JPS63171197A - ステツプモ−タ駆動装置 - 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】 技東分国 この発明は、マイクロステップ駆動方式のステップモー
タ駆動装置の改良に係り、特に、ステップモータの非直
線性に起因する誤差量を評価によって明確にし、その評
価結果により駆動命令量を調節することによって、ステ
ップモータの駆動電気角に対する実際の機械的回転角度
の直線性を向上させ、高精度の位置決め制御を実現した
ステップモータ駆動装置に関する。

従来扱権 従来から、ステップモータの駆動装置では、マイクロス
テップ駆動方式が用いられている。

このマイクロステップ駆動方式の第１の目的は、ステッ
プモータを滑らかに回転させることである。

ステップモータを低周波領域で駆動する場合、特にオー
バードライブを施さなくても、相対的に矩形波状の電流
が流れるので、ステップモータが衝撃的運動を行い、こ
れが異音発生の原因となる。

そのため、５００ｐｐｓ（パルス・パー・セコンド）程
度以下の低周波領域では、特にオーバードライブをする
必要がなく、むしろ正弦波状等の三角関数波の電流で駆
動する方が、異音の発生や特定周波数における振動や脱
調などの異常現象が起リにくい、という利点がある。

このような理由から、マイクロステップ駆動方式として
、正弦波電流駆動方式が用いられている。

また、第２の目的は、ステップモータのステップ角度を
細かく分割することによって、連続変位を可能にするこ
とである。

この場合には、主として４相ステツプモータのステップ
角を、１７２〜１／１２８（このような一定の比は、Ｓ
Ｄファクタと呼ば九る）の間の微小ステップで駆動する
装置を使用して、いわゆるステップ・デバイド駆動を行
う。

例えば、基本ステップモータの１回転当りのステップ数
をＮとしたとき、 Ｎ／（ＳＤファクタ）＝（ステップ数）／（回転）とな
り、原理的↓こは、等価多相駆動方式である。

第４図は、従来のステップ・デバイド駆動方式による相
電流の波形図である。

ステップ・デバイド駆動方式では、この第４図に示すよ
うな相電流を使用する。

すなわち、多相とも、最小ステップ角ごとに、駆動電流
値がステップ状に変化し、相互間の組合せによってステ
ップ角を細分割する。

この第４図に示したステップ状の相電流の極限は、正弦
波であり、このような相電流を使用する電動機は、連続
変位の多相同期電動機である。

このように、従来のステップ・デバイド駆動方式も、マ
イクロステップ駆動方式ということができる。

ところが、このような従来のマイクロステップ駆動方式
では、いずれも、駆動電気角に対する回転角度のリニア
リティ（Ｌ　ｊ、ｎｅａｒｊ、ｔｙ）　、すなわち直線
性については、考慮されていなかった。

要約すれば、マイクロ、ステップ駆動方式は、公知であ
り、電気角で与えられる駆動命令量に対して、モータの
実際の機械的回転角度は、ノン・リニアリティ（Ｎｏｎ
　　Ｌｊｎｅａｒｊｔｙ）特性となっている。

そのため、以下に詳しく説明する理由によって、高精度
の位置決めを行うことは困難であった。

ここでは、ハイブリッド形の２相ステップモータをバイ
ポーラ駆動する場合について説明する。

第５図は、従来のマイクロステップ駆動方式における駆
動電流を説明する図で、駆動電流を電気角で示している
。図面において、Ｋはあるマイクロステップ位置を示す
。

ます、２つの相をＡ相とＢ相とし、電流が逆に流れる場
合をＡ相とπ相とする。なお、ここでは、１相励磁によ
ってステップ駆動させたとき、ステップモータの軸は、
０．９°回転されるものとする。

