JPS60160398A - ステツピングモ−タの励磁方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステッピングモータの励磁方式に関するもの
である。

従来のステッピングモータの励磁方式としては、１相励
磁力式、２相励磁力式、及び１−２相励磁力式がある。

ｌ相励磁方式は固定子巻線を１相ずつ順次励磁して回転
子を駆動する方式であり、入力電流が小さくて済むが起
動トルク及び静ト１ルクが小さく、シかも停止時に生じ
る振動が大きくセトリング特性が劣る欠点がある。また
、２相励磁力式は固定子巻線を２相ずつ同時に励磁する
方式であり、１相励磁力式に比べ起動トルク及び静トル
クを大きくできセトリング特性も改善さ゛れる利点があ
るが、入力電流が大きくなる欠点が１ある。これに対し
、ｌ−２相励磁力式は１相及び２相励磁力式が有する欠
点を解消する目的で考案されたものであり、起動時と停
止時に２相の固定子巻線をある一定時間同時に励磁する
構成となっているから、起動トルクを大きくできると共
に停止時には制動作用を与えてセトリング特性も改善さ
れている。

しかしながら、■−２励磁方式のステッピングモータで
も７０ツビイデイスク装置のように、よ１・・り正確な
位置決め動作や高いステップパルス周波数応答が要求さ
れる駆動装置に使用する場合、トルク特性及び過渡特性
の点において満足できるものではない。例えば、従来の
ステップモータでは、停止時のセ）　ＩＪソング性を改
善しようとすると逆１・に起動トルクが減少する不具合
が生じてしまう。

また、モータのローターの慣性を小さくしたり、マグネ
ットの磁力を強くしてセトリング特性を改善するにはモ
ータ形状が大きくなると共にモータのコストが高くなる
不都合が生ずる。更に２ステ！・・ッピング動作毎にヘ
ッドの位置決めを行なう方式ｌの駆動装置ではステップ
パルス周波数を高くしようとすると動作電圧も高くなり
、モータ自体の発熱が生ずる不具合を生じてしまう。

本発明の目的は、上述した欠点を解消し、マグネットの
磁力を強くしたりすることなく簡単な構成でトルク特性
及び過渡特性を改善でき、しかも高いステップパルス周
波数に対しても低い動作電圧で駆動できる励磁方式を提
供することＧこある。

本発明によるステッピングモータの励磁方式は夷・・起
動時の２相同時励磁期間ＴＡと停止時の２相同時期間Ｔ
Ｂを、ＴＡ＜ＴＢとなるようＧこ設定することを特徴と
するものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明者が種々の実験をした結果、停止時のセトトリン
グ特性を改善するには、停止時Ｇこおいて２相同時励磁
期間をできるだけ長く設定するのが有利であるが、起動
トルクを大きくするには起動時における２相同時励磁期
間をあまり長く設定してはならないことを見い出した。

即ち）従来のステラ２・−ピングモータでは起動時の２
相同時励磁期間ＴＡ１と停止時の２相同時励磁期間ＴＢ
とが、ＴＡ−ＴＢとなるように構成しているため停止時
のセトリング特性を改善しようとしてＴＢを長くすると
ＴＡも長くなってしまい、逆に起動トルクが低下する不
都合が生じていた。

第１１１は本発明による励磁方式の固定子巻線の励磁状
態を示すタイムチャートである。本例では、固定子巻線
を４相構造とし、人相、Ｂ相、１相及びπ相の順で励磁
する。また、本例では２ステップト・動作毎に位置決め
を行なう構成とし、人相と１相を停止巻線、Ｂ相とπ相
を起動巻線とする。第１図において、まず人相だけ励磁
された停止状態にあり、次にＢ相が励磁されて起動状態
になる。

この時、Ｂ相励磁後人相を消磁し、人相とＢ相が１゜共
に励磁状態Ｇこある期間をＴＡとする。次にτ相励磁後
Ｂ相を消磁し、このＢ相とτ相とが共に励磁状態にある
期間をＴＢとする。そしてＢ相が消磁すると１サイクル
の移動動作が終了する。次にに、百相励磁後τ相を消磁
し、τ相とπ相が共に４．。

励磁状態にある期間をＴＢに設定し、次いでＡ相１を励
磁後π相を消磁し、■相とＡ相′とが共に励磁状態にあ
る期間をＴＢとなるように設定する。これにヨリステッ
ピングモータの２サイクルが終了スルが、第１図に示す
例では４サイクル動作後に）停止Ｆ−，させるようにし
ているから上述した工程をさらに１回繰り返し停止状態
になる。この場合、起動時の２相同時励磁期間ＴＡをモ
ータのローターや回転子に結合されているマグネットの
磁力等を考慮して最適条件となるように設定し、次に停
止１・・時の２相同時励磁期間ＴＢをＴＡ　＜　ＴＢと
なるように設定する。このため本例では、Ｂ相とπ相の
励磁期間を人相と１相の励磁期間より長くなるように設
定する。このように構成すれば、起動トルクを最大Ｇこ
できると共に、停止時には制動力が有効１５に作用して
セトリング特性も改善できることＧこなる。即ち、トル
ク特性及び過渡特性を共に満足することが可能になる。

第２図は本発明Ｇこよる励磁方式の制御回路の一例を示
す回路図である。ＬＡ　、Ｌｌ、ＬＢ及びＬｌ２．１は
各固定子巻線の励磁コイルを示し、各励磁コイ１ルには
夫々スイッチング素子であるトランジスタＴｒＡ　、　
Ｔｒτ、ＴｒＢ及びＴｒＢを直列に接続し、逆流防止ダ
イオードＤを並列に接続する。また、ＬＡとＬｌとの間
およびＬＢとＬＢとの間には夫々適。

