(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの回転をパルス列に変換してパルス信号として出力するエンコーダと、前記パルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かをステッピングモータの脱調の有無として判定する同期判定部と、同期判定部の判定結果を出力するための脱調警告出力部とを具備し、前記同期判定部は、パルス信号のパルス幅Ｔ１と回転指令パルスのパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）の変化を検知し、当該検知結果に基づいてパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かを判定する構成となっていることを特徴とするステッピングモータ用異常検知装置。
【請求項２】
請求項１記載のステッピングモータ用異常検知装置において、前記同期判定部は、パルス信号のパルスの立ち上がりと回転指令パルスに応じて作成される励磁シーケンスの励磁原点信号のパルスの立ち上がりとの間に入力される指令パルスのパルス数を計数し、当該計数値の変化を比率Ｋの変化として検知するようにしたことを特徴とするステッピングモータ用異常検知装置。
【請求項３】
請求項１記載のステッピングモータ用異常検知装置において、前記同期判定部は、パルス信号のパルスの立ち上がりと次のパルスの立ち上がりとの間に入力される前記励磁原点信号のパルス数を計数し、当該計数値の変化を比率Ｋの変化として検知するようにしたことを特徴とするステッピングモータ用異常検知装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のステッピングモータ用異常検知装置において、回転指令パルスのパルス幅Ｔ１とパルス信号のパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）が増加しているときにはステッピングモータに過負荷脱調の兆候があると判定する過負荷脱調兆候判定部と、過負荷脱調兆候判定部の判定結果を出力するための過負荷脱調警告出力部とを具備したことを特徴とするステッピングモータ用異常検知装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載のステッピングモータ用異常検知装置において、回転指令パルスのパルス幅Ｔ１と前記パルス信号のパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）が周期的に増減しているときにはステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定する過振動脱調兆候判定部と、過振動脱調兆候判定部の判定結果を出力するための過振動脱調警告出力部とを具備したことを特徴とするステッピングモータ用異常検知装置。
【請求項６】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項１のエンコーダから出力されたパルス信号を入力するためのパルス信号入力部と、請求項１、２又は３の同期判定部と、同期判定部により同期がとれていないと判定されたときにはステッピングモータを停止させる機能を有したモータ制御部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。
【請求項７】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項６のパルス信号入力部と、請求項１、２又は３の同期判定部と、請求項４の過負荷脱調兆候判定部と、過負荷脱調兆候判定部によりステッピングモータに過負荷脱調の兆候があると判定されたときには過負荷脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部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。
【請求項８】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項６のパルス信号入力部と、請求項１、２又は３の同期判定部と、請求項５の過振動脱調兆候判定部と、振動脱調兆候判定部によりステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定されたときには過振動脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部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。
【請求項９】
請求項６、７又は８記載のステッピングモータ駆動装置において、少なくとも前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項１０】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項１、２又は３のステッピングモータ用異常検知装置の脱調警告出力部から出力された同期判定部の判定結果を入力するための脱調警告入力部と、前記同期判定部により同期がとれていないと判定されたときにはステッピングモータを停止させる機能を有するモータ制御部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。
【請求項１１】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項４のステッピングモータ用異常検知装置の過負荷脱調警告出力部の判定結果を入力するための過負荷脱調警告入力部と、前記過負荷脱調兆候判定部によりステッピングモータに過負荷脱調の兆候があると判定されたときには過負荷脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部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。
【請求項１２】
入力された回転指令パルスに応じてステッピングモータを駆動させるステッピングモータ駆動装置において、請求項５のステッピングモータ用異常検知装置の過振動脱調警告出力部の判定結果を入力するための過振動脱調警告入力部と、過振動脱調兆候判定部によりステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定されたときには過振動脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部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。
