JP6052971B2 - Synchronous motor control device and synchronous motor control method - Google Patents

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Description

本発明は、同期電動機制御装置及び同期電動機制御方法に関する。   The present invention relates to a synchronous motor control device and a synchronous motor control method.

近年、電動アクチュエータの動力源として使用されている駆動モータとして、同期電動機としてのステッピングモータを閉ループで使用することが提案されている。   In recent years, it has been proposed to use a stepping motor as a synchronous motor in a closed loop as a drive motor used as a power source of an electric actuator.

また、通常、ステッピングモータの場合には、その起動時に、回転子の位置に関係なく固定の励磁シーケンスが実行される。すなわち、起動時の初回励磁位置は固定であり、励磁安定点は電気角上で360°おきに存在することになる。そして、初回励磁後の回転子は現地点から近い励磁安定点へ引き込まれるように移動する。   In general, in the case of a stepping motor, a fixed excitation sequence is executed regardless of the position of the rotor when the stepping motor is started. That is, the initial excitation position at the time of start-up is fixed, and excitation stable points exist every 360 ° on the electrical angle. Then, the rotor after the initial excitation moves so as to be drawn from the local point to the excitation stable point.

また、ステッピングモータには固有の不安定点が存在する。例えば、PM型(Permanent Magnet Type)型ステッピングモータや、複合型(HB:Hybrid Type)ステッピングモータの場合、回転子の永久磁石によるディテントトルクの不安定点が存在する。   In addition, stepping motors have inherent instability points. For example, in the case of a PM type (Permanent Magnet Type) stepping motor or a hybrid type (HB: Hybrid Type) stepping motor, there is an unstable point of detent torque due to the permanent magnet of the rotor.

また、可変リラクタンス型(VR:Variable Reluctance Type)ステッピングモータや、HB型ステッピングモータの場合、固定子と回転子の小歯が1/2ピッチだけずれた位置での不安定点が存在する。これらは励磁電流の大きさや励磁する相に依存することなく存在するものであって、多相励磁した時の励磁安定点がこの不安定点と同位置であるとその安定度を損なう要因となる。   Further, in the case of a variable reluctance type (VR) stepping motor or an HB type stepping motor, an unstable point exists at a position where the small teeth of the stator and the rotor are shifted by 1/2 pitch. These exist without depending on the magnitude of the excitation current and the phase to be excited, and if the excitation stable point at the time of multi-phase excitation is in the same position as this unstable point, the stability is impaired.

また、回転子に回転検出器を設けず開ループ駆動されるステッピングモータにおいても、起動時、任意位置へ励磁を行うと回転子はそこに移動し、微少時間振動する場合がある。   Further, even in a stepping motor that is driven in an open loop without providing a rotation detector in the rotor, when it is excited to an arbitrary position at the time of startup, the rotor may move there and vibrate for a minute time.

これらの問題に対しては、例えば、安定した立上動作を実現する方法や、更にその1回目の励磁時間を2回目より短くする方法、回転子の電気角検出のためにアブソリュートエンコーダを搭載する方法、回転子の電気角検出のためにVRレゾルバを搭載して1電気角あたりの絶対位置を検出して安定した初期駆動を行う方法、等が提案されている。そのような発明を開示するものとして、例えば、特許文献1、特許文献2等がある。   For these problems, for example, a method for realizing a stable start-up operation, a method for making the first excitation time shorter than the second time, and an absolute encoder for detecting the electrical angle of the rotor are mounted. There have been proposed a method, a method of mounting a VR resolver for detecting an electrical angle of a rotor, detecting an absolute position per electrical angle, and performing stable initial driving. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose such inventions.

特開2000−37090JP 2000-37090 A 特開2003−18738JP 2003-18738 A

しかしながら、上述した従来の構成では、ステッピングモータの起動時に、励磁シーケンスが実行され、初回励磁後の回転子は現地点から近い励磁安定点へ引き込まれるように移動するが、回転子の位置が電気角上で励磁安定点から180°付近に離れており、且つ、ステッピングモータの配置により励磁に伴う回転子の回転方向と外力から生じる回転子の回転方向が同一である場合、磁極確定動作が失敗する可能性がある。具体的には、励磁を行うことで回転子が移動する際に発生する角加速度と重力加速度とによる付勢により目標とする励磁位置を越えてしまうことがある。   However, in the conventional configuration described above, the excitation sequence is executed when the stepping motor is started, and the rotor after the initial excitation moves so as to be drawn to the excitation stable point near the local point, but the rotor position is electrically If the angle is 180 ° away from the excitation stable point and the rotation direction of the rotor accompanying excitation is the same as the rotation direction of the rotor caused by external force due to the arrangement of the stepping motor, the magnetic pole determination operation fails there's a possibility that. Specifically, when excitation is performed, the target excitation position may be exceeded by urging by angular acceleration and gravitational acceleration generated when the rotor moves.

本発明は、問題点に鑑みてなされたものであり、磁極確定処理をより確実に行うことを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems, and an object of the present invention is to more reliably perform the magnetic pole determination process.

目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る同期電動機制御装置は、回転子と固定子巻線とを含む同期電動機を制御する同期電動機制御装置であって、
前記回転子の位置に応じてレベルを切り替えながら周期的な信号を出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段から出力される信号のレベルに基づいて、前記信号出力手段により出力される信号の周期により定められる所定範囲内において、前記回転子の位置に正対すると見なされる第1の固定子位置を特定する第1の固定子位置特定手段と、
前記固定子の位置が前記第1の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第1の電流供給制御手段と、
前記第1の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に、前記信号出力手段から出力される前記信号のレベル切り替え回数に応じて変化し、前記回転子の回転方向に応じて増減するカウント値の増減が第1の所定値以上とならない期間が所定期間以上継続したか否かを判定する第1のカウント値判定手段と、
前記第1のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記カウント値の増減が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以上であるか否かを判定する第2のカウント値判定手段と、
前記第2のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上でないと判定された場合に、前記第1の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第1の特定固定子位置特定手段と、
前記第2のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上であると判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第1の移動方向及び第1の移動量だけ移動した第2の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第2の特定固定子位置特定手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the object, a synchronous motor control device according to a first aspect of the present invention is a synchronous motor control device that controls a synchronous motor including a rotor and a stator winding,
Signal output means for outputting a periodic signal while switching the level according to the position of the rotor;
A first stator that is considered to face the position of the rotor within a predetermined range determined by the period of the signal output from the signal output means based on the level of the signal output from the signal output means First stator position specifying means for specifying a position;
First current supply control means for performing control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the stator to face the first stator position to the stator winding;
A count value that changes according to the number of times of level switching of the signal output from the signal output means after the start of current supply control by the first current supply control means, and increases or decreases according to the rotation direction of the rotor. First count value determining means for determining whether or not a period during which the increase / decrease is not equal to or greater than the first predetermined value continues for a predetermined period
When it is determined by the first count value determining means that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value continues for the predetermined period or longer, the increase / decrease in the count value is the first predetermined value. Second count value determining means for determining whether or not the second predetermined value is smaller than a second predetermined value;
When the second count value determining means determines that the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the second predetermined value, the specific stator that directly faces the first stator position to the rotor position First specific stator position specifying means for specifying the position;
The first count value corresponding to the increase / decrease number of the count value from the first stator position when the second count value determination means determines that the increase / decrease of the count value is equal to or greater than the second predetermined value. A second specific stator position specifying means for specifying the second stator position moved by the movement direction and the first movement amount as a specific stator position facing the rotor position;
It is characterized by providing.

前記第1のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続しないと判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第2の移動方向及び第2の移動量だけ移動した第3の固定子位置を特定する第3の固定子位置特定手段と、When it is determined by the first count value determination means that a period during which the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the first predetermined value does not continue for the predetermined period or longer, the count value is determined from the first stator position. Third stator position specifying means for specifying the third stator position moved by the second movement direction and the second movement amount corresponding to the increase / decrease number of
前記回転子の位置が前記第3の固定子位置特定手段により特定された前記第3の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第2の電流供給制御手段と、Control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the rotor to face the third stator position specified by the third stator position specifying means to the stator winding Second current supply control means for performing
前記第2の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続したか否かを判定する第3のカウント値判定手段と、A third count value for determining whether or not a period during which the increase or decrease in the count value does not exceed the first predetermined value after the start of current supply control by the second current supply control means continues for the predetermined period or more; A determination means;
前記第3のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記第3の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第3の特定固定子位置特定手段と、When it is determined by the third count value determination means that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value continues for the predetermined period or longer, the third stator position is set to the rotor. A third specific stator position specifying means for specifying the specific stator position as opposed to the position of
を備えるようにしてもよい。You may make it provide.

