JP2016220472A - ステッピングモーター制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモーターの起動期間中の性能を向上させることができるステッピングモーター制御装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモーター制御装置は、駆動電流が入力されることにより、１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターを制御する装置であり、パルス状の制御信号を生成する制御信号生成部と、２相励磁方式のステップ角の二分の一を所定のステップ角としたとき、制御信号が入力される毎に、所定のステップ角だけ回転させる駆動電流を生成する駆動電流生成部と、を備え、制御信号生成部は、ステッピングモーターの起動期間での１番目からｎ番目（ｎは２以上、かつ、３以下の整数）までの制御信号のパルスレートを、ｎ番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。
【選択図】図１３

Description

本発明は、１−２相励磁方式（ハーフステップ方式）やＷ１−２相励磁方式（マイクロステップ方式）で駆動するステッピングモーターを制御する装置に関する。

ステッピングモーターを応用した技術として、例えば、特許文献１は、原稿を一枚ずつ給紙する給紙手段と、給紙された原稿を複写機の露光位置に搬送する搬送手段と、搬送手段に駆動力を伝達する駆動伝達手段と、駆動伝達手段に駆動力を与えるステッピングモーターと、該ステッピングモーターから搬送手段に至るまでのバックラッシに相当するパルス数とステッピングモーターの位相合わせに必要なパルス数だけ原稿搬送前にステッピングモーターを駆動させる制御手段と、を備えた自動原稿給送装置を開示している。

特許文献２は、少なくとも２つの位置を切り換える位置切換用駆動装置であって、ステッピングモーターと、該ステッピングモーターによって駆動される駆動軸と、該駆動軸に係止されて一体に回動する回動部材と、回動自在に配設されて前記回動部材と係合する戻し部材と、前記戻し部材を付勢する付勢バネと、を有し、前記回動部材が前記戻し部材に係合するまでの時間を前記ステッピングモーターの立ち上げ時の加速時間より長く設定している位置切換用駆動装置を開示している。

特開平７−２３７７８９号公報（請求項１） 特開平１１−８５２８３号公報（請求項１，２，４）

ステッピングモーター（正確には、ステッピングモーターのローター）が、回転を停止した状態から加速を開始し、回転速度が目標値に到達するまでの期間を起動期間とする。起動期間は、スローアップ期間と言い換えることができる。トルクを最大にするまでの時間を短くするためには、起動期間が開始してから、大きなトルクをできるだけ早く発生させることが重要である。

ステッピングモーターは、パルスレートが高いと、ステッピングモーターの騒音が小さくなり、パルスレートが低いと、騒音が大きくなる。ステッピングモーター制御装置は、起動期間において、パルスレートを低い値から徐々に高い値にしてステッピングモーターを加速させる。このため、起動期間は、パルスレートが低い期間を含むので、騒音対策が求められている。

本発明は、ステッピングモーターの起動期間中の性能を向上させることができるステッピングモーター制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係るステッピングモーター制御装置は、駆動信号が入力されることにより、１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターを制御する装置であって、パルス状の制御信号を生成する制御信号生成部と、２相励磁方式のステップ角の二分の一を所定のステップ角としたとき、前記制御信号が入力される毎に、前記所定のステップ角だけ回転させる前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、前記制御信号生成部は、前記ステッピングモーターの起動期間での１番目からｎ番目（ｎは２以上、かつ、３以下の整数）までの前記制御信号のパルスレートを、前記ｎ番目より後の前記制御信号のパルスレートよりも高くしている。

起動期間での１番目（最初）から２番目までの制御信号のパルスレートを、２番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしたとき、後で説明するように、起動期間が開始してから、大きなトルクをできるだけ早く発生させることができるので、トルクが最大になるまでの時間を短くすることができる。

起動期間での１番目から３番目までの制御信号のパルスレートが、３番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くなると、後で説明するように、起動期間の騒音を抑制できる。

