JPH0870596A - ステップモータの制御システム - Google Patents

ステップモータの制御システム

Info

Publication number
JPH0870596A
JPH0870596A JP20413495A JP20413495A JPH0870596A JP H0870596 A JPH0870596 A JP H0870596A JP 20413495 A JP20413495 A JP 20413495A JP 20413495 A JP20413495 A JP 20413495A JP H0870596 A JPH0870596 A JP H0870596A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
frequency
rotor
fundamental frequency
smoothing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP20413495A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert M Lofthus
エム ロフタス ロバート
Stuart A Schweid
エイ シュワイド スチュアート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
Publication of JPH0870596A publication Critical patent/JPH0870596A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステップモータの「コッギング」として知ら
れている不所望な作用を最小にするようにステップモー
タを動作する方法及びシステムを提供する。 【解決手段】 コッギングを防止するようにステップモ
ータ又はブラシレスモータに電流が付与される。基本周
波数を有する駆動電流がモータの電磁石に付与されて、
所望のシャフト速度を得る。この基本電流には、駆動電
流の倍数に等しい周波数を有する平滑電流が重畳され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステップモータの
作動システムに係る。特に、本発明は、ステップモータ
の「コッギング」として知られている不所望な影響を最
小にするようにステップモータを動作する方法及びシス
テムに係る。
【0002】
【従来の技術】ステップモータに伴う従来の問題は、ロ
ータが通常はステータに対して1回転全体を通して一定
速度で回転しないことにより生じる。ロータは、その磁
極がステータに沿って反対磁極に接近するにつれて速度
が若干変化する傾向がある。これにより、「コッギン
グ」として一般に知られている非均一な動作が生じる。
このコッギングは、ステータの周囲に沿った電磁石の数
を増加するか、ステータの電磁石とは異なる数の磁極を
ロータに設けるか、或いはロータの慣性力を増加するこ
とにより、ある程度は減少することができる。しかし、
ロータの磁極が個々の電磁石により形成されたステータ
に沿った次々の個々の磁極に吸引されるときには、常
に、ある程度の不連続部が生じる。従って、従来技術で
は、ステップモータの性能を改善するための多数の構成
が提案されている。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの特徴によ
れば、ロータと、該ロータに作動的に関連した電磁石と
を有するモータの制御方法が提供される。基本周波数を
有する実質的に正弦波の駆動電流が電磁石に付与され
て、ロータの所望のシャフト速度が得られる。基本周波
数の第1の倍数に実質的に等しい周波数を有すると共
に、基本周波数の第2の倍数におけるトルク擾乱を打ち
消すのに適した所定の振幅、及び駆動電流に対する位相
シフトを有した平滑電流も、電磁石に付与される。
【0004】本発明の別の特徴によれば、ロータと、該
ロータに作動的に関連した電磁石とを有するモータの制
御方法が提供される。基本周波数を有する実質的に正弦
波の駆動電流が電磁石に付与されて、ロータの所望のシ
ャフト速度が得られる。基本周波数の3倍にほぼ等しい
周波数を有する平滑電流も電磁石に付与される。
【0005】
【発明の実施の形態】図1は、基本的設計のステップモ
ータの重要な要素を示す概略図である。一般的に10で
示されたモータは、ステータ12と、ロータ14を備え
ている。ロータ14は、シャフトを形成する軸16に堅
固に取り付けられ、シャフトを介して回転運動がモータ
10から所与の負荷へ出力される。ステータ12の本体
は、基本的に、ある数の電磁石をある位置に保持するた
めのフレームとして働くが、磁束導通特性を有すること
もできる。ステータ12は、一般に、ロータ14がその
軸16の周りで回転するときにロータの経路の周囲に配
置される。ロータ14の経路をめぐるようにステータ1
