(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置センサを備えるステッピングモータであって、
該位置センサから出力される、回転子位置の検出信号を、復調器を介して復調して、マイコンの一方の入力端に入力し、該マイコンは、前記復調された位置検出信号と、他方の入力端に入力される位置指令信号とからそれぞれの速度信号に変換し、該それぞれの速度信号に低域通過フィルタをかけた後の両信号の差により、前記モータの固定子磁極の励磁位相の補正分を演算し、その演算された該補正分を前記位置指令信号に加算した信号を出力し、
その出力信号を、増幅器を介し、励磁電流として前記モータに供給して、該モータの運転時における振動を抑制することを特徴とする位置センサを備えるステッピングモータ装置。
【請求項２】
前記マイコンは、
前記位置指令信号を速度指令信号にする、低域通過フィルタを備える速度指令部と、
前記位置検出信号を速度検出信号にする、低域通過フィルタを備える速度検出部と、
前記速度指令部からの前記速度指令信号と、前記速度検出部からの前記速度検出信号との差をとる減算部と、
前記差の信号に、励磁位相の補正分としての係数を掛算する掛算部と、
前記位置指令信号側と前記位置検出信号側のいずれかに切換えるための脱調防止スイッチと、
前記脱調防止スイッチの切換えにより、前記掛算部からの前記励磁位相の補正分としての出力信号を、前記脱調防止スイッチを介して、前記位置指令信号又は前記位置検出信号のいずれかに加算して、前記モータを励磁するための励磁位相信号を出力する加算部と
から構成され、
前記位置センサにより前記モータの回転子の振動を検出して、前記マイコンにより、前記位置指令信号又は前記位置検出信号のいずれかに、前記励磁位相の補正分を加算するように前記励磁位相信号を出力させることを特徴とする請求項１に記載の位置センサを備えるステッピングモータ装置。
【請求項３】
前記マイコンは、さらに、前記脱調防止スイッチを切り替えるための切り替え制御部を備え、該切り替え制御部により、前記位置指令信号と前記位置検出信号との偏差量が、
（ａ）−９０゜≦偏差量≦＋９０゜の場合は、前記位置指令信号側に切り替え、
（ｂ）−９０゜＞偏差量、＋９０゜＜偏差量の場合は、前記位置検出信号側に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の位置センサを備えるステッピングモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータに回転子の位置センサを備え、運転中のステッピングモータの回転子の振動が抑制されるステッピングモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のステッピングモータの制御は、その固定子の磁界を回転（以下、）回転磁界という）させて、磁力の吸引、反発により、その回転子が前記回転磁界に追従することで、機械的な回転力が発生する。普及しているステッピングモータは、その回転子の歯数が５０など多極であるが、２極の簡単なステッピングモータを示すと、図４のようになる。
【０００３】
図４において、２極のステッピングモータＭのそれぞれ磁極に巻回されている固定子巻線Ａ相及び固定子巻線Ｂ相に交流励磁電流を流し、前記それぞれの固定子巻線により発生し、互いに９０度の位相差を有するＡ相磁界とＢ相磁界を合成して回転磁界を形成させる。この回転磁界に対し、所定の極性に磁化されている回転子が追従するように回動して、機械的な回転力が発生される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のステッピングモータＭの通常の運転中に前記回転子に、しばしば振動が発生するという問題点があった。その振動の発生要因としては、次のようなものが考えられる。
（ａ）トルクリップルと慣性の共振
（ｂ）サンプリング制御の時間間隔の粗さの影響
（ｃ）その他、未知の要因
【０００５】
すなわち、ステッピングモータＭは、ある速度領域で急に振動が大きくなったり、出力トルクが落ち込んだりすることがある。また、ある場合には、逆転やミススッテプが発生する。これらの現象は、低速領域では該モータの固有周波数に入力パルスの周波数が一致したときに発生する。
このような共振の起こる条件は、摩擦負荷や慣性負荷などにより異なるが、一般には、１００〜２５０ｐｐｓ付近が低速領域での共振領域となる。また、その他の要因で高速領域でも発生する。共振が問題となる場合は、１−２相励磁方式で使用したり、機械的ダンパや駆動回路上で、その対策を行っていたが、十分ではなかった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、運転中、回転子に発生する振動が抑制されるような位置センサを備えるステッピングモータ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の装置の構成は、位置センサ２を備えるステッピングモータであって、該位置センサから出力される、回転子位置の検出信号を、復調器を介して復調して、マイコン４の一方の入力端に入力し、該マイコンは、前記復調された位置検出信号と、他方の入力端に入力される位置指令信号とからそれぞれの速度信号に変換し、該それぞれの速度信号に低域通過フィルタをかけた後の両信号の差により、前記モータの固定子磁極の励磁位相の補正分を演算し、その演算された該補正分を前記位置指令信号に加算した信号を出力し、その出力信号を、増幅器を介し、励磁電流として前記モータに供給して、該モータの運転時における振動を抑制することを特徴とする位置センサを備えるステッピングモータ装置である。
