JPH06113594A - ステッピングモータ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 デューティ設定可能なパルス発生手段を用
い、所定のデューティ比でステッピングモータを駆動し
たときステッピングモータ（６）に流れる電流値によっ
てデューティ比データを補正し、補正されたデューティ
比データに基づいてステッピングモータをパルス幅変調
駆動する（２）ことにより、モータ電力制御を行う。 【効果】 本発明によれば、簡単・安価な回路でモータ
の電力制御が可能となる。

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制
御方式に関するものであり、特にパルス幅変調駆動を行
う場合のステッピングモータ制御方式に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られるステッピングモータの
駆動方式として、定電流方式が挙げられる。これはモー
タ巻線に流れる電流値を検出し、設定した電流値になる
ようにトランジスタ等のスイッチング素子をパルス幅変
調駆動するものである。この方式は、高速運転を実現で
きる半面、電流検出機能などを必要とするため、回路が
複雑となりコストが高くなるという欠点があった。

【０００３】また、一般にステッピングモータは回転数
が高くなるほど発生トルクが減少する。そのため、高速
回転時に必要なトルクが得られるように電流値を設定す
ると、低速回転時には過剰トルクによりモータが振動
し、騒音が発生しやすいという問題がある。これを解決
するためには、回転数に応じて異なる電流値が設定でき
るようにする必要があり、さらに回路が複雑になるとい
う欠点があった。

【０００４】以上のような欠点を解消するモータ駆動方
式として、デューティ設定可能なパルス発生手段を使
い、あらかじめ用意されたデューティ比データに基づい
て、ステッピングモータをパルス幅変調駆動するという
ものがある。

【０００５】この方式によれば、モータの電力制御を
オープンループで行うため、電流検出機能等を必要とせ
ず回路が簡単になる：モータの回転数に応じたデュー
ティ比を設定しておけば、モータの回転数によらず常に
最適な電力が供給できる：というメリットがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】課題１ しかしながら、モータの電気的特性には個々のバラツキ
があるため、あらかじめ設定されたデューティ比データ
に基づくパルス幅変調駆動では、モータによって電流値
が異なり、トルクのバラツキを生じるという欠点があっ
た。

【０００７】また、モータの巻線抵抗値は温度によって
変化するため、温度によってトルクが変化するという欠
点があった。

【０００８】よって本発明の目的は上述の点に鑑み、最
適な電力制御を可能としたステッピングモータ制御方式
を提供することにある。

【０００９】課題２ また、ステッピングモータは回転反転時にとりわけ騒音
が発生しやすいという欠点を有している。

【００１０】なぜならば、通常はステッピングモータの
運転開始時には加速トルクを低減するためランプアップ
を行うからである。図８に、２相ステッピングモータを
２相励磁でランプアップするときの相励磁信号波形を示
す。同様にして運転終了時にはランプダウンを行う。

【００１１】そのため、モータ反転時にはランプアップ
開始時およびランプダウン終了時にステップ時間が長く
なり、モータが振動して騒音が発生しやすくなる。

【００１２】このようなことから、モータ反転時の騒音
はステッピングモータを組み込んだ装置の静粛性を実現
する上で、大きな問題となっていた。

【００１３】よって本発明の目的は上述の点に鑑み、モ
ータの振動を低減させたステッピングモータ制御方式を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】手段１ かかる目的を達成するために、本発明はデューティ設定
可能なパルス発生手段と、前記パルス発生手段によって
生成されるパルスによりステッピングモータをパルス幅
変調駆動する手段と、デューティ比データを格納する手
段と、ステッピングモータに流れる電流を測定する手段
とを有するステッピングモータ制御回路において、ステ
ッピングモータを制御するにあたり、所定のデューティ
比でステッピングモータを駆動したときステッピングモ
ータに流れる電流値によって前記デューティ比データを
補正し、補正されたデューティ比データに基づいて前記
パルスのデューティ比を設定するものである。ここで、
複数のデューティ比データを用い、ステッピングモータ
の駆動周波数または駆動シーケンスに応じてデューティ
比を変化させるのが好適である。

【００１５】また、その他の本発明はデューティ設定可
能な複数のパルス発生手段と、前記パルス発生手段によ
って生成されるパルスによりステッピングモータの各相
を独立にパルス幅変調駆動する手段と、デューティ比デ
ータを格納する手段と、ステッピングモータに流れる電
流を測定する手段とを有するステッピングモータ制御回
路において、ステッピングモータを制御するにあたり、
所定のデューティ比でステッピングモータを駆動したと
きステッピングモータに流れる電流値によって前記デュ
ーティ比データを補正し、補正されたデューティ比デー
タに基づいて所定タイミングごとに前記パルスのデュー
ティ比を設定することにより、ステッピングモータ駆動
の各ステップ内でデューティ比を変化させるものであ
る。

