JP2024034436A - System and method for controlling stepping motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステッピングモータを制御するためのシステム及び方法に関する。 The present invention relates to a system and method for controlling a stepper motor.
ステッピングモータは、ステータと、ステータと向かい合うロータとを備えている。ステータは、A相のコイルとB相のコイルとを含む。ステッピングモータのコントローラは、A相のコイルとB相のコイルとの電流を制御する。それにより、A相のコイルとB相のコイルとが順次、励磁されることで、ロータが回転する。 A stepping motor includes a stator and a rotor facing the stator. The stator includes an A-phase coil and a B-phase coil. A stepping motor controller controls currents in an A-phase coil and a B-phase coil. As a result, the A-phase coil and the B-phase coil are sequentially excited, causing the rotor to rotate.
ステッピングモータにおいて、コイルの断線などの異常を判定するために、各コイルの電流値に基づいて異常を判定する方法が知られている。例えば、コントローラは、各コイルを流れる電流値を検出し、電流値が0mAである場合に異常と判定する。 2. Description of the Related Art In a stepping motor, a method is known in which an abnormality such as a disconnection of a coil is determined based on the current value of each coil. For example, the controller detects the current value flowing through each coil, and determines that there is an abnormality when the current value is 0 mA.
しかし、コイルに断線が生じていない場合であっても、例えばロータがA相のコイルと正対する位置に停止している場合には、B相のコイルに流れる電流は0mAとなる。この場合、上記のような各コイルの電流値に基づいて異常を判定する方法では、異常を誤検知してしまう。 However, even if there is no disconnection in the coil, if the rotor is stopped at a position directly facing the A-phase coil, the current flowing through the B-phase coil will be 0 mA. In this case, the method of determining abnormality based on the current value of each coil as described above will result in false detection of abnormality.
そのため、従来、上記のような誤検知を防止するための対策が、コントローラに採用されている。例えば、特許文献1のステッピングモータの自己診断制御装置は、第1コイルへの駆動信号#1と第2コイルへの駆動信号#2とのOR選択により、ポートD11に出力される第1信号を検出する。また、第3コイルへの駆動信号#3と、第4コイルへの駆動信号#4とのOR選択により、ポートD12に出力される第2信号を検出する。正常時には、ポートD11には常にH(High)の信号が出力され、ポートD12には常にL(Low)の信号が出力されるところ、各ポートからの信号が、H-L-Hになったり、或いはL-L-Lになったりした場合に、自己診断制御装置は、異常と判定する。
Therefore, conventionally, countermeasures for preventing the above-mentioned false detections have been adopted in controllers. For example, the self-diagnosis control device for a stepping motor disclosed in
上記のような異常検出方法によれば、ステッピングモータにおける異常を精度よく判定することができる。しかし、コントローラにおける制御が複雑になってしまう。本発明の目的は、簡易な制御によって、ステッピングモータにおける異常を精度よく判定することにある。 According to the abnormality detection method as described above, abnormality in the stepping motor can be accurately determined. However, control in the controller becomes complicated. An object of the present invention is to accurately determine an abnormality in a stepping motor by simple control.
本発明の一態様に係るシステムは、ステッピングモータを制御するシステムである。ステッピングモータは、ステータとロータとを含む。ステータは、A相のコイルとB相のコイルとを含む。ロータは、ステータと向かい合って配置される。システムは、コントローラとセンサとを備える。コントローラは、A相のコイルとB相のコイルとの電流を制御する。センサは、電流を検出する。コントローラは、ロータを所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相のコイルと正対する位置およびB相のコイルと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、A相のコイルとB相のコイルとの電流を制御する。コントローラは、A相のコイルとB相のコイルとの電流の絶対値が、閾値より小さくなると異常と判定する。 A system according to one aspect of the present invention is a system that controls a stepping motor. A stepping motor includes a stator and a rotor. The stator includes an A-phase coil and a B-phase coil. The rotor is placed opposite the stator. The system includes a controller and a sensor. The controller controls currents in the A-phase coil and the B-phase coil. The sensor detects current. The controller rotates the A phase so that when the rotor is rotated by a predetermined unit step angle, a stable point deviates by a predetermined electrical angle from a position directly facing the A phase coil and a position directly facing the B phase coil. and the B-phase coil. The controller determines that an abnormality occurs when the absolute value of the current in the A-phase coil and the B-phase coil becomes smaller than a threshold value.
