(57)【要約】【課題】ステッピングモータの起動特性を損なわずに消費電力を低減する。【解決手段】起動時は３相の短形波の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃを用い、起動後回転が定常状態になった時にサイン波の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃに切換える。即ち、高周波のクロックパルスを発生する水晶発振器１とクロックパルス１０５を分周して起動時は低周波の３相のパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃまた、定常時はこれと位相が反転した３相のパルス１０３ａ・ｂ・ｃを発生するパルス発生回路２と、パルス１０３ａ・ｂ・ｃをサイン波に変換する波形変換回路３と、短形波のパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃとサイン波のパルス１０３ａ・ｂ・ｃとをレベル加算する加算回路４と駆動パルスを電力増巾するドライバー５とで構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短形波駆動パルスを発生する手段と、サイン波駆動パルスを発生する手段と、起動時は前記短形波駆動波パルスを用い起動後回転が定常状態になった時は前記短形波駆動パルスを前記サイン波駆動パルスに切り換えてステッピングモーターに印加する手段とを備えることを特徴とするステッピングモータ駆動回路。
【請求項２】
クロックパルスを発生する水晶発振器と、前記クロックパルスを出力し外部から入力する切換信号が論理値１の時に３相の短形波のパルスＡ・Ｂ・Ｃを出力し前記切換信号が論理値０の時に前記パルスＡ・Ｂ・Ｃと位相が反転した３相の反転パルスａ・ｂ・ｃを出力するパルス発生回路と、前記反転パルスａ・ｂ・ｃを入力しそれぞれの波形をサイン波に変換する３つの波形変換回路と、各前記波形変換回路の出力パルスと対応する前記パルスＡ・Ｂ・Ｃとをそれぞれレベル加算する３つの加算回路と、各前記加算回路の出力パルスをそれぞれ電力増巾してこれらを３相の駆動パルスとしてステッピングモータへ出力する３つのドライバーとを備えることを特徴とするステッピングモータ駆動回路。
【請求項３】
前記パルス発生回路は、前記クロックパルスを入力しこれを所定の低周波数の低周波クロックパルスに変換する分周器と、前記低周波クロックパルスを入力し外部からのリセット信号で初期値にリセットされ動作を開始し入力パルスを１／６分周して３相のパルスを発生する３段構成のフリップフロップ回路と、３相の前記パルスの位相を反転して３相の反転パルスを出力する３つのインバータと、３相の各前記パルスと前記切換信号との論理積（ＡＮＤ）をとりこのＡＮＤ出力を前記パルスＡ・Ｂ・Ｃとして前記加算回路へ出力する３つのＡＮＤ回路と、３相の各前記反転パルスと前記切換信号を反転させた反転切換信号との論理積（ＡＮＤ）をとりこのＡＮＤ出力を前記反転パルスａ・ｂ・ｃとして前記波形変換回路へ出力する３つのＡＮＤ回路とを備えることを特徴とする請求項２記載のステッピングモータ駆動回路。
【請求項４】
前記波形変換回路は、各前記反転パルスａ・ｂ・ｃを入力しこの高調波成分を除去しサイン波に変換する帯域通過ろ波器と、前記帯域通過ろ波器の出力するサイン波パルスの最小値を０電位に固定するためのオフセット調整器とを備えることを特徴とする請求項２あるいは３記載のステッピングモータ駆動回路。
【請求項５】
前記パルス発生回路は、回路電源がオンとなった時に電源オンを検出して前記リセット信号と、このオン時点から所定の時点まで論理値０それ以後は論理値１に自動的に切換わる前記切換信号とを発生させる起動回路を備えることを特徴とする請求項３記載のステッピングモータ駆動回路。
【請求項６】
前記波形変換回路は、前記サイン波パルスの電圧を可変する可変減衰器を備えることを特徴とする請求項４記載のステッピングモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステッピングモータ駆動回路に関し、特に消費電力を低減させる駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のステッピングモータは多相の短形波パルスにより回転駆動されるが、その駆動回路は水晶発振器などでクロックパルスを発生し、このクロックパルスを分周して多相パルスを生成し、この多相パルスにより駆動される各ドライバーから　各励磁コイルへパルス電流を供給するようになっている。この駆動回路の消費電力を低減する方法として、大トルクを要する起動時において、駆動パルスの振幅を高くし、駆動後定常状態になった時は振幅を小さくする駆動方法が一般的に知られている。
【０００３】
