JPS60204292A

JPS60204292A - モ−タ駆動装置

Info

Publication number: JPS60204292A
Application number: JP59059025A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ogura; 雅彦小倉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1985-10-15
Also published as: US4638235A; DE3511137A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野〕本発明は、ステッピングモータを駆動するモータ駆動装
置に関する。

［発明の技術的背景］たとえばステッピングモータは、入力されるパルス信号
によって励磁の条件が変わるたびに一定角変回転するの
で、フィードバック制御を必要とすることがなく、この
ため複写機の光学系の駆動手段、あるいは給紙装置の給
紙ローラ回転手段として利用されている。

ステッピングモータとしては、たとえば第１図および第
２図に示すものが知られている。図において、１は円筒
状のケーシングで・、このケーシング１の内壁に沿って
複数の固定子２．・・・がそれぞれ設けられている。こ
の固定子２．・・・は、ケーシング１の中心部を向いて
立設されているとともに、各固定子２ごとに２つの固定
子巻線３Ａおよび３Ａ、３Ｂおよび３Ｂ（以下の説明で
は固定子巻線３としてまとめて表示することもある）が
それぞれ巻装されている。そして、ケーシング１の中心
部には、シャフト４に支持された回転子５が設けられて
いる。この回転子５は、軸方向に図示のように着磁され
たマグネット６と、このマグネット６の両端に環管され
た鉄心７．８とを有している。

上記鉄心７，８は、それぞれマグネット６によってＳ、
Ｎ極に磁化されている。そして、鉄心７゜８の表面には
、固定子２．・・・の回転子５側に設けられた溝９と同
ピツチの溝１０が刻設されており、この鉄心７，８の溝
１０はそれぞれ半ピツチづつずれている。

このように構成されたステッピングモータの動作原理に
ついて説明する。固定子巻線３Ａ（以下、Ａ相といい、
同様に第２図の符号のようにＡ相、Ｂ相、Ｂ相と記述す
ること□もある）に電源を接続すると、第２図における
上下のＡ相の磁極は共にＮ極となり、左右のＡ相の磁極
は共にＳ極となる。

したがって、鉄心７．８には、Ａ相とマグネット６とに
よって磁気的な反発力と吸引力とが作用し、回転子５が
回転することになる。次いで、Ｂ相か励磁されれば、第
２図における右上のＢ相および左下のＢ相がＮ極となり
、右下および左上のＢ相がＳ極となる。これにより回転
子５は更に回転する。同様に−して、Ａ相、Ｂ相が励磁
されることにより回転子５が回転する。なお、回転子５
の回転ピッチは溝９．１０のピッチの１２である。

第３図は上述したステッピングモータを駆動するモータ
駆動装置を示している。このモータ駆動装置は、チョッ
パによる定電流回路によって定電流駆動を行なうもので
ある。定電流駆動とは、モータの定格電圧以上の電圧を
印加し、チョッパによりモータの定格電流値以上の電流
が流れないように電流を制御する駆動方法で、高速駆動
や高トルクが得られるという利点がある。以下、その詳
細を説明するが、説明を簡単化するため前記巻線３Ａ、
３Ａを駆動する例のみを説明する門口において、１１は
励磁電源で、その一端は接地される。

１２はチョッパ制御部１３によってオン、オンＩ１１御
されるチョッパ用トランジスタで、そのエミッタは電［
１１の他端に接続され、コレクタは巻線３Ａ、３Ａの各
一端の共通接続点に接続される。

１４．１５は相切換制御部１６によってオン、オフ制御
される相選択用１〜ランジスタて、その各コレクタはそ
れぞれ巻ｍ３Ａ、３Ａの各他端に接続されるとともに各
エミッタは共通接続され、この共通接続点１７は電流検
出用抵抗１８を介して接地される。１９．２０はダイオ
ードで、それぞれ図示極性で巻線３Ａ、３Ａに並列接続
される。２１もダイオードで、巻線３Ａ、３Ａの共通接
続点と接地との間に図示極性で接続される。２２は比較
器で、その一方の入力端は上記接続点１７に接続され、
他方の入力端には基準値が入力されている。