前記特定固定子位置に正対する前記回転子の位置を目標固定子位置に正対させるための前記回転子の第3の移動方向及び第3の移動量を特定する第1の移動方向及び移動量特定手段と、A first movement direction and a movement amount that specify a third movement direction and a third movement amount of the rotor for causing the position of the rotor that faces the specific stator position to face the target stator position. Specific means,
前記回転子に前記第1の移動方向及び移動量特定手段により特定された前記回転子の第3の移動方向及び第3の移動量に応じた回転をさせるための固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第3の電流供給制御手段と、A current of a stator current vector for causing the rotor to rotate according to the third movement direction and the third movement amount of the rotor specified by the first movement direction and movement amount specifying means is Third current supply control means for controlling the supply to the stator winding;
前記第3の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に、前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から第3の所定値以下の増減であるか否かを判定する第4のカウント値判定手段と、After the start of the current supply control by the third current supply control means, a first determination is made as to whether or not the count value is less than or equal to a third predetermined value or less from the count value corresponding to the third movement amount. 4 count value judging means;
前記第4のカウント値判定手段により前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から前記第3の所定値以下の増減であると判定された場合に、前記信号出力手段から出力される信号のレベルに基づいて、最終的な固定子位置を特定する最終固定子位置特定手段と、When the fourth count value determining means determines that the count value is less than or equal to the third predetermined value from the count value corresponding to the third movement amount, it is output from the signal output means. Final stator position specifying means for specifying the final stator position based on the level of the
を備えるようにしてもよい。You may make it provide.

前記第4のカウント値判定手段により前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から前記第3の所定値以下の増減でないと判定された場合に、前記特定固定子位置に正対する前記回転子の位置を目標固定子位置に正対させるための前記回転子の移動方向であって直前とは逆方向の第4の移動方向及び第4の移動量を特定する第2の移動方向及び移動量特定手段を備え、When the fourth count value determining means determines that the count value is not an increase or decrease equal to or less than the third predetermined value from the count value corresponding to the third movement amount, it faces the specific stator position. A second moving direction that specifies a fourth moving direction and a fourth moving amount opposite to the previous moving direction of the rotor for causing the position of the rotor to face the target stator position. And a moving amount specifying means,
前記第3の電流供給制御手段は、前記回転子に前記第2の移動方向及び移動量特定手段により特定された前記回転子の第4の移動方向及び第4の移動量に応じた回転をさせるための固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行うようにしてもよい。The third current supply control means causes the rotor to rotate in accordance with the fourth movement direction and the fourth movement amount of the rotor specified by the second movement direction and movement amount specification means. Control for supplying a current of a stator current vector for the stator winding may be performed.

目的を達成するために、本発明の第2の観点に係る同期電動機制御方法は、回転子と固定子巻線とを含む同期電動機を制御する同期電動機制御装置による同期電動機制御方法であって、
前記回転子の位置に応じてレベルを切り替えながら周期的な信号を出力する信号出力ステップと、
前記信号出力ステップにおいて出力される信号のレベルに基づいて、前記信号出力ステップにおいて出力される信号の周期により定められる所定範囲内において、前記回転子の位置に正対すると見なされる第1の固定子位置を特定する第1の固定子位置特定ステップと、
前記固定子の位置が前記第1の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第1の電流供給制御ステップと、
前記第1の電流供給制御ステップにおける電流供給の制御の開始後に、前記信号出力ステップにおいて出力される前記信号のレベル切り替え回数に応じて変化し、前記回転子の回転方向に応じて増減するカウント値の増減が第1の所定値以上とならない期間が所定期間以上継続したか否かを判定する第1のカウント値判定ステップと、
前記第1のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記カウント値の増減が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以上であるか否かを判定する第2のカウント値判定ステップと、
前記第2のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上でないと判定された場合に、前記第1の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第1の特定固定子位置特定ステップと、
前記第2のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上であると判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第1の移動方向及び第1の移動量だけ移動した第2の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第2の特定固定子位置特定ステップと、
を含むことを特徴とする。
In order to achieve the object, a synchronous motor control method according to a second aspect of the present invention is a synchronous motor control method by a synchronous motor control device that controls a synchronous motor including a rotor and a stator winding,
A signal output step of outputting a periodic signal while switching the level according to the position of the rotor;
A first stator that is considered to face the position of the rotor within a predetermined range determined by the period of the signal output in the signal output step based on the level of the signal output in the signal output step A first stator position specifying step for specifying a position;
A first current supply control step for performing control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the stator to face the first stator position to the stator winding;
A count value that changes in accordance with the number of level switching times of the signal output in the signal output step after the start of current supply control in the first current supply control step and increases or decreases in accordance with the rotation direction of the rotor. A first count value determination step for determining whether or not a period during which the increase / decrease of the value does not exceed the first predetermined value continues for a predetermined period
When it is determined in the first count value determining step that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value is continued for the predetermined period or longer, the increase / decrease in the count value is the first predetermined value. A second count value determination step for determining whether or not the second predetermined value is smaller than a second predetermined value,
When it is determined in the second count value determining step that the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the second predetermined value, the specific stator that directly faces the first stator position to the rotor position A first specific stator position identifying step for identifying a position;
When it is determined in the second count value determination step that the increase / decrease in the count value is greater than or equal to the second predetermined value, the first corresponding to the increase / decrease number in the count value from the first stator position. A second specific stator position specifying step for specifying the second stator position moved by the movement direction and the first movement amount as a specific stator position directly facing the rotor position;
It is characterized by including.

本発明によれば、磁極確定動作をより確実に行うことができる。   According to the present invention, the magnetic pole determination operation can be performed more reliably.

実施形態に係る電動アクチュエータシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an electric actuator system concerning an embodiment. 実施形態に係るステッピングモータ制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stepping motor control apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る固定子と回転子の電気角上での位置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position on the electrical angle of the stator and rotor which concern on embodiment. 実施形態に係るステッピングモータ制御装置の磁極確定処理を示す第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart which shows the magnetic pole determination process of the stepping motor control apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係るステッピングモータ制御装置の磁極確定処理を示す第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart which shows the magnetic pole determination process of the stepping motor control apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係るステッピングモータ制御装置の磁極確定処理を示す第3のフローチャートである。It is a 3rd flowchart which shows the magnetic pole determination process of the stepping motor control apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る特定固定子位置と回転子の移動方向及び移動量との対応関係のテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the table of the correspondence of the specific stator position which concerns on embodiment, and the moving direction and movement amount of a rotor.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、実施形態に係る電動アクチュエータシステム100の概略構成を示す図である。図1に示す電動アクチュエータシステム100は、ハウジング1、モータカバー3、ステッピングモータ5、ジョイント部材7、軸受部材8、ボールねじ9、軸受部材10、ボールナット11、中空ロッド13、ロッド15、エンコーダ21及びステッピングモータ制御装置23を含んで構成される。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric actuator system 100 according to the embodiment. An electric actuator system 100 shown in FIG. 1 includes a housing 1, a motor cover 3, a stepping motor 5, a joint member 7, a bearing member 8, a ball screw 9, a bearing member 10, a ball nut 11, a hollow rod 13, a rod 15, and an encoder 21. And a stepping motor control device 23.

ハウジング1にはモータカバー3が連結されている。モータカバー3内にはステッピングモータ5が収容・配置されている。ステッピングモータ5は、2相HB型ステッピングモータである。ステッピングモータ5は、円柱形の回転子6b、と、回転子6bを所定間隔を隔てて収容するように配置される円筒形の固定子6aと、回転子6bに連結された回転軸6cとを含んで構成される。本実施形態において、ステッピングモータ5は2相HB型ステッピングモータであり、固定子巻線としてA相巻線及びB相巻線(図示せず)が固定子6aに巻き付けられている。   A motor cover 3 is connected to the housing 1. A stepping motor 5 is accommodated and arranged in the motor cover 3. The stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor. The stepping motor 5 includes a columnar rotor 6b, a cylindrical stator 6a disposed so as to accommodate the rotor 6b at a predetermined interval, and a rotating shaft 6c connected to the rotor 6b. Consists of including. In the present embodiment, the stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor, and an A-phase winding and a B-phase winding (not shown) are wound around the stator 6a as a stator winding.