【請求項１３】
請求項１０、１１又は１２記載のステッピングモータ駆動装置において、少なくとも前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えたことを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステッピングモータの脱調やその兆候を検知するステッピングモータ用異常検知装置及び同装置を用いたステッピングモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータはステッピングモータ駆動装置に回転指令パルスを入力すると、同装置からモータ電流が生成され、その結果、回転指令パルスに応じて回転するようになっている。ところが、過負荷である時や急激に回転速度を変化させた時には回転指令パルスに応じて回転せず、脱調という現象が生じる。
【０００３】
従来のステッピングモータ駆動装置の中にはステッピングモータの回転角度を検知する回転角検知器を用いることを前提とし、ステッピングモータに脱調が生じないように制御する機能を有するものがある。同装置は、回転角検知器から出力された信号を通じてモータの現在の回転角度を監視する一方、回転指令パルスを通じてモータの現在の指令角度を監視し、両角度の偏差が零となるようにステッピングモータを制御する基本構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例による場合、ステッピングモータをクローズドループ制御し、サーボモータと似通った形で駆動させていることから、回路構成が複雑になり、コスト高になるという本質的な欠点がある。特に、ステッピングモータの脱調を検知するために同モータの回転角度を監視している以上、ビット長の大きなカウンタ等が必要不可欠となり、これに伴って回路規模が大きくなり、装置の小型化及び低コスト化を図ることが非常に困難になっている。
【０００５】
本発明は上記背景の下で創作されたものであり、その主たる目的とするところは、ステッピングモータの絶対的な回転角を監視することなく同モータの脱調やその兆候を簡便な構成で検知することを可能なステッピングモータ用異常検知装置及びステッピングモータ駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るステッピングモータ用異常検知装置は、ステッピングモータの回転をパルス列に変換してパルス信号として出力するエンコーダと、前記パルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かをステッピングモータの脱調の有無として判定する同期判定部と、同期判定部の判定結果を出力するための脱調警告出力部とを具備している。同期判定部については、パルス信号のパルス幅Ｔ１と回転指令パルスのパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）の変化を検知し、当該検知結果に基づいてパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かを判定する構成となっている。
【０００７】
同期判定部については、例えば、パルス信号のパルスの立ち上がりと回転指令パルスに応じて作成される励磁シーケンスの励磁原点信号のパルスの立ち上がりとの間に入力される指令パルスのパルス数を計数し、当該計数値の変化を比率Ｋの変化として検知する構成のものを用いたり、パルス信号のパルスの立ち上がりと回転指令パルスに応じて作成される励磁シーケンスの励磁原点信号のパルスの立ち上がりとの間に入力される指令パルスのパルス数を計数し、当該計数値の変化を比率Ｋの変化として検知する構成のものを用いると良い。
【０００８】
同装置には、より好ましくは、前記回転指令パルスのパルス幅Ｔ１と前記パルス信号のパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）が増加しているときにはステッピングモータに過負荷脱調の兆候があると判定する過負荷脱調兆候判定部と、過負荷脱調兆候判定部の判定結果を出力するための過負荷脱調警告出力部とを備えることが望ましい。また、前記回転指令パルスのパルス幅Ｔ１と前記パルス信号のパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）が周期的に増減しているときにはステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定する過振動脱調兆候判定部と、過振動脱調兆候判定部の判定結果を出力するための過振動脱調警告出力部とを備えることが望ましい。
【０００９】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、上記エンコーダから出力されたパルス信号を入力するためのパルス信号入力部と、上記同期判定部と、同期判定部により同期がとれていないと判定されたときにはステッピングモータを停止させる機能を有したモータ制御部とを具備している。
【００１０】
より好ましくは、前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えるようにすることが望ましい。
【００１１】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、上記パルス信号入力部と、上記同期判定部と、上記過負荷脱調兆候判定部と、過負荷脱調兆候判定部によりステッピングモータに過負荷脱調の兆候があると判定されたときには過負荷脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部とを具備している。
【００１２】
より好ましくは、少なくとも前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えるようにすることが望ましい。
【００１３】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、上記パルス信号入力部と、上記同期判定部と、上記過振動脱調兆候判定部と、振動脱調兆候判定部によりステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定されたときには過振動脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有するモータ制御部とを具備している。
