JP6163864B2 - Stepping motor drive unit - Google Patents
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Description
本発明は、ステッピングモータを駆動させるユニットに関する。特に本発明は、ユニポーラ型2相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、両者を接続するケーブルとを設けた、ステッピングモータ駆動ユニットに関するものである。 The present invention relates to a unit for driving a stepping motor. In particular, the present invention relates to a stepping motor driving unit provided with a unipolar type two-phase stepping motor, the motor driver for driving the motor, and a cable connecting them.
ステッピングモータのうち、ユニポーラ型2相ステッピングモータの多くは、図1や図2に示すように、それぞれバイファイラ巻きされた2対のコイル(A相コイル33とAB相コイル34、B相コイル35とBB相コイル36)を有しており、各対のコイルは電磁的に強く結合している。ユニポーラ型2相ステッピングモータには、2対のコイルの巻線の一端が、対となるコイルとは逆方向に回生電流が流れるように内部で接続され、コモン線としてモータ外部に引き出されている6線式のモータ31(図1)と、2対のコイルの巻線の両端が、それぞれモータ外部に引き出されている8線式のモータ32(図2)がある。なお8線式のモータは、各対のコイルの巻線の一端から引き出されたリード線同士をモータの外部で接続すれば6線式モータと見なすことができる。直接リード線を引き出す代わりに、リード線またはケーブルを接続するためのコネクタが付く仕様のモータもあるが、基本構成は同じである。図1に示す6線式ユニポーラ型2相ステッピングモータ31のリード線またはコネクタの端子を識別するために、各線または端子を、以下、A相101、A相コモン102、AB相(あるいはAバー相)103、B相111、B相コモン112、BB相(あるいはBバー相)113と呼ぶ。同様に図2に示す8線式ユニポーラ型2相ステッピングモータ32のリード線またはコネクタの端子についても、以下、A相101、A相リターン104、AB相103、AB相リターン105、B相111、B相リターン114、BB相113、BB相リターン115と呼ぶ。
Of the stepping motors, many of the unipolar type two-phase stepping motors, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, are two pairs of coils (A phase coil 33, AB phase coil 34, B phase coil 35, respectively) wound by bifilar. BB phase coil 36), and each pair of coils is strongly coupled electromagnetically. In the unipolar type two-phase stepping motor, one end of the windings of two pairs of coils is connected internally so that a regenerative current flows in a direction opposite to the pair of coils, and is drawn out of the motor as a common wire There is a 6-wire motor 31 (FIG. 1) and an 8-wire motor 32 (FIG. 2) in which both ends of the windings of two pairs of coils are drawn out of the motor. The 8-wire motor can be regarded as a 6-wire motor if the lead wires drawn from one end of the windings of each pair of coils are connected outside the motor. Some motors have a connector with a connector for connecting the lead wire or cable instead of directly pulling out the lead wire, but the basic configuration is the same. In order to identify the lead wire or connector terminal of the 6-wire unipolar type two-phase stepping motor 31 shown in FIG. 1, each wire or terminal is hereinafter referred to as
ユニポーラ型2相ステッピングモータは、定電圧または定電流で制御するモータドライバとを組み合わせて用いられ、定電流で制御する場合はPWM方式(パルス幅変調方式)による制御が多く用いられる。ユニポーラ型2相ステッピングモータとモータドライバとの間はケーブルにより接続される。 A unipolar type two-phase stepping motor is used in combination with a motor driver controlled by a constant voltage or a constant current, and when controlled by a constant current, control by a PWM method (pulse width modulation method) is often used. The unipolar type two-phase stepping motor and the motor driver are connected by a cable.
従来から用いられている、6線式ユニポーラ型2相ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルの一例を図3および図4に示す。図3に示すケーブルは、モータドライバとモータとのA相101同士、A相コモン102同士、AB相103同士、B相111同士、B相コモン112同士、BB相113同士がそれぞれ絶縁体122で被覆された電線で接続され、当該6本の電線が撚られて1本の束となった態様となっている。図4に示すケーブルは、モータドライバとモータとのA相101同士、A相コモン102同士、AB相103同士、B相111同士、B相コモン112同士、BB相113同士が、それぞれ同軸ケーブルで接続され、
モータドライバとモータとのA相101同士を接続した同軸ケーブル、モータドライバとモータとのA相コモン102同士を接続した同軸ケーブル、およびモータドライバとモータとのAB相103同士を接続した同軸ケーブルの3本、ならびに
モータドライバとモータとのB相111同士を接続した同軸ケーブル、モータドライバとモータとのB相コモン112同士を接続した同軸ケーブル、およびモータドライバとモータとのBB相113同士を接続した同軸ケーブルの3本が、
それぞれ撚られて束となった態様となっている。なお、各同軸ケーブルの外側の導体はフレームグランド121と接続しており、シールドの役割を果たしている。
An example of a conventional cable used to connect a 6-wire unipolar type two-phase stepping motor and a motor driver is shown in FIGS. In the cable shown in FIG. 3, the insulators 122 include the
Coaxial cable connecting A
Each is a twisted bundle. The outer conductor of each coaxial cable is connected to the frame ground 121 and serves as a shield.
ユニポーラ型2相ステッピングモータが6線式(図1)の場合、PWM方式モータドライバの多くは、前記モータのA相コモン102とB相コモン112に所定の直流電圧(図1の場合24V)を印加した上で、A相を励磁する時はA相のスイッチング素子を以下の(A)から(D)に示すようにON/OFFさせる。
(A)A相のスイッチング素子をONにすることで、励磁電流がA相コイル33を流れる。(B)前記電流が時間と共に増加して所定の電流値に達した時点で、A相のスイッチング素子をONからOFFに切り替えると、電流がA相のスイッチング素子を流れることができなくなるため、ほぼ等しい大きさの回生電流がAB相コイル34に流れる。
(C)AB相コイル34を流れる回生電流が徐々に減少する。
(D)所定の時間またはON/OFF周期の残りの時間が経過した時点で、再び前記スイッチング素子をONに切り替える。
代表的なPWM方式モータドライバではON/OFFが数十μ秒の周期でくりかえされる。加速時には、励磁電流によって電源からステッピングモータに供給されるエネルギーを回生電流によって回収されるエネルギーより大きくするため、ON時間がOFF時間より長くなる。一方、減速時には、回収されるエネルギーを供給されるエネルギーより大きくするため、OFF時間がON時間より長くなる。
When the unipolar type two-phase stepping motor is a 6-wire type (FIG. 1), many PWM motor drivers apply a predetermined DC voltage (24V in FIG. 1) to the A-phase common 102 and B-phase common 112 of the motor. When the A phase is excited after being applied, the A phase switching element is turned ON / OFF as shown in the following (A) to (D).
