(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、１パルス目はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、２パルス目以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴とするステップモータの制御装置。
【請求項２】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消される手前までモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、次ぎの転流はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴とするステップモータの制御装置。
【請求項３】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消されるまでモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴とするステップモータの制御装置。
【請求項４】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、１パルス目はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、２パルス目以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴とするステップモータの制御方法。
【請求項５】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消される手前までモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、次ぎの転流はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴とするステップモータの制御方法。
【請求項６】
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消されるまでモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴とするステップモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギアを備えている動力伝達系を駆動するステップモータ制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータの出力トルクＴ０は「ステッピングモータの制御技術：２０００モータ技術シンポジウム  セッションＡ−５論文集：福田良明、Ａ５−２−１」等の文献に記載されているように、最大モータトルクをＴmax、負荷角をθとすればＴ０＝Ｔmax×sinθで表される。
【０００３】
また、代表的なステップモータである２相ＨＢステップモータのバイポーラ駆動は、Ａ相コイル、Ｂ相コイル同時に電流を流し、電流の流れる向き変化させるので励磁のパターンは次ぎの４つのパターンがある。
・電流がＡ相から／Ａ相へ流れ、同時にＢ相から／Ｂ相へ流れる。（以下、Ａ相＋Ｂ相励磁と称す）
・電流が／Ａ相からＡ相へ流れ、同時にＢ相から／Ｂ相へ流れる。（以下、／Ａ相＋Ｂ相励磁と称す）
・電流が／Ａ相からＡ相へ流れ、同時に／Ｂ相からＢ相へ流れる。（以下、／Ａ相＋／Ｂ相励磁と称す）
・電流がＡ相から／Ａ相へ流れ、同時に／Ｂ相からＢ相へ流れる。（以下、Ａ相＋／Ｂ相励磁称す）
各励磁状態のトルクの空間分布は図２のようになる。このようにそれぞれ位相がπ／２ずれた正弦波となる。
【０００４】
通常、ステップモータを駆動する場合には、外乱による負荷トルク増加を考慮して、加速時にはモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択して駆動する事が多い。このように駆動した場合に発生するモータトルクを図３に示す。図３で細い線で描かれた正弦波は各相を励磁した場合に発生するトルクを示しており、励磁相を切り替えることにより、太線で描かれたトルクが発生する。
【０００５】
しかし図３の太線で示したトルクが発生した場合、起動直後（図３ではπ／２の位置）に最大トルクが発生しその後トルクは減少する事から、駆動系にギアのバックラッシュがある場合には、ギアとギアが噛み合っていない状態で大きなトルクが発生して、ギアが噛み合い負荷に動力が伝わる状態になってからはトルクが減少しまう。その結果、ギアの衝突時に大きな騒音が発生するとともに、負荷へのトルク伝達も不利となる
