JPH04355698A - ステップモーター駆動回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はステップモーター駆動
回路に関するものであり、たとえば、磁気ディスク等の
位置決めに用いられるステップモーターの駆動方式に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６、図８は例えば高橋昇司著、ＣＱ出
版社「フロッピ・ディスク装置のすべて」、８２ページ
に示された従来のステップモーターの巻線と駆動回路を
示す図であり、図６はモノファイラ巻とバイポーラ駆動
方式について、図８はバイファイラ巻とユニポーラ駆動
方式について模式的に描いたものである。図７は図６の
バイポーラ駆動方式の励磁コイル１相分を示したもの、
図９は図８のユニポーラ駆動方式の励磁コイル１相分を
示したもので、図において、１は励磁コイル、２、３は
接地側に接続されたスイッチ素子、４、５は正電源側に
接続されたスイッチ素子である。

【０００３】次に動作について説明する。図７における
バイポーラ駆動では、正電源側に接続されたスイッチ素
子４と接地側に接続されたスイッチ素子３が同時にオン
し、このとき、正電源側に接続されたスイッチ素子５と
接地側に接続されたスイッチ素子２はオフであった場合
、電流は励磁コイル１のＸ側からＹ側に流れる。このと
きを仮に正電流と呼び、Ｘ側がＳ極、Ｙ側がＮ極となる
よう磁界が発生するとする。逆に、正電源側に接続され
たスイッチ素子４と接地側に接続されたスイッチ素子３
をオフし、このとき、正電源側に接続されたスイッチ素
子５と接地側に接続されたスイッチ素子２はオンとする
と、電流は励磁コイル１のＹ側からＸ側に流れる。この
ときは励磁コイル１に負電流が流れ、Ｘ側がＮ極、Ｙ側
がＳ極となるよう磁界が発生する。この駆動回路を２組
ならべて図７のように接続し、励磁コイルＡ、Ｂに流す
電流をまず、正、正。次に、正、負。次に、負、負。 さらに、負、正。と順次切り替えることによってステッ
プモーターは移動、回転する。このモノファイラ巻とバ
イポーラ駆動方式との組合わせは励磁コイルの利用効率
が高く、小型で高出力のモーターに応用される。

【０００４】次に図９を用いてユニポーラ駆動方式につ
いて説明する。図においてスイッチ素子３がオンし、ス
イッチ素子２がオフとなった場合、電流は励磁コイル１
ｂを流れる。このとき、励磁コイル１のＹ側にはＮ極、
同一磁心（図示せず）に巻付けてある励磁コイル１のＸ
側にはＳ極になるように磁界が発生する。逆に、スイッ
チ素子３がオフし、スイッチ素子２がオンとなった場合
、電流は励磁コイル１ａを流れる。このとき、励磁コイ
ル１のＸ側にはＮ極、同一磁心（図示せず）に巻付けて
ある励磁コイル１のＹ側にはＳ極になるように磁界が発
生する。この駆動回路を２組ならべて図８のように接続
し、励磁コイルＡ１、Ａ２とＢ１、Ｂ２に流す電流を順
次切り替えることによってステップモーターを移動、回
転させることができる。このバイファイラ巻とユニポー
ラ駆動方式の組合わせは駆動回路が簡単でコストダウン
が期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のステッチプモー
ター駆動回路は以上のように構成されているので、例え
ばバイポーラ駆動のときに高速移動、回転させようとし
た場合は励磁コイルの電流切り替えを高速に切り替えな
ければならない。ところが、励磁コイルのインダクタン
ス成分のため電流の切り替えが高速にできなくなってし
まう。図１０はあるステップモーターを使用したときの
電流切り替え時の電流変化を測定した図である。図にお
いて、（ａ）は電源電圧を通常使用状態にしたときで電
流変化が緩い。これを解決するために、電源電圧を通常
の２倍にした状態が（ｂ）で、電流変化が高速になって
いる。しかし、装置として２倍の電圧を使用することは
仕様から好ましくない。これに対して、モノファイラ巻
とユニポーラ駆動方式の組合わせは励磁コイルを半分ず
つ使用するため、インダクタンスはコイルを全部使用す
るときの４分の１程度になるため電流の変化は高速にな
る。この為、高速移動、回転には有利となる。しかし、
モーター駆動時に使用するコイルは半分づつのためコイ
ルのスペースの割には出力がとれない。この為、駆動後
停止時の振動の減衰性もやや悪いなどの問題点があった
。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ステップモーターの高速移動、
回転ができ、かつ駆動後停止時の振動の減衰性や電源電
圧も通常の範囲内で押さえることを可能とすることを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るステッ
プモーター駆動回路は以下の要素を有するものである。 （ａ）ステップモーターを駆動するため電流により磁界
を発生する励磁コイル、（ｂ）励磁コイルの一方側から
他方側へ、あるいは、他方側から一方側へ電流を流すバ
イポーラ駆動回路、（ｃ）上記バイポーラ駆動回路と一
部共用する部分を有し、励磁コイルの中間部分から、励
磁コイルの一方側へ、あるいは、励磁コイルの他方側へ
電流を流すユニポーラ駆動回路。（ｄ）上記バイポーラ
駆動回路とユニポーラ駆動回路を切り替える制御回路。

