JPH07123791A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送信側回路Ｐと受信側回路Ｑを接続する配線
数を減らす。 【構成】 コントローラ１０に制御されて電源１２の出
力をパルス状に断つスイッチ素子１１と、電源出力が低
下すると１ステップ分のコイル制御信号を出力する制御
回路１３と、コイル制御信号を受けると、ロータ２が１
ステップ回転するようにコイル３，４に通電する電力出
力回路１４を有する。電源出力からダイオードＤ１，Ｄ
２を通じて充電されるコンデンサＣ１，Ｃ２が設けら
れ、電源電圧が０になる間、これらが制御回路１３と電
力出力回路１４へ電源を供給する。

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や単
相同期モータ等のモータを駆動する装置に関し、特に電
源配線を介して回転速度制御を行う装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般的な２相型ステッピングモータは、
多数の磁極が周方向に配列して形成されたロータと、こ
のロータの外側に、ロータ軸方向に並べて配置された２
相のコイルとを有し、各コイルの内周には、ロータ磁極
と対向する極歯が、各コイルで互いに半位相ずれるよう
に形成されている。

【０００３】この種の２相型ステッピングモータにおい
て、回転方向および回転速度を共に制御する場合には、
従来、図７または図９に示すような駆動回路が必要だっ
た。

【０００４】図７の駆動回路１は、ロータ２の回転方向
を指定するためのＣＷ／ＣＣＷ端子と、駆動信号が１パ
ルス入力されるごとにロータを１ステップ回転させるた
めのパルス端子と、電源が接続されるＶｃｃ端子および
ＧＮＤ端子と、２相分の出力端子Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’と
を有し、各出力端子にステッピングモータのコイル３，
４がそれぞれ接続される。

【０００５】前記駆動回路１による制御は、例えば図８
に示すように行われる。ロータを正回転させる場合に
は、ＣＷ／ＣＣＷ端子への入力信号をＨｉｇｈにしてお
き、パルス端子に駆動パルスを任意の間隔で入力する。
すると駆動回路１は、駆動パルスに同期して回転方向指
定信号に基づいてコイル３，４に順次通電し、ロータ２
を正方向に１ステップづつ回転させる。一方、ＣＷ／Ｃ
ＣＷ端子への入力がＬｏｗ（０）であれば、パルス端子
に信号が１パルス入力される毎に、駆動回路１はコイル
３，４に順に通電し、ロータを逆方向に１ステップづつ
回転させる。

【０００６】一方、図９の駆動回路５は、図７のＣＷ／
ＣＣＷ端子およびパルス端子の代わりに、駆動信号が１
パルス入力される毎にロータ２を正方向に１ステップ回
転させるためのＣＷ端子と、駆動信号が１パルス入力さ
れるごとにロータ２を逆方向に１ステップ回転させるた
めのＣＣＷ端子とを有するもので、図１０に示すよう
に、ＣＷ端子に１パルス入力されるとロータ２を１ステ
ップ正方向に回転させ、逆にＣＣＷ端子に１パルス入力
されると、１ステップ分逆方向に回転させる。

【０００７】なお、ロータの外側にコイルを１相のみ設
けた単相同期モータでは、回転数の制御はできるが、回
転方向の制御は不可能である。このような単相同期モー
タを使用して速度制御を行う場合には、従来より、図７
に示した回路からＣＷ／ＣＣＷ端子および１相分の出力
端子を除いた制御回路が一般に使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
は、モータ制御機構全体をコンパクト化するために、モ
ータケースの内部に専用の制御回路を組み込んで、全体
をユニット化することを試みている。この場合、２相の
コイルを有するステッピングモータを使用し、図７また
は図９に示す回路で回転方向および回転速度を共に制御
するためには、電源を含む送信側回路とモータ本体を含
む受信側回路との間に、４本の配線（例えばＶｃｃ，Ｃ
Ｗ／ＣＣＷ，パルス，ＧＮＤ）が不可欠である。また、
単相同期型モータを使用して回転速度のみを制御する場
合には、電源線（Ｖｃｃ，ＧＮＤ）および駆動信号線の
計３本の配線が不可欠である。