以上の通り、本発明の第１の局面に係るステッピングモーター制御装置によれば、ステッピングモーターの起動期間中の性能を向上させることができる。

本発明の第２の局面に係るステッピングモーター制御装置は、駆動信号が入力されることにより、Ｗ１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターを制御する装置であって、パルス状の制御信号を生成する制御信号生成部と、２相励磁方式のステップ角の四分の一を所定のステップ角としたとき、前記制御信号が入力される毎に、前記所定のステップ角だけ回転させる前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、前記制御信号生成部は、前記ステッピングモーターの起動期間での１番目からｎ番目（ｎは４以上、かつ、７以下の整数）までの前記制御信号のパルスレートを、前記ｎ番目より後の前記制御信号のパルスレートよりも高くしている。

起動期間での１番目（最初）から４番目までの制御信号のパルスレートが、４番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしたとき、後で説明するように、起動期間が開始してから、大きなトルクをできるだけ早く発生させることができるので、トルクが最大になるまでの時間を短くすることができる。

起動期間での１番目からｎ番目（ｎは、５、６又は７）までの制御信号のパルスレートが、ｎ番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしたとき、後で説明するように、起動期間の騒音を抑制できる。

以上の通り、本発明の第２の局面に係るステッピングモーター制御装置によれば、ステッピングモーターの起動期間中の性能を向上させることができる。

上記構成において、前記制御信号生成部は、前記１番目から前記ｎ番目までの前記制御信号のパルスレートについて前記制御信号の周波数に換算した値を、前記ステッピングモーターの最大自起動周波数よりも高くしている。

この構成は、起動期間での１番目からｎ番目までの制御信号のパルスレートが、ｎ番目より後の制御信号のパルスレートよりも高い例である。

上記構成において、前記制御信号生成部は、前記１番目から前記ｎ番目までの前記制御信号のパルスレートを、前記ステッピングモーターの定速運転時の前記制御信号のパルスレートよりも高くしている。

この構成は、起動期間での１番目からｎ番目までの制御信号のパルスレートが、ｎ番目より後の制御信号のパルスレートよりも高い例である。

本発明によれば、ステッピングモーターの起動期間中の性能を向上させることができる。

本実施形態に適用されるステッピングモーターの一例の構成を示す模式図である。 本実施形態に係るステッピングモーター制御装置の構成を示すブロック図である。 ２相励磁方式で駆動するステッピングモーターの起動期間の開始時のステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に１番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 １−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターの起動期間の開始時のステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に１番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 Ｗ１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターの起動期間の開始時のステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に１番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 駆動電流生成部に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 ステッピングモーターの発生トルクと電気角との関係を示すグラフである。 本実施形態の第１の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。 本実施形態の第２の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部で生成される制御信号及び駆動電流生成部で生成される駆動電流のタイムチャートを示す図である。 本実施形態の第１の態様において、駆動電流生成部に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーターの状態を示す模式図である。 本実施形態の第１の態様及び第３の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。 ステッピングモーターの発生トルクと電気角との関係を示すグラフである。 本実施形態の第２の態様及び第４の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に適用されるステッピングモーター１の一例の構成を示す模式図である。ローター２は、Ｎ極とＳ極とを有する永久磁石である。ステーター３は、Ａ相磁極４と、Ａ相磁極４の位置からローター２が９０度回転した位置にあるＢ相磁極５と、Ｂ相磁極５の位置からローター２が９０度回転した位置にある／Ａ相磁極６と、／Ａ相磁極６の位置からローター２が９０度回転した位置にある／Ｂ相磁極７と、を備える。

図２は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置１０の構成を示すブロック図である。ステッピングモーター制御装置１０は、制御信号生成部１１及び駆動電流生成部１２を備える。

パルス生成部１１は、所定のパルスレートを有するパルス状の制御信号を生成する。パルスレートは、制御信号の周波数と言い換えることができる。

駆動電流生成部１２は、駆動信号生成部の具体例であり、制御信号生成部１１で生成された制御信号を基にして、Ａ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる駆動電流を生成する。

Ａ相コイル４ａを流れる駆動電流によって、Ａ相磁極４が励磁される。Ｂ相コイル５ａを流れる駆動電流によって、Ｂ相磁極５が励磁される。／Ａ相コイル６ａを流れる駆動電流によって、／Ａ相磁極６が励磁される。／Ｂ相コイル７ａを流れる駆動電流によって、／Ｂ相磁極７が励磁される。

Ａ相コイル４ａと、／Ａ相コイル６ａとは、Ａ相コイル４ａに流れる駆動電流と、／Ａ相コイル６ａに流れる駆動電流とが逆向きになるように接続されている。Ａ相と、／Ａ相とを一つの相とする。

