JPH0799797A - ステップモータの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱調状態が発生した際、短時間に異常動作を
停止させ、大きなずれを発生させずに正常動作に復帰さ
るステップモータの制御装置を提供する。 【構成】 定電流方式で回転するステップモータに於い
て、複数個の相S1〜S4を構成するコイルC1〜C4と、該各
相に設けられた電流制御手段５と、該各コイルに流れる
電流値を測定し且つ各相に予め定められている目標電流
値DAとを比較する比較手段４とから構成され、比較手段
４の出力が電流制御手段５を制御する様に当該電流制御
手段と接続されており、更に脱調検出手段１１と脱調時
に該各相に流れる電流量を増加せしめる電流量増加手段
１２及び位置センサとを有しているステップモータの制
御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータの駆動
装置に関するものであり、更に詳しくは、当該ステップ
モータに脱調が発生した場合に、容易に正常な動作に復
帰する事が可能なステップモータの制御装置を提供する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステップモータを回転駆動させる
方法として、定電圧駆動方式と定電流駆動方式とが知ら
れているが、定電流駆動方式は、電圧に変動が生じても
一定の回転トルクで当該モータを回転する事が出来るの
で、定電圧駆動方式に比べて一般的に利用されている。

【０００３】然しながら、当該ステップモータに於いて
は、負荷の大きさ、或いは負荷の性能、更には当該ステ
ップモータの駆動回路に供給されるパルスの周波数、電
圧等によって、当該ステップモータが、正常であれば、
所定のステップに於いて当然位置していなければならな
い位置に位置していない状態、つまり脱調状態がしばし
ば発生する。

【０００４】係る状態を放置しておくと、当該ステップ
モータによる所定の負荷を正確に制御出来ない状態が発
生するので、係る脱調状態が発生した場合には、直ちに
その状態から正常な状態に修正する必要がある。従来、
ステップモータに於いて、係る脱調状態が発生した場合
には、例えば所定の駆動回路が、ステップモータをイニ
シャル位置側に動かす様にして、該イニシャル位置に於
いて、駆動回路を該ステップモータとを正常位置に合致
させる様に処理する方法が知られている。

【０００５】然しながら、係る方法に於いては、当該ス
テップモータが、イニシャル位置迄完全に動いてしまう
ので、特定の位置関係を以て制御が実行されている場合
には、却って所定の制御が出来なくなると言う問題が有
った。又、別の方法としては、駆動回路が、ステップモ
ータの動作方向に合わせて動作スピードを徐々に遅くし
て行き、当該駆動回路とモータとの動作を合致させる方
法もあるが、係る方法に於いても、脱調方向に大きくモ
ータを動かす事になるので、モータの位置が大きくずれ
てしまうと言う問題が有った。

【０００６】従って、上記の様な従来の脱調発生時の処
理方法では、例えばステップモータをエンジン等のスロ
ットル制御に使用している場合には、エンジンの出力が
急変動してしまい、逆に危険な状態となる恐れが有っ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、係る
従来技術に於ける問題を解決し、当該ステップモータに
脱調状態が発生した場合でも、短時間に脱調による異常
動作を停止させ、当該ステップモータの所定の制御ステ
ップに於いて位置すべき位置と大きなずれを発生させる
ことなく、正常動作に復帰させる事の出来るステップモ
ータの制御装置及びステップモータの制御方法を提供す
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような基本的な技術構
成を採用するものである。即ち、本発明に係る第１の態
様に於いては、複数個の相を有するステップモータを定
電流方式により回転させるステップモータの駆動装置に
於いて、該複数個の相を構成するコイルと、該各相に設
けられた電流制御手段と、該各コイルに流れる電流値を
測定すると同時に、当該各相に予め定められている目標
電流値とを比較する比較手段とから構成されており、且
つ、当該比較手段の出力が該電流制御手段を制御する様
に当該電流制御手段接続されており、更に脱調検出手段
と脱調時に該各相に流れる電流量を増加せしめる電流量
増加手段とを有しているステップモータの制御装置であ
り、又第２の態様としては、複数個の相を有するステッ
プモータを定電流方式により回転させるステップモータ
の駆動装置で有って、該複数個の相を構成するコイル
と、該各相に設けられた電流制御手段と、該各コイルに
流れる電流値を測定すると同時に、当該各相に予め定め
られている目標電流値とを比較する比較手段とから構成
され、且つ、当該比較手段の出力が該電流制御手段を制
御する様に当該電流制御手段を接続されているステップ
モータの制御装置に於いて、当該ステップモータの脱調
を検出した場合には、各相に流れる電流量を増加せしめ
る事によって、当該ステップモータの回転を抑制せしめ
るステップモータの制御方法である。

