JP2004229410A - モータ制御方法及び電動機器制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電源遮断時に従前の動作状態を記憶させ、そのデータに基づいて再始動時の制御を行うモータの制御システムのコストダウンを図る。
【解決手段】電源電圧が所定の停電検出レベルＶｓ以下となった場合、電源遮断と判定し、モータの電源遮断時の動作状態をＥＥＰＲＯＭに記憶させる。モータは、次回始動時にはＥＥＰＲＯＭに書き込まれた従前の動作状態情報に基づいて駆動制御される。停電検出レベルＶｓはモータの負荷に応じて適宜変更され、モータの負荷が小さい場合には２５Ｖ、モータの負荷が大きい場合には１５Ｖに設定される。軽負荷時においても、電源遮断判定からＣＰＵがダウンするまでに時間Ｔ２を確保でき、大容量のコンデンサを用いることなく、現在の動作状態をＥＥＰＲＯＭに書き込むことができる。
【選択図】 図２
【解決手段】電源電圧が所定の停電検出レベルＶｓ以下となった場合、電源遮断と判定し、モータの電源遮断時の動作状態をＥＥＰＲＯＭに記憶させる。モータは、次回始動時にはＥＥＰＲＯＭに書き込まれた従前の動作状態情報に基づいて駆動制御される。停電検出レベルＶｓはモータの負荷に応じて適宜変更され、モータの負荷が小さい場合には２５Ｖ、モータの負荷が大きい場合には１５Ｖに設定される。軽負荷時においても、電源遮断判定からＣＰＵがダウンするまでに時間Ｔ２を確保でき、大容量のコンデンサを用いることなく、現在の動作状態をＥＥＰＲＯＭに書き込むことができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、停電時における電動モータの制御技術に関し、特に、電動ベッド等、不揮発性メモリを用いて電源遮断時の動作状態を記憶させて再始動時の制御を行うモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
病院用や介護用のベッドとして、近年、モータを用いてリクライニング等を行ういわゆる電動ベッドが広く用いられている。図１は、一般的な電動ベッドの構成を示す説明図である。図１に示すように、電動ベッド１では、高さＨ・背部２・膝部３の３要素が動作可能に構成されることが多く、各要素は独立した３個のモータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃによって個別に駆動制御される。各モータＭａ，Ｍｂ，ＭｃはＰＷＭ制御により定速制御され、負荷に応じてそのｄｕｔｙが適宜制御される。すなわち、負荷が大きい場合にはｄｕｔｙを上げモータ電流を大きくする一方、負荷が小さい場合にはｄｕｔｙを下げてモータ電流を小さくし、各要素の動きが常に一定となるよう制御されている。
【０００３】
電動ベッドでは、背と膝の動作を同期させるシーケンス制御や、ユーザーの快適位置の記憶など、各要素の現在位置の認識が必要となる制御形態も多く採用されている。モータ制御システムにおいては、モータの絶対位置とモータ回転に伴って出力されるモータパルスを検出しており、これらにより常時各要素の現在位置を把握している。そして、電源遮断時にはその情報をＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに格納し、次回始動時に直ちに正しい位置認識に基づいたモータ制御を行えるようにしている。この場合、機器のスイッチをＯＦＦさせて装置を停止させる場合には、制御システムが電源に接続されていることから、その電源を用いてスイッチＯＦＦ後もしばらくＣＰＵを駆動させ、位置情報をメモリに書き込むこともできる。ところが、停電やプラグがコンセントから外れてしまった場合には、電源供給が突然遮断されるため、位置情報をメモリに書き込む時間確保が問題となる。
【０００４】
そこで、かかる事態に備え、従来より、メモリ書き込み時間確保のため、システム中にバックアップ用のコンデンサが配置されている。突然の電源遮断時にはこのコンデンサからＣＰＵに電力が供給され、メモリ書き込みに必要な時間だけＣＰＵの動作が確保される。これにより、停電時においても停止時の位置情報がＥＥＰＲＯＭに記憶され、次回始動時にも現在位置を見失うことなく正しい位置制御が実施される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１４−１０８４０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このようなシステムでは、「停電発生」はモータ電源電圧の落ち込みによって検出される。例えば、通常２７Ｖにてモータが駆動されている場合、電源電圧が１５Ｖ以下となったとき「停電発生」と判断し、ＣＰＵは各要素の現在位置を急遽ＥＥＰＲＯＭに書き込む。ここで、停電時におけるモータ電源電圧（ＤＣ２７Ｖ）とＣＰＵ電源電圧（５Ｖ）は図２に示すように変化し、電源電圧の低下速度は現在の負荷状態によって大きく異なる。すなわち、モータ電源電圧は負荷が大きい場合には急速に低下するものの、負荷が小さい場合には緩やかに低下し、負荷の大小により電源が１５Ｖ以下になるまでの時間に差が生じる。
【０００７】
