(57)【要約】【課題】本発明は、ステッピングモータの制御装置でＰＡＭ制御による定電流制御方式のもので、回転開始時の振動・騒音を低減できる構成の実現を目的とする。固定子巻線に通電する電流は電流検出抵抗の電圧をＰＡＭ制御による定電流制御回路に帰還して予め設定された電流値となるように制御し、通電制御スイッチング回路の複数の通電素子全部の通電を遮断して停止せしめ、回転開始のときには複数の通電素子全部の通電を開始し、ＰＡＭ制御による定電流制御回路の出力電圧が最大値でとなり、最大のトルクが発生し、大きな振動と騒音が発生するという課題があった。【解決手段】本発明に成るステッピングモータの駆動装置は、ＰＡＭ制御による定電流方式のスイッチングレギュレータ回路に、回転開始時に出力電圧を極小値から漸次増加させるスローアップ回路を追加して回転開始時の発生トルクを０から漸次増加させる如く構成される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電することにより磁束を発生させる巻線を備えた固定子と、該固定子と空隙を介して対向し回転自在に支承された回転子とを備えるステッピングモータを駆動するため、前記巻線に所定の順序で通電し回転子を所定方向に回転させる制御装置で、回転の開始、停止を指令する指令回路と、パルス信号発生回路と、巻線の通電順序を指令する励磁切り替え回路と、複数のスイッチング素子を備える通電スイッチング回路と、ＰＡＭ（パルス振幅変調）制御出力を得る電圧制御回路と、電流検出抵抗と、直流電源とよりなる定電流制御方式のもので、制御用電源と接地間にコンデンサと抵抗を直列に接続した時定数回路を設け、該時定数回路のコンデンサと抵抗との接続点に、前記ＰＡＭ（パルス振幅変調）制御出力を得る電圧制御回路のスイッチングレギュレータＩＣに設けられたデットタイムコントロル端子を接続し、前記指令回路より発する回転開始、停止信号により励磁切り替え回路の出力の発生、または停止するように構成されているものにおいて、
前記コンデンサの端子間にトランジスタと２個の抵抗よりなるリセット回路を接続し、該リセット回路に設けたトランジスタのベースに前記回転開始、停止の指令回路の出力を接続してなること、を特徴とするステッピングモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータの制御装置に係り、特にＰＡＭ制御方式の電圧制御回路により定電流制御を行う方式のもので、回転開始、停止の制御方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開２００２−１９９７０８号
発明名称：    ＤＣ−ＤＣコンバータ
ステッピングモータは、その回転速度が入力パルス数に比例し、かつ高電圧電源により定電流制御方式で駆動することにより高パルス数で運転可能となり、運転開始、停止の制御が容易で正確である等の特徴を利用して、各種の材料、部品等の耐久度試験機の動力源として利用されることがある。
その一例として、フイルム・ケーブルの屈曲試験機に利用された例があり、その駆動回路の概要の一例を図３に示す。
【０００３】
図３において、１ＶＭは直流電源、２はＰＡＭ制御方式の定電流制御回路、３はパルス信号発生回路、４は励磁切り替え回路、５は複数のスイッチング素子を備える通電スイッチング回路、８は電流検出抵抗、９はステッピングモータの固定子巻線、１０は運転開始、停止の指令回路である。
【０００４】
本発明になるステッピングモータの制御回路で使用されるＰＡＭ制御による電圧制御回路の一例が
「特許文献１」（特開２００２−１９９７０８号）に開示されている。
【０００５】
図３に示した従来技術の駆動回路の動作は、パルス信号発生回路３で発生されるパルス信号により励磁切り替え回路４により通電順序を指令する信号を発生し、該指令信号により通電制御スイッチング回路５の複数のスイッチング素子を順次制御して、直流電源ＶＭ１からＰＡＭ制御による定電流回路２より所定電流をステッピングモータの固定子巻線９に順次通電して、ステッピングモータを所定方向に所定速度で回転させるようになっている。
【０００６】
