JPS63228997A - ステツピングモ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ステッピングモータを振動や騒音を生じさせ
ることなく円滑に回転駆動させるようにしたステッピン
グモータ駆動装置に関するものである。

（従来の技術） 従来のステッピングモータの回転駆動は、例えば２相ス
テツピングモータであれば２相励磁力式で駆動されてい
る。すなわち、第１１図のごとく、ステッピングモータ
のロータ角に対して駆動開始時ｔ。で９０度進み位相の
磁界が発生されるように巻線電流が駆動される。そして
、ロータ角が９０度を僅かに越えて回転した時点ｔ１で
さらに巻線電流を９０度進み位相（駆動開始時点ｔ。

のロータ角に対して１８０度進み位相）の磁界が発生さ
れるように巻線電流が切り換え駆動される。さらに、ロ
ータ角が約９０度回転して設定された磁界よりロータ角
が進み位相となる時点ｔ２で巻線電流がさらに９０度進
み位相となる磁界を発生するよう切り換え駆動される。

以後同様にして時点１３，１４．１５・・・て巻線電流
が切り換え駆動される。

ここで、巻線電流の切り換えられる時点は、ステッピン
グモータの負荷等を考慮した応答特性から予めテーブル
等に書き込まれた信号に基づいて設定される。なお、巻
線電流の切り換えは、ロータ角に対してステッピングモ
ータが安定領域内となるように磁界の切り換え駆動がな
される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、第１１図に示す従来の２相ステツピングモー
タの２相励磁力式にあっては、第１３図のごとく、巻線
電流の切り換え時点ｔ。、ｔｌ。

１２−・・で正の大きなトルクがロータに与えられ、ロ
ータの回転に伴ないトルクが減少し、ロータが磁界と同
じ位相となったときにトルクが零となり、さらにロータ
が慣性で回転する間は負のトルクが与えられる。そして
、ロータの速度は、第１２図のごとく切り換え時点１．
．１２．１３＋＋＋から上昇し、Ｕ−夕が磁界と同じ位
相をすぎると若干減速される。

このように、従来の２相励磁力式にあっては、ロータに
与えられるトルクが巻線電流の切換時点で急激に大幅な
変化をするため、ステッピングセータの振動や騒音が大
きいという問題点があった。

本発明の目的は、上記した従来の励磁方式の問題点を解
決するためになされたもので、ロータに与えられるトル
クの急激な変動を少なくして振動や騒音が発生しないよ
うにしたステッピングモータ駆動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） かかる目的を達成するために、本発明のステッピングモ
ータ駆動装置は、ステッピングモータのロータ角に対し
て、進み位相の磁界を発生させるように、マイクロステ
ップ駆動される巻線電流を短い周期で切り換えて、前記
ステッピングモータを回転駆動させるように構成されて
いる。

（作用） ロータ角に対して進み位相の磁界が発生するように、巻
線電流を短い周期のマイクロステップ駆動で切り換える
ので、ロータ角に対する磁界の位相差が急激に大きな変
化をしないように巻線電流を切り換え駆動でき、ロータ
に与えられるトルクが急激で大幅な変化をされることが
ない。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第１０図を参照し
て説明する。第１図は、本発明のステッピングモータ駆
動装置の一実施例のブロック回路図であり、第２図は、
第１図の動作を説明する全体的フローチャートであり、
第３図は、第２図の加速ステップを説明するフローチャ
ートであり、第４図は、第２図の減速ステップを説明す
るフローチャートであり、第５図は、ロータの速度が最
大に達する場合のロータ角と電気角、ロータの速度、ロ
ータに与えられる加速度の一例を示す図であり、第６図
は、ロータの速度が最大に達することなく減速停止され
る場合のロータ角と電気角、ロータの速度、ロータに与
えられる加速度の一例を示す図であり、第７図は、駆動
開始の際のロータ角と電気角を示す図であり、第８図は
、第７図のロータ角と電気角としたときのロータの速度
を示す図であり、第９図は、同じくロータに与えられる
トルクを示す図であり、第１０図は、減速停止の際のロ
ータ角と電気角を示す図である。

