JP6184221B2 - Motor drive control device, motor and drive control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、モータの駆動制御装置、モータおよびその駆動制御方法に関し、特に、位置検出器を用いて回転位置を検出するものに関する。 The present invention relates to a motor drive control device, a motor, and a drive control method thereof, and more particularly, to a device that detects a rotational position using a position detector.
従来、位置制御用モータの駆動制御装置として、外部からの指令パルス(駆動パルス)によって励磁切り替えを行う開ループのステッピングモータ駆動方式と、閉ループのブラシレスモータ駆動方式とを選択的に切り替える制御装置が知られている。これにより、モータは、脱調することがなくなり、よって負荷変動に対して安定に動作可能となる。 Conventionally, as a drive control device for a position control motor, there is a control device that selectively switches between an open loop stepping motor drive method that switches excitation by an external command pulse (drive pulse) and a closed loop brushless motor drive method. Are known. As a result, the motor does not step out and can thus operate stably against load fluctuations.
特許文献1に記載の発明は、モータをブラシレスモータモードとして駆動させるためにモータのステップ数より多いパルス数の1相エンコーダを使用して、巻線駆動信号のタイミングを調整するものである。
The invention described in
特許文献2に記載の発明は、ブラシレスモータモードの駆動タイミングを示す二相エンコーダの信号と外部からの指令とによって、ステッピングモータモードの駆動(マイクロステップ)とブラシレスモータモードの駆動とを切り替えるものである。 The invention described in Patent Document 2 switches between stepping motor mode driving (microstep) and brushless motor mode driving in accordance with a two-phase encoder signal indicating the driving timing of the brushless motor mode and an external command. is there.
特許文献1,2に記載のモータは、用いられるエンコーダが高価である。更に、駆動制御手段には、高価なマイクロコンピュータなどが必要である。
In the motors described in
そこで、本発明は、廉価な構成でありながら、回転子が脱調することなく追従し、負荷変動に対して安定な動作を可能とするモータの駆動制御装置、モータおよびその駆動制御方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a motor drive control device, a motor, and a drive control method thereof that enable a stable operation with respect to a load fluctuation by following a rotor without stepping out while having an inexpensive configuration. The task is to do.
前記した課題を解決するため、本発明の制御部は、以下のように構成した。 In order to solve the above-described problems, the control unit of the present invention is configured as follows.
請求項1に記載の発明で、モータの駆動制御装置は、駆動指令信号に基づいて二相のモータの各相に駆動信号を出力する駆動部と、前記駆動指令信号を出力する制御部とを含む。前記制御部は、前記モータのロータ位置を検出する位置検出器からの検出信号に基づいて、ブラシレスモータ駆動タイミング信号を生成するブラシレスモータ駆動タイミング発生回路と、外部から入力された駆動パルスに基づいて、ステッピングモータ駆動タイミング信号を生成するステッピングモータ駆動タイミング発生回路と、前記駆動パルスを分周した基準タイミング信号を生成する基準タイミング発生回路と、前記基準タイミング信号のレベル変化エッジよりも前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジが所定位相以上遅れているか否かを比較して、比較情報を生成する比較回路と、前記比較情報に基づいて、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号と前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のいずれかを選択し、前記駆動指令信号として出力するモード選択回路と、前記基準タイミング信号のレベル変化エッジに対する前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジの遅れをカウントして、たまりパルス信号とする偏差カウンタとを備える。前記制御部は、前記たまりパルス信号が存在するならば、前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号の選択を継続して前記駆動指令信号として出力し、前記たまりパルス信号が無くなったならば、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号の次のエッジで、当該ステッピングモータ駆動タイミング信号の選択に切り替えて前記駆動指令信号として出力する。前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号は45度±12.5度の範囲で進角された進角値固定の信号である。 According to the first aspect of the present invention, a motor drive control device includes: a drive unit that outputs a drive signal to each phase of a two-phase motor based on a drive command signal; and a control unit that outputs the drive command signal. Including. The control unit is based on a brushless motor drive timing generation circuit that generates a brushless motor drive timing signal based on a detection signal from a position detector that detects a rotor position of the motor, and a drive pulse input from the outside. A stepping motor drive timing generation circuit for generating a stepping motor drive timing signal, a reference timing generation circuit for generating a reference timing signal obtained by dividing the drive pulse , and the brushless motor drive from a level change edge of the reference timing signal Comparing whether the level change edge of the timing signal is delayed by a predetermined phase or more, and generating a comparison information, and based on the comparison information, the stepping motor drive timing signal and the brushless motor drive timing signal Either And-option, a mode selection circuit for outputting as said drive command signal, by counting the delay of the level change edge of the brushless motor driving timing signal for the level change edge of the reference timing signal, and a deviation counter to accumulate the pulse signal with Ru. The control unit continues to select the brushless motor drive timing signal and outputs it as the drive command signal if the pool pulse signal exists, and the stepping motor drive timing if the pool pulse signal disappears. At the next edge of the signal, the stepping motor drive timing signal is selected and output as the drive command signal. The brushless motor drive timing signal is a signal with a fixed advance value advanced in a range of 45 degrees ± 12.5 degrees.
このようにすることで、駆動制御装置は、モータをステッピングモータ駆動タイミング信号で駆動しているときに、位置検出器の検出信号の位相遅れを検知したならば、ブラシレスモータ駆動タイミング信号で駆動するように切り替える。よって、廉価な構成で、モータの脱調を抑止できる。 In this way, when the drive control device detects the phase delay of the detection signal of the position detector while driving the motor with the stepping motor drive timing signal, the drive control device drives with the brushless motor drive timing signal. Switch as follows. Therefore, it is possible to suppress the motor step-out with an inexpensive configuration.
請求項4に記載の発明で、モータの駆動制御方法を実行する駆動制御装置は、駆動指令信号に基づいて二相のモータの各相に駆動信号を出力する駆動部と、前記駆動指令信号を出力する制御部とを含む。前記制御部は、前記モータのロータ位置を検出する位置検出器からの検出信号に基づいて、45度±12.5度の範囲で進角された進角値固定のブラシレスモータ駆動タイミング信号を生成し、外部から入力された駆動パルスに基づいて、ステッピングモータ駆動タイミング信号を生成し、前記駆動パルスを分周した基準タイミング信号を生成し、前記基準タイミング信号のレベル変化エッジよりも前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジが所定位相以上遅れているか否かを比較して、比較情報を生成し、前記比較情報に基づいて、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号と前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のいずれかを選択し、前記駆動指令信号として出力し、前記基準タイミング信号のレベル変化エッジに対する前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジの遅れをカウントして、たまりパルス信号とし、前記たまりパルス信号が存在するならば、前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号の選択を継続して前記駆動指令信号として出力し、前記たまりパルス信号が無くなったならば、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号の次のエッジで、当該ステッピングモータ駆動タイミング信号の選択に切り替えて前記駆動指令信号として出力することにより、モータの駆動制御方法を実行する。 According to a fourth aspect of the present invention, a drive control device that executes a motor drive control method includes: a drive unit that outputs a drive signal to each phase of a two-phase motor based on a drive command signal; and the drive command signal And a control unit for outputting. The control unit generates a brushless motor drive timing signal with a fixed advance value that is advanced in a range of 45 degrees ± 12.5 degrees based on a detection signal from a position detector that detects the rotor position of the motor. And generating a stepping motor drive timing signal based on a drive pulse input from the outside, generating a reference timing signal obtained by dividing the drive pulse, and driving the brushless motor from the level change edge of the reference timing signal. A comparison information is generated by comparing whether or not a level change edge of the timing signal is delayed by a predetermined phase or more, and based on the comparison information, either the stepping motor drive timing signal or the brushless motor drive timing signal is selected, and output as the drive command signal, a level change edge of the reference timing signal The delay of the level change edge of the brushless motor drive timing signal is counted as a pool pulse signal, and if the pool pulse signal exists, the selection of the brushless motor drive timing signal is continued as the drive command signal. When the accumulated pulse signal is output, at the next edge of the stepping motor drive timing signal, switching to the selection of the stepping motor drive timing signal and outputting it as the drive command signal , the motor drive control Execute the method.
