JPS6135198A - ステツピングモ−タの駆動回路 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は励磁相切換信号に同期して各励磁コイルにパル
ス状に印加する励磁電圧を励磁途中で切換るようにした
ステッピングモータの駆動回路に関する。

［従来の技術］ 一般に外部から入力された励磁相切換信号（ステップパ
ルス信号）によって回転駆動されるステッピングモータ
の駆動回路は第３図（ａ）に示すように構成されている
。すなわち、ステッピングモータの４つの各励磁相を構
成する各励磁コイル１の一端は＋Ｖ１の直流電圧を出力
する電源端子２に接続され、他端はスイッチング素子と
しての１〜ランジスタ３のコレクタ、エミッタ間を介し
て接地されている。各トランジスタ３の各ベースには外
部の制御部の各出力端子Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂからそれぞれ励
磁相切換信号（ステップパルス信号）が入力される。ま
た励磁コイル１に逆流防止用のダイオード４と逆起電力
吸収用のツエナーダイオ−ド５との直列回路が並列接続
されている。

このように構成されたステッピングモータの駆動回路に
おいて、制御部の出力端子Ａ、Ｂ、Ａ。

百から順次導トランジスタ３の各ベースへステップパル
ス信号を入力すると、各トランジスタ３が順次導通して
各励磁コイル１に励磁電流が流れ、ステッピングモータ
は回転駆動する。

各励磁コイル１のインダクタンスをり、内部抵抗をＲＬ
とすると、各トランジスタ３が導通した時刻ｔ１から時
間を経過時における各励磁コイル１に流れる電流１（ｔ
、）は（１）式になる。

すなわち、電流１　（ｔ）は、第４図のＡ特性に示すよ
うにトランジスタ３導通後、時定数（Ｌ／ＲＬ）で定ま
る曲線を描いて上昇し、一定時間経過後、定常値く■１
／ＲＬ）になる。

一般に、ステッピングモータを高速回転させるためには
、第４図の電流Ｉ（ｔ）の立上がり特性を改善する必要
がある。この電流Ｉ（ｔ）の立上がり特性を改善するた
めに、第３図（ｂ）に示すように各励磁コイル１と電源
端子６との間に抵抗値Ｒｅの抵抗７を介挿するようにし
ている。そして、電源端子６の電圧値■２を（２式のよ
うに設定すると、電流Ｉ＜ｔ）は（３）式になる。

すなわち、電流Ｉ（ｔ）は、第４図のＢ特性に示すよう
にトランジスタ３導通後、時定数［Ｌ／（ＲＬ　＋ＲＯ
）　］で定まる曲線を描いて上昇し、一定時間経過後、
電３図（ａ）と同じ値の定常値（Ｖｌ／ＲＬ）になる。

第３図（ｂ）の時定数［Ｌ／　（ＲＬ　＋Ｒ（１＞］は
第３図（ａ）の時定数（Ｌ／ＲＬ）より小さい値である
ので、第４図に示すように電流Ｉ（ｔ）の立上がり特性
が改善されたことになる。

また、高速回転時の各励磁コイル１に流れる電流１　（
ｔ）の立上がり特性を改善するために、第５図に示すよ
うに、通常の回転速度時に各励磁コイル１へ電流を供給
するためのＶｌを出力する電源８と、高速回転時に各励
磁コイル１へ電流を供給するための前記電源８の出力電
圧Ｖｌより高い電圧Ｖ３を出力する電源９とを備えた駆
動回路が提案されている。そして、電源９と各励磁コイ
ル１間に介挿されたトランジスタ１０を導通制御するこ
とによって、高速回転時に各励磁コイル１へ電源９から
高い電圧■３を印加するようにしている。なお、図中１
１は高速回転時にＮ源９から電源８へ電流が逆流するこ
とを防止するためのダイオードである。

このように構成されたステッピングモータの駆動回路で
あれば、第４図に示すように、高速回転時に各励磁コイ
ル１に流れる電流Ｉ（し）の特性Ｃは通常回転時に各励
磁コイル１に流れる電流Ｉ（１）の特性Ａより全体的に
高い値となるので、電流Ｉ（ｔ）の立上がり特性は改善
されたことになる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、第３図（ｂ）および第５図に示した高速
回転時の各励磁コイル１に流れる電流Ｉ（１）の立上が
り特性を改善したステッピングモータの駆動回路におい
ても解決しなければならない次のような問題があった。