【０００９】

【作用】本発明に係る該ステップモータの駆動装置及び
ステップモータの制御方法に於いては、従来の制御装置
或は制御方法と異なり、当該ステップモータの各相が、
所定の目標ステップに於いて占める位置、つまり、所定
の目標ステップに於いて当該ステップモータが位置して
いなければならない位置と、当該目標ステップを実行し
ている時点の於ける当該ステップモータの実際の位置と
の差分を演算により検出し、その差分値が、予め定めら
れた所定の許容範囲を超えた場合に、その状態を脱調状
態を判断し、当該ステップモータの少なくとも１つの相
を構成するコイルに対する通電電流量を通常の通電電流
量より大きくなる様に設定する事によって、当該ステッ
プモータの回転をその時点若しくは、当該ステップモー
タが一回転した後の同一ステップにおいて、当該ステッ
プモータの回転を停止させる様にするものであるから、
脱調が発生してから上記処理を実行する迄の時間を極め
て短くする事が可能であり、従って、脱調時のずれの程
度も小さくて済むので、その後の調整作業が容易に行わ
れる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明に係るステップモータの制御
装置及びステップモータの制御方法の具体例を図面を参
照しながら詳細に説明する。即ち、図１は、本発明に係
るステップモータの制御方法を実施する場合の当該ステ
ップモータ制御装置の一具体例における構成を示すもの
で有って、図中、複数個の相Ｓ１〜Ｓ４を有するステッ
プモータを定電流方式により回転させるステップモータ
の駆動方法を実行する駆動制御回路１に於いて、該複数
個の相Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれを構成するコイルＣ１〜Ｃ
４に於ける少なくとも１つの相に流れる電流値を、当該
各相とは別に配置された制御手段２に設けられているた
マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３により、所定のアル
ゴリズムに従って制御するに際し、当該１つの相、例え
ばＳ１を制御する時点に於いて、当該相Ｓ１のコイルＣ
１に流すべき予め定められた電流値であって、当該マイ
クロコンピュータ３内に記憶されている、目標電流値Ｉ
Ｔ１と相関を有する値ＤＡ１（例えば電流値）を該マイ
クロコンピュータ３から出力させると共に、当該目標電
流値ＩＴ１と相関を有する該出力値ＤＡ１と、該相Ｓ１
のコイルＣ１に流れている実際の電流ＩＪ１と相関を有
する値（例えば電流値）とを適宜の比較手段４に於いて
比較して、その結果である当該比較手段４の出力値Ｉ１
を再度該マイクロコンピュータ３に入力させ、当該マイ
クロコンピュータ３で所定の演算処理を実行して、当該
マイクロコンピュータ３から、当該相Ｓ１のコイルＣ１
に流れる電流を制御する様な信号Ｏ１からＯ４を出力さ
せ、当該制御信号Ｏ１からＯ４を、各相Ｓ１〜Ｓ４に設
けられているコイルＣ１〜Ｃ４に流れる電流の通路に設
けられた適宜の電流制御手段であるスイッチ手段５−１
〜５−４に入力させ、当該スイッチ手段５−１〜５−４
をＯＮ／ＯＦＦ制御する様に構成されているステップモ
ータの駆動制御回路装置である。

