JPH04229099A - ステッピングモータのための制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プログラム及び主メモ
リを有するマイクロプロセッサと、顧客固有の回路と、
ステッピングモータの制御装置と接続されているドライ
バチップとから成る、ステッピングモータのための制御
装置に関する。

【従来の技術】電動機により作動される装置を簡単化す
るために、直流電動機及びその他の形式の電動機の代り
にステッピングモータを用いるケースが増加している。 ステッピングモータの最も簡単な制御形式は方形波作動
方式である。このこの制御においては個々の相巻線はた
だオン及びオフ切換されるか、又は転流される。巻線電
流は方形を描く。このような制御装置の回路技術的コス
トは比較的小さい。しかし、電流の側縁が急峻であるの
で低周波数又は中間周波数の場合に電動機及び負荷の共
振が起り、例えば静寂運転が要求される場合には、ステ
ッピングモータの使用領域はしばしばより高い動作周波
数だけに減少される。更に、方形波制御は、電源回路の
設計の際に考慮しなければまならない不必要に高い出力
損失を生じさせ、このような高い出力損失は電動機を不
必要に過熱する。

【０００２】これらの欠点を回避するために、ステッピ
ングモータを、正弦波形制御装置により作動することを
実施した。この制御方式は次の利点がある。すなわち、
振動傾向が実質的に存在しないことと、電動機が、幅広
い回転数領域で作動されることが可能であることと、ス
テッピングモータ効率の完全な利用が保証されているこ
とと、出力損失が無視できるほどに小さいことと、ひい
ては電動機が一様で、ジャークと称する急激な動揺なし
に動作することである。

【０００３】しかしこの正弦波形制御装置は欠点がない
わけではない。実現のための回路コストは、制御回路の
面で非常に大きい。例えば２相ステッピングモータの制
御関数を整形するために、２つの互いに位相が９０°ず
れている正弦関数が必要である。５相電動機は５つの互
いに位相が３６゜ずれている正弦関数を必要とする。こ
のために従来の解決方法は、対応する位相ずれを有する
アナログ正弦関数発生器を用いている。その他の公知の
解決方法はマイクロプロセッサを設け、マイクロプロセ
ッサには各相巻線毎に、５つの集積されている定電流源
を有するそれぞれ１つのデジタル／アナログ変換器と、
後置接続されているクロック制御されるそれぞれ１つの
定電流源とが接続されている。このために、電動機実効
電流を変化させるために付加的に２ｂｉｔデジタル／ア
ナログ変換器が用いられる。従ってコストの理由から、
このようなコストの大きい正弦関数実現方法は多くの装
置において適切でない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一方
ではステッピングモータの１つの形式の制御装置の実現
を可能にし、他方では可及的最小の回路コストのステッ
ピングモータのための制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明により
、ステッピングモータの個々の相巻線のそれぞれに、変
化可能でクロック制御されるそれぞれの供給電圧が供給
可能であることと、マイクロプロセッサにより相巻線に
おける位相変調が時間に依存して変化可能であることに
より解決される。従って、正弦関数を可及的最小の回路
部品で実現することが可能であり、このような制御装置
は、公知の制御装置より正確に動作する。更にこの方法
では鋸歯波電圧特性曲線、台形電圧特性曲線等を発生す
ることも可能である。

【０００６】本発明の別の実施例では、マイクロプロセ
ッサの負担を軽減するために相巻線の位相変調が付加的
なデジタル回路を介して変化可能である。このようなデ
ジタル回路は、顧客固有の回路から成ることが可能であ
り、これにより回路コストが可及的最小となることが可
能である。

