JPS5883599A - ステツプモ−タの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステップモータの駆動装置に関する。

ステップモータは入力信号の電気パルスを機械変位に変
換する制御機器の１つであシ、応答速度が速く、角度分
解能に優れ、且つ信頼度が高い等の特長を有している。

近年、コンピュータやＩＣが普及されてデジタル情報処
理が容易且つ経済的になるに従い、ステップモータは高
速度、高精度および高信頼度が要求されるデジタル制御
システムのアクチュエータとして広く用いられるように
なっている。

自動車等の制御装置においても、マイクロプロセッサを
利用してデジタル制御化が進み、アクチュエータとして
ステップモータが適用されている。

ステップモータの諸物件はモータの型式による蓮いの他
に、その通電方式や駆動方式によって大きく影響される
ことが知られている。従って、駆動方式にあっても種々
の方式が考案されておシ、基本的なものとしては、直列
抵抗方式、二電圧方式、およびチョッパ方式等が代表的
なものとされている。

自動車の制御装置に適用するために特に要求される条件
としては、単一のバッテリ電源によシ駆動可能なもので
あること、また、消費電力が少ないものであること等が
挙げられる。

直列抵抗方式は回路構成が簡単で応答性にも優れている
が、抵抗部での電力損失が極めて大きいという欠点を有
している。

二重圧方式は、ステップモータの応答速度を高め、且つ
、消費電力を低減させることができる駆動方式として考
案されたものであり、第１図に、該方式によるステップ
モータの一相分の駆動回路例を示す。

図示したように、ステップモータの界磁巻線１の正端子
には、トランジスタ２を介して高電圧電源３と、ダイオ
ード４を介して低電圧電源５とが接続されている。上記
界磁巻線１の負端子はトランジスタ６を介して接地され
ており、高電圧電源３および低電圧電源５の負極は接地
されている。

界磁巻線１の励磁信号が入力される端子７は前記トラン
ジスタ６のペースおよび単安定マルチバイブレータ８（
以下ＭＭＢと略記する）の入力端子に接続されておシ、
該ＭＭＢｇの出力端子は前記トランジスタ２０ベースに
接続されている。

以上の様に構成されることから、所望によ、Ｃ）ランジ
スタ２を導通もしくは遮断させるととに′よシ、界磁巻
線１の励磁電圧ｖＰ−を高電圧もしくは低電圧に切換え
ることができる。いま、第２図（５）に示す励磁信号が
入力されると、トランジスタ６がＴ時間溝通すると同時
に、ＭＭＢ８から同図０に示す信号がトランジスタ２の
ペースに入力され、該トランジスタ２はＴＨ時間導通さ
れる。これによシ界磁巻線１には第２図６に示すように
高電圧が印加されて、同図０に示すような立上シの大き
な励磁電流Ｉ、が流れ、ステップモータの回転子は大き
なトルクを受けて変位を始める。＋１＋■時間後、ＭＭ
Ｂ８の出力信号が零になるとトランジスタ２が遮断され
、界磁巻線１の励磁電圧ｖＰは低電圧に切換えられ励磁
電流ＩＰは低減される。１゛時間後、励磁信号が零にな
るとトランジスタ６が遮断されるので、界磁巻線１の励
磁は解かれる。

ステップモータは１時間内に所定の変位だけ回転されて
おシ、変位完了後の励磁電流は位置を保持するためのト
ルクを発生するものとなっている。

このようにに電源方式は高電圧始動にょシ応答速度を高
め、所定時間後に低電圧に切換えることによシ、巻線の
発熱をおさえ且つ位置保持電流を低減させて消費電流の
低減を図ったものである。

しかしながら、高電圧電源と低電圧電源の二種類の電源
を必要とすることから、単一の電源しか具備されていな
い自動車等には適用することができないという欠点を有
している。

チョッパ方式の駆動回路例としては、第３図に示すもの
が知られている。

図は１相分の駆動回路を示しておシ、界磁巻線１１の正
端子はチョッパトランジスタ１２を介して電源１３の正
極に接続され、上記界磁巻線１１の負端子は電流検出用
抵抗１４を介して接地されている。差動増巾器１５の（
−）入力端子は三角波発生回路１６に接続され、（＋）
入力端子は電流検出用抵抗１４の正極側の点・Ｐに接続
されている。差動増巾器１５の出力端子は抵抗１７を介
して、トランジスタ１８のベースに接続されておシ、該
トランジスタ１８のコレクタは前記チョッパトランジス
タ１２のベースと、抵抗１９を介して電源７１３の正極
とにそれぞれ接続されている。また、上記トランジスタ
１８のエミッタは接地されている。前記界磁巻線工１の
正端子はフリーホイーリングダイオード２０を介して接
地されている。

