JPS62247796A - ステツピングモ−タの駆動制御方法 - 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】 荻轍分り この発明は、ステッピングモータのユニポーラ駆動方式
やＤＣサーボモータ等の駆動回路で使用するのに好適な
、ステッピングモータの駆動制御方法に係り、特に、モ
ータの相切換え毎に発生される逆起電流によって生しる
、モータのトルク変動を防止するとともに、逆起電流吸
収用の抵抗器等における電力消費の節減と発熱を抑制す
ることによって、モータの安定動作と消費電力の節減、
モータの発熱防止とを可能にしたステッピングモータの
駆動制御方法に関する。

従来１権 ステッピングモータ、すなわち駆動パルスで歩進される
パルスモータは、各種の位置決め制御装置に広く使用さ
れている。

例えば、プリンタの場合には、活字選択用や紙送り用、
リボン送り用、印字手段を搭載したキャリッジの送り用
のモータとして、さらに、フロンピーディスク等の駆動
用モータとして、多くの装置に用いられる。その他、機
械的な変位量を検出する測定装置等でも、使用されてい
る。

一般に、このようなパルスモータは、多相の励磁コイル
を有しているが、簡単な構成のモータとしては、２相の
もの知られている。

ステッピングモータを使用する一例として、プリンタの
場合を説明する。

第５図は、従来から使用されているディジーホイール型
プリンタの外観を一部分解した状態で示す斜視図である
。図面において、１は筐体、２はキャリッジ、３はプラ
テンを示す。

キャリッジ２には、特に図示されていないが、端部に活
字が形成されたディジー印字ホイールが回転自在に取付
けられ、また、印字ハンマーや、印字ホイールの活字を
選択するための回転制御手段として、セレクションモー
タ等も搭載されている。

このキャリッジ２は、プラテン３に対して、その軸方向
と並行に移動可能な状態で配置され、スペースモータを
含む駆動手段に、１−）で駆動される。

印字用紙を保持するプラテン３には、用紙を押付けるた
めの回転自在なローラが取付けｔ−れ′Ｃいて、装填さ
れた用紙はその表面に抑圧接触される。

印字ハンマーは、ハンマー・ソレノイドにより駆動され
て、プラテン３にセットされた印字用紙上に、印字ホイ
ールの活字を打ちイ・１けて、印字動作を行う。

第６図は、第５図に示したディジーホイール型プリンタ
について、その制御部の要部構成の一例を示す機能ブロ
ック図である。図面における符号は、４はホストシステ
ム、５はプログラマブル・コミュニケーション・インタ
フェース等からなるプリンタ・インタフェース（Ｔ／Ｆ
）回路、６はプリンタの全体を制御するプリンタ・コン
トロール回路、７はドライバー、８はプリンタ機構部を
示す。

この第６図で、破線で囲まれた部分が、プリンタで、プ
リンタ機構部８には、先の第５図に示したキャリッジ２
やプラテン３の他に、これらキャリッジ２やプラテン３
の駆動機構、印字ノ１ンマーとハンマー・ソレノイド等
の駆動機構、印字リボンとその送り機構等が含まれる。

また、ドライバー７には、プリンタ機構部８を駆動する
ための駆動回路、例えば、セレクションモータ・ドライ
バー、リボンフィードモータ・ドライバー、ラインフィ
ードモータ・ドライバー。

さらに、印字ハンマー・ドライバー等が含まれる。

次に、この第６図の制御部について、その動作を簡単に
説明する。

この制御部に設けられた各種のモータや印字ノ１ンマー
等を駆動するための制御信号は、コンピュータやワード
プロセッサ等のホストシステム４側から、活字データ、
スペースデータ、ラインフィードデータ等の各種データ
として、プリンタ・インタフェース回路５を介してプリ
ンタ・コントロール回路６へ与えられる。

プリンタ・コントロール回路６は、入力されたデータに
基いて、必要な制御を行う。

例えば、活字選択のためのセレクション動作の場合には
、セレクションモータ・ドライバーへドライブパルスを
出力してセレクションモータを駆動させ、印字ホイール
を指令された活字位ｌｌ′ｌまで回転させる。

