JPH03103096A - ステッピングモータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ステッピングモータをオーバドライブ方式に
より駆動する場合の駆動制御方法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
制する必要があるがこの種の回路としてはオーバドライ
ブ方式のステンピングモータ駆動回路が知られている。

第９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ｌＯ図は従来のオーバドライブ方式の
ステッピングモータの動作を示すタイムチャートである
。

第９図において、１はパルス発生器、２はオーバドライ
ブ信号発生器、３は分配回路、４ａ〜４ｄは相励磁用の
トランジスタ、４ｅは金相巻線に電源電圧＋ＥＩを印加
するトランジスタ、５８〜５ｄはステッピングモータの
相巻線である． 上記オーバドライブ方式のステッピングモータ駆動回路
は、スタート信号を受けたパルス発生器１が第１０図の
ようなパルス信号（ａ）の列を出力することにより動作
する．すなわち、このパルス信号（ａ）によりオーバド
ライブ信号発生回路２からオーバドライブ信号（ｂ）が
出力される．該オーバドライブ信号（ｂ）は所定の時間
Ｈレベルになり、トランジスタ４ｆを介してトランジス
タ４ｅを所定の時間オンにしてステッピングモータの相
巻ｇ５ａ〜５ｄに電線十Ｅ，を印加する。

また、上記パルス信号（ａ）は分配回路３に送られ、該
分配回路３において相励磁信号（ｃ）〜（ｆ）が切換え
出力されて相励磁用のトランジスタ４ａ〜４ｄを所定の
シーケンスでオン、オフさせ、ステンビングモータの相
巻線５８〜５ｄの内の２組すなわち２相に異なる組合せ
で電流を流す。

ステッピングモータを１−２相励磁方式で駆動する場合
は、第ｌＯ図の相励磁信号（ｃ）〜（ｆ）が分配回路３
から相励磁用のトランジスタ４ａ〜４ｄに与えられ、ス
テッピングモータの相巻線５８〜５ｄには第１０図にお
いて実線で示すような電流ｉ１−ｊ．が流れて、ステン
ピングモータが回転する。

なお、このステッピングモータ駆動回路において、パル
ス発生器１で出力されるパルス信号（ａ）の周期の変化
は、ステンピングモータの回転速度を変える作用をする
．また、オーバドライブ信号発生回路２で出力されるオ
ーバドライブ信号（ｂ）の出力信号幅の変化はステッピ
ングモータの相巻線電流を変える作用をする． （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構威のステッピングモータの駆動制
御方法において、ステンピングモータの性能限界まで使
用する場合、第１０図の電流ｉ１〜ｉ４の破線部分で示
されるように、相励磁の後緑部で磁気飽和により急激に
相巻線電流が立ち上がり、ステッピングモータの発熱量
が大きくなる．これを避けるために第１０図のオーバド
ライブ信号（ｂ）の信号幅を短くすると相励磁の立上が
り部分で十分な電流が流れず、トルクが低下するという
問題があった。

また、電流電圧＋Ｅ，を非安定化電源とした場合で該電
源電圧＋Ｅ，が高い場合、過大な相巻線電流が流れてモ
ータが加熱し、電流電圧十Ｅ＋が低い場合、相巻線電流
が流れずトルクが低下するという問題があった。そこで
、この対策としてチゴッパ方式定電流駆動回路を採用し
た場合、コストが上昇してしまう。

本発明は、以上述べた問題点を除去し、ステッピングモ
ータの性能限界まで使用した場合でも過大な電流が流れ
ることがなく、トルクも低下せず、しかもコストを上昇
させることのないステンピングモータの駆動制御方法を
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駆動制御方
法は、パルス発生回路で発生したパルス信号によってオ
ーバドライブ信号及び相励磁信号を発生させ、該オーバ
ドライブ信号及び相励磁信号によって各相巻線に駆動電
流を分配するステンピングモータの駆動制御方法におい
て、各相巻線の１回の励磁期間を少なくとも２期間に分
割し、１回の励磁期間の駆動電流の立上がり部分に対応
するオーバドライブ信号の信号幅を大きく、立上がり後
のオーバドライブ信号の信号幅を小さくするようにして
いる。

そして、上記オーバドライブ信号の信号幅を、ステッピ
ングモータ駆動用の電源電圧の高低に応じて補正し、該
補正時間幅を上記電源電圧が高い場合に短＜、Ｔｉ源電
圧が低い場合に長くする。

