JPH06343299A - ステッピングモータ制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はステッピングモータ制御方法及び装
置に関し、モータの回転子が１ステップ回転する毎に、
駆動パルスが加えられる間モータによって供給される機
械的エネルギー量を測定する方法を提供し、モータの動
作信頼性を増大し、電気的エネルギーの消費を減少する
ことを目的とする。 【構成】 １つのコイルと該コイルに磁気的に結合され
る１つの永久磁石を備えた１つの回転子とを有するステ
ッピングモータＭの制御装置であって、該回転子が１ス
テップ回転する毎に該コイルに駆動パルスを加える手段
３と、該駆動パルスが該コイルに加えられている間に該
モータにより供給される機械的エネルギー量を測定する
手段４，５，６と、該機械的エネルギー量が最大値を通
過する瞬間に検出信号を発生する検出手段と、該瞬間に
おける該駆動パルスを中断するために該検出信号に応答
する手段とを具備して構成される。

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制
御方法及びその装置に関し、特にコイルとそのコイルに
磁気的に結合する永久磁石を備えた回転子とを有するス
テッピングモータを、１ステップ回転する毎に制御し、
パルス駆動中にモータによって供給される機械的エネル
ギーの量を測定するステッピングモータ制御方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ステッピ
ングモータは通常時計の如き小さい装置に使用される。
これらの時計は、ステッピングモータの回転子に加えら
れる抵抗トルクがこれらのモータが発生できる最大トル
クに等しい時でさえも、各パルスに応答して１ステップ
毎にこれらのモータの回転子が回転するのに十分長い固
定継続時間のパルスを駆動することによって制御され
る。このようにステッピングモータを制御することは非
常に簡単であり、この方法の実行は複雑な手段を必要と
しない。

【０００３】然しながらステッピングモータがこのよう
に制御される時、大量の電気的エネルギーを消耗する。
何故ならばステッピングモータの回転子に加えられる抵
抗トルクは、駆動パルスのほとんどの間、パルスモータ
が発生できる最大トルクより小さいからである。更にこ
の簡単な方法において制御されるステッピングモータの
動作信頼性は非常に高いとは言えない。何故ならば、ス
テッピングモータが受ける駆動パルスはある瞬間におい
て１ステップ以上によって回転子を回転させるか又は回
転子をその初期の位置に戻らせてしまうからである。

【０００４】前記装置の動作に要求される電気的エネル
ギーを供給するバッテリの寿命を増大するために、これ
らのステッピングモータによって消費された電気的エネ
ルギーを減少するたくさんの方法が提案されて来た。そ
の方法は各駆動パルスが加えられる間、回転子に加えら
れた抵抗トルクを間接的に測定し、その測定の関数とし
て駆動パルスを中断する方法である。このような方法
は、例えば米国特許第４７７２８４０号に、ステッピン
グモータの前記方法が記載されている。この方法によれ
ばこのモータによって供給される機械的エネルギーは、
基準値に到達するためこの機械的エネルギーによって取
られる時間と同様に、各駆動パルスが加えられる間に測
定され、そしてその時間はその駆動パルスが加えられる
間のモータの回転子に加えられる抵抗トルクに依存す
る。駆動パルスの最長継続時間は、測定された時間の関
数として決定され、その駆動パルスはこの最長継続時間
の最後で中断される。

【０００５】この方法は理論的にステッピングモータに
よって消費された電気的エネルギーの量をモータ回転子
に加えられる抵抗トルクの大きさにかかわらずできる限
り最小値に減少させる。この方法は然しながら、基準値
に到達するため駆動パルスが加えられる間にモータによ
って供給される機械的エネルギーに対して取られる時間
と、モータの電気的及び機械的特性に依存するこの駆動
パルスの最適継続時間と、の間の関係に欠点を有する。
この関係は従って長時間で不経済な動作をするモータの
各形式に対して経験的に決定されねばならない。

【０００６】ステッピングモータの回転子は回転子を保
持するか、又は回転子を休止部又は安定平衡位置のどち
らかに戻すかする傾向にある位置決めトルクに従属され
ること、及び各回転中回転子は駆動パルスに応答し回転
子は頂度移動開始した安定平衡位置と移動終了すべき位
置との間の実質的に中間位置に置かれる不安定な平衡位
置を通過することは又公知のことである。

【０００７】然しながら、ステッピングモータが前記方
法により制御される時、駆動パルスの最後に、ステッピ
ングモータの回転子は頂度離れた開始休止位置をモータ
の最終休止位置即ち到達すべき位置から分離する機械的
角度の約１／３だけ移動する。回転子はこれらの２つの
休止位置間に置かれる不安定な平衡位置にこのようにま
だ到達せず、回転子に加えられる位置決めトルクは回転
に抵抗し、開始位置に戻そうとする傾向がある。

【０００８】通常駆動パルスの最終における回転子の運
動エネルギーは、この位置トルクに打ち勝つのに十分で
あり、回転子を少なくとも前記不安定な平衡位置に導び
き、その場所で位置トルクは取り消され方向を変え回転
子を最終休止位置に回転させる。しかし、回転子に加え
られる抵抗トルクが急に増大する時、例えば駆動パルス
の最終の直後の衝撃により、回転子の運動エネルギーは
不安定な平衡位置に運ぶのに不十分であり、回転子は従
って開始の休止位置に戻る高い危険がある。

