JP2502515B2

JP2502515B2 - モ−タ制御回路

Info

Publication number: JP2502515B2
Application number: JP61085347A
Authority: JP
Inventors: 省造藤井; 稔田部
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPS62244300A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ステッピングモータの制御を行うモータ制
御回路に関するものである。

従来の技術近年、事務機器のメカニズム駆動には構成の簡易化、
低価格化を実現するためにステッピングモータとその制
御回路が使用されるようになってきた。これらの事務機
器においては、通常動作の開始に先立ち、上記ステッピ
ングモータを予め設計した所望の初期位置に設定する初
期位置設定動作が必要である。

以下、図面を参照しながら従来のモータ制御回路につ
いて説明する。

第８図は従来のモータ制御回路の構成を示すものであ
る。第８図において、１はステッピングモータであり、
巻線A,巻線，巻線B,巻線を備え、それぞれ端子a,端
子，端子b,端子、さらに共通端子c,さらに共通端子
ｄに接続されている。２はステッピングモータ１と直接
又は間接的に結合され、ステッピングモータ１によって
駆動される回転部材、2aは回転部材２の回転軸、2bは回
転部材２の突起であり、３は強制停止レバー、3aは強制
停止レバー３の軸、3bは軸3aを中心に強制停止レバー３
を摺動させる強制停止レバー駆動装置である。48はステ
ッピングモータ１と直接又は間接的に結合され、ステッ
ピングモータ１の回転に伴い周期的な位置信号を出力す
る回転検出器である。５は端子a₁，端子_１，端子b₁，
端子_１に印加された４ビットのディジタル信号である
通電指令に基づき、上記巻線A,巻線，巻線B,巻線に
それぞれ独立に電力を供給する電力供給回路である。49
は回転検出器48の出力である上記位置信号を入力とし、
予め設定された一連の制御手順に従って上記通電指令を
端子a₁，端子_１，端子b₁，端子_１に次々に出力し、
また強制停止レバー駆動装置３に強制停止レバー駆動指
令を出力する制御装置である。次に電力供給回路５につ
いてその詳細な回路構成を説明する。６は直流電源であ
り、その負出力は接地されている。トランジスタスイッ
チ７のベースは端子a₁に、コレクタは端子ａ及びダイオ
ード11、抵抗15を介して直流電源６の正出力にそれぞれ
接続され、さらにエミッタは接地されている。トランジ
スタスイッチ８のベースは端子_１に、コレクタは端子
及びダイオード12、抵抗16を介して直流電源６の正出
力にそれぞれ接続され、さらにエミッタは接地されてい
る。トランジスタスイッチ９のベースは端子b₁に、コレ
クタは端子ｂ及びダイオード13、抵抗17を介して直流電
源６の正出力にそれぞれ接続され、さらにエミッタは接
地されている。トランジスタスイッチ10のベースは端子
_１に、コレクタは端子及びダイオード14、抵抗18を
介して直流電源６の正出力にそれぞれ接続され、さらに
エミッタは接地されている。直流電源６の正出力は端
子c,端子ｄにそれぞれ接続されている。

以上のように構成されたモータ制御回路について以下
その動作について説明する。動作として、通常動作と初
期位置設定動作があるが、まず通常動作について説明す
る。上記通常動作の場合は強制停止レバー３と回転部材
２及び突起2bの位置関係は第８図に示した状態にあり、
回転部材２は矢印C,矢印Ｄの両方向に自在にステッピン
グモータ１によって駆動される。制御装置49は回転検出
器48の出力である上記位置信号をタイミング信号として
利用するクローズドループ制御を行い、ステッピングモ
ータ１を２相励磁する上記通電指令を次々に電力供給回
路５に出力し、ステッピングモータ１に電力を供給さ
せ、ステッピングモータ１を回転させることにより回転
部材２を駆動する。所望のステップ数の回転が終了すれ
ば、制御装置49はステップモータ１の予め設定された巻
線を１相励磁することにより、ステッピングモータ１を
停止させ、回転部材２を所望の位置に停止させる。

上述したように制御装置49はステップモータ１の現在
位置から目的位置までの回転量に相当するステップ数で
ステッピングモータ１を回転させることにより、回転部
材２を必要量回転させるものである。従って回転部材２
を任意の目的位置から次の目的位置へと次々に回転移
動、停止を行うためには、まず回転部材２を基準となる
初期位置に設定する初期位置設定動作が必要である。

