(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータ等の励磁相を順次切り替えて回転するモータの駆動電流を一定に制御する定電流チョッパ制御回路を使用したモータ駆動装置において、
前記定電流チョッパ制御回路は、定電流の値を設定するために基準用分圧抵抗によって決定される基準電圧とモータに流れる電流を検出する電流検出用抵抗の電圧値とを比較する比較手段と、前記比較手段の入力部に設けられた、基準電圧と前記検出電圧値との間に少なくとも複数の時定数が切り替え選択可能であるノイズ除去手段と、前記比較手段の結果に基づいて、前記モータに流れこむ電流をオン／オフ制御するオン／オフ制御手段と、前記ノイズ除去の時定数を選択する選択制御手段と、を有し、前記選択制御手段は前記モータの加速時は第１の時定数を選択し、前記モータが加速後に等速回転になった時点で前記第１の時定数より小さい第２の時定数を選択することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項1記載の定電流チョッパ制御回路を使用したモータ駆動装置において、
ノイズ除去手段は、抵抗とコンデンサによって構成されるノイズフィルターであることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項1記載の定電流チョッパ制御回路を使用したモータ駆動装置において、
時定数の選択機能は、抵抗とコンデンサで構成されたノイズフィルターの抵抗またはコンデンサの一方の値をアナログスイッチにより切り替えることを特徴とするモータ駆動装置。
【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等の励磁相を順次切り替えて回転するモータに定電流チョッパ方式で電流を供給するモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動装置におけるモータ駆動電流を一定に制御する定電流回路は、基準用分圧抵抗によって設定される基準電圧と、モータに流れる電流を検出する電流検出用抵抗の電圧値とをコンパレータによって比較し、その比較結果に基づいて、モータに流れこむ電流をON／OFF制御（チョッピング制御）を行っている。しかし、実際にチョッピング動作時には、MOＳ  FET等のSW素子の影響を受け、電流検出信号にはリンギングノイズが載り、コンパレータの誤検知の原因となる。
【０００３】
一般的には、図1にあるように、この誤動作を防ぐために電流検出用抵抗とコンパレータとの間にフィルタを接続している。励磁パルスがモータに入力されると、図3の下図のように、相切り替え信号の入力直後からrl・r2で決定された基準電流値に対して電流が流れ込むように、前記フィルタの定数を設定する。これにより、モータは規定のトルクを出力することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高速回転領域において高トルクを出力するために（プルアウト特性）、モータが回転を開始する起動時においても必要以上に高いトルクが出力され（プルイン特性）、一般的にモータ回転開始時に用いられる加速制御時に、強震脱調や不快な振動音が発生することがある。上記の問題の解決策として、モータとモータの取り付け装置との間にゴム製のダンパーを挟んで、モータによる振動を吸収する方法がある。しかし、この方法はダンパーが高価なことや、モータと取り付け装置との間にダンバーを取り付けるスペースが必要であるといった問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、ステッピングモータ等の励磁相を順次切り替えて回転するモータの駆動電流を一定に制御する定電流チョッパ制御回路を使用したモータ駆動装置において、
前記定電流チョッパ制御回路は、定電流の値を設定するために基準用分圧抵抗によって決定される基準電圧とモータに流れる電流を検出する電流検出用抵抗の電圧値とを比較する比較手段と、前記比較手段の入力部に設けられた、基準電圧と前記検出電圧値との間に少なくとも複数の時定数が切り替え選択可能であるノイズ除去手段と、前記比較手段の結果に基づいて、前記モータに流れこむ電流をオン／オフ制御するオン／オフ制御手段と、前記ノイズ除去の時定数を選択する選択制御手段と、を有し、前記選択制御手段は前記モータの加速時は第１の時字定数を選択し、前記モータが加速後に等速回転になった時点で前記第１の時定数より小さい第２の時定数を選択することを特徴とする。
【０００６】
これにより、高価なダンパーを取り付けることなく、モータ駆動電流の立ち上がり時はフィルタの定数を大きくすることで、図3上図のように擬似ソフトスタート制御とし、なだらかにトルクが発生する事で騒音や振動を抑える。モータが回転し始めたら、モータ駆動電流を検知し、モータの定常回転時の電流になるようにフィルタ定数を小さくなるように制御する。これにより、高速回転時にもモータ本来の高いトルクを利用できるようになる。
