JP2839342B2 - ステッピングモータの電圧変動補正制御装置 - Google Patents

ステッピングモータの電圧変動補正制御装置

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JP2839342B2 JP20932790A JP20932790A JP2839342B2 JP 2839342 B2 JP2839342 B2 JP 2839342B2 JP 20932790 A JP20932790 A JP 20932790A JP 20932790 A JP20932790 A JP 20932790A JP 2839342 B2 JP2839342 B2 JP 2839342B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、プリンタにおけるステッピングモータの電
圧変動補正制御装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、大きなトルクを必要とするステッピングモータ
を高速で回転させる場合、ステッピングモータの相巻線
に高電圧を印加して相巻線電流の立上がり時間を短くす
ることが行われている。
また、その場合、電流が必要以上に流れ過ぎて過熱し
ないように回転子が所定の位置に至った時に、この高電
圧を低電圧に切り換えるか、又は遮断して相巻線電流を
抑制しており、この種の回路としてオーバドライブ方式
のステッピングモータ駆動回路が知られている。
そして、トルクを得る際に発生する熱量を少なくする
ため、バイポーラ駆動によるものが提供されている。
第7図は従来のオーバドライブ方式のステッピングモ
ータ駆動回路図、第8図は従来のオーバードライブ方式
のステッピングモータ駆動回路のタイムチャートであ
る。
実際のステッピングモータ駆動回路には、第7図に示
したものと同様の回路がもう一組あり、それらが組み合
わされてバイポーラ駆動のステッピングモータ駆動回路
が形成される。
図において、SPφ13はオーバドライブ信号を形成する
ためのパルス信号である。該パルス信号SPφ13の入力端
子側がプルアップ抵抗R1によってプルアップされてコン
パレータCMP1の反転入力端子(−)側に入力電圧Vin
入力する。上記抵抗R1と入力端子間には抵抗R2が設けら
れ、該抵抗R2の一端とアース間にコンデンサC1が配設さ
れる。上記抵抗R2とコンデンサC1は時定数回路を形成す
る。
上記コンパレータCMP1の非反転入力端子(+)側に
は、基準電圧Vrefが入力され、上記入力電圧Vinとの間
で比較が行われ、コンパレータCMP1の出力がオーバドラ
イブ信号となる。
上記基準電圧Vrefを設定するために、5V電源とアース
間に抵抗R3,R4が直列に配設され、接続点がコンパレー
タCMP1の非反転入力端子(+)側に接続されて両抵抗R
3,R4の分圧が基準電圧Vrefとして入力される。
なお、5V電源とコンパレータCMP1の反転入力端子
(−)間にダイオードD1が配設され、反転入力端子
(−)に過電圧がかからないように5Vでクランプしてい
る。
また、図示しない分配回路で分配された相励磁信号SP
φ1,SPφ3が入力され、上記コンパレータCMP1からのオ
ーバドライブ信号と共にアンドゲートAND1,AND2に入力
され、該アンドゲートAND1,AND2で論理積がとられる。
上記コンパレータCMP1、アンドゲートAND1,AND2はオ
ープンコレクタタイプであるため、上記コンパレータCM
P1の出力側にプルアップ用抵抗R6が、上記アンドゲート
AND1,AND2の出力側にプルアップ用抵抗R7が接続され
る。
Tr1,Tr3は上記アンドゲートAND1,AND2の出力側に接続
され、トランジスタTr2,Tr4を選択的にオンするための
トランジスタであり、トランジスタTr2,Tr4のベースに
接続され、電源電圧VPを導通してバイポーラ型のステッ
ピングモータMの相巻線に電流を流す。
また、Tr5,Tr6は相励磁用のトランジスタであり、相
励磁信号SPφ1,SPφ3が入力されることによってオンす
る。
なお、R8,R11,R13,R14はベース電流制限用の抵抗、R
9,R12はバイアス用抵抗、D2〜D5は逆起電圧吸収用に付
加されたダイオードである。
上記構成のステッピングモータMにおいて、パルス信
号SPφ13の入力端子にオーバドライブタイムとしてロウ
レベル信号が所定時間印加されると、第8図に示すよう
に抵抗R1とコンデンサC1の時定数によって、コンデンサ
C1に充電されていた電荷が放電される。また、ハイレベ
ルになると、抵抗R1を介してコンデンサC1に電荷が充電
される。この充電曲線は、電源電圧VPの高さにより異な
り、電源電圧VPが高ければ、コンパレータCMP1の基準電
圧Vrefまで早く立ち上がる。したがって、コンパレータ