【００１４】
より好ましくは、少なくとも前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えるようにすることが望ましい。
【００１５】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、上記ステッピングモータ用異常検知装置の脱調警告出力部から出力された同期判定部の判定結果を入力するための脱調警告入力部と、前記同期判定部により同期がとれていないと判定されたときにはステッピングモータを停止させる機能を有したモータ制御部とを具備している。
【００１６】
より好ましくは、前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えるようにすることが望ましい。
【００１７】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、上記ステッピングモータ用異常検知装置の過振動脱調警告出力部の判定結果を入力するための過振動脱調警告入力部と、過振動脱調兆候判定部によりステッピングモータに過振動脱調の兆候があると判定されたときには過振動脱調が生じないようにステッピングモータの電流制御値及び／又は回転速度指令値を補正する機能を有したモータ制御部とを具備している。
【００１８】
より好ましくは、少なくとも前記同期判定部の判定結果を出力するための警告出力部を備えるようにすることが望ましい。
【００１９】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ用異常検知装置の構成図、図２は同装置によりステッピングモータの脱調の有無を検知することができる原理を説明するための図であって回転指令パルスとパルス信号のタイミングチャート、図３は同装置によりステッピングモータの過負荷脱調の兆候を検知することができる原理を説明するための図であってパルス信号の波形図、図４は同装置によりステッピングモータの過振動脱調の兆候を検知することができる原理を説明するための図であってパルス信号の波形図、図５はステッピングモータ駆動装置の同期判定部のブロック図、図６は同同期判定部の各種信号のタイミングチャート、図７は同同期判定部の変形例を示したブロック図、図８は同同期判定部の各種信号のタイミングチャート、図９は同装置の判定部及び信号処理部のブロック図、図１０はステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ用異常検知装置の別の実施形態を説明するための構成図である。
【００２０】
ここに掲げるステッピングモータ駆動装置Ａは、入力された回転指令パルスａに応じてステッピングモータＢを駆動させる装置であって、入力された商用交流を直流に変換してモータ電流を生成する電源回路１０と、電源回路１０から出力されたモータ電流を調節するモータ出力電流制御回路２０と、モータ出力電流制御回路２０を通じて入力されたモータ電流を各相毎にスイッチングして各相電流に生成するバイポーラスイッチング素子群であるモータ駆動回路３０と、回転指令パルスａに応じてモータ出力電流制御回路２０及びモータ駆動回路３０を制御するモータ制御部４０とを有した基本構成となっている。
【００２１】
モータ制御部４０は、ステッピングモータＢを回転指令パルスａに応じて回転させるために回転指令パルスａを所定の励磁シーケンスに基づいて相分配した相励磁信号ｄを生成してモータ駆動回路３０に出力するとともに、励磁シーケンスがリセット位置に戻ったことを示す励磁原点信号ｅ（５相ステッピングモータであるときには回転指令パルスａのパルスが２０個（ハーフステップ駆動時）又は１０個（フルステップ駆動時）入力される度に１つのパルスを出力する信号：図６参照）を生成する励磁シーケンス制御部４１と、励磁原点信号ｅの周期を検知して回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖを求めるとともに、ステッピングモータＢの中速度領域付近の過大なトルク出力を抑えるために当該速度指令値ｖに対応した最適な電流制御値に求める信号処理部４２（これの詳しい構成については後述する）と、信号処理部４２により求められた最適な電流制御値に応じてモータ出力電流制御回路２０を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部４３とを有した構成となっている。
【００２２】
ステッピングモータ駆動装置Ａにおいては、ステッピングモータＢの相対回転角をパルス列に変換してパルス信号ｂとして出力するエンコーダ２００を使用することが前提になっている。
【００２３】
ここではエンコーダ２００として光学式のものを用いている。エンコーダ２００は、図示されていないが、ステッピングモータＢのシャフトに連結されており且つ面上に円周に沿って複数のスリットが形成された円盤と、円盤上に対向して配置されており且つスリットに向けて光を照射する発光素子と、発光素子の対向位置に配置されており且つスリットを通過した発光素子の光を受光する受光素子とを有している。パルス信号ｂは受光素子から出力された信号である。即ち、ステッピングモータＢと共に円盤が回転すると、発光素子から出力された光が円盤で遮蔽されたりスリットを通過することから、パルス信号ｂのパルス幅及び周期は、ステッピングモータＢの回転速度に応じて変化することになる。
【００２４】
ステッピングモータ駆動装置Ａは、上記した基本構成に後述する構成部が新たに追加されることにより、エンコーダ２００から出力されたパルス信号ｂ及び回転指令パルスａに基づいてステッピングモータＢの脱調及びその兆候（ここでは過負荷脱調兆候と過振動脱調兆候との２種類）の有無を判定する機能と、ステッピングモータＢが脱調したと判定されたときにはステッピングモータＢを停止させる一方、脱調の兆候があると判定されたときには、当該脱調が生じないようにステッピングモータＢを制御する機能とを有している。
【００２５】
ここでいう過負荷脱調兆候とは、ステッピングモータＢに定格トルク以上の負荷トルクが加わり、当該負荷トルクの時間的な変動を原因として生じる脱調の兆候をいい、過振動脱調兆候とは、ステッピングモータＢの固有振動が発生し、当該振動の時間的な変動を原因として生じる脱調の兆候をいう。
【００２６】
