JPH089686A

JPH089686A - ステッピングモータの駆動方法

Info

Publication number: JPH089686A
Application number: JP13461494A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sasaki; 光雄佐々木
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ＰＷＭ制御中における電源電圧の低下に基づ
くステッピングモータの誤作動を防止することができる
ステッピングモータの駆動方法の提供。【構成】ＰＷＭ制御手段によりステッピングモータ３
をステップ駆動する駆動信号のオンデューティ比を制御
した状態でステッピングモータ駆動回路１２ｅに供給す
るようにしたステッピングモータの駆動方法において、
ステッピングモータ駆動回路１２ｅの電源電圧を検出
し、該電源電圧の値に応じてオンデューティ比を変化さ
せるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータの
駆動方法に関し、特に、駆動時における振動抑制技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステッピングモータの駆動方法と
しては、例えば、特開平４−５８７９０号公報に記載さ
れているような「ステッピングモータ駆動装置」があ
る。

【０００３】この「ステッピングモータ駆動装置」にお
いては、ステッピングモータをステップ駆動するステッ
プ駆動信号波形の切り換え時において、ＰＷＭ（パルス
・ワイズ・モジュレーション）制御により駆動信号のオ
ンデューティ(ON Duty) 比を徐々に変化させることによ
り、急激なステップ回転移動によるセトリングを抑制
し、これにより、ステップ駆動の際の振動音を低減でき
るようにしたステッピングモータの駆動方法が採用され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例のステッピングモータの駆動方法においては、以
下に述べるような問題点があった。

【０００５】即ち、従来方法で用いられている、ＰＷＭ
制御は、駆動信号の供給をオンにしている時間を制限す
ることにより、ステッピングモータに出力される駆動電
流の立ち上がりを緩やかに行なわせるものであることか
ら、各ステップにおける駆動電流の平均値が低下するも
ので、このため、ＰＷＭ制御中はステッピングモータの
駆動トルクが低下することになる。

【０００６】そして、ＰＷＭ制御中にステッピングモー
タ駆動回路の電源電圧が低下するような状態になった場
合には、さらに駆動トルクを低下させることになること
から、負荷と駆動トルクとの関係でステッピングモータ
の誤作動を生じさせる恐れがある。

【０００７】例えば、ステッピングモータが車両の減衰
力可変型ショックアブソーバにおける減衰力特性可変手
段を駆動するためのアクチュエータである場合、減衰力
特性可変手段には流体力による負荷がかかる一方で、車
両における他の電装品の使用状況によっては電源電圧が
大きく変動し、または、バッテリーが劣化することで電
圧が低下することがあることから、駆動トルクの低下す
るＰＷＭ制御中にステッピングモータ駆動回路の電源電
圧が低下し、および／または、突発的に大きな負荷が作
用した場合においては、ステッピングモータが脱調し、
これにより、間違った制御を行なうことになる。もっと
も、電源電圧の変動に関しては、電流のフィードバック
制御による定電流回路を備えることにより解決すること
が可能であるが、回路構成が複雑で部品点数が増加する
ことからコストが高くつくという別の問題が生じる。

【０００８】また、従来の駆動方法では、各ステップの
立ち上がり部分のみを滑らかに行なうもので、ステップ
駆動信号に沿って大きくステップ駆動する点では従来と
同様であり、従って、ステップ駆動の際に発生する振動
を完全に解消することはできない。

【０００９】なお、図９の(イ) は、従来の駆動方法に基
づいて、減衰力特性可変型ショックアブソーバにおける
減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピングモー
タを駆動させた場合の減衰力波形を示すもので、この図
に示すように、減衰力波形に乱れが生じている。これは
減衰力特性の切り換えが間欠的に行なわれることから生
じるものあり、従って、ステッピングモータにおける各
ステップの幅が大きくなるにつれて減衰力波形の乱れも
大きくなる。

【００１０】本発明は、上述のような従来の問題点に着
目してなされたもので、ＰＷＭ制御中における電源電圧
の低下に基づくステッピングモータの誤作動を防止する
ことができるステッピングモータの駆動方法の提供を第
１の目的とし、ステッピングモータのステップをさらに
細分化することにより駆動時における振動の発生を抑制
することができるステッピングモータの駆動方法の提供
を第２の目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明請求項１記載のステッピングモータの駆動方法
は、ＰＷＭ制御手段によりステッピングモータをステッ
プ駆動する駆動信号のオンデューティ比を制御した状態
でステッピングモータ駆動回路に供給するようにしたス
テッピングモータの駆動方法において、前記ステッピン
グモータ駆動回路の電源電圧を検出し、該電源電圧の値
に応じて前記オンデューティ比を変化させるようにし
た。

