特開 2024-171164 ステッピングモーター制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171164

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】ステッピングモーター制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/12 20060101AFI20241204BHJP

【ＦＩ】

H02P8/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088089

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 一充

(72)【発明者】

【氏名】橘 優太

(72)【発明者】

【氏名】張 光栄

(72)【発明者】

【氏名】木山 敬

【テーマコード（参考）】

5H580

【Ｆターム（参考）】

5H580AA05

5H580CA12

5H580CA15

5H580EE03

5H580FA02

5H580FA14

5H580FA22

5H580FA24

5H580HH22

5H580JJ07

(57)【要約】

【課題】ステッピングモーターの駆動性能を下げることなく、温度上昇を抑制する。
【解決手段】ステッピングモーター制御装置２００は、ステッピングモーター２と、定電流制御周期に応じてステッピングモーターに通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期以上になるように制御する電流周期制御処理を行う励磁制御部１１２と、を備える。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステッピングモーターと、
定電流制御周期に応じて前記ステッピングモーターに通電する電流周期を、前記定電流制御周期の２周期以上になるように制御する電流周期制御処理を行う電流周期制御部と、を備える
ステッピングモーター制御装置。

【請求項2】

前記電流周期制御部は、前記ステッピングモーターへの通電の電流値が所定判定値以上になると、前記ステッピングモーターへの通電をオフにすることにより、前記電流周期制御処理を行う
請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項3】

前記所定判定値は、前記ステッピングモーターへの通電をオフにする定電流制御閾値より小さい電流値である
請求項２に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項4】

前記電流周期制御部は、前記ステッピングモーターへの通電期間が所定時間以上になると、前記ステッピングモーターへの通電をオフにすることにより、前記電流周期制御処理を行う
請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項5】

前記所定時間は、前記定電流制御周期のオン期間より短い時間である
請求項４に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項6】

前記電流周期制御部は、前記ステッピングモーターへの通電をオフにする定電流制御閾値を下げ、前記ステッピングモーターへの通電の電流値が下げられた前記定電流制御閾値を超えたことで前記ステッピングモーターへの通電をオフにした後、下げられた前記定電流制御閾値を元に戻すことにより、前記電流周期制御処理を行う
請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項7】

前記電流周期制御部は、前記ステッピングモーターへの通電をオフにする定電流制御閾値を上げ、前記ステッピングモーターへの通電の電流値が上げられた前記定電流制御閾値を超えたことで前記ステッピングモーターへの通電をオフにした後、上げられた前記定電流制御閾値を元に戻すことにより、前記電流周期制御処理を行う
請求項１に記載のステッピングモーター制御装置。

【請求項8】

前記電流周期制御部は、外部からの外部クロックの切り替え後、前記ステッピングモーターへの通電を初回にオフした後、前記電流周期制御処理を行う
請求項１～７のいずれか一項に記載のステッピングモーター制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステッピングモーター制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ユニポーラ型のステッピングモーター駆動制御ＩＣ（Integrated Circuit）、すなわち、ステッピングモーター制御装置のサプライヤが生産終了した場合、生産終了された駆動制御ＩＣの代替品ＩＣの開発には非常に多額の開発費が発生する。このため、ディスクリート部品と制御装置とによって、同等の機能を持つステッピングモーター制御装置を構築することは一般的である。また、制御装置としては、汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などが挙げられる。しかし、コスト面から考慮すると、ＤＳＰ及びＦＰＧＡより安価であるＣＰＵを選択せざるを得ない。また、ステッピングモーターを駆動する単機能の制御には高性能なＣＰＵではなく、ローエンドの安価なものを使いこなして実現することが求められている。

【0003】

ところで、通常、ステッピングモーター制御装置において、ステッピングモーターの温度が上限値を超えないように、ステッピングモーターの温度上昇を抑制する処理が行われている。例えば、特許文献１には、ステッピングモーターの温度上昇を抑制する技術が開示されている。