CMP1の出力側には、パルス信号SPφ13のパルス幅に電源
電圧VPに比例する時間を加えたパルス幅の信号が出力さ
れる。この電源電圧VPに比例した長さの加算パルス幅
は、予め実験によりステッピングモータMのトルク・発
熱量を考慮して決定されたものである。
ところで、ステッピングモータMの励磁すべき相がSP
φ1であれば、上記パルス信号SPφ13と相励磁信号SPφ
1によりアンドゲートAND1がオンとなり、トランジスタ
Tr1がオンする。トランジスタTr1がオンすると、トラン
ジスタTr2のベース電流が抵抗R8を通して流れるので、
トランジスタTr2もオンする。トランジスタTr2がオンす
ると電源電圧VPを供給源とするコレクタ電流がステッピ
ングモータMに流れ込む。この時、相励磁信号SPφ1が
ハイレベルであるため、トランジスタTr5はオンし、ス
テッピングモータMからの電流がコレクタから流れ込
み、エミッタからアースに流れ出す。
以上の動作を繰り返しながらステッピングモータMは
駆動される。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記従来のステッピングモータ駆動回
路においては、電源電圧VPに応じて得られるオーバドラ
イブ時間は時定数回路の対数特性から直接得ているた
め、実際に設定したものと異なることがあり、そのため
上記オーバドライブ時間は長めに設定される。したがっ
て、ステッピングモータMの発熱量が大きくなってしま
う。
本発明は、上記従来のステッピングモータ駆動回路の
問題点を解決して、電源電圧に対応させてオーバドライ
ブ時間を変更することができるステッピングモータの電
圧変動補正制御装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) そのために、本発明のステッピングモータの電圧変動
補正制御装置においては、オーバドライブ信号を与えて
相巻線に電源電圧を印加し、相励磁信号を与えて所定の
シーケンスで相巻線の組合せに電流を流すことによって
ステッピングモータが駆動されるようになっている。
そして、CPUと、一つの電源電圧を検出する電源電圧
検出手段と、検出された電源電圧をパルス幅に変換する
変換手段と、上記CPUに内蔵され、上記パルス幅をカウ
ント値に変換するカウンタと、上記電源電圧、スペーシ
ング速度、並びに電源電圧及びスペーシング速度に対応
するオーバドライブ時間が格納されたメモリと、上記カ
ウント値に基づいて上記オーバドライブ時間をメモリか
ら読み出す手段と、モータ励磁相の切替タイミングごと
に、上記オーバドライブ時間に基づいてモータ励磁相を
設定する設定手段とを有する。
(作用) 本発明によれば、上記のようにステッピングモータの
電圧変動補正制御装置においては、オーバドライブ信号
を与えて相巻線に電源電圧を印加し、相励磁信号を与え
て所定のシーケンスで相巻線の組合せに電流を流すこと
によってステッピングモータが駆動されるようになって
いる。
そして、CPUと、一つの電源電圧を検出する電源電圧
検出手段と、検出された電源電圧をパルス幅に変換する
変換手段と、上記CPUに内蔵され、上記パルス幅をカウ
ント値に変換するカウンタと、上記電源電圧、スペーシ
ング速度、並びに電源電圧及びスペーシング速度に対応
するオーバドライブ時間が格納されたメモリと、上記カ
ウント値に基づいて上記オーバドライブ時間をメモリか
ら読み出す手段と、モータ励磁相の切替タイミングごと
に、上記オーバドライブ時間に基づいてモータ励磁相を
設定する設定手段とを有する。
この場合、一つの電源電圧が検出されると、該電源電
圧がパルス幅に変換され、該パルス幅がカウント値に変
換される。次に、該カウント値に基づいてオーバドライ
ブ時間がメモリから読み出され、上記オーバドライブ時
間に基づいてモータ励磁相が設定される。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。
第1図は本発明のステッピングモータの電圧変動補正
制御装置の回路図である。
実際のオーバドライブ方式のステッピングモータ駆動
回路においては、第1図に示したものと同様の回路がも
う一組あり、それらが組み合わされてバイポーラ駆動の
ステッピングモータ駆動回路が形成される。
図において、11はオーバドライブ信号を形成するため
のオーバドライブタイム生成部である。該オーバドライ
ブタイム生成部11は、電源電圧が変動した時にそれに対
応してオーバドライブ信号のオーバドライブ時間を変更
する。
また、図示しない分配回路で分配された相励磁信号SP
φ1とSPφ3が入力され、上記オーバドライブタイム生
成部11からのオーバドライブ信号と共にアンドゲートAN
D1,AND2に入力され、該アンドゲートAND1,AND2で論理積
がとられる。
アンドゲートAND1,AND2はオープンコレクタタイプで
あるため、プルアップする必要があり、アンドゲートAN
