JP2672275B2

JP2672275B2 - ステッピングモータのチョッパ駆動回路

Info

Publication number: JP2672275B2
Application number: JP7050683A
Authority: JP
Inventors: 文博矢口
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH08251989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータのチ
ョッパ駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のステッピングモータのチョッパ駆
動回路について、図８、図９、図１０を用いて説明す
る。まず、チョッパ駆動回路５０の構成について説明す
る。なお、本例では一例としてモータコイル５２の１相
分（図８に示す極性（●印）となるように同一のコアに
巻回された相コイル５４ａと相コイル５４ｂとから構成
される）を励磁する自励式チョッパ駆動回路について説
明するが、さらに２相、３相、・・・、等の多相を励磁
する場合には同様の駆動回路を各相毎に配する構成とす
ればよい。また、各相コイル５４ａ、５４ｂは電源Ｖｃ
ｃとグランドとの間に並列に接続されている。また後述
する論理ＩＣやコンパレータの電源電圧にはＶｄｄが印
加されている。５５は駆動部であり、スイッチ手段５
６、５８や後述する駆動信号発生部から構成され、後述
するチョッパ信号および励磁しようとする相コイルを特
定する相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２が入力されて、相
切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２により特定された一方の相
コイル（相コイル５４ａまたは相コイル５４ｂ）のみを
チョッパ信号のオン期間だけ励磁すべくスイッチ手段５
６、５８を駆動する機能を有する。

【０００３】このスイッチ手段５６、５８には、本例で
は一例としてＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）が使用
されているが、その他トランジスタ等の半導体スイッチ
素子を使用しても良い。スイッチ手段５６、５８は各相
コイル５４ａ、５４ｂと直列に設けられ、ゲート若しく
はベース端子に入力される後述の駆動信号がオン状態の
場合にのみ導通状態となり、相コイル５４ａ、５４ｂに
直流電圧を印加する。また、各スイッチ手段５６、５８
にはフライホイールダイオード（以下「ダイオード」と
いう）６０、６２がそれぞれ並列に接続されている。６
４は相コイル５４ａ、５４ｂに流れる電流値Ｉ１、Ｉ２
に比例して電圧値が変化する検出信号Ｖｒｓを発生させ
る検出手段であり、一例として並列に接続された各相コ
イル５４ａ、５４ｂのグランド側接続点とグランドとの
間に直列に配された第１の固定抵抗Ｒｓで形成されてい
る。また、ピックアップコイルを使用した電流計を検出
手段としても良い。

【０００４】６６はチョッパ信号発生部であり、所定の
周波数の矩形波信号であるチョッパ信号Ｖｇを発生させ
る機能を有する。本例では一例として２つのコンパレー
タ６８、７０と、第２の固定抵抗ＲｏとコンデンサＣｏ
とから構成される。なお、チョッパ信号Ｖｇの周波数は
相コイル５４ａ、５４ｂおよび第１の固定抵抗Ｒｓの時
定数と、第２の固定抵抗ＲｏとコンデンサＣｏの時定数
とによって決定される。詳細にチョッパ信号発生部６６
の各構成要素同士の接続を説明すると、第１のコンパレ
ータ６８の入力端子（−）には検出信号Ｖｒｓが入力さ
れ、入力端子（＋）には予め決められた第１基準電圧Ｖ
ｒｅｆ１が入力されている。また第１のコンパレータ６
８（出力段はオープンコレクタ型に形成されている）の
出力は第２のコンパレータ７０の入力端子（−）に接続
されると共に、電源Ｖｄｄとグランドとの間に直列に接
続された第２の固定抵抗ＲｏとコンデンサＣｏとの接続
点（コンデンサＣｏがグランド側）にも接続されてい
る。さらに第２のコンパレータ７０の入力端子（＋）に
は予め決められた第２基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｃｃ＞Ｖ
ｒｅｆ２＞０）が入力され、第２のコンパレータ７０の
出力端子からチョッパ信号Ｖｇが出力される構成となっ
ている。なお、第２のコンパレータ７０の入力端子
（−）の電圧Ｖｔｄは、第１のコンパレータ６８の出力
段がオープンコレクタ型であるため、第１基準電圧Ｖｒ
ｅｆ１＞検出信号Ｖｒｓである場合には出力段はオフ状
態となって、コンデンサＣｏには第２の固定抵抗Ｒｏを
介して電源Ｖｄｄから電流が充電される。また検出信号
Ｖｒｓが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に達した場合には出力
段がオン状態となり、コンデンサＣｏに充電された電流
は出力段を介してグランドに瞬時に放電される。

