WO2019244552A1 - ステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法 - Google Patents

ステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法 Download PDF

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WO2019244552A1
WO2019244552A1 PCT/JP2019/020369 JP2019020369W WO2019244552A1 WO 2019244552 A1 WO2019244552 A1 WO 2019244552A1 JP 2019020369 W JP2019020369 W JP 2019020369W WO 2019244552 A1 WO2019244552 A1 WO 2019244552A1
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current value
mode
stepping motor
drive circuit
control
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PCT/JP2019/020369
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English (en)
French (fr)
Inventor
彩加 島田
和夫 高田
山▲崎▼ 圭
Original Assignee
ミネベアミツミ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/24Arrangements for stopping
    • H02P8/30Holding position when stopped

Definitions

  • the present invention relates to a stepping motor control device and a stepping motor control method, and more particularly, to a stepping motor control device and a stepping motor control method for performing a hold control for moving a rotor to a predetermined position when the stepping motor stops rotating.
  • the stepping motor applies an exciting current to a plurality of coils to magnetize the stator, and drives the rotor to rotate step by step.
  • an exciting current flows through the coil to draw the unstable rotor after deceleration to a position (stop position) facing the predetermined stator, and the stop position becomes a stable point. Is moved.
  • Patent Document 1 describes a motor control method when the rotation of a stepping motor is stopped, the stop control for gradually reducing the exciting current during a hold period. According to such a control method, when the rotation of the stepping motor is stopped, the rotor moves gently to the stop position, so that generation of vibration and noise can be suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a control device of a stepping motor and a control method of the stepping motor that can perform a hold control capable of smoothly reducing the exciting current when the rotation of the stepping motor is stopped.
  • a control device for a stepping motor is a control device for a stepping motor that rotates an rotor by passing an exciting current through a plurality of coils, the switching device having a switching element, And a control circuit for controlling the drive voltage applied by the drive circuit, wherein the control circuit gradually reduces the target current value during a hold period when the rotation of the stepping motor is stopped.
  • the control circuit changes the magnitude of the exciting current flowing through the coil so as to approach the predetermined position, and moves the rotor to a predetermined stop position.
  • the operation mode of the drive circuit is set to the operation mode corresponding to the result of the comparison between the magnitude of the current and the target current value. , And a first damping mode to attenuate charge mode excitation current to increase the exciting current.
  • the control circuit switches the driving circuit to an operation mode corresponding to the predetermined condition among the plurality of operation modes. Set the operation mode.
  • control circuit sets the operation mode of the drive circuit to the charge mode every predetermined cycle when the magnitude of the exciting current is smaller than the target current value.
  • control circuit sets the operation mode of the drive circuit to the first decay mode every predetermined cycle when the magnitude of the exciting current is larger than the target current value.
  • control circuit sets the operation mode of the drive circuit to the first damping mode when the magnitude of the exciting current reaches the target current value when the operation mode of the drive circuit is the charge mode.
  • the plurality of operation modes further include a second decay mode for attenuating the exciting current faster than the first decay mode.
  • control circuit sets the operation mode of the drive circuit to the second damping mode at predetermined intervals when the magnitude of the exciting current is larger than the target current value.
  • the control circuit may be configured such that when the operation mode of the drive circuit is the first attenuation mode during the entire period of the previous cycle. If the operation mode of the drive circuit is set to the second attenuation mode and the operation mode of the drive circuit is an operation mode other than the first attenuation mode in a part of the previous cycle, the operation mode of the drive circuit Is set to the first attenuation mode.
  • control circuit sets the operation mode of the drive circuit to the second attenuation mode when the magnitude of the exciting current becomes larger than the target current value by a predetermined value or more in the hold period.
  • the control circuit outputs a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the drive circuit to control the drive voltage, and the predetermined cycle is a PWM cycle of the PWM signal.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • a method for controlling a stepping motor includes applying a drive voltage to a plurality of coils by a drive circuit having a switching element, and flowing an exciting current through the plurality of coils to rotate the rotor.
  • a control method comprising: a normal control step of controlling a drive voltage at the time of normal driving of the stepping motor; and, during a hold period when the rotation of the stepping motor is stopped, the excitation current flowing through the coil so as to approach a gradually decreasing target current value.
  • the number mode of operation includes a first damping mode to attenuate charge mode excitation current to increase the exciting current.
  • a stepping motor control device and a stepping motor control method capable of performing a hold control capable of smoothly reducing the exciting current when the stepping motor stops rotating.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control device for a stepping motor according to one of the embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a charge mode of the H-bridge circuit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a high-speed decay mode of the H-bridge circuit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a slow decay mode of the H-bridge circuit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a variation of a slow decay mode of the H-bridge circuit.
  • FIG. 4 is a diagram for describing control performed when rotation of a stepping motor is stopped.
  • 6 is a flowchart illustrating an example of a hold control of a control circuit.
  • 9 is a flowchart illustrating an example of a first setting operation.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a second setting operation. It is a figure showing an example of operation of a control device when hold control is performed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a transition of an exciting current when the rotation of the stepping motor is stopped.
  • 13 is a flowchart illustrating a first setting operation according to a first modification of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an operation of the control device when the hold control is performed in the first modified example.
  • 15 is a flowchart illustrating a second setting operation according to a second modification of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an operation of the control device when hold control is being performed in a second modification.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control device for a stepping motor according to one embodiment of the present invention.
  • control device 10 supplies a driving voltage to the stepping motor 20 to drive the stepping motor 20.
  • the stepping motor 20 includes a rotor, a stator, and a plurality of coils 124 (simplified in FIG. 2) wound around the stator.
  • the stepping motor 20 includes, for example, a two-phase coil 124 (that is, an A-phase coil and a B-phase coil).
  • the control device 10 supplies the drive voltage to the stepping motor 20 via the A-phase (+), A-phase (-), B-phase (+), and B-phase (-) lines.
  • the stepping motor 20 is used, for example, as an actuator of a vehicle air conditioner, but is not limited to this.
  • the control device 10 roughly includes a control circuit (an example of a control unit, an example of a hold control unit) 30 and a drive circuit (an example of a drive unit) 40.
  • the drive circuit 40 applies a drive voltage to the coil 124 of the stepping motor 20.
  • the control circuit 30 controls the drive circuit 40 and controls the drive voltage applied by the drive circuit 40. That is, the control device rotates the rotor of the stepping motor 20 by applying a drive voltage to the plurality of coils 124 of the stepping motor 20 and flowing an exciting current to the coils 124.
  • the control circuit 30 includes a CPU (Central Processing Unit) 31, a current measuring unit 32, and a memory 33.
  • the drive circuit 40 has a motor drive unit 41 and a current sensing unit 42.
  • the current sensing unit 42 and the current measuring unit 32 detect the value of the exciting current flowing through each coil 124 of the stepping motor 20. More specifically, the current sensing unit 42 supplies an exciting current to the shunt resistor, for example, and detects a voltage drop at the shunt resistor. Then, the current measuring unit 32 calculates the exciting current value of each coil 124 based on the voltage drop detected by the current sensing unit 42.
  • the CPU 31 generates a control signal for controlling the drive voltage and outputs the control signal to the motor drive unit 41.
  • the CPU 31 When the stepping motor 20 is normally started, the CPU 31 generates and outputs a control signal so that, for example, the exciting current has a predetermined sine wave shape.
  • the control signal is a pulse width modulated 1-bit digital signal. That is, the control circuit 30 outputs a PWM signal to the drive circuit 40 to control the drive voltage.
  • the motor drive unit 41 applies a drive voltage to the coil 124 of the stepping motor 20 according to the control signal supplied from the CPU 31.
  • the drive voltage is applied to the coil 124 as a PWM signal.
  • the drive circuit 40 has switching elements 2, 4, 6, and 8 (shown in FIG. 2 and the like).
  • the switching elements 2, 4, 6, and 8 are provided in the motor drive unit 41.
  • the switching elements 2, 4, 6, and 8 are, for example, FETs (field effect transistors), and constitute an H bridge circuit 45 (shown in FIG. 2 and the like) with the coil 124 of the stepping motor 20.
  • the control signal supplied from the CPU 31 is input to the gates of the switching elements 2, 4, 6, and 8, for example.
  • the switching elements 2, 4, 6, 8 are turned on or off according to the control signal, the exciting current flowing through the coil 124 is controlled.
  • the H-bridge circuit 45 is provided for each of the two-phase coils 124.
  • the CPU 31 performs the hold control until a predetermined period elapses from the start of the rotation stop of the stepping motor 20 in which the normal driving of the stepping motor 20 is completed. That is, the CPU 31 performs the hold control during the hold period when the rotation of the stepping motor 20 is stopped.
  • the CPU 31 generates a control signal based on the hold control and outputs the control signal to the motor drive unit 41.
  • the hold control is performed, for example, by the CPU 31 using a program stored in the memory 33 using the exciting current value of each coil 124 measured by the current measuring unit 32 and the target current value stored in the memory 33. This is realized by executing arithmetic processing according to (not shown).
  • FIGS. 2 to 5 are diagrams illustrating the operation mode of the H-bridge circuit 45.
  • FIG. 1 is diagrams illustrating the operation mode of the H-bridge circuit 45.
  • the switching elements 2 and 4 are connected in series, and a DC power supply and a ground wire are connected to the series circuit.
  • the switching elements 6 and 8 are also connected in series.
  • a predetermined voltage Vdd is applied to the switching elements 2 and 4 and the switching elements 6 and 8, respectively.