【０００８】
前記マイコン４は、前記位置指令信号を速度指令信号にする、低域通過フィルタ４ｈを備える速度指令部４ａと、前記位置検出信号を速度検出信号にする、低域通過フィルタ４ｈを備える速度検出部４ｂと、前記速度指令部４ａからの前記速度指令信号と、前記速度検出部４ｂからの前記速度検出信号との差をとる減算部４ｃと、前記差の信号に、励磁位相の補正分としての係数を掛算する掛算部４ｄと、前記位置指令信号側（ＳＴモード（ステッピングモータモード）側）と前記位置検出信号側（ＢＬモード（ブラシレスモータモード）側）のいずれかに切換えるための脱調防止スイッチ４ｆと、前記脱調防止スイッチ４ｆの切換えにより、前記掛算部４ｄからの前記励磁位相の補正分としての出力信号を、前記脱調防止スイッチ４ｆを介して、前記位置指令信号又は前記位置検出信号のいずれかに加算して、前記モータを励磁するための励磁位相信号を出力する加算部４ｅとから構成され、前記位置センサにより前記モータの回転子の振動を検出して、前記マイコンにより、前記位置指令信号又は前記位置検出信号のいずれかに、前記励磁位相の補正分を加算するように前記励磁位相信号を出力させる位置センサを備えるステッピングモータ装置である。
【０００９】
前記マイコン４は、さらに、前記脱調防止スイッチ４ｆを切り替えるための切り替え制御部４ｊを備え、該切り替え制御部により、前記位置指令信号と前記位置検出信号との偏差量が、
（ａ）−９０゜≦偏差量≦＋９０゜の場合は、前記位置指令信号側（ＳＴモード側）に切り替え、
（ｂ）−９０゜＞偏差量、＋９０゜＜偏差量の場合は、前記位置検出信号側（ＢＬモード側）に切り替える
位置センサを備えるステッピングモータ装置である。
【００１１】
本発明は、以上のように構成されているので、ステッピングモータに組み付けられた位置センサにより、前記モータの回転子の振動を検出して、前記マイコンにより、前記モータの励磁位相に補正をかけるようにしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１および図２は、本発明の位置センサを備えるステッピングモータ装置の一実施の形態を示す図で、図１は、位置センサを組み付けたステッピングモータとマイコンを含む回路を示す構成図、図２は、位置センサからの検出信号をマイコン側に負帰還して励磁位相に補正をかけるようなマイコン内の構成制御ブロックを示す図である。
【００１３】
図１において、ステッピングモータ（例えば、２相）１に、その回転子の運転中の位置を検出するための位置センサ２として、可変リラクタンス形（以下、ＶＲ形という）レゾルバを結合し、該位置センサ２から出力される前記モータ１の回転子の位置検出信号を、復調器３により復調して、マイコン（マイクロコンピュータ、又は中央処理装置）４の一方の入力端に入力する。該マイコン４の他方の入力端には、図示しない位置設定器から位置指令信号が入力されている。
【００１４】
前記マイコン４において、前記復調器３からの復調された位置検出信号と、前記位置指令信号とからそれぞれの速度を求め、該それぞれの速度の差により、前記モータ１の固定子磁極が発生する回転磁界の角度、すなわち励磁位相の補正分を演算し、該励磁位相の補正分を前記位置指令信号に加算して、前記モータ１を励磁するための励磁位相信号として出力する。
そして、該マイコン４からの前記出力信号、すなわち前記モータ１を励磁するための励磁位相信号を、電力増幅器５により増幅して、前記モータ１に励磁電流（例えば、２相）として供給している。
【００１５】
この場合、前記モータ１のトルクリップルは、その回転子の歯数の周期に依存するので、該トルクリップルに対応させるため、前記位置センサ２としては、高い分解能が必要である。このため、前記位置センサ２に、前記ＶＲ形レゾルバを採用し、該レゾルバは、前記回転子の歯数と同じ極数を有し、高い分解能を確保している。
【００１６】
次いで、図２により、本実施の形態の主要な動作を説明する。
前記マイコン４は、前記位置指令信号を速度指令信号にする速度指令部４ａと、前記位置センサ２からの前記位置検出信号を速度検出信号にする速度検出部４ｂと、前記速度指令部４ａからの速度指令信号と前記速度検出部４ｂからの速度検出信号との差をとる減算部４ｃと、この差の信号に後記係数を掛算する掛算部４ｄと、該掛算部４ｄからの出力信号（前記励磁位相の補正分）を、脱調防止スイッチ４ｆ（ＳＴモード（ステッピングモータモード）側に投入）を介して、前記位置指令信号に加算して、前記モータ１を励磁するための励磁位相信号を出力する加算部４ｅと、前記脱調防止スイッチ４ｆとからなっている。なお、前記脱調防止スイッチ４ｆは、通常、ＳＴモード側に投入されている。
