JP2003199396A - ステッピングモータの制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２相励磁運転が可能なステッピングモータの
発熱量や電力消費量を抑制する。 【解決手段】 所望の回転方向への起動指令により、コ
ンピュータ１は、ステッピングモータ７を２相励磁運転
モードで起動し（Ｓ７１）、２相励磁運転モードで加速
運転する（Ｓ７２）。適宜の時間間隔で、モータ７が起
動時から所定パルス数回転したか否か判別し（Ｓ７
３）、回転していれば１相励磁運転モードに切換え（Ｓ
７４）、定速運転に移行する（Ｓ７５）。適宜の時間間
隔でモータ７が定速運転に移行した時点から所定パルス
数回転したか否か判別し（Ｓ７６）、回転していれば２
相励磁運転モードに切換え（Ｓ７７）、減速運転に移行
する（Ｓ７８）。適宜の時間間隔でモータ７が減速運転
開始時から所定パルス数回転したか否か判別し（Ｓ７
９）、回転していればモータ７を駆動停止する（Ｓ８
０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１の回転磁界
と、それより電気角で例えば９０度位相がずれる第２の
回転磁界とが夫々独立に発生するステッピングモータに
適用される制御方法及び装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気角で１８０度毎に励磁さ
れる複数の電磁石を磁極とする第１の固定子と、上記各
々の磁極に対して夫々電気角で例えば９０度位相をずら
して励磁される複数の電磁石を磁極とする第２の固定子
とを備える所謂永久磁石形のステッピングモータが知ら
れている。このステッピングモータでは、第１の固定子
側の電磁石と、第２の固定子側の電磁石とを共に励磁す
る２相励磁運転が常時行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記２相励磁運転によ
り、ステッピングモータを正転又は逆転の所望の方向へ
確実に回転させることができる。しかし、２相励磁運転
では、２つの回転磁界を作るための電力が必要であり、
それ相応の量の発熱がある。従来より、ディジタルプリ
ンタなどの機器では、そこで使用されるステッピングモ
ータの発熱量や消費電力を小さくしたいという要求があ
る。

【０００４】従って本発明の目的は、２相励磁運転が可
能なステッピングモータの発熱量や電力消費量を抑制で
きるようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に従
うステッピングモータの制御装置は、第１の回転磁界
と、それより電気角の位相がずれた第２の回転磁界とを
発生させ得るステッピングモータの制御に係るもので、
上記第１、第２の回転磁界のいずれか一方を発生させる
１相励磁運転を行うよう上記ステッピングモータを制御
する１相運転手段と、上記第１、第２の回転磁界を共に
発生させる２相励磁運転を行うよう上記ステッピングモ
ータを制御する２相運転手段と、を備える。

【０００６】上記構成によれば、第１、第２の回転磁界
のいずれか一方を発生させる１相励磁運転を行うようス
テッピングモータを制御する１相運転と、第１、第２の
回転磁界を共に発生させる２相励磁運転を行うようステ
ッピングモータを制御する２相運転とを、適宜選択する
ことができるので、常時２相励磁運転を行っている場合
と比較すれば、ステッピングモータの発熱量や電力消費
量を抑制することが可能になる。

【０００７】本発明の第１の観点に係る好適な実施形態
では、上記ステッピングモータが第１の運転状態にある
か否かを判別する判別手段と、上記ステッピングモータ
が第１の運転状態にあると判別されたとき１相励磁運転
を行い、第１の運転状態にないと判別されたとき２相励
磁運転を行う選択手段と、を更に備える。

【０００８】上記実施形態の変形例では、予めプログラ
ムされたスケジュールに従って、１相励磁運転と２相励
磁運転とを選択的に行う選択手段を更に備える。

【０００９】本発明の第２の観点に従うステッピングモ
ータの制御方法は、第１の回転磁界と、それより電気角
の位相がずれた第２の回転磁界とを発生させ得るステッ
ピングモータの制御に係るもので、上記第１、第２の回
転磁界のいずれか一方を発生させる１相励磁運転を行う
よう上記ステッピングモータを制御する１相運転を行う
ステップと、上記第１、第２の回転磁界を共に発生させ
る２相励磁運転を行うよう上記ステッピングモータを制
御する２相運転を行うステップと、を備える。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施形態に係るステッ
ピングモータの制御装置を示すブロック図である。

