JPS63220800A - ５相ステツプモータ制御回路および制御方法 - 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 本発明は、直列に接続されて１つの５角形回路を構成し
ているステータ相巻線を有する永久磁石界磁形５相ステ
ップモータであって、個々のステータ相巻線の間の接続
点に、極性の異なる電源電圧を印加する電子スイッチを
接続した永久磁石界磁形５相ステップモータに関する。

直列に接続されて１つの５角形回路を構成するステータ
相巻線を有するステップモータにおいては例えばいわゆ
るＨ−ブリッジ回路に比してユニットのコストが低い制
御回路が可能である。更に５角形回路を５つの可撓接続
線を介して接続することができるの、で配線コストを低
減し、Ｈ−ブリッジ回路に比して半分に低減することが
できる。しかし１つの欠点は、冒頭に述べた形式の５角
形回路により（Ｈ−ブリッジ回路とは異なシ）半ステッ
プ作動を行なうことはできないことにある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、Ｈ−ブリッジ回路の利点を５角形回路
の利点と統合した、冒頭に述べた形式の簡単な制御回路
を提供することにある。本発明にシいては僅かなユニッ
トのコストおよび配線コストで半ステップ作動を実現で
きる。

問題を解決するための手段 上記問題は本発明によシ、スイッチが、それらのそれぞ
れの能動の切換位置（これらの切換位置は、異なる極性
の電源電圧を交番的印加する）の他に、それぞれの接続
点を浮かしひいては、その接続点の両側にそれぞれ位置
する相巻線を縦続接続する第３の切換位置を有するよう
にして解決される。このようにして２つまたはそれよシ
多い数の相巻線を直列に接続することができしたがって
半ステップ動作に必要な相巻線回路を実現することがで
きる。更に場合に応じて、同一の相巻線構成で、倍電圧
での電動機作動が可能である。

本発明は、直列に接続されて１つの５角形回路を構成し
電子スイッチを介して選択的に電流を流すことのできる
ステータ相巻線を有する５相ステップモータ制御方法で
あって、それぞれの電子スイッチが、ステータ相巻線の
間の対応する接続点に接続され前記ステータ相巻線は、
１つのステップ繰返しサイクルの経過と共に電圧電源の
１つの極と接続され５相モータのフルステップ作動の際
にはその都度のステップにおいて４つのステータ相巻線
に電流が流れるようにした５相ステップモータ制御方法
に関する。

本発明においては、連続する２つのフルステップ制御形
態の間の半ステップ作動の際に、少なくとも２つ、の相
巻線が、それらの間の接続点を浮かすこ七によシ直列に
接続されすべての相巻線に電流が流れる。

この場合における１つの方法では相巻線を互いに接続し
て、ロータが回転する際に、それぞれ隣接する２つの相
巻線が１４４°だけ位相がずれるようにし、４つの相巻
線に電流が流れ１つの相巻線が短絡される、２つのフル
ステップ位置の間の半ステップ位置において、２つの相
巻線が直列に接続されすべての相巻線に電、流が流れる
。したがって連続する半ステップ作動の際には、４つの
相巻線に電流が流れ１つの相巻線が短絡される回路形態
が、すべての相巻線に電流が流れ２つの相巻線が直列に
接続されている回路形態と交番することもでき、いずれ
か一方の回路形態のみを接続してフルステップ作動を２
つの方法で行なうようにすることもできる。

さらに本発明においては相巻線を互いに接続してロータ
が回転する際に、隣接する２つの相巻線が理論的に７２
だけ互いに位相がずれるようにしフルステップ作動の・
際に、電流が流れている４つのステータ相巻線のうちの
それぞれ２つがその都度のステップにおいて、それらの
間の接続点を浮かすことによ）直列に接続され第５の相
巻線が短絡される。この場合にそれぞれ２つの相巻線が
直列に接続されるので電動機を２重の電源電圧で作動す
ることができる。

１つの有利な実施例においては相巻線を互いに接続して
、ロータが回転する際に、隣接するそれぞれ２つ４の相
巻線が７２だけ互いに位相がずらされ、４つの相巻線に
電流が流れそれぞれ２つの相巻線が直列に接続され１つ
の相巻線が短絡される、２つのフルステップ位置の間の
半ステップ位置の際に、３つの相巻線の１つの群と、２
つの相巻線の１つの群とが直列に接続されそれぞれの群
に電流が流れるようにすることができる。