【0004】

特許文献１に記載のステッピングモーター制御装置は、温度測定手段により検出した温度が予め定めた温度以上となったときに定電流切替手段により定電流を下げると共に回転速度の最大値を下げるように制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－３１３５００号報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のように、従来、ステッピングモーター制御装置において、ステッピングモーターの温度上昇を抑制する制御が行われている。ステッピングモーターのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）定電流制御の場合、一定周期（定電流制御周期）でステッピングモーターへの通電をオン（ＯＮ）にする定電流制御と、検出された電流値が設定された定電流制御閾値に到達したことを検出した場合にステッピングモーターへの通電をオフ（ＯＦＦ）にする制御とが行われる。しかし、通電をＯＮにするタイミングが定電流制御周期で一定であるが、通電をＯＦＦにするタイミングは、検出された電流値が定電流制御閾値に到達する任意のタイミングによって変化するので、制御することができない。このため、通電ＯＦＦのタイミング次第では、次の定電流制御周期までに電流値が定電流制御閾値に到達せず、次々回の定電流周期内で通電がＯＦＦにされる２周期制御に遷移する場合もある。

【0007】

なお、ステッピングモーターに通電する電流周期が、通常、定電流制御周期の１周期で制御され、この場合のスイッチング回数は、定電流制御周期の２周期で制御される場合のスイッチング回数より多い。また、スイッチング回数が多いほど、スイッチング損失が大きくなり、ステッピングモーターの温度上昇も生じる。ステッピングモーターが過度に温度上昇すると、ステッピングモーターの劣化、故障に繋がる。なお、特許文献１に記載の技術は、モーターの温度上昇を抑制できるが、回転速度も下げられるので、生産性が低下する問題が発生する。

【0008】

また、ステッピングモーター制御装置にローエンドＣＰＵを適用する場合、ローエンドＣＰＵにおける動作ＣＬＫ等の性能面の不足で、ステッピングモーターの駆動性能が悪化する問題も発生する。

【0009】

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ステッピングモーターの駆動性能を下げることなく、温度上昇を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のステッピングモーター制御装置は、ステッピングモーターと、定電流制御周期に応じてステッピングモーターに通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期以上になるように制御する電流周期制御処理を行う電流周期制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

上記構成の本発明によれば、ステッピングモーターの駆動性能を下げることなく、温度上昇を抑制することができる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ステッピングモーター制御装置の構成例を示す図である。

【図2】ステッピングモーターの相電流を説明するための図である。

【図3】ステッピングモーターの駆動相電流を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置の構成例を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置の外部クロックとステッピングモーターの通電パターンとの関係を説明するための図である。

【図6】ステッピングモーター制御装置における１周期制御を説明するための図である。

【図7】ステッピングモーター制御装置における２周期制御を説明するための図である。

【図8】ステッピングモーター制御装置における１周期制御と２周期制御とのそれぞれによるＦＥＴの温度変化時間特性を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置における２周期制御の例１を説明するための図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置における２周期制御の例２を説明するための図である。

【図11】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置における２周期制御の例３を説明するための図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置における２周期制御の例４を説明するための図である。

【図13】本発明の一実施形態に係るステッピングモーター制御装置において、外部クロックの切り替え後の電流周期制御処理の開始タイミングを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0014】

＜一実施形態＞
［ステッピングモーター制御装置の構成］
まず、ステッピングモーター制御装置の構成について説明する。図１は、ステッピングモーター制御装置１００の構成例を示す図である。ステッピングモーター制御装置１００は、図１に示すように、制御装置１と、ステッピングモーター２と、ヒューズ３とを備える。制御装置１は、ステッピングモーター２に接続され、ステッピングモーター２の通電を制御する。

【0015】

ステッピングモーター２は、例えば、画像形成装置の搬送ローラー、レジストローラーなどを駆動するユニポーラ型の２相ステッピングモーターであり、コイル２１～コイル２４を有する。コイル２１～コイル２４の一端は、ヒューズ３を介して、駆動電源の電源部（２４［Ｖ］）に接続される。この電源部は、２４［Ｖ］に限定されるものではなく、３６［Ｖ］等としてもよい。コイル２１，２２がペアとなり、コイル２３，２４がペアになっている。ペア同士は同じ方向（電源→各コイル端子）に電流が流れたときに、磁気的に逆方向になるように結合している。各ペアは、便宜上、Ａ相、Ｂ相と呼ぶものとし、Ａ相ペアのコイルの電源部側と反対側との端子をそれぞれＡ相の端子、ＡＢ相の端子と呼び、Ｂ相ペアのコイルの電源部側と反対側との端子をそれぞれＢ相の端子、ＢＢ相の端子と呼ぶものとする。また、コイル２１をＡ相に対応するコイルとし、コイル２１とペアであるコイル２２をＡＢ相に対応するコイルとし、コイル２３をＢ相に対応するコイルとし、コイル２３とペアであるコイル２４をＢＢ相に対応するコイルとする。