【０００９】更にこの方法の実行において、これらのモ
ータを制御する装置の種々の成分の特色は、装置毎に又
異なり、又は時間の関数として変化でき、そして／又は
これらの装置に影響する種々の要素の関数として変化で
きる。これらの変形は、前記方法により制御されるモー
タの回転子を、たとえ駆動パルス印加中又は駆動パルス
印加後に回転子に加えられる抵抗トルクがモータが発生
できる最大トルクより小さくても、駆動パルスに応じて
正確に回転させることはできない。前記方法により制御
されたモータの動作信頼性は望まれる程高くはないこと
が判る。

【００１０】この動作信頼性を増すために、この方法を
実行するための装置は、回路に接続される回転子の偶発
的な非回転を検出できる回路であって、そのような検出
に従って、モータに言わゆるキャッチアップ（遅れを取
り戻す）パルスを加える回路を設けねばならず、そして
パルスが加えられる間、モータに供給される電気的エネ
ルギーはモータの出力トルクを最大値とするのに必要な
エネルギーに少なくとも等しい。これらのキャッチアッ
プパルスは、然しながらある場合モータの回転子を１ス
テップ以上に回転させるか又は回転子を出発点に戻させ
るかすることがあり得るという欠点を有する。このよう
な場合においてモータの信頼性は明らかに改善されてい
ない。

【００１１】更に今日までにステッピングモータの設計
や製造においてステッピングモータの電子制御回路や、
これらのモータや回路を動作させるのに必要な電気的エ
ネルギーを供給するバッテリー又は蓄電池による電源は
相当な進歩を遂げて来た。その結果電子腕時計のように
非常に小形化された装置において使用されるステッピン
グモータの電力消費を可能な限り減少させることはかつ
て重要であったほど今日重要ではない。

【００１２】本発明の目的は、それ故回転子が１ステッ
プ回転する毎にモータのコイルに駆動パルスが加えられ
るステッピングモータを制御し、この駆動パルスが加え
られる間モータによって供給される機械的エネルギーの
量を測定する方法を提供することであり、それによりモ
ータの動作信頼性は何れか１つの公知の方法によりモー
タが制御される時より大幅に向上し、その中でモータは
モータが前記米国特許第４７７２８４０号に記載された
方法により制御される時より更に多くの電気的エネルギ
ーを消費しないものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このことを達成させるた
め、本発明による方法は更に各駆動パルスが加えられる
間に、モータによって供給される機械的エネルギーの量
が最大値を通過する瞬間を検出する方法と、この瞬間に
駆動パルスを中断する方法とを有する。

【００１４】本発明の他の目的は回転子が１ステップ回
転する毎に、モータのコイルに駆動パルスを加える手段
と、駆動パルスが加えられている間、モータによって供
給される機械的エネルギーの量を測定する手段と、を備
えるステッピングモータを制御する装置を提供すること
である。それによりモータの動作の信頼性はモータが公
知の装置の何れか１つで制御される時より相当向上し、
それによりモータは前記米国特許第４７７２８４０号に
より制御される場合より更に大きな電気的エネルギーを
消費しないものである。

【００１５】このことを達成するため、本発明による装
置は、更に前記機械的エネルギー量が最大値を通過する
時を、各駆動パルスが加えられる間に検出する手段と、
この検出に応答して駆動パルスを中断する手段とを備え
る。

【００１６】

【実施例】本発明の他の目的及び利点を添付する図面を
参照にして以下に詳細を記す。図１に示す本発明による
装置は、体系的に示されこの図に限定される訳ではない
が、電子時計のステッピングモータを制御するために設
計されたものである。

【００１７】図１に図示されるモータは符号Ｍにより示
され、特に電子時計において使用される種々の公知のモ
ータの形式の何れの１つでもよいので、特に詳細は記さ
ない。これらのモータは通常双極できれば多極の永久磁
石と、この永久磁石に磁気的に結合した少なくとも１つ
のコイルと、を備える回転子を含むことを簡単に言及し
ておく。これらのモータは更に種々の形式が有り得よう
が、回転子に位置決めトルクを、即ち回転子を保持しよ
うとするトルク又は与えられた休止位置の１つ又は他の
１つに戻そうとするトルクを印加する手段を備える。

【００１８】図１の装置は従来方式の発振器１を有し、
その出力１ａは周波数分周回路２の入力２ａに接続され
る。発振器１と分周回路２は電子回路技術者に公知のも
のでよいので特別な詳細説明は省略する。発振器１の出
力１ａは周期的ロジック信号を出力し、その出力信号は
例えば１周期のうち１／２周期がローレベルで残りの１
／２周期がハイレベルである。ロジック信号は以後、信
号１ａとして参照され、例えば今日多くの電子時計にお
けるように３２７６８Ｈｚの周波数である。

【００１９】分周回路２は各々周期ロジック信号を出力
する３つの出力２ｂ，２ｃ，２ｄを有する。これらの信
号は以後２ｂ，２ｃ，２ｄとして参照され、それぞれ１
６３８４Ｈｚ，８１９２Ｈｚ及び１Ｈｚの周波数であ
る。信号２ｄは駆動パルス形成回路３の入力３ａに入力
され、この駆動パルス形成回路３は２つの出力３ｂと３
ｃを有し、それぞれモータＭのコイルの端子の一つに接
続される。このコイルは図１に分離して示してはいな
い。

【００２０】この駆動パルス形成回路３の設計は同業者
によって容易であるので特に詳細を記さないが、とりわ
けモータＭに加えられねばならない駆動パルスの性質に
依存するものである。ある例においてモータＭのような
ステッピングモータは言わゆる“一定電圧”駆動パルス
によって制御されねばならない、即ちその制御される間
モータのコイルはモータの動作に対して要求される電気
的エネルギーを一定電圧で供給する電源に永続して接続
されることが知られている。他の例においてそのような
ステッピングモータは言わゆる“チョッパー”パルスに
より制御されねばならない、即ちその制御される間コイ
ルは電源に交互に接続されたり、接続を切られたりする
ことも又公知のことである。

