JPH08149886A - ステッピングモータ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータを高エネルギ効率で駆動
するにあたり、簡単な回路構成で低コストで実現する。 【構成】 パルス発生器６は、周波数及びデューティ比
の設定を可能とする。ＲＯＭ１にはパルス信号の周波数
及びデューティ比のデータが格納されている。タイマ３
はステッピングモータの相励磁タイミング信号のオン時
間を計測する。ステッピングモータの相励磁タイミング
信号のオン時間をもとに、あらかじめ格納されているデ
ータを基に前記パルス信号の波形を変化させ、その信号
と相励磁タイミング信号を重畳した信号をステッピング
モータのドライブ信号として用いる。

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制
御方式に関し、より詳細には、定速駆動、不定速な駆動
や保持動作などの複数の動作モードを有するステッピン
グモータ制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータはＤＣモータと異な
り、開ループ制御で位置制御を精度よく行うことが可能
である。また、ディジタル的に制御が容易に可能なの
で、マイクロプロセッサでの制御に適しているため、各
分野に広く用いられている。ステッピングモータの駆動
方式として、定電圧駆動方式と定電流駆動方式がよく知
られている。

【０００３】前者の定電圧駆動方式は、定電圧の直流電
源を用意し、モータの駆動電源とする方式である。これ
は開ループ回路で構成が簡単でコストも安くすむという
利点がある。また、一方、定電流駆動方式は、モータの
巻線コイルに流れる電流を検出し、電流が定格値に達し
たのちは電圧の印加のオン・オフを繰り返して定電流駆
動を行うものである。この方式ではトランジスタのスイ
ッチング損失を除けば、エネルギ損失がなく、効率のよ
い動作が可能である。

【０００４】従来のステッピングモータ制御方式につい
て記載した公知文献としては、例えば、特開平６−１１
３５９４号公報がある。この公報にものは、デューティ
比を設定可能なパルス発生手段を用い、設定されたデュ
ーティ比に基づいてステッピングモータをパルス幅を駆
動することにより、簡単・安価な回路でモータの電力制
御を可能にするために、マイクロコントローラは、ＰＷ
Ｍ（パルス幅変調）ユニットにパルス波形を出力させ、
パルス信号を一定のデューティに固定してステッピング
モータの巻線Ａ相を励磁する。そして、Ｄ／Ａ変換器を
介して巻線Ａ相を流れる電流値を読み取る。そして、こ
の電流値が規定値になるように、読み込んだ電流値に基
づいて、ＲＯＭ内に格納されたＰＷＭテーブルを補正し
てＲＡＭに書き込む。その後、ＲＡＭに格納された補正
テーブルを使用してステッピングモータを駆動する。補
正されたＰＷＭテーブルを用いることにより、モータ個
々の特性のばらつきや、温度による巻線抵抗の変化によ
らず一定の電流値を得ることができるものである。

【０００５】また、特開平２−９５１９９号公報のもの
は、パルス幅変調のデューティ値を変えることにより、
起動時には大電流をパルスモータに供給し、起動後は駆
動電流を低下させて定常回転させるようにし、省エネル
ギ化を図り、回転立ち上がりを迅速にするために、基準
電圧切換回路は、モータ起動の初期時に、コンパレータ
の＋端子に入力する三角形波信号Ｖ_Rの基準電圧Ｖ_REFを
高くし、パルス幅変調（ＰＷＭ）のデューティ値を大き
くする。従って、パルスモータのコイルに供給される電
流は大きくなり、大きな起動トルクが発生し、モータ回
転が急速に立ち上がる。立ち上がってモータ回転が定常
回転となったときに、パルス幅変調のデューティ値が小
さくされ、コイルへの供給電流は小さくなる。これによ
り、モータを大電流で常に動かすことがないので、省エ
ネルギ化が図られ、効率よくモータを駆動することがで
きるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記定
電圧駆動方式では、出力トルクや応答速度を改善するた
めに、モータ巻線に直列に付加抵抗が必要となり、その
抵抗の電力損失のためエネルギ効率が低くなるという欠
点があった。一方、定電流駆動方式は、高エネルギ効率
でステッピングモータを駆動することができるが、電流
検出機能などを必要とするため回路構成が複雑となり、
コストが高くなるという欠点があった。さらに、一般に
ステッピングモータは、相切替え時のモータ起動時に大
きなトルクを必要とし、モータ巻線に大きな電流を供給
する必要がある。その後、モータの回転子（ロータ）が
所定の角度まで回転したあとは、起動時ほどトルクを要
しない。そのため、相切替時から一定の電力で駆動する
と、モータの回転子が所定の角度まで到達したあとは過
剰トルクで駆動することとなり、エネルギ損失が発生し
効率が低くなり、さらに、ステッピングモータが用いら
れている装置の振動・騒音・発熱の原因ともなる。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、ステッピングモータを高エネルギ効率で駆動
するにあたり、簡単な回路構成で低コストで実現するよ
うにしたステッピングモータ制御方式を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）周波数およびデューティ比を設定
可能なパルス信号発生手段と、前記パルス信号の周波数
およびデューティ比のデータを格納するデータ格納手段
と、ステッピングモータの相励磁タイミング信号のオン
時間を計測する時間計測手段とを有するステッピングモ
ータの制御回路において、ステッピングモータの相励磁
タイミング信号のオン時間をもとに、あらかじめ格納さ
れているデータを基に前記パルス信号の波形を変化さ
せ、該パルス信号と相励磁タイミング信号を重畳した信
号をステッピングモータのドライブ信号として用いるこ
と、更には、（２）ステッピングモータの使用されてい
る装置の動作モードに対応して、幾つかのパルス信号波
形のパターンを切り替えることを特徴としたものであ
る。