このようにすることで、駆動制御装置は、モータをステッピングモータ駆動タイミング信号で駆動しているときに、位置検出器の検出信号の位相遅れを検知したならば、ブラシレスモータ駆動タイミング信号で駆動するように切り替える。よって、廉価な構成で、モータの脱調を抑止できる。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
In this way, when the drive control device detects the phase delay of the detection signal of the position detector while driving the motor with the stepping motor drive timing signal, the drive control device drives with the brushless motor drive timing signal. Switch as follows. Therefore, it is possible to suppress the motor step-out with an inexpensive configuration.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.
本発明によれば、廉価な構成でありながら、指令位置に対してロータが脱調することなく追従し、負荷変動に対して安定な動作を可能とする、信頼性の高いモータの駆動制御装置、モータおよびその駆動制御方法を提供することができる。 According to the present invention, a highly reliable motor drive control device that can follow a command position without stepping out of the command position and enables stable operation against load fluctuations while having an inexpensive configuration. A motor and its drive control method can be provided.
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1実施形態におけるモータ20の駆動制御装置10の概略の構成図である。
図1に示すようにモータ20は、二相エンコーダ30(位置検出器の一例)を備えている。モータ20は、sin相とcos相の二相のコイル(不図示)と、この二相のコイルに生じる磁界により回転駆動するロータ(不図示)とを備える。二相エンコーダ30は、不図示のロータの回転位置を検出するものである。
二相エンコーダ30は、モータ20に別対あるいは一体に構成され、ブラシレスモータモードの駆動タイミングより略45度(所定の進角値θの一例)進角されたエンコーダ信号Se1,Se2(位相が90度異なる二相の信号;検出信号の一例)を出力するように、予め調整されている。二相エンコーダ30は、モータ20のロータ位置を検出し、90度位相が異なる2つのエンコーダ信号Se1,Se2を出力する。エンコーダ信号Se1,Se2の周波数feは、式(1)に示すように、ブラシレスモータモードの駆動周波数fbをm倍(mは自然数)したものである。第1の実施形態の倍率mは1であり、エンコーダ信号Se1,Se2の周波数feと、ブラシレスモータモードの駆動周波数fbとは一致している。
ブラシレスモータモードは、後記する図5、図6で詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
As shown in FIG. 1, the
The two-
The brushless motor mode will be described in detail with reference to FIGS.
モータ20の駆動制御装置10は、駆動回路11(駆動部の一例)と、制御部12とを含んで構成される。駆動制御装置10は、外部から入力される駆動パルス信号Sp(駆動パルスの一例)に基づいて、二相のモータ20の各相に駆動信号Sd1,Sd2(駆動電流の一例)を出力して、モータ20を回転駆動し、ロータの回転位置を制御する。
制御部12は、エンコーダ信号Se1,Se2と外部からの駆動パルス信号Spとを比較した比較情報に基づいて、モータ20の駆動を指令する駆動指令信号Sm1,Sm2を出力して、モータ20の駆動を制御する。
駆動回路11(駆動部の一例)は、駆動指令信号Sm1,Sm2に基づいて、二相のモータ20の各相に駆動信号Sd1,Sd2を出力する。
The
The
The drive circuit 11 (an example of a drive unit) outputs drive signals Sd1 and Sd2 to each phase of the two-
(制御部12の構成)
制御部12は、基準タイミング発生回路17と、ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15と、ステッピングモータ駆動タイミング発生回路14と、比較回路16と、モード選択回路13とを備えている。なお、図1では、ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15を、「BLM駆動タイミング発生回路」と省略して記載している。以下同様に、ブラシレスモータのことを、「BLM」と省略して記載している場合がある。
図1では、ステッピングモータ駆動タイミング発生回路14を、「STM駆動タイミング発生回路」と省略して記載している。以下同様に、ステッピングモータのことを、「STM」と省略して記載している場合がある。
(Configuration of control unit 12)
The
In FIG. 1, the stepping motor drive
基準タイミング発生回路17は、外部から入力された駆動パルス信号Sp(駆動パルスの一例)に基づいて、基準タイミング信号Srを生成するものである。基準タイミング発生回路17は、駆動パルス信号Spを8分周し、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2と同期させることにより、基準タイミング信号Srを生成する。
駆動パルス信号Spの周波数fpは、式(2)に示すように、ステッピングモータモードの駆動時における駆動周波数fsを、倍率pで乗算した周波数である。倍率pは、90度を所定の進角値θで除算した値をn倍(nは自然数)した値である。
The reference
The frequency fp of the drive pulse signal Sp is a frequency obtained by multiplying the drive frequency fs at the time of driving in the stepping motor mode by the magnification p, as shown in Expression (2). The magnification p is a value obtained by dividing a value obtained by dividing 90 degrees by a predetermined advance value θ by n times (n is a natural number).
第1の実施形態の駆動パルス信号Spは、ステッピングモータモードの駆動時における駆動周波数に対して8倍の周波数である。すなわち、エンコーダ信号Se1,Se2の進角値θが45度であり、nは4である。
基準タイミング信号Srは、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2と、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2との切替を示す信号である。基準タイミング発生回路17は、生成した基準タイミング信号Srを、比較回路16に出力する。
The driving pulse signal Sp of the first embodiment has a frequency that is eight times the driving frequency during driving in the stepping motor mode. That is, the advance value θ of the encoder signals Se1 and Se2 is 45 degrees, and n is 4.