【００１７】
また、前記加算部４ｅは、前記掛算部４ｄからの出力信号（前記励磁位相の補正分）を、該脱調防止スイッチ４ｆ（ＢＬモード（ブラシレスモータモード）側に投入）を介して、前記位置検出信号に加算して、前記モータ１を励磁するための励磁位相信号を出力するようになっている。
【００１８】
前記脱調防止スイッチ４ｆについては、前記マイコン４のなかで、前記位置指令信号と前記位置検出信号との偏差を切り替え制御部４ｊにより監視し、かつその偏差量（電気角）によって、該脱調防止スイッチ４ｆのＳＴモード（ステッピングモータモード）とＢＬモード（ブラシレスモータモード）のいずれかに切り替えている。すなわち、
（ａ）−９０゜≦偏差量≦＋９０゜の場合は、ＳＴモードにして、前記モータ巻線の励磁状態を切り替える。いわゆる、開ループ制御にする。
（ｂ）−９０゜＞偏差量、＋９０゜＜偏差量の場合は、ＢＬモードにして、励磁電流の位相が、回転子位置の９０゜先の励磁安定点になるように励磁する。いわゆる、閉ループ制御にする。
そして、前記切り替え制御部４ｊによる前記脱調防止スイッチ４ｆの切り替えによって、前記モータ１の回転子が、位置指令信号に対して脱調することなく追従して、位置決めができるようになっている。
【００１９】
本実施の形態における、前記マイコン４による本来の制御は、一定の単位時間Δｔ間隔での時間刻みごとに前記モータ１の制御を行う。この時間刻みは、差分抽出部４ｇにて、次のようにする。
‥‥‥ｔi-n ，ｔi-n-1 ，‥‥‥，ｔi-3 ，ｔi-2 ，ｔi-1 ，ｔi ，‥‥
ここで、時間ｔi-1 とｔi にて、前記位置センサ２としての前記レゾルバからの位置検出信号は、前記速度検出部４ｂにて、ｘi-1 とｘi になり、このときの位置の時間間隔Δｔでの差分Δｘi  は、時間ｔi での前記回転子の速度に相当する。
すなわち、Δｘi ＝ｘi −ｘi-1 となる。
さらに、検出精度の影響を低減するため、低域通過フィルタ４ｈをかけたものを速度検出信号ＶFBとする。
【００２０】
前記位置指令信号についても、前記速度指令部４ａにて、前記速度検出部４ｂの差分抽出部４ｇと等価な処理をしたものに、低域通過フィルタ４ｈをかけて、速度指令信号ＶCMD とする。
そして、前記速度検出信号ＶFBと前記速度指令信号ＶCMD との差分に、前記係数としてのＫD を掛算して、励磁位相の補正分ＰD 、すなわち、ＰD ＝ＫD （ＶCMD −ＶFB）として、前記位置指令信号に加算して、前記モータ１の励磁位相信号にする。
【００２１】
この場合、前記マイコン４において、速度検出は反転して反映されるため、過剰速度に対しては、回転磁界の励磁位相を遅らせる方向に、速度不足に対しては、回転磁界の励磁位相を進ませる方向に制御される。これにより、前記ステッピングモータ１の回転子の振動を抑制することができる。
図３は、励磁位相に制御をかけたときの、位相角に対するトルクを示す図で、この位相角−トルク特性を利用することにより、前記回転子の振動抑制制御を行うことができる。
【００２２】
なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の位置センサを備えるステッピングモータ装置によれば、回転子の位置センサを備えるステッピングモータであって、該位置センサから出力される該モータの回転子位置の検出信号を、マイコンの一方の入力端に入力し、位置指令信号を該マイコンの他方の入力端に入力し、該マイコンから前記モータを励磁するための励磁位相信号を出力する前記マイコンを備え、前記位置センサにより前記モータの回転子の振動を検出して、前記マイコンにより、前記位置指令信号に、前記励磁位相の補正分を加算するように前記励磁位相信号を出力させ、増幅器を介して前記モータに励磁電流を供給するので、前記モータの運転中、回転子に発生する振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す、位置センサを組み付けたステッピングモータとマイコンを含む回路を示す構成図である。
【図２】位置センサからの検出信号をマイコン側に負帰還して励磁位相補正をかけるようなマイコン内の制御ブロックを示す図である。
【図３】ステッピングモータの励磁位相に制御をかけたときの、位相角に対するトルク特性を示す図である。
【図４】２極のステッピングモータのモデルを示す説明図である。
【符号の説明】
１ ステッピングモータ
２ 位置センサ（可変リラクタンス形レゾルバ）
３ 復調器
４ マイコン
４ａ 速度指令部
４ｂ 速度検出部
４ｃ 減算部
４ｄ 掛算部
４ｅ 加算部
４ｆ 脱調防止スイッチ
４ｇ 差分抽出部
４ｈ 低域通過フィルタ
５ 電力増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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