JP2009177981A - ステッピングモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゼロクロス付近で発生する巻線電流の波形歪を低減するステッピングモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】巻線３に給電する電流の目標値を示す参照信号を生成する参照信号生成部１４ａと、給電状態において巻線３に給電し、非給電状態において巻線３への給電を停止するスイッチング部５と、巻線３に給電された電流を測定する給電電流測定部２０と、電流目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス近傍を指定するゼロクロス近傍判定部２３と、ゼロクロス近傍判定部２３の指定に応じて異なる周波数の基準パルスを出力する可変周波数基準パルス生成部１８ａと、基準パルスが出力された時点でスイッチング部５を給電状態にし、給電電流測定部２０によって測定された電流が、電流目標値を越えた時点でスイッチング部５を非給電状態にするＰＷＭ制御部１５ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータ駆動装置に関し、特に、ステッピングモータを低騒音かつ低振動で駆動する技術に関する。

従来、各種の位置制御等にステッピングモータが用いられている。ステッピングモータは、回転子と複数相の巻線を備える固定子とから構成される。回転子は、回転ステップ数の制御により、フィードバック制御無しに、目的の角度だけ回転して停止する。このようなステッピングモータの動作における特性は、位置制御用途に適する。

近年、ステッピングモータは、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ：デジタル静止画カメラ、いわゆるデジカメ）やＤＶＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｃａｍｅｒａ：デジタルビデオカメラ）といった撮影用電子機器における光学系アクチュエータとして、絞り、焦点、ズームなどの調整に用いられる。

動画撮影用電子機器に用いられるステッピングモータの動作には、特に低騒音および低振動が求められる。ステッピングモータが発する騒音は機器の内蔵マイクにキャッチされ雑音として録音され、振動はぶれ等を生じさせ、録画画質を劣化させるからである。この要求に応えて、ステッピングモータの動作を低騒音化および低振動化する駆動技術が、例えば、特許文献１に開示されている。

図７は、特許文献１に記載されている従来のステッピングモータ駆動装置の構成図である。ここでは、原理説明に必要な構成要素のみを記載する。また、ステッピングモータは複数相の巻線を備えるが、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、１相の巻線とその巻線に対応して設けられる構成要素のみを記載する。

図７に示されるように、従来のステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フリーホイールダイオード１０〜１３）、電流目標値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御部１５、給電電流測定部２０から構成される。ＰＷＭ制御部１５は、コンパレータ１６、フリップフロップ１７、基準パルス生成部１８、および通電論理部１９から構成される。

なお、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、ステッピングモータ２を構成する他の巻線および他の巻線に対応して設けられる構成要素の図示と説明を省略し、巻線３に設けられる構成要素について説明する。

基準パルス生成部１８は、フリップフロップ１７を一定周期毎にセットする。これにより、通電論理部１９は、スイッチング部５を構成するトランジスタ６と９のいずれかと、トランジスタ７と８のいずれかとを、貫通の発生しない組合せとタイミングで、一定周期毎に導通させる。

給電電流測定部２０は、トランジスタ６〜９の導通によって電源１から巻線３へ供給される電流を検出し、検出電流値を表す検出結果信号をコンパレータ１６へ出力する。なお、以降の動作説明においては、給電電流測定部２０が検出した巻線３を流れる電流を単に「検出電流値」と呼ぶ。

参照信号生成部１４は、ステップ状に増加し、そして減少する階段波を生成し、巻線３を流れる電流（巻線電流）の電流目標値を表す参照信号として、コンパレータ１６へ出力する。なお、以降の動作説明においては、この参照信号によって表される電流目標値を単に「電流目標値」と呼ぶ。

コンパレータ１６は、入力された検出電流値と電流目標値を比較し、検出電流値が電流目標値を上回った時点で、フリップフロップ１７をリセットする。フリップフロップ１７がリセットされると、通電論理部１９は、スイッチング部５を構成するトランジスタ７と８の両方を遮断する。

トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９の両方とも遮断している場合には、巻線３を流れる電流は、フリーホイールダイオード１１と１２のいずれかと、フリーホイールダイオード１０と１３のいずれかとで回生する。

トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９の両方を導通させる場合には、巻線３を流れる電流は、トランジスタ６と９にて回生する。

トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９のいずれか片方のみを導通させる場合には、導通させなかったトランジスタに接続するフリーホイールダイオードが順方向バイアスであれば、フリーホイールダイオード１１と１２のいずれかと、トランジスタ６と９のいずれかとで、巻線電流は回生する。導通させなかったトランジスタに接続するフリーホイールダイオードが逆方向バイアスであれば、フリーホイールダイオード１０と１３のいずれかと、トランジスタ６と９のいずれかとで巻線電流は回生する。

フリップフロップ１７のリセット後、基準パルス生成部１８は、フリップフロップ１７を一定周期毎にセットする、これにより、以上の動作が繰り返される。

以上の動作により、巻線３へ供給される平均電流が電流目標値に漸近するように制御される。なお、電流目標値がステップ状に増減することで、巻線３へ供給される平均電流がステップ状に増減し、巻線３以外の他相の巻線についても、同様に動作することで、ステップの進行する速度に応じた回転速度で、ステッピングモータ２が回転動作する。
特開２００４−２１５３８５号公報

しかしながら、上記のような従来のステッピングモータ駆動装置によれば、巻線電流の目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス近傍で巻線３を流れる電流の波形が歪むという課題が存在する。以下、図７〜図１２を参照しながら、課題について説明する。

図８は、従来のステッピングモータ駆動装置における主要信号の時間変化と巻線電流の時間変化を表す波形図である。

参照信号生成部１４は、電流目標値（ｄ）を表す参照信号を出力している。見易さのため、同一の電流目標値（ｆ）を重複して示す。

基準パルス生成部１８は、ＰＷＭ制御の周期Ｔ（以降、ＰＷＭ制御の周期を「ＰＷＭ周期」と呼ぶ。）毎にフリップフロップ１７をセットする基準パルス（ａ）を出力し、これによりフリップフロップ１７がセットされる（ｃ）。

フリップフロップ１７がセットされている期間、電源１から巻線３へ電力が供給され、巻線３を流れる電流（ｅ）が増加する。なお、フリップフロップ１７がセットされ、巻線３への電力供給によって、巻線３を流れる電流が増加する期間を「ＰＷＭオン期間」と呼ぶ。

巻線３を流れる電流が増加し、検出電流値（ｇ）が電流目標値（ｆ）に達すると、コンパレータ１６の出力（ｂ）により、フリップフロップ１７がリセットされる。

フリップフロップ１７がリセットされている期間には、電源１から巻線３への電流供給は遮断され、回生動作により、巻線３を流れる電流が減少する。なお、フリップフロップ１７がリセットされ、回生動作によって巻線３を流れる電流が減少する期間を「ＰＷＭオフ期間」と呼ぶ。

ＰＷＭオフ期間中、巻線３を流れる電流は減少するが、再度、基準パルス（ａ）がフリップフロップ１７をセットすることにより、再びＰＷＭオン期間へ遷移し、巻線３を流れる電流は再び増加する。

ここで、検出電流値（ｇ）の波形の特徴を、図９（Ａ）および図９（Ｂ）を用いて説明する。

ＰＷＭオン期間中、例えば図９（Ａ）の経路４０ａを電流が流れ、ＰＷＭオフ期間中、図９（Ｂ）の経路４０ｂを巻線３からの回生電流が流れるとする。この時、給電電流測定部２０の検出電流値は、ＰＷＭオン期間中増加し、ＰＷＭオフ期間中０となる。

ＰＷＭオン期間中、トランジスタ７はオンし電流を流す。この時、図９（Ａ）の経路４０ａを電流が流れる。ここで、給電電流測定部２０による電流検出によりＰＷＭオフ期間に遷移すると、トランジスタ７はオフとなり電流を流さなくなる。しかし、巻線３の電流は、誘導性負荷の特性により同じ方向に流れ続けようとする。このため、この電流は回生電流として流れ、図９（Ｂ）の経路４０ｂを通り減衰していく。

