WO2018025664A1 - モータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法 - Google Patents
モータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法 Download PDFInfo
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Definitions
- Stepping motors have various features such as easy control, and are widely used for various actuators (for example, see Patent Document 1 below).
- the duty ratio of the PWM signal may become 100% at low voltage.
- the drive current cannot be increased any more, and the magnitude of the drive current varies depending on the variation of the input voltage.
- the magnitude of the drive current varies, there is a problem that the torque varies accordingly and the torque variation of the actuator increases.
- a motor control device includes the motor control circuit described above and a drive circuit for driving a stepping motor, and the motor control circuit controls a drive current from a current control unit.
- the drive circuit outputs a drive current to the coil of the stepping motor based on the control signal.
- the actuator is based on a stepping motor that generates a driving force, the motor control circuit described above, and a control signal that is output from the current control unit to control the driving current. And a drive circuit for supplying a drive current to the coil of the stepping motor.
- FIG. 1 is a block diagram of a motor and a motor control device that constitute an actuator according to one embodiment of the present invention.
- FIG. It is a figure which shows typically the circuit structure of a stepping motor. It is a figure explaining the example of a setting of the setting value of a drive current. It is a flowchart which roughly explains the target value setting process of the driving current of the stepping motor performed by the motor control device. It is a figure explaining the example of a variation of the example of a setting value of a drive current.
- FIG. 2 is a block diagram of a motor and a motor control device that constitute an actuator according to one embodiment of the present invention.
- the actuator 1 has a motor control device 10 and a stepping motor 20.
- the stepping motor 20 is driven by, for example, two-phase excitation of A phase and B phase.
- the stepping motor 20 has an A-phase coil and a B-phase coil (shown in FIG. 3).
- the stepping motor 20 is driven by supplying driving power from the motor control device 10 to the coils of each phase.
- the stepping motor 20 is used as an actuator for an air conditioner mounted on a vehicle, for example.
- the application of the stepping motor 20 and the actuator 1 is not limited to this.
- the motor control device 10 has a motor control circuit 12 and a drive circuit 14.
- the set value is set to be relatively large. Therefore, even if the input voltage is high, the stepping motor 20 can be driven such that a sufficiently large driving current flows in the coils 21a and 21b, so that the torque of the stepping motor 20 can be sufficiently secured. it can.
- each set value is set so that the relationship between the temperature and the set value of the drive current is as follows.
- the lower limit value V1 and the upper limit value V4 of the input voltage, and the lower limit value T1 and the upper limit value T4 of the temperature can be set as appropriate. These lower limit values V1, T1 and upper limit values V4, T4 may not be set.
- the low voltage range Va is a range of all voltages below the threshold value V2
- the high voltage range Vc is a threshold value. It is in the range of all voltages of V3 or higher.
- the low temperature range Ta is a range of all temperatures below the threshold T2
- the high temperature range Tc is a range of all temperatures above the threshold T3.
- step S12 the temperature is measured by the temperature measurement unit 128 (temperature measurement step). Note that step S11 and step S12 may be performed simultaneously or the order may be switched.
- step S14 as a current setting unit, the CPU 122 reads a setting value of the driving current corresponding to the specified control region, and sets the setting value as a target value of the driving current (current setting step).
- step S15 as a current control unit, the CPU 122 outputs a control signal according to the set target value of the drive current and the measurement result of the coil current (current control step).
- the target value of the drive current is set based on the set value of the drive current set in advance for each partial region determined by the relationship between the input voltage and the temperature. Therefore, the stepping motor 20 can be controlled so that an appropriate driving torque can be stably obtained under various environments.
- the set value of the drive current is set according to the input voltage range. Therefore, the variation in torque is reduced in a situation where the voltage is relatively low, and sufficient torque can be obtained by avoiding torque limitation in a situation where the voltage is relatively high.
