JP3090663B2 - ステップモータ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はステップモータを利用する全ての分野に利用
可能なステップモータ駆動装置に関する。 〔従来の技術〕 従来、ステップモータの駆動方式として、１相式、２
相式、１相式と２相式を組み合わせた１〜２相式等々の
駆動方式が用いられている。これらの駆動方式では、矩
形波信号により駆動しているためにリンギングが発生
し、駆動時の振動音が大きいという問題がある。このた
め、従来、駆動したときの振動音が小さく、特に低速時
において振動音が小さいマイクロステップ方式が用いら
れている。 第５図は従来のマイクロステップ方式を示すブロック
図、第６図は波形図であり、図中、１はカウンタ群、２
はsin波発生用ROM、３はcos波発生用ROM、４、５はD/A
変換器、６は半波整流及びチョッパ制御回路、７はモー
タ駆動用回路、８はステップモータ、R_s1、R_s2はセンス
抵抗である。 図において、カウンタ群１はROM2、３へのアドレス信
号を作成するためのものであり、ROM2、３は、D/A変換
器４、５へsin波、cos波を出力させるためのデータテー
ブルとして用意されているものである。D/A変換器４、
５は制御回路６へリファレンス電圧を発生させるための
もので、これを受けて制御回路６では、電流センス抵抗
R_s1、R_s2で検出した電圧値と比較し、センス抵抗R_s1、R
_s2を流れる電流が一定になるようにパルス幅変調してス
テップモータ８への駆動信号出力を作成している。 次に動作を説明すると、カウンタ群１はクロック入力
を受けてアドレス信号を発生させる。このカウンタ群１
からのアドレス信号により、sin波発生用ROM2、cos波発
生用ROM3からsin波およびcos波用データが読み出され、
D/A変換器４、５で第６図（ロ）、（ハ）に示すような
アナログ信号に変換される。このアナログ信号は、第６
図（イ）のクロックに同期してステップ状に変化するス
テップ状sin波およびcos波である。これらの信号は半波
整流及びチョッパ制御回路６に加えられ、第６図
（ニ）、（ホ）、（ヘ）、（ト）に示すような90゜づつ
位相のずれた信号が発生されて駆動回路７に加えられ、
ステップモータ８を駆動している。半波整流及びチョッ
パ制御回路６には電流センス抵抗R_s1、R_s2からの信号が
帰還されてサーボ駆動系が構成され、安定した駆動が行
われる。 このようなマイクロステップ方式は、ロータの安定停
止位置がマイクロステップ数だけ存在し、振動成分が少
なく、特に低速時の振動が少ない特徴を有している。 〔発明が解決すべき問題点〕 しかしながら、従来のマイクロステップ駆動方式は、
sin波、cos波発生用に波形近似ステップに見合うだけの
高速のクロックが必要となり、このステップ数により近
似精度が決定してしまい、また、RAM、ROM、D/A変換
器、整流器等が必要なため回路規模が大きくなって高価
になると共に、ステップモータ歩進クロックも必要とな
りその同期をとるのが難しいなどの欠点がある。 本発明は上記問題点を解決するためのもので、ステッ
プ用クロックを必要とせず、ステップ数により近似精度
が決定することもなく、また、RAM、ROM、D/A変換器、
整流器等が不要で回路規模を小さくし、コストを低減化
することのできるステップモータ駆動装置を提供するこ
とを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 そのために、本発明のステップモータ駆動装置は、ク
ロックに同期して三角波を発生する三角波発生回路と、
三角波をsin波、cos波に変換する波形変換回路と、sin
波及びcos波信号が入力される制御回路と、該制御回路
により制御されるステップモータ駆動回路とを備え、ス
テップモータ駆動回路にはモータへの駆動電流を検出す
るセンス抵抗が設けられ、制御回路には、更に、センス
抵抗からの駆動電流信号が入力されており、該制御回路
は、sin波及びcos波信号と駆動電流信号との偏差をとっ
て該偏差に基づいて、モータの駆動電流をsin波及びcos
波に追随させるように構成されており、前記波形変換回
路は、１つの三角波を１周期毎に1/2周期のsin波及びco
s波に変換することにより、全波整流形状のsin波信号及
び全波整流形状のcos波信号を出力することを特徴とす
る。 〔作用〕 本発明は、三角波発生回路により三角波を発生してこ
れをsin波、cos波に波形変換し、このsin波、cos波を制
御回路を通して駆動回路に送ってステップモータをsin
波、cos波に従って駆動しており、制御回路は、ステッ
プモータ駆動電流を検出するセンス抵抗からの信号を受
けて、入力されるsin波、cos波との偏差をとって、その
sin波、cos波に追随させるようにしており、これによっ
