JP2837528B2 - 電動機巻線電流の制御方法および制御装置並びに制御信号発生装置 - Google Patents

電動機巻線電流の制御方法および制御装置並びに制御信号発生装置

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JP2837528B2 JP2257589A JP25758990A JP2837528B2 JP 2837528 B2 JP2837528 B2 JP 2837528B2 JP 2257589 A JP2257589 A JP 2257589A JP 25758990 A JP25758990 A JP 25758990A JP 2837528 B2 JP2837528 B2 JP 2837528B2
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  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、一般に電動機の制御、特にステッパ（st
epper）電動機と一緒に使用するのに適したデジタル電
子コントローラに関するものである。
［従来の技術］ ステッパ電動機の構成、制御および使用は当業者には
周知のことである。ステッパ電動機は、その設計のた
め、回転子を多数の既知位置に正確に位置決めすること
ができる。この性能のため、ステッパ電動機の用途は多
い。例えば、電子タイプライタやプリンタのプラテンや
印刷ヘッドを位置決めするのにステッパ電動機が使用さ
れる。
選択されたシーケンスで界磁巻線を励磁して電機子の
位置を変えるのにステッパ電動機用コントローラが使用
される。電機子のフルステップおよびハーフステップの
位置決めのために異なる界磁巻線の種々のスイッチング
シーケンスが使用される。ステッパ電動機はまた電機子
を固定位置に保持できる。これは代表的な例では止め
（detent）モードと云われる。
代表的なステッパ電動機は２個の独立した界磁巻線を
持っているが、界磁巻線は２個でなくても良い。例え
ば、５個の界磁巻線を持ったステッパ電動機を構成する
ことが知られている。界磁巻線の数および使用される電
機子ポール対（pole pairs）の数は各フルステップ位置
間または各ハーフステップ位置間の角度分離を決定す
る。例えば、50個の電機子ポール対および２個の界磁巻
線を持つ電動機では、フルステップ・モードにて200も
の異なる設定値に位置決めされる。これは1.8゜の角度
分離に相当する。上述した電動機をハーフステップ・モ
ードで制御すると、位置は400個所、角度分離は0.9゜に
なる。
ステッパ電動機およびその関連制御回路装置は第１図
に概略図で示されている。この装置は２個の界磁巻線を
含む代表的な装置である。電機子10は界磁巻線12および
14を流れる電流のスイッチングによって駆動されかつ位
置決めされる。界磁巻線12は後述するＨブリッジ16によ
って駆動され、そして界磁巻線14はＨブリッジ18によっ
て駆動される。
後述するように、Ｈブリッジ16,18は、電流を所望の
方向で界磁巻線12,14に流させるために適切にスイッチ
・オンまたはスイッチ・オフされるトランジスタを含
む。Ｈブリッジ16,18はそれぞれコントローラ20,22で制
御される。後述するように、コントローラ20,22を設計
する際には、界磁巻線12,14を流れる電流のレベルを知
らなければならない。この電流は低抵抗値の電流検知用
抵抗24,26で検知される。抵抗24,26の両端間に発生した
電圧はそれぞれ信号線28,30を通してコントローラ20,22
に供給される。
第２図はＨブリッジ16の回路図である。４個のトラン
ジスタ32,34,36,38は界磁巻線12に対してＨ字型に接続
されている。トランジスタ32および36のコレクタは電源
VSに接続されており、トランジスタ34および38のエミッ
タは抵抗24に接続されている。トランジスタ34および38
のコレクタ並びにトランジスタ32および36のエミッタは
界磁巻線12に接続されている。再循環用ダイオード40,4
2,44,46はそれぞれトランジスタ32,34,36,38の両端間に
接続されている。第２図に示したバイポーラ・トランジ
スタの代りに電界効果トランジスタを使用することが知
られている。
電流を界磁巻線12に左から右へ流させるために、トラ
ンジスタ32および38はスイッチ・オンされ、その間トラ
