JPH0538198A - パルスモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ性能のバラツキ、負荷のバラツキ或い
はモータスタートのタイミング等に起因する脱調や、初
期ロック時間を長くしたり、加減速を緩やかに行うこと
によって生ずるスループットの低下を防止し、信頼性の
向上及び高スループット化を図る。 【構成】 複数の励磁コイルにより形成される合成磁界
ベクトルを回転させることによってロータの回転角制御
を行う多相励磁式パルスモータの制御方法において、ロ
ータの回転開始時に前回停止時の合成磁界ベクトルに対
するロータの位置を判断し（ステップＳ１４，Ｓ１
５）、その判断位置に応じたロック時間を設定してロー
タのロック処理を行う（ステップＳ１６〜Ｓ１８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスモータ制御方法
に関し、特に複数の励磁コイルにより形成される合成磁
界ベクトルを回転させることによってロータの回転角制
御を行う多相励磁式パルスモータの制御方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、
その他各種の事務機器等において、その駆動源としてパ
ルスモータが広く使用されている。このパルスモータ
は、単一のパルスによって一定の回転角だけロータを回
転させることができるため、その制御性の良さから高精
度にて対象物を搬送する場合等に適したモータである。

【０００３】ここで、パルスモータを使用した例えばプ
リンタの概略について説明する。プリンタのプラテンに
は印字用紙が巻き付けられるが、このプラテンに巻き付
けられた印字用紙を印字動作に同期させて搬送するため
にいわゆるラインフィードモータ（以下、ＬＦモータと
略記する）が設けられる。このＬＦモータとしてパルス
モータが用いられる。このＬＦモータには、所定のタイ
ミングで制御部から印字用紙のラインフィード量に対応
する回転角だけプラテンを回転させるためのパルスが供
給される。ＬＦモータは、このパルスに基づいてプラテ
ンを回転駆動することにより、指定された量だけ印字用
紙をフィードする。

【０００４】また、ラインフィード終了後は、このＬＦ
モータに対し一定の保持トルクが付与される。この保持
トルクは、外力により印字用紙が簡単に動いてしまうこ
とを防止するのに十分なトルクであり、かつ、オペレー
タが手動により印字用紙をフィードすることが可能な程
度のトルクである。実際には、その保持トルクはＬＦモ
ータにより印字用紙をフィードするときの回転トルクの
１／５〜１／１０程度の値に設定されている。

【０００５】ところで、プリンタのＬＦモータ等に用い
られるパルスモータとして、例えば２つの励磁コイルに
対して供給される励磁電流を段階的に制御することによ
り、２つの励磁コイルによって図４に示す如き合成磁界
のベクトルが形成され、この合成磁界のベクトルを回転
させることによってロータが回転する多相励磁式パルス
モータがある。この多相励磁式パルスモータによれば、
所定の単位角度でロータの回転角制御を行うことができ
る。

【０００６】次に、多相励磁式パルスモータを用いたＬ
Ｆモータの従来の制御方法につき、図５のフローチャー
トにしたがってその処理手順を説明する。なお、その制
御はマイクロプロセッサによって実行される。装置全体
の電源が投入されると、マイクロプロセッサは先ず、自
身の内部及びその他の装置全体のイニシャル処理を行い
（ステップＳ５１）、しかる後モータ・スタート時の初
期ロック時間Ｔ_C 並びにモータ・ストップ時の最終ロッ
ク時間Ｔ_D をセットする（ステップＳ５２）。次に、モ
ータ駆動回路に対してモータスタートの指令を発し（ス
テップＳ５３）、続いて初期ロック時間Ｔ_C を設定して
初期ロック処理を実行し（ステップＳ５４）、しかる後
モータの定速回転モードに移行する（ステップＳ５
５）。モータの停止処理に際し、マイクロプロセッサ
は、モータ駆動回路に対して最終ロック時間Ｔ_D を設定
し（ステップＳ５６）、しかる後モータストップ処理に
実行し（ステップＳ５７）、ＬＦモータを停止させる。

