(57)【要約】【課題】  バックラッシュの大きさに影響されずに、モータをスルー領域へと加速することが可能なモータ駆動回路を提供する。【解決手段】  制御回路１は起動信号を受け取ると、プロファイルテーブル１１からデータを順次読み出し、そのデータに基づいて電流設定信号１０１と制御パルス１０２とを駆動回路２に出力する。駆動回路２は制御回路１からの制御パルス１０２に応じてモータ３を駆動する相を順次切り替える。駆動回路２は制御回路１からの電流設定１０１の信号に応じてモータ３に供給する電流の大きさを設定する。この場合、駆動回路２は、モータ３を起動した後に最低速へ向けて減速させ、かつこの減速区間での回転角をバックラッシュよりもほぼ大きく設定すると共に、減速区間での駆動電流を、最低速から前記スルー領域に向かう加速区間における駆動電流よりも小さく設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともバックラッシュ及び変形による系の遊びが大きく、機差や起動毎の変動によって前記遊びが変動する系において、所定のプロファイルによってモータをスルー領域へと加速するモータ駆動回路であって、
前記モータを起動した後に最低速へ向けて減速させ、かつ前記モータの起動から最低速までの回転角を前記バックラッシュよりもほぼ大きく設定すると共に、前記モータの起動から最低速までの前記モータの駆動電流を、最低速から前記スルー領域に向かう区間における前記モータの駆動電流よりも小さく設定する制御回路を有することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記モータの起動から最低速までの減速を直線的に行い、かつ前記モータの起動速度と最低速との比を、前記系の固有振動の振幅が前記モータの起動から最低速までの時間に減衰する率に略同一としたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記モータを減速、加速するためのデータを格納するプロファイルテーブルを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のモータ駆動回路。
【請求項４】
前記プロファイルテーブルは、前記モータに対する電流設定データと、前記モータへのパルスを出力するまでの時間のデータとを少なくとも格納することを特徴とする請求項３記載のモータ駆動回路。
【請求項５】
前記プロファイルテーブルは、前記モータをスルー領域へと加速するのに先行して、前記系の遊びが前記バックラッシュよりも大きな場合にはじめ高速で起動して順次減速する区間を設け、この順次減速する区間において、スルー領域へと加速する際よりも前記モータを駆動する電流が小さくなるように設定されたデータを格納し、
前記制御回路は、前記プロファイルテーブルから当該データを読み出して前記モータの駆動制御を順次実行することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動回路。
【請求項６】
前記モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のモータ駆動回路。
【請求項７】
少なくともバックラッシュ及び変形による系の遊びが大きく、機差や起動毎の変動によって前記遊びが変動する系において、所定のプロファイルによってモータをスルー領域へと加速するモータ駆動方法であって、
モータを起動した後に最低速へ向けて減速させ、かつ前記モータの起動から最低速までの回転角を前記バックラッシュよりもほぼ大きく設定すると共に、前記モータの起動から最低速までの前記モータの駆動電流を、最低速から前記スルー領域に向かう区間における前記モータの駆動電流よりも小さく設定する駆動制御ステップを有することを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項８】
前記駆動制御ステップは、前記モータの起動から最低速までの減速を直線的に行うステップを有し、
前記モータの起動速度と最低速との比を、前記系の固有振動の振幅が前記モータの起動から最低速までの時間に減衰する率に略同一としたことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動方法。
【請求項９】
前記駆動制御ステップは、前記モータを減速、加速するためのデータを格納するプロファイルテーブルを用いて前記モータの駆動制御を行うことを特徴とする請求項７または８記載のモータ駆動方法。