まず、第１図において、フロービーディスク装置または
ハードディスク装置のヘッドの移動に適用された本発明
のステッピングモータ駆動装置につき説明する。フロッ
ピーディスク装置（ＦＤＤ）またはハードディスク装置
（ＨＤＤ）の制御部１にフロッピーディスク制御装置（
ＦＤＣ）またはハードディスク制御装置（ＨＤＣ）から
ヘッドを移動させる指令値が与えられる。この制御部１
に移動開始位置レジスタ２．移動終了位置レジスタ３．
最大位置レジスタ４．最小位置レジスタ５および加減速
切換位置レジスタ６が接続されている。そして、ＦＤＣ
またはＩＤＣからヘッドが現在あるトラック番号の移動
開始位置が制御部１に与えられ、移動開始位置レジスタ
２に適宜にセットされ必要により読み出される。また、
最大位置レジスタ４および最小位置レジスタ５には、最
大トラック番号および最小トラック番号（すなわち零ト
ラツク）が予めそれぞれにセットされ、必要により読み
出される。さらに、ＦＤＣまたはＨＤＣから与えられる
指令値に応じてヘッドを移動させる目標とする移動終了
位置が制御部１で計算されて移動終了位置レジスタ３に
セットされる。

また、この移動終了位置と移動開始位置とから加減速切
換位置が計算されて加減速切換位置レジスタ６にセット
される。

インターバルカウンタ７は、インターノ＜）レタイマ８
から短い周期（例えば４０μ５６Ｃ周期）のクロック信
号が与えられ、制御部１の指令によりカウントを開始し
、そのカウンタ値が制御部１、加速変位テーブル９、減
速変位テーブル１０、加速位相差テーブル１１．減速位
相差テーブル１２に与えられる。そして、加速変位テー
ブル９と減速変位テーブルＩＯの読み出し出力が切換器
１３で選択されて変位レジスタ１４の内容に加算されて
セットされる。また、加速位相差テーブル１１と減速位
相差テーブル１２の読み出し出力が切換器１５で選択さ
れて位相差レジスタ１６にセットされる。そして、変位
レジスタ１４には、制御部１から移動開始位置が駆動開
始前にセットされ、この内容に加速変位テーブル９また
は減速変位テーブル１０の出力が累積して加算されてセ
ットされる。この変位レジスタ１４の内容が加減速切換
位置と一致すると、制御部１から出力される信号で切換
器１３．１５が連動して切り換えられる。さらに、イン
ターバルカウンタ７のカウンタ値が零か否かが制御部１
で判断される。

変位レジスタ１４と位相差レジスタ１６の出力は、加算
器１７で加算され、その加算値が電気角レジスタ１８に
セットされる。この電気角レジスタ１８の出力は、ベク
トル変換器１９に与えられ、ベクトル化テーブル２０の
データを参照してＡ相とＢ相の２相の電流値を定める信
号をそれぞれＡ相り／Ａコンバータ２１およびＢ相り／
Ａコンバータ２２に出力する。さらに、Ａ相り／Ａコン
バータ２１の出力がＡ相電流駆動増幅器２３で駆動電流
に変換増幅されてステッピングモータ２４のＡ相巻線２
５に流され、Ｂ相り／Ａコンバータ２２の出力がＢ相電
流駆動増幅器２６で駆動電流に変換増幅されてＢ相巻線
２７に流される。なお、２８はステッピングモータ２４
のロータである。

かかる構成からなる本発明のステッピングモータ駆動装
置の動作につき以下説明する。

まず、ＦＤＣまたはＩＤＣから指令値が出力されて制御
部１で読み込み（第２図ステップ■）がなされると、ヘ
ッドが現在あるトラック番号の移動開始位置が移動開始
位置レジスタ２にセットされる（第２図ステップ■）。

