【手続補正書】
【提出日】平成16年9月1日(2004.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のステッピングモータ駆動装置の概略ブロック図である。１はステッピングモータ駆動装置（以下駆動装置）であり、２本の電源線１ａ、１ｂを介して相互に接続されている制御回路２、出力回路３により構成される。駆動装置１は電源線１ａ、１ｂを介して直流電源５に接続され、電源線１ａは直流電源５の正電極に接続され、電源線１ｂは直流電源５の負電極に接続され、必要な電力を供給される。直流電源５は例えば交流を整流して得られる直流、又は電池、充電池等により構成される。直流電源５は負荷としての制御回路２、出力回路３の回路特性、ステッピングモータ（以下モータ）の特性等に適合した定格電圧Ｖａを供給するように電源電圧を設定される。制御回路２は出力回路３の動作を制御するための制御信号Ｓｃを発生し、制御信号Ｓｃを出力回路３へ入力する。出力回路３は図示しないモータの複数のコイルに順々にコイル電流を流して励磁することによりモータのロータを回転させる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の実施の形態に係るステッピングモータ駆動装置の概略ブロック図である。１はステッピングモータ駆動装置（以下駆動装置）であり、制御回路２、出力回路３、電力吸収回路４により構成され、制御回路２、出力回路３、電力吸収回路４は２本の電源線１ａ、１ｂを介して相互に接続されている。駆動装置１は電源線１ａ、１ｂを介して直流電源５に接続され、電源線１ａは直流電源５の正電極に接続され、電源線１ｂは直流電源５の負電極に接続され、必要な電力を供給される。直流電源５は例えば交流を整流して得られる直流、又は電池、充電池等により構成される。直流電源５は負荷としての制御回路２、出力回路３の回路特性、ステッピングモータ（以下モータ）の特性等に適合した定格電圧Ｖａを供給するように電源電圧を設定される。制御回路２は出力回路３の動作を制御するための制御信号Ｓｃを発生し、制御信号Ｓｃを出力回路３へ入力する。出力回路３は図示しないモータの複数コイルに順々にコイル電流を供給（出力）し、励磁することによりモータのロータを回転させる。なお、制御回路２、出力回路３、電力吸収回路４を相互に接続するプラス（＋）端子、マイナス（−）端子は説明用に記載したものであり、通常はプリント基板等に一体的に構成できるので特別な端子は不要である。制御回路２、出力回路３、電力吸収回路４を一体的に構成した場合のプリント基板等はモータの固定子周辺に適宜実装して、駆動装置搭載型モータとすることができる。この場合には端子としては直流電源５への接続端子のみで良く、モータのシステム全体として小型化が可能となる。駆動装置搭載型モータとした場合には、電力吸収回路４は制御回路２、出力回路３から分離して外付けにしても良い。電力吸収回路４を外付けにした場合には電力吸収回路４の回路定数を適宜調整することが可能になり、使用環境に応じた電力吸収回路４とすることが可能になる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図２は制御回路の実施例を示すブロック図である。制御回路２はコンデンサＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤＣ）２１、制御信号発生部２２により構成される。コンデンサＣは電源線１ａ、１ｂの間に挿入され電源線１ａ、１ｂに進入、発生するサージ電圧等を吸収してＤＤＣ２１に印加される電圧を安定化する。ＤＤＣ２１は直流電源５から供給された直流電圧を制御信号発生部２２が電源電圧として必要とするレベルの直流電圧に変換し、制御信号発生部２２へ電力を供給する。制御信号発生部２２は入力信号Ｓｉを外部（例えば装置系の制御部）から入力し、適宜位相調整等を施して出力回路３の動作を制御する制御信号Ｓｃを発生し、出力回路３へ出力する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図３は出力回路の第１実施例を示す回路図である。ここではモータのコイルがＡ相巻線ＬＡ及びＢ相巻線ＬＢからなる２相バイポーラ方式の場合を示す。Ａ相巻線ＬＡにコイル電流を流し、次にＢ相巻線ＬＢに、その次にＡ相巻線ＬＡに前述とは逆方向にコイル電流を流し、その次にＢ相巻線ＬＢに前述とは逆方向にコイル電流を順々に流すことにより、図示しないロータを回転させる。電源線１ａ、１ｂから印加される定格電圧Ｖａがコイルへ印加される印加電圧であり、モータ駆動電圧となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
電源線１ａ、１ｂ間の電圧がツェナー電圧Ｖｚ以上の過電圧になった場合にはツェナーダイオードＺＤ、抵抗Ｒの直列回路に逆方向電流Ｉｄが流れ、過電圧の大きさをツェナー電圧Ｖｚ＋抵抗降下電圧ΔＶ（ΔＶ＝Ｉｄ×Ｒ）の大きさに抑制し、過電圧が限界電圧Ｖｂを超えることを防止する。抵抗Ｒでの電力消費により過剰な電力（回生電力、発電電力）は、熱に変化され、外部に放出される。電力吸収回路４はツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒの直列接続回路という簡単な素子構成であることから、小型化が容易であり、低価格で実現できる。駆動装置搭載型モータに適用した場合には、制御回路２、出力回路３と共に容易に内蔵できる。また、内蔵しないで外付けする場合には、抵抗Ｒの抵抗値及び定格電力調整が容易となり、さらに必要に応じてツェナー電圧Ｖｚの異なるツェナーダイオードＺＤに置き換えることができる。抵抗ＲおよびツェナーダイオードＺＤの変更により回生制動力を簡単に調整できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
