JP6510582B2 - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプ - Google Patents

モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプ Download PDF

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Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプに関する。
従来、ポンプ装置として、チューブポンプが知られている。チューブポンプは、モータによりローラを回転させながらチューブを押し潰すことにより、チューブ内の液体を送出する。チューブポンプは、医療機器に使用されており、たとえば、ブラシレスDCモータにより、ローラを有するロータを回転させる人工透析用ポンプ装置(血液ポンプ)が知られている。
かかるチューブポンプに用いられるブラシレスDCモータの通電方式には、たとえば、120度通電方式と、180度通電方式とがあり、かかる180度通電方式のブラシレスDCモータは、一般的に、120度通電方式で回転を開始し、モータの実回転速度に応じて低騒音、低振動の180度通電方式に切り替える。そして、モータの実回転速度が外的要因により所定の回転速度を下回った場合、モータの制御を維持するために、通電方式を180度通電方式から120度通電方式に切り替える。
特開平10−290831号公報
しかしながら、従来のチューブポンプに用いられるブラシレスDCモータでは、通電方式を180度通電方式から120度通電方式に切り替えるのにある程度の時間が必要となる。そして、通電方式が切り替わる前に外的要因によりモータが逆転した場合、かかる逆転を検知すると、逆転速度が停止とみなされる極低速またはモータが停止するまで保護動作(たとえば、ショートブレーキ)が加わってしまい、逆転現象が解消し保護動作が解除されるまでモータを駆動させることができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外的要因によりモータが逆転した場合にも、モータを継続的に駆動させることができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータ駆動制御装置は、速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、前記モータの回転位置を検出し、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器と、を備える。また、前記モータ駆動部は、前記モータの回転開始から所定の回転速度までは通電方式を120度通電とし、前記所定の回転速度以上では通電方式を180度通電とする。そして、前記制御部は、前記速度指令信号の入力中に、前記モータの回転が、外的要因により、前記回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記切り替わった時点における前記モータの回転位置から前記逆方向への移動量を、前記検出信号に基づいて測定する測定部と、前記移動量が所定の閾値以上になった場合に、前記モータ駆動部の通電方式を前記180度通電から前記120度通電に切り替える切替信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、を有する。
本発明の一態様によれば、外的要因によりモータが逆転した場合にも、モータを継続的に駆動させることができる。
図1は、実施形態に係る血液ポンプが組み込まれる人工透析システムの構成例を示す図である。 図2は、図1に示す血液ポンプを説明するための図(1)である。 図3は、図1に示す血液ポンプを説明するための図(2)である。 図4は、実施形態に係るモータ装置における通電方式の切替動作の一例を説明するための図である。 図5は、参考例におけるモータ駆動制御装置の処理フローを示す図である。 図6は、図2に示すモータ装置の構成例を示すブロック図である。 図7は、実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 図8は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の処理フローを示す図である。 図9は、実施形態に係るモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図10は、実施形態に係る逆転カウントの測定処理を説明するフローチャートである。 図11は、実施形態に係るCW方向とCCW方向とにおけるエンコーダ信号の出力状態を示す模式図である。 図12は、実施形態に係るリセット信号の送信処理を説明するフローチャートである。
以下、実施形態に係るモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の数値の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの数値の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
(実施形態)
以下では、実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるチューブポンプが、人工透析システムの血液ポンプである場合について説明する。図1は、実施形態に係る血液ポンプが組み込まれる人工透析システムの構成例を示す図である。
図1に示す人工透析システムは、血液ポンプ1と、ダイアライザー3と、透析液供給装置4とを有する。血液ポンプ1は、チューブ2を介して、患者Pの血液をダイアライザー3に搬送する(脱血)。
かかるダイアライザー3は、半透膜と、透析液供給装置4から供給される透析液とにより、患者Pの血液に対して、老廃物除去、電解質維持、水分量維持の処理を行う。また、血液ポンプ1は、チューブ2を介して、ダイアライザー3により処理された血液を患者Pに戻す(返血)。
図2および図3は、図1に示す血液ポンプ1を説明するための図である。図2に示すように、血液ポンプ1は、モータ装置10と、減速機20と、ポンプシステム30とを有する。なお、図2は、図1に示す血液ポンプ1を側面側から見た図であり、図3は、図1に示す血液ポンプ1をポンプシステム30側から見た図である。
