JPS6066695A - ステツプモ−タの駆動回路 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ステップモータの駆動回路に係シ、特に制御
方式が位置決め制御、流量制御などのように正転・逆転
の切換え頻度の高いような制御にする。

〔発明の背景〕

最近、ステップモータの適用範囲が広がシ、１例として
自動車エンジンのマイクロコンピュータ制御のアクチュ
エータとして適用される等自動車搭載品として考えられ
るようになった。この自動車搭載品としてのステップモ
ータはエンジンルーム内に設置される場合が多く、その
苛酷な環境条件として、特に高温内にさらされることか
める。

また、ステップモータは常時駆動状態で使用されること
はなく、位置保持のために停止している状態も多い。

°したがって停止時にコイルに励磁電流を流し続けてい
れば、特に高温雰囲気内においてはコイル部のｉＸＡ度
はかなりの高温となり過熱破損の恐れがある。

またコイル部の温度上がれば、コイル部の抵抗分が上が
シ励磁電流が小さくなり、結果的にはアンペアターンが
減少することによシ出力が減少すこのような理由のため
に停止時、励磁電流を切り無励磁状態にさせて無駄な消
費電力を低減して、ステップモータの過熱を防止したの
が第１図のステップモータの駆動回路である。図におい
て、端子すは駆動指令パルス入力端子であシ、パルスが
入力する毎にステップモータはステップ動作する。

また、端子ａは正逆転指令入力４子でりり、この入力端
子の１桟圧レベルすなわちＩＩＩＧＨかＬＯＷかによシ
正転させるか逆転させるかを決める。この２つの入力に
より実際にステップモータの各相コイルへ励磁させる励
磁信号の順序を決めるのが分配回路１である。また、φ
１．φ２．φ３．φ４の各端子はそれぞれコイルφｌ、
コイルφ２．コイルφ３．コイルφ４の励磁信号である
。また、駆動指令パルス人力ｙｉＭ子すは、パルス間隔
検出回路２の入力となっている。

第１図のタイムチャートが第２図に示されている。図に
おいて、第２図（５）に示す如き波形が端子ａに、また
、第２図■に示す如き波形が端子すに入力されると、パ
ルス間隔検出回路２の出力は第２図いに示す如き波形の
ように、パルス１…隔時間がＴ以下であれば出力はＨＩ
ＧＨ％Ｔ以上であれば出力はＬＯＷとなる。このパルス
間隔検出回路２の出力がＬ　ＯＷだということは駆動指
令パルスが時間７以上入ってないということなので、そ
れ以降は、分配回路３の出力すなわち第２図（ハ）■（
ト）旬に示される励磁信号φ１．φ２．φ３．φ４は全
てＬＯＷとなシ励磁電流は打切られる。

なお第２図（ＬＪ■Ｖ）０）において、破線の波形は通
常の励磁１；ｊｑ波形であシ、この分だけ励磁電流が涌
′畠より流れず、ステップモータ停止時の消費電力をＩ
Ｉ！：減させる。このような公知例として特開昭５０−
１５１３１９号公報がある。

しかしながら、このような従来の駆動方式にあっては、
次の如き欠点を有している。

第１図図示分配回路１は実際にステップモータの各相コ
イルへ励磁させる励磁信号の順序を決めるだめの回路で
あり、通常は励磁状態が常に２相の励磁である２相励磁
法と称される励磁順序に従っている。

第３図はステップモータのロータ３−１の位置と励磁の
状態図である。

図において、ｒＡ）、［Ｃ）、　〔Ｅ）、［Ｆ）の各々
の状態は、２相励磁法でのある時のロータ位置と励磁状
態でらシ、例えば第１図において正逆転入力端子ａがＨ
ＩＧＨであれば駆動指令パルス入力端子すにパルスが次
々に人力すればロータの位置と励磁状態は〔Ａ〕→ｒｃ
、］→〔Ｅ〕→〔Ｆ〕→〔Ａ〕と変化することによりロ
ータ３−１は１ステツプ角１にずつステップ動作する。

また正逆転入力端子ａがＬＯＷであればロータの位置と
励磁状態は（Ａ）→〔Ｆ）→〔Ｅ〕→〔Ｃ〕→〔Ａ〕と
変化することにまりロータ３−１は１ステップ角度ずつ
逆方向にステップ動作する。

