JP2001231299A

JP2001231299A - ステッピングモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2001231299A
Application number: JP2000036041A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsubara; 正彦松原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ステッピングモータ駆動装置の選定、機能設定
の容易化そして共用化による量産性向上及びリユース化
をはかる。【解決手段】相数、励磁方式の異なる複数の相信号発生
回路（７）を切換えるマルチプレクサ（８）の入力信号
元及び基準電圧発生器（６）の電圧を切換える信号元に
外部入力装置（１０）から送られたデータを用いる。例
えば、外部入力装置にパソコンを用いて、ステッピング
モータデータベース検索プログラムを用意し、選定ステ
ッピングモータのデータの一部を外部入力装置のデータ
としてリンクさせる。これに基づき、相信号の切換えが
行われるので、定電流駆動回路（２）の大部分、電流検
出抵抗器（４）、電圧比較器（５）、基準電圧発生器
（６）及び制御装置（１２）を共用しつつ、ステッピン
グモータに見合った駆動装置が容易に作り上げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分布】本発明は、ステッピングモ
ータ駆動装置に係り、相数、励磁方式、駆動電流を外部
からの指令で設定、変更することで、その機能を切換え
られるステッピングモータ駆動装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、相数は、駆動装置ごとに決定され
ており、励磁方式の切換え及び駆動電流値等の機能の変
更は装置内に設けられた切換えスイッチ或いはジャンパ
ー線の接続の変更等で行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機能を
決定する場合、駆動するステッピングモータとの関連で
カタログ或いは取扱説明書を見ながら、切換えスイッチ
の設定及びジャンパー線の接続を適切に行うことが必要
である。この作業は比較的面倒であり、誤設定の可能性
もありうる。

【０００４】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころの１つは、相数も切換えることを可能にすること
で、例えば２相ステッピングモータと３相ステッピング
モータ用の駆動装置を共用化することにある。そして、
もう１つの目的は、外部装置にパソコンを用いること
で、これにより検索されるデータベース化されたステッ
ピングモータの仕様データの中の、相数、励磁方式、駆
動電流値レベルの違い等をビット信号化した設定用デー
タを、パソコンのインターフェースを介して、駆動装置
の機能設定信号としておくることにより、誤りなく機能
を設定出来るようにするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるステッピングモータ駆動装置は、機
能の設定を切換えるディジタル回路の信号源にメモリの
各ビットをメモリスイッチとして用いることで、そのメ
モリスイッチの状態をインターフェースを介しパソコン
により書き換えて、その機能を切換えるものである。

【０００６】駆動装置はステッピングモータの仕様に合
わせて使うので、まず、ステッピングモータの仕様を調
べることからはじまる。ここで、ステッピングモータ各
機種ごとの仕様をデータベース化しておき、この中から
適合ステッピングモータをパソコンにて検索選定するプ
ログラムを用意しておく。

【０００７】適合ステッピングモータをデータベースの
中より検索するプログラムにおいて、相数、励磁方式及
び駆動電流のレベルの違いを、ワークメモリにビット信
号として入力する。

【０００８】上記検索プログラムにて得られたステッピ
ングモータ仕様としてのワークメモリ情報をステッピン
グモータ駆動装置機能決定プログラムの情報として受け
継ぐ。

【０００９】ステッピングモータ駆動装置機能決定プロ
グラムで、上記ワークメモリ情報をパソコンのシリアル
インターフェース等を介して、ステッピングモータ駆動
装置内のメモリスイッチとしての記憶装置を書き換え
る。

【００１０】ステッピングモータ駆動装置のメモリスイ
ッチの内容を、制御装置のパラレルＩ／Ｏポートを介
し、マルチプレクサ及び基準電圧発生器に送ることで、
ステッピングモータ駆動装置の機能を切換え設定する。

【００１１】

【発明の実施形態】発明の実施の形態について図面を参
照して説明する。図１において、各相コイル（１）に流
れる電流を一定に保つ定電流駆動回路（２）を構成する
出力段トランジスタ（３）は、それぞれ交互にオン、オ
フすることにより、各相コイル（１）の通電方向が変わ
る。

