JP3253412B2 - ステッピングモータの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高精度の動作が要求され
るステッピングモータの駆動回路の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下で、従来例に係るステッピングモー
タの駆動回路について説明する。従来例に係るステッピ
ングモータの駆動回路は、図２に示すように、状態検出
回路（１），状態設定回路（２），相変換回路（３）及
びスイッチング回路（４）からなる。

【０００３】状態検出回路（１）は、演算増幅器（ＯＡ
１）と抵抗（Ｒ１，Ｒ２）からなり、スイッチング回路
（４）のパワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１，ＰＭ２）に流れ
る電流すなわちステッピングモータ（５）のコイル（Ｌ
１，Ｌ２）に流れる電流を検出し、電源電圧（Ｖｃｃ）
を抵抗（Ｒ１，Ｒ２）の比で分圧した基準電圧（Ｖｒｅ
ｆ）と比較し、その差分を検出電流（ＫＩ）として状態
設定回路（２）に出力するものである。

【０００４】状態設定回路（２）は、演算増幅器（ＯＡ
２），抵抗（Ｒ３〜Ｒ５）及びコンデンサ（Ｃ）からな
り、電圧検出回路（１）から出力された検出結果の電流
を、まず抵抗（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ）によって電圧
に変換し、電源電圧（Ｖｃｃ）を抵抗（Ｒ４，Ｒ５）の
比で分圧した閾値電圧（Ｖth）と比較し、その差分を検
出電圧（ＫＤ）として相変換回路（３）に出力するもの
である。

【０００５】相変換回路（３）は、ＡＮＤゲート（Ａ
１，Ａ２）によって構成され、自身に入力される検出電
圧（ＫＤ）と、駆動制御信号（ＤＳ）との論理積をと
り、その結果出力を制御パルス信号（ＳＰ）として、ス
イッチング回路（４）に出力するものである。スイッチ
ング回路（４）は、ステッピングモータ（５）のコイル
（Ｌ１，Ｌ２）に接続され、相変換回路（３）からの交
流電圧に基づいて、ステッピングモータ（５）に電源を
供給する回路である。

【０００６】当該回路の動作は、まず電圧検出回路
（１）の演算増幅器（ＯＡ１）によって、基準電圧（Ｖ
ｒｅｆ）と、パワーＭＯＳＦＥＴに流れる電流との比較
がなされ、その差分が検出電流として状態設定回路
（２）に出力される。次に、電圧検出回路（１）から出
力された検出電流が、抵抗（Ｒ３）とコンデンサ（Ｃ）
によって電圧に変換され、演算増幅器（ＯＡ２）によっ
てその電圧が閾値電圧（Ｖth）と比較され、その差分が
相変換回路（３）に検出電圧（ＫＤ）として出力され
る。

【０００７】次いで相変換回路（３）のＡＮＤゲート
（Ａ１，Ａ２）によって検出電圧（ＫＤ）と相入力端子
（ＳＴ）からの駆動制御信号（ＤＳ）との論理積がとら
れ、その結果出力が制御パルス信号（ＳＰ）としてスイ
ッチング回路（４）のパワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１，Ｐ
Ｍ２）のゲートに出力され、これによって該パワーＭＯ
ＳＦＥＴ（ＰＭ１，ＰＭ２）がＯＮ／ＯＦＦし、ステッ
ピングモータ（５）が駆動制御される。

【０００８】当該回路によれば、常にステッピングモー
タ（５）に流れる電流を検出しつつ、駆動しているの
で、ステッピングモータ（５）に流れる電流が一定にな
るように、周波数を調整しつつ電流を流すことができ
る。なお、上記の回路によると、当該回路は自励型の回
路であるので、モーターの動作周波数は、この回路の固
有の定数によって制限され、例えばモーターがＯＦＦ状
態からＯＮ状態になるまでの時間｛以下ＯＮ時間（ｔo
n）と称する｝は、Ｌ／Ｒ′（Ｒ′はコイルの抵抗，Ｌ
はインダクタンス）となり、モーターがＯＮ状態からＯ
ＦＦ状態になるまでの時間｛以下ＯＦＦ時間（ｔoff ）
と称する｝は、ＲＣ｛Ｒは抵抗（Ｒ３）の抵抗値，Ｃは
コンデンサ（Ｃ）の容量｝となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の回路は自励型回路であるので、回路固有の定数、例
えばモーターのコイルの抵抗値や、インダクタンスなど
によって、モーターの動作周波数が制限されてしまう。
例えば、モーターのＯＮ時間（ｔon）は、Ｌ／Ｒ′
（Ｒ′はコイルの抵抗，Ｌはインダクタンス）であり、
固定されているので、モーターの動作周波数を高くしよ
うとしても、ある程度以上高くすることはできない。