ここで問題なのは第２図のタイムチャートで示す時刻１
１時、すなわち端子すに入るパルスが１定時間Ｔ経って
も次のパルスが入らない時、パルス間隔検出回路２の出
力がＬＯＷとなり無励磁状態になるが、この時刻１．時
直前のロータの位置）−ＭｈｒｍｆｔｉＢ−Ａｓ　ｒ　
（”！　１状ｆｌｉｔ　ｆ　ア牙’Ｌ　ケ、ｌ　＋　ｇ
４　）ｍＭノ１磁状態はロータの位置が〔Ｂ）状態にな
るか〔Ｄ〕状態になるか判別がつかないので停止時のロ
ータの位置がはっきりしてない。

この後、第２図のタイムチャートで示す時刻１、時、す
なわち正逆転入力端子ａがＨＩＧＨのまま端子すにパル
スが入った時、ロータの位置と励磁状態はｒＥ）状態に
なるが〔Ｄ〕→［Ｅ）の場合にはロータ３−１は１／２
ステップ角度のステップ動作で済むのに対して、ＣＢ）
−ＣＥ〕の場合にはロータ３−１は３／２ステップ角度
のステップ動作が必要となる。

したがってＣＤ）→［Ｅ）の場合に比べ、〔Ｂ〕→〔Ｅ
〕の場合はロータのステップ動作に時間がかがシ、この
ためロータが励磁状態の変化に追従できなくなシ脱調す
るという危険性がある。また第２図のタイムチャートで
示す時刻１３時のように端子すに入るパルスが一定時間
Ｔ経っても次のパルスが入らずに無励磁状態となシ次に
正逆転入力端子ａがＨＩ　ＧＨからＬＯＷへと変わり時
刻１２時に端子すにパルスが入った場合も同様に、停止
時のロータの位置がはっきりしないので第３図において
ロータの位置と励磁状態は〔Ａ〕→［Ｇ’１→〔Ｆ’）
もしくはｒＡ）→ＣＩ３’Ｊ→［Ｆ）のどちらかとなり
、〔Ａ〕→［Ｇ）→ＣＦ　’）の場合に比べ〔Ａ〕→［
’Ｂ〕→〔Ｆ〕の場合は脱調する危険性がある。

このように第１図のような駆動回路ではステップモータ
がある時間停止してると無励磁状！川となり消費電力を
低減するという効果はあるが、その無励磁時の後の再作
動時に脱調する危険性があるという不具合点があるし、
また停止時のロータの位置がはっきりしないので精度の
高い位１龜決めができないという不具合点がある。

本発明の目的は、無励磁時の誤作動時に脱調することを
防止することのできるステップモータの駆動回路を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、入力としてステップモータの駆動指令信号と
正逆指令信号のみとして、ステソゲモータが、位置決め
制御・流吋制御などで位置保持のため停止Ｆ−シている
とき無励磁状態にすることによシ、停止時の再起動を正
逆転ともに安定させて脱調することを防止しようという
ものである。

〔発明の実施例〕

以［、本発明の実施例について説明する。

第４図には本発明の一実倫例が示されている。

図において、端子ａは正逆転指令入力端子、端子すは、
１４４動指令パルス入力端子、ｌは分配回路で？ＰＪ１
図の同記号のと同じである。また、３は正逆転タイミン
グ発生回路である。正転指令から逆転指令に変われば正
逆転指令入力はＨＩ　ＧＩ（から１．ＯＷへと変わり、
Ｊ転指令から正転指令に変われば正逆転指令入力はＬＯ
ＷからＨＩＧ）Ｉへと変わる。この正逆転指令入力の変
化、立上り立下り時に単安＞ｄマルチにトリガをかけ一
定時間タイミングパルスを発生させる回路が正逆転タイ
ミング発生回路３である。４は分配回路１の出力ｄ、ｅ
、ｆ１ｇの立上り時にトリガをかける微分回路と波形整
形回路から成り立っている。出力端子φ１．φ２゜φ３
．φ４はそれぞれステップモータコイルφ１゜φ２１φ
３．φ４の励磁信号であり出力がＨＩＧＨであれば励磁
電流が流れ、ＬＯＷであれば無励磁となる。