【００１２】そして、ステッピングモータの相数によ
り、各相コイル（１）と出力段トランジスタ（３）の組
み合わせを変えなければならない。ステッピングモータ
としては、２相と３相のバイポーラ駆動方式のいずれか
を駆動できるようにする。

【００１３】このとき、２相ステッピングモータは２相
励磁方式か１―２相励磁方式を選び、３相ステッピング
モータは２相励磁方式で駆動するような装置を考えてい
る。そこで、制御装置（１２）で生成した駆動周波数ｆ
を入力として、相信号を発生する２相２相励磁信号発生
回路、２相１―２相励磁信号発生回路及び３相２相励磁
信号発生回路等の相信号発生回路（７）を用意し、その
出力をマルチプレクサ（８）で切換えることにより、出
力段トランジスタ（３）のベースに入力する。この結
果、出力段トランジスタ（３）は組み合わせを変えるこ
とができ、定められた励磁方式で各相コイル（１）を通
電する。

【００１４】各相コイル（１）の通電電流は電流検出抵
抗器（４）を流れ、該電流検出抵抗器（４）に生ずる電
圧と複数の基準電圧を切換えて発生する基準電圧発生器
（６）の出力電圧を電圧比較回路（５）に入力し比較す
る。該電圧比較回路（５）出力で定電流駆動回路（２）
を制御することで、ステッピングモータを電流値を切換
えて定電流駆動させる。

【００１５】上述した、マルチプレクサ（８）と基準電
圧発生器（６）の切換えは、切換え信号を保存する記憶
装置（９）の内容に基づき、相切換信号Ｃ７、励磁方式
切換信号Ｃ６及び基準電圧発生器電圧変更信号Ｃ０、Ｃ
１、Ｃ２を制御装置（１２）にて切換えて、該マルチプ
レクサ（８）と該基準電圧発生器（６）に入力すること
で行う。ところで、相切換信号Ｃ７、励磁方式切換信号
Ｃ６及び基準電圧発生器電圧変更信号Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２
は、該制御装置（１２）を使用せず、電位を切換えるス
イッチで直接入力することも可能である。

【００１６】該記憶装置（９）の内容は、制御装置（１
２）にて制御されるインターフェース（１１）を介し、
外部入力装置（１０）により書き換えることで行ってい
る。

【００１７】図２は、相信号発生回路（７）、マルチプ
レクサ（８）と電流検出抵抗器（４）、該電流検出抵抗
器（４）に生じるフィードバック電圧Ｖｆｂと基準電圧
Ｖｒｅｆを入力とする、電圧比較回路（５）のコンパレ
ータ（５１）を含めた定電流駆動回路（２）の結線図で
ある。各相コイル（１―１）〜（１―５）に通電する定
電流駆動回路（２）の出力段トランジスタ（３）のトラ
ンジスタ（３１）〜（３８）は、バイポーラ型ステッピ
ングモータを駆動するため、プシュプルＯＴＬ接続にな
っている。電源（２０５）は各相コイル（１―１）〜
（１―５）に電流を供給する。

【００１８】励磁方式切換信号Ｃ６によって切換えられ
た、前段マルチプレクサ（８）の出力である２相ステッ
ピングモータの励磁信号a・ｂ・ｃ・ｄと３相２相励磁
信号発生回路（７）の出力Ｕ・Ｕ′・Ｖ・Ｖ′・Ｗ・
Ｗ′及びハイレベル“Ｈ”、ローレベル“Ｌ”を相切換
信号Ｃ７で切換えて後段マルチプレクサ（８）から出力
する。この後段マルチプレクサ（８）出力Ｍ１〜Ｍ８
を、論理和回路（２０１）〜（２０４）を介し或いは直
接、出力段トランジスタ（３１）〜（３８）のベースに
入力することで、該出力段トランジスタのオン・オフモ
ードが変化して、２相２相、２相１―２相或いは３相２
相励磁用のステッピングモータ駆動装置に切換えられ
る。

