JP2005184926A - ステッピングモータの駆動制御 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステッピングモータに対し、簡易な制御で、負荷に応じた駆動電流を流す。
【解決手段】 ステッピングモータにおいて、それぞれのコイルに正弦波的に駆動電圧を印加する。駆動電圧Ｖｉｍの振幅は、逆起電圧Ｖｃ０の振幅と一致させる。逆起電圧は、ステッピングモータの回転速度に応じて変動するため、予め用意されたテーブルに基づき、駆動電圧の振幅も回転速度に応じて変動させる。この結果、コイルには、逆起電圧と駆動電圧の相互作用の結果、合成電圧Ｖｒ０が印加される。負荷が高い時には、逆起電圧の位相が遅れ、駆動電圧との位相差が小さくなるため、駆動電圧は一定のままでも、合成電圧の振幅、駆動電流が大きくなる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御に関する。

金融機関では、通帳の発行や記帳を行う通帳取扱装置が利用されている。通帳取扱装置では、ステッピングモータの動力を利用して搬送ローラを駆動することで、通帳を搬送している。通帳は相当の厚みを有しているため、搬送ローラを通帳が通過し始める時点や、通過直後には、搬送ローラにかかる負荷が変動する。また、通帳は開いているページによって厚さが不均一となるため、搬送中にも搬送ローラにかかる負荷が変動する。適切な動作を実現するため、ステッピングモータは、これらの負荷変動に応じた駆動力を出力する必要がある。また、ステッピングモータが脱調した場合には、直ちに異常を検出できることが好ましい。

ステッピングモータの駆動方法の一つとして、ＰＷＭ制御、即ちコイルに印加する電圧パルス幅を変更する制御によって、コイルに擬似的な正弦波電流を流す方法が知られている。特許文献１は、ステッピングモータの回転速度および負荷に応じて、ＰＷＭ制御におけるデューティを変化させ、正弦波電流の振幅を変化させる技術を開示している。この制御によってステッピングモータは要求負荷に応じた駆動力を出力できる。

特開平８−２５１９９０号公報

特許文献１の技術では、上述の制御を実現するために、負荷の検出手段が必要であった。従って、装置構成や制御が複雑であった。また、従来の制御では、ステッピングモータの脱調を簡易に検出する方法についても検討されていなかった。かかる課題は、通帳取扱装置に限らず、ステッピングモータの駆動に共通であった。

本発明のステッピングモータの駆動装置は、電源と、駆動回路と、制御部を有する。駆動回路は、電源を利用して、ステッピングモータのコイルに駆動電圧を印加するための回路であり、例えば、トランジスタ等のスイッチング回路を適用することができる。制御部は、駆動回路を制御してステッピングモータに駆動電圧を印加するための回路である。本発明では、所定以下の負荷時に、ステッピングモータに生じる逆起電圧とほぼ逆位相で正弦波的に駆動電圧を印加する。

本発明によれば、低負荷の時には、逆起電圧を駆動電圧が相殺するため、コイルに印加される電圧、即ち逆起電圧と駆動電圧の合成電圧は比較的低くなり、駆動電流も小さくなる。コイルに生じる逆起電圧は、一般的に、負荷が高くなると、位相が遅れていくという性質を有している。従って、駆動電圧を一定の位相で印加していれば、高負荷時には逆起電圧と駆動電圧の位相差が小さくなり、合成電圧ひいては駆動電流が増幅される。本発明では、かかる原理に基づき、負荷に関わらず一定の位相で駆動電圧を印加することで、逆起電圧と駆動電圧との相互作用に基づき、複雑な制御を要さずに、負荷に応じた駆動電流を流すことができる。

本発明において駆動電圧の位相は種々の方法で設定可能である。例えば、ステッピングモータに要求される負荷範囲を求め、上述した逆起電圧と駆動電圧間の相互作用によって、この負荷範囲に応じた駆動電流が得られるように、駆動電圧の位相を設定する方法を採ることができる。こうして設定された駆動電圧の位相は、必ずしも低負荷で逆起電圧と厳密に逆位相となる必要はなく、逆起電圧に対して電気角で１８０°以上ずれた範囲など、相殺効果が得られる範囲に設定されていればよい。

本発明において、駆動電圧の振幅は種々の設定が可能である。上述の相互作用を効果的に得るためには、駆動電圧の振幅は逆起電圧の振幅に応じて設定することが好ましい。逆起電圧はステッピングモータの回転速度に依存するから、駆動電圧の振幅も回転速度に応じて設定することになる。例えば、各回転速度で生じる逆起電圧を予め求めておき、この逆起電圧に所定の係数を乗じた値を駆動電圧の振幅とすることができる。相互作用が最も効果的に得られ、制御処理が最も簡素化されるという観点から、「係数＝１」、即ち駆動電圧の振幅を逆起電圧の振幅と一致させることが好ましい。