【００１６】手段２ 本発明は２相励磁波形信号を出力する手段と、ステッピ
ングモータの各相を独立に電流制御する手段とを有する
ステッピングモータ制御回路において、ステッピングモ
ータを制御するにあたり、ステッピングモータを２相励
磁状態で停止させると共に、通常回転時には前記２相励
磁波形の１ステップあたり１相分モータを回転させ、回
転開始時の最初の１ステップと回転終了時の最後の１ス
テップでは２分の１相分だけ回転させるものである。こ
こで、回転開始時あるいは回転終了時に、モータ各相の
電流値のベクトル軌跡によって規定されるモータの位相
角度の回転速度が等加速運動になるように電流を制御す
るのが好適である。

【００１７】

【作用】作用１ 本発明ではデューティ設定可能なパルス発生手段を用
い、所定のデューティ比でステップピングモータを駆動
したときステッピングモータに流れる電流値によってデ
ューティ比データを補正し、補正されたデューティ比デ
ータに基づいてステッピングモータをパルス幅変調駆動
することにより、モータ電力制御を行うものである。

【００１８】作用２ 本発明ではデューティ設定可能なパルス発生手段を用
い、所定のデューティ比でステッピングモータの各相を
パルス幅変調駆動してモータの電力制御を行い、モータ
の振動と騒音を低減させるものであり、特にモータの回
転開始時、回転終了時、反転時の振動と騒音を低減させ
るものである。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の課題１を解決
するための実施例を具体的に説明する。

【００２０】実施例１ 図１は、本発明を適用したモータ駆動回路の構成要素を
示すブロック図である。本図において、１はモータ制御
を行うマイクロコントローラ、２はマイクロコントロー
ラ１に内蔵され、周波数とデューティ比を設定可能なパ
ルス信号ＴＯ０を出力するパルス幅変調ユニット（以
下、ＰＷＭユニットという）である。３はマイクロコン
トローラ１に内蔵され、ステッピングモータの相励磁信
号Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を発生する出力ポートであ
る。４はマイクロコントローラ１に内蔵され、入力され
たアナログ信号ＡＤ０のＡＤ変換を行うＡＤ変換器であ
る。５はマイクロコントローラ１に内蔵されたタイマー
ユニットである。

【００２１】６はバイポーラ結線された２相ステッピン
グモータの巻線Ａ相、７は同じく巻線Ｂ相である。Ｑ
２，Ｑ４は相励磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線６の相励
磁と電流方向選択を行うトランジスタ、Ｑ１，Ｑ３は相
励磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線６の相励磁と電流方向
選択を行うと共にパルス信号ＴＯ０によって電流を制御
するトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はトランジスタがオフし
たときに電流を流す経路を形成するためのフライホイー
ルダイオード、Ｒ１は巻線６に流れる電流を検出するた
めの抵抗、Ｒ２，Ｃ１はローパスフィルタを形成する抵
抗とコンデンサである。また、巻線７に対しても相励磁
信号Ｐ１，Ｐ３とパルス信号ＴＯ０によって同等の制御
が行われる。

【００２２】抵抗Ｒ１の両端にはモータ巻線６に流れる
電流に比例した電圧が生じる。抵抗Ｒ１によって生じた
電圧は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１によって形成されるロ
ーパスフィルタを経てＡＤ変換器４のＡＤ０端子に入力
される。ＡＤ変換器４は入力された電圧レベルをデジタ
ル値に変換する。マイクロコントローラ１は、デジタル
値に変換された電圧レベルを読み出すことによってモー
タ巻線６に流れる電流値を検出することができる。

【００２３】８はモータの駆動速度やＰＷＭデューティ
比等のデータを格納したＲＯＭであり、９はデューティ
比の補正等を記憶するＲＡＭである。

【００２４】次に、モータを制御するための制御信号の
波形を図２に示す。マイクロコントローラ１は出力ポー
ト３よりステッピングモータの巻線６を励磁するための
制御信号Ｐ０，Ｐ２を発生する。Ｐ０がＨレベルでＰ２
がＬレベルの時、トランジスタＱ１とＱ４がオンし、巻
線６にＱ１側からＱ４側へ電流が流れる。Ｐ０がＬレベ
ルでＰ２がＨレベルの時、トランジスタＱ２とＱ３がオ
ンし、Ｑ３側からＱ２側へ電流が流れる。すなわち、制
御信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線６に流す電流の方向を選
択することができる。同様にして、巻線７に流す電流の
方向を制御信号Ｐ１，Ｐ３によって選択することができ
る。

【００２５】図２に示すタイミングで相励磁信号Ｐ０〜
Ｐ３を切り替えることによって、ステッピングモータを
２相励磁駆動することができる。相励磁の切り替えタイ
ミング、すなわちステップ時間は、マイクロコントロー
ラ１がタイマーユニット５を用いて決定する。このステ
ップ時間を調整することにより、加速・減速・定速運転
等の各モードの制御が行われる。

