JP2004023991A

JP2004023991A - Driving method of 5-phase stepping motor

Info

Publication number: JP2004023991A
Application number: JP2002180522A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yamaguchi; 山口　直樹; Takashi Nakade; 中出　高史
Original assignee: MELEC CC
Current assignee: MELEC CC
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a low vibration controlling method of a 5-phase stepping motor for which not only the reduction in size of a stepping motor, 2000 resolution by an increasing accuracy, but also even higher resolution are required. <P>SOLUTION: In a constant current controlling and driving method, a switching means Tr is connected for each phase to connection points P1 to P5 of phase windings A to E of a 5-phase stepping motor 2, a higher DC voltage than the rated voltage of the stepping motor 2 is applied to the connection points P1 to P5 by a switching control, and excitation and non-excitation of respective phase windings A to E are repeated for each sequence. Respective basic step angles in a stepped drive are divided into four or more, and exciting patterns are selected depending on the number of interpolation of the basic step angle. At each divided section, the excitation and non-excitation of respective phase windings are repeated according to the exciting patterns selected in order by an exciting sequence from among the exciting patterns, and are progressed for each address by the resultant output of exciting vectors when the exciting occurs. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は分解能を更に高めた５相ステッピングモータの新規な低振動駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
５相ステッピングモータの駆動方法として、定電流チョッパ駆動（図２（イ）に示す励磁パターンと非励磁パターンとを各アドレスにおいて制御指令に従って交互に切り替える駆動方式）は、駆動回路に入力される直流電圧を直接ステッピングモータに印加するため、ＤＶ（直流電圧をより低い駆動電圧に変換してこれをステッピングモータに印加する）方式の駆動回路に比べて印加電圧をＤＶ電圧に変換する回路が不要な分だけ簡素化する事が出来る。また、ＤＶ方式の場合と違って定格以上の高電圧をステッピングモータに印加する事により、電流の立ち上がりが早くなり、加速特性も改善される。このようなメリットの故に定電流チョッパ駆動方式は一般的に広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、加速特性が改善される反面、ステッピングモータの定格以上の高電圧を直接印加する事、非励磁パターンにおいて未接続点の電位が不安定になりやすい事から前のステップから次のステップに移った瞬間に非励磁相における電流のオーバーシュートが起こり、ダンピングが大きくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、特開平８−２７５５８７号公報記載の駆動方法を提案した。この方法は、従来回路をそのまま利用し、回路の複雑化やコストアップを招く事なく、ダンピングの低減及び低速時の低振動を可能とする駆動方法の提供を目的とするもので、『５相ステッピングモータの各相巻線の始端及び終端とを順次に接続して環状に結線し、これらの相巻線の接続点に各別にスイッチング手段を接続し、前記スイッチング手段をスイッチング制御して前記接続点にステッピングモータの定格電圧より高い直流電圧を印加することにより各相巻線の励磁・非励磁を各シーケンス毎に繰り返し行って定電流制御を行う』と言う駆動方法であって、ステッピングモータの各相巻線の非励磁時に各相巻線の接続点すべてを前記直流電圧の正極又は負極に接続するというものであり、前記問題点は解決された。
【０００５】
しかし、この方法ではその分解能は１０００分解（ハーフステップ）であり、更なる高精度のダンピングの低減及び低速時の低振動が要求される分野では不十分であり、より一層の性能向上が要求されていた。そこで、特開平１１−１５０９９０号に示すように「ステップ駆動における各基本角を４以上に分割し、各分割区分において、各相巻線の励磁・非励磁を繰り返し、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる」という方法を採用することによって２０００分解まで達成することができた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら最近では、装置の小型化・高精度化によるステッピングモータの小型化並びに高精度化により２０００分解は勿論、それ以上の高分解精度が要求されるようになってきた。本発明はこのような分野に対応できる５相ステッピングモータの低振動制御方法を開発する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の駆動方法は、
５相ステッピングモータ（２）の各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）をその始端及び終端とを順次に接続して環状に結線し、これらの相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）に各別にスイッチング手段（Ｔｒ）を接続し、前記スイッチング手段（Ｔｒ）をスイッチング制御して前記接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）にステッピングモータ（２）の定格電圧より高い直流電圧を印加することにより各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の励磁・非励磁を各シーケンス毎に繰り返し行って定電流制御を行う駆動方法において、
ステップ駆動における各基本角を４以上に分割すると共に基本角の分割数に応じた励磁パターンを選択し、各分割区分において、前記励磁パターンの中から励磁シーケンスにより順次選択された励磁パターンに従って各相巻線の励磁・非励磁を繰り返し、励磁時の励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる事を特徴とするものである。その結果、歩進の分解能が向上しそれだけステップ駆動時の振動が小さくなり、滑らかな回転が可能となる。
【０００８】
請求項２は、請求項１を限定したもので『各基本角が４又は１０或いは２０の分割区分に分割され、各分割区分における各相巻線の励磁・非励磁が４相励磁で４分割の場合は４回、１０分割の場合は１０回、２０分割の場合は２０回繰り返され、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる』事を特徴とする。これによれば、４アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を２０００に高める事ができ、１０アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を５０００に高める事ができ、２０アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を１００００に高める事ができ、従来のステップ駆動に増して振動が小さくなり、滑らかな回転が可能となる。
【０００９】
請求項３は、請求項１の他の限定で『各基本角が４又は１０或いは２０の分割区分に分割され、各分割区分における各相巻線の励磁・非励磁が４分割の場合は２相励磁で４回、１０分割の場合は１０回、２０分割の場合は２０回繰り返され、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる』事を特徴とするもので、この場合も４アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を２０００迄高める事ができ、１０アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を５０００に高める事ができ、２０アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するとすれば、ステップ駆動の分解能を１００００に高める事ができ、従来のステップ駆動に増して振動が小さくなり、滑らかな回転が可能となる。
【００１０】
請求項４は、非励磁時の結線方法であり、『ステッピングモータ（２）の各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の非励磁時に各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）すべてを前記直流電圧の正極（＋）又は負極（−）に接続する』事を特徴とする。このようにすることで、非励磁時には各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）全てを安定したほぼ同一の電位に保つことが出来、従来、非励磁時に発生していた急激な電位の変化を起こすことがない。従って、前分割区分から次分割区分に切り替えた場合でも各接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）において急激な電位の変化が生じないため、電流のオーバーシュートが発生したとしても非常に小さくしかも収斂しやすくなり円滑な相電流を流すことが出来、前記の分解能の向上と相俟ってダンピングの低減と低速時の低振動を可能となし得る。
【００１１】
【実施の態様】
以下、本発明方法を図面に従って説明する。図１は本発明方法が実施される回路構成である。ここで、スイッチング手段を総称する場合は（Ｔｒ）と数字を付さずに示す事とする。相巻線（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）の接続点も同様で（Ｐ）で総称する。
本実施例に使用されるモータは５相ステッピングモータ（２）で、その駆動巻線は、５相の相巻線（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）をその始端及び終端とを順次に接続して形成された環状結線である。環状結線の巻線相は図１の（Ｏ）で示すように１つ置きに左周りにて（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）とする場合と、（Ｍ）で示すように右回りにて（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）とする場合とがある。
【００１２】
図１のスイッチング手段（Ｔｒ１）〜（Ｔｒ１０）『スイッチング手段（Ｔｒ）としては、例えばトランジスタやＦＥＴが使用される。』は、２個１組のスイッチング手段（Ｔｒｎ−１）、（Ｔｒｎ）を直列に接続し、該直列に接続されたスイッチング手段（Ｔｒｎ−１）、（Ｔｒｎ）の接続点（Ｑ１）（Ｑ２）（Ｑ３）（Ｑ４）（Ｑ５）と環状結線の接続点（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）（Ｐ５）とが接続されており、これらをスイッチング制御する事により、前述の環状結線の励磁相（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）を正極（＋）又は負極（−）に接続するようになっている。本実施例では１０個のスイッチング手段（Ｔｒ１）〜（Ｔｒ１０）が使用されており、制御回路（Ｓ）を構成している。
【００１３】
制御回路（Ｓ）の出力側には小さい値のセンス抵抗（Ｒ）が接続され、環状結線に流れる総励磁電流（２ｉｏ）がこれを通過する事によって、その両端にセンシング電圧が発現するようになっている。このセンス電圧を定電流制御回路（１）に入力することにより、総励磁電流量（２ｉｏ）のフィードバック制御が可能となる。
【００１４】
定電流制御回路（１）は励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）のアドレスライン（３ａ）に接続される。定電流駆動（１）は、センス抵抗（Ｒ）に流れる電流の電圧（センス電圧）を検出し、後述のように励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）を介して供給電流が一定となるように制御するものである。
【００１５】
励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）は、制御回路（Ｓ）の各スイッチング手段（Ｔｒ）のベースに接続され、スイッチング手段（Ｔｒ）の開閉制御を行うものである。励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）には５相ステッピングモータ（２）を駆動するシーケンスに対応した励磁パターンのデータと電流制御を行うための非励磁パターンのデータが格納されている。また、電流制御を行うための非励磁パターンとして、環状結線の励磁相（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）を全て正極（＋）または負極（−）に接続するパターンを前記ＲＯＭ（３）に格納している（図３、５（ハ）参照）。
【００１６】
次に、励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）に格納されている励磁パターンについて説明する。励磁パターンは環状結線の巻線相（Ｏ）と巻線相（Ｍ）とで相違する。まず、巻線相（Ｏ）の場合について説明する。巻線相（Ｏ）の場合、基本角ベクトルを示す４相励磁を「２種類の２相励磁の合成」で構成することになる（表１参照）。
【００１７】
【表１】