【０００５】７２は駆動信号発生部であり、スイッチ手
段５６、５８と共に駆動部５５を構成し、スイッチ手段
５６、５８への駆動信号Ｖｇａ１、Ｖｇａ２を出力する
ものである。詳細には駆動信号発生部７２には、チョッ
パ信号Ｖｇと直流電圧が印加される（励磁される）相コ
イルを特定する相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２とが入力
され、特定された一方の相コイルにのみチョッパ信号Ｖ
ｇを駆動信号（Ｖｇａ１またはＶｇａ２）として出力す
る。本例においては、モータコイル５２を２相励磁する
ので相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の位相は互いに反転
しているが、１−２相励磁の場合には相切替信号ＩＮａ
１、ＩＮａ２との間に共にオフとなる期間が存在する。
また、本例では一例として２つのＮＯＲ素子７４、７６
が使用されており、ＮＯＲ素子７４に相切替信号ＩＮａ
１とチョッパ信号Ｖｇが入力されて駆動信号Ｖｇａ１が
出力され、ＮＯＲ素子７６に相切替信号ＩＮａ２とチョ
ッパ信号Ｖｇが入力されて駆動信号Ｖｇａ２が出力され
る。これにより、入力された相切替信号ＩＮａ１、ＩＮ
ａ２がＬレベルである一方のＮＯＲ素子が選択されて、
チョッパ信号ＶｇがＬレベルである場合にのみ駆動信号
がＨｉｇｈレベル（以下「Ｈレベル」）で出力され、ス
イッチ手段５６、５８を導通状態とすることができる。

【０００６】次に概略の動作について図９を用いて説明
する。なお、動作の初期状態においては相切替信号ＩＮ
ａ１がＬｏｗレベル（以下「Ｌレベル」）、チョッパ信
号ＶｇもＬレベルであるとする。また相コイル５４ａ、
５４ｂに流れる電流をそれぞれＩ１、Ｉ２とする。この
状態（時間Ｔ０〜Ｔ１）において、相切替信号ＩＮａ１
がＬレベル、かつチョッパ信号ＶｇもＬレベルであるか
ら駆動信号Ｖｇａ１はＨレベル（オン状態）、駆動信号
Ｖｇａ２はＬレベル（オフ状態）となっており、スイッ
チ手段５６のみが導通状態となっている。よって、相コ
イル５４ａにはＶｃｃ→相コイル５４ａ→スイッチ手段
５６→第１の固定抵抗Ｒｓ→グランドの経路で電流Ｉ１
が流れ始め、それに伴い検出信号Ｖｒｓも上昇する。

【０００７】次に検出信号Ｖｒｓが第１基準電圧Ｖｒｅ
ｆ１に達すると（時間Ｔ１）、第１のコンパレータ６８
のオープンコレクタ型出力段が瞬時にオン状態（Ｌレベ
ル）となり、第２のコンパレータ７０の入力端子（−）
電圧Ｖｔｄが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より下がる →
チョッパ信号ＶｇがＨレベル → 駆動信号Ｖｇａ１、
Ｖｇａ２共にオフ状態という経過を経て両スイッチ手段
５６、５８が非導通状態となる。この場合には、相コイ
ル５４ｂにＶｃｃ方向への起電力が発生するため、相コ
イル５４ｂ→Ｖｃｃ→グランド→第１の固定抵抗Ｒｓ→
ダイオード６２→相コイル５４ｂの経路で電流Ｉ２が図
８中の矢印と逆方向に流れ始め、検出信号Ｖｒｓが第１
基準電圧Ｖｒｅｆ１より低い電位（マイナス電位）とな
る。これにより、第１のコンパレータ６８のオープンコ
レクタ型出力段は再度オフ状態となり、第２の固定抵抗
Ｒｏを介して電源ＶｄｄからコンデンサＣｏに電流が充
電され始め、第２のコンパレータ７０の入力端子（−）
の電圧Ｖｔｄが次第に上昇する。

【０００８】電圧Ｖｔｄが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達
すると（時間Ｔ２）、第２のコンパレータ７０の出力が
反転し、チョッパ信号ＶｇがＬレベル → 駆動信号Ｖ
ｇａ１がＨレベル、駆動信号Ｖｇａ２はＬレベル →
スイッチ手段５６が導通状態となり、再度相コイル５４
ａに電流Ｉ１が流れ始め、それに伴い検出信号Ｖｒｓも
第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に達する（時間Ｔ３）まで上昇
する。検出信号Ｖｒｓが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に達し
た後（時間Ｔ３後）は、時間Ｔ１〜Ｔ３の間の動作を、
相切替信号ＩＮａ１がＬレベルである間繰り返し、自励
発振状態となる。