【００１２】図１に示すステッピングモータの制御装置
１００は、永久磁石の回転子を持つステッピングモータ
７の駆動を制御するためのものである。そして、ステッ
ピングモータ７には、例えば既述のような電気角で１８
０度毎に励磁され、第１の回転磁界を発生する複数の電
磁石を磁極とする第１の固定子と、第１の固定子の磁極
間の中間点に夫々配置されて第１の回転磁界に対し、電
気角で９０度位相をずらして励磁されて第２の回転磁界
を発生する複数の電磁石を磁極とする第２の固定子とを
備える構成のものが採用される。更に、ステッピングモ
ータ７の回転軸には、ステッピングモータ７の変位量を
検出するためにロータリエンコーダ５が装着されてい
る。但し、ロータリエンコーダ５は、以下に説明する制
御パルス信号の数によってステッピングモータ７の変位
量が判る場合には、一般的に不要である。

【００１３】ステッピングモータの制御装置１００は、
図１に示すように、制御用コンピュータ（以下、「コン
ピュータ」と略記する）１と、ステッピングモータ駆動
回路（以下、「駆動回路」と略記する）３とを備える。

【００１４】ここで、ステッピングモータ７が、例えば
特定範囲内での移動距離や移動速度等が規定されている
ような種々の可動機構（例えば電子プリンタにおけるキ
ャリッジ等）（図示しない）の駆動源であるとすれば、
ステッピングモータ７の起動時から加速運転（過渡的な
運転状態）を経て定速運転状態に至るまでの間にコンピ
ュータ１から駆動回路３に出力される制御パルス信号の
数、定速運転状態から減速運転（過渡的な運転状態）開
始に至るまでの間の上記制御パルス信号の数、及び減速
運転開始から駆動停止に至るまでの間の上記制御パルス
信号の数は、いずれも既知のデータである。そのため、
このようなデータに基づいてステッピングモータの制御
を行う処理手順を規定したプログラムを、ステッピング
モータ７を制御対象とするコンピュータ１に予めインス
トールしておけば、コンピュータ１は、該プログラムに
規定された上記各制御パルス信号数データに従って、以
下に説明する態様でステッピングモータ７を制御するこ
とができる。

【００１５】即ち、コンピュータ１は、操作部（図示し
ない）から所望の回転方向（正／逆方向）への起動指令
が与えられると、予め上記プログラムに設定された処理
手順に従って、停止中のステッピングモータ７を通常の
励磁運転モードである２相励磁運転モードで上記方向へ
起動すると共に、ステッピングモータ７を加速運転する
ための制御パルス信号を生成し、該制御パルス信号を駆
動回路３に出力する。コンピュータ１は、また、該制御
パルス信号の出力開始と同期して、該制御パルス信号の
出力数のカウント動作を開始し、適宜の時間間隔で、ス
テッピングモータ７が起動時から所定パルス数回転した
か否か、換言すれば、上記制御パルスのカウント値が、
ステッピングモータ７の加速運転終了時の値に達したか
否かを判別する。この判別の結果、未だ所定パルス数回
転していないと認識すると、コンピュータ１は、ステッ
ピングモータ７の２相励磁運転モードでの加速運転を継
続する。

