JPS61142998A - ステツピングモ−タ制御装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明はステッピングモータ制御装置、特にステッピン
グモータの減速、停止特性を改善するステッピングモー
タ制御装置に関する。

［従来技術］ 近年、自動制御あるいはマイクロコンピュータ応用機器
の分野において、簡単かつ精度の高い操作部材としてス
テッピングモータが広く用いられている。周知のように
ステッピングモータでは移動子５対して所定の磁界を与
える事により所望の制御位置で移動子を停止させる事が
できる。

しかし、停止（静止）制御において、運動状態から停止
状態に移動子を移行させる場合、慣性のために移動子は
目的回転位置の安定点近傍で減衰振動を行なってから静
止する。従って特に時間的な停止精度を重んじる場合に
は従来ではこの減衰振動時間を短くするため、励磁相や
励磁時間に工夫をこらす事により移動子が安定点に達し
た時、持っている運動エネルギーをゼロに近づけ、振動
を迅速に収束させる方式が提案されていた。

このような従来方式ではモータにかかる負荷が一定の場
合にはある程度の効果を期待できるが、負荷変動が生じ
た場合には殆ど効果を期待できない他、モータ自体のト
ルクのバラツキにより振動の収束特性に差異が生じる事
があった。従って従来方式においても振動収束時間、即
ちダンピング時間にある程度余裕を見て、それから続く
制御を行なわねばならないため、動作の高速化が妨げら
れていた。どうしても高速な制御が必要な場合には位置
検出器などを設けてブレーキ動作を行なうなどの閉ルー
プ制御が必要で、部品点数の増加。

装置の高コスト化につながる問題があった。

［目　的］ 本発明は以上の問題点に鑑みて成されたもので、開ルー
プ制御のままでも、装置を複雑化する事なく停止精度良
くステッピングモータを高速駆動できるステッピングモ
ータ制御装置を提供する事を目的とする。

［本発明の構Ｉ＆］ 以上の目的を構成するため、本発明ではステッピングモ
ータの共通接続された対になった相のうち、移動子の移
動と関係しない対を減速領域において駆動する手段を設
けた構成を採用した。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明によるステッピングモータ制御回路の一
実施例を示している。ここではステッピングモータとし
て４相のユニポーラ巻線のステッピングモータＳＭを用
いている。ステッピングモータＳＭの連続して移動子の
周囲に配置した４つの相Ｉ〜■のうち、■相と厘相、■
相と■相は図示のように直列に接続され、それぞれその
タップ点は電源Ｖに接続されている。

また、各相Ｉ〜■の他端にはエミッタ接地の′トランジ
スタＴｒｉ−Ｔｒ４のコレクタがそれぞれ接続され、各
トランジスタのベースに駆動パルス５１〜Ｓ４を印加す
る事により各相に駆動電流が与えられ、モータ駆動が行
なわれる。

本実施例においては、図示するように対をなして接続さ
れたＩ相〜■相のそれぞれの駆動用トランジスタとの接
続点は、それぞれダイオード−Ｄｉ、Ｄ３及びＤ２．Ｄ
４を介してエミッタ接地のトランジスタＴｒ５．Ｔｒ６
のコレクタと接続されている。トランジスタＴｒ５．Ｔ
ｒ６のベースには電流制限抵抗を介して駆動パルスＳＷ
Ｉ。

ＳＷ２が印加される。

以上の構成において、不図示の移動子が停止している際
に駆動パルスＳＷｌを与えると、■相と■相にそれぞれ
１１．Ｉ３が流れる。この件１状態では相対するＩ、Ｉ
相の電流１１と１３は等しいので両相と移動子間に発生
する力は打ち消し合い、移動子は動かない。ところが、
回転中に駆動パルスＳＷＩによりトランジスタＴｒ５を
ＯＮとすると、移動子の移動により発生したＩ−ＩＩ相
の巻線に生じる逆起電力により１１場１３となり、移動
子に制動がかかる。駆動パルスＳＷ２によりトランジス
タＴｒ６をりＮとした場合にも■、■相について同様の
事がいえる０本発明ではこの制動力により減速制御及び
停止制御を行なう。