D1,AND2の出力側に抵抗R7を介して電源5Vが接続され
る。
Tr1,Tr3は上記アンドゲートAND1,AND2の出力側に接続
され、トランジスタTr2,Tr4を選択的にオンするための
トランジスタであり、トランジスタTr2,Tr4のベースに
接続され、電源電圧VPを導通してバイポーラステッピン
グモータMの相巻線に電流を流す。
また、Tr5,Tr6は相励磁用のトランジスタであり、相
励磁信号SPφ1,SPφ3が入力されることによってオンす
る。
なお、R8,R11,R13,R14はベース電流制限用の抵抗、R
9,R12はバイアス用の抵抗、D2〜D5は逆起電圧吸収用に
付加されたダイオードである。
第2図は本発明のステッピングモータの電圧変動補正
制御装置を適用したシリアルプリンタの制御ブロック
図、第3図は本発明のステッピングモータの電圧変動補
正制御装置における動作フローチャートである。
第2図において、シリアルプリンタはこれを制御する
マイクロプロセッサ(CPU)1、プログラム及び固定デ
ータが格納されているリードオンメモリ(ROM)2、外
部からの受信データ等を一時記憶するランダムアクセス
メモリ(RAM)3、電源電圧PWM(Pulse Width Modulati
on)変換用の電源電圧PWM変換回路4、ステッピングモ
ータで構成されるスペースモータのオーバドライブ時間
をCPU 1からの指令により設定するためのスペースモー
タオーバドライブ時間設定タイマ5及び上記CPU 1、ROM
2、RAM 3、電源電圧PWM変換回路4、スペースモータオ
ーバドライブ時間設定タイマ5及びスペースモータ駆動
回路6を接続するバスライン7によって構成される。上
記構成のシリアルプリンタにおいて、CPU 1はROM 2に格
納されているプログラムによって動作する。
次に、上記構成のシルアルプリンタのスペースモータ
に本発明のステッピングモータの電圧変動補正制御装置
を適用した場合の動作について第3図により説明する。
ステップ 電源電圧パルス信号を電源電圧PWM回路4
によりREADする。
ステップ 電源電圧とスペーシング速度に応じたオー
バドライブ時間をROM 2によりREADする。上記スペーシ
ング速度とオーバドライブ時間の関係のデータは予め実
験により得てあり、それをROM内に格納してある。
ステップ ステッピングモータの励磁相を設定するた
めに相データを送出する。
ステップ オーバドライブ時間をスペースモータオー
バドライブ時間設定タイマ5に設定する。上記ステップ
〜を励磁相の切替えタイミングごとに繰り返す。
次に、電源電圧PWM変換回路4の動作について説明す
る。
第4図は電源電圧PWM回路を示す図である。
図において、VOLTAG TRIG信号は、電源電圧PWM変換回
路4に入力されるパルス信号である。
電源電圧VPとアース間に抵抗R23,R24が直列に接続さ
れ、該抵抗R24と並列にコンデンサC21が接続され、上記
電源電圧VP、抵抗R23,R24、コンデンサC21によって時定
数回路が形成される。
上記VOLTAG TRIG信号の入力端子は、抵抗R23,R24間の
接続点に配設され、該入力端子に上記VOLTAG TRIG信号
が入力されると上記時定数回路が作動し、それによって
得られる電圧がコンパレータCMP21の反転入力端子
(−)側に入力電圧Vinとして入力される。
一方、上記コンパレータCMP21の非反転入力端子
(+)側には、基準電圧Vrefが入力され、上記入力電圧
Vinとの間で比較が行われ、コンパレータCMP21の出力が
電源電圧パルス信号VSPとなる。
上記基準電圧Vrefを設定するために、5V電源とアース
間に抵抗R21,R22が直列に配設され、接続点が上記コン
パレータCMP21の非反転入力端子(+)側に接続されて
両抵抗R21,R22の分圧が基準電圧Vrefとして入力され
る。
なお、5V電源とコンパレータCMP21の反転入力端子
(−)間にダイオードD21が配設され、反転入力端子
(−)に過電圧がかからないように5Vでクランプしてい
る。また、R25はコンパレータCMP21の出力側に接続され
たプルアップ用抵抗である。
次に、上記電源電圧PWM変換回路4の動作について説
明する。
第5図は電源電圧PWM変換回路における電源電圧パル
ス信号発生タイムチャートである。
入力端子に、aで示すような負極性のVOLTAG TRIG信
号が入力されると、コンデンサC21に充電されていた電
荷が放電される。次に、VOLTAG TRIG信号が立ち上がる
と、電源電圧VP、抵抗R23,R24、コンデンサC21の時定数
で決定される立上がり特性カーブでコンデンサC21の両
端電圧、すなわちVinが立ち上がる。入力電圧Vinの立上
がり特性は次の(1)式で示される。すなわち、時定数
tは、 となる。(1)式から電源電圧VPが大きければ時定数t
は長くなり、電源電圧VPが小さければ時定数tは短くな