以下、動作について説明する。

三角波発生回路１６は第４図（Ｅ）に示す波形の励磁信
号が入力されたとき、同図（Ｆ）に示す小振巾の三角波
が重畳された直流の基準電圧ｖＲを出力する回路から形
成されている。差動増巾器１５は大きなゲインを有して
おり、（−）入力端子と（＋）入力端子に入力された２
つの入力電圧の差が負のときは低レベルの電圧信号を出
力し、上記２つの入力電圧の差が正のときは高レベルの
電圧信号を出力するものである。該差動増巾器１５の〔
−〕入力端子には前記基準電圧ｖＲが入力され、（＋）
入力端子には点Ｐの電圧即ち界磁巻線１１の励磁電流に
比例した第４図（Ｆ　）に破線で示す検出電圧ｖＩが入
力される。励磁信号が入力された当初はＶｉ＋＞Ｖｒ’
であるから、差動増中型１５からは低レベルの電圧信号
が出力され、トランジスタ１８を介してチョッパトラン
ジスタ１２を導通させる。これによシ界磁巻線１１に電
源電圧ｖ！Ｉが印加され、該界磁巻線１１に第４図（Ｈ
）に示す如く、立上シの急峻な励磁電流Ｉ。

が流れる。該励磁５ｖｌ流Ｉ、が増大するに従い検出電
圧ＶＩが上昇し、■ＲくｖＩになると差動増巾器１５か
ら高レベルの電圧信号が出力され、チョッパトランジス
タ１２を遮断する。この様にして、基準電圧ｖＲと検出
電圧ｖｆとを比較してテヨッハトランジスタ１８を断続
させることによシ、第４図（Ｇ）に示すよ−うにチョッ
パ制御された電圧Ｖ人が界磁巻線に印加される。

従って、チョッパ方式の駆動回路によれば、ステップモ
ータを電源の全電圧で始動させ立上シの急峻な始動電流
を流すことにより、大きな駆動トルクを発生させて応答
速度を高め、始動後は所定の励磁電流に応じて電圧調整
を行うことにより、単一の電源であっても電力効率よく
ステップモータを駆動させることができる。

しかしながら、基準電圧■Ｒの設定値が１値であり、所
要の始動特性を得るためには余シ低く設定できないこと
から、トルクをそれ程必要としない位置保持時の消費電
流を十分低減させることができないという欠点を有して
いる。

また、三角波発生回路を必要とすることから、駆動回路
が複雑になるという欠点を有している。

本発明の目的は、回路構成を簡素化するとともに、消費
電力を低減して電力効率を向上させることができるステ
ップモータの駆動装置を提供することにある。

本発明は、ステップモータの界磁巻線に接続されるチョ
ッパ回路と、与えられる界磁巻線の励磁信号に同期して
所定期間は高レベル該期間後は低レベルとなる２値の基
準電圧を出力する基準電圧発生回路と、−前記界磁巻線
の励磁電流に応じた検出電圧を出力する励磁電流検出回
路と、該検出電圧と前記基準電圧との比較を行う比較器
と、該比較器の出力端子と前記基準電圧が入力される入
力端子との間に抵抗を接続したことによシ自励発振　　
１される小振巾の交流を前記基準電圧に重畳させる帰還
口７路と、前記比較器の出方信号にょシ前記チョッパ回
路を制御することにより、回路構成を簡素化するととも
に消費電力を低減させて電力効率を向上させようとする
ものである。

以下、本発明を図示実施例に基づいて説明する。

第５図に本発明の一実施例の回路図を示す。

図示した回路はバイファイラ巻・４相ステツプモータの
第１相および第３相の駆動回路であシ、第１相と第３相
は同時に励磁されることのない通電方式が適用されてい
るので、チョッパ回路などは共用きれたものとなってい
る。説明は第１相についてのみ行うものとする。