【００２６】またマイクロコントローラ１は、ＰＷＭユ
ニット２にパルス波形ＴＯ０を出力させる。このパルス
波形は一定の周波数、例えば人間の耳の可聴領域より高
い２０ｋＨｚ以上の周波数で、定められたデューティで
パルス出力されるように設定される。

【００２７】巻線６に関して説明すると、パルス出力Ｔ
Ｏ０がＨレベルの時は巻線６に電力の供給が可能であ
る。またパルス出力ＴＯ０がＬレベルの時は、トランジ
スタＱ１，Ｑ３がオフするためモータに蓄えられた電力
はフライホイールダイオードを通して放出される。

【００２８】以上の動作により、巻線６に流す電流をパ
ルス波形ＴＯ０のデューティ比によって制御することが
できる。同様にして巻線７に流す電流もパルス波形ＴＯ
０のデューティ比によって制御することができる。

【００２９】モータに供給する電力を制御するプログラ
ムのフローチャートを図３に示す。まずステップＳ１に
おいて、パルス信号ＴＯ０を一定デューティに固定して
ステッピングモータの巻線Ａ相を励磁する。

【００３０】ステップＳ２において、ＡＤ変換器４に入
力される信号ＡＤ０の電圧レベルをＡＤ変換して巻線Ａ
相を流れる電流値を読み取る。

【００３１】ステップＳ３において、ＲＯＭ８内に格納
されたＰＷＭテーブルを、ステップＳ２で読んだ電流値
を元に補正してＲＡＭ９に書き込む。

【００３２】ステップＳ４において、ＲＡＭ９に格納さ
れた補正テーブルを使用してステッピングモータを駆動
する。補正されたＰＷＭテーブルを用いることにより、
モータ個々の特性のばらつきや、温度による巻線抵抗の
変化によらず一定の電流値を得ることができる。

【００３３】ＰＷＭテーブルは単一の値を使うことも可
能であるが、回転速度に応じて複数の値を使うことも可
能である。その際は、モータの回転速度によらず最適な
電力を供給できる。また、複数のモータ負荷状態を持つ
ようなシステムにおいては、負荷に応じたＰＷＭテーブ
ルを持つことにより負荷に応じた電力の供給が可能にな
る。

【００３４】以上説明したように、デューティ設定可能
なパルス発生手段を使い、設定されたデューティ比デー
タに基づいてステッピングモータをパルス幅変調駆動す
ることにより、簡単・安価な回路でモータの電力制御が
可能となる。

【００３５】また、所定のデューティ比でモータを励磁
したときモータに流れる電流値によってデューティ比デ
ータを補正し、補正されたデューティ比データに基づい
てステッピングモータをパルス幅変調駆動することによ
り、個々のモータの電気的特性のバラツキや温度による
特性の変化を補正し、最適な電力制御が可能となる。

【００３６】電流値の検出は、マイクロコントローラに
内蔵されたＡＤ変換器を用いることによって、コストの
上昇をほとんど招かずに行うことが可能である。

【００３７】実施例２ 図４は、本発明の第２の実施例におけるモータ駆動回路
の構成要素を示すブロック図である。本図において、４
１はモータ制御を行うマイクロコントローラ、４２はマ
イクロコントローラ４１に内蔵され、周波数とデューテ
ィ比を設定可能なパルス信号ＴＯ０，ＴＯ１を出力する
パルス幅変調ユニット（以下、ＰＷＭユニットという）
である。４３はマイクロコントローラ４１に内蔵され、
ステッピングモータの相励磁信号Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ
３を発生する出力ポートである。４４はマイクロコント
ローラ４１に内蔵され、入力されたアナログ信号ＡＤ
０，ＡＤ１のＡＤ変換を行うＡＤ変換器である。４５は
マイクロコントローラ４１に内蔵されたタイマーユニッ
トである。

【００３８】４６はバイポーラ結線された２相ステッピ
ングモータの巻線Ａ相、４７は同じく巻線Ｂ相である。
Ｑ２，Ｑ４は相励磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線４６の
相励磁と電流方向選択を行うトランジスタ、Ｑ１，Ｑ３
は相励磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線４６の相励磁と電
流方向選択を行うと共にパルス信号ＴＯ０によって電流
を制御するトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はトランジスタが
オフしたときに電流を流す経路を形成するためのフライ
ホイールダイオード、Ｒ１は巻線４６に流れる電流を検
出するための抵抗、Ｒ２，Ｃ１はローパスフィルタを形
成する抵抗とコンデンサである。また、巻線４７に対し
ても相励磁信号Ｐ１，Ｐ３とパルス信号ＴＯ１によって
同等の制御が行われる。

