(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流をスイッチング制御してステップ駆動させるステッピングモータの脱調検出方法であって、
励磁電流出力回路に発生する励磁電流から余剰電流を差し引いた励磁総電流およびモータ駆動電圧を、電流検出用抵抗を介して電流および電圧検出手段により検出すること、
検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル化すること、
モータ脱調時に検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の異常な変動成分を抽出して任意に設定される閾値とを比較し、前記異常な変動成分の値が前記閾値から外れたときに、脱調判定部において脱調が生じたと判定すること、及び
前記脱調判定部における脱調であるとの判定に基づき、警告出力手段を介して上位の制御装置に警告信号を出力すること、
を含んでな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】
前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による前記励磁総電流の変化に基づく変動成分であり、
前記電流検出用抵抗を介して検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の前記変動成分に時間差生成手段をもって時間的なずれを生成すること、
前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧検出手段により直接検出された前記異常な変動成分と、前記時間差生成手段により生成された異常な変動成分とを減算部にて減算して異常な変動成分を抽出すること、
前記抽出された異常な変動成分を整流手段をもって整流波に変換すること、
前記整流波に変換され前記抽出された異常な前記変動成分を積分器を介して積分すること、及び、
前記積分器から出力される値と閾値とを前記脱調判定部にて比較判定すること、
を含んでなる請求項１記載のステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項３】
前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動成分であり、
前記減衰振動抵抗を介して検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧のうち前記異常な変動成分以外の変動成分を除去する帯域フィルタに通して異常な変動成分を抽
出すること、
抽出された前記異常な変動成分を整流手段をもって整流波に変換すること、
前記整流波に変換された前記異常な変動成分を積分器を介して積分すること、
前記積分器から出力される値と閾値とを前記脱調判定部にて比較判定すること、
を含んでなる請求項１記載のステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項４】
前記時間差生成手段又は前記帯域フィルタの上流側において、前記電流検出用抵抗を介して検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧を平滑フィルタに通してノイズ成分を除去すること、
を含んでなる請求項２又は３に記載のステッピングモータの脱調検出方法。
【請求項５】
励磁電流をスイッチング制御してステップ駆動させるステッピングモータの脱調検出装置であって、
励磁電流出力回路に発生する励磁電流から余剰電流を差し引いた励磁総電流およびモータ駆動電圧を電流検出用抵抗を介して検出する前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の検出手段と、
検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の検出時に検出される正常駆動時には含まれない異常な変動成分を抽出する変動成分抽出手段、及びその抽出された前記異常な変動成分と閾値とを比較して、前記異常な変動成分が閾値から外れたとき、ステッピングモータの駆動に脱調が生じたと判定する比較判定手段とを有する脱調判定部と、
前記脱調判定部における脱調であるとの判定に基づき、上位の制御装置に警告信号を出力する警告出力手段と、
を備えてな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】
前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動成分であり、
前記変動成分抽出手段が、
前記電流検出用抵抗を通過した前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧を時間的にずらす時間差生成手段と、
前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧検出手段により直接検出された変動成分から、前記時間差生成手段により生成された変動成分を減算する減算器と、
を備え、
前記減算器において減算して得られる変動成分を整流する整流手段と、
前記整流手段により整流された変動成分を積分する積分器と、
を備えてなる請求項５記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項７】
前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動成分であり、
前記変動成分抽出手段が、
前記電流検出用抵抗を通過した前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧に発生する異常な変動成分以外の変動成分を除去する帯域フィルタを備え、
前記帯域フィルタを通過した前記異常な変動成分を整流する整流手段と、
前記整流手段により整流された変動成分を積分する積分器と、
を備えてなる請求項５記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項８】
前記モータの固有振動周波数以下の帯域が２５０Ｈｚ以下である請求項６又は７に記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【請求項９】
前記減算手段または前記帯域フィルタの上流側に配され、前記電流検出用抵抗を介して検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧のノイズ成分を除去する平滑フィルタを更に備えてなる請求項７又は８に記載のステッピングモータの脱調検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレゾルバやロータリエンコーダなどのような格別のセンサを設置することなしに、モータ駆動のための従来のロジック回路に僅かな変更を加えるだけで、低速駆動域から高速駆動域までの広範な駆動域において、脱調現象の発生を効果的に検出することができるステッピングモータの脱調検出方法とその検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、外部からの指令パルスにより高精度な位置決め制御が可能であるためオープンループ制御ができる。そのため、駆動システムが比較的低価格に構成できＯＡ機器向けやその他の広範な分野で多く使われるようになってきた。ステッピングモータの駆動は、外部からの指令パルスが入力されるたびに、複数個のスイッチング素子をオン／オフ動作させて、予め設定された励磁シーケンスに従い複数の励磁相に流れる励磁電流の方向を制御し、ロータを所定のステップ角歩進させることによりなされる。このステッピングモータには２相励磁、３相励磁、４相励磁及び５相励磁の４機種が多く使われている。これらの機種は、使用目的に応じて使い分けられる。励磁相の結線方式にも、例えば５相ステッピングモータの４−５相駆動方式には、励磁相の結線方式によってスタンダード方式、ペンタゴン方式、スター方式などがある。