【０００９】

【作用】ステッピングモータの相切替え時には、パルス
信号のデューティ比を大きく設定する。それによって、
ステッピングモータ巻線に大きな電流を流れるように
し、大きな電力をステッピングモータに供給する。これ
により、モータに立ち上がり時のトルクと応答速度を確
保する。次の段階として、一定時間経過したのちはモー
タが立ち上がったものとみなし、パルス信号のデューテ
ィ比を小さくなるように設定する。それにより、モータ
巻線に流れる電流が抑制され、モータに供給される電力
も制限される。さらに、モータの発生トルクを抑制する
ことが可能となり、余分なトルクを発生することなく高
効率でモータを駆動することができる。

【００１０】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１は、本発明によるステッピングモータ制御方
式の一実施例を説明するための構成図で、図中、１はＲ
ＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory）、２はＲＡＭ（ＲandomＡ
ccess Ｍemory）、３はタイマ、４はＭＰＵ（Ｍicro Ｐ
rocessing Ｕnit）、５は出力ポート、６はパルス発生
器、７はＡＮＤ回路、８はドライバ、９はステッピング
モータ、１０は機構部である。

【００１１】ＭＰＵ４は、ステッピングモータの制御を
行うマイクロコントローラであり、ＲＯＭ１およびＲＡ
Ｍ２はマイクロコントローラ４が使用するメモリであ
る。ＲＯＭ１には、マイクロコントローラ４のプログラ
ムコードおよびパルス発生器６に設定する周波数、デュ
ーティ比のデータが格納されている。タイマ３は、ＭＰ
Ｕ４のマイクロコントローラからの制御で時間を計測
し、所定の時間が経過したことを割込みなどでマイクロ
コントローラ４に通知する機能を有する。パルス発生器
６は、バスライン１１を介し、マイクロコントローラ４
から周波数、デューティ比を設定可能であり、マイクロ
コントローラ４から制御される出力ポート５の出力が相
励磁タイミング信号となる。

【００１２】ＡＮＤ回路７は出力ポート５からの相励磁
タイミング信号と、パルス発生器６の出力信号を重畳す
る機能を有する論理回路である。ドライバ回路８は、Ａ
ＮＤ回路７からの出力をステッピングモータを駆動でき
るように増幅する働きをする。制御の対象となるステッ
ピングモータ９は２相モータを用いている。ステッピン
グモータが駆動する機構部１０は、ＭＰＵ４で示したマ
イクロコントローラにより制御され、装置の動作モード
もマイクロコントローラ４により管理される。

【００１３】図２（ａ）〜（ｃ）は、回路各部の信号波
形を示す図で、図２（ａ）は、出力ポート５からの出力
される励磁タイミング信号である。図２（ｂ）は、パル
ス発生器６からの出力信号であり、図に示す時刻Ｔ２１
でデューティ比が変化している。図２（ｃ）は、図２
（ａ）および図２（ｂ）が重畳されたのち、ドライバ８
を経て、ステッピングモータ９のモータ巻線に供給され
る電流値である。この信号が巻線をコイル成分により、
図に示すような過渡的な電流特性を示す。

