(57)【要約】【解決手段】本発明は、１又は複数のモータ巻線を有するユニポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記ユニポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法に関しており、前記ユニポーラ型ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流を前記１又は複数のモータ巻線にモータ巻線接続部毎の制御可能なスイッチにより印加するステップを有しており、前記スイッチは、夫々のモータ巻線接続部を第１の供給電圧接続部に選択的に接続し、共通の電位にある各モータ巻線のモータ巻線接続部は第２の供給電圧接続部に常時接続されており、電流供給変化の段階が前記モータ巻線の切替と切替との間にあり、該段階中に、前記スイッチに接続されたモータ巻線のモータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられ、少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、供給電圧の少なくとも１.5倍、又は少なくとも１.8倍、特には少なくとも２.0倍、好ましくは少なくとも２.5倍、又は少なくともより大きい整数又は非整数の倍数である閾値と前記電圧を比較するステップと、高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、前記期間の長さの比較に基づいて障害を検出するステップとを更に有する。
2012527209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は複数のモータ巻線を有するユニポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記ユニポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記ユニポーラ型ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流を前記１又は複数のモータ巻線にモータ巻線接続部毎の制御可能なスイッチにより印加するステップを有しており、前記スイッチは、夫々のモータ巻線接続部を第１の供給電圧接続部に選択的に接続し、共通の電位にある各モータ巻線のモータ巻線接続部は第２の供給電圧接続部に常時接続されており、
−  電流供給変化の段階が前記モータ巻線の切替と切替との間にあり、該段階中に、前記スイッチに接続されたモータ巻線のモータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられ、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、供給電圧の少なくとも１.5倍、又は少なくとも１.8倍、特には少なくとも２.0倍、好ましくは少なくとも２.5倍、又は少なくともより大きい整数又は非整数の倍数である閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づいて障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項２】
三相ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記三相ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記三相ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記三相ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  電流供給変化の段階が前記モータ巻線の切替と切替との間にあり、該段階中に、前記モータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられるか、又は、
−  モータ巻線接続部が、該モータ巻線接続部での残留電流のゼロ交差の前の短時間の特定の期間、但し少なくとも以下に述べる期間の終了まで、高インピーダンスに切り替えられるように、電流供給変化が調整され、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、電圧の極性に応じて、前記２つの供給電圧接続部の内の一方での電圧に近い閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項３】
バイポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記バイポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記バイポーラ型ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記バイポーラ型ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  スイッチの電圧降下の極性を検出し、前記スイッチでの電流方向の反転として極性反転の時点を検出するステップと、
−  モータ整流制御の開始時点と前記スイッチの電圧降下の極性反転の時点との間の期間を決定するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項４】
バイポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記バイポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記バイポーラ型ステッピングモータの動作のために供給電流に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記バイポーラ型ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  特定の期間、但し少なくとも以下に述べる期間の終了まで、より高い電位を伝える供給電圧接続部に接続されたモータ巻線接続部を高インピーダンスに切り替え、より低い電位を伝える供給電圧接続部からより高い電位を伝える供給電圧接続部に反対位相で制御されたモータ巻線接続部を切り替えるステップと、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、前記より低い電位を伝える供給電圧接続部の電圧に近い閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記期間の長さが所定の差より大きく交互に変化する場合、生じ得る障害の（第１の）兆候が検出されることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記期間の長さの評価の結果が、干渉の影響を抑えるためにフィルタリングされることを特徴とする全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ステッピングモータ及び／若しくは該ステッピングモータの電機子の現在の回転位置が、障害が検出された時点で決定されるか、並びに／又は、
雑音の発生を低減し、並びに／若しくは前記ステッピングモータ、該ステッピングモータに作動可能に接続されたギアボックス及び／若しくは他の構成要素の機械的な過負荷を最小限度に抑えるために、障害が検出されたとき、前記ステッピングモータの電流供給が停止されることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ゼロ交差に関連する所定のタイミングでのPWM 正弦波／台形波等の整流の場合に特に、モータ巻線の電流供給から逆流のモータ巻線の電流供給への変更が、同時に行なわれるのではなく所定のタイミングで実行され、
特に、残留電流の波形でのゼロ交差の前の特定の時点で、電流供給変化を特徴付ける波形からの逸脱が中断され、前記モータ巻線接続部は（図５に示されるように）高インピーダンスに切り替えられることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
応答信号を検出するために、ピーク検出器が、前記応答信号のピークを決定し、
前記応答信号の終了を決定するための比較が、前記ピーク検出器のピーク電圧により決まり特に該ピーク電圧に対して特定の分配比を示す閾値を使用して行われることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記閾値に達して前記応答信号を検出すると、前記応答信号はクランプされ、従って戻される電流は前記供給電圧に対して排出され、前記スイッチは前記供給電圧に対してオン状態に切り替える（図３，「クランプの有無」参照）ことを特徴とするユニポーラ型ステッピングモータに適用可能な請求項１又は請求項５乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記応答信号を検出するために、前記閾値と、特には前記ユニポーラ型ステッピングモータの場合に必要に応じて動作中のクランプ特徴とが、（例えば、動作電圧、温度及び前記ステッピングモータの状況のような）パラメータに応じて動的に変更されるように関連付けられていることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至10のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
コスト削減可能な実施のために、前記期間の長さの決定が、対数関数的な、従ってより簡単なカウンタによって行なわれ、次の数学的な演算が、計算（乗算／割算）により乗算／割算される代わりに、コスト削減可能な加算／減算（プラス／マイナス計算）によって行われ得ることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至11のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記応答信号の検出は、ADC によって行われ、前記閾値の生成、前記応答信号の継続期間の決定、前記差の生成及びフィルタリング機能のタスクが、ロジック及び／又はソフトウェアを介したコントローラにより完全に又は部分的に行われ得ることを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至12のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
−  逸脱が初めて生じた場合、（ステップ及び角度のような）瞬間の位置の値がバッファに記憶され（図４）、
−  障害又は別の負荷条件を後で検出している間に、前記バッファに記憶された値は、フィルタリングの応答遅れによって引き起こされる位置誤差を補償するか、又は最小限度に抑えるために使用され（図４）、