ンジスタ34および36はスイッチ・オフされる。逆に電流
を界磁巻線12に右から左へ流させるために、トランジス
タ36および34はスイッチ・オンされ、その間トランジス
タ32および38はスイッチ・オフされる。４個のトランジ
スタを全部、或は少なくとも上側のトランジスタ対32,3
6もしくは下側のトランジスタ対34,38はターン・オフす
ると、界磁巻線12への電流の供給をカット・オフするこ
とになる。エネルギーが界磁巻線12の磁界に蓄積される
ので、電流は一瞬も流れるのを止めず、当業者には周知
のようにL/R時定数に応じて減少する。トランジスタが
オフ状態に在る時にダイオード40,42,44,46は自身を通
して電流を循環させ、そして界磁巻線12の磁界は消滅し
てトランジスタ32〜38を保護する。
ステッパ電動機の動作を改善するために、多くのコン
トローラ設計によれば、公称定格の界磁巻線12,14より
もステッパ電動機に高い電圧が印加される。例えば、５
ボルト、１アンペアのステッパ電動機は５オームの巻線
抵抗を呈する。ステッパ電動機の応答時間を改善するた
めに、48ボルトの電圧が電源電圧VSとして印加される。
巻線電流が当業者には周知のようにL/R時定数に応じて
変わるので、より高い電圧を使用すると電動機の応答が
早くなる。しかしながら、それでもまだ電動機の電流を
最大定格値（この例では１アンペア）まで制限する必要
がある。48ボルトの電圧を５オームの巻線に印加したヾ
けでは、９アンペアよりも大きい電流が流れることにな
り、これではステッパ電動機を焼き切る。
最も普通に採用されている解決策は、電動機電流を１
アンペアに制限するための電流“チョッパ”を使用する
ことである。界磁巻線12の電流を最大定格値に制限する
ためにトランジスタ32,34,36,38がコントローラによっ
て適切にスイッチ・オンまたはオフされる。このスイッ
チング作用は、電動機の電流定格にほヾ等しい平均値を
有する電流を少し変えさせる。
代表的な例では３種類のコントローラ・モードを用い
てこの電流断続動作（chopping）を行わせる。第１の技
術は、Ｈブリッジ16中のトランジスタを定周波数でスイ
ッチしかつ電流を制御するために可変デュティ・サイク
ルを使用することである。第２の技術は、スイッチング
周波数を変えかつＨブリッジ中のトランジスタに一定の
オフ時間を持たせることである。これら技術はそれぞれ
パルス幅変調（PWM）、周波数変調（FM）と普通云われ
る。これら両方の技術は第１図について説明した電流検
知技術を使用する。定周波数（PWM）技術は巻線電流を
定格値に制限するためにデュティ・サイクルを調節する
が、FM技術は電流が定格値に達する時にはいつでも電流
を一定時間の間ターン・オフするにすぎない。第３の技
術は、一定の周波数および一定のデュティ・サイクルを
使用しかつ界磁巻線に流れる電流を検知しない。この技
術はオープン・ループ・モードと云われる。
［発明が解決しようとする課題］ コントローラ中で行われるスイッチングの一方的な影
響は、もしスイッチング周波数が人間の耳に普通に聴え
る周波数内にあるならば、可聴雑音が発生することであ
る。人間が近くに居る所で操作される機械中にステッパ
電動機がしばしば使用されるので、可聴音の発生は防止
するのが重要な刺激物となる。可聴雑音を確実に発生さ
せなくするには、有効スイッチング周波数を約20kHzよ
りも高くすることが必要である。
FMスイッチング周波数が負荷や他の要因の変動に応じ
て変わるので、定オフ時間技術はスイッチング周波数が
可聴範囲に入る状況に特に敏感である。現在設計されて
いるFMコントローラは、電動機とコントローラの組み合
わせの最良の動作および可聴周波雑音の発生回避の両方
を確保する程融通性に富んでいない。
PWMおよびFMコントローラで起こる問題は、抵抗によ
る電流の検知に関するものである。それはスイッチング
中に発生されるべき雑音スパイクにとって普通のことで
あり、雑音スパイクは抵抗を流れる過渡電流として反映
され得る。これが起きると、コントローラ内の検出回路
装置が大界磁巻線電流状態を検出することにしばしば導
かれるので、巻線の検知電流は実際の値以上に大きく見
える。その結果、コントローラが巻線電流を小さくする
ので、所望値よりも小さい電流が実際に供給され、代表
的な例では巻線の実効スイッチング周波数を可聴範囲内
に下げる。これが起きるのは、巻線電流が所望周波数の
