(57)【要約】【課題】マイクロステップ駆動時のステッピングモータの角度ムラが起きないようにして振動や共振音を防止する。【解決手段】正弦波をステップ状に分割した励磁電流が、「０」のステップ区間を有しないようにしてステッピングモータの各相に供給する。このようにすることで、ステッピングモータの複数の相に励磁電流を流し、励磁電流を流した複数の相で常にロータ２０を係合するようにして角度ムラが起きないようにしたので、振動や共振音を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの各相に、ステップ状に分割した正弦波に基づく励磁電流を供給するステッピングモータのマイクロステップ励磁方法において、
上記励磁電流が０のステップ区間を有しないように分割して、その分割した励磁電流を各相に供給するステッピングモータのマイクロステップ励磁方法。
【請求項２】
ステップ状に分割した正弦波に基づく励磁電流をステッピングモータの各相に供給するマイクロステップ励磁手段を備えたステッピングモータ励磁回路において、
上記マイクロステップ励磁手段が、各相に供給する電流が０となるステップ区間を除いて分割した励磁電流を各相に供給するようにしたステッピングモータ励磁回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、低速時の振動の低減を目指したステッピングモータのマイクロステップ励磁方法とその方法を用いたステッピングモータ励磁回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピング（パルス）モータの励磁方法には、フルステップ、ハーフステップ、マイクロステップの三つの励磁方法がある。
【０００３】
フルステップは、ステッピングモータの基本ステップをステップ角をとして駆動する励磁方法で、一般に、２相、４相、５相ステッピングモータに用いられる。
【０００４】
ハーフステップは、前記基本ステップの１／２をステップ角として、ステッピングモータを駆動する励磁方式で、一般に、１−２相励磁方式（２相ステッピングモータ）、４−５相励磁方式（５相ステッピングモータ）が良く用いられる。
【０００５】
マイクロステップは、前記基本ステップの１／Ｎをステップ角として、ステッピングモータを駆動する励磁方法で、ステッピングモータの各相の励磁電流をフルステップやハーフステップよりも複雑にコントロールしなければならないが、高分解能で低振動を実現できるというものである。
【０００６】
このようなマイクロステップの励磁方法として、例えば（特許文献１）に記載されたマイクロステップ駆動装置がある。
【０００７】
この駆動装置では、図５のような、正弦波をステップ状に生成した励磁電流に変換してステッピングモータの各相に入力している。
【０００８】
具体的には、正弦波を量子化した波形データを波形生成用のＲＯＭに記憶させ、そのＲＯＭに記憶させたデータをラッチ回路を介して順次Ｄ／Ａ変換器に入力し、アナログ信号に変換してステッピングモータへ出力する。
【０００９】
その際、ＲＯＭのデータはラッチ回路で一旦保持してＤ／Ａ変換器へ入力することにより、Ｄ／Ａ変換器からのステッピングモータへの出力は、図５のように正弦波をステップ状に分割した励磁電流が供給されることになる。
【特許文献１】特開平７−１４３７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のようなマイクロステップの励磁方法では、回転角にムラができるので、振動や共振音の発生する問題が考えられる。
【００１１】
すなわち、上記のマイクロステップの励磁方法では、ステッピングモータの各相ごとに励磁電流が「０」になるステップ区間が存在する。
【００１２】
いま、簡単のため、図６のような２相ステッピングモータのＡ相とＢ相の励磁電流を例にして説明する。この例では、Ａ相とＢ相の励磁電流の周期を１６分割し、振幅を５レベル（１００％、６０％、０％、−６０％、−１００％）に量子化してある。このときの電流のベクトルは、Ａ相とＢ相との位相差が９０°なので、基本ステップ角を９０°で正規化すると各分割ごとの電流ベクトルは図７のように表すことができる。図７からわかるように、分割番号の「３」と「１１」では、Ａ相の電流が「０」となる。また、分割番号の「７」と「１５」では、Ｂ相の電流が「０」となり、いずれか一方の相のみ励磁電流が通電されることになる。このとき、ステッピングモータのロータは、一つの相のみで係止されることになり、外乱に対して弱くなる。
【００１３】