【００２１】更に、他の例においてさえ、このようなス
テッピングモータは言わゆる“一定電流”駆動パルスに
より制御されねばならず、その制御される間コイルを流
れる電流はほぼ一定値で保たれる。更に他の例におい
て、ステッピングモータは継続時間の一定時間には前記
形式の１つの駆動パルスにより、その継続時間の残りの
時間には他の形式の１つの駆動パルスにより制御され
る。

【００２２】これらの全ての例において駆動パルスは交
互に変化する極性を有する。即ち各駆動パルスは１つ前
の及び１つ後の駆動パルスの極性が反対である。どのよ
うな形式の駆動パルスがモータＭに加えられねばならな
くても、前記駆動パルス形成回路３は信号２ｄがローレ
ベルからハイレベルに即ちこの例では１秒間につき１回
変化する毎に駆動パルス形成回路３が駆動パルスを発生
し始めるように設けられる。

【００２３】駆動パルス形成回路３は１つの入力３ｄを
含み、以後に記す回路により入力３ｄに加えられる中断
信号がローレベルからハイレベルに変化するのに応答し
て各駆動パルスを中断するように設けられる。最後に駆
動パルス形成回路３はその性質と目的を以後に記す信号
を送る出力３ｅを有する。

【００２４】図１の装置は更に各駆動パルスが駆動パル
ス形成回路３によって加えられる間モータＭによって供
給される機械的エネルギーを測定する回路を含む。この
測定回路４は当該技術分野において通常の知識を有する
者によって種々な方法で下記の公知な数式に基づいて構
成可能なので、ここでは詳細説明を省略する。

【００２５】

【数１】 ここで−Ｅｍ（ｔ）は駆動パルスの初期から時刻ｔまで
モータＭによって供給された機械的エネルギーであり、 −ｕ（ｔ）はモータＭのコイルに印加される電圧であ
り、 −ｉ（ｔ）はコイルに流れる電流であり、 −Ｒ及びＬはそれぞれコイルの抵抗とインダクタンスで
ある。

【００２６】具体的な例を取れば図１の装置の測定回路
４は米国特許第４７７２８４０号に記載されている回路
と類似しており、該米国特許の文献における図１の符号
８と１０−１５に示される成分から構成されると判断さ
れる。この回路はここでは再び説明されないが、測定回
路４は装置の駆動パルス形成回路即ち本発明の図１の駆
動パルス形成回路３が米国特許第４７７２８４０号に記
載されている回路と又類似し、該米国特許の図１におけ
る符号１と５−７と９とにより示される成分から構成さ
れる特別な場合に適用されることは注目すべき点であ
る。

【００２７】米国特許第４７７２８４０号の仕様書から
明白となるように、この駆動パルス形成回路はその駆動
パルス形成回路に接続されるモータに加えられる各駆動
パルスが加えられる間、モータのコイルが交互に電源に
接続され、且つコイルに流れる電流が基準電流より少な
いか又は多いかに従って回路が短絡されるように設けら
れている。コイルにおける電流はこのように各駆動パル
スのより長い時間中実質的に一定である。更に駆動パル
ス形成回路は出力即ちフリップフロップ９の出力Ｑを有
し、モータコイルがこの回路に接続される時、ローレベ
ルとなり、コイルが装置の電源に接続される時ハイレベ
ルとなるロジック信号を出力する。この信号は本発明の
駆動パルス形成回路３の出力３ｅにより送られる信号で
ある。

【００２８】米国特許第４７７２８４０号に記載される
測定回路のように、測定回路４は１つの入力を有し、符
号４ａによって示され、駆動パルス形成回路３の出力３
ｅに接続され、前記信号を受信する。加えて測定回路４
は符号４ｂ，４ｃ，４ｄにより示される３つの入力を含
み、それぞれ周波数３２７６８Ｈｚ，１６３８４Ｈｚ，
８１９２Ｈｚを有する周期ロジック信号を受ける。本発
明において、これらの信号はそれぞれ発振器１の出力１
ａ、分周回路２の出力２ｂ及び２ｃにより発生される。

【００２９】測定回路４は、更に８つの出力を含み、符
号４ｅから４１で示され、米国特許第４７７２８４０号
の文献に記載のカウンタ８の出力８ｄから８ｋに対応
し、各駆動パルスが加えられる間、これらの出力４ｅか
ら４１のロジックレベルによって形成される２進数は信
号２ｃがハイレベルからローレベルに変わる各瞬間に新
しい値を取り、この新しい値はこの駆動パルスの初期か
らモータＭによって供給される機械的エネルギーに比例
するように設けられる。この２進数は以後数Ｎとして参
照符号づけられ、新しい値を取る各瞬間は瞬間ｔ_１とし
て参照符号づけられる。

【００３０】最後に測定回路４は入力４ｍを有し、米国
特許第４７７２８４０号におけるフリップフロップ１０
の入力Ｒに対応し、入力４ｍにてローレベルからハイレ
ベルへ信号が変化する度に、数Ｎはそれに応答して零に
等しくなるように設けられる。後に判るようにローレベ
ルからハイレベルへの入力４ｍの信号の変化は各駆動パ
ルスの最後に発生する。測定回路４の出力４ｅから４１
は記憶回路５の入力５ａから５ｈに接続され、且つ２進
比較回路６の第１入力６ａから６ｈに接続される。