本発明は、上述の観点からなる別の構成として、所定以下の負荷時に、ステッピングモータに生じる逆起電圧と同等の振幅電圧で正弦波的に駆動電圧を印加する制御を行うものとしてもよい。駆動電圧と逆起電圧の位相は、必ずしも上述の関係に拘束されない。この場合は、駆動電圧と逆起電力が同等の振幅電圧とすることにより、合成電圧が負荷に応じてスムーズに変化し、駆動電流もスムーズに変化する。この結果、ステッピングモータの駆動の円滑化を図ることができる利点がある。

本発明では、先に説明した通り、逆起電圧と駆動電圧の相互作用によって駆動電流の振幅が変化する。ステッピングモータが脱調した場合には、両者の位相関係が大きく変動する結果、正常な制御時に予測される範囲を超える駆動電流が流れる。従って、本発明においては、駆動電流が所定の閾値以上となった場合に、ステッピングモータが脱調したと判断する脱調検出部を設けても良い。

ステッピングモータの駆動方法としては、ＰＷＭ制御によって正弦波的に駆動電圧を印加する方法の他に、コイルに一定の駆動電流が流れるよう駆動電圧を制御する方法（以下、「定電流制御」と称する）などが存在する。本発明では、ステッピングモータの運転状態に応じて、ＰＷＭ制御と定電流制御とを使い分けるようにしてもよい。

例えば、駆動電流が予め設定された制限値よりも大きくなった時点で、ＰＷＭ制御から定電流制御に切り換える方法を採ることが出来る。この制限値は、脱調の判定に用いられる閾値よりも小さいことが好ましい。かかる条件を満たす場合には、何らかの原因で、逆起電圧と駆動電圧の相互作用が大きくなり、過大な駆動電流が流れている可能性がある。従って、定電流制御に切り換えることにより、駆動電流が大きくなり過ぎることを回避でき、ステッピングモータの運転を安定化させることができる。

別の例として、ステッピングモータの回転速度が低い時には、定電流制御を適用するようにしてもよい。かかる範囲では、逆起電圧が小さく、十分な相互作用が期待できないため、定電流制御を適用することにより、ステッピングモータの運転を安定化させることができる。

本発明は、上述した種々の特徴を全て備えている必要はなく、一部を省略したり組み合わせたりして構成してもよい。本発明は、ステッピングモータの駆動装置の他、ステッピングモータの動力を利用して通帳を搬送するための搬送機構、およびステッピングモータの駆動装置を搭載した通帳取扱装置として構成しても良い。また、ステッピングモータの駆動制御方法、かかる制御を実現するためのコンピュータプログラム、このプログラムを記録した記憶媒体として構成しても良い。ここで、記憶媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。

本発明の実施例について以下の順序で説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．ステッピングモータの駆動回路
Ｂ１．全体構成
Ｂ２．チョッピングテーブル
Ｂ３．駆動電圧およびＰＷＭ回路
Ｃ．駆動電流の制御原理
Ｄ．ステッピングモータの駆動制御
Ｅ．変形例

Ａ．装置構成：
図１は実施例としての通帳取扱装置の概略構成を示す説明図である。側断面を示した。通帳取扱装置１００は、銀行において取引時に通帳からの情報の読み取り、通帳への記入などを行う装置である。通帳取扱装置１００は、ＡＴＭなどに内蔵される装置として構成してもよいし、単独の装置として構成してもよい。本実施例では、振込用紙などの帳票および通帳の双方を取扱可能な装置例を示すが、通帳のみを取扱可能な装置として構成しても構わない。

通帳取扱装置１００には、図の左側に通帳を挿入する挿入口、および帳票を挿入する挿入口が設けられている。説明の便宜上、これらの挿入口が設けられている側（図の左側）を装置の前方または上流、それに対向する側（図の右側）を奥または下流と呼ぶものとする。また、通帳等の搬送について、挿入口から奥に向けての搬送を往搬送、挿入口に排出する方向への搬送を復搬送と呼ぶものとする。

装置内には、通帳を搬送するための搬送路１０１、帳票を搬送するための搬送路１０２が設けられている。これらの搬送路は、途中で合流し、搬送路１０３となる。通帳および帳票は、搬送路１０１〜１０３を、ステッピングモータ１７０で駆動されるローラ１０４によって搬送される。ステッピングモータ１７０に印加される駆動電圧は、駆動回路２００で生成される。

搬送路１０１〜１０３の途中には、通帳および帳票の通過を検知するための通過センサ１０５が設けられている。図の煩雑化を回避するため、符号は一つのローラおよび通過センサについてのみ代表的に示した。