ステッピングモータ5の回転軸6cには、ジョイント部材7を介してボールネジ9が連結されている。ボールネジ9にはボールナット11が螺合しており、ボールナット11には中空ロッド13が固着されている。また、中空ロッド13の先端にはロッド15が連結されている。また、ジョイント部材7は、軸受部材8、10によって回転可能に支持されている。   A ball screw 9 is connected to the rotating shaft 6 c of the stepping motor 5 via a joint member 7. A ball nut 11 is screwed to the ball screw 9, and a hollow rod 13 is fixed to the ball nut 11. A rod 15 is connected to the tip of the hollow rod 13. The joint member 7 is rotatably supported by bearing members 8 and 10.

ステッピングモータ5がステッピングモータ制御装置23から供給される電流に応じて駆動すると、回転子6b及び回転軸6cが回転し、更に、ボールネジ9が回転することにより、ボールネジ9の回転によってその回転を規制されているボールナット11が軸方向に移動する。このボールナット11の移動によって、中空ロッド13、更にはロッド15が軸方向に移動することになる。   When the stepping motor 5 is driven according to the current supplied from the stepping motor control device 23, the rotor 6b and the rotating shaft 6c rotate, and the ball screw 9 further rotates, so that the rotation of the ball screw 9 regulates the rotation. The ball nut 11 is moved in the axial direction. The movement of the ball nut 11 moves the hollow rod 13 and further the rod 15 in the axial direction.

エンコーダ21は、磁気式であり、円板型のマグネットの外周面又はスラスト方向面に多極着磁が施されているとともに、その多極着磁部に対して微細なギャップを介して磁気抵抗素子等の磁気検出素子が対向・配置されている。そして、マグネットが回転することにより微細磁束の変化を磁気検出素子によって検出して多パルス信号として出力するものである。   The encoder 21 is of a magnetic type, and multipolar magnetization is applied to the outer peripheral surface or thrust direction surface of a disk-type magnet, and the magnetoresistive portion is interposed through a fine gap with respect to the multipolar magnetized portion. Magnetic detection elements such as elements are arranged opposite to each other. Then, as the magnet rotates, the change in the fine magnetic flux is detected by the magnetic detection element and output as a multi-pulse signal.

本実施形態において、エンコーダ21は2つの信号(第1信号及び第2信号)を出力する。第1信号と第2信号の組み合わせは、微細磁束変化を検出する毎、換言すれば、回転子位置Pに正対する固定子位置が切り替わる毎に変化する。エンコーダ21は、第1信号がハイレベルであり、第2信号がハイレベルとなる組み合わせ、第1信号がローレベルであり、第2信号がハイレベルとなる組み合わせ、第1信号がローレベルであり、第2信号がローレベルとなる組み合わせ、第1信号がハイレベルであり、第2信号がローレベルとなる組み合わせを、この順序で繰り返し周期的に出力する。なお、エンコーダ21は、磁気式に限定されず、光学式エンコーダ等でもよい。   In the present embodiment, the encoder 21 outputs two signals (first signal and second signal). The combination of the first signal and the second signal changes every time a change in the fine magnetic flux is detected, in other words, every time the stator position facing the rotor position P is switched. The encoder 21 has a combination in which the first signal is at a high level and the second signal is at a high level, the combination in which the first signal is at a low level and the second signal is at a high level, and the first signal is at a low level. The combination in which the second signal is at a low level, the combination in which the first signal is at a high level, and the second signal is at a low level are output periodically in this order. The encoder 21 is not limited to a magnetic type, and may be an optical encoder or the like.

また、ステッピングモータ5は、ステッピングモータ制御装置23によって制御されるように構成されている。すなわち、ステッピングモータ制御装置23は、エンコーダ21からの検出信号(エンコーダ信号)及び別途入力される指令信号に基づいて、ステッピングモータ5を制御する。また、ステッピングモータ制御装置23は、ステッピングモータ5の起動時において、所定の起動制御を実行し、それによって、安定した起動特性を提供する。   Further, the stepping motor 5 is configured to be controlled by a stepping motor control device 23. That is, the stepping motor control device 23 controls the stepping motor 5 based on a detection signal (encoder signal) from the encoder 21 and a command signal input separately. Further, the stepping motor control device 23 executes predetermined start control when the stepping motor 5 is started, thereby providing stable start characteristics.

図2は、ステッピングモータ制御装置23の構成を示す図である。図2に示されるように、ステッピングモータ制御装置23は、制御部102、メモリ104、モータドライバ回路106、電流センサ108、インタフェース(I/F)部110を備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the stepping motor control device 23. As shown in FIG. 2, the stepping motor control device 23 includes a control unit 102, a memory 104, a motor driver circuit 106, a current sensor 108, and an interface (I / F) unit 110.

制御部102は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。制御部102は、メモリ104に記憶されたプログラムを実行し、メモリ104に記憶された各種データを処理することなどにより、ステッピングモータ制御装置23の全体を制御する。制御部102は、電流制御手段としての電流供給制御部122と、判定手段としての判定部124との機能を有する。制御部102は、電動アクチュエータ内のエンコーダ21を接続する。メモリ104は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)である。メモリ104は、各種情報を記憶する。   The control unit 102 is configured by a microcomputer, for example. The control unit 102 controls the entire stepping motor control device 23 by executing a program stored in the memory 104 and processing various data stored in the memory 104. The control unit 102 has a function of a current supply control unit 122 as a current control unit and a determination unit 124 as a determination unit. The control unit 102 connects the encoder 21 in the electric actuator. The memory 104 is, for example, a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory). The memory 104 stores various information.

モータドライバ回路106は、ステッピングモータ5を接続する。モータドライバ回路106は、制御部102の制御により、ステッピングモータ5に対して電流を供給し、ステッピングモータ5の駆動を制御する。電流センサ108は、ステッピングモータ5を接続する。電流センサ108は、電動アクチュエータシステム100の駆動時、換言すれば、ステッピングモータ5の駆動時においてステッピングモータ5に流れる電流の値を取得する。I/F部110は、制御部102の制御により、図示しない外部の機器との間でデータの送信及び受信を行う。   The motor driver circuit 106 connects the stepping motor 5. The motor driver circuit 106 supplies current to the stepping motor 5 and controls driving of the stepping motor 5 under the control of the control unit 102. The current sensor 108 connects the stepping motor 5. The current sensor 108 acquires the value of the current flowing through the stepping motor 5 when the electric actuator system 100 is driven, in other words, when the stepping motor 5 is driven. The I / F unit 110 transmits and receives data with an external device (not shown) under the control of the control unit 102.

次に、ステッピングモータ制御装置23の起動時の制御を説明する。本実施形態では、ステッピングモータ5は、電気角50極対(50電気角)であり、エンコーダ21の分解能は800である。すなわち、エンコーダ21の1電気角(電気角360°)当りの分解能は16になる。   Next, the control at the time of starting of the stepping motor control device 23 will be described. In this embodiment, the stepping motor 5 is an electrical angle 50 pole pair (50 electrical angles), and the resolution of the encoder 21 is 800. That is, the resolution per electrical angle (electrical angle 360 °) of the encoder 21 is 16.

図3は、ステッピングモータ制御装置23の起動時の制御を説明するために用いる図であり、固定子6aと回転子6bの1電気角上での位置の一例を示す図である。エンコーダ21の1電気角当りの分解能に応じて、固定子6a及び回転子6bの位置は円周方向に16分割されており、固定子6aには円周方向に電気角0°の位置から順に右回りに電気角22.5°毎に1〜16の固定子位置を特定する番号が付与されている。また、エンコーダ21が出力する第1信号及び第2信号の組み合わせが4通りであり、これら4通りの組み合わせを繰り返して周期的に出力することに対応して、固定子6aの固定子位置1〜16は4つずつ象限に分類されている。具体的には、固定子位置1〜4は第1象限、固定子6aの固定子位置5〜8は第2象限、固定子6aの固定子位置9〜12は第3象限、固定子6aの固定子位置13〜16は第4象限に、それぞれ分類されている。   FIG. 3 is a diagram used for explaining the control at the time of starting the stepping motor control device 23, and is a diagram showing an example of the positions of the stator 6a and the rotor 6b on one electrical angle. The positions of the stator 6a and the rotor 6b are divided into 16 in the circumferential direction according to the resolution per electrical angle of the encoder 21, and the stator 6a is sequentially arranged from the position of electrical angle 0 ° in the circumferential direction. Numbers identifying the stator positions of 1 to 16 are assigned clockwise every electrical angle of 22.5 °. In addition, there are four combinations of the first signal and the second signal output from the encoder 21, and corresponding to the periodic output by repeating these four combinations, the stator positions 1 to 1 of the stator 6a. 16 is classified into four quadrants. Specifically, the stator positions 1 to 4 are the first quadrant, the stator positions 5 to 8 of the stator 6a are the second quadrant, the stator positions 9 to 12 of the stator 6a are the third quadrant, and the stator 6a. The stator positions 13 to 16 are classified into the fourth quadrant.

