JPH08251991A - ステッピングモータ駆動制御装置 - Google Patents

ステッピングモータ駆動制御装置

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JPH08251991A
JPH08251991A JP5409195A JP5409195A JPH08251991A JP H08251991 A JPH08251991 A JP H08251991A JP 5409195 A JP5409195 A JP 5409195A JP 5409195 A JP5409195 A JP 5409195A JP H08251991 A JPH08251991 A JP H08251991A
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直孝 佐々木
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慶一 阿部
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータの起動振動を低減する手
段を具備した多相ステッピングモータ駆動制御装置。 【構成】 インバータ部40からのPWM制御電圧信号
と電流制御部20の協調により所定電流となるようにス
テッピングモータ50への印加電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータの
低振動化を目的としたマイクロステップ駆動によるステ
ッピングモータ駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ステッピングモータは、外部から指令パ
ルスを付加し、各巻線の電流通電状態を切り替えること
により、パルス数に対応した角度だけ回転をするが、切
り替え直後に発生する機械的振動が問題となることが多
い。この対策としてマイクロステップ駆動方式と呼ばれ
る技術がある。これは各通電相の電流配分を徐々に変化
させて回転を滑らかにしようとするものであるが、ハー
ドウエアが複雑になることを避け、実質的効果が顕著な
程度の分解能を付与する見地から、相間の電流の渡りを
数段階から10数段階に分割するのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ステッピングモータは
パルスレートの増減で逆起電力も変化するため、高速回
転での発生トルクを維持するために、逆起電力に打ち勝
つだけの高い電源電圧を維持すると共に、逆に低速回転
時には過大電流が通電しないよう電圧を低下させる必要
があり、電流制御機能を具備することが一般に最も有効
な手段とされている。しかし最大電圧に対するパルス幅
制御(以下PWM制御と記す)分解能、すなわちインバ
ータの電圧制御精度が決定されると、インバータ回路で
各相に対して正弦波状に電圧を印加し、かつ電流を制御
する場合、低電圧出力時と高電圧出力時では各相の電圧
変動幅に対する分解能が変化することになり、特に出力
電圧の小さい場合に電圧精度が低下し波形歪が顕著にな
ってしまう。また従来技術の電流検出方法については、
例えば、図6に示したA、Bの2つの独立巻線を有する
2相モータの場合では、各巻線を2組のH型ブリッジ構
成のインバータによってPWM制御することが可能であ
って、この場合にはA相コイル101、B相コイル10
2に対して電流検出抵抗111、112を接続し、各相
の電流の検出を行なっている。しかし、3相以上の多相
巻線を有するステッピングモータでは各アームに単純に
抵抗を挿入したのではモータの相電流を検出することが
できない。このため、3相の巻線を有する場合は、例え
ば、図7に示すようにステッピングモータ220のイン
バータ部40から各相に電流検出器210を挿入して検
出値を電流制御部200に入力する方式が考えられる
が、ここで用いる電流検出器210は絶縁型か、また
は、検出部電圧変化が大きいために特殊な構成を必要と
し原価高となり、これらを使用することにより、ステッ
ピングモータのブラシレスサーボモータに対する価格的
優位性が失われてしまう。
【0004】そこで、全相を一括した電源電流の検出方
式の採用が可能ならば原価的には効果的である。また振
動現象の他の原因として、ステッピングモータ固有の振
動周波数に対する共振現象があり、これは前述のマイク
ロステップ駆動方式によって解決できるが、他の要因、
例えば、電流波形歪に伴うトルクリップルがあるとき
に、トルクリップル周波数とモータ共振周波数の接近に
よる振動が発生する場合がある。この場合は、振動の低
減には共振現象を抑制するためにダンパのような機械的
手段を使用することが効果的であることは知られている
が、トルクリップルの大きさを低減することにより振動
発生自体をを抑えることが可能である。本発明は、前述
のごときステッピングモータの振動を低減するための手
段を具備した多相ステッピングモータ駆動制御装置を提
供することを目的としている。
【0005】
【問題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としては、外部からの方向別パルス列指令信号
を受け、パルス量に比例した角度を前記パルス列指令の