準高調波（subbarmonic）の実効スイッチング周波数に
追従するためである。
ステッパ電動機と一緒に使用するのに適し、FMモード
およびオープン・ループ・モードの両方で効率良くかつ
融通自在に作動できるコントローラを提供することが望
ましい。マイクロプロセッサやコントローラによってプ
ログラムされる動作パラメータを持てるそのようなコン
トローラを提供することがまた望ましい。電流検知用抵
抗の両端間に反映され得る雑音に耐えれるそのようなコ
ントローラを提供することが更に望ましい。
従って、この発明の目的は、ステッパ電動機と一緒に
使用するのに適し、変化する状態下でプログラマブル動
作パラメータを持つコントローラを得ることである。
この発明の他の目的は、スイッチング雑音に耐えるよ
うなコントローラを得ることである。
この発明の更に他の目的は、PWMモードとオープン・
ループ・モードのどちらでも選択的に作動され得るよう
なコントローラを得ることである。
［課題を解決するための手段］ 従って、この発明によれば、電動機コントローラは、
電動機内の界磁巻線がターン・オンされるべきか或はタ
ーン・オフされるべきかを示す制御信号を発生するデジ
タル単安定回路を提供する。このデジタル単安定回路内
には２個のレジスタが設けられ、これらレジスタには一
定のオフ時間および最短のオン時間を示す値を記憶させ
る。これらレジスタにはマイクロプロセッサや他のコン
トローラで選ばれた値をロードできる。記憶された値は
カウンタに選択的にロードされ、このカウンタは、界磁
巻線電流が予め選ばれたレベルに達すると、オフ時間値
に相当する時間界磁巻線への電流供給をターン・オフ
し、その後、少なくとも最短オン時間値に相当する期間
電流供給をターン・オンする。オフ時間レジスタおよび
オン時間レジスタの値は装置の動作状態に適合するよう
に変えられることができ、そしてコントローラはPWMモ
ードまたはオープン・ループ・モードで作動されること
ができる。
［実施例］ この発明の新規な特色と思われる特徴部分は特許請求
の範囲に明記されている。しかしながら、この発明自体
並びに望ましい使用モード、その他の目的および利点
は、添付図面に関する以下の詳しい説明を読む時に一番
良く理解できるだろう。
第３図は、この発明に係るコントローラを示すブロッ
ク図である。このコントローラは単一界磁巻線用制御回
路装置の動作を例示する。上述したように、ステッパ電
動機は２個以上の界磁巻線を持ち、その各々は第３図に
示した型式の別々のコントローラによって制御される。
当業者には分かつているように、第３図に示されたよう
な単一のコントローラは標準の直流電動機での電流を制
限するのに使用されることができる。
第３図を参照すれば、界磁巻線50はＨブリッジ52に接
続されている。電源VSはＨブリッジ52を介して界磁巻線
50を励磁するために電力を供給する。電流検知用抵抗54
は界磁巻線50を流れる電流を検知するために低抵抗値を
呈する。
制御ロジック56は、界磁巻線50に流れる電流を制御す
るためにＨブリッジ52中のトランジスタ・スイッチを駆
動する。制御ロジック56は、レジスタ58に含まれた情報
を使用して、界磁巻線50に流れる電流の方向を決定しか
つ早い電流減少と遅い電流減少のどちらが所望されるか
を選択する。当業者には周知のように、Ｈブリッジ52中
の全てのトランジスタをスイッチ・オフすると、上側の
トランジスタのうちの１個32または36がオンのまゝであ
る時よりも早く電流が減少する。
界磁巻線50を流れる電流をターン・オンすべきか或は
ターン・オフすべきかを示す制御信号は、デジタル単安
定回路60によって発生されかつ信号線62を通して制御ロ
ジック56へ送られる。デジタル単安定回路60の動作につ
いての詳細は後で第４図および第５図について説明す
る。
電圧コンパレータ64および論理ゲート66は両方共デジ
タル単安定回路60への入力を供給する。コンパレータ64
は信号線68によって抵抗54と接続され、この抵抗54はそ
の両端間の電圧を測定することにより界磁巻線50に流れ
る電流を検知するためのものである。コンパレータ64は
また信号線70によってデジタル／アナログ（D/A）変換
器72と接続されている。信号線74および76はゲート66へ
の入力を供給し、このゲート66は信号線74における信号
の真の値および信号線76における信号の相補値に対して
アンド論理作用を行う。
レジスタ78に貯えられた値に応じて信号線70に比較基