【００３９】抵抗Ｒ１の両端にはモータ巻線４６に流れ
る電流に比例した電圧が生じる。抵抗Ｒ１によって生じ
た電圧は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１によって形成される
ローパスフィルタを経てＡＤ変換器４４のＡＤ０端子に
入力される。また抵抗Ｒ３の両端にはモータ巻線４７に
流れる電流に比例した電圧が生じ、この電圧は抵抗Ｒ４
とコンデンサＣ２によって形成されるローパスフィルタ
を経てＡＤ変換器４４のＡＤ１端子に入力される。ＡＤ
変換器４４はＡＤ０，ＡＤ１端子に入力された電圧レベ
ルをデジタル値に変換する。マイクロコントローラ４１
は、デジタル値に変換された電圧レベルを読み出すこと
によってモータ巻線４６，４７に流れる電流値を検出す
ることができる。

【００４０】４８はモータの駆動速度やＰＷＭデューテ
ィ比等のデータを格納したＲＯＭであり、４９は補正さ
れたデューティ比データ等を記憶するＲＡＭである。

【００４１】次に、モータを制御するための制御信号の
波形を図５に示す。マイクロコントローラ４１は出力ポ
ート３よりステッピングモータの巻線４６を励磁するた
めの制御信号Ｐ０，Ｐ２を発生する。Ｐ０がＨレベルで
Ｐ２がＬレベルの時、トランジスタＱ１とＱ４がオン
し、巻線４６にＱ１側からＱ４側へ電流が流れる。Ｐ０
がＬレベルでＰ２がＨレベルの時、トランジスタＱ２と
Ｑ３がオンし、Ｑ３側からＱ２側へ電流が流れる。すな
わち制御信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線４６に流す電流の
方向を選択することができる。同様にして、巻線４７に
流す電流の方向を制御信号Ｐ１，Ｐ３によって選択する
ことができる。

【００４２】図５に示すタイミングで相励磁信号Ｐ０〜
Ｐ３を切り替えることによって、ステッピングモータを
２相励磁駆動することができる。相励磁の切り替えタイ
ミング、すなわちステップ時間は、マイクロコントロー
ラ４１がタイマーユニット４５を用いて決定する。この
ステップ時間を調整することにより、加速・減速・定速
運転等の各モードの制御が行われる。

【００４３】また、マイクロコントローラ４１はＰＷＭ
ユニット４２にパルス波形ＴＯ０，ＴＯ１を出力させ
る。これらのパルス波形は一定の周波数、例えば人間の
耳の可聴領域より高い２０ｋＨｚ以上の周波数で、定め
られたデューティでパルス出力されるように設定され
る。

【００４４】巻線４６に関して説明すると、パルス出力
ＴＯ０がＨレベルの時は巻線４６に電力の供給が可能で
ある。また、パルス出力ＴＯ０がＬレベルの時は、トラ
ンジスタＱ１，Ｑ３がオフするためモータに蓄えられた
電力はフライホイールダイオードを通して放出される。

【００４５】以上の動作により、巻線４６に流す電流
を、パルス波形ＴＯ０のデューティ比によって制御する
ことができる。同様にして巻線４７に流す電流も、パル
ス波形ＴＯ１のデューティ比によって制御することがで
きる。

【００４６】図５においては、信号ＴＯ０，ＴＯ１は実
際のパルス波形ではなく、パルスのデューティ比をその
信号レベルによって表現している。パルス波形ＴＯ０，
ＴＯ１は、相励磁のステップ時間の４分の１の時間単位
ごとにデューティ比が設定される。この時間単位は、マ
イクロコントローラ１がタイマーユニット５を用いて決
定する。図５に示すように、パルス波形ＴＯ０，ＴＯ１
のデューティ比を１ステップ内で切り替えることにより
モータに流れる電流をステップ間隔の４分の１の周期で
制御することが可能になり、従来ダブル１−２相駆動と
して知られる駆動方法と同等の効果を得ることができ
る。

【００４７】すなわち、モータの電流波形を正弦波に近
づけることによって、高効率・低振動でモータを運転す
ることができる。モータに流れる電流はモータ巻線のイ
ンダクタンスと逆起電力の影響を受けるため、一般にＰ
ＷＭデューティ比とモータ電流は比例しないが、これら
の影響を予め考慮したデューティ比データをＲＯＭ８に
格納しておくことにより、電流波形を正弦波状に制御す
ることが可能である。

【００４８】ＰＷＭテーブルを補正するプログラムのフ
ローチャートを図６に示す。

【００４９】まずステップＳ１１において、パルス信号
ＴＯ０，ＴＯ１を一定デューティに固定してステッピン
グモータの巻線Ａ，Ｂ相を励磁する。

【００５０】ステップＳ１２において、ＡＤ変換器４４
に入力される信号ＡＤ０の電圧レベルをＡＤ変換して、
巻線Ａ相を流れる電流値を読み取る。

【００５１】ステップＳ１３において、ＡＤ変換器４４
に入力される信号ＡＤ１の電圧レベルをＡＤ変換して、
巻線Ｂ相を流れる電流値を読み取る。

【００５２】ステップＳ１４において、巻線Ａ，Ｂ相の
励磁を止める。

【００５３】ステップＳ１５において、ステップＳ１
２，Ｓ１３で読んだ電流値を元にＡ，Ｂ各相の補正値を
計算しＲＡＭ４９に書き込む。

【００５４】ステッピングモータを駆動するプログラム
のフローチャートを図７に示す。モータ駆動時には、１
ステップの４分の１の時間ごとにタイマー４５が割り込
み要求信号を発生し、図７のプログラムが起動される。