【００１８】
ここで（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）と大文字で記載されている場合は、図１（Ｏ）に示す矢印方向に励磁電流が流れる場合であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）と小文字で記載されている場合は、図１（Ｏ）に示す矢印方向の逆方向に励磁電流が流れる場合である。図１（Ｍ）も同様である。図３（イ）（ロ）は図１（Ｏ）に於ける励磁電流の方向と励磁ベクトルとの関係を示し、図３（ハ）は図１（Ｏ）に於ける非励磁時の出力状態を示す。
【００１９】
図４は、２０種類の２相励磁パターンで、基本角ベクトルが［ＡＢＣＤ］の場合、表１に示すように、２種類の２相励磁パターン［ＢＣ＋ＡＤ］の合成により前記基本角ベクトルが構成されることになる。以下、同様。
【００２０】
次に、基本角の分割数「換言すれば、ステップ（ｎ）から次のステップ（ｎ＋１）に移動する基本角（０．７２°）の分割数」に応じた励磁パターンで合成ベクトルを構成する場合について説明すると下表の通りである。
【００２１】
【表２】

【００２２】
即ち、２０００分解能の場合、３６０°÷０．７２°（基本角）＝５００
２０００÷５００＝４となり、２０００分解能とするためには、０．７２°（基本角）を４分割しなければならないことになる。同様に、２５００分解能では０７２°（基本角）を５分割することになり、５０００分解能では１０分割することになり、１００００分解能では２０分割することになる。したがって、２０００分解能では励磁パターン数は４、５０００分解能では励磁パターン数は１０、１００００分解能では励磁パターン数は２０ということになる。そして、前記２０の励磁パターンから分割数に応じて励磁パターンが選定される。
【００２３】
表３は、各分解能におけるステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］から次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わる間のマイクロステップ状態を示すもので、２０００分解能の場合、前述のように励磁パターンは４であり（右端欄）、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＢＣ］［ＡＤ］が２組であり、励磁パターンは合計４となる。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、４励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００２４】
【表３】

【００２５】
次の分割区分（１／４）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＢＣ］が１、［ＡＤ］が２、［ＣＤ］が１の合計４となり、前述のようにこれら４励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／４）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、２０００分解を達成する。
【００２６】
表３の中央の欄は１０分割の場合で、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＢＣ］［ＡＤ］が５組であり、励磁パターンは合計１０となる。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、１０励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００２７】
次の分割区分（１／１０）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＢＣ］が４、［ＡＤ］が５、［ＣＤ］が１の合計１０となり、前述同様これら１０励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／１０）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、５０００分解を達成する。
【００２８】
表３の左端の欄は２０分割の場合で、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＢＣ］［ＡＤ］が１０組であり、励磁パターンは合計２０となる。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、２０励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００２９】
次の分割区分（１／２０）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＢＣ］が９、［ＡＤ］が１０、［ＣＤ］が１の合計２０となり、前述同様これら２０励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／２０）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、１００００分解を達成する。
【００３０】
次に、巻線相（Ｍ）の場合について説明する。巻線相の場合、基本角ベクトルを示す４相励磁をそのまま励磁パターンとして用いる事になる。（表４参照）。
【００３１】
【表４】

【００３２】
ここで（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）と大文字で記載されている場合は、前述のように図１（Ｍ）に示す矢印方向に励磁電流が流れる場合であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）と小文字で記載されている場合は、図１（Ｍ）に示す矢印方向の逆方向に励磁電流が流れる場合である。図５（イ）（ロ）は図１（Ｍ）に於ける励磁電流の方向と励磁ベクトルとの関係を示し、図５（ハ）は図１（Ｍ）に於ける非励磁時の出力状態を示す。
【００３３】
図６は、１０種類の４相励磁パターンで、基本角ベクトルが［ＡＢＣＤ］の場合、表４に示すように、４相励磁をそのまま励磁パターンとして用いることになる。
【００３４】
次に、基本角の分割数「換言すれば、ステップ（ｎ）から次のステップ（ｎ＋１）に移動する基本角（０．７２°）の分割数」に応じた励磁パターンで合成ベクトルを構成する場合について説明すると下表の通りである。
【００３５】
【表５】