【００１１】当該ステップモータに於ける複数個の相Ｓ
１〜Ｓ４を構成するコイルＣ１〜Ｃ４は、高電位電源、
例えば１２Ｖと低電位電源電圧、例えばＧＮＤとの間に
適宜の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して配置されており、且つ該
高電位電源と該コイルＣ１〜Ｃ４との間には、当該コイ
ルを流れる電流を断続的にＯＮ／ＯＦＦさせる電流制御
手段としてのスイッチ手段５−１〜５−４が設けられる
と共に、当該スイッチ手段５−１〜５−４は、前記制御
手段２に於ける該マイクロコンピュータ３の出力制御信
号Ｏ１からＯ４により制御されるものである。

【００１２】より具体的に説明すると、当該スイッチ手
段５−１〜５−４は、トランジスタで構成されており、
当該トランジスタのベース若しくはゲートは、前記マイ
クロコンピュータ３の所定の出力制御信号Ｏ１からＯ４
と接続されているものである。又、本発明に於いては、
当該マイクロコンピュータ３には、当該ステップモータ
の脱調状態検出手段１１と当該脱調状態が検出された場
合に、該ステップモータの所定の相を構成するコイルに
流れる電流量を増加させる為の電流量増加手段１２が更
に設けられているものである。

【００１３】更に、本発明に於いては、上記したステッ
プモータの制御装置に於いて、当該モータを構成する各
相に、当該モータの位置を検出する、位置センサ１３が
設けられているものである。尚、本具体例に於いて使用
されるデータは、図２に示す様に、該ステップモータＭ
に於ける、それぞれの制御ステップＡ〜Ｈに於いて、各
相の目標電流値ＤＡ１〜ＤＡ４と当該制御ステップに於
いて当該コイル内を流れる実電流ＩＪ１〜ＩＪ４に係る
データとが、所定の比較手段４に於いて比較される。

【００１４】当該比較手段４の出力は、当該マイクロコ
ンピュータ３から出力される当該相Ｓ１〜Ｓ４の各コイ
ルＣ１〜Ｃ４に流れる電流を制御する信号となり、当該
相のコイルＣ１〜Ｃ４に流れる電流のＯＮデューティ比
を変化させる制御信号Ｏ１〜らＯ４として当該マイクロ
コンピュータ３から出力されるものである。係る制御信
号Ｏ１からＯ４は、所定の制御ステップＡ〜Ｈのそれぞ
れに於いて、所定の各相を構成するそれぞれのコイルＣ
１〜Ｃ４に流れる電流を所定の量に制御する為の制御信
号であって、該制御信号Ｏ１からＯ４のそれぞれの大き
さは、図２に示されている制御ステップＡ〜Ｈのそれぞ
れに於いて、所定の一つの相例えばＳ１のコイルＣ１に
流れる電流を制御する場合でも、その相と隣接する他の
相、例えばＳ２、Ｓ４等に於けるコイルＣ２、Ｃ４に流
れる電流をも制御する様な制御データを含む所定の制御
パターンを形成する様に出力されるものである。

【００１５】本具体例に於けるステップモータの駆動方
法の基本的技術構成は、前記した通りであって、具体的
には、ステップモータを定電流方式で駆動する場合に於
いて、ステップ切り換え後の駆動方法として、相の目標
電流値に達した事を検出し、その後、次のステップの通
電制御に切り換えるものである。図２は、本具体例に於
いては、当該４相のステップモータに於いて、８ステッ
プの切り換えを行う場合の、当該目標電流値ＤＡ１〜Ｄ
Ａ４に対する制御値を記載したテーブルの例を示すもの
であって、ステップ（Ａ）に於いては、相Ｓ１に対して
のみ通電制御を行い、ステップ（Ｂ）に於いては、連続
する相Ｓ１とＳ２に対して通電制御を行い、又ステップ
（Ｃ）に於いては、相Ｓ２に対してのみ通電制御を行
い、ステップ（Ｄ）に於いては、連続する相Ｓ２とＳ３
に対して通電制御を行い、又ステップ（Ｅ）に於いて
は、相Ｓ３に対してのみ通電制御を行い、ステップ
（Ｆ）に於いては、連続する相Ｓ３とＳ４に対して通電
制御を行い、又ステップ（Ｇ）に於いては、相Ｓ４に対
してのみ通電制御を行い、ステップ（Ｈ）に於いては、
連続する相Ｓ４とＳ１に対して通電制御を行う様に設定
されている。

