ステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置
【課題】マイクロステップ駆動に応用が可能で特別なモータを必要とせず、制御器出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することによりステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置を提供する。
【解決手段】指示電気角θと出力電圧から電圧指令値Ｖα、Ｖβを、モータ駆動装置3に、出力し、前記電圧指令値Ｖα、Ｖβおよび、電流検出器２で検出される駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置8に入力して、モータ1の各相の誘起電圧eα、ｅβを算出し、正弦関数発生器17および余弦関数発生器18によって、正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、変換された誘起起電圧eα、ｅβと、正弦関数発生器17及び余弦関数発生器18から発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、回転子の推定演算結果θestと、前記制御部の指示電気角θとから偏差を求め、脱調検出する方法。
【解決手段】指示電気角θと出力電圧から電圧指令値Ｖα、Ｖβを、モータ駆動装置3に、出力し、前記電圧指令値Ｖα、Ｖβおよび、電流検出器２で検出される駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置8に入力して、モータ1の各相の誘起電圧eα、ｅβを算出し、正弦関数発生器17および余弦関数発生器18によって、正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、変換された誘起起電圧eα、ｅβと、正弦関数発生器17及び余弦関数発生器18から発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、回転子の推定演算結果θestと、前記制御部の指示電気角θとから偏差を求め、脱調検出する方法。
【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の駆動に関して、脱調現象を検出するステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のステッピングモータの脱調現象の検出方法としては、通常、次の５種類に大別できる。
１．センサ（位置、速度、加速度、検出巻線）を用いたステッピングモータの脱調検出方法(特許文献１)である。
この脱調検出方法は、センサをキャリッジに配設し、センサが横切ることによりキャリッジの位置を確認する。
この方法では、センサをモータ軸あるいは機構に設置しなければならないため、装置が大きくなりセンサ用の電線も必要となる。
【０００３】
２．各相の逆起電圧から脱調検出する方法（特許文献２）である。
この脱調検出方法は、ロータ位置検出手段により駆動コイルに発生する逆起電圧によりロータ位置を検出し、ロータ位置検出手段の出力により駆動コイルに通電するタイミングを通電タイミング生成手段により生成する。
この方法では、特別に逆電圧検出回路が必要で、大きな過渡現象を生じないマイクロステップ駆動には使用できない。
【０００４】
３．コンバータの電流から脱調検出する方法（特許文献３）である。
この脱調検出方法としては、モータに流れる電流と、通常動作時の基準となる電流とを比較し、基準電流よりモータ電流が大きくなった状態において、モータが脱調したと認識をすることが可能となる。
しかしながら、負荷により波形が変化する可能性があり、正確に脱調検出ができない。また、実機における実験により閾値を決める必要がある。
【０００５】
４．電流波形をみて脱調検出する方法（特許文献４）である。
この脱調検出方法は、ステッピングモータのステータコイルに生じた逆起電力をリカバリ電流としてステータコイルに戻すリカバリ回路の電流又は電圧を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果を所定の基準と比較して脱調の有無を判定する判定手段とからなり、前記検出手段は、前記リカバリ回路にＬＣ並列共振回路を配設してこのＬＣ並列共振回路に生じる共振波形を検出する手段として構成し、 前記判定手段は、ステータコイルへの電流のオン時又はオフ時における過渡現象に伴って前記検出手段の検出した共振波形に基づいて脱調の有無を判定する。
しかしながら、この脱調検出方法では、負荷により波形が変化する可能性があり、正確に脱調検出ができない。また、実機における実験により閾値を決める必要がある。
【０００６】
５．全相電流のリップルから脱調検出する方法（特許文献５）である。
この脱調検出方法は、ステップモータの各相のコイル電流の総和を検知する全電流検知手段と、この全電流検知手段の検知信号のリップル成分を抽出するリップル抽出手段と、このリップル抽出手段の出力値を所定の基準値と比較し、その出力値が基準値を超えている場合にステップモータに脱調が生じていると判断する。
しかしながら、この脱調検出方法では、特別に全相電流のリップル検出回路が必要となる。
【特許文献１】特許３４１３０２８号
【特許文献２】特開平５−１３０８００号公報
【特許文献３】特開平８−２７５５９２号公報
【特許文献４】特許３２５６３４２号
【特許文献５】特開平９−５１６９５号公報
【特許文献６】特開２００４−１８０３５４号公報
