(57)【要約】【課題】ステッパモータの駆動中においても追随性を高めて安定した動作を確保できるようにしたバイポーラ型ステッパモータ駆動装置を提供する。【解決手段】バイポーラ型のステッパモータ１は、ステータコイル３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２の２相で通電される。ステッパモータ駆動装置４は、Ｈブリッジ回路５および６によりＡ相、Ｂ相の各相に正逆の通電を行う。制御回路７の通電モード指令部９により＋通電、−通電、オフの指示を電流制御部１０に与える。Ｈブリッジ回路５、６の通電オフ後に、揺動抑止回路１１の電流判定部１２で負の電流が−ＩＬ超となるのを判定して、再オン指示部１３によりＨブリッジ回路５、６を再オンしてステータコイルが閉ループとなるように制御する。これにより、誘導電流に起因したロータ２の揺動を回避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のステータコイル（３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２）を有するステッパモータ（１）を駆動するバイポーラ型ステッパモータ駆動装置であって、
前記複数相のステータコイルの各相に対応して設けられた複数のＨブリッジ回路（５、５ｘ、６、６ｘ）と、
前記複数相のステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部（１２、１２ａ）と、
前記複数のＨブリッジ回路の駆動制御を行う制御回路（７）と、
前記複数相のステータコイルのうち、通電状態からオフ状態に移行したものに対して、前記電流検出部により検出される逆方向電流の絶対値が閾値電流値よりも大きい値から小さい値に変化したことを条件として、短絡状態となるように前記制御回路に指示を出力する再オン指示部（１３）とを備えたバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記ステータコイルを短絡状態に制御する場合に、前記Ｈブリッジ回路（５、６）を構成する２つのハイサイドスイッチをオン状態に制御するかもしくは２つのローサイドスイッチをオン状態に制御する請求項１に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項３】
前記複数のＨブリッジ回路（５ｘ、６ｘ）は、前記複数相のステータコイルの対応するものの端子間を短絡する短絡スイッチ（５ｅ、６ｅ）を備え、
前記制御回路は、前記ステータコイルを短絡状態に制御する場合に、前記短絡スイッチをオン状態に制御する請求項１に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項４】
前記再オン指示部は、前記複数のステータコイルのうち、通電状態からオフ状態に移行したものについて、前記電流検出部（１２ａ）により検出される逆方向電流の絶対値が前記電流閾値を上限とする所定範囲内にあることを条件として、短絡状態となるように前記制御回路に指示を出力する請求項１から３のいずれか一項に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項５】
前記複数のＨブリッジ回路が通電状態からオフ状態に移行すると計時動作を開始するタイマ回路（１３）を備え、
前記再オン指示部は、前記複数相のステータコイルのうち、通電状態からオフ状態に移行したものに対して、前記電流検出部により検出される逆方向電流の絶対値が閾値電流値よりも大きい値から小さい値に変化したことを条件とすることに加えて、前記タイマ回路が所定時間を計時したことを条件として短絡状態となるように前記制御回路に指示を出力する請求項１から４のいずれか一項に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項６】
前記電流検出部は、前記Ｈブリッジ回路のハイサイドあるいはローサイドに直列に設けた電流検出抵抗（５ｒ、６ｒ）の端子電圧から前記複数相のステータコイルのそれぞれに流れる電流を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項７】
前記複数相のステータコイルを短絡状態に制御したときに流れる誘導電流を検出するように設けられた誘導電流検出抵抗（５ｆ、６ｆ）と、
前記誘導電流検出抵抗の端子電圧から前記複数相のステータコイルのそれぞれに流れる誘導電流を検出する誘導電流検出回路（１５）とを備えた請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【請求項８】
前記制御回路（７）は、前記誘導電流検出回路により検出される誘導電流値が所定値以下にならないときには、前記Ｈブリッジ回路の駆動制御を停止する請求項７に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラ型ステッパモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラ型ステッパモータ駆動装置は、一般に、オープンループ制御によりステッパモータを駆動制御する構成である。したがって、ステッパモータに対して予め設定した駆動トルク及び駆動速度を変化させない上にモータの動作を安定させる機構が設けられていない。
【０００３】