【0016】

ステッピングモーター２の励磁方式は、「２相フルステップ」、「１－２相」、「Ｗ１－２相」、「２Ｗ１－２相」、「４Ｗ１－２相」等がある。「２相フルステップ」は、２相ずつ励磁する方式（２相励磁）である。「１－２相」は、１相ずつ励磁する方式（１相励磁）と、２相励磁とを交互に行うことで分解能が２倍になる方式である。「Ｗ１－２相」は、基本ステップ数（フルステップで一回転する数）の４倍で一回転する方式である。「２Ｗ１－２相」は、基本ステップ数の８倍で一回転する方式である。「４Ｗ１－２相」は、基本ステップ数の１６倍で一回転する方式である。

【0017】

制御装置１は、図１に示すように、制御部１０と、プリドライバー１１と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１２１～ＦＥＴ１２４と、ＡＭＰ（Amplifier）１３及びＡＭＰ１４と、シャント抵抗１５及びシャント抵抗１６とを備える。なお、図１では、「シャント抵抗」は「シャント」に省略されている。

【0018】

プリドライバー１１は、ドライバー回路であり、一方の４つの端子が制御部１０の後述の励磁制御部１１２に接続され、他方の４つの端子が、それぞれ、ＦＥＴ１２１～ＦＥＴ１２４のゲートに接続される。

【0019】

ＦＥＴ１２１は、ドレインがコイル２１の端子Ａに接続され、ソースがシャント抵抗１５に接続され、ソースからドレインへ整流するダイオードが接続されたスイッチング素子である。ＦＥＴ１２２は、ドレインがコイル２２の端子ＡＢに接続され、ソースがシャント抵抗１５に接続され、ソースからドレインへ整流するダイオードが接続されたスイッチング素子である。ＦＥＴ１２３は、ドレインがコイル２３の端子Ｂに接続され、ソースがシャント抵抗１６に接続され、ソースからドレインへ整流するダイオードが接続されたスイッチング素子である。ＦＥＴ１２４は、ドレインがコイル２４の端子ＢＢに接続され、ソースがシャント抵抗１６に接続され、ソースからドレインへ整流するダイオードが接続されたスイッチング素子である。

【0020】

シャント抵抗１５の一端はＦＥＴ１２１及びＦＥＴ１２２に接続され、他端は接地部１７に接続され、端子間の電流を検出するための抵抗器である。シャント抵抗１６の一端はＦＥＴ１２３及びＦＥＴ１２４に接続され、他端は接地部１７に接続され、端子間の電流を検出するための抵抗器である。

【0021】

ＡＭＰ１３の入力端子はＦＥＴ１２１及びＦＥＴ１２２のソースに接続され、当該ソースの電圧を増幅する。ＡＭＰ１３の出力端子は、制御部１０の後述のコンパレータ１０８の入力端子に接続され、増幅した電圧値をコンパレータ１０８に出力する。ＡＭＰ１４の入力端子はＦＥＴ１２３及びＦＥＴ１２４のソースに接続され、当該ソースの電圧を増幅する。ＡＭＰ１４の出力端子は、制御部１０の後述のコンパレータ１０９の入力端子に接続され、増幅した電圧値をコンパレータ１０９に出力する。

【0022】

制御部１０は、例えば、不図示のローエンドＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）ＲＯＭ（Read Only Memory）及び記憶装置等により構成される。制御部１０は、図１に示すように、励磁モード設定部１０１と、エッジ検出部１０２と、進相カウンタ１０３と、電流Ｔａｂｌｅ１０４と、電流値計算部１０５とを備える。また、制御部１０は、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）コンバータ１０６及びＤ／Ａコンバータ１０７と、コンパレータ（ＣＯＭＰ）１０８及びコンパレータ（ＣＯＭＰ）１０９と、発振器１１０と、クロック生成部１１１と、励磁制御部１１２とを備える。

