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JPH0458790A - ステッピングモータ駆動装置 - Google Patents

ステッピングモータ駆動装置

Info

Publication number
JPH0458790A
JPH0458790A JP2171213A JP17121390A JPH0458790A JP H0458790 A JPH0458790 A JP H0458790A JP 2171213 A JP2171213 A JP 2171213A JP 17121390 A JP17121390 A JP 17121390A JP H0458790 A JPH0458790 A JP H0458790A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
pwm
signal
stepping motor
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2171213A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshito Nakamura
義人 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Microelectronics Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2171213A priority Critical patent/JPH0458790A/ja
Priority to US07/721,879 priority patent/US5231343A/en
Publication of JPH0458790A publication Critical patent/JPH0458790A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/34Monitoring operation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14Arrangements for controlling speed or speed and torque
    • H02P8/18Shaping of pulses, e.g. to reduce torque ripple

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) この発明は特に自動車等の走行距離計(オドメータ)に
使用されるステッピングモータ駆動装置に関する。
(従来の技術) ステッピングモータは一般に、入力パルスをステップ波
形に直すことにより、ステップ波形で駆動され、ステッ
プ状に動いて開ループで位置決定がなされる。そして、
入力パルスに応じて速度か変化するサーボ系のモータで
あることが知られている。
第9図は従来のステッピングモータ駆動装置を示す回路
図である。ステッピングモータ81内の各相は、−万端
が例えばバッテリの電源IGNに接続されたコイル82
.83.84.85として等価回路的に示している。モ
ータを駆動させるための増幅回路(バッファ回路)とし
てはトランジスタ86.87゜8L 89によるスイッ
チング回路が用いられている。
トランジスタ8B、 87.88.89の各コレクタは
コイル82.83.84.85の他方端にそれぞれ接続
される。
トランジスタ8Bのベースはインバータ90、トランジ
スタ870ベースは直列のインバータ91.92による
デイレイ回路が付加され、共に信号入力端93に接続さ
れている。また、トランジスタ88のベースはインバー
タ94、トランジスタ89のベースは直列のインバータ
95.96によるデイレイ回路が付加され、共に信号入
力端97に接続されている。
オドメータに使用される場合、スピードパルス信号に応
じて信号入力端93.97にそれぞれ相反する方形波φ
、φを入力することにより、ステッピングモータ内のコ
イルに駆動信号が印加される。
ノードa、b、c、dの波形変化時にステッピングモー
タが急に位置変化(回転)する。このため、ステッピン
グモータの位置変化時毎に機械的雑音(機械音)が発生
される。
そこで、ノードaとCの間、ノードbとdの間をそれぞ
れコンデンサ98.99を介して接続し、上記機械音を
軽減する方法がとられている。これにより、第10図の
ノードa、b、c、dにおけるタイミングチャートに示
されるように、コイルの抵抗成分とコンデンサの容量と
によるCR時定数によつて、波形の立上がり立下がりを
鈍らせる。
この結果、駆動信号の変化時間は長くなり、ステッピン
グモータの位置変化時毎の機械音の問題はほぼ解消され
る。
しかしながら、上記目的で使用されるコンデンサ98.
99は無極性、かつ数十μF必要であり、コスト高、か
つ大型となるため、スペースに余裕のない箇所にこの回
路を構成するには困難である。
(発明が解決しようとする課8) このように、従来では、ステッピングモータの位置変化
時毎の機械的雑音を抑えるためのコンデンサには大型の
ものか必要であり、回路構成の小型化には不向きである
という欠点がある。
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は、上記機械的雑音の問題をコンデンサ
なしで解消し、容易に小型化できるステッピングモータ
駆動装置を提供することにある。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) この発明のステッピングモータ駆動装置は、入力パルス
に応じて、コイルに印加するステップ状の波形をPWM