また、本実施形態において、A相巻線のみに正相の電流が供給されて回転子6bがロックされた場合、回転子6bの所定位置である回転子位置P(図3参照)は、電気角0°に対応する固定子6aの固定子位置1と正対するものとする。   In the present embodiment, when the positive phase current is supplied only to the A-phase winding and the rotor 6b is locked, the rotor position P (see FIG. 3), which is a predetermined position of the rotor 6b, is It is assumed that it faces the stator position 1 of the stator 6a corresponding to the angle 0 °.

より具体的には、エンコーダ21は、回転子6bの回転子位置Pが固定子6aの固定子位置1、5、9、13と正対する場合には第1信号がハイレベルであり、第2信号がハイレベルとなる組み合わせを出力し、回転子6bの回転子位置Pが固定子6aの固定子位置2、6、10、14と正対する場合には第1信号がローレベルであり、第2信号がハイレベルとなる組み合わせを出力し、回転子6bの回転子位置Pが固定子6aの固定子位置3、7、11、15と正対する場合には第1信号がローレベルであり、第2信号がローレベルとなる組み合わせを出力し、回転子6bの回転子位置Pが固定子6aの固定子位置4、8、12、16と正対する場合には第1信号がハイレベルであり、第2信号がローレベルとなる組み合わせを出力するものとする。   More specifically, in the encoder 21, when the rotor position P of the rotor 6b is directly opposed to the stator positions 1, 5, 9, and 13 of the stator 6a, the first signal is at a high level, and the second signal When the signal is output at a high level and the rotor position P of the rotor 6b faces the stator positions 2, 6, 10, and 14 of the stator 6a, the first signal is at the low level. When the combination of the two signals becomes a high level and the rotor position P of the rotor 6b faces the stator positions 3, 7, 11, and 15 of the stator 6a, the first signal is at a low level. A combination in which the second signal is at a low level is output, and the first signal is at a high level when the rotor position P of the rotor 6b faces the stator positions 4, 8, 12, 16 of the stator 6a. , The combination that the second signal becomes low level To.

図4〜図6は、ステッピングモータ制御装置23の磁極確定処理を示すフローチャートである。まず、制御部102内の判定部124は、エンコーダ21から出力されるエンコーダ信号(第1信号及び第2信号)のレベルに基づいて、回転子位置Pと正対する固定子6aの固定子位置を特定する。上述したように、第1信号及び第2信号の組み合わせは4通りしかなく、象限単位で繰り返されるため、第1信号及び第2信号の組み合わせのみでは、どの象限の固定子位置と正対しているかまでは特定することができない。そこで、回転子位置Pが固定子6aのうち、第1象限の固定子位置1〜4の何れかと正対しているものと仮定し、判定部124は、エンコーダ信号のレベルに基づいて、第1象限の固定子位置1〜4のうち、回転子位置Pと正対している固定子位置(第1の固定子位置)を特定する(ステップS101)。   4 to 6 are flowcharts showing the magnetic pole determination process of the stepping motor control device 23. FIG. First, the determination unit 124 in the control unit 102 determines the stator position of the stator 6a that directly faces the rotor position P based on the level of the encoder signal (first signal and second signal) output from the encoder 21. Identify. As described above, there are only four combinations of the first signal and the second signal, and the repetition is performed in units of quadrants. Therefore, in which quadrant the stator position is directly opposed only by the combination of the first signal and the second signal. Until it cannot be specified. Therefore, it is assumed that the rotor position P is directly facing one of the stator positions 1 to 4 in the first quadrant of the stator 6a, and the determination unit 124 determines the first based on the level of the encoder signal. Of the stator positions 1 to 4 in the quadrant, the stator position (first stator position) that faces the rotor position P is identified (step S101).

具体的には、判定部124は、第1信号がハイレベルであり、第2信号がハイレベルとなる場合には、第1の固定子位置を固定子位置1と特定し、第1信号がローレベルであり、第2信号がハイレベルとなる場合には、第1の固定子位置を固定子位置2と特定し、第1信号がローレベルであり、第2信号がローレベルとなる場合には、第1の固定子位置を固定子位置3と特定し、第1信号がハイレベルであり、第2信号がローレベルとなる場合には、第1の固定子位置を固定子位置4と特定する。   Specifically, the determination unit 124 specifies the first stator position as the stator position 1 when the first signal is at a high level and the second signal is at a high level, and the first signal is When the second signal is at the low level and the second signal is at the high level, the first stator position is identified as the stator position 2, the first signal is at the low level, and the second signal is at the low level. The first stator position is identified as the stator position 3, and when the first signal is at a high level and the second signal is at a low level, the first stator position is the stator position 4. Is identified.

次に、電流供給制御部122は、特定した第1の固定子位置に回転子位置Pが正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流をA相巻線及びB相巻線の少なくとも何れかに供給する(ステップS102)。   Next, the current supply control unit 122 outputs the current of the stator current vector necessary for the rotor position P to directly face the identified first stator position, at least one of the A-phase winding and the B-phase winding. (Step S102).

次に、制御部102内の判定部124は、ステップS102における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後に、エンコーダ21から出力されるエンコーダ信号のレベルの切り替え回数をカウントする(ステップS103)。なお、本実施形態では、回転子6bが図3の右回りとなる場合にはカウント値が減少し、左回りとなる場合にはカウント値が増加する。   Next, the determination unit 124 in the control unit 102 counts the number of times of switching the level of the encoder signal output from the encoder 21 after the current supply of the stator current vector in step S102 is started (step S103). In the present embodiment, the count value decreases when the rotor 6b rotates clockwise in FIG. 3, and the count value increases when it rotates counterclockwise.

ステップS102において第1の固定子位置に回転子位置Pが正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流供給が開始されると、判定部124は、カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続したか否かを判定する(ステップS104)。ここで、第1所定期間は、例えば150[ms]である。   When the current supply of the stator current vector necessary for the rotor position P to directly face the first stator position in step S102 is started, the determination unit 124 is a period in which the increase / decrease of the count value is not 2 or more. Is determined for a first predetermined period or longer (step S104). Here, the first predetermined period is, for example, 150 [ms].

カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続している場合(ステップS104:YES)、判定部124は、カウント値の増減が1であるか否かを判定する(ステップS105)。カウント値の増減が1である場合(ステップS105:YES)、判定部124は、ステップS101において特定した第1の固定子位置と、ステップS103におけるカウント値とに基づいて、回転子位置Pと正対している固定子位置(第2の固定子位置)を特定する(ステップS106)。一方、カウント値の増減が1でない場合(ステップS105:NO)、ステップS106の処理は行われず、後段の処理に移行する。   When the period during which the increase / decrease in the count value is not 2 or more continues for the first predetermined period or longer (step S104: YES), the determination unit 124 determines whether the increase / decrease in the count value is 1 (step S105). ). When the increase / decrease in the count value is 1 (step S105: YES), the determination unit 124 determines whether the rotor position P and the positive value are based on the first stator position specified in step S101 and the count value in step S103. The corresponding stator position (second stator position) is specified (step S106). On the other hand, when the increase / decrease in the count value is not 1 (step S105: NO), the process of step S106 is not performed, and the process proceeds to the subsequent stage.

ステップS106では、具体的には、判定部124は、ステップS102における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後のカウント値が増加方向にある場合には、第1の固定子位置から、左回りに1だけ移動させた固定子位置を第2の固定子位置として特定する。また、判定部124は、ステップS102における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後のカウント値が減少方向にある場合には、第1の固定子位置から、右回りに1だけ移動させた固定子位置を第2の固定子位置として特定する。例えば、第1の固定子位置が2であり、カウント値が1増加した場合には、判定部124は、第2の固定子位置を1とする。また、第1の固定子位置が2であり、カウント値が1減少した場合には、判定部124は、第2の固定子位置を3とする。   In step S106, specifically, the determination unit 124 starts from the first stator position to the left when the count value after the current supply of the stator current vector in step S102 starts increasing. The stator position moved around by 1 is specified as the second stator position. Further, when the count value after the start of the current supply of the stator current vector in step S102 is in a decreasing direction, the determination unit 124 has moved the clockwise direction by 1 from the first stator position. The stator position is specified as the second stator position. For example, when the first stator position is 2 and the count value increases by 1, the determination unit 124 sets the second stator position to 1. When the first stator position is 2 and the count value is decreased by 1, the determination unit 124 sets the second stator position to 3.