【００１４】図３は、図１におけるマイクロコントロー
ラの制御動作を説明するためのフローチャートである。
以下、各ステップ（Ｓ）に従って順に説明する。ここで
は、説明を簡単にするため、ひとつの相励磁信号につい
てのみ着目して、残りの相については説明を省略する。

【００１５】まず、ステップＳ１において、マイクロコ
ントローラ４から出力ポート５に相励磁タイミング信号
をオンする。この相励磁タイミング信号は１−２相励磁
駆動方式や２相励磁駆動方式でよく用いられるものであ
る。これと同時に、パルス発生器６に初期値の周波数お
よびデューティ比の初期値を設定する。この相励磁タイ
ミング信号をオンに切り替えた時点から、タイマ３を用
いて計時を開始する（Ｓ２）。次に、ステップＳ３に示
すようにＲＯＭ１に格納されたパルス信号のデューティ
比を変更する時刻を取得する。ステップＳ３では取得し
た時刻になり、タイマ３から割込みなどで通知されるま
で、そのまま信号を保持する（Ｓ４）。所定の時間が経
過したのちは、ステップＳ５によりＲＯＭ１から取得し
たデータをもとに、パルス発生器６にデューティ比を初
期値より小さい値に設定し直す。これが、図２の時刻Ｔ
２１に示すタイミングである。その操作で、図２（ｃ）
に示すように、モータ巻線に流れる電流が抑制され、省
エネルギでモータを駆動することができる。

【００１６】さらに、装置の状態が次の励磁ステップに
遷移するまで、図２の時刻Ｔ２２で示すようにその状態
を保持し、その区間では保持トルクだけで済むので、抑
制されて電流を供給すれば十分である。この実施例で
は、ドライバ８への入力より前段部すべてディジタル回
路で構成でき回路を集積しやすく、装置の小型化や軽量
化に適している。

【００１７】このように、本発明ではモータの回転子の
１ステップ応答の特性に着目し、この特性を改善するこ
とでステッピングモータの効率よい駆動を実現する。つ
まり、本発明のステッピングモータの制御方式では、周
波数およびデューティ比の設定可能はパルス発生手段
（ＰＷＭ変調手段）と、前記パルスの周波数およびデュ
ーティ比のデータを格納するデータ格納手段と、相励磁
タイミング信号のオン時間を計測する時間計測手段を有
し、相切替え信号と前記パルス信号とを重畳させた信号
で、モータを駆動するものである。また、パルス信号の
周波数はステッピングモータの回転レートや駆動回路の
電気的過渡的特性をもとに、適切に設定することでよ
り、よい特性を得ることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、パルス信号の波形を変化させることにより、
相切替時には大電流をモータ巻線に供給し、モータの立
ち上がったのちは、巻線に供給する電流を制限するの
で、常に一定の大電流を供給することなく、立ち上がり
の応答速度を確保したうえ、省エネルギでモータの駆動
を行うことができる。さらに、以上の利点を、従来の方
法と比較して簡単な回路構成で低コストで実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステッピングモータ制御方式の一
実施例を説明するための構成図である。

【図２】図１における各部の信号波形を示す図である。

【図３】図１におけるマイクロコントローラの制御動作
を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…ＲＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory）、２…ＲＡＭ（Ｒa
ndom Ａccess Ｍemory）、３…タイマ、４…ＭＰＵ（Ｍ
icro Ｐrocessing Ｕnit）、５…出力ポート、６…パル
ス発生器、７…ＡＮＤ回路、８…ドライバ、９…ステッ
ピングモータ、１０…機構部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数およびデューティ比を設定可能な
   パルス信号発生手段と、前記パルス信号の周波数および
   デューティ比のデータを格納するデータ格納手段と、ス
   テッピングモータの相励磁タイミング信号のオン時間を
   計測する時間計測手段とを有する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相励磁タイミ
   ング信号のオン時間をもとに、あらかじめ格納されてい
   るデータを基に前記パルス信号の波形を変化させ、該パ
   ルス信号と相励磁タイミング信号を重畳した信号をステ
   ッピングモータのドライブ信号として用いることを特徴
   とするステッピングモータ制御方式。
2. 【請求項２】 ステッピングモータの使用されている装
   置の動作モードに対応して、幾つかのパルス信号波形の
   パターンを切り替えることを特徴とする請求項１記載の
   ステッピングモータ制御方式。