JP2002272189A

JP2002272189A - マイクロステップ駆動装置及びその駆動方法及びそれを用いたステッピングモータ装置

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Publication number: JP2002272189A
Application number: JP2001065214A
Authority: JP
Inventors: Takashi Urano; 高志浦野; Kazunobu Mishima; 和宜三嶋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、車載用の指針式メータ等に用いられ
るステッピングモータ装置及びそれに用いるマイクロス
テップ駆動装置及びその駆動方法に関し、高速回転する
ステッピングモータの起動特性を改善できるマイクロス
テップ駆動装置及びその駆動方法及びそれを用いたステ
ッピングモータ装置を提供することを目的とする。【解決手段】基本ステップ角を分割数ｎで微小ステップ
角に分割し、励磁コイル２８、４４に流す励磁電流を所
定のステップ時間幅で微小ステップ角毎に段階的に変化
させてステッピングモータを駆動するマイクロステップ
駆動方法であって、検出部４８からの回転要求に基づい
て決定されたステップ数のうち、起動当初の所定ステッ
プ数分は第１のステップ時間幅ｔｗ１で駆動し、その後
のステップ数分は第１のステップ時間幅と異なる第２の
ステップ時間幅ｔｗ２で駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車載用の指針式メ
ータ等に用いられるマイクロステップ駆動装置及びその
駆動方法及びそれを用いたステッピングモータ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータの駆動方式には、１
相励磁、２相励磁、１−２相励磁及びマイクロステップ
等がある。多極（例えば１０極）に着磁されたＰＭ（Ｐ
ｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）式のロータと、Ａ
相、Ｂ相の２つの励磁コイルとを備えたステッピングモ
ータは、基本ステップ角を基準として回転する。ステッ
ピングモータは、方形波駆動である１相励磁、２相励磁
及び１−２相励磁の駆動方式を用いると、回転時の振動
及び騒音が大きくなってしまうという欠点を有してい
る。特に、ステッピングモータを車載用の指針式メータ
に用いると、指示針が滑らかに動作しないという不具合
が生じる。そこで、ステッピングモータの基本ステップ
角を細分化し、低振動、低騒音で駆動できるマイクロス
テップ駆動方式が開発された。

【０００３】特開平７−１４３７９７号公報（以下、文
献１という）には、回転指令信号が入力されると予め読
み出し専用メモリ（ＲＯＭ；ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅ
ｍｏｒｙ）に格納されているロータ回転角と駆動信号波
形との関係に基づき、疑似三角関数波形をなす駆動信号
を出力する入力制御回路と、ステッピングモータの各励
磁コイルに接続された励磁回路とから構成されたステッ
ピングモータ用マイクロステップ駆動装置が開示されて
いる。励磁回路は、各励磁コイルに対応した駆動信号を
電流増幅して励磁コイルの一端に供給するとともに、駆
動信号を波形反転して得られた反転信号を電流増幅して
励磁コイルの他端に供給している。また、励磁回路によ
り、入力制御回路からの駆動信号を励磁コイルの励磁電
流に直接変換するため、励磁電流の波形再現性の精度及
び信頼性の高いステッピングモータ用マイクロステップ
駆動装置が実現できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】入力制御回路は、外部
から時計方向（ＣＷ）／反時計方向（ＣＣＷ）パルス信
号が入力されると、アップ・ダウン（Ｕ／Ｄ）カウンタ
とラッチ回路とにより、予めＲＯＭに記憶されたマイク
ロステップ用駆動信号波形をマイクロステップ時間幅
（１区域）毎に変化させて出力する。しかしながら、車
載用スピードメータやタコメータ等のように、指示針が
高速動作するメータに用いられる高速回転用のステッピ
ングモータでは、ステップ時間幅が相対的に短くなるた
め、駆動開始時の励磁電流にロータが追従できず、数パ
ルス分（数ステップ時間幅分）飛ばしてしまう跳躍現象
が生じる。そのため、モータを所望の位置で停止させる
ことが困難になるという問題を有している。

【０００５】また、文献１に開示されたステッピングモ
ータ用マイクロステップ駆動装置は、駆動信号の一方を
電流増幅して励磁コイルの一端に供給するとともに、他
方を波形反転して得られた反転信号を電流増幅して励磁
コイルの他端に供給しているため、励磁回路が複雑にな
るという問題を有している。

【０００６】さらに、車載用メータのうち、跳躍現象が
生じるおそれのある高速回転用のステッピングモータ装
置と、燃料計や温度（水温）計等の低速動作するメータ
に用いられる低速回転用のステッピングモータ装置とは
異なるハードウェア構成を有しており、別々のハードウ
ェアを作製する分だけコスト高になってしまうという問
題を有している。

【０００７】本発明の目的は、高速回転するステッピン
グモータの始動時の特性（起動特性）を改善できるマイ
クロステップ駆動装置及びその駆動方法及びそれを用い
たステッピングモータ装置を提供することにある。ま
た、本発明の目的は、回路構成の簡単なマイクロステッ
プ駆動装置及びその駆動方法及びそれを用いたステッピ
ングモータ装置を提供することにある。

【０００８】さらに、本発明の目的は、共通のハードウ
ェア構成で種々の用途に適用できるマイクロステップ駆
動装置及びその駆動方法及びそれを用いたステッピング
モータ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基本ステッ
プ角を分割数ｎ（ｎは正の整数）で微小ステップ角に分
割し、各相の励磁コイルに流す励磁電流を所定のステッ
プ時間幅で前記微小ステップ角毎に段階的に変化させて
ステッピングモータを駆動するマイクロステップ駆動方
法であって、外部からの回転要求に基づいて決定され
た、前記基本ステップ角に対応するステップ数のうち、
起動当初の所定ステップ数分は第１のステップ時間幅で
駆動し、その後のステップ数分は前記第１のステップ時
間幅と異なる第２のステップ時間幅で駆動することを特
徴とするマイクロステップ駆動方法によって達成され
る。