【特許文献７】特開平７−５９３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、マイクロステップ駆動に応用が可能で特別なモータを必要とせず、制御器出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することにより上記問題を解決することができるステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、前記変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することにある。
また、本発明は、ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを２相交流に変換し、前記変換された電流、電圧を誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することにある。
さらに、本発明は、前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を電気角演算装置により指令電気角にし、電流指令を前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに電流制御装置により正弦波状の電圧にし、前記指令電気角と前記正弦波状電圧とをともに電圧指令演算装置により出力される前記モータの各相の電圧指令値であることにある。
またさらに、本発明は、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、前記モータの各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することにある。
また、本発明は、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された電流、電圧から各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置によって演算された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することにある。
さらに、本発明は、前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を指示電気角に変換する電気角演算装置と、電流指令を、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに正弦波状の電圧に変換する電流制御装置と、前記指示電気角と前記正弦波状電圧とともに前記モータの各相の電圧指令値を出力する電圧指令演算装置とを備えてなることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
ステッピングモータのマイクロステップ駆動に応用ができ、特別な専用モータを必要とせず、制御装置からの出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することができるという優れた効果を奏する。また、本発明によれば、フィルタの機能も持つため、検出ミスが少ない。さらに、特別な検出回路を必要せず、ＣＰＵで演算が可能である。またさらに、実機における実験により閾値を決める必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図示の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ステッピングモータの脱調検出装置を示す系統図である。
【００１１】
１はＮ相ステッピングモータで、Ｎ相ステッピングモータ１はモータドライバ(モータ駆動装置)３を介して交流電源４に接続されている。交流電源４はモータドライバ３に、モータドライバ３はＮ相ステッピングモータ１に電力を供給する。Ｎ相ステッピングモータ１とモータドライバ３との間には、電流検出器２が設けられ、電流検出器２は、電流制御装置６に接続されている。この電流制御装置６には、電流指令i* が入力され、この電流指令i*と電流検出器２で検出したＮ相交流電流iNを入力として、正弦波状の出力電圧Ｖ* を決定する。一方、速度指令ωrm*を入力とする電気角演算装置７により指示電気角θを決定する。電気角演算装置７と電流制御装置６は、電圧指令演算装置５に接続され、電圧指令演算装置５は、この出力電圧Ｖ*と指示電気角θを入力とし、Ｎ相電圧指令値ＶNを決定し、Ｎ相ステッピングモータ１は正弦波状の振幅が一定な電流で駆動されているものとする。
【００１２】
前記電圧指令演算装置５と電流検出器２には、誘起起電圧推定演算装置８が接続され、この誘起起電圧推定演算装置８は、電圧指令値ＶNとＮ相交流電流iNから各相の誘起起電圧eNを推定する。この誘起起電圧推定演算装置８には、Ｎ相２相変換装置１９が接続され、その結果を２相交流に変換して誘起起電圧eα、eβを求める。
【００１３】
１７はｓｉｎ関数発生器（正弦関数発生器）で、このｓｉｎ関数発生器１７は、あらかじめ求めておいた回転子位置推定結果θestを入力とするsin関数発生器で、ｓｉｎθestを計算する。このsin関数発生器１７には、乗算器９が接続され、この乗算器９は、ｓｉｎθestの計算結果と推定した２相交流誘起起電圧の１相分eβを入力として乗算を行う。１８はｃｏｓ関数発生器（余弦関数発生器）で、このｃｏｓ関数発生器１８は、同じように、あらかじめ求めておいた回転子位置推定結果θestを入力とするｃｏｓ関数発生器で、ｓｉｎθestを計算する。このｃｏｓ関数発生器１８には、乗算器１０が接続され、この乗算器１０は、ｓｉｎθestの計算結果と推定した２相交流誘起起電圧の１相分eβを入力として乗算を行う。
【００１４】