【０００９】しかし、最近では、モータ組込先の機械が
高機能・複雑化するにつれ、機械の組立コストおよび配
線の信頼性を向上する目的から、モータへ至る配線数を
減らすことが望まれている。特に、大型の精密機械にお
いては、多数のモータを使用し、しかも機械中枢の制御
部からモータに至る距離が大きいため、個々のモータに
つき配線を１本でも減らすことができれば、組立コスト
および信頼性を高める効果が大きいからである。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電源を含む送信側回路と、モータ本体を含む受信側
回路との間の配線数を減らせるモータ駆動装置を提供す
ることを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るモータ駆動装置は、複数の磁極を有し
回転可能に配置されたロータ、および前記ロータの外周
に配置された１相または２相以上のコイルを具備するモ
ータ本体と、電源に付設され、入力信号に応じて電源出
力を一定電圧以上瞬間的に低下させるパルス印加回路
と、前記電源出力を検知し、電源出力が前記一定電圧以
上低下すると１ステップ分のコイル制御信号を出力する
制御回路と、前記制御回路からのコイル制御信号を受け
ると、前記ロータが１ステップ回転するように、前記コ
イルに通電する電力出力回路と、前記電源出力から整流
器を通じて充電され、前記電源出力が電圧低下している
間には、前記制御回路および前記電力出力回路へこれら
回路の作動電圧以上の電圧を供給する蓄電器とを具備す
ることを特徴としている。

【００１２】なお、前記パルス印加回路は、前記入力信
号に応じて電源からの電流を断接するスイッチ手段を有
するものでもよい。また、前記制御回路は、回転方向指
定信号の入力端子を有し、この入力端子からの回転方向
指定信号に応じて、ロータ回転方向情報を加味したコイ
ル制御信号を出力するものであるとともに、前記電力出
力回路は、前記ロータ回転方向情報が指定する回転方向
へ前記ロータが回転するように前記コイルに通電するも
のであってもよい。さらに、前記受信側制御回路、前記
電力出力回路、前記整流器および前記蓄電器は、前記モ
ータ本体と同一のケース内に収容されていてもよい。

【００１３】

【作用】本発明に係るモータ駆動装置では、ロータを１
ステップ分回転させるために、電源に付設されたパルス
印加回路により、電源出力を１パルス相当時間低下させ
る。すると、受信側の制御回路が電源出力の低下を検知
して１ステップ分のコイル制御信号を出力し、さらにこ
のコイル制御信号を受けて電力出力回路がコイルに通電
してロータを１ステップ分回転させる。なお、電源出力
が低下している間には、電源出力から整流器を通じて充
電されていた蓄電器が放電することにより制御回路およ
び電力出力回路へ作動電圧以上の電圧を供給するから、
回路の動作には全く支障がない。

【００１４】このように、電源用配線を使用してパルス
印加回路から受信側制御回路へモータ駆動信号を伝達す
るので、モータ駆動信号を伝達するための配線が不要と
なり、従来の同機能を有する装置に比して配線を１本減
らすことが可能である。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明に係るモータ駆動装置の一実
施例を示す回路図である。このモータ駆動装置は、駆動
信号を送出する送信側回路Ｐと、駆動信号を受ける受信
側回路Ｑと、この受信側回路Ｑに接続された２相型ステ
ッピングモータ本体Ｒとから構成されたもので、モータ
本体Ｒのロータ回転方向、および回転速度を任意に制御
する機能を有する。なお、受信側回路Ｑは、ユニット化
の観点からはモータ本体Ｒのケーシングに収容されてい
ることが好ましいが、もちろん、モータ本体Ｒと別体で
あってもよい。

【００１６】送信側回路Ｐから説明すると、符号１２は
電源であり、この電源１２と直列にスイッチ素子（パル
ス印加回路の一部）１１が接続されている。このスイッ
チ素子１１は、コントローラ（パルス印加回路の一部）
１０により任意のタイミングで断接制御されるもので、
通常はｏｎに保たれる一方、モータを１ステップ駆動す
る際にはごく短い一定時間ｏｆｆにされ、これにより、
電源出力にパルス信号が印加される。スイッチ素子１１
としては、十分な動作速度さえ確保できれば、従来から
使用されている如何なるスイッチ素子であってもよい。

【００１７】コントローラ１０はまた、ロータ回転方向
を指定するための回転方向指定信号の出力端子（ＣＷ／
ＣＣＷ端子）を備え、この端子から、ロータを正回転さ
せる場合にはＨｉｇｈ、逆回転させる場合にはＬｏｗ
（０）を出力するようになっている。

【００１８】受信側回路Ｑは、制御回路１３および電力
出力回路１４から主構成されたもので、入力としてＶｃ
ｃ端子、ＣＷ／ＣＣＷ端子およびＧＮＤ端子を有し、Ｖ
ｃｃ端子はスイッチ素子１１の他端に、ＣＷ／ＣＣＷ端
子はコントローラ１０の回転方向指定信号出力端子に、
ＧＮＤ端子は電源１２の陰極にそれぞれ接続されてい
る。なお、制御回路１３および電力出力回路１４は、実
際にはいずれも１個のＩＣで実現可能であり、受信側回
路Ｑは小型の基板に十分組み込むことができる。

