JPH099690A - ステッピングモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発は多相ステッピングモータの制御装置に
関するもので電流切り替え時に発生する振動を減少でき
る制御装置を安価に得るのが目的である。 【構成】本発明に成る多相ステッピングモータの制御装
置はモータの端子に相数と同じ数の抵抗器の一端を接続
し該抵抗器の他方を共通接続し、共通接続点をローパス
フィルタを介して交流増幅器に接続し、該交流増幅器の
出力を電流検出出力に加算してモータの電流を制御する
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，多相ステッピングモー
タ駆動装置に係り，特にステッピングモータの振動を低
減させることができる駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは各巻線の電流を外
部より加える指令パルスで切り替えることで回転させる
ものであるが，電流の切り替え直後に機械的振動が発生
し問題となることが多い。モータの機械的振動はモータ
巻線の速度起電力が変化することからモータ電流や端子
電圧の変化を伴う。振動が発生した状態においてモータ
電流は図６に示すように電源側からモータへ給電する正
方向の力行モードに対してモータから電源側の主に平
滑コンデンサへ給電する負方向の回生モードが発生
し，図４に示すような回路構成でモータを駆動すると電
流検出抵抗１０３には，相電流の切り換え時などには新
たに通電される巻線の電流変化から振動による回生電流
を差し引いた値が検出され相電流を正確に検出できない
欠点がある。このような問題に対して例えば「特開平６
−１２１５９３」では電流検出回路において検出信号か
ら回生成分を分離しこれを補正して振動を低減するよう
構成する方法が開示されている。

【０００３】また，モータの力行モード及び回生モード
時の電流を検出する手段として「特開平６−２８４７４
７」のような検出手段も開示されており，この手段を用
いることで図７に示すように前述の両モードに対して適
切な解決手段を講じることが可能となるほか還流モード
も検出可能であるが，インバータの下側アーム１２２
がオフする条件，例えばパルス幅変調（以下ＰＷＭと記
す）をインバータの下側アームのオン・オフ操作で実現
する場合などでは還流モードの検出はできない。

【０００４】しかし，小型化低価格化の為にインバータ
回路のスイッチング素子に還流ダイオード内蔵形のトラ
ンジスタやトランジスタモジュールを使用する場合，
「特開平６−２８４７４７」に示される回路構成を実現
することは困難であり，この場合図６に示すように還流
ダイオード１３２が各アームに並列接続された構成とな
り，例えばインバータの上側アーム１２１のオフ動作に
より生じる巻線の還流電流はモータ巻線とインバータ
部の下側還流ダイオード１３２及びインバータのオン状
態の下側アーム１２２を流れるため電流検出抵抗では検
出できず，還流モードについても検出できないという
問題が生じる。つまり上記に示した既に開示されている
振動低減方式，またはこれを実現するための電流検出手
段は，何れも全てのモータ電流通電条件においての情報
を検出する事ができない。

【０００５】上記に開示された例とは別に，「実開平３
−７７２８５」及び「実開平３−７７２９９」などはイ
ンバータに印加する電源電圧の変動を検出し電流制御部
に帰還する制御方式を示しているが，回路構成として電
源部に電流制御を目的としたチョッパ回路を備えたこと
を条件としており適用範囲に制限がある。

【０００６】更に，図５に示すように電流検出器等を用
いて直接モータ相電流を検出する方式があるが，モータ
相数の増加につれて実現が困難となるだけでなく，駆動
回路が複雑且つ高価となり，ステッピングモータの持つ
価格メリットが失われてしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，前述のごと
き問題を解決し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の駆動装置
を低価格で実現することを目的としている。

【０００８】

【問題を解決するための手段】振動を検出する為に電源
電流を検出する方式は以上に述べられている通り問題が
ある。またモータが振動する場合においてはモータ誘起
電圧の変化や回生モードを伴うため電源回路の電圧変化
を検出する方式は有効であるが，インバータに於いてＰ
ＷＭを行う場合などでは必ずしも正確に検出できるとは
言い難く，特に電源側の平滑コンデンサの容量が大きい
場合には電圧変動も小さく検出自体が困難である。

