JPH06178596A

JPH06178596A - ステッピングモータの制御装置

Info

Publication number: JPH06178596A
Application number: JP41A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Shimizu; 道弘清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】別個の駆動回路や外部センサを用いず、主巻
線に誘起する電圧によりモータの回転信号を検出、回転
状態を診断し、異常の場合は訂正動作を行うステッピン
グモータの制御装置を提供する。【構成】ステッピングモータ２の固定子に巻線された
主巻線Ａ₁，Ｂ₁に検出巻線ａ，ｂを設け、検出巻線より
出力される誘起電圧Ｅ２ａおよびＥ２ｂを回転検出回路
１にて順次信号処理を行う。回転検出回路１に誘起電圧
レベル調整を行う出力増幅回路３、雑音除去などを行う
信号処理回路４、充放電回路８より出力される電圧を利
用して不要な電圧成分を除去する減算演算回路５、ディ
ジタル処理が可能な信号に変換する波形整形回路６、モ
ータが正常に回転しているか否かを判別する診断回路
７、その出力に応じてモータを制御する制御回路９ａお
よび分配回路９、パワートランジスタ回路１２などを設
け簡単なステッピングモータの自己制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータの
回転位置および速度などの回転状態を検出し、ステッピ
ングモータが正常に回転しているか否かを診断し、異常
の場合はモータの出力端子より異常信号を出力すると同
時に正常状態に戻す訂正手段を有するステッピングモー
タの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業用、一般用を問わず、ステッ
ピングモータの使用は急速に拡大されてきている。この
中で脱調などの異常を検出するために回転検出機能付き
モータが多く使用されてきており、異常の場合でも訂正
動作をさせることができる。

【０００３】以下に従来の回転検出機能付きステッピン
グモータの制御装置について図面を参照しながら説明す
る。

【０００４】図１３（ａ）に示すように、従来の回転検
出センサとしてポテンショメータを使用した回転検出装
置付きのステッピングモータの制御装置は、回転子２Ｒ
と各々ステッピングモータ２の固定子に主巻線Ａ₁，
Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂が巻かれ、ポテンショメータ２１を用い
てステッピングモータ２と継手２２とが機械的に結合さ
れている。電源１０とステッピングモータ２の駆動回路
２３とは、それぞれ固定子の主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂
に接続されている。ポテンショメータ２１の出力端子Ｅ
２１は駆動回路２３に内蔵された制御回路２３ａに接続
されている。

【０００５】以下、各構成要素の関係と動作について説
明する。まず、駆動回路２３により主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ
₁，Ｂ₂は後述の図２で示す位相で各々励磁される。これ
によってステッピングモータ２の回転子２Ｒは回転し、
この回転子２Ｒが回転すると継手２２が回転し、図１３
（ｂ）に示すように回転角度に応じて、ポテンショメー
タ２１の出力電圧Ｅ２１が変化する。

【０００６】このようにして、駆動回路２３内の制御回
路２３ａにおいてポテンショメータ２１の出力電圧Ｅ２
１を検出することにより、ステッピングモータ２が正常
に回転しているか否かを判断し、異常の場合も訂正動作
を行うことができる。