すなわち、第３図（ｂ）の駆動回路においては、各励磁
コイル１に流れる電流Ｉ（ｔ）が一定時間経過して定常
値（■１／ＲＬ）になった後においても、特性改善用に
挿入した抵抗７に電流が継続して流れる。したがって、
この抵抗７が発熱して駆動回路全体の温度が上昇して誤
動作を生じる懸念があった。また、消費電力も上昇する
問題もある。

なお、上記した不都合を回避するために抵抗７の代りに
定電流チョッパ回路を使用した駆動回路が実用化されて
いる。しかしこの定電流チョッパ回路においては、電流
検出用抵抗で検出した電流をフィードバックしてスイッ
チング制御するように構成されているので、制御回路が
複雑化して使用部品数も増大する問題がある。

一方、第５図の駆動回路においては、各励磁コイル１に
流れる電流１（ｔ）は第４図に示すように一定の立上が
り時間を経過した後においても、必要以上の高い値を維
持している。したがって、励磁コイル１の発熱が増大し
、また、消費電力も増大する問題があった。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり
、その目的とするところは、簡単な回路構成でもって、
発熱毎および消費電力を抑制したままで、各励磁コイル
に流れる電流の立上がり特性を改善でき、モータの高速
回転特性を向上できるステッピングモータの駆動回路を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のステッピングモータの駆動回路においては、ス
テッピングモータの各励磁相を構成する複数の励磁コイ
ルの各励磁コイルへ励磁電圧を印加する第１の電源の伯
に、この第１の電源の出力電圧より高い電圧を上記各励
磁コイルへ印加するための第２の電源を設けている。さ
らに外部から入力された励磁相切換信号の信号レベル変
化に同期して第２の電源と各励磁コイル間に介挿された
電圧切換用スイッチング回路へこのスイッチング回路導
通用のパルス信号を送出する単安定回路と、この単安定
回路における前記パルス信号のパルス幅を調整するパル
ス幅調整手段とを備えている。

［作用］ このように構成されたステッピングモータの駆動回路で
あれば、ステッピングモータを回転させる励磁相切換信
号の信号レベル変化に同期して単安定回路から第２の電
源と各励磁コイル間に介挿された電圧切換用スイッチン
グ回路へパルス幅調整手段にて設定されたパルス幅を有
する回路導通用のパルス信号を送出する。したがって、
上記励磁相切換信号に同期して通電制御される励磁コイ
ルには、通電開始から前記パルス幅調整手段にて設定さ
れたパルス幅の時間だけ第２の電源から高電圧が印加さ
れ、上記パルス幅の時間経過後この励磁コイルの通電時
間が終了するまでの間は第１の電源から低電圧が印加さ
れる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のステッピングモータの駆動回路を示す
回路構成図であり、図中２１は＋ＶＬの直流電圧を出力
する第１の電源に接続された電源端子であり、この電源
端子２１に逆流防止用ダイオード２２ａを介してステッ
ピングモータの４つの励磁相を構成する各励磁コイの内
の２つの励磁コイル２３ａ、２３ｃの一端が接続されて
おり、これ等各励磁コイル２３８．２３Ｇの他端はスイ
ッチング素子としてのトランジスタ２４ａ、２４Ｃの各
コレクタ、エミッタ間を介して接地されている。また、
電源端子２１はダイオード２２ｂを介して残り２つの励
磁コイル２３ｂ、２３ｄの一端に接続され、これ等各励
磁コイル２３ｂ、２３ｄの＠端はスイッチング素子とし
てのトランジスタ２４ｂ、２４ｄの各コレクタ、エミッ
タ間を介して接地されている。なお、各励磁コイル２３
ａ。

２３ｂ、２３Ｇ、２３ｄには逆流防止用のダイオード２
５と逆起電圧吸収用のツェナーダイオード２６との直列
回路が並列接続されている。

また、第１の電源の出力電圧ＶＬより高い直流電圧子Ｖ
Ｈを出力する第２の電源に接続された電源端子２７は、
電圧切換用スイッチング回路としてのトランジスタ２８
ａ、２８ｂのそれぞれのエミッタ、コレクタ間を介して
励磁コイル２３ａ。

２３Ｇの一端および励磁コイル２３ｂ、２３ｄの一端に
それぞれ接続されている。

前記各トランジスタ２４ａ、２４ｃ、２４ｂ。

２４ｄの各ベースには外部の制御部２９の各出力端子Ａ
、Ａ、Ｂ、Ｂから送出されるステップパルス信号（励磁
相切換信号）ａ、ｃ、ｂ、ｄが入力されている。制御部
２９の出力端子△、Ａにはステップパルス信号ａ、Ｃの
立上がりエツジを検出してこのステップパルス信号ａ、
Ｃの信号レベル変化に同期したトリガ信号ｅを出力する
エツジ検出回路３０ａが接続されている。一方、制御部
２９の出力端子Ｂ、Ｂにはステップパルス信号す。

