JPH11146694A - ５相ステッピングモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】非励磁状態でも短絡相を形成してロータの過渡
振動の抑制効果を高め励磁時と非励磁時との切替え時、
＋側への接続状態と−側への接続状態との切替えを確実
に行う。 【解決手段】各巻線の両端に電位差を与える励磁状態及
び電位差を与えない非励磁状態を繰り返して巻線の定電
流制御を行う５相ステッピングモータの駆動方法におい
て、励磁状態で高電位を与える状態としていた給電点に
は非励磁状態では電位を与えない状態とし、励磁状態で
低電位を与える状態としていた給電点及び電位を与えな
い状態としていた給電点には非励磁状態では低電位を与
える状態とする。また、励磁状態で低電位を与える状態
としていた給電点には非励磁状態では電位を与えない状
態とし、励磁状態で高電位を与える状態としていた給電
点及び電位を与えない状態としていた給電点には非励磁
状態では高電位を与える状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、５相ステッピングモー
タのロータの過渡振動が抑制できる駆動方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】現在、５相ステッピングモータの駆動方
法にはチョッパ方式定電流駆動が広く用いられている。
この方式は、励磁巻線にモータの定格電圧よりも高い電
圧を、励磁タイミングよりも充分短い周期で断続的かつ
間欠的に印加することによって巻線がほぼ定電流駆動と
なるよう制御するものである。この方式では、電流の速
やかな立ち上がりにより高速回転時でも大きなトルクを
発生できるなどの特徴がある。

【０００３】５相ステッピングモータのチョッパ方式定
電流駆動回路の従来例を図５に示す。図５において、Ａ
〜Ｅは５組の励磁巻線であり、その機械的配列すなわち
ステータの配列は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ａあるいはそ
の逆のＡ→Ｅ→Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａの順に環状に並ぶ構成と
なる。各々の巻線は以下のように環状に接続されてい
る。すなわち、巻線Ａの巻終わりと巻線Ｃの巻始めとを
結線した点が給電点アであり、巻線Ｃの巻終わりと巻線
Ｅの巻終わりとを結線した点が給電点イであり、巻線Ｅ
の巻始めと巻線Ｂの巻始めとを結線した点が給電点ウで
あり、巻線Ｂの巻終わりと巻線Ｄの巻始めとを結線した
点が給電点エであり、巻線Ｄの巻終わりと巻線Ａの巻始
めとを結線した点が給電点オである。

【０００４】給電点ア〜オは、＋側への導通・開放を行
うスイッチ素子と、−側への導通・開放を行うスイッチ
素子とにより、等価的に＋側に接続されたり、あるいは
等価的に−側に接続されたり、あるいはどちらにも接続
されない状態の３状態のいずれかに制御される。ただ
し、＋側と−側とが同時に接続状態となると＋側から−
側に大きな貫通電流が流れてしまうので、この状態は絶
対に生じてはならない。これらのスイッチ素子により、
５点の給電点の状態を切り替えて５組の巻線を所定の順
序で励磁することにより５相のステッピングモータが回
転駆動される。

【０００５】図６、７は、いわゆる４−５相励磁のハー
フステップ駆動の従来例であり、１回転が電気角で見て
２０分割となる。励磁ステップ（１）では、給電点オは
＋側に接続され、給電点イおよびウは−側に接続され、
他の給電点は＋側にも−側にも接続されない。これによ
り巻線Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｂに電流が流れるが、巻線に流れる
電流は急激には変化せず、巻線のインダクタにより徐々
に増加する。そこで、以下のようにして巻線電流がほぼ
一定になるように制御される。

【０００６】巻線Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｂの電流が徐々に増加し
て、巻線電流検出回路（不図示）により巻線電流が定格
値を越えたことが検出されると、給電点オは＋側から開
放され、＋側にも−側にも接続されない。その結果巻線
電流は徐々に減少する。その後、巻線電流が定格を下回
ったことが巻線電流検知回路により検出されると、給電
点オは再び＋側に接続され、その結果巻線電流は徐々に
増加する。このように＋側と−側の両方にいずれかの給
電点が接続された励磁状態と、＋側が開放された非励磁
状態とが繰り返されるチョッパ動作により巻線電流はほ
ぼ一定になるように制御される。