【０００９】そこで，モータ相数と等しい相数の多相イ
ンバータ回路と，該インバータ制御用ロジック回路と，
モータ電流を所定の値に制御するための電流制御回路
と、を備えた多相ステッピングモータの制御装置におい
て，モータ巻線端子の電圧を取り出す目的で各端子に抵
抗を接続し，これらを星型結線し該星型結線の共通接続
端子の電圧信号をローパスフィルタを介して交流増幅器
に接続し，該交流増幅器の出力信号を前記電流制御回路
のモータ電流検出信号に加算するよう構成する。

【００１０】また別の手段として，上記の制御装置にお
いて，モータ巻線端子の電圧を取り出す目的で各端子に
ダイオードを接続し，このダイオードを星型結線し共通
接続端子の電圧信号をローパスフィルタを介して交流増
幅器に接続しこれを増幅し，該交流増幅器の出力信号を
前記電流制御回路のモータ電流検出信号に加算するよう
構成する。

【００１１】

【作用】モータ巻線端子に抵抗を接続しこれら抵抗群の
他端を共通接続することで多相電圧の仮想中性点を形成
しモータ中性点の電圧を検出できる。共通接続端子の電
圧はインバータ各端子間の電位差を示し，インバータ回
路でＰＷＭを行う場合ではＰＷＭ周波数の交流分とモー
タ回転周波数成分の相数倍の交流分と振動成分及びイン
バータ印加電圧を通電相で分圧した直流分から成る歪波
電圧となっている。従って，共通接続端子の電圧をロー
パスフィルタを介して交流増幅器に接続しこれを増幅す
ることで振動成分を検出できる。

【００１２】また，同駆動回路においてモータ巻線端子
の電圧を取り出す目的で各端子にダイオードを接続した
場合，カソード端子側を共通接続した星状結線の共通端
子電圧は各モータ巻線端子の最大電圧を示しており，こ
れはＰＷＭ周波数の交流分とモータ回転周波数成分の相
数倍の交流分と振動成分及びインバータ印加電圧から成
る歪波電圧となっている。従って，共通接続端子の電圧
をローパスフィルタを介して交流増幅器に接続しこれを
増幅することで振動成分を検出できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明になる３相ステッピングモータ
ーの駆動装置の第１の実施例の回路図を示し，１０１は
主電源電流制御回路，１０２は平滑コンデンサ，１０３
は電源電流検出抵抗，１０４はインバータ回路，１０５
はステッピングモータ，１０６は主電源電流制御回路を
制御する制御回路，１０７は信号加算器，１０８はイン
バタゲート制御回路，１０９は交流増幅器，１１０はロ
ーパスフイルタ，２０１は抵抗，２００は抵抗２０１を
星型に接続した回路である。図１において主電源電流制
御回路１０１より直流電流をインバター回路１０４に供
給し，インバターゲート回路１０８より送られる駆動信
号によりインバター回路を駆動して３相電流をステッピ
ングモータ１０５に供給してステッピングモター１０５
を回転駆動すようになっている。インバター回路１０４
に流れる電流を検出する電源電流検出抵抗１０３の一端
が信号加算器１０７の一方の端子に接続され，ステッピ
ングモータ１０５の３個の端子に接続された抵抗２００
の共通接続端子がローパスフィルタ１１０に接続され，
ローパスフイルタ１１０の出力が交流増幅器１０９に接
続され，交流増幅器１０９の出力が信号加算器１０７の
他方の端子に接続され，信号加算器１０７の出力が主電
源電流制御回路を制御する制御回路１０６に接続され，
該制御回路１０６の出力が主電源電流制御回路１０１に
接続されインバータ回路１０４に供給される電流を制御
するように構成されている。

【００１５】星型接続された抵抗２００の共通接続点の
電圧はステッピングモータの巻線の仮想中性点の電圧を
示しており，インバータ回路１０４の各端子電圧の差を
示しており，インバータ回路１０４がＰＷＭ制御されて
いる場合ではＰＷＭ周波数の交流分とモータ回転周波数
成分の相数倍の交流分と振動成分及びインバータ印下電
圧を通電相で分圧した直流分から成る歪波電圧となって
いる。

【００１６】この共通接続点の電圧をローパスフィルタ
１１０に加えるとＰＷＭ周波数とモータ回転周波数成分
の相数倍の交流分と直流分とは除かれて振動成分のみが
交流増幅器１０９に送られる。