【０００７】本発明の別の実施例では前もって与えられ
ている関数を発生することは、速度、回転方向及び距離
とその他の制御固有のパラメータがマイクロプロセッサ
で計算されることと、時間ラスターを分割することによ
り小ステップが形成されることと、各小ステップに対し
て顧客固有の回路により相巻線毎に、前もって与えられ
ている電流特性曲線の１つの部分が作られ、各部分毎に
変化可能な周波数及び変化可能なパルス衝撃計数を有す
る方形供給電圧が形成され、従って一連の小ステップが
、前もって与えられている電流特性曲線にきわめて近似
している電流曲線を形成することにより実現される。

【０００８】有利にはデジタル化回路は、顧客固有の回
路が多数の信号入力側と信号出力側を有し、信号出力側
の信号線はデジタル信号の形の時間値を、対応するレジ
スタに供給することと、コントローラチップのための信
号入力側が設けられていることと、コントローラチップ
に接続されているれているカウンタチップが設けられ、
カウンタチップの計数値が対応する時間値に到達するま
で、この時間値に依存してコントローラがその都度の信
号出力側を接続し、所要の電流方向及び所要の正弦関数
を当該の前記相巻線に伝達することを行う。

【０００９】

【実施例】図１では図示の回路は、例えばプリンタ（例
えはドットマトリクスプリンタ）におけるデータ処理装
置の中に用いられている。換言すれば、図示の回路は他
の機能をも有する。本明細書の場合には例えばデータを
収容するメモリの一時的なアドレス拡張のための機能を
も有する。

【００１０】図１では、例えばモトローラ６８ＨＣ１１
型の等のマイクロプロセッサ１が設けられ、マイクロプ
ロセッサ１には顧客固有の集積回路（以後ＡＳＩＣと略
称する９２が配置されている。アドレス信号メモリ３、
読み取り用メモリ４及び読み書き用メモリ５は本発明の
ために設けられているのではない。通常は発振器６を備
えているマイクロプロセッサ１はアドレス及びデータバ
スを介してＡＳＩＣ２、アドレス信号メモリ３、読み取
り用メモリ４及び読み書き用メモリ５と接続されている
。純粋なアドレス線８はマイクロプロセッサ１をＡＳＩ
Ｃ２及び読み取り用メモリ４及び読み書き用メモリ５と
接続している。これらのアドレス線８から線８ａが分岐
して読み取り用メモリ４及び読み書き用メモリ５に接続
されている。付加的なアドレス線９及び１６はＡＳＩＣ
２を読み取り用メモリ４及び読み書き用メモリ５に接続
する。チップを選択ためにチップ選択線１０ａ，１０ｂ
，１０ｃ及び１０ｄが用いられる。

【００１１】デジタル回路における、ステッピングモー
タのための本発明による制御装置にとって重要な部分は
１１により示されている。ＡＳＩＣ２にはステップモー
タ１２の各相のためにプラグ１３を介してを介して出力
ドライバチップ１４ａ又は１４ｂが接続されている。従
って出力ドライバチップ１４ａは相巻線１５に接続され
、出力ドライバ４ｂは相巻線１７に接続されている。

【００１２】図２にブロック回路図として示されている
、ＡＳＩＣ２の中の回路部分１１に本発明は関する。 ステッピングモータ１２の役割は、短時間のうちに正確
に位置調整し、例えば一定の速度での運動等の一様な運
動を実現することにある。その都度の位置、回転方向及
び回転速度に依存してマイクロプロセッサ１は、所定の
動きのために必要なステップの数を計算し、どのような
大きさの最終速度が選択されるかを計算し、どのような
大きさの加速度を用いるべきで制動ををどの程度高める
かを計算し、いずれの始動及び停止方法が必要かを求め
る。

