(57)【要約】【課題】エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別するものでありながら、温度特性をほとんど無視し、幅広い温度環境下での脱調判別を可能にする。【解決手段】励磁コイル１１〜１４の合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、クロック信号の立上がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングし、今回入力した検出波形のレベルデータと前回入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータ１０が脱調していると判別する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別装置であって、
前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力する検出波形入力手段と、
クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングするサンプリング手段と、
今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算する差分演算手段と、
演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較する差分比較手段と、
演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別する脱調判別手段と
を備えることを特徴とするステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項２】
前記サンプリング手段は、一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数のレベルデータをサンプリングし、前記差分演算手段は、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、前記差分比較手段は、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項３】
前記ステッピングモータは、２相ステッピングモータであり、前記サンプリング手段は、一つ置きの検出波形からレベルデータをサンプリングすることを特徴とする請求項１又は２記載のステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項４】
前記サンプリング周期及び／又は前記脱調判別値が変更可能であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項５】
前記ステッピングモータの起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項６】
前記脱調判別禁止期間に前記クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいて前記サンプリング周期を自動的に変更することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別装置。
【請求項７】
クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別方法であって、
前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、
クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングし、
今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算し、
演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、
演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別する
ことを特徴とするステッピングモータの脱調判別方法。
【請求項８】
一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数のレベルデータをサンプリングし、
今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分をサンプリング回数分だけ演算し、
演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値とを比較する
ことを特徴とする請求項７記載のステッピングモータの脱調判別方法。
【請求項９】
前記ステッピングモータは、２相ステッピングモータであり、
一つ置きの検出波形からレベルデータをサンプリングする
ことを特徴とする請求項７又は８記載のステッピングモータの脱調判別方法。
【請求項１０】
前記サンプリング周期及び／又は前記脱調判別値が変更可能であることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別方法。
【請求項１１】
前記ステッピングモータの起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間としたことを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別方法。
【請求項１２】
