JPH0564494A

JPH0564494A - ステツピングモータ微小角駆動方法とその回路

Info

Publication number: JPH0564494A
Application number: JP35927891A
Authority: JP
Inventors: Jun Ando; 純安東
Original assignee: MERETSUKU KK
Current assignee: MERETSUKU KK
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】出力素子のスイッチング制御のデューティコ
ントロールを予め記憶装置に蓄積し、そのデータに基づ
いて設定された励磁シーケンスに従って駆動制御を行う
事によるステッピングモータの微小角駆動方法を提供す
る。【構成】放射状に結線されたＮ相のコイルをもつステ
ッピングモータにおいて出力素子(Tr)のオン/オフスイ
ッチング制御による相電流の変化を予め測定して励磁シ
ーケンスをデータ化しておく。Ｎ相を５相とすると、１
つ前のステップが(a)Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ相の４相励磁であ
る場合にはオフとなっている励磁相Ｅに接続せる出力素
子(Tr)のオン/オフデューティを０％から100％に変化さ
せて(b)Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ相の５相励磁とし、次のス
テップにおいて制御される励磁相Ａに接続する出力素子
(Tr)のオン/オフデューティを100％から０％に変化させ
て(c)Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ相の４相励磁となるように出力素
子のオン/オフデューティを変化させデータ通りの微小
角駆動をさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータの移
動角を従来にも増して微小に分割して駆動させる事によ
り、その回転運動及び停止精度を高めたステッピングモ
ータの駆動方法において、記憶素子を使用する事により
駆動機構を非常に簡素化して大幅なコストダウンを図る
事が出来る画期的な駆動方法とその方法を達成するため
の回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータはステッピングモー
タあるいは階動電動機とも称され、入力パルスに対応し
てステップ駆動されるものであり、２相〜多相式のもの
など各種のものが実用に供されている。その内の５相ス
テッピングモータの駆動方式として従来より、スタンダ
ード方式、ペンタゴン方式、スター方式などが提案され
ていた。さて、従来の５相ステッピングモータのスター
方式とは、駆動巻線の一端を一箇所で接続すると共にこ
の集合接続点と駆動巻線スイッチング回路のＣＯＭ端子
とを接続し、一方、駆動巻線の他端を駆動巻線スイッチ
ング回路のスイッチングトランジスタに接続していた。
そして、ＣＯＭ端子に正電圧をかけ、次々と駆動巻線の
他端をＧＮＤにスイッチングすることにより、５相ステ
ッピングモータを駆動していた。

【０００３】このような５相ステッピングモータにおけ
るスター方式では、１パルスが0.72°で駆動されるの
で、移動角が粗であって回転が円滑でないという欠点や
ドライブ周波数との間に機械的な共振点があり、この共
振周波数においては駆動出来ないという現象が生ずると
いうような欠点があった。

【０００４】そこで、発明者は、実願昭５９−１２８３
２８号において、１パルスが0.36°で駆動できる方式を
提案したが、機械精度の大幅向上に伴い、より一層の円
滑な回転と低コストが要求されるようになった。

【０００５】そこで、この要求を満たすために更なる提
案がなされた。即ち、モータコイル(A)(B)…の電流制御
を行い、合成トルクベクトルの方向を徐々に変化させる
事により、0.72°を10分割あるいは20分割して１パルス
で0.072°又は0.036°等の移動角でステップ駆動させる
駆動方式である。

【０００６】この方式は第８図に示すように１つのモー
タコイル(A)(B)…に対して４個の出力素子(Tr₁)(Tr₂)(T
r₃)(Tr₄)…をブリッジに組み、＋Ｖの電圧をモータコイ
ル(A)(B)…に与える事により駆動電流をモータコイル
(A)(B)…に流し、このモータコイル(A)(B)…に流れた駆
動電流を相電流検出用センス抵抗(R)…でモータコイル
(A)(B)…毎に各々検出し、モータコイル(A)(B)…毎に出
力素子(Tr₁)…を相電流検出回路(K₁)…で独立してスイ
ッチング制御し、(Ｅ'→０→Ｅ)と言うようにトルクベ
クトルを徐々に変化させて微小角駆動を行う《即ち、５
相ステッピングモータであれば、５つの相電流検出回路
(K₁)〜(K₅)にて５つのモータコイル制御回路(M₁)〜(M₅)
各々の出力素子(Tr₁)〜(Tr₂₀)を適宜スイッチング制御
して、５つのモータコイル(A)(B)(C)(D)(E)の駆動電流
制御を行う。》というものである。

