(57)【要約】【課題】ステッピングモータの原点位置合わせの精度を向上させるステッピングモータ制御装置を実現する。【解決手段】ステッピングモータ制御装置１０は、基準位置検知手段４によりステッピングモータ１の回転基準位置が検知された後、所定の励磁パターンにおける規定のステップまでモータドライバ２に駆動電流を出力させることによって、回転基準位置の通過後に最初に現れる励磁パターンの規定ステップ（例えば、第５ステップ）でモータ停止させて、ステッピングモータ１を所定の原点位置で停止させることができるので、経時変化や温度変化等の負荷変動（例えば、位相遅れ）が発生しても、ステッピングモータ１が必ず同じ原点位置に停止することを可能にした。【選択図】図１
2009017670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータを駆動制御するステッピングモータ制御装置であって、
前記ステッピングモータの回転基準位置を検知する基準位置検知手段と、
前記ステッピングモータに駆動電流を供給するモータドライバと、
前記モータドライバに所定の励磁パターンに応じた駆動電流を出力させるモータ制御部と、を備え、
前記ステッピングモータを原点位置で停止させる際、
前記基準位置検知手段により前記ステッピングモータの回転基準位置が検知された後、前記モータ制御部が、所定の励磁パターンにおける規定のステップまで前記モータドライバに駆動電流を出力させることで、前記ステッピングモータを前記規定ステップに応じた原点位置で停止させることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータを停止させる原点位置の調整時に、前記基準位置検知手段が、前記ステッピングモータの回転基準位置を検知した後、所定の励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数分励磁を進めた位置のステップを、原点位置に相当する規定ステップとして前記モータ制御部が記憶し、
前記モータ制御部が、その記憶した規定ステップまで前記モータドライバに駆動電流を出力させることで、前記ステッピングモータを原点位置で停止させることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ制御装置。 
【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制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステッピングモータを使った送り機構において、位置検出器を用いることなくモータの原点位置を検出するため、可動部を機械的稼動範囲の端（メカリミット）に突き当てて脱調させて、その位置の相励磁パターンを記憶することにより原点位置を規定することによって、その後の原点検出の際に、その記憶した相励磁パターンでステッピングモータの回転を停止させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、送り機構等の原点位置として、ステッピングモータが原点検索方向に回転した際に、原点センサがＯＮした場所から更に規定のステップ数だけ進んだ位置を原点とする技術も知られている。
【特許文献１】特開平５−２３６８００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、上記特許文献１の場合、送り機構をメカリミットに突き当てて脱調させる際に、工業用ミシンのようにモータトルクが大きいと、異常音が生じてしまうことや、最悪の場合には送り機構が故障しまうことがあるという問題があった。
【０００５】
また、上記原点センサを用いる従来技術によってステッピングモータを駆動した場合、モータを駆動させる励磁相（駆動相）と、実際に駆動する負荷（ロータ）には位相遅れの関係が生じている。つまり、所定の励磁パターンでモータを励磁していても、負荷（ロータ）は、それより数ステップ前の位置を移動するように遅れているのが通常である。
そして、この位相遅れが常に一定であればよいが、位相遅れはステッピングモータの経時変化や使用環境温度変化などによって異なるため、位相遅れの変化に伴い原点位置がずれてしまうという問題があった。
【０００６】
具体的には、５相ステッピングモータのフルステップ駆動を使用した送り機構の場合、励磁パターンは１０通り（例えば、０〜９の１０通り）ある。そして、モータの制御装置が、その励磁パターンを順番に繰り返してモータに与えていくことにより、モータが回転するようになっている。
