(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータに励磁電流を流すと共に予め決められている励磁シーケンスに従ってステッピングモータの励磁切替用パルスを駆動制御部に入力してステッピングモータをステップ駆動させる方法において、
励磁シーケンスを発生させる指令パルスの入力停止と同時または、
その前のステッピングモータの減速中或いは、
その後の停止位置の前後においてステッピングモータに減衰振動が発生している整定時間内にステッピングモータの回転に必要なトルクを発生させる回転作動電流値からステッピングモータの停止に必要なトルクを発生させる停止位置保持電流値に所定時間をかけて或いは段階的にその励磁電流値を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値が維持されることを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
【請求項２】
ステッピングモータに励磁電流を流すと共に予め決められている励磁シーケンスに従ってステッピングモータの励磁切替用パルスを駆動制御部に入力してステッピングモータをステップ駆動させる方法において、
励磁シーケンスを発生させる指令パルスの入力停止と同時または、
その前のステッピングモータの減速中或いは、
その後の停止位置の前後においてステッピングモータに減衰振動が発生している整定時間内にステッピングモータの回転に必要なトルクを発生させる回転作動電流値からステッピングモータの停止に必要なトルクを発生させる停止位置保持電流値に所定時間をかけて或いは段階的にその励磁電流値を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、次の最初の指令パルスの入力タイミングより先に回転作動電流値に復帰させることを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
【請求項３】
(a)  入力した指令パルスを基にステッピングモータの駆動制御部に励磁切替パルスを入力してステッピングモータを励磁シーケンスに従ってステップ駆動する制御回路と、
(b)  指令パルスの入力停止と同時又はそれより先或いはそれより後にてステッピングモータの励磁電流をステッピングモータの駆動に必要な回転作動電流値から、ステッピングモータを停止位置にて保持するのに必要な停止位置保持電流値に引き下げるための引き下げられた基準電圧(VREF-L)に至るまでの基準電圧を、所定時間をかけて或いは段階的に出力し、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する基準電圧変更部と、
(c) ステッピングモータを駆動するための電流により発生するセンス電圧と、前記基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)或いは両者の途中段階の基準電圧と比較し、所定時間をかけて或いは段階的に回転作動電流値から停止位置保持電流値に励磁電流を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する電圧比較回路とで構成されたことを特徴とするステッピングモータの駆動回路。
【請求項４】
(a)  入力した指令パルスを基にステッピングモータの駆動制御部に励磁切替パルスを入力してステッピングモータを励磁シーケンスに従ってステップ駆動する制御回路と、
(b)  指令パルスの入力停止と同時又はそれより先或いはそれより後にてステッピングモータの励磁電流をステッピングモータの駆動に必要な回転作動電流値から、ステッピングモータを停止位置にて保持するのに必要な停止位置保持電流値に引き下げるための引き下げられた基準電圧(VREF-L)に至るまでの基準電圧を、所定時間をかけて或いは段階的に出力し、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する基準電圧変更部と、
(c) ステッピングモータを駆動するための電流により発生するセンス電圧と、前記基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)或いは両者の途中段階の基準電圧とを比較し、所定時間をかけて或いは段階的に回転作動電流値から停止位置保持電流値に励磁電流を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、次の最初の指令パルスの入力タイミングより先に停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する電圧比較回路とで構成されたことを特徴とするステッピングモータの駆動回路。
【請求項５】