ＰＡＭ制御による定電流制御回路２の詳細は、図４に示すように直流電源ＶＭ１をスイッチングトランジスタ１２のエミッタに接続し、該スイッチングトランジスタ１２のコレクタを平滑コイル１４の入力側に接続し、該平滑コイル１４の出力側をＰＡＭ制御電圧出力端子Ｏと平滑コンデンサ１５に接続し、前記スイッチングトランジスタ１２のエミッタとベース間に抵抗１１を接続し、該スイッチングトランジスタ１２のコレクタと接地間にフライホイールダイオード１３を接続してスイッチングレギュレータの主回路を構成し、前記スイッチングトランジスタ１２のベースにスイッチングレギュレータＩＣ１６の出力トランジスタＴｒのコレクタを接続してある。
【０００７】
スイッチングレギュレータＩＣ１６の構成は、コンパレータＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、三角波電圧発生回路Ｄと、アンド回路Ａと出力トランジスタＴｒとにより構成され、コンパレータＣ１の出力をコンパレータＣ２の入力端子▲１▼に、三角波電圧発生回路Ｄの出力をコンパレータＣ２の入力端▲２▼とコンパレータＣ３の入力端▲１▼に夫々接続し、コンパレータＣ３とコンパレータＣ２の夫々の出力端▲３▼をアンド回路Ａの入力端▲１▼と▲２▼に接続し、アンド回路Ａの出力端▲３▼を出力トランジスタＴｒのベースに接続し、該出力トランジスタＴｒのコレクタを前記スイッチングトランジスタ１２のベースに接続し、該出力トランジスタＴｒのエミッタを接地に接続し、コンパレータＣ１の入力端▲１▼に電流値を指令する基準電圧１７が、他の入力端▲２▼に電流検出抵抗８の出力電圧がフイードバック電圧１８として接続され、コンパレータＣ３の入力端▲２▼に接続されたデッドタイムコントロール端子１９に、制御用電源ＶＣＣと接地の間にコンデンサ２０と抵抗２１とを直列に接続した接続点が接続されている。
【０００８】
図４に示すＰＡＭ制御による定電流制御回路２の動作は、スイッチングレギュレータＩＣ１６の出力トランジスタＴｒがＯＮのときはスイッチングトランジシタ１２がＯＮとなり、電源電圧ＶＭが平滑コイル１４を通じてＰＡＭ制御電圧出力端子Ｏに出力し、スイッチングレギュレータＩＣ１６の出力トランジスタＴｒがＯＦＦのときはスイッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなり、平滑コンデンサ１５からＰＡＭ制御電圧出力端子Ｏに電流が供給され、ＰＡＭ制御電圧の出力電圧Ｖ０はスイッチングトランジスタ１２がＯＮとなる時間をＴＯＮ、スイッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなる時間をＴＯＦＦとし、電源電圧をＶ１とすると、Ｖ０＝（ＴＯＮ／ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）＊Ｖ１と表すことができる。
即ち、ＰＡＭ制御電圧出力電圧Ｖ０は電源電圧Ｖ１をスイッチングトランジスタ１２の全通電区間（ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）と通電区間ＴＯＮとの時間の比により制御されるようになっている。
【０００９】
そしてスイッチングトランジスタ１２を駆動する回路は、スイッチングレギュレータＩＣ１６と、該スイッチングレギュレータＩＣ１６に入力される電流値を指令する基準電圧１７と、フイードバック電圧１８として入力される電流検出抵抗８の出力電圧とにより制御されるようになっている。
【００１０】
スイッチングレギュレータＩＣ１６の内部の動作を説明すると、三角波電圧発生回路Ｄは時間経過により直線的に電圧が上昇し、最大値となると０電圧に復帰し、直ちに直線的に電圧が上昇し、最大値となる０電圧に復帰するという動作をある所定周期で繰り返す回路で、三角波電圧発生回路Ｄの電圧がコンパレータＣ２の入力端▲２▼とコンパレータＣ３の入力端▲１▼に入力され、コンパレータＣ２の入力端▲１▼にはコンパレータＣ１の出力電圧が、コンパレータＣ３の入力端▲２▼にはデッドタイムコントロール端子１９に接続された時定数回路の電圧が入力されている。
【００１１】
