JP2010279136A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの低減を図りつつ、コイル間の特性のバラツキに起因する特性の劣化を抑制する。
【解決手段】入力される駆動指令信号Ｓ１及び設定された駆動特性値に基づいて駆動信号を出力するフィルタ１１と、フィルタ１１からの駆動信号に応じてコイル２に供給する電流を出力するＰＷＭ駆動部１２と、複数のコイル２の特性毎に予め求められたパラメータが記憶されたメモリ１４と、入力される特性選択信号Ｓ２に対応するパラメータに基づいて、フィルタ１１が用いる駆動特性値を変更して設定する特性設定部１３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。

物体を移動するステージ装置等においては、複数のコイルと可動子（磁石）とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータが用いられている。このようなリニアモータを駆動するモータ駆動装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。

このモータ駆動装置では、指令値信号とコイルに励磁電流を与えるＰＷＭモータ駆動回路の出力に基づく帰還信号（実電流信号）とを比例積分回路に入力し、その出力信号に基づきＰＷＭモータ駆動回路からコイルに励磁電流を供給するフィードバック制御回路が用いられている。また、省電力化を図るため、可動子の移動位置に応じて対応するコイルに通電し、推力発生に寄与しないコイルへの通電を遮断する励磁切替方式が採用されている。

ところで、リニアモータに用いられる複数のコイルは、個体間でその特性（直流抵抗、インダクタンス等）にバラツキがあるため、励磁切替方式を採用した場合には、通電するコイル間で応答特性等にバラツキを生じる。このため、従来は、複数のコイルとして、互いにその特性が近似するものを選択して採用し、モータ駆動装置では、比例積分回路の時定数等の駆動特性値として、一つのコイルとの関係で最適化された一つの駆動特性値を用いている。

特開２００５−３０４１２１号公報

しかしながら、複数のコイルとして、互いにその特性が近似するものを選択して用いるのでは、多数のコイルを準備してその中から特性の近いものを選択することになるため、その作業が煩雑であるとともに、特性が相違するとして採用されないコイルは結局無駄となり、コスト上昇の要因になるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、コストの低減を図りつつ、コイル間の特性のバラツキに起因する特性の劣化を最小限に抑制することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、複数のコイルを有する励磁切替方式のモータを駆動するモータ駆動装置であって、入力される駆動指令信号及び設定された駆動特性値に基づいて駆動信号を出力するフィルタ部と、前記フィルタ部からの駆動信号に応じて前記コイルに供給する電流を出力する駆動部と、前記コイルの特性毎に予め求められたパラメータが記憶された記憶部と、入力される特性選択信号に対応する前記記憶部に記憶されたパラメータに基づいて、前記フィルタ部が用いる駆動特性値を変更して設定する特性設定部とを備えて構成される。

本発明によれば、コストの低減を図りつつ、コイル間の特性のバラツキに起因する特性の劣化を最小限に抑制することができるという効果がある。

本発明の第１実施形態の全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の要部構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の要部構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態のモータ駆動装置について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。このモータ駆動装置は、物体を載置して移動するステージ装置等に用いられるリニアモータを駆動するものである。本実施形態においては、駆動対象としてのリニアモータは、複数のコイルと可動子（磁石）とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータであり、可動子の位置に応じて励磁するコイルを切り替える励磁切替方式のリニアモータである。

図１に示すように、モータ駆動装置１には、図外のステージ装置の制御部から駆動電流指令信号Ｓ１及び特性選択信号Ｓ２が入力される。モータ駆動装置１とリニアモータ２のコイル（コイル（１）〜コイル（Ｎ））との間には各コイル（１）〜コイル（Ｎ）のそれぞれに対応してスイッチＳＷ（１）〜スイッチＳＷ（Ｎ）を有する切替器３が設けられており、モータ駆動装置１からの駆動電流が切替器３を介してコイル（１）〜コイル（Ｎ）に選択的に供給されるようになっている。切替器３の各スイッチＳＷ（１）〜スイッチ（Ｎ）の切り替えは、図外のステージ装置の制御部からのコイル選択信号Ｓ３に応じて行われる。なお、特に限定されないが、本実施形態では、特性選択信号Ｓ２としては、コイル選択信号Ｓ３と同じ信号を用いるものとする。