  • the diodes 12, 14, 16, and 18 are reflux diodes, and are connected in parallel to the switching elements 2, 4, 6, and 8.
  • the switching elements 2, 4, 6, and 8 may be configured to use their own parasitic diodes instead of the freewheeling diodes.
  • the lower terminals of the switching elements 2, 4, 6, and 8 are the sources, and the upper terminals are the drains.
  • the drive circuit 40 operates in the operation mode set by the control circuit 30.
  • the set operation mode is determined by the control circuit 30 among the plurality of operation modes.
  • the plurality of operation modes include a charge mode in which the exciting current is increased, and a slow decay mode (an example of the first decay mode) in which the exciting current is attenuated (the exciting current is reduced).
  • the plurality of operation modes further include a high-speed decay mode (an example of a second decay mode) in which the exciting current is attenuated faster than in the low-speed decay mode.
  • the switching elements 2, 4, 6, and 8 of the H-bridge circuit 45 are turned on or off in a predetermined mode corresponding to the operation mode. That is, setting the switching elements 2, 4, 6, and 8 of the H-bridge circuit 45 to the on state or the off state in a predetermined manner can be translated into setting an operation mode.
  • the setting of the operation mode is performed by outputting a control signal from the control circuit 30 to the drive circuit 40.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a charge mode of the H-bridge circuit 45.
  • the drive circuit 40 when increasing the absolute value of the exciting current flowing through the coil 124, the drive circuit 40 is set to the charge mode, for example, the switching elements 4 and 6 facing obliquely are turned on, The other switching elements 2 and 8 are turned off. In this state, the exciting current flows in the direction shown by the broken line via the switching element 6, the coil 124, and the switching element 4, and the exciting current increases.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a high-speed decay mode of the H-bridge circuit 45.
  • the drive circuit 40 when the absolute value of the exciting current flowing through the coil 124 is rapidly attenuated, the drive circuit 40 is set to the high-speed decay mode, and is opposed to the previous charge mode obliquely.
  • the switching elements 4 and 6 are turned off, and the switching elements 2 and 8 are turned on. Since a back electromotive force is generated in the coil 124, a current flows in the direction shown by the broken line via the switching element 8, the coil 124, and the switching element 2, and the exciting current rapidly attenuates.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the slow decay mode of the H-bridge circuit 45.
  • the drive circuit 40 is set to the low-speed decay mode, and the switching element 2 on the voltage Vdd side is set. 6 is turned on, and the switching elements 4 and 8 on the ground side are turned off. Then, a current looping the switching elements 2 and 6 and the coil 124 flows as shown by the dashed line in the drawing. This current is attenuated by the impedance of the switching elements 2, 6 and the coil 124.
  • the decay speed at this time is lower than the above-described high-speed decay mode. That is, the slow decay mode is an operation mode in which the exciting current is attenuated at a lower speed than the fast decay mode.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a variation of the low-speed decay mode of the H-bridge circuit 45.
  • the drive circuit 40 can take, a through mode in which all the switching elements 2, 4, 6, and 8 are turned off or three gate voltages of the switching elements 2, 4, 6, and 8 are turned off.
  • a protection mode may be included.
  • the control circuit 30 controls the driving voltage by outputting the control signal as described above during the normal driving of the stepping motor 20 (normal control step).
  • the control circuit 30 changes the magnitude of the exciting current flowing through the coil 124 so as to approach the gradually decreasing target current value during the hold period when the rotation of the stepping motor 20 is stopped, and moves the rotor to a predetermined stop position.
  • the hold control is a control in which the magnitude of the exciting current is gradually reduced in order to move the rotor to a predetermined stop position within the hold period when the rotation is stopped.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating control performed when the rotation of the stepping motor 20 is stopped.
  • the upper graph shows the transition of the magnitude of the exciting current
  • the lower graph shows the speed of the stepping motor 20, that is, the driving frequency (PPS (pulse per second)).
  • a period from time t1 to time t2 after a predetermined time is a deceleration period.
  • control is performed such that the drive frequency gradually decreases to reach the predetermined value F1 at time t2 (end time of the deceleration period).
  • the exciting current flows alternately in the positive and negative directions, but its cycle gradually increases.
  • control is performed so that the exciting current value becomes a predetermined start current value Is.
  • hold control is performed during a hold period from time t2 to time t3, which is a predetermined time later.
  • the exciting current value gradually decreases from the start current value Is (time t2) to a predetermined standby current value Iw (time t3).
  • the drive frequency gradually decreases from the predetermined value F1 by performing the hold control.
  • the driving frequency becomes zero, and at this time, the rotor stops rotating at a predetermined position.
  • the exciting current value decreases substantially linearly from the start current value Is to the standby current value Iw under the control of the control circuit 30.
  • the control circuit 30 changes the magnitude of the exciting current so as to approach a target current value that gradually decreases linearly from the start current value Is to the standby current value Iw.
  • the target current value is set so that the exciting current value takes the start current value Is at the start of the hold period when the rotation of the stepping motor 20 is stopped, and takes the standby current value Iw at the end of the hold period. Is set so that the current decreases linearly with the passage of time. In other words, control is performed such that the timing when the exciting current value reaches the standby current value Iw and the end timing of the hold period are the same.
  • the target current value in the hold control is also stored in the memory 33, for example.
  • the start current value Is ranges from 30% to 100% of the maximum value of the excitation current (the maximum value of the excitation current flowing through the coil 124 before entering the hold period when the rotation is stopped). Is set in the range. For example, it is assumed that the start current value Is at the time of start (at the start of rotation stop) is set to 70% of the maximum value of the exciting current. At this time, at time t2, which is the start of the hold period when the stepping motor 20 stops rotating, the exciting current value is changed from the previous exciting current value (100% of the maximum value of the exciting current) to the start current value Is. The control is performed so as to sharply decrease until the time.
  • control is performed so that the exciting current value gradually decreases (decreases) from a value of 70% of the maximum value of the exciting current to the standby current value Iw. .
  • the exciting current value reaches the standby current value Iw and the hold period when the rotation is stopped ends, the stop of the rotation of the stepping motor 20 is completed. Since the start current value Is is set in such a range, the motor can be reliably drawn to the stop position during the hold control.
  • control circuit 30 is configured to perform the hold control described above by changing the operation mode of the drive circuit 40 according to a predetermined condition during the hold period. Specifically, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to an operation mode corresponding to a comparison result between the magnitude of the exciting current and the target current value among a plurality of operation modes at predetermined intervals during the hold period. Is set (first setting operation). When the comparison result between the magnitude of the exciting current and the target current value satisfies a predetermined condition during the hold period, the control circuit 30 switches the driving circuit to an operation mode corresponding to the predetermined condition among the plurality of operation modes. 40 operation modes are set (second setting operation).
  • the control circuit 30 performs the following operation as the first setting operation. That is, if the magnitude of the exciting current is smaller than the target current value at every predetermined cycle, the operation mode of the drive circuit 40 is set to the charge mode. Further, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the low-speed decay mode at predetermined intervals when the magnitude of the excitation current is larger than the target current value.
  • the control circuit 30 performs the following operation as the second setting operation in the hold period. That is, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the low-speed decay mode when the magnitude of the excitation current reaches the target current value when the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode.
  • the predetermined cycle T in which the first setting operation is performed is a PWM cycle of the PWM signal.
  • the period T is schematically shown.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the hold control of the control circuit 30.
  • FIG. 7 shows the processing operation of the control circuit 30 performed during the period T, that is, one period of the PWM signal. That is, when a new PWM cycle starts in the hold period, the processing shown in FIG. 7 is started.
  • step S11 the control circuit 30 detects the exciting current value. That is, the current measuring unit 32 calculates the exciting current value.
  • step S12 the control circuit 30 performs a first setting operation as described later. Thereby, the operation mode of the drive circuit 40 is set by the control circuit 30.
  • step S13 the control circuit 30 performs the second setting operation as described later.
  • step S14 the control circuit 30 determines whether one PWM cycle has ended. When one PWM cycle ends, a series of processing ends. If one PWM cycle has not ended, the process returns to step S13.
  • the length of the hold period when the rotation of the stepping motor 20 is stopped is predetermined.
  • the length of the hold period may be appropriately set in consideration of the time required for the rotor to move to the stop position and stop the vibration.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the first setting operation.
  • step S31 the control circuit 30 stores the exciting current value calculated by the current measuring unit 32 in the target current value stored in the memory 33 at this time. It is determined whether or not this is the case. In other words, the control circuit 30 compares the exciting current value with the target current value. If the exciting current value is equal to or greater than the target current value (YES), the process proceeds to step S33; otherwise (NO), the process proceeds to step S32.
  • step S32 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the charge mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to a predetermined voltage (for example, 12 volts).
  • step S33 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the low-speed decay mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to 0 volt.
  • the first setting operation ends.
  • the first setting operation is performed in each PWM cycle.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the second setting operation.
  • step S51 the control circuit 30 determines whether or not the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode. If the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode (YES), the process proceeds to step S52; otherwise (NO), the second setting operation ends. That is, it can be paraphrased that the setting of the operation mode of the drive circuit 40 by the second setting operation is performed when the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode.
  • step S52 the control circuit 30 detects the exciting current value.
  • step S53 the control circuit 30 determines whether or not the exciting current value is equal to or larger than the target current value stored at this time in the memory 33. In other words, the control circuit 30 compares the exciting current value with the target current value. If the exciting current value is equal to or larger than the target current value (YES), the process proceeds to step S54; otherwise (NO), the second setting operation ends.