実際、分割ごとにロータを停止させて角度を計ってみると、図７に示すように、前記電流の「０」点付近で０．２８°から０．６２°となり、その差は０．６２°−０．２８°＝０．３４°となって角度ムラを生じることがわかった。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、振動や共振音の元となる角度ムラが起きないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、この発明では、ステッピングモータの各相に、正弦波に基づく励磁電流が０のステップ区間を有しないように分割して、その分割した励磁電流を供給する方法を採用したのである。
【００１６】
このような構成を採用することで、正弦波（余弦波でも可）に基づくステップ状に分割した励磁電流が、０のステップ区間を有しないようにしたことにより、ステッピングモータの複数の相に励磁電流を流すことができる。そのため、ロータは、常に、励磁電流を流した複数の相で係合されることになり、角度ムラを起こし難くなる。
【００１７】
なお、正弦波に基づくとは、余弦波を含むものである。何故なら正弦波をπ／２位相をずらせたものが余弦波となるからである。
【００１８】
また、その際、ステップ状に分割した正弦波に基づく励磁電流をステッピングモータの各相に供給するマイクロステップ励磁手段が、各相に供給する電流が０となるステップ区間を除いて分割した励磁電流を各相に供給するようにした構成を採用することができる。  
【００１９】
このような構成を採用することで、正弦波（余弦波でも可）に基づくステップ状に分割した励磁電流が０のステップ区間を有しないようにしたことにより、マイクロステップ励磁手段がステッピングモータの複数の相に、常に励磁電流が流れるようにして、複数の相でロータを係合することができるようにしたので、角度ムラを起こし難くすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、上記のように構成したことにより、角度ムラが起きないようにできるので、振動や共振音を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の最良の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に、この形態のマイクロステップ励磁方法を用いたステッピングモータ励磁回路１０を示す。
【００２３】
この励磁回路１０は、ドライブ回路１１、Ｄ／Ａ変換部１２、ＥＰＲＯＭ部１３、カウンタ部１４とコントロールロジック１５とで構成される２相ステッピングモータ用のもので、マイクロプロセッサを使用しないものである。
【００２４】
前記ドライブ回路１１は、出力段に２個のトランジスタブリッジ１６を備えたもので、このブリッジ１６は、図１のように２相ステッピングモータの９０°位相差を有するステータコイル１７のＡ相とＢ相に接続されている。また、ドライブ回路１１は、前記ブリッジ１６を作動するためのコンパレータとロジック回路（図示はしていないが）とを備えており、ステータコイル１７に流す励磁電流の向きと大きさとを、前段のＤ／Ａ変換部１２の出力でもって行えるようになっている。
【００２５】
Ｄ／Ａ変換部１２は、Ａ相とＢ相用の２個のＤ／Ａ変換器１８を有するもので、各変換器１８にラッチ回路１９が備えられている。前記ラッチ回路１９は、前段のＥＰＲＯＭ部１３のデータ出力と接続されており、後述するように、ＥＰＲＯＭ部１３からのデータをコントロールロジック１５のストローブ信号ｓｔでもって保持させることにより、Ｄ／Ａ変換器１８の変換中にデータが変わらないようにしてある。
【００２６】
ＥＰＲＯＭ部１３は、ステータコイル１７の励磁電流波形を所定の間隔で量子化したものを時系列データとして記憶させたもので、この形態では、ＥＰＲＯＭをＡ相とＢ相用に２個設け、その各々に２相ステッピングモータをマイクロステップによって駆動する際のＡ相とＢ相のデータを記憶させてある。前記データは、図２に示すような正弦波に基づく（Ｂ相はＡ相の位相がπ／２遅れたもの）波形の１周期を２０分割し、量子化したデータを記憶させたものである。また、その際、ここでは振幅レベルを、１００％、６０％、２０％、−２０％、−６０％、−１００％として「０」レベルを除くようにしてある（なお、ここでは模式的に１００％、６０％、２０％、−２０％、−６０％、−１００％しか示していないが、これに限定されることはなく、もっとレベルを細かく設定して分解能を高くしても良い）。
【００２７】
また、この形態では、例えば前記Ａ相とＢ相の時系列データをＥＰＲＯＭ部１３の連続したアドレスに配置し、前記ＥＰＲＯＭ部１３のアドレス入力に前段のカウンタ部１４を接続することにより、データを読みだすようにしている。
【００２８】
前記カウンタ部１４は、クロック入力ＣＬＫとアップダウンコントロール入力Ｕ／Ｄとを備えたバイナリーアップダウンカウンタで、前記クロック入力ＣＬＫとアップダウンコントロール入力Ｕ／Ｄをコントロールロジック１５のクロック出力とアップダウン出力と接続することにより、前記カウンタ部１４のインクリメントあるいはデクリメントした値を前述のとおりＥＰＲＯＭ部１３のアドレス入力に出力できるようになっている。