ｄの立上がりエツジを検出してこのステップパルス信号
す、ｄの信号レベル変化に同期したトリガ信号ｑを出力
するエツジ検出回路３０ｂが接続されている。各エツジ
検出回路３０８．３０ｂ力亀ら出力される各トリガ信号
ｅ、Ｑはそれぞれ単安定回路３１ａ、３１ｂのトリガ入
力端子Ｔへ入力される。

各単安定回路３１８．３１ｂのデータ入力端子りにはデ
ータラッチ回路３２を介して制御部２９の出力端子りか
らパルス幅データが入力される。

各単安定回路３１ａ、３１ｂの出力端子０から前記各ト
ランジスタ２８ａ、２８ｂのベースへ導通用のパルス信
号ｆ、ｈが送出される。

このように構成されたステッピングモータの駆動回路の
動作を第２図のタイムチャートを用（１で説明する。通
常、ステッピングモータを回転させるためには制御部２
９の各出力端子Ａ、Ｂ、Ａ。

Ｂから同一周期（パルス幅Ｔｏ　）を有したステップパ
ルス信＠ａ、ｂ、Ｃ，ｄを１／４周期ずつ位相をずらせ
て出力する。このようなステップパルス信号において、
時刻ｔ１にてＡ相のステップパルス信号ａがＬレベルか
らＨレベルへ変化すると、エツジ検出回路３０ａがその
信号レベルの立上がりを検出してトリガ信号ｅを単安定
回路３１ａのトリガ入力端子Ｔへ入力する。時刻ｔ１に
てトｌツガ信号ｅを受信した単安定回路３１ａは、デー
タラッチ回路３２からデータ入力端子りへ入力されたパ
ルス幅データＴ１に基づいて、時刻ｔｉｅＸら時間ＴＩ
経過する時刻ｔ２までの間Ｌレベルであるパルス信号ｆ
をトランジスタ’２８ａのベースへ送出する。その結果
、トランジスタ２８ａ【よ時刻ｔ１から時刻ｔ２まで時
間Ｔ１だけ導通して、電源端子２７から直流電圧ＶＨが
励磁コイル２３ａ。

２３Ｃの一端に印加される。

一方、ステップパルス信号ａがベースに印加されるトラ
ンジスタ２４ａは時刻ｔ１からノ＼ルス幅Ｔｏだけ経過
した時刻ｔ３まで導通する。したｈ〜って、時刻ｔ１か
ら励磁コイル２３ａに電流１（１）が流れ始める。第３
図、第５図と同様に各励磁コイル２３ａ〜２３ｄのイン
ダクタンスをＬ１内部抵抗をＲＬとすると、電流１（ｔ
）は（４）式となる。

Ｉ（ｔ）＝八〔１−ｅχｐ（−））　　・・・・・（４
）ＲＬ、Ｌ／ＲＬ したがって、第２の電源の出力電圧ＶＨを第５図の高い
方の電圧■３に設定することによって、第４図の特性Ｃ
に示ず立上がり特性を得ることができる。

次に励磁コイル２３ａに時刻ｔ１にて電流が流れ始めて
から時間Ｔ１経過した時刻ｔ２にてトランジスタ２８ａ
は遮断されるので、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間（
Ｔｅｌ　７Ｔｔ　＞は電源端子２１から電圧ＶＬが励磁
コイル２３ａの一端に印加される。したがって、時刻ｔ
２にて励磁コイル２３ａの両端に印加される電圧値はＶ
ＨからＶＬへ低下するので、この励磁コイル２３ａを流
れる電流Ｉ　（ｔ）の第４図の特性Ｃで示した上昇曲線
は上昇率を図示した以上に低下する。そして、例えば第
１の電源の出力電圧ＶＬを第５図の低い方の電圧Ｖ１に
設定することによって、励磁コイル２３ａに流れる電流
１　（ｔ）の一定時間経過後の定常値を第４図の特性Ａ
、Ｂと同じ値の（Ｖ＋　／ＲＬ）とすることが可能であ
る。

