JPH09322596A - ステッピングモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３相のステッピングモータの駆動回路の改善
に関する。 【解決手段】 各マイクロステップごとに供給するステ
ップ相電流Inを生成する際に Ｉn ＝Io（sin θn ） θn:ｎ番目のマイクロステップにおける前記ステッピン
グモータの電気的回転角 各励磁モードにおいて、電気的回転角を角度等分する方
法でステップ相電流Inを設定すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステッピングモータ
の駆動回路に関し、更に詳しく言えば、プリンタや複写
機などに用いられる３相励磁のステッピングモータをマ
イクロステップ駆動する駆動回路の改善を目的とする。
近年、５相のステッピングモータよりも駆動回路が簡素
化でき、かつ２相のステッピングモータよりも低振動の
駆動が実現出来るため、３相のステッピングモータの要
求が市場で高まってきており、その駆動回路の改善が要
求されてきている。

【０００２】

【従来の技術】以下で、従来例に係る３相のステッピン
グモータの駆動回路について図面を参照しながら説明す
る。この駆動回路は３相のステッピングモータの３つの
コイルに、それぞれ位相が１２０°ずつずれている相電
流を供給する。この相電流は、理想的には正弦波形を描
くような相電流がステッピングモータの３つのコイルに
供給されるようにしたい。この波形が正弦波形に近づく
ほど回転が滑らかになり、振動が少なくなるからであ
る。

【０００３】しかし、駆動回路がディジタル制御である
ため、マイコンなどから出力される駆動に係るクロック
の立上がりで規定されるマイクロステップごとに相電流
を供給する必要があり（この各ステップ毎に供給する相
電流を以下でステップ電流と称する）、その結果各相の
相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は図７に示すように擬似的
に正弦波形となるような階段状の波形を生成している。

【０００４】本発明の発明者などにより、図８に示すよ
うに

【０００５】

【数２】

【０００６】θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流の、各マイクロステップごと
に供給するステップ電流（In）を生成する際に

【０００７】

【数３】

【０００８】n:ｎ番目のマイクロステップ θn:ｎ番目のマイクロステップにおける電気的回転角 なるステップ電流（In）を供給するという方法が提案さ
れていた。例えば図８のθn とθn+1 の間のステップに
ついて考えると、θn 〜θn+1 の区間でＩn ＝Io（sin
θ）の面積を求め、これを１ステップあたりのステッ
プ角（θn+1 −θn）で割って平均化して各ステップ毎
のステップ電流を設定しているので、各ステップごとに
電流の平均値を求めていることにより全体の波形がより
正弦波形に近づき、滑らかな回転をすることができ、振
動・騒音の低減をすることができるという利点がある。

【０００９】この方法によって得られた各励磁モードの
ステップ電流の分割比（相電流の最大値を１としたとき
の各ステップ電流の比を％であらわしたもの）を図９に
示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の駆動回路によると、以下に示すような問題が生じて
いた。例えば上記回路で励磁モードをＷ２−３相励磁か
ら２Ｗ２−３相励磁へ切替える場合について考える。

【００１１】ここで図１０は励磁モードをＷ２−３相励
磁から２Ｗ２−３相励磁へ切替える際のクロック（Ｃ
Ｋ）とその際のステップ電流（Ｉｎ）との関係を示すグ
ラフであって、図１１は、図１０に対応したモータの回
転位置とクロック（ＣＫ）との関係を説明する状態遷移
図である。このとき、図１０に示すようにクロック（Ｃ
Ｋ）が１，２，３，・・・・と増加するにつれてステップ電
流は１３％，３９％，６１％と増加し、擬似的に正弦波
になるように階段波形を描く。

【００１２】次いで図１０において、クロック（ＣＫ）
が４の時点でステップ電流が８０％に達し、その後、励
磁モードをＷ２−３相励磁から２Ｗ２−３相励磁に切替
える場合を考える。このとき、本来ならＷ２−３相励磁
での相電流が８０％であるため、２Ｗ２−３相励磁での
相電流も８０％から切り替わるのが望ましい。