準信号を発生するためにD/A変換器72が使用される。望
ましい実施例は２ビットのD/A変換器72を使用するが、
所望ならば他の解決手段を使用しても良い。基準電圧V
REFはD/A変換器72を作動するための電圧である。レジス
タ78に保持された２ビットは４つの状態を定め、これら
状態は100％,70％,LOWおよびOFFである。100％状態は全
定格電流が界磁巻線50へ流されるべきであることを示す
が、70％状態は全定格電流の70％が流されるべきである
ことを示す。当業者には周知のように、約100％の値を
持つベクトル電流和を提供するために両方の界磁巻線が
励磁される時に、この70％値〔SQRT（２）/2に等しい〕
はハーフ・ステップ・モードで使用される。LOW状態は
保持または止め状態に相当する。電動機を静止状態に保
持するには電動機を運転するより小さい電流しか必要と
せず、この値は代表的な例で全定格電流の20％〜30％の
範囲中のどこかに設定される。OFF状態は界磁巻線50へ
の電流がターン・オフされるべきであることを示すのに
使用される。
信号線74での論理値１および信号線76での論理値０で
定められた状態はゲート66の出力を論理値１にさせ、こ
れは止め状態に相当する。これが使用されるのは、オー
プン・ループ・モードでの動作が使用されるべきである
ことをデジタル単安定回路60に知らせるためである。こ
の信号はデジタル単安定回路60の通常のPWM作用を無効
にする。従って、コントローラのオープン・ループ動作
は界磁巻線50による小電流を使用する。
インターフェイス回路80はデジタル単安定回路60およ
びレジスタ58,78へデータを供給するのに使用される。
上述したように、２ビットはレジスタ78へ供給される
が、これは界磁巻線50の基準電流値を制御するためであ
る。同じ２ビットはレジスタ58へも供給され、これによ
りOFF状態の時に制御ロジック56がＨブリッジ52中の全
てのトランジスタ・スイッチをターン・オフする。レジ
スタ58中の第３のビットは、当業者には周知のように、
界磁巻線50を流れる電流の方向を示すのに使用される。
インターフェイス回路80は、上述したようにデータを供
給できるマイクロプロセッサやマイクロコントローラに
よる制御と両立できることが望ましい。インターフェイ
ス回路80の型式、例えば直列インターフエイスもしくは
並列インターフェイスはこの発明の一部をなさず、当業
者によって容易に実施される。
第４図は、デジタル単安定回路60の詳しいブロック図
である。ゲート66およびコンパレータ64の出力はオア・
ゲート90への入力として供給され、このオア・ゲート90
の出力はアンド・ゲート92への１入力として供給され
る。オア・ゲート90からの出力は信号CURRENT SENSEを
定め、この信号CURRENT SENSEは論理値１の時に界磁巻
線50の電流が基準値よりも大きいことを示す。JKフリッ
プフロップ94の出力はアンド・ゲート92へ第２入力と
して供給される。フリップフロップ94のＱ出力はアンド
・ゲート96へ１入力として供給される。Ｑ出力は信号線
62に出される制御信号にもなる。アンド・ゲート92,96
の出力はフリップフロップ94のそれぞれＪ入力、Ｋ入力
として供給され、またオア・ゲート98にも供給される。
フリップフロップ94はクロック信号CKによってクロック
動作される。
カウンタ100は、これもまたクロック信号CKでクロッ
ク動作され、或る電流値から０までカウントダウンす
る。カウンタ100の値が０になると、CARRY出力102の値
が高くなる。この出力102はアンド・ゲート92および96
への入力として使用される。カウンタ100は、０になる
と計数を停止してそのCARRY出力102を高い値に保持す
る。
カウンタ100にロードされるべき値はプレロード入力1
04として供給されることができ、この値はLOAD ENABLE
入力106の値が高くなった（同期ロード）後のクロック
信号の最初のエッジ（立ち上がり或は立ち下がり）でカ
ウンタ100にラッチされる。カウンタ100は、プレロード
入力104からカウンタ100へラッチされたどんんな値から
もカウントダウンを開始する。LOAD ENABLE入力106は
オア・ゲート98の出力である。
データ選択回路108はプレロード入力104に或る値を供
給し、この値はオフ時間ラッチ110またはオン時間ラッ
チ112によって供給される。事実、データ選択回路108は
