JPH099689A - ステッピングモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準電圧と励磁電流検出電圧とを比較する比
較器の出力によって電流制限を行うステッピングモータ
駆動装置において、モータのダンピングを小さくし、次
の駆動時のトルクを軽減し、また電流を軽減する。 【構成】 基準電圧と励磁電流検出電圧とを比較する比
較器の出力によって電流制限を行うステッピングモータ
駆動装置において、前記基準電圧を励磁電流が小さくな
るように変化させた後、抵抗とコンデンサの充放電曲線
に従って元の電圧に戻る復帰手段を持ち、回転速度が一
定値より遅いと判断したときに上記復帰手段を用いて励
磁電流の立ち上がりを滑らかにすることにより、回転速
度の変化に対して安定した回転を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は特に小型プリンタ等の紙
送りに使用されるステッピングモータのように、回転速
度が一定でなく、印字データにより回転速度が大きく変
化させる制御を必要とするステッピングモータの駆動装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型プリンタ等のステッピングモ
ータにおいて、高速回転から低速回転に移るときには下
に示す制御方法が行われている。 １．徐々に回転速度を落としていくスローダウン制御 ２．励磁電流を、一定時間ドライブ電流を印可した後に
保持電流に切り替える制御 ３．励磁電流を正弦波で印可するマイクロステップ制御

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の問題点は以
下の通りである。 （１）数ラスタ先の情報をあらかじめ知らなければなら
ず、外部装置からデータを受信して印字を行う制御で
は、数ラスタ先のデータまで受信できるようにバッハァ
等を大きくしなければならない。 （２）高速と低速が繰り返し来るようなパターンでは、
回転速度を高速にできない。 従来例２の問題点は以下の通りである。 （１）ドライブ電流で励磁した時点までは、高速回転の
影響が残るためオーバーシュートが発生し、ダンピング
も大きくなる。 （２）モータは停止状態となり、次の駆動時に大きなト
ルクが必要となる。従来例３の問題点は、回路が複雑と
なり、制御も難しくなることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明では、基準電圧と励磁電流検出電圧とを比較す
る比較器の出力で電流制限用トランジスタをスイッチン
グするステッピングモータの駆動装置において、ステッ
ピングモータの励磁電流を小さくするように基準電圧を
変化させる基準電圧変化手段を持ち、次に印可するパル
スが一定値より長いと判断したときに前記基準電圧変化
手段により励磁電流を小さくなるようにし、この基準電
圧変化手段を解除したときに基準電圧が抵抗とコンデン
サの充電曲線によって元に戻る復帰手段を持ち、パルス
印可前後において復帰手段を用いて励磁電流が徐々に増
えるように動作することを特徴とする。

【０００５】

【実施例】次に、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明を実施したステッピングモータ
のバイポーラ駆動による回路図を示す。なお、以下の説
明では、ステッピングモータの２つの巻線、即ち、コイ
ル（Ｌ１）とコイル（Ｌ２）に流す電流の制御を行うた
めの回路構成は同一であり、動作は基本的には９０°の
位相差がある点だけが異なるので、一方のコイルに関連
する部品、出力ポート等を最初に記載し、他方のコイル
に関連する部品、出力ポート等をその後のカッコ内に記
載することにする。

【０００６】１（２）はモータのコイルＬ１（Ｌ２）で
ある。３（１０）、４（１１）、５（１２）、６（１
３）は、Ｌ１（Ｌ２）に流れる電流の方向を決めるスイ
ッチ用のトランジスタＱ１（Ｑ８）、Ｑ２（Ｑ９）、Ｑ
３（Ｑ１０）、Ｑ４（Ｑ１１）である。ここでＱ１（Ｑ
８）とＱ４（Ｑ１１）をＯＮ（オン）し、Ｑ２（Ｑ９）
とＱ３（Ｑ１０）をＯＦＦ（オフ）すると、１７の電源
Ｖｃｃ→Ｑ１（Ｑ８）→Ｌ１（Ｌ２）→Ｑ４（Ｑ１１）
→Ｒ１（Ｒ４）→ＧＮＤ（接地）へと１８（１９）の矢
印１（矢印２）の方向に電流は流れる。また、Ｑ１（Ｑ
８）とＱ４（Ｑ１１）をＯＦＦし、Ｑ２（Ｑ９）とＱ３
（Ｑ１０）をＯＮすると、Ｖｃｃ→Ｑ２（Ｑ９）→Ｌ１
（Ｌ２）→Ｑ３（Ｑ１０）→Ｒ２（Ｒ５）→ＧＮＤ（接
地）へと矢印１（矢印２）と逆方向に電流を流す事がで
きる。

