JPH07303396A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ速度に応じて異なる大きさの電流して
低速時のトルクを減少させるとともに高速時のトルクの
低下を減少する。 【構成】 モータ駆動パルスに基づいて駆動するステッ
ピングモータ６のモータ制御装置において、モータ駆動
パルスに応じて、大きな電流をモータドライバを介して
モータに供給する電流値設定回路１９を設け、この電流
値設定回路の出力をモータドライバの電流値決定端子
（ＩＤ）に接続し、電流値設定回路１９はモータ速度に
応じた電流値を設定し、これをデジタルな電流値設定デ
ータとして出力する電流値設定回路２１及びこの設定回
路２１からの電流設定データをＤ／Ａ変換するとともに
増幅してモータドライバ５の電流値決定端子に供給する
データ変換増幅回路２０とから構成し、ステッピングモ
ータの駆動速度が速くなるに連れてその駆動電流値を段
階的に上昇してステッピングモータを駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動パルスに基
づいてステッピングモータを駆動制御するモータ制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のモータ駆動制御装置にお
いては、図５に示すようなものが知られている。

【０００３】このモータ駆動制御装置は、制御部本体を
構成するＣＰＵ（中央処理装置）１、このＣＰＵ１が各
部を制御するためのプログラムデータを格納したＲＯＭ
（リード・オンリー・メモリ）２、ＣＰＵ１がデータ処
理のために使用されるメモリ等を設けたＲＡＭ（ランダ
ム・アクセス・メモリ）３、Ｉ／Ｏポート４、ＣＰＵ１
からＩ／Ｏポート４を介して供給されるモータ駆動パル
ス（ＰA 、ＰB ）に基づいてステッピングモータ６の各
相に駆動電流を供給するモータドライバ５を備える。

【０００４】上記ＣＰＵ１とＲＯＭ２、ＲＡＭ３、Ｉ／
Ｏポート４とは、バスライン１０により電気的に接続さ
れており、モータドライバ５の入力端子のうち、ステッ
ピングモータ６に供給する電流の大きさを決定するため
の電流値決定入力端子（ＩＤ端子）は、電源端子Ｖf 及
び接地間に介在し一対の抵抗７，８からなる電流設定用
直列回路９の各抵抗間に接続されている。

【０００５】このようなモータ駆動制御装置において
は、ステッピングモータ６は、ＣＰＵ１からＩ／Ｏポー
ト４を介してモータドライバ５に供給されるモータ駆動
パルス（ＰA 、ＰB ）に基づいて、電流値決定入力端子
（ＩＤ端子）に供給される一定の駆動電流値で駆動制御
されるようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなモ
ータ駆動装置においては、ステッピングモータ６に供給
される電流の大きさは電流設定用直列回路９によって固
定されているため、ステッピングモータ６のトルクは図
６に示すように低速時には起動しうる負荷トルクである
起動特性によるトルク（プルイントルク）が必要以上あ
るが、その後モータ速度が増加して高速時になると連続
特性によるトルク（プルアウトトルク）が減少してしま
うという問題があった。

【０００７】このため、低速時にはステッピングモータ
６に接続された機構部が不要な振動を発生することがあ
り、また高速時には、プルアウトトルクの減少が脱調等
の原因となっていた。

【０００８】そこで本発明は、ステッピングモータの速
度に応じて異なる大きさの電流を供給でき、従って低速
時のトルクを減少させることができるとともに、高速時
のトルクの低下を抑制することができるモータ制御装置
を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータ駆動パ
ルスに基づいて駆動するステッピングモータのモータ制
御装置において、このモータ駆動パルスを入力しこれに
基づいてイネーブル信号を発生するイネーブル信号発生
手段と、モータ駆動開始時、最初にステッピングモータ
に供給する始動電流値に対応するカウント値が設定さ
れ、かつ前記イネーブル信号発生手段からのイネーブル
信号の発生から次のイネーブル信号の発生までの時間を
それぞれカウントするカウント手段と、前記イネーブル
信号発生手段からの最初のイネーブル信号の発生タイミ
ングで始動電流値に対応するカウント値をラッチし、そ
の後イネーブル信号の発生タイミングで前記カウント手
段がそのイネーブル信号発生までにカウントしたカウン
トデータをラッチするデータラッチ手段と、このデータ
ラッチ手段でラッチされたカウントデータに基づいてス
テッピングモータに供給する駆動電流値を設定する駆動
電流値設定手段と、この駆動電流値設定手段からの駆動
電流値で前記ステッピングモータの通電制御を行うモー
タ制御手段とを設けたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】このような構成の本発明においては、ステッピ
ングモータを駆動開始するとき、イネーブル信号発生手
段はモータ駆動パルスを入力すると、これに基づいてイ
ネーブル信号を発生する。このとき、最初にステッピン
グモータに供給する始動電流値に対応するカウントデー
タがデータラッチ手段にラッチされ、カウント手段のカ
ウントが開始する。すると、ステッピングモータは、モ
ータ制御手段によりデータラッチ手段からのカウントデ
ータに基づく始動電流値で通電制御される。

