JPS6012879B2 - ステツプモ−タの自励駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ステップモータの到達最高速度をハンチン
グを伴うことなく、減速、停止を行わせるに充分な基準
速度以下に規制するようにした定速目励駆動方式による
駆動装置に係り、特に、第２のパルス信号群である速度
規制用のパルス信号が、第１のパルス信号群である正規
の励磁相切換用のタイミング信号の終端より超過してい
るか否かを比較し、超過しているときは、その超過した
時間幅に対応した時間幅の検知信号を発生する速度検知
手段を設け、この検知信号によって、励磁相シーケンス
の切換えタイミングを制御することにより、基準速度以
下の目励駆動を可能にしたステップモータの自励駆動装
置に関する。

ステップモー夕の駆動方式としそは、外部駆動方式と自
励駆動方式とが知られている。

外部駆動方式は、外部発振器によってステップモータを
駆動する方式であるが、この駆動方式では外部入力信号
の周期とステップモータ負荷系の条件により、いわゆる
乱調現象を生じるので不安定になる欠点があった。

これに対して、目励駆動方式は、スタート・パルスによ
って起動されると、ステップモータの回転子軸上に取付
けられたタイミング信号発生用ディスクおよびタイミン
グ信号検出用センサ−からの出力信号によって駆動する
方式である。

この自励駆動方式では、タイミング信号発生用ディスク
、タイミング信号検出用センサー等のバラッキや、ステ
ップモータの負荷条件の変動トステップモータの特性の
変化等により、その到達最高速度にバラッキが生じる。
そのため、次の行程で減速、停止を行わせる場合に、ハ
ンチングないこ完全に停止させることは困難であった。
そこで、この発明は「ステップモータの自励駆動方式に
おいて、その到達最高速度をハンチングないこ減速、停
止を行わせるに充分な速度以下の定速に規制することに
より「高速でかつ円滑な自励駆動を可能とした駆動方式
を得ることをその目的とする。

この発明の定速目励駆動方式による自励駆動装置は、ス
テップモータの到達最高速度を規制するために「 その
回転速度を検知し、その回転速度が所定の速度を超えた
場合には、その回転速度に対応したトルクを発生するこ
とができるような速度検知手段を備えている。

この速度検知手段は、ステップモータの駆動に用いられ
るタイミング信号と、このタイミング信号の立上り点等
の任意の点を基準としてトリガーされるモノ・マルチパ
イプレー夕等の時間帯設定コンポーネントにより発生さ
れるパルス信号とを比較し、両信号の比較によりタイミ
ング信号の終端（立下り点）を越えて存在するパルス信
号の時間幅を検知するためのものある。この時間幅は、
ステップモータの回転速度に対応して変化し、ステップ
モー夕の回転速度が所定の速度以下の場合には存在せず
、所定の速度を越えると、その速度に対応して時間幅も
増大するような関係で発生させることができる。この発
明は、ステップモータの速度条件の検知に、このような
パルス信号が利用できるという認識に基くものである。
そこでこの発明の定速目励駆動方式による自励駆動装置
では、このような速度検知手段を用いトモノ・マルチパ
イプレータ等の時間帯設定コンポーネントを速度規制用
のパルス信号の発生器として利用する。

そして、この速度検知手段から発生される検知信号によ
って、正規の相励磁切襖のタイミングを遅らせたり、変
更することによって、到達最高速度が基準速度以下とな
るように制御するようにしている。例えば、第１の実施
例の場合には、正規の相励磁切襖のタイミングを、この
検知信号の時間幅だけ遅らせ、その時間幅については、
それまでの励磁相（生親の励磁相よりも１相前の相）で
励磁し続けることによって、回転速度が到達最高速度以
上に上昇することを防止する。

また、第２の実施例では、この検知信号の時間幅だけ、
正規の励磁相に対しそ２ステップまたは３ステップ進め
るように励磁用シーケンスを切換えることにより、モー
タ軸へ逆トルクを与えて、同様に回転速度の到達最高速
度を規制するようにしている。

すなわち、この発明の定遠目励駆動方式による自励駆動
装置は、加速領域に続く高速領域における駆動のための
相切換を、ステップモータの回転速度に対応して行なう
もので、ステップモータの回転速度が所定の速度を越え
る場合の相切換に際して、通常時に励磁されるべき正規
の切換励磁相に対して少なくとも１相前の励磁相を励磁
するようにし、その到達最高速度を所定の速度以下に抑
制することを特徴とするものである。