【０００８】第２の発明に係るステップモーター駆動回
路は以下の要素を有するものである。（ａ）ステップモ
ーターを駆動するため磁界を発生する励磁コイル、（ｂ
）磁界を発生させるために励磁コイルに電流を流す第１
の電源と第２の電源、（ｃ）励磁コイルの両側から第１
と第２の電源にそれぞれ接続された２対のスイッチ素子
、（ｄ）励磁コイルの中間部分から第１あるいは第２の
電源に接続されたスイッチ素子。

【０００９】

【作用】第１の発明に係るステップモーター駆動回路に
おいては、バイポーラ駆動回路とユニポーラ駆動回路の
両方を有しており、制御回路は、ステップモーターが停
止あるいは低速で駆動され大きな出力が必要な場合はバ
イポーラ駆動回路を選択し、ステップモーターが高速で
駆動され電流の変化が高速になる場合はユニポーラ駆動
回路を選択するように制御するので、ステップモーター
の高速移動回転が可能になるとともに、停止時の振動の
減衰性や電圧も通常の範囲内のものが得られる。

【００１０】また、第２の発明に係るステップモーター
駆動回路は励磁コイルの両端と２つの電源にそれぞれ接
続された２組４個のスイッチ素子を接続し、さらに励磁
コイルの中間タップといずれかの電源をもう１個のスイ
ッチ素子で接続したものであり、これらのスイッチ素子
の切り替えにより、励磁コイルを全部または分割して電
流を流すため、電流の変化が高速なときや大きな出力が
欲しいとき等、動作状況に対して柔軟に対応できる。

【００１１】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明を２相ステップモーターに適応した一実
施例を示す図で、（ａ）はこの発明によるステップモー
ター駆動方式で、（ｂ）は（ａ）における励磁コイル１
と７の駆動回路を示した図で、（ｃ）は制御回路１０の
制御動作を示した図である。以下、この図を参照にして
詳細に説明する。

【００１２】図において励磁コイル１はスイッチ素子２
、３をとおして接地（第２の電源の一例）１２され、ま
た、スイッチ素子４、５をとおして正電源（第１の電源
の一例）１１に接続され、さらに、励磁コイル１の中間
タップＣＴはスイッチ素子６をとおして正電源１１に接
続されている。

【００１３】まず、ステップモーターが低速度で駆動さ
れているとき、あるいは、停止しているとき、一般にス
テップモーターには大きな出力が要求される。この場合
、制御回路１０がスイッチ素子６をオフにすることで従
来のバイポーラ駆動と同様な動作ができる。

