JP2001095298A

JP2001095298A - モータ駆動装置および方法

Info

Publication number: JP2001095298A
Application number: JP27132399A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Misumi; 博好三角
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ駆動装置および方法に関し、台形波駆
動を行なわずにトルク・リップルの少ないステッピング
・モータ駆動を実現する。【解決手段】次式を満足するようデューティ制御期間
ＴＤＢＵＦを制御することで、所定の励磁状態位置と次
の励磁状態位置の間でステッピング・モータを分割駆動
する際にトルク・ベクトルＴＬｚを真円駆動する。ＴＤＢＵＦ＝cos（０．１π−θ）／cos（０．１π）×
ＴＤＵＴＹ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ駆動装置およ
び方法に関し、特に、ステッピング・モータの制御を行
うモータ駆動装置および当該装置のモータ駆動方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の複写機の高速化に伴い、幅広い速
度で安定して動作する５相ステッピング・モータが使用
され、また高画質を実現するためにマイクロ・ステップ
駆動されている。

【０００３】ペンタゴン結線の５相ステッピング・モー
タを例にとり、従来のステッピング・モータの駆動法に
ついて説明する。

【０００４】図３０は従来の５相ステッピング・モータ
駆動制御回路のブロック図である。

【０００５】制御部１１に相切換えのための歩進パルス
クロック（以下、Ｍｃｌｋ）を与え、モータ・スタート
／ストップ、回転方向、その他種々の駆動条件を指示す
る。制御部１１はＭｃｌｋ入力にしたがって駆動パルス
信号を発生させ、ゲート回路１７，１８，Ｐｃｈ用電圧
変換回路３１３を介してドライブ部１２により駆動パル
ス信号にしたがった駆動電流をモータ１３へ供給し、モ
ータ１３を駆動する。

【０００６】この時、定電流制御部３１２では、定電流
制御を行なって適正なトルクでモータ１３を回転させて
いる。すなわち、図３１に詳細に示すように、制御部１
１からＤ／Ａ変換器３１１でアナログ信号に変換したＶ
ref信号と電流検知抵抗１４で得られたモータの電流検
知信号Ｖｅｒｒとを比較演算して、比較結果に応じたパ
ルス幅変調信号から電圧Ｖｍを発生し、当該電圧をドラ
イブ部１２に供給して指示された電流に定電流制御す
る。

【０００７】図２はドライブ部１２の内部構成をモータ
１３とともに示すブロックである。図２より、モータ１
３に電流を流すための駆動素子にＦＥＴ（Ｐｃｈ、Ｎｃ
ｈプッシュプル構成）を使用している。定電流制御をし
ているために、モータ１３を低速で駆動するときなど、
モータ１３内の逆起電圧が低くなるとＶｍも低下し、Ｐ
ｃｈ側のＦＥＴのゲート電圧も不足するという問題が生
じる。

【０００８】このため、図３２に詳細に示すＰｃｈ用電
圧変換回路３１３では、マィナス電源−Ｖｓｓを使用し
てゲート電圧を確保するよう電圧変換を行なっている。

【０００９】次に、駆動電流について説明する。

【００１０】図２には、モータ１３がペンタゴン結線さ
れる様子が示されている。当該結線図を参照して駆動方
法について説明する。モータコイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，
Ｌｄ，Ｌｅは環状に繋がっている。ドライブ部１２から
各給電点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに電流が供給され、各コイ
ルに流れる電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅ）が決
定される。

【００１１】ここで、各コイル電流（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉ
ｃ，Ｉｄ，Ｉｅ）が矢印の方向に流れた時に各コイルに
よってモータ１３のロータに作用するトルクのトルク・
ベクトルがＴＬａ，ＴＬｂ，ＴＬｃ，ＴＬｄ，ＴＬｅと
なるように、各コイルは結線されている。ロータは、各
トルク・ベクトルが合成されたトルク・ベクトルＴＬの
方向にしたがった安定点に停止するように回転移動す
る。

【００１２】図１０は、ある４相励磁ポイントから次の
４相励磁ポイント（フルステップ駆動で１ステップ）の
励磁パターンによるトルク・ベクトルを示したものであ
る。

【００１３】基本電流をＩ０、半時計回り方向を＋、時
計回り方向を−とすると、図１０（ａ）ではＩａ＝Ｉ０，Ｉｂ＝Ｉ０，Ｉｃ＝０，Ｉｄ＝−Ｉ０，Ｉ
ｅ＝−Ｉ０となるように励磁され、これにしたがってトルク・ベク
トルＴＬ０が図１１に示す通りに合成される。

【００１４】図１０（ｂ）ではＩａ＝０，Ｉｂ＝Ｉ０，Ｉｃ＝Ｉ０，Ｉｄ＝−Ｉ０，Ｉ
ｅ＝−Ｉ０となるように励磁され、これにしたがってトルク・ベク
トルＴＬ１が図１１に示す通りに合成される。

【００１５】これらの励磁パターンを例えばＴＬ０から
ＴＬ１に変更したとき、モータ１３は４相励磁で１ステ
ップ（電気角３６°）駆動されることになる。このよう
に合成トルクが３６°づつずれていくように励磁パター
ンを変更していくことで、４相励磁フルステップ駆動は
行われる。この動作を１０回繰り返すことで電気角は１
周（３６０°移動）し、励磁パターンはＴＬ０と同一パ
ターンに戻る。

【００１６】次に、従来のマイクロ・ステップ駆動制御
について説明する。

【００１７】上記したＴＬ０からＴＬ１へのベクトルの
変位は、図１２（ａ）を参照するとＴＬａとＴＬｃのみ
の変化によるものであ。したがって、時間ｔ０〜ｔ５ｋ
の間にＴＬａを徐々に減らしＴＬｃを徐々に増加させて
いけば、この間にＴＬ０からＴＬ１に推移することは容
易に推測できる。

【００１８】表１にＴＬ０からＴＬ１までの１ステップ
を５分割し、ＴＬ０からＴＬ１に推移する間に任意の一
定の時間間隔でマイクロ・ステップ駆動を行なう時の各
給電点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各給電パターン（デューテ
ィ制御のデューティ比）、およびそのデューティから換
算した平均電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅのそれぞ
れの時間ｔ０〜ｔ５での切換わり変位を示す。表１にお
いて、時間ｔ０のときＴＬ０、時間ｔ５のときＴＬ１で
ある。

【００１９】

【表１】

【００２０】変化するトルク・ベクトルはＴＬａとＴＬ
ｃであり、両ベクトルは図１２（ａ）のように直線上を
変位していくため、合成トルク・ベクトルＴＬは図１２
（ｂ）のように変位する。変位するＴＬに対応してロー
タは回転移動し、マイクロ・ステップ駆動を行なうこと
ができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のステッピング・モータの駆動構成では、各
コイルに流れる電流波形が台形波状になってＴＬ０から
ＴＬ１へのトルクの移行が直線的になり、このためにト
ルク・リップルを生じるという問題があった。

【００２２】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、台形波駆動を行なわず正弦波駆動を
行なうことにより、トルク・リップルを低減した５相ス
テッピング・モータ駆動を実現することのできるモータ
駆動装置および当該装置のモータ駆動方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の発明は、Ｎ（０以外の自然数）相ステッ
ピング・モータのＮ個のコイルに所定の励磁期間に電流
を供給して、他の期間は各コイルに前記電流を供給せず
に、前記励磁期間と他の期間を一定の周期で交互に繰り
返して所定の励磁パターンで前記各コイルを励磁するＰ
ＷＭ手段を備えたモータ駆動装置において、前記励磁期
間と前記一定周期の比率が、前記Ｎ相ステッピング・モ
ータが所定の励磁状態位置から次の励磁状態位置に移動
する際の回転角度とＮの値の関数となるように前記比率
を設定する設定手段と、前記設定した比率に応じた前記
励磁期間に前記ＰＷＭ手段が前記各コイルを励磁するこ
とで前記Ｎ相ステッピング・モータを前記所定の励磁状
態位置と前記次の励磁状態位置の間で分割駆動する駆動
手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置を提供
する。

【００２４】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記設定手段は、前記回転角度をθ、前記励磁期間
をＴ１、前記周期をＴ２として、cos（π／（２＊Ｎ）
−θ）／cos（π／（２＊Ｎ））に前記比率（Ｔ１／Ｔ
２）を設定することを特徴とするモータ駆動装置を提供
する。