The reference timing signal Sr is a signal indicating switching between the stepping motor drive timing signals Ss1 and Ss2 and the brushless motor drive timing signals Sb1 and Sb2. The reference
ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15は、二相エンコーダ30から入力されたエンコーダ信号Se1,Se2(二相の検出信号)に基づいて、合成したエンコーダ信号Se(合成検出信号)、および、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を生成するものである。ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15は、エンコーダ信号Se1を増幅してブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1を生成し、エンコーダ信号Se2を増幅してブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb2を生成する。ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15は、例えば、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の排他的論理和によって、エンコーダ信号Seを合成する。ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15は、生成したブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2をモード選択回路13に出力し、合成したエンコーダ信号Seを比較回路16に出力する。
なお、ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15は、排他的論理和以外の論理演算によって、エンコーダ信号Seを合成してもよい。
The brushless motor drive
Note that the brushless motor drive
ステッピングモータ駆動タイミング発生回路14は、外部から入力された駆動パルス信号Spに基づいて、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を生成するものである。第1の実施形態のステッピングモータ駆動タイミング発生回路14は、駆動パルス信号Spを8分周して、90度位相が異なるステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を生成する。ステッピングモータ駆動タイミング発生回路14は、生成したステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2をモード選択回路13に出力する。
The stepping motor drive
比較回路16は、基準タイミング発生回路17からの基準タイミング信号Srとブラシレスモータ駆動タイミング発生回路15からのエンコーダ信号Seとに基づいて、モード切替信号Sc(比較情報の一例)を出力するものである。比較回路16は、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジよりもエンコーダ信号Seのレベル変化エッジが所定位相(基準信号の電気角90度)以上遅れているか否かを判断し、モード切替信号Sc(比較情報の一例)を出力するものである。エンコーダ信号Seは、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の排他的論理和である。よって、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジにより、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2のレベル変化エッジを判断することができる。
The
モード選択回路13は、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2と、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2とを入力し、モード切替信号Scに基づいて、モータ20の駆動モードに応じた駆動指令信号Sm1,Sm2を駆動回路11に出力する。
モード選択回路13は、モード切替信号ScがHレベルのときには、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を選択して、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力し、モード切替信号ScがLレベルのときには、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を選択して、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力する。なお、モード選択回路13の動作は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、モード切替信号ScがHレベルのときにステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を選択し、モード切替信号ScがLレベルのときにブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を選択して、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力してもよい。
The
The
以下、制御部12の各部の動作を、図2〜図8のタイミングチャートを用いて説明する。図2〜図8において、横軸は共通する電気角を[deg]で示している。
「モータの出力トルク波形」は、実線により、モータ20の出力トルクの波形を示している。
「各相のトルク波形」は、実線と破線とにより、それぞれモータ20のsin相とcos相のトルク波形を示している。以下同様に、モータ20のsin相に係る各信号は、実線で示され、cos相に係る各信号は、破線で示されている。
「各相の駆動信号Sd」は、実線と破線とにより、それぞれモータ20のsin相とcos相に入力される駆動信号Sd1,Sd2の波形を示している。
「各相の逆起電力」は、実線と破線とにより、それぞれsin相とcos相の逆起電力の波形を示している。逆起電力とは、トルク発生の大きさと方向を示す仮想の信号である。
Hereinafter, the operation of each unit of the
“Motor output torque waveform” indicates a waveform of the output torque of the
The “torque waveform of each phase” indicates the torque waveform of the sin phase and the cos phase of the
“Driving signal Sd for each phase” indicates the waveforms of the driving signals Sd1 and Sd2 input to the sin phase and the cos phase of the
“Back electromotive force of each phase” indicates a waveform of the back electromotive force of the sin phase and the cos phase, respectively, by a solid line and a broken line. The back electromotive force is a virtual signal indicating the magnitude and direction of torque generation.
「モード切替信号Sc」は、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2とステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2のいずれかを選択する信号である。
「STM駆動タイミング信号Ss」は、実線によりsin相のステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1を示し、破線によりcos相のステッピングモータ駆動タイミング信号Ss2を示している。
「BLM駆動タイミング信号Sb」は、倍率m=1の場合であり、実線によりsin相のブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1を示し、破線によりcos相のブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb2を示している。ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2は、それぞれエンコーダ信号Se1,Se2を増幅した信号であり、かつ、ブラシレスモータ駆動タイミングのレベル変化エッジを示すための信号である。
「エンコーダ信号Se」は、エンコーダ信号Se1,Se2を排他的論理和により合成した信号である。
「基準タイミング信号Sr」は、駆動パルス信号Spを8分周した信号である。
「駆動パルス信号Sp」は、図2〜図8に示すタイムチャートにおいて、倍率p=8(n=4かつ進角値θ=45度)の場合を示している。
The “mode switching signal Sc” is a signal for selecting one of the brushless motor drive timing signals Sb1 and Sb2 and the stepping motor drive timing signals Ss1 and Ss2.
The “STM drive timing signal Ss” indicates a sin phase stepping motor drive timing signal Ss1 by a solid line, and a cos phase stepping motor drive timing signal Ss2 by a broken line.
“BLM drive timing signal Sb” is a case where the magnification m = 1, and a solid line indicates a sin-phase brushless motor drive timing signal Sb1, and a broken line indicates a cos-phase brushless motor drive timing signal Sb2. The brushless motor drive timing signals Sb1 and Sb2 are signals obtained by amplifying the encoder signals Se1 and Se2, respectively, and are signals for indicating a level change edge of the brushless motor drive timing.
The “encoder signal Se” is a signal obtained by synthesizing the encoder signals Se1 and Se2 by exclusive OR.
The “reference timing signal Sr” is a signal obtained by dividing the drive pulse signal Sp by eight.
The “drive pulse signal Sp” indicates a case where the magnification is p = 8 (n = 4 and the advance value θ = 45 degrees) in the time charts shown in FIGS.
(ステッピングモータモードの動作)
図2〜図4に基づき、ステッピングモータモードの動作を説明する。ここで、ステッピングモータモードとは、制御部12が、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を選択し、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力するモードのことをいう。
図2は、ステッピングモータモードにおける駆動タイミングのうち、電流遅れが無い場合を示すタイミングチャートである。このとき、モータ20は、比較的低速度で、かつ、負荷が過大とならず、電流遅れがない状態である。
図2に示すように、エンコーダ信号Seのすべてのレベル変化エッジは、基準タイミング信号Srの各レベル変化エッジに対して、所定位相(基準信号の電気角約90度)だけ遅れて追随している。このとき、モード切替信号Scは、Lレベルとなる。モード切替信号ScがLレベルになると、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2の次のエッジで、このステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2が駆動指令信号Sm1,Sm2として選択される。よって、各相の駆動信号Sdは、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2によって制御される。
(Stepping motor mode operation)
The operation in the stepping motor mode will be described with reference to FIGS. Here, the stepping motor mode refers to a mode in which the
FIG. 2 is a timing chart showing a case where there is no current delay among the drive timings in the stepping motor mode. At this time, the
As shown in FIG. 2, all the level change edges of the encoder signal Se follow each level change edge of the reference timing signal Sr with a delay of a predetermined phase (an electrical angle of the reference signal of about 90 degrees). . At this time, the mode switching signal Sc is at the L level. When the mode switching signal Sc becomes L level, the stepping motor drive timing signals Ss1, Ss2 are selected as the drive command signals Sm1, Sm2 at the next edge of the stepping motor drive timing signals Ss1, Ss2. Therefore, the drive signal Sd for each phase is controlled by the stepping motor drive timing signals Ss1, Ss2.
図3は、ステッピングモータモードにおける駆動タイミングのうち、電流遅れ25度の場合を示すタイミングチャートである。
エンコーダ信号Seの各レベル変化エッジは、基準タイミング信号Srの各レベル変化エッジに対して、図2に示す所定位相の電気角に対して25度遅れて追随し、よって基準信号の電気角約140度だけ遅れて追随している。このとき、モード切替信号Scは、Lレベルとなる。駆動指令信号Sm1,Sm2としてステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2が選択される。よって、各相の駆動信号Sdは、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2によって制御される。
FIG. 3 is a timing chart showing a case where the current delay is 25 degrees among the drive timings in the stepping motor mode.