【００１９】例えば、２相駆動の場合、出力段トランジ
スタ（３１）がオン、（３２）がオフ、（３４）がオ
ン、（３３）がオフのとき、コイル（１−１）には図面
上で上から下に電流が流れる。また、出力段トランジス
タ（３３）がオン、（３４）がオフ、（３２）がオン、
（３１）がオフのとき、コイル（１−１）には図面上で
下から上に電流が流れる。コイル（１−２）側も同様な
動作となる。

【００２０】そして、３相駆動の場合、出力段トランジ
スタ（３１）がオン、（３２）がオフ、（３６）がオ
ン、（３５）がオフで、（３３）（３４）共にオフのと
き、コイル（１−３）からコイル（１−５）の方向で電
流が流れる。また、出力段トランジスタ（３５）がオ
ン、（３６）がオフ、（３２）がオン、（３１）がオフ
で、（３３）（３４）共にオフのとき、コイル（１−
５）からコイル（１−３）の方向で電流が流れる。コイ
ル（１−３）−コイル（１−４）及びコイル（１−４）
−コイル（１−５）の組み合わせでも同様な動作とな
る。なお、後段マルチプレクサ（８）の出力Ｍ７が
“Ｈ”レベル、Ｍ８が“Ｌ”レベルになるので、出力
段トランジスタ（３７）（３８）はオフのままである。

【００２１】図３は、電圧比較回路（５）及び基準電圧
発生器（６）の結線図を示す。図４は基準電圧発生器入
力―定電流駆動回路出力電流の相関関係を示す。次に、
３種類の相信号発生回路（７）とその出力波形を示す。
図５は、２相２相励磁信号発生回路の結線図（ａ）及び
出力波形（ｂ）を示し、図６は、２相１―２相励磁信号
発生回路の結線図（ａ）及び出力波形（ｂ）を示し、図
７は、３相２相励磁信号発生回路の結線図（ａ）及び出
力波形（ｂ）を示す。図８は、マルチプレクサ（８）の
結線図を示す。図９は、制御装置（１２）内の相・励磁
方式・基準電圧切換え及び外部入力装置との通信制御回
路ブロック図を示す。第１０図は、外部入力装置（１
０）にパソコンを用いたとき、検索選定プログラムによ
り選定した、ステッピングモータ仕様のモニタ画面を示
す。

【００２２】適合ステッピングモータをデータベースの
中より検索するプログラムにおいて、相数、励磁方式及
び駆動電流のレベルの違いを、一時記憶保存するＲＡＭ
上のある番地であるワークメモリまたはＣＰＵのレジス
タに、ビット信号として入力保存する。例えば、第７ビ
ット目において２相は“Ｈ”で３相は“Ｌ”、第６ビッ
ト目では、２相励磁は“Ｈ”で１―２相励磁は“Ｌ”、
第０〜２ビットにおいて駆動電流２Ａは“ＬＬＬ”で
０．４１Ａは“ＨＨＨ”のようにする。

【００２３】ここで、第１０図の検索選定プログラムに
より選定したステッピングモータ仕様を例にとると、相
数は２相、励磁方式は２相励磁そしてモータ駆動電流Ｉ
ｍは１．３２Ａなので図４の相関関係から、ワークメモ
リまたはレジスタのビットは、７：Ｈ、６：Ｈ、２：
Ｌ、１：Ｈ、０：Ｈとなる。

【００２４】図１０の画面上のＯＫボタンをマウスでク
リックすることで、図９のＲＯＭ（１２４）書き込まれ
たステッピングモータ駆動装置機能決定プログラムで、
上記ワークメモリまたはレジスタ情報を、図９のシリア
ルＩ／Ｏ（１２３）ポートから通信で取り込み、ＲＡＭ
（１２５）内のメモリスイッチとしての番地を、前記ワ
ークメモリまたはレジスタと同内容に書き換える。図１
０のキャンセルボタンをクリックしたときは、ステッピ
ングモータの検索選定をやり直す。なお、パソコンのプ
ログラムは検索選定プログラムの他に、機能決定プログ
ラム等の別プログラムに置き換えることも可能である。