【０００７】また、別の方法としては、ステッピングモ
ータの誘起電圧を利用して回転検出を行う方法が提案さ
れているが、その手段としてモータの外部にトランスを
用い、このトランスの一方の巻線とモータの主巻線の１
つの相を直結し、トランスの二次側に発生する誘起電圧
を用いるというものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、ステッピングモータを駆動させモータの回
転を検出するために、モータの外部に励磁を順次切換え
る分配回路およびパワートランジスタ回路、定電圧回路
を含むモータ駆動回路のほか、ポテンショメータのよう
な別個のセンサまたはトランスのような比較的形状や電
流容量の大きい外部部品が必要であり、必要な部品点数
や入出力端子数が多く、形状的な利点や価格的な利点が
少ないという問題点を有していた。また、ポテンショメ
ータのようなセンサを外部に取り付ける場合、モータま
たは負荷との結合が必要となるので、その結合の影響に
よりセンサがヒステリシス特性を有し、位置精度が悪化
するという問題点を有していた。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、従来のようなモータの外部に別個の分配回路、パワ
ートランジスタ回路、定電圧回路などのモータ駆動回路
およびセンサなど外部部品を用いることなく、ステッピ
ングモータを駆動させ、ステッピングモータにおける主
巻線に発生する誘起電圧から回転子の回転信号を得、こ
の信号によりモータの回転状態を診断し、異常の場合に
自己訂正動作を行うステッピングモータの制御装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のステッピングモータの制御装置は、ステッピ
ングモータの固定子に巻線された主巻線と、検出巻線
と、プリント基板上に作られた分配回路と、パワートラ
ンジスタ回路と、定電圧回路と、充放電回路と、検出巻
線の出力から充放電回路の出力を減算する減算演算回路
と、充放電回路の少なくとも一相の出力を増幅する出力
増幅回路と、減算演算回路、検出巻線または充放電回路
の出力信号を処理する信号処理回路と、信号処理回路の
出力波形を整形する波形整形回路と、波形整形回路の出
力を検出してモータが正常に回転しているか否かを診断
する診断回路と、診断回路の出力に応じてモータを制御
する制御回路とからなる構成を有している。さらに、ス
テッピングモータの主巻線に印加される電圧を減算する
印加電圧減算回路を新たに設けることにより、検出巻線
を不要にすることもできる。

【００１１】

【作用】本発明は上記した構成において、ステッピング
モータは電源および１つの入力信号を供給するだけで動
作し、主巻線に発生する誘起電圧を主巻線または検出巻
線で検出し、この誘起電圧を増幅回路で増幅し、信号処
理回路で処理し、減算演算回路で演算し、波形整形回路
で波形整形し、診断回路で診断し、制御回路で制御する
ことにより、ステッピングモータの回転が正常か否かを
判別し、異常の場合に自己訂正動作をさせることができ
ることとなる。

【００１２】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１に示すように本実施例のステッピング
モータの制御装置は、出力増幅回路３、信号処理回路
４、減算演算回路５、波形整形回路６および診断回路７
からなる回転検出回路１を有し、ステッピングモータ２
の固定子に巻線された主巻線Ａ ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に誘起
される誘起電圧の検出手段として、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ
₁，Ｂ₂とは別に、検出巻線ａ，ｂを有している。そして
検出巻線ａは主巻線Ａ₁と、検出巻線ｂは主巻線Ｂ₁と各
々磁気的に結合され、検出巻線ａおよびｂより出力され
る信号は、出力増幅回路３、信号処理回路４、減算演算
回路５、波形整形回路６および診断回路７を経て処理さ
れる。さらに、充放電回路８とパワートランジスタ回路
１２と分配回路９を介して、分配回路９に内蔵された制
御回路９ａで制御される。なお、電源１０と定電圧回路
１１を設け、ステッピングモータ２に対しては入出力端
子１４から信号が入出力される。

【００１４】以下、各構成要素の関係と動作について図
１〜図７を用いて説明する。まず、図１において入出力
端子１４のＣＷまたはＣＣＷに指令パルスが入力され、
分配回路９により主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂が図２に示
すような位相で順次励磁され、ステッピングモータ２の
回転子２Ｒは回転する。この回転子２Ｒが回転すると、
誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂが発生し、検出巻線ａ，ｂから
図３（ａ）に示すような誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂが信号
として取りだされる。しかしながら、この誘起電圧信号
波形Ｅ２ａおよびＥ２ｂには、ステッピングモータ２の
回転子２Ｒによる誘起成分と、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，
Ｂ₂に流れる電流による誘起成分が合成されているた
め、この主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による
誘起成分を取り除くことによって、ステッピングモータ
２の回転子２Ｒの誘起成分のみとなる。ここでは、回転
子２Ｒの誘起成分のみを信号処理することによって、モ
ータの回転信号を得ることができる。