−  障害又は別の負荷条件を後で検出している間に、任意には固定された又は可変な補正値が、処理の残りの残差を最小限度に抑えるために前記バッファに記憶された瞬間の位置の値に加えられるか、又は該値から引かれ、
−  その後の障害不検出期間中に、前記バッファに記憶された値は廃棄される
ことを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至13のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記期間の長さの測定が、動作条件に応じて、高インピーダンスへの切替の始まり又は前記期間の始めの検出時点で開始することを特徴とする前述の全てのステッピングモータのタイプに適用可能な請求項１乃至14のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
−  巻線接続部の高インピーダンスへの切替の省略、
−  前記スイッチの（図７に示されるような）電圧降下の極性の監視、及び極性反転の時点の決定、
−  モータ整流の開始時点と極性反転の時点との時間差を決定することによる前記期間の長さの決定、及び
−  請求項２及び請求項５乃至15のいずれかに述べられているような評価
を行なうことを特徴とする三相ステッピングモータに適用可能な請求項２及び請求項５乃至15のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
ステッピングモータの軸若しくは前記ステッピングモータに作動可能に接続されたアクチュエータのリミットストップに対する移動を含めて、前記ステッピングモータ及び／又は該ステッピングモータを備えたユニットの時間最適化の初期化処理のため、並びに／又は、特にはモータ速度及び／若しくはトルクに関して前記ステッピングモータの制御に影響を及ぼすべく検出された期間を使用するための請求項１乃至16のいずれかに記載の方法の適用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な数の巻線を有する様々なタイプの電気的に整流される電動モータの障害を検出するための方法に関しており、特に、三相ステッピングモータに加えてユニポーラ型ステッピングモータ及びバイポーラ型ステッピングモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術によれば、ステッピングモータによって駆動されるシステムの位置を決定するための様々な可能性が知られている。例えば、駆動される構成要素の位置が、絶対値の位置センサを使用して直接検出され得る。しかしながらほとんどの場合、位置センサは材料費が高く、製造コストがかさむので、このような方法は受け入れ難い。
【０００３】
ステッピングモータの一般的な実施形態及び動作モードが、例えば、エス．ヘルド（S. Held）著，「産業，電気工学及び電子工学（Industrie, Elektrik und Elektronik）」内の「ステップ駆動（Schrittantriebe）」，第39巻，1986年、第６号，p.58−60に説明されている。この論文では、ユニポーラ型モータとバイポーラ型モータとが区別されている。更に、三相ステッピングモータがある。ユニポーラ型モータでは、ステッピングモータの夫々の相が、中間タップを有する２本の別個の巻線を備えており、動作のために一部の巻線のみが励磁される。バイポーラ型モータでは、相の巻線が中間タップを有していないが、動作電流が相の巻線を通って両方向に交互に流れる。電流が１本の励磁コイルのみに供給されるか、又は２本の励磁コイルに同時に供給されるかに応じて、電流供給は１本の電流供給又は２本の電流供給と呼ばれる。このようなタイプの電流供給の場合には、マイクロステップ及び正弦波／台形波シミュレーション等を含むPWM 変調の有無でフルステップ制御とハーフステップ制御とに区別される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第4035970 号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステッピングモータは、空間的に定められた始点から行われるステップ数を監視することにより、つまり電子カウンタによって計数することにより簡単に決定され得るような離散的なステップ、つまり角度増加を行なう特性を呈している。このような位置検出のために、通常リミットストップである実際の始点が移動の始点として認識される必要がある一方、ステップがステッピングモータの巻線への電流供給毎に実際に行われたか否かを常時監視することが必要であるという条件を本質的に満たす必要がある。
【０００６】
これら２つの条件は外部のセンサ、例えばリミットスイッチ及びコーディングディスクによって検査され得るが、このような処理は複雑でコストがかかる処理である。代わりに、いかなるセンサも必要としないステップ検出方法が知られており、このステップ検出方法では、饋電電流又は饋電電圧がモータ巻線への電流供給中に分析される。この方法では、ステップの検出に加えて、ステッピングモータの電機子の障害、従って、該電機子に作動可能に接続されたアクチュエータの（基準）リミットストップ（上記参照）に対する移動を検出することが更に可能である。
【０００７】