【００１３】しかし、従来の方法ではステップ電流を求
める際に相電流の各マイクロステップ毎の平均電流を求
めており、図９に示すように、Ｗ２−３相での相電流が
８０％の状態に対応する２Ｗ２−３相励磁の相電流は７
５％と８３％の２通りあり、いずれも８０％に合致しな
いので、クロック（ＣＫ）が５の時点ではいずれの状態
になっているかが不定であり、当然モータの静止も不定
となる。図１０，図１１ではこの時点で８３％を選択し
た場合を示している。

【００１４】従って、図１１に示すように励磁が切り替
わった時点でモータの回転位置がずれてしまう。また図
１０，図１１では励磁が切り替わった時点で８３％を選
択した場合を示しているが、モータの回転状態などによ
っては７５％を選択してしまう場合もある。このように
励磁モード切替の際にモータの回転位置が不安定になっ
てしまい、プリンタなどに適用した場合には印字ずれな
どが生じてしまうという問題があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑みて成されたもので、駆動部は、

【００１６】

【数４】

【００１７】θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流を供給するとき、０〜２πま
での電気的回転角をn 分割するマイクロステップごとに
供給する相電流であるステップ電流（In）を生成する際
に

【００１８】

【数５】

【００１９】θn:ｎ番目のマイクロステップにおける前
記ステッピングモータの電気的回転角 各励磁モードに於いて、電気的回転角を角度等分する方
法でステップ電流（In）を設定することにより、上記課
題を解決するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下で、本発明の実施形態に係る
ステッピングモータの駆動回路について図面を参照しな
がら説明する。図１は本発明の実施形態に係るステッピ
ングモータの駆動回路の構成を説明する図であって、図
２はステッピングモータの駆動状態を説明する図であ
る。

【００２１】この駆動回路は、図１に示すようにマイコ
ン（１１）と，ドライバ（１２）とを備え，Ｕ，Ｖ，Ｗ
相の３つのコイルを有する３相のステッピングモータ
（１５）に相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を供給してこれ
を駆動する回路である。上記回路の構成について以下で
説明する。マイコン（１１）は制御部の一例であって、
種々の制御信号やステッピングモータ（Ｍ）の回転状態
を設定するクロック（ＣＫ）などを出力してドライバ
（１２）の制御を司る回路である。

【００２２】ドライバ（１２）は駆動部の一例であって
カウンタ（１３）及び駆動ユニット（１４）を有し、マ
イコン（１１）の制御下でステッピングモータ（１５）
に相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を供給して、ステッピン
グモータ（１５）を駆動する回路である。カウンタ（１
３）はマイコン（１１）からのクロック（ＣＫ）をカウ
ントして、そのカウント結果（ＣＣ）を駆動ユニット
（１４）に出力するものである。

【００２３】駆動ユニット（１４）は、カウント結果
（ＣＣ）に基づいてＵ，Ｖ，Ｗ相各相の相電流（Ｉｕ，
Ｉｖ，Ｉｗ）を生成してステッピングモータ（１５）に
供給する回路であって、

【００２４】

【数６】

【００２５】θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流の、０〜２πまでの回転角を
n 分割するマイクロステップごとに供給する相電流であ
るステップ電流（In）を生成する際に

【００２６】

【数７】

【００２７】θn:ｎ番目のマイクロステップにおける電
気的回転角 各励磁モードにおいて、電気的回転角を角度等分する方
法でステップ電流（In）を生成している点が従来と異な
る。この詳細については後に動作を説明しながら説明す
る。以下で上記回路の動作について説明する。この回路
によれば、マイコン（１１）から種々の制御信号，ステ
ッピングモータ（１５）の回転状態を設定するクロック
（ＣＫ）などがドライバ（１２）のカウンタ（１３）に
出力される。

【００２８】カウンタ（１３）はこのクロック（ＣＫ）
をカウントし、このカウント結果（ＣＣ）を駆動ユニッ
ト（１４）に出力する。駆動ユニット（１４）はこのカ
ウント結果（ＣＣ）に基づいて、ステッピングモータ
（１５）のコイル（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に供給する相電流（Ｉ
ｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を生成する。この相電流（Ｉｕ，Ｉ
ｖ，Ｉｗ）は、図２に示すように正弦波形を描くように
変化し、Ｕ相の相電流（Ｉｕ），Ｖ相の相電流（Ｉ
ｖ），Ｗ相の相電流（Ｉｗ）は、位相角がそれぞれ１２
０°ずつずれている。

