JP6565774B2 - ステッピングモーター制御装置及びステッピングモーター制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモーターを制御するためのステッピングモーター制御装置及びステッピングモーター制御方法に関する。

ステッピングモーターでは、励磁相の励磁パターンが順次切り換わることにより、ローターが回転する。すなわち、ローター位置は、励磁パターンの切り換わりに同期して変化する。

ステッピングモーターを備えた装置の電源投入直後など、ステッピングモーターの起動時においては、ローター位置は不特定となる。よって、ステッピングモーターの起動後の初回の励磁の際の励磁パターンに対してローター位置が適正位置からずれていると、脱調してしまうことがある。

上記のような脱調を防止するために、ステッピングモーターの起動時において、励磁相の励磁パターンが一巡するまでの間、比較的長い時間間隔で励磁パターンを切り換えることによって、励磁パターンの切り換えとローターの回転とをより確実に同期させるようにしたステッピングモーター制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２５９７９３号公報

しかしながら、上記のステッピングモーター制御装置では、励磁パターンの切り換えとローターの回転とをより確実に同期させるために、励磁相の励磁パターンが一巡するまでの間、比較的長い時間間隔で励磁パターンを切り換える必要があるため、起動時間が長くなる。

本発明の目的は、起動時間が長くなることなく起動時の脱調を防止することが可能なステッピングモーター制御装置及びステッピングモーター制御方法を提供することにある。

本発明の一の局面に係るステッピングモーター制御装置は、モーター駆動部と、ローター位置検出部と、制御部と、を備える。前記モーター駆動部は、駆動パルス信号が供給される毎にステッピングモーターの励磁相の励磁パターンを順次切り換える。前記ローター位置検出部は、前記ステッピングモーターのローターが停止した状態でローター位置を検出可能である。前記制御部は、前記励磁相に供給される電流を前記ローターが回動しない予め定められた電流値に制御した状態で、前記ローター位置検出部によって検出される前記ローター位置に応じて決定されるパルス数の前記駆動パルス信号を前記モーター駆動部に供給する。

本発明の他の局面に係るステッピングモーター制御方法は、ローター位置検出ステップと、パルス数決定ステップと、電流制御ステップと、駆動パルス信号供給ステップと、を備える。前記ローター位置検出ステップでは、ステッピングモーターのローター位置が検出される。前記パルス数決定ステップでは、前記ローター位置検出ステップで検出される前記ローター位置に応じてパルス数が決定される。前記電流制御ステップでは、前記ステッピングモーターの励磁相に供給される電流が、ローターが回動しない予め定められた電流値に制御される。前記駆動パルス信号供給ステップでは、前記励磁相に供給される電流が前記予め定められた電流値に制御された状態で、前記パルス数決定ステップでされる前記パルス数の駆動パルス信号が、前記駆動パルス信号が供給される毎にステッピングモーターの励磁相の励磁パターンを順次切り換えるモーター駆動部に供給される。

本発明によれば、起動時間が長くなることなく起動時の脱調を防止することが可能なステッピングモーター制御装置及びステッピングモーター制御方法が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置において用いられる励磁パターンの一例を示す図である。 図３は、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置において実行される初期位相合わせ処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置において用いられる各種信号の状態遷移の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置において用いられる変換テーブルの一例を示す図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るステッピングモーター制御装置は、制御部１、モーター駆動部２、及びローター位置検出部４を備える。前記ステッピングモーター制御装置は、例えば、電子写真方式の画像形成装置、又は画像読取装置などの駆動系に設けられたステッピングモーター３の制御に用いられる。

ステッピングモーター３は、モーター軸に固定されたローターと、前記ローターの周囲に設けられたステーターとを備える。前記ローターは、例えば永久磁石を含んでいる。前記ステーターには、コイルを巻きつけた複数の通電極が所定の間隔で形成されている。これらのコイルの励磁パターンが、モーター駆動部２によって順次切り換えられることにより、前記ローターが一定角度ずつ回転する。

モーター駆動部２は、制御部１から後述する駆動パルス信号ＣＬＫが供給される毎に、ステッピングモーター３の励磁相（前記コイル）の励磁パターンを順次切り換えることによってステッピングモーター３を駆動する。例えば、ステッピングモーター３が２相励磁方式で駆動される場合には、モーター駆動部２は、駆動パルス信号ＣＬＫが供給される毎に、図２に示すように、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ１→・・・の順番で励磁パターンを順次切り換えて、各励磁相を励磁する。その結果、前記ローター及び前記モーター軸は、モーター駆動部２に駆動パルス信号ＣＬＫが供給される毎に、一定角度ずつ回転する。なお、モーター駆動部２は、例えば１−２相励磁方式など、２相励磁方式以外の励磁方式でステッピングモーター３を駆動してもよい。