【００３６】
即ち、２０００分解能の場合、３６０°÷０．７２°（基本角）＝５００
２０００÷５００＝４となり、２０００分解能とするためには、０．７２°（基本角）を４分割しなければならないことになる。同様に、５０００分解能では、０．７２°（基本角）を１０分割することになり、１００００分解能では２０分割することになる。したがって、２０００分解能では励磁パターン数は４、５０００分解能では励磁パターン数は１０、１００００分解能では励磁パターン数は２０ということになる。そして、前記１０の励磁パターンから分割数に応じて励磁パターンが選定される。
【００３７】
表６は、各分解能におけるステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］から次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わる間のマイクロステップ状態を示すもので、２０００分解能の場合、前述のように励磁パターンは４であり（右端欄）、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＡＢＣＤ］が４である。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、４励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００３８】
【表６】

【００３９】
次の分割区分（１／４）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＡＢＣＤ］が３、［ＢＣＤＥ］が１の合計４となり、前述のようにこれら４励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／４）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、２０００分解を達成する。
【００４０】
表６の中央の欄は１０分割の場合で、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＡＢＣＤ］が１０組である。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、１０励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００４１】
次の分割区分（１／１０）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＡＢＣＤ］が９、［ＢＣＤＥ］が１の合計１０となり、前述同様これら１０励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／１０）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、５０００分解を達成する。
【００４２】
表６の左端の欄は２０分割の場合で、ステップ（ｎ）の４相励磁状態［（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）］の場合、選択される励磁パターンは［ＡＢＣＤ］が２０組である。そしてこの励磁パターンに従って巻線に通電して巻線を励磁し、２０励磁パターンのトルクベクトルが合成される。
【００４３】
次の分割区分（１／２０）に切り替わると、励磁パターンの組み合わせは［ＡＢＣＤ］が１９、［ＢＣＤＥ］が１の合計２０となり、前述同様これら２０励磁パターンのトルクベクトルが合成されてステッピングモータが歩進する。以下同様にして（１／２０）ずつ歩進して次のステップ（ｎ＋１）の４相励磁状態［（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）］に切り替わり、１００００分解を達成する。なお、前記以外の分割例として分割区分（１／５）の場合を、括弧書きにて示す。
【００４４】
Ｎ進カウンタ（４）は、所望の分解能（勿論これに限定されることはないが、本実施例では、分解能が２０００分解（分割）の場合シーケンスは４×１０＝４０周期（進）であり、２５００分解（分割）の場合は５×１０＝５０周期（進）であり、５０００分解（分割）の場合は１０×１０＝１００周期（進）であり、１００００分解（分割）の場合は２０×１０＝２００周期（進）である。）に応じたシーケンス周期を励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）に出力するもので、Ｎ進カウンタ（４）は正転（ＣＷ）でカウント・アップし、逆転（ＣＣＷ）でカウント・ダウンするようになっている。
【００４５】
励磁パターンセレクト用カウンタ（６）は定電流制御回路（１）のＰＷＭ周期に同調して作動し、励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）に格納されている励磁パターンから前述のように分割数に応じて励磁パターンをセレクトして制御回路（Ｓ）に出力させる働きを有する。
【００４６】
励磁パターン格納用ＲＯＭ（３）は、Ｎ進カウンタ（４）の指令するシーケンスに対応した励磁パターンの出力と、定電流制御回路（１）の信号出力によっての非励磁パターンの出力を各基本角の４以上に分割された各分割区分において交互に行うものである。本発明の要部はこの点にある。
【００４７】
即ち、本発明方法ではこの１基本角を４以上（この場合は４、５、１０又は２０）の複数に区分し、その分割された各区分の（網掛部分）に於いて４相励磁が行われ、残部は非励磁とした。非励磁時、接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）は正極或いは負極に接続される。《図２（ロ）参照》そして、各分割区分における励磁パターンの一部を前述のように順序に従って徐々に変化させて行く事により、各アドレス（＝各分割区分に割り当てられたアドレス）における合成ベクトルの方向と大きさとが、徐々に変化しつつ１／４、１／５、１／１０又は１／２０毎のアドレスにおいて、従来例の同じシーケンスのベクトルと同じ方向と大きさを持つように制御している。その結果、分解能が大幅に上がりステップ駆動に起因する振動は大幅に減少する。
【００４８】
なお、図中、（＋）は接続点（Ｐ）が正極に接続され、（−）は負極に接続されていることを示す。→は相電流の方向を示す。そして、非励磁状態をつくる非励磁パターンの出力時に全ての励磁相（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）が正極（＋）《或いは負極（−）》に接続される。このため非励磁状態においては全ての励磁相（Ａ）〜（Ｅ）の接続点（Ｐ１）〜（Ｐ５）が（＋）電極《或いは負極（−）》に接続されて（＋）電極《或いは負極（−）》と同じ電位を保つ事になり（換言すれば、電位が不安定にならず）、その結果安定した電位となり、前の分割区分から次の分割区分に移った瞬間に非励磁相における電流のオーバーシュート現象が起こるというようなことがなく、その結果ダンピングの低減や低速回転における低振動駆動が可能となった。
【００４９】
本発明回路における作用を簡単に説明すると、励磁パターンセレクト用カウンタ（６）は、電流制御回路（１）と同期して作動し、アドレスに合わせて励磁パターンをＲＯＭ（３）に格納されている前記２０の２相励磁パターンあるいは１０の４相励磁パターンの中から選択し、当該選択された励磁パターンに合わせて制御回路（Ｓ）のスイッチング手段（Ｔｒ）がオン・オフするようにＲＯＭ（３）に指令信号を出力する。Ｎ進カウンタ（４）はＣＷＰあるいはＣＣＷＰの指令パルスの入力を受けて、前記励磁パターンの切り替えタイミングを指令する指令信号を出力する。定電流制御回路（１）はセンシング抵抗（Ｒ）からのフィードバック信号を受け、常に総電流が一定となるように制御する。これにより、ステッピングモータはシーケンスに従って所定のマイクロステップ駆動行う。
【００５０】
図７は２０００分割時の分割区分（４の励磁パターンで１分割区分の合成ベクトルが構成される。）、図８は５０００分割時の分割区分（１０の励磁パターンで１分割区分の合成ベクトルが構成される。）、および図９は１００００分割時の分割区分（２０の励磁パターンで１分割区分の合成ベクトルが構成される。）である。
【００５１】
ここで図から分かるように、励磁パターンセレクト用カウンタ（６）の周期が同じであれば、分割数が増加すればするほど基本角（ｎ）から次の基本角（ｎ＋１）に歩進する周期が長くなる。この周期が過長になればモーターインダクタンスとの関係で前述のベクトル合成が困難になるが、ステッピングモータの小型化に伴いモーターインダクタンスが小さくなり、励磁パターンセレクト用カウンタ（６）の周期を短くすることができ（従来は２０μｓｅｃであったが本発明では１０μｓｅｃとした。）、その結果１００００分割能としても１分割区分におけるベクトル合成が可能となった。
【００５２】
《実施例１》
図１において巻き線の例として、前述のように（Ｍ）及び（Ｏ）の場合があるが、まず、右側（Ｏ）における１００００分解能の場合を代表例として説明する。この場合、『各分割区分における各相巻線（Ａ）〜（Ｅ）の励磁・非励磁が４相励磁（２相＋２相）で２０回繰り返され（図９）、各分割区分における２０の２相励磁パターンの励磁ベクトルの合成出力によってロータを各分割区分に割り当てられたアドレス毎（即ち、アドレス０→アドレス１→アドレス２→…というように）に歩進させる。
【００５３】
図１０は励磁ベクトル［ＡＢＣＤ］の基本位置（アドレス０）から励磁ベクトル［ＢＣＤＥ］の基本位置（アドレス２０）までの各アドレスにおける励磁パタ―ンの組み合わせと励磁パターンの出力順を示したものである。基本位置（アドレス０）の励磁ベクトル［ＡＢＣＤ］は２種の励磁パターン［ＡＤ］と［ＢＣ］とによって合成される。また、基本位置（アドレス２０）の励磁ベクトル［ＢＣＤＥ］は２種の励磁パターン［ＣＤ］と［ＢＥ］とによって合成される。アドレス１からアドレス１９の励磁ベクトルは［ＡＢＣＤ］を構成する［ＡＤ］と［ＢＣ］と、［ＢＣＤＥ］を構成する［ＣＤ］と［ＢＥ］によって合成される。なお、図１０の［ＣＤ］と［ＢＥ］の波線アンダラインは、各アドレスにおける２０の励磁パターンに占める［ＡＤ及びＢＣ］と［ＣＤ及びＢＥ］の比率と２０の励磁パターンの出力順を分かりやすくするために記したものである。Ｎ進カウンタ（４）からの入力信号に従ってアドレスが順次切り替わり、１つの基本角度（０．７２°）を２０分割し、１００００分解能を達成する。
【００５４】
なお、低速駆動から高速駆動までの範囲でモータインピーダンスの変化による励磁・非励磁の割合が変わっても（即ち、低速駆動時で、励磁時間が短く、高速駆動時で、励磁時間が長くなる。）１シーケンス中の各々の励磁パターンの出力割合はこれに応じて変化するため、各シーケンスにおいて作られる合成ベクトルはこれに影響されない。
【００５５】
その結果、２０アドレスで基本角（０．７２°）だけ移動するので、ステップ駆動の分解能を１００００に高める事ができ、従来のステップ駆動に増して振動が小さくなり、滑らかな回転が可能となる。
【００５６】
《実施例２》
この場合も『各シーケンスが２０の分割区分に分割され、各分割区分における各相巻線の励磁・非励磁が２０回繰り返され、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる』場合（図９）で、励磁パターンが実施例１の場合と相違する。図１１にそのシーケンスにおける励磁ベクトル［ＡＢＣＤ］の基本位置から励磁ベクトル［ＢＣＤＥ］の基本位置での２０ステップにおける励磁相の組み合わせを示す。（Ｐ０）は励磁パターン［ＡＢＣＤ］であり、（Ｐ１）は励磁パターン［ＢＣＤＥ］である。（Ｐ１）に波線アンダラインを引いたのは、各アドレス毎に出力する２０の励磁パターンの順番を分かりやすくするためである。２０の励磁パターンの中の（Ｐ０）と（Ｐ１）の出力が偏らないような順番で出力する。そして、図１１に示すようにＮ進カウンタ（４）からの入力信号に従ってアドレスが順次切り替わり、１つの基本角度（０．７２°）を２０分割し、１００００分解能を達成する。
【００５７】
図１２、１３は本発明方法の励磁パターンによって得た振動実験データである。図において横軸が時間、縦軸が速度である。図１２，１３によれば、従来例のデータに比べて本発明のデータではステップ駆動時の振動が抑制されている事がよくわかる。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明駆動方式によれば、回路構成を変更する事なく分解能を高める事ができたので、前記効果に加えて更なる低振動を実現し得た。これに加えて、非励磁時の各相巻線の全ての接続点が正極又は負極に接続され、非励磁時に安定したほぼ同一の電位に保つことが出来るため、前ステップから次ステップに切り替えた場合でも各接続点において急激な電位が十分に抑制され、たとえ電流のオーバーシュートが発生したとしても非常に小さくしかも収斂しやすくなり円滑な相電流を流すことが出来、ダンピングの低減と低速時の低振動を可能となし得た。
また、回路構成も従来と全く同一であるためコストアップとならないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法が適用される５相ステッピングモータの回路構成図
【図２】従来例と本発明方法の励磁パターンと非励磁パターンの組み合わせ並びに相電流の方向との関係を示すシーケンス比較図
【図３】本発明方法の第１実施例における励磁電流の方向とベクトルの関係及び非励磁時の出力状態を示す図面
【図４】本発明方法の第１実施例における２相励磁パターンを示す図面
【図５】本発明方法の第２実施例における励磁電流の方向とベクトルの関係及び非励磁時の出力状態を示す図面