【００１０】また、モータを構成する２種類のコイル
（Ｌ１，Ｌ２）の巻き数が微妙に異なり、コイル相互に
流れる電流の周波数にごく僅かな差が現れるが、こうし
て現れる周波数の差によって、モーターホールド時に、
低周波音が発生してしまい、静音設計に反してしまうと
いう問題が生じる。さらに、モーターの駆動電圧が随時
変化することにより、その際のモーターの動作周波数が
随時変動してしまい、高精度な制御ができないという問
題が生じる。

【００１１】加えて、状態検出回路（１）に用いる電圧
検出用の演算増幅器（ＯＡ１）と、状態設定回路（２）
に用いる比較器としての演算増幅器（ＯＡ２）の計２つ
の演算増幅器が必要であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑み成されたもので、図１に示すように、ステッピン
グモータ（１５）の駆動周波数に係る状態信号（ＣＦ）
を設定し、状態検出回路（１１）に出力する状態設定回
路（１２）と、ステッピングモータ（１５）に流れる電
流（ＭＩ）を検出し、該電流（ＭＩ）と前記状態信号
（ＣＦ）とを演算処理し、その処理結果である検出信号
（ＫＳ）を相変換回路（１３）に出力する状態検出回路
（１１）と、前記検出信号（ＫＳ）と駆動制御信号（Ｄ
Ｓ）とに基づいて該スイッチング回路（１４）に制御信
号（ＳＰ）を供給する相変換回路（１３）と、前記制御
信号（ＳＰ）に基づいてステッピングモータ（１５）の
動作制御をするスイッチング回路（１４）とを具備し、
かつ該スイッチング回路（１４）は、電界効果型トラン
ジスタによって構成されることにより、モーターの捲線
のバラツキが原因でモーターホールド時に低周波音が発
生することや、モーターの駆動電圧の変動による、モー
ターの動作周波数の変動などを抑止することが可能にな
るステッピングモータの駆動回路を提供するものであ
る。

【００１３】

【作 用】本発明に係るステッピングモータの駆動回路
によれば、図１に示すように、状態検出回路（１１）
と、状態設定回路（１２）と、相変換回路（１３）と、
スイッチング回路（１４）とを具備し、かつ該スイッチ
ング回路（１４）は、電界効果型トランジスタによって
構成されている。

【００１４】例えば、状態設定回路（１２）によってス
テッピングモータ（１５）の駆動周波数に係る状態信号
（ＣＦ）が設定され、状態検出回路（１１）に供給さ
れ、状態検出回路（１１）によってステッピングモータ
（１５）に流れる電流（ＭＩ）が検出され、該電流（Ｍ
Ｉ）と状態信号（ＣＦ）とが演算処理され、その処理結
果である検出信号（ＫＳ）が相変換回路（１３）に出力
され、相変換回路（１３）によって検出信号（ＫＳ）と
駆動制御信号（ＤＳ）とに基づいて該スイッチング回路
（１４）に制御信号（ＳＰ）が供給され、制御信号（Ｓ
Ｐ）に基づいてステッピングモータ（１５）の動作制御
がスイッチング回路（１４）によってなされる。

【００１５】このため、等該回路が従来例のように自励
回路ではなく、状態設定回路（１２）によって回路の状
態を設定し、例えばステッピングモータ（１５）の駆動
に係る状態信号（ＣＦ）としてステッピングモータ（１
５）の駆動に係る周波数を設定する他励回路になってい
るので、モーターの捲線のバラツキでモーターホールド
時に生じるコイル相互の周波数のずれを抑止するように
ステッピングモータ（１５）の駆動に係る周波数を設定
することができる。