そして、例えば、モータの励磁相（Ａ）と、負荷の位置（Ｂ）の刻みを、図６（ａ）、（ｂ）に示すように表して、励磁が矢印Ｃの方向に切り替えられていく場合、図６（ａ）に示すように、励磁位置に対して３ステップ遅れて追従する負荷が原点センサ位置を通過し、その時の励磁位置（図中“０”の位置；第０ステップ）から規定の５ステップ分、励磁を進めて停止すると“５”の位置（第５ステップ）が原点位置となる。一方、図６（ｂ）に示すように、励磁位置に対して４ステップ遅れて追従する負荷が原点センサ位置を通過し、その時の励磁位置（図中“１”の位置；第１ステップ）から規定の５ステップ分、励磁を進めて停止すると“６”の位置（第６ステップ）が原点位置となる。すなわち、この位相遅れの変化によって、原点位置が１ステップ分ずれてしまっている。
このように、上記従来技術の場合、位相遅れの変化によって、原点位置の再現性が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、ステッピングモータの原点位置合わせの精度を向上させるステッピングモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ステッピングモータを駆動制御するステッピングモータ制御装置であって、ステッピングモータの回転基準位置を検知する基準位置検知手段と、ステッピングモータに駆動電流を供給するモータドライバと、モータドライバに所定の励磁パターンに応じた駆動電流を出力させるモータ制御部と、を備え、ステッピングモータを原点位置で停止させる際、基準位置検知手段によりステッピングモータの回転基準位置が検知された後、モータ制御部が、所定の励磁パターンにおける規定のステップまでモータドライバに駆動電流を出力させることで、ステッピングモータを規定ステップに応じた原点位置で停止させることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、ステッピングモータ制御装置は、基準位置検知手段によりステッピングモータの回転基準位置が検知された後、所定の励磁パターンにおける規定のステップまでモータドライバに駆動電流を出力させることによって、回転基準位置の通過後に最初に現れる励磁パターンの規定ステップでモータ停止させて、ステッピングモータを規定ステップに応じた所定の原点位置で停止させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステッピングモータ制御装置において、ステッピングモータを停止させる原点位置の調整時に、基準位置検知手段が、ステッピングモータの回転基準位置を検知した後、所定の励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数分励磁を進めた位置のステップを、原点位置に相当する規定ステップとしてモータ制御部が記憶し、モータ制御部が、その記憶した規定ステップまでモータドライバに駆動電流を出力させることで、ステッピングモータを原点位置で停止させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、ステッピングモータ制御装置は、ステッピングモータを停止させる原点位置を設定する調整時に、基準位置検知手段がステッピングモータの回転基準位置を検知した後、所定の励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数分励磁を進めた位置のステップを、原点位置に相当する規定ステップとして記憶して設定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、ステッピングモータ制御装置は、基準位置検知手段によりステッピングモータの回転基準位置が検知された後、所定の励磁パターンにおける規定のステップまでモータドライバに駆動電流を出力させることによって、回転基準位置の通過後に最初に現れる励磁パターンの規定ステップでモータ停止させて、ステッピングモータを規定ステップに応じた所定の原点位置で停止させることができるので、経時変化や温度変化等の負荷変動（例えば、位相遅れ）が発生しても、ステッピングモータが必ず同じ原点位置に停止することが可能になる。
よって、このステッピングモータ制御装置により、高精度の原点検索が可能となり、モータの停止位置ズレによる不具合をなくすことができ、ステッピングモータの原点位置合わせの精度を向上させることが可能になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、ステッピングモータ制御装置は、ステッピングモータを停止させる原点位置を設定する調整時に、基準位置検知手段がステッピングモータの回転基準位置を検知した後、所定の励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数分励磁を進めた位置のステップを、原点位置に相当する規定ステップとして記憶して設定することができる。