  • step S54 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the slow decay mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to 0 volt.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the operation of the control device 10 when the hold control is being performed.
  • FIG. 10 schematically shows the transition of the exciting current during the hold period from time t2 to time t3.
  • the control circuit 30 changes the magnitude of the exciting current so as to approach a target current value (indicated by a broken line) that gradually decreases linearly from the start current value Is to the standby current value Iw.
  • a target current value indicated by a broken line
  • FIG. 10 from time t2 to time t11, from time t11 to time t13, from time t13 to time t15, from time t15 to time t17, from time t17 to time t19, from time t19 to time t21, from time t21 to time t21.
  • each period from time t23 to time t3 is a time (cycle T) for one PWM cycle.
  • the operation mode of the drive circuit 40 is the low-speed decay mode (an example of the first decay mode) Ds. Since the drive voltage is not applied until time t11 when the PWM cycle ends, the exciting current value decreases.
  • the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode C. Then, the drive voltage is applied to the coil 124, and the exciting current value increases.
  • the exciting current value reaches the target current value. Then, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds. Thereafter, since the drive voltage is not applied until time t13 when the PWM cycle ends, the exciting current value decreases.
  • the exciting current value is smaller than the target current value, and the charge mode C is set. Then, at time t14 after time t13 and before time t15, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds.
  • the excitation current value is larger than the target current value, so that the operation mode of the drive circuit 40 is the low-speed decay mode Ds. Since the drive voltage is not applied until time t17 when the PWM cycle ends, the exciting current value decreases.
  • the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode C. Then, the drive voltage is applied, and the exciting current value increases. At time t18 after time t17 and before time t19, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds. Thereafter, at time t19 and time t21 when the next PWM cycle is started, the excitation current value is larger than the target current value, so that the operation mode of the drive circuit 40 is maintained as the low-speed decay mode Ds.
  • the charge mode C is set. Then, at time t24 after time t23 and before time t3, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds.
  • the hold period ends. That is, at this time, the target current value falls to the standby current value Iw, and the exciting current value also approaches the standby current value Iw. After time t3, the hold control ends, and control is performed so that the standby current value Iw flows through the coil 124.
  • the hold control is performed by the control of the control circuit 30 so that the exciting current gradually decreases with time.
  • the target current value and the exciting current value, which gradually decrease with time are compared with each other, and the operation mode of the drive circuit 40 is switched between the low-speed decay mode Ds and the charge mode C.
  • the pulse-width-modulated drive voltage whose duty ratio becomes smaller as the time elapses is applied to the coil 124.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a transition of the exciting current when the rotation of the stepping motor 20 is stopped.
  • FIG. 11 shows the transition of the excitation voltage, the transition of the driving voltage, and the transition of the vibration generated in the stepping motor 20.
  • FIG. 11 shows not the actual measurement result itself but the assumed data.
  • the exciting current gradually decreases, and becomes substantially zero at time t3 when the hold period ends.
  • the magnitude of the drive voltage has also gradually decreased.
  • the vibration of the stepping motor 20 also gradually decreases.
  • the control device 10 since the control device 10 is configured as described above, it is possible to perform the hold control that can smoothly reduce the exciting current when the rotation of the stepping motor 20 is stopped. That is, at the start of each PWM cycle, the target current value is compared with the exciting current value, and the operation mode of the drive circuit 40 is set based on the result of the comparison. When the exciting current value reaches the target current value due to the increase in the current, the operation mode of the drive circuit 40 is set to the low-speed decay mode, so that the exciting current value decreases along the target current value that gradually decreases with time. And the exciting current can be reduced smoothly. Therefore, generation of vibration and noise when the rotation of the stepping motor 20 is stopped can be suppressed.
  • the control circuit 30 may set the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode according to the situation. For example, the control circuit 30 may set the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode at every predetermined cycle when the magnitude of the exciting current is larger than the target current value.
  • control circuit 30 may appropriately set the operation mode of the drive circuit 40 among the high-speed decay mode, the low-speed decay mode, and the charge mode.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a first setting operation according to a first modification of the present embodiment.
  • the control circuit 30 when the magnitude of the exciting current is larger than the target current value at predetermined intervals, the control circuit 30 performs the following control. That is, when the operation mode of the drive circuit 40 is the slow decay mode in the entire period of the previous cycle, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the fast decay mode. On the other hand, when the operation mode of the drive circuit 40 is an operation mode other than the low-speed decay mode during a part of the previous cycle, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the low-speed decay mode. .
  • step S131 the control circuit 30 determines whether or not the exciting current value is equal to or more than the target current value at this time. If the exciting current value is equal to or larger than the target current value (YES), the process proceeds to step S133; otherwise (NO), the process proceeds to step S132.
  • step S132 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the charge mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to a predetermined voltage (for example, 12 volts).
  • step S133 the control circuit 30 determines whether or not the duty (Duty) is 0% in the previous PWM cycle, that is, whether or not the drive circuit 40 is in the low-speed decay mode during the entire period of the previous PWM cycle. to decide. If the duty is 0% (YES), the process proceeds to step S135, and if the duty is not 0% (NO), the process proceeds to step S134.
  • step S134 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the slow decay mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to 0 volt.
  • step S135 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to minus 12 volts.
  • step S132 When the processing of step S132, step S134, or step S135 ends, the first setting operation ends.
  • FIG. 13 is a diagram showing the operation of the control device 10 when the hold control is performed in the first modification.
  • FIG. 13 schematically shows the transition of the exciting current during the hold period from time t2 to time t3.
  • the control circuit 30 changes the magnitude of the exciting current so as to approach the target current value indicated by the broken line.
  • the respective periods from time t2 to time t53, from time t53 to time t55, from time t55 to time t57, and from time t57 to time t3 are equivalent to one period of the PWM period (period T). It is.
  • the second setting operation is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
  • the operation mode of the drive circuit 40 is the low-speed decay mode (an example of the first decay mode) Ds. No drive voltage is applied until time t53 when the PWM cycle ends, and the exciting current value decreases.
  • the exciting current value is larger than the target current value.
  • the duty during the previous PWM cycle that is, from time t2 to time t53, is 0%. Therefore, the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode (an example of the second decay mode) Df. Then, a negative drive voltage is applied to the coil 124, and the exciting current value decreases more rapidly than in the case of the slow decay mode.
  • the exciting current value is smaller than the target current value. Therefore, charge mode C is set. Then, at time t56 after time t55 and before time t57, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds.
  • the charge mode C is set. Then, at time t58 after time t57 and before time t3, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds. Thereafter, when the time t3 arrives, the hold period ends.
  • the high-speed decay mode Df is set according to the conditions. Therefore, even if the exciting current value cannot be decreased along the target current value only by setting the low-speed decay mode Ds, the exciting current value can be smoothly decreased along the target current value. it can.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a second setting operation according to a second modification of the present embodiment.
  • the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode.
  • the control circuit 30 sets the drive circuit 40 to the low-speed decay mode when the exciting current value reaches the target current value.
  • the exciting current value may not decrease so much.
  • the operation mode is set to the high-speed decay mode, so that the magnitude of the excitation current is quickly changed to the target current value. You can get closer.
  • step S151 the control circuit 30 determines whether the operation mode of the drive circuit 40 is the low-speed decay mode. If the operation mode is the low-speed decay mode (YES), the process proceeds to step S156; otherwise (NO), the process proceeds to step S152.
  • step S152 to step S155 is the same as the processing from step S51 to step S54 in FIG. 9 described above.
  • step S152 the control circuit 30 determines whether the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode. If the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode (YES), the process proceeds to step S153; otherwise (NO), the second setting operation ends.
  • step S153 the control circuit 30 detects the exciting current value.
  • step S154 the control circuit 30 determines whether or not the exciting current value is equal to or larger than the target current value stored at this time in the memory 33. If the exciting current value is equal to or larger than the target current value (YES), the process proceeds to step S155; otherwise (NO), the second setting operation ends.
  • step S155 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the slow decay mode.
  • step S156 the control circuit 30 detects the exciting current value.
  • step S157 the control circuit 30 determines whether the exciting current value is larger than the target current value at this time by a predetermined value D or more, that is, the exciting current value is larger than a value obtained by adding the predetermined value D to the target current value. It is determined whether or not. If the exciting current value is larger than the value obtained by adding the predetermined value D to the target current value (YES), the process proceeds to step S158; otherwise (NO), the second setting operation ends.
  • step S158 the control circuit 30 sets the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode. That is, the drive voltage applied to the coil 124 by the drive circuit 40 is set to minus 12 volts.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an operation of the control device 10 when the hold control is performed in the second modification.
  • FIG. 15 schematically shows the transition of the exciting current during the hold period from time t2 to time t3.
  • the control circuit 30 changes the magnitude of the exciting current so as to approach the target current value indicated by the broken line.
  • each of the periods from time t2 to time t33, from time t33 to time t35, from time t35 to time t37, and from time t37 to time t3 is a time corresponding to one PWM cycle (cycle T). It is.
  • the first setting operation is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
  • the operation mode of the drive circuit 40 is the charge mode C. Then, the drive voltage is applied to the coil 124, and the exciting current value increases.
  • the exciting current value reaches the target current value. Then, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds. Thereafter, since the drive voltage is not applied until time t33 when the PWM cycle ends, the exciting current value decreases.
