JPS5927200B2 - ステツプ・モ−タの巻線電流を調整するための回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は共通の巻線中性点または部分的に中性な点に
対してのみアクセスを許容するステツプ・モータの巻線
を流れる電流を調整するための回路装路に関する。

周知のようにステツプ・モータは工作機械、計算機の周
辺装置等のための軸，駆動に用いられている。

このようなステツプ・モータには予め規定されたシーケ
ンスで個々のモータ巻線電流を所要の値まで迅速に上昇
せしめると共に、或る特定の時間経過の後には電流を再
び零まで降下させることを可能にする回路が必要とされ
る。上記のような要件を満たす回路として次のようなも
のが知られている。

Ｒ−Ｌ回路：この回路ではオーム抵抗器がモータ巻線と
直列に接続されておつて、この接続に高い電圧が加えら
れる。

抵抗器は２つの作用をなす。まず抵抗器は電流を必要な
値に制限しそしてτ＝Ｌ／Ｒに従い小さなモータ時定数
を確保し、それにより電流の迅速な立上りを可能にする
。電流の迅速な遮断を行なうために、フリーランニング
回路内の通常のダイオードに直列に抵抗器またはツエナ
ーダイオードが接続される。このような回路は、１９７
３年シグマ・インストルメント社（ＳｉｇｍａＩｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔｓ）、ヨーロツパ．オフイス発行の「ステ
ツプモータハンドブツク」４６頁に記載されている。な
おこの文献の４７頁に述べられている回路Ｂ，ｃ，ｄは
ここでは考案の対象としない。と言うのはこれ等の回路
では巻線の全ての端に個別にアクセスが可能であるモー
タの使用が必要とされるからである。中性点を有するモ
ータのための他の回路においては、チヨツパ一の原理（
上記文献の５８頁参照）が採用されているが、その場合
にもフリーランニング回路には直列抵抗器またはツエナ
一・ダイオードが使用されている。

このような回路の効率は明らかに低い。と言うのはフリ
ーランニング回路の直列抵抗器において、モータ電流は
熱に変換されて損失となるからである。よつてこの発明
の課題は巻線の中性点に対してだけアクセスを許容する
ステツプ・モータのための巻線電流を調整するための回
路にして所望値への電流の迅速なオン切換即ち閉成を許
容し、所望の通電時間中の損失を小さくすると共に上記
文献の５８頁に記載されている回路に類似した高い効率
で無規則的に選択可能な時点での電流の迅速なオフ切換
、即ち開成を許容する回路を提供することにある。

なおここで注意しておくが、上記文献の５８頁に記載さ
れている回路においてはモータ巻線の全ての端に対する
自由なアクセスが前提とされている。本発明の目的は、
各個々のモータ巻線の所望の通電時間中、電子スイツチ
で低損失のフリーランニング回路をオンに切換えそして
モータ巻線全てに共通な回路を設けてモータ巻線電流の
迅速なオフ切換を行なうと共にモータ誘導子に蓄積され
ているエネルギの回復を行なうようにすることによつて
達成される。

本発明によつて得られる利点としては特に巻線中性点に
対してのみアクセスを許容しそして製造の見地からして
非常に廉価であるモータを全ての巻線間に対する電気的
アクセスを許容するモータの場合と実質的に同じ効率お
よび同等に良好な動および静特性で動作させることがで
きると言う点に見られる。

次に図面を参照し本発明の具体例について詳細に説明す
る。

第１図は、破線で示すように１つのステツプモータの複
数個の巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・を示す。