【０００３】
ステップ角を歩進させながら駆動されるステッピングモータは、モータ回転時の振動が避けられない。ここで、モータコイルの起電力により発生する余剰電流が励磁電流とは逆方向に流れている。ステッピングモータが振動すると、前記励磁電流と余剰電流との割合が変化する。この振動を抑制するには前記励磁電流と余剰電流との割合を常に一定に維持させなくてはならない。励磁電流と余剰電流との割合を一定に保つようにモータ駆動電圧ＤＶを制御することにより、ステッピングモータの振動を効果的に抑制できる。
【０００４】
しかるに、余剰電流はモータコイルの起電力によって発生する電流であるから、振動によって増加する余剰電流を相対的に減少させるにはモータ駆動電圧ＤＶを高くしなければならず、逆に振動によって減少する余剰電流を増加させるには駆動電圧ＤＶを低下させなければならない。このように、余剰電流と駆動電圧とは逆比例の関係にあるから、余剰電流を制御しようとする方向とは逆方向に駆動電圧を制御することになり、却って振動を増幅する結果を招きかねないという重大な問題があった。
【０００５】
図２は本出願人が特許権者となっている特許第３２００４７７号（特許文献１）に係るステッピングモータの代表的な駆動回路例を示している。この特許に係る発明は前述の問題を解決するためになさたものであって、モータに振動が発生しても励磁電流と余剰電流との割合を常時一定に保てるように制御できるようにしている。具体的には、供給用電流(i1)をコンデンサ(C1)による充電と放電の繰り返しによって生じる励磁電流(i2)をもってステッピングモータ(M) を駆動させる。励磁電流(i2)は出力段のパワートランジスタからなるスイッチング素子(Tr11)〜(Tr20)のスイッチング動作によりステッピングモータ(M) をステップ駆動させる。駆動回路には、一端がグランド(GND) に接続され他端がコンデンサ(C2)に接続されている第１電流検出用抵抗(R1)と、コンデンサ(C2)と出力段との間に接続された第２電流検出用抵抗(R2)とを備え、前記第２電流検出用抵抗(R2)の電圧と基準電圧(Vref)とを比較して第１電流検出用抵抗(R1)と第２電流検出用抵抗(R2)を流れる電流の和(i1+i2-i3)を一定に保つようにＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する。
【０００６】
ここで、デジタル回路の基準電圧操作部では、第２電流検出用抵抗(R2)を流れる励磁総電流(i2-i3) を電流検出回路を通して検出したのちデジタル量に変換した電圧(Vin1)と、モータ駆動電圧をモータ駆動電圧検出回路を通したのちデジタル量に変換した電圧(Vin2)とによりトルク特性がフラットになるように操作し、アナログ量に変換したのち第１アンプ(AMP1)に基準電圧(Vref)としてＰＷＭ制御部に出力する。また、第１及び第２電流検出用抵抗(R1,R2) を通る電流(i1+i2-i3)の電圧を検出して、これを第２アンプ(AMP2)を介してＰＷＭ制御部に向けて出力する。ＰＷＭ制御部では入力する第１アンプ(AMP1)から出力された基準電圧(Vref)と第２アンプ(AMP2)から出力された検出電圧とが等しくなるようにパワー素子(TR1) をＰＷＭ駆動して定電流制御している。
【０００７】
同図中のデジタル回路は、励磁パターンの操作回路と励磁電圧操作回路とを備えており、励磁パターンの操作回路には指令パルス検出部、励磁シーケンスカウンタ部及び励磁パターン出力部が設けられ、前記励磁電圧操作回路には基準電圧操作部が設けられている。励磁パターンの操作回路では、外部から入力する指令パルスを検出し、その指令パルスを励磁シーケンスカウンタ部にてカウントして励磁シーケンスの現位置を確定し、図示せぬ記憶部に格納された励磁パターンを抽出して励磁パターン出力部から出力段へと励磁シーケンスに従って出力する。
【０００８】
かかる構成を採用することにより、ステッピングモータ(M) の振動により余剰電流(i3)の増減が生じた場合、駆動電圧(DV)の昇降に基づく電流制御と余剰電流(i3)の増減方向とが一致し、この電流制御に従って余剰電流(i3)の制御が容易にでき、モータの振動時であっても余剰電流(i3)と励磁電流(i2)の割合を崩すことなしに制御することが可能となり、その結果、モータの振動を効果的に抑制することができる。
【０００９】
ところで、ステッピングモータは励磁電流の切り替えによる回転磁界に対してロータが遅れることによってトルクを発生させる。この回転磁界に対するロータの遅れ角を負荷角と言い、慣性力と摩擦力が増えると、負荷角も増加する関係にある。ここで、負荷角が発生トルクの最大となるときの角度を越えると、慣性力と摩擦力の合計がモータの最大トルクを上回ることになり、回転磁界にロータが追従できなくなって脱調現象が発生する。このように急激な速度変化や過負荷時には、指令パルスに追従してロータの回転ができなくなり、ステッピングモータが停止し、或いは位置ズレを起こす。これが脱調（ＳＴＥＰ  ＯＵＴ）である。
【００１０】
従来も、脱調の発生を検出したり、或いは脱調の発生を防止する方法に、制御系全体を含めたフルクローズドループ制御方式、或いはモータ単体を対象に制御するセミクローズドループ制御方式が採用されている。これらの場合、いずれにしても何らかのフィードバック用センサが必要となる。
【００１１】
一方、ロータの位置情報を得るためには、一般的に光学式、電磁誘導式、磁気抵抗素子を使った方式が使われている。過去にもレゾルバやロータリエンコーダなどをフィードバック用センサとしてステッピングモータに取り付けて脱調を防止する提案が多数なされている。前記ロータリエンコーダには光学式と電磁誘導式とがある。
【００１２】
例えば、特開平６−４６５９６号公報（特許文献２）のステッピング駆動制御回路によると、エンコーダの出力信号と駆動パルス信号によって実際駆動終了位置と目標駆動終了位置とを比較して脱調の有無を判別している。
【００１３】
また例えば、特開平１０−１９１６９５号公報（特許文献３）のステッピングモータの駆動装置によれば、指令パルスの入力時点と指令パルスに基づくエンコーダ検出パルスの入力時点までの動作送れ時間内に、後続の指令パルスが入力してこない場合は、指令パルスの入力時点を基準として励磁シーケンスを進めるタイミングを定め、動作送れ期間内に後続の指令パルスが入力さてくる場合にはエンコーダ検出パルスの入力時点を基準として励磁シーケンスを進めるタイミングを定めると共に動作送れ期間内に後続の指令パルスが入力される度に励磁電流を増大させて、高速時、急加速時、高負荷時の脱調現象を防止すると共に、低速時のトルクを適正値に設定可能にして消費電力の低減及び振動の抑制を図っている。