したがって、励磁コイル２３ａに流れる電流Ｉ（１）は
時刻１．にて流れ始めて時刻ｔ２までの間は第４図の特
性Ｃ曲線に従って上昇し、時刻ｔ２を越えてからは定常
値（Ｖ１／ＲＬ）に近似する特性となる。なお、時間Ｔ
ｓ　　（パルス信号ｆのパルス幅）は、電流１（ｔ）が
最も早く定常値（Ｖｌ／ＲＬ）に収束するような値に制
御部２９にてデータラッチ回路３２に設定されている。

その結果、励磁コイル２３ａの両端に印加される電圧波
形ｉおよびこの励磁コイル２３ａに流れる電流波形ｊは
第２図に示すようになる。

なお、他の励磁コイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに流れる
電流波形は、上述した励磁コイル２３ａに流れる電流波
形と位相がそれぞれ１／４周期ずれるのみの同一波形で
あるので説明を省略する。

このように各励磁コイル２３ａ〜２３ｄに各ステップパ
ルス信号ａ−ｄに同期して流れる電流Ｔ（１）の波形は
流れ始めて短時間の間に急激に上ステッピングモータの
高速回転性能を向上できる。

また、各励磁コイル２３ａ〜２３ｄを流れる電流Ｔ　（
ｔ）が前述したように一旦急上昇すると、電流値はこの
励磁コイル２３ａ〜２３ｄに対する最適値（Ｖｌ／ＲＬ
）に収束するので、各励磁コイル２３ａ〜２３ｄに必要
以上の高い電流が継続して流れることはない。その結果
、各励磁コイル２３ａ〜２３ｄの発熱を減少させ、消費
電力を低減できる。

また、第３図（ｂ）の駆動回路で示す立上がり特性改善
用の抵抗７を使用していないので、抵抗７による発熱お
よび消費電力の増大を抑制できる。

さらに、各励磁コイル２３ａ〜２３ｄに高い電圧ＶＨを
印加する時間ＴＩは、制御部２９からデータラッチ回路
３２に設定するデータを変更することによって任意に調
整できるので、ステッピングモータの使用速度に応じて
最適値に設定することが可能である。その結果、より効
率的なステッピングモータの回転駆動制御を実施′でき
る。

なお、本発明においては、各励磁コイル２３ａ〜２３ｄ
に印加する電圧をＶＨからＶＬへ切換える手段として単
安定回路３１ａ、３１ｂを使用しているので、定電流チ
ョッパ回路を使用した従来の駆動回路に比較して、駆動
回路自体が特に複雑化したり、使用部品数が増大するこ
とはない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、簡単な回路構成で
もって、発熱量および消費電力を抑制したままで、各励
磁コイルに流れる電流の立上がり特性を改善でき、ステ
ッピングモータの高速回転特性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるステッピングモータ
の駆動回路を示す回路構成図、第２図は駆動回路の動作
を示すタイムチャート、第３図（ａ）、）＞よび第３図
（ｂ）はそれぞれ従来のステッピングモータの駆動回路
を示す回路構成図、第４図は同駆動回路の動作を説明す
るための電流特性図、第５図は従来のステッピングモー
タの駆動回路を示す回路構成図である。 １．２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ−・・励磁コイル
、３．２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ・　ｌ−ランジ
スタ（スイッチング素子＞、２１．２７・・・電源端子
、２８ａ、２８ｂ・・・トランジスタ（電圧切換用スイ
ッチング回路）、２９・・・制御部、３０ａ、３０ｂ・
・・エツジ検出回路、３１ａ、３１ｂ・・・単安定回路
、３２・・・データラッチ回路、ａ、ｂ。 ｃ、ｄ・・・ステップパルス信号（励磁相切換信号）、
ｆ、ｈ・・・パルス信号。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 Ｏｊ 腸内 第５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ステツピングモータの各励磁相を構成する複数の励磁
   コイルと、これ等各励磁コイルへ励磁電圧を印加する第
   １の電源と、この第１の電源の出力電圧より高い電圧を
   前記各励磁コイルへ印加するための第２の電源と、この
   第２の電源と前記各励磁コイルとの間に介挿された電圧
   切換用スイツチング回路と、前記各励磁コイルの各励磁
   電圧供給経路に介挿され、外部から入力された励磁相切
   換信号に同期して前記各励磁コイルを通電制御する複数
   のスイツチング素子と、前記励磁相切換信号の信号レベ
   ル変化に周期して前記電圧切換用スイツチング回路へこ
   のスイツチング回路導通用のパルス信号を送出する単安
   定回路と、この単安定回路における前記パルス信号のパ
   ルス幅を調整するパルス幅調整手段とを備えたことを特
   徴とするステツピングモータの駆動回路。