帳票の搬送路１０２には、挿入口近傍に、帳票のスキューおよびシフトを補正するための姿勢補正機構１３０が設けられている。イメージリーダ１３１は、姿勢補正機構１３０の下流側に設けられており、帳票に記入された文字等を光学的に読み取る。

搬送路１０１、１０２の合流点には、磁気読取機構１６０が設けられている。磁気読取機構１６０は、通帳に付された磁気ストライプから情報を読み取る機構である。

磁気読取機構１６０の下流には、通帳および帳票を処理するための種々の機構が設けられている。印字ヘッド１３３は、通帳および帳票に取引結果等の印字を行う。リボン巻き取り機構１３２は、印字ヘッド１３３が使用するインクリボンを巻き取る機構である。駆動機構１３４は、印字時に、モータ１３５の動力によって印字ヘッド１３３を上下に駆動する機構である。

印字位置検出センサ１３６は、通帳について、既に記入済みの部分を光学的に検出するセンサである。改頁機構１３７は、ページ内に空白の記入欄が残されていないことが検出された場合に、通帳のページをめくる機構である。

制御ユニット１１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭ内に記録されたソフトウェアに従って、上述の各機構を制御したり、読み取られた情報の処理を行ったりする。

Ｂ．ステッピングモータの駆動回路
Ｂ１．全体構成
図２は駆動回路２００の内部構造を示す説明図である。図中にステッピングモータ１７０の内部構造例も模式的に示した。ステッピングモータ１７０の回転子１７５は、両端がそれぞれＮ極、Ｓ極となった永久磁石として模式的に表される。回転子１７５の周囲には、４つのコイル１７１〜１７４が設けられている。これらの４つのコイル１７１〜１７４をそれぞれＡ相〜Ｄ相と称するものとする。ステッピングモータ１７０は、更に多相のコイルを有していても構わない。

本実施例では、２相ステッピングモータを１−２相励磁した場合を示す。従って、ステッピングモータ１７０は、８段階の状態を経ながら回転する。図示する状態では、Ａ相のコイル１７１には、回転子１７５のＮ極に対向してＳ極が現れる向きに電流が流れているとする（第１の状態）。この向きに電流が流れている状態を「オン」と称するものとする。次に、Ｂ相のコイル１７２をオンすると、回転子１７５は時計回りに４５°回転した状態に移動する（第２の状態）。この状態で、Ａ相のコイル１７１の電流を停止すると、回転子１７５は時計回りに９０°回転した状態、即ちＮ極がＢ相に対向する位置に移動する（第３の状態）。以下、同様にして、Ｃ相をオン（第４の状態）、Ｂ相のコイル１７２の電流を停止（第５の状態）、Ｄ相をオン（第６の状態）、Ｃ相のコイル１７３の電流を停止（第７の状態）、Ａ相をオンする（第８の状態）。図示する通り、Ａ相とＣ相、Ｂ相とＤ相は、それぞれ回転子１７５を挟んで対向している。上述の８つの状態において、Ａ相、Ｂ相がオンとなっている場合には、Ｃ相、Ｄ相にはそれぞれＡ相、Ｂ相と絶対値が等しい負の電圧が印加される。Ｃ相、Ｄ相がオンとなっている場合には逆にＡ相、Ｂ相に負の電圧が印加される。以下の説明では、この８段階の状態を「相」または「ステップ」と称する。

駆動回路２００は、電源からの電圧を変調して、Ａ相〜Ｄ相の各相に印加するための回路である。図中には、電圧の変調を制御するためのハードウェア構成を示した。電源電圧は、コイル１７１〜１７４にそれぞれ接続されたスイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄによって変調される。スイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄは、内部にトランジスタなどのスイッチング素子を備えた回路であり、そのオン・オフのデューティ値によって、コイル１７１〜１７４に印加される駆動電圧の平均値を変調させることができる。このスイッチングは、以下に示す回路によって制御される。

図示する通り、駆動回路２００は、内部にＣＰＵ２１０、メモリ２２０を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。全体の動作は、メモリ２２０内に予め用意された制御プログラムに従って、ＣＰＵ２１０が制御する。メモリ２２０には、制御プログラムの他、この制御に利用されるテーブルとして、スルーイングテーブル２２１、チョッピングテーブル２２２が記憶されている。これらのテーブルの内容については後述する。

進相カウンタ２０４は、ステッピングモータ１７０の相を進めるタイミングを規定する進相信号を出力する回路である。本実施例では、進相カウンタ２０４は、クロック信号をカウントし、進相信号を出力する。進相信号の出力タイミングは、ステッピングモータ１７０の回転速度に応じて変化させる必要がある。従って、ＣＰＵ２１０は進相信号の出力タイミングを規定するカウント数を、ステッピングモータ１７０の回転速度に応じて設定し、進相カウンタ２０４に対して指示する。

