JPH02184296A - ステップモータの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はステップモータの異常、たとえば脱調とか結線
の接続外れなどを検出する装置に関する。

「従来の技術」 ステップモータは開ループ制御が行える利点があるが、
逆に、負荷によりロックされ脱調してもそのままでは検
出できない弱点がある。

従来の脱調検出の方法として、ステップモータにフォト
インタラプタ等の簡単な位置検出器を設けてステップモ
ータの回転を検出するようにしたものがある。

さらに、直接脱調を検出するものではないが、負荷トル
クを検出する方法として、ステップモータの安定点位置
と駆動信号との位相差により負荷を検出する方法が提案
されている（特開昭６０−２３４４９９号公報）。

また、巻線の断線を検出する方法として、巻線（コイル
）電圧をダイオードを介して５マイクロプロセツサで測
定し異常を検出する方法が提案されている（特開昭６２
−１８１６９５号公報）。

［発明が解決しようとする課題」 しかしながら、特別の位置検出器を設けるものは部品点
数が増加するという問題点がある。負荷トルクを検出す
る方法はステップモータの安定点位置を検出する手段が
複雑になり、脱調を検出する目的に用いるには高度に過
ぎる。また、ダイオードを介してコイル電圧を検出する
方法は簡易である利点があるが、断線検出しか行えず、
脱調を検出することができない。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであり、たと
えばシリアルプリンタのヘッド駆動にステップモータを
用いた様な場合に、負荷変動によるステップモータの脱
調あるいは結線外れによる制御不能などの異常を、簡易
に検出することができるステップモータの異常検出装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段Ｊ 上記の目的を達成するため、本発明では、スイッチング
素子により電源と各相コイルとの通電を断続しＰＭｆｆ
３またはハイブリッド形のステップモータを駆動する駆
動回路と、少なくとも一つの相のコイル電圧を検出すべ
く前記スイッチング素子とコイルとの接続点に接続され
たＡ／Ｄコンバータ及びプロセッサと、当該相のコイル
及び共巻きされている相のコイルの両者共に励磁してい
ない励磁タイミングに当該相のコイル電圧を読込み記憶
するコイル電圧読込み手段と、前記読込まれたコイル電
圧のうち互いに異なった励磁タイミングにおけるコイル
電圧を比較しその電圧差が所定しきい値を超えたことに
より異常を判別する異常検出手段と、を備えたことを特
徴とするステップモータの異常検出装置が提供される。

また、第２の発明として、前記コイル電圧読込み手段に
より読込まれたコイル電圧を所定値と比較し異常を判別
する異常検出手段を備えたことを特徴とするステップモ
ータの異常検出装置が提供される。

「作用」 上記のように構成された異常検出装置では、所定の励磁
タイミングにおけるコイル電圧が読込まれる。このコイ
ル電圧は、当該コイルが励磁されていないため、電源電
圧に速度起電力が重ね合わされた誘起電圧になる。速度
起電力は励磁タイミングにより正にも負にもなる。

第１の発明では、速度起電力が正になる励磁タイミング
に誘起されるコイル電圧と、負になる励磁タイミングに
誘起されるコイル電圧との差が判別基準になる。この電
圧差は、ステップモータの回転速度に対応するか・ら、
ステップモータがロックされ停止して税調を生じていれ
ば、これを容易に検出することができる。

第２の発明では、同一の励磁タイミングに誘起されるコ
イル電圧そのものの値が所定値と比較される。所定値に
は、たとえば電源電圧に相当する値が選定される。電源
電圧に相当する値と誘起されたコイル電圧との差により
、ステップモータが脱調して停止しているか否かを検出
することができる。また、コイル電圧に電源電圧分が重
畳していなければ、当該コイルの断線又は結線外れと判
別することができる。

また、所定値として、正常運転時に当該コイルに誘起さ
れるコイル電圧を用いることもできる。

この場合、たとえば、同一励磁タイミングにおけるコイ
ル電圧を順次記憶していき、そのコイル電圧が大きく変
動した場合に、何らかの異常が生じたと判別することが
できる。

「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は異常検出装置を備えたステップモータ制御装置
を示す回路図である。この実施例ではＰＭ形（永久磁石
形）ステップモータ１によりシリアルプリンタのヘッド
２の位置を制御する装置３に本発明が適用されている。

シリアルプリンタのヘッド２を駆動するステップモータ
１はＰＭ形であり、４相の励磁コイル１１〜１４を備え
ている。コイル１１〜１４はいわゆるバイファイラ巻が
採用され、第１相と第３相のコイル１１．１３及び第２
相と第４相のコイル１２．１４がそれぞれ共巻きに巻回
されている。

