JPH08322293A - ステッピングモータ及びその初期化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】部品精度や組立精度向上を回避しつつストッパ
停止位置におけるステッピングモータの初期励磁相を電
気的に決定する。 【構成】ｍ個の励磁相をもつステッピングモータにｎ
（ｎ≧ｍ／２）個の磁電変換素子でロータの極歯のステ
ップ回動を検出し、その信号電圧を二値化する。各磁電
変換素子の設定位置は、ロータが回動可能な条件下での
各励磁相のそれぞれに対応して出力されるｎ個の二値信
号の組合わせ論理値がそれぞれ異なるように設定され
る。ロータの強制停止後（ステップ２０２）、励磁相を
ロータがストッパへ向かう励磁相変化順序で変化させ
（ステップ２０８）、この時の励磁相と二値信号の組合
わせ論理値との関係に基づいて強制停止位置におけるロ
ータ８が安定状態となる初期励磁相を決定する（ステッ
プ２１２、２１４）。

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及
びその初期化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータのステータは互いに
異なる励磁相をｍ（ｍは通常３以上）個有しており、こ
の「励磁相」は、本明細書ではステータコアに巻装され
た複数のコイルへ通電される電流パターンを意味するも
のとする。ステータの各励磁相に対してロータ（の極
歯）は異なる安定点をもち、励磁相の変化毎にロータは
安定点から次の安定点へ１ステップずつ回動する。した
がって、ロータの停止位置を安定点とする励磁相（初期
励磁相）を知り、この停止位置に対してロータをその回
動方向へ回動させるための正しい順序で励磁相を順次変
化させれば励磁相の変化数に等しいステップだけロータ
が回動する。すなわち、ロータを所望角度だけ回動させ
るには、ロータ停止位置が安定点となる励磁相（初期励
磁相）を正しく決定する初期化を行う必要がある。以
下、本明細書では簡単のために、ストッパをロータの起
動位置（起点）に設けるものとし、この起点から離れる
方向へのロータの回動方向を正転方向、その反対方向を
逆転方向と仮定するものとする。

【０００３】正転方向及び逆転方向へのロータ回動のた
めの励磁相変化順序は予めコントローラにセットされて
いる。従来におけるこの初期化方式を以下に説明する。
初期化するには、まず最初にロータをストッパ（起点ス
トッパ）に衝接して強制停止させる「突き当て駆動」を
行う。具体的には、励磁相を逆転方向へ充分に変化さ
せ、ロータをストッパに衝接させる。ロータの強制停止
後、更に励磁相を逆転方向へ変化させると、励磁相変化
の１サイクルに１回、ロータが正転方向へ１ステップ回
動した後、再び元の強制停止位置に回動する「逆調動
作」を行うことが周知となっている。

【０００４】従来は、所定の基準励磁相を初期励磁相と
決めておき、ステータにこの基準励磁相を与えた場合に
ロータが安定状態となる位置（安定点）が上記停止位置
となるように、ストッパや各極歯の物理的形状や相対空
間関係を作りこんでいた。特公昭６０−１２８８５８号
公報は、上記ストッパをなすピンを有するプーリをもつ
ステッピングモータにおいて、プーリをロータの回転軸
へ圧入する際の角度調節により、上記基準励磁相におけ
る安定点にロータ（回転軸）をセットすることを提案し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
基準励磁相の安定点が上記停止位置となるように、スト
ッパや各極歯の物理的形状や相対空間関係を製作、組み
立てることは、各部品の寸法公差を厳しくする必要があ
るばかりでなく、位置合わせ作業なども面倒となり、ス
テップ数の増大につれて格段に困難となる。

【０００６】また、上記公報の方式でも、組立後、プー
リの角度合わせ作業が簡単でなく、使用中に合わせた角
度がずれてしまう可能性もあり、信頼性に問題があっ
た。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、製
作精度や位置合わせ作業の負担を軽減しつつ初期励磁相
下の安定点にロータを高精度にセット可能なステッピン
グモータ及びその初期化方法を提供することを、その目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
ステータコアに巻装された複数のコイルへ通電される電
流パターンを意味する励磁相をｍ個有するステータと、
前記ステータの極歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一
定ピッチで配列された極歯を有するとともに前記励磁相
が所定の順序で変化する毎に１ステップずつ回動するロ
ータと、前記ロータの一方向への回動を所定の停止位置
で強制停止するストッパと、前記ロータの前記極歯に対
して小間隔を隔てつつ互いに周方向へ所定ピッチ離れて
ｎ（ｎ≧ｍ／２）個分配々置されるとともに前記ロータ
が回動可能な条件下で前記各励磁相に対応して出力され
る前記ｎ個の二値信号の組合わせ論理値がそれぞれ異な
る空間位置に配設される磁電変換素子と、前記各磁電変
換素子の信号電圧をそれぞれ二値化してｎ個の二値信号
を出力する二値化回路と、前記励磁相を変化させて前記
ロータを回動させる通電制御手段と、前記励磁相の順次
変化による前記ロータの回動中に前記励磁相と前記二値
信号の組合わせ論理値との関係を記憶する記憶手段と、
前記ロータの前記強制停止を判定するロータ停止判定手
段と、前記強制停止後の前記励磁相の変化に対応する前
記二値信号の組合わせ論理値と前記記憶手段に記憶され
た前記関係とに基づいて前記停止位置の前記ロータが安
定状態となる励磁相を初期励磁相として決定して記憶す
る励磁相決定手段とを備えることを特徴とするステッピ
ングモータである。

【０００８】本発明の第２の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記励磁相決定手段が、前記ロータの強制
停止状態において同一の磁電変換素子の信号電圧に基づ
いて前記二値化回路から順番に出力される３ステップ分
の二値信号の多数決信号を前記各磁電変換素子の信号電
圧毎に出力するとともに、前記各多数決信号の組合わせ
論理値と前記記憶手段に記憶された前記関係とに基づい
て前記初期励磁相を決定して記憶するものであることを
特徴としている。