本実施例では、ステッピングモータ１７０は、ほぼ一定の速度シーケンスで回転する場合を想定する。つまり、停止状態から一定の加速度で増速し、所定の期間、定速駆動された後、一定の減速度で減速して停止状態に戻る。従って、駆動開始からの各相において、ステッピングモータ１７０の回転速度は予め決められており、進相カウンタの出力タイミングを規定するカウント数も予め決められている。本実施例では、この既知のカウント数を相ごとに予め設定し、スルーイングテーブル２２１としてメモリ２２０に格納する。ＣＰＵ２１０は、スルーイングテーブル２２１を参照して、各相に対応したカウント数を求め、進相カウンタ２０４に指示する。

相カウンタ２０６は、進相カウンタ２０４からの進相信号を受け、０〜７の８通りの信号を出力する８進カウンタである。この信号は、それぞれステッピングモータ１７０の各相に対応する。デコーダ２０８は、相カウンタ２０６の出力に応じて、先に説明した８つの相を実現するように、コイル１７１〜１７４のオン・オフを規定する信号を出力する。

ＰＷＭ回路２４０は、スイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄのデューティ値を変化させるための制御信号を出力する回路である。デューティ値は、コイル１７１〜１７４に印加される駆動電圧が正弦波的に変化するように設定される。また、本実施例では、回転速度に応じてデューティ値を変化させる。回転速度とデューティ値との関係は、予めチョッピングテーブル２２２に記憶されている。ＣＰＵ２１０は、このチョッピングテーブル２２２を参照し、各回転速度に応じてデューティ値を制御するためのデューティ値制御値（以下、「ＤＣＰ」と称する）をＰＷＭ回路２４０に出力する。ＰＷＭ回路２４０は、ＣＰＵ２１０からの指示値に応じた振幅で、正弦波的な駆動電圧を印加するための制御信号を出力する。この制御信号と、デコーダ２０８からの出力を、アンドゲート経由でスイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄに入力することにより、各相に応じたオン・オフ状態で、コイル１７１〜１７４に駆動電圧を印加することができる。

電流検出回路２３２は、コイル１７１〜１７４に流れる駆動電流を検出するための電流センサである。脱調検出回路２３４は、駆動電流の値と予め設定された閾値とを比較するコンパレータであり、駆動電流がこの閾値を超えた時点で、脱調の警告信号をＣＰＵ２１０に出力する。

Ｂ２．チョッピングテーブル
図３はチョッピングテーブル２２２の内容を示す説明図である。先に説明した通り、ステッピングモータ１７０の回転速度に応じてデューティを制御するために、デューティ制御値ＤＣＰを記憶したテーブルである。図の上方には、ステッピングモータ１７０の速度変化を示した。本実施例では、ステッピングモータ１７０は、一定の加速度で加速し、その後定速駆動し、減速するという速度シーケンスで駆動される。図中には、定速駆動されるまでの状態を例示した。横軸のＳ１〜Ｓ５はステッピングモータ１７０の各相を表しており、例えば、加速フェーズでは、加速開始後、Ｓ１、Ｓ２と進相するにつれて、速度が徐々に上がっていくことを表している。この速度シーケンスに基づき、各相Ｓ１〜Ｓ５における回転速度が決まれば、図示するように、各相における逆起電圧Ｖ１〜Ｖ５が求まる。定速フェーズに入った後は、各相における逆起電圧はＶ６で一定となる。図示を省略したが、減速フェーズにおいても、各相と速度、逆起電圧との関係が求められる。

本実施例では、逆起電圧と振幅が同じ電圧を印加するものとした。従って、加速フェーズにおける各相Ｓ１〜Ｓ５における印加電圧はＶ１〜Ｖ５と設定される。定速フェーズ、減速においても同様に、各相における印加電圧が設定される。これらの印加電圧は、スイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄのデューティを調整することで実現される。図中の例では、各印加電圧Ｖ１〜Ｖ５に対して、それに応じたデューティを実現するためのデューティ制御値はｎ１〜ｎ５となる場合を示した。このデューティ制御値ＤＣＰは、厳密にはデューティとは異なる値である。この点については、駆動電圧の例とともに後述する。

