(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有する回転型構造のステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、
前記ステッピングモータの回転速度の設定又は入力に基づき、前記ステッピングモータにおける複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを生成する分配パルス生成手段と、
前記相ごとの前記分配パルスに対応する前記ステッピングモータのロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出し、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成する位相検出手段と、
前記位相検出手段により前記相ごとに生成された前検出信号を受けて、前記ステッピングモータの当該各々の相に応じた前記励磁信号を供給する励磁手段とを備え、
前記位相検出手段は、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を前記センシング信号として検出するセンシング機構を有し、
前記センシング機構では、前記ステッピングモータの無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列された
ことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータの負荷時における進角が０〜１８０°の位相差範囲となるように、前記所定の進角が設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
前記センシング機構に複数の検出部を有し、前記センシング機構および当該検出部が満足する条件として、
検出区分デューティ比ＳＤ［％］、
前記ステッピングモータのステップ数Ｎｓｔｅｐ［ステップ／回転］、
前記ステッピングモータの前記相の数ｍ又は励磁周期あたりのステップ数ｍ［個］、
一の前記検出部と隣接する前段の前記検出部の前記センシング機構の間において、検出区分間隔係数ｎ（ｎは１以上の整数）を前記前段の前記検出部が検出する検出区分からｎ 番目の検出区分とした場合に、以上のパラメータを用いて、
検出周期角θＴｓｌｉｔ［°］
θＴｓｌｉｔ＝３６０×ｍ／Ｎｓｔｅｐ        （式１）
検出区分角θｓｌｉｔ［°］
θｓｌｉｔ＝θＴｓｌｉｔ×ＳＤ／１００      （式２）
前記検出部の取付間隔角度θph［°］
θｐｈ＝（３６０／Ｎｓｔｅｐ×（ｍ−１））＋（ｎ−１）×θＴｓｌｉｔ
＝３６０×（ｍ×ｎ−１）／Ｎｓｔｅｐ      （式３）
クリアランス角θc［°］
θｃ＝（θｐｈ−θｓｌｉｔ−（ｎ−１）×θＴｓｌｉｔ）／２
＝（１．８×ｍ×（１００−ＳＤ）−１８０）／Ｎｓｔｅｐ      （式４）
とする、前記（式１）乃至（式４）における条件を満たす
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】
前記センシング機構において、前記回転体には開口スリットを有してフォトカプラ発光・受光センサによる透過光信号検出および非検出方法、または、前記回転体には反射型スリットを有してフォトカプラ発光・受光センサによる反射光信号検出および非検出方法、または、前記回転体には磁気塗布または磁気シールを用いた磁気センサによる磁気信号検出および非検出方法を用いた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項５】
回転軸を有する回転型構造のステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置に用いられるステッピングモータ駆動方法であって、
前記ステッピングモータ駆動装置が、前記ステッピングモータの回転速度の設定又は入力に基づき、前記ステッピングモータにおける複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを生成するステップと、
前記ステッピングモータ駆動装置が、前記相ごとの前記分配パルスに対応する前記ステッピングモータのロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出するステップと、
前記ステッピングモータ駆動装置が、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成するステップと、
前記ステッピングモータ駆動装置が、前記相ごとに生成された前検出信号を受けて、前記ステッピングモータの当該各々の相に応じた前記励磁信号を供給するステップとを含み、
さらに、前記センシング信号として検出するステップは、前記ステッピングモータ駆動装置が、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を検出するステップを含み、
前記ステッピングモータ駆動装置では、前記ステッピングモータの無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列された
ことを特徴とするステッピングモータ駆動方法。
【請求項６】
回転軸を有する回転型構造のステッピングモータであって、
回転速度の設定又は入力に基づき、複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを入力し、当該入力した分配パルスに対応するロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出し、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成する位相検出手段を備え、
前記位相検出手段は、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を前記センシング信号として検出するセンシング機構を有し、
前記センシング機構では、無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列された
ことを特徴とするステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ駆動装置、駆動方法およびステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、１８７０年頃の英国のアーク灯の電極送り機構に利用されたのが最初だといわれている。日本国内においては、１９５０年代に東京大学生産技術研究所の大島教授、富士通（株）稲葉氏、電気試験所の土屋氏の研究をはじめとして改良されてきた。その後、論理回路ＩＣの実用化に伴って使用量が増え、フロッピー（登録商標）ディスクドライブやＨＤＤ等の数々の電気機器に採用され、広く用いられるようになった。今やオフィスや家庭においても、プリンタやエアコンなどの様々な用途に、日常的にも数多く利用され、生活全般において不可欠なモータとなっている。
【０００３】
なお、ステッピングモータの回転角検出装置において、ステッピングモータの回転角（最小ステップ角：ｎ）を同モータに連結されたロータリーエンコーダ（角度分解能：ｍ）に比べて高精度で検出する装置であって、ロータリーエンコーダのエンコーダ信号をカウントするエンコーダカウンタと、ステッピングモータを動作させるための入力パルス信号をカウントするとともにエンコーダ信号が示すタイミングでリセットする入力パルスカウンタと、エンコーダカウンタのカウント値ｐ及び入力パルスカウンタのカウント値ｑに基づいてステッピングモータの回転角α（α＝ｐ・ｍ＋ｑ・ｎ）を演算して出力する角度演算出力部とを備えたことなどが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、ステッピングモータ駆動装置において、ステッピングモータと、ステッピングモータを駆動する駆動手段と、ステッピングモータの回転子の回転角を検出する回転位置検出手段と、駆動手段を制御する信号を出力するとともに、回転子の回転角を検出する回転位置検出手段の検出値からステッピングモータの磁極位置を算出する演算手段とを有し、演算手段は、ステッピングモータが一方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で回転位置検出手段が検出した第一検出値と、当該ステッピングモータが他方の回転方向に回転した後にホールドされた状態で当該回転位置検出手段が検出した第二検出値とに基づき前記磁極位置を算出することなどが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２７６２８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステッピングモータの特徴は、一般的なＤＣモータやブラシレスモータと比べると、ステップごとに駆動するために位置決めが容易であることである。一方、ステッピングモータの欠点は、オープンループ制御が標準的な駆動方法であるため、回転時、停止時ともに余分な消費電力が大きく、ステッピングモータの省電力化は大きな課題となっている。以下、具体的に、図４２および図４３を用いて、ステッピングモータ駆動装置１００の課題について説明する。
【０００７】
ステッピングモータ駆動装置１００は、ステッピングモータ９００を回転自在に駆動する装置である。ステッピングモータ駆動装置１００は、図４２に示すように、分配回路２００と励磁回路４００とを備えている。なお、図４２（ａ）は、従来方式のブロック図であり、図４２（ｂ）は、従来方式の回路構成の一例である。図４３（ａ）および（ｂ）は、従来のステッピングモータ駆動装置１００の励磁パターンの一例を示す図である。
【０００８】
例えば、図４２に示すステッピングモータ駆動装置１００において、分配回路２００が、パルス発振器８００からのパルス発振信号（入力パルス）に基づいて、ステッピングモータ９００の回転を行わせるための分配パルスを生成し、生成した分配パルスを励磁回路４００へ出力する。
【０００９】
ステッピングモータ９００は、ＤＣモータのように励磁を自ら切り替える仕組みを持っていないが、ステッピングモータ９００の回転角度は、ステッピングモータ駆動装置１００に入力される入力パルス数に比例する。そのため、図４２（ａ）のブロック図（従来方式の一例）のように、パルス発振器８００から出力されるパルス発振信号（入力パルスに相当）をもとに、例えば分配回路２００によりステッピングモータ９００における４つの励磁相φ１〜φ４に対応する分配パルスを生成する。励磁回路４００は、この分配パルスに基づき、ステッピングモータ９００における４つの励磁相φ１〜φ４に対して、コイルの励磁を切り替えるための励磁信号を供給することによりモータを回転させる。
【００１０】
ステッピングモータ９００は、ブラシレスモータのように回転の状態をセンサで把握しながら励磁を切り替えるわけではなく、一方通行の制御指示（オープンループ制御）により回転動作する。すなわち、ステッピングモータ９００は、ステッピングモータ駆動装置１００に入力された入力パルス数の設定に基づいた分配回路２００から出力される分配パルスに基づいて、回転動作を実行する。
【００１１】
ステッピングモータ駆動装置１００のオープンループ制御では、ロータの回転状況を把握することができないため、負荷の増大により回転が停止した場合でも、次のステップに励磁が切り替わる。これを脱調と呼ぶ。脱調を避けるためには、想定される負荷に耐えうる電力を常に供給する必要がある。このため、軽負荷においても必要以上の電力を消費していることが欠点となっている。
【００１２】
一方、ＤＣモータやブラシレスモータでは、消費電力は負荷に比例するため電力は必要な分だけ消費される。また、ステッピングモータ９００は、ステップ動作（停止）を得意とする構造であるため、回転時に脈動が発生しやすい。
【００１３】
図４２中の分配回路２００は、励磁パターンに応じて、ステッピングモータ９００の４つの励磁相φ１〜φ４に対応するコイルの励磁を切り替えるものであり、その励磁パターンはいくつかの方式が考案されている。ここでは、標準的な２つのパターンに対して比較して説明する。その２つのパターンとは「１相励磁」および「２相励磁」であり、励磁パターンを図４３に示す。
【００１４】
図４３（ａ）に、分配回路２００から出力される２相励磁パターンを示す。２相励磁パターンでは（以降では、２相励磁方式と呼ぶ）、励磁回路４００から出力される励磁信号が、常に２つの相のコイルが励磁される状態で、１ステップごとに順次当該相が切り替えられていく。
【００１５】
また、図４３（ｂ）に、分配回路２００から出力される１相励磁のパターンを示す。１相励磁のパターンでは（以降では、１相励磁方式と呼ぶ）、励磁回路４００から出力される励磁信号が、１つの相のコイルのみが励磁される状態で、１ステップごとに１コイルずつ切り替えられ、複数のコイルが同時に励磁されることはない。
【００１６】
以上のように、１相励磁方式および２相励磁方式を採用するステッピングモータ駆動装置１００において、２相励磁方式では、無負荷・軽負荷時等においても、常に２つの励磁相を励磁するため、必要以上の電力を供給することになる。また、１相励磁方式では、重負荷時等において、１つの励磁相のみを励磁するため、駆動トルクが負荷トルクに対して不足する場合に脱調を起こす可能性が生じる。
【００１７】
一方、例えば特許文献１および２などの制御方式を採用するステッピングモータ駆動装置では、ロータの回転角度を高精度で検出し、かつ、制御処理の演算のために複雑かつコストがかかる装置構成を必要とする。
【００１８】
