JPS63174594A - ステツプモ−タの駆動方法及び装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はステップモータの駆動方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 近年、回転速度と回転角度をデジタル制御できるステッ
プモータの適用範囲が広がり、１例として自動車エンジ
ンのマイクロコンピュータによる各種機械的負荷の位置
決め制御用アクチュエータとして適用される等該ステッ
プモータは自動車電装部品として考えられるようになっ
た。

このような位置決め制御においては、高速な位置決めと
位置決めの精度を上げることが要求されるが、高速な位
置決めを行うための応答性の向上と位置決めの精度を上
げるための分解能の向上とは互いに相反性が有る。

すなわち、位置決めの精度を上げるために高い分解能が
要求されれば、応答性が低くなり高速な位置決めが難し
くなり、逆に高速な位置決めのために応答性が要求され
れば、分解能が低くなり高精度な位置決めが難しくなる
。

通常、ステップモータの分解能向上を図るには直接ステ
ップモータを上位機種に変更、例えば永久マグネット型
からハイブリッド型への変更によりステップ角を小さく
したり、或いはモータに減速機構を設ける方法があるが
、前者はコスト的な制約で不可能なことが有り、後者は
、減速ギヤの機械的ガタを考慮しなければならない、い
ずれにしてもこれらの方法では分解能を上げることによ
す応答性が犠牲になってしまうので採用することはでき
ない。

分解能を下げずに応答性を上げるためには、ステップモ
ータの駆動回路に種々の工夫を施す必要が有り１例えば
定電流制御方式（チョッパー駆動方式）や２電源力式、
或いは特開昭６０−２８８００号のように最適駆動パタ
ーンによりスルーアップ。

スルーダウン駆動を行うことにより応答性を上げること
ができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらの方式により分解能を下げずに応
答性を向上させるには、どうしても駆動回路の部品点数
が増加し、複雑化するため、駆動回路がコストアップと
なるとともに大型化してしまう問題点がある。

特に自動車電装部品はコスト上の制約が大きく小型軽量
化も促進しなければならないため、上記の様な方式の採
用は困難であり、結局、ステップモータによる位置決め
制御としては高速な位置決めと位置決め精度の向上を同
時に達成することが困難であった。

本発明の目的は、装置の大型化とコストアップをともな
わずに高速な位置決めと、位置決め精度の向上が同時に
図れるステップモータの駆動方法及び装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための第１番目の発明のステップ
モータの駆動方法は、予め定められた周期でステップモ
ータの複数の励磁コイルへの励磁パターンを切換え励磁
し、前記ステップモータによって駆動される機械的負荷
の位置決めを行なうステップモータの駆動方法において
、予め定められた複数の励磁パターン群を記憶し、前記
記憶された所定の励磁パターンで駆動されるステップモ
ータが位置決め位置の所定量手前に到達すると前記記憶
されている複数の励磁パターン群の中からステップモー
タがより低速回転になる励磁パターン群を選択し、その
選択された励磁パターン群から励磁パターンを切換え励
磁してステップモータを低速回転させ１機械的負荷の位
置決めを行なうことを特徴とするものである。

また、第２番目の発明のステップモータの駆動装置は、
第１番目の発明のステップモータの駆動方法を実施する
ための装置であって、予め定められた周期でステップモ
ータの複数の励磁コイルへの励磁パターンを切換え励磁
し、前記ステップモータによって駆動される機械的負荷
の位置決めを行なうステップモータの駆動装置において
、予め定められた複数の励磁パターン群を記憶する励磁
パターン記憶部と、ステップモータの位置を検出する位
置センサと、この位はセンサからの位置情報によりステ
ップモータが位置決め位置の所定量手前に到達すると前
記記憶されている複数の励磁パターン群の中からステッ
プモータがより低速回転になる励磁パターン群を選択す
る励磁パターン選択手段と、選択された励磁パターン群
の励磁パターンを励磁信号としてステップモータの励磁
コイルへ供給するための励磁パターンレジスタと、ステ
ップモータが前記位置決め位置に達し停止した時の励磁
パターンを記憶する停止時励時パターンレジスタと、ス
テップモータ停止時の励磁パターンを判別し、その励磁
パターンが低速回転用の励磁パターンであるときは前記
停止時励磁パターンレジスタの記憶内容を停止位置近傍
の高速回転用の励磁パターンに変更する停止時判別手段
とを具備したものである。