【００２５】また、請求項３の発明は、請求項１におい
て、前記駆動手段は、前記所定の励磁状態位置と前記次
の励磁状態位置の間で一定期間毎に分割数Ｐにしたがっ
た前記分割駆動を行い、前記所定の励磁状態位置からＭ
番目の位置における前記回転角度θが（π／Ｎ）＊Ｍ／
Ｐとなるように前記回転角度θを設定する角度設定手段
を含むことを特徴とするモータ駆動装置を提供する。

【００２６】また、請求項４の発明は、請求項２におい
て、前記設定手段は、前記励磁期間Ｔ１を一定として前
記周期Ｔ２を変更することで前記比率の設定を行うこと
を特徴とするモータ駆動装置を提供する。

【００２７】また、請求項５の発明は、請求項２におい
て、前記設定手段は、前記周期Ｔ２を一定として前記励
磁期間Ｔ１を変更することで前記比率の設定を行うこと
を特徴とするモータ駆動装置を提供する。

【００２８】上記の課題を解決するために請求項６の発
明は、Ｎ（０以外の自然数）相ステッピング・モータの
Ｎ個のコイルに所定の励磁期間に電流を供給して、他の
期間は各コイルに前記電流を供給せずに、前記励磁期間
と他の期間を一定の周期で交互に繰り返して所定の励磁
パターンで前記各コイルを励磁するＰＷＭ手段を備えた
モータ駆動装置のモータ駆動方法において、前記励磁期
間と前記一定周期の比率が、前記Ｎ相ステッピング・モ
ータが所定の励磁状態位置から次の励磁状態位置に移動
する際の回転角度とＮの値の関数となるように前記比率
を設定する設定ステップと、前記設定した比率に応じた
前記励磁期間に前記ＰＷＭ手段によって前記各コイルを
励磁することで前記Ｎ相ステッピング・モータを前記所
定の励磁状態位置と前記次の励磁状態位置の間で分割駆
動する駆動ステップとを備えたことを特徴とするモータ
駆動方法を提供する。

【００２９】また、請求項７の発明は、請求項６におい
て、前記は設定ステップにおいて、記回転角度をθ、前
記励磁期間をＴ１、前記周期をＴ２として、cos（π／
（２＊Ｎ）−θ）／cos（π／（２＊Ｎ））に前記比率
（Ｔ１／Ｔ２）を設定することを特徴とするモータ駆動
方法を提供する。

【００３０】また、請求項８の発明は、請求項７におい
て、前記駆動ステップにおいて、前記所定の励磁状態位
置と前記次の励磁状態位置の間で一定期間毎に分割数Ｐ
にしたがった前記分割駆動を行い、前記所定の励磁状態
位置からＭ番目の位置における前記回転角度θが（π／
Ｎ）＊Ｍ／Ｐとなるように前記回転角度θを設定するこ
とを特徴とするモータ駆動方法を提供する。

【００３１】また、請求項９の発明は、請求項７におい
て、前記設定ステップにおいて、前記励磁期間Ｔ１を一
定として前記周期Ｔ２を変更することで前記比率の設定
を行うことを特徴とするモータ駆動方法を提供する。

【００３２】また、請求項１０の発明は、請求項７にお
いて、前記設定ステップにおいて、前記周期Ｔ２を一定
として前記励磁期間Ｔ１を変更することで前記比率の設
定を行うことを特徴とするモータ駆動方法を提供する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。

【００３４】図１は本発明に係るモータ駆動装置の一実
施形態を示すブロック図である。

【００３５】制御部１１は、５相ステッピング・モータ
（以下、モータ）１３を制御する。ドライブ部１２は、
制御部１１で生成された信号情報をもとにモータ１３を
駆動する。電流検知抵抗１４は、モータ１３に流れる電
流量を検出する。ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ）１
５は、電流検知抵抗１４により得られた信号を平滑化お
よびノイズを除去する。ＡＤ変換器１６は、ＬＰＦ１５
からの信号をデジタル信号に変換し、制御部１１に入力
する。ゲート回路１７，１８は、制御部１１からのモー
タ駆動パルス信号をドライブ部１２を駆動するための信
号に変換する。

【００３６】Ｍｃｌｋ入力端子１１０にはモータ１３の
相切換のための信号（以下、Ｍｃｌｋ）が入来し、当該
信号が制御部１１に入力される。スタート／ストップ信
号入力端子（以下、Ｓ／Ｓ入力端子）１１１にはモータ
１３の駆動を開始／停止を指示するためのスタート／ス
トップ信号が入来し、当該信号が制御部１１に入力され
る。回転方向信号入力端子（以下、ＤＩＲ入力端子）１
１２にはモータ１３の回転方向を決めるための回転方向
信号が入来し、当該信号が制御部１１に入力される。デ
ータ入力端子１１３（以下、ＤＡＴ入力端子）には適正
なトルクを発生させるための目標電流値、マイクロ・ス
テップ駆動時の分割数等モータの制御条件データが入来
し、当該両信号が制御部１１に入力される。

【００３７】図２はドライブ部１２とモータ１３の内部
構成とその結線を示す回路図である。

【００３８】まずドライブ部１２について説明する。ゲ
ートａ＋〜ｅ＋、ゲートａ−〜ｅ−に入力された駆動パ
ルスにより、ＦＥＴ素子ＦＥＴ０〜ＦＥＴ９（ＦＥＴ
０，２，４，６，８はＰｃｈ、ＦＥＴ１，３，５，７，
９はＮｃｈ）がオン／オフ駆動される。当該ＦＥＴ素子
駆動にしたがって、端子Ｍ＋から駆動パルスに応じたモ
ータ１３の給電点に電流を供給し、当該給電点からの電
流は端子Ｍ−へと流れる。

【００３９】図２のモータ１３の内部構成で、モータコ
イルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅは、各コイル同士が
環状になるように結線（ペンタゴン結線）されている。
ドライブ部１２から各給電点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに電流
が供給され、これら給電点からコイルに電流を供給する
か、またはコイルからの電流がこれら給電点を介して端
子Ｍ−へ流れる。

【００４０】図２で各コイルに流れる電流をＩａ，Ｉ
ｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅとし、矢印方向に各電流が流れる
ときにコイルに発生するモータ１３内のロータ（図示せ
ず）を引き付けるトルクのベクトルを、それぞれＴＬ
ａ，ＴＬｂ，ＴＬｃ，ＴＬｄ，ＴＬｅとする。

【００４１】図３はＰチャンネル用ゲート回路１７の回
路図である。ゲート回路１７内のエミッタ接地されたト
ランジスタＴｒ３０〜Ｔｒ３４のコレクタは、抵抗Ｒ３
０〜Ｒ３４でプルアップされている。それぞれのトラン
ジスタＴｒ３０〜３４がオフの場合にコレクタ電圧出力
はＶｄｄとなり、トランジスタＴｒ３０〜３４がオンし
たときにコレクタ電圧出力はグランドレベルになる。

【００４２】図４はＮチャンネル用ゲート回路１８の回
路図である。

【００４３】ゲート回路１８内で、抵抗Ｒ４０，４２，
４４，４６，４８と抵抗Ｒ４１，４３，４５，４７，４
９の各直列回路は、エミッタ接地された各トランジスタ
Ｔｒ４０〜Ｔｒ４４のそれぞれのコレクタ電圧の上限
を、抵抗Ｒ４０，４２，４４，４６，４８と抵抗Ｒ４
１，４３，４５，４７，４９の分割比でＶｄｄを分割し
た電圧を出力する。

【００４４】図４でそれぞれのトランジスタＴｒ４０〜
４４がオフの場合にコレクタ電圧出力はＶｄｄ×Ｒ４０
／Ｒ４１，Ｖｄｄ×Ｒ４２／Ｒ４３，Ｖｄｄ×Ｒ４４／
Ｒ４５，Ｖｄｄ×Ｒ４６／Ｒ４７，Ｖｄｄ×Ｒ４８／Ｒ
４９となり、トランジスタＴｒ４０〜４４がオンしたと
きにコレクタ電圧出力はグランドレベルになる。

