JPS5818880B2 - ステツピングモ−タの制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステッピングモータを所望の停止位置へ速かに
移動させるステッピングモータの制御方式に関する。

従来におけるステッピングモータは一定の角度の停止位
置をもつが、１つの角度から次の停止位置まで移動する
過渡状態においては原理上多かれ少なかれ振動を伴うも
のである。

これについて第１図〜第３図を用いて説明する。

第１図においてステータ１ａを励磁しているとロータ２
はＡの位置にあるが、上記ステータ１ａの励磁をやめ別
のステータ１ｂを励磁すればロータ２は破線で示す位置
Ｂへ移る。

なお図中０は安定点を示す。

この過度状態を詳しく説明すると第２図のようになる。

一方、ステッピングモータの励磁された相の安定点附近
の特性を第３図に示す。

ここで第３図ａにおいて安定点０を中心としてロータ２
が一θ側にあるときは＋γのトルクを発生し、＋θ側に
あるときには−γのトルクを発生する。

これを図示すると第３図すのようになる。また励磁電流
■を大きくすると回転角対トルク特性の勾配は急になり
、逆に励磁電流■を小さくすると勾配はゆるやかになる
。

いま、ロータ２が１ステツプ前の安定点にある状態から
、次の安定点に移すために励磁電流の相を切り換えると
ロータ２は第３図すの特性にしたがって安定点０に達す
るまでは加速され、ロータが安定点０を通過した瞬間か
ら減速されることになる。

しかしながらロータは慣性をもっているため、回転はさ
らに進むが速度は次第に遅くなり、次には逆方向に回転
する。

この状態を繰り返しながら安定点Ｏに落ち着く。

これが第２図に示した振動の原因である。

この振動の時間が長いことは速い起動停止を要求される
。

場合には非常に大きな欠点となり、従来、機械的な摩擦
を加えたり、電気的なダンピングをかけたりして振動の
防止に努めていたが、ステッピングモータの性能を、落
す結果となった。

本発明は上記の如き欠点を除去し、ステッピングモータ
の特性を落すことなく、速かに所望の停止位置へ移動さ
せる方式を提供するもので、以下図面に従って本発明の
一実施例を３相ステツピングモータ、の１相励磁の場合
について説明する。

第３図ａにおいて、ロータ２が安定点０．を通過する瞬
間に電流を切り換えるとオーバーシュートの景（第２図
にｌで系した）を大きく変えることができる。

すなわち、第３図すに示す如く電流を変えない時は回転
角とトルクとの関係はａ−〇−すとなり、オーバーシュ
ートは第４図ａ、ｅの特性になる。

また、この過程での角速度ωはｇのようになる。

次に第３図ａにおいてロータ２が安定点Ｏを通過する瞬
間に励磁電流■を小さくしたとする。

例え−第３図すのｃ −０−ｄのようにすると、安定点
Ｏを通過した後、安定点Ｏへ戻ろうとするトルクが弱く
なるので、オーバーシュートの量は大きくなり第４図ａ
のｆのようになり、この時の角速度ωの変化、は第４図
すのｈのようになる。

ここで注目すべきことは第４図ａにおいて回転角ノオー
ハーシュートの量瀘最も大きい時点Ｐ１゜Ｐ２はす、に
おけるＶｌ）Ｖ２で示した時点１、すなわちロータ２が
停止した状態と一枚することである。

一方、前に記、した原理でオーバーシュートの量はロー
タの動作中、電流を変えることによって容易に変化させ
ることができるので、モータおよび負荷の慣性が定まれ
ば、電流を変化させる時刻と電流の量によって第４図ａ
）Ｐ２点のように、次の安定点２θにオーバーシュート
の最大点をもってゆくことができる。

この時刻、すなわち第４図ａにｔ２で示す時刻に次の相
励磁を切り換えると、この時のロータの角速度はＯであ
るから該ロータは２θの位置に振動することなく安定し
た状態で停止する。

また、第５図は本発明に係るブロックダイヤグラム、第
６図は第５図に接続線１４〜２０で示す個所で表わされ
るタイムチャート図である。

第５図において３，４は単安定回路、５は微分回路、６
はＯＲ回路、７は単安定回路４が動作している開動作す
る増巾器でスイッチングトランジスタ１１を動作させる
ためのプリアンプである。

８は３計数のカウンタで１７よりパルスが入るたびに駆
動回路９−ａ、９−ｂ、９−ｃ、９−ａ、９−ｂ・・・
・・・を順次選択的に駆動する分配回路である。

１０はモータ、１２，１３はダイオードである。

１４に入力パルスが来ると第６図に示す通りの時刻で各
回路が動作して、前記の如く第６図のロータの動きはθ
２およびθ４の位置で振動することなく安定した状態で
停止する。