【０００７】図６に、このＬＦモータとして用いられる
パルスモータの駆動タイミングとロータの速度の関係を
示す。同図において、縦軸に駆動速度、横軸に時間をと
り、Ｔ₀ からＴ_n+1 までのｎパルスの駆動状態を示して
いる。Ｔ₀ は初期ロック時間を示し、図４の(3),(8),-
(3),-(8) の磁界ベクトルのいずれかの位置にロータを
ロックしている時間である。続いて、Ｔ₁ からＴ₄ まで
加速され、Ｔ₅ からＴ_n-4 まで定速状態となり、Ｔ_n-3
からＴ_n までに減速され、Ｔ_n+1 の最終ロック時間を経
てモータは停止する。この場合、図４の磁界ベクトルの
動作は、(1) の位置から(3) →(8) →-(3)→……→(8)
→(10)にて停止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
制御方法では、磁界ベクトルの比の差が大きい程（図４
及び表１を参照）、ＬＦモータのロータが不安定状態と
なるため、次のモータスタートの際に、モータ性能のバ
ラツキ、負荷のバラツキ或いはモータスタートのタイミ
ング等によっては、脱調を起こしてしまう可能性があっ
た。そのため、初期ロック時間を長くしたり、図６に破
線で示すように加減速を緩やかに行うことにより、モー
タ性能のバラツキ、負荷のバラツキ或いはモータスター
トのタイミング等に起因する脱調を防止していたが、Ｌ
Ｆモータのスループットが下がってしまうという問題が
あった。

【０００９】そこで、本発明は、モータ性能のバラツ
キ、負荷のバラツキ或いはモータスタートのタイミング
等に起因する脱調や、初期ロック時間を長くしたり、加
減速を緩やかに行うことによって生ずるスループットの
低下を防止し、高信頼性でかつ高スループットのパルス
モータ制御方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルスモー
タ制御方法は、複数の励磁コイルの各々に対して供給す
る複数の励磁電流をそれぞれ独立に制御可能な励磁回路
を有し、複数の励磁電流の比率を段階的に切り換えつつ
複数の励磁コイルにより形成される合成磁界ベクトルを
所定の単位角度の実数倍ずつ回転させることによってロ
ータの回転角制御を行う多相励磁式パルスモータの制御
方法であって、ロータの回転開始時に前回停止時の合成
磁界ベクトルに対するロータの位置を判断し、その設定
ロック時間において判断位置に応じたロック時間を設定
するとともに、判断位置に対応する比率の励磁電流を複
数の励磁コイルに供給することを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明において、モータスタート時に合成磁界
ベクトルに対するロータの前回停止位置に応じて設定さ
れたロック時間で、その停止位置の磁界ベクトルに対応
する比率の励磁電流を励磁コイルに供給することで、ロ
ータの現在停止している位置の負荷変動等による位置ズ
レを補正し、確実に所定の停止位置に相合わせする。そ
して、初期ロック処理でロータの回転方向に最も近い位
置にロックさせ、安定相からロータの回転を開始させ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明によるパルスモータ制御方法
の処理手順を示すフローチャート、図２は本発明が適用
されるプリンタの制御回路のブロック図である。先ず、
図２において、バスライン１には、マイクロプロセッサ
２、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３、ＲＡＭ（ラ
ンダム・アクセス・メモリ）４、ＬＦモータ６の駆動回
路５、Ｉ／Ｆ（インターフェース）制御部７及び印字部
９がそれぞれ接続されている。マイクロプロセッサ２は
プリンタ制御のための演算処理等を行うものである。Ｒ
ＯＭ３はその動作プログラム等を格納するためのメモ
リ、又ＲＡＭ４は演算等の動作に必要な各種のデータを
格納するためのメモリである。駆動回路５はＬＦモータ
６に対しその駆動用のパルスを出力する回路である。Ｉ
／Ｆ制御部７はホスト側からＩ／Ｆコネクタ８を介して
入力されるパラレルデータを取り込み、又Ｉ／Ｆコネク
タ８を介して所定の情報をホスト側へ送出する回路であ
る。印字部９はマイクロプロセッサ２の制御によって印
字用紙に所定の印字を行う印字ヘッドを含む種々のメカ
ニズムから構成されている。

