(57)【要約】【課題】パルスモータの負荷が変動した場合や、パルスモータ負荷が軽い場合においても、相合わせ時の脱調を防止することである。【解決手段】モータの各相励磁コイルを励磁する励磁電流を制御部により設定する制御ステップと、設定された励磁電流を駆動部に供給する駆動ステップと、を含み、制御ステップにおいて、相合わせ時の励磁電流を階段状に制御する。【選択図】  図１
2015006062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの各相励磁コイルを励磁する励磁電流を制御部により設定する制御ステップと、
設定された前記励磁電流を駆動部に供給する駆動ステップと、を含み、
前記制御ステップにおいて、相合わせ時の励磁電流を階段状に制御する、
ことを特徴とするパルスモータ制御方法。
【請求項２】
前記制御ステップにおいて相合わせ時のパルスモータのロータによる振動を検知する検知ステップを含み、前記検知ステップにおいて検知した振動をフィードバックして前記励磁電流を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスモータ制御方法。
【請求項３】
前記検知ステップにおいて前記ロータの振動が停止したことを検知すると、前記制御ステップにおいて前記励磁電流に対する階段状の制御を停止し、相合せ処理を終了させる、
ことを特徴とする請求項２に記載のパルスモータ制御方法。
【請求項４】
モータの各相励磁コイルを励磁する励磁電流を設定する制御部と、
前記制御部が設定した前記励磁電流を駆動部に供給する駆動部と、を有し、
前記制御部が、相合わせ時の励磁電流を階段状に制御する、
ことを特徴とするパルスモータ。
【請求項５】
相合わせ時のパルスモータのロータによる振動を検知する検知部をさらに備え、
前記制御部は、前記検知ステップにおいて検知した振動をフィードバックして前記励磁電流を設定する、
ことを特徴とする請求項４に記載のパルスモータ。
【請求項６】
前記制御部は、前記検知部が前記ロータの振動が停止したことを検知すると、前記励磁電流に対する階段状の制御を停止し、相合せ処理を終了させる、
ことを特徴とする請求項５に記載のパルスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相合わせ時の脱調防止を目的としたパルスモータ制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機等の媒体搬送が必要な装置において、その駆動源としてパルスモータが広く使用されている。パルスモータは位置決め精度が高く、パルス印加によって一定の角度だけロータを回転させることが出来るため、高精度で対象物を搬送する場合に適したモータである。ロータを回転させるためには、ステータに巻線された各相の励磁コイルに順次電流を流す必要があり、また回転開始前にはロータの位置を初期相に位置決めするため、相合わせをしておく必要がある。
【０００３】
相合わせは初期相の励磁コイルに一定電流を一定時間印加することで、ロータを一番近い相に回転させることで実施するが、相合わせ時の励磁電流によりトルク過大となりロータが振動し、脱調することがあった。そこで、脱調を防止する方法として以下の技術が開示されている。
【０００４】
例えば、特許文献１によれば、モータの温度を検知して相合わせの電流を変化させることによって、振動を抑え脱調を防止する方法が開示されている。また、特許文献２によれば、ロータの回転開始時に前回停止時のロータ位置を使用して相合わせ時間を設定し、その時間に応じた電流を供給する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４１８０８号公報
【特許文献２】特開平５−３８１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のモータ制御方法については、以下のような問題がある。特許文献１の方法では、負荷のばらつきや変動により軽負荷となる場合や、また、ロータに接続される機構部品の形状や構造によって、ロータの角度により軽負荷となる場合について、考慮されておらず、軽負荷となる場合において、相合わせ時に脱調する可能性がある。
【０００７】
特許文献２の方法では前回停止時のロータ位置を使用して、相合せ時間を設定しているが、前回情報が無い電源投入１回目や、保守などでパルスモータのロータが意図せず回転してしまった場合においては、前回情報との相違が生じるため、相合せ時に脱調する可能性がある。また、特許文献１と同様に、負荷の変動に対して考慮されていないため、軽負荷となった場合に相合せ時に脱調する可能性がある。
【０００８】
本発明の課題は、負荷のばらつきや変動により軽負荷になる場合や、ロータに接続される部品形状や構造により軽負荷になる場合においても、相合わせ時の脱調を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパルスモータ制御方法は、モータの各相励磁コイルを励磁する励磁電流を制御部により設定する制御ステップと、設定された前記励磁電流を駆動部に供給する駆動ステップと、を含み、前記制御ステップにおいて、相合わせ時の励磁電流を階段状に制御する、ことを特徴とするパルスモータ制御方法として把握される。
【００１０】
また、本発明は、上記制御方法によって制御行うパルスモータとして構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷のばらつきや変動により軽負荷になる場合や、ロータに接続される部品形状や構造により軽負荷になる場合においても、相合わせ時の脱調を防止するができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による相合せの実施方法を示した説明図である。
【図２】従来の相合わせの実施方法を示した説明図である。
【図３】パルスモータ制御の構成を示した図である。
【図４】本発明の制御フローを示した図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示した構成図である。