【００１７】ここで，振動発生時の振動周波数成分はモ
ータの機械的固有振動数またはその近傍の成分が強調さ
れるものであるから，交流増幅器１０９に適当な周波数
帯域通過特性を持たせることにより，該交流増幅器１０
９の出力信号は振動成分のみと成り該出力信号を信号加
算器１０７の他方に入力し，該信号加算器１０７一方に
入力された電流検出抵抗１０３で検出した電流制御回路
のモータ電流検出信号に加算するなどしてモータ印加電
圧を振動発生に応じて制御することで振動抑制効果を実
現することが可能となる。

【００１８】図２は本発明に成る３相ステッピングモー
タの駆動回路の第２の実施例の回路図を示し，図１に示
した第１の回路図と異なるところはステッピングモータ
の端子に接続される回路網が抵抗ではなくダイオード３
０１で構成されている。ダイオード３０１は星型に接続
され各ダイオードのアノード端子をモータの巻線端子
に，又カソード端子は共通接続されておりその接続点が
ローパスフィルタ１１０に接続されている。

【００１９】上記ダイオード３０１の共通接続端子の電
圧はモータ端子電圧の最大値を検出しており，この電圧
はＰＷＭ周波数の交流分とモータ回転周波数成分の相数
倍の交流分と振動成分及びインバータ印加電圧から成る
歪波電圧となっている。

【００２０】従って共通接続端子の電圧をローパスフィ
ルタ１１０を通すとＰＷＭ周波数の交流分とモータの回
転に伴う交流分と直流分が除かれて振動成分のみが通過
して交流増幅器１０９に送られる。ここで，交流増幅器
１０９の構成、作用、効果は上記の第１の実施例と同じ
である。

【００２１】図３は図２に示した第２の実施例の信号加
算器１０７の出力をインバータゲート制御回路１０８入
力する構成となっている別の実施例である。

【００２２】

【発明の効果】本発明に成るステッピングモータの制御
装置は，上記のよううな構成であるからモータの端子に
接続した星型接続回路の共通接続端子より得られる振動
成分を含む信号より振動成分のみを取り出し電流を制御
する，という簡単な構成で振動の少ないステッピングモ
ータの制御装置を安価に得らる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に成るステッピングモータの制御装置の
第１の実施例の回路図である。

【図２】本発明に成るステッピングモータの制御装置の
第２の実施例の回路図である。

【図３】本発明に成るステッピングモータの制御装置の
第３の実施例の回路図である

【図４】従来より実施されているステッピングモータの
制御装置の回路図である。

【図５】従来より実施されているステッピングモータの
制御装置の電流検出手段を示す回路図である。

【図６】従来より実施されているステッピングモータ制
御装置の電流の流れの説明図である

【図７】従来より実施されているステッピングモータ制
御装置の別の例の電流の流れの説明図である

【符号の説明】

１０１ 主電源電流制御器 １０２ 平滑コンデンサ １０３ 電流検出抵抗 １０４ インバータ回路 １０５ ステッピングモータ １０６ 主電源電流制御器の制御部 １０７ 信号加算器 １０８ インバータゲート制御器 １０９ 交流増幅器 １１０ ローパスフィルタ １２１ インバータ部上側アーム １２２ インバータ部下側アーム １３１ インバータ部上側還流ダイオード １３２ インバータ部下側還流ダイオード ２００ 星型接続抵抗器群 ２０１ 抵抗器 ３００ 星型接続ダイオード群 ３０１ ダイオード ４００ 電流検出器 ５００ モータ相電流制御器 ６００ 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 ifp,ifu,ifv,ifw 電流検出信号 i* 電流指令 力行モード電流経路 回生モード電流経路 上側アームのオフ動作後の還流モード電流経路 下側アームのオフ動作後の還流モード電流経路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ相数と等しい相数の多相インバー
   タ回路と，該インバータ制御用ロジック回路と，モータ
   電流を所定の値に制御するための電流制御回路と，を備
   えた多相ステッピングモータの制御装置において，モー
   タ相数と同数の抵抗器を星型結線とし，該星型結線した
   抵抗器の独立端子を前記多相インバータの出力端子に接
   続し，該星型結線した抵抗器の共通接続端子をローパス
   フィルタを介して交流増幅器に接続し，該交流増幅器の
   出力信号を前記電流制御回路のモータ電流検出信号に加
   算するように構成した事を特徴とするステッピングモー
   タの制御装置。
2. 【請求項２】多相インバータ出力端子に接続する回路網
   の構成素子がダイオードであり該ダイオードのカソード
   端子を共通接続端子側とした請求項１記載のステッピン
   グモータ制御装置。