【００１４】
更に、例えば特開平１０−２４３６９３号公報（特許文献４）のステッピング駆動回路によれば、ステッピング駆動回路への指令パルスとエンコーダからの出力パルスとを比較して角度偏差を演算し、その角度偏差と閾値とを比較して過負荷や脱調に対する注意信号や警告信号を出力することにより、負荷の状態を常に監視して脱調発生を未然に警告し得るようにしている。また、例えば特開平１０−３０４７００号公報（特許文献５）のステッピングモータの脱調検出装置では、ステッピングモータへの駆動パルスの発生から所定時間経過後のフィードバック用エンコーダからの応答パルスを応答検出手段にて検出しており、この応答パルスの発生が一定時間なされてこないときを脱調として検出し警告信号を出力する。
【００１５】
また、例えば特開２００３−２８４３９１号公報（特許文献６）の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によれば、エンコーダからのパルス信号のパルス幅と回転指令パルスのパルス幅との比率の変化を検知し、当該検知結果に基づいてエンコーダからの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し、或いはエンコーダからの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の変化として検知している。そして、前記回転指令パルスのパルス幅と前記エンコーダからのパルス信号のパルス幅との比率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して警告信号を出力するようにしている。
【００１６】
以上は、全てエンコーダを外部センサーとして使用している例であるが、例えば特開２００１−９５２９６号公報（特許文献７）や特開２００１−９５２９７号公報（特許文献８）によれば、エンコーダやレゾルバなどの位置センサを用いずに、脱調することなくステッピングモータを低速域から高速域まで精度よく駆動させることを可能にするステッピングモータの制御方式が提案されている。具体的には、ステッピングモータの逆起電力による誘起電圧ベクトルから位相角を検出し、この位相角から固定子巻線と回転子の磁極との相対的角度を求め、この相対的角度によってステッピングモータを閉ループ制御する。前記位相角の検出は、前記誘起電圧ベクトルを直交する固定子軸に関する各軸成分ごとに算出して、その算出された各軸成分比の逆正接を取ることによりなされる。
【００１７】
また、前記特許文献７及び８と同様に、脱調現象を速やかに検知して、これを回避するため閉ループ制御する提案が、例えば特開２００５−２４３１４１号公報（特許文献９）によりなされている。この特許文献９は、特に光ディスクのピックアップを水平方向に移動させるステッピングモータの駆動装置、同ステッピングモータの脱調現象を検出するための装置および方法に関するものである。具体的には光ディスク装置に一般的に備えられているピックアップのフォーカスエラー検出部と加速度センサを利用して、レーザ光の焦点位置に関して垂直方向のずれ量を表すフォーカスエラー信号と光ディスク装置の筐体に備えられた加速度センサにより検出される振動情報とを組み合わせるだけで脱調現象の発生を検出する。従って、脱調現象検出のためにエンコーダ等の専用の部品を設ける必要がなく、装置を小型化することができる。脱調現象が検出されると、ステッピングモータの駆動条件を変更するようにしている。その結果、ステッピングモータの動作終了を待つことなく、ステッピングモータを円滑に駆動させることができる。
【特許文献１】特許第３２００４７７号公報
【特許文献２】特開平６−４６５９６号公報
【特許文献３】特開平１０−１９１６９５号公報
【特許文献４】特開平１０−２４３６９３号公報
【特許文献５】特開平１０−３０４７００号公報
【特許文献６】特開２００３−２８４３９１号公報
【特許文献７】特開２００１−９５２９６号公報
【特許文献８】特開２００１−９５２９７号公報
【特許文献９】特開２００５−２４３１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述のとおり、従来のこの種のステッピングモータの駆動時に発生する脱調の検出の多くは外付けのエンコーダやレゾルバなどの位置センサを採用している。上記特許文献２〜６もまた、全てが（ロータリ）エンコーダを採用し、外部からの指令パルスに連携させたエンコーダからの出力パルスとの相対的なずれを検出し脱調したと判断し、上位の制御装置に警告信号を室力し、或いは駆動電圧や励磁電流を増減させて加減速させている。
【００１９】
近年のステッピングモータを搭載する各種装置における位置決めの多様化と小型化が進み、そこに搭載するステッピングモータにも小型化と軽量化とが強く要求されるようになってきている。ここにきて、ステッピングモータの小型化は大きく進んでおり、過去には６０ｍｍ×６０ｍｍから９０ｍｍ×９０ｍｍの取付面であったものが、いまや通常でも４２ｍｍ×４２ｍｍの取付面が一般的となり、装置の可動部に搭載されるステッピングモータでは、その取付面が２８ｍｍ×２８ｍｍが主流となってきている。更には、産業用のハイブリッド型ステッピングモータにあって、装置取付面が２０ｍｍ×２０ｍｍのものまで出現している。この最も小型化されたステッピングモータは可動部の先端ヘッドに搭載されて使われている。
【００２０】
ところが、上述のようにエンコーダなどの位置センサをモータ本体に取り付けることは、装置側からのステッピングモータに対する「更なる小型化・軽量化」の要求とは相反することになる。このセンサを取り付けることによって、センサの分が大型化するばかりでなく配線も増え、その配線をも含めて重量が大きく増加する。
【００２１】
一方、こうした別にセンサを設けることによる課題を解消しようとして、特許文献６〜９にあるように、脱調用のセンサを用いずに脱調を予防する閉ループ制御方法も提案されつつある。従って、これらの文献６〜７の制御技術を採用すれば、ステッピングモータの小型化と軽量化を実現することは可能であるが、例えば特許文献７及び８のステッピングモータの制御方法では、ステッピングモータの逆起電力による誘起電圧ベクトルから位相角を検出し、この位相角から固定子巻線と回転子の磁極との相対的角度を求め、この相対的角度によってステッピングモータを閉ループ制御している。前記位相角は、前記誘起電圧ベクトルを直交する固定子軸に関する各軸成分毎に算出して、その算出された各軸成分比の逆正接を更に演算することにより求めている。従って、その演算回路は複雑化し、ステッピングモータの価格を押し上げてしまう。
【００２２】
また、前記特許文献９のステッピングモータの駆動装置は、ピックアップとピックアップに搭載される筐体の振動を検出する加速度センサとを利用して、ステッピングモータであるスレッドモータの脱調を検出するものであって、ステッピングモータ自身による脱調を検出するのではないため、ステッピングモータを搭載する特定の装置の制御回路等を利用するものである。従って、汎用性に乏しく多様な装置に利用することができない。