これに対してＣＰＵ電源電圧は、スイッチング回路の持つバッファ時間Ｔ０（１００〜３００ｍｓ）が経過すると低下し、低下開始時点にてＣＰＵは概ね停止する。図２に示すように、負荷が大きい場合には、ＣＰＵ停止までにメモリ書き込み時間として時間Ｔ１が確保できる。しかしながら、負荷が小さい場合には、電源が１５Ｖ以下となり「停電」を認識する時点（Ｐ点）では既にＣＰＵの電源は落ちており、メモリ書き込み動作が行えない。この時間を確保すべく前述のバックアップコンデンサが設けられるが、図２に示すように、Ｐ点までの時間が長い上にさらにメモリ書き込み時間を確保するとなると、相当の大容量のコンデンサが必要となる。このため、素子価格がその分高くなり、システムコストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、電源遮断時に従前の動作状態を記憶させる制御形態を有するモータ制御システムのコストダウンを図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ制御方法は、電源電圧を検出し、前記電圧が所定の閾値以下となった場合、電源遮断と判定しモータの電源遮断時の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるモータ制御方法であって、前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、モータの負荷状態に応じて電源遮断の有無を判定する閾値が変更されるので、電源遮断時におけるモータの動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、駆動制御系のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１１】
前記モータ制御方法において、前記モータの次回始動時に、前記不揮発性記憶手段に記憶させたデータに基づいて前記モータの駆動制御を行うようにしても良い。また、前記モータ制御方法において、前記モータの負荷が小さい場合には、前記モータの負荷が大きい場合よりも高い電圧の閾値を設定するようにしても良い。
【００１２】
一方、本発明の電動機器の制御システムは、モータによって作動する部位を有する電動機器の制御システムであって、電源を遮断しても記憶内容が失われない不揮発性記憶手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記モータ印加電圧と所定の閾値とを比較して電源遮断の有無を検出する電源遮断検出手段と、電源遮断を検出した場合、前記機器の電源遮断時における動作状態を前記不揮発性記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、モータの負荷状態に応じて閾値変更手段により電源遮断の有無を判定する閾値が変更されるので、電源遮断時における機器の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなく、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、電動機器のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１４】
前記電動機器の制御システムにおいて、前記電動機器が電動ベッドであっても良く、これにより、電動ベッドのコストダウンが図られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、図１に示した電動ベッドのモータに本発明の制御方法を適用したものを例にとって説明する。図２は本発明の一実施の形態である制御方法におけるモータ電源電圧とＣＰＵ電源電圧の関係を示す説明図、図３は本発明による制御システムの回路構成を示すブロック図である。
【００１６】
図２に示すように、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃはモータ制御装置１１によって駆動制御される。モータ制御装置１１は、ＡＣ１００Ｖを電源とするスイッチング電源１２から電力供給を受ける。図３に示すように、モータ制御装置１１は、ＣＰＵ１３と、ＦＥＴ１４ａ，１４ｂ及びリレー１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えている。モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃは、ＣＰＵ１３の指令の下、ＦＥＴ１４ａ，１４ｂによってＰＷＭ制御される。モータＭａ，Ｍｂ，ＭｃとＦＥＴ１４ａ，１４ｂとの間には、電源回路１６ａ，１６ｂ及びプリドライブ回路１７ａ，１７ｂが設けられている。ＦＥＴ１４ａ，１４ｂの出力電圧はＦＥＴ電圧監視回路１８ａ，１８ｂにてモニタされている。
【００１７】
リレー１５ａ，１５ｂ，１５ｃはモータ正逆転用に使用される。各リレー１５ａ等はそれぞれ２個のリレー素子からなり、それらは通常はオープン状態となっている。ＣＰＵ１３は、リレードライブ回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって、リレー素子の何れか一方を作動させ、それをＦＥＴ側に接続させることにより、モータＭａ等の正逆転を行う。
【００１８】
モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃは、それぞれベッドの高さＨ、背部２、膝部３の駆動に使用され、各要素のアクチュエータ（ＡＣＴ）を駆動する。ここでは、モータＭａ，Ｍｂは同じＦＥＴ１４ａにてＰＷＭ制御されているが、それぞれ個別にＦＥＴを設けても良い。各モータＭａ等にはそれぞれ、回転検出用のホールＩＣ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。ホールＩＣ２１ａ等から出力された信号は、パルス入力回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介してＣＰＵ１３に入力される。ＣＰＵ１３では、このパルス信号をカウントすることにより、各モータＭａ等の回転角度と回転速度を検出する。
【００１９】
モータＭａ等の回転角度は、水平位置や最低位置にて出力される絶対位置信号とパルスカウントにより算出される。そして、各アクチュエータに対する減速比やリンク比等に基づき各要素の現在位置が検出される。なお、絶対位置信号に代えて、各要素の所定位置にスイッチやセンサを設け、その信号を基準としても良い。
【００２０】