【０００７】励磁ステップが（２）に進むと、励磁状態
では給電点オは＋側に接続され、給電点ウは−側に接続
され、他の給電点は＋側にも−側にも接続されない。非
励磁状態では給電点オは＋側から開放され、＋側にも−
側にも接続されない。前記と同様に励磁状態と非励磁状
態とが繰り返されるチョッパ動作により巻線電流がほぼ
一定になるように制御される。同様にして図６、７に示
す励磁ステップ（２０）まで進み、その次は、再びステ
ップ（１）に戻ってステッピングモータを駆動する。

【０００８】従来例は非励磁時に＋側が開放される構成
例であるが、非励磁時に−側が開放される構成であって
もよい。また、図６、７の励磁ステップのうち、奇数番
号ステップのみを実行すれば、いわゆる４−４相励磁の
フルステップ駆動となり、１回転が電気角で見て１０分
割となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来例の４相励磁時
（図１２の奇数番号ステップ）では常に１相の短絡相が
あることから、この短絡相によって、従来例の常時５相
励磁方式に比してロータの過度振動が抑制される効果が
ある。しかし、詳しく見ると、短絡相が形成されるのは
４相励磁ステップかつ励磁時のみであり、しかも、形成
される短絡相は１相だけで、他に短絡相はないため、ロ
ータの振動抑制効果はあまり大きくはない。

【００１０】これを改善する案としては、全ての励磁ス
テップにおいて非励磁時に全給電点を−側のみ（あるい
は＋側のみ）に接続して短絡相を生成する手法が考えら
れる。しかし、給電点の１箇所或いは２箇所が「励磁状
態では＋側（あるいは−側）に接続され、非励磁状態で
は−側（あるいは＋側）に接続される」となることか
ら、＋側スイッチ素子の制御信号と−側スイッチ素子の
制御信号との相対遅延により＋側スイッチ素子と−側ス
イッチ素子とが同時に導通する状態が短期間ではあるが
発生し、＋側からマイナス側に貫通して大電流が流れて
しまうことが懸念され、しかも一般的に励磁状態と非励
磁状態との切替え（チョッパ動作）は励磁ステップの進
段よりもはるかに速い頻度で行われるので、この貫通状
態の出現頻度も高いものとなってしまう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明は従来の励磁状態を変更することなく非励
磁状態でも短絡相を形成してロータの過渡振動の抑制効
果を従来よりも高め、さらに、励磁時と非励磁時との切
替え（チョッパ動作）において、給電点の全てにおい
て、＋側への接続状態と−側への接続状態との切替えが
時間的に連続することが全くなく、＋側スイッチ素子の
制御信号と−側スイッチ素子の制御信号との相対遅延が
生じても、＋側から−側への貫通電流を全く生じない、
安定した駆動方法を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を説明す
る。

【００１３】（実施例１）図１、２は、４−５相励磁の
ハーフステップ駆動方法を説明するための図である。な
お、５相ステッピングモータのチョッパ方式定電流駆動
回路は従来例（図５）と同一であり、５組の巻線の接続
構成などの同一である。励磁状態は励磁ステップ（１）
〜（２０）とも従来例の図６、７と同一であるが、非励
磁状態は以下に説明するように、従来例とは異なる。

【００１４】励磁ステップ（１）の励磁状態は従来例
（図６、７）のそれと同一であり、給電点オは＋側に接
続され、給電点イおよびウは−側に接続され、他の給電
点は＋側にも−側にも接続されない。従ってＥ相が短絡
相を形成する。非励磁状態では、給電点イおよびウは−
側に接続されたままであるが、給電点オは＋側から開放
され＋側にも−側にも接続されない状態となるととも
に、給電点アおよびエが−側に接続される。従ってＢ、
Ｃ、Ｅ相の３箇所が短絡相を形成する。

