(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニポーラ型ステッピングモータのステータコイルの励磁電流をチョッパー制御するステッピングモータのドライブ制御回路において、各ステータコイルの電流検出器の出力を入力し、コイル電流のピーク値が一定範囲に入るよう電流制御するチョッパー制御の制御素子の相励磁期間におけるオン時間トータルΣＴを計測する計測手段と、前記相励磁期間における脱調時のオン時間トータルΣＴａを書き込んだメモリと、該ΣＴとΣＴａを比較することにより該ΣＴが該ΣＴａを越えて大きいときは正常としそれ以外は脱調とする判定手段を設け、該判定手段の出力信号をステッピングモータのドライブ制御回路に供給することによってステッピングモータを制御するよう構成した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２】
交流電源電圧の変動に対して誤り無く脱調を検出可能とするよう、前記交流電源電圧をＡＣ／ＤＣコンバ−タの２次電圧を、Ａ／Ｄコンバ−タで検出する検出器を設け、脱調判定レベルを補正する請求項１＿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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモ−タの脱調を検出するステッピングモータの脱調検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来ステッピングモ−タの脱調検出装置はステッピングモ−タのロ−タ軸に連結したエンコ−ダ等の検出装置を取り付けて、ロ−タが指令パルスに従って、エンコ−ダの発生パルスが司令パルスに対する期待値と異なることにより脱調状態であると判定する脱調検出器が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのような脱調検出装置では、ロ−タ軸に機械的なカップリングを介してエンコ−ダを取り付けるため、全体の構造寸法が大きくなり、小型、軽量傾向にある要求仕様に答えることができなかった。また、ステッピングモ−タのシンプルな構造は設置場所、周囲環境を制約することなく適用可能にしていたが、エンコ−ダを取り付けることにより、エンコ−ダの精密構造から適用環境を制約され、ステッピングモ−タが本来持つシンプルで堅牢な位置決めアクチェ−タとしての特性を損なうことになる。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決し、小型、軽量で、かつステッピングモ−タが本来持つシンプルで堅牢な位置決めアクチェ−タとしての特性を損なうことがないステッピングモータの脱調検出装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
１）請求項１において、
各ステータコイルの電流検出器の出力を入力し、コイル電流のピ−ク値が一定値範囲に入るよう電流制御するチョッパ−制御の制御素子のオン、オフ時間を計測する計測手段を設け、該計測手段によって正常運転時と脱調時を判定する判定手段を設け、該判定手段の出力信号をステッピングモータのドライブ制御回路に供給することによってステッピングモータを制御するよう構成したことにある。
【０００６】
２）請求項２において、交流電源電圧の変動に対して誤り無く脱調を検出可能とするよう、前記交流電源電圧をＡＣ／ＤＣコンバ−タの２次電圧を、Ａ／Ｄコンバ−タで検出する検出器を設け、脱調判定レベルを補正する請求項１＿記載のものである
【０００７】
その作用は、ユニポ−ラ型チョッパ−制御ステッピングモ−タにおいて、脱調状態では正常運転中に比較してステ−タとロ−タ間の磁気抵抗が大きくなり、ステ−タコイルの時定数、Ｔｃ＝Ｒ／Ｌが減少し、その結果ステ−タコイルの励磁電流の立ち上がり、立ち下がり時間が短くなり、チョッパ−電流がオンしている時間は正常運転中に比較して脱調時短くなり、このチョッパ−電流のオン時間の計測値を正常運転時と脱調状態の違いを判定するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を５相ユニポ−ラＶＲ型ステッピングモ−タの２−３相励磁チョッパ−制御に適用した脱調検出装置についての一実施例を、図１から図４を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示す脱調検出を付加したチョッパ−制御回路図、図２はステッピングモ−タのステ−タ１相分のドライブ回路ブロック図、図３は電流波形とハイサイド、ロウサイドトランジスタ−のオン、オフ波形図、図４は５相２−３相励磁方式相励磁パルス分配回路のタイミング図である。
図１および図２において、１は相励磁パルス分配回路、２は電流比較回路、３は励磁電流設定器、４はＡＮＤ論理回路、５は同期化回路、６は発振器、７はチョッパ−導通パルス幅計測、比較回路、８は脱調判定チョッパ−導通パルス幅メモリ−、１０は制御回路、１１はステッピングモ−タＡ相ステ−タコイル、１２はハイサイドドライブトランジスタ、１３はチョッパ−スイッチングトランジスタ−、１４，１５は還流フライホイ−ルダイオ−ド、１６はＤＣＣＴ電流検出器である。
【０００９】
かような構成からなるチョッパ−制御の制御回路において、ステッピングモ−タの設定信号はパルス数で位置を、周波数で回転速度を設定する指令パルス列Ｐｓにより制御することが出来るシンプルで高精度の位置決めアクチェ−タであり、この指令パルスＰｓを入力して、相励磁パルス分配回路１により、５相の各ステ−タコイルを励磁する順序シ−ケンスを決める。
相励磁パルス分配回路１の出力は、図４に示すタイミング図のように、Ａ〜Ｅの信号が各Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相のステ−タコイルを励磁するタイミングであり、この信号はレベル変換回路等を通して図２のハイサイドトランジスタ−１２のベ−スドライブ信号とし、図１の論理積回路４に入力される。