デユーティ制御するPWMデニ−ティ制御手段と、前記
PWMデユーティ制御手段により前記コイルに流れる電
流が切換えられ、回転移動時間が制御されるステッピン
グモータとを具備したことを特徴としている。
(作用) この発明では、ステッピングモータの軸位置変化時、ス
テッピングモータ駆動信号にPWMデユーティ制御した
信号を使用する。このPWMデユーティを徐々に増加さ
せることにより、ステッピングモータ内のコイルで発生
される回転トルクも徐々に変化させる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
第1図はこの発明の一実施例による構成の回路図である
。ステッピングモータ11内の各相は、コイル12に流
れるノードa−c間の両方向の電流(矢印E) コイル
13に流れるノードb−d間の両方向の電流(矢印F)
のそれぞれで与えられる。これらのコイル12.13で
発生する磁界によりモータ軸が回転する。オドメータに
使用される場合、スピードパルス信号SPが入力信号で
あり、P WM (pulse +m1dth mod
ulation)制御ステップ信号発生回路14に供給
される。この回路14で生成されるステップ波形の切換
え時をPWM制御によリデューティ値を変化させる。
このようにPWMデユーティ制御されたステップ波形は
、各バッファ回路18〜19を介し、各ノードa −C
では第2図のタイミングチャートに示されるようになる
。また、PWMデユーティ制御されるステップ波形の″
L#レベルから“Hルベルになる部分G1、“H゛レベ
ルカラL”レベルになる部分G2それぞれを拡大した波
形を第3図に示す。PWMの一定の周期T1に対してP
WMデユーティ変化は、例えばGlの波形のW1〜W5
のように徐々にパルスの幅は大きくなり、またG2の波
形のように徐々にパルスの幅は小さくなる。これにより
、第4図Gl’、  G2°に示すように電流値の変化
はPWMデユーティ制御により、なだらかな傾斜をもつ
ことになり、第1図中のコイル12.13に流れる電流
の方向(矢印E。
F)の切換え時に急な変化を与えないように制御される
第5図はモータ軸位置の回転を示した構成図であり、前
記第1図の各ノードa % Cにおける電流の向きによ
りベクトル的に示したものである。以下、これについて
、第2図のタイミングチャートを参照しながら説明する
第2図において期間を示したAの部分では、Cからaに
向かって、またdからbに向かって電流が流れるため、
第5図に示すモータ軸の位置はスタートポイントP1に
なる。次に、スピードパルス信号SPが入力され、第2
図のタイミングがAからBの部分に移行したとき、第5
図に示すモータ軸の位置は90°回転したポイントP2
iこなる。
この移行時にはPWMデユーティ制御が用いられ、前記
第3図のようにPWMデユーティ値を徐々1ご変化させ
ることにより、第5図のスタートポイントPiからP2
までの90@がデユーティ部分だけベクトル分割される
。これにより、急激なモータの回転移動は抑えられ、以
下同様にしてP3゜P4とステップ状に動いてモータ軸
の位置決定力(なされる。
このようにすれば、ステ・ソビングモータ駆動部に従来
のようなコンデンサを使用しなくても、PWMデユーテ
ィ制御によりモータ軸回転(移動)時間が制御可能とな
るため、モータ軸回転時の機械音が小さくなる。なお、
上記PWMの周波数は人間の耳に聞こえない程度の周波
数(例えば20kHz以上)を使用すればよい。
第6図は上記第1図におけるPWM制御ステ・ツブ信号
発生回路14の具体的な実施例の構成を示す回路図であ
る。スピードパルス信号SPがノ<・ソファ回路31を
介して入力され、D型フリ・ツブフロ・ツブ回路(D−
P、P回路) 32.33により、例えば2kHzのク
ロックパルス(cp)に従って上記信号SPがサンプリ
ングされる。D−P、P回路33はインバータ34を介
してCPを取り込み、両D−F、F回路32、33のそ
れぞれのQ出力はNANDゲート回路35に入力される
。NANDゲート回路35の出力はインバータ回路38
を介してD−P、P回路37に入力され、例えば500
 kHzのCPに従って波形サンプリングされる。
また、上記D−F、P回路32のQ出力は、F、F回路
38、39を介してのF、F回路39のQ出力、P、F
回路38、インバータ回路40、P、F回路41を介し
てのP、P回路41のQ出力によって各信号が生成され
る。
まず、F、P回路39のQ出力からP、P回路42、イ
ンバータ回路43を介してセレクト信号φl5ELが生
成され、また、P、F回路39のQ出力からインバータ
回路44、F、P回路45を介してセレクト信号φ2S
ELが生成される。一方、P、P回路41のQ出力のイ
ンバータ回路46を介した信号と、F、F回路39のQ
出力とを2人力とするNANDゲート回路47の出力で
アップ・ダウン信号φIU/Dが生成され、P、F回路
41のQ出力と、P、F回路39のQ出力のインノク−
夕回路48を介した信号とを2人力とするNANDゲー
ト回路49の出力でアップ・ダウン信号φ2Ll/Dが
生成される。
また、上記D−P、F回路37のQ出力と、P、P回路
41のQ出力とを2人力とするNANDゲート回路50
の出力でリセット信号φ2Rが生成され、D−P 、 
P回路37のQ出力と、P、P回路41のQ出力のイン
バータ回路51を介した信号とを2人力とするNAND
ゲート回路52の出力でリセット信号φIRが生成され
る。
上記生成された各信号はPWM制御回路53゜54に入
力され、これによって各ステ・ツブ波形がPWMデユー
ティ制御される。なお、PWM制御回路53.54は同
一の構成であるため、一方を省略し、上記信号φl5E
L、  φIU/D、  φIRが入力されるPWM制
御回路53の構成を示した。
NORゲート回路55には、インバータ回路56を介し