【００１０】また、上記目的は、基本ステップ角を所定
の分割数で微小ステップ角に分割し、各相の励磁コイル
に流す励磁電流を所定のステップ時間幅で前記微小ステ
ップ角毎に段階的に変化させてステッピングモータを駆
動するマイクロステップ駆動装置であって、検出部から
の回転要求に基づいて決定された、前記基本ステップ角
に対するステップ数のうち、起動当初の所定ステップ数
分は起動時駆動波形に基づいて第１のステップ時間幅で
駆動し、その後のステップ数分は前記第１のステップ時
間幅と異なる第２のステップ時間幅で通常時駆動波形に
基づいて駆動する制御部と、前記起動時駆動波形及び前
記通常時駆動波形に基づいて、互いに位相の異なる複数
の励磁コイルを励磁する励磁回路とを有することを特徴
とするマイクロステップ駆動装置によって達成される。

【００１１】さらに、上記目的は、基本ステップ角を所
定の分割数で微小ステップ角に分割し、各相の励磁コイ
ルに流す励磁電流を所定のステップ時間幅で前記微小ス
テップ角毎に段階的に変化させてステッピングモータを
駆動するマイクロステップ駆動装置と、前記マイクロス
テップ駆動装置により励磁される互いに位相の異なる複
数の励磁コイルと、前記励磁コイルにより駆動されるロ
ータとを備えたステッピングモータとを有するステッピ
ングモータ装置であって、前記マイクロステップ駆動装
置として、請求項５又は６に記載のマイクロステップ駆
動装置を備えることを特徴とするステッピングモータ装
置によって達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態によるマイ
クロステップ駆動装置及びその駆動方法及びそれを用い
たステッピングモータ装置について図１乃至図１０を用
いて説明する。図１は、本実施の形態によるマイクロス
テップ駆動装置２及びそれを用いたステッピングモータ
装置の構成を示している。図１に示すように、マイクロ
ステップ駆動回路装置２は制御部４を有している。制御
部４は、中央処理装置（ＣＰＵ；ＣｅｎｔｒａｌＰｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）６、ＲＯＭ８（例えば容
量１ＫワードのＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌ
ｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅ
ａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ））、及び作業領域用の
ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ；Ｒａｎｄｏｍ
ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１０（例えば６４バイト）
とを有している。

【００１３】ＲＯＭ８には、後程図４及び図７を用いて
説明する駆動信号波形情報が格納されている。駆動信号
波形情報には、基本ステップ角を分割数ｎで分割した微
小ステップ角のステップ時間幅毎に、各相の励磁コイル
に印加すべき電圧レベルパターンが時系列データとして
含まれている。

【００１４】また、本マイクロステップ駆動装置は、駆
動するステッピングモータを高速回転用途又は低速回転
用途のいずれで用いるかを切替える速度切り替えスイッ
チ（不図示）を有しており、制御部４は電源投入時の当
該速度切り替えスイッチの状態により動作モードが切り
替わるようになっている。

【００１５】また、制御部４は、外部と情報の入出力を
行う入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ；Ｉｎｐｕｔ／Ｏ
ｕｔｐｕｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポートＲＡ０〜ＲＡ
７及びＲＢ０〜ＲＢ７の各端子部を有し、Ｉ／Ｏポート
ＲＡ０〜ＲＡ３は、検出部４８にパラレル接続されてい
る。制御部４は、例えばワンチップマイクロコンピュー
タで構成されている。また、制御部４の内部データバス
は８ビットである。

【００１６】Ｉ／ＯポートＲＢ０〜ＲＢ３の各端子部に
は、Ａ相用デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ；Ｄｉｇｉｔａ
ｌ／Ａｎａｌｏｇ）コンバータ１２が接続されている。
Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ１２はラダー回路を有してお
り、グラウンド側から抵抗値２Ｒ（例えば１５ｋΩ）の
抵抗１つと抵抗値Ｒ（例えば７．５ｋΩ）の抵抗３つが
直列に接続されている。Ｉ／ＯポートＲＢ０〜ＲＢ２の
それぞれは抵抗値２Ｒの抵抗素子を介して各抵抗間にタ
ップ接続されている。Ｉ／ＯポートＲＢ３は、ラダー回
路の出力端子に抵抗値２Ｒの抵抗を介して接続されてい
る。Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ１２は、制御部４のＩ／Ｏ
ポートＲＢ０〜ＲＢ３の端子から出力される４ビットの
デジタル信号をＤ／Ａ変換し、０〜５ボルト（Ｖ）のア
ナログ電圧として出力するようになっている。

【００１７】Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ１２の出力端子
は、電流増幅器であるオペアンプ１６の非反転入力端子
に接続されている。オペアンプ１６の出力端子は反転入
力端子に接続されてボルテージホロワ回路１８が構成さ
れている。オペアンプ１６の出力端子は、それぞれスイ
ッチング回路２０、２２の電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ；Ｆｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）Ｑ１、Ｑ３のドレイン端子に接続されている。

【００１８】スイッチング回路２０、２２には、ＦＥＴ
Ｑ１、Ｑ３と並列にダイオード２４、２６がそれぞれ配
置されている。ダイオード２４の順方向出力端子はＦＥ
ＴＱ１のドレイン端子に接続され、逆方向出力端子はＦ
ＥＴＱ１のソース端子に接続されている。また、ダイオ
ード２６の順方向出力端子はＦＥＴＱ３のドレイン端子
に接続され、逆方向出力端子はＦＥＴＱ３のソース端子
に接続されている。

【００１９】ＦＥＴＱ１のソース端子は、ステッピング
モータ３０のＡ相励磁コイル２８（例えばユニファイラ
巻き）の一端子に接続され、ＦＥＴＱ３のソース端子
は、ステッピングモータ３０のＡ相励磁コイル２８の他
端子に接続されている。