基準電圧変更部(K)が、入力した指令パルス(S)の周期を計測し、入力した指令パルス(S)の周期が所定時間よりも長くなったときに当該指令パルス(S)が最終の指令パルスと判断して基準電圧(VREF-L)を出力するようになっている事を特徴とする請求項３又は４に記載のステッピングモータの駆動回路。
【請求項６】
基準電圧変更部が、入力した指令パルスのパルス数をカウントし、カウント数が所定の数に達した時、基準電圧(VREF-L)を出力するようになっている事を特徴とする請求項３又は４に記載のステッピングモータの駆動回路。
【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停止時の減衰振動を効果的に抑制する事ができる駆動方法とその駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータは、ステップ駆動を行うため駆動時に振動が発生する事を避けることが出来ないものである。一方、ステッピングモータを搭載する各種機器は軽量化、高精度化、高速度化の一途を辿っており、ステッピングモータの駆動時に発生する振動が機器そのものの精度に悪影響を与えるようになって来ており、ステッピングモータの持つ基本的な特性が重大な問題として問われるようになって来ているのが現状である。特に、半導体デバイスや半導体基板の検査装置にあっては、１サイクルが数１０ms(ミリセカンド)とか数１００msという検査速度が要求されており、しかもその間にワークが完全に停止した状態でなければ測定することができないため、ステッピングモータが所定位置にいかに早く到達し停止するかが重要な要素となっている。
【０００３】
ステッピングモータは基本的にパルスの入力毎にステップ駆動されるものである。従って、ある地点から次の地点に移動するにあたって、ステッピングモータのローターが励磁コイルによって回転力を受けて停止状態から加速され、所定の角度だけ回転して次の停止位置で停止する過程では、慣性モーメントと復元力(停止位置を越えてローターが回転したときそのローターを停止位置に引き戻そうとする力)によるオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返す減衰振動を生じる。
【０００４】
即ち、負荷に接続されたステッピングモータのローターは慣性モーメントによって所定の位置(所定の停止角度)では止まらずにこれを通過(オーバーシュート)してしまう。オーバーシュートしたローターには前記復元力が作用して減速し、所定の位置(所定の停止角度)に向かって引き戻される。この時、ローターには引き戻し方向(逆転方向)の復元力が働いているためローターが引き戻し方向に逆転するとこの復元力によって加速され、再び所定の位置(所定の停止角度)を通過しアンダーシュートを起こす。このようなオーバーシュートとアンダーシュートを交互に繰り返す減衰振動の後に前記所定の位置(所定の停止角度)で停止することになる。この減衰振動が継続する時間を整定時間という。前述の検査装置にあっては、１サイクル時間を短くして検査時間を短縮し、生産性を向上させるためにこの整定時間をいかに短くするかが非常に重要な問題となっている。
【０００５】
なお、前記整定時間はステッピングモータやこれに接続されている回転部分の摩擦負荷が大きいほど短く、慣性負荷が大きいほど長くなる。また、減速終了時の速度が速いほど長くなる。そして回転中に何らかの振動が発生すると共振してその振動を引きずり、整定時間を長引かせることから粘性結合慣性ダンパや磁気結合慣性ダンパなどが利用されている。
【０００６】
前記粘性結合慣性ダンパは外輪と内輪とのギャップに充填された粘性物に生じる外輪と内輪の速度差に抗する反作用によりローターの振動されるものであるが、起動時には粘性抵抗に打ち勝つ分のトルクが余分に必要となる。また、前記磁気結合慣性ダンパは軟鋼体と慣性体との間に生じる磁気吸引力による機械的摩擦によりローターの振動を抑えるものである。この場合も前日同様起動時に余分なトルクが必要になる。即ち、ダンパを使用することや、ステッピングモータの摩擦負荷を加えることによって停止時の減衰振動はある程度抑制されるが、反面、起動時の必要トルクが増大することになり、ステッピングモータが脱調しやすくなる。
【０００７】
脱調を防ぐには指令パルスの起動速度や加速度時定数(ms/kNz)を下げなければならない。これはステッピングモータの回転速度を遅くすることを意味しており、装置の作業効率を悪化させることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記ダンパなどを使うことなく、高い起動特性を維持した状態で整定時間を大幅に短縮したステッピングモータの駆動方法とその駆動回路を開発することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」は本発明に係るステッピングモータ(1)の駆動方法の基本に関し、「ステッピングモータ(1)に励磁電流(i2)を流すと共に予め決められている励磁シーケンスに従ってステッピングモータ(1)の励磁切替用パルス(P)を駆動制御部(2)に入力してステッピングモータ(1)をステップ駆動させる方法において、