周波数(以下パルスレートと記す)に基づく速度により
パルス量に比例した角度だけ回転させるステッピングモ
ータ駆動制御装置において、各相に階段状出力電圧を印
加するための電圧制御機能を備えた多相インバータ部に
よりステッピングモータを駆動するものであり、かつ直
流電源部とインバータ部の間に直流総電流を検出する電
流検出器と、この電流検出器により検出した直流総電流
を一定に制御するために、前記インバータ部に印加する
電圧を制御する電流制御装置を設け、モータ印加電圧の
波形を前記多相インバータ部により調整し、振幅を前記
電流制御部により制御するものである。
【0006】前記インバータ部による階段状出力電圧
は、ステッピングモータが同期モータの一種であること
から、モータの逆起電力と同期した周波数波形となり、
前記ステッピングモータの相数をnとしたとき、このス
テッピングモータ逆起電力の1サイクル2πに対して同
周期の正弦波、または、1サイクルをm分割し、これを
2π/mごとにサンプリングし、正弦波状の階段波電圧
を、各相に位相差2π/nの関係で印加し、かつ、前記
電流検出器の電流検出信号をステッピングモータの固有
振動数よりも大きな時定数の平滑回路を介して検出しこ
れを一定に制御する。または、前記インバータ部による
階段状出力電圧は、ステッピングモータ逆起電力の1サ
イクル2πに対して最大電圧区間および最小電圧区間
を、それぞれπ/nとする台形波、または正弦波1サイ
クルをm分割し、これを2π/m毎にサンプリングし近
似した台形波状の階段波電圧を、各相に位相差2π/n
の関係で印加するよう構成する。
【0007】
【作用】上記の構成により、電流制御装置は検出電流を
所定値に調整するよう前記インバータ部に印加する電圧
を制御し、電流制御部とインバータ部の協調により前記
ステッピングモータへの印加電圧を制御することによ
り、ステッピングモータの起動時の振動を低減すること
ができる。
【0008】
【実施例】
〈実施例1〉図1は本発明の実施例1の構成を示すブロ
ック図である。図1における符号は他の図面でも同一の
部分については同一符号を用いることとする。図1にお
いて、マイクロステップ駆動は、外部から与えられるパ
ルス指令に基づいて信号処理部70及び励磁信号発生部
60で発生するPWM制御電圧信号により、インバータ
部40でPWM方式により実現し、さらに別に設けた電
流制御部20により電流制御を行なっている。このた
め、インバータ部40からの出力はステッピングモータ
50の回転角度のみにより、PWM制御分解能を変調度
0から100%の範囲で選択し、これとは別に電流制御
部20により所定電流となるようにインバータ部40へ
の印加電圧を制御する。従って、低電流による動作時に
おいても、PWM分解能が低下することがないから、振
動の発生を抑制することができ、精度よくステッピング
モータ50の制御を実施することができる。
【0009】〈実施例2〉図2は本発明の実施例2の構
成を示すブロック図、図3は実施例2のモータ相数n=
3の場合において、回転角度(電気角)とインバータ出
力電圧の関係を示す特性図である。図3において、ステ
ッピングモータ50の相数をnとしたとき、ステッピン
グモータ50の速度起電力の1サイクル2πに対して同
周期の正弦波、または1サイクルをm等分に分割し、分
割した角度2π/mごとにインバータ出力電圧をサンプ
リングし、正弦波状の階段波電圧として、各相に対し位
相差2π/nの関係で印加する。これにより各相電流は
正弦波状電流となることから、発生トルクのトルクリッ
プルを小さく抑えることができる。例えば、n=3、す
なわち3相ステッピングモータの場合、相電流を正弦波
状にするインバータ回路40に電源側で電流制御部20
によって定電流制御することにより、ステッピングモー
タの相電流に6倍の周波数リップルが発生する。これを
図2の実施例に示すように、ステッピングモータ50の
固有振動数に対して、大きな時定数の平滑回路83を介
し、例えば、差動増幅器で構成した電流検出部82の出
力である電流検出信号を電流制御に用いることにより、
検出信号に含まれるリップルの影響を除去し、低振動に
抑えた電流制御を行なうことができる。
【0010】〈実施例3〉及び〈実施例4〉 また、図4は本発明の実施例3、図5は同実施例4によ
るモータ相数n=3の回転角度と台形波のインバータ出
力電圧の関係を示す特性図である。図4は、1サイクル
の分割数m=10、図5は1サイクルの分割数m=1
2、またはm=24の近似段階波について示している。
図4、図5に示すように、ステッピングモータ50の相
数をnとしたとき、ステッピングモータ50の速度起動
の1サイクル2πに対して最大電圧区間および最小電圧
区間をそれぞれπ/nとする台形波、または、1サイク
ルをm分割しこれを2π/mごとにサンプリングした近
似台形波状の階段波電圧を、各相に位相差2π/nの関
係で印加する。例えば、図4で第1相が一定値の区間で
は第2相、第3相は変化しているが、一方の増加分と等
しい値だけ他相が減少するため電源供給電流は一定値と
なり、電流制御部20によって電源側で定電流化して
も、正弦波の場合のような基本波の6倍のリップルは発
生しない。この場合、電源電流の値は3相電流の合成か
ら還流電流を差し引いた値となるが、波形の特長から包