このため、モータ駆動中においては、何らかの要因によりモータの追従性が悪化し位相の進みまたは遅れが生じた場合には動作を安定化させられずにモータの脱調状態を発生させる可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ステッパモータの駆動中においても追随性を高めて安定した動作を確保できるようにしたバイポーラ型ステッパモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のバイポーラ型ステッパモータ駆動装置は、複数相のステータコイル（３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２）を有するステッパモータ（１）を駆動するバイポーラ型ステッパモータ駆動装置であって、前記複数相のステータコイルの各相に対応して設けられた複数のＨブリッジ回路（５、５ｘ、６、６ｘ）と、前記複数相のステータコイルに流れる電流を検出する電流検出部（１２、１２ａ）と、前記複数のＨブリッジ回路の駆動制御を行う制御回路（７）と、前記複数相のステータコイルのうち、通電状態からオフ状態に移行したものに対して、前記電流検出部により検出される逆方向電流の絶対値が閾値電流値よりも大きい値から小さい値に変化したことを条件として、短絡状態となるように前記制御回路に指示を出力する再オン指示部（１３）とを備える。
【０００７】
上記構成を採用することにより、制御回路は、複数のＨブリッジ回路を所定順序で駆動して、ステッパモータの複数相の各ステータコイルに対して所定のパターンで通電し、この後、通電していたＨブリッジ回路をオフにする。ステータコイルは自己インダクタンスによって逆起電力が生じて電流検出部により検出されるＨブリッジ回路の逆方向電流の絶対値が低下して閾値電流値よりも大きい値から小さい値に変化する。つまり、逆方向電流の絶対値が閾値電流値よりも小さくなってゼロに近づくと、再オン指示部がこれに応じて、Ｈブリッジ回路を短絡状態にするように前記制御回路に指示を出力する。これにより、通電をオフしたＨブリッジ回路が短絡状態となってステッパモータのロータの揺動を抑制するように機能し、安定した回転状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態を示す電気的構成図
【図２】通電制御動作の流れを示す図
【図３】ステッパモータの相と制御角度の関係を示す図
【図４】Ｈブリッジ回路の通電シーケンスを示す図
【図５】Ｈブリッジ回路の電流変化を示すタイムチャート
【図６】第２実施形態を示す電気的構成図
【図７】第３実施形態を示す電気的構成図
【図８】第４実施形態を示す電気的構成図
【図９】通電制御動作の流れを示す図
【図１０】第５実施形態を示す電気的構成図
【図１１】第６実施形態を示す電気的構成図
【図１２】通電制御動作の流れを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１において、ステッパモータ１は、ロータ２およびステータ３を備え、２相バイポーラ型である。ロータ２は永久磁石からなるもので、Ａ相およびＢ相の２相に対応して、Ｎ極およびＳ極が回転中心を挟んで対抗する位置に着磁形成されている。ステータ３は、Ａ相およびＢ相に対応して、Ａ１相、Ａ２相、Ｂ１相、Ｂ２相の４個のステータコイル３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２がロータ２を包囲するように配置されている。
【００１０】
次に、ステッパモータ駆動装置４の構成について説明する。
Ｈブリッジ回路５、６は、ステッパモータ１の４個のステータコイル３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２への通電を切り替える回路で、それぞれ４個のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄをブリッジ接続したフルブリッジ回路を構成している。ハイサイドスイッチとなるＭＯＳトランジスタ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂはｐチャネル型である。また、ローサイドスイッチとなるＭＯＳトランジスタ５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄはｎチャネル型である。なお、上記したＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄは、いずれも寄生ダイオードを有していて、これらの寄生ダイオードは、オフ時にグランドから電源への還流経路を形成するものである。
【００１１】
Ｈブリッジ回路５は、ＭＯＳトランジスタ５ａおよび５ｃの直列回路と、ＭＯＳトランジスタ５ｂおよび５ｄの直列回路とを並列に接続した構成である。Ｈブリッジ回路５は、一端側が直流電源ＶＤに接続され、他端側が電流検出抵抗（以下、単に抵抗と称する）５ｒを介してグランドに接続される。ＭＯＳトランジスタ５ａと５ｃとの接続点Ａ１はステッパモータ１のＡ相のステータコイル３Ａ１および３Ａ２を直列に介してＭＯＳトランジスタ５ｂと５ｄとの接続点Ａ２に接続される。
【００１２】
同様に、Ｈブリッジ回路６は、ＭＯＳトランジスタ６ａおよび６ｃの直列回路と、ＭＯＳトランジスタ６ｂおよび６ｄの直列回路とを並列に接続した構成である。Ｈブリッジ回路６は、一端側が直流電源ＶＤに接続され、他端側が電流検出抵抗（以下、単に抵抗と称する）６ｒを介してグランドに接続される。ＭＯＳトランジスタ６ａと６ｃとの接続点Ｂ１はステッパモータ１のＢ相のステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２を直列に介してＭＯＳトランジスタ６ｂと６ｄとの接続点Ｂ２に接続される。
