(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５相ステッピングモータの各相巻線を順次接続してペンタゴン結線とし、これら各相巻線の接続点にスイッチング手段を接続し、このスイッチング手段のオン状態・オフ状態を切替制御することにより、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を可能にする５相ステッピングモータの駆動装置において、
前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるための電流減衰率上昇手段を設け、
前記スイッチング手段は、オン状態とオフ状態とを繰り返す直流チョッパー制御が行われるように構成され、
前記電流減衰率上昇手段は、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になったスイッチング手段に対して行う直流チョッパー制御を停止して、高電流減衰状態を所定時間のみ保持する保持手段を有し、
前記直流チョッパー制御のデューティが小さい程、または、前記相巻線に流れる電流が小さい程、または、前記相巻線に印加される電圧が大きい程、または、前記相巻線のインダクタンスが小さい程、前記保持手段による前記高電流減衰状態の保持時間を短くすることを特徴とする５相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動装置において、
前記直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測する計測手段を設け、この計測手段の計測値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持することを特徴とする５相ステッピングモータの駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動装置において、
前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を検出する検出手段を設け、この検出手段の検出値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持することを特徴とする５相ステッピングモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励磁巻線がペンタゴン接続された５相ステッピングモータの駆動装置に関し、特にハーフステップ制御を行う際のロータの回転速度のばらつきを軽減して、負荷が接続された状態でのロータの回転精度をできるだけ均一にできる５相ステッピングモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
５相ステッピングモータは、一般的には、５箇の励磁巻線が巻かれたステータと、永久磁石極が具備されたロータとから成り、２相ステッピングモータに比べて、ステップ角を小さくしてトルク変動等を少なくし、振動特性を改善できる点等で優れたステッピングモータである。しかし、５相ステッピングモータの場合、２相ステッピングモータに比べて、励磁巻線及びドライバー回路等が増し、コストアップの原因になる。
また、５相ステッピングモータには、励磁巻線の結線方式によって、スタンダード結線、ペンタゴン結線等の種類があるが、そのスタンダード結線の場合、ペンタゴン結線に比べて、一般的にスイッチングトランジスタが２倍必要である。また、定電流制御のために必要なアンプを多数配設しなければならず、コストが上昇する問題がある。
更に、５相ステッピングモータの駆動方式としては、５相励磁のフルステップ駆動方式以外に、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ駆動方式がある。このハーフステップ駆動方式は、フルステップ駆動に比べて発生トルクの変動が小さくできる等の効果があるので、振動や騒音に対する対策上多用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのペンタゴン結線の５相ステッピングモータを用いて、ハーフステップ駆動をする場合、４相励磁から５相励磁に切り替える時には、ロータが十分に回転せず特に問題は発生しないが、５相励磁から４相励磁に切り替わる時に、ロータの回転が不十分であって、回転速度にばらつきが生じ、負荷が接続された状態でのロータの回転精度が悪くなるという問題がある。
本発明の目的は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、ペンタゴン結線の５相ステッピングモータを用いて、ハーフステップ駆動を採用する際に、ロータの回転速度のばらつきを軽減して、負荷が接続された状態でのロータの回転精度をできるだけ均一にすることができる５相ステッピングモータの駆動装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、５相ステッピングモータの各相巻線を順次接続してペンタゴン結線とし、これら各相巻線の接続点にスイッチング手段を接続し、このスイッチング手段のオン状態・オフ状態を切替制御することにより、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を可能にする５相ステッピングモータの駆動装置において、  前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるための電流減衰率上昇手段を設け、 前記スイッチング手段は、オン状態とオフ状態とを繰り返す直流チョッパー制御が行われるように構成され、前記電流減衰率上昇手段は、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になったスイッチング手段に対して行う直流チョッパー制御を停止して、高電流減衰状態を所定時間のみ保持する保持手段を有し、前記直流チョッパー制御のデューティが小さい程、または、前記相巻線に流れる電流が小さい程、または、前記相巻線に印加される電圧が大きい程、または、前記相巻線のインダクタンスが小さい程、前記保持手段による前記高電流減衰状態の保持時間を短くすることを特徴とする。
【０００５】