本発明において、ステッピングモータの新たな駆動方式として、簡易な位置検出手段および回路構成で実現可能なクローズドループ制御方式である、本方式を「Ｒｏｔａｒｙ Ｅｎｃｏｄｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｓｔｅｐｐｉｎｇ  ｍｏｔｏｒ」（以下、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ）と称する。
【００１９】
本発明者は、このＲＥ−ｓｙｓｔｅｍを提唱し、その省電力効果を実証し、ステッピングモータ駆動方法としてＲＥ−ｓｙｓｔｅｍを実現・普及させることで、生活・産業分野において、地球温暖化防止対策として役立つ技術であることを確信するものである。
【００２０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化することができるステッピングモータ駆動装置、駆動方法およびステッピングモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、回転軸を有する回転型構造のステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置である。当該ステッピングモータ駆動装置は、前記ステッピングモータの回転速度の設定又は入力に基づき、前記ステッピングモータにおける複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを生成する分配パルス生成手段と、前記相ごとの前記分配パルスに対応する前記ステッピングモータのロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出し、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成する位相検出手段と、前記位相検出手段により前記相ごとに生成された前検出信号を受けて、前記ステッピングモータの当該各々の相に応じた前記励磁信号を供給する励磁手段とを備えている。前記位相検出手段は、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を前記センシング信号として検出するセンシング機構を有し、前記センシング機構では、前記ステッピングモータの無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列されたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るステッピングモータ方法は、回転軸を有する回転型構造のステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置に用いられるステッピングモータ駆動方法である。当該ステッピングモータ駆動方法は、前記ステッピングモータ駆動装置が、前記ステッピングモータの回転速度の設定又は入力に基づき、前記ステッピングモータにおける複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを生成するステップと、前記ステッピングモータ駆動装置が、前記相ごとの前記分配パルスに対応する前記ステッピングモータのロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出するステップと、前記ステッピングモータ駆動装置が、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成するステップと、前記ステッピングモータ駆動装置が、前記相ごとに生成された前検出信号を受けて、前記ステッピングモータの当該各々の相に応じた前記励磁信号を供給するステップとを含み、さらに、前記センシング信号として検出するステップは、前記ステッピングモータ駆動装置が、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を検出するステップを含む。前記ステッピングモータ駆動装置では、前記ステッピングモータの無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列されたことを特徴とする。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るステッピングモータは、回転軸を有する回転型構造のステッピングモータである。当該ステッピングモータは、回転速度の設定又は入力に基づき、複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを入力し、当該入力した分配パルスに対応するロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出し、当該検出したセンシング信号に基づき、前記相ごとに前記分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成する位相検出手段を備えている。前記位相検出手段は、前記励磁区間において前記ロータの回転の位相変化を検出可能なように、前記回転軸に接続される回転体に周期的に配列された検出区分および非検出区分から少なくとも当該検出区分を前記センシング信号として検出するセンシング機構を有する。前記センシング機構では、無負荷時において、前記分配パルスと前記センシング信号との位相関係が前記センシング信号を所定の進角とするように、前記回転体が前記回転軸に接続された、又は、前記検出区分および非検出区分が前記回転体に周期的に配列されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置、駆動方法およびステッピングモータによれば、簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るステッピングモータ駆動装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すステッピングモータ駆動装置の制御原理を示す図である。
【図３】図１及び図２に示す各信号の関係を説明する図である。
【図４】図３に示す各信号の状態遷移の関係を示す図である。
【図５】負荷状態における励磁信号の概要についての説明図である。
【図６】ステッピングモータ駆動装置の他の構成を示すブロック図である。
【図７】第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示す位相検出器の構成の一例を示す図である。
【図９】図７に示す各信号の関係を説明する図である。
【図１０】図７に示すステッピングモータ駆動装置およびステッピングモータなどの構成による実験装置の撮影画像である。
【図１１】図１０に示す実験装置の測定系の構成を示す図である。
【図１２】実験・測定の際に使用した測定器等の一覧を示す図である。
【図１３】スリットディスクの製作例（本実験に用いたもの）を示す画像である。
【図１４】無負荷時の分配回路の出力波形および励磁信号波形を示す図である。
【図１５】最大負荷トルクの負荷をかけたときの分配回路の出力波形および励磁信号波形を示す図である。
【図１６】無負荷時の従来方式の励磁回路及びＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの励磁回路における消費電力の波形観測結果を示す図である。
【図１７】最大負荷印加時の従来方式の励磁回路及びＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの励磁回路における消費電力の波形観測結果を示す図である。
【図１８】ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける進角αに対する消費電力特性および従来方式の消費電力特性の測定結果を示す図である。
【図１９】無負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示す図である。
【図２０】負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示す図である。
【図２１】ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける進角αに対する回転パルスタイムインターバル特性および従来方式の回転パルスタイムインターバル特性のグラフを示す図である。
【図２２】スリットディスクのスリット開口比率別の図７に示すステッピングモータ駆動装置の各部における測定波形を示す図である。
【図２３】スリットディスクのスリット開口比率別の回転パルス周期σの測定結果を示す図である。
【図２４】スリットディスクのＳＤ比＝５０％時の分配回路および励磁回路の出力波形を示す図である。
【図２５】スリットディスクのＳＤ比＝６５％時の分配回路および励磁回路の出力波形を示す図である。
【図２６】スリットディスクのＳＤ比＝５０％時の回転安定度の測定結果を示す図である。
【図２７】スリットディスクのＳＤ比＝６５％時の回転安定度の測定結果を示す図である。
【図２８】スリットディスクのスリット開口比率別のモータ回路電圧Ｖｍ対進角、回転パルス周期の特性結果を示す。
【図２９】スリットディスクのＳＤ比＝６５％におけるパルスレート対動作点（進角α）特性を示す図である。
【図３０】スリットディスクのＳＤ比＝６５％におけるパルスレート対消費電力特性を示す図である。
【図３１】モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖを条件としたパルスレート対消費電力特性を示す図である。
【図３２】従来方式およびＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける消費電力特性のグラフを示す図である。
【図３３】従来方式およびＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおけるパルスレート対回転パルス周期σの測定結果のグラフを示す図である。
【図３４】従来方式におけるトルク回転速度カーブ特性の測定結果を示す図である。
【図３５】ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおけるトルク回転速度カーブ特性の測定結果を示す図である。
【図３６】ステッピングモータの停止状態における分配回路および励磁回路の出力波形を示す図である。
【図３７】ステッピングモータの停止状態における消費電力特性を示す図である。
【図３８】スリットディスクのＳＤ比＝５０％の設計例を示す図である。
【図３９】スリットディスクのＳＤ比＝６５％及び７５％の設計例を示す図である。
【図４０】他のスリットディスクのＳＤ比＝５０％の他の設計例を示す図である。
【図４１】他のスリットディスクのＳＤ比＝６５％及び７５％の他の設計例を示す図である。
【図４２】従来のステッピングモータ駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４３】従来のステッピングモータ駆動装置の励磁パターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施形態のステッピングモータ駆動装置について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態は、主に、２相（４励磁コイル）ステッピングモータのステッピングモータ駆動装置の一例をとりあげて説明する。
【００２７】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の第１の実施形態の構成について、図１乃至図６を用いて説明する。
【００２８】
図１は、第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示すステッピングモータ駆動装置１に関する制御信号および検出信号などの制御原理を示す図である。
【００２９】
第１の実施形態のステッピングモータ駆動装置１は、回転軸９１を有する回転型構造のステッピングモータ９を指定された回転数に応じて回転自在に駆動することができるように構成されている。ステッピングモータ駆動装置１は、図１に示すように、分配パルス生成手段２と、位相比較調整手段３と、励磁手段４と、位相検出手段５とを備える。
【００３０】
分配パルス生成手段２は、ステッピングモータ９の回転速度の設定又は入力（例えば入力パルス）に基づき、励磁相ごとの励磁区間に対応した励磁シーケンス基準とする分配パルスを生成する。生成される分配パルスは、ステッピングモータ９の励磁シーケンスにおける各ステップ動作タイミング（駆動パターン）の基準となる。なお、入力パルスは、例えばパルス発振器８などの周波数基準となる装置から入力されてもよく、外部装置からの回転数指令として与えられてもよい。
【００３１】
位相検出手段５は、相ごとの分配パルスに対応するステッピングモータ９のロータの回転の位相変化を検出し、当該検出した位相変化をセンシング信号として位相比較調整手段３へ送出する。
【００３２】
位相比較調整手段３は、位相検出手段５から相ごとに検出されたセンシング信号を入力し、センシング信号に基づき、相ごとに入力指令とした分配パルスを調整して、分配パルスを調整した結果に基づいた検出信号を生成する。
【００３３】
なお、図１では、位相検出手段５と位相比較調整手段３とのようにブロック構成図上において区分して表記しているが、機能上において、位相検出手段５ｘとして、ひとつの機能手段と考えてもよい。例えば、図１では、ブロック図として表現するために、位相比較調整手段３と位相検出手段５とのように、分離して図示しているが、構造的には共通な部分を含むものである。
