JPH10285995A

JPH10285995A - ステップモータ制御装置

Info

Publication number: JPH10285995A
Application number: JP9368097A
Authority: JP
Inventors: Junji Ishimaru; 純二石丸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ステップモータの停止状態から等速状態にま
でに移行するのに要する時間をできるだけ短縮化して、
応答性を高める。【解決手段】ステップモータ１４の相を初期化する初
期化手段１，１８と、ステップモータ１４からの電圧変
動を検出する電圧変動検出手段２０と、この電圧変動検
出手段２０からの検出出力に応じて、ステップモータ１
４停止中に発生した相のずれの有無を判断し、相のずれ
が発生した場合にのみ初期化手段１，１８を起動する判
断手段１とを備え、ステップモータに対して制御信号が
出力されていない停止状態において外的要因のために発
生した相の変化を検出することにより、ステップモータ
１４の起動に要する時間を短縮化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ等の機器
を駆動するステップモータを制御するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ステップモータは、その起動時
において永久磁石の磁極位置と通電するコイルの位置と
の位置関係(＝相)がずれていると、一時的に逆回転を起
こしたりして脱調する可能性が有るので、起動の際、永
久磁石の磁極位置に対応した所定のコイルが励磁される
ように、両者の位置関係を確定させる必要がある。

【０００３】そのため、従来、ステップモータの駆動時
には、図８に示すように、初期化制御を行ってから、加
速制御を経て所望の等速制御に移行させるようにしてい
る。

【０００４】すなわち、図８には、４相ステップモータ
を２相励磁で駆動する制御方式の場合の一例を示してい
る。

【０００５】ここで、ステップモータを停止状態から初
めて起動する場合には、まず、ステップモータの通電制
御用の制御信号のハイレベル期間Ｔ₁を等速制御の場合
のパルス幅Ｔ₃よりも大きく設定してモータが余分な慣
性力をもたないように比較的ゆっくりと回転させ、永久
磁石の磁極位置と通電するコイルの位置の関係(＝相)を
最初に確定させる初期化制御を行う。こうして、初期化
制御によって相合わせが行われると、次に、制御信号の
ハイレベル期間をＴ₂₁＞Ｔ₂₂＞Ｔ₂₃というように次第に
短くしてモータを加速する加速制御を行う。この加速制
御後は、一定のパルス幅Ｔ₃の制御信号を加えてモータ
を等速回転させる等速制御を行う。なお、図８から分か
るように、Ａ相とＣ相の各制御信号、また、Ｂ相とＤ相
の各制御信号はそれぞれ位相が反転しており、かつ、４
相の制御信号の各位相は順次ずれた状態で同期して制御
される。

【０００６】ところで、ステップモータを使用するプリ
ンタ等の情報機器においては、ステップモータの通電制
御用の制御信号がソフト的なプログラムミスなどに起因
して予め決められた位相でもって出力されていない場合
や、あるいはハード的な電圧変動などに起因して制御信
号のレベルが低下して予め決められた位相でもって出力
されていないような場合があり、そのときには、メカ機
構等が破損するおそれがある。

【０００７】このため、従来技術では、たとえば特開平
２―８７９９５号公報に開示されているように、ステッ
プモータに出力される制御信号の各位相の違い(図８参
照)を利用して、ステップモータの保護を行うようにし
ている。

【０００８】すなわち、各Ａ相〜Ｄ相の制御信号を入力
する論理回路等を備えた位相検出回路を設け、各制御信
号が予め決められた位相でもって出力されていない場合
には、この位相検出回路から異常検出信号を出力してス
テップモータを強制的に停止させるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平２―８７９９５号公報に開示されている従来技術
の場合には、次の問題がある。