【図６】本発明方法の第２実施例における４相励磁パターンを示す図面
【図７】本発明方法における２０００分割時の分割区分と定電流制御ＰＷＭランプ波及び励磁パターン出力の関係を示す図面
【図８】本発明方法における５０００分割時の分割区分と定電流制御ＰＷＭランプ波及び励磁パターン出力の関係を示す図面
【図９】本発明方法における１００００分割時の分割区分と定電流制御ＰＷＭランプ波及び励磁パターン出力の関係を示す図面
【図１０】本発明方法の第１実施例における２相励磁パターンの組み合わせを示す図面
【図１１】本発明方法の第２実施例における４相励磁パターンの組み合わせを示す図面
【図１２】本発明方法の実施例１の１００００分割、５０００分割及び２０００分割時の振動試験の結果を表すグラフ
【図１３】本発明方法の実施例２の１００００分割、５０００分割及び２０００分割時の振動試験の結果を表すグラフ
【符号の説明】
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）…５相ステッピングモータの各相巻線
（Ｐ１）〜（Ｐ５）…各相巻線の接続点
（Ｔｒ）…スイッチング手段
（＋）…正極
（−）…負極
（２）…５相ステッピングモータ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a novel low-vibration driving method for a five-phase stepping motor with further improved resolution.
[0002]
[Prior art]
As a driving method of the five-phase stepping motor, a constant current chopper driving (a driving method in which an excitation pattern and a non-excitation pattern shown in FIG. 2A are alternately switched at each address in accordance with a control command) is a direct current input to a driving circuit. Since the voltage is directly applied to the stepping motor, a circuit for converting the applied voltage to a DV voltage is not required as compared with a drive circuit of a DV (converting a DC voltage to a lower driving voltage and applying this to the stepping motor) system. It can be simplified by the minute. Also, unlike the case of the DV system, by applying a high voltage higher than the rating to the stepping motor, the rise of the current becomes faster and the acceleration characteristics are improved. Because of these advantages, the constant current chopper drive method is generally widely used.
[0003]
However, while the acceleration characteristics are improved, since the high voltage that is higher than the rating of the stepping motor is directly applied, and the potential of the non-connection point tends to become unstable in the non-excitation pattern, the process moves from the previous step to the next step. At the moment, there is a problem that a current overshoot occurs in the non-excited phase and the damping increases.
[0004]
Therefore, the present inventors have proposed a driving method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-275587. The purpose of this method is to provide a driving method that enables reduction of damping and low-speed vibration at low speed without using a conventional circuit as it is and without increasing the complexity and cost of the circuit. The starting end and the end of each phase winding of the stepping motor are sequentially connected to form a ring connection, switching means are individually connected to the connection points of these phase windings, and the switching is controlled by switching the switching means. A constant current control is performed by applying a DC voltage higher than the rated voltage of the stepping motor to each point to repeatedly excite and de-energize each phase winding in each sequence. When the phase windings are not excited, all the connection points of the phase windings are connected to the positive electrode or the negative electrode of the DC voltage, and the problem is solved.
[0005]
However, in this method, the resolution is 1000 resolution (half step), which is insufficient in the field where a further high-precision reduction of damping and low vibration at low speed are required, and a further improvement in performance is required. I was Therefore, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-150990, "Each basic angle in step drive is divided into four or more, and excitation and non-excitation of each phase winding are repeated in each division, and an excitation vector of each division is calculated. Up to 2000 resolution could be achieved by adopting the method of "incrementing each address by combining output".
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, recently, with the miniaturization and high precision of the stepping motor due to the miniaturization and high precision of the apparatus, not only 2000 resolution but also higher resolution precision has been required. An object of the present invention is to develop a low-vibration control method for a five-phase stepping motor that can cope with such a field.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The driving method according to claim 1,
Each of the phase windings (A) to (E) of the five-phase stepping motor (2) is connected in a ring by sequentially connecting the starting end and the end thereof, and connecting these phase windings (A) to (E). A switching means (Tr) is separately connected to each of the points (P1) to (P5), and the switching means (Tr) is subjected to switching control so that the rated voltage of the stepping motor (2) is applied to the connection points (P1) to (P5). In a driving method in which a higher DC voltage is applied to excite and de-energize each of the phase windings (A) to (E) repeatedly in each sequence to perform constant current control,
Each basic angle in the step drive is divided into four or more, and an excitation pattern corresponding to the number of divisions of the basic angle is selected. In each divided section, each phase is selected according to an excitation pattern sequentially selected from the excitation patterns by an excitation sequence. The method is characterized in that excitation and non-excitation of the winding are repeated, and a step is advanced for each address by a combined output of an excitation vector at the time of excitation. As a result, the step resolution is improved, the vibration at the time of step driving is reduced accordingly, and smooth rotation is possible.
[0008]
