(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの複数の巻線を選択的に付勢し、所定のモータ相シーケンス及び所定の電流プロファイルに基づいて、選択的に付勢される巻線の中の電流レベルを制御することによって、前記複数の巻線を有するステッピングモータの運動を制御するステッピングモータ・コントローラであって、
（ａ）前記所定のモータ相シーケンス及び前記所定の電流プロファイルに対応する制御信号を生成するマスター論理装置であって、所定の電流プロファイルが、正部分と負部分を有する台形波形を含み、各部分が、上方傾斜部分、プラトー部分、及び下方傾斜部分を有し、前記正部分と負部分が、実質的にゼロの電流交差点によって分離されている、マスター論理装置と、
（ｂ）前記マスター論理装置から制御信号の一部分を受け取り、応答して前記所定の電流プロファイルに基づいて傾斜コマンド信号を生成するスレーブ論理装置と、
（ｃ）傾斜コマンド信号を受け取るため前記スレーブ論理装置へ接続されたディジタル・ポテンショメータであって、前記ディジタル・ポテンショメータは、低リファレンス電圧と高リファレンス電圧との間の電圧レベルを有する電流コマンド信号を、傾斜コマンド信号の関数として生成し、前記電流コマンド信号が前記所定の電流プロファイルに対応する該デジタル・ポテンショメータと、
（ｄ）制御信号を受け取るために前記マスター論理装置へ接続され、電流コマンド信号を受け取るため前記ディジタル・ポテンショメータへ接続されたステッピングモータ駆動回路であって、制御信号及び電流コマンド信号に応答してまた所定のモータ相シーケンスに従って、ステッピングモータ巻線の中の電流レベルを制御するステッピングモータ駆動回路とを具備するステッピングモータ・コントローラ。
【請求項２】
前記ディジタル・ポテンショメータが、最小値及び最大値を有するアップ／ダウン・カウンタを含み、前記アップ／ダウン・カウンタは傾斜コマンド信号に基づいて電流カウント値を記憶し、それによって電流コマンド信号は電流カウント値の関数として変化する、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項３】
更に、前記ステッピングモータの巻線の中の電流を監視するフィードバック回路を含む、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項４】
ステッピングモータ駆動回路が、選択的に付勢された巻線の中の電流レベルを制御するため変調電流制御信号を提供するチョッパ・ドライブを含む、請求項３に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項５】
前記チョッパ・ドライブがピーク制限一定オフタイム変調回路を含み、前記ピーク制限一定オフタイム変調回路は電流コマンド信号及びフィードバック回路によって監視される巻線内の電流に基づいて変調電流制御信号を提供し、もし巻線の中の電流が電流コマンド信号を超過すれば、変調電流制御信号が所定の時間間隔の間オフに切り替えられるようにされる、請求項４に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項６】
前記台形波形が上方傾斜部分、プラトー部分、及び下方傾斜部分を有し、前記スレーブ論理装置が、前記上方傾斜部分、前記プラトー部分、及び前記下方傾斜部分にそれぞれ対応する複数の状態を実現する、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項７】
ディジタル・ポテンショメータが、傾斜コマンド信号に基づいて電流カウント値を記憶するアップ／ダウン・カウンタを含み、前記傾斜コマンド信号は、アップ／ダウン・カウンタが、カウントアップするかカウントダウンするかを決定する信号、及びアップ／ダウン・カウンタによって受け取られる一連のパルスを含み、前記電流コマンド信号は電流カウント値の関数として変化し、台形電流コマンド波形の上方傾斜部分及び下方傾斜部分が、ディジタル・ポテンショメータによって、電流カウント値を傾斜させることにより生成される、請求項６に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項８】
スレーブ論理装置が、台形波形の電流部分を追跡し、上方傾斜部分によって電流コマンド信号が高リファレンス電圧へ達したことを検出すると、次の状態への遷移を起こさせる、請求項７に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項９】
マスター論理装置によって生成された制御信号がモータ相コマンド信号を含み、次の状態への遷移がモータ相コマンド信号の変化に応答して起こる、請求項６に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１０】
前記マスター論理装置がマイクロプロセッサ及びマイクロコントローラの１つを含む、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１１】
前記スレーブ論理装置がプログラム可能ゲート・アレーを含む、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１２】
更に、制御信号の一部分を受け取るために前記マスター論理装置へ接続されかつ高リファレンス電圧を生成するため制御信号の前記一部分を処理するプログラム可能電圧源を含む、請求項１に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１３】
プログラム可能電圧源がディジタル−アナログ変換器を含む、請求項１２に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１４】
更に、前記プログラム可能電圧源の出力へ接続されたローパスフィルタを含み、前記ローパスフィルタは、フィルタされてディジタル・ポテンショメータの高リファレンス電圧端子へ接続される高リファレンス電圧を生成する、請求項１２に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１５】
複数の巻線を選択的に付勢し、巻線のための所定のモータ相シーケンス及び所定の電流プロファイルに基づいて前記複数の巻線の各々における電流レベルを制御することによって、複数の巻線を含む２相ステッピングモータの運動を制御するステッピングモータ・コントローラであって、
（ａ）所定の電流プロファイルを生成する制御信号を発行するロジックをプログラムされたプロセッサであって、前記制御信号が、前記所定のモータ相シーケンスに対応するモータ相コマンド信号を含み、所定の電流プロファイルが、正部分と負部分を有する台形波形を含み、各部分が、上方傾斜部分、プラトー部分、及び下方傾斜部分を有し、前記正部分と負部分が、実質的にゼロの電流交差点によって分離されている、該プロセッサと、
（ｂ）制御信号の一部分を受け取るためにプロセッサへ結合され、各々のモータ相のために所定の電流プロファイルを得るための傾斜コマンド信号を生成するロジックをプログラムされた論理装置と、
（ｃ）傾斜コマンド信号を受け取るために論理装置へ接続された一対のディジタル・ポテンショメータであって、各々のディジタル・ポテンショメータが、異なったモータ相に関連づけられて、低リファレンス電圧と高リファレンス電圧との間の出力電圧を、傾斜コマンド信号の関数として生成し、各々のディジタル・ポテンショメータが、関連づけられたモータ相のために所定の電流プロファイルに対応する電流コマンド信号を生成するようにする一対のディジタル・ポテンショメータと、
（ｄ）制御信号を受け取るためにプロセッサへ結合され、また電流コマンド信号を受け取るため前記一対のディジタル・ポテンショメータへ結合されたステッピングモータ駆動回路であって、前記ステッピングモータ駆動回路が、電流コマンド信号及びモータ相コマンド信号に基づいてステッピングモータ巻線内の電流レベルを制御するステッピングモータ駆動回路を具備するステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１６】
更に、プロセッサから制御信号の一部分を受け取り、それぞれのチャネルのために高リファレンス電圧を生成するため制御信号の前記一部分を処理する２チャネル・ディジタル−アナログ変換器を含み、前記高リファレンス電圧はディジタル・ポテンショメータ上の高リファレンス電圧端子へ接続される、請求項１５に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１７】
プロセッサが、ステッピングモータを１／４ステップ・モードで駆動するための処理を実行し、前記１／４ステップ・モードは、９０゜の位相差が存在する一対の５レベル疑似正弦電流コマンド信号を生成するように、ディジタル−アナログ変換器上のそれぞれのチャネルをプログラムすることによって作動可能にされる、請求項１６に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１８】
プロセッサが、ステッピングモータを１／２ステップ・モードで駆動する処理を実行し、前記１／２ステップ・モードは、９０゜の位相差が存在する一対の３レベル電流コマンド信号を生成するように、ディジタル−アナログ変換器上のそれぞれのチャネルをプログラムすることによって作動可能にされる、請求項１６に記載のステッピングモータ・コントローラ。
【請求項１９】
ステッピングモータのそれぞれのモータ相に対応する複数の巻線を含み、前記複数の巻線が、ステッピングモータを回転させるために所定のモータ相シーケンスで選択的に付勢されるステッピングモータを駆動する方法であって、