［作用］ この発明は、ステップモータの位置を検出する位置セン
サの位置情報により、ステップモータが位置決め位置の
所定量手前に到達するまでは励磁パターン選択手段が高
速回転となる励磁パターン群を選択してパルスモータを
高速回転させ、その後、ステップモータが前記位置決め
位置の所定量手前に到達すると該励磁パターン選択手段
が低速回転となる励磁パターン群を選択してパルスモー
タを低速回転させることにより、応答性と分解能の向上
を計り、高速な位置決めと精度の良い位置決めを行なう
ようにしたものである。

［実施例］ 以下、本発明を図面に従い説明する。

第１図は本発明の一実施例であるステップモータの駆動
回路図である。

第１図において、例えば４相ステツプモータ（図示せず
）は、その励磁コイルΦ１．Φ２．Φ３、Φ４にコント
ローラ１　（マイクロコンピュータ）からの相信号１−
１．１−２．１−３．１−４を各々増巾器２−１．２−
２．２−３．２−４により増巾した励磁電流のＯＮ、Ｏ
ＦＦ　（励磁パターン）により駆動される。

コントローラ１は機械的負荷（図示せず）を駆動するス
テップモータを所定の位置へ位置決め制御するため１回
転方向指示信号４により右回転方向もしくは左回転方向
に、駆動パルス数データレジスタ３から所定の位置決め
位置までの駆動パルス数（ＣＮＴ）だけステップモータ
を駆動させる第２図はコントローラ１の制御内容を示す
フローチャートである。

まず、ステップ２００では所定の位置決め位置までステ
ップモータが駆動されて停止したかどうかの判断を行な
い所定の位置決め位置まで駆動されて停止した場合、ス
テップ２２４へ飛ぶ。

所定の位置決め位置に達していない場合はステップ２０
１へ進み、ここで起動時かそれとも起動後であるかを判
断するためスタートＦの状態を監視する。

スタートＦが「１」で起動時の場合は処理２１へ進むが
これは停止時の励磁コイルへの励磁パターンが１相励磁
か２相励磁かによって再起動時の処理が違うために行う
ことで、後で詳しく説明するステップ２０６．２０７は
ステップモータの回転速度すなわち励磁コイルへの励磁
パターンを切換るタイミングを決めるためのもので１回
転速度定数（Ｔｏｗ　ｖ　）を設定回転速度に応じて設
定して、プログラムがステップ２０６　を通過する毎に
デクリメントを行い回転速度定数（ＴｏＲｖ）がＯにな
った時に励磁パターンを切換るためにステップ２０８へ
と進み、それ以外はステップ２２４　までバイパスする
。

ステップ２０８は、ステップモータを引き続き駆動する
ために次の励磁パターンへ切換るか、それとも停止させ
るかの判断を行うもので、これは駆動パルス数が０にな
った時にステップ２２２でｉ化ＤＦを「１」にするため
、駆動パルス数が０になりステップモータが所定の位置
まで駆動されたとして、これから停止する必要がある場
合にはＨＬＤＦが「１」なので、処理２２へ進む。

処理２２はステップモータを停止する際に、停止時に消
費電力低減を図るため励磁電流を遮断するか、それとも
位置保持のために励磁電流を流し放しにするかの処理で
あり、これも後で詳しく説明する。

ステップ２１３は駆動パルス数（ＣＮＴ）　　が成る設
定値Ｎより小さいかどうかの判断を行ない、大きい場合
にはステップ２１４へと進み、回転方向が右方向ならス
テップ２１５の右回転２相励磁のサブルーチンへ・進み
、左方向ならステップ２１６の左回転２相励磁のサブル
ーチンへ進み、小さい場合にはステップ２１７へと進み
、回転方向が右方向ならステップ２１８・の右回転１−
２相励磁のサブルーチンへ、左方向ならステップ２１９
の左回転１−２相励磁のサブルーチンへと進む。

