JP2013187986A - モータ制御装置、及び磁極位置検出方法 - Google Patents

モータ制御装置、及び磁極位置検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外乱の影響を受ける場合においても、モータの磁極位置を検出する。
【解決手段】モータ制御装置は、モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出部と、予め定められた第1の電気角に対応する通電をモータに行った後に、モータが移動した方向に応じた第2の電気角に対応する通電をモータに行い、第2の電気角に対応する通電を行った際にモータが移動した量が第1の電気角と第2の電気角との差分に対応する移動量である場合、モータの磁極位置は第2の電気角にあると判定し、移動した量が差分に対応する移動量でない場合、外乱の影響を受けていると判定し、第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電をモータに行い磁極位置の検出を行う制御部とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータ制御装置、及び磁極位置検出方法に関する。
ステッピングモータなどのブラシレスモータでは、駆動を開始する際に磁極位置を検出する必要がある。例えば、予め定められた磁極位置に対応する電流をブラシレスモータのコイルに流すことにより、磁極位置に可動子を引きつけて初期の磁極位置を定めることが行われている。
例えば、特許文献1に記載の技術では、所定の磁極位置に対応した信号をモータに出力し、モータの駆動量に基づいて磁極位置の検出を行っている。
特開平6−153576号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、外乱などによりモータを信号通りに駆動できないと、磁極位置の検出が正しく行えない場合がある。そのような場合には、外乱の影響を受けないように磁極位置を検出する際の通電をユーザが変更することで、磁極位置を正しく検出できるようにしていた。すなわち、モータを駆動する際に外乱の影響を受ける可能性がある場合には、ユーザが外乱の影響を受けているか否かを確認する必要がある。そのため、モータを駆動する際にユーザに確認の手間を強いてしまうという問題があった。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、外乱の影響を受ける場合においても、モータの磁極位置を検出することができるモータ制御装置、及び磁極位置検出方法を提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明は、モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出部と、予め定められた第1の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第2の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第2の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第2の電気角にあると判定し、前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量でない場合、前記第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御部とを備えることを特徴とするモータ制御装置である。
また、上記問題を解決するために、本発明は、モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出ステップと、予め定められた第1の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第2の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第2の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第2の電気角にあると判定し、移動した量が差分に対応する移動量でない場合、前記第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御ステップとを有することを特徴とする磁極位置検出方法である。
この発明によれば、第1の電気角と、第2の電気角とに対応する通電をモータに行った後に、外乱の影響を受けているか否かを判定することができる。これにより、外乱の影響を受けている場合には、第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電を行うことにより、外乱の影響を避けて磁極位置の検出をすることができる。
本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置1の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるモータ制御装置1がモータ3を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示す第1のフローチャートである。 同実施形態におけるモータ制御装置1がモータ3を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示す第2のフローチャートである。 同実施形態における磁極位置検出の第1の動作例を示す概略図である。 同実施形態における磁極位置検出の第2の動作例を示す概略図である。 同実施形態における磁極位置検出の第3の動作例を示す概略図である。
以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置、及び磁極位置検出方法を説明する。
図1は、本実施形態におけるモータ制御装置1の構成を示す概略ブロック図である。
同図に示すように、モータ制御装置1は、電源部2から供給される電力を、外部から入力される位置指令に応じてモータ3に出力することにより、モータ3を駆動する。モータ3は、入力された電力に応じて可動子を回転させることにより、回転運動を出力する。モータ3には、可動子が単位時間当たりに回転した量(回転量)に応じた信号を出力するエンコーダ4が取り付けられている。
モータ3の可動子には軸継手5が接続されている。軸継手5はモータ3が出力する回転運動を駆動軸6に伝達する。駆動軸6は回転することにより、ベース7上に設けられている駆動テーブル8を摺動させる。ベース7において、駆動テーブル8が移動する方向の両端にはエンドプレート9が設けられている。エンドプレート9は、駆動テーブル8がベース7の端を超えて移動しないようにするために設けられている。
モータ制御装置1は、モータ3の駆動を開始させる際にモータ3の磁極位置を検出し、検出した磁極位置に基づいて通電を行う。このとき、モータ制御装置1は、外部より入力される位置指令が示す位置に駆動テーブル8が移動するように、モータ3を駆動させる。