【０００７】処が、この方式では各相に４個の出力素子
(Tr₁)(Tr₂)(Tr₃)(Tr₄)…をブリッジに組み、各相毎に駆
動電流を検出してコントロールしているため、Ｎ相ステ
ッピングモータでは相電流検出回路(K)がＮ個{５相ステ
ッピングモータでは５個の相電流検出回路(K₁)〜(K₅)}
必要となって回路全体が繁雑になり、コストアップの原
因となるという欠点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来例
に鑑みてなされたもので、出力素子のスイッチング制御
のデューティコントロールが予め測定され、記憶装置に
蓄積された微小角駆動用のデータに基づいて行なわれ、
且つ設定された励磁シーケンスに従って駆動巻線が放射
状に結線されたステッピングモータの駆動制御を行う事
により、従来必要とされていた相電流検出回路を省略出
来て回路全体の簡素化を実現出来、コストダウンが可能
となったステッピングモータの微小角駆動方法とその回
路を提供するにある。

【０００９】本発明方法は、上記目的を達成するために
請求項(1)にて;放射状に結線されたステッピングモー
タのＮ相のモータコイルに励磁電流を通電して微小角駆
動を行わせるステッピングモータの微小角駆動方法にお
いて、微小角駆動時の出力素子(Tr)のオン/オフスイ
ッチング制御による相電流(i)の変化を予め測定してお
いて励磁シーケンスをデータ化しておき、該励磁シー
ケンスに従って１つ前のステップが(N-1)相励磁である
場合にはオフとなっている励磁相に接続せる制御用出力
素子(Tr)のオン/オフデューティを０％から100％に変化
させてＮ相励磁とし、続いて次のステップにおいて制
御せられるべき励磁相に接続せる出力素子(Tr)のオン/
オフデューティを100％から０％に変化させて(N-1)相励
磁となるように出力素子のオン/オフデューティを変化
させるようにスイッチング制御させてデータ通りの微小
角駆動をステッピングモータにさせる事を特徴とする。
これにより、微小角駆動回路の大幅な簡素化が行え、大
幅なコストダウンが可能となった。

【００１０】前記方法を達成するために請求項(2)に示
すステッピングモータ微小角駆動回路では;外部から
の正転/逆転の指定並びにステッピングモータの回転速
度を決める回転方向指定パルスを入力し、この回転方向
指定パルスをアドレスに変化させて記憶装置(ROM)に入
力するアップ/ダウンカウンタ(UDC)と、放射状に結線
されたステッピングモータのＮ相のモータコイルの駆動
回路(S)の出力素子(Tr)のオン/オフスイッチングデュー
ティ制御のための励磁シーケンスをデータ化して記憶
し、アップ/ダウンカウンタ(UDC)からのアドレス変化を
受け、記憶したデータに従って１つ前のステップが(N-
1)相励磁である場合にはオフとなっている励磁相に接続
せる制御用出力素子(Tr)のオン/オフデューティを０％
から100％に変化させてＮ相励磁とし、続いて次のステ
ップにおいて制御せられるべき励磁相に接続せる制御用
出力素子のオン/オフデューティを100％から０％に変化
させて(N-1)相励磁となるように出力素子のオン/オフデ
ューティを変化させるようにオン/オフスイッチングデ
ューティ制御のためのデータを出力する記憶装置(ROM)
と、記憶装置(ROM)からの出力データに基づいて出力
素子(Tr)をオン/オフスイッチング制御してステッピン
グモータのモータコイル(A)〜(E)に駆動電流を通電して
シーケンス通りの微小角駆動を行うステッピングモータ
駆動回路(S)とでを構成する事を特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の駆動原理を分かりやすくするために図
２に従って説明する。出力素子(Q₁)(Q₂)がオンの場合、
モータコイルに流れる相電流は100％(即ち、i₀)とな
る。次に、出力素子(Q₁)がオフになると相電流が０％と
なる。即ち、出力素子(Q₁)をオン/オフスイッチング制
御させて行くと、そのオンデューティにより、モータコ
イルに流れる相電流は漸増/漸減していく事になる。

