JPH0739196A - ステッピングモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動効率を極端に低下させることなく、高速
域でのトルク特性を改善可能なステッピングモータの駆
動方法を提供すること。 【構成】 ５相励磁により基本ステップ角度ずつ変位す
る方向へトルクを発生させる第１の励磁パターンと、４
相励磁により方向に対して基本ステップ角度の２分の１
ずつ変位する方向へトルクを発生させる第２の励磁パタ
ーンとを交互に組み合わせたステッピングモータの駆動
方法において、第１の励磁パターンを、５相励磁と３相
励磁を交互に組み合わせて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータの駆
動方法に関し、特に５相ステッピングモータをハーフス
テップ励磁方式により駆動するステッピングモータの駆
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、第１の従来例および本発明に係
る実施例の駆動方法により駆動される駆動回路と、ステ
ッピングモータの各相コイルとの接続を示す接続図であ
る。図４は、ステッピングモータの駆動方法の第１の従
来例を示す励磁シーケンス図である。図５は、図４の励
磁シーケンスのステップ１〜ステップ４までの駆動回路
と各相コイルの接続状態を示す説明図である。図６は、
第２の従来例の駆動方法により駆動される駆動回路と、
ステッピングモータの各相コイルとの接続を示す接続図
である。図７は、ステッピングモータの駆動方法の第２
の従来例を示す励磁シーケンス図である。図８は、図７
の励磁シーケンスのステップ１〜ステップ４までの駆動
回路と各相コイルの接続状態を示す説明図である。図９
は、図４、図７、および図１の励磁シーケンスのステッ
プ１〜ステップ４においてロータに生ずるトルクベクト
ルを示す説明図である。図１０は、第１の従来例と第２
の従来例の駆動方法を用いた場合の脱出トルクと駆動周
波数との関係を示すグラフである。

【０００３】第１の従来例について図３〜図５、図９を
用いて説明する。まず、図３を用いてステッピングモー
タとその駆動回路１０について説明する。ステッピング
モータ（不図示）の相コイルは、図３に示すようにＡ相
コイル１２、Ｂ相コイル１４、Ｃ相コイル１６、Ｄ相コ
イル１８、Ｅ相コイル２０の５相から構成されており、
各相コイルはＡ相コイル１２、Ｃ相コイル１６、Ｅ相コ
イル２０、Ｂ相コイル１４、Ｄ相コイル１８の順番で直
列にリング状に接続されている。また、ステッピングモ
ータのステータ（不図示）には、一例として３６度の等
ピッチで１０極のポール（不図示）が設けられている。
Ａ相コイル１２は第１のポールと第６のポールに施さ
れ、Ｂ相コイル１４は第２のポールと第７のポールに施
され、Ｃ相コイル１６は第３のポールと第８のポールに
施され、Ｄ相コイル１８は第４のポールと第９のポール
に施され、Ｅ相コイル２０は第５のポールと第１０のポ
ールに施されている。なお、ステータに設けるポールの
数は５の倍数であれば、１５、２０などいくつであって
も良い。また、図４において各相コイルに付されたドッ
ト（点）記号は各相コイルの極性を示すものである。上
記構成により、Ａ相コイル１２、Ｂ相コイル１４、Ｃ相
コイル１６、Ｄ相コイル１８、Ｅ相コイル２０、Ａ相コ
イル１２・・・を順次励磁することで、ステッピングモ
ータのステータには基本ステップ角度（ポールのピッチ
と同じ３６度）ずつ方向が変位するトルクベクトルが生
ずる。