絡線は一定となるから、電流検出値はこの正弦波状電流
に対してモータ電流の6倍の周期が低減され、実施例2
における電流検出部82は、平滑回路83の時定数を小
さくしても安定した電流制御を行なうことができるよう
になる。
【0011】
【発明の効果】本発明の実施により、ステッピングモー
タの各相巻線の電源電流を一括して検出する簡易な構造
により、ステッピングモータ起動時の振動を低減するこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の実施例2の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】本発明の実施例2における回転角度とインバー
タ出力電圧の関係を示す特性図である。
【図4】本発明の実施例3における回転角度と台形波の
インバータ出力電圧の関係を示す特性図である。
【図5】本発明の実施例4における回転角度と台形波の
インバータ出力電圧の関係を示す特性図である。
【図6】従来の2組のH型ブリッジ構成のインバータに
よって2相巻線のステッピングモータをPWM制御する
電流検出回路図である。
【図7】従来技術の3相ステッピングモータにおける巻
線の電流検出を示すブロック図である。
【符号の説明】
10…主電源 20…電流制御
部 30…平滑コンデンサ 40…インバー
タ部 50…ステッピングモータ 60…励磁信号
発生部 70…信号処理部 81…電源電流
検出抵抗 82…電流検出部 83…平滑回路 101…2相ステッピングモータのA相コイル 102…2相ステッピングモータのB相コイル 111…A相電源電流検出抵抗 112…B相電源
電流検出抵抗 120…スイッチングトランジスタ 200…電流制御部 210…電流検出器 220…同期モー
タ CWP…正転入力指令パルス CCWP…反転入力
指令パルス if1、if2、ifa、ifb…電流検出信号 ifu、ifv、ifw…電流検出信号
フロントページの続き (72)発明者 川俣 俊一 群馬県桐生市相生町3−93 日本サーボ株 式会社研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部からの方向別のパルス列指令を受け、
    パルス量に比例した角度を前記パルス列指令の周波数に
    従った速度でステッピングモータを回転駆動するステッ
    ピングモータ駆動制御装置において、 前記ステッピングモータの各相に階段状出力電圧を印加
    する電圧制御部を備えたインバータ部と、 直流電源部と前記インバータ部の間に設けられ電流を検
    出する電流検出部と、 前記検出電流を所定値に調整するよう前記インバータ部
    に印加する電圧を制御する電流制御装置とを有し、 前記電流制御部と前記インバータ部の協調により前記ス
    テッピングモータへの印加電圧を制御することを特徴と
    したステッピングモータ駆動制御装置。
  2. 【請求項2】前記インバータによる階段状出力電圧は、
    正弦波、またはこの正弦波サイクルをm等分し2π/m
    の角度ごとにサンプリングした電圧値を前記ステッピン
    グモータのn相に対して位相差2π/nにより印加する
    と共に、 前記電流検出器の検出信号を前記ステッピングモータの
    固有振動数よりも大きな時定数の平滑回路を介して検出
    し、これを一定に制御するように構成したことを特徴と
    する請求項1記載のステッピングモータ駆動制御装置。
  3. 【請求項3】前記ステッピングモータに対して最大電圧
    区間および最小電圧区間をそれぞれπ/nとする台形
    波、または、1サイクルをm等分し2π/mの角度ごと
    にサンプリングし、近似した台形波状の階段波電圧を、
    各相に位相差2π/nにより印加すると共に、 前記電流検出器の検出信号を前記ステッピングモータの
    固有振動数よりも大きな時定数の平滑回路を介して検出
    し、これを一定に制御するように構成したことを特徴と
    する請求項1記載のステッピングモータ駆動制御装置。
  4. 【請求項4】 前記ステッピングモータの相数が3相で
    あることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3の
    何れか1項に記載のステッピングモータ駆動制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013106375A (ja) * 2011-11-10 2013-05-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd モータ駆動装置
CN113014164A (zh) * 2021-04-02 2021-06-22 广东惠利普智能科技股份有限公司 一种能反馈爪极式步进电机堵转信号的方法

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CN113014164A (zh) * 2021-04-02 2021-06-22 广东惠利普智能科技股份有限公司 一种能反馈爪极式步进电机堵转信号的方法

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