JPH04308497A - ステッピングモータ制御装置 - 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】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばシリアルプリ
ンタのキャリッジ駆動等に用いられるステッピングモー
タの動作角補正手段を有するステッピングモータ制御装
置に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、シリアルプリンタのキャリッジ
の駆動には、ステッピングモータが広く用いられている
。このステッピングモータの駆動制御には、例えば特開
平１−１５２９９６号公報に記載されているマイクロス
テップ方式がある。このマイクロステップ方式は、ステ
ッピングモータの各相に所定の位相差で供給される励磁
電流を、所定のステップ数で階段状に変化させ、サイン
カーブに近似させて駆動するもので、従来の矩形波状の
励磁電流により駆動する場合に比べ、モータの基本ステ
ップ角の分解能が向上するためトルクのリップルが押さ
えられ、振動や騒音を低減できる等の利点がある。

【０００４】図８は、１相を２分割した場合のマイクロ
ステップ動作を示しており、４相構成のステッピングモ
ータを電気角で３６０度、４ステップ分動作させている
。ここで図示しないステッピングモータの４相、すなわ
ち、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相は、互いに電気角で９０度
ずつ離れて設置されており、これらＡ相、Ｂ相、Ｃ相、
Ｄ相を、図示のような位相および波形の電流で励磁する
ことにより、実線の矢印のようなトルクが生じる。

【０００５】例えば、Ａ相励磁電流が最大ステップ値の
とき電気角０度の方向にトルクが生じ、Ａ相励磁電流お
よびＢ相励磁電流が共に中間ステップ値のときは０度お
よび９０度の双方にトルクが生じるので、破線の矢印で
示すこれらの合成ベクトルにより４５度の方向にトルク
が生じる。以下、励磁電流を順次切換える毎に電気角で
４５度ずつの駆動トルクが生じる。

【０００６】上記マイクロステップ駆動はオープンルー
プで制御されるため、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の各相が
電気角で正確に９０度ずつ離れて設置されていなければ
ならず、これはモータ単体の組み込み精度によるところ
が大きい。

【０００７】このため、マイクロステップ駆動に使用で
きるモータは、一般には角度精度の良い高額なモータで
あり、安価ではあるが角度精度にバラツキの多いＰＭ（
パーマネントマグネット）型のモータを使用すると、振
動や騒音が発生して、期待するマイクロステップ駆動効
果は得られない。すなわち、マイクロステップ駆動の本
来の効果を出すためには角度精度の良い高額なモータを
使用しなければならず、コストの上昇を招く。

【０００８】また、このような角度精度の良いモータは
、前記ＰＭ型に比べて体積が大きいため、小型の機器に
は適用することができない。このため、小型の機器には
ＰＭ型を使用せざるを得ないが、多くのＰＭ型モータか
ら角度精度の良いモータのみを選別しなければならず、
歩留まりが悪化し、結局コストアップにつながる。

【０００９】上記説明は４相のＰＭ型モータを対象とし
て行っているが、この他にＶＲ型やハイブリッド型の２
相，３相，…のモータについても、角度精度が悪い場合
は、同様に本来期待するマイクロステップ駆動の効果は
得られない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、マイクロ
ステップ駆動本来の効果を得るためには、各相の角度精
度が良くなくてはならず、使用できるモータが限定され
てしまうという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、各相の角度精度が多少低
くても所期のマイクロステップ駆動効果が得られるよう
に制御するステッピングモータ制御装置を提供すること
にある。

【００１２】〔発明の構成〕

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の励磁巻
線を有するステッピングモータの各相を順次切換え、所
定の位相差を保って励磁電流を供給し駆動するステッピ
ングモータ制御装置に関するもので、前記各相毎の励磁
電流を所定ステップ数の階段状に変化させるマイクロス
テップ制御手段と、前記ステッピングモータの複数の励
磁巻線間の電気角誤差量に応じて予め設定された複数の
ランク毎に、上記電気角誤差量に対応した電気角を補正
値として有する記憶手段と、この記憶手段から、制御対
象となる前記ステッピングモータの前記ランクに対応す
る補正値を読み出し、この補正値分前記各相の切換えタ
イミングを補正して各相励磁電流の位相を調整する補正
手段と、を備えたものである。