【００２０】また、スイッチング回路２１は、スイッチ
ング回路２０内と同様の配置構成のＦＥＴＱ２及びダイ
オード２５を有している。ＦＥＴＱ２のドレイン端子
は、ＦＥＴＱ１のソース端子に接続すると共にステッピ
ングモータ３０のＡ相励磁コイル２８の一端子に接続さ
れ、ソース端子は接地されている。同様にして、スイッ
チング回路２３は、スイッチング回路２２内と同様の配
置構成のＦＥＴＱ４及びダイオード２７を有している。
ＦＥＴＱ４のドレイン端子は、ＦＥＴＱ２のソース端子
に接続すると共にステッピングモータ３０のＡ相励磁コ
イル２８の他端子に接続され、ソース端子は接地されて
いる。ボルテージホロワ回路１８とスイッチング回路２
０、２１、２２、２３とでＡ相励磁回路が構成される。

【００２１】制御部４のＩ／ＯポートＲＡ４はスイッチ
ング回路２１、２２のＦＥＴＱ２、Ｑ３のゲート端子に
接続されている。また、Ｉ／ＯポートＲＡ５はスイッチ
ング回路２０、２３のＦＥＴＱ１、Ｑ４のゲート端子に
接続されている。ＦＥＴＱ２とＱ３のゲート端子にＦＥ
Ｔをオンにさせるゲート電圧が印加され、ＦＥＴＱ１と
Ｑ４のゲート端子にＦＥＴをオフにさせるゲート電圧が
印加されるとＡ相励磁電流がＡ相励磁コイル２８に流
れ、ＦＥＴＱ２とＱ３がオフ状態でＦＥＴＱ１とＱ４が
オン状態のときにＡ−相（“−”は逆相を示す）励磁電
流がＡ相励磁コイル２８に流れる。

【００２２】同様に、Ｉ／ＯポートＲＢ４〜ＲＢ７の各
端子部には、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１４が接続され、
Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１４の出力端子はボルテージホ
ロワ回路３４の非反転入力端子に接続されている。ま
た、ボルテージホロワ回路３４の出力端子は、それぞれ
スイッチング回路３６、３８のＦＥＴＱ５、Ｑ７のドレ
イン端子に接続されている。スイッチング回路３６、３
７、３８、３９の配置構成はスイッチング回路２０、２
１、２２、２３とそれぞれ同一なので説明は省略する。
スイッチング回路３６、３７、３８、３９とボルテージ
ホロワ回路３４とでＢ相励磁回路が構成されている。

【００２３】制御部４のＩ／ＯポートＲＡ６はスイッチ
ング回路３７、３８のＦＥＴＱ６、Ｑ７のゲート端子に
接続されており、Ｉ／ＯポートＲＡ７はスイッチング回
路３６、３９のＦＥＴＱ５、Ｑ８のゲート端子に接続さ
れている。ＦＥＴＱ５とＱ８のゲート端子にＦＥＴをオ
ンにさせるゲート電圧が印加され、ＦＥＴＱ６とＱ７の
ゲート端子にＦＥＴをオフにさせるゲート電圧が印加さ
れるとＢ相励磁電流がＢ相励磁コイル４４に流れ、ＦＥ
ＴＱ５とＱ８がオフ状態でＦＥＴＱ６とＱ７がオン状態
のときにＢ−相励磁電流がＢ相励磁コイル４４に流れ
る。

【００２４】次に、本実施の形態によるマイクロステッ
プ駆動装置及びそれを用いたステッピングモータ装置の
動作について図１及び図２を用いて説明する。まず、各
Ｉ／Ｏポートの初期設定として、Ｉ／ＯポートＲＡ０〜
ＲＡ３（４ビット）を入力側に設定し、Ｉ／ＯポートＲ
Ａ４〜ＲＡ７（４ビット）及びＩ／ＯポートＲＢ０〜Ｒ
Ｂ７（８ビット）を出力側に設定する。

【００２５】検出部４８は、検出した情報を制御部４の
Ｉ／ＯポートＲＡ０〜ＲＡ３に例えば４ビットパラレル
データとして出力する。出力される情報は、例えばステ
ップ数情報、波形パターン情報、タイマ定数（ステップ
時間幅）情報、ＣＷ／ＣＣＷ情報である。

【００２６】ステップ数情報には、例えば指針式メータ
の指示針の目標回転角度情報が含まれている。ステッピ
ングモータ３０のロータ４６と指針式メータとの間に介
在する減速歯車列等を考慮しつつ、当該ステップ数情報
に基づき、基本ステップ角を基準としたステッピングモ
ータ３０のロータ４６のステップ数が決定される。

【００２７】波形パターン情報は、基本ステップ角αを
分割数ｎ（ｎは正の整数）で微小ステップ角（＝α／
ｎ）に分割する際の、当該分割数ｎに関する情報を含ん
でいる。

【００２８】タイマ定数情報には、例えば指針式メータ
の指示針の回転速度情報が含まれている。タイマ定数情
報には、各相の励磁コイルに流す励磁電流を微小ステッ
プ角毎に所定のステップ時間幅で段階的に変化させてス
テッピングモータ３０のロータ４６を駆動する際の、当
該所定のステップ時間幅を決定する情報が含まれてい
る。

【００２９】ＣＷ／ＣＣＷ情報は、例えば指針式メータ
の指示針の回転方向を示しており、ロータ４６と指針式
メータとの間に介在する減速歯車列と当該情報とに基づ
いて、ロータ４６の回転方向が決められる。