この時、回生電流はフリーホイールダイオード１１を通るため、電源１よりもトランジスタ７のドレイン電圧は、フリーホイールダイオード１１の順方向電圧の分だけ高くなる。この電源１とフリーホイールダイオード１１の順方向電圧の分の電荷は、図１０に示すトランジスタ７のドレインに存在する複数の寄生容量５０に充電されている。

次にＰＷＭオン期間に遷移すると、トランジスタ７がオンし電流を流すようになる。このため、寄生容量５０に充電された電荷は、トランジスタ７のドレイン、ソース、給電電流測定部２０の経路を通り、放電される。この電流を「放電電流」と呼ぶ。この放電電流は給電電流測定部２０を流れるが、巻線３を流れているわけではない。

このため、図８のように、ＰＷＭオン期間に遷移した瞬間、放電電流が流れることによって検出電流値（ｇ）が電流目標値（ｆ）を上回る。コンパレータ１６は巻線電流が電流目標値に達したと判断し、ただちにＰＷＭオフ期間へ遷移してしまう。これは誤検出であり、結果として巻線電流（ｅ）が電流目標値（ｄ）に達していないにも関わらず、ＰＷＭオフ期間へ遷移してしまう。

一般に、フリップフロップ１７を、強制的に一定時間セットしておく「強制ＯＮ区間」を設けることによって、この放電電流の影響を回避することができる。具体的にはこの強制ＯＮ区間の間、検出電流値（ｇ）が電流目標値（ｆ）を超えたことをコンパレータが検出したとしても、フリップフロップ１７が強制的にセットされているためＰＷＭオフ期間へ遷移することはなく、ＰＷＭオンの状態が継続され、巻線電流（ｅ）は正常に増加していき、強制ＯＮ区間の終了後に電流目標値（ｄ）に到達した時点でＰＷＭオフ期間へ遷移する。

しかし、この強制ＯＮ区間のために新たな課題が発生する。
図１１に、電流目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス付近における従来の巻線電流の電流波形図を示す。ここで、ゼロクロス付近においては、電流目標値が小さいため、強制ＯＮ区間中に巻線電流（ｅ）が電流目標値（ｄ）を超えてしまう場合がある。

この場合、本来なら巻線電流（ｅ）が電流目標値（ｄ）に達した瞬間にＰＷＭオフ期間に遷移しなくてはならない。しかし、強制ＯＮ区間においては、コンパレータ１６の出力（ｂ）により検出電流値（ｇ）が電流目標値（ｆ）に達したことが示されたとしても、強制ＯＮ区間が終了するまでＰＷＭオフ期間に遷移せず、給電電流測定部２０と巻線３に電流が流れ続けることになる（図１１の斜線部分）。

よって電流目標値のゼロクロス付近ではＰＷＭ周期毎に、この強制ＯＮ区間のために電流目標値を超える過剰な巻線電流が流れ、図１２に示すような電流波形の歪みの原因となる。

ただし、電流目標値のゼロクロス付近以外では、電流目標値が強制ＯＮ区間に巻線電流が到達できる電流値よりも十分大きいため、強制ＯＮ区間のために過剰な巻線電流が流れる現象は発生しない。

ステッピングモータを低振動で駆動するためには、駆動する電流波形は正弦波が理想的である。よって、ゼロクロス付近における電流の波形の歪み（正弦波からのずれ）は、ステッピングモータにおける振動の原因となる。

このように、従来のステッピングモータ駆動装置では、ゼロクロス近傍で巻線３を流れる電流の波形の歪みのために、特に動画撮影用電子機器への適用において、振動の低減効果が十分とはならず、ステッピングモータ動作の更なる低振動化および低騒音化への要求が依然として存在する。