【００１４】

【作用】本発明では、ステッピングモータ毎に、複数の
励磁巻線間の電気角誤差量に基づくランクを予め求めて
おき、制御対象となるステッピングモータのランクに対
応して予め記憶手段に記憶してある補正値を読み出し、
この補正値分前記各相の切換えタイミングを補正して各
相励磁電流の位相を調整する。このため、各相の角度精
度が多少低いモータでも、所期のマイクロステップ駆動
効果を得られる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１６】図１において、１１はステッピングモータ
で、このステッピングモータ１１は図示しないシリアル
プリンタのキャリッジ駆動に用いられる。このステッピ
ングモータ１１は周知のように励磁巻線１１ａ，１１ｂ
　を持っており、これら励磁巻線１１ａ，１１ｂ　の接
続点には、励磁電源Ｖｈが供給されるように配線されて
いる。また、これら励磁巻線１１ａ　，１１ｂ　の両端
は、トランジスタアレイ１２の対応するＮＰＮ形トラン
ジスタに接続されている。

【００１７】すなわち、一方の励磁巻線１１ａ　の一端
はＡ相用トランジスタ１２Ａ　のコレクタ・エミッタ間
を介し、他端はＣ相用トランジスタ１２Ｃ　のコレクタ
・エミッタ間を介した後共通接続され、さらに電流検出
抵抗１３ＡＣを介してアースに接続される。他方の励磁
巻線１１ｂ　の一端はＢ相用トランジスタ１２Ｂ　のコ
レクタ・エミッタ間を介し、他端はＤ相用トランジスタ
１２Ｄ　のコレクタ・エミッタ間を介した後共通接続さ
れ、さらに電流検出抵抗１３ＢＤを介してアースに接続
される。

【００１８】上記トランジスタアレイ１２の各トランジ
スタ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ　のベースには、
イネーブルゲート１４の対応するアンドゲート１４Ａ，
１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ　の出力端子が接続されており
、これらアンドゲート１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ
　を介して励磁相切換信号が入力される。

【００１９】ここで、上記アンドゲート１４Ａ，１４Ｂ
，１４Ｃ，１４Ｄ　の各一方の入力端子には、１チップ
のマイクロコンピュータ１５から励磁相切換用の対応す
る相データが入力される。また、各他方の入力端子には
、コンパレータ１６ＡＣ，１６ＢＤ　からの出力信号が
入力される。

【００２０】上記コンパレータ１６ＡＣに対しては、前
記電流検出抵抗１３ＡＣの端子電圧が反転入力端子に入
力され、非反転端子には、後述する励磁電流の基準値に
相当する基準電圧が入力される。したがって、コンパレ
ータ１６ＡＣは、Ａ相またはＣ相電流値が励磁電流の基
準値まで上昇して反転入力端子への入力電圧が、非反転
端子に印加されている基準電圧以上になると出力がＬレ
ベルに反転し、対応するアンドゲート１４Ａ　または１
４Ｃ　の前記他方の入力端子をＬレベルにする。このた
め、これらアンドゲート１４Ａ　または１４Ｃ　がオン
状態であればこれをオフ状態に変化させ、かつ対応する
トランジスタ１２Ａ　または１２Ｃ　をオフ状態にし、
相電流を遮断する。

【００２１】コンパレータ１６ＢＤの機能も上記コンパ
レータ１６ＡＣと同じであり、Ｂ相またはＤ相電流値が
励磁電流の基準値まで上昇すると出力がＬレベルに反転
し、対応するアンドゲート１４Ｂ　または１４Ｄ　の前
記他方の入力端子をＬレベルにし、これらアンドゲート
１４Ｂ　または１４Ｄ　がオン状態であればこれをオフ
状態に変化させ、対応するトランジスタ１２Ｂ　または
１２Ｄ　をオフ状態にし、相電流を遮断する。

