JP2000201498A

JP2000201498A - ステッピングモ―タの駆動回路および駆動方法

Info

Publication number: JP2000201498A
Application number: JP37705898A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Arisaka; 克己有坂
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】バイポーラ駆動のステッピングモータの駆動
回路の回路構成を簡単にする。特に、ハーフブリッジ回
路の数を減少させる。【構成】２ｎ相のステッピングモータにおいて、（ｎ
は３以上の定数）、奇数番目同士の巻線および偶数番目
同士の巻線でそれぞれ組となし、それぞれの組で各巻線
の端点を接続し、巻線同士が接続されていない点につい
て、組同士で接続し、それぞれの接続点について、ハー
フブリッジ回路を用意し、このハーフブリッジ回路を２
ｎ個より少ない個数とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２ｎ（ｎは３以上）相
の多相ステッピングモータの駆動装置における駆動回路
および駆動方法に関し、特に高分解能を要する精密機器
カラー複写機に最適な多相ステッピングモータの駆動回
路および駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステッピングモータといえば２相
が主流であったが近年の高精度化の要求に応えるため
に、５相や６相等のステッピングモータが開発されてい
る。例えば、６相１２極のステッピングモータは、図９
に示すような構造をなしている。図９において、永久磁
石を含む回転子２の外側には固定子３があり、この固定
子には１２個の磁極３Ａ、３Ｂ・・・、３Ｆ、３／Ａ、
３／Ｂ、・・・３／Ｆが図のように等しい間隔で並んで
いる（なお、ここで、明細書のタイプの便宜上、符号”
／”を用いているが、符号“／”は論理否定を表す上線
を示し、例えば、「／Ａ」は、Ａの否定を示す）。

【０００３】これら磁極３Ａ等には、回転子２に対向し
て、小歯３ａ等が形成されており、また、これら各磁極
を磁化するために巻線４Ａ、４Ｂ、・・・４Ｆ、４・
Ａ、４／Ｂ、・・・４／Ｆが実装されている。これら固
定子の磁極の巻線４Ａ、４Ｂ、・・・４Ｆ、４／Ａ、４
／Ｂ、・・・４／Ｆに適切な電流を流し、適切に通電状
態を切り替えることで、永久磁石にて磁化されている回
転子２が回転する。

【０００４】この巻線４Ａ、４Ｂ・・・４Ｆ、４／Ａ、
４／Ｂ・・・４／Ｆを効率的に駆動するためには、従来
の手法としては、モータ巻線を無駄なく利用する、いわ
ゆるバイポーラ駆動という電流駆動方式が採用されてい
る。図１０にこのバイポーラ駆動方式による回路を示
す。

【０００５】図１０で、１０から１５は、いわゆるＨブ
リッジ回路とよばれるものであり、トランジスタを４つ
組み合わせた回路になっている。その内容は同じなの
で、Ｈブリッジ１０の構成について説明する。Ｈブリッ
ジ回路１０内で、１６、１７、１８、１９はスイッチン
グ・トランジスタでモータ電源２０と接地点の間にトラ
ンジスタ１６と１７、および１８と１９がそれぞれ直列
に接続されていて、直列のトランジスタどうしの接続点
間にモータ巻線４Ａが接続されている。

【０００６】ここで、モータ巻線４Ａおよび４／Ａに対
し、左から右へ電流を流したいときには、トランジスタ
１６および１９をＯＮし、１８および１７をＯＦＦすれ
ばよい。また、その逆向きに電流を流すときには、トラ
ンジスタ１６および１９をＯＦＦし、１８および１７を
ＯＮすればよい。同様にして、その他のモータ巻線４Ｂ
等についても電流を印加することができる。