(A) The excitation current flows through the A-phase coil 33 by turning on the A-phase switching element. (B) When the current increases with time and reaches a predetermined current value, when the A-phase switching element is switched from ON to OFF, the current cannot flow through the A-phase switching element. An equal amount of regenerative current flows through the AB phase coil 34.
(C) The regenerative current flowing through the AB phase coil 34 gradually decreases.
(D) When the predetermined time or the remaining time of the ON / OFF cycle has elapsed, the switching element is switched ON again.
In a typical PWM motor driver, ON / OFF is repeated at a period of several tens of microseconds. At the time of acceleration, since the energy supplied from the power source to the stepping motor by the excitation current is made larger than the energy recovered by the regenerative current, the ON time becomes longer than the OFF time. On the other hand, at the time of deceleration, the recovered energy is made larger than the supplied energy, so that the OFF time becomes longer than the ON time.
ここで、ステッピングモータ31とモータドライバ11とを接続するケーブル21が長くなると、ケーブル21に由来するインダクタンスが増加するが、ケーブルのインダクタンスは他のケーブルのインダクタンスと逆方向の電磁結合をもたない。したがってケーブルのインダクタンスに蓄えられた磁気エネルギーはスイッチング素子がOFFとなった時に他のケーブルに回生されない、漏れインダクタンスとなり、スイッチング素子に高い電圧がかかる。スイッチング素子としてバイポーラトランジスタを用いた場合は、C−E間電圧が過度に上がると、接合温度が上昇し、一次降伏に続いて二次降伏を起こし、破壊に至る。スイッチング素子としてパワーMOSFETを用いた場合は、二次降伏は起こさず、安定性に優れているものの、ブレークダウン電圧より高い電圧が加わると、アバランシェ現象が生じることが知られている。アバランシェ現象は大きな電圧がスイッチング素子にかかった間だけに発生するので、持続時間は短いが、電圧×電流×時間に等しい熱が生じ、局所的にパワーMOSFETのセル温度が上昇する。パワーMOSFETでは通常アバランシェ耐量が大きなMOSFETが使われるが、脆弱な設計のMOSFETを使用した場合、アバランシェ動作による損失が繰り返されると、半導体結晶の劣化が蓄積されてアバランシェ耐量が低下し、最終的には、寄生トランジスタがONになり、スイッチング素子の破壊に至ることがある。一方、スイッチング素子のON/OFFは数十kHzの頻度で繰り返し起こるので、単位時間あたりの全発熱量も無視できない。そのため、発熱量に対して、ドライバの冷却が十分でないと温度が過剰に上昇し、劣化が早まったり、破壊に至るという問題がある。
Here, when the cable 21 connecting the stepping motor 31 and the
なお、非特許文献1によると、モータの相コイルの結合(A相コイルとAB相コイルとの電磁結合、またはB相コイルとBB相コイルとの電磁結合)の悪さだけでなく、プリント回路板における回路パターンや、ステッピングモータから出るハーネスのリードインダクタンスの増加も、アバランシェ損失の発生要因になるとされている。
According to
アバランシェ損失によるモータドライバ温度の上昇を防ぐため、従来は、ユニポーラ型2相ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルの長さを短くしたり、駆動電流を抑えたり、ヒートシンクを付けたり、風通しをよくする等の対策を行なってきた。 To prevent the motor driver temperature from rising due to avalanche loss, conventionally, the length of the cable connecting the unipolar two-phase stepping motor and the motor driver is shortened, the drive current is reduced, a heat sink is attached, and ventilation is performed. We have taken measures such as improving it.
ユニポーラ型2相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、両者を接続するケーブルとを設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ステッピングモータを駆動させる電流の大きさが前記モータドライバの許容電流の上限に近い場合、または前記モータドライバ中のバイポーラトランジスタの二次降伏に対する余裕やMOSFETのアバランシェ破壊に対する余裕が小さい場合、前記モータドライバーを安定に動作させるためには、駆動電流を下げたり、電圧を抑えたり、ケーブルを短くしたり、ヒートシンク等により前記モータドライバを十分に冷却する必要があった。 In a stepping motor drive unit provided with a unipolar type two-phase stepping motor, a motor driver for driving the motor, and a cable for connecting them, the magnitude of the current for driving the stepping motor is the allowable current of the motor driver. If the upper limit is close, or if the margin for the secondary breakdown of the bipolar transistor in the motor driver or the margin for the avalanche breakdown of the MOSFET is small, in order to make the motor driver operate stably, the drive current is reduced or the voltage is decreased. It is necessary to sufficiently cool the motor driver by suppressing the length, shortening the cable, or using a heat sink.
そこで本発明の目的は、ユニポーラ型2相ステッピングモータと前記モータ駆動用モータドライバと両者を接続するケーブルとを設けたステッピングモータ駆動ユニットにおいて、モータドライバを定格の上限に近い条件で使ったり、ケーブルの長さが長い場合においても、モータドライバの発熱を抑えた、高い信頼性を有したユニットを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a stepping motor drive unit provided with a unipolar type two-phase stepping motor, a motor driver for driving the motor, and a cable for connecting the motor driver under conditions close to the upper limit of the rating, An object of the present invention is to provide a highly reliable unit that suppresses heat generation of a motor driver even when the length of the motor driver is long.
上記課題を鑑みてなされた本発明は、以下の発明を包含する。 The present invention made in view of the above problems includes the following inventions.
すなわち本発明の第一の態様は、
A相コイルとAB相コイルの対およびB相コイルとBB相コイルの対を有したユニポーラ型2相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記2対のコイルの両端と前記ドライバとを接続するケーブルと、を設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ケーブルが、
(1)A相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)AB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)B相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)BB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなる、前記モータ駆動ユニットである。
That is, the first aspect of the present invention is:
A unipolar two-phase stepping motor having a pair of A-phase coil and AB-phase coil and a pair of B-phase coil and BB-phase coil, the motor driver for driving the motor, both ends of the two pairs of coils, and the driver A stepping motor drive unit provided with a cable to be connected;
(1) A coaxial cable having a conductor connecting one end of a phase A coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the phase A coil and the driver;
(2) a coaxial cable having a conductor connecting one end of an AB phase coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the AB phase coil and the driver;
(3) a coaxial cable having a conductor connecting one end of a B-phase coil and the driver, a coaxial cable having a conductor connecting the other end of the B-phase coil and the driver, and (4) a BB phase coil A coaxial cable having a conductor connecting one end and the driver, and a conductor connecting the other end of the BB phase coil and the driver;
It is the said motor drive unit which consists of.
