JP3132720B2 - ステップモータの制御装置 - Google Patents
ステップモータの制御装置Info
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- JP3132720B2 JP3132720B2 JP21414096A JP21414096A JP3132720B2 JP 3132720 B2 JP3132720 B2 JP 3132720B2 JP 21414096 A JP21414096 A JP 21414096A JP 21414096 A JP21414096 A JP 21414096A JP 3132720 B2 JP3132720 B2 JP 3132720B2
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- chopper
- phase
- current
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ステップモータの制御
装置に関するものである。
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より，ステップモータは開ループ駆
動で幅広く利用されてきた。しかし開ループ駆動である
ことから脱調現象が発生し易く，効率が低く，振動・騒
音が比較的大きい等の問題点がある。解決法として位置
検出器を用いた閉ループ駆動法の検討が行われてきた。
特に，位置検出にエンコーダを用いた制御装置は，装置
全体が高価なものとなり実用的ではない。そこで閉ルー
プ駆動の一例として，比較的安価に回転子の位置検出で
きる手法として社団法人電気学会発行の半導体電力変換
研究会資料「ステップモータの位置センサレス閉ループ
駆動システム」 SPC-91-62がある。同資料によると，ス
テップモータを１２０度通電し駆動過程で生じる巻き線
の開放期間において開放相が接続されているインバータ
部スイッチング素子に並列に接続された還流素子の通電
の有無を判定することにより磁極の切り変わりを検出す
ることが可能でありかつ，検出した磁極切り変わり毎に
励磁状態を所定の手順で順次切り変えることによりステ
ップモータの回転を効率よく持続することが可能である
としている。
動で幅広く利用されてきた。しかし開ループ駆動である
ことから脱調現象が発生し易く，効率が低く，振動・騒
音が比較的大きい等の問題点がある。解決法として位置
検出器を用いた閉ループ駆動法の検討が行われてきた。
特に，位置検出にエンコーダを用いた制御装置は，装置
全体が高価なものとなり実用的ではない。そこで閉ルー
プ駆動の一例として，比較的安価に回転子の位置検出で
きる手法として社団法人電気学会発行の半導体電力変換
研究会資料「ステップモータの位置センサレス閉ループ
駆動システム」 SPC-91-62がある。同資料によると，ス
テップモータを１２０度通電し駆動過程で生じる巻き線
の開放期間において開放相が接続されているインバータ
部スイッチング素子に並列に接続された還流素子の通電
の有無を判定することにより磁極の切り変わりを検出す
ることが可能でありかつ，検出した磁極切り変わり毎に
励磁状態を所定の手順で順次切り変えることによりステ
ップモータの回転を効率よく持続することが可能である
としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来構成で
は，モータの逆起電力から回転子の位置検出を行うため
環流素子の導通状態からセンサレス位置検出可能な期間
は，負荷電流にも依存し，回転数が高くなるにつれて転
流間隔に対する転流重なり期間の占める割合が大きくな
る。その結果，逆起電力の極性判別が可能な期間が短く
なる。この転流重なり期間は，電流すなわち負荷の増加
および回転数の上昇につれて大きくなり，センサレス位
置検出ができなくなる可能性がある。本発明は，高速回
転時のセンサレス位置検出特性を改善したステップモー
タの制御装置を提供することを目的としている。
は，モータの逆起電力から回転子の位置検出を行うため
環流素子の導通状態からセンサレス位置検出可能な期間
は，負荷電流にも依存し，回転数が高くなるにつれて転
流間隔に対する転流重なり期間の占める割合が大きくな
る。その結果，逆起電力の極性判別が可能な期間が短く
なる。この転流重なり期間は，電流すなわち負荷の増加
および回転数の上昇につれて大きくなり，センサレス位
置検出ができなくなる可能性がある。本発明は，高速回
