JPS63265590A - ステッピングモーターのマイクロステップ駆動方法 - Google Patents

ステッピングモーターのマイクロステップ駆動方法

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JPS63265590A
JPS63265590A JP17427386A JP17427386A JPS63265590A JP S63265590 A JPS63265590 A JP S63265590A JP 17427386 A JP17427386 A JP 17427386A JP 17427386 A JP17427386 A JP 17427386A JP S63265590 A JPS63265590 A JP S63265590A
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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のマイクロステップ駆動方
法に関し、更に特定すれば低速では高分解に、高速では
低分解能にして、使用できる速度域を広げるとともに低
速ではより高精度な制御ができるようにしたステッピン
グモータのマイクロステップ駆動方法に関する。
(従来の技術〕 一般的なステッピングモータの使用において、その分解
能すなわち入力の1パルスに対応して進むモータの角度
はフルステップとハーフステップの2種類であり、その
ときの1ステップ当りの進み角は 360度 (ローターの歯数)x(1サイクルのステップ数)で表
わされる。ここで(1サイクルのステップ数)というの
はモーター巻線の励磁パターンが同じになるまでのステ
ップ数をいう、たとえばローターの歯数が50の2相モ
ーターをユニポーラ駆動した場合、フルステップ駆動で
は第2図(a)のように1サイクルのステップ数は4と
なるので、分解能は1.8度/5tepとなる。また、
ハーフステップ駆動では第2図(b)のように1サイク
ルのステップ数は8となるので、分解能は109度/5
topとなる。
上記をもう少し詳しく説明する。2相モーターの各相は
第3図のような配置となっている。
ローターの歯は各励磁トルクの和の位置に停止する。第
3図のような位相配置になっているモーターを第2図の
シーケンスで励磁してやると、1ヘルクのベクトルは第
4図の矢印Vのように遷移していく、そして、360度
位相がずれると、ローターの歯が1つ分移動して以下こ
れを縁り返すことにより、モーターが回転する。
ステッピングモーターの一般的な使用方法においては、
モーターの各巻線を0N−OFFさせることによって回
転させる。この方・法は制御回路が簡単になるが、その
反面1分解能は0.9度/5tepより小さくならない
モーターをメカに組み込んだシステムとじての分解能を
小さくする方法は2通りある。1つはモーターの分解能
を小さくする方法であり、もう1つはギヤなどで減速比
を大きくする方法である。それぞれのメリットとしては
前者が振動が小さくなり、後者はモーターのトルクが小
さくて良いということがある。なぜ、モーターの分解能
を小さくした方が振動が小さくなるかというと、ステッ
ピングモーターは入力パルス−に従って段階的に動いて
いくが1次の位置に進み停止する際にすぐには停止せず
に、オーバーシュート、アンダーシュートを繰り返した
のち停止する。オーバーシュート、アンダーシュートの
量は、変位量が大きいほど大きくなるため、モーターの
分解能を小さくした方が振動が小さくなる。従来。
低振動化のため1−2相励磁が用いられてきたが、1−
2相励磁は第4図(2)よりわかるように、1相励磁と
2相励磁が交互に現われるようにするものであるがため
、トルク変動が起きる。すなわち、2相励磁時はl相励
磁時の47倍という大きな変動があり、これも振動・共
振の原因となる6以上の2相モーターの欠点を補うため
に、5相ステツピングモーターが考え出されている。ト
ルク変動の減少による振動の低減のため、5相モーター
とは別に、マイクロステップ駆動という方法がある。今
まで述べてきた方法はモーター巻線に流す電流は一定で
0N−OFFすることによって回転させていたのに対し
て、マイクロステップは巻線電流、を積極的に変化させ
ることにより回転させる方法である。2相モーターの一
方の相に 11 =Asin(nψ) ψ:1パルス当り進ませる位相角 n:任意の整数 A:l相励磁時の電流 もう一方の相に      ′ I2 = Acos(nψ) の電流を流すことにより、2相のトルクの和となるnψ
の位相になる。
また、この合成トルクは sin”9 +cos’θ=1 より 4了、  +I、  =A となって、第5図に示すように常に一定となる。ψの設
定を変えることによって分解能を変えることができるが
、精度の向上は望めな塾)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
モーターの分解能をあげることによってデメリットもあ
る。それは、モーターへ送り出すパルスを制御するCP