【００１６】よってコイル相互の周波数のずれを抑止す
ることができるので、そのずれが原因となって生じるモ
ーターホールド時に発生する低周波音を極力抑止するこ
とが可能となる。また、従来例のような、自励式の回路
によると、モーターの動作において、ＯＮ時間（ｔon）
が Ｌ／Ｒ′（Ｒ′はコイルの抵抗，Ｌはインダクタン
ス）、となり、ＯＦＦのときの時間（ｔoff ）が ＲＣ
｛Ｒは抵抗（Ｒ３）の抵抗値，Ｃはコンデンサ（Ｃ）の
容量｝となるので、どうしても周波数の設定が制限され
る。

【００１７】しかし、本発明の他励方式の回路によれ
ば、状態設定回路（１２）は、ステッピングモータ（１
５）の駆動周波数に係る状態信号（ＣＦ）を状態検出回
路（１１）に出力するので、モーター固有の係数（モー
ターのコイルの抵抗値や、インダクタンスなど）に関わ
らず、任意の駆動周波数の基でモーターを動作させるこ
とが可能となる。

【００１８】なお、本発明に係るステッピングモーター
の駆動回路において、状態検出回路（１１）が単数の演
算増幅器を含む回路からなり、他の回路では演算増幅器
を用いていないので、図２に示すように、状態検出回路
（１）に用いる電圧検出用の演算増幅器（ＯＡ１）と、
状態設定回路（２）に用いる比較器としての演算増幅器
（ＯＡ２）の２つの演算増幅器が必要であった従来例に
比して、演算増幅器が少なくて済むという利点もある。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例に係るステッピングモ
ータの駆動回路を図面を参照しながら説明する。図１
は、本発明の実施例に係るステッピングモータの駆動回
路の回路図である。本発明の実施例に係るステッピング
モータの駆動回路は、図１に示すように、状態検出回路
（１１），状態設定回路（１２），相変換回路（１３）
及びスイッチング回路（１４）からなる。

【００２０】状態検出回路（１１）は、演算増幅器（Ｏ
Ａ１１），抵抗（Ｒ１１〜Ｒ１４）及びコンデンサ
（Ｃ）からなり、スイッチング回路（１４）のパワーＭ
ＯＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）に流れる電流すなわ
ちステッピングモータ（１５）のコイル（Ｌ１１，Ｌ１
２）に流れる電流を検出した結果と、状態設定回路（１
２）から出力される状態信号（ＣＦ）とを加算処理し、
その加算処理結果と、電源電圧（Ｖｃｃ）を抵抗（Ｒ１
１，Ｒ１２）の比で分圧した基準電圧（Ｖｒｅｆ）とを
比較し、その差分を検出信号（ＫＳ）として相変換回路
（１３）に出力するものである。

【００２１】状態設定回路（１２）は、発振器（ＯＳ
Ｃ）及びオープンコレクタ（ＯＣ）からなり、ステッピ
ングモーター（１５）の駆動周波数に対応する所望の状
態信号（ＣＦ）を状態検出回路（１１）に出力するもの
である。相変換回路（１３）は、ＡＮＤゲート（Ａ１
１，Ａ１２）によって構成され、状態検出回路（１１）
から出力された検出信号（ＫＳ）と、相入力端子（ＳＴ
１０）かた入力される駆動制御信号（ＤＳ）とに基づい
てスイッチング回路（１４）を制御する矩形波の制御パ
ルス信号（ＳＰ）を生成し、スイッチング回路（１４）
に供給するものである。

【００２２】スイッチング回路（１４）は、ステッピン
グモータ（１５）のコイル（Ｌ１１，Ｌ１２）に接続さ
れ、相変換回路（１３）から出力される制御パルス信号
（ＳＰ）に基づいて、ステッピングモータ（１５）への
電源供給／非供給処理をして、その動作制御をする回路
である。当該回路の動作は、まずスイッチング回路（１
４）のパワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）に流
れる電流すなわちステッピングモータ（１５）のコイル
（Ｌ１１，Ｌ１２）に流れる電流（ＭＩ）と、状態設定
回路（１２）から出力される状態信号（ＣＦ）とが加算
処理され、その処理結果が演算増幅器（ＯＡ１１）によ
って基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較処理され、それらの差
分が検出信号（ＫＳ）として相変換回路（１３）に出力
される。