【０００７】ここで、図１１に示すように、各相を順番
に励磁する。ここで、図１１の信号のＨレベルでトラン
ジスタがＯＮし、ＬレベルでトランジスタがＯＦＦする
ことを示す。こうして、回転子は固定子の励磁に従い、
回転動作を実現する。なお、図１４はこの場合の電流波
形を示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来例に
おいては、例えば６相のモータにおいては、６つの巻線
が存在するため、その端点は１２個所となり、スイッチ
ング素子２個で構成されるハーフブリッジ回路を１２回
路分必要となるので、総計で２４個のスイッチングトラ
ンジスタを必要としていた。また、それぞれにスイッチ
ング制御信号を生成する回路も必要となっていた。その
ため、回路が複雑になるばかりか、部品点数が多いため
信頼性の面からも、スイッチング素子の削減とともに、
簡易な駆動回路が求められていた。

【０００９】そこで、図１２や図１３に示すような環状
型の結線方式やスター型の結線方式が提案されている。
なお、図１３では、その駆動回路の一部も示している。
いずれの場合に置いても、（相数×２）個のスイッチン
グ素子を必要としていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、前記の問題点を
解決するために、本発明においては、２ｎ相のステッピ
ングモータにおいて、（ｎは３以上の定数）奇数番目同
士の巻線および偶数番目同士の巻線でそれぞれ組とな
し、それぞれの組で各巻線の端点を接続し、巻線同士が
接続されていない点について、組同士で接続し、それぞ
れの接続点について、ハーフブリッジ回路を用意し、こ
のハーフブリッジ回路を２ｎ個より少ない個数で用意す
ることで、従来に比べ格段に少ない回路構成にてモータ
巻線を励磁するステッピングモータ駆動回路を提供する
ものである。

【００１１】

【実施例】（実施例１）以下、実施例１を、図１に示す
回路図を参照して説明する。図１で、Ｐ１、Ｐ２、Ｑ
１、Ｑ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１、Ｃ２は接続端子であり、
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆはそれぞれモータ
巻線であり、この順番で固定子の磁極が並んでいる。ま
た、巻き始めの位置を黒点で示す。ＳＷ１〜ＳＷ１０は
スイッチング素子である。端子２０はモーター用電源端
子である。

【００１２】最初に、各巻線の接続状態について説明す
る。巻線４Ａの巻き始めは端子Ｐ１に接続され、巻線４
Ｃの巻き終りは端子Ｑ１に接続され、巻線４Ｅの巻き始
めは端子Ｒ１に接続されている。また、巻線４Ｂの巻き
始めは端子Ｐ２に接続され、巻線４Ｄの巻き終りは端子
Ｑ２に接続され、巻線４Ｆの巻き始めは端子Ｒ２に接続
されている。さらに、端子Ｃ１には巻線４Ａと４Ｃと４
Ｅのもう一方の端が接続され、端子Ｃ２には巻線４Ｂと
４Ｄと４Ｆのもう一方の端が接続されている。

【００１３】こうして、（Ａ、Ｃ、Ｅ）および（Ｂ、
Ｄ、Ｆ）の２組の巻線の接続が出来上がるが、それぞれ
端子Ｐ１とＰ２、Ｑ１とＱ２、Ｒ１とＲ２、は外部で、
それぞれ、端子Ｐ、Ｑ、Ｒに接続されている。次に、端
子Ｐは、ＳＷ１がＯＮかつＳＷ２がＯＦＦするとモータ
電源に、ＳＷ１がＯＦＦかつＳＷ２がＯＮするとグラン
ドに接続されるよう配線されている。同様に、入力する
論理状態により、スイッチング素子ＳＷ３とＳＷ４は端
子Ｑを、スイッチング素子ＳＷ５とＳＷ６は端子Ｒを、
スイッチング素子ＳＷ７とＳＷ８は端子Ｃ１を、スイッ
チング素子ＳＷ９とＳＷ１０は端子Ｃ２を、それぞれモ
ータ電源かまたはグランドに接続するよう配線されてい
る。