U等の能力により出力パルスの周波数には限界があるこ
とである。
また出力パルスの周波数が一定の時、モーターの回転速
度は分解能が高いほど遅くなる。つまり1分解能が高い
ほど最高速が低くなるわけである。
ステッピングモーターの使用方法として最も良いのは広
い速度範囲で低振動で動くことであるが1分解能一定の
場合、これは困難である、そこで、使用者に低速では振
動が少なく、かつ、より細かな制御ができ、また、振動
はある程度あっても支障なく、高速で使いたいという相
反する要求を満足させるのが本発明の目的である。
〔問題点を解決する手段〕
上記−的を達成するため本発明は、ステッピングモータ
の各巻線に流す電流を正弦波電流設定データ及び余弦波
電流設定データに基いて、正弦波状、余弦波状にそれぞ
れ変化させ、前記電流設定データの分割数に応じた分解
能でロータの回転を制御するようにしたマイクロステッ
プ駆動方法において1分割数の異なる電流設定データを
複数種類用意し、ステッピングモータの回転速度に対応
して前記電流設定データを選択するよう−にしたもので
ある。
〔作用〕
上記の如く構成することにより、ステッピングモータの
指定速度によりそれに対応した分割数の電流設定データ
を選択し分解能を変化させ、低速では高分解能に高速で
は低分解能にすることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の構成を添付図面に示す実施例を参照して
詳細に説明する。
第1図において、2はステッピングモータの各相の巻線
4,6,8.10ごとに設けられた、トランジスタから
成るスイッチング素子12.14,16.18をオンオ
フ切り換え制御するための相切換データメモリであり。
これの入力端はマイクロコンピュータのcPU20の出
力パルスをカウントするアップダウンカウンタ22の出
力端に接続している。
24.26は前記巻線4,6及び8,1oへの供電回路
にエミッタ・コレクタ間が接続されたトランジスタから
成るスイッチング素子であり、これのベース即ち制御端
にトランジスタから成るスイッチング素子28.30の
コレクタが接続している。前記スイッチング素子28.
30の各エミッタは接地され、該素子28.30の各ベ
ース(制御端)は、コンパレータ32,34の出力端に
接続している。前記コンパレータ32,34とのこぎり
波発振回路36は、PWM回路(パルス幅変調回路)を
構成している。前記スイッチング素子28.30の制御
端には、PWM回路によるオンオフ制御を確実にするた
め所定の電圧VBが印加されている。前記供電回路の一
方側には、プラスのモータ電源電圧VMが印加され、他
方側は、電流検出抵抗38.40を介して接地されてい
る。前記電圧VMはステッピングモータの定格電圧に対
して充分大きな値に設定されている。42,44,46
゜48は巻線4,6,8,10への通電遮断時、巻線に
発生する逆起電圧をモータの電源電圧にクランプしてス
イッチング素子が破壊されないようにする保護ダイオー
ド、50.52はフライホイルダイオードである。54
.56はオペアンプから成る誤差増幅器であり、これら
の一方の入力端は、前記スイッチング素子12.14の
エミッタと抵抗38間の電流値検出点P1と前記スイッ
チング素子16゜18のエミッタと抵抗40間の電流値
検出点P2にそれぞれ接続している。誤差増幅器54.
56の他方の入力端はD/Aコンバータ58.60の出
力端に接続している。前記誤差増幅器54.56の出力
端は前記コンパレータ32,34のそれぞれの入力端に
接続しでいる。62は第7図に示す正弦波状のデジタル
電流設定データを記憶するための、全波整流SIN波デ
ータメモリである。第7図には。
8分割の正弦波状ディジタル電流設定データDiが示さ
れているが、前記データメモリ62には、ステッピング
モータの速度に対応して1分割数の異なる複数種類の正
弦波状ディジタル電流設定データが所定の格納場所に記
憶されている。64は、全波整流CO8波データメモリ
であり、分割数の異なる複数種類の余弦波状ディジタル
電流設定データが所定の格納場所に格納されている。第
7図には、8分割の余弦波状ディジタル電流設定データ
D2が示されている。2相マイクロステツプ駆動は2相
励磁を基本としてそれを何分側するかで分解能が決まる
。つまり基本の1サイクル4ステツプで1.8度/5t
ep、 2分割なら1サイクル8ステツプで0.9度/
5top、 3分割ならlサイクル12ステツプで0.
6度/5tep・・・・・・というようになる、このよ
うにして求められる分解能のうち、必要なものを選び出
し、それぞれの分割数の最小公倍数をXとすると。
4nX(nは1以上の整数) を実現できるようにカウンタ22を構成し、必要な分解
能の種類の数をaとすると M=≧4anXを満足するバイト数Mを持つようにメモ
リ62.64を構成するびメモリ62.64の下位アド
レスはカウンタ22の出力に接続されている。66はデ
コーダであり、CPU20の設定速度信号を解読し、該
速度信号に対応するデータ選択信号を前記メモリ62.