フリーランニングダイオード１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
・・−を有するフリーランニング回路は、モータの巻線
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・にそれぞれ並列に配置
されている。このフリーランニング回路は、それぞれト
ランジスタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，・・・により、附
随するモータの巻線の回路に対して開閉されるように構
成されている。フリーランニング・ダイオード１７ａ，
１７ｂ，１７ｃ等は次のように接続されている。即ちア
ノードはモータ巻線の一端に接続され、そしてカソード
は関連のトランジスタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ等のエミ
ツタならびにバツフア・ダイオード１９ａ，１９ｂ，１
９ｃ，１９ｄ等の接続点に接続されている。後者のバツ
フアダイオードは、各フリーランニング回路と、全ての
モータ巻線に共通な回路Ａとの間に配置され、回路Ａは
、バツフアコンデンサ１００、トランジスタ１０２、誘
導子１０３、フリーランニングダイオード１０４、主蓄
積コンデンサ１０５及び比較器１０１を含む。第１図を
参照するに、各モータ巻線１０ａ，１０ｂ，１０ｃは電
流調整回路Ｂ−ａを有しているが、第１図において図示
を簡略するために、この電流回路はモータ巻線１０ａに
ついてだけ示されておつて、比較器１６ａ１トランジス
タ１１ａ１抵抗器１２ａ，１５ａ１ダイオード１３ａお
よびコンデンサ１４ａから構成されている。ステツプ・
モータもしくはモータ巻線に対する電源は参照数字１０
６で示されている。次に第２図ないし第１０図を参照し
て第１図に示した回路の動作を説明する。論理モータ制
御信号を発生する回路Ｃは、第１の巻線１０ａのための
静論理モータ制御信号２０ａを、第２の巻線１０ｂのた
めの信号１０ｂを、というようにそれぞれ信号を発生す
る。

尚回路Ｃは、本発明の部分を構成しない。第２図はこの
制御信号を示している。制御信号２０ａを搬送する線路
においてこの制御信号が「１」レベルから「Ｏ］レベル
に変るとトランジスタ１８ａがその時点で閉じてベース
電流２８ａを続いて発生することができる状態になる。
同時に値１１に対応する所望の電流値２０ａが制御信号
２０ａと共にプロツタ内にあるインバータにより、電流
調整回路Ｂ−ａの比較器１６ａに与えられる。同時に第
３図に示す巻線１０ａのモータ電流２２ａがベース電流
２１ａに起因して零からモータ電流の立ち上りを始め、
そしてこのモータ電流２２の立上りは精密抵抗器１２ａ
によつてダイオード１３ａをフ介して比較器１６ａに時
点ｔ１で実際の電流値１が所望値２０ａに対応すること
を表わす入力を与えるまで続く。

時点ｔ１でベース電流２１ａは遮断され、それにより直
ちに第４図に示すようにコレクタ電流は零まで減少する
。モータ誘導子１０ａＬにエネルギが蓄積されているの
でキータ電流２２ａはダイオード１７ａおよびそれに接
続されたトランジスタ１８ａを介して流れる。この電流
２４ａは第５図に示されている。この電流２４ａによつ
て内部オーム抵抗１０ａにおける電圧以外には飽和トラ
ンジスタもしくはダーリントン・トランジスタ１８ａに
おけるコレクターエミツタ電圧降下およびダイオード降
下しか生じない。フリーランニング・ダイオード１７ａ
およびトランジスタ１８ａの付加的な損失はこのように
小さいので、モータ巻線１０ａの電流は時点Ｔ２で値２
まで極く緩慢に降下するだけである（第３図参照）。こ
れに要する時間はほぼモータの時定数ＴｍＯｔ＝Ｌ（１
０ａＬ）／Ｒ（１０ａＲ）に対応する。論理信号２０ａ
に影響を及ぼさないベース電流２８ａも時間間隙Ｔｌ，
ｔ２で流れる。トランジスタ１１ａのオフ切換時点ｔ１
にコンデンサ１４ａに印加される電圧もまたトランジス
タ１８ａが閉じた時のモータ時定数ＴｍＯｔに対応する
ＲＣ回路１２ａ，１５ａ，１４ａの時定数ＴｍｅａｓＣ
Ｔｍｅａｓ＝Ｃ（１４ａ）・Ｒ（１５ａ＋１２ａ）〕に
応じて降下する。コンデンサ１４ａのコンデンサ電圧が
時点Ｔ２で比較器１６ａの調節可能なヒヌテレシスによ
つて与えられる下限に達すると、再びベース電流２１ａ
がオンに切換つて、それによりトランジスタ１１ａも再
び閉じ、その結果電源１０６は所望値２０ａに対応する
実際の値１が再び達成されるまで値ＵＯからモータ電流
を再び増大する。時点Ｔ，およびＴ２に対応する過程は
制御信号２０ａがその値零を維持する限りにおいて繰り
返される。時点Ｔ３で論理制御信号２０ａがその値を「
０」から［１」に変えると、トランジスタ１８ａのベー
ス電流２８ａが遮断されて、その結果トランジスタ１８
ａは開き、比較器１６ａにおける所望電流値２０ａは零
まで減少してその結果ベース電流２１ａが遮断され、ト
ランジスタ１１ａが開く。