（ａ）所定のモータ相シーケンスに対応するモータ相コマンド信号、及び順次に接続された上方傾斜部分、プラトー部分、及び下方傾斜部分を含む所定の台形巻線電流波形に対応する傾斜コマンド信号を生成するステップであって、所定の台形巻線電流波形が、実質的にゼロの電流交差点によって分離された正部分と負部分を含み、前記所定のモータ相シーケンスと、選択された巻線を通る電流のゼロ電流交差点との間のタイミング関係が、選択された巻線が付勢状態と付勢解除状態との間で切り替えられた直後に、選択された巻線の中の電流が実質的にゼロになるように制御される、該ステップと、
（ｂ）前記傾斜コマンド信号を使用してディジタル・ポテンショメータを制御することによって、前記所定の台形巻線電流波形に対応する台形電流コマンド信号を生成するステップと、
（ｃ）前記電流コマンド信号のステップ部分を生成するためにディジタル−アナログ変換器（１０３）を制御するステップと、
（ｄ）ディジタル−アナログ変換器によって生成された出力信号をローパスフィルタでフィルタし、それによってゼロ電流部分によって接続された一連の扇形半正弦波形を含む電流コマンド信号波形を生成するするステップと、
（ｅ）前記選択的に付勢される巻線の中の、台形電流コマンド信号に対応する電流レベルを制御するように、モータ相信号及び台形電流コマンド信号に基づいて前記複数の巻線の中の巻線を選択的に付勢するステップと、を含む方法。
【請求項２０】
ステッピングモータがユニポーラ・ステッピングモータを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
台形波形の前記上方傾斜部分、プラトー部分、及び下方傾斜部分にそれぞれ対応する状態を含む複数の状態の間の遷移を制御するため前記傾斜コマンド信号が生成され、複数の状態の間の遷移が、前記モータ相コマンド信号に応答して起こる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
選択的に付勢される巻線の中の電流レベルが、電流センス・フィードバック信号を使用するチョッパ駆動回路を使用することによって台形電流コマンド信号に従うように制御される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
更に、
（ａ）台形電流コマンド信号と電流センス・フィードバック信号とを継続的に比較し、
（ｂ）台形電流コマンド信号が電流センス・フィードバック信号を超過する限り、駆動電圧を前記選択的に付勢される巻線へ接続することによって、選択的に付勢される巻線を付勢し、
（ｃ）電流センス・フィードバック信号が台形電流コマンド信号を超過するとき、常に所定の時間間隔の間、前記選択的に付勢される巻線を駆動電圧から切り離すステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
所定の台形巻線電流波形が、モータのステップ・レートに対応する上昇時間及び下降時間を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ステッピングモータのそれぞれのモータ相に対応する複数の巻線を含み、前記複数の巻線が、ステッピングモータを回転させるため所定のモータ相シーケンスで選択的に付勢されるステッピングモータを駆動する方法であって、
（ａ）前記所定のモータ相シーケンスに対応するモータ相コマンド信号を生成するステップと、
（ｂ）ゼロ電流部分、ゼロ電流部分よりも大きい電流レベルを有する第１のステップ部分、及び最大電流部分を有する電流コマンド信号を生成する制御信号を生成するステップであって、ここで上方傾斜部分はゼロ電流部分を第１のステップ部分へ接続し、下方傾斜部分は他の第１のステップ部分を他のゼロ電流部分へ接続し、ステップ部分を生成するようにディジタル−アナログ変換器を制御することによって、前記電流コマンド信号波形のステップ部分が生成される、該ステップと、
（ｃ）前記選択的に付勢される巻線の中の、電流コマンド信号に対応する電流レベルを制御するように、モータ相信号及び電流コマンド信号に基づいて前記複数の巻線の中の巻線を選択的に付勢するステップと、
（ｄ）ディジタル−アナログ変換器によって生成された出力信号をローパスフィルタでフィルタし、それによってゼロ電流部分によって接続された一連の扇形半正弦波形を含む電流コマンド信号波形を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２６】
更に、傾斜コマンド信号を生成するステップを含み、前記電流コマンド信号波形の上方傾斜部分及び下方傾斜部分が、前記傾斜コマンド信号に応答してディジタル・ポテンショメータを制御することによって生成される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ステップを有する半疑似正弦波形が、第２のステップ部分及び第３のステップ部分を含み、前記第２のステップ部分の各々は、第１のステップ部分の電流レベルよりも大きい電流レベルを有し、前記第３のステップ部分の各々は、第２のステップ部分よりも大きい電流レベルを有する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、広くステッピングモータの電力源に関し、更に具体的には、ステッピングモータへ印加されるパワー信号の傾斜を制限するためディジタル的に制御される電力源を有するステッピングモータに関する。
【０００２】
（技術背景）
ステッピングモータは当技術分野で良く知られており、プリンタ、ディスク・ドライブ、及び使用要素の正確な位置決めを必要とする他の装置を含む様々な装置で使用されている。ステッピングモータは、他のタイプのモータよりも多くの利点を提供するが、最も注目される利点は、駆動回路からのコマンド・パルスに基づいて、ステップと呼ばれる制御された回転角で回転できる能力である。ステッピングモータによって生成されるステップ運動の正確性は、一般的に、非常に良好である。なぜなら、１つのステップから他のステップへの累積誤差が存在しないからである。固定されたステップの規定数だけシャフトを増分的に回転する能力は、開ループ制御スキーム（即ち、位置フィードバック装置例えば光学エンコーダ又はリゾルバを必要としないアプリケーション）と共にステッピングモータを使用することを可能にし、それによって運動制御システムを単純化しコストを低減する。
【０００３】
ステッピングモータの速度は、使用されるパルス周波数に基づいて容易に制御されることができ、それによってステッピングモータは、モータの駆動シャフトへ直接結合された負荷の可変速度同期運動を達成することができる。更に、ステッピングモータは信用性が高い。なぜなら、ステッピングモータは磨耗する接触ブラシを含まないからである。典型的には、ステッピングモータの中で磨耗しやすい唯一の部品は、モータ軸受けである。
【０００４】
一般的に、ステッピングモータは２つの相を有するが、３相、４相、及び５相のモータも存在する。図１は、固定子Ａ及び固定子Ｂを含む典型的な２相モータを示す。固定子の各々は、それぞれの相Ａ巻線３０２及び相Ｂ巻線３０４が電流で付勢されたとき、端面３００に反対極性の磁束を生成する。磁束の方向は、「右手の法則」を適用することによって決定することができる。図１において、電流ＩＢが相Ｂの巻線を流れ、矢印方向で示されるような磁束を固定子Ｂ内に作り出す。この磁束は回転子へ適用されるトルクを生成し、回転子内の極によって生成された磁界が、固定子Ａ及びＢによって生成された磁界と整列するように、回転子は回転する。この場合、回転子は、そのＳ極が位置２で固定子ＢのＮ極と整列し、そのＮ極が位置６で固定子ＢのＳ極と整列するように、時計回りに回転する。回転子を継続的に回転させるためには、電流が所定のシーケンスで相Ａ及び相Ｂの巻線へ印加され、回転する磁束の場を生成する。
【０００５】
ステッピングモータは、典型的には、一連のコマンド・パルスによって位置決めされる。コマンド・パルスは、ステッピングモータ・ドライバの駆動回路部分によって受け取られる。ステッピングモータ・ドライバは、固定子の巻線（即ち、モータの「コイル」）を駆動する出力信号を生成する。コマンド・パルスのこのシーケンスは、４つの駆動モードの１つに対応する。４つの駆動モードは、典型的には、ステッピングモータを移動及び位置決めするために使用され、波駆動（１つの相がオン）、フルステップ駆動（２つの相がオン）、１／２ステップ駆動（１つ及び２つの相がオン）、及びマイクロステップ（連続的に変化する相電流）を含む。これらの様々な駆動モードの以下の説明は、図２Ａから図２Ｂ及び図３Ａから図３Ｂを参照して行われる。
【０００６】
図３Ａは、典型的な６線ユニポーラ駆動回路を示す。ユニポーラ・ステッピングモータを駆動するためには、モータの巻線を所定のシーケンスで付勢することが必要である。この手順は、４つのスイッチ５０、５２、５４、及び５６（例えば、ダーリントン・ペア・スイッチ又は電界効果トランジスタ）を使用することによって達成される。スイッチの各々は１つの端子を接地へ接続され、他の端子をそれぞれの巻線へ接続される。正の供給電圧が、共通又はセンターのタップ５８及び６０へ与えられる。スイッチ５０、５２、５４、及び５６をそれぞれ閉止することによって、モータ相Ａ、Ａ￣、Ｂ、及びＢ￣に対応する巻線を電流が流れるようにすることができ、スイッチの各々は対応する巻線を介してグラウンドへの通路を提供する。電流が巻線を流れるとき、前述したように磁界が右手の法則に従って生成される。この磁界は、モータの回転子が、固定子Ａ及びＢによって生成された磁界と整列するように、モータの回転子を回転させる。
【０００７】