【００１０】(１) 位相検出回路は、ステップモータの
通電制御用の制御信号出力に基づいてモータの異常の有
無を判断するものであるため、制御信号が出力されてい
ないとき、すなわちステップモータの停止中に外的要因
(たとえば、プリンタの紙送りが手動で行われたため
に、これに伴ってステップモータが回転したような場
合)によって永久磁石の位置と通電するコイルの位置と
の組合わせがずれたときには、これを検出することがで
きない。

【００１１】このため、ステップモータの起動時には、
毎回、必ず相合わせ制御(初期化制御)を行う必要があ
り、ステップモータを等速制御するまでに時間がかかっ
ている。

【００１２】(２) また、プリンタに紙詰り等が生じて
いてステップモータがスムーズに回転できない状態、い
わゆるモータロックが生じているときでも、制御信号は
出力され続けており、かつ、この制御信号出力の位相に
異常がなければ、位相検出回路からは異常検出信号が出
力されないため、ステップモータを停止させることがで
きない。

【００１３】このような不都合をなくして、モータロッ
クを確実に検出するためには、従来、別途にモータロッ
ク検出専用のセンサを設ける必要があるため、その分、
コストアップとなる。

【００１４】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたもので、ステップモータに対して制御信号が
出力されていない停止状態において外的要因のために発
生した相の変化を検出できるようにして、起動時間をで
きるだけ短縮化し、さらに、従来のような専用のセンサ
を設けなくても、ステップモータのモータロックの有無
を検出できるようにして、コストダウンを図ることを課
題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、次の構成を採用している。

【００１６】すなわち、請求項１記載の発明に係るステ
ップモータ制御装置は、ステップモータの相を初期化す
る初期化手段と、ステップモータからの電圧変動を検出
する電圧変動検出手段と、この電圧変動検出手段からの
検出出力に応じて、ステップモータ停止中に発生した相
のずれの有無を判断し、相のずれが発生した場合にのみ
前記初期化手段を起動する判断手段とを備えている。

【００１７】この構成においては、ステップモータを制
御してないときに外的要因によって相のずれが発生した
か否かを検出できるので、相がずれていない場合には初
期化制御を省略することができる。

【００１８】請求項２記載の発明に係るステップモータ
制御装置は、請求項１記載の構成において、前記電圧変
動検出手段からの検出出力に基づいて、いずれの相から
電圧変動が発生したかを判定する相判定手段と、この相
判定手段で判定された相のデータを記憶する相記憶手段
と、この相記憶手段に記憶されている相のデータに基づ
いて、ステップモータの駆動に際して起動すべき相を決
定する相決定手段とを備えている。

【００１９】この構成においては、外的要因によって相
がずれても、相がずれた後のステップモータの相の位置
を特定できるため、請求項１の場合よりも初期化制御を
行う頻度が一層少なくなり、起動時間をさらに短縮化す
ることが可能となる。

【００２０】請求項３記載の発明に係るステップモータ
制御装置は、請求項１または請求項２記載の構成におい
て、ステップモータ駆動中の駆動電圧を計測する駆動電
圧計測手段と、この駆動電圧計測手段の出力を予め設定
された基準値と比較し、ステップモータの駆動電圧が基
準値よりも低下した場合には、モータ異常と判断してス
テップモータを強制的に停止させる停止手段とを備えて
いる。

【００２１】この構成においては、紙詰りなどでステッ
プモータがモータロックしていることを検出できるた
め、別の専用のセンサーを設ける必要がなく、コストダ
ウンを図ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】この実施形態では、電子式金銭登
録機のプリンタの紙送り装置として、本発明のステップ
モータ制御装置を使用した場合について説明するが、本
発明は必ずしもこのような機器に限定されるものではな
く、広くステップモータを備えた機器において、これを
制御する装置に適用可能である。