以下に上記初期位置設定動作について説明する。制御
装置49は上記強制停止レバー駆動指令を出力し、一方ス
テッピングモータ１を矢印Ｃ方向に１−２相励磁で、回
転部材２の１回転相当以上のステップ数にわたって駆動
する。やがて回転部材２は突起2bが強制停止レバー３に
当る強制停止状態となり、ステッピングモータ１が脱調
する。上記所定のステップ数の駆動が終了すると制御装
置49はステッピングモータ１の予め設定された巻線を１
相励磁し、強制停止レバー駆動装置3bに強制停止レバー
３を駆動させ、回転部材２との位置関係を第８図に示す
位置関係とする。制御装置49は予め設定された上記巻線
を１相励磁した状態、またこのときの回転部材２の停止
位置を初期位置、すなわち最初の基準点とすることによ
り、次々に目標位置に回転、停止が可能となる。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記のような構成では初期位置設定動
作を行うためにステッピングモータ１を脱調させるた
め、ステッピングモータ１及び回転部材２が異常音、異
常振動を発生してしまう。また、上記脱調期間におい
て、強制停止レバー３、回転部材２は異常振動と共にス
テッピングモータ１から過大な圧力を受けるため、経年
変化による誤動作、初期位置設定失敗を起こし易く、充
分な部品強度と、充分な取付け強度、取付け精度が必要
となってしまう。さらに回転部材２が取り外し可、又は
取り換え可能な構成とする場合、回転部材２とステッピ
ングモータ１の位置関係が一義的に決まるような構成で
なければ確実な初期位置設定動作ができず、従って回転
部材２の取付けに関する機構が複雑化するという問題点
を有していた。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明のモータ制御回路
は、回転部材と、上記回転部材を駆動するステッピング
モータと、上記ステッピングモータに回転に伴いパルス
信号である位置パルスを発生する回転検出器と、上記回
転部材の目標とする初期位置から上記回転部材を上記ス
テッピングモータの数パルス相当の回転角だけ回転させ
た位置で上記回転部材を強制停止させる強制停止機構
と、上記ステッピングモータの各巻線にそれぞれ独立に
電力を供給する電力供給回路と、上記位置パルスを入力
とする制御装置を有し、上記制御装置は初期位置設定動
作において上記ステッピングモータを１相励磁状態と、
低電力２相励磁状態と、通常の２相励磁状態とを順次繰
り返すという励磁方法で駆動し、上記回転部材を回転さ
せ、上記励磁状態と、上記位置パルスの状態との関係か
ら上記回転部材と上記ステッピングモータが強制停止状
態となったことを検知し、またそのときの上記励磁状態
から上記ステッピングモータの上記強制停止位置を判断
し、上記目標とする初期位置までの回転量を算出し、上
記ステッピングモータを駆動することにより上記目標と
する初期位置まで上記回転部材を回転、停止させるとい
う制御手順を備えたものである。

作用本発明は上記した構成によって、初期位置設定動作に
おいて上記励磁状態と上記位置パルスの状態から上記ス
テッピングモータが強制停止状態となったことを直ちに
検知し、初期位置設定するものであるから、上記ステッ
ピングモータは脱調せず、従って異常音、異常振動を発
生せず、さらに上記回転部材、上記強制停止機構に過度
の圧力が加えられることが無い。さらに上記回転部材を
取り換え可能な構成とする場合においても、上記初期位
置に対応する上記ステッピングモータの励磁角が唯一つ
に限定されてしまうことが無く、従って上記回転部材の
取付けに関する機構設計に自由度が高くなり、簡単な機
構で安定した初期位置設定動作が実現できることとな
る。

