專利名稱：步進電動機驅(qū)動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種OA設備、信息設備等所用的步進電動機的驅(qū)動裝置。具體來說，涉及一種可以高精度地對步進電動機進行位置控制的驅(qū)動裝置。
以往，對于步進電動機的驅(qū)動裝置，已知的有日本專利申請?zhí)亻_平6-343294號公報揭示的裝置。圖4是該步進電動機驅(qū)動裝置的框圖。
圖4中，驅(qū)動電路302依次使步進電動機301的2相定子繞組勵磁。步進電動機由此得到步進驅(qū)動?？赡嬗嫈?shù)器351對電動機301步進驅(qū)動所用的指令信號即步進信號進行計數(shù)。只讀存儲器(以下稱為ROM)352和353輸入計數(shù)器351的計數(shù)值，輸出所存儲的與該計數(shù)值對應的勵磁信號數(shù)據(jù)。將數(shù)字信號變換為模擬信號的D/A變換器354和355輸入上述ROM352和353輸出的數(shù)字勵磁信號數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)變換為模擬電壓信號，輸出至驅(qū)動電路302。驅(qū)動電路302輸入D/A變換器354和355輸出的電壓信號，放大該電壓信號，通過將該放大電壓加在電動機301上，如上文所述驅(qū)動電動機301。
上述構成當中，ROM352和353存儲的數(shù)據(jù)設定為如同擬合正弦波。這樣，通過增加電動機每一轉(zhuǎn)所需的步數(shù)，每一步的步距角便減小，因此可平滑地驅(qū)動電動機。
但如上所述的現(xiàn)有構成中，因保持轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩變動的影響，難以確保電動機的位置控制精度。這里所說的保持轉(zhuǎn)矩(detent torque)，是指在定子繞組未勵磁狀態(tài)下，與要使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的外部轉(zhuǎn)矩相平衡，電動機設法保持原來狀態(tài)所產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。
此外，問題還在于，在例如電動機301連接一編碼器，將電動機301的旋轉(zhuǎn)位置信息反饋給控制電路，這樣進行所謂的閉環(huán)位置控制時，位置精度高的驅(qū)動裝置其電路構成變得復雜。
本發(fā)明正是解決上述現(xiàn)有問題的，其目的在于，用簡單電路構成，提供一種可按編碼器所具有的精度加以控制，并且噪聲、振動少的步進電動機驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的步進電動機驅(qū)動裝置具有以下構成。
(a)包括步進電動機、編碼器、控制電路和驅(qū)動電路，(b)編碼器檢測步進電動機活動件位置，(c)控制電路(c-1)一旦有指令脈沖信號輸入，便輸出一擬合正弦波信號，用以與時鐘信號同步對步進電動機進行微步進驅(qū)動，(c-2)一旦有編碼器輸出的活動件位置信號輸入，便停止輸出擬合正弦波信號，(d)驅(qū)動電路放大擬合正弦波信號，來驅(qū)動步進電動機。
按照此構成，可以按編碼器所具有的精度對電動機進行旋轉(zhuǎn)控制，利用微步進驅(qū)動提高位置精度。而且，可以消除保持轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩變動影響所造成的位置偏移，能夠平滑地驅(qū)動，可以減小噪聲、振動。
附圖簡要說明圖1是示意本發(fā)明實施例步進電動機驅(qū)動裝置的框圖；圖2是示意該裝置中步進控制電路的框圖；圖3是用于該裝置動作說明的信號圖；圖4是示意現(xiàn)有例步進電動機驅(qū)動裝置的框圖。
以下參照


本發(fā)明實施例。
圖1是示意本發(fā)明實施例步進電動機驅(qū)動裝置的框圖。
圖1中，驅(qū)動電路2依次使步進電動機1的2相定子繞組勵磁。作為電動機1活動件的轉(zhuǎn)子(未圖示)，由此得到步進驅(qū)動。
步進控制電路4輸入時鐘信號101、指令脈沖信號103和編碼器信號105，而將驅(qū)動信號108和109輸出給驅(qū)動電路2。
這里，時鐘信號101是以例如石英振子的振蕩頻率等高精度頻率為基準生成的信號。指令脈沖信號103是用以步進驅(qū)動電動機1的指令信號。編碼器信號105是用以檢測電動機1轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置的編碼器3的檢測信號。
