JPS6225897A - 4相ステップモータの制御装置 - Google Patents

4相ステップモータの制御装置

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JPS6225897A
JPS6225897A JP16374585A JP16374585A JPS6225897A JP S6225897 A JPS6225897 A JP S6225897A JP 16374585 A JP16374585 A JP 16374585A JP 16374585 A JP16374585 A JP 16374585A JP S6225897 A JPS6225897 A JP S6225897A
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晃 倉橋
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簗瀬 純夫
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浩志 瀧
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/32Reducing overshoot or oscillation, e.g. damping

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本件発明は、4相ステップモータをW(ダブル)1−2
相励磁によって駆動する場合のロータ振動を抑制する界
磁コイルの励磁に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のステップモータの駆動方法は、特公昭59−20
278号公報に示される様に、1相励磁、2相励磁、1
−2相励磁の各励磁方法があり、2相励磁や1−2相励
磁の様に同時に多数相を励磁する方法を総称して多相励
磁と呼ばれている。
この多相励磁には、前述の2相励磁、1−2相励磁の他
に、特開昭58−69499号公報に示す様に、モータ
の各相の界磁コイルに流す電流を階段状に変化させて駆
動する事により、ステップモータの角度精度を上げ、ト
ルクのリップルを減少させる方法がある。°この駆動方
法は、一般にマイクロステップ駆動と呼ばれている。
そして、本発明に係る励磁方法であるWl−2相励磁は
、多相励磁の一種と考えられ、マイクロステップ駆動に
おいて、界磁コイルに流れる電流値を2段階に設定した
ものと考える事ができる。
このWl−2相励磁は、特開昭58−9597号公報に
示されている。そして、以上述べてきたWl−2相励磁
の駆動回路の一実施例を、第6図に示す。
また、この図は、4相VR型ステップモータでユニポー
ラ励磁方式のもので駆動部については、2相分のみを示
しである。そして、図において、1は入力端子14に駆
動指令パルスが供給されるとこのパルス数をカウントし
、出力する4ビツトのバイナリカウンタであり、出力が
メモリ素子2(通常はROM)に入力されてし、λる。
そして、メモリ素子2は、20〜27の第1〜第8の8
つの出力を出す。ここで、バイナリカウンタ1の出力(
カウント数)に応じて、表1に示す真理値表に従って、
メモリ素子2の第1〜第8の出力20〜27にH,L信
号が出力される。但し、第4.第5の出力24.25に
ついては不定である。
以下余白 また、3,4は、スイッチングトランジスタ8゜9の駆
動回路で、それぞれメモリ素子2の第4゜第2の出力2
3.21に接続され、メモリ素子2からの信号がHなら
ばトランジスタ8,9を導通し、Lならば遮断する働き
をもつ。
5はステップモータの各相に流れる電流値をPWM (
パルス幅変調)制御するための三角波発振回路である。
6はPWM (パルス幅変調)制御回路であり、三角波
発振回路5の三角波を入力する。そして、メモリ素子2
の第8の出力27からの信号のH9L信号に応じて、そ
れぞれ2つの基準電圧を得る。
次に、電流検出用の抵抗I2の電圧をフィードバックし
、基準電圧とを比較して、之の誤差信号(電圧)と三角
波を比較して信号H,Lに対応する必要なデユーティ比
を得て、電流制御トランジスタ7のベースを制御し、、
各相の界磁コイル10゜11に流れる電流を一定にして
いる。そして、信号Hに対して、信号りの時には、電流
制御トランジスタ7に流れる電流は約半分となっている
7は電流制御トランジスタで、エミッタは電源端子に、
コレクタは4相のうち2相の界磁コイル10.11の一
端に接続されている。
そして、界磁コイル10.11の他端は、それぞれスイ
ッチングトランジスタ8,9のコレクタ・エミッタを介
して、抵抗12に接続されている。
上述した回路の動作を説明すると、クロック入力端子1
4から、ある周波数の矩形波を入力すると、バイナリカ
ウンタ1のカウント数に応じて、メモリ素子2の第1〜
第8の出力20〜27から、表1に示す信号が出力され
る。
この信号に基づいて、PWM制御回路6やスイッチング
トランジスタ駆動回路(3,、4)が動作し、第7図に
示すように、各相(1〜4)の界磁コイルに流れる電流
が供給される事になる。また、第7図における1〜16
の数字は表1におけるカウント数θ〜15にそれぞれ対
応している。そして、第7図における界磁コイルの通電
をWl−2相励磁という。
ここで、クロック入力端子14から、入力される矩形波
の周波数は、ステップモータを駆動するパルスレートを
決定し、高い周波数ならば高速回転、低い周波数ならば
低速回転となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが上述した従来のものでは、第7図に示すように
