JPH0279799A - ステップモータ - 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】 ｔｐｅ業上の利用分野１ 本発明は、ロータの停止時にダンピングをかけるステッ
プモータに関するものである。

１従米の技術】 ステップモータはオーブンループで正確な位置制御がで
きる利点があるため、位置決めの必要な機器においては
ステップモータを用いろ場合が多い。しかし、このステ
ップモータでは停止Ｆ時の振動が大きく、停止するまで
に時間がかかり、ごのため回転速度を上げてもトータル
での速度がサーボモータ等に比べて遅いという問題があ
った。なお、一般にロータが停止するまでの時間をセト
リング時間と呼ぶ。そこで、ステップモータにおいても
停止時のセ）　１７ング時開を短縮することが求められ
ている。

ＤＣサーボモータ等においては、停止時のロータの振動
を検出して速度信号を得て、この速度信号をフィードバ
ックして振動を抑えて、セトリング時間を短縮する方法
が回路的あるいは機構的に為されている。

そこで、近年ではステップモータでありながら速度セン
サを設け、サーボモータのようにフィードバック制御に
より制動効果を得る方式が提案されている。この方式で
は成程制動効果は得られるが、速度センサを必要とする
ためにコスト高になる問題があり、速度センサ無しで制
動をかけることが望まれている。

その一方法としてオーブンループのまま制動効果を出そ
うという試みが従来から為されている。

その方法としては、２電源を準備して停止時に電圧を切
り換える方法や、最終の１パルスを適当なタイミングで
発生させる方法や、停止時に定電圧駆動に切り換える方
法等がある。しかしながら、オープンループによる制御
方式では、結局制動効果がそれほど顕者でなく、また負
荷条件の変動に弱く非常に不安定なものであった。つま
りは、効果から考えても、やはり速度信号をフィードバ
ックして制動をかける方法の方が好ましい。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、速度センサを使用せずに良好な制動
効果を得ることができるステップモータを提供すること
にある。

［９Ｍを解決するための手段１ 上記目的を達成するために、本発明はロータの回転時に
は駆動回路に駆動電源を供給すると共に、ロータの停止
時に駆動回路への印加電圧を低ぐするアナログスイッチ
と、ロータの停止時に駆動回路に定電圧を印加すると共
に、出力に接続された駆動電流検出用抵抗により過電流
を検出して電流を制限する定電圧回路と、ロータの停止
時のいずれかの相の定電圧回路の出力から直流分を除去
して速度信号を検出すると共に、この速度信号を反転増
幅しで出力する速度信号検出回路と、この速度信号検出
回路の出力を他相の相電流に重畳して他相の励磁コイル
に流す加算回路とを備えている。

（作用） 本発明は、上述のように構成することにより、停止１時
のロータの逆起電圧によりいずれかの相の定電圧回路の
出力に生じる電圧変化から、速度イ１τ号検出回路で速
度信号を検出し、この速度信号を反転した出力を加算回
路で他相の相電流に重畳し、つまりは−相側で得たロー
タの停止Ｆ、時の速度信号を他相にフィードバックして
、グンビングをかけるようにしたものである。

（実施例） 第１図乃至第５図に本発明の一実施例を示す。

本実施例のステップモータは、Ｈブリツノ構成のトラン
ジスタＱ、〜Ｑ、で構成された駆動回路１で励磁コイル
ＬＡ、ＬＲに夫々交流電流を流す２相のステップモータ
で、チョッパ制御回路２で駆動回路１をチョッパ駆動す
ると共に、コイル電流検出用抵抗Ｒ５Ａ＊　ＲＳＲでコ
イル電流を検出して励磁コ、イルＬＡ、Ｌ、に一定電流
を流すようにしである。

本叉施例では、上記基本となるステップモータの回路に
加えて以下の構成を設けである。つまり、ロータの回転
時には駆動回路１に駆動’ｉＩＥ源Ｖ　＋＋ｎを供給す
ると共に、ロータの停止時に駆動回路１への印加電圧を
低くするアナログスイッチ４と、ロータの停止時に駆動
回路１に定電圧を印加すると共に、出力に接続された駆
動電流検出用抵抗Ｒ１により過電流を検出して電流を制
限する定電圧回路３と、ロータの停止時のいずれかの相
の定電圧回路３の駆動電流検出用抵抗Ｒ，の両端電圧か
ら直流分を除去して速度信号を検出すると共に、この速
度信号を反転増幅して出力する速度信号検出回路６と、
この速度信号検出回路６の出力を他相の相電流に重畳し
て他相の励磁コイルに流す加算回路７とを備えている。

上記ロータの停止時のアナログスイッチ４の出力電圧は
ボリュームＶＲで設定し、ロータの停止時の設定電圧値
は、ＦａＪｉＩコイルＬ＾ｌ　Ｌ　Ｂの抵抗値を考慮し
て、定電圧回路３の電流制限値にほぼ等しくなるように
決定する。