上記課題について、本発明は、駆動対象であるステッピングモータ動作を低振動化するステッピングモータ駆動装置及びその制御方法の提供を目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータが備える巻線に給電する電流の目標値を示す参照信号を生成する参照信号生成手段と、給電状態において前記巻線に電流を給電し、非給電状態において前記巻線への電流の給電を停止するスイッチング手段と、前記巻線に給電された電流を測定する給電電流測定手段と、前記電流目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス近傍を指定するタイミング生成手段と、前記タイミング生成手段の指定に応じて異なる周波数の基準パルスを出力する基準パルス生成手段と、前記基準パルスが出力された時点で前記スイッチング手段を給電状態にするとともに、前記給電電流測定手段によって測定された電流が、前記参照信号が示す電流目標値を越えた時点で前記スイッチング手段を非給電状態にする制御手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記制御手段は、例えば、前記給電電流測定手段によって測定された電流の大きさを示す信号と前記参照信号とを比較することによって、前記電流が前記電流目標値を超えたことを検出するコンパレータと、前記基準パルスによってセットされ、前記コンパレータからの出力信号によってリセットされるフリップフロップと、前記フリップフロップからの出力信号が第１状態のときに前記スイッチング手段を給電状態にし、前記フリップフロップからの出力信号が第２状態のときに前記スイッチング手段を非給電状態にする通電論理部とから構成することができる。

また、本発明に係る第２のステッピングモータ駆動装置は、本発明に係る第１のステッピングモータ駆動装置の前記基準パルス生成手段において、前記タイミング生成手段によってゼロクロス近傍が指定された場合、その他の場合と比べて周波数が整数分の１の基準パルスを出力してもよい。

本発明に係るステッピングモータ駆動装置によれば、電流目標値を表す参照信号がゼロクロス近傍にある場合には、その他の場合と比べて、より周波数が低い基準パルスを出力することでＰＷＭ制御の周期を拡大することができる。これにより、前述した強制ＯＮ区間の頻度が減少するので、強制ＯＮ区間のために、特に電流目標値のゼロクロス近傍で巻線電流が電流目標値を超過する量が低減される。

これによりゼロクロス近傍において流れる電流量の平均を低減でき、ゼロクロス近傍での波形歪を防止できる。これにより、結果としてステッピングモータ駆動装置を低振動化することができる。

以下、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置を説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。

第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、大まかには従来のステッピングモータ駆動装置と同様、ステッピングモータ２の巻線３へ供給される平均電流が、正弦波参照信号生成部２１にて生成される参照信号で示される電流目標値に漸近するべく、巻線３への給電をＰＷＭ制御（より詳しくは、電流チョッパ方式でＰＷＭ制御）する装置である。

図１において、従来技術のステッピングモータ駆動装置（図７）の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して示す。また、従来技術の説明と重複する事項については説明を省略する。

なお、本実施の形態及び以降の実施の形態において、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、ステッピングモータ２を構成する他の巻線および他の巻線に対応して設けられる構成要素の図示と説明を省略し、巻線３に設けられる構成要素について説明する。

図１に示されるように、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、従来のステッピングモータ駆動装置（図７）と比べて、ゼロクロス近傍判定部２３が追加されるとともに、基準パルス生成部１８が可変周波数基準パルス生成部１８ａに変更される。また、参照信号生成部１４は、一例として、ステップ制御部２２と正弦波参照信号生成部２１とから構成される。

この構成において、正弦波参照信号生成部２１とステップ制御部２２が本発明の参照信号生成手段に相当し、ゼロクロス近傍判定部２３がタイミング生成手段に相当し、可変周波数基準パルス生成部１８ａが基準パルス生成手段に相当する。

ゼロクロス近傍判定部２３は、ステップ制御部２２にて生成されたステップ番号から電流目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス近傍を判定し、その結果を示すゼロクロス信号を可変周波数基準パルス生成部１８ａに出力するユニットであり、参照信号のゼロクロス近傍においてＰＷＭ制御の基準パルスの周波数（以降「ＰＷＭ周波数」と呼ぶ。）を変化させるため、ゼロクロス近傍を指定する役割を果たす。

まず、ＰＷＭ制御に用いられる電流目標値について説明する。
図２は、正弦波参照信号生成部２１が生成する電流目標値を表す参照信号の一例を示す波形図である。

ステップ制御部２２は、参照信号の１周期に対して、例えば６４ステップのステップ番号（０〜６３）を生成する。

正弦波参照信号生成部２１は、ステップ制御部２２により生成されるステップ番号に従って、ステップ状に増加し、そして減少する階段波を生成し、電流目標値として、コンパレータ１６へ出力する。