【００２３】次いで、相変換回路（１３）のＡＮＤゲー
ト（Ａ１１，Ａ１２）によって検出信号（ＫＳ）と相入
力端子（ＳＴ１０）からの駆動制御信号（ＤＳ）との論
理積がとられ、その結果出力である矩形波の制御パルス
信号（ＳＰ）がスイッチング回路（１４）のパワーＭＯ
ＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）のゲートに出力され
る。

【００２４】この制御パルス信号（ＳＰ）の入力によっ
て該パワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）がＯＮ
／ＯＦＦして、ステッピングモータ（１５）に電源が供
給されることにより、該ステッピングモータ（１５）が
駆動制御される。以上説明したように、本発明の実施例
に係るステッピングモータの駆動回路によれば、図１に
示すように、状態検出回路（１１）と、状態設定回路
（１２）と、相変換回路（１３）と、スイッチング回路
（１４）とを具備し、かつ該スイッチング回路（１４）
は、パワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）によっ
て構成されている。

【００２５】例えば、状態設定回路（１２）の発振器
（ＯＳＣ）によってステッピングモータ（１５）の駆動
周波数を決定する状態信号（ＣＦ）が設定され、状態検
出回路（１１）に供給され、状態検出回路（１１）によ
ってステッピングモータ（１５）に流れる電流（ＭＩ）
が検出され、該電流（ＭＩ）と状態信号（ＣＦ）とが加
算された信号である処理結果信号（ＫＳ）が相変換回路
（１３）に出力され、相変換回路（１３）によって処理
結果信号（ＫＳ）と相入力端子（ＳＴ１０）からの駆動
制御信号（ＤＳ）とに基づいて該スイッチング回路（１
４）に制御パルス信号（ＳＰ）が供給され、制御パルス
信号（ＳＰ）に基づいてスイッチング回路（１４）のパ
ワーＭＯＳＦＥＴ（ＰＭ１１，ＰＭ１２）がＯＮ／ＯＦ
Ｆされて、該ステッピングモータ（１５）が駆動制御さ
れる。

【００２６】このため、従来例のように自励回路ではな
く、状態設定回路（１２）によって回路の状態を設定
し、例えばステッピングモータ（１５）の駆動に係る状
態信号（ＣＦ）としてステッピングモータ（１５）の駆
動に係る周波数を設定する他励回路になっているので、
モーターの捲線のバラツキでモーターホールド時に生じ
るコイル相互の周波数のずれを抑止するようにステッピ
ングモータ（１５）の駆動に係る周波数を設定すること
ができる。

【００２７】よってコイル相互の周波数のずれを抑止す
ることができるので、それが原因となって生じるモータ
ーホールド時に発生する低周波音を極力抑止することが
可能となる。また、従来例のような、自励式の回路によ
ると、モーターの動作において、ＯＮ時間（ｔon）が
Ｌ／Ｒ′（Ｒ′はコイルの抵抗，Ｌはインダクタン
ス）、となり、ＯＦＦのときの時間（ｔoff ）が ＲＣ
｛Ｒは抵抗（Ｒ３）の抵抗値，Ｃはコンデンサ（Ｃ）の
容量｝となるので、モーターの動作周波数がその範囲で
限定されてしまっていたが、本発明の他励方式の回路に
よれば、状態設定回路（１２）が、ステッピングモータ
（１５）の駆動周波数に係る状態信号（ＣＦ）を状態検
出回路（１１）に出力するので、モーター固有の係数
（モーターのコイルの抵抗値や、インダクタンスなど）
に関わらず、任意の駆動周波数の基でモーターを動作さ
せることが可能となる。

【００２８】なお、本発明に係るステッピングモーター
の駆動回路において、状態検出回路（１１）が単数の演
算増幅器を含む回路からなり、他の回路では演算増幅器
を用いていないので、図 に示すように、状態検出回路
（１）に用いる電圧検出用の演算増幅器（ＯＡ１）と、
状態設定回路（２）に用いる比較器としての演算増幅器
（ＯＡ２）の２つの演算増幅器が必要であった従来例に
比して、演算増幅器が少なくて済むという利点もある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るステ
ッピングモータの駆動回路によれば、状態検出回路（１
１）と、状態設定回路（１２）と、相変換回路（１３）
と、スイッチング回路（１４）とを具備し、かつ該スイ
ッチング回路（１４）は、電界効果型トランジスタによ
って構成されている。