多相ステッピングモータの移動をセンサ無しで検出するための方法及び装置が、例えば独国特許出願公開第4035970 号明細書から公知である。ここでは、二相の電圧、つまりモータ巻線に印加される電圧が、マイクロコンピュータによって評価される。障害が生じると、電圧降下が相電圧で発生し、該電圧降下が記録される。前記方法は高周波の干渉の影響を受けないと言われているが、その他の複数の不利点を有しており、移動の検出が、バイポーラ型ステッピングモータに関してではなく、多相のユニポーラ型ステッピングモータに関してのみ可能である。更に、電流源が比較的高いインピーダンス電流源であるときのみ、電圧降下が測定され得る。従って、通常は分流器を使用しなければならない。このため言うまでもなく、相当なコンポーネント入力と分流器での熱損失に加え、エネルギー均衡の悪化とが伴う。
【０００８】
欧州特許出願公開第0462050 号明細書が、ステッピングモータの脱調を検出するための方法及び回路について述べている。モータ巻線を通って流れる電流が、分流器で取り出されて評価される。ここでは前述の公報と同様に、分流器の使用による問題が生じる。別の問題は、電流測定が、ある動作条件下で、例えば車輌の車載電気システムによくあるように電圧変動が生じたときに比較的故障し易く、誤りは複雑な誤り除去及び安定化手段によってのみ補償され得るということである。
【０００９】
欧州特許出願公開第0402220 号明細書及び欧州特許出願公開第0574339号明細書は、ステッピングモータに関してステップを検出するための方法について更に述べているが、該方法も前述の欠点を有する。
【００１０】
独国特許発明第3836240 号明細書から、回転子の位置角度を評価するためのストローブパルスが励磁されていない巻線に供給され、前記ストローブパルスが励磁されていない相での電流変化を引き起こすことが知られている。電流の上昇又は降下の時点を評価することにより、インダクタンス値が決定され、インダクタンス値から瞬間の回転子の位置が推定される。
【００１１】
しかしながら、最後に述べられた方法の適用は、多相のリラクタンスモータに限定されており、近似の評価を与えるに過ぎない。
【００１２】
最後に、独国特許発明第19653460号明細書から、ステッピングモータへの供給電流を分析することによりステッピングモータに関してセンサ無しでステップを検出するための方法が知られており、動作中に、様々なモータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられ、高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での応答信号の継続期間が、ステッピングモータが１ステップずつ移動したか否かを決定するために評価される。この方法では、第１のモータ巻線への供給電流の電流方向の反転後に切り替えられる第２のモータ巻線に所定の電流を印加し、更に第２のモータ巻線のモータ巻線接続部を高インピーダンスに切り替えることにより、電流供給方式を短時間変更して電流供給方式に作用する。
【００１３】
本発明は、電気的に整流される電動モータの障害を検出するための方法を提供し、該方法が、前述の全てのタイプ又は設計の電気的に整流されるモータに適用され得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、前記目的は、１又は複数のモータ巻線を有するユニポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記ユニポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記ユニポーラ型ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流を前記１又は複数のモータ巻線にモータ巻線接続部毎の制御可能なスイッチにより印加するステップを有しており、前記スイッチは、夫々のモータ巻線接続部を第１の供給電圧接続部に選択的に接続し、共通の電位にある各モータ巻線のモータ巻線接続部は第２の供給電圧接続部に常時接続されており、
−  電流供給変化の段階が前記モータ巻線の切替と切替との間にあり、該段階中に、前記スイッチに接続されたモータ巻線のモータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられ、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、供給電圧の少なくとも１.5倍、又は少なくとも１.8倍、特には少なくとも２.0倍、好ましくは少なくとも２.5倍、又は少なくともより大きい整数又は非整数の倍数である閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づいて障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法によって達成される。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、前述の目的は、三相ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記三相ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記三相ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記三相ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  電流供給変化の段階が前記モータ巻線の切替と切替との間にあり、該段階中に、前記モータ巻線接続部が高インピーダンスに切り替えられるか、又は、