バイポーラ・モータを駆動させるためには、幾分複雑なスキームが使用される。図３Ｂに示されるように、典型的なバイポーラ駆動回路は、各々の巻線について１つずつのＨブリッジ回路のペアを含む。Ｈブリッジ回路の各々は、４つのスイッチ６２、６４、６６、及び６８を含む。ブリッジの最上部にある分岐は正の供給電圧へ接続され、ブリッジの最下部にある分岐はグラウンドへ接続される。Ｈブリッジのスイッチを選択的に閉止することによって、巻線７０及び７２の所望の方向へ電流を流すことができ、それによってモータ相Ａ、Ａ￣、Ｂ、及びＢ￣を生成する。例えば、巻線７０の中で右から左へ電流を流す（即ち、モータ相Ａ）ためには、スイッチ６４及び６６が閉止され、スイッチ６２及び６８が開放された状態に保たれる。
【０００８】
ステッピングモータの波駆動では、所与の時点で１つだけの巻線が付勢される。固定子の上の巻線は、シーケンスＡ→Ｂ→Ａ￣→Ｂ￣に従って付勢され、回転子を位置８→２→４→６のように進ませる。同じ巻線パラメータを有するユニポーラ及びバイポーラ巻線モータの場合、この励磁モードは回転子の同じ機械的位置を生じるであろう。この駆動モードの欠点は、ユニポーラ巻線モータの場合、トータルのモータ巻線の２５％だけが所与の時点で付勢され、バイポーラ・モータの場合、トータルのモータ巻線の５０％だけが使用されることである。従って、モータの最大の可能トルク出力は実現されない。
【０００９】
ステッピングモータのフルステップ駆動では、所与の時点で２つの相が付勢される。固定子の上の巻線は、シーケンスＡＢ→Ａ￣Ｂ→Ａ￣Ｂ￣→ＡＢ￣に従って付勢され、回転子を位置１→３→５→７のように進ませる。フルステップ・モードを使用するとき、角運動は、波駆動について前に説明した角運動と同じになるであろう。しかし、機械的位置は１／２ステップだけオフセットされる。フルステップを使用しているとき、ユニポーラ巻線モータのトルク出力は、バイポーラ・モータ（即ち、同じ巻線パラメータを有するモータ）の場合よりも低い。なぜなら、ユニポーラ・モータは利用可能な巻線の５０％だけを使用するのに対し、バイポーラ・モータは巻線の全部を使用するからである。
【００１０】
１／２ステップ駆動モードは、波駆動モード及びフルステップ駆動モードの両方を組み合わせる（１つ及び２つの相がオン）。表１（下記）に示されるように、付勢される相の数は、１つおきのステップで１つの相と２つの相との間を交番する。固定子の上の巻線は、シーケンスＡＢ→Ｂ→Ａ￣Ｂ→Ａ￣→Ａ￣Ｂ￣→Ｂ￣→ＡＢ￣→Ａに従って付勢され、回転子を位置１→２→３→４→５→６→７→８のように進ませる。この手順は、波駆動モード及びフルステップ駆動モードについて前に説明した角運動の半分を生じる。１／２ステップは共振と呼ばれる現象を低減することができる。共振は、波駆動モード又はフルステップ駆動モードを或るステップ・レートで使用しているときにときどき起こる。
【表１】
0004719394.tif 000002
【００１１】
共振は、或る速度におけるトルクの突然の喪失又は降下として観察される。これは、ステップの失敗又は同期の喪失を生じ、望ましくないノイズ及びモータの振動を作り出す。共振は、一般的に、入力ステップ・パルス・レートが、ステッピングモータの固有周波数、又はその倍数と一致するとき起こる。多くの場合、１秒当たり１００から２００パルスの領域に共振区域が存在し、更に、モータの最大ステップ・レートの近くに共振区域が存在する。
【００１２】
ステッピングモータの固有周波数Ｆ０（Ｈｚ）は、回転子及び負荷慣性ＪＴ＝ＪＲ＋ＪＬ（Ｋｇｍ２）、保持トルクＴＨ（Ｎｍ）（選択された駆動モード及び電流レベルに関して）、及び１回転当たりのフルステップ数（ｎ）によって決定される。
【数１】
0004719394.tif 000003
【００１３】
もしモータの制動が低ければ、モータが固有周波数又はその近くで運転されているとき、ステップを喪失するかノイズを生成する明らかな危険がある。モータのタイプ、トータルの慣性、及び制動に依存して、この問題は、Ｆ０の整数の倍数及び分数、例えば、Ｆ０／４、Ｆ０／３、Ｆ０／２、２Ｆ０、３Ｆ０、４Ｆ０などで、又はその近くで現れる可能性がある。通常、Ｆ０に最も近い周波数は最大の問題を作り出す。
【００１４】
非マイクロステップ・ドライバが使用されるとき、これら共振の主な原因は、固定子の磁束が、一時に９０（フルステップ・モード）又は４５（１／２ステップ・モード）電気度の不連続増分で動かされることである。この運動は回転子の上に律動トルクを働かせ、回転子は共振を励起する。シングルステップが取られるとき、回転子へ移転されるエネルギーは、最悪の場合（負荷の摩擦がないとき）、次の式に等しい。
【数２】
0004719394.tif 000004
【００１５】
ここで、ＴＨ及びｎは前記と同じであり、ｆｅは電気ステップ角、即ちフルステップでは９０゜、１／２ステップでは４５゜である。この式は、フルステップの代わりに１／２ステップを使用すると、フルステップ・エネルギーの約２９％へ励磁エネルギーを低減することを示す。更に、もしモータが１／３２ステップを使用してマイクロステップで進むと、フルステップ・エネルギーの０．１％だけが使用される。
【００１６】
前述したことから、回転子トルクの不連続性と共振との間に直接の相関があることが明らかであろう。理想的には、もしモータが、一定のモータ・トルクを生成するように駆動されるならば、共振は存在しないであろう。理論的には、もしモータ巻線内の電流の波形が、９０゜だけ位相が外れた２つの正弦曲線であれば（実際のステッピングモータはそれに近づくが、この理想的結果を生じない）、２相ステッピングモータの中で一定の回転子トルクを提供することができるであろう。これらの理想的正弦波形に近づく巻線電流を生成する普通の方法は、マイクロステップを使用することである。その場合、モータ巻線へ供給される電流は、疑似正弦電流波形を生成するため小さな増分で進められる。
【００１７】
マイクロステップに固有の欠点は、それが、一般的に、実現するためには比較的複雑な制御回路を必要とすることである。典型的なマイクロステップ・ドライバでは、制御信号をドライバ回路へ提供するために、専用論理回路、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、又はＤＳＰが使用される。ドライバ回路は、所定のシーケンスに従って、ステッピングモータの巻線（即ち、相）へ電流を提供する。電流コマンド制御信号は、一般的に、電圧レベル又はパルス幅変調信号の形式をしている。前述した正弦シミュレーション波形を実現する普通の方法は、マイクロプロセッサに、モータのステップ・レートに対応する一定の時間間隔で、ディジタル信号をディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）へ提供させることである。例えば、もしモータを２００（フル）ステップ／秒で進ませ、マイクロステップ・レベルが１ステップの１／３２であることが望まれるならば、マイクロプロセッサは、１秒当たり３２＊２００＝６４００回のレートで（１５６ｓごとに）、更新された電流コマンド信号を提供しなければならないであろう。従って、もしマイクロプロセッサを使用して、他のタスクを同時に実行することが望まれるならば、他のタスクは、モータ制御要件をサービスするため、１秒につき６４００回中断される必要があろう。この問題は更に悪くなる。なぜなら、通常、異なった様々な速度でモータを駆動し、各々の速度を、異なった更新レートに対応させることが望まれるからである。その結果、他のタスクのためにマイクロプロセッサを共用することは、多くの場合、実際的でなく、もし他のタスクが、このよう方法で容易に中断されることができないそれ自身のタイミング要件を有するならば、不可能であるかも知れない。
【００１８】
共振効果を最小にする他の方法は、台形信号を使用してステッピングモータを駆動することである。前述したように、共振及びノイズは、主として、モータ巻線を流れる電流レベルの不連続性（即ち、ステップ変化）によって生じる。この不連続性は、回転子が進められるとき、回転子の「痙攣」を生じる。台形信号にはステップがないから、それは不連続性を含まず、従って共振及びノイズ問題を大きく低減する。
【００１９】
マイクロステップの場合と同じように、台形駆動スキームを実行するモータ・コントローラは、多くの場合、複雑であり、専用回路の使用を必要とし、典型的には、所望の台形駆動電流波形を得るために実質的な処理オーバヘッドを必要とする。従って、共振及びノイズの効果を最小にしながら、必要とされるプロセッサ負荷が実質的に低減された台形駆動スキームを提供することが望ましいであろう。
【００２０】
（発明の概要）
本発明に従えば、共振によって生じる可聴ノイズを低減することに重点を置いて、従来技術の前述した制約に対処するステッピングモータ・コントローラ及び方法が提供される。本発明は、プロセッサ・オーバヘッドを大きく低減して、正確な上昇時間及び下降時間を有する位相調整台形巻線電流波形を生成する制御モードを含む複数の制御モードのもとで動作するステッピングモータ・コントローラを提供する。位相調整台形波形はステッピングモータの相シーケンスに対して時間調節され、モータ巻線が付勢状態と付勢解除状態との間を切り替えられるとき、実質的にゼロ電流が生成され、回転子の滑らかな回転を生じて、可聴ノイズ及び共振は最小となる。
【００２１】
