JPH10323090A

JPH10323090A - ステップモータの駆動方法及び駆動装置

Info

Publication number: JPH10323090A
Application number: JP13010397A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Tanaka; 啓友田中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JP3653929B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転むらなしにステップモータを駆動するた
めの駆動方法を提供する。【解決手段】制御ロジック回路１１，２１、駆動回路
１２，２２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１
３，２３、比較器１４，２４、ワンショットマルチバイ
ブレータ１５，２５、駆動コイル１６，２６、などから
構成される駆動装置によって、ステップモータに、段階
的に略正弦波状に増減する駆動電流が供給されるように
する。駆動電流は、各段階において所定の電流設定値を
上限として増加と減衰を繰り返す。そして、各段階にお
ける電流設定値が、正弦波に基づいて算出される各段階
における電流設定値よりもその振幅成分が大きい値とな
るように駆動電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタの印字機
構の駆動系などで採用されるステップモータの駆動方法
と駆動装置に関し、特に、マイクロステップ駆動の改良
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ステップモータは、例えばプリンタの印
字機構の駆動系のように、精密な回転機構の制御を必要
とする用途において広く使用されている。この種のステ
ップモータは、公知のように、駆動コイル（ステータ）
にパルス状の電流（駆動電流）を給電することで、その
回転子（ロータ）がパルス周波数に応じた速度で、且つ
パルス数に応じた角度に回転するように構成される。

【０００３】このステップモータを駆動する方法とし
て、例えば特開昭６２−２５４６９６号公報に記載され
ている、マイクロステップ駆動と称される駆動方法があ
る。このマイクロステップ駆動では、例えば図４に示し
たような駆動電流でステップモータを駆動している。

【０００４】具体的には、正弦波を所定の分解能でサン
プリングすることで、その振幅値が略正弦波状に段階的
に増減する波形を得る。そして、図５に示したように、
各段階における振幅値をそれぞれ設定値Ｌとし、この設
定値Ｌを上限として電流振幅を繰り返し増加と減衰を繰
り返すようにチョッピングしたものを駆動電流とし、こ
の駆動電流をステップモータの駆動コイルに供給してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記マイクロステップ
駆動の場合、ステップモータに実際に流れる電流、つま
り駆動電流の平均値Ｌ２は、図５に示されるように、各
段階の電流の設定値Ｌ１に対して低い値となり、その振
幅成分が理想的な正弦波よりも痩せた形状となる。

【０００６】すなわち、従来のマイクロステップ駆動で
は、例えば、駆動電流における振幅変化の割合がその極
性変化点付近では理想的な正弦波よりも小さくなってし
まう。このため、ステップモータが例えばプリンタのキ
ャリッジやプラテンの駆動用として使用された場合、ス
テップモータの回転むらが発生し、これが原因でモータ
振動に起因する騒音や印字品質の低下が生じるなどの問
題があった。

【０００７】本発明は、精密な回転制御を必要とする用
途において、上記のような回転むらを低減できるステッ
プモータの駆動方法を提供することを課題とする。

【０００８】本発明の他の課題は、上記駆動方法を実施
する上で好適なステップモータの駆動装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のステップモータの駆動方法は、時間経過と
ともに略正弦波状に段階的に変化する設定値を上限とし
て電流振幅が増加と減衰を繰り返す駆動電流を供給して
ステップモータを駆動する方法において、極性変化点付
近の振幅有値領域における前記設定値を、正弦波に基づ
いて得られる当該領域での前記設定値よりも相対的に高
くし、前記駆動コイルに流れる駆動電流の波形が正弦波
に近づくように制御することを特徴とする。

【００１０】この駆動方法では、例えば、前記振幅有値
領域において前記駆動コイルに流れる駆動電流の振幅平
均値が、正弦波に基づいて得られる当該領域での設定値
に近づくように前記駆動電流を制御するようにする。

【００１１】また、上記課題を解決する本発明のステッ
プモータの駆動装置は、時間経過とともに略正弦波状に
段階的に変化する設定値を上限として電流振幅が増加と
減衰を繰り返す駆動電流を供給してステップモータを駆
動する装置において、前記駆動電流の給電位相を決定す
る位相決定手段と、前記位相決定手段で決定された給電
位相における各段階の前記設定値を決定する設定値決定
手段とを備え、前記設定値決定手段が、極性変化点付近
の振幅有値領域における前記設定値を、正弦波に基づい
て得られる当該領域での前記設定値よりも相対的に高く
設定するように構成されていることを特徴とする。

