JPH088796B2 - ステッピングモーターのマイクロステップ駆動方法 - Google Patents

ステッピングモーターのマイクロステップ駆動方法

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JPH088796B2
JPH088796B2 JP61174273A JP17427386A JPH088796B2 JP H088796 B2 JPH088796 B2 JP H088796B2 JP 61174273 A JP61174273 A JP 61174273A JP 17427386 A JP17427386 A JP 17427386A JP H088796 B2 JPH088796 B2 JP H088796B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステッピングモータのマイクロステップ駆動
方法に関し、更に設定すれば低速では高分解に、高速で
は低分解能にして、使用できる速度域を広げるとともに
低速ではより高精度な制御ができるようにしたステッピ
ングモータのマイクロステップ駆動方法に関する。
(従来の技術〕 一般的なステッピングモータの使用において、その分
解能すなわち入力の1パルスに対応して進むモータの角
度はフルステップとハーフステップの2種類であり、そ
のときの1ステップ当りの進み角は で表わされる。ここで(1サイクルのステップ数)とい
うのはモーター巻数の励磁パターンが同じになるまでの
ステップ数をいう。たとえばローターの歯数が50の2相
モーターをユニポーラ駆動した場合、フルステップ駆動
では第2図(a)のように1サイクルのステップ数は4
となるので、分解能は1.8度/stepとなる。また、ハーフ
ステップ駆動では第2図(b)のように1サイクルのス
テップ数は8となるので、分解能は0.9度/stepとなる。
上記をもう少し詳しく説明する。2相モーターの各相
は第3図のような位相配置となっている。ローターの歯
は各励磁トルクの和の位置に停止する。第3図のような
位相配置になっているモーターを第2図のシーケンスで
励磁してやると、トルクのベクトルは第4図の矢印Vの
ように遷移していく。そして、360度位相がずれると、
ローターの歯が1つ分移動して以下これを繰り返すこと
により、モーターが回転する。
ステッピングモーターの一般的な使用方法において
は、モーターの各巻線をON−OFFさせることによって回
転させる。この方法は制御回路が簡単になるが、その反
面、分解能は0.9度/stepより小さくならない。
モーターをメカに組み込んだシステムとしての分解能
を小さくする方法は2通りある。1つはモーターの分解
能を小さくする方法であり、もう1つはギヤなどで減速
比を大きくする方法である。それぞれのメリットとして
は、前者が振動が小さくなり、後者はモーターのトルク
が小さくて良いということがある。なぜ、モーターの分
解能を小さくした方が振動が小さくなるかというと、ス
テッピングモーターは入力パルスに従って段階的に動い
ていくが、次の位置に進み停止する際にすぐには停止せ
ずに、オーバーシュート、アンダーシュートを繰り返し
たのち停止する。オーバーシュート、アンダーシュート
の量は、変位量が大きいほど大きくなるため、モーター
の分解能を小さくした方が振動が小さくなる。従来、低
振動化のため1−2相励磁が用いられてきたが、1−2
相励磁は第4図(2)よりわかるように、1相励磁と2
相励磁が交互に現われるようにするものであるがため、
トルク変動が起きる。すなわち、2相励磁時は1相励磁
時の 倍という大きな変動があり、これも振動・共振の原因と
なる。以上の2相モーターの欠点を補うために、5相ス
テッピングモーターが考え出されている。トルク変動の
減少による振動の低減のため、5相モーターとは別に、
マイクロステップ駆動という方法がある。今まで述べて
きた方法はモーター巻線に流す電流は一定でON−OFFす
ることによって回転させていたのに対して、マイクロス
テップは巻線電流を積極的に変化させることにより回転
させる方法である。2相モーターの一方の相に I1=Asin(nψ) ψ:1パルス当り進ませる位相角 n:任意の整数 A:1相励磁時の電流 もう一方の相に I2=Acos(nψ) の電流を流すことにより、2相のトルクの和となるnψ
の位相になる。
また、この合成トルクは sin2+cos2=1 より となって、第5図に示すように常に一定となる。ψの設
定を変えることによって分解能を変えることができる
が、精度の向上は望めない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
モーターの分解能をあげることによってデメリットも