【００１３】
制御回路７は、Ｈブリッジ回路５および６の各ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄおよび６ａ〜６ｄにゲート駆動信号を与えるもので、相切替指令部８、通電モード指令部９および通電制御部１０を有する。相切替指令部８は、ステッパモータ１のＡ相およびＢ相の通電方向を指示するための切替信号Ｓｘを通電モード指令部９に出力する。通電モード指令部９は、相切替指令部８からの切替信号Ｓｘに基づいて、ステッパモータ１のＡ相およびＢ相に対する「＋通電」、「−通電」および「オフ」のいずれかの通電モード信号Ｓｄを生成して電流制御部１０に与える。
【００１４】
揺動抑止回路１１は、ステッパモータ１の回転において安定性を保持するための構成であり、電流判定部１２および再オン指示部１３を備える。電流判定部１２は、電流検出部としての電流検出回路を兼ね備えた構成で、２つのＨブリッジ回路５および６にそれぞれ流れる電流Ｉｈａ、Ｉｈｂを抵抗５ｒおよび６ｒの端子電圧から検出するもので、具体的には逆方向電流の値を閾値電流値−ＩＬ（ＩＬは正の値）と比較する。なお、以下の説明では電流値を用いて比較をするようにしているが、実際には抵抗５ｒ、６ｒの端子電圧を閾値電流値に対応する閾値電圧と比較をして判定する構成としている。
【００１５】
電流判定部１２は、Ａ相、Ｂ相の各相電流Ｉｈａ、Ｉｈｂが閾値電流値−ＩＬよりも小さい値から大きい値への変化を検出する。このとき、通電がオフになった後の電流は、ステータに流れる逆方向電流となるので、負の電流値となる。したがって、逆方向電流Ｉｈａ、Ｉｈｂの絶対値が閾値電流値ＩＬよりも大きい状態から小さい状態に変化したことを判定する。なお、Ａ相およびＢ相への通電の方向が切り替わっても、それぞれの抵抗５ｒおよび６ｒに流れる電流Ｉｈａ、Ｉｈｂの方向は同じである。
【００１６】
Ａ相、Ｂ相の各相電流Ｉｈａ、Ｉｈｂは、通電がオフになった後には負の値となるから、閾値電流値−ＩＬよりも小さいときには次式（１）の関係である。また、Ａ相、Ｂ相の各相電流Ｉｈａ、Ｉｈｂが閾値電流値−ＩＬよりも大きくなったときには次式（２）の関係である。
Ｉｈａ＜−ＩＬ、またはＩｈｂ＜−ＩＬ    …（１）
Ｉｈａ＞−ＩＬ、またはＩｈｂ＞−ＩＬ    …（２）
【００１７】
再オン指示部１３は、通電モード指令部９から通電モード信号Ｓｄが入力されるとともに、電流判定部１２から判定信号Ｓｍが入力される。再オン指示部１３は、２つの信号ＳｄおよびＳｍに基づいてＨブリッジ回路５または６の対応するものに対する再オン信号Ｓｒｏｎを電流制御部１０に出力する。
【００１８】
次に、上記構成の作用について、図２から図５も参照して説明する。まず、バイポーラ型のステッパモータ１の駆動制御について図３および図４で説明する。図３は、ロータ２の回転角度θの基準位置である０°の位置と回転角度θの方向を示している。また、図４は、ロータ２の回転角度θに対するＡ相およびＢ相つまりＨブリッジ５および６の通電モードを示している。
【００１９】
図３に示すように、ロータ２の１つのＮ極の向きを回転角度θの基準位置とすべく、Ｎ極がステータコイル３Ａ１のＡ１相側にあるときを回転角度θ＝０°と定義する。そして、面内の時計回りを角度の正方向に取ると、以後、ステータ２の基準位置となるＮ極の向きと回転角度θは以下のようになる。また、Ａ相については、基準となる回転角０°ではＡ１相とし、反対の位置の回転角１８０°をＡ２相とする。同様に、Ｂ相については、回転角９０°ではＢ１相とし、反対の位置の角度２７０°をＢ２相とする。具体的には、以下のようになる。
【００２０】
Ａ１相                ：θ＝０°
Ａ１相−Ｂ１相の中間  ：θ＝４５°
Ｂ１相                ：θ＝９０°
Ｂ１相−Ａ２相の中間  ：θ＝１３５°
Ａ２相                ：θ＝１８０°
Ａ２相−Ｂ２相の中間  ：θ＝２２５°
Ｂ２相                ：θ＝２７０°
Ｂ２相−Ａ１相の中間  ：θ＝３１５°
Ａ１相                ：θ＝３６０°
【００２１】
また、図４に示すように、ロータ２の回転角度θの各値に対応するＨブリッジ回路５のＡ相、Ｈブリッジ回路６のＢ相の通電状態として、「＋通電」、「−通電」、「オフ」は以下のようになる。ここで、「＋」は「＋通電」、「−」は「−通電」、「０」は「オフ」を示している。
【００２２】
θ＝０°        ：（Ａ、Ｂ）＝（＋、０）
θ＝４５°            ：（Ａ、Ｂ）＝（＋、＋）
θ＝９０°            ：（Ａ、Ｂ）＝（０、＋）
θ＝１３５°    ：（Ａ、Ｂ）＝（−、＋）
θ＝１８０°    ：（Ａ、Ｂ）＝（−、０）
θ＝２２５°    ：（Ａ、Ｂ）＝（−、−）
θ＝２７０°    ：（Ａ、Ｂ）＝（０、−）
θ＝３１５°    ：（Ａ、Ｂ）＝（＋、−）
θ＝３６０°    ：（Ａ、Ｂ）＝（＋、０）
【００２３】
上記した通電状態の制御において、本実施形態では、揺動抑止回路１１により再オン制御を実施するが、その実施タイミングは、次の各角度領域への遷移した状態での相の通電制御状態が「オフ」となるオフ期間中である。
【００２４】
θ＝  ４５°    →θ＝  ９０°：（Ａ、Ｂ）＝（＋、＋）→（A、Ｂ）＝（０、＋）
θ＝１３５°    →θ＝１８０°：（Ａ、Ｂ）＝（−、＋）→（A、Ｂ）＝（−、０）
θ＝２２５°    →θ＝２７０°：（Ａ、Ｂ）＝（−、−）→（Ａ、Ｂ）＝（０、−）
θ＝３１５°    →θ＝３６０°：（Ａ、Ｂ）＝（＋、−）→（Ａ、Ｂ）＝（＋、０）
