JPH1042596A

JPH1042596A - ステッピングモ−タの駆動方法

Info

Publication number: JPH1042596A
Application number: JP8214196A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sawada; 信治沢田; Kazuhisa Toyama; 和久遠山
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧の変動だけでなく、ゴミや異物などによ
る予測外の負荷変動、振動による負荷変動、経時変化に
よる負荷変動等の変動要因があっても、ステッピングモ
ータを必要最小限の消費電力で駆動することができるよ
うにする。【解決手段】ステッピングモータ３の給電していない
駆動コイルに発生する誘起電力からセンシング信号を検
出回路４で検出し、該センシング信号に応じたタイミン
グでステッピングモータ３の励磁相を、ステッピングモ
ータ駆動回路２により切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステッピングモー
タを低電力で駆動させるための駆動方法に関し、ガスメ
ータ等の遮断弁を動作させるステッピングモータの駆動
方法として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のステッピングモータでは、電圧の
変動に対してステッピングモータの周波数を変えると
か、電源制限抵抗を変えるとか、又は、使用方法により
予め負荷を予測して周波数を変えたり、電源周波数を変
えることにより、低電力化を図っていた。

【０００３】しかし、ステッピングモータの特性は、ゴ
ミや異物などによる予測外の負荷変動、振動による負荷
変動、経時変化により負荷変動等も考慮しなければなら
ない。そのためには、従来方式では、これら状況が生じ
たときにも動作するように、トルクに余裕をもたせるよ
うにしなければならないが、それは消費電力の増加につ
ながる。

【０００４】また、ステッピングモータの製造のばらつ
き等による、個々のステッピングモータ特性のばらつき
や、ガスメータ等の負荷側のばらつきに対しても、確実
に動作させるためには、やはりトルクに余裕をもたせる
ようにしなければならないが、これも同様に消費電力の
増加につながる。

【０００５】一方、遮断弁を必要最小限の消費電力で動
作させる方法としては、負荷や電圧で回転子のスピード
が変わり、結果として必要最小限の消費電力で動作でき
るＤＣモータが考えられるが、ブラシから火花が出るた
めガス用遮断弁としては不適である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電圧の変動
だけでなく、ゴミや異物などによる予測外の負荷変動、
振動による負荷変動、経時変化による負荷変動等の変動
要因があっても、ステッピングモータを必要最小限の消
費電力で駆動することができるようにすることを目的と
する。

【０００７】また、ステッピングモータの製造のばらつ
き等による、個々のステッピングモータ特性のばらつき
や、ガスメータ等の負荷側のばらつきに対しても、ステ
ッピングモータを必要最小限の消費電力で駆動すること
ができるようにすることを目的とする。

【０００８】さらに、ステッピングモータを、ＤＣモー
タに類似した動作ではあるが火花を発生させることなく
安全に駆動させることができるようにして、ローコスト
での遮断弁動作機能が図れるようにすることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のステッピングモ
ータ駆動方法は、ロータの動作に応じたセンシング信号
を検出し、該センシング信号に応じたタイミングで励磁
相を切り替える。センシング信号は、例えば、給電して
いない駆動コイルに発生する誘起電力から検出すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に従って詳細に説明する。

【００１１】図１に、本発明によりステッピングモータ
を駆動する構成を示す。ＣＰＵ１は、ステッピングモー
タ駆動回路２に駆動指令を出力する。ステッピングモー
タ駆動回路２は、ＣＰＵ１の指令に従いステッピングモ
ータ３に駆動パルスを出力する。ステッピングモータ３
は、駆動パルスに従い動作するとともに、動作状況に応
じたセンシング信号をステッピングモータ駆動回路２を
介して検出回路４に出力する。検出回路４は、センシン
グ信号によりステッピングモータ３の駆動相の切り替え
タイミングを検出し、ＣＰＵ１に切り替えタイミング信
号を出力する。ＣＰＵ１は、その切り替えタイミング信
号によりステッピングモータ駆動回路２に駆動相を切り
替えるように指令を出力する。

【００１２】このようにして、ＣＰＵ１の指令で、ステ
ッピングモータ３が動作スタートすると、その動作状況
がセンシングされ、それに応じたタイミングで駆動相が
切り替えられる。そして、この閉ループ制御が繰り返さ
れる。

