JP2008079169A - オープンコレクタ型入出力インターフェース回路及びモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースでも入出力端子を兼用することでユーザの設計の自由度を高めたオープンコレクタ型インターフェース回路を提供する。
【解決手段】制御部１によって第１のポートＰ１の出力レベルを切り換えることにより第１のスイッチング素子３をＯＮ／ＯＦＦさせて、第１の通電回路Ａと第２の通電回路Ｂを切り換えて通電し同一のコネクタ端子２に入力端子と出力端子を兼用させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばモータ基板に形成される外部機器との接続に用いられるオープンコレクタ型入出力インターフェース回路及びモータ駆動装置に関する。

一般産業機械やＯＡ機器などの駆動制御系には外部機器との接続用の入出力インターフェース回路が設けられている。例えば、モータ駆動回路が設けられたモータ基板には外部機器との接続をとるための接続端子（コネクタ）及び該コネクタに接続する入出力インターフェース回路が設けられている。コネクタの外部機器との入出力端子は１入力又は１出力に対して各々必要となる（Ｎ個の入出力に対してＮ個のインターフェース回路が必要になる）。例えば出力端子の仕様としてオープンコレクタ（オープンドレーン）型の構成を採用する場合がある。即ち、スイッチング素子（トランジスタ、ＦＥＴ）のコレクタ（ドレーン）電極とコネクタを接続して信号を受け取るようになっている。オープンコレクタ型のインターフェース回路は、出力回路を並列接続してＯＲ回路（いずれかの入力がＯＮになれば出力がＯＮになる論理演算回路）を組むことができるのでデジタル出力端子として好適に用いられる。また、外部機器側のプルアップ電圧により信号レベルを自由に変換することもできる。
特開２００１−１００８０８号公報

上述した入出力インターフェース回路は、外部機器との入出力端子の接続が増えるとコネクタのピン数が増え、増加分に応じたインターフェース回路も必要になるため、回路基板の大きさが大型化する。このため、回路基板の設置スペースに限界がある場合には、機能を容易に拡張することができない。
また、マイクロコンピュータ（マイコン）の入出力ポートを設定するレジスタの設定を変えることにより、マイコンの入出力ポートをそのまま入出力インターフェースとして使用することもできる。しかしながら、ノイズ混入による誤動作や外部機器との信号レベルの変換等、設計自由度を考慮するとかかる態様は採用し難い。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、省スペースでもユーザーの設計の自由度を高めたオープンコレクタ型入出力インターフェース回路、該インターフェース回路が形成されたモータ基板を用いて小型でも多機能化を図ることが可能なモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
複数の入出力ポートを備え駆動源を駆動制御する制御部と、前記制御部と外部機器を接続するコネクタ端子と、前記制御部の第１の入出力ポートにベース抵抗を介してベース端子が接続され、コネクタ端子へプルアップ抵抗を介してコレクタ端子が接続される第１のスイッチング素子と、前記コネクタ端子と制御部の第２の入出力ポート間に整流素子とフィルタ回路が接続される第１の通電回路と、前記制御部の第３の入出力ポートにベース抵抗を介してベース端子が接続され、コネクタ端子へコレクタ端子が接続される第２のスイッチング素子を備え、第３の入出力ポートの出力レベルの切り換えにより前記コネクタ端子から第２のスイッチング素子への通電を許容する第２の通電回路を備え、前記制御部によって第１の入出力ポートの出力レベルを切り換えることにより第１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて、第１の通電回路と第２の通電回路を切り換えて通電し同一のコネクタ端子に入力端子と出力端子を兼用させることを特徴とする。
また、前記第１のスイッチング素子のコレクタ端子はプルアップ抵抗を介してダイオードのアノード側に接続され、前記第２のスイッチング素子のコレクタ端子はダイオードのカソード側に接続され、当該ダイオードのカソード端子がコネクタ端子に接続されてオープンコレクタ接続されていることを特徴とする。
また、前記第１のスイッチング素子がＯＮのとき、第１の通電回路を通じてコネクタ端子に入力された信号を制御部の第２の入出力ポートにより読み取り当該コネクタ端子を入力端子として使用し、前記第１のスイッチング素子がＯＦＦのとき制御部は第３の入出力ポートの出力レベルをハイ又はロウにして第２のスイッチング素子をＯＮ又はＯＦＦにすることにより第２の通電回路を通じて前記コネクタ端子を出力端子として使用することを特徴とする。
また、モータ駆動装置においては、モータ軸側の第１のブラケットと反対側の第２のブラケットに放熱板が組付けられており、上述したコネクタ端子と制御部を接続するオープンコレクタ型入出力インターフェース回路が設けられたモータ基板が放熱板に支持されて第２のブラケットとの間に収納されて軸方向でモータ投影面積内に組み付けられていることを特徴とする。