同様に、改行のための紙送り動作の場合は、ラインフィ
ードモータ・ドライバーへドライブパルスを出力してラ
インフィードモータを駆動させ、プラテン３を１行分だ
け回転させて、プラテン３上に巻付けられた用紙を移動
させる。

また、印字ハンマーの作動時には、ハンマー・ソレノイ
ドが駆動されて、印字ホイールの活字を叩打する。

さらに、インクリボンは、ハンマー駆動が終了した後、
リボンフィー１くモータにより、印字方向に沿って走行
される。

このように、ディジーホイール型プリンタでは、外部の
ホストシステム４から人力される印字指令の指令文字に
対応する指定位置まで印字ホイールを回転移動させ、か
つ、キャリッジ２を指定位置まで移動させた後、印字ハ
ンマーにより印字ホイ−ルの活字を叩打して、印字指令
に対応する文字を印字出力するように構成されている。

次の第７図は、第６図のプリンタ制御部の詳細な構成例
を示す機能ブロック図である。図面において、１１はＣ
ＰＵ、１２はＲＯＭ、１３はＲＡＭ、１４は電源、１５
は５ＥＬ（セレクションモータ）ドライバー、１６はＨ
ＡＭ　（ハンマー・ソレノイド）ドライバー、１７はＲ
／Ｆ（リボンフィードモータ）ドライバー、１８はＬ／
Ｆ（ラインフィードモータ）ドライバー、１９はＳＰ（
スペースモータ）ドライバー、２０はＳＥＬ　（セレク
ション）モータ、２１はＨＡＭ　（ハンマー）ソレノイ
ド、２２はＲ／Ｆ（リボンフィード）モータ、２３はＬ
／Ｆ”（ラインフィード）モータ、２４はｓｐ（スペー
ス）モータを示す。

この第７図で、ＳＥＬモータ２０、Ｒ／Ｆモータ２２、
Ｌ／Ｆモータ２３、ＳＰモータ２４等の各モータとして
、一般に、ステッピングモータが用いられている。

Ｓ　Ｅ　Ｌモータ２０は、印字ホイールの活字を選択す
るモータで、Ｓ　Ｅ　Ｌドライバー１５によって駆動さ
れる。

ＨＡＭソレノイド２１は、印字ホイール上の選択された
活字を叩打するための印字ハンマーを作動させ、ＨＡＭ
ドライバー１６によって駆動される。

Ｒ／Ｆモータ２２は、印字リボンを送るためのモータで
、Ｒ／Ｆドライバー１７によって駆動される。

Ｌ　／　Ｆモータ２３は、改行等のためにプラテンを回
転させるモータで、■、／　Ｆ　ドライバー１８によっ
て駆動される。

ＳＰモータ２４は、キャリッジ送りのためのモータで、
ＳＰドライバー１９によって駆動される。

ＣＰＵＩＩは、必要なデータをＲ２Ｍ１７やＲＡＭ１３
から読出して、これらの各部を制御する。

ＲＯＭ１２には、制御プログラムや、ドツトプリンタの
場合にキャラクタパターンのデータ等が格納され、ＲＡ
Ｍ１．３には、印字データ等が格納される。なお、電源
１４は、これらの各部へ、必要とする電力を供給する。

すでに説明したように、この第５図から第７図に示した
ようなディジーホイール型プリンタで使用されるステッ
ピングモータでは、モータの相を切換える毎に、モータ
駆動電流と同じ大きさの逆起電流が生じるので、モータ
のトルクが変動して不安定な動作となり、また、逆起電
流吸収回路の抵抗器に流れる電流によって、消費電力が
増加するだけでなく、発熱も問題となる、等の不都合が
あった。この点は、プリンタの場合に限らず、また、Ｄ
Ｃサーボモータ等の駆動においても、同様である。