そして、ステッピングモータ制御装置は、その記憶した規定ステップまでモータドライバに駆動電流を出力させることによって、ステッピングモータを原点位置で停止させることができる。
【００１４】
ここで、所定の励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数とは、例えば、全ステップ数が「１０」である場合には、半分のステップ数「５」や、その「５」の前後である、約半分の「４」や「６」のステップ数のことである。全ステップ数が「１０」のように偶数となる場合には、半分のステップ数が「５」と定まるが、基準位置検知手段や回転基準位置の配置によっては、約半分の「４」や「６」のステップ数の方が規定ステップとして好適となることがあり、また、全ステップ数が奇数となるような場合には、きっちり半分のステップ数を定めることができないため、規定ステップを全ステップ数に対する半分程度のステップとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明に係るステッピングモータ制御装置の実施形態を説明する。
本実施の形態では、分解能０．７２°の５相ステッピングモータのフルステップ駆動に対する制御を行うステッピングモータ制御装置を例に説明する。
なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１６】
ステッピングモータ制御装置１０は、図１に示すように、ステッピングモータ１と、そのステッピングモータ１に駆動電流を供給するモータドライバ２と、そのモータドライバ２に所定の励磁パターンに応じた駆動電流を出力させるモータ制御部３と、ステッピングモータ１の回転基準位置を検知する基準位置検知手段４等を備えて構成されている。
【００１７】
ステッピングモータ１は、例えば、５相ステッピングモータであって、５相ＨＢモータである場合、コイルを１０個、歯を５０枚有する構成をとっている。そして、１ステップでは０．７２°回転し、１０ステップでロータ（負荷）は歯１枚分移動するようになっている。
【００１８】
モータドライバ２は、例えば、励磁順序を決定する励磁回路２ａと、モータに供給する電力を制御する駆動回路２ｂとを備えている。
【００１９】
モータ制御部３は、例えば、各種の演算処理等を行うＣＰＵと、ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭと、ＣＰＵにより実行される各種制御プログラム及び各種データ等が格納されるＲＯＭと、を備えている。
そして、モータ制御部３は、例えば、ＲＯＭに格納されている所定の励磁パターンに対応する指令パルス信号をモータドライバ２に出力することによって、そのモータドライバ２に励磁パターンに対応する駆動電流を出力させ、その駆動電流をステッピングモータ１に供給させることにより、ステッピングモータ１を駆動させる制御を行う。
なお、励磁パターンは複数のステップからなり、５相ステッピングモータのフルステップ駆動の場合、所定の励磁パターンは１０ステップ（例えば、０〜９の１０ステップ）からなる。そして、モータ制御部３の制御処理によって、モータドライバ２が励磁パターンの各ステップに応じた駆動電流を順番にステッピングモータ１に与えていくことにより、ステッピングモータ１を回転駆動させることができる。
また、モータ制御部３は、ステッピングモータ１を停止させる原点位置を設定する調整処理に関する制御や、その設定した原点位置でステッピングモータ１を停止させる処理に関する制御を実行する。
【００２０】
基準位置検知手段４は、例えば、ステッピングモータ１のロータ（負荷）に施されている回転基準位置を検知する原点センサであって、その回転基準位置を検知した際に、検知信号をモータ制御部３に出力する。
【００２１】
そして、ステッピングモータ１を停止させる原点位置の調整処理を行う際、ステッピングモータ制御装置１０のモータ制御部３は、基準位置検知手段４がステッピングモータ１の回転基準位置を検知した後、所定の励磁パターンの全ステップ数（本実施形態では、１０ステップ）に対する半分程度のステップ数（本実施形態では、例えば、４ステップ、５ステップ）分、励磁を進めた位置のステップを原点位置に相当する規定ステップとして、モータ制御部３のＲＡＭに記憶する制御を実行する。
【００２２】
また、ステッピングモータ１を原点位置で停止させる原点復帰動作を行う際、ステッピングモータ制御装置１０のモータ制御部３は、基準位置検知手段４によりステッピングモータ４の回転基準位置が検知された後、モータ制御部３が、所定の励磁パターンにおける規定のステップであって、ＲＡＭに記憶された規定ステップまでモータドライバ２に駆動電流を出力させることで、ステッピングモータ１を規定ステップに応じた原点位置で停止させる制御を実行する。