上記の制動動作を用いたモータ駆動の一例を第２図に示
す、第２図は第１図の各駆動パルス５ｌ−Ｓ４及びｓｗ
ｉ　、ＳＷ２の波形を示したタイミングチャート図であ
る。

第２図の時刻ｔｏｏ”ｔｏまでは常に２つの相をオーバ
ーラツプさせて駆動する、いわゆる２相励磁力式による
加速領域で、目標位置までの移動子（または被駆動部材
）の迅速な移動を行なう。

続いて移動子が目標位置に近づくにつれ、時刻ｔｏより
励磁をｌ相励磁に切り換えて減速に移る。ここでは各相
が順に１相ずつ励磁され、徐々にそのパルス幅が長くさ
れる。そして移動子が目的位置に到達する時刻ｔ２に先
立つ時刻ｔ１において、励磁されている■相に加えて更
に■相に最終パルスを与え、１．ＩＶ相を同時に駆動し
て２相励磁により停止制御を行なう。

以上の時刻ｔｏ−ｔ２の減速領域のうち、時刻ｔｏｘｊ
　１の区間では、ｌ相励磁状態において駆動されていな
い対の相の側の駆動パルスＳＷｌまたはＳＷ２をハイレ
ベルにする０例えば、図示のように、■相が駆動されて
いる場合はパルスＳＷ２をハイレベル、■相が駆動され
ている場合はパルスＳＷｌをハイレベルとする。これに
より、結果的には３つの相が同時に駆動状態に置かれ以
上のようにして前述の如くして発生される制動力により
移動子の慣性が殺され、移動子の減速が速まる。従って
従来方式よりもさらに減速領域における駆動パルス長は
短くて済み、短期間で効果的な減速を行なって、目標位
置への到達後時刻ｔ２〜ｔ３において生じる移動子のダ
ンピング時間を短縮する事ができる。従ってこの後目標
位置においてより迅速に続く制御へ移行する事ができる
。

しかも電流工１とＩ３の差（あるいはＩ４とＩ２の差）
は移動子の速度が大きければ、それに従って大きく、ま
た小さければ減少するので、相の電流差による制動力は
回転速度に比例した大きさになる。従ってモータ負荷が
変動した場合でもこれに応じた適切な制動力により常に
安定した減速特性を得る事ができる。

ここで第３図（Ａ）に本発明制御における時間ｔに関連
した駆動周波数（パルスレート）ｆの関係を図示する。

第３図（Ｂ）は従来の２相励磁により同じパルスモータ
を駆動した場合の駆動周波数特性を示している。第３図
（Ｂ）の従来例では時間をかけて徐々に周波数を落とし
、減速を行なわなければならないが、第３図（Ａ）に見
るように本発明では短時間で周波数を落としても効果的
な減速が可能で、時刻ｔ２〜ｔ３のダンピング時間も短
くなっている事がわかる。

以上の実施例では減速領域では常に３つの相に電流が流
れる事になリモータの発熱等を考えると好ましくない。

この場合第１図のトランジスタＴｒ５．Ｔｒ６のコレク
タ・エミッタ回路に直列に電流制限用の抵抗素子を入れ
てやる。

この結果制限された電流値が１１とＩ３　　（あるいは
Ｉ２とＩ４）の差電流の最大値よりも大きくなるように
上記電流制限用の抵抗の値を定めればその効果は何ら変
らない。

また、以上に示した実施例ではトランジスタＴｒ５．Ｔ
ｒ６を用いて対の相Ｉ、ＩＩとＩＩ、■に制動電流を流
したが、ダイオードＤＩ−０４及びトランジスタＴｒ５
　、Ｔｒ６を省略し、従来と同様の構成とし、直接駆動
パルス５ｌ−５４を制御して制動電流をかけるようにし
てもよい。