【図６】本発明の第２の実施例による相合せの例を示した説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例の制御フローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施の形態におけるパルスモータの相合せの実施例を示したものである。励磁コイルへの励磁電流を縦軸に、励磁電流の印加時間を横軸にとったときの、励磁電流量の推移１を示している。
【００１４】
パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量６、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量７を一点鎖線で記載した。パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点４、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点５で示した。また、ロータの回転速度を縦軸に、印加時間を横軸にとったとき、パルスモータの負荷が重い場合のロータの回転速度の推移２を示している。
【００１５】
同様に、ロータの回転速度を縦軸に、印加時間を横軸にとったとき、パルスモータの負荷が軽い場合のロータの回転速度の推移３を示している。ここでは仮に回転速度を、上方向を正回転方向、下方向を逆回転方向として記載している。また説明のため、相合わせ時のロータの回転方向を正方向のみとしているが、前回停止した相と、初期相の位置によっては逆方向に回転する場合もあるため書き添えておく。
【００１６】
ここで、励磁電流の最大値Ｉ、電流印加時間Ｔとしたとき、それぞれを段数ｎで分割して、励磁電流ｉ１、ｉ２、ｉ３・・・ｉｎ、印加時間ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔｎとする。励磁電流をｉ１に設定してｔ１の時間だけ電流印加し、その後、励磁電流をｉ２に設定してｔ２の時間まで電流印加する。同様に励磁電流をｉ３に設定してｔ３の時間まで電流印加する。この処理を繰り返して、励磁電流ｉｎが最大値Ｉと等しくなり、電流印加時間ｉｎが最大時間Ｔと等しくなるまで実施する。このことで、パルスモータの励磁電流量の推移１は、図１に示すように階段状となる。
【００１７】
パルスモータの負荷が重い場合においては、パルスモータの励磁電流量の推移１が、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量６を上回る、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点４の時点からパルスモータのロータが回転を開始する。このとき、パルスモータの励磁電流量の推移１の値は、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量６をわずかに上回った値となっており、その値はほぼ同等である。
【００１８】
すなわち、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点４でのパルスモータの駆動トルクと負荷トルクはほぼ等しいため、ロータはゆっくりと緩やかに回転を開始することとなる。パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転速度の推移２は、励磁電流の印加時間ｔｎ付近から正方向に推移し、ロータがゆっくりと回転を開始することでロータの振動の発生は小さく、ロータが停止するまでの収束時間は短い。
【００１９】
同様に、パルスモータの負荷が軽い場合においては、パルスモータの励磁電流量の推移１が、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量７を上回る、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点５の時点からパルスモータのロータが回転を開始する。このとき、パルスモータの励磁電流量の推移１の値は、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量７をわずかに上回った値となっており、その値はほぼ同等である。
【００２０】
そのため、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点５でのパルスモータの駆動トルクと負荷トルクはほぼ等しいため、ロータはゆっくりと緩やかに回転を開始することとなる。パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移３は、励磁電流の印加時間ｔ２付近から正方向に推移し、ロータがゆっくりと回転を開始することでロータの振動の発生は小さく、ロータが停止するまでの収束時間は短い。
【００２１】
負荷の大きいパルスモータと負荷の小さいパルスモータはそれぞれの負荷トルクと等しい駆動トルクが掛かった時点から回転を開始するため、負荷に応じた励磁電流をそれぞれ設定する必要はなく、同一の制御方法にて駆動制御が可能となる。また、パルスモータの負荷が変動した場合においても、制御方法を変更することなく、相合せ制御が可能となる。
【００２２】
対して、図２は従来のパルスモータの相合せの制御方法を示したものである。励磁コイルへの励磁電流を縦軸に、励磁電流の印加時間を横軸にとったときの、励磁電流量の推移８を示している。
【００２３】
パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量１３、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量１４を一点鎖線で記載した。パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点１１、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点１２で示した。また、ロータの回転速度を縦軸に、印加時間を横軸にとったとき、パルスモータの負荷が重い場合のロータの回転速度の推移９を示している。同様に、ロータの回転速度を縦軸に、印加時間を横軸にとったとき、パルスモータの負荷が軽い場合のロータの回転速度の推移１０を示している。ここでも仮に回転速度を、上方向を正回転方向、下方向を逆回転方向として記載している。また説明のため、相合わせ時のロータの回転方向を正方向のみとしているが、前回停止した相と、初期相の位置によっては逆方向に回転する場合もあるため書き添えておく。