各相のコイル１１〜１４の一端はバッテリ電源４に接続
され、他端は駆動回路５内のスイッチング素子５１〜５
４に接続されている。各スイッチング素子５１〜５４を
オン、オフすることにより、各コイル１１〜１４との接
続点がアースレベルに落とされ、各コイル１１〜１４と
電源４との通電が断続される。駆動回路５はマイクロコ
ンピュータ６により制御される。

マイクロコンピュータ６は、プロセッサ（ＣＰＵ）６１
．メモリ（ＲＯＭ６２．ＲＡＭ６３）、Ａ／Ｄコンバー
タ６４及びＩ１０インターフェース６５を備える周知の
ものである。Ａ／Ｄコンバータ６４はマルチプレクサを
内蔵し、多チャンネルから選択してデータを読込むこと
ができる。Ａ／Ｄコンバータ６４には、シリアルプリン
タのヘッド２の位置を指令するアナログ指令信号の他に
、各相のコイル１１〜１４のコイル電圧が分圧されて入
力される。

駆動回路５のスイッチング素子５１〜５４と各相コイル
１１〜１４との接続点には分圧抵抗２１゜２２が接続さ
れ、分圧された電圧がＡ／Ｄコンバータ６４に入力され
ている。各分圧点にはコンデンサ２３及びクランプダイ
オード２４．２５が接続され、コイル１１〜１４からの
サージ電圧を吸収している。

第２図はステップモータ１の励磁波形及び各相コイル１
１〜１４で検出される電圧波形を示す波形図である。

本実施例では１−２相励磁力式が用いられ、第１相コイ
ル１１から順次各コイル１１〜１４が一部重複して励磁
され回転駆動される。ここで励磁状態番区別するため、
第１相コイル１１が励磁されたｒｌ！後の状態から、順
次、第１．第２．第３・・・第８励磁タイミングと称す
ることとする。

各相コイル１１〜１４で検出される電圧について、第３
相コイル１３のコイル電圧を例に、第３図を併せ参照し
て説明する。

第３相コイル１３の励磁が終了した直後の第８励磁タイ
ミングでは、コイル電圧は電流遮断による強いサージ電
圧φ１が現れた後減衰し、安定した電圧■、に移行する
。この安定した電圧ｖＡは第８励磁タイミングでは第３
相コイル１３及び共巻きされている第１相コイル１１の
両者共に励磁されていないため、電源電圧に速度起電力
が重畳した電圧になる。ここでは速度起電力が正になり
、電源電圧より高い電圧になる。

第１．第２．第３励磁タイミングでは、共巻きされてい
る第１相コイル１１が励磁されるため、その誘導電圧が
加わった電圧φ、になる。

第４励磁タイミングでは、第１相コイル１１の励磁遮断
によるサージ電圧の銹導電圧φコが現れた後、安定した
電圧■、に回復する。このサージ誘導電圧φ、は負であ
るが、クランプダイオード２５によりクランプされるた
めほとんどＯ■の電圧として現れる。サージ減衰後の安
定した電圧■、は、第４励磁タイミングが第３相コイル
１３及び第１相コイル１１の両者共に励磁されていない
タイミングであることから、電源電圧に速度起電力が重
畳した電圧になる。ここでは速度起電力は負になり、電
源電圧より低い電圧になる。

第５．第６．第７励磁タイミングでは、第３相コイル１
３自体が励磁されるため、コイル電圧はスイッチング素
子５３によりアースレベルに落とされ、０■の電圧φ４
になる。

本実施例では、第３図に示す様に、第８励磁タイミング
におけるサージ減衰後のコイル電圧■。

と、第４励磁タイミングにおけるサージ減衰後のコイル
電圧■、とが比較され、脱調等の異常が判別される。す
なわち、励磁切換時点からτ時間遅れた時点Ａ及び時点
Ｂに誘起されるコイル電圧■６及び■、を測定し、電圧
差ΔＶ＝ＶＡ　　Ｖ＠が所定のしきい値αより小さけれ
ば脱調等の異常と判別するのである。脱調時には、図中
に鎖線で示す波形のように、コイル電圧■１とＶ、どの
差がほとんどなくなり、ときには大小が逆転して電圧差
ΔＶは負の値を示す。

第４図は上記の制御思想を実現するマイクロコンピュー
タでの処理を示すフローチャートである。

ここでは、第３相コイル１３だけではなく、４つのコイ
ル１１〜１４すべてについて上記時点Ａと時点Ｂとに誘
起されるコイル電圧Ｖ　Ａ、　Ｖ　ｍが調べられ、一つ
のコイルでも電圧差Δ■がΔＶくαとなれば脱調と判断
する。