モータ電流覆２２ａは時点Ｔ４までダイオード１７ａを
介してダイオード１９ａに流れる。この電流２５は第６
図に示されている。ダイオード１９ａから電流はコンデ
ンサ１００に流れそしてこのコンデンサ電流２６は第７
図に示されている。回路は電源１０６を経て閉じる。時
間間隙Ｔ３，ｔ４でモータ誘導子から取り出されるエネ
ルギは主とじて全ての巻線に対し共通であるコンデンサ
１００に流れ、その結果第８図に示したその電圧Ｕｃは
増大する。時点Ｔ４でコンデンサ電圧Ｕｃが基準回路１
１１によつて比較器１０１に与えられる値を超えるとト
ランジヌタ１０２は比較器１０１を経て取り出されるベ
ース電流３４によつて閉ざされる。

モータ電流２２ａはそこで分割されて、一方では時点Ｔ
５まで要素１００，１０６，１０ａ，１７ａ，１９ａを
介して減少しながら流れ（第７図）、他方では零から時
点Ｔ５まで第９図および第１０図に示す電流３２および
２７のように要素１０２，１０３，１０ａ，１７ａ，１
９ａを介して増大する方向に流れる。時点Ｔ５でモータ
電流２２ａは値１５まで降下しそして電流２７は誘導子
１０３において値１５まで立ち上る。このようにしてこ
の時点ではコンデンサ１００の電流２６は零まで降下し
ており、従つてその電圧最大値ＵｃＭＡＸが達成されて
いる。時点Ｔ５から再び降下するコンデンサ１００の電
圧Ｕｃで誘導子１０３における電流２７は再び土昇する
。

その場合電流３２の増加分は高電圧および迅速に降下す
るモータ電流が原因でコンデンサ１００から得られる。
時間間隔Ｔ５，ｔ６でコンデンサ１００から取り出され
るエネルギ１／２・Ｃ・（Ｕｃ２ＭＡＸ−Ｕ６２）はほ
とんど完全に要素１００，１０２，１０３の回路を介し
てバツフア・コンデンサ１０５に戻される。時点Ｔ６で
巻線１０ａのモータ電流は零まで降下している。このこ
とはこの時点から出発して誘導子１０３に流れる大電流
はバツフア・コンデンサ１０５に戻ることを意味する。
時間間隔Ｔ６，ｔ７においてはコンデンサ１００の電圧
Ｕｃはヒステリシスおよび基準回路１１１によつて与え
られる比較器１０１における値よりも大きい値を依然と
して有している。従つて誘導子１０３の電流２７はトラ
ンジスタ１０２が再び比較器１０１によつて開かれる時
点Ｔ７（第９図および第１０図）で値１６まで上昇する
。時点Ｔ７で誘導子１０３に流れている電流１７はバツ
フア・コンデンサ１０５およびダイオード１０４を通る
。線形的に減少する電流２７，２８は時点Ｔ７で誘導子
１０３に蓄積されているエネルギをほとんど完全に時点
Ｔ８までにバツフア・コンデンサ１０５に転送する。誘
導子１０３のインダクタンス値は上に述べたような接続
遮断もしくは分離機能を得るために少くともモータ巻線
１０ａの値とすべきである。

