JPS63107496A - ステッピングモ−タ駆動装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、たとえば高速液体クロマトグラフ（以下Ｈ
ＰＬＣと記す）の送液ポンプの駆動源としてもよく使用
されているステッピングモータの駆動装置に関する。

（ロ）従来の技術 ＨＰ　Ｌ　Ｃの送液ポンプは、現在のところ、小プラン
ジヤ往復動型ポンプが主流になってきており、その駆ｙ
ｊＪ源としては、はとんどのらのでステッピングモータ
が使用されている。そして最近、回転スピード、トルク
、回転のなめらかさという面から５相のステッピングモ
ータが使用されだしてきている。

ステッピングモータ駆ｖＪ装置としては、固定子巻線に
直列に抵抗とトランジスタを接続して通電を制御する直
列抵抗式や、２個のトランジスタを固定子巻線に直列に
接続して制御する二電圧式などがよく知られている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、ＨＰＬＧの送液ポンプに使用されるステ
ッピングモータの場合、送液圧力が高いことから高トル
クが要求されること、かつ、流ｍ節回が広いことから広
範囲の回転数において、トルクを一定に保つ必要がある
こと、また環流を低減させるために、ごく短時間に回転
数を変化させる必要があるなどの理由により、５相ステ
ツピングモータの各相の電流コントロールが複雑になっ
ていることと、かなりの電流を必要とすることから、駆
動装置が大型化し、かつ、高同になるという問題があっ
た。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、多相の
ステッピングモータの電流コントロール回路を簡潔にし
小型化できるステッピングモータ駆動装置を提供しよう
とするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明によれば、多相の固定子巻線を具備するステッ
ピングモータのそれぞれの固定子巻線に所望の周期で通
電してステッピングモータを回転駆動するステッピング
モータ駆０装置であって、前記所望の周期でそれぞれの
相ごとに位相の異なるパルスを発生さぼるパルス発生手
段を協えるとともに、入力端が直流電源回路に接続され
るとともに出力端に直列に任意の１相の固定子巻線が接
続されるスイッチング手段とそのスイッチング手段の出
力端に並列に接続されるダイオードと前記任意の１相の
固定子巻線に流れる゛電流の変化を検知するための抵抗
と前記パルス発生手段の前記任意の１相に対応する出力
電圧と前記抵抗の両端電圧とを比較する誤差増幅手段と
その誤差増幅手段の出力信号に対応して前記スイッチン
グ手段を制御２１］′ｒｊる制御手段とで構成されるス
イッチング安定化電源回路を、固定子巻線の個数と同数
備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動装置が
提供される。

さらにまたこの発明によれば、多相の固定子巻線を具備
するステッピングモータのそれぞれの固定子巻線に所望
の周期で通電してステッピングモータを回転駆動するス
テッピングモータ駆動装置であって、前記所望の周期で
それぞれの相ごとに位相の異なるパルスを発生させるパ
ルス発生手段を備えるとともに、入力端が直流電源回路
に接続されるとともに出力端に直列に任意の１相の固定
子巻線が接続されるスイッチング手段とそのスイッチン
グ手段の出力端に並列に接続されるダイオードとそのダ
イオードに直列に接続され前記任意の１相の固定子巻線
に流れる電流が時間とともに増加する場合および／また
は一定値に保たれる場合には短絡状態に保持され前記電
流が時間とともに減少する場合および前記任意の１相の
固定子巻線が断電されている場合には所定の高インピー
ダンス状態に保持される第２のスイッチング手段と前記
任意の１相の固定子巻線に流れる電流の変化を検知する
ための抵抗と前記パルス発生手段の前記任意の１相に対
応する出力電圧と前記抵抗の両端電圧とを比較する誤差
増幅手段とその誤差増幅手段の出力信号に対応して前記
スイッチング手段を制御する制御手段とで構成される安
定化電源回路を、固定子巻線の個数と同数備えたことを
特徴とするステッピングモータ駆動装置が提供される。

（ホ）作　用 それぞれのスイッチング安定化７１ｊ　源回路が、パル
ス発生手段の出力信号に対応して、相互に独立にステッ
ピングモータのそれぞれの固定子ｐｌの通電４流を制御
する。