【００１１】次に、イネーブル信号発生手段が次のイネ
ーブル信号を発生すると、そのイネーブル信号の発生タ
イミングで前記カウント手段がそのイネーブル信号発生
までにカウントしたカウントデータをデータラッチ手段
によりラッチする。そして、駆動電流値設定手段はラッ
チされたカウントデータに基づいてステッピングモータ
に供給する駆動電流値を設定する。すると、ステッピン
グモータは、モータ制御手段によりデータラッチ手段か
らのカウントデータに基づく始動電流値で通電制御され
る。

【００１２】これを繰返すことによって、イネーブル信
号発生手段によるイネーブル信号の発生タイミングに基
づいて段階的に変化する駆動電流値をステッピングモー
タに供給する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、図５に示す部分と同一部分には同一符号を
付して詳細な説明を省略する。

【００１４】図１は、本実施例における回路構成の概略
を示すブロック図で、図５に示す回路構成図と異なるの
は、電流設定用直列回路９でモータ制御手段としてのモ
ータドライバ５を介してステッピングモータ６に供給す
る駆動電流値を固定する代わりに電流値決定回路を設
け、この電流値決定回路でモータ速度が速くなるに連れ
て、大きな駆動電流をモータドライバ５を介してステッ
ピングモータ６に供給する点である。

【００１５】この電流値決定回路１９は、モータ速度に
応じた駆動電流値を設定し、これをデジタルな駆動電流
値設定データとして出力する電流値設定回路２１及びこ
の電流値設定回路２１からの電流値設定データをＤ／Ａ
変換するとともに増幅してモータドライバ５の電流値決
定端子（ＩＤ端子）に供給する駆動電流値設定手段とし
てのデータ変換増幅回路２０とから構成される。

【００１６】電流値設定回路２１は、具体的には図２に
示すようにイネーブル信号発生手段としての相微分回路
２３、カウント手段としてのカウンタ２４、及びデータ
ラッチ手段としてのデータラッチ２５とから構成され
る。カウンタ２４は、例えば７４ＬＳ８６９（ＴＴＬ）
から構成され、データラッチ２５は、例えば７４ＬＳ３
７７（ＴＴＬ）から構成される。

【００１７】上記相微分回路２３は、ＳＲ入力付きＤ−
ＦＦ（フリップフロップ）２６，２７、２入力排他的オ
アゲート２８，２９、２入力ノアゲート３０，３１、２
入力ナンドゲート３２を備える。

【００１８】上記フリップフロップ２６のＳ入力端子は
電源電圧Ｖｆに接続しており、Ｄ入力端子及びＲ入力端
子（負論理入力端子）には、それぞれ上記ＣＰＵ１から
の図３（ａ）に示すようなモータ駆動パルスＰA 及び同
図（ｋ）に示すようなクリア（ＣＬＲ）信号がＩ／Ｏポ
ート４を介して入力されるようになっている。また、フ
リップフロップのＣ入力端子には、ＣＰＵ１からのクロ
ック（ＣＫ）信号が入力されるようになっている。

【００１９】そして、フリップフロップ２６のセット出
力端子（Ｑ端子）は排他的オアゲート２８の一方の入力
端子に接続している。この排他的オアゲート２８の他方
の入力端子には、上記ＣＰＵ１からのモータ駆動パルス
ＰA がＩ／Ｏポート４を介して入力されるようになって
いる。

【００２０】上記フリップフロップ２７のＳ入力端子は
電源電圧Ｖｆに接続しており、Ｄ入力端子及びＲ入力端
子（負論理入力端子）には、それぞれ上記ＣＰＵ１から
の図３（ｂ）に示すようなモータ駆動パルスＰB 及びク
リア（ＣＬＲ）信号がＩ／Ｏポート４を介して入力され
るようになっている。また、フリップフロップ２７のＣ
入力端子には、ＣＰＵ１からの図３（ｙ）に示すような
クロック（ＣＫ）信号が入力されるようになっている。