【００２５】
つまり、Ｈブリッジ回路５または６において、揺動抑止回路１１により再オン制御を実施するのは、「＋通電」もしくは「−通電」を行った後に「オフ」の状態の期間に移行したときにステータコイル３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２に流れる電流によりロータ２が揺動するのを抑止するためである。
【００２６】
図２は、Ｈブリッジ回路５または６によるＡ相あるいはＢ相に対する１回の通電制御の動作について、制御回路７による制御動作の流れを示すもので、以下この流れに沿って説明する。
【００２７】
まず、制御回路７は、外部からの駆動信号を受けると、ステップＡ１で、制御動作を開始する。相切替指令部８は、Ａ相、Ｂ相のうちの通電すべき相に対応する切替信号Ｓｘを通電モード指令部９に出力する。通電モード指令部９は、ステッパモータ１のロータ２の回転角度θに対応した「＋通電」あるいは「−通電」の通電モード信号Ｓｄを電流制御部１０に出力し、対応するＨブリッジ回路５または６のＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄ、あるいは６ａ〜６ｄのうちの対応するものを駆動する。
【００２８】
この場合、電流制御部１０は、Ａ相であるＨブリッジ回路５に対して「＋通電」をする場合には、ＭＯＳトランジスタ５ａ、５ｄをオン、５ｂ、５ｃをオフ状態にする。これにより、ステータコイル３Ａ１から３Ａ２に向けて直流電源ＶＤから「＋通電」がなされる。Ａ相であるＨブリッジ回路５に対して「−通電」をする場合には、ＭＯＳトランジスタ５ｂ、５ｃをオン、５ａ、５ｄをオフ状態にする。これにより、ステータコイル３Ａ２から３Ａ１に向けて直流電源ＶＤから「−通電」がなされ、電流値Ｉｈａの大きさは一定電流Ｉ０となる。
【００２９】
また、電流制御部１０は、Ｂ相であるＨブリッジ回路６に対して「＋通電」をする場合には、ＭＯＳトランジスタ」６ａ、６ｄをオン、６ｂ、６ｃをオフ状態にする。これにより、ステータコイル３Ｂ１から３Ｂ２に向けて直流電源ＶＤから「＋通電」がなされる。Ｂ相であるＨブリッジ回路６に対して「−通電」をする場合には、ＭＯＳトランジスタ６ｂ、６ｃをオン、６ａ、６ｄをオフ状態にする。これにより、ステータコイル３Ｂ２から３Ｂ１に向けて直流電源ＶＤから「−通電」がなされ、電流値Ｉｈｂの大きさは一定電流Ｉ０となる。
【００３０】
制御回路７は、電流制御部１０によりＨブリッジ回路５あるいは６に対する通電制御を所定時間実施すると、続くステップＡ２で、通電モード指令部９から電流制御部１０に対して「オフ」の通電モード信号Ｓｄを与えて通電制御を停止する。これによりステップＡ３で、Ｈブリッジ回路５または６においては、直流電源ＶＤからの通電が停止される。
【００３１】
ステップＡ３で、Ｈブリッジ回路５あるいは６がオフ状態になると、Ａ相のステータコイル３Ａ１、３Ａ２またはＢ相のステータコイル３Ｂ１、３Ｂ２に流れていた電流が自己インダクタンスにより発生する逆起電力で流れ続けようとするため、グランド側から直流電源ＶＤ側に向けて誘導電流が流れるようになる。
【００３２】
このとき、ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄあるいは６ａ〜６ｄにおいては、寄生ダイオードを介して電流が流れることとなる。したがって、このとき流れる電流は抵抗５ｒあるいは６ｒに逆方向に流れることとなり、Ｈブリッジ回路５、６の電流値ＩｈすなわちＩｈａ、Ｉｈｂとしては負の電流値となる。
【００３３】
電流判定部１２においては、ステップＡ５で、Ｈブリッジ回路５あるいは６に流れる負の電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂを検出し、閾値電流値−ＩＬと比較する。電流判定部１２は、比較の処理として、電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの値が前述の式（１）の状態から式（２）の状態に変化したことを検出すると、判定信号Ｓｍを再オン指示部１３に出力する。
【００３４】
判定信号Ｓｍが出力された状態は、ステータコイル３Ａ１、３Ａ２またはステータコイル３Ｂ１、３Ｂ２に流れていた負の電流Ｉｈａ、Ｉｈｂがゼロレベルに近づいた状態である。再オン指示部１３は、通電モード指令部９から「オフ」の通電モード信号Ｓｄが与えられた状態で判定信号Ｓｍが入力されると、ステップＡ６で、電流制御部１０に再オン信号Ｓｒｏｎを与えて回生通電を行わせる。
【００３５】
電流制御部１０は、ステップＡ７で、Ａ相の場合の回生通電制御として、Ｈブリッジ回路５で、ハイサイドスイッチであるＭＯＳトランジスタ５ａおよび５ｂをオン駆動、ローサイドスイッチであるＭＯＳトランジスタ５ｃおよび５ｄをオフ状態に保持する。これにより、Ａ相のステータコイル３Ａ１および３Ａ２は閉ループの短絡状態となり、ロータ２に揺動が発生した場合でもロータ２の揺動を妨げる向きに電流を発生させることで回生制動することができる。
【００３６】
同様に、電流制御部１０は、ステップＡ７で、Ｂ相の場合の回生通電制御として、Ｈブリッジ回路６で、ＭＯＳトランジスタ６ａおよび６ｂをオン駆動、６ｃおよび６ｄをオフ状態に保持する。これにより、Ｂ相のステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２は閉ループの短絡状態となり、ロータ２を回生制動して振動発生を抑制することができる。
【００３７】