【００１３】かかる構成のプリンタの制御回路におい
て、ホスト側からＩ／Ｆコネクタ８を介してＩ／Ｆ制御
部７に印字開始指令及び印字データが入力されると、こ
の印字データはＲＡＭ４に格納される。そして、マイク
ロプロセッサ２がこの印字データを読み出し、所定の印
字信号を生成して印字部９を駆動する。この印字動作に
より、１行分の印字が終了すると、マイクロプロセッサ
２は駆動回路５に対し所定の印字制御信号を供給する。
これにより、ＬＦモータ６は所定の回転角だけ回転す
る。

【００１４】ＬＦモータ６の駆動回路５の具体的な回路
構成を図３に示す。同図において、ＬＦモータ６は、一
対の励磁コイル２１，２２によって形成される合成磁界
のベクトルを回転させることにより、ロータが回転する
２相励磁式パルスモータからなる。各励磁コイル２１，
２２には、各々に供給する励磁電流を独立に制御可能な
励磁回路３１，３２が接続されている。なお、図３で
は、励磁コイル２１の励磁電流を制御する励磁回路３１
のみの回路構成を示しているが、励磁回路３２も全く同
一の回路構成となっているものとする。

【００１５】励磁回路３１の入力端子４１には相切替え
信号Ｓ₁₁が、入力端子４２には励磁電流の電流値を決定
する制御信号Ｓ₁₂がそれぞれ入力される。この励磁回路
３１は、制御信号Ｓ₁₂をアナログ化するＤ／Ａ変換器４
３と、このアナログ出力を非反転入力とするコンパレー
タ４４と、その比較出力をトリガ入力とする単安定マル
チバイブレータ４５と、この単安定マルチバイブレータ
４５の出力と相切替え信号Ｓ₁₁を２入力とするゲート回
路４６と、このゲート回路４６の４出力に基づいて励磁
コイル２１への励磁電流のオン・オフタイミング及びそ
の方向を決定するためのスイッチ回路４７とを有してい
る。また、励磁コイル２１の励磁電流をモニタし、これ
をコンパレータ４２の反転入力として導くためのフィー
ドバック回路４６が設けられており、このフィードバッ
ク回路４６は抵抗Ｒ₁₀，Ｒ₁₁及びコンデンサＣ₁ によっ
て構成されている。

【００１６】ゲート回路４６は、互いに直列接続されて
相切替え信号Ｓ₁₁を２度反転するインバータ４６１，４
６２と、相切替え信号Ｓ₁₁を反転するインバータ４６３
と、相切替え信号Ｓ₁₁及び単安定マルチバイブレータ４
５の出力を２入力とするＮＯＲゲート４６４と、インバ
ータ４６１の反転出力及び単安定マルチバイブレータ４
５の出力を２入力とするＮＯＲゲート４６５とから構成
されている。スイッチ回路４７は、トランジスタＴ₁₁〜
Ｔ₁₄及びダイオードＤ₁ 〜Ｄ₄ からなり、ゲート回路４
６におけるインバータ４６２、インバータ４６３、ＮＯ
Ｒゲート４６４及びＮＯＲゲート４６５の各出力をトラ
ンジスタＴ₁₁，Ｔ₁₂，Ｔ₁₃及びＴ₁₄の各ベース入力とし
ている。

【００１７】次に、上記構成のＬＦモータ６の駆動回路
５の回路動作について説明する。先ず、相切替え信号Ｓ
₁₁が入力され、入力端子４１の電位が“Ｈ”レベルにな
ると同時に、入力端子４２を経て所定の電流値に対応す
るディジタル信号（ＰＷＭ信号）がＤ／Ａ変換器４３に
供給される。そして、このＤ／Ａ変換器４３でアナログ
化された信号がコンパレータ４４の非反転入力となるこ
とにより、コンパレータ４４の出力が立ち上がる。一
方、単安定マルチバイブレータ４５は、当初その出力が
“Ｌ”レベル状態にあり、コンパレータ４５の出力の立
ち下がりによってトリガされることにより、一定時間だ
け“Ｈ”レベルの出力を発生する構成となっている。