これら乗算器９，１０は、減算器１１に接続され、この減算器１１は、乗算器９，１０で求めたｓｉｎθestと、ｃｏｓθestの値を入力として、eα× cosθest −eβ×sinθestを求める。減算器１１には、第１の増幅器１２が接続され、減算器１１で求められたeα×ｃｏｓθest −eβ×ｓｉｎθestを第１の増幅器１２に入力して増幅する。第１の増幅器１２には第１の積分器１３が接続され、この第１の積分器１３は第１の増幅器１２で増幅した値を入力して積分を行う。第１の積分器１３には、第２の積分器１４が接続され、第２の積分器１４には、第２の増幅器１５が並列接続されている。第１の積分器１３で積分した結果は、第２の積分器１４および第２の増幅器１５に入力され、第２の積分器１４で積分、第２の増幅器１５で増幅を行う。第２の積分器１４および、第２の増幅器１５は、加算器１６に接続され、加算器１６は第２の積分器１４の積分結果と第２の増幅器１５の増幅結果が入力され、加算器１６で積分結果と増幅結果の加算を行う。
【００１５】
前記加算器１６の結果は、ｓｉｎ関数発生器１７とｃｏｓ関数発生器１８にそれぞれフィードバックされ、前記動作を繰り返すことにより回転子位置θestを推定する。前記加算器１６には、脱調検出装置２０が接続され、この脱調検出装置２０には、電気角演算装置７の指示電気角θと、推定した回転子位置θestが入力され、指示電気角θと、推定した回転子位置θestの差から、その差がゼロより大きいか、−πより小さいかで判定を行いステッピングモータの脱調検出を行う。
【００１６】
次に、上記の実施の形態の作用を説明する。
各相の印加電圧をＶ、電流をＩ、誘起起電圧をＥ、インピーダンスをＺとおけば、Ｎ相ステッピングモータの電流電圧方程式は次式となる。
【数１】
ここで、Ｖ、Ｉ、ＥはＮ列の行列、ＺはＮ行Ｎ列の行列である。
電圧は制御器からの電圧指示、電流は電流検出値、Ｎ相ステッピングモータのインピーダンスはあらかじめ測定しておいた値（各相のインダクタンス値と抵抗値）を用いれば、次式で表される。
【数２】
この計算を行う部分を誘起起電圧推定演算装置８とする。
求めた誘起起電圧の推定値を２相交流に変換する。
例えば、３相交流を２相交流に変換する変換行列ｃは次式となる。
【００１７】
【数３】
【００１８】
対象となるモータが３相であった場合は上式を用いる。相数により変換行列を変更する。誘起起電圧推定演算装置８で求めたＮ相の誘起起電圧推定結果を上記の変換行列で２相交流に変換する装置をＮ相２相変換装置１９と呼ぶ。Ｎ相２相変換装置１９で２相交流の誘起起電圧の瞬時値を求めることが出来る。
【００１９】
次に、推定した誘起起電圧情報から誘起起電圧の位置情報を得る方法を説明する。
誘起起電圧eα、eβを誘起させる、界磁のα、β相電気子巻線鎖交磁束数Φfα、Φfβは、その最大値をΦf‘とすると次式で表される。
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】
ここで、θreはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った界磁の角度（電気角）であり、ωreを電気角速度とすると次式で表される。
【００２３】
【数６】
このときの各相の誘起起電圧eα、eβは次式となる。
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
回転子の推定位置演算結果θestのsin、cosの値を求め、それぞれの値と誘起起電圧eα、eβを乗算すると次式となる。
【００２７】
【数９】
【００２８】
【数１０】
【００２９】
この計算を行う部分をsin関数発生器１７、cos 関数発生器１８、乗算器９、１０とする。
（９）式から（１０）式を引くと次式となる。
【００３０】
【数１１】
ここで、θest とθre が近い値であれば、次式の関係が成り立つ。
【００３１】
【数１２】
（１２）式を（１１）式に代入すると次式となる。
【００３２】
【数１３】
【００３３】
すなわち、（１３）式は推定結果と実測値の偏差に比例した値となることが分かる。
この計算を行う部分を減算器１１とする。
すなわち、図１における減算器１１の結果はθre−θestの計算を行ったこととなる。そこで、増幅器１２の増幅率をＡ１、増幅器１５の増幅率をＡ２、積分器１３，１４の伝達関数を1/sとおき、図１における誘起起電圧推定演算装置８以後の伝達関数を求めると次式となる。
【００３４】
【数１６】
（１６）式は回転子の推定結果θestと実位置θreは、時間∞で一致するトラッキングフィルタとなっていることを示している。
【００３５】
また、推定結果を所望のダンピングファクタや固有振動数の応答で求めようとするために、増幅器１２の増幅率Ａ１、増幅器１５の増幅率Ａ２を設定することができる。
ここで、求めた回転子推定結果θestはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った誘起起電圧の電気角の推定結果である。従って、界磁位置は９０°進んだ角度となる。
【００３６】
次に脱調現象の定義を説明する。
一般的に、ステッピングモータの駆動においては、回転子位置に無関係に励磁位置を決定し、一定電流に制御された相電流を指示回転速度に見合った電気角速度で回転界磁をつくり、駆動する。このときの電流を次式とする。
【００３７】
【数１７】
【００３８】
【数１８】
ステッピングモータの発生トルクは各相の電流と鎖交磁束数の積和であらわされるので次式となる。
【００３９】
【数１９】
上式からθ−θreが±π/2となると最大発生トルクとなる。
したがって、脱調現象は電流ベクトルが磁束ベクトルから±π/2以上の位相差を持った場合に発生すると定義できる。
【００４０】
つぎに脱調現象の検出方法を説明する。
求めた回転子推定結果θestはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った誘起起電圧の電気角の推定結果である。従って、界磁位置は９０°進んだ角度であるから、指示電気角θと回転子推定結果θestを入力とし、その差がゼロより大きいか、−πより小さいかで判定を行うことで脱調現象を判定する。この判定を行っているのが脱調検出装置２０である。