2に配置されているのは、18A、18B、18C及び
18Dで示された複数の電磁石である。
【0006】ロータ14は、この実施の形態では、2つ
の磁極N及びSを画成するが、より多くの磁極をロータ
にもたせる構成も公知である。この特定の実施の形態で
は、これらの磁極は、ロータ14に堅固に配置された1
つ以上の永久磁石で形成されるが、良く知られているよ
うに、このような磁極は、ロータ14に配置された電磁
コイルによって形成することもできる。ロータ14が軸
16の周りでスピンするときには、ロータ14の各磁極
が一連の電磁石18A−Dに曝される。次々の電磁石1
8A−Dの磁気特性を操作することによってロータ14
を回転するために、ロータ14の特定の磁極が、ロータ
14のその磁極に逆の吸引極性を与えることにより、特
定の電磁石18に吸引される。ロータ14の特定の磁極
が特定の電磁石18に非常に接近すると、ロータ14の
磁極に反発極性を与えることにより、磁極は電磁石18
から反発させられる。
【0007】図1に示された簡単なステップモータ10
は、ロータ14の両側に配置された電磁石18(例え
ば、電磁石18A及び18C)が同じワイヤで(ここで
は20で示す)しかも各コイルにおいて逆向きの回転で
巻かれるようなステップモータの一般的な設計特徴を示
している。電磁石18Aがロータ14にNの電磁極を与
える場合には、逆に巻かれた電磁石18Cは、ロータ1
4にS磁極を与える。ロータ14の両端それ自体が互い
に逆の磁極を有するので、この構成は、電磁石の対18
A、18C及び18B、18Dをロータ14の磁極に対
しタンデムに動作できるようにする。
【0008】両電磁石18A及び18Cに電力を与える
ように働くワイヤ20は、ここではコントローラ30と
して示された電流波形発生器に接続される。ステップモ
ータの技術で良く知られたように、モータ10のロータ
14を連続的に回転するために、各電磁石は、時間と共
に一連の交番磁極(N、S、N、S等)をロータに与え
て、ロータ14が回転するときに特定の電磁石を通過す
るロータ14のN及びS極を交互に吸引及び反発しなけ
ればならない。この交番磁極作用を各電磁石内に形成す
るために、各電磁石には、好ましくは正弦波形態で極性
が交番する電流IA が供給される。ステータ12の周囲
にある各電磁石18に、この交番電流が供給されたとき
には、各電磁石はそれ自身の磁極を正弦波的に交番す
る。このように、ステータ12の周囲に沿った反発及び
吸引の所望の作用が得られる。
【0009】図1において、ステータ12の周囲に沿っ
て交番形態で2対の電磁石が配置されていることに注意
されたい。電磁石18B及び18Dは、コントローラ3
0に接続された電磁石18A及び18Cと同様に動作す
る。もちろん、電磁石18B及び18Dに付与される波
形は、所与の時間におけるロータ14に対するこれら電
磁石対の相対的な位置に合致するように、電磁石18A
及び18Cの波形に対して若干位相がずれている。従っ
て、電磁石対18B、18Dは、電流波形IBを受け取
るが、これは、コントローラ30内に示されたコントロ
ーラ30’により、対18A、18Cに付与される波形
に対して位相シフトされる。ステップモータ内に多対の
電磁石を使用するこの一般的な原理は、公知である。
【0010】ロータ14の回転速度は、最終的に、個々
の電磁石の極性交番の基本周波数に基づいている。電磁
石が極性を変化する速度が速いほど、ロータ14の回転
が速くなる。ステップモータの公知の実際的な問題は、
慎重な設計努力にも係わりなく、ロータ14の連続的な
回転運動を達成することが困難なことである。ロータ1
2の周囲に沿った個々の磁石の間の吸引及び反発のパタ
ーンは、ロータ14の磁極が、ある電磁石から反発され
るのに続いて次の電磁石に吸引されるときに、ロータ1
4の明確なジャーク即ち「コッギング」を生じさせる。
このコッギングを矯正する公知の種々の構成は、例え
ば、ステータ及びロータに一致しない数の電磁石及び磁
極を設けるか、又はステータが電磁石を含む場合には、
ロータ及びステータの極性変化波形を修正することを含
む。連続速度運動を確保するためのこれらの提案された
解決策の多くは、実質的な補助装置及び回路素子をステ
ップモータに追加しなければならないことになる。
【0011】ステップモータの回転の円滑さを増すため
に公知技術で使用されている1つの共通の設計上の形態
は、ロータ又はステータの磁石に関連してツメ又は歯と
して知られている構造体を設け、複数の小さな別々の磁
極を歯の尖端に形成して、ステップモータの運動の「分
解能」を向上できるようにすることである。このツメ設
計を用いると、多数の「ステップ」即ち有効な磁極をロ
ータ及びステータにもつ非常に安価なステップモータを
提供することができる。ハイブリッドステップモータの
典型的な安価な設計は、ロータの1回転当たり200ス
テップを含み、このようなモータは、48歯のステータ