【００１８】ゲート回路４６に対し、入力端子４１を介
して“Ｈ”レベルの信号が、又単安定マルチバイブレー
タ４５から“Ｌ”レベルの信号が入力されると、インバ
ータ４６２の出力が“Ｈ”レベル、インバータ４６３の
出力が“Ｌ”レベル、ＮＯＲゲート４６４の出力が
“Ｌ”レベル、ＮＯＲゲート４６５の出力が“Ｈ”レベ
ルとなる。これにより、スイッチ回路４７において、ト
ランジスタＴ₁₁及びＴ₁₄がオン状態となリ、トランジス
タＴ₁₂及びＴ₁₃がオフ状態となる。その結果、励磁コイ
ル２１には図の矢印方向の励磁電流が流れる。一方、入
力端子４１の電位が“Ｌ”レベルとなると、先の場合と
反対に、トランジスタＴ₁₂及びＴ₁₃がオン状態となり、
トランジスタＴ₁₁及びＴ₁₄がオフ状態となる。これによ
り、励磁コイル２１には、図の矢印方向と逆方向の励磁
電流が流れる。

【００１９】上述した説明から明らかなように、上記Ｌ
Ｆモータ６の駆動回路５によれば、相切替え信号Ｓ₁₁の
極性に応じた方向の励磁電流が、コンパレータ４４の非
反転入力の信号電圧に応じた一定の電流として励磁コイ
ル２１に供給されることになる。また、励磁コイル２
１，２２に供給される励磁電流を段階的に制御すること
により、図４に示すように、２つの励磁コイル２１，２
２によって形成される合成磁界のベクトルを単位角度ず
つ回転させることができる。その結果、従来のパルスモ
ータの最小回転角の整数分の１に分割した単位角度で回
転角制御を行うことができることになる。

【００２０】次に、マイクロプロセッサ２によって実行
されるＬＦモータ６の制御方法の処理手順につき、図１
のフローチャートにしたがって説明する。装置全体の電
源が投入されると、マイクロプロセッサ２は先ず、自身
の内部及びその他の装置全体のイニシャル処理を行い
（ステップＳ１１）、しかる後ＬＦモータ６を駆動する
ためのロック時間Ｔ_A 〜Ｔ_D をＲＯＭ３からバスライン
１を介して順に読み込み、内部レジスタにセットする
（ステップＳ１２）。ここに、ロック時間Ｔ_A は図４の
磁界ベクトル(1),(5),(6),(10),-(1),-(5),-(6),-(10)
からモータスタートする場合のプリロック時間、ロック
時間Ｔ_B は図４の磁界ベクトル(2),(4),(7),(9),-(2),-
(4),-(7),-(9) からモータスタートする場合のプリロッ
ク時間、ロック時間Ｔ_C は図４の磁界ベクトル(3),(8),
-(3),-(8) からモータスタートする場合の初期ロック時
間、ロック時間Ｔ_D はモータストップ時の最終ロック時
間である。

【００２１】次に、マイクロプロセッサ２は、駆動回路
５に対しモータスタートの指令を発し（ステップＳ１
３）、続いてＬＦモータ６のロータの前回停止位置が合
成磁界ベクトルに対して(3),(8),-(3),-(8) の位置であ
ったか否かを判断し（ステップＳ１４）、これらの位置
で無いと判定した場合には、次にロータの前回停止位置
が磁界ベクトル(2),(4),(7),(9),-(2),-(4),-(7),-(9)
の位置であったか否かを判断する（ステップＳ１５）。
なお、マイクロプロセッサ２は、合成磁界ベクトルに対
するロータの前回停止位置を記憶しているものとする。

