JP2003180096A - ステッパモータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適正仕様のステッパモータを用いてステッピ
ング駆動は適正な速度により行う一方、原点復帰や紙の
排出動作など終了復帰の送り動作に注目した駆動の高速
化が行えて最適パフォーマンスが得られるステッパモー
タの駆動制御方法を提供すること 【解決手段】 ステッパモータ１の駆動において、通常
の位置決め動作ではオープンループによるステッピング
駆動を行い、少なくとも終了復帰の送り動作では自己の
回転に同調した励磁信号で励磁する自励モードの駆動を
行う。自励モードの駆動制御には、ロータ２の位置を検
出するロータ位置センサ３，３を設けて、それらのセン
サ信号Ｓａ，Ｓｂを指令側（制御部５）にフィードバッ
クし、これにより自己の回転信号を得る。このとき、進
み角調整部４により励磁信号の位相を適宜に進ませる進
み角調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッパモータの
駆動制御方法に関するもので、より具体的には、走査ヘ
ッドのスキャン駆動やプリンタの紙送り駆動などにおい
て、位置決め動作と終了復帰の送り動作とを適正に駆動
制御することによる駆動の最適化の改良に関する。

【０００２】

【発明の背景】良く知られているように、ステッパモー
タは、オープンループにより位置，速度の制御ができる
ことからＯＡ機器等に広く用いられている。例えばコピ
ー機，スキャナ，プリンタ等において、走査ヘッドのス
キャン駆動や紙送り駆動などに用いており、位置決め動
作の駆動を容易に行えて好まれている。すなわち、そう
した走査ヘッドのスキャン駆動やプリンタの紙送り駆動
などでは、高い精度で位置決め動作を必要とし、そのた
めステッパモータを用いていわゆるステッピング駆動を
行っている。

【０００３】ところで最近は、そうしたスキャン駆動や
紙送り駆動などにあっても駆動の高速化が求められてい
る。しかし、位置決め動作のためのステッピング駆動
は、プルアウト特性からトルク余裕（マージン）を見込
んだ範囲内で脱調等を防止しつつ安定に動作させるの
で、これを高速化するにはステッパモータをオーバース
ペックのものに置き換える対応となる。しかし、それで
は性能面やコスト面での無駄が多く実用的でない。

【０００４】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、適正仕様のステッパモータを用いてステッピング駆
動は適正な速度により行う一方、原点復帰や紙の排出動
作などの終了復帰の送り動作に注目した駆動の高速化が
行えて最適パフォーマンスが得られるステッパモータの
駆動制御方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るステッパモータの駆動制御方法で
は、走査ヘッドのスキャン駆動やプリンタの紙送り駆動
など、位置決め動作と終了復帰の送り動作とを駆動制御
するステッパモータの駆動制御方法であって、前記ステ
ッパモータは通常の位置決め動作ではオープンループに
よるステッピング駆動を行い、少なくとも前記終了復帰
の送り動作では自己の回転に同調した励磁信号で励磁す
る自励モードの駆動を行うようにした。

【０００６】また、好ましくは、前記自励モードの駆動
において、励磁信号の位相を適宜に進ませる進み角調整
を行うことである。さらにまた、前記ステッパモータの
ロータ位置を検出するセンサ手段を備えて、当該センサ
手段のセンサ信号を指令側にフィードバックして前記自
己の回転とする。

【０００７】また、前記進み角調整としては、前記セン
サ手段の取り付け位置を機械的に変更することができ、
前記センサ手段のセンサ信号を適宜に遅延させて逆相側
の進み角信号にしてもよい。

【０００８】本発明では、少なくとも終了復帰の送り動
作が自励モードの駆動となり、そのときステッパモータ
の駆動は自己の回転に同調する励磁になるので、これは
ブラシレスＤＣモータを回転する駆動制御に他ならな
い。ここにステッパモータは、励磁が自己の回転に同調
して増大していき、回転時の負荷トルクや駆動電流等の
浮動条件下で可能となる最大速度に到達することにな
り、自己同調の励磁による回転なので脱調が生じない。

【０００９】すなわち、本発明は、位置決め動作の駆動
制御では順方向の送り動作については確かにステッピン
グ駆動を行うが、走査ヘッドを原点に戻す復帰送りや印
刷が完了した紙を排出する終了送りなどは、単に終了復
帰できればよいものなので位置決め動作である必要はな
く、ステッピング駆動がいらないことに着目した。