【００４１】
図２は本発明の他の実施の形態で、図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この場合、電圧指令演算装置５と電流検出器２には、Ｎ相２相変換装置１９を先に接続し、Ｎ相２相変換装置１９に誘起起電圧推定演算装置８を接続したものである。
すなわち、電圧指令値ＶNと電流iNをそれぞれＮ相２相変換装置１９で２相交流に変換し、２相交流量に変換された電流電圧を誘起起電圧推定演算装置８で誘起起電圧eNを推定して、誘起起電圧eα、eβを求めることが出来る。
この方法を用いると、電圧と電流２つの検出値を２相交流に変換しなければならないため、演算量が増加する。
【００４２】
また、トラッキングフィルタを使わないで逆正接関数を用いても位置情報を推定できる。しかし、誘起起電圧の推定演算に微分演算を行うため、推定結果にノイズを多く含むために脱調現象の検出に間違いが生ずる可能性が高くなる。この場合位置推定結果にフィルタを入れる必要がある。
【００４３】
以上のべたように、本発明の実施の形態によれば以下の効果を奏することができる。
ステッピングモータのマイクロステップ駆動に応用ができ、特別な専用モータを必要とせず、制御装置からの出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することができるという優れた効果を奏する。また、本発明によれば、フィルタの機能も持つため、検出ミスが少ない。さらに、特別な検出回路を必要せず、ＣＰＵで演算が可能である。またさらに、実機における実験により閾値を決める必要がない。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置の実施の形態を示す該モータの制御装置と脱調検出装置の構成系統図である。
【図２】本発明のステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置の他の実施の形態を示す該モータの制御装置と脱調検出装置の構成系統図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ Ｎ相ステッピングモータ
２ 電流検出器
３ モータドライバ（モータ駆動装置）
４ 交流電源
５ 電圧指令演算装置
６ 電流制御装置
７ 電気角演算装置
８ 誘起電圧推定演算装置
９，１０ 乗算器
１１ 減算器
１２ 第１の増幅器
１３ 第１の積分器
１４ 第２の積分器
１５ 第２の増幅器
１６ 加算器
１７ 正弦（ｓｉｎ）関数発生器
１８ 余弦（ｃｏｓ）関数発生器
１９ Ｎ相２相変換装置
２０ 脱調検出装置
eα、eβ 誘起起電圧
ｉα、ｉβ 駆動電流値
ｉ* 電流指令
Ｖα、Ｖβ 電圧指令値
Ｖ* 正弦波状電圧
ω*rm 速度指令
θ 指示電気角
θest 回転子推定結果(電気角の推定結果)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの駆動に関して、脱調現象を検出するステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のステッピングモータの脱調現象の検出方法としては、通常、次の５種類に大別できる。
１．センサ（位置、速度、加速度、検出巻線）を用いたステッピングモータの脱調検出方法(特許文献１)である。
この脱調検出方法は、センサをキャリッジに配設し、センサが横切ることによりキャリッジの位置を確認する。
この方法では、センサをモータ軸あるいは機構に設置しなければならないため、装置が大きくなりセンサ用の電線も必要となる。
【０００３】
２．各相の逆起電圧から脱調検出する方法（特許文献２）である。
この脱調検出方法は、ロータ位置検出手段により駆動コイルに発生する逆起電圧によりロータ位置を検出し、ロータ位置検出手段の出力により駆動コイルに通電するタイミングを通電タイミング生成手段により生成する。
この方法では、特別に逆電圧検出回路が必要で、大きな過渡現象を生じないマイクロステップ駆動には使用できない。
【０００４】
３．コンバータの電流から脱調検出する方法（特許文献３）である。
この脱調検出方法としては、モータに流れる電流と、通常動作時の基準となる電流とを比較し、基準電流よりモータ電流が大きくなった状態において、モータが脱調したと認識をすることが可能となる。
しかしながら、負荷により波形が変化する可能性があり、正確に脱調検出ができない。また、実機における実験により閾値を決める必要がある。
【０００５】
４．電流波形をみて脱調検出する方法（特許文献４）である。
この脱調検出方法は、ステッピングモータのステータコイルに生じた逆起電力をリカバリ電流としてステータコイルに戻すリカバリ回路の電流又は電圧を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果を所定の基準と比較して脱調の有無を判定する判定手段とからなり、前記検出手段は、前記リカバリ回路にＬＣ並列共振回路を配設してこのＬＣ並列共振回路に生じる共振波形を検出する手段として構成し、 前記判定手段は、ステータコイルへの電流のオン時又はオフ時における過渡現象に伴って前記検出手段の検出した共振波形に基づいて脱調の有無を判定する。
しかしながら、この脱調検出方法では、負荷により波形が変化する可能性があり、正確に脱調検出ができない。また、実機における実験により閾値を決める必要がある。
【０００６】
５．全相電流のリップルから脱調検出する方法（特許文献５）である。