【0023】

励磁モード設定部１０１は、外部から入力するＭＯＤＥ信号に応じて、ステッピングモーター２の励磁方式の設定信号を出力する。

【0024】

エッジ検出部１０２は、外部から入力される外部クロック（ＣＬＯＣＫ信号）の一周期ごとのエッジを検出してエッジ検出信号を進相カウンタ１０３に出力する。

【0025】

進相カウンタ１０３は、外部から入力されるＤＩＲＥＣＴＩＯＮ信号と、励磁モード設定部１０１から入力する励磁方式の設定信号と、エッジ検出部１０２から入力するエッジ検出信号とに応じて、励磁方式及び回転方向に応じた進相カウント値を示す進相量信号を生成する。また、進相カウンタ１０３は、生成した進相量信号を電流Ｔａｂｌｅ１０４に出力する。

【0026】

電流Ｔａｂｌｅ１０４は、予め設定された電流テーブルを記憶する。電流テーブルは、励磁方式及び回転方向に応じた、ステッピングモーター２の電気角に対する電流制御パターンを示すテーブルである。例えば、Ａ相のＦＥＴ１２１、ＡＢ相のＦＥＴ１２２のうち、どちらのＦＥＴをオンするかは、電流制御パターンの電気角（外部ＣＬＯＣＫ信号によって、励磁方式ごとに異なる進角量で進む）によって決まる。なお、Ｂ相、ＢＢ相も同様である。

【0027】

電流値計算部１０５は、電流Ｔａｂｌｅ１０４から電流テーブルを読み出し、読み出した電流テーブルと、外部から入力されるＶＲＥＦ電圧と、進相カウンタ１０３から入力される励磁方式及び回転方向に応じた進相量信号とに応じて、ステッピングモーター２のコイル２１～コイル２４に流す電流値を計算し、計算した電流値を励磁制御部１１２に出力し、Ｄ／Ａコンバータ１０６及びＤ／Ａコンバータ１０７にも出力する。

【0028】

Ｄ／Ａコンバータ１０６及びＤ／Ａコンバータ１０７は、電流値計算部１０５から電流値を入力し、入力した電流値に対応する電流設定基準電圧を生成し、電流設定基準電圧をコンパレータ１０８及びコンパレータ１０９のそれぞれに出力する。

【0029】

コンパレータ１０８は、ＡＭＰ１３から入力する電圧と、Ｄ／Ａコンバータ１０６から入力する電流設定基準電圧とを比較し、比較結果を示すコンパレータ出力信号を生成して励磁制御部１１２に出力する。コンパレータ１０９は、ＡＭＰ１４から入力する電圧と、Ｄ／Ａコンバータ１０７から入力する電流設定基準電圧とを比較し、比較結果を示すコンパレータ出力信号を生成して励磁制御部１１２に出力する。

【0030】

発振器１１０は、外部から入力されるＣＬＯＣＫ信号より十分高速な発振信号を生成してクロック生成部１１１に出力する。クロック生成部１１１は、発振器１１０から入力し、入力した発振信号に応じて、内部クロック信号を生成して励磁制御部１１２に出力する。

【0031】

励磁制御部１１２は、クロック生成部１１１から入力する内部クロック信号と、外部から入力するＥＮＡＢＬＥ信号と、電流値計算部１０５から入力する電流値信号と、コンパレータ１０８及びコンパレータ１０９から入力するコンパレータ出力信号とに応じて、ＦＥＴ１２１～ＦＥＴ１２４の制御信号を生成してプリドライバー１１に出力し、ＦＥＴ１２１～ＦＥＴ１２４をオン／オフさせる。また、励磁制御部１１２は、電流周期制御部の一例であり、ＦＥＴ１２１～ＦＥＴ１２４のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、ステッピングモーター２への通電を制御する。以下では、Ａ相のＦＥＴ１２１、ＡＢ相のＦＥＴ１２２のＯＮ／ＯＦＦ制御によるＡ相のコイル２１、ＡＢ相のコイル２２の通電制御を例として説明し、Ｂ相に関する説明を省略する。

【0032】

次に、ステッピングモーター２の相電流について説明する。図２は、ステッピングモーター２の相電流を説明するための図である。図２には、Ａ相のＦＥＴ１２１のゲート電圧（図に示す「Ａ相ＦＥＴ電圧」）と、ＡＢ相のＦＥＴ１２２のゲート電圧（図に示す「ＡＢ相ＦＥＴ電圧」）と、Ａ相電流（駆動相電流）と、ＡＢ相電流（反転相電流）との時間変化特性が示されている。