【００１２】ここで重要な事はこの出力素子のオン/オ
フデューティを徐々に変化させる事により、このオン/
オフデューティに合わせて相電流(i)も前述のように０
〜100％まで変化して行くが、本発明ではオン/オフデュ
ーティの変化による相電流(i)の変化をデータ化して記
憶装置(ROM)に記憶しておき、励磁シーケンス実行時に
このデータに基づいて出力素子(Tr)のオン/オフデュー
ティを制御し、従来の相電流検出によるスイッチング制
御回路(S)へのフィードバックの助けなくして所定の微
小角駆動を行うと言うものである。これにより、微小角
駆動回路の大幅な簡素化が行え、大幅なコストダウンが
可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面によって本発明の一実施例を
詳述する。本実施例では、５相ステッピングモータのス
ター結線の場合を例に取って説明するが、勿論、これに
限られるものでなく、２相〜多相ステッピングモータに
適用出来る事は言うまでもない。

【００１４】図１は本発明にかかる駆動回路の一実施例
で、直流電源(図示せず。)の出力をチョッパ制御する半
導体チョッパ(1)、半導体チョッパ(1)をパルス幅変調ス
イッチング作用によって制御する定格電流検出回路(図
示せず)、フライホイルダイオード(2)、半導体チョッパ
(1)の出力側に直列に挿入されたリアクトル(3)、平滑/
駆動コンデンサ(4)、総電流検出回路(K)とＤＶ電圧制御
用センス抵抗(R)並びにステッピングモータ駆動回路(S)
などから構成されている。直流電源(図示せず。)は一般
には交流電源を全波整流して得た直流電源が用いられ
る。

【００１５】ステッピングモータ駆動回路(S)は、２個
の出力素子(Tr₁)(Tr₂)〜(Tr₉)(Tr₁₀)を隣接させ、且
つ、その５組を直列接続して構成されている。更に、出
力素子(Tr₁)(Tr₂)〜(Tr₉)(Tr₁₀)の接続点とステッピン
グモータのモータコイル(A)〜(E)の接続点とがそれぞれ
接続されてる。

【００１６】前記平滑/駆動コンデンサ(4)はリアクトル
(3)の出力端とＤＶ電圧制御用センス抵抗(R)の入力端と
の間にて出力素子(Tr₁)(Tr₂)…に並列に接続されてお
り、リアクトル(3)から流れてくる電流をその充・放電
特性により、ＤＶ電圧制御用センス抵抗(R)に直ちに伝
え、これによりＤＶ電圧(＋)は定電流コントロール電源
として安定な制御がなされるようになっている。そして
ＤＶ電圧制御用センス抵抗(R)はその電圧降下がＤＶ電
圧(＋)に対して無視できるような小さいインピーダンス
のものを用いてある。

【００１７】フライホイルダイオード(2)は半導体チョ
ッパ(1)の出力端と(GND)との間に接続されており、ＤＶ
電圧制御用センス抵抗(R)はステッピングモータ駆動回
路(S)の出力端に直列接続されており、その出力端は(GN
D)に接地されている。総電流検出回路(K)は、半導体チ
ョッパ(1)をチョッピング制御するためのもので、ＤＶ
電圧制御用センス抵抗(R)に４相分の電流が流れるよう
に半導体チョッピング(1)を制御するようになってい
る。

【００１８】ここで、図の結線方式はスター結線と呼ば
れる結線方式であるが、各モータコイル(A)〜(E)の接続
点を(＋)、(−)にする事により、ステッピングモータの
モータ駆動がなされる事になる。勿論、ステッピングモ
ータの相数が５相でない場合には、ステッピングモータ
の相数に対応せるモータコイル制御回路(M₁)(M₂)…が設
けられる事になる。

【００１９】次に前記ステッピングモータ駆動回路(S)
のオン/オフデューティを制御する部分に付いて説明す
る。図７のブロック回路図に示すようにアップ/ダウン
カウンタ(UDC)と記憶装置(ROM)とが設けられており、ア
ップ/ダウンカウンタ(UDC)は、外部からの正転/逆転の
指定並びにステッピングモータの回転速度を決める回転
方向指定パルスを入力し、この回転方向指定パルスを加
算乃至減算してアドレスに変化させて記憶装置(ROM)に
入力するものであり、記憶装置(ROM)はステッピングモ
ータ駆動回路(S)の出力素子(Tr)のオン/オフスイッチン
グデューティ制御のためのデータを記憶し、アップ/ダ
ウンカウンタ(UDC)からのアドレス変化を受け、記憶し
た前記データに従って出力し、出力素子(Tr)のオン/オ
フスイッチングデューティを制御するものである。