コンパレータＣ２においては入力端▲１▼に入力したコンパレータＣ１の出力電圧と、入力端▲２▼に入力した三角波電圧とが比較され、三角波電圧の値がコンパレータＣ１の出力電圧を超えると出力端▲３▼よりＯＮ出力が発生し、コンパレータＣ３においては入力端▲２▼に入力したデッドタイムコントロール端子１９の電圧と入力端▲１▼に入力した三角波電圧と比較され、三角波電圧がデッドタイムコントロル端子１９の電圧を超えるとコンパレータＣ３がＯＮとなるようになっており、コンパレータＣ２とコンパレータＣ３の出力が共にＯＮとなる時間の間アンド回路ＡがＯＮとなり、出力トランジスタＴｒがＯＮとなり、スイッチングトランジスタ１２がＯＮとなり、電源電圧ＶＭがＰＡＭ制御電圧出力端子０に出力するようになり、コンパレータＣ２とコンパレータＣ３の出力が両方か、どちらか一方がＯＦＦとなるとアンド回路ＡがＯＦＦとなり、スイッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなりＰＡＭ制御電圧出力端子Ｏの電圧が低下する。
【００１２】
スイッチングレギュレータＩＣ１６において、電流指令値の基準電圧１７がある値で指令され、通電スッチング回路５が通電されて電流検出抵抗８に発生したフイードバック電圧１８がコンパレータＣ１で比較され、基準電圧１７の値が高いとコンパレータＣ１がＯＮとなり、その出力がコンパレータＣ２の入力端▲１▼に入力され、入力端▲２▼に入力された三角波電圧を超える時間はコンパレータＣ２の出力端▲３▼からＯＮ信号が出力する。
電流検出抵抗８より発生するフイードバック電圧１８の値が基準電圧１７より高くなると、コンパレータＣ１がＯＦＦとなり、コンパレータＣ２がＯＦＦとなるからアンド回路ＡがＯＦＦとなり、スッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなり出力電圧が低下して、通電電流が減少して電流検出抵抗８の電圧が低下して、基準電圧１７より低くなるとコンパレータＣ１がＯＮとなり、という動作を繰り返して通電電流の値を基準電圧１７で設定した値となるように制御する。
【００１３】
即ち、電流値を設定するための基準電圧１７がフイードバック電圧１８より高ければスッチングトランジスタ１２がＯＮとなりＰＡＭ制御電圧出力端子Ｏに電源電圧ＶＭが出力し、フイードバック電圧１８が基準電圧１７より高くなるとスイッチングトラジスタ１２がＯＦＦとなり、出力電圧が低下して通電電流を設定値と一致させるように制御する。
【００１４】
そして、図３、図４に示すステッピンモータの制御装置を動作させるために最初に電源を投入すると、スイッチングレギュレータＩＣ１６のコンパレータＣ３の入力端▲２▼に接続されているデッドタイムコントロール端子１９の電圧は、ＶＣＣからコンデンサ２０に抵抗２１を通じて充電する過程で、初期には、大きな充電電流が抵抗２１に流れ、大きな電圧が印加されるが、時間経過に従いコンデンサ２０の端子電圧が上昇するため充電電流が減少し、抵抗２１の電圧が減少し、コンデンサ２０の端子電圧がＶＣＣと等しくなると充電電流が０となり、従って抵抗２１の電圧が０となりデッドタイムコントロール端子１９の電圧が０となり、コンパレータＣ３の入力端▲２▼の電圧が０となる。
即ち、コンパレータＣ３の入力端▲２▼に接続されているデッドタイムコントロール端子１９の電圧は、電源投入の直後は大きな値で時間経過に従い減少しついに０となるように変化する。
【００１５】
そこで最初の電源投入直後のスッチングレギュレータＩＣ１６の動作は、電流値を設定する基準電圧１７が設定されており、回転開始の指令が入力されていないから、電流検出抵抗８の電圧は０であるから、コンパレータＣ１はＯＮとなり、コンパレータＣ２の入力端▲１▼がＨレベルとなり、入力端▲２▼に入力されている三角波電圧と比較され、入力端▲２▼の電圧がＨレベルを超えるとコンパレータＣ２がＯＮとなり、アンド回路Ａの入力端▲１▼がＨレベルとなり、一方コンパレータＣ３においては、入力端▲１▼に三角波電圧が入力され、入力端▲２▼にはデッドタイムコントロール端子１９を介して時定数回路の抵抗２１の電圧が入力され、電源投入の直後は入力端▲２▼の電圧が最大値であり、三角波電圧の最大値付近でコンパレータＣ３がＯＮとなりアンド回路ＡがＯＮとなが、このアンド回路ＡがＯＮとなる時間は極めて短く、直ちに三角波電圧が０となるのでＯＦＦとなる。