JPH05332857A - Load-torque measuring apparatus for stepping motor - Google Patents

Load-torque measuring apparatus for stepping motor

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JPH05332857A
JPH05332857A JP16025692A JP16025692A JPH05332857A JP H05332857 A JPH05332857 A JP H05332857A JP 16025692 A JP16025692 A JP 16025692A JP 16025692 A JP16025692 A JP 16025692A JP H05332857 A JPH05332857 A JP H05332857A
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stepping motor
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辺 朝 雄 渡
Shuji Sato
藤 修 治 佐
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N F KEISOKU SYST KK
Nippon Pulse Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To measure a load torque in high accuracy by storing the relation data of a driving current for the given torque with respect to predetermined characteristic information, collating the data with the characteristic information from the driving current at the actual load, performing judgment, and outputting the actual load. CONSTITUTION:A reference-load-torque generator 3 is connected to a reference stepping motor 1, and the torque is changed. A coil current iB- is detected with a current detecting part 10. The current is inputted into characteristic extracting part 13 through an amplifier 11 and a switch 12. The extracting part 13 extracts the corresponding relation between the maximum value of the driving current in a rise-up change section and the load torque as the torque vs. current data and stores the data into a reference value memory 14. Meanwhile, a real-machine mechanism part 2 is connected to the motor 2, and the switch 12 is changed. The apparatus is driven under the same conditions. The detected current from the detecting part 10 is inputted into a characteristic extracting part 15. The maximum current value is extracted as the characteristic information by the same way. In a collating and judging part 17, the two pieces of the characteristic information are collated, and the actual load torque is judged and outputted. Thus, the output torque can be accurately measured under the mounted state of the motor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータ用
負荷トルク測定装置に関し、特にモータ実装状態での高
精度な実負荷トルク測定を可能とするステッピングモー
タ用負荷トルク測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load torque measuring device for a stepping motor, and more particularly to a load torque measuring device for a stepping motor which enables highly accurate actual load torque measurement in a motor mounted state.

【0002】[0002]

【従来の技術】ステッピングモータは、所定のパルスに
よってデジタル的に高精度に回転位置(角度)や回転速
度を制御でき、また、この制御はマイコンで行うことが
できるため、今日きわめて広範囲な分野において機構駆
動源として使用されている。例えば、近年、急速な技術
発展に伴い、市場が拡大しているFDD,HDD,プリ
ンタ、電子タイプライタ、ファクシミリ、PPC複写
機、レコーダプロッター等のOA機器や産業用ロボット
等のFA機器においてその用途が急拡大している。これ
らステッピングモータ搭載機器の開発、製造、品質管理
上、モータ軸の負荷トルクの測定及び管理は重要である
にも拘らず、その測定を高精度で行うことは従来非常に
困難であった。これは、例えばモータ以降の機構部に平
ギア減速機構を用いる場合、モータ出力軸に取り付けた
ピニオンギアと、このギアと噛み合う初段ギアとの噛合
い状態を浅くすると負荷トルクは100(gーcm)
に、また深くすると(強く押し付けると)300(gー
cm)になるというようにトルクが大きく変動してしま
うからである。また、その他の減速ギアの噛合いも初段
から遠ざかるにつれて影響は小さくなるものの変動要因
となっている。その他、機構部部品の真円度(偏心)や
軸間距離精度、メカ組立上の平行度等の組立精度、タイ
ミングベルトやワイヤのテンション等によっても負荷ト
ルクが大きく変動してしまうという問題があるからであ
る。
2. Description of the Related Art A stepping motor can digitally control a rotational position (angle) and a rotational speed with high precision by a predetermined pulse, and this control can be performed by a microcomputer. It is used as a mechanical drive source. For example, in recent years, with rapid technological development, the market is expanding, and its application is in OA equipment such as FDD, HDD, printer, electronic typewriter, facsimile, PPC copier, recorder plotter, and FA equipment such as industrial robot. Is expanding rapidly. Despite the importance of measuring and controlling the load torque of the motor shaft in the development, manufacturing, and quality control of these stepping motor-mounted devices, it has been extremely difficult to perform such measurement with high accuracy. This is because, for example, when a spur gear reduction mechanism is used in the mechanism section after the motor, if the meshing state of the pinion gear attached to the motor output shaft and the first stage gear meshing with this gear is made shallow, the load torque is 100 (g-cm )
This is because the torque fluctuates greatly, for example, when it is deeper (pressed harder), it becomes 300 (g-cm). Further, the meshing of the other reduction gears is a variable factor although the influence of the meshing of the reduction gears decreases as the distance from the first stage increases. In addition, there is a problem that the load torque may vary greatly depending on the roundness (eccentricity) of the mechanical parts, the accuracy of the distance between the shafts, the assembly accuracy such as the parallelism in mechanical assembly, the tension of the timing belt and the wire, etc. Because.

【0003】従来かかるステッピングモータに発生する
トルクの大きさ(負荷がモータに要求するトルクの大き
さ)を測定する方法としては、実際に使用するモータと
形状が等しく、コイル、マグネット等をもたないダミー
・モータを被測定系(機構部)に装着し、モータピニオ
ンに設けられたモータ出力軸にコレットチャック等を介
してトルクゲージを接続し、手動等によりモータを回転
して測定する方法がある。また、実際に使用するステッ
ピングモータと同仕様のモータで反出力軸側にもトルク
測定軸を出した両軸仕様として特別に製作したモータを
機構部に実装してトルクゲージのコレットチャックをト
ルク測定軸に結合して測定する方法もある。更に、モー
タ出力軸にプーリーを取り付け、プーリーに巻かれた糸
を引いてプーリー半径r(cm)と、バネバカリの力F
(g)から負荷トルクT(gーcm)をT=F×rとし
て求める方法がある。更にまた、直流モータの電流/ト
ルク特性等を利用したトルク計を用いたり、モータと負
荷の間にトルクゲージ等を介在させる方法もある。
Conventionally, as a method of measuring the magnitude of the torque generated in such a stepping motor (the magnitude of the torque required by the load for the motor), the shape is the same as that of the actually used motor, and a coil, a magnet, etc. are used. There is a method of mounting a dummy motor that is not included in the system under measurement (mechanical part), connecting a torque gauge to the motor output shaft provided on the motor pinion via a collet chuck, etc., and rotating the motor manually for measurement. is there. In addition, a stepping motor with the same specifications as the stepping motor actually used is mounted on the mechanism section with a motor specially manufactured as a dual axis specification with a torque measurement axis on the opposite output shaft side, and the torque gauge collet chuck is used for torque measurement. There is also a method of measuring by connecting to an axis. Further, attach a pulley to the motor output shaft, pull the thread wound around the pulley to pull the pulley radius r (cm), and the spring force F force.
There is a method of obtaining the load torque T (g-cm) from (g) as T = F × r. Furthermore, there is also a method of using a torque meter that utilizes the current / torque characteristics of a DC motor, or interposing a torque gauge between the motor and the load.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、モータ
のトルクを測定する方法としては種々方法が従来使われ
ているが、どれも満足できるような精度の測定が困難で
ある。すなわち、ダミー・モータを用いる方法やプーリ
ーとバネバカリを用いる方法では、負荷に任意の回転数
を与えることが困難であり、前者の方法ではトルクゲー
ジの傾きによるサイドロードの影響に起因する負荷トル
クの増加が避けられないし、後者の方法でもプーリーの
安定取り付けが難しく、同様にサイドロードの影響が避
けられない。
As described above, various methods have been conventionally used as a method for measuring the torque of a motor, but it is difficult to measure with sufficient accuracy. That is, it is difficult to give an arbitrary rotation speed to the load by the method using the dummy motor or the method using the pulley and the spring back, and in the former method, the load torque caused by the side load due to the tilt of the torque gauge is The increase is inevitable, and the latter method also makes it difficult to attach the pulleys stably, and the side load effect is also inevitable.

【0005】また、実際に使用するステッピングモータ
と同仕様モータを用いる方法では、モータのロータには
マグネットがあるため、マグネットの保持トルク(ディ
テントトルク)を含めて測定せざるを得ず、ロータを回
すとマグネット回転によりステータコイルに発電が起こ
り、この発電電流で発電制動(ブレーキトルク)が生じ
たり、トルクゲージの傾きがモータ軸受のサイドロード
となって実際より負荷トルクが増加したりするため、正
確な測定は不可能である。
In the method of using a stepping motor having the same specifications as the stepping motor to be actually used, since the rotor of the motor has a magnet, the holding torque (detent torque) of the magnet must be measured and the rotor must be measured. When turned, magnet rotation causes power generation in the stator coil, and this generated current causes dynamic braking (brake torque), and the inclination of the torque gauge becomes the side load of the motor bearing, which increases the load torque from the actual value. Accurate measurement is impossible.

【0006】更に、直流モータの電流/トルク特性等を
利用する方法では、測定を行う都度、モータを取り外す
必要がある。また、モータを取り付ける際のピニオンと
ギヤとの噛合わせ具合い等により、負荷トルクは微妙に
変化するため、現実には、組み上げられた実機におい
て、モータがどれほどのトルクを発生しているかを知る
ことはできない。
Further, in the method utilizing the current / torque characteristic of the DC motor, it is necessary to remove the motor each time measurement is performed. In addition, since the load torque changes subtly due to the engagement of the pinion and gear when installing the motor, it is necessary to know how much torque the motor actually generates in the assembled actual machine. I can't.

【0007】以上従来の負荷トルク測定方法では、モー
タと負荷が組み上げられた状態でモータから発生するト
ルクを高精度で測定することは不可能であった。つま
り、量産に用いるモータ個々のモータピニオンと初段ギ
ヤ噛合いバラツキやモータタイミングプーリーとタイミ
ングベルトのテンションで負荷トルクがどうなっている
かを知りたいのに、代替手段で実機実装と乖離した手段
で負荷トルクを類推するしか手段がなかった。したがっ
て、モータ発生トルクと負荷トルクとの差、トルクマー
ジンを知ることができず、量産においては電圧変動試
験、温度試験、エージング試験、印字試験等、市場への
出荷までに多大な費用と時間をかけて信頼性を確認して
出荷しているのが実情である。例えば、機構部が動かな
いとき、その原因は設計者のトルクマージン不足なの
か、製造現場の組立調整不良なのか等、トラブルが絶え
ず、原因究明においてもモータが不良でトルクが低過ぎ
るか、メカの不良部分等を時間をかけて調査しなければ
ならなかった。
As described above, with the conventional load torque measuring method, it is impossible to measure the torque generated from the motor with a high accuracy while the motor and the load are assembled. In other words, you want to know what the load torque is due to the variation in the meshing of the motor pinion of the motor used for mass production with the first-stage gear, and the tension of the motor timing pulley and timing belt. There was no choice but to analogize the torque. Therefore, it is not possible to know the difference between the torque generated by the motor and the load torque and the torque margin, and in mass production, it takes a great deal of time and cost to market such as voltage fluctuation test, temperature test, aging test, and printing test. The reality is that the products are shipped after checking the reliability. For example, when the mechanism does not move, whether the cause is insufficient torque margin of the designer or defective assembly adjustment at the manufacturing site, etc., there are constant troubles. I had to spend a lot of time investigating the defective parts.

