JPS63277495A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気ディスク装置等のヘッド位置決め等に使
用される、ステッピングモータの駆動装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来ステッピングモータ駆動装置としては、２相ステツ
ピングモータを用いたバイポーラ駆動のチョッピング定
電流方式が多く利用されている。

バイポーラ駆動では、ステータの磁束は巻線内を流れる
電流の方向を逆転させることにより反転させる。電流値
が所定のレベルに到達するとこれを検知して電源をオフ
にし、電流はその後、下限電流値になる迄巻線内を循環
する。

第２図は、相電流制御部の回路図である。図中、１．２
，３．４はトランジスタ駆動回路（以下、Ｃ０ＮＴと称
す）で、各々の出力はそれぞれトランジスタＴｒ５、ト
ランジスタＴｒ６、トランジスタＴｒ７、トランジスタ
Ｔｒ８のベースに接続されており、電流の方向を決める
ための相方向切換信号ＰＨを高レベル「１」で入力する
ことにより各トランジスタを駆動する。トランジスタＴ
ｒ５のコレクタは電源ＶＭＭに接続され、エミッタはト
ラン、ジスタＴｒ７のコレクタに接続されるとともに、
ステータの巻線９の一方の端子に接続されている。また
、エミッタからコレクタへ順方向となる如く、ダイオー
ド１０が接続しである。トランジスタＴｒ６のコレクタ
は、トランジスタＴｒ５のコレクタに接続され、エミッ
タはトランジスタＴｒ８のコレクタに接続されると共に
、前記巻線９の他方の端子に接続されており、エミッタ
からコレクタへ順方向となる如くダイオード１１が接続
されている。トランジスタＴｒ７及びＴｒ８のコレクタ
の各々には、グランドとの間にグランドからコレクタへ
順方向となる如く保護用のダイオード１２及び１３が接
続されている。また、トランジスタＴｒ７及びＴｒ８の
エミッタには、前記巻線９に流れる電流を検知する電流
検知抵抗Ｒ５１４が接続されるとともに、比較器１５の
一方の入力に入力される。比較器１５の他方の入力には
電源ｖＣＣ及び抵抗Ｒａ、Ｒｂにより作られる基準電圧
Ｖｒｅｆが入力され、この基準電圧Ｖｒｅｆと一方の入
力である電流検知抵抗Ｒ５１４の電圧が等しくなると出
力値を反転する。１６はワンショット回路で、比較器１
５の出力を入力し、第３図に示す如く、予め設定されて
いるｔｏｆ　ｆ間、パルスＰをＣ０ＮＴ３及びＣ０ＮＴ
４へ送出する。

１７はインバート回路で、相方向切換信号ＰＨを入力し
、その出力はＣ０ＮＴ２及びＣ０ＮＴ３に入力される。

以上のＣ０ＮＴｌ〜４、トランジスタＴｒ５〜Ｔｒ８、
ダイオード１０〜１３、電流検知抵抗Ｒｓ　１４、比較
器１５、ワンショット回路１６及びインバート回路１７
より相電流制御部２０が構成されている。

以上の構成による動作を説明する。相方向切換信号ＰＨ
が高レベル「１」の時、Ｃ０ＮＴｌ及びＣ０ＮＴ４によ
りトランジスタＴｒ５及びＴｒ８はオンとなり、一方、
Ｃ０ＮＴ２及びＣ０ＮＴ３にはインバート回路１７を介
して相方向切換信号ＰＨが低レベル「０」として入力さ
れるため、トランジスタＴｒ６及びＴｒ７はオフとなる
。この時、巻線９に流れる電流Ｉは、矢印１８の方向に
流れる。この電流■はトランジスタＴｒ８を介して電流
検知抵抗Ｒ５１４に流れ、第３図に示す如＜ｔｏｎ間に
電流Ｉは下限値ＩＬから上限値Ｉ　１１まで増加し、こ
の上限値ＩＨになると電流検知抵抗Ｒ５１４の電圧が比
較器１５の基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなり、比較器１５
は出力を反転する。この出力がワンショット回路１６に
入力されると、予め設定された幅ｔ　ｏｆ’ｆのパルス
Ｐがワンショット回路１６からＣ０ＮＴ３及びＣ０ＮＴ
４に送出される。これによりＣ０ＮＴ４はトランジスタ
Ｔ「８をｔ　ｏｆ’ｆ’間だけオフにする。トランジス
タＴｒ８がオフとなると、巻線９の電流ｌはダイオード
１１を介して流れ続は徐々に減少して下限値ＩＬとなる
。このように、ｔｏｎ間で電流ｌが上限値Ｉ　、１１に
なるまで増加し、ｔ　ｏｆｆ間で下限値ＩＬまで減少す
るというチョッピング動作が繰り返されて巻線９には一
定電流が流れ、ステータの磁束を励磁する。