【０００９】本発明の第３の構成は、ステータコアに巻
装された複数のコイルへ通電される電流パターンを意味
する励磁相をｍ個有するステータと、前記ステータの極
歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一定ピッチで配列さ
れた極歯を有するとともに前記励磁相が所定の順序で変
化する毎に１ステップずつ回動するロータと、前記ロー
タの一方向への回動を所定の停止位置で強制停止するス
トッパと、前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔て
つつ互いに周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）
個分配々置されるとともに、前記ロータが回動可能な条
件下で前記各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二
値信号の組合せ論理値がそれぞれ異なる空間位置に配設
される磁電変換素子と、前記各磁電変換素子の信号電圧
をそれぞれ二値化してｎ個の二値信号を出力する二値化
回路と、前記励磁相を変化させて前記ロータを回動させ
る通電制御手段と、前記強制停止後の前記励磁相の変化
により前記二値信号が変化した場合の励磁相を基準とし
て前記ロータを前記ストッパに向けて１ステップ回動さ
せる次の励磁相を前記停止位置において前記ロータが安
定する励磁相である初期励磁相として決定して記憶する
励磁相決定手段とを備えることを特徴とするステッピン
グモータである。

【００１０】本発明の第４の構成は、（ａ）ステータコ
アに巻装された複数のコイルへ通電される電流パターン
を意味する励磁相をｍ個有するステータと、前記ステー
タの極歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一定ピッチで
配列された極歯を有するとともに前記励磁相が所定の順
序で変化する毎に１ステップずつ回動するロータと、前
記ロータの一方向への回動を所定の停止位置で強制停止
するストッパとをもつステッピングモータを準備し、
（ｂ）前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ
互いに周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個の
磁電変換素子を分配々置するとともに、前記各磁電変換
素子の配設位置を、前記ロータが回動可能な条件下で前
記各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の
組合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に設定して、
前記各磁電変換素子の信号電圧を二値化してｎ個の二値
信号を出力させ、（ｃ）前記励磁相の順次変化による前
記ロータの回動中に前記励磁相と前記二値信号の組合わ
せ論理値との関係を記憶させ、（ｄ）前記ロータを前記
停止位置で強制停止させた後の前記励磁相の変化に対応
する前記二値信号の組合せ論理値と前記記憶手段に記憶
された前記関係とに基づいて前記停止位置の前記ロータ
が安定状態となる励磁相を初期励磁相として決定してコ
ントローラ（マイコン）に記憶させることを特徴とする
ステッピングモータの初期化方法である。

【００１１】本発明の第５の構成は、上記第４の構成に
おいて更に、前記（ｄ）の処理が、（ｅ）前記ロータの
強制停止状態において同一の磁電変換素子の信号電圧に
基づいて前記二値化回路から順番に出力される３ステッ
プ分の二値信号の多数決信号を前記各磁電変換素子の信
号電圧毎に出力する多数決処理と、（ｆ）前記各多数決
信号の組合わせ論理値と前記記憶手段に記憶された前記
関係とに基づいて前記初期励磁相を決定して記憶する初
期励磁相決定処理とを含むことを特徴としている。

【００１２】本発明の第６の構成は、（ａ）ステータコ
アに巻装された複数のコイルへ通電される電流パターン
を意味する励磁相をｍ個有するステータと、前記ステー
タの極歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一定ピッチで
配列された極歯を有するとともに前記励磁相が所定の順
序で変化する毎に１ステップずつ回動するロータと、前
記ロータの一方向への回動を所定の停止位置で強制停止
するストッパとをもつステッピングモータを準備し、
（ｂ）前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ
互いに周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個の
磁電変換素子を分配々置するとともに、前記各磁電変換
素子の配設位置を、前記ロータが回動可能な条件下で前
記各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の
組合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に設定して、
前記各磁電変換素子の信号電圧をそれぞれ二値化してｎ
個の二値信号を出力させ、（ｇ）前記ロータを前記停止
位置で強制停止させた後の前記励磁相の変化により前記
二値信号が変化した場合の励磁相を基準として、前記ロ
ータを前記ストッパに向けて１ステップ回動させる次の
励磁相を、前記停止位置において前記ロータが安定する
励磁相である初期励磁相として決定して記憶させること
を特徴とするステッピングモータの初期化方法である。

【００１３】

【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成では、ステ
ータがｍ個の励磁相を順次発生し、ロータは励磁相が変
化する毎に１ステップずつ安定点から次の安定点へと回
動する。ｎ（２以上の整数）個の各磁電変換素子はロー
タの極歯のステップ回動を検出して信号電圧をそれぞれ
出力し、二値化回路が各信号電圧を二値化して二値信号
として出力する。ストッパはロータの所定の停止位置
（例えば起点）を越えての所定回転方向へのそれ以上の
回動を強制停止する。各磁電変換素子は、互いに周方向
に所定ピッチ離れて分配々置されるが、各磁電変換素子
の設定位置は、ロータが回動可能な条件下での各励磁相
のそれぞれに対応して出力されるｎ個の二値信号の組合
せ論理値がそれぞれ異なるように設定される。