【0008】上記の理由により、モータと負荷を組み上
げた状態での負荷トルクを測定することは困難である。
このため、例えば、量産を行う場合、個々の製品間の負
荷トルクのばらつきを知ることが出来ない等の問題があ
る。
For the above reasons, it is difficult to measure the load torque when the motor and the load are assembled.
Therefore, for example, in mass production, there is a problem that it is not possible to know the variation in load torque among individual products.

【0009】そこで、本発明の目的は、モータと負荷が
結合された、すなわち、実機機構部に量産で用いるモー
タそのものを実装した状態であっても負荷トルクの高精
度な測定を可能とするステッピングモータ用負荷トルク
測定装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to perform stepping which enables highly accurate measurement of load torque even when the motor and the load are coupled, that is, even when the motor itself used in mass production is mounted in the actual machine mechanism. An object is to provide a load torque measuring device for a motor.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の一態様によるステッピングモータ用負荷ト
ルク測定装置は、ステッピングモータに与えられたトル
クと、このトルクが与えられたときの前記ステッピング
モータに流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係
データを記憶するメモリ手段と、ステッピングモータに
実負荷が与えられたときの前記駆動電流を検出する検出
手段と、前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情
報を抽出する特徴抽出手段と、前記特徴抽出手段で抽出
された特徴情報と、前記メモリ手段に記憶されている前
記関係データとを照合し、前記実負荷を出力する照合判
断手段と、校正時には前記ステッピングモータが脱調を
起こさない程度の電圧で該モータを駆動し、実負荷測定
時には前記校正時に定めた電圧で前記モータを駆動する
駆動手段と、また、本発明の他の態様によるステッピン
グモータ用負荷トルク測定装置は、ステッピングモータ
に与えられたトルクと、このトルクが与えられたときの
前記ステッピングモータの任意の相に電流が流入を開始
してから他の相に電流が流入を開始するまでの間、該相
に流入する前記駆動電流の積分値で定義される特徴情報
との関係データを記憶するメモリ手段と、ステッピング
モータに実負荷が与えられたときの前記ステッピングモ
ータの任意の相に電流が流入を開始してから、他の相に
電流が流入を開始するまでの間、該相に流入する前記駆
動電流の積分値を検出する検出手段と、前記検出手段で
得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出する特徴抽出手
段と、前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記
メモリ手段に記憶されている前記関係データとを照合
し、前記実負荷を出力する照合判断手段と、を備えて構
成される。
In order to solve the above-mentioned problems, a load torque measuring device for a stepping motor according to an aspect of the present invention includes a torque applied to the stepping motor and the torque applied when the torque is applied. Memory means for storing relational data of drive current flowing through the stepping motor with predetermined characteristic information, detecting means for detecting the drive current when an actual load is applied to the stepping motor, and the detecting means. Characteristic extracting means for extracting the characteristic information of the driving current, the characteristic information extracted by the characteristic extracting means and the relational data stored in the memory means are collated to output the actual load. Judgment means and drive the motor at a voltage that does not cause step out of the stepping motor during calibration, and measure the actual load during calibration. A driving means for driving the motor with a predetermined voltage, and a load torque measuring device for a stepping motor according to another aspect of the present invention include a torque applied to the stepping motor, and the stepping when the torque is applied. The relational data with the characteristic information defined by the integral value of the drive current flowing into the phase from the time when the current starts to flow into any phase of the motor to the time when the current starts to flow into the other phase. The memory means for storing the phase and the current from the start of the flow of current to any phase of the stepping motor when a real load is applied to the stepping motor until the start of the flow of current to another phase. Detecting means for detecting an integrated value of the drive current flowing into the device, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, and feature extracting means for extracting the feature information. And feature information, the collated with the relationship data stored in the memory means, configured and a matching determination means for outputting said actual load.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、ステッピングモータを駆動すると
き、任意の相に流入する駆動電流の波形の特徴と、既知
のトルクを与えたときの駆動電流の波形の特徴とを比較
してトルクを測定する際、モータの駆動電圧を、例えば
モータが脱調しないように最適化する。また、任意の相
に流入する駆動電流の波形の、パルス印加時刻に関する
特定部分の電流の積分値を上記駆動電流の特徴の量とす
る。この積分区間は、例えば、ステッピングモータの任
意の相に電流が流れ始めてから、他の相に電流が流れ始
めるまでの区間とすることができる。更に、予め定めた
一定時間を越えない範囲で、駆動電流が正極性の部分の
みを時間に関し積分して得られる積分値を求め、上記駆
動電流波形の特徴量とすることもできる。
In the present invention, when the stepping motor is driven, the characteristic of the waveform of the drive current flowing into any phase is compared with the characteristic of the waveform of the drive current when a known torque is applied to measure the torque. In doing so, the drive voltage of the motor is optimized, for example, so that the motor does not step out. Further, the integral value of the current of a specific portion of the waveform of the drive current flowing into an arbitrary phase with respect to the pulse application time is set as the characteristic amount of the drive current. This integration section can be, for example, a section from when a current starts flowing in an arbitrary phase of the stepping motor to when a current starts flowing in another phase. Further, it is also possible to obtain an integrated value obtained by integrating only a portion of the drive current having a positive polarity with respect to a range not exceeding a predetermined fixed time, and use it as the characteristic amount of the drive current waveform.

【0012】[0012]

【実施例】次に本発明によるステッピングモータ用負荷
トルク測定装置の実施例について詳細に説明する。本発
明は、ステッピングモータのコイルに流れる電流(駆動
電流)が負荷トルクに対応した固有の波形、ピーク値
等、特有の特徴をもっていることに着目しており、この
特徴に基づいて実負荷を測定するものである。したがっ
て、上述の如く、予め基準負荷トルク発生機から発生さ
れる負荷トルクをステッピングモータに与えたとき得ら
れるコイル電流についての特徴を測定により得て記憶し
ておき、実機機構部を結合したときの任意の負荷状態で
の駆動電流波形を測定し、得られたコイル電流特徴と上
記記憶された特徴とを比較することによって、実負荷を
測定する。このとき、上記負荷トルクの高精度測定を可
能とするために、ステッピングモータには脱調を起こさ
ない程度の駆動電圧を供給している。また、コイルに流
れる駆動電流を所定区間だけ積分して駆動信号波形の特
徴を顕著にしている。
EXAMPLE An example of the load torque measuring device for a stepping motor according to the present invention will be described in detail below. The present invention focuses on the fact that the current (driving current) flowing through the coil of the stepping motor has unique characteristics such as a unique waveform and peak value corresponding to the load torque, and the actual load is measured based on this characteristic. To do. Therefore, as described above, the characteristics of the coil current obtained when the load torque generated from the reference load torque generator is applied to the stepping motor in advance are obtained by measurement and stored, and when the actual machine mechanism unit is connected. The actual load is measured by measuring the drive current waveform under an arbitrary load condition and comparing the obtained coil current characteristic with the stored characteristic. At this time, in order to enable highly accurate measurement of the load torque, the stepping motor is supplied with a drive voltage that does not cause step out. Further, the drive current flowing in the coil is integrated only for a predetermined section to make the characteristics of the drive signal waveform noticeable.

【0013】ところで、ステッピングモータのコイル構
造には、モノファイラ巻(単巻)とバイファイラ巻(2
重巻)の2種があり、前者はバイボーラ駆動回路で、後
者はユニポーラ駆動回路で駆動される。また、駆動回路
のコイルに電流を流す部分のみを抜出した励磁回路の種
類としては、一定電圧でコイル励磁を行う定電圧方式
と、2種類の電圧でコイル励磁を行う2電圧方式と、一
定の励磁電流がコイルに流れるように制御する定電流チ
ョッピング方式とがあるが、いずれの方式においてもト
ルクの大きさにより電流波形の変化(特徴情報の変化)
が実験により確認されている。特に、定電圧励磁のユニ
ポーラ、バイポーラ駆動は電流波形の変化が顕著である
ことが確認された。
By the way, the coil structure of the stepping motor has a monofilar winding (single winding) and a bifilar winding (2 windings).
There are two types of double winding), the former is driven by a bi-polar drive circuit and the latter is driven by a unipolar drive circuit. In addition, as the types of the excitation circuit in which only the portion of the drive circuit in which the current flows is extracted, there are a constant voltage method in which the coil is excited with a constant voltage, a two-voltage method in which the coil is excited with two kinds of voltages, and a constant voltage method. There is a constant current chopping method that controls the excitation current so that it flows through the coil. In either method, the current waveform changes (changes in characteristic information) depending on the magnitude of the torque.
Has been confirmed by experiments. In particular, it was confirmed that the change of the current waveform was remarkable in the constant voltage excitation unipolar drive and bipolar drive.

【0014】電流波形を測定する周波数としては、10
(PPS)等の低周波数から負荷時最高自起動周波数、
場合によっては周波数をスローアップさせた負荷時最高
連続応答周波数までが選定可能である。特に、共振、乱
調周波数領域を避けた安定な電流波形が得られる周波数
領域が望ましいことも判明した。量産しているモータ個
体のトルク特性にはバラツキがあるが、そのバラツキ
は、PM型ステッピングモータで±10%以下、HB型
ステッピングモータで±5%以下であるので本発明によ
る測定装置は充分に実用に供する。一実験によれば、量
産品のファクシミリの受信部機構の平歯車減速部におい
て、モータ出力軸のピニオンギアと初段ギヤの噛合いを
適正にした場合に負荷トルクは100〜130(gーc
m)あり、モータピニオンギヤを初段ギヤに寄せて組付
けたときは250〜300(gーcm)となった。この
ように、モータ個体間のトルク特性のバラツキ±5〜±
10%に比べ、機構部の組付け、調整によるバラツキは
±100%もあるのが実情である。
The frequency at which the current waveform is measured is 10
(PPS) or other low frequency to the maximum self-start frequency under load,
In some cases, it is possible to select up to the maximum continuous response frequency under load with the frequency slowed up. In particular, it has been found that a frequency region where a stable current waveform can be obtained while avoiding the resonance and random frequency regions is desirable. Although there are variations in the torque characteristics of mass-produced motors, the variations are ± 10% or less for PM type stepping motors and ± 5% or less for HB type stepping motors, so the measuring device according to the present invention is sufficient. Put to practical use. According to one experiment, in the spur gear reduction section of the receiving section mechanism of a mass-produced facsimile, the load torque is 100 to 130 (g-c) when the pinion gear of the motor output shaft and the first stage gear are properly meshed.
m), and when the motor pinion gear was brought close to the first-stage gear to be assembled, it was 250 to 300 (g-cm). In this way, variations in torque characteristics between individual motors are ± 5 ±
In reality, the variation due to the assembly and adjustment of the mechanical part is ± 100% compared to 10%.