第５図には、第４図図示実施例の動作波形が示されてい
る。

図において、ａ端子、ｂζｆ！ｌｉ子にそれぞれａ、ｌ
）のような波形が入力されると正逆転タイミング発生回
路の出力波形Ｃはｂ入力の立上り時すなわち時刻１１４
時と立下り時すなわち時刻’８　ｒ　’１１１時にトリ
ガがかけられ一定時間ＴＭだけタイミングパルスが発生
する。分配回路１の出力波形はこの場合２相励磁法にし
たがい各々ｄ＋　ｅ＋　’＋　ｇ波形のように出力され
る。

前述の正逆転タイミング発生＋１？！回路の出力Ｃと分
配回路１の出力ｄ＋ｅ＋’ｒｇの各々出力とをＡＮＤし
た波形がｈ＋　ｉ＋Ｊ＋に波形である。これは正逆転切
換後一定時間ＴＭの間だけ、分配回路の各々の出力波形
を取り出したのがｈ＋’、ｊ＋一方、分配回路ｌの各々
の出力波形は各々立上り時にトリガをかける微分回路４
に人力されてｔ。

ｍ、ｎ、０波形が出力される。この微分回路４は立上り
にトリガをかけて一定時間ＴＮ〔これはＣＮとルＮによ
シ決まる〕よ、り早く立下れば入力と同じ出力、ＴＮよ
り遅ければＴＮ経過後に立下りの出力となるためにり、
ｍ、ｎ、ｏ波形は１（ＩＧＩＩ状態の時間はＴＮ以下と
なっている。すなわち鹿動指令パルスが分配回路に入力
されなければ分配回路の出力は変らないので１−Ｉ　Ｉ
　ＧＨであればＨＩＧＨ状態のままであるが微分回路４
を通すためＩｒＩＧＨ状態はｒｌｌ　、後にＬＯＷ状態
となるために最後の駆動指令パルスが入ってＴＮ後には
出力は全てＬＯＷとなり無励磁状態となる。

ここで”＋’＋Ｊ＋　ｋ波形とｒｅ、ｍ、ｎ、ｏ波形の
各々のＯＲ，をとると励磁信号波形φ１．φ２゜φ３．
φ４となる。

第６図には、ロータ位置と励磁の状！甜が示されている
。いま、第５図のタイムチャートを用いてある場合とに
ついて説明する。第６図には正転・逆転のロータの動作
を矢印で１示しておシ、正逆転指令入力端子ａがＨＩＧ
Ｈなら正転指令、ＬＯＷなら逆転指令とする。

いま、時刻ｔ２において、正転指令でもって、駆動指令
パルスが入シ以後しばらくパルスが入らずにしかも正逆
転の切換もない場合ｓ　’２時のロータ位置と励磁の状
態図を第６図の〔Ｉ（〕とすれば、ｔ１時に励磁信号φ
２のＨＩＧ［Ｉ状態がＴＮ経過したため励磁信号φ２は
ＬＯＷとなシロータ位置と励磁の状態は〔■〕となる。

この後さらに１４時、励磁信号φ３のＨＩ　Ｇ　Ｈ状態
がＴＮ経過したため励磁信号φ３もＬＯＷとなシ全ての
励磁信号がＬＯＷ、すなわち無励磁状態となるがＣＩ）
状態は無励磁になっても磁気的安定状態のためロータの
位置は変化しないのでロータの位置と励磁の状態はｒＪ
）となる。これは駆動指令パルスが跡絶えて無励磁状態
になる前に２相励磁から１相励磁に切換えて、しかも回
転してる方向に１／２ステップ角度だけロータを進ませ
てから無励磁状態にさせることによシロータの位置決め
をしている。したがってさらに時間が経過して時刻１５
時、すなわち新しい駆動指令パルスが入り再起動する時
に励磁信号φ４がＨＩＧＨとなりロータの位置と励磁の
状態は〔Ｋ〕となシ次のパルスが入った１６時に再び正
常な２相励磁に戻りＣＬ）の状態となる。このため、再
始動時には１相励磁ながら確実にロータは正転方向に１
ステップ角度動作となる。

次に時刻を口において逆転方向に駆動指令パルスが入り
以後しばらくパルスが入らずにしかも正逆転のり換が有
シ逆転指令から正転指令へと変わった場合、’１１時の
ロータ位置と励磁の状態図を第６図の〔Ｌ〕とすれば、
ｔｌ！時にφ２のＪ　Ｉ　Ｉ　ＧＨ状態がＴＮ経過した
ため励磁信号φ２はＬＯＷとなりロータの位置と励磁の
状態は（Ｋ）となる。