モータ制御装置1は、図1に示すように、制御部11、位置検出部12、及び、モータ駆動部13を備えている。制御部11は、位置検出部12が出力する位置情報と、位置指令とに基づいて、駆動指令を算出する。駆動指令は、例えば可動子を引き込む電気角を示す信号である。また、位置情報は、エンコーダ4から出力される信号に基づいて位置検出部12が検出するモータ3の移動量(回転量)と、移動量を累積することにより得られる駆動テーブル8の相対的な位置とを含む情報である。モータ駆動部13は、制御部11が算出した駆動指令に応じた電力を電源部2からモータ3へ供給してモータ3を駆動し、位置指令の示す位置に駆動テーブル8を移動させる。なお、駆動テーブル8がエンドプレート9に接触している場合、駆動テーブル8をエンドプレート9に押しつける方向にモータ3を駆動させることはできない。すなわち、モータ3は駆動テーブル8、駆動軸6、及び軸継手5を介してエンドプレート9から外乱(外力)を受けることになる。
図2及び図3は、本実施形態におけるモータ制御装置1がモータ3を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示すフローチャートである。
モータ制御装置1において、磁極位置検出の処理が開始されると、制御部11は予め定められた磁極位置に対応する電気角αに可動子を引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS101)。ここで、電気角αは予め定められた電気角であり、0°≦α<360°を満たす値である。
制御部11は、ステップS101における通電により、モータ3の可動子が電気角を増加させる方向に移動(回転)したか否かを判定する(ステップS102)。電気角を増加させる方向に回転していた場合(ステップS102:YES)、制御部11は、可動子を電気角(α−n)に引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS103)。
制御部11は、ステップS103における通電による可動子の移動量(回転量)が電気角(−n)に対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS104)、一致した場合(ステップS104:YES)、磁極位置が電気角(α−n)であると判定し(ステップS105)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS104:NO)、制御部11は処理をステップS109に進める。なお、制御部11は、位置検出部12が出力する位置情報に含まれる回転量に基づいて判定を行う。
ステップS102において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合(ステップS102:NO)、制御部11は、可動子を電気角(α+n)に引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS106)。
制御部11は、ステップS106における通電による可動子の回転量が電気角nに対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS107)、一致した場合(ステップS107:YES)、磁極位置が電気角(α+n)であると判定し(ステップS108)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS107:NO)、制御部11は処理をステップS109に進める。
ステップS104又はステップS107において、回転量と電気角に対応する回転量とが一致しない場合(ステップS104:NO、又はステップS107:NO)、制御部11は、電気角β(=α+180°)に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS109)。
制御部11は、ステップS109における通電により可動子が電気角を増加させる方向に回転したか否かを判定する(ステップS110)。電気角を増加させる方向に回転していた場合(ステップS110:YES)、制御部11は、可動子を電気角(β−n)に引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS111)。
制御部11は、ステップS111における通電による可動子の回転量が電気角(−n)に対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS112)、一致した場合(ステップS112:YES)、磁極位置が電気角(β−n)であると判定し(ステップS113)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS112:NO)、制御部11は処理をステップS121に進める。
ステップS110において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合(ステップS110:NO)、制御部11は、可動子を電気角(β+n)に引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS114)。
制御部11は、ステップS114における通電による可動子の回転量が電気角nに対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS115)、一致した場合(ステップS115:YES)、時刻位置が電気角(β+n)であると判定し(ステップS116)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS115:NO)、制御部11は処理をステップS121に進める。
ステップS112又はステップS115において、可動子の回転量と電気角に対応する回転量とが一致しない場合(ステップS112:NO、又はステップS115:NO)、制御部11は、電気角αに可動子を引き込む通電を、モータ駆動部13を介して再び行う(ステップS121)。
制御部11は、ステップS121における通電により可動子が電気角を増加させる方向に回転したか否かを判定する(ステップS122)。電気角を増加させる方向に回転していた場合(ステップS122:YES)、制御部11は、電気角(α+n)に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS123)。
制御部11は、ステップS123における通電による可動子の回転量が電気角nに対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS124)、一致した場合(ステップS124:YES)、磁極位置が電気角(α+n)であると判定し(ステップS125)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS124:NO)、制御部11は処理をステップS129に進める。