制御部１は、モーター駆動部２に各種制御信号を供給することによって、モーター駆動部２を制御する。図１では、前記制御信号の例として、駆動パルス信号ＣＬＫ、動作許可信号ＲＥＭ、電流指令信号Ｖｒｅｆ、励磁パターンリセット信号Ｒｅｓｅｔが示されている。駆動パルス信号ＣＬＫは、前記ローターを一定角度ずつ回転させるためのパルス信号である。動作許可信号ＲＥＭは、モーター駆動部２によるステッピングモーター３の駆動を許可するか否かを制御するための制御信号である。電流指令信号Ｖｒｅｆは、前記コイルに供給される電流の大きさを制御するための制御信号である。励磁パターンリセット信号Ｒｅｓｅｔは、モーター駆動部２によって切り換えられる励磁パターンを、特定の励磁パターン（例えば、図２に示す励磁パターンＰ１）にリセットするための制御信号である。

制御部１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどの制御機器を備える。前記ＣＰＵは、各種の演算処理を実行するプロセッサーである。前記ＲＯＭは、前記ＣＰＵに各種の処理（後述する初期位相合わせ処理を含む）を実行させるための制御プログラムなどの情報が予め記憶される不揮発性の記憶部である。前記ＲＡＭは、前記ＣＰＵが実行する各種の処理の一時記憶メモリー（作業領域）として使用される揮発性又は不揮発性の記憶部である。なお、制御部１は、ＡＳＩＣ等の集積回路により構成されてもよい。

ローター位置検出部４は、例えば、９０度位相差の２相出力が可能なホール素子であり、ステッピングモーター３のローターが停止した状態でローター位置を検出することができる。なお、ローター位置検出部４としては、ステッピングモーター３のローターが停止した状態でローター位置を検出可能な任意のセンサーを用いることができる。例えば、ローター位置検出部４として、光学センサーを用いてもよい。

本実施形態では、ローター位置検出部４は、Ａ相及びＢ相の２相の出力信号として、それぞれ、１ビットのデジタル信号を出力する。しかしながら、本発明はこれに限らず、ローター位置検出部４は、各相の出力信号として、複数ビットのデジタル信号、又は、アナログ信号を出力してもよい。

ところで、上記のように、ステッピングモーター３では、励磁相の励磁パターンが順次切り換わることにより、前記ローターが回転する。すなわち、ローター位置は、励磁パターンの切り換わりに同期して変化する。しかしながら、ステッピングモーター３を備えた装置の電源投入直後など、ステッピングモーター３の起動時においては、ローター位置は不特定となる。よって、ステッピングモーター３の起動後の初回の励磁の際の励磁パターンに対してローター位置が適正位置からずれていると、脱調してしまうことがある。

上記のような脱調を防止するために、ステッピングモーター３の起動時において、励磁相の励磁パターンが一巡するまでの間、比較的長い時間間隔で励磁パターンを切り換えることによって、ローター位置を励磁パターンに合わせるようにしたステッピングモーター制御装置が知られている。しかしながら、このようなステッピングモーター制御装置では、ローター位置を励磁パターンに合わせるために、励磁相の励磁パターンが一巡するまでの間、比較的長い時間間隔で励磁パターンを切り換える必要があるため、起動時間が長くなる。

これに対して、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置では、例えば、ステッピングモーター３の起動時、すなわち、モーター駆動部２の電源投入時に、以下で説明するような初期位相合わせ処理が実行される。これにより、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置によれば、起動時間が長くなることなく起動時の脱調を防止することが可能である。

以下、図３〜図５を参照しつつ、制御部１によって実行される前記初期位相合わせ処理について説明する。図３は、前記初期位相合わせ処理の手順の一例を示すフローチャートである。ここで、ステップＳ１、Ｓ２・・・は、制御部１により実行される処理手順（ステップ）の番号を表している。前記初期位相合わせ処理は、例えば、ステッピングモーター３の起動時に実行される。なお、前記初期位相合わせ処理が実行されるタイミングはモーター駆動部２の電源投入時に限らず、例えば、ローター位置が励磁パターンに対してずれた可能性があると判断された場合などにも必要に応じて前記初期位相合わせ処理が実行されてもよい。

＜ステップＳ１＞
まず、ステップＳ１において、制御部１は、ローター位置検出部４からのＡ相及びＢ相の出力信号に基づいて、ローター位置を検出する。本実施形態では、ローター位置検出部４からの各相の出力信号は１ビットのデジタル信号であり、各相の出力信号は、図４に示すように、現在のローター位置に応じた信号（Ｈｉ又はＬｏｗ）となる。各相の出力信号の論理値の組み合わせが、現在のローター位置を表している。後述するように、前記初期位相合わせ処理の間は、ローター位置が変化することはないので、ローター位置検出部４からのＡ相及びＢ相の出力信号の論理値が途中で変化することはない。