なお第１図に示した回路の動作はモータ巻線１０ａに関
して説明した。しかしながら図示してない電子回路を用
いて論理制御信号２０ｂ，２０ｃ等を値「１］から値「
０］に第２図に示すように対応の仕方で変えることが可
能であることは言うまでもない。モータ巻線１０ａ，１
０ｂ，１０ｃ等の電流はランダムな時間シーケンスおよ
び周波数でオフに切換えることができる。但しその場合
トランジスタの所要の絶縁破壊強さが維持され、しかも
誘導子１０３が飽和範囲に入らないことが前提条件であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるステツプ・モータの巻線電流を調
整する回路を示す回路図、そして第２図ないし第１０図
は第１図に示した回路の回路点において発生する主たる
電流および電圧波形を示す時間一信号波形ダイヤグラム
である。 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・・・・モータ巻線；１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ・・・・・・フリーランニング・ダ
イオード；１８ａ，１８ｂ，１８ｃ・・・・・・トラン
ジスタ；１９ａ，１９ｂ，１９ｃ・・・・・・バツフア
・ダイオード：１００・・・・・・コンデンサ；１０１
・・・・・・比較器：１０２・・・・・・トランジスタ
；１０３・・・・・・誘導子；１０４・・・・・・フリ
ーランニング・ダイオード；１０５・・・・・・バツフ
ア・コンデンサ；１１１・・・・・・基準回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステップ・モータが電気エネルギ源１０６に接続さ
   れるようにされ、かつ複数個の巻線（１０ａ、１０ｂ、
   １０ｃ）を有するステップ・モータの制御装置において
   、閉じられたときに各巻線を該電気エネルギ源に接続す
   る分離スイッチ手段（１１ａ、１１ｂ・・・・・・・・
   ・）と、前記各スイッチ手段にそれぞれ接続されて、こ
   れの作動を制御する分離スイッチ制御手段と、バッファ
   コンデンサ１００と、各巻線の励磁後、各スイッチ手段
   が開くように制御される時、前記各巻線に接続され、か
   つ前記各巻線における蓄積された電磁エネルギをバツフ
   アコンデンサに移送するためのバッファコンデンサにそ
   れぞれ接続される結合回路手段（１７ａ、１７ｂ、・・
   ・・・・；１９ａ、１９ｂ・・・・・・）と、前記バッ
   ファコンデンサに接続され、かつそれに蓄積された電荷
   が、予め定められた値に達すると、感知する電荷感知手
   段（１０１、１１１）を有する主蓄積コンデンサを含む
   蓄積回路（１０３、１０４、１０５）と、バッファコン
   デンサ１００と蓄積回路（１０３、１０４、１０５）と
   を相互接続し、前記電荷感知手段によつて制御される切
   換スイッチ手段１０２を含む接続回路手段との回路の組
   合せを備え、この電荷感知手段は、前記バッファコンデ
   ンサ１００の電荷が予め決められた値に達して、その電
   荷の少なくとも一部分を主蓄積コンデンサ１０５に移送
   する時、前記切換スイッチ手段１０２を閉じるように制
   御し、前記電荷感知手段は前記バッファコンデンサの電
   荷レベルが降下した時に、前記切換スイッチ手段を開く
   ように制御し、その結果、前記バッファコンデンサは、
   前記蓄積回路から弧立している間に、各巻線から付加的
   なエネルギを受けることができる装置。 ２ 前記蓄積回路は誘導子１０３を含む特許請求の範囲
   第１項に記載の装置。 ３ 前記誘導子のインダクタンスは、任意の各１つのモ
   ータ巻線のインダクタンスに匹敵し得る特許請求の範囲
   第２項に記載の装置。 ４ 前記蓄積回路はダイオード１０４ならびに主蓄積コ
   ンデンサ１０５を備える直列回路を含み、前記主蓄積コ
   ンデンサ１０５は前記直列回路に並列回路に並列に接続
   されてなる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 前記誘導子１０３のインダクタンスは、任意の１つ
   の各巻線のインダクタンスに匹敵し得る特許請求の範囲
   第４項に記載の装置。 ６ 前記電荷感知手段が前記バッファコンデンサ１００
   ならびに基準電源１１１に接続されるコンパレータ１０
   １を備え、このコンパレータは前記バッファコンデンサ
   の電圧を前記基準電源から来る電圧と比較する特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 ７ 前記蓄積回路は誘導子を含み、この誘導子のインダ
   クタンスは各モータ巻線の任意の１つのインダクタンス
   に少なくとも匹敵し得る特許請求の範囲第６項に記載の
   装置。 ８ 前記結合回路手段（１７ａ、１７ｂ・・・・・・；
   １９ａ、１９ｂ・・・・・・）がすべて共通の端子に接
   続され、かつ前記共通の端子は、すべての前記結合回路
   手段、それ故にすべての前記各巻線に共通である前記バ
   ッファコンデンサ１００に接続される特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 ９ 前記蓄積回路は誘導子を含み、この誘導子のインダ
   クタンスは、各モータ巻線の任意の１つのインダクタン
   スに少なくとも匹敵し得る特許請求の範囲第８項に記載
   の装置。