【０００９】次に、相切替信号ＩＮａ１がＨレベル、相
切替信号ＩＮａ２がＬレベルに変わると（時間Ｔ４〜Ｔ
８）、ＮＯＲ素子７４に代えてＮＯＲ素子７６が選択さ
れ、チョッパ信号ＶｇがＬレベルの時のみ駆動信号Ｖｇ
ａ２がＨレベル（オン状態）となり、スイッチ手段５８
が導通状態となる。相切替信号ＩＮａ２がＬレベルの間
は、駆動信号Ｖｇａ１に代えて駆動信号Ｖｇａ２が出力
され、スイッチ手段５６に代えてスイッチ手段５８が非
導通・導通状態を繰り返すことで、相切替信号ＩＮａ１
がＬレベルの間と同様の動作により自励発振状態とな
る。つまり、相切替信号ＩＮａ１がＬレベルの場合の時
間Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３での動作が、相
切替信号ＩＮａ２がＬレベルの場合の時間Ｔ４〜Ｔ５、
Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ６〜Ｔ７での動作にそれぞれ相当し、そ
の後は時間Ｔ５〜Ｔ７の動作を相切替信号ＩＮａ２がＬ
レベルの期間中繰り返すことになる。なお、自励発振周
波数は、第２の固定抵抗ＲｏやコンデンサＣｏの値を変
更することによって自由に設定できる。また、第２基準
電圧Ｖｒｅｆ２を変えても変更可能である。各相コイル
５４ａ、５４ｂに流れる電流Ｉ１、Ｉ２のピーク値は、
第１の固定抵抗Ｒｓや第１基準電圧Ｖｒｅｆ１の値を変
更することで任意に設定可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のステッピングモータのチョッパ駆動回路には次の
様な課題が有る。相切り替え時（図９において相切替信
号ＩＮａ１、ＩＮａ２の切り替わるタイミングＴ４、Ｔ
８等）における電流量（Ｉ１−Ｉ２）の絶対値は、相切
り替えの度に異なった値になる。この事は、相切り替え
毎の各サイクル（例えばＴ４〜Ｔ８の１サイクル）にお
いて、初期（Ｔ４）の電流値が異なる事であり、当然各
サイクル毎に電流波形も異なり、各サイクル毎の発生ト
ルクも異なってくる。相切り替え時における電流量の絶
対値が相切り替えの度に異なった値になる原因は、外部
から入力される相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の切り替
わりタイミングと、駆動回路５０の自励発振のチョッパ
信号Ｖｇの位相が非同期なためである。例えば、チョッ
パオン状態（チョッパ信号ＶｇがＬレベルの状態）で相
切り替えが行われているＴ４の相切り替え時において、
直前のチョッパ信号Ｖｇの切り替わりタイミングＴｏｎ
からＴ４の期間では、電流量の絶対値は増加中であり、
ＴｏｎからＴ４までの時間が短いと、相切り替え時の電
流量の絶対値は小さくなり、ＴｏｎからＴ４までの時間
が長いと、相切り替え時の電流量の絶対値は大きくな
る。また、チョッパオフ状態（チョッパ信号ＶｇがＨレ
ベルの状態）で相切り替えが行われているＴ８の相切り
替え時において、直前のチョッパ信号Ｖｇの切り替わり
タイミングＴｏｆｆからＴ８の期間では、電流量の絶対
値は減少中であり、ＴｏｆｆからＴ８までの時間が短い
と、相切り替え時の電流量の絶対値は大きくなり、Ｔｏ
ｆｆからＴ８までの時間が長いと、相切り替え時の電流
量の絶対値は小さくなる。

【００１１】この様に、チョッパオン状態で相切り替え
が行われる場合と、チョッパオフ状態で相切り替えが行
われる場合とでは、相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の切
り替わりタイミングと駆動回路５０の自励発振のチョッ
パ信号Ｖｇの位相差の大小と、相切り替え時の電流量の
絶対値の大小の関係が逆になっている。さらに、この位
相差の大小と、相切り替え後の１サイクルにおける発生
トルクの大小の関係も逆になっている。この位相差の値
が、各相切り替え時において変動が小さく安定しやすい
のは、チョッパオフの状態で相切り替えが行われる場合
の方であり、チョッパオンの状態で相切り替えが行われ
た場合は不安定となり、各相切り替え時において、位相
差の値の変動が大きくなり、相切り替え時の電流量の絶
対値の変動も大きくなる。モータを一定速度で回転させ
ようとしている時に、相切り替え時の電流量の絶対値が
各サイクル毎に大きく変動していると、各サイクル毎の
トルクも大きく変動して、トルクリップルが大きくな
る。このトルクリップルは回転ムラ、振動、騒音等の要
因となる。特に、高速回転時には相切替信号ＩＮａ１、
ＩＮａ２の１サイクルの中で、相切替信号ＩＮａ１、Ｉ
Ｎａ２の切り替わり時（時間Ｔ０、Ｔ４、）から駆動信
号Ｖｇａ１や駆動信号Ｖｇａ２が最初にオフ状態となる
時（時間Ｔ１、Ｔ５）までの時間の占める割合が大きく
なり、トルクリップルも一層大きくなるという課題があ
る。このモータの振動（トルクリップルと比例関係）と
駆動周波数（相切替信号の周波数）の特性を図１０に示
す。この図１０において特に２０００ＰＰＳ以上の場合
に振動が大きくなったり小さくなったりを繰り返し、不
安定な状態で回転していることがわかる。従って、本発
明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするとこ
ろは、相切替信号の切替え周波数が高い場合でも相コイ
ルに流れる電流が安定するステッピングモータのチョッ
パ駆動回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、所定の周波数の
チョッパ信号を発生するチョッパ信号発生部と、前記チ
ョッパ信号の周波数を変更可能な周波数変更手段と、モ
ータコイルを構成する相コイルと直列に配されたスイッ
チ手段を有し、前記チョッパ信号および励磁しようとす
る前記相コイルを特定する相切替信号が入力され、該相
切替信号により特定された相コイルのみをチョッパ信号
のオン期間だけ励磁すべく前記スイッチ手段を駆動する
駆動部とを有するステッピングモータのチョッパ駆動回
路において、前記周波数変更手段は、前記チョッパ信号
発生部が発生する前記チョッパ信号の周波数を、チョッ
パ信号のオフ期間内に前記相切替信号が切り替わるよう
に変更することを特徴とする。