＜ステップＳ２＞
ステップＳ２において、制御部１は、例えば図５に示すような変換テーブル１０を用いて、ローター位置検出部４からの各相の出力信号に応じて、パルス数Ｃを決定する。パルス数Ｃは、図４における時刻ｔ３〜ｔ４の期間においてモーター駆動部２に供給されるべき駆動パルス信号ＣＬＫのパルス数を表している。

＜ステップＳ３＞
ステップＳ３において、制御部１は、図４における時刻ｔ２〜ｔ３の期間のように、Ｒｅｓｅｔ信号を一旦「ＯＮ」（アクティブ）にしてから、「ＯＦＦ」（非アクティブ）に戻す。これにより、モーター駆動部２によって切り換えられる励磁パターンが、特定の励磁パターン（例えば、図２に示す励磁パターンＰ１）にリセットされる。

＜ステップＳ４＞
ステップＳ４において、制御部１は、電流指令信号Ｖｒｅｆの指令値を「０」に設定する。これにより、ステッピングモーター３のコイルに供給される電流が一時的に０になるので、後述するステップＳ８においてモーター駆動部２に駆動パルス信号ＣＬＫが供給されても、励磁パターンが切り換わるだけであり、前記ローターが回動することはない。なお、本実施形態では、電流指令信号Ｖｒｅｆの指令値が「０」に設定されるが、前記ローターが回動しないような十分に小さい電流値に制御されても構わない。なお、図４に示す時刻ｔ３〜ｔ４以外の期間においては、電流指令信号Ｖｒｅｆは任意の指令値に設定されてもよい。

＜ステップＳ５＞
ステップＳ５において、制御部１は、動作許可信号ＲＥＭを「ＯＮ」（アクティブ）にする。これにより、モーター駆動部２による励磁パターンの切り換え動作が許可される。

＜ステップＳ６＞
ステップＳ６において、制御部１は、現在のパルス数Ｃ（すなわち、ステップＳ２で決定されたパルス数Ｃ、もしくはステップＳ７で更新された後のパルス数）が０であるか否かを判断する。そして、パルス数Ｃが０であると判断されると（Ｓ６：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ９に移行する。一方、パルス数Ｃが０ではないと判断されると（Ｓ６：Ｎｏ）、処理がステップＳ７に以降する。

＜ステップＳ７＞
ステップＳ７において、制御部１は、現在のパルス数Ｃから１を減算して、パルス数Ｃを更新する。

＜ステップＳ８＞
ステップＳ８において、制御部１は、１パルス分の駆動パルス信号ＣＬＫをモーター駆動部２に供給する。これにより、励磁パターンが１ステップ分だけ進むことになる。すなわち、現在の励磁パターンから次の励磁パターンへと励磁パターンが切り換わる。そして、処理がステップＳ６に戻る。

パルス数Ｃが０になるまで、上記ステップＳ６〜Ｓ８の処理が繰り返される。その結果、図４に示すように、ステップＳ２で決定されたパルス数Ｃと同数のパルス信号が、駆動パルス信号ＣＬＫとしてモーター駆動部２に供給されることになる。なお、図４は、パルス数Ｃが「３」である場合を例示している。

なお、図５に示す変換テーブル１０におけるパルス数Ｃは、励磁パターンの位相をローター位置に整合させるために必要なパルス数が設定される。例えば、Ａ相の出力信号の論理値が「１」でありＢ相の出力信号の論理値が「０」であるようなローター位置に対応する励磁パターンが図２に示す励磁パターンＰ４である場合には、励磁パターンＰ１（特定の励磁パターン）から３ステップ分だけ励磁パターンを進めることによって、励磁パターンの位相を前記ローター位置に整合させることができる。よって、例えば、変換テーブル１０において、Ａ相の出力信号の論理値が「１」でありＢ相の出力信号の論理値が「０」であるようなローター位置に対応するパルス数Ｃとしては「３」が設定される。

ステップＳ６〜Ｓ８の処理によって、ローター位置検出部４によって検出されるローター位置に応じて決定されるパルス数Ｃに応じた駆動パルス信号ＣＬＫが、前記励磁相に供給される電流を前記ローターが回動しない予め定められた電流値に制御した状態で、モーター駆動部２に供給される。具体的には、前記励磁相に供給される電流が０に制御された状態で、前記パルス数Ｃに応じた駆動パルス信号ＣＬＫがモーター駆動部２に供給される。よって、ローターは回動することなく、励磁パターンだけが切り換えられることによって、励磁パターンの位相とローター位置とが整合することになる。