時間経過によりデッドタイムコントロール端子１９を介して入力される時定数回路の抵抗２１の電圧が漸次減少するに従いコンパレータＣ３がＯＮとなる時間が長くなり、時定数回路のコンデンサ２０の電圧がＶＣＣと等しくなると、デッドタイムコントロール端子１９の電圧変化が無くなりコンパレータＣ３がＯＮとなる時間は一定となり、所謂スローアップスタート回路として動作し、スッチングレギュレータＩＣ１６の動作は、基準電圧１７と、フイードバック電圧１８の比較のみによる制御されることになる。
【００１６】
この状態で回転開始、停止の指令信号回路１０から回転開始の信号が励磁切り替え回路４に入力されると励磁切り替え回路４から出力信号が通電制御スイッチング回路５に入力されて固定子巻線９に所定の順序で電流が流れステッピングモータが回転する。
【００１７】
回転を停止させるためには、回転開始、停止の指令信号１０回路から停止の指令を励磁切り替え回路４に入力すると、励磁切り替え回路４の出力が停止し通電制御スイッチング回路５が通電を停止してステッピングモータが停止する。
このときには電源は切断されていないから、スッチングレギュレータＩＣ１６のデッドタイムコントロール端子１９に接続された時定数回路のコンデンサ２０の電圧はＶＣＣの電圧が維持されているから、デッドタイムコントロール端子１９の電圧は０に保持されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す上述の如き従来の構成は、固定子巻線９に通電する電流は電流検出抵抗８の電圧をＰＡＭ制御による定電流制御回路２に帰還して予め設定された電流値となるように制御し、また、回転開始、停止の指令回路１０の信号により励磁切替え回路４の出力を発生、または停止させてステッピングモータの回転開始、停止を制御するようになっているので、停止させるときには、通電制御スイッチング回路５の複数の通電素子全部の通電を遮断して停止せしめ、回転開始のときには複数の通電素子全部の通電を開始し、しかも電流を制御するための電流検出抵抗８の電圧が０であるからフイードバック電圧１８が０となり、かつ、スイッチングレギュレータＩＣ１６のデッドタイムコントロール端子１９の電圧が０であるから、ＰＡＭ制御による定電流制御回路２の出力電圧が最大値でとなり、固定子巻線９に最大の電流が流れるので最大のトルクが発生し、大きな振動と騒音が発生するという問題が生じる。特に大きな振動は試験機の装置した試料に影響を与え試験結果に誤差を与えるという問題があり、大きな騒音は試験機を設置した室内の環境を悪くするとういう問題がある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明になるステッピングモータの制御装置は、前述のような課題を解決するため、回転開始時にＰＡＭ制御による定電流制御回路２の出力電圧を０から漸次増加させる所謂スローアップ制御して、回転開始時にトルクを小さい値から漸次増大させてゆき、急激に大トルクを発生させないよにして大きな振動・騒音の発生を抑制して試料に与える影響を小さくするよに構成する。
【００２０】
このような制御を実現するため、図４に示す従来のＰＡＭ制御による定電流制御回路２のスッチングレギュレータＩＣ１６のデッドタイムコントロール端子１９にコンデンサと抵抗を直列に接続した時定数回路のコンデンサと抵抗の接続点を接続した回路のコンデンサと制御用電源ＶＣＣ間に前記時定数回路のリセット用トランジスタを接続し、該リセット用トランジスタのベースに回転開始、停止の指令回路の出力を接続する。
【００２１】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