月−一」η そこで、この発明のステッピングモータの駆動制御方法
では、従来の駆動制御装置において生じるこのような不
都合、すなわち、モータの励磁相を切換える毎に生じる
逆起電流によって、モータのトルク変動が発生して動作
が不安定となり、また、消費電力も増加するという不都
合を解決し、モータの相切換え時に発生される逆起電流
を可能−８＝ な限り小さくすることによ−）で、モータのトルク変動
を極力抑制し、安定な動作を可能にして信頼性を向上さ
せるとともに、消費電力の節減と発熱量の減少とを実現
したステッピングモータの駆動制御方法を提供すること
を目的とする。

璽−一双 そのために、この発明のステッピングモータの駆動制御
方法では、所定電圧の第１の電源に接続されてモータ巻
線へ電流を供給する第１の電流供給用スイッチング素子
と、モータの励磁相切換え用スイッチング素子と、逆起
電流吸収回路とを具備するユニポーラ駆動方式のステッ
ピングモータ駆動回路において、前記第１の電圧よりも
低い所定電圧の電源に接続され、前記第１の電流供給用
スイッチング素子と並列に接続された第２の電流供給用
スイッチング素子と、前記第１と第２の電流供給用スイ
ッチング素子のオンオフをす１換える制御手段とを備え
、同一励磁相の励磁中における前半の期間は前記第１の
電流供給用スイッチング素子からモータ巻線へ電流を供
給し、それに続く後半の一部期間は前記第２の電流供給
用スイッチング素子からモータ巻線へ電流を供給するよ
うにしている。

その結果、相励磁の切換え直前にモータ巻線へ供給され
る電流が減少されるので、逆起電流吸収用抵抗器に流れ
る逆起電流も小さくなり、発熱量が著しく小さくなると
同時に、消費電力も節減される。

次に、この発明のステッピングモータの駆動制御方法に
ついて、図面を参照しながら、その一実施例を詳細に説
明する。

第１図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法を実施する場合に使用される駆動制御装置について、
その要部構成の一例を示す機能ブロック図である。図面
において、３１は低電流供給回路、３２はモータ巻線、
３３は逆起電流路用ダイオード、３４はフライバック吸
収回路、Ｑ１〜Ｑ４は励磁相切換え用トランジスタ、Ｑ
５は電流供給用トランジスタ、Ｑ６は低電圧で駆動され
る電流供給用トランジスタ、Ｄ　ｒｉｖ　Ａ　−Ｄ　ｒ
ｉｖ　Ｄはインバータからなる駆動制御回路、ＬＡ〜１
．Ｄはモータの各相励磁コイル、Ｄ１〜Ｉ）４は逆起電
流路用ダイオード、Ｄ５は逆流防１１・用ダイオード、
ＺＤはツェナーダイオード、■２は抵抗器を示し、また
、φＡ〜φＤは各相切換え用の励磁信吟、＋ＶＨと＋Ｖ
Ｌは定電圧電源の出力、ＤＲＶ−ＩＩとＤＲＶ−Ｌは高
低のドライブ信号、Ｐは回路上の１点を示す。

この第１図に示す駆動制御装置の構成は、従来の制御装
置と基本的に同様であるが、低電圧で駆動される第２の
電流供給用トランジスタ（コロと、逆流防１１−用ダイ
オードＤ５とが付加されている点で、従来の制御装置と
相違している。

まず、従来のステッピングモータの駆動制御装置と共通
する部分から説明する。

ここでは、励磁信号がφＡ→φ［３→φＣ→φＤの順序
で入力され、励磁相切換え用トランジスタＱ　Ｉ”　Ｑ
　ａが順次選択されて、励磁コイルが、ＬＡ→ＬＢ−＞
ＬＣ−＋ＬＤの順序で励磁されるものとする。

励磁相切換え用トランジスタＱ１〜Ｑ４は、モ一部の励
磁相切換え用スイッチング素子であり、励磁信号ｉ■〜
ｉが順次入力される駆動制御回路Ｄ　ｒｉｖ　Ａ　−Ｄ
　ｒｉｖ　Ｄによって、オンオフ制御される。

電流供給用トランジスタＱ５は、モータ巻線３２へ電流
を供給する第１の電流供給用スイッチング素子で、従来
の制御装置では、同一相の励磁中は、励磁コイルＬＡ−
ＬＤへ同一電圧＋ＶＨが印加されていた。