図2において、モータ装置10は、減速機20を介して、ポンプシステム30のロータ32(図3参照)に回転駆動力を供給する駆動源であり、後述するモータ11(図6参照)を内蔵する。減速機20は、モータ装置10(モータ11)の回転軸と接続され、モータ11の回転速度を所定の減速比で減速する。ポンプシステム30は、減速機20の回転軸(出力軸)と接続される。
ポンプシステム30は、図3に示すように、ハウジング31と、ロータ32と、ローラ支持部33と、ローラ34aと、ローラ34bとを有する。ハウジング31は、内部にチューブ2およびロータ32の収納空間が形成されている。チューブ2は、ハウジング31が有する円弧状の内周壁面に沿って配設される。ロータ32は、減速機20の回転軸(出力軸)と接続される。
ローラ支持部33は、ロータ32に接続され、ロータ32の回転とともに回転する。ローラ支持部33の両端には、ローラ34aおよびローラ34bがそれぞれ取り付けられている。ローラ支持部33は、チューブ2を押圧するローラ34aおよびローラ34bを回転自在に支持する。
ローラ34aおよびローラ34bは、ローラ支持部33の回転とともに回転する。すなわち、ローラ34aおよびローラ34bは、モータ装置10(モータ11)の駆動により回転することで、ハウジング31の内周壁面に沿って配設されたチューブ2を押圧し、チューブ2内の液体(血液)を送出する。
図4は、実施形態に係るモータ装置10における通電方式の切替動作の一例を説明するための図である。図4に示すように、モータ装置10におけるモータ11の通電方式には、120度通電方式(以下、120度通電とも呼称する。)と、180度通電方式(以下、180度通電とも呼称する。)とがある。
120度通電は、モータ11が低速回転(たとえば、V1〜V2rpm)で駆動する際に用いられる通電方式である。180度通電は、モータ11が中高速回転(たとえば、V3rpm以上)で駆動する際に用いられる通電方式である。以下の実施形態では、一例として、V1〜V2rpmは100rpmより小さく、V3rpmは100rpmより大きい場合について説明する。
120度通電は、低速回転でのトルクが大きいという利点がある一方で、中高速回転になると駆動時の騒音と振動が大きいという欠点がある。一方、180度通電は、120度通電に比べて低速回転でのトルクが小さいという欠点がある一方で、中高速回転での騒音と振動が小さいという利点がある。
そこで、実施形態では、モータ11の起動時には120度通電で通電し、実回転速度が所定の回転速度(たとえば、V2rpm)以上になった際に180度通電に切り替える制御が行われる。
また、図4に示した例において、モータ11を低速回転(たとえば、100rpm)で回転させる場合には、次のような制御が行われる。まず、モータ11を120度通電によりPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)デューティ比(以下、デューティ比とも呼称する)を増加させるとD2%でモータ11の回転が開始し、回転速度がV1rpmになる(ステップS1)。
引き続いて、デューティ比を増加させて、D3%で回転速度がV2rpm以上になる(ステップS2)と、通電方式は120度通電から180度通電に切り替えられる(ステップS3)。すると、モータ11の回転速度はV2rpmからV4rpmに急激に増加し、目標の回転速度(100rpm)を上回る。
次に、180度通電のまま、デューティ比を減少させると、D1%で、回転速度はV3rpmになる(ステップS4)。引き続いて、デューティ比を減少させると、モータ11がトルク不足で回転できないフリー状態で回転速度が低下し、回転速度がV2rpm以下になると通電方式を180度通電から120度通電に切り替える(ステップS5)。
そして、回転速度が100rpm以下になるとデューティを増加させるが、モータ11が回転できないフリー状態が続き(ステップS4〜S5〜S1)、モータ11はD2%でふたたび120度通電で回転を再開する(ステップS1)。このように、モータ11が、120度通電(ステップS1〜S2)、180度通電(ステップS3〜S4)、フリー(ステップS4〜S5〜S1)の行程をくり返すことにより、モータ11における回転速度の平均値を目標の回転速度(100rpm)にすることができる。
なお、上述したように、実施形態において、モータ11は減速機20によりさらに減速されながら用いられることから、上記の行程をくり返すことにより微視的には回転速度が変動したとしても、実用上問題はない。
つづいて、かかるモータ装置10における課題について、図5を参照しながら説明する。図5は、参考例におけるモータ駆動制御装置の処理フローを示す図である。
図5に示すように、モータ駆動部13(図6参照)は、モータ11(図6参照)に対して駆動信号を出力することにより、モータ11を駆動する。かかる駆動信号は、モータ駆動部13において120度通電方式または180度通電方式に基づいて生成され、モータ11に出力される。
制御部12(図6参照)は、モータ駆動部13に対して駆動制御信号を出力することにより、モータ駆動部13の各種制御を行う。たとえば、ユーザから指示された速度指令信号とエンコーダ14から出力されたエンコーダ信号(図6参照)とに基づいて、モータ駆動部13に速度指令を与え、モータ11の回転速度を制御する。
ここで、低速運転中のポンプシステム30に対して、外的要因による負荷が瞬間的に増加し、モータ11の回転速度が所定の回転速度(たとえば、V2rpm)より低下した場合、モータ駆動部13は、上述のように通電方式を180度通電から120度通電に切り替える動作に入る。
しかしながら、通電方式が120度通電に切り替わる前に、負荷が加わり続けてモータ11が目標の回転方向と反対の方向に回転(0rpm以下)(以下、逆回転とも呼称する。)し、さらに逆回転が所定の回転速度(たとえば、−V2rpm)以下になり、それをモータ駆動部13が検知すると、モータ駆動部13はモータ11を保護する保護動作に入る。
なぜなら、ホール素子15(図6参照;磁気センサの一例)からの前回の信号に基づいて正弦波の駆動波形を生成する180度通電方式では、モータ11が逆回転すると前回と異なる通電順序と認識し、したがって駆動波形を生成することができないからである。なお、モータ駆動部13は、モータ11の回転速度を、モータ装置10に内蔵されるホール素子15で検知することができる。
モータ11を保護する保護動作は、たとえば、モータ11の回転を停止させるショートブレーキである。そして、かかる保護動作によりモータ11の回転が停止とみなされる極低速または停止すると、保護動作が解除され、モータ11の回転が復帰する。一方で、かかるモータ駆動部13による保護動作中においては、制御部12からモータ駆動部13に速度指令を与えても、モータ装置10を駆動させることはできない。
そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置では、制御部12を以下に説明する構成にすることにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11を継続的に駆動させることができる。
図6は、図2に示すモータ装置10の構成例を示すブロック図である。モータ装置10は、図6に示すように、モータ11と、制御部12と、モータ駆動部13と、エンコーダ14(位置検出器の一例)と、ホール素子15(磁気センサの一例)とを有する。
モータ11は、減速機20を介して、ポンプシステム30と接続される。モータ11は、たとえば、3相のブラシレスDCモータである。モータ11は、制御部12およびモータ駆動部13を含むモータ駆動制御装置により駆動制御される。なお、モータ駆動制御装置として、エンコーダ14およびホール素子15が含まれてもよい。
制御部12は、外部装置である速度指令信号生成部100と、回転方向信号生成部110とに接続される。制御部12は、たとえば、マイクロプロセッサ(Micro-Processing Unit:MPU)により構成される。制御部12には、速度指令信号生成部100から速度指令信号が入力され、さらに回転方向信号生成部110から回転方向信号が入力され、かかる速度指令信号および回転方向信号に基づいて駆動制御信号を生成する。
かかる速度指令信号は、速度指令信号生成部100により生成される信号であり、モータ11の目標回転速度を指定する指令情報である。具体的には、速度指令信号は、カウント数が目標の回転ステップ数となり、単位時間当たりのカウント数が目標の回転速度となるパルス信号である。
速度指令信号生成部100は、たとえば、パルス周波数変調(Pulse Frequency Modulation:PFM)により、目標回転速度に応じた周波数のクロック信号を速度指令信号として生成し、制御部12に出力する。
また、制御部12には、回転方向信号生成部110から回転方向信号が入力され、かかる回転方向信号に基づいてモータ11の回転方向を制御する。回転方向信号は、モータ11における目標の回転方向(以下、「正方向」とも呼称する。)を指定する指令情報である。具体的には、回転方向信号は、目標の回転方向がCW(時計回り)方向である場合と、CCW(反時計回り)方向である場合とで値が異なるデジタル信号である。
そして、制御部12は、たとえば、パルス幅変調(PWM)により、クロック信号に対応する回転速度でモータ11を回転させるためのPWM信号を駆動制御信号として生成する。なお、かかる駆動制御信号は、PWM信号の他に、回転方向信号に基づく回転方向でモータ11を回転させるための制御信号を含む。
モータ駆動部13は、直流電源DCに接続され、制御部12が生成した駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータ11に出力する。モータ駆動部13は、たとえば、インバータ回路と、アナログ集積回路であるプリドライブ回路とを有する。
インバータ回路は、プリドライブ回路から出力された出力信号に基づいてモータ11に駆動信号を出力し、モータ11が備える3つの電機子コイルに通電する。インバータ回路は、たとえば、直流電源DCの両端に設けられた2つのスイッチ素子の直列回路の対が、3つの電機子コイルの各相(U相、V相、W相)に対してそれぞれ配置されて構成されている。そして、かかる2つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点にモータ11の各相の端子が接続されている。
プリドライブ回路は、制御部12から入力される駆動制御信号に基づいて、インバータ回路を駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路に出力する。かかる出力信号としては、たとえば、インバータ回路の各スイッチ素子に対応する6種類のスイッチング信号である。これらの出力信号がインバータ回路に出力されることで、それぞれの出力信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行い、モータ11に駆動信号が出力されてモータ11の各相に電力が供給される。
なお、インバータ回路に出力されるスイッチング信号は、120度通電方式と180度通電方式とでそれぞれ異なるタイミングで出力される。したがって、実施形態では、モータ駆動部13のプリドライブ回路において、モータ11の通電方式を制御している。
エンコーダ14は、モータ11(回転子)の回転位置を検出する位置検出器の一例である。エンコーダ14は、速度指令信号(クロック信号)に応じたパルス信号を出力し、かかるパルス信号のカウント数に基づく検出信号(エンコーダ信号)を、制御部12に出力する。
エンコーダ14は、モータ11が回転している場合、A相からの信号と、かかるA相との位相差が約90度のB相からの信号とをそれぞれ交互に出力する。制御部12が含む測定部41(図7参照)は、カウンタにより、A相の出力波形の立ち上がり/立ち下がりの状態変化と、B相の出力波形の立ち上がり/立ち下がりの状態変化とをカウントすることで、実際の回転ステップ数、回転方向および回転速度を測定する。
ホール素子15は、モータ11(回転子)における磁極の位置を検出する磁気センサの一例であり、かかる検出結果に基づく位置信号(ホール信号)をモータ駆動部13のプリドライブ回路に出力する。プリドライブ回路は、受信したホール信号に基づいて、インバータ回路の各スイッチ素子のオン、オフ動作を切り替えるタイミングを調整する。
また、プリドライブ回路は、受信したホール信号の状態変化に基づいてモータ11の回転速度を検出し、モータ11の通電方式を切り替える。なお、ホール素子15の代わりに、ホールICが用いられる場合であってもよい。
制御部12は、速度指令信号(クロック信号)と、エンコーダ14が出力するエンコーダ信号とに基づいて、駆動制御信号(PWM信号)を生成し、モータ駆動部13に出力する。制御部12は、たとえば、クロック信号の入力により、モータ11が回転している間、クロック信号のカウント数(目標の回転ステップ数)と、エンコーダ信号のカウント数(実際の回転ステップ数)とを比較する。
