JPH099692A - ステッピングモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】モータの温度上昇を防止し、駆動回路の負担を
軽減する一方、再起動に際し安定した状態で駆動するこ
とができるステッピングモータの駆動装置を提供する。 【構成】駆動周波数を変化させて速度制御を行なうとと
もに、停止時に通電を断って無励磁状態とし、該無励磁
状態から再通電して再起動するようにしたステッピング
モータ２０の駆動装置１０において、停止直前の励磁相
を記憶する記憶部４１と、該記憶部４１の記憶内容によ
る励磁相で再起動時に励磁電流を通電するとともに、発
熱が過多となるような低速域において、各励磁相におけ
る回転動作後の励磁電流を断つ電源制御部３１とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動周波数を変化させ
て速度制御を行なうとともに、停止時に通電を断って無
励磁状態とし、該無励磁状態から再通電して再起動する
ようにしたステッピングモータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のステッピングモータの駆動装置に
おいては、理論上のステップ角度と実際のステップ角度
との間には必ず誤差が生じる。その誤差は駆動中のステ
ッピングモータを停止させ、その際、ステータの巻線の
励磁を中止した場合、負荷による摩擦等の影響によりさ
らに大きいものとなる。角度にずれが有るとロータとス
テータとの磁気的結合状態が回転に対して不安定な位置
となるため、再起動の際に次の相から起動すると起動直
後には安定した回転と十分なトルクが得にくく、起動不
良が発生することがあった。

【０００３】また、定格周波数における駆動において
は、図８の（Ａ）に示したように励磁電流が通電される
が、低周波数域（低速域）においては（Ｂ）に示したよ
うに１ステップ毎の通電時間が長かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
では、停止中にもステータの巻線の励磁が行われている
ので、巻線からの発熱によってモータの温度が上昇し、
駆動回路の負担が大きくなるという問題点があった。ま
た、停止時には低電圧をかけてモータの温度上昇を防ご
うとする２電源方式もあるが、この場合にも回路側の負
担が大きくなるという問題点は解消されない。

【０００５】また、同様に低周波数域（低速域）の駆動
においてもモータの回転に不要な励磁（図８（Ｂ）の斜
線部）の時間が長いうえ、巻線に誘起される逆起電力が
小さいため過大な電流が流れることから巻線からの発熱
によりモータの温度が上昇するという問題点があった。

【０００６】本発明は、このような従来の技術が有する
問題点に着目してなされたもので、モータの停止中はス
テータの巻線の励磁を中止することでモータの温度上昇
を防止し、駆動回路の負担を軽減する一方、再起動の際
に安定した状態で始動可能となるステッピングモータの
駆動装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、次の各項に存する。

【０００８】１ 駆動周波数を変化させて速度制御を行
なうとともに、停止時に通電を断って無励磁状態とし、
該無励磁状態から再通電して再起動するようにしたステ
ッピングモータ（２０）の駆動装置（１０）において、
停止直前の励磁相を記憶する記憶部（４１）と、該記憶
部（４１）の記憶内容による励磁相で再起動時に励磁電
流を通電するとともに、発熱が過多となるような低速域
において、各励磁相における回転動作後の励磁電流を断
つ電源制御部（３１）とを有することを特徴とするステ
ッピングモータ（２０）の駆動装置（１０）。

【０００９】２ 停止時に通電を断って無励磁状態と
し、該無励磁状態から再通電して再起動するようにした
ステッピングモータ（２０）の駆動装置（１０）におい
て、停止直前の励磁相を記憶する記憶部（４１）と、該
記憶部（４１）の記憶内容による励磁相で再起動時に励
磁電流を通電する電源制御部（３１）とを有することを
特徴とするステッピングモータ（２０）の駆動装置（１
０）。

【００１０】

【作用】ステッピングモータ（２０）の駆動はステータ
の複数の巻線に順次パルスを入力することで行われる。
パルスの入力の仕方を変えることによって、すなわち、
駆動周波数を変化させることによってステッピングモー
タ（２０）の速度を制御することができる。

【００１１】発熱が過多となるような低速域において、
すなわち、駆動周波数の低い状態においてステッピング
モータ（２０）を停止する間は通電を断って、したがっ
て、パルスを入力せずステータの巻線を無励磁状態とす
る。それによってステッピングモータ（２０）の停止中
にステータの巻線の通電による発熱を防ぐことができ
る。

【００１２】停止直前の励磁相は記憶部（４１）に記憶
される。再起動の際には、次の相に通電をする前に前記
記憶部（４１）に記憶された停止直前の励磁相に再び励
磁電流を通電することで再励磁する。この停止直前の励
磁相を再励磁することによって、停止時における駆動負
荷による影響等により生じるロータの角度誤差は停止中
に励磁電流を通電していた場合の正規の位置に修正され
ることにより、誤差はなくなり十分な起動トルクをもっ
て安定した回転で再起動することができる。

