JPH05316794A - ステッピングモータ駆動方法およびその装置 - Google Patents

ステッピングモータ駆動方法およびその装置

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JPH05316794A
JPH05316794A JP11366392A JP11366392A JPH05316794A JP H05316794 A JPH05316794 A JP H05316794A JP 11366392 A JP11366392 A JP 11366392A JP 11366392 A JP11366392 A JP 11366392A JP H05316794 A JPH05316794 A JP H05316794A
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JP
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stepping motor
phase
pulse
phase current
shot
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JP11366392A
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Shinya Asano
晋也 浅野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータの寿命の長期化を図ると
ともに、安定性の高いモータ駆動を可能にする。 【構成】 ステッピングモータSMの各相に印加する相
電流の立上がりおよび立下がり時間を定めるための、所
定周期でデューティー比を可変とするPWM発生部2
と、前記ステッピングモータSMの各相に対する励磁信
号の生起中に、前記PWM発生部2が出力するパルス信
号に応答して、基準電圧発生部1が出力する所定の基準
電圧に対応した相電流を発生させるスイッチング回路T
r1,Tr2,Tr6,Tr7とを備えたステッピング
モータ駆動装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はステッピングモータの駆
動方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のステッピングモータの駆動装置
は、所定の基準電圧に対応した相電流を発生させ、その
相電流によって対応する相のコイルを励磁させるステッ
ピングモータ駆動回路にPWM制御部を付加し、その出
力パルスでチョッパートランジスタのスイッチングを制
御しており、該出力パルスのデューティーによって、相
電流の立上がりを制御することを可能としていた(例え
ば、特開平1−214296号公報に記載のもの。)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、ステッピングモータの一定駆動の間、つまり
加速、定速、減速の間常に一定のデューティーでパルス
幅変調(PWM)を行なっているため、下記のような問
題点がある。
【0004】(1) 加速、減速でモータトルクが必要なた
め相励磁信号を長くすると、電流が流れすぎてモータが
発熱する場合や、騒音を発する場合がある。
【0005】(2) 加速、減速の際の発熱を抑えるために
モータの抵抗値を上げることが考えられるが、定速駆動
の場合に高速回転し難くなる。
【0006】(3) 総じて、PWMデューティーが一定の
場合、ステッピングモータの駆動速度が変更されると、
ステッピングモータの発熱、騒音、トルク不足などの問
題が生じる。
【0007】本発明は、上記従来の技術が有する問題点
に鑑みてなされたもので、ステッピングモータの寿命の
長期化を図るとともに、安定性の高いモータ駆動が可能
なステッピングモータ駆動方法およびその装置を提供す
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステッピング
モータの各相に対する励磁信号の生起中に所定の基準電
圧に対応した相電流を発生させ、該相電流を対応する相
に印加して励磁するステッピングモータ駆動方法におい
て、前記相電流の立上がり時間および立下がり時間を可
変とした方法である。
【0009】また、本発明は、ステッピングモータの各
相に印加する相電流の立上がりおよび立下がり時間を定
めるための、パルス信号を出力するパルス発生回路と、