【００１３】この構成を採用し、前記周波数変更手段に
より、前記チョッパ信号発生部が発生する前記チョッパ
信号の周波数を、チョッパ信号のオフ期間内に前記相切
替信号が切り替わるように変更しておけば、相切替信号
の切り替わり時の電流値の変動が小さくなり、トルクリ
ップルを低減できる。

【００１４】また、前記周波数変更手段は、前記相切替
信号の切り替わり時における前記チョッパ信号の状態を
検出し、チョッパ信号が前記オン期間である場合には、
前記チョッパ信号発生部が発生するチョッパ信号の周波
数を変更する構成とすれば、相切替信号が変化した場合
でも自動的にチョッパ信号の周波数を変更し、相切替信
号の切り替わり時に駆動信号がオン状態とならないよう
にすることができる。

【００１５】また、前記チョッパ信号発生部および前記
駆動部は、前記モータコイルを構成する複数の前記相コ
イル毎に設けられ、各周波数変更手段は少なくとも一の
チョッパ信号発生部が出力する前記チョッパ信号の周波
数を、他のチョッパ信号発生部が出力するチョッパ信号
の周波数と異なるように変更する構成とすれば、どれか
一つの相コイルにおいて相切り替え時のチョッパの状態
が常にオフになる条件の範囲が増え、振動が小さくなる
条件が広がると共に、振動レベルも小さくなる。

【００１６】また、前記チョッパ信号発生部は自励式発
振回路で形成するようにしても良いし、また他励式発振
回路で形成するようにしても良い。

【００１７】

【作用】周波数変更手段により、チョッパ信号発生部が
発生するチョッパ信号の周波数を、チョッパ信号のオフ
期間内に相切替信号が切り替わるように変更しておけ
ば、相切替信号の切り替わり時の電流値の変動が小さく
なり、トルクリップルを低減できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。まず、ステッピングモータのチ
ョッパ駆動回路１０の構成について図１を用いて説明す
る。なお、従来例と同じ構成要素については同じ符号を
付し、説明は省略する。また、本例では一例としてモー
タコイル５２の１相分（同一のコアに巻回された相コイ
ル５４ａと相コイル５４ｂとから構成される）を励磁す
る自励式チョッパ駆動回路について説明するが、さらに
２相、３相、・・・、等の多相を駆動する場合には同様
の駆動回路を各相毎に配する構成とすればよい。

【００１９】各相コイル５４ａ、５４ｂとスイッチ手段
５６、５８とダイオード６０、６２との接続関係は従来
例と同様であり、各相コイル５４ａ、５４ｂの接続点が
電源Ｖｃｃに接続され、相コイル５４ａの他端にはスイ
ッチ手段５６の一端が接続され、他の相コイル５４ｂの
他端にはスイッチ手段５８の一端が接続されている。ま
た両スイッチ手段５６、５８の他端同士は接続されて、
当該接続点に検出手段６４としての第１の固定抵抗Ｒｓ
の一端が接続されている。一方、第１の固定抵抗Ｒｓの
他端はグランドに接続されている。

【００２０】チョッパ信号発生部６６は一例として従来
例と同様に接続された２つのコンパレータ６８、７０
と、第２の固定抵抗Ｒｏと、コンデンサＣｏとから構成
され、従来例と同様の動作によりチョッパ信号Ｖｇを出
力する。スイッチ手段５６、５８と共に駆動部５５を構
成する駆動信号発生部７２は従来例と同様の構成を有
し、従来例と同様にチョッパ信号Ｖｇと相切替信号ＩＮ
ａ１、ＩＮａ２が入力され、特定された一方の相コイル
にのみチョッパ信号Ｖｇを駆動信号（Ｖｇａ１、Ｖｇａ
２）として反転出力する。本例では一例として２つのＮ
ＯＲ素子７４、７６から成り、チョッパ信号Ｖｇが駆動
信号Ｖｇａ１、Ｖｇａ２として出力される際には論理が
反転して出力される。なお、駆動部５５の構成は、上述
した構成以外にも、例えば上述した構成に加えて、各相
コイル５４ａ、５４ｂの接続点とＶｃｃとの間にトラン
ジスタ等で構成される別のスイッチ手段を設けると共
に、駆動信号発生部７２を削除し、またフライホイール
ダイオードは各相コイル５４ａ、５４ｂの接続点とグラ
ンドとの間に配し、追加した前記別のスイッチ手段にチ
ョッパ信号Ｖｇを入力すると共に、各相切替信号ＩＮａ
１、ＩＮａ２は直接スイッチ手段５６、５８へ入力する
構成としても良い等、種々の構成が取りうる。