また本発明の第二の態様は、A相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端、およびB相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端が、それぞれモータ内で接続されている、第一の態様に記載のモータ駆動ユニットである。 In the second aspect of the present invention, one end of the A-phase coil and one end of the AB-phase coil, and one end of the B-phase coil and one end of the BB-phase coil are respectively connected in the motor. The motor drive unit according to the first aspect.
また本発明の第三の態様は、
A相コイルとAB相コイルの対およびB相コイルとBB相コイルの対を有したユニポーラ型2相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記2対のコイルの両端から引き出された導線と前記ドライバとを接続するケーブルと、を設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、
A相コイルの一方の端およびAB相コイルの一方の端から引き出された導線、ならびにB相コイルの一方の端およびBB相コイルの一方の端から引き出された導線が、それぞれモータ内で接続されており、かつ前記ケーブルが、
(1)A相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体とを有し、かつA相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体を他の両導体の間に配置した三層同軸ケーブル、および
(2)B相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体とを有し、かつB相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体を他の両導体の間に配置した三層同軸ケーブル、
からなる、前記モータ駆動ユニットである。
The third aspect of the present invention is as follows.
Unipolar type two-phase stepping motor having a pair of A-phase coil and AB-phase coil and a pair of B-phase coil and BB-phase coil, the motor driver for driving the motor, and a conductor drawn from both ends of the two pairs of coils And a stepping motor drive unit provided with a cable connecting the driver and
A conductor drawn from one end of the A-phase coil and one end of the AB-phase coil, and a conductor drawn from one end of the B-phase coil and one end of the BB-phase coil are respectively connected in the motor. And the cable is
(1) A state in which a conductor that is connected only to the other end of the A-phase coil and the driver, one end of the A-phase coil, and one end of the AB-phase coil are connected in the motor. And a conductor connecting the driver to the driver, a conductor connecting only the other end of the AB phase coil to the driver, and one end of the A phase coil; A three-layer coaxial cable in which a conductor connecting the driver and the lead wire drawn out in a state where one end of the AB phase coil is connected in the motor is disposed between the other conductors; and (2) B phase Conductor drawn from only the other end of the coil and a conductor connecting the driver, and lead drawn in a state where one end of the B-phase coil and one end of the BB-phase coil are connected in the motor And the driver And the conductor connection to, and a conductor for connecting the conductive wire drawn from only the other end of the BB-phase coil driver, and one end of the one end and the BB-phase coil of the B-phase coil the motor A three-layer coaxial cable in which a conductor connecting the conductor drawn out in a connected state and the driver is disposed between the other conductors;
It is the said motor drive unit which consists of.
また本発明の第四の態様は、モータドライバがパルス幅変調(PWM)方式モータドライバである、前記第一から第三の態様のいずれかに記載のモータ駆動ユニットである。 A fourth aspect of the present invention is the motor drive unit according to any one of the first to third aspects, wherein the motor driver is a pulse width modulation (PWM) motor driver.
また本発明の第五の態様は、モータドライバ中のスイッチング素子がパワーMOSFETである、前記第四の態様に記載のモータ駆動ユニットである。 A fifth aspect of the present invention is the motor drive unit according to the fourth aspect, wherein the switching element in the motor driver is a power MOSFET.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明における、ユニポーラ型2相ステッピングモータが有する2対のコイル(A相コイルとAB相コイルの対、およびB相コイルとBB相コイルの対)の両端とモータドライバとをそれぞれ接続するケーブル(以下、単に本発明のケーブルとする)は、
(1)A相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)AB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)B相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)BB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなることを特徴としている。
Cables for connecting both ends of two pairs of coils (a pair of A phase coil and AB phase coil, and a pair of B phase coil and BB phase coil) included in the unipolar type two-phase stepping motor in the present invention to the motor driver ( Hereinafter, simply referred to as the cable of the present invention)
(1) A coaxial cable having a conductor connecting one end of a phase A coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the phase A coil and the driver;
(2) a coaxial cable having a conductor connecting one end of an AB phase coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the AB phase coil and the driver;
(3) a coaxial cable having a conductor connecting one end of a B-phase coil and the driver, a coaxial cable having a conductor connecting the other end of the B-phase coil and the driver, and (4) a BB phase coil A coaxial cable having a conductor connecting one end and the driver, and a conductor connecting the other end of the BB phase coil and the driver;
It is characterized by consisting of.
具体的には、ユニポーラ型2相ステッピングモータが8線式32(図2)の場合、
(1)モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体と、モータのA相リターン104とドライバのA相リターン104とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体と、モータのAB相リターン105とドライバのAB相リターン105とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)モータのB相111とドライバのB相111とを接続する導体と、モータのB相リターン114とドライバのB相リターン114とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)モータのBB相113とドライバのBB相113とを接続する導体と、モータのBB相リターン115とドライバのBB相リターン115とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなるケーブルを設ければよい。一例を図6に示す。
Specifically, when the unipolar type two-phase stepping motor is an 8-wire type 32 (FIG. 2),
(1) A coaxial cable having a conductor that connects the
(2) a coaxial cable having a conductor connecting the
(3) a coaxial cable having a conductor connecting the B phase 111 of the motor and the B phase 111 of the driver, a conductor connecting the B phase return 114 of the motor and the B phase return 114 of the driver, and (4) A coaxial cable having a conductor connecting the
What is necessary is just to provide the cable which consists of. An example is shown in FIG.