  • the excitation current value is larger than the target current value, so that the operation mode of the drive circuit 40 is the low-speed decay mode Ds. That is, the operation mode of the drive circuit 40 is maintained as the low-speed decay mode Ds.
  • the exciting current value reaches a value obtained by adding the predetermined value D to the target current value. That is, at time t34, the exciting current value is larger than the target current value, and the difference between the exciting current value and the target current value becomes the predetermined value D. Then, the operation mode of the drive circuit 40 is set to the high-speed decay mode Df. The high-speed decay mode Df continues at least until time t35 at which the PWM cycle ends.
  • the exciting current value is smaller than the target current value. Therefore, charge mode C is set. Then, at a time t36 after the time t35 and before the time t37, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds.
  • the charge mode C is set. Then, at a time t38 after the time t37 and before the time t3, when the exciting current value reaches the target current value, the operation mode of the drive circuit 40 becomes the low-speed decay mode Ds. Thereafter, when the time t3 arrives, the hold period ends.
  • the high-speed decay mode Df is set according to the conditions. Therefore, even if the exciting current value cannot be decreased along the target current value only by setting the low-speed decay mode Ds, the exciting current value can be smoothly decreased along the target current value. it can.
  • the low-speed decay mode Ds to the high-speed decay mode Df from the predetermined timing of one cycle to the end of one cycle, when the magnitude of the excitation current greatly exceeds the target current value by a predetermined value or more, The magnitude of the exciting current can be greatly reduced to approach the target current value.
  • the exciting current value can be rapidly reduced by setting the operation mode of the drive circuit 40 to the high-speed decay mode according to the situation. Therefore, the target current value can be set so as to decrease relatively quickly, and the hold period can be shortened.
  • the drive circuit 40 in the hold control, is set to one of the low-speed decay mode and the charge mode without using the high-speed decay mode as in the modification. .
  • the exciting current value can be gradually reduced so as to be in line with the target current value, and the occurrence of vibration and noise when the rotation of the stepping motor 20 is stopped can be reduced.
  • the high-speed decay mode while the exciting current can be reduced rapidly, vibration or noise of the stepping motor 20 may occur immediately before the rotation of the rotor stops (however, the high-speed decay mode may be used).
  • a motor may be configured by partially combining the features of the above-described embodiments and modified examples.
  • some components may not be provided, or some components may be configured in other modes.
  • both the first setting operation and the second setting operation according to the above-described first modification may be performed during the hold control.
  • FETs are used in the above embodiments as switching elements that constitute the H-bridge circuit, bipolar transistors, IGBTs (insulated gate bipolar transistors), and other switching elements may be used instead.
  • a control device for a stepping motor may be configured by appropriately combining the respective features of the embodiments.
  • the block diagram of the control device and the like is only one specific example, and various configurations can be adopted.
  • the processing in the above-described embodiment may be performed by software or by using a hardware circuit.
  • the order of the processes and the specific processing contents are not limited to those described above, and the processes may be appropriately changed or the processes may be added as a whole so as to operate similarly.
  • control circuit one example of control means, one example of hold control means
  • 31 CPU 32 current measurement section
  • 33 memory 40 drive circuit (an example of drive means), 41 motor drive section, 42 current sensing section, 45 H bridge circuit, 124 coil, C charge mode, Ds slow decay mode (an example of first decay mode), Df Fast decay mode (an example of the second decay mode), Is ⁇ start current value, Iw standby current value

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Abstract

ステッピングモータの回転停止時に、スムーズに励磁電流を低減できるホールド制御が可能なステッピングモータの制御装置を提供する。 ステッピングモータ(20)の制御装置(10)は、複数のコイルに励磁電流を流してロータを回転させる。制御装置(10)は、コイルに駆動電圧を印加する駆動回路(40)と、駆動電圧を制御する制御回路(30)とを備えている。制御回路(30)は、ステッピングモータ(20)の回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくようにコイルに流れる励磁電流の大きさを変更してロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行う。制御回路(30)は、ホールド期間において所定の周期毎に、複数の動作モードのうち励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果に対応する動作モードに駆動回路(40)の動作モードを設定する。複数の動作モードは、励磁電流を増加させるチャージモードと励磁電流を減衰させる第1減衰モードとを含む。

Description

ステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法
 この発明は、ステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法に関し、特に、ステッピングモータの回転停止時にロータを所定の位置に移動させるホールド制御を行うステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法に関する。
 ステッピングモータは、複数のコイルに励磁電流を流してステータを磁化させ、ロータをステップごとに回転駆動する。ステッピングモータの回転停止時には、ホールド期間に、減速後の不安定状態にあるロータを所定のステータと対向する位置(停止位置)に引き込むための励磁電流をコイルに流し、安定点となる上記停止位置にロータを移動させることが行われる。
 下記特許文献1には、ステッピングモータの回転停止時のモータ制御方法について、ホールド期間中に励磁電流を漸次減少させる停止制御が記載されている。このような制御方法によれば、ステッピングモータの回転停止時にロータが停止位置へ緩やかに移動するので、振動や騒音の発生を抑制できる。