図１は本発明になるステッピングモータの制御装置の概要を示す回路図で、図３に示す従来技術の回路に対し、回転開始、停止の指令信号１０をＰＡＭ制御による定電流制御回路２にも接続するもので、図２は改良されたＰＡＭ制御による定電流制御回路の一例を示す回路図で、図４に示す従来技術のスイッチングレギュレータの主回路と、スイッチングレギュレータＩＣ１６と、デッドタイムコントロール端子１９に接続された、制御用電源ＶＣＣと接地の間にコンデンサ２０と抵抗２１を接続した時定数回路とは同じ回路で、該コンデンサ２０と抵抗２１を接続した接続点に上記時定数回路のリセット用トランジスタ２２のコレクタを、該リセット用トランジスタ２２のエミッタをＶＣＣに、該リセット用トランジスタ２２のベースに抵抗２３を介して回転開始、停止指令信号回路１０の出力端を接続してある。
【００２２】
図１、図２に示す本発明になるステッピングモータの制御装置の動作を説明する。
図１においては、図３に示す従来技術の回路に対し、回転開始、停止の指令回路１０の出力をＰＡＭ制御による定電流制御回路２にも接続してあり、図２に示すＰＡＭ制御による定電流制御回路２と合わせて説明する。
【００２３】
図１、図２において今、電源は投入されており、回転開始、停止指令回路１０から回転停止の信号が図１の励磁切替え回路４と、図２のリセット回路の抵抗２３にＯＮ信号が入力され回転停止の状態にあるものとして、図１の励磁切替え回路４からは励磁順序を指令する信号が遮断され、図２においてはリセット用トランジスタ２２が０Ｎとなりコンデンサ２０の電荷が放電され充電準備が完了している。
【００２４】
次に回転開始、停止指令回路１０から回転開始の信号が図１の励磁切替え回路４と、図２のリセット回路の抵抗２３にＯＦＦ信号が入力されると、図１の励磁切替え回路４からは励磁順序を指令する信号が発生し、図２においてはリセット用トランジスタ２２がＯＦＦとなり、コンデンサ２０が抵抗２１を介して充電を開始する。
【００２５】
図２に示すスイッチングレギュレータＩＣ１６の入力回路においては、ある電流値を指令する基準電圧１７が設定されており、図１の通電電流が流れていないから電流検出抵抗８の出力は０でフイードバック電圧１８は０であるから、コンパレータＣ１はＯＮとなり、三角波電圧発生回路Ｄからは時間経過により上昇する電圧がコンパレータＣ２の入力端▲２▼とコンパレータＣ３の入力端▲１▼に入力し、コンパレータＣ３入力端▲２▼に接続されているデッドタイムコントロール端子１９には、時定数回路の抵抗２１の電圧が入力されている。
【００２６】
コンパレータＣ２においては、コンパレータＣ１がＯＮであるから一方の入力端▲１▼がＨレベルであり、他方の入力端▲２▼には三角波電圧発生回路Ｄの出力電圧が入力されておりこの電圧が時間経過によりＨレベルを超えると出力がＯＮとなり、一方コンパレータＣ３においてはデッドタイムコントロル端子１９の電圧は、時定数回路のコンデンサ２０がリセットされた直後はコンデンサ２０の端子電圧は０となっており、抵抗２１を流れる充電電流は最大値となるからコンパレータＣ３の出力はＯＦＦとなっており、たとえコンパレータＣ２がＯＮであってもアンド回路ＡはＯＦＦとなり、出力トランジスタＴｒがＯＦＦであるからスッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなり、出力電圧が発生しないのでステッピングモータは回転しない。
【００２７】
少しの時間経過によりコンデンサ２０の電圧が充電されて上昇を開始すると、充電電流が減少して抵抗２１の電圧が低下してコンパレータＣ３の入力端▲２▼の電圧が低下し三角波電圧発生回路Ｄの出力電圧を超えるとコンパレータＣ３がＯＮとなりＯＮ信号を出力し、一方コンパレータＣ２の出力がＯＮであるからアンド回路ＡがＯＮとなりスイツチングトランジスタ１２がＯＮとなりＰＡＭ制御電圧出力端子０に電圧が発生してステッピングモータが回転を開始する。
【００２８】
しかし短時間でコンパレータＣ３の入力端▲１▼の三角波電圧が入力端▲２▼の電圧を超えるとコンパレータＣ３はＯＦＦとなり、アンド回路ＡがＯＦＦとなり、スイッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなり、出力電圧が低下して通電電流を減少させることになり、発生トルクを減少させることになるから大きな振動が発生しない状態で回転を開始する。
【００２９】