また、オーバドライブ信号の信号幅を補正する上記補正
時間幅を、ステンピングモータの回転速度に応じて少な
くとも２段階に切り換え、回転速度が高い場合に短く、
回転速度が低い場合に長くする。

（作用） 本発明によれば、パルス発生回路で発生したパルス信号
によってオーバドライブ信号及び相励磁信号を発生させ
、咳オーバドライブ信号及び相励磁信号によって各相巻
線に駆動電流を分配するステンピングモータの駆動制御
方法において、各相巻線の１回の励磁期間を少なくとも
２期間に分割し、１回の励磁期間の駆動電流の立上がり
部分に対応するオーバドライブ信号の信号幅を大きく、
立上がり後のオーバドライブ信号の信号幅を小さくする
ようにしているので、立上がり時において各相巻線に十
分な駆動電流を供給することができるとともに、立上が
り後の駆動電流を少なくすることができる。

オーバドライブ信号の信号幅は、ステンピングモータ駆
動用のＴｉ源電圧の高低に応じて補正される。すなわち
電源電圧が高い場合には短くして駆動電流が過剰に流れ
るのを防止し、電′ａ電圧が低い場合には長くして十分
な駆動電流を確保する。

また、オーバドライブ信号の信号幅を補正する上記補正
時間幅は、ステッピングモータの回転速度に応して少な
くとも２段階に切り換えられ、回転速度が高い場合に短
く、回転速度が低い場合に長くすることができる。

（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図は本発明のステソビングモータの駆動制御方法を
採用したオーバドライブ方式のステンピングモータ駆動
回路図、第２図は本発明のステッピングモータの駆動制
御方法による動作タイムチャートである。

第１図において、１はパルス発生器、２′はオーバドラ
イブ信号発生器、３は分配回路、４ａ〜４ｄは相励磁用
のトランジスタ、４ｅ＋，４ｅｚは電′ａ電圧＋Ｅ，を
選沢的に導通ずるトランジスタ、５８〜５ｄはステノピ
ングモー夕の相巻線である。トランジスタ４ｅ＋がオン
になると相巻１ｊｌ５ａ，　５ｃが、トランジスタ４８
ｚがオンになると相巻線５ｂ，　５ｄが印加される。

上記オーバドライブ方弐のステッピングモータ駆動回路
は、スタート信号を受けたパルス発生器１が第２図に示
すようなパルス信号（ａ）の列を出力することにより動
作する。すなわち、このパルス信号（ａ）によりオーパ
ドライブ信号発生回路２からオーバドライブ信号（ｂ＋
），（ｂｚ）が出力される．該オーバドライブ信号（ｂ
＋Ｌ（ｂｚ）は所定時間Ｈレヘルになり、トランジスタ
４ｆ＋，４ｒｚを介してトランジスタ４ｅ＋＋４ｅｚを
所定時間オンにしてステッピングモータの相巻線５８〜
５ｄに電線＋Ｅ１を印加する。

また、ステンピングモータを１−２相励磁方式で駆動す
る場合は、上記パルス信号（ａ）は分配回路３に送られ
、該分配回路３において相励磁信号（ｃ）〜（ｆ）が切
換え出力されて相励磁用のトランジスタ４ａ〜４ｄを所
定のシーケンスでオン、オフさせ、ステンピングモータ
の相％ｇ５ａ〜５ｄの内の２組すなわち２相に、異なる
組合せで電流を流す。

ここで、上記パルス信号（ａ）を受けてオーハトライブ
信号発生回路２′が出力したオーバドライブ信号（ｂ１
）は、第２図に示すように相励磁信号（Ｃ）及び（ｅ）
がＨレベルになる期間に対応して、始めの２パルスはｔ
，，１の時間、続く２パルスはｔ．，２の時間Ｈレベル
となる。そして、この間トランジスタ４ｆｔ　を介して
トランジスタ４ｅ＋　をオンにしてステッピングモータ
の相巻線５ａ及び５Ｃに電源十Ｅ２を印加する。

また、同様にオーバドライブ信号（ｂ２）は、相励磁信
号（ｄ）及びＵ＞がＨレベルになる期間に対応して、始
めの２パルスはｊｗｌの時間、続く２バルスはＬ。２の
時間Ｈレヘルとなる。そして、この間トランジスタ４ｆ
ｚを介してトランジスタ４８ｚをオンにしてステッピン
グモータの相巻線５ｂ及び５ｄにＴ４’ｉ＋Ｅｚを印加
する。これによりステッピングモータの相巻線５８〜５
ｄには第２図に示すような電流ｈ−１ａが流れ、ステン
ピングモータが回転する．ここで上記オーバドライブ時
間幅’Ｉ＋ｊ御．の関係をｔｗ＋　＞　ｔｗ．とし、相
励磁の立上がり部分で十分に電流が流れるようにｔｗ１
を設定することにより、また相励磁後縁部で急激に電流
が立ち上がらないようにｔＩ１！を設定することにより
ステッピングモータの出力トルクの低下を避けつつ、ス
テッピングモータの発熱を仰えることができる。