【００１４】すなわち、ロータが回動可能な条件下で各
励磁相に対してｎ個の二値信号の組合わせ論理値がそれ
ぞれ異なる空間位置に、各磁電変換素子を配設する。例
えば、励磁相数をｍとする場合，ｎ≧ｍ／２の個数ｎを
選択して各磁電変換素子を３６０°／ｍのピッチで配置
すれば、励磁相が変化してロータが１ステップ回動する
毎に異なる組合わせ論理値が１サイクル周期にわたって
得られる。例えば励磁相数が４であれば、互いに電気角
で３６０／４＝９０度離れた位置に２つの磁電変換素子
を配置すればよい。通電制御手段は、初期励磁相決定に
際し、ロータの強制停止後、前記励磁相をロータがスト
ッパへ向かう励磁相変化順序で変化させる。記憶手段
は、ロータの回動中において各励磁相とその時の二値信
号の組合わせ論理値との関係を調べて記憶する。

【００１５】励磁相決定手段は、上記強制停止判定後の
励磁相の変化に対応する二値信号の組合わせ論理値の変
化と、記憶手段に記憶されたロータ回動中における励磁
相と二値信号の組合わせ論理値（すなわちｎビットの論
理値）との関係とから、停止位置においてロータが安定
状態となる励磁相を初期励磁相として決定する。特に、
励磁相決定手段は、元々、正転駆動時の励磁相変化順序
及び逆転駆動時の励磁相変化順序（正転駆動時の逆順
序）を記憶しており、上記のように初期励磁相を決定す
ることにより、初期励磁相からの累積励磁相数（ステッ
プ数）とロータ回動角度とが一致する。

【００１６】上記説明した本構成のステッピングモータ
では、組立後に初期励磁相を電気的に設定できるので、
製作精度や位置合わせ作業の負担を軽減しつつ初期励磁
相下の安定点にロータを高精度にセットすることができ
る。また、本構成では、ステッピングモータが初期化を
行う機能を有しているので、出荷時にそれを用いて調べ
た初期励磁相をステッピングモータ内蔵の不揮発メモリ
に記憶させる他、電源オンの度に最初に初期化動作を行
ってそれを揮発メモリに記憶してそれを用いてその後の
駆動制御を行ってもよい。

【００１７】本発明の第２の構成では、上記第１の構成
において更に、励磁相決定手段が、ロータの強制停止状
態において同一の磁電変換素子の信号電圧に基づいて二
値化回路から順番に出力される３ステップ分の二値信号
の多数決信号を前記各磁電変換素子の信号電圧毎に出力
する。このように同じ磁電変換素子から出力される連続
する３ステップ分の信号電圧に対応する二値信号の多数
決信号は、後述するようにロータの強制停止状態におい
て励磁相を順次変化した場合におけるある特定の励磁相
に対応してロータが１ステップこの強制停止位置から離
れ、その次の励磁相において再び強制停止位置に戻る動
作（以下、１ステップ逆動ともいう）に伴う二値信号の
変化をキャンセルし、それによる組合わせ論理値の誤り
を排除することができる。

【００１８】本発明の第３の構成では、励磁相決定手段
及び記憶手段を除いて上記第１の構成と同じ構成であっ
て、更にこの構成の励磁相決定手段が、強制停止後にお
けるロータがストッパへ向かう方向への励磁相の変化に
よる上記１ステップ逆動により二値信号が変化した場合
の励磁相の次の励磁相を初期励磁相として決定する。こ
のようにすれば、一層簡単に初期励磁相を決定すること
ができる。

【００１９】本発明の第４、第５の構成は、上記第１、
第２の構成を方法発明として把握したものであり、第１
の構成と同様の効果を奏することができる他、磁電変換
素子や記憶手段や励磁相決定手段をステッピングモータ
と別体とすることができるので、ステッピングモータの
構成を簡素化することができる。本発明の第６の構成
は、上記第３の構成を方法発明として把握したものであ
り、第３の構成と同様の効果を奏することができる他、
磁電変換素子や記憶手段や励磁相決定手段をステッピン
グモータと別体とすることができるので、ステッピング
モータの構成を簡素化することができる。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）本発明の磁電変換素子内蔵型ステッピング
モータの一例を図面を参照して説明する。図１は２相励
磁で駆動される４相ＰＭ形ステップモータ（２相励磁４
相ＰＭ形ステッピングモータの軸方向断面図を示し、図
２は図１のモータの駆動回路を示し、図３は図１のモー
タの励磁電圧のタイミングチャートを示す。

【００２１】このステッピングモータはいわゆるクロー
ポール型のステッピングモータであって、ステータコア
の継鉄部を兼ねるケーシング１の内部には隣接して相コ
イル（本発明でいうコイル）２、３がボビンに巻装され
て収容されている。相コイル２の両端面に隣接してステ
ータコアの側壁部４０、５０が個別に配設されており、
側壁部４０、５０はケーシング１とともに相コイル２の
磁気回路を構成している。相コイル３の両端面に隣接し
てステータコアの側壁部６０、７０が個別に配設されて
おり、側壁部６０、７０はケーシング１とともに相コイ
ル３の磁気回路を構成している。したがって、ケーシン
グ１、相コイル２、３及び側壁部４０、５０、６０、７
０は本発明でいうステータを構成している。

【００２２】側壁部４０、５０の径方向内端部から相コ
イル２の内周面を覆うように爪状誘導極４、５が軸方向
へ突設されており、爪状誘導極４、５は周方向交互に一
定ピッチで配設されている。同様に、側壁部６０、７０
の径方向内端部から相コイル３の内周面を覆うように爪
状誘導極６、７が軸方向へ突設されており、爪状誘導極
６、７は周方向交互に一定ピッチで配設されている。８
はロータであって、回転軸８０に嵌着された非磁性金属
を素材とする円筒部８１と、円筒部８１の外周面に嵌着
された永久磁石からなる磁石円筒部８２とからなる。磁
石円筒部８２の表面は周方向へ一定幅で交互にＮ極とＳ
極とに磁化されている。各Ｎ極及びＳ極は軸方向に一定
幅で磁化されている。９１、９２はホール素子からなる
磁電変換素子であって増幅用のブリッジ回路を内蔵する
とともに、磁石円筒部８２の外周面の軸方向一端部に微
小間隙を隔てて対面している。なお、磁電変換素子９
１、９２は周方向に１ステップ分（本実施例では電気角
で３６０／４＝９０度）離れて配設されている。