【００１６】一方、上記判別の結果、所定パルス数回転
した（換言すれば加速運転終了時の値に達した）と認識
すると、コンピュータ１は、ステッピングモータ７の励
磁運転モードを、２相励磁運転モードから上記第１の固
定子側の磁極と上記第２の固定子側の磁極のうちのいず
れか一方の固定子側の磁極だけを励磁する１相励磁運転
モードに切換えるべく駆動回路３を制御すると共に、ス
テッピングモータ７を定速運転するための制御パルス信
号を生成し、該制御パルス信号を駆動回路３に出力す
る。これにより、ステッピングモータ７は、励磁運転モ
ードが１相励磁運転モードに切換ると共に、定速運転に
移行する。そして、適宜の時間間隔で、ステッピングモ
ータ７が定速運転に移行した時点から所定パルス数回転
したか否か、換言すれば、上記制御パルスのカウント値
が、ステッピングモータ７の定速運転終了時の値に達し
たか否かを判別する。この判別の結果、未だ所定パルス
数回転していないと認識すると、コンピュータ１は、ス
テッピングモータ７の１相励磁運転モードでの定速運転
を継続する。

【００１７】一方、上記判別の結果、所定パルス数回転
したと認識すると、コンピュータ１は、ステッピングモ
ータ７の励磁運転モードを、１相励磁運転モードから２
相励磁運転モードに切換えるべく駆動回路３を制御する
と共に、ステッピングモータ７を減速運転するための制
御パルス信号を生成し、該制御パルス信号を駆動回路３
に出力する。これにより、ステッピングモータ７は、励
磁運転モードが２相励磁運転モードに切換ると共に、減
速運転に移行する。そして、適宜の時間間隔で、ステッ
ピングモータ７が減速運転開始時から所定パルス数回転
したか否か、換言すれば、上記制御パルスのカウント値
が、ステッピングモータ７の駆動停止時の値に達したか
否かを判別する。この判別の結果、未だ所定パルス数回
転していないと認識すると、コンピュータ１は、ステッ
ピングモータ７の２相励磁運転モードでの減速運転を継
続する。上記判別の結果、所定パルス数回転したと認識
すると、コンピュータ１は、ステッピングモータ７を駆
動停止すべく、駆動回路３を制御する。

【００１８】駆動回路１３は、コンピュータ１の制御下
で、ステッピングモータ７の起動、２相励磁運転モード
での加速運転、１相励磁運転モードでの定速運転、２相
励磁運転モードでの減速運転、駆動停止を行う。

【００１９】コンピュータ１に、上記プログラムがイン
ストールされていない場合には、上記制御パルス信号の
数ではなく、ロータリエンコーダ５からの出力パルス信
号の数を読み込んでカウントすることにより、コンピュ
ータ１は、ステッピングモータ７に対する上述した励磁
運転モードの切換えや、起動、加／減速運転、定速運
転、駆動停止等の制御を行うことになる。

【００２０】図２は、図１に記載の永久磁石の回転子を
持つステッピングモータ７の構成の一例を示す部分説明
図である。

【００２１】上記モータ７は、所謂２相ステッピングモ
ータと称されるもので、図２に示すように、回転子１９
と、回転子１９の外周に沿って同心状に配置された第１
の固定子２１及び第２の固定子２３とを備える。回転子
１９には、複数個の永久磁石２５ａ〜２５ｎが、第１の
固定子２１には、磁極として電気角で１８０度毎に励磁
される複数の電磁石２７ａ〜２７ｎが、夫々配置されて
いる。更に、第２の固定子２３には、磁極として上記各
々の磁極２７ａ〜２７ｎに対し夫々電気角で９０度位相
をずらして励磁される複数の電磁石２９ａ〜２９ｎが配
置されている。なお、図２では、図示の都合上、第１の
固定子２１の外周に第２の固定子２３が配置されている
ように記載したが、実際には、第１の固定子２１と第２
の固定子２３とは、同径であり、回転子１９の回転軸
（図示しない）方向に所定の空隙を隔てて配置されてい
る。

【００２２】図３は、図２に記載の回転子１９、第１の
固定子２１及び第２の固定子２３に夫々配置される各々
の磁極の位置関係を直線状に展開して示した拡大図であ
る。

【００２３】図３において、回転子１９の磁極Ｎに対向
して第１の固定子２１の励磁によって生成される磁極
（励磁極）Ｎが同一電気角で配置される。更に、回転子
１９の磁極Ｎより電気角で９０度ずれた位置に第２の固
定子２３の励磁極Ｓが配置される。