【０００４】駆動回路１０は、電源ライン２２とグラン
ドライン２４との間に配された１０個のスイッチ素子の
一例であるトランジスタから構成されている。２６はト
ランジスタに電流を供給するための電源である。第１の
トランジスタ（以下、Ｑ１）、第２のトランジスタ（以
下、Ｑ２）、第３のトランジスタ（以下、Ｑ３）、第４
のトランジスタ（以下、Ｑ４）、および第５のトランジ
スタ（以下、Ｑ５）にはＰＮＰ型トランジスタが使用さ
れて、各トランジスタのエミッタ端子は電源ライン２２
に接続されている。また第６のトランジスタ（以下、Ｑ
６）、第７のトランジスタ（以下、Ｑ７）、第８のトラ
ンジスタ（以下、Ｑ８）、第９のトランジスタ（以下、
Ｑ９）、および第１０のトランジスタ（以下、Ｑ１０）
にはＮＰＮ型トランジスタが使用され、各トランジスタ
のエミッタ端子はグランドライン２４に接続されてお
り、各ＰＮＰ型トランジスタとＮＰＮ型トランジスタが
１組ずつ直列に電源ライン２２とグランドライン２４と
の間に配されている（Ｑ１とＱ６、Ｑ２とＱ７、・・
・、Ｑ５とＱ１０）。なおスイッチ素子にはトランジス
タに代えてＦＥＴ、ＳＣＲ等を用いても良い。

【０００５】続いて、上記各相コイルと駆動回路の接続
について説明すると、Ｑ１とＱ６の交点（つまりＱ１お
よびＱ６のコレクタ端子）はＢ相コイル１４とＤ相コイ
ル１８の交点に接続されている。また、Ｑ２とＱ７の交
点（つまりＱ２およびＱ７のコレクタ端子）はＢ相コイ
ル１４とＥ相コイル２０の交点に接続されている。同様
にしてＱ３とＱ８の交点はＥ相コイル２０とＣ相コイル
１６の交点に接続され、Ｑ４とＱ９の交点はＣ相コイル
１６とＡ相コイル１２の交点に接続され、Ｑ５とＱ１０
の交点はＣ相コイル１６とＡ相コイル１２の交点に接続
されている。

【０００６】次に、上記各相コイルを励磁する第１の励
磁シーケンス（４−５相励磁シーケンス）について図
４、図５、図９を用いて説明する。励磁シーケンスはス
テップ１（Ｓ１）からステップ２０（Ｓ２０）までの２
０のステップから構成され、奇数のステップが５相励磁
による第１の励磁パターンを成し、偶数のステップが４
相励磁による第２の励磁パターンを成している。なお、
図４中、”０”とあるのは、それに対応するトランジス
タが”オフ”であることを示し、”１”とあるのは、そ
れに対応するトランジスタが”オン”であることを示
す。例えばステップ１（Ｓ１）について説明すると、Ｑ
５とＱ８のみがオン状態となっているので、各相コイル
と駆動回路１０の接続は図５の（１）の状態となり、電
流は、電源ライン２２→Ａ相コイル１２→Ｃ相コイル１
６→グランドライン２４、また電源ライン２２→Ｄ相コ
イル１８→Ｂ相コイル１４→Ｅ相コイル２０→グランド
ライン２４の２系統に分かれて流れる。これにより、Ａ
相コイル１２〜Ｅ相コイル２０の全ての相コイルが励磁
されるが、Ｅ相コイル２０は他の相コイルとは逆の極性
（順極性）に励磁されるため、ロータ（不図示）には図
９のａのトルクベクトルが生ずる。