【００２２】この判断処理において、マイクロプロセッ
サ２は、磁界ベクトル(2),(4),(7),(9),-(2),-(4),-
(7),-(9) の位置でも無いと判定した場合には、ロータ
の前回停止位置が磁界ベクトル(1),(5),(6),(10),-(1),
-(5),-(6),-(10) の位置となる訳であるから、駆動回路
５に対しプリロック時間Ｔ_A を設定しその磁界ベクトル
に対応する比率の励磁電流を励磁コイル２１，２２に供
給する処理を行い（ステップＳ１６）、又磁界ベクトル
(2),(4),(7),(9),-(2),-(4),-(7),-(9) の位置であると
判定した場合には、プリロック時間Ｔ_B を設定しその磁
界ベクトルに対応する比率の励磁電流を励磁コイル２
１，２２に供給する処理を行い（ステップＳ１７）、し
かる後初期ロック処理モードに移行する（ステップＳ１
８）。なお、ステップＳ１４において、ロータ位置が磁
界ベクトル(3),(8),-(3),-(8) の位置であると判定した
場合には、直接ステップＳ１８に移行する。

【００２３】ステップＳ１８において、初期ロック時間
Ｔ_C を設定して初期ロック処理を行った後、マイクロプ
ロセッサ２はＬＦモータ６の定速回転モードに移行する
（ステップＳ１９）。この定速回転モードでは、励磁コ
イル２１，２２に対して所定のタイミングで供給する励
磁電流を一定値に保持する制御を行う。モータの停止処
理に際し、マイクロプロセッサ２は、駆動回路５に対し
最終ロック時間Ｔ_D 設定し（ステップＳ２０）、しかる
後モータストップの命令を発し（ステップＳ４１）、Ｌ
Ｆモータ６を停止させる。以上、ＬＦモータ６のスター
トからストップまでのカテゴリーを概略的に説明した。

【００２４】次に、パルスモータのロータの停止位置に
ついて、図４の磁界ベクトルを用いて説明する。なお、
図４に示した例は、１パルスで回転される角度（９０
°）をさらに１／５にした単位角度で回転制御を行った
場合である。また、表１に、励磁コイル２１，２２の励
磁電流の実際の値を示す。

【表１】 励磁コイル２１の励磁電流と励磁コイル２２の励磁電流
とを、表１に示した比に設定すると、図４に示したよう
に、２つの励磁コイル２１，２２によって形成される合
成磁界のベクトルが単位角度（１８°）ずつ回転するこ
とになる。

【００２５】ここで、励磁コイル２１の励磁電流と励磁
コイル２２の励磁電流の比率は表１に示すようになって
おり、この表１から明らかなように、Ｎo.１，５，６，
１０の如くその比率が大きい程、単位角度θでロータが
安定するまでの時間が長いことがわかる。このため、そ
の比率に応じたプリロック時間Ｔ_A ，Ｔ_B を設定し、こ
れによってモータスタートを行うことが必要となるので
ある。

【００２６】図６に、パルスモータの駆動タイミングと
ロータの速度の関係を示す。同図には、縦軸に駆動速度
を、横軸に時間をとり、Ｔ_0-1 からＴ_n+1 までのｎパル
スの駆動状態を示している。ここで、加速・減速はそれ
ぞれＴ₁ 〜Ｔ₄ 間とＴ_n-3 〜Ｔ_n 間の４パルスで行って
おり、５パルス目のＴ₅ から (n-4)パルス目のＴ_n-4 ま
でが定速駆動期間である。そして、Ｔ_0-1 〜Ｔ_n+1 の幅
は、それぞれ各パルスの印加時間に対応した時間幅とな
っている。

【００２７】ここで、Ｔ_0-1 はプリロック時間を示し、
現在停止している位置の負荷変動等による位置ズレを補
正し、確実に所定の停止位置に相合わせを行うために設
定されたものであり、停止位置により０，Ｔ_A ，Ｔ_B の
予め設定された時間をとるものとする。また、Ｔ₀ は初
期ロック時間を示し、図４の(3),(8),-(3),-(8) の磁界
ベクトル位置の中でロータの回転方向に最も近い位置に
ロックさせ、Ｔ₁ からの加速に対し、安定相からスター
トさせるために設定されたものである。Ｔ_n+1 は最終ロ
ック時間であり、減速されてきた最終のｎパルス目の状
態に続き、安定時間も含めて確実に相合わせを行うため
に設定されたものである。