上述したオープンコレクタ型入出力インターフェース回路を用いれば、制御部によって第１の入出力ポートの出力レベルを切り換えることにより第１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて、第１の通電回路と第２の通電回路を切り換えて通電して同一のコネクタ端子に入力端子と出力端子を兼用させることができる。よって外部機器の仕様に合わせて同一コネクタ端子を入力端子又は出力端子として使用することができ、限られた設置スペースでコネクタ端子数が制約されても、可能な限り設計上の自由度を確保することができる。
また、第１のスイッチング素子のコレクタ端子はプルアップ抵抗を介してダイオードのアノード側に接続され、第２のスイッチング素子のコレクタ端子はダイオードのカソード側に接続され、当該ダイオードのカソード端子がコネクタ端子に接続されていると、コネクタ端子に高い電圧が印加された場合にダイオードにより第１の通電回路への通電がブロックされるため、第２の入出力ポートが破壊するなどの不具合が生ずることはない。
また、第１のスイッチング素子がＯＮのとき第１の通電回路を通じてコネクタ端子に入力された信号を制御部の第２の入出力ポートから読み取り当該コネクタ端子を入力端子として使用する。
また、第１のスイッチング素子がＯＦＦのとき制御部の第３の入出力ポートの出力レベルをハイ又はロウにして第２のスイッチング素子をＯＮ又はＯＦＦにすることにより上記同一のコネクタ端子を出力端子として使用する。
このように、制御部の入出力ポートの設定や出力レベルを切り換えるだけで、第１、第２の通電回路を切り換えて同一のコネクタ端子を入出力端子として兼用できるので、幅広いユーザーによるカスタマイズ化の設計ニーズに応えることができ、省スペースでも設計の自由度が高い入出力インターフェース回路を提供することができる。
また、モータ駆動装置において、上述したコネクタ端子と制御部を接続するオープンコレクタ型入出力インターフェース回路が設けられたモータ基板が放熱板に支持されてブラケットとの間に収納されて軸方向でモータ投影面積内に組み付けられていると、小型であっても設計の自由度が高く多機能化を図れるモータ駆動装置を提供できる。

以下、本発明に係るオープンコレクタ型インターフェース回路の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態におけるオープンコレクタ型インターフェース回路は、一例としてステッピングモータのモータ駆動装置に設けられる場合を例示して説明する。オープンコレクタ型インターフェース回路は、モータ駆動装置と外部機器を接続するモータ基板に設けられている。以下、モータ駆動装置の概略構成について説明する。

図５及び図６を参照して、一例としてステッピングモータを用いたモータ駆動装置の概略構成について説明する。
図示しない回転子には回転子小歯が形成された回転子鉄心が配設され、非磁性材料からなる回転軸１１と一体となって回転するようになっている。固定子は、回転子を固定子鉄心１２が囲繞して設けられる。固定子鉄心１２は、回転子鉄心に設けられた回転子小歯と対向する固定子小歯を有する極が設けられ、該極には絶縁体を介してマグネットワイヤが巻き付けられている（図示せず）。固定子鉄心１２の極に巻き付けられたマグネットワイヤへの励磁相を切り換えて通電することで、回転子鉄心の回転子小歯が対向する固定子小歯と磁気的に安定した位置まで所定角度回転するようになっている。