なお、実際にはステッピングモータ巻線のインダクタン
スなどの影響により、第６図の１６ａ、１８ａの時刻は
多少前後させる方がよりよい特性が得られることがある
。

以上、３相中の１相励磁の場合について説明したが、相
数の多いステッピングモータを使用した場合も駆動分配
回路８が変り、各相を駆動する駆動回路の必要数が増え
るほかは全く同様である。

また、２相励磁のときも１相励磁の場合と同様に説明す
ることができる。

第７図に１相励磁、２相励磁の違いを示す。

第７図ａのステータ１ａを励磁するとトルクはｌ、ｌの
特性を示す。

次にステータ１ｂを励磁すると１２ｍの特性となる。

また、隣同士のス“テーク、例えば１ａ、１ｂを同時に
励磁すれば破線で示す如＜１ａと１ｂを合成した特性と
なり第７図す、ｎとなる。

１ｂ、１０次に１ｃ、１ａ・・・・・・と順次切り換え
て行くとその特性はＰ、Ｑ ・・・と移って行く。

この時安定点は１相励磁の場合はａ −０，２相励磁の
場合、はｂ−ｏのようになる以外は全く同じ傾向になる
ことは容易に理解でき名。

したがって、前に説明した様な方法で２相励磁の場合も
安定した状態でロータを停止させることができる。

すなわち第５図に示す１相励磁用の駆動分配回路８に替
えて第８図では２相励磁用の駆動分配回路２１を使用し
てお伶、第９図のタイムチャートで示す信号２２−ａ、
２２ｂ、２２ｃを出力する点が異なるだけである。

捷た動作上は第１０図に示すようにステータｌａ。

１ｂ、１ｃに対して、安定点がＰ、Ｑ、Ｒとなり、例え
ばロータ２が第１０図に示す安定点Ｑを通過するときに
、慣性により回転するロータ２の角速度が安定点ＲでＯ
になるように、上記安定点Ｑに対応するステータの励磁
電流を減少させ、ロータ２の減速の量を少なくすること
によって上記ロータ２が安定点Ｒに達し角速度が０にな
った時上記安定点Ｈに対応するステータ１ａ、１ｃを励
磁し、該ロータ２を停止する。

このようにすると１相励磁の場合と同様に全く振動せず
に停止することができる。

なお、第５図の説明では１４に入るパルス１個に対して
ステッピングモータを２歩進させる例について記したが
、同図における単安定回路３と微分回路５を更に付加す
ることによってステッピングモータを複数歩進させ得る
ことも容易に。

理解できる。

以上詳細に説明した如く本発明に係るステッピングモー
タの制御方式によれば所望の停止位置に安定した状態で
ロータを停止させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はステッピングモータの原理図、第２図はロータ
２がステータ１ａからステータ１ｂに移行する際、ステ
ータ１ｂに安定停止するまでの軌跡を描いたグラフ、第
３図ａ、ｂはステッピングモータの励磁された相の安定
点付近の特性を示す図、第４図ａ、ｂはオーバーシュー
トの量と角速度との関係を示すグラフ、第５図は本発明
に係るブロックダイヤグラム、第６図は第５図の１４〜
２０に示されるところのタイムチャート図、第７図ａ、
ｂは１相励磁の場合と２相励磁の場合の特性の違いを示
す、第８図は本発明を２相励磁に適用した場合のブロッ
クダイヤグラム、第９図は第８図の各部信号を示すタイ
ムチャート、第１０図は第８図および第９図に示す実施
例の動作説明図である。 １ ａ 、’ １ ｂおよび１ｃ・・・・・・ステータ
、２・・・・・・ロータ、３，４・・・・・・単安定回
路、５・・・・・・微分回路、６・・・・・・ＯＲ回路
、７・・・・・・増巾器、８・・・・・・駆動分配回路
、９ａ 、９ｂおよび９ｃ・・・・・・駆動回路、１０
・・・・・・モータ、１１・・・・・・トランジスタ、
１２，１３・・・・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 停止している安定点よりＸ（Ｘ＝１，２，３・・・
   ）個の安定点を通過したのちＸ＋１番目の安定点に停止
   するよう制御するステッピングモータの制御方式におい
   て、上記Ｘ個の安定点を通過するように各ステータを大
   電流で励磁してロータを加速し、この加速されたロータ
   が上記Ｘ番目の安定点を通過するのに相当する所定時間
   経過後に、慣性により回転するロータの角速度が上記Ｘ
   ＋１番目の安定点で０になるように上記Ｘ番目の安定点
   に対応するステータの励磁電流を減少させ、ロータの減
   速の量を少なくすることによって上記ロータがＸ＋１番
   目の安定点に達し角速度が０になった時上記Ｘ＋’１番
   目の安定点に対応するステータを励磁し、該ロータを停
   止することを特徴とするステッピングモータの制御方式
   。