実施例以下、本発明のモータ制御回路について図面を参照し
ながら説明する。第１図は本発明の一実施例におけるモ
ータ制御回路を示すものである。第１図において、第８
図に示した従来のものと同一箇所には同一番号附して説
明を省略する。2cは回転部材２とステッピングモータ１
を結合させ、その伝達特性に弾性を有する結合部材、４
はステッピングモータ１と直接又は間接的に接続され、
ステッピングモータ１の回転に伴いパルス信号である位
置パルスP₄を出力する回転検出器である。19は上記位置
パルスP₄を入力とし、予め設定された一連の制御手順に
従って通電指令Pa₁,P_１，Pb₁,P_１をそれぞれ端子
a₁，端子_１，端子b₁，端子_１に次々に出力し、また
強制停止レバー駆動装置３に強制停止レバー駆動指令を
出力する制御装置である。

次に回転検出器４の出力特性について説明する。第２
図に示すように上記位置パルスP₄の一周期θ_２は、ステ
ッピングモータ１の２相励磁におけるステップ角θ_１に
対して θ_２＝２θ_１ ……（１）なる関係にあり、その位相はステッピングモータ１を第
１図の矢印Ｃ方向に駆動する場合、巻線Ａ或いは巻線
を１相励磁した時のステッピングモータ１の停止角が上
記位置パルスP₄の立上りに相当する関係にある。

以上のように構成されたモータ制御回路は、その動作
として通常動作と初期位置設定動作を行うが、上記位置
パルスP₄の立上り及び立下りをタイミング信号とするク
ローズドループ制御の上記通常動作については上記従来
のものと同じである。

以下、初期位置設定動作について第３図に示した手順
に従って説明する。

まず制御装置19はステップ20でステッピングモータ１
を第１図矢印Ｄ方向に数ステップ駆動し、第４図に示す
動作モード12の状態、すなわち上記巻線Ａに通電する１
相励磁状態とし、ステップ21で変数を初期化、ステップ
22で強制停止レバー駆動装置3bに強制停止レバーを駆動
させ、回転部材２との位置関係を第５図に示す状態と
し、ステップ23でカウンタをリセットして準備動作を完
了する。次に制御装置19はステップ24,25,26で動作モー
ド１の低電力２相励磁状態を予め設定した一定時間T₁の
間実行する。上記動作モード１は第４図に示すように上
記巻線Ａと上記巻線Ｂの２相励磁であるが、制御装置19
は上記通電指令Pa₁とPb₁に短い周期のオン・オフ信号を
出力するため上記巻線Ａと上記巻線Ｂはチョッパ駆動さ
れ、電流が減少し、低電力，低トルクの２相励磁状態と
なる。制御装置19はステップ27で上記位置パルスP₄を入
力し、ステップ28で上記位置パルスP₄が前回の２相励磁
状態における位置パルスのデータP₀から反転しているか
どうか判定し、反転していればステッピングモータ１が
正常回転したと判断してステップ29へ、反転していなけ
れば何らかの異常が発生したと判断してステップ30へ進
む。いま、上記位置パルスが反転していたとすると、ス
テップ29,31でデータを進め、ステップ32で動作モード
２の２相励磁を予め設定した一定時間T₂の間実行する。
上記動作モード２は第４図に示す様に上記巻線Ａと上記
巻線Ｂの２相励磁状態である。さらに制御装置19はステ
ップ33で上記位置パルスP₄を入力し、前回の低電力２相
励磁状態、すなわち上記動作モード１における上記位置
パルスのデータP₀から反転しているかどうか判定し、反
転していればステッピングモータ１に何らかの異常動作
が発生したと判断してステップ35へ、反転していなけれ
ば正常であると判断してステップ36へ進む。いま上記位
置パルスが反転していなかったとすると、制御装置19は
ステップ36,37で動作モード３の１相励磁を予め設定し
た一定時間T₃の間実行する。上記動作モード３は第４図
に示すように上記巻線Ｂに通電する１相励磁状態であ
る。さらにステップ38,39でカウンタの処理を行い、ス
テップ40でデータを進め、ステップ24へもどる。以下第
４図に示すように上記の手順を繰り返すことにより、ス
テッピングモータ１は回転部材２を第５図矢印Ｃの方向
に駆動し、やがて第６図に示す様に強制停止状態とな
り、回転部材２及びステッピングモータ１は矢印Ｃ方向
に回転できなくなる。このとき制御装置19は第４図に示
した制御手順のステップ28又はステップ34でステッピン
グモータ１の動作に何らかの異常が発生したことを検知
し、ステップ30又はステップ35で確認処理を行う。ステ
ップ30又はステップ35では上記確認処理として上記異常
を検知したときの励磁状態をさらに予め設定した一定時
間T₄又はT₅の間保持した後ステップ41又はステップ43で
上記位置パルスP₄を入力し、ステップ42又はステップ44
で上記異常発生の有無を再度判定する。上記異常が発生
したと判断した場合にのみ上記強制停止状態になったと
判断し、ステップ45で現在の励磁状態に基づいて目標と
する初期位置までのステップ数を算出し、ステッピング
モータ１を第６図矢印Ｄ方向に駆動し、上記目標とする
初期位置に停止させ、ステップ46で強制停止レバー３を
解除させることにより、初期位置設定動作が完了される
のである。また、ステップ42,ステップ44で異常無しと
判定した場合にはそれぞれステップ29,ステップ36へも
どり、ステッピングモータ１の駆動を続行する。さらに
ステップ39で回転部材２を１回転相当以上の回転量を駆
動しても強制停止状態とならない場合は何らかの問題が
発生したと考えられ、ステップ47で誤動作処理が行われ
る。