【００１５】励磁ステップ（２）の励磁状態は従来例
（図６、７）のそれと同一であり、給電点アは＋側に接
続され、給電点ウは−側に接続され、他の給電点は＋側
にも−側にも接続されない。従って短絡相は形成されな
い。非励磁状態では、給電点ウは−側に接続されたまま
であるが、給電点アは＋側から開放され＋側にも−側に
も接続されない状態となるとともに給電点イ、エおよび
オが−側に接続される。従ってＥ、Ｂ、Ｄ相の３箇所が
短絡相を形成する。同様にしてステップ（２０）まで進
段し、その次は再びステップ（１）になる。

【００１６】ここで、実施例１での給電点の接続状況を
まとめると、以下のようになる。 ・励磁状態は従来と同一である。 ・非励磁状態は従来と異なり以下のようになる。 ・励磁状態で＋側に接続されていた給電点は、非励磁状
態では＋側にも−側にも接続されない状態とする。 ・励磁状態で＋側にも−側にも接続されなかった給電点
は、非励磁状態では−側に接続する。 ・励磁状態で−側に接続されていた給電点は、非励磁状
態でもそのまま−側への接続を継続する。

【００１７】（実施例２）実施例２での給電点の接続状
況は、励磁状態では実施例１と同一である（すなわち、
図６、７に示した従来例とも同一である）が、非励磁状
態では実施例１と異なり、以下のようになる。 ・励磁状態で−側に接続されていた給電点は、非励磁状
態では＋側にも−側にも接続されない状態とする。 ・励磁状態で＋側にも−側にも接続されなかった給電点
は、非励磁状態では＋側に接続する。 ・励磁状態で＋側に接続されていた給電点は、非励磁状
態でもそのまま＋側への接続を継続する。

【００１８】以下、図３、４の４−５相励磁のハーブス
テップ駆動の実施例２を用いて動作を説明する。なお、
５相ステッピングモータのチョッパ方式手定電流駆動回
路は従来例（図５）と同一であり、５組の巻線の接続構
成なども同一である。

【００１９】励磁ステップ（１）の励磁状態は実施例１
と同一であり、Ｅ相が短絡相を形成する。非励磁状態で
は、給電点オは＋側に接続されたままであるが、給電点
イおよびウは−側から切り離され＋側にも−側にも接続
されない状態となるとともに給電点アおよびエが＋側に
接続される。従ってＡ、Ｄ相の２箇所が短絡相を形成す
る。励磁ステップ（２）の励磁状態は実施例１と同一で
あり、短絡相は形成されない。非励磁状態では、給電点
アは＋側に接続されたままであるが、給電点ウは−側か
ら切り離され＋側にも−側にも接続されない状態となる
とともに給電点イ、オが＋側に接続される。従ってＡ、
Ｃ、Ｄ相の３箇所が短絡相を形成する。同様にしてステ
ップ（２０）まで進段し、その次は再びステップ（１）
になる。

【００２０】

【発明の効果】実施例では、第１、第２とも励磁状態は
そのままに、非励磁状態では２相〜３相の短絡相を形成
できるので、ロータの振動抑制効果は従来例に比して極
めて大きなものとなる。しかも、本発明を実施するに際
しては、従来例に比してスイッチ素子への制御信号の与
えかたを本発明のように変更するだけで良く、５相ステ
ッピングモータのチョッパ方式定電流駆動回路は従来例
（図５）を変更することなくそのまま用いることができ
るため、実施は極めて容易である。

【００２１】近年では、デジタル手段にて前記スイッチ
素子への制御信号を生成することも容易であり、実際に
は制御信号生成回路としてはゲートアレイ等のＩＣにて
安価・容易に実施できるため、信号生成回路に若干の追
加が生じてもＩＣサイズは殆ど増加しない。特に、＋側
スイッチ素子への制御信号と−側スイッチ素子への制御
信号との相対遅延が生じても、＋側のスイッチ素子と−
側のスイッチ素子とが同時に導通状態となることはない
ので、制御信号生成回路でのゲート遅延量がばらついて
も貫通電流を生じる恐れはなく、従って本発明に基づい
たＩＣは、低速ではあるが安価なＩＣプロセスで構成す
ることが期待できる。