なお図6では、モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体、モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体、モータのB相111とドライバのB相111とを接続する導体、およびモータのBB相113とドライバのBB相113とを接続する導体を内側(内部導体)に、モータのA相リターン104とドライバのA相リターン104とを接続する導体、モータのAB相リターン105とドライバのAB相リターン105とを接続する導体、モータのB相リターン114とドライバのB相リターン114とを接続する導体、およびモータのBB相リターン115とドライバのBB相リターン115とを接続する導体を外側(外部導体)に、それぞれ配置しているが、配置関係が逆転(例えば、モータのA相リターン104とドライバのA相リターン104とを接続する導体が内側で、モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体が外側)してもよい。なお同軸ケーブル中、内側導体と外側導体とは等しい電流が互いに逆方向に流れる。
In FIG. 6, a conductor that connects the
一方ユニポーラ型2相ステッピングモータが6線式31(図1)の場合、A相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端とがモータ内で接続され(A相コモン)、B相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端とがモータ内で接続され(B相コモン)ていることから、
(1)モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体と、モータのA相コモン102とドライバのA相コモン102とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体と、モータのA相コモン102とドライバのA相コモン102とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)モータのB相111とドライバのB相111とを接続する導体と、モータのB相コモン112とドライバのB相コモン112とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)モータのBB相113とドライバのBB相113とを接続する導体と、モータのB相コモン112とドライバのB相コモン112とを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなるケーブルを設ければよい。一例を図5に示す。
On the other hand, when the unipolar type two-phase stepping motor is a six-wire type 31 (FIG. 1), one end of the A-phase coil and one end of the AB-phase coil are connected in the motor (A-phase common), and the B-phase coil Because one end of the BB and one end of the BB phase coil are connected in the motor (B phase common),
(1) A coaxial cable having a conductor connecting the
(2) a coaxial cable having a conductor connecting the
(3) A coaxial cable having a conductor connecting the B phase 111 of the motor and the B phase 111 of the driver, a conductor connecting the B phase common 112 of the motor and the B phase common 112 of the driver, and (4) A coaxial cable having a conductor connecting the
What is necessary is just to provide the cable which consists of. An example is shown in FIG.
なお図5では、モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体、モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体、モータのB相111とドライバのB相111とを接続する導体、およびモータのBB相113とドライバのBB相113とを接続する導体を内側(内部導体)に、モータのA相コモン102とドライバのA相コモン102とを接続する導体およびモータのB相コモン112とドライバのB相コモン112とを接続する導体を外側(外部導体)に、それぞれ配置しているが、配置関係が逆転(例えば、モータのA相コモン102とドライバのA相コモン102とを接続する導体が内側で、モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体が外側)してもよい。さらに同軸ケーブルが、三層(内部、中間層、外部)の導体を有したケーブル(三層同軸ケーブル)の場合、図7に示すように、
(1)モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体を内側(内部導体)に、モータのA相コモン102とドライバのA相コモン102とを接続する導体を中間層(中間層導体)に、モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体を外側(外部導体)に、それぞれ配置した三層同軸ケーブル、および
(2)モータのB相111とドライバのB相111とを接続する導体を内側(内部導体)に、モータのB相コモン112とドライバのB相コモン112とを接続する導体を中間層(中間層導体)に、モータのBB相113とドライバのBB相113とを接続する導体を外側(外部導体)に、それぞれ配置した三層同軸ケーブル、
からなる態様とすればよい。なお図7に示す態様において、内側の導体と外側の導体は逆転(例えば、モータのAB相103とドライバのAB相103とを接続する導体が内側で、モータのA相101とドライバのA相101とを接続する導体が外側)してもよい。
In FIG. 5, a conductor that connects the
(1) The conductor connecting the
An embodiment consisting of In the embodiment shown in FIG. 7, the inner conductor and the outer conductor are reversed (for example, the conductor connecting the
ちなみに三層の導体を有した同軸ケーブルを、8線式ユニポーラ型2相ステッピングモータ32(図2)に適用する場合は、4本の三層同軸ケーブルを用い、外側導体をフレームグランドと接続し、シールドとすればよい。 By the way, when a coaxial cable having three layers of conductors is applied to the 8-wire unipolar type two-phase stepping motor 32 (FIG. 2), four three-layer coaxial cables are used and the outer conductor is connected to the frame ground. What is necessary is just a shield.
本発明のケーブルを構成する同軸ケーブルは、一芯シールドケーブルであり、
内部導体および絶縁層によって内部導体と絶縁された外部導体(二層同軸ケーブル)、または
内部導体、絶縁層によって内部導体と絶縁された中間層導体および絶縁層によって中間層導体と絶縁された外部導体(三層同軸ケーブル)、
から構成されており、各導体の断面積はモータ駆動電流を勘案して決めればよい。絶縁層や外被には、ETFE、FET、PFA、PTFEなどのフッ素樹脂やポリエチレンや塩化ビニルなどが使われる。同軸ケーブルのインダクタンス、キャパシタンスおよび特性インピーダンスは、内部導体の外径と外部導体の内径、および絶縁体の誘電率や透磁率によって決まり、50Ωや75Ωの特性インピーダンスをもつ高周波同軸ケーブルの場合、外部導体の内径に対する内部導体の外径の比率が3から6である。前記比率が大きいと、所定の電流を許容する太さの内部導体に対してケーブルの外径が太くなり、扱いにくくなる上、ケーブルのインダクタンスが大きくなる。したがって本発明のケーブルを構成する同軸ケーブルとして二層同軸ケーブルを用いる場合、内部導体の外径に対する外部導体の内径の比率を1.1から2.5までの間とすると好ましく、1.1から1.7までの間とするとさらに好ましい。また本発明のケーブルを構成する同軸ケーブルとして三層同軸ケーブルを用いる場合、内部導体の外径に対する中間層導体の内径の比率を1.1から2.5までの間とし、かつ中間層導体の外径に対する外部導体の内径の比率を1.1から2.5までの間とすると好ましく、内部導体の外径に対する中間層導体の内径の比率を1.1から1.7までの間とし、かつ中間層導体の外径に対する外部導体の内径の比率を1.1から1.7までの間とすると、より好ましい。このような一芯シールドケーブル(同軸ケーブル)はTEMP−FLEX CABLE社、日興電線株式会社、進興電線株式会社などで製造されている。
The coaxial cable constituting the cable of the present invention is a single-core shielded cable,
An outer conductor (two-layer coaxial cable) insulated from the inner conductor by the inner conductor and insulating layer, or an inner conductor, an intermediate conductor insulated from the inner conductor by the insulating layer, and an outer conductor insulated from the intermediate conductor by the insulating layer (Three-layer coaxial cable),
The cross-sectional area of each conductor may be determined in consideration of the motor drive current. For the insulating layer and the jacket, fluororesins such as ETFE, FET, PFA, and PTFE, polyethylene, and vinyl chloride are used. The inductance, capacitance, and characteristic impedance of a coaxial cable are determined by the outer diameter of the inner conductor and the inner diameter of the outer conductor, and the dielectric constant and permeability of the insulator. In the case of a high-frequency coaxial cable having a characteristic impedance of 50Ω or 75Ω, the outer conductor The ratio of the outer diameter of the inner conductor to the inner diameter is 3 to 6. If the ratio is large, the outer diameter of the cable becomes thicker than the inner conductor having a thickness that allows a predetermined current, which makes it difficult to handle and increases the inductance of the cable. Therefore, when using a two-layer coaxial cable as the coaxial cable constituting the cable of the present invention, the ratio of the inner diameter of the outer conductor to the outer diameter of the inner conductor is preferably between 1.1 and 2.5. More preferably, it is between 1.7. When a three-layer coaxial cable is used as the coaxial cable constituting the cable of the present invention, the ratio of the inner diameter of the intermediate layer conductor to the outer diameter of the inner conductor is between 1.1 and 2.5, and the intermediate layer conductor The ratio of the inner diameter of the outer conductor to the outer diameter is preferably between 1.1 and 2.5, the ratio of the inner diameter of the intermediate layer conductor to the outer diameter of the inner conductor is between 1.1 and 1.7, In addition, it is more preferable that the ratio of the inner diameter of the outer conductor to the outer diameter of the intermediate layer conductor is between 1.1 and 1.7. Such single-core shielded cables (coaxial cables) are manufactured by TEMP-FLEX CABLE, Nikko Electric Wire Co., Ltd., Shinko Electric Wire Co., Ltd., and the like.