−  モータ巻線接続部が、該モータ巻線接続部での残留電流のゼロ交差の前の短時間の特定の期間、但し少なくとも以下に述べる期間の終了まで、高インピーダンスに切り替えられるように、電流供給変化が調整され、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、電圧の極性に応じて、前記２つの供給電圧接続部の内の一方での電圧に近い閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法によって達成される。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、前述の目的は、バイポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記バイポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記バイポーラ型ステッピングモータの動作のために電流供給変化に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記バイポーラ型ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  スイッチの電圧降下の極性を検出し、前記スイッチでの電流方向の反転として極性反転の時点を検出するステップと、
−  モータ整流制御の開始時点と前記スイッチの電圧降下の極性反転の時点との間の期間を決定するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法によって達成される。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、前述の目的は、バイポーラ型ステッピングモータへの供給電流を分析することにより、前記バイポーラ型ステッピングモータの障害を検出する方法において、
−  前記バイポーラ型ステッピングモータの動作のために供給電流に応じた動作電流をモータ巻線接続部毎のスイッチハーフブリッジ回路により前記バイポーラ型ステッピングモータの１又は複数のモータ巻線に印加するステップを有しており、前記スイッチハーフブリッジ回路を通って前記モータ巻線接続部は、２つの供給電圧接続部の内の一方に交互に接続されており、
−  特定の期間、但し少なくとも以下に述べる期間の終了まで、より高い電位を伝える供給電圧接続部に接続されたモータ巻線接続部を高インピーダンスに切り替え、より低い電位を伝える供給電圧接続部からより高い電位を伝える供給電圧接続部に反対位相で制御されたモータ巻線接続部を切り替えるステップと、
−  少なくとも高インピーダンス段階にするために高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧を検出し、前記より低い電位を伝える供給電圧接続部の電圧に近い、すなわち等しいか、又は基本的に等しい閾値と前記電圧を比較するステップと、
−  高インピーダンスに切り替えられたモータ巻線接続部での電圧が前記閾値より高い期間を検出するステップと、
−  高インピーダンスに夫々切り替えられた複数のモータ巻線接続部に関して前記期間の長さを比較するステップと、
−  前記期間の長さの比較に基づき障害を検出するステップと
を更に有することを特徴とする方法によって達成される。
【００１８】
本発明の具体的な特徴は、電流供給方式及び信号検出が前述の３つの全てのステッピングモータのタイプに適合されることである。このため、本発明に係る障害を検出するための方法は、独国特許発明第19653460号明細書に述べられている方法以外のタイプの電流供給のユニポーラ型ステッピングモータ、三相ステッピングモータ及びバイポーラ型ステッピングモータにも適用され得る。更に、本発明に係る方法は、特に、（例えば、供給電圧に応じた）トルクの調整又はマイクロステップ法の使用を可能とするために、PWM 電流供給であっても全てのモータのタイプに適用され得る。
【００１９】
本発明の更なる特徴及び利点は、以下に示す通り要約され得る。
−  市場で入手可能な他の解決策とは対照的に、回路類は主としてデジタルの方法で（つまり、「縮小可能に」）実現されるので、本発明に係る概念は、回路類に関してIC上でスペースをとらずに実施され得る。
−  ADC もコントローラも必要としないが、これらの構成要素はIC又はシステムで利用可能な場合、使用され得る。
−  評価は、離散的なロジックの代わりにソフトウェアによって完全に又は部分的に行われ得る。
−  市場で入手可能な他の解決策とは対照的に、本発明に係る概念は周囲のパラメータ及びモータのパラメータに関して非常に許容性を有する。
−  市場で入手可能な他の解決策とは対照的に、本発明に係る概念はかなり信頼性が高い特徴を提示する。
【００２０】
更に、本発明の様々な実施形態によれば、以下に述べる１又は複数の特徴が提示される。
【００２１】
ａ）モータのタイプ
a.1)  −  ｘ相、特には二相のユニポーラ型ステッピングモータのための実現が、
−  共通のノード＝負の供給、
−  共通のノード＝正の供給、
−  負の供給に関するコイル対及び正の供給に関する他のコイル対の共通のノード、
（従って、ユニポーラ型モータ及びバイポーラ型モータ関して、同一の制御回路が使用されることが可能であり、このタイプの制御は、全ての電流供給のタイプで障害を検出することなく行われ得る）