【００２４】上記構成の回転子１９と、上記構成の第１
の固定子２１だけの配置では、上記モータ７の起動時
に、例えば回転子１３のＳ極２５ｉと、それに対向する
第１の固定子２１側の電磁石２７ｉが励磁されてＳ極に
なったことで、両者の間に反発力が生じると、同時に上
記Ｓ極２５ｉと、上記Ｓ極２７ｉに隣接する左右双方の
励磁極Ｎとの間に引力が生じるから、そのままでは回転
子１９の回転方向は特定できない。そこで、例えば回転
子１９を図の右方向（正転方向）に回転させようと所望
する場合には、上述したように、第２の固定子２３に電
気角で９０度ずらした位置に配置した複数個の電磁石２
９ａ〜２９ｎを、図示のように励磁することで図の右方
向に回転トルクが生じるので、回転方向を、上記右方向
に特定できる。

【００２５】図４は、図１に記載のステッピングモータ
駆動回路３の一例としてのバイポーラ駆動回路の回路構
成図である。

【００２６】上記駆動回路は、上記ステッピングモータ
７の上述した励磁運転モード切換（１相励磁運転モード
→２相励磁運転モード、２相励磁運転モード→１相励磁
運転モード）が可能な構成になっている。駆動部３１が
１相励磁運転モードに対応しており、この駆動部３１
と、駆動部３３とが２相励磁運転モードに対応してい
る。駆動部３１に対し、駆動部３３は電気角で９０度位
相をずらして動作するよう、設定されている。

【００２７】上記モータ７の起動時には、スイッチ（Ｓ
Ｗ）３５が閉じて駆動部３１及び駆動部３３が共に動作
する。まず、駆動部３１側の半導体スイッチング素子で
あるＦＥＴ３７、３９がオン動作し、コイル４１が図示
の極性（左側Ｎ、右側Ｓ）に励磁される。これは、図３
に記載の第１の固定子２１側の電磁石２７ｉを例にとる
と、該電磁石２７ｉが励磁されてＳ極になることを意味
する。次に、電気角で９０度位相がずれて、駆動部３３
の半導体スイッチング素子であるＦＥＴ４３、４５がオ
ン動作し、コイル４７が図示の極性（左側Ｎ、右側Ｓ）
に励磁される。これは、図３に記載の第２の固定子２３
側の電磁石２９ｉを例にとると、該電磁石２９ｉが励磁
されてＮ極になることを意味する。つまり、回転子１９
に正転方向の回転トルクが生じることになる。このよう
にして、回転子１９の回転方向が特定され、上記モータ
７が起動する。

【００２８】次に、駆動部３１側の半導体スイッチング
素子であるＦＥＴ４９、５１がオン動作し、コイル４１
が図示の極性（左側Ｓ、右側Ｎ）に励磁される。これ
は、図３に記載の第１の固定子２１側の電磁石２７ｊ
（上記電磁石２７ｉの右側に隣接する電磁石）を例にと
ると、該電磁石２７ｊが励磁されてＳ極になることを意
味する。次に、電気角で９０度位相がずれて、駆動部３
３の半導体スイッチング素子であるＦＥＴ５３、５５が
オン動作し、コイル４７が図示の極性（左側Ｓ、右側
Ｎ）に励磁される。これは、図３に記載の第２の固定子
２３側の電磁石２９ｊ（上記電磁石２９ｉの右側に隣接
する電磁石）を例にとると、該電磁石２９ｊが励磁され
てＳ極になることを意味する。このようにして上記モー
タ７が定速運転状態になるまで回転子１９の回転数が上
昇する。上記モータ７が定速運転状態に移行した後は、
ＳＷ３５がオフ動作するか、或いはＳＷ３５をオンにし
たまま、（駆動部３３側の）各ＦＥＴ４３、４５、５
３、５５を全てオフにして駆動部３１だけによる１相励
磁運転モードに移行する。上述したＳＷ３５のオン／オ
フ動作や、各ＦＥＴ３７〜５５のオン／オフ動作は、コ
ンピュータ１の制御下で行われる。