て、ステップモータを連続的に且つ滑らかに駆動してい
る。すなわち、本発明では、マイクロステップ駆動方式
のようなステップのある疑似sin波、cos波ではなく、滑
らかなsin波、cos波によってステップモータを駆動し
て、前述の目的を達成している。 〔実施例〕 以下、実施例を図面を参照して説明する。 第１図は本発明によるステップモータ駆動装置の基本
構成を示すブロック図で、11は三角波発生回路、12はsi
n波、cos波変換回路、13はチョッパ制御回路、14は駆動
回路、15はステップモータである。 図において、同期信号に同期して三角波発生回路11で
三角波を発生させ、sin波、cos波変換回路12でsin波、c
os波に波形変換する。チョッパ制御回路13は、チョッパ
用信号のタイミングで、sin波、cos波と電流センス抵抗
R_s1,R_s2で検出した電圧とを比較してsin波、cos波をパ
ルス幅変調し、検出電圧より大きい期間、sin波、cos波
により駆動回路14を駆動制御する。このチョッパ制御回
路13と駆動回路14とでサーボ駆動系を構成している。こ
うして駆動回路14によりステップモータを駆動する。 次に第２図、第３図、第４図により本発明のステップ
モータ駆動装置について、実施例に基づきより詳細に説
明する。 第２図は三角波発生回路及びsin波、cos波発生回路を
示す図、第３図はチョッパ制御回路、駆動回路及びステ
ップモータを示す図、第４図は波形図で、図中、21はア
ナログスイッチ、22は積分型三角波発生回路、23はアナ
ログスイッチ、24は増幅器、25は反転増幅器、26は非反
転増幅器、27、28は波形変換回路、29は増幅器、30はア
ナログスイッチ、31、32はコンパレータ、33、34はボル
テージホォロワ、35、36はアナログスイッチ、37は駆動
回路、38、39はステップモータ駆動コイル、40、41は保
護用ダイオード、42、43は平滑回路である。 図において、三角波発生回路22は積分器により構成さ
れている。スイッチ23は抵抗値を切り換え選択すること
により増幅器24の増幅度を変え、三角波の立ち上がり、
立ち下がりの傾斜を変えて三角波の高さを一定に保ち、
異なる周波数の三角波に対応できるように構成されてい
る。反転増幅器25、非反転増幅器26は逆相、同相の三角
波出力を得るためのものである。波形変換回路27、28
は、演算増幅器とツェナーダイオードの組合わせからな
り、ツェナーダイードD₁、D₂の電流電圧特性V₀＝−kT/q
（lnIs−lnIe）を利用して三角波の一方の頂部を、ツェ
ナーダイオードの２乗特性によって湾曲させて、半波分
となる、sin波、cos波を発生させる。アナログスイッチ
30は、sin波、cos波出力をコンパレータ31、32へリファ
レンス電圧として切り換え接続するためのものである。
コンパレータ31、32は、リファレンス電圧をインピーダ
ンス変換用のボルテージホロワを介して加えられる電流
センス抵抗R_s1、R_s2からの検出電圧と比較して幅変調さ
れた出力をスイッチ35、36に送出するためのものであ
る。スイッチ35、36には90゜位相のずれたＡクロック、
Ｂクロックがそれぞれ加えられ、半周期間グランドレベ
ルに固定することにより互いに180゜位相のずれたsin波
（Ａ相、相）、互いに180゜位相のずれたcos波（Ｂ
相、相）の半波整流された出力を駆動回路37に加える
ためのものである。駆動回路37はＡ相、相、Ｂ相、
相の半波整流されたsin波、cos波出力でモータコイル3
8、39を駆動する。ダイオード40、41はコイルに生じる
逆起電力を吸収するためのものである。 次に動作を説明すると、第４図（イ）に示すようなク
ロック入力に同期してアナログスイッチ21では正負に変
化する矩形波を作成して出力する。積分型三角波発生回
路22はこの矩形波入力を積分し、第４図（ロ）に示すよ
うな三角波を発生する。この三角波を増幅器24を介して
反転増幅器、非反転増幅器25、26に加え、逆相、同相の
三角波を発生させる。波形変換回路27、28ではダイオー
ドD₁、D₂の２乗特性によりそれぞれ三角波の一方の頂部
を２乗近似し、第４図（ハ）、（ニ）に示すようなsin
波、cos波の全波整流出力を発生させる。この全波整流
出力は、アナログスイッチ30を介してコンパレータ31、
32に加えられる。コンパレータには増幅器29を介してチ
ョッパクロックが加えられており、このタイミングで全
波整流出力と電流センス抵抗R_s1、R_s2の検出電圧を比較
し、パルス幅変調されたsin波、cos波全波整流出力がス
イッチ回路35と36へ送出される。 スイッチ回路35、36では、コンパレータ31、32からの
パルス幅変調された信号を受けて、互いに90゜位相のず
れたＡクロック、Ｂクロックに同期して、第４図
（ホ）、（ヘ）、（ト）、（チ）に示すような半波整流
出力に対応する、Ａ相駆動信号、Ｂ相駆動信号、反転Ａ