発明の効果 不発明によシ五角形回路においても僅かなコストで半ス
テップ作動を実現でき利用分野が拡張される。また倍電
圧による作動が可能なように電動機を構成することによ
シ相巻線の巻数や線強度を低減することができるので裏
作および保全が簡単で低コストになる。

実施例 第１図および第２図に、相巻線Ｗ１ないしＷ５の直列接
続から成る５角形回路１が示されている。点によシそれ
ぞれの相巻線始端が示されている。個々のステータ相巻
線Ｗ１ないしＷ５の間に接続点２が形成されこれらの接
続点２はスイッチＳ１ないしＳ５が接続されている。

簡単にするためにこれらのスイッチＳ１ないしＳ５を機
械的スイッチとして示す。実際には電子半導体スイッチ
によシ実現される。

スイッチＳ１ないしＳ５によシ、相巻［８１ないしＳ５
の間の個々の接続点２は交番して電圧電源３の極に接続
される。

本発明においてはスイッチＳ１ないしＳ５をそれぞれ、
電源電圧の正極または負極と接続するこれらの２つの能
動のスイッチ位置に加えて中性位置すなわち、対応する
接続点から実質的に遮断されるスイッチ位置に切換える
ことができる。遮断された接続点２に隣接する相巻線は
直列に接続される。

第３図は相巻線Ｗ１ないしＷ５の５つの誘起電圧Ｅ１な
いしＥ５をベクトルで示している。

誘起電圧Ｅ１ないしＥ５は、正弦波に近似する時間変化
を示しロータの連続回転によシ発生する。ベクトルは例
えば誘起電圧相互間の種々の位相位置を示す。矢印から
、第１図の相巻線Ｗ１ないしＷ５の５角形回路において
、隣接する相巻線の誘起電圧がそれぞれ１４４°だけず
れていることもわかる。

第２図の相巻線Ｗ１ないしＷ５の５角形回路においてし
たがって、隣接する相巻線の誘起電圧の位相ずれは７２
°である。

第４図ないし第３図においてそれぞれ５つの連続するス
テップＩないし■が示されておシそれぞれ異なる制御形
態が示されている。簡単にするためにこれらの図におい
ても第７図ないし第９図においても電圧電源の極への接
続は、スイッチなしで示されている。第４図ないし第３
図の５角形回路の相巻線構成は第１図の相巻線構成に相
応し第７図ないし第９図の相巻線構成は第２図の相巻線
構成に相応する。

第１図の５角形回路のフルステップ動作の場合には各ス
テップにおいて４個の相巻線に電流が流れ１個の巻線は
短絡される（これは第５図の５つのステップＩないし■
かられかる）。ステップＩにおいては例えば相巻線Ｗ１
の双方の巻線端が負極に接、続されて短絡され、相巻線
Ｗ２ないしＷ５のそれぞれ２つの巻線端は、極性の異な
る動作電圧にそれぞれ接続されている。

周期的に交番して各ステップで制御形態の切替が行われ
、ステップＩから出発してまず初めに相巻線１が、ステ
ップ■で相巻線２が、ステップＩで相巻線４が短絡され
（以後も同様である）その都度のステップにおいて他の
相巻線には電流が流れる。したがって第５図の制御形態
は、５角形回路において通常であるフルステップ動作に
相応する。

スイッチＳ１ないしＳ５を中性位置に切換えて、第５図
に示されているフルステップ位置の間に半ステップ位置
作動を行うことができる。

このために、連続する２つのフルステップ・制御形態の
間において２つ巻線を、それらの間の接続点を遮断すな
わち自由に浮かして直列に接続し他のすべての巻線には
電流を流す。この制御形態は第１図および第４図および
第３図に示されている。第４図においてはこの制御形態
はステップ■およびＶで実施され第３図においてはすべ
てのステップ位置工ないし■がこの制御形態に対応する
゛。この場合に第１図は第４図のステップ位置■に対応
しこのステップ位置■においては、相巻ＭＷ１とＷ５と
の間の接続点２は浮かされ他の相巻線Ｗ２ないしＷ４は
それぞれスイッチＳ２ないしＳ５を介して動作電圧につ
ながっている。

