速駆動するた
めの第１の駆動手段と、前記減速領域における各駆動パルス幅操作にお
いて、該第１の駆動手段の駆動に同期して前記移
動子の移動と関係しない対の相を順に励磁し、前
記移動子を減速駆動する第２の駆動手段とを設け
たことを特徴とするステツピングモータ制御装
置。２前記の移動子の移動と無関係の対の相を駆動
する場合、この駆動エネルギーを他の相に対する
駆動エネルギーよりも小さくする手段を設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のス
テツピングモータ制御装置。