と、50歯のロータを有する。ステップモータの設計及
び使用上の良く知られた親指ルールは、ロータの所与の
回転速度を得るのに必要な電気的周波数が、所望の回転
速度にモータの回転当たりのステップ数を乗算しそして
4で除算することによって得られる。逆に、ハイブリッ
ドモータのステップ長さは、単に90°(シャフト又は
機械的)をロータの歯数で除算したものである。
【0012】本発明は、基本電流と同時に一連の補正即
ち「平滑」電流を付与することによりステップモータの
コッギングを回避することを提案する。ある基本的なロ
ータ回転速度を得るために、ステップモータの電磁石に
基本周波数の基本電流が付与される。図1の例示的なス
テップモータに示されたように、本発明の技術は、ステ
ータ12に沿った電磁石の対に適用するが、本発明の一
般的な原理は、電磁石がロータに配置された構成や、ツ
メを含むステップモータ設計にもおそらく適用できると
共に、実際には、現在知られている多数の種類の「ブラ
シレス」モータ設計にも適用できる。
【0013】典型的に、図1に10で示されたステップ
モータ、及び実際には、多くの設計の公知のブラシレス
電磁モータは、人為的に形成された正弦波駆動電流によ
って駆動される。これらの正弦波駆動電流は、「マイク
ロステッピング」として知られている技術においては、
比較的高い分解能の一連のデジタル信号によって近似さ
れる。短時間の一定電流が比較的迅速に次々に増加さ
れ、従って、全体的に、次々の一様に増加及び減少する
一定電流が正弦波電流を模擬し、一定電流の巾はサイン
波の意図された周波数よりも相当に短いので、真の正弦
波の受け入れられる近似が達成される。しかしながら、
このような波形を厳密に見た場合には、少し離れると正
弦波形のように見えるものは、接近して見ると、「ぎざ
ぎざ」の見掛けを有するように見える。しかし、このよ
うな「マイクロステッピング」電流をステップモータ又
は他の種類のブラスレスモータに適用することがこの技
術で良く知られている。
【0014】ステップモータの既存の設計では、モータ
の特性のリアルタイム高速フーリエ変換(FFT)は、
駆動電流の基本周波数、基本周波数の2倍及び基本周波
数の4倍において生じる個別の「スパイク」にステップ
モータの特性の変則点が通常生じることを指示する傾向
がある。FFT技術は、駆動電流周波数の1倍、2倍及
び4倍の周波数に生じる速度変化の測定値を分離して運
動の質における変則点の位置として確認できるようにす
る。運動の質は、平均速度に対する正弦波成分のゼロ−
ピーク速度の比率(パーセント)として表すことができ
る。所与の周波数における速度変化は、同じ周波数にお
いて生じるトルク擾乱によって生じると分かっている。
これらのトルク擾乱は、不整合のコイル、止めトルク、
等の運動制約の多数のパラメータに起因する。ステップ
モータの速度変化、ひいては、運動の質の測定は、例え
ば、ヒューレット・パッカード3562A信号分析器を
用いることによって行うことができる。
【0015】基本周波数の駆動電流に加えて、モータに
作用するトルク擾乱を打ち消すように意図されたモータ
トルクを発生するのに使用される平滑電流が付与された
ときには、既存のステップモータの運動の質を改善でき
ることが分かった。特に問題とすべきは、駆動電流周波
数に等しい周波数(即ち、基本周波数)、基本周波数の
2倍、又は基本周波数の4倍において生じるトルク擾乱
である。平滑電流の適当な周波数、振幅及び位相シフト
の公式な導出は、以下に説明するが、簡単に述べると、
最も重要なトルク擾乱が、基本周波数、並びに基本周波
数の2倍及び4倍の周波数で生じることから、これらト
ルク擾乱を打ち消すのに適した平滑電流は、トルク擾乱
の周波数から基本周波数を差し引いた周波数において生
じることが指示される。例えば、トルク擾乱が基本周波
数の2倍及び4倍で生じることにより、打ち消し電流の
周波数は、基本周波数(基本周波数の2倍から基本周波
数を差し引く)及び基本周波数の3倍(基本周波数の4
倍から基本周波数を差し引く)に等しいことが必要とな
る。加えて、基本周波数で生じるトルク擾乱は、基本周
波数から基本周波数を差し引くことを表す一定電流をモ
ータコイルに付与することにより打ち消すことができ
る。更に、これらの平滑電流には、特定のトルク擾乱に
対応する特定の位相シフトが組み合わされることに注意
されたい。例えば、基本周波数即ち駆動電流周波数に等
しい周波数をもつ平滑電流は、基本周波数の2倍で生じ
るトルク擾乱を打ち消すのに適した大きさ及び位相シフ
トを必要とする。更に、基本周波数の3倍に等しい周波
数をもつ平滑電流は、基本周波数の4倍に見られるトル
ク擾乱を打ち消すのに適した大きさ及び位相シフトを必
要とする。従って、各平滑電流は、特定の周波数におけ
る特定のトルク擾乱を打ち消すように意図されるが、所
与の周波数の平滑電流については、その平滑電流の大き
さ、位相シフト及び周波数は、平滑周波数に基本周波数
を加えたものに等しい周波数で生じるトルク擾乱を打ち
