JPH0947088A - ステッピングモータのマイクロステップ駆動方法及びその駆動装置 - Google Patents

ステッピングモータのマイクロステップ駆動方法及びその駆動装置

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JPH0947088A
JPH0947088A JP18905695A JP18905695A JPH0947088A JP H0947088 A JPH0947088 A JP H0947088A JP 18905695 A JP18905695 A JP 18905695A JP 18905695 A JP18905695 A JP 18905695A JP H0947088 A JPH0947088 A JP H0947088A
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JP
Japan
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phase
rotor
stepping motor
exciting current
phase coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP18905695A
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English (en)
Inventor
Katsumi Endo
克己 遠藤
Asao Kino
朝男 木野
Toshifumi Suzuki
敏文 鈴木
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.)
Asmo Co Ltd
Denso Corp
Original Assignee
Asmo Co Ltd
Denso Corp
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Publication date
Application filed by Asmo Co Ltd, Denso Corp filed Critical Asmo Co Ltd
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Publication of JPH0947088A publication Critical patent/JPH0947088A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステップ角の変動を可及的に小さくする。 【解決手段】 互いに90度位相がずれて周期的に増減
を繰り返す励磁電流を多数のステップに分割して、A相
コイルとB相コイルに各ステップ毎に階段的に増加ない
し減少する励磁電流を通電する。A相コイルのみに励磁
電流を流す1相励磁のステップSb、Sdの開始と同時
に、当該ステップSb、Sdにおける所定の回転位置へ
ロータが回転するに足るトルクを与えるように、非励磁
状態のB相コイルに一定時間励磁電流を通電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はステッピングモータ
のマイクロステップ駆動方法に関し、特にステップ角の
変動を小さく抑えたマイクロステップ駆動方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ステッピングモータは、所定ピッチで周
方向へ配したステータコアの極歯を順次所定の極性に着
磁して、永久磁石製のロータをステップ的に回転させる
もので、モータ回転角のオープンループ制御が可能な小
型モータとして産業機器に広く使用されている。
【0003】ところで、近年、ステータコアの極歯数を
増すことなく、ロータのステップ角(1ステップ当たり
の回転角)をより小さくして精密な回転角制御を実現す
る方法として、マイクロステップ駆動が注目されてい
る。これをバイポーラ結線の相コイルを有するステッピ
ングモータについて説明すると、図8に示すようにA相
コイル11とB相コイル12が設けられ、これらコイル
11、12を、図9に示すような互いに90度位相のず
れた励磁電流IA 、IB で励磁する。
【0004】各相の励磁電流IA 、IB は、周期的に正
負が反転するsin波に沿って電流値が階段的に変化す
るもので、図9は1−2相励磁方式で一周期を16分割
してステップとし、各ステップ毎に電流を段階的に変化
させたものである。1励磁サイクルの回転角が7.2°
である場合、このステップ角は0.45°となる。この
ような励磁電流IA 、IB によってステップ毎に逐次方
向を変える回転磁界が形成されると、この回転磁界にロ
ータ13(図8)が追従して回転することにより、ステ
ップ角の小さい、精密な回転角制御がなされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マイクロステ
ップ駆動によるステッピングモータを、例えばエンジン
吸気管に設けたスロットル弁の開閉制御に使用すると、
図10に示すように、一定ステップ間隔(図では16ス
テップ)毎にステップ角が所定値(本図の場合、0.1
125°)から大きく外れて(ステップ角が所定値より
も小さくなる)、スロットル弁の開度に誤差を生じるこ
とがある。
【0006】これについて発明者が種々実験した所によ
ると、ステップ角が大きく変動するステップは、一方の
相コイル電流が極大となり他方の相コイル電流が零にな
る、いわゆる1相励磁のステップ(図9のSa、Sb、
Sc、Sdの各ステップ)である。この原因としては、
1相励磁ステップでは磁束の漏れが多くなってモータの
回転トルクが急減したり、また、モータ固有のコギング
により発生トルクのロスが生じ、スロットル弁に付設さ
れたリターンスプリングの負荷によって所定角度に至る
前にロータが停止してしまうことにある。
【0007】なお、ロータのホールディングトルクを一
定にするために励磁駆動電圧を補正するようにした駆動
装置が特開平6−153591号公報に示されている。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、ステップ
角の変動を可及的に小さくすることができるステッピン
グモータのマイクロステップ駆動方法を提供することを
目的とする。
【0008】
【発明の概要】本発明の特徴では、互いに90度位相が