【０００７】７（１４）と８（１５）はそれぞれＱ１
（Ｑ８）とＱ２（Ｑ９）をＯＮ／ＯＦＦＦするためのト
ランジスタＱ５（Ｑ１２）、Ｑ６（Ｑ１３）である。２
０（２４）、２１（２５）はＬ１（Ｌ２）に流れる電流
をスイッチした時に発生する逆起電力をＶｃｃに逃がす
ためのダイオードＤ１（Ｄ５）、Ｄ２（Ｄ６）である。
２８（３０）、２９（３１）はＬ１（Ｌ２）に流れる電
流値を検出するための抵抗Ｒ１（Ｒ４）、Ｒ２（Ｒ５）
である。２２（２６）のダイオードＤ３（Ｄ７）は、Ｑ
１（Ｑ８）とＱ４（Ｑ１１）をＯＮし、Ｑ２（Ｑ９）と
Ｑ３（Ｑ１０）をＯＦＦし、矢印１（矢印２）の方向に
電流が流れている状態で、Ｑ１（Ｑ８）をＯＦＦした時
に、Ｌ１（Ｌ２）のインダクタンスの作用によりＬ１
（Ｌ２）→Ｑ４（Ｑ１１）→Ｒ１（Ｒ４）→ＧＮＤ→Ｄ
３（Ｄ７）→Ｌ１（Ｌ２）→と電流を流す働きをする。

【０００８】２３（２７）のダイオードＤ４（Ｄ８）で
は、同様に、矢印１（矢印２）と逆方向に電流を流して
いる途中でＱ２（Ｑ９）をＯＦＦしたときにＬ１（Ｌ
２）→Ｑ３（Ｑ１０）→Ｒ２（Ｒ５）→ＧＮＤ→Ｄ４
（Ｄ８）→Ｌ１（Ｌ２）→と電流を流す働きをする。

【０００９】３２は、モータの回転を制御するコントロ
ーラＩＣ１である。５２（５５）は出力ポートＳ１（Ｓ
４）であり、矢印１（矢印２）の方向への電流の流れを
ＯＮ／ＯＦＦする。５３（５６）は出力ポートＳ２（Ｓ
５）であり、矢印１（矢印２）の逆方向への電流の流れ
をＯＮ／ＯＦＦする。５４（５７）は出力ポートＳ３
（Ｓ６）であり、基準電圧を制御している。ここで、Ｓ
１（Ｓ４）を”Ｈ（ハイ）”、Ｓ２（Ｓ５）を”Ｌ（ロ
ー）”にすると、Ｑ４（Ｑ１１）はＯＮとなる。また、
４８（５０）のＡＮＤ素子ＩＣ３（ＩＣ７）に”Ｈ”が
入力され、４４（４６）のコンパレータＩＣ２（ＩＣ
６）の出力が”Ｈ”であれば、ＩＣ３（ＩＣ７）の出力
は”Ｈ”となる。これにより、Ｑ５（Ｑ１２）がＯＮに
なり、Ｑ１（Ｑ８）がＯＮとなる。また、Ｓ２（Ｓ５）
が”Ｌ”のため、Ｑ２（Ｑ９）はＯＦＦし、４９（５
１）のＡＮＤ素子ＩＣ５（ＩＣ９）の出力は”Ｌ”とな
り、Ｑ３（Ｑ１０）はＯＦＦする。よって、矢印１（矢
印２）の方向に電流は流れる。

【００１０】Ｓ１（Ｓ４）が”Ｌ”であり、Ｓ２（Ｓ
５）が”Ｈ”であるときも同様に、ＩＣ４（ＩＣ８）の
出力が”Ｈ”であれば、Ｑ２（Ｑ９）とＱ３（Ｑ１０）
はＯＮし、Ｑ１（Ｑ８）とＱ４（Ｑ１１）はＯＦＦとな
り、矢印１（矢印２）の逆方向に電流は流れる。