特開2015-35926号公報
 ところで、特許文献1に記載のようなステッピングモータの制御方法を用いてもなお、ステッピングモータの回転停止時における振動音や衝撃音などの発生を抑制しつつ、なめらかに励磁電流を低減できるホールド制御が行われることが望まれている。
 この発明は、ステッピングモータの回転停止時に、スムーズに励磁電流を低減できるホールド制御が可能なステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法を提供することを目的としている。
 上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、ステッピングモータの制御装置は、複数のコイルに励磁電流を流してロータを回転させるステッピングモータの制御装置であって、スイッチング素子を有し、コイルに駆動電圧を印加する駆動回路と、駆動回路により印加される駆動電圧を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、ステッピングモータの回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくようにコイルに流れる励磁電流の大きさを変更してロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行い、制御回路は、ホールド期間において所定の周期毎に、複数の動作モードのうち励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果に対応する動作モードに駆動回路の動作モードを設定し、複数の動作モードは、励磁電流を増加させるチャージモードと励磁電流を減衰させる第1減衰モードとを含む。
 好ましくは、制御回路は、ホールド期間において励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果が所定の条件を満たしたときに、複数の動作モードのうち所定の条件に対応する動作モードに駆動回路の動作モードを設定する。
 好ましくは、制御回路は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも小さい場合には、駆動回路の動作モードをチャージモードに設定する。
 好ましくは、制御回路は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きい場合には、駆動回路の動作モードを第1減衰モードに設定する。
 好ましくは、制御回路は、駆動回路の動作モードがチャージモードである場合において、励磁電流の大きさが目標電流値に到達したときには、駆動回路の動作モードを第1減衰モードに設定する。
 好ましくは、複数の動作モードは、第1減衰モードよりも高速に励磁電流を減衰させる第2減衰モードをさらに含む。
 好ましくは、制御回路は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きい場合には、駆動回路の動作モードを第2減衰モードに設定する。
 好ましくは、制御回路は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きいとき、前の周期の全期間において駆動回路の動作モードが第1減衰モードであった場合には、駆動回路の動作モードを第2減衰モードに設定し、前の周期に一部の期間において駆動回路の動作モードが第1減衰モード以外の動作モードであった場合には、駆動回路の動作モードを第1減衰モードに設定する。
 好ましくは、制御回路は、ホールド期間において励磁電流の大きさが目標電流値よりも所定値以上大きくなったとき、駆動回路の動作モードを第2減衰モードに設定する。
 好ましくは、制御回路は、PWM(Pulse Width Modulation)信号を駆動回路に出力して駆動電圧の制御を行い、所定の周期は、PWM信号のPWM周期である。
 この発明の他の局面に従うと、ステッピングモータの制御方法は、スイッチング素子を有する駆動回路により複数のコイルに駆動電圧を印加し、複数のコイルに励磁電流を流すことでロータを回転させるステッピングモータの制御方法であって、ステッピングモータの通常駆動時に駆動電圧を制御する通常制御ステップと、ステッピングモータの回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくようにコイルに流れる励磁電流の大きさを変更してロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行うホールド制御ステップとを有し、ホールド制御ステップは、ホールド期間において所定の周期毎に、複数の動作モードのうち励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果に対応する動作モードで駆動回路を動作させ、複数の動作モードは、励磁電流を増加させるチャージモードと励磁電流を減衰させる第1減衰モードとを含む。
 これらの発明に従うと、ステッピングモータの回転停止時に、スムーズに励磁電流を低減できるホールド制御が可能なステッピングモータの制御装置及びステッピングモータの制御方法を提供することができる。
本発明の実施の形態の1つにおけるステッピングモータの制御装置を示すブロック図である。 Hブリッジ回路のチャージモードを説明する図である。 Hブリッジ回路の高速減衰モードを説明する図である。 Hブリッジ回路の低速減衰モードを説明する図である。 Hブリッジ回路の低速減衰モードのバリエーションを説明する図である。 ステッピングモータの回転停止時に行われる制御について説明する図である。 制御回路のホールド制御の一例を説明するフローチャートである。 第1の設定動作の一例を示すフローチャートである。 第2の設定動作の一例を示すフローチャートである。 ホールド制御が行われているときの制御装置の動作の一例を示す図である。 ステッピングモータの回転停止時における励磁電流の推移の一例を示す図である。 本実施の形態の第1の変形例に係る第1の設定動作を示すフローチャートである。 第1の変形例においてホールド制御が行われているときの制御装置の動作を示す図である。 本実施の形態の第2の変形例に係る第2の設定動作を示すフローチャートである。 第2の変形例においてホールド制御が行われているときの制御装置の動作を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態におけるステッピングモータの制御装置について説明する。
 [実施の形態]
 図1は、本発明の実施の形態の1つにおけるステッピングモータの制御装置を示すブロック図である。
 図1に示されるように、制御装置10は、ステッピングモータ20に駆動電圧を供給し、ステッピングモータ20を駆動させる。
 ステッピングモータ20は、ロータと、ステータと、ステータに巻回された複数のコイル124(図2において簡略化して示す。)とを備えている。ステッピングモータ20は、例えば、2相のコイル124(すなわちA相コイル及びB相コイル)を備えている。制御装置10は、A相(+)、A相(-)、B相(+)、及びB相(-)のラインなどを経由して、駆動電圧をステッピングモータ20に供給する。本実施の形態において、ステッピングモータ20は、例えば車載用エアコンのアクチュエータとして用いられるが、これに限られるものではない。
 制御装置10は、大まかに、制御回路(制御手段の一例、ホールド制御手段の一例)30と駆動回路(駆動手段の一例)40とを備えている。駆動回路40は、ステッピングモータ20のコイル124に駆動電圧を印加する。制御回路30は、駆動回路40を制御し、駆動回路40により印加される駆動電圧を制御する。すなわち、制御装置は、ステッピングモータ20の複数のコイル124に駆動電圧を印加し、それらのコイル124に励磁電流を流すことで、ステッピングモータ20のロータを回転させる。
 制御回路30は、CPU(Central Processing Unit)31と、電流測定部32と、メモリ33とを有している。駆動回路40は、モータ駆動部41と、電流センシング部42とを有している。
 電流センシング部42及び電流測定部32は、ステッピングモータ20の各コイル124に流れる励磁電流値を検出する。より具体的には、電流センシング部42は、例えば、シャント抵抗に励磁電流を流し、シャント抵抗での電圧降下を検出する。そして、電流測定部32は、電流センシング部42で検出された電圧降下に基づいて各コイル124の励磁電流値を算出する。
 CPU31は、駆動電圧を制御するための制御信号を生成してモータ駆動部41に出力する。CPU31は、ステッピングモータ20の通常起動時において、例えば励磁電流が所定の正弦波状になるように、制御信号を生成して出力する。本実施の形態において、制御信号は、パルス幅変調された、1ビットのデジタル信号である。すなわち、制御回路30は、PWM信号を駆動回路40に出力して、駆動電圧の制御を行う。
 モータ駆動部41は、CPU31から供給された制御信号に従って、ステッピングモータ20のコイル124に駆動電圧を印加する。駆動電圧は、PWM信号としてコイル124に印加される。
 このようにしてステッピングモータ20のコイル124に駆動電圧が印加されると、コイル124に励磁電流が流れてステータが磁化する。2相のコイル124に流す励磁電流の向きを交互に切り替えることにより、ステータに励磁される磁極が変化し、ロータが回転する。
 ここで、駆動回路40は、スイッチング素子2,4,6,8(図2などに示す)を有している。スイッチング素子2,4,6,8は、モータ駆動部41に設けられている。スイッチング素子2,4,6,8は、例えばFET(電界効果トランジスタ)であり、ステッピングモータ20のコイル124とHブリッジ回路45(図2などに示す)を構成する。CPU31から供給された制御信号は、例えば、各スイッチング素子2,4,6,8のゲートに入力される。制御信号に従って各スイッチング素子2,4,6,8がオン状態又はオフ状態になることにより、コイル124に流れる励磁電流が制御される。なお、Hブリッジ回路45は、2相のコイル124のそれぞれについて設けられている。
 本実施の形態において、CPU31は、後述のように、ステッピングモータ20の通常駆動が終了したステッピングモータ20の回転停止開始時点から予め定められた期間が経過するまで、ホールド制御を行う。すなわち、CPU31は、ステッピングモータ20の回転停止時のホールド期間中において、ホールド制御を行う。CPU31は、ホールド制御に基づいて制御信号を生成してモータ駆動部41に出力する。ここで、ホールド制御は、例えば、CPU31が、電流測定部32によって測定された各コイル124の励磁電流値およびメモリ33に記憶されている目標電流値を用いて、メモリ33に記憶されているプログラム(図示せず)にしたがって演算処理を実行することにより、実現される。
 図2から図5は、Hブリッジ回路45の動作モードを説明する図である。
 図2から図5に示されるように、スイッチング素子2,4は直列に接続され、その直列回路に対して、直流電源及びアース線が接続されている。同様に、スイッチング素子6,8も直列に接続されている。スイッチング素子2,4と、スイッチング素子6,8とには、それぞれ、所定の電圧Vddが印加される。ダイオード12,14,16,18は、還流用のダイオードであり、スイッチング素子2,4,6,8に対して並列に接続されている。なお、スイッチング素子2,4,6,8は、還流用のダイオードの代わりに、自身の寄生ダイオードを用いるように構成されていてもよい。なお、図中において、スイッチング素子2,4,6,8の下側の端子がソース、上側の端子がドレインになる。
 駆動回路40は、制御回路30により設定された動作モードで動作を行う。設定される動作モードは、複数の動作モードのうち制御回路30が決定したものである。複数の動作モードには、励磁電流を増加させるチャージモードと、励磁電流を減衰させる(励磁電流を減少させる)低速減衰モード(第1減衰モードの一例)とが含まれる。なお、本実施の形態においては、複数の動作モードには、低速減衰モードよりも高速に励磁電流を減衰させる高速減衰モード(第2減衰モードの一例)がさらに含まれる。
 動作モードが設定された駆動回路40において、Hブリッジ回路45のスイッチング素子2,4,6,8は、その動作モードに対応する所定の態様でそれぞれオン状態又はオフ状態とされる。すなわち、Hブリッジ回路45のスイッチング素子2,4,6,8を所定の態様でそれぞれオン状態又はオフ状態とすることを、動作モードの設定を行うことと言い替えることができる。動作モードの設定は、制御回路30から駆動回路40に制御信号を出力することにより行われる。