【００２３】円筒部８１の一端面は凹設されており、こ
の凹設部分の一部に被係止面８１ａが周方向と直角方向
に形成されている。一方、ケーシング１の一端面に形成
された貫通孔には円筒部８１の一端面に対面してストッ
パピン（本発明でいうストッパ）１８が軸方向へ圧入さ
れており、ロータ８はストッパピン１８が被係止面８１
ａに当接するまで回動できるようになっている。

【００２４】相コイル２、３は、図２に示す駆動回路
（本発明でいう通電制御手段の一部）２１が発生する４
相の励磁電圧（本発明でいう励磁相）により駆動され
る。第１相励磁電圧（第１励磁相）はトランジスタＴ
１、Ｔ１’をオンして形成される電圧であって、以下、
単に第１相とも略称される。第２相励磁電圧（第２励磁
相）はトランジスタＴ２、Ｔ２’をオンして形成される
電圧であって、以下、単に第２相とも略称される。第３
相励磁電圧（第３励磁相）はトランジスタＴ３、Ｔ３’
をオンして形成される電圧であって、以下、単に第３相
とも略称される。第４相励磁電圧（第４励磁相）はトラ
ンジスタＴ４、Ｔ４’をオンして形成される電圧であっ
て、以下、単に第４相とも略称される。図２に示す駆動
回路（ドライバ）２１は図７に示すコントローラ２６
（本発明でいう通電制御手段の残部、記憶手段、ロータ
停止判定手段、励磁相決定手段）により制御されるもの
であって該コントローラ２６は、マイコン装置から構成
されている。磁電変換素子９１、９２の信号電圧Ｖｓ
１、Ｖｓ２はプリアンプ２２、２３で個別に増幅された
後、シュミットトリガ（本発明でいう二値化回路）２
４、２５で個別に二値化されて二値電圧（本発明でいう
二値信号）Ｖｐ１、Ｖｐ２がコントローラ２６に入力さ
れる。

【００２５】相コイル２、３の励磁電圧の印加順序すな
わち励磁電圧パターンを図３のタイミングチャートによ
り説明する。この実施例の励磁電圧パターンはいわゆる
４相ステッピングモータの２相励磁方式を採用してお
り、常時上記第１相〜第４相の内の所定の二つが相コイ
ル２、３に印加される。したがって、ロータを所定の一
方向に回動するには、第１相と第２相とが相コイル２、
３に印加される（１＋２）相、第２相と第３相とが相コ
イル２、３に印加される（２＋３）相、第３相と第４相
とが相コイル２、３に印加される（３＋４）相、第４相
と第１相とが相コイル２、３に印加される（４＋１）相
とを、この順序で印加すればよい。すなわち、（１＋
２）相、（２＋３）相、（３＋４）相、（４＋１）相を
相コイル２、３にこの順序で印加すると、爪状誘導極４
〜７が形成するステータの合成Ｎ極の中心位置及び合成
Ｓ極の中心位置が１爪状誘導極ピッチだけ周方向へ変位
し、これによりロータが上記１爪状誘導極ピッチに相当
する回動角（ステップ）だけ回動する。

【００２６】図４にステータの極歯すなわち爪状誘導極
４〜７の励磁極性とロータのＮ極、Ｓ極の安定位置（安
定点又はステップ安定点ともいう）との関係を展開して
図示する。なお、Ｓ₁ は爪状誘導極４がＳ極となる第１
励磁相、Ｓ₂ は爪状誘導極６がＳ極となる第２励磁相、
Ｓ₃ は爪状誘導極５がＳ極となる第３励磁相、Ｓ₄ は爪
状誘導極７がＳ極となる第４励磁相、Ｎ₁ は爪状誘導極
５がＮ極となる第１励磁相、Ｎ₂ は爪状誘導極７がＮ極
となる第２励磁相、Ｎ₃ は爪状誘導極４がＮ極となる第
３励磁相、Ｎ₄ は爪状誘導極６がＮ極となる第４励磁相
である。Ｎ₀ はロータのＮ極の所定の１個である。図４
において、（ａ）は（１＋２）相励磁時のロータの安定
点を示し、（ｂ）は（２＋３）相励磁時のロータの安定
点を示し、（ｃ）は（３＋４）相励磁時のロータの安定
点を示し、（ｄ）は（４＋１）相励磁時のロータの安定
点を示す。ロータのＮ極とＳ極との周方向の長さ（極ピ
ッチ）は爪状誘導極４〜７のピッチの２個分に相当す
る。例えば（１＋２）相励磁ではロータの磁極Ｎ₀ の中
心位置はステータのＳ₁ とＳ₂ の中間位置と対向して安
定している。

【００２７】ｅ、ｆは磁電変換素子９１、９２の配設位
置の好適な一例を示すが、製造精度及び組立精度により
この位置は実際にはばらつく。磁電変換素子９１、９２
から出力された信号電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２は、図７に示す
ようにシュミットトリガ２４、２５で二値化されて二値
電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２に変換される。各励磁相における信
号電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２、二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の波形
を図５のタイミングチャートに示す。図５において、Ｖ
ｔＨはシュミットトリガ２４、２５のローレベルＬから
ハイレベルＨへの切り換え時のしきい値電圧であり、Ｖ
ｔＬはシュミットトリガ２４、２５のハイレベルＨから
ローレベルＬへの切り換え時のしきい値電圧である。し
きい値電圧ＶｔＨは上記中間レベルＡより所定電圧ΔＶ
（例えば信号電圧Ｖｓの最大値の１０〜１５％）だけ正
にシフトされており、しきい値電圧ＶｔＬは上記中間レ
ベルＡより所定電圧ΔＶ（例えば信号電圧Ｖｓの最大値
の１０〜１５％）だけ負にシフトされている。