【００１４】つまり、（ｃ）に示すように、正電源側に
接続されたスイッチ素子４と接地側に接続されたスイッ
チ素子３が同時にオンし、このとき、正電源側に接続さ
れたスイッチ素子５と接地側に接続されたスイッチ素子
２はオフであった場合、電流は励磁コイル１のＸ側から
Ｙ側に流れる。このときを仮に正電流と呼び、Ｘ側がＳ
極、Ｙ側がＮ極となるよう磁界が発生するとする。

【００１５】逆に、正電源側に接続されたスイッチ素子
４と接地側に接続されたスイッチ素子３をオフし、この
とき、正電源側に接続されたスイッチ素子５と接地側に
接続されたスイッチ素子２はオンとすると、電流は励磁
コイル１のＹ側からＸ側に流れる。このときは励磁コイ
ル１に負電流が流れ、Ｘ側がＮ極、Ｙ側がＳ極となるよ
う磁界が発生する。

【００１６】この駆動回路を２組ならべて図１（ａ）の
ように接続し、制御回路１０が励磁コイル１、７に流す
電流をまず、正、正。次に、正、負。次に、負、負。さ
らに、負、正。と順次切り替えることによってステップ
モーターは移動、回転する。

【００１７】つぎに、ステップモーターを高速で移動、
回転させたいとき一般的にはステップモーターには停止
時に比べて小さいが高速に変化できる力が要求される。 この場合は、制御回路１０がスイッチ素子６をオンとし
、スイッチ素子４および５をオフすることによって従来
のユニポーラ駆動と同様な動作をさせることができる。

【００１８】つまり、図１（ｂ）においてスイッチ素子
３がオンし、スイッチ素子２がオフとなった場合、電流
は励磁コイル１ｂを流れる。このとき、励磁コイル１の
Ｙ側にはＮ極、同一磁心（図示せず）に巻付けてある励
磁コイル１のＸ側にはＳ極になるように磁界が発生する
。逆に、スイッチ素子３がオフし、スイッチ素子２がオ
ンとなった場合、電流は励磁コイル１ａを流れる。この
とき、励磁コイル１のＸ側にはＮ極、同一磁心（図示せ
ず）に巻付けてある励磁コイル１のＹ側にはＳ極になる
ように磁界が発生する。

【００１９】このように本発明ではステップモーターの
駆動速度に応じて低速駆動時ではバイポーラ駆動、高速
駆動時ではユニポーラ駆動と駆動方式を切り換えるもの
であり、以下に、その理由を図５を用いて説明する。図
５は時間ｔ＝０より駆動コイルに電圧制御付きの電流源
を用いて駆動したときの駆動コイルに流れる電流と駆動
コイルに発生する磁界をグラフに示したものである。実
線が駆動コイル全部を使用したときで、バイポーラ駆動
に相当し、破線が駆動コイルの半分を使用したとき、つ
まり、ユニポーラ駆動に相当する。コイルのインダクタ
ンスＬは巻数Ｎの２乗に比例し、発生磁界Φは巻数Ｎと
電流Ｉの積に比例する。また、電流Ｉはコイルの抵抗Ｒ
とインダクタンスＬの比によって示される時定数、Ｌ／
Ｒを用いて、自然対数の底ｅの−Ｌｔ／Ｒ乗に比例する
。これらの関係から、時間と発生磁界の関係を求め、図
にしたものが図５である。図より明らかなように、コイ
ル半分を使用した場合の方が電流の立ち上がりが早く、
磁界の立ち上がりも早い。これにより、時間ｔが小さい
領域では駆動コイルを全部使用したときよりも、駆動コ
イルを半分使用したときの方が発生磁界が強いことがわ
かる。これに対して、時間ｔが経つと駆動コイル全部を
用いた方が発生磁界が強くなる。従って、低速での駆動
、即ち、電流変化の遅い場合は駆動コイルを全部使用す
るバイポーラ駆動が有利で、高速での駆動、すなわち、
電流変化が早い場合には駆動コイルを半分づつ使用する
ユニポーラ駆動が適しているのがわかる。

