(57)【要約】【課題】制御特性を向上させることが可能なステッピングモータ及びステッピングモータの制御方法を提供すること。【解決手段】第１励磁コイル及び第２励磁コイルを所定の励磁期間毎に切り替えて励磁させることで磁性体からなるロータに回転力を付与するユニポーラ型のステッピングモータであって、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの前記励磁期間に占める前記励磁パルス電流のデューティー比を調整することで前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルとを切り替えて励磁させる制御装置を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１励磁コイル及び第２励磁コイルを所定の励磁期間毎に切り替えて励磁させることで磁性体からなるロータに回転力を付与するユニポーラ型のステッピングモータであって、
前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの前記励磁期間に占める前記励磁パルス電流のデューティー比を調整することで前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルとを切り替えて励磁させる制御装置を備える
ことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルのうち一方に前記励磁パルス電流を供給する第１期間には、他方に対して前記励磁パルス電流の供給を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁パルス電流を同時に供給する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステッピングモータ。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁パルス電流の供給を同時に停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のステッピングモータ。
【請求項５】
前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルのうち少なくとも一方は、複数設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のステッピングモータ。
【請求項６】
第１励磁コイル及び第２励磁コイルを所定の励磁期間毎に切り替えて励磁させることで磁性体からなるロータに回転力を付与するユニポーラ型のステッピングモータの制御方法であって、
前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの前記励磁期間に占める前記励磁パルス電流のデューティー比を調整することで前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルとを切り替えて励磁させる
ことを特徴とするステッピングモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ及びステッピングモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは開ループ制御でロータの回転速度制御や正確な位置決め制御が可能であり、被駆動部材を回転移動あるいは直線移動するために使用されている。ステッピングモータは、ステータコアに巻かれている励磁コイルへ励磁パルス電流を供給することで、励磁コイルの励磁状態を変化させ、ロータを一定の角度（ステップ角度）単位で正確に角度変位（回転変位）させることができる。
【０００３】
励磁コイルに供給される励磁パルス電流は、励磁に寄与する有効励磁電流として励磁コイルを流れることとなる。励磁コイルは、当該励磁コイルに流れる有効励磁電流量に基づいて励磁される。一般的に、有効励磁電流量は、励磁期間に占める励磁パルス電流のデューティー比を調整することによって制御されるようになっている。  
【特許文献１】特開２００３−２９９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一対の励磁コイルのうち一方にのみ励磁パルス電流を供給する場合、励磁パルス電流の励磁期間に占めるデューティー比によっては、当該デューティー比と有効励磁電流との間が線形の関係にはならない場合がある。このため、有効励磁電流の制御が困難となり、ステッピングモータの制御特性を向上させる上での妨げとなる。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、制御特性を向上させることが可能なステッピングモータ及びステッピングモータの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るステッピングモータは、第１励磁コイル及び第２励磁コイルを所定の励磁期間毎に切り替えて励磁させることで磁性体からなるロータに回転力を付与するユニポーラ型のステッピングモータであって、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの前記励磁期間に占める前記励磁パルス電流のデューティー比を調整することで前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルとを切り替えて励磁させる制御装置を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、一対の励磁コイルの両方に対してそれぞれの励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を供給し、両励磁コイルの励磁パルス電流の前記励磁期間に占めるデューティー比を調整させることによって、励磁させる方の励磁コイルのデューティー比の値によらず、当該デューティー比と有効励磁電流との間が線形の関係に保持されることを見出した。そこで、本発明では、制御装置が、第１励磁コイル及び第２励磁コイルの両方に対して励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、第１励磁コイル及び第２励磁コイルの励磁パルス電流の前記励磁期間に占めるデューティー比を調整することで第１励磁コイルと第２励磁コイルとを切り替えて励磁させることとしたので、励磁コイルに流れる有効励磁電流の制御を容易に行うことができる。これにより、制御特性を向上させることができる。