転時のセンサレス位置検出特性を改善したステップモー
タの制御装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために，並列に還流素子を備えたスイッチ素子をブ
リッジ接続した主回路で構成された１２０度通電電圧形
インバータをチョッパ制御により電圧制御する駆動装置
において，転流による開放相の電流方向に応じ開放期間
における転流重なり期間を短縮するように，スイッチン
グシーケンスの変更を行い転流重なりを短縮する構成と
している。
するために，並列に還流素子を備えたスイッチ素子をブ
リッジ接続した主回路で構成された１２０度通電電圧形
インバータをチョッパ制御により電圧制御する駆動装置
において，転流による開放相の電流方向に応じ開放期間
における転流重なり期間を短縮するように，スイッチン
グシーケンスの変更を行い転流重なりを短縮する構成と
している。
【０００５】また，スイッチングシーケンスとして力行
駆動運転時は，電流減少モードのチョッパオンとチョッ
パオフを繰り返し，回生駆動時は，電流減少モードのチ
ョッパオンと電流増加モードのチョッパオフを繰り返し
転流重なりを短縮する構成としている。
駆動運転時は，電流減少モードのチョッパオンとチョッ
パオフを繰り返し，回生駆動時は，電流減少モードのチ
ョッパオンと電流増加モードのチョッパオフを繰り返し
転流重なりを短縮する構成としている。
【０００６】
【作 用】この結果，高速回転時のセンサレス位置検出
特性が改善でき，安定なセンサレス閉ループ駆動が広い
速度範囲で良好にモータ駆動を実現することができる。
特性が改善でき，安定なセンサレス閉ループ駆動が広い
速度範囲で良好にモータ駆動を実現することができる。
【０００７】
【実施例】以下図面によって本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明に成る一実施例を示す。図１で，１が
負荷の一例で３相ハイブリッド形ステップモータモー
タ，２が駆動用直流電源の一例として整流回路による駆
動電源部，３が平滑コンデンサ，４がＵ相上側スイッチ
素子Ｔｕ，５がＵ相上側還流素子Ｄｕ，６がＵ相下側ス
イッチ素子Ｔｘ，７がＵ相下側還流素子Ｄｘ，８がＶ相
上側スイッチ素子Ｔｖ，９がＶ相上側還流素子Ｄｖ，１
０がＶ相下側スイッチ素子Ｔｙ，１１がＶ相下側還流素
子Ｄｙ，１２がＷ相上側スイッチ素子Ｔｗ，１３がＷ相
上側還流素子Ｄｗ，１４がＷ相下側スイッチ素子Ｔｚ，
１５がＷ相下側還流素子Ｄｚ，１６が制御回路を示す。
る。図１は本発明に成る一実施例を示す。図１で，１が
負荷の一例で３相ハイブリッド形ステップモータモー
タ，２が駆動用直流電源の一例として整流回路による駆
動電源部，３が平滑コンデンサ，４がＵ相上側スイッチ
素子Ｔｕ，５がＵ相上側還流素子Ｄｕ，６がＵ相下側ス
イッチ素子Ｔｘ，７がＵ相下側還流素子Ｄｘ，８がＶ相
上側スイッチ素子Ｔｖ，９がＶ相上側還流素子Ｄｖ，１
０がＶ相下側スイッチ素子Ｔｙ，１１がＶ相下側還流素
子Ｄｙ，１２がＷ相上側スイッチ素子Ｔｗ，１３がＷ相
上側還流素子Ｄｗ，１４がＷ相下側スイッチ素子Ｔｚ，
１５がＷ相下側還流素子Ｄｚ，１６が制御回路を示す。
【０００８】図１において，駆動電源部２および平滑コ
ンデンサ３の正電極へ接続されたＵ相上側スイッチ素子
４とＵ相上側還流素子５は図示の極正で並列接続されて
おり，Ｕ相下側スイッチ素子６とＵ相下側還流素子７も
同様に並列接続し，それぞれの還流素子はスイッチ素子
４や６のスイッチング操作によって３相モータ１の巻線
に生ずるサージ電圧を吸収するように還流電流経路を形
成し，スイッチ素子をサージ電圧による破壊から保護す
る役目をはたしている。Ｕ相下側スイッチ素子６とＵ相
下側還流素子７のアノード側は駆動電源部２および平滑
コンデンサ３の負電極へ接続されている。これらの構成
はＶ相およびＷ相においても同様であり，これらのスイ
ッチ素子群と還流素子群でインバータの主回路を形成し
ている。
ンデンサ３の正電極へ接続されたＵ相上側スイッチ素子
４とＵ相上側還流素子５は図示の極正で並列接続されて
おり，Ｕ相下側スイッチ素子６とＵ相下側還流素子７も
同様に並列接続し，それぞれの還流素子はスイッチ素子
４や６のスイッチング操作によって３相モータ１の巻線
に生ずるサージ電圧を吸収するように還流電流経路を形
成し，スイッチ素子をサージ電圧による破壊から保護す
る役目をはたしている。Ｕ相下側スイッチ素子６とＵ相
下側還流素子７のアノード側は駆動電源部２および平滑