Ｂ相コイル５ａと、／Ｂ相コイル７ａとは、Ｂ相コイル５ａに流れる駆動電流と、／Ｂ相コイル７ａに流れる駆動電流とが逆向きになるように接続されている。Ｂ相と、／Ｂ相とを一つの相とする。

駆動電流生成部１２は、駆動電流生成部１２が２相励磁モードに設定されたとき、制御信号が入力される毎に、ステップ角だけ回転させる駆動電流（２相励磁方式の駆動電流）を生成する。なお、「ステップ角だけ回転させる」とは、ステッピングモーター１のローター２をステップ角だけ回転させることを意味している。

２相励磁方式のステップ角の二分の一を所定のステップ角とする。駆動電流生成部１２は、駆動電流生成部１２が１−２相励磁モードに設定されたとき、制御信号が入力される毎に、所定のステップ角だけ回転させる駆動電流（１−２相励磁方式の駆動電流）を生成する。

２相励磁方式のステップ角の四分の一を所定のステップ角とする。駆動電流生成部１２は、駆動電流生成部１２がＷ１−２相励磁モードに設定されたとき、制御信号が入力される毎に、所定のステップ角だけ回転させる駆動信号（Ｗ１−２相励磁方式の駆動電流）を生成する。

２相励磁方式について図２〜図５を用いて説明する。

図３は、２相励磁方式で駆動するステッピングモーター１の起動期間の開始時のステッピングモーター１の状態を示す模式図である。起動期間とは、ステッピングモーター１のローター２が、回転を停止した状態から加速を開始し、回転速度が目標値に到達するまでの期間である。ステッピングモーター１は、停止した状態である。図２及び図３を参照して、Ａ相磁極４がＳ極になり、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流が、Ａ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れている。

図４は、駆動電流生成部１２に１番目（最初）の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図４を参照して、制御信号生成部１１で生成された１番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ａ相磁極４がＮ極になり、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＳ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＡ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。従って、ローター２は、図３に示す位置からステップ角９０度だけ回転する。

図５は、駆動電流生成部１２に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図５を参照して、制御信号生成部１１で生成された２番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ａ相磁極４がＮ極になり、Ｂ相磁極５がＮ極になり、／Ａ相磁極６がＳ極になり、／Ｂ相磁極７がＳ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＡ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。従って、ローター２は、図４に示す位置からステップ角９０度だけ回転する。

以上の通り、２相励磁方式は、２相励磁を繰り返してステッピングモーター１を駆動する方式であり、フルステップ駆動とも称される。２相のうち、一方の相は、Ａ相及び／Ａ相であり、他方の相は、Ｂ相及び／Ｂ相である。

１−２相励磁方式について図２及び図６〜図８を用いて説明する。

図６は、１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーター１の起動期間の開始時のステッピングモーター１の状態を示す模式図である。ステッピングモーター１は、停止した状態である。図２及び図６を参照して、Ａ相磁極４がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流が、Ａ相コイル４ａ、及び、／Ａ相コイル６ａに流れている。

図７は、駆動電流生成部１２に１番目（最初）の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図７を参照して、制御信号生成部１１で生成された１番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ａ相磁極４がＳ極になり、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＡ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。従って、ローター２は、図６に示す位置からステップ角４５度だけ回転する。

図８は、駆動電流生成部１２に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図８を参照して、制御信号生成部１１で生成された２番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＢ相コイル５ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。従って、ローター２は、図７に示す位置からステップ角４５度だけ回転する。

以上の通り、１−２相励磁方式は、１相励磁と２相励磁とを交互に繰り返してステッピングモーター１を駆動する方式である。１−２相励磁方式のステップ角は、２相励磁方式のステップ角の二分の一である。１−２相励磁方式は、ハーフステップ駆動とも称される。

Ｗ１−２相励磁方式について図２及び図９〜図１１を用いて説明する。

図９は、Ｗ１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーター１の起動期間の開始時のステッピングモーター１の状態を示す模式図である。ステッピングモーター１は、停止した状態である。図２及び図９を参照して、Ａ相磁極４がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流が、Ａ相コイル４ａ、及び、／Ａ相コイル６ａに流れている。