【００３０】検出部４８から入力情報がＩ／ＯポートＲ
Ａ０〜ＲＡ３に出力されると、ＣＰＵ６は、各情報を一
旦ＲＡＭ１０に格納する。次にＣＰＵ６は、入力された
波形パターン情報とＲＯＭ８に記憶されている駆動信号
波形情報（図４及び図７参照）とに基づいて、Ｉ／Ｏポ
ートＲＢ０〜３からＡ相用Ｄ／Ａコンバータ１２に４ビ
ットのデジタル信号を駆動信号として出力し、Ｉ／Ｏポ
ートＲＢ４〜７からＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１４に４ビ
ットのデジタル信号を駆動信号として出力する。なお、
ＣＰＵ６は、入力されたステップ数が予め設定された所
定の最少ステップ数より少ないと判断したら、メータの
指示針のふらつきを防ぐため駆動信号を出力しないよう
になっている。

【００３１】Ａ相、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１２、１４
は、入力された４ビットのデジタル信号をＤ／Ａ変換し
て０〜５Ｖのアナログ電圧Ｖ₀としてそれぞれ出力す
る。図２は、入力されたデジタル信号に対してＡ相用Ｄ
／Ａコンバータ１２あるいはＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１
４が出力するアナログ電圧Ｖ₀の例を示している。Ａ
相、Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１２、１４は、Ｉ／Ｏポー
トＲＢ０〜ＲＢ３及びＩ／ＯポートＲＢ４〜ＲＢ７がそ
れぞれ４ビットであれば、最大１６段階のアナログ電圧
Ｖ₀を出力できる。図２では、アナログ電圧Ｖ₀が整数値
の場合のＩ／ＯポートＲＢ０〜ＲＢ３及びＩ／Ｏポート
ＲＢ４〜ＲＢ７の各ビットの値を示している。

【００３２】Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ１２から出力され
たアナログ電圧Ｖ₀は、ボルテージホロワ回路１８及び
スイッチング回路２０、２１、２２、２３を介してＡ相
励磁コイル２８に印加され、アナログ電圧Ｖ₀に応じた
励磁電流がＡ相励磁コイル２８に流れる。同様に、Ｂ相
用Ｄ／Ａコンバータ１４から出力されたアナログ電圧Ｖ
₀は、ボルテージホロワ回路３４及びスイッチング回路
３６、３７、３８、３９を介してＢ相励磁コイル４４に
印加され、アナログ電圧Ｖ₀に応じた励磁電流がＢ相励
磁コイル４４に流れる。

【００３３】また、ＣＰＵ６は、入力された波形パター
ン情報とＲＯＭ８に記録された駆動信号波形情報（図４
及び図７参照）とに基づいて、Ｉ／ＯポートＲＡ４、Ｒ
Ａ５からＦＥＴＱ１〜Ｑ４をスイッチングさせるオン／
オフ信号を各ゲート端子に出力する。Ｉ／ＯポートＲＡ
４からＦＥＴＱ２、Ｑ３のゲート端子にオン信号が出力
され、Ｉ／ＯポートＲＡ５からＦＥＴＱ１、Ｑ４のゲー
ト端子にオフ信号が出力されると、Ａ相励磁コイル２８
の両端間には図中右から左へ向かう電流が流れ、ステッ
ピングモータ３０はＡ相励磁で駆動される。一方、Ｉ／
ＯポートＲＡ４からＦＥＴＱ２、Ｑ３のゲート端子にオ
フ信号が出力され、Ｉ／ＯポートＲＡ５からＦＥＴＱ
１、Ｑ４のゲート端子にオン信号が出力されると、Ａ相
励磁コイル２８の両端間には図中左から右へ向かう電流
が流れ、ステッピングモータ３０はＡ−相励磁で駆動さ
れる。

【００３４】同様に、Ｉ／ＯポートＲＡ６、ＲＡ７から
ＦＥＴＱ５〜Ｑ８をスイッチングさせるオン／オフ信号
を各ゲート端子に出力する。Ｉ／ＯポートＲＡ６からＦ
ＥＴＱ６、Ｑ７のゲート電極へオン信号が出力され、Ｉ
／ＯポートＲＡ７からＦＥＴＱ５、Ｑ８のゲート端子に
オフ信号が出力されると、Ｂ相励磁コイル４４の両端間
には図中下から上へ向かう電流が流れ、ステッピングモ
ータ３０はＢ相励磁で駆動される。一方、Ｉ／Ｏポート
ＲＡ７からＦＥＴＱ５、Ｑ８のゲート端子にオン信号が
出力され、Ｉ／ＯポートＲＡ６からＦＥＴＱ６、Ｑ７の
ゲート電極へオフ信号が出力されると、Ｂ相励磁コイル
４４の両端間には図中上から下へ向かう電流が流れ、ス
テッピングモータ３０はＢ−相励磁で駆動される。

【００３５】次に、本実施の形態によるマイクロステッ
プ駆動装置の駆動方法について、図３乃至図１０を用い
てより具体的に説明する。図３は、本実施の形態による
マイクロステップ駆動装置の駆動方法を示すフローチャ
ートである。図３に示すように、まず制御部４のＩ／Ｏ
ポートＲＡ０〜ＲＡ７の初期設定として、ポートＡのＲ
Ａ０〜ＲＡ３（４ビット）を入力側に、ポートＡのＲＡ
４〜ＲＡ７（４ビット）及びポートＢのＲＢ０〜ＲＢ７
（８ビット）を出力側に設定する（ステップＳ１）。次
に、検出部４８からステップ数Ｓｔ１（例えば１８０ス
テップ）、タイマ定数ｔ（例えば０．５ｍｓｅｃ）、波
形パターン情報（例えば、５６分割）、ＣＷ／ＣＣＷ情
報（例えば、ＣＷ）が入力されると（ステップＳ２）、
ステップ数Ｓｔ１（＝１８０）とタイマ定数ｔ（＝０．
５ｍｓｅｃ）とを作業用ＲＡＭ１０に格納する（ステッ
プＳ３、Ｓ４）。