Each level change edge of the encoder signal Se follows the level change edge of the reference timing signal Sr with a delay of 25 degrees with respect to the electrical angle of the predetermined phase shown in FIG. It is followed by a delay. At this time, the mode switching signal Sc is at the L level. Stepping motor drive timing signals Ss1, Ss2 are selected as the drive command signals Sm1, Sm2. Therefore, the drive signal Sd for each phase is controlled by the stepping motor drive timing signals Ss1, Ss2.
図4は、ステッピングモータモードにおける駆動時に、ロータが遅れて脱調が発生したことを示すタイミングチャートである。図3に示す電流遅れ25度の状態から、モータ20の負荷が増大してロータの遅れが更に増大し、脱調が発生したことを示している。脱調とは、モータ20の出力トルクがマイナスとなり、指令した方向に回転しない状態のことをいう。
図4の電気角45度近傍におけるエンコーダ信号Seの立ち上がりエッジ(レベル変化エッジ)は、これに対応する基準タイミング信号Srの不図示の電気角0度近傍の立ち上がりエッジ(レベル変化エッジ)に対して基準信号の電気角約140度だけ遅延している。
FIG. 4 is a timing chart showing that a step-out occurs due to a delay of the rotor during driving in the stepping motor mode. From the state of the current delay of 25 degrees shown in FIG. 3, the load on the
The rising edge (level change edge) of the encoder signal Se in the vicinity of the electrical angle of 45 degrees in FIG. 4 is relative to the rising edge (level change edge) in the vicinity of the electrical angle of 0 degrees (not shown) of the corresponding reference timing signal Sr. The electrical angle of the reference signal is delayed by about 140 degrees.
以降、エンコーダ信号Seの各レベル変化エッジは、これに対応する基準タイミング信号Srの各レベル変化エッジに対して、電気角の遅延が次第に増大している。
例えば、図4の電気角450度近傍におけるエンコーダ信号Seの立ち上がりエッジは、これに対応する基準タイミング信号Srの立ち上がりエッジ(電気角360度近傍)に対して電気角で約90度だけ遅延している。このとき以降、モータ20の出力トルク波形は、継続的に負の値となり、指令した方向に回転しない脱調状態となる。
Thereafter, each level change edge of the encoder signal Se gradually increases in electrical angle delay with respect to each level change edge of the corresponding reference timing signal Sr.
For example, the rising edge of the encoder signal Se in the vicinity of the
(ブラシレスモータモードの動作)
図5、図6に基づき、ブラシレスモータモードの動作を説明する。ここで、ブラシレスモータモードとは、制御部12が、エンコーダ信号Se1,Se2を増幅したブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を選択し、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力するモードのことをいう。
(Brushless motor mode operation)
The operation in the brushless motor mode will be described with reference to FIGS. Here, the brushless motor mode refers to a mode in which the
図5は、ブラシレスモータモードにおける駆動タイミングのうち、進角無しかつ電流遅れ無しの場合を示すタイミングチャートである。
図5に示すタイミングチャートは、二相エンコーダ30が進角無しに予め調整されており、かつ、駆動制御装置10をブラシレスモータモードで動作させた場合である。
図5に示すように、進角無しのブラシレスモータモードの駆動タイミングでは、sin相の駆動信号Sd1がHレベルの期間と、sin相の逆起電力が正である期間とが一致する。同様に、cos相の駆動信号Sd1がHレベルの期間と、cos相の逆起電力が正である期間とが一致する。
FIG. 5 is a timing chart showing a case where there is no advance angle and no current delay among the drive timings in the brushless motor mode.
The timing chart shown in FIG. 5 is a case where the two-
As shown in FIG. 5, at the drive timing in the brushless motor mode without advance angle, the period in which the sin phase drive signal Sd1 is at the H level coincides with the period in which the sin phase back electromotive force is positive. Similarly, the period in which the cos-phase drive signal Sd1 is at the H level coincides with the period in which the cos-phase back electromotive force is positive.
二相エンコーダ30は、sin相の逆起電力が正である期間と一致するエンコーダ信号Se1を出力し、cos相の逆起電力が正である期間と一致するエンコーダ信号Se2を出力する。このエンコーダ信号Se1,Se2が増幅されることにより、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb(Sb1,Sb2)が生成される。このブラシレスモータ駆動タイミング信号Sbは、各相の駆動信号Sd(Sd1,Sd2)として選択される。このようにしてモータ20は、ブラシレスモータモードにおいて、脱調することなく回転を続けることができる。
The two-
図6は、ブラシレスモータモードにおける駆動タイミングのうち、進角45度かつ電流遅れ無しの場合を示すタイミングチャートである。
図6に示すタイミングチャートは、二相エンコーダ30が45度進角されるように予め調整されており、かつ、駆動制御装置10をブラシレスモータモードで動作させた場合である。
図6に示すように、45度進角されたブラシレスモータモードの駆動タイミングでは、sin相の駆動信号Sd1がHレベルの期間が、sin相の逆起電力が正である期間よりも電気角で45度進んでいる。同様に、cos相の駆動信号Sd1がHレベルの期間が、cos相の逆起電力が正である期間よりも電気角で45度進んでいる。
FIG. 6 is a timing chart showing a case where the advance angle is 45 degrees and there is no current delay among the drive timings in the brushless motor mode.
The timing chart shown in FIG. 6 is a case where the two-
As shown in FIG. 6, at the drive timing of the brushless motor mode advanced by 45 degrees, the period when the sin phase drive signal Sd1 is at the H level is an electrical angle than the period when the sin phase back electromotive force is positive. It is 45 degrees ahead. Similarly, the period in which the cos-phase drive signal Sd1 is at the H level is advanced by 45 degrees in electrical angle from the period in which the cos-phase back electromotive force is positive.
二相エンコーダ30は、sin相の逆起電力が正である期間よりも45度進角されたエンコーダ信号Se1を出力し、cos相の逆起電力が正である期間よりも45度進角されたエンコーダ信号Se2を出力する。このエンコーダ信号Se1,Se2が増幅されることにより、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb(Sb1,Sb2)が生成される。図6に示すBLM駆動タイミング信号Sbは、図5に示すBLM駆動タイミング信号Sbと比べて45度進角している。
このブラシレスモータ駆動タイミング信号Sbは、各相の駆動信号Sd(Sd1,Sd2)として選択される。このようにして、駆動制御装置10は、45度進角した各相の駆動信号Sd(Sd1,Sd2)を出力することができる。
The two-
The brushless motor drive timing signal Sb is selected as a drive signal Sd (Sd1, Sd2) for each phase. In this way, the
(第1の実施形態の動作)
図7〜図9に基づき、第1の実施形態の動作を説明する。
図7は、ステッピングモータモードにおける駆動タイミングのうち、電流遅れ25度の駆動時にロータが遅れた際に、ブラシレスモータモードへ切り替えて脱調を防止した状態を示すタイムチャートである。図7のタイムチャートの電気角0〜450度までは、図4のタイムチャートの電気角0〜450度までと同様である。
図7の電気角450度近傍におけるエンコーダ信号Seの立ち上がりエッジは、これに対応する基準タイミング信号Srの立ち上がりエッジ(電気角360度近傍)に対して基準信号の電気角約90度だけ遅延している。
(Operation of the first embodiment)
The operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a time chart showing a state in which step-out is prevented by switching to the brushless motor mode when the rotor is delayed during driving with a current delay of 25 degrees, among the driving timings in the stepping motor mode. The electrical angle of 0 to 450 degrees in the time chart of FIG. 7 is the same as the electrical angle of 0 to 450 degrees in the time chart of FIG.