次に上記オーバドライブ信号発生回路２′の詳細につい
て第３図及び第４図により説明する。

第３図はオーバドライブ信号発生回路を示す回路図、第
４図はオーバドライブ信号発生回路の動作タイムチャー
トである． 第３図において、ＦＦ＋．ＰＦｚはパルス発生器１（第
１図）からパルス信号（ａ）が出力されるたびにパルス
をカウントし、４進カウンタの動作をするＤフリップフ
ロップであり、第４図の信号（ｇ）　，（ｈ）のように
その出力がオン、オフする．また、ＭＳＩ，ＭＳｚは上
記パルス発生器１からのパルス信号（ａ）が出力される
ごとにそれぞれｔｗ１時間及びｔｗ２時間Ｈレベルを出
力するワンシゴットマルチ回路であり、信号（ｊ），（
ｋ）のようにその出力がオン、オフする。

ＡＮＤ−ＯＲ．ＡＮＤ−ＯＲｚ　はＤフリップフロップ
Ｆｈの出力に応じてワンショットマルチ回路ＭＳ＋，Ｍ
Ｓｚの出力を切り換えて出力するアンドーオア回路であ
り、オーバドライブ信号（ｂ＋）．（ｂｇ）を出力する
。

すなわち、オーバドライブ信号（ｂ，）は、Ｄフリップ
フロップＦＦ２の出力信号（ｈ）がＨレベルのときワン
ショットマルチＭＳ，の出力パルス幅ｔｗ＋を出力し、
出力信号（ｈ）がＬレベルのときワンショントマルチＭ
Ｓ２の出力パルス幅ｔｗｚを出力する。一方、アンドー
オア回路ＡＮＤ−ＯＲ！の出力であるオーバドライブ信
号（ｂｔ）はＤフリップフロップＦＦ．の出力信号（ｈ
）がＨレベルのときワンショットマルチＭＳ．の出力パ
ルス幅ｔｕｇを出力し、出力信号（ｈ）がＬレベルのと
きワンショットマルチＭＳ．の出力幅軸．を出力する． 次に他のオーバドライブ信号発生回路２′について第５
図及び第６図により説明する。

第５図は他のオーバドライブ信号発生回路を示す回路図
、第６図は他のオーバドライブ信号発生回路の動作タイ
ムチャートである。

第５図において、ｐｐ．，ｐｐｚはパルス発生器１（第
１図）からパルス信号（ａ）が出力されるたびにパルス
をカウントし、４進カウンタの動作をするＤフリップフ
ロップであり、上記実施例の第４図の信号（ｇ）　，　
（ｈ）のようにその出力がオン、オフする。

また、ＭＳ，，ＭＳＺは上記パルス発生器１からのパル
ス信号（ａ）が出力されるごとにそれぞれｔｗ＋時間及
びｔｗ２時間Ｈレベルを出力するワンショットマルチ回
路であり、第４図の信号（ｊ），（ｋ）のようにその出
力がオン、オフする。

アンドーオア回路ＡＮＤ−ＯＲ＋，ＡＮＤ−ＯＲｚはＤ
フリップフロップＦＰＺの出力に応じてワンシゴットマ
ルチ回路”Ｓ＋．ＭＳｚの出力を切り換えて出力するア
ンドーオア回路であり、第４図のオーバドライブ信号（
ｂ＋），　（ｂ．）を出力する． すなわち、上記オーバドライブ信号（ｂ＋）は　Ｄフリ
ップフロップＦＦ２の出力信号（ｈ）がＨレベルのとき
ワンショットマルチＭＳ，の出力パルス幅Ｌ町を出力し
、出力信号（ｈ）がＨレベルのときワンショットマルチ
Ｍｓ２の出力パルス幅ｔｗ２を出力する。

一方、オーバドライブ信号（ｂ！）はＤフリップフロソ
プＦＰ，の出力信号（ｈ）がＨレベルのときワンシッン
＋マルチＭＳｚの出力パルス幅ｔ１１２を出力し、出力
信号（ｈ）がＬレベルのときワンシヲットマルチＭＳＩ
の出力幅ｔｗ＋を出力する。