【００２１】１２は本実施例の特徴部分としての周波数
変更手段であり、相切替信号ＩＮａ２の切り替わり時
（本実施例では立ち上がり時）におけるチョッパ信号Ｖ
ｇの状態を検出し、チョッパ信号Ｖｇの状態が駆動信号
Ｖｇａ１、Ｖｇａ２をオン状態とする状態（本実施例で
はＬレベル）である場合にはチョッパ信号発生部６６が
発生するチョッパ信号Ｖｇの周波数を変更する機能を有
する。なお、相切替信号ＩＮａ１の立ち上がり時でチョ
ッパ信号Ｖｇの状態を検出するようにしても良いし、後
述するように両相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上
がり時においてチョッパ信号Ｖｇの状態を検出するよう
にしても良い。

【００２２】さらに詳細に、周波数変更手段１２の構成
について説明すると、本実施例では１つのＤタイプフリ
ップフロップ（以下「ＤＦＦ」、本実施例ではＨＣ７
４）１４と、一つのＯＲ素子１６と、カウンタ１８（本
実施例では一例としてＨＣ３９３）と、抵抗値がそれぞ
れ異なる４つの固定抵抗（Ｒａ〜Ｒｄ）とから構成され
る。なお、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値は、Ｒａ＞Ｒｂ
＞Ｒｃ＞Ｒｄに設定されている。各部材の接続は、相切
替信号ＩＮａ２がＤＦＦ１４のクロック入力端子（ＣＫ
入力）とＯＲ素子１６とに入力され、ＯＲ素子１６の他
方の入力端子にはＤＦＦ１４の正転出力（Ｑ出力）が入
力されている。またＯＲ素子１６の出力はカウンタ１８
のＣＫ入力に入力され、ＤＦＦ１４のデータ入力端子
（Ｄ入力）にはチョッパ信号Ｖｇが入力される。

【００２３】次にカウンタ１８のＱａ出力、Ｑｂ出力、
Ｑｃ出力、Ｑｄ出力には固定抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒ
ｄの一端がそれぞれ接続され、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの他
端はすべて第２の固定抵抗ＲｏとコンデンサＣｏとの接
続点に接続されている。このため、カウンタ１８の各出
力（Ｑａ〜Ｑｄ）がＨレベルとなった場合には、各出力
（Ｑａ〜Ｑｄ）に接続された固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄは第２
の固定抵抗Ｒｏに並列に接続され、またＬレベルとなっ
た場合には、各固定抵抗Ｒａ〜ＲｄはコンデンサＣｏと
並列に接続される。

【００２４】この周波数変更手段１２の動作について図
２および図９を用いて説明する。まず、相切替信号ＩＮ
ａ２の立ち上がり時において、ＤＦＦ１４に入力される
チョッパ信号Ｖｇの状態がＬレベルの場合について説明
する。図２中の時間Ｔ０。この場合には、従来例で説明
したと同様に相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の切り替え
が駆動信号Ｖｇａ１、Ｖｇａ２の少なくとも一方がＨレ
ベル（オン状態）の際に行われるため、相切り替え時の
電流量の絶対値が各サイクル毎に大きく変動して、相切
替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の１サイクル毎の相コイル５
４ａ、５４ｂに流れる電流量（Ｉ１−Ｉ２）も大きく変
動し、モータのトルクリップルが大きくなる。

【００２５】相切替信号ＩＮａ２の立ち上がりを検出す
るとＤＦＦ１４のＱ出力はＬレベルとなり、この状態は
次に相切替信号ＩＮａ２の立ち上がり時にチョッパ信号
Ｖｇの状態がＨレベルとなるまで維持される。図２中の
時間Ｔ３。そしてこの間に相切替信号ＩＮａ２がＬレベ
ルとなった場合（例えば時間Ｔ２〜Ｔ３）にのみ、カウ
ンタ１８のＣＫ入力にＬレベルとなる信号がＯＲ素子１
６から入力され、この信号の立ち下がりでカウンタ１８
が順次カウントアップする。カウンタ１８の各Ｑ出力に
は上述したように上位ビットに行くに従って順次抵抗値
が小さくなる固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄが接続されているた
め、カウンタ１８出力がアップすれば、それに従ってコ
ンデンサＣｏへの電流の充電時間が速まり、電圧Ｖｔｄ
が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達する時間（図９における
時間Ｔ１からＴ２までの時間）が短くなる。よって、チ
ョッパ信号発生部６６から出力されるチョッパ信号Ｖｇ
のＨレベルの期間が短くなり、チョッパ信号Ｖｇの周期
（図９における時間Ｔ１からＴ３の期間、時間Ｔ５から
Ｔ７の期間）も短くなる。このようにチョッパ信号Ｖｇ
のＨレベルの期間が短くなることで、相切替信号ＩＮａ
２の立ち上がり時に対するチョッパ信号ＶｇのＬレベル
期間の位相関係をずらすことが可能となる。