【0033】

図２に示す時刻ｔ１において、励磁制御部１１２は、Ａ相のＦＥＴ１２１をＯＮにして、ＡＢ相のＦＥＴ１２２をＯＦＦにする。このため、時刻ｔ１において、ＡＢ相ＦＥＴ電圧は０Ｖである。また、ＦＥＴ１２１がＯＮになると、Ａ相電流（駆動相電流）が、駆動電源の電源部からＡ相のコイル２１、ＦＥＴ１２１のドレイン－ソース、シャント抵抗１５を介して接地部１７に流れる（後述の図３Ａ参照）。また、Ａ相電流の電流値が経時とともに増加する。このとき、ＡＢ相のＦＥＴ１２２がＯＦＦであるので、ＡＢ相のコイル２２を流れるＡＢ相電流が０Ａである。

【0034】

図２に示す時刻ｔ２において、Ａ相電流が、コンパレータ１０８の電流設定基準電圧より決まられる定電流制御閾値に到達し、コンパレータ１０８は、Ａ相をＯＦＦにするコンパレータ出力信号を励磁制御部１１２に出力する。励磁制御部１１２は、コンパレータ１０８から入力した、Ａ相をＯＦＦにするコンパレータ出力信号に応じて、Ａ相のＦＥＴ１２１をＯＦＦにする。Ａ相のＦＥＴ１２１がＯＦＦにされるとともに、Ａ相電流（駆動相電流）が０Ａになる。また、時刻ｔ２において、Ａ相電流と同じ大きさの逆方向電流が、接地部１７からシャント抵抗１５、ＦＥＴ１２２のダイオード（非同期整流）、コイル２２を介して電源部に流れるＡＢ相電流（反転相電流）が発生し（後述の図３Ｂ参照）、ＡＢ相電流の電流値の絶対値が経時とともに減少する。

【0035】

図２に示す時刻ｔ３において、励磁制御部１１２は、Ａ相のＦＥＴ１２１をＯＮにして、ＡＢ相のＦＥＴ１２２をＯＦＦにする。このため、時刻ｔ３において、ＡＢ相ＦＥＴ電圧は０Ｖである。また、ＦＥＴ１２１がＯＮになると、Ａ相電流（駆動相電流）が、駆動電源の電源部からＡ相のコイル２１、ＦＥＴ１２１のドレイン－ソース、シャント抵抗１５を介して接地部１７に流れる。また、Ａ相電流の電流値が経時とともに増加する。このとき、ＡＢ相のＦＥＴ１２２がＯＦＦであるので、ＡＢ相のコイル２２を流れるＡＢ相電流が０Ａである。

【0036】

なお、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間は、定電流制御周期である。励磁制御部１１２は、上述したように、駆動相電流（例えば、図２に示すＡ相電流）が一定に制御する定電流制御を繰り返し行う。ＡＢ相、Ｂ相、ＢＢ相に通電する電流制御も、上述したＡ相に通電する電流制御と同様である。

【0037】

図３は、ステッピングモーターの駆動相電流を説明するための図である。図３Ａは、図２に示す時刻ｔ１～時刻ｔ２におけるＡ相電流（図中の破線を参照）、すなわち、駆動電源の電源部からＡ相のコイル２１、ＦＥＴ１２１のドレイン－ソース、シャント抵抗１５を介して接地部１７に流れる駆動相電流を示す。図３Ｂは、図２に示す時刻ｔ２～時刻ｔ３におけるＡＢ相電流（図中の破線を参照）、すなわち、接地部１７からシャント抵抗１５、ＦＥＴ１２２のダイオード（非同期整流）、コイル２２を介して電源部に流れる反転相電流を示す。

【0038】

次に、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００の構成について説明する。図４は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００の構成例を示す図である。図４に示すステッピングモーター制御装置２００の構成は、図１に示すステッピングモーター制御装置１００と同様であるため、重複説明を省略する。ステッピングモーター制御装置２００では、外部クロック（ＣＬＯＣＫ信号）による励磁パターンを進める処理（図中の（ａ）参照）を「外部クロック割り込み」とする。また、クロック生成部１１１が生成した内部クロック信号、すなわち、定電流制御周期による各ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ制御処理（図中の（ｂ）参照）を「定電流制御周期割り込み」とする。また、駆動相電流が定電流制御閾値に到達した場合に、コンパレータ１０８又はコンパレータ１０９により生成されるコンパレータ出力信号に応じる各ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ制御処理（図中の（ｃ）参照）を「コンパレータ割り込み」とする。