電流目標値がステップ状に増加もしくは減少することによって、ステッピングモータは単位角度ずつ回転する。電流目標値のステップが進行する周期によって、ステッピングモータが単位角度を回転する周期が決まり、ひいては、ステッピングモータの回転周期が決まる。

正弦波参照信号生成部２１は、一例として、正弦波をサンプリングした階段波を生成する。ステップ制御部２２で生成されるステップ番号に従い、各ステップにて、正弦波をサンプリングした階段波の各値を順に出力することにより、正弦波をサンプリングした階段波が出力される。階段状のレベル変化による急峻な電流変化を回避するため、ローパスフィルタ等の積分手段により平滑化した階段波を、電流目標値としてコンパレータ１６へ出力してもよい。

なお、参照信号は必ずしも正弦波をサンプリングした階段波である必要はなく、実装面積の観点から、近似正弦波をサンプリングした階段波、あるいは正弦波から逸脱した階段波を用いることも可能であり、階段状のレベル変化による急峻な電流変化が許容可能な場合には、平滑化していない階段波を参照信号として出力することも可能である。

ゼロクロス近傍判定部２３は、ステップ制御部２２にて、例えば０、１、３１〜３３、６３のステップ番号が生成されたときに、参照信号がゼロクロス近傍にあると判定したことを示すゼロクロス信号を可変周波数基準パルス生成部１８ａへ出力する。

可変周波数基準パルス生成部１８ａは、ゼロクロス信号によって、参照信号がゼロクロス近傍にあると判定されたことが示された場合に、その他の場合と比べて低い周波数の（例えば１．５倍の周期の）基準パルスを生成する。

可変周波数基準パルス生成部１８ａは、例えばＶＣＯ（電圧制御発振器）で構成され、与えられるゼロクロス信号の電圧に応じて、生成する基準パルスの周期を可変制御してもよい。また、可変周波数基準パルス生成部１８ａに、異なる周期の基準パルスを生成する２つの発振器を設け、２つの発振器から得られる基準パルスのうち、与えられるゼロクロス信号に応じた一方を選択的に出力してもよい。

次に、給電電流の測定の詳細について説明する。
図３は、給電電流測定部２０の構成を示す回路図である。給電電流測定部２０は、検出抵抗４１、アンプ４２、ゲイン設定抵抗４３及び４４から構成される。

検出抵抗４１には、巻線３を流れる電流とともに、従来技術の項で説明した放電電流を含む電流４０が、接地へと流れる。検出抵抗４１の両端に発生する電圧が、アンプ４２の非反転入力端子へ入力される。アンプ４２の入力から出力への電圧ゲインは、ゲイン設定抵抗４３と４４によって設定される。非反転入力端子へと入力された電圧をゲイン倍した電圧が、巻線３を流れる電流の検出電流値として、アンプ４２からコンパレータ１６へ出力される。

なお、本実施形態では、給電電流測定部２０を、接地とスイッチング部５の間に配置することで、給電電流測定部２０を経由して接地へ流れる電流を検出しているが、給電電流測定部２０を、電源１とスイッチング部５の間に配置することで、電源１から給電電流測定部２０を経由して流れる電流を検出することも可能であり、その場合であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。

以下、可変周波数基準パルス生成部１８ａによるＰＷＭ制御動作について、主として従来のＰＷＭ制御動作との違いを、図４と図１１とを対比して詳細に説明する。

図４は、第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置における主要信号の時間変化とともに巻線電流の時間変化を表す波形図である。

図４は、ゼロクロス近傍判定部２３により参照信号がゼロクロス近傍にあると判定された場合の例を示している。参照信号がゼロクロス近傍にない場合のＰＷＭ周期を、例えば従来のＰＷＭ周期と同じＴとした場合に対して、この場合の基準パルスの周期（ＰＷＭ周期）は１．５Ｔである。

図４に示されるＰＷＭ制御動作は、図１１に示される従来のＰＷＭ制御動作と比べて、ＰＷＭ周期が１．５倍に拡大されている点においてのみ異なっている。

従来技術の課題として指摘したように、従来のステッピングモータ駆動装置では、出力電流のゼロクロス付近においては、図１１に示されるように、電流目標値（ｄ）が小さいため、強制ＯＮ区間中に巻線電流（ｅ）が電流目標値（ｄ）を超えてしまう可能性がある。