【００１９】受信側回路Ｑの内部において、前記Ｖｃｃ
端子には、順方向接続されたダイオードＤ１を介して制
御回路１３のＶｃｃ１端子が接続されると共に、同様に
順方向接続されたダイオードＤ２を介して電力出力回路
１４のＶｃｃ２端子が接続されている。

【００２０】制御回路１３および電力出力回路１４のＧ
ＮＤ端子は、制御回路のＧＮＤ端子に接続され、さらに
制御回路１３のＶｃｃ１端子とＧＮＤ端子の間、および
電力出力回路１４のＶｃｃ２端子とＧＮＤ端子の間に
は、コンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ並列に接続されて
いる。これにより、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１が
制御回路１３用の定電圧回路を構成し、ダイオードＤ２
とコンデンサＣ２が電力出力回路１４用の定電圧回路を
構成している。さらに、制御回路１３の出力端子Ａ，
Ａ’はモータ本体Ｒの第１相コイル３に接続され、出力
端子Ｂ，Ｂ’は第２相コイル４に接続されている。

【００２１】制御回路１３の具体例を図２に示す。Ｖｃ
ｃ端子はインバータ１６を介して４ビットシフトレジス
タ１５のクロックに接続されている。ＣＷ／ＣＣＷ端子
は、４ビットシフトレジスタ１５のＳ０端子に接続され
ると共に、インバータ１７を介してＳ１端子に接続され
ている。４ビットシフトレジスタ１５のＱ１端子はＳＬ
端子に接続され、Ｑ２端子はＲＳフリップフロップ１８
のＲ端子に接続され、ＲＳフリップフロップ１８のＱ端
子はＯＲゲート１９の一方の入力端子に接続されてい
る。ＯＲゲート１９の他方の入力端子は、Ｑ４端子に接
続されている。そして、４ビットシフトレジスタ１５の
Ｑ１〜Ｑ４端子は、電力出力回路１４の入力側のａ端
子、ｂ端子、ａ’端子およびｂ’端子にそれぞれ接続さ
れている。また、ＲＳフリップフロップ１８のＳ端子は
Ｖｃｃに接続されており、ＲＳフリップフロップ１８の
Ｒ端子に、４ビットシフトレジスタ１５のＱ２端子から
Ｈｉｇｈが入力されることにより、励磁のパターン（こ
の場合、２相励磁）が決定されるようになっている。

【００２２】電力出力回路１４の具体例を図３に示す。
この例は、トランジスタ４個をＨブリッジに組み合わせ
た差動回路を２系統有し、ａ端子への入力がＨｉｇｈで
あれば出力側のＡ端子が＋かつＡ’端子が−になるよう
に電圧が発生する。同様に、ａ’端子がＨｉｇｈであれ
ばＡ端子が−かつＡ’端子が＋、ｂ端子がＨｉｇｈであ
ればＢ端子が＋かつＢ’端子が−、Ｂ’端子がＨｉｇｈ
であればＢ端子が−かつＢ’端子が＋を出力するように
構成されている。

【００２３】制御回路１３および電力出力回路１４の入
出力の関係を表１に示す。この表１は、ＣＷ／ＣＣＷ端
子への回転方向指示信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗの場合
に分け、制御回路１３のパルス端子にパルスが１つ入力
される毎に、Ｑ１〜Ｑ４およびＡ〜Ｂ’の出力がどのよ
うな順序で変化するかを示している。

【００２４】

【表１】

【００２５】なお、本実施例において重要な点はコンデ
ンサＣ１，Ｃ２の容量設定であり、電源電圧Ｖｃｃがス
イッチ素子１１により０とされている間にも、制御回路
１３および電力出力回路１４を継続動作させるに十分な
電力を供給できることが必要である。具体的な容量値の
計算方法を以下に示す。