（ロ）励磁シーケンスを発生させる指令パルス(S)の入力停止と同時または、
（ハ）その前のステッピングモータ(1)の減速中或いは、
（イ）その後の停止位置の前後においてステッピングモータ(1)に減衰振動が発生している整定時間(t)内にステッピングモータ(1)の回転に必要なトルクを発生させる回転作動電流値からステッピングモータ(1)の停止に必要なトルクを発生させる停止位置保持電流値に所定時間をかけて或いは段階的にその励磁電流値を引き下げる」ことを特徴とする。
【００１０】
このように停止位置の前後において励磁電流を回転作動電流値から停止位置保持電流値に所定時間をかけて或いは段階的に引き下げることでステッピングモータ(1)の復元力(F)(ロータ(3a)とステータ(3b)が引き合う力)が徐々に低下し、オーバーシュートやダウンシュートを繰り返す減衰振動が短時間で収束し停止位置保持電流値にて所定位置にステッピングモータ(1)のロータ(3a)が停止するようになる。回転作動電流値から停止位置保持電流値を引き下げるタイミングは、前述の中で装置の条件に合わせて最適のものが選ばれる。なお、  回転作動電流値から停止位置保持電流値への引き下げを急激に行うと復元力が急速に小さくなり、負荷の大きさによってはステッピングモータ(1)のロータ(3a)の復帰が却って悪くなる。しかしこのように電流値の引き下げを穏やかに或いは段階的に行うことでロータ(3a)の戻りにあわせて復元力を小さくすることができ、ロータ(3a)の整定をよりスムーズにすることができる。
【００１１】
「請求項２」は「請求項１」の更なる改良で、「ステッピングモータ(1)に励磁電流(i2)を流すと共に予め決められている励磁シーケンスに従ってステッピングモータ(1)の励磁切替用パルス(P)を駆動制御部(2)に入力してステッピングモータ(1)をステップ駆動させる方法において、
(ロ)励磁シーケンスを発生させる指令パルス(S)の入力停止と同時または、
(ハ)その前のステッピングモータ(1)の減速中或いは、
(イ)その後の停止位置の前後においてステッピングモータ(1)に減衰振動が発生している整定時間(t)内にステッピングモータ(1)の回転に必要なトルクを発生させる回転作動電流値からステッピングモータ(1)の停止に必要なトルクを発生させる停止位置保持電流値に所定時間をかけて或いは段階的に引き下げ、所定時間をかけて或いは段階的にその励磁電流値を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、次の最初の指令パルスの入力タイミングより先に回転作動電流値に復帰させる」ことを特徴とする。
【００１２】
この場合は請求項１に加え、回転作動電流値から停止位置保持電流値を引き下げた後、停止位置保持電流値を整定後も停止位置保持電流値を保持した後、「次の最初の指令パルスの入力タイミングより先に回転作動電流値に復帰させる」ものであり、このようにすることで次の起動を迅速に行わせることができる。なお、前記所定時間(即ち、次の最初の指令パルスの入力タイミングより先に)内に必要な測定が行われ、測定終了後に回転作動電流値への復帰が行われる事になる。
【００１４】
「請求項３」は前記駆動方法を実施するための駆動回路の第１実施例で、
(a)  入力した指令パルス(S)を基にステッピングモータ(1)の駆動制御部(2)に励磁切替パルス(P)を入力してステッピングモータ(1)を励磁シーケンスに従ってステップ駆動する制御回路(3)と、
(b) (ロ)指令パルス(S)の入力停止と同時又は、(ハ)それより先或いは、(イ)それより後にてステッピングモータ(1)の励磁電流(i2)をステッピングモータ(1)の駆動に必要な回転作動電流値から、ステッピングモータ(1)を停止位置にて保持するのに必要な停止位置保持電流値に引き下げるための引き下げられた基準電圧(VREF-L)に至るまでの基準電圧を、所定時間をかけて或いは段階的に出力し、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する基準電圧変更部(K)と、
(c)ステッピングモータ(1)を駆動するための電流(i1+i2-i3)又は(i2-i3)により発生するセンス電圧(V1+2)又は(V2)と、前記基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)或いは両者の途中段階の基準電圧と比較し、所定時間をかけて或いは段階的に回転作動電流値から停止位置保持電流値に励磁電流(i2)を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する電圧比較回路(4)とで構成されたことを特徴とする。