一方、モータＭａ等の回転速度は、パルス信号の周期に基づいて算出される。そして、求めたモータ回転速度に基づきモータＭａ等は定速制御される。図４はモータＭａ等の定速制御のフローチャートである。図４に示すように、そこではまず、パルス周期によって算出した現在速度と定速目標速度とが比較される（ステップＳ１）。現在速度が定速目標速度よりも低い場合にはステップＳ２に進み、定速目標速度から現在速度を減じ、速度偏差を算出する。次に、ステップＳ３に進み、速度偏差からモータＭａ等に対するＰＷＭ制御上の補正ＤＵＴＹ値を求める。そして、前回の出力ＤＵＴＹにステップＳ３にて求めた補正ＤＵＴＹを加え、新たな出力ＤＵＴＹとする（ステップＳ４）。
【００２１】
これに対し、現在速度が定速目標速度よりも高い場合にはステップＳ５に進み、現在速度から定速目標速度を減じ、速度偏差を算出する。次に、ステップＳ６に進み、ステップＳ３と同様に、速度偏差からモータＭａ等に対するＰＷＭ制御上の補正ＤＵＴＹ値を求める。そして、前回の出力ＤＵＴＹからステップＳ６にて求めた補正ＤＵＴＹを減じ、新たな出力ＤＵＴＹとする（ステップＳ７）。
【００２２】
ＣＰＵ１３にはＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶手段）２３が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２３は電源がＯＦＦ状態となっても記憶内容を保持する不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１３によって各要素の現在の位置情報が書き込まれる。位置情報としては、各モータＭａ等のパルスカウント数に基づいて算出された角度や高さなどが記憶されるが、パルスカウント数自体を記憶するようにしても良い。
【００２３】
ＣＰＵ１３にはさらにリセット回路２４、電源監視回路２５及び手元スイッチ２６が接続されている。手元スイッチ２６では、ベッドの高さＨ、背部２、膝部３の各要素の動作を制御できる他、就寝時の状態、食事時の状態、読書時の状態など、各要素をユーザーの好みの状態にセットできるメモリ機能も備えている。このメモリ機能は、各要素の角度や位置が正確に把握できていなければ実行できず、この点でも停電時における位置情報の書き込みは重要な役割を有している。
【００２４】
図５は、ＣＰＵ１３における制御ブロック図である。図５に示すように、ＣＰＵ１３は、電源電圧検出手段３１、電源遮断検出手段３２、記憶制御手段３３、負荷検出手段３４及び閾値変更手段３５を備えた構成となっている。電源電圧検出手段３１は、スイッチング電源１２から供給される電圧を検出する。電源遮断検出手段３２は、電源電圧と所定の停電検出レベル（閾値）Ｖｓとを比較し、電源遮断の有無を検出する。記憶制御手段３３は、電源遮断を検出した場合、各要素の電源遮断時における動作状態をＥＥＰＲＯＭ２３に記憶させる。負荷検出手段３４は、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃに対するＰＷＭ出力ＤＵＴＹに基づいてモータの負荷を検出する。閾値変更手段３５は、モータＭａ等の負荷に応じて停電検出レベルＶｓを変更する。
【００２５】
このようなモータ制御装置１１では、次のようにして停電時の位置情報書き込み制御が行われる。前述のように、電源電圧の低下速度は現在の負荷状態によって大きく異なり、停電検出レベルを一定とすると、軽負荷時に合わせて大容量のコンデンサが必要となる。一方、モータＭａ等はＰＷＭ制御されており、そのｄｕｔｙを見れば現在の負荷状況を把握することができる。そこで、本発明のモータ制御方法では、モータのｄｕｔｙに応じて停電検出レベルを変更し、軽負荷時でもいち早く停電を検知し、バックアップコンデンサの廃止若しくは小容量化を図っている。
【００２６】
ＣＰＵ１３は、前述のように、パルス入力回路２２ａ〜２２ｃからのパルス信号に基づいて図４のような定速制御を行っており、負荷検出手段３４は、その出力ＤＵＴＹ変化によりモータ負荷を常時検出している。出力ＤＵＴＹとモータ負荷との間には相関関係があり、負荷が大きくなると出力ＤＵＴＹは増大し、逆に、負荷が小さくなると出力ＤＵＴＹが減少する。ＣＰＵ１３の閾値変更手段３５は、出力ＤＵＴＹと停電検出レベルＶｓとの関係を示すマップを有しており、出力ＤＵＴＹに基づき停電検出レベルＶｓの調整を行う。つまり、ＣＰＵ１３内部の現在出力ＤＵＴＹに基づき、所定値以上の高出力ＤＵＴＹの場合には高負荷と判断し、停電検出レベルＶｓを１５Ｖに設定する。
【００２７】
電源遮断検出手段３２は、電源電圧が１５Ｖ以下となったときは電源遮断発生と判断し、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを停止し、記憶制御手段３３に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込ませる。この場合、図２に示すように、「停電発生」を検出した時点ではＣＰＵ１３は生きており、さらに、ＣＰＵ停止までには時間Ｔ１が残されている。時間Ｔ１としては約１００ｍｓ程度残されており、十分に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むことができる。
【００２８】
一方、出力ＤＵＴＹが所定値未満の場合には軽負荷と判断し、閾値変更手段３５は停電検出レベルＶｓを２５Ｖに設定する。電源遮断検出手段３２は、電源電圧が２５Ｖ以下となったときは電源遮断発生と判断し、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを停止し、記憶制御手段３３に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込ませる。図２に示すように、停電検出レベルＶｓを２５Ｖとすると、軽負荷時においてもＱ点にて「停電発生」を検出できる。Ｑ点で「停電発生」を検出した場合、ＣＰＵ停止までには時間Ｔ２が残されている。時間Ｔ２としては４０〜６０ｍｓを残すことが可能であり、ＣＰＵ１３が位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むには正味１０ｍｓ程度で済むことから、この場合も十分に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むことができる。