【００１２】ここで、前記設定値決定手段は、例えば、
各段階における前記設定値を動的に変更できるように構
成されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
図面を使用して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係るステッ
プモータの駆動装置の構成例を示す図である。この駆動
装置は、第１の制御部Ａと、第２の制御部Ｂとを含んで
成る。第１の制御部Ａは、制御ロジック回路１１、駆動
回路１２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３、
比較器１４、ワンショットマルチバイブレータ回路１
５、駆動コイル１６などを、それぞれ図示のように接続
して構成される。第２の制御部Ｂも同様に、制御ロジッ
ク回路２１、駆動回路２２、デジタル−アナログ変換器
（ＤＡＣ）２３、比較器２４、ワンショットマルチバイ
ブレータ回路２５、駆動コイル２６などを図示のように
接続して構成される。なお、駆動コイル１６，２６は、
図示しないステップモータ（２相ステップモータ）のス
テータであり、これらの駆動コイル１６，２６に駆動電
流を給電することにより、当該ステップモータのロータ
が回転動作するようになっている。

【００１５】第１の制御部Ａ及び第２の制御部Ｂは、図
１から明らかなように同様の接続構成となっており、駆
動コイル１６，２６への給電位相のみが異なる。よっ
て、便宜上、第１の制御部Ａについてのみ説明を行い、
第２の制御部Ｂについての説明は省略する。

【００１６】制御ロジック回路１１には、相信号Ａと、
ワンショットマルチバイブレータ１５からの出力信号が
入力される。制御ロジック回路１１は、これらの信号に
基づいて、駆動回路１２を駆動制御する。ここで、相信
号Ａは、駆動回路１２から出力される駆動電流の給電位
相を決定するためのものである。そして、図２に例示し
たように、相信号Ａが正の範囲では、駆動回路１２から
出力される駆動信号が正となるように制御ロジック回路
１１による制御がなされ、また、相信号Ａが負の範囲で
は、同じく負になるような制御がなされる。なお、相信
号Ｂは、相信号Ａから９０°だけ給電位相のずれた信号
である。

【００１７】駆動回路１２は、４つのトランジスタ１２
ａ〜１２ｄをブリッジ接続するとともに、各トランジス
タ１２ａ〜１２ｄのエミッタとコレクタとの間に逆起回
生用のダイオード１２ｅ〜１２ｈをそれぞれ接続して構
成される回路である。また、トランジスタ１２ａ〜１２
ｄのベースには制御ロジック回路１１の出力信号が入力
される。そして、この出力信号に基づき、定電流チョッ
ピングによって駆動コイル１６に駆動電流を流し、図示
しないステップモータに所望の動作を行わせるようにな
っている。

【００１８】より具体的には、第１の制御部Ａの場合、
チョッピングがＯＮの時には、トランジスタ１２ａ，１
２ｄをそれぞれＯＮする。これにより、電圧ＶＢＢ、ト
ランジスタ１２ａ、駆動コイル１６、およびトランジス
タ１２ｄを通る電流経路が形成される。このため、増加
部分の波形（立ち上がり波形）が形成される。次いで、
チョッピングをＯＦＦして電流回生を行うことで、減衰
部分の波形（立ち下がり）を形成する。なお、第２の制
御部Ｂを構成する、トランジスタ２２ａ〜２２ｄとダイ
オード２２ｅ〜２２ｈとからなる駆動回路２２の場合も
同様な動作をする。

【００１９】デジタル−アナログ変換器１３には、３つ
のデジタル信号、すなわちＤａ０、Ｄａ１、およびＤａ
２と、基準電圧信号Ｖｒｅｆとが入力されている。これ
ら３つのデジタル信号Ｄａ０、Ｄａ１、Ｄａ２は、駆動
回路１２から出力される駆動電流の値を設定するための
信号（電流値設定信号）であり、各デジタル信号の組み
合わせと、個々のデジタル信号の組み合わせで表現され
る数値は、図示しない設定回路によって動的に変更可能
に決定されるようになっている。この設定回路の構成自
体は、公知の手段を用いることができるので、その詳細
な説明は省略する。