【００５５】マイクロコントローラ４１は、ステップＳ
１６においてＲＯＭ４８のＰＷＭテーブルに格納された
ＰＷＭデューティ比データを読み込む。

【００５６】ステップＳ１７において、ＲＡＭ４９に格
納された補正値を読み込む。

【００５７】ステップＳ１８において、ステップＳ１６
で読み込んだＰＷＭデューティ比を補正する。

【００５８】ステップＳ１９において、補正されたＰＷ
Ｍデューティ比データをＰＷＭユニット４２にセット
し、パルス波形ＴＯ０，ＴＯ１を出力させる。補正され
たＰＷＭデューティ比を用いることにより、モータ個々
の特性のバラツキや温度による巻線抵抗の変化によらな
い電流設定が可能になる。また、巻線Ａ相とＢ相をそれ
ぞれ補正することによって、各相の特性のバラツキを補
正することができる。

【００５９】なお本実施例においてはＲＯＭ４８に格納
されたＰＷＭテーブルとは別に補正用データをＲＡＭ４
９に記憶させておき、ＰＷＭデューティ比をセットする
度ごとに補正値を計算していたが、ＲＡＭ４９の容量に
余裕があれば、補正したＰＷＭテーブルを予め計算して
ＲＡＭ４９に格納させておくことも可能である。その際
は、モータ駆動時に補正計算をする必要がなくなるた
め、プログラム処理の高速化が可能となる。

【００６０】ＰＷＭテーブルは単一のセットを使うこと
も可能であるが、回転速度に応じて複数のセットを使う
ことも可能である。その際は、モータの回転速度によら
ず最適な電力を供給できる。また、複数のモータ負荷状
態を持つようなシステムにおいては、負荷に応じたＰＷ
Ｍテーブルを持つことにより負荷に応じた電力の供給が
可能になる。

【００６１】以上説明したように、モータ駆動の１ステ
ップ内でＰＷＭデューティを変化させることにより、モ
ータの電流波形を正弦波に近づけ高効率・低振動・低騒
音なモータ運転が可能となる。

【００６２】また、所定のデューティ比でモータを励磁
したときモータに流れる電流値によってデューティ比デ
ータを補正し、補正されたデューティ比データに基づい
てステッピングモータをパルス幅変調駆動することによ
り、個々のモータの電気的特性のバラツキや温度による
特性の変化を補正し、最適な電力制御が可能となる。

【００６３】さらに、巻線Ａ相とＢ相をそれぞれ補正す
ることによって、各相の特性のバラツキを補正すること
ができる。

【００６４】なお、本実施例では１ステップの１／４の
周期でＰＷＭデューティを制御しているが、全く同様な
方法によってさらに細かいタイミングに分割することも
可能である。

【００６５】次に、本発明の課題２を解決するための実
施例について詳述する。

【００６６】実施例３ 図９は第３の実施例におけるモータ駆動回路の構成要素
を示すブロック図である。図９において、９１はモータ
制御を行うマイクロコントローラ、９２はマイクロコン
トローラ９１に内蔵され、周波数とデューティ比を設定
可能なパルス信号ＴＯ０，ＴＯ１を出力するパルス幅変
調ユニット（以下、ＰＷＭユニットという）である。９
３はマイクロコントローラ９１に内蔵され、ステッピン
グモータの相励磁信号Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を発生す
る出力ポートである。９４はマイクロコントローラ９１
に内蔵されたタイマーユニットである。

【００６７】９５はバイポーラ結線された２相ステッピ
ングモータの巻線Ａ相、９６は同じく巻線Ｂ相、Ｑ２，
Ｑ４は相励磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線９５の相励磁
と電流方向選択を行うトランジスタ、Ｑ１，Ｑ３は相励
磁信号Ｐ０，Ｐ２によって巻線９５の相励磁と電流方向
選択を行うと共にパルス信号ＴＯ０によって電流を制御
するトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４はトランジスタがオフし
たときに電流を流す経路を形成するためのフライホイー
ルダイオードである。また、巻線９６に対しても相励磁
信号Ｐ１，Ｐ３とパルス信号ＴＯ１によって同等の制御
が行われる。

【００６８】ステッピングモータを正方向に回転させる
ときのランプアップ開始時における制御信号の波形を図
１０に示す。マイクロコントローラ９１は出力ポート９
３のポートＰ０，Ｐ２よりステッピングモータの巻線９
５を励磁するための制御信号Ａ，Ａ−を発生する。Ａが
ＨレベルでＡ−がＬレベルの時、トランジスタＱ１とＱ
４がオンし、巻線９５にＱ１側からＱ４側へ電流が流れ
る。ＡがＬレベルでＡ−がＨレベルの時、トランジスタ
Ｑ２とＱ３がオンし、Ｑ３側からＱ２側へ電流が流れ
る。