特定のケーブルを使う場合のアバランシェ損失は、ドライバの出力電圧とケーブルに流れる電流を測定したり、ドライバの温度を測定することによって評価できる。図5に示す態様のように2本の導線を1本にまとめる場合、当該ケーブルの両端近くで、半田付けや圧着端子などを使って1つの導線群に束ねることができるが、ドライバ基板や中継基板上の配線パターンを使って束ねてもよい。なおケーブルは、直接ドライバまたはモータ(コイル)と接続してもよく、コネクタを経由して接続してもよい。 Avalanche loss when a specific cable is used can be evaluated by measuring the output voltage of the driver and the current flowing through the cable, or measuring the temperature of the driver. When two conductors are combined into one as shown in FIG. 5, it can be bundled into one conductor group using soldering or crimping terminals near the both ends of the cable. You may bundle using the wiring pattern on a board | substrate. The cable may be directly connected to the driver or the motor (coil) or may be connected via a connector.
本発明のモータ駆動ユニットに設けるモータドライバとして、パルス幅変調(PWM)方式モータドライバを用いると、ユニポーラ型2相ステッピングモータを高い電力効率で駆動可能なため好ましい。PWM方式モータドライバは、三洋半導体株式会社製STK672−640C−Eや、サンケン株式会社製SLA7080Mシリーズ等、複数のメーカから、さまざまな仕様のモータドライバが市販されている。モータドライバのスイッチング素子としては、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ(IGBT)等のパワー半導体が使用できるが、中でもオン抵抗が低くスイッチング時間も短いパワーMOSFETが好ましく、特に垂直ドレイン形MOSFET(DMOSFET)が好ましい。 A pulse width modulation (PWM) motor driver is preferably used as the motor driver provided in the motor drive unit of the present invention because the unipolar two-phase stepping motor can be driven with high power efficiency. As the PWM motor driver, motor drivers having various specifications are commercially available from a plurality of manufacturers such as STK672-640C-E manufactured by Sanyo Semiconductor Co., Ltd. and SLA7080M series manufactured by Sanken Co., Ltd. As a switching element of a motor driver, a power semiconductor such as a bipolar transistor, a field effect transistor (FET), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be used. Among them, a power MOSFET having a low on-resistance and a short switching time is preferable. A vertical drain MOSFET (DMOSFET) is particularly preferable.
本発明のモータ駆動ユニットにおいて、ステッピングモータが有するコイルの両端から外部に引き出されたリード線は、多くの場合、ばらけることがないようにバンド等で束ねられたり、撚られた態様で使われるが、余分な部分を切り落とされてもよい。また、束ねたリード線もしくは撚られたリード線の間に隙間が開かないよう、スパイラルチューブまたはテープを巻きつけることで束ねてもよい。リード線を撚り合わせる場合は、A相コイルの両端またはAB相コイルの両端から引き出されたリード線と、B相コイルの両端またはBB相コイルの両端から引き出されたリード線とを、別個に撚り合わせてもよいし、前記リード線全てをまとめて撚り合わせてもよい。 In the motor drive unit of the present invention, the lead wires drawn to the outside from both ends of the coil of the stepping motor are often used in a bundled or twisted manner so as not to be separated. However, the excess part may be cut off. Further, it may be bundled by winding a spiral tube or tape so that a gap is not opened between the bundled lead wires or the twisted lead wires. When the lead wires are twisted together, the lead wires drawn from both ends of the A phase coil or the AB phase coil and the lead wires drawn from both ends of the B phase coil or both ends of the BB phase coil are separately twisted. You may match | combine and you may twist together all the said lead wires.
本発明は、
A相コイルとAB相コイルの対およびB相コイルとBB相コイルの対を有したユニポーラ型2相ステッピングモータと、前記モータ駆動用モータドライバと、前記2対のコイルの両端と前記ドライバとを接続するケーブルと、を設けた、ステッピングモータ駆動ユニットにおいて、前記ケーブルが、
(1)A相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)AB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)B相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)BB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなることを特徴としている。本発明により、モータドライバ中のスイッチング素子の損失が減少するため、ヒートシンクを小型化しても温度上昇を抑えることが可能となり、場合によってはヒートシンクを外すことも可能となる。その結果、ステッピングモータ駆動ユニットの信頼性と耐久性を向上させながら、モータドライバの小型化が可能となる。また本発明は、ケーブルの長さを長くしてもモータドライバの温度上昇を抑えることができる。そのため、モータドライバをステッピングモータから離して設置することができ、設計の自由度も向上する。
The present invention
A unipolar two-phase stepping motor having a pair of A-phase coil and AB-phase coil and a pair of B-phase coil and BB-phase coil, the motor driver for driving the motor, both ends of the two pairs of coils, and the driver A stepping motor drive unit provided with a cable to be connected;
(1) A coaxial cable having a conductor connecting one end of a phase A coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the phase A coil and the driver;
(2) a coaxial cable having a conductor connecting one end of an AB phase coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the AB phase coil and the driver;
(3) a coaxial cable having a conductor connecting one end of a B-phase coil and the driver, a coaxial cable having a conductor connecting the other end of the B-phase coil and the driver, and (4) a BB phase coil A coaxial cable having a conductor connecting one end and the driver, and a conductor connecting the other end of the BB phase coil and the driver;
It is characterized by consisting of. According to the present invention, since the loss of the switching element in the motor driver is reduced, the temperature rise can be suppressed even if the heat sink is downsized, and the heat sink can be removed in some cases. As a result, it is possible to reduce the size of the motor driver while improving the reliability and durability of the stepping motor drive unit. Further, the present invention can suppress the temperature increase of the motor driver even if the length of the cable is increased. Therefore, the motor driver can be installed away from the stepping motor, and the degree of freedom in design is improved.