【００３４】
すなわち、位相検出手段５ｘは、相ごとの分配パルスに対応するステッピングモータ９のロータの回転の位相変化を検出し、当該検出した位相変化をセンシング信号として生成する。さらに、位相検出手段５ｘは、生成したセンシング信号に基づき、相ごとに入力指令とした分配パルスを調整して、分配パルスを調整した結果に基づいた検出信号を生成する。以降では、位相検出手段５ｘを、位相比較調整手段３と位相検出手段５とのように区分して説明するが、位相比較調整手段３及び位相検出手段５を位相検出手段５ｘとして置き換えてもよい。
【００３５】
励磁手段４は、位相比較調整手段３により相ごとに生成された検出信号を受けて、ステッピングモータ９の当該各々の相（各励磁区間）に応じた励磁信号を生成し、励磁信号を供給する。なお、供給される励磁信号は、コイルを励磁するのに必要な励磁電流などである。
【００３６】
なお、図２に示す複数（ｍ）の励磁相は（φ１、φ２、・・・φｍ）、「励磁信号（１周期あたり）のステップ数」とする。例えば、３相モータの場合はｍ＝３、４相以上もｍ＝相数などである。また、例えば２相モータの場合において、励磁コイルにタップを設けてユニポーラでバイポーラ的な磁極を作っている場合に、「ｍ＝相数（２相モータ呼称）×２＝４」として取り扱う場合も含める。
【００３７】
図２に、図１に示すステッピングモータ駆動装置１が備える位相検出手段５に関する制御信号および検出信号の概要を示す。
【００３８】
位相検出手段５は、図２に示すように、ステッピングモータ９の相ごとの励磁区間においてロータの回転の位相変化を検出可能なように、ステッピングモータ９の回転軸９１に直結される回転体５０に相ごとの分配パルスに対応する周期的に配列された検出区分５２および非検出区分５３からなるセンシング区分５２０を検出するセンシング機構（検出機構）５１を有する。
【００３９】
例えば、ステッピングモータ９の無負荷時に、分配パルスに対して所定の進み位相差である進角αとなるように、回転体５０がロータの回転軸９１に固定される。センシング機構５１において、回転体５０の回転時に周期的に配列された検出区分５２を検出する、所定の間隔ごとに異なる位置に設けた検出部５４を有している。これにより、ステッピングモータ９の無負荷時に、回転体５０の回転時に検出部５４により検出されるセンシング信号は、図３（ａ）に示すように、分配パルスよりも電気位相がα［°］進んだ関係となる。すなわち、進角αとなる設定とされている。
【００４０】
位相比較調整手段３は、検出部５４から送出されるセンシング信号を入力し、これにより進角αの変化に応じて、相ごとにセンシング信号、又は、センシング信号と共に分配パルス生成手段２から出力された分配パルスとを用いて、検出信号を生成する。なお、センシング信号と共に分配パルス生成手段２から出力された分配パルスとを用いる例は、後述する図６に示すステッピングモータ駆動装置１の他の構成を示すブロック図において説明する。
【００４１】
ここで、回転体５０の１回転（機械角０〜３６０°）に対して、分配パルスｘ周期分（電気角で、３６０・ｘ°）と対応させる。位相検出手段５には、この分配パルスｘ周期と比較するためのセンシング信号を生成するために、センシング区分５２０が回転体５０の１回転にｘ個対応させるように周期的に設けられる。
【００４２】
また、ステッピングモータ９の励磁区間がｍ個ある場合、センシング機構５１において、所定の間隔（センサ取付間隔）ごとに、異なる位置（異なる励磁区間に対応する位置）に検出部５４を少なくともｍ個設ける。
【００４３】
これにより、位相比較調整手段３において、電気角の周期として励磁信号の基準となる分配パルスと、励磁区間における回転体５０の負荷に応じた速度変化を捉えるための当該対応するセンシング区分５２０における検出部５４が検出するセンシング信号とを入力して、分配パルスを調整した結果である検出信号を生成することができる。
【００４４】
センシング機構５１の例として、例えば回転体５０には、検出区分５２となる開口スリットおよび非検出区分５３となる閉口スリットを有して、フォトインタラプタなどの発光・受光センサからなる検出部５４による透過光信号検出および非検出による方法である。例えば、検出部５４がフォトインタラプタの場合に、発光センサに分配パルスが入力されて発光信号として回転体５０の開口スリットまたは閉口スリットに照射される。この場合に、図８（ｂ）に示すセンシング信号は、回転体５０の開口スリットを透過する透過光信号であり、検出信号は、例えば受光部に到達した透過光信号が光／電気変換された電圧信号などである。
【００４５】
また、センシング機構５１は、例えば回転体５０には反射型スリットを有して発光・受光センサからなる検出部５４による反射光信号検出および非検出による方法であってもよい。
【００４６】
この他にも、回転体５０自体を、ステッピングモータ９のロータと別構造とする場合だけでなく、例えばロータ自体をセンシング機構５１における回転体５０として用いて、反射型スリットとして用いる反射シールをロータの外周端部や内周部などに貼り付けて、発光・受光センサからなる検出部５４による反射光信号検出および非検出とするような方法であってもよい。
【００４７】
例えば、ロータの側面（円形側）に直接マーキング（帯磁に合わせて）してフォトリフレクタ等で、反射光信号を検出するなどである。この場合には、マーキング（検出区分５２）および非マーキング（非検出区分５３）が、回転体５０としてのロータに、無負荷時を基準とする所定の進角αとなるように、周期的に配列される。
【００４８】
この他、例えば回転体５０には磁気塗布または磁気シールを用いた磁気センサからなる検出部５４による磁気信号検出および非検出を用いた方法などである。
【００４９】
なお、以上のようなセンシング機構５１として適用可能なデバイス・回路等の検出感度・検出時間などの仕様は、対象のステッピングモータ９の当該検出距離・回転速度を考慮した上で、十分対応可能なものとする。
【００５０】
以上説明したように、本発明によるステッピングモータ駆動装置１によれば、回転体５０に設けられたセンシング区分５２０を検出することにより、分配パルスとのタイミングとの位相関係を比較して励磁信号を調整することができる。すなわち、センシング区分５２０を検出することにより、各々の励磁区間における励磁信号の終了タイミングを調整することができる。なお、後述する進角αは、ステッピングモータ９の励磁区間に応じたセンシング区分５２０の検出タイミングと分配パルスとのタイミングとの位相関係により定められる。
【００５１】
＜ステッピングモータ駆動の制御原理＞
本発明に係るステッピングモータ駆動方法について、図１乃至図４を用いて説明する。ここで、図３は、図１及び図２に示す各信号の関係を説明する図である。また、図４は、図３に示す各信号の状態遷移の関係を示す図である。
【００５２】
具体的には、図３（ａ）に、図１及び図２に示す（１）分配パルス、（２）センシング区分５２０の信号状態（センシング信号）、（３）検出信号、（４）励磁信号を説明する図である。また、図３（ｂ）に、４つの励磁区間（φ１、φ２、φ３、φ４）における無負荷時の励磁信号のタイミング関係の一例を示す。
【００５３】
図３（ａ）に示す、上段にはステップ数の基準となる入力パルスを示し、（１）には電気角の周期として励磁信号の基準となる分配パルスの励磁シーケンスにおける波形タイミング概要を示す。また、同じく（２）には、同様の励磁シーケンスにおける対応するセンシング区分５２０の状態を示す。また、同じく（３）には、位相比較調整手段３において生成される検出信号の波形タイミング概要を示す。さらに、同じく（４）には、励磁手段４により生成される励磁信号の波形タイミング概要を示す。
【００５４】
分配パルスは、ステッピングモータ９に設定又は入力される入力パルスに基づいて、ステッピングモータ９の励磁シーケンスを定め、励磁区間ごとに励磁制御するための基準信号である。励磁区間は、例えばφ１、φ２、・・・、φｍなどのｍ個（ｍは２以上の整数）の区間とする。すなわち、分配パルスは、ステッピングモータ９の励磁シーケンスにおける各ステップ動作タイミング（駆動パターン）の基準となる。
【００５５】
例えば、ステッピングモータ９の１回転（機械角度０〜３６０°）におけるステップ数をＮｓｔｅｐ、ステッピングモータ９の１回転の期間における分配パルスの周期をｘ周期とすると、例えば励磁区間のｍ個、又、分配パルス１周期あたりの入力パルス数ｍと考えた場合、
ｘ＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ
と考えられる。
【００５６】
例えば、図１のブロック図においては、励磁区間φ１、φ２、φ３、φ４として、ｍ＝４の場合に相当する。図３（ａ）及び（ｂ）では、この図１における入力パルスと、分配パルス、励磁信号の関係の概要を示すものである。例えば、図３（ａ）及び（ｂ）において、ｍ＝４であり、Ｎｓｔｅｐ＝４８ステップとすると、ｘ＝４８／４＝１２周期となる。
【００５７】
センシング信号は、例えばセンシング機構５１の検出部５４における光送受信の光信号（光の断続）、磁気信号（磁気検出／非検出）などの信号状態が、位相比較調整手段３へ入力されて、回転体５０のセンシング区分５２０の位相変化の状態として用いられる。
【００５８】
検出信号は、図３（ａ）に示すように、例えば分配パルスの立ち上りからセンシング区分５２０における検出区分５２の終了タイミングまでの時間幅で決定される信号である。換言すれば、検出信号は、例えば図３（ａ）に示す分配パルスのＨパルス時間幅と、検出区分５２の時間幅との重なり期間で決定される信号であるため、検出信号の時間幅は図３（ａ）に示す進角αに依存することになる。
【００５９】
以上のように、図３（ａ）に示す進角αは、分配パルスの立ち下り（又は立ち上がり）よりも、センシング信号の立ち下り（又は立ち上がり）を進ませる電気角度である。このために、予め無負荷時を基準とした所定の進角αを設定し、かつ、ステッピングモータ９の回転時の検出区分５２におけるセンシング信号を検出することにより、図３（ｂ）に示すように、負荷時での各々の励磁区間における励磁信号を調整することができる。
【００６０】
次に、図４に示す状態遷移（ステップＡ〜Ｄ）について、図３に示す信号のタイミング関係を用いて説明する。
【００６１】
（ステップＡ）センシング区分５２０において、検出区分５２の状態によりセンシング信号が検出され（例えば図８に示すスリット開口５２ａにより光信号が透過可能）、励磁タイミングがまだ到達していないため（分配パルス生成手段２の分配パルス出力Ｌ）、コイル励磁オフ（励磁信号Ｌ）となる。
【００６２】
（ステップＢ）励磁信号タイミングとなり（分配パルス生成手段２の分配パルス出力Ｈ）、既に検出区分５２状態であるため（例えば図８に示すスリット開口５２ａ）、コイル励磁オン（励磁信号Ｈ）となる。
【００６３】
（ステップＣ）励磁タイミングの期間中であるが（分配パルス生成手段２の分配パルス出力Ｈ）、非検出区分５３の状態となるため、センシング信号が遮断されて（例えば図８に示すスリット閉口５３ａにより光信号が遮断）、コイル励磁オフ（励磁信号Ｌ）となる。
【００６４】
（ステップＤ）励磁タイミングの期間が終了し（分配パルス生成手段２の分配パルス出力Ｌ）、非検出区分５３の状態であるため、既にセンシング信号が遮断されており、コイル励磁オフのまま（励磁信号Ｌ）である。
【００６５】
以上、ステッピングモータ９の回転に応じて、ステップＡ→ステップＤの順番で動作を繰り返す。
【００６６】
ここで、ステップＢからステップＣのスリットが閉じるまでの時間は、ステッピングモータ９の回転速度に応じて変化する。負荷が大きくなるとモータの回転速度は遅くなり（ステップＣが右に移動）コイル励磁時間が長くなる。この時間の変化で供給電力を負荷に応じて変化させる。以上が、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける制御の仕組みである。なお、励磁信号とスリット開閉の位相差は、主に、以下の要因により決まる。
【００６７】
（ｉ）回転軸９１（ローターの所定の位置を基準とする）に対する回転体５０の取り付け角度
（ｉｉ）モータ回路電圧Ｖｍ（電圧が上がると磁力が高まりモータの動きが速くなる→スリットが速く閉じる）
（ｉｉｉ）トルク負荷（外乱含む）（負荷が高まるとモータの動きが遅くなる→スリットが遅く閉じる）
（ｉｖ）パルスレート＝回転速度（位相差の値は励磁信号（分配回路出力）の周期の比との関係により決まるため。なお、図３（ｂ）では、例えば励磁信号の周期は４ステップで１周期になるため、パルスレートの周期の４倍になる）
【００６８】
実際の回転中には、この要素を一定としても、（ｉｉｉ）の外乱等により若干の位相の変動が起こる。そのため、本発明では、外乱を除く（ｉ）〜（ｉｖ）の各要素を一定とした時、変動する進角α（電気角における角度）の最大値を、その条件における「動作点」と呼ぶ。進角αと動作の関係は、進角αの値が９０°の場合は１相励磁と同等であり、進角αの値が０°の場合は２相励磁と同等である。
【００６９】
位相検出手段５において、図３（ａ）に示すように、負荷時の進角αが０〜１８０°の位相範囲となるように、無負荷時における所定の進角αが設定される。なお、実験等の実際の正常な動作では、負荷の変動に応じて、進角αが、１１０°程度〜０°の間を変化（負荷が重くなると進角が小さい方向に変化）することになる。このことからＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ（本ステッピングモータ駆動の制御方法）は、動作点が９０°以上の１相励磁動作領域の場合は１相励磁以下の消費電力、動作点が９０°〜０°の間の２相励磁動作領域では、１相励磁以上２相励磁以下の消費電力が期待できる。