【０００８】
上記のステッピングモータにおいて、前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルのうち一方に前記励磁パルス電流を供給する第１期間には、他方に対して前記励磁パルス電流の供給を停止することが好ましい。  
本発明によれば、第１励磁コイル及び第２励磁コイルのうち一方に励磁パルス電流を供給する第１期間には、他方に対して励磁パルス電流の供給を停止するので、第１励磁コイルと第２励磁コイルとの間の励磁パルス電流のデューティー比を調整しやすくすることができる。
【０００９】
上記のステッピングモータにおいて、前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁パルス電流を同時に供給することが好ましい。  
本発明によれば、第１励磁コイルと第２励磁コイルとに励磁パルス電流が同時に供給されることになるので、この場合においても第１励磁コイルと第２励磁コイルとの間の励磁パルス電流のデューティー比を調整しやすくすることができる。
【００１０】
上記のステッピングモータにおいて、前記制御装置は、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁パルス電流の供給を同時に停止することが好ましい。  
本発明によれば、第１励磁コイルと第２励磁コイルとの間で、励磁パルス電流の供給を停止するタイミングが揃うこととなるので、この場合においても第１励磁コイルと第２励磁コイルとの間の励磁パルス電流のデューティー比を調整しやすくすることができる。
【００１１】
上記のステッピングモータにおいて、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルのうち少なくとも一方は、複数設けられていることが好ましい。  
本発明によれば、単相、多相に関わらず、幅広い形態のユニポーラ型ステッピングモータにおいて制御特性を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係るステッピングモータの制御方法は、第１励磁コイル及び第２励磁コイルを所定の励磁期間毎に切り替えて励磁させることで磁性体からなるロータに回転力を付与するユニポーラ型のステッピングモータの制御方法であって、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの両方に対して前記励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、前記第１励磁コイル及び前記第２励磁コイルの前記励磁期間に占める前記励磁パルス電流のデューティー比を調整することで前記第１励磁コイルと前記第２励磁コイルとを切り替えて励磁させることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、第１励磁コイル及び第２励磁コイルの両方に対して励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、第１励磁コイル及び第２励磁コイルの励磁期間に占める励磁パルス電流のデューティー比を調整することで第１励磁コイルと第２励磁コイルとを切り替えて励磁させることとしたので、励磁コイルに流れる有効励磁電流の制御を容易に行うことができる。これにより、制御特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。  
図１は、ステッピングモータＳＴＭの構成を示す回路図である。同図に示すように、ステッピングモータＳＴＭは、ロータ１０、励磁コイル２０及び制御装置３０を備えている。ステッピングモータＳＴＭは、制御装置３０からの励磁パルス電流を励磁コイル２０へ供給することで、励磁コイル２０の励磁状態を変化させ、ロータ１０を一定のステップ角度単位で角度変位させるモータである。本実施形態では、ステッピングモータＳＴＭとして、ユニポーラ型の２相ステッピングモータを例に挙げて説明する。
【００１５】
ロータ１０は、例えば磁性体材料からなる回転子である。ロータ１０は、不図示の回転軸に回転可能に取り付けられている。励磁コイル２０は、例えば金属などの導電性の高い材料によって構成され、例えば磁性体材料からなる不図示のステータに巻かれた状態で取り付けられている。励磁コイル２０は、２相の励磁コイル２０Ａ及び励磁コイル２０Ｂを有している。
【００１６】
励磁コイル２０Ａは、第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２を有している。励磁コイル２０Ｂは、第１励磁コイルＢ１及び第２励磁コイルＢ２を有している。図１は回路を示す図であるため、同図においては、第１励磁コイルＡ１と第２励磁コイルＡ２とが一体で示されており、第１励磁コイルＢ１と第２励磁コイルＢ２とが一体で示されている。実際には、第１励磁コイルＡ１、第１励磁コイルＢ１、第２励磁コイルＡ２及び第２励磁コイルＢ２がそれぞれロータ１０の周囲に例えば時計回りにこの順序で９０°ごとに配置された構成になっている。
【００１７】