 図2は、Hブリッジ回路45のチャージモードを説明する図である。図2に示すように、コイル124に流れる励磁電流の絶対値を増加させる場合には、駆動回路40はチャージモードに設定され、例えば、斜めに対向するスイッチング素子4,6がオン状態にされ、それ以外のスイッチング素子2,8がオフ状態にされる。この状態では、スイッチング素子6、コイル124、スイッチング素子4を介して破線で示す方向に励磁電流が流れるとともに、この励磁電流が増加していく。
 図3は、Hブリッジ回路45の高速減衰モードを説明する図である。
 図3に示されるように、コイル124に流れる励磁電流の絶対値を高速に減衰させる場合には、駆動回路40は高速減衰モードに設定され、直前のチャージモードとは反対に、斜めに対向するスイッチング素子4,6をオフ状態にし、スイッチング素子2,8をオン状態にする。コイル124には逆起電力が発生するため、スイッチング素子8、コイル124、スイッチング素子2を介して破線で示す方向に電流が流れ、励磁電流が高速に減衰していく。
 図4は、Hブリッジ回路45の低速減衰モードを説明する図である。
 図4に示されるように、コイル124に流れる励磁電流の絶対値を高速減衰モードよりも低速に減衰させる場合には、駆動回路40は低速減衰モードに設定され、電圧Vdd側のスイッチング素子2,6をオン状態とし、グランド側のスイッチング素子4,8をオフ状態にする。そうすると、図示した破線のように、スイッチング素子2,6及びコイル124をループする電流が流れる。この電流は、スイッチング素子2,6及びコイル124のインピーダンスによって減衰していく。このときの減衰速度は、上記した高速減衰モードよりも低速である。すなわち、低速減衰モードは、高速減衰モードよりも低速に励磁電流を減衰させる動作モードである。
 図5は、Hブリッジ回路45の低速減衰モードのバリエーションを説明する図である。
 コイル124に流れる励磁電流の絶対値を高速減衰モードよりも低速に減衰させる場合には、駆動回路40が、図5に示されるようにHブリッジ回路45を動作させる低速減衰モードに設定されてもよい(低速減衰モードのバリエーション)。低速減衰モードのバリエーションでは、電圧Vdd側のスイッチング素子2,6をオフ状態とし、グランド側のスイッチング素子4,8をオン状態にする。そうすると、図示した破線のように、スイッチング素子4,8及びコイル124をループする励磁電流が流れる。この電流は、スイッチング素子4,8及びコイル124のインピーダンスによって減衰していく。このときの減衰速度は、上記した高速減衰モードよりも低速である。
 なお、駆動回路40のとりうる動作モードとして、すべてのスイッチング素子2,4,6,8をオフ状態にしたりスイッチング素子2,4,6,8のうち3つのゲート電圧をオフ状態にしたりする貫通保護モードが含まれてもよい。
 制御回路30は、ステッピングモータ20の通常駆動時には、上述のように制御信号を出力することにより駆動電圧を制御する(通常制御ステップ)。また、制御回路30は、ステッピングモータ20の回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくようにコイル124に流れる励磁電流の大きさを変更して、ロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行う(ホールド制御ステップ)。換言すると、ホールド制御は、回転停止時のホールド期間内に、ロータを所定の停止位置まで移動させるために励磁電流の大きさを漸次減少させる制御である。 
 図6は、ステッピングモータ20の回転停止時に行われる制御について説明する図である。
 図6において、上段のグラフは励磁電流の大きさの推移を示し、下段のグラフはステッピングモータ20の速度すなわち駆動周波数(PPS(パルス毎秒))を示す。
 図6において時刻t0から時刻t1までの通常駆動時(通常運転期間)においては、駆動周波数がF2となるように、駆動電圧が印加されている。このとき、励磁電流は正負交互に流れる。
 時刻t1にステッピングモータ20の回転を停止させる制御が開始されると、時刻t1から、所定時間後の時刻t2までが、減速期間となる。減速期間においては、駆動周波数が徐々に減少して時刻t2(減速期間の終了時刻)に所定値F1に達するように制御される。このとき、励磁電流は、正負交互に流れるが、その周期は徐々に長くなる。時刻t2において、励磁電流値が所定の開始電流値Isになるように制御される。
 時刻t2になると、時刻t2から所定時間後の時刻t3までのホールド期間において、ホールド制御が行われる。ホールド制御が行われることにより、励磁電流値は、開始電流値Is(時刻t2)から、所定の待機電流値Iw(時刻t3)まで、徐々に減少する。また、ホールド制御が行われることにより、駆動周波数は、所定値F1から徐々に減少する。時刻t3において、駆動周波数はゼロとなり、このときロータは所定の位置で回転を停止する。
 ホールド制御において、制御回路30の制御により、励磁電流値が開始電流値Isから待機電流値Iwまで略線形に減少する。制御回路30は、開始電流値Isから待機電流値Iwまで線形に漸次減少する目標電流値に近づくように、励磁電流の大きさを変更させる。このようにスムーズに励磁電流を低減させるホールド制御が行われることにより、ステッピングモータ20の回転停止時における音や振動の発生を抑制することができる。
 本実施の形態では、目標電流値は、励磁電流値がステッピングモータ20の回転停止時のホールド期間の開始時に開始電流値Isをとり、ホールド期間の終了時に待機電流値Iwをとるように、時間の経過と共に電流が線形に減少するように設定されている。換言すると、励磁電流値が待機電流値Iwに達するタイミングと、ホールド期間の終了タイミングとは、同時になるように制御が行われる。ホールド制御における目標電流値も、例えば、メモリ33内に記憶されている。
 なお、本実施の形態では、開始電流値Isは、励磁電流の最大値(回転停止時のホールド期間に入る前にコイル124に流される励磁電流の最大値)の30パーセントから100パーセントまでの間の範囲に設定されている。例えば、スタート時(回転停止開始時)の開始電流値Isが、励磁電流の最大値の70パーセントの値に設定されている場合を想定する。このとき、ステッピングモータ20の回転停止時のホールド期間のスタート時である時刻t2には、励磁電流値がそれまでの励磁電流値(励磁電流の最大値の100パーセントの値)から開始電流値Isまで急激に減少するように制御が行われる。その後、時刻t2から時刻t3のホールド期間において、励磁電流の最大値の70パーセントの値から、待機電流値Iwに到達するまで、励磁電流値が徐々に低下(減少)するように制御が行われる。励磁電流値が待機電流値Iwに到達して回転停止時のホールド期間が終了すると、ステッピングモータ20の回転の停止が完了する。開始電流値Isがこのような範囲で設定されているため、ホールド制御の際にモータを確実に停止位置まで引き込むことができる。
 ここで、制御回路30は、ホールド期間において、駆動回路40の動作モードを所定の条件に従って変更することにより、上述のホールド制御を行うように構成されている。具体的には、制御回路30は、ホールド期間において、所定の周期毎に、複数の動作モードのうち励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果に対応する動作モードに駆動回路40の動作モードを設定する(第1の設定動作)。また、制御回路30は、ホールド期間において、励磁電流の大きさと目標電流値との比較結果が所定の条件を満たしたときに、複数の動作モードのうち所定の条件に対応する動作モードに駆動回路40の動作モードを設定する(第2の設定動作)。
 より具体的には、本実施の形態において、制御回路30は、第1の設定動作として、以下の動作を行う。すなわち、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも小さい場合には、駆動回路40の動作モードをチャージモードに設定する。また、制御回路30は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きい場合には、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。
 また、制御回路30は、ホールド期間において、第2の設定動作として、次の動作を行う。すなわち、制御回路30は、駆動回路40の動作モードがチャージモードである場合において励磁電流の大きさが目標電流値に到達したとき、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。
 なお、本実施の形態において、第1の設定動作が行われる所定の周期Tは、PWM信号のPWM周期である。図6以下の図において、周期Tは、模式的に示されている。
 図7は、制御回路30のホールド制御の一例を説明するフローチャートである。
 図7においては、周期TすなわちPWM信号の1周期の間に行われる制御回路30の処理動作が示されている。すなわち、ホールド期間において、新たなPWM周期が始まると、図7に示される処理が開始される。
 ステップS11において、制御回路30は、励磁電流値を検出する。すなわち、電流測定部32は、励磁電流値を算出する。
 ステップS12において、制御回路30は、後述のように、第1の設定動作を行う。これにより、制御回路30により、駆動回路40の動作モードが設定される。
 ステップS13において、制御回路30は後述のように、第2の設定動作を行う。
 ステップS14において、制御回路30は、PWM周期の1周期が終了したか否かを判断する。PWM周期の1周期が終了した場合には、一連の処理を終了する。PWM周期の1周期が終了していなければ、ステップS13に戻る。
 このような図7に示される処理は、ホールド期間が終了するまで、PWM周期毎に繰り返して行われる。
 なお、本実施の形態において、ステッピングモータ20の回転停止時のホールド期間の長さは予め定められている。ホールド期間の長さは、ロータが停止位置に移動して振動が収まるまでに要する時間を考慮して、適宜設定されればよい。
 図8は、第1の設定動作の一例を示すフローチャートである。
 図8に示されるように、第1の設定動作では、ステップS31において、制御回路30は、電流測定部32で算出された励磁電流値が、メモリ33に記憶されているこの時点における目標電流値以上であるか否かを判断する。換言すると、制御回路30は、励磁電流値と目標電流値とを比較する。励磁電流値が目標電流値以上である場合(YES)にはステップS33に進み、そうでない場合(NO)にはステップS32に進む。
 ステップS32において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードをチャージモードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が所定の電圧(例えば12ボルト)とされる。
 他方、ステップS33において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が、0ボルトとされる。
 ステップS32又はステップS33が終了すると、第1の設定動作は終了する。第1の設定動作は、毎PWM周期に行われる。
 図9は、第2の設定動作の一例を示すフローチャートである。
 図9に示されるように、第2の設定動作では、ステップS51において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードがチャージモードであるか否かを判断する。駆動回路40の動作モードがチャージモードである場合(YES)には、ステップS52に進み、そうでない場合(NO)には、第2の設定動作を終了する。すなわち、第2の設定動作による駆動回路40の動作モードの設定は、駆動回路40の動作モードがチャージモードであるときに行われる、と言い替えることもできる。
 ステップS52において、制御回路30は、励磁電流値を検出する。
 ステップS53において、制御回路30は、励磁電流値が、メモリ33に記憶されているこの時点における目標電流値以上であるか否かを判断する。換言すると、制御回路30は、励磁電流値と目標電流値とを比較する。励磁電流値が目標電流値以上である場合(YES)にはステップS54に進み、そうでない場合(NO)には第2の設定動作が終了する。
 ステップS54において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が、0ボルトとされる。
 図10は、ホールド制御が行われているときの制御装置10の動作の一例を示す図である。
