(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流制御ステッピングモータ制御装置において、
励磁電流の電流変化パターンと電源電圧に対応し、励磁電流を所定値まで上昇させるオン固定時間または励磁電流を所定値まで下降させるオフ固定時間を記録したマップと、
バッテリの電源電圧を検出する検出手段と、
励磁電流の変更時に、電流変化パターンと前記電源電圧に基づいて、前記マップから対応するオン固定時間またはオフ固定時間を読み出すことにより、前記オン固定時間またはオフ固定時間を決定し、電流制御信号の最初に、前記オン固定時間または前記オフ固定時間を設ける設定手段と、
を具備したことを特徴とする定電流制御ステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
ステッピングモータの運転に先立って、ステッピングモータの巻線にあるオン固定時間の間電源電圧を印加し、そこで検出した励磁電流と、マップから得た励磁電流により補正値を得て記憶する学習手段を具備し、
前記設定手段は、オン固定時間またはオフ固定時間を決定する際に、マップから読み出した値と学習手段の記憶した補正値とからオン固定時間またはオフ固定時間を決定することを特徴とする請求項１に記載の定電流制御ステッピングモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電流駆動ステッピングモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
定電流駆動ステッピングモータの駆動回路を図４に示す。
電源２とグランドＧＮＤの間に、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のブリッジ回路からなる出力段３が組まれ、ブリッジ回路の出力側にステッピングモータ１の巻線２１が接続される。なお、図においては、巻線２１は１相分のみを示して、他の相の回路の図示は省略している。出力段３を構成する各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲートには、ＣＰＵ５からバッファ４を介して、図５に示す電流制御信号と相切替信号が入力される。
【０００３】
ＣＰＵ５は、外部からの指示入力７とステッピングモータ１の現ステップとから、ステッピングモータ１の回転方向、回転速度等を計算して、各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４に電流を制御するための信号を出力する。
図５に電流制御信号と相切替信号の関係を示す。
図５の期間ｔ１  において、ＦＥＴ４にその期間中オンとなる相切替信号▲４▼が入力され、ＦＥＴ１にオンとオフが繰り返される電流制御信号▲１▼が入力される。また、続く期間ｔ２においては、ＦＥＴ３にその期間中オンとなる相切替信号▲３▼が入力され、ＦＥＴ２にオンとオフが繰り返される電流制御信号▲２▼が入力される。以上のステップが順次繰り返されることにより、ステッピングモータ１がステップを進めて行く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のステッピングモータ１の制御装置においては、ＣＰＵ５による計算の結果、所望の電流値を得るように電流制御信号のオン時間とオフ時間の比を決定している。このオン時間とオフ時間の繰り返しを以後「デューティ信号」と呼ぶ。励磁電流を変更するとき、電流制御信号は、変更前のデューティ信号から変更後のデューティ信号へと変更される。
【０００５】
しかしながら、このように励磁電流の変化時に最初からデューティ比制御を行うと、励磁電流の立ち上がりが遅れることとなり、所望の電流値に到達する時間が長くなる。このため、ステッピングモータ１の高速駆動に対応することができなかった。
本発明は、定電流制御ステッピングモータの制御装置を、ステッピングモータの高速駆動に対応することが可能なものとすることを目的とするものである。
【０００６】
【課題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、励磁電流の変更時に、電流制御信号の最初に励磁電流を所定値まで上昇させるオン固定時間または励磁電流を所定値まで下降させるオフ固定時間を設ける。
図６に電流制御信号と励磁電流との関係を示す。今、励磁電流をＩ１からＩ２に増加するとき、オン固定時間Ｔ１  を設定する。このオン固定時間の間、励磁電流は上昇を続け、速やかにＩ１  とＩ２  の差のΔＩだけ上昇する。このオン固定時間Ｔ１  経過後に、電流制御信号としてデューティ信号が供給される。