相駆動信号、反転Ｂ相駆動信号をそれぞれ出力する。駆
動回路37は、これらの信号を受けてコイル38、39へ電流
供給する。上記のＡ相駆動信号、反転Ａ相駆動信号、Ｂ
相駆動信号、反転Ｂ相駆動信号は、パルス幅変調信号で
あるが、そのパルス幅は、コンパレータ31、32に入力さ
れるsin波、cos波と、センス抵抗R_s1、R_s2からの信号と
の偏差分に基づいて修正されたsin波、cos波に従って変
化している。このように、モータのコイル電流は、sin
波、cos波の波形に追従することになる。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、ステップ用クロックを
必要とすることなく、マイクロステップ方式と比較する
とステップモータを無段階で駆動するので、マイクロス
テップ方式のようなステップ駆動とは違う一定速度の滑
らかな駆動を行うことができ、低速駆動での振動を極め
て少なくできる。また、RAM、ROM、D/A変換器、整流器
等が不要のため回路規模を小さくすることができ、その
ため回路が安価となると共に、さらに、ステップモータ
歩進クロックより高いクロックを必要とせず、同期をと
るのが極めて簡単となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明によるステップモータ駆動装置の基本
構成を示すブロック図、第２図は三角波発生回路及びsi
n波、cos波発生回路を示す図、第３図はチョッパ制御回
路、駆動回路及びステップモータを示す図、第４図は波
形図、第５図は従来のマイクロステップ方式を示すブロ
ック図、第６図は波形図である。 11……三角波発生回路、12……sin波、cos波変換回路、
13……チョッパ制御回路、14……駆動回路、15……ステ
ップモータ、21……アナログスイッチ、22……積分型三
角波発生回路、23……アナログスイッチ、24……増幅
器、25……反転増幅器、26……非反転増幅器、27、28…
…波形変換回路、29……増幅器、30……アナログスイッ
チ、31、32……コンパレータ、33、34……ボルテージホ
ォロワ、35、36……スイッチ、37……駆動回路、38、39
……ステップモータ駆動コイル、40、41……保護用ダイ
オード、42、43……平滑回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 邦雄 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 清水 司 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 児島 茂雄 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭56−31398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−128796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−83321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−113110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−161013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−103994（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−103296（ＪＰ，Ｕ) 角田秀夫著「実験によるオペアンプ回 路とその解析」（東京電機大学出版局、 昭和58年６月15日第１版第２刷）Ｐ24〜 25頁及び38〜39頁

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．クロックに同期して三角波を発生する三角波発生回
   路と、三角波をsin波、cos波に変換する波形変換回路
   と、前記sin波及びcos波信号が入力される制御回路と、
   該制御回路により制御されるステップモータ駆動回路と
   を備え、前記ステップモータ駆動回路にはモータへの駆
   動電流を検出するセンス抵抗が設けられ、前記制御回路
   には、更に、前記センス抵抗からの駆動電流信号が入力
   されており、該制御回路は、前記sin波及びcos波信号と
   前記駆動電流信号との偏差をとって該偏差に基づいて、
   モータの駆動電流を前記sin波及びcos波に追随させるよ
   うに構成されており、前記波形変換回路は、１つの三角
   波を１周期毎に1/2周期のsin波及びcos波に変換するこ
   とにより、全波整流形状のsin波信号及び全波整流形状
   のcos波信号を出力することを特徴とするステップモー
   タ駆動装置。