【００１０】ここに、ステッパモータは適正仕様のもの
を用いてステッピング駆動を適正な速度により行う構成
とする一方、スキャンニングや印刷の紙送り等を完了し
た時点から後について注目し、走査ヘッドを原点に復帰
させる戻し動作あるいは印刷を完了した紙の排出動作な
ど、終了復帰の送り動作を自励モードで駆動すればよ
く、自己同調の励磁により最大速度が得られる。

【００１１】また、自励モードの駆動において、励磁信
号に適宜な進み角を与えるので、励磁タイミングを進み
側に変更することができ、このため高速域でより高トル
クが得られる。

【００１２】上記した説明から明らかなように、本発明
で言う「終了復帰の送り動作」は、位置決め動作時にお
ける進行方向と同一方向（プリンタ等）の場合と、逆方
向（スキャナ等）の場合を含む。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態を示している。本形態において、ステッパモータ装置
１０は、ステッパモータ１と、そのステッパモータ１の
駆動を制御する制御部５を備えて、回転の速度，位置を
指令する駆動パルス信号Ｐｃｗ（あるいはＰｃｃｗ）と
駆動制御の切り替えを指令する動作完了信号Ｒとを制御
部５に入力して対応する回転駆動を行う構成になってい
る。

【００１４】ステッパモータ１は、２相のステッピング
モータであり、ロータ２の近辺にロータ位置センサ３を
２つ対に設けてあって、それらロータ位置センサ３，３
がロータ２の位置を検出するようになっている。なお、
ロータ位置センサ３としては、例えばホール素子等によ
る磁気センサやフォトダイオード等による光学センサな
どを用いればよく、ステッパモータ１の出力軸やギア機
構の最終段など適宜な位置に組み付ける。

【００１５】制御部５は、入力した駆動パルス信号Ｐｃ
ｗ（あるいはＰｃｃｗ）に基づいて相切替信号Ｐｄａ，
Ｐｄｂを発生する相切替信号発生部６と、入力した動作
完了信号Ｒに応じて駆動制御の切り替えを行う駆動切替
部７と、駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂに基づいて励磁巻線に
加える電力信号を発生する駆動ドライバ８等を備えてい
る。

【００１６】つまり、制御部５では、取り込んだ駆動パ
ルス信号Ｐｃｗ（あるいはＰｃｃｗ）を相切替信号発生
部６で変換処理し、ステータ励磁のための相切替信号Ｐ
ｄａ，Ｐｄｂを生成して駆動切替部７に出力する。

【００１７】駆動切替部７は、入力した動作完了信号Ｒ
に応じてステッピング駆動あるいは自励モードの駆動に
駆動制御を切り替えるセレクタになっていて、動作完了
信号ＲがＮＯＴでは、そのままオープンループのステッ
ピング駆動の動作を行わせる駆動制御を選択し、相切替
信号発生部６から送られた相切替信号Ｐｄａ，Ｐｄｂに
基づいた駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂを駆動ドライバ８へ出
力する。そして、動作完了信号ＲがＴＲＵＥでは、自励
モードの駆動制御を選択して、ロータ位置センサ３，３
から送られたロータ位置信号Ｓａ，Ｓｂに基づいた駆動
信号Ｖｄａ，Ｖｄｂを駆動ドライバ８へ出力する。この
とき、駆動パルス信号Ｐｃｗが時計回り、駆動パルス信
号Ｐｃｃｗが反時計回りをそれぞれ指令し、これらは位
相が１８０°反転した関係にあって両者を入力切り替え
することでロータ２の回転を適宜に反転する。

【００１８】すなわち、制御部５で行う駆動制御は次の
ようになっている。送り移動を高い精度で求められる通
常の位置決め動作ではオープンループによるステッピン
グ駆動を行い、その送り移動が完了した時点つまり動作
完了信号Ｒの出力を受けて駆動信号を自励モード側に切
り替えて、自己の回転に同調した励磁信号で励磁する自
励モードの駆動を行う。

【００１９】ところで、ステッピング駆動は図２に示す
ように、プルアウト特性からトルク余裕（ＴＭ）を見込
んだ範囲（ＳＭ）内で脱調等を防止しつつ安定に動作さ
せるので、回転速度をさほど高くはできない。