コンデンサ３の負電極へ接続されている。これらの構成
はＶ相およびＷ相においても同様であり，これらのスイ
ッチ素子群と還流素子群でインバータの主回路を形成し
ている。
【０００９】このような主回路構成の電圧形インバータ
で１２０度通電駆動シーケンスとチョッパ信号を重畳さ
せたゲート信号を用いてステッピングモータを駆動す
る。
で１２０度通電駆動シーケンスとチョッパ信号を重畳さ
せたゲート信号を用いてステッピングモータを駆動す
る。
【００１０】次に図２を用いて本発明によるモータ制御
装置のインバータ主回路における動作モードを説明す
る。図２においてＷ相からＶ相に流れていた電流がＵ相
からＶ相に転流した時の動作モードを例に説明する。転
流により１２のＷ相上側スイッチ素子Ｔwがオフしたた
め、１５のＷ相下側の還流素子Ｄｚが導通する。この重
なり期間にインバータがとりうる動作モードを図２に示
す。重なり期間にはＡ．チョッパオン、Ｂ．チョッパオ
フ（１）、Ｃ．チョッパオフ（２）のモードがあり、従
来のシーケンスＡ→Ｂ→Ａ→Ｃの順に遷移する。この３
つのモードのうちＣのモードのみ、Ｗ相電流増加モード
（力行駆動）になる。Ａ、Ｂのモードは電流減少モード
（力行駆動）になる。重なり期間中だけＣのモードをＢ
のモードに変更し、モードをＡ→Ｂ→Ａ→Ｂと遷移させ
る変更シーケンスにかえることで、重なり期間を短縮で
きる。また回生駆動中は電流方向が逆であるから、モー
ドＢの時にモードＣへ変更する。そのため力行・回生の
判別が必要になり、転流直後に導通する還流素子を検出
し電流の方向を判別することで、力行・回生の判別がで
きる。この転流重なり期間の短縮は、センサレス閉ルー
プ駆動の運転可能な範囲を、高トルク・高速回転領域で
拡大することに大きく貢献する。図３（ａ）は従来のス
イッチングシーケンス時の電流波形で、（ｂ）は変更し
たスイッチングシーケンスによる効果が確認できている
電流波形を示し、転流重なり期間が従来の２２０μｓか
ら１５０μｓと７０μｓ短縮されている。
装置のインバータ主回路における動作モードを説明す
る。図２においてＷ相からＶ相に流れていた電流がＵ相
からＶ相に転流した時の動作モードを例に説明する。転
流により１２のＷ相上側スイッチ素子Ｔwがオフしたた
め、１５のＷ相下側の還流素子Ｄｚが導通する。この重
なり期間にインバータがとりうる動作モードを図２に示
す。重なり期間にはＡ．チョッパオン、Ｂ．チョッパオ
フ（１）、Ｃ．チョッパオフ（２）のモードがあり、従
来のシーケンスＡ→Ｂ→Ａ→Ｃの順に遷移する。この３
つのモードのうちＣのモードのみ、Ｗ相電流増加モード
（力行駆動）になる。Ａ、Ｂのモードは電流減少モード
（力行駆動）になる。重なり期間中だけＣのモードをＢ
のモードに変更し、モードをＡ→Ｂ→Ａ→Ｂと遷移させ
る変更シーケンスにかえることで、重なり期間を短縮で
きる。また回生駆動中は電流方向が逆であるから、モー
ドＢの時にモードＣへ変更する。そのため力行・回生の
判別が必要になり、転流直後に導通する還流素子を検出
し電流の方向を判別することで、力行・回生の判別がで
きる。この転流重なり期間の短縮は、センサレス閉ルー
プ駆動の運転可能な範囲を、高トルク・高速回転領域で
拡大することに大きく貢献する。図３（ａ）は従来のス
イッチングシーケンス時の電流波形で、（ｂ）は変更し
たスイッチングシーケンスによる効果が確認できている
電流波形を示し、転流重なり期間が従来の２２０μｓか
ら１５０μｓと７０μｓ短縮されている。
【００１１】
【発明の効果】本発明に成るステップモータの制御装置
は従来の定電流駆動に比較して，高効率・低振動・低騒
音で回転数範囲を拡大しインダクタンスの大きいステッ
プモータ等の転流重なり期間が短縮されるので，特に高
速回転時のセンサレス位置検出特性が改善でき，安定な
センサレス閉ループ駆動が広い速度範囲で良好にモータ
駆動を実現することができる。
は従来の定電流駆動に比較して，高効率・低振動・低騒
音で回転数範囲を拡大しインダクタンスの大きいステッ
プモータ等の転流重なり期間が短縮されるので，特に高
速回転時のセンサレス位置検出特性が改善でき，安定な
センサレス閉ループ駆動が広い速度範囲で良好にモータ
駆動を実現することができる。
【図１】本発明に成るステップモータの制御装置の要部
回路図である。
回路図である。
【図２】本発明に成るステップモータの制御装置の転流
重なり期間中のスイッチングシーケンスの１例である。
重なり期間中のスイッチングシーケンスの１例である。
