(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動する条件が既知である負荷をステッピングモータで駆動する場合において、上記ステッピングモータを駆動するステッピングモータドライバにおけるモータの電流波形を矩形波信号に、その矩形波信号を電圧信号に変換して得られた電圧値に基づいて、正常動作時と強制的に脱調を発生させた場合とから基準電圧値を予め設定し、通常動作時における計測電圧値を求め、求めた計測電圧値と基準電圧値とを比較することにより脱調発生の有無を判断するにあたり、前記計測電圧値を、ステッピングモータが定速動作する領域で生成されるモータ電流波形のうち、検出抵抗の両端の波形が、０Ｖ以下のローレベル時間として電圧生成される波形をもって変換せしめた矩形波信号に基づく値とすると共に、前記計測電圧値として得られた矩形波信号のローレベル時間が長いほど矩形波信号を変換した電圧信号のリップルの下限値が小さくなり、前記計測電圧値の電圧信号の下限値と基準電圧値とを比較することにより脱調の発生の有無を判断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】
前記ステッピングモータの脱調の発生の有無は、前記基準電圧値を、正常時の電圧信号の下限値より小さく、脱調時の電圧信号の下限値より大きく設定し、前記計測電圧値が該基準電圧値より下回った時に判断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検出方法。
【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検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステッピングモータを使用した駆動アクチュエータ機構において、ステッピングモータが脱調したか否かを検出する方法として、図９に示すように、ステッピングモータにロータリーエンコーダ等の回転検出器を取り付け、回転検出器からの速度検出パルスと、ステッピングモータに印加する速度指令パルスとを比較し、その比較結果を判断回路へ入力し、判断回路は比較回路から出力された信号と設定値とを比較し、脱調したか否かを脱調検出信号として出力していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の脱調検出方法では、ステッピングモータに回転検出器を取り付ける必要があるため、部品コスト、組み立てコスト等が増大するという問題があるとともに、回転検出器を取り付ける結果、システムとしてフィードバック回路が形成されるため、ステッピングモータ駆動回路本来の特徴である開ループ制御回路の簡易性が阻害されるという問題があった。
【０００４】
さらに、回転検出器に起因するトラブルが発生することがあり、信頼性の低下や、障害時の切り分け等に煩わされる恐れがあった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解消し、ステッピングモータの回転を監視する回転検出器を必要としない、低コストで信頼性の高いステッピングモータの脱調検出方法を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係るステッピングモータの脱調検出方法は、駆動する条件が既知である負荷をステッピングモータで駆動する場合において、上記ステッピングモータを駆動するステッピングモータドライバにおけるモータの電流波形を矩形波信号に、その矩形波信号を電圧信号に変換して得られた電圧値に基づいて、正常動作時と強制的に脱調を発生させた場合とから基準電圧値を予め設定し、通常動作時における計測電圧値を求め、求めた計測電圧値と基準電圧値とを比較することにより脱調発生の有無を判断するにあたり、前記計測電圧値を、ステッピングモータが定速動作する領域で生成されるモータ電流波形のうち、検出抵抗の両端の波形が、０Ｖ以下のローレベル時間として電圧生成される波形をもって変換せしめた矩形波信号に基づく値とすると共に、前記計測電圧値として得られた矩形波信号のローレベル時間が長いほど矩形波信号を変換した電圧信号のリップルの下限値が小さくなり、前記計測電圧値の電圧信号の下限値と基準電圧値とを比較することにより脱調の発生の有無を判断することを特徴とする。