ステップモータの停止に際して、逆方向トルクを加える
ことによりＭ頂方向トルクを加減するようにした駆動制
御方式については、この出願の発明者等によって、すで
に提案されている（特公昭５４−１４７２７号公報参照
）。

この発明の定速目励駆動方式による自励駆動装置では、
このような順方向トルクの強さを調整するためのトルク
を、ステップモータの高速目励領域において与えること
により、それに続く減速、停止領域での停止動作がハン
チングを生じることなくスムーズに行われることを可能
にするものである。次に、図面を参照しながら、この発
明のステップモータの定速目励駆動方式による自励駆動
装置について詳細に説明する。

第１図は、ステップモータの側面図で、図中１はステッ
プモータ、２はモータの回転子軸上に取付けられたスロ
ットルを有するホト・ディスク等のタイミング信号発生
用ディスク、３はタイミング信号を検出するためのホト
・センサー等のようなセンサーである。

第２図は、この発明の定速目励駆動方式によるステップ
モータの自励駆動装置において、第１の実施例として相
切襖のタイミングを遅らせるように制御する場合のタイ
ミングチャ−トと、４相２励磁のステップモータに応用
した場合のモータトルクカーブである。

図中Ａはタイミング信号、Ｂは回転方向指示信号、Ｃは
スタート信号、Ｄは速度規制用モノ・マルチパイプレー
タのパルス信号、ＤＳはディスク・スロットであり、４
〜６はトルクカーブの部分を示す。ステップモー外ま、
スタート信号Ｃと回転方向指示信号Ｂの到来により、規
定の回転方向へ起動されるように「次相が励磁される。

そして〜回転子の回転に伴なつて、センサーからディス
クのスロットＤＳが読みとられて、タイミング信号Ａが
送出される。それ以後は、タイミング信号Ａにより励磁
相の切換が行われて、自励駆動に入る。また速度規制用
モノ・マルチパイプレータＭ，Ｍは、タイミング信号Ａ
の立上り点でトリガーされるようになっているため、パ
ルス信号Ｄが発生される。このパルス信号Ｄの時間幅は
一定である。第２図では、ディスク・スロットＤＳを基
準にして表示しているため、ステップモータの回転速度
が遅いときはパルス信号Ｄの幅は短く、また遠いときは
パルス信号Ｄの幅は長く表示されることになる。第３図
は、第２図にタイミングチャートで示した定速目励駆動
方式によるこの発明のステップモータ目励駆動装置につ
いてトその要部構成の一実施例を示すブロック図である
。

図面において、７は第１のオアゲート回路、８は第２の
オアゲート回路、９はインバータ、１０はモノ・マルチ
パイプレータ、１１は相切換回路、１２はパワ−ドライ
ブ回路を示し、また、Ａ〜Ｄの各符号は、第２図に示さ
れた各信号と対応している。ところで、ステップモータ
の回転速度が遅い場合、すなわち第２図の加速自励領域
では、タイミング信号ＡのスロットＤＳに対応する時間
幅は、速度規制用モノ・マルチパイプレータのパルス信
号Ｄの終端よりも長くなる。

そして、この場合には、タイミング信号Ａの立上り点ス
テップモータの相励磁の切換えを行うので、第２図のト
ルクカーブ４に示すようなトルクが発生されて自励駆動
が行われる。これに対して、ステップモータの回転速度
が遠い場合、すなわち高速目励領域では、タイミング信
号Ａの発生されているスロットＤＳに対応する時間幅は
も速度規制用のパルス信号Ｄよりも短くなる■そこで、
この場合には、タイミング信号Ａによる正規の相切換に
対して、速度規制用のパルス信号○の発生している超過
した時間幅に対応して、正規の励磁相への切襖タイミン
グを遅らせるようにする。

いい換えれば、次の相への切換を行わず、そのままの励
磁相（通常時の正規の励磁相に対する関係では、１相前
の励磁に相当する）による励磁を持続する。このように
、相切換を遅らせることにより、日頃方向トルクの発生
する時間を遅らせて、第２図のトルクカーブ５のような
自励駆動を行わせる。