【００２９】
停電検出レベルＶｓは、マップに基づき負荷状態に応じて１５Ｖから２５Ｖまで適宜変更され、最も軽負荷（ベッドに人も物も乗っていない状態）のとき２５Ｖに設定される。これにより、最軽負荷時に合わせて大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３０】
このように停電などによって電源が遮断された後、再び電源が投入されると、ＣＰＵ１３は、ＥＥＰＲＯＭ２３から従前の位置情報を読み出し、そのデータに基づいてモータＭａ等を制御する。この際、ＥＥＰＲＯＭ２３には電源遮断時の情報が記憶されており、再始動時にモータＭａ等を絶対位置まで作動させなくとも現在の各要素の状態が認識できる。従って、リセット動作を行うことなく、各要素の駆動制御を混乱なくスムーズに再開することができる。
【００３１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態において軽負荷時・高負荷時に設定される停電検出レベルＶｓは一例であり、前記の数値には限定されない。なお、停電検出レベルＶｓは、マップによる多段階設定のみならず、単に１５Ｖと２５Ｖなどの２段階設定や、計算式による連続的な設定も可能である。また、前述の実施の形態では、モータ負荷をパルス信号入力によって算出された出力ＤＵＴＹによって検出する構成を示したが、プリドライブ回路１７ａ，１７ｂへの指令からモータ負荷を検出することも可能である。
【００３２】
さらに、前述の実施の形態では、停電等の突然の電源遮断時における位置情報の書き込み制御に本発明の制御方法を適用した例を示したが、これをスイッチＯＦＦによる通常の電源遮断時にも適用することも可能である。また、本発明の制御方法は電源遮断時のみならず、スイッチング電源の故障や断線により電源供給が遮断された装置故障時にも対応可能である。
【００３３】
加えて、本発明のモータ制御方法は電動ベッド用モータ以外にも適用可能であり、不揮発性メモリに従前のデータを書き込み、そのデータを事後の制御に活用する制御形態を有する機器に広く適用できる。例えば、パン製造器や食器洗い乾燥機などの家電製品、ワイパやパワーウインドなどの自動車電装品などにも使用できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のモータ制御方法によれば、電源電圧が所定の閾値以下となった場合に電源遮断と判定して電源遮断時におけるモータの動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるモータ制御方法において、モータの負荷状態に応じて電源遮断の有無を判定する閾値を変更するようにしたので、不揮発性記憶手段へのデータ記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、駆動制御系のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３５】
本発明の電動機器の制御システムによれば、モータによって作動する部位を有する電動機器の制御システムにおいて、電源を遮断しても記憶内容が失われない不揮発性記憶手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、モータ印加電圧と所定の閾値とを比較して電源遮断の有無を検出する電源遮断検出手段と、電源遮断を検出した場合、機器の電源遮断時における動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、モータの負荷に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段とを設け、モータの負荷状態に応じて閾値変更手段により電源遮断の有無を判定する閾値を変更するようにしたので、電源遮断時における機器の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなく、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、電動機器のコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な電動ベッドの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態である制御方法におけるモータ電源電圧とＣＰＵ電源電圧の関係を示す説明図である。
【図３】本発明による制御システムにおける回路構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の制御システムにおけるモータの定速制御方式を示すフローチャートである。
【図５】本発明による制御システムにおけるＣＰＵの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動ベッド
２ 背部
３ 膝部
１１ モータ制御装置
１２ スイッチング電源
１３ ＣＰＵ
１４ａ，１４ｂ ＦＥＴ
１５ａ〜１５ｃ リレー
１６ａ，１６ｂ ＦＥＴ駆動用電源回路
１７ａ，１７ｂ プリドライブ回路
１８ａ，１８ｂ ＦＥＴ電圧監視回路
２０ａ〜２０ｃ リレードライブ回路
２１ａ〜２１ｃ ホールＩＣ
２２ａ〜２２ｃ パルス入力回路
２３ ＥＥＰＲＯＭ
２４ リセット回路
２５ 電源監視回路
２６ 手元スイッチ
３１ 電源電圧検出手段
３２ 電源遮断検出手段
３３ 記憶制御手段
３４ 負荷検出手段
３５ 閾値変更手段
Ｈ ベッド高さ
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ モータ
Ｖｓ 停電検出レベル
【発明の属する技術分野】
本発明は、停電時における電動モータの制御技術に関し、特に、電動ベッド等、不揮発性メモリを用いて電源遮断時の動作状態を記憶させて再始動時の制御を行うモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