【0015】図1は本発明によるステッピングモータ用
負荷トルク測定装置の一実施例を示す基本全体構成図で
ある。ステッピングモータ1(本例では4相ユニポーラ
モータ)の各巻線(バイファイルコイル)ΦA ,ΦA-,
ΦB ,ΦB-の一端は、コネクタ5を介して印加されてい
る外部電源VMと接続され、他端はコネクタ6を介して
各巻線対応のスイッチングトランジスタQ1,Q3,Q
2,Q4が接続されている。スイッチングトランジスタ
Q1〜Q4を所定のタイミングで動作させることによっ
て各巻線へのパルス供給を制御し、励磁を切り換えてい
る。スイッチングトランジスタQ1〜Q4はステッピン
グモータを駆動する駆動回路7を構成している。
FIG. 1 is a basic overall configuration diagram showing an embodiment of a load torque measuring device for a stepping motor according to the present invention. Each winding (bi-file coil) ΦA, ΦA-, of the stepping motor 1 (four-phase unipolar motor in this example)
One ends of .PHI.B and .PHI.B- are connected to the external power supply VM applied via the connector 5, and the other ends thereof are connected via the connector 6 to the switching transistors Q1, Q3, Q corresponding to the respective windings.
2, Q4 are connected. By operating the switching transistors Q1 to Q4 at a predetermined timing, the pulse supply to each winding is controlled and the excitation is switched. The switching transistors Q1 to Q4 form a drive circuit 7 that drives a stepping motor.

【0016】コントローラ9は、上記巻線へのパルス供
給タイミングの基準となるクロックを発生する発振回路
やステッピングモータの回転角度(位置)を定める位置
決め回路等を含み、時計方向回転用クロックCW、反時
計方向回転用クロックCCW、励磁モード信号等を発生
する。分配回路8は、クロックCLKと励磁モード信号
を受け、各巻線に2ー2相励磁におけるパルスを供給す
る。
The controller 9 includes an oscillation circuit that generates a clock that serves as a reference for the pulse supply timing to the windings, a positioning circuit that determines the rotation angle (position) of the stepping motor, and the like. Clockwise rotation clock CCW, excitation mode signal, etc. are generated. The distribution circuit 8 receives the clock CLK and the excitation mode signal, and supplies a pulse for 2-2 phase excitation to each winding.

【0017】さて、先ず、基準負荷トルク発生機3をカ
ップリング4を介してモータ仕様の確定している良品モ
ータであるマスターモータとしてのステッピングモータ
1の出力軸に結合して、トルクを変化させる。このと
き、モータ駆動電圧、モータ駆動周波数、励磁モード、
コイル励磁切換用スイッチングトランジスタ及び付帯す
るコイル逆起電力吸収回路(図示せず)を特定する。ト
ルク変化と対応してコイル電流も変化するのであるが、
コイル電流測定のため、各巻線のうち任意の巻線に挿入
した電流検出部10(本例では、巻線ΦB-に挿入されて
いる)を設け、コイル電流iB-を検出する。このコイ
ル電流iB-は、アンプ11で増幅され、スイッチ12
の端子S1を介して特徴抽出部13に供給される。
First, the reference load torque generator 3 is connected to the output shaft of the stepping motor 1 as a master motor, which is a non-defective motor whose motor specifications are fixed, via the coupling 4 to change the torque. .. At this time, motor drive voltage, motor drive frequency, excitation mode,
The switching transistor for switching the coil excitation and the accompanying coil counter electromotive force absorption circuit (not shown) are specified. The coil current also changes according to the torque change.
In order to measure the coil current, a current detection unit 10 (in this example, inserted in the winding ΦB-) inserted in any of the windings is provided to detect the coil current iB-. This coil current iB- is amplified by the amplifier 11, and the switch 12
Is supplied to the feature extraction unit 13 via the terminal S1.

【0018】特徴抽出部13における特徴抽出は、例え
ば、トルク対電流波形の特徴を抽出するもので、特徴と
しては種々の情報(パラメータ)が用いられる。例え
ば、図2には、負荷トルクTLをパラメータとして、
0,100,200,300(gーcm)と変化させた
ときのコイル電流(駆動電流)iの変化が示されてい
る。この変化(電流波形)から、ステッピングモータの
駆動回路は、一般に知られているようにインダクタンス
と抵抗の直列回路から成る等価回路で表すことは適切で
はなく、図4に示す如く、インダクタンスLと抵抗Rの
他に、投入電力を2次側(ロータ)に渡すために等価的
に生ずる逆起電力を考慮すべきことが明らかである。
The feature extraction in the feature extraction unit 13 is, for example, to extract the feature of the torque vs. current waveform, and various information (parameters) are used as the feature. For example, in FIG. 2, the load torque TL is used as a parameter,
The change of the coil current (driving current) i when changing to 0, 100, 200, 300 (g-cm) is shown. From this change (current waveform), it is not appropriate for the drive circuit of the stepping motor to be represented by an equivalent circuit composed of a series circuit of an inductance and a resistance as is generally known. As shown in FIG. In addition to R, it is obvious that the counter electromotive force equivalently generated for passing the input power to the secondary side (rotor) should be considered.

【0019】今、注目している相に適切な電圧が印加さ
れると(自相電流投入点)、該当相の電流は急速に立上
がり始める。特に、PM型モータを適切な駆動電圧で駆
動した場合、やがて電流の上昇は緩慢になり、極大値i
Pに達した後、減少に転ずる。モータは2相励磁されて
いるので、該当相に電圧が印加されている期間の半ば
で、他の相にも電圧が印加され始める(他相電流投入
点)。この時点において、該当相の電流波形には、図中
明示されていないが、わずかのくびれが生ずる。その後
は、負荷トルクの大きさにも依存するが、コイル電流は
しばらく減少を続け、極小値に至る。それ以後、電流は
急速に上昇し、最大(極大)値を示した時点で該当相へ
の電流は、駆動回路によって遮断される(自相電流遮断
点)。
Now, when an appropriate voltage is applied to the phase of interest (self-phase current input point), the current of the relevant phase starts to rise rapidly. In particular, when the PM type motor is driven with an appropriate drive voltage, the current rises slowly and the maximum value i
After reaching P, it begins to decline. Since the motor is excited in two phases, the voltage starts to be applied to the other phases in the middle of the period in which the voltage is applied to the corresponding phase (the other phase current input point). At this point, a slight constriction occurs in the current waveform of the relevant phase, which is not clearly shown in the figure. After that, although it depends on the magnitude of the load torque, the coil current continues to decrease for a while and reaches the minimum value. After that, the current rapidly rises, and when it reaches the maximum (maximum) value, the current to the relevant phase is interrupted by the drive circuit (self-phase current interruption point).

【0020】図からも明らかなように、駆動電流の平均
値は、負荷トルクを変動させても、それほど変わらない
が、該当相に電流が流れ始めてから他相電流投入点まで
の間の電流変化は顕著である。例えば、同図における負
荷トルクと電流の極大値iPに着目し、データ補間処理
を行うと、図3に示すような関係が得られる。負荷トル
クTL=0(gーcm)のときはiP=25(mA)、T
L=300(gーcm)のときはiP=60(mA)程度
であり、この間は負荷トルクの増大に従って電流が滑ら
かに増大することが判明する。この極大値の発生するタ
イミングは略一定することから、例えば電流立上がりか
ら周期の30%の時間経過時の電流値を特徴情報として
用いることができる。
As is apparent from the figure, the average value of the drive current does not change so much even if the load torque is changed, but the current change from the start of the current flow to the corresponding phase current input point to the other phase. Is remarkable. For example, when the data interpolation processing is performed by paying attention to the maximum value iP of the load torque and the current in the figure, the relationship shown in FIG. 3 is obtained. When the load torque TL = 0 (g-cm), iP = 25 (mA), T
When L = 300 (g-cm), iP = 60 (mA), and during this period, it is found that the current smoothly increases as the load torque increases. Since the timing of occurrence of this maximum value is substantially constant, for example, the current value at the time when 30% of the cycle has elapsed from the rise of the current can be used as the characteristic information.

【0021】図1の特徴抽出部13は、上述のように、
アンプ11から出力される駆動電流の電流立上がり変化
区分内における上記極大値と負荷トルク間の対応関係を
トルク対電流データとして抽出する。尚、特徴抽出部1
3において抽出される特徴としては上記極大値に限ら
ず、負荷トルクとの関係で特徴的な情報を任意に選定し
て用いることができる。基準負荷トルク発生機3から発
生する負荷トルクは、例えば、モータの脱調するトルク
を100%とすると、無負荷トルクを0%とし、20
%,40%,60%,80%の5ポイントとすることが
できる。こうして抽出された特徴情報(本例ではトルク
対電流極大値情報)は、基準値としてROMやフロッピ
ーディスク等の基準値メモリ14に記憶される。
As described above, the feature extraction unit 13 of FIG.
The correspondence relationship between the maximum value and the load torque in the current rising change section of the drive current output from the amplifier 11 is extracted as torque-current data. The feature extraction unit 1
The characteristic extracted in 3 is not limited to the above maximum value, but characteristic information can be arbitrarily selected and used in relation to the load torque. The load torque generated from the reference load torque generator 3 is, for example, 0% of no-load torque when the stepping torque of the motor is 100%.
5 points of%, 40%, 60% and 80% can be set. The characteristic information (torque vs. current maximum value information in this example) extracted in this way is stored as a reference value in the reference value memory 14 such as a ROM or a floppy disk.

【0022】一方、実機機構部2をカップリング4によ
りステッピングモータ1に結合して実負荷を測定する場
合には、スイッチ12を切り替えて端子S2側に接続す
るとともに、マスターモータのモータ駆動条件と同一条
件に設定する。電流検出部10で検出される駆動電流
は、アンプ11で増幅された後、スイッチ12の端子S
2を介して特徴抽出部15に送出される。特徴抽出部1
5は、アンプ11からのコイル電流を受け、上記特徴情
報として当該電流の極大値iPを抽出して測定値メモリ
16に一時記憶せしめる。
On the other hand, when the actual machine mechanism portion 2 is coupled to the stepping motor 1 by the coupling 4 to measure the actual load, the switch 12 is switched to connect to the terminal S2 side and the motor driving condition of the master motor is set. Set the same conditions. The drive current detected by the current detector 10 is amplified by the amplifier 11 and then amplified by the terminal S of the switch 12.
It is sent to the feature extraction unit 15 via 2. Feature extraction unit 1
Reference numeral 5 receives the coil current from the amplifier 11, extracts the maximum value iP of the current as the characteristic information, and temporarily stores it in the measurement value memory 16.

【0023】照合判断部17は、コントローラ9からの
同期信号に応答して測定値メモリ16から読み出した極
大値iP情報と、基準値メモリ14に記憶されている図
3に示すようなトルク対電流関係データとを照合し、実
負荷トルクを判断して出力する。例えば、特徴抽出部1
5で得られる極大値iPが43mAであれば、図3の関
係から実負荷は150(gーcm)であると判断する。
このようにして得られた負荷トルクデータはディスプレ
イ18に表示され、またプリンタ19によって印字され
る。尚、特徴抽出部13と15は共通化することができ
る。また、較正に用いるモータと、実機に用いるモータ
とは同型ではあるが、別個体であることは勿論である。
The collation judging unit 17 responds to the synchronization signal from the controller 9 by reading the maximum value iP information read from the measured value memory 16 and the torque vs. current as shown in FIG. The actual load torque is judged and output by collating with the related data. For example, the feature extraction unit 1
When the maximum value iP obtained in 5 is 43 mA, it is determined that the actual load is 150 (g-cm) from the relationship of FIG.
The load torque data thus obtained is displayed on the display 18 and printed by the printer 19. The feature extraction units 13 and 15 can be shared. Although the motor used for calibration and the motor used for the actual machine are of the same type, it goes without saying that they are separate bodies.