、4相のうち1相のみ励磁される1相励磁の部分(第7
図における1、5.9.13)が必ず存在し、例えば、
この部分でステップモータがホールド(停止)された場
合、界磁コイルが1相MJJ磁しか行われていないので
、ロータの振動が大きく、同期はずれを起こしやすいと
いう問題点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
第1相から第4相の各相は、それぞれ一周期を16区間
とし、第1の電流レベルを2区間通電され、その後第1
の電流レベルに対して大きい第2の電流レベルを5区間
通、電され、さらに第1の電流レベルを2区間通電され
て、残り7区間は通電ツブモータを駆動させる4相ステ
ップモータの制御方法とすることである。
〔作用〕
従来のWl−2相励磁における1相励磁部分において、
第1の電流レベルを他の2相の界磁コイルに流し、3相
励磁とする。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す実施例について説明する。
第1図は本発明4相ステップモータの制御装置の第1実
施例を示すものであり、図において、第6図と同一符号
は同−又は相当部分を示し、また駆動部については、1
相分のみを示している。また、4相ステップモータは、
ロータに複数個の突極を有するVR形である。
そして、4相の界磁コイルの各相独立に、それぞれ駆動
回路3、PWMilJ?11回路6、電流制御トランジ
スタ7、スイッチングトランジスタ8、界磁コイル10
、抵抗12が接続され、界磁コイルの電流値を制御する
また、メモリ素子2は、バイナリカウンタ1の出力(カ
ウント数)に応じて、表2に示す真理値表に従って、メ
モリ素子2の第1〜第8の出力20〜27にそれぞれH
,Lの信号が出力される。
以下余白 ここで、第1の手段をなすメモリ素子2の出力。
24〜27は、それぞれPWM制御回路6に接続されて
おり、第1のレベル信号(L信号)を11区間発生し、
その後第2のレベル信号(H信号)を5区間発生して、
それぞれ4区間づつずれて、信号を発生する。
また、第2の手段をなすメモリ素子2の出力20〜23
は、界磁コイル10の導通、遮断を行うトランジスタ8
のベースを駆動する駆動回路3にそれぞれ接続され、O
N信号(H信号)を9区間発生し、その後OFF信号(
L信号)を7区間発生して、それぞれ4区間づつずれて
、信号を発生する。さらに、それぞれON信号(H信号
)の始まりは、第1の手段で得られた11区間の第1の
レベル信号のうち10区間目に対応している。
上述した回路の動作を詳細に説明すると、この回路では
、各相の電流を独立して制御可能なので、クロック入力
端子14から入力されるある周波数の矩形波に応じて、
メモリ素子2内に記憶された信号がサイクリックに出力
されるため、それらの信号に応じて第3の手段をなすP
WM制御回路6、半導体スイッチング素子をなすスイッ
チングトランジスタ駆動回路3が動作し、4相(第1相
、第2相、第3相、第4相)の各界磁コイルに第2図に
示すタイミングで電流が切り換わる事になる。
例えば、カウンタ1の出力(カウンタ数)が5の場合、
メモリ素子2からは表2に示す50時のデータが出力さ
れる。
このデータが出力されると、出力端子24〜27に接続
されているPWM制御回路6では、例えば出力端子27
に接続されているものでは、出力端子27のH信号によ
り、所定の基準電圧を得て、この電圧と電流検出用の抵
抗12のフィードバックされた電圧を比較して、この誤
差信号(電圧)と三角波発振回路5の三角波と比較して
、必要なデユーティ比を持つ矩形波を得て、電流制御ト
ランジスタ7のベースを制御し、界磁コイル10に流れ
る電流を第2の電流レベルに設定する。一方、出力端子
24〜26に接続されているものでは、出力端子24〜
26のし信号により、上述したと同様に、デユーティ比
の小さい矩形波を得て、電流制御トランジスタ7を介し
て、界磁コイル10に流れる電流を第1の電流レベルに
設定する。この時、第1の電流レベルは、第2の電流レ
ベルに対して、約0.41倍に設定している。そして、
三角波発振回路5、PWM制御回路6、電流制御トラン
ジスタ7で第3の手段を構成している。
また、メモリ素子2の出力端子20〜23に接続されて
いるスイッチングトランジスタ駆動回路3では、出力端
子22.23に接続されているもののスイッチングトラ
ンジスタ8がONL、、出力端子20.21に接続され
ているもののスイッチングトランジスタ8がOFFする
事になる。
以上の動作により、各相の電流は、第2図の6番に示す
状態に制御される事になる。つまり、第1相の界磁コイ
ルに第2の電流レベルが、第2相の界磁コイルには第1
の電流レベルがそれぞれ流れ、第3相、第4相の界磁コ
イルには電流が流れないこととなる。
そして、クロック入力端子14に矩形波が入力される毎
にカウントされ、表2に示すように、カウント数に応じ
て、メモリ素子2の出力20〜27にそれぞれ順次出力
される。これに応じて、第1相〜第4相の界磁コイルに
は、第2図に示すように、電流が流れることになる。
ここで、第2図は、1周期が16区間にわかれており、
各相においては、第1の電流レベルが2区間続き、その
後、第2の電流レベルが5区間続いた後に、第1の電流
レベルが2区間続き、その後に、通電されない区間が7
区間続くこととなる。
そして、各相はそれぞれ4区間づつずれて通電されるよ
うにしである。
そして、従来における第7図に示すように、1゜5.9
.13の部分においては、1相励磁の場合があるのに対
し、本発明による第2図に示すものでは、1,5,9.