【請求項１０】
前記プロファイルテーブルは、前記モータに対する電流設定データと、前記モータへのパルスを出力するまでの時間のデータとを格納しておくことを特徴とする請求項９記載のモータ駆動方法。
【請求項１１】
前記プロファイルテーブルは、前記モータをスルー領域へと加速するのに先行して、前記系の遊びが前記バックラッシュよりも大きな場合には、最初は高速で起動して順次減速する区間を設け、この順次減速する区間において、スルー領域へと加速する際よりも前記モータを駆動する電流が小さくなるように設定されたデータを格納しておき、
前記駆動制御ステップは、前記プロファイルテーブルから当該データを読み出して前記モータの駆動制御を順次実行することを特徴とする請求項１０記載のモータ駆動方法。
【請求項１２】
前記モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載のモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ駆動回路及びモータ駆動方法に関し、特に駆動する相の電流と駆動する相とを切り替えるタイミングを制御するモータ駆動方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステッピングモータにおいては、最初、低い駆動周波数（駆動速度）で駆動を開始し、その後に徐々に駆動周波数を上げていくような駆動プロファイルで駆動されている。
【０００３】
このように、ステッピングモータは、駆動周波数及びパルス数を制御するだけで、速度制御や位置制御を簡単に行えるという特徴を持っているが、駆動パルスに同期して回転するため、モータのトルクと負荷とを考慮して、適切な駆動周波数を決めなければならない。
【０００４】
例えば、モータのトルクに対して、負荷が小さなものを遅い速度で駆動すれば振動するし、逆に負荷が大きく、動作周波数が速ければ、モータは同期することができず、脱調してしまう。
【０００５】
上記のステッピングモータの駆動方法としては、日本特許庁発行の特開２００３−２３５２９６号公報（特許文献１）に開示されている方法がある。すなわち、バックラッシュを有し、かつ弾性体により構成される歯車伝達機構を介して所定の駆動プロファイルで加速、減速駆動を行うステッピングモータ駆動方法において、少なくとも起動時にバックラッシュ及び弾性体による変位量に対応する加速領域では、最低速度よりも速い速度で駆動を行う。そして、この駆動後に、最低速度に切換えて順次加速していくという駆動プロファイルによって、ステッピングモータの加速、減速を行うというものである。
【０００６】
こうすることにより、バックラッシュや弾性体による変位量に起因する起動時の振動や騒音の発生を防ぎ、脱調せずにステッピングモータの駆動を行うことができるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００３−２３５２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に開示のステッピングモータの駆動方法は、系に遊び（バックラッシュ）がある区間では、ステッピングモータを早く駆動し、その後に最低速から順次加速する方法である。この技術では、速い速度でのフィードでは、系に遊びがあることを前提としているので、遊びの変動が大きい系には適用が困難である。すなわち、この方法では、早い速度でフィード中に遊びがなくなって負荷が増加すると、脱調の恐れがあり、遊びが大きく負荷が小さいうちに遅い速度でフィードすると、振動が大きくなる恐れがある。
【０００８】
この問題は、例えば、複写機等の読取り走査を行うキャリッジを歯車で駆動しようとする時に発生する。すなわち、キャリッジは読取り走査と復帰動作とを繰り返す必要があり、復帰動作を終えて読取り走査を開始する時の歯車の遊びには、当然に複写機毎の差（機差と称す）が存在し、同じ機械でも起動される毎に遊びの量が変動する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、バックラッシュの大きさに影響されずに、モータをスルー領域へと加速することができるモータ駆動回路及びモータ駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるモータ駆動回路は、少なくともバックラッシュ及び変形による系の遊びが大きく、機差や起動毎の変動によって前記遊びが変動する系において、所定のプロファイルによってモータをスルー領域へと加速するモータ駆動回路であって、前記モータを起動した後に最低速へ向けて減速させ、かつ前記モータの起動から最低速までの回転角を前記バックラッシュよりもほぼ大きく設定すると共に、前記モータの起動から最低速までの前記モータの駆動電流を、最低速から前記スルー領域に向かう区間における前記モータの駆動電流よりも小さく設定する制御回路を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によるモータ駆動方法は、少なくともバックラッシュ及び変形による系の遊びが大きく、機差や起動毎の変動によって前記遊びが変動する系において、所定のプロファイルによってモータをスルー領域へと加速するモータ駆動方法であって、モータを起動した後に最低速へ向けて減速させ、かつ前記モータの起動から最低速までの回転角を前記バックラッシュよりもほぼ大きく設定すると共に、前記モータの起動から最低速までの前記モータの駆動電流を、最低速から前記スルー領域に向かう区間における前記モータの駆動電流よりも小さく設定する駆動制御ステップを有することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明のモータ駆動回路では、バックラッシュや変形等の系の遊びが大きくかつ起動毎に遊びが変動する系において、モータの起動から最低速までの回転角を前記バックラッシュよりも大きく設定すると共に、ステッピングモータをスルー領域へと加速するのに先行して、系の遊びがバックラッシュよりも大きな場合に、最初は高速で起動し、その後順次減速する減速区間を設け、この減速区間においては、後に続くスルー領域への加速区間よりも、ステッピングモータを駆動する電流を小さく設定して、振動の発生を起こりにくくしている。
【００１３】
また、本発明のモータ駆動回路では、系の遊びであるバックラッシュが十分に小さい場合、起動とほぼ同時にバックラッシュがゼロとなり、被駆動物が比較的大きな振動を発生させる。すなわち、本発明のステッピングモータ駆動回路では、減速比が十分大きくかつ完全な弾性衝突を想定すると、被駆動物が衝突する速度の２倍の初速を得、その後、駆動系の弾性（バネ性）と被駆動物の慣性とによって構成される系の固有振動数で振動し、系の粘性等によって減衰していく。
【００１４】
系のバックラッシュが十分に大きい場合には、最低速に近いところでバックラッシュがゼロとなり、被駆動物が比較的小さな振動を発生させる。すなわち、最低速の２倍を初速とする振動である。
【００１５】
本発明のモータ駆動回路では、起動時の速度と最低速度との比を、減速区間での系の振動の振幅が減衰する比（振幅減衰比）にほぼ等しく設定してあるので、加速を開始する時点で、バックラッシュが最大の時も、最小の時も、振動の振幅がほぼ等しくなる。
【００１６】
これによって、本発明のモータ駆動回路では、上述したように、加速開始時の振動をバックラッシュの大きさにかかわらず、ほぼ等しくかつ小さくすることができるので、バックラッシュの大きさに影響されずに、ステッピングモータをスルー領域へと加速することが可能となる。
【００１７】
また、本発明のモータ駆動回路では、最初は高速でステッピングモータを駆動するので、初めから低速で駆動する場合に比べ、同じ距離を駆動するための時間が短くなり、よってバックラッシュを解消する区間の所要時間を小さくすることが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明のモータ駆動回路では、系にバックラッシュが存在する区間においてステッピングモータの電流を小さくしたので、この区間での振動が発生しにくくなり、さらに一定速度でフィードさせないので、ステッピングモータの振動が成長しにくくなり、動作が安定する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、バックラッシュの大きさに影響されずに、モータをスルー領域へと加速することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるステッピングモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例によるステッピングモータ駆動回路はプロファイルテーブル１１を備えた制御回路１と、ステッピングモータ（Ｍ）３を駆動する駆動回路２と、制御回路１で実行されるプログラムを格納する記録媒体４とから構成されている。