【００４５】図５は制御部１１内のブロック図である。

【００４６】駆動パルス制御部５１は、御部１１内の各
部を制御する。カウンタ５２は種々のパルス期間を設定
するためのもので、ＲＥＳＥＴに信号ＣＮＴＲＳＴが入
力される（立ち上がりエッジ）とカウント値を０にす
る。切換え信号発生部５３はＯＮ期間とＯＦＦ期間の切
換え信号を発生する。駆動パルス発生部５４は、マイク
ロ・ステップ駆動に必要な駆動パルスを発生する。ＯＮ
／ＯＦＦ切換え部５５は当該駆動パルスにしたがってド
ライブ部１２を駆動し、これによりモータ１３の各給電
点をオープン状態またはオン状態に切り替える。

【００４７】図６は駆動パルス制御部５１内の電流制御
のための一般的なＰＩ制御のシグナル・フロー・グラフ
である。

【００４８】任意の一定時間でサンプリングしたＡ／Ｄ
変換器１６からのデジタル信号ＡＤＥＲＲが駆動パルス
制御部５１に取り込まれ、目標値（ＴＡＲＧＥＴ）と比
較される（６１）。当該比較差分値は比例制御（Ｐ動
作）と積分制御（Ｉ動作）を実施し（６２と６４〜６
６）、それぞれ演算結果を足し合せてｋ１ゲイン倍され
（６３，６７）、オープン期間にＰＲＤデータとして扱
われる。

【００４９】図７は切換え信号発生部５３のブロック図
である。

【００５０】レジスタ７０１，７０２は、駆動パルス制
御部５１からのデータＤＴＹＰＲＤまたはＰＲＤをそれ
ぞれストアする。コンパレータ７０３，７０４は、レジ
スタ７０１，７０２とカウンタ５２からのカウントデー
タＣＤとをそれぞれ比較し、その結果がマイナスであれ
ば“Ｌ”、０かプラスであれば“Ｈ”を出力する。７０
５はＤフリップフロップである。

【００５１】図８は駆動パルス発生部５４のブロック図
である。

【００５２】８０１〜８１０は駆動パルス制御部５１か
らのＤＴＹＷの各データをストアするレジスタを示し、
それぞれＲＥＧＡ＋、ＲＥＧＢ＋、ＲＥＧＣ＋、ＲＥＧ
Ｄ＋、ＲＥＧＥ＋、ＲＥＧＡ−、ＲＥＧＢ−、ＲＥＧＣ
−、ＲＥＧＤ−、ＲＥＧＥ−とする。コンパレータ８１
１〜８２０はレジスタ８０１〜８１０にストアされたデ
ータとカウンタ５２からのカウントデータＣＤとを比較
する。コンパレータ８１１〜８２０は、比較結果がマイ
ナスであれば“Ｌ”を、比較結果が０かプラスであれば
“Ｈ”を各出力端子からＣＬＫ信号に同期して、信号Ｐ
Ａ＋〜ＰＥ＋、信号ＰＡ−〜ＰＥ−として出力する。

【００５３】図９はＯＮ／ＯＦＦ切換え部５５のブロッ
ク図である。

【００５４】セレクタ９０１〜９１０は切換え信号発生
部５３からの切換え信号ＯＦＦＴＭにより動作し、駆動
パルス発生部５４からの信号ＰＡ＋〜ＰＥ＋、ＰＡ−〜
ＰＥ−が“Ｌ”レベルまたは“Ｈ”レベルかを選択して
ＷＡ＋〜ＷＥ＋、ＷＡ−ＷＥ−に出力する。

【００５５】図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、前述の通
りモータ１３のある４相励磁ポイントと次の４相励磁ポ
イント（フルステップ駆動で１ステップ）の励磁パター
ンによるトルク・ベクトルを示した図で、コイルに流れ
るそれぞれの電流は矢印で図示される。

【００５６】図１１は、前述の通り図１０の励磁パター
ンによる各コイルに発生したトルク・ベクトルＴａ，Ｔ
ｂ，Ｔｃ，Ｔｄ，Ｔｅを合成したトルク・ベクトルを表
す。

【００５７】図１２は、前述の通りＴＬ０からＴＬ１ま
でをマイクロ・ステップ駆動で任意の時間間隔Ｔ０で５
分割したときのそれぞれ時間（Ｔ０〜Ｔ５）でのトルク
・ベクトルを表す。

【００５８】図１を参照して全体の動作について説明す
る。

【００５９】Ｓ／Ｓ入力端子１１１からモータ・スター
トが指示され、Ｍｃｌｋ入力端子１１０からＭｃｌｋが
入力されると、制御部１１では回転方向、目標電流値、
マイクロ・ステップ分割数等の条件にしたがい、Ｍｃｌ
ｋに同期してモータ駆動パルスを発生し、モータ１３の
相電流を目標電流値となるように制御する。制御部１１
からの駆動パルスは、一旦ゲート回路１７，１８にてド
ライブ部１３を駆動するための信号に変換されてドライ
ブ部１２に入力される。ドライブ部１２ではゲート回路
１７，１８からのモータ駆動パルスにしたがいモータ１
３に電流を供給してモータ１３を駆動する。

【００６０】ドライブ部１２の端子Ｍ−からの電流（モ
ータ１３の総電流）は電流検出抵抗１４により検出さ
れ、当該検出信号はＬＰＦ１５で平滑されノイズ除去さ
れる。ＬＰＦ処理された検出信号はＡＤ変換器１６でデ
ジタル信号に変換され、制御部１１に入力される。制御
部１１では、入力されたＡＤ変換器１６からのデジタル
信号に基づいてモータ１３の総電流を制御する。

【００６１】次に、マイクロ・ステップ駆動について説
明する。

【００６２】図１０（ａ）、図１０（ｂ）の励磁パター
ンによる合成トルクは、基本電流をＩ０とすると図１０
（ａ）ではＩａ＝Ｉ０，Ｉｂ＝Ｉ０，Ｉｃ＝０，Ｉｄ＝−Ｉ０，Ｉ
ｅ＝−Ｉ０となるように励磁され、これによりトルクのベクトルＴ
Ｌ０が合成される。

【００６３】また図１０（ｂ）ではＩａ＝０，Ｉｂ＝Ｉ０，Ｉｃ＝Ｉ０，Ｉｄ＝−Ｉ０，Ｉ
ｅ＝−Ｉ０となるように励磁され、これによりトルクのベクトルＴ
Ｌ１が合成される。この時、各コイル電流の絶対値は等
しく、したがって各発生トルクの絶対値も等しい。

【００６４】図１０でＴＬ０からＴＬ１に励磁相を移行
させた時の駆動が４相励磁駆動である。図から実際に変
化しているトルクはＩａによるトルク・ベクトルＴＬａ
とＩｃによるトルク・ベクトルＴＬｃであり、トルク・
ベクトルＴＬａとトルク・ベクトルＴＬｃの割合を徐々
に変化させることでマイクロ・ステップ駆動を行う。

【００６５】図１０においてＴＬ０からＴＬ１まで変化
する間のＴＬａとＴＬｃの合成トルクをＴＬａｃとし、
次式にしたがってトルク・ベクトルを変化させると図１
２（ａ）のようになる。

【００６６】

【数１】ＴＬａｃ＝（１−Ｐ）×ＴＬａ＋Ｐ×ＴＬｃ（１）ただし、Ｐ＝ｎ×Ｔ０／Ｔ（Ｔ＝５Ｔ０，ｎ＝０，１，
２，３，４，５）（１）式において、ｎの値によってＴＬ０とＴＬ１間を
時系列的に５分割している。図１２（ａ）より、合成ト
ルク・ベクトルＴＬａｃはｔ０からｔ５の直線上を移動
する。この移動を全体の合成ベクトルＴＬで表すと図１
２（ｂ）のようになり、合成ベクトルＴＬは図１２
（ａ）と同様にｔ０からｔ５までの直線上を移動する。

【００６７】このようにＴＬａとＴＬｃを変化させるこ
と、即ち電流Ｉａ，Ｉｃを変化させることでマイクロ・
ステップ駆動が可能となる。実際には、コイル電流は各
給電点の状態をプッシュ側（電流供給側）にするかプル
側（電流引込み側）にするかで決定され、電流量を変化
させるために電流を流す期間と流さない期間を一定周期
で交互に繰り返すデューティ制御が行われる。また、こ
の周期はマイクロ・ステップ駆動の１ステップ期間（Ｔ
０）よりも十分小さく設定されている。

【００６８】図１２（ａ）のＴＬａとＴＬｃを変化させ
たときのｔ０〜ｔ５までの各給電点の状態を表す給電パ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと各コイルの平均電流Ｉａ，
Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅの関係は、前述した表１の通り
である。