また、それぞれのスイッチング安定化電源回路のダイオ
ードに直列に接続された第２のスイッチング手段は、固
定子谷線に流れる電流が時間とともに増加する場合およ
び／または一定値に保たれる場合にはダイオードに前記
電流をそのまま流し、前記電流が時間とともに減少する
場合および前記固定子巻線が断電されている場合には前
記電流を所定時間で消費するよう作用する。

（へ）実施例 以下この発明の実施例を図面にて詳述するが、この発明
が以下の実施例に限定されるものではない。

第１図において、１は直流電源回路で、電源トランス２
と、その２次側巻線に接続されるダイオードブリッジ３
と、平滑用コンデンサ４とで構成される。直流電源回路
１はステッピングモータ５のそれぞれの相の固定子巻線
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ。

６Ｄ、６Ｅに対応するスイッチング安定化電源回路７Ａ
、７Ｂ、７Ｇ、７Ｄ、７Ｅに直流電力を供給する。この
実施例では、ステッピングモータ５は５相のものとする
。そしてそのそれぞれの相をＡ相、Ｃ相、Ｃ相、Ｃ相、
Ｅ相とする。それぞれのスイッチング安定化電源回路７
の構成は、同一であるので、Ａ相のスイッチング安定化
電源回路７Ａについて説明する。

スイッチング安定化電源回路７Ａは、直流′ｒｌ源回路
１に入力端が接続されるスイッチング手段８Ａと、スイ
ッチング手段８Ａの出力端に並列に接続される電流帰還
用のダイオード９Ａと、ダイオード９Ａに固定子巻線６
Ａを介して並列に接続される抵抗１０Ａと、抵抗１０Ａ
の両端電圧とパルス発生手段１２の出力電圧とを比較す
る誤差増幅手段１３Ａと、誤差増幅手段１３への出力電
圧に対応してスイッチング手段８Ａをスイッチング制御
する制御手段１４Ａとで構成される。スイッチング手段
８Ａはスイッチング特性の良好なトランジスタあるいは
ＦＥＴが好適である。パルス発生手段１２はステッピン
グモータ５を回転させるための５相分の位相の異なる励
磁パルスを出力する。

誤差増幅手段１３△は従来公知の演弾増幅器によるもの
であってよい。制御手段１４Ａはパルス幅コントロール
のためのコンパレータを含み、入力電圧に対応してスイ
ッチング手段８Ａをスイッチングさせる電圧制御型のマ
ルチバイブレークが好適である。

以下のこりのＣ相、Ｃ相、Ｃ相、Ｅ相のスイッチング安
定化電源回路７Ｂ〜７Ｅにおいて、上記のそれぞれの手
段は同一数字とそれぞれの相を示す添字により示すもの
とする。

上記のスイッチング安定化電源回路７Ａ〜７Ｅにおいて
、ステッピングモータ５のそれぞれの相の固定子巻線６
Ａ〜６Ｅは、スイッチング安定化電源回路７Ａ〜７Ｅに
おける平滑用のインダクタンス（チョークコイル）とし
ての機能をはだすものである。

つぎにこの実施例の動作について第２図を交じえて説明
する。

Ａ相の固定子巻線６Ａに流れる電流　ｉｘは、第２図に
示すような、パルス発生手段１２から出力される電圧Ｖ
ハ　と、電流検知用の抵抗１０Ａの両端電圧が常に等し
くなるようにコントロールされる。すなわち、誤差増幅
手段１３Ａが電圧Ｖ、４　　と抵抗１０Ａの両端電圧と
を比較し、その結果に対応する電圧を制御手段１４Ａに
入力し、スイッチング手段８Ａをスイッチング制御する
ものである。

固定子巻線６Ａに流す電流を階段状に変化させて、マイ
クロステッピング駆動するために、電圧Ｖ、４は第２図
のような、周期τの基本パルスからなる階段状の電圧と
なっている。周期τおよび電圧■は所望の回転数および
トルクを得るために、たとえばマイクロコンピュータな
どにより可変され、ＨＰＬＣにおいては、送液の設定流
量と圧力とによって可変される。周期τとしては２０μ
ｓｅｃ、〜１０ｍ５ｅｃ、、電圧ＶＡ　　は電流ｉＡで
みると０．５Ａ　〜４Ａ程度変化するものである。そし
て、ステッピングモータ５のＡ〜Ｅ相のそれぞれの固定
子巻線６Ａ〜６日には、それぞれパルス発生手段１２よ
り出力された電圧に相当する電流が流れるように、それ
ぞれ独立してコントロールされるものである。