【０００７】
なお、上記ステッピングモータの脱調の発生の有無を該ステッピングモータの定速動作時に判断することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るステッピングモータの脱調検出方法を説明するブロック図で、ステッピングモータ１を駆動するステッピングモータドライバ２から得られたモータの駆動電流波形（以下、モータ電流波形という）を矩形波信号に変換し、変換された矩形波信号を直流の電圧信号に変換して得られた計測電圧値と基準電圧値とを比較判断し、ロータリーエンコーダ等の回転検出器を使用することなく脱調検出信号を求めるものである。
【０００９】
図２に示すように、ステッピングモータドライバ（以下、モータドライバという）２はバイポーラチョッパ方式でステッピングモータを駆動するもので、モータドライバ２の電流検出抵抗Ｒｓの両端の波形を脱調検出のためのモータ電流波形として使用し、電流検出抵抗Ｒｓの両端で観測できるモータ電流波形を図３（ａ）及び図４（ａ）に示す。
【００１０】
図３（ａ）は正常駆動時のモータ電流波形を示し、図４（ａ）は脱調時におけるモータ電流波形を示している。
【００１１】
予め、駆動する条件（どの位の重さのものを、どの位の速度で駆動する）が既知である負荷をステッピングモータに接続した状態で正常運転時のモータ電流波形を取り込む。このモータ電流波形は、モータドライバ２（１相分のパワー段のみ表示）の電流検出抵抗Ｒｓの両端の波形を、脱調検出のために使用するもので、電流検出抵抗Ｒｓの両端で観測できるモータ電流波形を図３（ａ）に示す。取り込んだモータ電流波形は、電流波形／矩形波変換回路（以下、矩形波変換回路という）３で矩形波信号に変換する。この矩形波変換回路３はコンパレータで構成され、モータ電流波形を０Ｖとコンパレートし、モータ電流波形が０Ｖより＋側にある時を矩形波に変換して出力するようにしたもので、この矩形波変換回路３に入力されたモータ電流波形は、図３（ｂ）に示すように矩形波信号に変換されて出力される。そして、上記矩形波信号は矩形波／電圧値変換回路（以下、電圧値変換回路という）４で直流の電圧信号に変換される。この電圧値変換回路４は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とからなる積分回路で構成され、入力された矩形波信号はリップル分を含む直流の電圧信号に変換されて出力される（図３（ｃ）参照）。
【００１２】
次に、ステッピングモータに接続した負荷に通常負荷以外の外力を加え、脱調を強制的に発生させる。脱調が発生すると正常駆動時に比べ、ステッピングモータのロータの位置が変化し、それにともない、インダクタンス値が変化するため、モータ電流波形の立ち上がり部分に正常時に比べて変化が現れる（図４（ａ）参照）。
【００１３】
このモータ電流波形を、矩形波変換回路３に入力して矩形波信号に変換し（図４（ｂ）参照）、変換された矩形波信号を、さらに電圧値変換回路４に入力して直流の電圧信号に変換する（図４（ｃ）参照）。
【００１４】
なお、上記電圧値変換回路４の積分回路定数（抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の値）を設定する際は、正常時の電圧信号のリップルの下限値Ｖ1と、脱調時の電圧信号のリップルの下限値Ｖ2とに差が生じるように設定すればよい。そして、正常時の電圧信号と脱調時の電圧信号とから基準電圧値ＶFを求める。この基準電圧値ＶFは、正常時の電圧信号のリップルの下限値Ｖ1より小さく、脱調時の電圧信号のリップルの下限値Ｖ2より大きく設定しなければならない。つまり、基準電圧値ＶF の値は式（１）のように設定すればよい。
Ｖ1＞ＶF ＞Ｖ2・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００１５】