ステップS122において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合(ステップS122:NO)、制御部11は、電気角(α−n)に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部13を介して行う(ステップS126)。
制御部11は、ステップS126における通電による可動子の回転量が電気角(−n)に対応する回転量と一致するか否かを判定し(ステップS127)、一致した場合(ステップS127:YES)、磁極位置が電気角(α−n)であると判定し(ステップS128)、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合(ステップS127:NO)、制御部11は処理をステップS129に進める。
ステップS124又はステップS127において、可動子の回転量と、電気角に対応する回転量とが一致しない場合(ステップS124:NO、又はステップS127:NO)、制御部11は磁極位置検出においてエラーが生じたと判定し(ステップS129)、磁極位置検出の処理を終了する。
ステップS129において、制御部11はエラーが生じたこと(磁極位置の検出ができなかったこと)を示す信号を外部に出力し、ユーザに通知するようにしてもよい。
以下、具体的な例を示して、本実施形態における磁極位置検出の処理を説明する。
図4は、本実施形態における磁極位置検出の第1の動作例を示す概略図である。ここでは、モータ3の磁極位置と駆動テーブル8の左端とが対応している場合について説明する。また、電気角α=0°であり、電気角nはモータ3を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角であるとする。同図において、横軸は電気角を示し、矢印により駆動テーブル8(モータ3)の動きが示されている。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置1は、電気角α(=0°)にモータ3を駆動させる制御をし(手順A:ステップS101に対応)、その後に、電気角(α−n)にモータ3を駆動させる制御をする(手順B:ステップS103に対応)。このとき、手順Bにおけるモータ3の回転量が電気角(−n)に対応する回転量と一致するので、モータ制御装置1は、磁極位置が電気角(α−n)であると判定する。このように、エンドプレート9による外乱を受けない場合、モータ制御装置1は2回の通電により磁極位置を検出することができる。
次に、エンドプレート9による外乱を受ける場合の動作について説明する。
図5は、本実施形態における磁極位置検出の第2の動作例を示す概略図である。ここでは、図4に示した場合と同様に、モータ3の磁極位置と駆動テーブル8の左端とが対応している場合について説明する。電気角α=0°であり、電気角nはモータ3を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角であり、駆動テーブル8は電気角0°に向かって移動するとエンドプレート9に接触する位置にあるものとする。なお、同図において、破線の矢印は、エンドプレート9から受ける外乱により駆動テーブル8(モータ3)が移動できないことを示している。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置1は、電気角α(=0°)にモータ3を駆動させる制御をし(手順C:ステップS101に対応)、その後に、電気角(α−n)にモータ3を駆動させる制御をする(手順D:ステップS103に対応)。
しかし、駆動テーブル8がエンドプレート9に接触して外乱を受けることにより、モータ3の回転量が電気角(−n)に対応する回転量と一致しないので、電気角β(=180°)にモータ3を駆動させる制御をする(手順E:ステップS109に対応)。その後、電気角(β+n)にモータ3を駆動させる制御をする(手順F:ステップS114に対応)。このとき、手順Fにおけるモータ3の回転量が電気角nに対応する回転量と一致するので、モータ制御装置1は、磁極位置が電気角(β+n)であると判定する。このように、エンドプレート9による外乱を受ける場合、モータ制御装置1は外乱を受けていることをステップS104において検出し、外乱を受けないようにモータ3を駆動する通電(手順F)を行うことにより、4回の通電により磁極位置を検出することができる。
続いて、エンドプレート9による外乱を受ける場合であって、図5に示した場合と異なる動作について説明する。
図6は、本実施形態における磁極位置検出の第3の動作例を示す概略図である。ここでは、図5に示した場合と同様に、エンドプレート9による外乱を受ける場合について説明する。ただし、磁極位置検出を開始する際のモータ3の磁極位置が電気角α(=0°)である。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置1は、電気角αにモータ3を駆動させる制御をする(手順G:ステップS101に対応)。このとき、モータ3の電気角は電気角αであり、モータ3は電気角が増加する方向に回転しないので、モータ制御装置1は電気角(α+n)に駆動させる制御をする(手順H:ステップS106に対応)。しかし、エンドプレート9による外乱を受けてモータ3は電気角nに対応する回転をすることができないため、モータ制御装置1は電気角βに駆動させる制御をする(手順J)。
このとき、駆動テーブル8がエンドプレート9に接触しているため、モータ3を電気角が増加する方向に駆動させることができずに電気角(β+n)へ駆動させる制御をする(手順K)。しかし、手順Jのときと同様に、エンドプレート9による外乱を受けてモータ3は電気角nに対応する回転をすることができない。
モータ制御装置1は、再度、モータ3を電気角αに駆動させる制御をし(手順L:ステップS121に対応)、その後にモータ3を電気角(α−n)に駆動させる制御をする(手順M:ステップS126に対応)。このとき、モータ3の回転量が電気角(−n)に対応する回転量と一致するので、モータ制御装置1は、磁極位置が電気角(α−n)であると判定する。
このように、電気角α、電気角βに対応する通電をしても磁極位置が判定できない場合に、再度、電気角αに対応する通電を行うリトライ処理(ステップS121〜ステップS129)を行うことにより、その際の回転方向に応じた通電をすることにより、磁極位置を検出することができる。なお、リトライ処理を行っても、磁極位置が検出できない場合には、モータ3と、軸継手5〜駆動テーブル8により構成される駆動系とのいずれか一方又は両方に不具合があると判定する。
上述のように、モータ制御装置1は、モータ3に対して通電を行い、その通電による可動子の回転量に基づいて磁極位置検出を行う。このとき、通電に応じた回転が得られたか否かを判定する(ステップS104やステップS107など)ことにより、外乱による影響を受けていることを検出することができる。また、外乱による影響を受けている場合、最初の通電(ステップS101)と異なる通電(例えばステップS109)を行うことにより、外乱の影響を受けないようにモータ3を駆動して(例えばステップS111やステップS114など)、磁極位置を検出することができる。