一方、カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続していない場合(ステップS104:NO)、図5に示す動作に移行し、判定部124は、ステップS101において特定した第1の固定子位置と、ステップS103におけるカウント値とに基づいて、回転子位置Pと正対している固定子位置(第3の固定子位置)を特定する(ステップS111)。   On the other hand, when the period in which the increase / decrease of the count value is not 2 or more does not continue for the first predetermined period or longer (step S104: NO), the process proceeds to the operation shown in FIG. Based on the stator position of 1 and the count value in step S103, the stator position (third stator position) facing the rotor position P is specified (step S111).

具体的には、判定部124は、ステップS102における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後のカウント値が増加方向にある場合には、第1の固定子位置から、回りにカウント値の増加分だけ移動させた固定子位置を第3の固定子位置として特定する。また、判定部124は、ステップS102における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後のカウント値が減少方向にある場合には、第1の固定子位置から、回りにカウント値の減少分だけ移動させた固定子位置を第3の固定子位置として特定する。例えば、第1の固定子位置が2であり、カウント値が2増加した場合には、判定部124は、第3の固定子位置をとする。また、第1の固定子位置が2であり、カウント値が2減少した場合には、判定部124は、第3の固定子位置を16とする。 More specifically, the determination unit 124, when the count value after the current supply is started in the stator current vector in step S102 is in the increasing direction from the first stator positions, the count value clockwise The stator position that has been moved by the increment of is specified as the third stator position. The determination unit 124, when the count value after the current supply of the stator current vector in step S102 is started is in the decreasing direction from a first stator position, reduction of the count value in the counter-clockwise The stator position that has been moved only by this is specified as the third stator position. For example, when the first stator position is 2 and the count value is increased by 2, the determination unit 124 sets the third stator position to 4 . When the first stator position is 2 and the count value is decreased by 2, the determination unit 124 sets the third stator position to 16 .

次に、電流供給制御部122は、特定した第3の固定子位置に回転子位置Pが正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流をA相巻線及びB相巻線の少なくとも何れかに供給する(ステップS112)。   Next, the current supply control unit 122 outputs the current of the stator current vector necessary for the rotor position P to directly face the specified third stator position, at least one of the A-phase winding and the B-phase winding. (Step S112).

次に、制御部102内の判定部124は、ステップS112における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後に、エンコーダ21から出力されるエンコーダ信号のレベルの切り替え回数をカウントする(ステップS113)。   Next, the determination unit 124 in the control unit 102 counts the number of times of switching the level of the encoder signal output from the encoder 21 after the current supply of the stator current vector in step S112 is started (step S113).

ステップS112において第3の固定子位置に回転子位置Pが正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流供給が開始されると、判定部124は、カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続したか否かを判定する(ステップS114)。   When the current supply of the stator current vector necessary for the rotor position P to directly face the third stator position is started in step S112, the determination unit 124 determines a period during which the increase / decrease of the count value is not 2 or more. Is determined for a first predetermined period or longer (step S114).

カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続していない場合(ステップS114:NO)、判定部124は、ステップS111〜ステップS114の動作の繰り返し回数(リトライ回数)が所定回数(例えば10回)になったか否かを判定する(ステップS115)。リトライ回数が所定回数以上である場合(ステップS115:YES)、一連の動作が終了する。一方、リトライ回数が所定回数未満である場合(ステップS115:NO)、ステップS111以降の動作が繰り返される。なお、2度目以降のステップS111においては、判定部124は、第1の固定子位置を現時点の第3の固定子位置に置き換え、その現時点の第3の固定子位置と、前回のステップS111において現時点の第3の固定子位置を特定した後にエンコーダ21から出力されるエンコーダ信号のレベルの切り替え回数のカウント値とに基づいて、回転子位置Pと正対している新たな第3の固定子位置を特定する。   When the period in which the increase / decrease of the count value does not become 2 or more does not continue for the first predetermined period or longer (step S114: NO), the determination unit 124 determines that the number of repetitions (retry count) of the operations in steps S111 to S114 is the predetermined number of times. It is determined whether or not (for example, 10 times) has been reached (step S115). If the number of retries is greater than or equal to the predetermined number (step S115: YES), the series of operations ends. On the other hand, when the number of retries is less than the predetermined number (step S115: NO), the operations after step S111 are repeated. In the second and subsequent steps S111, the determination unit 124 replaces the first stator position with the current third stator position, and the current third stator position and the previous step S111. Based on the count value of the number of switching times of the encoder signal output from the encoder 21 after specifying the current third stator position, a new third stator position facing the rotor position P is established. Is identified.

また、ステップS105において、カウント値の増減が1でないと判定された場合(ステップS105:NO)、ステップS106において、第2の固定子位置が特定された場合、又は、ステップS114において、カウント値の増減が2以上とならない期間が第1所定期間以上継続したと判定された場合(ステップS114:YES)には、図6に示す動作に移行し、電流供給制御部122は、回転子位置Pと正対するものとして特定した特定固定子位置と、図7に示すテーブルとに基づいて、回転子位置Pを固定子位置1に正対させるための回転子6bの移動方向及び移動量を特定する(ステップS121)。   Further, when it is determined in step S105 that the increase / decrease in the count value is not 1 (step S105: NO), when the second stator position is specified in step S106, or in step S114, the count value is changed. When it is determined that the period during which the increase / decrease is not 2 or more has continued for the first predetermined period or longer (step S114: YES), the operation proceeds to the operation shown in FIG. Based on the specific stator position specified as being directly facing and the table shown in FIG. 7, the moving direction and moving amount of the rotor 6b for directly facing the rotor position P to the stator position 1 are specified ( Step S121).

ここで、特定固定子位置とは、図4のステップS105においてNOとなってステップS121に移行した場合には、ステップS101において特定した第1の固定子位置であり、図4のステップS106において第2の固定子位置が特定されてステップS121に移行した場合には、その第2の固定子位置であり、図5のステップS114においてYESとなってステップS121に移行した場合には、ステップS111において最新に特定した第3の固定子位置である。   Here, the specific stator position is the first stator position specified in step S101 when NO is determined in step S105 of FIG. 4 and the process proceeds to step S121. In step S106 of FIG. If the second stator position is specified and the process proceeds to step S121, it is the second stator position. If YES in step S114 of FIG. 5 and the process proceeds to step S121, the process proceeds to step S111. The third stator position specified most recently.

図7に示すテーブルは、特定固定子位置と回転子6bの移動方向及び移動量との対応関係を示している。ここで移動量1は電気角22.5°に相当、換言すれば、固定子6aにおける固定子位置1つ分の範囲に相当する。また、回転子6bが移動量1だけ移動する毎に、エンコーダ21が出力する第1信号及び第2信号の組み合わせが変化する。例えば、特定固定子位置が5である場合、回転子6bを右回りとする場合には移動量は12であり、左回りとする場合には移動量は4である。図7に示す移動量は、特定固定子位置から固定子位置1までの最短の移動量が電気角90°未満である場合には、その最短の移動量に1電気角(電気角360°)加えた移動量となっている。   The table shown in FIG. 7 shows the correspondence between the specific stator position and the moving direction and moving amount of the rotor 6b. Here, the movement amount 1 corresponds to an electrical angle of 22.5 °, in other words, corresponds to a range corresponding to one stator position in the stator 6a. Further, every time the rotor 6b moves by the movement amount 1, the combination of the first signal and the second signal output from the encoder 21 changes. For example, when the specific stator position is 5, the movement amount is 12 when the rotor 6b is turned clockwise, and the movement amount is 4 when the rotor 6b is turned counterclockwise. When the shortest travel distance from the specific stator position to the stator position 1 is less than 90 ° electrical angle, the travel amount shown in FIG. 7 is 1 electrical angle (electrical angle 360 °). The amount of movement added.

次に、電流供給制御部122は、回転子6bにステップS121において特定した移動方向及び移動量に応じた回転をさせ、回転子位置Pを固定子位置1に正対させるために、固定子電流ベクトルの電流をA相巻線及びB相巻線の少なくとも何れかに供給する(ステップS122)。ここで、移動量が2以上である場合には、電流供給制御部122は、固定子電流ベクトルの電流を切り替えながらA相巻線及びB相巻線の少なくとも何れかに供給する。   Next, the current supply control unit 122 causes the rotor 6b to rotate in accordance with the movement direction and the movement amount specified in step S121, and causes the rotor position P to face the stator position 1 in order to face the stator current. A vector current is supplied to at least one of the A-phase winding and the B-phase winding (step S122). Here, when the movement amount is 2 or more, the current supply control unit 122 supplies the current of the stator current vector to at least one of the A-phase winding and the B-phase winding while switching the current.