【００６９】表１中の給電パターンの値は＋がプッシュ
側、−がプル側を表す。また、プッシュ／プルを一定周
期で交互に繰り返したときのプッシュ側の割合（デュー
ティ比）を数値で表す。コイル電流の平均値は、上記デ
ューティ比が５０％のときの電流の絶対値をＩ０とし
て、当該絶対値に対するパーセンテージで表している。

【００７０】上記の関係においてトルク・ベクトルＴＬ
０，ＴＬ１は４相励磁のフルステップ位置であり、トル
ク・ベクトルＴＬ０からトルク・ベクトルＴＬ１までの
電気角は３６°となる。したがって、フルステップで３
６°づつ移動するよう励磁相を切換えながら４相励磁を
すると、１０ステップでもとの励磁相に戻る。

【００７１】上記マイクロ・ステップにしたがって励磁
相を切換えて電気角１周したときの各コイルの電流変化
を図１３乃至図１４に示す。図１３と図１４は、時間方
向（電気角方向）に連続する。各コイルに流れる平均電
流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅはこのように台形波状
として駆動が行われる。このため、マイクロ・ステップ
駆動を台形波駆動とも称する。

【００７２】このマイクロ・ステップ駆動を実現するた
めのハードウエア構成について説明する。

【００７３】図５のカウンタ５２は、駆動パルス制御部
５１からのＣＬＫにしたがいパルス幅等を生成するため
のカウントデータ（以下、ＣＤ）を生成する。ＣＤ値は
リセット時には１にセットされる。

【００７４】図７の切換え信号発生部５３において、レ
ジスタ７０１には駆動パルス制御部５１から給電点をプ
ッシュまたはプル状態にする期間（デューティ制御期
間）を設定するためのデータ（ＤＴＹＰＲＤ）がストア
され、レジスタ７０２には全体の制御期間（ＰＲＤ）が
ストアされている。これらの値とＣＤ値をコンパレータ
７０３，７０４により比較し、比較結果にしたがってカ
ウンタ・リセット信号ＣＮＴＲＳＴ、ＯＦＦＴＭが生成
される。

【００７５】図１５に、カウンタ・リセット信号生成の
タイミング・チャートを示す。ここでは、レジスタ７０
１に４００の値がストアされ，レジスタ７０２に３００
の値がストアされる例を示した。

【００７６】ＣＬＫ（図１５（Ａ））にしたがいＣＤ値
（図１５（Ｂ））はカウントアップして行き、ＣＤ値が
３００まではＯＦＦＴＭ（図１５（Ｄ））は“Ｈ”であ
り、ＣＤ値が３００以降でコンパレータ７０４の出力が
“Ｌ”となる。ＣＮＴＲＳＴ（図１５（Ｃ））はＣＤ値
が４００になった時点で“Ｈ”となり、このＣＮＴＲＳ
Ｔが“Ｈ”になることによりカウンタ５２がリセットさ
れ、ＣＤ値は１となる。

【００７７】このように、信号ＯＦＦＴＭは、レジスタ
７０１に設定された値に応じた制御期間は“Ｈ”、レジ
スタ７０２に設定された値に応じた期間（デューティ制
御期間）は“Ｌ”となり、これら期間を交互に繰り返し
た信号として生成される。

【００７８】図８に戻って説明すると、レジスタ８０１
〜８１０には駆動パルス制御部５１より給電点のデュー
ティを決定するための期間データがストアされる。スト
アされたデータはコンパレータ８１１〜８２０でＣＤ値
と比較され、比較結果は信号ＰＡ〜ＰＥ（＋または−）
として出力される。全デューティ制御期間を“Ｌ”にし
たいときは設定値を３００（デューティ制御期間を定め
るレジスタ７０２の設定値）より大きい値に、“Ｈ”に
したいときは０に設定する。

【００７９】図９において、図８の各コンパレータ８１
１〜８２０からの信号ＰＡ＋〜ＰＥ＋が“Ｌ”，信号Ｐ
Ａ−〜ＰＥ−が“Ｈ”をＯＦＦＴＭ信号にしたがってセ
レクタ９０１〜９１０で選択して、ＷＡ〜ＷＥに出力さ
れる。

【００８０】例えば、給電点のデューティ制御期間（レ
ジスタ７０２の設定値＝Ｐ）ではカウント値（８０１〜
８１０）の期間はプル側となるため、プッシュ期間のデ
ューティ比をＱ％としたときのレジスタ８０１〜８１０
の設定値Ｘは次式で与えられる。

【００８１】

【数２】Ｘ＝Ｐ−Ｐ×Ｑ／１００（２）図１６に給電点Ａの状態を例に示し、この例にしたがっ
て信号の流れを説明する。

【００８２】図のようにＣＤ値（図１６（Ｂ））は、Ｏ
ＦＦＴＭ（図１６（Ａ））が“Ｈ”（デューティ制御期
間）のとき０〜２９９までをカウントアップし、“Ｌ”
（オープン期間）のとき０〜１００まで（合わせて４０
０まで）をカウントアップする。このとき、図８のレジ
スタ８１１，８１６に１４９が設定されているとする
と、ＰＡ＋、ＰＡ−（図１６（Ｃ），（Ｄ））はＯＦＦ
ＴＭが“Ｈ”期間でＣＤ値が１５０までは“Ｌ”とな
り、ＯＦＦＴＭが１５０以降は“Ｈ”となる。

【００８３】図９のセレクタ９０１，９０６ではＯＦＦ
ＴＩＭにしたがってＰＡ＋，ＰＡ−を選択しており、Ｗ
Ａ＋，ＷＡ−（図１６（Ｅ），（Ｆ））はＰＡにしたが
い、給電点Ａ（図１６（Ｇ））はＣＤ値が０〜１４９ま
ではプル側、１５０〜３００まではプッシュ側の状態と
なる。ＯＦＦＴＭが“Ｌ”期間ではＷＡ＋，ＷＡ−はＰ
Ａ＋、ＰＡ−の状態に依存することなく一定の値をと
り、ＷＡ＋は“Ｌ”、ＷＡ−は“Ｈ”となって、給電点
Ａはオープン状態となる。

【００８４】上記のようにレジスタ７０１，７０２，８
０１〜８１０に各期間データ（１５０，３００，４０
０）をストアすることにより、各給電点のデューティ制
御期間とその期間におけるプッシュ／プルの割合、およ
びオープン期間のオープン期間長を個別に設定すること
ができる。

【００８５】図１７は、図１３中の時間ｔ２前後におけ
るマイクロ・ステップ駆動の給電点状態を示すパターン
図である。図１８は、このときのレジスタの設定値を示
す説明図である。

【００８６】一つのデューティ制御期間における給電点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのデューティ比（プッシュ期間の占
有割合）は、ｔ２を境に１００％，６０％，１０％，０
％，５０％から１００％，７０％，２０％，０％，５０
％ヘと変わっている。つまり、給電点ＢとＣのデューテ
ィ比が変化している。図１６に示したようにオープン期
間の長さは、（デューティ制御期間＋オープン期間）の
長さに対して１／４となるよう設定されている。

【００８７】各レジスタの設定値は図１８の通りであ
る。

【００８８】デューティ制御期間はレジスタ７０１で３
００，オープン期間はレジスタ７０１と７０２で１００
（＝４００−３００）が設定され、給電点Ａではデュー
ティ制御期間はプッシュ側になっているためレジスタ８
０１，８０６には０が設定される。給電点Ｂではデュー
ティ比が６０％から７０％に変わるからレジスタ８０
２，８０７は式（２）より１２０（＝３００−３００×
６０／１００）から９０（＝３００−３００×７０／１
００）に設定を変更し、給電点Ｃではデューティ比が１
０％から２０％に変化するからレジスタ８０３，８０８
は２７０（＝３００−３００×１０／１００）から２４
０（＝３００−３００×２０／１００）に設定を変更す
る。給電点Ｄではプル側になっているためレジスタ８０
４，８０９には３０１（３００より大きい値）が設定さ
れる。給電点Ｅではデューティ比が５０％なのでレジス
タ８０５，８１０には１５０（＝３００−３００×５０
／１００）が設定される。

【００８９】図１７の給電点パターンＢ，Ｃにしたがっ
て各コイルに流れる電流Ｉａ〜Ｉｅの電流波形を図１９
に示す。図１９中の横軸（時間）は図１７中の横軸と同
一である。