基準電圧発生回路２１の単安定１ルチバイプレーク２２
（以下ＭＭＢと略す）には第１相の励磁信号が入力され
ておシ、該ＭＭＢ２２の出力信号は抵抗を介してトラン
ジスタ２３０ペースに入力されている。該トランジスタ
２３のコレクタには、直列抵抗Ｒ，と几、とを介して制
御電源ｖｃが印加され、且つ、抵抗Ｒ３を介して接地さ
れている。

また、該トランジスタ２３のエミッタは接地されている
。前記直列抵抗Ｒ１−とＲ２との接続点には、抵抗Ｒ４
を介して比較器２４の（＋）入力端子に接続されている
。該（＋）入力端子は、帰還抵抗Ｒ５を介して該比較器
２４の出力端子と接続されている。該出力端子は抵抗Ｒ
６を介して制御電源ｖｃに、抵抗Ｒ７を介してトランジ
スタ２５のベースにそれぞれ接続されている。該トラン
ジスタ２５のコレクタは、抵抗を介してバッテリ２６の
正極に、抵抗を介してチョッパトランジスタ２７のベー
スにそれぞれ接続されている。トランジスタ２５のエミ
ッタは接地されている。チョッパトランジスタ２７のエ
ミッタはバッテリ２６の正極に接続され、コレクタは界
磁巻線２８と順方向に直列接続されるダイオード２９を
介して相切換トランジスタ３０のコレクタに接続されて
いる。該ト２ンジスタ３０９エミッタは励磁電流検出抵
抗Ｒ８を介して接地されておシ、該抵抗Ｒ８の皮接地側
は前記比較器２４の（−）入力端子に接続されている。

前記トランジスタ３ｏのベースには抵抗を介して界磁巻
線の励磁信号が入力されている。

界磁巻線２８の正極端は逆方向に接続されるフリーホイ
ーリングダイオード３１を介して接地されている。

以下、第６図に示すタイムチャートを用いて動作につい
て説明する。

ステップモータに変位指令であるパル信号が与えられる
と、該パルス信号に応じて各相の励磁信号が駆動装置に
入力される。２相励磁法による場合の第１相および第３
相の励磁信号は、第６図の（Ｊ）、（Ｋ）に示す波形を
有するものである。

第１相の駆動回路の励磁信号入力端子３２に励磁信号（
Ｊ）が入力されると、相切換トランジスタ３０が導通さ
れると同時に、単安定マルチバイブレータ（ＭＭＢ）２
２から同図（Ｌ）に示す所定時間ＴＨ出力電圧が零にな
る電圧信号が出力される。この信号によ、？）ランジ、
スタ２３はｌｌｌＨ時間遮断、される。このときのに点
の電圧即ち基準電圧Ｖ　ＲＦｉ、抵抗比４　、　Ｒｓ　
カ抵抗”＋　　、　Ｒ２、’１に比べて十分大きく選定
されていることから、次式（１）で表わされる高レベル
基準電圧（ＶＲ）Ｍとなる。

（ＶＲ）’Ｈ’ｐ　（”２　＋”！　）　ＶＣ／　（Ｒ
１＋”２＋”３）・・・・・・・・・　（１） 次に　ｌｌｌＨ時間後、トランジスタ２３が導通される
と、基準電圧■Ｅは次式（２）で表わされる低しヘ。

ル基準電圧（ＶＲ）Ｌ、となる。。

（ＶＲ）ｔ、＊ｋＬ２ｖｃ／　（Ｒ１＋Ｒ２）−−−”
・　伐）従って、基準電圧ＶＲは図中（Ｎ）に示した波
形の電圧信号となシ比較器２４に入力される。

比較器２４にはまた、励磁電流検出抵抗ＦＬ８により検
出された検出電圧■Ｉが入力されておシ、前記基準電圧
ＶＲとの比較をする。基準電圧（ＶＲ）Ｍが入力された
当初は励磁電流が流れていないので、（Ｖｕ）ｉ＞Ｖｒ
である。このとき、比較器２４からトリガ信号が出力さ
れ、トランジスタ２５を介してチョッパ、、トランジス
タ２７を導通させる。これによシ、界磁巻線２８に励磁
電流Ｉ。