そして、クロック信号とエンコーダ信号のカウント数の比率を調整後に、両方のカウント数が異なる場合、制御部12は、両方のカウント数が一致するよう、デューティ比を変更したPWM信号を生成し、モータ駆動部13に出力する。なお、制御部12は、クロック信号の入力によりモータ11が回転している間、エンコーダ14が出力するエンコーダ信号の代わりに、ホール素子15が出力する信号を用いて、モータ11の回転速度を維持する制御を行ってもよい。
ところで、モータ装置10には、外的要因による負荷によりモータ11が逆回転した際、モータ11を保護する上述の保護機能が、モータ駆動部13のプリドライブ回路に設けられている。プリドライブ回路は、ホール素子15からのホール信号に基づいてモータ11の実際の回転方向および回転速度を検出する。
そして、モータ11が目標の回転方向とは反対の回転方向(以下、逆方向とも呼称する。)へ回転し、さらに逆方向への回転が所定の回転速度以上(すなわち、正方向への回転が所定のマイナス回転速度以下)になったことをホール信号に基づいて検知した場合、プリドライブ回路はモータ11を保護する保護動作を行う。
ここで、実施形態では、エンコーダ14からのエンコーダ信号により、制御部12がモータ11の逆方向への回転を検知した場合、上述の保護動作が行われるより前に、制御部12が、モータ駆動部13を120度通電方式で強制的に再起動する通電方式切替信号を、モータ駆動部13に出力する。
これにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11が保護動作に入ることを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、モータ11を継続的に駆動させることができる。
また、実施形態において、エンコーダ14の分解能は、ホール素子15の分解能より高い。これにより、ホール素子15からのホール信号に基づいてモータ駆動部13が保護動作に入るより前に、エンコーダ14からのエンコーダ信号に基づいて、制御部12がモータ11の逆方向への回転をすばやく検知することができる。
図7は、実施形態に係る制御部12の構成例を示すブロック図である。制御部12は、測定部41と、送信部42と、記憶部50とを有する。記憶部50は、目標回転方向情報51と、カウント閾値情報52とを記憶する。なお、送信部42は、タイマを備えている。
以下に詳述するように、測定部41は、速度指令信号生成部100からの速度指令信号の入力中に、モータ11の回転が、外的要因により、回転方向信号生成部110からの回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点をエンコーダ信号(検出信号)に基づいて検知し、切り替わった時点におけるモータ11の回転位置から逆方向への移動量を、エンコーダ信号に基づいて測定する。そして、送信部42は、移動量が所定の閾値以上になった場合に、モータ駆動部13の通電方式を180度通電から120度通電に切り替える切替信号をモータ駆動部13に送信する。なお、測定部41は、モータ11の逆方向への移動量に相当するカウント値をカウントし、送信部42は、カウント値が規定の値になった場合に、切替信号をモータ駆動部13に送信する。
記憶部50は、回転方向信号生成部110から回転方向信号を受信して、モータ11の目標回転方向(CW方向またはCCW方向)に関する情報である目標回転方向情報51を記憶する。測定部41は、かかる目標回転方向情報51と、エンコーダ14からのA相エンコーダ信号およびB相エンコーダ信号とに基づいて、モータ11の逆方向への移動量をカウントした逆転カウントを測定する。かかる逆転カウントの測定方法については後述する。
送信部42は、測定部41で測定される逆転カウントと、記憶部50のカウント閾値情報52に記憶されたカウント閾値(規定の値の一例)とを比較する。なお、かかるカウント閾値は、モータ11の逆方向への移動量に対する所定の閾値の一例である。そして、逆転カウントがカウント閾値以上になった場合、送信部42は、上述の通電方式切替信号(切替信号の一例)をモータ駆動部13に送信する。
図8は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の処理フローを示す図である。図8に示すように、低速運転中のポンプシステム30に対して、外的要因による負荷が瞬間的に増加し、モータ11の回転速度が所定の回転速度(たとえば、V2rpm)より低下した場合、モータ駆動部13は、通電方式を180度通電から120度通電に切り替える動作に入る。
ここで、実施形態では、モータ11が逆回転(すなわち、0rpm以下)になり、かかる逆回転を制御部12が検知すると、制御部12は、モータ駆動部13に対してリセット信号(切替信号の一例)を送信する。そして、かかるリセット信号により、モータ駆動部13は120度通電で強制的に再起動されることから、保護動作に入ることなくモータ11の逆回転を停止させ、正方向への回転(以下、正回転とも呼称する。)に復帰させることができる。
図9は、実施形態に係るモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。なお、図9に示す例では、回転方向信号によりモータ11に指示される目標回転方向が、CCW方向である場合について示している。
したがって、図9に示すように、まずB相エンコーダ信号(ENC−B)の値として「0」(Low信号)が出力され、次にA相エンコーダ信号(ENC−A)の値として「1」(High信号)が出力され、次にB相エンコーダ信号の値として「1」が出力される。つづいてA相エンコーダ信号の値として「0」が出力され、以下、この所定の順番でA相エンコーダ信号とB相エンコーダ信号とがそれぞれ交互に出力される。
なお、モータ11の目標回転方向がCW方向の場合は、まずA相エンコーダ信号の値として「0」が出力され、次にB相エンコーダ信号の値として「1」が出力され、次にA相エンコーダ信号の値として「1」が出力される。つづいてB相エンコーダ信号の値として「0」が出力され、以下、この所定の順番でA相エンコーダ信号とB相エンコーダ信号とがそれぞれ交互に出力される。
そして、モータ11が所定の回転速度を維持している場合、それぞれ交互に出力されるエンコーダ信号(A相エンコーダ信号およびB相エンコーダ信号)は、速度指令信号(クロック信号)に応じて出力される。また、図9に示した例では、この際180度通電方式でモータ11を駆動している。
しかしながら、外的要因による負荷が増加し、モータ11の回転速度が目標回転速度より低下すると、エンコーダ14から出力されるエンコーダ信号は、クロック信号より遅れる。さらに、時間T1においてモータ11が逆転すると、所定の順番とは異なるエンコーダ信号が出力されるようになる。