【００２８】図５に示した各励磁相と二値電圧Ｖｐ１、
Ｖｐ２との関係を整理した真理値表を図６に示す。なお
図６の各励磁相と二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２との関係はこ
の実施例での関係であり、組立公差や部品公差により変
化してもよいことはもちろんである。次に、ロータ８の
逆転方向への回動（（３＋４）相、（２＋３）相、（１
＋２）相、（４＋１）相の順番）を所定の回動角位置に
設けたストッパ１８で強制停止（強制脱調）しつつ更に
励磁電圧を逆転方向駆動モードで印加する（励磁相を変
化させる）場合のロータ８の挙動（脈動）を図８及び図
９を参照して説明する。図８は各励磁相における爪状誘
導極４〜７とロータのＮ極、Ｓ極との相対位置関係を示
す展開図であり、図９はロータ８の回動角の時間変化を
示すタイミングチャートである。

【００２９】（ａ）は（３＋４）相励磁状態におけるロ
ータ安定状態を示し、この実施例では、この（３＋４）
相励磁状態においてロータ８の被係止面８１ａはストッ
パピン１８に当接している。（ｂ）は（２＋３）相励磁
状態におけるロータ位置を示し、（ｃ）は（１＋２）相
励磁状態におけるロータ位置を示し、（ｄ）は（４＋
１）相励磁状態におけるロータ位置を示す。

【００３０】励磁電圧が（３＋４）相励磁から（２＋
３）相励磁へシフトしてもストッパ１８の規制によりロ
ータ８は逆転方向へ回動できず、励磁電圧が（２＋３）
相励磁から（１＋２）相励磁へシフトすると、ロータ８
に作用する回動トルクは０となってロータ８は回動せ
ず、励磁電圧が（１＋２）相励磁から（４＋１）相励磁
へシフトすると、ロータ８には正転方向へ回動トルクが
生じてロータ８は逆調回動して、爪状誘導極４〜７の一
個分のピッチ（１ステップ回動角）だけ正転方向へ回動
する。そして、励磁電圧が（４＋１）相励磁から（３＋
４）相励磁へシフトすると、ロータ８には逆転方向へ回
動トルクが生じて、ロータ８は正常に回動して爪状誘導
極４〜７の一個分のピッチ（１ステップ回動角）だけ逆
転し、（ａ）の状態に復帰する。すなわち、ストッパ１
８にて回動停止しつつストッパ１８に向けて回動する方
向へ励磁電圧を印加すると（励磁相を変化させると）、
１サイクル周期に１回だけ１ステップの逆調回動及びそ
の復帰動作が生じることがわかる（図９参照）。

【００３１】この強制停止状態においてロータ８を逆転
方向へ駆動するべく励磁相を変化させた場合の励磁相と
二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２との関係を図１０に示す。図１
０から、二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の一方が変化した励磁
相の次の励磁相が、ロータ８をこの強制停止位置におい
て安定保持する励磁相すなわち初期励磁相となることが
わかる。もちろん、磁電変換素子９１、９２のセット状
態によってはこの強制停止位置において二値電圧Ｖｐ
１、Ｖｐ２が互いに異なる論理値をもつ場合があるが、
いずれにしても１サイクル周期（電気角３６０度）に１
回だけ一方の二値電圧が１励磁相期間だけ反転するこ
と、そしてこの反転が初期励磁相の直前の励磁相におい
て発生することは明白である。

【００３２】なお、磁電変換素子９１、９２の配設位置
としては、各励磁相のそれぞれに対して二値電圧Ｖｐ
１、Ｖｐ２の組合わせ論理値（２ビットの論理値）が互
いに異なる値をもつことができれば自由に選定できる
が、両者が１ステップ分の回動角すなわちこの実施例で
は電気角で９０度周方向に変位して配設されることが好
ましい。

【００３３】次に、コントローラ２１による初期化動作
を図１１のフローチャートを参照して説明する。まずス
テップ１００で、励磁相を所定相数分変化させてロータ
８を正転方向すなわち起点となる停止位置から離れる方
向にステップＮ１（ここでは５ステップ）回動する。こ
れは次のステップ１０２で逆転駆動による励磁相Ｖ１〜
Ｖ４と二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２との関係を学習するに際
し、ロータ８が起点となる停止位置近傍のステップまた
は起点に位置していて学習できないという可能性を排除
するためである。なお、第１励磁相Ｖ１は本実施例では
最初は（１＋２）相に設定され、第２励磁相Ｖ２は本実
施例では最初は（２＋３）相に設定され、第３励磁相Ｖ
３は本実施例では最初は（３＋４）相に設定され、第４
励磁相Ｖ４は本実施例では最初は（４＋１）相に設定さ
れている。具体的には、コントローラ２６のＣＰＵにそ
れぞれ２ビットの第１〜第４レジスタを設けておき、第
１励磁相Ｖ１を示す第１レジスタに（１＋２）相を示す
０、０を記憶させ、第２励磁相Ｖ２を示す第２レジスタ
に（２＋３）相を示す０、１を記憶させ、第３励磁相Ｖ
３を示す第３レジスタに（３＋４）相を示す１、０を記
憶させ、第４励磁相Ｖ４を示す第４レジスタに（４＋
１）相を示す１、１を記憶させておけばよい。これらレ
ジスタは電源オンとともに上記最初の励磁相をＲＯＭか
らロードされるものとする。なお、マイコンのＲＯＭに
予め格納されたプログラムには、ロータの正転駆動時に
第１レジスタ、第２レジスタ、第３レジスタ、第４レジ
スタ、第１レジスタの順に内容を読み出し、ロータの逆
転駆動時にその逆の順に読み出す。また、起点である停
止位置からの正転駆動は常に第１励磁相Ｖ１すなわち第
１レジスタが記憶する励磁相から行うものとする。更
に、ＣＰＵには励磁相の変化回転数を累算するアキュム
レータ（カウンタ）を備えており、これにより現在起点
から何ステップ目まで回動したかを検出できるようにな
っている。