それにより、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に回生電流が流れ、この回生電流の減衰率が低く、ロータの回転速度にばらつきが発生する状態が生じるが、電流減衰率上昇手段がその相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるので、ロータの回転に与える悪影響を防止して、負荷が接続された状態でのロータの回転精度をできるだけ均一にする。
【０００６】
【０００７】
また、保持手段は、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になったスイッチング手段に対して行う直流チョッパー制御を停止して、高電流減衰状態に保持するので、相巻線に流れた回生電流が電位差の大きい状態で流れることにより、相巻線に流れる回生電流が速く減衰され、電流減衰率上昇手段としての役割を果たす。それにより、ロータの回転に与える悪影響を防止して、負荷が接続された状態でのロータの回転精度を従来に比べて均一にする。
【０００８】
【０００９】
更に、相巻線に流れる回生電流を減衰する所定時間だけ、高電流減衰状態の保持がされ、回生電流が十分に減衰された段階で、高電流減衰状態の保持が解除され、電流減衰率上昇手段としての機能を終了させる。
尚、相巻線に流れる回生電流が、４相励磁を行うための所定時間内で減衰した場合は、４相励磁が継続され、また、相巻線に流れる回生電流を減衰させるための時間中に、４相励磁から５相励磁へ切り替える時間になった場合は、直ちに４相励磁から５相励磁へ切り替えるといった態様を採用してもよい。このような制御を行う理由は、５相ステッピングモータの駆動装置の制御指令によって、ロータの回転速度を高速回転にしたり、あるいは低速回転にしたりするのに応じて、４相励磁及び５相励磁に費やす駆動時間が変動し、その駆動時間が必ずしも一定でないためである。それにより、４相励磁及び５相励磁に費やす駆動時間に変動が生じても、電流減衰率上昇手段としての機能が終了した段階で、この発明の５相ステッピングモータの駆動装置は、４相励磁から５相励磁への円滑な切り替え制御をすることができる。
【００１０】
【００１１】
また、直流チョッパー制御のデューティが小さい程、または、前記相巻線に流れる電流が小さい程、または、前記相巻線に印加される電圧が大きい程、または、前記相巻線のインダクタンスが小さい程、相巻線に流れる回生電流が短時間で減衰する。それにより、前記高電流減衰状態の保持時間が短くてすみ、電流減衰率上昇手段としての機能が速く終了でき、５相励磁から４相励磁への円滑な切り替え制御をすることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動装置において、前記直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測する計測手段を設け、この計測手段の計測値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持することを特徴とする。
既述した如く、直流チョッパー制御を停止し、高電流減衰状態に保持した状態で、相巻線に流れる回生電流が電位差の大きい状態で流れることによって、回生電流が減衰するので、高電流減衰状態に保持した状態である直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測し、この計測値に基づいてオフ状態の時間を調整し、回生電流が減衰したところで、高電流減衰状態を終了できる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の５相ステッピングモータの駆動装置において、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を検出する検出手段を設け、この検出手段の検出値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持することを特徴とする。
それにより、その検出値された回生電流が例えばほぼゼロになるまで、高電流減衰状態を保持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る５相ステッピングモータの駆動装置を具体化した実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の５相ステッピングモータＭの駆動装置１の全体概要を示すブロック図である。図２は、その５相ステッピングモータＭについて、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を行うためのタイミングチャートである。図３乃至図７は、その５相ステッピングモータＭ及びモータドライブ回路２を示す回路図であって、図３は５相励磁状態の際の電流の流れを示し、図４は４相励磁状態の際の電流の流れを示し、図５は４相励磁状態からスイッチング手段としてのトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０のすべてがオフ状態になった際の過渡現象時における電流の流れを示し、図６は４相励磁状態からトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の内のトランジスタ素子Ｔ５のみがオン状態になった際の電流の流れを示す。図７は次の５相励磁の際の電流の流れを示す。
尚、この実施の形態の５相ステッピングモータＭは、専ら上下動するミシンの縫針に対して、ミシンの加工布を支持する布支持枠をＸ−Ｙ方向にそれぞれ移動させるためのＸ軸方向駆動モータ及びＹ軸方向駆動モータに使用することができる。
【００１５】
５相ステッピングモータＭの駆動装置１は、図３乃至図７に示すように、第１、第２、第３、第４、第５の励磁巻線（以下Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の相巻線という）を順次接続してペンタゴン結線とし、これら各相巻線の接続点に、モータドライブ回路２内の１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０を接続する。
具体的には、５相ステッピングモータＭのＡ相及びＥ相の相巻線は、接続点Ｓ１で電気的に接続される。以下同様に、Ａ相及びＢ相の相巻線が接続点Ｓ３で接続され、Ｂ相及びＣ相の相巻線が接続点Ｓ５で接続され、Ｃ相及びＤ相の相巻線が接続点Ｓ７で接続され、Ｄ相及びＥ相の相巻線が接続点Ｓ９で接続される。