＜ステップＳ９＞
ステップＳ９において、制御部１は、動作許可信号ＲＥＭを「ＯＦＦ」（非アクティブ）にして、図４に示すように、待機状態に移行する。

＜ステップＳ１０＞
ステップＳ１０において、制御部１は、必要に応じて、電流指令信号Ｖｒｅｆの指令値を所望の値に設定する。そして、前記初期位相合わせ処理が終了する。

ステップＳ１は、本発明のローター位置検出ステップの一例である。ステップＳ２は、本発明のパルス数決定ステップの一例である。ステップＳ４は、本発明の電流制御ステップの一例である。ステップＳ６〜Ｓ８は、本発明の駆動パルス信号供給ステップの一例である。

なお、図３に示したフローチャートは単なる一例に過ぎず、一部の処理を省略したり、処理の順序を変更したりしてもよい。例えば、ステップＳ１及びＳ２の処理は、ステップＳ６の処理の直前に実行されても構わない。

上記のような初期位相合わせ処理により、ローター位置と励磁パターンとが整合した状態で待機状態に移行するので、ステッピングモーター３の脱調を防止することが可能である。また、上記初期位相合わせ処理では、励磁パターンとローターとを同期させるために比較的長時間間隔で励磁パターンを切り換えるような処理が不要であるため、起動時間を短縮することができる。

上記のように、本実施形態では、ローター位置検出部４によって検出されるローター位置とパルス数Ｃとの対応関係を示す変換テーブル１０に基づいてパルス数Ｃを決定するとともに、モーター駆動部２によって切り換えられる励磁パターンを特定の励磁パターンＰ１にリセットした上で、パルス数Ｃに応じた駆動パルス信号ＣＬＫがモーター駆動部２に供給される。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、制御部１がモーター駆動部２から現在の励磁パターンを取得することができる場合には、制御部１は、現在の励磁パターンからローター位置検出部４によって検出されるローター位置に対応する励磁パターンへと切り換えるのに必要なパルス数を算出し、当該パルス数に応じた駆動パルス信号ＣＬＫをモーター駆動部２に供給してもよい。

１ 制御部
２ モーター駆動部
３ ステッピングモーター
４ ローター位置検出部
１０ 変換テーブル

Claims (3)

1. 駆動パルス信号が供給される毎にステッピングモーターの励磁相の励磁パターンを順次切り換えるとともに、励磁パターンリセット信号に応じて前記励磁パターンを特定の励磁パターンにリセット可能であり、電流指令信号の指令値に応じた電流を前記励磁相に供給するモーター駆動部と、
   前記ステッピングモーターのローターが停止した状態でローター位置を検出可能なホール素子と、
   ローター位置とパルス数との対応関係を示す変換テーブルと前記ホール素子により検出されるローター位置とに基づいてパルス数を決定するとともに、前記モーター駆動部によって切り換えられる前記励磁パターンを前記励磁パターンリセット信号により前記特定の励磁パターンにリセットした上で、前記電流指令信号の指令値を０に設定した状態で前記パルス数の前記駆動パルス信号を前記モーター駆動部に供給する制御部と、
   を備えるステッピングモーター制御装置。
2. 前記制御部は、少なくとも前記モーター駆動部の電源投入時に、前記パルス数の前記駆動パルス信号を前記モーター駆動部に供給する請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。
3. 駆動パルス信号が供給される毎にステッピングモーターの励磁相の励磁パターンを順次切り換えるとともに、励磁パターンリセット信号に応じて前記励磁パターンを特定の励磁パターンにリセット可能であり、電流指令信号の指令値に応じた電流を前記励磁相に供給するモーター駆動部と、前記ステッピングモーターのローターが停止した状態でローター位置を検出可能なホール素子とを備えたステッピングモーター制御装置におけるステッピングモーター制御方法であって、
   前記ステッピングモーターのローター位置を前記ホール素子によって検出するローター位置検出ステップと、
   ローター位置とパルス数との対応関係を示す変換テーブルと前記ローター位置検出ステップで検出されるローター位置とに基づいてパルス数を決定するパルス数決定ステップと、
   前記モーター駆動部によって切り換えられる前記励磁パターンを前記励磁パターンリセット信号により前記特定の励磁パターンにリセットするステップと、
   前記電流指令信号の指令値を０に設定する電流制御ステップと、
   前記パルス数決定ステップで決定されるパルス数の前記駆動パルス信号を前記モーター駆動部に供給する駆動パルス信号供給ステップと、
   を備える、ステッピングモーター制御方法。
   

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