ステッピングモータ駆動装置Ａの詳細な構成を説明する前に、同装置によりステッピングモータＢの脱調、過負荷脱調兆候及び過振動脱調兆候の有無を判定することができる原理について図２乃至図４を参照して説明する。
【００２７】
ステッピングモータＢが正常に動作しているときには、ステッピングモータＢの回転角が回転指令パルスａに応じて正確に変化する。このことから、図２に示すように回転指令パルスａとパルス信号ｂとは両信号の間で同期が保たれ、位相差Ｔ３（回転指令パルスａの立ち上がりからパルス信号ｂの立ち上がりまでの時間）と位相差Ｔ４（パルス信号ｂの立ち上がりから次の回転指令パルスａの立ち上がりまでの時間）との比率Ｌについては常に一定となる。また、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１とパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）についても常に一定となる。
【００２８】
ところが、ステッピングモータＢが脱調すると、ステッピングモータＢの回転角が回転指令パルスａに応じて変化しないことから、位相差Ｔ３及び位相差Ｔ４が変化し、これに伴って比率Ｌに変化が現われる。ただ、ステッピングモータＢが脱調したときには、その性質上、位相差Ｔ３、位相差Ｔ４のいずれか一方だけが変化するということはない。よって、位相差Ｔ３、位相差Ｔ４のいずれか一方だけを常時検知することによりステッピングモータＢが脱調したか否かを判定することが可能になる。
【００２９】
ステッピングモータＢが脱調していないが、ステッピングモータＢに定格トルク以上の負荷トルクが加わった場合、これに伴って図３に示すようにパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が大きくなり、比率Ｋが変化して増加する。回転指令パルスａの周波数が低下したときも、パルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が大きくなり同一の現象が現われるものの、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１も同時に大きくなるので、比率Ｋに変化は現われない。よって、比率Ｋの増加を常時検知することによりステッピングモータＢに過負荷脱調の兆候の有無を判定することが可能になる。比率Ｋの変化量にはステッピングモータＢに定格トルク以上に加わったときの負荷トルクの変動の大きさに概ね対応している。
【００３０】
一方、ステッピングモータＢが脱調していないが、その負荷全体のイナーシャとの関連で同モータに固有振動が発生した場合、図４に示すようにパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が周期的に増減し、これに伴って比率Ｋが変化して周期的に増減する。回転指令パルスａの周波数が変化したときも、パルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が周期的に増減し同一の現象が現われるものの、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１も同時に変化するので、比率Ｋに変化は現われない。よって、比率Ｋの周期的な増減を常時検知することによりステッピングモータＢに過振動脱調の兆候の有無を判定することが可能になる。比率Ｋの変化量やその変化の周波数はステッピングモータＢの振動の大きさやその周波数に概ね対応している。
【００３１】
ステッピングモータ駆動装置Ａは、図１に示されているようにステッピングモータＢの相対回転角をパルス列に変換するエンコーダ２００から出力されたパルス信号ｂを入力するためのパルス信号入力部９０と、パルス信号ｂと回転指令パルスａの間で同期がとれているか否かをステッピングモータＢの脱調の有無として判定する同期判定部５０と、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１とパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２との比率Ｋを検知するとともにこれが増加又は周期的に増減しているときにはステッピングモータＢに過負荷脱調又は過振動脱調の兆候があると判定する判定部７０と、同期判定部５０及び判定部７０の判定結果を出力するための警告出力部８０とを具備している。
【００３２】
なお、判定部７０において、ステッピングモータＢの過負荷脱調の兆候の判定を行う機能を有する部分を過負荷脱調兆候判定部７１として表す一方、ステッピングモータＢの過振動脱調の兆候の判定を行う機能を有する部分を過振動脱調兆候判定部７２として表している。同様に、警告出力部８０において、同期判定部５０、過負荷脱調兆候判定部７１、過振動脱調兆候判定部７２の各判定結果を出力するための各機能を脱調警告出力部８１、過負荷脱調警告出力部８２、過振動脱調警告出力部８３として各々表している。
【００３３】
更に、モータ制御部４０の信号処理部４２には以下の機能が新たに追加されている。即ち、同期判定部５０により同期がとれていないと判定されたときにはステッピングモータＢを停止させる機能と、過負荷脱調兆候判定部７１又は過振動脱調兆候判定部７２によりステッピングモータＢに過負荷脱調又は過振動脱調の兆候があると判定されたときには過負荷脱調又は過振動脱調が生じないようにステッピングモータＢの電流制御値を補正する機能とを有している。
【００３４】
以下、ステッピングモータ駆動装置Ａの上記構成について詳しく説明する。
【００３５】
パルス信号入力部９０はエンコーダ２００と接続するための端子である。エンコーダ２００のパルス信号ｂはパルス信号入力部９０を通じて入力され、同期判定部５０に導かれるようになっている。
【００３６】
同期判定部５０については、図２に示すようにパルス信号ｂと回転指令パルスａとの間で同期がとれているか否かをステッピングモータＢの脱調の有無として判定するに当たり、両信号を比較し、基準クロックをカウントして位相差Ｔ３又は位相差Ｔ４を計測し、計測された位相差Ｔ３等の変化を検知するという構成のものを用いるのが一般的である。しかし、ここでは脱調を検出することが必要なモータの位置ズレの精度は１指令パルス分で十分であることに着目し、以下のような簡単な回路構成のものを用いている。
【００３７】
即ち、図６に示されているようにパルス信号ｂの代わりに周期信号ｃを用いる一方、回転指令パルスａの代わりに励磁原点信号ｅを用いて、両信号を比較し、パルス信号ｂの立ち上がりから励磁原点信号ｅの立ち上がりまでの時間である位相差Ｔ３’を、回転指令パルスａの入力パルス数として計測し、位相差Ｔ３’の変化を検知するようにしている。