このような構成において、今、たとえば′Ａ相が励磁さ
れているときは、トランジスタ１４がオン、トランジス
タ１５がオフ状態で、巻１１３Ａに電源１１からトラン
ジスタ１２を介してＩｌのように電流が流れる。この電
流ＩＩは抵抗１８によって検出され、比較器２２で基準
値と比較され、巻線電流が基準値を越えるとトランジス
タ１２をオフさせる。このとき、巻線３Ａはインダクタ
ンスを持つため電流は流れ続けようとし、ダイオード２
１を通してＩ２のように電流が流れる。したがって、チ
ョッパ制御部１３によっであるタイミングをもってこの
ようにトランジスタ１２のオン、オフを繰返すことによ
り、巻線電流をほぼ基準値と等しくなるように制御する
ことができる。

次に、Ａ相を励磁するとき、トランジスタ１４をオフさ
せ、トランジスタ１５をオンさせる。このときも、巻線
３Ａには電流が流れ続けようとするため、ダイオード１
９を通して１３のように電流が流れる。一方、トランジ
スタ１５がオンしたため巻線３ＡにはＩ４のように電流
が流れようとするが、巻線３Ａと３Ａとが互いに誘導的
に結合しているため、電流Ｉ４の立上りは電流Ｉ３の減
少の割合により影響を受ける。すなわち、電流Ｉヨの減
少が緩やかであれば電流Ｉ４の立上りも緩やかとなる。

その後は、Ａ相を励磁した場合と同様に、抵抗１８によ
り巻線３Ａに流れる電流を検出し、トランジスタ１２の
オン、オフにより巻線電流を一定に保持する。

なお、巻線３８．３Ｂについても全く同様な回路で駆動
することができる。

［背景技術の問題点コしかしながら、上述した従来のモータ駆動装置には次の
ような問題があった。すなわち、励磁を切った後、巻線
のインダクタンスに蓄えられていたエネルギを巻線で消
費している（Ｉ３）ため効率が悪い。また、励磁を切っ
た後の電流（１３）が緩やかに減少するため、反対相の
励磁電流（Ｉ４）の立上りが悪く、高トルクが得られな
い。

［発明の目的］本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、モータを高速で駆動する場合であっても
、トルクを減少させることなく駆動でき、しかも電流の
無駄な消費を苔しく減少できるモータ駆動装置を提供す
ることにある。

［発明の概要］本発明は上記目的を達成するために、互いに誘導結合さ
れた固定子巻線の一方、を駆動し、電源からの電流の供
給をオフしたときに両方の固定子巻線で電流を消費させ
、その後駆動を遮断したときに流れる相電流を他の非駆
動状態の固定子巻線を介して電源に転流させるようにし
たものである。

［発明の実施例］以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。なお、説明を簡単化するため前記巻線３Ａ、３Ａを
駆動する例のみを説明する。第４図において、３１は励
磁電源で、その一端は接地される。３２はチョッパ用ト
ランジスタで、そのエミッタは電源３１の他端に接続さ
れ、コレクタは巻ｔａ３Ａ、３Ａの各一端の共通接続点
に接続される。３３はダイオードで、トランジスタ３２
のエミッタ・コレクタ間に図示極性で接続される。

３４．３５は相切換制御部３６によってオン、オフ制御
される相選択用トランジスタで、その各コレクタはそれ
ぞれ巻線３Ａ、３Ａの各他端に接続されるとともに各エ
ミッタは共通接続され、この共通接続点３７は電流検出
用抵抗３８を介して接地される。３９．４０はダイオー
ドで、その各カソードはそれぞれ巻１ｉ１３Ａ、３Ａの
各他端に接続され、各アノードはそれぞれ接地される。

４１は比較器で、その反転入力端（−）は上記接続点３
７に接続され、非反転入力端（＋）には基準電圧発生源
４２からの基準電圧（基準値）ＶＲが抵抗４３を介して
入力されている。４４は帰還用抵抗で、比較器４１の出
力端と非反転入力端との間に接続される。４５はトラン
ジスタ３２制御用トランジスタで、そのベースは抵抗４
６を介して比較器４１の出力端に接続され、エミッタは
接地されるとともにコレクタは抵抗４７を介してトラン
ジスタ３２のベースに接続される。

このような構成において動作を説明する。相切換制御部
３６からの信号によりＡ相が励磁されている場合、トラ
ンジスタ３４がオンしてトランジスタ３５はオフ状態と
なる。このとき、巻１９３Ａには電′ａ３１よりトラン
ジスタ３２、巻線３Ａ、トランジスタ３４、抵抗３８の
経路でＩ５のように電流が流れる。この電流Ｉｓは抵抗
３８にて電正値ｖ８に変換され、比較器４１の反転入力
端へ送られる。一方、比較器４１の非反転入力端の基準
電圧ＶＲは、トランジスタ３２がオンのとき、すなわち
比較器４１の出力がハイレベル（Ｈ）のときＶＲ＝Ｖｏ
という値をもち、トランジスタ３２がオフのとき、すな
わち比較器４１の出力がローレベル（Ｌ）のときＶＲ＝
ＶＬという値をもつ。