13は、他の2相の界磁コイルに第1の電流レベルで2
相流しており、3相励磁されている。
また、第3図および第4図は、1,5,9.13いずれ
かの部分で、ステップモータをホールドした場合のロー
タの振動を示すもので、それぞれ本発明と従来を示しで
ある。ここで、横軸は時間を示し、1区間が8ms e
 cであり、縦軸はロータの振動におけるステップの数
を示してあり、1区間がlOステップとなっている。ま
た、この時のステップモータは、バイナリカウンタ1に
人力される矩形波が2000 p 1) S (pul
se /5econd)である。
従って、第3図および第4図から理解できるように、本
発明の方がロータの振動を極力無くすことができ、同期
はずれを起こすことがない。
また、本件発明の励磁方法を実施する場合、例えば、第
2図の1で第1相と第3相め電流レベルは、同一としで
あるので、ロータへの励磁方法がずれる事はなく、角度
精度には、何の影響も及ぼすものではない。
さらに、従来の方法と比較すると、第2図におけるl、
5,9.13で従来に対し、1相から3相励磁にするた
め、この励磁状態での消費電流は増加するが、この増分
は、モータの動作状態では、他の励磁状態との平均値と
して表われるので、消費電流の増加は、わずかなものと
なり、効率等にはほとんど影響を与えることはない。
なお、第5図に示す第2実施例においては、第1図に示
す第1実施例に対して、PWM制御回路6、電流制御ト
ランジスタ7および電流検出抵抗12が各相に必要であ
ったに対して、上記回路および素子が2相で、各々1つ
づつできる。
また、メモリ素子2の出力23.21に、AND回路1
5の入力が接続され、AND回路15の出力が、検出電
流値切換回路16に接続され、この検出電流値切換回路
16の出力がPWM制御回路6に入力されている。
さらに、メモリ素子2は、下記の表3に示す真理値表に
従って、メモリ素子2第1〜第8の出力20〜27にそ
れぞれり、 Hの信号が出力される。
出力24.25については、不定である。
以下余白 そして、検出電流値切換回路16の動作は、AND回路
15からHの信号が来ると、この回路内で電流検出抵抗
12間の電圧を1/2にして、PWM制御回路6に送り
、ANI)回路15からの信号がLの場合は、そのまま
の電圧を送る働きをもっている。そして、AND回路1
5、検出電流値切換回路16、抵抗12で第4の手段を
構成している。
この回路は、例えば、デジタルスイ・ノチとオペアンプ
等で構成されるものである。
以上の回路構成において、どの様にこの回路が動作する
か以下、説明を行う。
回路の基本的な動作は、第1図で示したものと変わらな
いため、本件発明の特徴である3相励磁時の電流値設定
について詳しく説明する。
例えば、第2図における9番の制御を行う場合、メモリ
素子2からは、8番地が出力される。
この信号に基づいて、PWM制御回路6及び、スイッチ
ングトランジスタ駆動回路3.4が動作するが、メモリ
素子2の出力端子21.23に接検出抵抗12からの電
圧の1/2の電圧を検出電流切換回路16から、PWM
制御回路6に出力される事になる。つまり、電流制御ト
ランジスタ7に流れる電流を第1の電流レベルの2倍と
して、界磁コイル10.11に流れる電流を第1の電流
レベルに設定する。
つまり、スイッチングトランジスタ8.9を同時にON
した時に、各相の界磁コイル10.11の抵抗値は等し
いので、結局、各々の相の界磁コイルto、itには、
2倍の第1の電流レベルの半分となり、第2図の9番に
示す用に、中間値(第1の電流レベル)の電流が流れる
事になる。
なお、上述した実施例ではVR形4相ステップモータで
あるが、ロータに永久磁石を用いたPM形の4相ステッ
プモータでもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明においては、従来のWl−2相
励磁における1相励磁部分を、他の2相の界磁コイルに
それぞれ第1の電流レベルを流すことにより、3相励磁
にすることができ、ステップモータをホールドする際に
ロータの振動を抑制して、同期はずれを防止することが
できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明ステップモータの制御装置の第1実施例
を示す電気回路図、第2図は本発明における各相の励磁
コイルに対する界磁コイルに流れる電流レベルを示した
特性図、第3図は、本発明におけるステップモータをホ
ールドした時のロータの振動を示す特性図、第4図は従
来におけるステップモータをホールドした時のロータの
振動を示す特性図、第5図は本発明ステップモータの制
御装置の第2実施例を示す電気回路図、第6図は従来の
ステップモータの制御装置を示す電気回路図、第7図は