制御装置３０は、励磁コイル２０Ａの励磁状態を制御する制御装置３０Ａと、励磁コイル２０Ｂの励磁状態を制御する制御装置３０Ｂとを有している。制御装置３０Ａ及び制御装置３０Ｂは同一の構成になっている。図１においては、制御装置３０Ａの構成を代表させて図示している。
【００１８】
制御装置３０は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、電源回路３１と、スイッチ駆動回路３２とを有している。スイッチＳＷ１の一端は第１励磁コイルＡ１に接続されており、スイッチＳＷ２の他端は接地されている。スイッチＳＷ２の一端は第２励磁コイルＡ２に接続されており、スイッチＳＷ２の他端は接地されている。
【００１９】
電源回路３１は、第１励磁コイルＡ１と第２励磁コイルＡ２との間に接続されている。したがって、第１励磁コイルＡ１と第２励磁コイルＡ２とでは共通の電源回路３１が用いられる。スイッチＳＷ１がオンにすることによって、第１励磁コイルＡ１に励磁パルス電流が供給されるようになっている。スイッチＳＷ２をオンにすることによって、第２励磁コイルＡ２に励磁パルス電流が供給されるようになっている。
【００２０】
スイッチ駆動回路３２は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２にそれぞれ接続されており、当該スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２のオン・オフを独立して制御可能になっている。スイッチ駆動回路３２は、例えばスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２のオン・オフのタイミングを制御するための信号を比較器３４によって選択して出力する波長選択部３３を有している。スイッチＳＷ２への出力側には、反転器３５が設けられている。当該反転器３５により、スイッチＳＷ１への出力とスイッチＳＷ２への出力とが反転されるようになっている。
【００２１】
次に、上記のように構成されたステッピングモータＳＴＭの制御方法を説明する。  
ロータ１０を回転させる際、制御装置３０Ａ及び制御装置３０Ｂは、第１励磁コイルＡ１、第１励磁コイルＢ１、第２励磁コイルＡ２及び第２励磁コイルＢ２をこの順序で一定の励磁期間で周期的に励磁させるようにする。
【００２２】
図２は、１相の励磁コイル２０に励磁パルス電流を供給する場合において、励磁コイル２０に供給される励磁パルス電流の励磁期間に占めるデューティー比と励磁に寄与する有効励磁電流との関係を示すグラフである。グラフの横軸は励磁パルス電流のデューティー比を示しており、グラフの縦軸は有効励磁電流量を示している。
【００２３】
図２のグラフ（１）は、第１励磁コイルＡ１に励磁パルス電流を供給する場合のグラフである。同グラフに示されるように、第１励磁コイルＡ１に供給する励磁パルス電流のデューティー比が大きい場合には当該デューティー比と第１励磁コイルＡ１の有効励磁電流との間が線形の関係に維持されているものの、デューティー比が小さい場合には線形の関係にはなっていない。
【００２４】
図２のグラフ（２）は、第２励磁コイルＡ２に励磁パルス電流を供給する場合のグラフである。同グラフに示されるように、第２励磁コイルＡ２に供給する励磁パルス電流のデューティー比が小さい場合には当該デューティー比と第２励磁コイルＡ２の有効励磁電流との間が線形の関係に維持されているものの、デューティー比が大きい場合には線形の関係にはなっていない。
【００２５】
このように、励磁させる励磁コイル２０のみに励磁パルス電流を供給する場合には、励磁パルス電流のデューティー比と有効励磁電流との間が必ずしも線形にはならないため、励磁パルス電流のデューティー比を用いた有効励磁電流の制御は困難となる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、制御装置３０Ａは、第１励磁コイルＡ１又は第２励磁コイルＡ２を励磁させる場合、第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２の両方に対して、それぞれの励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給する。加えて、制御装置３０Ａは、第１励磁コイルＡ１と第２励磁コイルＡ２との間における励磁パルス電流のデューティー比を調整する。
【００２７】
図３は、ステッピングモータＳＴＭの制御の様子を示すタイムチャートである。横軸が時間を表し、縦軸が励磁パルス電流の大きさを表す。  
同図に示すように、第１励磁コイルＡ１を励磁させる場合、第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２の両方に励磁パルス電流を供給すると共に、励磁させる側である第１励磁コイルＡ１に供給される励磁パルス電流のデューティー比が第２励磁コイルＡ２に供給される励磁パルス電流のデューティー比よりも大きくなるように、励磁パルス電流を調整する。
【００２８】
本実施形態では、制御装置３０Ａのスイッチ駆動回路３２において第１励磁コイルＡ１に供給される信号と第２励磁コイルＡ２に供給される信号とが反転するように構成されている。このため、第１励磁コイルＡ１に励磁パルス電流が供給されている期間（第１期間）ｔ１では、図３に示すように、第２励磁コイルＡ２には励磁パルス電流は供給されない状態となる。
【００２９】
また、第２励磁コイルＡ２を励磁させる場合には、これとは逆に、励磁させる側である第２励磁コイルＡ２に供給される励磁パルス電流のデューティー比が第１励磁コイルＡ１に供給される励磁パルス電流のデューティー比よりも大きくなるように、励磁パルス電流を調整する。この場合、第１励磁コイルＡ１に励磁パルス電流を供給する場合と同様、第２励磁コイルＡ２に励磁パルス電流が供給されている期間（第１期間）ｔ２は、第１励磁コイルＡ１には励磁パルス電流は供給されない状態となる。
【００３０】