また、外乱の影響を受けないようにモータ3を駆動した場合においても、外乱の影響を受けていることを検出した場合、再度電気角αに対応する通電を行うリトライ処理を行う。ただし、リトライ処理(ステップS121〜ステップS129)では、電気角αに対応する通電を行った際に検出するモータ3の移動方向に応じた通電(電気角(α+n)又は電気角(α−n))を、ステップS103及びステップS106における通電と逆にする。これにより、最初の電気角(α+n)又は電気角(α−n)に対応する通電を行った際に受けた外乱を避けることができ、モータ3の磁極位置を正しく検出することができる。
また、ステップS103、ステップS106、ステップS111、ステップS114、ステップS123、及びステップS126における電気角nは、モータ3を駆動する際の最小分解能に対応する電気角としている。これにより、モータ3を回転させる量を減らすことができ、外乱の影響を受けることを減らすことができる。また、磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。
なお、上述の実施形態において、電気角nがモータ3を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角である場合について説明したが、電気角nは0°から180°まで間のいずれの角度であってもよい。
また、上述の実施形態では、外乱がエンドプレート9により生じる場合について説明したが、エンドプレート9以外の原因による外乱が生じる場合であっても、モータ制御装置1は磁極位置を検出することができる。例えば、ベース7上に駆動テーブル8の移動を阻害する障害物等がある場合においても、モータ制御装置1は磁極位置を検出することができる。
上述のモータ制御装置1は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した磁極位置検出の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
なお、上述の実施形態において、モータ3が回転運動するモータである場合について説明したが、直線運動するリニアモータに対しても、モータ制御装置1は同様の磁極位置検出の処理を行うことにより、磁極位置を検出することができる。
なお、本発明における移動量検出部は、上述の実施形態における位置検出部12に対応する。本発明における第1の電気角は、上述の実施形態における電気角αに対応する。本発明における第2の電気角は、上述の実施形態における電気角(α−n)又は電気角(α+n)に対応する。本発明における第3の電気角は、上述の実施形態における電気角βに対応する。本発明における第4の電気角は、上述の実施形態における電気角(β−n)又は電気角(β+n)に対応する。第5の電気角は、上述の実施形態における電気角(α+n)又は電気角(α−n)に対応する。
1…モータ制御装置、11…制御部、12…位置検出部

Claims (5)

  1. モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出部と、
    予め定められた第1の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第2の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第2の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第2の電気角にあると判定し、前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量でない場合、前記第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御部と
    を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 請求項1に記載のモータ制御装置であって、
    前記制御部は、
    前記第3の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第4の電気角に対応する通電を行い、前記第4の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第3の電気角と前記第4の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第4の電気角にあると判定し、移動した量が前記第3の電気角と前記第4の電気角との差分に対応する移動量でない場合、外乱の影響を受けていると判定し、前記第1の電気角に対応する通電を前記モータに再度行い前記磁極位置の検出を行う
    ことを特徴とするモータ制御装置。
  3. 請求項2に記載のモータ制御装置であって、
    前記第1の電気角に対応する通電を前記モータに再度行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第5の電気角に対応する通電を行い、前記第5の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第5の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第5の電気角にあると判定し、移動した量が前記第1の電気角と前記第5の電気角との差分に対応する移動量でない場合、モータに異常が生じていると判定する
    ことを特徴とするモータ制御装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ制御装置であって、
    前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分は、
    前記モータを駆動する際の最小分解能に対応する電気角である
    ことを特徴とするモータ制御装置。
  5. モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出ステップと、
    予め定められた第1の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第2の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第2の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第1の電気角と前記第2の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第2の電気角にあると判定し、移動した量が差分に対応する移動量でない場合、前記第1の電気角と異なる第3の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御ステップと
    を有することを特徴とする磁極位置検出方法。
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