驅(qū)動信號108和109是控制電路4一旦有指令脈沖信號103輸入便按時鐘信號101的周期對電動機1進行微步進驅(qū)動所用的擬合正弦波信號?？刂齐娐?一旦有編碼器信號105輸入，便停止輸出這些驅(qū)動信號108和109。
就上述構成說明電動機控制動作。
控制電路4一旦輸入指令脈沖信號103，就將用以與時鐘信號101同步對電動機1進行微步進驅(qū)動的擬合正弦波驅(qū)動信號108和109輸出給驅(qū)動電路2。驅(qū)動電路2放大這些驅(qū)動信號108和109，提供給電動機1。編碼器3檢測電動機1轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置，向控制電路4輸出作為編碼器信號105?？刂齐娐?受理該編碼器信號105的輸入，停止擬合正弦波驅(qū)動信號108和109輸出給驅(qū)動電路2。
參照圖2和圖3說明控制電路4的構成例及其動作。圖2是示意該裝置中步進控制電路的框圖；圖3是用于該裝置動作說明的信號圖。
圖2中，SR鎖存電路41由指令脈沖信號103設置，由編碼器信號105復位。AND電路42取SR鎖存電路41輸出信號107和時鐘信號101的邏輯積，輸出至計數(shù)器43。
ROM44和45輸入計數(shù)器43的計數(shù)值，將與這些計數(shù)值對應的數(shù)字數(shù)據(jù)分別輸出至D/A變換器46和47。D/A變換器46和47構成為將這些數(shù)字數(shù)據(jù)變換為模擬量的擬合正弦波信號108和109，輸出給驅(qū)動電路2。上述擬合正弦波信號108和109是例如圖3中信號108和109所示的那種以階梯形式近似于正弦波的信號。
這里就圖3所示的信號圖再稍微詳細地加以說明。
SR鎖存電路41一旦有指令脈沖信號103由低電平(以下用L表示)變化為高電平(以下用H表示)的上升沿輸入，其輸出Q便保持H。這時，AND電路(“與”門電路)42的某一輸入即信號107為H，因而另一輸入即時鐘信號101按原樣通過AND電路42，從AND電路42輸出。計數(shù)器43對該AND電路42輸入的時鐘信號101的上升沿計數(shù)。
ROM44將計數(shù)器43輸入的計數(shù)值所對應的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出至D/A變換器46。該D/A變換器46將所輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)變換為模擬量的擬合正弦波信號108。
這里，形成該信號108的方式如下。計數(shù)器43輸入一次時鐘信號101的上升沿，便使計數(shù)值遞進規(guī)定值，遞進到輸入4次為止。這樣，就可由時鐘信號101的8個脈沖形成擬合正弦波信號的一個周期(電角度360度)。
同樣，ROM45將計數(shù)器43輸入的計數(shù)值所對應的數(shù)字數(shù)據(jù)輸出至D/A變換器47。該D/A變換器47將所輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)變換為模擬量的擬合正弦波信號109。
ROM45存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)與ROM44存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)相比有如下不同。分別將數(shù)據(jù)存儲于ROM44和ROM45中，使得擬合正弦波信號109相對于擬合正弦波信號108，滯后時鐘信號101的2個脈沖，即電角度90度相位。
SR鎖存電路41一旦有編碼器信號105上升沿輸入，SR鎖存電路41便復位，其輸出Q翻轉(zhuǎn)為L。這時，AND電路42其中一輸入即信號107為L，因而不論另一輸入即時鐘信號101如何，AND電路42均輸出L。計數(shù)器43因為該AND電路42輸入的信號總是L而停止計數(shù)。因此，ROM44和45輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)便固定(停止變化)，擬合正弦波信號108和109也固定為這以前的電壓值。這樣，一旦有編碼器信號105輸入SR鎖存電路41，D/A變換器46和47便停止輸出擬合正弦波信號108和109。
由上述說明可知，一旦輸入指令脈沖信號103，步進控制電路4便向驅(qū)動電路2輸出與時鐘信號101同步但相互差90度相位的2相擬合正弦波信號108和109。該控制電路4一旦有編碼器信號105輸入，便停止輸出該擬合正弦波信號108和109。