第6図に示す従来における各相の励磁コイルに対する界
磁コイルに流れる電流レベルを示した特性図である。 l・・・4ビツトのバイナリカウンタ、2・・・第1お
よび第2の手段をなすメモリ素子、3.4・・・駆動回
路、5,6.7・・・それぞれ第3の手段を構成する三
角波発振回路、PWMllji回路、電流制御トランジ
スタ、8,9・・・半導体スイッチング素子をなすスイ
ッチングトランジスタ、10.11・・・界磁コイル、
12・・・抵抗。 代理人弁理士 岡  部   隆

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1相から第4相の各相は、それぞれ一周期を1
    6区間とし、第1の電流レベルを2区間通電され、その
    後第1の電流レベルに対して大きい第2の電流レベルを
    5区間通電され、さらに第1の電流レベルを2区間通電
    されて、残り7区間は通電されないようにし、前記第1
    相から第4相の各相は、4区間づつずれて繰り返し通電
    を行い、ステップモータを駆動させる4相ステップモー
    タの制御方法。
  2.  (2)4相に巻装設定された界磁コイルと、この界磁
    コイルの内周に回転自在に設けられた回転子とを有する
    4相ステップモータにおいて、 ステップモータの駆動指令を行う指令パルスと、この指
    令パルスのカウント数に応じて、第1のレベル信号を1
    1区間発生し、その後第2のレベル信号を5区間発生し
    、上記16区間を繰り返すと同時に、それぞれ4区間づ
    つずれた4つの信号を発生する第1の手段と、  前記指令パルスのカウント数に応じて、前記第1の手
    段で得られた11区間の第1のレベル信号のうち10区
    間目に対応してON信号を9区間発生し、その後OFF
    信号を7区間発生し、上記16区間を繰り返すと同時に
    、それぞれ4区間づつずれた4つの信号を発生する第2
    の手段と、 前記各相の界磁コイルに流れる電流を前記
    第1の手段により得られる第1のレベル信号で、第1の
    電流レベルに設定し、第2のレベル信号で、前記第1の
    電流レベルに対して大きい第2の電流レベルに設定する
    第3の手段と、  この第2の手段により得られるON信号で導通し、前
    記界磁コイルに電流を流し、OFF信号で遮断し、前記
    各相の界磁コイルに流れる電流をそれぞれ遮断する半導
    体スイッチング素子と、を備えたステップモータの制御
    装置。
  3. (3) 一対の並列接続された界磁コイルを2つ有し、
    この界磁コイルの内周に回転自在に回転子を設けた4相
    ステップモータにおいて、 ステップモータの駆動指令を行う指令パルスと、この指
    令パルスのカウント数に応じて、第1のレベル信号を3
    区間発生し、その後第2のレベル信号を5区間発生し、
    上記8区間を繰り返すと同時に、それぞれ4区間づつず
    れた2つの信号を発生する第1の手段と、 前記指令パルスのカウント数に応じて、前記第1の手段
    で得られた3区間の第1のレベル信号のうち2区間目に
    対応して、ON信号を9区間発生し、その後OFF信号
    を7区間発生し、上記16区間を繰り返すと同時に、そ
    れぞれ4区間づつずれた4つの信号を発生する第2の手
    段と、 前記各相の界磁コイルに流れる電流を前記第1の手段に
    より得られる第1のレベル信号で、第1の電流レベルに
    設定し、第2のレベル信号で、前記第1の電流レベルに
    対して大きい第2の電流レベルに設定する第3の手段と
    、 この第2の手段により得られるON信号で導通し、前記
    各相界磁コイルに電流を流し、OFF信号で前記各相界
    磁コイルに流れる電流をそれぞれ遮断する半導体スイッ
    チング素子と、 前記一対の並列接続された半導体スイッチング素子が両
    方通電した時に、前記一対の界磁コイルに流れる電流を
    第1の電流レベルの2倍に設定する第4の手段と、 を備えたステップモータの制御装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5646695A (en) * 1979-09-25 1981-04-27 Shinko Electric Co Ltd Circuit for exciting pulse motor
JPS5899299A (ja) * 1981-12-04 1983-06-13 Fuji Xerox Co Ltd ステツプモ−タ励磁方式

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