The rising edge of the encoder signal Se near the electrical angle of 450 degrees in FIG. 7 is delayed by about 90 degrees of the electrical angle of the reference signal with respect to the corresponding rising edge of the reference timing signal Sr (near the electrical angle of 360 degrees). Yes.
比較回路16は、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対応するエンコーダ信号Seのレベル変化エッジの遅延が、電気角で90度を超えたことを検知したならば、モード切替信号ScをHレベルに設定する。モード切替信号ScがHレベルとなり、かつ、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の次のエッジを検出すると、モード選択回路13は、このブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を選択して、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力する。モータの出力トルク波形は、所定の正の値となる。これにより、駆動制御装置10は、モータ20を脱調させることなく駆動することができる。
When the
図8は、ブラシレスモータモードにおける駆動タイミングでの駆動時にロータが進んだ際、ステッピングモータモードに切り替えて位置決め制御を可能にしたことを示すタイムチャートである。図8のタイムチャートは、例えば、図7のタイムチャートの後である。
電気角200度近傍におけるエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジは、これに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジ(電気角90度近傍)に対して、基準信号の電気角で約110度強だけ遅延している。
電気角360度におけるエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジは、これに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジ(電気角270度近傍)に対して、基準信号の電気角で約90度だけ遅延している。
FIG. 8 is a time chart showing that the positioning control is enabled by switching to the stepping motor mode when the rotor advances during driving at the driving timing in the brushless motor mode. The time chart of FIG. 8 is, for example, after the time chart of FIG.
The falling edge of the encoder signal Se in the vicinity of the electrical angle of 200 degrees is delayed by about 110 degrees in terms of the electrical angle of the reference signal with respect to the corresponding falling edge of the reference timing signal Sr (near the electrical angle of 90 degrees). doing.
The falling edge of the encoder signal Se at an electrical angle of 360 degrees is delayed by about 90 degrees in terms of the electrical angle of the reference signal from the corresponding falling edge of the reference timing signal Sr (near the electrical angle of 270 degrees). Yes.
比較回路16は、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対応するエンコーダ信号Seのレベル変化エッジの遅延が、電気角で90度未満であることを検知し、かつ、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2の次のレベル変化エッジを検出したならば、モード切替信号ScをLレベルに設定する。図8の電気角450度近傍にて、モード切替信号Scは、HレベルからLレベルに切り替わる。
モード切替信号ScがLレベルならば、モード選択回路13は、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2を選択して、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力する。これにより、駆動制御装置10は、再びモータ20の位置決め制御を行うことができる。
The
If the mode switching signal Sc is at the L level, the
図9は、ブラシレスモータモードにおける各進角値に対応するトルクカーブと、ステッピングモータモードに対応するトルクカーブとを示すグラフである。図9の縦軸は、モータのトルクをミリニュートン・メートル(mN・m)で示している。図9の横軸は、回転速度を1分間あたりの回転数(r/min)で示している。
「進角無し」とは、駆動指令信号Sm1,Sm2を、ブラシレスモータモードにおける駆動タイミングで付与したときのモータのトルクカーブである。「進角25°」、「進角32.5°」、「進角45°」、「進角57.5°」、「進角70°」とは、駆動指令信号Sm1,Sm2を、ブラシレスモータモードにおける駆動タイミングに対して各電気角だけ進めて付与したときのモータのトルクカーブである。「STM駆動」とは、ステッピングモータモードで駆動したときのトルクカーブである。
FIG. 9 is a graph showing a torque curve corresponding to each advance value in the brushless motor mode and a torque curve corresponding to the stepping motor mode. The vertical axis in FIG. 9 indicates the motor torque in millinewton meters (mN · m). The horizontal axis in FIG. 9 indicates the rotational speed in terms of the number of rotations per minute (r / min).
“No advance” is a torque curve of the motor when the drive command signals Sm1, Sm2 are applied at the drive timing in the brushless motor mode. “Advance 25 °”, “Advance 32.5 °”, “Advance 45 °”, “Advance 57.5 °”, and “Advance 70 °” indicate that the drive command signals Sm1 and Sm2 are brushless. It is a torque curve of a motor when it advances and gives only each electrical angle with respect to the drive timing in a motor mode. “STM drive” is a torque curve when driven in the stepping motor mode.
図9に示すように、駆動制御装置10(図1参照)は、所定の値だけ進角させたブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2と、ステッピングモータモードの両方で切り替えて駆動制御する。これにより、駆動制御装置10は、ステッピングモータとしての通常のトルクカーブ特性の範囲よりも高速領域(図9においては、約1750(r/min以上の領域)の回転速度まで範囲を拡大することができる。特に45度進角されたブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2に切り替えて駆動することにより、高回転速度においても高いトルクで駆動することができ、また駆動制御装置10は、モータ20の正回転と逆回転の切り替えを、信号の入れ替えのみで実現することができることから、進角値は、45度が最適値である。しかし、これに限定されず、進角値は、45±12.5度の範囲であれば、所定の回転速度範囲において所望のトルクを得ることができる。
As shown in FIG. 9, the drive control device 10 (see FIG. 1) performs drive control by switching between both the brushless motor drive timing signals Sb1 and Sb2 advanced by a predetermined value and the stepping motor mode. As a result, the
駆動制御装置10は、ステッピングモータモードとブラシレスモータモードとの間の切り替えを、高分解能エンコーダやマイクロコンピュータなどの高価で複雑な装置を使用せず、二相エンコーダ30などの廉価な位置検出器と、制御部12などの簡単な論理回路だけで実現可能である。
駆動制御装置10は、ステッピングモータモードでの駆動時に、モータ20に想定以上の負荷が加わったとしても、ブラシレスモータモードに切り替えて、脱調せずに回転させることができる。これにより、モータ20のトルク特性が向上し、脱調を回避できることから、従来よりもモータ20を小型化することができる。
The
When driving in the stepping motor mode, the
第1の実施形態によれば、1つのセンサで90度位相差の信号を出力することができるパルスエンコーダで、ステッピングモータの磁極位置を検出可能である。このパルスエンコーダは、廉価である。よって、わずかなコストにより、このステッピングモータのロバスト性能を、ブラシレスモータ並みに引き上げて、外乱による脱調を抑止することができる。 According to the first embodiment, the magnetic pole position of the stepping motor can be detected with a pulse encoder that can output a signal having a phase difference of 90 degrees with one sensor. This pulse encoder is inexpensive. Therefore, the robust performance of this stepping motor can be raised to the same level as a brushless motor at a slight cost, and step-out due to disturbance can be suppressed.