同様に、第１励磁コイルＢ１を励磁させる場合、第１励磁コイルＢ１及び第２励磁コイルＢ２の両方に励磁パルス電流を供給すると共に、励磁させる側である第１励磁コイルＢ１に供給される励磁パルス電流のデューティー比が第２励磁コイルＢ２に供給される励磁パルス電流のデューティー比よりも大きくなるように、励磁パルス電流を調整する。
【００３１】
制御装置３０Ｂの制御においても同様に、第１励磁コイルＢ１に供給される信号と第２励磁コイルＢ２に供給される信号とが反転するように構成されている。このため、第１励磁コイルＢ１に励磁パルス電流が供給されている期間（第１期間）ｔ３では、図３に示すように、第２励磁コイルＢ２には励磁パルス電流は供給されない状態となる。
【００３２】
また、第２励磁コイルＢ２を励磁させる場合には、これとは逆に、励磁させる側である第２励磁コイルＢ２に供給される励磁パルス電流のデューティー比が第１励磁コイルＢ１に供給される励磁パルス電流のデューティー比よりも大きくなるように、励磁パルス電流を調整する。この場合、第１励磁コイルＢ１に励磁パルス電流を供給する場合と同様、第２励磁コイルＢ２に励磁パルス電流が供給されている期間（第１期間）ｔ４は、第１励磁コイルＢ１には励磁パルス電流は供給されない状態となる。
【００３３】
図２のグラフ（３）は、第１励磁コイルＡ１を励磁させる場合に、第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２に励磁パルス電流を供給する、本実施形態の制御を行った場合のグラフである。同グラフに示されるように、第１励磁コイルＡ１に供給する励磁パルス電流のデューティー比が大きい場合においても、当該デューティー比が小さい場合においても、当該デューティー比と第１励磁コイルＡ１の有効励磁電流との間が線形の関係に維持される。図２のグラフでは示されていないが、第２励磁コイルＡ２を励磁させる場合についても、同様の結果を得ることができる。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、制御装置３０が、第１励磁コイルＡ１、Ｂ１及び第２励磁コイルＡ２、Ｂ２の両方に対して励磁期間よりも短い期間の励磁パルス電流を複数供給すると共に、第１励磁コイルＡ１、Ｂ１及び第２励磁コイルＡ２、Ｂ２の励磁パルス電流の励磁期間に占めるデューティー比を調整することで第１励磁コイルＡ１、Ｂ１と第２励磁コイルＡ２、Ｂ２とを切り替えて励磁させることとしたので、励磁コイル２０に流れる有効励磁電流の制御を容易に行うことができる。これにより、制御特性を向上させることができる。
【００３５】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。  
例えば、上記施形態では、２相のステッピングモータを例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、ユニポーラ型のステッピングモータであれば、１相、１−２相、多相のものであっても本発明の適用は可能である。
【００３６】
また、上記実施形態では、スイッチ駆動回路３２の構成として、スイッチＳＷ２の出力側に反転器３５を設ける構成としたが、これに限られることは無い。例えば、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とに別々に信号を供給させるようにし、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２のオン・オフのタイミングを制御するようにしても構わない。
【００３７】
この場合、例えば上記実施形態のように、第１励磁コイルＡ１に励磁パルス電流が供給されている第１期間には第２励磁コイルＡ２には励磁パルス電流が供給させないようにする制御が可能であると共に、例えば第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２の両方に対して励磁パルス電流が同時に供給されるように制御することもできる。また、例えば第１励磁コイルＡ１及び第２励磁コイルＡ２の両方に対して励磁パルス電流を同時に供給させないように制御することもできる。これらの制御により、有効励磁電流の制御を容易に行うことができる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、励磁パルス電流の波形として矩形波を用いる例を挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば三角波など他の波形を用いても構わない。三角波を用いる場合、例えば図４に示すように、正方向及び負方向に突出した波形を用いることができる。これにより、有効励磁電流の発散を防ぐことができる。なお、図４中破線で示す波形は、上記実施形態で用いた矩形波であり、ここで述べた三角波と比較するために示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係るステッピングモータの概略的な構成を示す図。
【図２】デューティー比と有効励磁電流との関係を示すグラフ。
【図３】本実施形態に係るステッピングモータの制御の様子を示すタイミングチャート。
【図４】ステッピングモータの制御に用いる波形の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
ＳＴＭ…ステッピングモータ  １０…ロータ  ２０、２０Ａ、２０Ｂ…励磁コイル  Ａ１、Ｂ１…第１励磁コイル  Ａ２、Ｂ２…第２励磁コイル  ３０、３０Ａ、３０Ｂ…制御装置  ３１…電源回路  ３２…スイッチ駆動回路  ３３…波長選択部  ３４…比較器  ３５…反転器
【図１】
2010142023.tif 000003
【図２】
2010142023.tif 000004
【図３】
2010142023.tif 000005
【図４】
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