このことは、すなわち、ステップモータが所定の位置決
め位置よりＮパルス分以上離れている間は２相励磁法で
ステップモータを高速回転で駆動させ、所定の位置決め
位置よりＮパルス分以内に入った場合には１−２相励磁
法でステップモータの回転数を下げて、分解能を上げ位
置決め精度を向上することができることを意味している
。

続いて次のステップ２２０では駆動パルス数（ＣＮＴ）
をデクリメントして、ステップ２２１で駆動パルス数（
ＣＮＴ）が０であればＨＬＤＦを「１」にして、ステッ
プ２２３では回転速度定数（Ｔｏｗｖ）を再設定するス
テップ２２４はタイマー調節のサブルーチンであり、こ
れは毎回、ステップ２２４　を通過する時間を一定時間
に調節する処理であり、このことにより各カウント値を
一定時間毎にインクリメントおよびデクリメントするこ
とが可能となり、またステップモータの励磁切換タイミ
ングも一定となる例えば、ステップモータを１００ｐｐ
ｓで駆動させる場合、励磁切換タイミングは１Ｏｎａｓ
ｅｃ毎となる。

このためタイマー調節を１　ｍ５ｅｃとして回転速度定
数（Ｔｏｗｖ）を１０に設定すればステップ２０８　を
通過する時間間隔は１　ｍ５ｅｃ　Ｘ　ｔｏ　＝　ｌｏ
ｍｓｅｃとなり、励磁切換タイミングがｌ０ｍ５ｅｃと
なる訳である。

次のステップ２２５は励磁パターンの出力すなわちステ
ップモータへ相信号１−１．１−２．１−３．１−４を
出力する処理であり、具体的には第４図の励磁パターン
記憶部の内容を出力ポートにロードすることである。

次に、第５図は本発明の構成を示すブロック図であり、
５は予め定められた複数の励磁パターン群、本実施例に
おいては１相励磁パターン群と２相励磁パターン群を記
憶する励磁パターン記憶部であり、１１はステップモー
タの位置を検出する位置センサである。６は励磁パター
ン選択手段であり１位置センサ１１からの位置情報によ
りステップモータが位置決め位置の所定量手前に到達す
ると前記記憶されている複数の励磁パターン群の中から
ステップモータがより低速回転になる励磁パターン群を
選択するためのものである。７は選択された励磁パター
ン群の励磁パターンを励磁信号としてステップモータの
励磁コイルφ１．φ２．φ３、φ４へ供給するための励
磁パターンレジスタであり、８はステップモータが前記
位置決め位置に達し停止した時の励時パターンを記憶す
る停止時励磁パターンレジスタである。９はステップモ
ータ停止時の励磁パターンを判別する停止時判別手段で
あり、該モータ停止時の励磁パターンが低速回転用の励
磁パターンであるときは前記停止時励磁パターンレジス
タ８の記憶内容を停止位置近傍の高速回転用の励磁パタ
ーンに変更するためのものである。

それでは、次に具体的にどのように励磁パターンを切換
るかについて、第３図に示すサブルーチンのフローチャ
ートと第４図の励磁パターンメモリを示す図により説明
する。

ここで、Ｍｏ２．Ｍθ２２Ｍθ３．Ｍｏ２は各々、１相
励磁法の励磁パターンのアドレスを示しＭθ１２２Ｍθ
２３９Ｍθ４１は各々、２相励磁法の励磁パターンのア
ドレスを示しており、これらの内容を予めメモリ（ＲＯ
Ｍ）内に書込んでおく、（第４図のＤＡＴＡ及び第５図
の励磁パターン記憶部５に相当） −＾ＤＲは現在の励磁パターンのアドレスを示し、これ
をメモリ（ＲＡＭ）に書き込み、その内容を括弧のある
（ＭＡＤＲ）と表現した。（第５図の励磁パターンレジ
スタ７に相当） この（ＭＡＤＲ）をインクリメントやデクリメントする
ことにより、右方向回転や左方向回転および２相励磁法
や１−２相励磁法による励磁パターンの切換を行ってい
る。