次に、制御部102内の判定部124は、ステップS122における固定子電流ベクトルの電流供給が開始された後に、エンコーダ21から出力されるエンコーダ信号のレベルの切り替え回数をカウントする(ステップS123)。   Next, the determination unit 124 in the control unit 102 counts the number of times of switching the level of the encoder signal output from the encoder 21 after the current supply of the stator current vector in step S122 is started (step S123).

次に、判定部124は、カウント値が、ステップS121において特定した移動量に対応するカウント値のプラスマイナス3以内の値であるか否かを判定する(ステップS124)。上述したように、回転子6bが移動量1だけ移動する毎に、エンコーダ21が出力する第1信号及び第2信号の組み合わせが変化する。従って、ステップS121において特定した移動量に対応するカウント値とは、回転子6bが右回りとなる場合にはステップS121において特定した移動量そのものであり、回転子6bが左回りとなる場合にはステップS121において特定した移動量に−1を乗じた値である。   Next, the determination unit 124 determines whether or not the count value is a value within plus or minus 3 of the count value corresponding to the movement amount specified in step S121 (step S124). As described above, every time the rotor 6b moves by the movement amount 1, the combination of the first signal and the second signal output from the encoder 21 changes. Therefore, the count value corresponding to the movement amount specified in step S121 is the movement amount itself specified in step S121 when the rotor 6b turns clockwise, and when the rotor 6b turns counterclockwise. This is a value obtained by multiplying the movement amount specified in step S121 by -1.

ステップS121において特定した移動量に対応するカウント値のプラスマイナス3以内の値でない場合(ステップS124:NO)、判定部124は、ステップS122〜ステップS124の動作の繰り返し回数(リトライ回数)が所定回数(例えば10回)になったか否かを判定する(ステップS125)。リトライ回数が所定回数以上である場合(ステップS125:YES)、一連の動作が終了する。一方、リトライ回数が所定回数未満である場合(ステップS125:NO)、電流供給制御部122は、回転子位置Pと正対するものとして特定した特定固定子位置と、図7に示すテーブルとに基づいて、回転子位置Pを固定子位置1に正対させるための回転子6bの移動方向及び移動量を特定する(ステップS126)。但し、電流供給制御部122は、回転子6bの移動方向については、直前に特定した移動方向とは逆方向とする。その後、ステップS122以降の動作が繰り返される。   When it is not a value within plus or minus 3 of the count value corresponding to the movement amount specified in step S121 (step S124: NO), the determination unit 124 determines that the number of repetitions (retry number) of the operations in steps S122 to S124 is a predetermined number. It is determined whether or not (for example, 10 times) has been reached (step S125). When the number of retries is equal to or greater than the predetermined number (step S125: YES), a series of operations ends. On the other hand, when the number of retries is less than the predetermined number (step S125: NO), the current supply control unit 122 is based on the specific stator position specified as facing the rotor position P and the table shown in FIG. Then, the moving direction and the moving amount of the rotor 6b for making the rotor position P directly face the stator position 1 are specified (step S126). However, the current supply control unit 122 sets the moving direction of the rotor 6b in the opposite direction to the moving direction specified immediately before. Thereafter, the operations after step S122 are repeated.

一方、ステップS121において特定した移動量に対応するカウント値のプラスマイナス3以内の値である場合(ステップS124:YES)、電流供給制御部122は、ステップS122における固定子電流ベクトルの電流の切り替えを完了した状態での電流供給を第2所定期間(例えば50[ms])維持する(ステップS127)。   On the other hand, when the value is within plus or minus 3 of the count value corresponding to the movement amount specified in step S121 (step S124: YES), the current supply control unit 122 switches the current of the stator current vector in step S122. The current supply in the completed state is maintained for a second predetermined period (for example, 50 [ms]) (step S127).

その後、判定部124は、エンコーダ信号のレベルに基づいて、回転子位置Pと正対していると見なすことができる最終的な固定子位置(最終固定子位置)を特定する(ステップS128)。回転子位置Pが最終固定子位置に正対する場合、回転子6bは、最終目標とする停止励磁位置にある。   Thereafter, the determination unit 124 identifies a final stator position (final stator position) that can be regarded as facing the rotor position P based on the level of the encoder signal (step S128). When the rotor position P faces the final stator position, the rotor 6b is at the final excitation excitation position.

具体的には、回転子位置Pは固定子6aにおける固定子位置1の近傍と正対している可能性が高いことに鑑み、判定部124は、第1信号がハイレベルであり、第2信号がハイレベルとなる場合には、最終固定子位置を固定子位置1と特定し、第1信号がローレベルであり、第2信号がハイレベルとなる場合には、最終固定子位置を固定子位置2と特定し、第1信号がハイレベルであり、第2信号がローレベルとなる場合には、最終固定子位置を固定子位置16と特定する。一方、第1信号がローレベルであり、第2信号がローレベルとなる場合には、固定子位置1とは移動量2つ分隔てた固定子位置3又は固定子位置15と見なすことも可能であるが、正確性を欠くため、判定部124は、特定不能とする。   Specifically, considering that the rotor position P is likely to face the vicinity of the stator position 1 in the stator 6a, the determination unit 124 determines that the first signal is at a high level and the second signal Is at the high level, the final stator position is specified as the stator position 1, and when the first signal is at the low level and the second signal is at the high level, the final stator position is the stator. When the position 2 is specified and the first signal is at a high level and the second signal is at a low level, the final stator position is specified as the stator position 16. On the other hand, when the first signal is at a low level and the second signal is at a low level, the stator position 1 can be regarded as the stator position 3 or the stator position 15 separated by two movement amounts. However, since the accuracy is lacking, the determination unit 124 cannot specify.

次に、判定部124は、最終固定子位置が特定不能であったか否かを判定する(ステップS129)。特定不能でない場合(ステップS129:NO)には、一連の動作が終了する。一方、特定不能であった場合(ステップS129:YES)、ステップS125における、リトライ回数が所定回数になったか否かの判定以降の動作が繰り返される。   Next, the determination unit 124 determines whether or not the final stator position cannot be specified (step S129). If it is not unidentifiable (step S129: NO), the series of operations ends. On the other hand, if it is not possible to specify (step S129: YES), the operation after the determination in step S125 as to whether or not the number of retries has reached a predetermined number is repeated.

なお、ステップS121〜ステップS127の動作を経ずに、ステップS105において、カウント値の増減が1でないと判定された場合(ステップS105:NO)、ステップS106において、第2の固定子位置が特定された場合、又は、ステップS114において、カウント値の増減が2以上とならない期間が所定期間以上継続したと判定された場合(ステップS114:YES)には、直接にステップS128の動作が行われて、最終固定子位置が特定されてもよい。   If it is determined in step S105 that the increment / decrement of the count value is not 1 (step S105: NO) without performing the operations in steps S121 to S127, the second stator position is specified in step S106. If it is determined in step S114 that the period in which the increase / decrease of the count value is not 2 or more has been continued for a predetermined period or longer (step S114: YES), the operation of step S128 is performed directly. The final stator position may be specified.

以上説明したように、本実施形態では、ステッピングモータ制御装置23は、初期状態では、エンコーダ信号に基づいて、回転子位置Pが第1象限の固定子位置1〜4の何れかと正対しているものと仮定し、その仮定した固定子位置1〜4に固定子位置Pが正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流をA相巻線及びB相巻線の少なくとも何れかに供給する。このとき、ステッピングモータ制御装置23は、エンコーダ21から出力されるエンコーダ信号のレベルの切り替え回数を示すカウント値が0であれば、仮定した固定子位置を回転子位置Pが正対する位置として特定し、カウント値が1であれば、仮定した固定子位置の隣の固定子位置を回転子位置Pが正対する最終的な位置として特定する。   As described above, in the present embodiment, in the initial state, the stepping motor control device 23 faces the rotor position P to any one of the stator positions 1 to 4 in the first quadrant based on the encoder signal. Assuming that the stator position P is directly opposed to the assumed stator positions 1 to 4, the current of the stator current vector is supplied to at least one of the A-phase winding and the B-phase winding. . At this time, if the count value indicating the number of times of switching of the level of the encoder signal output from the encoder 21 is 0, the stepping motor control device 23 specifies the assumed stator position as the position where the rotor position P directly faces. If the count value is 1, the stator position adjacent to the assumed stator position is specified as the final position where the rotor position P directly faces.