【０００７】また、ステップ２（Ｓ２）について説明す
ると、Ｑ５とＱ７とＱ８のみがオン状態となっているの
で、各相コイルと駆動回路１０の接続は図５の（２）の
状態となり、電流は、電源ライン２２→Ａ相コイル１２
→Ｃ相コイル１６→グランドライン２４、また電源ライ
ン２２→Ｄ相コイル１８→Ｂ相コイル１４→グランドラ
イン２４の２系統に分かれて流れる。これにより、Ｅ相
コイル２０を除く他の全ての相コイルが同極性（逆極
性）に励磁され、ロータには図９のｂのトルクベクトル
が生ずる。なお、トルクベクトルｂの方向はトルクベク
トルａに対して、基本ステップ角度３６度の２分の１で
ある１８度ずれた方向となっている。同様にして、ステ
ップ３（Ｓ３）では、Ｑ５とＱ７のみがオン状態とな
り、各相コイルと駆動回路１０の接続は図５の（３）の
状態となる。これにより電流は、電源ライン２２→Ａ相
コイル１２→Ｃ相コイル１６→Ｅ相コイル２０→グラン
ドライン２４、また電源ライン２２→Ｄ相コイル１８→
Ｂ相コイル１４→グランドライン２４の２系統に分かれ
て流れ、全ての相コイルが同極性に励磁されてロータに
は図９のｃのトルクベクトルが生ずる。なお、トルクベ
クトルｃはトルクベクトルｂに対して、基本ステップ角
度３６度の２分の１である１８度ずれた方向となってい
る。さらに、ステップ４（Ｓ４）では、Ｑ４とＱ５とＱ
７のみがオン状態となり、各相コイルと駆動回路１０の
接続は図５の（４）の状態となる。これにより電流は、
電源ライン２２→Ｃ相コイル１６→Ｅ相コイル２０→グ
ランドライン２４、また電源ライン２２→Ｄ相コイル１
８→Ｂ相コイル１４→グランドライン２４の２系統に分
かれて流れ、Ａ相コイル１２を除く他の全ての相コイル
が同極性に励磁されてロータには図９のｄのトルクベク
トルが生ずる。なお、トルクベクトルｄはトルクベクト
ルｃに対して、基本ステップ角度３６度の２分の１であ
る１８度ずれた方向となっている。また、ステップ５
（Ｓ５）からステップ２０（Ｓ２０）についても同様で
あり、図４の励磁シーケンスに従って各相コイルが励磁
され、各ステップ毎に基本ステップ角度３６度の２分の
１である１８度ずれたトルクベクトルがロータに生ずる
ので、ロータが回転する。

【０００８】次に、第２の従来例について図６〜図９を
用いて説明する。まず、図６を用いてステッピングモー
タとその駆動回路１０について説明する。なお、第１の
従来例と同じ構成については同じ符号を付し、説明は省
略する。ステッピングモータ（不図示）の５つの相コイ
ルは、図６に示すようにＡ相コイル１２、Ｂ相コイル１
４、Ｃ相コイル１６、Ｄ相コイル１８、Ｅ相コイル２０
の順番で直列にリング状に接続されている。また、各相
コイルが施されるポールは、第１の従来例と同様であ
る。また、駆動回路１０の構成も同様である。

【０００９】続いて、上記各相コイルと駆動回路の接続
について説明すると、Ｑ１とＱ６の交点はＤ相コイル１
８とＥ相コイル２０の交点に接続されている。また、Ｑ
２とＱ７の交点はＣ相コイル１６とＤ相コイル１８の交
点に接続されている。同様にしてＱ３とＱ８の交点はＢ
相コイル１４とＣ相コイル１６の交点に接続され、Ｑ４
とＱ９の交点はＡ相コイル１２とＢ相コイル１４の交点
に接続され、Ｑ５とＱ１０の交点はＥ相コイル２０とＡ
相コイル１２の交点に接続されている。

【００１０】次に、上記各相コイルを励磁する第２の励
磁シーケンス（４−５相励磁シーケンス）について図
７、図８、および図９を用いて説明する。励磁シーケン
スはステップ１（Ｓ１）からステップ２０（Ｓ２０）ま
での２０のステップから構成され、奇数のステップが５
相励磁による第１の励磁パターンを成し、偶数のステッ
プが４相励磁による第２の励磁パターンを成している。
例えばステップ１（Ｓ１）について説明すると、Ｑ３と
Ｑ５とＱ７とＱ９のみがオン状態となっているので、各
相コイルと駆動回路１０の接続は図８の（１）の状態と
なり、電流は、電源ライン２２→Ａ相コイル１２→グラ
ンドライン２４、電源ライン２２→Ｂ相コイル１４→グ
ランドライン２４、電源ライン２２→Ｃ相コイル１６→
グランドライン２４、また電源ライン２２→Ｅ相コイル
２０→Ｄ相コイル１８→グランドライン２４と４系統に
分かれて流れる。これにより、Ａ相コイル１２〜Ｅ相コ
イル２０の全ての相コイルが励磁されるが、Ｅ相コイル
２０は他の相コイルとは逆の極性（順極性）に励磁され
るため、ロータ（不図示）には、図９に示すように第１
の従来例のステップ１（Ｓ１）と同様のａのトルクベク
トルが生ずる。