図５Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて、回転子は一対のブラケット１３、１４により軸受を介して支持されている。また、固定子鉄心１２は一対のブラケット１３、１４により軸方向両側で挟み込まれてねじ止め固定される。回転軸１１は、モータ軸側の第１のブラケット１３を貫通して外方へ突出して設けられる。また、第１のブラケット１３と反対側の第２のブラケット１４には放熱板１５が組付けられている。図６において、放熱板１５の内面側には基板用凹部１７が形成されており、外面側にはフィン１８が形成されている。モータ基板１６は放熱板１５の基板用凹部１７に支持されて第２のブラケット１４との間に収納されて、軸方向でモータ投影面積内に組み付けられる。

図６において、モータ基板１６には、制御部１とコネクタ端子２を接続するオープンコレクタ型インターフェース回路が形成されている。具体的には、モータ基板１６の上面側（モータ側）には、コネクタ端子２や比較的発熱量の少ない電子部品（チップ抵抗、チップコンデンサなど）１９が基板実装されている。また、モータ基板１６の下面側（放熱板側）には、比較的発熱量の多い電解コンデンサ２０、ＩＣ２１、制御部（マイクロコンピュータ）１が基板実装されている。モータ基板１６は、配線ケーブル（ＦＦＣ、ＦＰＣ、ケーブル等）２２によりモータと接続されている。後述するように制御部１の設定により単一のコネクタ端子２が入力端子と出力端子を兼用するようになっている。

次に図１を参照して、モータ基板１６に形成されているオープンコレクタ型インターフェース回路について説明する。
制御部１は、マイクロコンピュータであり、ＭＰＵ、ＣＰＵなどの制御素子を含む。マイクロコンピュータ１は、複数の入出力ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３…を備えており、図示しないモータの駆動を制御する。マイクロコンピュータ１において各ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３…は、入力端子若しくは出力端子のいずれにも設定することができる。コネクタ端子２は、マイクロコンピュータ１と共にモータ駆動回路に設けられ、マイクロコンピュータ１と外部機器を接続する。

マイクロコンピュータ１の第１のポートＰ１は第１の入出力ポートとして用いられる。第１のポートＰ１とダイオードＤのアノード間に第１のトランジスタ（ＰＮＰ型トランジスタ；第１のスイッチング素子）３がプルアップ抵抗Ｒ２を介して接続されている。具体的には、第１のポートＰ１には第１のトランジスタ３のベース端子が接続されている。第１のトランジスタ３のエミッタ端子にはＤＣ５Ｖの直流電圧が供給されている。また、第１のトランジスタ３のコレクタ端子は、プルアップ抵抗Ｒ２を介してダイオードＤのアノード端子と接続されている。ダイオードＤのカソード端子はコネクタ端子２に接続されている。尚、第１のトランジスタ３のベース端子には、プルダウン抵抗Ｒ１が接続されている。

また、マイクロコンピュータ１の第２のポートＰ２は第２の入出力ポートとして用いられる。第２のポートＰ２とコネクタ端子２間には、一例として抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ１で構成されるフィルタ回路５ダイオードＤが直列に接続されて第１の通電回路Ａが形成される。尚、フィルタ回路５は抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１を組み合わせたパッシブフィルタを例示したが、これ以外の受動部品の組み合わせで構成されるパッシブフィルタ、或いはアクティブフィルタであっても良い。
第１のトランジスタ３がＯＮのときコネクタ端子２に信号が入力された場合、直流電源（ＤＣ５Ｖ）に接続されたプルアップ抵抗Ｒ２、ダイオードＤ、コネクタ端子２を経て外部接続機器に向かって電流が流れ、コネクタ端子２の電圧レベルが変化する。このときコネクタ端子２の電圧レベルの変化をフィルタ回路５によりノイズを取り除いて第２のポートＰ２により読み取るようになっている。