【００２３】
次に、本実施の形態におけるステッピングモータ制御装置１０による、ステッピングモータ１を停止させる原点位置を設定する調整処理について、図２に示すフローチャートに基づき説明する。
【００２４】
まず、ステッピングモータ１を停止させる原点位置を設定するための原点検索信号がモータ制御部３に入力されると、モータ制御部３は、基準位置検知手段４が回転基準位置を検知したことに伴う検知信号が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
【００２５】
モータ制御部３が、基準位置検知信号が入力されたと判断すると（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、モータ制御部３は、０〜９の１０ステップからなる励磁パターンにおける、基準位置検知信号が入力されたタイミングのステップから、全ステップ数の約半数分である５ステップ、励磁を進めた位置のステップを取得する（ステップＳ１０２）。
なお、具体的には、図３（ａ）に示すように、励磁位置に対して３ステップ遅れて負荷が追従している場合、基準位置検知手段４が回転基準位置に対応する第７ステップを検知した際、励磁相は第０ステップに達しているので、その第０ステップから５ステップ分、励磁を進めた位置の第５ステップを、モータ制御部３が取得する。
【００２６】
そして、モータ制御部３は、取得した第５ステップを原点位置に相当する規定ステップとしてＲＡＭに記憶して設定する（ステップＳ１０３）。
なお、この取得した第５ステップに不都合や不具合がある場合、全ステップ数の約半数である４ステップや６ステップ励磁を進めた位置のステップを取得するようにして、より適切な規定ステップを記憶し格納するようにする。
このようにして、ステッピングモータ制御装置１０のモータ制御部３は、ステッピングモータ１を停止させる原点位置に関する規定ステップを設定する。そして、その規定ステップに応じた原点位置調整がなされる。
【００２７】
次に、本実施の形態におけるステッピングモータ制御装置１０による、ステッピングモータ１を原点位置で停止させる原点復帰動作処理について、図４に示すフローチャートに基づき説明する。
【００２８】
まず、ステッピングモータ１を停止させるためのモータ停止信号がモータ制御部３に入力されると、モータ制御部３は、基準位置検知手段４が回転基準位置を検知したことに伴う検知信号が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２０１）。
【００２９】
モータ制御部３が、基準位置検知信号が入力されたと判断すると（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、モータ制御部３は、ＲＡＭに記憶された規定ステップまでモータドライバ２に駆動電流を出力させる（ステップＳ２０２）。
【００３０】
そして、モータの励磁相が規定ステップに達すると（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ステッピングモータ１は、その規定ステップに応じた原点位置に停止する（ステップＳ２０４）。
なお、具体的には、図３（ｂ）に示すように、原点位置設定時における３ステップ遅れの位相遅れと異なり、励磁位置に対して４ステップ遅れの位相遅れで負荷が追従している場合であっても、回転基準位置の通過後に最初に現れる規定ステップである第５ステップでモータが停止するようになり、ステッピングモータ１の位相遅れが変化しても、ステッピングモータ１の停止位置が安定することとなる。
【００３１】
ここで、原点位置に相当する規定ステップを、励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数分、励磁を進めた位置のステップとする訳について説明する。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、励磁位置に対して３ステップ遅れて負荷が追従している場合に、基準位置検知手段４が回転基準位置に対応する第７ステップを検知した際の第０ステップから１ステップ分、励磁を進めた位置の第１ステップを原点位置に相当する規定ステップとして設定したとする。
そして、ステッピングモータ１を原点位置で停止させる原点復帰動作の際に、図５（ｂ）に示すように、励磁位置に対して５ステップ遅れて負荷が追従していると、回転基準位置の通過後に最初に現れる規定ステップである第１ステップでモータを停止させると、その停止位置は励磁パターンの１サイクル分ずれた位置、つまり、１０ステップ分ずれた第１ステップに応じた位置になってしまうという問題が生じることになる。