なお、第１図中の上部の相の定電圧回路３にはパフ７ｒ
５を介してアナログスイッチ４出力が入力しである。以
下、第１図中の上部をＡ相、下部をＢ相と呼ぶ。

ロータの回転時には駆動電源ＶＤｒｌがアナログスイッ
チ４を介して駆動回路１に印加され、チコッパ制御回路
２により定電流駆動が行われる。そして、ロータの停止
時にはアナログスイッチ４から電圧設定ボリュームＶＲ
で設定された低い電圧が駆動回路１に印加され、駆動回
路１は定電圧駆動される。このロータの停止時にはロー
タの磁石による逆起電圧が定電圧回路３の出力（駆動電
流検出用抵抗Ｒ１の駆動回路１側の出力）に重畳される
。

つまり、本来の定電圧駆動時には電圧一定であるから、
ロータの磁石による逆起電圧は打ち消され、定電圧回路
３の出力の電圧変化はない筈であるが、この電流制限回
路３は電流値を制限するものであり、ロータの停止１−
時の逆起電圧により上記設定された電流制限値を越えた
電流が駆動回路１に流れるため、定電圧回路３が電流制
限動作し、逆起電圧成分が電圧変化となって定電圧回路
３の出力に現れる。つまり、この逆起電圧成分はロータ
の速度に池ならないから、速度信号検出回路６で定電圧
回路；（の出力から直流電圧を除去することにより速度
信号を検出する。この速度信号はこの速度信号検出回路
６で反転増幅して出力され、アナログスイッチ４のポリ
ニームＶＲ’ｔ’設定された出力と加算回路７で加算さ
れる。つまり、この加算回路７でＢ相の相電流にＡ相の
速度信号を減算し、即ちフィードバックをかけることに
より、Ｂ相にダンピングをかけるのである。

ここで、速度信号をフィードバックすることにより、セ
トリング時間を短縮できる原理を説明する。なお、この
原理説明は速度センサを用いた場合について説明する。

まず、ダンピング制御を行っていない場合の夫々の相に
おける速度センサで検出される速度信号は、ロータの回
転速度に比例し、次式で表される。

Ｅ＾＝−にω５ｓｉｎ（θｓ）　　　−（１）ＥＢ＝　
　にω４３　ｃｏｓ（θｓ）　　　”・（２）２相ステ
ツプモータの運動方程式は簡略化すると、次式のように
表される。

Ｔ＝Ｊ”−１９−’＋Ｂづ−ｑ−９・・・（３）ｄｔ　
　　　　　ｄｊ 次に、モータのトルク式を定義すると、ロータはＡ、Ｂ
相２個あり、各々の磁束分布はｓｉｎ状で、位相差が９
０°あるため、ロータの位相角を０９、トルク定数をに
０とすると、各相のトルクは次式％式％ ここで、各相にｓｉｎ、　ｃｏｓ形状の電流を流すもの
とし、各相の電流のピーク値をＩ２．とするとｉ＾＝　
Ｉ　、ｃｏｓ（θＥ）　　　　　　・・・（６）ｉＢ”
　Ｉ　、５ｉｎ（θＥ）　　　　　　　・・・（７）と
なり、式（６）、（７）を各々式（４）、（５）に代入
して、次のトルク式を得る。

ＴＡ＝−に、Ｉ　、５ｉｎ（θ５）ｅｏｓ（θＥ）　　
　　・＝（８）ＴＲ＝　　Ｋ、１．ｃｏｓ（θ５）ｓｉ
ｎ（θＦ）　　　　−（９）従って、総トルクは Ｔ　＝　Ｔ　Ａ＋　Ｔ　Ｂ＝　Ｋ　ｏ　Ｉ　ｏｓ＋ｎ（
θＦ−〇ｓ）　　＝４１０）となる。ここで、停止点付
近では電流位相角とロータ位相角はほぼ等しいので、 ５ｉｎ（θＥ−θｓ）＃θε−θＳ　　　・・・（１１
）と近似できる。これを（１０）式に適用したのち、（
３）式に代入しラプラス変換することにより、なる伝達
関数が得られる。但し　Ｋ＝に、１．とじである、この
（１２）式における振動周波数ｆｓｓ減衰比ξ及びセト
リング時間ｔ５は ｆ　ｆｉ　＝　ＥＫ７］− ξ＝Ｂ／（２ｆｆ乙丁） で表され、代表的な２次遅れ応答を示う。上記（１２）
式をブロック線図で表すと、第５図に示すようになる。

この２次遅れ応答において、振動を抑え、セトリング時
間ｔＳを短縮するためには、粘性係数Ｂが等価的に大き
くなるように制御すれば良い。

そこで、第４図のブロック線図に示すように速度信号を
フィードバックする。ここで、速度信号は、（ＩＬ（２
）式であり、これら式にデインａを乗じ、モータの電流
式（６）、（７）がら夫々滅ヒると、ｉＡ＝　ｌ　ｏｃ
ｏｓ（θｐ）−ＱＥｓ ＝　Ｉ　ｕｃｏｓ（θ、）−１−Ｑ　ＫωＳ　ｓ　ｉ　
ｎ　（θ５）＝　Ｉ　０（ｅｏｓ（θ「）十βωｓｓｉ
＋＋（θ１））　　−（１１）同様に ｉＢ＝　１　、（ｓｉｎ（θＦ）−βω５　ｃＯ５（θ
ｊｉ））　　・（１４）となる。なお、β＝＝　（！　
Ｉｔ　／　ｉ。と定義しである。