【００１５】
「請求項４」は前記駆動方法を実施するための駆動回路の第２実施例で、
(a)  入力した指令パルス(S)を基にステッピングモータ(1)の駆動制御部(2)に励磁切替パルス(P)を入力してステッピングモータ(1)を励磁シーケンスに従ってステップ駆動する制御回路(3)と、
(b)  (ロ)指令パルス(S)の入力停止と同時又は、(ハ)それより先或いは、(イ)それより後にてステッピングモータ(1)の励磁電流(i2)をステッピングモータ(1)の駆動に必要な回転作動電流値から、ステッピングモータ(1)を停止位置にて保持するのに必要な停止位置保持電流値に引き下げるための引き下げられた基準電圧(VREF-L)に至るまでの基準電圧を、所定時間をかけて或いは段階的に出力し、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する基準電圧変更部(K)と、
(c)ステッピングモータ(1)を駆動するための電流(i1+i2-i3)又は(i2-i3)により発生するセンス電圧(V1+2)又は(V2)と、前記基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)或いは両者の途中段階の基準電圧とを比較し、所定時間をかけて或いは段階的に回転作動電流値から停止位置保持電流値に励磁電流を引き下げ、整定後も停止位置保持電流値を保持した後、次の最初の指令パルス(Ps)の入力タイミングより先に停止位置保持電流値から回転作動電流値に引き上げるための引き上げられた基準電圧(VREF-H)を出力する電圧比較回路とで構成されたことを特徴とする。
【００１６】
「請求項５」は「請求項３又は４」に記載の駆動回路において「基準電圧変更部(K)が、入力した指令パルス(S)の周期を計測し、入力した指令パルス(S)の周期が所定時間よりも長くなったときに当該指令パルス(S)が最終の指令パルスと判断して基準電圧(VREF-L)を出力するようになっている」事を特徴とする。また、「請求項６」は「請求項３又は４」に記載の駆動回路において「基準電圧変更部(K)が、入力した指令パルス(S)のパルス数をカウントし、カウント数が所定の数に達した時、基準電圧(VREF-L)を出力するようになっている」事を特徴とする。
【００１７】
前者にあっては、基準電圧(VREF-L)が最終指令パルス(S)より後に出力されるが、後者では最終指令パルス(S)より先或いはそれと同時に基準電圧(VREF-L)が出力されることになる。
【００１９】
請求項３、４に示すように、所定時間経過後(換言すれば、次の最初の指令パルス(Ps)の入力タイミングより先に)、引き下げられた基準電圧(VREF-L)を基準電圧(VREF-H)に復帰させることが出来るようになっているので、ワークの測定中、ステッピングモータ(1)を停止位置で確実に停止させるために弱い停止位置保持電流値によってホールドしていたとしても、ステッピングモータ(1)に次の作動指令パルスが入力すると直ちに起動することができ、前述のように弱い停止位置保持電流値によってステッピングモータ(1)をホールドしていたとしても立ち上がり特性を損なわない。
【００２０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１の第１実施例は５相ステッピングモータ(1)の駆動回路である。勿論、適用されるステッピングモータ(1)は５相モータに限られるものではないが、ここでは５相モータをその代表例として説明する。本駆動回路は、ステッピングモータ(1)の駆動制御部(2)に励磁切替パルスを入力してステッピングモータ(1)を励磁シーケンスに従ってステップ駆動する制御回路(3)と、ステッピングモータ(1)の駆動電流を検出して、基準電圧(VREF)と比較し、励磁電流を回転作動電流値から停止位置保持電流値に引き下げる制御信号を制御回路(3)に出力する電圧比較回路(4)と、励磁パルスの停止またはその前後において、回転作動電流値から停止位置保持電流値に降下させるトリガ信号を発生するトリガ回路(5)と、電圧比較回路(4)の基準電圧端子に接続され、トリガ信号によって基準電圧(VREF)を回転作動電流値から停止保持電流値に電流値を引き下げる基準電流引下回路(6)とで構成されており、ステッピングモータ(1)を４相フルステップ、４−５相ハーフステップは勿論、相補励磁(例えば、４相励磁と５相励磁の励磁デューティを細かく変化させていく方式)による微小分割ステップ駆動をさせる事が出来るものである。
【００２１】
