(57)【要約】【課題】安価な構成でテッピングモータの負荷量を電気的に検出することができ、脱調を有効に防止することができるステッピングモータの制御装置を提供する。【解決手段】指令パルスを出力するマイクロコンピュータ１０と、入力された指令パルスに対応した駆動電流をステッピングモータ５に出力し、かつ出力する駆動電流を一定に保つためのチョッパー信号を出力するチョッパー型定電流ドライバ２０と、チョッパー信号を検出してステッピングモータ５の負荷量を検出する負荷量検出回路３０とを備えている。負荷量検出回路３０は、チョッパー信号の波形を連続させてパルスまたは電圧に変換する波形形成回路５０を備え、パルスの幅または電圧値によってステッピングモータの負荷を検出する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令パルスを出力する制御部と、入力された指令パルスに対応した駆動電流をステッピングモータに出力し、かつ出力する駆動電流を一定に保つためのチョッパー信号を出力するチョッパー型定電流ドライバと、前記チョッパー信号を検出して前記ステッピングモータの負荷量を検出する負荷量検出部とを備えたことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項２】
前記負荷量検出部は、前記チョッパー信号を検出し出力する波形検出部を備え、この波形検出部の出力波形に基づいて前記負荷量を検出す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の制御装置。
【請求項３】
前記負荷量検出回路は、前記波形検出部の出力波形を連続させてパルスに変換するフィルタ部を備え、フィルタ部が出力するパルスの幅に基づいて前記負荷量を検出することを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項４】
前記負荷量検出回路は、前記波形検出部の出力波形を電圧に変換するフィルタ部を備え、このフィルタ部が出力する信号に基づいて前記負荷量を検出することを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項５】
波形検出部は、前記ステッピングモータのコイルと電源との間に介装され、前記チョッパー信号によって前記コイルの電圧が低下したときにコレクタ電流を発生する増幅器を備えていること特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、ステ  ッピングモータに脱調が生じることが予測される負荷量を記憶し、検出した負荷量がその値を超えたときにステッピングモータの回転速度を低下させるか回転を停止するかの制御を行う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の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ステッピングモーターの負荷量の変化を検出することができ、これによって、ステッピングモータの回転を正常に制御し、特に、脱調の発生を未然に防止することができるステッピングモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
ステッピングモーターは、与えられたパルス数に対応する角度だけ正確に回転するため、オープン式の制御が可能であり、負荷量に関係なく単位時間当たりに与えられる指令パルスの数によって回転速度が決まるという特性を有している。したがって、ステッピングモータは、回転精度および停止精度に優れ、各種精密機械の駆動用モータとして広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、ステッピングモータは、一定以上の過負荷が作用したときに、回転が停止したり回転制御が不能になる脱調が生じるという欠点を有している。この脱調は、交流モーターや直流モーターにはない特性である。このため、ステッピングモーターを使用する場合には、脱調に対する対策が必要となる。
【０００４】
従来のステッピングモータにおける脱調対策としては、たとえば、出力軸と減速機構とをトルクセンサを介して接続し、トルクが所定の値を超えたときに非常停止させるなどの対策が採られていた（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３５０９２号公報（要約書）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにステッピングモータに作用する負荷量を機械的に検出する方法では、部品点数が増えて製造コストが増大するとともに電気配線が複雑になるという問題がある。
したがって、本発明は、ステッピングモータの負荷量を電気的に検出することができ、安価な構成でステッピングモータの回転を正常に制御し、脱調の発生を未然に防止することができるステッピングモータの制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のステッピングモータの制御装置は、指令パルスを出力する制御部と、入力された指令パルスに対応した駆動電流をステッピングモータに出力し、かつ出力する駆動電流を一定に保つためのチョッパー信号を出力するチョッパー型定電流ドライバと、チョッパー信号を検出してステッピングモータの負荷量を検出する負荷量検出部とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