また、モータドライブ回路２においては、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９のエミッタ端子が電源Ｖの高電圧端子側に接続され、トランジスタ素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０のエミッタ端子が電源Ｖの０Ｖ（低電圧）端子側に接続される。
【００１６】
そして、トランジスタ素子Ｔ１のコレクタ端子及びトランジスタ素子Ｔ２のコレクタ端子間が接続点Ｓ２で接続され、接続点Ｓ１と接続点Ｓ２とが接続される。以下同様に、トランジスタ素子Ｔ３のコレクタ端子及びトランジスタ素子Ｔ４のコレクタ端子間を接続点Ｓ４で接続し、接続点Ｓ３と接続点Ｓ４とが接続される。また、トランジスタ素子Ｔ５のコレクタ端子及びトランジスタ素子Ｔ６のコレクタ端子間が接続点Ｓ６で接続し、接続点Ｓ５と接続点Ｓ６とが接続される。
更に、トランジスタ素子Ｔ７のコレクタ端子及びトランジスタ素子Ｔ８のコレクタ端子間を接続点Ｓ８で接続し、接続点Ｓ７と接続点Ｓ８とが接続される。また、トランジスタ素子Ｔ９のコレクタ端子及びトランジスタ素子Ｔ１０のコレクタ端子間を接続点Ｓ１０で接続し、接続点Ｓ９と接続点Ｓ１０とが接続される。そして、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０のベース端子には、モータドライブ回路２から出力されるドライブ信号ＤＳ（後述）が入力するようになっている。
また、１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０には、各エミッタ端子及び各コレクタ端子間でダイオードＤ１〜Ｄ１０がそれぞれ接続されており、これらダイオードＤ１〜Ｄ１０は、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０がオン状態からオフ状態へ切り替わった際に回生電流を流す働きをする。
【００１７】
そして、モータドライブ回路２が、駆動装置１におけるトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の駆動・非駆動に基づき、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の相巻線に励磁電流を適宜流すことによって、ロータを所定量だけ回転させる制御を行う。この場合、５相ステッピングモータＭの駆動装置１は、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の駆動・非駆動を適宜制御することにより、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を可能にする。
【００１８】
その駆動装置１は、図１に示すように、モータドライブ回路２の他に、更に励磁相カウンタ３、励磁相デコーダ４、励磁制御ロジック５、出力制御ロジック６、電流検出部７、定電流制御部８、設定時間カウンタ９を備えている。
その励磁相カウンタ３は、制御回路としてのＣＰＵ１０と接続されている。そして、励磁相カウンタ３は、ＣＰＵ１０から出力されるクロック信号ＣＬＫ、ロータの回転方向を指示するディレクション信号ＤＩＲを入力することにより、励磁相を示す相カウント信号ＳＲを、励磁相デコーダ４及び励磁制御ロジック５に出力することができる。
【００１９】
尚、励磁相カウンタ３は、ＣＰＵ１０から入力したディレクション信号ＤＩＲがロー状態（例えば正回転）の場合、ＣＰＵ１０から入力したクロック信号ＣＬＫの立ち上がり信号のエッジでカウントアップするのに対して、ディレクション信号ＤＩＲがハイ状態（例えば逆回転）の場合、クロック信号ＣＬＫの立ち上がり信号のエッジでカウントダウンする。
また、励磁相デコーダ４は、励磁相カウンタ３から入力した相カウント信号ＳＲに基づいて、出力制御ロジック６に励磁相信号ＲＳを出力する。この励磁相信号ＲＳは、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の各相巻線の励磁相を切り替えるためのものである。
【００２０】
励磁相デコーダ４から励磁相信号ＲＳを入力した制御ロジック６は、その励磁相信号ＲＳに対応するドライブ信号ＤＳをモータドライブ回路２に出力するので、モータドライブ回路２内の１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０のベース端子には、ドライブ信号ＤＳが入力される。
それにより、出力制御ロジック６によって制御されるドライブ回路２は、例えば、図２の時間Ｑ１において５相励磁を行い（図３参照）、図２の時間Ｑ２においてＣ相の相巻線に励磁電流を流さない４相励磁を行った後に（図４参照）、図２の時間Ｑ３において再び５相励磁を行う（図７参照）といった態様を繰り返し、更に時間Ｑ４から時間Ｑ７へと進むに従って、５相励磁と４相励磁とを順次切り替える。
【００２１】
また、電流検出部７は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の全相巻線に流れる電流を検出するためのものであり、検出された電流を定電流制御部８に出力する。このように電流検出部７で検出された電流に基づいて、定電流制御部８はオン状態（電源Ｖから電圧を供給するためのオン時間）とオフ状態（電源Ｖから電圧を供給しないオフ時間）とを繰り返す定電流チョッパ駆動制御を行う（図２参照）。
このような定電流チョッパ駆動制御をする理由は、各相巻線のインダクタンス
の影響によって、励磁電流の立ち上がりに遅れ時間が生じるので、モータ駆動周波数の上昇に伴うトルク不足を防止して、高速回転駆動に耐えられるようにするものであって、オン時間中に供給される電圧により、各相巻線にエネルギーを供給し、オフ時間に各相巻線からエネルギーを放出させることにより、各相巻線から発生する磁束を調整して、ロータを所定量だけ回転させる制御を行うためである。
そのため、定電流制御部８は、電流検出部７によって検出された電流に基づいたスイッチング信号ＳＴを、出力制御ロジック６に出力するので、その出力制御ロジック６は、ドライブ信号ＤＳをモータドライブ回路２に出力する。この場合、モータドライブ回路２は、図２に示すような、オン状態とオフ状態とを繰り返す直流チョッパー制御を行うが、電流検出部７によって検出された電流に基づき、定電流直流チョッパー制御のデューティ（駆動信号中のオン時間の比率）を変更する。すなわち、検出部７によって検出された電流が大きい場合、直流チョッパー制御のデューティを小さくするのに対して、検出部７によって検出された電流が小さい場合、直流チョッパー制御のデューティを大きくする。