【００２２】すなわち、各相に流れる励磁電流値が、後
述するＤ／Ａコンバータ２３からの基準電圧、つまりマ
イクロコンピュータ１５に設定された励磁電流の基準値
に達するとこれを遮断する、いわゆるチョッパ制御を行
う。

【００２３】前記マイクロコンピュータ１５は、記憶手
段２１としての内部ＲＯＭ２１を有し、ここにはステッ
ピングモータ１１の駆動用のタイミングテーブルおよび
電流値テーブルが設定されている。

【００２４】上記タイミングテーブルには、ステッピン
グモータ１１を駆動するための図３ないし図７で示す励
磁相データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよびこの励磁相の切換タイ
ミング（すなわち、励磁電流の切換タイミング）が設定
されている。また、電流値テーブルには、適正な駆動ト
ルクを得るための励磁電流値が、マイクロステップ位相
に応じて設定されている。

【００２５】ここで、本実施例では１相を８分割し、１
６ステップでマイクロステップ駆動するように、各ステ
ップ毎の励磁電流値が８ビットのデジタル信号として、
前記電流値テーブルに設定されている。マイクロコンピ
ュータ１５は、クロック信号を基準として、マイクロス
テップ毎にその位相に合った励磁電流値、すなわち、前
記電流値テーブルに設定された８ビットのデジタル信号
をＤ／Ａコンバータ２３に出力する。Ｄ／Ａコンバータ
２３は、このデジタル信号をアナログ信号（電圧値）に
変換し、前記励磁電流の基準値として、前記コンパレー
タ１６ＡＣ，１６ＢＤ　の非反転端子に出力する。

【００２６】マイクロコンピュータ１５は、ステッピン
グモータ１１を駆動するに当り、励磁相データＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄを所定の位相差で順次出力すると共に、マイクロ
ステップ毎の励磁電流の基準値をＤ／Ａコンバータ２３
に出力する。このため、前記イネーブルゲート１４およ
びトランジスタアレイ１２により、励磁相および励磁電
流が順次切換えられ、かつ、Ｄ／Ａコンバータ２３から
のマイクロステップ毎に対応した基準値信号に従って、
コンパレータ１６、イネーブルゲート１４、トランジス
タアレイ１２が、各相の励磁電流をサインカーブに近似
した階段状波形にし、ステッピングモータ１１をマイク
ロステップ駆動する。すなわち、これらＤ／Ａコンバー
タ２３、コンパレータ１６、イネーブルゲート１４、ト
ランジスタアレイ１２等の各回路がマイクロステップ制
御手段として機能する。

【００２７】ＥＥ−ＰＲＯＭ２４には、ステッピングモ
ータ１１の後述する角度精度に対応するランクが設定さ
れる。この角度精度について、以下、図２により説明す
る。

【００２８】図２は、４相ＰＭ型ステッピングモータ１
１のコイル１１ａ，１１ｂの構造を示しており、ＡＣ相
用コイル１１ａ　とＢＤ相用コイル１１ｂ　とは、図示
のごとく、上下２段に構成されている。この場合、Ａ相
、Ｃ相間およびＢ相、Ｄ相間は、それぞれ共通のコイル
１１ａ　又は１１ｂ　なので角度精度は良く、ほぼ電気
角１８０°で配置されている。これに対し、ＡＣ相およ
びＢＤ相用の２個のコイル１１ａ，１１ｂ　間について
は、これらの組み込み精度を高く保つことが難しく、Ａ
Ｃ相軸に対してＢＤ相軸が電気角の上で高精度に直交し
ていない。つまり、図２におけるＡＣ相コイル１１ａと
ＢＤ相コイル１１ｂ　との位置関係が左右にずれている
ことであり、角度精度が悪いということである。

【００２９】この角度精度、すなわち、ＡＣ相軸に対す
るＢＤ相軸の傾きはモータ毎に異なるので、各ステッピ
ングモータ１１毎にテスター等を用いて予めこの傾きを
測定しておき、その傾き量毎にランク分けしておく。例
えば、表１で示すように、−２〜＋２までの５つのラン
クをずれ量θ°（傾き量）に対応して設定しておき、こ
のずれ量に応じてランクを決める。