【００２９】以上説明したように、ステッピングモータ
７の起動時及び加／減速運転時には、ＳＷ３５をオン動
作させて２相励磁運転モードを設定し、定速運転状態に
おいては、ＳＷ３５をオフ動作させるか、或いは駆動部
３３の各ＦＥＴ（４３、４５、５３、５５）を全てオフ
にして、２相励磁運転モードから１相励磁運転モードに
切換えても、回転子１９の慣性によって同一回転方向へ
の回転を継続させることができる。

【００３０】図５は、図１に記載の装置（ステッピング
モータの制御装置）において、２相励磁運転モードが設
定されているときの上記モータ７に対する励磁シーケン
スを示すタイミングチャートである。

【００３１】図５において、図５（ａ）で示すパルス
列、即ち、コンピュータ１によるステッピングモータ７
の制御に際して基準となるパルス列の周期は、上述した
電気角の９０度に対応するよう設定されている。図５
（ｂ）で示す（第１の固定子２１側の）電磁石２７ｉを
励磁するためのコンピュータ１からの制御パルス信号
と、図５（ｃ）で示す（第２の固定子２３側の）電磁石
２９ｉを励磁するためのコンピュータ１からの制御パル
ス信号とは、電気角で９０度位相がずれている。また、
上記図５（ｃ）で示した制御パルス信号と、図５（ｄ）
で示す（第１の固定子２１側の）電磁石２７ｊを励磁す
るための制御パルス信号との間も、電気角で９０度位相
がずれている。更に、上記図５（ｄ）で示した制御パル
ス信号と、図５（ｅ）で示す（第２の固定子２３側の）
電磁石２９ｊを励磁するための制御パルス信号との間
も、電気角で９０度位相がずれていることが分かる。

【００３２】上述した態様でステッピングモータ７が制
御されるため、ステッピングモータ７は、起動時におい
て所望の回転方向に確実に回転動作し、徐々に加速し
て、やがては、定速運転状態に移行する。なお、ステッ
ピングモータ７の起動時の励磁方法は、ステッピングモ
ータ７を所望の回転方向に確実に回転させることができ
るのであれば、上記以外のパターンを採用しても差支え
ない。

【００３３】図６は、例えば電子プリンタが備えるキャ
リッジの駆動源として用いられるステッピングモータ７
を起動し、加速し、定速運転し、減速し、更に駆動停止
するときの制御の流れを示す図である。

【００３４】図６において、所望の回転方向への起動指
令が与えられると、コンピュータ１は、停止中のステッ
ピングモータ７を２相励磁運転モードで上記方向へ起動
すると共に（ステップＳ７１）、ステッピングモータ７
を加速運転するための制御パルス信号を生成し、駆動回
路３に出力する。また、該制御パルス信号の出力開始と
同期して、該制御パルス信号の出力数のカウント動作を
開始する。これにより、ステッピングモータ７が２相励
磁運転モードで加速運転される（ステップＳ７２）。次
に、適宜の時間間隔で、ステッピングモータ７が起動時
から所定パルス数回転したか否かを判別する（ステップ
Ｓ７３）。この判別の結果、否であると認識した場合に
は、ステップＳ７２で開始したステッピングモータ７の
２相励磁運転モードでの加速運転を継続する。

【００３５】一方、所定パルス数回転したと認識する
と、上記励磁運転モードを１相励磁運転モードに切換え
ると共に（ステップＳ７４）、ステッピングモータ７
を、加速運転から定速運転に移行させる（ステップＳ７
５）。そして、適宜の時間間隔で、ステッピングモータ
７が定速運転に移行した時点から所定パルス数回転した
か否かを判別する（ステップＳ７６）。この判別の結
果、否であると認識した場合には、ステップＳ７４で開
始したステッピングモータ７の１相励磁運転モードでの
定速運転を継続する。

