JPS6217960B2

JPS6217960B2 -

Info

Publication number: JPS6217960B2
Application number: JP55025822A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Ueda; Seiji Umehara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1987-04-20
Also published as: JPS56123797A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は駆動パルスの入力によりある一定の
角度だけ回転するようなステツピングモータの駆
動方式に関するものである。

第１図，第３図は従来のステツピングモータの
駆動方式の一実施例であり、第２図は第１図の、
第４図は第３図の駆動方式の励磁タイミング図で
ある。また第１図では説明を簡単にするために励
磁される極を４極とし、励磁はロータ側がＳ極と
なることにしてある。

第１図において、駆動入力パルス１が励磁制御
回路２ａに入力されると、ステツピングモータの
極３，４，５，６は、第２図のステツピングモー
タの極３，４，５，６の励磁波形３ｐ，４ｐ，５
ｐ，６ｐに示す関係で励磁される。（第２図以下
において、斜線部が励磁を意味する。）つまり、
隣接する２極が順次励磁される。隣接２極が励磁
されるとロータ７のＮ極は励磁された２極の中間
に移動して停止することになるので、隣接する２
極の励磁が順次切換つて行くとロータ７のＮ極は
順次励磁される２極の中間に向つて移動すること
になり、第２図に示す関係の場合第１図のロータ
７は左へ回転して行くことになる。言い換えれ
ば、ロータ７は、駆動入力パルス１が１パルス入
力される毎に90゜ずつ左に回転する。

また、第３図において、駆動入力パルス１が、
励磁制御回路２ｂに、第４図１ｐのように入力さ
れると、ステツピングモータの極３，４，５，６
は第４図のステツピングモータの極３，４，５，
６の励磁波形３ｐ，４ｐ，５ｐ，６ｐに示す関係
で励磁される。つまり、隣接する２極、次に１
極、次に隣接する２極と順次、１極と２極が交互
に励磁される。１極のみが励磁された場合は、励
磁された極の位置にロータ７のＮ極が移動して停
止することになり、２極励磁の場合は励磁された
極の中間にロータ７のＮ極が移動して停止するの
で、第４図に示す関係の場合、ロータ７のＮ極
は、励磁された極、次に励磁された２極の中間、
次に励磁された極というように、順次交互の条件
で移動して行く。言い換えれば、ロータ７は、駆
動入力パルス１が１パルス入力される毎に45゜ず
つ左へ回転して行くことになる。

ここで第１図と、第３図の駆動方式を比較した
場合、駆動入力パルス１が１パルス入力したと
き、ロータ７は第１図の駆動方式では90゜、第３
図の駆動方式では半分の45゜回転する。つまり、
駆動入力パルス１をある１定の周波数で入力させ
た場合、第１図の駆動方式は第３図の駆動方式の
２倍の回転速度でステツピングモータ７は回転す
ることになる。

さらに、ここで、２つの駆動方式の立上り駆動
トルクを較べてみると、第１図の駆動方式では、
ロータ７が、ある隣接２極、例えばステツピング
モータの極３，４が励磁されている状態で、ステ
ツピングモータの極３，４の中間でバランスして
停止しているとき、駆動入力パルス１が１パルス
入力すると、ステツピングモータの極４，５に励
磁が移るので、ロータ７のＮ極はステツピングモ
ータの極４，５の両方から同方向（左回転）に引
張られ、ロータ７のＳ極はステツピングモータの
極４，５の両方から同方向（左回転）に押出され
るようなトルクが加えられることになる。しかる
に、第３図の駆動方式の場合は、ロータ７がある
隣接２極、例えば、ステツピングモータの極３，
４が励磁されている状態で、ステツピングモータ
の極３，４の中間でバランスして停止していると
き、駆動入力パルス１が１パルス入力すると、ス
テツピングモータの極４に励磁が移るのでロータ
７のＮ極はステツピングモータの極４によつて左
回転方向に引張られロータ７のＳ極は、ステツピ
ングモータの極４によつて左回転方向に押出され
るようなトルクが加えられることになるし、その
後、ロータ７がステツピングモータの極４の位置
でバランスして停止している状態となつた後駆動
入力パルス１がパルス入力すると、ステツピング
モータの極４，５に励磁が移るので、ロータ７の
Ｎ極は、ステツピングモータの極５によつて左回
転方向に引張られ、ロータ７のＳ極はステツピン
グモータの極５によつて左回転方向に押出される
ようなトルクが加えられるが、このとき、ステツ
ピングモータの極４によつて、ロータ７のＮ極、
Ｓ極共、ステツピングモータの極４の位置に固定
させようとするトルクが加わつており、ロータ７
が左方向に回転しようとすると、それを妨げるよ
うなトルクとなるので、ステツピングモータの極
５から加えられるトルクから、その分を減じたト
ルクがロータ７に加えられることになる。以上の
ことから明らかなように１極を励磁するエネルギ
ーが同条件ならば、第１図の駆動方式の方が第３
図の駆動方式よりも立上り駆動トルクは大きい。