【００３３】
これに対して本発明のように、励磁パターンの全ステップ数に対する半分程度のステップ数である５ステップ分、励磁を進めた位置のステップを原点位置に相当する規定ステップとすることによれば、位相遅れの程度によらず、モータの停止位置が励磁パターンの１サイクル分ずれてしまうようなことなく、所定の原点位置に停止させることが可能になるのである。つまり、規定ステップは、励磁パターンの全ステップ数に対して多過ぎず、少な過ぎず、中間程度の約半分程度が好ましい。
なお、励磁パターンの全ステップ数に対する半分のステップ数を規定ステップとするのではなく、ほぼ中間である半分程度のステップ数を規定ステップとする訳は、全ステップ数が「１０」のように偶数となる場合には、半分のステップ数が「５」と定まるが、基準位置検知手段４の位置やステッピングモータ１の回転基準位置の配置によっては、約半分の「４」や「６」のステップ数の方が規定ステップとして好適となることがあるためであり、また、全ステップ数が奇数となるような場合には、きっちり半分のステップ数を定めることができないためである。
【００３４】
このように、本発明に係るステッピングモータ制御装置１０は、基準位置検知手段４によりステッピングモータ１の回転基準位置が検知された後、所定の励磁パターンにおける規定のステップ（第５ステップ）までモータドライバ２に駆動電流を出力させることによって、その回転基準位置の通過後に最初に現れる励磁パターンの規定ステップ（第５ステップ）でモータ停止し、ステッピングモータ１を所定の原点位置で停止させることができるので、経時変化や温度変化等の負荷変動（例えば、位相遅れ）が発生しても、ステッピングモータ１は必ず同じ原点位置に停止することとなって、高精度の原点検索が可能となり、モータの停止位置ズレによる不具合をなくすことができる。つまり、ステッピングモータ１の原点位置合わせの精度を向上させることが可能になる。
特に、回転基準位置の通過後に励磁を進めるステップ数を、励磁パターン数の半分程度とすることによって、経時変化や温度変化等の負荷変動が発生しても、励磁パターンにおける規定ステップを誤認識してしまい、モータの停止位置が励磁パターンの１サイクル分ずれてしまうようなことはなく、より高精度の原点検索が可能となる。
【００３５】
なお、以上の実施の形態においては、分解能０．７２°の５相ステッピングモータのフルステップ駆動の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ハーフステップ駆動（全２０ステップからなる励磁パターン）や、１．８°の２相ステッピングモータのフルステップ駆動（全４ステップの励磁パターン）や、ハーフステップ駆動（全８ステップの励磁パターン）等、その他のステッピングモータの駆動制御に適用してもよい。
【００３６】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るステッピングモータ制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】ステッピングモータ制御装置による、ステッピングモータを停止させる原点位置を設定する調整処理を示すフローチャートである。
【図３】ステッピングモータの励磁相と、負荷の位置の相関を示す説明図であり、３ステップの位相遅れの際に調整ステップ数を「５」とした原点位置の調整処理（ａ）と、４ステップの位相遅れの際の原点復帰動作処理（ｂ）を示している。
【図４】ステッピングモータ制御装置による、ステッピングモータを原点位置で停止させる原点復帰動作処理を示すフローチャートである。
【図５】ステッピングモータの励磁相と、負荷の位置の相関を示す説明図であり、調整ステップ数を「１」とした原点位置の調整処理（ａ）と、停止位置が励磁パターンの１サイクル分ずれた状態（ｂ）とを示している。
【図６】ステッピングモータの励磁相と、負荷の位置の相関を示す説明図であり、従来の原点復帰動作処理における３ステップの位相遅れの場合（ａ）と、従来の原点復帰動作処理における４ステップの位相遅れの場合（ｂ）を示している。
【符号の説明】
【００３８】
１      ステッピングモータ
２      モータドライバ
３      モータ制御部
４      基準位置検知手段
１０    ステッピングモータ制御装置
【図１】
2009017670.tif 000003
【図２】
2009017670.tif 000004
【図３】
2009017670.tif 000005
【図４】
2009017670.tif 000006
【図５】
2009017670.tif 000007
【図６】
2009017670.tif 000008