図9に示す例では、A相エンコーダ信号の値「1」が出力された後に、モータ11が逆転した際、次の順番であるB相エンコーダ信号の値「1」が出力されず、A相エンコーダ信号の値「0」が出力されている。このように、所定の順番と異なるエンコーダ信号が出力された際、制御部12の測定部41は、逆転カウントを1カウント加算し、逆転カウントを「0」から「1」に変更する。
さらに、モータ11の逆転が継続すると、A相エンコーダ信号の値「0」が出力された後に、逆転が継続していることを示すB相エンコーダ信号の値「1」が出力される。すると、制御部12の測定部41は、逆転カウントをさらに1カウント加算し、逆転カウントを「1」から「2」に変更する。なお、測定部41における逆転カウントの具体的なカウント方法については後述する。
ここで、記憶部50に記憶されたカウント閾値が「2」に設定されている場合、逆転カウントが「2」となると、制御部12の送信部42は、モータ駆動部13にリセット信号を送信する。これにより、モータ駆動部13が時間T2で強制的に再起動され、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる。
すなわち、かかるリセット信号により、モータ駆動部13による保護動作を発動させることなく、モータ11を継続して駆動させることができる。このリセット信号は、所定の期間(たとえば、時間T3まで)間欠的に送信される。なお、かかるリセット信号の具体的な送信方法については後述する。
そして、図9に示す例では、時間T4で逆方向への回転速度の増加がおさまり、時間T5でモータ11が逆回転から正回転へ逆転し、正回転に復帰している。ここで、実施形態では、モータ11が目標の回転方向に戻ったことを測定部41が検知した場合、送信部42はリセット信号の送信を停止する。
さらに、時間T6でモータ11の回転速度が所定の回転速度以上になると、モータ駆動部13は、通電方式を120度通電方式から180度通電方式に切り替える。かかる所定の回転速度は、図9に示す例では、たとえばV2rpmである。
なお、上述の実施形態では、カウント閾値を「2」に設定した場合について示したが、カウント閾値の設定値は「2」以上とする。たとえば、カウント閾値を「2」に設定した場合、モータ11が極低速回転する際に回転方向がふらつく、いわゆるチャタリング現象が発生し、仮に逆転カウントが「1」になった場合においても、モータ駆動部13の過敏な強制起動を抑制することができる。
続いて、逆転カウントの測定処理について、図10および図11を用いて説明する。図10は、実施形態に係る逆転カウントの測定処理を説明するフローチャートであり、図11は、実施形態に係るCW方向とCCW方向とにおけるエンコーダ信号の出力状態を示す模式図である。なお、図10に示す逆転カウントの測定処理は、A相エンコーダ信号またはB相エンコーダ信号の状態変化を測定部41が受信する毎に行われる。
図10に示すように、まず、測定部41は、現在のA相エンコーダ信号の値と現在のB相エンコーダ信号の値が異なるかどうか、すなわち、現在のA相エンコーダ信号の値が「1」であるとともに現在のB相エンコーダ信号の値が「0」であるか、または現在のA相エンコーダ信号の値が「0」であるとともに現在のB相エンコーダ信号の値が「1」であるか否かを判定し(ステップS101)、かかる条件に適合した場合は(ステップS101,Yes)、現在のA相エンコーダ信号の値と前回処理時のA相エンコーダ信号の値とが一致するかどうかを判定する(ステップS102)。
つづいて、測定部41は、現在のA相エンコーダ信号の値と前回処理時のA相エンコーダ信号の値とが一致した場合(ステップS102,Yes)、目標回転方向情報51に基づいて目標回転方向がCW方向でないか否かを判定する(ステップS103)。そして、目標回転方向がCW方向でない場合(ステップS103,Yes)、逆転カウントを1加算して(ステップS104)、処理を終了する。
すなわち、「ステップS101,Yes」であり「ステップS102,Yes」の場合は、図11に示すように、モータ11の回転方向は、CW方向となる。そして、「ステップS103,Yes」の場合は、目標回転方向がCCW方向であることから、逆転カウントを1加算する。
なお、ステップS103の判定条件を満たさなかった場合(ステップS103,No)、すなわちモータ11の回転方向が目標回転方向と同じCW方向の場合、測定部41は、逆転カウントが0より大きいか否かを判定する(ステップS105)。ここで、逆転カウントが0より大きい場合は(ステップS105,Yes)、逆転カウントを1減算して(ステップS106)処理を終了し、そうでない場合は(ステップS105,No)、そのまま処理を終了する。
また、ステップS102の判定条件を満たさなかった場合(ステップS102,No)、測定部41は、目標回転方向情報51に基づいて目標回転方向がCCW方向でないか否かを判定する(ステップS107)。そして、目標回転方向がCCW方向でない場合(ステップS107,Yes)、逆転カウントを1加算して(ステップS108)、処理を終了する。
すなわち、「ステップS101,Yes」であり「ステップS102,No」の場合は、図11に示すように、モータ11の回転方向は、CCW方向となる。そして、「ステップS107,Yes」の場合は、目標回転方向がCW方向であることから、逆転カウントを1加算する。
なお、ステップS107の判定条件を満たさなかった場合(ステップS107,No)、すなわちモータ11の回転方向が目標回転方向と同じCCW方向の場合、測定部41は、逆転カウントが0より大きいか否かを判定する(ステップS109)。ここで、逆転カウントが0より大きい場合は(ステップS109,Yes)、逆転カウントを1減算して(ステップS110)処理を終了し、そうでない場合は(ステップS109,No)、そのまま処理を終了する。
さらに、ステップS101の判定条件を満たさなかった場合(ステップS101,No)、測定部41は、現在のA相エンコーダ信号の値と前回処理時のA相エンコーダ信号の値とが一致しないか否かを判定する(ステップS111)。
つづいて、測定部41は、現在のA相エンコーダ信号の値と前回処理時のA相エンコーダ信号の値とが一致しない場合(ステップS111,Yes)、目標回転方向情報51に基づいて目標回転方向がCW方向でないか否かを判定する(ステップS112)。そして、目標回転方向がCW方向でない場合(ステップS112,Yes)、逆転カウントを1加算して(ステップS113)、処理を終了する。