チョッパー型定電流ドライバは、駆動電流をチョッパー信号によって一定に保つように制御する。すなわち、ステッピングモータの負荷量が増加すると、それに対応するために電流も増加しようとするが、チョッパー信号は電流の増加を阻止するように働く。このチョッパー信号は、チョッパー型定電流ドライバが発生する矩形波を櫛歯状に間引くように作用する。したがって、負荷量が大きい程、チョッパー信号が出力される頻度が多くなる。
【０００９】
上記ステッピングモーターの制御装置では、負荷量検出部がチョッパー信号を検出し、この検出結果によりステッピングモータの負荷量を検出するから、検出した負荷量に応じた制御を行うことができる。たとえば、ステッピングモータの回転を停止または減速したり、脱調のおそれを報知する信号を発生することができる。このように、本発明では、安価な構成でテッピングモータの負荷量を電気的に検出することができ、脱調を有効に防止することができる。
【００１０】
より具体的には、負荷量検出部は、チョッパー信号を検出し出力する波形検出部を備え、この波形検出部の出力波形に基づいて負荷量を検出することが望ましい。この場合、負荷量検出回路は、波形検出部の出力波形を連続させてパルスに変換するフィルタ部を備え、フィルタ部が出力するパルスの幅に基づいて負荷量を検出することができる。あるいは、負荷量検出回路は、波形検出部の出力波形を電圧に変換するフィルタ部を備え、このフィルタ部が出力する信号に基づいて負荷量を検出することもできる。
【００１１】
フィルタ部は、コンデンサやコンパレータを備えることができ、コンデンサの容量を適宜設定することにより、パルスの形状を設定することができる。たとえば、コンデンサの容量を比較的小さくすると、櫛歯状のチョッパー波形を連続したパルスにすることができる。したがって、コントローラは、フィルタから出力されたパルスの幅に基づいてステッピングモータの負荷量を検出することができる。
【００１２】
また、コンデンサの容量を大きくすることによって、上記のようなパルスどうしを連続させて平坦な波形とすることができる。そこで、フィルタ部に例えばコンパレータを備え、平坦な波形の電圧がコンパレータに設定または記憶された電圧を超える場合にコンパレータから信号を発生するように構成することもできる。
【００１３】
波形検出部は、ステッピングモータのコイルと電源との間に介装することができ、チョッパー信号を検出するための増幅器を備えることができる。チョッパー信号が出力されて櫛歯状に間引かれた矩形波が出力されると、チョッパー信号が出力されたタイミングで駆動電流の電圧が瞬間的に低下する。この電圧低下を増幅器のベース電圧として入力することにより、チョッパー信号を増幅器のコレクタ電流として検出することができる。このコレクタ電流の波形が櫛歯状のチョッパー波形である。
【００１４】
さらに、制御部は、ステッピングモータに脱調が生じることが予測される負荷量を記憶すると好適であり、検出した負荷量が記憶した値を超えたときにステッピングモータの回転速度を低下させるか回転を停止するかの制御を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態のステッピングモータの制御装置について説明する。図１は実施形態のステッピングモータの制御装置の概略を示すブロック図、図２は制御装置の詳細を示す回路図である。これらの図において符号１０は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器、ＩＯインターフェース等を備えたマイクロコンピュータ（制御部）である。マイクロコンピュータ１０は、チョッパー型定電流ドライバ（以下、「定電流ドライバ」と略称する）２０に指令パルスを出力し、定電流ドライバ２０は、指令パルスに応じた時間、ステッピングモータ５のコイルＣに電源１３から一定の直流電流を供給する。
【００１６】
図２に示すように、定電流ドライバ２０は、制御部２１と増幅器２２とを備えている。制御部２１は、マイクロコンピュータ１０から指令パルスが入力されると、増幅器２２のベースに矩形波を出力する。これにより、電源１３から増幅器２２にエミッタ電流が流れ、これがコイルＣに供給される駆動電流となる。制御部２１は、増幅器２２のコレクタと接地との間に介装された抵抗Ｒ１の端部Ｐ，Ｑにおける電圧を監視している。ステッピングモータ５の負荷量が増加して駆動電流の値が大きくなると、端部Ｐ，Ｑにおける電圧が増加するので、その場合に、制御部２１はチョッパー信号を出力する。
【００１７】
電源１３とコイルＣとの間には負荷量検出回路（負荷量検出部）３０が介装されている。負荷量検出回路３０は、波形検出部４０を備えている。図２に示すように、波形検出部４０に内蔵された負荷抵抗Ｒ２は、電源１３とステッピングモータ５のコイルＣの間に直列に介装され、負荷抵抗Ｒ２の両端部には、可変抵抗Ｒ３を介して増幅器４１が並列に接続されている。チョッパー信号が出力され、供給される駆動電流の電圧がその瞬間に低下し、これによって増幅器４１のベース電圧が低下すると、増幅器４１からコレクタ電流が出力される。このコレクタ電流は、波形成形回路（フィルタ部）５０に出力される。
【００１８】
波形形成回路５０は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の他に、コンデンサ５１およびコンパレータ５２を備えている。コンデンサ５１は、図３（Ａ）に示すように、櫛歯状のコレクタ電流の波形（以下、「チョッパー波形」と称する）を連続させて同図（Ｂ）に示すようなパルス状にする。このパルス状の信号は、マイクロコンピュータ１０に入力され、マイクロコンピュータ１０は、パルス信号の幅、つまり時間によってステッピングモータ５の負荷量を判定する。