すなわち」高速目励領域においては、従来の自励駆動の
場合の相切換タイミングによる順方向トルク（ａ−ｂ−
ｃ）に対して、速度規制用のモノ・マルチパイプレータ
によるパルス信号Ｄの時間幅が越えている間だけ相切換
のタイミングを遅らせることを意味するから、モータ軸
にはトルク（ａ，一ｂ，）に沿う小さな順方向トルクが
作用することになる。また、ステップモータの加速特性
が良好で、その回転速度がさらに高速になっている場合
については、トルクカーブ６で示すようなトルクが加え
られるように自励磁動される。すなわち、ステップモー
タの回転速度と速度規制用のモノ・マルチパイプレータ
の時間設定の条件により、ステップモータの軸に作用す
るトルクは、従来の相功換タイミングによる正規の厭方
向トルク（ｄ‐ｅ−ｆ）と異なり、太い実線で示すトル
クカブ６のように（ｄ，一ｏ−ｅ，一ｅ−ｆ）となる。
したがって、正規の順方向トルク（ｄ−ｅ−ｆ）に対し
て、（ｄ，一ｏ）では小さなｎ項方向トルクが、また、
（ｏ−ｅ，）では逆方向トルクが作用し、ステップモー
タの到達最高速度が規制されて、定速目励駆動が可能と
なる。第２図のトルクカーブの斜線の部分は、正規の順
方向トルクの強さが調整されることを示す。第３図のブ
ロック図では、モノ・マルチパイプレータ１０から発生
される速度規制用のパルス信号Ｄは、第２のオアゲート
回路８の一方の入力として与えられる。

この第２のオアゲート回路８の他方の入力には、ィンバ
ータ９、第１のオアゲート回路７を介して、第１のパル
ス信号群である正規の励磁相切換用のタイミング信号Ａ
が与えられている。

そのため、この第２のオアゲート回路９によって、速度
規制用のパルス信号Ｄが、タイミング信号Ａの終端より
超過しているか否かが比較され、超過しているときは、
その超過した時間幅に対応する検知信号が発生される。
この検知信号は、相切換回路１１へ与えられており、検
知信号の時間幅に対応する時間だけ励磁相シーケンスの
切換えタイミングを制御する。

このようにして、この発明の定速目励駆動方式による目
励駆動装置では「タイミング信号Ａと速度規制用のモノ
・マルチパイプレータのパルス信号Ｄとのオア条件によ
りトステップモータの回転速度に対応してモータの軸に
加わる順方向トルクが変化するので、定速目励駆動が行
われるのである。この発明の定速目励駆動方式による自
励駆動装置は〜ステップモータの加速特性が良好な場合
とか、より低速の定速目励駆動を行いたい場合等には、
さらにその励磁電流条件や励磁相シーケンス条件を加え
ることにより、順方向トルクを強力に加減することが可
能となるので、任意の高速あるいは低速の定速目励駆動
を行うことができる。

次に、これらの場合について説明する。第４図は、この
発明の自励駆動装置における第２の実施例として、さら
に速度の遅い定速回転を行わせるのに便利な定速目励駆
動方式のタイミングチャートとトルクカーブである。

図中の各種記号は第２図と同じである。この第４図の定
速目励駆動方式では、ステップモータの回転速度が所定
の規定速度を越えた場合には、速度規制用のパルス信号
Ｄがタイミング信号Ａの終端より超過している時間幅に
対応して、その時間だけ励磁相シーケンスを切換え、正
規の励磁相に対しそ２ステップまたは３ステップ進める
ことにより、モータ鼠へ逆方向トルクを与えるようにし
たことを特徴とする。

第５図は、第４図にタイミングチャートで示した定速目
励駆動方式によるこの発明のステップモータ目励駆動装
置について、その要部構成の一実施例を示すブロック図
である。

図面における符号は第３図と同機であり、また、１３は
２相進み回路を示す。この第５図のブロック図では、モ
ノ・マルチパイプレータ１０から発生される速度規制用
のパルス信号Ｄは、２相進み回路１１３内に設けられた
ィクスクルーシブ・オアゲート回路の一方の入力として
与えられる。

また、正規の励磁相切換用のタイミング信号Ａは、ィン
バータ９、第１のオアゲート回路７を介して、正規の励
磁相切換を行う相功換回路１１へ与えられている。

そして、この相切換回路１ １の出力が、２相進み回路
１３内のィクスクルーシプ・オアゲート回路の他方の入
力とされている。

したがって、この第５図の場合には、この２相進み回路
１３によって「速度規制用のパルス信号○が、タイミン
グ信号Ａの終端より超過しているか否かが比較され、超
過しているときは、その超過した時間幅に対応する検知
信号が発生される。