【００３６】次に、ステップ数Ｓｔ１（＝１８０）を予
めＲＯＭ８内に記憶してある最少ステップ数Ｓｔｍｉｎ
（例えば１０ステップ）と比較する（ステップＳ５）。
ステップ数Ｓｔ１が最少ステップ数Ｓｔｍｉｎ未満であ
れば、ステップＳ２に戻って、検出部４８から所定のタ
イミングで順次送出されてくる情報の次データの入力を
受け付ける。ステップ数Ｓｔ１が最少ステップ数Ｓｔｍ
ｉｎ以上であればステップＳ６に移行して、ステッピン
グモータ３０を低速回転メータに用いるのか高速回転メ
ータに用いるのかを判断する。

【００３７】ステッピングモータ３０が燃料計や温度計
等の低速回転メータに用いられるのであればＮ２分割サ
ブルーチンへ進む（ステップＳ７）。ステッピングモー
タ３０がスピードメータやタコメータ等の高速回転メー
タに用いられるのであれば高速用サブルーチンへ進む
（ステップＳ９）。本例ではまず、不図示の速度切り替
えスイッチにより、ステッピングモータ３０を燃料計や
温度計等の低速回転メータに用いるものとステップＳ６
で判断され、Ｎ２分割サブルーチン（ステップＳ７）へ
進む場合について説明する。

【００３８】ステップＳ７のＮ２分割サブルーチン及び
ステップＳ９の高速用サブルーチンを説明する前に、駆
動信号波形情報について図４を用いて説明する。図４
（ａ）、（ｂ）は、低速及び高速回転の双方に共通して
用いられる通常時駆動波形パターンを示している。横軸
は時間（ｍｓｅｃ）を表している。両グラフの横軸のス
ケールは一致しており、駆動信号の１周期Ｔ（１ステッ
プ分）を示している。縦軸は出力電圧（Ｖ）を表してい
る。

【００３９】図４（ａ）はＡ相励磁及びそれに引き続く
Ａ−相励磁でのＡ相励磁コイル２８に印加する出力電圧
パターンを示している。図１を用いて説明したように本
実施形態のＡ相励磁回路は、Ａ相励磁コイル２８内を流
れる電流の向きをスイッチング回路２０、２１、２２、
２３で切替えるようにしている。このため、出力電圧は
常に０Ｖあるいは正極性でよく、図４（ａ）に示すよう
に出力電圧波形はサイン曲線の絶対値をとった形状とな
る。また、図４（ａ）は、基本ステップ角を分割数Ｎ２
＝５６で微小ステップ角に分割し、Ａ相励磁コイル２８
に流す励磁電流を所定のステップ時間幅ｔｗで微小ステ
ップ角毎に段階的に変化させる出力電圧の変化を示して
いる。図４（ａ）に示すように、０〜Ｔ／２間はＡ相励
磁であり、Ｔ／２〜Ｔ間はＡ−相励磁である。

【００４０】図４（ｂ）はＢ相励磁及びそれに引き続く
Ｂ−相励磁でのＢ相励磁コイル４４に印加する出力電圧
パターンを示している。Ｂ相励磁及びＢ−相励磁の出力
電圧パターンは、図４（ａ）に示すＡ相励磁及びＡ−相
励磁パターンに対して位相が９０°ずれている。また、
上述のように本実施形態のＢ相励磁回路は、Ｂ相励磁コ
イル４４内を流れる電流の向きをスイッチング回路３
６、３７、３８、３９で切替えている。このため、出力
電圧は常に０Ｖあるいは正極性でよく、図４（ｂ）に示
すように出力電圧波形はコサイン曲線の絶対値をとった
形状となる。図４（ａ）と同様に図４（ｂ）は、基本ス
テップ角を分割数Ｎ２＝５６で微小ステップ角に分割
し、Ｂ相励磁コイル４４に流す励磁電流を所定のステッ
プ時間幅ｔｗで微小ステップ角毎に段階的に変化させる
ための出力電圧の変化を示している。また、図４（ｂ）
に示すように、０〜Ｔ／４間及び３Ｔ／４〜Ｔ間はＢ−
相励磁であり、Ｔ／４〜３Ｔ／４間はＢ相励磁である。

【００４１】図４において、駆動波形を時間軸方向にＮ
２＝５６分割した区間（ｔ１〜ｔ５６）のステップ時間
幅ｔｗの値を検出部４８から入力されたタイマ定数ｔ
（＝０．５ｍｓｅｃ）に設定する。ここで、区間ｔ１、
ｔ２、…、ｔ（Ｎ２−１）、ｔＮ２の順に動作シーケン
スを組んで実行すれば、ロータ４６はＣＷ方向に回転す
る。一方、区間ｔＮ２、ｔ（Ｎ２−１）、…、ｔ２、ｔ
１のように逆順に動作シーケンスを組んで実行すれば、
ロータ４６はＣＣＷ方向に回転する。

【００４２】さて、ステップＳ７のＮ２分割サブルーチ
ンについて図５を用いて説明する。図５は、本実施の形
態によるマイクロステップ駆動装置の駆動方法における
Ｎ２分割サブルーチンを示すフローチャートである。ま
ず、ＲＯＭ８に格納された図４に示すＮ２（＝５６）分
割の駆動信号波形情報から、最初のステップ時間幅ｔｗ
の区間ｔ１について励磁相と出力電圧の情報を読み出す
（ステップＳ２１）。

【００４３】ＲＯＭ８から読み出した情報に基づいて、
Ｉ／ＯポートＲＡ４〜ＲＡ７からＦＥＴＱ１〜Ｑ８のゲ
ート端子へオン／オフ信号を出力するとともに、Ｉ／Ｏ
ポートＲＢ０〜ＲＢ７から駆動信号を出力する（ステッ
プＳ２２）。ステップＳ２１とＳ２２をＮ２回繰り返
し、ステップ時間幅ｔｗで区間ｔｎ（ｎ＝１〜Ｎ２）の
駆動信号を順次出力したらＮ２分割サブルーチンを終了
する（ステップＳ２３）。