更に時間経過により時定数回路のコンデンサ２０の充電が進み端子電圧が高くなると、充電電流が減少し、抵抗２１の電圧が低下するからデッドタイムコントロル端子１９の電圧が低下し、コンパレータＣ３がＯＦＦとなる時刻が遅くなり、アンド回路回路がＯＦＦとなる時刻遅くなり、スイッチングトランジスタ１２がＯＦＦとなる時刻が遅くなり漸次出力電圧がスローアップして高くなり、通電電流は設定値に達し、トルクも増大して通常の動作状態となる。
【００３０】
ステッピングモータの回転を停止させるときは、図１に示す回路の回転開始、停止の指令回路１０から停止の指令を出すと、励磁切替え回路４の出力信号を遮断すると共に、図２に示すリセット回路の抵抗２３を通じてリセット用トランジスタ２２をＯＮとすることにより、コンデンサ２０の電荷を放電させ時定数回路をリセットさせ、回転開始の指令を受けたときに時定数回路により通電電圧をスローアップさせる回路が動作可能となり、回転開始時の発生トルクを減少させて大きな振動。・騒音の発生を防止できるようになっている。
【００３１】
本発明になるステッピングモータの制御装置は、ＰＡＭ制御による定電流制御方式であるので、高パルス数での回転が可能であり、回転開始、停止の指令信号により通電制御スッチング回路を全部動作が停止となるように制御する方式であるから、停止時には巻線の通電を全くしないように構成されているので停止時の固定子巻線の発熱を防止し、回転開始時には通電電流を漸次増加するスローアップ方式により回転開始には小トルクとなるようにして大きな振動・騒音を抑制し漸次トルクを増加させて通常運転に移行させるように制御し、停止時にはリセット回路によりスローアップ回路の動作を回復させるように構成されているから、各種の試験機等の駆動用動力として利用でいる他、同様な特性を要求される駆動装置にも応用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明になるステッピングモータの制御装置は、上記のような構成であるから、回転開始の指令を受けると、通電電圧を初期は極小の値から漸次増加するように制御して、大きな振動・騒音の発生を防止できる効果があり、試験機等の駆動動力として適する特性を発揮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるステッピングモータの制御装置の構成概要を示す回路図である。
【図２】本発明になるステッピングモータの制御装置のＰＡＭ制御による定電流制御回路を示す回路図である。
【図３】従来から実施されているステッピングモータの制御装置の構成概要を示す回路図である。
【図４】従来から実施されているステッピングモータの制御装置のＰＡＭ制御による定電流制御回路を示す回路図である。
【符号の説明】
ＶＭ１        直流電源
２        ＰＡＭ制御による定電流制御回路
３        パルス信号発生回路
４        励磁切替え回路
５        通電制御スイッチング回路
８        電流検出抵抗
９        固定子巻線
１０        回転開始、停止の指令回路
１１        抵抗
１２        スイッチングトランジスタ
１３        フライホイールダイオード
１４        平滑コイル
１５        平滑コンデンサ
１６        スイッチングレギュレータＩＣ
１７        電流値を指令する基準電圧
１８        フイードバック電圧
１９        デッドタイムコントロール端子
２０        コンデンサ
２１        抵抗
２２        リセット用トランジスタ
２３、２４  抵抗
Ａ                アンド回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３      コンパレータ
Ｄ          三角波電圧発生回路
Ｏ          ＰＡＭ制御電圧出力端子
Ｔｒ          出力トランジスタ
ＶＣＣ        制御用電源
【図１】
2004180463.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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