病院用や介護用のベッドとして、近年、モータを用いてリクライニング等を行ういわゆる電動ベッドが広く用いられている。図１は、一般的な電動ベッドの構成を示す説明図である。図１に示すように、電動ベッド１では、高さＨ・背部２・膝部３の３要素が動作可能に構成されることが多く、各要素は独立した３個のモータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃによって個別に駆動制御される。各モータＭａ，Ｍｂ，ＭｃはＰＷＭ制御により定速制御され、負荷に応じてそのｄｕｔｙが適宜制御される。すなわち、負荷が大きい場合にはｄｕｔｙを上げモータ電流を大きくする一方、負荷が小さい場合にはｄｕｔｙを下げてモータ電流を小さくし、各要素の動きが常に一定となるよう制御されている。
【０００３】
電動ベッドでは、背と膝の動作を同期させるシーケンス制御や、ユーザーの快適位置の記憶など、各要素の現在位置の認識が必要となる制御形態も多く採用されている。モータ制御システムにおいては、モータの絶対位置とモータ回転に伴って出力されるモータパルスを検出しており、これらにより常時各要素の現在位置を把握している。そして、電源遮断時にはその情報をＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに格納し、次回始動時に直ちに正しい位置認識に基づいたモータ制御を行えるようにしている。この場合、機器のスイッチをＯＦＦさせて装置を停止させる場合には、制御システムが電源に接続されていることから、その電源を用いてスイッチＯＦＦ後もしばらくＣＰＵを駆動させ、位置情報をメモリに書き込むこともできる。ところが、停電やプラグがコンセントから外れてしまった場合には、電源供給が突然遮断されるため、位置情報をメモリに書き込む時間確保が問題となる。
【０００４】
そこで、かかる事態に備え、従来より、メモリ書き込み時間確保のため、システム中にバックアップ用のコンデンサが配置されている。突然の電源遮断時にはこのコンデンサからＣＰＵに電力が供給され、メモリ書き込みに必要な時間だけＣＰＵの動作が確保される。これにより、停電時においても停止時の位置情報がＥＥＰＲＯＭに記憶され、次回始動時にも現在位置を見失うことなく正しい位置制御が実施される。
【０００５】
【特許文献１】特開平１４−１０８４０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このようなシステムでは、「停電発生」はモータ電源電圧の落ち込みによって検出される。例えば、通常２７Ｖにてモータが駆動されている場合、電源電圧が１５Ｖ以下となったとき「停電発生」と判断し、ＣＰＵは各要素の現在位置を急遽ＥＥＰＲＯＭに書き込む。ここで、停電時におけるモータ電源電圧（ＤＣ２７Ｖ）とＣＰＵ電源電圧（５Ｖ）は図２に示すように変化し、電源電圧の低下速度は現在の負荷状態によって大きく異なる。すなわち、モータ電源電圧は負荷が大きい場合には急速に低下するものの、負荷が小さい場合には緩やかに低下し、負荷の大小により電源が１５Ｖ以下になるまでの時間に差が生じる。
【０００７】
これに対してＣＰＵ電源電圧は、スイッチング回路の持つバッファ時間Ｔ０（１００〜３００ｍｓ）が経過すると低下し、低下開始時点にてＣＰＵは概ね停止する。図２に示すように、負荷が大きい場合には、ＣＰＵ停止までにメモリ書き込み時間として時間Ｔ１が確保できる。しかしながら、負荷が小さい場合には、電源が１５Ｖ以下となり「停電」を認識する時点（Ｐ点）では既にＣＰＵの電源は落ちており、メモリ書き込み動作が行えない。この時間を確保すべく前述のバックアップコンデンサが設けられるが、図２に示すように、Ｐ点までの時間が長い上にさらにメモリ書き込み時間を確保するとなると、相当の大容量のコンデンサが必要となる。このため、素子価格がその分高くなり、システムコストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、電源遮断時に従前の動作状態を記憶させる制御形態を有するモータ制御システムのコストダウンを図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ制御方法は、電源電圧を検出し、前記電圧が所定の閾値以下となった場合、電源遮断と判定しモータの電源遮断時の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるモータ制御方法であって、前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、モータの負荷状態に応じて電源遮断の有無を判定する閾値が変更されるので、電源遮断時におけるモータの動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、駆動制御系のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１１】
前記モータ制御方法において、前記モータの次回始動時に、前記不揮発性記憶手段に記憶させたデータに基づいて前記モータの駆動制御を行うようにしても良い。また、前記モータ制御方法において、前記モータの負荷が小さい場合には、前記モータの負荷が大きい場合よりも高い電圧の閾値を設定するようにしても良い。
【００１２】
一方、本発明の電動機器の制御システムは、モータによって作動する部位を有する電動機器の制御システムであって、電源を遮断しても記憶内容が失われない不揮発性記憶手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記モータ印加電圧と所定の閾値とを比較して電源遮断の有無を検出する電源遮断検出手段と、電源遮断を検出した場合、前記機器の電源遮断時における動作状態を前記不揮発性記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、モータの負荷状態に応じて閾値変更手段により電源遮断の有無を判定する閾値が変更されるので、電源遮断時における機器の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなく、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、電動機器のコストダウンを図ることが可能となる。