【００２９】このような相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を
ステッピングモータ（１５）に供給することにより、ク
ロック（ＣＫ）の立上がりに同期してステッピングモー
タ（１５）が所定のマイクロステップを刻むようにステ
ッピングモータ（１５）が回転し、駆動制御される。本
実施形態に係る駆動回路では、上述のように駆動ユニッ
ト（１４）が

【００３０】

【数８】

【００３１】θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流の、０〜２πまでの回転角を
n 分割するマイクロステップごとに供給するステップ相
電流（In）を生成する際に

【００３２】

【数９】

【００３３】θn:ｎ番目のマイクロステップにおける電
気的回転角 各励磁モードに於いて、電気的回転角を角度等分する方
法でステップ電流を設定している。すなわち、図３に示
すように、例えばπ／１２のときには、θ＝π／１２を
Ｉｒ＝sin θに代入して得られる値０．２６をπ／１２
〜２π／１２のステップの際のステップ電流（Ｉ１）と
し、２π／１２のときには、θ＝２π／１２をＩｒ＝si
n θに代入して得られる値０．５を２π／１２〜３π／
１２のステップの際のステップ電流（Ｉ２）としてい
る。

【００３４】こうして得られたステップ電流（Ｉｎ）
（ｎ＝０，１，・・・・）を用いてステッピングモータの駆
動をする。この結果、０〜πまでを１２分割している励
磁モードすなわちＷ２−３相励磁では、各ステップ電流
（Ｉｎ）の相電流の最大値（Ｉｏ）との比率を％であら
わすと、Ｉ０＝０％，Ｉ１＝２６％，Ｉ２＝５０％，Ｉ
３＝７１％，Ｉ４＝８７％，Ｉ５＝９４％，Ｉ６＝１０
０％，Ｉ７＝９４％，Ｉ８＝８７％，Ｉ９＝７１％，Ｉ
１０＝５０％，Ｉ１１＝２６％なる値を得る。

【００３５】このようにして得られた２相〜４Ｗ２−３
相励磁までの各励磁モードでのステップ電流を図４に示
す。図４において電流比率とは相電流の最大値を１００
％としたときのステップ電流の比率を示している。例え
ばＷ２−３相励磁では０．２６，５０，７１，８７，９
６，１００％である。

【００３６】上記の方法でステップ電流を設定すると、
図４に示すように、各励磁モードは電流比率の共通する
位置を持っている。例えば２−３相励磁では電流比率５
０％の状態があるが、Ｗ２−３相励磁，２Ｗ２−３相励
磁，４Ｗ２−３相励磁のそれぞれにも電流比率５０％の
状態がある。同様にして２−３相には電流比率８７％の
状態があるが、Ｗ２−３相励磁，２Ｗ２−３相励磁，４
Ｗ２−３相励磁のそれぞれにも電流比率８７％の状態が
ある。

【００３７】以下で本発明の特徴となる励磁モード切替
の際の動作について説明する。ここでは励磁モードを２
−３相励磁からＷ２−３相励磁に切替える場合につい
て、図５，図６を参照しながら説明する。ここで図５は
励磁モードを２−３相励磁からＷ２−３相励磁へ切替え
る際のクロック（ＣＫ）とその際のステップ電流（Ｉ
ｎ）との関係を示すグラフであって、図６は、図５に対
応したモータの回転位置とクロックとの関係を説明する
状態遷移図である。

【００３８】このとき、図５に示すようにクロック（Ｃ
Ｋ）が１，２，３，・・・・と増加するにつれてステップ電
流（Ｉｎ）は５０％，８７％，１００％と増加し、擬似
的に正弦波になるように階段波形を描く。次いで図５に
おいて、クロック（ＣＫ）が４の時点でステップ電流が
８７％になり、励磁モードを２−３相励磁からＷ２−３
相励磁に切替える場合を考える。

【００３９】このとき、ステップ電流は

【００４０】

【数１０】

【００４１】で設定しているので、図４に示すように、
ステップ電流が８７％の状態は２−３相にも、Ｗ２−３
相励磁にも存在するので、図５に示すように同じ相電流
８７％で２−３相からＷ２−３相励磁に切り替わり、図
６の状態遷移図に示すように切替の際には同じ回転位置
（図６の４の位置）でモータが静止して次のＷ２−３相
に切り替わり、再び同じ回転位置から動作する。