【0024】以上の実施例は、電流波形の特徴抽出につ
いての構成であるが、電源インピーダンスが比較的高い
装置の場合には、電流の変化により電源電圧が変化する
ので、電流波形の代わりに電圧波形を用いることもでき
る。本発明では、上記ip−TL特性を利用して、トルク
の変動による、モータの駆動電流波形の特徴を抽出す
る。
The above embodiment is a configuration for extracting the characteristics of the current waveform, but in the case of a device having a relatively high power source impedance, the power source voltage changes due to the change of the current, so the voltage waveform is used instead of the current waveform. Waveforms can also be used. In the present invention, the characteristics of the drive current waveform of the motor due to the fluctuation of the torque are extracted by utilizing the above ip-TL characteristic.

【0025】以上で説明した具体的な負荷トルク測定装
置においては、被測定ステッピングモータを定電圧駆動
した方が負荷トルクを能率よく測定できることが分かる
が、実際のモータ応用製品においては、定電流駆動方式
を用いる場合が多い。この様な場合においても、被測定
モータ応用製品に組み込まれた該モータを機構部から取
り外す事なく、本発明に係る測定装置に内蔵された駆動
回路から該モータに電流を供給することによって、該機
構部が必要とする負荷トルクを測定することが可能であ
る。
In the specific load torque measuring device described above, it is understood that the load torque can be measured more efficiently when the stepping motor to be measured is driven at a constant voltage. However, in an actual motor application product, a constant current drive is used. The method is often used. Even in such a case, by supplying current to the motor from the drive circuit incorporated in the measuring apparatus according to the present invention, without removing the motor incorporated in the measured motor application product from the mechanism section, It is possible to measure the load torque required by the mechanical unit.

【0026】以上を前提としつつ駆動電流波形の特徴を
顕著にし、測定感度を向上させる本発明の実施例に関し
て説明する。図5は、PM型ステッピングモータを一定
周波数(200PPS)及び一定負荷トルク(300g
−cm)で駆動した場合、駆動電圧を6V,7.5V,
10Vに変化させたときの、電流波形の変化を示す。同
図では、上記電圧を上記モータと同じL及びRの値を有
するL,R直列回路に印加したとき流れる電流を破線で
示す。
Based on the above, an embodiment of the present invention will be described in which the characteristics of the drive current waveform are made remarkable and the measurement sensitivity is improved. FIG. 5 shows a PM type stepping motor having a constant frequency (200 PPS) and a constant load torque (300 g).
Driving voltage is 6V, 7.5V,
The change of a current waveform when changing to 10V is shown. In the same figure, the current flowing when the above voltage is applied to an L, R series circuit having the same L and R values as the above motor is indicated by a broken line.

【0027】図6は、図5における駆動電流の、自相電
流投入点から他相電流投入点までの中間の時点における
L,R直列回路に流れる電流に対するモータ駆動電流の
比ηを、駆動電圧Eの関数として示したものである。も
ともとステッピングモータが効率の悪いモータであるた
め、駆動電圧が高い、もしくは、周波数が低いときに
は、等価回路は、一般的に知られるようなLとRの直列
回路のように振舞う。このため、電流波形の特徴が現れ
にくい。これに対して、駆動電圧が低い、または、周波
数が高い場合は、モータの巻線に供給される電力のう
ち、無視できない量を機械的な仕事に消費せざるを得な
い。このため、電流波形はLとRの直列等価回路により
決定するものから変化し、図2に示されるような、特徴
ある波形となる。
FIG. 6 shows the ratio η of the motor drive current to the current flowing in the L and R series circuits at an intermediate point between the drive current supply point in FIG. 5 and the other phase current supply point. It is shown as a function of E. Since the stepping motor is originally a motor with low efficiency, when the driving voltage is high or the frequency is low, the equivalent circuit behaves like a generally known series circuit of L and R. Therefore, the characteristics of the current waveform are unlikely to appear. On the other hand, when the driving voltage is low or the frequency is high, a non-negligible amount of electric power supplied to the winding of the motor has to be consumed for mechanical work. Therefore, the current waveform changes from that determined by the series equivalent circuit of L and R, and becomes a characteristic waveform as shown in FIG.

【0028】このことから、モータに流入する駆動電流
は、モータと同じ時定数を有するL,R直列回路に流入
する電流より小さい。自相電流投入点から、他相電流投
入点までの間において、モータの駆動電流の大きさの、
L,R直列回路に流入する電流の大きさに対する比は、
相対的に駆動電圧が低い方が大きい。他相電流投入点を
過ぎると、駆動電圧が高い場合は、急速に駆動電流が増
大する。ことが判明する。
Therefore, the drive current flowing into the motor is smaller than the current flowing into the L, R series circuit having the same time constant as the motor. From the current input point of own phase to the current input point of other phase,
The ratio of the amount of current flowing into the L and R series circuit is
The lower the driving voltage is, the larger the driving voltage is. When the drive voltage is high after the other-phase current input point, the drive current rapidly increases. It turns out.

【0029】さらに、図7は、同じモータを周波数30
pps及び100ppsで、負荷トルク0及び300g
−cmで駆動した場合の、自相電流投入点付近の電流波
形を比較したものを示す。図7から次のことが判明す
る。負荷トルクの変動に基づく電流波形特徴の変化は、
自相電流投入点から一定時間経過するまでの間に顕著に
現れる。このモータの場合、モータコイルの時定数の5
〜10倍以内の時間に集中している。駆動周波数が低い
ときは、無負荷状態においても上記部分における電流は
比較的大きい。これは、低周波の場合には、モータのロ
ータが完全に静止した状態で次のパルスが印加されるた
め、ロータ及び負荷系(この場合は、測定系)の慣性モ
ーメントの加速に要するトルクが加算されるものと考え
られる。
Further, FIG. 7 shows that the same motor has a frequency of 30.
0 and 300g load torque at pps and 100pps
The figure shows a comparison of current waveforms near the self-phase current injection point when driven at -cm. The following is found from FIG. 7. The change of the current waveform feature based on the change of the load torque is
It appears remarkably from the point of applying the self-phase current until a certain time has elapsed. In the case of this motor, the time constant of the motor coil is 5
Concentrate on time within 10 times. When the driving frequency is low, the current in the above portion is relatively large even in the unloaded state. This is because at low frequencies, the next pulse is applied while the rotor of the motor is completely stationary, so the torque required to accelerate the moment of inertia of the rotor and load system (measurement system in this case) is It is considered to be added.

【0030】以上要するに、ステッピングモータの駆動
電流波形の負荷トルクによる変化を大きくする(電流波
形特徴を増加させる)には、モータを出来るだけ低い電
圧で駆動することが望ましいことがわかる。ただし、あ
まりに、駆動電圧を低下させ過ぎると、モータは脱調し
て停止してしまう。図8は、同じモータを無負荷で回転
させた場合、脱調を生ずる電圧(脱調限界電圧)を回転
周波数fの関数として求めたものである。当然のことな
がら、周波数が高いほど、脱調眼界電圧は高くなってい
る。
In summary, it can be seen that it is desirable to drive the motor at a voltage as low as possible in order to increase the change in the drive current waveform of the stepping motor due to the load torque (increase the characteristic of the current waveform). However, if the drive voltage is lowered too much, the motor will step out and stop. FIG. 8 shows a voltage (step-out limit voltage) that causes step-out when the same motor is rotated without load as a function of the rotation frequency f. As a matter of course, the higher the frequency, the higher the out-of-step eye field voltage.

【0031】図9は、HBタイプのモータ(日本パルス
モーター(株)製、PJ55−A1)を周波数700p
ps,負荷トルク3Kg−cmで回転させたとき、駆動
電圧により、駆動電流波形がどの様に変化するかを示し
たものである。電流波形に顕著な極大値を生ずることは
ないが、PM型モータの場合と同様な傾向を示すことが
わかる。
FIG. 9 shows an HB type motor (PJ55-A1 manufactured by Nippon Pulse Motor Co., Ltd.) with a frequency of 700 p.
It shows how the drive current waveform changes depending on the drive voltage when rotated at ps and a load torque of 3 Kg-cm. It can be seen that the current waveform does not have a remarkable maximum value, but exhibits the same tendency as that of the PM type motor.

【0032】図10は、同じモータを同じ周波数におい
て、駆動電圧を一定とし、負荷トルクを0,1,2,3K
g−cmと変化させた場合の、駆動電流波形の変化を示
す。
FIG. 10 shows that the same motor has the same frequency and the driving voltage is constant, and the load torque is 0, 1, 2, 3K.
The change of the drive current waveform when changed to g-cm is shown.

【0033】図11は、前記モータに流入する駆動電流
が正の部分を、自相電流投入点から他相電流投入点まで
の間積分した値Qに対する負荷トルクTQとの関係を示
す。これから、前記した方法で求めた駆動電流波形の特
徴量により、HB型の場合について、該モータの負荷ト
ルクを正しく求めるられることがわかる。したがって、
効率よく負荷トルクを測定するためには、必要な測定周
波数に従って、駆動電圧を加減し、電流波形の特徴が顕
著になるようにする必要がある。図8の脱調限界電圧よ
り周波数が低いときは、それに応じて駆動電圧を低下さ
せる方がよいことが分かる。尚、図2を見れば、PM型
モータの場合も上述手段により駆動電流の特徴を求める
ことは明かである。
FIG. 11 shows the relationship between the load torque TQ and the value Q obtained by integrating the portion where the drive current flowing into the motor is positive from the point where the self-phase current is applied to the point where the other-phase current is applied. From this, it can be seen that the load torque of the motor can be correctly obtained for the HB type by the characteristic amount of the drive current waveform obtained by the above method. Therefore,
In order to efficiently measure the load torque, it is necessary to adjust the driving voltage according to the required measurement frequency so that the characteristics of the current waveform become remarkable. It can be seen that when the frequency is lower than the step-out limit voltage in FIG. 8, it is better to lower the drive voltage accordingly. Note that it is apparent from FIG. 2 that the characteristic of the drive current is obtained by the above-mentioned means even in the case of the PM type motor.