所定の電気角は、安定点でのA相のコイルとB相のコイルとの電流の絶対値が閾値より大きくなるように設定されてもよい。所定の電気角は、22.5度であってもよい。 The predetermined electrical angle may be set such that the absolute value of the current between the A-phase coil and the B-phase coil at the stable point is greater than a threshold value. The predetermined electrical angle may be 22.5 degrees.
本発明の他の態様に係る方法は、ステッピングモータを制御する方法である。ステッピングモータは、ステータとロータとを含む。ステータは、A相のコイルとB相のコイルとを含む。ロータは、ステータと向かい合って配置される。当該方法は、ロータを所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相のコイルと正対する位置およびB相のコイルと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、A相のコイルとB相のコイルとの電流を制御することと、A相のコイルとB相のコイルとの電流の絶対値が、閾値より小さくなると異常と判定することを備える。 A method according to another aspect of the invention is a method of controlling a stepping motor. A stepping motor includes a stator and a rotor. The stator includes an A-phase coil and a B-phase coil. The rotor is placed opposite the stator. In this method, when the rotor is rotated by a predetermined unit step angle, the stable point is shifted by a predetermined electrical angle from the position directly facing the A-phase coil and the position directly facing the B-phase coil. The present invention includes controlling the currents in the phase coil and the B-phase coil, and determining that an abnormality occurs when the absolute value of the current in the A-phase coil and the B-phase coil becomes smaller than a threshold value.
本発明によれば、ロータを所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相のコイルと正対する位置およびB相のコイルと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、A相のコイルとB相のコイルとの電流が制御される。そのため、ロータは、A相のコイルと正対する位置およびB相のコイルと正対する位置には停止しない。従って、A相のコイルとB相のコイルとの電流値に基づいて異常を判定することで、精度よく異常を判定することができる。それにより、簡易な制御によって、ステッピングモータにおける異常を精度よく判定することができる。 According to the present invention, the stable point when the rotor is rotated by a predetermined unit step angle is shifted by a predetermined electrical angle from the position directly facing the A-phase coil and the position directly facing the B-phase coil. , the currents of the A-phase coil and the B-phase coil are controlled. Therefore, the rotor does not stop at a position directly facing the A-phase coil and a position directly facing the B-phase coil. Therefore, by determining the abnormality based on the current values of the A-phase coil and the B-phase coil, it is possible to accurately determine the abnormality. Thereby, an abnormality in the stepping motor can be accurately determined by simple control.
以下、図面を参照して実施形態にかかるステッピングモータを制御するためのシステム及び方法について説明する。図1は、実施形態に係るシステム1の構成を示すブロック図である。システム1は、ステッピングモータ2とコントローラ3とを備える。本実施形態に係るシステム1は、エンジン4のアイドル速度制御(ISC)を行う。
Hereinafter, a system and method for controlling a stepping motor according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
図1に示すように、エンジン4は、スロットル弁11と、吸気通路12と、補助空気通路13と、流量制御弁14を含む。補助空気通路13は、スロットル弁11を迂回するように吸気通路12に接続されている。流量制御弁14は、補助空気通路13に設けられ、補助空気通路13を通る空気の流量を調整する。流量制御弁14は、ステッピングモータ2に接続されている。コントローラ3は、ステッピングモータ2を制御して、流量制御弁14の開度を調整する。コントローラ3は、アイドル速度制御において、流量制御弁14を制御して、アイドル運転状態のエンジン回転速度が負荷等を考慮した目標回転速度になるように、吸入空気の流量を調整する。
As shown in FIG. 1, the
図2は、ステッピングモータ2の構成を示す模式図である。図2に示すように、ステッピングモータ2は、ステータ15とロータ16とを含む。ステータ15は、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとを含む。ロータ16は、ステータ15を向かい合って配置される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
図3は、ステッピングモータ2とコントローラ3との構成を示すブロック図である。コントローラ3は、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとの電流を制御する。詳細には、コントローラ3は、ECU21とモータドライバIC22とを含む。ECU21は、例えばマイクロコンピュータを含む。ECU21は、ステッピングモータ2を制御するためのパルス信号をモータドライバIC22に入力する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
モータドライバIC22は、入力されたパルス信号に応じて、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとに、駆動電流を入力する。システム1は、第1センサ23と第2センサ24とを含む。第1センサ23は、A相コイル17A,18Aへの駆動電流を検出する。第2センサ24は、B相コイル17B,18Bへの駆動電流を検出する。コントローラ3は、センサ23,24によって検出されたコイルへの駆動電流を取得する。
The
図4は、モータドライバIC22からA相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとのそれぞれに入力される駆動電流を示す図である。なお、図4では、所定の基準電流値Ioに対する割合で、駆動電流が示されている。
FIG. 4 is a diagram showing drive currents input from the
コントローラ3は、ロータ16を所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相コイル17A,18Aと正対する位置およびB相コイル17B,18Bと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとへの駆動電流を制御する。