そして、指令値による移動方向および移動トラック数と
移動開始位置とから移動終了位置が制御部１で計算され
て移動終了位置レジスタ３にセットされる（第２図ステ
ップ■）。ここで、計算して求められた移動終了位置が
最大トラック番号より大きくまたは最小トラック番号よ
り小さければ、指令値または計算等に何んらかの誤りが
あるためであり、移動終了位置レジスタ３に最大位置ま
たは最小位置がセットされる（第２図ステップ■、■）
。さらに、移動開始位置と移動終了位置の中央位置が計
算されて加減速切換位置として加減速切換位置レジスタ
６にセットされる（第２図ステップ■）。このようにし
て初期設定が終了すると、続いて加速ステップ（第２図
ステップ■）さらには減速ステップ（第２図ステップ■
）が行われる。

加速ステップは、まずインターバルカウンタ７のカウン
タ値を０としく第３図ステップ■）、このカウンタ値０
に応じて加速変位テーブル９から加速変位（具体的には
０）が変位レジスタ１４に与えられて移動開始位置と加
算されてセットされる（第３図ステップ■）。また、加
速位相差テーブル１１から加速位相差（例えば９０度）
が位相差レジスタ１６にセットされる（第３図ステップ
■）。

さらに、変位レジスタ１４と位相差レジスタ１６の内容
が加算され、現在のロータ角より例えば９０度進んだ位
相の電気角が電気角レジスタ１８にセットされる（第３
図ステップ■）。この電気角からベクトル変換器１９と
Ａ相り／Ａコンバータ２１とＢ相り／Ａコンバータ２２
とＡ相電流駆動増幅器２３およびＢ相電流駆動増幅器２
６でＡ相巻線２５およびＢ相巻線２７へ流れる駆動電流
値が設定される（第３図ステップ■）。これらのＡ相巻
線２５およびＢ相巻線２７に流れる駆動電流によって、
ロータ角に対して９０度進み位相の磁界が発生される（
第３図ステップ■）。この進み位相の磁界によりロータ
２８はトルクが与えられて駆動される。そして、次のク
ロック信号の入来によりインターバルカウンタ７のカウ
ンタ値が１づつ増加される（第３図ステップ■）。さら
に、制御部１で変位レジスタの内容が加減速切換位置と
等しいか否かが比較され（第３図ステップ■）、一致し
なければ、第３図ステップ■に戻るループ動作が縁り返
され、一致すれば切換器１３．１５が切り換えられて減
速ステップ（第２図ステップ■）を開始する。

ここで、インターバルカウンタ７のカウンタ値か１のと
きに加速変位テーブル９がら読み出される加速変位は、
停止した状態にあるロータ２８に９０度進み位相の磁界
を与えてクロック信号−周期の間にロータ２８が変位す
る値である。そして、ロータ２８の回転に加速がつき、
インターバルカウンタ７のカウンタ値が大きくなると、
加速変位デープル９から読み出される加速変位が大きく
なるよう設定される。さらに、ロータ２８の回転が加速
されるとロータ２８は最高回転速度に達して速度変化を
生じないので、インターバルカウンタ７のカウンタ値が
大きくなっても加速変位はほぼ一定となるよう設定され
る。

一方、加速位相差テーブル１１から読み出される加速位
相差は、ロータ角に対してインターバルカウンタ７のカ
ウンタ値の増加にかかわらず９０度進み位相に一定であ
るように設定しても良いし、ロータ２８の回転速度が一
ト昇するのに伴ない進み位相の角度を徐々に小さなもの
とし、ロータ２８の最高回転速度では進み位相の角度が
ほぼ零であっても良い。