【００３０】

【表１】

【００３１】本実施例では、ステッピングモータ１１を
、例えばシリアルプリンタのキャリッジ駆動装置等に組
み込むときに、マイクロコンピュータ１５に接続されて
いる図示しないインターフェースコネクタによりコマン
ドの形で、この組み込み対象（制御対象でもある）とな
るステッピングモータ１１のランクデータを図示しない
ホストコンピュータ等から入力する。マイクロコンピュ
ータ１５はそのコマンドを解釈してランクデータをＥＥ
−ＰＲＯＭ２４に書き込む。なお、このランクデータは
電源オフ後も保持される。

【００３２】マイクロコンピュータ１５はステッピング
モータ１１を駆動する際に、ＥＥ−ＰＲＯＭ２４から読
み出したランクデータに従い、図３で示すように、ＡＣ
相サインカーブに対してＢＤ相サインカーブの位相を進
めたり、或いは、遅らせたりする。そのために、前記ラ
ンクに対応した補正量（電気角）を予め記憶手段２１に
設定しておく。この例では、前記ランクを５段階に分け
ているので、ランク毎に１マイクロステップ分の電気角
（１１．２５°）を基準として、このランクに応じた倍
数の電気角を補正値とする。すなわち、ランク「ノーマ
ル」では図３のように補正値は“０”、ランク「−１」
では図４のように補正値は“＋１マイクロステップ（＋
１１．２５°）、ランク「＋１」では図５のように補正
値は“−１マイクロステップ（−１１．２５°）、ラン
ク「−２」では図６のように補正値は“＋２マイクロス
テップ（＋２２．５°）、ランク「＋２」では図７のよ
うに補正値は“−２マイクロステップ（−２２．５°）
となる。

【００３３】さらに、マイクロコンピュータ１５は、上
記補正値に従って各相励磁電流の位相を調整する補正手
段２２を有する。この補正手段２２は、記憶手段２１か
ら、制御対象となるステッピングモータ１１のランクに
対応する補正値を読み出し、この補正値分前記Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ各相データの切換えタイミングを補正して各相励
磁電流の位相を調整するものである。

【００３４】ここで、一般にマイクロステップ駆動を行
う場合、ステッピングモータ１１をチョッパ駆動するた
め、前述のようにマイクロコンピュータ１５に設定され
たデジタルデータが用いられる。また、ステッピングモ
ータ１１の角度誤差を前述のようにランク分けすれば、
それぞれのモータの誤差特性はデジタルデータとなる。

【００３５】本発明はこのような点に着目してなされた
ものであり、誤差角度のランクデータに対応してステッ
ピングモータ１１の駆動データ、すなわちＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの各相データのタイミングを調整することにより各モ
ータ固有の誤差を吸収するものである。

【００３６】上記構成において、ステッピングモータ１
１をマイクロステップ駆動する場合、マイクロコンピュ
ータ１５はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各相データを所定の位相差で
順次出力すると共に、マイクロステップ毎に設定された
電流値データをＤ／Ａコンバータ２３を介して出力し、
各相励磁電流をサインカーブに近似した階段上波形にし
て、ステッピングモータ１１をマイクロステップ駆動す
る。

【００３７】ここで、制御対象のステッピングモータ１
１のコイルずれ量が少なく、ランクが表１で示した「ノ
ーマル」であれば、補正量は“０”なので、図３で示す
ように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各相データの切換えタイミング
は標準通りであり、それらの位相差も変化ない。これに
対し、コイルずれ量が　−２８．１２５≦−１６．８７
５　の範囲内の場合は、表１で示すようにランクは「−
１」であり、図４で示す如く、ＡＣ相励磁電流に対し、
ＢＤ相励磁電流の位相が１マイクロステップ分（１１．
２５°）進むように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各相データの切換
えタイミングを補正する。反対に、ランクが「＋１」の
場合は、図５で示す如く、ＡＣ相励磁電流に対し、ＢＤ
相励磁電流の位相が１マイクロステップ分（１１．２５
°）遅れるように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各相データの切換え
タイミングを補正する。以下、同様に、ランクが「−２
」の場合は、図６で示す如く、ＡＣ相励磁電流に対し、
ＢＤ相励磁電流の位相が２マイクロステップ分（２２．
５°）進むように、また、ランクが「＋２」の場合は、
図７で示す如く、ＡＣ相励磁電流に対し、ＢＤ相励磁電
流の位相が２マイクロステップ分（２２．５°）遅れる
ように、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各相データの切換えタ
イミングを補正する。