【0034】図12は、モータが脱調を生じた場合の駆
動電流波形を示す。同図では、隣接した複数の区間にお
ける電流波形を重ねて示している。これより、モータが
脱調を生ずると、電流波形は一定せず、交互に変動する
ことが分かる。この事実を利用すれば、該モータの脱調
状態を容易に判断できる。したがって、ステッピングモ
ータの負荷トルクの変化に基づく駆動電流波形の特徴を
顕著にするため、被測定モータの駆動電圧は、必要な負
荷トルク、必要な周波数において、該モータが脱調を起
こさない程度に低下させるとよい。具体的には、必要な
トルクと周波数(及び温度)において、脱調を起こす限
界電圧を求め、この電圧に、適当な係数を乗じたものを
駆動電圧とする。また、駆動電流波形の特徴量として
は、駆動電流の、自相電流投入点から他相電流投入点ま
での間で、かつ、自相電流投入点から一定時間内の区間
の電流の経過時間に関する積分値とすると良いことが分
かる。ただし、前記駆動電流が負の値をとる区間に関し
ては、自相電流が投入される以前に、コイルに蓄積され
た電流が放電されるので、電流特徴が顕著には現れな
い。従って、この部分は積分区間から外す。特に、HB
タイプのモータにおいては、次に示すように、駆動電流
が正の区間のみについて積分を実施する方がよいことが
分かる。
FIG. 12 shows a drive current waveform when the motor is out of step. In the figure, the current waveforms in a plurality of adjacent sections are shown in an overlapping manner. From this, it is understood that when the motor goes out of step, the current waveform is not constant but alternately fluctuates. By utilizing this fact, the step-out state of the motor can be easily determined. Therefore, in order to make the characteristic of the drive current waveform based on the change of the load torque of the stepping motor remarkable, the drive voltage of the measured motor is set to such an extent that the motor does not step out at the required load torque and the required frequency. It is better to lower it. Specifically, at a required torque and frequency (and temperature), a limit voltage that causes step-out is calculated, and this voltage is multiplied by an appropriate coefficient to obtain a driving voltage. Further, the characteristic amount of the drive current waveform relates to the elapsed time of the drive current between the self-phase current input point and the other-phase current input point and within a certain time from the self-phase current input point. It turns out that it is good to use an integrated value. However, in the section in which the drive current has a negative value, the current accumulated in the coil is discharged before the self-phase current is applied, so that the current characteristic does not appear prominently. Therefore, this part is excluded from the integration interval. Especially HB
It will be understood that, in the case of the motor of the type, as shown below, it is better to perform the integration only in the section where the drive current is positive.

【0035】次に、ステッピングモータの温度特性を測
定する装置について説明する。図13は、スッテッピン
グモータの温度特性を示す一例を示す。日本パルスモー
ター(株)製のPF42−48105を用いて、公知の
駆動周波数ー出力トルク特性を、該モータの外被温度が
25゜Cの場合と48゜Cの場合について測定したもの
である。これより、測定時のモータの温度変化が大きい
時は温度特性に関する補正を行うことが望ましいことが
分かる。これを実現するためには、上述モータの駆動電
流波形の特徴量を、これまで述べてきたような、回転周
波数及び負荷トルクに関してのみならず、今一つ、温度
をパラメータとしても測定を行えばよい。この場合、該
特徴量を既知のトルクと温度において予め較正しておく
必要がある。このための具体的な実施例に関しては後述
する。
Next, an apparatus for measuring the temperature characteristic of the stepping motor will be described. FIG. 13 shows an example showing the temperature characteristics of the stepping motor. Using a PF42-48105 manufactured by Nippon Pulse Motor Co., Ltd., known drive frequency-output torque characteristics were measured for a case where the motor jacket temperature was 25 ° C and a case where the motor temperature was 48 ° C. From this, it can be seen that it is desirable to correct the temperature characteristics when the temperature change of the motor during measurement is large. In order to realize this, the characteristic amount of the drive current waveform of the motor may be measured not only with respect to the rotation frequency and the load torque as described above, but also with the temperature as a parameter. In this case, it is necessary to calibrate the feature quantity in advance with known torque and temperature. A specific example for this will be described later.

【0036】次に、本発明に係るステッピングモータ用
負荷トルク測定装置をマイクロコンピュータを応用した
システムとして実現した実施例について詳述する。図1
4は、上記システムの一実施例を示す。バスBUS上に
マイクロコンピュータ(CPU)113、ROM11
2、RAM111が通常のシステムの場合と同様に配置
されている。また、適切なインタフェースI/F117
を介してLCD/ソフトウエアスイッチ駆動部115を
制御し、LCD/ソフトウエアスイッチ部114を駆動
するとともに、インタフェースI/F118を介して、
キーボード116が接続され、マンマシンインタフェー
スを構成する。これにより、測定条件の入力及び本装置
側からの指示や、測定結果の表示を行う。更に、GP−
IBインタフェース部122またはRS232Cインタ
フェース123を介して、外部のコンピュータ(パソコ
ン)との間でデータの授受を行うことが出来る。また、
バスには、FDD121を制御するFDD制御部120
が接続されるとともに、外部インタフェース119が接
続される。
Next, an embodiment in which the load torque measuring device for a stepping motor according to the present invention is realized as a system to which a microcomputer is applied will be described in detail. Figure 1
4 shows an embodiment of the above system. Microcomputer (CPU) 113, ROM 11 on the bus BUS
2. The RAM 111 is arranged as in the case of a normal system. In addition, an appropriate interface I / F 117
The LCD / software switch drive unit 115 is controlled via the, to drive the LCD / software switch unit 114, and the interface I / F 118.
A keyboard 116 is connected and constitutes a man-machine interface. As a result, the measurement conditions are input, the instruction from the device side and the measurement result are displayed. Furthermore, GP-
Data can be exchanged with an external computer (personal computer) via the IB interface unit 122 or the RS232C interface 123. Also,
The bus includes an FDD control unit 120 that controls the FDD 121.
And the external interface 119 are connected.

【0037】バス上に配置された駆動パルス発生部10
6からはCPU113からの指示により、被測定モータ
100への駆動タイミングが発生される。ユニポーラ型
モータ用の駆動回路101またはバイポーラモータ用駆
動回路102を必要に応じて使い分ける。該駆動回路
は、電圧可変電源105から電源(0〜48V、8Am
ax)の供給を受け、図1に示す例と同様にトランジス
タQ1〜Q4等により構成することが出来る。該駆動回
路により、被測定モータ100が駆動される。駆動回路
には、図1の場合と同様に、抵抗等による電流/電圧検
出手段107が設けられる。検出された電流の瞬時値
は、A/D変換器により、適切なサンプリング間隔で、
デジタル値に変換された後、DMA制御部108の制御
により、RAM111に順次記憶される。該サンプリン
グは、バス上に配置されたトリガ発生部からの指示によ
りA/D変換を開始することにより実行される。さら
に、該トリガ発生部から発生するサンプリングのタイミ
ングを前記モータ駆動パルスのタイミングと同期させる
ために、該トリガ発生部は、前記パルス発生部から同期
パルスを受信する。
Drive pulse generator 10 arranged on the bus
From 6, the drive timing for the measured motor 100 is generated in response to an instruction from the CPU 113. The drive circuit 101 for the unipolar type motor or the drive circuit 102 for the bipolar motor is selectively used as necessary. The drive circuit includes a power source (0 to 48 V, 8 Am) from the voltage variable power source 105.
ax), it can be configured by transistors Q1 to Q4 and the like as in the example shown in FIG. The measured motor 100 is driven by the drive circuit. As in the case of FIG. 1, the drive circuit is provided with current / voltage detection means 107 such as a resistor. The instantaneous value of the detected current is determined by the A / D converter at an appropriate sampling interval,
After being converted into a digital value, it is sequentially stored in the RAM 111 under the control of the DMA control unit 108. The sampling is executed by starting the A / D conversion according to an instruction from the trigger generator arranged on the bus. Furthermore, in order to synchronize the timing of sampling generated by the trigger generator with the timing of the motor drive pulse, the trigger generator receives a synchronization pulse from the pulse generator.

【0038】測定に先立ち、CPU113からの制御の
下、基準トルク設定機制御部109が制御され、駆動回
路104により基準トルク設定機103が駆動される。
本実施例においては、負荷トルクの変動に対して、電流
波形の特徴を顕著にするため、被測定モータの駆動電圧
を適切に設定する必要がある。このため、バス上に配置
された、電圧可変電源105から、前記駆動回路に適切
に設定された電圧が供給される。
Prior to the measurement, the reference torque setting machine control unit 109 is controlled under the control of the CPU 113, and the drive circuit 104 drives the reference torque setting machine 103.
In the present embodiment, the drive voltage of the motor to be measured needs to be set appropriately in order to make the characteristics of the current waveform noticeable with respect to changes in the load torque. Therefore, the appropriately set voltage is supplied to the drive circuit from the variable voltage power supply 105 arranged on the bus.

【0039】次に、図14の実施例において、被測定モ
ータの負荷トルク−電流波形特徴を較正した後、被測定
モータを実負荷機構部に接続し、負荷トルク測定を行う
実施例についてフローチャートを用いて説明する。
Next, in the embodiment of FIG. 14, after calibrating the load torque-current waveform characteristics of the motor to be measured, the motor to be measured is connected to the actual load mechanism section and the load torque is measured. It will be explained using.

【0040】図15〜図19は、被測定モータに既知の
負荷トルクを与え、負荷トルクと電流波形の特徴量との
関係(基準値)を求める処理手順を示すフロ−チャート
である。最初に、図15に示すように、装置に測定条件
を与える。測定を行う最高周波数fH、最低周波数fL、
到達最高温度TH、駆動回路への最適駆動電圧EH、測定
すべき最高負荷トルクTQH、最低トルクTQL及び測定の
際のこれらの増分Δf、ΔT0、ΔE、ΔTQを指定す
る。これらを受けて、本実施例の装置は、最初、周波数
を最低値fLに、負荷トルクを最高値TQHに、電源電圧
を最高値EHに設定して測定範囲を指定した後(ステッ
プS1)、基準値の測定を行い、設定が完了したら、基
準値の記憶を行う(ステップS2)。基準値の記憶は、
図16に示す手順により実行される。最初に、最適駆動
電圧の決定を行う(ステップS11)。この決定作業
は、図17に示すように、モータに与えるべき負荷トル
クTQを、必要な測定範囲内でモータが脱調を起こさな
いようにするため、最初に最大値TQHに設定する(ステ
ップS31)。次いで、測定周波数の目標値f0を被測
定最低値fLに設定する(ステップS32)。この状態
から各周波数における最適駆動電圧を決定するため、下
記の処理を行う。
FIGS. 15 to 19 are flowcharts showing a processing procedure for applying a known load torque to the motor to be measured and obtaining the relationship (reference value) between the load torque and the characteristic amount of the current waveform. First, as shown in FIG. 15, measurement conditions are given to the device. Maximum frequency fH and minimum frequency fL for measurement
The ultimate maximum temperature TH, the optimum drive voltage EH to the drive circuit, the maximum load torque TQH to be measured, the minimum torque TQL and their increments Δf, ΔT0, ΔE, ΔTQ during measurement are designated. In response to these, the apparatus of the present embodiment first sets the frequency to the minimum value fL, the load torque to the maximum value TQH, and the power supply voltage to the maximum value EH to specify the measurement range (step S1). The reference value is measured, and when the setting is completed, the reference value is stored (step S2). The memory of the reference value is
It is executed by the procedure shown in FIG. First, the optimum drive voltage is determined (step S11). In this determination work, as shown in FIG. 17, the load torque TQ to be applied to the motor is first set to the maximum value TQH in order to prevent the motor from being out of step within the required measurement range (step S31). ). Next, the target value f0 of the measurement frequency is set to the measured minimum value fL (step S32). From this state, the following processing is performed to determine the optimum driving voltage at each frequency.