この検知信号は、相功襖回路１１へ与えられており、検
知信号の時間幅に対応する時間だけ、励磁用シーケンス
の切換えタイミングが制御されることになる。したがっ
て、この第４図の定速目励駆動方式によれば、その減速
効果が大きいので「ステップモータの回転速度をさらに
遅い範囲に規制することが可能となる。

次の第６図は、従来の自励駆動方式と第２図と第４図に
示したタイミングチャートによるこの発明の定速目励駆
動方式における到達最高速度の関係の概略を示す。

横軸は時間軸とし、縦鞠はモータの速度である。曲線ａ
は、従来の自励駆動方式による場合であり、その最高速
度は、モータの特性や負荷条件等によりバラツキが生じ
ている。

曲線ｂは、この発明の目励駆動方式によって、第２図に
説明しように、相切換のタイミングを遅らせた場合であ
り、曲線ｃは同じく第４図のように励磁シーケンスを変
えた場合を示している。

なお、曲線ｄは、励磁電流を遮断あるいは小さな電流値
とした場合である。以上のように、この発明の定速目励
駆動方式による自励駆動装置によれば、ステップモータ
の特性のバラッキやモー夕負荷のバラッキ等による影響
を受けることなく、ステップモータの回転速度に対応し
て順方向トルクの強さを調整することができるので、次
の行程での減速、停止がスムーズに行えるような所定の
定速回転が可能となる。

したがって、ステップモータの安定した起動、停止が行
なえると同時に、従来の自励駆動方式に比べて、ステッ
プモータの回転速度のバラッキを著しく小さくすること
ができるので、ステップモータの利用範囲を拡大するこ
とが可能になる。なお、第２図と第４図に示したタイミ
ングチャートの説明では、４相２励磁の場合について示
してあるが、これらに限定されることなく、３相１励磁
をはじめ各種のステップモータの駆動に用いることがで
きることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はステップモータの側面図、第２図はこの発明の
定速目励駆動方式によるステップモータの自励駆動装置
において、第１の実施例として相切換のタイミングを遅
らせるように制御する場合のタイミングチャートと、４
相２励磁のステップモータに応用した場合のモータトル
クカーブ、第３図は第２図にタイミングチャートで示し
た定速目励駆動方式によるこの発明のステップモータ目
励駆動装置について、その要部構成の一実施例を示すブ
ロック図、第４図はこの発明の宮励駆動装置における第
２の実施例として、切換相シーケンスを変えるように制
御する場合のタイミングチャートとモータトルクカーブ
、第５図は第４図にタイミングチャートで示した定速目
励駆動方式によるこの発明のステップモータ目励駆動装
置について、その要部構成の一実施例を示すブロック図
、第６図は従来の自励駆動方式と第２図と第４図に示し
たタイミングチャートによるこの発明の定速目励駆動方
式との最高回転速度の関係を示す概略図である。 図面において、１はステツプモ−夕、２はタイミング信
号発生用ディスク、３はセンサー、４〜６はトルクカー
ブの部分を示し、またＡはタイミング信号、Ｂは回転方
向指示信号、Ｃはスタート信号、Ｄは速度規制用モ／・
マルチパイプレータのパルス信号、ＤＳはディスク・ス
ロットである。 塚′図 ３２図 力３図 客４図 久５図 亥６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステツプモータと、ステツプモータの回転子と同期
   して回転し、正規の励磁相切換用のタイミング信号とし
   て各ステツプ位置ごとに第１のパルス信号群であるパル
   ス信号を発生する第１のパルス信号群発生装置と、前記
   第１のパルス信号群によりステツプモータの励磁相の切
   換えを行う制御回路を有するステツプモータの３相励磁
   以上の駆動回路からなる閉ループ駆動制御方式の自励駆
   動装置において、速度規制用のパルス信号として、前記
   第１のパルス信号群の各１ステツプの予め設定し点を基
   準として予め設定した時間幅を有する第２のパルス信号
   群を発生する第２のパルス信号群発生装置と、前記第２
   のパルス信号が前記第１のパルス信号の終端より超過し
   ているか否かを比較し、超過していることを検出したと
   きは、その超過時間に対応する時間幅の検知信号を出力
   する速度検知手段とを備え、この速度検知手段からの検
   知信号の時間幅だけ、ステツプモータが通常時に励磁さ
   れるべき正規の切換励磁相に対して少なくとも１相前の
   励磁相を励磁することにより、回転速度が所定の基準速
   度以上になることを防止することを特徴とするステツプ
   モータの自励駆動装置。