以上のようにして、オフ状態での回生通電制御が終了すると、１回の通電の制御を終了し、この後、再び通電制御の信号が与えられると、制御回路７は、上記の処理を繰り返し実行する。
【００３８】
次に、図５を参照して上記した制御においてＨブリッジ回路５および６における、「＋通電」、「オフ」、「再オン制御」、「−通電」に至るまでの各通電制御モードでの電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの推移について説明する。制御回路７は、時刻ｔ０で、「＋通電」を開始すると、Ｈブリッジ回路５または６の電流値ＩｈａまたはＩｈｂが「０」から立ち上がり一定値Ｉ０に維持される。
【００３９】
次に、時刻ｔ１で、制御回路７はＨブリッジ回路５または６への「＋通電」を終了し、「オフ」状態に移行させる。このとき、通電が停止されたステッパモータ１のステータ３のステータコイル３Ａ１、３Ａ２、または３Ｂ１、３Ｂ２においては、自己インダクタンスにより逆起電力が発生する。これにより、ステータ３のステータコイル３Ａ１、３Ａ２、または３Ｂ１、３Ｂ２の逆起電力によってＨブリッジ回路５または６に寄生ダイオードを介して誘導電流が逆方向に流れるようになり、図５に示すように、電流値ＩｈａまたはＩｈｂの極性が反転する。
【００４０】
Ｈブリッジ回路５または６を「オフ」にしてから時間が経過すると、Ｈブリッジ回路５または６の電流ＩｈａまたはＩｈｂの絶対値は減少して「０」に近づく。そしてオフ期間中の時刻ｔ２で、電流値ＩｈａまたはＩｈｂが閾値電流値−ＩＬを下側から上回って「０」に近づくと、揺動抑止回路１１においては、電流判定部１２においてこれが検出されて再オン指示部１３に判定信号Ｓｍを出力する。
【００４１】
再オン指示部１３は、「オフ」の通電モード信号Ｓｄおよび判定信号Ｓｍがともに入力された状態になると、電流が検出されているＨブリッジ回路５または６に対する再オン信号Ｓｒｏｎを電流制御部１０に出力して再オン制御を行う。これにより、ステータコイル３Ａ１および３Ａ２の直列回路、ステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２の直列回路の対応するものが短絡状態に制御され、閉ループの電流を抑制するようになる。これによって、前述のようにステッパモータ１のロータ２が振動するなどの回転状態が発生するのを抑制することができる。
【００４２】
なお、上記のように電流制御部１０により再オン制御を実施している状態では、閉ループとなっているステータコイル３Ａ１および３Ａ２の直列回路、ステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２の直列回路に流れる電流は抵抗５ｒあるいは６ｒに流れることはない。図５中ではＩｈａ、Ｉｈｂとして示しているが、実際には電流判定部１２で検出されている電流ではない。
【００４３】
この後、オフ期間が終了した時刻ｔ３になると、制御回路７は、「−通電」を開始する。これにより、Ｈブリッジ回路５または６においてはステータ３に逆方向に通電するように制御される。このときＨブリッジ回路５または６の抵抗５ｒまたは６ｒには同じ方向に電流が流れるようになり、電流値ＩｈａまたはＩｈｂが「０」から立ち上がり一定値Ｉ０に維持される。
【００４４】
このような第１実施形態においては、揺動抑止回路１１を設け、電流判定部１２でＨブリッジ回路５、６にオフ期間に流れる電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂが閾値電流値−ＩＬよりも小さい状態から大きい状態に変化するタイミングを検出し、再オン指示部１３から電流制御部１０に対してＨブリッジ回路５あるいは６を回生制御させる構成とした。
【００４５】
これにより、制御回路７により、Ｈブリッジ回路５あるいは６に「＋通電」あるいは「−通電」を行った後のオフ期間において、ステータコイル３Ａ１、３Ａ２、または３Ｂ１、３Ｂ２において発生する逆起電力で電流が流れた後に振動するのを抑制することができ、ステッパモータ１を安定した回転状態に保持することができるようになる。
【００４６】
なお、上記実施形態においては、電流制御部１０による回生制御動作として、Ｈブリッジ回路５では、ＭＯＳトランジスタ５ａおよび５ｂをオン、５ｃおよび５ｄをオフさせるようにしたが、ＭＯＳトランジスタ５ｃおよび５ｄをオン、５ａおよび５ｂをオフさせることもできる。Ｈブリッジ回路６についても同様である。
【００４７】
また、上記実施形態においては、Ｈブリッジ回路５および６において、電流検出用の抵抗５ｒおよび６ｒをローサイドスイッチであるＭＯＳトランジスタ５ｃ、６ｃとグランドとの間に設ける構成としたが、ハイサイドスイッチであるＭＯＳトランジスタ５ａ、６ａと直流電源ＶＤとの間に設ける構成とすることもできる。
【００４８】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ステッパモータ駆動装置４ａにおいて、Ｈブリッジ回路５ｘ、６ｘとして、Ｈブリッジ回路５、６の構成に短絡スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ５ｅ、６ｅを付加した構成としている。
【００４９】
上記したＭＯＳトランジスタ５ｅおよび６ｅは、いずれもｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。Ｈブリッジ回路５ｘにおいて、ＭＯＳトランジスタ５ｅの両端子は、接続点Ａ１とＡ２との間に接続される。また、Ｈブリッジ回路６ｘにおいて、ＭＯＳトランジスタ６ｅの両端子は、接続点Ｂ１とＢ２との間に接続される。ＭＯＳトランジスタ５ｅ、６ｅは、いずれも電流制御部１０からゲートに駆動信号が与えられる。