【００２５】図９のＲＡＭ（１２５）内のメモリスイッ
チの内容を、制御装置のパラレルＩ／Ｏポート（１２
６）を介し、６、７ビットについては相及び励磁方式切
換え用マルチプレクサの切換信号Ｃ６、Ｃ７として出力
し、０〜２ビットについては基準電圧発生器の電圧変更
信号Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２として出力する。なお、ＣＰＵ
（１２２）は、データ・アドレスバス（１２１）を介
し、シリアルＩ／Ｏポート（１２３）、ＲＯＭ（１２
４）、ＲＡＭ（１２５）、パラレルＩ／Ｏポート（１２
６）を制御する。また、ＣＰＵのＣＬＯＣＫ周波数を分
周器（１２７）で分周して駆動周波数ｆを生成してい
る。

【００２６】図５（ａ）において、論理積回路（７０
１）（７０２）と否定回路（７０３）で回転方向切換信
号ＳＷにより切換えられた駆動周波数ｆが、論理積回路
（７０４）〜（７０７）と（７０９）〜（７１２）、論
理和回路（７０８）（７１３）、フリップフロップ回路
（７１４）（７１５）で構成された２相２相励磁信号発
生回路に入力され、２相２相励磁信号出力波形が図５
（ｂ）の様に出力端Ａ・Ａ′・Ｂ・Ｂ′より得られる。

【００２７】図６（ａ）において、回転方向切換信号Ｓ
Ｗと駆動周波数ｆが、否定回路（７２２）、論理積回路
（７２４）（７２５）（７２７）（７２８）（７３０）
〜（７３５）（７３７）（７３８）（７４０）（７４
１）（７４４）（７４６）（７４８）（７５０）（７５
２）（７５３）（７５５）（７５６）（７５８）（７５
９）（７６１）（７６２）、論理和回路（７２６）（７
２９）（７３６）（７３９）（７４５）（７４７）（７
４９）（７５１）（７５４）（７５７）（７６０）（７
６３）、フリップフロップ回路（７２１）（７２３）
（７４２）（７４３）で構成された２相１―２相励磁信
号発生回路に入力され、２相１―２相励磁信号出力波形
が図６（ｂ）の様に出力端Ａ・Ｃ・Ｂ・Ｄより得られ
る。

【００２８】図７（ａ）において、リセット信号Ｒを
“Ｈ”レベルにして、駆動周波数ｆが、否定回路（７７
１）、論理積回路（７７２）（７０２）（７９０）〜
（７９２）、否定論理和回路（７７３）〜（７８０）
（７８４）（７８９）、Ｄ−フリップフロップ回路（７
８１）〜（７８３）（７８５）〜（７８７）で構成され
た３相２相励磁信号発生回路に入力され、３相２相励磁
信号出力波形が図７（ｂ）の様に出力端Ｕ・Ｕ′・Ｖ・
Ｖ′・Ｗ・Ｗ′より得られる。

【００２９】上記のようにして得られた励磁信号のう
ち、２相２相励磁信号Ａ・Ａ′・Ｂ・Ｂ′、と２相１―
２相励磁信号Ａ・Ｃ・Ｂ・Ｄを、図８の否定回路（８０
４）（８０８）（８１２）（８１６）、論理積回路（８
０１）（８０２）（８０５）（８０６）（８０９）（８
１０）（８１３）（８１４）、論理和回路（８０３）
（８０７）（８１１）（８１５）で構成された前段のマ
ルチプレクサに入力し、２相励磁切換信号Ｃ６を“Ｈ”
にすると、マルチプレクサ前段出力ａ・ｂ・ｃ・ｄはＡ
・Ａ′・Ｂ・Ｂ′となる。そして、２相励磁切換信号Ｃ
６を“Ｌ”にすると、マルチプレクサ前段出力ａ・ｂ・
ｃ・ｄはＡ・Ｃ・Ｂ・Ｄとなる。