以下、生化学分析装置で用いる分注装置を移動させるためのステッピングモータ駆動ユニットを用いた比較例および実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、これらの例は本発明を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of comparative examples and examples using a stepping motor drive unit for moving a dispensing device used in a biochemical analyzer, but these examples limit the present invention. is not.
比較例1
ユニポーラ型2相ステッピングモータとして6線式ステッピングモータであるオリエンタルモータ株式会社製PK266−03Aと、モータドライバとして三洋半導体株式会社製STK672−640C−Eとを、図3に示すようなAWG20規格の被覆ワイヤを6本束ねた1.3mのケーブルを用いて、前記モータのリード線(0.3m)と前記ドライバのA相同士、A相コモン同士、AB相同士、B相同士、B相コモン同士、BB相同士をそれぞれ接続することで、モータ駆動ユニットを作製した。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは1.00μH、キャパシタンスは72pFであった。
Comparative Example 1
The AWG20 standard coating as shown in FIG. 3 is applied to PK266-03A manufactured by Oriental Motor Co., Ltd., which is a 6-wire stepping motor, as a unipolar type 2-phase stepping motor, and STK672-640C-E manufactured by Sanyo Semiconductor Co., Ltd. as a motor driver. Using a 1.3 m cable with 6 wires bundled together, the motor lead wire (0.3 m) and the A phase of the driver, A phase commons, AB phases, B phases, B phase commons , BB phases were connected to each other to produce a motor drive unit. The inductance between the A phase and A phase common of this cable was 1.00 μH, and the capacitance was 72 pF.
PK266−03Aを駆動電流3A、ハーフステップ、最大4000PPSで分注装置を往復運動させて評価した。モータドライバにはヒートシンクをつけず、モータドライバのケース温度はモータドライバの金属面に白金測温体を貼り付けて測定した。電圧プローブと電流プローブを用いてオシロスコープによりA相の出力電圧とA相の電流を測定した結果、アバランシェ現象の継続時間は136ns、アバランシェ電流は1.22Aであった。またモータドライバのケース温度は99℃であった。 PK266-03A was evaluated by reciprocating the dispensing device at a driving current of 3 A, a half step, and a maximum of 4000 PPS. The motor driver was not attached with a heat sink, and the case temperature of the motor driver was measured by attaching a platinum thermometer on the metal surface of the motor driver. As a result of measuring the A-phase output voltage and the A-phase current with an oscilloscope using a voltage probe and a current probe, the duration of the avalanche phenomenon was 136 ns and the avalanche current was 1.22 A. The case temperature of the motor driver was 99 ° C.
比較例2
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図4に示すような、TEMP−FLEX CABLE社製同軸ケーブル12CX−01(内部導体の外径:0.96mm、外部導体の内径:1.09mm、外部導体の外径:1.50mm)を6本束ねた1.3mのケーブルを用いた他は、比較例1と同様に評価した。なお、各同軸ケーブルの内部導体には、前記モータと前記ドライバのA相101同士、A相コモン102同士、AB相103同士、B相111同士、B相コモン112同士、BB相113同士が、それぞれ接続されており、各ケーブルの外部導体には、フレームグランド121が接続されている。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.15μH、キャパシタンスは4.7pFであった。
Comparative Example 2
As a cable for connecting the stepping motor and the motor driver, as shown in FIG. 4, a coaxial cable 12CX-01 manufactured by TEMP-FLEX CABLE (outer diameter of the inner conductor: 0.96 mm, inner diameter of the outer conductor: 1.09 mm, Evaluation was conducted in the same manner as in Comparative Example 1 except that a 1.3 m cable in which six outer conductors (outer diameter: 1.50 mm) were bundled was used. The inner conductor of each coaxial cable includes the
結果、アバランシェ現象の継続時間は134ns、アバランシェ電流は0.96Aであった。またモータドライバのケース温度は94℃であった。 As a result, the duration of the avalanche phenomenon was 134 ns, and the avalanche current was 0.96 A. The case temperature of the motor driver was 94 ° C.
比較例3
ユニポーラ型2相ステッピングモータを外してドライバの近くに置き、図3に示すようなAWG20規格の被覆ワイヤを6本束ねた0.11mのケーブルを用いてモータのリード線とドライバを接続した他は、比較例1と同様に評価した。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.35μH、キャパシタンスは325pFであった。
Comparative Example 3
The unipolar type two-phase stepping motor was removed and placed near the driver, and the motor lead wire and driver were connected using a 0.11 m cable bundled with six AWG20 coated wires as shown in FIG. Evaluation was conducted in the same manner as in Comparative Example 1. The inductance between the A phase and A phase common of this cable was 0.35 μH, and the capacitance was 325 pF.
結果、アバランシェ現象の継続時間は96ns、アバランシェ電流は1.18Aであった。またモータドライバのケース温度は91℃であった。 As a result, the duration of the avalanche phenomenon was 96 ns, and the avalanche current was 1.18 A. The case temperature of the motor driver was 91 ° C.
実施例1
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図5に示すような、TEMP−FLEX CABLE社製同軸ケーブル12CX−01(内部導体の外径:0.96mm、外部導体の内径:1.09mm、外部導体の外径:1.50mm、絶縁層:ETFE、外被:FEP)を2本撚って束ねた1.3mのケーブル2組を用いた他は、比較例1と同様に評価した。当該同軸ケーブルの外部導体の内径は内部導体の外径の1.14倍である。なお、一方の組の同軸ケーブルの内部導体には、前記モータおよび前記ドライバのA相101同士ならびにAB相103同士が、それぞれ接続されており、外部導体は、ともに前記モータおよび前記ドライバのA相コモン102同士が接続されている。また、他方の組の同軸ケーブルの内部導体は、前記モータおよび前記ドライバのB相111同士ならびにBB相113同士が、それぞれ接続されており、外部導体は、ともに前記モータおよび前記ドライバのB相コモン112同士が接続されている。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.35μH、キャパシタンスは325pFであった。
Example 1
As a cable for connecting the stepping motor and the motor driver, as shown in FIG. 5, coaxial cable 12CX-01 manufactured by TEMP-FLEX CABLE (outer diameter of inner conductor: 0.96 mm, inner diameter of outer conductor: 1.09 mm, Evaluation was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that two sets of 1.3 m cables in which two outer conductor outer diameters: 1.50 mm, insulating layer: ETFE, jacket: FEP) were twisted and bundled. The inner diameter of the outer conductor of the coaxial cable is 1.14 times the outer diameter of the inner conductor. Note that the motor and driver A phases 101 and AB phases 103 are connected to the inner conductor of one set of coaxial cables, respectively, and the outer conductors are both A phase of the motor and driver. The
結果、アバランシェ現象の継続時間は93ns、アバランシェ電流は0.68Aと比較例1および比較例2よりも減少していた。またモータドライバのケース温度も86.5℃と、比較例1および比較例2よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例3よりも温度が低下していた。 As a result, the duration of the avalanche phenomenon was 93 ns, and the avalanche current was 0.68 A, which was smaller than those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Further, the case temperature of the motor driver was 86.5 ° C., which was lower than those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Furthermore, the temperature was lower than that of Comparative Example 3 using a short cable.