本発明の第１の態様に従えば、ステッピングモータの巻線を選択的に付勢することによってステッパーモータ運動を制御し、巻線内の電流レベルを所望及び所定のプロファイルとマッチさせるステッピングモータ・コントローラが提供される。コントローラは、マスター論理装置、好ましくはマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含む。マスター論理装置は、ステッピングモータが付勢される相シーケンスに対応する制御信号及び所望の電流プロファイルを生成するためのロジックをプログラムされる。制御信号の一部分はスレーブ論理装置によって受け取られる。スレーブ論理装置は、所望の電流プロファイルに対応する傾斜コマンド信号を生成するロジックをプログラムされる。スレーブ論理装置は傾斜コマンド信号を生成し、傾斜コマンド信号はディジタル・ポテンショメータによって受け取られる。ディジタル・ポテンショメータは、好ましくはアップ／ダウン・カウンタを含み、従ってディジタル・ポテンショメータのワイパ位置は、傾斜コマンド信号によって制御される電流カウント値に対応する。ディジタル・ポテンショメータを傾斜コマンド信号でプログラムすることによって、所望の電流プロファイルに対応し、ディジタル・ポテンショメータのそれぞれの端子へ供給される低リファレンス電圧と高リファレンス電圧との間の範囲を有する電流コマンド信号が生成される。次に、この電流コマンド信号はステッピングモータ駆動回路へ与えられる。ステッピングモータ駆動回路はステッピングモータ巻線内の電流レベルを制御し、それらの電流レベルが所望の電流プロファイルに対応し、巻線がステッピングモータの相シーケンスに従って付勢されるようにする。
【００２２】
本発明の第２の態様に従えば、所望の電流プロファイルは、実質的にゼロの電流交差点によって分離された正部分及び負部分を有する台形波形を含む。台形電流コマンド信号とモータ相シーケンスとの間のタイミング関係は、モータ相コマンド信号内の変化が、電流交差点と一致した点で起こるように定義される。その結果、選択的に付勢された巻線の中の電流は、巻線が付勢状態と付勢解除状態との間で切り替えられた直後では、実質的にゼロである。
【００２３】
本発明の他の態様に従えば、ステッピングモータ駆動回路はチョッパ・ドライブを含む。このチョッパ・ドライブは、モータ巻線内の電流レベルを制御するため変調電流制御信号を提供する。好ましくは、チョッパ・ドライブはピーク制限一定オフタイム変調回路を含む。この変調回路は、もし巻線の電流がコマンド電流を超過すれば、巻線への電流が所定の時間間隔の間オフに切り替えられるように、電流コマンド信号及び巻線電流センス・フィードバック信号に基づいて電流制御信号を変調する。
【００２４】
本発明の更に他の態様に従えば、好ましくはフィールド・プログラム可能ゲート・アレーを含むスレーブ論理装置が、台形波形のそれぞれの部分に対応する複数の状態を実現するロジックをプログラムされる。複数の状態は、状態図によって集約的に定義される。状態図が通過されるにつれて、電流状態に対応する台形波形の一部分が生成されるようにディジタル・ポテンショメータをプログラムする傾斜コマンド信号が生成される。例えば、もし電流状態が台形波形の上方傾斜部分に対応すれば、傾斜コマンド信号はアップ信号及びパルス列を含み、これらのアップ信号及びパルス列は、ディジタル・ポテンショメータの出力電圧を、最小の低リファレンス値から最大の高リファレンス値へ傾斜させ、それによって台形電流コマンド信号を生成する。この台形電流コマンド信号は、その信号の上方傾斜部分に続く電圧を含む。更に、スレーブ論理装置は、いつ傾斜位置に達したかを決定するロジックをプログラムされる。傾斜位置に達すると、現在の状態は、台形波形の次の部分に対応する新しい状態へ進められる。このスキームを実行することによって、状態を進行して所望の台形波形に対応する傾斜コマンド信号を生成するために必要な唯一の外部信号は、マスター論理装置によって提供されるモータ相コマンド信号となる。
【００２５】
本発明の更に他の態様に従えば、ステッピングモータ・コントローラは、更にプログラム可能電圧源を含む。このプログラム可能電圧源は、ディジタル・ポテンショメータへ与えられる電圧リファレンスを制御するため、マスター論理装置によってプログラムされる。好ましくは、ＤＡＣを含むプログラム可能電圧源は、ステッピングモータが、１／４ステップ疑似正弦駆動モード又は１／２ステップ疑似正弦駆動モードのいずれかを使用して進められるようにする。ここで、一対のモータ巻線が、位相調整電流コマンド信号を使用して同時に付勢される。１／２ステップ及び１／４ステップ疑似正弦駆動モードは、ゼロ電流部分、第１ステップ部分、及び最大電流部分を含む新規な電流コマンド信号波形によって作動可能にされる。好ましくは、電流コマンド信号波形は、更に、ゼロ電流部分及び隣接する第１ステップ部分の間に接続された傾斜部分を含み、モータ巻線内の電流は、ゼロ電流条件との間で切り替えが行われるとき実質的にゼロになるようにされる。更に、ＤＡＣによって生成された出力信号をフィルタするため、好ましくはローパスフィルタが使用され、電流コマンド信号波形が、ゼロ電流部分によって接続された一連の扇形半正弦曲線と類似するようにされる。
【００２６】
本発明の更なる態様に従えば、ステッピングモータ・コントローラを使用して、大体は上で説明したようにステッピングモータを制御する方法が規定される。
【００２７】
（好ましい実施の形態）
これからの詳細な説明を添付の図面と組み合わせて参照することにより本発明の理解が進むとき、本発明の前記の態様及び付随する利点の多くが、より容易に理解されるであろう。
【００２８】
本発明は新規なディジタル電流傾斜源を提供する。この傾斜源は、ノイズ及び共振効果が最小になるように、及びディジタル電流傾斜源が最小のマイクロプロセッサ入力又はオーバヘッドを必要とするように、ステッピングモータ巻線の中の電流レベルを制御するために使用される台形駆動信号を生成する。本発明は、カセット注入ポンプと一緒に使用される医療アプリケーションを参照して、以下で説明される。当業者は、本発明に従ったディジタル電流傾斜源が、アプリケーションの点で、ここで説明される特定の使用へ限定されず、ほとんど任意のアプリケーションのステッピングモータへ応用されてよいことを理解するであろう。
【００２９】
以下で説明されるカセット注入ポンプは、薬液を患者の身体へ非常に正確なフロー・レートで注入するために使用される。このシステムの主たる流体供与構成要素は図４に示される。実際には、カセット注入ポンプ・システムは、マルチチャネル・ポンプ・カセットを使用する。しかし、例示を目的として、単一チャネルのポンプ・カセットが図示され、以下で説明される。カセット注入ポンプの更なる詳細は、出願された「カセット・タイプＩＶポンプにおけるバルブ間の圧力差の補正」（Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ  ａｃｒｏｓｓ  Ｖａｌｖｅｓ  ｉｎ  Ｃａｓｓｅｔｔｅ  Ｔｙｐｅ  ＩＶ  Ｐｕｍｐ）と題する同時係属の共通に譲渡された出願に開示される。この出願の開示及び図面は、参照してここで特別に組み込まれる。
【００３０】
カセット注入ポンプが、薬液を患者へ供与するときに使用するプロセスは、次のとおりである。図４を参照すると、薬液の源１２は、カセット１５の基部端１６と流体連絡するように結合される。カセットへの薬液の流れは、供給バルブ２０によって選択的に制御される。カセット内の通路へ入った後、薬液は空気センサ２２を通って混合室２６へ流れる。空気センサの目的は、薬液がポンプ室へ送られて患者の脈管系へ入る前に、薬液の中に混入されたかも知れない空気泡を検出することである。なぜなら、患者の血流に入った過剰の空気泡は、潜在的に有害な結果を伴う空気塞栓症を生じる可能性があるからである。基部（入口）圧力センサ２４は、混合室２６に隣接して配置される。薬液は、入口バルブが開放位置にあるとき、入口バルブ２８を通って混合室を出てポンプ室３０の中へ流れる。
【００３１】
室３０の１つの側は、エラストマー膜３１で覆われる。プランジャ４２がエラストマー膜に作用して、エラストマー膜を室の中へ強制し、その中に含まれる流体を追い出すので、薬液はポンプ室３０から強制的に出される（入口バルブ２８が閉止され、出口バルブ３２が開放されるとき）。このプランジャの動作は、３．６゜ステッピングモータ４３を使用して線形駆動機構、例えば親ネジ又はボールネジ（図示されていない）を動かすことによって容易になる。カセット・ポンプの１つの実施形態において、プランジャ位置は−４８９ステップから＋２２０ステップまで変化することができる。ここでホーム位置は、公称として０ステップにあると定義される。プランジャ４２が３３３μｌの流体を引き渡すための公称ストローク距離は、＋１６９ステップである。
【００３２】
出口バルブ３２が開放位置にあるとき、室から強制的に出された薬液は、遠位圧力センサ３４から遠位空気センサ３６を通って流れ、管セットを通ってカセットを出る。薬液は管セットを通って患者４０へ運ばれる。更に、注入ポンプは、ステッピングモータのための制御ユニット１７を含む。制御ユニット１７は、好ましくは、マイクロプロセッサ及びメモリ（図４では、分離して示されていない）を含む。マイクロプロセッサ及びメモリは、所望に応じて薬液を引き渡す注入ポンプの動作を制御する制御アルゴリズムの実行を可能にする。マイクロプロセッサは、プランジャ及びバルブの位置を変化させるようにステッピングモータを制御し、それによって、所望量の流体が所望のレートでポンプ室３０から出るようにプランジャに強制させる。更に、マイクロプロセッサは、ユーザ入力へ応答すること、及び液晶ディスプレイ（図示されていない）を制御することを含んで、注入ポンプの全体的動作を制御することを担う。
【００３３】
図４において、プランジャ４２はホーム位置（０ステップ位置）にあるように示される。この位置は、ポンプ・サイクルの開始に対応する。プランジャ４２は、ポンプ室３０のエラストマー膜と接触し、膜を少し偏向させていることに注意されたい。ポンプ・サイクルの始めに、出口バルブ３２は閉止され、入口バルブ２８は開放され、供給バルブ２０は開放位置にあり、ポンプ室３０は適切な量の薬液で満たされている。