【００２３】
ところで、近年は単一のステッピングモータではなく多数のステッピングモータが単一の装置、例えば多肢ロボットなどに搭載されることが多くなっている。こうして搭載された複数のステッピングモータは、それぞれ単独で制御されることは少なく、互いが同期して制御駆動される。従って、一つのステッピングモータに脱調現象を検知したとき、そのステッピングモータだけを単独に加減速させるように閉ループ制御する上記特許文献７〜９のステッピングモータの脱調制御技術を、複数のステッピングモータを搭載して同期駆動させる装置に採用することは難しい。
【００２４】
本発明はこうした従来技術の課題を一挙に解消することを目的として開発されたものである。具体的には、殊更に専用のセンサを用いず、また格別の回路を追加せず、従来から使われているデジタル回路を利用して、ステッピングモータの基本特性を変えることなく開ループ制御により確実に脱調の発生を検出判定して上位の制御装置に報知するステッピングモータの脱調検出方法と検出装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
かかる目的は、本発明の第１の主要な構成である、励磁電流をスイッチング制御してステップ駆動させるステッピングモータの脱調検出方法であって、励磁電流出力回路に発生する励磁電流から余剰電流を差し引いた励磁総電流およびモータ駆動電圧を、電流検出用抵抗を介して電流および／又は電圧検出手段により検出すること、
検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル化すること、モータ脱調時に検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の異常な変動成分を抽出して任意に設定される閾値とを比較し、前記異常な変動成分の値が前記閾値から外れたときに、脱調判定部において脱調が生じたと判定すること、及び、
前記脱調判定部における脱調であるとの判定に基づき、警告出力手段を介して上位の制御装置に警告信号を出力すること、を含んでな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によって効果的に達成できる。
【００２６】
好適な第１の態様によれば、前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による前記励磁総電流の変化に基づく変動成分であり、前記電流検出用抵抗を介して検出される励磁総電流およびモータ駆動電圧の前記変動成分に時間差生成手段をもって時間的なずれを生成すること、
前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧検出手段により直接検出された前記異常な変動成分と、前記時間差生成手段により生成された前記異常な変動成分とを減算部にて減算して異常な変動成分を抽出すること、
前記抽出された異常な変動成分を整流手段をもって整流波に変換すること、前記整流波に変換され前記抽出された異常な前記変動成分を積分器を介して積分すること、及び、
前記積分器から出力される値と閾値とを前記脱調判定部にて比較判定する。
【００２７】
好適な第２の態様によれば、前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動成分であり、
前記減衰振動抵抗を介して検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧のうち前記異常な変動成分以外の変動成分を除去する帯域フィルタに通して異常な変動成分を抽出すること、抽出された前記異常な変動成分を整流手段をもって整流波に変換すること、前記整流波に変換された前記異常な変動成分を積分器を介して積分すること、前記積分器から出力される値と閾値とを前記脱調判定部にて比較判定する。
【００２８】
本発明にあっては上記構成に加えて、前記時間差生成手段又は前記帯域フィルタの上流側において、前記電流検出用抵抗を介して検出される前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧を平滑フィルタに通してノイズ成分を除去することが望ましい。
【００２９】
また上記目的は、本発明の第２の主要な構成である、励磁電流をスイッチング制御してステップ駆動させるステッピングモータの脱調検出装置であって、励磁電流出力回路に発生する励磁電流から余剰電流を差し引いた励磁総電流およびモータ駆動電圧を電流検出用抵抗を介して検出する前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の検出手段と、
検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧の検出時に検出される正常駆動時には含まれない異常な変動成分を抽出する変動成分抽出手段、及びその抽出された前記異常な変動成分と閾値とを比較して、前記異常な変動成分が閾値から外れたとき、ステッピングモータの駆動に脱調が生じたと判定する比較判定手段とを有する脱調判定部と、
前記脱調判定部における脱調であるとの判定に基づき、上位の制御装置に警告信号を出力する警告出力手段と、を備えてな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によって確実に達成される。
【００３０】
この発明にあっても、前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動成分であり、
前記変動成分抽出手段が、前記電流検出用抵抗を通過した前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧を時間的にずらす時間差生成手段と、前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧検出手段により直接検出された変動成分から、前記時間差生成手段により生成された変動成分を減算する減算器と、を備え、
前記減算器において減算して得られる変動成分を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された変動成分を積分する積分器と、を備えていることが望ましい。
【００３１】
また、この発明にあっても、前記異常な変動成分が、モータの固有振動周波数以下の帯域におけるロータ回転軸に発生する脱調時の減衰振動による電磁誘導の変化に基づく変動
成分であり、前記変動成分抽出手段が、前記電流検出用抵抗を通過した前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧に発生する異常な変動成分以外の変動成分を除去する帯域フィルタを備え、
前記帯域フィルタを通過した前記異常な変動成分を整流する整流手段と、前記整流手段により整流された変動成分を積分する積分器と、を備えていることが望ましい。
好ましくは、前記モータの固有振動周波数以下の帯域が２５０Ｈｚ以下であり、前記減算手段または前記帯域フィルタの上流側に配され、前記電流検出用抵抗を介して検出された前記励磁総電流および前記モータ駆動電圧のノイズ成分を除去する平滑フィルタを更に備えているとよい。
【作用効果】
【００３２】