【００３８】
上述したように周期信号ｃはパルス信号ｂの立ち上がりに同期した信号である一方、励磁原点信号ｅは、励磁シーケンス回路部４１において回転指令パルスａが入力される毎に順次進む励磁シーケンスの現在のステップがリセット位置に戻ったことを示す信号である。よって、ステッピングモータＢの脱調の検知精度の点については別として、位相差Ｔ３の変化を検知する代わりに位相差Ｔ３’を検知するようにしても何ら問題がない。
【００３９】
具体的には図５に示す構成となっている。即ち、図６に示すようにパルス信号ｂの立ち上がりに同期した周期信号ｃを生成するエッジ検出部５１と、周期信号ｃの立ち上がりでセットする一方、励磁原点信号ｅの立ち上がりによりリセットするＲＳ型のＦ／Ｆ５２と、Ｆ／Ｆ５２の出力信号がアクティブである期間中の回転指令パルスａを計数するカウンタ５３と、周期信号ｃがアクティブとなる度にカウンタの５３の計数値をラッチするレジスタ５４と、カウンタ５３の出力値とレジスタ５４の出力値とを比較するとともにこの比較結果を信号ｆとして出力する比較器５５とを有した構成となっている。
【００４０】
このように周期信号ｃと励磁原点信号ｅとの間の位相差Ｔ３’がカウンタの５３の計数値として順次計測され、この計数値がレジスタ５４に順次転送される。最初の位相差Ｔ３’を示すレジスタ５４の出力値をＣａとし、次の位相差Ｔ３’を示すカウンタ５３の出力値をＣｂとすると、比較器５５によりＣａとＣｂとの大小比較が行われる。Ｃａ＝Ｃｂであるときには、比較器５５からＬレベルの信号ｆが出力される一方、Ｃａ≠Ｃｂであるときには、比較器５５からＨレベルの信号ｆが出力される。
【００４１】
同期判定部５０から出力される信号ｆがＬレベルであるときには、位相差Ｔ３’（又は位相差Ｔ３）に変化がなく、パルス信号ｂと回転指令パルスａとの間で同期がとれている状態であり、ステッピングモータＢが脱調していないことを意味する一方、信号ｆがＨレベルであるときには、位相差Ｔ３’（又は位相差Ｔ３）に変化が現われ、パルス信号ｂと回転指令パルスａとの間で同期がとれていない状態であり、ステッピングモータＢが脱調したことを意味することになる。
【００４２】
もっとも、脱調検出の精度は若干落ちるものの、同期判定部５０の代わりに図７に示すような簡便な回路構成のものを用いてもかまわない。
【００４３】
同期判定部５０’は、図８に示すようにパルス信号ｂの立ち上がりに同期した周期信号ｃを生成するエッジ検出部５１と、周期信号ｃが立ち上がる度に励磁原点信号ｅの計数を開始するカウンタ５３’と、周期信号ｃがアクティブとなる度にカウンタの５３’の計数値をラッチするレジスタ５４と、カウンタ５３’の出力値とレジスタ５４’の出力値とを比較するとともにこの比較結果を信号ｆとして出力する比較器５５とを有した構成となっている。
【００４４】
即ち、周期信号ｃの周期を示す期間Ｔ５がカウンタの５３’の計数値として順次計測され、この計数値がレジスタ５４’に順次転送される。最初の期間Ｔ５を示すレジスタ５４’の出力値をＣａとし、次の期間Ｔ５’を示すカウンタ５３’の出力値をＣｂとすると、比較器５５によりＣａとＣｂとの大小比較が行われる。Ｃａ＝Ｃｂであるときには比較器５５からＬレベルの信号ｆが出力される一方、Ｃａ≠Ｃｂであるときには比較器５５からＨレベルの信号ｆが出力される。
【００４５】
同期判定部５０’から出力される信号ｆがＬレベルであるときには、期間Ｔ５に変化がなくパルス信号ｂと回転指令パルスａとの間で同期がとれている状態であり、ステッピングモータＢが脱調していないことを意味する一方、信号ｆがＨレベルであるときには、期間Ｔ５に変化が現われパルス信号ｂと回転指令パルスａとの間で同期がとれていない状態であり、ステッピングモータＢが脱調したことを意味する。
【００４６】
このような同期判定部５０’により、期間Ｔ５の変化によりステッピングモータＢの脱調の有無を判定することができるのは、パルス信号ｂの周期間に入る指令パルス信号ａのパルス数がモータの回転速度に関係なく一定であるということに基づいている。
【００４７】
判定部７０は、図９に示すようにパルス信号ｂが入力されており且つ同信号が入力される度にパルス幅Ｔ２を検知するパルス幅データ生成部１と、励磁原点信号ｅが入力されており且つ同信号が入力される度にその周期を速度指令値ｖとして検知する速度指令生成部２と、パルス幅データ生成部１により検知されたパルス幅Ｔ２のデータを順次ラッチするレジスタ群３と、速度指令生成部２により検知された速度指令値ｖのデータを順次ラッチするレジスタ群４と、パルス幅Ｔ及び速度指令値ｖの時間的な変化と過負荷脱調及び過振動脱調の兆候の有無との対応関係の全ての組み合わせがデータテーブル（第１のデータベースとする）として予め記録されており且つレジスタ群３、４にラッチされた両データ群が入力アドレスに導かれたメモリ５とを有しており、メモリ５から読み出されたデータに含まれる上位ビットデータ（過負荷脱調及び過振動脱調の兆候の有無を示すデータ）を信号ｇ、ｈとして出力する基本構成となっている。
【００４８】
過負荷脱調又は過振動脱調の兆候の有無を判定するには、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１とパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２との比率Ｋの増加又は周期的な変動を検知することが必要であることは上記した。判定部７０においては、上記したように回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１の代わりに、回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖ（ここでは励磁原点信号ｅの周期）を用いている。しかも比率Ｋを演算で求めるに当たり、比率Ｋの増加又は周期的な増減を直接に検知する形態をとっておらず、レジスタ群３、４にラッチされたパルス幅Ｔ、速度指令値ｖの時間的な変化の過程を示す各情報をもとにメモリ５をアクセスするという方法により、過負荷脱調、過振動脱調の兆候の有無を示すビットデータを得るようにしている。
【００４９】
即ち、レジスタ群４には回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖ（回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１に対応する）の時間的な変化の過程を示す情報（情報１とする）がラッチされている一方、レジスタ群３にはパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２の時間的な変化の過程を示す情報（情報２とする）がラッチされている。