【００１５】つぎに、回転信号を得る方法について説明
する。まず、図１における検出巻線ａ，ｂに現われる誘
起電圧Ｅ２ａおよびＥ２ｂには、ステッピングモータ２
の回転子２Ｒによる誘起成分と、主巻線Ａ₁，Ａ₂，
Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起成分が含まれており、
この主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起
成分を取り除くことが必要である。ここで、この主巻線
Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流を各々ｉＡ₁，ｉＡ₂，
ｉＢ₁，ｉＢ₂とし、この電流による誘起電圧成分を各々
ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂とすると、以下の（数１）
が成立する。

【００１６】

【数１】

【００１７】したがって、このＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，
ＥＢ₂と同じ誘起成分を何らかの方法で形成させ、この
形成させた成分を、検出巻線ａ，ｂに現われる誘起電圧
Ｅ２ａおよびＥ２ｂより減算すれば、求める回転子２Ｒ
による誘起成分のみを求めることができる。充放電回路
８を使用して主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流に
よる誘起成分ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂を取り除く。
すなわち充放電回路８では図２に示す励磁タイミングを
利用して、まず、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電
流ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂により誘起される電圧波
形のピーク電圧値を一瞬ホールドし、つぎにこのピーク
電圧値を放電させることによってできる波形Ｅ８Ａ₁，
Ｅ８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂が、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，
Ｂ₂に流れる電流ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂による誘
起成分に類似した波形になることを利用する。すなわ
ち、以下の（数２）を利用する。

【００１８】

【数２】

【００１９】したがって、（数１）および（数２）によ
り適切な定数Ｋ₁〜Ｋ₈を選べば、充放電回路８を用い
て、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流ｉＡ₁，ｉ
Ａ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂による誘起成分ＥＡ₁，ＥＡ₂，Ｅ
Ｂ₁，ＥＢ₂を取り除くことができる。すなわち、（数
１）、（数２）において、定数Ｋ₁＝Ｋ₅、Ｋ₂＝Ｋ₆、Ｋ
₃＝Ｋ₇、Ｋ₄＝Ｋ₈とすれば、以下の（数３）が成立する
ことになる。

【００２０】

【数３】

【００２１】つぎに、（数１）および（数２）の適切な
定数の選び方について説明する。ここで、（数１）およ
び（数２）の定数はモータによりばらつきがあり、ま
た、充放電回路８の定数にもばらつきがあること、およ
び基本信号以外の信号、たとえば、雑音信号が混入する
可能性を考慮しなければならない。

【００２２】そこで図１において、ステッピングモータ
２のばらつきや充放電回路８のばらつきを吸収するため
に、検出巻線ａ，ｂからの誘起成分Ｅ２ａ，Ｅ２ｂの電
圧レベルが出力増幅回路３で調整されて各々Ｅ３ａ，Ｅ
３ｂとなり、そののち信号処理回路４にて、たとえば、
ローパスフィルタやバンドパスフィルタにより雑音など
を取り除かれた信号Ｅ４ａおよびＥ４ｂとなり、減算演
算回路５へ入力される。図３（ａ）にＥ２ａ，Ｅ２ｂ、
図３（ｂ），（ｃ）にＥ３ａ，Ｅ３ｂおよびＥ４ａ，Ｅ
４ｂの波形を示す。

【００２３】このようにして、減算演算回路５におい
て、信号処理回路４の出力Ｅ４ａ，Ｅ４ｂと、充放電回
路８の出力Ｅ８Ａ₁，Ｅ８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂とが減
算処理され、主巻線のＡ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流
ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂による誘起成分ＥＡ₁，Ｅ
Ａ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂を取り除くことができる。

【００２４】図４に、充放電回路８の出力波形Ｅ８
Ａ₁，Ｅ８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂および減算演算回路５
の出力波形Ｅ５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂を示
す。この減算演算回路５の出力Ｅ５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５
Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂が、波形整形回路６へ入力される。