本願発明者等は、ステッピングモータの脱調発生時に、励磁総電流及びモータ駆動電圧に通常の駆動時に発生する波形変化とは異なる異常な波形の発生が生じることに着目した。この異常な波形は、ステッピングモータの駆動時、回転位置を維持するホールド時に発生し、その発生原因について様々な考察と実験を重ねた結果、次の実験(1) 及び(2) によって脱調現象が発生し、その発生原因は脱調時のモータ（ロータ）に激しい振動にあり、その激しい振動の発生から次第に減衰していく過程で生じる電磁誘導がもたらす励磁総電流及びモータ駆動電圧の変動によるものであることが判明した。
【００３３】
実験(1) ：ステッピングモータの回転中に、外部から摩擦負荷をモータシャフト加え、徐々に摩擦負荷を増加させて、脱調を発生させた。そのときの電流検出用抵抗を流れる励磁総電流の変化と、同電流の変化に基づくモータ駆動電圧の変化を検出した。
【００３４】
実験(2) ：ステッピングモータに対するホールド状態を維持する駆動時に、脱調が発生するまでモータシャフトに徐々に外力を加えていった。この外力を加えていって脱調が発生するまでの間、電流検出用抵抗を流れる励磁総電流の変化と、同電流の変化に基づくモータ駆動電圧の変化を検出した。
【００３５】
この実験(1) 及び(2) を繰り返して行ったところ、いずれの場合も脱調発生時には励磁総電流及びモータ駆動電圧に、通常のモータ駆動時に表出しない特異な波形が常に表出していることが判明した。この異常な波形が発生するときの変動成分を正確に検出できれば
、ロータに対する格別の位置センサを用いることなく、単なるデジタル処理にて確実に脱調を検出することができると考えた。
【００３６】
そのためには、ステッピングモータの駆動回路のうち従来のデジタル回路に僅かなソフトウェアを変更を加えるだけで、前記変動成分を抽出できるようにした。この抽出したデジタル化された変動成分と予め設定された閾値とを脱調判定部において比較して、もし変動成分の値が閾値を越えたときは脱調であると判定する。このときの変動成分の抽出手段として、本発明ではステッピングモータの駆動時の励磁総電流とモータ駆動電圧との変動波形を時間軸上に所要時間差をもってずらす時間差生成手段を追加している。或いは、前記変動成分の抽出手段として、特異な変動成分からなる所定の周波数帯域を除く他の帯域の変動成分を除去する帯域フィルタを追加している。前記時間差生成手段によって変動波形を時間的にずらし、その波形から検出時の未処理の変動波形との間で減算を行うと、その差を大きくすることができ、変動成分をより顕在化させることができる。また、検出時の未処理の変動波形を上述のような帯域フィルタを通すことによっても、同様に上記特異な変動成分だけを確実に抽出できる。
【００３７】
本発明にあって、好ましくは前述のようにして減算された変動成分または帯域フィルタを介して残された変動成分を比較判定手段に送る前に、先ず整流波に変換し、更には整流された波形を積算器を通して積算して、変動成分と通常成分との差を大きくしている。この整流波変換は、半波整流、全波整流のいずれでもよいが、前記積算結果を大きくしたいときは全整流波変換することが好ましい。また、本発明にあっては、更に加えて前記時間差生成手段または帯域フィルタに入力される以前の波形成分を予め平滑フィルタに通して、ノイズ成分を除去しておくことにより、不要なノイズがなくなり以降の処理結果や判定結果の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の代表的な実施形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に適用されるマイクロステッピングモータの駆動回路を示している。
【００３９】
本実施形態では巻線(A) 〜(E) をペンタゴン結線した５相ステッピングモータを例示している。なお、本発明は５相ステッピングモータに限定されず、２相〜４相のステッピングモータにも適用でき、その結線も、５相ステッピングモータではペンタゴン結線方式の他にスター結線方式があり、３相ステッピングモータの場合にはデルタ結線方式及びスター結線方式、更には一般的なバイポーラ・スタンダード結線方式などを採用した全てのステッピングモータに適用できる。また本発明は、基本の歩進角を電気的に複数に分割して駆動するマイクロステッピングモータにかぎらずフルステップのみのステッピングモータにも適用が可能である。
【００４０】
図１に示す５相ステッピングモータの駆動回路は、図２に示した従来から実施されている５相ステッピングモータの駆動回路と殆ど変わるところがない。図示実施形態にあっても従来と同様に、である出力段の１０個のスイッチング素子(Tr11)〜(Tr20)を一対１組として直列に接続し、これらの５組のスイッチング素子(Tr11)(Tr12)、(Tr13)(Tr14)、(Tr15)(Tr16)、(Tr17)(Tr18)、(Tr19)(Tr20)を並列接続して駆動回路を構成している。巻き線(A) 〜(E) の結線部は直列に前記接続された各組のスイッチング素子(Tr11)(Tr12)、(Tr13)(Tr14)、(Tr15)(Tr16)、(Tr17)(Tr18)、(Tr19)(Tr20)の接続部に接続されている。
【００４１】
第１電流検出用抵抗(R1)はコンデンサ(C2)の (−) 側とグランド(GND) との間に直列接続されており、第２電流検出用抵抗(R2)はモータ駆動回路の出力側とコンデンサ(C2)の (−) 側との間に直列接続されている。定電流コントロール部は、第１電流検出用抵抗(R1)及び第２電流検出用抵抗(R2)の電圧の和と、デジタル回路の基準電圧操作部から出力されＤ／Ａ変換された基準電圧(Vref)とを比較して、電流(i1+i2-i3)が一定になるようにパルス幅変調(PWM) 駆動する。
【００４２】
デジタル回路は、外部からの指令パルスを受けて、励磁シーケンスに従って励磁パターンを出力段のスイッチング素子(Tr11)(Tr12)、(Tr13)(Tr14)、(Tr15)(Tr16)、(Tr17)(Tr18)、(Tr19)(Tr20)のゲートへ出力して励磁パターンの操作を行う。本発明では、この従来のデジタル回路に後述するような新たにプログラムされた脱調判定部を更に備えている。
【００４３】
図１にあって、電流(i1)はモータ駆動電圧(DV)を上下させるとともにコンデンサ(C2)を充電する供給用電流であり、励磁電流(i2)はコンデンサ(C2)の放電によって生じるステッピングモータ駆動用の励磁電流である。この励磁電流(i2)は、図１に破線で示すようにコンデンサ(C2)、駆動回路、第２電流検出用抵抗(R2)を循環する。電流(i3)は既述したようにモータの起電力によって発生する余剰電流であるが、この余剰電流(i3)は、図１に破線で示すように駆動回路のダイオードを介してコンデンサ(C2)、第２電流検出用抵抗(R2)、駆動回路というように前記励磁電流(i2)とは逆方向に循環する。その結果、第２電流検出用抵抗(R2)には励磁電流(i2)から余剰電流(i3)を差し引いた励磁総電流(i2-i3) が流れる。
【００４４】
そして、演算増幅器である第１アンプ(AMP1)から出力される基準電圧(Vref)と、第２アンプ(AMP2)から出力される第１及び第２電流検出用抵抗(R1,R2) の検出電圧とが等しくなるように、パワーMOS FET (TR1) でチョッピングされた電流をコイル(L1)とコンデンサ(C2)によって平滑化されたモータ駆動電圧(DV)に変換して、駆動電流(i1+i2-i3)を一定となるようにＰＷＭ駆動する。