【００３１】前記数Ｎはこのように記憶回路５の入力５
ａから５ｈと比較回路６の入力６ａから６ｈに永続して
加えられる。記憶回路５は更に制御入力５ｉと８つの出
力５ｊから５ｑを有する。その出力５ｊから５ｑは制御
入力５ｉがハイレベルの時、入力５ａから５ｈとそれぞ
れ同一のロジックレベルを取り、これらの出力５ｊから
５ｑは制御入力５ｉがローレベルの時、入力５ａから５
ｈのロジックレベルの如何なる変化とは独立して、出力
５ｊから５ｑのロジックレベルを保持する。換言すれば
記憶回路５の入力５ｉが、ローレベルからハイレベルに
変わる度に数Ｎである入力５ａから５ｈのロジックレベ
ルによって形成される２進数は、記憶回路５の出力５ｊ
から５ｑに変えられる。

【００３２】記憶回路５は公知の“ラッチ”形であり、
詳細説明は省略する。記憶回路５の出力５ｊから５ｑは
それぞれ数値比較回路６の第２入力６ｉから６ｐに接続
され、比較回路６は更に出力６ｑを有する。比較回路６
は通常良く使用されるものなので詳細説明は省略する。
然しながらこの特別な例において、出力６ｑは第１入力
６ａから６ｈのロジックレベルによって代表される２進
数が第２入力６ｉから６ｐのロジックレベルによって代
表される２進数より小さい時にのみハイレベルとなるこ
とは注目するところである。

【００３３】図１における装置は更にＡＮＤゲート７を
有し、その出力７ａは記憶回路５の制御入力５ｉに接続
される。ＡＮＤゲート７の２つの入力はそれぞれ発振器
１の出力１ａ及び排他的論理和Ｘ−ＯＲゲート８の出力
８ａに接続される。Ｘ−ＯＲゲート８の入力は１つは直
接に、他は２つのインバータ９と１０を経由してＮＯＲ
ゲート１１の出力１１ａに接続され、ＮＯＲゲート１１
の入力はそれぞれ発振器１の出力１ａ、分周回路２の出
力２ｂと２ｃに接続される。Ｘ−ＯＲゲート８の出力８
ａは更にＡＮＤゲート１２の１つの入力に接続され、Ａ
ＮＤゲート１２の他の入力はインバータ１３を経由して
発振器１の出力１ａに接続される。最後にＡＮＤゲート
１２の出力１２ａはＡＮＤゲート１４の１つの入力に接
続され、ＡＮＤゲート１４の他の入力は比較回路６の出
力６ｑに接続され、ＡＮＤゲート１４の出力１４ａは駆
動パルス形成回路３の入力３ｄ及び測定回路４の入力４
ｍに接続される。

【００３４】次に図１の装置の動作を図２を参照にして
説明する。図２における各符号は、図１において測定さ
れる各信号点と同一符号で示されている。更に各信号は
以後信号が測定された図１の各点の参照符号として示
す。信号１２ａと７ａは信号２ｃと同一周期を有する周
期的ロジック信号であること、及びこれらの信号１２
ａ，７ａはこれらの信号１２ａと７ａがハイレベルであ
る間、非常に短かいパルスから形成され、これらの信号
１２ａと７ａがローレベルである間の間隔で分離される
ことが図から容易に判る。信号１２ａのパルスは信号２
ｃがハイレベルからローレベルへ変化する度に、即ち前
記規定された瞬間ｔ_１の各々において発生する。ここで
信号７ａの各パルスは、信号１ａの周期の１／２周期
後、即ち信号１２ａの各パルスの後約１５μｓｅｃ後に
発生する。信号７ａのパルスが発生する瞬間を以後瞬間
ｔ_２と呼ぶ。

【００３５】前記したように、測定回路４の出力４ｅか
ら４１における数Ｎは、駆動パルス形成回路３によって
モータＭに加えられる２つの連続駆動パルス間において
零に等しい。記憶回路５の出力５ｊから５ｑにおける２
進数に対してそれ故同一のことが成立する。何故ならば
各瞬間ｔ_２においてこの数Ｎは記憶回路５の出力に移さ
れるからである。２つの駆動パルス間においてはなお比
較回路６の出力６ｑはローレベルのままである。何故な
らば第１及び第２入力におけるそれぞれの２進数は両方
共に零に等しいからである。従ってＡＮＤゲート１４の
出力１４ａも又ローレベルである。

【００３６】信号２ｄがローレベルからハイレベルに変
わる時、駆動パルス形成回路３はモータＭに適切な形状
の駆動パルスを印加し始める。短かい遅れ時間後、モー
タＭの回転子は駆動パルスに応答して回転し始め、それ
により結合する機械的装置に機械的エネルギーを供給す
る。回転子が頂度回転開始する瞬間から、数Ｎは各瞬間
ｔ_１で零より大きい新しい値を取る。呼称ｔ_１ｉとｔ
_１ｊは２つの連続的瞬間ｔ_１、即ち瞬間ｔ_１ｉとｔ_１ｊ
とその直後にそれぞれ続く瞬間ｔ_２即ちｔ_２ｉとｔ_２ｊ
を識別するために使用され、ＮｉとＮｊは瞬間ｔ_１ｉと
ｔ_１ｊにそれぞれ数Ｎによって取られる値を示す。瞬間
ｔ_１ｊにおいて数Ｎｊは比較回路６の第１入力６ａから
６ｈに加えられ、一方数Ｎｉは比較回路６の第２入力６
ｉから６ｐに加えられたままであることが容易に判る。