対策として、例えば特開平５−２２１０８０号公報では与圧を与えバックラッシュを解消する例が挙げられており、特開平９−０１５６８０号公報ではギアセンサを用いバックラッシュ量を計測し、予めバックラッシュ量分ステッピングモータを進めることにより始動時のバックラッシュの影響を無くしている。また駆動方法でバックラッシュの影響を無くすために特開平４−２６１３９７号公報では始動時に低電圧でモータを駆動させる事により始動時のバックラッシュの影響を低減している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５−２２１０８０号公報では与圧を与える為の機構部品、特開平９−０１５６８０号公報ではギアの位置を計測するためのセンサ、特開平４−２６１３９７号公報では駆動電圧を切り替えるための半導体部品等の手段が必要となりコストアップにつながっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るステップモータの制御装置は、
供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、１パルス目はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、２パルス目以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に係る発明では、初期位置に基づき１パルス目はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択して転流を開始し、２パルス目以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択している。
【０００９】
また請求項２に係るステップモータの制御装置は、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消される手前までモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、次ぎの転流はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
この請求項２に係るステップモータの制御装置は、バックラッシュが解消する手前までステップモータを回転させておき、次ぎの駆動でモータトルクが０から上昇する励磁相を選択することにより、バックラッシュ量がステップモータの基本ステップよりも大きい場合においてもバックラッシュによる騒音を解消することができる。
【００１１】
また請求項３に係るステップモータの制御装置は、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消されるまでモータトルクが０から上昇する励磁相を選択し、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択し、前記転流信号を出力する信号出力手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
この請求項３に係るステップモータの制御装置は、バックラッシュが解消されるまでモータトルクが０から上昇する励磁相を選択することにより、バックラッシュ量の最大値のみ判明している場合においてもバックラッシュによる騒音を解消することができる。
【００１３】
また請求項４に係るステップモータの制御装置は、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、１パルス目はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、２パルス目以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
この請求項４に係る発明においても、前記請求項１と同様の作用を得ることができる。
【００１５】
また請求項５に係るステップモータの制御装置は、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消される手前までモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、次ぎの転流はモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
この請求項５に係る発明においても、前記請求項２と同様の作用を得ることができる。
【００１７】
また請求項６に係るステップモータの制御装置は、供給された転流信号に基づいてステップモータを駆動するインバータ手段と、駆動指令に基づいて前記インバータ手段に供給する転流信号を生成する制御手段とを備えたステップモータ制御装置において、前記制御手段は、ロータの初期位置に基づいて、バックラッシュが解消されるまでモータトルクが０から上昇する励磁相を選択する工程と、以降はモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択する工程と、選択された転流信号を前記インバータ手段に出力する工程とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