【００１３】ＡＳＩＣ２（図３）はマイクロプロセッサ
１に、ステッピングモータ１２への給電を制御するデー
タを一連のレジスタ１８，１９及び２０に供給する可能
性を提供する。この制御は、ステッピングモータ１２の
すべての相巻線１５及び１７は、クロック制御される供
給電圧が印加されることが可能であり、供給電圧は一定
であるがしかし実効電圧はクロック制御により制御され
ることが可能であることを基礎としている。マイクロプ
ロセッサ１及び／又はＡＳＩＣ２は、このクロック制御
される電圧特性を生じさせる役割を有する。マイクロプ
ロセッサ１はレジスタ１８，１９及び２０を介してオン
時間Ｔ１　及びＴｏｎををプリセットし、オン時間Ｔ１
　及びＴｏｎは基礎時間Ｔと共働してそれぞれ相巻線１
５又は１７当りの所望のパルスデューティー比（パルス
デューティー比Ｔｏｎ：Ｔと定義されている）を形成す
る（図３及び図４）。レジスタ１８，１９及び２０には
入力側２３（アドレスストローブパルス）、入力側２２
（クロック信号）、入力側２３（リセット）、入力側２
４（データ及びアドレス）、３つの入力側（チップ選択
）が接続されている。更に入力側２５はコントローラ２
８に接続されている。コントローラ２８には同様に入力
側２２，２３及び２４が接続されている。出力側３０及
び３１は図１のＡＳＩＣ２においても示され、ドライバ
チップ１４ａに接続されている。入力側２２及び２３は
レジスタ１８，１９及び２０の他に、入力側２１２と同
様にカウンタチップ３４，３５，３６及び３７に図示の
ように接続されている。

【００１４】レジスタ１８，１９及び２０に時間値を書
込んだ後にコントローラ２８に、２つの相巻線１５及び
１７がどのようにクロック制御されるか及びいずれの方
向に電流を流すかが入力される。コントローラ２８は、
対応するカウンタチップ３４から３７を選択する。その
都度に選択されたカウンタチップは、レジスタ１８から
２０に記憶されている時間値まで増加方向で計数する。 計数値すなわち時間値に依存してコントローラ２８によ
りその都度の出力側３０から３３が接続される。次いで
ＡＳＩＣ２のこの信号は出力ドライバチップ１４ａ及び
１４ｂで増幅されて電動機電圧に変換される。

【００１５】図４にはこの信号特性が示されている。マ
イクロプロセッサ１はフルステップ３５のためのクロッ
ク信号３４の他に小ステップ３７のめのクロック信号３
６も発生する。１つの小ステップ３７当り及び１つの相
巻線１５又は１７当りＡＳＩＣ２に時間値Ｔｏｎが入力
され、時間値Ｔｏｎは時間値Ｔｏｆｆ　と共働して、パ
ルス休止期間変調された方形供給電圧３８に形成される
（ドライバチップ１４ａ，１４ｂにおける電圧；位相Ａ
１，Ａ２及び位相Ｂ１，Ｂ２）。この場合、電流（巻線
電流位相Ａ，位相Ｂ）は瞬時の電流振幅の実効電圧に依
存してオイラー関数を描く。小ステップ３７を整列する
ことにより、近似的に正弦状の電流特性（巻線電流、位
相Ａ，Ｂ）が発生され、位相Ａの巻線電流は位相Ｂの巻
線電流に対して９０°ずれている。マイクロプロセッサ
１に小ステップ３７への分割が通報されると運動動作が
スタートされる。この場合、個々の物理的な電動機ステ
ップのその都度の持続時間は、同一の持続時間を有する
一連の小ステップ３７に分割される。物理的電動機ステ
ップ当りのこの小ステップ３７の数が大きいほど、正弦
状の所望の電流特性曲線はより精微に近似されることが
可能である。