脱調が発生した時の矩形波変換回路３から出力される矩形波信号は、モータ電流波形の特徴が反映され、正常駆動時の矩形波信号のローレベル時間ｔ（図３（ｂ）参照）に比べ、脱調時の矩形波信号のローレベル時間ｔ2（図４（ｂ）参照）が長くなるので、電圧値変換回路４で変換された電圧信号のリップルの下限値は正常時の電圧信号のリップルの下限値より低くなる（図４（ｃ）参照）。
【００１６】
そして、電圧値変換回路４の出力は判定回路５に入力され、脱調が発生しているか否かを判定する。この判定回路５はコンパレータで構成され、入力された電圧信号の計測電圧値Ｖmは上述の基準電圧値ＶFとコンパレートされ、入力された計測電圧値Ｖmが基準電圧値ＶFより低い場合（図４（ｃ）参照）は、基準電圧値ＶFより低い時間だけ信号が矩形波として出力され（図４（ｄ）参照）、その時は脱調が発生していると判断し、この矩形波を脱調検出信号として使用することができる。
【００１７】
なお、正常時には、電圧信号に含まれるリップルの下限値Ｖ1は図３（ｃ）に示すように基準電圧値ＶFより高いので、判定回路５の出力は、図３（ｄ）に示すように、０Ｖのままで、脱調検出信号が出力されることはない。
【００１８】
上述したステッピングモータの脱調検出方法によれば、正常駆動時と脱調発生時とにおけるモータ電流波形の特徴に着目し、予め駆動条件が既知である負荷をステッピングモータに接続し、所定の駆動条件で正常に作動させた場合と、通常負荷以外の外力を加えて脱調を発生させた場合とのモータ電流波形を、それぞれ矩形波信号に変換し、更に直流の電圧信号に変換して、正常時と脱調時の電圧信号に含まれるリップルの下限値Ｖ1、Ｖ2から基準電圧値ＶFを設定し、通常作動時に常にモータ電流波形を観測し、このモータ電流波形から得られた電圧信号の計測電圧値Ｖmを予め設定した基準電圧値ＶFと比較し、計測電圧値Ｖm（リップルの下限）が基準電圧値ＶFより下回った時には脱調が発生したと判断するようにしたので、脱調発生の有無をロータリーエンコーダ等の回転検出器を用いることなく容易に判定することができる。
【００１９】
なお、上述の脱調検出方法ではステッピングモータを駆動するドライバ回路をバイポーラチョッパ駆動回路を使用した場合について説明したが、駆動回路はバイポーラチョッパ駆動回路に限定されるものではなく、ユニポーラチョッパ駆動回路であってもかまわない。
【００２０】
また、モータ電流を検出できることが可能であれば、ユニポーラ定電圧駆動回路やバイポーラ定電圧駆動回路でもかまわない。
【００２１】
次に、ステッピングモータを高速駆動する場合における脱調検出方法について説明する。
【００２２】
図５は、ステッピングモータを高速駆動する場合の一例として、台形駆動する場合の時間と速度との関係を示すもので、加速領域と、高速領域と、減速領域とでステッピングモータの速度指令パルスを制御しているが、加速領域と、減速領域とは電流検出抵抗Ｒｓで検出する電流波形が刻々と変化し、基準電圧値ＶFとのコンパレート回路（判定回路５）が不安定となる場合もあるため、速度が一定となる高速領域（定速動作時）における脱調発生のみを検出する検出方法について説明する（図６参照）。
【００２３】
この場合、基準電圧値ＶFを設定する場合には、高速領域における正常駆動時のモータ電流波形を観測し、このモータ電流波形（図７（ａ）参照）を矩形波変換回路３で矩形波信号（図７（ｂ）参照）に変換し、さらに電圧値変換回路４で直流の電圧信号（図７（ｃ）参照）に変換する。次に、高速領域で駆動中の負荷に外力を加え強制的に脱調を発生させた時のモータ電流波形を観測し、このモータ電流波形（図８（ａ）参照）を矩形波変換回路３で矩形波信号（図８（ｂ）参照）に変換し、さらに電圧値変換回路４で直流の電圧信号（図８（ｃ）参照）に変換する。そして、高速領域における正常時の電圧信号のリップルＶ1（図７（ｃ）参照）と、脱調発生時の電圧信号とのリップルＶ2（図８（ｃ）参照）の下限値から基準電圧値ＶF値を設定すればよい。そして、この基準電圧値ＶFを判定回路５の判断基準とする。
【００２４】
