JPH02211093A - ステッピング・モータの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 内０発明の概要 Ｃ０従来の技術 り１発明が解決しようとする課題 ２３課題を解決するための手段 ２１作用 Ｇ、実施例 Ｇｌ、実施例の構成（第１図〜第３図）Ｇ１．実施例の
作用（第４図、第５図）Ｇｓ、実施例の応用例（第６図
〜第８図）！−■１発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、位置決め制御における高分解能送りと高速送
りを一つのステッピング・モータで実現可能とするステ
ッピング・モータの制御回路に関する。

Ｂ９発明の概要 本発明は、ステッピング・モータの制御回路において、 ステッピング・モータの各相伝に多値化した励磁を行う
励磁回路を設け、この励磁回路に、高速送りをしたい場
合には２値の制御コードを与えてフルステップ駆動を行
い、高分解能または低振動の送りをしたい場合には多値
化した制御コードを与えてマイクロステップ駆動を行う
ことにより、簡単な構成で、高分解能と高速送りを一つ
のステッピング・モータにおいて実現可能にしたもので
ある。

Ｃ１従来の技術 ステッピング・モータは入力パルスに比例して一定のス
テップ角だけ回転するので、オープンループで位置決め
制御を行うことができる。この簡便性によつて従来より
、位置決め制御では、ステッピング・モータが多用され
ている。

一方、近年、光カードを種々の情報の記録媒体として使
用する動きがある。光カードは縦横に複数のブロックが
形成され、各ブロックには複数本のトラックが１０μｍ
程度の間隔で設けられている。この光カードの記録また
は再生を行う場合においても、上記ステッピング・モー
タを用いて移動し、ブロックとトラックのアクセスを行
うのが好適である。

なお、関連技術として、特公昭５Ｂ−１８８８０号公報
に開示されたものであって振動を防止して安定に停止さ
せるステッピング・モータの制御方式の技術がある。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の技術に〜おけるステッピング
・モータでは、ステップ角によって分解能と回転速度が
制限され、ステップ角を小さくシ、て分解能を高めると
回転速度が遅くなり、逆にステップ角を大きくして回転
速度を向上させようとすると、分解能が低くなったり振
動が増大したりする。一方、光カードの記録または再生
を行うために、光学ヘッドまたは光カードをステッピン
グ・モータで移動する際、光カードの出し入れやブロッ
クのアクセスにおいてはアクセススピードを早めるため
に高速送りが要求され、トラックのアクセスにおいては
振動の少ない高分解能な精密送りが要求される。ところ
が、従来のステッピング・モータでは高速送りと高分解
能とは上記したように両立しないため、高速送りの要求
を満足することができなかった。

従来、このような用途では、 （り低速用と高速用のモータを別々に用意する。

（２）機構系による変速構造を設ける。

（３）速度変化比の大きくとれるサーボモータを使用す
る。

などの方策を講じるのが一般的である。しかし、（ｔ）
、（２）の方策では、制御回路は比較的簡単なものの機
構系が複雑化する問題点があり、（３）の方策ではオー
プンループで制御することは不可能であり、エンコーダ
などの検出器によって位置検出を行い、フィードバック
制御を行う必要があるため、制御が難しくなる問題点が
ある。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、一つのステッピング・モータで、高分解能と高速送
りを実現可能とするステッピング・モータの制御回路を
提供することを目的とする。

９１課題を解決するための手段 上記の目的を達成するための本発明のステッピング・モ
ータの制御回路の構成は、 ステッピング・モータの各相コイルに対応して与えられ
る制御コードにより該各相コイルに対し多値化した励磁
を行う励磁回路と、 高速動作時には上記ステッピング・モータのス＼ テップ角に磁界ベクトルを生じさせる２値の制御コード
を作成し、高分解能動作時または低振動動作時には上記
ステップ角を細分割した位置に磁界ベクトルを生じさせ
る多値化した制御コードを作成し、所定のステップ送り
のタイミングに同期してそれらの制御コードを上記励磁
回路に与える制御手段とを有することを特徴とする。

