JPH0984392A - マイクロステップ駆動用ステッパモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動の少ないマイクロステップ駆動用ステッ
パモータのトルクと位置精度との調和を行う。 【解決手段】 定電圧により駆動するステッパモータ１
にデューティ出力を与えてマイクロステップ駆動が行わ
れるマイクロステップ駆動用ステッパモータに、ステッ
パモータ１への駆動速度を判定する駆動速度判定部３１
が設けられる。通電電流時間制御部３２は、低速駆動と
の判定時には、デューティを有する１パルスの信号によ
りステップモータ１を回転する１ステップ角度の通電電
流時間を短くし、高速駆動との判定時には、ステップ角
の通電電流時間を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は振動の少ないマイク
ロステップ駆動用ステッパモータに関し、特に、トルク
と位置精度との調和を行うことができるマイクロステッ
プ駆動用ステッパモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のステップモータを示す図で
ある。本図には、ステッパモータ１と、これを駆動する
ための駆動回路２と、ステップモータ１を駆動するため
に速度、方向、距離、角度などを指令するための信号を
駆動回路２に出力する制御回路３と、ステップモータ１
を駆動するための直流電源４とが示されている。

【０００３】上記制御回路３の第１の例として定電圧型
のステップモータ１にデューティ出力を与え、巻線への
通電電流の制御を行う駆動方法がある。図８は図７の制
御回路３によるマイクロステップ駆動制御を説明する図
である。本図（ａ）の上段に示すように、２相励磁方式
のフルステップ駆動時には、４パルス毎に固定子の巻線
電流が同じ状態に励磁され、本図（ａ）の下段に示すよ
うな移動ステップ角でステップモータ１が駆動される。
ここに、相の数は電源ライン間の巻線群の数をいう。そ
して、ステップ角は１パルスの信号によりステップモー
タ１が回転する角度であり、相数、ロータ歯数等により
決まり、このステップ角を小さな高分解能のステップモ
ータ１を得ることができる。

【０００４】さらに、巻線電流をコントロールすること
により、さらに細かく分割することが可能であり、この
ような電流コントロールによる多分割化を一般にマイク
ロステップ駆動と呼ばれる（T.R.Fredriksen Micro-Ste
pping New ControlConcept For Rotary Motor, 1975,IM
CSD, HH1〜6参照）。本図（ｂ）の上段に、２相ステッ
パモータを２相励磁方式でマイクロステップ駆動として
例えば１０分割した場合の巻線電流が示され、本図
（ｂ）の下段にステッパモータ１の駆動が示される。こ
のマイクロステップ駆動を行うことにより、振動が少な
いスムーズな運転が可能となり、高分解能化を図ること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記マイク
ロステップ駆動用ステッパモータでは、ステップモータ
１のトルクを大きくするために、その固定子巻線への１
ステップ角の通電電流時間を長くすることにより、固定
子巻線電流を大きくし、これによりトルクを大きくでき
る。しかし、この固定子巻線電流が大きくなると、高分
解能であっても、ステッパモータ１の高速位置の精度が
荒くなる。これに対して、１ステップ角の通電電流時間
が短いと、固定子巻線のインダクタンスが大きいため、
固定子巻線電流が小さくなり、高速位置決の精度がよく
なるが、トルクが小さくなる。このため、大きいトルク
を求めると高速位置の高精度を得ることができず、高速
位置の高精度を求めると大きなトルクを得ることができ
ないという問題がある。

【０００６】また、固定子巻線への通電電流が同じであ
っても、電源電圧の変動によって、通電電流が変化する
ため、トルクの変動、高速位置決めの精度の変動を、上
記問題解決に考慮する必要がある。したがって、本発明
は上記問題点に鑑み、トルクと高速位置の精度と調和を
図り、必要に応じて大きなトルク、高速位置の高精度を
得ることができるマイクロステップ駆動用ステッパモー
タを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、定電圧により駆動するステッパモータ
にデューティ出力を与えてマイクロステップ駆動が行わ
れるマイクロステップ駆動用ステッパモータに、ステッ
パモータへの駆動速度を判定する駆動速度判定部が設け
られる。通電電流時間制御部は、低速駆動との判定時に
は、前記デューティを有する１パルスの信号により前記
ステップモータを回転する１ステップ角度の通電電流時
間を短くし、高速駆動との判定時には、前記ステップ角
の通電電流時間を長くする。