なお、この実施例はパルス幅コントロールであるため、
制御手段からスイッチング手段へ出力されるパルスの幅
は少なくとも基本パルスτの１／２倍以下であることが
必要である。

つぎにこの発明の他の実施例について第３図にて説明す
る。

なお、上記実施例と同一機能の要素および同一構成のス
イッチング安定化電源回路７Ｂ、７Ｇ。

７Ｄ、７．Ｅについては、同一符号を付して説明を省略
する。また上記実施例と同じく、Ａ−Ｅ相のそれぞれの
スイッチング安定化電源回路７１の構成は同一であるの
で、Ａ相のスイッチング安定化電源回路７１Ａについて
説明する。

スイッチング安定化電源回路７１Ａは、ダイオード９Ａ
に直列に接続される第２のスイッチング手段１５Ａを具
備している。第２のスイッチング手段１５Ａは、エミッ
タがダイオード９Ａの７ノードに接続されるトランジス
タ１６Ａと、トランジスタ１６Ａのコレクタとペース間
に接続されるツェナーダイオード１７Ａと、トランジス
タ１６ＡのベースとグラウンドラインＧＮＤ間に接続さ
れるスイッチング素子１８Ａとで構成される。スイッチ
ング素子１８ＡとしてトランジスタあるいはＦＥＴが好
適である。第２のスイッチング手段１５Ａは、上記実施
例と同様にステッピングモータ５を回転させるための５
相分の位相の異なる励磁パルスを出力するとともに、そ
の励磁パルスに周期して所定周期でスイッチング素子１
８ＡをＯＮ・ＯＦＦさせる信号Ａ１を出力するパルス発
生手段１２１にて制御される。第４図は、パルス発生手
段１２１が出力するＡ相のための励磁パルスと信号Ａ１
との関係を示す波形図である。

１９Ａはコンパレータで、誤差増幅手段１３Ａの出力に
一方の入力が接続されるとともに、他方の入力に、第５
図に示す、鋸歯状波信号Ｓｔが入力される。そしてコン
パレータ１９Ａの出力は、スイッチング手段８Ａを制御
する制御手段１４１Ａに接続される。なお、制御手段１
４１Ａは上記実施例とは異なり、パルス幅コントロール
のためのコンパレータを含んでいない。

つぎにこの伯の実施例の動作についで第４〜５図を交え
て説明する。

ステッピングモータ５のＡ相の固定子巻線６Ａに流れる
電流　ｉＡは、パルス発生手段１２１がら出力される電
圧ＶＡ　　と電流検知用の抵抗１０Ａの両端電圧とが等
しくなるように、誤差増幅手段１３△、コンパレータ１
９Ａおよび制御手段１４１Ａを介してスイッチング手段
８Ａでスイッチング制御される。すなわち、スイッチン
グ手段８Ａは、誤差増幅手段１３Ａの出力電圧と、鋸歯
状波信号Ｓｔと、をコンパレータ１９Ａが比較して出力
する信号に基いて、制御手段１４１Ａによってスイッチ
ング制御される。第５図はスイッチング手段８Ａがスイ
ッチングυｊＩＩｌされるタイミングを示している。同
図中のＴ×は鋸歯状波信号Ｓ【の周期である。

マイクロステッピング駆動されて電流　Ｌａが階段状に
増加していく区間（第４図における　ｔ１〜ｈ　）およ
び電流　ｉＡが一定に保たれる区間（第４図におけるｊ
２〜【３）においては、スイッチング素子１８Ａはパル
ス発生手段１２１からの信号Ａｔ’によりＯＮされる。

したがってトランジスタ１６ＡがＯＮＬ、、第２のスイ
ッチング手段１５Ａはコレクターエミッタ間が短絡状態
（ＯＮ状態）となる。

上記で１〜ｔ３の区間では、第５図に示すように、制御
手段１４１Ａの出力によりＴｏ　＝Ｔｘ　。

Ｔ２〜Ｔ３・・・の区間においてはスイッチング手段８
△がＯＮとなり、固定子巻線６△に直流電源回路１から
電流が供給される。

またスイッチング手段８ＡがＯＦＦとなるＴ１〜Ｔ２．
Ｔ３〜Ｔ４・・・の区間では第２のスイッチング手段１
５Ａが短絡状態となっているので、固定子巻線６Ａには
固定子巻線６Ａに蓄積されたエネルギーにより、抵抗１
０Ａ、トランジスタ１６Ａ、ダイオード９Ａ、固定子巻
線６Ａの順に循環電流の形で、電流Ｌｑが流れつづける
ことになる。