第４図のステップ位置■および■における半ステップ−
制御形態のみが直接に順次に接続されれば、引続いての
ステップ位置移行はフルステップで行なわれる。これは
第３図に示されている。

したがって、２つの異なる制御形態（第５図または第３
図）を用いてフルステップ作動を行なうことができるか
または、第５図および第３図における交番する制御形態
によシ（第４図に示されているように）半ステップ作動
を行なうことができる。

第１０図は、２０の半ステップのステップ繰返しサイク
ルに必要なスイッチ位置を示す。第１０図は、第１図の
５角形回路に対応し、ステップ繰返しは第４図に対応す
る。

第２図において相巻−Ｗ１ないしＷ５は、ロータの回転
の際に、２つのそれぞれ隣接する相巻線が理論的に７２
だけ互いにずれるように互いに接続される。これは第３
図のベクトルからもわかる。個々の接続点２を浮かすご
とによシ、フルステップ作動のだめのこの回路構成にお
いて、４つのステータ相巻線のうちのそれぞれ２つは各
ステップにおいて、これらの２つのステータ相巻線の間
の接続点を浮かすことにより直列に接続され第５の（す
なわち残った１つの）コイルは短絡される。このことか
ら、電流源のそれぞれ２つの極の間に２つの直列に接続
されている相巻線が挿入接続されしたがって第１図に対
してこの場合には倍電圧による電動機作動が行われるの
がわかる。第８図は、５つのステップ位置Ｉないし■に
おける、フルステップ作動のための相応の制御形態を示
す。

第２図の回路の場合にも半ステップ作動は可能であるす
なわち、その都度に４つの相巻線に電流が流れそれらの
それぞれ２つが直列に接続され残シの１つの相巻線が短
絡されている、第８図の２つのフルステップ位置の間に
それぞれ、６つの相巻線の１つの群と、２つの相巻線の
１つの群とを直列に接続してこれらの群に電流を流す。

このような制御形態が第２図に示されている。この制御
形態は第７図のステップ位置Ｈに相応する。ステップ位
置Ｉおよび■およびＶは、第８図のステップ位置列にお
ける切換位置に相応する。それぞれこれらのステップ位
置の間に位置するステップ位置■および■はこの場合に
それぞれ、６つの相巻線例えばｗｌおよびＷ３およびＷ
５の１つの群と、２つの相巻線例えばＷ２およびＷ５の
第２の群（第２図参照）とが直列に接続されている制御
形態を形成する。

この切換位置においては相巻線Ｗ１とＷ４との間の接続
点２と、相巻＃Ｗ２とＷ５との間の接続点２とが電圧源
の負極または正極に接続されている。したがって半ステ
ップ作動が可能である。第７図の半ステップ作動に相応
して、２００半ステップのステップ繰返しサイクルで、
対応する切換位置が第１１図に示されている。

第７図のステップ位置１．Ｉ、Ｖ等のみが接続される場
合には第８図のフルステップ作動が行なわれる。これに
対して第７図のステップ位置■、■等が使用されると第
９図に示されている別のフルステップ作動が行なわれる
。

本発明の１つの利点は、第１図または第２図の相巻線構
成を有し接続点２の接続を遮断制御できるようにステー
タを制作することによシミ動ｍｅ種々の電圧で交番して
作動することができる点にある。このようにして、例え
ば巻数の調整及び／又は線の強度の調整によシステータ
を種々の動作電圧に対して整合することを回避できる。