【０００８】前記通電電流時間制御部は駆動速度切り換
え時に前記ステップ角度ごとに通電電流時間を徐々に変
化させる。前記通電電流時間制御部はステッパモータを
駆動する電源電圧の変動に応じて、前記ステップ角の通
電電流時間を可変にする。駆動速度判定部は、前記マイ
クロステップ駆動用ステッパモータをエンジンのスロッ
トル制御に適用する場合には、スロットル制御のアイド
ル状態には低速駆動と判定し、その他の場合には高速駆
動と判定する。

【０００９】

【作用】本発明のマイクロステップ駆動用ステッパモー
タによれば、通電電流時間制御部は、低速駆動との判定
時には、前記デューティを有する１パルスの信号により
前記ステップモータを回転する１ステップ角度の通電電
流時間を短くし、高速駆動との判定時には、前記ステッ
プ角の通電電流時間を長くすることにより、要求高速位
置精度と要求トルクを１ステップ角の通電電流時間変更
により実現することが可能になる。

【００１０】前記通電電流時間制御部は駆動速度切り換
え時に前記ステップ角度ごとに通電電流時間を徐々に変
化させることにより、１ステップ角の通電電流時間変更
に起因する振動を抑制可能にする。前記通電電流時間制
御部はステッパモータを駆動する電源電圧の変動に応じ
て、前記ステップ角の通電電流時間を可変にすることに
より、低い電源電圧に伴う巻線電流への低通電電流に起
因する高速駆動時のトルク不足を回避する。

【００１１】駆動速度判定部は、前記マイクロステップ
駆動用ステッパモータをエンジンのスロットル制御に適
用する場合には、スロットル制御のアイドル状態には低
速駆動と判定し、その他の場合には高速駆動と判定する
ことにより、アイドル制御の精度が向上する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係るマイクロステッ
プ駆動用ステッパモータの制御回路３を説明する図であ
る。本図に示すように、制御回路３は、ステッパモータ
１を高速駆動又は低速駆動すべきかの駆動速度を、外部
の情報を基に、判定する駆動速度判定部３１と、この判
定を基に駆動回路２へのステップ角当たりの通電電流時
間を行う通電電流時間制御部３２とを具備する。

【００１３】図２は図１の制御回路３の制御動作を説明
するフローチャートである。ステップＳ１において、制
御回路３に駆動速度の要求設定が行われる。ステップＳ
２において、駆動速度判定部３１により駆動速度の設定
が高速駆動か低速度の設定かを判定する。この判定が
「ＹＥＳ」ならステップＳ３に進み、「ＮＯ」ならステ
ップＳ４に進む。

【００１４】ステップＳ３において、高速駆動の設定と
の判定の場合には、１ステップ角の通電電流時間を２ｍ
ｓに設定して、リターン処理を行う。ステップＳ４にお
いて、低速度の設定との判定の場合には、１ステップ角
の通電電流時間を１ｍｓに設定して、リターン処理を行
う。図３は図２の制御動作を基に、駆動回路２により固
定子巻線へ出力される電流波形を示す図である。

【００１５】本図に示す場合は、１つの巻線に流す電流
の向きが変わるバイポーラ駆動方式が採用され、本図
（ａ）に示すように、１ステップ角につき通電電流時間
が１ｍｓの場合、電流の振幅値が最大値ａをとし、この
最大値と最小値との差をｃとする。そして本図（ｂ）に
示すように、１ステップ角につき通電電流時間が１ｍｓ
の場合、電流の振幅値が最大値ｂをとし、この最大値と
最小値との差をｄとする。この場合、 ａ＜ｂ であるので、低速駆動の場合には、高速位置精度がよ
く、 ｃ＜ｄ であるので、高速駆動の場合には、トルクが大きくな
る。このようにして、要求される高速位置精度と要求ト
ルクとを、１ステップ角につき通電電流時間を調整し
て、その調和図ることが可能になる。

【００１６】図４は図３の制御動作の変形例を説明する
フローチャートである。ステップＳ１１において、制御
回路３に駆動速度の要求設定が行われる。ステップＳ１
２において、駆動速度判定部３１により駆動速度の設定
が高速駆動か低速度の設定かを判定する。この判定が
「ＹＥＳ」ならステップＳ１３に進み、「ＮＯ」ならス
テップＳ３２に進む。