【００１４】次に、図２のタイミングチャートを示しつ
つ、上述の接続状態における励磁動作を実現する励磁パ
ターンを説明する。図２では、各スイッチング素子がＯ
Ｎ／ＯＦＦの状態を表している。Ｈレベルでスイッチン
グ素子がＯＮして導通し、Ｌレベルでスイッチング素子
がＯＦＦして遮断する。ステップ１では、ＳＷ１および
ＳＷ４のみがＯＮするので、モータ電源２０から電流
は、ＳＷ１を経由して端子Ｐに入り、一方は巻線４Ａと
４Ｃを経由して端子Ｑをとおり、ここで、先の電流に合
流し、ＳＷ４を経由してグランドに至る。

【００１５】ステップ２では、ＳＷ１およびＳＷ４およ
びＳＷ５がＯＮするので、モータ電源２０からの電流
は、１つにはＳＷ１を経由して端子Ｐ１に入り巻線４Ａ
を経由する。もう１つはＳＷ５を経由して端子Ｒ１に入
り、巻線４Ｅを経由する。これらは、合流して巻線４Ｃ
を経由して端子Ｑ１をとおり、ＳＷ４を経由してグラン
ドに至る。さらに、モータ電源２０からの電流は、１つ
にはＳＷ１を経由して端子Ｐ２に入り巻線４Ｂを経由す
る。もう１つはＳＷ５を経由して端子Ｒ２に入り、巻線
４Ｆを経由する。これらは、合流して巻線４Ｄを経由し
て端子Ｑ２をとおり、ＳＷ４を経由してグランドに至
る。

【００１６】同様にして、各ステップの電流経路が定ま
る。また、図示しない定電流制御回路により、モータ電
源から供給される電流が一定値になるので、各ステップ
における各巻線の電流値は、図３のようになる。

【００１７】ここで、各ステップで励磁ベクトルを発生
する励磁相をあげてゆくとステップ：励磁相１：２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ２：Ａ、Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、Ｅ、Ｆ３：２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ４：／Ａ、／Ｂ、Ｃ、Ｄ、２Ｅ、２Ｆ５：２／Ａ、２／Ｂ、２Ｅ、２Ｆ６：２／Ａ、２／Ｂ、／Ｃ、／Ｄ、Ｅ、Ｆ７：２／Ａ、２／Ｂ、２／Ｃ、２／Ｄ８：／Ａ、／Ｂ、２／Ｃ、２／Ｄ、／Ｅ、／Ｆ９：２／Ｃ、２／Ｄ、２／Ｅ、２／Ｆ１０：Ａ、Ｂ、／Ｃ、／Ｄ、２／Ｅ、２／Ｆ１１：２Ａ、２Ｂ、２／Ｅ、２／Ｆ１２：２Ａ、２Ｂ、Ｃ、Ｄ、／Ｅ、／Ｆ１：２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄとなる。

【００１８】（実施例２）次に、実施例２について説明
する。本実施例では、各巻線の接続点である端子Ｃ１お
よびＣ２について電流の入出力を実現し、各ステップを
遷移するものである。

【００１９】図４に、各ステップにおける、スイッチン
グ素子の状態をあらわすタイミングチャートを示し、各
ステップでの励磁状態を説明する。ここでも、図２と同
様に、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの状態を表し
ている。Ｈレベルでスイッチング素子がＯＮして導通
し、Ｌレベルでスイッチング素子がＯＦＦして遮断す
る。図４で上段の数字は、図２で同等の励磁が行われる
ステップ番号を示し、下段が本実施例におけるステップ
番号を示す。

【００２０】ステップ１では、ＳＷ１およびＳＷ４のみ
がＯＮするので、モータ電源２０からの電流は、ＳＷ１
を経由して端子Ｐに入り、１つは巻線４Ａを４Ｃを経由
して端子Ｑ１をとおり、もう一方の経路では、端子Ｐ２
から巻線４Ｂと４Ｄを経由して端子Ｑ２をとおり、これ
らが合流してＳＷ４を経由してグランドにいたる。