図１のステッピングモータ(1)の巻き線(A)〜(E)をペンタゴン結線した例である。スイッチング手段である出力段トランジスタ(Tr1)乃至(Tr10)は、(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)、(Tr5)(Tr6)、(Tr7)(Tr8)、(Tr9)(Tr10)の５組に分けられ、２個１組にて直列接続され、この５組が並列接続されて駆動制御部(2)を構成している。前記駆動制御部(2)を構成する出力段トランジスタ(Tr1)乃至(Tr10)の奇数側は(＋)側に接続され、偶数側(GND)側に接続されている。そして前記巻き線(A)〜(E)の結線部はこの直列接続された１組の出力段トランジスタ(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)、(Tr5)(Tr6)、(Tr7)(Tr8)、(Tr9)(Tr10)の接続部に接続されている。また、前記出力段トランジスタ(Tr1)(Tr2)〜(Tr9)(Tr10)が並列接続された(PD1)〜(PD10)は出力段トランジスタ(Tr1)〜(Tr10)に並列接続された外付保護ダイオードである。また、駆動制御部(2)のプラス側には常にステッピングモータ駆動用のモータ駆動電圧(DV)が印加されている。
【００２２】
制御回路(3)は、直流電源電圧から供給される直流電流をパルス幅変調制御するパルス幅変調回路(7)、前記パルス幅変調回路(7)によって直流電流をチョッピング制御する例えばトランジスタあるいはＦＥＴで構成されたチョッパ(8)、前記チョッパ(8)に直列接続されたリアクトル(9)、制御回路(3)の(＋)側と接地側(GED)との間に接続された平滑コンデンサ(C1)および駆動制御部(2)の出力段トランジスタ(Tr1)(Tr2)〜(Tr9)(Tr10)に励磁シーケンスに従ってスイッチング信号を入力するカウンタ・励磁シーケンス発生回路(10)とで構成されている。
【００２３】
このカウンタ・励磁シーケンス発生回路(10)には指令パルスが入力しており、指令パルスを同回路(10)のカウンタ(図示せず)が前記指令パルスをカウントして励磁シーケンスを実行するようになっている。
【００２４】
(R1)は第１センス抵抗で、平滑コンデンサ(C1)の(−)側とグランド(GND)との間に直列接続されており、(R2)は第２センス抵抗で駆動回路の出力側とコンデンサ(C1)の(−)側との間に直列接続されている。図示しないが、センス抵抗は第２センス抵抗(R2)だけでもよい。
【００２５】
電圧比較回路(4)の一方の入力端子は駆動制御部(2)の出力側に接続されており、他方の入力端子は後述する基準電流引下回路(6)に接続されており、その出力端子は前述のパルス幅変調回路(7)に接続されている。電圧比較回路(4)の作用は第１センス抵抗(R1)と第２センス抵抗(R2)のセンス電圧の和と基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)とを比較して電流(i1＋i2−i3)が一定になるようにパルス幅変調回路(7)を制御するためのものである。「センス抵抗が、第２センス抵抗(R2)だけの場合、第２センス抵抗(R2)を流れる電流(i2−i3)にて発生するセンス電圧と基準電圧(VREF-H)又は(VREF-L)とが比較されることになる。」
【００２６】
基準電圧変更部(K)を構成するトリガ回路(5)は、入力してくる指令パルス(S)の周期を計測し、指令パルス(S)の入力後、次の指令パルス(S)が所定時間(Td)を経過しても入力しなかった場合、前記指令パルス(S)がそのステップにおける最後の指令パルス(S)と判断して、回転作動電流値から停止位置保持電流値に降下させるトリガ信号(Tg)を後述する基準電圧変更部(K)を構成する基準電圧変更回路(6)に出力するものである。従ってこのトリガ回路(5)においてはトリガ信号出力タイミングは励磁パルスの停止後ということになる。勿論、この方式をとらず、指令パルスをカウントし、所定パルス数が入力した時点でトリガ信号を出力することもでき、この場合は所定パルス数が入力した時点でトリガ信号を出力するので、励磁パルスの停止と同じタイミングとなるし、逆に、所定数の指令パルスをカウントする直前にトリガ信号を出力させるようにしておけば、励磁パルスの停止直前にトリガ信号の出力が可能となる。
【００２７】
次に、図１の駆動回路の作用について説明する。直流電源から供給された電流(i1)は、チョッパ(8)、リアクトル(9)を通ってコンデンサ(C1)を充電し且つモータ駆動電圧(DV)を昇降させる。電流(i2)はコンデンサ(C1)の放電によって生じるステッピングモータ駆動用の励磁電流であり、図中破線で示されるようにコンデンサ(C1)、駆動制御部(2)、第２センス抵抗(R2)というように循環する。電流(i3)はモータの起電力によって発生する逆向きの余剰電流(i3)である。この余剰電流(i3)は駆動制御部(2)のダイオード(D1)〜(D10)を介してコンデンサ(C1)、第２センス抵抗(R2)、駆動制御部(2)というように循環する。その結果、第２センス抵抗(R2)には励磁電流(i2)から余剰電流(i3)を差し引いた電流(i2−i3)が流れる事になる。そして、電圧比較回路(4)は第１、第２センス抵抗(R1,2)のセンス電圧の和(V1+2)と基準電圧とを比較してこの電流(i1＋i2−i3)が一定になるようにパルス幅変調制御する事になる。「なお、センス抵抗が第２センス抵抗(R2)だけの場合、第２センス抵抗(R2)で発生するセンス電圧は(V2)ということになる。」