この時、本来なら巻線電流（ｅ）が電流目標値（ｄ）に達した瞬間にＰＷＭオフ期間に遷移しなくてはならない。しかし、強制ＯＮ区間においては、コンパレータ１６により検出電流値（ｇ）が電流目標値（ｆ）に達したことが示されたとしても、強制ＯＮ区間が終了するまでＰＷＭオフ期間に遷移せず、巻線３と給電電流測定部に電流が流れ続けることになる（図１１の斜線部分）。

よって電流目標値のゼロクロス付近ではＰＷＭ周期毎に、強制ＯＮ区間のために電流目標値を超える過剰な巻線電流が流れ、図１２に示すような電流波形の歪みの原因となる。

電流波形の歪みの大きさは、巻線電流の電流目標値に対する超過量である。巻線への給電が適切に遮断されない強制ＯＮ区間（図１１の斜線部分）の頻度が高いほど、この超過量が大きくなり、結果として電流波形の歪みが増大する。

そこで、図４のようにＰＷＭ周波数を低くすることで、給電電流測定部２０と巻線３に流れる電流の電流目標値に対する超過量を減らすことができる。これによって巻線３を流れる電流の波形の歪みを低減することができる。

本実施の形態において、予め設定された出力電流ゼロクロス区間においては低いＰＷＭ周波数で駆動することで、巻線３と給電電流測定部に流れる過剰な電流量を低減することが可能となり、強制ＯＮ区間の存在により生じる波形歪みが軽減される。

以上、説明の通り、本発明に係るステッピングモータ駆動装置によると、ＰＷＭオフ期間からＰＷＭオン期間への遷移において、出力電流のゼロクロス近傍を判定することで、ゼロクロス近傍においてＰＷＭ周波数を低くし、巻線３と給電電流測定部に流れる過剰な電流量を低減でき、強制ＯＮ区間の存在により生じるゼロクロス近傍での波形歪を低減できる。このように、本実施形態では、ステッピングモータ駆動装置を低振動化することができる。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置を説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。

本発明の第２の実施形態におけるステッピングモータ駆動装置は、大まかには従来および第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置と同様、ステッピングモータの巻線３へ供給される平均電流が、正弦波参照信号生成部２１にて生成される参照信号で示される電流目標値に漸近するべく、巻線３への給電をＰＷＭ制御（より詳しくは、電流チョッパ方式でＰＷＭ制御）する装置である。

図５において、第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置（図１）の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して示す。また、第１の実施形態の説明と重複する事項については説明を省略する。

図５に示されるように、第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置（図１）と比べて、可変周波数基準パルス生成部１８ａが固定周波数の基準パルスを生成する従来の基準パルス生成部１８に戻されるとともに、分周部２５が追加される。

この構成において、正弦波参照信号生成部２１とステップ制御部２２が本発明の参照信号生成手段に相当し、ゼロクロス近傍判定部２３がタイミング生成手段に相当し、基準パルス生成部１８と分周部２５が基準パルス生成手段に相当する。

ゼロクロス近傍判定部２３は、参照信号がゼロクロス近傍にあることを第１の実施形態と同様にして判定し、その結果を示すゼロクロス信号を分周部２５に出力するユニットであり、参照信号のゼロクロス近傍においてＰＷＭ周波数を変化させるため、ゼロクロス近傍を指定する役割を果たす。

分周部２５は、ゼロクロス近傍判定部２３により参照信号がゼロクロス近傍にあると判定された場合、基準パルス生成部１８にて生成された基準パルスを整数分の１（例えば１／２）に分周して出力し、その他の場合、基準パルスを分周せずにそのまま出力する。

図６は、第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置における主要信号の時間変化とともに巻線電流の時間変化を表す波形図である。図６に示されるＰＷＭ制御動作では、図４に示されるＰＷＭ制御動作と比較してＰＷＭ周期が１．５Ｔから２Ｔへ拡大されている点においてのみ異なっている。

これにより、強制ＯＮ区間において電流目標値（ｄ）を超過した巻線電流（ｅ）が、次の強制ＯＮ区間までに電流目標値へ減少することができる。その結果、巻線電流の電流目標値からの超過量が最小限に抑えられるので、強制ＯＮ区間の存在により生じる巻線３の電流波形の歪みを最小限に抑制できる。