ずれて周期的に増減を繰り返す励磁電流を多数のステッ
プに分割して、第1の相コイル(11)と第2の相コイ
ル(12)に各ステップ毎に階段的に増加ないし減少す
る励磁電流を通電することによりロータ(13)を小刻
みに回転駆動する方法において、1相励磁ステップ(S
b、Sd)が開始されると、非励磁状態にある相コイル
(12)に対して一定時間励磁電流を通電する。
【0009】この通電により、当該1相励磁ステップ
(Sb、Sd)における所定の回転位置まで、負荷に打
ち勝って回転するに足る加速トルクがロータ(13)に
与えられ、これにより、所定回転位置に至る前にロータ
(13)が停止してしまうことはない。したがって、1
相励磁ステップ(Sb、Sd)においても他のステップ
と同様のステップ角が維持される。
【0010】前記一定時間は好適には、前記1相励磁ス
テップ(Sb、Sd)の開始から、前記ロータ(13)
が当該1相励磁ステップ(Sb、Sd)における前記所
定の回転位置をオーバシュートして最初のピーク値をと
るまでの間の時間内で設定される。この通電時間は2相
通電時と同等の加速トルクを得るために与えられる。本
発明は、第1の相コイル(11)と第2の相コイル(1
2)がユニポーラ接続され、各相コイル(11、12)
に180度毎に正逆反転する励磁電流が供給されるステ
ッピングモータに適用することができるとともに、第1
の相コイル(11)と第2の相コイル(12)がバイポ
ーラ接続された各一対のコイル(111、112、12
1、122)により構成され、各相コイル(11、1
2)の前記一対のコイル(111、112、121、1
22)に180度毎に交互に励磁電流が供給されるステ
ッピングモータに適用される。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)図1には、本発明の方法により駆動さ
れるステッピングモータ1を設けた、ドライブ・バイ・
ワイヤ方式のスロットル弁開閉システムを示す。図にお
いて、エンジン吸気管Pにはリターンスプリング21を
付設したスロットル弁2が設けてあり、このスロットル
弁2はギヤやクラッチ等の連結機構3を介してステッピ
ングモータ1に連結されている。なお、本実施形態では
ステッピングモータ1とスロットル弁2との間に連結機
構3を介しているが、ステッピングモータ1とスロット
ル弁2とを直接連結してもよい。
【0012】スロットル弁2の開度(スロットル角度
θ)はスロットルホジションセンサ4により検出されて
コントローラ5へフィードバックされている。コントロ
ーラ5は、アクセルペダル6に連動するアクセルポジシ
ョンセンサ61で検出されるアクセル踏込み量と、車速
等の入力信号に応じて所望のスロットル角度θを実現す
べく、後述のようにスロットル弁2を回転駆動する。
【0013】図2には上記コントローラ5内の、相コイ
ル11への通電回路を示す。入力信号からスロットル弁
2の開度を算出したCPU51は、ROM52内に順次
記憶されている電流データを所定時間(ステップ時間)
毎に読み出してD/A変換器53へ出力する。D/A変
換器53のアナログ出力電圧は、オペアンプ54で構成
された電圧−電流変換回路に入力し、オペアンプ54の
出力端子に接続された相コイル11に上記電流データに
比例した励磁電流が供給される。
【0014】なお、本実施形態では後述するように、励
磁電流が零となるステップ(1相励磁ステップ)の開始
時に所定の短時間だけパルス通電をするため、この時の
パルス電流データもROM52に記憶されており、CP
Uは1相励磁ステップに至ると、パルス電流データを読
み出して上記所定の短時間だけ出力する。なお、相コイ
ル12への通電回路も同様の構成である。
【0015】このような通電回路により、ステッピング
モータ1の各相コイル11、12には、図3に示すよう
に、互いに90度位相がずれて周期的に増減を繰り返す
三角波状の励磁電流が供給され、これら励磁電流は各ス
テップS毎に階段的に増加ないし減少している。このよ
うな励磁電流により、ステップS毎に逐次方向を変える
回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ13が追従
してステップ的に回転する。
【0016】ところで、図のSa、Sb、Sc、Sdの
各ステップでは一相励磁の状態になるため、既に従来の
課題で説明したように、当該各ステップSa〜Sdでロ
ータ13のステップ角が大きく変動するおそれがある。
そこで、本実施形態においては図に示すように、これら
ステップSa〜Sdの開始時に非励磁状態の相コイル1
1または12に対して短時間のパルス通電を行う。この
パルス通電の電流方向は、現在のロータの回転をさらに
付勢するような方向であり、具体的には各ステップSa
〜Sdの次のステップにおける各相コイル11、12へ
の通電方向と同じとする。
【0017】ここで、図4(a)には1相励磁ステップ
から次のステップへ移行する際のロータ回転角の経時変
化を示し、図4(b)には1相励磁ステップにおけるパ
ルス通電電流波形を示す。上記パルス通電の電流I1
は、図4(b)に示すように、ロータ13が当該ステッ
プSa〜Sdにおける所定のステップ角Δθを越えて回
転するのに必要な値とし、パルス通電の通電時間tは、
ロータ13がオーバシュートして最初のピークを示すま
での時間T内で設定する。通電時間tを時間T内とする
のは、時間Tを越えるとロータ13がオーバシュートし
たままステップ角Δθの位置へ戻らないことがあるから
である。
【0018】このようなパルス通電を行うことにより、
1相励磁の各ステップSa〜Sdにおいて、ロータ13
はスロットル弁2のリターンスプリング21の負荷に打
ち勝って、所定のステップ角Δθだけ回転する。なお、
図中Δθ´は、パルス通電を行わない場合の上記各ステ
ップSa〜Sdにおけるステップ角である。これを図5
で模式的に説明すると、1相励磁ステップ開始時にパル
ス通電を行うことにより、本来のステータコアの極歯1
41の磁力に加えて、ロータ回転方向(図中の矢印)の
前方にある極歯142の磁力が短時間作用するため、ロ
ータ極歯131が、パルス通電をしない場合の停止位置
(図の鎖線)からステータコアの極歯141に正対する
磁気安定点位置へ吸引され回転移動するものである。
【0019】(第2実施形態)本発明は図6に示すユニ
ポーラ結線された相コイル11、12に対しても適用す
ることができ、この場合の各相コイル11、12を構成
する各コイル111、112、121、122への励磁