【００７０】
つまり、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍは、例えば省電力の１相励磁、高トルクの２相励磁の両方の特徴を負荷に応じて、進角αの変化を捉えることにより、ステッピングモータ９の駆動電力を制御することができる合理的なシステムであるといえる。
【００７１】
なお、本実施形態の例では、１相励磁と２相励磁との場合と比較して説明したが、それ以外の複数相の励磁についても、同様な効果を得ることができる。例えば、３相励磁、４相励磁などである。
【００７２】
以上説明したように、進角αは、分配パルスの立ち下り（又は立ち上がり）よりも、センシング信号の立ち下り（又は立ち上がり）を進ませる電気角度である。このために、予め無負荷時を基準とした所定の進角αを設定し、かつ、ステッピングモータ９の回転時の検出区分５２におけるセンシング信号を検出することにより、負荷時での励磁区間における励磁信号を調整することができる。その結果、所定の励磁区間での励磁時間の終了（調整タイミングの目安）とする判断として用いることにより、励磁を停止させて当該励磁区間における余分な供給電力を停止することができる。
【００７３】
図５は、負荷状態における励磁信号の概要についての説明図である。図５（ａ）〜（ｃ）に示す励磁信号は、図３（ｂ）に示す励磁信号が負荷時の状態に応じて変化する概要を示すものである。
【００７４】
図５（ａ）に示す励磁信号は、図１及び図２に示すステッピングモータ９が無負荷のときの概要（（４）励磁信号に相当）であり、横軸を位相タイミングとし、縦軸を励磁信号の振幅として示すものである。消費電力については、図５（ａ）を「無負荷時」とする場合において、例えば無負荷時の進角αを９０°より大きく設定すれば「１相励磁」より励磁時間が短いので、無負荷時の消費電力は「１相励磁」の場合よりも少なくなるといえる。
【００７５】
図５（ｂ）に示す励磁信号は、ステッピングモータ９において負荷が増えて中負荷とした場合における概要である。図５（ｂ）を「中負荷時」とする場合において、励磁時間が１相励磁と２相励磁の間に位置し、消費電力は１相励磁と２相励磁の間になるといえる。なお、図５（ｂ）の負荷時の進角αは、図５（ａ）の無負荷時の進角αが小さくなる方向に変化した場合を示している。
【００７６】
図５（ｃ）に示す励磁信号は、さらに負荷が増えて高負荷とした場合における概要である。図５（ｃ）を「高負荷時」とする場合において、「２相励磁」に近い状態の波形になる。そのため、高負荷時は２相励磁と同程度の消費電力であると想定できる。なお、図５（ｃ）の負荷時の進角αは、図５（ｂ）の負荷時の進角αがさらに小さくなる方向に変化した場合を示している。
【００７７】
以上、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、負荷の増加に伴い、ステッピングモータ９の励磁時間が長くなる。すなわち、励磁信号のデューティ比を大きくすることで、ステータ側コイルに対する励磁時間が長くなり、供給電力を増加させることになる。すなわち、無負荷時に設定した場合の進角αは、負荷の増加と共に、進角αが小さくなる方向に変化する。
【００７８】
以上説明したように、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのステッピングモータ駆動方法によれば、励磁時間は負荷が増えると長くなり、負荷が減ると短くなるように、ステッピングモータ９の消費電力を制御することができる。これにより、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのステッピングモータ駆動方法は、例えば従来の２相励磁方式と比較して、低負荷時の消費電力を削減することができる。また、余分な駆動トルクを生じさせないため、発熱、騒音、振動を低減することができる。また、例えば従来の１相励磁方式と比較して、高負荷時には駆動トルクを増すことができるため、脱調を防止することができる。
【００７９】
以上のように、本発明に係るステッピングモータ駆動方法では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、簡易な構成によるセンシング機構５１を用いて連続的に無段階でステッピングモータ９を制御することができる。
【００８０】
＜システム構成について＞
ここまで、本発明に係るステッピングモータ駆動方法における供給電力を変化させる動作原理・概要等について説明したが、次は実際に、この制御を実現するシステム構成の実施例について、以降で説明する。
【００８１】
図１に示すステッピングモータ駆動装置１のブロック構成図において、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍは、例えば従来方式の図４２（ａ）に示す分配回路２００と励磁回路４００の間に位相比較調整手段３を挿入し、ステッピングモータ９に位相検出手段５を設けるなどの簡易な構成で実現することができることを示した。
【００８２】
図６は、ステッピングモータ駆動装置１の他の構成を示すブロック図である。図６（ａ）および（ｂ）共に、位相比較調整手段３により、回転体５０におけるセンシング区分５２０の検出信号と分配パルスとの位相比較方法の異なる例を示すものである。
【００８３】
図６（ａ）は、位相検出手段５が有する検出部５４（例えば図２に示す）の送信信号が常時発信される状態で、回転体５０におけるセンシング区分５２０に対する検出信号と、分配パルス生成手段２から出力される分配パルスとを、例えば位相比較調整手段３が有する論理回路により論理積（ＡＮＤ）をとって、励磁手段４に入力する構成である。
【００８４】
また、図６（ｂ）は、位相検出手段５が有する検出部５４の送信信号が常時発信される状態で、検出部５４の受信部の供給電力を分配パルス生成手段２から出力される分配パルスにより制御し、回転体５０におけるセンシング区分５２０に対する検出信号を励磁手段４に入力する構成である。
【００８５】
なお、後述する第２の実施形態の例（図７に示す）に示すように、位相検出手段５は、例えば発光部（ＬＥＤ）と受光部（フォトトランジスタ）を有するフォトインタラプタ５４ａと、その間に回転体５０として、例えば低分解能のスリット間隔からなるスリットディスク５０ａを配置し、スリットディスク５０ａの回転に応じてスリットにより光を断続させ、受光部から断続信号を出力する部品などの簡易な構成で実現することができる。
【００８６】
（発明の効果）
分配パルス生成手段２から送出される相ごとの分配パルスと、当該相ごとの分配パルスに対応するセンシング区分５２０から検出された検出信号とを用いて、当該ステッピングモータ９の回転軸９１に接続された回転体５０の回転位相の変化を捉えることができる。
【００８７】
これにより、入力指令値である分配パルスに対しての機械応答である回転体５０のスピード変化に応じて励磁信号を調整することにより、励磁手段４から送出する励磁信号を負荷に応じて制御することができる。
【００８８】
本発明によれば、簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化することができるステッピングモータ駆動装置、駆動方法およびステッピングモータを提供することができる。
【００８９】
［第２の実施形態］
以下、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の第２の実施形態の構成について、図７乃至図３７を用いて説明する。図７は、第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａの構成を示す図である。なお、その他の図については、適宜、説明する。
【００９０】
＜評価実験装置の例＞
図７に、ステッピングモータ駆動装置１Ａの構成の一例を示す。ステッピングモータ駆動装置１Ａは、図７に示すように、分配回路２Ａと、位相比較調整回路３Ａと、励磁回路４Ａと、位相検出器５Ａとを備えている。
【００９１】
ここで、比較として、図４２（ｂ）には、従来方式（１相励磁、２相励磁）におけるステッピングモータ駆動装置１００Ａの回路構成の一例を示す。ステッピングモータ駆動装置１００Ａは、分配回路２００Ａと励磁回路４００Ａとを備えている。
【００９２】
例えば、図７に示す分配回路２Ａと、図４２（ｂ）に示す分配回路２００Ａとは同回路であり、また、図７に示す励磁回路４Ａと、図４２（ｂ）に示す励磁回路４００Ａとは同回路である。すなわち、図７に示すステッピングモータ駆動装置１Ａは、図４２（ｂ）に示す従来方式の分配回路２００Ａと励磁回路４００Ａとの間に、図７に示すように位相比較調整回路３Ａを挿入し、かつ、位相検出器５Ａを備える簡単な構成で実現可能である。
【００９３】
ステッピングモータ９Ａは、例えばＰＭ（永久磁石型）タイプのモータであり、図７に示す例では、４個の固定子コイルを、１８０度の関係にあるコイルを組にしてバイファイラ巻として、バイポーラ駆動するものである。この場合には、２相４個コイル又は２相４極とする（ｍ＝４つの励磁区間又は４つの励磁コイルとも称す）。
【００９４】
分配回路２Ａには、例えば２相ステッピングモータコントローラＩＣとして、ＭＢ８７１３（例えば富士通社製）を使用した例を示す。また、ステッピングモータ９Ａには、一定の電圧を印加する「定電圧駆動方式」を用いている。分配回路２Ａは、ｍ＝４つの励磁区間又は４つの励磁コイルに対して、図７中の分配パルスφ１〜φ４を生成する。
【００９５】
位相比較調整回路３Ａは、分配回路２Ａから出力された分配パルスφ１〜φ４を、各々の相に対応したフォトインタラプタ５４ａの発光部（ＬＥＤ１〜４）へ入力する。フォトインタラプタ５４ａでは、空隙にスリットディスク５０ａを介在させて、発光部から受光部へ光信号を照射する。
【００９６】
位相比較調整回路３Ａは、フォトインタラプタ５４ａの受光部から相ごとに検出されたセンシング信号を入力し、センシング信号に基づき、相ごとに分配パルスφ１〜φ４に対応する検出信号を生成する。位相比較調整回路３Ａは、分配パルスφ１〜φ４に対応する生成した検出信号を励磁回路４Ａへ出力する。
【００９７】
励磁回路４Ａは、例えば位相比較調整回路３Ａから出力された検出信号をトランジスタ（Ｔｒ１〜４）で増幅し、励磁信号（コイル励磁電圧φ１〜φ４）として、ステッピングモータ９Ａの励磁コイルへ供給する。
【００９８】
位相検出器５Ａは、相ごとの分配パルスに対応するステッピングモータ９Ａのロータの回転の位相変化を検出し、当該検出した位相変化をセンシング信号として位相比較調整回路３Ａへ送出する。このために、位相検出器５Ａは、以下のような構成とされる。
【００９９】
図８（ａ）に、図７に示す位相検出器５Ａの構成の一例を示す。
位相検出器５Ａは、図１に示す回転体５０としてスリットディスク５０ａと、また、同じく検出部５４として複数のフォトインタラプタ５４ａを有する。なお、図８（ａ）に示すスリットディスク５０ａは、４８Ｓｔｅｐ／ｒ（１回転のステップ数Ｎｓｔｅｐ）の場合の構成の一例を示すものである。
【０１００】
スリットディスク５０ａは、例えばプラスティック製や、金属製などの円盤状の板に、所定の半径の円周方向に沿って、図２に示す検出区分５２としてスリット開口５２ａと、同じく非検出区分５３としてスリット閉口５３ａとからなるセンシング区分５２０ａを有する。スリットディスク５０ａは、ステッピングモータ９Ａの回転軸９１に直結、又は、ステッピングモータ９Ａの回転軸９１と回転同期がとれるような固定手段により締結される。
【０１０１】
また、図８（ａ）の例では、例えばスリットディスク５０ａには、センシング区分５２０ａに基づいて、検出区分５２（スリット開口５２ａ）を検出するためのフォトインタラプタ５４ａを所定のセンサ間隔取付位置において４個配置されている。なお、所定のセンサ取付間隔については、詳しくは後述する。
【０１０２】
図８（ａ）に示す位相検出器５Ａにおいて、励磁相ごとに配置されるフォトインタラプタ５４ａの発光部は、従来の２相励磁方式の励磁タイミングで点滅させる。ここで、本動作をわかりやすく説明するために、図８（ａ）に示すスリットディスク５０ａを取り外した状態を仮定する。
【０１０３】
フォトインタラプタ５４ａの発光部では、図７に示す分配回路２Ａの出力の分配パルスに基づいて、励磁相の励磁タイミングに合わせて発光する。スリットディスク５０ａが無く遮るものが無い場合に、その光信号がフォトインタラプタ５４ａの受光部でそのまま受光される。この受光信号（センシング信号に相当）に基づいて、励磁コイルが励磁されるためモータは回転する。つまり、スリットディスク５０ａを取り外した状態では、励磁信号は、分配パルスと同じタイミングによる２相励磁と対応した動作を行う。
【０１０４】
次に、スリットディスク５０ａを取りつけた状態（図８（ａ）及び（ｂ）に示す状態）であるＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの動作を考える。その時の励磁信号、スリット、コイル励磁の関係は、図４に示すようなステップ動作となる。すなわち、ステップＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ・・・の順番で繰り返す。
【０１０５】
以上のＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの動作は、従来方式（２相励磁）で分配パルスによる励磁すべきタイミング（励磁の開始タイミング）で、かつ、スリットが開の場合に、コイルが励磁されるということである。また、分配パルスの基準タイミングによる励磁期間であっても、スリットが閉となる場合に、コイルへの励磁が終了される。この動作は、各相（φ１〜４）同様の動作を行う。なお、以降の実施形態の実験例では、１枚のスリットディスク５０ａに、４個のフォトインタラプタ５４ａを組み合わせている。