【００１６】ＡＳＩＣ２（図５ａ及び図５ｂ）は、パル
ス休止期間変調された方形供給電圧３８を発生する。異
なるオン時間Ｔｏｎをプリセットすることにより実効電
圧３８ａを段階的に零から最大電圧までセットすること
ができる。更にＡＳＩＣ２に、出力信号がクロック制御
されず論理レベル１（図５ａから図５ｄ）が保持される
時間Ｔ１をプリセットすることができる。時間Ｔ１の経
過後に、オン時間Ｔｏｎのための最後のプリセット値に
対応して出力信号が再びクロック制御される。この機能
は、マイクロプロセッサ容量を付加的に増加せずに、ク
ロック制御によりプリセットされている値に対して電流
を著しく高めるために小ステップ３７を再度分割する可
能性を提供する。この方法は例えば、最短時間の内に最
大のエネルギーをステッピングモータ１２に伝達し、次
いでクロック制御される電圧により電流を所定の電流曲
線に強制する場合にステッピングモータ１２の始動の際
に有効である機能を示す。この場合、この方法は、マイ
クロプロセッサ１が更に介入する必要なしに行われる。

【００１７】更に、図６に示されているようにステッピ
ングモータ１２における電流特性はオイラー関数を描く
。電流振幅は、実効電圧３８とオーム抵抗により決まる
限界値に接近する。限界値への接近速度は電気的時定数
を決める。各実効電圧に対して、電流が描く特性曲線が
存在する。電流流通状態において実効電圧が変化される
と電流はその瞬間の電流振幅から新しい特性曲線を描く
。多数の小ステップ３７へ物理的電動機ステップを分割
し、実効電圧を変化させることにより電流は（セグメン
ト１からセグメント５の）セグメント毎に個々の関数群
の特性曲線を描く。この方法は、増加する電流と減少す
る電流の双方に有効である。適切な実効電圧を選択し、
個々のセグメントを隣接することにより、正弦関数曲線
に大幅に近似している電流特性を形成することが可能で
ある。図６は、実効電圧３８ａに依存する電流の関数群
を示す。実線により示されている曲線は電流の理想曲線
すなわち正弦曲線を示す。ステッピングモータ１２のフ
ルステップ３４は、正弦曲線の０から９０゜の時間に対
応する。この場合にこの時間は４、個々のセグメントを
形成するために４により分割される。マイクロプロセッ
サ１、ＡＳＩＣ２及び出力ドライバチップ１４ａ，１４
ｂにより１セグメント毎に固有の実効電圧が形成される
。このようにして、実際の電流振幅に依存して電動機電
流は、新しい実効電圧によりプリセットされている電流
振幅の方向で、その都度の電流特性曲線に沿って、新し
い実効電圧がプリセットされるまで変化する。セグメン
トを隣接することにより電流特性は大幅に制御すること
ができる。

【００１８】本発明は、速度、回転方向及び距離の値と
、その他の制御固有のパラメータとがマイクロプロセッ
サ１でされることと、時間ラスターの分割により小ステ
ップ３７が形成されることと、前もって与えられている
電流特性における１つの部分が顧客固有の回路２により
、変化可能な周波数及び変化可能なパルスデュータィー
比を有する方形供給電圧が各相巻線１５又は１７及び各
小ステップ３７毎にかつ当該部分に固有に形成されるこ
とにより形成され、従って小ステップ３７が、大幅に近
似的な正弦曲線状の電流特性曲線を形成することとを基
礎としている。

【００１９】このためにＡＳＩＣ２は多数の信号入力側
２１から２５及び２７と信号出力側３０から３３を有し
、出力側３０から３３の信号線３９はデジタル信号の形
の時間値を、対応するレジスタ１８，１９及び２０に供
給する。信号入力側２２から２５及び２７はコントロー
ラ２８のために設けられ、コントローラ２８にはカウン
タチップ３４から３７が接続され、カウンタ３４から３
７の計数装置が対応する時間値に到達するまで、この時
間値に異存してコントローラ２８がその都度の信号出力
側３０から３３を接続し所要の電流方向及び所要の正弦
関数を当該の相巻線１５又は１７に伝達することが行わ
れる。

【００２０】前記の制御回路装置は純粋にデジタルで動
作する。ＡＳＩＣ２に集積されているデジタル回路装置
は、この制御回路装置に設けられる付加的なデジタル回
路素子の数を減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステッピングモータの制御装置も接続されてい
る回路装置全体のブロック回路図である。