【００２１】そして、フリップフロップ２７のセット出
力端子（Ｑ端子）は排他的オアゲート２９の一方の入力
端子に接続している。この排他的オアゲート２９の他方
の入力端子には、上記ＣＰＵ１からのモータ駆動パルス
ＰB がＩ／Ｏポート４を介して入力されるようになって
いる。

【００２２】これら排他的オアゲート２８，２９の出力
端子は、それぞれノアゲート３０の入力端子に接続して
おり、このノアゲート３０の出力端子はノアゲート３１
の一方の負論理入力端子に接続している。また、ノアゲ
ート３１の他方の負論理入力端子には、上記ＣＰＵ１か
らのクリア（ＣＬＲ）信号がＩ／Ｏポート４を介して入
力されるようになっている。

【００２３】上記ノアゲート３０の出力端子は上記ナン
ドゲート３２の一方の入力端子（負論理入力端子）にも
接続しており、このナンドゲート３２の他方の入力端子
には上記ＣＰＵ１からのクリア（ＣＬＲ）信号がＩ／Ｏ
ポート４を介して入力されるようになっている。

【００２４】上記相微分回路２３は、モータ駆動パルス
ＰA 又はＰB の立上り又は立下りのタイミングで、クロ
ック信号に同期した図３（ｘ）に示すようなイネーブル
（ＥＮ）信号を発生し、ノアゲート３１の出力端子から
出力するようになっている。

【００２５】ところで、ＣＰＵ１からは、モータ始動時
には、ステッピングモータ６への通電時間が比較的長く
なるようなモータ駆動パルスＰA ，ＰB が出力され、そ
の後モータ速度が増加するに連れて次第に通電時間が短
くなるようなモータ駆動パルスＰA ，ＰB が出力され
る。これにより、相微分回路２３からのイネーブル（Ｅ
Ｎ）信号は、発生間隔がモータ速度が速くなるに連れて
短くなる。

【００２６】ナンドゲート３２及びノアゲート３１の各
出力端子は、カウンタ２４に接続している。

【００２７】上記カウンタ２４は、クロック（ＣＫ）端
子、クリア（ＣＬＲ）端子、イネーブル（ＥＮ）端子、
Ａ〜Ｈの初期値セット端子、ＱA 〜ＱH の出力端子を備
える。

【００２８】このＣＫ端子は、上記ＣＰＵ１からのクロ
ック（ＣＫ）信号が入力されるようになっている。ま
た、クリア（ＣＬＲ）端子にはナンドゲート３２の出力
端子が接続しており、イネーブル（ＥＮ）端子にはノア
ゲート３１の出力端子が接続している。

【００２９】さらに、初期値セット端子のうち、Ａ〜Ｄ
のセット端子は接地されており、Ｅ〜Ｈのセット端子は
電源端子Ｖf に接続している。これにより、カウンタ２
４の初期値はＦ０h となる。この値に基づいて後述のス
テッピングモータ６の始動電流値が決定される。

【００３０】また、カウンタ２４はＣＰＵからのクリア
（ＣＬＲ）信号がＬレベルになると、相微分回路２３の
ノアゲート３１及びアンドゲート３２の出力に基づい
て、カウント値が零となり、カウントアップを開始する
ようになっている。

【００３１】また、ＱA 〜ＱH の出力端子からは、カウ
ントデータ（Ｃ0 〜Ｃ7 ）が出力され、このカウントデ
ータ（Ｃ0 〜Ｃ7 ）はデータラッチ２５に供給されるよ
うになっている。

【００３２】このデータラッチ２５は、上記カウンタ２
４からのカウントデータ（Ｃ0 〜Ｃ7 ）がそれぞれ入力
されるＤ0 〜Ｄ7 の入力端子、クロック（ＣＫ）端子、
イネーブル（ＥＮ）負論理入力端子を備える。

【００３３】このＣＫ端子は、上記ＣＰＵ１からのクロ
ック（ＣＫ）信号が入力されるようになっている。ま
た、イネーブル（ＥＮ）負論理入力端子には上記相微分
回路２３のノアゲート３１の出力端子が接続している。