【００１３】このように、低速駆動時においてもステッ
ピングモータ（２０）の不要な温度上昇を防ぐことがで
きるとともに、停止状態からの再起動に際して安定した
駆動を可能とすることができるものである。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明
する。

【００１５】図１及び図２は本発明の第一実施例を示し
ている。

【００１６】図１に示すように、本実施例ではステッピ
ングモータ２０をＰＭタイプ（永久磁石型）の４相モー
タとして説明する。

【００１７】ステッピングモータの駆動装置１０は、ス
テッピングモータ２０、駆動回路３０、信号制御部４
０、直流電源、を具備している。

【００１８】ステッピングモータ２０は円周方向に磁化
された円筒状の永久磁石からなる回転可能なロータＭ
と、該ロータＭを中心に相対するように配置された４つ
の巻線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが巻かれたステータと、各巻線
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへの通電及び遮断を行うスイッチとして
のトランジスタＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ等を有する。

【００１９】永久磁石には、Ｂａフェライト、Ｓｒフェ
ライト等のフェライト系磁石あるいはアルニコ系磁石等
が使用される。

【００２０】信号制御部４０はマイコンのＣＰＵを中心
に構成されており、ステッピングモータ２０の駆動速
度、方向、距離、角度等を指令する信号を出すものであ
る。また、後に説明するように、駆動中のステッピング
モータ２０を停止させたときに、その時に励磁されてい
た相を記憶させておくＲＡＭからなる記憶部４１を有す
る。

【００２１】駆動回路３０は、信号制御部４０からの信
号を判読、分配、増幅してステッピングモータ２０の各
巻線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを所定の順序で励磁するためのもの
であり、励磁順序を決定する論理回路３２と各巻線Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄへ電流を供給する電源制御部３１とを有す
る。

【００２２】次に作用を説明する。

【００２３】以下、本実施例を２相励磁駆動方式で駆動
した場合に関して説明する。

【００２４】ステッピングモータ２０を起動させるため
に駆動装置１０を始動させると信号制御部４０からステ
ッピングモータ２０の駆動をすべく信号が出力され、駆
動回路３０の論理回路３２で励磁順序が決定され電源制
御部３１からステータの各巻線に電流が供給される。

【００２５】図２は本実施例を実施したときの、ステー
タの各相の励磁タイミングを示している。電源制御部３
１により制御された電流は巻線Ａと巻線Ｂ、巻線Ｂと巻
線Ｃ、巻線Ｃと巻線Ｄ、そして巻線Ｄと巻線Ａの組合せ
で供給され、各巻線が励磁されてゆく。この順番で励磁
されるときは巻線Ｄと巻線Ａの励磁の次ぎに巻線Ａと巻
線Ｂが励磁され、以降もロータＭを同一方向に回転する
限り同じ順序での励磁が続く。すなわち、巻線Ａ、巻線
Ｂが励磁されるときは各々トランジスタＴａ、Ｔｂを介
して電流が流され、巻線Ｃと巻線Ｄには電流は供給され
ない。巻線Ｂ、巻線Ｃが励磁されるときは各々トランジ
スタＴｂ、Ｔｃを介して電流が流され、巻線Ｄと巻線Ａ
には電流は供給されない。他の場合も同様である。ロー
タＭが逆方向に回転されるときは、励磁される組の順番
は上記の順番と逆になる。

【００２６】図２において、Ｘで示した時間帯はステッ
ピングモータ２０が停止したときに最後の巻線、したが
って、相が励磁されている時間であり、斜線で示したよ
うにｃ相とｄ相が最後に励磁された相である。この相の
組は図１に示した信号制御部４０の記憶部４１に記憶さ
れる。次ぎに続くＩで示した時間帯ではステッピングモ
ータ２０の何れの巻線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（ａ相、ｂ相、ｃ
相、ｄ相）も励磁されていない。

【００２７】次に、ステッピングモータ２０を再起動す
る場合、接続負荷の影響等で停止時のロータＭの磁極の
位置とステータの巻線の位置との間にずれがあるので、
従来のように次の組すなわちｄ相とａ相の組から励磁す
ると、立ち上がりが不安定である。本実施例においては
Ｙで示し時間帯に斜線で示したように、再起動に先立っ
て、記憶部４１が記憶した直前の停止時の相の組を再励
磁する。図２においてはｃ相とｄ相である。次に、ｄ相
の励磁を継続しｃ相の励磁を終了する一方でａ相の励磁
が開始され、ステッピングモータ２０は回転を開始す
る。このｃ相とｄ相の再励磁によって従来のようなステ
ップの角度のずれが解消され、起動時のトルクも有効に
利用されるので立ち上がり時の不安定な動作も解消され
る。