た2kHzのクロックパルス(CP)と、P、F回路5
7.58.59各出力を入力したAND回路60の出力
とが入力される。NORゲート回路55の出力はF、P
回路57に入力され、その出力はP、F回路58に入力
され、P、F回路58の出力はP、P回路59に入力さ
れる。各F、F回路57. ’58.59にはリセット
信号φIRが入力される。また、F、F回路57.58
゜59各出力、及び上記ANDゲート回路60の出力は
、EX−ORゲート回路(不一致回路) 61.62゜
63及び64の各一方入力端に入力される。これらEx
−ORゲート回路の他方入力端には、φl U/Dのイ
ンバータ回路65を介した信号がそれぞれ入力される。
Ex−ORゲート回路81.82.63及び64の各出
力はPWM発生回路6Bに供給され、例えば128kH
z、64kHz、32klizで設定される3ビツトの
PWMデユーティ値分部分御がなされる。なお、Ex−
ORゲート回路64の出力は3ビツト(2’−8通り)
のうちの0/8の分を1つ分加算するものであり、分割
するデユーティ値を8/8にして100%使用できるよ
うにしたものである。
PWM発生回路66から出力されたPWMデユーティ制
御された信号はAND回路67、 [i8の一方入力端
に入力される。AND回路67、68の他方入力端には
それぞれ上記セレクト信号φl5EL、上言己セレクト
信号φl5ELのインノく一タ回路69を介した信号が
入力される。AND回路67、 Hの各出力itそれぞ
れ、D−F 、 F回路70.71のD端子1こ入力さ
れる。
D−P、F回路70.71はイン/く一タ回路72を介
した2kHzのCPに従って、そのQ出力として第1図
iこおけるノードa、Cに相当する波形力く出力される
上述したように、このPWM制御回路53と同一構成の
PWM制御回路54にも上記信号φ2SEL。
φ2Ll/D、  φ2Rか入力され、出力として、第
1図1;おけるノードb、dに相当する波形が出力され
る。
上記実施例回路によれば、第7図のタイミングチャート
に示されるように、スピード(/レス信号SPの入力に
対して、第1図の回路におけるノードa、b、c、dに
は、ステ・ツブ波形の切換え時、PWMデユーティ制御
された波形が現れ、第8図のごとくモータの回転制御が
なされる。この場合、モータ回転軸位置は、スタートポ
イントP1からポイントP8、再びPlまでの360°
を8分割することになり、一つの回転移動角が小さくな
る。
この結果、モータ回転時の機械音もより小さくできる。
このような構成によれば、コンデンサが不要になると共
に、コイルの個数を少なくし、巻線を1個あたり集中し
て巻くことができるので、コスト的に安価となり、しか
もスイッチング動作で駆動するため低消費電力となる。
PWMデユーティ制御された信号は、ステッピングモー
タが非回転または位置変化していない状態ではPWMデ
ユーティを低下させ、ステッピングモータで消費する電
力を抑えることもできる。
[発明の効果コ 以上説明したようにこの発明によれば、ステップ波形を
PWMデユーティ制御することにより、モータ軸回転移
動時間を制御するようにしたので、コンデンサを不要と
し、安価で低消費電力、しかも容易に小型化できるステ
ッピングモータ駆動装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による構成の回路図、第2
図は第1図の回路中の各ノードにおけるタイミングチャ
ート、第3図は第2図のタイミングチャート中において
波形が切換わる部分の拡大図、第4図は第3図のPWM
デユーティ制御による電流値の変化を示す波形図、第5
図はモータ軸位置の回転を示した構成図、第6図は上記
第1図における一部の回路の具体的な実施例の構成を示
す回路図、第7図は第6図の回路で制御される場合の上
記第1図の各ノードにおけるタイミングチャート、第8
図は第6図の回路で制御される場合のモータ軸位置の回
転を示した構成図、第9図は従来のステッピングモータ
駆動装置の構成を占め非回路図、第10図は第9図の回
路中の各ノードにおけるタイミングチャートである。 11・・・ステッピングモータ、12.13・・・コイ
ル、14・・・PWM制御ステップ信号発生回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第8図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力パルスに応じて、コイルに印加するステップ
    状の波形をPWMデューティ制御するPWMデューティ
    制御手段と、 前記PWMデューティ制御手段により前記コイルに流れ
    る電流が切換えられ、回転移動時間が制御されるステッ
    ピングモータと を具備したことを特徴とするステッピングモータ駆動装
    置。
  2. (2)前記PWMデューティ制御手段は前記ステッピン
    グモータが非回転または位置変化していない状態ではP
    WMデューティを低下させ、ステッピングモータで消費
    する電力を抑えたことを特徴とした請求項1記載のステ
    ッピングモータ駆動装置。
JP2171213A 1990-06-28 1990-06-28 ステッピングモータ駆動装置 Pending JPH0458790A (ja)

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US07/721,879 US5231343A (en) 1990-06-28 1991-06-27 Driving apparatus for stepping motor capable of restraining motor noise

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