しかも、この構成では、ＰＷＭ周期が整数倍である基準パルスを扱うため、ＰＷＭ周期を整数倍に変更する前後、つまり参照信号のゼロクロス近傍とそれ以外とでＰＷＭチョッピングによって発生する輻射ノイズの周波数成分が共通するため、装置上でその共通の周波数成分に対する単一の輻射ノイズ対策を行えばよい（周波数成分の変化に応じて複数の輻射ノイズ対策を切り替える必要がない）という利点がある。

なお、この利点は、第１の実施の形態の可変周波数基準パルス生成部１８ａにて、ゼロクロス近傍とそれ以外とで周波数が整数倍である基準パルスを生成することによっても得ることができる。

以上、説明の通り、本発明に係るステッピングモータ駆動装置によると、ＰＷＭオフ期間からＰＷＭオン期間への遷移において、出力電流のゼロクロス近傍を判定することで、ゼロクロス近傍においてＰＷＭ周波数を整数分の１にし、巻線３に目標電流値より多く流れる電流量を低減でき、強制ＯＮ区間の存在により生じるゼロクロス近傍での波形歪を低減できる。このように、本実施形態では、ステッピングモータ駆動装置を低振動化することができる。

本発明は、ステッピングモータ駆動装置に利用でき、とりわけステッピングモータを低振動および低騒音で駆動する必要がある機器に幅広く適用できる。

第１の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置の一例を示す構成図 正弦波参照信号の一例を示す図 給電電流測定部の一例を示す構成図 第１の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置によるＰＷＭ制御動作の一例を示す電流波形図 第２の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置の構成図 第２の実施形態に係るステッピングモータ駆動装置によるＰＷＭ制御動作の一例を示す電流波形図 従来のステッピングモータ駆動装置の構成図 従来のステッピングモータ駆動装置によるＰＷＭ制御動作の一例を示す電流波形図 （Ａ）および（Ｂ）巻線電流の経路の一例を示す図 スイッチング部に存在する容量を説明する図 従来のステッピングモータ駆動装置によるＰＷＭ制御動作の一例を示す電流波形図 巻線電流に生じる波形歪を示す図

符号の説明

１ 電源
２ ステッピングモータ
３ 巻線
４ 回転子
５ スイッチング部
６〜９ トランジスタ
１０〜１３ フリーホイールダイオード
１４、１４ａ 参照信号生成部
１５、１５ａ ＰＷＭ制御部
１６ コンパレータ
１７ フリップフロップ
１８ 基準パルス生成部
１８ａ 可変周波数基準パルス生成部
１９ 通電論理部
２０ 給電電流測定部
２１ 正弦波参照信号生成部
２２ ステップ制御部
２３ ゼロクロス近傍判定部
２５ 分周部
４０ 電流
４０ａ、４０ｂ 電流経路
４１ 検出抵抗
４２ アンプ
４３ ゲイン設定抵抗
５０ 寄生容量

Claims (2)

1. ステッピングモータを駆動する装置であって、
   ステッピングモータが備える巻線に給電する電流の目標値を示す参照信号を生成する参照信号生成手段と、
   給電状態において前記巻線に電流を給電し、非給電状態において前記巻線への電流の給電を停止するスイッチング手段と、
   前記巻線に給電された電流を測定する給電電流測定手段と、
   前記電流目標値の絶対値が所定のしきい値よりも小さくなる時期であるゼロクロス近傍を指定するタイミング生成手段と、
   前記タイミング生成手段の指定に応じて異なる周波数の基準パルスを出力する基準パルス生成手段と、
   前記基準パルスが出力された時点で前記スイッチング手段を給電状態にするとともに、前記給電電流測定手段によって測定された電流が、前記参照信号が示す電流目標値を越えた時点で前記スイッチング手段を非給電状態にする制御手段と
   を備えることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
2. 前記基準パルス生成手段は、前記タイミング生成手段によってゼロクロス近傍が指定された場合、その他の場合と比べて周波数が整数分の１の基準パルスを出力する
   ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。

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