【００１９】
コンデンサ５１の容量が大きい場合には、上記のようなパルスは互いに連続し、図３（Ｃ）に示すように、電圧が異なる平坦な波形となる。なお、図３（Ａ）は図２のＡ点、図３（Ｂ）および（Ｃ）は図２のＢ点における波形を示す。この場合、平坦な電流波形はコンパレータ５２に入力され、その電圧がコンパレータ５２に予め設定された電圧よりも高い場合には、コンパレータ５２はマイクロコンピュータ１０に信号を出力する。マイクロコンピュータ１０は、その信号の有無によってステッピングモータ５の負荷量が所定量を超えるか否かを判定する。なお、図３（Ｂ）に示すパルス波形を用いる場合にはコンパレータ２２は使用しない。
【００２０】
なお、図２において符号５３は、コンパレータ５２に電圧を設定するためのセレクトスイッチであり、３段階に設けられている。また、符号１１は、ＬＥＤであり、ステッピングモータ５の負荷量が所定量を超えたとマイクロコンピュータ１０が判定したときに点灯される。
【００２１】
次に、上記構成のステッピングモータの制御装置の動作について説明する。
マイクロコンピュータ１０から指令パルスが定電流ドライバ２０に出力されると、その制御部２１は、指令パルスと同じ幅（時間）の矩形波を増幅器２２に出力する。これにより、電源１３から増幅器２２にエミッタ電流が流れ、コイルＣに駆動電流が供給される。
【００２２】
図４（Ａ）は電源１３から供給される駆動電流の波形を示している。ここで、ステッピングモータ５の負荷量が増加すると、電源１３から供給される駆動電流が増加する。これにより、抵抗Ｒ１の端部（Ｐ，Ｑ点）の電圧が増加し、これを制御部２１が検出してチョッパー信号を出力する。図４（Ｂ）は、チョッパー信号の波形を示し、図４（Ｃ）は、チョッパー信号が出力されたときの制御部２１が出力する矩形波の波形を示している。図４（Ｃ）に示すように、矩形波は、チョッパー信号が出力されたタイミングで櫛歯状に間引かれた形状となる。このような櫛歯状の矩形波が増幅器２２に出力されたときの駆動電流の波形を図４（Ｄ）に示す。この図に示すように、ステッピングモータ５の負荷量が増加して電源１３から供給される駆動電流が増加すると、即座にチョッパー信号が出力されて駆動電流の電流値を低下させる。このため、図４（Ｄ）に示すように、負荷量の増加に伴って上がりかけた電流値が直ぐに戻されるので、駆動電流の値は実質的に一定となる。
【００２３】
上がりかけた駆動電流の電流値が低下すると負荷抵抗Ｒ２において電圧低下が生じる。この電圧低下により、波形検出部４０に備えられた増幅器４１のベース電圧が低下し、増幅器４１にコレクタ電流が流れる。そのコレクタ電流は、チョッパー信号と同期した図３（Ａ）に示す櫛歯状のチョッパー波形となる。
【００２４】
ここで、図３の左端（１）は、ステッピングモータ５の負荷量がほぼ定格の状態であり、この場合には、定電流ドライバ１１から出力されるチョッパー信号の量は少ない。図３において右側の波形となるにつれて負荷量が増えてチョッパー信号が多くなり、右端（４）の波形はステッピングモータ５に脱調が生じる直前の状態である。また、チョッパー信号の量が多くなるにつれて、図３（Ｂ）に示すパルスの幅が長くなり、また、図３（Ｃ）に示す電圧の値が高くなる。
【００２５】
マイクロコンピュータ１０のメモリは、所定のパルスの幅（時間）または電圧を閾値として記憶し、負荷量検出回路３０から入力される信号がが閾値を超えたことを示す場合には、指令パルスの出力を停止してステッピングモータ５の回転を停止する。また、その際にマイクロコンピュータ１０は、ＬＥＤ１１を点灯させる。
【００２６】
上記構成のステッピングモータの制御装置にあっては、ステッピングモータの負荷量が増加してチョッパー信号が出力されると、チョッパー信号を負荷電流検出回路３０の波形検出部４０がチョッパー波形を出力するので、ステッピングモーター５の負荷量を検出することができる。したがって、トルクセンサなどの機械的構成を用いることなく安価な構成でステッピングモーターの負荷量を検出することができ、脱調の発生を未然に防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、チョッパー信号を検出してステッピングモータの負荷量を検出する負荷量検出部を備えているので、安価な構成でテッピングモータの負荷量を電気的に検出することができ、脱調を有効に防止することができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のステッピングモータの制御装置を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態のステッピングモータの制御装置の詳細を示す回路図である。
【図３】負荷量検出回路から出力される波形信号を示す図である。
【図４】（Ａ）は電源から供給される駆動電流の波形、（Ｂ）はチョッパー信号の波形、（Ｃ）はチョッパー信号が出力されたときの矩形波の波形、（Ｄ）はチョッパー信号が出力されたときの駆動電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
５  ステッピングモータ
１０  マイクロコンピュータ（制御部）
１３  電源
２０  チョッパー型定電流ドライバ
３０  負荷量検出回路（負荷量検出部）
４０  波形検出部
５０  波形形成回路（フィルタ部）
Ｃ  コイル
【図１】
2004208401.tif 000003
【図２】
2004208401.tif 000004
【図３】
2004208401.tif 000005
【図４】
2004208401.tif 000006