【００３７】数Ｎｊが数Ｎｉより大きい時、即ちモータ
Ｍによって供給された機械的エネルギーの量が瞬間ｔ
_１ｉとｔ_１ｊ間で増加する時、比較回路６の出力６ｑは
ローレベルのままとなる。同一瞬間にＡＮＤゲート１４
に加えられた入力信号１２ａのパルスはそれ故効果なく
ＡＮＤゲート１４の出力１４ａはローレベルのままとな
る。次に瞬間ｔ_２ｊに記憶回路５の制御入力５ｉに加え
られる入力信号７ａのパルスは、数Ｎｊを記憶回路５の
出力５ｊから５ｑに移動させる。この頂度瞬間から次の
瞬間ｔ_１迄、数Ｎｊは比較回路６の第１と第２入力にあ
り、比較回路６の出力は従ってローレベルのままとな
る。この処理は各瞬間ｔ_１ｊで数Ｎｊが数Ｎｉより大き
い限り即ちモータＭによって供給される機械的エネルギ
ーの量が増大する限り、繰り返される。

【００３８】図３に示されるように、この機械的エネル
ギーは、公知の方法でモータＭの電気的、機械的特性及
びモータが駆動する負荷の機械的特性に依存する瞬間で
最大値を通過する。図３においてＴ_１とＴ_２に示される
曲線は、モータに加えられる抵抗トルクの第１の値とそ
れより大きい第２の値に対してそれぞれ比較的長い継続
時間の駆動パルスが加えられる間、モータＭのようなモ
ータによって供給される機械的エネルギーＥｍの時間ｔ
の関数としての変化を体系的に示すものである。

【００３９】この最大値を通過した後、機械的エネルギ
ーは駆動パルスがモータＭに加えられ続ける時減少す
る。機械的エネルギーが最大値を通過した直後の瞬間ｔ
_１ｊで数Ｎｊは瞬間ｔ_２ｉ以後記憶回路５の出力５ｊか
ら５ｑにある数Ｎｉよりそれ故小さい。この瞬間ｔ_１ｊ
において、比較回路６の出力６ｌはそれ故ハイレベルと
なる。何故ならば第１入力６ａから６ｈにおける２進数
は第２入力６ｌから６ｐにおける２進数より小さいから
である。同一瞬間ｔ_１ｊにおいて発生する信号１２ａの
パルスは、それ故駆動パルス形成回路３の入力３ｄ及び
測定回路４の入力４ｍであるＡＮＤゲート１４の出力１
４ａで同一継続時間のパルスを発生させる。このパルス
はこのように電流駆動パルスを中断させ、測定回路４の
出力４ｅから４ｌで数Ｎを零にリセットさせる。

【００４０】図１の装置はこのように駆動パルスの開始
と同一状態に戻り、信号２ｄがローレベルからハイレベ
ルに再び変わるまで、即ち次の駆動パルスの開始まで、
この状態を保持し、その間前記処理は繰り返される。モ
ータＭによって供給される機械的エネルギーの最大値は
駆動パルスが加えられる間に到達され、機械的エネルギ
ーがこの最大値に到達する時間は駆動パルスが加えられ
る間にモータＭによって駆動される機械的負荷に直接依
存することは注目すべきことである。この機械的負荷が
通常変化すると同様に前記最大値及び前記時間も変化す
る。

【００４１】図１の装置は駆動パルスを回転子に加える
ことにより起こり得る如何なる停止をも検出する回路を
設けることは必要とせずに、この駆動パルスが加えられ
る間、モータＭによって駆動される機械的負荷の関数と
してモータＭに加えられる各駆動パルスの継続時間の調
整を非常に信頼性のある方法で調整可能とすることが判
る。

【００４２】理論的な考察はここでは詳述されなかった
が、モータＭにより供給された機械的エネルギーが最大
値を通過する瞬間において、不安定な平衡位置と到達し
なければならない休止位置との間の実質的中間位置の角
度位置を回転子が占めるということが示されることが実
際上確認された。この角度位置において回転子に加えら
れる位置決めトルクは最終休止位置に向かって移動する
傾向にある。この位置決めトルクはこの位置で更に最大
値に近い値を有し、このように回転子の運動エネルギー
によるトルクに加えられる。結果として回転子は駆動パ
ルスがこの瞬間に中断される時、回転を確実に完了し、
次の休止位置へ回転を続行するか又は出発点に戻る危険
は無くなる。

【００４３】図１の装置の動作は、更に１つの測定値と
測定回路から分離する回路によって供給される基準値と
の比較ではなく、同一測定回路により連続的に測定され
た２つの値の比較を含む。この装置はこのようにモータ
のこの形式に適用される基準値を先に決定することを必
要とせずモータの如何なる形式に対しても使用でき、そ
の動作は更に１つの装置と他の装置間における種々の如
何なる成分の差に対しても独立している。

【００４４】駆動パルスが（一定電圧パルスの場合にお
いて）同一電圧で、又は（一定電流パルスの場合におい
て）同一電流で、所定のモータに加えられて、そのモー
タにより駆動される所定の機械的負荷に対するその駆動
パルスの継続時間と、それ故に駆動パルスが加えられる
間にモータによって消費される電気的エネルギーの量
は、前記米国特許第４７７２８４０号の明細書において
開示されている如き装置により制御される時より、図１
の如き装置により制御される時の方が大きいということ
は明白である。