【００２０】しかしここでは少なくとも終了復帰の送り
動作が自励モードの駆動となり、そのときステッパモー
タ１の駆動は自己の回転に同調する励磁になるので、こ
れはブラシレスＤＣモータを回転する駆動制御に他なら
ない。ここにステッパモータ１は、励磁が自己の回転に
同調して増大していき、回転時の負荷トルクや駆動電流
等の浮動条件下で可能となる最大速度に到達することに
なり、また自己励磁による回転なので脱調が生じないた
めプルアウト特性線上に自励モードトルク特性Ａが乗っ
かり高速化できる。なお、図２には、後述する進み角調
整におけるトルク特性Ｂも示してある。

【００２１】すなわち本発明は、位置決め動作の駆動制
御では順方向の送り動作については確かにステッピング
駆動を行うが、走査ヘッドを原点に戻す復帰送りや印刷
が完了した紙を排出する終了送り（順方向と同一方向の
送り）などは、単に終了復帰できればよいものなので送
り動作は位置決め動作である必要はなく、ステッピング
駆動がいらないことに着目した。

【００２２】ここに、ステッパモータ１は適正仕様のも
のを用いてステッピング駆動を適正な速度により行う構
成とする一方、スキャンニングや印刷の紙送り等を完了
した時点から後について注目し、走査ヘッドを原点に復
帰させる戻し動作あるいは印刷を完了した紙の排出動作
など、終了復帰の送り動作を自励モードで駆動すればよ
く、自己同調の励磁により最大速度が得られる。

【００２３】従って、適正仕様のステッパモータ１を用
いてステッピング駆動は適正な速度により行う一方、原
点復帰や紙の排出動作など終了復帰の送り動作に注目し
た駆動の高速化が行える。その結果、終了復帰の送り動
作を高速化駆動することができ、例えば走査ヘッドのス
キャン駆動やプリンタの紙送り駆動など、位置決め動作
と終了復帰の送り動作とを駆動制御することでは最適パ
フォーマンスが得られる。また、最適パフォーマンスが
得られることから、モータ駆動における電力消費，振
動，発熱などの駆動条件の面で有利性がある。

【００２４】なお、ステッパモータ１としては、高効率
タイプを使用することも好ましい。例えばモータヨーク
材をＳＵＳや珪素鋼鈑等としたものではモータ駆動のト
ルク特性を高効率に改善でき、従って本発明の適用に、
そうした高効率タイプを用いることで自励モードの駆動
をより一層高速化できて好ましい。

【００２５】図３，図４は、本発明の適用例を説明する
フローチャートであり、走査ヘッドのスキャン駆動にお
ける制御フローを示している。この走査系では、走査範
囲の原点にフォトセンサ等による原点センサを設け、そ
の原点センサにより走査ヘッドの通過を検知して原点位
置の割り出しを行うことは従来と同様であるが、本発明
ではステッパモータ１にロータ位置センサ３，３を付設
するので、これらのセンサ信号をアップダウンカウンタ
に取り込んで計数し、原点復帰の制御に利用する。

【００２６】つまり、走査ヘッドのスキャン動作を開始
する際は、原点位置にあると思われる走査ヘッドを一旦
順方向に送って原点センサをＯＦＦ検知とし（ＳＴ１，
ＳＴ２）、次に走査ヘッドを逆送りして（ＳＴ３）、原
点センサがＯＮ検知する瞬間位置で止めて正しい原点を
得る（ＳＴ４（ＯＮ））。ここで、アップダウンカウン
タをリセットし（ＳＴ５）、走査ヘッドのスキャン駆動
を開始するとともに、アップダウンカウンタもカウント
スタートする（ＳＴ６）。

【００２７】そして、スキャンニングが完了した時点で
ステッパモータ１を止めるとともにアップダウンカウン
タもストップし、動作完了信号Ｒをトリガにして前述し
たようにステッパモータ１には自励モードの駆動を行わ
せて走査ヘッドを原点に向けて復帰送りし、アップダウ
ンカウンタにはダウンカウントをスタートさせる（ＳＴ
７）。この復帰送りは、原点センサがＯＮ検知し（ＳＴ
８（ＯＮ））、アップダウンカウンタがゼロ値となった
時点で止めて（ＳＴ９（＝０））、走査ヘッドの原点復
帰を完了する。