【００２９】
コントロールロジック１５は基準クロックを有するもので、回転を許可するステップ入力とその回転方向を設定するためのダイレクション入力を備えており、ステップ入力を有効にすると、前記カウンタ部１４へクロックを出力する。その際、ダレクション入力を設定することにより、カウンタ部１４のアップダウンコントロール入力Ｕ／Ｄへアップまたはダウン信号を出力できるようになっている。また、コントロールロジック１５には、ストローブ出力が設けられており、前述したようにＤ／Ａ変換部１２へ入力する。
【００３０】
このＤ／Ａ変換部１２に入力するストローブ信号は、クロック信号によってＥＰＲＯＭ部１３から出力されるＡ相とＢ相のデータ出力のタイミングに合わせて出力するので、前述したようにＤ／Ａ変換部１２のＡ相用のラッチ回路１９とＢ相用のラッチ回路１９に対応するデータを保持させることができる。
【００３１】
この形態は、上記のように構成されており、このステッピングモータの励磁回路１０では、例えばコントロールロジック１５のダイレクション入力を時計回り（ＣＷ）に設定したのち、ステッブ入力を有効にする。すると、コントロールロジック１５からカウンタ部１４へクロック信号が出力される。カウンタ部１４はクロック信号が入力すると、計数値をインクリメントしてＥＰＲＯＭ部１３のアドレス入力へ出力する。ＥＰＲＯＭ部１３では、前記計数値によってアドレッシングされたメモリのデータを読みだしてＤ／Ａ変換部１２へ出力する。このとき、Ｄ／Ａ変換部１２へは、前記ＥＰＲＯＭ部１３からの出力に合わせてストローブ信号ｓｔが出力されるため、そのストローブ信号ｓｔでラッチ回路１９がデータを読み込んで保持する。このように保持されたデータは、Ｄ／Ａ変換器１８がアナログ信号に変換してドライブ回路１１へ出力する。ドライブ回路１１では、前記信号が入力すると、その信号に基づいてトランジスタブリッジ１６を駆動してステータコイル１７へ励磁電流を流す。
【００３２】
このとき、Ｄ／Ａ変換部１２から順次出力されるデータは、ラッチ回路１９でデータを保持しているので、図２のように正弦波（余弦波）をステップ状に分割したものが供給されることになる。また、このとき、供給される励磁電流は、基準ステップ角を９０°で正規化した図３の電流ベクトルに示すように、「０」となる区間を含まないようにしているので、モータのロータ２０は、常にＡ相とＢ相の二つのステータコイル１７に係合されることになる。したがって、前記ロータ２０は、常に位相差のある二つのステータコイル１７で係合するので、一つのコイルで係合するよりも角度ムラ（誤差）を生じにくく、外乱に対しても強い。
【００３３】
実際、分割ごとにロータ２０を停止させて角度を計ってみると、図２の回転角に示すよ
うに、最も大きな角度差を生じる点でも、０．４４°であり、その差は０．４４°−０．２８°＝０．１６°となって誤差が小さくなることが判った。
【００３４】
このように、常に複数のステータコイル１７でロータ２０を係合して角度誤差を小さくするので、回転ムラが起きないようにできる。その結果、振動や共振音を低減させることができる。
【実施例１】
【００３５】
この実施例は、実施形態で述べたステッピングモータの励磁回路１０のＥＰＲＯＭ部１３、カウンタ部１４及びコントロールロジック１５に代えてマイクロプロセッサ２１を用いた例を示したもので、マイクロプロセッサ２１はＲＯＭを内蔵し、内蔵したＲＯＭに励磁電流のデータを記憶するとともに、前記データをＤ／Ａ変換部１２へ出力できるようにしたものである。
【００３６】
他の構成と作用効果については、実施形態で述べたことと同じなので、説明は省略する。
【００３７】
なお、この実施例では、マイクロプロセッサ２１と別にＤ／Ａ変換器１２を用いたものを示したが、これに限定されるものではなく、前記Ｄ／Ａ変換器１２に代えて、マイクロプロセッサ２１にＤ／Ａ変換器１２を内蔵したものを使用することもできる。
【００３８】
また、この実施形態では、２相ステッピングモータについて述べたが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態のブロック図
【図２】実施形態の作用説明図
【図３】実施形態の作用説明図
【図４】実施例のブロック図
【図５】従来例の作用説明図
【図６】従来例の作用説明図
【図７】従来例の作用説明図
【符号の説明】
【００４０】
１０  励磁回路
１１  ドライブ回路
１２  Ｄ／Ａ変換部
１３  ＥＰＲＯＭ部
１４  カウンタ部
１５  コントロールロジック
１６  トランジスタブリッジ
１７  ステータコイル
１８  Ｄ／Ａ変換器
１９  ラッチ回路
２０  ロータ
【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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