減速ステップは、まずインターバルカウンタ７のカウン
タ値を加減速切換位置の値としく第４図ステップ■）、
このカウンタ値に応じて減速変位テーブル９から減速変
位が変位レジスタ１４に与えられ、変位レジスタ１４の
内容と加算されてセットされる（第４図ステップ■）。

また、減速位相差テーブル１２から減速位相差が位相差
レジスタ１６にセットされる（第４図ステップ＠）。そ
して、変位レジスタ１４と位相差レジスタ１６の内容が
加算されて電気角レジスタ１８にセットされ（第４図ス
テップ■）、この電気角に応じてＡ相巻線２５とＢ相巻
線の駆動電流が設定されロータ角に対して遅れ位相の磁
界が発生される（第４図ステップ■。

■）。この遅れ位相の磁界によりロータ２８は負のトル
クが与えられて減速がなされる。そして、次のクロック
信号の入来によりインターバルカウンタ７のカウンタ値
が１づつ減少される（第４図ステップ■）。さらに、制
御部１でカウンタ値が０か否かが判別され、（第４図ス
テップ■）、カウンタ値が０となるまで第４図ステップ
■に戻るループ動作が繰り返され、カウンタ値が０とな
ると変位レジスタＩ４の内容に応じて停止位置に対して
位相差のない磁界を発生させてロータ２８を停止すべき
角度に安定かつ迅速に停止させ（第４図ステップ■）、
動作を終ｒさせる。

ここで、減速位相差テーブル１２から読み出される減速
位相差は、ロータ角に対してインターバルカウンタ７の
カウンタ値の減少にかかわらず９０度遅れ位相に一定で
あるように設定しても良いし、ロータ２８の回転速度が
下降するのに伴ない遅れ位相の角度を徐々に大きくしカ
ウンタ値が０となる近くで９０度遅れ位相となるように
設定しても良い。また、減速変位テーブル１０から読み
出される減速変位は、回転状態にあるロータ２８に遅れ
位相の磁界を与えて負のトルクを与えたときにクロック
信号−周期の間にロータ２８が慣性力により変位する値
であり、ロータ２８の回転速度および磁界の遅れ位相の
角度等により減速変位の量が変化されて適宜に設定され
る。

このように駆動されるステッピングモータ２４において
、ロータ２８が最高回転速度に達する長い時間駆動され
る場合は、第５図（ａ）のごとく、加速ステップでロー
タ角に対して進み位相の磁界が与えられ、減速ステップ
でロータ角に対して遅れ位相の磁界が与えられる。なお
、進みおよび遅れの角度は、徐々に変化させるよう第５
図では設定されている。すると、第５図（ｂ）のごとく
、ロータ２４の速度は駆動開始から上昇し、最高回転速
度に達し、さらに減速されてロータ２８が停止となる。

また、第５図（Ｃ）のごとく、加速度は駆動開始て最大
となり徐々に減少し、ロータ２８が最高回転速度の間は
加速度０となり、さらに負の加速度が徐々に増加しロー
タ２８が停止１−される。

また、ロータ２８が最高回転速度まで達しない短い時間
駆動される場合は、第６図（ａ）のごとく、加速ステッ
プの進み位相の磁界から減速ステップへの切り換えで遅
れ位相の磁界に切り換えられる。すると、第６図（ｂ）
のごとくロータ２８の速度は上昇から減速に切り換えら
れ、第６図（Ｃ）のごとく加速度は正から負に切り換え
られる。

ところで、本発明のステッピングモータ駆動装置におい
て、駆動開始のときにロータ角に対して例えば９０度の
進み位相で磁界が設定されるとすれば、第７図のごとく
、ロータ角の変位に応じて細かい周期で磁界の位相も変
化する。このため、ロータ２８にり−えられるトルクは
第９図のごとく急激で大幅な変化が生じない。また、ロ
ータ２８は第８図のごとくほぼ一定の加速度で速度を上
昇させる。この結果、ロータ２８は、極めて円滑に加速
され、振動や騒音の発生が著しく低減される。