【００２０】本実施形態では、設定回路によって８段階
の値（０００、００１、０１０、０１１、１００、１０
１、１１０、１１１）、つまり８つの状態を表現できる
ようにする。そして、デジタル−アナログ変換器１３か
ら、これら８つの状態に応じて、例えば図３に示したよ
うに、基準電圧Ｖｒｅｆに所定の割合（％）を乗算した
値のアナログ信号が出力されるようにする。この出力信
号が、ステップモータのマイクロステップ駆動における
各段階の電流の設定値となる。

【００２１】比較器１４は、デジタル−アナログ変換器
１３からの出力値と、抵抗Ｒｓａにより検出されたステ
ップモータの駆動電流とを入力し、これらの２つの入力
値の差信号を出力する。この差信号は、ワンショットマ
ルチバイブレータ１５に入力される。

【００２２】ワンショットマルチバイブレータ１５は、
コンデンサＣｐａと抵抗Ｒｐａとの並列回路の時定数に
より定まる所定の周期の信号を制御ロジック回路１１に
出力するものであり、制御ロジック回路１１は、ワンシ
ョットマルチバイブレータ１５から入力される信号の周
期に基づいて駆動回路１２を制御するものである。

【００２３】第２の制御部Ｂを構成する各要素も、上記
第１の制御部Ａと同様に動作する。これにより、ステッ
プモータの駆動コイル１６，２６には、上記設定値を上
限として増加と減衰を繰り返す波形の駆動電流が給電さ
れるようになる。

【００２４】次に、本実施形態のステップモータの駆動
装置の動作を図２および図３を参照して説明する。

【００２５】図２において、最上段の「相信号」は、上
記相信号Ａあるいは相信号Ｂ、次段の「Ｄ０」，「Ｄ
１」，「Ｄ２」は、それぞれ、上記デジタル信号（Ｄａ
０／Ｄｂ０，Ｄａ１／Ｄｂ１，Ｄａ２／Ｄｂ２）であ
る。また、略正弦波状の太線は、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２の図
示した信号が入力された時のデジタル−アナログ変換器
１３の出力値であり、これは、ステップモータの駆動コ
イル１６，２６に給電される各段階の駆動電流の設定値
である。この場合、実際に駆動コイル１６，２６に流れ
る電流は、図５に例示したように、それぞれ各段階の電
流の設定値を上限として増加と減衰を繰り返す。図２の
場合、最初は相信号が正の状態である。この状態では、
電流の設定値は０％から１００％まで段階的に増大し、
次いで、１００％から０％まで段階的に減少する。相信
号が負の状態に変化すると、電流の設定値は０％から−
１００％まで段階的に減少し、次いで、−１００％から
０％まで段階的に増大する。この動作を繰り返すこと
で、ステップモータがマイクロステップ駆動される。

【００２６】図３は、デジタル信号Ｄ２、Ｄ１，Ｄ０の
各値の組み合わせに応じて、デジタル−アナログ変換器
１３，２３より出力される基準電圧Ｖｒｅｆに対する割
合を示した図表である。この図表は、上記設定回路にお
いてテーブル化されているものである。

【００２７】図３において、「１００％」は、基準電圧
Ｖｒｅｆがそのまま出力され、「９２．４％」は基準電
圧Ｖｒｅｆの９２．４％の値（Ｖｒｅｆ×０．９２４）
が出力されることを意味している。また、「従来例の電
流値（％）」は、便宜上、本実施形態の駆動装置を用い
て、従来手法のように駆動コイル１６，２６に実際に流
れる電流、つまり駆動電流の平均値を考慮しないで正弦
波を単にサンプリングした場合の電流の設定値（上限）
を示したものである。ここでは、サンプリング周期に対
応して、「０％」、「１９．５％」、「３８．２％」、
「５５．４％」、「７０．７％」、「８３．１％」、
「９２．４％」、「１００％」の８つの設定値が規定さ
れる。一方、「本発明の電流値（％）」は、本実施形態
における電流の設定値（上限）を示したものであり、
「従来例の電流値（％）」に対応させて、「０％」、
「２５％」、「４１％」、「５７％」、「７０．７
％」、「８３．１％」、「９２．４％」、「１００％」
の８つの設定値を規定している。