つぎに電流　ｉＡが階段状に減少してい＜ｈ〜ｔ４の区
間において、仮にトランジスタ１６ＡがＯＮになってい
ると、トランジスタ１５Ａおよびダイオード９△におけ
るエネルギー消費が小さいために、スイチング手段８Ａ
、／；ＯＦＦのままでも固定子巻線６Ａに循環電流が流
れつづけ、電流ｉＡも階段状に変化せずに、たとえば第
４図に一点鎖線で示すように、徐々に減少する電流ｉｓ
となる。このことはステッピングモータ５の回転数が大
の場合、または励磁電流が大きい場合に特に問題になる
。

この他の実施例では、ｔ３〜ｔ４の区間においては、ス
イッチング素子１８ＡをＯＦＦにしてトランジスタ１６
△のコレクタとエミッタ間が常にツェナーダイオード１
７Ａのツェナー電圧ＶＺで保持されるようにしている。

すなわらトランジスタ１６Ａは、ツェナーダイオード１
７Ａに電流ｉＡの一部が流れることによりツェナー電圧
Ｖｚにてバイアスされ、ツェナー電圧Ｖｚにより決定さ
れる所定の高インピーダンス状態に保持されるものとな
る。したがって、固定子巻線６Ａに蓄積されたエネルギ
ーは、　１ＡｘｖｚｘΔＴ＝にとごく短い時間で消費さ
れるため、循環電流はごく短時間（ΔＴ）流れるだけで
あり、その結果固定子巻線６Ａに流れる電流ｉＡは、上
記電流ｉｓのようになることはなく、はぼ設定どおり階
段状に減少するようにコントロールされる。ここでΔ王
は、マイクロステッピング駆動における基本パルスの周
期下より小さいことが必要で（ΔＴ＜Ｔ）　、上記ｋを
一定した場合、ツェナー電圧Ｖｚを高くすることにより
実現できる。この他の実施例においては、ツェナー電圧
Ｖｚは約５０Ｖ、電流ｉＡは０．５〜４Ａ、基本パルス
の周期τは２０μｓｅｃ、〜１０ｍ５ｅｃ、　、ざらに
鋸歯状波信号Ｓｔの周期Ｔｘは５μ５ｅＣ０より小とな
っている。

また、本来固定子巻線６Ａに電流を流さない区間（１，
〜【５）、つまりは固定子Ｗ１１６Ａは断電状態であり
、他の固定子巻線に通電がおこなわれている間でも、一
般には通電がなされている他の固定子巻線の励磁電流変
化により誘導を受けやすいが、この他の実施例では第２
のスイッチング手段１５Ａが高インピーダンスに保持さ
れているため、誘導電流もほとんど影響のないほど小さ
くすることが可能となる。

なお上記それぞれの実施例においては、ＨＰＬＣの送液
ポンプに使用される５相のステッピングモータ用の駆動
装置としたが、他の比較的大きな５相ステツピングモー
タ用であってもよく、また、スイッチング安定化電源回
路の数を適宜増減することによって５相以外のステッピ
ングモータ用の駆手力装置となるものである。

（ト）発明の効果 この発明によれば、ステッピングモータの各相の電流の
ＯＮ・ＯＦＦのためのスイッチング手段と電源コントロ
ール用のスイッチング手段とが共用されているので、シ
ンプルな構成のステッピングモータ駆動装置が得られる
。したがって装置自体が小型化でき、賛同に得られるも
のである。また、ステッピングモータの電流コントロー
ル（定電流層ｅ）をおこなっているにもかかわらず、発
熱母が少なく、効率を高くすることが可能であり、同時
に信頼性を向上させている。

さらに、固定子巻線の電流を時間とともに減少させる区
間において、スイッチング安定化゛電源回路の循環電流
をごく短時間でエネルギー消費できるので、上記の区間
におけるマイクロステップ駆動時の電流コントロールが
正確になり、ステッピングモータの回転をよりスムース
にすることができる。