【００２８】
ステッピングモータ(1)の動作時には、カウンター・励磁シーケンス発生回路(10)に指令パルス(S)が入力し、これを受けてカウンター・励磁シーケンス発生回路(10)では予め決められた励磁シーケンスに従って駆動制御部(4)の出力段トランジスタ(Tr1)〜(Tr10)のベースに励磁切替パルス(P)を出力し、ステッピングモータ(1)を駆動する。
【００２９】
同時に前記指令パルス(S)は基準電圧変更部(K)のトリガ回路(5)にも入力しており、トリガ回路(5)において指令パルス(S)の周期を計測している。図５の（イ）に示すように最後に入力した指令パルス(S)から所定時間(Td)が経過しても次の指令パルス(S)がトリガ回路(5)に入力しなかった場合には、前記指令パルス(S)を最終指令パルス(S)と判断してトリガ信号(Tg)を基準電圧変更回路(6)に出力する。
【００３０】
基準電圧変更回路(6)では、前記トリガ信号(Tg)の入力を受けて、基準電圧(VREF)をステッピングモータ(1)の駆動に必要な回転作動電流値を出力するための高い基準電圧(VREF-H)からステッピングモータ(1)を所定位置にホールドするのに必要な停止位置保持電流値を出力するための低い基準電圧(VREF-L)に変更し、引き下げられた低い基準電圧(VREF-L)を出力する。
【００３１】
電圧比較回路(4)ではセンス抵抗(R1)および(R2)で発生したセンス電圧(V1+2)「センス抵抗がセンス抵抗(R2)だけの場合センス電圧は(V2)である。」と引き下げられた低い基準電圧(VREF-L)との比較が行われるのであるが、引き下げられた低い基準電圧(VREF-L)に比べてセンス電圧(V1+2)「または(V2)」は十分に高い。それ故、電圧比較回路(4)はセンス電圧(V1+2)「または(V2)」が低い基準電圧(VREF-L)に一致するようになるパルス幅変調回路(7)に制御信号を出力する。
【００３２】
パルス幅変調回路(7)では前記電圧比較回路(4)からの制御信号を受けてチョッパ(8)をチョッパ制御し、電流(i1)を大幅に低下させる。平滑コンデンサ(C1)に充電される電流値はステッピングモータ(1)のロータ(3a)を所定位置にホールドするのに必要な低い停止位置保持電流値となるため、平滑コンデンサ(C1)から放電される励磁電流(i2)も低い電流値となり、ステータ(3b)とロータ(3a)との間で発生する磁気力もロータ(3a)を所定位置にホールドするのに必要な弱い力となる。
【００３３】
通常、ステッピングモータ(1)では、ある一つの停止位置から次の停止位置にステップ駆動する場合、停止位置から加速し、所定の速度に出した後この速度を一定時間保持し、次の停止位置に達する直前で減速するといういわゆる「台形駆動」がなされる。この減速領域においても巻き線(A)〜(E)にはステッピングモータ(1)の回転駆動に必要な大きな励磁電流(i2)が印加されており、ロータ(3a)とステータ(3b)との間には大きな磁気力が作用しており、ロータ(3a)はそれ自身の慣性力と接続された負荷の慣性力により停止位置を通りすぎてしまう。従来例では、この時点でも巻き線(A)〜(E)にステッピングモータ(1)の回転駆動に必要な大きな励磁電流(i2)が印加されていたため、前記大きな磁気力が停止位置を通り過ぎた停止位置方向にロータ(3a)を引き戻す大きな「復元力」として働き、ロータ(3a)を強く引き戻す。その結果、停止位置の前後を往復する回数が増え、後述するように整定時間(t)が長くなっていた。
【００３４】
これに対して前述のように励磁電流(i2)を落とすことによりステータ(3b)とロータ(3a)との間で発生する磁気力を小さくすると、ロータ(3a)を所定位置に引き戻す力も弱くなり、復路において所定位置を通り過ぎるアンダーシュートの量が著しく小さくなる。その結果、停止位置の前後を往復する回数が著しく減少し、後述するように整定時間(t)が短縮される。ロータ(3a)が所定位置にホールドされると、ロータ(3a)は小さい停止位置保持電流値にて所定位置にホールドされ、この期間中にロータ(3a)に接続された負荷上のワークに対して必要な測定が行われる。
【００３５】