並列マルチプレクサとして作動する。プレロード入力10
4へ呈示される値はデータ選択回路108への制御入力114
の値によって決められる。制御入力114へ供給される値
はフリップフロップ94のＱの出力である。
デジタル単安定回路60の作動させるために、一定のオ
フ時間値がインターフェイス回路80を通してオフ時間ラ
ッチ110にロードされる。最短のオン時間値はインター
フェイス回路80を通してオン時間ラッチ112にロードさ
れる。適切な値が上述したようにレジスタ58,78にもロ
ードされる。これら値をオフ時間ラッチ110およびオン
時間ラッチ112にロードすることにより初期作動パラメ
ータが一度設定されると、界磁巻線50に流れる電流の制
御が始まる。
一般に、デジタル単安定回路60はON状態で作動し、フ
リップフロップ94のＱ出力端子は信号線62に論理値０を
供給する。これは電流が界磁巻線50に流されることを示
す。抵抗54の両端間の電圧で分かるように、界磁巻線50
の電流が基準値まで上がると、コンパレータ64の出力は
論理値０から論理値１へ状態を切り換える。第５図につ
いて後述するように、これはデジタル単安定回路60の出
力（フリップフロップ94の出力Ｑによって表される）を
OFF状態に切り換え、そしてオフ時間ラッチ110にロード
された値によって決定された時間カウンタ100がクロッ
ク・サイクルを計数する間遅延が起こる。カウンタ100
はオン時間ラッチ112の値をロードし、そして信号線62
での出力はオン時間ラッチ112に貯えられた値で定めら
れる期間ON状態（論理値０）に戻る。この期間後にデジ
タル単安定回路60はその初期状態に戻る。
第５図のタイミング図はデジタル単安定回路60の動作
を例示する。この例示のため、オフ時間ラッチ110へロ
ードされた値が12であり、そしてオン時間ラッチ112へ
ロードされた値が３である例を示す。
時点t0以前では、フリップフロップ94の出力Ｑは低
く、これはＨブリッジ52がON状態で作動されるべきこと
を示す。この値は、制御入力端子114にも存在し、オフ
時間ラッチ110に現在貯えられている値をプレロード入
力端子104に提供させる。上述したように、カウンタ100
の値は０であり、そしてCARRY出力102の論理値は１であ
る。
第５図に示したように、クロック信号CKの立ち上がり
で全てのトランジスタはオンにされる。信号CURRENT S
ENSEが論理値０である限り、デジタル単安定回路60は上
述したように不足状態に留る。
上述したように、抵抗54の両端間の電圧がD/A変換器7
2によって発生された基準レベルよりも高くなると、コ
ンパレータ64は論理値１を発生する。これは信号CURREN
T SENSEを高レベルにさせ、同様に信号LOAD ENABLEも
高レベルにさせる。クロック信号CKの次の立ち上がりは
時点t0で起こり、この時点t0でフリップフロップ94のＱ
出力は高レベルになりかつ信号LOAD ENABLEは低いレベ
ルに戻る。非０値がカウンタ100にロードされたので、C
ARRY出力も低レベルになる。Ｑの値が変わったので、デ
ータ選択回路108の制御入力端子114での値も変わり、オ
ン時間ラッチ112中の値をプレロード入力端子104に提供
される。
Ｑが高レベルになると、Ｈブリッジ52中のトランジス
タ・スイッチはターン・オフされ、そして電流はもはや
電源から界磁巻線50へ供給されない。界磁巻線50の電流
が装置中に存在するどんなインピーダンスのL/R時定数
に応じて減少するので、信号CURRENT SENSEの値は時点
t0後のどこかで低レベルになる。第５図において、信号
CURRENT SENSEは時点t0とt1の間で低レベルになると示
されているが、この事象は数クロック・サイクル後にも
起こるかもしれない。
時点t0でオフ時間ラッチ110の値がカウンタ100にロー
ドされたので、カウンタ100は時点t1で起こる次のクロ
ック・サイクル中そのような値からカウントダウンを開
始する。この例では、数12がオフ時間ラッチ110に収容
されたので、カウンタ100は時点t12で０に達するまでカ
ウントダウンし続ける。時点t12において信号CARRYは高
レベルになり、これはアンド・ゲート96の出力を高レベ
ルにさせる。これは信号LOAD ENABLEを高レベルにさせ
る。この時点t12でオン時間ラッチ112の内容がプレロー
ド入力端子104に呈示される。