【００３４】
ステッピングモータを使用することによって、注入ポンプは広範囲の供給レートを提供することができ、装置は、非常に低い薬液供給レートで小児患者への流体を管理する場合に、特に使用に適した装置となる。例えば、カセット注入ポンプは、１００μｌ／時間の低いレートで、制御されたレートの薬液を供給することができる。このレートは、約７０秒ごとに１回ステッピングモータを進ませ、各々のステップが２μｌの薬液を患者へ送ることによって達成される。
【００３５】
本発明の中心は、ステッピングモータの制御ユニットである。以下の説明において、制御ユニットは、プランジャのステッピングモータを制御するために使用される回路要素のみを参照して説明される。図示されていないが、好ましい形式では、制御ユニットは、更に、ステッピングモータ２９及び３３（図４）を制御する回路要素を含む。ステッピングモータ２９及び３３は、それぞれ入口バルブ２８及び出口バルブ３２の位置を制御する。制御回路の大部分は、３つのモータの間で多重化され、駆動トランジスタのみが、各々のモータに一意なものである。
【００３６】
図５で示されるように、制御ユニットは中央プロセッサ・ユニット（ＣＰＵ）１００を含む。ＣＰＵ１００は、好ましい実施形態ではモトローラ社（Ｍｏｔｏｒｏｌａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のモデル６８３０２マイクロプロセッサである。ＣＰＵは制御ユニットのためのマスター装置であり、ステッピングモータの制御は、ＣＰＵによって回路内の他のスレーブ構成要素へ出された制御信号に全面的に依存する。例えば、ＣＰＵは、２チャネル状態機械１０２及び２チャネルＤＡＣ１０３へ制御信号を提供する。２チャネル状態機械１０２及び２チャネルＤＡＣ１０３の各々は、入力として受け取った制御信号に基づいて所定の出力を提供する。状態機械のための２チャネル出力信号（傾斜コマンド信号に対応する）及びＤＡＣからの２チャネル電圧出力は、２チャネル・ディジタル・ポテンショメータ１０４のそれぞれのチャネルへ送られる。ポテンショメータ１０４は、これらの入力に基づいて、モータ巻線内の電流レベルを制御する電流リファレンス・コマンド信号を生成する。２つの電流リファレンス・コマンド信号は、一対の演算増幅器１０５によってバッファされる。１つの増幅器１０５のみが図示される。各々の演算増幅器からの出力信号は、２チャネル・ピーク制限一定オフタイム変調器１０６の異なったチャネルによって受け取られる。ピーク制限一定オフタイム変調器の各々のチャネルは、ステッピングモータ内のそれぞれの巻線を付勢するときに使用されるピーク制限一定オフタイム変調制御信号を提供する。状態機械及び一定オフタイム変調器からの制御信号は、モータ・デコード論理回路１０８へ入力として受け取られる。論理回路１０８は、実質的に図３Ａに示されて前に説明したような、ユニポーラ・ステッピングモータ１１１へ接続された複数のユニポーラ駆動トランジスタ１１０を制御する出力信号を生成する。電流センス回路１１２が、各々のチャネルのために使用され、モータ巻線の中の電流レベルを制御するため、対応する巻線の中でセンスされた電流レベルを含むフィードバック信号を提供する。更に、２チャネル・ディジタル・ポテンショメータによって生成された電流リファレンス・コマンド信号をテストして、その正確性を確認するため、２チャネル・アナログ−ディジタル変換器１１４が使用される。
【００３７】
ディジタル・ポテンショメータは、電流リファレンス・コマンド信号が台形波形を有するように、状態機械の出力によって制御され、波形の振幅は２チャネルＤＡＣの出力によって制御される。例示を目的として、次の説明は、制御ユニットの１つだけのチャネルの動作に関する。ステッピングモータが運転されているとき、同じ原理が第２の同様なチャネルに適用されることが理解されるであろう。更に注意すべきこととして、ディジタル・ポテンショメータは機械的ワイパを有しないが、通常の機械的ポテンショメータと同じように、ディジタル・ポテンショメータで「ワイパ」に言及し、ディジタル・ポテンショメータからの出力電圧を決定するとき「ワイパ位置」に言及することは、当技術分野の普通の慣習である。
【００３８】
ＣＰＵは８ビット・ディジタル入力をＤＡＣ１０３へ提供する。ＤＡＣ１０３は、ローパスフィルタ１１６によってフィルタされるアナログ出力を生成する。ローパスフィルタ１１６は、演算増幅器１１８によってバッファされる信号を生成する。この信号は、ディジタル・ポテンショメータの「高リファレンス電圧端子」へリファレンス電圧として提供される。ディジタル・ポテンショメータは、そのワイパ位置に対応する電圧レベルを有する信号をワイパ端子の上に生成する。この電圧レベルは、ワイパの最小及び最大位置に対するワイパの位置に依存して、低リファレンス電圧（好ましくは、ディジタル・ポテンショメータの「低リファレンス電圧端子」が接続される共通のグラウンド）とＤＡＣリファレンス電圧との間で変化する。最小及び最大位置は、それぞれ低及び高のリファレンス電圧に対応する。好ましい実施形態で使用されるディジタル・ポテンショメータは、Ｘｉｃｏｒ社のモデルＸ９３１３ディジタル制御ポテンショメータ（ＥＥＰＯＴ）である。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、ディジタル・ポテンショメータは、アップダウン・ピン１２０、増分ピン１２２、及び装置選択ピン１２４を含む３つの制御入力を有する。ディジタル・ポテンショメータは内部５ビット・アップダウン・カウンタ１２６を備える。カウンタ１２６は、複数の転送ゲート１３０の動作を制御する１／３２デコーダ１２８へ入力を提供する。転送ゲートは、複数の抵抗器１３２を含む抵抗器アレーへ接続される。アップダウン・カウンタも、５ビット不揮発性メモリ１３４との間でデータを送受信する。メモリ１３４は記憶及びリコール制御回路１３６によって制御される。ディジタル・ポテンショメータは、ＲＷ／ＶＷワイパ端子１３８に出力電圧を生成する。制御信号をディジタル・ポテンショメータへ提供することによって、ＲＬ／ＶＬピン１４０の上の低リファレンス電圧、好ましくはゼロ・ボルト（即ち、グラウンド）と、ＤＡＣによって出力されＲＨ／ＶＨピン１４２へ接続されるリファレンス電圧との間で出力電圧をディジタル的に傾斜させることができる。このステップは、アップ又はダウンの制御信号を提供し、パルス列を増分ピンへ提供することによって達成される。パルス列は、アップダウン・ピン上の論理レベルによって指示された方向に依存して、フルスケール電圧（ＲＨ／ＶＨ−ＲＬ／ＶＬ）の１／３２増分でワイパを移動させる。
【００４０】
ディジタル・ポテンショメータの出力の傾斜は、ＣＰＵから受け取られた入力信号に基づいて、状態機械によって制御される。状態機械は、図７に示される状態図を進むことによって、台形電流リファレンス・コマンド信号を生成するように傾斜を制御する。図７の状態図は、図８に示される状態表に対応する。好ましい実施形態で使用される状態機械は、フィールド・プログラム可能ゲート・アレー（ＦＰＧＡ）である。ＦＰＧＡは、図８の「入力」欄で示される入力信号Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３に基づいて、状態図を順次に進むようにプログラムされる。
【００４１】
状態機械は、状態図における現在の状態に基づいて、４つの出力Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、及びＺ４を提供する（図８の「出力」欄に示されるように）。これらの出力は、ステッピングモータ駆動トランジスタの切り替えを制御し、ディジタル・ポテンショメータによって生成される出力電圧を制御するために使用される。ここで、Ｚ１はモータ選択出力信号ＭＳＥＬ＿ＯＵＴに対応し、Ｚ２はモータ相出力信号Ｍ＿ＰＨＡ＿ＯＵＴに対応し、Ｚ３はディジタル・ポテンショメータ作動可能及び傾斜カウント開始信号ＣＳＲＭＰＡに対応し、Ｚ４はディジタル・ポテンショメータ・アップ／ダウン入力信号ＲＭＰＵ／Ｄに対応する。
【００４２】
状態機械は、ＣＰＵから制御入力信号Ｘ１及びＸ２を受け取る。Ｘ１及びＸ２は、それぞれモータ選択入力信号Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮ及びモータ相入力信号Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮに対応する。これらの信号は、図９のタイミング図の上方部分に示される波形を有する。信号Ｘ１及びＸ２に加えて、第３の入力信号Ｘ３が状態機械によって内部的に生成される。この信号は、傾斜動作が完了したとき、低から高へ切り替えられる。この詳細は以下で説明される。
【００４３】
図９のタイミング図は、プランジャ・ステッピングモータが、１ミリ秒の傾斜を使用して、２ｍｓ／ステップのレートで旋回する駆動モードに対応する。ここで、各々の垂直タイミング・マークは、２ｍｓの時間増分を表す。（実際の好ましい期間は１．５６ｍｓであることに注意されたい。明瞭にするため、以下では１ｍｓが使用される）。この特定の駆動モードにおいて、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮの値は常に１であり、モータ相Ａ及びＢは９０゜の位相外れである。以下の説明では、Ａ相駆動信号に関連するタイミング図の部分を主として参照する。Ａ相駆動信号は、状態機械の中で２つのチャネルの１つによって処理される。モータのＢ相に対応する信号の処理は、制御ユニットの同様な第２のチャネルによって実行される。
【００４４】