【００４４】図３に戻り、外部からの回転要求に基づい
て決定されたステップ数Ｓｔ１回だけＮ２分割サブルー
チンを繰り返し実行したら（ステップＳ８）、ステップ
Ｓ２に戻って検出部４８からの次の各データを入力す
る。以上が低速回転メータに本実施例のステッピングモ
ータ装置を適用した場合の動作である。

【００４５】次に、図３のステップＳ６において、不図
示の切り替えスイッチの状態に基づきステッピングモー
タ３０をスピードメータやタコメータ等の高速回転メー
タに用いるものと判断した場合の高速用サブルーチン
（ステップＳ９）について図６を用いて説明する。ま
ず、跳躍現象を生じさせずにステッピングモータ４６を
起動させるため、Ｎ１分割サブルーチンへ進む（ステッ
プＳ３１）。

【００４６】ステップＳ３１のＮ１分割サブルーチンを
説明する前に、駆動信号波形情報について図７を用いて
説明する。図７（ａ）、（ｂ）は、ステッピングモータ
３０を高速回転させる際の起動当初に用いられる起動時
駆動波形パターンを示している。横軸は時間（ｍｓｅ
ｃ）を表している。両グラフの横軸のスケールは一致し
ており、駆動信号の１周期Ｔ（１ステップ分）を示して
いる。縦軸は出力電圧（Ｖ）を表している。

【００４７】図７（ａ）はＡ相励磁及びそれに引き続く
Ａ−相励磁でのＡ相励磁コイル２８に印加する出力電圧
パターンを示している。図４（ａ）と同様に出力電圧波
形はサイン曲線の絶対値をとった形状となっているが、
図４（ａ）の波形が基本ステップ角を分割数Ｎ２＝５６
で微小ステップ角に分割しているのに対し、図７（ａ）
の波形は、基本ステップ角を分割数Ｎ１＝２８で微小ス
テップ角に分割している点が異なっている。従って、図
７（ａ）及び図４（ａ）に示す駆動波形の周期Ｔが同じ
であれば、図７（ａ）に示す駆動波形のステップ時間幅
ｔｗは、図４（ａ）に示す駆動波形のステップ時間幅ｔ
ｗの２倍（例えば１ｍｓｅｃ）となる。図７（ａ）にお
いても、０〜Ｔ／２間はＡ相励磁であり、Ｔ／２〜Ｔ間
はＡ−相励磁である。

【００４８】図７（ｂ）はＢ相励磁及びそれに引き続く
Ｂ−相励磁でのＢ相励磁コイル４４に印加する出力電圧
パターンを示している。Ｂ相励磁及びＢ−相励磁の出力
電圧パターンは、図７（ａ）に示すＡ相励磁及びＡ−相
励磁パターンに対して位相が９０°ずれている。また、
上述のように本実施形態のＢ相励磁回路は、Ｂ相励磁コ
イル４４内を流れる電流の向きをスイッチング回路３
６、３７、３８、３９で切替えている。このため、出力
電圧は常に０Ｖあるいは正極性でよく、図７（ｂ）に示
すように出力波形はコサイン曲線の絶対値をとった形状
となる。図７（ａ）と同様に図７（ｂ）は、基本ステッ
プ角を分割数Ｎ１＝２８で微小ステップ角に分割し、Ｂ
相励磁コイル４４に流す励磁電流を所定のステップ時間
幅ｔｗで微小ステップ角毎に段階的に変化させるための
出力電圧の変化を示している。また、図７（ｂ）に示す
ように、０〜Ｔ／４間及び３Ｔ／４〜Ｔ間はＢ−相励磁
であり、Ｔ／４〜３Ｔ／４間はＢ相励磁である。

【００４９】図８は、図７に示した波形パターンに基づ
き、起動時分割数Ｎ１を２８としたときのステップ時間
幅ｔｗ（＝１ｍｓｅｃ）の区間ｔｎ（ｎ＝１〜２８）に
おけるＩ／ＯポートＲＡ４〜ＲＡ７の出力信号を示して
いる。また図８は、区間ｔｎにおいてＡ相用Ｄ／Ａコン
バータ１２及びＢ相用Ｄ／Ａコンバータ１４から出力さ
れるアナログ電圧Ｖ₀（Ｖ）も示している。区間ｔｎ毎
にＲＡ４〜ＲＡ７（４ビット）からＦＥＴＱ１〜Ｑ８を
スイッチングさせるオン／オフ信号が出力される。

【００５０】例えば、区間ｔ１では、ＲＡ４〜ＲＡ７か
ら信号１００１が出力され、ＦＥＴＱ２、Ｑ３がオン状
態となり、ＦＥＴＱ１、Ｑ４がオフ状態となるため、ス
テッピングモータ３０はＡ相励磁で駆動される。また、
ＦＥＴＱ６、Ｑ７がオフ状態となり、Ｑ５、Ｑ８がオン
状態となるため、ステッピングモータ３０はＢ−相励磁
で駆動される。同様に、ステッピングモータ３０は、区
間ｔ１〜ｔ１４でＡ相励磁で駆動され、区間ｔ１５〜ｔ
２８でＡ−相励磁で駆動される。また、区間ｔ１〜ｔ７
及び区間ｔ２２からｔ２８でＢ−相励磁で駆動され、区
間ｔ８〜ｔ２１でＢ相励磁で駆動される。以上の動作を
プログラムで設定することにより、単電源（例えば＋５
Ｖ）を用いてステッピングモータ３０をマイクロステッ
プ駆動方式で駆動できる。