前記脱調判別禁止期間に前記クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいて前記サンプリング周期を自動的に変更することを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載のステッピングモータの脱調判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別する方法が提案されている。例えば、特許文献１、２には、励磁コイルの電流経路から検出波形を入力し、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングし、該レベルデータに基づいてステッピングモータの脱調を判別する方法が記載されている。具体的に説明すると、特許文献１の脱調判別方法では、検出波形の電圧レベルと予め設定される基準電圧とをコンパレータで比較し、検出波形の電圧レベルが基準電圧を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別するようになっている。また、特許文献２の脱調判別方法では、所定のサンプリング周期でサンプリングした複数のレベルデータをもとに、検出波形と基準波形とを比較し、検出波形が所定の誤差内で一致しないとき、ステッピングモータが脱調していると判別するようになっている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２に示される脱調判別方法は、プリンタ等のように常温下で使用する場合には有効と思われるが、空調機器等のように温度変化の激しい環境下での使用を試みた場合、ステッピングモータの脱調を判別できなかったり、誤って脱調と判別する惧れがある。すなわち、検出波形の電圧レベルは、温度変化に応じて変動するため、一定の基準電圧や一定の基準波形との比較では、ステッピングモータの脱調を精度良く判別することは困難である。
【特許文献１】特開昭６３−８７１９８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別するものでありながら、温度特性をほとんど無視することが可能になり、幅広い温度環境下（例えば、−２０℃〜＋５０℃）でステッピングモータの脱調を精度良く判別することができるステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明のステッピングモータの脱調判別装置は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別装置であって、前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力する検出波形入力手段と、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングするサンプリング手段と、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算する差分演算手段と、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較する差分比較手段と、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別する脱調判別手段とを備えることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために本発明のステッピングモータの脱調判別方法は、クロック信号に応じて複数の励磁コイルに順次通電することによりステップ駆動されるステッピングモータの脱調判別方法であって、前記励磁コイルの合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、クロック信号の立上がり又は立下がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータをサンプリングし、今回入力した検出波形のレベルデータと前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータとの差分を演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータが脱調していると判別することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記のように構成したことにより、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータの脱調を判別するものでありながら、温度特性をほとんど無視することが可能になり、幅広い温度環境下（例えば、−２０℃〜＋５０℃）でステッピングモータの脱調を精度良く判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するステッピングモータの脱調判別装置及び脱調判別方法を図面に基づいて詳細に説明する。図１はステッピングモータ及び脱調判別装置を示す回路図である。この図に示すように、ステッピングモータ１０は、複数の励磁コイル（巻線）１１〜１４を有しており、これらの励磁コイル１１〜１４に順次通電することによりステップ駆動されるようになっている。励磁コイル１１〜１４に流す電流の切換えは、汎用のドライブＩＣ２０を用いて行うことができる。ドライブＩＣ２０は、励磁コイル１１〜１４の数に対応したトランジスタ２１〜２４を有しており、発振器３０から入力されるクロック信号に応じて、トランジスタ２１〜２４を所定の組み合わせで順次スイッチングすることにより、ステッピングモータ１０をクロック信号の周期に応じた速度でステップ駆動させる。
【０００８】
脱調判別装置４０は、検出回路４１と、判別部４２とを備えて構成されている。検出回路４１は、励磁コイル１１〜１４の合成電流経路に接続されており、ここからステップ駆動毎の検出波形を取り出して判別部４２に入力するようになっている。具体的には、１Ω程度の検出抵抗ＲＳを設けて合成電流経路を分岐し、オペアンプ等を介して判別部４２の入力部に接続する。判別部４２は、例えば、ワンチップマイコンを用いて構成されており、ステップ駆動毎の検出波形を入力するＡ／Ｄ変換回路（検出波形入力手段）と、所定のプログラムに従って動作するＣＰＵと、プログラム等を記憶するＲＯＭと、プログラム実行領域となるＲＡＭとを備えており、後述する脱調判別処理を実行することにより、特許請求の範囲に記載したサンプリング手段、差分演算手段、差分比較手段及び脱調判別手段として機能するようになっている。
【０００９】