【００６９】すなわち、制御信号Ａ，Ａ−によって巻線
９５に流す電流の方向を選択することができる。同様に
して、巻線９６に流す電流の方向を制御信号Ｂ，Ｂ−に
よって選択することができる。図１０に示す制御信号
Ａ，Ａ−，Ｂ，Ｂ−の切り替えタイミングは２相励磁駆
動に相当する。相励磁の切り替えタイミング、すなわち
ステップ時間はマイクロコントローラ９１がタイマーユ
ニット９５を用いて決定する。このステップ時間を調整
することにより、加速・減速・定速運転等の各モードの
制御が行われる。

【００７０】また、マイクロコントローラ９１はＰＷＭ
ユニット９２にパルス波形ＴＯ０，ＴＯ１を出力させ
る。これらのパルス波形は一定の周波数、例えば人間の
耳の可聴領域より高い２０ｋＨｚ以上の周波数で、定め
られたデューティでパルス出力されるように設定され
る。

【００７１】巻線９５に関して説明すると、パルス出力
ＴＯ０がＨレベルの時は巻線９５に電力の供給が可能で
ある。またパルス出力ＴＯ０がＬレベルの時は、トラン
ジスタＱ１，Ｑ３がオフするため、モータに蓄えられた
電力はフライホイールダイオードＤ１，Ｄ３を通して放
出される。

【００７２】以上の動作により、巻線９５に流す電流
を、パルス波形ＴＯ０のデューティ比によって制御する
ことができる。同様にして、巻線９６に流す電流をパル
ス波形ＴＯ１のデューティ比によって制御することがで
きる。

【００７３】図１０において、波形Ｉａ，Ｉｂはそれぞ
れ巻線Ａ相Ｂ相を流れる電流を示している。パルス波形
ＴＯ０，ＴＯ１のデューティ比の設定は電流波形Ｉａ，
Ｉｂが図１０に示す形状となるように予め用意されたデ
ューティ比データによって行われる。ステップ１の最初
に巻線Ａ相Ｂ相が共に励磁されていることにより、モー
タの回転開始時は２相励磁状態となる。

【００７４】図１１は１ステップを９０度に正規化し
て、図１０の電流波形Ｉａ，Ｉｂの変化をベクトル軌跡
で表示したものである。ステップ１の最初ではＩａ，Ｉ
ｂが等しいためベクトル角は４５度になる。ステップ１
においては、ベクトル角は４５度から９０度まで４５度
回転し、ステップ２以降においては、１ステップあたり
９０度回転する。

【００７５】ステッピングモータを逆方向に回転させる
ときのランプアップ開始時における制御信号の波形を図
１２に示す。各制御信号の意味は図１０と同様である。

【００７６】図１３は、１ステップを９０度に正規化し
て図１２の電流波形Ｉａ，Ｉｂの変化をベクトル軌跡で
表示したものである。図１１と同様に、ステップ１の最
初ではＩａ，Ｉｂが等しいため、ベクトル角は４５度に
なる。図１３では、ステップ１においてはベクトル角は
４５度から０度まで４５度回転し、ステップ２以降にお
いては１ステップあたり９０度回転する。

【００７７】ステッピングモータを停止させる場合は、
図１０および図１２に示した制御信号の相切り替えと電
流波形をタイミング的に逆にすることによって、ランプ
ダウンさせる。そのため回転終了時には、最後の１ステ
ップのみ４５度回転し、２相励磁状態で停止する。

【００７８】図１０と図１２、あるいは図１１と図１３
を比較すればわかるように、モータの正転時と逆転時で
は相切り替えと電流波形の変化はタイミング的には同等
なものであり、回転方向のみが異なっている。そのた
め、回転開始時には正転であろうと逆転であろうと、相
励磁シーケンスには同じものを用いることができ、回転
方向のみを設定すればよい。

【００７９】以上説明したように、デューティ設定可能
なパルス発生手段を使い、設定されたデューティ比デー
タに基づいてステッピングモータをパルス幅変調駆動す
ることにより、簡単・安価な回路でモータの電力制御が
可能となる。最適な電力を供給することによってモータ
の振動を押さえて騒音を低減することができる。

【００８０】また、通常回転時には１ステップあたり１
相分モータを回転させ、回転開始時の最初の１ステップ
と回転終了時の最後の１ステップは２分の１相分モータ
を回転させることにより、回転開始時の相励磁タイミン
グを回転方向によらず同じものにすることができ、モー
タの制御シーケンスを簡素化できる。

【００８１】実施例４ 次に、本発明の第４の実施例について説明する。

【００８２】本実施例においては、ステッピングモータ
を通常回転時には１ステップあたり１相分回転させ、回
転開始時の最初の１ステップと回転終了時の最後の１ス
テップは２分の１相分回転させると共に、回転開始時お
よび回転終了時の加減速を等加速運動すなわち直線加減
速とするものである。