【００９０】給電点Ａがプッシュ側、給電点Ｄがプル側
になっており、給電点Ｅはプル／プッシュを５０％の比
率で切換えるため、給電点Ｅがプル時は給電点Ａから給
電点Ｅに向かってコイル電流Ｉｅが流れ、コイル電流Ｉ
ｄは流れない。一方、給電点Ｅがプッシュ時はコイル電
流Ｉｄが給電点Ｅから給電点Ｄに向かって流れ、コイル
電流Ｉｅは流れない。

【００９１】また、オープン期間中はすべての給電点で
オープンになり電流を供給しないため、この期間に流れ
る電流は０と考えられる。したがって、ＯＦＦＴＭの１
周期で平均電流を規定することができる。すなわち、オ
ープン期間がないときのデューティ比５０％のときの電
流値をＩ０（この値がコイルに流れる平均電流の最大値
となる）、デューティ制御期間をＴduty、制御期間をＴ
cntとしたとき，ＯＦＦＴＭ一周期の平均電流Ｉｄ，Ｉ
ｅは

【００９２】

【数３】Ｉｄ＝−Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt Ｉｅ＝−Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt （３）で与えられる。ここで、

【００９３】

【数４】Ｉｄ＝−Ｉ０×３／４Ｉｅ＝−Ｉ０×３／４となる。実際のコイル電流Ｉｄ，Ｉｅの波形は、コイル
による充放電によって図１９に示したＩｄ，Ｉｅのよう
に平滑化される。

【００９４】コイル電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは図１９のよ
うに給電点Ａがプッシュ側、Ｄがプル側になっており、
給電点Ｂ，Ｃのパターンを図１７のようにしているの
で、コイル電流Ｉａは、給電点Ｂがプル側、給電点Ｃも
プル側で給電点Ａから給電点Ｃに向かって流れ、それ以
外の期間は流れない。コイル電流Ｉｂは給電点Ｂがプッ
シュ側で給電点Ｃがプル側のときに給電点Ｂから給電点
Ｃに向かって流れ、それ以外の期間は流れない。コイル
電流Ｉｃは給電点Ｂがプッシュ側、給電点Ｃもプッシュ
側になり、給電点Ｃから給電点Ｄに向かって流れ、それ
以外の期間は流れない。

【００９５】コイル電流Ｉａの平均電流は、図１９に示
したデューティ制御期間中の電流がオンした期間の比で
規定される。したがって、給電点Ｂのデューティ比を
Ｘ、給電点Ｃのデューティ比をＹとしたときに、

【００９６】

【数５】Ｉａ＝（２×（１−Ｘ／１００））×Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt （４）となり、同様に、

【００９７】

【数６】Ｉｂ＝（２×（Ｘ−Ｙ／１００）×Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt （５）Ｉｃ＝（２×（１−Ｙ／１００））×Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt （６）となる。

【００９８】ここで、Ｘ−Ｙ＝５０％としてデューティ
比をリニアに変えていくことで、台形波駆動となる。

【００９９】したがってＩａは、給電点Ｂ，Ｃのデュー
ティ比を例えば６０％→７０％，１０％→２０％と変化
させると、

【０１００】

【数７】Ｉａ＝０．８×Ｉ０×３／４（デューティ比Ｂ：６０％Ｃ：１０％）Ｉａ＝０．６×Ｉ０×３／４（デューティ比Ｂ：７０％Ｃ：２０％）となる。またＩｂは、給電点Ｂ，Ｃのデューティ比の変
化に因らず

【０１０１】

【数８】Ｉｂ＝Ｉ０×３／４となる。またＩｃは、給電点Ｂ，Ｃのデューティ比を例
えば６０％→７０％，１０％→２０％と変化させると、

【０１０２】

【数９】Ｉｃ＝０．２×Ｉ０×３／４（デューティ比Ｂ：６０％Ｃ：１０％）Ｉｃ＝０．４×Ｉ０×３／４（デューティ比Ｂ：７０％Ｃ：２０％）となる。

【０１０３】このようなデューティ比制御を行うと｜Ｔ
Ｌｂ｜＝｜ＴＬｄ｜＝｜ＴＬｅ｜となり、給電点Ｂ，Ｃ
のデューティ比を５０→１００％，０→５０％に１０％
づつ変化させていくと、ＴＬａとＴＬｃは図１２（ａ）
のように変化する。即ち、合成ベクトルＴＬは図１２
（ｂ）のように時間経過（ｔ０→ｔ５）にしたがって移
行し、５分割のマイクロ・ステップ駆動となる。

【０１０４】また、モータ１３に流れる総電流Ｉｍは各
コイルに流れる電流の絶対値の総和であるため、次式で
表される。

【０１０５】

【数１０】Ｉｍ＝｜Ｉａ｜＋｜Ｉｂ｜＋｜Ｉｃ｜＋｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｅ｜＝４×Ｉ０×Ｔduty／Ｔcnt （７）式（７）において４×Ｉ０は定数となり、制御期間Ｔcn
tを一定にすると、モータ１３に流れる総電流Ｉｍはデ
ューティ制御期間Ｔdutyにより決定されることを意味す
る。

【０１０６】次に、図２０に示すモータ１３の駆動を制
御するためのメイン制御のフローチャートを参照し、駆
動パルス制御部５１の制御について説明する。

【０１０７】制御が開始されるとカウンタＮ、Ｍ、Ｐ、
Ｑ（それぞれ図示せず）を０にし（Ｓ２００１）、図２
１に示すサブルーチンＯＵＴＯＰＮを呼び出して実行す
る（Ｓ２００２）。ここで、各給電点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅをオープン状態にするよう駆動パルス発生部５３の各
レジスタにデータをセットする（Ｓ２１１，Ｓ２１
２）。

【０１０８】なお、図２１および以下のフローチャート
において、パラメータＴＣＮＴは制御期間Ｔcnt、パラ
メータＴＤＵＴＹはデューティ制御期間Ｔdutyをそれぞ
れ表す。

【０１０９】次に、シャットダウン・フラグＳＤＦＬＡ
Ｇが０であれば（Ｓ２００３）、スタート／ストップ入
力信号Ｓ／Ｓを調べて０から１に変わったら（Ｓ２００
５）、モータ・スタートの指示があったとしてＩＮＴＦ
ＬＧを１にする（Ｓ２００６，Ｓ２００７）。

【０１１０】そして図２２に示すサブルーチンＳＴＲＳ
ＥＴを呼出して（Ｓ２００８）、データ入力端子１１３
からのモータを回転させるための各種条件をセットす
る。ここでは、電流制御のための電流目標値ＴＡＲＧＥ
Ｔ（Ｓ２２１）、モータ１３の回転方向を決定する回転
方向フラグＤＩＲＦＬＧ（Ｓ２２２）、マイクロ・ステ
ップの分割数ＤＩＶ（Ｓ２２３），モータ１３の総電流
最大値ＩＭＡＸ（Ｓ２２４）、制御期間ＴＣＮＴ（Ｓ２
２５）、デューティ制御期間ＴＤＵＴＹをセットし（Ｓ
２２６）、Ｑをリセットし（Ｓ２２７）、ＴＤＢＵＦに
ＴＤＵＴＹの値をセットする（Ｓ２２８）。

【０１１１】次に、図２３に示すサブルーチンＲＥＧＳ
ＥＴを呼出して（Ｓ２００９）、ここで、カウンタＮ、
Ｍに合った励磁パターンになるようＲＥＧＡ，ＲＥＧ
Ｂ，ＲＥＧＣ，ＲＥＧＤ，ＲＥＧＥにデータがセットさ
れる（Ｓ２３０）。

【０１１２】次に、Ｍｃｌｋにしたがって励磁相を切換
えモータ１３を駆動する処理を行う割り込みルーチンＩ
ＮＴＲＰＴを動作させるための割り込み許可（ＩＮＲＰ
ＴＥＮＡＢＬＥ）を行う（Ｓ２０１０）。モータ１３の
総電流Ｉｍを制御するための一定時間で割り込みがかか
るタイマの割り込み許可（ＴＩＭＥＲＥＮＡＢＬＥ）
を行う（Ｓ２０１１）。このタイマの時間間隔は、電流
を制御するための制御期間Ｔcntよりも十分大きい時間
とする。