【００１０】
チョッパ−制御された励磁電流は電流検出器１６により検出され、Ａ相を例にとれば、電流制御回路２にフィードバック電流Ｉａとしてフィ−ドバックされ、励磁電流の設定回路３の図３に示す電流Ｉｈ，Ｉｉと比較し、フィードバック電流Ｉａが増加する時はＩｈはオンからオフとし、フィードバック電流ＩａがＩｈから減少する間はＩｉまでオフとなるよう制御する。
いわゆるヒステリシスを持った電流オンオフ制御回路であり、その出力は論理積回路４で駆動信号ＶｈとＡＮＤがとられ、同期回路５に出力する。
【００１１】
同期回路５は動作を安定化するため、電流のオン、オフタイミングを発振器６のクロックに同期化し、初期リセット、無励磁のフリ−状態制御を同期回路５で行い、この出力ＶＩがチョッパ−スイッチングトランジスタ−１３のベ−スドライブ信号となる。
このようにして、ユニポ−ラ型のチョッパ−制御が行われる装置に、本発明においては、各ステータコイルの電流検出器の出力を入力し、コイル電流のピ−ク値が一定値範囲に入るよう電流制御するチョッパ−制御の制御素子のオン、オフ時間を計測する計測手段を設け、該計測手段によって正常運転時と脱調時を判定する判定手段を設け、該判定手段の出力信号をステッピングモータのドライブ制御回路に供給することによってステッピングモータを制御するよう構成したものである。
【００１２】
すなわち、脱調検出器は、前記制御回路１０に計測手段並びに判定手段としてのチョッパ−導通パルス幅計測、比較回路７と、脱調判定チョッパ−導通パルス幅メモリー８を付加したものである。
【００１３】
正常運転中のチョッパ−スイッチングトランジスタ−１３のオン、オフのタイミング関係は、図３の駆動信号Ｖｌに示すように、相変化直後の最初のオン期間Ｔ0 を除いて励磁電流の設定ＩｉからＩｈにＩａが変化する間オンになり、相励磁期間におけるチョッパ−スイッチングトランジスタ−１３のオン時間ト−タルを、
ΣＴ＝Ｔ1 ＋Ｔ2 ＋・・・・Ｔｎ              （１）
で表し、
脱調時の前オン時間ト−タルをΣＴａとするならば、ΣＴとΣＴａの関係は常に、
ΣＴ＞ΣＴａ                                （２）
の関係が成り立つ。
【００１４】
これはとりもなおさず正常運転中は、脱調時に比べてステッピングモ−タの機械的仕事量が多く、その分電源からのエネルギ−供給を多く受けることになり、結果チョッパ−制御のスイッチングトランジスタ−のオン期間が大きくなっている。
見方を変えて磁気回路的に見ると、ロ−タとステ−タ間の磁気抵抗は脱調することにより最小位置に保ことが出来ず正常運転中より大きくなり、このことはステ−タコイルのリアクタンス分の減少となり、それは回路時定数、Ｔｃ＝Ｒ／Ｌが小さくなることであり、結果励磁電流の立ち上がりが急峻となり、チョッパ−スイッチングトランジスタ−１３のオン時間は短くなり、常にΣＴ＞  ΣＴａが成り立つことになる。
【００１５】
チョッパ−スイッチングトランジスタ−１３の導通時間、ΣＴは当然ステッピングモ−タの回転数によって異なるため、ハイサイドトランジスタ−１２のドライブ期間、いわゆる相励磁期間をＶｈの信号を取り込み、Ｖｈのオン時間に対するΣＴの限界デ−タすなわちΣＴａを脱調判定チョッパ−導通パルス幅メモリ−８に書き込んでおき、チョッパ−導通パルス幅計測、比較回路７によりＶｈに対するデ−タすなわちΣＴａを読み取り、それとＶｌの信号を入力し、オン時間を計測してΣＴを算出し、比較することにより、ΣＴ＜ΣＴａであれば脱調と判定し、出力ＥＲを出すことにより全回転数範囲で脱調検出を可能とし、システムに異常を知らせ、必要な処理を行う。
【００１６】
また、交流電源電圧の変動に対しては、図２で示すコンバ−タ出力Ｖｃ−０間電圧が比例関係にあるドライブ回路において、図１に示すチョッパ−導通パルス幅計測、比較回路７に、Ｖｃ−０間の電圧をＡ／Ｄ変換器で取り込み、脱調判定デ−タを補正し、全仕様電源電圧範囲の脱調検出を可能とするものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、チョッパ−制御方式ステッピングモ−タドライブ回路にチョッパ−トランジスタ−の導通時間を計測する回路と、正常運転時の時の値を記録しておくメモリ−と、両者を比較判定する回路を付加するだけで、確実に励磁期間内に脱調検出を行い、ステッピングモ−タの持つシンプルで堅牢な位置決めアクチェ−タの特性を損なうことなく脱調検出を可能にすると共に、小型、軽量を図ることができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す脱調検出を付加したチョッパ−制御回路図である。
【図２】ステッピングモ−タのステ−タ１相分のドライブ回路ブロック図である。
【図３】電流波形とハイサイド、ロウサイドトランジスタ−のオン、オフ波形図である。
【図４】５相２−３相励磁方式相励磁パルス分配回路のタイミング図である。
【符号の説明】
１          相励磁パルス分配回路
２          電流比較回路
３          励磁電流設定器
４          ＡＮＤ論理回路
５          同期化回路
６          発振器
７          チョッパ−導通パルス幅計測、比較回路
８          脱調判定チョッパ−導通パルス幅メモリ−
１０          制御回路
１１          ステッピングモ−タＡ相ステ−タコイル
１２          ハイサイドドライブトランジスタ
１３          チョッパ−スイッチングトランジスタ−
１４，１５    還流フライホイ−ルダイオ−ド
１６          ＤＣＣＴ電流検出器
【図１】
0004070280.tif 000002
【図２】
0004070280.tif 000003
【図３】
0004070280.tif 000004
【図４】
0004070280.tif 000005