第４図に直接パルス５ｌ−５４を制御する場合のタイミ
ングチャート図を示す、第４図は第２図と同等の図で、
時刻ｔｏからの減速領域では移動子の移動に関連したｌ
相の他の２相を直接励磁（結果的には３相励磁となる。

）して制動をかけている。この結果、相電流１１　＊　
工３　（Ｉ２　＋Ｉ４）の状態は第２図の場合と全く同
様となり、より簡単な構成により、前記と同様の効果を
得る事ができる。

第４図の例でも第１図と同じく３相同時の励磁から来る
発熱の問題があるが、これは第５図のような構成により
解決する事ができる。

第５図では対の相Ｉ、ＩＩ及びＩＩ、Ｗに直列にそれぞ
れトランジスタＴｒ７　、Ｔｒ８から成るスイッチング
素子を接続し、通常の状態ではトランジスタＴｒ７．Ｔ
ｒ８を介して各相に給電が行なわれる。一方駆動バルス
Ｓｌ、Ｓ３およびＳ２゜Ｓ４はアンドゲートＧｌ、Ｇ２
にそれぞれ入力されており、このアンドゲートＧｌ、Ｇ
２の出力はそれぞれトランジスタＴｒ７．Ｔｒ８のベー
スに接続さ九ている。またトランジスタＴｒ７゜Ｔｒ８
のエミッターコレクタには並列に電流制限用抵抗ＲＬＩ
　、ＲＬ２をそれぞれ接続しである。

これらの抵抗値は前述のようにして定めておく。

このような構成によれば、減速領域においてパルス３１
．Ｓ３ないし５２．Ｓ４が同時にハイレベルにされると
、アンドゲートＧ１ないしＧ２を介してトランジスタＴ
ｒ７ないしＴｒ８が遮断され、同時に励磁される相への
電流供給は抵抗ＲＬＩないしＲＬ２を介して行なわれる
。これにより制動電流は小さな値に制限され、好ましく
ない発熱を抑制する事ができる。

以上の実施例では加速から減速への切り換え時点から対
の空巻線に制動電流を流し始めたが、加速領域の途中も
しくは減速領域にはいってしばらくしてから制動電流を
流し始めても上記の効果は充分現われる他、加速−等速
一減速といった台形駆動にも上記の制御が応用できるの
はいうまでもまた上記の実施例では４相ユニポ一ラ巻線
のステッピングモータを停止２相励磁で駆動する場合を
例に説明したが、停止ｌ相励磁で駆動する場合、あるい
は４相以外のモータを駆動する場合にも本発明の技術が
応用できるのは勿論である。更に本発明は第６図に図示
したようなパイボーラ巻線のモータ等にも応用できる。

〔効　果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各対
になった相に電流を流して個々の相を駆動するステッピ
ングモータ制御装置において、減速領域において前記の
対になった相のうち、移動子の移動と関係しない対の相
を駆動する手段を設けた構成を採用しているので、何ら
閉ループ制御機構のような複雑な構成を必要とせず、迅
速な減速とダンピング収束に基づき高速制御が可能な簡
単安価で優れたステッピングモータ制御装置を提供する
事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置の一実施例を示した回路
図、第２図は第１図の装置における動作を示したタイミ
ングチャート図、第３図（Ａ）。 （Ｂ）はそれぞれ本発明装置における作用効果を説明す
る線図、第４図は本発明の変形例における制御を説明す
るタイミングチャート図、第５図は本発明のさらに異な
った変形例を示した回路図、第６図はバイポーラ駆動の
回路を示す回路図である。 ■〜■・・・相

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ステッピングモータの各対になった相に電流を流し
   て個々の相を駆動するステッピングモータ制御装置にお
   いて、減速領域において前記の対になった相のうち、移
   動子の移動と関係しない対の相を駆動する手段を設けた
   事を特徴とするステッピングモータ制御装置。 ２）前記の移動子の移動と無関係の対の相を駆動する場
   合、この駆動エネルギーを他の相に対する駆動エネルギ
   ーよりも小さくする手段を設けた事を特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のステッピングモータ制御装置。