JP3127321B2

JP3127321B2 - ステッピングモータの制御回路

Info

Publication number: JP3127321B2
Application number: JP21534892A
Authority: JP
Inventors: 稔幸山田; 雅典小田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 2001-01-22
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JPH0622598A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば空気調和機の一
部に用いられるステッピングモータの制御回路に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のステッピングモータは、そのロ
ータが永久磁石で構成され、ステータは電磁石となって
いる。この電磁石を励磁する順番を変えることにより磁
極を移動させて、この磁極の移動に伴いロータが移動、
つまり回転するようになっている。

【０００３】図６はステッピングモータ１０の概略構成
を示し、円筒形のステータ１１と、このステータ１１の
内側に軸支されている永久磁石から成るロータ１２とで
構成されている。ステータ１１は上下にＡ相とＢ相とか
ら成り、それぞれ１２極構成であり、またＡ相及びＢ相
のコイルはセンタータップで２分割されている。そして
ステータ１１のＡ相の内周面には複数のステータ歯Ａ
１、Ａ１’、Ａ２、Ａ２’・・・Ａ１２、Ａ１２’が形
成されており、またＢ相の内周面には複数のステータ歯
Ｂ１３、Ｂ１３’・・・Ｂ２４’が形成されている。各
コイルの端末はスイッチＡ、ＡＢ（ＢはＢａｒの意
味）、Ｂ、ＢＢを介して電源Ｖに接続されている。また
ロータ１２はステータ１１の内側に回転自在に軸支され
ており、円筒形の永久磁石で構成されていて、周方向に
Ｎ極、Ｓ極が交互に着磁されている。

【０００４】図７はコイルを励磁した状態を示し、例え
ばステータ歯Ａ１にＮ極、ステータ歯Ｂ１３にＳ極が発
生した場合であり、コイルの励磁により磁束φが発生し
てロータ１２の異極が吸引されている状態を示してい
る。

【０００５】次にステッピングモータの動作原理につい
て図８に基づいて説明する。なお１−２相励磁の場合に
ついて説明する。図６に示すスイッチＡをオンすると、
ステータ歯Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・にＮ極が現れ、ステ
ータ歯Ａ１’、Ａ２’、Ａ３’・・・にＳ極が現れる。
そして図６に示すスイッチＡＢをオンすると、ステータ
歯Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・にＳ極が現れ、ステータ歯Ａ
１’、Ａ２’、Ａ３’・・・にＮ極が現れる。Ｂ相も同
様である。

【０００６】まず図８に示すステップ１でスイッチＡを
オンすると、ステータ歯Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・にＮ極
が現れ、ステータ歯Ａ１’、Ａ２’、Ａ３’・・・にＳ
極が現れ、ロータ１２のＮ極がステータ歯Ａ１’、Ａ
２’、Ａ３’・・・に吸引される。ステップ２でスイッ
チＡとＡＢとをオンすると、ステータ歯Ａ１、Ａ２、Ａ
３・・・Ｂ１３、Ｂ１４・・・にＮ極、ステータ歯Ａ
１’、Ａ２’、Ａ３’・・・Ｂ１３’、Ｂ１４’・・・
にＳ極がそれぞれ現れる。したがってロータ１２のＳ極
は、ステータ歯Ａ１とＢ１３、Ａ２とＢ１４・・・の中
間に、またロータ１２のＳ極は、ステータ歯Ａ１’とＢ
１３’、Ａ２’とＢ１４’・・・の中間にそれぞれ吸引
される。

【０００７】次に図８のステップ３に示すように、スイ
ッチＢをオンすると、ステータ歯Ｂ１３、Ｂ１４・・・
にＮ極、ステータ歯Ｂ１３’、Ｂ１４’・・・にＳ極が
それぞれ現れ、ロータ１２のＳ極はステータ歯Ｂ１３、
Ｂ１４・・・に、ロータ１２のＮ極は、ステータ歯Ｂ１
３’、Ｂ１４’・・・にそれぞれ吸引される。ステップ
４でスイッチＢとＡＢとをオンすると、ステータ歯Ｂ１
３、Ｂ１４・・・Ａ１’、Ａ２’、Ａ３’・・・にＮ
極、ステータ歯Ｂ１３’、Ｂ１４’・・・Ａ１、Ａ２、
Ａ３・・・にＳ極がそれぞれ現れ、ロータ１２のＳ極が
ステータ歯Ｂ１３、Ｂ１４・・・Ａ１’、Ａ２’、Ａ
３’・・・に、ロータ１２のＮ極がステータ歯Ｂ１
３’、Ｂ１４’・・・Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・にそれぞ
れ吸引される。このようにしてステップ８まで、図９に
示す励磁パターンのごとく各コイルを順次励磁していく
ことで、ロータ１２が回転する。なおステッピングモー
タの１ステップ当たりの回転角は２４極、１−２相励磁
で３．７５°である。また図９に示すステップ１〜ステ
ップ８で１サイクルとなっている。さらに図８に示すよ
うに、同極となるステータ歯間は３０°であり、またＡ
相とＢ相のステータ歯間は７．５°である。