【００５０】
この実施形態においては、電流制御部１０は、Ａ相への「＋通電」あるいは「−通電」をした後に「オフ」状態に移行し、この後、再オン指示部１３から再オン指示信号Ｓｒｏｎを受けると、ＭＯＳトランジスタ５ａ〜５ｄはオフ状態のままでＭＯＳトランジスタ５ｅをオン駆動する。これにより、ステッパモータ１のステータコイル３Ａ１および３Ａ２の直列回路を短絡状態にすることができる。
【００５１】
また、電流制御部１０は、Ｂ相への「＋通電」あるいは「−通電」をした後に「オフ」状態に移行し、この後、再オン指示部１３から再オン指示信号Ｓｒｏｎを受けると、ＭＯＳトランジスタ６ａ〜６ｄはオフ状態のままでＭＯＳトランジスタ６ｅをオン駆動する。これにより、ステッパモータ１のステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２の直列回路を短絡状態にすることができる。
【００５２】
したがって、このような第２実施形態によっても、ステッパモータ１のロータ２に揺動が発生した際に、第１実施形態と同様に、ステータ３のステータコイル３Ａ１、３Ａ２あるいは３Ｂ１、３Ｂ２に対してロータ２の揺動を妨げる向きに電流を発生させることができる。
【００５３】
また、第２実施形態によれば、Ｈブリッジ回路５の接続点Ａ１−Ａ２間をＭＯＳトランジスタ５ｅで直接短絡し、あるいはＨブリッジ回路６の接続点Ｂ１−Ｂ２間をＭＯＳトランジスタ６ｅで直接短絡するので、第１実施形態の構成に比べて低インピーダンスの閉回路を実現することができるため第１実施形態のものよりも振動抑制の効果を向上させることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態で示した短絡スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ５ｅ、６ｅは、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタに代えてｐチャネル型のＭＯＳトランジスタを用いることもできる。
【００５５】
（第３実施形態）
図７は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ステッパモータ駆動装置４ｂとして、揺動抑止回路１１ａに電流検出部として電流範囲判定部１２ａを設ける構成としている。
【００５６】
電流範囲判定部１２ａは、Ｈブリッジ回路５あるいは６の抵抗５ｒ、６ｒに流れる電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの判定を閾値電流値−ＩＬで行うのではなく、電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂが再オン指示をするための所定範囲に入ったか否かで判定する構成としている。ここでは、所定範囲として、例えば、上限値Ｉｍａｘと下限値Ｉｍｉｎの範囲が設定され、電流範囲判定部１２ａは、この範囲に電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂが入ったか否か、すなわち次式（３）で示す条件が成立したか否かで判定する。
Ｉｍａｘ＞Ｉｈａ＞Ｉｍｉｎ、またはＩｍａｘ＞Ｉｈｂ＞Ｉｍｉｎ  …（３）
【００５７】
実際には、電流範囲判定部１２ａにおいては、上限値Ｉｍａｘおよび下限値Ｉｍｉｎによる所定範囲を、それぞれに対応した上限電圧Ｖｍａｘおよび下限電圧Ｖｍｉｎによる所定範囲が設定され、電流検出用の抵抗５ｒの端子電圧Ｖｈａあるいは抵抗６ｒの端子電圧Ｖｈｂと比較するように構成される。したがって、上記した式（３）の関係は、電圧値Ｖｈａ、Ｖｈｂで示すと、次式（４）のように表すことができる。
Ｖｍａｘ＞Ｖｈａ＞Ｖｍｉｎ、またはＶｍａｘ＞Ｖｈｂ＞Ｖｍｉｎ  …（４）
【００５８】
ここで、Ｖｈａ、Ｖｈｂの値は、前述したように電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂに対応しているので、具体的には負の電圧値となっている。したがって、前述した閾値電流値−ＩＬに対応する所定範囲としては、下限電圧Ｖｍｉｎは閾値電流値−ＩＬに相当する負の電圧値であり、上限電圧Ｖｍａｘは「０Ｖ」もしくはＶｍｉｎより大きい負の値に設定することが好ましい。
【００５９】
例えば、上限電圧Ｖｍａｘを「０Ｖ」とした場合には、閾値電流値−ＩＬと比較して判定する第１実施形態とほぼ同じ判定動作をすることになる。また、上限電圧Ｖｍａｘを「０Ｖ」でない負の電圧値に設定する場合こともでき、この場合には「０Ｖ」近傍の負の電圧値を含まない設定とすることができ、これによって逆起電力による誘導電流がほぼ「０」になった場合には「−通電」あるいは「＋通電」のタイミングになるまで再オン状態を保持するのではなく、実質的に再オン状態に保持する必要がなくなったら解除するように制御することができる。
【００６０】
したがって、このような第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、電流範囲判定部１２ａにより再オン制御が必要な期間だけを判断して通電制御部１０による制御を実施させることができる。
【００６１】
（第４実施形態）
図８および図９は第４実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ステッパモータ駆動装置４ｃとして、揺動抑止回路１１ｂに新たにタイマ回路１４を設ける構成としている。また、再オン指示部１３ａは、タイマ回路１４に通電モード指令部９から受けた「オフ」の通電モード信号Ｓｄの信号を与え、タイマ回路１４からタイムアップ信号Ｓｔを受ける構成である。