【００２６】図５に示すように、パルス周期の最小値ｔ
ｐはモータの最大応答周波数によって決まり、パルス幅
ｔｗはｔｐより十分小さくなければならない。 ｔｗ＜＜ｔｐ

【００２７】制御回路１３の電源電圧Ｖｃｃ１、電力出
力回路１４の電源電圧Ｖｃｃ２は、コンデンサに十分充
電された状態であれば、それぞれ最大値Ｖｍａｘ１、Ｖ
ｍａｘ２となり、これらはＶｃｃからダイオードＤ１，
Ｄ２の順方向電圧Ｖｆ１、Ｖｆ２だけ差し引いた値とな
る。 Ｖｍａｘ１＝Ｖｃｃ−Ｖｆ１ ……（１） Ｖｍａｘ２＝Ｖｃｃ−Ｖｆ２ ……（２）

【００２８】制御回路１３が誤動作なく動作する最小電
圧をＶｔｈ１、電力出力回路１４が誤動作なく動作する
最小電圧をＶｔｈ２とすると、制御回路Ｑが常時動作す
るには、パルス中のＶｃｃ１の最小値Ｖｍｉｎ１がＶｔ
ｈ１よりも大きく、かつＶｃｃ２の最小値Ｖｍｉｎ２が
Ｖｔｈ２よりも大きければよい。 Ｖｍｉｎ１＞Ｖｔｈ１ ……（３） Ｖｍｉｎ２＞Ｖｔｈ２ ……（４）

【００２９】Ｖｍｉｎ１、Ｖｍｉｎ２は、簡易的に次式
で表すことができる。 Ｖｍｉｎ１＝Ｖｍａｘ１（１−ｅ^y） ……（５） Ｖｍｉｎ２＝Ｖｍａｘ２（１−ｅ^z） ……（６） ただし、ｙ，ｚは次式で表される。 ｙ＝−ｔｗ／（Ｘ１・Ｃ１） ……（７） ｚ＝−ｔｗ／（Ｘ２・Ｃ２） ……（８）

【００３０】Ｘ１は制御回路１３の電源からみた内部抵
抗、Ｘ２は電力出力回路１４の電源からみた内部抵抗で
ある。上記式（１）〜（８）を用いることにより、最低
限必要なコンデンサ容量Ｃ１，Ｃ２を計算することがで
きる。

【００３１】上記構成からなるモータ駆動装置によれ
ば、コントローラ１０によりスイッチ素子１１がｏｆｆ
にされると、Ｖｃｃが０になるためインバータ１６によ
り”Ｈ”のパルスが生成され、４ビットシフトレジスタ
１５のクロック端子に入力される。電源１２が遮断され
ている間は、コンデンサＣ１，Ｃ２が放電して電源電圧
Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２が制御回路１３および電力出力回路
１４の最低動作電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２より高く保たれ
るから、各回路１３，１４はパルス入力中も安定して動
作を続行する。したがって、電力出力回路１４は、回転
方向指定信号に応じて表１の順序でＡ〜Ｂ’端子に電圧
を出力し、ロータ２を指定された回転方向へパルス数に
応じた回転速度で回転させる。

【００３２】このモータ駆動装置によれば、送信側回路
Ｐから駆動信号が電源線を通じて受信側回路Ｑに送られ
るので、送信側回路Ｐと受信側回路Ｑをつなぐ配線は３
本でよく、従来の４本に比して配線に要するコストを低
減することができ、配線の信頼性向上も図れる。しか
も、制御回路の構成は比較的単純で済むという利点を有
する。

【００３３】次に、図６は本発明の第２実施例を示し、
この例はコイルを一つしか持たない単相同期モータの回
転速度制御のみを行う例である。単相同期モータである
から回転方向の制御をすることはできず、ロータ２には
通常、逆転防止用のストッパ機構が設けられる。

【００３４】この例においても、基本的な回路構成は図
１とほぼ同様であり、同一構成要素には同一符号を付し
て説明を省略する。ただし、この実施例での受信側回路
Ｑの機能は、表２に示すようにＶｃｃ端子に１パルス加
わる毎にＡ，Ａ’間の極性を逆転させるだけでよいの
で、制御回路２０としては単純な２ビットシフトレジス
タ回路、電力出力回路２１としては図３に示した電力出
力回路１４の１回路分を用いればよい。例えば、図２の
ＣＷ／ＣＣＷ端子をＶｃｃ端子かＧＮＤ端子のいずれか
に接続し、ｂ，ｂ’を外すと共に、図３中のＡ，Ａ’の
みを出力として単相コイルに接続すればよい。

【００３５】

【表２】

【００３６】図６の構成からなる単相同期モータ駆動装
置によれば、送信側回路Ｐから受信側回路Ｑへの配線が
２本で済み、回路構成も単純である。従来、この種の単
相同期モータの速度制御を行う場合には、ＧＮＤ線、Ｖ
ｃｃ線および駆動信号線の計３本が必要であったから、
この実施例によれば、同等の機能を有しつつも配線を１
本減らすことができ、配線コストを低減することができ
る。