The
図5は、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとに、図4のように駆動電流が流された場合のロータ16の安定点の位置を示す図である。図5に示すように、本実施形態において、ステッピングモータ2の単位ステップ角は、45度である。所定の電気角は、22.5度である。すなわち、コントローラ3は、ロータ16を45度ずつ回転させた場合の安定点が、A相コイル17A,18Aと正対する位置およびB相コイル17B,18Bと正対する位置から22.5度だけ、ずれるように、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとへの駆動電流を制御する。
FIG. 5 is a diagram showing the position of the stable point of the
A相コイル17A,18Aと正対する位置は、電気角で90度と270度の位置である。B相コイル17B,18Bと正対する位置は、電気角で0度と180度の位置である。A相コイル17A,18Aの磁力とB相コイル17B,18Bの磁力とによってロータ16が釣り合って静止する安定点が、22.5度、67.5度、112.5度、157.5度、202.5度、247.5度、292.5度、337.5度となるように、A相コイル17A,18Aへの駆動電流とB相コイル17B,18Bへの駆動電流とは設定されている。
The positions directly facing the
詳細には、図4に示すように、時間T1において、A相コイル17A,18Aに-0.38Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに-0.92Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で22.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。時間T2において、A相コイル17A,18Aに+0.38Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに-0.92Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で67.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。
Specifically, as shown in FIG. 4, at time T1, a drive current of -0.38Io is input to the A-phase coils 17A, 18A, and a drive current of -0.92Io is input to the B-
時間T3において、A相コイル17A,18Aに+0.92Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに-0.38Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で112.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。時間T4において、A相コイル17A,18Aに+0.92Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに+0.38Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で157.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。
At time T3, a drive current of +0.92Io is input to the A-phase coils 17A, 18A, and a drive current of -0.38Io is input to the B-
時間T5において、A相コイル17A,18Aに+0.38Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに+0.92Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で202.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。時間T6において、A相コイル17A,18Aに-0.38Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに+0.92Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で247.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。
At time T5, a drive current of +0.38Io is input to the A-phase coils 17A, 18A, and a drive current of +0.92Io is input to the B-
時間T7において、A相コイル17A,18Aに-0.92Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに+0.38Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で292.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。時間T8において、A相コイル17A,18Aに-0.92Ioの駆動電流が入力され、B相コイル17B,18Bに-0.38Ioの駆動電流が入力される。それにより、図5において、電気角で337.5度の位置へ向かってロータ16が回転する。時間T9以降は、上述した時間T1~T8と同様に、駆動電流が制御される。
At time T7, a drive current of -0.92Io is input to the A-phase coils 17A, 18A, and a drive current of +0.38Io is input to the B-
なお、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとに入力される駆動電流の絶対値は、閾値TH1よりも大きい。すなわち、所定の電気角は、安定点でのA相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとの電流の絶対値が、閾値TH1より大きくなるように設定される。
Note that the absolute value of the drive current input to the A-phase coils 17A, 18A and the B-
コントローラ3は、センサ23,24によって検出されたコイルへの駆動電流を取得する。コントローラ3は、駆動電流を閾値TH1と比較することで、ステッピングモータ2の異常を判定する。例えば、コントローラ3は、駆動電流が閾値TH1より小さいときに、A相コイル17A,18A又はB相コイル17B,18Bに断線が発生していると判定する。
The
コントローラ3は、所定回数連続して断線が発生していると判定した場合には、ステッピングモータ2に異常が発生していると決定する。コントローラ3は、ステッピングモータ2に異常が発生していると決定した場合、例えばステッピングモータ2への指令を停止する。コントローラ3は、ステッピングモータ2に異常が発生していると決定した場合、警告灯を点灯させてもよい。或いは、コントローラ3は、ステッピングモータ2に異常が発生していると決定した場合、ディスプレイに警告を表示させてもよい。
When the
本実施形態に係るシステム1では、ロータ16を所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相コイル17A,18Aと正対する位置およびB相コイル17B,18Bと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとの電流が制御される。そのため、ロータ16は、A相コイル17A,18Aと正対する位置およびB相コイル17B,18Bと正対する位置には停止しない。従って、コイルに断線が発生している場合以外には、コイルへの駆動電流が0にはならない。
In the
従って、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとへの駆動電流に基づいて異常を判定することで、精度よく異常を判定することができる。それにより、簡易な制御によって、ステッピングモータ2における異常を精度よく判定することができる。
Therefore, by determining the abnormality based on the drive currents to the A-phase coils 17A, 18A and the B-
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the invention.