−  PWM を用いた又はPWM を用いない１本のブロック電流供給、
−  PWM を用いた又はPWM を用いない２本のブロック電流供給、
−  PWM を用いた又はPWM を用いないハーフステップ処理、
−  PWM（正弦波、台形波、他の波形）を用いたマイクロステップ、
−  （トルク及び／又は速度の制御を用いて）PWM を用いたマイクロステップ
を用いて行なわれる。
a.2)  −  ｘ相、特には三相モータのための実現が、
−  スター回路、
−  （仮想スターポイントを有する又は仮想スターポイントを有さない）デルタ回路、
−  ブロック整流、
−  PWM （正弦波、台形波、他の波形）を用いたマイクロステップ、
−  （特に、空間ベクトル変調のための）PWM を用いたマイクロステップ、
−  変調のタイプ（上記参照）とは無関係にトルク及び／又は速度の制御を用いてPWM を用いたマイクロステップ、
−  を備えた全ての電流供給のタイプ
を用いて行われる。
【００２２】
b)  基準の生成
b.1)  −  供給電圧（正、負、GND ）又は他の基準電圧が、比較器の基準電位又は基準電位を発生させるための基準として機能する。
−  任意には、測定電位及び基準電位が分割される。
b.2)  −  任意には、電圧降下の検出が容量結合によりドライバによって行われる。
−  任意には、容量性の電圧分割が行なわれる。
b.3)  −  特にはｘが基本的に２として選択されるように、
b.4)      特には、正又は負のオフセットが基本的な基準に加えられるように、
b.5)      基準電位は供給電位のｘ倍に相当する。
b.6)  −  基準の生成は、（動作電圧、温度、モータの状況のような）周囲のパラメータに応じた動作中に動的に変更される。
【００２３】
c)  前置増幅
c.1)  −  任意には、信号は（通常アナログ的に）前置増幅される。
c.2)  −  前置増幅はアナログ技術で設計されるか、又は
−  前置増幅はSC技術で設計される。
【００２４】
d)  比較器
d.1)  −  比較器はアナログ技術で設計されるか、又は
d.2)  −  比較器はSC技術で設計される。
d.3)  −  前置増幅及び比較器は共通のSC技術で実現される。
d.4)  −  比較器は基本的な負荷に対して単一のトランジスタによって形成され、電圧誤差が、ESD から構成要素を保護すべく、特にはこの目的のために調整された既存の構造を利用してトランジスタの閾値電圧によって受け入れられる。
d.5)  −  d.4)に基づくが、電圧誤差を補償するための回路を用いる。
【００２５】
e)  クランプ構造
e.1)  −  基準に達すると、測定信号が閾値でクランプされる。
e.2)  −  基準に達すると、測定信号はクランプされない。
e.3)  −  クランプ機能のタイプも、動作中に動的に変更される。
e.4)  −  電圧制限（クランプ）が、１又は複数のダイオード及び／又は他の半導体により実現される。
e.5)  −  最初に電圧検出が38) に基づき上述された構成要素を使用して行なわれ、その結果、電流負荷の大部分を伝える動力駆動部を駆動するように、電圧制限が実現される。
e.6)  −  クランプのために設計された動力駆動部はモータ制御のために設けられた駆動部である。
e.7)  −  動力駆動部は、このために特に実施される。
e.8)  −  動力駆動部は、組立体を保護するために設けられた構成要素（例えばESD 保護トランジスタ）である。
e.9)  −  これらの構成要素を通って流れる電流が監視される。
e.10) −  これらの構成要素の内の１つを通って流れる電流のみが監視される。
e.11) −  １又は複数の構成要素で電圧を監視するために、追加の負荷（電流源又は抵抗器）がこれらの構成要素に接続され、前記負荷は、非動作状態の場合（電圧制限が行われていない場合）、所定の信号レベルを維持する。
【００２６】
f)  時間カウンタ（組立体：時間カウンタ）を用いた変形例
f.1)  −  比較器の信号の長さが時間カウンタによって決定される。
f.2)  −  時間カウンタはロジックゲートとして設計される。
f.3)  −  TMU （時間測定ユニット）が計算のために使用される。
f.4)  −  コントローラ／プロセッサが時間の計算を直接実行する。
f.5)  −  （時間カウンタのサイズを著しく低減し後の評価を単純化するために）時間カウンタは対数関数的に処理し、つまり、計算時間が増加するにつれてより遅く計数する。
f.6)  −  対数化は（適用に適した）おおよそのステップで実行され、従って、製造コストを可能な限り低く維持すべく制御された方法で誤差を含んでもよい。
【００２７】
g)  時間カウンタ（組立体：評価及びフィルタ）を用いた変形例
g.1)  −  ロジックが時間の計算を評価及び／又はフィルタリングする。
g.2)  −  コントローラ／プロセッサが時間の計算を評価及び／又はフィルタリングする。
g.3)  −  評価及び／又はフィルタリングはソフトウェアによって行なわれる。
g.4)      ソフトウェアは、（例えばFLASH により）システムで再プログラムされ得る。
【００２８】
h)  ADC による直接変換を用いた変形例
h.1)  −  電圧は、前置増幅の有無に関わらずADC により比較器無しでデジタル化される。
h.2)  −  ADC はロジックにより評価される。