【００１６】本具体例に於いては、ステップモータは、
何れの方向にも回転制御しえるので、当該電流制御に於
いても、該制御ステップの進行方向は、一定しておら
ず、何れの方向にも進行しえるものである。本発明に於
いては、係る方法に従って、ステップモータを駆動回転
させている間に、脱調状態が発生した場合、その検出方
法と当該脱調状態解消方法を提案するものである。

【００１７】本発明に係る当該ステップモータの制御装
置１に於いては、複数個の相を有するステップモータを
定電流方式により回転させるステップモータの駆動装置
に於いて、該複数個の相Ｓ１〜Ｓ４を構成するコイルＣ
１〜Ｃ４と、該各相に設けられたトランジスタ等で構成
されたスイッチ手段からなる電流制御手段スイッチ手段
５−１〜５−４と、該各コイルＣ１〜Ｃ４に流れる電流
値ＩＪ１〜ＩＪ４を測定すると同時に、当該各相に予め
定められている目標電流値ＤＡ１〜ＤＡ４とを比較する
比較手段４とから構成されており、且つ、当該比較手段
４の出力が該電流制御手段５−１〜５−４を制御する様
に当該電流制御手段５−１〜５−４に接続されており、
更に脱調検出手段１１と脱調時に該各相に流れる電流量
を増加せしめる電流量増加手段１２、更には、該ステッ
プモータに近接して、該ステップモータの現時点に於け
るモータ位置を検出しえる位置センサ１３とを有してい
るものである。

【００１８】処で、本発明に於ける脱調状態の検出手段
１１は、当該ステップモータの各相が、所定の目標ステ
ップ（図２に示すステップ（Ａ）〜ステップ（Ｈ）のそ
れぞれのステップ）に於いて占める位置、つまり、所定
の目標ステップに於いて当該ステップモータが位置して
いなければならない位置と、前記位置センサ１３によっ
て検出される、当該目標ステップを実行している時点の
於ける当該ステップモータの実際の位置、との差分を適
宜の差分演算手段での演算により検出し、その差分値
が、予め定められた所定の許容範囲を超えた場合に、そ
の状態を脱調状態を判断する様な機能を有するもので有
れば如何なる手段を用いても良い。

【００１９】又、本発明に於いて使用される電流量増加
手段１２は、当該ステップモータの脱調状態が、検出さ
れた場合に、ステップモータの少なくとも１つの相を構
成するコイルに対する通電電流量を通常の通電電流量よ
り大きくなる様に設定する機能を有するものであれば、
如何なる回路、装置で有っても良い。上記具体例に於い
ては、前記脱調状態検出手段１１と該電流量増加手段１
２とは、マイクロコンピュータ３内に配置された例を示
したものであるが、本発明に於いては、係る態様に限定
されるものではなく、該脱調状態検出手段１１と該電流
量増加手段１２とは、該マイクロコンピュータ３とは別
個に設けられたもので有っても良い。

【００２０】例えば、図３に示す様に、図１の比較回路
４の出力を直接電流制御手段スイッチ手段５−１〜５−
４を構成するトランジスタのゲート或いはベースに接続
させ、その途中に適宜の電流量増加手段１２を設け、当
該電流量増加手段１２を該脱調状態検出手段１１の出力
により制御しえる様に、該脱調状態検出手段１１の出力
を該電流量増加手段１２に接続する様に構成したもので
有っても良い。

【００２１】本発明に於いて使用される位置センサは、
特に限定されるものでは無く、従来公知のものが使用出
来る。本発明に於いては、先ず、ステップモータＭの通
常の駆動操作が、図４に示すフローチャートに従って実
行される。即ち、ステップモータ制御がスタートすると
ステップ（１）に於いて、当該ステップモータに於ける
目標ステップ位置と現在のステップ位置との差を演算
し、その値が正であれば、即ちＹＥＳであれば、現在の
ステップモータ位置を目標としているステップ位置迄移
動させる必要から、ステップ（２）に移動して、現時点
で使用している駆動制御パターンを次の駆動制御パター
ンに切り換える。