【００４５】
このときの前記基準電圧(Vref)は、電流検出回路及びモータ電圧検出回路から第３及び第４アンプ(AMP3,AMP4) を介して入力されデジタル回路の基準電圧操作部にて設定されたのちＤ／Ａ変換されて得られる電圧である。ここで、基準電圧操作部では励磁電流検出回路及びモータ駆動電圧回路から得られる検出電圧(Vin1,Vin2) によって、トルク特性がフラットになるように基準電圧(Vref)を操作している。
【００４６】
本発明は、モータが脱調した瞬間に上記第２電流抵抗(R2)に流れる励磁総電流(i2-i3) 及び上記モータ駆動電圧(DV)に正常駆動時とは異なる大きな乱れが発生することに着目してなされたものである。すなわち、モータに流れる電流や電圧に発生する乱れをもとに脱調したかどうかを判定する。なお、本発明にあって、第２電流検出用抵抗(R2)に流れる励磁総電流(i2-i3) だけを単独に検出してステッピングローラが脱調したかどうかを判定することも可能であり、或いはモータ駆動電圧(DV)だけを単独に検出して脱調したかどうかを判定することもできるが、両者を併用して判定すれば判定の正確度が向上する。
【００４７】
本実施形態において、図２に示した従来のステッピングモータの駆動回路と異なるところは、図１に示すようにデジタル回路に脱調判定部を設定した点にある。この脱調判定部は、図３に示すように、少なくとも励磁総電流およびモータ駆動電圧の検出時に検出される正常駆動時には含まれない異常な変動成分を抽出する変動成分抽出手段(G2(s)) と、その抽出された異常な変動成分と閾値とを比較して、変動成分が閾値から外れたとき、ステッピングモータの駆動に脱調が生じたと判定する比較判定手段とを有している。この脱調判定部における脱調検出手順が図３にブロック図として示されている。この図から理解できるように、本発明にあっては、ステッピングモータが備えている開ループ制御の特性をフルに活用しており、しかも本発明における脱調判定部は格別の回路を必要とせず、従来のステッピングモータに配されているデジタル回路を利用して、脱調判定のための簡単なプログラムを作成すれば足り、すべてデジタル処理にて実現できる。
【００４８】
本実施形態にあって、図３に示すように、前記脱調判定部に入力される信号としては、図示せぬ上位の制御装置から出力されるアラームクリア信号と、電流検出回路にて検出される第２電流検出用抵抗(R2)を通過する励磁総電流(i2-i3) 検出値と、モータ駆動電圧(DV)検出値との３種類である。これらの信号のうち励磁総電流(i2-i3) 検出値及びモータ駆動電圧(DV)検出値は、従来の電流検出回路及びモータ駆動電圧検出回路をそのまま利用して求めることが可能であり、本実施形態におけるアラーム解除信号は上位の制御装置において先の脱調発生に対する対策が講じられたのち、上記比較判定手段に直接入力されて先に上位の制御装置に出力されていたアラーム信号を解除する信号であって、これらのアラームクリア信号及びアラーム信号の入出力部は本発明に特有のものである。
【００４９】
前記脱調判定部の比較判定手段には、同比較判定手段の出力信号から脱調した場合にアラーム信号を形成し、図示せぬ上位の制御装置に同アラ−ム信号を出力する例えばフリップフロップからなる脱調警告回路が接続されている。アラーム信号が上位の制御装置に入力されると、上位の制御部装置は脱調が生じている畏れがあるとして、例えば警告ランプを点滅させ、或いは警報を発するようにして、脱調の原因などが調査され、その原因が取り除かれると、上位の制御装置からアラーム解除信号が上記比較判定手段に出力され、アラーム信号の出力が解除される。
【００５０】
また本実施形態では、図４および図５に示すように、上記変動成分抽出手段 ( G2(s)，G5(s) ) の上流側に平滑用フィルタ( G1(s) , G4(s) ) を配して、脱調判定部に入力された前記励磁総電流(i2-i3) 検出値及びモータ駆動電圧(DV)検出値を、それぞれ平滑用フィルタ( G1(s) ，G4(s) ) に通して、励磁総電流(i2-i3) 検出値及びモータ駆動電圧(DV)検出値に含まれるノイズ成分を除去している。更に本実施形態では、前記変動成分抽出手段( G2(s) ，G5(s) ) と比較判定手段との間に全波整流変換したのち積分する積分器( G3(s) , G6(s) ) が配せられている。なお、励磁総電流(i2-i3) 検出値及びモータ駆動電圧(DV)検出値の整流変換は全波整流でなく半波整流であってもよいが、いずれにしても整流変換により以降の積分器による積分を経たときの変動量が極めて明確に顕在するようになる。図４及び図５は、それぞれ励磁総電流(i2-i3) 検出値とモータ駆動電圧(DV)検出値による判定手順を示している、両者の判定を併用することが好ましい。
【００５１】
ここで、上記異常な変動成分について実験を行い、ステッピングモータが所定の位置で位置決め状態を維持するとき（ホールド時）にモータ軸に何らかの外力が作用して脱調する場合、及びステッピングモータの駆動回転時に脱調する場合のいずれであっても、この異常な変動成分が脱調時に発生するモータロータの激しい減衰振動に伴う電磁誘導がもたらす励磁総電流の変動及びモータ駆動電圧の変動であることが判明している。この異常な変動成分が発生する振動周波数帯域はステッピングモータの機種に基づく固有振動周波数の範囲内であることが判明した。特に、２５０Ｈｚ以下であることが多い。
【００５２】
本実施形態では、デジタル回路の内、励磁電流操作部と脱調判定部にＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器付きのマイクロコンピュータを用い、励磁パターン操作のための指令パルス検出部、励磁シーケンスカウンタ部および励磁パターン出力部には、マイクロコンピュータとは別にゲートアレイ（ハードロジック）を用いているが、全てを書き換え可能なＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）に置き換えることも可能であり、或いは全てをマイクロコンピュータに取り込むことも可能である。
【００５３】
既述したとおり、本発明における脱調判定の基本は、ホールド時をも含めたステッピングモータの駆動時にあって、固有振動周波数内の励磁総電流(i2-i3) に発生する変動成分およびモータ駆動電圧(DV)と閾値と比較して、脱調であるか否かを判定することにある。前記閾値は、例えばモータの種類（インダクタンス、インピーダンス、結線）や励磁電総流の大きさ、モータ回転速度（一定速、加速、減速、停止）、モータ駆動電圧（ｆ特性、摩擦負荷、慣性負荷）などの多様な要因によって決まる。従って、閾値は一律には決めがたい。
【００５４】