【００３４】次のステップ１０２では、ステップＮ２だ
けロータを逆転方向へすなわちストッパピン１８へ向け
て駆動してストッパピン１８を被係止面８１ａに当接さ
せる。なお、この実施例ではＮ２はロータ８の全ステッ
プ数より大きく設定されており、たとえロータ８がどの
回動角度を有していても必ずステップ１０２によりスト
ッパピン１８が被係止面８１ａに当接する停止位置に戻
るようにしている。もちろん、二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２
をモニタしてロータ８が停止位置に回帰したことを検出
した時点でこのロータ８の逆転駆動を停止することも当
然可能である。

【００３５】更に、このステップ１０２では、ロータ８
の逆転開始から最初の４ステップ分の励磁相（１＋２）
相、（２＋３）相、（３＋４）相、（４＋１）相と二値
電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の組合わせ論理値すなわち２ビット
の論理値とをＲＡＭ内蔵のテーブルに記憶する。例えば
この実施例では、図１０の関係が得られるものとする。
なお、図１０においてＬは論理値０であり、Ｈは論理値
１であるものとする。これにより、ロータ８が安定状態
である場合の二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の組合わせ論理値
がわかれば、この安定点に対応する励磁相が決定できる
ことになる。

【００３６】次のステップ１０４では、再度、ロータ８
の逆転方向へ３ステップ分の励磁相の変化を与える。た
だし、この時点ではロータ８は強制停止位置にあり、ロ
ータ８は図８〜図１０に示す挙動を示すことになる。そ
して、この３ステップ分の励磁相の変化に対して１ステ
ップ毎に二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の論理値を記憶する。
すなわち、二値電圧Ｖｐ１の隣接３ステップの論理値Ｖ
１１、Ｖ１２、Ｖ１３と、二値電圧Ｖｐ２の隣接３ステ
ップの論理値Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３とを記憶する。

【００３７】次のステップ１０６では、得られた３個の
二値電圧Ｖｐ１の論理値Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３の多数
決を取ってその結果を多数決信号Ｖｐ１’として記憶
し、得られた３個の二値電圧Ｖｐ２の論理値Ｖ２１、Ｖ
２２、Ｖ２３の多数決を取ってその結果を多数決信号Ｖ
ｐ２’として記憶する。図１０に示すように、ロータ８
の停止状態での逆転駆動では、１ステップしか反対論理
値信号は出力されないので、時間的に隣接する３個の論
理値の多数決信号を算出することにより、この１ステッ
プ分の反対論理値信号は排除され、これにより、得られ
た多数決信号Ｖｐ１’、Ｖｐ２’はこの停止位置を安定
状態とした場合の二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２に等しくな
る。

【００３８】したがって、次のステップ１０８にて、上
記多数決信号Ｖｐ１’、Ｖｐ２’の組合わせ論理値に対
応する励磁相をステップ１０２で学習したテーブルから
サーチし、サーチした励磁相（この実施例では（３＋
４）相を初期励磁相として決定する。次のステップ１１
０では、初期励磁相を示す第１レジスタに（３＋４）相
を示す１、０を記憶させ、第２励磁相Ｖ２を示す第２レ
ジスタに（４＋１）相を示す１、１を記憶させ、第３励
磁相Ｖ３を示す第３レジスタに（１＋２）相を示す０、
０を記憶させ、第４励磁相Ｖ４を示す第４レジスタに
（２＋３）相を示す０、１を記憶させる。このアドレス
変換により、ステッピングモータの初期設定動作を実現
することができる。 （実施例２）コントローラ２６による初期化動作の他の
実施例を図１２のフローチャートを参照して説明する。

【００３９】まずステップ１００で、励磁相を所定相数
分変化させてロータ８を正転方向すなわち起点となる停
止位置から離れる方向にステップＮ１（ここでは５ステ
ップ）回動する。この理由は実施例１の場合と同じであ
る。なお、第１励磁相Ｖ１は本実施例でも最初は（１＋
２）相に設定され、第２励磁相Ｖ２は本実施例では最初
は（２＋３）相に設定され、第３励磁相Ｖ３は本実施例
では最初は（３＋４）相に設定され、第４励磁相Ｖ４は
本実施例では最初は（４＋１）相に設定されている。具
体的には、コントローラ２６のＣＰＵにそれぞれ２ビッ
トの第１〜第４レジスタを設けておき、第１励磁相Ｖ１
を示す第１レジスタに（１＋２）相を示す０、０を記憶
させ、第２励磁相Ｖ２を示す第２レジスタに（２＋３）
相を示す０、１を記憶させ、第３励磁相Ｖ３を示す第３
レジスタに（３＋４）相を示す１、０を記憶させ、第４
励磁相Ｖ４を示す第４レジスタに（４＋１）相を示す
１、１を記憶させておけばよい。これらレジスタは電源
オンとともに上記最初の励磁相をＲＯＭからロードされ
るものとする。なお、マイコンのＲＯＭに予め格納され
たプログラムには、ロータの正転駆動時に第１レジス
タ、第２レジスタ、第３レジスタ、第４レジスタ、第１
レジスタの順に内容を読み出し、ロータの逆転駆動時に
その逆の順に読み出す。また、起点である停止位置から
の正転駆動は常に第１励磁相Ｖ１すなわち第１レジスタ
が記憶する励磁相から行うものとする。更に、ＣＰＵに
は励磁相の変化回転数を累算するアキュムレータ（カウ
ンタ）を備えており、これにより現在起点から何ステッ
プ目まで回動したかを検出できるようになっている。