また、回転部材２とステップモータ１の結合部材2cに
弾性を有せしめたことにより、強制停止時に突起2bが強
制停止レバー３に激突し、はね返るということが無く、
従って上記はね返りのために上記制御手順が誤動作する
ということも防止される。また、第７図に示すように強
制停止状態は上記弾性の有効範囲内で起こる。ステッピ
ングモータ１の発生するトルクが正常であり、ステッピ
ングモータ１の位相と上記位置パルスP₄の位相が第２図
に示す関係にあれば第７図において初期位置設定動作は
実線で示すように実行される。すなわち制御装置19は上
記制御手順に基づき上記位置パルスP₄を点F,点G,点H,点
Ｉで入力し、点Ｉの入力時に異常を検知し、上記確認処
理をへて動作モード12の周辺で強制停止状態に致ったも
のと判断する。一方ステッピングモータ１の発生トルク
に異常がある場合、またステッピングモータ１の位相と
上記位置パルスP₄の位相が第２図に示す関係からずれが
ある場合には第７図において初期位置設定動作は破線で
示すように実行される。低電力２相励磁状態を設定して
いなければ制御装置19は上記位置パルスP₄を点Ｆ′，点
Ｈ′，点Ｊ′で入力し、正常回転であると判断するため
初期位置設定動作を失敗してしまうが、上記低電力２相
励磁状態を設けることにより制御装置19は上記位置パル
スP₄を点Ｇ′で入力した時点で上記異常を検知し、上記
確認処理をへて上記動作モード12の周辺で上記強制停止
状態に致ったと正しく判断されることとなる。

本構成例においては、上記強制停止位置の設計値は、
ステッピングモータ１の上記巻線Ａ又は上記巻線を通
電する１相励磁停止位置とされるが、実際の上記強制停
止位置は第２図の領域Ｅの範囲内で行われれば正しく初
期位置設定を行うことができ、上記領域Ｅの幅に相当す
る部品公差、取付公差を容認することができる。

以上のように本実施例によれば、初期位置設定動作に
おいて上記励磁状態と上記位置パルスP₄の状態からステ
ッピングモータ１が上記強制停止状態に致ったことを判
断するものであるから、ステッピングモータ１は脱調せ
ず、従って異常音、異常振動を発生せず、さらに回転部
材２、強制停止レバー３に過度の圧力が加えられること
がなく、また部品精度、取付け精度に要求される公差も
大きく設定することができる。さらに回転部材２を取り
換え可能な構成とする場合においても上記強制停止状態
に対応するステッピングモータ１の励磁角が２通り設定
できるため、回転部材２の取付け機構の設計自由度が高
くなる。また、回転部材２の上記取付け機構に弾性を持
たせ、上記制御手順に低電力２相励磁状態と上記確認処
理を設けたことにより、初期位置設定動作の信頼性が大
幅に向上し、簡易な構成で常に安定した初期位置設定を
行うことができる。

なお、本実施例において15,16,17,18は抵抗とした
が、ツェナーダイオードとしてもよい。また、本実施例
において7,8,9,10はトランジスタスイッチとしたが、他
のスイッチ素子としてもよい。さらに、本実施例におい
てステッピングモータ１は４相巻線であるとしたが、ス
テッピングモータ１は他の相数の巻線をもつとしてもよ
い。