【００２２】即ち、今、図２に於けるステップ（Ｂ）の
制御テーブル４０を使用して、制御を実行している場合
に、上記差の値が正である場合には、その時点で、一つ
先の制御ステップであるステップ（Ｃ）の制御に移行す
るものであり、又該差の値が負である場合には、ステッ
プ（Ａ）の制御に移行するものである。その後、ステッ
プ（３）に移行して、後述する脱調判定のサブルーチン
が実行され、そのサブルーチンが終了すると該フローチ
ャートはリターンとなる。又、ステップ（１）に於いて
目標ステップ位置と現在のステップ位置との差の値が負
である場合、つまりＮＯである場合には、ステップ
（４）に進み、現時点で使用している駆動制御パターン
を一つ前の駆動制御パターンに切り換える。

【００２３】その後、ステップ（３）に進み、後述する
脱調判定のサブルーチンが実行される。次に、本発明に
於ける当該脱調時の脱調判定方法に付いて図５の脱調判
定サブルーチンに関するフローチャートを参照しながら
説明する。即ち、脱調判定サブルーチンがスタートする
とステップ（１１）に於いて先ず、現在のステップモー
タが制御されている制御ステップが判断され、その現在
の制御ステップに於いて、当該ステップモータＭが位置
すべき目標位置情報Ｓが読み出される。

【００２４】次いで、ステップ（１２）に於いて、当該
制御ステップに於ける該ステップモータＭの実際の位置
ＡＤを該位置センサ１３により検出する。その後、ステ
ップ（１３）に進んで、当該モ−タＭの実際位置ＡＤ
を、該ステップモータの駆動方法に於ける１ステップ毎
のセンサ変化量ｋで割算して、モ−タＭの実際位置のス
テップ数換算値Ｐを求めステップ（１４）でモ−タＭの
実際位置のステップ数換算値Ｐが、前記した当該制御ス
テップに於ける当該ステップモータＭが位置すべき目標
位置Ｓに対する許容範囲領域α内に存在するか否かが判
断される。

【００２５】つまり、Ｓ−α＜Ｐ＜Ｓ＋α が判断さ
れ、ＹＥＳであれば、脱調状態は、発生していないと判
断し、リターンとなるが、ＮＯで有れば、脱調状態と判
断し、ステップ（１５）に進み、脱調状態を解消する
為、異常停止制御ステップが実行される。本発明に於い
ては、該αは、例えばα＝２の様に設定する事が可能で
ある。

【００２６】本発明に於ける上記異常停止制御ステップ
に於いては、現在実行されている制御ステップに於ける
相のコイルに流れる電流量を前記した電流量増加手段１
２により増加させ、当該ステップモータＭの回転を強制
的に停止させる様にするものであり、その応用として
は、例えば、上記所定の相に隣接する他の相を含めて少
なくとも２相のコイルに対して流れる電流量を増加させ
る様にするもので有っても良い。

【００２７】例えば、正常時には、４．０Ｖであるもの
を、当該脱調時には、１０Ｖとするものである。図５に
おけるステップ（１５）で示される異常停止制御ステッ
プの制御パターンは、第１の相Ｓ１に流れる目標電流値
ＤＡ１と第２の相Ｓ２に流れる目標電流値ＤＡ２を共に
４Ｖを印加した時の電流値に設定し、その結果、ベクト
ル換算で、５．６Ｖの電圧が印加された場合に流れる電
流値に設定される事になり、結局、５．６／４倍の電流
が、当該ステップモータに流れる事になり、ステップモ
ータの異常動作を停止させる事が出来る。

【００２８】その後、ステップ（１６）に進み、前記し
たステップ（１２）と同様に再度当該制御ステップに於
ける該ステップモータＭの実際の位置ＡＤを該位置セン
サ１３により検出し、ステップ（１７）に於いて、ステ
ップ（１３）と同様にモ−タＭの実際位置のステップ数
換算値Ｐを求めて、その値をＰ１とし、ステップ（１
８）に於いて、該Ｐ１の値が、前記ステップ（１３）で
得られたモ−タＭの実際位置のステップ数換算値Ｐとの
差分が、予め定められた所定の許容誤差β以下であるか
否かが判断され、ＹＥＳであれば、当該脱調状態が解消
されたと判断して、リターンとなるが、ＮＯである場合
には、ステップ（１９）に進んで、当該Ｐ１をＰと更新
してステップ（１６）に戻り、前記ステップ（１６）以
降の各工程が、ステップ（１８）でＹＥＳとなるまで繰
り返される。