【００８３】いま、図１１に示したモータのランプアッ
プシーケンスを直線加速で行うことを考えてみる。１ス
テップを９０度すなわちπ／２に正規化した時のモータ
の回転角度をθとし、回転の加速度をαとすると、回転
開始時のモータの角度は４５度すなわちπ／４であるた
め、時間ｔにおける回転角度をθは

【００８４】

【数１】 θ＝αｔ² ／２＋π／４ …（１） となる。

【００８５】ステップ１の時間を１に正規化すると、図
１１よりｔ＝１におけるθはπ／２なので、αはπ／２
となり、θは

【００８６】

【数２】 θ＝π（ｔ² ＋１）／４ …（２） となる。上式に示した時間と回転角度の関係を図１４に
図示する。

【００８７】モータの各相に流す電流をベクトル表記し
たときの回転角度を上式のθに一致させた場合、巻線Ａ
相Ｂ相に流す電流Ｉａ，Ｉｂはピーク電流をＩｏとおく
と

【００８８】

【数３】 Ｉａ＝Ｉｏ・ｃｏｓ（π（ｔ² ＋１）／４） …（３）

【００８９】

【数４】 Ｉｂ＝Ｉｏ・ｓｉｎ（π（ｔ² ＋１）／４） …（４） となる。

【００９０】また、ランプダウンのタイミングは、上述
のランプアップのタイミングを逆にすることによって得
られる。

【００９１】モータをランプダウンから反転してランプ
アップさせるという駆動シーケンスを連続で行ったとき
の相励磁信号波形と電流波形を図１５に示す。また、こ
のときの時間と回転速度の関係を図１６に示す。図１６
からわかるように、ランプダウン期間からランプアップ
期間までを通して直線加速状態が保持されるため、モー
タに余分な振動を与えず静粛な反転動作が得られる。

【００９２】以上説明したように、ランプアップおよび
ランプダウン時において、モータ各相の電流値のベクト
ル表記による回転角の速度変化を直線加速とすることに
よって、モータに余分な振動を与えず静粛な回転開始・
回転終了および反転動作が得られる。

【００９３】実際の電流波形を（３）式および（４）式
によって示される電流波形に完全に一致させることは現
実的には不可能であるが、近似的な値でも必要十分な効
果を得ることができる。ランプアップ時とランプダウン
時ではモータに要求される駆動トルクは異なることが多
いため、（３）式および（４）式のピーク電流値Ｉｏを
ランプアップ時とランプダウン時で変えることも効率の
良いモータ運転の上で有効である。

【００９４】また、モータを反転させる場合、モータ制
御の都合上停止状態で各相の励磁を切ることがあるが、
その場合でも本実施例による効果は得られる。さらには
ランプアップ・ランプダウンの全期間を通して直線加速
状態を保持する必要はなく、たとえばランプアップの前
半では直線加速とし、後半ではエクスポネーシャルカー
ブとなるような加速においても、本発明は有効である。

【００９５】なお、上記実施例中では説明していない
が、モータ駆動回路を集積回路化して実装面積の低減と
さらなるコストダウンを図ることも勿論可能である。

【００９６】

【発明の効果】効果１ 以上説明したように本発明によれば、デューティ設定可
能なパルス発生手段を使い、設定されたデューティ比デ
ータに基づいてステッピングモータをパルス幅変調駆動
することにより、簡単・安価な回路でモータの電力制御
が可能となる。

【００９７】また、所定のデューティ比でモータを励磁
したときモータに流れる電流値によってデューティ比デ
ータを補正し、補正されたデューティ比データに基づい
てステッピングモータをパルス幅変調駆動することによ
り、モータ個々の電気的特性のバラツキや温度による特
性の変化を補正し、最適な電力制御が可能となる。

【００９８】さらに、ステッピングモータの各相を独立
にパルス幅変調駆動することにより、モータに流す電流
波形を正弦波にして低振動・低騒音なモータ運転が可能
になる。また、ステッピングモータの各相をそれぞれ補
正することによって各相の特性のバラツキを補正するこ
とができる。

【００９９】なお、電流値の検出はマイクロコントロー
ラに内蔵されたＡＤ変換器を用いることによってコスト
の上昇や回路サイズの増加を招かずに行うことが可能で
ある。

【０１００】効果２ 本発明によれば、ステッピングモータ各相に流す電流を
パルス幅変調駆動によって制御することによりモータの
運転状態に応じた電力供給ができるので、不必要な電力
を与えることがなくなり低消費電力化と騒音の低減が可
能となる。また、モータに流す電流波形を正弦波状にす
ることにより、さらなる低振動と低騒音が可能となる。