【００２２】
また、励磁制御ロジック５は、励磁相カウンタ３から出力される相カウント信号ＳＲと、クロック信号ＣＬＫと、ディレクション信号ＤＩＲとを入力するので、これらの信号に基づいて指定信号ＳＤを作成し、この指定信号ＳＤを出力制御ロジック６に出力する。その指定信号ＳＤは、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の内の、直流チョッパー制御を所定時間だけ一時停止して、高電流減衰状態に保持するトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０を指定するためのものである。
具体的には、図２の時間Ｑ２に示す直流チョッパー制御について、例えばトランジスタ素子Ｔ５に対して行う直流チョッパー制御を所定時間ＱＡだけ停止して、トランジスタ素子Ｔ５のコレクタ端子側に接続される接続点Ｓ５及びＳ６を高電位状態に保持する。
【００２３】
その励磁制御ロジック５には、設定時間カウンタ９が接続されており、その設定時間カウンタ９は、指定されたトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の内のいずれかに対する直流チョッパー制御の停止時間（例えば１．５ｍｓ程度に）を設定することができる。
この場合、設定時間カウンタ９は、励磁相カウンタ３からクロック信号ＣＬＫを入力することにより、例えば１．５ｍｓ程度の直流チョッパー制御の停止時間のカウントを開始し、その直流チョッパー制御の停止時間のカウントが終了した場合、その終了信号ＳＹを出力する。それにより、励磁制御ロジック５は、指定したトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０に対して、オン状態の保持を開始させるとともにそのオン状態の保持の解除（終了）させる旨の指定信号ＳＤを出力制御ロジック６に出力する。
【００２４】
そのため、この実施の形態の場合、指定信号ＳＤは、５相励磁から次の４相励磁に切り替えられる際のオン状態になる所定のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０（例えばトランジスタ素子Ｔ５）について、直流チョッパー制御の停止時間の開始時及び終了時を知らせ、その終了後に直流チョッパー制御を行う旨を指示する機能を果たす。
【００２５】
それにより、出力制御ロジック６は、直流チョッパー制御を停止して、高電流減衰状態に保持する保持手段として機能し、モータドライブ回路２の１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０にドライブ信号ＤＳを出力する場合に、５相励磁から次の４相励磁に切り替えられる際に、所定のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０（例えば時間Ｑ２においてはトランジスタ素子Ｔ５）について、オフ状態よりオン状態に切り替える。その際に、例えば１．５ｍｓ程度だけ直流チョッパー制御を停止してオン状態を継続し、その後、直流チョッパー制御を開始させるとともに、オン状態のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０（この場合、Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ６〜Ｔ１０）については、オフ状態よりオン状態に切り替わってから直ちに直流チョッパー制御を開始する。それにより、接続点Ｓ５においては、高電位状態の保持を所定時間（例えば１．５ｍｓ程度）のみ行い、相巻線に流れる回生電流が所定時間内で減衰した場合は、４相励磁が継続される。
【００２６】
次に、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の相巻線に流れる電流について説明する。ここで、図２の縦軸は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の相巻線に励磁電流を流すため、１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の駆動状態を示す。すなわち、各相の横軸の上側は、上側のトランジスタ素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９のオン状態を示し、各相の横軸の下側は、下側のトランジスタ素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０のオン状態を示す。そして、横軸は時間を示し、時間の経過とともに相巻線に流す励磁電流が切り替わることを示す。
例えば、図２の時間Ｑ１において、励磁相デコーダ４が出力制御ロジック６に出力する励磁相信号ＲＳは、５相励磁するためのものであるので、ドライブ信号ＤＳは、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０のベースに、直流チョッパー制御用の駆動信号を出力して、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０をオン状態とし、その他のトランジスタ素子Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９をオフ状態とする。
【００２７】
それにより、電源Ｖの高電圧端子側が、図３に示すように、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ７を介して、接続点Ｓ２及び接続点Ｓ８に印加される結果、接続点Ｓ１及び接続点Ｓ７は高電位になるとともに、電源Ｖの０Ｖ端子側がトランジスタ素子Ｔ４、Ｔ１０を介して接続点Ｓ４及び接続点Ｓ１０に印加される結果、接続点Ｓ３及び接続点Ｓ９は低電位になる。
従って、モータドライブ回路２は、接続点Ｓ１から接続点Ｓ９に向かって、Ｅ相の相巻線に励磁電流を流すとともに、接続点Ｓ１から接続点Ｓ３に向かってＡ相の相巻線に励磁電流を流す。同様に、接続点Ｓ７から接続点Ｓ９に向かってＤ相の相巻線に励磁電流を流すとともに、接続点Ｓ７から接続点Ｓ３に向かって接続点Ｓ５を介して、Ｃ相及びＢ相の相巻線に励磁電流を流す。
【００２８】