【００２３】図１は、電子式金銭登録機の全体構成を示
すブロック図である。

【００２４】この金銭登録機は、装置全体の動作を制御
するＣＰＵ１、各周辺機器を制御するための各種の命令
が予め記憶されているＲＯＭ２、各周辺機器の制御時の
データやフラグを記憶するＲＡＭ３、設定データを入力
するキーボード４、設定が完了したときやエラーを知ら
せるブザー５、キー入力されたデータや設定状況等を表
示するディスプレイ７、赤外線通信を行う通信Ｉ／Ｆ
(インターフェイス)８、設定したデータや装置の状態等
を印字するプリンタ９、金銭や小切手等を収納するため
のドロワー１０を備える。

【００２５】図２(a)はＲＯＭ２の内部の記憶領域を示
す説明図、図２(b)はＲＡＭ３の記憶領域を示す説明図
である。

【００２６】ＲＯＭ２には、装置全体を制御するための
アプリケーションプログラム２₁、ステップモータを駆
動するための制御データが格納された制御データテーブ
ル２₂、ステップモータを駆動した際に計測される駆動
電圧が正常か否かを比較するための基準値のデータが格
納されたデータテーブル２₃、計測されたデータが異常
であった場合にその旨を知らせるための表示用データが
格納されたメッセージテーブル２₄の各記憶領域がそれ
ぞれ確保されている。

【００２７】また、ＲＡＭ３には、アプリケーション動
作時の各種設定値やフラグを格納するためのデータバッ
ファ３₁、表示すべきデータを格納するための表示デー
タバッファ３₂、印字データを格納するためのプリント
データバッファ３₃、ステップモータ停止中に発生した
電圧変動のフラグや相のデータ等を格納するための電圧
変動データバッファ３₄、ステップモータ駆動中に計測
した電圧を格納記憶するための計測電圧データバッファ
３₅の各記憶領域がそれぞれ確保されている。そして、
このＲＡＭ３が特許請求の範囲における相記憶手段に対
応している。

【００２８】図３は、プリンタ９とその駆動制御の部分
の構成を示すブロック図である。

【００２９】プリンタ９は、印字ヘッド１２と紙送り用
のステップモータ１４とを備える。ステップモータ１４
は、本例では、２相励磁方式の４相ステップモータであ
るが、３相や２相のステップモータであっても本発明を
適用することができる。

【００３０】印字ヘッドドライブ回路１６は、ＣＰＵ１
から与えられる制御信号に応じて、駆動信号を生成し、
この駆動信号によって印字ヘッド１２を駆動するもので
ある。

【００３１】また、ステップモータドライブ回路１８
は、ＣＰＵ１から与えられる図８に示したような制御信
号に応じてスイッチングトランジスタ(図示せず)がオン
・オフすることで駆動信号を生成するもので、この駆動
信号がステップモータ１４の各コイルＬ_A〜Ｌ_Dに流れて
該モータ１４が回転駆動される。

【００３２】電圧変動検出回路２０は、特許請求の範囲
における電圧変動検出手段に相当すしており、ＣＰＵ１
からステップモータの駆動信号が出力されてないとき
(すなわちステップモータ１４の停止中)に、外的要因に
よってステップモータ１４で発生する電圧変動を検出す
るものである。

【００３３】すなわち、ステップモータ１４の停止中
に、たとえばプリンタ９の紙送りが手動で行われると、
これに伴い、図外の紙送りローラに連係されたステップ
モータ１４が回転する。そして、このステップモータ１
４が回転したときには、電磁誘導によって各コイルＬ_A
〜Ｌ_Dには、図４(a)に示すように、各電圧が発生する。
これらの電圧は、本例のような２相励磁方式の４相ステ
ップモータの場合には、Ａ相とＣ相、Ｂ相とＤ相の位相
が反転した状態で同期して出力される。

【００３４】そこで、電圧変動検出回路２０は、これら
の電圧変動に基づく各信号を、たとえば半波整流して、
図４(b)に示すような検出出力を発生するようになって
いる。