ロータ(3a)の所定位置に対するホールド時間が経過すると、トリガ回路(5)からトリガ信号(Tg)が基準電圧変更回路(6)に出力され、低い基準電圧(VREF-L)が高い基準電圧(VREF-H)に切り替えられて電圧比較回路(4)に出力される。前記トリガ信号(Tg)の発生タイミングはタイマによる。前記発生タイミングは最初の指令パルス(S)がカウンター・励磁シーケンス発生回路(10)に入力するタイミングよりも早いことが好ましい。何故ならば、指令パルス(S)が入力するとロータ(3a)は次の停止位置に向かって回転を始めるが、その時点で励磁電流(i2)が低いと十分な加速度が得られず、立ち上がり速度が遅くなるからである。
【００３６】
前記の高い基準電圧(VREF-H)から低い基準電圧(VREF-L)への切り替えは瞬時に行ってもよいが、時間(Ts)をかけてゆっくりとダウンさせてもよいし、何段階かに分けて徐々にダウンさせてもよい。負荷が大きい場合にはゆっくりとダウンさせたり段階的にダウンさせるのが好ましい。また、トリガ信号(Tg)が入力したと同時に基準電圧(VREF-H)から低い基準電圧(VREF-L)への切り替えを行ってもよいが、負荷やロータ(3a)の状態によっては或る時間(tm)だけ遅らせてもよい。図５では基準電圧の切り替えをトリガ信号(Tg)の入力後、(tm)時間だけ遅らせた例が示されている。
【００３７】
「実施例１」；図６(a)(b)は５相ステッピングモータにおける従来方法による停止時の駆動例(a)と本発明方法による停止時の駆動例(b)の関係を示す比較例である。トリガ回路で指令パルスの周期(td)を計測し、周期(td)が１ｍｓ以上となった時点で基準電圧を高い基準電圧(VREF-H)から低い基準電圧(VREF-L)に引き下げ、励磁電流(i2)を回転時の電流値の約４０％とした。従来方法では整定に長時間が掛かっているが本発明方法では短時間に整定していることがわかる。
【００３８】
なお、このような停止方法は４相励磁フルステップ駆動、４−５相励磁ハーフステップ駆動は勿論、相補励磁(例えば、４相励磁と５相励磁の励磁デューティを細かく変化させていく方式)による微小分割ステップ駆動に対して適用することができるものである。
【００３９】
図２は本発明の第２実施例の回路図である。カウンタ・励磁シーケンス発生回路(10)はパルス幅変調回路(7)に接続されており、更にパルス幅変調回路(7)が駆動制御部(2)の出力段トランジスタ(Tr1)〜(Tr4)のベースに直接接続されている。ステッピングモータ(1)は２相モータで、ステッピングモータ(1)の巻線(A)(-A)(B)(-B)の入力側にモータ駆動電源が直接接続されており、巻線(A)(-A)(B)(-B)の出力側に出力段トランジスタ(Tr1)〜(Tr4)のコレクタが接続され、一対の出力段トランジスタ(Tr1)(Tr2)、(Tr3)(Tr4)のエミッタと接地(GND)との間に(A)(-A)、(B)(-B)相それぞれの励磁電流検出用のセンス抵抗(RA)(RB)が接続されている。この電流検出用のセンス抵抗(RA)(RB)の入力側と(A)(-A)、(B)(-B)相用の一対の電圧比較回路(4A)(4B)の入力端子(+)とが接続されており、センス抵抗(RA)(RB)でセンシングされたセンシング電圧(Va)(Vb)が入力端子(+)から電圧比較回路(4A)(4B)に入力するようになっている。
【００４０】
また、指令パルス(S)はカウンター・励磁シーケンス発生回路(10)とトリガ回路(5)とに入力するようになっており、第１実施例で述べたように最終指令パルスを検出して(或いは入力した指令パルスをカウントして)次の基準電圧変更に回路(6)にトリガ信号(Tg)を出力するようになっている。基準電圧変更回路(6)は前記電圧比較回路(4A)(4B)の基準電圧端子(-)に接続されており、トリガ回路(5)から出力されたトリガ信号(Tg)の入力により第１実施例で詳述したように基準電圧(VREF)の引き下げを行い、モーター駆動電源から巻線(A)(-A)、(B)(-B)に直接供給される駆動励磁電流の引き下げ(回転作動電流値→停止位置保持電流値)を個別に行う。そして所定時間の経過後、(停止位置保持電流値→回転作動電流値)を個別に行う。駆動励磁電流の昇降のタイミングは第１実施例のとおりである。
【００４１】
「実施例２」；図７(a)(b)は2相ステッピングモータにおける従来方法による停止時の駆動例(a)と本発明方法「図７の回路」による停止時の駆動例(b)の関係を示す比較例である。「実施例１」と同様、トリガ回路で指令パルスの周期(td)を計測し、周期(td)が１ｍｓ以上となった時点で基準電圧を高い基準電圧(VREF-H)から低い基準電圧(VREF-L)に引き下げ、励磁電流(i2)を回転時の電流値の約５０％とした。従来方法では整定に長時間が掛かっているが本発明方法では短時間に整定していることがわかる。
【００４２】
なお、このような停止方法も４相励磁フルステップ駆動、４−５相励磁ハーフステップ駆動は勿論、相補励磁(例えば、４相励磁と５相励磁の励磁デューティを細かく変化させていく方式)による微小分割ステップ駆動に対して適用することができるものである。
【００４３】