従って、モータの全トルクを上式（１３）、（１４）で
示される電流をトルク式（４）１（５）に代入して求め
ると、 Ｔ＝ＴＡ＋Ｔ。

”　Ｋ　、　Ｉ　。（ｓｉｎ（θＦ−θＳ）−βωｓ）
　　・、・（１５）ここで、グンビング制御無しの場合
と同様に［５て、停止１２点付近で５ｉｎ（θＥ−０５
）＃θ、−０５と近似して伝達関数を求めると、 となり、セトリング時間ｔ９は となる。但し、Ｋ＝に、Ｉ、としである。上記（１７）
式より明らかなように、粘性摩擦係数Ｂがβにだけ増加
することになり、従ってセトリング時間が短くなる。

以上の説明は速度センサを用いた場合であったが、本実
施例の場合には速度センサを用いずに速度信号を検出し
、この速度信号をＢ相にフィードバックしており、原理
的には速度センサを用いた場合と同様にして制動をかけ
ることができる。第３図が本実施例の効果を示す図であ
り、図中のイはダンピング制御を行っていないもので、
９パルス駆動後にロータを停止している。この場合には
第３図中のイに示すように振動し、セトリング時間が４
０　ｎ５ｅｅかがる。しがし、本実施例の場合には図中
口に示すようになり、セトリング時間を１０　ｎ５ｅｃ
程に短縮で終た。つまり、本実施例によって速度センサ
を用いた場合と同程度の効果が得られる。しかも、この
ように回路的に速度信号を検出すれば、チョッパ制御回
路２などと一体にしてＩＣ化することが可能となり、コ
ストを安くできる。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、ロータの回転時には駆動回路に
駆動電源を供給すると共に、ロータの停止時に駆動回路
への印加電圧を低くするアナログスイッチと、停止時に
駆動回路に定電圧を印加すると共に、出力に接続された
駆動電流検出用抵抗により過電流を検出して電流を制限
する定電圧回路と、ロータの停止時のいずれかの相の定
電圧回路の出力から直流分を除去して速度信号を検出す
ると共に、この速度信号を反転増幅して出力する速度信
号検出回路と、この速度信号検出回路の出力を他相の相
電流に重畳して他相の励磁コイルに流す加算回路とを備
えているので、停止時のロータによる逆起電圧によりい
ずれかの相の定電圧回路の駆動電流検出抵抗に生じる電
圧変化から、速度信号検出回路で速度信号を検出し、こ
の速度（１号を反転した出力を加算回路で他相の相電流
に重畳することにより、−相側で得たロータの停止時の
速度信号を他相にフィードバックして、ダンピングをか
けることができる効果がある。しかも、速度センサなど
を用いずに、回路的に速度信号を検出すれば、チａツバ
制御回路などと一体にしてＩＣ化することが可能となり
、コストを安くできる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一文施例の回路図、第２図（ａ）〜（
ｃ）は停止時の動作説明図、及び同図（ｄＬ＋（ｅ）は
通常時の動作説明図、第３図はダンピング制御の有無に
おける測定結果を示す説明図、第４図はダンピングをか
けた場合のブロック線図、第５図はダンピングをかけな
い場合のブロック線図である。 １は駆動回路、２はチａ’７パ制御５ｉＪ路、３は定電
圧回路、４はアナログスイッチ、６は速度信号検出回路
、７は加算回路、Ｌ＾ｗ　Ｌ　Ｂは励磁コイルである。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第２図 −４−Ｔ 第５図 手続補正書（自発） 昭和６３年１１月２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータに磁石を備えると共に、位相角で９０゜異
   なった励磁電流が流される２相の励磁コイルを備え、こ
   れら励磁コイルに励磁電流を流す駆動回路をチョッパ駆
   動すると共に、励磁電流に流れる電流を一定に保つチョ
   ッパ駆動方式のステップモータにおいて、ロータの回転
   時には駆動回路に駆動電源を供給すると共に、ロータの
   停止時に駆動回路への印加電圧を低くするアナログスイ
   ッチと、ロータの停止時に駆動回路に定電圧を印加する
   と共に、出力に接続された駆動電流検出用抵抗により過
   電流を検出して電流を制限する定電圧回路と、ロータの
   停止時のいずれかの相の定電圧回路の出力から直流分を
   除去して速度信号を検出すると共に、この速度信号を反
   転増幅して出力する速度信号検出回路と、この速度信号
   検出回路の出力を他相の相電流に重畳しで他相の励磁コ
   イルに流す加算回路とを備えて成ることを特徴とするス
   テップモータ。