【０１０１】その際、例えばモータを２相励磁状態で停
止させると共に、通常回転時には１ステップあたり１相
分モータを回転させ、回転開始時の最初の１ステップと
回転終了時の最後の１ステップは２分の１相分回転させ
ることにより、回転開始時の相励磁タイミングを回転方
向によらず同じものにすることができ、モータの制御シ
ーケンスを簡素化することができる。

【０１０２】さらに、ランプアップおよびランプダウン
時において、モータ各相の電流値のベクトル表記によっ
て規定される回転速度が直線加速となるように電流波形
を制御することにより、モータに余分な振動を与えず静
粛な回転開始と回転終了が得られ、とりわけ静粛な反転
動作が可能になる。

【０１０３】本発明の応用例としては、シリアルプリン
タの水平方向走査に使われるキャリッジモータの駆動が
考えられ、高速・低コスト・低騒音・低消費電力化に効
果がある。特に、インクジェットプリンタ等のプリンタ
においては印字音がほとんどしないため、本発明の適用
は低騒音化に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
である。

【図２】モータを制御するための制御信号波形図であ
る。

【図３】モータに供給する電力を制御するプログラムを
示すフローチャートである。

【図４】本発明の他の実施例の回路構成を示すブロック
図である。

【図５】モータを制御するための制御信号波形図であ
る。

【図６】ＰＷＭテーブルを補正するプログラムを示すフ
ローチャートである。

【図７】ステッピングモータを駆動するプログラムを示
すフローチャートである。

【図８】２相励磁によるランプアップ時の相励磁信号波
形を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例の回路構成を示すブロック
図である。

【図１０】正転方向へのランプアップ時の相励磁信号と
電流波形を示す図である。

【図１１】図１０における電流波形のベクトル軌跡表示
を示す図である。

【図１２】逆転方向へのランプアップ時の相励磁信号と
電流波形を示す図である。

【図１３】図１２における電流波形のベクトル軌跡表示
を示す図である。

【図１４】直線加速時の時間と回転角の関係を示す図で
ある。

【図１５】直線加減速による反転時の相励磁信号と電流
波形を示す図である。

【図１６】直線加減速による反転時の速度表示を示す図
である。

【符号の説明】 １ マイクロコントローラ ２ ＰＷＭユニット ３ 出力ポート ４ ＡＤ変換器 ５ タイマ ６ ステッピングモータの巻線Ａ相 ７ 巻線Ｂ相 ８ ＲＯＭ ９ ＲＡＭ

フロントページの続き (72)発明者 霜田 明良 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 正木 友章 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デューティ設定可能なパルス発生手段
   と、前記パルス発生手段によって生成されるパルスによ
   りステッピングモータをパルス幅変調駆動する手段と、
   デューティ比データを格納する手段と、ステッピングモ
   ータに流れる電流を測定する手段とを有するステッピン
   グモータ制御回路において、ステッピングモータを制御
   するにあたり、 所定のデューティ比でステッピングモータを駆動したと
   きステッピングモータに流れる電流値によって前記デュ
   ーティ比データを補正し、補正されたデューティ比デー
   タに基づいて前記パルスのデューティ比を設定すること
   を特徴とするステッピングモータ制御方式。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のステッピングモータ制
   御方式において、複数のデューティ比データを用い、ス
   テッピングモータの駆動周波数または駆動シーケンスに
   応じてデューティ比を変化させることを特徴とするステ
   ッピングモータ制御方式。
3. 【請求項３】 デューティ設定可能な複数のパルス発生
   手段と、前記パルス発生手段によって生成されるパルス
   によりステッピングモータの各相を独立にパルス幅変調
   駆動する手段と、デューティ比データを格納する手段
   と、ステッピングモータに流れる電流を測定する手段と
   を有するステッピングモータ制御回路において、ステッ
   ピングモータを制御するにあたり、 所定のデューティ比でステッピングモータを駆動したと
   きステッピングモータに流れる電流値によって前記デュ
   ーティ比データを補正し、補正されたデューティ比デー
   タに基づいて所定タイミングごとに前記パルスのデュー
   ティ比を設定することにより、ステッピングモータ駆動
   の各ステップ内でデューティ比を変化させることを特徴
   とするステッピングモータ制御方式。
4. 【請求項４】 ２相励磁波形信号を出力する手段と、ス
   テッピングモータの各相を独立に電流制御する手段とを
   有するステッピングモータ制御回路において、ステッピ
   ングモータを制御するにあたり、 ステッピングモータを２相励磁状態で停止させると共
   に、通常回転時には前記２相励磁波形の１ステップあた
   り１相分モータを回転させ、回転開始時の最初の１ステ
   ップと回転終了時の最後の１ステップでは２分の１相分
   だけ回転させることを特徴とするステッピングモータ制
   御方式。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のステッピングモータ制
   御方式において、回転開始時あるいは回転終了時に、モ
   ータ各相の電流値のベクトル軌跡によって規定されるモ
   ータの位相角度の回転速度が等加速運動になるように電
   流を制御することを特徴とするステッピングモータ制御
   方式。