【０００８】ここで図１０はステータ歯が励磁されない
無励磁状態を示し、Ａ相とＢ相のステータ歯Ａ１とＢ１
３の面積が最大となるところでロータ１２の磁石は安定
する。なお斜線部分はロータ１２のＮ極またはＳ極の磁
石部分を示している。

【０００９】図１１は１相励磁の場合を示し、ここでは
励磁されているＢ相のステータ歯Ｂ１３のところでロー
タ１２の磁石が安定する。

【００１０】図１２及び図１３は２相励磁の場合を示
し、この場合も図示する位置でロータ１２の磁石がそれ
ぞれ安定している。図１２の場合は、ステータ歯Ａ１、
Ｂ１３がＮ極に、ステータ歯Ａ１’、Ｂ１３’がＳ極に
それぞれ励磁されている場合である。また図１３では、
ステータ歯Ａ１がＳ極、Ｂ１３がＮ極、Ａ１’がＮ極、
Ｂ１３’がＳ極にそれぞれ励磁されている場合である。

【００１１】ところで図１４はステッピングモータのコ
イル２〜５を示し、それらの各端子〜に電圧を印加
した場合の励磁パターンが図１６である。なお図１４の
Ｃｏは共通端子である。

【００１２】そして図１５は無励磁の場合を示し、Ａ相
とＢ相の２相の関係からロータ１２のＮ極またはＳ極は
各ステータ歯の中央の位置のａとｂとの中間に位置して
安定状態となる。

【００１３】次に図８の場合と同様に図１６に示す励磁
パターン１〜８のごとく、コイル２〜５を順次１−２相
励磁していくと、ロータ１２が３．７５°ずつ回転する
ことになる。励磁パターン１ではコイル３のみ励磁する
ことで、Ｂ相のステータ歯にロータ１２の磁石が吸引さ
れる。励磁パターン２ではコイル４、３を励磁すること
で、Ａ相とＢ相のステータは図示のようにＮ極とＳ極と
が交互に現れて、ロータ１２の磁石は図示の位置に吸引
される。なお図中の黒三角印はロータ１２の磁石の移
動、つまり回転していることがわかるように記したもの
である。このように励磁パターンを１から８まで変えて
ロータ１２を回転させていって停止させた場合に、図１
６の８種類の励磁パターンに対応したステータ歯とロー
タ１２の磁石との位置でロータ１２が停止することにな
る。

【００１４】ここで図１６の励磁パターンについて考察
すると、以下のことがわかる。すなわち励磁パターン４
と８の場合においては、黒三角印の左側のロータ１２の
磁石（Ｓ極）に対向したステータのＡ相とＢ相のステー
タ歯との対向面積が他の励磁パターンの場合と比べて最
大となっている。これは上述の図１２の場合と対応して
いる。また図１６の励磁パターン２と６の場合、ロータ
１２の磁石とＡ相とＢ相のステータ歯との対向面積が励
磁パターン４と８の場合に比べて小さい。これは上述の
図１３の場合と対応している。なお図９の場合において
は、ステップ２とステップ６とが安定点である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】すなわちステッピング
モータを停止させた場合、図１２に示すパターン（図１
６の励磁パターン４と８に対応）が図１０に示す無励磁
の安定状態と同じとなる。したがってコイルへの励磁を
オフとした場合、これ以外のパターンは無励磁の安定状
態へロータ１２が勝手に移動することになる。つまりす
べりの発生要因となる。

【００１６】このようにステッピングモータを停止させ
る場合、任意の励磁パターンで終了させて励磁をオフす
ると、確率３／４でＡ相とＢ相のステータ歯間にロータ
１２の磁石が停止する。この場合、無励磁保持トルク
（ディテントトルク）が極端に低下し、公称静止保持ト
ルクを下回り、滑りを発生してしまうことになる。例え
ば、ステッピングモータを空気調和機の送風口のフラッ
プの制御に用いている場合には、ステッピングモータの
停止位置について該フラップの角度のみを考慮して制御
しているため、モータ停止直後の無励磁保持トルクが小
さくなる停止があることから、その小さいトルクに合わ
せて構造設計をしなければならないという問題が生ずる
ことになる。