【００２６】上記のように、相切替信号ＩＮａ２の立ち
上がり時毎にチョッパ信号Ｖｇの状態を検出し、チョッ
パ信号ＶｇがＬレベルである場合にはカウンタ１８を順
次カウントアップしていくことで、相切替信号ＩＮａ２
の立ち上がり時に対するチョッパ信号ＶｇのＬレベル期
間の位相関係が自動的にずれて行き、最終的に相切替信
号ＩＮａ２の立ち上がり時においてチョッパ信号Ｖｇが
Ｈレベルとなるようにチョッパ信号ＶｇのＨレベルの期
間が修正される。そして、一旦、相切替信号ＩＮａ２の
立ち上がり部分がチョッパ信号ＶｇがＨレベルの期間に
含まれる状態（図２中の時間Ｔ３）となると、ＤＦＦ１
４のＱ出力はＨレベルとなるため、相切替信号が切り替
わった場合でもカウンタ１８のＣＫ入力にはＬレベル信
号が入力されず、カウンタ１８のカウントアップは行わ
れない。このため、この後相切替信号の周波数が変動す
るようなことがなければ、相切替信号の切り替わり時の
タイミングとチョッパ信号ＶｇがＨレベルとの関係は保
持される。この状態にチョッパ信号Ｖｇの周波数（Ｈレ
ベルの期間の長さ）が修正された場合には、相切替信号
ＩＮａ１、ＩＮａ２の１サイクル毎の相コイル５４ａ、
５４ｂに流れる電流値の変動は少なくなるので、モータ
のトルクリップル、ひいてはモータの振動を低減するこ
とができる（図７参照。２０００ＰＰＳ以上の場合に従
来例では発生していた振動がほとんどなくなっているこ
とがわかる）。

【００２７】一例として、上述した各固定抵抗Ｒｏ、Ｒ
ａ〜Ｒｄ、コンデンサＣｏ、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２、
Ｖｄｄなど、チョッパ駆動回路１０の自励発振周波数を
設定する構成要素を以下のように設定すれば、カウンタ
１８の出力値に応じてチョッパ信号ＶｇのＨレベルの期
間の長さを図３に示すように順次１６種類に変化させる
ことが可能となる。Ｖｒｅｆ２＝２〔ボルト〕、Ｃｏ＝４７０〔ピコファラッド〕Ｒｏ＝４７〔キロオーム〕、Ｒａ＝１６００〔キロオーム〕Ｒｂ＝８２０〔キロオーム〕、Ｒｃ＝３９０〔キロオーム〕Ｒｄ＝２００〔キロオーム〕、Ｖｄｄ＝５〔ボルト〕なお、カウンタ１８のビット数とカウンタ１８の各出力
に接続される固定抵抗の数は４個に限定されず、ビット
数（Ｎ）と固定抵抗の数（Ｎ）を増減することで、チョ
ッパ信号ＶｇのＨレベルの期間の種類（２^N）を任意に
設定することもでき、相切替信号ＩＮａ２の立ち上がり
時に対するチョッパ信号ＶｇのＬレベル期間の位相関係
の修正応答速度を調整することも可能である。また、自
励発振周波数は、第２の固定抵抗ＲｏやコンデンサＣｏ
の値を変更することによって、また第２基準電圧Ｖｒｅ
ｆ２を変えることによっても自由に設定できることか
ら、上述したように第２の固定抵抗Ｒｏを実質的に変更
する方法に代えて、コンデンサＣｏに並列に複数のコン
デンサを配し、カウンタ１８の値によりコンデンサの接
続の組合せを変更して発振周波数を変更するようにして
も良いし、さらに第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を変更するよ
うにしても良い。

【００２８】また、チョッパ駆動回路１０のＤＦＦ１４
と、ＯＲ素子１６に代えて、図４に示す回路２０を使用
すれば、両相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上がり
時において、チョッパ信号Ｖｇの状態を検出し、チョッ
パ信号ＶｇのＨレベルの期間を変更することが可能とな
る。この回路２０の構成について詳細に説明すると、２
つのＤＦＦ２２、２４と、１つのインバータ素子２６
と、１つのＡＮＤ素子２８とから構成され、一のＤＦＦ
２２のＣＫ入力には相切替信号ＩＮａ１が入力され、他
のＤＦＦ２４のＣＫ入力には相切替信号ＩＮａ２が入力
されている。また、両ＤＦＦ２２、２４のＤ入力にはチ
ョッパ信号Ｖｇが入力され、両ＤＦＦ２２、２４のプリ
セット入力（ＰＲ入力）にはインバータ素子２６を介し
てチョッパ信号Ｖｇの反転信号が入力される。また、両
ＤＦＦ２２、２４のＱ出力はともにＡＮＤ素子２８に入
力され、ＡＮＤ素子２８の出力がカウンタ１８のＣＫ入
力と接続されている。