状態機械及びディジタル・ポテンショメータによって生成される出力信号は、図９の下方部分に示される。ここで、ディジタル・ポテンショメータのワイパ端子で生成される出力電圧（即ち、２つのチャネルについて）は、それぞれ電流リファレンス・コマンド信号ＭＩ＿ＳＴＡ（固定子Ａ巻線のためのモータ電流設定）及びＭＩ＿ＳＴＢ（固定子Ｂ巻線のためのモータ電流設定）に対応する。双方の電流リファレンス・コマンド波形の電圧は常に正であることに注意されたい。巻線内の電流の極性を切り替えるためには、モータ相信号を提供することが必要である。モータ相信号は、ステッピングモータ駆動回路の中でトランジスタの適切な切り替えを提供するために使用される。タイミング図から分かるように、モータ相出力信号（Ｍ＿ＰＨＡ＿ＯＵＴ及びＭ＿ＰＨＡ＿ＯＵＴ）が高であるとき、それらの関連した巻線の中の電流は正の値を有し、モータ相出力信号が低であるとき、それらの関連した巻線の電流は負の値を有する。更に、ＣＰＵによって提供されるモータ相入力信号と、状態機械によって提供されるモータ相出力信号との間には、１ｍｓの遅れがあることに注意されたい。この遅れは、ＣＰＵからの入力コマンド信号を処理するため状態機械によって使用される方法の結果である。
【００４５】
図７から図９を参照して、これから状態図を説明する。注意すべきこととして、図７、図８、及び以下の説明において、信号を参照した後に続くアポストロフィ（即ち「’」）は、信号が低であることを示し、アポストロフィの不在は、信号が高であることを示す。状態図の処理はリセットの後で始まる。リセットが終わると、現在の状態は或る状態１５０へ初期化される（図７）。この状態は、０、０、０であるＹ１、Ｙ２、及びＹ３の現在の状態値に対応する（図８の状態表の「現在の状態」欄を参照）。状態１５０において、ステッピングモータはオフ（即ち、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮは低）であり、ディジタル・ポテンショメータの出力はゼロである。状態１５０において、Ｚ１及びＺ３の出力は０である。その後者はディジタル・ポテンショメータの入力動作を不可能にし、Ｚ２＝Ｘ２であり、Ｚ４の値は考慮されない。（Ｚ４はディジタル・ポテンショメータに影響を与えない。なぜなら、ディジタル・ポテンショメータは入力の受け取りを可能にされていないからである）。現在の状態は、Ｘ１の値が０に留まるかぎり、この初期化された条件に留まるであろう。
【００４６】
もしＸ１の値が１へ切り替えられると、これはステッピングモータが動くように選択されたことを示し、状態は状態１５２へ進む。状態１５２は上方傾斜状態に対応する。上方傾斜状態の間に、ディジタル・ポテンショメータの出力は、分割されたＣＰＵクロック信号に基づく正確な上昇時間を使用して、ゼロ・ボルトからＤＡＣリファレンス電圧まで傾斜する。状態１５２にある間、モータ選択信号Ｚ１は１であり、モータ相出力信号Ｚ２はモータ相入力信号Ｘ２に対応し、ディジタル・ポテンショメータ入力作動可能及び傾斜開始信号Ｚ３は１であり、アップ／ダウン信号Ｚ４は１である。これらの条件のもとで、アップ／ダウン・カウンタの電流カウントは、ディジタル・ポテンショメータがその増分ピンの上にパルスを受け取るとき、常に１だけ増加するであろう（ワイパの１／３２増分運動に対応する）。ディジタル・ポテンショメータ出力電圧の傾斜は、複数のパルスを、固定周波数で増分ピンへ提供し、それによってワイパの位置を、その最小位置からその最大位置へ増分的に動かすことによって達成される。固定周波数パルスは、分割されたＣＰＵクロック信号によって提供される。このクロック信号は、好ましくは２３ｋＨｚへ設定される。この２３ｋＨｚクロック信号は、状態機械を駆動するためにも使用され、状態機械への入力はクロック・サイクルごとに評価される。図９の対応するタイミング図で示されるように、この傾斜電圧出力は、台形電流リファレンス・コマンド信号ＭＩ＿ＳＴＡの上方傾斜部分１５３に対応する。信号ＭＩ＿ＳＴＡは、ステッピングモータの固定子Ａ巻線を付勢しているときの所望の電流レベルを表す。
【００４７】
ＭＩ＿ＳＴＡ電流リファレンス・コマンド信号によって示されるように、台形波形は、上方傾斜部分１５３が完了するとプラトー部分１５５へ遷移する。波形のこのプラトー部分は、状態図の中で対応する状態１５４を有する。状態図は、Ｘ１・Ｘ２・Ｘ３が真である（即ち、Ｘ１ＡＮＤ結合Ｘ２ＡＮＤ結合Ｘ３の論理値が、論理レベル１に等しい）とき入られる。この条件は、Ｘ３が論理レベル１へ切り替えられ、Ｘ２が論理レベル１に等しいときに起こる（このモードでは、Ｘ１は常に論理レベル１に留まる）。Ｘ３はＲＡＭＰ＿ＤＯＮＥ信号に対応することを想起されたい。この信号は、ディジタル・ポテンショメータが最小出力電圧から最大出力電圧へ傾斜したか、又はその反対へ傾斜したかを示す。この信号は、次のような方法で状態機械によって内部的に生成される。ＦＰＧＡは、８ビット同期アップ・カウンタ（図示されていない）を実現するロジックをプログラムされる。このカウンタは、２７の初期カウントを前もってロードされ、２３ｋＨｚクロック信号へ接続されるクロック入力ピンを有する。Ｚ３が高になると、８ビット・アップ／ダウン・カウンタが作動可能にされ、最大カウント６４に達するまで２７からカウントを開始する。この期間は３６クロック・パルスに対応する。３６クロック・パルスは、ディジタル・ポテンショメータの５ビット・アップ／ダウン・カウンタによって同時に受け取られ、それによってディジタル・ポテンショメータがその最大位置へ傾斜したことが保証される。この時点で、８ビット同期アップ・カウンタはオーバフロー信号を生成し、このオーバフロー信号は入力Ｘ３を論理レベル１へ設定する。このステップは状態１５４への遷移を生じる。状態１５４になると、出力Ｚ３は低になり、それによってディジタル・ポテンショメータは入力を受け取ることができないようにされる。その結果、ディジタル・ポテンショメータの出力電圧は、ＤＡＣレファレンス電圧に等しいままに留まる。
【００４８】
状態１５４の「保持１」の表示（図７）は、モータ巻線の中の電流フローの方向に関係する。ここで、「保持１」は正方向へのフローを示し、「保持０」は負（即ち、逆）方向へのフローを示す。例えば、図９の波形ＭＩ＿Ａ及びＭＩ＿Ｂは、それぞれ固定子Ａ及び固定子Ｂの巻線を流れる結果の電流に対応し、波形の正部分（破線より上の部分）は、電流が正の方向へ流れていることを示し、負の部分（破線より下の部分）は、電流が負の方向へ流れていることを示す。好ましいユニポーラ・ステッピングモータにおいて、相Ａ及びＡ’（Ａ￣）に対応する電流は、実際には、図３Ａに示されるように、固定子Ａ巻線の別々の部分を流れることに注意されたい。即ち、正（＋）の電流は巻線の左側部分を流れ、負（−）の部分は巻線の右側部分を流れる。
【００４９】
次に、図７に示されるように、状態は状態１５６へ遷移する。この遷移は、Ｘ１’＋Ｘ２’が真であるとき（「＋」はＸ１’及びＸ２’が論理的に「ＯＲ」結合されることを示す）、即ちステッピングモータが選択を解除され、かつ／又はモータ相信号Ｘ２が低であるときに起こる。モータ相（例えば、相Ａ）が所定のタイミング・シーケンス及びＭ＿ＰＨＡ＿ＩＮ入力信号に対応して、正の電流から負の電流へ切り替えられる必要があることをＣＰＵが決定したとき、Ｘ２は論理レベル１から論理レベル０へ切り替えられる。例えば、Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮ信号は、タイミング・マーク１５９（図９）で高から低へのステップ変化１５７を含む。従って、付勢状態と付勢解除状態との間で巻線が切り替えられるとき、モータ巻線の中の電流は実質的にゼロであることが望まれるので、モータ相が切り替えられる前に、モータ巻線内の電流はゼロ電流レベルへ下方傾斜しなければならない。この下方傾斜は、状態１５６の間に実行される。
【００５０】
状態１５６に入ると、Ｚ３が高へ切り替えられる。それによって入力がディジタル・ポテンショメータによって受け取られることが可能になる。その間にＺ４が低へ設定され、それによってディジタル・ポテンショメータ内の５ビット・アップ／ダウン・カウンタは、２３ｋＨｚクロック信号をその増分ピンで受け取ったとき、カウントダウンをする。同じ時点で、８ビット同期アップ・カウンタは２７へリセットされ、それが６４に達するまでカウントアップをする。カウンタが６４に達すると、Ｘ３が高になる。それによって増分ピンは、ディジタル・ポテンショメータが上方へ傾斜するときに上で説明したように３６のパルスを受け取る。それによってディジタル・ポテンショメータのワイパにおける電圧出力は、ＭＩ＿ＳＴＡ電流リファレンス・コマンド信号の下方傾斜部分１６１（図９）で示されるように、出力電圧がゼロ・ボルトへ減少するまで下方へ傾斜する。
【００５１】
Ｘ３が高になったとき（傾斜が終了したことを示す）、現在の状態は状態１５８へ遷移する。状態１５８において、電流リファレンス・コマンド信号はゼロ・ボルトのままに留まり、それによって固定子Ａのモータ巻線の中にゼロ電流（理想的には）が作り出される。
【００５２】
図９のタイミング図の場合、システムは１つのクロック・サイクルの間だけ状態１５８に留まる。そのクロック・サイクルの際、タイミング・マーク１５９以降の条件であるＸ１・Ｘ２’が真であるとき（即ち、モータが選択され、モータ相Ａが低であるとき）、状態１５２への戻りの遷移が生じる。この時点で、前述した電圧上方傾斜プロセスが反復されるが、今度は、Ｘ２（従って、Ｚ２）は低であり、巻線の電流は、図９のＭＩ＿Ａ電流波形の部分１６３及び図３Ａの相Ａによって示されるように、前のフロー方向とは反対の方向へ流れるようになる。電圧の上方傾斜の終わりに、Ｘ３は再び高になり、Ｘ１は論理レベル１のままに留まる。
【００５３】