図１０は、駆動電流生成部１２に１番目（最初）の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図１０を参照して、制御信号生成部１１で生成された１番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ａ相磁極４がＳ極になり、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＡ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。このとき、Ａ相磁極４の磁力：Ｂ相磁極５の磁力が、３／４：１／４となり、／Ａ相磁極６の磁力：／Ｂ相磁極７の磁力が、３／４：１／４となるように、駆動電流生成部１２は、駆動電流の大きさを調整している。従って、ローター２は、図９に示す位置からステップ角２２．５度だけ回転する。

図１１は、駆動電流生成部１２に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図２及び図１１を参照して、制御信号生成部１１で生成された２番目の制御信号が、駆動電流生成部１２に入力したとする。これにより、Ａ相磁極４がＳ極になり、Ｂ相磁極５がＳ極になり、／Ａ相磁極６がＮ極になり、／Ｂ相磁極７がＮ極になるように、駆動電流生成部１２で生成された駆動電流がＡ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、及び、／Ｂ相コイル７ａに流れる。このとき、Ａ相磁極４の磁力：Ｂ相磁極５の磁力が、２／４：２／４となり、／Ａ相磁極６の磁力：／Ｂ相磁極７の磁力が、２／４：２／４となるように、駆動電流生成部１２は、駆動電流の大きさを調整している。従って、ローター２は、図１０に示す位置からステップ角２２．５度だけ回転する。

以上の通り、Ｗ１−２相励磁方式とは、駆動電流を制御することにより、ステップ角を１−２相励磁方式のステップ角よりさらに小さくしてステッピングモーター１を駆動する方式である。Ｗ１−２相励磁方式のステップ角は、２相励磁方式のステップ角の四分の一である。Ｗ１−２相励磁方式は、マイクロステップ駆動とも称される。

図１２は、ステッピングモーター１の発生トルクと電気角との関係を示すグラフである。横軸は、電気角を示す。単位は、度である。縦軸は、各電気角でステッピングモーター１に発生するトルクを示す。単位は、％である。ローター２の回転角が０度とする。電気角が９０度のときにステッピングモーター１に発生するトルクを１００％としている。

本実施形態における電気角とは、以下の式で示される。

ｆｅｌ＝（ｎ／４）・ｆｍｅｃｈ
ここで、ｆｅｌは、電気角であり、ｆｍｅｃｈは、ステップ角であり、ｎは、フルステップ駆動のときの一回転当たりのステップ数である。

発生トルクは、電気角０度で０％、電気角９０度で１００％、電気角１８０度で０％、電気角２７０度で−１００％（不図示）となるサインカーブを示す。電気角９０度のときに、発生トルクが最大となる。

但し、ローター２が回転して、回転角が０度から変化した場合、電気角が９０度でも、発生トルクは、１００％にならない。例えば、電気角が９０度の状態で、ローター２の回転角が０度から６０度に変化したとき、コイル（Ａ相コイル４ａ、Ｂ相コイル５ａ、／Ａ相コイル６ａ、／Ｂ相コイル７ａ）とローター２とで形成される相対角度は、３０度となる。このため、電気角が９０度でも、トルクは５０％となる。

制御信号生成部１１で生成された制御信号が駆動電流生成部１２に入力する毎に、ステッピングモーター１の位相が切り替えられ、電気角が変化する。２相励磁方式では、図３に示す起動期間の開始時のステッピングモーター１が停止した状態で、駆動電流生成部１２に１番目の制御信号が入力したとき、電気角が９０度になる。１−２相励磁方式では、図６に示す起動期間の開始時のステッピングモーター１が停止した状態で、駆動電流生成部１２に１番目の制御信号が入力したとき、電気角が４５度になる。Ｗ１−２相励磁方式では、図９に示す起動期間の開始前のステッピングモーター１が停止した状態で、駆動電流生成部１２に１番目の制御信号が入力したとき、電気角が２２．５度になる。本実施形態では、電気角とステップ角とが一致しているが、一致しない場合もある。

ローター２が回転しなければ、１−２相励磁方式では、駆動電流生成部１２に２番目の制御信号が入力したとき、電気角が９０度になり、Ｗ１−２相励磁方式では、駆動電流生成部１２に４番目の制御信号が入力したとき、電気角が９０度になる。