【００２５】つぎに、図１における波形整形回路６につ
いて説明する。まず、図４に示すような位相関係で誘起
電圧Ｅ５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂が波形整形回
路６に入力されると、波形整形回路６では、図４（ｂ）
に示すように、まず最初にコンパレータにて、Ｅ５Ａ₁
およびＥ５Ｂ₁についてはプラス側、Ｅ５Ａ₂およびＥ５
Ｂ₂についてはマイナス側を各々基準電圧としてパルス
波形に変換する。これは、図１における減算演算回路５
において、入力波形Ｅ４ａ，Ｅ４ｂおよびＥ８Ａ₁，Ｅ
８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂のプラス側の電位レベルとマ
イナス側の電位レベルが、磁気的影響などにより常に同
一レベルとは限らず、プラス側またはマイナス側のどち
らか一方のみしか完全に減算処理できないためである。
前記コンパレータにてパルス波形化された波形が図５
（ａ）に示されるＥ５６Ａ₁，Ｅ５６Ａ₂，Ｅ５６Ｂ₁，
Ｅ５６Ｂ₂である。

【００２６】しかしながら、図５（ａ）のＥ５６Ａ₁，
Ｅ５６Ａ₂，Ｅ５６Ｂ₁，Ｅ５６Ｂ₂は、図４（ｂ）のＥ
５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂のプラス側あるいは
マイナス側のどちらか一方を基準電圧としてパルス波形
化されたものであり、不安定な要素をもつ波形であり、
作動デューティ５０％のパルス波形にはきわめてなりに
くい。そこで、安定な作動デューティ５０％のパルス波
形への波形変換手段としてＪ−Ｋフリップフロップを利
用することにより、図５（ａ）の各波形Ｅ５６Ａ ₁，Ｅ
５６Ａ₂，Ｅ５６Ｂ₁，Ｅ５６Ｂ₂を作動デューティ５０
％のパルス波形に変換する。

【００２７】図５（ｂ）がその作動デューティ５０％の
波形Ｅ６ａ，Ｅ６ｂである。なお、Ｅ６ａは、図５
（ａ）のＥ５６Ａ₁およびＥ５６Ａ₂を、Ｅ６ｂは、図５
（ｂ）におけるＥ５６Ｂ₁およびＥ５６Ｂ₂を、各々波形
整形したものである。図５（ｃ）にこの波形整形回路６
のブロック図を示す。このようにして、波形整形された
作動デューティ５０％のパルス波形を使用して以下に説
明するように図１の診断回路７にて、ステッピングモー
タ２が正常に回転しているか否かを判断することができ
る。

【００２８】診断回路７はアップダウンカウンタにより
モータが正常に回転しているか否かを診断するもので、
すなわち、モータが正常に回転しているときは、アップ
パルスかダウンパルスのどちらか一方のみパルス列が現
われるが、モータが異常のときはアップパルス列および
ダウンパルス列両方とも現われる仕組みになっている。

【００２９】図６（ａ）および（ｂ）は、各々回転子２
Ｒが脱調せず正常に回転している場合の例である。また
図６（ｃ）および（ｄ）は、各々回転子２Ｒが脱調した
場合すなわちモータが異常となったときの例を示してい
る。なお、図６において、Ｅ７ａ，Ｅ７ｂは、図１にお
ける波形整形回路６の出力Ｅ６ａ，Ｅ６ｂを各々診断回
路７に入力したときの診断回路７の出力波形である。図
７（ａ）に診断回路７の具体的な処理方法を、図７
（ｂ）に診断回路７のブロック図を示す。

【００３０】つぎに、図１における制御回路９ａについ
て説明する。まず、図１において診断回路７の出力Ｅ７
ａおよびＥ７ｂが制御回路９ａに入力される。このＥ７
ａおよびＥ７ｂの出力例は、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示すように、モータが正常に回転して
いるときは、アップパルスかダウンパルスのどちらか一
方のみパルス列が現れるが、モータが異常のときはアッ
プパルス列およびダウンパルス列両方とも現れる仕組み
になっているが、脱調したステップ数がパルス数として
正確に現れるので、万が一脱調しても脱調したステップ
数だけ訂正動作を行えば、正常な制御を行うことができ
る。図１における制御回路９ａは、この訂正動作を行う
回路であり、この制御回路９ａの指令にしたがい分配回
路９を動作させている。たとえば、図６（ｄ）におい
て、ダウンパルスＥ７ｂに合計２パルスのパルス列が現
れているが、これは図６（ａ）と比較してみると、モー
タが正転方向へ正常に回転中、途中で２パルス分脱調し
たことになる。したがって制御回路９ａでは、２パルス
分さらに正転方向へモータを回転させる指令を分配回路
９に出力し、訂正動作させることにより、ステッピング
モータ２を正常に制御することができる。なお、制御方
法として前記した正転または逆転ステップ数を追加する
方法のほか、異常信号パルスが入力された瞬間、ステッ
ピングモータ２をホールドさせることも容易にできる。
さらに、制御回路９ａ内で、診断回路７の出力の位相を
検知することにより、励磁相の切り換えや相電流の増減
指令を行えば、脱調を起こさせないようにもできる。ま
た、モータ入出力端子１４のＣＫを通じて、異常内容を
モータ外部に出力させることもできる。