【図３】従来のスイッチングシーケンス時の電流波形と
本発明に成る転流重なり期間を短縮するスイッチングシ
ーケンス時の電流波形の１例である。
本発明に成る転流重なり期間を短縮するスイッチングシ
ーケンス時の電流波形の１例である。
１ ３相モータ ２ 駆動電源部 ３ 平滑コンデンサ ４ Ｕ相上側スイッチ素子 Ｔｕ ５ Ｕ相上側還流素子 Ｄｕ ６ Ｕ相下側スイッチ素子 Ｔｘ ７ Ｕ相下側還流素子 Ｄｘ ８ Ｖ相上側スイッチ素子 Ｔｖ ９ Ｖ相上側還流素子 Ｄｖ １０ Ｖ相下側スイッチ素子 Ｔｙ １１ Ｖ相下側還流素子 Ｄｙ １２ Ｗ相上側スイッチ素子 Ｔｗ １３ Ｗ相上側還流素子 Ｄｗ １４ Ｗ相下側スイッチ素子 Ｔｚ １５ Ｗ相下側還流素子 Ｄｚ １６ 制御回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−83984（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−42594（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52094（ＪＰ，Ａ) 小林 直峰，小笠原 悟司，赤木 泰 文：「センサレス駆動を併用した３相Ｈ Ｂ形ステップモータの制御システム」, 電気学会 半導体電力変換研究会資料, ＳＰＣ−96−35，1996．１．27 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 8/00 - 8/42 H02P 6/00 - 6/24
Claims (1)
- 【請求項１】並列に還流素子を備えたスイッチ素子をブ
リッジ接続した主回路で構成される１２０度通電電圧形
インバータをチョッパ制御により電圧制御するステップ
モータの制御装置において、転流による開放相の電流方
向に応じ、スイッチシーケンスを、力行運転時は電流減
少モードのチョッパオンと、チョッパオフを繰り返し、
回生駆動時は、電流減少モードのチョッパオンと電流増
加モードのチョッパオフを繰り返し、をするようにして
転流時の重なり期間を短縮するように構成したこと、を
特徴とするステップモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414096A JP3132720B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | ステップモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21414096A JP3132720B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | ステップモータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1052095A JPH1052095A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3132720B2 true JP3132720B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=16650897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21414096A Expired - Fee Related JP3132720B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | ステップモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3132720B2 (ja) |
-
1996
- 1996-07-26 JP JP21414096A patent/JP3132720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 小林 直峰，小笠原 悟司，赤木 泰文：「センサレス駆動を併用した３相ＨＢ形ステップモータの制御システム」，電気学会 半導体電力変換研究会資料，ＳＰＣ−９６−３５，１９９６．１．２７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1052095A (ja) | 1998-02-20 |
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