ることが分かる。
したがって、第5図のc〜eに示すように、電源電圧
VPに対応してコンパレータCOMP21の出力、すなわち電源
電圧パルス信号VSPのパルス幅は変化する。逆に、パル
ス幅が分かれば電源電圧VPを知ることもできる。本発明
では、このパルス幅をCPU 1でカウントして認識する。
次に、本発明の電源電圧PWM変換のタイミングについ
て説明する。
第6図は本発明のステッピングモータの電圧変動補正
制御装置における電源電圧PWM変換タイミングを示すタ
イムチャートである。
スペースモータがaで示す相切替タイミングで駆動さ
れると、電源電圧VPはcで示すように変化する。この状
態においてeに示した位置で電源電圧PWM変換回路4へ
トリガ信号、すなわちVOLTAG TRIG信号を送出する。VOL
TAG TRIG信号を送出した後、CPU 1内部のPWM出力パルス
幅カウンタをスタートさせる。そのカウント値を次回の
電圧READタイミングdにおいて読み取る。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、ステッ
ピングモータの電圧変動補正制御装置においては、オー
バドライブ信号を与えて相巻線に電源電圧を印加し、相
励磁信号を与えて所定のシーケンスで相巻線の組合せに
電流を流すことによってステッピングモータが駆動され
るようになっている。
そして、CPUと、一つの電源電圧を検出する電源電圧
検出手段と、検出された電源電圧をパルス幅に変換する
変換手段と、上記CPUに内蔵され、上記パルス幅をカウ
ント値に変換するカウンタと、上記電源電圧、スペーシ
ング速度、並びに電源電圧及びスペーシング速度に対応
するオーバドライブ時間が格納されたメモリと、上記カ
ウント値に基づいて上記オーバドライブ時間をメモリか
ら読み出す手段と、モータ励磁相の切替タイミングごと
に、上記オーバドライブ時間に基づいてモータ励磁相を
設定する設定手段とを有する。
この場合、一つの電源電圧が検出されると、該電源電
圧がパルス幅に変換され、該パルス幅がカウント値に変
換される。次に、該カウント値に基づいてオーバドライ
ブ時間がメモリから読み出され、上記オーバドライブ時
間に基づいてモータ励磁相が設定される。
したがって、電源電圧及びスペーシング速度に対応さ
せてオーバドライブ時間を変更することができる。ま
た、オーバドライブ時間を長めに設定する必要がなくな
り、スペースモータが発熱するのを抑制することができ
るだけでなく、スループットを向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のステッピングモータの電圧変動補正制
御装置の回路図、第2図は本発明のステッピングモータ
の電圧変動補正制御装置を適用したシリアルプリンタの
制御ブロック図、第3図は本発明のステッピングモータ
の電圧変動補正制御装置における動作フローチャート、
第4図は電源電圧PWM回路を示す図、第5図は電源電圧P
WM変換回路における電源電圧パルス信号発生タイムチャ
ート、第6図は本発明のステッピングモータの電圧変動
補正制御装置における電源電圧PWM変換タイミングを示
すタイムチャート、第7図は従来のオーバドライブ方式
のステッピングモータ駆動回路図、第8図は従来のオー
バドライブ方式のステッピングモータ駆動回路のタイム
チャートである。 1……マイクロプロセッサ(CPU)、2……ROM、3……
RAM、4……電源電圧PWM変換回路、6……スペースモー
タ駆動回路、11……オーバドライブ生成部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オーバドライブ信号を与えて相巻線に電源
    電圧を印加し、相励磁信号を与えて所定のシーケンスで
    相巻線の組合せに電流を流すことによって駆動されるス
    テッピングモータの電圧変動補正制御装置において、 (a)CPUと、 (b)一つの電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、 (c)検出された電源電圧をパルス幅に変換する変換手
    段と、 (d)上記CPUに内蔵され、上記パルス幅をカウント値
    に変換するカウンタと、 (e)上記電源電圧、スペーシング速度、並びに電源電
    圧及びスペーシング速度に対応するオーバドライブ時間
    が格納されたメモリと、 (f)上記カウント値に基づいて上記オーバドライブ時
    間をメモリから読み出す手段と、 (g)モータ励磁相の切替タイミングごとに、上記オー
    バドライブ時間に基づいてモータ励磁相を設定する設定
    手段とを有することを特徴とするステッピングモータの
    電圧変動補正制御装置。
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