【００２１】ステップ２では、ＳＷ１とＳＷ４とＳＷ７
がＯＮする。このとき、モータ電源２０からの端子Ｐ１
を通る電流は、ＳＷ１とＳＷ７が共にＯＮしているた
め、巻線４Ｃを経由して、ＳＷ４をとおり、グランドに
至る。また、端子Ｐ２を通る電流は、ＳＷ１を経由して
巻線４Ｂおよび巻線４Ｄをとおり、ＳＷ４を経由してグ
ランドに至る。

【００２２】同様にして、各ステップの電流経路が定ま
り、図示しない定電流回路により総合電流を一定にする
ため、各巻線の電流は図５に示すように、９段階の電圧
レベルをとる。この一連の給電状態を示した図が図６で
ある。この図６で、白丸はモータ電源に接続しているこ
とを、黒丸はグランドに接続していることを示し、各Ｙ
結線の左側の組がモータ巻線（Ａ、Ｃ、Ｅ）を、右側の
組が（Ｂ、Ｄ、Ｆ）を表している。また、各ステップ対
応する番号をふって、その後ろには、そのときに励磁さ
れる巻線相を表示している。本実施例では、２４ステッ
プで一巡するのでいわゆるハーフステップ動作が実現さ
れている。

【００２３】（実施例３）本実施例における結線状態を
図７および図８に示す。本実施例が前記実施例１、実施
例２と相違する点を説明する。実施例１、２ではＡ相の
巻線の一端に接続される巻線はＢ相の一端であり、同様
にＣにはＤが、ＥにはＦが接続されていた。これを（Ａ；Ｂ）（Ｃ；Ｄ）（Ｅ；Ｆ）と表現すると、本実施例での接続状態は、（Ａ；Ｄ）（Ｃ；Ｆ）（Ｅ；Ｂ）または（Ａ；Ｆ）（Ｃ；Ｂ）（Ｅ；Ｄ）と表すことができる。このように、一方の組の巻線の接
続相手の巻線が異なっている。

【００２４】このときには、駆動回路および励磁パター
ンとも、上記実施例１、２と同等であるので詳細を省略
する。すなわち、２つの組の間で結線するときの組み合
わせは、実施例１や実施例２にとらわれることなく、自
由に選択できることを示している。

【００２５】以上６相のステッピングモータについて説
明したが、何も６相に限るものではなく、相数が偶数で
あれが、６より大きくてもかまわない。この場合でも、
前記実施例と同様にスター結線（Ｙ結線）し、かつ組ど
うしで結線することで、相数より少ないハーフブリッジ
回路で駆動することが可能である。また、組の個数につ
いても２にこだわるものではなく、複数の組に分割して
それぞれで接続してもかまわない。

【００２６】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明において
は、２ｎ（ｎは３以上）相の多相ステッピングモータの
駆動装置において、モータ巻線を幾つかの組に分け、そ
れぞれでＹ結線しつつ、それらの組どおしを接続するこ
とで、励磁させるために給電点を減らすことができ、さ
らにＹ結線の中点を駆動するようにすることで、２ｎ個
より少ない個数のハーフブリッジ回路を用意すること
で、従来に比べ格段に少ない回路構成にてモータ巻線を
励磁することができ、ハーフブリッジ動作も可能なステ
ッピングモータ駆動回路が得られる。

【００２７】また、本発明においては、２ｎ（ｎは３以
上）相の多相ステッピングモータの駆動方法において、
モータ巻線を幾つかの組に分け、それぞれでＹ結線しつ
つ、それらの組どおしを接続することで、励磁させるた
めに給電点を減らすことができ、さらにＹ結線の中点を
駆動するようにすることで、２ｎ個より少ない個数のハ
ーフブリッジ回路を用意することで、従来に比べ格段に
少ない回路構成にてモータ巻線を励磁することができ、
ハーフブリッジ動作も可能なステッピングモータ駆動方
法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例１のステッピングモー
タ駆動装置の回路図である。