【００１２】また、請求項２記載のステッピングモータ
の駆動方法では、上記請求項１記載のステッピングモー
タの駆動方法において、ステッピングモータをステップ
駆動する各ステップごとの駆動信号を時間軸方向に複数
に分割し、各分割ステップごとの駆動信号をＰＷＭ制御
手段でＰＷＭ制御することにより、各分割ステップにお
ける駆動信号のオンデューティ比を段階的に増加もしく
は減少させた状態でステッピングモータ駆動回路に供給
するようにした。

【００１３】また、請求項３記載のステッピングモータ
の駆動方法では、減衰力特性可変型ショックアブソーバ
における減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピ
ングモータに請求項１または２記載のステッピングモー
タの駆動方法を適用したものである。

【００１４】

【作用】この発明請求項１記載のステッピングモータの
駆動方法では、上述のように、ＰＷＭ制御手段による駆
動信号のオンデューティ比を、ステッピングモータ駆動
回路の電源電圧の値に応じて変化させるようにしたもの
で、これにより、電源電圧の低下による駆動トルクの低
下を、オンデューティ比の変化（増加）により補うこと
が可能となる。

【００１５】また、請求項２記載のステッピングモータ
の駆動方法では、ステッピングモータをステップ駆動す
る各ステップごとの駆動信号を時間軸方向に複数に分割
し、各分割ステップごとの駆動信号をＰＷＭ制御するこ
とにより、各分割ステップにおける駆動信号のオンデュ
ーティ比を段階的に増加もしくは減少させた状態でステ
ッピングモータ駆動回路に供給することにより、各ステ
ップがさらに複数段階に分割細分化されるもので、これ
により、ステッピングモータ駆動時における振動の発生
が抑制される。

【００１６】また、請求項３記載のステッピングモータ
の駆動方法では、減衰力特性可変型ショックアブソーバ
における減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピ
ングモータに前記請求項１記載のステッピングモータの
駆動方法を適用することによって、各ステッピングモー
タの振動によって車内に伝達される異音のレベルを低減
させることができると共に、減衰力特性の切り換えがよ
り細分化されたステップで行なわれるため、減衰力波形
の乱れをなくすことができる。

【００１７】

【実施例】

（第１実施例）図１は、本発明のステッピングモータの
駆動方法を、車両の減衰力特性可変型ショックアブソー
バＳＡにおける減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ス
テッピングモータ３に適用した第１実施例を示すシステ
ムブロック図である。

【００１８】前記減衰力可変型ショックアブソーバＳＡ
は、図２に示すように、シリンダ１とシリンダ１内を上
部室Ａと下部室Ｂとに画成したピストン２と、シリンダ
１の外周にリザーバ室Ｃを形成した外筒４と、下部室Ｂ
とリザーバ室Ｃとを画成したベース５と、ピストン２に
連結されたピストンロッド６の摺動をガイドするガイド
部材７と外筒４と車体との間に介装されるサスペンショ
ンスプリング８と、バンパラバー９と、を備え、また、
ピストンロッド６内には請求の範囲の減衰力特性可変手
段を構成するロータリーバルブ１０が設けられると共
に、ショックアブソーバＳＡの上端にはコントロールロ
ッド１１を介して前記ロータリーバルブ１０をステップ
回転駆動させるステッピングモータ３が取り付けられた
構造となっている。なお、前記ステッピングモータ３と
しては、図３に示すような、ユニポーラ４相駆動による
２−２相励磁方式のものが用いられている。

【００１９】また、図１のシステムブロック図におい
て、１２はコントロールユニットであり、このコントロ
ールユニット１２には、インタフェース回路１２ａ，演
算回路１２ｂ，駆動信号発生回路１２ｃ，ＰＷＭ制御回
路１２ｄ，ステッピングモータ駆動回路１２ｅを備えて
いる。

【００２０】また、前記各ステッピングモータ３には、
車両電源（ＤＣ１２Ｖ）が供給されており、この車両電
源から変圧回路１２ｆを介して得られたＤＣ５Ｖの電源
が演算回路１２ｂに供給されている。そして、ステッピ
ングモータ３に対する供給電圧（電源電圧）は、電圧検
出回路１２ｇで検出されると共に、演算回路１２ｄにフ
ィードバックされるようになっている。