【００２８】このとき、アップダウンカウンタが正値で
はそのまま復帰送り（ＳＴ７）を続行し、負値にアンダ
ーシュートしてしまったならば順送り（ＳＴ１０）を行
ってゼロ値に収束させる。

【００２９】このように、ロータ位置センサ３，３のセ
ンサ信号をアップダウンカウンタに取り込んで計数する
ことによって走査ヘッドの位置を定量的に知ることがで
き、従来の原点センサと共に原点復帰の制御に利用する
ので、原点の割り出し、原点復帰を高い精度で行える。

【００３０】図５は、本発明の第２の実施の形態を示し
ている。この第２の実施の形態では図１に示す第１の実
施の形態を基本とし、上述した自励モードの駆動におい
て、励磁信号の位相を適宜に進ませる進み角調整を行う
構成になっている。

【００３１】つまり、制御部５には、入力したセンサ信
号Ｓａ，Ｓｂに対して適切な進み角度に補正する進み角
調整部４を備える。そして、取り込んだセンサ信号Ｓ
ａ，Ｓｂを進み角調整部４でタイミング処理し、所定の
進み角度に補正した補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを生
成して駆動切替部７に出力する。

【００３２】進み角調整部４が行う進み角調整は、ロー
タ位置センサ３，３から送られるセンサ信号Ｓａ，Ｓｂ
をタイミング基準にしていて、それらセンサ信号Ｓａ，
Ｓｂを適宜に遅延させて逆相側の進み角信号に生成，出
力するものであり、補正センサ信号Ｓｄａ，Ｓｄｂを受
けた駆動切替部７が進角位相の駆動信号Ｖｄａ，Ｖｄｂ
を駆動ドライバ８へ出力することになる。

【００３３】また、進み角信号を得るには、電気的な遅
延回路によらずに機械的にセンサ位置を動かしてもよ
く、ロータ位置センサ３，３の取り付け位置を進み側に
変更することでもよい。なお、その他の構成並びに作用
効果は、上記した第１の実施の形態と同様であるので、
その詳細な説明を省略する。

【００３４】このように、進み角調整を行うことでは、
励磁信号に適宜な進み角を与えるので、励磁タイミング
を進み側に変更することができ、このため高速域でより
高トルクが得られる。その結果、図２に示すように、高
回転域側にさらに一層長く延びたトルク特性Ｂを得るこ
とができ、これにより駆動をさらに高速化できる。

【００３５】なお、進み角調整は、一方の回転方向に進
み設定すると逆回転では遅れ設定になる。このため一方
の回転方向についてのみ進み角調整が有効になるが、こ
こでは順方向の送り動作はステッピング駆動を行うので
不都合はなく、単に終了復帰できればよい送り動作を高
速化駆動することができる。従って、例えば走査ヘッド
のスキャン駆動やプリンタの紙送り駆動など、位置決め
動作と終了復帰の送り動作とを駆動制御する際に、より
最適化したパフォーマンスが得られる。

【００３６】また、進み角調整の適用は、正回転，逆回
転の何れの回転方向でもかまわなく、何れにしても駆動
の高速化は行える。例えば本形態は、ステッピング駆動
により位置決め動作の送り移動を行う側を正回転側と見
れば、逆回転側が進み角調整ありで自励モードの駆動を
行うことになる。あるいは他の例として、プリンタの紙
送り駆動等では、逆方向には紙送りしない構成にするの
で逆回転の設定がなく、ステッピング駆動により位置決
め動作の送り移動を行う正回転側に進み角調整を適用
し、印刷が完了した時点で、進み角調整ありで自走モー
ドの駆動を正回転側に行うことになり、紙の排出動作を
高速に行い得る。

【００３７】＊実験結果 本発明に係る駆動制御方法を、通常型のステッパモータ
（ＳＭＰ）と高効率型のステッパモータ（ＳＭＨ）とに
適用して特性測定を行った。トルク特性を図６，７に示
す。両図において、三角記号△，▲は通常型のステッパ
モータ（ＳＭＰ）であり、四角記号□，■は高効率型の
ステッパモータ（ＳＭＨ）である。そして、黒抜き記号
▲，■は自励モード（進角小）の駆動を行った場合であ
り、白抜き記号△，□は通常のステッピング駆動を行っ
た場合である。同図から明らかなように、本発明に係る
自励進角モードの駆動ではトルク特性を高速域に延ばす
ことができ、高速域において高効率に駆動できることを
確認できた。