Claim 2 is a limitation of claim 1, wherein each basic angle is divided into four, ten, or twenty divisions, and the excitation / de-excitation of each phase winding in each division is divided into four by four-phase excitation. Is repeated 4 times, 10 times for 10 divisions, and 20 times for 20 divisions, and the address is incremented for each address by the combined output of the excitation vector in each division section. According to this, if it moves by the basic angle (0.72 °) at four addresses, the resolution of the step drive can be increased to 2000, and if it moves by the basic angle (0.72 °) at ten addresses. If the resolution of the step drive can be increased to 5000, and if it is moved by the basic angle (0.72 °) at 20 addresses, the resolution of the step drive can be increased to 10000, and the vibration can be increased compared to the conventional step drive. And smooth rotation becomes possible.
[0009]
Claim 3 is another limitation of claim 1 in which each basic angle is divided into four, ten, or twenty divisions, and excitation and non-excitation of each phase winding in each division is divided by two. The phase excitation is repeated four times, ten times in the case of ten divisions, and twenty times in the case of twenty divisions, and the address is incremented for each address by a composite output of the excitation vector in each divisional section. " Also in this case, if the movement is performed by the basic angle (0.72 °) at 4 addresses, the resolution of the step drive can be increased to 2000. If the movement is performed by the basic angle (0.72 °) at 10 addresses, the step If the drive resolution can be increased to 5000, and if it moves by a basic angle (0.72 °) at 20 addresses, the step drive resolution can be increased to 10,000, and the vibration is smaller than in the conventional step drive. No longer, smooth rotation is possible.
[0010]
A fourth aspect of the present invention relates to a connection method at the time of non-excitation, wherein "the connection point of each phase winding (A) to (E) at the time of non-excitation of each phase winding (A) to (E) of the stepping motor (2)". (P1) to (P5) are all connected to the positive (+) or negative (-) of the DC voltage. " By doing so, the connection points (P1) to (P5) of the phase windings (A) to (E) can be kept at almost the same stable potential at the time of non-excitation. The generated sudden change in potential does not occur. Therefore, even when switching from the previous divided section to the next divided section, a sharp change in potential does not occur at each of the connection points (P1) to (P5), so that even if a current overshoot occurs, it is very small and converges. This facilitates the flow of a smooth phase current, and in combination with the above-mentioned improvement in resolution, reduction of damping and low vibration at low speed can be made possible.
[0011]
Embodiment
Hereinafter, the method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration in which the method of the present invention is performed. Here, when the switching means is generically referred to, it is indicated without (Tr) and a number. The connection points of the phase windings (A), (B), (C), (D) and (E) are similarly referred to as (P).
The motor used in the present embodiment is a five-phase stepping motor (2), and its drive windings are the five-phase windings (A), (B), (C), (D), and (E) at the beginning and end. Are sequentially connected to form an annular connection. As shown by (O) in FIG. 1, the winding phases of the ring connection are (A), (B), (C), (D), and (E) in the counterclockwise direction, and (M). As described above, there are cases where (A), (B), (C), (D), and (E) are clockwise.
[0012]
Switching means (Tr1) to (Tr10) of FIG. 1 "For example, a transistor or an FET is used as the switching means (Tr). ], A pair of switching means (Trn-1) and (Trn) are connected in series, and a connection point (Q1) (Q2) of the switching means (Trn-1) and (Trn) connected in series is connected. ) (Q3) (Q4) (Q5) and connection points (P1) (P2) (P3) (P4) (P5) of the ring connection are connected, and by controlling these switching, the above-described ring connection is performed. The connection points (P1) to (P5) of the excitation phases (A) to (E) are connected to a positive electrode (+) or a negative electrode (-). In this embodiment, ten switching means (Tr1) to (Tr10) are used, and constitute a control circuit (S).
[0013]
A small-valued sense resistor (R) is connected to the output side of the control circuit (S) so that the total exciting current (2io) flowing through the annular connection passes therethrough so that a sensing voltage appears at both ends thereof. Has become. By inputting this sense voltage to the constant current control circuit (1), feedback control of the total exciting current (2io) becomes possible.
[0014]
The constant current control circuit (1) is connected to the address line (3a) of the excitation pattern storing ROM (3). The constant current drive (1) detects the voltage of the current flowing through the sense resistor (R) (sense voltage) and controls the supply current via the excitation pattern storage ROM (3) to be constant as described later. To do.
[0015]
The excitation pattern storing ROM (3) is connected to the base of each switching means (Tr) of the control circuit (S), and controls opening and closing of the switching means (Tr). The excitation pattern storing ROM (3) stores excitation pattern data corresponding to a sequence for driving the five-phase stepping motor (2) and non-excitation pattern data for performing current control. As a non-excitation pattern for performing current control, a pattern in which connection points (P1) to (P5) of excitation phases (A) to (E) of the ring connection are all connected to a positive electrode (+) or a negative electrode (-) Is stored in the ROM (3) (see FIGS. 3 and 5 (c)).
[0016]
Next, the excitation patterns stored in the excitation pattern storage ROM (3) will be described. The excitation pattern differs between the winding phase (O) and the winding phase (M) of the ring connection. First, the case of the winding phase (O) will be described. In the case of the winding phase (O), the four-phase excitation indicating the basic angle vector is constituted by “combination of two types of two-phase excitation” (see Table 1).
[0017]
[Table 1]