しかし、１番目の制御信号が入力することにより、ローター２が回転するので、１−２相励磁方式で説明すると、２番目の制御信号が入力したとき、電気角とローター２の回転角との相対角度は、以下の式で表される。

４５度×２−α度・・・（１）
ここで、「２」は、２番目を意味し、「α」は、２番目の制御信号が入力するまでのローター２の回転量となる。

「α」が発生することにより、相対角度が９０度にならないので、２番目の制御信号が入力したときに、トルクは最大とならない。「α」が大きければ、ステッピングモーター１の運転が終了するまで一度も、最大トルクが得られないこともあり得る。

制御信号が入力すると、ローター２が回転するので、「α」は、不可避的に発生する。「α」は、時間が経過するに従って大きくなるので、トルクを最大にするまでの時間を短くするためには、２回目の制御信号が入力したとき、「α」を０に近づける必要がある（すなわち、トルクを最大トルクに近い値にする必要がある）。そのためには、１−２相励磁方式の場合、２回目の制御信号が入力されるタイミングを早くすればよい。Ｗ１−２相励磁方式の場合、２回目〜４回目の制御信号が入力されるタイミングを早くすればよい。

本実施形態に係るステッピングモーター制御装置１０の第１の態様によれば、１−２相励磁方式において、２回目の制御信号が入力されるタイミングを早くしている。本実施形態に係るステッピングモーター制御装置１０の第２の態様によれば、Ｗ１−２相励磁方式において、２回目〜４回目の制御信号が入力されるタイミングを早くしている。

第１の態様から説明する。図１３は、第１の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部１１で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。第１の態様は、１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーター１において、起動期間での１番目から２番目までの制御信号のパルスレートを、２番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。

図１４は、第２の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部１１で生成される制御信号及び駆動電流生成部１２で生成される駆動電流のタイムチャートを示す図である。第２の態様は、Ｗ１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーター１において、起動期間での１番目から４番目までの制御信号のパルスレートを、４番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。

このように、第１の態様では、起動期間での１番目から２番目までの制御信号のパルスレートを、２番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くし、第２の態様では、起動期間での１番目から４番目までの制御信号のパルスレートを、４番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。第１の態様では、２回目の制御信号が入力したとき、第２の態様では、４回目の制御信号が入力したとき、「α」を０に近づけることができるので、トルクを最大にするまでの時間を短くすることができる。よって、第１の態様及び第２の態様によれば、ステッピングモーター１の起動期間中の性能を向上させることができる。

第１の態様において、１番目から２番目までの制御信号のパルスレートを高くし、第２の態様において、１番目から４番目までの制御信号のパルスレートを高くしても、ステッピングモーター１が脱調しない理由を説明する。図１５は、第１の態様において、駆動電流生成部１２に２番目の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図である。図１５と図８とを対比すれば分かるように、１番目から２番目までの制御信号のパルスレートを高くすると、ステーター３の磁極の励磁状態の変化（ステッピングモーター１の位相の変化）にローター２が追従できない。しかし、１−２相励磁方式の場合、図７及び図８に示すように、１番目の制御信号及び２番目の制御信号では、Ｂ相磁極５の極性、及び、／Ｂ相磁極７の極性が変化しないので、釣り合い点（図１５の点線で示すローター２の位置）に向かって、ローター２は回転することができるので、脱調が発生することはない。

なお、図１５は、第２の態様において、駆動電流生成部１２に４番目の制御信号が入力したときのステッピングモーター１の状態を示す模式図でもある。１番目から４番目までの制御信号のパルスレートを高くすると、ステーター３の磁極の励磁状態の変化にローター２が追従できない。しかし、Ｗ１−２相励磁方式の場合、２番目〜４番目の制御信号では、Ｂ相磁極５の極性、及び、／Ｂ相磁極７の極性が変化しないので、釣り合い点（図１５の点線で示すローター２の位置）に向かって、ローター２は回転することができるので、脱調が発生することはない。

第１の態様及び第２の態様で脱調が発生しないのは、次の理由からも説明することができる。これは、後で説明する第３の態様及び第４の態様で脱調が発生しない理由でもある。第１の態様を例に説明する。１−２相励磁方式の場合、Ｎ番目の制御信号が入力したとき、電気角とローター２の回転角との相対角度は、以下の式となる。