チョッピングテーブル２２２は、上述の手順で設定されたデューティ制御値を記憶している。本実施例では、加速時、定速時、減速時の３つのフェーズに分けて記憶するものとした。例えば、加速時には、加速開始からの各相Ｓ１〜Ｓ５に対応づけてデューティ制御値ｎ１〜ｎ５が記憶されている。ＣＰＵ２１０は、加速フェーズが開始されると、このテーブルを参照し、進相に合わせて、デューティ制御値ｎ１〜ｎ５を順次出力する。このようにフェーズごとに開始時からのデューティ制御値を順次記憶することより、ステッピングモータ１７０の回転速度を検出するまでなく、適正な駆動電圧を印加することが可能となる。

チョッピングテーブル２２２は、図示した構成に限られない。例えば、図中のフェーズに分けることなく、ステッピングモータ１７０の回転速度とデューティ制御値ＤＣＰとを対応づけたテーブルとしてもよい。かかる構成を適用しても、ステッピングモータ１７０に回転速度センサを設けることにより、各回転速度に応じたデューティ制御値ＤＣＰを設定することが可能である。

Ｂ３．駆動電圧およびＰＷＭ回路
図４は駆動電圧の様子を模式的に示した説明図である。図の下方に進相信号の出力タイミング、およびＡ相〜Ｄ相の駆動電圧値を模式的に示した。図中、Ｓ１相では、Ａ相、Ｄ相に正の電圧が印加されている、即ち「オン」となっていることを示している。以下、Ｓ２相ではＡ相のみがオン、Ｓ３相ではＡ相、Ｂ相がオン...と続く。Ａ相がオンとなっている場合には、それに対応するＣ相には、Ａ相と同じ値の負電圧が印加される。図示する通り、Ａ相からＤ相の駆動電圧は、Ｓ１〜Ｓ８相で正弦波的に変化する。図中に示した０．７、１．０などの係数は、この正弦波的な駆動電圧を実現するようデューティを制御するために用いられる係数（以下、「駆動係数」と称する）である。

図の上方には、Ｓ１、Ｓ２相におけるＡ相の駆動電圧を、ＰＷＭ制御で実現する様子を模式的に示した。ここでは、便宜上、デューティ制御値は各相で一定値ｎ１であるものとして説明する。本実施例では、所定のチョッピング周期Ｔの時間幅を単位として、電圧がハイとなる時間Ｔｈを調整する。この時、デューティは、「Ｔｈ／Ｔ」で定義される。

ＰＷＭ回路２４０は、５０％のデューティを基準として、増減量を設定することで所望のデューティを実現する。つまり、Ｔ／２の期間は電圧をハイとし、残りＴ／２の期間においてハイとなる期間を調整することで所望のデューティを実現する。例えば、Ｓ１相では、デューティ制御値ＤＣＰ＝ｎ１に設定されている。この設定値は、最初のＴ／２の期間はハイであり、残りＴ／２の期間の「ｎ１」倍の期間がハイとなることを意味する。Ｓ１相では、こうして設定されるデューティに対し、更に、駆動係数「０．７」が乗ぜられる。結果として、Ｓ１相では、「Ｔ／２×（１＋０．７×ｎ１）」の期間がハイとなり、「（１＋０．７×ｎ１）／２」というデューティが実現される。Ｓ２相では、駆動係数が「１．０」であるから、「Ｔ／２×（１＋１．０×ｎ１）」の期間がハイとなり、「（１＋１．０×ｎ１）／２」というデューティが実現される。

ＤＣＰの値がｎ１以外に設定されている場合も、上述の式によってハイとなる期間およびデューティが定められる。Ｓ１相におけるＢ相、Ｃ相のように、駆動係数が負として表されているコイルについては、上述の式によって得られた結果に対して「ハイ」、「ロウ」を反転させて駆動する。つまり、Ｓ１相において、Ａ相がハイとなっている期間、Ｃ相はロウとなり、Ａ相がロウとなっている期間、Ｃ相はハイとなる。こうすることで、Ａ相と逆向きの駆動電圧をＣ相に印加することができる。本実施例では、スイッチング回路２０２ａでＡ相をハイとすると、Ｃ相はスイッチング回路２０２ｃを駆動するまでなく結果としてロウとなるよう、Ａ相とＣ相は結線されている。Ｂ相とＤ相も同様に結線されている。

図５はＰＷＭ回路２４０の内部構造を示す説明図である。上述のデューティを実現するための回路構成を模式的に示した。チョッピング周期カウンタ２４１は、ＣＰＵ２１０が動作するためのクロック信号ＣＬＫのパルスをカウントする。このカウント数がチョッピング周期Ｔおよびその半分の周期Ｔ／２に相当する値に至った時点で、それぞれフリップフロップ２４６、デューティカウンタ２４２に信号を出力する。