この処理１００は、各相の励磁切換からτ時間後に発生
する内部割込みにより開始される。処理１００が開始さ
れると、まず脱調検出が可能（イネーブル）な動作モー
ドか否かが図示しないパラメータにより調べられ（ステ
ラ７１０１）、可能であれば以下の処理が実行される。

ステップ１０２では、今回の割込みの励磁タイミングか
らＡ点となる相が選択され、当該布のコイル電圧を読込
むべ（Ａ／Ｄコンバータ６４に選択信号が与えられる（
ステップ１０２）、たとえば、第８励磁タイミングでは
、第２図に示す様に第３相コイル１３が選択される。そ
して、Ａ／Ｄコンバータ６４がら当該布のコイル電圧を
読込み、そのコイル電圧■、をメモリ６３に格納する（
ステップ１０３．１０４）、同時に、当該布のＡ点電圧
を読込んだ旨のフラグを立てておく（ステップ１０５）
。

次いで、今回の励磁タイミングがＢ点となる相を選択す
る（ステップ１０６）、たとえば、第８励磁タイミング
では第１相コイル１１を選択する。

そして、当該布のコイル電圧を読込み、そのコイル電圧
■、をメモリ６３に格納する（ステップ１゜８．１０９
＞、なお、当該布（ここでは第１相）のＡ点検出フラグ
が立っていなければ、比較の対象が未測定であるので、
ステップ１０７がら１２６に進み今回の処理１００を終
了する。

ステップ１１０では、電圧差ΔＶ＝ＶＡ−Ｖ、を算出す
る。ここで用いられるコイル電圧■、は今回測定した第
３相コイルのコイル電圧ではなく、４回前の第４励磁タ
イミングの割込処理時に測定記憶した第１相コイルのコ
イル電圧■あである。

その電圧差Δ■が所定しきい値αを超えていれば、正常
であるからステップ１１１から１１２に進み今回の処理
を終了する。一方、超えていなければ、脱調と判断しス
テップ１２０に進み、ａ屑処理を行う。

以上の処理を各励磁タイミング毎に行うことにより、４
つのコイル１１〜１４すべてについて誘起されるコイル
電圧がチエツクされる。

本実施例は、速度起電力が正となる励磁タイミングのコ
イル電圧■、と負となる励磁タイミングのコイル電圧■
−との電圧差ΔＶ＝Ｖ、−Ｖ、によりステップモータの
異常を検出しているため、検出感度がよいという利点が
ある。

第５図は第２の実施例を示すフローチャートである。前
記実施例ではコイル電圧ｖＡと■、との差Δ■により異
常を判別したが、本実施例では、同一励磁タイミングに
誘起されるコイル電圧ＶＡの変動により異常を判別する
。

処３１２００が開始されると、励磁切換時点からτ時間
経過した検出タイミングを待ち（ステップ２０１）、検
出タイミングが到達すると、その励磁タイミングを判別
する（ステップ２０２）、その励磁タイミングでＡ点と
なるコイルが選択され、Ａ／Ｄコンバータ６４を駆動し
て当該布のコイル電圧が読込まれる（ステップ２０３〜
２０６）、読込まれた電圧値はメモリに記憶される。

ステップ２０７では、今回測定され読込まれたデータと
、８回前の前回の同一励磁タイミングにおいて測定され
記憶されたデータとの差が変動値として算出される。変
動値が所定のしきい値β以内であれば正常であるからス
テップ２０９に進み、記憶するデータの更新を行って処
理を終了する。

一方、変動値が所定のしきい値β以上であれば異常と判
断し、ステップ２２０に進み脱調処理を実行する。

本実施例は処理が比較的簡単になるという利点がある。

本実施例ではコイル電圧■、の変動によりステップモー
タ１の脱調を検出している。これは正常運転時に誘起さ
れるコイル電圧を記憶して所定値とみなし、当該所定値
と今回測定したコイル電圧とを比較して異常を検出して
いると考えることができる。

前記実施例では誘起されるコイル電圧の変動により脱調
を検出したが、コイル電圧■６を直接電源電圧に相当す
る電圧■。と比較することも可能である。第３図に示す
様に電源電圧に相当する所定電圧Ｖ０と誘起されるコイ
ル電圧ｖＡとの差が所定しきい値以下であれば脱調と判
別するのである。

しかし、この方法は、バッテリ電源４の電圧自体が変動
するため、各相コイル１１〜１４の電圧に加えてバッテ
リ電源４の電圧もＡ／Ｄコンバータ６４に接続し測定す
る必要がある。