また、　ＭＲＥＳは停止時の励磁パターンのアドレスを
示し、メモリ（ＲＡＭ）に書き込み、その内容を括弧の
ある・（ＭＲＥＳ）と表現した。（第５図の停止時励磁
パターンレジスタ８に相当） 第３図において、右回転２相励磁のサブルーチンでは、
ステップ３０１で現在の励磁パターンのアドレス内容（
に＾ＤＲ）がＭｏ４１であるかどうか、すなわち励磁パ
ターンが励磁コイルφ１とφ４が励磁中かどうかの判断
を行い、ｒＹＥｓＪならステップ３０２で（ＭＡＤＲ）
にＭｏ１２を書き込み、「ＮＯＪならステップ３０３で
（ＭＡＤＲ）を＋２インクリメントする。

このことは、すなわちステップモータの励磁パターンを
（Ｍｏ１２）→（Ｍｏ２Ｂ）→（ＭｏＢ２）→（Ｍｏ４
１）→（Ｍｏ１２）に切換えていることになる。

左回転２相励磁のサブルーチンではステップモタの励磁
パターンは逆方向に（Ｍｏ１２）→（Ｍｏ４１）→（Ｍ
ｏＢ２）→（Ｍｏ２Ｂ）→（Ｍｏ１２）に切換えている
ことになる。

右回転１−２相励磁のサブルーチンではステップ３０４
ではステップ３０１　と同様に現在の励磁パターンのア
ドレス内容（ＭＡＤＲ）がＭｏ４１であるかどうか、す
なわち励磁パターンが励磁コイルφ１とφ４が励磁中か
どうかの判断を行い、「ＹＥＳ」ならステップ３０５で
（ＭＡＤＲ）にＭｏ２を書き込み、「ＮＯＪならステッ
プ３０６で（ＭＡＤＲ）を＋１インクリメントする。

このことは、すなわちステップモータの励磁パターンを
（Ｍｏ２）→（Ｍｏ１２）→（Ｍｏ２）→（Ｍｏ２３）
→（ＭＯＳ）→（ＭｏＢ２）→（Ｍｏ２）→（Ｍｆ＋４
１）→（Ｍｏ２）に切換えていることになる。

左回転１−２相励磁のサブルーチンではステップモータ
の励磁パターンは逆方向に（Ｍｏ２）→（Ｍｏ４１）→
（Ｍｏ２）→（ＭｏＢ２）→（ＭＯＳ）→（Ｍｏ２Ｂ）
→（Ｍｏ２）→（Ｍｏ１２）→（Ｍｏ２）に切換えてい
ることになる。

ここで前に述べた第２図フローチャートでの処理２１と
２２について説明する。

処理２２はステップモータを停止する際に、停止時に消
費電力低減を図るため励磁電流を遮断するか、それとも
位置保持のために励磁電流を流しつ放しにするかの処理
を行なうものであり、ステップ２０９で停止時保持の場
合はステップ２１２に飛び、そうでない場合にはステッ
プ２１０で現在の励磁パターンのアドレス内容（ＭＡＤ
Ｒ）がＭθＣＬＲかどうかの判断を行なうが、ＭθＣＬ
Ｒの内容はオールＯすなわち現在のステップモータは、
無励磁であるかどうかの判断であり、停止直後は（Ｍｏ
２）〜（Ｍｏ４１）のいずれかの励磁パターンになって
いるので、ステップ２１１へ続き、ここで停止時の励磁
パターンのアドレス内容（ＭＲＥＳ）に現在の励磁パタ
ーンのアドレス内容（ＭＡＤＲ）をロードして（ＭＡＤ
Ｒ）にはＭθＣＬＲをロードすることにより、停止時の
無励磁化を図る。