【００４０】次のステップ２０２では、実施例１のステ
ップ１０２と同様にステップＮ２だけロータを逆転方向
へすなわちストッパピン１８へ向けて駆動してストッパ
ピン１８を被係止面８１ａに当接させる。なお、この実
施例ではＮ２はロータ８の全ステップ数より大きく設定
されており、たとえロータ８がどの回動角度を有してい
ても必ずステップ１０２によりストッパピン１８が被係
止面８１ａに当接する停止位置に戻るようにしている。
もちろん、二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２をモニタしてロータ
８が停止位置に回帰したことを検出した時点でこのロー
タ８の逆転駆動を停止することも当然可能である。

【００４１】次に、ステップ２０２の逆転駆動終了後の
二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２を読みとり（２０４）、読み取
った二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２をメモリに記憶値Ｖｐｍ
１、Ｖｐｍ２として記憶する（２０６）。次に、再度、
ロータ８の逆転方向へ励磁相を１ステップ分だけシフト
させ（２０８）、その後、もう一度二値電圧Ｖｐ１、Ｖ
ｐ２を読み取る（２１０）。

【００４２】次に、読み取った直前の二値電圧Ｖｐ１と
記憶値Ｖｐｍ１とを比較し、読み取った直前の二値電圧
Ｖｐ２と記憶値Ｖｐｍ２とを比較し（２１２）、Ｖｐ１
＝Ｖｐｍ１でかつＶｐ２＝Ｖｐｍ２であればステップ２
０６にリターンし、そうでなければ現在の励磁相の次の
励磁相を初期励磁相として決定する（２１４）。なお、
この実施例では初期励磁相は（３＋４）相とする。

【００４３】次のステップ２１６では、実施例１のステ
ップ１１０と同じく、初期励磁相を示す第１レジスタに
（３＋４）相を示す１、０を記憶させ、第２励磁相Ｖ２
を示す第２レジスタに（４＋１）相を示す１、１を記憶
させ、第３励磁相Ｖ３を示す第３レジスタに（１＋２）
相を示す０、０を記憶させ、第４励磁相Ｖ４を示す第４
レジスタに（２＋３）相を示す０、１を記憶させる。こ
のアドレス変換により、ステッピングモータの初期設定
動作を実現することができる。 （変形態様）上記実施例では、励磁相が４個であるステ
ッピングモータの初期化について説明したが、任意のｍ
相のステッピングモータに適用できることは当然であ
る。なお、ｍ相のステッピングモータにおいてｎ≧ｍ／
２となるｎ個の磁電変換素子を用い、好適にはそれらを
電気角度で３６０°／ｍの位置すなわち１ステップ離れ
た位置に配設することが好ましい点は上記と同じであ
る。

【００４４】また、ＰＭ式の他、ＶＲ式やＨＢ式にも適
用できることも当然である。更に、上記実施例では、ス
テッピングモータ制御用のコントローラ２６が初期化作
業を制御するプログラムを内蔵する構成としたが、上記
説明した２つの初期化方法は、手動により行うこともで
き、その場合には、ステッピングモータ制御用のコント
ローラ２６をステッピングモータに付設することなく初
期化専用装置とすることができる。更にこの場合には磁
電変換素子９１、９２や二値化回路なども必要に応じて
初期化時のみ用いるものとし、初期化後、磁電変換素子
９１、９２をステッピングモータから取り外すこともで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のステッピングモータの軸方向断面図で
ある。