【００２２】さらに、本発明では、励磁ステップの進段
とチョッパ動作とが同時になってもかまわない。例え
ば、実施例１である図１、２において、励磁ステップ
（１）の励磁状態から励磁ステップ（２）の非励磁状態
に進段しても、任意の給電点において、＋側への接続状
態と−側への接続状態との切替えが時間的に連続するこ
とは全くない。

【００２３】一般に、励磁ステップ（ｘ）の励磁状態あ
るいは非励磁状態から励磁ステップ（ｘ＋１）の励磁状
態あるいは非励磁状態への進段は４通りの組み合わせが
ありえるが、いずれの場合でも、任意の給電点において
＋側への接続状態と−側への接続状態との切替えが時間
的に連続することは全くない。従って、チョッパ動作と
励磁ステップ進段動作との同期関係を考慮する必要がな
く、回路構成上の自由度も広い。今まで述べてきた本発
明の効果は、図１、２あるいは図３、４の励磁ステップ
のうち奇数ステップのみを実行した４相励磁のフルステ
ップ駆動においてもそのまま適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
実施例１を説明するための図である。

【図２】図１は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
実施例１を説明するための図である。

【図３】図３は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
実施例２を説明するための図である。

【図４】図４は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
実施例２を説明するための図である。

【図５】図５は、５相ステッピングモータのチョッパ方
式定電流駆動回路図である。

【図６】図６は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
従来例を説明するための図である。

【図７】図７は、４−５相励磁のハーフステップ駆動の
従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

Ａ〜Ｅ ５相ステッピングモータの５組の巻線 ア〜オ 巻線おのおのへの給電点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５相ステッピングモータの５組の巻線を
   機械的配列の順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと称するときに、
   巻線Ａの巻終わりと巻線Ｃの巻始めとを結線し、巻線Ｃ
   の巻終わりと巻線Ｅの巻終わりとを結線し、巻線Ｅの巻
   始めと巻線Ｂの巻始めとを結線し、巻線Ｂの巻終わりと
   巻線Ｄの巻始めとを結線し、巻線Ｄの巻終わりと巻線Ａ
   の巻始めとを結線して環状をなし、結線した５箇所を給
   電点とし、各々の給電点に高電位を与えるスイッチ手段
   と低電位を与えるスイッチ手段とを具備し、巻線おのお
   のの両端に電位差を与える励磁状態と電位差を与えない
   非励磁状態とを繰り返して巻線の定電流制御を行う５相
   ステッピングモータの駆動方法において、励磁状態で高
   電位を与える状態としていた給電点には非励磁状態では
   電位を与えない状態とし、励磁状態で低電位を与える状
   態としていた給電点および電位を与えない状態としてい
   た給電点には非励磁状態では低電位を与える状態とする
   ことを特徴とする５相ステッピングモータの駆動方法。
2. 【請求項２】 ５相ステッピングモータの５組の巻線を
   機械的配列の順にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと称するときに、
   巻線Ａの巻終わりと巻線Ｃの巻始めとを結線し、巻線Ｃ
   の巻終わりと巻線Ｅの巻終わりとを結線し、巻線Ｅの巻
   始めと巻線Ｂの巻始めとを結線し、巻線Ｂの巻終わりと
   巻線Ｄの巻始めとを結線し、巻線Ｄの巻終わりと巻線Ａ
   の巻始めとを結線して環状をなし、結線した５箇所を給
   電点とし、各々の給電点に高電位を与えるスイッチ手段
   と低電位を与えるスイッチ手段とを具備し、巻線おのお
   のの両端に電位差を与える励磁状態と電位差を与えない
   非励磁状態とを繰り返して巻線の定電流制御を行う５相
   ステッピングモータの駆動方法において、励磁状態で低
   電位を与える状態としていた給電点には非励磁状態では
   電位を与えない状態とし、励磁状態で高電位を与える状
   態としていた給電点および電位を与えない状態としてい
   た給電点には非励磁状態では高電位を与える状態とする
   ことを特徴とする５相ステッピングモータの駆動方法。