【０１０６】
ここで、第１の実施形態におけるセンシング区分５２０の検出区分５２は、スリット開口５２ａに対応する。また、センシング区分５２０の非検出区分５３は、スリット閉口５３ａに対応する。すなわち、第２の実施形態の例では、フォトインタラプタ５４ａ（検出部５４に相当）において、スリットディスク５０ａの回転に応じて、発光部からの光信号が透過又は遮断されることとなる。
【０１０７】
スリットディスク５０ａにおける複数のスリット間隔およびフォトインタラプタ５４ａの間隔は、複数の励磁相の励磁区間ごとに分配パルスの位相を比較可能なように設けられる。
【０１０８】
例えば、１Ｓｔｅｐ（７．５°）ごとに、ステッピングモータ９Ａの励磁コイルに対応する相φ１からφ４までの励磁シーケンスの間に、スリットディスク５０ａの回転により、スリットが順次開口されるように配置される。なお、フォトインタラプタ５４ａの配置とスリットディスク５０ａのスリット開口数は、ステッピングモータ９ＡのＳｔｅｐ／ｒ（１回転辺りのステップ数Ｎｓｔｅｐ）により異なる。
【０１０９】
ここで、スリットの開口比のことをスリットデューティ比（ＳＤ比）と呼ぶ。例えば、ＳＤ比は、スリット開口５２ａ（検出区分５２）とスリット閉口５３ａ（非検出区分５３）との一つのセンシング区分５２０ａの角度幅に占めるスリット開口５２ａの回転軸を中心とした角度幅の割合である。なお、以降の実験において、比較対象とする項目において、ＳＤ比＝５０％、６５％、７５％のものを用いている。
【０１１０】
以上説明したような図４に示す関係を、図９に、図７に示す各信号の関係を説明する図、すなわち、分配回路２Ａ、位相比較調整回路３Ａおよび励磁回路４Ａの各部の波形タイミングの概要として示す。
【０１１１】
図１０は、図７に示すステッピングモータ駆動装置１Ａおよびステッピングモータ９Ａなどの構成による実験装置の撮影画像である。また、図１１に、図１０に示す実験装置の測定系の構成を示し、図１２に、実験・測定の際に使用した測定器等の一覧を示す。図１３に、スリットディスク５０ａの製作例として、本実験に用いたものの撮影画像を示す。
【０１１２】
なお、図１０および図１１に示すステッピングモータ９Ａには、例えばプリンタ等に多く用いられているＰＭタイプのものを選定し、ステップ数は主流である２４〜９６ｓｔｅｐの中間値４８ｓｔｅｐ／ｒのものを採用した。図１３は、実験に使用したＳＤ比＝５０％、７５％で製作したスリットディスク５０ａの一例である。
【０１１３】
ここで、実験データの測定として、負荷トルクはブロニーブレーキ法（参考文献「やさしく学ぶステッピングモータと使い方」Ｐ．１７７、１９８１年、総合電子出版社発行）により測定した。なお、ブロニーブレーキは自作し、スケールはタニタ社製のＫＰ−１０４を使用し、また、フォトインタラプタ５４ａはＯＭＲＯＮ社製のＥＥ−ＳＶ３を使用した。
【０１１４】
フォトインタラプタ５４ａは、発光部（ＬＥＤ）と受光部（フォトトランジスタ）とを有している。さらに、例えば図８（ｂ）に示すように、その発光部と受光部とのフォトインタラプタ５４ａの間隙に、スリットディスク５０ａが回転可能に、かつ、スリットディスク５０ａの回転に応じて、発光部から送出された光信号をスリット開口５２ａにより透過させ、また、スリット閉口５３ａにより断続させて、受光部からそのスリット閉口５３ａのタイミングにより断続された光信号（センシング信号）を受信可能とするように配置される。
【０１１５】
＜実験結果＞
§１＜従来方式との比較と動作点特性＞
制御状況を比較するため、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍと従来方式（２相励磁定電圧方式及び１相励磁定電圧方式）の各測定を行った。なお、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍは動作点（進角）の位置が特性を大きく変えることから動作点の進角αの値を変えて、測定した。
【０１１６】
（測定条件）
回転速度＝２００ｐｐｓ、モータ回路電圧Ｖｍ＝１８Ｖ、ＳＤ比＝５０％、無負荷時の進角α＝１５、３０、４５、６０、７５、９０、１０５、１１３．４°とする値である。
【０１１７】
ここで、進角αの設定変更方法は、無負荷時のステッピングモータ９Ａの回転軸９１に固定するスリットディスク５０ａの取り付け角度の調整により行った。 例えば、実験者が、ステッピングモータ９Ａの回転動作中において、オシロスコープ上の分配パルスと励磁信号との波形を観測しながら、例えば図１４（ｃ）に示す丸印中の進角α＝６０°の矢印の位置になるように、ステッピングモータ９Ａにおけるスリットディスク５０ａの取り付け位置を調整した。
【０１１８】
§１．１＜動作波形観測＞
まず、図７に示すステッピングモータ駆動装置１Ａにおいて、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式が理論通り動作するかを確認するために、オシロスコープ波形によって動作確認を行った。オシロスコープによる観測波形は、分配回路２Ａの出力側の分配パルス（図７に示す測定ポイントＴＰ：分配パルスφ１〜φ４）と、ステッピングモータ９Ａの励磁コイル側の励磁信号（図７に示す測定ポイントＴＰ：コイル励磁電圧φ１〜φ４）との各相の波形である。
【０１１９】
§１．１．１＜無負荷時＞
図１４（ａ）及び（ｂ）に、ステッピングモータ９００Ａが無負荷時の従来方式の分配回路２００Ａの出力波形及び励磁回路４００Ａの励磁信号波形を示す。また、図１４（ｃ）及び（ｄ）に、ステッピングモータ９Ａが無負荷時のＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの分配回路２Ａの出力波形及び励磁回路４Ａの励磁信号波形を示す。
【０１２０】
従来方式の回路では、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、各相、図４２（ｂ）に示す分配回路２００Ａの出力と同じタイミングパルスで（図中の測定波形の丸囲み）、コイルが励磁されていることがわかる。なお、図１４（ａ）及び（ｂ）の励磁信号の測定波形は、図４２（ｂ）に示すコイル励磁電圧φ１〜φ４の測定ポイントＴＰでの測定データである。
【０１２１】
図１４（ｃ）及び（ｄ）に示す観測波形は、分配パルスの立ち下がりを基準にして、励磁信号における動作点を進角α＝６０°と１１３．４°とした場合の測定例を示す。ここで、進角α＝１１３．４°は実際に動作可能であった最大進角値である。ここで、進角αの設定変更は、ステッピングモータ９Ａのスリットディスク５０ａの取り付け角度の調整により行った。本実験における取り付け角度の調整とは、図１１におけるオシロスコープを観測しながら、無負荷時において分配パルスと励磁信号との波形の時間間隔により調整した方法である。
【０１２２】
一方、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、図１４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、分配パルスは励磁信号と同時に立ち上がるが、励磁信号立ち下がりより早い時点で立ち下がっている様子（図中の丸囲み）がわかる。この立ち下がりは、スリットディスク５０ａの回転により、当該検出区間のフォトインタラプタ５４ａの間隙において、スリット開口５２ａからスリット閉口５３ａへとディスクの位置が移動し、それにより当該検出区間のフォトインタラプタ５４ａの光が遮断されたためである。
【０１２３】
図１４（ｃ）及び（ｄ）において、励磁信号の測定波形における立ち下りの線が幅太になっている線部分は重ね描きを行っているためであり、この幅太になっている線部分の幅で変動していることがわかる。なお、図１４（ｃ）及び（ｄ）の励磁信号の波形は、図７に示すコイル励磁電圧φ１〜φ４の測定ポイントＴＰでの測定データである。
【０１２４】
§１．１．２＜負荷時＞（プルアウトトルク）
図１５（ａ）及び（ｂ）に、ステッピングモータ９００Ａに最大負荷トルクの負荷をかけたときの従来方式の分配回路２００Ａの出力波形及び励磁回路４００Ａの励磁信号波形を示す。また、図１５（ｃ）及び（ｄ）に、ステッピングモータ９Ａに最大負荷トルクの負荷をかけたときのＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの分配回路２Ａの出力波形及び励磁回路４Ａの励磁信号波形を示す。ここで与えた負荷トルクは、プルアウトトルクである。なお、プルアウトトルクは、同期を失わずにモータが動作できる最大周波数領域でのトルクである。
【０１２５】
図１５（ａ）１相励磁定電圧、（ｂ）２相励磁定電圧の従来方式は、図１４（ａ）（ｂ）の無負荷状態と比較すると同様の波形であり、負荷が変化しても波形に変化は見られない。すなわち、軽負荷時には、余分な電力を消費させていると言える。
【０１２６】
しかし、図１５（ｃ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの進角α＝６０°では、図１４（ｃ）無負荷状態と比較すると、負荷の増加によりコイル印加波形のデューティ比が増え、２相励磁とほぼ同様な波形であることがわかる。
【０１２７】
図１５（ｄ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの無負荷時の設定における進角α＝１１３．４°では、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍは負荷に応じて、すなわち、負荷の増加と共に、進角α＝１１３．４°から進角αが小さくなる方向に移動することにより、コイル印加信号のデューティ比を変化させる。これにより、負荷に応じた電力調整を行っていることがわかる。
【０１２８】
§１．２＜消費電力測定＞
次に、図１６に、無負荷時の従来方式の励磁回路４００Ａ及びＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの励磁回路４Ａにおける消費電力の波形観測結果を示し、図１７に、最大負荷（プルアウトトルク）印加時の従来方式の励磁回路４００Ａ及びＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの励磁回路４Ａにおける消費電力の波形観測結果を示す。
【０１２９】
図１６（ｄ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの進角＝１１３．４°において、モータ回路消費電力Ｐｍが３．２２５Ｗで一番少ないことがわかる。これは、図１４（ｄ）の励磁信号の波形のデューティ比が一番小さいため、消費電力が抑えられていることがわかる。
【０１３０】
図１８に、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける進角α（無負荷時及び負荷時）に対する消費電力特性および従来方式（無負荷時及び負荷時）の消費電力特性の測定結果を示す。グラフから、従来方式の２相励磁定電圧方式と１相励磁定電圧方式は、負荷にかかわらず消費電力がほぼ変わらないことがわかる。すなわち、無負荷時に必要以上の電力を供給しているためである。
【０１３１】
それに対して、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、無負荷時で動作点が小さい進角αの時は２相励磁定電圧方式と同等の消費電力であるが、進角αが大きくなればなるほど、消費電力が減少している。また、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、負荷をかけた時において、進角αにかかわらずほぼ一定で２相励磁定電圧方式の近い値であることがわかる。効果としては、２相励磁定電圧方式に比べて、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは進角α＝７５°に設定した場合、２６％、進角α＝９０°の場合で３６％の省電力ができたことになる。
【０１３２】
負荷に応じ消費電力が比例する現象は、進角αの増減はコイル印加波形のデューティ比の増減になることからも理解できる。負荷トルクを必要とする場合は、図１８中の２相励磁定電圧方式と同等のプルアウトトルクを得られる進角α＝９０°〜７５°近辺の効率が良い領域が適していると考えられる。
【０１３３】
なお、１相励磁定電圧方式は、２つの相が同時に励磁することがないため、この中では一番消費電力が少ないが、一方でプルアウトトルク（１５．７ｍＮ・ｍ）が低い。また、２相励磁動作領域と１相励磁動作領域の境界の９０°において、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの無負荷時の消費電力が１相励磁定電圧方式の消費電力と等しいことは、理論的に動作点：進角α＝９０°の時は１相励磁と同等の波形であることからも理解できる。
【０１３４】
§１．３＜回転安定性測定（脈動測定）＞
次に、回転安定度の比較を行うために、図１１に示すように、ステッピングモータ９Ａの回転軸９１にロータリーエンコーダ７Ａ（ＯＭＲＯＮ  ２０００ｐ／ｒ）を接続する。ロータリーエンコーダ７Ａの回転パルス周期を、タイムインターバルアナライザ（ＹＯＫＯＧＡＷＡ  ＴＡ７２０）で統計処理を行い、標準偏差σにより回転安定性を評価した。
【０１３５】
§１．３．１＜無負荷時＞