【００４５】しかしモータの消費が長時間に及んで考慮
される時モータが図１の装置により制御される時米国特
許第４７７２８４０号に記載されたような場合において
モータの消費が非常に高い間、パルスされるキャッチア
ップパルスをモータに加える必要は実際上ないという事
実により、この差は非常に大きいということはないこと
が判る。

【００４６】図１のような装置によって制御されるステ
ッピングモータにおける電気的エネルギーの消費を、米
国特許第４７７２８４０号において記載されるような装
置によって制御される同一モータの電気的エネルギーの
消費に減少することは可能であるということも又後述す
る記載にて明白である。ステッピングモータが制御され
る方法とは別個に、モータが供給する駆動トルクとモー
タ回転子に加えられる抵抗トルクとはモータが駆動パル
スに応答して回転する間に変化することは公知である。
この回転中、この抵抗トルクは回転子が停止できる駆動
トルクより等しいか又は大きい。そのような場合、モー
タにより供給される機械的エネルギーは回転子が停止し
た後もはや変化せず、従って最大値を通過しない。

【００４７】更に平均トルクが回転子が供給できる駆動
トルクより小さい間、この抵抗トルクが十分高い時、回
転子は比較的低速度で回転できる。この場合においてモ
ータによって供給される機械的エネルギーの増加率は非
常に低く、この機械的エネルギーは数十ｍｓｅｃである
最終時刻における最大値に到達し、一方通常の条件で、
この時間は１０ｍｓｅｃより通常小さい。このような場
合に発生する電気的エネルギーの不必要な消費を避ける
ため、図１の装置は図４に示される方式に変更できる。

【００４８】図４における装置においてＡＮＤゲート１
４の出力１４ａはもはや駆動パルス形成回路３の入力３
ｄと測定回路４の入力４ｍに直接接続されない。ＯＲゲ
ート１５が加えられる。ＯＲゲート１５の出力１５ａは
前記２つの入力３ｄと４ｍに接続される。更にＯＲゲー
ト１５の入力の１つはＡＮＤゲート１４の出力１４ａに
接続され、ＯＲゲート１５の第２入力は分周回路２の出
力２ｅに接続される。図１の装置の残りは変更されない
ので図４には示すことを省略する。

【００４９】この例において分周回路２の出力２ｅは周
波数３２Ｈｚの周期的ロジック信号を送る。分周回路２
により供給される他の信号と同様な信号２ｅは半周期間
ローレベルで半周期間ハイレベルである。更に信号２ｄ
がハイレベルに変わる瞬間毎に、即ち駆動パルス形成回
路３がモータＭに駆動パルスを印加開始する瞬間毎に、
信号２ｅはハイレベルからローレベルに変化する。信号
２ｅの周期が３１．２５ｍｓｅｃであるので、各駆動パ
ルスの開始後、１５．６２５ｍｓｅｃ経過すると再びハ
イレベルとなる。

【００５０】この瞬間において、ＯＲゲート１５の出力
１５ａは従ってハイレベルとなり、その結果電流駆動パ
ルスは中断され、前述のようにＡＮＤゲート１４の出力
１４ａにより発生されたパルスにより中断が実行されて
ない時、数Ｎは零にリセットされる。本発明による装置
のこの実施例において、たとえ非常に大きい抵抗トルク
がこの駆動パルスが加えられる間、回転子に印加された
としても、駆動パルスは約１５ｍｓｅｃ以上継続できな
い。

【００５１】駆動パルスが前記方式で中断された後、抵
抗トルクは高いけれど駆動トルクより平均値で大きくな
いか、又は抵抗トルクの増加の原因が無くなってしまう
か、どちらかにより、それにもかかわらずモータの回転
子はステップを完了することが可能である。何れの場合
においても当然回転子は駆動パルスが中断される瞬間に
不安定な平衡位置をすでに通過していなければならな
い。

【００５２】実際上、しかしながらこの条件はしばしば
満足されないということが観察される。全んどの場合、
このように駆動パルスが中断された後、モータの回転子
は開始点に戻る。その場合、次に続く駆動パルスは、回
転子の位置に対応する反対極性を有する。何故ならば２
つの連続駆動パルスは絶えず極性が反対であるからであ
る。

【００５３】次に続く駆動パルスはこのように、所望の
方向と反対方向にモータＭの回転子を少し回転させる。
このような回転中、モータによって供給される機械的エ
ネルギーは非常に小さく、約２ｍｓｅｃより非常に短か
い時間の後最大値に到達する。更にこの最大値は、回転
子が駆動パルスに応答して通常回転し、回転子へ加えら
れる抵抗トルクが最大値である時、機械的エネルギーに
よって到達されるより短かく、通常約３から１０倍であ
る。そのような場合にモータによって供給される機械的
エネルギーは図３における符号Ｔ_３により示される曲線
で代表される。

【００５４】図５と図６はこのような状況を検出するた
めに図１の装置に加えることが可能な回路の各例を示
す。図５の回路はＲ−Ｓ形双安定マルチバイブレータ１
６を備え、その入力ＳとＲはそれぞれ周波数分周回路２
の出力２ｄと同追加出力２ｆに接続される。双安定マル
チバイブレータ１６の出力Ｑは、ＡＮＤゲート１７の第
１入力に接続され、第２入力はそれぞれ駆動パルス形成
回路３の入力３ｄと測定回路４の入力４ｍと同様にＡＮ
Ｄゲート１４の出力１４ａに接続される。図１の装置と
同一であるこの装置の残りの部分は、図５に示すことを
省略する。