同図（ａ）において、外力回転開始時Ｔｓ以降ロータの回転に伴い発電電力が発生し、電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧が徐々に上昇し、定格電圧Ｖａを超える状態になる。さらに電圧が上昇し、ツェナー電圧到達時Ｔｚ１においてツェナー電圧Ｖｚに到達すると、電力吸収回路４において逆方向電流Ｉｄが流れ、抵抗Ｒでの電圧降下ΔＶが生じることから電圧の上昇がツェナー電圧Ｖｚ＋抵抗降下電圧ΔＶに抑制される。時間Ｔｚ２〜Ｔｚ３においては発電電力も略一定になった状態を示す。この間、抵抗での電圧降下ΔＶは略一定であり、過剰電力は抵抗Ｒを介して熱に変換され外部に放出される。抵抗Ｒの大きさは発電電力等の発生状況（発生電力の大きさ）を予め予測して適宜な電圧降下ΔＶが得られるような値に設定すれば良い。また、ツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒの電流容量についても同様に流れる電流から求めることができる。時間Ｔｚ３以降は発電電力が最大値を過ぎ、徐々に低下する状況を示す。定格電圧Ｖａ以上の電圧が長時間（〜Ｔｚ１〜Ｔｚ２〜Ｔｚ３〜）続いた場合においても、制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊される電圧である限界電圧Ｖｂ以上には上昇しないことから、モータを強制的に回転させた場合においても、制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊されることは無い。したがって、このようなモータを動力源とする直線作動機、減速機等においても停止時に強制的に外力を加える試運転が可能となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
電力吸収回路４を接続しない場合には、同図（ｂ）に示すように、外力回転開始時Ｔｓ以降ロータの回転に伴い発電電力が発生し、電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧が徐々に上昇し、定格電圧Ｖａを超える状態になる（時間Ｔａ）。そのまま上昇した場合には特性曲線Ｂ１で示すように限界電圧Ｖｂに到達し（時間Ｔｂ）、制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊されることになる。他方、特性曲線Ｂ２で示すように発電電力による電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧が定格電圧Ｖａ乃至限界電圧Ｖｂの範囲内で一定時間（Ｔｃ）継続すると、ＤＤＣ２１が動作し、不安定な電源電圧を制御信号発生部２２へ供給する。その結果、制御信号発生部２２は誤動作し、正常なシーケンスと異なる制御信号Ｓｃを発生して出力回路３へ出力する。正常なシーケンスと異なる制御信号Ｓｃが入力された出力回路３は、誤動作することになり、コイルへ供給される電流が無秩序にオンオフされる状態になる。コイルへ供給される電流が無秩序にオンオフされることから、コイルの誘導起電力により大きなサージが電源線１ａ、１ｂ相互間に発生する（時間Ｔｐ）。このサージが限界電圧Ｖｂを超えた場合には、制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊されることになる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図７はモータ回生時の電源線の電圧推移状況を示す説明図である。特性曲線Ｂ３は電力吸収回路を接続した場合を、特性曲線Ｂ４は電力吸収回路を接続しない場合を示す。横軸は時間、縦軸は電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧である。回生電力が発生する場合としては、上述したように昇降運転の場合における下降運転時、昇降運転の場合の下降運転における減速時、大きな慣性負荷の急減速時等がある。回生状態開始時Ｔｓまでは定格電圧Ｖａによる動作をしているが、回生状態開始時Ｔｓ以降、ロータの回転が各コイルの励磁切換速度より速くなることからその差により回生電力が発生する。制御回路２、出力回路３での消費電力より回生電力が大きいと電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧が徐々に上昇し、ツェナー電圧Ｖｚに到達する（ツェナー電圧到達時Ｔｚ１）。電力吸収回路４が接続されている場合には、電力吸収回路４が図６（ａ）の場合と同様に動作することから同図に示す特性曲線と同様な特性曲線Ｂ３が得られる。電力吸収回路４の動作は図６（ａ）の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。電力吸収回路４が接続されていない場合には、電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧はそのまま上昇を続け、特性曲線Ｂ４で示すように限界電圧Ｖｂを超えた場合には、制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊されることになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
上述したとおり、電力吸収回路４を電源線１ａ、１ｂ相互間に接続して、電源線１ａ、１ｂ相互間の電圧をツェナー電圧Ｖｚ＋抵抗降下電圧ΔＶに抑制する。このツェナー電圧Ｖｚ＋抵抗降下電圧ΔＶが限界電圧Ｖｂ以下になるようにツェナー電圧Ｖｚ及び抵抗降下電圧ΔＶ（つまり抵抗Ｒの抵抗値）を設定することにより制御回路２、出力回路３、直流電源５が破壊されることの無いモータを実現できる。