ある。それは、モーターへ送り出すパルスを制御するCP
U等の能力により出力パルスの周波数には限界があるこ
とである。また出力パルスの周波数一定の時、モーター
の回転速度は分解能が高いほど遅くなる。つまり、分解
能が高いほど最高速が低くなるわけである。
ステッピングモーターの使用方法として最も良いのは
広い速度範囲で低振動で動くことであるが、分解能一定
の場合、これは困難である。そこで、使用者に低速では
振動が少なく、かつ、より細かな制御ができ、また、振
動はある程度あっても支障なく、高速で使いたいという
相反する要求を満足させるのが本発明の目的である。
〔問題点を解決する手段〕
上記目的を達成するため本発明は、ステッピングモー
タの各巻線に流す電流を正弦波電流設定データ及び余弦
波電流設定データに基いて、正弦波状、余弦波状にそれ
ぞれ変化させ、前記電流設定データの分割数に応じた分
解能でロータの回転を制御するようにしたマイクロステ
ップ駆動方法において、分解数の異なる電流設定データ
を複数種類用意し、ステッピングモータの設定最高速度
に対応して設定最高速度が高いときは分解数の少ない前
記電流設定データを選択し、設定最高速度が低いときは
分割数の多い前記電流設定データを選択するようにした
ものである。
〔作用〕
上記の如く構成することにより、ステッピングモータ
の指定速度によりそれに対応した分割数の電流設定デー
タを選択し分解能を変化させ、低速では高分解能に高速
では低分解能にすることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照し
て詳細に説明する。
第1図において、2はステッピングモータの各相の巻
線4,6,8,10ごとに設けられた、トランジスタから成るス
イッチング素子12,14,16,18をオンオフ切り換え制御す
るための相切換データメモリであり、これの入力端はマ
イクロコンピュータのCPU20の出力パルスをカウントす
るアップダウンカウンタ22の出力端に接続している。2
4,26は前記巻線4,6及び8,10への供電回路にエミッタ・
コレクタ間が接続されたトランジスタから成るスイッチ
ング素子であり、これのベース即ち制御端にトランジス
タから成るスイッチング素子28,30のコレクタが接続し
ている。前記スイッチング素子、28,30の各エミッタは
接地され、該素子28,30の各ベース(制御端)は、コン
パレータ32,34の出力端に接続している。前記コンパレ
ータ32,34とこのぎり波発振回路36は、PWM回路(パルス
幅変調回路)を構成している。前記スイッチング素子2
8,30の制御端には、PWM回路によるオンオフ制御を確実
にするため所定の電圧VBが印加されている。前記供電回
路の一方側には、プラスのモータ電源電圧VMが印加さ
れ、他方側には、電流検出抵抗38,40を介して接地され
ている。前記電圧VMはステッピングモータの定格電圧に
対して充分大きな値に設定されている。42,44,46,48は
巻線4,6,8,10への通電遮断時、巻線に発生する逆起電圧
をモータの電源電圧にクランプしてスイッチング素子が
破壊されないようにする保護ダイオード、50,52はフラ
イホイルダイオードである。54,56はオペアンプから成
る誤差増幅器であり、これらの一方の入力端は、前記ス
イッチング素子12,14のエミッタと抵抗38間の電流値検
出点P1と前記スイッチング素子16,18のエミッタと抵抗4
0間の電流値検出点P2にそれぞれ接続している。誤差増
幅器54,56の他方の入力端はD/Aコンバータ58,60の出力
端に接続している。前記誤差増幅器54,56の出力端は前
記コンパレータ32,34のそれぞれの入力端に接続してい
る。62は第7図に示す正弦波状のデジタル電流設定デー
タを記憶するための、全波整流SIN波データメモリであ
る。第7図には、8分割の正弦波状デイジタル電流設定
データD1が示されているが、前記データメモリ62には、
ステッピングモータの速度に対応して、分割数の異なる
複数種類の正弦波状デイジタル電流設定データが所定の
格納場所に記憶されている。64は、全波整流COS波デー
タメモリであり、分割数の異なる複数種類の余弦波状デ
イジタル電流設定データが所定の格納場所に格納されて
いる。第7図には、8分割の余弦波状デイジタル電流設
定データD2が示されている。2相マイクロステップ駆動
は2相励磁を基本としてこれを何分割するかで分解能が
決まる。つまり基本の1サイクル4ステップで1.8度/st
ep,2分割なら1サイクル8ステップで0.9度/step,3分割
なら1サイクル12ステップで0.6度/step‥‥‥というよ
うになる。このようにして求められる分解能のうち、必
要なものを選び出し、それぞれの分割数の最小公倍数を
Xとすると、 4nX(nは以上の整数) を実現できるようにカウンタ22を構成し、必要な分解能