【００１７】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、ステッピングモ
ータの停止位置をフラップの角度だけでなく、ステッピ
ングモータのロータ位置を考慮して無励磁保持トルクを
最大の位置とすることにより、フラップの角度に多少の
ずれが生ずるのを許容して、停止直後の滑りを防止する
と共に、小さい無励磁保持トルクに合わせて構造設計を
するという不都合を解消し、空気調和機のフラップ制御
用のステッピングモータの小型化を図ることが可能なス
テッピングモータの制御回路を提供することにある。─
以上─

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１のステッ
ピングモータの制御回路は、電流の方向によってＮ極、
Ｓ極を交互に発生させる複数のステータ歯Ａ１、Ａ
１’、Ａ２、Ａ２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・を周
方向に設けたステータ１１と、上記ステータ歯Ａ１、Ａ
１’、Ａ２、Ａ２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・に周
方向に対面し交互にＮ極、Ｓ極が着磁された永久磁石か
ら成るロータ１２とで構成されるステッピングモータ１
０であって、上記ステータ歯Ａ１、Ａ１’、Ａ２、Ａ
２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・に所定の磁極を発生
させてロータ１２を回転させるようにしたステッピング
モータの制御回路において、上記ステッピングモータ１
０を空気調和機の送風口のフラップ５０の制御用に用い
ると共に、ステッピングモータ１０の停止位置を無励磁
保持トルクが最大となる位置に停止させる制御手段２０
を備え、制御手段２０は、ロータ１２の磁極と異極のス
テータ歯Ａ１、Ｂ１３との対向面積が最大となる位置に
停止させるようにしたことを特徴としている。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】上記請求項１のステッピングモータの制御回路
では、ステッピングモータ１０を必ず無励磁保持トルク
が最大となる位置で停止させる。従って、フラップ５０
を特定の角度で停止させる際に、特定の角度に対応する
停止位置が無励磁保持トルクが最大となる位置と一致し
た場合は、その位置で停止させるが、一致しない場合で
も、無励磁保持トルクが最大となる位置で停止させる。
これによって、フラップ５０は本来停止させるべき角度
から多少ずれた角度で停止することになるが、この停止
位置ではステッピングモータ１０の無励磁保持トルクが
最大であるため、停止直後の滑りの発生を防止できる。
また、これに伴い、ステッピングモータ１０の構造設計
が有利となり、小型化を図ることができる。尚、フラッ
プ５０の角度のずれは、実際の風向制御にはほとんど影
響はなく、ユーザに不都合が生じることもない。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【実施例】次にこの発明のステッピングモータの制御回
路の具体的な実施例について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。なおステッピングモータの構成及び励磁パタ
ーンは従来と同様であり、要旨の部分について詳述す
る。図１はステッピングモータ１０を回転制御すべく制
御回路のブロック図を示し、マイクロコンピュータから
成る制御部（制御手段）２０と、制御部２０からの励磁
パターンに応じた信号によりステッピングモータ１０を
駆動する駆動回路３０と、各部に電源を供給するＤＣ電
源部４０等で構成されている。

【００２５】図２は上記駆動回路３０のブロック回路図
を示し、制御部２０からの信号は、ホトカプラ３１、ド
ライバ３２を介してステッピングモータ１０の各コイル
に印加されるようになっている。ここでホトカプラ３１
を用いているのは、制御部２０側とステッピングモータ
１０側とを光結合にて電気的絶縁を図り、ステッピング
モータ１０のコイルにより発生する対ノイズ性を向上さ
せるためである。またドライバ３２は制御部２０よりパ
ルス信号が出力され、ステッピングモータ１０を駆動す
るのに必要なパワーを得るためである。

【００２６】ここで制御部２０から例えば図１６に示す
ような励磁パターンに応じたパルス信号が出力されて、
ホトカプラ３１を介してドライバ３２にて増幅され、ス
テッピングモータ１０のコイルを印加してステッピング
モータ１０を回転制御するものである。

【００２７】次に本発明の制御について説明する。ステ
ッピングモータ１０を停止させる場合には、図１６に示
す励磁パターン４と８、つまり電圧を印加するコイルを
コイル４と５、又はコイル２と３を励磁した状態でもっ
て電圧の印加を停止してステッピングモータ１０を停止
させるようにしている。この停止の場合の制御は、停止
スイッチ（オフスイッチ）の信号を受けた制御部２０が
行うものであり、例えばソフトウエアで行っている。し
たがってステッピングモータ１０を停止させる場合に
は、必ず図１６の場合では励磁パターン４と８で終了さ
せることで、無励磁状態においては、図１に示すように
ロータ１２の磁石（Ｓ極）とステータ１１のＡ相とＢ相
のステータ歯Ａ１とＢ１３との対向面積が最大となっ
て、無励磁保持トルクが最大となり、モータ停止直後に
従来のように滑りが発生することはない。なおステッピ
ングモータの駆動開始時は、停止励磁パターンより開始
するようにしている。