【００２４】
ここで、励磁電流の最大値Ｉ、電流印加時間Ｔとしたとき、パルスモータの励磁電流量の推移８は図２に示すように、最大電流Ｉを最初から印加させていた。パルスモータの負荷が重い場合においては、パルスモータの励磁電流量の推移８が、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量１３を上回る、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点１１の時点からパルスモータのロータが回転を開始する。
【００２５】
このとき、パルスモータの励磁電流量の推移８の値は、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量１３をわずかに上回った値となっており、その値はほぼ同等である。すなわち、パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点１１でのパルスモータの駆動トルクと負荷トルクはほぼ等しいため、ロータはゆっくりと緩やかに回転を開始することとなる。パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転速度の推移９は、励磁電流の印加開始直後から正方向に推移し、ロータがゆっくりと回転を開始することでロータの振動の発生は小さく、ロータが停止するまでの収束時間は短い。
【００２６】
しかし、パルスモータの負荷が軽い場合においては、パルスモータの励磁電流量の推移８が、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量１４を上回る、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点１２の時点からパルスモータのロータが回転を開始する。このとき、パルスモータの励磁電流量の推移８の値は、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量１４を大幅に上回った値となっており、その値は数倍となる場合もある。そのため、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点１２でのパルスモータの駆動トルクは負荷トルクに対して大き過ぎ、パルスモータのロータは急激に回転を開始することとなる。
【００２７】
パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移１０は、励磁電流の印加直後から正方向に推移し、かつロータが急激に回転を開始することでロータの回転速度が大きくなり、ロータは相合せされるべき初期相の位置を通り過ぎて大きく振動し、ロータが停止するまでの収束時間は長くなる。パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移１０ではしばらくした後に回転速度が収束しているが、さらに振動が大きく、収束が出来ない場合は、相合せが出来ず脱調となってしまう。
【００２８】
従来の制御方法では、脱調を防ぐため、負荷の大きいパルスモータと負荷の小さいパルスモータに対して、それぞれの負荷トルクと等しい駆動トルクが掛かるよう、パルスモータの負荷に応じた励磁電流をそれぞれ設定する必要があった。しかし、パルスモータの負荷が変動した場合は、相合せ時に脱調となる場合があった。
【００２９】
図３はパルスモータの制御部の構成を示した図である。パルスモータへの電源供給は電源部１５より駆動部１６を介して行い、駆動部１６を制御する制御部１８には、電流設定部２１、電流検知部１９、電流印加時間を計測するためのカウンタ部２０などがある。
これらの各要素はパルスモータの回転を制御のために必要不可欠なものであり、パルスモータを使用する機器の制御回路には必ず具備されているものである。本実施の形態では、これらの各要素を相合せ時の励磁電流制御、印加時間制御にも共通的に使用するものであり、本実施の形態の実現のために新たな要素や構成の追加や変更を必要とせずに実現できる。
【００３０】
図４は本実施の形態の制御フローを示したものである。励磁コイルへの最大電流Ｉ、印加時間Ｔとしたとき、それぞれを段数Ｎで分割し、徐々に上昇させる場合の制御をもとに説明する。電流設定部２１は、励磁電流印加前に、ＭＡＸ電流Ｉ、ＭＡＸ時間Ｔ、階段制御する段数Ｎなどの制御パラメータをセットする（ステップＳ１）。
【００３１】
その後、電流設定部２１は、電流ｉｎ、時間ｔ、段カウンタｎの初期値をセットする（ステップＳ２）。その後、制御部１８は、ＭＡＸ電流を段数Ｎで除した値を段数１段分のきざみ電流値として初期値セットし、時間ｔと段カウンタｎには初期値０をセットし、励磁電流をＯＮする（ステップＳ３）。
【００３２】
そして、カウンタ部２０は、励磁電流引加持間ｔのカウントを実施する（ステップＳ４）。制御部１８は、時間ｔがｔ１となったことを判定し（ステップＳ５）、ｔ＝ｔｎとなるまでステップＳ４の時間ｔカウントを繰り返す。
【００３３】
制御部１８がｔ＝ｔｎとなったと判定した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、カウンタ部２０は、段カウンタｎを１ずつアップさせる（ステップＳ６）。そして、電流設定部２１は、電流ｉｎに段数１段分の電流値を加算し、印加電流を再セットする（ステップＳ７）。
【００３４】
その後、制御部１８は、電流ｉｎが最大電流Ｉと等しいかを判定する。（ステップＳ８）。制御部１８がｉｎ＝Ｉで無いと判定した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ４へ遷移しＳ４以降の処理を繰り返し行う。一方、制御部１８がｉｎ＝Ｉとなったと判定した場合、処理終了となる。
【００３５】
ここで、引加時間Ｔを大きくすればするほど、段数Ｎを大きくすればするほど、パルスモータの相合せ時のロータの回転を緩やかに開始させることが可能となる。また、そのことにより相合わせ時のパルスモータの脱調を防止できる効果はより大きくなる。
【００３６】