【００６２】
タイマ回路１４は、再オン指示部１３ａが通電モード指令部９から受けた「オフ」の通電モード信号Ｓｄが入力されると、タイマ動作を開始して計時を行い、計時時間がタイマ時間Ｔｏｆｆに達すると再オン指示部１３ａにタイムアップ信号Ｓｔを出力する。
【００６３】
再オン指示部１３ａは、第１実施形態と同様の機能に加えて、「オフ」の通電モード信号Ｓｄを受けた状態でタイマ回路１４からタイムアップ信号Ｓｔを受けた場合にも、再オン信号Ｓｒｏｎを電流制御部１０に出力するように構成されている。つまり、再オン指示部１３ａは、「オフ」の通電モード信号Ｓｄを受けた状態で、判定信号Ｓｍあるいはタイムアップ信号Ｓｔのいずれかを受けると、再オン信号Ｓｒｏｎを出力する。
次に、上記構成の作用について図９も参照して説明する。
【００６４】
図９は、前述と同様に、Ｈブリッジ回路５または６によるＡ相あるいはＢ相に対する１回の通電制御の動作について、制御回路７による制御動作の流れを示すもので、以下第１実施形態で示した図２の場合と異なる部分について説明する。
【００６５】
制御回路７は、前述と同様にして、ステップＡ１からＡ３を実施してＨブリッジ回路５または６への通電をオフすると、このとき「オフ」の通電モード信号Ｓｄがタイマ回路１４にも与えられる。続くステップＡ８で、タイマ回路１４は、タイマ動作を開始してＨブリッジ回路５または６のオフ時点から計時動作を行う。
【００６６】
この後、タイマ回路１４による計時時間がタイマ時間Ｔｏｆｆに達していない場合には、ステップＡ９でＮＯとなってステップＡ４に進む。前述同様にしてステップＡ４、Ａ５を経て、Ｈブリッジ回路５または６の誘導電流Ｉｈが−ＩＬ超に変化するのを待機する。
【００６７】
この状態では、ステップＡ９、Ａ４、Ａ５のサイクルを繰り返し実行している。すなわち、タイマ回路１４の計時時間が先にタイマ時間Ｔｏｆｆに達するか、誘導電流Ｉｈが−ＩＬ超に変化するかのいずれかの状態になるのを待機した状態である。
【００６８】
例えば、先にステップＡ５でＹＥＳになると、第１実施形態と同様にして、続くステップＡ６で、電流制御部１０に再オン信号Ｓｒｏｎを与えて回生通電を行わせる。電流制御部１０は、ステップＡ７で、Ａ相もしくはＢ相の回生通電制御を実行し、Ａ相もしくはＢ相を閉ループの短絡状態として回生制動することができる。
【００６９】
一方、ステップＡ９でＹＥＳになる場合には、この時点でステップＡ６に移行し、上記と同様に電流制御部１０に再オン信号Ｓｒｏｎを与えて回生通電を行わせる。電流制御部１０は、ステップＡ７で、Ａ相もしくはＢ相の回生通電制御を実行させる。
【００７０】
この場合には、何らかの理由によりタイマ時間Ｔｏｆｆが経過した時点でも、Ｈブリッジ回路５あるいは６に流れる負の電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの値が前述の式（１）の状態から式（２）の状態に変化しておらず、ステップＡ５でＹＥＳとなっていない状況である。
【００７１】
そこで、このような場合には、Ｈブリッジ回路５あるいは６に流れる負の電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの値が閾値電流−ＩＬ超とならない場合でも、タイマ時間Ｔｏｆｆが経過したことで強制的に回生通電制御を行わせるようにしたのである。これにより、ステッパモータ１のロータ２が揺動している状態であってもこれを強制的に抑制することができる。
【００７２】
このような第４実施形態によれば、タイマ回路１４を設けて、タイマ時間Ｔｏｆｆが経過した時点でＨブリッジ回路５あるいは６に流れる負の電流値Ｉｈａ、Ｉｈｂの値が閾値電流−ＩＬ超とならない場合でも、強制的に回生通電制御を行わせることができる。
【００７３】
（第５実施形態）
図１０は第５実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、ステッパモータ駆動装置４ｄの構成として、Ｈブリッジ回路５および６に流れる誘導電流を検出する構成を付加している。
【００７４】
すなわち、図１０に示しているように、ステッパモータ駆動装置４ｄにおいて、Ｈブリッジ回路５および６には、誘導電流検出抵抗（以下、単に抵抗と称する）５ｆおよび６ｆがそれぞれに対応して設けられている。具体的には、抵抗５ｆはＭＯＳトランジスタ５ａのドレインと接続点Ａ１との間に接続され、抵抗６ｆはＭＯＳトランジスタ６ａのドレインと接続点Ｂ１との間に接続されている。また、誘導電流検出回路１５が新たに設けられ、抵抗５ｆおよび６ｆの端子電圧によって誘導電流を検出するように構成されている。
【００７５】
第１実施形態においては、電流制御部１０によるＡ相またはＢ相の回生通電制御で、Ａ相のステータコイル３Ａ１および３Ａ２が閉ループとなる場合や、Ｂ相のステータコイル３Ｂ１および３Ｂ２が閉ループとなる場合には、閉ループ内を流れる電流は検出していなかった。この実施形態では、上記した閉ループに誘導電流検出用の抵抗５ｆ、６ｆを介在させる構成としたことで、誘導電流検出回路１５により検出することができるようにしている。
【００７６】
このような構成を設けた第５実施形態によれば、Ｈブリッジ回路５または６による回生制動動作を実施しているときに、ステータコイル３Ａ１、３Ａ２の閉ループまたはステータコイル３Ｂ１、３Ｂ２の閉ループに流れる誘導電流の電流値を検出することで、ステッパモータ１のロータ２が揺動する場合の大きさを電流値の大きさに対比させてモニタすることができる。
