JPH0429597A - ステッピングモータの駆動装置 - 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の駆動装置に関する。

〔従来の技術］ 現在産業用として使用されているステッピングモータは
、４相または５相の励磁コイルを有するものが主流を占
めている。ステッピングモータの励磁コイルについては
、相数が多い程、またマイクロステップ駆動方法におい
ては、励Ｍ１電流値のステップ値が細かい程、振動が少
なく、安定した回転を示すことが知られているが、相数
の増大や電流ステップ値の微細化は、一方で、駆動装置
の複雑化を招き、駆動装置の価格を上昇させる結果にな
っている。

以下、５相ステツピングモータを例にとって従来技術に
おける問題点を説明する。従来の５相ステツピングモー
タの駆動装置を第３図〜第８図に示す。各図の内訳は第
１表のとおりである。各図において、ｌはステッピング
モータ、ＩＡ〜ＩＥ；、！ｉｔ［）イル、２Ａ、ｆｉＡ
〜２Ｅ、ＷＥおよび３は電力制御用スイッチング素子、
４はｔｉｆ！、　５は電流検出器、６は理＝１流値発生
器、７は電流設定器、８は誤差検出器、９は誤差増幅器
であり、いずれの駆動装置も誤差増幅器９の出力を用い
て、その出力が０になるように電力制御用スイッチング
素子２Ａ、ｆｉＡ〜２Ｅ、　１１Ｅあるいは３を制御す
るようになっている。

第　　１　　表 ［発明が解決しようとする課！！！］ 第３図〜第５図に示す方式の駆動装置については、回路
構成が簡単なものの、大きな欠点が２つある。第１の欠
点は、各励磁コイルに流れる電流がＯか最大値かの２値
しか持たないため、電流のステップ値が大きく、モータ
の振動が大きいことである。第２の欠点は、その電流検
出及び制御方法に起因するものである。

すなわち、第３図〜第５図の駆動装置で検出された電流
値は、モータ停止時においては各励磁コイルの有効電流
値の総和によるが、モータ回転時にはモータコイルの逆
起電力により、第３図〜第５図に１．で示すような電流
検出器を通過しないモータコイル′ｒｌ流が流れる。こ
れでは、明らかに各励磁コイルの有効電流値を一定にし
たいという要求が実現できないことになる。つまり精密
な励磁コイル電流精度の要求される産業用途としては、
不確実な変動要素があり不向きである。

第６図〜第８図に示す方式の駆動装置については、第３
図〜第５図の駆動装置における欠点が一応は改善されて
いるが、各励磁コイル毎にｔ１制御回路がその相数分必
要になり、回路の複雑さを招いて、駆動装置が極めて高
価になるばかりでなく、各励磁コイル毎に電流設定や電
流誤差増幅回路のバランスをとる必要があり、バランス
がくずれるとモータの振動原因になったり、トルクベク
トルがアンバランスになってトルクの低下を招いたりす
る危惧があり、設計や調整の繁雑さの要因になっている
。

本発明の目的は、ステッピングモータの各励磁コイルの
を動電流値が正確に制御可能で、しかもｉ流制御回路が
相数にかかわらず一つしか必要でなく、従って、制御精
度を高く保ったまま、回路の簡素化や設計、調整の工数
低減が可能な低価格で借問性に優れたステッピングモー
タの駆動装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のステッピングモータの駆動装置は、２相以上の
Ｎ相ステッピングモータの各励磁コイルに流れる電流を
検出する電流検出器と、該電流検出器が検出する実電流
値に、夫々の励磁コイルに流そうとする理想電流値を掛
け合わせる掛算器と、該掛算器の出力を加算する加算器
と、該加算器の出力とその設定値との誤差を検出する誤
差検出器と、該誤差検出器が出力する誤差に、各々励磁
コイルに流そうとする理想電流値を掛け合せる第２掛算
器と、前記誤差が解消されるように、該第２掛算器の出
力に基づいた電圧を各励磁コイルに加える電力制御回路
とを具備することを特徴としてなる。

本発明の別のステ、ピングモータの駆動装置は、さらに
、各励磁コイルへ加える電圧の１次進み位相補償回路を
具備することを特徴としてなる。

［作　　用］ Ｎ相ステッピングモータの各励磁コイルに流れるｔｆＬ
値に、各々の励磁コイルに流そうとする理想電流値を掛
け合わせたものを加算すると、を動電流が直流として検
出される。この有効電流値とその設定値との誤差に、前
記理想電流値を掛け合わせ、さらにその値に応した電圧
を各励磁コイル−加えることにより、前記誤差が解消さ
れる。有効電流が直流として検出されるので、その処理
回路も簡素化される。