(第2の実施形態)
第2の実施形態のモータの駆動制御装置は、第1の駆動制御装置10とは異なり、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対するエンコーダ信号Seのレベル変化エッジの偏差をカウントして、この偏差に基づいてステッピングモータモードとブラシレスモータモードとの間の切り替えを行う。これにより、モータ20の脱調を確実に回避し、かつ、モータ20に、駆動パルス信号Spにより指令された回転位置を回復させることができる。
(Second Embodiment)
Unlike the first
図10は、第2の実施形態におけるモータ20の駆動制御装置10aを示す概略の構成図である。図1に示す第1の実施形態のモータ20の駆動制御装置10と同一の構成には同一の符号を付与している。
図10に示すように、モータ20の駆動制御装置10aは、第1の実施形態の制御部12とは異なる制御部12aを備えている。それ以外は、第1の実施形態の駆動制御装置10と同様に構成されている。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating the
As shown in FIG. 10, the
第2の実施形態の制御部12aは、偏差カウンタ18(たまりパルス検出器の一例)を備え、第1の実施形態の比較回路16とは異なる比較回路16aを備えている。それ以外は、第1の実施形態の制御部12と同様に構成されている。
比較回路16aは、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジよりもエンコーダ信号Seのレベル変化エッジが遅れているか否かを判断し、偏差を増減させる信号を出力するものである。比較回路16aは、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対してエンコーダ信号Seのレベル変化エッジが遅れるごとに、偏差を増加させる信号を出力し、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対してエンコーダ信号Seのレベル変化エッジが進むごとに、偏差を減少させる信号を出力する。
The
The
偏差カウンタ18(たまりパルス検出器の一例)は、比較回路16aが出力する信号をカウントして、偏差カウント信号St(たまりパルス)とする。これにより、制御部12aは、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対するブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2のレベル変化エッジの遅れをカウントして、偏差カウント信号St(たまりパルス信号)とすることができる。偏差カウンタ18は、偏差カウント信号Stが1以上であり、かつ、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジを検出すると、出力するモード切替信号ScをHレベルとする。これにより、駆動制御装置10aは、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の次のエッジを検出すると、このブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2でモータ20を制御し、脱調を回避することができる。
The deviation counter 18 (an example of a pool pulse detector) counts a signal output from the
駆動制御装置10aは更に、偏差カウント信号Stが0になったときに、出力するモード切替信号ScをLレベルとする。モード切替信号ScがLレベルとなり、かつ、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2の次のパルスを検出したならば、駆動制御装置10aは、駆動パルス信号Spにより指令された回転位置を回復させた状態で、モータ20を再びステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2で制御することができる。
以下、比較回路16aと偏差カウンタ18の動作を、図11、図12のタイミングチャートを用いて説明する。図11、図12は、図2〜図8のタイミングチャートと同様な項目に加えて更に、「偏差カウント信号St」の項目を表示している。
「偏差カウント信号St」は、偏差のカウンタを示すものである。
Further, the
Hereinafter, operations of the
The “deviation count signal St” indicates a deviation counter.
図11は、モータ20がステッピングモータモードにおいて脱調に向かう状態を示すタイミングチャートである。ここでは、駆動制御装置10aが、ステッピングモータモードに固定され、ブラシレスモータモードに切り替わらない場合を比較例として示している。
図11に示すように、ステッピングモータモードの駆動において、負荷が過大になるなどの原因により、ロータの回転遅れが発生する。
FIG. 11 is a timing chart showing a state in which the
As shown in FIG. 11, in the driving in the stepping motor mode, a rotation delay of the rotor occurs due to an excessive load or the like.
図11の電気角450度近傍において、エンコーダ信号Seは、立ち下がりエッジを有する。このエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジは、電気角360度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジから1回前のものである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対してエンコーダ信号Seのレベル変化エッジは、1回だけ遅れている。このとき、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、0から1に増加する。モータ20は、これ以降脱調状態になる。
In the vicinity of the electrical angle of 450 degrees in FIG. 11, the encoder signal Se has a falling edge. The falling edge of the reference timing signal Sr corresponding to the falling edge of the encoder signal Se is near the electrical angle of 360 degrees, and is one time before the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, the level change edge of the encoder signal Se is delayed only once with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. At this time, the deviation count signal St of the
図11の電気角1350度近傍においてエンコーダ信号Seは、立ち上がりエッジを有する。このエンコーダ信号Seの立ち上がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジは、電気角1170度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジから2回前のものである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対して、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジは、2回だけ遅れている。このとき、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、1から2に増加する。
The encoder signal Se has a rising edge near the electrical angle of 1350 degrees in FIG. The falling edge of the reference timing signal Sr corresponding to the rising edge of the encoder signal Se is in the vicinity of the electrical angle of 1170 degrees, and is two times before the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, the level change edge of the encoder signal Se is delayed by two times with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. At this time, the deviation count signal St of the
図12は、ステッピングモータモードからブラシレスモータモードへの切り替えによる脱調の回避を示すタイムチャートである。
図12の電気角0度から電気角740度近傍まで、モータ20は、ステッピングモータモードで駆動している。駆動制御装置10aは、モータ20のロータ位相がずれたときに、ブラシレスモータモードへ切り替えることにより、モータ20の脱調を回避している。
偏差カウンタ18は、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対してブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2のレベル変化エッジが遅れた回数を偏差カウント信号St(たまりパルス信号)としてカウントする。
制御部12aは、偏差カウント信号Stが1以上である期間は、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の選択を継続し、駆動指令信号Sm1,Sm2として出力する。
FIG. 12 is a time chart showing avoidance of step-out by switching from the stepping motor mode to the brushless motor mode.
The
The deviation counter 18 counts the number of times the level change edges of the brushless motor drive timing signals Sb1 and Sb2 are delayed with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr as a deviation count signal St (stack pulse signal).
The
図12に示すように、電気角720度近傍においてエンコーダ信号Seは、立ち下がりエッジを有する。このエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジは、電気角630度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジから1回前のものである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対して、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジは、1回だけ遅れている。このとき、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、0から1に増加する。
As shown in FIG. 12, the encoder signal Se has a falling edge in the vicinity of an electrical angle of 720 degrees. The falling edge of the reference timing signal Sr corresponding to the falling edge of the encoder signal Se is in the vicinity of the electrical angle of 630 degrees, and is one time before the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, the level change edge of the encoder signal Se is delayed only once with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. At this time, the deviation count signal St of the
偏差カウンタ18は、電気角720度近傍で偏差カウント信号Stが0から1に増加すると、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2の次のレベル変化エッジのタイミング(電気角720度近傍)で、モード切替信号ScをHレベルに切り替える。これにより、偏差カウンタ18は、パルスの中途で切り替わることによる、駆動信号Sd1,Sd2(駆動指令信号Sm1,Sm2)のハザードを抑止し、モータ20を滑らかに駆動することができる。また、偏差カウンタ18は、偏差カウント信号Stが1以上ならば、モード切替信号ScをHレベルに設定している。これにより、偏差カウンタ18は、モータ20の脱調を防ぐことができる。
When the deviation count signal St increases from 0 to 1 near the electrical angle of 720 degrees, the
偏差カウント信号Stが1以上になったのち、電気角990度の直後においてエンコーダ信号Seは、立ち下がりエッジを有する。このエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジは、電気角810度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジから2回前のものである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対して、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジは、2回だけ遅れている。このとき、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、1から2に増加する。