また、パルス波型をサイン波（正弦波）にすることにより、消費電力の低減と共に振動雑音をも減少させることが知られている。例えば、特開平３−２６５４９６号公報に記載されたものは、例えばステップモータの構成とされたフォーカスモータを正弦波で駆動させるモータ駆動回路において、各テーブルごとに互いに振幅の異なる正弦波データが蓄えられるＲＯＭと、このＲＯＭから正弦波データを出力させるためのアドレスを発生するアドレス発生回路とを備え、大トルクが必要とされるステップモータの回転開始時には、ＲＯＭから大振幅の正弦波データとを読み出し、ステップモータが回転したら、所定角度の正弦波データが読み出される時点で、メモリから小振幅の正弦波データを読み出して省電力化を図るとともに、所定角度の正弦波データが読み出される時点で正弦波の振幅を変えることにより、ディテント位置でステップモータに与える振幅を変えられ、円滑な回転が維持できるようにしたものである。
【０００４】
このように、ステップモータを正弦波で駆動させると、回転が滑らかになり、振動や雑音が減少される。このため、機械的な振動対策が不要になり、小型軽量化が図れる。更に、ステップモータを正弦波で駆動すると、消費電力の低減が図れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように駆動パルスにサイン波を用いた場合は、波型をサイン波にすることにより一層の消費電力の低減が可能であるが、大トルクが必要な起動時において、大振幅のサイン波を加えるが、短形波に比較して立ち上がりの緩い波形のサイン波では十分なトルクが得られず起動時間が長くかかるという問題がある。
【０００６】
特に回転負荷が重い場合、例えば光源の光量を校正する校正用ユニット（ラジオメータ）に用いられ、この内部の集光した光を断続するためのレチクル（透過部とを交互に配置した円盤）を回転させる場合など、回転負荷が重いので起動して回転が安定するまでに長時間かかり校正に時間がかかるという問題がる。
【０００７】
また起動時に大振幅の短形波の駆動パルスを用いた方法では、起動時は問題ないが定常時も短形波であるため消費電力の低減が充分でなく、かつ振動、雑音も大きいという問題がある。
【０００８】
【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駆動回路は、短形波駆動パルスを発生する手段と、サイン波駆動パルスを発生する発生する手段と、起動時は前記短形波駆動波パルスを用い起動後回転が定常状態になった時は前記短形波駆動パルスを前記サイン波駆動パルスに切り換えてステッピングモーターに印加する手段とを備えて構成している。
【０００９】
具体的には、クロックパルスを発生する水晶発振器と、前記クロックパルスを出力し外部から入力する切換信号が論理値１の時に３相の短形波のパルスＡ・Ｂ・Ｃを出力し前記切換信号が論理値０の時に前記パルスＡ・Ｂ・Ｃと位相が反転した３相の反転パルスａ・ｂ・ｃを出力するパルス発生回路と、前記反転パルスａ・ｂ・ｃを入力しそれぞれの波形をサイン波に変換する３つの波形変換回路と、各前記波形変換回路の出力パルスと対応する前記パルスＡ・Ｂ・Ｃとをそれぞれレベル加算する３つの加算回路と、各前記加算回路の出力パルスをそれぞれ電力増巾してこれらを３相の駆動パルスとしてステッピングモータへ出力する３つのドライバーとを備えて構成している。
【００１０】
尚、前記パルス発生回路は、前記クロックパルスを入力しこれを所定の低周波数の低周波クロックパルスに変換する分周器と、前記低周波クロックパルスを入力し外部からのリセット信号で初期値にリセットされ動作を開始し入力パルスを１／６分周して３相のパルスを発生する３段構成のフリップフロップ回路と、３相の前記パルスの位相を反転して３相の反転パルスを出力する３つのインバータと、３相の各前記パルスと前記切換信号との論理積（ＡＮＤ）をとりこのＡＮＤ出力を前記パルスＡ・Ｂ・Ｃとして前記加算回路へ出力する３つのＡＮＤ回路と、３相の各前記反転パルスと前記切換信号を反転させた反転切換信号との論理積（ＡＮＤ）をとりこのＡＮＤ出力を前記反転パルスａ・ｂ・ｃとして前記波形変換回路へ出力する３つのＡＮＤ回路とを備えて構成しても良い。
【００１１】
また、前記波形変換回路は、各前記反転パルスａ・ｂ・ｃを入力しこの高調波成分を除去しサイン波に変換する帯域通過ろ波器と、前記帯域通過ろ波器の出力するサイン波パルスの最小値を０電位に固定するためのオフセット調整器とを備えて構成しても良い。
【００１２】
また、前記パルス発生回路は、回路電源がオンとなった時に電源オンを検出して前記リセット信号と、このオン時点から所定の時点まで論理値０それ以後は論理値１に自動的に切換わる前記切換信号とを発生させる起動回路を備えて構成しても良い。
【００１３】
更に、前記波形変換回路は、前記サイン波パルスの電圧を可変する可変減衰器を備えて構成しても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態例を示すブロック図、図２は図１におけるパルス発生回路の回路を示す回路図、図３は図１における波形変換回路の回路を示す回路図、図４は図１におけるパルス発生回路に付加する回路を示す回路図である。
【００１５】
本発明のステッピングモータ駆動回路は、短形波駆動パルスを発生する手段と、サイン波駆動パルスを発生する手段と、ステッピングモータの起動時は前記短形波駆動パルスを、起動後回転が定常状態になった時は前記サイン波駆動パルスに切換えて印加する手段とを備えて構成することを特徴とするもので、具体的には図１に示す実施の形態例で以下説明する。