h.3)  −  ADC はコントローラ又はプロセッサによって評価される。
h.4)  −  評価はソフトウェアによって行なわれる。
h.5)  −  ソフトウェアは、様々なモータのタイプへの適用を考慮して、（例えばFLASHによって）再プログラムされ得る。
【００２９】
i)  モータ負荷の決定
i.1)  −  図示されるように決定される電流供給段階の時間が、モータの障害を分析するためだけでなく現在のモータ負荷38) を決定するためにも使用され得る。
−  負荷の情報が、（電流消費、干渉、温度を低減するために）モータの電流供給をPM影響により必要な程度に適合させるために、又は、（ステップの損失及び／又は障害を防ぐべく）増加させるために使用される。
i.2)  −  負荷の情報は、モータが加速されたとき及びブレーキがかけられたときに、最大トルク及び最大動力に達するために使用される。
i.3)  −  負荷の情報は、特定の動作状況での要件に応じて意図的にモータのトルクを低減するために使用される。
i.4)  −  負荷の情報は、供給電圧に対するモータのトルクの依存状態を補償するために使用される。
i.5)  −  負荷の情報は、温度に対するモータのトルクの依存状態を補償するために使用される。
【００３０】
本発明の更なる有利な実施形態では、前記期間の長さの所定の差より大きい交互の変化が、生じ得る障害の（第１の）徴候とみなされる。
【００３１】
本発明の別の有利な実施形態では、前記期間の長さの評価の結果が、干渉の影響を抑えるためにフィルタリングされる。
【００３２】
本発明の有利な実施形態では、前記ステッピングモータ及び／若しくは該ステッピングモータの電機子の現在の回転位置が、障害が検出された時点で決定されるか、並びに／又は、
雑音の発生を低減し、並びに／若しくは前記ステッピングモータ、該ステッピングモータに作動可能に接続されたギアボックス及び／若しくは他の構成要素の機械的な過負荷を最小限度に抑えるために、障害が検出されたとき、前記ステッピングモータの電流供給が停止される。
【００３３】
本発明の別の有利な実施形態では、ゼロ交差に関連する所定のタイミングでのPWM正弦波／台形波等の整流の場合に特に、モータ巻線の電流供給から逆流のモータ巻線の電流供給への変更が、同時に行なわれるのではなく所定のタイミングで実行され、特に、残留電流の波形でのゼロ交差の前の特定の時点で、電流供給変化を特徴付ける波形からの逸脱が中断され、前記モータ巻線接続部は（図５に示されるように）高インピーダンスに切り替えられる。
【００３４】
本発明の有利な実施形態では、応答信号を検出するために、ピーク検出器が、前記応答信号のピークを決定し、前記応答信号の終了を決定するための比較が、前記ピーク検出器のピーク電圧により決まり特に該ピーク電圧に対して特定の分配比を示す閾値を使用して行われる。
【００３５】
本発明の別の有利な実施形態では、前記閾値に達して前記応答信号を検出する際に、前記応答信号はクランプされ、従って戻される電流は前記供給電圧に対して排出され、前記スイッチは前記供給電圧に対してオン状態に切り替える（図３，「クランプの有無」参照）。
【００３６】
本発明の有利な実施形態では、前記応答信号を検出するために、前記閾値と、特には前記ユニポーラ型ステッピングモータの場合に必要に応じて動作中のクランプ特徴とが、（例えば、動作電圧、温度及び前記ステッピングモータの状況のような）パラメータに応じて動的に変更されるように関連付けられている。
【００３７】
本発明の別の有利な実施形態では、コスト削減の実施のために、前記期間の長さの決定が、対数関数的な、従ってより簡単なカウンタによって行なわれ、次の数学的な演算が、計算（乗算／割算）により乗算／割算される代わりに、コスト削減可能な加算／減算（プラス／マイナス計算）によって行われ得る。
【００３８】
本発明の有利な実施形態では、前記応答信号の検出は、ADC によって行われ、前記閾値の生成、前記応答信号の継続期間の決定、前記差の生成及びフィルタリング機能のタスクが、ロジック及び／又はソフトウェアを介したコントローラにより完全に又は部分的に行われ得る。
【００３９】
本発明の別の有利な実施形態では、
−  逸脱が初めて生じた場合、（ステップ及び角度のような）瞬間の位置の値がバッファに記憶され（図４）、
−  障害又は別の負荷条件を後で検出している間に、前記バッファに記憶された値は、フィルタリングの応答遅れによって引き起こされる位置誤差を補償するか、又は最小限度に抑えるために使用され（図４）、
−  障害又は別の負荷条件を後で検出している間に、任意には固定された又は可変な補正値が、処理の残りの残差を最小限度に抑えるために前記バッファに記憶された瞬間の位置の値に加えられるか、又は該値から引かれ、
−  その後の障害不検出期間中に、前記バッファに記憶された値は廃棄される。
【００４０】
本発明の有利な実施形態では、前記期間の長さの測定が、動作条件に応じて、高インピーダンスへの切替の始まり又は前記期間の始めの検出時点で開始する。
【００４１】
本発明の別の有利な実施形態では、三相ステッピングモータが用いられ、
−  巻線接続部の高インピーダンスへの切替の省略、
−  前記スイッチの（図７に示されるような）電圧降下の極性の監視、及び極性反転の時点の決定、
−  モータ整流の開始時点と極性反転の時点との時間差を決定することによる前記期間の長さの決定、及び
−  請求項２及び請求項５乃至15のいずれかに述べられているような評価
