[发明专利]步进电动机的驱动方法

说明书

本发明是有关步进电动机的驱动方法，尤其是应用于印刷字盘的驱动机构，或用于作为送纸机构驱动源的步进电动机的驱动方法。

将载有印字头的字盘沿着压纸卷筒边进行移动，边对上述印字头进行选择的驱动，并在记录用纸上印下一行的印字，印下这一行的印字之后，随将上述记录用纸的一行传送走，然后对下一行的记录反复地进行所规定的记录，采取这种记录方式的串行印刷机，多被用于计算机或代码处理程序的输出装置。

而且，在这种串行印刷机中，为了驱动控制字盘的驱动机构或送纸机构，通常都在应用这种步进电动机。使用这种步进电动机的原因如下：

1．电动机的回转角与输入脉冲数成比例，而且不产生累积误差。

2．电动机的旋转速度与输入脉冲成比例，且可用于精密的同步运转，控制范围宽。

3．起动和停止特性非常好，在自起动频率以下可进行一定频率下的运转。

4．响应特性高，输出也大。

5．只要对应目标位置产生输入脉冲，则即可对位置进行控制。

6．可进行数字控制。

步进电动机的结构原理如图9所示，例如它是由相间隔90°角配置的第1(A)、第2(B)、第3(C)和第4(D)的磁极(相)2、3、4、5的定子，与由N极和S极相间隔180°角的自由旋转的永久磁铁的转子而组成，这个转子7与图未示出的输出轴相连接。而在第1(A)和第3(C)的磁极2和4上绕制上第1线圈8，在第2(B)和第4(D)的磁极3和5上绕制上第2线圈9。

为了回转驱动步进电动机1，使激磁电流流过定子6的各相线圈8和9，由电流而产生磁场，从而在定子6和转子7之间产生相吸或相斥的电磁力。通过这个激磁电流的顺序转换，而在定子6和转子7之间的电磁力随之进行转换并形成转子的驱动力矩。

图10所示是驱动普通步进电动机的电动机驱动集成电路(IC)的方框图。从本图所示，电动机驱动集成电路(IC)10，是由控制回路11、驱动回路12和电源13而组成。上述控制回路11，除外接口设备外，还具有控制可变输入电压、回转速度、方向、距离和角度等整体功能，对步进电动机可进行脉冲定时的控制。而上述驱动回路12是通过上述控制回路11的脉冲信号向各相分配，经过放大后按一定顺序对步进电机1的各相进行激磁的回路。上述电源13，是步进电机驱动用和集成回路(IC)用两种所必需的。

在步进电机1的驱动方式中，包括单极驱动和双极驱动。

上述单极驱动如图11的1例所示，各线圈分别与1个晶体管21、22、23和24相连接，在每个晶体管分别处于ON状态，各线圈中只有一个方向的电流流过。而双极驱动如图12所示，各个线圈是与晶体管的25、26、27和28相连接，如仅以A相说明，当进行动作时，由于第1晶体管25和第4晶体管28处于ON状态，因此有A方向的电流流过，而当第2晶体管26和第3晶体管27ON时，则有反向的B方向电流流过。单极驱动和双极驱动相比，单极的晶体管数比双极的晶体管数少1/2，组成回路简单，但双极驱动与单极驱动在输入功率相同的情况下，双极驱动的电机力矩为大，这是其优点。在后述的本发明中所采用的步进电机1的驱动方法就是双极驱动。

激磁电流的通电方式，包括有1相激磁，1-2相激磁和2-2相激磁等。

由上述1相激磁步进电机1的驱动方法，是通过按每1相的顺序对各相进行激磁，它是以基本步进角进行回转的最基本的驱动方法，角度精度高但驱动力矩小，且功率效率不理想，正因此缺点而应用的不太多。因此在1相激磁下，将其驱动时的1个步进角称为基本步进角。

由上述2-2相激磁步进电机1的驱动方法，通常是对相邻位的2相同时进行激磁，采取一次转换1个相的激磁方法，一般情况2相激磁比1相激磁其功率的利用率高，同一个电机电源电压可获得高的输出，而且对转子的过冲击振动也起抑制作用，因此多采用这种步进电机1的驱动方法。

由述1-2相激磁步进电机1的驱动方法，是采取1相激磁和2-2相激磁反复交替的方法，由1相激磁转子的停止位置和由2-2相激磁的停止位置，其基本步进角仅滑动1/2，由于这2个激磁状态是反复交替进行，因此可获得由1相激磁和2-2相激磁驱动的步进角的1/2步进角输出。这种方法与其它驱动方法相比，其分辨率倍增且可送出细小的步进，同时可在低噪音下进行驱动，当然为了在高速时进行稳定的驱动，且需要获得准确的回转量时，也采用这种方法。

但是，在这种步进电机1的驱动方式中，也存在有为确保高速运转时的力矩需增大输入功率，在低速运转领域因力矩过大而产生振动和噪音的问题。