ここで重要な点は、判定にあたって如何に正確に異常な変動成分を抽出するかにある。この変動成分の抽出手段には、例えば公知の位相変調回路が使われ、図４及び図５に示したように、減算部にて励磁電流検出回路及びモータ駆動電圧検出回路にて検出された励磁総電流(i2-i3) およびモータ駆動電圧(DV)と、時間差生成手段により位相差を与えられた同励磁総電流(i2-i3) および／またはモータ駆動電圧(DV)との間の差を演算して異常な変動成分を抽出する。またこの変動成分抽出手段には、前述の時間差生成手段に代えて、励磁電流検出回路及びモータ駆動電圧検出回路にて検出された励磁総電流(i2-i3) およびモータ駆動電圧(DV)を、図６に示す他の代表的な実施形態のように、特定の周波数帯域の振動成分を除去する帯域フィルタ(Gd2(s) ) を通しても、異常な変動成分を抽出することが可能である。
【００５５】
この他の実施形態による脱調判定部の判定手順を図６を参照して簡単に説明すると、例えば図１に示す励磁電流検出回路にて検出された検出電流に基づき得られる検出電圧(Vin1)を平滑用のローパスフィルタ (Gd1(s) )を通して検出電圧(Vin1)に含まれるノイズ成分を除去したのち上記帯域フィルタ (Gd2(s)) を通して、特定の振動周波数帯の振動成分を除去して、異常な振動成分だけを残す。この異常な振動成分は、例えば整流変換回路を介して全並み整流されたのち積分器 (Gd3(s)) に入力され、前記異常な振動成分を積分する。次いで、この積分された異常な振動成分の信号が判定手段に入力されて、予め設定された閾値と比較し、もしその積分された値が閾値から外れたときは、既述したとおり図示せぬ脱調警告回路を介して上位の制御装置にアラーム信号が出力されて制御装置にて警報などが発せられる。
【００５６】
図７〜図１４は、脱調が発生したときに図１に示す励磁電流検出回路及びモータ駆動電圧検出回路から得られる検出電圧(Vin1,Vin2) に現れる変動成分と、同変動成分の周波数特性を示したものである。これらの図において、上段は脱調が発生していない場合であり、下段は脱調が発生した場合である。ここで、図７〜１０はホールド時と低速〜高速回転
時の検出電圧(Vin1)の変動成分についての実験結果を示し、図１１は低速回転時の検出電圧(Vin2)の変動成分についての実験結果を示している。また、図１２〜図１４は低速回転時における検出電圧(Vin1)の変動成分を、平滑フィルタ(G1(S)) 、時間差生成手段(G2(S)) 、位相変調回路）、積分器(G3(S)) を通したときの入口と出口の各波形変動を示している。
【００５７】
これらの図から理解できるとおり、脱調時の異常な波形部分と正常な回転時の波形成分との間に明確な差が現れている。以下、図４及び図５に示した脱調判定手順のブロック図に従って、その手順を簡単に説明するとともに、図７〜図１４に基づいて、同一機種のステッピングモータを用いて行った実験による、正常な駆動時（ホールド、低速、中速、高速）と脱調時の各励磁総電流、モータ駆動電圧の変動波形による判定結果を説明する。
【００５８】
なお、本実験では、先ずステッピングモータに格別の付加がかからないようにホールド状態、低速駆動、中速駆動、高速駆動を行い、そのときの第２電流検出用抵抗(R2)を流れる励磁総電流(i1-i2) 及びモータ駆動電圧(DV)の変化を検出するとともに、既述したように、ステッピングモータを低速、中速及び高速で駆動中に、モータの回転が追従できな高速の指令パルスを瞬間的与えて、脱調を発生させて、そのときの第２電流検出用抵抗(R2)を流れる励磁総電流(i2-i3) の変化と、このときのモータ駆動電圧(DV)の変化とを検出する実験(1) と、ステッピングモータに対するホールド状態を維持する駆動時に、脱調が発生するまでモータシャフトに徐々に外力を加えていったときの、脱調が発生するまでの間に第２電流検出用抵抗(R2)を流れる励磁総電流(i2-i3) の変化と、このときのモータ駆動電圧(DV)の変化とを検出する実験(2) とを行った。
【００５９】
その判定手順は、例えば図４に示すように、励磁電流検出回路にて検出された励磁総電流(i2-i3) をＡ／Ｄ変換して、そのデジタル量をデジタル回路の脱調判定部に送り込み、平滑用フィルタ(G1(S)) を通して通常の振動成分に含まれるノイズ成分を除去したのち、時間差生成手段(G2(S)、位相変調回路）により位相をずらして、減算によって平滑用フィルタ(G1(S)) 通しただけの変動成分との差を求め、その差の変動成分を全波整流手段を介して全波整流し、次いで積分器(G3(S)) にて積分し、その出力を閾値と比較して脱調であるか否かを判定する。以下に、そのときの実験結果を図７〜図１０に示す。なお、この実験にあたって、低速回転時の回転速度を０．１（ｒｐｍ）、中速回転時の回転速度を２．０（ｒｐｍ）、高速回転時の回転速度を１０．０（ｒｐｍ）とした。
【００６０】
図７はホールド時の正常な振動波形と脱調時の振動波形とを示しており、同図Ａは正常時の時間(s) −励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の変動波形の変化を示しており、同図Ｂは同じく正常時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。また、同図Ｃは脱調時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｄは同じく脱調時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。
【００６１】
同図Ａと同図Ｃとを比較すると、図Ａの正常な駆動時には全ての時間帯で波形に異常な変動が発生しておらず、同一周期で同一波形の変動を持続しているが、図Ｃでは駆動を開始してから０．４８秒後に検出電圧(Vin1)の値が０．２〜１．６Ｖの振幅で、正常な駆動時の電圧振幅量０．３〜０．８Ｖの振幅よりも異常に大きな振幅の波形変動が発生しており、特にこのホールド時の実験では異常な変動波形が、０．４８〜０．５４秒の間に連続して２つ形成されていることから、２回の脱調動作によって完全に脱調が発生していることが理解できる。また、同図Ｂ及び同図Ｄを比較しても０．４８〜０．５４秒の間の時間帯に相当する７０〜１５０Ｈｚの振動周波数帯域において、同じく２回の脱調動作を経て脱調が発生している。
【００６２】
図８は低速回転時の正常な振動波形と脱調時の振動波形とを示しており、同図Ａは正常時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｂは同じく正常時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。また、同図Ｃは脱調時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｄは同じく脱調時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。
【００６３】
同図Ａと同図Ｃとを比較すると、図Ａの正常な駆動時には全ての時間帯で０．０２秒の周期で同一波形の変動が持続しているが、図Ｃでは駆動を開始してから０．４９５〜０．５４秒の間に電圧の値０．１〜１．２５Ｖの最大振幅の異常に大きな振幅の波形変動が発生しており、この間に脱調が発生していることを示している。また、同図Ｂ及び同図Ｄの振動周波数に対する変動量の大きさを比較すると、同図Ｄによって１００〜１６０Ｈｚの振動周波数帯域において、同じく脱調が発生していることが分かる。
【００６４】