【００２８】なお、上記の例でステッピングモータ２０
を時間Ｉだけ停止させた後、逆方向に回転させる場合に
は、停止時の相であるｃ相とｄ相を再励磁し、ｃ相の励
磁を継続しｄ相の励磁を終了する一方でｂ相の励磁を行
う。以降、その方向に回転を継続する場合はｂ相とａ
相、ａ相とｄ相、…と励磁する。

【００２９】図３は、本実施例のステッピングモータ２
０を間欠的に駆動する、すなわち低い駆動周波数で駆動
するときの各相の励磁タイミングを示したものである。

【００３０】次に、上記実施例を利用して高温の湯と冷
水とを混合するためのバルブの例について説明する。こ
のようなバルブは例えば洋式便器に装着し、用便等の後
ノズルから湯水を局部に噴出して局部を洗浄する衛生洗
浄装置等に使用される。

【００３１】図４は、衛生洗浄装置等における高温湯と
冷水の混合部位５０を略示したものである。湯水管５１
に高温湯を導入するための高温湯口５２と冷水を導入す
るための冷水口５３が形成されている。湯水管５１内に
は高温湯口５２と冷水口５３を開閉するための板状のシ
ャッター５４が左右何れの方向にも回動可能に取り付け
られている。このシャッター５４の回動は本発明の実施
例として上記したステッピングモータ２０によって駆動
される。

【００３２】シャッター５４の下流側には高温湯口５
２、冷水口５３から導入された湯と冷水を混合するため
の仕切り板５５が設けられている。仕切り板５５はその
板面が湯や冷水の流れの方向と直行する方向に向けられ
ている。

【００３３】高温湯口５２、冷水口５３から仕切り板５
５までの間は高温湯口５２から導入された湯と冷水口５
３から導入された冷水とが混合されないように湯路５２
ａと冷水路５３ａが隔離して設けられている。湯路５２
ａには導入された湯の温度を測定するための温度センサ
ー５６ａが設けられている。冷水路５３ａには導入され
た冷水の温度を測定するための温度センサー５６ｂが設
けられている。また、仕切り板５５の下流には、湯と冷
水が混合された温水の温度を測定するための温度センサ
ー５６ｃが設けられている。これら温度センサーは、例
えばサーミスタである。

【００３４】図５は角度偏差とステッピングモータ２０
の駆動周波数との一般的な関係を示したグラフである。
上下２本の破線内の低速域での駆動では、上述したよう
に従来のステッピングモータでは安定した駆動を獲得す
るために、ロータを回転させるために励磁した相を回転
終了後も次の相が励磁されるまで励磁しておくので同一
巻線の励磁時間が長くなり、巻線からの発熱が様々な支
障をきたす。そこで、上記実施例のステッピングモータ
２０の駆動装置１０を用いて、低速域では図３に示した
ような間欠駆動を行う。

【００３５】以下に、その作用を説明する。

【００３６】図６には、実際に温水の制御をする場合の
目標温度Ｔ２と湯と冷水が混合された温水の温度を測定
するための温度センサー５６ｃの測定温度Ｔ１との差を
△Ｔとし、△Ｔと駆動周波数との関係を示してある。温
度差△Ｔが小さいときほどシャッター５４の調節量を小
さくして微調節する必要があるので、ステッピングモー
タ２０の駆動周波数を低くする。温度差△Ｔが大きくな
るにつれて駆動周波数を高くし調節精度と調節速度のバ
ランスを取っている。温度差△Ｔがある程度以上大きい
ときは早く温度差を小さくする必要があるのでステッピ
ングモータ２０の駆動は定格周波数で行われる。

【００３７】具体的に４０℃の湯を使用中に１５℃の水
に変えたい場合について説明する。ここで、図面に従っ
た説明上、ステッピングモータ２０を右へ回転すると図
４のシャッター５４が高温湯口５２側へ回動し、モータ
２０を左へ回転すると冷水口５３側へ回動されるとす
る。

【００３８】温度センサー５６ｃの測定温度４０℃と目
標温度１５℃との差は２５℃で大きいのでステッピング
モータ２０は定格周波数の速い速度で回転させる。図７
に示すように、シャッター５４の調節後に温度センサー
５６ｃで検知した温水の温度が目標値の１５℃より大き
いときは（Ｓ２）更にモータ２０を回転し（Ｓ１）、高
温湯の導入量を少なくする。以降、温度差△Ｔが１５℃
以下になるまで上記ステップを繰り返すが、温度差△Ｔ
が僅かとなって低速で微調節をすることが必要な状態に
なるとモータ２０を図３に示したように励磁を中止する
時間を設けた間欠駆動に入る。