【0041】まず、駆動電圧Eを、設定最高値EHに設
定して(ステップS33)、モータを目標の周波数まで
スロースタート法により回転数を上昇させて行く(ステ
ップS34〜ステップS36)。回転数を上昇させて行
く過程で、タイミング待ちを行い、駆動電流波形をチェ
ックし(ステップS37、S38)、モータが脱調して
いないことを確認する(ステップS39)。駆動電圧を
EHに設定した状態においても、脱調を生ずる場合は、
エラーとしてモータを停止させる。ステップS40にお
いて、所定の周波数f0に達したことが確認されたら、
駆動電圧の脱調限界を求めるため、駆動電流波形を監視
しながら、駆動電圧Eを次第に下げて行き(ステップS
41)、電流波形をチェックして(ステップS42)、
脱調を判断して脱調限界を測定する(ステップS4
3)。ここで、脱調が生じたら、その時の駆動電圧が、
脱調限界電圧である。
First, the drive voltage E is set to the set maximum value EH (step S33), and the rotation speed of the motor is increased to the target frequency by the slow start method (steps S34 to S36). In the process of increasing the rotation speed, timing is waited, the drive current waveform is checked (steps S37 and S38), and it is confirmed that the motor is not out of step (step S39). If step-out occurs even when the drive voltage is set to EH,
Stop the motor as an error. In step S40, if it is confirmed that the predetermined frequency f0 is reached,
In order to obtain the step-out limit of the drive voltage, the drive voltage E is gradually lowered while monitoring the drive current waveform (step S
41), check the current waveform (step S42),
Step-out is judged and step-out limit is measured (step S4)
3). Here, if step out occurs, the drive voltage at that time is
This is the step-out limit voltage.

【0042】次に、モータの温度Tを、外被法または、
抵抗法で測定する(ステップS44)。そして、前記限
界電圧を、適当な係数αを用いて、(1+α)倍し最適
駆動電圧とする。そして、測定を行ったときのパラメー
タTQH,f,Tとともにファイルまたはメモリに記憶す
る(ステップS45)。続いて、目標周波数をΔf0だ
け上昇させた後(ステップS46)、上記の測定を繰り
返す。ステップS47において、必要な周波数範囲の測
定を完了し、f0がfHよりも大きくなったら、モータを
停止し(ステップS48)、最適駆動電圧の決定を終了
する。最適駆動電圧が決定したら、再び図16の処理に
戻り、モータに与える負荷トルクを変化させながら、基
準値の記憶を行う。
Next, the temperature T of the motor is determined by the coating method or
It is measured by the resistance method (step S44). Then, the limit voltage is multiplied by (1 + α) using an appropriate coefficient α to obtain the optimum drive voltage. Then, it is stored in a file or a memory together with the parameters TQH, f, T at the time of measurement (step S45). Then, after increasing the target frequency by Δf0 (step S46), the above measurement is repeated. In step S47, the measurement of the required frequency range is completed, and when f0 becomes larger than fH, the motor is stopped (step S48), and the determination of the optimum drive voltage ends. When the optimum drive voltage is determined, the process returns to FIG. 16 again, and the reference value is stored while changing the load torque applied to the motor.

【0043】最初に、負荷トルクを最大値TQHにセット
する(ステップS12)。続いて、基準トルクTQを与
える(ステップS13)。既知の負荷トルクを与えるに
は、コーシン・ラシン(株)社製のパーマトルク等を利
用することが出来る。これは、ヒシテリシス磁性材料を
利用し、ダイヤルを回し目盛りを既定の値にセットする
ことにより、、回転軸に既知のトルクを与えるものであ
る。上記ダイヤルの設定は、手動にて行うことも可能で
あるが、ステッピングモータ等を用いて装置側から自動
的にダイヤルを回転してもよい。トルクを所望の値に設
定したら、周波数fを測定すべき範囲内の最低値、fL
に設定し(ステップS14)、電流波形の特徴の測定に
入る。所定のパラメータTQH,f,Tにおける最適駆動
電圧(駆動電圧)Eaにてモータを周波数fで駆動しな
がら、電流波形の特徴Qの抽出を行う(ステップS15
〜S17)。求められた特徴量QをトルクTQ,Ea、
f,Tをパラメータとして記憶する(ステップS1
8)。続いて、周波数をΔf0だけ上昇させた後(ステ
ップS19)、Δtだけ時間待ちを行い(ステップS2
0)、ステップS21において、周波数が所望の最高値
fHに達したことが確認されるまで、同一トルクについ
て上記の測定を繰り返す。これにより低周波数から、徐
々に周波数を上昇させて行けば、モータをスローアップ
したことになる。
First, the load torque is set to the maximum value TQH (step S12). Then, the reference torque TQ is applied (step S13). In order to give a known load torque, perm torque manufactured by Koshin Rashin Co., Ltd. or the like can be used. This is to apply a known torque to a rotating shaft by using a hysteresis magnetic material and turning a dial to set a scale to a predetermined value. The dial can be set manually, but the dial may be automatically rotated from the device side by using a stepping motor or the like. After setting the torque to the desired value, fL, the lowest value within the range where the frequency f should be measured
(Step S14), and the measurement of the characteristics of the current waveform is started. The characteristic Q of the current waveform is extracted while driving the motor at the frequency f with the optimum driving voltage (driving voltage) Ea in the predetermined parameters TQH, f, T (step S15).
~ S17). The calculated feature amount Q is torque TQ, Ea,
f and T are stored as parameters (step S1)
8). Then, after the frequency is increased by Δf0 (step S19), the time is waited for Δt (step S2).
0), in step S21, the above measurement is repeated for the same torque until it is confirmed that the frequency has reached the desired maximum value fH. As a result, if the frequency is gradually increased from the low frequency, the motor is slowed up.

【0044】同一トルクについて、所望の周波数範囲の
測定が完了したら、必要ならば、一旦モータを停止し
(ステップS21)、トルクの変更を行う。即ち、トル
クTQをΔTQだけ下げてから(ステップS22)、前記
の測定を繰り返す。ステップS23で、全範囲のトルク
についての測定が終わったと判断されれば、基準値の記
憶は完了する。
When the measurement of the desired frequency range for the same torque is completed, the motor is once stopped (step S21) and the torque is changed if necessary. That is, the torque TQ is reduced by ΔTQ (step S22), and then the above measurement is repeated. If it is determined in step S23 that the measurement for the torque in the entire range has been completed, the storage of the reference value is completed.

【0045】図15に戻り、必要があれば、温度特性の
測定と記憶を行う。すなわち、測定温度の目標値T0を
ΔT0だけ上げた後(ステップS3)、モータを静止状
態に保ったまま、コイルに通電し(ステップS4)、該
モータの温度を所要の値にまで高める。温度TMを測定
しながら(ステップS5)、通電を続け、ステップS6
において、該モータの温度が、前記目標値T 0に達した
ら(または越えたら)、ステップS7において、最高温
度THの測定が完了するまでの間、再び、基準値の記憶
を行う。
Returning to FIG. 15, if necessary, the temperature characteristic is measured and stored. That is, after increasing the target value T0 of the measured temperature by ΔT0 (step S3), the coil is energized (step S4) while the motor is kept stationary to raise the temperature of the motor to a required value. While measuring the temperature TM (step S5), energization is continued, and step S6 is performed.
In step S7, when the temperature of the motor reaches (or exceeds) the target value T 0, the reference value is stored again in step S7 until the measurement of the maximum temperature TH is completed.

【0046】次に、上記電流波形の特徴抽出するための
実施例の説明を行う。本実施例の説明においては、図1
0及び図11に示すモータの電流波形の測定に関する実
施例を参照すると理解し易い。本例は、日本パルスモー
ター(株)製のHB型ステッピングモータPJ55−A
1について、周波数700ppsにおいて、負荷トルク
を各々、0、1、2、3Kg−cmとして測定したもの
である。図10において、自相電流投入点t0、他相電
流投入点t1、自相電流遮断点t2までの間について測定
を行う。本実施例では、該特徴量を電流波形をt0〜t1
までの区間であって、該駆動電流が正の間についてのみ
駆動電流を時間に関して積分する。ただし、駆動周波数
が低い場合、積分区間を、上記の論理に加え、t0から
予め定めた時間内に限定すべきことは前述した。
Next, an embodiment for extracting the characteristics of the current waveform will be described. In the description of this embodiment, FIG.
It is easy to understand with reference to the examples relating to the measurement of the motor current waveform shown in FIG. This example is an HB type stepping motor PJ55-A manufactured by Nippon Pulse Motor Co., Ltd.
1, the load torque was measured at 0, 1, 2, 3 Kg-cm at a frequency of 700 pps. In FIG. 10, measurement is performed up to the self-phase current input point t0, the other-phase current input point t1, and the self-phase current cutoff point t2. In the present embodiment, the characteristic amount is represented by a current waveform from t0 to t1.
The drive current is integrated with respect to time only while the drive current is positive. However, when the drive frequency is low, the integration interval should be limited to a predetermined time from t0 in addition to the above logic.

【0047】図11は、上記積分を行った結果を、横軸
に上記積分値(=電流波形特徴量)を、縦軸に負荷トル
クTQをとり、プロットしたものである。これより、前
記の論理により、HB型ステッピングモータの電流波形
特徴量・対・負荷トルク特性を求め得ることが分かる。
尚、PM型のモータについても、同様の方法で電流波形
特徴を求められることは前述したとおりである。
FIG. 11 is a plot of the result of the above integration, with the horizontal axis representing the integrated value (= current waveform characteristic amount) and the vertical axis representing the load torque TQ. From this, it is understood that the current waveform characteristic amount / load torque characteristic of the HB stepping motor can be obtained by the above logic.
As described above, the current waveform characteristics can be obtained by the same method for the PM type motor as well.

【0048】図18は、上記、電流波形特徴抽出を行う
ためのフローチャートを示す。前記積分は、t0から始
め、積分限界tcまでの区間について行う。始めに、tc
の決定を行うため、先ず、tcを、該モータの電気系の
時定数τに適当な係数kを乗じた値に限定する(ステッ
プS51)。さらに、tcが他相電流等入点t1を越えて
いる場合は、これをt1に限定する(ステップS52と
S53)。次に、駆動電流の積分を実施するに当たり、
積分を実施する時刻tをt0に初期化する(ステップS
54)。また、積分値Sの初期化も行い(ステップS5
5)、駆動電流i(t)を測定する(ステップS5
6)。時刻が積分を行う時刻tに達したと判断されると
き、i(t)が正であるか否かを判断する(ステップS
57)。ステップS57において、駆動電流i(t)が
正であれば積分値Sにこれを加える(ステップS5
8)。もし、i(t)が負であれば積分を行わない。時
刻tでの処理が完了したら、次に処理を行うべき時刻t
を所定の増分Δtだけ増加させ(ステップS59)、次
の時刻の処理を行う。ステップS60において、処理を
行う時刻tが、前記積分限界tcに達したと判断される
と、積分を終了する。上記の処理の結果求まった積分値
Sが、求めるべき電流波形特徴量Qとされる(ステップ
S61)。所望の範囲での被測定モータに関する基準値
の測定が終了したら、測定された特徴量の整理を行って
おくと、その後の負荷トルクの測定の際便利である。
FIG. 18 shows a flow chart for performing the current waveform feature extraction. The integration starts from t0 and is performed for an interval up to the integration limit tc. First, tc
First, tc is limited to a value obtained by multiplying the time constant τ of the electric system of the motor by an appropriate coefficient k (step S51). Furthermore, when tc exceeds the entry point t1 of the other phase current, this is limited to t1 (steps S52 and S53). Next, in carrying out the integration of the drive current,
The time t at which integration is performed is initialized to t0 (step S
54). Further, the integrated value S is also initialized (step S5
5), the drive current i (t) is measured (step S5)
6). When it is determined that the time has reached the time t at which integration is performed, it is determined whether i (t) is positive (step S
57). If the drive current i (t) is positive in step S57, it is added to the integrated value S (step S5).
8). If i (t) is negative, integration is not performed. When the processing at time t is completed, the time t at which processing should be performed next
Is increased by a predetermined increment Δt (step S59), and the process at the next time is performed. When it is determined in step S60 that the time t at which the processing is performed has reached the integration limit tc, the integration is terminated. The integrated value S obtained as a result of the above processing is set as the current waveform characteristic amount Q to be obtained (step S61). After the measurement of the reference value for the motor to be measured in the desired range is completed, it is convenient to rearrange the measured characteristic amount in the subsequent measurement of the load torque.