【００１１】また、ステップ２（Ｓ２）について説明す
ると、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９のみがオン状態と
なっているので、各相コイルと駆動回路１０の接続は図
８の（２）の状態となり、電流は、電源ライン２２→Ａ
相コイル１２→グランドライン２４、電源ライン２２→
Ｂ相コイル１４→グランドライン２４、電源ライン２２
→Ｃ相コイル１６→グランドライン２４、電源ライン２
２→Ｄ相コイル１８→グランドライン２４と４系統に分
かれて流れる。これにより、Ｅ相コイル２０を除く他の
全ての相コイルが同極性（逆極性）に励磁され、ロータ
には図９に示すように第１の従来例のステップ１（Ｓ
１）と同様のｂのトルクベクトルが生ずる。同様にし
て、ステップ３（Ｓ３）では各相コイルと駆動回路１０
の接続は図８の（３）の状態となり、ロータには図９に
示すように第１の従来例のステップ１（Ｓ１）と同様の
ｃのトルクベクトルが生じ、ステップ４（Ｓ４）では各
相コイルと駆動回路１０の接続は図８の（４）の状態と
なり、ロータには図９のｄのトルクベクトルが生ずる。
また、ステップ５（Ｓ５）からステップ２０（Ｓ２０）
も同様である。上記の第２の励磁シーケンスによれば、
各相コイルが励磁された際の直列に接続される相コイル
の数は最多でも２個であり、駆動回路１０により駆動さ
れる相コイルのインダクタンスが少なくなるため、相コ
イルに流れる電流の立ち上がりが第１の従来例の励磁シ
ーケンスに比べて早くなるので、ステッピングモータを
高速で駆動した際のトルク低下を低減することができ
る。なお、図３や図６に示す相コイルの接続に代えて、
各相コイルの極性が全て反対となるように接続しても良
い。この場合には、上記励磁シーケンスにより駆動回路
を動作させると、ステータに生ずるトルクの方向は反対
方向となり、ロータが反対方向に回転することになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のステッピングモータの駆動方法には、次の様な課
題が有る。まず、第１の従来例のステッピングモータの
駆動方法によれば、電源ラインとグランドラインとの間
に２あるいは３個の相コイルが直列に接続され、インダ
クタンスが大きくなり、各相コイルに流れる電流の立ち
上がりが遅くなるため、図１０の駆動周波数−脱出トル
ク特性グラフに示される曲線ｅのように高速域でのトル
クが低下するという課題がある。また高速域でのトルク
低下を防ぐために、第２の従来例のステッピングモータ
の駆動方法を用いると、電源ラインとグランドラインと
の間に直列に接続される相コイルの数は１あるいは２個
となり、インダクタンスは少なくなる。このため、各相
コイルに流れる電流の立ち上がりは早くなり、図１０の
駆動周波数−脱出トルク特性グラフに示される曲線ｆの
ように高速域でのトルク特性を改善できるが、電源から
相コイルに供給される電流は第１の従来例の約２倍とな
るので、駆動効率が極端に低下するという課題がある。
従って、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目
的とするところは、駆動効率を極端に低下させることな
く、高速域でのトルク特性を改善可能なステッピングモ
ータの駆動方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、５相励磁により
基本ステップ角度ずつ変位する方向へトルクを発生させ
る第１の励磁パターンと、４相励磁により前記方向に対
して前記基本ステップ角度の２分の１ずつ変位する方向
へトルクを発生させる第２の励磁パターンとを交互に組
み合わせたステッピングモータの駆動方法において、前
記第１の励磁パターンは、５相励磁と３相励磁を交互に
組み合わせたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】５相励磁により基本ステップ角度ずつ変位する
方向へトルクを発生させる第１の励磁パターンと、４相
励磁により方向に対して基本ステップ角度の２分の１ず
つ変位する方向へトルクを発生させる第２の励磁パター
ンとを交互に組み合わせたステッピングモータの４−５
相励磁駆動方法において、第１の励磁パターンは３相励
磁にて実現できる。図１０を用いて説明すると、例えば
Ａ相コイル、Ｂ相コイル、Ｃ相コイル、Ｄ相コイルを同
極性に励磁し、Ｅ相コイルのみを逆の極性に励磁するこ
とで生ずるトルクベクトルａと同方向のトルクベクトル
は、Ａ相コイル、Ｂ相コイル、Ｃ相コイルの３つの相コ
イルを同極性に励磁することでトルクベクトルｘとして
実現できる。従って、第１の励磁パターンを、５相励磁
と３相励磁を交互に組み合わせて構成することも可能で
あり、これにより電源ラインとグランドラインとの間に
直列に接続される相コイルの平均数を第１の従来例と第
２の従来例の中間の数にできるため、第１の従来例に比
べて高回転域でのトルク特性を改善し、かつ第２の従来
例に比べて電源電流を低減できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るステッピ
ングモータの駆動方法を示す励磁シーケンス図である。
図２は、図１の励磁シーケンスのステップ１〜ステップ
４までの駆動回路と各相コイルの接続状態を示す説明図
である。