励磁相をＡ相からＢ相に切換えると、ステップモータの
軸は、機械的に、０．９°回転される。

ここで、ノン・リニアリティを無視すれば、０’Ｈ＝　
　Ｏｅ　／　１’ＯＯ となる。ＯＭは機械的な回転角、Ｂｅは駆動電気角であ
る。

次の第６図は、従来のマイクロステップ駆動方式におけ
る駆動電流と機械的な回転角との関係の一例を示す特性
図と、Ａ相とＢ相の駆動電流の波形を示す図である。図
面において、ｐ、　ｌ　ｐ、　’　ｒＰ１″は１相励磁
位置、Ｐ２　ｒ　ｐ２’　＋　ｐ２”は２相励磁位置、
ＭＳＮＬはマイクロステップ・ノン・リニアリティ（Ｍ
ｉｃｒｏ　５ｔｅｐ　Ｎｏｎ　Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ　）
を示し、また、ｍの実線は実際の移動状態を示す特性曲
線、ｎの一点鎖線は理想的な移動状態を示す特性線であ
る。

この第６図から明らかなように、従来のマイクロステッ
プ駆動方式では、Ａ相およびＢ相の２相を励磁したとき
、駆動電気角Ｏｅに対する機械的な回転角ＯＭは、実際
の移動状態を示す実線ｍのように、「うねり」を有して
いる。

この傾向は、第６図に示した一点鎖線ｎ、すにわち理想
的な移動状態を示す特性線である線ｎと対比すれば、一
層明確であり、実線ｍと一点鎖線ｎとの間に生じるギャ
ップ、マイクロステップ・ノン・リニアリティＭＳＮＬ
が存在する。

この実線ｍのような特性を有する駆動電流値を式で示せ
ば、従来のマイクロステップ駆動方式の場合、Ａ相の駆
動電流■へとＢ　４＝１１の駆動電流■８は、第６図の
下方に示すように、 ＩＡ　　＝　　ＩＯ０ｃｏｓ　　（θｅ　）ＴＢ　　＝
　　ＩＯ−５ｉｎ　　（θｅ　）となる。なお、ＩＯは
ピーク電流値である。

このＡ相の駆動電流■ＡとＢ相の駆動電流よりは、例え
ば第５図で、あるマイクロステップ位置Ｋが、θｅ＝３
０°であったとすれば、この場合には、 ＩＡ　（３０）　＝　　ＩＯ°ｃｏｓ　３０゜ＩＢ（３
０）＝　　ｌｏ−ｓｉｎ　３０゜となり、模式的には、
第５図のＯＫの方向に励磁されることになる。

Ａ相の駆動電流■。とＢ相の駆動電流１Ｂが、０ｅ＝３
０°の場合には、あるマイクロステップ位置Ｋ　（３０
）は、第６図のＫのようになる。

すなわち、Ａ相の駆動電流工Ａと、Ｂ相の駆動電流ＩＢ
は、第６図の下方に示すように、それぞれに点の値とな
る。

このＡ相の駆動電流■４とＢ相の駆動電流■Ｂのマイク
ロステップ・ノン・リニアリティＭＳＮＬについて、別
な見地から説明すれば、１相励磁位置においては、駆動
電気角Ｏｅに対する機械的な回転角ＯＭの傾きが小さく
なり、２相励磁位置においては、その傾きが大きくなる
、という難点が存在する。

このように、従来のマイクロステップ駆動方式では、駆
動電気角θｅと機械的な回転角θＭの関係は、ノン・リ
ニアリティ、すなわち非直線性を有する特性であり、必
ずしも高精度の位置決め制御は行えない、という不都合
があった。

目　　　　　的 そこで、この発明のステップモータ駆動装置では、従来
のマイクロステップ駆動方式のステップモータ駆動装置
におけるこのような不都合を解決し、駆動命令量を調節
することによって、実際の回転角度のリニアリティを向
上させ、高精度の位置決めを可能にしたステップモータ
駆動装置を提供することを目的としている。

具体的にいえば、先の第６図の特性図で、駆動電気角に
対する機械的回転角度が、一点鎖線ｎとなるように補正
することによって、実際の機械的＝８一 回転角度のリニアリティを向上させることを目的とする
。