【００５０】
回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖ及びパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２にいずれも時間的な変化がないときには、情報１に含まれる各速度指令値ｖのデータが同一である一方、情報２に含まれる各パルス幅Ｔ２も同一となっており、このときにはメモリ５から過負荷脱調及び過振動脱調の兆候がないことを示すビットデータが読み出されるようになっている。
【００５１】
また、回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖに対してパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が時間的に変化して増加したときには、情報１に含まれる各速度指令値ｖが同一であるか又は変化するのに対して、情報２に含まれる各パルス幅Ｔ２が大きく増加することになり、このときにはメモリ５から過負荷脱調の兆候があることを示すビットデータが読み出されるようになっている。
【００５２】
一方、回転指令パルスａに含まれる速度指令値ｖに対してパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２が周期的に増減したときには、情報１に含まれる各速度指令値ｖが同一であるか又は変化するのに対して、情報２に含まれる各パルス幅Ｔ２が周期的に増減することから、このときにはメモリ５から過振動脱調の兆候があることを示すビットデータが読み出されるようになっている。
【００５３】
このようにしてメモリ５から読み出されたビットデータが信号ｇ、ｈであり、信号ｇは過負荷脱調の兆候の有無の判定結果を示す一方、信号ｈは過振動脱調の兆候の有無の判定結果を示している。
【００５４】
判定部７０のメモリ５には、第１のデータベースに加えて、パルス幅Ｔ及び速度指令値ｖの時間的な変化と過負荷脱調又は過振動脱調の兆候時に過負荷脱調又は過振動脱調を生じさせないために必要な電流制御値に関する補正情報との対応関係の全ての組み合わせがデータベース（第２のデータベースとする）として予め記録されている。第２のデータベースは信号処理部４２で使用される。即ち、メモリ５は判定部７０と信号処理部４２との間で共用されている。
【００５５】
信号処理部４２は、ステッピングモータＢの中速度領域付近の過大なトルク出力を抑えるために電流設定値及び速度指令値ｖと最適な電流制御値との対応関係の全ての組み合わせがデータベースとして予め記録されており且つ電流設定値のデータ及び速度指令生成部２から出力された速度指令値ｖのデータが入力アドレスに導かれたメモリ７と、第２のデータベースが予め記録されており且つレジスタ群３、４の各出力データが入力アドレスに導かれたメモリ５と、メモリ７から読み出されたデータとメモリ５から読み出された補正情報を示すデータとを減算しこれを補正された最適な電流制御値として制御信号生成部４３に出力する減算器８と、減算器８と制御信号生成部４３との間に設けられたリセット回路９とを有した構成となっている。リセット回路９は、信号ｈがＨレベルであるときにのみ制御信号生成部４３に入力される最適な電流制御値がリセットされ、これでステッピングモータＢが停止するようになっている。
【００５６】
メモリ７から読み出される最適な電流制御値は、電流設定値や現在の速度指令値ｖに応じて変化するものであり、これに基づいてモータ出力電流制御回路２０を通じてモータ電流が制御されるようになっている。よって、ステッピングモータＢが中速度領域付近に達しても過大なトルク出力が抑えられ、低速度領域から高速度領域にかけておよそ均一な出力トルクが得られ、ステッピングモータ駆動装置ＡやステッピングモータＢの発熱量が抑えられる。
【００５７】
ステッピングモータＢの動作中において同期判定部５０によりステッピングモータＢが脱調したと判定されたときには、同期判定部５０から出力された信号ｆを通じてリセット回路９が動作する。リセット回路９が動作すると、メモリ７等の動作に関係なく、制御信号生成部４３に入力される電流設定値がリセットされ、これに伴って電源回路１０から出力されたモータ電流がモータ出力電流制御回路２０により遮断される。モータ駆動回路３０にモータ電流が供給されないので、ステッピングモータＢは停止する。
【００５８】
また、同期判定部５０によりステッピングモータＢが脱調したと判定されないときであっても、過負荷脱調又は過振動脱調の兆候があるときには、メモリ５からレジスタ群４の情報１及びレジスタ群３の情報２に対応した電流制御値に関する補正情報が出力される。すると、メモリ７から出力された最適な電流制御値が減算器８でもってメモリ７０から出力された補正情報により補正され、補正された後の最適な電流制御値に基づいてモータ出力電流制御回路２０でモータ電流が調節される。これにより過負荷脱調又は過振動脱調の発生が抑止される。
【００５９】
信号処理部４２においては、過負荷脱調又は過振動脱調の発生を抑止するに当たり、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１とパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）を一定にするするためのファジィ推論を行い、この推論結果に基づいてモータ電流を制御するというファジイ制御が採用されている。ファジィ推論の前件部については、レジスタ群３、４にラッチされた情報１、２とする一方、後件部については電流制御値に関する補正情報にしている。ファジィ推論の入力値と出力値との全ての組み合わせを予め求め、これをメモリ５に予め記録するようにしている。
【００６０】
信号処理部４２において上記のようなファジィ制御が行われているので、過負荷脱調の兆候があるときには、モータ電流が負荷トルクの変動の大きさに応じて増加する一方、過振動脱調の兆候があるとときには、ステッピングモータＢの振動の大きさに応じてモータ電流が減少する。よって、ステッピングモータＢの動作中において過負荷脱調又は過振動脱調の兆候が現われても、大きな過負荷や過振動でない限り、時間の経過とともに解消され、結果として、過負荷脱調又は過振動脱調の発生が抑止される。
【００６１】