デューティカウンタ２４２には、Ｔ／２周期の信号と、デューティ制御値ＤＣＰが入力される。デューティカウンタ２４２は、Ｔ／２周期の信号を受け取ると、「Ｔ／２×ＤＣＰ」に相当する期間を求める。デューティカウンタ２４２は、この値を、クロック信号のパルス数で求め、結果を１０進カウンタ２４３に出力するとともに、クロック信号のカウントを開始する。デューティカウンタ２４２は、「Ｔ／２×ＤＣＰ」の期間、クロック信号に対応したパルスを、１０進カウンタ２４３に出力し続ける。

１０進カウンタ２４３は、「Ｔ／２×ＤＣＰ」を１０進でカウントする。つまり、「Ｔ／２×ＤＣＰ」の０．１倍、０．２倍...１．０倍の各タイミングでデューティデコーダ２４４にパルスを出力する。デューティデコーダ２４４は、このパルスをカウントし、０．７倍、および１．０倍の時点で信号をセレクタ２４５に出力する。この０．７、１．０は、それぞれ駆動係数に相当する値であるから、駆動係数に応じて任意に設定可能である。

セレクタ２４５には、相カウンタ２０６から相Ｓ１〜Ｓ８を表す３ビットの信号のうち最下位ビットが入力される。セレクタ２４５は、この最下位ビットに応じて、デューティデコーダ２４４からのパルスを選択して、フリップフロップ２４６に出力する。最下位相は、進相の度に「０」、「１」で入れ替わる。従って、フリップフロップ２４６には、進相する度に、「Ｔ／２×ＤＣＰ」の０．７倍、１．０倍のタイミングを表す信号が交互に出力されることになる。この信号は、図４に示した通り、Ｓ１〜Ｓ８の各相において、Ａ相〜Ｄ相のいずれかオンとなっているコイルの駆動係数に対応した信号となる。

フリップフロップ２４６は、チョッピング周期カウンタ２４１から周期信号Ｔを受けた時点でハイの信号を出力し始め、セレクタ２４５からのパルスを受けた時点で、ロウに切り替わる。ＰＷＭ回路２４０では、かかる回路構成によって、デューティ制御値ＤＣＰおよび駆動係数を反映したデューティで、ハイの信号を出力することができる。

Ｃ．駆動電流の制御原理
図６は低負荷時における駆動電流を模式的に示す説明図である。ある一定の回転速度でステッピングモータ１７０が回転している場合におけるＡ相の電圧、電流を例示した。この状態では、図の破線Ｖｃ０で示すように、Ａ相のコイル１７１には、回転速度に応じた逆起電圧が正弦波的に生じる。本実施例では、実線Ｖｉｍで示すように、この逆起電圧とほぼ同じ振幅電圧となるようにＡ相への駆動電圧の振幅を設定する。この時、逆起電圧と駆動電圧の位相は、ほぼ反転し、少なくとも電気角で１８０°以上の位相差が存在した状態となっている。この結果、Ａ相には、逆起電圧と駆動電圧の相互作用により、それぞれ相殺し合った結果としての合成電圧Ｖｒ０が印加される。この合成電圧Ｖｒ０の振幅は逆起電圧および駆動電圧の振幅に比較して小さい。Ａ相のコイル１７１には、合成電圧Ｖｒ０に対応した比較的小さい電流が流れる。ここでは、Ａ相を例示したが、Ｂ相〜Ｄ相も同様である。

逆起電圧Ｖｃ０は負荷によって位相が変化する性質を有している。一般的に、図中に示す通り、負荷が高くなると位相が遅れる。本実施例では、紙幣取扱装置の搬送機構を駆動するためにステッピングモータ１７０に要求される負荷範囲のうち、比較的低負荷の状態を設計点として選択し、この状態で図６に示すように、駆動電圧の位相を設定した。通帳が搬送機構のローラにかかった瞬間や、通帳の綴じ部分がローラを乗り越える瞬間などには、搬送機構の負荷が一時的に大きくなることがある。このように負荷が大きくなると、逆起電圧の位相が遅れ、駆動電圧と逆起電圧の相互作用も変化する。

図７は高負荷時における駆動電流を模式的に示す説明図である。図６と同じ回転速度で負荷のみが高くなった状態を示した。駆動電圧Ｖｉｍは、図６と同じ位相、振幅で印加される。逆起電圧Ｖｃ１は、位相が遅れるため、逆起電圧Ｖｃ１と駆動電圧Ｖｉｍとの位相差が小さくなる。この結果、両者の相互作用によって定まる合成電圧Ｖｒ１は、図示する通り、比較的大きな振幅となる。コイル１７１を流れる電流もこれに応じて増大する。Ｂ相〜Ｄ相も同様である。