【図２】図１のステッピングモータの駆動回路の回路図
である。

【図３】図２の駆動回路が発生する励磁電圧及びロータ
の回動角度の変化を示すタイミングチャートである。

【図４】ステータの極歯すなわち爪状誘導極４〜７の励
磁極性とロータのＮ極、Ｓ極の安定位置（ステップ安定
点ともいう）との関係を示す展開図である。

【図５】磁電変換素子９１、９２の信号電圧とその二値
電圧との波形を示すタイミングチャートである。

【図６】図６の二値電圧Ｖｐ１、Ｖｐ２の論理値と励磁
相との関係を示す真理値図である。

【図７】図１のステッピングモータの回路図である。

【図８】ロータを強制停止して励磁電圧を印加した場合
のロータの挙動を示す展開図である。

【図９】図８に示すロータを強制停止して励磁電圧を印
加した場合のロータの挙動を示すロータ回転角のタイミ
ングチャートである。

【図１０】図８、図９の強制停止状態における二値電圧
Ｖｐ１、Ｖｐ２と励磁相との関係を示す真理値図であ
る。

【図１１】コントローラ２１の動作を示すフローチャー
トである。

【図１２】実施例２のコントローラ２６の動作を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

２、３は相コイル、４〜７は爪状誘導極（ステータコア
の誘導極）、８はロータ、９１、９２は磁電変換素子、
２４、２５はシュミットトリガ（二値化回路）、１８は
ストッパぴん（ストッパ）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータコアに巻装された複数のコイルへ
   通電される電流パターンを意味する励磁相をｍ個有する
   ステータと、 前記ステータの極歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一
   定ピッチで配列された極歯を有するとともに前記励磁相
   が所定の順序で変化する毎に１ステップずつ回動するロ
   ータと、 前記ロータの一方向への回動を所定の停止位置で強制停
   止するストッパと、 前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ互いに
   周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個分配々置
   されるとともに、前記ロータが回動可能な条件下で前記
   各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の組
   合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に配設される磁
   電変換素子と、 前記各磁電変換素子の信号電圧をそれぞれ二値化してｎ
   個の二値信号を出力する二値化回路と、 前記励磁相を変化させて前記ロータを回動させる通電制
   御手段と、 前記励磁相の順次変化による前記ロータの回動中に前記
   励磁相と前記二値信号の組合せ論理値との関係を記憶す
   る記憶手段と、 前記強制停止後の前記励磁相の変化に対応する前記二値
   信号の組合わせ論理値と前記記憶手段に記憶された前記
   関係とに基づいて前記停止位置の前記ロータが安定状態
   となる励磁相を初期励磁相として決定して記憶する励磁
   相決定手段とを備えることを特徴とするステッピングモ
   ータ。
2. 【請求項２】前記励磁相決定手段は、前記ロータの強制
   停止状態において同一の磁電変換素子の信号電圧に基づ
   いて前記二値化回路から順番に出力される３ステップ分
   の二値信号の多数決信号を前記各磁電変換素子の信号電
   圧毎に出力するとともに、前記各多数決信号の組合わせ
   論理値と前記記憶手段に記憶された前記関係とに基づい
   て前記初期励磁相を決定して記憶するものである請求項
   １記載のステッピングモータ。
3. 【請求項３】ステータコアに巻装された複数のコイルへ
   通電される電流パターンを意味する励磁相をｍ個有する
   ステータと、 前記ステータの極歯に対して小間隔を隔てて周方向へ一
   定ピッチで配列された極歯を有するとともに前記励磁相
   が所定の順序で変化する毎に１ステップずつ回動するロ
   ータと、 前記ロータの一方向への回動を所定の停止位置で強制停
   止するストッパと、 前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ互いに
   周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個分配々置
   されるとともに、前記ロータが回動可能な条件下で前記
   各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の組
   合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に配設される磁
   電変換素子と、 前記各磁電変換素子の信号電圧をそれぞれ二値化してｎ
   個の二値信号を出力する二値化回路と、 前記励磁相を変化させて前記ロータを回動させる通電制
   御手段と、 前記強制停止後の前記励磁相の変化により前記二値信号
   が変化した場合の励磁相を基準として、前記ロータを前
   記ストッパに向けて１ステップ回動させる次の励磁相を
   前記停止位置において前記ロータが安定する励磁相であ
   る初期励磁相として決定して記憶する励磁相決定手段と
   を備えることを特徴とするステッピングモータ。
4. 【請求項４】（ａ）ステータコアに巻装された複数のコ
   イルへ通電される電流パターンを意味する励磁相をｍ個
   有するステータと、前記ステータの極歯に対して小間隔
   を隔てて周方向へ一定ピッチで配列された極歯を有する
   とともに前記励磁相が所定の順序で変化する毎に１ステ
   ップずつ回動するロータと、前記ロータの一方向への回
   動を所定の停止位置で強制停止するストッパとをもつス
   テッピングモータを準備し、 （ｂ）前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ
   互いに周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個の
   磁電変換素子を分配々置するとともに、前記各磁電変換
   素子の配設位置を、前記ロータが回動可能な条件下で前
   記各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の
   組合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に設定して、
   前記各磁電変換素子の信号電圧を二値化してｎ個の二値
   信号を出力させ、 （ｃ）前記励磁相の順次変化による前記ロータの回動中
   に前記励磁相と前記二値信号の組合わせ論理値との関係
   を記憶させ、 （ｄ）前記ロータを前記停止位置で強制停止させた後の
   前記励磁相の変化に対応する前記二値信号の組合わせ論
   理値と前記記憶手段に記憶された前記関係とに基づいて
   前記停止位置の前記ロータが安定状態となる励磁相を初
   期励磁相として決定して記憶させることを特徴とするス
   テッピングモータの初期化方法。
5. 【請求項５】前記（ｄ）の処理は、 （ｅ）前記ロータの強制停止状態において同一の磁電変
   換素子の信号電圧に基づいて前記二値化回路から順番に
   出力される３ステップ分の二値信号の多数決信号を前記
   各磁電変換素子の信号電圧毎に出力する多数決処理と、 （ｆ）前記各多数決信号の組合せ論理値と前記記憶手段
   に記憶された前記関係とに基づいて前記初期励磁相を決
   定して記憶する初期励磁相決定処理と、 を含むことを特徴とする請求項４記載のステッピングモ
   ータの初期化方法。
6. 【請求項６】（ａ）ステータコアに巻装された複数のコ
   イルへ通電される電流パターンを意味する励磁相をｍ個
   有するステータと、前記ステータの極歯に対して小間隔
   を隔てて周方向へ一定ピッチで配列された極歯を有する
   とともに前記励磁相が所定の順序で変化する毎に１ステ
   ップずつ回動するロータと、前記ロータの一方向への回
   動を所定の停止位置で強制停止するストッパとをもつス
   テッピングモータを準備し、 （ｂ）前記ロータの前記極歯に対して小間隔を隔てつつ
   互いに周方向へ所定ピッチ離れてｎ（ｎ≧ｍ／２）個の
   磁電変換素子を分配々置するとともに、前記各磁電変換
   素子の配設位置を、前記ロータが回動可能な条件下で前
   記各励磁相に対応して出力される前記ｎ個の二値信号の
   組合わせ論理値がそれぞれ異なる空間位置に設定して、
   前記各磁電変換素子の信号電圧をそれぞれ二値化してｎ
   個の二値信号を出力させ、 （ｇ）前記ロータを前記停止位置で強制停止させた後の
   前記励磁相の変化により前記二値信号が変化した場合の
   励磁相を基準として、前記ロータを前記ストッパに向け
   て１ステップ回動させる次の励磁相を、前記停止位置に
   おいて前記ロータが安定する励磁相である初期励磁相と
   して決定して記憶させることを特徴とするステッピング
   モータの初期化方法。