時点t13では、オン時間ラッチ112からの値はカウンタ
100にロードされかつCARRY出力が低レベルになる。これ
は信号LOAD ENABLEも低レベルに駆動する。アンド・ゲ
ート96の出力が先のクロック・サイクルの間論理値１だ
ったので、フリップ・フロップ94の出力Ｑは時点t13で
低レベルになり、これはデータ選択回路108をスイッチ
させかつオフ時間ラッチ110の内容を再びプレロード入
力端子104に提供させる。
上述したように、この例ではオン時間ラッチ112の内
容は３だった。従って、カンウンタ100は０になる前に
３クロック・サイクル計数する。時点t16で信号CARRYは
高レベルになる。信号CURRENT SENSEが低レベルである
ので、もはや状態変化は起こらずかつデジタル単安定回
路は不動作状態のまゝである。
以上の説明から分かるように、デジタル単安定回路60
は一定のオフ時間の間FMモードで作動する。検知された
電流が充分大きくなる時にはいつでも、信号線62におけ
る出力は、界磁巻線50へ供給される電流がオフ時間ラッ
チ110に貯えた値で定まる一定時間の間ターン・オフさ
れるべきるであることを示す。フリップ・フロップ94
は、原状態へ切り換わりかつオン時間ラッチ112の値で
定まる時間の間原状態に留る。オン時間ラッチ112に貯
えた値をカウンタ100が計数し終えるまで、コンパレー
タ64から出力された値はデジタル単安定回路60の動作に
何等影響しない。信号CURRENT SENSEは高レベルになっ
ても時点t17までデジタル単安定回路60の不動作状態に
影響し得ない。
デジタル単安定回路60のオープン・ループ・モードで
作動するために、論理値１が信号線74にそして論理値０
が信号線76に供給される。これはゲート66の出力を論理
値１にさせ、コンパレータ64の出力とは無関係に信号CU
RRENT SENSEを論理値１にさせる。この状態では、デジ
タル単安定回路60は時点t0とt17の間では上述したのと
全く同じ動作をする。しかしながら、時点t17では信号C
URRENT SENSEが高レベルになることにより再び時点t0
で始まる事象シーケンスをたゞちに再トリガする。この
動作サイクルはデジタル単安定回路60がオープン・ルー
プ・モード動作中である限り何回も繰り返される。以上
の説明から分かるように、カウンタ100が０になる毎
に、次の値がプレロード入力端子104を通してロードさ
れる前に１サイクルの遅れが生じる。従って、オープン
・ループ制御サイクルの期間は１＋オフ時間ラッチ110
に貯えた値＋１＋オン時間ラッチ112に貯えた値に等し
い。
オン時間ラッチ112に貯えた値によって提供される最
短オン時間の制御サイクルは、スイッチング・ノイズに
よるコンパレータ64の偽トリガを防止するのを助ける。
大抵のスイッチング・ノイズは、界磁巻線電流がオンま
たはオフにスイッチされた直後に起きる。電流スイッチ
・オフ時に、カウンタ100はオフ時間ラッチ110に供給さ
れた値からカウントダウンされそして偽ノイズは何等影
響しない。電流が界磁巻線50に供給された直後にノイズ
は普通、偽スイッチングを起こさせるが、上述したよう
なオン時間遅れにより最短オン時間中に起きるスイッチ
ング・ノイズはデジタル単安定回路60の動作に影響しな
い。
当業者には分かるように、オフ時間ラッチ110および
オン時間ラッチ112を使用して一定オフ時間および最短
オン時間を表す値を記憶させることにより種々の状態に
適合するように制御回路装置の動作パラメータを調節さ
せる。もしスイッチング周波数があまりにも低すぎて可
聴範囲に入らないならば、オフ時間ラッチ110に貯えら
れる値は減少させられる。これはスイッチング周波数を
高くすることになる。オープン・ループ・モードで使用
されるべきデュティ・サイクルはオフ時間ラッチ110と
オン時間ラッチ112に貯えられた相対値で安全に決めら
れる。コンピュータ制御の下でこれら値を変えることに
より大体どんな所望値の周波数やデュティ・サイクルも
得ることができる。
デジタル単安定回路60を含む上述の制御回路装置を使
用してどんな数の界磁巻線を持つステッパ電動機も制御
できる。第３図に示したような制御回路装置は各界磁巻
線毎に使用される。同じ制御回路装置を使用して他の型
式の電動機も同様に制御できる。例えば、或る種のステ
ッパ電動機は、界磁巻線に流れる電流の方向を制御する
ために、Ｈブリッジの代りに電源に接続されたセンター