構　　　成 そのために、この発明のステップモータ駆動装置では、
ステップモータと、該ステップモータをマイクロステッ
プ駆動する正弦波等の三角関数波の駆動電流を発生する
励磁手段と、該ステップモータの励磁相を切換える手段
とを具備し、マイクロステップ駆動を行うステップモー
タ駆動装置において、前記励磁手段の駆動電流を補正す
る駆動電流値補正手段を設け、該駆動電流値補正手段の
出力により前記励磁手段の駆動電流を補正することによ
って、ステップモータの駆動電気角に対する機械的回転
角度の非直線性を改善している。

一層具体的にいえば、ステップモータの駆動電気角に対
する機械的回転角度の非直線性が補正されるように、駆
動電流を補正し、補正正弦波電流と補正余弦波電流によ
って、マイクロステップ駆動を行うようにしている。

また、第２の実施例として、励磁手段は、近似的に正弦
波等の三角関数波の駆動電流とされるディジタル化され
た駆動電流を発生するように構成されている。

さらに、第３の実施例として、駆動電流値補正手段は、
励磁相Ａの駆動電流■４として、ＩＡ：　　ｌｏ−ｃｏ
ｓ（Ｏｅ＋Ｌｓｉｎ（４Ｘｉｌｌｅ））励磁相Ｂの駆動
電流よりとして、 ＩＢ　＝　　ｌｏ−ｓｉｎ　（Ｏｅ＋Ｌｓｊ、ｎ　（４
ＸＯｅ））のような駆動電流ＩＡ＋ＩＢとなるように補
正している。

最後に、第４の実施例として、駆動電流値補正手段によ
って補正され、励磁手段から出力される励磁相Ａの駆動
電流１八と、励磁相Ｂの駆動電流■Ｂとは、近似的に正
弦波等の三角関数波の駆動電流とされるディジタル化さ
れた駆動電流となるように構成している。

次に、図面を参照しながら、この発明のステップモータ
駆動装置について、その実施例を詳細に説明する。

第１図は、この発明のステップモータ駆動装置の要部構
成について、その一実施例を示す機能ブロック図である
。図面において、■は入力制御回路、２は励磁電流設定
回路、３は励磁相分配回路、４は励磁回路、５はステッ
プモータを示す。

この第１図に示したステップモータ駆動装置で、励磁相
分配回路３は、先の第５図の４つの相（Ａ。

Ｂ、Ａ、Ｂ）のうち、どの相を励磁するかを決定する回
路で、１相または２相を選択する機能を有している。

励磁電流設定回路２は、励磁相分配回路３によって選択
された相の電流値を設定する回路である。

この励磁電流設定回路２は、従来のマイクロステップ駆
動方式の場合には、すでに述べたように、ＩＡ＝　■ｏ
＋Ｃ０５（θｅ） １Ｂ＝　■ｏ−８ｉｎ（θｅ） のように設定されている。

これに対して、この発明のステップモータ駆動装置では
、 ■Ａ＝　■ｏ−ｃＯ８〔θｅ＋　Ｌｓｉｎ　（４Ｘθｅ
）　］ＩＢ　＝　　ＩＯ−５ｉｎ　［ｉｌｅ＋Ｌｓｉｎ
　（４Ｘθｅ）　］となるように設定される。なお、Ｌ
は補正しない場合のノン・リニアリティの関数で、リニ
アリティが良い程、その値は小さくなる。

励磁回路４については、次の第２図にその一例を示す。

第２図は、第１図に示したこの発明のステップモータ駆
動装置において、その励磁回路４の要部構成の一例を示
す機能ブロック図である。図面において、Ｑ＋　、Ｑ２
　、Ｑ７　、Ｑｓは励磁相切換え用のトランジスタ、Ｑ
ｓ、Ｑ４．Ｑｓ　、Ｑａは電流量を制御するトランジス
タ、ＡＯ＋　ＡＩ　ＨＢ　ｏＨＢｌは励磁相切換え制御
信号、ＡＯ’　、　ＡＩ　’　。