ステッピングモータの励磁コイルは一次遅れ要素であり
、高速回転の場合は励磁コイルへ加える電圧器こ対して
コイル電流の位相遅れも増大し、制御ループに悪影響が
でる。そのような場合は、各励磁コイルへ加える電圧の
一次進み位相補償回路を設ける。そうすることにより、
無効電流を考慮することなく、簡素な回路構成で高度な
ステッピングモータ駆動が可能になる。

コイル電流の位相遅れを是正するために、コイル電流の
無効分も検出し、これをＯにするような制御を行う方式
は、三相サーボモータの分野では提案されている。しか
し、サーボモータに比して低級なステッピングモータで
、そのような制御方式を採用することは、駆動装置の大
幅な複雑化を招き、これムこ伴うコスト上昇により商品
競争力を失う結果になる。しかるに、−次進み位相補償
回路によるコイル電流の位相遅れ是正はそのような懸念
がない。なお、本発明の一次進み位相補償回路を用いた
駆動装置は、簡易型のサーボモータ駆動装置としても適
用が可能である。

〔実施例］ 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図で、５相ステツ
ピングモータをスター結線してマイクロステップ駆動す
る場合についての例を示している。

ステッピングモータ１は、電′ａ４に並列接続されたフ
ルブリッジ構成の電力制御スイッチング素子２Ａ、ｆｉ
Ａ〜２Ｂ、ＩＥにより、各励磁コイルＩＡ−ＩＥへの印
加電圧が制御されてマイクロステップ駆動される。

各励磁コイルＩＡ〜ＩＥを流れる電流は、電流検出器１
１Ａ〜ＩＩＥにて検出される。電流検出器１１Ａ−１１
Ｂにて検出された実電流値は、掛算器１３Ａ〜１３Ｈに
入力され、ここで理想電流値発生器１２Ａ−１２Ｅが出
力する各励磁コイルＩＡ〜ＩＥの理想電流値にそれぞれ
掛け合わされる。加算器１３Ａ−１３２の各出力は加算
器１４にて合算される。加算器１４の出力は、電流設定
器１５の出力とともに誤差検出器１６二こ人力され、加
算器１４出力の目標値に対する誤差が求められる。この
誤差は、増幅器１７乙こで増幅されて第２掛算器１８Ａ
−１８Ｂに入力され、ここで前記理想電流値に再び掛け
合わされる。そして、加算器１４の出力を電流設定器１
５の出力に一致させるべく、第２掛算器１８Ａ−１８Ｈ
の出力に比例した電圧が励磁コイルＩＡ−ＩＢに印加さ
れるよう、電力制御スイッチング素子２Ａ、ｆｉＡ〜２
Ｅ、ＩＥが制御される。

第１図に示した駆動装置の動作を以下に詳しく説明する
。

理想電流値発生器１２Ａ〜１２Ｅは、巨視的にみると次
式で表現されるような電圧（ＶｓＡ〜■３．〕を発生す
る。

ＶＳＡ−Ｋｌ　ｓｉｎ　ωＬ ＶＳＢ＝Ｋｌ　　５ｉｎ（ωｔ　↓　□　π）電 Ｖｓｃ＝に＋　　５ｉｎ（ωｔ π） ■ Ｖｓｏ＝　Ｋ　ｌ５ｉｎ（ωｔ　　＋７　）○ Ｖ　ＳＥ＝　Ｋ　Ｉ　５ｉｎ（ωｔ　　Ｔ　　□　π）
ここでωはステッピングモータ電流の角周波数である。

電流検出器１１Ａ−１１Ｅは、理想的なコイル電流が流
れている場合は、次式で表現される電圧ＣＶ　ｙａ−Ｖ
　ｏ′Ｊを出力する。

Ｖ　ＸＡ　＝　Ｋ　ｚ　ｓｉｎωｔ Ｖｘｇ＝　Ｋｇ　　５ｉｎ（ωＬ　　＋　　　　　Ｋ　
）Ｖ　ＸＣ＝　Ｋ　２　Ｓ　ｉｎ　（ωＬ士□π）ＶＸ
Ｄ＝　Ｋ２　　ｓ＋ｎ（ωｔ　　↓　□　π）Ｖ、Ｅ＝
に２ｓｉｎ（ωを士□π） ここで理想的なコイル電流とは、 ■ コイルに流れ る電流の実効値が一定値であり、各相間の位相のずれが
一定で、波形ひづみの少ない電流を言う。

つまり、各励磁コイル電流により発生するトルクヘクト
ルの総和をもとめると、その大きさが一定で、角速度も
一定の状態となる。この時、コイルを流れる電流は全て
有効なトルク発生のために費やされる。また、前述の条
件のうちの一つでも、理想値と離れた電流が流れた場合
、それにより発生するトルクが不要な振動を引き起こし
たり、トルクの低下を招いたり、さらにはモータの発熱
量の増大させるといった悪影響がでる。