【００１６】
この実施例は、光源の光量を正確に測定するための校正用ユニット（ラジオメータ）において、集光した光を断続するためのレチクル（透過部と不透過部とを交互に配置した内盤）を回転させるために用いられる３相ステッピングモータの駆動回路に適用したものである。
【００１７】
図１において、クロックパルス１０５を発生する水晶発振器１と、クロックパルス１０５を出力し外部から入力する切換信号１０２が論理値１の時に３相の短形波のパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃを出力し、切換信号１０２が論理値０の時にパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃと位相が反転した３相の反転パルス１０３ａ・ｂ・ｃを出力するパルス発生回路２と、反転パルス１０３ａ・ｂ・ｃをａ・ｂ・ｃを入力しそれぞれの波形をサイン波に変換する３つの波形変換回路３と、各波形変換回路３の出力パルスと対応するパルス１０Ａ・Ｂ・Ｃとをそれぞれレベル加算する３つの加算回路４と、各前記加算回路の出力パルスをそれぞれ電力増巾してこれらを３相の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃとしてステッピングモータへ出力する３つのドライバー５から構成される。
【００１８】
次に、図１の動作について説明する。水晶発振器１は、例えば、３．６ＭＨｚのクロックパルス１０５を常時発生している。パルス発生回路２はこのクロックパルス１０５を入力し、これを内部の分周器で分周して、例えば３．６ＭＨｚの低周波クロックに変換し、更に６分周して６００Ｈｚの位相が１２０°づつづれた３相の短形波のパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃあるいは　このパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃとそれぞれ位相が反転したパルス１０３ａ・ｂ・ｃを発生する。
【００１９】
起動時、即ち電源オン時においては、まずリセット信号１０１のパルスが入力され６分周回路が動作を開始するが、このとき切換信号１０２は論理値１であるので、パルス発生回路２は先ず、６００Ｈｚの３相の短形波のパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃを出力する。このパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃはそれぞれ各加算回路４を介しそれぞれ各ドライバー５に入力され、ここの駆動トランジスタをドライブで電圧２８Ｖの３相の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃを発生して、これを３相ステッピングモータへ供給する。この起動時の駆動パルスは立ち上がりが急峻な短形波であるので、ステッピングモータのトルクは強く短時間で定常の回転数に達する。
【００２０】
通常、定常状態に達するのは１秒程度であるが、この定常状態に達すると切換信号１０２は論理値が１から０に切換わり、パルス発生回路２はパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃの発生を停止し、位相反転したパルス１０３ａ・ｂ・ｃを発生する。パルス１０３ａ・ｂ・ｃはそれぞれ波形変換回路３に入力され、ここでサイン波に波形変換される。そして、それぞれ各加算回路４を介して、それぞれ各トライバー５に入力され、ここの駆動トランジスタをドライブして最大振幅値２８Ｖのサイン波の３相の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃを発生する。そしてこの３相駆動パルスはステッピングモータへ供給される。
【００２１】
即ち、回転が定常状態になると駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃはサイン波に切換ることになる。ステッピングモータは、定常回転を維持するには負荷の慣性のために弱いトルクの回転で良いので電力が少なくて済み、かつサイン波であるので誘導コイルによる損失が少なく、この為消費電力を著しく低減することができる。
【００２２】
尚、波形変換回路３、加算回路４、ドライバー５は１相分の構成を示したが、点線で示した他の２相分についても同様な構成である。
【００２３】