実施例2
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図7に示すような、TEMP−FLEX CABLE社製同軸ケーブル12CX−01(内部導体の外径:0.96mm、外部導体の内径:1.09mm、外部導体の外径:1.50mm、絶縁層:ETFE、外被:FEP)の外周に銅箔を巻き(巻いた銅箔の内径:1.99mm、巻いた銅箔の外径:2.06mm)、さらにその外側に熱収縮チューブを被せて作成した1.3mの三層同軸ケーブルを2本用いた他は、比較例1と同様に評価した。本実施例で作製した三層同軸ケーブルの中間層導体(同軸ケーブルの外部導体)の内径は内部導体の外径の1.14倍であり、外部導体(巻いた銅箔)の内径は中間層導体の外径の1.33倍である。2本の三層同軸ケーブルのうち、一方の三層同軸ケーブルの内部導体(同軸ケーブルの内部導体)には前記モータと前記ドライバのA相101同士が、中間層導体(同軸ケーブルの外部導体)には前記モータと前記ドライバのA相コモン102同士が、外部導体(巻いた銅箔)には前記モータと前記ドライバのAB相103同士が、それぞれ接続されており、他方の三層同軸ケーブルの内部導体には前記モータと前記ドライバのB相111同士が、中間層導体には前記モータと前記ドライバのB相コモン112同士が、外部導体には前記モータと前記ドライバのBB相113同士が、それぞれ接続されている。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.22μH、キャパシタンスは744pF、AB相とA相コモン間のインダクタンスは0.20μH、キャパシタンスは385pFであった。
Example 2
As a cable for connecting the stepping motor and the motor driver, as shown in FIG. 7, a coaxial cable 12CX-01 manufactured by TEMP-FLEX CABLE (outer diameter of the inner conductor: 0.96 mm, inner diameter of the outer conductor: 1.09 mm, The outer diameter of the outer conductor: 1.50 mm, the insulating layer: ETFE, the outer cover: FEP) is wound with copper foil (inner diameter of the wound copper foil: 1.99 mm, outer diameter of the wound copper foil: 2.06 mm) In addition, the evaluation was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that two 1.3 m three-layer coaxial cables prepared by covering the outside with a heat-shrinkable tube were used. The inner diameter of the intermediate layer conductor (the outer conductor of the coaxial cable) of the three-layer coaxial cable produced in this example is 1.14 times the outer diameter of the inner conductor, and the inner diameter of the outer conductor (the rolled copper foil) is the intermediate layer. It is 1.33 times the outer diameter of the conductor. Among the two three-layer coaxial cables, the inner conductor of one of the three-layer coaxial cables (the inner conductor of the coaxial cable) is the intermediate layer conductor (the outer conductor of the coaxial cable). Are connected to the A phase common 102 of the motor and the driver, and the outer conductor (rolled copper foil) is connected to the
結果、アバランシェ現象の継続時間は103ns、アバランシェ電流は0.8Aと比較例1および比較例2よりも減少していた。またモータドライバのケース温度も88℃と、比較例1および比較例2よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例3よりも温度が低下していた。 As a result, the duration time of the avalanche phenomenon was 103 ns, and the avalanche current was 0.8 A, which was smaller than in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Further, the case temperature of the motor driver was 88 ° C., which was lower than those of Comparative Examples 1 and 2. Furthermore, the temperature was lower than that of Comparative Example 3 using a short cable.
実施例3
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図5に示すような、進興電線株式会社製シールド付1芯ケーブルMVVS 0.18/7×1C(内部導体の外径:0.54mm、外部導体の内径:1.25mm、外部導体の外径:1.50mm、絶縁層:塩化ビニル、外被:塩化ビニル)を2本撚って束ねた1.3mのケーブル2組を用いた他は、比較例1と同様に評価した。当該ケーブルの外部導体の内径は内部導体の外径の2.31倍である。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.3μH、キャパシタンスは427pFであった。
Example 3
As a cable for connecting the stepping motor and the motor driver, as shown in FIG. 5, a shielded one-core cable MVVS 0.18 / 7 × 1C manufactured by Shinko Electric Wire Co., Ltd. (outer diameter of internal conductor: 0.54 mm, external Other than using two sets of 1.3m cables in which conductor inner diameter: 1.25mm, outer conductor outer diameter: 1.50mm, insulation layer: vinyl chloride, jacket: vinyl chloride) Evaluation was conducted in the same manner as in Comparative Example 1. The inner diameter of the outer conductor of the cable is 2.31 times the outer diameter of the inner conductor. The inductance between the A phase and A phase common of this cable was 0.3 μH, and the capacitance was 427 pF.
結果、アバランシェ現象の継続時間は120ns、アバランシェ電流は0.88Aと比較例1および比較例2よりも減少していた。またモータドライバのケース温度も91℃と、比較例1および比較例2よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例3とほぼ同じ温度であった。 As a result, the duration time of the avalanche phenomenon was 120 ns, and the avalanche current was 0.88 A, which was smaller than in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Further, the case temperature of the motor driver was 91 ° C., which was lower than those of Comparative Examples 1 and 2. Furthermore, it was substantially the same temperature as Comparative Example 3 using a short cable.