処理２１は停止時の励磁コイルへの励磁パターンが１相
励磁か２相励磁かによって再起動時の処理が違うために
行うもので、再起動時に駆動パルス数（ＣＮＴ）が成る
設定値Ｎよりも大きい場合は２相励磁法での駆動になる
が、もし停止時に１相励磁の励磁パターンの状態で止ま
っていた場合に停止時の励磁パターンのアドレス内容（
ＭＲＥＳ）にはＭｏ２、Ｍｏ２．Ｍｏ２．Ｍｏ２のいず
れかが入っているために、その後の励磁切換制御がうま
くいかなくなる。

したがって、その場合は停止時の励磁パターンのアドレ
ス内容（ＭＲＥＳ）は停止位置近傍の２相励磁パターン
のアドレス内容に変更する必要がある。

ステップ２０２で再起動時に駆動パルス数（ＣＮＴ）が
Ｎより小さいかどうかの判断を行ない、小さい場合には
１−２相励磁法での駆動のため問題がないのでステップ
２０５へ飛ぶが、大きい場合にはステップ２０３で停止
時に１相励磁の励磁パターンの状態で止まっているかど
うかの判断を行ない、「ＹＥＳＪであればステップ２０
４で停止時の励磁パターンのアドレス内容（ＭＲＥＳ）
を＋１インクリメントして停止位置近傍の２相励磁パタ
ーンのアドレスに変更する。（第５図の停止時判別手段
９に相当）そしてステップ２０５でスタートＦを０にし
て、（ＭＲＥＳ）を現在の励磁パターンのアドレス内容
（ＭＡＤＲＩにロードして、駆動パルス数（ＣＮＴ）が
Ｎより小さくな・るまで２相励磁法の駆動を行うように
している。

以上のように本発明の当実施例は、ステップモータの位
置決め制御において、所定の位置決め位置より成る設定
駆動パルス分以上離れている間は２相励磁法でステップ
モータを高速回転で駆動させ、所定の位置決め位置より
設定駆動パルス分以内に入った場合には１−２相励磁法
に切換えてステップモータの回転数を下げて分解能を上
げているので位置決め精度を向上することができる。

これはステップモータの制御にマイクロコンピュータを
使い、特別なハードウェアの追加なしにソフトウェアの
充実を図ることにより、はとんどコストアップとはなら
ない。また、駆動回路も大型、複雑化することもない。

また、停止時に無励磁にして消費電力を下げることがで
き、この場合は記憶しである停止時の励磁パターンを復
帰させることにより問題もなく。

更に、停止時に励磁パターンが１相励磁が２相励磁かに
かかわらず２相励磁法で確実に起動することができる。

尚、当実施例において１−２相励磁法での駆動範囲は所
定の位置より成る設定駆動パルス分以内となっているが
、これはフィードバック制御による位置センサー人力等
で位置検出を行い所定の位置決め位置から成る範囲内に
近づいたかどうかでステップモータの駆動方法を２相励
磁法から１−２相励磁法に切り換える方法であれば構わ
ない。

更に励磁パターンの切換方法としては、第６図のように
１相励磁法のみのステップモータの励磁パターンを記憶
して、２相励磁パターンは２つのｌ相励磁パターンを論
理和することにより作り出す方法、例えば（Ｍｏ２）と
（Ｍｏ２）との論理和で第４図の（Ｍθ【２）の励磁パ
ターンを作り出す方法により、２相励磁法と１−２相励
磁法によるステップモータの駆動を可能にすることもで
きる。

第７図は上記方法による他の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、第５図に比べて論理和手段ｌＯが追加され
ており、励磁パターンレジスタ７には励磁パターン記憶
部５から直接とり出す１相励磁パターンと論理和手段１
０により作り出す２相励磁パターンとのいずれかが入る
。