【００２０】図７中、記憶装置(ROM)から出力されて駆
動回路(S)に入力するデータ(A)は出力素子(Tr)のオン/
オフに関するモータシーケンスデータであり、データ
(B)はデータ(A)で選択された出力素子(Tr)のスイッチン
グデューティを制御するためのデータである。説明を分
かりやすくするために便宜上２つに別けて描いたもので
ある。

【００２１】以上の構成において、直流電源の＋Ｖ電圧
をパルス幅変調スイッチング制御して得たＤＶ電圧(＋)
をステッピングモータのモータコイル(A)〜(E)に与え、
駆動電流をこれらにシーケンスに従って流す(この時、
出力素子(Tr)のオン/オフデューティは記憶装置(ROM)の
データに従って行なわれる。)ことにより所定の微小角
駆動がなされるのである。

【００２２】図３(a)(b)…は、本回路における４−５相
微小角ドライブの例で、(a)はＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ相の４相励磁
状態であり、(b)はＡ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅの５相励磁状態、(c)
はＢ,Ｃ,Ｄ,Ｅ相の励磁状態であり、(d)はＢ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,
A'の５相励磁状態であり、以下、所定の相が順次シーケ
ンスに従って励磁されていく。

【００２３】ここで、図３(a)の出力素子(Tr9)のオンデ
ューティを０％から100％というように漸増して行き、
Ｅ相に流れる駆動電流を漸増して行く。出力素子(Tr9)
のオンデューティが100％となった瞬間が図３(b)の状態
で、次に出力素子(Tr1)のオンデューティが100％から０
％に漸減し、Ａ相に流れる駆動電流を漸減させる。この
ようにして、各相が図３(a)(b)…のように励磁されて行
くのである。ここで、出力素子(Tr)を予め定められたシ
ーケンス(図４)に従ってオン/オフスイッチング制御
し、且つ、制御用出力素子(Tr)のオンデューティの変化
を前記記憶装置(ROM)に記憶されたオン/オフデューティ
のデータに従って徐々に行わせる事により所定の微小角
駆動を行わせるのである。

【００２４】これを図４のシーケンス表にて説明する。
図４中、白丸印はオンデューティ100％、黒丸印はオン
デューティ０％、矢印は出力素子(Tr)のデューティを徐
々に変化させている事を示す。図３(a)(＝ステップ０)
は、４相励磁状態で出力素子(Tr9)がオフになってい
る。ここで出力素子(Tr9)をオン/オフデューティのデー
タに従ってスイッチング制御して行くのであるが、デー
タが０、10、20、30、40、……80、90、100％と言うよ
うに制御され、最終的に図３(b)の５相励磁状態にな
る。以下、同様に順次励磁状態が切替わって４−５微小
角相励磁を実行して行く。

【００２５】換言すると、１つ前のステップが(N-1)相
励磁である場合にはオフとなっている励磁相に接続せる
制御用出力素子(Tr)のオン/オフデューティを０％から1
00％に変化させてＮ相励磁とし、続いて次のステップに
おいて制御せられるべき励磁相に接続せる制御用出力素
子(Tr)のオン/オフデューティを100％から０％に変化さ
せて(N-1)相励磁となるように出力素子(Tr)のオン/オフ
デューティを変化させるようにスイッチング制御させて
データ通りの微小角駆動をステッピングモータにさせる
のである。

【００２６】さて、この本発明において、駆動電流量の
変化を徐々に行わせるためには、前述のように制御用出
力素子(Tr)のオン/オフスイッチング制御による相電流
の変化を予め測定してデータ化し、記憶装置(ROM)に記
憶させておき、このオン/オフデューティのデータをも
とに制御用出力素子(Tr)をスイッチング制御し、所定の
シーケンスに従ってモーターコイル(A)(B)…を励磁して
行くものである。この場合、出力素子(Tr)のオン/オフ
デューティは実際の微小角駆動時のオン/オフデューテ
ィに合致しているので、従来の相電流検出によるスイッ
チング制御回路(S)へのフィードバックを必要としない
ものである。