消すように選択される。このように、特定のコッギング
源は、電磁石に付与される打ち消し波形によって応答さ
れる。
【0016】図2は、駆動電流と、本発明による平滑電
流との典型的な組合せを示す1組の比較波形である。図
2の最も上の波形は、図1のようなステップモータの1
組の電磁石への駆動電流IA を表す。一般に、ステップ
モータの種々の電磁石には、全モータにおける電磁石の
対の数によって位相が部分的に分離された1組の波形が
付与される。例えば、図1に示すステップモータでは、
2対の電磁石があり、それ故、図1に示すように、2つ
の別々の電流IA 及びIB が電磁石に付与される。この
場合に、2つの波形IA 及びIB は、実質的に同一であ
るが、90°だけ位相ずれしている。典型的に、3対の
電磁石を有するステップモータは、3つの実質的に同一
の波形が電磁石対に付与されるが、各対の波形は互いに
120°分離している。
【0017】図2に示す他の波形は、本発明の方法に対
応する平滑電流波形である。上記したように、3つの最
も重要な形式の平滑電流は、基本周波数のゼロ倍に存在
する平滑電流IS1;駆動電流と同じ周波数をもつ平滑電
流IS2;及び基本周波数の3倍の周波数をもつ平滑電流
S3として示されている。示された全ての波形IA 、I
S1、IS2及びIS3は、加算又は重畳されて、例えば、図
1のモータのワイヤ20に付与され、それに対応する半
位相電流IB がモータの他の電磁石に付与されることが
理解されよう。更に、図2において、平滑電流は、駆動
電流IA に対して所定の位相シフト及び振幅をもつもの
であることに注意されたい。上記のように、これらの位
相シフト及び振幅の差は、使用されるモータの特定の設
計に基づく実験的測定に基づいているが、一般的に、I
S2の振幅及び位相シフトは、駆動電流IA の2倍の周波
数で生じるトルク擾乱に対応し、一方、IS3の位相シフ
ト及び振幅は、駆動電流の4倍の周波数で生じるトルク
擾乱に対応する。
【0018】本発明の上記の実施形態において、運動の
変則性は基本周波数のほぼ整数倍で生じる傾向がありそ
して実際にステップモータ又はブラシレスモータのほと
んどの公知設計はこれらの周波数においてこのような変
則性を示す傾向があることは当然である。しかしなが
ら、本発明の原理は、基本周波数の非整数倍の周波数で
生じる変則性を打ち消すようにも適用できる。例えば、
基本周波数の2.5倍に著しい運動変則性を有するモー
タ設計が存在する場合に、この変則性を打ち消すのに適
した振幅及び位相シフトを有する平滑電流を付与するこ
とができる。しかしながら、平滑電流の周波数は、好ま
しくは、基本周波数の1.5倍であり、即ち基本周波数
の2.5倍から基本周波数を差し引いたものである。換
言すれば、平滑周波数の倍数は、変則点の周波数の倍数
から1を引いたものでなければならない。従って、この
一般的な原理は、基本周波数の整数倍又は非整数倍で生
じる変則点に適用できる。
【0019】
【発明の効果】本発明のシステム及び方法の1つの重要
な効果は、既存のステップモータ、特に、安価な設計の
ステップモータの特性に対して事後補正手段として働く
ことである。典型的に、ステップモータは、人為的に形
成された正弦波波形により駆動され、これら波形の変更
は、デジタルプログラムを変更して本発明の平滑電流を
組み込んだ波形を出力するという簡単なものである。従
って、本発明の方法及びシステムは、既存の又は安価な
ステップモータから質の高い性能を得る手段として考え
ることができる。
【0020】以上、種々の実施の形態について本発明を
説明したが、多数の変更、修正及び変型が当業者に明ら
かであろう。従って、これら変更、修正及び変型は、全
て、特許請求の範囲の精神及び範囲内に包含されるもの
とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に使用されるステップモータの関
連部分を示す図である。
【図2】本発明の方法により電磁石に付与される1組の
比較波形を示す図である。
【符号の説明】
10 モータ 12 ステータ 14 ロータ 16 軸 18 電磁石 20 ワイヤ 30 コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチュアート エイ シュワイド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14467 ヘンリエッタ ブラックウェル レーン 82

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータと、該ロータに作動的に関連した
    電磁石とを有するモータの制御方法において、 上記ロータの所望のシャフト速度を得るように基本周波
    数を有する実質的に正弦波の駆動電流を上記電磁石に付
    与し、そして上記基本周波数の第1の倍数に等しい周波