64の上位アドレスに供給するように構成されている。
68は、モータ速度指定手段であり、ハード又はソフト
によって構成されている。
次に本実施例の作用について説明する。
使用するトップスピードデータをスイッチなどによるハ
ードウェアもしくはコマンドによるソフトウェアでCP
U20に認職させる。
CPU20は、デコーダ66に設定速度信号を出力する
とともに、設定速度信号に対応した周波数のパルス列を
アップダウンカウンタ22に出力する。カウンタ22の
カウントデータは相切換データメモリ2に供給され、メ
モリ2は、各相の巻線4,6,8.10に対応するスイ
ッチング素子12,14,16.18にオンオフ信号を
供給する。スイッチング素子12がオンとなると1巻l
lA4に通電が成され、スイッチング素子14がオンと
なると。
巻線6に通電が成され、スイッチング素子16がオンと
なると巻線8に通電が成され、スイッチング素子18が
オンとなると巻線10に通電が成される。メモリ2は、
カウンター2のカウント出力に応じてスイッチング素子
12.14,16.18を第6図に示す如くオンオフ切
り換え制御してステッピングモータの巻線に回転磁界を
発生させてロータを回転制御する0巻線4,6,8.1
0に通電される電流の大きさは、D/Aコンバータ58
゜60によって設定される。以下に巻線4,6を流れる
電流の大きさを設定する動作について説明する。
デコーダ66によってメモリ62の中の所定の分割数の
デジタル′電流設定データ例えばDlが選択され、カウ
ンタ22の出力によってアドレスごとのデータがD/A
コンバータ58に供給される。該データD1はD/Aコ
ンバータ58によって電圧信号に変換されて誤差増幅器
54の一方の入力端に入力される。
このように指定されたアドレスに対応するディジタル電
流設定データがコンバータ58によって電圧信号v2と
して誤差増幅器54の一方の入力端に供給される一方、
誤差増幅器54の他方の入力端には1巻線4通電量に対
応した電圧v1が印加される。誤差増幅器54の増幅率
をAとすると、該増幅器54の出力電圧v3は。
Vl−V2≦0のときv3=O Vl−V2>0のときV3=A (Vl−V2)となる
、V3はパルス幅変調回路のコンパレータ32に入り、
該コンパレータ32は入力電圧v3に応じた幅のパルス
を出力する。コンパレータ32の出力パルスはスイッチ
ング素子28のベースに入力され、該スイッチング素子
28がオンオフ制御されて、巻線4,6を流れる電流は
、V1=V2となる方向に制御され1巻線4,6を流れ
る電流は、第7図のディジタル電流設定データによって
設定された値に相当する大きさに設定される。巻線8、
lOの場合も上記と同様の原理で電流値が設定される。
設定速度即ちトップスピードが高い場合には、分割数の
少ない即ち低分解能のディジタル電流設定データが選択
され。
トップスピードが低く設定された場合には分割数の多い
即ち高分解能のディジタル電流設定データが選択される
ようにメモリ62が構成されている。
〔効果〕
本発明は上述の如く、指定速度により分解能を変化させ
、高速では低分解能にして使用できる速度域を広げると
ともに、低速では高分解能にして高精度な仕事ができる
ようにしたので、特にX−Yプロシタに応用すれば、低
速でのより高品質な作画か、あるいは、高速での短時間
な作画かのいづれかをユーザーが選択することが可能と
なり、ユーザー側のニーズに対応することができる効果
が存する。
【図面の簡単な説明】
第1図はブロック回路図、第2図乃至第7図は説明図で
ある。 特許出願人   武藤工業株式会社 代理人弁理士   西 島 M 雄  11  : 第2図 12B4              1+!3455
?11ユ1eモーダeyaぎ紀【 第40 フルステ、フ゛真HkvL傘]刻きオヤ(コ特し−タ、
ニオ6Aカスばにン11−7又チー7°鳥E物のイ仁に
8−L1争(コカIトダ、1−コ徊り石江)手続補正書 昭和61年9月18日 1、事件の表示 特願昭61−174273号 2、発明の名称 ステッピングモータのマイクロステップ駆動回路3、補
正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 東京都世田谷区池尻3−1−3 4、代理人 住所 東京都渋谷区神宮前6丁目19番15号高野第1
ビル9階6、補正の対象 (1)第3図を別紙の通り補正する。 (2)明細書中、 (イ)3ペ一ジ3行目 「109度/5tepJ とあるは、 「0.9度/ s t e p J と訂正する。 (ロ)3ペ一ジ6行目 「配置」 とあるは、 「位相配置」 と訂正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) ステッピングモータの各巻線に流す電流を正弦
    波電流設定データ及び余弦波電流設定データに基いて、
    正弦波状、余弦波状にそれぞれ変化させ、前記電流設定
    データの分割数に応じた分解能でロータの回転を制御す
    るようにしたマイクロステップ駆動方法において、分割
    数の異なる電流設定データを複数種類用意し、ステッピ
    ングモータの回転速度に対応して前記電流設定データを
    選択するようにしたことを特徴とするステッピングモー
    タのマイクロステップ駆動方法。
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