４５度×Ｎ−α度・・・（２）
０＜Ｎ＜４であれば、相対角度が１８０度を超えることはない。これと、図１２に示すグラフとを考慮すると、起動期間の開始から４番目の制御信号が入力されるまで、正のトルクが継続して発生するので、脱調が発生することはない。

本実施形態に係るステッピングモーター制御装置１０の第３の態様及び第４の態様について説明する。第３の態様及び第４の態様によれば、ステッピングモーター１の起動期間において、ステッピングモーター１の騒音を抑制することができる。

第３の態様から説明する。第３の態様は、１−２相励磁方式でステッピングモーター１を駆動する。図１６は、第１の態様及び第３の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部１１で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。既に説明したように、１−２相励磁方式でステッピングモーター１を駆動する第１の態様において、制御信号生成部１１は、起動期間での１番目から２番目までの制御信号のパルスレートを、２番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。

これに対して、第３の態様において、制御信号生成部１１は、起動期間での１番目から３番目までの制御信号のパルスレートを、３番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。駆動電流生成部１２に１番目の制御信号、２番目の制御信号、３番目の制御信号がそれぞれ入力されることにより、電気角は、４５度、９０度、１３５度になる。

図１７は、ステッピングモーター１の発生トルクと電気角との関係を示すグラフである。図１７のグラフの横軸及び縦軸、並びに、グラフの波形は、図１２のそれらと同じである。第３の態様では、図１６に示すように、起動期間の開始直後、電気角９０度の状態の期間が短く、電気角１３５度の状態が継続されるので、起動期間の開始直後の電気角は、１３５度となる。これに対して、第１の態様では、起動期間の開始直後、電気角９０度の状態が継続されるので、起動期間の開始直後の電気角は、９０度となる。このため、起動期間の開始直後のトルクは、第３の態様は第１の態様の７１％となる。

図１７のグラフの積分値が、ローター２とステーター３との安定点でのローター２の速度（ステッピングモーター１の速度）を示す。電気角１３５度の場合は、電気角９０度の場合よりも、安定点でのローター２の速度を大きくすることができる。このため、３番目の制御信号が駆動電流生成部１２に入力したとき、しばらくの間、駆動電流生成部１２に４番目の制御信号が入力されなくても（ステッピングモーター１の位相が切り替えられなくても）、ステッピングモーター１の加速を継続できる。従って、第３の態様は、第１の態様と比べて、起動期間でのパルスレートが低い期間を短くできるので、第１の態様と比べて起動期間の騒音を抑制することができる。よって、第３の態様によれば、ステッピングモーター１の起動期間中の性能を向上させることができる。

第４の態様を説明する。第４の態様は、Ｗ１−２相励磁方式でステッピングモーター１を駆動する。図１８は、第２の態様及び第４の態様において、起動期間の開始時に、制御信号生成部１１で生成される制御信号のタイムチャートを示す図である。既に説明したように、Ｗ１−２相励磁方式でステッピングモーター１を駆動する第２の態様において、制御信号生成部１１は、起動期間での１番目から４番目までの制御信号のパルスレートを、４番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。

これに対して、第４の態様において、制御信号生成部１１は、起動期間での１番目から６番目までの制御信号のパルスレートを、６番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしている。駆動電流生成部１２に１番目の制御信号、２番目の制御信号、３番目の制御信号、４番目の制御信号、５番目の制御信号、６番目の制御信号がそれぞれ入力されることにより、電気角は、２２．５度、４５度、６７．５度、９０度、１１２．５度、１３５度になる。

なお、制御信号生成部１１は、起動期間での１番目から５番目までの制御信号のパルスレートを、５番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしてもよいし、起動期間での１番目から７番目までの制御信号のパルスレートを、７番目より後の制御信号のパルスレートよりも高くしてもよい。

図１７を参照して、第４の態様では、起動期間の開始直後、電気角９０度（電気角２２．５度×４個の制御信号）の状態の期間が短く、電気角１３５度（電気角２２．５度×６個の制御信号）の状態が継続されるので、起動期間の開始直後の電気角は、１３５度となる。これに対して、第２の態様では、起動期間の開始直後、電気角９０度の状態が継続されるので、起動期間の開始直後の電気角は、９０度となる。このため、起動期間の開始直後のトルクは、第４の態様は第２の態様の７１％となる。