前記ステッピングモータの各相に対する励磁信号の生起
中に、前記パルス信号に応答して、所定の基準電圧に対
応した相電流を発生させるスイッチング回路とを備えた
ステッピングモータ駆動装置において、前記パルス発生
回路は、パルス信号のデューティー比を可変としたもの
であり、さらに、パルス発生回路は、所定周期のクロッ
クパルスを出力するクロックパルス発振器と、該クロッ
クパルスによってトリガされるワンショットモノマルチ
バイブレータとを有し、前記ワンショットモノマルチバ
イブレータのワンショット出力時間を可変としたもの
と、パルス発生回路のワンショットモノマルチバイブレ
ータのワンショット出力時間を設定するパルス幅制御回
路を有するものとがある。
【0010】
【作用】本発明のステッピングモータ駆動方法によれ
ば、相電流の立上がりおよび立下がり時間を可変とした
ので、ステッピングモータの加速、定速、減速時および
駆動速度の変更時や、2つ以上の異なった速度をもった
別テーブル時のステッピングモータのトルク、発熱、騒
音を考慮した最適な相電流値となるように、該相電流の
立上がりあるいは立下がり時間を設定可能とする。
【0011】また、本発明のステッピングモータ駆動装
置は、パルス発生回路が出力するパルス信号のデューテ
ィー比を変化させることによって、スイッチング回路の
スイッチング時間を変化させて相電流の立上がり時間お
よび立下がり時間を変化させるものである。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0013】図1は本発明のステッピングモータ駆動回
路の一実施例を示す回路図である。図1に示すステッピ
ングモータ駆動回路において、Tr1およびTr2はス
テッピングモータSMのI相コイルCL1およびIII 相
コイルCL3に対する相電流チョッパー用トランジスタ
である。Tr3およびTr4はそれぞれIおよびIII 相
コイルCL1およびCL3に対する相励磁信号φ1およ
びφ3が供給され、これらコイルCL1およびCL3に
対する励磁電流のオン・オフを制御するトランジスタで
ある。
【0014】D1およびD2は励磁電流の逆流防止用の
ダイオード、D3は後述するようにチョッパートランジ
スタTr1がオフしたときに電流を帰還するダイオード
である。また、ダイオードD4,D5およびツェナーダ
イオードZD1はトランジスタTr3およびTr4の保
護用ダイオード、ダイオードD6はトランジスタTr1
の保護用ダイオードである。
【0015】R1〜R7は抵抗である。トランジスタT
r3とTr4の共通接続エミッタと共通電位との間に接
続した相電流検出抵抗Rs1の検出電圧を、抵抗R5を介
してコンパレータIC1のネガティブ入力端子に印加す
る。このコンパレータIC1の他方のポジティブ入力端
子には、基準電圧発生部1が出力する所定の基準電圧E
を抵抗R7を介して印加する。このコンパレータIC1
のポジティブ入力端子とコンパレータIC1の出力端子
との間に抵抗R6を接続する。
【0016】さらに、コンパレータIC1の出力端子は
トランジスタTr2のベースと抵抗R2に接続され、ト
ランジスタTr2のコレクタは抵抗R1を介してトラン
ジスタTr1のベースに接続されている。
【0017】なお、Vccは電源電圧を示す。
【0018】I相およびIII 相に対応した相励磁信号φ
1およびφ3のうち、いまφ1が到来したとすると、そ
れにより抵抗R3を介してトランジスタTr3はバイア
スされて導通し、Tr1→CL1→D1→Tr3→RS1
というルートで相電流が流れる。この相電流でI相コイ
ルCL1のインダクタンス負荷によってある時定数で立
上がっていく。
【0019】そして、この相電流によって発生する相電
流検出抵抗RS1の両端の電位が基準電圧Eまで達する
と、コンパレータIC1の出力がローレベルとなり、今
まで抵抗R2によってバイアスされていたトランジスタ
Tr2は非導通となる。その結果、トランジスタTr1
も非導通となる。
【0020】この時、相電流はI相コイルCL1に蓄え
られていたエネルギーによりD3→CL1→D1→Tr
3→RS1というルートで流れるが、I相コイルCL1の
エネルギーが消費されるとともに減少していき、相電流
検出抵抗RS1の両端の電位も下がっていく。そして、相
電流検出抵抗RS1の両端の電位が基準電圧Eより低下す
ると、コンパレータIC1の出力はハイインピーダンス
となり、Tr2およびTr1は再び導通してTr1→C
L1→D1→Tr3→RS1というルートで相電流が流れ