その後、励磁相デコーダ４は、出力制御ロジック６に次の励磁相信号ＲＳを出力し、その制御ロジック６は、その励磁相信号ＲＳに対応するドライブ信号ＤＳをモータドライブ回路２に出力する。この場合、図２の時間Ｑ２において、５相励磁から次の４相励磁に切り替わる。その励磁相信号ＲＳは、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の内、トランジスタ素子Ｔ５のみをオフ状態よりオン状態に切り替え、その他のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ６〜Ｔ１０を前の状態に維持する信号である。
それにより、トランジスタ素子Ｔ５のみが、オフ状態よりオン状態に切り替わると、接続点Ｓ１及び接続点Ｓ７で高電位状態が維持され、且つ、接続点Ｓ３及び接続点Ｓ９で低電位状態が維持された状態で、電源Ｖの高電圧端子側がトランジスタ素子Ｔ５を介して接続点Ｓ６に印加される結果、接続点Ｓ５の電位が高い状態になる。
【００２９】
この場合、図３と同様に、接続点Ｓ７から接続点Ｓ５に向かって、Ｃ相の相巻線には、過渡的に点線のような回生電流が流れるが、時間経過とともに減衰し励磁電流が流れなくなって、４相励磁となる。従って、モータドライブ回路２は、図４に示すように、接続点Ｓ１から接続点Ｓ９に向かって、Ｅ相の相巻線に励磁電流を流すとともに、接続点Ｓ１から接続点Ｓ３に向かってＡ相の相巻線に励磁電流を流し、また、接続点Ｓ７から接続点Ｓ９に向かってＤ相の相巻線に励磁電流を流す。同様に、接続点Ｓ５から接続点Ｓ３に向かってＢ相の相巻線に励磁電流を流す。
【００３０】
その後、励磁相デコーダ４は、出力制御ロジック６に、次の励磁相信号ＲＳを出力し、その制御ロジック６は、その励磁相信号ＲＳに対応するドライブ信号ＤＳをモータドライブ回路２に出力する。この場合、図２の時間Ｑ３において、４相励磁から次の５相励磁に切り替わる。その励磁相信号ＲＳは、図７に示すように、トランジスタ素子Ｔ７のみをオン状態よりオフ状態に切り替え、その他のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ６、Ｔ８〜Ｔ１０を前の状態に維持する信号である。
それにより、電源Ｖの高電圧端子側は、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ５を介して、接続点Ｓ２及び接続点Ｓ６に印加され、接続点Ｓ１及び接続点Ｓ５は高電位になるとともに、電源Ｖの０Ｖ端子側がトランジスタ素子Ｔ４、Ｔ１０を介して接続点Ｓ３及び接続点Ｓ９に印加されるので、接続点Ｓ３及び接続点Ｓ９は低電位になる。
【００３１】
従って、モータドライブ回路２は、過渡現象が終了した段階で、図７に示すように、接続点Ｓ１から接続点Ｓ９に向かってＥ相の相巻線に励磁電流を流すとともに、接続点Ｓ１から接続点Ｓ３に向かってＡ相の相巻線に励磁電流を流す。同様に、モータドライブ回路２は、接続点Ｓ５から接続点Ｓ３に向かってＢ相の相巻線に励磁電流を流すとともに、接続点Ｓ５から接続点Ｓ９に向かって接続点Ｓ７を介してＣ相及びＤ相の相巻線に励磁電流を流す。
以下、励磁相信号ＲＳによって、その５相励磁から次の４相励磁に切り替わり、所定の相巻線に励磁電流を流す態様が、同様に繰り返される。
【００３２】
ここで、直流チョッパー制御の際のオフ時の過渡現象について説明する。図４の状態から、１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の全てをオフ状態にした場合、つまり、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０のベース端子に直流チョッパー制御のオフ信号側が印加された場合、Ａ相〜Ｅ相の相巻線のコイルは、その誘導リアクタンスに基づき、今まで流れた励磁電流を流し続ける方向に回生電流を流すように起電力を発生するので、以下のような第１〜第４の電流ルート（Ａ）〜（Ｄ）が形成される（図５参照）。
【００３３】
すなわち、（Ａ）電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ８、接続点Ｓ８、接続点Ｓ７、Ｄ相の相巻線、接続点Ｓ９、接続点Ｓ１０、ダイオードＤ９、電源Ｖの高電圧端子側への第１の電流ルート、（Ｂ）電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ８、接続点Ｓ８、接続点Ｓ７、Ｃ相の相巻線、接続点Ｓ５への電流と、電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ６、接続点Ｓ６、接続点Ｓ５への電流とが合わされて、Ｂ相の相巻線、接続点Ｓ３、接続点Ｓ４、ダイオードＤ３、電源Ｖの高電圧端子側への第２電流ルート、（Ｃ）電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ２、接続点Ｓ２、接続点Ｓ１、Ａ相の相巻線、接続点Ｓ３、接続点Ｓ４、ダイオードＤ３、電源Ｖの高電圧端子側への第３の電流ルート、（Ｄ）電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ２、接続点Ｓ２、接続点Ｓ１、Ｅ相の相巻線、接続点Ｓ９、接続点Ｓ１０、ダイオードＤ９、電源Ｖの高電圧端子側への第４の電流ルートが形成される。これら第１〜第４の電流ルートで流れる電流は、各相巻線及びダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ９を通ることにより電源Ｖに還流して、減衰していくことになる。
【００３４】
その後、図４の状態に戻り、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ１０のベースに直流チョッパー制御のオン信号が印加された場合、トランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ１０がオン状態となって、その他のトランジスタ素子Ｔ２、Ｔ３、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９はオフ状態のままとなる。それにより、図４に示すように、接続点Ｓ１から接続点Ｓ９に向かって、Ｅ相の相巻線に励磁電流を流し、接続点Ｓ１から接続点Ｓ３に向かってＡ相の相巻線に励磁電流を流し、また、接続点Ｓ７から接続点Ｓ９に向かってＤ相の相巻線に励磁電流を流し、接続点Ｓ５から接続点Ｓ３に向かってＢ相の相巻線に励磁電流を流す。
【００３５】