【００３８】また、本発明に関わる駆動制御方法を高効
率型のステッパモータ（ＳＭＨ）に適用することでは、
通常型のステッパモータ（ＳＭＰ）に比べてより高い回
転速度で駆動が行えることを確認できた。

【００３９】図７は進み角調整で進み角量を変更した場
合のトルク特性であり、これには高効率型のステッパモ
ータ（ＳＭＨ）を使用した。図中、●は自励モード（進
角小）の駆動にさらに進み角調整を行い、自励モード
（進角大）の特性である。

【００４０】進み角を適切に与えることによって高い速
度域で回転できることが確認できた。つまり、自励モー
ドの駆動によればステッパモータ１は性能をフルに引き
出すことができ（プルアウト特性線上で駆動できる）、
進み角調整の適用により、さらに高い速度域で安定した
回転を得られることが確認できた。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るステッパモ
ータの駆動制御方法では、少なくとも終了復帰の送り動
作が自励モードの駆動となり、そのときステッパモータ
の駆動は自己の回転に同調する励磁になるので、これは
ブラシレスＤＣモータを回転する駆動制御に他ならな
く、励磁が自己の回転に同調して増大していって最大速
度に到達する。

【００４２】ここに、ステッパモータは適正仕様のもの
を用いてステッピング駆動を適正な速度により行う構成
とする一方、終了復帰の送り動作を自励モードで駆動す
ればよく、自己同調の励磁による回転になるので脱調が
生じなく最大速度が得られる。従って、原点復帰や紙の
排出動作など終了復帰の送り動作に注目した駆動の高速
化が行える。その結果、例えば走査ヘッドのスキャン駆
動やプリンタの紙送り駆動など、位置決め動作と終了復
帰の送り動作とを駆動制御することでは最適パフォーマ
ンスが得られる。

【００４３】また、自励モードの駆動において、励磁信
号に適宜な進み角を与えるので、励磁タイミングを進み
側に変更することができ、このため高速域でより高トル
クが得られる。その結果、位置決め動作と終了復帰の送
り動作とを駆動制御する際に、より最適化したパフォー
マンスが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すステッパモー
タ装置の構成図である。

【図２】本発明に係る駆動制御を説明するグラフ図であ
る。

【図３】走査ヘッドのスキャン駆動における制御フロー
を示すチャート図である。

【図４】走査ヘッドのスキャン駆動における制御フロー
を示すチャート図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図６】トルク特性を示すグラフ図である。

【図７】進み角調整におけるトルク特性を示すグラフ図
である。

【符号の説明】

１ ステッパモータ ２ ロータ ３ ロータ位置センサ ４ 進み角調整部 ５ 制御部 ６ 相切替信号発生部 ７ 駆動切替部 ８ 駆動ドライバ １０ ステッパモータ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H580 AA05 BB05 BB06 BB09 CB03 CB08 FB03 FD12 HH01 HH39 JJ02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査ヘッドのスキャン駆動やプリンタの
   紙送り駆動など、位置決め動作と終了復帰の送り動作と
   を駆動制御するステッパモータの駆動制御方法であっ
   て、 前記ステッパモータは通常の位置決め動作ではオープン
   ループによるステッピング駆動を行い、少なくとも前記
   終了復帰の送り動作では自己の回転に同調した励磁信号
   で励磁する自励モードの駆動を行うことを特徴とするス
   テッパモータの駆動制御方法。
2. 【請求項２】 前記自励モードの駆動において、励磁信
   号の位相を適宜に進ませる進み角調整を行うことを特徴
   とする請求項１に記載のステッパモータの駆動制御方
   法。
3. 【請求項３】 前記ステッパモータのロータ位置を検出
   するセンサ手段を備えて、当該センサ手段のセンサ信号
   を指令側にフィードバックして前記自己の回転とするこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のステッパモー
   タの駆動制御方法。
4. 【請求項４】 前記進み角調整として、前記センサ手段
   の取り付け位置を機械的に変更することを特徴とする請
   求項２または３に記載のステッパモータの駆動制御方
   法。
5. 【請求項５】 前記進み角調整として、前記センサ手段
   のセンサ信号を適宜に遅延させて逆相側の進み角信号に
   することを特徴とする請求項２または３に記載のステッ
   パモータの駆動制御方法。