【００１４】
前記電動機器の制御システムにおいて、前記電動機器が電動ベッドであっても良く、これにより、電動ベッドのコストダウンが図られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、図１に示した電動ベッドのモータに本発明の制御方法を適用したものを例にとって説明する。図２は本発明の一実施の形態である制御方法におけるモータ電源電圧とＣＰＵ電源電圧の関係を示す説明図、図３は本発明による制御システムの回路構成を示すブロック図である。
【００１６】
図２に示すように、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃはモータ制御装置１１によって駆動制御される。モータ制御装置１１は、ＡＣ１００Ｖを電源とするスイッチング電源１２から電力供給を受ける。図３に示すように、モータ制御装置１１は、ＣＰＵ１３と、ＦＥＴ１４ａ，１４ｂ及びリレー１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えている。モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃは、ＣＰＵ１３の指令の下、ＦＥＴ１４ａ，１４ｂによってＰＷＭ制御される。モータＭａ，Ｍｂ，ＭｃとＦＥＴ１４ａ，１４ｂとの間には、電源回路１６ａ，１６ｂ及びプリドライブ回路１７ａ，１７ｂが設けられている。ＦＥＴ１４ａ，１４ｂの出力電圧はＦＥＴ電圧監視回路１８ａ，１８ｂにてモニタされている。
【００１７】
リレー１５ａ，１５ｂ，１５ｃはモータ正逆転用に使用される。各リレー１５ａ等はそれぞれ２個のリレー素子からなり、それらは通常はオープン状態となっている。ＣＰＵ１３は、リレードライブ回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって、リレー素子の何れか一方を作動させ、それをＦＥＴ側に接続させることにより、モータＭａ等の正逆転を行う。
【００１８】
モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃは、それぞれベッドの高さＨ、背部２、膝部３の駆動に使用され、各要素のアクチュエータ（ＡＣＴ）を駆動する。ここでは、モータＭａ，Ｍｂは同じＦＥＴ１４ａにてＰＷＭ制御されているが、それぞれ個別にＦＥＴを設けても良い。各モータＭａ等にはそれぞれ、回転検出用のホールＩＣ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。ホールＩＣ２１ａ等から出力された信号は、パルス入力回路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介してＣＰＵ１３に入力される。ＣＰＵ１３では、このパルス信号をカウントすることにより、各モータＭａ等の回転角度と回転速度を検出する。
【００１９】
モータＭａ等の回転角度は、水平位置や最低位置にて出力される絶対位置信号とパルスカウントにより算出される。そして、各アクチュエータに対する減速比やリンク比等に基づき各要素の現在位置が検出される。なお、絶対位置信号に代えて、各要素の所定位置にスイッチやセンサを設け、その信号を基準としても良い。
【００２０】
一方、モータＭａ等の回転速度は、パルス信号の周期に基づいて算出される。そして、求めたモータ回転速度に基づきモータＭａ等は定速制御される。図４はモータＭａ等の定速制御のフローチャートである。図４に示すように、そこではまず、パルス周期によって算出した現在速度と定速目標速度とが比較される（ステップＳ１）。現在速度が定速目標速度よりも低い場合にはステップＳ２に進み、定速目標速度から現在速度を減じ、速度偏差を算出する。次に、ステップＳ３に進み、速度偏差からモータＭａ等に対するＰＷＭ制御上の補正ＤＵＴＹ値を求める。そして、前回の出力ＤＵＴＹにステップＳ３にて求めた補正ＤＵＴＹを加え、新たな出力ＤＵＴＹとする（ステップＳ４）。
【００２１】
これに対し、現在速度が定速目標速度よりも高い場合にはステップＳ５に進み、現在速度から定速目標速度を減じ、速度偏差を算出する。次に、ステップＳ６に進み、ステップＳ３と同様に、速度偏差からモータＭａ等に対するＰＷＭ制御上の補正ＤＵＴＹ値を求める。そして、前回の出力ＤＵＴＹからステップＳ６にて求めた補正ＤＵＴＹを減じ、新たな出力ＤＵＴＹとする（ステップＳ７）。
【００２２】
ＣＰＵ１３にはＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶手段）２３が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２３は電源がＯＦＦ状態となっても記憶内容を保持する不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１３によって各要素の現在の位置情報が書き込まれる。位置情報としては、各モータＭａ等のパルスカウント数に基づいて算出された角度や高さなどが記憶されるが、パルスカウント数自体を記憶するようにしても良い。
【００２３】
ＣＰＵ１３にはさらにリセット回路２４、電源監視回路２５及び手元スイッチ２６が接続されている。手元スイッチ２６では、ベッドの高さＨ、背部２、膝部３の各要素の動作を制御できる他、就寝時の状態、食事時の状態、読書時の状態など、各要素をユーザーの好みの状態にセットできるメモリ機能も備えている。このメモリ機能は、各要素の角度や位置が正確に把握できていなければ実行できず、この点でも停電時における位置情報の書き込みは重要な役割を有している。