ところで、ステツピングモータを利用する場
合、トルクと負荷の条件で、ロータ７がある励磁
状態のバランス位置から次の励磁状態のバランス
位置まで到達する時間が制限され、これによつて
自起動周波数（周波数０から投入したとき、ステ
ツピングモータが駆動可能な周波数）の上限値が
決まる。（通常使用されているステツピングモー
タでは、第１図の方式では1000Hz、第３図の方式
では2000Hz程度である。）しかるに、さらに高速
で回転させる必要がある場合には、徐々に周波数
を上げて行くと例えば10000Hzで駆動可能とな
る。この場合第１図の駆動方式と第３図の駆動方
式を比較した場合、明らかに、立上り駆動トルク
の差から、ステツピングモータの軸の回転数を同
じ回転数にするのに要する時間は、同じステツピ
ングモータを用いる場合は、第１図の駆動方式の
方が第３図の駆動方式より短かくて済むことにな
る。また明らかに高速での安定性も高い。勿論こ
のとき、駆動周波数は第１図の駆動方式は第２図
の駆動方式の半分で済むことになる。

従つて、ステツピングモータを利用する装置
で、低速，高速の両方の速度を必要とするような
装置、例えばプリンター、CR等では、低速は
ある周波数に同期して動き、高速では可能な限り
高速にしようとする必要性があるものでは、第１
図の駆動方式が使われることが多い。

ところが、第１図の駆動方式は、低速（自起動
周波数内）で使用する場合、第３図の駆動方式と
比較した場合、励磁電流が同じならば、立上り駆
動トルク及び回転角が大きいため、軸の回転数が
同じならば軸の過渡的な速度変動が大きく、それ
が振動として駆動係に伝達されることになる。従
つて振動も大きくなる。この振動が音となるの
で、騒音が問題となるような装置に用いた場合、
伝達系に制振要素等を用いて振動を吸収するよう
な対策を構じることが必要となるが、精度を犠性
にしなければならない等の難点がある。従つて、
低速（自起動周波数内）で使用する場合は、第３
図の駆動方式の方が有利である。

このように、高速では第１図の駆動方式、低速
では第３図の駆動方式と有利さが異なるので、従
来、低速、高速両方使用するような装置では、高
速性、音のどちらかを犠性にしなければならなか
つた。

この対策として、アナログ量で、トルクが一定
となるように制御するような方式も考えられる
が、ハードウエアが膨大となつたり、駆動周波数
を数倍に上げなければいけないなどの問題があ
り、コストの面で障害となつている。

この発明は、これらの欠点を除去するため、駆
動周波数を判別して切換えることにより、低速と
高速で駆動方式を切換えるようにしたもので、以
下図面について詳細に説明する。

第５図はこの発明の１実施例で、さらに第６図
は第５図のタイミング図であつて、駆動入力パル
ス１が入力すると、周波数判別回路９は周波数を
判別し、基準以上ならば励磁制御回路２ａの出力
をゲート回路１０で選択し、基準以下ならば励磁
制御回路２ｂの出力をゲート回路１０で選択する
ような信号ゲート回路１０に与え、ゲート回路１
０の出力はステツピングモータの極３，４，５，
６を励磁する。