【００２９】上記ステップ（１８）に於ける該許容誤差
βの値は、例えばβ＝１の様に設定する事が可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明に於けるステップモータの駆動方
法に於いては、上記した構成を採用している事によっ
て、定電流方式による駆動中に、脱調が発生した場合に
は、該ステップモータへの通電電流量を大きくして該ス
テップモータをただちに、或いは、少なくとも当該ステ
ップモータの一回転後に、確実に停止させる事が出来る
ので、脱調の影響を少なくする事が可能であり、従っ
て、当該脱調状態を修正する場合の操作も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るステップモータの駆動方
法に使用されるステップモータ回転駆動制御回路の一具
体例の構成を示す回路図である。

【図２】図２は、本発明に係る当該ステップモータの駆
動方法の一具体例に於ける制御波形を示すグラフであ
る。

【図３】図３は、本発明に係る当該ステップモータの駆
動方法の他の具体例に於ける制御波形を示すグラフであ
る。

【図４】図４は、図２に示される具体例を実行する場合
の手順を説明するフローチャートである。

【図５】図５は、本発明に係るステップモータの駆動方
法に於いて、脱調判定手順と、脱調状態を解消させる操
作の手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ステップモータ制御回路装置 ２…制御手段 ３…マイクロコンピュータ ４…比較手段 ５−１〜５−４…スイッチ手段 １１…脱調検出手段 １２…電流量増加手段 １３…位置センサ Ｓ１〜Ｓ４…相 Ｃ１〜Ｃ４…コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の相を有するステップモータを定
   電流方式により回転させるステップモータの駆動装置に
   於いて、該複数個の相を構成するコイルと、該各相に設
   けられた電流制御手段と、該各コイルに流れる電流値を
   測定すると同時に、当該各相に予め定められている目標
   電流値とを比較する比較手段とから構成されており、且
   つ、当該比較手段の出力が該電流制御手段を制御する様
   に当該電流制御手段と接続されており、更に脱調検出手
   段と脱調時に該各相に流れる電流量を増加せしめる電流
   量増加手段とを有している事を特徴とするステップモー
   タの制御装置。
2. 【請求項２】 当該電流量増加手段は、該脱調時に、該
   相に通常流れる電流量の２倍以上の電流を流すことが出
   来る様に構成されている事を特徴とする請求項１記載の
   ステップモータの制御装置。
3. 【請求項３】 脱調時には、隣接する少なくとも２つの
   相に於ける該電流量増加手段が、同時に駆動される様に
   構成されている事を特徴とする請求項１記載のステップ
   モータの制御装置。
4. 【請求項４】 当該ステップモータの制御装置は、更に
   当該ステップモータの現在位置を検出する位置センサを
   有しており、且つ当該位置センサの位置情報と、当該ス
   テップモータが、所定の目標ステップに於いて存在すべ
   き位置情報との差分を検出する手段が設けられている事
   を特徴とする請求項１記載のステップモータの制御装
   置。
5. 【請求項５】 複数個の相を有するステップモータを定
   電流方式により回転させるステップモータの駆動装置で
   有って、該複数個の相を構成するコイルと、該各相に設
   けられた電流制御手段と、該各コイルに流れる電流値を
   測定すると同時に、当該各相に予め定められている目標
   電流値とを比較する比較手段とから構成され、且つ、当
   該比較手段の出力が該電流制御手段を制御する様に当該
   電流制御手段を接続されているステップモータの制御装
   置に於いて、当該ステップモータの脱調を検出した場合
   には、各相に流れる電流量を増加せしめる事によって、
   当該ステップモータの回転を抑制せしめる事を特徴とす
   るステップモータの制御方法。