【００１７】ステップＳ１３において、高速駆動の場合
には駆動速度の変更が有るか否かの判断を行う。この判
断が「ＮＯ」ならステップＳ１４に進み、「ＹＥＳ」な
らステップＳ１５に進む。ステップＳ１４において、駆
動変更が無い場合には、１ステップ角の通電電流時間を
２ｍｓに設定して、リターン処理を行う。

【００１８】ステップＳ１５において、駆動変更がある
場合には、次の相の励磁を行うかを判断する。ステップ
Ｓ１６において、次の相の励磁を行う場合には、１ステ
ップ角の通電電流時間を１．６ｍｓに設定する。ステッ
プＳ１７において、次の相の励磁を行うかを判断する。

【００１９】ステップＳ１８において、次の相の励磁を
行う場合には、１ステップ角の通電電流時間を１．４ｍ
ｓに設定する。ステップＳ１９において、次の相の励磁
を行うかを判断する。ステップＳ２０において、次の相
の励磁を行う場合には、１ステップ角の通電電流時間を
１．２ｍｓに設定する。

【００２０】ステップＳ２１において、次の相の励磁を
行うかを判断する。ステップＳ２２において、次の相の
励磁を行う場合には、１ステップ角の通電電流時間を
１．０ｍｓに設定して、リターン処理を行う。ステップ
Ｓ２３において、低速駆動の場合には駆動速度の変更が
有るか否かの判断を行う。この判断が「ＮＯ」ならステ
ップＳ２４に進み、「ＹＥＳ」ならステップＳ２５に進
む。

【００２１】ステップＳ２４において、駆動変更が無い
場合には、１ステップ角の通電電流時間を１ｍｓに設定
して、リターン処理を行う。ステップＳ２５において、
駆動変更がある場合には、次の相の励磁を行うかを判断
する。ステップＳ２６において、次の相の励磁を行う場
合には、１ステップ角の通電電流時間を１．２ｍｓに設
定する。

【００２２】ステップＳ２７において、次の相の励磁を
行うかを判断する。ステップＳ２８において、次の相の
励磁を行う場合には、１ステップ角の通電電流時間を
１．４ｍｓに設定する。ステップＳ２９において、次の
相の励磁を行うかを判断する。ステップＳ３０におい
て、次の相の励磁を行う場合には、１ステップ角の通電
電流時間を１．６ｍｓに設定する。

【００２３】ステップＳ３１において、次の相の励磁を
行うかを判断する。ステップＳ３２において、次の相の
励磁を行う場合には、１ステップ角の通電電流時間を
２．０ｍｓに設定して、リターン処理を行う。このよう
にして、通電電流の時間の切り換えを、ステッパモータ
１の励磁毎に駆動速度を設定して、徐々に行うことによ
りトルクが急激に変化することを緩和し振動発生の抑制
を行う。

【００２４】図５は図３の制御動作の別の変形例を説明
するフローチャートである。ステップＳ４１において、
制御回路３に駆動速度の要求設定が行われる。ステップ
Ｓ４２において、電源電圧を読み込む。ステップＳ４３
において、電源電圧が 電圧≧１０Ｖ が成立するかを判断する。この判断が「ＹＥＳ」ならス
テップＳ４４に進み、「ＮＯ」ならステップＳ４６に進
む。

【００２５】ステップＳ４４において、電源電圧が所定
値以上の場合には、駆動速度判定部３１により駆動速度
の設定が高速駆動か低速度の設定かを判定する。この判
定が「ＹＥＳ」ならステップＳ４５に進み、「ＮＯ」な
らステップＳ４６に進む。ステップＳ４５において、高
速駆動の設定との判定の場合には、１ステップ角の通電
電流時間を２ｍｓに設定して、リターン処理を行う。

【００２６】ステップＳ４６において、電源電圧が所定
値未満の場合には、高速駆動禁止表示を行う。ステップ
Ｓ４７において、電源電圧が所定値未満であり、又は、
低速度の設定との判定の場合には、１ステップ角の通電
電流時間を１ｍｓに設定して、リターン処理を行う。

【００２７】このようにして、電源電圧が低い場合に
は、固定子巻線への電流が小さくなり、高速駆動時のト
ルクが不足するので、高速駆動の設定要求に応じないよ
うにする。図６は図３の制御動作の他の変形例を説明す
るフローチャートである。本図では本実施例のマイクロ
ステップ駆動用ステッパモータを自動車のエンジンのス
ロットル弁に使用する場合について説明する。