ここでは、過負荷脱調又は過振動脱調の兆候が現われたときにメモリ７から出力された最適な電流制御値を、回転指令パルスａのパルス幅Ｔ１とパルス信号ｂのパルス幅Ｔ２との比率Ｋ（＝Ｔ２／Ｔ１）が一定になるように補正するという形をとったが、この代わりに又はこれと同時にステッピングモータＢの回転速度指令値を補正するようにしても良い。
【００６２】
この場合の回転速度指令値の補正の方法については上記した電流制御値の場合と全く同様である。即ち、過負荷脱調又は過振動脱調の兆候が現われたときにメモリ７から出力される回転速度指令値に関する補正情報に基づいて励磁シーケンス制御部４１を制御し、相励磁信号ｄの周波数を調節するようにする。特に過振動脱調の兆候があるときには、これを効果的に抑えることができるので、この点でメリットがある。
【００６３】
警告出力部８０には同期判定部５０の判定結果を示す信号ｆ，過負荷脱調兆候判定部７１の判定結果を示す信号ｇ、過振動脱調兆候過振動脱調兆候判定部７２の判定結果を示す信号ｈが入力されている。警告出力部８０はこれらの信号を外部出力するための端子や発光素子等を点灯させる回路である。信号ｆ又は信号ｇがアクティブ（過負荷脱調又は過振動脱調の兆候が有ることを示す）になった後に信号ｆがアクティブ（脱調したことを示す）になったときは、図外のリセットスイッチ等がオンにされない限り、これらの信号の外部出力を維持するようになっている。
【００６４】
上記のように構成されたステッピングモータ駆動装置Ａによる場合、エンコーダ２００からパルス信号ｂが入力されており、これを用いてステッピングモータＢが脱調しないように制御を行っているものの、ステッピングモータＢの絶対的な回転角を監視している訳ではないので、この点で従来装置のようなクローズドループ制御とは言えない。特にステッピングモータＢの絶対的な回転角を監視することがない以上、従来装置とは異なりビット長いの大きなカウンタ等が不要である。このことから、ファジィ制御を行うに当たりメモリを用いた点も含めて、従来装置に比べて回路規模が小さくなっており、装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能になった。
【００６５】
また、ステッピングモータＢの脱調の発生を抑止するに当たり、過負荷脱調又は過振動脱調の兆候の有無を判定し、その種類に応じた適切な制御を行うようになっているので、従来装置に比べてステッピングモータＢが脱調する割合が少なくなった。しかもステッピングモータＢが脱調すると、その旨が脱調警告出力部８１を通じて外部出力されるとともに、同モータが直ぐに停止するようになっているので、そのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることが可能になった。この場合、ステッピングモータＢを再び駆動させる際、脱調をするに至った原因を排除することが必要になるが、脱負荷脱調警告出力部８２又は過振動脱調警告出力部８３を通じて脱調の種類が容易に判ることから、必要な対応策を速やかにとることができる。これらの点で従来装置に比べて装置の高性能化を図ることも可能になった。
【００６６】
図１に示されているようにステッピングモータ駆動装置Ａの同期判定部５０、警告部７０及び警告出力部８０については、エンコーダ２００とともにステッピング用異常検知装置Ｃの構成部となっている。即ち、ステッピング用異常検知装置Ｃの主要部がステッピングモータ駆動装置Ａに含まれる形になっている。このような形態ではなく図１０に示すように両装置を全く切り離すような形態をとってもかまわない。この場合の両装置の構成は以下のようになる。
【００６７】
ステッピング用異常検知装置Ｃ’は、エンコーダ２００、同期判定部５０、判定部７０及び警告出力部８０を有する基本構成となっており、ステッピングモータＢに取り付けるようにしても良いし外付けするようにしても良い。ただ、同装置には励磁シーケンス制御部４１が含められていないので、同装置の判定部７０には回転指令パルスａから励磁原点信号ｅを生成する機能を付加することが必要になる。
【００６８】
一方、ステッピングモータ駆動装置Ａ’には、図１に示す装置とは異なり同期判定部５０、判定部７０及び警告出力部８０が備えられておらず、その代わりにステッピング用異常検知装置Ｃ’の脱調警告出力部８１、過負荷脱調警告出力部８２、過振動脱調警告出力部８３から出力された信号ｆ、信号ｇ、信号ｈを各々入力するための端子である脱調警告入力部１００、過負荷脱調警告入力部１１０、過振動脱調警告入力部１２０が備えられている。
【００６９】
図１０に示すステッピングモータ駆動装置Ａ’であっても図１に示す場合と全く同一の動作となり、同様な効果を奏することになる。
【００７０】
【発明の効果】
以上、本発明の請求項１、２及び３に係るステッピングモータ用異常検知装置による場合、エンコーダから出力されたパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かによりステッピングモータの脱調の有無を判定する構成となっているので、従来例による場合とは異なり、ビット長の大きなカウンタ等が不要となる。これに伴って、回路規模が小さくなり、装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００７１】
また、ステッピングモータの脱調の有無を判定するとともに当該判定結果を出力する構成となっているので、ステッピングモータが脱調してそのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることができ、装置の高性能化も図ることが可能になる。
【００７２】
本発明の請求項４に係るステッピングモータ用異常検知装置による場合、ステッピングモータの過負荷脱調の兆候の有無を判定するとともに当該判定結果を出力する構成となっているので、請求項１、２及び３の効果に加えて、ステッピングモータが脱調してもその種類が容易に判り、過負荷脱調時に必要とされる対応策を速やかにとることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００７３】
本発明の請求項５に係るステッピングモータ用異常検知装置による場合、ステッピングモータの過振動脱調の兆候の有無を判定するとともに当該判定結果を出力する構成となっているので、請求項１に効果に加えて、ステッピングモータが脱調してもその種類が容易に判り、過振動脱調時に必要とされる対応策を速やかにとることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００７４】