すなわち、「ステップS101,No」であり「ステップS111,Yes」の場合は、図11に示すように、モータ11の回転方向は、CW方向となる。そして、「ステップS112,Yes」の場合は、目標回転方向がCCW方向であることから、逆転カウントを1加算する。
なお、ステップS112の判定条件を満たさなかった場合(ステップS112,No)、すなわちモータ11の回転方向が目標回転方向と同じCW方向の場合、測定部41は、逆転カウントが0より大きいか否かを判定する(ステップS114)。ここで、逆転カウントが0より大きい場合は(ステップS114,Yes)、逆転カウントを1減算して(ステップS115)処理を終了し、そうでない場合は(ステップS114,No)、そのまま処理を終了する。
また、ステップS111の判定条件を満たさなかった場合(ステップS111,No)、測定部41は、目標回転方向情報51に基づいて目標回転方向がCCW方向でないか否かを判定する(ステップS116)。そして、目標回転方向がCCW方向でない場合(ステップS116,Yes)、逆転カウントを1加算して(ステップS117)、処理を終了する。
すなわち、「ステップS101,No」であり「ステップS111,No」の場合は、図11に示すように、モータ11の回転方向は、CCW方向となる。そして、「ステップS116,Yes」の場合は、目標回転方向がCW方向であることから、逆転カウントを1加算する。
なお、ステップS116の判定条件を満たさなかった場合(ステップS116,No)、すなわちモータ11の回転方向が目標回転方向と同じCCW方向の場合、測定部41は、逆転カウントが0より大きいか否かを判定する(ステップS118)。ここで、逆転カウントが0より大きい場合は(ステップS118,Yes)、逆転カウントを1減算して(ステップS119)処理を終了し、そうでない場合は(ステップS118,No)、そのまま処理を終了する。
このように、ホール素子15より高い分解能を持つエンコーダ14から出力されるエンコーダ信号に基づいて逆転カウントを測定することにより、モータ11が逆転した後すばやくモータ11の逆転を検知することができる。
図12は、実施形態に係る通電方式の切替処理(リセット信号の送信処理)を説明するフローチャートである。なお、図12に示すリセット信号の送信処理は、所定の時間間隔(たとえば、500(μs))毎に行われる。
図12に示すように、まず、送信部42は、逆転カウントが2以上(すなわちカウント閾値以上)であるか否かを判定し(ステップS201)、逆転カウントが2以上である場合(ステップS201,Yes)、通電切替待機タイマの値が「0」であるか否かを判定する(ステップS202)。なお、ステップS201の判定条件を満たさなかった場合には(ステップS201,No)、処理を終了する。
つづいて、送信部42は、通電切替待機タイマの値が「0」である場合(ステップS202,Yes)、通電方式切替信号送信中タイマの値が「0」であるか否かを判定する(ステップS203)。そして、通電方式切替信号送信中タイマの値が「0」である場合(ステップS203,Yes)、送信部42は、リセット信号をモータ駆動部13に送信し(ステップS204)、通電方式切替信号送信中タイマにリセット信号の送信時間を設定して(ステップS205)、処理を終了する。
なお、ステップS203の判定条件を満たさなかった場合(ステップS203,No)、送信部42は、通電方式切替信号送信中タイマの値を1減算し(ステップS206)、通電方式切替信号送信中タイマの値が「0」であるか否かを判定する(ステップS207)。
そして、通電方式切替信号送信中タイマの値が「0」である場合(ステップS207,Yes)、送信部42は、リセット信号の送信を停止し(ステップS208)、通電切替待機タイマにリセット信号の送信をいったん待機する待機時間を設定し(ステップS209)、処理を終了する。なお、ステップS207の判定条件を満たさなかった場合(ステップS207,No)、そのまま処理を終了する。
また、ステップS202の判定条件を満たさなかった場合(ステップS202,No)、送信部42は、通電切替待機タイマの値を1減算し(ステップS210)、処理を終了する。
ここまで説明した通電方式切替信号の送信処理により、逆転カウントが継続して2以上(すなわちカウント閾値以上)である場合、送信部42は、通電方式切替信号を所定のオン時間(通電方式切替信号送信中タイマに対応)送信した後に、所定のオフ時間(通電切替待機タイマに対応)送信を停止した後、あらためて通電方式切替信号を所定のオン時間送信する処理をくり返すことができる。
すなわち、送信部42は、モータ駆動部13に通電方式切替信号を送信した後に、逆転カウントが引き続きカウント閾値以上である場合には、間欠的に(定期的に)モータ駆動部13に通電方式切替信号を送信することができる。
したがって、実施形態によれば、1回の通電方式切替信号の送信で仮にモータ駆動部13が再起動しなかった場合でも、通電方式切替信号をくり返し送信することにより、モータ駆動部13を確実に再起動させることができる。
さらに、実施形態によれば、1回の通電方式切替信号の送信で仮にモータ駆動部13が再起動しなかった場合でも、所定のオフ時間送信を停止してから再度送信することにより、モータ駆動部13をさらに確実に再起動させることができる。
上述したように、実施形態によれば、エンコーダ14からのエンコーダ信号に基づいて逆転カウントを測定し、かかる逆転カウントが所定のカウント閾値以上になった場合に、モータ駆動部13を強制的に再起動させることにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11を継続的に駆動させることができる。
なお、上記の実施形態では、速度指令信号生成部100および回転方向信号生成部110が外部装置である場合について説明したが、速度指令信号生成部100および回転方向信号生成部110の少なくとも一方が、モータ駆動制御装置としてモータ装置10の内部に設置される場合であってもよい。
また、上記の実施形態では、モータ11がブラシレスDCモータである場合について説明した。しかしながら、クロック信号に応じたパルス信号を出力する位置検出器(エンコーダ14)が配置され、クロック信号による回転速度制御が可能なモータであれば、実施形態で説明したモータ駆動制御方法を適用することができる。
また、上記の実施形態では、チューブ2内の血液を送出する血液ポンプ1をチューブポンプの一例として説明したが、実施形態で説明したモータ駆動制御方法は、たとえば、生理食塩水等の液体を送出するチューブポンプであっても適用することができる。
