(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの動作指令たる入力パルス及び当該ステッピングモータの回転量を示すエンコーダパルスが入力される入力端子と、当該入力パルスの一周期において当該エンコーダパルス又はその逓倍若しくは分周したパルスを計数し、当該計数値と基準値とを比較し、当該比較結果を回転ムラ検知信号として出力するモータ異常検知部と、当該回転ムラ検知信号が、ステッピングモータの回転が入力パルスに比べて位相的に進み回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために遅らせるモータ振動抑制部と、モータ振動抑制部から導かれた入力パルスに基づいてステッピングモータを駆動させるための各相電流を生成する電源部とを具備していることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
ステッピングモータの動作指令たる入力パルス及び当該ステッピングモータの回転量を示すエンコーダパルスが入力される入力端子と、当該入力パルスの一周期において当該エンコーダパルス又はその逓倍若しくは分周したパルスを計数し、当該計数値と基準値とを比較し、当該比較結果を回転ムラ検知信号として出力するモータ異常検知部と、当該回転ムラ検知信号が、ステッピングモータの回転が当該入力パルスに比べて位相的に遅れ回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために進ませるモータ振動抑制部と、モータ振動抑制部から導かれた入力パルスに基づいてステッピングモータを駆動させるための各相電流を生成する電源部とを具備していることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
ステッピングモータの動作指令たる入力パルス及び当該ステッピングモータの回転量を示すエンコーダパルスが入力される入力端子と、当該入力パルスの一周期において当該エンコーダパルス又はその逓倍若しくは分周したパルスを計数し、当該計数値と基準値とを比較し、当該比較結果を回転ムラ検知信号として出力するモータ異常検知部と、回転ムラ検知信号がステッピングモータの回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために調整するモータ振動抑制部と、モータ振動抑制部から導かれた入力パルスに基づいてステッピングモータを駆動させるための各相電流を生成する電源部とを具備し、モータ振動抑制部は、前記入力パルスの位相を調整する位相調整器と、前記入力パルスと位相調整器により位相調整された入力パルスとが入力されており且つ両信号を回転ムラ検知信号に応じて選択して出力するセレクタとを有する構成となっていることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中・高速域に発生するモータ振動を抑制することが可能なステッピングモータ用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータにおいては、中・高速域にて大きな振動が発生するという欠点を有していることから、その速度領域で機械負荷を高精度で駆動させるには、機械的・電気的ダンパを用いて振動を抑止することが必要不可欠になる。
【０００３】
電気的ダンパの一例としては次のようなものがある。即ち、ステッピングモータに備えられたレゾルバから出力される位置検出信号を復調し、復調された信号と位置指令信号との速度の差により、ステッピングモータの固定子磁極の励磁位相の補正分を演算し、その補正分を位置指令信号に加算した信号を電力増幅器を介し、励磁電流としてステッピングモータに供給するようにしている（例えば、特許文献１等）。
【特許文献１】特開２０００−４５９８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、上記従来例による場合、全体の構成が複雑である上に、高分解能のレゾルバや高速プロセッサ等が必要になり、低コスト化を図ることが非常に困難という欠点が内在している。