図２はステッピングモータにおける励磁コイルの通電パターンを示すタイミングチャート図である。この図に示すように、２層のステッピングモータ１０においては、クロック信号の１発目の立上がりで励磁コイル１１、１４に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル１１、１４の合成電流が流れ、検出波形ａが観測される。また、クロック信号の２発目が入ってくると、励磁コイル１１への通電は維持しつつ、励磁コイル１４への通電を遮断し、励磁コイル１２に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル１１、１２の合成電流が流れ、検出波形ｂが観測される。また、クロック信号の３発目が入ってくると、励磁コイル１２への通電は維持しつつ、励磁コイル１１への通電を遮断し、励磁コイル１３に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル１２、１３の合成電流が流れ、検出波形ｃが観測される。さらに、クロック信号の４発目が入ってくると、励磁コイル１３への通電は維持しつつ、励磁コイル１２への通電を遮断し、励磁コイル１４に通電される。このとき、合成電流経路には、励磁コイル１３、１４の合成電流が流れ、検出波形ｄが観測される。以降は、同様の通電パターンが繰り返され、検出波形ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ａ”、ｂ”、ｃ”、ｄ”・・・が観測される。
【００１０】
図３の（Ａ）は検出波形の温度特性を示す波形図、（Ｂ）はレベルデータのサンプリング周期を示す波形図である。これらの図に示すように、検出波形ａ〜ｄは、温度特性を有しており、低温時には電圧レベルが高く、高温時には電圧レベルが低くなる。本発明の脱調判別装置４０は、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータ１０の脱調を判別するものでありながら、このような温度特性をほとんど無視することができるようになり、幅広い温度環境下（例えば、−２０℃〜＋５０℃）でステッピングモータ１０の脱調を精度良く判別することを可能にするものであって、以下、脱調判別装置４０に適用される脱調判別方法を具体的に説明する。
【００１１】
脱調判別装置４０は、励磁コイル１１〜１４の合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、クロック信号の立上がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータＤ’をサンプリングし、今回入力した検出波形のレベルデータＤ’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータＤとの差分を演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータ１０が脱調していると判別するようになっている。すなわち、今回入力した検出波形のレベルデータＤ’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータＤとの差分は、温度変化に応じて検出波形ａ〜ｄの電圧レベルが変動しても、その影響をあまり受けないので、幅広い温度環境下、例えば、空調のバルブ制御等に用いられるステッピングモータ１０においても、脱調を精度良く判別することができる。
【００１２】
上記の脱調判別方法を適用する場合には、図３に示すように、一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数（例えば３つ）のレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングすると共に、今回入力した検出波形のレベルデータＤ１’〜Ｄ３’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータＤ１〜Ｄ３との差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値との比較により、ステッピングモータ１０の脱調を判別することが好ましい。このようにすると、今回入力した検出波形と前回又はそれ以前に入力した検出波形を高精度に比較し、その比較結果に基づいてステッピングモータ１０の脱調を精度良く判別することができる。
【００１３】
また、ステッピングモータ１０が２相ステッピングモータである場合は、図３に示すように、一つ置きの検出波形からレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングすることが好ましい。このようにすると、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避できる。例えば、図２に示す各検出波形ａ〜ｄからレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングする場合、比較する合成電流の組み合わせが、「励磁コイル１１、１４」→「励磁コイル１１、１２」→「励磁コイル１２、１３」→「励磁コイル１３、１４」・・・のように複数の組み合わせパターンで変化するが、一つ置きの検出波形ａ、ｃからレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングした場合には、比較する合成電流の組み合わせが、「励磁コイル１１、１４」→「励磁コイル１２、１３」→「励磁コイル１１、１４」→「励磁コイル１２、１３」・・・のように一つの組み合わせとなるため、各相における合成電流のバラツキを考慮した上で一つの脱調判別値を設定し、精度の高い脱調判別を行うことができる。
【００１４】
また、サンプリング周期や脱調判別値は、自動又は手動により変更できるようにすることが好ましい。例えば、通常動作時には、サンプリングしたレベルデータＤ１〜Ｄ３の差分の和（絶対値）が略一定となり、脱調発生時には、サンプリングしたレベルデータＤ１〜Ｄ３の差分の和（絶対値）が激しく変化するようなサンプリング周期を選択する。また、脱調判別値を変更すると、使用する用途や環境に応じて、脱調判別の感度を調整することが可能になる。なお、脱調判別値超えの回数判定を行う回数フィルタを設け、該回数フィルタの判定に応じて脱調判別信号を出力する場合においては、回数フィルタの判定回数を変更することにより、脱調判別の感度を調整することができる。
【００１５】