【００２９】この回路２０は図５に示すように、両相切
替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上がり時（図５中の時
間Ｔ０、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５等）において、チョッパ信号
Ｖｇの状態を検出し、チョッパ信号ＶｇがＬレベルであ
る場合（時間Ｔ０、Ｔ２、Ｔ４）にはＤＦＦ２２、２４
の出力はＬレベルとなり、この状態はチョッパ信号Ｖｇ
がＬレベルである間だけ保持される。ＤＦＦ２２、２４
の出力は、チョッパ信号ＶｇがＨレベルとなったら（時
間Ｔ１、Ｔ３等）、ＰＲ入力にＬレベルの信号が入力さ
れるため、解除されてＨレベルとなる。またチョッパ信
号ＶｇがＨレベルである場合（時間Ｔ５）には、ＤＦＦ
２２、２４の出力はＨレベルのままである。カウンタ１
８へは両ＤＦＦ２２、２４の出力がアンドされた状態で
出力されるため、ＤＦＦ２２、２４のいずれか一方の出
力がＬレベルであれば、その都度にカウンタ１８へはＬ
レベルの信号が出力される。よって、カウンタ１８のカ
ウントアップ動作は、チョッパ信号ＶｇがＬレベルであ
る場合に両相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上がり
時毎に行われる。このように両相切替信号ＩＮａ１、Ｉ
Ｎａ２の立ち上がり時において、チョッパ信号Ｖｇの状
態を検出する構成とすれば、チョッパ信号ＶｇのＨレベ
ルの期間を変更する機会が２倍に増えるため、相切替信
号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上がり時とチョッパ信号Ｖ
ｇの位相を一層迅速に変更することが可能となる。

【００３０】また、上記チョッパ駆動回路１０は自励式
チョッパ駆動回路の実施例であるが、他励式チョッパ駆
動回路の場合についてもチョッパ信号Ｖｇの状態を検出
しつつ、チョッパ信号Ｖｇのチョッパ周波数を修正する
ことが可能である。他励式チョッパ駆動回路の構成につ
いて図１と図６を用いて説明すると、当該チョッパ駆動
回路は、一例として図１の回路１０においてＤＦＦ１
４、カウンタ１８、ＯＲ素子１６、固定抵抗Ｒｏ、Ｒａ
〜Ｒｄ、コンデンサＣｏ、第１のコンパレータ６８を省
き、直流電圧（Ｖｒｅｆ１と略同一の電圧）に一例とし
て２０キロヘルツ程度、またはそれ以上の周波数の三角
波が重畳した信号Ｖｅを発生可能な発振装置３０を設
け、検出信号Ｖｒｓを第２のコンパレータ７０の入力端
子（＋）に入力し、第２のコンパレータ７０の入力端子
（−）には発振装置３０から出力される信号Ｖｅを入力
する。これにより第２のコンパレータ７０からはパルス
幅変調された信号が出力され、当該信号を上述したチョ
ッパ信号Ｖｇとして駆動信号発生部７２のＮＯＲ素子７
４、７６に入力する構成とする。さらに相切替信号（一
例としてＩＮａ２）の立ち上がり時において、チョッパ
信号Ｖｇの状態を検出し、チョッパ信号ＶｇがＬレベル
である場合に発振装置３０から出力される信号の三角波
の周波数を高める周波数変更手段３２を設けるようにす
れば良い。三角波の周波数が変更されると、チョッパ信
号Ｖｇのパルス幅が変わるので、上述した自励式チョッ
パ駆動回路１０と同様にして相切替信号ＩＮａ１、ＩＮ
ａ２とチョッパ信号Ｖｇとの位相を修正することが可能
となり、チョッパ信号ＶｇがＨレベルの場合に相切替信
号ＩＮａ１、ＩＮａ２の切り替りが行われるようにする
ことができる。

【００３１】以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明は上述する実施例に限定されるも
のではなく、例えばチョッパ信号の論理は上記実施例で
は負論理であるが、正論理としても良く、この場合には
駆動信号発生部に使用される論理素子を適宜に変更して
対応すれば良い。同様にしてスイッチ手段を選択する相
切替信号の論理も正論理としても良い。また、周波数変
更手段１２の回路構成は上記実施例と同様の動作を行う
ものであれば、他の回路構成としても当然良い。また、
相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の周波数が略一定で変動
しない場合には、ＤＦＦ１４やカウンタ１８、固定抵抗
Ｒａ〜Ｒｄを省き、第２の固定抵抗Ｒｏを可変抵抗に変
えて周波数変更手段１２とし、チョッパ信号ＶｇのＨレ
ベル期間を相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の周波数に合
うように第２の固定抵抗Ｒｏの抵抗値を可変して設定す
るようにしても良い。また、カウンタ１８を省き、各固
定抵抗（本実施例ではＲａ〜Ｒｄの４本だが、１本以上
であれば何数でも良い）のカウンタ１８側の端部に、当
該端部をＶｄｄまたはグランドの一方へ接続可能な切換
スイッチ（半導体スイッチ素子やリレー、また通常のメ
カスイッチを含む）を配し、相切替信号ＩＮａ１、ＩＮ
ａ２の周波数に対応させて外部から切換スイッチを手動
で、または制御信号により自動的に切り換え、チョッパ
信号ＶｇのＨレベル期間を設定する構成としても良い。