図１９に、無負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果について示す。図１９（ａ）及び（ｂ）に、従来方式の無負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示し、図１９（ｃ）及び（ｄ）に、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの進角α＝６０°及び進角α＝１１３．４°における無負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示す。
【０１３６】
§１．３．２＜負荷時＞（プルアウトトルク）
図２０に、負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果について示す。図２０（ａ）及び（ｂ）に、従来方式の負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示し、図２０（ｃ）及び（ｄ）に、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの進角α＝６０°及び進角α＝１１３．４°における無負荷時の回転パルス周期タイムインターバル測定結果を示す。また、図２１に、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおける進角αに対する回転パルスタイムインターバル特性および従来方式の回転パルスタイムインターバル特性のグラフを示す。
【０１３７】
今回測定した脈動の大きい低いパルスレート（２００ｐｐｓ）において、従来の１相励磁定電圧方式、２相励磁定電圧方式では無負荷時は安定性が悪く、負荷時は安定性が向上していることがわかる。この原因は、特に２相励磁定電圧方式においては、モータ回路電圧Ｖｍが１８Ｖの高い状態によって無負荷時では駆動力をもてあまして脈動しているものの、負荷をかけることで脈動が抑えられているためだと考えられる。
【０１３８】
それに対して、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、特に進角α＝９０°以下において負荷に関係なく同程度の値を示している。図２１に示される測定結果の数値的には、２相励磁定電圧方式の負荷時の脈動を抑えられている状態と同等である。ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍは、ステッピングモータ９Ａに対して、過剰な電力供給を抑える制御により、負荷変動に関係なく脈動を抑えていることがわかる。
【０１３９】
§２＜スリットディスクの開口幅の適値選定（スリットデューティ比）＞
前述の§１「従来方式との比較と動作点特性」では、ＣＷ（時計回り回転）で動作点を１１３．４、９０、７５、６０、４５、３０、１５、０°と変化させた場合の測定を行ったが、実際にＣＷ、ＣＣＷ（反時計回り回転）の両方向回転できるのは、１１３．４°の場合だけである。ＣＷで動作点を調整してもＣＣＷ時の動作点が動作範囲内にあるとは限らない。
【０１４０】
仮に、動作点が動作範囲内にあっても進角αが異なれば、正逆で異なる性能になってしまう。ＣＷ時およびＣＣＷ時とも同じ動作点になるような進角αに調整すれば正逆同等の性能になる。
【０１４１】
本発明ではこの状態を「正逆均等進角」と呼ぶ。前にも述べたが、§１「従来方式との比較と動作点特性」の実験での「１１３．４°」は、ＣＷ時に動作可能で一番進ませた進角αであり、正逆均等進角ではないがＣＣＷでも動作可能な進角αであった。なお、以降で説明する測定に関しては、正逆可能（正逆均等進角）を必須条件とする。
【０１４２】
この正逆均等進角は、低パルスレート時には、§１「従来方式との比較と動作点特性」の１１３．４°のように大きく進めた進角値となってしまう。安定動作のためには、動作点は出来る限り小さくしたい。そこでわずかでも、進角αを小さくする方法を提案する。
【０１４３】
その方法とは、位相検出器５Ａのスリットディスク５０ａのスリットの開口幅を大きくする方法である。すなわち、スリット開口５２ａを広げれば正逆時のそれぞれ光を遮断する時間を遅らせることができる。
【０１４４】
しかしながら、スリットの開口幅を大きくし過ぎると、励磁回路４Ａの一つの励磁タイミングの中で、位相検出器５Ａにおいて、一つのスリットが閉じた後（スリット閉口５３ａ）に、次のスリット開口５２ａが到達しまうことになる。したがって、スリットの開口幅の適切な値を調べる必要がある。
【０１４５】
そこで、スリットディスク５０ａのＳＤ比を５０％、６５％、７５％として、それらを用いた場合の各回路での動作波形等を測定して、比較する。また、その他の条件としては厳しい条件とし、負荷トルクは振れ幅が大きくなる無負荷で、モータ回路電圧Ｖｍは高い電圧（２４Ｖ）で測定を行い、パルスレートは、実用領域の下限を３００ｐｐｓとして測定を行うものとする。
【０１４６】
§２．１＜動作波形観測＞
図２２に、スリットディスク５０ａのスリット開口比率別の図７に示すステッピングモータ駆動装置１Ａの各部における測定波形を示す図である。ここで、図２２（ａ）は、スリットディスク５０ａのスリット開口比率としてＳＤ比＝５０％、図２２（ｂ）はＳＤ比＝６５％、図２２（ｃ）はＳＤ比＝７５％における測定波形例である。
【０１４７】
図２２（ｃ）に示すように、スリットディスク５０ａのＳＤ比が７５％の時は、分配パルスの一周期内において、コイル励磁波形中にコイル印加パルスが２回（図中の丸囲い部分）現れている。これは、スリット開口幅が広いため、一つの周期の分配パルス内で一つ目のスリットが閉じて（スリット閉口５３ａ）、コイルへの印加を止めた後に、当該フォトインタラプタ５４ａの配置場所に、次の（隣の）スリットが回転到達し、回転到達したスリットの開口（スリット開口５２ａ）が開いてしまうためである。
【０１４８】
図２２（ｃ）に示すスリットディスク５０ａのＳＤ比＝７５％の状態では、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの動作が不安定である。ＳＤ比７５％時の２つ目の印加パルスの幅を測定すると６．５[％]（１．１ｍｓ）になる。つまり７５％からこの部分を減じたスリット開口５２ａが適切な開口となると考えられる。そこで、本実施形態の実験例では、余裕を見て１０％を減じることとして、図２２（ｂ）に示す例のＳＤ比は６５％を適値とした。
【０１４９】
§２．２＜回転安定性測定＞
図２３に、スリットディスク５０ａのスリット開口比率別の回転パルス周期σの測定結果を示す。図２３（ａ）スリットディスク５０ａのＳＤ比＝５０％および（ｂ）ＳＤ比＝６５％に比較して、（ｃ）ＳＤ比＝７５％時では、ステッピングモータ９Ａの回転脈動等の安定性が悪い様子がわかる。
【０１５０】
§３＜ＳＤ比５０％と６５％との比較＞
スリットディスク５０ａのＳＤ比を５０％から６５％に変更することについての効果を検証するため、比較測定を行う。条件が悪くなる無負荷での測定を行い、パルスレートは２００[ｐｐｓ]、モータ回路電圧Ｖｍ＝１２．０Ｖ、１３．０Ｖ、１４．０Ｖとする条件での測定を行う。
【０１５１】
§３．１＜動作波形＞
図２４に、スリットディスク５０ａのＳＤ比＝５０％時の分配回路２Ａおよび励磁回路４Ａの出力波形を、（ａ）モータ回路電圧Ｖｍ＝１２（Ｖ）、（ｂ）同１３．０（Ｖ）、（ｃ）同１４．０（Ｖ）の場合について示す。また、図２５に、同様に、ＳＤ比＝６５％時の同出力波形を示す。以上の結果より、ＳＤ比＝６５％にすることにより、進角αが２〜３°小さくなる方向へ動作点が移動していることがわかる。
【０１５２】
§３．２＜回転安定度測定＞
図２６および図２７に、ＳＤ比＝５０％時およびＳＤ比＝６５％時の回転安定度の測定結果を示す。また、図２８に、スリットディスクのスリット開口比率別のモータ回路電圧Ｖｍ対進角、回転パルス周期の特性結果を示す。
【０１５３】
図２６に示すスリットディスク５０ａのＳＤ比＝５０％時のモータ回路電圧Ｖｍ＝１３．０Ｖ、１４．０Ｖでは回転安定度が大きく悪化していることがわかる。図２８に示すように、これはモータ回路電圧Ｖｍが高くなり、進角α＝９０°以上の１相励磁境界を超え、進角αがさらに進むことで脈動が大きくなっていると考えられる。
【０１５４】
図２７及び図２８に示すように、スリットディスク５０ａのＳＤ比＝６５％時も、モータ回路電圧Ｖｍ＝１３．０Ｖ、１４．０Ｖでは１相励磁領域に入っているものの、脈動は若干の悪化で収まっている。
【０１５５】
以上の結果から、スリットディスク５０ａのＳＤ比は５０％から６５％にすることにより、この１相励磁領域における脈動を改善した。このＳＤ比にすることにより、動作範囲の拡大が見込まれると考えられる。よって、以降の試験では、主にＳＤ比＝６５％で測定を行った。
【０１５６】
§４＜モータ回路電圧Ｖｍが特性に与える影響について＞
前述したが、ステッピングモータ９Ａに対するモータ回路電圧Ｖｍによって、進角αの動作点が変化する。スリットディスク５０ａのＳＤ比＝６５％時の最適なモータ回路電圧Ｖｍを求めるため、動作点の測定を行う。低速域共振周波数が２００ｐｐｓ付近であることから、測定範囲は２００ｐｐｓから各モータ回路電圧Ｖｍにおける最大連続応答周波数までとする。
【０１５７】
§４．１＜進角特性＞
図２９に、スリットディスク５０ａのＳＤ比＝６５％におけるパルスレート対動作点（進角α）特性を示す。図２９中の最大応答周波数において、進角α及び回転パルス周期σが下降傾向のグラフ部分から急に上昇しているグラフ部分があるが、脱調直前で脈動が大きくなっていることによると考えられる。
【０１５８】
また、図２９に示すように、脱調直前の状態を除いて、パルスレートが上がる程、進角αが小さくなっていることがわかる。一番パルスレートの可変範囲が広いのは、モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖ（２００〜９００ｐｐｓ）の時であった。よって、これを今回のモータ回路電圧Ｖｍの最適値とし、以降の測定条件ではモータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖとして設定する。
【０１５９】
§４．２＜消費電力特性＞
次に、図３０に、スリットディスク５０ａのＳＤ比＝６５％におけるパルスレート対消費電力特性を示す。図３０に示すように、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、２００ｐｐｓを除き全ての電圧において消費電力がパルスレートに比例していることがわかる。また、モータ回路電圧Ｖｍが高くなるほど消費電力が上昇している。
【０１６０】
図３１に、図３０に示すパルスレート対消費電力特性をモータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖを条件として抽出したグラフを示す。ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式では、進角α＝９０°に相当する約４００ｐｐｓ以下の１相励磁動作領域では、１相励磁定電圧方式（Ｖｍ＝２４Ｖ）と同等の消費電力であり、４００ｐｐｓ以上ではパルスレートに比例して上昇している。２相励磁定電圧方式（Ｖｍ＝２４Ｖ）と比較すると一番差の少ない５００ｐｐｓにおいても、３．２４Ｗ省電力化が図られている。
【０１６１】
なお、図３１において、最大応答周波数は、１相励磁定電圧方式（Ｖｍ＝２４Ｖ）ではパルスレート＝５００ｐｐｓ、２相励磁定電圧方式（Ｖｍ＝２４Ｖ）ではパルスレート＝５８０ｐｐｓであったが、ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍではパルスレート＝８８５ｐｐｓまでの回転が可能であった。
【０１６２】
以上の結果より、本ステッピングモータ駆動法により回転状況に応じた駆動電力に制御するため、最大応答周波数を改善することができたと考えられる。
【０１６３】
§５＜負荷トルク特性（Ｖｍ＝２４Ｖ時）＞
前述の§４「モータ回路電圧Ｖｍが特性に与える影響について」の結果から、本ステッピングモータ９Ａでは、モータ回路電圧Ｖｍは２４Ｖが適していることがわかった。そこで、モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖ時の負荷トルクをパラメータとして、各特性を取る。その際に、パルスレートは、２００〜８００（ｐｐｓ）までの測定範囲とする。
（測定条件）
ＰＭ：４８ｓｔｅｐ／ｒ、ＳＤ＝６５％，モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖ
【０１６４】
§５．１＜消費電力特性＞
図３２に、従来方式および本実施形態によるＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式における消費電力特性のグラフを示す。
【０１６５】
図３２に示すように、従来方式による１相励磁定電圧方式、２相励磁定電圧方式共に回転数が上がると消費電力が下がり、応答周波数付近でまた上昇している。低周波領域において、消費電力が高くなる理由は脈動が影響しているものと思われる。
【０１６６】
また、従来方式による１相励磁定電圧方式、２相励磁定電圧方式共に、負荷トルクが変化しても、消費電力があまり変化していないことがわかる。消費電力の数値的には、１相励磁定電圧方式は２相励磁定電圧方式の半分に近いことは、理論的にも、励磁期間の励磁時間が半分であることから理解できる。
【０１６７】
一方、本実施形態によるＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式では、図３２に示すように、例えばトルク０〜２５（ｍＮ・ｍ）の範囲の負荷トルクに応じて消費電力が増減している。
【０１６８】