- a threshold for dividing the range of the input voltage can be arbitrarily set, and the drive current can be finely adjusted corresponding to each voltage range.
- the set value of drive current is set according to the temperature range. For this reason, particularly when the temperature is high or low, torque shortage due to the influence of temperature is eliminated.
- the internal temperature of the IC is measured and used to determine the target value of the drive current. A temperature close to the temperature of a part that is slightly separated from the stepping motor 20 whose temperature may fluctuate due to driving and that causes an increase in load due to the temperature is measured, and the target value of the driving current is measured using the measurement result. Therefore, the stepping motor 20 can be driven with an appropriate driving current according to the situation. Note that the temperature of other parts may be measured regardless of the IC internal temperature.
- FIG. 6 is a diagram for explaining a modified example of the setting example of the setting value of the drive current.
- control circuit Only a part of the control circuit may be configured as an integrated circuit. Further, a part of the motor control device that is different from the control circuit may be configured as an integrated circuit. The entire motor control device may be configured as an integrated circuit.
- actuators such as stepping motors and motor control devices is not limited to the above.
- a program for executing the processing in the above-described embodiment can be provided, or the program can be recorded on a recording medium such as a CD-ROM, flexible disk, hard disk, ROM, RAM, memory card, and provided to the user. It may be.
- the program may be downloaded to the apparatus via a communication line such as the Internet.
- the processing described in the above flowchart and text is executed by a CPU or the like according to the program.
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Abstract
安定した駆動トルクでモータを駆動することができるモータ制御回路を提供する。 モータ制御回路（１２）は、入力電圧測定部（１２５）と、温度計測部（１２８）と、電流設定部と、電流制御部とを備える。入力電圧測定部（１２５）は、モータ制御装置（１０）に入力される入力電圧を測定する。温度計測部（１２８）は、温度を計測する。電流設定部は、入力電圧測定部（１２５）の測定結果と温度計測部（１２８）の計測結果とに基づいて、また、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された駆動電流の設定値に基づいて、ステッピングモータ（２０）のコイルに流す駆動電流の目標値を設定する。電流制御部は、電流設定部で設定された駆動電流の目標値に応じて、駆動電流を制御する。
