JPH0315299A - パルスモータドライブ回路 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、パルスモータドライブ回路に係り、特にこの
バルスモー夕の振動を低減するように改良されたドライ
ブ回路に関する． く従来の技術〉 パルスモータは入力されたパルスの数に対応して１ステ
ップずつ回転をするが、この場合のバルスモー夕の応答
の様子を第４図に示す．横軸に時間経過ｔが、縦軸に回
転の角度θがそれぞれとられている．目標とする角度θ
１を目指してバルスモー夕の回転子は回転するが、この
回転子の有する慣性のため図に示すように減衰振動波形
を呈する．そして、通常は目標とする角度θ，に対して
正転方向と逆転方向に振動する振動をしながら所定のセ
トリング・タイムを経過して安定する． しかしながら、この回転系の固有振動数に入力パルスの
周波数が一致すると、いわゆる共振現象が起こり振動が
大きくなって、騒音を発生させたり、さらには、正常な
回転が維持できなくなる脱調現象が起きる． この様な場合には、一般に次のような対策が採用される
， （イ）ステッピングモータの共振はある速度域でスポッ
ト的に発生するので、ギャー、タイミングベルト等の減
速比を適当に選定して共４ｌｊｌ点を避けて使用する． （ロ）粘性慣性ダンバ、摩擦慣性ダンパなどの機械的ダ
ンバを用いてダンビンクする．（ハ）励磁シーゲンスに
よるダンピングをかける．これには、（ａ）逆相励磁ダ
ンピングによる方式、《ｂ）Ｉｋ終ステップ遅延ダンピ
ングによる方式などがある． く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、（イ）の減速比を選定する方式は、構造
的に高価となる欠点があり、（口）の機械的ダンパを用
いる方式も高価である上に高速で回転を制御することが
困難であるなどの欠点がある． さらに、（ハ）のダンピング方式は（ａ）、（ｂ）のい
ずれの方式も極めて低速回転のときや１ステップ移動時
の振動を減ずる効果はあるが、（ａ）の方式は逆相励磁
時に励磁によるトルクが完全に逆転しておりこの時に負
荷の急変があると逆転或いは脱調などを生じるおそれが
あり、特に連続的に回転しているときにその確率が高く
なり、励磁回路のトランジスタのスイヅチング頻度が増
し、発熱などによる信頼性の低下を招く．また（ｂ）の
方式は例えばＢ相安定点ではＡ相が励磁されている状態
であり、（ａ）の場合と同様に完全な逆相励磁状態とな
り（ａ）の場合と同じ問題が生じ実用的とはいえない．
そして、これ等はいずれも目標安定点に対して逆方向の
トルクを与えて制動しているので不安定である． く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、パルスモータ
に流れる駆動電流の大きさを調節する駆動手段を介して
駆動電圧がパルスモータの正相励磁巻線と逆相励磁巻線
に印加され、この正相励磁巻線と逆相励磁巻線の各他端
はそれぞれパルスモータの回転を制御する正相スイッチ
と逆相スイッチに接続され、相切換え後所定時間を経過
して目標回転位置を通過した時点からオーバシュートの
極値までの期間にパルスモータの巻線に最小駆動電流か
らこの最小駆動電流より大きい駆動電流を流すように切
換える切換信号が印加された制動制御手段により駆動手
段を制御するようにしたものである． く作　用〉 相を切換える時は、四転子にかかる慣性によるオーバシ
ュートを小さくするために必要な最小限のトルクを発生
する最小駆動電流をモータの巻線に流して逆転の可能性
を除去しておき、目標安定点を回転子が通過した時点で
この最小駆動電流より大きい駆動電流を同方向に流して
オーバシュートを抑制するように、相切換えと駆動電流
値の切換えのタイミングを制御する． く実施例〉 以下、図を用いて本発明の実施例について説明する．第
１図は本発明の１実施例の構成を示す構成図である．こ
の第１図はパルスモータの１相分の正相Ａとこの反転相
＜Ａ＞についてのみ示されているが、例えば２相モータ
ではさらに同様の正相Ｂと反転相＜Ｂ＞がある． 駆動トランジスタＱ１のエミッタには駆動電圧Ｖｏが印
加されており、そのコレクタはパルスモータの正相の巻
線Ｌ，と反転相の巻線Ｌ２にそれぞれ接続されている．
これ等の巻線Ｌ．　、Ｌ，の池端はそれぞれトランジス
タで構成された正相スイッチＱ２と逆相スイッチＱ３の
コレクタにそれぞれ接続されている．これ等のスイッチ
のベースにはパルスモータの回転を制御するためのオン