モータ駆動装置１は、図２にその詳細が示されているように、入力される駆動指令信号（駆動電流指令信号Ｓ１）及び設定された駆動特性値に基づいて駆動信号を出力するフィルタ部（フィルタ１１）と、フィルタ部からの駆動信号に応じてコイル（１）〜コイル（Ｎ）に供給する電流を出力する駆動部（ＰＷＭ駆動部１２）と、コイル（１）〜コイル（Ｎ）の特性毎に予め求められたパラメータ（フィルタパラメータ）が記憶された記憶部（フィルタパラメータメモリ１４）と、入力される特性選択信号Ｓ２に対応するパラメータに基づいて、フィルタ部が用いる駆動特性値を変更して設定する特性設定部１３とを備えている。さらに、モータ駆動装置１は、電流検出用抵抗Ｒｓ、差動増幅器１５、Ａ／Ｄコンバータ１６を備えている。

特に限定されないが、モータ駆動装置１の全部又は一部は、プログラマブルロジックデバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）によって実現することができる。なお、マイクロコンピュータと各機能を実行するためのプログラムとで実現するようにしてもよい。

駆動電流指令信号Ｓ１と後述する実電流信号（帰還信号）Ｓ４との差（偏差）がフィルタ１１に入力される。フィルタ１１は、比例積分回路に相当する演算処理部であり、後述する特性設定部１３により設定された駆動特性値（積分時定数等）を用いて演算処理し、ＰＷＭ駆動部１２に対する駆動信号を出力する。

ＰＷＭ駆動部１２は、フィルタ１１からの駆動信号に応じた電圧を、上記の切替器３による切替設定に応じてモータ（コイル）２に供給する。ＰＷＭ駆動部１２からモータ２に供給される電流は、電流検出用抵抗Ｒｓの両端電圧から差動増幅器１５を介して検出され、Ａ／Ｄコンバータ１６によりデジタル信号に変換されて実電流信号Ｓ４としてフィルタ１１にフィードバックされる。

フィルタパラメータメモリ１４には、モータ２が備える各コイル（１）〜コイル（Ｎ）の特性（直流抵抗、インダクタンス等）のそれぞれについて最適化された駆動特性値を求めるためのパラメータが、対応するコイル（１）〜コイル（Ｎ）を識別できる形式で予め記憶されている。なお、ここでは、これらのパラメータは、コイル（１）〜コイル（Ｎ）に対応して順次に記憶されているものとする。

特性設定部１３は、入力される特性選択信号Ｓ２（ここでは、コイル選択信号Ｓ３と同じ）を受け取ると、フィルタパラメータメモリ１４から通電すべきコイルに対応するパラメータを読み出し、必要に応じて所定の演算処理を行って、フィルタ１１が演算に用いるべき駆動特性値として設定する。特性設定部１３は、次の特性選択信号Ｓ２を受け取ると、対応するパラメータ（ここでは、次のパラメータ）について同様に処理して、駆動特性値を変更し、以後順次同様に処理する。

一例として、ステージをコイル（１）からコイル（Ｎ）まで一方向に移動させる場合には、図外のステージ装置の制御部からのコイル選択信号Ｓ３に従って切替器３により最初のコイル（１）が通電すべきコイルとして選択され、これと同時に特性選択信号Ｓ２（ここでは、コイル選択信号Ｓ３と同じ）が特性設定部１３に送られ、特性設定部１３によりコイル（１）に対応するパラメータに基づく駆動特性値が設定される。フィルタ１１は、当該コイル（１）に係る駆動特性値に基づいて演算処理して、駆動信号をＰＷＭ駆動部１２に送り、ＰＷＭ駆動部１２によりコイル（１）に通電が行われる。次のコイル（２）に切り替えられると、次のコイル（２）に対応するパラメータに基づいて駆動特性値が変更され、変更された駆動特性値を用いてコイル（２）に通電がなされ、以後同様にコイル（Ｎ）まで順次に切り替えて通電が行われることになる。