Description
この発明は、モータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法に関し、特に、ステッピングモータを利用したアクチュエータに用いられるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法に関する。
ステッピングモータは、その制御が容易であることなど種々の特長を有するものであり、各種アクチュエータなどに広く用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。
従来のモータ制御装置において、定電流制御が行われる場合には、モータのコイルに流れる駆動電流が所定の設定値になるようにモータの駆動電力のＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われるのが一般的である。このような場合、次のような問題がある。
すなわち、モータ制御装置に入力される電圧が比較的低いとき（低電圧であるとき）、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって駆動電流を調整できるようになるには（ＰＷＭ信号のデューティ比が１００パーセント未満になるようにするためには）、所定の設定値を比較的小さくしておく必要がある。しかしながら、駆動電流の設定値が小さいと、駆動電流の制御を行うことはできるが、高電圧時にアクチュエータのトルクが制限されてトルク不足を招くという問題がある。
他方、高電圧時にトルクが制限されないように、駆動電流の設定値を大きくしておくと、低電圧時にＰＷＭ信号のデューティ比が１００パーセントになってしまうことがある。デューティ比が１００パーセントである状態では、駆動電流をそれ以上大きくできず、入力される電圧の変動等によって駆動電流の大きさが変動する。駆動電流の大きさが変動すると、それに応じてトルクが変動し、アクチュエータのトルクのばらつきが大きくなるという問題がある。
この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、安定した駆動トルクでモータを駆動することができるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、ステッピングモータを駆動させるモータ制御装置に用いられるモータ制御回路は、モータ制御装置に入力される入力電圧を測定する入力電圧測定部と、温度を計測する温度計測部と、入力電圧測定部の測定結果と温度計測部の計測結果とに基づいて、ステッピングモータのコイルに流す駆動電流の目標値を設定する電流設定部と、電流設定部で設定された駆動電流の目標値に応じて、駆動電流を制御する電流制御部とを備え、電流設定部は、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された駆動電流の設定値に基づいて、目標値の設定を行う。
好ましくは、電流設定部は、入力電圧に関する２つの閾値と温度に関する２つの閾値とで３行３列のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に予め設定された設定値に基づいて、目標値の設定を行う。
好ましくは、設定値は、入力電圧に対して、２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、低電圧よりも中電圧のほうが大きくなり、中電圧よりも高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、中温度よりも高温度のほうが大きくなり、高温度よりも低温度のほうが大きくなるように、設定されている。
この発明の他の局面に従うと、モータ制御装置は、上記に記載のモータ制御回路と、ステッピングモータを駆動させるための駆動回路とを備え、モータ制御回路は、電流制御部から駆動電流を制御するための制御信号を出力し、駆動回路は、制御信号に基づいてステッピングモータのコイルに駆動電流を流す。
この発明のさらに他の局面に従うと、アクチュエータは、駆動力を発生させるステッピングモータと、上記に記載のモータ制御回路と、電流制御部から駆動電流を制御するために出力された制御信号に基づいてステッピングモータのコイルに駆動電流を流す駆動回路とを有する。
この発明のさらに他の局面に従うと、ステッピングモータの制御方法は、入力電圧を測定する入力電圧測定ステップと、温度を計測する温度計測ステップと、入力電圧測定ステップの測定結果と温度計測ステップの計測結果とに基づいて、ステッピングモータのコイルに流す駆動電流の目標値を設定する電流設定ステップと、電流設定ステップで設定された駆動電流の目標値に応じて、駆動電流を制御する電流制御ステップとを備え、電流設定ステップは、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された駆動電流の設定値に基づいて、目標値の設定を行う。