次に相方向切換信号ＰＨが低レベル「０」になると、ト
ランジスタＴｒ５及びＴｒ８がオフとなり、一方、イン
バート回路１７を介して高レベル「１」となった相方向
切換信号ＰＨがＣ０ＮＴ２及びＣ０ＮＴ３に人力される
ことにより、トランジスタＴｒ６及びＴｒ７がオンとな
り、巻線９を流れる電流Ｉの方向は矢印１９の方向とな
る。電流１はトランジスタＴｒ７を介して電流検知抵抗
Ｒ５１４に流れ、前述の如く電流検知抵抗Ｒ５１４の電
圧が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなると比較器１５の出力
がワンショット回路１６へ入力される。このワンショッ
ト回路１６からは前記パルスＰがＣ０ＮＴ３及びＣ０Ｎ
Ｔ４に送出されることにより、ｔｏｆ’ｆ’間トランジ
スタＴｒ７がオフとなり、電流■はダイオード１０を介
して流れ続は徐々に減少して下限値ＩＬとなり、相方向
切換信号ＰＨが高レベル「１」の場合と、同様なチョッ
ピング動作で巻線９に一定電流が流れ、ステータの磁束
を励磁する。第４図は巻線９に流れる電流！の状態を示
したもので（＋）側は第２図に示す矢印方向１８の電流
１．Ｃ−’）側は、同図の矢印方向１９の電流を示して
いる。Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３・・・と順次電流の向きを変え
ることによりステータの磁束を励磁していく。またＴＩ
、Ｔ２での値を変えることによりステッピングモータを
加速又は減速をなす。

以上、２相ステツピングモータのうちの１相の励磁方法
について説明したが、もう１相も全く同様の回路となっ
ており、第５図はその２相（Ａ相。

Ｂ相）ステッピングモータの巻線に流れる２相間の電流
ｌ＾及びＩＢの状態を示しており、この電流Ｉ＾、ＩＢ
は半ピツチずれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成によれば、ステッピングモータ
の巻線９に流れる電流ｌは、ステッピングモータの加速
、減速及び停止時に関係なく一定の電流が流れ続けるよ
うに駆動されるために、消費電力が大きくなってしまう
という問題点があった。

本発明の目的は上記問題点に鑑み、ステータの巻線に流
れる電流を加速、減速及び停止状態に応じて変化させる
ことにより低消費電力化を図れるステッピングモータ駆
動装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、ステータ巻線に電
流を流してステータの磁束を励磁するとともに、電流の
流れる方向を逆転していくことにより該磁束を反転させ
てロータの回転を制御するステッピングモータ駆動装置
において、相励磁の切換え時間とロータのステップ角と
から該ロータの近似的な加速度を算出する算出手段と、
ステータ巻線電流値を前記加速度の大小に応じた値に制
御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、相励磁の切換え時間とロータのステッ
プ角度とからロータの近似的な加速度を算出し、この算
出した加速度の大小に応じて、ステータ巻線電流値を制
御手段で制御するので、ステッピングモータの駆動状態
により、ステータ巻線電流値が変化する。

（実施例） 第１図は本発明によるステッピングモータ駆動装置の一
実施例を示すブロック図である。図中、２０ａはＡ相電
流制御部で、２相ステツピングモータ（Ｍ）３０の巻線
９ａに接続されている。

２０ｂはＢ相電流制御部で、２相ステツピングモータ３
０の巻線９ｂに接続されており、Ａ相及びＢＩＩＩＩ電
流制御部２０ａ、２０ｂは第２図に示した相電流制御部
２０と同一構成となっており、同一動作をなす。２１は
レジスタ（ＲＥＧ）　、マイクロコンピュータ（以下、
μＣＰＵと称す）４０からの巻線９ａ及び９ｂに流れる
電流値を決定するための後述するデジタルデータが格納
される。

２２はデジタル−アナログ変換器（以下、ＤＡＣと称す
）で、レジスタ２１に格納されているデジタル値がアナ
ログ値に変換されて、人相及びＢ相の電流制御部２０ａ
、２０ｂに基準電圧Ｖｒｅｆａ、Ｖｒｅｆｂとして入力
される。ＰＨＡはＡ相の相方向切換信号で、Ａ相電流制
御部２０ａに出力され巻線９ａに流れる電流の方向を決
定するための信号である。ＰＨＢはＢ相の相方向切換信
号で、Ｂ　＋［］電流制御部２０ｂに入力され巻線９ｂ
に流れる電流の方向を決定するための信号である。

μＣＰＵ４０は、相方向切換信号ＰＨＡ、ＰＨＢを予め
設けられた切換タイミングを決めるためのタイミングテ
ーブル（図示せず）を参照し、タイマ（図示せず）を動
作させて発生する。この切換時間は、第６図ＰＨＡ、Ｐ
ＨＢに示すｔｌ。