 図10において、時刻t2から時刻t3までのホールド期間の励磁電流の推移が模式的に示されている。制御回路30は、開始電流値Isから待機電流値Iwまで線形に漸次減少する目標電流値(破線で示される)に近づくように、励磁電流の大きさを変更させる。図10において、時刻t2から時刻t11まで、時刻t11から時刻t13まで、時刻t13から時刻t15まで、時刻t15から時刻t17まで、時刻t17から時刻t19まで、時刻t19から時刻t21まで、時刻t21から時刻t23まで、時刻t23から時刻t3まで、のそれぞれの期間が、PWM周期の1周期分の時間(周期T)である。
 時刻t2において、励磁電流値は目標電流値よりも大きいので、駆動回路40の動作モードは低速減衰モード(第1減衰モードの一例)Dsとなる。そのPWM周期が終了する時刻t11までの間に駆動電圧が印加されないので、励磁電流値が減少する。
 時刻t11において、励磁電流値は目標電流値よりも小さいので、駆動回路40の動作モードはチャージモードCとなる。そうすると、駆動電圧がコイル124に印加され、励磁電流値が増加する。
 時刻t11より後であって時刻t13よりも前の時刻t12において、励磁電流値が目標電流値に達する。そうすると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。以後、そのPWM周期が終了する時刻t13までの間に駆動電圧が印加されないので、励磁電流値が減少する。
 時刻t13においても同様に励磁電流値は目標電流値よりも小さく、チャージモードCが設定される。そして、時刻t13より後であって時刻t15よりも前の時刻t14において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。
 時刻t15において、励磁電流値は目標電流値よりも大きいので、駆動回路40の動作モードは低速減衰モードDsとなる。そのPWM周期が終了する時刻t17までの間に駆動電圧が印加されないので、励磁電流値が減少する。
 時刻t17において、励磁電流値は目標電流値よりも小さいので、駆動回路40の動作モードはチャージモードCとなる。そうすると、駆動電圧が印加され、励磁電流値が増加する。時刻t17より後であって時刻t19よりも前の時刻t18において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。以後、次のPWM周期が開始される時刻t19、時刻t21において、励磁電流値は目標電流値よりも大きいので、駆動回路40の動作モードは低速減衰モードDsのまま維持される。
 その後、時刻t23において励磁電流値が目標電流値よりも小さくなると、チャージモードCが設定される。そして、時刻t23より後であって時刻t3よりも前の時刻t24において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。
 その後、時刻t3が到来すると、ホールド期間が終了する。すなわち、このとき、目標電流値が待機電流値Iwまで下り、励磁電流値も待機電流値Iw近くになる。時刻t3以降は、ホールド制御が終了し、待機電流値Iwがコイル124に流れるように制御が行われる。
 このように、制御回路30の制御により、励磁電流が時間の経過と共に漸次に減少するようにホールド制御が行われる。ホールド期間では、時間の経過と共に漸次に減少する目標電流値と励磁電流値とが比較されて駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとチャージモードCとで切り替えられるため、大まかには、時間の経過と共にデューティ(Duty)比が小さくなるパルス幅変調された駆動電圧がコイル124に印加されることとなる。
 図11は、ステッピングモータ20の回転停止時における励磁電流の推移の一例を示す図である。
 図11においては、励磁電流の推移とともに、駆動電圧の推移と、ステッピングモータ20において発生する振動の推移とが示されている。図11においては、実際の計測結果そのものではなく、想定されるデータが示されている。
 図11に示されているように、減速期間からホールド期間に入ると、励磁電流が徐々に減少し、ホールド期間が終了する時刻t3において略ゼロとなる。これに伴って、駆動電圧の大きさも徐々に小さくなっている。また、ステッピングモータ20の振動も徐々に小さくなることがわかる。
 本実施の形態においては、以上のように制御装置10が構成されているので、ステッピングモータ20の回転停止時にスムーズに励磁電流を低減できるホールド制御を行うことができる。すなわち、各PWM周期の開始時においては、目標電流値と励磁電流値を比較して比較結果に基づいて駆動回路40の動作モードが設定され、また、各PWM周期中においては、チャージモードにより励磁電流が増加することで励磁電流値が目標電流値に達すると駆動回路40の動作モードが低速減衰モードに設定されるので、時間の経過とともに漸次減少する目標電流値に沿って励磁電流値を減少させることができ、スムーズに励磁電流を低減させることができる。そのため、ステッピングモータ20の回転停止時における振動や騒音の発生を抑制させることができる。
 [変形例の説明]
 上述の実施の形態においては、ステッピングモータ20の回転停止時において、制御回路30は、状況に応じて駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定するようにしてもよい。例えば、制御回路30は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きい場合には、駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定するようにしてもよい。
 また、制御回路30は、ホールド制御を行うとき、駆動回路40の動作モードを、高速減衰モード、低速減衰モード、及びチャージモードのなかで、適宜切り替えて設定するようにしてもよい。
 図12は、本実施の形態の第1の変形例に係る第1の設定動作を示すフローチャートである。
 本変形例において、制御回路30は、所定の周期毎に、励磁電流の大きさが目標電流値よりも大きいとき、次のように制御を行う。すなわち、前の周期の全期間において駆動回路40の動作モードが低速減衰モードであった場合には、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定する。他方、前の周期に一部の期間において駆動回路40の動作モードが低速減衰モード以外の動作モードであった場合には、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。
 図12において、ステップS131及びステップS132の処理は、上述の図8のステップS31及びステップS32と同様である。すなわち、ステップS131において、制御回路30は、励磁電流値がこの時点における目標電流値以上であるか否かを判断する。励磁電流値が目標電流値以上である場合(YES)にはステップS133に進み、そうでない場合(NO)にはステップS132に進む。
 ステップS132において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードをチャージモードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が所定の電圧(例えば12ボルト)とされる。
 ステップS133において、制御回路30は、前のPWM周期において、デューティ(Duty)が0パーセントであるか否か、すなわち前のPWM周期の全期間において、駆動回路40が低速減衰モードであったか否かを判断する。デューティが0パーセントであれば(YES)ステップS135に進み、デューティが0パーセントではなければ(NO)ステップS134に進む。
 ステップS134において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が、0ボルトとされる。
 他方、ステップS135において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が、マイナス12ボルトとされる。
 ステップS132、ステップS134、又はステップS135の処理が終了すると、第1の設定動作は終了する。
 図13は、第1の変形例においてホールド制御が行われているときの制御装置10の動作を示す図である。
 図13において、時刻t2から時刻t3までのホールド期間の励磁電流の推移が模式的に示されている。制御回路30は、破線で示される目標電流値に近づくように、励磁電流の大きさを変更させる。図13において、時刻t2から時刻t53まで、時刻t53から時刻t55まで、時刻t55から時刻t57まで、時刻t57から時刻t3まで、のそれぞれの期間が、PWM周期の1周期分の時間(周期T)である。なお、第1の変形例において、第2の設定動作は、上述の実施の形態と同様に行われるものとする。
 時刻t2において、励磁電流値は目標電流値よりも大きいので、駆動回路40の動作モードは低速減衰モード(第1減衰モードの一例)Dsとなる。そのPWM周期が終了する時刻t53までの間に駆動電圧が印加されず、励磁電流値が減少する。
 時刻t53において、励磁電流値は目標電流値よりも大きい。このとき、前のPWM周期の間すなわち時刻t2から時刻t53までの間のデューティは、0パーセントである。そのため、制御回路30は、駆動回路40の動作モードは高速減衰モード(第2減衰モードの一例)Dfとなる。そうすると、負の駆動電圧がコイル124に印加され、励磁電流値が低速減衰モードである場合よりも急激に減少する。
 時刻t55において、励磁電流値は目標電流値よりも小さい。そのため、チャージモードCが設定される。そして、時刻t55より後であって時刻t57よりも前の時刻t56において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。
 その後、時刻t57において励磁電流値が目標電流値よりも小さくなると、チャージモードCが設定される。そして、時刻t57より後であって時刻t3よりも前の時刻t58において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。その後、時刻t3が到来すると、ホールド期間が終了する。
 このように、第1の設定動作において、条件に従って、高速減衰モードDfが設定される。そのため、低速減衰モードDsに設定することだけでは励磁電流値を目標電流値に沿うように低下させることができない場合であっても、励磁電流値を目標電流値に沿ってスムーズに減少させることができる。
 図14は、本実施の形態の第2の変形例に係る第2の設定動作を示すフローチャートである。
 本変形例において、制御回路30は、ホールド期間において励磁電流の大きさが目標電流値よりも所定値D以上大きくなったとき、駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定する。制御回路30は、駆動回路40がチャージモードであるときには、励磁電流値が目標電流値に達したときには駆動回路40を低速減衰モードとするが、それでも励磁電流値がそれほど減少しない場合もある。このような場合において、励磁電流の大きさが目標電流値よりも所定値D以上大きくなったときには、動作モードを高速減衰モードに設定することで、励磁電流の大きさを速やかに目標電流値に近づけることができる。
 図14に示されるように、第2の設定動作では、ステップS151において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードであるか否かを判断する。動作モードが低速減衰モードであるとき(YES)にはステップS156に進み、そうでない場合(NO)にはステップS152に進む。
 ステップS152からステップS155の処理は、上述の図9におけるステップS51からステップS54の処理と同様である。
 すなわち、ステップS152において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードがチャージモードであるか否かを判断する。駆動回路40の動作モードがチャージモードである場合(YES)には、ステップS153に進み、そうでない場合(NO)には、第2の設定動作を終了する。
 ステップS153において、制御回路30は、励磁電流値を検出する。
 ステップS154において、制御回路30は、励磁電流値が、メモリ33に記憶されているこの時点における目標電流値以上であるか否かを判断する。励磁電流値が目標電流値以上である場合(YES)にはステップS155に進み、そうでない場合(NO)には第2の設定動作が終了する。
 ステップS155において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを低速減衰モードに設定する。