これらの発明に従うと、安定した駆動トルクでモータを駆動することができるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ制御装置について説明する。
モータ制御装置は、例えば、複数相のコイルを有するステッピングモータを駆動させるためのものである。モータ制御装置は、ステッピングモータを駆動させるために各相のコイルの通電状態を制御する。本実施の形態において、モータ制御装置は、ステッピングモータのコイルに通電する駆動回路と、駆動回路の制御を行うモータ制御回路とを有している。
モータ制御装置と、それにより駆動されるステッピングモータとその他の機構部品とで、アクチュエータが構成される。アクチュエータにおいて、ステッピングモータは、駆動回路から駆動電力が供給されることで駆動される。アクチュエータにおいて、モータ制御回路によって駆動回路が制御されることにより、ステッピングモータの駆動が制御される。
［実施の形態］
図１は、本実施の形態におけるモータ制御装置が用いられるアクチュエータの一例を示す分解斜視図である。
図１に示されるように、アクチュエータ１は、ケース５１とカバー５２とで覆われている。アクチュエータ１の内部には、モータ制御装置１０、ステッピングモータ２０、２次ギヤ３１、３次ギヤ３２、出力ギヤ３３などが収納されている。ケース５１の底面には、出力ギヤ３３に設けられている外部出力ギヤが露出し、この外部出力ギヤよりアクチュエータ１の駆動力が外部に伝達される。
ステッピングモータ２０は、アクチュエータ１の駆動力を発生させる。ステッピングモータ２０の出力軸２５には、１次ギヤ２６が取り付けられている。ステッピングモータ２０の１次ギヤ２６は、２次ギヤ３１と噛み合う。２次ギヤ３１は、３次ギヤ３２と噛み合う。３次ギヤ３２は、出力ギヤ３３と噛み合う。
モータ制御装置１０は、プリント基板４２や、プリント基板４２とステッピングモータ２０のモータ端子２９とを接続するフレキシブルプリント基板４３などを有している。プリント基板４２には、ステッピングモータ２０を駆動する駆動回路１４（図２に示す）や、その制御を行うモータ制御回路１２（図２に示す）などが設けられている。プリント基板４２には、ケース５１及びカバー５２の外側に露出する外部接続端子４１が設けられている。外部接続端子４１を介して外部からモータ制御装置１０に電圧が入力されたり、外部機器からの指示信号を受けたりすることで、モータ制御装置１０が動作する。
モータ制御装置１０は、入力された入力電圧に基づいてステッピングモータ２０に駆動電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動させる。ステッピングモータ２０が駆動すると、出力軸２５とともに１次ギヤ２６が回転する。この回転の駆動力は、２次ギヤ３１、３次ギヤ３２、出力ギヤ３３、外部出力ギヤと順に伝達され、外部出力ギヤにより外部に出力される。
なお、ケース５１及びカバー５２の内部に収納されている回路は、例えば駆動回路１４だけであってもよい。この場合、モータ制御装置１０は、ケース５１及びカバー５２の内部の駆動回路１４と、その駆動回路１４に接続された外部のモータ制御回路１２によって構成されるようにしてもよい。
図２は、本発明の実施の形態の１つにおけるアクチュエータの構成をなすモータとモータ制御装置のブロック図である。
図２に示されるように、アクチュエータ１は、モータ制御装置１０と、ステッピングモータ２０とを有している。ステッピングモータ２０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動される。ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル及びＢ相のコイル（図３に示す。）を有している。ステッピングモータ２０は、モータ制御装置１０から各相のコイルに駆動電力が供給されて駆動される。ステッピングモータ２０は、例えば、車両に搭載される空調装置用のアクチュエータとして利用される。なお、ステッピングモータ２０及びアクチュエータ１の用途はこれに限られるものではない。
モータ制御装置１０は、モータ制御回路１２と、駆動回路１４とを有している。
駆動回路１４は、モータ駆動部１４２と、電流センサ１４４とを有している。駆動回路１４は、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動する。
モータ制御回路１２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置；電流設定部の一例、電流制御部の一例）１２２と、電流測定部１２４と、入力電圧測定部１２５と、温度計測部１２８とを有している。モータ制御回路１２は、駆動回路１４の制御を行うことで、ステッピングモータ２０の駆動を制御する。本実施の形態において、モータ制御回路１２は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されている。