【００２０】実施例２． なお、上記実施例では励磁コイル１の中間タップＣＴを
スイッチ素子６を用いて正電源に接続したが、図２のよ
うにスイッチ素子６を用いて接地してもよく、この場合
、スイッチ素子６をオフすることによってバイポーラ駆
動できることは先に述べたとおりである。ユニポーラ駆
動の場合、この実施例ではスイッチ素子６をオンしスイ
ッチ素子２、３をオフした状態でスイッチ素子４、５の
オン・オフによって駆動できる。

【００２１】実施例３． また、上記実施例１では、スイッチ素子２、３および４
、５、６を接地および正電源に接続したがそれぞれを図
３（ａ）、（ｂ）のように電流源（第２の電源の一例）
８や抵抗器９を介して電源に接続してもよい。

【００２２】実施例４． また、上記実施例１では、中間タップＣＴがひとつの場
合を示したが、図４に示すように、中間タップを複数設
けてもよい。図においてＣＴ１とＣＴ２は励磁コイル１
を３等分する位置に設けられた中間タップであり、６ａ
と６ｂは、それぞれの中間タップＣＴ１とＣＴ２と電源
１１を接続するスイッチ素子である。スイッチ素子６ａ
と６ｂをオフにすれば、実施例１で述べたようにバイポ
ーラ駆動が可能であり、スイッチ素子２、４、５、６ｂ
をオフにし、スイッチ素子３、６ａをオンにすると励磁
コイルの右側３分の２の部分１ｂ、１ｃが使用される。 また、スイッチ素子３、４、５、６ａをオフにし、スイ
ッチ素子２、６ｂをオンにすると励磁コイルの左側３分
の２の部分１ａ、１ｂが使用される。あるいは、詳述し
ないが、スイッチ素子の設定により、励磁コイルの左側
３分の１の部分１ａのみの使用も可能であり、また、右
側３分の１の部分１ｃのみの使用も可能である。

【００２３】実施例５． また、上記実施例では２相モーターについてのみ記載し
たが、ステップモーターは３相でもよい。

【００２４】実施例６． また、上記実施例ではスイッチ素子としてトランジスタ
を例挙げたが、サイリスタ、トライアック等の半導体ス
イッチ素子を用いてもよい。

【００２５】以上、上記実施例では、複数の励磁コイル
を持つステップモーターにおいて、その各々の励磁コイ
ルに１つあるいは複数の中間タップを設け、前記励磁コ
イルの両端には、第１の電源、第２の電源に接続された
２組４個のスイッチ素子を接続し、前記中間タップには
前記第１あるいは第２の電源に接続されたスイッチ素子
を接続したことを特徴とするステップモーター駆動方式
を説明した。なお、第１あるいは第２の電源とは励磁コ
イルの全体あるいは一部に接続され、励磁コイルの全体
あるいは一部に電流を流すものであればどのようなもの
であってもかまわない。

【００２６】そして、この方式で使用される回路は、ス
テップモーターの動作条件により、励磁コイルの中間タ
ップに接続されたスイッチ素子をオンとし、前記励磁コ
イルの両端に接続されたスイッチ素子のうち前記中間タ
ップに接続された前記スイッチ素子と接続されている電
源に接続された２つのスイッチ素子をオフとし、前記励
磁コイルの両端に接続されたスイッチ素子のうち前記中
間タップに接続された前記スイッチ素子と接続されてい
る電源とは異なる電源に接続された２つのスイッチ素子
を交互にオン・オフする第１の動作モード（バイポーラ
駆動）と、励磁コイルの中間タップに接続されたスイッ
チ素子をオフとし、前記励磁コイルの一端と第１の電源
に接続された第１のスイッチ素子と、前記励磁コイルの
他端と第２の電源に接続された第２のスイッチ素子を第
１のペアとし、前記励磁コイルの一端と第２の電源に接
続された第３のスイッチ素子と、前記励磁コイルの他端
と第１の電源に接続された第４のスイッチ素子を第２の
ペアとし、前記第１のペアのスイッチ素子と前記第２の
ペアのスイッチ素子を交互にオン・オフさせる第２の動
作モード（ユニポーラ駆動）を切り替えることを特徴と
するステップモーター駆動回路である。