【0039】

ステッピングモーター制御装置２００では、制御部１０の励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、定電流制御周期に応じてステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期以上になるように制御する電流周期制御処理を行う。ステッピングモーター２に通電する電流周期は、すなわち、駆動相電流のチョッピング周期である。

【0040】

励磁制御部１１２（電流周期制御部）における電流周期制御処理を説明する前、まず、外部クロック（ＣＬＯＣＫ信号）とステッピングモーター２の励磁パターンとの関係を説明する。図５は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００の外部クロックとステッピングモーターの通電パターンとの関係を説明するための図である。図５では、外部クロックの信号と、ステッピングモーター２が２相フルステップで励磁される場合の各相（Ａ，ＡＢ，Ｂ，ＢＢ）の相電流の信号との時間対応関係が示されている。図５に示すＴａは、外部クロックの周期である。

【0041】

次に、図５に示す外部クロックの１周期（Ｔａ）内における、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の１周期になるように制御する処理（１周期制御）について説明する。図６は、ステッピングモーター制御装置における１周期制御を説明するための図である。

【0042】

図６に示すＴｂは、定電流制御周期、すなわち、クロック生成部１１１が生成した内部クロック信号（図４中の（ｂ）参照）の周期である。ステッピングモーター２が通電され、駆動相電流（破線で描画された部分）の電流値が増加し、図６に示すように、電流制御周期Ｔｂ内で定電流制御閾値に到達すると、コンパレータ割り込みにより、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされ、駆動相の反転相に、駆動相電流と同じ大きさの逆方向電流（破線で描画された部分）が発生する。図６に示すＴｃは、初回チョッピング後のステッピングモーター２に通電する電流周期、すなわち、駆動相電流のチョッピング周期である。図６に示すように、ステッピングモーター２に通電する電流周期の１周期制御では、駆動相電流が各定電流制御周期内にＯＦＦにされ、次の定電流制御周期の開始時にＯＮにされる。なお、通常、外部クロックの１周期内において、１０回以上のチョッピングが発生するが、説明の便宜上、図６には、５回のチョッピングのみが示されている。

【0043】

次に、図５に示す外部クロックの１周期（Ｔａ）内における、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する処理（２周期制御）について説明する。図７は、ステッピングモーター制御装置における２周期制御を説明するための図である。図７に示す２周期制御では、駆動相電流（駆動相に接続されるＦＥＴが）が１回目ＯＦＦされた（初回チョッピング）後、次の定電流制御周期でＯＦＦにされず（２つ目のＴｂ参照）、次次回の定電流制御周期（３つ目のＴｂ参照）でＯＦＦされる。このため、駆動相電流のチョッピング周期Ｔｃは、定電流制御周期Ｔｂの２周期となる。

【0044】

図７と図６とを比較して分かるように、１周期制御における駆動相電流のチョッピング回数、すなわち、駆動相に接続されるＦＥＴのスイッチング回数は、２周期制御における駆動相電流のチョッピング回数（ＦＥＴのスイッチング回数）より、２倍ぐらい多い。なお、ＦＥＴのスイッチング回数が、ＦＥＴの温度上昇に繋がり、ＦＥＴのスイッチング回数が倍多いことにより、ＦＥＴのスイッチング損失が大きく影響される。

【0045】

次に、ステッピングモーター２に通電する電流周期の１周期制御と２周期制御とのそれぞれによるＦＥＴの温度変化について説明する。図８は、ステッピングモーター制御装置における１周期制御と２周期制御とのそれぞれによるＦＥＴの温度変化時間特性を示す図である。図８に示す横軸は、秒（ｓ）単位の時間を表す。図８に示す縦軸は、サーミスタ温度（°Ｃ）を表す。図８において、実線で描画された曲線は、１周期制御によるＦＥＴの温度変化時間特性を示し、破線で描画された曲線は、２周期制御によるＦＥＴの温度変化時間特性を示し、一点鎖線で描画された直線は、ＦＥＴの温度上限値を示す。

【0046】

図８に示すように、時刻ｔｐにおいて、１周期制御によるＦＥＴの温度と、２周期制御とによるＦＥＴの温度とは同じである。時刻１００ｓ以降では、１周期制御によるＦＥＴの温度と、２周期制御によるＦＥＴの温度とは、ほぼ一定になる。この際、１周期制御によるＦＥＴの温度（約８５°Ｃ）は、２周期制御によるＦＥＴの温度（約６０°Ｃ）より、約４２％上昇（悪化）した。