【０００７】
また、励磁電流をＩ２  からＩ１  に減少させるとき、オフ固定時間Ｔ２  を設定する。このオフ固定時間Ｔ２  の間、励磁電流は減少を続け、速やかにＩ２  とＩ１  の差のΔＩだけ下降する。このオフ固定時間Ｔ２  経過後に励磁電流の変更後のデューティ信号が供給される。
なお、励磁電流の変更後の値Ｉ２  が０の場合は、オン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  の後には、電流制御信号が供給されないことは言うまでもない。
【０００８】
次に、オン固定時間およびオフ固定時間Ｔｎ  の決定の仕方について説明する。電流増加時にステッピングモータ１の巻線２１の励磁電流は、図７に示すように上昇する。このカーブは、巻線２１に固有のものである。そして、さらにこのカーブは、図７に示すように、電源電圧＋Ｂにより変化する。すなわち、電源電圧が高いときは励磁電流は速く上昇し、低いときは遅く上昇する。電流減少時の励磁電流のカーブもこれと同様に変化する。ただし、電流減少時のカーブは電源電圧に影響されない。
【０００９】
したがって、本発明においては、このオン固定時間およびオフ固定時間Ｔｎ  を得るために、電流変化パターン（励磁電流の変化量と変化の方向）と、電源電圧に対応したオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を記録したマップを用意する。そして、ＣＰＵ５の計算の結果、励磁電流を変更させるときには、電流変化パターンと電源電圧の測定結果から、それに対応するオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を読み出し、通常の電流制御信号の前にオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を設定する手段を設ける。
【００１０】
【作用】
オン固定時間およびオフ固定時間Ｔｎ  を設定することにより、励磁電流の変更時に励磁電流はすみやかに変更後の電流値に到達するから、本発明の制御装置によれは、ステッピングモータの高速駆動に対応することができることとなる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
本発明のステッピングモータの制御装置の実施例を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施例のブロック図を示す。
始めに、ブロックの構成について説明する。
【００１２】
ステッピングモータ１と電源２の間に出力段３が挿入される。出力段３には、バッファ４を介してＣＰＵ５から制御信号が入力される。この出力段３の内容あるいは電流制御信号、相切替信号については、すでに図４〜図６を用いて説明ずみであるので、それを参照されたい。
ＣＰＵ５の制御部６には、外部より指示入力７が入力される。制御部６は、指示入力７と内部に記憶された現在ステップ位置から回転方向、差のステップ数および巻線２１の励磁パターンを決定する。巻線２１の励磁パターンの１例を図８に示す。
【００１３】
図８に示す励磁パターンは、励磁電流を時間的に多分割化し、電流値を多段階に変化させたもので、モータのステップを磁極間に多数設定し、より精密な位置調整を可能とするものである。
この励磁パターンには、電流変化パターンが▲１▼〜▲８▼の８個が含まれる。すなわち、▲１▼〜▲４▼においては、励磁電流は上昇し、それぞれの上昇する電流値が異なっている。また、▲５▼〜▲８▼においては、励磁電流は減少し、それぞれの減少する電流値が異なっている。
【００１４】
制御部６は、決定された励磁パターンにより決まる電流値を励磁シーケンサ８に出力する。また同時に、制御部６は励磁電流の変更時に、電流変化パターン▲１▼〜▲８▼を設定手段９に出力する。
設定手段９には、検出手段１０が検出した電源電圧＋Ｂが入力される。
設定手段９は、電流変化パターン▲１▼〜▲８▼と電源電圧＋Ｂにより、マップ１１から該当するオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を読み出し、それを励磁シーケンサ８に出力する。
【００１５】
マップ１１の一部を図９に示す。マップ１１には、電流変化パターンを縦軸にとり、電源電圧を横軸にとり、それらの交点にオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎが記録されている。