【００５５】この例において分周回路２の出力２ｆは周
波数２５６Ｈｚで周期的ロジック信号を送る。分周回路
２により供給される他の信号のように、信号２ｆは１／
２周期の間、即ち約２ｍｓｅｃの間ローレベルであり、
残りの１／２周期はハイレベルである。更に信号２ｄが
ハイレベルに変わる瞬間毎に、即ち各駆動パルスの開始
において、信号２ｆはハイレベルからローレベルに変化
する。信号は次に再び各駆動パルスの開始後約２ｍｓｅ
ｃ間ハイレベルとなる。双安定マルチバイブレータ１６
の出力Ｑは各駆動パルスの開始時にハイレベルとなり、
約２ｍｓｅｃ後再びローレベルとなり、次の駆動パルス
の開始までローレベルを保持することが容易に判る。

【００５６】更にモータＭの回転子が駆動パルスの開始
時に正しい位置を占める時、モータＭによって供給され
る機械的エネルギーが最大値に到達する瞬間にＡＮＤゲ
ート１４の出力１４ａによって発生されるパルスはＡＮ
Ｄゲート１７によって中断されることも容易に判る。そ
の中断される理由は、この場合においてこのパルス１４
ａは、双安定マルチバイブレータ１６の出力Ｑがローレ
ベルである間、駆動パルスの開始後、２ｍｓｅｃ以上で
発生されることによる。

【００５７】しかしながら、モータＭの回転子は開始点
で駆動パルスの極性に対応する位置を占めない時、ＡＮ
Ｄゲート１４の出力１４ａにより発生されたパルスは、
モータＭによって供給された機械的エネルギーが最大値
を通過する瞬間に、ＡＮＤゲート１７の出力１７ａに移
される。何故ならばこの場合において双安定マルチバイ
ブレータ１６の出力Ｑはこの瞬間なおハイレベルのまま
であるからである。このパルスはＡＮＤゲート１７の出
力１７ａでこの瞬間に現われ、このようにモータＭの回
転子は印加された駆動パルスの極性に対応した位置を占
めないことを検出信号が示している。

【００５８】図６の回路は符号１８により示される第２
の数値比較回路を有し、比較回路１８は測定回路４の出
力４ｅから４ｌにそれぞれ接続される第１入力１８ａか
ら１８ｈを有し、そこから前記規定した２進数Ｎが入力
される。比較回路１８の第２入力は符号１８ｉから１８
ｐにより示され、これらの入力のローレベルとハイレベ
ルによって形成される他の２進数Ｎ′が入力される。

【００５９】数Ｎ′は一方では駆動パルスが加えられる
間、モータＭの回転子がこの駆動パルスの開始に極性に
対応する角度位置をもつ時で、回転子に加えられる抵抗
トルクが最小値である時に数Ｎによって到達する最大値
より小さく、且つ他方では、駆動パルスの初期に、回転
子が極性に対応する位置にない時、数Ｎによって到達す
る最大値より大きくあるような方式で選ばれた固定数で
ある。前記第１の最大値は前記第２の最大値より３から
１０倍大きいので、これらの２つの条件を満足する数
Ｎ′を見つけることは何時でも可能である。

【００６０】比較回路１８は更に出力１８ｑを有し、そ
の出力１８ｑは数Ｎが数Ｎ′より小さいか又は等しい時
ハイレベルで、数Ｎが数Ｎ′より大きい時ローレベルで
あるようになる。出力１８ｑはＡＮＤゲート１９の第１
入力に接続され、第２入力はＡＮＤゲート１４の出力１
４ａに接続される。ＡＮＤゲート１９の出力１９ａは駆
動パルス形成回路３の入力３ｆに接続される。ここで駆
動パルス形成回路３は図５における駆動パルス形成回路
３と同一である。装置の残りは図１の装置と同一であ
り、図６に示すのを省略する。

【００６１】駆動パルスの開始において、モータＭの回
転子はこのパルスの極性に対応する位置にある時、数Ｎ
は最大値に到達する前に数Ｎ′に到達し、越えることは
容易に判る。この場合において、比較回路１８の出力１
８ｑは、前記のようにＡＮＤゲート１４の出力１４ａが
送られる時ローレベルであり、パルスはモータＭにより
供給される機械的エネルギーが最大値となったことを示
す。このパルスはこのようにＡＮＤゲート１９によって
中断される。

【００６２】然しながらモータＭの回転子が開始の位置
おける駆動パルスの極性に対応する位置にない時、数Ｎ
は最大値を通過する瞬間における数Ｎ′よりなお小さ
い。比較回路１８の出力１８ｑはこのようにこの瞬間に
おいてなおハイレベルであり、ＡＮＤゲート１４の出力
１４ａによって発生されるパルスはＡＮＤゲート１９の
出力１９ａに移される。ＡＮＤゲート１９の出力１９ａ
におけるこのパルスはこのようにモータＭの回転子が駆
動パルスが加えられる極性に対応する位置を占めないこ
とを示す検出信号を更に形成する。この信号はこのよう
に前記の如く図５の回路によって供給される信号に等し
い。

【００６３】この信号を発生するために使用される回路
と独立して、この検出信号は例えば駆動パルス形成回路
３によって使用でき、駆動パルス形成回路３は当然モー
タＭの回転子を正しい位置に持って行こうとするキャッ
チアップパルスと称する１つ又はそれ以上の追加駆動パ
ルスを、モータＭに印加する適切な方法で設けられねば
ならない。そのような場合は図５と図６に示されてお
り、その中でＡＮＤゲート１７の出力１７ａとＡＮＤゲ
ート１９の出力１９ａは、それぞれ駆動パルス形成回路
３の追加入力３ｆに接続される。