ｔ２　、　　ｔ　　３−−−ｔｎ−１、ｔｎであり、こ
の切換時間を順次早くしていくことにより加速すること
ができ、逆に、順次遅くしていくことにより減速するこ
とができる。また、μＣＰＵ４０は２相ステツピングモ
ータ３０のロータ加速度の近似値を下記の如く算出する
。２相ステツピングモータ３０の相励磁の切換え時間を
ｔＬ、ｔ２．ｔ３・・・ｔｎ−１゜ｔｎ・・・、ロータ
のステップ角度をθＳとすると、各タイミング区間にお
ける近似的なロータの速度Ｖｎは、θｓ　／　ｔ　Ｌ　
、　　θ／１２．θｓ／１ｎ−１゜θｓ　／　ｔ　ｎと
なり、ロータの加速度ａｎはａｎ　ｔｎ　−Ｖｎ　−Ｖ
ｎ−１ 一〇ｓ　　（１／１ｎ−１／ｌｌ） 即ちａｎ−θｓ　　・（ｔｎ−１−ｔｎ　）　／　（ｔ
ｎ　＊ｔｎ−１）の如く、近似的に求めることができ、
時系列の切換え時間ｔｎが分っていれば簡単に算出でき
る。

以上の構成による動作を説明する。μＣＰＵ４０はＡ相
電流制御部２０ａに相方向切換信号ＰＨＡを、Ｂ相電流
制御部２０ｂに相方向切換信号ＰＨＢを送出するととも
に、この相方向切換信号ＰＨＡ及びＰＨＢを送出した切
換時間より算出した近似的なロータ加速度ａｎに応じた
電流指令値を図示しないメモリから読出しレジスタ２１
に送出する。この電流指令値はＤＡＣ２２を介してデジ
タル値からアナログ値に変換されＡ相電流制御部２０ａ
の基準電圧Ｖｒｅｆａ及びＢ相電流制御部２０ｂの基準
電圧Ｖｒｅｆｂとなる。Ａ相電流制御部２０ａ及びＢ　
ｉｌｌ電流制御部２０ｂは第２図により詳細に説明した
如く、それぞれ基準電圧Ｖｒｅｆａ、Ｖｒｅｆｂに基づ
いて２相ステツピングモータ３０の巻線９ａ、９ｂに流
れる電流値を制御する。即ち、この基準電圧Ｖｒｅｆａ
、Ｖｒｅｆｂが巻線９ａ、９ｂに流れる電流の上限値に
対応するので加速、定速、減速、停止の各状態において
、電流値が変化することになる。第６図は、相方向切換
信号ＰＨＡ、ＰＨＢ、ロータ速度、巻線９ａ、９ｂに流
れる電流値のタイムチャートを示している。図中、Ｉｍ
ａｘはステッピングモータ起動時の最大電流値、Ｉ　ｓ
　ｌ　ｅｗは定速時の電流値、ｌ５ｔｏｐは停止時にお
ける電流値を示し、これかられかる様に、巻線９ａ、９
ｂに流れる電流値は加速及び減速時のみ大きくなってい
ることがわかる。

本実施例によれば、２相ステツピングモータ３０のステ
ータ巻線に流れる電流値を、近似的なロータ加速度に応
じて変化させることにより、ステッピングモータ３０の
加速時、減速時のみ大きい値の電流が流れ、定速時、停
止時には小さな値の電流が流れるようになしたので、消
費電力を最少限にすることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ステータ巻線に電
流を流してステータの磁束を励磁するとともに、電流の
流れる方向を逆転していくことにより該磁束を反転させ
てロータの回転を制御するステッピングモータ駆動装置
において、相励磁の切換え時間とロータのステップ角と
から該ロータの近似的な加速度を算出する算出手段と、
ステータ巻線電流値を前記加速度の大小に応じた値に制
御する制御手段とを設けたので、ステッピングモータの
ステータ巻線電流値をロータの近似的な加速度に応じて
変化させることができる。従って、ロータの加速度が大
きい、加速時、減速時のみ大きな電流を流し、定速駆動
時、停止時のようにロータの加速度が小さい場合には小
さな電流をステータ巻線に流すことができ、これにより
低消費電力化が図れる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるステッピングモータ駆動装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は相電流制御部の回路
図、第３図はステータの巻線に流れるチョッピング電流
を示すパターン図、第４図は巻線に流れる電流の状態を
示した図、第５図は２相ステツピングモータの冬用の巻
線に流れる電流の状態を示した図、第６図は本発明に係
る相方向切換信号、ロータ速度、巻線電流値の関係を示
すタイムチャートである。 図中、１，２，３．４・・・トランジスタ駆動回路、Ｔ
ｒ５　、Ｔｒ８　、Ｔｒ７　、Ｔｒ８　・　トランジス
タ、９・・・巻線、１０，１１．１２．１３・・・ダイ
オード、１４・・・電流検知抵抗、１５・・・比較器、
１６・・・ワンショット回路、１７・・・インバート回
路、２０・・・電流制御部、２１・・・レジスタ、２２
・・・デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）　、３０・
・・ステッピングモータ、４０・・・マイクロコンピュ
ータ（μＣＰＵ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ステータ巻線に電流を流してステータの磁束を励磁す
   るとともに、電流の流れる方向を逆転していくことによ
   り該磁束を反転させてロータの回転を制御するステッピ
   ングモータ駆動装置において、相励磁の切換え時間とロ
   ータのステップ角とから該ロータの近似的な加速度を算
   出する算出手段と、 ステータ巻線電流値を前記加速度の大小に応じた値に制
   御する制御手段とを設けた ことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。