図９は中速回転時の正常な振動波形と脱調時の振動波形とを示しており、同図Ａは正常時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｂは同じく正常時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。また、同図Ｃは脱調時の時間(s) −検出電圧(Vin1)の変動波形の変化を示しており、同図Ｄは同じく脱調時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。
【００６５】
同図Ａと同図Ｃとを比較すると、図Ａの正常な駆動時には全ての時間帯で０．０５秒の周期で同一波形の変動が持続しているが、図Ｃでは駆動を開始してから０．４９５〜０．５８秒の間に検出電圧(Vin1)の値が−０．４７５〜０．５８Ｖの最大振幅の異常に大きな振幅の波形変動が発生しており、この間に脱調が発生していることを示している。また、同図Ｂ及び同図Ｄにおける振動周波数に対する変動量の大きさを比較すると、同図Ｄによって９０〜２２０Ｈｚの振動周波数帯域において、同じく脱調が発生していることが分かる。
【００６６】
図１０は高速回転時の正常な振動波形と脱調時の振動波形とを示しており、同図Ａは正常時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｂは同じく正常時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。また、同図Ｃは脱調時の励磁総電流(i2-i3) に基づく検出電圧(Vin1)の時間経過に対する変動波形の変化を示しており、同図Ｄは同じく脱調時の振動周波数−大きさとの変動波形の変化を示している。
【００６７】
同図Ａと同図Ｃとを比較すると、図Ａの正常な駆動時には全ての時間帯で僅かな振幅で同一波形の変動が持続しているが、図Ｃでは駆動を開始してから０．４８〜０．５４９秒の間に検出電圧(Vin1)の値が−０．３〜０．５Ｖの最大振幅の正常時の高速回転時と比較して異常に大きな振幅の波形変動が発生しており、この間に脱調が発生していることを示している。また、同図Ｂ及び同図Ｄを比較すると９０〜２２０Ｈｚの振動周波数帯域において、同じく脱調が発生していることが分かる。
【００６８】
図１１は、図８に対応する低速回転時のモータ駆動電圧検出回路にて検出されたモータ駆動検出電圧(Vin2)の正常時と脱調時の各振動波形を示しており、同図Ａは正常時の時間−モータ駆動検出電圧(Vin2)の変動波形の変化を示しており、同図Ｂは同じく正常時の振動周波数−振幅の大きさの変化を示している。また、同図Ｃは脱調時の時間−振幅の大きさ変化を示しており、同図Ｄは同じく脱調時の振動周波数−振幅の大きさの変化を示している。これらの図からも、図８に示した時間帯及び振動周波数帯において脱調が発生していることが理解できる。このことから、本発明の脱調検出方法および検出装置の検出対象を、図１に示す検出電流に基づく検出電圧(Vin1)又は検出モータ駆動検出電圧(Vin2)の何れであってもよく、或いは検出電圧(Vin1)とモータ駆動検出電圧(Vin2)とを同時に検出対象とすることもできる。これら２種類の検出電圧(Vin1,Vin2) を同時に検出対象とする場合には、脱調の判定により信頼性が増す。
【００６９】
図１２〜図１４は、上記図８に示した低速回転時の検出電圧(Vin1)を脱調判定部に配された平滑用フィルタ(G1(S)) 、時間差生成手段(G2(S)) 、整流波変換回路及び積分器(G4(S)) に通したときのそれぞれの波形変動を示している。これらの図から、脱調現象の発生を的確に判定するには、検出電圧(Vin1,Vin2) を前述の平滑用フィルタ(G1(S)) 、時間差生成手段(G2(S)) 、整流波変換回路及び積分器(G3(S)) に通すことが有効である。以上の説明から、本発明にあっては、特に前記検出電圧(Vin1,Vin2) を変動成分抽出手段である時間差生成手段(G2(S)) 又は帯域フィルタ(Gd2(s) ) に通すこと、更に好ましくは前記整流波変換回路及び積分器(G3(S),G d3(s)) に通せば、前記検出電圧(Vin1,Vin2) に含まれる異常な変動成分だけを確実に検出できることが理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の脱調検出器を有する５相励磁ステッピングモータの駆動回路例を示す概略構成図である。
【図２】従来の５相励磁ステッピングモータの駆動回路例を示す概略構成図である。
【図３】本発明における脱調判定部の判定手順を概略で示すブロック図である。
【図４】本発明の代表的な実施形態である脱調判定部の具体的な判定手順の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の前記実施形態による脱調判定部の具体的な判定手順の他例を示すブロック図である。
【図６】本発明の代表的な他の実施形態である脱調判定部の具体的な判定手順の一例を示すブロック図である。
【図７】ホールド時における検出電流による変換電圧(Vin1)の変動成分と同変動成分の周波数特性を示す特性図である
【図８】低速回転時における検出電流により得られる検出電圧(Vin1)の変動成分と同変動成分の周波数特性を示す特性図である。
【図９】中速回転時における検出電圧(Vin1)の変動成分と同変動成分の周波数特性を示す特性図である。
【図１０】高速回転時における検出電圧(Vin1)の変動成分と同変動成分の周波数特性を示す特性図である。
【図１１】低速回転時におけるモータ駆動電圧検出部で検出されるモータ駆動検出電圧(Vin2)の変動成分と同変動成分の周波数特性を示す特性図である。
【図１２】図８に示す上記検出電圧(Vin1)の平滑用フィルタ前後の変動成分の変化と周波数特性とを示す特性図である。
【図１３】同検出電圧(Vin1)の変動成分抽出手段成分と全波整流手段の前後の変動成分の変化と周波数特性とを示す特性図である。
【図１４】同検出電圧(Vin1)の積分器前後の変動成分の変化と周波数特性とを示す特性図である。
【符号の説明】
【００７１】
ＴＲ１                      パワーＭＯＳ  ＦＥＴ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ２０          スイッチング素子
Ｃ１，Ｃ２                  コイデンサ
Ｌ１                        コイル
Ｒ１，Ｒ２                  第１及び第２電流検出用抵抗
ＤＶ                        モータ駆動電圧
Vin1                        励磁総電流に基づく検出電圧
Vin2                        モータ駆動検出電圧
ｉ1                         供給電流
ｉ2                         励磁総電流
ｉ3                         モータ起電流（余剰電流）
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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