２０作用 本発明は、制御手段が、ステッピング・モータを高速送
りとしたい場合にはステップ角に磁界べクトルを発生さ
せる２値の制御コードを作成し、高分解能または低振動
の送りをしたい場合に１よそのステップ角を細分割した
位置に磁界ベクトルを発生させる多値化した制御コード
を作成し、これらの制御コードを励磁回路に与える。こ
れを受けて、励磁回路は、２値による励磁のときには通
常のステップ角による高速送りを行ない、多値化した励
磁のときにはその制御コードで決定される通常のステッ
プ角を分割した微小角による高分解能・低振動な送りを
行う。

Ｇ、実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

Ｇ＋、実施例の構成（第１図〜第３図）第１図は本発明
の一実施例を示すステッピングモータの制御回路のブロ
ック図である。本実施例は４相のステッピングモータを
制御する場合を例とする。凰はステッピング・モータの
回転角を制御する制御コードを作成し所定のタイミング
で出力する制御手段であるマイクロコンピュータ、２−
１．２−２．２−３．２−４　（以下、代表する場合は
２と記す）はステッピング・モータの各相φ１．φ！、
φ３．φ４のコイルに対応して設ける励磁回路、３は４
相のステッピング・モータである。

各相の励磁回路２は、マイクロコンピュータ！から出力
されるディジタルの励磁用の制御コードを保持するラッ
チ回路２１と、その保持したディジタルの制御コードを
アナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２２と、その
アナログ信号を増幅して対応するコイルについて多値化
した励磁を行う増幅回路２３とから成る。マイクロコン
ピュータ１は、高速動作をさせたい時にはフルステップ
（通常のステップ角による）送りを行うために、ステッ
ピングモータ３の構造で決まる通常のステップ角度に磁
界ベクトルを生じさせる２値の制御コードを作成し、高
分解能動作または低振動動作をさせたい時には上記通常
のステップ角を細分割した微小角でステップ送りするた
めに、その微小角に磁界ベクトルを生じさせる多値化し
た制御コードを作成する。これらの制御コードは、デー
タライン１１から送出され、フェーズ信号ラインＩ２に
より各ドライバーのラッチ回路２１に所定のステップ送
りのタイミングで振り分けられる。また、マイクロコン
ピュータ１は、各ラッチ回路２１に対しステッピング・
モータ３をステップ送りするときにはイネーブル信号を
イネーブル信号ライン！３に送出し、停止するときには
そのイネーブル信号の送出を停止する。

第２図は上記励磁回路２の実施例を示す回路図であり、
ステッピング・モータの！相につき１回路設ける。マイ
クロコンピュータ！からの制御コードは８ビツトで構成
されるものとする。ラッチ回路２１は、３ステート出力
形とし、８ビツトの入力端子と８ビツトの出力端子とク
ロック端子ＣＬＫとイネーブル端子Ｅを有し、８ビツト
の入力端子はマイクロコンピュータ１のデータラインＩ
！に接続し、クロック端子ＣＬＫはフェーズ信号ライン
１２に接続し、イネーブル端子Ｅはイネーブル信号ライ
ン！３に接続する。また、その８ビツトの出力端子のう
ち最上位ビットＭＳＢに対応する出力端子は抵抗Ｒ１で
回路の正電源■。にプルアップし、それ以下の最下位ビ
ットＬＳＨに対応するビットまでは抵抗アレーＲＡで個
別にグランドへプルダウンして、以上の全８ビツトを８
ビツトの分解能を有するＤ／Ａコンバータ２２の入力端
子へ接続する。ラッチ回路２！は、フェーズ信号に同期
してデータライン！ｌの制御コードをラッチし、イネー
ブル信号レベルがハイのときそのラッチ出力をＤ／Ａコ
ンバータ２２へ送出する。