モータ駆動部１４２は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに電圧を印加する。モータ駆動部１４２には、ＣＰＵ１２２から制御信号が送られる。モータ駆動部１４２は、制御信号に基づいて、電圧を印加する。本実施の形態では、駆動回路１４とステッピングモータ２０とは、Ａ相の正極（＋）、Ａ相の負極（－）、Ｂ相の正極（＋）、Ｂ相の負極（－）の４つのラインで接続されている。モータ駆動部１４２は、制御信号に応じて、これらの各ラインを介して、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給する。制御信号は、ＰＷＭ信号であり、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて駆動電力が変化する。
電流センサ１４４は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに流れる電流（コイル電流）をセンシングする。電流センサ１４４は、コイル電流のセンシング結果を、電流測定部１２４に出力する。
電流測定部１２４は、ステッピングモータ２０のコイル電流を測定する。電流測定部１２４には、電流センサ１４４から出力されたコイル電流のセンシング結果が入力される。電流測定部１２４は、入力されたセンシング結果に基づいて、コイル電流を測定する。電流測定部１２４は、コイル電流の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。
入力電圧測定部１２５は、モータ制御装置１０に入力される入力電圧を測定する。入力電圧測定部１２５は、入力電圧の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。
温度計測部１２８は、例えば、モータ制御回路１２のＩＣ内部温度を測定する温度センサである。温度計測部１２８は、モータ制御回路１２の温度を示す温度情報をＣＰＵ１２２に出力する。
ＣＰＵ１２２は、本実施の形態において、電流設定部および電流制御部としての機能を備えている。ＣＰＵ１２２は、電流設定部として、電流測定部１２４から出力されたコイル電流の測定結果と、入力電圧測定部１２５から出力された入力電圧の測定結果と、温度計測部１２８から出力された温度情報とが入力される。電流設定部は、入力電圧測定部１２５の測定結果と温度計測部１２８の計測結果とに基づいて、ステッピングモータ２０のコイルに流す駆動電流の目標値を設定する。また、電流設定部は、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された設定値に基づいて、目標値の設定を行う。そして、ＣＰＵ１２２は、電流制御部として、電流設定部で設定された目標値とコイル電流の測定結果に応じて、ステッピングモータ２０の駆動電流を制御するための制御信号を生成する。ＣＰＵ１２２は、生成した制御信号を、モータ駆動部１４２に出力する。
図３は、ステッピングモータ２０の回路構成を模式的に示す図である。
図３に示されるように、ステッピングモータ２０は、２つのコイル２１ａ，２１ｂと、ロータ２２と、複数のステータヨーク（図示せず）とを有している。
コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、ステータヨークを励磁するコイルである。コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、駆動回路１４に接続されている。コイル２１ａは、Ａ相のコイルである。コイル２１ｂは、Ｂ相のコイルである。コイル２１ａ，２１ｂには、それぞれ異なる位相のコイル電流が流される。
ロータ２２は、円周方向に沿って、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが交互に反転するように多極着磁された永久磁石を備える。なお、図３においては、ロータ２２は、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが１つずつ設けられているように簡略化されて示されている。ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に接近して配置されている。ロータ２２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに流れるコイル電流の位相が周期的に切り替えられることで回転する。
本実施の形態において、ＣＰＵ１２２は、以下のようにして、温度の計測結果と、入力電圧の測定結果とに基づいて、コイル２１ａ，２１ｂに流す駆動電流の目標値を設定する。そして、ＣＰＵ１２２は、電流測定部１２４から入力されたコイル電流の測定結果に基づいて、コイル２１ａ，２１ｂに流れる駆動電流が目標値となるように、制御信号を生成する。駆動電流が目標値となるようにステッピングモータ２０が駆動されるので、ステッピングモータ２０のトルクを安定させることができる。
ＣＰＵ１２２は、電流設定部として、予め設定された駆動電流の設定値に基づいて、駆動電流の目標値を設定する。駆動電流の設定値は、入力電圧に関する閾値と、温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定されている。本実施の形態においては、入力電圧に関する２つの閾値と、温度に関する２つの閾値とで、３行３列（３×３）のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に、駆動電流の設定値が予め設定されている。