【００３５】一方、電圧計測回路２２は、特許請求の範
囲における駆動電圧計測手段に相当しており、ステップ
モータ１４の駆動制御中の電圧を検出するものである。

【００３６】すなわち、プリンタ９が紙詰りのためにス
テップモータ１４が回転できない状態にあるにもかかわ
らず、ＣＰＵ１から各相の制御信号を出力した場合、ス
テップモータ１４の内部のコイルＬ_A〜Ｌ_D部分に逆起電
力が働いて正常な電圧に比べて駆動電圧が低下する。つ
まり、図５に示すように、正常な場合は同図中の実線で
示す電圧レベルにあるものが、モータロックを起こした
場合には、同図中の破線で示すように電圧レベルに低下
する。

【００３７】そこで、電圧計測回路２２は、現在の駆動
電圧を計測し、その計測値を出力するようになってい
る。

【００３８】切換回路２４は、ＣＰＵ１からの切換信号
に基づいて、ステップモータ１４の停止中には電圧変動
検出回路２０の出力を選択し、また、ステップモータ１
４の駆動中には電圧計測回路２２の出力を選択して、Ｃ
ＰＵ１に送出するようになっている。

【００３９】そして、上述のＣＰＵ１、ＲＯＭ２および
ＲＡＭ３によって特許請求の範囲における初期化手段
が、また、ＣＰＵ１およびＲＯＭ２によって、特許請求
の範囲における、判断手段、相判定手段、相決定手段、
停止手段がいずれも構成されている。

【００４０】次に、ステップモータ１４をＣＰＵ１によ
って駆動制御する場合の動作について、図６に示すフロ
ーチャートおよび図７に示すタイミングチャートを参照
して説明する。

【００４１】まず、計測開始ルーチンに入ると(ステッ
プ１)、ＣＰＵ１は、ステップモータドライブ回路１８
に制御信号が出力されているか否かを調べ、ステップモ
ータ１４が停止中か否かを判断する(ステップ２)。

【００４２】ステップモータ１４が停止中であれば、Ｃ
ＰＵ１は、切換回路２４を切り換えて電圧変動検出回路
２０の出力を選択し、電圧変動があるか否かを判断する
(ステップ３)。

【００４３】すなわち、ステップモータ１４の停止中に
プリンタ９の紙送りが手動で行われるなどしてステップ
モータ１４が回転すると、その各コイルＬ_A〜Ｌ_Dには、
前述のように電圧変動が発生し(図４(a)参照)、この電
圧変動の信号が電圧変動検出回路２０に入力されるの
で、同回路２０は、これらの電圧変動に基づく各信号を
たとえば半波整流して検出出力を発生する(図４(b)参
照)。そして、この検出出力が切換回路２４を介してＣ
ＰＵ１に取り込まれる。

【００４４】そこで、ＣＰＵ１は、ステップモータ１４
の停止中に電圧変動検出回路２０の検出出力があれば、
電圧変動があったものと判断してそのフラグをたとえば
“１”にセットするとともに、電圧変動が発生した相の
データをＲＡＭ３の電圧変動データバッファ３₄に格納
する(ステップ４)。

【００４５】たとえば、図７に示すように、ステップモ
ータ１４が停止直後の時刻t₁では永久磁石の磁極がＣ相
とＤ相のコイルＬ_C，Ｌ_Dにあるとしたとき、モータ１４
が機械的外力で回転されたために時刻t₂においてＣ相の
コイルＬ_Cから電圧変動の信号が出力されたときには、
永久磁石の磁極がＤ相とＡ相のコイルＬ_D，Ｌ_Aに移動し
たことを示す。さらに、モータ１４が回転されて時刻t₃
になったときにＤ相のコイルＬ_Dから電圧変動の信号が
出力されたときには、永久磁石の磁極がＡ相とＢ相のコ
イルＬ_A，Ｌ_Bの位置に移動したことを示す。そこで、Ｃ
ＰＵ１は、ステップモータ１４の停止状態での最終的な
相のデータ(図７ではＡ相とＢ相のコイルＬ_A，Ｌ_Bに永
久磁石の磁極があることのデータ)をＲＡＭ３の電圧変
動データバッファ３₄に記憶した後、ステップ５に移行
する。