ここで、ＶＬ＜１２ＶＨとなるよう抵抗４３．４４の値
を選んでおく。トランジスタ３２を通して電流Ｉ５が流
れているとき、この電流Ｉ５は増加していき、すなわち
電圧ＶＢも増加していき、比較器４１によって電圧Ｖｏ
と比較される。電圧ＶＢが電圧ＶＨの値を越えると、比
較器４１の出力はハイレベルからローレベルへ反転し、
トランジスタ４５．３２をオフさせる。トランジスタ３
２がオフしても巻線３Ａには電流が流れ続けようとする
ため、図示■６のようにダイオード４０，１１１１３Ａ
、巻線３Ａ１トランジスタ３４という経路で電流が流れ
る。通常、巻線３Ａと３Ａではターン数は等しいので、
この状態のターン数は前の状態（■５）のターン数の２
倍となるため、ＩＩ値は１２となる。この電流は減少し
ていき、すなわち電圧Ｖｓも減少していき、比較器４１
によって電圧ＶＬと比較される。電圧Ｖ８が電圧＼ｌＬ
の値を下回ったとき、比較器４１の出力はローレベルか
らハイレベルへ再び反転し、］・ランジスタ４５゜３２
は再びオンし、Ｉ５の経路の電流が流れる。

このときの電圧■８の波形を第５図に示ず。図中、ｔＯ
〜ｔ１はトランジスタ３２がオン状態で、時間ｔ＝ｔｉ
でＶｓ＞Ｖｏとなるとトランジスタ３２がオフしＴＶｓ
　＝１２　Ｖｏ　トナリ、ｔ１〜ｔ２でＶＬまで減少し
ていく。ｔ＝ｔ２でＶＢ＜ＶＬとなると、トランジスタ
３２がオンしてＶｓ＝２ＶＬとなり、ｔ２〜ｔ３でＶＨ
まで増加していき、以後同様なことを繰返す。ｔ＝ｔｉ
にてＶｅが１２になると、すなわち巻線電流が１２にな
るがターン数が２倍になるためトルクはほぼ一定に保持
される。また、このとき電流が１２となるため、トラン
ジスタ３４で消費される電力はほぼ１２となり、巻線で
消費される電力も抵抗値は２倍になるが電流が１２であ
るため１２となる。

次に、Ａ相の励磁を切った場合について説明する。まず
、トランジスタ３２がオン状態で、トランジスタ３４が
オフとなると（第５図のｔ＝ｔＳ　）、電源３１、トラ
ンジスタ３２、巻線３Ａ１トランジスタ３４、抵抗３８
という経路で流れていた電流はその経路が遮断される。

しかし、巻線３Ａと３Ａは互いに誘導的に結合されてい
るため、遮断される前に流れていた電流値とほぼ等しい
値の電流が巻線３Ａにダイオード４０、巻線３Ａ、ダイ
オード３３、電ｉ［１３１という経路で流れる（第４図
の１７）。また、ｌ・ランジスタ３２がオフ状態で、ト
ランジスタ３４がオフとなると（第５図のｔ＝ｔ４　、
タイオード４０、巻１１３Ａ、３Ａ、トランジスタ３４
、抵抗３８という経路で流れていた電流はその経路が遮
断されるため、ダイオード４０、巻１１３Ａ、ダイオー
ド３３、電源３１という経路に変わる（第４図の１７）
。このとき、巻線のターン数が１２となるので電流は遮
断される前の２倍となる。いずれの場合も、Ａ相の励磁
を切ったのちＡ相を励磁した場合、Ｉ７で示される電流
が零になった後、Ｉ８で示されるように電源３１．１〜
ランジスタ３２、巻線３λ、トランジスタ３５、抵抗３
８という経路で電流が流れ始める。電流Ｉ７が流れてい
る時間は第５図でそれぞれΔｔ５．Δｔ４で示される。