このように、本実施例では、低負荷時の状態を設計点として駆動電圧の位相を設定することにより、高負荷状態では、負荷に応じた制御を行うまでなく、コイルに流れる電流を増大させることができる。従って、複雑な制御なく、負荷に応じた電流を流すことができる利点がある。

ステッピングモータ１７０にかかる負荷が大きくなると、逆起電圧と駆動電圧の位相差が小さくなり、合成電圧および駆動電流の振幅が増大する。ステッピングモータ１７０が脱調した場合には、逆起電圧と駆動電圧の位相差が急激に変動し、両者の相互作用の結果、非常に大きな駆動電流が流れる瞬間が現れる。従って、コイル１７１〜１７４の駆動電流値を監視することにより、ステッピングモータ１７０の脱調を検出することが可能となる。

Ｄ．ステッピングモータの駆動制御
図８はステッピングモータ１７０の駆動制御処理のフローチャートである。駆動回路２００の各回路およびＣＰＵ２１０が繰り返し実行する一連の処理を示した。本実施例では、ＰＷＭ制御、定電流制御、脱調の３つの運転モードに分けてステッピングモータ１７０を駆動する。ＰＷＭ制御とは、図３〜７で説明したように回転速度に応じて正弦波的に駆動電圧を印加する運転モードである。定電流制御とは、コイル１７１〜１７４に流れる電流が予め設定された所定値となるように、スイッチング回路２０２ａ〜２０２ｄのデューティを制御する運転モードである。その制御方法は、周知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。本実施例では、これらの３つの運転モードを使い分けるが、いずれか２つの運転モードを使い分けるものとしてもよいし、単一の運転モードのみを用いるようにしてもよい。

この駆動制御処理が開始されると、ＣＰＵ２１０は運転モードおよび運転フェーズを特定する（ステップＳ１０）。初めてこの処理を実行する時は、運転モードとしてＰＷＭ制御を設定する。２回目以降に実行する時は、前回の実行時における設定に従う。運転フェーズとは、図３に示した加速フェーズ、定速フェーズ、減速フェーズを意味する。ステッピングモータ１７０の駆動開始からの相数に応じて、運転フェーズを特定することが可能である。

ＣＰＵ２１０は、運転モードに応じて、それぞれの駆動制御を実行する（ステップＳ１１）。脱調している場合には、エラー処理を実行する（ステップＳ１２）。エラー処理としては、例えば、ステッピングモータ１７０の駆動を停止し、係員に異常を報知する処理を採ることができる。周知の種々の技術により、ステッピングモータ１７０の復調を図っても良い。

運転モードがＰＷＭ制御の場合、ＣＰＵ２１０はチョッピングテーブル２２２を参照し、デューティ制御値ＤＣＰを設定する（ステップＳ１３）。また、駆動回路２００に設けられた各回路は、このデューティ制御値ＤＣＰに応じて、先に説明したＰＷＭ制御を実行する（ステップＳ１４）。

運転モードが定電流制御の場合、ＣＰＵ２１０は、電流検出回路２３２で検出された駆動電流が目標値となるよう、デューティ制御値ＤＣＰを設定する（ステップＳ１５）。駆動回路２００に設けられた各回路は、このデューティ制御値ＤＣＰに応じて、チョッピング制御を実行する（ステップＳ１６）。チョッピング制御とは、駆動電圧を正弦波的に印加するのではなく、矩形状に印加する制御を言う。例えば、ＰＷＭ回路において駆動係数を常に１．０に設定することで実現することができる。また、コンパレータ等を用いてハード処理によって自動的に定電流制御を行っても良い。

以上の各制御でステッピングモータ１７０を駆動する間、ＣＰＵ２１０は電流検出回路２３２、脱調検知回路２３４の出力に基づき、Ａ相〜Ｄ相の電流値Ｉｃを検出する（ステップＳ２０）。また、この電流値Ｉｃに基づいて、運転モードを設定する。ここでは、予め設定された制限値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２とを用いる。「Ｉｃ≧Ｔｈ２」の時は、脱調検知回路２３４から脱調を知らせる警告信号が出力され、ＣＰＵ２１０はこの信号に基づいて脱調モードを設定する（ステップＳ２２）。「Ｉｃ≧Ｔｈ２」を満たすか否かの判定を、ＣＰＵ２１０がソフトウェア的に行っても良い。「Ｔｈ２＞Ｉｃ≧Ｔｈ１」の時は、ＣＰＵ２１０は定電流モードを設定する（ステップＳ２４）。「Ｔｈ１＞Ｉｃ」の時は、ＣＰＵ２１０はＰＷＭモードを設定する（ステップＳ２３）。