【００２８】図３は上記ステッピングモータ１０を空気
調和機の送風口のフラップ５０の回転制御（上下方向）
に用いた場合を示し、１５は電源部や制御部２０に接続
されるコネクタであり、１６はフラップ５０の接続口と
接続する回転軸を示している。ステッピングモータ１０
を図３に示すように、特にフラップ５０等に連結した場
合、フラップ５０の重さにより下方向に下がる力があり
（図中の矢印）、無励磁保持トルクが小さい場合には滑
りが発生し易いが、本発明のように構成することで、フ
ラップ５０に連結した場合でも、モータを停止させた場
合に、滑りが発生するということはない。したがってモ
ータ停止位置をフラップの角度だけでなく、モータのロ
ータ位置を考慮して停止することによって、無励磁保持
トルクを大きくすることができるものである。

【００２９】またステッピングモータを空気調和機のフ
ラップに対して用いるだけでなく、電動膨張弁にも適用
することができる。つまりロータを回転させることで、
ねじのような構成で直線運動に変換させ、該ロータにニ
ードルを連結し、このニードルの直線運動により弁の開
度制御を行い、冷媒の制御を行うような構成にも適用す
ることができる。

【００３０】図４は２相励磁の場合のコイル２〜５の結
線部を示し、各コイル２〜５はコネクタ１５の各端子
〜に接続されている。図５は２相励磁の場合の励磁パ
ターンを示し、励磁パターン０と４の場合に無励磁保持
トルクが最大となるため、かかる励磁パターンでモータ
を停止させるようにしている。

【００３１】

【発明の効果】上記のように請求項１のステッピングモ
ータの制御回路によれば、ステッピングモータの停止位
置をフラップの角度だけでなく、ステッピングモータの
ロータ位置を考慮して無励磁保持トルクが最大となる位
置で停止させるので、フラップの角度に多少のずれは生
ずるものの、停止直後の滑りを防止することができる。
これによって、停止したと思ったフラップが突然動くと
いう現象によってユーザに不快感を与えることを防止で
きる。また、小さい無励磁保持トルクに合わせて構造設
計をしなければならないという不都合が解消され、ステ
ッピングモータの小型化を図ることができる。

【００３２】

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体のブロック図である。

【図２】本発明の駆動回路のブロック図である。

【図３】本発明のステッピングモータをフラップの制御
に用いた場合の分解斜視図である。

【図４】本発明のステッピングモータを２相励磁した場
合の回路図である。

【図５】本発明の図４の場合の２相励磁した場合の励磁
パターンを示す図である。

【図６】ステッピングモータの構成図である。

【図７】ステッピングモータの回転動作を示す説明図で
ある。

【図８】ステッピングモータの励磁を示す説明図であ
る。

【図９】ステッピングモータの励磁パターンを示す説明
図である。

【図１０】無励磁状態を示す説明図である。

【図１１】１相励磁の場合を示す説明図である。

【図１２】２相励磁の場合を示す説明図である。

【図１３】２相励磁の他の状態の場合を示す説明図であ
る。

【図１４】ステッピングモータのコイル部分の結線を示
す図である。

【図１５】無励磁状態を示す説明図である。

【図１６】励磁パターンと磁石の位置を示す図である。

【符号の説明】

１０ステッピングモータ１１ステータ１２ロータ２０制御部（制御手段）Ａ１ステータ歯Ａ１’ステータ歯Ｂ１３ステータ歯Ｂ１３’ステータ歯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−143298（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−2065（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−143441（ＪＰ，Ａ) 特開平１−184359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 8/00 H02K 37/00 F24F 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電流の方向によってＮ極、Ｓ極を交互に
発生させる複数のステータ歯（Ａ１、Ａ１’、Ａ２、Ａ
２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・）を周方向に設けた
ステータ（１１）と、上記ステータ歯（Ａ１、Ａ１’、
Ａ２、Ａ２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・）に周方向
に対面し交互にＮ極、Ｓ極が着磁された永久磁石から成
るロータ（１２）とで構成されるステッピングモータ
（１０）であって、上記ステータ歯（Ａ１、Ａ１’、Ａ
２、Ａ２’・・・Ｂ１３、Ｂ１３’・・・）に所定の磁
極を発生させてロータ（１２）を回転させるようにした
ステッピングモータの制御回路において、上記ステッピ
ングモータ（１０）を空気調和機の送風口のフラップ
（５０）の制御用に用いると共に、ステッピングモータ
（１０）の停止位置を無励磁保持トルクが最大となる位
置に停止させる制御手段（２０）を備え、制御手段（２
０）は、ロータ（１２）の磁極と異極のステータ歯（Ａ
１、Ｂ１３）との対向面積が最大となる位置に停止させ
るようにしたことを特徴とするステッピングモータの制
御回路。