この脱調検出方法は、ステップモータの各相のコイル電流の総和を検知する全電流検知手段と、この全電流検知手段の検知信号のリップル成分を抽出するリップル抽出手段と、このリップル抽出手段の出力値を所定の基準値と比較し、その出力値が基準値を超えている場合にステップモータに脱調が生じていると判断する。
しかしながら、この脱調検出方法では、特別に全相電流のリップル検出回路が必要となる。
【特許文献１】特許３４１３０２８号
【特許文献２】特開平５−１３０８００号公報
【特許文献３】特開平８−２７５５９２号公報
【特許文献４】特許３２５６３４２号
【特許文献５】特開平９−５１６９５号公報
【特許文献６】特開２００４−１８０３５４号公報
【特許文献７】特開平７−５９３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、マイクロステップ駆動に応用が可能で特別なモータを必要とせず、制御器出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することにより上記問題を解決することができるステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、前記変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することにある。
また、本発明は、ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを２相交流に変換し、前記変換された電流、電圧を誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することにある。
さらに、本発明は、前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を電気角演算装置により指令電気角にし、電流指令を前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに電流制御装置により正弦波状の電圧にし、前記指令電気角と前記正弦波状電圧とをともに電圧指令演算装置により出力される前記モータの各相の電圧指令値であることにある。
またさらに、本発明は、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、前記モータの各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することにある。
また、本発明は、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された電流、電圧から各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置によって演算された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することにある。
さらに、本発明は、前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を指示電気角に変換する電気角演算装置と、電流指令を、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに正弦波状の電圧に変換する電流制御装置と、前記指示電気角と前記正弦波状電圧とともに前記モータの各相の電圧指令値を出力する電圧指令演算装置とを備えてなることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
ステッピングモータのマイクロステップ駆動に応用ができ、特別な専用モータを必要とせず、制御装置からの出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することができるという優れた効果を奏する。また、本発明によれば、フィルタの機能も持つため、検出ミスが少ない。さらに、特別な検出回路を必要せず、ＣＰＵで演算が可能である。またさらに、実機における実験により閾値を決める必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図示の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ステッピングモータの脱調検出装置を示す系統図である。
【００１１】
１はＮ相ステッピングモータで、Ｎ相ステッピングモータ１はモータドライバ(モータ駆動装置)３を介して交流電源４に接続されている。交流電源４はモータドライバ３に、モータドライバ３はＮ相ステッピングモータ１に電力を供給する。Ｎ相ステッピングモータ１とモータドライバ３との間には、電流検出器２が設けられ、電流検出器２は、電流制御装置６に接続されている。この電流制御装置６には、電流指令i* が入力され、この電流指令i*と電流検出器２で検出したＮ相交流電流iNを入力として、正弦波状の出力電圧Ｖ* を決定する。一方、速度指令ωrm*を入力とする電気角演算装置７により指示電気角θを決定する。電気角演算装置７と電流制御装置６は、電圧指令演算装置５に接続され、電圧指令演算装置５は、この出力電圧Ｖ*と指示電気角θを入力とし、Ｎ相電圧指令値ＶNを決定し、Ｎ相ステッピングモータ１は正弦波状の振幅が一定な電流で駆動されているものとする。
【００１２】
前記電圧指令演算装置５と電流検出器２には、誘起起電圧推定演算装置８が接続され、この誘起起電圧推定演算装置８は、電圧指令値ＶNとＮ相交流電流iNから各相の誘起起電圧eNを推定する。この誘起起電圧推定演算装置８には、Ｎ相２相変換装置１９が接続され、その結果を２相交流に変換して誘起起電圧eα、eβを求める。
【００１３】
