(57)【要約】【課題】駆動回路は既存の安価なマイクロステップ駆動用ですみ、定速駆動時に低振動なステッピングモータのマイクロステップ制振定速駆動装置を提供する。【解決手段】本発明であるマイクロステップ制振定速駆動装置を適用した２相ステッピングモータの動特性ブロック線図を図6に示す。フィードフォワード型コギングトルク補償器64の出力する補正目標角θcによりコギングトルク63が相殺され、定速駆動時の振動が抑えられる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭ型、またはＨＢ型のステッピングモータと、これをマイクロステップ駆動する制御手段とから構成されるステッピングモータのマイクロステップ制振定速制御装置であって、ステッピングモータの回転角目標値と遅れ角に基づいてコギングトルク補償用の補正目標角を出力するフィードフォワード型コギングトルク補償器を備えたことを特徴とする、ステッピングモータのマイクロステップ制振定速駆動装置
【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のマイクロステップ駆動装置に関し、低振動な定速駆動が求められる、例えば光学系駆動装置、情報読取機器の情報読取装置、紙送り装置および輸液チューブポンプ等に応用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータの駆動方法として、各相の励磁電流の大きさを微少量ずつ変化させ、基本ステップ角を細分化して駆動を行うマイクロステップ駆動が実用化されている。しかし、従来のマイクロステップ駆動には以下に示すとおり問題がある。
【０００３】
図1はマイクロステップ駆動装置の回路構成図であり、２相モータの場合を例示している。図1において、ＣＰＵ11はメモリ12から各相の励磁電流指令値を読み込み、本指令値をＤ／Ａコンバータ13、14 を介してモータドライバ15へ出力する。モータドライバ15は本指示値に基づいてステッピングモータ16の各相の励磁電流を制御して本モータを駆動する。例示の２相モータの場合、Ａ、Ｂ相それぞれに数式1、2で表されるIA、IBの励磁電流を与える。
【数１】
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【数２】
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ここで、I0はピーク電流、θrは回転角目標値、N（=50）は歯数、θeは電気角（θe =N×θr =50×θr）である。本励磁電流を用いることにより旧来の基本ステップ角駆動と比較して高分解能な駆動が得られる。
【０００４】
しかしながら、従来のマイクロステップ駆動には、基本ステップ角周期で生じるコギングトルクの影響により停止角度誤差が発生するという問題がある。２相モータに従来のマイクロステップ駆動を適用した場合における、回転角θと目標角θrの関係を図2に示す。図2のとおり、点線で示す回転角の理想的な回転状態に対して、実際の回転状態に対応する実線は停止角度誤差の発生を示す「うねり」を有している。また、従来のマイクロステップ駆動時における２相ステッピングモータの動特性ブロック線図を図3に示す。コギングトルク33が回転角θの200倍（=極数×歯数=4×50）の周波数、すなわち基本ステップ角（1.8°）周期で発生し、外乱として駆動トルクに加わる様子を示している。
【０００５】
このような問題に対し、特開昭５７−１９３１７０号公報、 特開昭６３−１７１１９７号公報、 特開平１−２１８３９４号公報および特開平３−２７０６９７号公報で公知であるように、発生した停止角度誤差に応じて励磁電流を補正する、言い換えれば停止角度誤差をなくすように図3中の補正目標角θcを印加する方法が提案されている。より具体的に特開昭６３−１７１１９７号公報を例にとると、補正目標角θcは数式3のとおり与えられ、数式1、2の励磁電流はそれぞれ数式4、5となる。
【数３】
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【数４】
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【数５】
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ここで、Lはステッピングモータのノン・リニアリティの関数である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特開昭６３−１７１１９７号公報の技術は前述したとおり発生した停止角度誤差に応じてこれをなくすよう補正目標角θcを求めて印加する方法であって、停止角度誤差や振動の根本原因であるコギングトルクを抑制する方法ではない。そのため、特開昭６３−１７１１９７号公報の技術を定速駆動時に適用しても、コギングトルクに起因する振動を完全に抑えることはできない。数式1、2の励磁電流を用いる従来のマイクロステップ駆動と、これに数式3の補正目標角θcを印加した特開昭６３−１７１１９７号公報の技術を用いて、それぞれ２相ステッピングモータを2rpsで駆動した結果、図4、5のとおり、定速駆動時に発生する回転角の振動が十分に抑えられないことが判明した。
【０００７】