また、上記アンドーオア回路ＡＮＤ−ＯＲ　＋　，　Ａ
ＮＤ−ＯＲ２の出力側に補正回路（ＣＭＰＳ）２１が接
続される。該補正回路２１は、上記アンドーオア回路Ａ
ＮＤ−ＯＲ＋　，　ＡＮＤ−０１ｈの出力パルス幅に、
ステッピングモータの駆動用電源十Ｅ１の高低に応じた
補正パルスを付加するためのものであり、上記電源電圧
＋Ｅ，が高い場合に補正パルス幅を短く、電源電圧＋Ｅ
１が低い場合に補正パルス幅を長く設定する。

このため、上記補正回路２１は、第５図に示すようにア
ンドーオア回路ＡＮＤ−ＯＲ＋，ＡＮＤ−ＯＲｚの出力
極性を調整するオープンコレクタのインバータＩＮＶ．
，ｉＮｖｚ，該イ７ハ−タＩＮＶ．，　ＩＮＶ．（７）
出力の立上がり時間を電源＋ＥＩの高低に応じて遅延す
るため電源十Ｅ．とアース間に直列に設けられた抵抗Ｒ
Ｉ＋Ｒ２、コンデンサＣＩ＋　ＣＺ、及びコンデンサＣ
．，　Ｃｔの充電電圧を所定の基準電圧と比較するため
の比較回路ＣＭＰ＋，ＣＭＰｉで構威される。

次に上記補正回路２１の動作を説明する。

第６図のタイムチャートに示すようにオーバドライブ信
号（ｂ＋）のパルスがＬレベルからＨレベルになると、
インバータＩＮＶＩの出力がＨレベルからＬレベルにな
り、信号（ｂ．）の電圧が比較回路ＣＭＰ＋の正入力端
子の基準電圧ｖｔｈより低くなり、比較回路ＣＭＰ　，
の出力信号（ｂ＋’）は■１レベルとなる．そして、オ
ーバドライブ信号（ｂ１）のパルスがＨレベルからＬレ
ベルになると、インバータＩＮＶ，の出力がＬレベルか
らＨレベルになる。この時、抵抗Ｒ１を介して電源＋Ｅ
１と接続されるコンデンサＣ１の充電電圧が（ｂ．）の
ように指数関数的に上昇し、比較回路ＣＭＰ　ｌの正入
力端子の基準電圧ｖｔｈより高くなった時点で比較回路
の出力信号（ｂ＋’）はＬレベルになる．すなわち、補
正回路２ｌを配設することによって出力信号（ｂｌ’ｌ
）の実線で示すようにｔ　ＣＭＦＬの補正パルスが付加
される．上記構戒の補正回路２１において、電源十Ｅ．
が低い場合は、上記コンデンサＣ，の充電電圧信号（ｂ
＋）の立上がりが破線で示すように緩やかになり、出力
信号（　ｂ，ｌ　）は補正バルスｔ　ＣＮＰＮより長い
補正パルスｔ　ＣＭＰＬが付加される。

オーバドライブ信号（ｂ２）のパルスに対しても同様の
動作をする． これにより、電源＋Ｅを非安定化電源とした場合でもス
テッピングモータの相巻線電流が電源電圧に応じて適性
な値に制御され、モータの過熱及びトルクの低下を避け
ることができる．次に他の補正回路２１′について第７
図及び第８図により説明する． 第７図は他の補正回路を示す回路図、第８図は他の補正
回路の動作タイムチャートである。

図において、補正回路２１′はアンドーオア回路ＡＮＤ
４ＲｚＡＮＤ−ＯＲｚ（第５図）の出力極性を調整する
オープンコレクタのインバータＩＮＶｉ，　ＩＮＶｚ、
ａ亥インバータＩＮＶ＋，　ＩＮＶｉの出力の立上がり
時間を電源＋ＩＥ．の高低に応して遅延するため電源十
Ｅ＋　とアース間に直列に設けられた抵抗Ｒ．，　Ｒ．
、コンデ７＋ｃｌ，　Ｃ２、及ヒコンテンサＣＩ，Ｃ２
ノ充′ｒ！１！圧を所定の基準電圧と比較するための比
較回路ＣＭＰ　．　，　ＣＭＰ，を備えている。