状態１５２から状態１５４への前述した遷移とは対照的に、今度は、Ｘ２の値は１の代わりに論理ゼロである。これは、ＣＰＵによって指令された電流方向が逆にされたことを示す。その結果、Ｘ３が高になると、Ｘ１・Ｘ２’・Ｘ３は真であり、システムは状態図の右側の分岐にある状態１６０へ遷移する。これは、追加的に状態１６２及び１６４へ続く。状態図の各々のレベルで、状態図の左側分岐にある状態は、状態図の右側分岐にある状態と実質的に同じであるが、固定子Ａのモータ巻線の中の電流フローの方向が、左側分岐状態では正であり（即ち、「保持１」によって示されるように、相Ａ）、右側分岐状態では負である（即ち、「保持０」によって示されるように、相Ａ）ことが異なる。
【００５４】
Ｘ１’＋Ｘ２が真であるとき、システムは状態１６０から１６２へ遷移する。これは、モータ相Ａ信号Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮ（図９）のステップ変化１６７に対応するタイミング・マーク１６５と一致する。前述したように、巻線がオン又はオフへ切り替えられるとき、巻線の中の電流はゼロであることが望ましいから、電流リファレンス・コマンド信号は、ゼロ・ボルトへ傾斜して戻らなければならない。このステップは、状態１５６を参照して前に説明したことと実質的に同じように、状態１６２にある間に実行されるが、今度は、電流は逆方向へ流れる。
【００５５】
下方傾斜の終わりに、Ｘ３は再び高になり、状態１６４への遷移を生じ、続いて１クロック・サイクルの後で状態１５２へ戻る。前述した状態遷移のシーケンスは継続的に反復され、状態図は数字８のパターンで通過される結果となる。
【００５６】
状態図に従った第２の駆動モードに対応するタイミング図は、図１１に示される。この駆動モードでは、モータは、８ｍｓ／ステップのフルステップを使用してシングルステップで進められ、ピーク期間は２ｍｓであり、傾斜は１ｍｓである。タイミング図における実線の垂直タイミング・バーは、８ｍｓの時間間隔を規定するように離されている。
【００５７】
図１１の駆動モードにおいて、状態表は、ＭＩ＿ＳＴＡ信号波形の上方傾斜部分１７０及びプラトー部分１７１の間に図９で示された駆動モードを参照して前に説明したように通過される。この時点では、駆動モード（及び状態図の対応する通過）が異なる。図９のタイミング図とは対照的に、モータ選択信号Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮは、常にオンではなく、タイミング時間間隔ごとに、２ｍｓの間オンに切り替えられ次に６ｍｓの間オフに切り替えられる。前述したように、Ｘ１’＋Ｘ２’が真であるとき、状態図は状態１５４から状態１５６へ遷移する。このケースでは、破線のタイミング・マーク１７２に対応して、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮ信号が高から低へ切り替えられたとき、現在の状態は状態１５６へ遷移する。
【００５８】
状態１５６で下方傾斜が実行された後、Ｘ３は高になり、現在の状態は状態１５８へ遷移する。この時点で、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮは論理レベルのゼロであるから、条件Ｘ１’は真であり、初期化された状態１５０への戻り遷移が起こる。この状態の間、モータ巻線の電流はオフに切り替えられる。システムは、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮが再び高に切り替えられるまで状態１５０に留まり、高に切り替えられたとき、状態図は同じパターン、即ち状態１５２→１５４→１５６→１５８→１５０を通過される。モータ電流は、タイミング・マーク１７４が起こるまで再びオフに切り替えられる。これは、Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮ信号が高から低へ切り替えられることと一致し、Ｍ＿ＳＥＬ＿ＩＮ信号はオンへ再び切り替えられ、再び状態１５２への遷移を生じる。しかし、最初の２つのタイミング時間間隔とは対照的に、Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮは今や低であり、従ってＭＩ＿ＳＴＡ電流リファレンス・コマンド信号が上方へ傾斜するにつれて、固定子Ａの巻線の電流は、最大の負の値へ傾斜する（即ち、相Ａ￣は、信号のプラトー領域に対応するピーク電流へ付勢される）。Ｍ＿ＰＨＡ＿ＩＮは低であるから、３番目のタイミング時間間隔の間、タイミング図の後続イベントは、前述したように状態図を右側分岐に沿って通過させる。従って、システムは、状態１５２→１６０→１６２→１６４→１５０を通過する。このパターンは４番目のタイミング時間間隔の間反復される。その後で、全体のシーケンスは再び初期設定され、継続的に反復される。
【００５９】
図９の駆動モードと図１１の駆動モードとの他の相違は、図１１の駆動モードでは、両方のモータ相が、９０゜の位相外れではなく、同じ時間に付勢されることである。このプロセスは、巻線内の電流がフルオフ状態とフルオン状態との間を急激に切り替えられないことを除いて、通常のシングルステップ駆動モードに対応する。
【００６０】
前述した駆動モードに加えて、状態図は、波形のプラトー部分が除かれた駆動モード（図示されていない）を実行するために使用されてよい。図７に示されるように、上方傾斜状態１５２から左側の下方傾斜状態１５６への遷移は、Ｘ１’・Ｘ２が真であれば起こり、状態１５２から右側の下方傾斜状態１６２への遷移は、Ｘ１’・Ｘ２’が真であれば起こるであろう。
【００６１】
状態図は、ＦＰＧＡを適切なロジックでプログラムすることによって実現することができる。このプログラミングは、一般的に、使用されるＦＰＧＡの利用可能な設計ツールに依存して、２つの方法の１つで実現されることができる。第１の方法では、状態図に対応する論理回路の設計図は、コンピュータ支援設計ツールを使用して設計される。この場合、設計図は複数の論理ゲート及び通常の論理回路要素、例えばフリップフロップ、デコーダ、カウンタなどを含む。使用される正確な回路要素は、設計者の専門的技術及び特定のＦＰＧＡをプログラムするために利用可能な回路要素のライブラリに依存して多様であろう。１つの好ましい設計スキームでは、論理回路は複数の８：１マルチプレクサを含む。このマルチプレクサは、様々な論理ゲート及びＤタイプ・フリップフリップを通された後のＣＰＵ入力信号を受け取る。Ｄタイプ・フリップフリップ・ゲート・ロジックの一部分は、図８の右側部分に示される。更に、状態機械の出力Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、及びＺ４は、図１０に示されるロジック等価表を使用して得られてよい。前述した等式と同じく、「＋」はＯＲロジックを示し、「・」はＡＮＤロジックを示す。
【００６２】
代替の方法では、ＦＰＧＡは、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）、即ちプログラム可能ゲート・アレー及び他の関連論理装置でロジックを実行するために使用される「Ｃ」のような言語を使用して、プログラムされることができる。ＦＰＧＡのプログラミングに使用される方法は、プログラマの専門的技術及びＦＰＧＡ設計ツールへの習熟度に依存するであろう。更に、好ましくはあるが、ＦＰＧＡを使用して状態図を実現することは必要とされない。例えば、状態図を実現するロジックは、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、又は他の類似のプログラム可能電子コンポーネントの中へプログラムされてよい。
【００６３】
前述したように、ステッピングモータ巻線内の電流は、チョッパ・ドライブの１つのタイプであるピーク制限一定オフタイム変調回路によって制御される。チョッパ・ドライブは、ステッピングモータを駆動するため、特に高トルク及び／又は高ステップ・レートが要求されるとき普通に使用され、ピーク制限一定オフタイム変調器に加えてパルス幅変調ドライブを含む。チョッパ・ドライブは、高能率切り替え電流調整器である。この調整器は、より高いモータ速度で観測される逆起電力を克服しながら、電流調整を維持するための十分な電圧マージンを備えている。
【００６４】
ピーク制限一定オフタイム変調回路の略図は、図１２に示される。変調回路は一対の変調波形ＭＯＤ＿Ａ及びＭＯＤ＿Ｂを生成する。これらの波形は、それぞれステッピングモータの相Ａ及び相Ｂを変調するために使用される。図示されるように、相Ａのモータ電流コマンド信号（ＭＩ＿ＳＴＡ）は、ＤＡＣリファレンス電圧及びディジタル・ポテンショメータ・ワイパ位置の組み合わせによって設定される約０から２．５ボルトの振幅を有する信号である。この電圧レベルは、コンパレータ２０２の非反転端子へ入力される。コンパレータ２０２は、その電圧を、電流センス・フィードバック信号２０４に対応する電圧レベルと比較する。信号２０４はコンパレータの反転端子へ接続される。もし電流センス・フィードバック電圧がコマンド信号電圧を超過すれば（即ち、センスされた電流が、指令された電流を超過すれば）、コンパレータ回路の出力はグラウンド（「ＧＭＯＴ」のラベルを有する）へ分路されるであろう。その結果、第２のコンパレータ２０６の非反転端子の上の電圧は、実質的にゼロである。コンパレータ２０６の反転端子の上の入力は、好ましい実施形態では４９．９ｋΩ精度の２つの抵抗器を含む分圧器回路を使用して、２．５ボルトへ設定される。２．５ボルトはゼロ・ボルトよりも大きいから、コンパレータ２０６の出力もグラウンドへ分路され、それによってＭＯＤ＿Ａ信号はオフになる。コンパレータ２０６の出力は、回路の一定オフタイム時間間隔に対応する５ｓの期間の間オフに留まる。この時間は、５１ｋΩ抵抗器２０８及び１００ｐＦキャパシタ２１０を含む抵抗器キャパシタ（ＲＣ）回路によって達成される。このＲＣ回路は、コンパレータ２０６の非反転側の上の入力を、５ｓ期間の間２．５ボルトよりも小さな値へ維持するので、相Ａの巻線の電流がＭＩ＿ＳＴＡコマンド電流を超過することを変調器が検出する度に、変調器が５ｓの間オフにされる。センスされた電流がコマンド電流よりも小さい場合、コンパレータ２０６を介するグラウンドへの分路は除去され、それによって２．５ボルトを超過する電圧を、コンパレータ２０６の非反転端子の上に生成する。この条件のもとで、コンパレータ２０６内のグラウンドへの分路が除去され、信号ＭＯＤ＿Ａの電圧は、実質的に３．３ボルトのプルアップ電圧に等しい。従って、センスされた電流がコマンド電流を超過するとき、常に変調された信号ＭＯＤ＿Ａは５ｓの間オフになり、他の超過電流条件がセンスされるまで、再び３．３ボルトへ切り替えられる。