・タップを持つ界磁巻線を使用する。そのようなステッ
パ電動機でもまたPWM電流制御を使用でき、そして上述
した利点を有する上述のデジタル単安定回路を使用でき
る。Ｈブリッジを界磁巻線と直列の単一のスイッチで置
き換えることにより普通の直流電動機用電流コントロー
ラとして上述の制御回路装置を使用できる。
この発明をその望ましい実施例について図示しかつ詳
しく説明したが、この発明の精度および範囲を外れるこ
となく形態や細部を種々変更できることは当業者には理
解されよう。
【図面の簡単な説明】
第１図はステッパ電動機およびその従来の制御回路装置
を示すブロック図、第２図はＨブリッジの回路図、第３
図はこの発明に係る電動機コントローラのブロック図、
第４図はこの発明で使用するのに適したデジタル単安定
回路のブロック図、そして第５図は第４図の単安定回路
の動作を例示するタイミング図である。 図において、10はステッパ電動機の電機子、50はステッ
パ電動機の界磁巻線、54は界磁巻線電流検知用抵抗、64
はコンパレータ、60はデジタル単安定回路、56は制御ロ
ジック、94はフリップフロップ、100はカウンタ、108は
データ選択回路、110はオフ時間ラッチ、112はオン時間
ラッチである。

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電動機巻線を流れる電流のレベルを検知す
    る検知ステップと、 前記電動機の検知巻線電流レベルが予め選ばれたレベル
    に達すると、選ばれた第１の期間の間巻線電流の供給を
    スイッチ・オフするスイッチ・オフ・ステップと、 前記第１の期間の後で選ばれた第２の期間の間前記巻線
    電流の供給をスイッチ・オンするスイッチ・オン・ステ
    ップと、 前記第１の期間の後で、選ばれた前記第２の期間の間前
    記検知ステップを禁止して、前記スイッチ・オフ・ステ
    ップが起こり得ないようにする禁止ステップと、 を含み、 前記第１の期間および前記第２の期間を表わす数は、レ
    ジスタに記憶された後、タイマで呼び出されて測定さ
    れ、 前記検知ステップは、第２の期間の経過後に再開され、 前記検知ステップ、前記スイッチ・オフ・ステップ、前
    記スイッチ・オン・ステップおよび前記禁止ステップは
    連続的に繰り返される電動機巻線電流の制御方法。
  2. 【請求項２】タイマはカウンタであり、レジスタに記憶
    される数は第１の期間および第２の期間に相当する所望
    数のクロック・サイクルを定める請求項１記載の電動機
    巻線電流の制御方法。
  3. 【請求項３】第１の期間および第２の期間に相当する遅
    れ時間を計数するために、カウンタはレジスタの内容が
    交互にロードされる単一のカウンタである請求項２記載
    の電動機巻線電流の制御方法。
  4. 【請求項４】電動機巻線を流れる電流のレベルを検知す
    るステップと、 前記電動機巻線電流レベルが予め選ばれたレベルに達す
    ると、選ばれた第１の期間の間巻線電流の供給をスイッ
    チ・オフするステップと、 前記第１の期間の後で選ばれた第２の期間の間前記巻線
    電流の供給をスイッチ・オンするステップと、 これら検知ステップおよびスイッチ・ステップを連続的
    に繰り返すステップと、 止めモードで動作すべきことを示す制御信号を受けた時
    に、 前記巻線電流レベルがその実際値と無関係に前記予め選
    ばれたレベルよりも高い状態に検知電流レベルを報知す
    るステップと、 を含み、 これにより、各スイッチ・オン・ステップの完了直後に
    次のスイッチ・オフ・ステップが起こる電動機巻線電流
    の制御方法。
  5. 【請求項５】前記第１の期間および前記第２の期間を表
    わす数は、レジスタに記憶された後、タイマで呼び出さ
    れて測定される請求項４記載の電動機巻線電流の制御方
    法。
  6. 【請求項６】タイマはカウンタであり、レジスタに記憶
    される数は第１の期間および第２の期間に相当する所望
    数のクロック・サイクルを定める請求項５記載の電動機
    巻線電流の制御方法。
  7. 【請求項７】第１の期間および第２の期間に相当する遅
    れ時間を計数するために、カウンタはレジスタの内容が
    交互にロードされる単一のカウンタである請求項６記載