ここで、図４と図５（５相励磁から４相励磁に切り替わった直後の過渡的状態）とを見比べると、図５では接続点Ｓ７から接続点Ｓ５に向かって、Ｃ相の相巻線に回生電流が流れるのに対して、図４における過渡現象の終了時には、Ｃ相の相巻線には励磁電流が流れない。このＣ相の相巻線に点線のように流れる回生電流が、５相励磁から４相励磁に切り替える際の、ロータの回転に悪影響を与え、ロータの回転がすみやかに行われず、４相励磁から５相励磁に切り替える場合との間に、ロータの回転速度のばらつきを生じさせ、負荷が接続された状態でのロータの回転精度を悪くするといった問題を引き起こす。
【００３６】
図８は５相ステッピングモータＭのロータ（図示せず）の回転を示す説明図であって、グラフａ（回転精度の良い例を示す）及びグラフｂ（回転精度の悪い例を示す）は、横軸に時間の経過とともに縦軸にロータの回転量を示す。
グラフｂの場合、４相励磁から５相励磁に切り替える時には（状態ｂ２から状態ｂ３では）ロータが十分に回転し特に問題はないが、５相励磁から４相励磁に切り替える時（状態ｂ１から状態ｂ２）、ロータの回転が不十分であることが分かる。一方、グラフａの場合、４相励磁から５相励磁に切り替える時（状態ａ２から状態ａ３）、また、５相励磁から４相励磁に切り替える時（状態ａ１から状態ａ２）、ロータが十分に回転していることが分かる。
【００３７】
次に、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるための電流減衰率上昇手段について説明する。
この実施の形態の場合、５相励磁から４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になるトランジスタ素子Ｔ５に対して行う直流チョッパー制御を所定時間だけ停止して、高電位状態に保持することにより、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流を速く減衰させる方式である。
具体的には、図２の時間ＱＡにおいて、直流チョッパー制御のオフ時に１０箇のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の全てをオフ状態にせずに、図６に示すように、トランジスタ素子Ｔ５のみのベース端子に直流チョッパー制御のオン信号が所定時間だけ印加された場合、トランジスタ素子Ｔ５がオン状態となるとともに、その他のトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ６〜Ｔ１０をオフ状態にする。
【００３８】
すると、図５と同様に、Ａ相〜Ｅ相の相巻線のコイルは、その誘導リアクタンスに基づき、今まで流れた励磁電流を流し続ける方向に、回生電流を流す動作をするような起電力を発生する際に、図６に示すように上記（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｄ）のような第１、第３及び第４の電流ルートが形成される他に、トランジスタ素子Ｔ５がオン状態となるので、（Ｂ’）電源Ｖの０Ｖ端子側から、ダイオードＤ８、接続点Ｓ８、接続点Ｓ７、Ｃ相の相巻線、接続点Ｓ５への電流と、電源Ｖの高電圧端子から、トランジスタ素子Ｔ５、接続点Ｓ６、接続点Ｓ５までの電流とを合わせて、Ｂ相の相巻線、接続点Ｓ３、接続点Ｓ４、ダイオードＤ３、電源Ｖの高電圧端子側へ向かう第５電流ルートが形成される。ここで、トランジスタ素子Ｔ５がオンしているので、結果的に接続点Ｓ６及び接続点Ｓ５が高電位状態に保持され、接続点Ｓ７と接続点Ｓ５との間には、大きな電位差ができる。
【００３９】
この場合、接続点Ｓ７から接続点Ｓ５に向かってＣ相の相巻線に流れた回生電流は、接続点Ｓ５における高電位状態に向かって流れるため、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流が速く減衰する。これは、Ｃ相の相巻線に流れた回生電流が、高電位状態に向かって流れる際に、Ｃ相の相巻線のコイルは大きなエネルギーを失い、結果として、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流は急速に減衰するからである。
このように５相励磁を行った後に４相励磁を行う際に、時間Ｑ２における時間ＱＡにおいて、図４に示すトランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０のオン状態（トランジスタ素子Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９のオフ状態）と、図６に示すトランジスタ素子Ｔ５のオン状態（その他のトランジスタ素子Ｔ１〜４、Ｔ６〜Ｔ１０のオフ状態）とを行うことにより、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流を急速に減衰させ、回生電流の切れを良くするとともに、トランジスタ素子Ｔ５のオン状態に基づく、Ｂ相の相巻線に流れる励磁電流の立ち上がりを速くする。ここで、Ｂ相の相巻線に流れる回生電流は、接続点Ｓ５及びＳ３とともに高電位であるので、時間に対する電流減衰率は低くなり、結果的に励磁電流の立ち上がりが速くなる。
【００４０】
そして、図２の時間Ｑ２における時間ＱＡが経過し、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流が十分に減衰した後に、図４に示すトランジスタ素子Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０をオン状態（トランジスタ素子Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９をオフ状態）と、図５に示すトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０の全てをオフ状態とを繰り返す直流チョッパー制御を行って、Ａ相、Ｂ相、Ｄ相、Ｅ相の相巻線に励磁電流を適宜流すことによって、ロータを所定量だけ回転させるように制御を行う。
ここで、図３に示すトランジスタ素子Ｔ５のオフ状態から、図４に示すトランジスタ素子Ｔ５のオン状態に切り替わった直後の、Ｃ相の相巻線に流れる回生電流の電流減衰率と、図３に示すトランジスタ素子Ｔ５のオフ状態から、図６に示すトランジスタ素子Ｔ５のオン状態に切り替わった直後の、Ｂ相の相巻線に流れる電流の電流減衰率とほぼ等しくなるのが、制御上好ましい。同様に、図３に示すトランジスタ素子Ｔ５のオフ状態から、図６に示すトランジスタ素子Ｔ５のオン状態に切り替わった直後の、Ｃ相の相巻線に流れる電流の電流減衰率は、図３に示すトランジスタ素子Ｔ５のオフ状態から、図４に示すトランジスタ素子Ｔ５のオン状態に切り替わった直後の、Ｂ相の相巻線に流れる電流上昇率とほぼ等しいのが好ましい。