本発明の請求項６に係るステッピングモータ駆動装置による場合、エンコーダから出力されたパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かによりステッピングモータの脱調の有無を判定する構成となっているので、従来例による場合とは異なり、ステッピングモータの絶対的な回転角を監視することが不要であり、ビット長の大きなカウンタ等も不要となる。これに伴って、回路規模が小さくなり、装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。
【００７５】
また、ステッピングモータの脱調の有無を判定するとともに脱調時にはステッピングモータを停止させる構成なっているので、ステッピングモータが脱調してそのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることができ、装置の高性能化も図ることが可能になる。
【００７６】
本発明の請求項７に係るステッピングモータ駆動装置による場合、エンコーダから出力されたパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かによりステッピングモータの脱調の有無を判定する構成となっているので、請求項６と同一の効果を奏する。また、ステッピングモータの過負荷脱調の兆候の有無を判定するとともに過負荷脱調の兆候が現われたときに過負荷脱調が生じないように制御する構成となっているので、従来装置に比べてステッピングモータが脱調する割合を少なくすることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００７７】
本発明の請求項８に係るステッピングモータ駆動装置による場合、エンコーダから出力されたパルス信号とステッピングモータの回転指令パルスとの間で同期がとれているか否かによりステッピングモータの脱調の有無を判定する構成となっているので、請求項６と同一の効果を奏する。また、ステッピングモータの過振動脱調の兆候の有無を判定するとともに過振動脱調の兆候が現われたときに過振動脱調が生じないように制御する構成となっているので、従来装置に比べてステッピングモータが脱調する割合を少なくすることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００７８】
本発明の請求項９に係るステッピングモータ駆動装置による場合、ステッピングモータの脱調の有無の判定結果を出力する構成となっているので、請求項７又は８の効果に加えて、ステッピングモータが脱調してそのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることができ、装置の高性能化も図ることが可能になる。
【００７９】
本発明の請求項１０に係るステッピングモータ駆動装置による場合、ステッピングモータの脱調時にはステッピングモータを停止させる構成なっているので、ステッピングモータが脱調してそのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることができ、装置の高性能化も図ることが可能になる。
【００８０】
本発明の請求項１１に係るステッピングモータ駆動装置による場合、ステッピングモータに過負荷脱調の兆候が現われたときに過負荷脱調が生じないように制御する構成となっているので、従来装置に比べてステッピングモータが脱調する割合を少なくすることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００８１】
本発明の請求項１２に係るステッピングモータ駆動装置による場合、ステッピングモータに過振動脱調の兆候が現われたときに過振動脱調が生じないように制御する構成となっているので、従来装置に比べてステッピングモータが脱調する割合を少なくすることができ、この点で装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００８２】
本発明の請求項１３に係るステッピングモータ駆動装置による場合、ステッピングモータの脱調の有無の判定結果を出力する構成となっているので、請求項１０、１１又は１２の効果に加えて、ステッピングモータが脱調してそのロータの回転角のズレにより生じ得る負荷側の影響を最小限に抑えることができ、この点で装置の高性能化も図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図であって、ステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ用異常検知装置の構成図である。
【図２】同装置によりステッピングモータの脱調の有無を検知することができる原理を説明するための図であって回転指令パルスとパルス信号のタイミングチャートである。
【図３】同装置によりステッピングモータの過負荷脱調の兆候を検知することができる原理を説明するための図であってパルス信号の波形図である。
【図４】同装置によりステッピングモータの過振動脱調の兆候を検知することができる原理を説明するための図であってパルス信号の波形図である。
【図５】ステッピングモータ駆動装置の同期判定部のブロック図である。
【図６】同装置の同期判定部の各種信号のタイミングチャートである。
【図７】同装置の同期判定部の変形例を示したブロック図である。
【図８】同装置の同期判定部の各種信号のタイミングチャートである。
【図９】同装置の判定部及び信号処理部のブロック図である。
【図１０】ステッピングモータ駆動装置及びステッピングモータ用異常検知装置の別の実施形態を説明するための構成図である。
【符号の説明】
Ａ  ステッピングモータ駆動装置
ａ  回転指令パルス
ｂ  パルス信号
４０  モータ制御部
５０  同期判定部
６０  判定部
７０  警告出力部
９０  パルス信号入力部
Ｂ  ステッピングモータ
２００  エンコーダ
Ｃ  ステッピングモータ用異常検知装置
【図１】
0003623943.tif 000002
【図２】
0003623943.tif 000003
【図３】
0003623943.tif 000004
【図４】
0003623943.tif 000005
【図５】
0003623943.tif 000006
【図６】
0003623943.tif 000007
【図７】
0003623943.tif 000008
【図８】
0003623943.tif 000009
【図９】
0003623943.tif 000010
【図１０】
0003623943.tif 000011