本発明は、上述の実情を鑑みてなされたもので、駆動回路は図1に示した従来の安価なマイクロステップ駆動用のものですみ、定速駆動時に低振動なステッピングモータのマイクロステップ制振定速駆動装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、ＰＭ型、またはＨＢ型のステッピングモータと、これをマイクロステップ駆動する制御手段とから構成されるステッピングモータのマイクロステップ制振定速制御装置であって、ステッピングモータの回転角目標値と遅れ角に基づいてコギングトルク補償用の補正目標角を出力するフィードフォワード型コギングトルク補償器を備えたことを特徴とし、もって従来の安価なマイクロステップ駆動用回路を用いてもコギングトルクを相殺でき、これにより定速駆動時に低振動な駆動が実現できるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によると、従来の安価なマイクロステップ駆動用回路を用いてコギングトルクを相殺することにより、定速駆動時に低振動な駆動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のマイクロステップ制振定速駆動装置の一実施例を示す図である。
【図２】従来のマイクロステップ駆動時の回転角θと目標角θrの関係を示す図である。
【図３】従来のマイクロステップ駆動時のステッピングモータ動特性を示す図である。
【図４】従来のマイクロステップ駆動で定速駆動した時の回転角の振動を示す図である。
【図５】特開昭６３−１７１１９７号公報の技術で定速駆動した時の回転角の振動を示す図である。
【図６】本発明を適用した際のステッピングモータ動特性を示す図である。
【図７】本発明で定速駆動した時の回転角の振動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図3に示す２相ステッピングモータの動特性において角度トルク特性31は正弦波状であり、仮にコギングトルク33が存在しないとした場合、公知のとおり数式1、2の励磁電流により無振動の定速駆動が可能となる。また、図3中のロータ動特性32は機械損、鉄損に起因する粘性抵抗を含んでおり、このため定速駆動時には一定の負荷トルクが発生する。本発明では、この負荷トルクの影響を踏まえつつ角度トルク特性31を利用してコギングトルク33を相殺することで定速駆動時の振動を抑える。
【００１２】
図6は、本発明であるマイクロステップ制振定速駆動装置を適用した２相ステッピングモータの動特性ブロック線図である。フィードフォワード型コギングトルク補償器64の出力する補正目標角θcによりコギングトルク63が相殺され、定速駆動時の振動が図7のとおり抑えられる。以下にこの原理を説明する。
【００１３】
図6において、回転角θと駆動トルクの間に数式6の関係が成り立つ。
【数６】
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ここで、K1はトルク定数、Kcはコギングトルク最大値、δ(=θr−θ)は遅れ角である。数式6においてNθcは微小でありcos(Nθc)≒1、sin(Nθc)≒Nθcとできるので、数式6を数式7と書き改める。
【数７】
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数式7において右辺第2項により右辺第3項のコギングトルク63を相殺すると、右辺第2、3項は消去され数式7は数式8となる。
【数８】
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数式8はコギングトルク63が存在しない場合における回転角θと駆動トルクの関係を示しており、この場合は前述のとおり無振動の定速駆動となる。数式7においてコギングトルク63が相殺される時の補正目標角θcは数式9で表され、この数式9を実現が本発明のフィードフォワード型コギングトルク補償器64となる。
【数９】
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定速駆動の場合、前述のとおり負荷トルクが一定となるため、遅れ角δ(=θr−θ)は一定となる。よって、回転角速度に応じて遅れ角δの定数を予め用意すれば、フィードフォワード型コギングトルク補償器64による振動抑制が実現できる。
【００１４】
フィードフォワード型コギングトルク補償器64を図1の駆動回路上へ実装するには、複数の回転角速度の目標値に対してそれぞれ遅れ角δを定め、これらの遅れ角δと数式4、5および9より各相の励磁電流指令値を計算し、これらの計算結果をメモリ12に予め保存しておけばよい。ＣＰＵ11が回転角速度の目標値に応じて予めメモリ12に保存してあるデータ群から適切な励磁電流指令値を選び出力することで低振動な定速駆動が実現できる。
【符号の説明】
【００１５】
11  ＣＰＵ
12  メモリ
13  Ｄ／Ａコンバータ
14  Ｄ／Ａコンバータ
15  モータドライバ
16  ステッピングモータ
31  角度トルク特性
32  ロータ動特性
33  コギングトルク
61  角度トルク特性
62  ロータ動特性
63  コギングトルク
64  フィードフォワード型コギングトルク補償器
【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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