    数を有すると共に、上記基本周波数の第2の倍数におけ
    るトルク擾乱を打ち消すのに適した所定の振幅と、上記
    駆動電流に対する位相シフトとを有する平滑電流を上記
    電磁石に付与する、という段階を備えたことを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項2】 上記平滑電流は、上記基本周波数に等し
    い周波数であると共に、上記基本周波数のほぼ2倍にお
    けるトルク擾乱を打ち消すのに適した所定の振幅及び位
    相シフトのものである請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 上記平滑電流は、上記基本周波数のほぼ
    3倍の周波数である請求項1に記載の方法。
JP20413495A 1994-08-18 1995-08-10 ステップモータの制御システム Withdrawn JPH0870596A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29266494A 1994-08-18 1994-08-18
US08/292664 1994-08-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0870596A true JPH0870596A (ja) 1996-03-12

Family

ID=23125650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20413495A Withdrawn JPH0870596A (ja) 1994-08-18 1995-08-10 ステップモータの制御システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0870596A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8963475B2 (en) 2010-10-05 2015-02-24 Mitsubishi Electric Corporation Micro-step driving control apparatus for stepping motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8963475B2 (en) 2010-10-05 2015-02-24 Mitsubishi Electric Corporation Micro-step driving control apparatus for stepping motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5962947A (en) Motor structure
JP2002272074A (ja) 永久磁石式3相交流回転電気機器
JPH11289732A (ja) 二重励磁を行う電気機器、特に自動車用オルタネ―タ
US7876063B2 (en) Axial gap type motor/generator
JP2012100518A (ja) 回転電機
US6179105B1 (en) Electrical model railway set
CA2584925C (en) Electrical machines with reduced cogging
JP3762981B2 (ja) 永久磁石式回転電機
KR20010034533A (ko) 동기식 교류 기계장치의 회전자 제어
JP2000060038A (ja) 電動機
JPS6223536B2 (ja)
JP2000139047A (ja) 永久磁石形電動機
JPH11113228A (ja) リラクタンスモータ
JP2010094010A (ja) 振動モータ
JPH0870596A (ja) ステップモータの制御システム
EP3741034B1 (en) A method for controlling a synchronous double stator electric machine
JP4033320B2 (ja) リラクタンス型電動機
JPH1169679A (ja) 永久磁石形モータ
JPH04322150A (ja) モータ
JPH1094202A (ja) 永久磁石モータとロータ着磁器
JP2020120485A (ja) スイッチトリラクタンスモータの制御方法及びスイッチトリラクタンスモータ制御装置
JP2003284305A (ja) 誘導子形鉄心電機子を持つ3相ブラシレスモータ
JPH04261347A (ja) 軸方向空隙形電動機
JPH03270665A (ja) 永久磁石回転機
JPH01122352A (ja) 同期式交流サーボモータ

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20021105