例えば、システム1は、エンジン4のアイドリング速度制御を行うものに限らず、ステッピングモータ2を制御するための他のシステムであってもよい。所定の単位ステップ角は、45度に限らず、他の角度であってもよい。
For example, the
所定の電気角は、22.5度に限らず、他の角度であってもよい。所定の電気角は、45度を2で割り続けた場合の商であってもよい。例えば、所定の電気角は、11.25度であってもよい。すなわち、コントローラ3は、ロータ16を所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、A相コイル17A,18Aと正対する位置およびB相コイル17B,18Bと正対する位置から電気角で11.25度だけ、ずれるように、A相コイル17A,18AとB相コイル17B,18Bとの駆動電流を制御してもよい。或いは、所定の電気角は、11.25度より小さくてもよい。
The predetermined electrical angle is not limited to 22.5 degrees, and may be any other angle. The predetermined electrical angle may be the quotient of 45 degrees divided by 2. For example, the predetermined electrical angle may be 11.25 degrees. That is, the
本発明によれば、簡易な制御によって、ステッピングモータにおける異常を精度よく判定することができる。 According to the present invention, an abnormality in a stepping motor can be accurately determined through simple control.
2:ステッピングモータ
3:コントローラ
15:ステータ
16:ロータ
17A,18A:A相コイル
17B,18B:B相コイル
23,24:センサ
2: Stepping motor 3: Controller 15: Stator 16:
Claims (6)
前記A相のコイルと前記B相のコイルとの電流を制御するコントローラと、
前記電流を検出するセンサと、
を備え、
前記コントローラは、
前記ロータを所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、前記A相のコイルと正対する位置および前記B相のコイルと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、前記A相のコイルと前記B相のコイルとの電流を制御し、
前記A相のコイルと前記B相のコイルとの電流の絶対値が、閾値より小さくなると異常と判定する、
システム。 A system for controlling a stepping motor including a stator including an A-phase coil and a B-phase coil, and a rotor disposed facing the stator,
a controller that controls currents in the A-phase coil and the B-phase coil;
a sensor that detects the current;
Equipped with
The controller includes:
The A is configured such that a stable point when the rotor is rotated by a predetermined unit step angle is shifted by a predetermined electrical angle from a position directly facing the A-phase coil and a position directly facing the B-phase coil. controlling the current between the phase coil and the B-phase coil;
When the absolute value of the current in the A-phase coil and the B-phase coil is smaller than a threshold value, it is determined that there is an abnormality.
system.
請求項1に記載のシステム。 The predetermined electrical angle is set such that the absolute value of the current between the A-phase coil and the B-phase coil at the stable point is greater than the threshold value.
The system of claim 1.
請求項1に記載のシステム。 The predetermined electrical angle is 22.5 degrees.
The system of claim 1.
前記ロータを所定の単位ステップ角ずつ回転させた場合の安定点が、前記A相のコイルと正対する位置および前記B相のコイルと正対する位置から所定の電気角だけ、ずれるように、前記A相のコイルと前記B相のコイルとの電流を制御することと、
前記A相のコイルと前記B相のコイルとの電流の絶対値が、閾値より小さくなると異常と判定すること、
を備える方法。 A method for controlling a stepping motor including a stator including an A-phase coil and a B-phase coil, and a rotor disposed facing the stator, the method comprising:
The A is configured such that a stable point when the rotor is rotated by a predetermined unit step angle is shifted by a predetermined electrical angle from a position directly facing the A-phase coil and a position directly facing the B-phase coil. controlling currents in the phase coil and the B-phase coil;
determining that there is an abnormality when the absolute value of the current in the A-phase coil and the B-phase coil is smaller than a threshold;
How to prepare.
請求項4に記載の方法。 The predetermined electrical angle is set such that the absolute value of the current between the A-phase coil and the B-phase coil at the stable point during normal operation is larger than the threshold value.
The method according to claim 4.
請求項4に記載の方法。 The predetermined electrical angle is 22.5 degrees.
The method according to claim 4.
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