【０００５】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、全体の構成が非常に簡単であるにもかかわらず、中・高速域の振動を十分に抑止することが可能なステッピングモータ用駆動装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のステッピングモータ用駆動装置は、ステッピングモータの動作指令たる入力パルス及び当該ステッピングモータの回転量を示すエンコーダパルスが入力される入力端子と、当該入力パルスの一周期において当該エンコーダパルス又はその逓倍若しくは分周したパルスを計数し、当該計数値と基準値とを比較し、当該比較結果を回転ムラ検知信号として出力するモータ異常検知部と、当該回転ムラ検知信号が、ステッピングモータの回転が入力パルスに比べて位相的に進み回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために遅らせるモータ振動抑制部と、モータ振動抑制部から導かれた入力パルスに基づいてステッピングモータを駆動させるための各相電流を生成する電源部とを具備している。上記モータ振動抑制部の代わりに、当該回転ムラ検知信号が、ステッピングモータの回転が当該入力パルスに比べて位相的に遅れ回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために進ませる構成のものを用いても良い。
【０００７】
モータ振動抑制部については、入力パルスの位相を調整する位相調整器と、前記入力パルスと位相調整器により位相調整された入力パルスとが入力されており且つ両信号を回転ムラ検知信号に応じて選択して出力するセレクタとを有する構成となっているものを用いると良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置による場合、入力パルスの一周期のエンコーダパルス等の計数結果に応じてステッピングモータの回転ムラの異常を検出し、回転ムラの異常が検出されると、入力パルスの位相を調節する構成となっている。従来例による場合とは異なり、高分解能のレゾルバや高速プロセッサ等を使用することなく、ステッピングモータの中・高速域の振動を十分に抑止することが可能になる。しかも全体の構成が非常に簡単であることから、低コスト化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はステッピングモータ駆動装置の構成図、図２はモータ振動抑制部の回路図、図３はモータ異常検知部の各種信号波形を示すタイミングチャート、図４はモータ振動抑制部の各種信号波形を示すタイミングチャート、図５は５相ステッピングモータを駆動させた場合の実験結果であって、同モータの回転数と振動レベルとの特性を示すグラフ、図６は２相ステッピングモータを駆動させた場合の実験結果であって、同モータの回転数と振動レベルとの特性を示すグラフである。
【００１０】
ここに掲げるステッピングモータ駆動装置Ａは、図１に示すようにコントローラ等とステッピングモータＢとの間に接続され、コントローラ等から入力された入力パルスａに応じてステッピングモータＢを駆動させる装置である。
【００１１】
ステッピングモータ駆動装置Ａは、具体的には、ステッピングモータＢの動作指令たる入力パルスａ及びステッピングモータＢの回転量を示すエンコーダパルスｂが入力される入力端子１０と、入力パルスａの一周期においてエンコーダパルスｂを逓倍したパルスを計数し、この計数値ｅと基準値ｅ０とを比較し、この比較結果を回転ムラ検知信号ｃとして出力するモータ異常検知部２０と、回転ムラ検知信号ｃがステッピングモータＢの回転ムラの異常を示しているときは入力パルスａの位相をステッピングモータＢの回転ムラを抑制するために調整するモータ振動抑制部３０と、モータ振動抑制部３０から導かれた入力パルスｄに基づいてステッピングモータＢを駆動させるための各相電流ｆを生成する電源部４０とを具備している。
【００１２】
ステッピングモータＢについてはロータリーエンコーダ付き５相ステッピングモータを使用している。これは、５相ステッピングモータのシャフトにインクリメンタル形式のロータリーエンコーダが予め連結されているもので、同ロータリーエンコーダに電源電圧を別に供給すると、同モータの回転量をＡ相、Ｂ相パルスｂ１，ｂ２に変換し、これをエンコーダパルスｂとして出力するようになっている。
【００１３】