図12の電気角1350度の直前においてエンコーダ信号Seは、立ち下がりエッジを有する。このエンコーダ信号Seの立ち下がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち下がりエッジは、電気角1170度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジから1回前のものである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対して、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジは、1回だけ遅れている。このとき、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、2から1に減少する。
After the deviation count signal St becomes 1 or more, immediately after the electrical angle of 990 degrees, the encoder signal Se has a falling edge. The falling edge of the reference timing signal Sr corresponding to the falling edge of the encoder signal Se is in the vicinity of an electrical angle of 810 degrees, and is two times before the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, the level change edge of the encoder signal Se is delayed by two times with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. At this time, the deviation count signal St of the
Immediately before the electrical angle of 1350 degrees in FIG. 12, the encoder signal Se has a falling edge. The falling edge of the reference timing signal Sr corresponding to the falling edge of the encoder signal Se is in the vicinity of the electrical angle of 1170 degrees and is one time before the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, the level change edge of the encoder signal Se is delayed only once with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. At this time, the deviation count signal St of the
図12の電気角1530度の直前においてエンコーダ信号Seは、立ち上がりエッジを有する。この立ち上がりエッジに対応する基準タイミング信号Srの立ち上がりエッジは、電気角1440度近傍であり、直前の基準タイミング信号Srのレベル変化エッジである。すなわち、基準タイミング信号Srのレベル変化エッジに対して、エンコーダ信号Seのレベル変化エッジの遅れは存在しない。よって、偏差カウンタ18の偏差カウント信号Stは、1から0に減少する。
Immediately before the electrical angle of 1530 degrees in FIG. 12, the encoder signal Se has a rising edge. The rising edge of the reference timing signal Sr corresponding to this rising edge is in the vicinity of the electrical angle of 1440 degrees and is the level change edge of the immediately preceding reference timing signal Sr. That is, there is no delay of the level change edge of the encoder signal Se with respect to the level change edge of the reference timing signal Sr. Therefore, the deviation count signal St of the
偏差カウント信号Stが0に減少したのち、電気角1530度近傍において、基準タイミング信号Sr(ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1)は、次のレベル変化エッジを有する。これにより、偏差カウンタ18は、モード切替信号ScをLレベルにする。制御部12aは、モータ20をステッピングモータモードに切り替えて制御し、よってロータの回転位置を制御する。
After the deviation count signal St decreases to 0, the reference timing signal Sr (stepping motor drive timing signal Ss1) has the next level change edge in the vicinity of the electrical angle of 1530 degrees. Thereby, the
偏差カウンタ18は、電気角1530度の直前において偏差カウント信号Stが1から0に減少すると、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2の次のレベル変化エッジのタイミング(電気角1530度近傍)で、モード切替信号ScをLレベルに切り替える。これにより、偏差カウンタ18は、パルスの中途で切り替わることによる、駆動信号Sd1,Sd2(駆動指令信号Sm1,Sm2)のハザードを抑止し、モータ20を滑らかに駆動することができる。
When the deviation count signal St decreases from 1 to 0 immediately before the electrical angle of 1530 degrees, the deviation counter 18 changes the mode at the timing of the next level change edge of the stepping motor drive timing signals Ss1 and Ss2 (near the electrical angle of 1530 degrees). The switching signal Sc is switched to the L level. Thereby, the
制御部12aは、偏差カウンタ18によってエンコーダ信号Seのレベル変化エッジの遅れを監視しているので、モータ20の脱調を確実に回避して、駆動パルスにより指令された回転位置を回復できる。すなわち、駆動制御装置10aは、ステッピングモータモードで駆動しているときにロータの回転遅れが生じても、脱調せずに所望の回転位置でステッピングモータモードに復帰できる。
Since the
第2の実施形態の駆動制御装置10aは、基準タイミング信号Srとエンコーダ信号Seの偏差をカウントし、その偏差カウント信号Stが0であるか否かを判断するという簡易な方法により、ステッピングモータモードとブラシレスモータモードの切り替えを容易に行い、かつ、モータ20に、駆動パルス信号Spにより指令された回転位置を回復させることができる。
The
モータ20の駆動制御装置10aは、モータ20のロックなどの異常が発生して偏差カウント信号St(たまりパルス)がオーバーフローし、この偏差カウント信号Stをリセットしても、現在の通電タイミングの情報を保存する。そのため、モータ20の駆動制御装置10aは、ロバスト性が高い、すなわち現状維持能力が高く外乱に強いシステムを構成可能である。
The
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(i)のようなものがある。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention. For example, there are the following (a) to (i).
(a) 位置検出器は、第1の実施形態の二相エンコーダ30に限定されない。位置検出器は、例えば、ロータの回転位置を検出する2個のホールセンサを含み、2個のホールセンサそれぞれの検出信号に同期したパルス信号を生成して制御部12に出力するホールIC(Integrated Circuit)などであってもよい。
(b) 二相エンコーダ30は、特に種類は限定されず、例えば、アブソリュートエンコーダ、原点信号付きエンコーダなどであってもよい。
(A) The position detector is not limited to the two-
(B) The type of the two-
(c) ステッピングモータのタイプは特に限定されるものではなく、PM型(Permanent Magnet Type:永久磁石型)、HB型(Hybrid Type:複合型)などが適用可能である。なお、1つのセンサで90度位相差の信号を出力することができるパルスエンコーダを、HB型ステッピングモータに装着してもよい。これにより、モータのステップ数と同じ磁極数の磁気エンコーダディスクをモータに取り付けて、モータの磁極位置をパルスエンコーダで検出して駆動することができる。 (C) The type of the stepping motor is not particularly limited, and a PM type (Permanent Magnet Type), an HB type (Hybrid Type), and the like are applicable. Note that a pulse encoder capable of outputting a 90-degree phase difference signal with one sensor may be mounted on the HB type stepping motor. Thus, a magnetic encoder disk having the same number of magnetic poles as the number of steps of the motor can be attached to the motor, and the magnetic pole position of the motor can be detected and driven by the pulse encoder.
(d) 第1の実施形態の二相エンコーダ30は、略45度進角されたブラシレスモータモードにおける駆動タイミングのエンコーダ信号Se1,Se2を出力するように、予め調整されている。しかし、これに限られず、任意のエンコーダ信号を出力したのち、ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路が、そのエンコーダ信号の位相をずらして、略45度進角されたブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2を出力してもよい。
(D) The two-
(e) 比較回路16は、ステッピングモータ駆動タイミング信号Ss1,Ss2のレベル変化エッジに対する、ブラシレスモータ駆動タイミング信号Sb1,Sb2のレベル変化エッジが所定位相以上遅れているか否かを直接に比較し、これらの比較結果を、モード切替信号Scとして出力してもよい。
(E) The
(f) ステッピングモータモードでの駆動方式は、フルステップ駆動に限定されず、マイクロステップ駆動などであってもよい。モータは、マイクロステップ駆動により、振動が減少し、0Hzまでノイズのないステップが可能となり、小さなステップ角度と優れた位置決めが可能となる。 (F) The driving method in the stepping motor mode is not limited to full step driving, and may be micro step driving or the like. The motor is reduced in vibration by micro-step driving, and a noise-free step is possible up to 0 Hz, and a small step angle and excellent positioning are possible.
(g) 駆動制御装置は、少なくともその一部を集積回路としてもよい。 (G) At least a part of the drive control device may be an integrated circuit.
(h) 駆動制御装置の各構成要素は、少なくともその一部がハードウェアによる処理ではなく、ソフトウェアによる処理であってもよい。
(i) エンコーダ信号Seを合成する方法は、エンコーダ信号Se1,Se2の排他的論理和に限定されず、論理和や論理積など、他の論理演算によって合成してもよい。
(H) At least a part of each component of the drive control device may be a software process instead of a hardware process.
(I) The method of synthesizing the encoder signal Se is not limited to exclusive OR of the encoder signals Se1 and Se2, and may be synthesized by other logical operations such as logical sum and logical product.