【００３２】また、モータコイル５２が複数の相コイル
で形成される場合には、各相コイルの駆動回路に上述し
たチョッパ駆動回路１０を配し、全ての相コイルに対し
て相切替信号ＩＮａ１、ＩＮａ２の立ち上がり時におい
て、チョッパ信号Ｖｇの状態を検出しつつ、チョッパ信
号Ｖｇの位相（Ｈレベル期間）を修正する構成としても
良いが、モータコイル５２の複数の相コイルの内の少な
くとも一つに上記周波数変更手段１２を有するチョッパ
駆動回路１０を用いるようにしても良い。この場合に
は、どれか一つの相コイルにおいて、相切り替え時のチ
ョッパの状態が常にオフとなる様にコントロールされれ
ば、その相コイルにおける相切り替え時の電流値の変動
が小さくなり、その相コイルにおけるトルクリップルが
小さくなると共に、このトルクリップルの減少は、他の
相コイルにおいても相切り替え時の電流値の変動を小さ
くする効果につながり、相乗効果で振動レベルが小さく
なる。またモータは本実施例のようなユニポーラに代え
てバイポーラであってもよく、また励磁方法も２相励磁
に限られず、１−２相励磁の様な場合でもよい等、発明
の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはも
ちろんである。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係るステッピングモータのチョ
ッパ駆動回路を用いると、周波数変更手段によりチョッ
パ信号の周波数を変更して、相切替信号の切り替わり時
に駆動信号がオン状態とならないようにすることがで
き、相切替信号の各サイクル毎の相コイルに流れる電流
量のバラツキを低減できる。また、周波数変更手段を、
チョッパ信号の状態または駆動信号の状態を検出し、相
切替信号の切り替わり時における駆動信号がオン状態で
ある場合には、チョッパ信号発生部が発生するチョッパ
信号の周波数を変更可能な構成とすれば、相切替信号が
変化した場合でも自動的にチョッパ信号の周波数を変更
し、相切替信号の切り替わり時に駆動信号がオン状態と
ならないようにすることができ、相切替信号の各サイク
ル毎の相コイルに流れる電流量のバラツキを低減でき
る。また、各相コイルの内の少なくとも一の相コイルに
設けられた各スイッチ手段に供給される駆動信号のチョ
ッパ周波数が、他の相コイルのスイッチ手段に供給され
る駆動信号のチョッパ周波数と異なるようにすれば、ど
れか一つの相コイルにおいて相切り替え時のチョッパの
状態が常にオフになる条件の範囲が増え、振動が小さく
なる条件が広がると共に、振動レベルも小さくなるとい
う著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るステッピングモータのチョッパ駆
動回路の一実施例の構成を示す回路図である。

【図２】図１のチョッパ駆動回路の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図３】図１のチョッパ駆動回路に設けられた周波数変
更手段によるチョッパ信号のＨレベル期間の変更例であ
る。

【図４】本発明に係るステッピングモータのチョッパ駆
動回路の周波数変更手段の他の構成を示す回路図であ
る。

【図５】図４のチョッパ駆動回路の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図６】本発明に係るステッピングモータのチョッパ駆
動回路の周波数変更手段の他の構成を示す回路図であ
る。

【図７】本発明に係るステッピングモータのチョッパ駆
動回路を使用した場合の相切替信号の周波数とモータの
振動の程度を示すグラフである。

【図８】従来のステッピングモータのチョッパ駆動回路
の一例の構成を示す回路図である。

【図９】図８のチョッパ駆動回路の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図１０】図８のステッピングモータのチョッパ駆動回
路を使用した場合の相切替信号の周波数とモータの振動
の程度を示すグラフである。

【符号の説明】

１０チョッパ駆動回路１２周波数変更手段５２モータコイル５４ａ、５４ｂ相コイル５５駆動部５６、５８スイッチ手段６６チョッパ信号発生部７２駆動信号発生部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数のチョッパ信号を発生する
チョッパ信号発生部と、前記チョッパ信号の周波数を変更可能な周波数変更手段
と、モータコイルを構成する相コイルと直列に配されたスイ
ッチ手段を有し、前記チョッパ信号および励磁しようと
する前記相コイルを特定する相切替信号が入力され、該
相切替信号により特定された相コイルのみをチョッパ信
号のオン期間だけ励磁すべく前記スイッチ手段を駆動す
る駆動部とを有するステッピングモータのチョッパ駆動
回路において、前記周波数変更手段は、前記チョッパ信号発生部が発生
する前記チョッパ信号の周波数を、チョッパ信号のオフ
期間内に前記相切替信号が切り替わるように変更するこ
とを特徴とするステッピングモータのチョッパ駆動回
路。
【請求項２】前記周波数変更手段は、前記相切替信号
の切り替わり時における前記チョッパ信号の状態を検出
し、チョッパ信号が前記オン期間である場合には、前記
チョッパ信号発生部が発生するチョッパ信号の周波数を
変更することを特徴とする請求項１記載のステッピング
モータのチョッパ駆動回路。
【請求項３】前記チョッパ信号発生部および前記駆動
部は、前記モータコイルを構成する複数の前記相コイル
毎に設けられ、各周波数変更手段は少なくとも一のチョ
ッパ信号発生部が出力する前記チョッパ信号の周波数
を、他のチョッパ信号発生部が出力するチョッパ信号の
周波数と異なるように変更することを特徴とする請求項
１または２記載のステッピングモータのチョッパ駆動回
路。
【請求項４】前記チョッパ信号発生部は自励式発振回
路で形成されていることを特徴とする請求項１、２また
は３記載のステッピングモータのチョッパ駆動回路。
【請求項５】前記チョッパ信号発生部は他励式発振回
路で形成されていることを特徴とする請求項１、２また
は３記載のステッピングモータのチョッパ駆動回路。