【００２７】このように、ステップモーターにおいて励
磁コイル１に中間タップＣＴを設け、中間タップＣＴと
電源をスイッチ素子６で接続し、停止、あるいは低速駆
動するときはこのスイッチ素子６をオフとすることでバ
イポーラ駆動と同様な駆動を行うことができ、高速駆動
をしたいときはスイッチ素子６をオンとすることでユニ
ポーラ駆動と同様な駆動をすることができる。この結果
、停止あるいは低速領域では出力が大きく、より高速駆
動も可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、低速で
力が強力でかつ高速移動、回転も可能である駆動回路が
、従来通常に使用されていた電源電圧で実現できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるステップモーター駆
動方式の図、及び励磁コイルの回路接続図と制御回路の
動作図である。

【図２】この発明の他の実施例によるステップモーター
駆動方式の励磁コイルの１相分の回路接続図である。

【図３】この発明の他の実施例によるステップモーター
駆動方式の励磁コイルの１相分の回路接続図である。

【図４】この発明の他の実施例によるステップモーター
駆動方式の励磁コイルの１相分の回路接続図である。

【図５】従来のステップモーター駆動方式（バイポーラ
駆動）を示した図である。

【図６】この発明の原理を説明するための図である。

【図７】従来のステップモーター駆動方式（バイポーラ
駆動）の励磁コイルの１相分の回路接続図である。

【図８】従来のステップモーター駆動方式（ユニポーラ
駆動）を示した図である。

【図９】従来のステップモーター駆動方式（ユニポーラ
駆動）の励磁コイルの１相分の回路接続図である。

【図１０】従来のステップモーター駆動方式（バイポー
ラ駆動）における励磁コイルの電流変化を示した図であ
る。

【符号の説明】

１　　励磁コイル ２　　スイッチ素子 ３　　スイッチ素子 ４　　スイッチ素子 ５　　スイッチ素子 ６　　スイッチ素子 ７　　励磁コイル ８　　電流源（第２の電源の一例） ９　　抵抗 １０　　制御回路 １１　　正電源（第１の電源の一例） １２　　接地（第２の電源の一例）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　以下の要素を有するステップモーター
   駆動回路（ａ）ステップモーターを駆動するため磁界を
   発生する励磁コイル、（ｂ）励磁コイルの一方側から他
   方側へ、あるいは、他方側から一方側へ電流を流すバイ
   ポーラ駆動回路、（ｃ）上記バイポーラ駆動回路と一部
   共用する部分を有し、励磁コイルの中間部分から、励磁
   コイルのいずれか一方側へ電流を流すユニポーラ駆動回
   路、（ｄ）上記バイポーラ駆動回路とユニポーラ駆動回
   路を切り替える制御回路。
2. 【請求項２】　　以下の要素を有するステップモーター
   駆動回路（ａ）ステップモーターを駆動するため磁界を
   発生する励磁コイル、（ｂ）磁界を発生させるために励
   磁コイルに電流を流す第１の電源と第２の電源、（ｃ）
   励磁コイルの両側から第１と第２の電源にそれぞれ接続
   された２対のスイッチ素子、（ｄ）励磁コイルの中間部
   分から第１あるいは第２の電源に接続されたスイッチ素
   子。