このような励磁確定処理が行われることで、一度のA相巻線及びB相巻線に対する固定子電流ベクトルの電流供給の開始から終了までの間における回転子の移動量(回転量)を電気角90°以内とすることが可能となる。このため、回転子6bが移動する際に発生する角加速度は小さくなり、その角加速度と重力加速度とによる付勢により目標とする励磁位置を越えてしまうことを防止することができる。特に、電動アクチュエータシステムを垂直置きとし、ロッド15と当該ロッド15に取り付けられる部材とからなる可動部が鉛直方向の下りに移動可能である場合には、回転子6bが移動する際に発生する角加速度が大きいと、その角加速度と重力加速度とによる付勢とが大きくなり、目標とする励磁位置を越えてしまう場合があるが、本実施形態では、回転子の移動量(回転量)を電気角90°以内として角加速度を抑えることができるため、励磁位置を越えてしまうことを防止することができ、磁極確定処理をより確実に行うことができる。   By performing such excitation determination processing, the movement amount (rotation amount) of the rotor during the period from the start to the end of the current supply of the stator current vector to the A-phase winding and the B-phase winding once is electrically The angle can be within 90 °. For this reason, the angular acceleration generated when the rotor 6b moves is reduced, and it is possible to prevent the target excitation position from being exceeded due to the biasing by the angular acceleration and the gravitational acceleration. In particular, when the electric actuator system is placed vertically and the movable part composed of the rod 15 and the member attached to the rod 15 can move downward in the vertical direction, the angle generated when the rotor 6b moves. If the acceleration is large, the angular acceleration and the gravitational acceleration will increase the force, and the target excitation position may be exceeded. In this embodiment, the amount of movement (rotation amount) of the rotor is set to the electric amount. Since the angular acceleration can be suppressed within an angle of 90 °, it is possible to prevent the excitation position from being exceeded, and the magnetic pole determination process can be more reliably performed.

また、カウント値が2以上である場合には、仮定が誤りであったとみなし、ステッピングモータ制御装置23は、仮定した固定子位置からカウント値に応じた移動量だけ移動させた新たな固定子位置を特定する処理を繰り返し、回転子位置Pが正対する最終的な位置を特定する。このため、仮定に誤りがあったとしても磁極確定処理を確実に行うことができる。   If the count value is 2 or more, the assumption is considered to be an error, and the stepping motor control device 23 moves the new stator position moved from the assumed stator position by the movement amount according to the count value. Is repeated, and the final position where the rotor position P directly faces is specified. For this reason, even if there is an error in the assumption, the magnetic pole determination process can be performed reliably.

また、上述の磁極確定処理の後に、図7に示すようなテーブルを用いて、回転子6bに電気角で90°以上の回転を行わせて回転子位置Pを固定子位置1に正対させることができるため、回転子6bに回転の障害となる何らかの拘束が生じているか否かを判断可能である。更には、回転子位置Pを固定子位置1に正対させることができない場合には、回転子6bに、直前とは逆方向に電気角で90°以上の回転を行わせて回転子位置Pを固定子位置1に正対させることができるため、回転子6bに回転の障害となる何らかの拘束が生じているか否かの判断の確実性を向上させることができる。   Further, after the magnetic pole determination process described above, the rotor position P is directly opposed to the stator position 1 by causing the rotor 6b to rotate at an electrical angle of 90 ° or more using a table as shown in FIG. Therefore, it is possible to determine whether or not any restraint that hinders rotation occurs in the rotor 6b. Further, when the rotor position P cannot be directly opposed to the stator position 1, the rotor 6b is rotated by an electrical angle of 90 ° or more in the opposite direction to that immediately before, so that the rotor position P Can be directly opposed to the stator position 1, so that it is possible to improve the reliability of determination as to whether or not the rotor 6 b has some kind of restraint that hinders rotation.

以上、実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。   Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

上述した実施形態では、回転子6bに拘束が生じているか否かを判定するために、回転子6bに電気角で90°以上の回転を行わせたが、回転角度はこれに限定されない。例えば、上述した実施形態では、第1の固定子位置から電気角で前後に1カウントずれた第2の固定子位置についても正当な固定子位置として特定している、換言すれば、固定子位置の特定において回転子位置Pが固定子6aにおける電気角で最大67.5°の範囲に正対すれば磁極を確定することができる。このような場合には、回転子6bに拘束が生じているか否かを判定するために、磁極確定において回転子6bに容認されるずれの角度、すなわち、電気角で67.5°以上の回転を行わせればよい。   In the embodiment described above, in order to determine whether or not the rotor 6b is constrained, the rotor 6b is rotated by 90 ° or more in electrical angle, but the rotation angle is not limited to this. For example, in the above-described embodiment, the second stator position shifted by 1 count back and forth in electrical angle from the first stator position is also specified as a valid stator position, in other words, the stator position. When the rotor position P directly faces the range of the maximum electrical angle of 67.5 ° in the stator 6a, the magnetic pole can be determined. In such a case, in order to determine whether or not the rotor 6b is constrained, the deviation angle allowed for the rotor 6b in determining the magnetic pole, that is, an electrical angle of 67.5 ° or more is rotated. You just have to do.

また、実施形態では、ステッピングモータ5は、2相HB型ステッピングモータとしたが、VR型ステッピングモータ、PM型ステッピングモータ等に対しても同様に本発明を適用可能である。また、ステッピングモータ5の相数に関しても限定されるものではなく、単相、2相、3相、4相、5相等の様々な構成にも本発明を適用可能である。また、ステッピングモータに限らずDCブラシレスモータなどの同期電動機にも適用可能である。   In the embodiment, the stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor. However, the present invention can be similarly applied to a VR type stepping motor, a PM type stepping motor, and the like. Further, the number of phases of the stepping motor 5 is not limited, and the present invention can be applied to various configurations such as single phase, two phase, three phase, four phase, and five phase. Moreover, it is applicable not only to a stepping motor but also to a synchronous motor such as a DC brushless motor.

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。   Various embodiments and modifications can be made to the present invention without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiments are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention.

1 ハウジング
3 モータカバー
5 ステッピングモータ
6a 固定子
6b 回転子
6c 回転軸
7 ジョイント部材
8 軸受部材
9 ボールねじ
10 軸受部材
11 ボールナット
13 中空ロッド
15 ロッド
21 エンコーダ
23 ステッピングモータ制御装置
100 アクチュエータシステム
102 制御部
104 メモリ
106 モータドライバ回路
108 電流センサ
110 I/F部
122 電流供給制御部
124 判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 3 Motor cover 5 Stepping motor 6a Stator 6b Rotor 6c Rotating shaft 7 Joint member 8 Bearing member 9 Ball screw 10 Bearing member 11 Ball nut 13 Hollow rod 15 Rod 21 Encoder 23 Stepping motor control device 100 Actuator system 102 Control part 104 Memory 106 Motor driver circuit 108 Current sensor 110 I / F unit 122 Current supply control unit 124 Judgment unit

Claims (5)