上述の閾値Ｔｈ２は、ステッピングモータ１７０が脱調しているか否かの判断基準となる値である。制限値Ｔｈ１は、閾値Ｔｈ２よりも小さい値であり、ＰＷＭ制御と定電流制御とを切り換える判断基準となる値である。例えば、制限値Ｔｈ１は、ＰＷＭ制御下で負荷が大きくなり、逆起電圧と駆動電圧の位相差が小さくなることで、過大な電流が流れるのを回避するために設定することができる。従って、制限値Ｔｈ１は、例えば、ステッピングモータ１７０に許容される電圧、電流の上限値などに基づいて設定することが可能である。以上の処理によって本実施例の駆動回路２００は、３つの運転モードを使い分けながら、ステッピングモータ１７０を駆動することができる。

Ｅ．変形例
上述の実施例では、「Ｔｈ１＞Ｉｃ」の時は、回転速度に関わらずＰＷＭモードを設定するようにした。これに対し、所定値以下の低回転時には、「Ｔｈ１＞Ｉｃ」であっても定電流モードを設定するようにしてもよい。一般に低回転時には逆起電圧は比較的小さい。従って、かかる状況では、ＰＷＭモードではなく、定電流モードを設定することにより、ステッピングモータ１７０をより安定して駆動することが可能となる。

上述の実施例では、通帳取扱装置への適用例を示したが、本発明は、種々の装置に利用されるステッピングモータの駆動制御一般に利用可能である。以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。

実施例としての通帳取扱装置の概略構成を示す説明図である。 駆動回路２００の内部構造を示す説明図である。 チョッピングテーブル２２２の内容を示す説明図である。 駆動電圧の様子を模式的に示した説明図である。 ＰＷＭ回路２４０の内部構造を示す説明図である。 低負荷時における駆動電流を模式的に示す説明図である。 高負荷時における駆動電流を模式的に示す説明図である。 ステッピングモータ１７０の駆動制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１００...通帳取扱装置
１０１〜１０３...搬送路
１０４...ローラ
１０５...通過センサ
１１０...制御ユニット
１３０...姿勢補正機構
１３１...イメージリーダ
１３２...リボン巻き取り機構
１３３...印字ヘッド
１３４...駆動機構
１３５...モータ
１３６...印字位置検出センサ
１３７...改頁機構
１６０...磁気読取機構
１７０...ステッピングモータ
１７１〜１７４...コイル
１７５...回転子
２００...駆動回路
２０２ａ〜２０２ｄ...スイッチング回路
２０４...進相カウンタ
２０６...相カウンタ
２０８...デコーダ
２２０...メモリ
２２１...スルーイングテーブル
２２２...チョッピングテーブル
２３２...電流検出回路
２３４...脱調検出回路
２４１...チョッピング周期カウンタ
２４２...デューティカウンタ
２４４...デューティデコーダ
２４５...セレクタ
２４６...フリップフロップ

Claims (5)

1. ステッピングモータの駆動装置であって、
   電源と、
   前記電源を利用して、前記ステッピングモータのコイルに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
   所定以下の負荷時に前記ステッピングモータに生じる逆起電圧とほぼ逆位相で正弦波的に前記駆動電圧を印加するよう前記駆動回路を制御する制御部とを備える駆動装置。
2. ステッピングモータの駆動装置であって、
   電源と、
   前記電源を利用して、前記ステッピングモータのコイルに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
   前記ステッピングモータに生じる逆起電圧と同等の振幅電圧で正弦波的に前記駆動電圧を印加するよう前記駆動回路を制御する制御部とを備える駆動装置。
3. 請求項１または２記載の駆動装置であって、
   前記コイルに流れる駆動電流が、所定の閾値以上となった場合に、前記ステッピングモータが脱調したと判断する脱調検出部を有する駆動装置。
4. 通帳取扱装置であって、
   ステッピングモータの動力を利用して通帳を搬送するための搬送機構と、
   前記ステッピングモータを駆動するための駆動装置とを備え、
   前記駆動装置は、
   電源と、
   前記電源を利用して、前記ステッピングモータのコイルに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
   所定以下の負荷時に前記ステッピングモータに生じる逆起電圧とほぼ逆位相で正弦波的に前記駆動電圧を印加するよう前記駆動回路を制御する制御部とを備える通帳取扱装置。
5. 通帳取扱装置であって、
   ステッピングモータの動力を利用して通帳を搬送するための搬送機構と、
   前記ステッピングモータを駆動するための駆動装置とを備え、
   前記駆動装置は、
   電源と、
   前記電源を利用して、前記ステッピングモータのコイルに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
   前記ステッピングモータに生じる逆起電圧と同等の振幅電圧で正弦波的に前記駆動電圧を印加するよう前記駆動回路を制御する制御部とを備える通帳取扱装置。

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