【００３０】一方、図８の否定回路（８２４）（８２
８）（８３２）（８３６）（８４０）（８４４）（８４
８）（８５２）、論理積回路（８２１）（８２２）（８
２５）（８２６）（８２９）（８３０）（８３３）（８
３４）（８３７）（８３８）（８４１）（８４２）（８
４５）（８４６）（８４９）（８５０）、論理和回路
（８２３）（８２７）（８３１）（８３５）（８３９）
（８４３）（８４７）（８５１）で構成された後段のマ
ルチプレクサには、先に得られたマルチプレクサ前段出
力ａ・ｂ・ｃ・ｄと３相２相励磁信号Ｕ・Ｕ′・Ｖ・
Ｖ′・Ｗ・Ｗ′及びハイレベル“Ｈ”、ローレベル
“Ｌ”を入力し、相切換信号Ｃ７で切換える。相切換信
号Ｃ７を“Ｈ”にすると、マルチプレクサ後段出力Ｍ１
〜Ｍ８はａ・ａ・ｂ・ｂ・ｃ・ｃ・ｄ・ｄとなり、相切
換信号Ｃ７を“Ｌ”にすると、マルチプレクサ後段出力
Ｍ１〜Ｍ８はＵ・Ｕ′・Ｖ・Ｖ′・Ｗ・Ｗ′・“Ｈ”・
“Ｌ”となる。ここで、“Ｈ”、“Ｌ”レベル出力は、
３相２相駆動時に図２における出力トランジスタ（３
７），（３８）をオフにする。

【００３１】先に説明したように、図２において、マル
チプレクサ後段出力Ｍ１〜Ｍ８が、論理和回路（２０
１）〜（２０４）の一端を経由し或いは直接、出力段ト
ランジスタ（３１）〜（３８）のベースに入力されるの
で、出力段トランジスタ（３１）〜（３８）は前記マル
チプレクサの相切換信号Ｃ６、Ｃ７の違いにより、２相
２相励磁、２相１―２相励磁または３相２相励磁モード
で動作する。従って、２相バイポーラステッピングモー
タの場合は、実線で示したようにコイル（１―１）（１
―２）を接続し、３相バイポーラステッピングモータの
場合は、破線で示したようにコイル（１―３）〜（１―
５）を接続する。

【００３２】いずれの場合でも、ステッピングモータ駆
動電流Ｉｍは電流検出抵抗器（４）に流れる。ここに生
じるフィードバック電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆをコ
ンパレータ（５１）で比較すると、ステッピングモータ
駆動電流Ｉｍの大小により、電圧比較回路（５）のコン
パレータ（５１）の出力Ｖｃｏの出力パルスのデューテ
ィーも大小に変化する。このコンパレータ（５１）の出
力Ｖｃｏを論理和回路（２０１）〜（２０４）の他の一
端に入力することで、ステッピングモータ駆動電流Ｉｍ
を一定に制御できる。

【００３３】ステッピングモータ駆動電流Ｉｍを変える
には、図３の基準電圧発生器の回路において、トランジ
スタ（６１）、（６２）、（６３）のベースに加える基
準電圧発生器電圧変更信号Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２を図４のよ
うに変えることにより、抵抗器（Ｒ１）〜（Ｒ５）にお
ける分圧比が変わるので、電圧比較回路のコンパレータ
（５１）の入力である、電源（６４）の電圧が分圧され
た基準電圧Ｖrefが変わる結果、図４のような値のステ
ッピングモータ駆動電流Ｉｍに切換えられる。

【００３４】以上のような各部の動作により、ステッピ
ングモータ駆動装置の機能は、図10の仕様の２相２相励
磁、ステッピングモータ駆動電流は１．３２［Ａ］に設
定できた。