このようにして製作技術的にも保全の面でも利点が発生
する。更に半ステップ作動の導入によシ利用分野が拡張
される。

発明の詳細な説明および特許請求の範囲および図に記載
のすべての特徴は個々にでも相互の組合せとしても、本
発明の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、隣接する相巻線の誘起電圧がそれぞれ１４４
°だけ位相がずれている巻線構成の回路図である。第２
図は、隣接する相巻線の誘起電圧がそ、れぞれ７２°だ
け互いにずれている。相巻線構成の回路図である。第３
図は、５つの相巻線の誘起電圧をベクトルによシ示した
線図である。第４図は、半ステップ作動のための制御形
、態を示す回路略図であ・る。第５図は、フルステップ
作動の制御形態の回路略図である。第３図は、第５図と
は別のフルステップ作動制御形態を示す回路略図である
。第７図ないし第９図は、半ステップ作動と、２つの異
なるフルステップ作動における倍電圧制御形態を示す、
第４図ないし第３図に相応する回路略図である。第１０
図および第１１図は、２０の半ステップの１つのステッ
プ列周期における切換位置を示す図である。 １・・・５角形回路、２・・・接続点、３・・・電圧電
源、ｗ１〜Ｗ５・・・相巻線、Ｓ１〜Ｓ５・・・スイッ
チ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直列に接続されているステータ相巻線から成る５角
   形回路を有する永久磁石界磁形５相ステップモータ制御
   回路であって、個々の前記ステータ相巻線の間の接続点
   に、異なる極性の電源電圧を印加するための電子スイッ
   チが接続されている永久磁石界磁形５相ステップモータ
   制御回路において前記スイッチ（Ｓ１ないしＳ５）はそ
   れぞれ、異なる極性の電源電圧を交番的に印加するそれ
   らの２つの能動の切換位置の他に、それぞれの前記接続
   点（２）を浮かして前記接続点（２）の両側に位置する
   相巻線（Ｗ１ないしＷ５）を順次に接続する第３の切換
   位置を有することを特徴とする永久磁石界磁形５相ステ
   ップモータ制御回路。 ２、直列に接続されて５角形回路を構成し電子スイッチ
   を介して電流が流れるステータ相巻線を有する５相ステ
   ップモータ制御方法であって、それぞれの前記電子スイ
   ッチは、前記ステータ相巻線の間の接続点に接続され前
   記ステータ相巻線は１つのステップ繰返しサイクルの経
   過と共にその都度に電圧源の１つの極に接続されその際
   に前記５相ステップモータがフルステップ作動する場合
   にはその都度のステップにおいて４つのステータ相巻線
   に電流が流れる５相ステップモータ制御方法において、
   連続する２つのフルステップ−制御形態の間の半ステッ
   プ−制御形態においては少なくとも２つの相巻線（Ｗ）
   は、それらの間の接続点（２）を浮かすことにより直列
   に接続されすべての前記相巻線（Ｗ１ないしＷ５）に電
   流が流れるようにしたことを特徴とする５相ステップモ
   ータ制御方法。 ３、相巻線を互いに接続して、ロータが回転する場合に
   は、それぞれ隣接する相巻線が理論的に１４４°だけ位
   相がずれるようにし４つの相巻線に電流が流れ１つの相
   巻線が短絡される、２つのフルステップ位置の間の半ス
   テップ位置の際にはその都度に２つの相巻線が直列に接
   続されすべての相巻線に電流が流れるようにした特許請
   求の範囲第２項記載の５相ステップモータ制御方法。 ４、相巻線を互いに接続して、ロータが回転する際には
   、それぞれ隣接する２つの相巻線が理論的に７２°だけ
   互いに位相がずれており４つのステータ相巻線に電流が
   流れるフルステップ作動の際にはその都度のステップに
   おいて前記ステータ相巻線の間の接続点を浮かすことに
   よりそれぞれ２つの前記ステータ相巻線が直列に接続さ
   れ第５の前記ステータ相巻線が短絡されるようにした特
   許請求の範囲第２項記載の５相ステップモータ制御方法
   。 ５、相巻線を互いに接続して、ロータが回転する際には
   、それぞれ隣接する２つの前記相巻線が理論的に７２°
   だけ互いに位相がずれており４つの前記相巻線に電流が
   流れそれぞれ２つの前記相巻線が直列に接続され１つの
   相巻線に電流が流れる、２つのフルステップ作動の間の
   半ステップ作動の際にはその都度に、５つの相巻線の１
   つの群と、２つの相巻線の１つの群とが直列に接続され
   それぞれの群に電流が流れるようにした特許請求の範囲
   第２項記載の５相ステップモータ制御方法。