判定回路５の出力はＡＮＤゲート６に入力され、一定速度検出回路７の出力であるイネーブル信号とのＡＮＤをとって得られた出力を脱調検出信号として判断すればよい。上記一定速度検出回路７はドライバ回路に入力される速度指令パルス（ＣＷ・ＣＣＷ信号）をＦ／Ｖコンバータ８で直流電圧に変換し、変換された直流電圧Ｖhと基準値ＶCFとをコンパレータ９でコンパレートし、Ｆ／Ｖコンバータ７から出力された直流電圧Ｖhが基準値ＶCFと等しくなった時にＡＮＤ回路６をイネーブルにするイネーブル信号を出力するようにすればよい。上記基準値ＶCFは、ステッピングモータを高速駆動する時の速度指令パルスから得られる直流電圧値を予め計測し、計測して得られた直流電圧値を基準値とすればよい。
【００２５】
そして、通常駆動時のモータ電流波形から得られた電圧信号の計測電圧値Ｖmは設定された基準電圧値Ｖpと比較され、計測電圧値Ｖm（リップルの下限）が基準電圧値Ｖpより下回った時には脱調信号が判定回路５から脱調信号として出力される（図８（ｄ）参照）。この脱調信号はＡＮＤゲート６に入力され、一定速度検出回路７の出力であるイネーブル信号（図８（ｅ）参照）とのＡＮＤをとって得られた出力を脱調検出信号（図８（ｆ）参照）として判断すればよい。
【００２６】
なお、正常駆動時には脱調信号が出力されないので（図７（ｄ）参照）、イネーブル信号（図７（ｅ）参照）が出力されても脱調検出信号は出力されることはない（図７（ｆ）参照）。
【００２７】
このことにより、ステッピングモータが高速領域で駆動される時（定速動作時）にのみ、モータ電流波形の監視をすることになり、簡単な回路構成で、定速領域における脱調発生の有無を検出することができる。
【００２８】
なお、上記一定速度検出回路は、最近のモータ制御用ＬＳＩに用意されている出力クロック信号の加速・減速中を示す動作モニタ信号を流用するようにしても構わない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ステッピングモータの定速領域で生成される電流波形のうち、０Ｖ以下のローレベル時間として電圧生成される波形を矩形波信号に変換し、その矩形波信号を電圧信号に変換した電圧値を用いて、あらかじめ設定した基準値と計測電圧値との電圧信号の下限値を比較すれば良いので、電流波形の０Ｖ以上で電圧生成される波形を用いる必要が無くなり、定速領域における安定した脱調発生の有無を検出することができる。そのため、従来のような脱調発生の有無をロータリーエンコーダ等の回転検出器を用いることなく容易に判定することができるばかりか、部品コスト、組み立てコストの低減を図ることができるとともに、回路構成の簡素化、保守時の作業性向上などの効果をもたらすことができる。しかも、モータ電流波形の変化を直接監視しているので、脱調発生時には、短時間でその検出が可能となる。
【００３０】
また、台形駆動やＳ字駆動等のステッピングモータを高速で運転させる場合にも、一定速領域内で、シンプルで低コストの脱調検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステッピングモータの脱調検出方法を説明するブロック図
【図２】ステッピングモータの脱調検出方法を説明する回路の一例を示す回路図
【図３】（ａ）〜（ｄ）は正常動作時におけるタイムチャート図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は脱調発生時におけるタイムチャート図
【図５】ステッピングモータの高速運転時の駆動パターン図
【図６】ステッピングモータの脱調検出方法の他の例を説明する回路の一例を示す回路図
【図７】（ａ）〜（ｆ）は他の例の正常動作時におけるタイムチャート図
【図８】（ａ）〜（ｆ）は他の例の脱調発生時におけるタイムチャート図
【図９】従来のステッピングモータの脱調検出方法を説明するブロック図
【符号の説明】
１  ステッピングモータ
２  モータドライバ
３  矩形波変換回路
４  電圧値変換回路
５  判定回路
７  一定速度検出回路
ＶF  基準電圧値
Ｖm   計測電圧値
【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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