イネーブル信号レベルがローになるとラッチ出力はハイ
インピーダスになり、プルアップ、プルダウンによって
Ｄ／Ａコンバータ２２には中立を指示する制御コード８
０ｎ（ヘキサコード）が入力され、モータ励磁が停止さ
れる。ラッチ回路２！から出力される制御コードは、電
流出力型のＤ／Ａコンバータ２２で電流値に変換される
。Ｄ／Ａコンバータ２２に駆動電源■０およびグランド
から接続した抵抗ｎ＊、ｎｓはＤ／Ａコンバータ２２の
基準抵抗であり、変換される電流値の大きさを決定する
。増幅回路２３は、Ｄ／Ａコンバータ２２のアナログ信
号出力を増幅するオペアンプ２３ａと、そのオペアンプ
２３ａの出力を電力増幅するパワーブースター２３ｂと
から成る。オペアンプ２３ａは、ここでは上記電流値の
電流電圧変換器およびバイアス付加回路として動作し、
正負モータ定格電圧上Ｖ１４をフルスケールコード幅に
対応して発生する。パワーブースター２３ｂは、ステッ
ピング・モータの正の駆動電源Ｖ°側にコレクタを接続
したｎｐｎ　）ランジスタＱ、の回路と、そのステッピ
ング・モータの負の駆動電源Ｖ°側にコレクタを接続し
たｐｎ’ｐトランジスタＱ、の回路とから成る。パワー
ブースター２３ｂの出力は、対応する相の一端をグラン
ドに接続したステッピング・モータのコイル３ａの他端
に接続する。以上により、定電圧駆動方式による多値化
したモータ励磁を実現する。

第３図は上記実施例におけるマイクロコンピュータ１の
動作手順を示すフローチャートである。

まず、ステッピング・モータ３の駆動を開始するときに
は励磁回路２にイネーブル信号を送出して停止状態を解
除する。次にステッピング・モータ３を停止するか否か
判断し、駆動を続ける場合には動作モードの指示を判断
する。動作モードには、通常のステップ角で送り動作を
行うフルステップ駆動と、そのステップ角を細分割した
微小角で送り動作を行うマイクロステップ駆動とがある
。マイクロステップ駆動では、コイルの励磁を多値化す
ることによって磁界ベクトルが回転方向の微小角の位置
に順次向いて行くように制御コードをパターン化して作
成し、例えばＲＯＭ　（リードオンリメモリ）化して用
意しておく。このＲＯＭから各ステップの出力タイミン
グにおいて出力すべき制御コードを読み出して用意する
。このパターンが多くなるような場合においては、ステ
ッピング・モータ相数やステップ角の分割数などの指定
データからその都度、演算によって制御コードを作成し
ても良い。フルステップ動作の場合には、励磁は一定順
序で行えば良いので、簡単な演算処理で制御コードを作
成することができるが、上記同様にＲＯＭ化して読み出
しすることで作成しても良い。このようにして作成され
た各相部の制御コードは、タイマー割り込みを待って出
力され、続くフェーズ信号の出力によって励磁回路２の
ラッチ回路２１に保持される。このタイマー割込みが制
御コードの出力のタイミング（ラッチタイミング）すな
わちステップ送りの速度（ステッピング・モータｌの回
転速度）を決める。すべての相について制御コードの出
力が終了するとステッピング・モータの駆動または停止
かの判断に戻り、指定のステップ数をカウントアツプし
たり、所定の検出信号を検出したりすることで停止と判
断されるまで上記を繰り返す。この間、動作モードの指
定を停止が近くなったらフルステップ動作からマイクロ
ステップ動作に切り換えたりすることも可能であるし、
駆動開始前にいずれかの動作モードを指定して動作した
りすることもできる。ステッピング・モータの停止が判
断された場合には、イネーブル信号の送出を停止し、ス
テッピング・モータを無励磁状態として終了する。