加えて、本来固定子巻線に電流を流さない区間において
、固定子巻線を含むスイッチング安定化電源回路の循環
電流の流れる回路のインビーダンスを高めることにより
、他の固定子巻線からの誘導電流を小さくでき、これに
よって他の固定子巻線からの影響によるモータトルクの
減少、ざらには固定子巻線電流を制御するスイッチング
手段の発熱をそれぞれ制御できる。特にモータトルクを
大きくするために固定子巻線に流れる電流が大きくなっ
た場合、あるいは回転数がかなり大きい場合に効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例電気回路図、第２図はＡ相お
よびＢ相の励磁パルスの波形図、第３図はこの発明の他
の実施例の電気回路図、第４図は池の実施例におけるＡ
相の励磁パルスと第２のスイッチング手段を制御する信
号Ａ１との関係を示す波形図、第５図は他の実施例にお
けるスイッチング手段の動作を説明するための波形図で
ある。 １・・・・・・直流電源回路、 ５・・・・・・ステッピングモータ、 ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄ、６Ｅ・・・・・・固定子巻線
、７Ａ、　　７８．　７Ｇ、　　７゛Ｄ、　　７Ｅ・・
・・・・スイッチング安定化電源回路、８Ａ、８８．８
Ｇ、８Ｄ、８Ｅ ・・・・・・スイッチング手段、 ９Ａ、９Ｂ、９０．９Ｄ、９Ｅ・・・・・・ダイオード
、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｄ、ＩＯＥ・・・・・
・抵抗、 １２．１２１・・・・・・パルス発土手段、１３Ａ、１
３Ｂ、１３Ｃ，１３Ｄ、１３Ｅ・・・・・・誤差増幅手
段、 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｄ、１４Ｅ。 ４１Ｅ ・・・・・・制御手段。 １５Ａ・・・・・・第２のスイッチング手段。 代理人　　弁理士　　野　河　信太部 第　１　図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｔ＝　ＴＩ　ＴＩ　ＴＩ　Ｔ４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．多相の固定子巻線を具備するステッピングモータの
   それぞれの固定子巻線に所望の周期で通電してステッピ
   ングモータを回転駆動するステッピングモータ駆動装置
   であって、前記所望の周期でそれぞれの相ごとに位相の
   異なるパルスを発生させるパルス発生手段を備えるとと
   もに、入力端が直流電源回路に接続されるとともに出力
   端に直列に任意の１相の固定子巻線が接続されるスイッ
   チング手段とそのスイッチング手段の出力端に並列に接
   続されるダイオードと前記任意の１相の固定子巻線に流
   れる電流の変化を検知するための抵抗と前記パルス発生
   手段の前記任意の１相に対応する出力電圧と前記抵抗の
   両端電圧とを比較する誤差増幅手段とその誤差増幅手段
   の出力信号に対応して前記スイッチング手段を制御する
   制御手段とで構成されるスイッチング安定化電源回路を
   、固定子巻線の個数と同数備えたことを特徴とするステ
   ッピングモータ駆動装置。
2. ２．多相の固定子巻線を具備するステッピングモータの
   それぞれの固定子巻線に所望の周期で通電してステッピ
   ングモータを回転駆動するステッピングモータ駆動装置
   であって、前記所望の周期でそれぞれの相ごとに位相の
   異なるパルスを発生させるパルス発生手段を備えるとと
   もに、入力端が直流電源回路に接続されるとともに出力
   端に直列に任意の１相の固定子巻線が接続されるスイッ
   チング手段とそのスイッチング手段の出力端に並列に接
   続されるダイオードとそのダイオードに直列に接続され
   前記任意の１相の固定子巻線に流れる電流が時間ととも
   に増加する場合および／または一定値に保たれる場合に
   は短絡状態に保持され前記電流が時間とともに減少する
   場合および前記任意の１相の固定子巻線が断電されてい
   る場合には所定の高インピーダンス状態に保持される第
   ２のスイッチング手段と前記任意の１相の固定子巻線に
   流れる電流の変化を検知するための抵抗と前記パルス発
   生手段の前記任意の１相に対応する出力電圧と前記抵抗
   の両端電圧とを比較する誤差増幅手段とその誤差増幅手
   段の出力信号に対応して前記スイッチング手段を制御す
   る制御手段とで構成されるスイッチング安定化電源回路
   を、固定子巻線の個数と同数備えたことを特徴とするス
   テッピングモータ駆動装置。