【００３６】一方、上記判別の結果、所定パルス数回転
したと認識すると、上記運転モードを２相励磁運転モー
ドに切換えると共に（ステップＳ７７）、ステッピング
モータ７を定速運転から減速運転に移行させる（ステッ
プＳ７８）。そして、適宜の時間間隔で、ステッピング
モータ７が減速運転開始時から所定パルス数回転したか
否かを判別する（ステップＳ７９）。この判別の結果、
否であると認識した場合には、ステップＳ７７で開始し
たステッピングモータ７の２相励磁運転モードでの減速
運転を継続する。

【００３７】一方、上記判別の結果、所定パルス数回転
したと認識すると、コンピュータ１は、ステッピングモ
ータ７を駆動停止させる（ステップＳ８０）。

【００３８】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、これは本発明の説明のための例示であって、
本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではな
い。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能
である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２相励磁運転が可能なステッピングモータの発熱量や電
力消費量を抑制できるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るステッピングモータ
の制御装置を示すブロック図。

【図２】図１に記載の永久磁石の回転子を持つステッピ
ングモータの構成の一例を示す部分説明図。

【図３】図２に記載の回転子、第１の固定子及び第２の
固定子に夫々配置される各々の磁極の位置関係を直線状
に展開して示した拡大図。

【図４】図１に記載のステッピングモータ駆動回路の一
例としてのバイポーラ駆動回路の回路構成図。

【図５】図１に記載の制御装置において、２相励磁運転
モードが設定されているときのステッピングモータに対
する励磁シーケンスを示すタイミングチャート。

【図６】電子プリンタが備えるキャリッジの駆動源とし
て用いられるステッピングモータを起動し、加速し、定
速運転し、減速し、更に駆動停止するときの制御の流れ
を示す図。

【符号の説明】

１ 制御用コンピュータ ３ ステッピングモータ駆動回路 ５ ロータリエンコーダ ７ ステッピングモータ １９ 回転子 ２１ 第１の固定子 ２３ 第２の固定子 ２５ａ〜２５ｎ、２７ａ〜２７ｎ、２９ａ〜２９ｎ 電
磁石 ３１、３３ 駆動部 ３５ スイッチ（ＳＷ） ３７、３９、４３、４５、４９、５１、５３、５５ Ｆ
ＥＴ（半導体スイッチング素子） ４１、４７ コイル １００ ステッピングモータの制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の回転磁界と、それより電気角の位
   相がずれた第２の回転磁界とを発生させ得るステッピン
   グモータの制御装置において、 前記第１、第２の回転磁界のいずれか一方を発生させる
   １相励磁運転を行うよう前記ステッピングモータを制御
   する１相運転手段と、 前記第１、第２の回転磁界を共に発生させる２相励磁運
   転を行うよう前記ステッピングモータを制御する２相運
   転手段と、 を備えるステッピングモータの制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記ステッピングモータが第１の運転状態にあるか否か
   を判別する判別手段と、 前記ステッピングモータが第１の運転状態にあると判別
   されたとき１相励磁運転を行い、第１の運転状態にない
   と判別されたとき２相励磁運転を行う選択手段と、 を更に備えるステッピングモータの制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 予めプログラムされたスケジュールに従って、１相励磁
   運転と２相励磁運転とを選択的に行う選択手段を更に備
   えるステッピングモータの制御装置。
4. 【請求項４】 第１の回転磁界と、それより電気角の位
   相がずれた第２の回転磁界とを発生させ得るステッピン
   グモータの制御方法において、 前記第１、第２の回転磁界のいずれか一方を発生させる
   １相励磁運転を行うよう前記ステッピングモータを制御
   する１相運転を行うステップと、 前記第１、第２の回転磁界を共に発生させる２相励磁運
   転を行うよう前記ステッピングモータを制御する２相運
   転を行うステップと、 を備えるステッピングモータの制御方法。