る。
【0021】ところで、IおよびIII 相コイルCL1お
よびCL3側の駆動回路と、IIおよびIV相コイルCL2
およびCL4側の駆動回路とは全く同じであり、IIおよ
びIV相側の駆動回路において、トランジスタTr6〜T
r9は前述のTr1〜Tr4に対応し、ダイオードD7
〜D12はD1〜D6,ツェナーダイオードZD2はZ
D1,抵抗R9〜R15はR1〜R7,コンパレータI
C2はIC1にそれぞれ対応する。
【0022】さらに、上述の各駆動回路にはトランジス
タTr5,Tr10、抵抗R8,R16を介してPWM
制御部2が接続されている。
【0023】ここで、PWM制御部2について図2およ
び図3を参照して説明する。
【0024】図2はPWM制御部2の一例を示す回路図
である。
【0025】このPWM制御部2は、可聴域外の周波数
クロックパルスCK(20kHz 〜30kHz 程度)を出力
するパルスジェネレータ21と、その出力クロックパル
スCKによってトリガされるワンショットモノマルチ2
2とからなり、ワンショットモノマルチ22の出力がP
WM出力となる。ワンショットモノマルチ22は、その
ワンショット出力時間が、例えば図5に示すような、マ
イクロプロセッサを備えた制御部101によって設定さ
れ、その設定時間によってPWM出力のデューティー比
が決定する。
【0026】このPWM制御部2の動作を、図3を用い
て詳細に説明する。
【0027】まず、パルスジェネレータ21からの周期
T1のクロックパルス出力CKの立上がりエッジでワン
ショットモノマルチ22がトリガされてワンショット信
号を出力する。このワンショット信号のパルス幅Aがワ
ンショットの設定,,のように可変となること
で、そのワンショット信号のパルス幅はそれぞれA1
2 ,A3 のように変化する。
【0028】ここで、パルス幅A<周期T1とし、ワン
ショットモノマルチ22をクロックパルスCKの立上が
りエッジで連続的にトリガすることにより、図3に示す
ように該ワンショットのパルス幅の設定によってデュー
ティー比を可変とするPWM出力が生成される。
【0029】このPWM出力がR8,R16を介してそ
れぞれトランジスタTr5,Tr10のベースに入力さ
れる。トランジスタTr5,Tr10のコレクタはそれ
ぞれコンパレータIC1,IC2の出力に接続され、各
々のエミッタは共通電位に接続される。
【0030】よって、一方のPWM出力PWM1がハイ
レベルを呈しているときトランジスタTr5は導通し、
チョッパートランジスタTr1は非導通となる。逆に、
ローレベルの際にはコンパレータIC1の出力によって
チョッパートランジスタTr1が制御される。
【0031】II相およびIV相側駆動回路のトランジスタ
Tr10はTr5に、抵抗R16はR8に対応する。ま
た本実施例では、PWM制御部2の出力PWM1とPW
M2は等しい。
【0032】以上の構成における動作を、図4を用いて
詳細に説明する。
【0033】まず、PWM制御部2の出力PWM1がハ
イレベルになるのに同期して、チョッパートランジスタ
Tr1は非導通(オフ)となる。したがって、I相励磁
信号φ1が到来するとI相電流iφ1 が立上がっていく
が、PWM1がハイレベルの区間で下がり始め、PWM
1がローレベルになるとともに再び立上がっていく。こ
のようにI相電流iφ1 はのこぎり波状に立上がってい
き、その立上がり方はPWM出力のデューティー比によ
って制御することができる。
【0034】また、I相電流iφ1 がE/RS1のレベル
に達してからは、PWM出力のPWM1がハイレベルの
区間と、I相電流iφ1 がE/RS1のレベルを越えコン
パレータIC1の出力がローレベルになる区間との両方
でチョッパートランジスタTr1は非導通となるため、
チョッパートランジスタTr1のスイッチングはPWM
出力PWM1の周期T1に同期したものとなる。
【0035】次に、前述したステッピングモータ駆動回
路を用いたプリンタの一例について、図5を参照して説
明する。
【0036】図5において、101はプリンタ全体の制
御を行なう制御部であり、制御プログラムにしたがって
各種制御信号を出力してプリンタ全体の制御を行なうM
PU(マイクロプロセッサ)102と、前記の制御プロ
グラムなど、制御に必要な固定データが予め格納されて
いるROM(リードオンリメモリ)103と、MPU1
02のワーキングエリア等として使用されるRAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)104と、MPU102からの