マイクロコンピュータ１の第３のポートＰ３は第３の入出力ポートとして用いられる。第３のポートＰ３とダイオードＤのカソード間には第２のトランジスタ（ＮＰＮ型トランジスタ；第２のスイッチング素子）４が接続されている。具体的には、第３のポートＰ３には第２のトランジスタ４のベース端子が接続されている。第２のトランジスタ４のコレクタ端子はコネクタ端子２（ダイオードＤのカソード端子側）へ接続されている。また、第２のトランジスタ４のエミッタ端子は、グランド（ＧＮＤ）側に接続されている。

上記コネクタ端子２から第２のトランジスタ４のコレクタ−エミッタ間をへてグランドへの通電を許容する第２の通電回路Ｂが形成される。ここで、マイクロコンピュータ１が許容できない入力電圧がコネクタ端子２に供給された場合、ダイオードＤによりブロックされるため、第２の入出力ポートＰ２が破壊されることはない。

即ち、マイクロコンピュータ１によって第１のポートＰ１の出力レベルを切り換えることにより第１のトランジスタ３をＯＮ／ＯＦＦさせて、第１の通電回路Ａと第２の通電回路Ｂを切り換えて通電して同一のコネクタ端子２に入力端子と出力端子を兼用させるようになっている。以下、等価回路を用いて具体的に説明する。

図１において、マイクロコンピュータ１が第１のポートＰ１の出力レベルをＬ（ロー）に設定すると、第１のトランジスタ３がＯＮしてプルアップ抵抗Ｒ２は直流電源（ＤＣ５Ｖ）と接続する。また、第３のポートＰ３は出力ポートに設定しローレベルに固定する。このとき、図１のインターフェース回路は、等価的に図２のように第１の通電回路Ａとして表現できる。即ち、第１のトランジスタ３がＯＮのとき、コネクタ端子２に信号が入力された場合、直流電源（ＤＣ５Ｖ）に接続されたプルアップ抵抗Ｒ２、ダイオードＤ、コネクタ端子２を経て外部接続機器に向かって電流が流れ、コネクタ端子２の電圧レベルが変化する。このコネクタ端子２の電圧レベルの変化をフィルタ回路５によりノイズを取り除いて第２の入力ポートＰ２により読み取る。このとき、コネクタ端子２は、モータ駆動装置の入力端子として使用される。

次に図３において、マイクロコンピュータ１が第１のポートＰ１の出力レベルをＨ（ハイ）に設定すると、第１のトランジスタ３がＯＦＦしておりプルアップ抵抗Ｒ２、Ｒ３は直流電源（ＤＣ５Ｖ）と非接続状態となる。ここで、第２のポートＰ２は入出力設定を出力に設定する。このとき、図３のインターフェース回路は、等価的に図４のように第２の通電回路Ｂとして表現できる。即ち、第１のトランジスタ３がＯＦＦのとき、マイクロコンピュータ１の第３のポートＰ３の出力レベルをハイ又はロウにして第２のトランジスタ４をＯＮ又はＯＦＦにする。これにより、例えば、外部機器側で２４Ｖ又は１２Ｖの直流電源がプルアップ抵抗Ｒを通じてコネクタ端子２から供給されるとすれば、コネクタ端子２への入力信号を第２のトランジスタ４（第２の通電回路Ｂ）を通じてグランド側へ出力する。このとき同一のコネクタ端子２はモータ駆動装置の出力端子として使用される。

尚、図４のように上記コネクタ端子２をオープンコレクタ出力端子として使用する場合、マイクロコンピュータ１が許容できない入力電圧がコネクタ端子２に供給されても、ダイオードＤにより第１の通電回路Ａ側への通電がブロックされるため、第２の入出力ポートＰ２が破壊される不具合が生ずることはない。

このように、マイクロコンピュータ１の入出力ポートの設定や出力レベルを切り換えるだけで、第１の通電回路Ａ又は第２の通電回路Ｂへ切り換えて、同一のコネクタ端子を入出力端子として兼用できる。これによって、幅広いユーザーのカスタマイズ化の設計ニーズに応えることができ省スペースでも設計の自由度が高い入出力インターフェース回路を提供することができる。