【0049】図19に特徴量の整理の処理手順のフロー
チャートが示されている。最適駆動電圧Eaを周波数及
び温度の関数として測定し(ステップS71)、整理/
記憶する(ステップS72)。その後の測定において、
必要な値が簡単に得られる。例えば、任意の温度Tにお
ける最高駆動電圧Eaを周波数fの関数として、スプラ
イン補間、ベッセル補間等を適宜利用して表し、その係
数を求める。次に、このようにして求めた各係数を温度
Tに関して同様に補間し、その係数を求めることによ
り、EaをT及びfに関して整理することができる。結
果は、これらの関数を表す係数として整理される。次
に、電流波形特徴量の関数として、負荷トルクを求め、
整理し、記憶しておく(ステップS73とS74)。こ
の時、周波数及び温度にも従属するようにしておけば便
利である。上記により、負荷トルク測定を行うための準
備が整った。以後は、被測定モータを被試験実機に装着
した状態で測定を行うことが出来る。
FIG. 19 shows a flow chart of the processing procedure for organizing the feature quantities. The optimum driving voltage Ea is measured as a function of frequency and temperature (step S71), and arranged /
It is stored (step S72). In subsequent measurements,
You can easily get the required value. For example, the maximum drive voltage Ea at an arbitrary temperature T is expressed as a function of the frequency f by appropriately using spline interpolation, Bessel interpolation, etc., and the coefficient is obtained. Next, each coefficient thus obtained is similarly interpolated with respect to the temperature T, and Ea can be arranged with respect to T and f by obtaining the coefficient. The results are organized as coefficients that represent these functions. Next, the load torque is obtained as a function of the current waveform feature quantity,
It is organized and stored (steps S73 and S74). At this time, it is convenient to make the frequency and temperature dependent. With the above, the preparation for the load torque measurement was completed. After that, the measurement can be performed with the measured motor mounted on the actual device under test.

【0050】上述本発明の効果は、同じ型のモータを用
いて大量生産される機器において著しい。最初に、代表
的なモータに関して、負荷トルク−電流波形特徴の関係
の較正を行っておくことにより、モータの製造誤差の範
囲内において、機器の負荷トルクを簡単に測定できるこ
とである。したがって、該当機器の開発、品質評価、量
産試作における問題点の定量化、製造ラインにおける検
査、開発と製造の両部門間負荷トルクに関する定量的な
話合いが可能になる等、産業上の利用効果が極めて大き
い。
The above-described effects of the present invention are remarkable in equipment mass-produced using the same type of motor. First, by calibrating the relationship between the load torque-current waveform characteristics of a typical motor, the load torque of the device can be easily measured within the manufacturing error of the motor. Therefore, it is possible to develop the applicable equipment, evaluate the quality, quantify problems in mass-production trials, inspect the production line, and have quantitative discussions about load torque between both development and manufacturing departments. Extremely large.

【0051】図20に負荷トルクを測定するための手順
を示す。初めに、測定周波数の最高fH、最低fL、変化
幅Δfを指定する(ステップS101)。周波数を最低
値fLに初期化した後(ステップS102)、温度を測
定し(ステップS103)、最適駆動電圧(駆動電圧)
を決定、印加する(ステップS104)。次にモータを
周波数fで回転させ(ステップS105)、駆動電流波
形の特徴を抽出し(ステップS106)、該負荷トルク
を測定し(ステップS107)、記憶する(ステップS
108)。続いて、周波数をΔfだけ上昇させ(ステッ
プS109)、再び上記手順により負荷トルクを測定す
る。上記処理を、fがfHより大きくなることがステッ
プS110で確認されるまで繰り返すことにより、上記
を所定の範囲につき実機モータを被測定機器に装着した
状態での、負荷トルクの周波数特性を求めることが出来
る。測定が完了したら、モータを停止させ(ステップS
111)、測定結果は、グラフ、表等にして適宜表示さ
れる(ステップS112)。
FIG. 20 shows the procedure for measuring the load torque. First, the maximum fH, the minimum fL, and the change width Δf of the measurement frequency are designated (step S101). After the frequency is initialized to the minimum value fL (step S102), the temperature is measured (step S103), and the optimum drive voltage (drive voltage)
Is determined and applied (step S104). Next, the motor is rotated at the frequency f (step S105), the characteristics of the drive current waveform are extracted (step S106), the load torque is measured (step S107), and stored (step S).
108). Then, the frequency is increased by Δf (step S109), and the load torque is measured again by the above procedure. By repeating the above processing until it is confirmed in step S110 that f becomes larger than fH, the frequency characteristic of the load torque in a state where the actual motor is mounted on the device under test within a predetermined range is obtained. Can be done. When the measurement is completed, stop the motor (step S
111), and the measurement result is appropriately displayed in the form of a graph, a table or the like (step S112).

【0052】次に、本発明に係るステッピングモータ用
負荷トルク測定装置の応用装置に関して述べる。図21
は、モータを装着した製品の機構部にガタが有り、回転
にともなって(時間の経過にしたがって)負荷トルクが
変動する状態を測定している状態を示す。一般に、モー
タの出力軸から出た動力は、多数のピニオン/ギヤを経
て機構の各部に伝達される。この為、前記負荷トルクの
変動は必ずしもモータへの回転とは周期的に、単純には
一致しない。そこで、モータへの印加パルスを分周した
ものをマーカとして表示し、該分周比を適切に調整する
ことにより、負荷トルクの変動の周期とマーカの繰り返
し周期とを一致させることができる。これにより、該機
構部のギヤ構成等を勘案して、不具合部分を推定するこ
とができるので、産業上の効果が大である。
Next, an application device of the load torque measuring device for a stepping motor according to the present invention will be described. Figure 21
Shows a state in which there is looseness in the mechanical part of the product in which the motor is mounted, and the state in which the load torque fluctuates with the rotation (as time passes) is measured. In general, the power output from the output shaft of the motor is transmitted to each part of the mechanism via many pinions / gears. Therefore, the fluctuation of the load torque does not always coincide with the rotation of the motor in a simple manner. Therefore, by dividing the pulse applied to the motor by displaying it as a marker and appropriately adjusting the dividing ratio, it is possible to match the cycle of the load torque fluctuation and the repetition cycle of the marker. As a result, the defective portion can be estimated in consideration of the gear configuration of the mechanism portion and the like, which has a great industrial effect.

【0053】図22は前記マーカを発生させるための実
施例を示す。モータの駆動パルスを入力する分周器30
の分周比Nを適宜与えることにより、図21に示すマー
カを得る。
FIG. 22 shows an embodiment for generating the marker. Frequency divider 30 for inputting motor drive pulse
21 is obtained by appropriately giving the frequency division ratio N of.

【0054】図23は前記マーカを得るための他の実施
例を示す。本実施例では、PLL方式を採用している。
モータの駆動パルス(周波数f)を分周器31でN分周
したもの(f/N)と前記変動する負荷トルクに比例す
る量とを、位相比較器32により比較する。もし、該負
荷トルクの変動の方の位相が進むようであれば、前記分
周器31の分周比を下げる。反対に、負荷トルクに比例
する量の方の位相が遅れるときには、分周比を大にす
る。この結果、位相比較器32の出力として、Nの値を
自動的に得ることができる。また、前記マーカは、該分
周器31の出力として得ることができる。
FIG. 23 shows another embodiment for obtaining the marker. In this embodiment, the PLL system is adopted.
The phase comparator 32 compares the motor drive pulse (frequency f) divided by N by the frequency divider 31 (f / N) with the amount proportional to the varying load torque. If the phase of the variation of the load torque advances, the frequency division ratio of the frequency divider 31 is lowered. On the contrary, when the phase that is proportional to the load torque is delayed, the division ratio is increased. As a result, the value of N can be automatically obtained as the output of the phase comparator 32. Further, the marker can be obtained as an output of the frequency divider 31.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のステッピ
ングモータ用負荷トルク測定装置を用いれば、ステッピ
ングモータを装着した状態で、該モータから出力される
トルクを正確に測定できる。したがって、ステッピング
モータ応用装置の開発段階から、大量生産に至るまでの
各段階において、該モータの負荷機構部の特性及び負荷
機構部とモータの結合状態の良否等を客観適に把握する
ことができる。
As described above, by using the stepping motor load torque measuring device of the present invention, the torque output from the stepping motor can be accurately measured with the stepping motor mounted. Therefore, at each stage from the development stage of the stepping motor application device to the mass production, it is possible to objectively grasp the characteristics of the load mechanism section of the motor and the quality of the coupling state between the load mechanism section and the motor. ..

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるステッピングモータ用負荷トルク
測定装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a load torque measuring device for a stepping motor according to the present invention.

【図2】ステッピングモータに加わる負荷をパラメータ
とした巻線に流れる駆動電流の時間変化を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a change over time of a drive current flowing through a winding with a load applied to a stepping motor as a parameter.

【図3】図2に基づいて得られる巻線に流れる駆動電流
の極大値iPと負荷トルクとの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the maximum value iP of the drive current flowing through the winding obtained based on FIG. 2 and the load torque.

【図4】ステッピングモータの駆動回路の等価回路図で
ある。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a drive circuit of a stepping motor.

【図5】ステッピングモータの駆動電圧をパラメータと
したときの駆動電流の変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing changes in drive current when the drive voltage of the stepping motor is used as a parameter.

【図6】図5における駆動電流の、自相電流投入点から
他相電流投入点までの中間の時点におけるL,R直列回
路に流れる電流に対するモータ駆動電流の比ηを、駆動
電圧Eの関数として示した図である。
6 is a function of the drive voltage E of a ratio η of the motor drive current to the current flowing in the L and R series circuits at an intermediate point between the drive current supply point in FIG. 5 and the other phase current supply point. FIG.

【図7】同じモータを異なる周波数及び負荷トルクで駆
動した場合の自相電流投入点付近の電流波形を比較した
図である。
FIG. 7 is a diagram comparing current waveforms near a self-phase current injection point when the same motor is driven at different frequencies and load torques.

【図8】同じモータを無負荷で回転させた場合、脱調を
生ずる電圧(脱調限界電圧)を回転周波数fの関数とし
て示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing a voltage that causes step-out (step-out limit voltage) as a function of a rotation frequency f when the same motor is rotated without a load.

【図9】駆動電圧により、駆動電流波形がどの様に変化
するかを示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing how a drive current waveform changes according to a drive voltage.

【図10】同じモータを同じ周波数において、駆動電圧
を一定とし、負荷トルクを変化させた場合の駆動電流波
形の変化を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing changes in the drive current waveform when the drive voltage is constant and the load torque is changed for the same motor at the same frequency.