【０１１３】そしてステップＳ２００３に戻ってＳＤＦ
ＬＡＧをチェックして、Ｓ／Ｓ信号が“Ｈ”のときはス
テップＳ２００７でＩＮＴＦＬＧが１にセットされてい
るため再度ステップＳ２００３に戻り、Ｓ／Ｓ信号が
“Ｈ”の間、上記処理を繰り返す。

【０１１４】モータ駆動中に電流の異常があった場合は
ＳＤＦＬＡＧが１にセットされ、ステップＳ２００３で
当該異常を検知するとシャット・ダウン処理を行ってモ
ータ１３を停止させ（Ｓ２００４）、メイン制御処理を
終了する。

【０１１５】ステップＳ２００５でＳ／Ｓ信号が１から
０となったと判定され、ステップＳ２０１２でＩＮＴＦ
ＬＧが１と判定された場合、つまりモータ停止が指示さ
れた場合は、割り込みＩＮＴＲＰＴを禁止し（Ｓ２０１
３）、タイマＴＩＭＥＲの割り込みを禁止し（Ｓ２０１
４）、ＩＮＴＦＬＧを０にリセットする（Ｓ２０１
５）。この状態で、モータ１３を停止させるための励磁
時間を待機するサブルーチン（ＷＡＩＴ）を呼出す（Ｓ
２０１６）。次に、前述のサブルーチンＯＵＴＯＰＮを
呼び出して給電点をオープン状態にし（Ｓ２０１７）、
ステップＳ２００３に戻ってモータ・スタートのための
待機状態となる。

【０１１６】続いて、モータ駆動条件について説明す
る。

【０１１７】ＡＤ変換器１６の量子化ビット数をＺとす
ると、その出力デジタル信号の最大値は（２^Z−１）と
なり、当該最大値をＢＭＡＸとする。ＡＤ変換器１６の
基準電圧をＶref、電流検知抵抗１４の抵抗値をＲとす
ると、モータ１３の総電流Ｉｍは次式で表される。

【０１１８】

【数１１】Ｉｍ＝（ＡＤＥＲＲ／ＢＭＡＸ）×Ｖref／Ｒ（８）（８）式から総電流Ｉｍは出力デジタル信号ＡＤＥＲＲ
に比例する。したがって電流制御の目標値Ｉtargetとし
て、

【０１１９】

【数１２】Ｉtarget＝（ＴＡＲＧＥＴ／ＢＭＡＸ）×Ｖref／Ｒ（９）で表し、ＴＡＲＧＥＴに比例する式にする。これによ
り、ＡＤＥＲＲとＴＡＲＧＥＴとを比較することで総電
流Ｉｍを制御することができる。

【０１２０】総電流最大値ＩＭＡＸは上記した４×Ｉ０
から、

【０１２１】

【数１３】４×Ｉ０＝（ＩＭＡＸ／ＢＭＡＸ）×Ｖref／Ｒ（１０）となり、

【０１２２】

【数１４】ＩＭＡＸ＝４×Ｉ０／（Ｖref／Ｒ）×ＢＭＡＸ（１０’）で示される。

【０１２３】図２４のフローチャートを参照し、相切換
え処理のための割り込みルーチンＩＮＴＲＰＴの処理に
ついて説明する。このルーチンＩＮＴＲＰＴには、Ｍｃ
ｌｋ入力端子１１０からのＭｃｌｋの立上りまたは立下
りのいずれか一方で割り込みがかかる。

【０１２４】メインルーチンでモータ・スタートをセッ
トしてから最初に割り込みがかかるとサブルーチンＲＥ
ＧＳＥＴを呼出す（Ｓ２４００）。ここでは、給電点に
励磁するための励磁パターンを励磁するためにＲＥＧ
Ａ，ＲＥＧＢ，ＲＥＧＣ，ＲＥＧＤ，ＲＥＧＥにセット
されているデータを駆動パルス発生部５４のレジスタ８
０１〜８１０（ＲＥＧＡ＋，ＲＥＧＢ＋，ＲＥＧＣ＋，
ＲＥＧＤ＋，ＲＥＧＥ＋、ＲＥＧＡ−，ＲＥＧＢ−，Ｒ
ＥＧＣ−，ＲＥＧＤ−，ＲＥＧＥ−）にストアして給電
点の状態を決め、モータコイルを励磁する。

【０１２５】次にデューティ制御期間を変更するため
に、ＴＤＢＵＦの値をデータＤＴＹＰＲＤを介してレジ
スタ７０２にストアしてデューティ制御期間を決定する
（Ｓ２４０１）。ここで、レジスタ８０１〜８１０にデ
ータをセットするまでは給電点はオープン状態となって
おり、モータ１３はこの時点から駆動開始される。

【０１２６】次にＤＩＲＦＬＧをチェックし（Ｓ２４０
２）、０であればＭをインクリメントし（Ｓ２４０
３）、ＭがＤＩＶを超えるとＭは０にリセットされ（Ｓ
２４０４，Ｓ２４０５）、Ｎをインクリメントし（Ｓ２
４０６）、Ｎが１０を超えるとＮは１にセットされる
（Ｓ２４０７，Ｓ２４０８）。

【０１２７】一方、ステップＳ２４０２でＤＩＲＦＬＧ
が１のときはＭはデクリメントされ（Ｓ２４０９）、Ｍ
がマイナスになればＭにＤＩＶ−１をセットして（Ｓ２
４１０，Ｓ２４１１）、Ｎをデクリメントして（Ｓ２４
１２）、ＮがマイナスになればＮに９をセットし（Ｓ２
４１３，Ｓ２４１４）、そしてＰにＮをセットする（Ｓ
２４１５）。

【０１２８】ここで真円駆動するためにステップＳ２４
１７の演算処理を行い、次のＭｃｌｋのデューティ制御
期間をＴＤＢＵＦにセットする。そしてサブルーチンＤ
ＡＴＳＥＴを呼び次のＭｃｌｋが来たときの励磁のため
のデータを計算してＤＡＴＡとして返し、それをＲＥＧ
Ａ，ＲＥＧＥ，ＲＥＧＤ，ＲＥＧＣ，ＲＥＧＢにセット
して割り込みルーチンから抜ける（Ｓ２４１５〜Ｓ２４
３５）。

【０１２９】次に割り込みがかかったときは、前のルー
チンで設定されたＲＥＧＡ〜ＲＥＧＥをレジスタ８０１
〜８１０にセットされて励磁相を切換え、デューティ制
御期間をＴＤＢＵＦによりセットして同様の処理を行
う。このように上記処理を行うことで励磁パターンをＭ
ｃｌｋ信号が入来するごとに切り換えていき、モータ１
３をＭｃｌｋの周波数にしたがって駆動することができ
る。

【０１３０】表２にフルステップで１０ステップ分（電
気角３６０°）の各給電点Ａ〜Ｅの励磁パターンを示
す。

【０１３１】

【表２】

【０１３２】表２において、＋はプッシュ側、−はプル
側、５０％はプッシュ／プルの割合が１：１となること
を表している。この表のように励磁すると、モータ１３
は４相励磁で駆動される。

【０１３３】この４相励磁時の給電点Ａの状態をＦ
（Ｍ）とし、Ｍをステップ番号（０〜９）とするととなる。Ｆの値がマイナスとなった場合はＮ＝Ｎ＋１０
とする。

【０１３４】また給電点Ａでマイクロ・ステップ駆動の
ためのプッシュ／プル割合を変化させるのは、Ｎが２〜
３，３〜４，７〜８，９〜０に移行する部分であり、こ
れにしたがい、ステップ間でＮが０→９の方向に分割し
たとき回転位置をＭ（Ｍ＝０，１，２…ＤＩＶ）として
各Ｎの値での給電状態を表すと、給電点Ａは、Ｎ＝０，１のときは −（プル状態）Ｎ＝２のときは１／２×ＴＤＵＴＹ／ＤＩＶ×ＭＮ＝３のときは１／２×ＴＤＵＴＹＮ＝４のときは１／２×ＴＤＵＴＹ＋１／２×ＴＤＵＴＹ／ＤＩＶ×ＭＮ＝５，６のときは＋（プッシュ状態）Ｎ＝７のときはＴＤＵＴＹ−１／２×ＴＤＵＴＹ／ＤＩＶ×ＭＮ＝８のときは１／２×ＴＤＵＴＹＮ＝９のときは１／２×ＴＤＵＴＹ−１／２ＴＤＵＴＹ／ＤＩＶ×Ｍとなる。