【００２８】ステップＳ５１において、スロットル接点
がＯＮが否かを判断する。この判断が「ＮＯ」ならステ
ップＳ５２に進み、「ＹＥＳ」ならステップＳ５３に進
む。ステップＳ５２において、スロットル接点がＯＮの
場合には、１ステップ角の通電電流時間を２ｍｓに設定
して、リターン処理を行う。ステップＳ５３において、
スロットル接点がＯＦＦの場合には、１ステップ角の通
電電流時間を１ｍｓに設定して、リターン処理を行う。

【００２９】このようにして、エンジンのスロットル弁
の制御において、アイドル状態ではステップ角の通電電
流時間を短くし、その他の場合には長くするは、アイド
ル状態ではエンジンのアイドル制御について、空気流量
制御が必要であり、ステッパモータ１の高速位置精度が
要求されるが、その他の状態ではさほどシビアな高速位
置精度がなくとも実用上問題がないためである。かくし
て、エンジンのスロットル制御において、高速位置精度
とトルクの両立性能を引き出すことが可能になる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
速駆動時には、デューティを有する１パルスの信号によ
りステップモータを回転する１ステップ角度の通電電流
時間を短くし、高速駆動時には、ステップ角の通電電流
時間を長くするので、要求高速位置精度と要求トルクを
１ステップ角の通電電流時間変更により実現することが
可能になる。駆動速度切り換え時にステップ角度ごとに
通電電流時間を徐々に変化させるので、１ステップ角の
通電電流時間変更に起因する振動を抑制可能にする。ス
テッパモータを駆動する電源電圧の変動に応じて、ステ
ップ角の通電電流時間を可変にするので、低い電源電圧
に伴う巻線電流への低通電電流に起因する高速駆動時の
トルク不足を回避する。マイクロステップ駆動用ステッ
パモータをエンジンのスロットル制御に適用し、スロッ
トル制御のアイドル状態にはステップ角度の通電電流時
間を短くし、その他の状態の場合にはステップ角度の通
電電流時間を長くするので、アイドル制御の精度が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るマイクロステップ駆動用
ステッパモータの制御回路３を説明する図である。

【図２】図１の制御回路３の制御動作を説明するフロー
チャートである。

【図３】図２の制御動作を基に、駆動回路２により固定
子巻線へ出力される電流波形を示す図である。

【図４】図３の制御動作の変形例を説明するフローチャ
ートである。

【図５】図３の制御動作の別の変形例を説明するフロー
チャートである。

【図６】図３の制御動作の他の変形例を説明するフロー
チャートである。

【図７】従来のステップモータを示す図である。

【図８】図７の制御回路３によるマイクロステップ駆動
制御を説明する図である。

【符号の説明】 １…ステッパモータ ３…制御回路 ３１…駆動速度判定部 ３２…通電電流時間制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定電圧により駆動するステッパモータ
   （１）にデューティ出力を与えてマイクロステップ駆動
   が行われるマイクロステップ駆動用ステッパモータにお
   いて、 ステッパモータ（１）への駆動速度を判定する駆動速度
   判定部（３１）と、 低速駆動との判定時には、前記デューティを有する１パ
   ルスの信号により前記ステップモータ（１）を回転する
   １ステップ角度の通電電流時間を短くし、高速駆動との
   判定時には、前記ステップ角の通電電流時間を長くする
   通電電流時間制御部（３２）とを有することを特徴とす
   るマイクロステップ駆動用ステッパモータ。
2. 【請求項２】 前記通電電流時間制御部（３１）は駆動
   速度切り換え時に前記ステップ角度ごとに通電電流時間
   を徐々に変化させることを特徴とする、請求項１に記載
   のマイクロステップ駆動用ステッパモータ。
3. 【請求項３】 前記通電電流時間制御部（３１）はステ
   ッパモータ（１）を駆動する電源電圧の変動に応じて、
   前記ステップ角の通電電流時間を可変にすることを特徴
   とする、請求項１に記載のマイクロステップ駆動用ステ
   ッパモータ。
4. 【請求項４】 駆動速度判定部（３２）は、前記マイク
   ロステップ駆動用ステッパモータをエンジンのスロット
   ル制御に適用する場合には、スロットル制御のアイドル
   状態には低速駆動と判定し、その他の場合には高速駆動
   と判定することを特徴とする、請求項１に記載のマイク
   ロステップ駆動用ステッパモータ。