【００２４】
図５は、ＣＰＵ１３における制御ブロック図である。図５に示すように、ＣＰＵ１３は、電源電圧検出手段３１、電源遮断検出手段３２、記憶制御手段３３、負荷検出手段３４及び閾値変更手段３５を備えた構成となっている。電源電圧検出手段３１は、スイッチング電源１２から供給される電圧を検出する。電源遮断検出手段３２は、電源電圧と所定の停電検出レベル（閾値）Ｖｓとを比較し、電源遮断の有無を検出する。記憶制御手段３３は、電源遮断を検出した場合、各要素の電源遮断時における動作状態をＥＥＰＲＯＭ２３に記憶させる。負荷検出手段３４は、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃに対するＰＷＭ出力ＤＵＴＹに基づいてモータの負荷を検出する。閾値変更手段３５は、モータＭａ等の負荷に応じて停電検出レベルＶｓを変更する。
【００２５】
このようなモータ制御装置１１では、次のようにして停電時の位置情報書き込み制御が行われる。前述のように、電源電圧の低下速度は現在の負荷状態によって大きく異なり、停電検出レベルを一定とすると、軽負荷時に合わせて大容量のコンデンサが必要となる。一方、モータＭａ等はＰＷＭ制御されており、そのｄｕｔｙを見れば現在の負荷状況を把握することができる。そこで、本発明のモータ制御方法では、モータのｄｕｔｙに応じて停電検出レベルを変更し、軽負荷時でもいち早く停電を検知し、バックアップコンデンサの廃止若しくは小容量化を図っている。
【００２６】
ＣＰＵ１３は、前述のように、パルス入力回路２２ａ〜２２ｃからのパルス信号に基づいて図４のような定速制御を行っており、負荷検出手段３４は、その出力ＤＵＴＹ変化によりモータ負荷を常時検出している。出力ＤＵＴＹとモータ負荷との間には相関関係があり、負荷が大きくなると出力ＤＵＴＹは増大し、逆に、負荷が小さくなると出力ＤＵＴＹが減少する。ＣＰＵ１３の閾値変更手段３５は、出力ＤＵＴＹと停電検出レベルＶｓとの関係を示すマップを有しており、出力ＤＵＴＹに基づき停電検出レベルＶｓの調整を行う。つまり、ＣＰＵ１３内部の現在出力ＤＵＴＹに基づき、所定値以上の高出力ＤＵＴＹの場合には高負荷と判断し、停電検出レベルＶｓを１５Ｖに設定する。
【００２７】
電源遮断検出手段３２は、電源電圧が１５Ｖ以下となったときは電源遮断発生と判断し、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを停止し、記憶制御手段３３に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込ませる。この場合、図２に示すように、「停電発生」を検出した時点ではＣＰＵ１３は生きており、さらに、ＣＰＵ停止までには時間Ｔ１が残されている。時間Ｔ１としては約１００ｍｓ程度残されており、十分に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むことができる。
【００２８】
一方、出力ＤＵＴＹが所定値未満の場合には軽負荷と判断し、閾値変更手段３５は停電検出レベルＶｓを２５Ｖに設定する。電源遮断検出手段３２は、電源電圧が２５Ｖ以下となったときは電源遮断発生と判断し、モータＭａ，Ｍｂ，Ｍｃを停止し、記憶制御手段３３に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込ませる。図２に示すように、停電検出レベルＶｓを２５Ｖとすると、軽負荷時においてもＱ点にて「停電発生」を検出できる。Ｑ点で「停電発生」を検出した場合、ＣＰＵ停止までには時間Ｔ２が残されている。時間Ｔ２としては４０〜６０ｍｓを残すことが可能であり、ＣＰＵ１３が位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むには正味１０ｍｓ程度で済むことから、この場合も十分に現在の位置情報をＥＥＰＲＯＭ２３に書き込むことができる。
【００２９】
停電検出レベルＶｓは、マップに基づき負荷状態に応じて１５Ｖから２５Ｖまで適宜変更され、最も軽負荷（ベッドに人も物も乗っていない状態）のとき２５Ｖに設定される。これにより、最軽負荷時に合わせて大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、装置のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３０】
このように停電などによって電源が遮断された後、再び電源が投入されると、ＣＰＵ１３は、ＥＥＰＲＯＭ２３から従前の位置情報を読み出し、そのデータに基づいてモータＭａ等を制御する。この際、ＥＥＰＲＯＭ２３には電源遮断時の情報が記憶されており、再始動時にモータＭａ等を絶対位置まで作動させなくとも現在の各要素の状態が認識できる。従って、リセット動作を行うことなく、各要素の駆動制御を混乱なくスムーズに再開することができる。
【００３１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態において軽負荷時・高負荷時に設定される停電検出レベルＶｓは一例であり、前記の数値には限定されない。なお、停電検出レベルＶｓは、マップによる多段階設定のみならず、単に１５Ｖと２５Ｖなどの２段階設定や、計算式による連続的な設定も可能である。また、前述の実施の形態では、モータ負荷をパルス信号入力によって算出された出力ＤＵＴＹによって検出する構成を示したが、プリドライブ回路１７ａ，１７ｂへの指令からモータ負荷を検出することも可能である。
【００３２】
さらに、前述の実施の形態では、停電等の突然の電源遮断時における位置情報の書き込み制御に本発明の制御方法を適用した例を示したが、これをスイッチＯＦＦによる通常の電源遮断時にも適用することも可能である。また、本発明の制御方法は電源遮断時のみならず、スイッチング電源の故障や断線により電源供給が遮断された装置故障時にも対応可能である。
【００３３】