【００４６】また、ステップ３で、電圧変動がないと判
断されれば、ステップ５にそのまま移行する。

【００４７】ステップ５では、たとえばキーボード４か
ら紙送り命令などのデータが入力されか否かを調べてス
テップモータ１４を起動するか否かを判断し、ステップ
モータ１４を起動しないならばステップ３に戻る。ま
た、ステップモータ１４を起動するのであれば、次に、
ＣＰＵ１はＲＡＭ３のデータバッファ３₁の領域のデー
タを調べて、電圧変動のフラグが既に“１”にセットさ
れているか否かを判断する(ステップ６)。なお、ＣＰＵ
１に初めて電源が投入されたとような初期状態の場合に
は、電圧変動のフラグは予め“１”にセットされてい
る。

【００４８】ここで、電圧変動のフラグが“１”でなけ
れば、ステップモータ１４は停止直後の状態から何ら回
転していないと判断できるため、初期化制御を省略して
直ちに加速制御を開始し、等速制御に移行する(ステッ
プ１１)。たとえば、図７で停止直後の時刻t₁以降に何
ら電圧変動がないときには、ＣＰＵ１からは、Ｄ相とＡ
相のコイルＬ_D，Ｌ_Aを励磁するためのハイレベルの制御
信号が出力される。

【００４９】また、ステップ６で電圧変動のフラグが
“１”であれば、停止状態の途中で外的要因によってス
テップモータ１４が回転したと判断できるので、引き続
いて、ＣＰＵ１は、変動した相のデータがＲＡＭ３の電
圧変動データバッファ３₄に既に格納されているか否か
を判断する(ステップ８)。

【００５０】電圧変動が発生した相のデータが既にバッ
ファ３₄に記憶されておれば、そのデータを読み出し、
このデータに基づいてステップモータ１４の駆動開始位
置を設定し(ステップ９)、この相から加速制御を開始し
て等速制御に移行する(ステップ１１)。たとえば、上記
のように、ＲＡＭ３の電圧変動データバッファ３₄に時
刻t₃でＡ相とＢ相のコイルＬ_A，Ｌ_Bに永久磁石の磁極が
ある旨のデータが格納されているときには、ＣＰＵ１か
らは、Ｂ相とＣ相のコイルＬ_B，Ｌ_Cを励磁するためのハ
イレベルの制御信号が出力される。

【００５１】また、ステップ８でＲＡＭ３の電圧変動デ
ータバッファ３₄に相のデータが記憶されていなけれ
ば、ＣＰＵ１に対して初めて電源が投入されたような初
期状態であると判断し、図８に示した従来の場合と同様
にして、ステップモータ１４の相の初期化制御を行った
後(ステップ１０)、ステップモータ１４の加速制御およ
び等速制御を行う(ステップ１１)。

【００５２】ステップ１２では、たとえばキーボード４
から紙送り停止命令などのデータが入力されか否かを調
べてステップモータ１４を停止するか否かを判断し、ス
テップモータ１４の停止命令があれば、ステップモータ
の停止制御を行う(ステップ１３)。そして、ＲＡＭ３の
データバッファ３₁および電圧変動データバッファ３₄に
それぞれ格納されているデータをクリアして(ステップ
１４)、処理を終了する(ステップ１５)。

【００５３】一方、ステップ２において、ステップモー
タ１４が現在駆動状態にあると判断されたならば、ＣＰ
Ｕ１は、切換回路２４を切り換えて電圧計測回路２２の
出力を選択して、電圧計測回路２２で計測された駆動電
圧の値を取り込む(ステップ１７)。そして、この駆動
電圧をＲＯＭ２の駆動電圧データテーブル２₃に予め格
納されている基準値と比較して、正常な駆動電圧か否か
を判断する(ステップ１８)。駆動電圧が正常であれば、
ステップ２に処理を移す一方、駆動電圧が異常であれば
モータロック処理に移行してステップモータを強制的に
停止させた後(ステップ１９)、処理を終了する(ステッ
プ２０)。