【００４１】
尚、図３に示す５相励磁の場合、接続点Ｓ７から接続点Ｓ３に接続点Ｓ５を介してＢ相及びＣ相の相巻線に励磁電流が流れるので、Ｂ相及びＣ相の相巻線の励磁電流の電流値が、他のＡ、Ｄ、Ｅ相の相巻線に流れている励磁電流の電流値に比べて約半分になる。それにより、パルス幅変調方式（ＰＷＭ制御方式）のデューティが０．５の際に、Ｃ相の相巻線に流れる電流が零になるまでの時間と、Ｂ相の相巻線に流れる電流が、他のＡ、Ｄ、Ｅ相の相巻線に流れている励磁電流の電流値と等しくなる時間は、ほぼ同じである。従って、パルス幅変調方式（ＰＷＭ制御方式）のデューティが０．５以下になるように駆動電圧の大きさ等の条件を設定するのが望ましい。
また、直流チョッパー制御のデューティが小さい程、または、前記相巻線に流れる電流が小さい程、または、前記相巻線に印加される電圧が大きい程、または、相巻線のインダクタンスが小さい程、回生電流がゼロになる時間が短かいので、高電流減衰状態の保持時間を短くすることができる。
【００４２】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の５相ステッピングモータＭのＡ相乃至Ｅ相の各相巻線を順次接続してペンタゴン結線とし、Ａ相乃至Ｅ相の相巻線の接続点Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９に、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０をそれぞれ接続し、トランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０のオン・オフ状態を切替制御することにより、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を可能にする５相ステッピングモータＭの駆動装置１において、５相励磁から４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になるトランジスタ素子Ｔ５と繋がるＣ相の相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるため、接続点Ｓ５を高電位状態にして電流減衰率を上昇させるので、例えばＣ相の相巻線に流れる回生電流が、５相励磁から４相励磁に切り替える際の、ロータの回転に悪影響を与えることがなくなる。それにより、ロータの回転が不十分となってロータの回転速度にばらつきを生じるといった問題は生じないので、負荷が接続された状態でのロータの回転精度をできるだけ均一にすることができる。
【００４３】
以上の実施の形態について本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。
例えば、本実施の形態では、ミシンの布支持枠を移動させるためのステップモータＭの駆動装置１について説明したが、それ以外の他の用途にもこの発明のステップモータＭを適用できる。また、相巻線に流れる回生電流が、４相励磁を行うための所定時間内で減衰した場合は、４相励磁が継続されたが、相巻線に流れる回生電流を減衰させるための時間中に、４相励磁から５相励磁へ切り替える時間になった場合は、直ちに４相励磁から５相励磁へ切り替えられる態様を採用してもよい。
【００４４】
このような制御を行う理由は、５相ステッピングモータＭの駆動装置の制御指令によって、ロータの回転速度を高速回転にしたり、あるいは低速回転にしたりするのに応じて、４相励磁及び５相励磁に費やす駆動時間が変動し、その駆動時間が必ずしも一定でないためである。従って、４相励磁及び５相励磁に費やす駆動時間に変動が生じても、接続点Ｓ５の高電位状態の保持する時間が終了した段階で、４相励磁から５相励磁への円滑な切り替え制御をすることができる。
また、５相ステッピングモータの駆動制御として、パルス幅変調方式（ＰＷＭ制御方式）を採用したが、ペンタゴン結線の５相ステッピングモータを用いて、ハーフステップ駆動を採用するものであれば、これ以外の制御を適用し得ることは勿論可能である。更に、電流減衰率上昇手段として５相励磁から４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になったトランジスタに対して行う直流チョッパー制御を停止して、高電位状態に保持する態様を採用する以外に、例えば新たにオン状態になるトランジスタと繋がる相巻線に流れる回生電流を、スイッチング手段を用いて、負電位側に落としたり、抵抗器に流すようにしても良い。
【００４５】
また、電流減衰率上昇手段の制御として以下の態様を採用してもよい。
例えば図１に示す電流検出部７からの信号を入力する定電流制御部８が、設定時間カウンタ９に対して、直流チョッパー制御の際のオン信号・オフ信号を出力できるように構成することにより、設定時間カウンタ９が、直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測し、この計測値でもって、そのオフ時間を調整してもよい。これは、既述したように、直流チョッパー制御の停止による高電流減衰状態の保持状態で、相巻線に流れる回生電流が電位差の大きい状態で流れると、時間の経過とともに回生電流が減衰するので、直流チョッパー制御の停止（オフ信号）状態の時間を計測し、この計測値でもって、その回生電流が限りなくゼロに近づけるようにオフ時間を調整するためである。
この場合、設定時間カウンタ９が前記直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測する計測手段として機能し、直流チョッパー制御のデューティが変動した際に、直流チョッパー制御のオフ時間をカウントし、回生電流が減衰するまでのオフ時間を調整することにより、励磁制御ロジック５は必要な時間のみ高電流減衰状態に保持するように制御する。
【００４６】