10,10a 駆動制御装置
20 モータ
30 二相エンコーダ (位置検出器の一例)
11 駆動回路 (駆動部の一例)
12,12a 制御部
13 モード選択回路
14 ステッピングモータ駆動タイミング発生回路 (STM駆動タイミング発生回路)
15 ブラシレスモータ駆動タイミング発生回路 (BLM駆動タイミング発生回路)
16,16a 比較回路
17 基準タイミング発生回路
18 偏差カウンタ
Sp 駆動パルス信号 (駆動パルスの一例)
Sr 基準タイミング信号
Se,Se1,Se2 エンコーダ信号 (検出信号の一例)
Sc モード切替信号 (比較情報の一例)
Sb,Sb1,Sb2 ブラシレスモータ駆動タイミング信号 (BLM駆動タイミング信号)
Ss,Ss1,Ss2 ステッピングモータ駆動タイミング信号 (STM駆動タイミング信号)
Sm1,Sm2 駆動指令信号
Sd,Sd1,Sd2 駆動信号 (駆動電流の一例)
St 偏差カウント信号
10, 10a
11 Drive circuit (example of drive unit)
12,
15 Brushless motor drive timing generator (BLM drive timing generator)
16,
Sr Reference timing signal Se, Se1, Se2 Encoder signal (an example of a detection signal)
Sc mode switching signal (an example of comparison information)
Sb, Sb1, Sb2 Brushless motor drive timing signal (BLM drive timing signal)
Ss, Ss1, Ss2 Stepping motor drive timing signal (STM drive timing signal)
Sm1, Sm2 drive command signal Sd, Sd1, Sd2 drive signal (an example of drive current)
St Deviation count signal
Claims (4)
前記駆動指令信号を出力する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記モータのロータ位置を検出する位置検出器からの検出信号に基づいて、ブラシレスモータ駆動タイミング信号を生成するブラシレスモータ駆動タイミング発生回路と、
外部から入力された駆動パルスに基づいて、ステッピングモータ駆動タイミング信号を生成するステッピングモータ駆動タイミング発生回路と、
前記駆動パルスを分周した基準タイミング信号を生成する基準タイミング発生回路と、
前記基準タイミング信号のレベル変化エッジよりも前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジが所定位相以上遅れているか否かを比較して、比較情報を生成する比較回路と、
前記比較情報に基づいて、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号と前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のいずれかを選択し、前記駆動指令信号として出力するモード選択回路と、
前記基準タイミング信号のレベル変化エッジに対する前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジの遅れをカウントして、たまりパルス信号とする偏差カウンタと、
を備え、
前記たまりパルス信号が存在するならば、前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号の選択を継続して前記駆動指令信号として出力し、
前記たまりパルス信号が無くなったならば、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号の次のエッジで、当該ステッピングモータ駆動タイミング信号の選択に切り替えて前記駆動指令信号として出力し、
前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号は45度±12.5度の範囲で進角された進角値固定の信号であることを特徴とするモータの駆動制御装置。 A drive unit that outputs a drive signal to each phase of the two-phase motor based on the drive command signal;
A control unit for outputting the drive command signal;
Including
The controller is
A brushless motor drive timing generation circuit that generates a brushless motor drive timing signal based on a detection signal from a position detector that detects a rotor position of the motor;
A stepping motor drive timing generation circuit that generates a stepping motor drive timing signal based on an externally input drive pulse;
A reference timing generation circuit for generating a reference timing signal obtained by dividing the drive pulse;
A comparison circuit that generates comparison information by comparing whether the level change edge of the brushless motor drive timing signal is delayed by a predetermined phase or more than the level change edge of the reference timing signal;
Based on the comparison information, a mode selection circuit that selects either the stepping motor drive timing signal or the brushless motor drive timing signal and outputs it as the drive command signal;
A deviation counter that counts the delay of the level change edge of the brushless motor drive timing signal with respect to the level change edge of the reference timing signal and sets it as a pool pulse signal;
With
If the pool pulse signal is present, the selection of the brushless motor drive timing signal is continued and output as the drive command signal,
If the pool pulse signal is lost, at the next edge of the stepping motor drive timing signal, switch to the selection of the stepping motor drive timing signal and output as the drive command signal,
The motor drive control device according to claim 1, wherein the brushless motor drive timing signal is a signal with a fixed advance value advanced in a range of 45 ° ± 12.5 °.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータの駆動制御装置。 The frequency of the detection signal output by the position detector that detects the rotor position of the motor is a multiple of the drive frequency of the brushless motor drive timing signal, and the detection signal is predetermined with respect to the back electromotive force waveform. With an advance value of
The motor drive control device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載のモータの駆動制御装置。 The frequency of the drive pulse is a frequency obtained by multiplying the drive frequency of the stepping motor drive timing signal by a multiple of a value obtained by dividing 90 degrees by the predetermined advance value.
The motor drive control device according to claim 2.
前記駆動指令信号を出力する制御部と、
を含む駆動制御装置が行うモータの駆動制御方法であって、
前記制御部は、
前記モータのロータ位置を検出する位置検出器からの検出信号に基づいて、45度±12.5度の範囲で進角された進角値固定のブラシレスモータ駆動タイミング信号を生成し、
外部から入力された駆動パルスに基づいて、ステッピングモータ駆動タイミング信号を生成し、
前記駆動パルスを分周した基準タイミング信号を生成し、
前記基準タイミング信号のレベル変化エッジよりも前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジが所定位相以上遅れているか否かを比較して、比較情報を生成し、
前記比較情報に基づいて、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号と前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のいずれかを選択し、前記駆動指令信号として出力し、
前記基準タイミング信号のレベル変化エッジに対する前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号のレベル変化エッジの遅れをカウントして、たまりパルス信号とし、
前記たまりパルス信号が存在するならば、前記ブラシレスモータ駆動タイミング信号の選択を継続して前記駆動指令信号として出力し、
前記たまりパルス信号が無くなったならば、前記ステッピングモータ駆動タイミング信号の次のエッジで、当該ステッピングモータ駆動タイミング信号の選択に切り替えて前記駆動指令信号として出力する、
ことを特徴とするモータの駆動制御方法。 A drive unit that outputs a drive signal to each phase of the two-phase motor based on the drive command signal;
A control unit for outputting the drive command signal;
A drive control method for a motor performed by a drive control device including:
The controller is
Based on a detection signal from a position detector that detects a rotor position of the motor, a brushless motor driving timing signal with an advance value fixed in a range of 45 degrees ± 12.5 degrees is generated,
A stepping motor drive timing signal is generated based on an externally input drive pulse,
Generating a reference timing signal obtained by dividing the drive pulse;
Compare whether or not the level change edge of the brushless motor drive timing signal is delayed by a predetermined phase or more than the level change edge of the reference timing signal, to generate comparison information,
Based on the comparison information, select either the stepping motor drive timing signal and the brushless motor drive timing signal, and output as the drive command signal ,
Counting the delay of the level change edge of the brushless motor drive timing signal with respect to the level change edge of the reference timing signal, as a pool pulse signal,
If the pool pulse signal is present, the selection of the brushless motor drive timing signal is continued and output as the drive command signal,
If the pool pulse signal disappears, at the next edge of the stepping motor drive timing signal, switch to the selection of the stepping motor drive timing signal and output as the drive command signal.
A motor drive control method characterized by the above.
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