【００２８】ここで、「本発明の電流値（％）」は、
「従来例の電流値（％）」に比べて、特に図３に示した
下側の３つの領域「５５．５％」、「３８．２％」、
「１９．５％」で相対的に大きな値となっている。つま
り、「従来例の電流値（％）」が正弦波を単に所定割合
で分割した値（％）であるのに対し、極性変化点付近の
振幅有値領域である上記３つの領域では、例えば駆動コ
イル１６，２６に実際に流れる電流の振幅平均値が「従
来例の電流値（％）」の設定値（上限）となるように、
つまり、駆動電流の振幅平均値が理想的な正弦波になる
ように、比較的大きめに設定される。

【００２９】上記のように各段階の電流値を設定するこ
とで得られる駆動電流の正弦波波形は、理想的な正弦波
に比べて、極性変化点付近の振幅有値領域が太めに歪ん
だ波形となる。しかし、実際に駆動コイル１６，２６に
流れる電流は、逆に理想的な正弦波状になるので、ステ
ップモータの回転むらの発生が抑えられ、従来の問題点
が解消される。

【００３０】なお、本実施形態では、「０％」、「２５
％」、「４１％」、「５７％」、「７０．７％」、「８
３．１％」、「９２．４％」、「１００％」のように、
８つの設定値を規定した場合の例を示したが、本発明
は、駆動コイル１６，２６に実際に流れる駆動電流の波
形を理想的な正弦波に近づけるようにしたことを主眼と
したものであり、正弦波をサンプリングする際のサンプ
リングの分解能あるいは各段階における設定値の大きさ
などは、上記実施形態のほか、用途に応じて任意に設定
できる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、回転むらを生じさせることなくステップモー
タを駆動することができる。これにより、ステップモー
タをプリンタのキャリッジやプラテンの駆動用として使
用した場合の、モータ振動に起因する騒音や印字品質の
低下を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るステップモータの駆
動装置の構成例を示した図。

【図２】本実施形態による駆動装置の動作を説明するた
めの波形グラフ。

【図３】本実施形態による駆動装置のデジタル−アナロ
グ変換器に入力する設定値の割合の変化を示した図表。

【図４】ステップモータにおけるマイクロステップ駆動
の説明図。

【図５】マイクロステップ駆動における駆動電流の説明
図。

【符号の説明】

１１、２１制御ロジック回路１３、２３デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１６、２６駆動コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間経過とともに略正弦波状に段階的に
変化する設定値を上限として電流振幅が増加と減衰を繰
り返す駆動電流を供給してステップモータを駆動する方
法において、極性変化点付近の振幅有値領域における前記設定値を、
正弦波に基づいて得られる当該領域での前記設定値より
も相対的に高くし、前記駆動コイルに流れる駆動電流の
波形が正弦波に近づくように制御することを特徴とする
ステップモータの駆動方法。
【請求項２】前記振幅有値領域において前記駆動コイ
ルに流れる駆動電流の振幅平均値が、正弦波に基づいて
得られる当該領域での設定値に近づくように前記駆動電
流を制御することを特徴とする請求項１記載のステップ
モータの駆動方法。
【請求項３】時間経過とともに略正弦波状に段階的に
変化する設定値を上限として電流振幅が増加と減衰を繰
り返す駆動電流を供給してステップモータを駆動する装
置において、前記駆動電流の給電位相を決定する位相決定手段と、前記位相決定手段で決定された給電位相における各段階
の前記設定値を決定する設定値決定手段とを備え、前記設定値決定手段が、極性変化点付近の振幅有値領域
における前記設定値を、正弦波に基づいて得られる当該
領域での前記設定値よりも相対的に高く設定するように
構成されていることを特徴とするステップモータの駆動
装置。
【請求項４】前記設定値決定手段が、各段階における
前記設定値を動的に変更できるように構成されているこ
とを特徴とする請求項３記載のステップモータの駆動装
置。