【００２１】そして、前記インタフェース回路１２ａに
は、加速度センサ（Ｇセンサ）１３、舵角センサ１４、
車速センサ１５、およびブレーキセンサ１６からの各信
号が入力され、続く演算回路１２ｂでは、インタフェー
ス回路１２ａからの各信号に基づいて車両における各シ
ョックアブソーバＳＡの減衰力特性を最適制御するため
の制御信号が求められる。

【００２２】また、前記駆動信号発生回路１２ｃでは、
演算回路１２ｂからそれぞれ入力される各制御信号に基
づいて各ショックアブソーバＳＡにおけるステッピング
モータ３を目標ステップ位置までステップ駆動させるた
めのステップ駆動信号が出力される。

【００２３】また、前記ＰＷＭ制御回路１２ｄでは、駆
動信号発生回路１２ｃから出力されれるステップ駆動信
号の各ステップごとの駆動信号を時間軸方向に４分割す
ると共に、各分割ステップごとの駆動信号をＰＷＭ制御
することにより、各分割ステップにおける駆動信号のオ
ンデューティ比を段階的に増加もしくは減少させた状態
で各ステッピングモータ駆動回路１２ｅに供給させるた
めの補正制御が行なわれる。

【００２４】また、前記演算回路１２ｂでは、電圧検出
回路１２ｇからフィードバックされる電源電圧の変動に
基づいてＰＷＭ制御回路１２ｄから駆動信号発生回路１
２ｃに対し出力される駆動信号の駆動パターンの選択制
御が行なわれる。即ち、ステッピングモータ３への供給
電圧（電源電圧）がＤＣ１２Ｖ以上である時には基本駆
動パターンへの選択切り換え制御が行なわれ、ＤＣ１２
Ｖ未満でＤＣ９Ｖ以上である時には第１修正駆動パター
ンへの選択切り換え制御が行なわれ、さらに、ＤＣ９Ｖ
未満でＤＣ８Ｖ以上である時には第２修正駆動パターン
への選択切り換え制御が行なわれるようになっている。

【００２５】まず、電源電圧正常時における基本駆動パ
ターンについて説明する。図４は、ステッピングモータ
の各相（Ａ相，Ａ’相，Ｂ相，Ｂ’相）に対する各分割
ステップにおける印加電圧と駆動信号のオンデューティ
比を示すタイムチャートであり、基本駆動パターンにお
いては、各分割ステップのオンデューティ比（％）をそ
れぞれ０％，38％，71％，92％， 100％とし、０％と 1
00％との間で４段階の切り換えを可能としたもので、Ａ
相ではオンデューティ比（％）を０％から段階的に増加
させ、また、Ｂ相では 100％から段階的に減少させるこ
とにより、各ステップをさらに４段階に分割細分化する
ことができる。即ち、この実施例では、サンプリング周
期6.66msで４分割し、チョッピング周波数を４K Hzとす
るものである。

【００２６】また、図５(イ) は、分割された各ステップ
のオンデューティ比（0 ％，38％，71％，92％， 100
％）を棒グラフ状に表わしたものであり、この図に示す
ように、オンデューティ比をサイン波に近似するように
各ステップを等分割すると共に、Ａ相とＢ相の位相を90
°ずらすことにより、図５(ロ) の実線で示すように、印
加電流（磁力）のつり合いでステッピングモータ３のロ
ータを１／４刻みで保持させることが可能となる。即
ち、各ステップの幅を従来の１／４に縮小することがで
きるもので、これにより、ステッピングモータ３の駆動
時における発生振動を大幅に抑制することができる。

【００２７】次に、図９の(ロ) は、ステッピングモータ
３を以上の実施例の駆動方法に基づいてステップ駆動さ
せた場合の減衰力波形を示すタイムチャートであり、こ
の図に示すように、従来例（図９の(イ) ）において発生
していた減衰力波形の乱れがなくなっている。

【００２８】次に、電源電圧低下時における修正駆動パ
ターンについて説明する。まず、第１修正駆動パターン
においては、各分割ステップのオンデューティ比（％）
をそれぞれ０％，52％，80％，95％， 100％とするもの
である。即ち、図６は、分割された各ステップのオンデ
ューティ比（0 ％，52％，80％，95％， 100％）を棒グ
ラフ状に表わしたものであり、この図に示すように、前
述の通常駆動パターンに比べ、初期のオンデューティ比
を高めて全体的な形状を矩形に近づけることにより、各
ステップにおける駆動電流の平均値を高めるようにした
ものである。