切な容量値の相間コンデンサＣＡ及びＣＢを接続し、入
力ラインと逆流防止ダイオード間には逆電圧吸収ダイオ
ードＺＤを接続する。そして、各トランジスタＴｒＡ　
、　Ｔｒτ、ＴｒＢ及びＴｒ百のベースに信号を付与し
て上述したタイムチャートに従うように口・各固定子巻
線の励磁コイルを励磁する。

第８図はプロツピーディスクの駆動装置に使用した場合
のセトリング特性を示す線図である。第８図Ａは従来の
励磁方式のステッピングモータの特性であり、ＴＡ　＝
　ＴＢ　＝　０　、６７Ｂ　８８０に設定してあ１−・
る。第８図Ｂは本発明による励磁方式のステップモータ
の特性であり、ＴＡ＝　２ｓｓｅｃ、　’Ｉ’Ｂ＝　２
．９ｍ８８０に設定する。第８図において、横軸はステ
ップパルスが入力してからの経過時間を示し、縦軸は７
０ツビーデイスクの読み取りヘッドの位置を２・・示す
。この読み取りヘッドの位置はローターの位ＩＩＷと対
応するものであり、第８図において安定した位置より内
側に入り込んでいる部分は振動により基準停止位置より
オーバーシュートしていることを示している。第３図か
ら理解できるように本・　。

発明による励磁方式では従来例に比べ短時間で安定する
こと、及び振動の振幅の大きさも軽減されていることが
理解できる。尚、セトリング特性の評価は、■ステップ
の回転角度をθＡ１オーバーシュートした角度をθＢと
すると、θＢ／θＡｘ１００％・（１で表わされる。

従来例のセトリング特性は１５〜１６％もあるが、本発
明による励磁方式では６〜８％に軽減されており、本発
明による励磁方式は従来例に比べ約５０％改善できる。

第４図はステップレートに対する最低動作電圧の関係を
示すグラフであり、横軸はパルスレートを示し、縦軸は
最低動作電圧を示している。基線は本発明による励磁方
式の特性を示し、破線は従来の１−２相励磁方式の特性
である。第４図から２・・（７〕 理解できるように、本発明ではパルスレートが小ｌさく
なるＧこ従って従来例よりも低い動作電圧でも駆動でき
ることが示されている。また、ステッピングモータは一
般的にステップレートを小さくしてゆくとある周波数以
上になると動作電圧を高く・しても全く動作しない限界
ステップレート値がある。この限界ステップレート値に
ついても従来の１−２相励磁方式では６．５　ｍ　８８
０であるが、本発明による励磁方式では５．６　ｍ　８
ｅＣｉと約１４％改善されている。

次に、起動トルクについて比較する。トルクについての
比較は同−各条件下における最低動作電圧を以って比較
する。従来の１−２相励磁方式の最低動作電圧は９，０
■であるが、本発明による励磁方式では７゜Ｏｖである
。このように、トルク特ｌ”性も約２０％改善されるこ
とになる。

以上説明したように本発明によれば、起動時における２
相同時励磁期間ＴＡと停止時の２相同時励磁期間ＴＢを
ＴＡ　＜　ＴＢになるように設定しているから、ロータ
ーの慣性を小さくしたりマグネット　・・（８） の磁力を強くすることなく起動トルク及びセトリング特
性を共に改善することが可能になる。特にセトリング特
性が改善されることにより、ヘッドの送りを一層円滑に
行なうことが可能になる。また、ステップパルスの周波
数応答特性も改善されぐモータの動作電圧を低く設定す
ることができると共に、ステップパルス周波数を大きく
することが可能になり、モータ自体の回転速度をより高
くすることが可能になる。

尚、前述した実施例では、Ｂ相とπ相の励磁期１・１間
を人相と１相の励磁期間よりも長く設定して、ＴＡ＜Ｔ
Ｂとなるように構成したが、第５図に示すように、各固
定子巻線への励磁期間ＴＤを等しく設定して各固定子巻
線への励磁のタイミングを変えてＴＡ＜ＴＢとなるよう
に構成することも可能で１５ある。

【図面の簡単な説明】

第１１ｆｉは本発明による励磁方式のタイムチャートを
示す線図、 第２図は本発明による励磁方式の制御回路の−２・・例
を示す回路図、 第８図は本発明による励磁方式を用いたステッピングモ
ータをフロッピーディスク装置の駆動源として用いたと
きのセ）　ＩＪング特性を示す線図、第４図はスラップ
レートと最低動作電圧との関・・係を示す線図、 第５図は本発明の別の実施例の励磁方式のタイムチャー
トを示す線図である。 ＬＡ、Ｌτ、ＬＢ　、Ｌ百・・・励磁コイルＴｒＡ　、
　ＴｒＡ　、　ＴｒＢ　、　ＴｒＢ−）ランジスタＺＤ
・・・逆電圧吸収ツェナーダイオードＣＡ、ＣＢ・・・
相間コンデンサ Ｄ・・・逆流防止ダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　起動時の２相同時励磁期間ＴＡと高士時の２相同時
   励磁期間ＴＢとが、ＴＡ＜ＴＢとなるように設定するこ
   とを特徴とするステッピングモータの励磁方式。