【００３８】このように、ステッピングモータ１１のラ
ンク（ずれ量）に合わせてマイクロステップ励磁電流の
位相を変えるようにしたので、角度精度の悪いモータを
用いてもマイクロステップ効果を得ることができる。こ
のため、従来のように角度精度の良いモータだけを選り
分ける必要はなく、歩留まりの低下が生じることはない
。 すなわち、コスト上昇を伴うことなくマイクロステップ
駆動が可能となる。

【００３９】また、ランクの記憶用にＥＥ−ＰＲＯＭ２
４を用いているので、ステッピングモータ１１を交換し
た場合は、ランクを、交換したステッピングモータの値
に容易にセットし直すことができ、メンテナンス性も良
い。

【００４０】上記実施例では、ずれ量のランクを５段階
に分けたが、ずれ量の多いステッピングモータ１１を使
用する場合はランク数を増やし、補正量を多くすればよ
い。また、補正量として、電気角で１１．２５°を基本
としてその倍数の補正をかけるようにしたが、より細か
い補正が必要な場合は、マイクロステップの相内分割数
を増やし、ステップ数を多くすればよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステッピ
ングモータ毎に、複数の励磁巻線間の電気角誤差量に基
づくランクを予め求めておき、制御対象となるステッピ
ングモータのランクに対応して予め記憶手段に記憶して
ある補正値を読み出し、この補正値分前記各相の切換え
タイミングを補正して各相励磁電流の位相を調整するの
で、マイクロステップ駆動に、小形で低コストではある
が、角度精度が劣るステッピングモータの適用が可能と
なったので、製造コストを低く押さえることができると
共に、多くのスペースを要しないため、このステッピン
グモータが用いられる装置全体の小形化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるステッピングモータ制御装置の一
実施例を示す回路図である。

【図２】ステッピングモータの励磁コイルの構造例を示
す断面図である。

【図３】角度精度のノーマルランクに対応して位相を変
化させる補正状態を示す波形図である。

【図４】角度精度の−１ランクに対応して位相を変化さ
せる補正状態を示す波形図である。

【図５】角度精度の＋１ランクに対応して位相を変化さ
せる補正状態を示す波形図である。

【図６】角度精度の−２ランクに対応して位相を変化さ
せる補正状態を示す波形図である。

【図７】角度精度の＋２ランクに対応して位相を変化さ
せる補正状態を示す波形図である。

【図８】従来装置による相電流の切換えタイミングと、
発生トルクとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１１　　　　ステッピングモータ １１ａ，１１ｂ　　　　　励磁巻線 １２，１４，１６，２３　　　　　マイクロステップ制
御手段の主体となるトランジスタアレイ，イネーブルゲ
ート，コンパレータおよびＤ／Ａコンバータ ２１　　　　記憶手段 ２２　　　　補正手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の励磁巻線を有するステッピング
   モータの各相を順次切換え、所定の位相差を保って励磁
   電流を供給し駆動するステッピングモータ制御装置にお
   いて、前記各相毎の励磁電流を所定ステップ数の階段状
   に変化させるマイクロステップ制御手段と、前記ステッ
   ピングモータの複数の励磁巻線間の電気角誤差量に応じ
   て予め設定された複数のランク毎に、上記電気角誤差量
   に対応した電気角を補正値として有する記憶手段と、こ
   の記憶手段から、制御対象となる前記ステッピングモー
   タの前記ランクに対応する補正値を読み出し、この補正
   値分前記各相の切換えタイミングを補正して各相励磁電
   流の位相を調整する補正手段と、を備えたことを特徴と
   するステッピングモータ制御装置。