／オフの制御信号Ｓ、＜Ｓ＞が印加されている．これ等
の正相スイッチＱ２と逆相スイッチＱ，のエミッタはそ
れぞれ電流検出抵抗Ｒｃを介して共通電位点ＣＯＭに接
続されている． さらに、共通電位点ＣＯＭと駆動トランジスタＱ１のコ
レクタとの間にはフライホイルダイオードＤ１が接続さ
れている．このフライホイルダイオードＤ１は駆動トラ
ンジスタＱ，がオフの時にパルスモータの巻線Ｌ，　、
Ｌ２に電流を流すためのものである． 電流検出抵抗Ｒｅの両端の電圧ＶＣは電圧比較器Ｑ４の
入力の一端に印加され、その他端は、スイッチＳＷ，の
共通切換端Ｔｃに接続され、その切換端ＴＬには共通電
位点ＣＯＭに対して基準電圧ＥＬが、切換端ＴＨには共
通電位点ＣＯＭに対して基準電圧ＥＨがそれぞれ印加さ
れている．基準電圧ＥＬの大きさは必要最小限のトルク
を発生させるに必要な大きさに選定され、また基準電圧
ＥＨはこれより大きな値に選定されている．そして、こ
のスイッチＳＷ１は電流切換信号Ｓｌにより切換えられ
る． 電圧比較器Ｑ４の出力はパルス幅制御回路ＰＷＣを介し
て駆動トランジスタＱ＋のベースに印加されている． これ等のｔ流検出抵抗Ｒｃ　，！圧比較器Ｑ４、スイッ
チＳＷ，　、基準電圧ＥＬ，ＥＨ、パルス幅制御回路Ｐ
ＷＣなどで制動制御回路ＤＣＣ，を構成している． 次に、以上のように構成された実施例の動作について第
２図に示す波形図を用いて説明する．第２図（イ）の横
軸は相切換え後を基準とした経過時間ｔで縦軸は角度θ
を示し、（口）の横軸は（イ）と同様の経過時間ｔで縦
粕は脂動トランジスタに流れる駆動電流Ｉ．をそれぞれ
示している． 制御信号Ｓ、＜Ｓ＞によって相切換をした後、通常のド
ライブ方式によれば第２図（イ）の実線で示すような長
い減衰振動をして安定位置θ２に収束する．ここで、相
切換え後から安定位置θ２に達するまでの立上り時間ｔ
ｓは負荷の慣性、相切り換え前のパルスモータのｆｉ終
角度等によって定まり、この立上り時間ｔｓ経過後の減
衰振動はバルスモー夕の慣性と負荷によって定まるいわ
ゆる固有振動数となる．つまり、立上り時間ｔｓは回転
速度によって異なるがこの立上り時間ｔｓを経過した後
の振動周期はほぼ一定の周期ｔｃとなる．そして、立上
り時間ｔｓと繰返し周期ｔｃとは実負荷を付けた状態で
実測によって知ることができる． 本実施例では、制御信号Ｓ、＜Ｓ＞によって相切換え後
、先ず第１に例えば第２図（ロ）に示すタイミング、す
なわち回転子が安定位置θ２を越えて最大ピークに達す
る期間でスイッチＳＷ１を基準電圧ＥＬに対応する駆動
電流ＩＬから基準電圧ＥＨに対応する駆動電流Ｉ．に切
り換えると、回転子にはその慣性による行過ぎを戻すよ
うに駆動電流ＩＨにより第２図に点線の矢印で示す大き
な引き戻し力Ｆ，が働き、振動が抑制される．次に、こ
のピーク点を越えて安定位置θ２に引き戻される時点で
は駆動電流を小さなＩＬに戻して必要最小限のトルクを
確保し、さらに振動により安定位置θ２を越えて逆に離
れて極小点に向かっている期間は回転子にはその慣性に
よる行過ぎを戻すように駆動電流Ｉ．により第２図に点
線の矢印で示す大きな引き戻し力Ｆ２が働き、振動が抑
制される． 以上の動作を繰り返すことにより、第２図（イ）に点線
で示すように、回転子の振動は抑制された小さな減衰振
動となる． 従って、相切換え後、第２図（口）に示すようなタイミ
ングで駆動電流ＩＯをピーク値がＩＬ、ＩＨになるよう
に切り換えれば、パルスモータの慣性による力を打ち消
す方向にトルクを増加させることができ、振動を抑制で
きる． 駆動電流Ｉｏは、電流検出抵抗Ｒｃに発生する電圧が基
準電圧ＥＬ或いはＥＨに等しくなるように電圧比較器Ｑ
４とパルス幅制御回路ＰＷＣを介して駆動トランジスタ
Ｑ１のベースに印加されるパルス幅の変化により制御さ
れる． ところで、この実施例では駆動電流ＩＱによるトルクは
常に安定位置θ２に向いており、また必要最小限のトル
クを得る電流ＩＬは常に維持されているので、負荷の急
変による逆転、脱調などを防止することができる． また、正相スイッチＱ２と逆相スイッチＱ３をオンする
ときは駆動電流Ｉ．は小さなＩＬであり、これ等のスイ
ッチを構成するトランジスタのスイッチング時の過渡的
な損失は最小限に抑えることができ、充分オンになった
状態つまりコレクタ／エミッタ間電圧が飽和電圧になっ
た状態で駆動電流ＩｏがＩＨになるので、特別にこれ等
のトランジスタを発熱させることもなく、信頼性の低下
を招くこともない． 実際には、相切り替えの後に駆動電流■ｏがｌＬからＩ