実施例4
ステッピングモータとモータドライバとを接続するケーブルとして、図5に示すような、株式会社日興電線製シールド付1芯ケーブルETFE(Y)19/0.203(内部導体の外径:1.02mm、外部導体の内径:1.32mm、外部導体の外径:1.50mm、絶縁層:ETFE、外被:ETFE)を2本撚って束ねた1.3mのケーブル2組を用いた他は、比較例1と同様に評価した。当該ケーブルの外部導体の内径は内部導体の外径の1.29倍である。本ケーブルのA相とA相コモン間のインダクタンスは0.33μH、キャパシタンスは525pFであった。
Example 4
As a cable for connecting the stepping motor and the motor driver, as shown in FIG. 5, a shielded one-core cable ETFE (Y) 19 / 0.203 (manufactured by Nikko Cable Co., Ltd., outer diameter of internal conductor: 1.02 mm, external Other than using two sets of 1.3m cables in which the conductor inner diameter: 1.32mm, outer conductor outer diameter: 1.50mm, insulation layer: ETFE, jacket: ETFE) Evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The inner diameter of the outer conductor of the cable is 1.29 times the outer diameter of the inner conductor. The inductance between the A phase and A phase common of this cable was 0.33 μH, and the capacitance was 525 pF.
結果、アバランシェ現象の継続時間は125ns、アバランシェ電流は0.70Aと比較例1および比較例2よりも減少していた。またモータドライバのケース温度も89℃と、比較例1および比較例2よりも低下していた。さらに、短いケーブルを使った比較例3よりも温度が低下していた。 As a result, the duration of the avalanche phenomenon was 125 ns, and the avalanche current was 0.70 A, which was smaller than those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Further, the case temperature of the motor driver was 89 ° C., which was lower than those of Comparative Examples 1 and 2. Furthermore, the temperature was lower than that of Comparative Example 3 using a short cable.
本発明により、ドライバの発熱が低く、信頼性の高いステッピングモータ駆動ユニットを提供することができる。このため、高い信頼性が要求され、多数の駆動ユニットが搭載される、生化学分析装置等の自動分析装置に設置するモータ駆動ユニットとして特に好ましいといえる。さらに本発明により、ケーブルを長くしてもドライバの発熱を抑えることができるため、ドライバをステッピングモータから離して設置することができる。このため、設計の自由度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stepping motor drive unit with low heat generation and high reliability. For this reason, it can be said that it is particularly preferable as a motor drive unit installed in an automatic analyzer such as a biochemical analyzer, in which high reliability is required and a large number of drive units are mounted. Furthermore, according to the present invention, since the driver's heat generation can be suppressed even when the cable is lengthened, the driver can be installed away from the stepping motor. For this reason, the freedom degree of design can be improved.
11:2相ステッピングモータドライバ
12:相励磁制御回路
13:パワーMOSFET
14:電流検出抵抗
21:ケーブル
31:6線仕様の2相ユニポーラステッピングモータ
32:8線仕様の2相ユニポーラステッピングモータ
33:A相コイル
34:AB相コイル
35:B相コイル
36:BB相コイル
101:A相
102:A相コモン
103:AB相
104:A相リターン
105:AB相リターン
111:B相
112:B相コモン
113:BB相
114:B相リターン
115:BB相リターン
121:フレームグランド(FG)
122:絶縁体
11: Two-phase stepping motor driver 12: Phase excitation control circuit 13: Power MOSFET
14: Current detection resistor 21: Cable 31: Two-phase unipolar stepping motor with 6-wire specification 32: Two-phase unipolar stepping motor with 8-wire specification 33: A-phase coil 34: AB-phase coil 35: B-phase coil 36: BB-phase coil 101: A phase 102: A phase common 103: AB phase 104: A phase return 105: AB phase return 111: B phase 112: B phase common 113: BB phase 114: B phase return 115: BB phase return 121: Frame ground (FG)
122: Insulator
Claims (5)
(1)A相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(2)AB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
(3)B相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、および
(4)BB相コイルの一方の端と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端と前記ドライバとを接続する導体とを有した同軸ケーブル、
からなる、前記モータ駆動ユニット。 A unipolar two-phase stepping motor having a pair of A-phase coil and AB-phase coil and a pair of B-phase coil and BB-phase coil, the motor driver for driving the motor, both ends of the two pairs of coils, and the driver A stepping motor drive unit provided with a cable to be connected;
(1) A coaxial cable having a conductor connecting one end of a phase A coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the phase A coil and the driver;
(2) a coaxial cable having a conductor connecting one end of an AB phase coil and the driver, and a conductor connecting the other end of the AB phase coil and the driver;
(3) a coaxial cable having a conductor connecting one end of a B-phase coil and the driver, a coaxial cable having a conductor connecting the other end of the B-phase coil and the driver, and (4) a BB phase coil A coaxial cable having a conductor connecting one end and the driver, and a conductor connecting the other end of the BB phase coil and the driver;
The motor drive unit comprising:
A相コイルの一方の端およびAB相コイルの一方の端から引き出された導線、ならびにB相コイルの一方の端およびBB相コイルの一方の端から引き出された導線が、それぞれモータ内で接続されており、かつ前記ケーブルが、
(1)A相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、A相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、AB相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体とを有し、かつA相コイルの一方の端とAB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体を他の両導体の間に配置した三層同軸ケーブル、および
(2)B相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、B相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体と、BB相コイルの他方の端のみから引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体とを有し、かつB相コイルの一方の端とBB相コイルの一方の端が前記モータ内で接続された状態で引き出された導線と前記ドライバとを接続する導体を他の両導体の間に配置した三層同軸ケーブル、
からなる、前記モータ駆動ユニット。 Unipolar type two-phase stepping motor having a pair of A-phase coil and AB-phase coil and a pair of B-phase coil and BB-phase coil, the motor driver for driving the motor, and a conductor drawn from both ends of the two pairs of coils And a stepping motor drive unit provided with a cable connecting the driver and
A conductor drawn from one end of the A-phase coil and one end of the AB-phase coil, and a conductor drawn from one end of the B-phase coil and one end of the BB-phase coil are respectively connected in the motor. And the cable is
(1) A state in which a conductor that is connected only to the other end of the A-phase coil and the driver, one end of the A-phase coil, and one end of the AB-phase coil are connected in the motor. And a conductor connecting the driver to the driver, a conductor connecting only the other end of the AB phase coil to the driver, and one end of the A phase coil; A three-layer coaxial cable in which a conductor connecting the driver and the lead wire drawn out in a state where one end of the AB phase coil is connected in the motor is disposed between the other conductors; and (2) B phase Conductor drawn from only the other end of the coil and a conductor connecting the driver, and lead drawn in a state where one end of the B-phase coil and one end of the BB-phase coil are connected in the motor And the driver And the conductor connection to, and a conductor for connecting the conductive wire drawn from only the other end of the BB-phase coil driver, and one end of the one end and the BB-phase coil of the B-phase coil the motor A three-layer coaxial cable in which a conductor connecting the conductor drawn out in a connected state and the driver is disposed between the other conductors;
The motor drive unit comprising:
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| JP2012275756 | 2012-12-18 | ||
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