が流れステップモータは始動される。励磁電流Ｉ。

はバッテリの全電圧によシ急速に立上げられる。

これに応じて検出電圧が上昇しくＶＲ）１１＜ＶＩにな
ると比較器２４の出力トリガ信号は低レベルのものとな
り、チョッパトランジスタ２７は遮断され励磁電流Ｉ、
が減少する。該１．が減少して検出電圧が低下し、（Ｖ
Ｒ）Ｈ＞ｖＸになると再び比較器からはトリガ信号が出
力され、前述の動作が繰シ返されることになる。

上述の検出電圧Ｖ！の過渡的変動にょシ、比較器２４と
ヒステリシス抵抗Ｒ，、Ｒ，とから形成される回路で自
励発振が起こり、次式（３）で表わされるヒステリシス
巾Ｈを有する方形波電圧が発振される。

”Ｒ４ＶＣ／（”４＋”ＩＩ）　　　−−−（３）この
方形波電圧は比較器２４の基準電圧■Ｒが入力された（
＋）入力端子に入力されるので、実際比較器２４の（＋
）入力端子に入力される信号は、図中（Ｑ）に示すよう
に、基準電圧ｖＲに小振巾の方形波電圧が重畳された波
形の信号電圧ＶＤになる。

従って、比較器２４ではこの信号電圧ＶＤと検出電圧Ｖ
！との比較を行い、Ｖａ＞Ｖｒのときにトリガ信号を出
力する。該トリガ信号たよりチョッパトランジスタの通
流率を制御して励磁電流１１を基準電圧ｖａに応じて制
御する。

また、所定時間Ｔ■経過するとＭＭＢ２２の出力電圧が
高くなシ、トランジスタ２３が導通されて基準電圧は低
レベル基準電圧（Ｖｇ）ｔ、となる。

これにより、励磁電流Ｉ、は低減される。

上述シたように、ステップモータ界磁巻線の励磁電流Ｉ
　ｌ’は、高・低レベルの２値からなる基準電ｖ１１に
応じて制御され、第６図（Ｐ）に示すように　ｌｌｌＨ
時間以後は十分低減されたものとなる。

なお、チョッパトランジスタを制御するトリガ信号の周
波数所謂チョッパ周波数は、前記のヒステリシス巾Ｈと
界磁巻線の時定数による電流の立上りによシ定まるも、
のであり、ヒステリシス抵抗ｋＬ４　とＲ６の比率を変
えることによシ、チョッパ周波数を任意に変えることが
できる。

従って、本実施例によれば、高・低レベルの２値からな
る基準電圧により励磁電流の制御を行うことから、急峻
な立上シの始動電流を確保しながら、位置保持時などの
電流を十分に低減させることができ寿界磁巻線での発熱
をおさえ且つ消費電力を低減して電力効率の向上が達成
される。

また、本実施例によれば、低速駆動時の場合にｌ１ｌＨ
に対してＴが相対的に長くなることから、平均の励磁電
流は小さなものとなり、消費電力低減の効果が助長され
る。

さらに、本実施例によれば、簡単な回路からなる自励発
振機能を備えたことにより、三角波発生回路が不要とな
ることから、駆動装置の回路が簡素化されて装置の信頼
性および経済性が向上される。

以上説明したように、本発明によれば、回路構成を簡素
化するとともに消費電力を低減させて電力効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図は第１図図示従来例の
動作説明図、第３図は他の従来例の回路図、第４図は第
３図図示従来例の動作説明図、第５図は本発明の一実施
例の回路図、第６図は第５図図示実施例の動作説明図を
示す。 ２１・・・基準電圧発生回路、２４・・・比較器、２７
・・・チョッパトランジスタ、２８・・・界磁巻線、２
６・・・Ｙ　４　贋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、入力されたステップモータの励磁信号に同期させて
   初期の所定時間高電圧で該所定時間後は低電圧となる２
   値の電圧レベルから形成された基準電圧を出力できる基
   準電圧発生回線と、ステップモータ界磁巻線の励磁電流
   に応じた検出電圧を出力できる励磁電流検出回路と、前
   記基準電圧と検出１七〜とを比較する比較器と、該比較
   器の出方端子と前記基準電圧が入力された入力端子との
   間に抵抗を接続して形成される交流電圧を発振する自励
   発振回路と、ステップモータの界磁巻線と接続されたチ
   ョッパ回路と、から構成され、前記比較器の出力信号に
   ょシ上記チョッパ回路を制御することを特徴とするステ
   ップモータの駆動装置。