モータ異常検知部２０はカウンタ等を組み合わせたデジタル回路であって、入力パルスａが立ち上がったタイミングでエンコーダパルスｂを逓倍して順次計数し、この計数結果を入力パルスａが次に立ち上がるタイミングまで保持するアップ／ダウンカウンタ２１と、入力パルスａが立ち上がったタイミングでアップ／ダウンカウンタ２１の計数値ｅと予め設定された基準値ｅ０とを比較し、計数値ｅが基準値ｅ０以上であるときはＨレベル、基準値ｅ０未満であるときはＬレベルである信号を生成し、これを回転ムラ検知信号ｃとしてモータ振動抑制部３０に出力する比較部２２とを備えている。
【００１４】
アップ／ダウンカウンタ２１については、エンコーダパルスｂに含まれるＡ相パルスｂ１とＢ相パルスｂ２との間の位相に検知してステッピングモータＢの回転方向を検出する機能を有し、その検出結果が正回転を示すときにはアップカウンタ、これとは逆に逆回転を示すときにはダウンカウンタとして動作するようになっている。比較部２２については、ゲート回路を組み合わせた比較回路であり、その出力信号が回転ムラ検知信号ｃになっている。
【００１５】
モータ振動抑制部３０は入力端子１０と電源部４０との間に接続された回路であって、図２に示すような構成となっている。即ち、入力パルスａの位相を調整する位相調整器３１と、入力パルスａと位相調整器３１により位相調整された入力パルスａ’とが入力されており且つ両信号を回転ムラ検知信号ｃに応じて切り替え、これを入力パルスｄとして出力するセレクタ３２とを有した構成となっている。
【００１６】
ここでは位相調整部３１として信号遅延回路を使用している。その時定数はステッピングモータＢの種類等により異なり、中・高速域の振動を十分に抑止し得るような値を実験等により求めて適宜設定すれば良い。
【００１７】
電源部４０は、入力された商用交流を整流してモータ電流を生成する電源回路と、モータ電流を定値制御する定電流制御回路と、ステッピングモータＢの各相コイルを所定の励磁シーケンスで励磁するために入力パルスｄに基づいて相分配信号を生成する相分配回路と、相分配信号に基づいてスイッチングするバイポーラスイッチング素子群であって、定電流化されたモータ電流を各相毎にスイッチングして各相電流ｆに生成するインバータ回路とを有する構成となっている。
【００１８】
以上のように構成されたステッピングモータ駆動装置の動作について図３及び図４を参照して説明する。
【００１９】
ステッピングモータＢの回転数が一定であるにもかかわらず、振動が発生すると、ステッピングモータＢに回転ムラが生じ、これに伴ってエンコーダパルスｂの周期が長くなったり短くなったりする。
【００２０】
図５（ａ）はステッピングモータＢを一般的な装置を用いて駆動させた場合の同モータの回転数と振動レベルとの特性の測定結果を示している。同図から明らかなように、低速度域を除いて、２〜４ｋＨｚの中速域と９ｋＨｚの高速域において、振動レベルが高くなっている。
【００２１】
モータ異常検知部２０のアップ／ダウンカウンタ２１の計数値ｅについては、入力パルスａの一周期における逓倍されたエンコーダパルスｂの個数を示し、入力パルスａとエンコーダパルスｂとの周期の比率に比例した値となっている。そのため、ステッピングモータＢに振動が発生して回転ムラが生じていないときには、その回転数に関係なく一定であり、ステッピングモータＢに振動が発生して回転ムラの異常が生じると、不規則に変化することになる。
【００２２】
本実施形態においては、図３に示すようにステッピングモータＢが振動なく定速度で回転した場合に計数値ｅが４になるようにエンコーダの分解能やアップ／ダウンカウンタ２１の逓倍率等が設定されており、基準値ｅ０が５に設定されている。また、位相調整部３１の時定数は４．６３μＳに設定されている。
【００２３】
このことから、図３に示すように計数値ｅが５未満である期間において回転ムラ検知信号ｃがＬレベルとなり、このときには図４に示すようにセレクタ３２により入力パルスａが選択され、入力パルスｄとして出力される。一方、図３に示すように計数値ｅが５以上である期間において回転ムラ検知信号ｃがＨレベルとなり、このときには図４に示すようにセレクタ３２により入力パルスａ’が選択され、入力パルスｄとして出力される。
【００２４】
このような入力パルスｄに基づいて電源部４０により各相電流ｆが生成され、ステッピングモータＢが駆動される。回転ムラ検知信号ｃがＨレベルである期間については、ステッピングモータＢの回転が入力パルスａに比べて位相的に進んでいる状態であるが、入力パルスｄの位相が自動的に遅れるように調整されることから、ステッピングモータＢの回転ムラが是正され、結果として、ステッピングモータＢの振動が抑制される。