【００１６】まず、ステッピングモータとその駆動回路
１０について説明する。なお、従来例と同一の構成につ
いては同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。ステッ
ピングモータ（不図示）のステータおよび相コイルは前
述した第１の従来例と同様の構成を有し、図３に示すよ
うにＡ相コイル１２、Ｂ相コイル１４、Ｃ相コイル１
６、Ｄ相コイル１８、Ｅ相コイル２０の５相から構成さ
れている。また各相コイルはＡ相コイル１２、Ｃ相コイ
ル１６、Ｅ相コイル２０、Ｂ相コイル１４、Ｄ相コイル
１８の順番で直列にリング状に接続され、ステッピング
モータのステータ（不図示）に一例として３６度の等ピ
ッチで設けられた１０極のポール（不図示）に施されて
いる。続いて、上記各相コイルの駆動回路１０、および
各相コイルと駆動回路１０の接続も図３に示すように前
述した第１の従来例と同様の構成を有する。

【００１７】次に、上記各相コイルを励磁する励磁シー
ケンスについて図１および図２を用いて説明する。励磁
シーケンスはステップ１（Ｓ１）からステップ２０（Ｓ
２０）までの２０のステップから構成されている。例え
ばステップ１（Ｓ１）について説明すると、Ｑ１とＱ５
とＱ７とＱ８のみがオン状態となっているので、各相コ
イルと駆動回路１０の接続は図２の（１）の状態とな
り、電流は、電源ライン２２→Ａ相コイル１２→Ｃ相コ
イル１６→グランドライン２４、また電源ライン２２→
Ｂ相コイル１４→グランドライン２４の２系統に分かれ
て流れる。これにより、Ａ相コイル１２〜Ｃ相コイル１
６の３つの相コイルのみが同極性に励磁されるため、ロ
ータ（不図示）には図９のｘのトルクベクトルが生じ、
このトルクベクトルｘはトルクベクトルａと同一方向と
なる。