【００６４】そのような駆動パルス形成回路３は、ここ
では詳細に記載されない。何故ならばその構成はＡＮＤ
ゲート１７の出力１７ａ又はＡＮＤゲート１９の出力１
９ａによって得られる検出信号を使用しようとすること
に依存し、且つ当該技術分野において通常の知識を有す
る者によって容易に設計できると認められるからであ
る。このような回路の例は米国特許第４５０７５９９号
に記載されている。前記キャッチアップパルスが印加さ
れている間、モータによって供給される機械的エネルギ
ーは上手に測定されてもよく、これらのキャッチアップ
パルスは、この機械的エネルギーが最大値を通過する瞬
間又は通常の駆動パルスに対して前記したような所定継
続時間後、更に中断され得るということは注目すべき点
である。

【００６５】図５又は図６の如き検出器回路を使用する
ことは駆動パルス形成回路３を、モータＭのコイルに加
えられた電圧又はコイルへ流れる電流を前記検出信号の
発生又は非発生の関数として、変更できるように設けら
れていることも又、注目すべきである。

【００６６】このように例えば駆動パルス形成回路３
は、モータＭのコイルに印加される電圧を又はコイルに
流される電流を、所定最小値に下がるまで又は検出回路
がモータへの駆動パルスに応答して機能を果さなくなっ
たことを示す信号を発生するまで、漸進的且つ周期的に
減少するように示すことができる。駆動パルス形成回路
３はこのように例としてなおモータＭのコイルに加えら
れ、コイルに電圧が印加され又はコイルに電流が流れる
間のキャッチアップパルスは非常に高い所定値であり、
次に再びこの電圧又は電流を減少し始める。このように
モータＭの電気的エネルギー消費は、モータが前記米国
特許第４７７２８４０号に記載されているように制御さ
れる時、同一機械的負荷を駆動する同一モータの消費と
実際上等しい値に減少されることが可能である。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば駆動パルスがステッピン
グモータに印加される間、ステッピングモータに供給さ
れる機械的エネルギー量を測定可能とし、それによりス
テッピングモータの動作信頼性を向上させ、電気的エネ
ルギーの消費量を減少させるステッピングモータ制御方
法及び装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の一実施例の概要図。

【図２】図１内の各部において測定された信号のタイム
チャート。

【図３】駆動パルス印加中のステッピングモータによる
機械的エネルギーの変化を示すグラフ。

【図４】本発明による装置の他の実施例の部分図。

【図５】本発明による装置の他の実施例の部分図。

【図６】本発明による装置の他の実施例の部分図。

【符号の説明】

１…発振器 ２…分周回路 ３…駆動パルス形成回路 ４…測定回路 ５…記憶回路 ６，１８…比較回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのコイルと、該コイルに磁気的に結
   合される１つの永久磁石を備えた１つの回転子と、を有
   するステッピングモータを制御する方法であって、該方
   法は該回転子が１ステップ回転する毎に該コイルに駆動
   パルスを加える段階と、該駆動パルスが該コイルに加え
   られている間の該モータにより供給される機械的エネル
   ギー量を測定する段階と、該機械的エネルギー量が最大
   値を通過する瞬間を検出する段階と、該瞬間における駆
   動パルスを中断する段階と、を具備するステッピングモ
   ータ制御方法。
2. 【請求項２】 該検出段階は、同一周波数の第１の周期
   的信号と第２の周期的信号を発生し、複数の第１の瞬間
   と該第１の瞬間とは別個の複数の第２の瞬間をそれぞれ
   に算定する段階と、該第２の瞬間の各々の該機械的エネ
   ルギー値を記憶する段階と、該第１の瞬間の各時刻にお
   ける該機械的エネルギーの値と該第２の瞬間の直前に記
   憶された該機械的エネルギーの値とを比較する段階と、
   を備える請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 該機械的エネルギーが所定の時間周期に
   よる該駆動パルスの開始とは異なる瞬間において最大値
   に到達しなかった時に、該駆動パルスを中断する段階を
   更に備える請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 １つのコイルと該コイルに磁気的に結合
   する１つの永久磁石を備えた１つの回転子とを有するス
   テッピングモータ（Ｍ）を制御する装置であって、該装
   置は該回転子が１ステップ回転する毎に該コイルに駆動
   パルスを加える手段（３）と、該駆動パルスが該コイル
   に加えられている間に該モータにより供給される機械的
   エネルギー量を測定する手段（３，４，５）と、該機械
   的エネルギー量が最大値を通過する瞬間に検出信号を発
   生する検出手段と、該瞬間における該駆動パルスを中断
   するために該検出信号に応答する手段と、を具備するス
   テッピングモータ制御装置。
5. 【請求項５】 該検出手段は、同一周波数の第１の周期
   的信号と第２の周期的信号を発生し、複数の第１の瞬間
   と該第１の瞬間とは異なる別個の複数の第２の瞬間をそ
   れぞれ算定する手段と、該複数の第２の瞬間の各々の該
   機械的エネルギー値を記憶するため該第２の信号に応答
   する手段と、該複数の第１の瞬間の各時刻における該機
   械的エネルギー値と該第２の瞬間の直前に記憶された該
   機械的エネルギーの値とを比較するために該第１信号に
   応答する手段と、を備える請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 該機械的エネルギーが、所定の時間周期
   による該駆動パルスの開始とは異なる瞬間において最大
   値に到達しなかった時に、安全信号を発生する手段と、
   該安全信号に応答して該駆動パルスを中断するように設
   けられた該駆動パルスを中断する手段と、を更に備える
   請求項４に記載の装置。