また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の各相巻線に流れる電流を検出する電流センサ（図示せず）を検出手段として設け、この電流センサが、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になるトランジスタ素子Ｔ１〜Ｔ１０と繋がる相巻線（例えばＣ相の相巻線）に流れる回生電流を検出する。そして、電流センサが回生電流をゼロになるタイミングを検知し、その検知した時点で、励磁制御ロジック５が、直流チョッパー制御の停止を解除して、高電流減衰状態の保持を解除するようにしてもよい。もっとも、このように直接的に回生電流がゼロになるタイミングを検知する必要はなく、間接的に回生電流を検出してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、５相ステッピングモータの各相巻線を順次接続してペンタゴン結線とし、これら各相巻線の接続点にスイッチング手段を接続し、このスイッチング手段のオン状態・オフ状態を駆動制御することにより、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を可能にする５相ステッピングモータの駆動装置において、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を速く減衰させるための電流減衰率上昇手段を設けるので、その相巻線に流れる回生電流が速く減衰する結果、その回生電流がロータの回転に悪影響を与えて回転速度にばらつきを発生させるのを防止できる。それにより、ロータの回転速度が均一化し、負荷が接続された状態でのロータの回転精度は従来に比べて均一な状態になる。
【００４８】
また、前記スイッチング手段は、オン状態とオフ状態とを繰り返す直流チョッパー制御が行われるように構成され、前記電流減衰率上昇手段は、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になったスイッチング手段に対して行う直流チョッパー制御を停止して、高電流減衰状態に保持する保持手段を有するので、相巻線に流れた回生電流が電位差の高い状態で流れることにより、相巻線に流れる回生電流が速く減衰され、電流減衰率上昇手段としての役割を果たす。従って、相巻線に流れた回生電流がロータの回転に与える悪影響を防止して、負荷が接続された状態でのロータの回転精度をできるだけ均一にする。
【００４９】
また、保持手段は、前記高電流減衰状態の保持を所定時間のみ行うので、所定時間経過したところで電流減衰率上昇手段としての機能が終了させることができる。それにより、回生電流を所定時間内に減衰させて、５相励磁から４相励磁への切り替えの際に、ロータの回転精度を向上させることができる。
【００５０】
また、前記直流チョッパー制御のデューティが小さい程、または、前記相巻線に流れる電流が小さい程、または、前記相巻線に印加される電圧が大きい程、または、前記相巻線のインダクタンスが小さい程、前記高電流減衰状態の保持時間を短くして、５相励磁から４相励磁への円滑な切り替え制御が可能にすることができる。
【００５１】
また、請求項２に記載の発明によれば、直流チョッパー制御のオフ状態の時間を計測する計測手段を設け、この計測手段の計測値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持するので、直流チョッパー制御のデューティが変動した際に、直流チョッパー制御のオフ状態の時間をその計測値に基づいて調整し、回生電流が減衰したところで、高電流減衰状態を終了できる。
【００５２】
更に、請求項３に記載の発明によれば、前記５相励磁から前記４相励磁へ切り替える際に、新たにオン状態になる前記スイッチング手段と繋がる相巻線に流れる回生電流を検出する検出手段を設け、この検出手段の検出値に基づいて、前記高電流減衰状態を保持するので、検出された回生電流が例えばほぼゼロになるまで、高電流減衰状態を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この実施の形態の５相ステッピングモータの駆動装置の全体概要を示すブロック図である。
【図２】  ５相ステッピングモータについて、４相励磁と５相励磁とを順次切り替えるハーフステップ制御を示すタイミングチャートである。
【図３】  ５相ステッピングモータ及びモータドライブ回路を示す回路図であって、５相励磁状態の際の電流の流れを示す。
【図４】  同回路図であって、４相励磁状態の際の電流の流れを示す。
【図５】  同回路図であって、４相励磁状態から全てのトランジスタ素子がオフ状態になった際の電流の流れを示す。
【図６】  同回路図であって、４相励磁状態から一部のトランジスタ素子がオン状態になり、残りのトランジスタ素子がオフ状態になった際の電流の流れを示す。
【図７】  同回路図であって、次の５相励磁状態の際の電流の流れを示す。
【図８】  この５相ステッピングモータのロータの送りを示す説明図である。
【符号の説明】
Ｍ                        ５相ステッピングモータ
１                        ５相ステッピングモータの駆動装置
２                        モータドライブ回路
３                        励磁相カウンタ
４                        励磁相デコーダ
５                        励磁制御ロジック
６                        出力制御ロジック
７                        電流検出部
８                        定電流制御部
９                        設定時間カウンタ
１０                      ＣＰＵ
ＱＡ                      停止時間
Ｔ１〜Ｔ１０              トランジスタ素子
Ｄ１〜Ｄ１０              ダイオード
ＣＬＫ                    クロック信号
ＤＩＲ                    ディレクション信号
ＳＲ                      相カウント信号
ＲＳ                      励磁相信号
ＳＴ                      スイッチング信号
ＳＤ                      指定信号
ＤＳ                      ドライブ信号
【図１】
0003680631.tif 000002
【図２】
0003680631.tif 000003
【図３】
0003680631.tif 000004
【図４】
0003680631.tif 000005
【図５】
0003680631.tif 000006
【図６】
0003680631.tif 000007
【図７】
0003680631.tif 000008
【図８】
0003680631.tif 000009