クロック信号をもとに計時を行ない時間情報の出力など
を行なうタイマ105と、各種信号の入出力を行なうイ
ンターフェース部106とから構成されている。そし
て、制御部101はキーボード100からの入力に応じ
てプリント機構部107を制御し、印字動作などを行な
う。
【0037】プリンタ機構部107には前述の図1に示
したステッピングモータ駆動回路であるモータドライバ
110と、これを介して駆動されるキャリッジモータ1
11とがある。キャリッジモータ111は印字を行なう
ヘッド部を駆動するものである。また、その他の動作の
ための第2のモータ113と該第2のモータ113を駆
動するための同様なモータドライバ112を備えてい
る。
【0038】上述した構成のプリンタにおいて、制御部
101のマイクロプロセッサ102により、モータドラ
イバ110のPWM制御部2(図1参照)のワンショッ
ト出力時間が設定され、その設定時間によってPWMの
出力デューティー比が設定される。このワンショット出
力時間は、キャリッジモータ111の駆動時の加速、定
速、減速毎にROM103に駆動時間テーブルなどとと
もに予め格納されている。
【0039】この駆動時間テーブルの一例を表1に示
す。
【0040】 但し、PWM制御部2のパルスジェネレータ21が発す
る出力クロックパルスCKの周期T1=50.4μs)
表1において、加速時には、トルクが必要であり除々に
パルスレートを上げることにより加速していくわけであ
るが、相励磁時間が長いため、電流が前述のE/R
S1(図4参照)まで完全に立ち上がってしまい、キャリ
ッジモータ111が発熱したり騒音を発するなど、相切
換えがうまくいかず脱調することさえある。そこでPW
M出力のデューティー比を低く抑えることにより電流の
立上がりを遅くして上記のような問題点を解決してい
る。
【0041】一方、減速時には、さらにPWM出力のデ
ューティー比を低くして静かにブレーキをかけている。
【0042】また、定速時は、相励磁時間が短かいため
電流は完全に立ち上がってしまうことはなく、PWM出
力のデューティー比を高くして電流を流がすことで、よ
り高速で安定した駆動が可能な制御を行なっている。
【0043】このように、加速時、定速時、減速時でP
WM出力のデューティー比を変えることで相電流の立上
がりを制御しているので、それぞれの相励磁時間に差が
あっても、電流が多く流れることや、それにともなう発
熱や騒音の発生原因にならず、安定したトルクが得ら
れ、ステッピングモータを、加速、定速、減速とスムー
ズに駆動することができる。
【0044】上述の実施例では、駆動時間テーブルにお
いて、モータの駆動について、加速、等速、減速の3つ
を考えたが、等速時において、高速駆動や低速駆動する
場合が考えられる。
【0045】このように、ステッピングモータがいくつ
かのテーブルを持ち、それぞれの駆動スピードが異なる
場合、低速で駆動するテーブルでは、PWMデューティ
ー比を低く抑えて発熱しないようにし、高速で駆動する
テーブルでは、PWMデューティー比を高くし、電流を
多く流して高トルクが得られるようにする。
【0046】また、ステッピングモータが1つのテーブ
ル内で駆動スピードが変化する場合も考えられ、その場
合、それぞれのスピードのトルク、電流が同じになるよ
うにPWMのデューティー比を設定することでスピード
変化がスムーズに行なわれ脱調などすることがなくな
る。
【0047】さらに、ステッピングモータが一定のスピ
ードで駆動されている時にPWMのデューティー比を上
げたり下げたりすることにより、ステッピングモータを
ストップ、スタート(駆動)などの制御をすることがで
きる。
【0048】また、ステッピングモータのイニシャル時
において、モータをロックする方法でイニシャルする方
式の場合は、通常の駆動の場合よりPWMデューティー
比を低くしてトルクをおとすことで、ロック時に生じる
と考えられる騒音を緩和することができる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記のような効果を奏する。
【0050】(1) 本発明のステッピングモータ駆動方法
によれば、ステッピングモータの各相に印加する相電流
の立上がりおよび立下がり時間を可変とすることによ
り、前記ステッピングモータ駆動時のトルク、発熱およ
び騒音を考慮した最適な相電流値となるような立上がり
あるいは立下がり時間を設定することができるので、必
要以上の熱および騒音を発することなく最適なトルクを