【００３７】なお、本発明は上記２つの実施例のみに限
定されるものではなく、他にも様々な変形が可能であ
る。例えば、前記実施例ではスイッチ素子１１により電
源を断接していたが、その代わりに、電源電圧を一定電
圧以上、パルス状に低下させる構成としてもよい。ま
た、コンデンサＣ１，Ｃ２の代わりに小容量の蓄電池を
使用してもよいし、ダイオードおよびコンデンサを１組
に減らし、同一のコンデンサから制御回路１３および電
力出力回路１４の双方へ電源を供給するようにしてもよ
い。ただし、その場合には、最低動作電圧Ｖｔｈ１，Ｖ
ｔｈ２の差に留意する必要がある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るモー
タ駆動装置では、ロータを１ステップ分回転させる場
合、電源に接続されたパルス印加回路により電源出力を
１パルス相当時間低下させる。すると、受信側制御回路
が電源出力の低下を検知して１ステップ分のコイル制御
信号を出力し、さらにこのコイル制御信号を受けて電力
出力回路がコイルに通電し、ロータを１ステップ分回転
させる。なお、パルス継続中は、電源出力から整流器を
通じて充電されていた蓄電器が放電し、制御回路および
電力出力回路へこれら回路の作動電圧以上の電圧を供給
するから、回路の動作には支障がない。

【００３９】上記作用により、電源用の配線を使用して
送信側のパルス印加回路から受信側の制御回路へ駆動信
号を伝達するので、駆動信号を伝達するための配線が不
要となり、従来の同機能を有する装置に比して配線を１
本減らすことが可能である。したがって、その分、配線
に要する手間およびコストの低減が図れるうえ、回路は
比較的単純で済む利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ駆動装置の第１実施例を示
す回路図である。

【図２】受信側制御回路の１例を示す回路図である。

【図３】電力出力回路の１例を示す回路図である。

【図４】第１実施例における制御の具体例を示すグラフ
である。

【図５】定電圧回路の効果を示すグラフである。

【図６】本発明に係るモータ駆動装置の第２実施例を示
す回路図である。

【図７】従来のステッピングモータの駆動装置の一例を
示す回路図である。

【図８】同装置による制御を示すグラフである。

【図９】従来のステッピングモータの駆動装置の他の例
を示す回路図である。

【図１０】同装置による制御を示すグラフである。

【符号の説明】

２ ロータ ３，４ コイル（２相） １０ コントローラ １１ スイッチ素子 １２ 電源 １３，２０ 制御回路 １４，２１ 電力出力回路 １５ ４ビットシフトレジスタ １６，１７ インバータ Ｄ１，Ｄ２ ダイオード（整流器） Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ（蓄電器） ２２ 単相コイル Ｐ 送信側回路 Ｑ 受信側回路 Ｒ モータ本体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の磁極を有し回転可能に配置されたロ
   ータ、および前記ロータの外周に配置された１相または
   ２相以上のコイルを具備するモータ本体と、 電源に付設され、入力信号に応じて電源出力を一定電圧
   以上瞬間的に低下させるパルス印加回路と、 前記電源出力を検知し、電源出力が前記一定電圧以上低
   下すると１ステップ分のコイル制御信号を出力する制御
   回路と、 前記制御回路からのコイル制御信号を受けると、前記ロ
   ータが１ステップ回転するように、前記コイルに通電す
   る電力出力回路と、 前記電源出力から整流器を通じて充電され、前記電源出
   力が電圧低下している間には、前記制御回路および前記
   電力出力回路へこれら回路の作動電圧以上の電圧を供給
   する蓄電器とを具備することを特徴とするモータ駆動装
   置。
2. 【請求項２】前記パルス印加回路は、前記入力信号に応
   じて電源からの電流を断接するスイッチ手段を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 【請求項３】前記制御回路は、回転方向指定信号の入力
   端子を有し、この入力端子からの回転方向指定信号に応
   じて、ロータ回転方向情報を加味したコイル制御信号を
   出力するものであるとともに、前記電力出力回路は、前
   記ロータ回転方向情報が指定する回転方向へ前記ロータ
   が回転するように前記コイルに通電するものであること
   を特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動装置。
4. 【請求項４】前記受信側制御回路、前記電力出力回路、
   前記整流器および前記蓄電器は、前記モータ本体と同一
   のケース内に収容されていることを特徴とする請求項
   １，２または３記載のモータ駆動装置。