【００２９】次に、第２修正駆動パターンにおいては、
各ステップにおける駆動電流の平均値をさらに高めるた
めに、図７に示すように、各分割ステップのオンデュー
ティ比（％）を全て 100％とするもので、即ち、ＰＷＭ
制御回路１２ｄによる駆動信号のＰＷＭ制御を停止させ
た状態とするものである。

【００３０】なお、図８は、前記駆動パターンにおける
各分割ステップのオンデューティ比を示すグラフであ
り、(イ) は基本駆動パターン、(ロ) は第１修正駆動パタ
ーン、(ハ) は第２修正駆動パターンをそれぞれ示してい
る。

【００３１】従って、電源電圧低下時においてはその程
度に応じて第１修正駆動パターンまたは第２修正駆動パ
ターンに切り換え制御することにより、電源電圧低下に
よる発生トルクの低下を平均電流値の上昇で補うことが
できるようになる。

【００３２】以上説明してきたように、実施例のステッ
ピングモータ３の駆動方法にあっては、以下に列挙する
効果が得られる。ＰＷＭ制御中における電源電圧の低下に基づくステ
ッピングモータ３の誤作動を防止することができるよう
になる。

【００３３】ステッピングモータ３の駆動時におけ
る発生振動を大幅に抑制することができ、これにより、
車内に伝達される異音のレベルを低減させることができ
るようになる。減衰力特性の切り換えがより細分化されたステップ
で行なわれるため、減衰力波形の乱れをなくすことがで
きるようになる。

【００３４】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。なお、この他の実施例おいては前記第１実施例との
相違点についてのみ説明する。

【００３５】（第２実施例）この第２実施例では、図１
０のマップに示すように、電源電圧Ｖの変動に対する各
分割駆動パターンの切り換えをマップ化し、第１実施例
より細かく７段階に切り換えるようにしたものである。

【００３６】（第３実施例）この第３実施例では、各分
割駆動パターン，，，のオンデューティ比を下
記の計算式(1),(2),(3),(4) に基づいて求めるようにし
たものである。

【００３７】Ｄ₁ ＝−Ｋ₁ ・Ｖ＋α ・・・・・・・・(1) Ｄ₂ ＝−Ｋ₂ ・Ｖ＋β ・・・・・・・・(2) Ｄ₃ ＝−Ｋ₃ ・Ｖ＋γ ・・・・・・・・(3) Ｄ₄ ＝１００・・・・・・・・・・・・・・・・(4) なお、α，β，γは基本係数、Ｋ₁ ，Ｋ₂ ，Ｋ₃ は電源
電圧Ｖに応じた修正係数であり、これらの各係数は、図
１１に示す電源電圧Ｖに対する各分割駆動パターン，
，におけるオンデューティ比の可変特性となるよう
な値に設定されている。

【００３８】（第４実施例）この第４実施例では、第１
〜第３実施例が４つの分割駆動パターン，，，
による７分割であるのに対し、６つの分割駆動パターン
，，，，，による１１分割としたものであ
る。

【００３９】即ち、図１２に示すように、サンプリング
周期５msで６分割し、チョッピング周波数を８K Hzとす
るものである。このように、分割数を増やすことによ
り、ステッピングモータ３の駆動をさらに滑らかにする
ことができる。

【００４０】以上、実施例を図面に基づいて説明してき
たが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっ
ても本発明に含まれる。

【００４１】例えば、実施例では、各ステップ全体をＰ
ＷＭ制御するようにした場合を示したが、各ステップの
立ち上がり部分のみをＰＷＭ制御する場合にも本発明を
適用することができる。

【００４２】また、実施例では、ステッピングモータ３
として、ユニポーラ４相駆動による２−２相励磁方式の
ものを用いる場合を例にとったが、その種類や駆動方式
等は任意である。

【００４３】また、実施例では、演算回路１２ｂから駆
動信号発生回路１２ｃとＰＷＭ制御回路１２ｄに対して
並列に信号を出力すると共に、駆動信号発生回路１２ｃ
の駆動信号を補正する形でＰＷＭ制御回路１２ｄから駆
動信号発生回路１２ｃに対して信号を出力するような構
成としたが、インタフェース回路１２ａ，演算回路１２
ｂ，駆動信号発生回路１２ｃ，ＰＷＭ制御回路１２ｄ，
ステッピングモータ駆動回路１２ｅの順で全ての回路を
直列に配した回路とすることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明請求項
１記載のステッピングモータの駆動方法にあっては、Ｐ
ＷＭ制御手段によりステッピングモータをステップ駆動
する駆動信号のオンデューティ比を制御した状態でステ
ッピングモータ駆動回路に供給するようにしたステッピ
ングモータの駆動方法において、前記ステッピングモー
タ駆動回路の電源電圧を検出し、該電源電圧の値に応じ
て前記オンデューティ比を変化させるようにしたこと
で、ＰＷＭ制御中における電源電圧の低下に基づくステ
ッピングモータの誤作動を防止することができるように
なるという効果が得られる。