Ｇ１．実施例の作用（第４図、第５図）以上のように構
成した実施例の作用を述べる。

第４図および第５図（ａ）〜（ｆ）はそのための説明図
であり、第４図は励磁タイミングチャートを示し、第５
図（ａ）〜（ｆ）はステッピング・モータのコイルによ
って発生する磁界ベクトルの模式図を示している。ステ
ッピング・モータの各相励磁を通常°のＯＮ（励磁）１
０ＦＦ’（非励磁）で行うのではなく、その励磁を多値
化することで磁界ベクトルの発生位置を変化させ、通常
のステップ角を細分化することが可能である。本実施例
では、模式的に！ステップ角を９０°とし、これを４分
割した場合の様子を示す。第４図の励磁タイミングチャ
ートにおいて、φ１〜φ４は４相ステツピング・モータ
の各相コイルの励！Ｅｌ圧波形を示、し、マイクロコン
ピュータ１の制御コードに従゛って励磁される。（＋）
はフルスケールコードに対応する正のほぼ定格励磁電圧
ＶＭ、（０）は中立コードに対応する無励磁電圧（Ｏボ
ルト）、（−）はゼロコードに対応する負の定格励磁電
圧−Ｖ。

を示す。その各位は、下記の表１の制御コード（ヘキサ
表示）と励磁電圧の対応表に示す通りである。

（＋）’　、（−）’　は多値化した正負の中間励磁電
圧を示し、本実施例では正負の定格電圧上ＶＮの１／２
とする。

表１．制御コードと励磁電圧の対応表 以上のような各制御コードを用いて、各ステップ（例え
ばＴ、〜Ｔ、）の初めのタイミングに、マイクロコンピ
ュータｌから各相の励磁回路２−！。

２−２．２−３．２−４に対し第４図に示す各相φ１〜
φ４の制御コードを送出し、フェーズ信号でラッチさせ
る。

第５図において（ａ）は、ステッピング・モータの各相
コイルの励磁により発生する磁界方向の関係を模式的に
示す。相φ、と相φ、のコイルは一方向Ａに互いに逆方
向に励磁し、相φ、と相φ４のコイルはその一方向へに
直角な方向Ｂに互いに逆方向に励磁する。このＡ方向と
Ｂ方向の間が通常の１ステツプ角である。第５図の（ｂ
）は第４図のステップＴ、の励磁による磁界の合成べ°
クトル１１を示し、以下、＜ｃ＞はステップＴ、の、（
ｄ）はステップＴ、の、（、）はステップＴ４の、（ｆ
）はステップＴ、の磁界の合成ベクトルを示す。（ｂ）
に示すステップＴ、においては、相φ、が（−）で相φ
、も（−）で励磁するので、互いに打ち消し合い、相φ
１の（＋）と相φ、の（−）が入方向に強め合って、磁
界の合成ベクトルＨは入方向に向く。次に、（Ｃ）に示
すステップＴ、においては、入方向に相φ１の（＋）′
　と相φ、（−）が強め合い、Ｂ方向に相φ、の（−）
′　と相φ４の（−）が弱め合うので、磁界の合成ベク
トルＨはＡ方向からほぼｌ／４Ｘ（ステップ角）付近の
方向を向く。

（ｄ）に示すステップＴ、では、相φ１．φ、がそれぞ
れ（０）であるから相φ、の（−）で入方向に励磁され
、相φ４の（−）でＢ方向に励磁されて、磁界の合成ベ
クトルＨはＡ方向から１／２ｘ（ステップ角）の方向を
向く。（ｅ）に示すステップＴ４では、Ａ方向に相φ、
の（−）′　と相φ、の（）が弱め合い、Ｂ方向に相φ
、の（＋）′　と相φ４の（−）が強め合うので、磁界
の合成ベクトルＨはＡ方向からほぼ３／４Ｘ（ステップ
角）付近の方向を向く。（ｆ）に示すステップＴ、では
、相φ１の（−）と相φ、の（−）が互いに打ち消し合
い、相φ、の（＋）と相φ４の（−）が強め合って磁界
の合成ベクトルＨはＢ方向に向く。以上のように制御コ
ードを与えることによって、通常のステップを４分割に
細分化した微小角でステップ送り（マイクロステップ動
作）を行うことができる。