【0047】

次に、ステッピングモーター制御装置２００における２周期制御について説明する。なお、以下の説明では、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する電流周期制御処理の例を説明するが、本発明はこれに限定されない。励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期以上の任意周期になるように制御してもよい。

【0048】

図９は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００における２周期制御の例１を説明するための図である。図９に示す２周期制御の例１では、励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、ステッピングモーター２への通電期間が所定時間以上になると、ステッピングモーター２への通電をオフにすることにより、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する電流周期制御処理を行う。

【0049】

上述の電流周期制御処理により、図９に示すように、駆動相電流は、初回チョッピング（時刻Ｔ１）の後、次の電流制御周期の開始時（時刻Ｔ２）に、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＮにされるため、電流値が増加する。時刻Ｔ２から所定時間Ｔｓ以上になると、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされるため、時刻Ｔ３において、駆動相電流と同じ大きさの反転相電流が発生する。そして、時刻Ｔ３以降の駆動相電流のチョッピング周期、すなわち、ステッピングモーター２に通電する電流周期（Ｔｃ）は、図９に示すように、定電流制御周期の２周期（２Ｔｂ）となる。

【0050】

なお、上述した所定時間Ｔｓは、予めステッピングモーター制御装置２００に登録され、定電流制御周期のＯＮ期間より短い時間である。所定時間Ｔｓは、例えば、定電流制御周期のＯＮ期間の１／ｎに設定してもよいし、定電流制御周期のＯＮ期間より短い任意の時間間隔に設定してもよい。ここで、ｎは、任意の正数である。

【0051】

図１０は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００における２周期制御の例２を説明するための図である。図１０に示す２周期制御の例２では、励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、ステッピングモーター２への通電の電流値が所定判定値以上になると、ステッピングモーター２への通電をオフにすることにより、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する電流周期制御処理を行う。

【0052】

上述の電流周期制御処理により、図１０に示すように、駆動相電流は、初回チョッピング（時刻Ｔ１）の後、次の電流制御周期の開始時（時刻Ｔ２）に、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＮにされるため、通電の電流値が増加する。駆動相電流の電流値が所定判定値以上になると（例えば、時刻Ｔ３）、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされるため、時刻Ｔ３において、駆動相電流と同じ大きさの反転相電流が発生する。そして、時刻Ｔ３以降の駆動相電流のチョッピング周期、すなわち、ステッピングモーター２に通電する電流周期（Ｔｃ）は、図１０に示すように、定電流制御周期の２周期（２Ｔｂ）となる。

【0053】

なお、上述した所定判定値は、予めステッピングモーター制御装置２００に登録され、コンパレータの電流設定基準電圧より決まられる定電流制御閾値、すなわち、ステッピングモーター２への通電をオフにする定電流制御閾値より小さい電流値である。

【0054】

図１１は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００における２周期制御の例３を説明するための図である。図１１に示す２周期制御の例３では、励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、ステッピングモーター２への通電をオフにする定電流制御閾値を下げ、ステッピングモーター２への通電の電流値が下げられた定電流制御閾値を超えたことでステッピングモーター２への通電をオフにした後、下げられた定電流制御閾値を元に戻す。励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、上述の処理により、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する電流周期制御処理を行う。

【0055】

上述の制御により、図１１に示すように、駆動相電流は、初回チョッピング（時刻Ｔ１）の後、次の定電流制御周期の開始時（時刻Ｔ２）に、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＮにされるため、電流値が増加する。時刻Ｔ３において、定電流制御閾値が下げられたので、駆動相電流の電流値が、下げられた定電流制御閾値を超え、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされて、駆動相電流と同じ大きさの反転相電流が発生する。その後、下げられた定電流制御閾値は、元に戻される。そして、時刻Ｔ３以降の駆動相電流のチョッピング周期、すなわち、ステッピングモーター２に通電する電流周期（Ｔｃ）は、図１１に示すように、電流制御周期の２周期（２Ｔｂ）となる。

【0056】

なお、定電流制御閾値を一時的に下げるタイミング（時刻Ｔ３）は、駆動相電流の初回チョッピングの後の次の定電流制御周期内の任意時刻に設定してもよい。また、一時的に下げられた定電流制御閾値を元に戻すタイミング（時刻Ｔ４）は、駆動相電流の初回チョッピングの後の次の電流制御周期内で、時刻Ｔ３後の任意時刻に設定してもよい。