の種類の数をaとするとM=≧4anXを満足するバイト数
Mを持つようにメモリ62,64を構成するぴメモリ62,64の
下位アドレスはカウンタ22の出力に接続されている。66
はデコーダであり、CPU20の設定速度信号を解読し、該
速度信号に対応するデータ選択信号を前記メモリ62,64
の上位アドレスに供給するように構成されている。68
は、モータ速度指定手段であり、ハード又はソフトによ
って構成されている。
次に本実施例の作用について説明する。
使用するトップスピードデータをスイッチなどによる
ハードウエアもしくはコマンドによるソフトウエアでCP
U20に認識させる。CPU20は、デコーダ66に設定速度信号
を出力するとともに、設定速度信号に対応した周波数の
パルス列をアップダウンカウンタ22に出力する。カウン
タ22のカウントデータは相切換データメモリ2に供給さ
れ、メモリ2は、各相の巻線4,6,8,10に対応するスイッ
チング素子12,14,16,18にオンオフ信号を供給する。ス
イッチング素子12がオンとなると、巻線4に通電が成さ
れ、スイッチング素子14がオンとなると、巻線6に通電
が成され、スイッチング素子16がオンとなると巻線8に
通電が成され、スイッチング素子18がオンとなると巻線
10に通電が成される。メモリ2は、カウンター2のカウ
ント出力に応じてスイッチング素子12,14,16,18を第6
図に示す如くオンオフ切り換え制御してステッピングモ
ータの巻線に回転磁界を発生させてロータを回転制御す
る巻線4,6,8,10に通電される電流の大きさは、D/Aコン
バータ58,60によって設定される。以下に巻線4,6を流れ
る電流の大きさを設定する動作について説明する。
デコーダ66によってメモリ62の中の所定の分割数のデ
ジタル電流設定データ例えばD1が選択され、カウンタ22
の出力によってアドレスごとのデータがD/Aコンバータ5
8に供給される。該データD1はD/Aコンバータ58によって
電圧信号に変換されて誤差増幅器54の一方の入力端に入
力される。このように指定されたアドレスに対応するデ
イジタル電流設定データがコンバータ58によって電圧信
号V2として誤差増幅器54の一方の入力端に供給される一
方、誤差増幅器54の他方の入口端には、巻線4通電量に
対応した電圧V1が印加される。誤差増幅器54の増幅率を
Aとすると、該増幅器54の出力電圧V3は、 V1−V2≦0のときV3=0 V1−V2>0のときV3=A(V1−V2) となる。V3はパルス幅変調回路のコンパレータ32に入
り、該コンパレータ32は入力電圧V3に応じた幅のパルス
を出力する。コンパレータ32の出力パルスはスイッチン
グ素子28のベースに入力され、該スイッチング素子28が
オンオフ制御されて、巻線4,6を流れる電流は、V1=V2
となる方向に制御され、巻線4,6を流れる電流は、第7
図のデイジタル電流設定データによって設定された値に
相当する大きさに設定される。巻線8,10の場合も上記と
同様の原理で電流値が設定される。設定速度即ちトップ
スピードが高い場合には、分割数の少ない即ち低分解能
のデイジタル電流設定データが選択され、トップスピー
ドが低く設定された場合には分割数の多い即ち高分解能
のデイジタル電流設定データが選択されるようにメモリ
62が構成されている。
〔効果〕
本発明は上述の如く、指定速度により分解能を変化さ
せ、高速では低分解能にして使用できる速度域を広げる
とともに、低速では高分解能にして高精度な仕事ができ
るようにしたので、時にX−Yプロッタに応用すれば、
低速でのより高品質な作画か、あるいは、高速での短時
間な作画かのいづれかをユーザーが選択することが可能
となり、ユーザー側のニーズに対応することができる効
果が存する。
【図面の簡単な説明】
第1図はブロック回路図、第2図乃至第7図は説明図で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステッピングモータの各巻線に流す電流を
    正弦波電流設定データ及び余弦波電流設定データに基づ
    いて、正弦波状、余弦波状にそれぞれ変化させ、前記電
    流設定データの分割数に応じた分解能でロータの回転を
    制御するようにしたマイクロステップ駆動方法におい
    て、分割数の異なる電流設定データを複数種類用意し、
    ステッピングモータの設定最高速度に対応して設定最高
    速度が高いときは分割数の少ない前記電流設定データを
    選択し、設定最高速度が低いときは分割数の多い前記電
    流設定データを選択するようにしたことを特徴とするス
    テッピングモータのマイクロステップ駆動方法。
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