そのため、励磁相切換え時には、ツェナーダイオードＺ
Ｄと、抵抗器Ｒとからなるフライバック吸収回路３４に
、比較的大きな値の逆起電流が流れ、抵抗器Ｒによって
熱が発生するとともに、消費電力も増加する。

このような不都合を解決するために、この発明の駆動制
御方法では、すでに述べたような低電圧＋ＶＬで駆動さ
れる電流供給用トランジスタＱ６と、逆流防止用ダイオ
ードＤ５とからなる低電流供給回路３１が付加されてい
る。

この発明のステッピングモータの駆動制御方法では、通
常の電圧＋Ｖｌｌで駆動される電流供給用トランジスタ
Ｑ５と、低い電ＩＬ’、　＋　Ｖ　Ｌで駆動される電流
供給用トランジスタＱ６とを、次のように切換える。

第２図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法を説明するためのタイムチャートで、相切換え信号（
φＡ〜φＤ）と励磁コイル（ＬＡ〜ＬＤ）へ印加される
電圧との関係を示す。図面のｔは、ドライブ信号ＤＲＶ
−ＬがＨレベルとされる時間幅を示す。

例えば、励磁信号ｖ■が、Ｈレベルになった場合、φＢ
＝φＣ＝φＤ＝Ｌレベルで、また、電流供給用トランジ
スタＱ５とＱ６とを切換えるドライブ信号は、ＤＲＶ−
Ｈ＝ＨＬ／ベル、ＤＲＶ−Ｌ　＝　Ｌ　１７ベルとされ
る。

したがって、組換えが行われた状態では、従来の場合と
同様に、励磁コイルＬＡには、所定電圧＋ＶＨの電源か
ら電流が供給されて付勢される。

しかし、相切換えの時間ｔ　（ｓｅｅ）以前に、ドライ
ブ信号ＤＲＶ−ＨがＨレベルからＬレベルに、反対に、
ＤＲＶ−Ｌが■、レベルからＨレベルに切換えられるの
で、励磁コイルＬＡの印加電圧は、この第２図に示すよ
うに、通常の高い電圧＋Ｖｌｌから低い電圧＋ＶＬに切
換えられることになる。

すなわち、次のＢ相切換えの直前（ｔ　ｓｅｃ前）に、
励磁コイルＬ　Ａの励磁電流を減少することによって、
相切換え時に発生される逆起電流が小さくなるように制
御している。

第３図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法による励磁コイルの印加電位の変化状態を示す波形図
である。図面の波形に付けられた符号は、第１図および
第２図と同様である。

すでに説明したように、第１図の回路では、次の相切換
えのｔ　（ｓｅｅ）前に、ドライブ信号ＤＲＶ−１−１
とＤＲＶ−Ｌとを切換えて、通常の高い電圧＋Ｖｌｌの
印加から低い電圧＋ＶＬの印加に切換える。

したがって、第１図の回路で、電流供給用トランジスタ
Ｑ５とＱ６、および各相励磁コイルＬＡ〜ＬＤの共通接
続点である点Ｐの電位は、この第３図に示すように、切
換え開始後のｔ　Ｉ（ｓｅｃ）間に、高電圧＋ＶＨから
低電圧＋Ｖ１．に変化する。

第４図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法と従来の駆動制御方法による電流波形を説明するため
のタイムチャートである。図面のＴＩ　とＴ２は通常の
高電圧＋Ｖｌ＋による励磁時間、ｉＨは高電圧＋ｖ４１
による励磁電流、ｉｌ、は低電圧＋ＶＬによる励磁電流
を示し、斜線部は逆起電流の発生期間を示す。

すでに何度も述べたように、従来の制御装置では、同一
相の励磁中は、常に一定の電圧を印加していた。

そのため、この第４図の中央に示す波形のように、相切
換え毎に斜線部のような逆起電流が発生される。

これに対して、この発明のステッピングモータの駆動制
御方法では、相切換えの直前、すなわち時間ｔ　（５ｅ
ｅ）以前に、現在励磁中の励磁コイルへの印加電圧を低
下させている。