【００５１】さて、ステップＳ３１のＮ１分割サブルー
チンについて図９に示すフローチャートを用いて説明す
る。図９に示すＮ１分割サブルーチンは、ステップＳ４
１〜Ｓ４３のループが、第１のステップ時間幅ｔｗ１
（例えば１ｍｓｅｃ）で起動時分割数Ｎ１（＝２８）の
波形パターンの１周期Ｔ分を１ステップとして駆動し、
この駆動がＲＯＭ８に予め設定されたステップ数Ｓｔ２
回（例えば、１０ステップ分）繰り返される点を除き、
図５に示したＮ２分割サブルーチンの動作と同様であ
る。したがってその説明は省略する。

【００５２】図６に戻り、ステップＳ３１のＮ１分割サ
ブルーチン（ステップＳ３１）が起動当初の所定ステッ
プ数Ｓｔ２回実行されると（ステップＳ３２）、図５を
用いて説明したのと同一のＮ２分割サブルーチンに進む
（ステップＳ３３）。Ｎ２分割サブルーチンにおいて、
第１のステップ時間幅ｔｗ１の例えば１／２の時間幅の
第２のステップ時間幅ｔｗ２（例えば０．５ｍｓｅｃ）
で通常駆動分割数Ｎ２（＝５６）の波形パターンの１周
期Ｔ分を１ステップとして駆動し、この駆動を（Ｓｔ１
−Ｓｔ２）回（＝１７０回）繰り返したら（ステップＳ
３４）、高速用サブルーチンを終了して図３に示すステ
ップＳ２に戻る。

【００５３】このように本実施の形態は、基本ステップ
角を分割数ｎ（ｎは正の整数）で微小ステップ角に分割
し、各相の励磁コイル２８、４４に流す励磁電流を所定
のステップ時間幅ｔｗで微小ステップ角毎に段階的に変
化させてステッピングモータを駆動するマイクロステッ
プ駆動方法であって、ステッピングモータ３０をスピー
ドメータやタコメータ等の高速回転メータに用いる場合
には、検出部４８からの回転要求に基づいて決定された
基本ステップ角に対応するステップ数Ｓｔ１のうち、起
動当初の所定ステップ数Ｓｔ２分は第１のステップ時間
幅ｔｗ１で駆動し、その後のステップ数（Ｓｔ１−Ｓｔ
２）分は第１のステップ時間幅ｔｗ１と異なる第２のス
テップ時間幅ｔｗ２で駆動することを特徴とする。

【００５４】本実施の形態によるマイクロステップ駆動
方法において、起動当初の所定ステップ数Ｓｔ２の各ス
テップにおける分割数Ｎ１（＝２８）は、その後のステ
ップ数（Ｓｔ１−Ｓｔ２）における分割数Ｎ２（＝５
６）より少ないことを特徴とする。また、本実施の形態
によるマイクロステップ駆動方法において、第１のステ
ップ時間幅ｔｗ１は、第２のステップ時間幅ｔｗ２より
長いことを特徴とする。

【００５５】本実施の形態によれば、高速回転をさせる
ステッピングモータ３０の起動時の分割数を通常駆動分
割数Ｎ２より少ない起動時分割数Ｎ１とし、また第１の
ステップ時間幅ｔｗ１を第２のステップ時間幅ｔｗ２よ
りも長くしているので、起動時のロータ回転数を低回転
にして跳躍現象を防止することができる。そのため、ス
テッピングモータ３０の起動特性を改善してステッピン
グモータ３０を確実に所望の角度に到達させて停止させ
ることができる。跳躍なしに正常に起動した後は分割数
を起動時分割数Ｎ１から通常駆動分割数Ｎ２へ増加させ
ているので、滑らかな動作のステッピングモータ装置を
実現できる。

【００５６】また、本実施の形態によれば、スイッチン
グ回路２０〜２３、３６〜３９のＦＥＴＱ１〜Ｑ８によ
り、Ａ、Ａ−、Ｂ、Ｂ−相励磁を切り替えるので、単電
源でマイクロステップ駆動を実現でき、オペアンプによ
る減算回路や反転回路は必要ない。そのため、回路構成
を簡単にできる。さらに、本実施の形態によれば、不図
示の切り替えスイッチで切り替えるだけで、共通のハー
ドウェア構成のステッピングモータ装置を低速回転用と
高速回転用の双方に適用できる。そのため共通ユニット
で設計でき、車載機器のコスト高を抑制できる。また、
ＲＡＭ１０内のデータを変更するだけで、特性の異なる
種々のステッピングモータに最適な駆動パターンに容易
に適合させることができる。

【００５７】次に、上記実施の形態によるマイクロステ
ップ駆動装置の駆動方法の変形例について図１０を用い
て説明する。上記実施の形態では、図４及び図７に示す
ように、起動時駆動波形と通常時起動波形とが同一の周
期Ｔ及びパルス周波数を有している。図１０は、ステッ
ピングモータのパルス周波数に対するトルク特性を示し
ている。横軸はパルス周波数（ｐｐｓ）を表しており、
縦軸はトルク（ｍＮ・ｍ）を表している。曲線ａは引込
トルク（プルイントルク）を示している。引込トルク
は、ある一定のパルス周波数でモータを駆動していると
き、同期速度に引き込める最大トルクである。曲線ａよ
り図中下方の領域Ａは自起動領域である。自起動領域
は、入力パルスに同期して瞬時起動、停止、正逆転が可
能な領域である。曲線ａと横軸との交点αは、モータ単
体で瞬時起動、停止、正逆転が可能な最大周波数である
最大自起動周波数（例えば２００〜３００ｐｐｓ）を示
している。

【００５８】曲線ａの図中上方の領域Ｂ（例えば破線で
示した曲線ｄ上）は、徐々に負荷を増大させても同期を
失わずに応答できるスルー領域である。曲線ｂは、脱出
トルク（プルアウトトルク）を示している。脱出トルク
は、モータを起動した後、徐々に負荷を増大させても同
期を失わずに応答できる最大トルクである。曲線ｂと横
軸との交点βは、モータが同期を失わずに応答できる最
大周波数である最大応答周波数（例えば１０００ｐｐ
ｓ）を示している。