【００３４】このデータラッチ２５は、相微分回路２３
からのイネーブル（ＥＮ）信号の立下がりエッジのタイ
ミングで、そのときのカウンタ２４のカウントデータ
（Ｃ0〜Ｃ7 ）をラッチして、これを図３（ｃ）〜
（ｊ）に示すＤＴ0 〜ＤＴ7 の電流値設定データとして
前記データ変換増幅回路２０に供給するようになってい
る。

【００３５】このデータ変換増幅回路２０は、図１に示
すように、Ｄ／Ａコンバータ２２及びオペアンプ３６を
備える。

【００３６】上記Ｄ／Ａコンバータ２２の出力端子は抵
抗３５を介してオペアンプ３６の一方の入力端子に接続
しており、このオペアンプ３６の他方のオペアンプ３６
の入力端子は一対の分圧抵抗３７，３８からなる直列回
路３９の抵抗間に接続している。この直列回路３９は電
源端子Ｖf 及び接地間に介在している。

【００３７】このオペアンプ３６は、上記電流値設定回
路２１のカウンタ２４からのカウント値がＦＦｈのとき
に０Ｖ、００ｈのときに５Ｖが出力されるように設定さ
れている。すなわち、０〜５Ｖを２５６等分し、カウン
ト値に応じた電圧（電流）を出力するようになってい
る。例えば、このオペアンプ３６はＦ０ｈが入力される
と０．３１Ｖを出力し、８５ｈが入力されると２．４Ｖ
を出力する。

【００３８】上記オペアンプ３６の出力端子はモータド
ライバ５の電流値決定入力端子に接続している。また、
オペアンプ３６の出力端子は抵抗４１を介して上記抵抗
３５とオペアンプ３６の入力端子との間に接続してい
る。

【００３９】このような構成の本実施例においては、ス
テッピングモータ６の駆動制御を行う際、まずＣＰＵ１
からモータ駆動パルスＰA 、ＰB 及びＬレベルなクリア
信号（パルス）を出力する。すると、電流値設定回路２
１のカウンタ２４はリセットされる。

【００４０】これにより、カウンタ２４の初期値はデー
タラッチ２５にラッチされた状態で、データラッチ２５
のカウントが開始される。従って、カウンタ２４の初期
値に応じた図３（ｚ）に示すような０．３１ＶのＩＳＥ
Ｔ信号がオペアンプ３６の出力端子からモータドライバ
５の電流決定端子に供給される。すると、ステッピング
モータ６はこの０．３１Ｖに応じた始動電流値で駆動す
る。

【００４１】その後、モータ駆動パルスＰA の立上りエ
ッジをクロック信号で同期したタイミングＡで相微分回
路２３のノアゲート３１からＬレベルなイネーブル（Ｅ
Ｎ）信号がカウンタ２４，２５に供給される。

【００４２】これにより、カウンタ２４におけるタイミ
ングＡのカウンタデータがデータラッチ２５によりラッ
チされ、データラッチ２５の出力端子からは図３（ｃ）
〜（ｊ）に示すカウンタデータ（８５ｈ）がＤ／Ａコン
バータ２２に供給されるとともに、カウンタ２４はリセ
ットされ、新たにカウントが開始される。

【００４３】このとき、カウンタ２４におけるタイミン
グＡのカウンタデータ（８５ｈ）に応じた図３（ｚ）に
示すような２．４ＶのＩＳＥＴ信号がオペアンプ３６の
出力端子からモータドライバ５の電流決定端子に供給さ
れる。するとステッピングモータ６は２．４Ｖに応じた
前の区間より大きい駆動電流値で駆動する。

【００４４】次に、モータ駆動パルスＰB の立上りエッ
ジをクロック信号で同期したタイミングＢで相微分回路
２３のノアゲート３１からＬレベルなイネーブル（Ｅ
Ｎ）信号がカウンタ２４，２５に供給される。

【００４５】これにより、カウンタ２４におけるタイミ
ングＡのカウンタデータがデータラッチ２５によりラッ
チされ、データラッチ２５の出力端子からは図３（ｃ）
〜（ｊ）に示すカウンタデータ（３Ｅｈ）がＤ／Ａコン
バータ２２に供給されるとともに、カウンタ２４はリセ
ットされ、新たにカウントが開始される。