．へ切り換わるタイミング時間ｔｄ、その切り換えの周
期１，、ＩＨの幅ｔｗなどの最適値は使用するパルスモ
ータの相数、巻線のインダクタンス、駆動回路の構成、
実際の負荷の状態、回転速度などによって定まるもので
あり、振動の音を間きながらこの音が最小になるように
これ等ｔｄ，ｔｐ，ｔｗの値を実測により決定する．第
３図は本発明の第２の実施例の槽戊を示す楕戒図である
． 第１図に示す方式は定電流チョヅバ回路で実現したが第
３図では電圧切換方式により実現するようにしたもので
ある． 駆動トランジスタＱ６のエミッタには駆動電圧ｖＨが印
加されそのコレクタはパルスモータの正相の巻線Ｌ，と
反転相の巻線Ｌ２に接続されている．これ等の巻線Ｌ，
　、Ｌ２の他端はそれぞれトランジスタで構成された正
相スイッチＱ２と逆相スイッチＱ３のコレクタにそれぞ
れ接続されている．これ等のスイッチのベースにはパル
スモータの回転を制御ずるためのオン／オフの制御信号
Ｓ、＜Ｓ＞が印加されている．これ等の正相スイッチＱ
２と逆相スイッチＱ３のエミッタは共通電位点ＣＯＭに
接続されている， 駆動トランジスタＱｔ１のベースと共通電位点ＣＯＭと
の間にはトランジスタＱ５のエミッタとコレクタ、抵抗
Ｒを介して制御電圧Ｓｖが印加されている．このトラン
ジスタＱ５のベースには電圧切替信号Ｓｖが印加されて
いる．また、駆動トランジスタＱ６のエミッタにはダイ
オードＤ２を介して電圧ｖＬが印加されている．この電
圧Ｖ［はパルスモータが回転するのに必要な最小限のト
ルクを発生するために必要な大きさに選定されており、
電圧■ＨはこのｖＬに対して大きな値に選定されている
． これ等のトランジスタＱ５、抵抗Ｒ，電圧ｖＬが印加さ
れたダイオードＤ２等で制動制御回路ＤＣＣ２を構成し
ている． バルスモー夕の相切換えはオン／オフの制御信号Ｓ、＜
Ｓ＞により行い、相切換時にはトランジスタＱ５のベー
スに印加された電圧切換信号Ｓｖにより、トランジスタ
Ｑ５はオフとされ、パルスモータには電圧ｖＬが印加さ
れる状態となる．相切換の後、タイミング時間ｔｄが経
過したときに電圧切換信号ＳＶによりトランジスタＱ５
をオンとしてパルスモータに電圧Ｖｌを印加する．以上
の説明では１相について説明したが、これに限らずこの
制御は全てのバルスモー夕に共通に適用することができ
る． く発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、相を切換える時は、回転子にかかる慣性によるオ
ーバシュートを小さくするために必要な最小限のトルク
を発生する最小駆動電流をモータの巻線に流して逆転の
可能性を除去しておき、目標安定点を回転子が通過した
時点でこの最小駆動電流より大きい駆動電流を同方向に
流してオーバシュートを抑制するように、相切換えと駆
動ｔ流値の切換えのタイミングを制御するようにしたの
で、回路梢成を複雑にせずパルスモータの共振周波数領
域においても振動の少ない回転を維持し、負荷変動に対
しても一定以上のトルクを常に維持することが出来る．
また、駆動手段のトランジスタの発熱など信頼性の低下
もない．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の梢成を示す構成図、第２図
は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第３図
は本発明の池の実施例の構成を示す構或図、第４図はパ
ルスモータの動作を説明する波形図である． ＰＷＣ・・・パルス幅制御回路、ＤＣＣ．　、ＤＣＣ２
・・・制動制御回路、Ｑ，・・・駆動トランジスタ、Ｓ
１・・・電流切換信号、ＳＶ・・・電圧切換信号．ＣＯ
Ｍ ＣＯＭ 第 ノ 図 ηス 第 ２ 責

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルスモータに流れる駆動電流の大きさを調節する駆動
   手段を介して駆動電圧が前記パルスモータの正相励磁巻
   線と逆相励磁巻線に印加され、この正相励磁巻線と逆相
   励磁巻線の各他端はそれぞれ前記パルスモータの回転を
   制御する正相スイッチと逆相スイッチに接続され、相切
   換え後所定時間を経過して目標回転位置を通過した時点
   からオーバシュートの極値までの期間に前記パルスモー
   タの巻線に最小駆動電流からこの最小駆動電流より大き
   い駆動電流を流すように切換える切換信号が印加された
   制動制御手段により前記駆動手段を制御することを特徴
   とするパルスモータドライブ回路。