【図11】モータに流入する駆動電流が正の部分を、自
相電流投入点から他相電流投入点までの間積分した値Q
に対する負荷トルクTQとの関係を示す図である。
FIG. 11 is a value Q obtained by integrating a positive drive current flowing into the motor from a self-phase current input point to another-phase current input point.
It is a figure which shows the relationship with the load torque TQ with respect to.

【図12】モータが脱調を生じた場合の駆動電流波形を
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a drive current waveform when the motor is out of step.

【図13】スッテッピングモータの温度特性の一例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example of temperature characteristics of a stepping motor.

【図14】本発明の実施例を示すシステム構成図であ
る。
FIG. 14 is a system configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図15】被測定モータに既知の負荷トルクを与え、負
荷トルクと電流波形の特徴量との関係(基準値)を求め
る処理手順を示すフロ−チャートである。
FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure for applying a known load torque to the motor to be measured and obtaining a relationship (reference value) between the load torque and the characteristic amount of the current waveform.

【図16】図15における基準値の記憶を行う処理手順
を示すフロ−チャートである。
16 is a flowchart showing a processing procedure for storing a reference value in FIG.

【図17】図15における最適印加電圧を決定する処理
手順を示すフロ−チャートである。
17 is a flowchart showing a processing procedure for determining an optimum applied voltage in FIG.

【図18】図15における基準値の電流波形の特徴量を
求める処理手順を示すフロ−チャートである。
18 is a flowchart showing a processing procedure for obtaining a characteristic amount of the current waveform of the reference value in FIG.

【図19】図15における特徴量を整理する処理手順を
示すフロ−チャートである。
FIG. 19 is a flowchart showing a processing procedure for organizing the feature quantities in FIG.

【図20】本発明の実施例における負荷トルクを測定す
るための処理手順を示すフロ−チャートである。
FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure for measuring load torque in the example of the present invention.

【図21】本発明の実施例におけるモータを装着した製
品の機構部にガタがあり、回転にともなって負荷トルク
が変動する状態を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a state in which the mechanical section of the product in which the motor is mounted in the embodiment of the present invention has a backlash, and the load torque varies with rotation.

【図22】図21におけるマーカを発生させるための構
成図である。
FIG. 22 is a configuration diagram for generating the marker in FIG. 21.

【図23】図21におけるマーカを得るための他の構成
図である。
23 is another configuration diagram for obtaining the marker in FIG. 21. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステッピングモータ 2 実機機構部 3
基準負荷トルク発生機 4 カップリング 5,6
コネクタ 7 駆動回路 8
分配回路 9 コントローラ 10
電流検出部 11 アンプ 12
スイッチ 13,15 特徴抽出部 14
基準値メモリ 16 測定値メモリ 17
照合判断部 18 ディスプレイ 19
プリンタ
1 Stepping motor 2 Real machine mechanism 3
Reference load torque generator 4 Coupling 5,6
Connector 7 Drive circuit 8
Distribution circuit 9 Controller 10
Current detector 11 Amplifier 12
Switch 13, 15 Feature extraction unit 14
Reference value memory 16 Measured value memory 17
Collation determination unit 18 Display 19
Printer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ステッピングモータに与えられたトルク
と、このトルクが与えられたときの前記ステッピングモ
ータに流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係デ
ータを記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、 校正時には前記ステッピングモータが脱調を起こさない
程度の電圧で該モータを駆動し、実負荷測定時には前記
校正時に定めた電圧で前記モータを駆動する駆動手段
と、を備えて成ることを特徴とするステッピングモータ
用負荷トルク測定装置。
1. A memory means for storing relationship data between a torque applied to a stepping motor and predetermined characteristic information of a driving current flowing through the stepping motor when the torque is applied, and a memory means for storing the relationship data in the stepping motor. Detecting means for detecting the drive current when a load is applied, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, and feature information extracted by the feature extracting means, Collation judging means for collating the relational data stored in the memory means and outputting the actual load, and for calibrating, driving the motor with a voltage that does not cause stepping out of the stepping motor And a driving means for driving the motor at a voltage determined at the time of calibration at the time of measurement, and a load torque for a stepping motor. Measuring device.
【請求項2】ステッピングモータに与えられたトルク
と、このトルクが与えられたときの前記ステッピングモ
ータの任意の相に電流が流入を開始してから他の相に電
流が流入を開始するまでの間、該相に流入する前記駆動
電流の積分値で定義される特徴情報との関係データを記
憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記ス
テッピングモータの任意の相に電流が流入を開始してか
ら、他の相に電流が流入を開始するまでの間、該相に流
入する前記駆動電流の積分値を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、を備えて成ることを
特徴とするステッピングモータ用負荷トルク測定装置。
2. A torque applied to a stepping motor and a period from when a current starts flowing into an arbitrary phase of the stepping motor when the torque is applied to when a current starts flowing into another phase. Memory means for storing relational data with the characteristic information defined by the integral value of the drive current flowing into the phase, and a current to an arbitrary phase of the stepping motor when an actual load is applied to the stepping motor. From the start of the inflow to the start of the inflow of current to the other phase, the detection means for detecting the integrated value of the drive current flowing into the phase, and the drive current obtained by the detection means. Feature extraction means for extracting the feature information, feature information extracted by the feature extraction means and the relational data stored in the memory means, and a collation determination means for outputting the actual load. , The load torque measurement apparatus for a stepping motor, characterized in that it comprises an.
【請求項3】任意の相に電流が流入を開始してから、予
め定めた時間内前記積分を行うことを特徴とする請求項
2に記載のステッピングモータ用負荷トルク測定装置。
3. The load torque measuring device for a stepping motor according to claim 2, wherein the integration is performed within a predetermined time after a current starts to flow into an arbitrary phase.
【請求項4】前記積分は、該相に流入する電流が予め定
めた極性を有するときのみ行うことを特徴とする2項記
載のステッピングモータ用負荷トルク測定装置。
4. The load torque measuring device for a stepping motor according to claim 2, wherein the integration is performed only when the current flowing into the phase has a predetermined polarity.
【請求項5】ステッピングモータに異なる複数のトルク
及び回転数が与えられたときの前記ステッピングモータ
に流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係データ
を記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、を備えて成ることを
特徴とするステッピングモータ用負荷トルク測定装置。
5. A memory means for storing relational data with predetermined characteristic information of a driving current flowing through the stepping motor when a plurality of different torques and rotational speeds are applied to the stepping motor, and an actual load on the stepping motor. Detecting means for detecting the drive current when given, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, feature information extracted by the feature extracting means, A stepping motor load torque measuring device, comprising: collation judging means for collating the relational data stored in the memory means and outputting the actual load.
【請求項6】異なる複数の温度においてステッピングモ
ータに異なる複数のトルク及び回転数が与えられたとき
の前記ステッピングモータに流れる駆動電流の予め定め
た特徴情報との関係データを記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、を備えて成ることを
特徴とするステッピングモータ用負荷トルク測定装置。
6. Memory means for storing relationship data with predetermined characteristic information of drive current flowing through the stepping motor when different torques and rotational speeds are applied to the stepping motor at different temperatures. A detection unit that detects the drive current when an actual load is applied to the stepping motor, a feature extraction unit that extracts the feature information of the drive current obtained by the detection unit, and a feature extraction unit that extracts the feature information. A load torque measuring device for a stepping motor, comprising: characteristic information and the relational data stored in the memory means; and collation determining means for outputting the actual load.
【請求項7】ステッピングモータに与えられたトルク
と、このトルクが与えられたときの前記ステッピングモ
ータに流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係デ
ータを記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、 前記特徴抽出手段で得られた特徴情報の経時変化を測定
する手段と、を有することを特徴とするステッピングモ
ータ用負荷トルク測定装置。
7. A memory means for storing relationship data between a torque applied to the stepping motor and predetermined characteristic information of a drive current flowing through the stepping motor when the torque is applied, and a memory means for storing the relationship data in the stepping motor. Detecting means for detecting the drive current when a load is applied, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, and feature information extracted by the feature extracting means, Collation determining means for collating the relational data stored in the memory means and outputting the actual load; and means for measuring a change with time of the characteristic information obtained by the characteristic extracting means. Characteristic load torque measuring device for stepping motors.
【請求項8】ステッピングモータに与えられたトルク
と、このトルクが与えられたときの前記ステッピングモ
ータに流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係デ
ータを記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、 スッテピングモータへ駆動パルスを与えた時刻と、前記
照合判断手段で得られた負荷に変動を生ずる時刻とを比
較することにより、負荷の伝達遅れ特性を測定する手段
と、を有することを特徴とするステッピングモータ用負
荷トルク測定装置。
8. A memory means for storing relational data between a torque applied to the stepping motor and predetermined characteristic information of a driving current flowing through the stepping motor when the torque is applied, and a memory means for storing the relationship data in the stepping motor. Detecting means for detecting the drive current when a load is applied, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, and feature information extracted by the feature extracting means, Collation determination means for collating the relational data stored in the memory means and outputting the actual load, time when a driving pulse is applied to the stepping motor, and load obtained by the collation determining means are varied. And means for measuring the transmission delay characteristic of the load by comparing with the time when the load torque for the stepping motor is provided. measuring device.
【請求項9】ステッピングモータに与えられたトルク
と、このトルクが与えられたときの前記ステッピングモ
ータに流れる駆動電流の予め定めた特徴情報との関係デ
ータを記憶するメモリ手段と、 ステッピングモータに実負荷が与えられたときの前記駆
動電流を検出する検出手段と、 前記検出手段で得られた駆動電流の前記特徴情報を抽出
する特徴抽出手段と、 前記特徴抽出手段で抽出された特徴情報と、前記メモリ
手段に記憶されている前記関係データとを照合し、前記
実負荷を出力する照合判断手段と、 ステッピングモータの負荷トルク及び、該ステッピング
モータに印加される駆動パルスを任意倍数だけ分周した
ものの双方の経時変化を比較する手段と、を有すること
を特徴とするステッピングモータ用負荷トルク測定装
置。
9. A memory means for storing relationship data between a torque applied to the stepping motor and predetermined characteristic information of a driving current flowing through the stepping motor when the torque is applied, and a memory means for storing the relationship data in the stepping motor. Detecting means for detecting the drive current when a load is applied, feature extracting means for extracting the characteristic information of the drive current obtained by the detecting means, and characteristic information extracted by the characteristic extracting means, Collation determining means for collating the relational data stored in the memory means and outputting the actual load, load torque of the stepping motor and driving pulse applied to the stepping motor are frequency-divided by an arbitrary multiple. A load torque measuring device for a stepping motor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040017175A (en) * 2002-08-20 2004-02-26 삼성전자주식회사 Apparatus and method for controlling stepmotor
JP2004232497A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Ebara Corp Water supply device
JP2020146269A (en) * 2019-03-14 2020-09-17 株式会社ニューギン Game machine
JP2020146270A (en) * 2019-03-14 2020-09-17 株式会社ニューギン Game machine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040017175A (en) * 2002-08-20 2004-02-26 삼성전자주식회사 Apparatus and method for controlling stepmotor
JP2004232497A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Ebara Corp Water supply device
JP2020146269A (en) * 2019-03-14 2020-09-17 株式会社ニューギン Game machine
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