また、上記の脱調判別方法を適用する場合には、ステッピングモータ１０の起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間とすることが好ましい。このようにすると、起動時における検出波形の乱れを無視し、誤った脱調判別を防止することができる。また、脱調判別禁止期間においては、クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいてサンプリング周期を自動的に変更することも可能である。例えば、クロック周期が長い場合は、サンプリング周期も長く、また、クロック周期が短い場合は、サンプリング周期も短くなるように、サンプリング周期の自動変更を行う。このようにすると、クロック信号の周期に拘わらず、適正なサンプリング周期で検出波形のレベルデータを取得し、精度の良い脱調判別を行うことができる。
【００１６】
つぎに、上記のような脱調判別方法を実現する具体的な脱調判別処理について、図４を参照して説明する。なお、図４は、毎回の検出波形を比較する場合の脱調判別処理手順を示しているが、一つ置きの検出波形を比較する場合は、ステップＳ１において、クロック信号の立上がりを一つ置きに検出するようにすればよい。
【００１７】
図４は脱調判別処理のフローチャートである。この図に示すように、脱調判別装置４０の判別部４２では、クロック信号の立上がりを逐次判断する（Ｓ１）。この判断結果がＹＥＳの場合は、サンプリング周期となるタイマΔｔの計時後（Ｓ２）、検出波形のレベルデータＤｎ’をサンプリングすると共に（Ｓ３）、前回のレベルデータＤｎとの差分の絶対値を演算して一時保存する（Ｓ４）。つぎに、サンプリング回数ｎが規定回数（例えば３）に達したか否かを判断し（Ｓ５）、該判断結果がＮＯの場合は、上記のステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。一方、規定のサンプリング回数に達したら、起動時（脱調判別禁止期間）か否かを判断し（Ｓ６）、該判断結果がＹＥＳの場合は、サンプリング周期自動変更処理（Ｓ７）を実行しつつ、上記のステップＳ１〜Ｓ６を繰り返す。なお、脱調判別禁止期間は、起動後におけるクロック信号の立上がり回数により規定することができる。また、サンプリング周期自動変更処理は、前述したように、クロック周期に応じてサンプリング周期（タイマΔｔ）を自動的に最適化する処理である。
【００１８】
脱調判別禁止期間が終了したら、ステップＳ４で一時保存した差分データ、つまり、今回入力した検出波形のレベルデータＤ１’〜Ｄ３’と前回入力した検出波形のレベルデータＤ１〜Ｄ３との差分の絶対値を参照し、その和を演算すると共に、差分の和と脱調判別値とを比較する（Ｓ８）。そして、比較結果を判断し（Ｓ９）、差分の和が脱調判別値を超えない場合は、そのままステップＳ１に戻り、検出波形の逐次比較を繰り返すが、差分の和が脱調判別値を超える場合は、ステッピングモータ１０が脱調していると判別し、脱調検出信号を出力する（Ｓ１０）。
【００１９】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、脱調判別装置４０は、エンコーダ等の検出器を設けずに、ステッピングモータ１０の脱調を判別するのであるが、励磁コイル１１〜１４の合成電流経路からステップ駆動毎の検出波形を入力し、クロック信号の立上がりを起点とする所定のタイミングで検出波形のレベルデータＤ’をサンプリングし、今回入力した検出波形のレベルデータＤ’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータＤとの差分を演算し、演算した差分の絶対値と予め設定される脱調判別値とを比較し、演算した差分が脱調判別値を超えたとき、ステッピングモータ１０が脱調していると判別するので、温度特性をほとんど無視し、幅広い温度環境下で精度の良い脱調判別を行うことができる。
【００２０】
また、一つの検出波形から所定のサンプリング周期で複数（例えば３つ）のレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングすると共に、今回入力した検出波形のレベルデータＤ１’〜Ｄ３’と前回又はそれ以前に入力した検出波形のレベルデータＤ１〜Ｄ３との差分をサンプリング回数分だけ演算し、演算した複数の差分の絶対値の和と予め設定される脱調判別値との比較により、ステッピングモータ１０の脱調を判別するので、今回入力した検出波形と前回又はそれ以前に入力した検出波形を高精度に比較し、その比較結果に基づいてステッピングモータ１０の脱調を精度良く判別することができる。
【００２１】
また、ステッピングモータ１０が２相ステッピングモータである場合にあっては、一つ置きの検出波形からレベルデータＤ１〜Ｄ３をサンプリングするようにしたので、各相における合成電流のバラツキにより判別精度が低下する不都合を回避できる。
【００２２】
また、サンプリング周期や脱調判別値を変更できるようにしたので、サンプリング周期の最適化によって脱調判別精度を一層向上させることができるだけでなく、脱調判別値の変更により脱調判別の感度を任意に調整することが可能になる。
【００２３】
また、ステッピングモータ１０の起動から所定時間が経過するまでの期間を脱調判別禁止期間としたので、起動時における検出波形の乱れを無視し、誤った脱調判別を防止することができる。また、脱調判別禁止期間においては、クロック信号を読み取り、該クロック信号に基づいてサンプリング周期を自動的に変更するようにしたので、クロック信号の周期に拘わらず、適正なサンプリング周期で検出波形のレベルデータを取得し、精度の良い脱調判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ステッピングモータ及び脱調判別装置を示す回路図である。
【図２】ステッピングモータにおける励磁コイルの通電パターンを示すタイミングチャート図である。
【図３】（Ａ）は検出波形の温度特性を示す波形図、（Ｂ）はレベルデータのサンプリング周期を示す波形図である。
【図４】脱調判別処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ステッピングモータ
１１〜１４  励磁コイル
２０  ドライブＩＣ
２１  トランジスタ
３０  発振器
４０  脱調判別装置
４１  検出回路
４２  判別部
【図１】
2008160977.tif 000003
【図２】
2008160977.tif 000004
【図３】
2008160977.tif 000005
【図４】
2008160977.tif 000006