【００１８】また、ステップ２（Ｓ２）について説明す
ると、Ｑ５とＱ７とＱ８のみがオン状態となっているの
で、各相コイルと駆動回路１０の接続は図２の（２）の
状態となる。この接続状態は、第１の従来例のステップ
（Ｓ２）と同じであり、４つの相コイルが励磁され、ロ
ータには図９のｂのトルクベクトルが生ずる。同様にし
て、ステップ３（Ｓ３）では、Ｑ５とＱ７のみがオン状
態となり、各相コイルと駆動回路１０の接続は図２の
（３）の状態となる。この接続状態は、第１の従来例の
ステップ（Ｓ３）と同じであり、５つの相コイルが励磁
され、ロータには図９のｃのトルクベクトルが生ずる。
さらに、ステップ４（Ｓ４）では、Ｑ４とＱ５とＱ７の
みがオン状態となり、各相コイルと駆動回路１０の接続
は図２の（４）の状態となる。この接続状態は、第１の
従来例のステップ（Ｓ４）と同じであり、４つの相コイ
ルが励磁され、ロータには図９のｄのトルクベクトルが
生ずる。また、ステップ５（Ｓ５）からステップ２０
（Ｓ２０）も同様に、図１の励磁シーケンスに従って、
上述したように３相−４相−５相−４相励磁が繰り返さ
れて、ロータには、ステップごとに方向が１８度ずつず
れるトルクが作用するのでロータが回転する。

【００１９】上述したように、前記第１の従来例のステ
ッピングモータの駆動方法を示す図４の４−５相励磁シ
ーケンスの内、５相励磁を行っているステップ１（Ｓ
１）、ステップ５（Ｓ５）、ステップ９（Ｓ９）、ステ
ップ１３（Ｓ１３）、ステップ１７（Ｓ１７）を３相励
磁とした図１の励磁シーケンスによるステッピングモー
タの駆動方法を使用すると、ロータに生ずるトルクベク
トルの方向を変えずに、電源ラインとグランドラインと
の間に直列に接続される相コイルの平均数を第１の従来
例と第２の従来例の中間の数にできるため、図１０の曲
線ｇに示すように第１の従来例に比べて高回転域でのト
ルク特性を改善し、また第２の従来例に比べて電源電流
も低減できる。

【００２０】以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明は上述する実施例に限定されるも
のではなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変
を施し得るのはもちろんである。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係るステッピングモータの駆動
方法を用いると、ロータに生ずるトルクベクトルの方向
を変えずに、電源ラインとグランドラインとの間に直列
に接続される相コイルの平均数を第１の従来例と第２の
従来例の中間の数にできるため、第１の従来例に比べて
高回転域でのトルク特性を改善し、かつ第２の従来例に
比べて電源電流を少なくでき、効率の良い駆動が行える
という著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステッピングモータの駆動方法を
示す励磁シーケンス図である。

【図２】図１の励磁シーケンスのステップ１〜ステップ
４までの駆動回路と各相コイルの接続状態を示す説明図
である。

【図３】第１の従来例および本発明に係る実施例の駆動
方法により駆動される駆動回路と、ステッピングモータ
の各相コイルとの接続を示す接続図である。

【図４】ステッピングモータの駆動方法の第１の従来例
を示す励磁シーケンス図である。

【図５】図４の励磁シーケンスのステップ１〜ステップ
４までの駆動回路と各相コイルの接続状態を示す説明図
である。

【図６】第２の従来例の駆動方法により駆動される駆動
回路と、ステッピングモータの各相コイルとの接続を示
す接続図である。

【図７】ステッピングモータの駆動方法の第２の従来例
を示す励磁シーケンス図である。

【図８】図７の励磁シーケンスのステップ１〜ステップ
４までの駆動回路と各相コイルの接続状態を示す説明図
である。

【図９】図４、図７、および図１の励磁シーケンスのス
テップ１〜ステップ４においてロータに生ずるトルクベ
クトルを示す説明図である。

【図１０】第１の従来例と第２の従来例の駆動方法を用
いた場合の脱出トルクと駆動周波数との関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０ 駆動回路 １２ Ａ相コイル １４ Ｂ相コイル １６ Ｃ相コイル １８ Ｄ相コイル ２０ Ｅ相コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ５相励磁により基本ステップ角度ずつ変
   位する方向へトルクを発生させる第１の励磁パターン
   と、４相励磁により前記方向に対して前記基本ステップ
   角度の２分の１ずつ変位する方向へトルクを発生させる
   第２の励磁パターンとを交互に組み合わせたステッピン
   グモータの駆動方法において、 前記第１の励磁パターンは、５相励磁と３相励磁を交互
   に組み合わせたことを特徴とするステッピングモータの
   駆動方法。