発明の効果以上のように本発明はモータ制御回路において、ステ
ッピングモータの回転位置を示す位置パルスを入力とす
る制御装置を設け、初期位置設定動作において１相励
磁、低電力２相励磁、２相励磁から成る励磁方法によっ
て上記ステップモータを駆動し、上記励磁状態と上記位
置パルスの関係から上記ステッピングモータが強制停止
状態となったことを検知し、その時の停止位置を上記励
磁状態から判定し、目標とする初期位置までの回転量を
算出し、上記回転量に基づき上記ステッピングモータを
駆動し、目標とする初期位置に停止させ、初期位置設定
動作を完了させるものであるから、上記ステッピングモ
ータは脱調せず、従って異常音、異常振動を発生せず、
上記ステッピングモータと回転部材、さらに上記回転部
材を強制停止させる強制停止機構に高い精度、強度を要
求することが無く、また外乱にも強いため極めて簡単な
構成で安価に実現でき、しかも常に信頼性の高い、正確
な初期位置設定が行えるものであるからその効果は絶大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるモータ制御回路のブ
ロック図、第２図は同回路の回転検出器の特性図、第３
図は同じく制御手順を示すフローチャート、第４図は同
じく動作モードを示す波形図、第５図，第６図は同じく
強制停止レバーと回転部材との位置関係図、第７図は同
じく初期位置設定動作を示す波形図、第８図は従来のモ
ータ制御回路のブロック図である。１……ステッピングモータ、２……回転部材、2b……突
起、2c……結合部材、３……強制停止レバー、3b……強
制停止レバー駆動装置、４……回転検出器、５……電力
供給回路、６……直流電源、19……制御回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円周上の一箇所に初期位置検出部材を有す
る回転部材と、上記初期位置検出部材に当たることによ
り上記回転部材の一方向の回転を強制的に阻止し、上記
回転部材の回転範囲を規定する回転部材停止機構と、上
記回転部材停止機構を駆動し、上記回転部材停止機構が
上記回転範囲を規定する初期位置設定動作状態と上記回
転部材停止機構が上記回転範囲を規定せず、上記回転部
材が自在に回転できる通常動作状態とを選択する回転部
材停止機構駆動装置と、上記回転部材を駆動するステッ
ピングモータと、上記ステッピングモータの回転軸と上
記回転部材を結ぶ結合部材と、上記ステッピングモータ
の回転軸に直接又は間接的に結ばれ、上記ステッピング
モータの回転に応じて上記ステッピングモータの２相励
磁の単位ステップ角の二倍の回転角に相当する周期を有
し上記ステッピングモータの１相励磁ロック位置が立ち
上がり立ち下がりの変化点に略一致する周期的パルス信
号である位置パルスを発生する回転検出手段と、上記ス
テッピングモータの初期位置設定を制御する制御装置を
備えたモータ制御回路であって、制御装置はステッピン
グモータを１相励磁状態と、上記ステッピングモータの
巻線に流れる電流を制限しながら励磁する低電力２相励
磁状態と、通常電力で駆動する２相励磁状態とをこの順
序で繰り返すことにより駆動し、現在の励磁相の上記低
電力２相励磁状態での位置パルスの状態と前回の励磁相
の上記通常電力２相励磁状態での位置パルスの状態とが
一致することによって上記ステッピングモータの回転状
態に発生した異常回転を検出し、また上記低電力２相励
磁状態での位置パルスの状態とそれに続く同一励磁相の
通常電力２相励磁状態での位置パルスの状態とが一致し
ないことによって上記異常回転を検出する異常回転検出
手段と、予め設定された一定期間で上記異常回転を検出
したときの上記励磁状態を保持し、上記期間に上記位置
パルスが反転しないことから上記ステッピングモータと
上記回転部材の回転が阻止されたことを検知する確認手
段とを具備したことを特徴とするモータ制御回路。
【請求項２】制御装置は、通電指令時にオン指令とオフ
指令を繰り返し出力することにより低電力２相励磁を行
うように構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のモータ制御回路。
【請求項３】結合部材はそのトルク伝達特性に弾性を有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモー
タ制御回路。