【００５４】なお、上記の実施形態では、電圧変動検出
回路２０、電圧計測回路２２、および切換回路２４を設
けているが、これらの代わりにＡ／Ｄ変換器を設け、ス
テップモータ１４の停止中に発生した電圧変動の信号
(図４参照)や、ステップモータ駆動中の駆動電圧(図５
参照)をそれぞれデジタル化してＣＰＵ１に取り込み、
ＣＰＵ１の内部でモータ停止中の電圧変動やモータ駆動
中の駆動電圧を判断するようにすることも可能である。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【００５６】(１) 請求項１記載に係る発明では、ステ
ップモータを制御してないときに外的要因によって相の
ずれが発生したか否かを検出できるので、相がずれてい
ない場合には初期化制御を省略することができ、起動時
間を短縮化することができる。

【００５７】(２) 請求項２記載に係る発明では、外的
要因によって相がずれても、相がずれた後のステップモ
ータの相の位置を特定できるため、初期化制御の行う頻
度が一層少なくなり、請求項１の場合よりも起動時間を
さらに短縮化することが可能となる。

【００５８】(３) 請求項３記載に係る発明では、紙詰
りなどでステップモータがモータロックしていることを
検出できるため、別の専用のセンサーを設ける必要がな
く、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステップモータ制御装置を電子式金銭
登録機のプリンタの紙送り装置として使用した場合の実
施形態に係るブロック図である。

【図２】電子式金銭登録機に設けられているＲＯＭおよ
びＲＡＭの内容を示す説明図である。

【図３】プリンタとその駆動制御装置の部分の構成を示
すブロック図である。

【図４】電圧変動の信号を示すタイミングチャートであ
る。

【図５】ステップモータが正常な場合とモータロック等
の異常を起こしている場合の電圧レベルの違いを説明す
るためのタイミングチャートである。

【図６】ステップモータを駆動制御する場合の動作説明
に供するフローチャートである。

【図７】ステップモータを駆動制御する場合の動作説明
に供するタイミングチャートである。

【図８】ステップモータを制御するための制御信号のタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…ＲＯＭ、３…ＲＡＭ、４…キーボー
ド、７…ディスプレイ、８…通信Ｉ／Ｆ、９…プリン
タ、１０…ドロワー、１２…印字ヘッド、１４…ステッ
プモータ、１６…印字ヘッドドライブ回路、１８…ステ
ップモータドライブ回路、２０…電圧変動検出回路、２
２…電圧計測回路、２４…切換回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステップモータの相を初期化する初期化
手段と、ステップモータからの電圧変動を検出する電圧変動検出
手段と、この電圧変動検出手段からの検出出力に応じて、ステッ
プモータ停止中に発生した相のずれの有無を判断し、相
のずれが発生した場合にのみ前記初期化手段を起動する
判断手段と、を備えることを特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項２】請求項１記載のステップモータ制御装置
において、前記電圧変動検出手段からの検出出力に基づいて、いず
れの相から電圧変動が発生したかを判定する相判定手段
と、この相判定手段で判定された相のデータを記憶する相記
憶手段と、この相記憶手段に記憶されている相のデータに基づい
て、ステップモータの駆動に際して起動すべき相を決定
する相決定手段と、を備えることを特徴とするステップモータ制御装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載のステップ
モータ制御装置において、ステップモータ駆動中の駆動電圧を計測する駆動電圧計
測手段と、この駆動電圧計測手段の出力を予め設定された基準値と
比較し、ステップモータの駆動電圧が基準値よりも低下
した場合には、モータ異常と判断してステップモータを
強制的に停止させる停止手段と、を備えることを特徴とするステップモータ制御装置。