例えば、本実施形態によるＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式では、図３２において、負荷トルク＝１０（ｍＮ・ｍ）において、パルスレート＝３００ｐｐｓの時に、消費電力＝６．７９（Ｗ）である。従来方式による２相励磁定電圧では、負荷トルク＝１０（ｍＮ・ｍ）において、パルスレート＝３００ｐｐｓの時に、消費電力＝１１．９５（Ｗ）である。すなわち、本実施形態による回路方式においては、１１．９５−６．７９＝５．１６（Ｗ）の消費電力低減（４８％）になる。
【０１６９】
§５．２＜回転安定性測定＞
図３３に、従来方式およびＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ方式におけるパルスレート対回転パルス周期σの測定結果のグラフを示す。ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの負荷トルク＝０、５、１０（ｍＮ・ｍ）、パルスレート＝２００ｐｐｓにおいて高い値になっていることがわかる。これは、図２９に示す結果（モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖ時）において、パルスレート＝２００ｐｐｓで悪化の傾向があり予測通りの結果であった。しかし、図２９の結果から考察すると、モータ回路電圧Ｖｍを下げる方向に特性をシフトさせれば、２００ｐｐｓ時の回転安定性を向上させることができると思われる。モータ回路電圧Ｖｍにより特性を変えることができる。
【０１７０】
§６＜トルク回転速度カーブ測定＞
最後に、ステッピングモータ９Ａの評価に使われるトルク回転速度カーブ特性の測定結果を示す。図３４に、（ａ）１相励磁定電圧方式、（ｂ）２相励磁定電圧方式にトルク回転速度カーブを示す。また、図３５に、（ｃ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍにおけるスリットディスク５０ａのＳＤ比＝５０％、（ｄ）６５％のトルク回転速度カーブを示す。
【０１７１】
図３４及び図３５の結果から、本実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａにおいて、図３５（ｄ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのＳＤ比＝６５％の場合については、負荷トルクが図３４（ａ）１相励磁定電圧方式のおよそ２倍、（ｂ）２相励磁定電圧方式とほぼ同様な傾向である。また、パルスレートについては、図３５（ｄ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのＳＤ比＝６５％の場合のプルイントルクカーブが、図３４（ｂ）２相励磁定電圧方式とほぼ同様な傾向である。
【０１７２】
次に、図３５（ｄ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのＳＤ比＝６５％の場合のプルアウトトルクカーブについては、大きく異なっている。図３４の結果では、マックススルーレートが（ａ）１相励磁定電圧方式は４８０．８ｐｐｓ、（ｂ）２相励磁定電圧方式は６０３．２ｐｐｓである。一方、図３５の結果から、本実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａでは、マックススルーレートが８４５．０ｐｐｓであり、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの制御により高回転化されていることがわかる。
【０１７３】
また、図３５（ｃ）ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍのＳＤ比＝５０％の場合、プルアウトトルクカーブについては、図３４（ｂ）２相励磁定電圧方式に近いカーブであるが、プルイン特性では２相励磁定電圧方式よりも改善がみられる。
【０１７４】
§７＜回転停止状態の保持動作確認＞
これまでは、回転中の特性を測定してきたが、停止時にも電力を消費することが欠点であるステッピングモータ９００Ａでは、停止（ステップ動作含む）状態での特性も重要である。図３６に、ステッピングモータ９Ａの停止状態における分配回路２Ａおよび励磁回路４Ａの出力波形を示す図である。なお、出力波形は、ステッピングモータ９Ａの停止状態、かつ、ＣＷ、ＣＣＷ方向に力を加えた時の波形観測結果である。なお、ステッピングモータ９Ａの停止状態において、負荷トルクは無負荷ではなく、わずかな負荷トルク＝３（ｍＮ・ｍ）がかかっており、また、モータ回路電圧Ｖｍ＝２４Ｖで測定したものである。また、進角αは、前述した「正逆均等進角」としている。
【０１７５】
図３６の静止状態の波形において、励磁相φ１およびφ２に対応する分配回路２Ａから出力される分配パルス信号はＨになっているが、コイルは励磁されていないことがわかる。ＣＷ方向に力を加えた時に、初めて、励磁相φ１に対応する分配回路２Ａから出力される分配パルス信号がＨになり、ＣＣＷ方向に力を加えた時には励磁相φ２に対応する分配回路２Ａから出力される分配パルス信号がＨになっている。静止状態ではコイルを励磁せずにディテントトルクで保持し、力を加えた時だけコイルを励磁（１相励磁）させホールディングトルクで保持する省電力動作を実現している。
【０１７６】
図３７に、ステッピングモータ９Ａの停止状態時の消費電力特性を示す。本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍでは、静止時にコイルを励磁しないため消費電力が極めて少ない。例えば、静止状態においては、従来の１相及び２相励磁定電圧方式に比べて７０％以上もの消費電力を削減している。
【０１７７】
なお、ステッピングモータ９Ａの停止時において、極小さい負荷トルク状態などの時に、ステッピングモータ９Ａに発振（振動）状態が起こる可能性がある場合に、フォトインタラプタ５４ａなどの検出信号側に、例えばヒステリシス特性を有するシュミットトリガ回路を挿入（フォトインタラプタ５４ａの受光側の出力段に内蔵されていてもよい）することで改善されることを確認している。
【０１７８】
§８＜考察＞
今回、従来方式（１相及び２相励磁定電圧方式）と比較しながら測定を行ってきた。回転時において、本発明によるステッピングモータ駆動方法（ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ）は、原理的に１相励磁の領域と２相励磁の領域を条件に応じて、無段階に制御されると想定したが、想定通りの測定結果が得られた。
【０１７９】
すなわち、本発明によるステッピングモータ駆動方法は、負荷が小さい場合には、駆動トルクは弱いが消費電力の少ない１相励磁状態で、負荷が大きい場合には消費電力は多いがトルクの強い２相励磁状態で動作し、両励磁方式の良い性質を利用できる。さらに、それらの中間の負荷状態においても、負荷状態に応じて、１相励磁状態又は２相励磁状態で動作する。
【０１８０】
また、停止時においては、トルクを加えていない時は励磁せず、トルクを加えた時にのみ励磁することで、必要な時にのみ励磁電力を消費する理想的な制御方法であることがわかった。
【０１８１】
本ステッピングモータ駆動方法は、従来方式に比べ、非常に有効な方式であるという実験結果を得ることができた。本方式では、動作点（進角α）の位置で、前述した各特性が変化する。特に、進角αが大きいと省電力効果が大きくなることがわかった。
【０１８２】
しかしながら、動作点として、進角α＝１００°を超えるような過度に進角αを大きくすると回転安定性が悪くなる。この動作点は、正逆回転する場合には自由に決められるものではなく、トルク負荷、パルスレート（回転速度）、モータ回路電圧Ｖｍに影響される。モータ回路電圧Ｖｍは固定できるものの、トルク負荷は状況に応じ変化し、パルスレートは要求回転数に応じ変化させなくてはならない。そのためには、必要な条件で動作点が動作範囲に収まるようモータ回路電圧Ｖｍを設定する必要がある。
【０１８３】
＜特徴について＞
以上のような実験結果から得られた、主に従来方式との相違点と、本方式の特徴について、以下に簡単にまとめるものとする。
（１）マイクロプロセッサ等の制御装置を用いずに、簡易な装置でステッピングモータ９Ａの省電力化の制御を行うことができる。
（２）従来方式の分配回路２００Ａ出力（各相）の後段に、ロータリーエンコーダ（ここでは、例えばスリットディスク５０ａとフォトインタラプタ５４ａとの組み合せ方式をいう）の発光部（各相）を点滅させる（光学式ロータリーエンコーダの場合）装置構成を追加することで実現できる。
（３）ロータリーエンコーダの受光部（各相）の検出信号により、ステッピングモータ９Ａの励磁コイル（各相）を励磁することができる。
（４）スリットディスク５０ａのスリットは、分配回路２Ａ出力（各相）の信号に合わせて開閉できる位置に設ける。
（５）スリットディスク５０ａと回転軸９１の取り付け角度は、（４）の位置より進めることで省電力効果が得られる。すなわち、（４）を基準とした電気角の位相関係について、進角αを進めることにより省電力効果が得られる。
（６）回転時において、（５）とすることで、通電電流の後期部分を遮断し、通電時間を短くすることで、消費電力を削減することができる。
（７）（６）の通電時間は、負荷が増えると長くなり、負荷が減ると短くなり、負荷に応じ消費電力を制御する（デューティ比を変化させることができる）。
（８）（７）の効果は、従来の２相励磁方式と比較すると、低負荷時の消費電力を削減及び発熱、騒音、振動を低減し、高負荷時には供給電力を増やして脱調を防止する。
（９）スリットディスク５０ａのスリットの開口率は基本５０％（分配回路出力が２相励磁の場合）であるが、さらに開口を広げることによりトルク回転速度カーフ゛特性を改善できる。
【０１８４】
この他にも、
（１０）（５）において正転時、逆転時共に同じ進角に設定することで、正転時、逆転時同じ特性になる。
（１１）停止時において、（１０）とすることで、コイルへの通電を遮断し消費電力を削減する。
（１２）（１１）の停止時において、軸に外部から回転力を与えた場合、スリットが開きコイルに通電し保持力が発生することで、更なる回転を抑止する。
（１３）（１２）は正転方向、逆転方向ともに動作する。
（１４）（２）においてロータリーエンコーダの発光部を連続点灯した場合または光学式以外のセンシング機構５１を使用した場合でも、検出部５４の出力と基準パルスを位相比較（論理和に限定せず、排他的論理和や論理積など、他の論理演算でも可）した出力でモータをスイッチングすることにより同等に制御できる。
（１５）（１４）において、ロータリーエンコーダの他にも、他の位置検出素子でも同等に制御できる。
（１６）実験例は定電圧駆動であるが、定電流駆動方式等の他の駆動方法においても使用できる。
（１７）実験例の分配回路の励磁パターンは、１相励磁または２相励磁の例を基本としているが、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの制御原理は他の複数相の励磁方式においても利用できる。
【０１８５】
また、この他にも、
（１８）実験例は２相ステッピングモータであるが、他の相数のステッピングモータにも使用できる。
（１９）（５）において、スリットディスク５０ａと回転軸９１の取り付け角度は（４）の位置より遅らせることで、回転時において所定の負荷範囲を超える場合の過負荷保護効果が得られる。すなわち、過負荷保護範囲を定める進角αに設定することにより、過負荷保護効果が得られる。
（２０）回転時において、（１９）とすることで、通電電流の前期部分が遮断される。負荷が上昇し回転が遅くなると遮断される時間が遅くなる。つまり負荷の上昇で通電時間が短くなり脱調が発生し、負荷を保護することができる。
（２１）なお、この他にも、ひとつのスリットの開口部分を細かく分割する（スリット全部を開口するのではなく、細分化した開口／非開口の組み合せ）ことでチョッパ制御的な駆動ができる。コイルの励磁電圧が断続されることで、断続させない場合と比較して、その分高い電圧をかけられるため効率が良くなることが考えられる（コイルの電流の立ち上がりの高速化のため効率上昇する）。
【０１８６】
§９＜効果＞
以上説明したように、本発明によるステッピングモータ駆動装置、駆動方法駆動方法およびステッピングモータの特徴が明らかになった。これにより、例えば主に以下のような効果が挙げられる。
【０１８７】
（１）まず、従来方式で課題とされていた消費電力について、負荷に応じた駆動が可能なため、消費電力の削減が可能となる。例えば、実験結果の試算例では、例えば回転時（３００ｐｐｓ、１０ｍＮ・ｍ）４３％、静止時７８％の削減となった。
【０１８８】
（２）また、従来方式に比べて、マックススルーレートが上がり高回転が可能となった。
【０１８９】
（３）さらに、位相検出器５Ａにより分配回路２Ａと励磁回路４Ａが電気的に分離可能であり（回路方式による）、このような構成においては、制御側回路とモータ駆動側回路が電気的に分離可能であるため、安定的動作の効果がある。
【０１９０】
（４）例えば図４２（ｂ）に示す従来回路に、位相検出器５Ａを挿入するだけの簡易な構造、および、簡易な回路構成により実現可能である。
【０１９１】
例えば、今回の実験においては、比較的製作精度の低い手作りの装置により、前述したような結果を出すことができたことから、これらの構成部品を本格的な製造設備で製造することができれば、さらなるコストメリットおよび装置性能なども期待できる。
【０１９２】