【００３１】以上のように本実施例によれば、ステッピ
ングモータは、電源および１つの入力信号を供給するだ
けで動作し、モータの主巻線とは別に施された検出巻線
ａ，ｂを設けることにより、容量の大きい外部部品を使
用せずに回転子２Ｒの回転信号を検出することができ、
モータが正常に回転しているか否かを診断し、脱調など
異常の場合でも自己訂正動作をさせることができ、さら
に脱調を起こさせない、いわゆる閉ループ制御を行うこ
ともできる。なお、充放電回路８をデジタルフィルタに
おきかえてもまったく同じ働きをすることは言うまでも
ない。

【００３２】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００３３】図８に示すように本実施例のステッピング
モータの制御装置は、出力増幅回路３、信号処理回路
４、減算演算回路５、波形整形回路６および診断回路７
からなる回転検出回路１を有し、図１の構成と異なるの
は、ステッピングモータ２の固定子に施された主巻線Ａ
₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に誘起される誘起電圧の検出手段とし
て、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂とは別の検出巻線ａ，ｂ
を不要にした点である。ただし、主巻線Ａ₁，Ａ₂，
Ｂ₁，Ｂ₂より出力される信号ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，Ｅ
Ｂ₂は、出力増幅回路３、信号処理回路４、減算演算回
路５、波形整形回路６および診断回路７を経て処理され
る。さらに、充放電回路８とパワートランジスタ回路１
２と、分配回路９と印加電圧減算回路１３を有し、分配
回路９に内蔵された制御回路９ａで制御される。なお、
電源１０と定電圧回路１１を設け、ステッピングモータ
２に対して入出力端子１４から信号が入出力される。

【００３４】以下、各構成要素の関係と動作について図
８〜図１１を用いて説明する。まず、図８において主巻
線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂が図２で示すような位相で順次励
磁される。これによって図８におけるステッピングモー
タ２の回転子２Ｒは回転する。そして、この回転子２Ｒ
が回転すると、図９（ａ）に示すように、誘起電圧ＥＡ
₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂が発生し、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ
₁，Ｂ₂からこの誘起電圧ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂が
信号として取りだされる。この誘起電圧信号波形Ｅ
Ａ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂には、図８におけるステッピ
ングモータ２の回転子２Ｒによる誘起成分と、主巻線Ａ
₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起成分と、印加
電圧成分が合成されているため、この主巻線Ａ₁，Ａ₂，
Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起成分および印加電圧成
分を取り除くことによって、ステッピングモータ２の回
転子２Ｒの誘起成分のみとなる。ここでは、この回転子
２Ｒの誘起成分のみを信号処理することによって、モー
タの回転信号を得ることができる。

【００３５】つぎに、回転信号を得る方法について説明
する。まず、図８における主巻線Ａ ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に
現われる誘起電圧ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂には、ス
テッピングモータ２の回転子２Ｒによる誘起成分と、主
巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起成分
と、印加電圧成分が含まれており、この主巻線Ａ₁，
Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による誘起成分および印加
電圧成分を取り除くことが必要である。ここで、この主
巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流を各々ｉＡ₁，ｉ
Ａ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂とし、この電流による誘起電圧成分
を各々Ｅａ₁，Ｅａ₂，Ｅｂ₁，Ｅｂ₂、回転子２Ｒによる
誘起成分をＥＲａ₁，ＥＲａ₂，ＥＲｂ₁，ＥＲｂ₂、また
印加電圧成分をＶＡ₁，ＶＡ₂，ＶＢ₁，ＶＢ₂とすると、
以下の（数４）が成立する。