【００３５】なお、３相ステッピングモータは２相励磁
方式のみの例示であったが、図８のマルチプレクサを一
部変更することで、２―３相励磁方式も加えることは可
能である。また、ユニポーラ駆動方式や多相のステッピ
ングモータへの対応も励磁信号発生回路、マルチプレク
サや定電流駆動回路等を追加することで可能である。そ
して、始動周波数、駆動周波数及び立ち上げ時間をあら
かじめ設定できるよに、パソコン及び制御装置のプログ
ラムを組めば、ステッピングモータが起動し易いように
駆動周波数ｆを変えられるので、用途によっては使い勝
手が更に向上する。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上述の通り構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００３７】ステッピングモータ駆動装置においては、
パソコンを応用し、ステッピングモータのデータベース
の中から適合機種を選定するプログラムを用意し、選定
されたステッピングモータに合うように、その駆動装置
の機能を変えられるハードとソフトを備えているので、
１つの駆動装置で多機種のステッピングモータに対応で
きる。従って、ステッピングモータをカタログ本の中か
ら選び、更に、このステッピングモータに見合った駆動
装置を選定し、マニュアルを見ながらスイッチを切換え
て、ミスなく機能を設定する作業からの開放がはかれる
し、共用化による量産効果で、コストの低減、在庫の圧
縮、短納期化及びリユースが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステッピングモータ駆動装置ブロック図であ
る。

【図２】定電流駆動回路の結線図である。

【図３】基準電圧発生器及び電圧比較回路の結線図であ
る。

【図４】基準電圧発生器入力―定電流駆動回路出力電流
の相関関係である。

【図５】２相２相励磁信号発生回路の結線図及び出力波
形である。

【図６】２相１―２相励磁信号発生回路の結線図及び出
力波形である。

【図７】３相２相励磁信号発生回路の結線図及び出力波
形である。

【図８】マルチプレクサの結線図である。

【図９】制御回路ブロック図である。

【図１０】検索プログラムによる選定ステッピングモー
タ仕様のモニタ画面である。

【符号の説明】

１各相コイル２定電圧駆動回路３出力段トランジスタ４電流検出抵抗器５電圧比較回路６基準電圧発生器７相信号発生回路８マルチプレクサ９記憶装置１０外部入力装置１１インターフェース１２制御装置

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月５日（２００１．２．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相数、励磁方式の異なる複数の相信号発生
回路（７）と、該相信号発生回路（７）の出力をレベル
信号で切換えるマルチプレクサ（８）と、該マルチプレ
クサ（８）の出力を定電流駆動回路（２）を構成する出
力段トランジスタ（３）の入力端子に直接及び間接に加
え、異なる相数、励磁方式の各相コイル（１）の駆動用
出力段トランジスタ（３）として一部または全部を共用
することを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】前記レベル信号は、ディジタル回路、アナ
ログ回路及びスイッチ切換え回路で生じる電気信号であ
ることを特徴とする請求項１に記載したステッピングモ
ータ駆動装置。
【請求項３】各相コイル（１）に流れる電流を一定に
保つ定電流駆動回路（２）の一部の出力段トランジスタ
（３）を共用し、電流検出抵抗器（４）に生ずる電圧と
基準電圧とを比較する電圧比較回路（５）と、該定電流
駆動回路（２）の電流値を変更するための複数の基準電
圧を切換えて発生する基準電圧発生器（６）と、相数、
励磁方式の異なる複数の相信号発生回路（７）と、該相
信号発生回路（７）の出力端子を該出力段トランジスタ
（３）の入力端子に切換えて接続するマルチプレクサ
（８）と、該基準電圧発生器（６）及び該マルチプレク
サ（８）の切換え信号を保存する記憶装置（９）と、該
記憶装置（９）の状態を外部入力装置（１０）により切
換えるためのインターフェース（１１）と、記憶装置
（９）の状態に基づき切換え信号を発生し、インターフ
ェースを制御する制御装置（１２）を備えたことを特徴
とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】前記外部入力装置（１０）は、各種ステッ
ピングモータのデータベースを保管し、適合ステッピン
グモータを検索するプログラムが組み込まれたパソコン
であることを特徴とする請求項３に記載のステッピング
モータ駆動装置。
【請求項５】前記外部入力装置（１０）、インターフェ
ース（１１）、記憶装置（９）及び制御装置（１２）の
構成が、スイッチを含んだディジタル回路及びアナログ
回路または電位を切換えるスイッチ切換え回路であるこ
とを特徴とする請求項３に記載のステッピングモータ駆
動装置。