    の電動機巻線電流の制御方法。
  8. 【請求項８】電動機巻線を流れる電流を検知するための
    センサと、 このセンサに接続され、前記電動機巻線電流が予め選ば
    れたレベルよりも大きいかどうかを知らせる第１の信号
    を発生するためのコンパレータと、 第１の期間および第２の期間を測定するためのタイマ
    と、 このタイマおよび前記コンパレータに接続され、前記第
    １の信号が発生される時に、 前記第１の期間の間第２の信号を発生し、この第２の信
    号に少なくとも前記第２の期間の間第３の信号が後続す
    るようにする制御回路と、 前記第２の信号および前記第３の信号に応答して前記電
    動機１巻線への電流の供給を切り換え、その場合に前記
    第２の信号が発生される時には前記電流供給をスイッチ
    ・オフするが、前記第３の信号が発生される時には前記
    電流供給をスイッチ−オンするための手段と、 前記電動機巻線電流がその実際のレベルとは無関係に前
    記予め選ばれたレベルよりも大きいことを知らせるレベ
    ルに前記第１の信号を選択的にする手段と、 を備え、 これにより、前記制御回路は前記第２の期間の終了直後
    に前記第２の信号を再び発生する電動機巻線電流の制御
    装置。
  9. 【請求項９】電動機巻線を流れる電流を検知するための
    センサと、 このセンサに接続され、前記電動機巻線電流が予め選ば
    れたレベルよりも大きいかどうかを知らせる第１の信号
    を発生するためのコンパレータと、 第１の期間および第２の期間に相当する値を保持するた
    めの第１のラッチおよび第２のラッチと、 前記第１の期間および前記第２の期間を測定するための
    タイマと、 このタイマおよび前記コンパレータに接続され、前記第
    １の信号が発生される時に、前記第１の期間の間第２の
    信号を発生し、この第２の信号に少なくとも前記第２の
    期間の間第３の信号が後続するようにする制御回路と、 前記第２の信号および前記第３の信号に応答して前記電
    動機巻線への電流の供給を切り換え、その場合に前記第
    ２の信号が発生される時には前記電流供給をスイッチ・
    オフするが、前記第３の信号が発生される時には前記電
    流供給をスイッチ・オンするための手段と、 を備えた電動機巻線電流の制御装置。
  10. 【請求項１０】タイマはカウンタであり、このカウンタ
    は、第２の信号が発生される時に第１のラッチに保持さ
    れた値に比例する多数のクロック・サイクルを計数しか
    つ第３の信号が発生される時に第２のラッチに保持され
    た値に比例する多数のクロック・サイクルを計数する請
    求項９記載の電動機巻線電流の制御装置。
  11. 【請求項１１】第１のラッチおよび第２のラッチ値は、
    これらラッチに接続されたデジタル・プロセッサで変え
    られる請求項９記載の電動機巻線電流の制御装置。
  12. 【請求項１２】カウンタと、 このカウンタのプレロード入力端子に選択的に接続され
    る第１のラッチおよび第２のラッチと、 メモリ素子と、 前記第１のラッチおよび前記第２のラッチのうちの一方
    を選択して前記プレロード入力端子に接続するためのラ
    ッチ選択器と、 少なくとも第１の状態および第２の状態を持つ入力信号
    と、 この入力信号が前記第１の状態に在る時に、前記第１の
    ラッチから前記カウンタへ第１の値をロードし、前記カ
    ウンタに前記ロード値から０までカウントダウンさせ、
    かつ前記メモリ素子を第１の制御信号に対応した第１の
    状態にセットし、また前記カウンタが０に達した時に、
    前記メモリ素子を第２の制御信号に対応した第２の状態
    にセットし、前記第２のラッチから前記カウンタへ第２
    の値をロードし、かつ前記カウンタに前記第２の値から
    ０までカウントダウンさせる論理手段と、 を備え、 前記カウンタが前記第２の値から０までカウントダウン
    した後まで前記入力信号の状態が無視される制御信号発
    生装置。
  13. 【請求項１３】メモリ素子がJKフリップフロップである
    請求項12記載の制御信号発生装置。
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