【００６５】
図１２の下方部分に示されるように、ＭＯＤ＿Ｂ駆動信号を変調するためには、実質的に同じ回路が使用される。
【００６６】
前述した駆動スキームの各々において、ＤＡＣ電圧は一定値に維持される。更に、扇形疑似正弦波形を含む電流入力信号を生成するように、２つのＤＡＣチャネルをプログラムすることによって１／２ステップ及び１／４ステップ駆動モードを実行することもできる。１／２ステップ及び１／４ステップ駆動モードのタイミング図は、それぞれ図１４及び図１５に示される。
【００６７】
図１３は、４ｍｓ／ステップのレートで動作している１／２ステップ波駆動モードに対応するタイミング図を示す。この場合、ＤＡＣ出力リファレンス電圧は、２ｍｓの時間間隔の間維持される。ＤＡＣ  Ａ波形及びＤＡＣ  Ｂ波形によって知ることができるように、ＤＡＣチャネルは、０％レベル、７０．７％レベル、及び１００％レベルを含むＤＡＣのフルスケール出力電圧のパーセンテージに対応する３つの別個のレベルを含むステップ波形を生成するようにプログラムされる。これらの出力レベルは、結果の電流コマンド信号が、０゜部分（ｓｉｎ（０゜）＝０）、４５゜部分（即ち、９０゜電気フルステップの１／２、ここでｓｉｎ（４５゜）＝０．７０７）、及び９０゜部分（ここでｓｉｎ（９０゜）＝１）を含む疑似正弦曲線を含むように選択される。各々の部分は２ｍｓ又は１／２ステップの間維持される。ＤＡＣ  Ａ及びＤＡＣ  Ｂ波形は、好ましい実施形態において、２ｍｓの時間間隔までＣＰＵからＤＡＣへ平行８ビット入力信号を送ることによって容易に生成されることができる。ＤＡＣ  Ａ及びＤＡＣ  Ｂ電流コマンド・リファレンス信号はステップ波形を含むが、実際の電流コマンド・リファレンス信号ＭＩ＿ＳＴＡ及びＭＩ＿ＳＴＢは、ＤＡＣ出力の各々のチャネルへ接続されたローパスフィルタに起因して、扇形半正弦波形を含む。「Ｖ形」波形部分は、チャネルのＤＡＣ電圧が０ボルトへ低減される直前及び直後のディジタル・ポテンショメータのワイパ位置に対応する。これは、Ｍ＿ＰＨＡ＿ＯＵＴ又はＭ＿ＰＨＢ＿ＯＵＴ信号が、タイミング図の中で論理レベルの変化を経験する時点に対応する。そのような変化は、相Ａ又は相Ｂのいずれかが、付勢状態及び付勢解除状態の間で切り替えられるべきことを示す。この例では、ディジタル・ポテンショメータは、１ｍｓの傾斜期間を使用して、切り替え動作の前に下方へ傾斜され、切り替え動作の後で直ちに上方へ傾斜し戻される。図示されていないが、ディジタル・ポテンショメータのワイパ位置は、サイクルの残りの間、その最大値へ設定される。モータ巻線における電流の方向変化（Ｍ＿ＰＨＡ＿ＯＵＴ及びＭ＿ＰＨＢ＿ＯＵＴの信号変化に対応する）の結果として、ステッピングモータの固定子Ａ及び固定子Ｂの巻線の中に生成された駆動電流は、それぞれ図１３の波形ＭＩ＿Ａ及びＭＩ＿Ｂで示されるように、９０゜だけ位相外れの扇形正弦波形を含む。
【００６８】
図１４は、５つの異なったＤＡＣ出力レベルを含む１／４ステップ波駆動モードに対応するタイミング図を示す。これらの出力レベルは、０％、３８％、７１％、９２％、及び１００％を含む１／４ステップ増分での正弦値に対応する。ここで、パーセンテージは所定のピーク振幅に対応する。ＤＡＣ  Ａ及びＤＡＣ  Ｂ波形は、９０゜の位相外れであり、正弦波形を近似する。「Ｖ形」波形部分は、１／２ステップ駆動モードを参照して前に説明したように動作するディジタル・ポテンショメータの下方及び上方傾斜出力に対応する。ローパスフィルタ及びサブステップ数の増大の結果として、モータ巻線電流コマンド信号ＭＩ＿ＳＴＡ及びＭＩ＿ＳＴＢは、図１３に示される対応する信号よりも幾分滑らかな扇形半正弦波形を含む。結果のモータ巻線電流ＭＩ＿Ａ及びＭＩ＿Ｂは正弦波形に近づき、扇形の形成は少量にすぎない。このモードの結果は、ほんの少しの電流リプルを伴う滑らかなモータ回転である。
【００６９】
（実験結果）
図１６及び図１７は、台形駆動モードの実験的テストの間に、モータ巻線内の電流レベルを測定するために使用されたオシロスコープによって生成されたプリントアウトのコピーを示す。図１５は、注入ポンプ・プランジャが収縮されている連続ステップ（即ち、旋回）動作の間の、相Ａ及びＢにおける電流を含むベクトル・プロットである。注意すべきこととして、チョッパ・ドライブによって生じるノイズに起因して、プロットは２つの短縮円を含むように見える。このプロットは、理想的には、単一の短縮円を生じるべきである。各々の９０゜の象限は、モータのフルステップに対応する。所与の象限に対する電流の方向は、プロット軸の値がその象限において正であるか負であるかを評価することによって決定されることができる。「円」の短縮された部分は、台形電流コマンド波形のプラトー部分に対応する。理論的には、もし相Ａ対Ｂのために一対の位相調整正弦信号を使用して理想的なステッピングモータを駆動していれば、完全な円が生じるであろう。短縮円の全体的滑らかさは、モータ・トルクが不連続性を含まないことを示す。
【００７０】
図１６は、ＭＩ＿ＰＨＢ、ＭＩ＿Ｂ、ＭＩ＿ＳＴＢ、及びＤＡＣ＿Ｂ信号を時間に対してプロットしたものである。このプロットは、モータ相Ｂがオン又はオフへ切り替えられるとき、常にモータ相Ｂ巻線内の電流が本質的にゼロであることを明瞭に示す（「２」ラベルに隣接するプロット軸は、０電流レベルに対応する）。これらの結果は、本発明のディジタル電流傾斜源スキームが、通常の駆動スキームに関連づけられた電流の不連続性を除去し、それによって共振及びノイズを大きく低減することを確証する。
【００７１】
本発明は、その好ましい実施形態に関連して説明されたが、当業者は、前述のクレームの範囲内で、実施形態に対する多くの修正が可能であることを理解するであろう。従って、これまでの説明によって本発明の範囲を限定することは決して意図されず、前述のクレームを参照することによって本発明の範囲が完全に決定されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バイポーラ・ステッピングモータで使用される磁気回路の簡単な略図である。
【図２Ａ】  ユニポーラ・ステッピングモータ及びバイポーラ・ステッピングモータの主たる構成要素を示す簡単な略図である。
【図２Ｂ】  ユニポーラ・ステッピングモータ及びバイポーラ・ステッピングモータの主たる構成要素を示す簡単な略図である。
【図３Ａ】  ユニポーラ・ステッピングモータ及びバイポーラ・ステッピングモータにおける駆動回路の略図である。
【図３Ｂ】  ユニポーラ・ステッピングモータ及びバイポーラ・ステッピングモータにおける駆動回路の略図である。
【図４】  ステッピングモータを含むカセット型注入ポンプの簡単なブロック図であって、本発明の例示的応用を示す図である。
【図５】  本発明のステッピングモータ・コントローラの実施形態を示す簡単なブロック図である。
【図６Ａ】  傾斜電流リファレンス信号を生成するため本発明の実施形態によって使用されるディジタル・ポテンショメータの簡略回路図である。
【図６Ｂ】  傾斜電流リファレンス信号を生成するため本発明の実施形態によって使用されるディジタル・ポテンショメータの詳細回路図である。
【図７】  本発明の台形駆動スキームに対応する状態図である。
【図８】  図７の状態図に対応する状態表である。
【図９】  ステッピングモータへ印加された駆動信号が、２ｍｓ／ステップのレートで継続的に進められる台形駆動スキームに対応するタイミング図である。
【図１０】  図７の状態図に対応する出力値を決定する論理式を含む表である。
【図１１】  各々のステップのために台形駆動部分と残余部分とを含むフルステップ駆動モードに対応するタイミング図である。
【図１２】  巻線の電流レベルを制御するため、本発明の好ましい実施形態で使用されるピーク制限一定タイムオフ変調器に対応する回路図である。
【図１３】  ４ｍｓ／ステップのレートにおける１／２ステップ波駆動モードに対応するタイミング図である。
【図１４】  ８ｍｓ／ステップのレートにおける１／４ステップ波駆動モードに対応するタイミング図である。
【図１５】  本発明の実験的テストの間に生成されたＸ−Ｙプロットであって、ステッピングモータ・コントローラを台形駆動モードで動作させるときの電流モータ相Ａ対Ｂを示すプロットである。
【図１６】  本発明の実験的テストの間に生成されたＹ−Ｔプロットであって、ステッピングモータ・コントローラを台形駆動モードで動作させるときに生成された入力制御信号及び出力電流レベルを示すプロットである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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