また、上記の実施形態では、位置検出器としてエンコーダ14を用い、磁気センサとしてホール素子15を用いた例について説明した。しかしながら、位置検出器はエンコーダに限られず、磁気センサもホール素子に限られない。位置検出器の分解能が磁気センサの分解能より高くなるようにすれば、位置検出器と磁気センサとはどのような組み合わせであってもよい。
以上のように、実施形態に係るモータ駆動制御装置は、速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部12と、駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータ11に出力するモータ駆動部13と、モータ11の回転位置を検出し、かかる検出結果に基づく検出信号(エンコーダ信号)を出力する位置検出器(エンコーダ14)と、を備える。また、モータ駆動部13は、モータ11の回転開始から所定の回転速度までは通電方式を120度通電とし、所定の回転速度以上では通電方式を180度通電とする。そして、制御部12は、速度指令信号の入力中に、モータ11の回転が、外的要因により、回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を検出信号(エンコーダ信号)に基づいて検知し、切り替わった時点におけるモータ11の回転位置から逆方向への移動量を、検出信号(エンコーダ信号)に基づいて測定する測定部41と、移動量が所定の閾値以上になった場合に、モータ駆動部13の通電方式を180度通電から120度通電に切り替える切替信号(通電方式切替信号)をモータ駆動部13に送信する送信部42と、を有する。これにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11を継続的に駆動させることができる。
また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部42は、モータ駆動部13に切替信号(通電方式切替信号)を送信した後に、モータ11が、外的要因により、逆方向に回転していることを測定部41が検知した場合には、間欠的にモータ駆動部13に切替信号(通電方式切替信号)を送信する。これにより、モータ駆動部13を確実に再起動させることができる。
また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部42は、モータ11が目標の回転方向に戻ったことを測定部41が検知した場合に、切替信号(通電方式切替信号)の送信を停止する。これにより、モータ11の逆転現象が解消された場合に、モータ駆動部13が必要なく再起動することを抑制することができる。
また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、測定部41は、移動量に相当するカウント値(逆転カウント)をカウントし、送信部42は、カウント値(逆転カウント)が規定の値(カウント閾値)になった場合に、切替信号(通電方式切替信号)をモータ駆動部13に送信する。これにより、カウント閾値を「2」に設定することで、モータ11が極低速回転する際に回転方向がふらつくチャタリング現象を、外的要因による逆回転として判定することを回避することができる。
また、実施形態に係るモータ駆動制御装置は、モータ11の通電切替のための磁極の位置を検出し、かかる検出結果に基づく位置信号(ホール信号)を出力する磁気センサ(ホール素子)をさらに備える。また、モータ駆動部13は、位置信号(ホール信号)に基づいてモータ11が、外的要因により、逆方向への回転を開始したことを検知した場合、駆動信号の生成を停止する保護動作を実行する。そして、送信部42は、モータ11が、外的要因により、逆方向への回転を開始した場合に、位置信号(ホール信号)に基づいてモータ11が逆方向への回転を開始したことを検知する前に、切替信号(通電方式切替信号)をモータ駆動部13に送信する。これにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11が保護動作に入ることを抑制することができる。
また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、位置検出器(エンコーダ14)の分解能は、磁気センサ(ホール素子)の分解能より高い。これにより、ホール素子15からのホール信号に基づいてモータ駆動部13が保護動作に入るより前に、エンコーダ14からのエンコーダ信号に基づいて、制御部12がモータ11の逆方向への回転をすばやく検知することができる。
また、実施形態に係るチューブポンプは、モータ11と、モータ11の駆動により回転することでチューブ2を押圧し、かかるチューブ2内の液体を送出するローラ34a、34bと、上述したモータ駆動制御方法を実行するモータ駆動制御装置とを備える。これにより、通電方式が180度通電方式から120度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ11が逆転した場合にも、モータ11を継続的に駆動させることができ、チューブポンプの信頼性を向上させることができる。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 血液ポンプ
2 チューブ
3 ダイアライザー
4 透析液供給装置
P 患者
10 モータ装置
11 モータ
12 制御部
13 モータ駆動部
14 エンコーダ(位置検出器の一例)
15 ホール素子(磁気センサの一例)
20 減速機
30 ポンプシステム
31 ハウジング
32 ロータ
33 ローラ支持部
34a,34b ローラ
41 測定部
42 送信部
50 記憶部
51 目標回転方向情報
52 カウント閾値情報
100 速度指令信号生成部
110 回転方向信号生成部

Claims (8)

  1. 速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、
    前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、
    前記モータの回転位置を検出し、前記速度指令信号に応じて、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器と、を備え、
    前記モータ駆動部は、
    前記モータの回転開始から所定の回転速度までは通電方式を120度通電とし、前記所定の回転速度以上では通電方式を180度通電とし、
    前記制御部は、