【００２１】
プロファイルテーブル１１はステッピングモータ３を減速、加速するためのデータを格納している。制御回路１はプロファイルテーブル１１からデータを順次読み出し、駆動回路２への制御線（電流設定信号１０１及び制御パルス１０２）を制御する。
【００２２】
駆動回路２は制御回路１からの制御パルス１０２に応じて、ステッピングモータ３を駆動する相を順次切り替える。また、駆動回路２は制御回路１からの電流設定信号１０１に応じてステッピングモータ３に供給する電流の大きさを設定する。ステッピングモータ３の電流制御や相の切り替えについては、一般的な技術なので、それらについての具体的な説明は省略する。
【００２３】
図２は図１のプロファイルテーブル１１の構成例を示す図である。また、図３は本発明の一実施例による系の応答（Ｙa ，Ｙb ）を表す図であり、直線部分Ｘ1 ，Ｘ2 が系の入力に相当し、ステッピングモータ３の回転を直線的に近似したものである。更に、図４は図１の制御回路１及び駆動回路２の動作を示すシーケンスチャートである。これら図１〜図４を参照して本発明の一実施例によるステッピングモータ駆動回路の動作について説明する。尚、図４に示す制御回路１の動作は記録媒体４のプログラムを実行することで実現される。
【００２４】
制御回路１は図示せぬ起動信号を受け取ると、プロファイルテーブル１１からデータを順次読み出し、そのデータに基づいて電流設定信号１０１と制御パルス１０２とを駆動回路２に出力する（図４のａ１〜ａ４）。
【００２５】
駆動回路２は制御回路１からの制御パルス１０２に応じて、ステッピングモータ３を駆動する相を順次切り替える。また、駆動回路２は制御回路１からの電流設定信号１０１に応じてステッピングモータ３に供給する電流の大きさを設定する（図４のａ５）。
【００２６】
プロファイルテーブル１１の各エントリは、図２に示すように、データと、そのデータの種別を示すタグとにより構成されている。プロファイルテーブル１１の最初のデータのタグは「ＴａｇＡ」であり、このデータは電流設定データであることを表している。そこで、制御回路１は電流設定信号１０１に「Ｌ1 」を出力する。
【００２７】
プロファイルテーブル１１の次のテータのタグは「ＴａｇＢ」であり、このデータは制御パルス１０２を出力するまでの時間を表している。そこで、制御回路１はＴ10後に制御パルス１０２を出力する。以降、制御回路１はＴ1nまで、プロファイルテーブル１１のデータにて定められた間隔で制御パルス１０２を出力する。ここで、Ｔ10から、Ｔ11，……，Ｔ1nまで、プロファイルテーブル１１のデータにて定められた間隔は時間が次第に長くなるよう設定される。
【００２８】
これを図３に示す応答との対比で説明すると、
Ｔ10＝α／Ｖ0
Ｔ1n＝α／Ｖmin
Ｔ10＜Ｔ11＜……＜Ｔ1n
となる。ここで、Ｖ０は起動時の初速であり、Ｖmin は最低速である。また、αは系の減速比によって決定される定数である。すなわち、ここまでが、図３に示す減速区間Ｔ1 に対応する。
【００２９】
プロファイルテーブル１１の次のデータのタグは「ＴａｇＡ」なので、このデータは電流設定データである。そこで、制御回路１は電流設定１０１に「Ｌ2 」を出力する。Ｌ2 ＞Ｌ1 である。以下、制御回路１は制御パルス１０２をＴ20，Ｔ21，……，Ｔ2mの間隔で出力する。この区間は、図３に示す加速区間Ｔ2 に相当し、
Ｔ20＞Ｔ21＞……＞Ｔ2m
である。
【００３０】
以上説明したように、図３に示す減速区間Ｔ1 及び加速区間Ｔ2 それぞれについて、電流設定信号１０１として「Ｌ1 」及び「Ｌ2 」、制御パルス１０２として間隔Ｔ10，Ｔ11，……，Ｔ1nとＴ20，Ｔ21，……，Ｔ2mとが、それぞれ出力される。その結果、図３に示すように、遊びが十分小さい時には系の応答がＹａの軌跡を辿り、遊びが十分大きい時には系の応答がＹｂの軌跡を辿る。
【００３１】
図３に示した、遊びが小の場合の応答Ｙａの軌跡では、初期において、振動の振幅は大きいが、時間の経過と共に振幅は減衰していく。また、遊びが大の場合の応答Ｙｂの軌跡では、入力の速度が小さいので、初期から振動の振幅が小さくなっている。
【００３２】