【００３９】図３に示した段階１では、始めにステータ
のａ相とｄ相が励磁される。それによってロータＭが１
ステップ進むとａ相、ｄ相ともに励磁が中止され、無励
磁状態となる。次に、更にモータ２０の回転が必要であ
るときは、モータ２０を回転させる段階２に入る前に再
度ａ相とｄ相を励磁する。次に、モータ２０を回転させ
るための段階２に入り、ａ相とｂ相を励磁する。以下、
このような順で各相を励磁してモータ２０を回転し、シ
ャッター５４を調節する。このようにしてモータ２０は
微調整され、それに連動するシャッター５４が高温湯口
５２の開口面積を僅かずつ小さくしてゆく一方で、冷水
口５３の開口面積が大きくなるので温水の温度が下が
り、温度センサー５６ｃの測定温度を目標温度の１５℃
とすることができる。

【００４０】温度センサー５６ｃの測定温度が目標温度
の１５℃よりも低い温度となった場合は、励磁する相の
順番を逆にすればステッピングモータ２０は逆回転しシ
ャッター５４が高温湯口５２の開口面積を大きくする一
方、冷水口６３の面積が小さくなるので混合された温水
の温度が上昇する。

【００４１】このようにして、衛生洗浄装置から噴出さ
せる温水の温度を調節することができる。この際、シャ
ッター５４の微調節が必要な状態ではステッピングモー
タ２０は低速で回転するが、回転の間はステータの各相
は無励磁状態であるので、モータの温度上昇による不都
合もなく、また、回転の直前には直前の回転時の相を再
励磁するので、駆動が安定し、微調節に適した動作を実
現することができる。なお、本実施例を衛生洗浄装置に
おける温水の温度調節に利用する場合を示したが、それ
に限らず、ステッピングモータを必要とするものである
ならば如何様なものにも実施することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明にかかるステッピングモータの駆
動装置によれば、モータの温度上昇を防止し、駆動回路
の負担を軽減する一方、再起動に際し接続負荷の影響を
受けず安定した状態で駆動することができるので、駆動
パルスに対応したずれのない精度の高い回転及び位置制
御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を示す概念図である。

【図２】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を実施したときの、ステータの各相の励磁タイ
ミング示す図である。

【図３】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を間欠駆動したときのステータの各相の励磁タ
イミングを示したものである。

【図４】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を用いた衛生洗浄装置における高温湯と冷水の
混合部位示す略示図である。

【図５】ステッピングモータ角度偏差と駆動周波数との
一般的な関係を示したグラフである。

【図６】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を用いた衛生洗浄装置において、目標温度と湯
と冷水を混合した温水の温度差を△Ｔとし、△Ｔと駆動
周波数との関係を示したグラフである。

【図７】本発明の一実施例に係るステッピングモータの
駆動装置を用いた衛生洗浄装置において、温度調節をす
るための動作を示すフローチャートの一部である。

【図８】（Ａ）は従来技術における、ステッピングモー
タの定格周波数での駆動における励磁電流を示し、
（Ｂ）は低周波数域（低速域）における励磁電流を示す
波形図である。

【符号の説明】

１０…ステッピングモータの駆動装置 ２０…ステッピングモータ ３１…電源制御部 ４１…記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 広治 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 仁木 滋 神奈川県横浜市戸塚区前田町100番地 小 糸工業株式会社内 (72)発明者 小林 俊夫 神奈川県横浜市戸塚区前田町100番地 小 糸工業株式会社内 (72)発明者 諸井 基規 神奈川県横浜市戸塚区前田町100番地 小 糸工業株式会社内 (72)発明者 関澤 恵一 神奈川県横浜市戸塚区前田町100番地 小 糸工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動周波数を変化させて速度制御を行なう
   とともに、停止時に通電を断って無励磁状態とし、該無
   励磁状態から再通電して再起動するようにしたステッピ
   ングモータの駆動装置において、 停止直前の励磁相を記憶する記憶部と、該記憶部の記憶
   内容による励磁相で再起動時に励磁電流を通電するとと
   もに、発熱が過多となるような低速域において、各励磁
   相における回転動作後の励磁電流を断つ電源制御部とを
   有することを特徴とするステッピングモータの駆動装
   置。
2. 【請求項２】停止時に通電を断って無励磁状態とし、該
   無励磁状態から再通電して再起動するようにしたステッ
   ピングモータの駆動装置において、 停止直前の励磁相を記憶する記憶部と、該記憶部の記憶
   内容による励磁相で再起動時に励磁電流を通電する電源
   制御部とを有することを特徴とするステッピングモータ
   の駆動装置。