【００４２】従って、図９に示す従来のように異なる励
磁モードで同じステップ電流の値が存在しない為、励磁
モード切替の際にモータの回転位置が不安定になってし
まうという問題を抑止する事が可能になる。なお、本実
施形態では励磁モードを２−３相励磁からＷ２−３相励
磁に切替えた場合について説明しているが、本発明はこ
れに限らず、図４に示すように分割数が少ない相（例え
ば２相励磁）から分割数が多い相（例えば４Ｗ２−３相
励磁）に切り替わる際には、分割数が多い相には必ず分
割数が少ない相のステップ電流に対応するステップ電流
が存在する（例えば２−３相励磁の５０％は、Ｗ２−３
相励磁，２Ｗ２−３相励磁，４Ｗ２−３相励磁のいずれ
にも存在する）ので、このような切替の際には本実施形
態と同様の効果を奏する。また分割数が多い相から分割
数が少ない相に切り替わるときでも、ステップ電流が同
じ値をもつところで切り替えた場合も同様の効果を奏す
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の３相のステ
ッピングモータの駆動回路によれば、

【００４４】

【数１１】

【００４５】θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流の、０〜２πまでの電気的回
転角をn 分割するマイクロステップごとに供給するステ
ップ相電流（In）を生成する際に Ｉn ＝Io（sin θn ） θn:ｎ番目のマイクロステップにおける電気的回転角 各励磁モードに於いて、電気的回転角を角度等分する方
法でステップ相電流（In）を生成しているので、励磁モ
ード切替の際に回転位置が不安定になってしまい、プリ
ンタなどに適用した場合に印字ずれが生じるるという従
来生じていた問題を抑止する事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るステッピングモータの
駆動回路の構成を説明する図である。

【図２】本発明の実施形態に係るステッピングモータの
駆動回路の動作を説明する第１の図である。

【図３】従来例に係るステッピングモータの駆動回路に
おけるステップ電流の波形の一例を説明する図である。

【図４】本発明の実施形態に係るステッピングモータの
駆動回路の各励磁モードごとのステップ電流を説明する
図である。

【図５】本実施形態に係るステッピングモータの駆動回
路の励磁モード切替の際の動作を説明する第１の図であ
る。

【図６】本実施形態に係るステッピングモータの駆動回
路の励磁モード切替の際の動作を説明する第２の図であ
る。

【図７】従来例に係る３相のステッピングモータに供給
される相電流の波形を示す図である。

【図８】従来例に係るステッピングモータの駆動回路に
おけるステップ電流の生成状態を説明する図である。

【図９】従来例に係るステッピングモータの駆動回路の
各励磁モードごとのステップ電流を説明する図である。

【図１０】従来例に係るステッピングモータの駆動回路
の励磁モード切替の際の動作を説明する第１の図であ
る。

【図１１】従来例に係るステッピングモータの駆動回路
の励磁モード切替の際の動作を説明する第２の図であ
る。

【符号の説明】

（１１） マイコン（制御部） （１２） ドライバ（駆動部） （１３） カウンタ （１４） 駆動ユニット （１５） ステッピングモータ （Ｉｎ） ステップ電流 （Ｉｏ） 相電流の最大値 （θ） ステッピングモータの回転角 （Ｕ，Ｖ，Ｗ） コイル （Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ） 各相に供給される相電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相のステッピングモータの駆動に係る
   クロックを生成する制御部と、 前記駆動クロックに基づいて前記３相のステッピングモ
   ータに供給する相電流を設定して前記ステッピングモー
   タに供給してマイクロステップ駆動する駆動部とを有す
   るステッピングモータの駆動回路であって、 前記駆動部は、 【数１】 θ：ステッピングモータの電気的回転角θ Io：相電流の最大値 なる波形を描くべき相電流を供給するとき、０〜２πま
   での電気的回転角をn 分割するマイクロステップごとに
   供給する相電流であるステップ電流（In）を生成する際
   に Ｉn ＝Io（sin θn ） θn:ｎ番目のマイクロステップにおける前記ステッピン
   グモータの電気的回転角 なるステップ電流（In）を設定する事を特徴とする３相
   のステッピングモータの駆動回路。