図３は本発明の第３実施例の回路図である。カウンター・励磁シーケンス発生回路(10)が周波数変調回路(7a)に接続されている点、及びトリガ回路(5)がなく、カウンターおよび励磁シーケンス発生回路(10)から基準電圧引下回路(6)に直接接続されている点及び、一対の電圧比較回路(4A)(4B)の出力が周波数変調回路(7a)に接続されている点が図２の第２実施例と相違する点で、それ以外は図２の第２実施例と同じであり、説明の煩雑さを避ける意味で相違点を中心に説明する。周波数変調回路(7a)は、出力段トランジスタのオフ時間が一定でオン時間を可変することができ、1サイクルを可変＝周波数変調することができるものである。
【００４４】
指令パルス(S)がカウンター・励磁シーケンス発生回路(10)に入力すると、ここで入力パルス数をカウントし、移動角が７.２°となるパルス数が入力した所で第２実施例と同様、基準電圧(VREF)の引き下げを行い、モータ駆動電源から巻線(A)(-A)、(B)(-B)に直接供給される駆動励磁電流の昇降(回転作動電流値→停止位置保持電流値)を個別に行う。そして所定時間経過後、(停止位置保持電流値→回転作動電流値)を個別に行う。駆動励磁電流の昇降のタイミングは第１実施例のとおりである。なお、この場合はカウンター・励磁シーケンス発生回路(10)に入力する指令パルス(S)をカウントするのであるから、移動角が７.２°となるパルス数の入力と同時あるいはそれ以前に基準電圧(VREF)の引き下げを行うことも可能である。また、基準電圧(VREF)の引き下げを瞬間的に或いは一定の時間をかけて若しくは段階的に引き下げることも可能である。
【００４５】
「実施例３」；図８(a)(b)は2相ステッピングモータにおける従来方法による停止時の駆動例(a)と本発明方法「図３の回路」による停止時の駆動例(b)の関係を示す比較例である。カウンタ・励磁シーケンス発生回路に移動角で７.２°となるパルス数(ここでは８０パルス)が入力し、１ｍｓ経過後に基準電圧を高い基準電圧(VREF-H)から低い基準電圧(VREF-L)に引き下げ、励磁電流(i2)を回転時の電流値の約５０％とした。従来方法では整定に長時間が掛かっているが本発明方法では短時間に整定していることがわかる。
【００４６】
なお、このような停止方法も４相励磁フルステップ駆動、４−５相励磁ハーフステップ駆動は勿論、相補励磁(例えば、４相励磁と５相励磁の励磁デューティを細かく変化させていく方式)による微小分割ステップ駆動、或いは１ステップを微小分割してステップ駆動を行う２相ステッピングモータのマイクロステップ駆動に対して適用することができるものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明はステッピングモータの停止時において、指令パルス入力停止と同時またはその前のステッピングモータの減速中或いは、その後の停止位置の前後においてステッピングモータに減衰振動が発生している整定時間内に回転作動電流値から停止位置保持電流値にその励磁電流値を引き下げるので、整定時間中のステータに対するロータの復元力が大幅に低下し、オーバーシュートやダウンシュートを繰り返す減衰振動が短時間で収束し停止位置保持電流値にて所定位置にステッピングモータのロータ(3a)が停止するようになる。その結果装置のサイクル時間を短縮することができ作業能率を大幅に向上させることができる。また、回転作動電流値からの停止位置保持電流値の引き下げを時間をかけて行ったりあるいは段階的に行うこともでき、更には回転作動電流値から停止位置保持電流値を引き下げるタイミング負荷に対して最適の条件を選定することができる。また、前述の励磁電流の引き下げを一定時間行った後、次ステップの指令パルスの入力以前に励磁電流を回転作動電流値に復帰させることで次ステップの指令パルスが入力したときにパルスモーターに十分な電流が与えられることになり、円滑な立ち上がり加速を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路図
【図２】本発明の第２実施例の回路図
【図３】本発明の第３実施例の回路図
【図４】本発明が適用されるステッピングモータの概略説明図
【図５】本発明と従来例の比較タイムチャート
【図６】５相ステッピングモータにおける本発明(第１実施例)と従来例の整定時間の比較グラフ
【図７】２相ステッピングモータにおける本発明(第２実施例)と従来例の整定時間の比較グラフ
【図８】２相ステッピングモータにおける本発明(第３実施例)と従来例の整定時間の比較グラフ
【符号の説明】
(1)  ステッピングモータ
(2)  駆動制御部
(P)  励磁切替用パルス
(i2)  励磁電流
(t)  整定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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