回転子と固定子巻線とを含む同期電動機を制御する同期電動機制御装置であって、
前記回転子の位置に応じてレベルを切り替えながら周期的な信号を出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段から出力される信号のレベルに基づいて、前記信号出力手段により出力される信号の周期により定められる所定範囲内において、前記回転子の位置に正対すると見なされる第1の固定子位置を特定する第1の固定子位置特定手段と、
前記固定子の位置が前記第1の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第1の電流供給制御手段と、
前記第1の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に、前記信号出力手段から出力される前記信号のレベル切り替え回数に応じて変化し、前記回転子の回転方向に応じて増減するカウント値の増減が第1の所定値以上とならない期間が所定期間以上継続したか否かを判定する第1のカウント値判定手段と、
前記第1のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記カウント値の増減が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以上であるか否かを判定する第2のカウント値判定手段と、
前記第2のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上でないと判定された場合に、前記第1の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第1の特定固定子位置特定手段と、
前記第2のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上であると判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第1の移動方向及び第1の移動量だけ移動した第2の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第2の特定固定子位置特定手段と、
を備えることを特徴とする同期電動機制御装置。
A synchronous motor control device for controlling a synchronous motor including a rotor and a stator winding,
Signal output means for outputting a periodic signal while switching the level according to the position of the rotor;
A first stator that is considered to face the position of the rotor within a predetermined range determined by the period of the signal output from the signal output means based on the level of the signal output from the signal output means First stator position specifying means for specifying a position;
First current supply control means for performing control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the stator to face the first stator position to the stator winding;
A count value that changes according to the number of times of level switching of the signal output from the signal output means after the start of current supply control by the first current supply control means, and increases or decreases according to the rotation direction of the rotor. First count value determining means for determining whether or not a period during which the increase / decrease is not equal to or greater than the first predetermined value has continued for a predetermined period;
When it is determined by the first count value determining means that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value continues for the predetermined period or longer, the increase / decrease in the count value is the first predetermined value. Second count value determining means for determining whether or not the second predetermined value is smaller than a second predetermined value;
When the second count value determining means determines that the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the second predetermined value, the specific stator that directly faces the first stator position to the rotor position First specific stator position specifying means for specifying the position;
The first count value corresponding to the increase / decrease number of the count value from the first stator position when the second count value determination means determines that the increase / decrease of the count value is equal to or greater than the second predetermined value. A second specific stator position specifying means for specifying the second stator position moved by the movement direction and the first movement amount as a specific stator position facing the rotor position;
A synchronous motor control device comprising:
前記第1のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続しないと判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第2の移動方向及び第2の移動量だけ移動した第3の固定子位置を特定する第3の固定子位置特定手段と、When it is determined by the first count value determination means that a period during which the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the first predetermined value does not continue for the predetermined period or longer, the count value is determined from the first stator position. Third stator position specifying means for specifying the third stator position moved by the second movement direction and the second movement amount corresponding to the increase / decrease number of
前記回転子の位置が前記第3の固定子位置特定手段により特定された前記第3の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第2の電流供給制御手段と、Control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the rotor to face the third stator position specified by the third stator position specifying means to the stator winding Second current supply control means for performing
前記第2の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続したか否かを判定する第3のカウント値判定手段と、A third count value for determining whether or not a period during which the increase or decrease in the count value does not exceed the first predetermined value after the start of current supply control by the second current supply control means continues for the predetermined period or more; A determination means;
前記第3のカウント値判定手段により前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記第3の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第3の特定固定子位置特定手段と、When it is determined by the third count value determination means that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value continues for the predetermined period or longer, the third stator position is set to the rotor. A third specific stator position specifying means for specifying the specific stator position as opposed to the position of
を備えることを特徴とする請求項1に記載の同期電動機制御装置。The synchronous motor control device according to claim 1, comprising:
前記特定固定子位置に正対する前記回転子の位置を目標固定子位置に正対させるための前記回転子の第3の移動方向及び第3の移動量を特定する第1の移動方向及び移動量特定手段と、A first movement direction and a movement amount that specify a third movement direction and a third movement amount of the rotor for causing the position of the rotor that faces the specific stator position to face the target stator position. Specific means,
前記回転子に前記第1の移動方向及び移動量特定手段により特定された前記回転子の第3の移動方向及び第3の移動量に応じた回転をさせるための固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第3の電流供給制御手段と、A current of a stator current vector for causing the rotor to rotate according to the third movement direction and the third movement amount of the rotor specified by the first movement direction and movement amount specifying means is Third current supply control means for controlling the supply to the stator winding;
前記第3の電流供給制御手段による電流供給の制御の開始後に、前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から第3の所定値以下の増減であるか否かを判定する第4のカウント値判定手段と、After the start of the current supply control by the third current supply control means, a first determination is made as to whether or not the count value is less than or equal to a third predetermined value or less from the count value corresponding to the third movement amount. 4 count value judging means;
前記第4のカウント値判定手段により前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から前記第3の所定値以下の増減であると判定された場合に、前記信号出力手段から出力される信号のレベルに基づいて、最終的な固定子位置を特定する最終固定子位置特定手段と、When the fourth count value determining means determines that the count value is less than or equal to the third predetermined value from the count value corresponding to the third movement amount, it is output from the signal output means. Final stator position specifying means for specifying the final stator position based on the level of the
を備えることを特徴とする請求項2に記載の同期電動機制御装置。The synchronous motor control device according to claim 2, further comprising:
前記第4のカウント値判定手段により前記カウント値が前記第3の移動量に対応するカウント値から前記第3の所定値以下の増減でないと判定された場合に、前記特定固定子位置に正対する前記回転子の位置を目標固定子位置に正対させるための前記回転子の移動方向であって直前とは逆方向の第4の移動方向及び第4の移動量を特定する第2の移動方向及び移動量特定手段を備え、When the fourth count value determining means determines that the count value is not an increase or decrease equal to or less than the third predetermined value from the count value corresponding to the third movement amount, it faces the specific stator position. A second moving direction that specifies a fourth moving direction and a fourth moving amount opposite to the previous moving direction of the rotor for causing the position of the rotor to face the target stator position. And a moving amount specifying means,
前記第3の電流供給制御手段は、前記回転子に前記第2の移動方向及び移動量特定手段により特定された前記回転子の第4の移動方向及び第4の移動量に応じた回転をさせるための固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の同期電動機制御装置。The third current supply control means causes the rotor to rotate in accordance with the fourth movement direction and the fourth movement amount of the rotor specified by the second movement direction and movement amount specification means. The synchronous motor control device according to claim 3, wherein control for supplying a current of a stator current vector for the stator winding to the stator winding is performed.
回転子と固定子巻線とを含む同期電動機を制御する同期電動機制御装置による同期電動機制御方法であって、
前記回転子の位置に応じてレベルを切り替えながら周期的な信号を出力する信号出力ステップと、
前記信号出力ステップにおいて出力される信号のレベルに基づいて、前記信号出力ステップにおいて出力される信号の周期により定められる所定範囲内において、前記回転子の位置に正対すると見なされる第1の固定子位置を特定する第1の固定子位置特定ステップと、
前記固定子の位置が前記第1の固定子位置に正対するために必要となる固定子電流ベクトルの電流を前記固定子巻線に供給する制御を行う第1の電流供給制御ステップと、
前記第1の電流供給制御ステップにおける電流供給の制御の開始後に、前記信号出力ステップにおいて出力される前記信号のレベル切り替え回数に応じて変化し、前記回転子の回転方向に応じて増減するカウント値の増減が第1の所定値以上とならない期間が所定期間以上継続したか否かを判定する第1のカウント値判定ステップと、
前記第1のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第1の所定値以上とならない期間が前記所定期間以上継続すると判定された場合に、前記カウント値の増減が前記第1の所定値よりも小さい第2の所定値以上であるか否かを判定する第2のカウント値判定ステップと、
前記第2のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上でないと判定された場合に、前記第1の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第1の特定固定子位置特定ステップと、
前記第2のカウント値判定ステップにおいて前記カウント値の増減が前記第2の所定値以上であると判定された場合に、前記第1の固定子位置から前記カウント値の増減数に対応する第1の移動方向及び第1の移動量だけ移動した第2の固定子位置を、前記回転子の位置と正対する特定固定子位置であると特定する第2の特定固定子位置特定ステップと、
を含むことを特徴とする同期電動機制御方法。
A synchronous motor control method by a synchronous motor control device for controlling a synchronous motor including a rotor and a stator winding,
A signal output step of outputting a periodic signal while switching the level according to the position of the rotor;
A first stator that is considered to face the position of the rotor within a predetermined range determined by the period of the signal output in the signal output step based on the level of the signal output in the signal output step A first stator position specifying step for specifying a position;
A first current supply control step for performing control for supplying a current of a stator current vector necessary for the position of the stator to face the first stator position to the stator winding;
A count value that changes in accordance with the number of level switching times of the signal output in the signal output step after the start of current supply control in the first current supply control step and increases or decreases in accordance with the rotation direction of the rotor. A first count value determination step for determining whether or not a period during which the increase / decrease of the value does not exceed the first predetermined value continues for a predetermined period
When it is determined in the first count value determining step that the period during which the increase / decrease in the count value does not exceed the first predetermined value is continued for the predetermined period or longer, the increase / decrease in the count value is the first predetermined value. A second count value determination step for determining whether or not the second predetermined value is smaller than a second predetermined value,
When it is determined in the second count value determining step that the increase / decrease in the count value is not equal to or greater than the second predetermined value, the specific stator that directly faces the first stator position to the rotor position A first specific stator position identifying step for identifying a position;
When it is determined in the second count value determination step that the increase / decrease in the count value is greater than or equal to the second predetermined value, the first corresponding to the increase / decrease number in the count value from the first stator position. A second specific stator position specifying step for specifying the second stator position moved by the movement direction and the first movement amount as a specific stator position directly facing the rotor position;
A method for controlling a synchronous motor, comprising:
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