励磁シーケンサ８は、制御部６から出力された電流値の指令に応じたデューティ信号の電流制御信号または相切替信号を出力段３の各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４に出力する。そして、図６に示すように、設定手段９からオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎが出力されると、このオン固定時間の間、所定のＦＥＴ１またはＦＥＴ２をオンし続け、あるいは所定のＦＥＴ３またはＦＥＴ４をオフし続ける。このオン固定時間またはオフ固定時間が終了すると、その後は電流値の指令に応じたデューティ信号を出力する。
【００１６】
次に、以上説明した制御装置の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
制御部６が励磁シーケンサ８に指示する電流値が変更されるとき、図２の動作がスタートする。
ステップＳ１１でデューティ信号を出力する電流制御処理をストップする。
【００１７】
ステップＳ１２では、電流変化パターンが電流増加を示すか否かが判定される。増加の場合（Ｙ）、ステップＳ１３で所定のＦＥＴ１またはＦＥＴ２がオン、減少の場合（Ｎ）は、ステップＳ１４でオフとされる。
ステップＳ１５で電源電圧が検出される。
次いで、ステップＳ１６で設定手段９は、マップ１１からオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を読み出す。ステップＳ１７では、電流制御処理のためのタイマが読み出された時間Ｔｎ  にセットされる。
【００１８】
時間Ｔｎ  の経過後、ステップＳ１８で、電流変化パターンが電流増加を示すか否かが判定される。増加の場合（Ｙ）、ステップＳ２０で、オンとされていたＦＥＴがオフとされ、減少の場合（Ｎ）は、ステップＳ１９で、オフとされていたＦＥＴがオンとされる。
その後は、ステップＳ２１に進み通常のデューティ信号の出力に戻る。なお、変更後の励磁電流が０の場合は、当然デューティ信号は出力されない。
【００１９】
（実施例２）
次に、オン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎ  を現在実際に使用しているステッピングモータ１の巻線２１の特性に一致させ、さらに正確な制御を行わせる例について、図３を用いて説明する。
図３のブロック図は、図１のブロック図に、学習手段が追加されたものである。その他の点は図１と同様であるので説明は省略する。
【００２０】
学習手段１２は、ステッピングモータの運転に先立って、あるオン固定時間Ｔ１  の間、巻線２１に励磁電流を流す。これにより、巻線２１には、その巻線に固有のカーブを描いて、増加する励磁電流が流れる。そして、学習手段１２はオン固定時間Ｔ１経過時の電流値ΔＩ’を得る。そして、検出した電流値ΔＩと、マップ１１上の同一オン固定時間Ｔ１に対応する電流値ΔＩを対比する。これにより、マップ１１と実際の巻線２１の特性との比を補正値αとして記憶する。
【００２１】
以降は、前記実施例１と同様にマップ１１からオン固定時間またはオフ固定時間Ｔｎを読み出したとき、値Ｔｎ  に補正値αを掛けて、その値をオン固定時間またはオフ固定時間として使用する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、定電流制御ステッピングモータの制御装置を、ステッピングモータの高速駆動に対応することが可能なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のブロック図。
【図２】図１の装置の動作を説明するフローチャート。
【図３】本発明の実施例２のブロック図。
【図４】定電流制御ステッピングモータの駆動回路を示すブロック図。
【図５】図４の出力段に供給される信号を示す波形図。
【図６】電流制御信号と励磁電流の関係を示す波形図。
【図７】ステッピングモータの巻線の励磁電流の特性を示すグラフ。
【図８】励磁電流の励磁パターンを示すグラフ。
【図９】図１および図２におけるマップの内容を示す図。
【符号の説明】
１…ステッピングモータ
２…電源
３…出力段
５…ＣＰＵ
６…制御部
７…指示入力
８…励磁シーケンサ
９…設定手段
１０…検出手段
１１…マップ
１２…学習手段
２１…巻線
【図１】
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【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】
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【図８】
0003608807.tif 000009
【図９】
0003608807.tif 000010