このように、相合わせ時にパルスモータのロータの振動を抑えるために、励磁コイルへの励磁電流を制御し、階段状に上昇させるので、相合わせ時の励磁電流を階段状に徐々に上昇させて相合わせ時のロータの回転を緩やかに開始させることが出来るため、パルスモータが軽負荷となった場合でも、相合わせ時のロータの振動を抑えることができ、脱調を防止できるという利点がある。また、パルスモータの負荷の大きさに応じて励磁コイルへの励磁電流や印加時間を調整する必要がなく、負荷の小さいパルスモータと負荷の大きいパルスモータを同じ制御方法で制御できるという利点もある。
【００３７】
図５は第２の実施例を示した構成図である。図３に対して、パルスモータのエンコーダセンサ２２や逆起電力検知回路２３を追加したものである。前述の実施例では、パルスモータの励磁電流を階段状に上昇させる制御を行ったのに対し、上記エンコーダセンサ２２や逆起電力検知回路部２３により、相合わせ時のパルスモータのロータの振動状態を検知して、励磁電流の設定にフィードバック制御を行うことを特徴としている。
【００３８】
パルスモータのエンコーダセンサ２２の出力を監視することで、相合せ時のロータの回転状態を検知する。ロータの振動が収まった時点で、励磁電流を階段状に上昇させる制御を停止し、相合せ処理を終了することで、相合せに掛かる消費電力を低減することができ、省エネルギーの効果もある。逆起電力検知回路部２３により、ロータの振動が収まったことを検知することで、同様の制御を実施することも可能である。
【００３９】
図６は第２の実施例によるパルスモータの相合せの例を示したものである。図１と同様に励磁コイルへの励磁電流を縦軸に、励磁電流の印加時間を横軸にとったときの、励磁電流量の推移２４を示している。
【００４０】
パルスモータの負荷が軽い場合において、パルスモータの励磁電流量の推移２４が、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量７を上回る、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点５の時点からパルスモータのロータが回転を開始する。このとき、パルスモータの励磁電流量の推移２４の値は、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量７をわずかに上回った値となっており、その値はほぼ同等である。そのため、パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点５でのパルスモータの駆動トルクと負荷トルクはほぼ等しく、ロータはゆっくりと緩やかに回転を開始する。
【００４１】
パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移３は、励磁電流の印加時間ｔ２付近から正方向に推移し、ロータがゆっくりと回転を開始することでロータの振動の発生は小さく、ロータが停止するまでの収束時間は短い。励磁電流の印加時間ｔ３の時点において、上記フィードバック制御により、ロータの振動が停止したことを検知して、励磁電流を階段状に上昇させる制御を停止して、相合せ処理を終了する。よって以降の消費電力の低減が可能となる。
【００４２】
図７は第２の実施例の制御フローを示したものである。ステップＳ１〜Ｓ７までは、図４に示した場合と同様のため説明を省略する。ステップＳ７において、電流設定部２１が、電流ｉｎに段数１段分の電流値を加算し、印加電流を再セットすると、例えば、制御部１８は、逆起電力検知回路部２３がロータの振動が収まったことを検知したか否かを判定する（ステップＳ７１）。
【００４３】
制御部１８は、逆起電力検知回路部２３がロータの振動が収まったことを検知したと判定した場合はそのまま処理を終了させ（ステップＳ７１；Ｙｅｓ）、一方、その振動を検知している場合（ステップＳ７１；Ｎｏ）、図４に示した場合と同様に、電流ｉｎが最大電流Ｉと等しいかを判定する（ステップＳ８）。
【００４４】
このように、逆起電力検知回路部２３がロータの振動が停止したことを検知し、制御部１８が励磁電流を階段状に上昇させる制御を停止して、相合せ処理を終了するので、以降の消費電力の低減が可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１    パルスモータの励磁電流量の推移
２    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転速度の推移
３    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移
４    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点
５    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点
６    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量
７    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量
８    パルスモータの励磁電流量の推移
９    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転速度の推移
１０    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転速度の推移
１１    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転動作点
１２    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転動作点
１３    パルスモータの負荷が重い場合のロータ回転に必要な電流量
１４    パルスモータの負荷が軽い場合のロータ回転に必要な電流量
１５    パルスモータ電源部
１６    パルスモータ駆動部
１７    パルスモータ
１８    パルスモータ制御部
１９    パルスモータ駆動電流検知部
２０    駆動電流印加時間のカウンタ部
２１    パルスモータ駆動電流設定部
２２    エンコーダセンサ
２３    逆起電力検知回路部
２４    パルスモータの励磁電流量の推移。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015006062.tif 000007
【図６】
2015006062.tif 000008
【図７】
2015006062.tif 000009