本実施形態によると、コイル（１）〜コイル（Ｎ）の特性毎に最適化されたパラメータを予め記憶しておき、コイルが切り替えられた際に、当該コイルに対応するパラメータに基づいて駆動特性値を設定し、この駆動特性値に基づいて当該コイルに通電するようにしたので、各コイル間に特性のバラツキがある場合であっても、各コイルについて最適化された駆動特性値を用いて通電することができ、常に最適な応答特性を実現することができる。

また、従来技術のように、複数のコイルとして互いに特性が近似するものを選択して用いる必要もないので、コストを低減することができる。

さらに、モータ駆動装置１を、プログラマブルロジックデバイス又はマイクロコンピュータ及びプログラムで実現するようにすれば、駆動対象としてのリニアモータに用いられる複数のコイルの個体間での特性のバラツキに柔軟に対応することができる。

また、モータ駆動装置が駆動電流指令信号に比例した電流を出力する電流駆動である場合、駆動電流指令信号でコイル特性のバラツキを補正するためには、駆動に必要な周波数帯域を超えた信号帯域が必要であり、一般に高価な演算装置、伝送装置等が必要となるが、本実施形態のモータ駆動装置では、そのような問題が生じることもない。

次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。この第２実施形態は上述した第１実施形態を改良したものである。

上述した第１実施形態では、特性設定部１３により特性選択信号Ｓ２に応じてフィルタ１１で用いる駆動特性値が変更される。このとき、変更前の駆動特性値から変更後の駆動特性値へ瞬時に変更を行うと、電圧が急激に変化する場合がある等、安定した駆動が損なわれる場合がある。そこで、この第２実施形態では、特性設定部１３とフィルタ１１の間に、フィルタパラメータ変化制限部１７を追加的に設けている。他の構成は図１及び図２と同様であるので、同一の符号を付してその説明は省略する。

フィルタパラメータ変化制限部１７は、特性設定部１３が特性選択信号Ｓ２に基づいて駆動特性値を変更する際に、変更前の駆動特性値と変更後の駆動特性値とを線形補間して求められる駆動特性値をフィルタ１１が用いる駆動特性値として順次に設定する。換言すると、駆動特性値を変更する際に、変更前の駆動特性値から変更後の駆動特性値に瞬時に変更するのではなく、変更前の駆動特性値から少しずつ変化させて行き、最終的に変更後の駆動特性値に至るようにする。これにより、電圧の急激な変化等の問題が解消され、安定した駆動が可能となる。上述した線形補間としては、例えば直線補間を用いることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…モータ駆動装置、２…モータ（コイル）、３…切替器、１１…フィルタ、１２…ＰＷＭ駆動部、１３…特性設定部、１４…フィルタパラメータメモリ、１５…差動増幅器、１６…Ａ／Ｄコンバータ、１７…フィルタパラメータ変化制限部、Ｒｓ…電流検出用抵抗、Ｓ１…駆動電流指令信号、Ｓ２…特性選択信号、Ｓ３…コイル選択信号、Ｓ４…実電流信号。

Claims (2)

1. 複数のコイルを有する励磁切替方式のモータを駆動するモータ駆動装置であって、
   入力される駆動指令信号及び設定された駆動特性値に基づいて駆動信号を出力するフィルタ部と、
   前記フィルタ部からの駆動信号に応じて前記コイルに供給する電流を出力する駆動部と、
   前記コイルの特性毎に予め求められたパラメータが記憶された記憶部と、
   入力される特性選択信号に対応する前記記憶部に記憶されたパラメータに基づいて、前記フィルタ部が用いる駆動特性値を変更して設定する特性設定部と
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記特性設定部により駆動特性値が変更される際に、変更前の駆動特性値と変更後の駆動特性値とを線形補間して求められる駆動特性値を、前記フィルタ部が用いる駆動特性値として順次に設定する変化制限部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。

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