【図２】図２は、本発明の実施例１におけるスイッチン
グ素子の状態を示す図である。

【図３】図３は、本発明の実施例１における各巻線の電
流変化を示す図である。

【図４】図４は、本発明の実施例２におけるスイッチン
グ素子の状態を示す図である。

【図５】図５は、本発明の実施例２における各巻線の電
流変化を示す図である。

【図６】図６は、本発明の実施例２における各励磁ステ
ップでの給電状態を表した図である。

【図７】図７は、実施例３での結線状態を示す第１の図
である。

【図８】図８は、実施例３での結線状態を示す第２の図
である。

【図９】図９は、従来例における回路図である。

【図１０】図１０は、従来例におけるスイッチング素子
の状態を示す図である。

【図１１】図１１は、環状結線を示した図である。

【図１２】図１２は、スター結線（Ｙ結線）を示した図
である。

【図１３】図１３は、従来例の各巻線の電流変化を示す
図である。

【符号の説明】Ａ〜Ｆ、４Ａ〜４Ｆ、４／Ａ〜４／Ｆ巻線ＳＷ１〜ＳＷ１０スイッチング・トランジスタＰ、Ｑ、Ｒ巻線の端子Ｃ１〜２Ｙ結線の巻線の中点１０〜１５ハーフブリッジ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２ｎ相のステッピングモータの駆動回路
において、（ｎは３以上の定数）任意の主磁極からｍ個
おきに配置されている巻線相を一つの組として、これら
の巻線をｍ個の組に分割し、各組の中で巻線をスター接
続し、各組のスター結線の中点に接続されていない巻線のもう
一方の端を、他の組のスター結線の中点に接続されてい
ない巻線のもう一方の端とを接続し、端子をモータ電源若しくはグランドに導通または遮断す
るように動作する２個一組のスイッチング素子による回
路を、前記接続点および各組のスター結線の中点に接続
し、前記２個一組のスイッチング素子による回路は２ｎより
少ない個数によって構成されることを特徴とするステッ
ピングモータの駆動回路。
【請求項２】２ｎ相のステッピングモータの駆動方法
において、（ｎは３以上の定数）任意の主磁極からｍ個
おきに配置されている巻線相を一つの組として、これら
の巻線をｍ個の組に分割し、各組の中で巻線をスター接
続し、各組のスター結線の中点に接続されていない巻線のもう
一方の端を、他の組のスター結線の中点に接続されてい
ない巻線のもう一方の端とを接続し、端子をモータ電源若しくはグランドに導通または遮断す
るように動作する２個一組のスイッチング素子による回
路を、前記接続点および各組のスター結線の中点に接続
し、各組どうしの接続点のみを駆動することで励磁されるモ
ータ巻線の状態遷移で、前記遷移の中間状態を、スター
結線の中点をモータ電源またはグランドに導通させるよ
うにして生成することで、多分割駆動を行うことを特徴
とする、ステッピングモータの駆動方法。
【請求項３】２ｎ相のステッピングモータの駆動回路
において、（ｎは３個以上の定数）任意の主磁極から奇
数番目同士と偶数番目同士をそれぞれ組として各組を構
成し、各組の中で巻線をスター接続し、奇数番目の組のスター結線の中点に接続されていない巻
線のもう一方の端を、偶数番目の組のスター結線の中点
に接続されていない巻線のもう一方の端とを接続し、端子をモータ電源若しくはグランドに導通または遮断す
るように動作する２個一組のスイッチング素子を、前記
接続点および各組のスター結線の中点に接続し、前記２個一組のスイッチング素子は２ｎより少ない個数
によって構成されることを特徴とするステッピングモー
タの駆動回路。
【請求項４】２ｎ相のステッピングモータの駆動方法