【０００７】
【実施例】
（実施例１）
以下，本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図4にこの発明のモータ駆動装置が適用された実施例の構成図を示す。101は制御対象であるステッピングモータ、102はステッピングモータの駆動信号を出力する中央演算装置（以下、CPUと呼ぶ），103はステッピングモータの回転に必要な電流を供給する駆動回路、106はモータの制御CLXを生成するためのタイマ、107はモータ制御プログラムが格納してあるROM装置、108はCPUが一時記憶領域として用いるためのRAM装置である。
【０００８】
まず、本発明のモータ駆動装置の制御対象であるステッピングモータについて説明する。ステッピングモータの最大の特徴として、入力パルスに比例して回転角が変位し、また入力パルス周波数に比例して回転速度が変位する。このため、回転角や回転速度をフイードバックすることなくモータを制御することが可能である。
【０００９】
本実施例のモータ駆動装置において、CPUはROM装置に格納されているステッピングモータ制御プログラムを呼び出し、前記プログラムの命令に沿って、ステッピングモータの駆動信号である相励磁信号を駆動回路に出力する役割を持つ。すなわち目標となるモータの回転数に相当する周波数の相励磁信号を出力している。
【００１０】
ROM装置は不揮発性の記憶装置である。一方、従来のマイコンと呼ばれるCPUに代わり，命令数削減と命令長の均一化により高速化・低消費電力を実現したRISC型CPUや、リアルタイムディジタル信号処理に特化したプロセッサであるDSPなども普及しており、本発明のモータ駆動装置においても実現可能である。ROM装置には、モータ制御プログラムが格納されており，必要に応じてプログラムがCPUヘロードされる。
【００１１】
RAM装置は、CPUが演算の際、演算結果の格納や、一時的に計算結果を退避させたりするための書換え可能な記憶装置である。
【００１２】
また、近年はROMとRAMをCPUと同一のパッケージに集積させたCPUも存在し、そのようなCPUが使われる場合、ROM装置とRAM装置は省略可能である。
【００１３】
上記のモータ駆動装置によりCPUは、図5に見られるようなモータの加速・減速制御に必要な相励磁切り替え信号と励磁信号さらに本発明の主要な部分であるフィルタ時定数切り替え信号を制御する。ここで、一般に励磁信号501とはモータに電流が流れ込む事を許可するための信号であり、モータを回転または停止状態での励磁を実行するための制御信号である。また、相励磁切り替え信号502とは、CPU内部のDMAやDSPによる演算処理によって生成される、モータに流れ込む電流を切り替えるための制御信号である。モータ駆動ICによって相励磁切り替え信号は1CLXから数CLX出力される。この相励磁切り替え信号がその周期を高めていくように制御することで、モータはスムーズに加速動作を行う（504）。減速・等速駆動の時も同様である。
【００１４】
駆動回路では定電流チョッピング制御がハードウェアで構成されており、CPUからの相励磁切り替え信号に合わせ、ステッピングモータに供給する電流をON／OFFし、モータに流れる電流が一定電流になるようにチョッピング制御を行い、ステッピングモータに電流を供給する。
【００１５】
本発明の特徴的な駆動制御において、図1、2、3を用いて詳細に説明する。図1は、チョッピング制御の一部を示すブロック図である。分圧抵抗rl・r2は予め決定されたチョッピング電流値を設定するための抵抗であり、基準電圧とrl・r2の比率により分圧値が決定される。また、駆動しているモータ1008にはドライバー回路により電流が流れ込み、その電流値は、電流検出抵抗Rlによって測定される。前記分圧値と検出値とをコンパレータにより比較演算し、予め決定されている分圧値を検出値が超えた場合、チョッパON・OFF制御手段1005によりモータに一定以上の電流が流れ込まないようにチョッパ制御をドライバー回路1007に対して実行する。
【００１６】
ここで、ドライバー回路は例えばMOS FETで構成されており、前記チョッパ動作時にドライバーのON・OFF制御時に発生するノイズによりその検出値と分圧値にはリンギングノイズが加算され、誤った比較演算処理が発生することのないように、主にCRで構成されるノイズフィルター1003が構成される場合が多い。その時定数が小さすぎるとノイズが取りきれず、また大きすぎると実際にモータに流れ込む電流の変化に対して比較するタイミングがずれ、図3に示される基準電流値に対して低い電流値からチョッピング動作を開始し、その後、除々に基準電流値に近づいていく状態となる。
【００１７】