【００２７】以上のように、本発明実施例の駆動回路構
成は総電流検出のみの一般な駆動回路と同一でありなが
ら、シーケンスに従って出力素子(Tr)を予め用意し、記
憶装置(ROM)に記憶させたオン/オフデューティのデータ
にてスイッチング制御して行く事によりスター方式にお
いて微小角駆動を実行して行くものである。

【００２８】

【発明の効果】本発明方法は請求項(1)に記載したよう
な構成であるので、出力素子のオン/オフデューティは
実際の微小角駆動時のオン/オフデューティに合致して
おり、その結果、従来の相電流検出によるスイッチング
制御回路へのフィードバックを必要としないものであ
る。従って、従来必要とされていた相電流検出回路を省
略出来て回路全体の簡素化を実現出来、コストダウンが
可能になったと言う利点がある。その他、スイッチング
制御される出力素子が１個であるためにスイッチングノ
イズや発熱を軽減出来ると言う利点もある。

【００２９】又、相電流検出によるスイッチング制御回
路へのフィードバックを必要としないため２相〜多相ス
テッピングモータに適用出来るというメリットもある。

【００３０】又、ステッピングモータ微小角駆動回路
は、請求項(2)に記載したような構成であるので、前記
方法を実施する事が出来、回路構成を非常に簡素化する
事が出来て大幅なコストダウンが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の駆動方法結線図

【図２】本発明の原理を説明するための簡略回路図

【図３】本発明の励磁コイルのシーケンス図

【図４】本発明の１実施例であるスター結線におけるコ
イルと出力素子及び制御スタップグラフとの対応関係を
示す説明図

【図５】本発明のベクトル図

【図６】本発明のブロック回路図

【図７】一部を省略した従来回路結線図

【符号の説明】

(M)…モータコイル制御回路 (A)〜(E)…モ
ータコイル (Tr)…出力素子 (K)…総電流
検出回路 (R)…ＤＶ電圧制御用センス抵抗 (S)…ステッピングモータ駆動回路 (UDC)…アップ/ダウンカウンタ (ROM)…記憶装置 (1)…半導体チョッパ (2)…フライ
ホイルダイオード (3)…リアクトル (4)…平滑/駆
動コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射状に結線されたステッピング
モータのＮ相のモータコイルに励磁電流を通電して微小
角駆動を行わせるステッピングモータの微小角駆動方法
において、微小角駆動時の出力素子のオン/オフスイッチング制御
による相電流の変化を予め測定しておいて励磁シーケン
スをデータ化しておき、該励磁シーケンスに従って１つ
前のステップが(N-1)相励磁である場合にはオフとなっ
ている励磁相に接続せる制御用出力素子のオン/オフデ
ューティを０％から100％に変化させてＮ相励磁とし、
続いて次のステップにおいて制御せられるべき励磁相に
接続せる制御用出力素子のオン/オフデューティを100％
から０％に変化させて(N-1)相励磁となるように出力素
子のオン/オフデューティを変化させるようにスイッチ
ング制御させてデータ通りの微小角駆動をステッピング
モータにさせる事を特徴とするステッピングモータの微
小角駆動方法。
【請求項２】外部からの正転/逆転の指定並び
にステッピングモータの回転速度を決める回転方向指定
パルスを入力し、この回転方向指定パルスをアドレスに
変化させて記憶装置に入力するアップ/ダウンカウンタ
と、放射状に結線されたステッピングモータのＮ相のモータ
コイルの駆動回路の出力素子のオン/オフスイッチング
デューティ制御のための励磁シーケンスをデータ化して
記憶し、アップ/ダウンカウンタからのアドレス変化を
受け、記憶したデータに従って１つ前のステップが(N-
1)相励磁である場合にはオフとなっている励磁相に接続
せる制御用出力素子のオン/オフデューティを０％から1
00％に変化させてＮ相励磁とし、続いて次のステップに
おいて制御せられるべき励磁相に接続せる制御用出力素
子のオン/オフデューティを100％から０％に変化させて
(N-1)相励磁となるように出力素子のオン/オフデューテ
ィを変化させるようにオン/オフスイッチングデューテ
ィ制御のためのデータを出力する記憶装置と、
前記記憶装置からの出力データに基づいて出力素子をオ
ン/オフスイッチングデューティ制御してステッピング
モータのモータコイルに駆動電流を通電してシーケンス
通りの微小角駆動を行うステッピングモータ駆動回路と
で構成された事を特徴するステッピングモータ微小角駆
動回路。