しかしながら、第４の態様は、第１の態様と第３の態様との関係と同様の理由で、第２の態様と比べて起動期間の騒音を抑制することができる。よって、第４の態様によれば、ステッピングモーター１の起動期間中の性能を向上させることができる。

画像形成装置の自動原稿送り装置（ＡＤＦ）に備えられる原稿を送る機構（原稿を搬送する機構）や、原稿読取部に備えられるキャリッジ（キャリッジには、露光ランプ等が搭載されている）を移動する機構には、ステッピングモーター１が用いられる。自動原稿送り装置や原稿読取部は、ユーザーに近い位置にあるので、ステッピングモーター１の騒音対策が求められている。このような場合、第３の態様及び第４の態様が有効となる。

第１の態様から第４の態様において、起動期間での１番目からｎ番目までの制御信号のパルスレートが、ｎ番目より後の制御信号のパルスレートよりも高い例として、以下の二つの例がある。

制御信号生成部１１は、１番目からｎ番目までの制御信号のパルスレートについて制御信号の周波数に換算した値を、ステッピングモーター１の最大自起動周波数よりも高くしている。最大自起動周波数とは、制御信号生成部１１で生成されて、駆動信号生成部１２に入力される制御信号に同期して、静止状態からステッピングモーター１の起動、正回転、逆回転の制御ができる最大の周波数である。

制御信号生成部１１は、１番目からｎ番目までの制御信号のパルスレートを、ステッピングモーター１の定速運転時の制御信号のパルスレートよりも高くしている。ステッピングモーター制御装置１０は、ステッピングモーター１に対して、スローアップ、定速運転、及び、スローダウンの一連の制御をする。この制御を想定している。

１ ステッピングモーター
２ ローター
３ ステーター
４ Ａ相磁極
５ Ｂ相磁極
６ ／Ａ相磁極
７ ／Ｂ相磁極
１０ ステッピングモーター制御装置
１１ 制御信号生成部
１２ 駆動電流生成部（駆動信号生成部の具体例）

Claims (8)

1. 駆動信号が入力されることにより、１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターを制御する装置であって、
   パルス状の制御信号を生成する制御信号生成部と、
   ２相励磁方式のステップ角の二分の一を所定のステップ角としたとき、前記制御信号が入力される毎に、前記所定のステップ角だけ回転させる前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、
   前記制御信号生成部は、前記ステッピングモーターの起動期間での１番目からｎ番目（ｎは２以上、かつ、３以下の整数）までの前記制御信号のパルスレートを、前記ｎ番目より後の前記制御信号のパルスレートよりも高くしているステッピングモーター制御装置。
2. 前記ｎは、２である請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。
3. 前記ｎは、３である請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。
4. 駆動信号が入力されることにより、Ｗ１−２相励磁方式で駆動するステッピングモーターを制御する装置であって、
   パルス状の制御信号を生成する制御信号生成部と、
   ２相励磁方式のステップ角の四分の一を所定のステップ角としたとき、前記制御信号が入力される毎に、前記所定のステップ角だけ回転させる前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、
   前記制御信号生成部は、前記ステッピングモーターの起動期間での１番目からｎ番目（ｎは４以上、かつ、７以下の整数）までの前記制御信号のパルスレートを、前記ｎ番目より後の前記制御信号のパルスレートよりも高くしているステッピングモーター制御装置。
5. 前記ｎは、４である請求項４に記載のステッピングモーター制御装置。
6. 前記ｎは、５以上、かつ、７以下の整数である請求項４に記載のステッピングモーター制御装置。
7. 前記制御信号生成部は、前記１番目から前記ｎ番目までの前記制御信号のパルスレートについて前記制御信号の周波数に換算した値を、前記ステッピングモーターの最大自起動周波数よりも高くしている請求項１〜６のいずれか一項に記載のステッピングモーター制御装置。
8. 前記制御信号生成部は、前記１番目から前記ｎ番目までの前記制御信号のパルスレートを、前記ステッピングモーターの定速運転時の前記制御信号のパルスレートよりも高くしている請求項１〜６のいずれか一項に記載のステッピングモーター制御装置。

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