電流の供給を図7に示す。この場合も、1相励磁となる
各ステップSa、Sb、Sc、Sdの開始時に、既に第
1実施形態で説明した大きさ、時間、方向のパルス通電
がなされ、ロータ13はスロットル弁2のリターンスプ
リング21の負荷に打ち勝って、所定のステップ角Δθ
だけ回転する。
【0020】なお、上記各実施形態では励磁電流を三角
波状としたが、sin波状としてももちろん良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る、ステッピングモ
ータを設けたスロットル弁開閉システムのブロック構成
図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る、相コイル通電回
路の回路図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る、相コイル励磁電
流の経時変化を示す図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る、ロータ回転角と
パルス通電電流の関係を示すタイムチャートである。
【図5】パルス通電によるロータの吸引移動を説明する
概念図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係る、ユニポーラ駆動
における相コイルの結線図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る、相コイル励磁電
流の経時変化を示す図である。
【図8】バイポーラ駆動における相コイルの結線図であ
る。
【図9】従来例に係る、各相コイル励磁電流の経時変化
を示す図である。
【図10】従来例に係る、ステッピングモータのステッ
プ角の変動を示す図である。
【符号の説明】
1…ステッピングモータ、11、12…相コイル、11
1、112、121、122…コイル、13…ロータ、
S…ステップ、Sa、Sb、Sc、Sd…1相励磁ステ
ップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏文 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに90度位相がずれて周期的に増減
    を繰り返す励磁電流を多数のステップに分割して、第1
    の相コイル(11)と第2の相コイル(12)に各ステ
    ップ毎に階段的に増加ないし減少する励磁電流を通電す
    ることによりロータ(13)を小刻みに回転駆動するス
    テッピングモータのマイクロステップ駆動方法におい
    て、 前記相コイルの一方(11)のみに励磁電流を流す1相
    励磁のステップ(Sb、Sd)の開始と同時に、当該ス
    テップ(Sb、Sd)における所定の回転位置へ前記ロ
    ータ(13)が回転するに足る加速トルクを与えるよう
    に、非励磁状態の他方の相コイル(12)に一定時間励
    磁電流を通電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。
  2. 【請求項2】 前記一定時間の励磁電流は、前記1相励
    磁のステップ(Sb、Sd)に続くステップにおいて前
    記他方の相コイル(12)へ供給される励磁電流と同方
    向の電流であることを特徴とする請求項1に記載のステ
    ッピングモータのマイクロステップ駆動方法。
  3. 【請求項3】 前記一定時間は、前記1相励磁ステップ
    (Sb、Sd)の開始から、前記ロータ(13)が当該
    1相励磁ステップ(Sb、Sd)における前記所定の回
    転位置をオーバシュートして最初のピーク値をとるまで
    の間の時間内に設定されることを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2に記載のステッピングモータのマイクロス
    テップ駆動方法。
  4. 【請求項4】 互いに90度位相がずれて周期的に増減
    を繰り返す励磁電流を多数のステップに分割して、第1
    の相コイル(11)と第2の相コイル(12)に各ステ
    ップ毎に階段的に増加ないし減少する励磁電流を通電す
    ることによりロータ(13)を小刻みに回転駆動するス
    テッピングモータのマイクロステップ駆動装置におい
    て、 前記相コイルの一方(11)のみに励磁電流を流す1相
    励磁のステップ(Sb、Sd)の開始を判定する手段
    と、 1相励磁ステップ(Sb、Sd)が開始された時に、当
    該ステップ(Sb、Sd)における所定の回転位置へ前
    記ロータ(13)が回転するに足る加速トルクを与える
    ように、非励磁状態の他方の相コイル(12)に一定時
    間パルス的に励磁電流を通電するパルス通電手段とを備
    えたことを特徴とするステッピングモータのマイクロス
    テップ駆動装置。
JP18905695A 1995-07-25 1995-07-25 ステッピングモータのマイクロステップ駆動方法及びその駆動装置 Pending JPH0947088A (ja)

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JP (1) JPH0947088A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6642687B2 (en) 2000-09-07 2003-11-04 Canon Kabushiki Kaisha Stepping-motor driving device and lens driving device using the same
US6713985B2 (en) 2000-03-31 2004-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Drive control apparatus for stepping motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6713985B2 (en) 2000-03-31 2004-03-30 Canon Kabushiki Kaisha Drive control apparatus for stepping motor
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