【００３６】

【数４】

【００３７】したがって、このＥａ₁，Ｅａ₂，Ｅｂ₁，
Ｅｂ₂と同じ成分を何らかの方法で形成させ、この形成
させた成分を、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に現われる誘
起電圧ＥＡ₁，ＥＡ₂，ＥＢ₁，ＥＢ₂より減算させ、さら
に印加電圧成分ＶＡ₁，ＶＡ₂，ＶＢ₁，ＶＢ₂を減算させ
れば、求める回転子２Ｒによる誘起成分ＥＲａ₁，ＥＲ
ｂ₁，ＥＲａ₂，ＥＲｂ₂のみを求めることができる。

【００３８】ここでは、まず、図８において、印加電圧
減算回路１３を使用して、主巻線Ａ ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に
図９（ｂ）に示すような印加電圧成分ＶＡ₁，ＶＢ₁，Ｖ
Ａ₂，ＶＢ₂を取り除く。この印加電圧成分は、図８にお
ける電源１０の波形を、図２に示した各相の励磁タイミ
ングを利用すると簡単に得ることができる。したがっ
て、図８における印加電圧減算回路１３の出力波形Ｅ１
３ａ₁，Ｅ１３ｂ₁，Ｅ１３ａ₂，Ｅ１３ｂ₂は図９（ｃ）
のようになる。（数４）を利用して、以下の（数５）が
成立する。

【００３９】

【数５】

【００４０】つぎに、図８において、充放電回路８を使
用して、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流による
誘起成分Ｅａ₁，Ｅａ₂，Ｅｂ₁，Ｅｂ₂を取り除く。すな
わち、図８において充放電回路８では、図２の励磁タイ
ミングを利用して、まず、主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に
流れる電流ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂により誘起され
る電圧波形のピーク電圧値を一瞬ホールドし、つぎにこ
のピーク電圧値を放電させることによってできる波形Ｅ
８Ａ₁，Ｅ８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂が主巻線Ａ ₁，Ａ₂，
Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉＢ₁，ｉＢ₂によ
る誘起成分に類似した波形になることを利用する。すな
わち、図１において以下の（数６）を利用する。

【００４１】

【数６】

【００４２】したがって、（数４）および（数６）より
適切な定数Ｋ₁〜Ｋ₈を選べば、充放電回路８を用いて、
主巻線Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流ｉＡ₁，ｉＡ₂，
ｉＢ ₁，ｉＢ₂による誘起成分Ｅａ₁，Ｅａ₂，Ｅｂ₁，Ｅ
ｂ₂を取り除くことができる。すなわち、（数４）、
（数６）において、定数Ｋ₁＝Ｋ₅、Ｋ₂＝Ｋ₆、Ｋ₃＝
Ｋ₇、Ｋ₄＝Ｋ₈とすれば、以下の（数７）が成立するこ
とになる。

【００４３】

【数７】

【００４４】つぎに、（数４）および（数６）の適切な
定数の選び方について説明する。ここで、（数４）およ
び（数６）の定数はモータによりばらつきがあり、ま
た、図８における充放電回路８の定数にもばらつきがあ
ること、および基本信号以外の信号、たとえば、雑音信
号が混入する可能性を考慮しなければならない。そこで
図８において、ステッピングモータ２のばらつきや充放
電回路８のばらつきを吸収するために、印加電圧減算回
路１３の出力Ｅ１３ａ₁，Ｅ１３ａ₂，Ｅ１３ｂ₁，Ｅ１
３ｂ₂の電圧レベルが出力増幅回路３で調整されて各々
Ｅ３ａ₁，Ｅ３ａ₂，Ｅ３ｂ₁，Ｅ３ｂ₂となり、そのの
ち、信号処理回路４にて、たとえばローパスフィルタや
バンドパスフィルタにより雑音などを取り除かれた信号
Ｅ４ａ₁，Ｅ４ａ₂，Ｅ４ｂ₁，Ｅ４ｂ₂となり、減算演算
回路５へ入力される。図１０（ａ）にＥ１３ａ₁，Ｅ１
３ａ₂，Ｅ１３ｂ₁，Ｅ１３ｂ₂、図１０（ｂ）および
（ｃ）にＥ３ａ₁，Ｅ３ａ₂，Ｅ３ｂ₁，Ｅ３ｂ₂およびＥ
４ａ₁，Ｅ４ａ₂，Ｅ４ｂ₁，Ｅ４ｂ₂の波形をそれぞれ示
す。