 他方、ステップS156からの処理は、以下のとおりである。ステップS156において、制御回路30は、励磁電流値を検出する。
 ステップS157において、制御回路30は、励磁電流値が、この時点における目標電流値よりも所定値D以上大きいか否か、すなわち励磁電流値が目標電流値に所定値Dを加えた値よりも大きいか否かを判断する。励磁電流値が目標電流値に所定値Dを加えた値よりも大きい場合(YES)にはステップS158に進み、そうでない場合(NO)には第2の設定動作が終了する。
 ステップS158において、制御回路30は、駆動回路40の動作モードを高速減衰モードに設定する。すなわち、駆動回路40によりコイル124に印加される駆動電圧が、マイナス12ボルトとされる。
 図15は、第2の変形例においてホールド制御が行われているときの制御装置10の動作を示す図である。
 図15において、時刻t2から時刻t3までのホールド期間の励磁電流の推移が模式的に示されている。制御回路30は、破線で示される目標電流値に近づくように、励磁電流の大きさを変更させる。図15において、時刻t2から時刻t33まで、時刻t33から時刻t35まで、時刻t35から時刻t37まで、時刻t37から時刻t3まで、のそれぞれの期間が、PWM周期の1周期分の時間(周期T)である。なお、第2の変形例において、第1の設定動作は、上述の実施の形態と同様に行われるものとする。
 時刻t2において、励磁電流値は目標電流値よりも小さいので、駆動回路40の動作モードはチャージモードCとなる。そうすると、駆動電圧がコイル124に印加され、励磁電流値が増加する。
 時刻t2より後であって時刻t33よりも前の時刻t32において、励磁電流値が目標電流値に達する。そうすると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。以後、そのPWM周期が終了する時刻t33までの間に駆動電圧が印加されないので、励磁電流値が減少する。
 次のPWM周期が始まる時刻t33において、励磁電流値は目標電流値よりも大きいので、駆動回路40の動作モードは低速減衰モードDsとなる。すなわち、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsのまま維持される。
 ここで、低速減衰モードDsである、時刻t33より後であって時刻t35よりも前の時刻t34において、励磁電流値が、目標電流値に所定値Dを加えた値に達する。すなわち、時刻t34において、励磁電流値が目標電流値よりも大きく、励磁電流値と目標電流値との差は所定値Dとなる。そうすると、駆動回路40の動作モードが高速減衰モードDfに設定される。高速減衰モードDfは、少なくともそのPWM周期が終了する時刻t35まで継続する。
 時刻t35において、励磁電流値は目標電流値よりも小さい。そのため、チャージモードCが設定される。そして、時刻t35より後であって時刻t37よりも前の時刻t36において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。
 その後、時刻t37において励磁電流値が目標電流値よりも小さくなると、チャージモードCが設定される。そして、時刻t37より後であって時刻t3よりも前の時刻t38において、励磁電流値が目標電流値に達すると、駆動回路40の動作モードが低速減衰モードDsとなる。その後、時刻t3が到来すると、ホールド期間が終了する。
 このように、第2の設定動作において、条件に従って、高速減衰モードDfが設定される。そのため、低速減衰モードDsに設定することだけでは励磁電流値を目標電流値に沿うように低下させることができない場合であっても、励磁電流値を目標電流値に沿ってスムーズに減少させることができる。1周期の所定のタイミングから1周期が終了するまで、低速減衰モードDsから高速減衰モードDfへ切り替えることで、目標電流値に対して励磁電流の大きさが所定値以上大きく上回っているときに、大きく励磁電流の大きさを減少させて目標電流値に近づけることができる。
 上述のような変形例では、駆動回路40の動作モードを状況に応じて高速減衰モードに設定することにより、速やかに励磁電流値を減少させることができる。したがって、比較的急速に減少するように目標電流値を設定することができ、ホールド期間を短くすることができる。
 なお、上述の本発明の実施の形態では、ホールド制御において、変形例のような高速減衰モードを利用せず、駆動回路40が低速減衰モードとチャージモードとのいずれかの動作モードに設定される。この場合、目標電流値に沿うように、ゆるやかに励磁電流値を減少させることができ、ステッピングモータ20の回転停止時における振動や騒音の発生を低減させることができる。高速減衰モードを利用する場合には、励磁電流を急速に減少させることができる一方で、ロータの回転が停止する直前においてステッピングモータ20の振動や騒音が発生することがある(ただし、高速減衰モードを利用する場合であっても、このようなホールド制御を行わない場合よりは振動や騒音の発生を抑制させることができる。)。他方、高速減衰モードを利用しない場合には、ロータの回転が停止する直前においてもステッピングモータ20の振動や騒音をより抑制することができる。
 上記の実施の形態や変形例の特徴点が部分的に組み合わされてモータが構成されていてもよい。上記の実施の形態や変形例において、いくつかの構成要素が設けられていなかったり、いくつかの構成要素が他の態様で構成されていてもよい。例えば、上述の第1の変形例に係る第1の設定動作と第2の設定動作とが共にホールド制御時に行われるようにしてもよい。
 [その他]
 上述の複数の実施の形態を適宜組み合わせた実施の形態を構成してもよい。例えば、上述の実施の形態の構成そのものに限られず、上述の実施の形態のそれぞれの構成要素を、適宜、他の実施の形態の構成要素と置換したり組み合わせたりしてもよい。また、上述の実施の形態のうち、一部の構成要素や機能が省略されていてもよい。
 Hブリッジ回路を構成するスイッチング素子として、上記実施形態ではFETを適用したが、これらに代えてバイポーラトランジスタ、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、その他のスイッチング素子を適用してもよい。
 また、上記実施形態では、モータとしてバイポーラ型2相ステッピングモータを適用した例を説明したが、モータの種類や相数は用途に応じて様々なものを適用してもよい。
 本発明は、上述の実施の形態のそれぞれの構成に限られるものではない。各実施の形態のそれぞれの特徴点を適宜組み合わせてステッピングモータの制御装置が構成されていてもよい。制御装置等のブロック図は1つの具体例に過ぎず、種々の構成を採用することができる。
 上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。上述のフローチャートで示される動作について、各処理の順序や具体的処理内容は上述のものに限られず、全体として同様に動作するように適宜変更されたり、処理が追加されたりしてもよい。
 上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 2,4,6,8 スイッチング素子、10 制御装置、12,14,16,18 ダイオード、20 ステッピングモータ、30 制御回路(制御手段の一例、ホールド制御手段の一例)、31 CPU、32 電流測定部、33 メモリ、40 駆動回路(駆動手段の一例)、41 モータ駆動部、42 電流センシング部、45 Hブリッジ回路、124 コイル、C チャージモード、Ds 低速減衰モード(第1減衰モードの一例)、Df 高速減衰モード(第2減衰モードの一例)、Is 開始電流値、Iw 待機電流値

Claims (11)

  1.  複数のコイルに励磁電流を流してロータを回転させるステッピングモータの制御装置であって、
     スイッチング素子を有し、前記コイルに駆動電圧を印加する駆動回路と、
     前記駆動回路により印加される駆動電圧を制御する制御回路と、を備え、
     前記制御回路は、前記ステッピングモータの回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくように前記コイルに流れる励磁電流の大きさを変更して前記ロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行い、
     前記制御回路は、前記ホールド期間において所定の周期毎に、複数の動作モードのうち前記励磁電流の大きさと前記目標電流値との比較結果に対応する動作モードに前記駆動回路の動作モードを設定し、
     前記複数の動作モードは、前記励磁電流を増加させるチャージモードと前記励磁電流を減衰させる第1減衰モードとを含む、ステッピングモータの制御装置。
  2.  前記制御回路は、前記ホールド期間において前記励磁電流の大きさと前記目標電流値との比較結果が所定の条件を満たしたときに、前記複数の動作モードのうち前記所定の条件に対応する動作モードに前記駆動回路の動作モードを設定する、請求項1に記載のステッピングモータの制御装置。
  3.  前記制御回路は、前記所定の周期毎に、前記励磁電流の大きさが前記目標電流値よりも小さい場合には、前記駆動回路の動作モードを前記チャージモードに設定する、請求項1又は2に記載のステッピングモータの制御装置。
  4.  前記制御回路は、前記所定の周期毎に、前記励磁電流の大きさが前記目標電流値よりも大きい場合には、前記駆動回路の動作モードを前記第1減衰モードに設定する、請求項1から3のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置。
  5.  前記制御回路は、前記駆動回路の動作モードが前記チャージモードである場合において、前記励磁電流の大きさが前記目標電流値に到達したときには、前記駆動回路の動作モードを前記第1減衰モードに設定する、請求項1から4のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置。
  6.  前記複数の動作モードは、前記第1減衰モードよりも高速に前記励磁電流を減衰させる第2減衰モードをさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置。
  7.  前記制御回路は、前記所定の周期毎に、前記励磁電流の大きさが前記目標電流値よりも大きい場合には、前記駆動回路の動作モードを前記第2減衰モードに設定する、請求項6に記載のステッピングモータの制御装置。
  8.  前記制御回路は、前記所定の周期毎に、前記励磁電流の大きさが前記目標電流値よりも大きいとき、 前の周期の全期間において前記駆動回路の動作モードが前記第1減衰モードであった場合には、前記駆動回路の動作モードを前記第2減衰モードに設定し、
     前の周期に一部の期間において前記駆動回路の動作モードが前記第1減衰モード以外の動作モードであった場合には、前記駆動回路の動作モードを前記第1減衰モードに設定する、請求項6に記載のステッピングモータの制御装置。
  9.  前記制御回路は、前記ホールド期間において前記励磁電流の大きさが前記目標電流値よりも所定値以上大きくなったとき、前記駆動回路の動作モードを前記第2減衰モードに設定する、請求項6から8のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置。
  10.  前記制御回路は、PWM(Pulse Width Modulation)信号を前記駆動回路に出力して前記駆動電圧の制御を行い、
     前記所定の周期は、前記PWM信号のPWM周期である、請求項1から9のいずれかに記載のステッピングモータの制御装置。
  11.  スイッチング素子を有する駆動回路により複数のコイルに駆動電圧を印加し、前記複数のコイルに励磁電流を流すことでロータを回転させるステッピングモータの制御方法であって、
     前記ステッピングモータの通常駆動時に前記駆動電圧を制御する通常制御ステップと、
     前記ステッピングモータの回転停止時のホールド期間内に、漸次減少する目標電流値に近づくように前記コイルに流れる励磁電流の大きさを変更して前記ロータを所定の停止位置まで移動させるホールド制御を行うホールド制御ステップとを有し、
     前記ホールド制御ステップは、前記ホールド期間において所定の周期毎に、複数の動作モードのうち前記励磁電流の大きさと前記目標電流値との比較結果に対応する動作モードで前記駆動回路を動作させ、
     前記複数の動作モードは、前記励磁電流を増加させるチャージモードと前記励磁電流を減衰させる第1減衰モードとを含む、ステッピングモータの制御方法。
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