【0057】

図１２は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００における２周期制御の例４を説明するための図である。図１２に示す２周期制御の例４では、励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、ステッピングモーター２への通電をオフにする定電流制御閾値を上げ、ステッピングモーター２への通電の電流値が上げられた定電流制御閾値を超えたことでステッピングモーター２への通電をオフにした後、上げられた定電流制御閾値を元に戻す。励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、上述の処理により、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期になるように制御する電流周期制御処理を行う。

【0058】

上述の制御により、図１２に示すように、駆動相電流は、初回チョッピング（時刻Ｔ１）の後、次の定電流制御周期の開始時（時刻Ｔ２）に、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＮにされるため、電流値が増加する。時刻Ｔ３において、駆動相電流の電流値が、上げられた定電流制御閾値を超え、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされて、駆動相電流と同じ大きさの反転相電流が発生する。その後、上げられた定電流制御閾値は、元に戻される。そして、次の電流制御周期の開始時（時刻Ｔ４）に、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＮにされるため、電流値が増加する。時刻Ｔ５において、駆動相電流の電流値が元に戻された定電流制御閾値を超え、駆動相に接続されるＦＥＴがＯＦＦにされて、駆動相電流と同じ大きさの反転相電流が発生する。そして、時刻Ｔ５以降の駆動相電流のチョッピング周期、すなわち、ステッピングモーター２に通電する電流周期（Ｔｃ）は、図１２に示すように、電流制御周期の２周期（２Ｔｂ）となる。

【0059】

なお、定電流制御閾値を一時的に上げるタイミングは、駆動相電流の初回チョッピング後の次の定電流制御周期内の任意時刻に設定してもよい。また、一時的に上げられた定電流制御閾値を元に戻すタイミングは、駆動相電流の初回チョッピングが発生する電流制御周期内で、定電流制御閾値を上げたタイミング後の任意時刻に設定してもよい。

【0060】

次に、外部クロック（ＣＬＯＣＫ信号）の切り替え後の電流周期制御処理の開始タイミングについて説明する。図１３は、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００において、外部クロックの切り替え後の電流周期制御処理の開始タイミングを説明するための図である。

【0061】

図１３に示す時刻Ｔ１は、外部からの外部クロックの切り替えタイミングである。ステッピングモーター制御装置２００の励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、外部からの外部クロックの切り替え後（時刻Ｔ１の後）、ステッピングモーター２への通電を初回にオフした後、すなわち、初回チョッピングの後、電流周期制御処理を行う。ここで、電流周期制御処理は、図９～図１２で説明した２周期制御の例１～例４のいずれであってもよい。

【0062】

また、外部クロックの切り替えタイミングに、ステッピングモーター２の励磁パターンを切り替えてもよい。また、外部クロックの切り替えタイミングに、例えば、図１３に示すように、駆動相と反転相とを切り替えてもよい。

【0063】

［効果］
上述したように、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００の励磁制御部１１２（電流周期制御部）は、駆動相電流の初回チョッピングの後、ステッピングモーター２に通電する電流周期を、定電流制御周期の２周期以上になるように制御する電流周期制御処理を行う。定電流制御周期の２周期以上の制御は、１周期制御より、ＦＥＴの水チング回数が半分以上少なくなるため、本実施形態に係るステッピングモーター制御装置２００は、ステッピングモーターの駆動性能を下げることなく、温度上昇を抑制することができる。

【0064】

なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するためにステッピングモーター制御装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１…制御装置、２…ステッピングモーター、３…ヒューズ、１０…制御部、１１…プリドライバー、１３，１４…ＡＭＰ、１５，１６…シャント抵抗、１７…接地部、２１，２２，２３，２４…コイル、１００，２００…ステッピングモーター制御装置、１０１…励磁モード設定部、１０２…エッジ検出部、１０３…進相カウンタ、１０４…電流Ｔａｂｌｅ、１０５…電流値計算部、１０６，１０７…Ｄ／Ａコンバータ、１０８，１０９…コンパレータ、１１０…発振器、１１１…クロック生成部、１１２…励磁制御部、１２１，１２２，１２３，１２４…ＦＥＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】