【００１１】３７は、電流制限を行うための基準電圧Ｖ
ｒｅｆである。Ｖｒｅｆの電圧は、Ｖｒｅｆ≧（制限し
たい電流）×Ｒ１＝Ｒ２（＝Ｒ４＝Ｒ５）で決定する。
Ｓ３（Ｓ６）は、ＩＣ２（ＩＣ６）とＩＣ４（ＩＣ８）
に与える３８（３９）の基準電圧Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ
２）を制御するものであり、Ｓ３（Ｓ６）＝”Ｌ”のと
きは、９（１６）のトランジスタＱ７（Ｑ１４）はＯＦ
Ｆであり、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）＝Ｖｒｅｆとな
る。Ｓ３（Ｓ６）＝”Ｈ”のときは、Ｑ７（Ｑ１４）は
ＯＮし、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）は約０Ｖとなる。こ
の後、Ｓ３（Ｓ６）＝”Ｌ”とすると、Ｖｒｅｆ１（Ｖ
ｒｅｆ２）は、３３（３４）の抵抗Ｒ３と３５（３６）
のコンデンサＣＩ（Ｃ２）の充電曲線で上昇し、Ｖｒｅ
ｆへと戻る。

【００１２】ＩＣ２（ＩＣ６）とＩＣ４（ＩＣ８）は電
流制限を行うコンパレータである。ＩＣ２（ＩＣ６）で
は、４０（４２）の電圧Ｖ１１（Ｖ１３）とＶｒｅｆ１
（Ｖｒｅｆ２）の比較を行い、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ
２）＞Ｖ１１（Ｖ１３）のときは”Ｈ”を出力し、Ｖｒ
ｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）＜Ｖ１１（Ｖ１３）のときは”
Ｌ”を出力する。Ｖ１１（Ｖ１３）＝矢印１（矢印２）
の方向に流れる電流×Ｒ１（Ｒ４）より、Ｖ１１（Ｖ１
３）は電流に比例する。

【００１３】ＩＣ４（ＩＣ８）では、４１（４３）の電
圧Ｖ１２（Ｖ１４）とＶｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）の比較
を行い、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）＞Ｖ１２（Ｖ１４）
のときは”Ｈ”を出力し、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）＜
Ｖ１２（Ｖ１４）のときは”Ｌ”を出力する。Ｖ１２
（Ｖ１４）＝矢印１（矢印２）の方向に流れる電流×Ｒ
２（Ｒ５）より、Ｖ１２（Ｖ１４）は電流に比例する。

【００１４】Ｓ１（Ｓ４）＝”Ｌ”、Ｓ２（Ｓ５）＝”
Ｈ”、Ｓ３（Ｓ６）＝”Ｌ”のときも同様に、Ｖｒｅｆ
１（Ｖｒｅｆ２）の電圧に応じてＬ１（Ｌ２）に矢印１
（矢印２）の逆方向の電流を行うように働く。

【００１５】Ｓ１（Ｓ４）＝Ｓ２（Ｓ５）＝０、Ｓ３
（Ｓ６）＝”Ｈ”の状態から、Ｓ１（Ｓ４）＝”Ｈ”に
すると、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）＝０Ｖのため、Ｌ１
（Ｌ２）には微小電流しか流れない。ここで、Ｓ３（Ｓ
６）＝”Ｌ”にすると、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）は、
Ｒ３（Ｒ６）とＣ１（Ｃ２）の充電曲線を描いて上昇す
る。このときにも、Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆ２）の充電曲
線に従って電流制限が働くため、充電曲線に比例して上
昇する。Ｓ１（Ｓ４）＝Ｓ２（Ｓ５）＝０、Ｓ３（Ｓ
６）＝”Ｈ”の状態から、Ｓ２（Ｓ５）＝”Ｈ”、Ｓ３
（Ｓ６）＝”Ｌ”としたときにも同様に、Ｌ１（Ｌ２）
に流れる電流は充電曲線に従って上昇する。