この状態では、実際にモータに流れ込む電流実効値は、流れ込むべき設定電流実効値よりも小さくなり、高速回転時のトルクが十分に引き出せない。よって、通常は、この時定数を決定する際、チョッピング波形を観測しながら安定して図3の下図のように基準電流値でチョッピング動作を行うように調整する。
【００１８】
しかしながら、高速回転領域において高トルクを出力すると同時に、モータが回転を開始する起動時においても必要以上に高いトルクが出力され、そのトルクがモータに接続されている負荷や慣性に対して過剰に供給される事もしばしば見うけられる。過剰にトルクが出力されることにより、耳障りであったり、騒音規格を超えるような起動音が発生し、最悪の場合は強震脱調に至ることもある。
【００１９】
そこで、図3の上図のような特性をモータ起動時に適用することで、この問題は解決できる。図3の上図では、適正なチョッバー制御である下図に対して、あたかもスロースタート制御をかけているようであり、実際にモータに流れ込む電流も徐々に増加していく。よって、モータがステップ角分の回転をはじめる段階では、電流値が小さいのでトルクも比較的低くなり、その分滑らかに回転をはじめ、その後、時間とともに規程の電流値が流れ込むようになる。その結果、モータは起動時には滑らかに立ち上がることで耳障りな起動音と発生することなくスムーズな加速駆動を実行できる。
【００２０】
その後、高速回転となった場合は図3の下図のようなチョッピング制御を行えるように、フィルタ定数を変更する。ここで、高速回転時においても図3の上図のような制御では、プルアウトトルク特性は本来より（下図の状態）1割〜2割程度も低くなってしまい、モータの性能を十分引き出せないことがわかっている。
【００２１】
図2は、上記のフィルタの時定数を切り替えることが可能な制御回路を示すブロック図である。ノイズフィルター2001は、少なくとも2回路以上の切り替え回路によって構成されており、今回の実施例ではCR回路の内、抵抗Rを切り替える構成にしたが、コンデンサCもしくは、それ以外の回路によって時定数を切り替える手段を用いてもかまわない。切り替え回路2002の一例としては、アナログスイッチとデジトラを用い、CPUからのフィルタ時定数切り替え信号をデジトラを介し、アナログスイッチをON・OFFすることでフィルタの時定数を切り替える事が可能である。
【００２２】
上記動作をフローチャート図6によって説明する。モータ回転開始時には、まずステップS601としてモータを励磁信号制御により励磁状態とする。その後、モータ起動時に適当な時定数1が選択されるように制御する(S602)。このとき、ステップS601とS602の動作順序が逆となってもかまわない。この段階で加速制御するための相励磁切り替え信号502がモータ駆動回路104に伝達され、モータはフィルタ時定数1のもとで、スムーズな加速動作を行う(ステップS604)。その後、モータが高速回転かつ等速回転（状態3）となった時点で(ステップS605)、フィルタ時定数を定数3に切り替える（ステップS606）。モータはフィルタ時定数3のもとで、十分なプルアウト特性を持ちながら回転駆動を継続する(ステップS607)。
【００２３】
【発明の効果】
本発明により、モータ駆動電流の立ち上がり時はフィルタの定数を大きくすることで、図3上図のように擬似ソフトスタート制御とし、なだらかにトルクが発生する事で騒音や振動を抑える。高速回転になった時点で、フィルタの定数をノイズに対して必要十分なくらい小さくすることで、高速回転時にもモータ本来の高いトルクを利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のチョッピング制御を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の代表的な駆動回路を示すブロック図である。
【図３】図３は、チョッピング動作時のモータに流れ込む電流波形図である。
【図４】図４は、本発明の制御部のブロック図である。
【図５】図５は、制御信号の相関関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の制御を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
101          ステッピングモータ
102          ＣＰＵ
103          駆動回路
106          タイマ
107          ROM装置
108          ＲＡＭ装置
1001・2      分圧抵抗値
1003・2001   ノイズフィルター
1004         比較手段
1005         チョッパ制御手段
1006         ドライバー回路
1007         電流検出抵抗
【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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