［発明の効果］ 以上説明してきた様に、第１番目の発明のステップモー
タの駆動方法によれば、装置の大型化とコストアップを
ともなわずに高度な位置決めと、位置決め精度の向上が
同時に図れる効果を有するまた、第２番目の発明のステ
ップモータの駆動装置によれば、上記第１番目の発明の
ステップモータの駆動方法を適切に実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は
ステップモータの駆動回路図、第２図は第１図に示すコ
ントローラの制御内容を示すフローチャート、第３図は
サブルーチンのフローチャート、第４図は励磁パターン
メモリを示す図、第５図は構成を示すブロック図であり
、第６図は励磁パターンメモリの他の実施例を示す図、
第７図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。 １・・・コントローラ、　　　　φ１．φ２１φ３１φ
４・・・励磁コイル、　　　５・・・励磁パターン記憶
部６・・・励磁パターン選択手段、　　７・・・励磁パ
ターンレジスタ、　　　８・・・停止時励磁パターンレ
ジスタ、　　９・・・停止時判別手段、ＩＯ・・・論理
和手段、　　　１１・・・位置センサ第４日 （１−１’ｔ）ｔ１３’ｉｌノ・Ｆ ｔ５　”ＩＩＡ　２　ｊｎｋＵｒ：　　　　　”４−３
　ｆ￥］ｒｂ＋刃

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め定められた周期でステップモータの複数の励
   磁コイルへの励磁パターンを切換え励磁し、前記ステッ
   プモータによって駆動される機械的負荷の位置決めを行
   なうステップモータの駆動方法において、予め定められ
   た複数の励磁パターン群を記憶し、前記記憶された所定
   の励磁パターンで駆動されるステップモータが位置決め
   位置の所定量手前に到達すると前記記憶されている複数
   の励磁パターン群の中からステップモータがより低速回
   転になる励磁パターン群を選択し、その選択された励磁
   パターン群から励磁パターンを切換え励磁してステップ
   モータを低速回転させ、機械的負荷の位置決めを行なう
   ことを特徴とするステップモータの駆動方法。
2. （２）前記予め定められた複数の励磁パターン群を、１
   相励磁パターン群と２相励磁パターン群とから構成し、
   ステップモータが前記位置決め位置の所定量手前に到達
   するまでは２相励磁パターン群の励磁パターンを切換え
   励磁してステップモータを高速回転させるとともに、所
   定量手前に到達すると１，２相励磁パターン群の各励磁
   パターンを交互に順次切り換え励磁する１−２相励磁法
   によりステップモータを低速回転させたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のステップモータの駆動方
   法。
3. （３）前記２相励磁パターン群は、１相励磁パターン群
   の励磁パターンを論理和することにより生成することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のステップモータ
   の駆動方法。
4. （４）ステップモータが前記位置決め位置に達し停止し
   た時の励磁パターンが１相励磁パターンである場合は、
   再起動時に停止位置近傍の２相励時パターンに変更して
   から再起動することを特徴とする特許請求の範囲第２項
   又は第３項記載のステップモータの駆動方法。
5. （５）予め定められた周期でステップモータの複数の励
   磁コイルへの励磁パターンを切換え励磁し、前記ステッ
   プモータによって駆動される機械的負荷の位置決めを行
   なうステップモータの駆動装置において、予め定めたれ
   た複数の励磁パターン群を記憶する励磁パターン記憶部
   と、ステップモータの位置を検出する位置センサと、こ
   の位置センサからの位置情報によりステップモータが位
   置決め位置の所定量手前に到達すると前記記憶されてい
   る複数の励磁パターン群の中からステップモータがより
   低速回転になる励磁パターン群を選択する励磁パターン
   選択手段と、選択された励磁パターン群の励磁パターン
   を励磁信号としてステップモータの励磁コイルへ供給す
   るための励磁パターンレジスタと、ステップモータが前
   記位置決め位置に達し停止した時の励磁パターンを記憶
   する停止時励磁パターンレジスタと、ステップモータ停
   止時の励磁パターンを判別し、その励磁パターンが低速
   回転用の励磁パターンであるときは前記停止時励磁パタ
   ーンレジスタの記憶内容を停止位置近傍の高速回転用の
   励磁パターンに変更する停止時判別手段とを具備したこ
   とを特徴とするステップモータの駆動装置。
6. （６）前記励磁パターン記憶部は、予め定められた１相
   励磁パターン群と２相励磁パターン群とを記憶するもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のス
   テップモータの駆動装置。
7. （７）前記２相励磁パターン群は、論理和手段により前
   記１相励磁パターン群の励時パターンを論理和すること
   により生成することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載のステップモータの駆動装置。