【００４５】このようにして、図８の減算演算回路５に
おいて、信号処理回路４の出力Ｅ４ａ₁，Ｅ４ａ₂，Ｅ４
ｂ₁，Ｅ４ｂ₂と、充放電回路８の出力Ｅ８Ａ₁，Ｅ８
Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂とが減算処理され、主巻線の
Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂に流れる電流ｉＡ₁，ｉＡ₂，ｉ
Ｂ₁，ｉＢ₂による誘起成分Ｅａ₁，Ｅａ₂，Ｅｂ₁，Ｅｂ₂
および印加電圧成分ＶＡ₁，ＶＡ₂，ＶＢ₁，ＶＢ₂を取り
除くことができる。

【００４６】図１１に、図８における充放電回路８の出
力波形Ｅ８Ａ₁，Ｅ８Ａ₂，Ｅ８Ｂ₁，Ｅ８Ｂ₂および減算
演算回路５の出力波形Ｅ５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ
５Ｂ ₂を示す。そして、この減算演算回路５の出力Ｅ５
Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂が、波形整形回路６へ
入力される。

【００４７】つぎに、図８における波形整形回路６につ
いて説明する。まず、図１１（ｂ）に示すような位相関
係で誘起電圧Ｅ５Ａ₁，Ｅ５Ａ₂，Ｅ５Ｂ₁，Ｅ５Ｂ₂が波
形整形回路６に入力されると、波形整形回路６では、図
１１（ｂ）に示すようにまず最初にコンパレータにて、
各々基準電圧によりパルス波形に変換する。コンパレー
タにてパルス波形化された波形が第１の実施例で示した
図５（ａ）のＥ５６Ａ ₁，Ｅ５６Ａ₂，Ｅ５６Ｂ₁，Ｅ５
６Ｂ₂である。したがって、図８における波形整形回路
６および診断回路７の出力は、第１の実施例と同様であ
ることは言うまでもない。

【００４８】以上のように本実施例２によれば、ステッ
ピングモータ２は電源および１つの入力信号を供給する
だけで動作し、モータの主巻線とは別に検出巻線を設け
ることなしに、また容量の大きい外部部品も使用せず
に、回転子２Ｒの回転信号を検出することができ、モー
タが正常に回転しているか否かを診断し、異常の場合で
も自己訂正動作をさせることができる。なお、充放電回
路８をディジタルフィルタに置換えてもまったく同じ働
きをすることは言うまでもない。

【００４９】なお、上記実施例の制御装置を備えたステ
ッピングモータの断面図は図１２に示すようであり、図
において、１５はモータ軸、１６は軸受、１７は回転子
磁石、１８は固定子、１９は本制御装置の回路付きのプ
リント基板、２０はモータケースである。

【００５０】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、制御対象のステッピングモータに印加する指
令信号数が削減でき、制御対象のステッピングモータの
回転信号が、エンコーダ、ポテンショメータなどの外部
に別個のセンサまたはトランスのような比較的電流容量
の大きい外部部品を用いることなく検出できる。このた
めに、価格的に有利となるのみならず、あらゆる機器の
小型、軽量、簡略化につながり、さらにセンサにおける
不要なヒステリシス特性などと無関係になるという機能
的効果が得られることとなる。また波形処理手段とし
て、出力増幅回路を使用するため、モータによるばらつ
きや、印加電圧、電流によるばらつきなどにも柔軟に対
応できる。

【００５１】したがって、本発明のステッピングモータ
の制御装置を、たとえば、自動車のサスペンション制御
システムへ利用した場合、モータが脱調し、車体バラン
スが崩れて危険状態に陥ることを回避することができる
など、安全面でも優れた効果を期待できる。そのほか、
電子制御による四輪操舵システム、パワーステアリング
システム、エンジン制御システム、変速機システム、ア
ンチロックブレーキシステムなど、多くの自動車分野へ
の利用についても同様の効果が期待できる。