【００１３】次に、動作状況のセンシングについて説明
する。図２にステッピングモータ３の動作概念を示す。
同図において、Ｒはロータ（磁石）、Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３
・Ｓ４はステータ極で、ステータ極Ｓ１にはＡ相とＡ’
相、ステータ極Ｓ２にはＡ相とＡ’相、ステータ極Ｓ３
にはＢ相とＢ’相、ステータ極Ｓ４にはＢ相とＢ’相の
コイルが巻かれており、これら駆動相の切り替えに応じ
てロータＲがステップ回転する。図３に駆動相とステー
タ極の極性の関係を示す。

【００１４】一般的には、ステッピングモータは、予め
定められた駆動相切り替えタイミングで動作する。本発
明では、予め定められた駆動相タイミングで動作させる
のではなく、動作状況をセンシングして、駆動相切り替
えタイミングをつくる。

【００１５】センシングは、駆動相切り替えにおいて駆
動に使用されていない相をセンシングコイルとして利用
する。従って、センシングコイルも順次切り替わってい
く、センシングコイルには、ロータＲの運動により誘起
電圧が発生する。

【００１６】図４に、ロータＲの運動により誘起電圧が
発生する原理を説明する。簡略にするため、ロータＲが
ほぼ等速で回転したときの誘起電圧を各相ごとに示す。

【００１７】図２、図３及び図４により、ステッピング
モータを駆動する方法として、Ａ相からＢ相に切り替え
るタイミングを図２のロータＲのＮ極がステータ極Ｓ４
を過ぎたところあたりにとると良い。つまり、図４か
ら、駆動電流の流れていないＢ相の誘起電圧が正から負
に変わるタイミングとほぼ一致させれば良い。そして、
Ｂ相からＡ相に切り替えるタイミングは、同様に、誘起
電圧が正から負に変わるタイミングとほぼ一致させれば
良い。この繰り返しでロータＲは回転を続けることが出
来る。

【００１８】ステッピングモータを駆動する別の方法と
して、Ａ相からＢ相に切り替えるタイミングを、駆動電
流の流れていないＢ’相の誘起電圧が負から正に変わる
タイミングとほぼ一致させれば良い。

【００１９】なお、誘起電圧のレベルを正負で表現した
が、正の誘起電圧は、駆動時の電流と反対方向に電流を
流そうとする働きをするものである。実回路では、基準
電位を電源電圧にしたり、ＧＮＤにしたり、別の設定値
にしても良い。

【００２０】また、設定値に達した時点を相切り替えタ
イミングそのものにしたり、設定値に達した時点から一
定時間遅れたタイミングを相切り替えタイミングにする
ことができる。この選択は、モータの特性により実験な
どで決めれば良い。

【００２１】図５にステッピングモータの具体的回路
例、図６にその動作のタイミングチャートを示す。図５
の、、、は、誘起電圧の検出ポイントを示す。
図６の、、、は、その検出ポイントでのタイミ
ングチャートである。

【００２２】図６のｔ０までの時間は、モータに電気入
力がなく停止している状態を示す。ｔ０からｔ１までは
Ａ相に給電している。ｔ０からＡ相に給電すると、ポイ
ント２の電位は、ロータＲの動きにより電位が下がり、
Ｖｔｈに達する。Ｖｔｈに達すると、図１において検出
回路４からＣＰＵ１に信号が送出され、ＣＰＵ１からス
テッピングモータ駆動回路２にＡ相からＢ相に切り替え
る信号が送出される。そして、Ｂ相に給電されると、ポ
イントの電位はロータＲの動きにより電位が下がり、
Ｖｔｈに達する。Ｖｔｈに達すると、検出回路４からＣ
ＰＵ１に信号が送出され、ＣＰＵ１からステッピングモ
ータ駆動回路２にＢ相からＡ’相に切り替える信号が送
出され、Ａ’相に給電される。このような動作が順次繰
り返され、ロータＲがステップ回転を続ける。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ロータの動作に応じた
センシング信号を検出し、該センシング信号に応じたタ
イミングで励磁相を切り替えるので、つまりステッピン
グモータの駆動相切り替えを、駆動に使用していないコ
イルに発生する誘起電圧をセンシングすることによって
行うので、電源電圧の変動や負荷の変動等があっても、
その状況下でのロータの回転位置に応じて駆動相切り替
えを行うことになり、低電力で確実に動作させることが
できる。