を行なう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ユニポーラ型ステッピングモータの例を使用して障害を検出するための方法を説明する概略図である。
【図２】ユニポーラ型ステッピングモータの例を使用して障害を検出するための方法を説明する概略図である。
【図３】ユニポーラ型ステッピングモータの例を使用して障害を検出するための方法を説明するための信号波形を示す概略図である。
【図４】障害をモータのタイプとは無関係に検出するための（応答）信号波形を示す概略図である。
【図５】三相ステッピングモータの障害を検出するための方法を説明するための信号波形を示す概略図である。
【図６】三相ステッピングモータの障害を検出するための方法を説明するための信号波形を示す概略図である。
【図７】バイポーラ型ステッピングモータの障害を検出するための方法を説明するための信号波形を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明を、複数の実施形態に基づき図面を参照して詳述する。
【００４４】
ユニポーラ型モータに使用される本発明の変形例の説明
ユニポーラ型モータの障害を検出するために、巻線電流が本発明に従って整流段階中に監視される。図１及び２は、電流の整流中の２つの時間区分での状態を示している。
【００４５】
図１には、ユニポーラ型モータの巻線対（ここでは中間タップを備えた例）の低側スイッチが、（ここではVBATによって例示された）１つの供給電圧接続部1 から（ここではGND によって例示された）別の供給電圧接続部2 まで巻線を通って電流を流すことが示されている。
【００４６】
（ここではGND によって例示された）供給電圧接続部2 に対して巻線接続部を切り替えるスイッチ及び／又はトランジスタのスイッチが切られたとき、処理の評価段階が第２の時間区分中に開始する（図２参照）。
【００４７】
この評価段階中、巻線電流はモータ巻線のインダクタンスにより初めは一定のままである。その結果、（ここではOUT によって例示された）巻線接続部での電圧が、（ここではVBATによって例示された）供給電圧接続部1 の電位まで上昇しないだけでなく前記電位を超えて上昇しない。（ここではOUT によって例示された）巻線接続部の電圧の最終値が、巻線を通る前に流れた電流の量とモータの回転移動とにより決まるが、システムの他の条件、例えば任意のツェナーダイオードによるクランプ条件によって更に限定される。しかしながら通常は、行過ぎ量が、（ここではVBATによって例示された）供給電圧接続部1 と（ここではGND によって例示された）他方の供給電圧接続部2 との間の少なくとも電圧差に達する。
【００４８】
第２の時間区分に達すると、誘導子及び／又はモータ巻線の電圧降下が反対符号になるので、巻線電流が減少し始める。図３及び４は、整流処理中の単純化されたタイムチャート（電圧及び電流の曲線）を示している。
【００４９】
巻線電流が消滅する（０アンペアになる）とすぐに、OUT での電圧が、（ここではVBATによって例示された）供給電圧接続部1 の方向に向かう。
【００５０】
この状態は、OUT での電圧を監視し、OUT での電圧が、通常は供給電圧接続部1 での電圧の約２倍に相当する基準電圧と等しいか、又は基準電圧と少なくとも等しい期間を決定することにより検出される。
【００５１】
閾値の精度は比較的重要ではない。しかしながら、閾値は、VBATでの電圧の２倍及び／又は供給電圧接続部1での電圧の２倍を過度に下回るべきではない。理由は、その値未満では、モータの発生器効果により開放巻線接続部のフィードバック電圧になるからである。
【００５２】
閾値がこの範囲内にある場合、発生器効果は、電流I の検出結果が０Ａであることを付加し、従って、処理は比較的不確かである。フィードバックの期間が評価ユニットに伝送される。障害の検出を可能にするために、評価ユニットは、このような期間の変化を評価する必要がある。
【００５３】
OUT での電圧が、通常は供給電圧接続部1 での電圧の２倍に相当する基準電圧と等しいか、又は基準電圧と少なくとも等しい期間中、自由に回転するモータ、つまり妨げられていないモータは比較的一定の値を発生させる。モータ巻線が障害条件によって影響されるので、モータが妨げられるとすぐに、一連の期間は著しい変更を示す（図４参照）。
【００５４】
閾値、連続測定及び評価は、マイクロコントローラ及びソフトウェアを含むデジタル技術及び比較器を使用して実現され得る。しかしながら、ADC を用いて巻線接続部の電圧を検出し、デジタル技術及び／又はマイクロコントローラ及びソフトウェアを使用して閾値、連続測定及び評価を実現することが更に可能である。
【００５５】
図５及び６は、請求項２の主題であるように本発明に係る方法が三相ステッピングモータに適用されるときの信号波形を概略的に示している。図６は、請求項４に述べられている主題に関する。
【００５６】
最後に、図７に示された信号波形は、請求項３及び請求項16に係るバイポーラ型ステッピングモータへの本発明に係る方法の適用を示している。
【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】
2012527209.tif 000009
【国際調査報告】
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2012527209.tif 000012
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