１７はｓｉｎ関数発生器（正弦関数発生器）で、このｓｉｎ関数発生器１７は、あらかじめ求めておいた回転子位置推定結果θestを入力とするsin関数発生器で、ｓｉｎθestを計算する。このsin関数発生器１７には、乗算器９が接続され、この乗算器９は、ｓｉｎθestの計算結果と推定した２相交流誘起起電圧の１相分eβを入力として乗算を行う。１８はｃｏｓ関数発生器（余弦関数発生器）で、このｃｏｓ関数発生器１８は、同じように、あらかじめ求めておいた回転子位置推定結果θestを入力とするｃｏｓ関数発生器で、ｓｉｎθestを計算する。このｃｏｓ関数発生器１８には、乗算器１０が接続され、この乗算器１０は、ｓｉｎθestの計算結果と推定した２相交流誘起起電圧の１相分eβを入力として乗算を行う。
【００１４】
これら乗算器９，１０は、減算器１１に接続され、この減算器１１は、乗算器９，１０で求めたｓｉｎθestと、ｃｏｓθestの値を入力として、eα× cosθest −eβ×sinθestを求める。減算器１１には、第１の増幅器１２が接続され、減算器１１で求められたeα×ｃｏｓθest −eβ×ｓｉｎθestを第１の増幅器１２に入力して増幅する。第１の増幅器１２には第１の積分器１３が接続され、この第１の積分器１３は第１の増幅器１２で増幅した値を入力して積分を行う。第１の積分器１３には、第２の積分器１４が接続され、第２の積分器１４には、第２の増幅器１５が並列接続されている。第１の積分器１３で積分した結果は、第２の積分器１４および第２の増幅器１５に入力され、第２の積分器１４で積分、第２の増幅器１５で増幅を行う。第２の積分器１４および、第２の増幅器１５は、加算器１６に接続され、加算器１６は第２の積分器１４の積分結果と第２の増幅器１５の増幅結果が入力され、加算器１６で積分結果と増幅結果の加算を行う。
【００１５】
前記加算器１６の結果は、ｓｉｎ関数発生器１７とｃｏｓ関数発生器１８にそれぞれフィードバックされ、前記動作を繰り返すことにより回転子位置θestを推定する。前記加算器１６には、脱調検出装置２０が接続され、この脱調検出装置２０には、電気角演算装置７の指示電気角θと、推定した回転子位置θestが入力され、指示電気角θと、推定した回転子位置θestの差から、その差がゼロより大きいか、−πより小さいかで判定を行いステッピングモータの脱調検出を行う。
【００１６】
次に、上記の実施の形態の作用を説明する。
各相の印加電圧をＶ、電流をＩ、誘起起電圧をＥ、インピーダンスをＺとおけば、Ｎ相ステッピングモータの電流電圧方程式は次式となる。
【数１】
ここで、Ｖ、Ｉ、ＥはＮ列の行列、ＺはＮ行Ｎ列の行列である。
電圧は制御器からの電圧指示、電流は電流検出値、Ｎ相ステッピングモータのインピーダンスはあらかじめ測定しておいた値（各相のインダクタンス値と抵抗値）を用いれば、次式で表される。
【数２】
この計算を行う部分を誘起起電圧推定演算装置８とする。
求めた誘起起電圧の推定値を２相交流に変換する。
例えば、３相交流を２相交流に変換する変換行列ｃは次式となる。
【００１７】
【数３】
【００１８】
対象となるモータが３相であった場合は上式を用いる。相数により変換行列を変更する。誘起起電圧推定演算装置８で求めたＮ相の誘起起電圧推定結果を上記の変換行列で２相交流に変換する装置をＮ相２相変換装置１９と呼ぶ。Ｎ相２相変換装置１９で２相交流の誘起起電圧の瞬時値を求めることが出来る。
【００１９】
次に、推定した誘起起電圧情報から誘起起電圧の位置情報を得る方法を説明する。
誘起起電圧eα、eβを誘起させる、界磁のα、β相電気子巻線鎖交磁束数Φfα、Φfβは、その最大値をΦf‘とすると次式で表される。
【００２０】
【数４】
【００２１】
【数５】
【００２２】
ここで、θreはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った界磁の角度（電気角）であり、ωreを電気角速度とすると次式で表される。
【００２３】
【数６】
このときの各相の誘起起電圧eα、eβは次式となる。
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】
回転子の推定位置演算結果θestのsin、cosの値を求め、それぞれの値と誘起起電圧eα、eβを乗算すると次式となる。
【００２７】
【数９】
【００２８】
【数１０】
【００２９】
この計算を行う部分をsin関数発生器１７、cos 関数発生器１８、乗算器９、１０とする。
（９）式から（１０）式を引くと次式となる。
【００３０】
【数１１】
ここで、θest とθre が近い値であれば、次式の関係が成り立つ。
【００３１】
【数１２】
（１２）式を（１１）式に代入すると次式となる。
【００３２】
【数１３】
【００３３】
すなわち、（１３）式は推定結果と実測値の偏差に比例した値となることが分かる。
この計算を行う部分を減算器１１とする。
すなわち、図１における減算器１１の結果はθre−θestの計算を行ったこととなる。そこで、増幅器１２の増幅率をＡ１、増幅器１５の増幅率をＡ２、積分器１３，１４の伝達関数を1/sとおき、図１における誘起起電圧推定演算装置８以後の伝達関数を求めると次式となる。
【００３４】
【数１６】
（１６）式は回転子の推定結果θestと実位置θreは、時間∞で一致するトラッキングフィルタとなっていることを示している。
【００３５】
また、推定結果を所望のダンピングファクタや固有振動数の応答で求めようとするために、増幅器１２の増幅率Ａ１、増幅器１５の増幅率Ａ２を設定することができる。
ここで、求めた回転子推定結果θestはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った誘起起電圧の電気角の推定結果である。従って、界磁位置は９０°進んだ角度となる。
【００３６】
次に脱調現象の定義を説明する。
一般的に、ステッピングモータの駆動においては、回転子位置に無関係に励磁位置を決定し、一定電流に制御された相電流を指示回転速度に見合った電気角速度で回転界磁をつくり、駆動する。このときの電流を次式とする。