【図２】電動機制御装置を含むＡＳＩＣのブロック回路
図である。

【図３】電動機制御装置を除いたＡＳＩＩ回路部分のブ
ロック回路図である。

【図４】２相ステッピングモータに対して種々のパラメ
ータが時間経過に依存して示されている正弦状の信号特
性の線図である。

【図５】対応する回路素子に対応するパラメータを時間
ｔに依存して示す線図。

【図６】電流特性を時間ｔに依存して示す線図。

【符号の説明】

１　　マイクロプロセッサ ２　　ＡＳＩＣ ３　　アドレス信号メモリ ４　　読み取り用メモリ ５　　読み書き用メモリ ６　　発振器 ７　　線 ８　　アドレス線 ９　　アドレス線 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ　　チップ選択線１１
　　本発明に重要であるデジタル回路部分１２　　電動
機 １３　　プラグ １４ａ，１４ｂ　　出力ドライブチップ１５　　相巻線 １６　　アドレス線 １７　　相巻線 １８，１９，２０　　レジスタ ２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７　　入力側
２８　　コントローラ ３０，３１，３２，３３　　出力側 ３４，３５，３６，３７　　カウンタチップ３８　　実
効電圧 ３９，４０　　信号線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プログラム及び主メモリを有するマイ
   クロプロセッサと、顧客固有の回路と、ステッピングモ
   ータの制御装置と接続されているドライバチップとから
   成る、ステッピングモータのための制御装置において、
   ステッピングモータ（１２）の個々の相巻線（１５，１
   ７）に、変化可能でクロック毎に供給電圧（３８）が供
   給可能であることと、マイクロプロセッサ（１）により
   相巻線（１５，１７）における供給電圧の位相変調が時
   間に依存して変化可能であることを特徴とするステッピ
   ングモータのための制御装置。
2. 【請求項２】　　前記マイクロプロセッサ（１）の負担
   を軽減するために相巻線（１５，１７）の供給電圧のパ
   ルス変調が付加的なデジタル回路を介して変化可能であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモー
   タのための制御装置。
3. 【請求項３】　　速度、回転方向及び距離とその他の制
   御固有のパラメータが前記マイクロプロセッサ（１）で
   計算され、時間ラスターを分割することにより小ステッ
   プ（３７）が形成され、顧客固有の回路（２）により、
   各相巻線（１５，１７）毎に、前もって与えられている
   電流特性曲線における１つの部分が作られ、この各部分
   毎に変化可能な周波数及び変化可能なパルスデューティ
   ー比を有する方形供給電圧（３８）が形成され、従って
   一連の小ステップ（３７）が、前もって与えられている
   電流特性曲線に極めて近似している電流曲線を形成する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステッ
   ピングモータのための制御装置。
4. 【請求項４】　　前記顧客固有の回路（２）が多数の信
   号入力側（２１から２５及び２７）と信号出力側（３０
   から３３）を有し、信号出力側（３０から３３）の信号
   線（３９又は４０）はデジタル信号の形の時間値を、対
   応するレジスタ（１８，１９，２０）に供給することと
   、コントローラチップ（２８）のための信号入力側（２
   ６，２７）が設けられていることと、コントローラチッ
   プ（２８）に接続されているれているカウンタチップ（
   ３４から３７）が設けられ、カウンタチップ（３４から
   ３７）の計数装置が対応する時間値に到達するまで、こ
   の時間値に依存してコントローラ（２８）がその都度の
   信号出力側（３０から３３）を接続し、所要の電流方向
   及び所要の正弦関数を当該の前記相巻線（１５；１７）
   に伝達することを特徴とする請求項１から請求項３まで
   のうちのいずれか１つの請求項に記載のステッピングモ
   ータのための制御装置。