【００２８】今、図４において、磁界ベクトル(1) の位
置からスタートする場合、ロータはｎパルス駆動され、
(1) →(3) →(8) →-(3)→-(8)→(3) →……→(3) →
(8) →(10)と回転し、最終的に磁界ベクトル(10)の位置
で停止する。この場合、プリロック時間Ｔ_0-1 は、図３
のフローチャートにおけるプリロック時間Ｔ_A となる。
次に、初期ロック時間Ｔ₀ のところで、時間Ｔ_C の間に
停止位置を(1) の位置から次の(3) の位置へ移動させ、
その後は、ｎパルス目の(8) の位置まで駆動し、最終ロ
ック時間Ｔ_n+1 のところで(10)の停止位置へ移動させ
る。これらＴ_0-1 ，Ｔ₀ ，Ｔ_n+1 の各パルス印加時間
は、１パルス応答時間の約２倍程度の時間をとるように
設定する。

【００２９】以上のようにして、図４の(3),(8),-(3),-
(8)の磁界ベクトル位置である安定相以外の非安定相か
らロータを回転させる場合、プリロック時間Ｔ_0-1 によ
り確実に所定の停止位置に相合わせを行ってから、安定
相へロータを回転させることにより、常に安定相からモ
ータスタートを行うことができることになる。

【００３０】なお、上記実施例では、ＬＦモータとして
パルスモータを用いたプリンタに適用した場合について
説明したが、本発明は、複数の励磁コイルにより形成さ
れる合成磁界ベクトルを回転させることによりロータを
回転させる多相励磁式パルスモータを使用する全ての装
置に適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、モータスタート時に前回停止時の磁界ベクトルに
対するロータ位置を判断し、その判断位置に応じてプリ
ロック処理を行うことにより、ロータを常に安定相から
回転させることができるので、モータ性能のバラツキ、
負荷のバラツキ或いはモータスタートのタイミング等に
よる脱調や、初期ロック時間を長くしたり、加速を緩や
かにすることにより生ずるスループットの低下を防止で
き、信頼性の向上及び高スループット化が図れることに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパルスモータ制御方法の処理手順
を示すフローチャートである。

【図２】本発明に係るプリンタの制御回路のブロック図
である。

【図３】図２におけるＬＦモータの駆動回路の具体的な
構成を示す回路図である。

【図４】励磁コイルによる合成磁界のベクトル図であ
る。

【図５】従来のパルスモータ制御方法の処理手順を示す
フローチャートである。

【図６】パルスモータの駆動タイミングと速度の関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

１ バスライン ２ マイクロプロセッサ ３ ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ） ４ ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ） ６ ラインフィード（ＬＦ）モータ ２１，２２ 励磁コイル ３１，３２ 励
磁回路 ４３ Ｄ／Ａ変換器 ４４ コンパレ
ータ ４５ 単安定マルチバイブレータ ４６ ゲート回
路 ４７ スイッチ回路 ４８ フィード
バック回路 Ｓ₁₁ 相切替え信号 Ｓ₁₂ 励磁電流
制御信号

フロントページの続き (72)発明者 阿久津 直司 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の励磁コイルの各々に対して供給す
   る複数の励磁電流をそれぞれ独立に制御可能な励磁回路
   を有し、前記複数の励磁電流の比率を段階的に切り換え
   つつ前記複数の励磁コイルにより形成される合成磁界ベ
   クトルを所定の単位角度の実数倍ずつ回転させることに
   よってロータの回転角制御を行う多相励磁式パルスモー
   タの制御方法であって、 前記ロータの回転開始時に前回停止時の前記合成磁界ベ
   クトルに対する前記ロータの位置を判断し、その判断位
   置に応じたロック時間を設定するとともに、その設定ロ
   ック時間において前記判断位置に対応する比率の励磁電
   流を前記複数の励磁コイルに供給することを特徴とする
   パルスモータ制御方法。