掛算器１３Ａ〜１３Ｅと加算器１４とは一体となって、
前述の理想的な電流が各コイルに流れた時に最大直流電
圧が得られるようなモータ有効電流検出器として働き、
理想的な電流が流れた時には次式のような電圧（ＶＸ　
）を得ることができる。

Ｖｘ　＝　ＶＳＡＸ　ＶＸＡ＋Ｖｓｌｘ　ｖ、、＋Ｖｓ
ｃＸ　ｖｌｌｃ十Ｖ、、ＸＶ、、＋Ｖ、、Ｘｖ。、　−
へ−■−２，５ＸＫ、ｘＫ２ 電流設定器１５の出力を■、とすると、誤差検出器１６
によって、理想電流値からの誤差電圧Ｖ。

が次式のように直流分として演算される。

■、＝Ｖ、−ｖＸ　　　−−−−−−−−−−−一−■
この結果を増幅器１７にて増幅し、前述の理想電流値発
生器１２Ａ−１２Ｂの出力と再び掛算を行うことにより
、誤差量に応して各励磁コイル１Ａ−ＩＥへ印加する電
圧を加減することになる。

さらムこ電力制御用スイッチング素子２Ａ、２Ａ〜２Ｂ
、ｆｉＥを通じて信号を電力へと変換し、実際のコイル
へ電圧が印加され、コイルのインピーダンス等で決まる
電流が流れ、それがさらに電流検出器１０Ａ−１０２で
検出されるというように、コイルの有効電流値を設定値
に保つべくクローズループの制御系が構成される。

ステ、ピングモータ１のコイルは一次遅れ要素であり、
０式のωの値が大きくなってくると、コイルへ加える電
圧に対してコイル電流の位相遅れも増大し、制御ループ
に悪影響がでる。その場合は、第２図に示すように一次
進み位相補償回路１９を第２掛算器１８Ａ−１８Ｂの出
力段もしくは第２掛算器１８Ａ−１８Ｂへの理想電流値
入力ライン等に挿入する。そうしてコイルの位相遅れを
打ち消すと、ωが増大した場合の制御系の悪影響をコイ
ル電流の無効分を検出することなく簡単に取り除くこと
ができる。

なお、上記実施例は、スター結線された５相ステツピン
グモータを対象としているが、本発明は５相以外または
スター結線以外のステッピングモータに通用することが
でき、また、その駆動装置は簡易タイプのサーボモータ
駆動装置として利用することもできる。

（発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明のステッピング
モータ駆動装置は、励磁コイルの相数に関係なく単一の
制御系（誤差処理）で駆動制御を行うことができる。し
かも、その制御系は直流分のみを扱うので、回路構成も
簡素である。従って、装置構成が簡単で低価格になり、
また、各励磁コイル毎に電流バランスをとるといった作
業も不要になる。さらに、単一の制御系で駆動制御を行
う構成でありながろ、従来の単一制御系による駆動装置
ユニ比−で、不確定要素（電流検出器を通過しないコイ
ル電流の発生等）が少なく、高精度の駆動制御が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１１Ｆおよび第２図は本発明の実施例を示すステッピ
ングモータの駆動装置の回路図、第３関〜第８図は従来
のステッピングモータの駆動装置の回路図である。 １＋ステ／ピングモータ、ＩＡ〜ＩＥ：ＭｊＪＭｉコイ
ル、ＩＩＡ−１１Ｅ：電流検出器、１２Ａ−１２Ｅ、Ｆ
ｌｐ、電流値発生器、１３Ａ−１３Ｅ：掛算器、１４：
加算器、１５：を流検出器、１６：誤差検出器、１７・
増幅器、１８Ａ−１８２・第２掛算器、１９ニー次進み
位相補償回路。 手続補正書（自発） １゜ ２゜ ３゜ 事件の表示 平成２年特許願第１３２２２３号 発明の名称 ステッピングモータの駆動装置 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　大阪府池田市伏尾台４丁目９番１５号名　称
　　　マツスル株式会社 代表者玉井博文 ４゜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２相以上のＮ相ステッピングモータの各励磁コイ
   ルに流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器
   が検出する実電流値に、夫々の励磁コイルに流そうとす
   る理想電流値を掛け合わせる掛算器と、該掛算器の出力
   を加算する加算器と、該加算器の出力とその設定値との
   誤差を検出する誤差検出器と、該誤差検出器が出力する
   誤差に、各々励磁コイルに流そうとする理想電流値を掛
   け合せる第２掛算器と、前記誤差が解消されるように、
   該第２掛算器の出力に基づいた電圧を各励磁コイルに加
   える電力制御回路とを具備することを特徴とするステッ
   ピングモータの駆動装置。
2. （２）請求項１に記載したステッピングモータの駆動装
   置が、さらに、各励磁コイルへ加える電圧の１次進み位
   相補償回路を具備することを特徴とするステッピングモ
   ータの駆動装置。