において、（ｎは３以上の定数）任意の主磁極から奇数番目同士と偶数番目同士をそれぞ
れ組として各組を構成し、各組の中で巻線をスター接続し、奇数番目の組のスター結線の中点に接続されていない巻
線のもう一方の端を、偶数番目の組のスター結線の中点
に接続されていない巻線のもう一方の端とを接続し、端子をモータ電源若しくはグランドに導通または遮断す
るように動作する２個一組のスイッチング素子を、前記
接続点および各組のスター結線の中点に接続し、前記各組どうしの接続点を駆動することで、励磁される
巻線の状態遷移において、スター結線の中点をモータ電
源またはグランドに導通させるようにして、この励磁状
態の間の状態を生成して、多分割駆動を行うことを特徴
とするステッピングモータの駆動方法。
【請求項５】６相のステッピングモータの駆動回路に
おいて、奇数番目の巻線を第１の組とし、偶数番目の巻線を第２
の組とし、各組の中で、巻線をＹ結線を行い、第１の組の巻線の中点以外の端子と、第２の組の巻線の
中点以外の端子とを接続し、モータ電源と端子を導通若しくは遮断するように配置さ
れた第１のスイッチング素子およびグランドと前記端子
を導通若しくは遮断するように配置された第２のスイッ
チング素子とで構成される、ハーフブリッジ回路を５つ
用意して、前記ハーフブリッジ回路の端子は、各巻線の組どうしの
接続点およびＹ結線の中点に接続して構成されることを
特徴とするステッピングモータの駆動回路。
【請求項６】６相のステッピングモータの駆動方法に
おいて、奇数番目の巻線を第１の組とし、偶数番目の巻線を第２
の組とし、各組の中で、巻線をＹ結線を行い、第１の組の巻線の中点以外の端子と、第２の組の巻線の
中点以外の端子とを接続し、モータ電源と端子を導通若しくは遮断するように配置さ
れた第１のスイッチング素子およびグランドと前記端子
を導通若しくは遮断するように配置された第２のスイッ
チング素子とで構成される、ハーフブリッジ回路を５つ
用意して、前記ハーフブリッジ回路の端子は、各巻線の組どうしの
接続点およびＹ結線の中点に接続し、接続点のみの駆動により生成される巻線の励磁様態の遷
移の中間の状態を、Ｙ結線の中点をモータ電源またはグ
ランドに導通させるよう駆動して、多分割駆動を行うこ
とを特徴とするステッピングモータの駆動方法。
【請求項７】各組が、少なくとも３以上の巻線からな
る、少なくとも２組以上のＹ結線回路手段と、各組のＹ結線回路手段の巻線の中点以外の端子同士を接
続する第１接続手段と、巻線の端子をモータ電源若しくはグランドに導通または
遮断するように動作する複数のハーフブリッジ回路手段
と、前記ハーフブリッジ回路手段の各々のいくつかと前記第
１接続手段の各々とを接続する第２接続手段と、前記ハーフブリッジ回路手段の各々の残りと前記Ｙ結線
回路手段の巻線の中点の各々を接続する第３接続手段
と、を有することを特徴とするステッピングモータの駆動回
路。
【請求項８】各組が、少なくとも３以上の巻線からな
る、少なくとも２組以上のＹ結線回路を形成し、各組のＹ結線回路手段の巻線の中点以外の端子同士を接
続し、巻線の端子をモータ電源若しくはグランドに導通または
遮断するように動作する複数のハーフブリッジ回路手段
を設け、前記ハーフブリッジ回路手段の各々のいくつかと前記接
続された巻線の中点以外の端子同士の各々とを接続し、前記ハーフブリッジ回路手段の各々の残りと前記Ｙ結線
回路手段の巻線の中点の各々を接続し、前記ハーフブリッジ回路手段を動作させて、前記巻線を
流れる電流を順次切り替える、ことを特徴とするステッピングモータの駆動方法。