この請求項６に係る発明においても、前記請求項３と同様の作用を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の一実施形態を示すブロック図であって、図中、１０は例えばレーザープリンタの現像器を回転させる駆動手段として適用される２相ＨＢ（ハイブリッド）ステップモータであって、このステップモータ１０の各相コイルに駆動回路２０から交流電力が供給される。この駆動回路２０は直流電源２１と直流電源２１に接続されたインバータ手段としてのインバータ２２とを備えている。ここでインバータ２２は、正の電源ラインＬP及び負の電源ラインＬN間に２つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）Ｔａ＋及びＴａ−がトランジスタＴａ＋のドレインを正の電源ラインＬPに、ソースをトランジスタＴａ−のドレインに、トランジスタＴａ−のソースを負の電源ラインＬＮに接続する関係で直列に接続されていると共に、これらトランジスタＴａ＋及びＴａ−と並列に同様に２つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）Ｔ／ａ＋及びＴ／ａ−が直列に接続され、これらトランジスタＴ／ａ＋及びＴ／ａ−と並列に同様に２つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）Ｔｂ＋及びＴｂ−が直列に接続され、これらトランジスタＴｂ＋及びＴｂ−と並列に同様に２つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（以下、単にトランジスタと称す）Ｔ／ｂ＋及びＴ／ｂ−が直列に接続された構成を有する。Ｔａ＋、Ｔａ−、Ｔ／ａ＋、Ｔ／ａ−、Ｔｂ＋、Ｔｂ−およびＴ／ｂ＋、Ｔ／ｂ−のドレインとソース間にはソース側からドレイン側に電流を還流させる還流ダイオードＤａ＋、Ｄａ−、Ｄ／ａ＋、Ｄ／ａ−、Ｄｂ＋、Ｄｂ−およびＤ／ｂ＋、Ｄ／ｂ−が接続されている。
【００２１】
Ａ相＋Ｂ相励磁の場合には、Ｔａ＋とＴ／ａ−がオン状態となり電流がＡ相から／Ａ相へ流れ、同時にＴｂ＋とＴ／ｂ−がオン状態となり電流がＢ相から／Ｂ相へ流れている。また／Ａ相＋Ｂ相励磁の場合には、Ｔ／ａ＋とＴａ−がオン状態となり電流が／Ａ相からＡ相へ流れ、同時にＴｂ＋とＴ／ｂ−がオン状態となり電流がＢ相から／Ｂ相へ流れる。／Ａ相＋／Ｂ相励磁の場合には、Ｔ／ａ＋とＴａ−がオン状態となり電流が／Ａ相からＡ相へ流れ、同時にＴ／ｂ＋とＴｂ−がオン状態となり電流が／Ｂ相からＢ相へ流れる。Ａ相＋／Ｂ相励磁の場合には、Ｔａ＋がとＴ／ａ−がオン状態となり電流がＡ相から／Ａ相へ流れ、同時にＴ／ｂ＋とＴｂ−がオン状態となり電流が／Ｂ相からＢ相へ流れる。
【００２２】
本発明の一実施例を図４で説明する。図４中、（ａ）はロータ位置に対するモータトルクを示し、（ｂ）は時間に対するロータの位置を規格化して、モータトルク最大の位置を０、最大の位置からπ／２遅れた位置を−１、π／２進んだ位置を１として示している。
【００２３】
図４（ａ）で停止時のロータ位置がπ／２であるとする。この場合／Ａ相＋Ｂ相励磁を行うとモータトルクは０から上昇するので、励磁相として／Ａ相＋Ｂ相励磁を選択する。ここでロータ位置π／２は／Ａ相＋Ｂ相励磁をする場合モータトルク最大の位置（π）からπ／２遅れた位置なので、図４（ｂ）では駆動開始時間ｔ＝０で−１と表している。
【００２４】
図４に示すように１パルス目は／Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ１１行う。次にロータ位置π、時刻ｔ１１でモータトルクが最大値から下降する励磁相を選択するが、図４（ａ）に示す通り、モータトルクが最大値から下降する励磁相は／Ａ相＋Ｂ相励磁なので、引き続き／Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ１２行う。次にロータ位置３π／２、時刻ｔ１２でモータトルクが最大値から下降する励磁相つまり／Ａ相＋／Ｂ相励磁を選択し、励磁を時間Ｔ１３行う。以降、Ａ相＋／Ｂ相励磁、Ａ相＋Ｂ相励磁、／Ａ相＋Ｂ相励磁、／Ａ相＋／Ｂ相励磁の順に励磁相を選択し、Ｔ１４、Ｔ１５、Ｔ１６、Ｔ１７の時間間隔で順次励磁相を切り替えながら加速を行う。
【００２５】
上述のように励磁相を選択することにより、バックラッシュによるギアとギアとの隙間では少ないモータトルクでモータが回転することになる。
【００２６】
（実施例２）
またバックラッシュ量がステップモータの基本ステップ角より大きい場合にはギアが噛み合う直前まで駆動を行った後に前記方法による駆動を行えばよい。例えばギアのバックラッシュがステップモータの基本ステップ数で３から４の間である場合の実施例を図５に示す。図５（ａ）で停止時のロータ位置がπ／２であるとする。先ずはモータトルク最大から下降する励磁相、つまりＡ相＋Ｂ相励磁を選択する。１パルス目はＡ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ２１行う。次にロータ位置π、時刻ｔ２１で励磁相切り替え、／Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ２２行う。次にロータ位置３π／２、時刻ｔ２２で励磁相を切り替え、／Ａ相＋／Ｂ相励磁を時間Ｔ２３行う。ここまでで３基本ステップ分、ステップモータが回転する。次にモータトルクが０から上昇する励磁相、つまりＡ相＋Ｂ相励磁を選択する。ロータ位置２π、時刻ｔ２３で相切り替えを行いＡ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ２４行う。次にロータ位置５π／２、時刻ｔ２４でモータトルクが最大から減少する励磁相を選択する必要があるが、図５（ａ）に示すとおり、モータトルクが最大から減少する励磁相はＡ相＋Ｂ相励磁なので、引き続きＡ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ２５行う。次に、ロータ位置３π、時刻ｔ２５で、モータトルクが最大から減少する励磁相、つまり／Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ２６行う。以降、／Ａ相＋／Ｂ相励磁を選択して時間Ｔ２７励磁を行い加速させる。