【００１６】図２に、図１の回路における１−２相励磁
のタイミングチャートを示す。５８のタイミングパルス
は”Ｈ”の期間は２相励磁、”Ｌ”の期間は１相励磁期
間を示すＩＣ１の内部信号である。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、
Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は出力ポートである。Ｖｒｅｆ１、Ｖ
ｒｅｆ２は基準電圧である。５９のＩＬ１と６０のＩＬ
２はそれぞれＬ１、Ｌ２を流れる電流であり、矢印１の
方向を＋とし、逆方向を−としている。６１のＩ１、６
２のＩ２、６３のＩ３、６４のＩ４は、Ｖｒｅｆ１＝Ｖ
ｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆのときに制限される電流値である。

【００１７】６５から６６のあいだ高速回転期間であ
る。６６では、次のパルスが一定値より長いと判断し、
Ｓ３＝”Ｈ”により、Ｖｒｅｆ１＝０Ｖとする。６７で
は、Ｓ３＝”Ｌ”とすると共に、Ｓ１＝”Ｈ”とする。
これにより、Ｖｒｅｆ１は６８まで充電曲線を描いて上
昇する。ＩＬ１は、この充電曲線に比例して電流が増加
する。６９でも、次のパルスが一定値より長いと判断
し、Ｓ６＝”Ｈ”とし、Ｖｒｅｆ２＝０Ｖとする。７０
では、Ｓ６＝”Ｌ”とすると共に、Ｓ４＝”Ｈ”とす
る。これにより、Ｖｒｅｆ２は７１まで充電曲線を描
き、ＩＬ２もこれに従う。７２でも同様であり、Ｓ３
＝”Ｈ”とした後、７３でＳ３＝”Ｌ”，Ｓ２＝”Ｈ”
で、ＩＬ１は７４まで充電曲線に従う。７５でも同様で
あり、Ｓ６＝”Ｈ”とした後、７６でＳ６＝”Ｌ”，Ｓ
５＝”Ｈ”で、ＩＬ２は７７まで充電曲線に従う。７８
から７９では、次のパルスが一定値より短く、高速回転
と判断した期間である。

【００１８】このように、コントローラでは、次のパル
スが一定値と比較して短いときはＳ３＝Ｓ６＝”Ｌ”の
ままで回転を行い、一定値より長い時には、Ｓ３かＳ６
を一定期間”Ｈ”とする。Ｓ３、Ｓ６の判別は、次のパ
ルスがＳ１かＳ２であれば、Ｓ３であり、Ｓ４かＳ５で
あればＳ６となる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果がある。 １．モータのダンピングが小さく滑らかな動きとなる。 ２．停止状態となるまでの時間は長くなり、次の駆動時
のトルクを軽減できる。 ３．回路構成および制御が容易である。 ４．電流が軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はステッピングモータのバイポーラ駆動に
よる回路図である。

【図２】図２は図１の回路における１−２相励磁時のタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１ Ｌ１ モータのコイル ２ Ｌ２ モータのコイル ３〜１６ Ｑ１〜Ｑ１４ トランジスタ １７ Ｖｃｃ モータ電源 ３７ Ｖｒｅｆ 基準電圧 ３８ Ｖｒｅｆ１ 基準電圧 ３９ Ｖｒｅｆ２ 基準電圧 ５２〜５７ Ｓ１〜Ｓ６ 出力ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準電圧と励磁電流検出電圧とを比較す
   る比較器の出力によって電流制限を行うステッピングモ
   ータ駆動装置において、前記基準電圧を励磁電流が小さ
   くなるように変化させた後、抵抗とコンデンサの充放電
   曲線に従って元の電圧に戻る復帰手段を持ち、回転速度
   が一定値より遅いと判断したときに上記復帰手段を用い
   て励磁電流の立ち上がりを滑らかにすることにより、回
   転速度の変化に対して安定した回転を行うことを特徴と
   するステッピングモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 基準電圧と励磁電流検出電圧とを比較す
   る比較器の出力によってモータのコイルに流れる電流を
   制限する機能を持つステッピングモータ駆動装置におい
   て、基準電圧源と、該基準電圧源と比較器との間に設け
   られた充電曲線発生手段と、該充電曲線発生手段のオン
   ・オフを制御するオン・オフ制御手段と、モータの回転
   速度を検出する回転速度検出手段とを有し、該回転速度
   検出手段によって回転速度が所定の値より遅いと判断し
   たとき前記オン・オフ制御手段を動作させて前記充電曲
   線発生手段から充電曲線を発生させることを特徴とする
   ステッピングモータ駆動装置。