ＢＯ’＋ＢＩ′は電流値制御信号を示す。

そして、先の第６図の特性図で、駆動電気角に対する機
械的回転角度を、一点鎖線ｎのように制御するために、
第２図の電流値制御信号Ａ。′。

Ａ　Ｉ　’　ｒ　ＢＯ’　ｔ　Ｂｌ′　を与えればよい
。

また、励磁相切換え制御信号Ａ　ｏＨＡ　１　ｇ　Ｂ　
ｏｙＢ、は、駆動電流の方向も制御する。

第３図は、この発明のステップモータ駆動装置において
、Ａ相とＢ相の駆動電流の波形を示す図である。図面に
おいて、ｑの実線は補正された駆動電流、ｒの破線は正
弦波状の駆動電流を示す。

この第３図に、実線ｑで示すような補正された駆動電流
を、Ａ相の駆動電流とＢ相の駆動電流として発生させれ
ば、第６図の一点鎖線ｎのような特性が得られる。

このように、この発明のステップモータ駆動装置では、
ステップモータのノン・リニアリティの量を評価によっ
て明確にし、駆動命令量を調節することによって、実際
の機械的回転角度のりニアリテイを向上させている。

なお、以上の実施例では、Ａ相、Ｂ相の電流値がアナロ
グ的（サイン波、コサイン波）に変化する場合について
述べた。

しかし、すでに従来のステップ・デバイド駆動方式に関
連して、説明したように、正弦波や余弦波等の三角関数
波をディジタル的に細分化して駆動する場合においても
、同様の効果が得られることは明らかである。

また、任意のマイクロステップ位置で停止させる場合の
ノン・リニアリティ特性の補正に限らず、連続的にマイ
クロステップ駆動させた場合のノン・リニアリティ特性
の補正についても、同様に実施可能であり、この発明の
ステップモータ駆動装置は、これら両方の補正を対象と
していることは、いうまでもない。

以上に詳細に説明したとおり、この発明のステップモー
タ駆動装置では、ステップモータと、該ステップモータ
をマイクロステップ駆動する正弦波等の三角関数波の駆
動電流を発生する励磁手段と、該ステップモータの励磁
相を切換える手段とを具備し、マイクロステップ駆動を
行うステップモータ駆動装置において、前記励磁手段の
駆動電流を補正する駆動電流値補正手段を設け、該駆動
電流値補正手段の出力により前記励磁手段の駆動電流を
補正することによって、ステップモータの駆動電気角に
対する機械的回転角度の非直線性を改善している。

紘−一果 したがって、この発明のステップモータ駆動装置によれ
ば、リニアリティの良いマイクロステップ駆動を行うこ
とができ、各種の位置決め制御を行うステップモータ駆
動装置として採用することが可能となる。

また、この発明のステップモータ駆動装置を。

例えば、磁気ディスク装置の駆動に使用すれば、極めて
高精度の位置決め制御を行うことができる。

さらに、トラックのランアウトにヘッドを追従させる場
合には、追従特性が著しく向上される、等の多くの優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のステップモータ駆動装置の要部構
成について、その一実施例を示す機能ブロック図、 第２図は、第１図に示したこの発明のステップモータ駆
動装置において、その励磁回路４の要部構成の一例を示
す機能ブロック図、 第３図は、この発明のステップモータ駆動装置において
、Ａ相とＢ相の駆動電流の波形を示す図、第４図は、従
来のステップ・デバイド駆動方式による相電流の波形図
、 第５図は、従来のマイクロステップ駆動方式における駆
動電流を説明する図、 第６図は、従来のマイクロステップ駆動方式における駆
動電流と機械的な回転角との関係の一例を示す特性図と
、Ａ相とＢ相の駆動電流の波形を示す図。 図面において、１は入力制御回路、２は励磁電流設定回
路、３は励磁相分配回路、４は励磁回路、５はステップ
モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステツプモータと、該ステツプモータをマイクロステツ
   プ駆動する正弦波等の三角関数波の駆動電流を発生する
   励磁手段と、該ステツプモータの励磁相を切換える手段
   とを具備し、マイクロステツプ駆動を行うステツプモー
   タ駆動装置において、前記励磁手段の駆動電流を補正す
   る駆動電流値補正手段を備え、該駆動電流値補正手段の
   出力により前記励磁手段の駆動電流を補正することによ
   つて、ステツプモータの駆動電気角に対する機械的回転
   角度の非直線性を改善することを特徴とするステツプモ
   ータ駆動装置。