したがって、通常の励磁状態では、コイルには、高電圧
＋Ｖｌ（による励磁電流ｉＨが流れ、相切換えのｔ　（
ｓｅｅ）には、低電圧＋■１、による励磁電流ｉＬが流
れることになる。

その結果、この第４図の下の波形からも明らかなように
、相切換え毎にに発生される逆起電流、すなわち斜線部
で示される逆起電流は、従来例を示す中央の波形に比較
して、著しく減少される。

以上に詳細に説明したとおり、この発明のステッピング
モータの駆動制御方法では、所定電圧の第１の電源に接
続されてモータ巻線へ電流を供給する第１の電流供給用
スイッチング素子と、モータの励磁相切換え用スイッチ
ング素子と、逆起電流吸収回路とを具備するユニポーラ
駆動方式のステッピングモータ駆動回路において、前記
第１の電圧よりも低い所定電圧の電源に接続され、前記
第１の電流供給用スイッチング素子と並列に接続された
第２の電流供給用スイッチング素子と、前記第１と第２
の電流供給用スイッチング素子のオンオフを切換える制
御手段とを備え、同一励磁相の励磁中における前半の期
間は前記第１の電流供給用スイッチング素子からモータ
巻線へ電流を供給し、それに続く後半の一部期間は前記
第２の電流供給用スイッチング素子からモータ巻線へ電
流を供給するようにしている。

倭−一部 したがって、この発明のステッピングモータの駆動制御
方法によれば、モータの相切換え毎に発生される逆起電
流が著しく減少されて、モータのトルク変動が減少され
るので、安定動作が可能となり、動作の信頼性が向上さ
れる。

その上に、逆起電流吸収用の抵抗器等における発熱も抑
制されるため、モータの発熱対策も簡略化され、例えば
プリンタのような小型の装置への実装も容易になる。開
時に、電力消費も節減され省電力化にも適する、等の多
くの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法を実施する場合に使用される駆動制御装置について、
その要部構成の一例を示す機能ブロック図、 第２図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法を説明するためのタイムチャート、第３図は、この発
明のステッピングモータの駆動制御方法による励磁コイ
ルの印加電位の変化状態を示す波形図、 第４図は、この発明のステッピングモータの駆動制御方
法と従来の駆動制御方法による電流波形を説明するため
のタイムチャート、 第５図は、従来から使用されているディジーホイール型
プリンタの外観を一部分解した状態で示す斜視図、 第６図は、第５図に示したディジーホイール型プリンタ
について、その制御部の要部構成の一例を示す機能ブロ
ック図、 第７図は、第６図のプリンタ制御部の詳細な構成例を示
す機能ブロック図。 図面において、２０はＳＥＬモータ、２２はＲ／Ｆモー
タ、２３はＬ／Ｆモータ、２４はＳＰモータ、３１は低
電流供給回路、３２はモータ巻線、３３は逆起電流路用
ダイオード、３４はフライバック吸収回路、Ｑ１〜Ｑ４
は励磁相切換え用トランジスタ、Ｑ５は電流供給用トラ
ンジスタ、Ｑ６は低電圧で駆動される電流供給用トラン
ジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定電圧の第１の電源に接続されてモータ巻線へ電流
   を供給する第１の電流供給用スイツチング素子と、モー
   タの励磁相切換え用スイツチング素子と、逆起電流吸収
   回路とを具備するユニポーラ駆動方式のステツピングモ
   ータ駆動回路において、前記第１の電圧よりも低い所定
   電圧の電源に接続され、前記第１の電流供給用スイツチ
   ング素子と並列に接続された第２の電流供給用スイツチ
   ング素子と、前記第１と第２の電流供給用スイツチング
   素子のオンオフを切換える制御手段とを備え、同一励磁
   相の励磁中における前半の期間は前記第１の電流供給用
   スイッチング素子からモータ巻線へ電流を供給し、それ
   に続く後半の一部期間は前記第２の電流供給用スイツチ
   ング素子からモータ巻線へ電流を供給することを特徴と
   するステツピングモータの駆動制御方法。