[0018]
Here, the case where (A), (B), (C), (D), and (E) are described in capital letters is a case where the exciting current flows in the direction of the arrow shown in FIG. 1) (c), (d), and (e) are the cases where the exciting current flows in the direction opposite to the direction of the arrow shown in FIG. FIG. 1M is the same. 3 (a) and 3 (b) show the relationship between the direction of the exciting current and the excitation vector in FIG. 1 (O), and FIG. 3 (c) shows the output state at the time of non-excitation in FIG. 1 (O). Is shown.
[0019]
FIG. 4 shows 20 types of two-phase excitation patterns. When the basic angle vector is [ABCD], as shown in Table 1, the basic angle vector is formed by combining two types of two-phase excitation patterns [BC + AD]. Will be. The same applies hereinafter.
[0020]
Next, a combined vector is formed with an excitation pattern corresponding to the number of divisions of the basic angle “in other words, the number of divisions of the basic angle (0.72 °) that moves from step (n) to the next step (n + 1)”. The case is described in the table below.
[0021]
[Table 2]

[0022]
That is, in the case of 2000 resolution, 360 ° ÷ 0.72 ° (basic angle) = 500
2000 ÷ 500 = 4, and in order to achieve 2000 resolution, 0.72 ° (basic angle) must be divided into four. Similarly, at 2500 resolution, 072 ° (basic angle) is divided into five parts, at 5000 resolution, ten parts are divided, and at 10,000 resolution, twenty parts are divided. Therefore, at 2000 resolution, the number of excitation patterns is 4, at 5000 resolution, the number of excitation patterns is 10, and at 10,000 resolution, the number of excitation patterns is 20. Then, an excitation pattern is selected from the 20 excitation patterns according to the number of divisions.
[0023]
Table 3 shows that from the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] at step (n) at each resolution, the four-phase excitation state [(B) (C) ( D) and (E)], and shows the microstep state during the switching to (E). In the case of 2000 resolution, the excitation pattern is 4 as described above (right end column), and the four-phase excitation state [(A ), (B), (C), and (D)], the selected excitation patterns are two sets of [BC] and [AD], and the total number of excitation patterns is four. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the four excitation patterns are synthesized.
[0024]
[Table 3]

[0025]
When switching to the next divided section (1/4), the combination of the excitation patterns is 1 for [BC], 2 for [AD], and 1 for [CD]. The vector is synthesized and the stepping motor advances. In the same manner, in the same manner, the step is advanced by (1/4), and the state is switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1), thereby achieving 2000 resolution.
[0026]
The center column of Table 3 shows the case of 10 divisions, and in the case of the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] in step (n), the selected excitation pattern is [BC] [AD ] Is 5 sets, and the excitation pattern is 10 in total. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the ten excitation patterns are synthesized.
[0027]
When switching to the next division (1/10), the combination of the excitation patterns is 4 for BC, 5 for AD, and 1 for CD, for a total of 10, and the torque vectors of these 10 excitation patterns are the same as described above. The stepping motor advances by being synthesized. In the same manner, in the same manner, the step is incremented by (1/10) and switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1) to achieve 5000 resolution.
[0028]
The leftmost column in Table 3 shows the case of 20 divisions, and in the case of the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] in step (n), the selected excitation pattern is [BC] [AD ] Is 10 sets, and the excitation pattern is 20 in total. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the 20 excitation patterns are synthesized.
[0029]
When switching to the next division (1/20), the combination of the excitation patterns is 9 for [BC], 10 for [AD], and 1 for [CD], for a total of 20, and the torque vectors of these 20 excitation patterns are the same as described above. The stepping motor advances by being synthesized. In the same manner, in the same manner, the step is advanced by (1/20), and the state is switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1), thereby achieving 10,000 resolution.
[0030]
Next, the case of the winding phase (M) will be described. In the case of the winding phase, the four-phase excitation indicating the basic angle vector is used as it is as the excitation pattern. (See Table 4).
[0031]
[Table 4]

[0032]
Here, the case where (A), (B), (C), (D), and (E) are described in capital letters is a case where the exciting current flows in the arrow direction shown in FIG. The cases described in lowercase letters a), b), c), d) and e) are cases where the exciting current flows in the direction opposite to the direction of the arrow shown in FIG. FIGS. 5A and 5B show the relationship between the direction of the exciting current and the excitation vector in FIG. 1M, and FIG. 5C shows the output state at the time of non-excitation in FIG. Is shown.
[0033]
FIG. 6 shows ten types of four-phase excitation patterns, and when the basic angle vector is [ABCD], as shown in Table 4, the four-phase excitation is used as it is as the excitation pattern.
[0034]
Next, a combined vector is formed with an excitation pattern corresponding to the number of divisions of the basic angle “in other words, the number of divisions of the basic angle (0.72 °) that moves from step (n) to the next step (n + 1)”. The case is described in the table below.
[0035]
[Table 5]

[0036]
That is, in the case of 2000 resolution, 360 ° ÷ 0.72 ° (basic angle) = 500
2000 ÷ 500 = 4, and in order to achieve 2000 resolution, 0.72 ° (basic angle) must be divided into four. Similarly, at 5000 resolution, 0.72 ° (basic angle) is divided into 10 parts, and at 10,000 resolution, it is divided into 20 parts. Therefore, at 2000 resolution, the number of excitation patterns is 4, at 5000 resolution, the number of excitation patterns is 10, and at 10,000 resolution, the number of excitation patterns is 20. Then, an excitation pattern is selected from the ten excitation patterns according to the number of divisions.
[0037]
Table 6 shows that from the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] of step (n) at each resolution, the four-phase excitation state [(B) (C) ( D) and (E)], and shows the microstep state during the switching to (E). In the case of 2000 resolution, the excitation pattern is 4 as described above (right end column), and the four-phase excitation state [(A ) (B) (C) (D)], the selected excitation pattern is [ABCD] = 4. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the four excitation patterns are synthesized.
[0038]
[Table 6]