次に、Ａ相の励磁を考えた場合、上記Ｘ、ｔＳ。

Δｔ４に相当する時間は矧いほうが励磁電流をより多く
流すことができる。この実施例では、Ｉ７で示される電
流が流れているとき、巻線３Ａには電流の向きに対して
逆方向の電圧が電源３１１より印加された形となってい
るので、第３図で示される従来の回路よりも速やかに電
流を減少させることができる。なお、第３図の回路でダ
イオード１９に直列にツェナーダイオードあるいは抵抗
を接続することにより、この電流を速やかに減少させる
方法も考えられるが、これはツェナーダイオードあるい
は抵抗で無駄な電力を消費していることになる。その点
、本実施例では巻線の抵抗成分で消費されるだけである
。

以上説明したような構成であれば、ある相の励磁が遮断
されたときに、相電流は他の相を介して流れ、その減衰
時間が短いため、モ゛−夕を高速かつ高トルクで駆動す
ることができる。また、転流した相電流は転流手段を介
して電源に流れ込むので、電流が無駄に消費されない。

さらに、チョッパがオフ時に相電流が１２になるため巻
線抵抗、相選択用トランジスタなどの損失が少ない。

なお、前記実施例では、チョッパのオン、オフのタイミ
ングを比較器に正帰還をかけ、第１基準電圧（Ｖｏ）＞
２Ｘ第２基準電圧（ＶＬ）となるようヒステリシスをも
たせることにより決定しているが、たとえば第１基準電
圧＋２×第２基準電圧として、基準電圧または検出電圧
（Ｖｓ　）に三角波電圧などを加算し、オン、オフのヒ
ステリシスを持たせても全く同様な作用効果を得ること
ができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、モータを高速で駆
動する場合であっても、トルクを減少さＬることなく駆
動でき、しかも電流の無駄な消費を著しく減少できるモ
ータ駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はステッピングモータを示す縦断面図、第２図は
ステッピングモータの内部を示す正面図、第３図は従来
のモータ駆動装置を示す回路図、第４図は本発明の一実
施例を示す回路図、第５図は同実施例の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。２・・・固定子、３Ａ、３Ａ、３Ｂ、３Ｂ・・・固定子
巻線、５・・・回転子、３１・・・電源、３２・・・チ
ョッパ用トランジスタ（第１スイッチ手段）、３４・・
・相選択用トランジスタ（第２スイッチ手段）、３５・
・・相選択用トランジスタ（第３スイッチ手段）、３６
・・・相切換制御部、３８・・・電流検出用抵抗、３９
．４０・・・ダイオード、４１・・・比較器、４２・・
・基準電圧発生源、４５・・・トランジスタ３２制御用
トランジスタ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】一（１）誘導的に結合されそれぞれの一端が互いに接続
された第１および第２固定子巻線を有するモータを駆動
するものにおいて、前記第１および第２固定子巻線を励
磁するための電源と、この電源の一端と前記第１および
第２固定子巻線の一端との間に挿入接続される第１スイ
ッチ手段と、一端がそれぞれ前記第１および第２固定子
巻線の他端に、他端が前記電源の他端に接続され、相切
換信号によって動作する第２および第３スイッチ手段と
、前記第１および第２固定子巻線の他端と前記電源の他
端との間にそれぞれ前記電源によって逆バイアスされる
方向で接続される第１および第２ダイオードと、前記第
１および第２固定子巻線に流れる電流値を検出する電流
検出手段と、前記第１スイッチ手段のオフ時は前記電流
検出手段で検出された固定子巻線電流値とあらかじめ設
定される第１Ｊ１準値とを比較し、前記第１スイッチ手
段のオフ時は前記電流検出手段で検出された固定子巻線
電流値とあらかじめ設定される前記第１！１準値の約１
２の値を有する第２基準値とを比較し、その比較結果に
応じて前記固定子巻線電流値と第１および第２基準値と
の差が減少する方向へ前記第１スイッチ手段をオン、オ
フ制御Ｉ］″ｇる制御手段とを具備したことを特徴とす
るモータ駆動装置。（２）電流検出手段で検出した固定予巻Ｉ！電流値また
は第１および第２基準値に三角波信号を加算し、固定子
巻線電流値が基準値よりも小ならば第１スイッチ手段を
オンさせ、固定予巻４Ｉ電流値が基準値よりも大ならば
第１スイッチ手段をオフさせることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。（３）第２基準値を第１基準値の１２よりもわずかに小
さくし、固定子巻線電流値が基準値よりも小ならば第１
スイッチ手段をオンさせ、固定子巻線電流値が基準値よ
りも大ならば第１スイッチ手段をオフさせることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のモータ駆動装置。