この後さらにｔ１３時、励磁信号φ１のＨＩＧＨ状態が
ＴＮ経過したため励磁信号φ１もＬＯＷとなり全ての励
磁信号がＬＯＷ、すなわち無励磁状態となり、〔Ｋ〕状
態は無励磁になっても磁気的安定状態のためロータの位
置は変化しないのでロータ位置と励磁の状態は〔Ｍ）と
なる。

ここまでは正逆転切換のない場合と同じで、２相励磁か
ら１相励磁にしてから無励磁としていることによｐロー
タの位置決めをしている。

さらに正逆転切換がある時刻１１４時、正逆転指令信号
がＬＯＷからＨＩＧＨに変化することにより正逆転タイ
ミングパルスがＴＭだけ発生してこの間分配回路１の各
々の出力を取り出して励磁信号としているのでロータの
位置と励磁の状態は１１２時と同じ〔Ｌ）の状態になる
。

このことは駆動指令パルスが跡絶えて無励磁状態になる
前の励磁状態を、正逆転指令信号が変化した時に無励磁
状態から復帰させているということである。

何故なら時刻ｔｔｓ時、すなわち新たな駆動指令パルス
が入った時、正逆転切換が行なわれたためロータの位置
と励磁の状態は〔Ｎ〕となりロータの動きは反転するが
、無励磁状態の〔Ｍ〕からでである。

したがって時刻ｔ１４時にｔＩ！時の励磁状態が復帰し
た〔Ｌ〕状態であれば、ｔ’ｓ時にＣＮ〕状態にロータ
が反転しても正常の２相励磁となる。

このように第４図のような駆動回路を用いればステップ
モータが回転を停止してさらに同じ回転方向に再起動し
た場合には、無励磁状態になる前にさらに回転方向に１
／２ステップ角度だけロータを進１せてから無励磁状態
にさせてロータの停止時の位置決めを行なうことにより
次の再起動時の税調を防止できる。

またステップモータが回転を停止してさらに逆方向に回
転する場合には、同じようにロータの停止時の位置決め
を行い、正逆転の指令切換時に前の２相励磁の状態を復
帰させて次の再起動時の脱調を防止できる。

したがって、本実施例によれば、ステップモータが位ｔ
ｉ決め制御、流量制御などで位置保持のため停止してる
時、無励磁状態にすることでモータの７品熱をＢｆｉ＋
ト１１、寸介マイクロコンピュータのソフトプログラム
を用いることのなく、停止時の再起動を正逆転ともに安
定させて脱調する危険性を解消することが可能で、ステ
ップモータの制御プログラムの負担を軽減することがで
きるという２つの大きな効果がある。

したがってマイクロコンピュータによる自動車エンジン
制御用アクチュエータなど自動車搭載品、とじて使用さ
れる場合にはステップモータの余計な発熱を防止するこ
とによシ信頼性の向上、出力の低減防止を計ることがで
きまたステップモータの制御用プログラム容量を低減で
きることが可能であり、ステップモータの駆動回路とし
て最適である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、無励磁時の後の
再作動時に脱調することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のステップモータの駆動回路図、第２図は
第１図のタイムチャート、第３図はステップモータのロ
ータ位置と励磁の状態を示す図、第４図は本発明の実施
例を示す図、第５図は第４１図図示実施例のタイムチャ
ート、第６図はステップモータのロータ位置と励磁の状
態を示す図である。 １・・・分配回路、２・・・パルス間隔検出回路、３・
・・正！ 詰　２図 ｆＡＪ　図 第　５　図 第　Ｚ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、駆動指令信号と正逆転指令信号とを入力させて？、
   ！／数間のコイルの励磁順序を決定する分配回路の出力
   によってステップモータを励磁させるステップモータの
   駆動回路において、上記正逆転指令信号のル圧レベルが
   変化する際に上記分配回路の各々の出力信号を一定時間
   取出す復帰回路と、上記分配回路の各々の出力信号が一
   定時間経過した場合には遮断させる遮断回路とを設け、
   前記復帰回路の各々の出力と前記遮断回路の各々の出力
   とを論理和した各々の出力信号を励磁信号とすることを
   特徴とするステップモータの駆動回路、