以上説明した実施例はいずれも脱調の検出を主目的とす
るが、ステップモータ１と制御袋Ｗ３との結線カプラの
外れ、あるいはコイル１１〜１４の断線等も検出するこ
とができる。第６図は正常時と結線カブラ外れ時とを対
比して示すコイル電圧の波形図である。正常時には、時
点Ａ及び時点Ｂには確立したコイル電圧Ｖ、、Ｖ、が発
生する。

これに対して、結線カブラの外れ時などに観察されるコ
イル電圧Ｖａ’、Ｖｍ’はほとんどＯＶに近い。

従って、たとえばＡ点のコイル電圧ｖＡを所定値γと比
較することにより、結線外れ、断線等を検出することが
できる。所定値γには０．５Ｖ程度の小さな値が用いら
れる。

第７ｒｊｌｉはその処理を示すフローチャートである。

この処理は第４図と同様に、励磁切換からτ時間後に発
生する内部割込みにより開始される。処理３０（１ｍ始
されると、異常検出が可能か否かが調べられ（ステラ７
３０１）、今回の割込みの励磁タイミングからＡ点とな
る相が選択され、Ａ／Ｄコンバータ６４の入力信号が選
択される（ステップ３０２）、そして、当該相のコイル
電圧■１が読込まれる（ステップ３０３）、ステップ３
０４では、読込まれたコイル電圧■＾が所定値γより大
であるか否かが判別される。大であれば正常であるから
そのまま今回の処理を終了する。コイル電圧■えが所定
値γより小であれば結線カプラ外れと判断し、ステップ
３２０に進み異常処理を実行する。第７図に示す結線外
れ検出の処理は、第４図に示す処理の中に組み込み、脱
調と同時に結線外れも検出するようにすることが好まし
い。

「発明の効果」 本発明は、上記の構成を有し所定励磁タイミングにおけ
る各相コイルに誘起するコイル電圧を測定比較してステ
ップモータの異常を検出するものであるから、特別の位
置検出器等をステップモータに取付けることなく、容易
に異常を検出することができるという効果がある。

特に、第１の発明は容易に脱調を検出することができる
。第２の発明は容易に結線外れを検出することができる
。

また、本発明をマイクロコンピュータを備えたステップ
モータ制御装置に適用する場合は、コイル電圧をＡ／Ｄ
コンバータに入力するための分圧抵抗等の僅かの部品を
追加するのみでよく、回路構成が極めて簡単であるとい
う利点を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は異常検出装置を
備えたステップモータ制御装置を示す回路図、第２図は
励磁タイミング及びコイル電圧を示す波形図、第３図は
その一部を示す波形図、第４図は第１の実施例の処理を
示すフローチャート、第５図は第２の実施例の処理を示
すフローチャート、第６図は結線外れ時のコイル電圧を
示す波形図、第７図は第３の実施例を示すフローチャー
トである。 １９１．ステップモータ、　３１１．制御装置、５０１
．駆動回路、　６．１．マイクロコンピュータ、１１〜
１４　。 、各相コイル、 ５１〜５４ １．スイ ッチング素子、 ６１　、、、プロセッサ（ＣＰＵ）、 ６４、、、Ａ／Ｄコンバータ。 第６図 正 常 時 Ａ点 Ｂ点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　スイッチング素子により電源と各相コイルとの通電
   を断続しＰＭ形またはハイブリッド形のステップモータ
   を駆動する駆動回路と、 少なくとも一つの相のコイル電圧を検出すべく前記スイ
   ッチング素子とコイルとの接続点に接続されたＡ／Ｄコ
   ンバータ及びプロセッサと、当該相のコイル及び共巻き
   されている相のコイルの両者共に励磁していない励磁タ
   イミングに当該相のコイル電圧を読込み記憶するコイル
   電圧読込み手段と、 前記読込まれたコイル電圧のうち互いに異なった励磁タ
   イミングにおけるコイル電圧を比較しその電圧差が所定
   しきい値を超えたことにより異常を判別する異常検出手
   段と、 を備えたことを特徴とするステップモータの異常検出装
   置。 ２　スイッチング素子により電源と各相コイルとの通電
   を断続しＰＭ形またはハイブリッド形のステップモータ
   を駆動する駆動回路と、 少なくとも一つの相のコイル電圧を検出すべく前記スイ
   ッチング素子とコイルとの接続点に接続されたＡ／Ｄコ
   ンバータ及びプロセッサと、当該相のコイル及び共巻き
   されている相のコイルの両者共に励磁していない励磁タ
   イミングに当該相のコイル電圧を読込み記憶するコイル
   電圧読込み手段と、 前記読込まれたコイル電圧を所定値と比較し異常を判別
   する異常検出手段と、 を備えたことを特徴とするステップモータの異常検出装
   置。