【００２５】
なお、回転ムラ検知信号ｃがＬレベルである期間については、ステッピングモータＢに回転ムラがない状態だけでなく、その回転が入力パルスａに比べて位相的に遅れている状態も対象として含んでいるが、位相調整部３１として位相遅延回路を使用していることに関連して、この期間においては入力パルスｄの位相調整を行っていない。
【００２６】
図５（ｂ）はステッピングモータＢを本案装置Ａを用いて駆動させた場合の同モータの回転数と振動レベルとの特性の測定結果を示している。低速度域を除いて２〜４ｋＨｚの中速域と９ｋＨｚの高速域において振動レベルが十分に抑制されることが実証されている。
【００２７】
このように高分解能のレゾルバや高速プロセッサ等を使用することなく、ステッピングモータＢの中・高速域の振動を十分に抑止することが可能になる。しかも位相調整部３１として位相遅延回路を使用している点も含めて、全体の構成が非常に簡単であり、これに伴って低コスト化を図ることも可能になる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、ステッピングモータＢとして５相ステッピングモータを駆動する場合を例に掲げたが、他の種類のステッピングモータについても同様に適用可能であり、その場合には同装置Ａを励磁シーケンスパターン等を適宜設計変更するだけで良い。
【００２９】
図６（ａ）は２相ステッピングモータを一般的な装置を用いて駆動させた場合の同モータの回転数と振動レベルとの特性の測定結果を示している。同図から明らかなように、低速度域を除いて１ｋＨｚ以上の速域領域において振動レベルが非常に高く、温度上昇により駆動を続行させることが不可能であった。
【００３０】
図６（ｂ）は２相ステッピングモータを本案装置を用いて駆動させた場合の同モータの回転数と振動レベルとの特性の測定結果を示している。同図から明らかなように、低速度域を除いて１ｋＨｚ以上の速域領域において振動レベルが大きく抑えられており、低振動化の大きな効果が得られることが実証されている。
【００３１】
なお、本発明に係るステッピングモータ装置駆動は上記実施形態に限定されなず、エンコーダの種類や出力形式が限定されないことは勿論、ステッピングモータと外付けする形態であってもかまわない。
【００３２】
モータ異常検知部については、入力パルスの一周期においてエンコーダパルス又はその逓倍若しくは分周したパルスを計数し、当該計数値と基準値とを比較し、当該比較結果を回転ムラ検知信号として出力する構成である限り、どのような回路構成のものを用いても良い。
【００３３】
モータ振動抑制部については、回転ムラ検知信号がステッピングモータの回転ムラの異常を示しているときは当該入力パルスの位相を当該回転ムラを抑制するために調整する構成である限り、どのような回路構成のものを用いても良い。特に、ステッピングモータの回転が入力パルスに比べて位相的に遅れている状態であるときには、入力パルスの位相を進む方向に調整したり、ステッピングモータの回転ムラの程度に応じて位相調整の度合いを可変調整する形態をとってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であって、ステッピングモータ駆動装置の構成図である。
【図２】同装置のモータ振動抑制部の回路図である。
【図３】同装置のモータ異常検知部の各種信号波形を示すタイミングチャートである。
【図４】同装置のモータ振動抑制部の各種信号波形を示すタイミングチャートである。
【図５】５相ステッピングモータを駆動させた場合の実験結果であって、同モータの回転数と振動レベルとの特性を示すグラフである。
【図６】２相ステッピングモータを駆動させた場合の実験結果であって、同モータの回転数と振動レベルとの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ  ステッピングモータ駆動装置
１０  入力端子
２０  モータ異常検知部
３０  モータ振動抑制部
４０  電源部
Ｂ  ステッピングモータ
ａ  入力パルス
ｂ  エンコーダパルス
【図１】
0004394086.tif 000002
【図２】
0004394086.tif 000003
【図３】
0004394086.tif 000004
【図４】
0004394086.tif 000005
【図５】
0004394086.tif 000006
【図６】
0004394086.tif 000007