通常のステップ送り（フルステップ動作）・をさせるに
は、第４図のステップＴ、とステップＴ１に示すように
ゼロコードとフルスケールコードを交互に発生するか、
または、一般的な一相励磁方式または二相同時励磁方式
等によりＯＮ（励磁）１０ＦＦ（無励磁）を行う制御コ
ードを出力すれば良い。上記において、ステップ角の細
分割の大きさは、マイクロコンピュータ！の発生する多
値化の制御コードとＤ／Ａコンバータ２２の分解能によ
り決定される。また、ステッピング・モータの回転速度
は、ステップ送りの速さであるから、フェーズ信号によ
りラッチタイミングを制御することで決定される。従っ
て、マイクロステップ動作では回転速度は遅くなり、フ
ルステップ動作では高速になる。一方、回転に供う振動
は、微小角を移動するマイクロステップ動作において低
減され、また、分解能もステップ角の細分割によって向
上し、上記実施例では４倍に向上する。

Ｇｓ、実施例の応用例（第６図〜第８図）以下、上記実
施例の応用例を示す。第６図は本実施例で制御されるス
テッピング・モータを使用した光カードの移動機構の斜
視図、第７図は光カ−ドの構成例を示す図である。まず
、光カード１０目よ、光学的に記録再生可能な膜（Ｓｂ
＊Ｓｅｓ。

ＢＩＩＴａ等）を蒸着し、カード長手方向と短手方向に
対し縦横にブロック１０１ａが形成され、各ブロック１
０１λは短手方向に平行な複数本のトラックｔｏｔｂか
ら成り、各トラック１０１ｂはビット１０１ｃと呼ばれ
る反射率の異なった部分からなり、ここが情報を担って
種々の情報がブロック単位で書き込まれる。

この光カード１０１の移動機構１０２は、光カード１０
１を保持してカード短手方向に位置決めする移動台１０
３と、この移動台！０３をその移動方向にスライド自在
に支持する２本の平行な支持棒１０４ａ、１０４ｂと、
これら２本の支持棒１０４ａ、１０４ｂの両端を固定し
てカード長手方向に位置決めする移動台！０５と、この
移動金型０５をその移動方向にスライド自在に支持する
２本の平行な支持棒１０６ａ、１．０６ｂと、これら２
本の支持棒１０６ａ、ｌ０６ｂの両端を固定する一対の
固定部材１０７ａ、１０７ｂを有する。

移動台１０５の側面には、支持棒１０６ａ、ＩＱ６ｂに
平行にラック１０５ａが固着され、固定部材１０７ａ、
ｌ０７ｂの取り付けられている基台側にはラック１０５
ａと噛み合うピニオンギヤ１０８が配置される。このピ
ニオンギヤ１０８は、同じく基台側に固定されたステッ
ピング・モータ１０９の回転軸と図示省略の歯車機構で
結合する。

また、移動台１０３の側面には、支持棒１０４ａ。

１０４ｂに平行にラック１０３ａが固着され、移動台！
０５側にはこのラック！０３ａに噛み合うピニオンギヤ
１１０が配置される。このピニオンギヤ１１０は、同じ
く移動台１０５側に固定されたステッピング・モータ１
！！の回転軸と図示省略の歯車機構で結合する。

以上のように構成された光カードの移動機構において、
書き込み（記録）の手順を示すと、次の通りである。

■書き込みたいブロックの場所が書き込み位置に来るよ
うに、光カード１０！を移動する。このとき、ステッピ
ング・モータ１０９，１１１ともフルステップ動作させ
移動台１０５，１０３とも高速に移動させる。