加えて、本発明のモータ制御方法は電動ベッド用モータ以外にも適用可能であり、不揮発性メモリに従前のデータを書き込み、そのデータを事後の制御に活用する制御形態を有する機器に広く適用できる。例えば、パン製造器や食器洗い乾燥機などの家電製品、ワイパやパワーウインドなどの自動車電装品などにも使用できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のモータ制御方法によれば、電源電圧が所定の閾値以下となった場合に電源遮断と判定して電源遮断時におけるモータの動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるモータ制御方法において、モータの負荷状態に応じて電源遮断の有無を判定する閾値を変更するようにしたので、不揮発性記憶手段へのデータ記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなくなり、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、駆動制御系のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３５】
本発明の電動機器の制御システムによれば、モータによって作動する部位を有する電動機器の制御システムにおいて、電源を遮断しても記憶内容が失われない不揮発性記憶手段と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、モータ印加電圧と所定の閾値とを比較して電源遮断の有無を検出する電源遮断検出手段と、電源遮断を検出した場合、機器の電源遮断時における動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、モータの負荷に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段とを設け、モータの負荷状態に応じて閾値変更手段により電源遮断の有無を判定する閾値を変更するようにしたので、電源遮断時における機器の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるに際し、記憶時間確保のため大容量のコンデンサを使用する必要がなく、コンデンサを廃止若しくは小容量化することができる。従って、コンデンサに要するコストを大幅に削減することができ、電動機器のコストダウンを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な電動ベッドの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態である制御方法におけるモータ電源電圧とＣＰＵ電源電圧の関係を示す説明図である。
【図３】本発明による制御システムにおける回路構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の制御システムにおけるモータの定速制御方式を示すフローチャートである。
【図５】本発明による制御システムにおけるＣＰＵの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 電動ベッド
２ 背部
３ 膝部
１１ モータ制御装置
１２ スイッチング電源
１３ ＣＰＵ
１４ａ，１４ｂ ＦＥＴ
１５ａ〜１５ｃ リレー
１６ａ，１６ｂ ＦＥＴ駆動用電源回路
１７ａ，１７ｂ プリドライブ回路
１８ａ，１８ｂ ＦＥＴ電圧監視回路
２０ａ〜２０ｃ リレードライブ回路
２１ａ〜２１ｃ ホールＩＣ
２２ａ〜２２ｃ パルス入力回路
２３ ＥＥＰＲＯＭ
２４ リセット回路
２５ 電源監視回路
２６ 手元スイッチ
３１ 電源電圧検出手段
３２ 電源遮断検出手段
３３ 記憶制御手段
３４ 負荷検出手段
３５ 閾値変更手段
Ｈ ベッド高さ
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ モータ
Ｖｓ 停電検出レベル
Claims (5)
- 電源電圧を検出し、前記電圧が所定の閾値以下となった場合、電源遮断と判定しモータの電源遮断時の動作状態を不揮発性記憶手段に記憶させるモータ制御方法であって、
前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更することを特徴とするモータ制御方法。 - 請求項１記載のモータ制御方法において、前記モータの次回始動時に、前記不揮発性記憶手段に記憶させたデータに基づいて前記モータの駆動制御を行うことを特徴とするモータ制御方法。
- 請求項１または２記載のモータ制御方法において、前記モータの負荷が小さい場合には、前記モータの負荷が大きい場合よりも高い電圧の閾値を設定することを特徴とするモータ制御方法。
- モータによって作動する部位を有する電動機器の制御システムであって、
電源を遮断しても記憶内容が失われない不揮発性記憶手段と、
電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記モータ印加電圧と所定の閾値とを比較して電源遮断の有無を検出する電源遮断検出手段と、
電源遮断を検出した場合、前記機器の電源遮断時における動作状態を前記不揮発性記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
前記モータの負荷に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段とを有することを特徴とする電動機器の制御システム。 - 請求項４記載の電動機器の制御システムにおいて、前記電動機器が電動ベッドであることを特徴とする電動機器の制御システム。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2003
- 2003-01-23 JP JP2003014355A patent/JP2004229410A/ja active Pending
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