また、減速停止のときに、ロータ角に対して例えば９０
度の遅れ位相で磁界が設定されるとすれば、第１０図の
ごとく、ロータ角の変位に応じて細かい周期で磁界の位
相も変化し、ロータ２８は停止位置に向けて一定の負の
トルクが与えられて円滑に減速される。そして、ロータ
２８が停止位置となると、ロータ角と位相差のない磁界
が発生されるので、ロータ２８は停止位置にセットリン
グを生じることなく、安定して迅速に停止される。

なお、上記実施例では、加減速切換位置を移動開始位置
と移動終了位置との中央位置としたが、これに限られる
ことなく、減速変位テーブルｌＯおよび減速位相差テー
ブル１２の設定内容に応じて加減速切換位置が適宜な位
置となるようにしても良い。

（発明の効果） 以」−説明したように、本発明のステッピングモータ駆
動装置によれば、ロータ角に対して進み位相となる磁界
を短い周期でマイクロステップ駆動で切り換えるので、
ロータに与えトルクが急激で大幅な変化をすることがな
く、振動および騒音を生じることなく円滑にステッピン
グモータを駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のステッピングモータ駆動装置の一実
施例のブロック回路図であり、第２図は、第１図の動作
を説明する全体的フローチャートであり、第３図は、第
２図の加速ステップを説明するフローチャートであり、
第４図は、第２図の減速ステップを説明するフローチャ
ートであり、第５図は、ロータの速度が最大に達する場
合のロータ角と電気角、ロータの速度、ロータに与えら
れる加速度の一例を示す図であり、第６図は、ロータの
速度が最大に達することなく減速停止　６ 止される場合のロータ角と電気角、ロータの速度、ロー
タに与えられる加速度の一例を示す図であり、第７図は
、駆動開始の際のロータ角と電気角を示す図であり、第
８図は、第７図のロータ角と電気角としたときのロータ
の速度を示す図であり、第９図は、同じくロータに与え
られるトルクを示す図であり、第１０図は、減速停止の
際のロータ角と電気角を示す図であり、第１１図は、従
来の２相ステツピングモータを２相励磁力式で駆動する
ときのロータ角と磁界の関係を示す図であり、第１２図
は、第１１図の駆動方式によるロータの速度を示す図で
あり、第１３図は、同じくロータに与えられるトルクを
示す図である。 １：制御部、７：インターハルカウンタ、９：加速変位
テーブル、 １１：加速位相差テーブル、 Ｉ４：変位レジスタ、１６：位相差レジスタ、１７：加
算器、１８：電気角レジスタ、１９：ベクトル変換器、 ２１：Ａ相り／Ａコンバータ、 ２２：Ｂ相り／Ａコンバータ、 ２３：Ａ相電流駆動増幅器、 ２４ニスチツピングモータ、２５：Ａ相巻線、２６：Ｂ
相電流駆動増幅器、 ２７：Ｂ相巻線、２８：ロータ。 特許出願人　アルプス電気株式会社 代理人　　　弁理士　森　山哲夫 第６図 メロらフ一　ノ（ｙレノ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステッピングモータのロータ角に対して、進み位
   相の磁界を発生させるように、マイクロステップ駆動さ
   れる巻線電流を短い周期で切り換えて、前記ステッピン
   グモータを回転駆動させることを特徴とするステッピン
   グモータ駆動装置。
2. （２）短い周期のクロック信号をカウントするカウンタ
   手段と、このカウンタ手段のカウンタ値と発生させるべ
   き磁界を示す信号を予め対応させて書き込まれたテーブ
   ルと、前記カウンタ値に応じて前記テーブルから読み出
   された信号に基づいて２相の巻線電流の大きさをマイク
   ロステップ駆動で切り換え制御する電流駆動手段と、を
   備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   テッピングモータ駆動装置。