【００５２】また、プリンタの紙送り制御などの情報機
器分野への利用、さらには、エアコン機器、ビデオ機器
など家電機器分野への利用も、機器の小型、軽量、簡略
化などへつながる効果があるなど優れたステッピングモ
ータの制御装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のステッピングモータの
制御装置のブロック図

【図２】ステッピングモータの主巻線の励磁タイミング
図

【図３】（ａ）本発明の第１の実施例における検出巻線
の出力波形図（ｂ）同実施例における出力増幅回路の出力波形図（ｃ）同実施例における信号処理回路の出力波形図

【図４】（ａ）本発明の第１の実施例における充放電回
路の出力波形図（ｂ）同実施例における減算演算回路の出力波形図

【図５】（ａ）本発明の第１の実施例および第２の実施
例における波形整形回路の内部に存在するコンパレータ
の出力波形図（ｂ）同実施例における波形整形回路の出力波形図（ｃ）同実施例における波形整形回路のブロック図

【図６】（ａ）モータが正転方向に正常回転している場
合の本発明の第１の実施例および第２の実施例における
波形整形回路および診断回路の出力波形図（ｂ）モータが逆転方向に正常回転している場合の同実
施例における波形整形回路および診断回路の出力波形図（ｃ）モータが異常の場合の波形整形回路および診断回
路の出力波形図（ｄ）モータが異常の場合の波形整形回路および診断回
路の他の出力波形図

【図７】（ａ）本発明の第１の実施例および第２の実施
例における診断回路の入出力関係図（ｂ）同実施例における診断回路のブロック図

【図８】本発明の第２の実施例におけるステッピングモ
ータの制御装置のブロック図

【図９】（ａ）本発明の第２の実施例における主巻線の
出力波形図（ｂ）同実施例における印加電圧成分の波形図（ｃ）同実施例における印加電圧減算回路の出力波形図

【図１０】（ａ）本発明の第２の実施例における印加電
圧減算回路の出力波形図（ｂ）同実施例における出力増幅回路の出力波形図（ｃ）同実施例における信号処理回路の出力波形図

【図１１】（ａ）本発明の第２の実施例における充放電
回路の出力波形図（ｂ）同実施例における減算演算回路の出力波形図

【図１２】本発明による制御装置を備えたステッピング
モータの断面図

【図１３】（ａ）従来のステッピングモータの制御装置
のブロック図（ｂ）同装置におけるポテンショメータの出力特性図

【符号の説明】

１回転検出回路２ステッピングモータ２Ｒ回転子３出力増幅回路４信号処理回路５減算演算回路６波形整形回路７診断回路８充放電回路９分配回路９ａ制御回路１１定電圧回路１２パワートランジスタ回路１３印加電圧減算回路Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂ 主巻線ａ，ｂ検出巻線

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】本発明の第１の実施例における検出巻線および
出力増幅回路の出力波形図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステッピングモータの固定子に巻線された
主巻線に少なくとも一相以上の検出巻線を設け、前記検
出巻線より出力される回転子の誘起電圧を出力増幅回
路、信号処理回路、充放電回路、減算演算回路、波形整
形回路、診断回路および制御回路により検出してステッ
ピングモータの回転状態を判別し異常の場合でも自己訂
正動作を行うようにしたステッピングモータの制御装
置。
【請求項２】検出巻線を設けることなく、主巻線の誘起
出力電圧からステッピングモータへの印加電圧を減算す
る印加電圧減算回路を設けた請求項１記載のステッピン
グモータの制御装置。
【請求項３】主巻線に励磁電流を分配する分配回路と、
前記分配回路の出力信号により動作するパワートランジ
スタ回路と、前記分配回路、出力増幅回路、信号処理回
路、充放電回路、減算演算回路、波形整形回路、診断回
路および制御回路を動作させる電圧・電流を供給する定
電圧回路とを設けた請求項１または２記載のステッピン
グモータの制御装置。