【００３０】このため、状態設定回路（１２）の発振器
からの発振信号で演算増幅器の端子電圧を基準電圧以下
にするようにし駆動信号のターンオフ時間を決定する。
従って駆動周波数をモータのインダクタンスあるいは演
算増幅器に接続された時定数に関係がなく設定でき、モ
ータの捲線のバラツキでモーターホールド時に生じるコ
イル相互の周波数のずれを抑制するようにステッピング
モータの駆動に係る周波数を設定できる。

【００３１】よってコイル相互の周波数のずれを抑止す
ることができるので、そのずれが原因となって生じるモ
ーターホールド時に発生する低周波音を極力抑止するこ
とが可能となる。また、本発明の他励方式の回路によれ
ば、モーター固有の係数（モーターのコイルの抵抗値
や、インダクタンスなど）に関わらず、任意の駆動周波
数の基でモーターを動作させることが可能となる。

【００３２】なお、本発明に係るステッピングモーター
の駆動回路において、状態検出回路（１１）が単数の演
算増幅器を含む回路からなり、他の回路では演算増幅器
を用いていないので、演算増幅器が従来に比して少なく
て済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るステッピングモータの駆
動回路の回路図である。

【図２】従来例に係るステッピングモータの駆動回路の
回路図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振器からなる状態設定回路と、 前記モータ電流にて充電される時定数回路が接続された
   一方の端子に前記状態設定回路からの状態信号及びモー
   タに流れる電流が加えられ、他方の端子に基準電圧が加
   えられる演算増幅器よりなる状態検出回路と、 相入力信号及び前記状態設定回路からの検出信号とをゲ
   ートし制御パルス信号を発生する相変換回路と、 前記相変換回路からの制御パルス信号にてオン・オフさ
   れコイルにモータ電流を流すパワーＭＯＳＦＥＴを有す
   るスイッチング回路とよりなり、 モータに流れる電流にて演算増幅器の一方の端子電圧が
   基準電圧より大きくなったとき状態検出回路より検出電
   圧を生じ、相変換回路にて前記検出電圧と駆動制御信号
   とでゲートし制御パルス信号を発生し前記パワーＭＯＳ
   ＦＥＴをオンし、 状態設定回路からの状態信号で前記一方の端子電圧を基
   準電圧以下にし、状態検出回路からの検出信号の状態を
   反転し、相変換回路からの制御信号で今までオンされて
   いたパワーＭＯＳＦＥＴをオフし、斯かる動作を繰り返
   すことによりコイルに流れる電流を制御することを特徴
   とするステッピングモータの駆動回路。
2. 【請求項２】 発振器及びオープンコレクタからなる状
   態設定回路と、 前記モータ電流にて充電される時定数回路が接続された
   一方の端子に前記状態設定回路からの状態信号及びモー
   タに流れる電流が加えられ、他方の端子に基準電圧が加
   えられる単数の演算増幅器よりなる状態検出回路と、 相入力信号及び前記状態設定回路からの検出信号とをＡ
   ＮＤゲートし制御パルス信号を発生するＡＮＤゲートを
   有する相変換回路と、 前記相変換回路からの制御パルス信号にてオン・オフさ
   れコイルにモータ電流を流すパワーＭＯＳＦＥＴを有す
   るスイッチング回路とよりなり、 モータに流れる電流にて演算増幅器の一方の端子電圧が
   基準電圧より大きくなったとき状態検出回路より検出電
   圧を生じ、相変換回路にて前記検出電圧と駆動制御信号
   とでゲートし制御パルス信号を発生し前記パワーＭＯＳ
   ＦＥＴをオンし、 状態設定回路の発振器からの発振信号で前記一方の端子
   電圧を基準電圧以下にし、状態検出回路からの検出信号
   の状態を反転し、相変換回路からの制御信号で今までオ
   ンされていたパワーＭＯＳＦＥＴをオフし、斯かる動作
   を繰り返すことによりコイルに流れる電流を制御するこ
   とを特徴とするステッピングモータの駆動回路。