【００７７】
（第６実施形態）
図１１および図１２は第６実施形態を示すもので、以下、第５実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、第５実施形態の構成とほぼ同じであるが、ステッパモータ駆動装置４ｅは、誘導電流検出回路１５が検出する誘導電流の電流値が大きいときに検出信号Ｓｐを相切替指令部８ａに出力する構成としている。
【００７８】
この実施形態においては、回生制動動作を実施しているときに誘導電流検出回路１５により検出されるステータコイルの閉ループに流れる誘導電流の電流値に応じた検出電圧ＶＲに対して新たな制御動作を実施するようにしている。
【００７９】
ここでは、再オン指示部１３が電流制御部１０に再オン信号Ｓｒｏｎを与えてＨブリッジ回路５あるいは６によるステータコイルへの回生通電を行わせたときの状態を誘導電流検出回路１５により監視する。誘導電流検出回路１５は、閉ループに流れる誘導電流に相当する検出電圧ＶＲが閾値電圧ＶＲＨを超えているときに検出信号Ｓｐを相切替指令部８ａに出力する。相切替指令部８ａは、誘導電流検出回路１５から検出信号Ｓｐが入力された場合には、次回のＨブリッジ回路５または６への通電動作を停止して待機状態となるように構成される。
【００８０】
次に、上記構成の作用について図１２も参照して説明する。
図１２は、Ｈブリッジ回路５または６によるＡ相あるいはＢ相に対する１回の通電制御の動作の流れを示すもので、以下第１実施形態で示した図２の場合と異なる部分について説明する。
【００８１】
ステッパモータ駆動装置４ｅは、前述と同様にして、ステップＡ１からＡ３を実施してＨブリッジ回路５または６への通電をオフし、ステップＡ４に移行する。前述同様にしてステップＡ４、Ａ５を経て、Ｈブリッジ回路５または６の誘導電流Ｉｈが−ＩＬ超に変化するのを待機し、ステップＡ５でＹＥＳになると、第１実施形態と同様にして、続くステップＡ６で、電流制御部１０に再オン信号Ｓｒｏｎを与えて回生通電を行わせる。電流制御部１０は、ステップＡ７で、Ａ相もしくはＢ相の回生通電制御を実行し、Ａ相もしくはＢ相を閉ループの短絡状態として回生制動することができる。
【００８２】
このとき、ステッパモータ駆動装置４ｅは、続くステップＡ１０に移行し、Ｈブリッジ回路５または６の抵抗５ｆまたは６ｆに流れる誘導電流を誘導電流検出回路１５により検出する。誘導電流検出回路１５は、誘導電流に相当する検出電圧ＶＲが閾値電圧ＶＲＨを超えている場合にはステップＡ１１でＹＥＳと判断し、ステップＡ１２に移行して検出信号Ｓｐを相切替指令部８ａに出力する。
【００８３】
誘導電流検出回路１５は、この後、ステップＡ１０に戻り、以下、検出電圧ＶＲが閾値電圧ＶＲＨを超えている期間中はステップＡ１０〜Ａ１２を繰り返し、ステップＡ１１でＮＯになると、ステップＡ１３に移行し、相切替指令部８ａへの検出信号Ｓｐの出力を停止する
【００８４】
これにより、相切替指令部８ａは、誘導電流検出回路１５から検出信号Ｓｐが与えられている期間中は、次のＨブリッジ回路５または６への通電を停止状態とし、検出信号Ｓｐが停止されると、次のＨブリッジ回路５または６への通電を開始するようになる。
【００８５】
この結果、誘導電流が流れ続けている状態でＨブリッジ回路５または６への通電を開始することを抑制でき、ステッパモータ１のロータ２の回転状態が脱調するなどの不具合の発生を回避することができるようになる。
【００８６】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００８７】
上記各実施形態では、ステッパモータ１としてＡ相、Ｂ相の２相のものを示したが、これに限らず、３相以上の相を持つ構成のバイポーラ型のステッパモータにも適用することができる。
【００８８】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００８９】
図面中、１はステッパモータ、２はロータ、３はステータ、３Ａ１、３Ａ２、３Ｂ１、３Ｂ２はステータコイル、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅはステッパモータ駆動装置、５、６、５ｘ、６ｘはＨブリッジ回路、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂはＭＯＳトランジスタ（ハイサイドスイッチ）、５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄはＭＯＳトランジスタ（ローサイドスイッチ）、５ｅ、６ｅはＭＯＳトランジスタ（短絡スイッチ）、５ｒ、６ｒは電流検出抵抗、５ｆ、６ｆは誘導電流検出抵抗、７は制御回路、８、８ａは相切替指令部、９は通電モード指令部、１０は電流制御部、１１、１１ａ、１１ｂは揺動抑止回路、１２は電流判定部、１２ａは電流範囲判定部、１３、１３ａは再オン指示部、１４はタイマ回路、１５は誘導電流検出回路である。
【図１】
2020150669.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020150669.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020150669.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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