    前記速度指令信号の入力中に、前記モータの回転が、外的要因により、前記回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記切り替わった時点における前記モータの回転位置から前記逆方向への移動量を、前記検出信号に基づいて測定する測定部と、
    前記移動量が所定の閾値以上になった場合に、前記モータ駆動部の通電方式を前記180度通電から前記120度通電に切り替える切替信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、
    を有するモータ駆動制御装置。
  2. 前記送信部は、
    前記モータ駆動部に前記切替信号を送信した後に、前記モータが、外的要因により、前記逆方向に回転していることを前記測定部が検知した場合には、間欠的に前記モータ駆動部に前記切替信号を送信する、
    請求項1に記載のモータ駆動制御装置。
  3. 前記送信部は、
    前記モータが前記目標の回転方向に戻ったことを前記測定部が検知した場合に、前記切替信号の送信を停止する、請求項1または2に記載のモータ駆動制御装置。
  4. 前記測定部は、
    前記移動量に相当するカウント値をカウントし、
    前記送信部は、
    前記カウント値が規定の値になった場合に、前記切替信号を前記モータ駆動部に送信する、
    請求項1〜3のいずれか一つに記載のモータ駆動制御装置。
  5. 前記モータの通電切替のための磁極の位置を検出し、当該検出結果に基づく位置信号を出力する磁気センサをさらに備え、
    前記モータ駆動部は、前記位置信号に基づいて前記モータが、外的要因により、前記逆方向への回転を開始したことを検知した場合、前記駆動信号の生成を停止する保護動作を実行し、
    前記送信部は、
    前記モータが、外的要因により、前記逆方向への回転を開始した場合に、前記位置信号に基づいて前記モータが前記逆方向への回転を開始したことを検知する前に、前記切替信号を前記モータ駆動部に送信する、
    請求項1〜4のいずれか一つに記載のモータ駆動制御装置。
  6. 前記位置検出器の分解能は、前記磁気センサの分解能より高い、
    請求項5に記載のモータ駆動制御装置。
  7. 駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部が、前記モータの回転開始から所定の回転速度までは通電方式を120度通電とし、前記所定の回転速度以上では通電方式を180度通電とする制御を行うモータ駆動制御方法であって、
    速度指令信号の入力中に、前記モータの回転が、外的要因により、回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を前記モータの回転位置を検出する位置検出器から出力される前記速度指令信号に応じた検出信号に基づいて検知し、前記切り替わった時点における前記モータの回転位置から前記逆方向への移動量を、前記検出信号に基づいて測定する測定ステップと、
    前記移動量が所定の閾値以上になった場合に、前記モータ駆動部の通電方式を前記180度通電から前記120度通電に切り替える切替信号を前記モータ駆動部に送信する送信ステップと、
    を含むモータ駆動制御方法。
  8. モータと、
    前記モータの駆動により回転することでチューブを押圧し、当該チューブ内の液体を送出するローラと、
    速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、前記モータの回転位置を検出し、前記速度指令信号に応じて、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器とを有するモータ駆動制御装置と、
    を備え、
    前記モータ駆動部は、
    前記モータの回転開始から所定の回転速度までは通電方式を120度通電とし、前記所定の回転速度以上では通電方式を180度通電とし、
    前記制御部は、
    前記速度指令信号の入力中に、前記モータの回転が、外的要因により、前記回転方向信号に基づく目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記切り替わった時点における前記モータの回転位置から前記逆方向への移動量を、前記検出信号に基づいて測定する測定部と、
    前記移動量が所定の閾値以上になった場合に、前記モータ駆動部の通電方式を前記180度通電から前記120度通電に切り替える切替信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、
    を有するチューブポンプ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10290831A (ja) 1997-04-18 1998-11-04 Senko Ika Kogyo Kk 透析装置
US6992451B2 (en) * 2002-10-07 2006-01-31 Denso Corporation Motor control apparatus operable in fail-safe mode
JP3871130B2 (ja) * 2003-03-19 2007-01-24 株式会社デンソー モータ制御装置
JP5506407B2 (ja) * 2010-01-06 2014-05-28 サンスター技研株式会社 三相ブラシレスモータの制御装置
JP5115590B2 (ja) * 2010-05-31 2013-01-09 株式会社デンソー モータ制御装置及びバルブタイミング調整装置並びにインバータ回路の通電制御方法
JP5509167B2 (ja) * 2011-09-08 2014-06-04 株式会社日立産機システム 同期電動機の制御システム
JP6085488B2 (ja) * 2013-01-28 2017-02-22 株式会社マキタ 電動工具
JP6368523B2 (ja) * 2014-04-16 2018-08-01 日立アプライアンス株式会社 モータ制御装置
CN104270049A (zh) * 2014-08-20 2015-01-07 中广核检测技术有限公司 一种大功率直流伺服驱动器
JP6450256B2 (ja) * 2015-05-11 2019-01-09 ミネベアミツミ株式会社 モータ駆動制御装置

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