【００４５】また、請求項２記載のステッピングモータ
の駆動方法では、ステッピングモータをステップ駆動す
る各ステップごとの駆動信号を時間軸方向に複数に分割
し、各分割ステップごとの駆動信号をＰＷＭ制御するこ
とにより、各分割ステップにおける駆動信号のオンデュ
ーティ比を段階的に増加もしくは減少させた状態でステ
ッピングモータ駆動回路に供給するようにしたことで、
各ステップをさらに複数段階に分割細分化できるため、
ステッピングモータ駆動時における振動の発生を抑制す
ることができるようになるという効果が得られる。

【００４６】また、請求項３記載のステッピングモータ
の駆動方法では、減衰力特性可変型ショックアブソーバ
における減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピ
ングモータに請求項１記載のステッピングモータの駆動
方法を適用することによって、各ステッピングモータの
振動によって車内に伝達される異音のレベルを低減させ
ることができると共に、減衰力特性の切り換えがより小
さなステップで行なわれるため、減衰力波形の乱れをな
くすことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステッピングモータの駆動方法を、車
両の減衰力特性可変型ショックアブソーバにおける減衰
力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピングモータに
適用した第１実施例を示すシステムブロック図である。

【図２】本発明第１実施例に適用した車両の減衰力特性
可変型ショックアブソーバを示す断面図である。

【図３】本発明第１実施例におけるステッピングモータ
およびその駆動回路部分の詳細を示す図である。

【図４】本発明第１実施例におけるステッピングモータ
の各相に対する各分割ステップにおける印加電圧と駆動
信号のオンデューティ比を示すタイムチャートである。

【図５】第１実施例における基本駆動パターンにおける
駆動信号およびステッピングモータのステップ駆動状態
を示すタイムチャートである。

【図６】第１実施例における第１修正駆動パターンにお
ける駆動信号を示すタイムチャートである。

【図７】第１実施例における第２修正駆動パターンにお
ける駆動信号を示すタイムチャートである。

【図８】第１実施例における各駆動パターンにおける各
分割ステップのオンデューティ比を示すグラフであり、
(イ) は基本駆動パターン、(ロ) は第１修正駆動パター
ン、(ハ) は第２修正駆動パターンをそれぞれ示してい
る。

【図９】減衰力特性可変型ショックアブソーバにおける
減衰力特性可変手段を駆動する駆動用ステッピングモー
タを駆動させた場合の減衰力波形を示す図であり、(イ)
は従来例の駆動方法に基づいた場合、(ロ) は実施例の駆
動方法に基づいた場合を示す。

【図１０】第２実施例における電源電圧の変動に対する
分割駆動パターンの切り換え特性を示すマップである。

【図１１】第３実施例における電源電圧に対する各分割
駆動パターンにおけるオンデューティ比の可変特性を示
す図である。

【図１２】第４実施例における駆動信号の分割状態を示
す図である。

【符号の説明】３ステッピングモータ１２ｅステッピングモータ駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＷＭ制御手段によりステッピングモー
タをステップ駆動する駆動信号のオンデューティ比を制
御した状態でステッピングモータ駆動回路に供給するよ
うにしたステッピングモータの駆動方法において、前記ステッピングモータ駆動回路の電源電圧を検出し、
該電源電圧の値に応じて前記オンデューティ比を変化さ
せるようにしたことを特徴とするステッピングモータの
駆動方法。
【請求項２】ステッピングモータをステップ駆動する
各ステップごとの駆動信号を時間軸方向に複数に分割
し、各分割ステップごとの駆動信号をＰＷＭ制御手段で
ＰＷＭ制御することにより、各分割ステップにおける駆
動信号のオンデューティ比を段階的に増加もしくは減少
させた状態でステッピングモータ駆動回路に供給するこ
とを特徴とする請求項１記載のステッピングモータの駆
動方法。
【請求項３】ステッピングモータが減衰力可変型ショ
ックアブソーバにおける減衰力特性可変手段を駆動する
駆動用ステッピングモータである請求項１または２記載
のステッピングモータの駆動方法。