【００２７】
上述のように励磁相を選択することにより、ステップモータの基本ステップ以上のバックラッシュがある場合でも、ギアとギアとの隙間では少ないモータトルクでモータを回転することができる。
【００２８】
（実施例３）
また、バックラッシュ量の最大値は判明しているが、条件によってはバックラッシュ量が変化する場合の実施例を図６に示す。図６ではバックラッシュ量の最大値が４ステップの場合を示している。図６（ａ）で停止時のロータ位置がπ／２であるとする。先ずはモータトルクが０から上昇する励磁相、つまり／Ａ相＋Ｂ相励磁を選択する。１パルス目は／Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ３１行う。次にロータ位置π、時刻ｔ３１で励磁相を切り替え、／Ａ相＋／Ｂ相励磁を時間Ｔ３２行う。次にロータ位置３π／２、時刻ｔ３２で励磁相を切り替え、Ａ相＋／Ｂ相励磁を時間Ｔ３３行う。次にロータ位置２π、時刻ｔ３３で励磁相切り替え、Ａ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ３４行う。ここまでで４ステップ分、ステップモータが回転しており、バックラッシュは解消している。次にロータ位置５π／２、時刻ｔ３４でモータトルクが最大から減少する励磁相を選択する必要があるが、図６（ａ）に示すとおり、モータトルクが最大から減少する励磁相はＡ相＋Ｂ相励磁なので、引き続きＡ相＋Ｂ相励磁を時間Ｔ３５行う。以降、／Ａ相＋Ｂ相励磁、／Ａ相＋Ｂ相励磁の順に選択して、Ｔ３６、Ｔ３７の時間間隔で駆動を行い加速させる。
【００２９】
上述のように励磁相を選択することにより、バックラッシュ量が明確でない場合でも、ギアとギアとの隙間では少ないモータトルクでモータを回転することができる。
【００３０】
ここでステップモータはロータの位置をフィードバックしないオープンループで制御されるので、励磁時間は実機を用いて測定した値や計算によって求めた値をメモリーなどに記憶させて、位置指令パルス列として出力するようにすればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び４に係る発明によれば、ステップモータの初期位置からモータトルクが０から上昇する励磁相を選択して、駆動することによりバックラッシュでモータトルクが負荷に伝達されない間は少ないトルクで駆動することができ、ギアとギアが噛み合った後にモータトルクが最大となることにより、騒音を軽減することができると共に負荷へのトルク伝達効率も上昇する。
【００３２】
また、請求項２及び５に係る発明によれば、バックラッシュがステップモータの基本角よりも大きい場合にも、騒音の低減が図れると共に負荷へのトルク伝達効率も上昇する。
【００３３】
また、請求項３及び６に係る発明によれば、バックラッシュ量が条件により変化する場合においても、騒音の低減を図ることができると共に負荷へのトルク伝達効率も上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】励磁状態のトルク空間分布を示す説明図である。
【図３】従来の駆動方法による発生トルクを示す説明図である。
【図４】励磁相の選択方法の具体例を示す説明図である。
【図５】バックラッシュ量が判明している場合の、励磁相の選択方法の具体例を示す説明図である。
【図６】バックラッシュ量の最大値が判明している場合の、励磁相の選択方法の具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ２相ＨＢ（ハイブリッド）ステップモータ
２０  駆動回路
２１  直流電源
２２  インバータ
３０  制御回路
Ｄａ＋  還流ダイオード
Ｄａ−  還流ダイオード
Ｄ／ａ＋  還流ダイオード
Ｄ／ａ−  還流ダイオード
Ｄｂ＋  還流ダイオード
Ｄｂ−  還流ダイオード
Ｄ／ｂ＋  還流ダイオード
Ｄ／ｂ−  還流ダイオード
Ｔａ＋  トランジスタ
Ｔａ−  トランジスタ
Ｔ／ａ＋  トランジスタ
Ｔ／ａ−  トランジスタ
Ｔｂ＋  トランジスタ
Ｔｂ−  トランジスタ
Ｔ／ｂ＋  トランジスタ
Ｔ／ｂ−  トランジスタ
【図１】
0003820898.tif 000002
【図２】
0003820898.tif 000003
【図３】
0003820898.tif 000004
【図４】
0003820898.tif 000005
【図５】
0003820898.tif 000006
【図６】
0003820898.tif 000007