【００２４】例えば、ロータの負荷が増加すれば回転速
度が遅くなるので、誘起電圧の発生タイミングが遅くな
り、結果としてステッピングモータの駆動相切り替えタ
イミングが遅くなる。負荷がなくなれば、ロータの回転
速度が速くなるので、誘起電圧の発生タイミングが早く
なり、結果としてステッピングモータの駆動相切り替え
タイミングが早くなる。つまり、負荷が増加すれば回転
速度が遅くなり、負荷がなくなれば回転速度が速くな
る。これは、負荷に応じて最小の電力で確実に動作させ
ることを意味する。

【００２５】電圧が変動した場合も、電圧が下がればス
テッピングモータのトルクが低下するので、回転速度が
遅くなって誘起電圧の発生タイミングが遅くなり、結果
としてステッピングモータの駆動相切り替えタイミング
が遅くなる。電圧が上がれば、ステッピングモータのト
ルクが増加するので、回転速度が速くなって誘起電圧の
発生タイミングが早くなり、結果としてステッピングモ
ータの駆動相切り替えタイミングが早くなる。つまり、
電圧が低下すれば回転速度が遅くなり、電圧が上がれば
回転速度が速くなる。これは、電圧に応じて最小の電力
で確実に動作させることを意味する。

【００２６】ガスメータ用遮断弁への応用においては、
電源として一般にリチウム電池を使用するため、消費電
流を下げることが重要であり、また、電圧変動に対して
確実に動作することが必要である。本発明によれば、こ
れらに対して充分な効果が得られる。

【００２７】従って、本発明は、スピードの一定性は必
要でなく、トータルステップ数と低電力と火花が出ない
ことが要求されるガスメータ用遮断弁に適用するのに、
とりわけ優れた効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によりステッピングモータを駆動する構
成のブロック図である。

【図２】ステッピングモータの動作概念図である。

【図３】ステッピングモータの駆動相とステータ極の極
性の関係を示す図である。

【図４】ロータの運動により誘起電圧が発生する原理を
説明する図である。

【図５】ステッピングモータの具体的回路例を示す電気
回路図である。

【図６】ステッピングモータの動作のタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２ステッピングモータ駆動回路３ステッピングモータ４検出回路ＲロータＳ１・Ｓ２・Ｓ３・Ｓ４ステータ極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータの動作に応じたセンシング信号を
検出し、該センシング信号に応じたタイミングで励磁相
を切り替えることを特徴とする、ステッピングモータの
駆動方法。
【請求項２】センシング信号を駆動コイルから検出す
ることを特徴とする、請求項１に記載のステッピングモ
ータの駆動方法。
【請求項３】センシング信号を、駆動コイルに発生す
る誘起電力から検出することを特徴とする、請求項１に
記載のステッピングモータの駆動方法。
【請求項４】センシング信号を、給電していない駆動
コイルに発生する誘起電力から検出することを特徴とす
る、請求項１に記載のステッピングモータの駆動方法。
【請求項５】遮断弁を開閉するステッピングモータの
駆動方法であって、ロータの動作に応じたセンシング信
号を検出し、該センシング信号に応じたタイミングで励
磁相を切り替えることを特徴とする、ステッピングモー
タの駆動方法。
【請求項６】遮断弁を開閉するステッピングモータの
駆動方法であって、センシング信号を駆動コイルから検
出することを特徴とする、請求項５に記載のステッピン
グモータの駆動方法。
【請求項７】遮断弁を開閉するステッピングモータの
駆動方法であって、センシング信号を、駆動コイルに発
生する誘起電力から検出することを特徴とする、請求項
５に記載のステッピングモータの駆動方法。
【請求項８】遮断弁を開閉するステッピングモータの
駆動方法であって、センシング信号を、給電していない
駆動コイルに発生する誘起電力から検出することを特徴
とする、請求項５に記載のステッピングモータの駆動方
法。