そして、上記比較回路ＣＭＰ　＋　，ＣＭＰ　ｔの正入
力端子に入力される所定の基準電圧を、ステッピングモ
ータの回転速度に応じて切り換えるため、更にインバー
タ回路ＩＮＶ３を比較回路ＣＭＰＩ，ＣＨＰ，の正入力
端子に接続してある。

そして、図示しない制御装置からの高速モード指示信号
（ｂ，）が該インバータ回路ＩＮＶ３に入力され、Ｈレ
ベルの場合に第８図に示すように比較回路ＣＭＰｌ．Ｃ
ＭＰｚの基準電圧を下げ（Ｖｔｈ−Ｈ）　、出力信号（
　ｂ＋’　），（　ｂｚ’　）の補正バルスｔエを短く
し、高速モード指示信号（ｂ，）がＬレベルの場合に基
準電圧を上げ（νｔｈ−Ｌ）補正パルスｔＬを長くする
。これによりｔ源＋ＥＩを非安定化ｔａ！とした場合の
補正をステッピングモータの回転速度に応じて適正な値
にすることができ、モータの過熱及びトルクの低下を避
けることができる． 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、この発明によれば、パルス
発生回路で発生したパルス信号によってオーバドライブ
信号及び相励磁信号を発生させ、該オーバドライブ信号
及び相励磁信号によって各相巻線に駆動電流を分配する
ステッピングモータの駆動制御方法において、各相巻線
の１回の励磁期間を少なくとも２期間に分割し、１回の
励磁期間の駆動電流の立上がり部分に対応するオーバド
ライブ信号の信号幅を大きく、立上がり後のオーバドラ
イブ信号の信号幅を小さくするようにしているので・立
上がり時において各相巻線に十分な駆動電流を供給する
一方、立上がり後の駆動電流を少なくすることができ、
ステッピングモータの過熱及びトルクの低下を防止する
ことができる。

オーバドライブ信号の信号幅は、ステンビングモータ駆
動用の電源電圧の高低に応じて補正される．すなわち電
源電圧が高い場合には短くして駆動電流が過剰に流れる
のを防止し、電源電圧が低い場合には長くして十分な駆
動電流を確保することができ、電源を非安定化電源とし
た場合でも、ステッピングモータの相巻線電流を適正な
値に保つことができる。

また、オーバドライブ信号の信号幅を補正する上記補正
時間幅は、ステッピングモータの回転速度に応して少な
くとも２段階に切り換えられ、回転速度が高い場合に短
く、回転速度が低い場合に長くすることができる．した
がって、電源を非安定化電源とした場合の補正をステッ
ピングモータの回転速度に応じて適正な値にすることが
できる．

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のステンピングモータの駆動制御方法を
採用した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２図は本発明のステッピングモータの駆動制
御方法による動作タイムチャート、第３図はオーバドラ
イブ信号発生回路を示す回路図、第４図はオーバドライ
ブ信号発生回路の動作タイムチャート、第５図は他のオ
ーバドライブ信号発生回路を示す回路図、第６図は他の
オーバドライブ信号発生回路の動作タイムチャート、第
７図は他の補正回路を示す回路図、第８図は他の補正回
路の動作タイムチャート、第９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１０図は従
来のオーバドライブ方式のステッピングモータの動作を
示すタイムチャートである。 １・・・パルス発生器、２．２’・・・オーバドライブ
発生回路、３・・・分配回路、２１．　２１’・・・補
正回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス発生回路で発生したパルス信号によってオ
   ーバドライブ信号及び相励磁信号を発生させ、該オーバ
   ドライブ信号及び相励磁信号によって各相巻線に駆動電
   流を分配するステッピングモータの駆動制御方法におい
   て、 （ａ）各相巻線の１回の励磁期間を少なくとも２期間に
   分割し、 （ｂ）１回の励磁期間の駆動電流の立上がり部分に対応
   するオーバドライブ信号の信号幅を大きく、立上がり後
   のオーバドライブ信号の信号幅を小さくすることを特徴
   とするステッピングモータの駆動制御方法。
2. （２）オーバドライブ信号の信号幅を、ステッピングモ
   ータ駆動用の電源電圧の高低に応じて補正し、該補正時
   間幅を上記電源電圧が高い場合に短く、電源電圧が低い
   場合に長くする上記請求項１記載のステッピングモータ
   の駆動制御方法。
3. （３）オーバドライブ信号の信号幅を補正する上記補正
   時間幅は、ステッピングモータの回転速度に応じて少な
   くとも２段階に切り換え、回転速度が高い場合に短く、
   回転速度が低い場合に長くする上記請求項２記載のステ
   ッピングモータの駆動制御方法。