つぎに、動作を順を追つて詳しく説明する。ま
ず、駆動入力パルス１が基準周波数以上であれ
ば、周波数―電圧変換回路と基準電圧の比較回
路、あるいは基準クロツクで入力周波数信号の周
期をカウントし、その値を基準値との比較回路等
で実現される周波数判別回路９でゲート回路１０
に対して周波数判別回路９の出力波形９ｐの斜線
部のような出力を出し、励磁制御回路２ｂの出力
をステツピングモータの極３，４，５，６に伝達
せしめている。このときステツピングモータの極
３，４，５，６は第６図のステツピングモータの
極３，４，５，６の励磁波形３ｐ，４ｐ，５ｐ，
６ｐの破線部より左側に示すような波形のような
関係で励磁されることになる。その後、駆動入力
パルスの周波数が下がり、周波数判別回路９が基
準周波数以下であると判別すると、周波数判別回
路９はゲート回路１０に対して周波数判別回路９
の出力波形９ｐの斜線部より右のような出力を出
し励磁制御回路２ａの出力をステツピングモータ
の極３，４，５，６に伝達せしめる。このとき、
ゲート回路１０は、周波数判別回路９の信号を受
け取つた後、ステツピングモータの同期ずれを防
ぐために、励磁制御回路２ｂと励磁制御回路２ａ
の出力が一致する点、つまり、第６図のステツピ
ングモータの極３，４，５，６の励磁波形３ｐ，
４ｐ，５ｐ，６ｐの破線部の点で、出力を切換え
る。それ以後は、ステツピングモータの極３，
４，５，６の波形３ｐ，４ｐ，５ｐ，６ｐの波形
の破線より右側に示す関係で励磁される。周波数
が基準周波数より低から高へ変化するときも、同
様に、ゲート回路１０は、励磁回路２ｂと励磁回
路２ａの出力が一致する点で周波数判別回路９の
信号により出力を切換える。例えば第６図のステ
ツピングモータの極３，４，５，６の励磁波形３
ｐ，４ｐ，５ｐ，６ｐの１点鎖線の間のタイミン
グで切換えれば、ステツピングモータは、連続的
に励磁方式が切換えられることになる。

このように、駆動入力パルス１の周波数が高い
ときには、第１図の駆動方式と同じに動作し、周
波数が低いときには第３図の駆動方式と同じに動
作するので、低速では振動が少なく、高速ではマ
ージンのある動作とすることができる。

第１図の実施例では、説明を簡単にするために
励磁制御回路を２系統独立に示したが、実際の回
路の場合では、２つの励磁制御回路は、フリツプ
フロツプとゲートや、あるいはカウンタとＲＭ
等で構成される励磁位相発生部の１部を切換える
ことにより励磁位相を切換えることが出来るの
で、ハードウエアはほんの少ししか増えないので
コスト面では殆ど問題とならない。

また、説明の実施例では、単に励磁方式の切換
であるが、低速での周波数が定まつた周波数であ
れば、周波数判別回路に、駆動入力パルスの間に
自動的にパルスを挿入するような回路（例えばワ
ンシヨツトマルチあるいはカウンタ回路等で構成
される回路）を加えれば駆動パルスあたりの回転
角を一定に出来ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のステツピングモータ駆動方式の
一実施例を示す図、第２図は第１図の駆動方式の
ステツピングモータの極の励磁タイミング図、第
３図は従来のステツピングモータ駆動方式の他の
一実施例を示す図、第４図は第３図の駆動方式の
ステツピングモータの極の励磁変位タイミング
図、第５図は本発明装置の一実施例を示す図、第
６図は第５図の駆動方式のステツピングモータの
極の励磁変位タイミング図である。図中、１は駆動入力パルス、２ａ，２ｂはそれ
ぞれ励磁制御回路、３，４，５，６はステツピン
グモータの極、７は永久磁石のモータ、８はステ
ツピングモータ、１ｐは駆動入力パルスの波形、
３ｐ，４ｐ，５ｐ，６ｐはステツピングモータの
極３，４，５，６の励磁波形、９ｐは周波数判別
回路９の出力波形である。なお、図中、同一ある
いは相当部分には同一符号を付して示してある。

Claims

【特許請求の範囲】

１駆動パルスを入力して順次励磁する極を切り
換えて行くステツピングモータの駆動回路におい
て、駆動パルス周波数に応じて極励磁の変位方式
を切り換え、駆動パルス周波数が基準値以下の間
は１―２相励磁により低回転角（低回転トルク）
となる極励磁変位方式とし、基準値を越えている
間は２相励磁により高回転角（高回転トルク）と
なる極励磁変位方式とすることを特徴とするステ
ツピングモータ駆動方式。