今後、ステッピングモータのオープンループ制御に変わって、本ＲＥ−ｓｙｓｔｅｍ適用されることが期待できる。ステッピングモータの用途は、プリンタやエアコン等の製品分野で普及し、今後、３Ｄプリンタ等の普及でさらに使用が拡大されると思われる。そのため、本方式が活用されれば、これらの省電力化の改善効果は計り知れないものがある。
【０１９３】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化することができる本ステッピングモータ駆動装置、駆動方法およびステッピングモータを提供することができる。
【０１９４】
［第３の実施形態］
本発明に係るステッピングモータ駆動装置の第３の実施形態について、図３８乃至図４１等を用いて説明する。ここで、図３８乃至図４１は、第３の実施形態とする実施例であるが、スリットディスク５０ａ１１〜スリットディスク５０ａ２３の構造を主に示すため、その他の第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置のスリットディスク５０ａと同様な構成については図示省略する。
【０１９５】
第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａでは、センシング機構５１ａとして、スリットディスク５０ａに開口スリットを有する構造例のものを示した。本実施形態では、第２の実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａのスリットディスク５０ａについて、低分解能のスリット周期間隔（検出区分５２の周期間隔に対応）である、他の複数例およびその設計方法を示すものとする。
【０１９６】
なお、図３８乃至図４１に示す複数のフォトインタラプタ５４ａを配置により各々を区別するために、図中に示すように、ＰＨ１、ＰＨ２、ＰＨ３およびＰＨ４と称すものとする。また、ステッピングモータの１回転のステップ数Ｎｓｔｅｐとして、励磁相例えば、４個の励磁区間がある場合、ｍ＝４とする。
【０１９７】
ここで、（例１）ステッピングモータ９Ａのステップ数Ｎｓｔｅｐ＝４８として、図３８および図３９に示すスリットディスク５０ａ１１、５０ａ１２、５０ａ１３とする例のスリット周期角θＴｓｌｉｔ、スリット開口角θｓｌｉｔ、クリアランス角θc、フォトインタラプタ取付間隔角度θph等の設計例について説明する。なお、図３８に示すスリットディスク５０ａ１１は、スリットデューティ比：ＳＤ比＝５０％であり、図３９（ａ）に示すスリットディスク５０ａ１２はＳＤ比＝６５％、図３９（ｂ）に示すスリットディスク５０ａ１３はＳＤ比＝７５％の例である。
【０１９８】
また、同じく（例２）Ｎｓｔｅｐ＝２４として、図４０および図４１に示す他のスリットディスク５０ａ２１、５０ａ２２、５０ａ２３とする設計例について説明する。なお、図４０に示すスリットディスク５０ａ２１は、ＳＤ比＝５０％であり、図４１（ａ）に示すスリットディスク５０ａ２２はＳＤ比＝６５％、図４１（ｂ）に示すスリットディスク５０ａ２３はＳＤ比＝７５％の例である。
【０１９９】
以上のようなセンシング機構５１ａにおける以下の設計事項について、説明する。センシング機構５１ａにおいて、少なくとも、スリット数（センシング区分５２０ａの数に対応）＝分配パルスｘ周期＝Ｎｓｔｅｐ／ｍとなる関係で、周期的にセンシング区分５２０ａをスリットディスク５０ａに設ける。また、フォトインタラプタ５４ａ（検出部５４）を少なくともｍ個設ける。
【０２００】
スリットディスク５０ａの１回転（機械角０〜３６０°）あたり、ステッピングモータ９Ａの各々の励磁相のために生成させる相ごとの分配パルスが、ｘ周期（電気角０〜３６０°を１周期として）とし、ステッピングモータ９Ａの１回転のステップ数Ｎｓｔｅｐ、励磁相の数がｍ個又は励磁周期あたりのステップ数がｍ個（ステップ）である場合に、
ｘ周期＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ
となる関係である。
【０２０１】
例えば、２相４コイルのステッピングモータ９Ａを考えると、
（例１）Ｎｓｔｅｐ＝４８の例では、ｍ＝４個の励磁区間がある場合、
分配パルス  ｘ＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ＝４８／４＝１２周期／回転
スリットディスク５０ａ１１〜ａ１３のスリット総数
＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ＝４８／４＝１２個
（例２）Ｎｓｔｅｐ＝２４の例では、ｍ＝４個の励磁区間がある場合、
分配パルス  ｘ＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ＝２４／４＝６周期／回転
スリットディスク５０ａ２１〜ａ２３のスリット総数
＝Ｎｓｔｅｐ／ｍ＝２４／４＝６個
【０２０２】
また、図３８乃至図４１に示すように、複数のフォトインタラプタ５４ａ、すなわち、ディスク位置周辺の異なる位置にフォトインタラプタ５４ａを少なくともｍ＝４個設けることになる。
【０２０３】
次に、フォトインタラプタ５４ａをどのような位置間隔ごとに設けるかを説明する。ここで、前段のフォトインタラプタ５４ａが検知するスリットからｎ番目のスリット（隣接するフォトインタラプタ５４ａ間に存在する検知スリット（例えばスリット開口）数である）として、このｎを検知スリット間隔係数ｎ（ｎ= １，２，３，４・・・）とする。
【０２０４】
また、図３８乃至図４１に示すような、以下のパラメータを検討する。なお、これらは、センシング機構５１ａをスリット開口５２ａ、スリット閉口５３ａ、フォトインタラプタ５４ａ等とする例であるが、他のセンシング機構５１とする設計でも適用（又は応用）可能である。
【０２０５】
以下の（式１）〜（式４）を用いて、センシング機構５１ａの設計条件を与えるために、以下のパラメータを定義する。ここで、
クリアランス角            θｃ［°］
スリットデューティ比      ＳＤ［％］
モータのステップ数        Ｎｓｔｅｐ［個（ステップ）／回転］
モータの励磁相数又は励磁周期あたりのステップ数  ｍ［個（ステップ）］
スリット周期角            θＴｓｌｉｔ［°］（スリット開から開までの周期角）
スリット開口角            θｓｌｉｔ  ［°］（スリット開口の角度）
フォトインタラプタ取付間隔角度    θｐｈ［°］
検知スリット間隔係数      ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）
と定義されるパラメータである。
【０２０６】
スリット周期角θＴｓｌｉｔ（検出周期角θＴｓｌｉｔとも称す）
θＴｓｌｉｔ＝３６０×ｍ／Ｎｓｔｅｐ・・・（式１）
【０２０７】
スリット開口角θｓｌｉｔ（検出区分角θｓｌｉｔとも称す）
θｓｌｉｔ＝θＴｓｌｉｔ×ＳＤ／１００
＝３６０×ｍ／Ｎｓｔｅｐ×ＳＤ／１００
＝３．６×ｍ×ＳＤ／Ｎｓｔｅｐ・・・（式２）
【０２０８】
フォトインタラプタ取付間隔角度θph（検出部５４の取付間隔角度θｐｈとも称す）
θｐｈ＝３６０／Ｎｓｔｅｐ×（ｍ−１）＋（ｎ−１）×θＴｓｌｉｔ
＝３６０×（ｍ−１）／Ｎｓｔｅｐ＋３６０×ｍ×（ｎ−１）／Ｎｓｔｅｐ
＝３６０×（ｍ×ｎ−１）／Ｎｓｔｅｐ  ・・・（式３）
【０２０９】
クリアランス角θcは、上記（式１）〜（式３）の関係において、図３８乃至図４１に示すように、フォトインタラプタ５４ａの受光部（検出部５４に対応）の中心と隣接するスリット開口５２ａ（検出区分５２に対応）とのなす角度であり、フォトインタラプタ５４ａの受光部において、スリット開口５２ａ（センシング区分５２０における検出区分５２）を検出可能とするためには、クリアランス角θc＞０であることが必要である。
クリアランス角θc
θｃ＝（θｐｈ−θｓｌｉｔ−（ｎ−１）×θＴｓｌｉｔ）／２
＝（３６０×（ｍ×ｎ−１））／Ｎｓｔｅｐ−（３．６×ｍ×ＳＤ／Ｎｓｔｅｐ）−（ｎ−１）×３６０×ｍ／Ｎｓｔｅｐ）／２
＝（３６０×（ｍ−１）−（３．６×ｍ×ＳＤ））／（２×Ｎｓｔｅｐ）
＝（１．８×ｍ×（１００−ＳＤ）−１８０）／Ｎｓｔｅｐ・・・（式４）
となる、（式１）〜（式４）の関係式が導かれる。
【０２１０】
（式４）において、検知スリット間隔係数ｎが消えるので、一のフォトインタラプタ５４ａの配置を、隣接する前段のフォトインタラプタ５４ａが検知するスリットから、何番目のスリットを使っても同様のクリアランスとなることが証明できる。
【０２１１】
なお、図３８乃至図４１中のフォトインタラプタ取付間隔θphは、図中のフォトインタラプタＰＨ２の配置を、フォトインタラプタ取付間隔θphにある前段のフォトインタラプタＰＨ１とした場合に、図中の例では、
（例１）Ｎｓｔｅｐ＝４８では、検知スリット間隔係数ｎ＝２であり、
（式３）の値は、θph＝５２．５度となる。
（例２）Ｎｓｔｅｐ＝２４では、検知スリット間隔係数ｎ＝１であり、
（式３）の値は、θph＝４５度となる。
【０２１２】
動作不可クリアランス角の算定（クリアランス角θcが０になる条件）について、算出すると、Ｎｓｔｅｐ（ステップ数）にかかわらずクリアランス角θcが０になるのは、（式４）で分母＝１．８×ｍ×（１００−ＳＤ）−１８０＝０になる場合であるので、
ＳＤ＝（ｍ−１）／ｍ×１００［％］
となる。したがって、ＳＤ比が（ｍ−１）／ｍ×１００［％］の場合にはクリアランス角θcが０になり、発振（振動）状態になりＲＥ−ｓｙｓｔｅｍの動作として適さない。
【０２１３】
例えば、図中のフォトインタラプタＰＨ２の配置を、フォトインタラプタ取付間隔θphにある隣接する前段のフォトインタラプタＰＨ１が検知するスリットから、何番目のスリットを使っても同様のクリアランス角θc＝（式４）となることが証明できる。
【０２１４】
励磁周期あたりのステップ数ｍ、ＳＤ比およびステップ数Ｎｓｔｅｐの例よる（式４）クリアランス角θcを計算すると、例えば以下のようになる。
（計算例１）ｍ＝４、Ｎｓｔｅｐ＝４８では、
ＳＤ＝５０％・・・クリアランス角θc＝３．７５［°］
ＳＤ＝６５％・・・クリアランス角θc＝１．５［°］
ＳＤ＝７５％・・・クリアランス角θc＝０［°］
（計算例２）ｍ＝４、Ｎｓｔｅｐ＝２４では、
ＳＤ＝５０％・・・クリアランス角θc＝７．５［°］
ＳＤ＝６５％・・・クリアランス角θc＝３．０［°］
ＳＤ＝７５％・・・クリアランス角θc＝０［°］
【０２１５】
また、励磁周期あたりのステップ数ｍを変えて計算すると、
（計算例３）ｍ＝５、Ｎｓｔｅｐ＝４８では、
ＳＤ＝５０％・・・クリアランス角θc＝５．６２５［°］
ＳＤ＝６５％・・・クリアランス角θc＝２．８１２５［°］
ＳＤ＝７５％・・・クリアランス角θc＝０．９３７５［°］
ＳＤ＝８０％・・・クリアランス角θc＝０［°］
（計算例４）ｍ＝５、Ｎｓｔｅｐ＝２４では、
ＳＤ＝５０％・・・クリアランス角θc＝１１．２５［°］
ＳＤ＝６５％・・・クリアランス角θc＝５．６２５［°］
ＳＤ＝７５％・・・クリアランス角θc＝１．８７５［°］
ＳＤ＝８０％・・・クリアランス角θc＝０［°］
となる。
【０２１６】
以上説明したように、本実施形態のステッピングモータ駆動装置１Ａによれば、例えば図３８乃至図４１の例で示したように、位相検出器５Ａにおいて、スリットディスク５０ａに設ける低分解能のスリット周期間隔でもセンシング区分５２０ａの位相を検出できる。これにより、進角αに応じてステッピングモータ９Ａを省電力化して駆動することができる。
【０２１７】
以上のような設計手法は、図３８乃至図４１に示すようなスリット（スリット開口５２ａ／スリット閉口５３ａ）およびフォトインタラプタ５４ａからなるセンシング機構５１ａだけでなく、他のセンシング機構５１とする設計でも適用（又は応用）可能である。
【０２１８】
すなわち、本発明によれば、簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化することができる。
【０２１９】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、例えば各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０２２０】
１、１Ａ、１００、１００Ａ…ステッピングモータ駆動装置、２…分配パルス生成手段、２Ａ、２００、２００Ａ…分配回路、３…位相比較調整手段、３Ａ…位相比較調整回路、４…励磁手段、４Ａ、４００、４００Ａ…励磁回路、５、５ｘ…位相検出手段、５Ａ…位相検出器、７Ａ…ロータリーエンコーダ、８、８Ａ、８００…パルス発振器、９、９Ａ、９００、９００Ａ…ステッピングモータ、５０…回転体、５０ａ、５０ａ１１、５０ａ１２、５０ａ１３、５０ａ２１、５０ａ２２、５０ａ２３…スリットディスク、５１、５１ａ…センシング機構、５２…検出区分、５２ａ…スリット開口、５３…非検出区分、５３ａ…スリット閉口、５４…検出部、５４ａ…フォトインタラプタ、９１…回転軸、５２０、５２０ａ…センシング区分
【要約】
【課題】簡易な構成によるセンシング機構を用いて駆動電力を省電力化する。
【解決手段】ステッピングモータ駆動装置１は、複数の相ごとの励磁区間に対応した励磁信号の基準となる分配パルスを生成する分配パルス生成手段２と、相ごとの分配パルスに対応するロータの回転の位相変化をセンシング信号として検出し当該センシング信号に基づいて相ごとに分配パルスの時間幅を調整した検出信号を生成する位相検出手段５ｘと、相ごとに生成された検出信号を受けてステッピングモータ９の当該各々の相に応じた励磁信号を供給する励磁手段４とを備える。
【選択図】図１【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図１３】
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