[0039]
When the next division (1/4) is performed, the combination of the excitation patterns becomes [ABCD] = 3 and [BCDE] = 1, for a total of 4. As described above, the torque vectors of these 4 excitation patterns are combined and stepped. The motor runs. In the same manner, in the same manner, the step is advanced by (1/4), and the state is switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1), thereby achieving 2000 resolution.
[0040]
The center column of Table 6 shows the case of 10 divisions, and in the case of the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] in step (n), the excitation pattern selected is [ABCD] of 10 It is a set. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the ten excitation patterns are synthesized.
[0041]
When switching to the next division (1/10), the combination of the excitation patterns is 9 for [ABCD] and 1 for [BCDE], and the torque vectors of these 10 excitation patterns are synthesized as described above, and the stepping motor is combined. Step forward. In the same manner, in the same manner, the step is incremented by (1/10) and switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1) to achieve 5000 resolution.
[0042]
The leftmost column in Table 6 shows the case of 20 divisions, and in the case of the four-phase excitation state [(A) (B) (C) (D)] in step (n), the excitation pattern selected is [ABCD] of 20. It is a set. Then, the windings are energized according to the excitation pattern to excite the windings, and the torque vectors of the 20 excitation patterns are synthesized.
[0043]
When switching to the next division (1/20), the combination of the excitation patterns is 19 for [ABCD] and 1 for [BCDE], and the torque vectors of these 20 excitation patterns are synthesized as described above, and the stepping motor is combined. Step forward. In the same manner, in the same manner, the step is advanced by (1/20), and the state is switched to the four-phase excitation state [(B) (C) (D) (E)] of the next step (n + 1), thereby achieving 10,000 resolution. As a division example other than the above, the case of division division (1/5) is shown in parentheses.
[0044]
The N-ary counter (4) has a desired resolution (of course, the present invention is not limited to this. However, in this embodiment, when the resolution is 2000 resolution (division), the sequence is 4 × 10 = 40 periods (base)). In the case of 2500 decomposition (division), 5 × 10 = 50 periods (decimal), in the case of 5000 decomposition (division), 10 × 10 = 100 periods (decimal), and in the case of 10,000 decomposition (division), 20 × 10 = 200 cycles (advance).) A sequence cycle corresponding to the excitation pattern storage ROM (3) is output to the N-ary counter (4), which counts up in forward rotation (CW). It counts down by reverse rotation (CCW).
[0045]
The excitation pattern selection counter (6) operates in synchronism with the PWM cycle of the constant current control circuit (1), and according to the number of divisions from the excitation pattern stored in the excitation pattern storage ROM (3) as described above. To select the excitation pattern and output it to the control circuit (S).
[0046]
The ROM (3) for storing the excitation pattern stores the output of the excitation pattern corresponding to the sequence commanded by the N-ary counter (4) and the output of the non-excitation pattern based on the signal output of the constant current control circuit (1) at each basic angle. Are alternately performed in each of the four or more divided sections. The essential part of the present invention lies in this point.
[0047]
That is, in the method of the present invention, this one basic angle is divided into a plurality of four or more (in this case, 4, 5, 10, or 20), and four-phase excitation is performed in each of the divided sections (shaded portions). The rest was de-energized. At the time of non-excitation, the connection points (P1) to (P5) are connected to the positive electrode or the negative electrode. << See FIG. 2 (b) >> By gradually changing the excitation pattern in each divided section according to the order as described above, synthesis at each address (= address assigned to each divided section) is performed. The direction and magnitude of the vector are gradually changed so that they have the same direction and magnitude as the vector of the same sequence in the conventional example at addresses of 1/4, 1/5, 1/10 or 1/20. Controlling. As a result, the resolution is greatly increased and the vibration caused by the step driving is greatly reduced.
[0048]
In the drawing, (+) indicates that the connection point (P) is connected to the positive electrode, and (-) indicates that the connection point is connected to the negative electrode. → indicates the direction of the phase current. Then, at the time of outputting the non-excitation pattern for creating the non-excitation state, all the connection points (P1) to (P5) of the excitation phases (A) to (E) are connected to the positive electrode (+) << or the negative electrode (-) >>. . For this reason, in the non-excitation state, the connection points (P1) to (P5) of all the excitation phases (A) to (E) are connected to the (+) electrode << or the negative electrode (-) >>, and the (+) electrode << or Negative electrode (-) >> holds the same potential (in other words, the potential does not become unstable), and as a result, the potential becomes stable, and is de-energized at the moment when the previous divided section moves to the next divided section. The overshoot phenomenon of the current in the phase did not occur, and as a result, the reduction of the damping and the low vibration drive at the low speed rotation became possible.
[0049]
The operation of the circuit of the present invention will be briefly described. The excitation pattern selection counter (6) operates in synchronization with the current control circuit (1), and stores the excitation pattern in the ROM (3) in accordance with the address. The ROM (3) is selected from among the 20 two-phase excitation patterns or the 10 four-phase excitation patterns, and the switching means (Tr) of the control circuit (S) is turned on / off in accordance with the selected excitation pattern. ) To output the command signal. The N-ary counter (4) receives a CWP or CCWP command pulse and outputs a command signal for commanding the timing of switching the excitation pattern. The constant current control circuit (1) receives the feedback signal from the sensing resistor (R) and controls the total current to be always constant. Thus, the stepping motor performs a predetermined micro-step drive according to the sequence.
[0050]
FIG. 7 shows a divided section at the time of 2000 division (a combined vector of one divided section is constituted by the excitation pattern of 4), and FIG. 8 shows a divided section at the time of 5000 division (composed vector of one divided section by the excitation pattern of 10). 9) and FIG. 9 shows division sections at the time of 10000 division (a composite vector of one division section is constituted by 20 excitation patterns).
[0051]
As can be seen from the figure, if the period of the excitation pattern selection counter (6) is the same, the period from the basic angle (n) to the next basic angle (n + 1) increases as the number of divisions increases. Becomes longer. If this cycle becomes too long, the above-described vector composition becomes difficult in relation to the motor inductance, but the motor inductance becomes smaller with the downsizing of the stepping motor, and the cycle of the excitation pattern selection counter (6) is shortened. (In the related art, it was set to 20 μsec, but in the present invention, it was set to 10 μsec.) As a result, it was possible to perform vector composition in one division even with a 10,000 resolution.
[0052]
<< Example 1 >>
In FIG. 1, examples of windings include (M) and (O) as described above. First, the case of 10000 resolution on the right side (O) will be described as a typical example. In this case, “excitation / non-excitation of each phase winding (A) to (E) in each division section is repeated 20 times by four-phase excitation (2 phase + 2 phase) (FIG. 9), The combined output of the excitation vectors of the two-phase excitation pattern causes the rotor to advance by each address assigned to each divided section (that is, address 0 → address 1 → address 2 →...).
[0053]
FIG. 10 shows the combination of excitation patterns and the output order of excitation patterns at each address from the basic position (address 0) of the excitation vector [ABCD] to the basic position (address 20) of the excitation vector [BCDE]. is there. The excitation vector [ABCD] at the basic position (address 0) is synthesized by two types of excitation patterns [AD] and [BC]. Also, the excitation vector [BCDE] at the basic position (address 20) is synthesized by two types of excitation patterns [CD] and [BE]. Excitation vectors at addresses 1 to 19 are synthesized by [AD] and [BC] forming [ABCD] and [CD] and [BE] forming [BCDE]. It should be noted that the dashed underlines of [CD] and [BE] in FIG. 10 indicate the ratio of [AD and BC] and [CD and BE] to the 20 excitation patterns at each address and the output order of the 20 excitation patterns. It is written for ease of use. The addresses are sequentially switched according to the input signal from the N-ary counter (4), and one basic angle (0.72 °) is divided into 20 to achieve 10,000 resolution.
[0054]
It should be noted that even if the ratio of excitation / non-excitation changes due to a change in motor impedance in a range from low-speed driving to high-speed driving (that is, the excitation time is short at low-speed driving and the excitation time is long at high-speed driving). ) Since the output ratio of each excitation pattern in one sequence changes accordingly, the composite vector created in each sequence is not affected by this.
[0055]
As a result, since the actuator is moved by the basic angle (0.72 °) at 20 addresses, the resolution of the step drive can be increased to 10000, the vibration is reduced as compared with the conventional step drive, and a smooth rotation is possible. .
[0056]
<< Example 2 >>
In this case as well, "each sequence is divided into 20 divided sections, excitation / de-excitation of each phase winding in each divided section is repeated 20 times, and a step-by-step is performed for each address by a combined output of the excitation vector in each divided section. In this case (FIG. 9), the excitation pattern is different from that in the first embodiment. FIG. 11 shows combinations of excitation phases in 20 steps from the basic position of the excitation vector [ABCD] to the basic position of the excitation vector [BCDE] in the sequence. (P0) is the excitation pattern [ABCD], and (P1) is the excitation pattern [BCDE]. The reason why the underline is drawn in (P1) is to make it easy to understand the order of the 20 excitation patterns output for each address. The outputs of (P0) and (P1) in the 20 excitation patterns are output in an order so as not to be biased. Then, as shown in FIG. 11, the addresses are sequentially switched according to the input signal from the N-ary counter (4), and one basic angle (0.72 °) is divided into 20 to achieve 10,000 resolution.
[0057]
12 and 13 show vibration test data obtained by the excitation pattern according to the method of the present invention. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents speed. FIGS. 12 and 13 clearly show that the data of the present invention suppresses vibration during step driving as compared with the data of the conventional example.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the driving method of the present invention, the resolution can be increased without changing the circuit configuration, so that further low vibration can be realized in addition to the above effects. In addition to this, all connection points of each phase winding at the time of non-excitation are connected to the positive electrode or the negative electrode, and can be maintained at almost the same potential which is stable at the time of non-excitation. Even in such a case, a sharp potential is sufficiently suppressed at each connection point, and even if a current overshoot occurs, it is very small and easily converges, and a smooth phase current can be flowed. Low vibration could be achieved.
Also, there is an advantage that the cost is not increased because the circuit configuration is completely the same as the conventional one.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a five-phase stepping motor to which the method of the present invention is applied.
FIG. 2 is a sequence comparison diagram showing the relationship between the combination of the excitation pattern and the non-excitation pattern of the conventional example and the method of the present invention and the direction of the phase current.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a direction and a vector of an exciting current and an output state at the time of non-excitation in the first embodiment of the method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a two-phase excitation pattern in the first embodiment of the method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a direction and a vector of an exciting current and an output state at the time of non-excitation in a second embodiment of the method of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a four-phase excitation pattern in a second embodiment of the method of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the divided sections at the time of 2000 division and the constant current control PWM ramp wave and the excitation pattern output in the method of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the divided sections at the time of 5000 division and the constant current control PWM ramp wave and the excitation pattern output in the method of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between divisional division at the time of 10,000 divisions, constant current control PWM ramp wave, and excitation pattern output in the method of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a combination of two-phase excitation patterns in the first embodiment of the method of the present invention.
FIG. 11 is a view showing a combination of four-phase excitation patterns in a second embodiment of the method of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the results of a vibration test at 10,000 divisions, 5000 divisions, and 2000 divisions in Example 1 of the method of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the results of a vibration test at 10,000 divisions, 5000 divisions, and 2000 divisions in Example 2 of the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
(A) (B) (C) (D) (E) ... each phase winding of the 5-phase stepping motor
(P1) to (P5) ... connection points of each phase winding
(Tr): Switching means
(+) ... Positive electrode
(-) ... negative electrode
(2) ... 5-phase stepping motor