這樣，驅(qū)動電動機1所用的擬合正弦波信號108和109根據(jù)時鐘信號101形成。該時鐘信號101，由于是以極高精度、具有很好穩(wěn)定性的例如石英振子的振蕩頻率進行分頻生成的，因而擬合正弦波信號108和109在高精度和穩(wěn)定性方面也很優(yōu)異。
而電動機1的停止是相應于編碼器信號105進行的。所以，只要所用的編碼器3達到高精度，與此相應的電動機1的位置控制也會達到高精度。另外，電動機旋轉(zhuǎn)速度可以隨指令脈沖信號103的頻率變化而變化。例如，要提高旋轉(zhuǎn)速度，只要提高指令脈沖信號103的頻率就行。
如上所述，本發(fā)明的步進電動機驅(qū)動裝置，利用上述構成，控制電路4一旦有脈沖指令信號103輸入，便對電動機1進行基于擬合正弦波信號的微步進驅(qū)動，而且可以使之停止于編碼器3檢測的旋轉(zhuǎn)位置。換言之，可以按編碼器所具有的精度控制。因而，可以不受保持轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩變動的影響，提高微步進驅(qū)動時的位置精度，實現(xiàn)噪聲、振動少的平滑旋轉(zhuǎn)。
本實施例中，擬合正弦波信號108和109是以時鐘信號101的8個脈沖為一個周期的，但不限于8個脈沖。而且其構成為直接將擬合正弦波信號108和109輸入驅(qū)動電路2中進行功率放大，但根據(jù)需要，這些信號108和109也可以在經(jīng)過平滑濾波器、更加平滑的基礎上，輸入驅(qū)動電路2。
分別對定子繞組勵磁用的驅(qū)動信號，其波形也并非必須是本實施例那種擬合正弦波。具體來說，驅(qū)動信號的波形，只要是與時鐘信號同步形成，并可根據(jù)這樣形成的驅(qū)動信號波形，對步進電動機進行微步進驅(qū)動的波形形狀即可。
本實施例中說明的是步進電動機其定子繞組按2相構成的例子，但對于非2相的步進電動機也同樣能夠?qū)嵤?。此外，本發(fā)明的驅(qū)動裝置不僅適用步進電動機其活動件是旋轉(zhuǎn)類型的電動機，而且適用于直線運動類型的電動機。
本實施例中，步進控制電路4、驅(qū)動電路2均是作為獨立電路說明的，但不用說，也可以按集成電路構成一包含上述電路在內(nèi)的電路。
權利要求
1.一種步進電動機驅(qū)動裝置，(a)包括步進電動機、編碼器、控制電路和驅(qū)動電路，其特征在于，(e)步進電動機驅(qū)動裝置構成為，(b)所述編碼器檢測所述步進電動機活動件位置，(c)所述控制電路(c-1)一旦有指令脈沖信號輸入，便輸出一擬合正弦波信號，用以與時鐘信號同步對所述步進電動機進行微步進驅(qū)動，(c-2)一旦有所述編碼器輸出的活動件位置信號輸入，便停止輸出擬合正弦波信號，(d)驅(qū)動電路放大擬合正弦波信號，來驅(qū)動所述步進電動機。
2.如權利要求1所述的步進電動機驅(qū)動電路，其特征在于，步進電動機屬于活動件旋轉(zhuǎn)的類型。
3.一種步進電動機驅(qū)動裝置，(a)包括步進電動機、編碼器、控制電路和驅(qū)動電路，其特征在于，(f)步進電動機驅(qū)動裝置構成為，(b)所述步進電動機具有卷繞有定子繞組的定子和活動件，(c)所述編碼器檢測活動件位置，(d)所述控制電路(d-1)一旦有指令脈沖信號輸入，便輸出一驅(qū)動信號，用以與時鐘信號同步對所述步進電動機進行驅(qū)動，(d-2)一旦有所述編碼器輸出的檢測信號輸入，便停止輸出該驅(qū)動信號，(e)驅(qū)動電路放大驅(qū)動信號，使定子繞組勵磁。
4.如權利要求3所述的步進電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，步進電動機具有多相定子繞組，對所述多相定子繞組分別勵磁用的驅(qū)動信號，互相具有規(guī)定的相位差。
5.如權利要求4所述的步進電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，驅(qū)動信號是擬合正弦波信號。
全文摘要
本發(fā)明為一種OA設備、信息設備等所用的步進電動機驅(qū)動裝置,設有一控制電動機微步進驅(qū)動的步進控制電路,根據(jù)檢測電動機活動件位置的編碼器所輸出的信號,停止該微步進驅(qū)動。由此提供一種不受保持轉(zhuǎn)矩等的影響,能夠進行高精度位置控制的優(yōu)異的步進電動機驅(qū)動裝置。
文檔編號H02P8/18GK1246754SQ9911817
公開日2000年3月8日 申請日期1999年8月26日 優(yōu)先權日1998年8月28日
發(fā)明者妹尾優(yōu)一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社