【００３７】
【数１７】
【００３８】
【数１８】
ステッピングモータの発生トルクは各相の電流と鎖交磁束数の積和であらわされるので次式となる。
【００３９】
【数１９】
上式からθ−θreが±π/2となると最大発生トルクとなる。
したがって、脱調現象は電流ベクトルが磁束ベクトルから±π/2以上の位相差を持った場合に発生すると定義できる。
【００４０】
つぎに脱調現象の検出方法を説明する。
求めた回転子推定結果θestはα相電気子巻線を基準として時計回りに取った誘起起電圧の電気角の推定結果である。従って、界磁位置は９０°進んだ角度であるから、指示電気角θと回転子推定結果θestを入力とし、その差がゼロより大きいか、−πより小さいかで判定を行うことで脱調現象を判定する。この判定を行っているのが脱調検出装置２０である。
【００４１】
図２は本発明の他の実施の形態で、図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この場合、電圧指令演算装置５と電流検出器２には、Ｎ相２相変換装置１９を先に接続し、Ｎ相２相変換装置１９に誘起起電圧推定演算装置８を接続したものである。
すなわち、電圧指令値ＶNと電流iNをそれぞれＮ相２相変換装置１９で２相交流に変換し、２相交流量に変換された電流電圧を誘起起電圧推定演算装置８で誘起起電圧eNを推定して、誘起起電圧eα、eβを求めることが出来る。
この方法を用いると、電圧と電流２つの検出値を２相交流に変換しなければならないため、演算量が増加する。
【００４２】
また、トラッキングフィルタを使わないで逆正接関数を用いても位置情報を推定できる。しかし、誘起起電圧の推定演算に微分演算を行うため、推定結果にノイズを多く含むために脱調現象の検出に間違いが生ずる可能性が高くなる。この場合位置推定結果にフィルタを入れる必要がある。
【００４３】
以上のべたように、本発明の実施の形態によれば以下の効果を奏することができる。
ステッピングモータのマイクロステップ駆動に応用ができ、特別な専用モータを必要とせず、制御装置からの出力である各相出力電圧指示と各相の相電流を検出し、演算することができるという優れた効果を奏する。また、本発明によれば、フィルタの機能も持つため、検出ミスが少ない。さらに、特別な検出回路を必要せず、ＣＰＵで演算が可能である。またさらに、実機における実験により閾値を決める必要がない。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置の実施の形態を示す該モータの制御装置と脱調検出装置の構成系統図である。
【図２】本発明のステッピングモータの脱調検出方法および脱調検出装置の他の実施の形態を示す該モータの制御装置と脱調検出装置の構成系統図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ Ｎ相ステッピングモータ
２ 電流検出器
３ モータドライバ（モータ駆動装置）
４ 交流電源
５ 電圧指令演算装置
６ 電流制御装置
７ 電気角演算装置
８ 誘起電圧推定演算装置
９，１０ 乗算器
１１ 減算器
１２ 第１の増幅器
１３ 第１の積分器
１４ 第２の積分器
１５ 第２の増幅器
１６ 加算器
１７ 正弦（ｓｉｎ）関数発生器
１８ 余弦（ｃｏｓ）関数発生器
１９ Ｎ相２相変換装置
２０ 脱調検出装置
eα、eβ 誘起起電圧
ｉα、ｉβ 駆動電流値
ｉ* 電流指令
Ｖα、Ｖβ 電圧指令値
Ｖ* 正弦波状電圧
ω*rm 速度指令
θ 指示電気角
θest 回転子推定結果(電気角の推定結果)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、前記変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項２】
ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを２相交流に変換し、前記変換された電流、電圧を誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項３】
前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を電気角演算装置により指令電気角にし、電流指令を前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに電流制御装置により正弦波状の電圧にし、前記指令電気角と前記正弦波状電圧とをともに電圧指令演算装置により出力される前記モータの各相の電圧指令値であることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項４】
速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、前記モータの各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項５】
速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された電流、電圧から各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置によって演算された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項６】
前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を指示電気角に変換する電気角演算装置と、電流指令を、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに正弦波状の電圧に変換する電流制御装置と、前記指示電気角と前記正弦波状電圧とともに前記モータの各相の電圧指令値を出力する電圧指令演算装置とを備えてなる請求項４または５に記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項１】
ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換し、前記変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項２】
ステッピングモータの脱調検出方法であって、速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力し、前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを２相交流に変換し、前記変換された電流、電圧を誘起起電圧推定演算装置に入力して、前記モータの各相の誘起電圧を算出し、正弦関数発生器および余弦関数発生器によって、あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生し、前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算し、これら算出された算出結果を演算して求められた回転子の推定演算結果と、前記制御部の指示電気角とから偏差を求め、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項３】
前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を電気角演算装置により指令電気角にし、電流指令を前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに電流制御装置により正弦波状の電圧にし、前記指令電気角と前記正弦波状電圧とをともに電圧指令演算装置により出力される前記モータの各相の電圧指令値であることを特徴とする請求項１または２に記載のステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項４】
速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、前記モータの各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置から算出された前記各相の誘起起電圧から２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項５】
速度指令に基づき指示電気角を演算し、電流指令と電流検出器で検出される駆動電流から出力電圧を演算し、前記指示電気角と出力電圧から電圧指令値を、Ｎ相ステッピングモータを駆動するモータ駆動装置に、出力する制御装置と、
前記電圧指令値および、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とを入力し、２相交流に変換するＮ相２相交流変換装置と、
前記Ｎ相２相交流変換装置によって変換された電流、電圧から各相の誘起電圧を算出する誘起起電圧推定演算装置と、
あらかじめ求められ、又は推定されて入力された前記モータの回転子位置に対応して、それぞれの正弦関数値と余弦関数値とを発生する正弦関数発生器および余弦関数発生器と、
前記誘起起電圧推定演算装置によって演算された前記誘起起電圧のそれぞれと、前記正弦関数発生器及び余弦関数発生器のそれぞれから発生する正弦関数値と余弦関数値とをそれぞれ乗算する、前記モータの相数に対応する複数の乗算器と、
前記それぞれの乗算器からの出力の差を演算する減算器と、
前記減算器からの出力を増幅するための第１の増幅器と、
該第１の増幅器の出力を積分演算するための第１の積分器と、
該第１の積分器の出力をさらに積分するための第２の積分器と、
前記第１の積分器の出力を増幅するための第２の増幅器と、
前記第２の積分器の出力と前記第２の増幅器の出力とを加算する加算器と、
前記加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出する脱調検出装置を備え、
前記加算器からの算出電気角を、前記モータの回転子推定位置として、前記正弦関数発生器と前記余弦関数発生器の前記回転子位置に代えるようにそれぞれフィードバックして、繰り返し演算するとともに、この加算器からの算出電気角と、前記制御部の指示電気角とから、脱調検出することを特徴とするステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項６】
前記制御装置から前記モータ駆動装置に入力する前記電圧指令値は、速度指令を指示電気角に変換する電気角演算装置と、電流指令を、前記電流検出器で検出される前記駆動電流の値とともに正弦波状の電圧に変換する電流制御装置と、前記指示電気角と前記正弦波状電圧とともに前記モータの各相の電圧指令値を出力する電圧指令演算装置とを備えてなる請求項４または５に記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１２１８５８（Ｐ２００６−１２１８５８Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０９２６０（Ｐ２００４−３０９２６０）
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００１０３７９２）オリエンタルモーター株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２５日（２００４．１０．２５）
【出願人】（０００１０３７９２）オリエンタルモーター株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]