【００５９】図６に示した高速用サブルーチンで、ステ
ップ数を例えば１８０としてＣＷ方向へ駆動させるとき
は、まず自起動領域Ａ内の例えば１５０ｐｐｓのパルス
周波数でモータを起動させ、Ｎ１分割サブルーチン（ス
テップＳ３１）を起動時のステップ数であるＳｔ２回
（例えば１０回）繰り返す。次に、分割数をＮ２へ変更
するとともにパルス周波数をスルー領域Ｂ内の例えば５
００ｐｐｓに変化させて、Ｎ２分割サブルーチン（ステ
ップＳ３４）を（Ｓｔ１−Ｓｔ２）回（残りの１７０
回）繰り返す。

【００６０】本変形例によれば、上記実施の形態と同様
な効果を有するとともに、パルス周波数を途中で変化さ
せることにより、自起動領域内のパルス周波数でより確
実に自起動でき、スルー領域内のパルス周波数でより高
速で滑らかに動作するステッピングモータ装置を実現で
きる。

【００６１】また、上記実施の形態では、検出部４８と
制御部４とがパラレル接続されているが、本発明はこれ
に限らず、シリアルインターフェースを介してシリアル
接続されていてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、高速回転
するステッピングモータの起動特性を改善できる。ま
た、本発明によれば、回路構成を簡単にできる。さら
に、本発明によれば、共通のハードウェア構成で種々の
用途に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるマイクロステップ
駆動装置及びそれを用いたステッピングモータ装置の構
成を示す回路図である。

【図２】入力されるデジタル信号に対してＤ／Ａコンバ
ータが出力する電圧Ｖ₀の例を示す表である。

【図３】本発明の一実施の形態によるマイクロステップ
駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。

【図４】通常時駆動信号の波形パターンを示すグラフで
ある。

【図５】本発明の一実施の形態によるマイクロステップ
駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。

【図６】本発明の一実施の形態によるマイクロステップ
駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。

【図７】起動時駆動信号の波形パターンを示すグラフで
ある。

【図８】区間ｔｎにおけるＩ／Ｏポートからの出力信号
を示す表である。

【図９】本発明の一実施の形態によるマイクロステップ
駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。

【図１０】ステッピングモータのパルス周波数に対する
トルク特性を示すグラフである。

【符号の説明】

２マイクロステップ駆動回路装置４制御部６ＣＰＵ８ＲＯＭ１０ＲＡＭ１２Ａ相用Ｄ／Ａコンバータ１４Ｂ相用Ｄ／Ａコンバータ１６、３２オペアンプ１８、３４ボルテージホロワ回路２０、２１、２２、２３、３６、３７、３８、３９ス
イッチング回路２４、２５、２６、２７、４０、４１、４２、４３ダ
イオード２８Ａ相励磁コイル３０ステッピングモータ４４Ｂ相励磁コイル４６ロータ４８検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本ステップ角を分割数ｎ（ｎは正の整
数）で微小ステップ角に分割し、各相の励磁コイルに流
す励磁電流を所定のステップ時間幅で前記微小ステップ
角毎に段階的に変化させてステッピングモータを駆動す
るマイクロステップ駆動方法であって、外部からの回転要求に基づいて決定された、前記基本ス
テップ角に対応するステップ数のうち、起動当初の所定
ステップ数分は第１のステップ時間幅で駆動し、その後
のステップ数分は前記第１のステップ時間幅と異なる第
２のステップ時間幅で駆動することを特徴とするマイク
ロステップ駆動方法。
【請求項２】請求項１記載のマイクロステップ駆動方法
において、前記起動当初の所定ステップにおける分割数Ｎ１は、前
記その後のステップにおける分割数Ｎ２より少ないこと
を特徴とするマイクロステップ駆動方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載のマイクロステップ
駆動方法において、前記第１のステップ時間幅は、前記第２のステップ時間
幅より長いことを特徴とするマイクロステップ駆動方
法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマ
イクロステップ駆動方法において、前記ステップ数が予め設定された所定の最少ステップ数
未満であれば、前記外部からの回転要求を無視すること
を特徴とするマイクロステップ駆動方法。
【請求項５】基本ステップ角を所定の分割数で微小ステ
ップ角に分割し、各相の励磁コイルに流す励磁電流を所
定のステップ時間幅で前記微小ステップ角毎に段階的に
変化させてステッピングモータを駆動するマイクロステ
ップ駆動装置であって、検出部からの回転要求に基づいて決定された、前記基本
ステップ角に対するステップ数のうち、起動当初の所定
ステップ数分は起動時駆動波形に基づいて第１のステッ
プ時間幅で駆動し、その後のステップ数分は前記第１の
ステップ時間幅と異なる第２のステップ時間幅で通常時
駆動波形に基づいて駆動する制御部と、前記起動時駆動波形及び前記通常時駆動波形に基づい
て、互いに位相の異なる複数の励磁コイルを励磁する励
磁回路とを有することを特徴とするマイクロステップ駆
動装置。
【請求項６】請求項５記載のマイクロステップ駆動装置
において、前記制御部は、ワンチップマイクロコンピュータにより
構成されていることを特徴とするマイクロステップ駆動
装置。
【請求項７】基本ステップ角を所定の分割数で微小ステ
ップ角に分割し、各相の励磁コイルに流す励磁電流を所
定のステップ時間幅で前記微小ステップ角毎に段階的に
変化させてステッピングモータを駆動するマイクロステ
ップ駆動装置と、前記マイクロステップ駆動装置により
励磁される互いに位相の異なる複数の励磁コイルと、前
記励磁コイルにより駆動されるロータとを備えたステッ
ピングモータとを有するステッピングモータ装置であっ
て、前記マイクロステップ駆動装置として、請求項５又は６
に記載のマイクロステップ駆動装置を備えることを特徴
とするステッピングモータ装置。