【０１３５】Ｎ＝６，Ｍ＝５をスタート地点（時間ｔ
０）として、これを電気角一周分にわたって演算し、駆
動したときの各コイルに流れるコイル電流Ｉａ，Ｉｂ，
Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅのパターンは、図１３乃至図１４に示
したような台形波状になる。

【０１３６】上記マイクロ・ステップ駆動は図１１のト
ルク・ベクトルにしたがったものであり、全トルクＴは
直線上を移動する。全トルクＴの移動を真円上で行わせ
るためには、図２５のようにＴＬ０からＴＬ１の位置に
半径｜ＴＬ０｜で円を描いて移動させるように補正すれ
ばよい。したがって、補正したトルクをＴＬｚ、ＴＬｚ
のＴＬ０からの角度をθとすると、

【０１３７】

【数１５】｜ＴＬｚ｜＝cos（０．１π−θ）／cos（０．１π）×｜ＴＬ｜（１１）となる。

【０１３８】｜ＴＬ｜はモータの総電流Ｉｍに比例する
ため、各コイルに流れる電流を同じ倍率で増大させる
と、その地点でのＴＬのベクトル方向は変化せず、トル
ク量のみが増大する。したがって、台形波駆動させたと
きのモータ電流をＩｍ０とするとモータ電流Ｉｍは

【０１３９】

【数１６】Ｉｍ＝cos（０．１π−θ）／cos（０．１π）×Ｉｍ０（１２）となり、マイクロ・ステップ駆動時はθは

【０１４０】

【数１７】 θ＝０．２π×Ｍ／ＤＩＶ（１３）となる。

【０１４１】モータ電流Ｉｍ（総電流）はまたＴＤＵＴ
Ｙに比例するため、ＴＬのときのデューティ制御期間を
ＴＤＢＵＦとすると、次式を満足するようデューティ制
御期間ＴＤＢＵＦを制御するとトルク・ベクトルＴＬｚ
は真円上を移動する。

【０１４２】

【数１８】ＴＤＢＵＦ＝cos（０．１π−θ）／cos（０．１π）×ＴＤＵＴＹ（１４）（１４）式にしたがった制御は、図２４のステップＳ２
４１７で行うことができる。これにより、図１２と同様
に分割数ＤＩＶ＝５としたときのコイル電流Ｉａの波形
は図２６乃至図２７のようになり、他のコイル電流は波
形自体はコイル電流Ｉａと同じで、コイル電流Ｉａに対
して位相がずれたものとなる。図２６と図２７は、時間
方向（電気角方向）に連続する。

【０１４３】図２８は給電点の状態の計算処理を示すフ
ローチャートである。

【０１４４】図２８において、ステップＳ２８０１〜Ｓ
２８１７までのフローにより、ＮをＰとして回転位置Ｍ
での給電点の状態を上記にしたがって演算処理し、結果
をＤＡＴＡにセットする。

【０１４５】ステップＳ２８１７では、デューティ制御
期間ＴＤＢＵＦから演算結果ＤＡＴＡを減産する。これ
は、計算した結果がプッシュ期間であり図８のレジスタ
にセットしたデータはプル期間をカウントするためプッ
シュ期間からプル期間にデータを変更する必要があるた
めである。次にＰに２を加算し（Ｓ２８１８）、Ｐが１
０を超えるとＰにＰ−１０にセットして（Ｓ２８１９，
Ｓ２８２０）、図２８の処理を終了し、処理ルーチンに
戻る。

【０１４６】このような処理によって、図２４のステッ
プＳ２４１５〜Ｓ２４３５までの各レジスタＲＥＧＡ〜
ＰＥＧＥに、マイクロ・ステップ駆動のための次の励磁
パターンデータＤＡＴＡをセットすることができる。

【０１４７】次に、電流制御処理について説明する。

【０１４８】電流制御処理は図６に示したＰＩ制御のシ
グナル・フロー・グラフにしたがって行われる。当該電
流制御処理のフローチャートを図２９に示す。

【０１４９】電流制御処理を行うＴＩＭＥＲルーチンは
一定期間間隔で割り込まれる。電流目標値ＴＡＲＧＥＴ
からデジタル信号ＡＤＥＲＲを減算し、偏差データＥＲ
ＲＯＲとする（Ｓ２９０１）。この偏差データＥＲＲＯ
Ｒを順次、制御電流の最低値および最大値ＬＭＴ０，Ｌ
ＭＴ１と比較し、偏差の値がＬＭＴ１とＬＭＴ０の間で
あればＱを０とし（Ｓ２９０２〜Ｓ２９０４）、ＰＲＯ
ＰにＥＲＲＯＲをセットする（Ｓ２９０５）。

【０１５０】続いてＰＲＯＰに比例ゲインＫＰを乗算し
た値をＦＤＢＤにセットし（Ｓ２９０６）、ＥＲＲＯＲ
と｜ＬＭＴ２｜を比較してＥＲＲＯＲが小さければ（Ｉ
ＮＴＧ＋ＥＲＲＯＲ）の結果をＩＮＴＧにセットして
（Ｓ２９０７，Ｓ２９０８）、ＩＮＴＧに積分ゲインＫ
Ｉを乗じた結果とＦＤＢＤとの和の値をＦＤＢＤにセッ
トする（Ｓ２９０９）。ＴＡＲＧＥＴとＦＤＢＤを加算
してＦＤＢＤにセットする（Ｓ２９１０）。

【０１５１】次に、制御期間Ｔdutyを一定にしたときモ
ータ１３の総電流ＩｍはＴcntに反比例して変化するた
め、

【０１５２】

【数１９】ＴＣＮＴ＝ＩＭＡＸ／ＦＤＢＤ×ＴＤＵＴＹとし（Ｓ２９１１）、このデータをレジスタ７０２にＰ
ＲＤとしてセットする（Ｓ２９１９）。これによりＰＩ
動作は処理され、ＴＩＭＥＲでの処理を終了する。

【０１５３】ステップＳ２９０２でＥＲＲＯＲが制御電
流の最低値ＬＭＴ０より小さいと、ＴＬＭＴ０をＴＣＮ
Ｔにセットする（Ｓ２９１３）。ステップＳ２９０３で
ＥＲＲＯＲが制御電流の最大値ＬＭＴ１より大きいと、
ＴＬＭＴ１をＴＣＮＴにセットする（Ｓ２９１２）。Ｓ
２９０２→Ｓ２９０３→Ｓ２９１２，Ｓ２９０２→Ｓ２
９１３の処理によって、ＴＬＭ０〜ＴＬＭ１の範囲外の
時は制御せず、ＴＬＭＴ０に電流を大きくとるよう、Ｔ
ＬＭＴ１に電流を小さくするように設定する。この設定
によって、電流のスムーズな制御を可能とすることがで
きる。

【０１５４】上記設定に続いてＱをインクリメントして
カウントし（Ｓ２９１４）、ＱがＱＬＭＴ０を超えると
前述のサブルーチンＯＵＴＯＰＮを呼出し給電点をオー
プンにしてシャット・ダウンするためにＳＤＦＬＡＧを
１にセットし（Ｓ２９１５，Ｓ２９１６，Ｓ２９１
７）、ＴＩＭＥＲの割り込みを禁止する（Ｓ２９１
８）。ステップＳ２９１４〜Ｓ２９１８の処理は、制御
範囲外の状態が続いた場合はモータ駆動部の異常と判断
し、モータ１３の回転を停止させるための処理である。

【０１５５】なお、ステップＳ２９０７でＥＲＲＯＲと
｜ＬＭＴ２｜を比較しているのは、電流が大きく変化す
ると積分動作が不安定要素となるために−ＬＭＴ２〜＋
ＬＭＴ２の範囲外では積分動作を実行させず、電流の過
渡的変化が小さいときに実行させスムーズな制御を行う
ためである。また、ＬＭＴ０〜ＬＭＴ２の値は、設定電
流が変わることを考慮してＴＡＲＧＥＴ値の何％という
ようにＴＡＲＧＥＴ値に対する比率で設定される。