本例では、振動の振幅に合わせて、速度Ｖ0 ，Ｖmin との比を、系の固有振動の振幅が、起動から最低速度までの間に減衰する率（振幅減衰率）と略同一にすることにより、区間Ｔ2 の開始部分において、振動の振幅がＹa ，Ｙb 共に、等しくすることができる。よって、加速を開始する時点（区間Ｔ2 の開始点）において、バックラッシュが最大であっても、また最小であっても、振動の振幅がほぼ等しくなる。
【００３３】
図３においては、Ｙb が“０”から動き始めた時点が、丁度、バックラッシュがゼロになった時点に相当しており、このことは、モータの起動（Ｖ0 ）から最低速（Ｖmin ）までの回転角を、バックラッシュよりもほぼ大きく設定することを意味している。このように、モータ回転角をバックラッシュよりもほぼ大きく設定する理由は以下のとおりである。
【００３４】
すなわち、バックラッシュがゼロになった（なくなった）ときに、モータの速度が大きいと、被駆動物の振動が大きくなり、モータの加速が始まったときに  （図３の減速区間Ｔ1 から加速区間Ｔ2 へ移行するときに）、バックラッシュがなくなると、振動が大きいままモータが加速され続けることになり、最悪の場合、モータの脱調が発生してしまうことになる。そこで、本発明では、モータの起動から最低速までの回転角を、バックラッシュよりもほぼ大きく設定するようにしているのである。
【００３５】
次に、減速区間Ｔ1 の電流Ｉ1 を加速区間Ｔ2 の電流Ｉ2 より小さくしたことによる働きについて、具体的なデータを基に説明する。図５は本発明の一実施例によって加速を安定に行った応答例Ｙa4を示す図であり、図６は減速区間Ｔ1 での電流が大きすぎて、ステッピングモータ３が振動して脱調を起こした応答例Ｙa5を示す図である。
【００３６】
図６に示す応答Ｙa5の様に、途中から被駆動物が一旦停止し、その後の被駆動物の振動が図５に比べて非常に大きくなっている。これは、応答Ｙa5の途中で、ステッピングモータ３が脱調したためである。低速の脱調は、ステッピングモータ３のトルクが負荷に比べて大きすぎる時に発生しやすく、ステッピングモータ３の電流を下げることによって、一般に防止することができる。
【００３７】
尚、区間Ｔ1 の電流設定は、速度Ｖ0 に相当するパルス間隔Ｔ10で、被駆動物に対して遊びがない状態で、ステッピングモータ３が安定的に自起動できる範囲で極力小さく設定すべきであることは言うまでもない。
【００３８】
このように、本実施例では、加速開始時の振動をバックラッシュの大きさに関わらず、ほぼ等しくかつ小さくすることができるので、バックラッシュの大きさに影響せずに、ステッピングモータ３をスルー領域へと加速することができる。
【００３９】
また、本実施例では、系にバックラッシュがある減速区間Ｔ1 においては、加速区間Ｔ2 よりも、ステッピングモータ３の電流を小さくした（Ｉ1 ＜Ｉ2 ）ので、この区間Ｔ1 での振動が発生しにくくなる。また、一定速度でフィードさせないようにしているので、ステッピングモータ３の振動が成長しにくいために、動作を安定化させることができる。
【００４０】
本発明では、モータ３がステッピングモータでなくても、速度制御が可能であれば、応用が可能である。例えば、サーボモータであれば、駆動電流を制御する必要はないが、加速の前に、中速から低速へ向かう減速区間を、系の遊びよりも大きく確保し、中速と低速との速度比を、減速区間での系の振動の減衰率にほぼ合わせることによって、加速時の系の振動を効率的に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例によるステッピングモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のプロファイルテーブルの構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による系の応答を表す図である。
【図４】図１の制御回路及び駆動回路の動作を示すシーケンスチャートである。
【図５】本発明の一実施例によって加速を安定に行った例を示す図である。
【図６】減速区間Ｔ1 での電流が大きすぎてステッピングモータが振動して脱調を起こした例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  制御回路
２  駆動回路
３  ステッピングモータ
４  記録媒体
１１  プロファイルテーブル
【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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