Claims

５相ステッピングモータの各相巻線の始端及び終端とを順次に接続して環状に結線し、これらの相巻線の接続点に各別にスイッチング手段を接続し、前記スイッチング手段をスイッチング制御して前記接続点にステッピングモータの定格電圧より高い直流電圧を印加することにより各相巻線の励磁・非励磁を繰り返し行って定電流制御を行う５相ステッピングモータの駆動方法において、
ステップ駆動における各基本角を４以上に分割すると共に基本角の分割数に応じた励磁パターンを選択し、各分割区分において、前記励磁パターンの中から励磁シーケンスにより順次選択された励磁パターンに従って各相巻線の励磁・非励磁を繰り返し、励磁時の励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる事を特徴とする５相ステッピングモータの駆動方法。The starting point and the ending point of each phase winding of the five-phase stepping motor are sequentially connected to form a ring connection, and switching means are individually connected to the connection points of these phase windings, and the switching means is controlled by switching. In a driving method of a five-phase stepping motor that performs constant current control by repeatedly exciting and de-energizing each phase winding by applying a DC voltage higher than the rated voltage of the stepping motor to the connection point,
Each basic angle in the step drive is divided into four or more, and an excitation pattern corresponding to the number of divisions of the basic angle is selected. A method for driving a five-phase stepping motor, characterized in that excitation and non-excitation of a winding are repeated and a step is advanced for each address by a combined output of an excitation vector at the time of excitation.

各基本角が４又は１０或いは２０の分割区分に分割され、各分割区分における各相巻線の励磁・非励磁が４相励磁で４分割の場合は４回、１０分割の場合は１０回、２０分割の場合は２０回繰り返され、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる事を特徴とする請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動方法。Each basic angle is divided into 4 or 10 or 20 divided sections. In each divided section, excitation / de-excitation of each phase winding is performed 4 times in the case of 4-phase excitation in 4 divisions, 10 times in the case of 10 divisions, 2. The method of driving a five-phase stepping motor according to claim 1, wherein the step is repeated 20 times in the case of 20 divisions, and the address is incremented for each address by a combined output of the excitation vector in each division.

各基本角が４又は１０或いは２０の分割区分に分割され、各分割区分における各相巻線の励磁・非励磁が４分割の場合は２相励磁で４回、１０分割の場合は１０回、２０分割の場合は２０回繰り返され、各分割区分における励磁ベクトルの合成出力によって各アドレス毎に歩進させる事を特徴とする請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動方法。Each basic angle is divided into 4 or 10 or 20 divided sections. In each divided section, when the excitation / non-excitation of each phase winding is divided into 4 divisions, 4 times with 2-phase excitation, and with 10 divisions, 10 times. 2. The method of driving a five-phase stepping motor according to claim 1, wherein the step is repeated 20 times in the case of 20 divisions, and the address is incremented for each address by a combined output of the excitation vector in each division.

ステッピングモータの各相巻線の非励磁時に各相巻線の接続点の全てを前記直流電圧の正極又は負極に接続する事を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の５相ステッピングモータの駆動方法。The five-phase stepping according to any one of claims 1 to 3, wherein all connection points of each phase winding are connected to a positive electrode or a negative electrode of the DC voltage when each phase winding of the stepping motor is not excited. How to drive the motor.