【０１５６】なお、実施形態では電流を供給しない期間
をオープン状態にして説明したが、その期間をモータ１
３の給電点全ての状態を電源側かグランド側のどちらか
にするショート状態になるように構成しても同様な効果
をもってモータ１３を駆動させることが可能である。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｎ
（０以外の自然数）相ステッピング・モータのＮ個のコ
イルに所定の励磁期間に電流を供給して、他の期間は各
コイルに電流を供給せずに、励磁期間と他の期間を一定
の周期で交互に繰り返して所定の励磁パターンで各コイ
ルを励磁するＰＷＭ手段を備えたモータ駆動装置におい
て、励磁期間と一定周期の比率が、Ｎ相ステッピング・
モータが所定の励磁状態位置から次の励磁状態位置に移
動する際の回転角度とＮの値の関数となるように比率を
設定し、設定した比率に応じた励磁期間にＰＷＭ手段が
各コイルを励磁することでＮ相ステッピング・モータを
所定の励磁状態位置と次の励磁状態位置の間で分割駆動
することで、台形波駆動を行なわず、正弦波駆動を行な
うことにより、トルク・リップルの少ない５相ステッピ
ング・モータ駆動を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態の全
体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態の要
部構成（モータおよびモータドライブ部）を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
けるＰチャンネル用ゲート回路の回路図である。

【図４】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
けるＮチャンネル用ゲート回路の回路図である。

【図５】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
ける駆動パルス制御部のブロック図である。

【図６】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
ける駆動パルス制御部内の電流制御のための一般的なＰ
Ｉ制御のシグナル・フロー・グラフである。

【図７】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
ける切換え信号発生部の構成図である。

【図８】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
ける駆動パルス発生部のブロック図である。

【図９】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態にお
けるＯＮ／ＯＦＦ切換え部のブロック図である。

【図１０】ある４相励磁ポイントから次の４相励磁ポイ
ント（フルステップ駆動で１ステップ）の励磁パターン
によるトルク・ベクトルを示した説明図である。

【図１１】図１０の励磁パターンによる各コイルに発生
したトルク・ベクトルを合成したトルク・ベクトルを表
すベクトル図である。

【図１２】ベクトルＴＬ０からＴＬ１までをマイクロ・
ステップ駆動で任意の時間間隔Ｔ０で５分割したときの
それぞれ時間（Ｔ０〜Ｔ５）でのトルク・ベクトルを表
すベクトル図である。

【図１３】マイクロ・ステップにしたがって励磁相を切
換えて電気角１周したときの各コイルの電流変化を示す
電流波形図である。

【図１４】マイクロ・ステップにしたがって励磁相を切
換えて電気角１周したときの各コイルの電流変化を示す
電流波形図である。

【図１５】カウンタ・リセット信号生成のタイミング・
チャートである。

【図１６】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける給電点状態を示すタイミング・チャートである。

【図１７】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける給電点状態を詳細に示すタイミング・チャートで
ある。

【図１８】図１７に示した給電点状態におけるレジスタ
の設定値を示す説明図である。

【図１９】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける電流波形を示すタイミング・チャートである。

【図２０】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるモータ駆動のメイン制御のフローチャートであ
る。

【図２１】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるモータ駆動のメイン制御で用いられるサブルーチ
ン（ＯＵＴＯＰＮ）のフローチャートである。

【図２２】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるモータ駆動のメイン制御で用いられるサブルーチ
ン（ＳＴＲＳＥＴ）のフローチャートである。

【図２３】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるモータ駆動のメイン制御で用いられるサブルーチ
ン（ＲＥＧＳＥＴ）のフローチャートである。

【図２４】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける割り込み処理のフローチャートである。

【図２５】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるトルク・ベクトル図である。

【図２６】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるコイル電流の波形を示す電流波形図である。

【図２７】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おけるコイル電流の波形を示す電流波形図である。

【図２８】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける給電点の状態の計算処理を示すフローチャートで
ある。

【図２９】本発明に係るモータ駆動装置の一実施形態に
おける電流制御処理のフローチャートである。

【図３０】従来の５相ステッピング・モータ駆動制御回
路のブロック図である。

【図３１】従来の５相ステッピング・モータ駆動制御回
路における定電流制御部の回路図である。

【図３２】従来の５相ステッピング・モータ駆動制御回
路におけるＰｃｈ用電圧変換回路の回路図である。

【符号の説明】

１１制御部１２ドライブ部１３５相ステッピング・モータ１４電流検知抵抗１５ローパスフィルタ１６ＡＤ変換器１７，１８ゲート回路５１駆動パルス制御部５２カウンタ５３切換え信号発生部５４駆動パルス発生部５５ＯＮ／ＯＦＦ切換え部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ（０以外の自然数）相ステッピング・
モータのＮ個のコイルに所定の励磁期間に電流を供給し
て、他の期間は各コイルに前記電流を供給せずに、前記
励磁期間と他の期間を一定の周期で交互に繰り返して所
定の励磁パターンで前記各コイルを励磁するＰＷＭ手段
を備えたモータ駆動装置において、前記励磁期間と前記一定周期の比率が、前記Ｎ相ステッ
ピング・モータが所定の励磁状態位置から次の励磁状態
位置に移動する際の回転角度とＮの値の関数となるよう
に前記比率を設定する設定手段と、前記設定した比率に応じた前記励磁期間に前記ＰＷＭ手
段が前記各コイルを励磁することで前記Ｎ相ステッピン
グ・モータを前記所定の励磁状態位置と前記次の励磁状
態位置の間で分割駆動する駆動手段とを備えたことを特
徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】請求項１において、前記設定手段は、前
記回転角度をθ、前記励磁期間をＴ１、前記周期をＴ２
として、cos（π／（２＊Ｎ）−θ）／cos（π／（２＊
Ｎ））に前記比率（Ｔ１／Ｔ２）を設定することを特徴
とするモータ駆動装置。
【請求項３】請求項１において、前記駆動手段は、前記所定の励磁状態位置と前記次の励
磁状態位置の間で一定期間毎に分割数Ｐにしたがった前
記分割駆動を行い、前記所定の励磁状態位置からＭ番目
の位置における前記回転角度θが（π／Ｎ）＊Ｍ／Ｐと
なるように前記回転角度θを設定する角度設定手段を含
むことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】請求項２において、前記設定手段は、前記励磁期間Ｔ１を一定として前記周
期Ｔ２を変更することで前記比率の設定を行うことを特
徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】請求項２において、前記設定手段は、前記周期Ｔ２を一定として前記励磁期
間Ｔ１を変更することで前記比率の設定を行うことを特
徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】Ｎ（０以外の自然数）相ステッピング・
モータのＮ個のコイルに所定の励磁期間に電流を供給し
て、他の期間は各コイルに前記電流を供給せずに、前記
励磁期間と他の期間を一定の周期で交互に繰り返して所
定の励磁パターンで前記各コイルを励磁するＰＷＭ手段
を備えたモータ駆動装置のモータ駆動方法において、前記励磁期間と前記一定周期の比率が、前記Ｎ相ステッ
ピング・モータが所定の励磁状態位置から次の励磁状態
位置に移動する際の回転角度とＮの値の関数となるよう
に前記比率を設定する設定ステップと、前記設定した比率に応じた前記励磁期間に前記ＰＷＭ手
段によって前記各コイルを励磁することで前記Ｎ相ステ
ッピング・モータを前記所定の励磁状態位置と前記次の
励磁状態位置の間で分割駆動する駆動ステップとを備え
たことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項７】請求項６において、前記は設定ステップにおいて、記回転角度をθ、前記励
磁期間をＴ１、前記周期をＴ２として、cos（π／（２
＊Ｎ）−θ）／cos（π／（２＊Ｎ））に前記比率（Ｔ
１／Ｔ２）を設定することを特徴とするモータ駆動方
法。
【請求項８】請求項７において、前記駆動ステップにおいて、前記所定の励磁状態位置と
前記次の励磁状態位置の間で一定期間毎に分割数Ｐにし
たがった前記分割駆動を行い、前記所定の励磁状態位置
からＭ番目の位置における前記回転角度θが（π／Ｎ）
＊Ｍ／Ｐとなるように前記回転角度θを設定することを
特徴とするモータ駆動方法。
【請求項９】請求項７において、前記設定ステップにおいて、前記励磁期間Ｔ１を一定と
して前記周期Ｔ２を変更することで前記比率の設定を行
うことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項１０】請求項７において、前記設定ステップにおいて、前記周期Ｔ２を一定として
前記励磁期間Ｔ１を変更することで前記比率の設定を行
うことを特徴とするモータ駆動方法。