【００４６】このとき、カウンタ２４におけるタイミン
グＢのカウンタデータ（３Ｅｈ）に応じた図３（ｚ）に
示すような３．７９ＶのＩＳＥＴ信号がオペアンプ３６
の出力端子からモータドライバ５の電流決定端子に供給
される。するとステッピングモータ６は３．７９Ｖに応
じた前の区間より大きい駆動電流値で駆動する。

【００４７】こうして、モータ駆動パルスＰA 又はＰB
の立上りエッジ又は立下りエッジごとに、相微分回路２
３のノアゲート３１からＬレベルなイネーブル（ＥＮ）
信号が発生し、このタイミングでカウンタ２４のカウン
トデータがデータラッチ２５でラッチされる。

【００４８】モータ速度が速くなるにつれて、ＣＰＵ１
からのモータ駆動パルスのパルス幅が短くなるため、相
微分回路２３から発生するＬレベルなイネーブル（Ｅ
Ｎ）信号の時間間隔も短くなる。従って、ステッピング
モータ６の回転速度が速くなるにつれてデータラッチ２
５でラッチされるカウントデータも小さくなる。これに
応じてモータドライバ５に供給される電圧も大きくな
り、図３（ｚ）に示すように電圧レベルが階段状に上昇
する。

【００４９】このように、相微分回路２３、カウンタ２
４，２５からなる電流値設定回路を設け、モータ駆動パ
ルスＰA 又はＰB の立上りエッジ又は立下りエッジごと
に発生するイネーブル（ＥＮ）信号の発生間隔をカウン
トし、そのイネーブル（ＥＮ）信号の発生タイミングで
そのときのカウンタ２４のカウントデータをラッチし、
そのカウントデータに基づいてステッピングモータ６に
供給する駆動電流値を段階的に上げるため、モータ速度
が速くなるに連れてモータドライバ５の電流値決定端子
（ＩＤ端子）の電圧を上げることができる。

【００５０】これにより、低速時には比較的低い電圧を
ステッピングモータ６に供給できるため、図４に示すよ
うに、モータ始動時のトルクが従来より小さくなる。す
なわち、従来のような不必要に大きなトルクを発生しな
いため、低速時にはステッピングモータ６に接続された
機構部の不要な振動を防止することができる。

【００５１】また、同図に示すようにステッピングモー
タ６の高速時のプルアウトトルクの落込みを抑制するこ
とができる。すなわち、高速時には従来よりも大きなト
ルクを発生することができるため、高速時のトルクの低
下による脱調等を防止できる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ス
テッピングモータの速度に応じて異なる大きさの電流を
供給でき、従って高速時のトルクの低下を抑制すること
ができるモータ制御装置を提供できるものである。

【００５３】これにより、低速時にはステッピングモー
タに接続された機構部の不要な振動発生を防止すること
ができ、また高速時にはトルクの低下による脱調等を抑
制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図。

【図２】同実施例における電流値設定回路の構成を示す
回路図。

【図３】同実施例におけるモータ駆動制御のタイミング
を示す図。

【図４】同実施例におけるモータ速度とトルクの関係を
示す図。

【図５】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック
図。

【図６】従来のモータ速度とトルクの関係を示す図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ ５…モータドライバ ６…ステッピングモータ ２３…相微分回路 ２４…カウンタ ２５…データラッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ駆動パルスに基づいて駆動するス
   テッピングモータのモータ制御装置において、このモー
   タ駆動パルスを入力しこれに基づいてイネーブル信号を
   発生するイネーブル信号発生手段と、モータ駆動開始
   時、最初にステッピングモータに供給する始動電流値に
   対応するカウントデータが設定され、かつ前記イネーブ
   ル信号発生手段からのイネーブル信号の発生から次のイ
   ネーブル信号の発生までの時間をそれぞれカウントする
   カウント手段と、前記イネーブル信号発生手段からの最
   初のイネーブル信号の発生タイミングで始動電流値に対
   応するカウント値をラッチし、その後イネーブル信号の
   発生タイミングで前記カウント手段がそのイネーブル信
   号発生までにカウントしたカウントデータをラッチする
   データラッチ手段と、このデータラッチ手段でラッチさ
   れたカウントデータに基づいて前記ステッピングモータ
   に供給する駆動電流値を設定する駆動電流値設定手段
   と、この駆動電流値設定手段からの駆動電流値で前記ス
   テッピングモータの通電制御を行うモータ制御手段とを
   設けたことを特徴とするモータ制御装置。