■ガルバノによりレーザを走査し、１トラック分の情報
を書き込む。

■ステッピング・モータ１０９をマイクロステップ動作
させて、カード長手方向に１トラツク移動させる。

■上記■および■を所定のトラック数繰り返し書き込み
を終了する。

次に読み出しく再生）の手順を示すと、下記の通りであ
る。

■読み出したいブロックの場所が読み出し位置に来るよ
うに、光カード１０１を移動する。このとき書き込み時
と同様に各移動台１０３，１０５を移動する際は、ステ
ッピング・モータ２１，１０９ともフルステップ動作さ
せ高速に行う。

■ステッピング・モータ１０９をマイクロステップ動作
させて、光カード１０１を長平方向に移動しながら情報
を読み込み、所定のトラック数を読み込んだら終了する
。

以上においてステッピングモータ！０９は、高速送りの
フルステップ動作と、高分解能、低振動のマイクロステ
ップ動作を一つで果しており、書き込みおよび読み出し
動作時にはマイクロステップ駆動を用い、アクセスの場
合には通常のフルステップ駆動を用いることにより高速
動作と精密駆動を両立することができる。

なお、以上の実施例において、励磁回路は第８図の他の
実施例のブロック図に示すように、各相φ、〜φ４対応
にアナログラッチ回路３１と増幅回路３２を設け、１つ
のＤ／’Ａコンバータ３３で時分割にアナログ信号に変
換を行ない、そのアナログ信号をマイクロコンピュータ
！からのフェーズ信号で振り分けてアナログラッチ回路
３Ｉにラッチさせるように構成しても良い。ただし、こ
の場合Ｄ／Ａコンバータが倹約できるが、高性能なアナ
ログラッチ回路を用いないとアナログラッチ回路３１の
リークが問題となり、長い時間のアナログ信号の保持は
困難である。また、マイクロコンピュータｌのプログラ
ムは容易に変更が可能であリ、一つの制御回路で異なる
微小角のマイクロステップ送りを行うことも可能である
。本発明は４相以外の５相や６相等のステッピングモー
タにも適用可能であることは当然である。このように、
本発明はその主旨に沿って種々に応用され、種々の実施
態様、を取り得るものである。

Ｈ８発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明のステッピング・
モータの制御回路によれば、簡単な回路構成でステッピ
ング・モータのマイク・ロステップ駆動が可能となり、
また位置決め制御における高分解能、精密送りと高速送
りとを一つのステッピング・モータで実現することがで
きる。さらに、同一の制御手段と励磁回路で種々のステ
ッピング・モータについて種々のマイクロステップ駆動
に汎用的に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す制御回路のブロック図
、第２図は励磁回路の回路構成図、第３図はマイクロコ
ンピュータの動作手順を示すフローチャート、第４図、
第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）。 （ｄ）、（ａ）、（ｆ）は上記実施例の作用説明図、第
６図は応用例を示す光カードの移動機構の斜視図、第７
図は光カードの構成図、第８図は励磁回路の他の実施例
を示すブロック図である。 ト・・マイクロコンピュータ、２・・・励磁回路、３・
・・ステッピング・モータ、３ａ・・・コイル、２１・
・・ラッチ回路、２２・・・Ｄ／Ａコンバータ、２３・
・・増幅回路。 外１名 第３図 カー１＋テ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ステッピング・モータの各相コイルに対応して
   与えられる制御コードにより該各相コイルに対し多値化
   した励磁を行う励磁回路と、 高速動作時には上記ステッピング・モータのステップ角
   に磁界ベクトルを生じさせる２値の制御コードを作成し
   、高分解能動作時または低振動動作時には上記ステップ
   角を細分割した位置に磁界ベクトルを生じさせる多値化
   した制御コードを作成し、所定のステップ送りのタイミ
   ングに同期してそれらの制御コードを上記励磁回路に与
   える制御手段とを有することを特徴とするステッピング
   ・モータの制御回路。