上記実施例は、第１、第２のスイッチング素子としてトランジスタを用いたが、ＦＥＴなど他のスイッチング素子であってもよい。この場合には、オープンコレクタ型ではなくオープンドレーン型となるが作用効果は同様である。また、駆動源としてステップモータを例示したが、ＤＣブラシ付モータやＤＣブラシレスモータなど他のモータ駆動装置であっても良い。

コネクタ端子を出力端子として使用する場合のオープンコレクタ型入出力インターフェース回路の説明図である。 図１の等価回路の説明図である。 コネクタ端子を入力端子として使用する場合のオープンコレクタ型入出力インターフェース回路の説明図である。 図３の等価回路の説明図である。 モータ駆動装置の正面図、上視図、下視図である。 モータ駆動装置の一部分解正面図である。

符号の説明

Ａ 第１の通電回路
Ｂ 第２の通電回路
１ マイクロコンピュータ
２ コネクタ端子
３ 第１のトランジスタ回路
４ 第２のトランジスタ回路
５ フィルタ回路
１１ 回転軸
１２ 固定子鉄心
１３、１４ ブラケット
１５ 放熱板
１６ モータ基板
１７ 基板用凹部
１８ フィン
１９ 電子部品
２０ 電解コンデンサ
２１ ＩＣ
２２ 配線ケーブル

Claims (4)

1. 複数の入出力ポートを備え駆動源を駆動制御する制御部と、
   前記制御部と外部機器を接続するコネクタ端子と、
   前記制御部の第１の入出力ポートにベース抵抗を介してベース端子が接続され、コネクタ端子へプルアップ抵抗を介してコレクタ端子が接続される第１のスイッチング素子と、
   前記コネクタ端子と制御部の第２の入出力ポート間に整流素子とフィルタ回路が接続される第１の通電回路と、
   前記制御部の第３の入出力ポートにベース抵抗を介してベース端子が接続され、コネクタ端子へコレクタ端子が接続される第２のスイッチング素子を備え、第３の入出力ポートの出力レベルの切り換えにより前記コネクタ端子から第２のスイッチング素子への通電を許容する第２の通電回路を備え、
   前記制御部によって第１の入出力ポートの出力レベルを切り換えることにより第１のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて、第１の通電回路と第２の通電回路を切り換えて通電し同一のコネクタ端子に入力端子と出力端子を兼用させることを特徴とするオープンコレクタ型入出力インターフェース回路。
2. 前記第１のスイッチング素子のコレクタ端子はプルアップ抵抗を介してダイオードのアノード側に接続され、前記第２のスイッチング素子のコレクタ端子はダイオードのカソード側に接続され、当該ダイオードのカソード端子がコネクタ端子に接続されてオープンコレクタ接続されていることを特徴とする請求項１記載のオープンコレクタ型入出力インターフェース回路。
3. 前記第１のスイッチング素子がＯＮのとき、第１の通電回路を通じてコネクタ端子に入力された信号を制御部の第２の入出力ポートにより読み取り当該コネクタ端子を入力端子として使用し、前記第１のスイッチング素子がＯＦＦのとき制御部は第３の入出力ポートの出力レベルをハイ又はロウにして第２のスイッチング素子をＯＮ又はＯＦＦにすることにより第２の通電回路を通じて前記コネクタ端子を出力端子として使用することを特徴とする請求項１記載のオープンコレクタ型入出力インターフェース回路。
4. モータ軸側の第１のブラケットと反対側の第２のブラケットに放熱板が組付けられており、コネクタ端子と制御部を接続する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオープンコレクタ型入出力インターフェース回路が設けられたモータ基板が放熱板に支持されて第２のブラケットとの間に収納されて軸方向でモータ投影面積内に組み付けられていることを特徴とするモータ駆動装置。

Images