次に、図２を参照してパルス回路２の詳細を説明する。図２において、先ず構成を説明する。例えば３．６ＧＨｚの高周波のクロックパルス１０５を入力し、これを１／１０００に分周し３．６ＫＨｚの低周波クロックパルスに変換する分周器２１と、この低周波クロックパルスを入力し、外部からリセット信号１０１でリセットされ、入力パルスを１／６に分周して６００Ｈｚの３相のパルスを発生する３段構成のフリップフロップ回路２２ａ・ｂ・ｃと、３相のパルスの位相を反転して３相の反転パルスを出力する３つのインバータ２３ａ・ｂ・ｃと、３相の各パルスと切換信号１０１との論理積（ＡＮＤ）をとり、このＡＮＤ出力をパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃとして各加算回路４へ出力する３つのＡＮＤ回路２７ｄ・ｅ・ｆと、３相の各反転パルスと切換信号をインバータ２６で反転された反転切換信号に論理積（ＡＮＤ）をとりこのＡＮＤ出力を反転パルス１０３ａ・ｂ・ｃとして各波形変換回路３へ出力する３つのＡＮＤ回路２７ａ・ｂ・ｃと、他にＯＲ回路２４とＮＡＮＤ回路２５とで構成している。
【００２４】
次に図２の動作について説明する。３．６ＧＨｚのクロックパルス１０５は分周回路２１で３．６ＫＨｚの低周波のクロックパルスに分周され、３段のフリップフロップ回路２２ａ・ｂ・ｃで構成される６分周回路に入力される。電源オン後にリセット信号１０が入力されると、各フリップフロップの出力が初期化されて分周動作が開始される。そして、各段のフリップフロップ２２ａ・ｂ・ｃの出力側から６分周された６００Ｈｚの位相が正相の３相のパルスと、インバータ２３ａ・ｂ・ｃの各出力から位相が反転した３相のパルスが出力される。起動時の切換信号１０２は１であるので、ＡＮＤ回路２７ａ・ｂ・ｃがオンとなり正相の３相のパルス、即ちパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃが出力される。一方反転の３相パルスはＡＮＤ回路２７ａ・ｂ・ｃはオフで、パルス１０３ａ・ｂ・ｃは出力されない。
そして、切換信号が０となると、ＡＮＤ回路２７ｄ・ｅ・ｆはオフとなり、ＡＮＤ回路２７ａ・ｂ・ｃはオンとなり反転したパルス１０３ａ・ｂ・ｃが出力される。尚、パルス１０３ａ・ｂ・ｃは波型変換後に加算回路４でパルス１０３Ａ・Ｂ・Ｃと加算する関係で位相を反転させている。
【００２５】
次に図３を参照して波形変換回路３の詳細を説明する。先ず、図３を参照して波形変換回路３の構成を説明する。パルス発生回路２からのパルス１０３ａ・ｂ・ｃを入力しその高調波成分を除去する帯域通過ろ波器３１と、高調波を除去されてサイン波に変換されたパルスの最小値を０電位に固定するためのオフセット調整器３２とで構成されている。この構成において、パルス発生回路２から入力された短形波のパルス１３０ａを最小値０電位のサイン波のパルス波型に変換して加算回路４へ出力する。
【００２６】
尚、パルス発生回路２において、リセット信号１０１と切換信号１０２とは、装置の制御部などから入力される外部信号として説明したが、パルス発生回路２の内部にこれらを生成する起動回路を付加しても良い。
【００２７】
即ち、この起動回路は図４に示すように電源オンを検出する電源オン検出回路４１と、この電源オン検出信号を入力して直ちにリセット信号１０１を発生するリセットパルス発生回路４２と、電源オン検出信号を入力して所定の時間（ステッピングモータが起動してから回転が定常状態になるまでの時間）後に論理値が１から０に切換わる切換信号１０２を発生する切換信号発生回路４３とで構成する。このようにすれば装置全体の回路構成を簡単にすることができる。
【００２８】
また、波形変換回路３において、サイン波に変換された出力パルスの振幅は固定として説明したが、この振幅を可変する可変減衰器を付加しても良い。このようにすればサイン波の駆動パルス１０４Ａ・Ｂ・Ｃの振幅を可変することができるので、消費電力を最低にする最適値を選定して動作させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のステッピングモータ駆動回路は、強いトルクの必要な起動時は短形波の駆動パルスで起動し、起動後回転が定常状態になった時はサイン波の駆動パルスに切換えるので、起動がスムーズであると同時に全体の消費電力が低減できる効果がある。特に負荷の重い３相のステッピングモータに対してはこの効果が顕著である。また、サイン波の駆動パルスの振幅を可変して最適値に設定することができるので、一層の消費電力を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】図１におけるパルス発生回路の構成を示す回路図である。
【図３】図１における波形変換回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図２に付加される起動回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　水晶発振器
２　　パルス発生回路
３　　波形変換回路
４　　加算回路
５　ドライバー
２１　　分周器
２２ａ、ｂ、ｃ　　フリップフロップ回路
２３ａ、ｂ、ｃ　　インバータ
２４　　ＯＲ回路
２５　　ＮＡＮＤ回路
２６　　インバータ
２７ａ〜ｆ　　ＡＮＤ回路
３１　　帯域通過ろ波器
３２　　オフセット調整器
４１　　電源オン検出回路
４２　　リセットパルス発生回路
４３　　切換信号発生回路
【図１】
2004032923.tif 000003
【図２】
2004032923.tif 000004
【図３】
2004032923.tif 000005
【図４】
2004032923.tif 000006