得ることが可能となり、ステッピングモータの長寿命化
につながるとともに経済的にも有利である。
【0051】(2) 本発明のステッピングモータ駆動装置
によれば、ステッピングモータの駆動速度が変更された
場合でもパルス発生回路が出力するパルス信号のデュー
ティーを変更することで対応できるので、モータ駆動の
自由度が大幅に向上する。
【0052】(3) 請求項3に記載のステッピングモータ
駆動装置の場合、パルス発生回路を、クロックパルス発
振器とワンショットモノマルチバイブレータとで構成し
ているので、低価格で実現が容易である。
【0053】(4) 請求項4に記載のステッピングモータ
駆動装置の場合、パルス幅制御回路を備えているので、
前記ワンショットモノマルチバイブレータのワンショッ
ト出力時間、すなわちパルス発生回路が出力するパルス
信号のデューティー比を自動的に設定することが可能と
なり、ステッピングモータ駆動の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のステッピングモータ駆動装置の一実施
例を示す回路図である。
【図2】パルス発生回路の一例を示すブロック図であ
る。
【図3】パルス発生回路のPWM出力の一例を示すタイ
ミングチャートである。
【図4】本発明のステッピングモータ駆動装置の動作の
一例を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明のステッピングモータ駆動装置を備えた
プリンタの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 基準電圧発生部 2 PWM制御部 21 パルスジェネレータ 22 ワンショットモノマルチ 100 キーボード 101 制御部 102 MPU 103 ROM 104 RAM 105 タイマ 106 インターフェース部 107 プリンタ機構部 110,112 モータドライバ 111 キャリッジモータ 113 第2のモータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステッピングモータの各相に対する励磁
    信号の生起中に所定の基準電圧に対応した相電流を発生
    させ、該相電流を対応する相に印加して励磁するステッ
    ピングモータ駆動方法において、 前記相電流の立上がり時間および立下がり時間を可変と
    したことを特徴とするステッピングモータ駆動方法。
  2. 【請求項2】 ステッピングモータの各相に印加する相
    電流の立上がりおよび立下がり時間を定めるための、パ
    ルス信号を出力するパルス発生回路と、前記ステッピン
    グモータの各相に対する励磁信号の生起中に、前記パル
    ス信号に応答して、所定の基準電圧に対応した相電流を
    発生させるスイッチング回路とを備えたステッピングモ
    ータ駆動装置において、 前記パルス発生回路は、パルス信号のデューティー比を
    可変としたことを特徴とするステッピングモータ駆動装
    置。
  3. 【請求項3】 パルス発生回路は、所定周期のクロック
    パルスを出力するクロックパルス発振器と、該クロック
    パルスによってトリガされるワンショットモノマルチバ
    イブレータとを有し、前記ワンショットモノマルチバイ
    ブレータのワンショット出力時間を可変としたことを特
    徴とする請求項1記載のステッピングモータ駆動装置。
  4. 【請求項4】 パルス発生回路のワンショットモノマル
    チバイブレータのワンショット出力時間を設定するパル
    ス幅制御回路を有することを特徴とする請求項3記載の
    ステッピングモータ駆動装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0676859A1 (en) * 1994-04-06 1995-10-11 Unisia Jecs Corporation Method of driving stepping motor
JPH08322294A (ja) * 1995-05-24 1996-12-03 Nec Corp ステッピングモータ駆動回路
JPH10146097A (ja) * 1996-11-12 1998-05-29 Unisia Jecs Corp ステッピングモータ駆動装置

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