図４は、駆動電流の設定値の設定例を説明する図である。
図４においては、上述のように３行３列の部分領域ａａ，ａｂ，ａｃ，ｂａ，ｂｂ，ｂｃ，ｃａ，ｃｂ，ｃｃのそれぞれについて１個の設定値Ｉａａ，Ｉａｂ，Ｉａｃ，Ｉｂａ，Ｉｂｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａ，Ｉｃｂ，Ｉｃｃが設定されている例が示されている。すなわち、９個の部分領域ａａからｃｃのそれぞれに１個ずつ、合計９個の設定値ＩａａからＩａｃが設定されている。
各部分領域ａａからｃｃは、入力電圧に関する閾値Ｖ２，Ｖ３と、温度に関する閾値Ｔ２，Ｔ３とでマトリクス状に区分されている。すなわち、閾値Ｖ２，Ｖ３によって、入力電圧Ｖ１からＶ４までの範囲が、３つの電圧範囲（区分領域）Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに区切られている。低電圧範囲Ｖａは、Ｖ１以上Ｖ２未満の範囲である。中電圧範囲Ｖｂは、Ｖ２以上Ｖ３未満の範囲である。高電圧範囲Ｖｃは、Ｖ３以上Ｖ４未満の範囲である。また、閾値Ｔ２，Ｔ３によって、入力温度Ｔ１からＴ４までの範囲が、３つの温度範囲（区分領域）Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃに区切られている。低温度範囲Ｔａは、Ｔ１以上Ｔ２未満の範囲である。中温度範囲Ｔｂは、Ｔ２以上Ｔ３未満の範囲である。高温度範囲Ｔｃは、Ｔ３以上Ｔ４未満の範囲である。この３つの電圧範囲Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと３つの温度範囲Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとの組合せによって、９個の部分領域ａａからｃｃがマトリクス状に形成されている。
ＣＰＵ１２２は、入力された温度の計測結果と入力電圧の測定結果とに基づいて、９個の部分領域ａａからｃｃのうち、現在の状態に対応する部分領域を制御領域として特定する。そして、特定した制御領域に対応する設定値を読み出し、その設定値を駆動電流の目標値として設定する。これにより、ＣＰＵ１２２は、温度と入力電圧とに応じた設定値と同じ大きさの駆動電流がコイル２１ａ，２１ｂに流れるように、駆動回路１４に制御信号を出力し、ステッピングモータ２０の制御を行う。
駆動電流の設定値は、入力電圧に対して、２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、低電圧よりも中電圧のほうが大きくなり、中電圧よりも高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、中温度よりも高温度のほうが大きくなり、高温度よりも低温度のほうが大きくなるように、設定されている。
具体的には、設定値ＩａａからＩｃｃは、入力電圧に対して、低電圧範囲Ｖａよりも中電圧範囲Ｖｂのほうが大きくなり、中電圧範囲Ｖｂよりも高電圧範囲Ｖｃのほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、中温度範囲Ｔｂよりも高温度範囲Ｔｃのほうが大きくなり、高温度範囲Ｔｃよりも低温度範囲Ｔａのほうが大きくなるように、設定されている。
すなわち、駆動電流の大きさすなわち設定値ＩａａからＩａｃの大きさは、以下のような関係になる。
入力電圧について、（電圧範囲Ｖａの場合）≦（Ｖｂの場合）≦（Ｖｃの場合）
温度について、（温度範囲Ｔｂの場合）≦（Ｔｃの場合）≦（Ｔａの場合）
例えば、低温度範囲Ｔ１の状況下で比較すると、以下のような関係になっている。
（低電圧低温度領域ａａの設定値Ｉａａ）≦（中電圧低温度領域ｂａの設定値Ｉｂａ）≦（高電圧低温度領域ｃａの設定値Ｉｃａ）
また、例えば、低電圧範囲Ｖ１の状況下で比較すると、以下のような関係になっている。
（低電圧中温度領域ａｂの設定値Ｉａｂ）≦（低電圧高温度領域ａｃの設定値Ｉａｃ）≦（低電圧低温度領域ａａの設定値Ｉａａ）
本実施の形態において、入力電圧と駆動電流の設定値との関係性が次のようになるように、各設定値が設定されている。
すなわち、低電圧範囲Ｖａでは、設定値が比較的小さくなるように設定されている。これにより、入力電圧が低くても、ＰＷＭ信号である制御信号のデューティ比が１００パーセントにならない範囲で、定電流制御を行うことができ、ステッピングモータ２０のトルクを安定させることができる。
他方、高電圧範囲Ｖｃでは、設定値が比較的大きくなるように設定されている。これにより、入力電圧が高くても、十分な大きさの駆動電流がコイル２１ａ，２１ｂに流れるようにしてステッピングモータ２０を駆動させることができるため、ステッピングモータ２０のトルクを十分に確保することができる。
また、温度と駆動電流の設定値との関係性が次のようになるように、各設定値が設定されている。
すなわち、低温度範囲Ｔａでは、設定値が比較的大きい値に設定されている。低温度環境においては、アクチュエータ１において、ギヤ２６，３１，３２，３３等の可動部に塗布されているグリスが固くなり、ステッピングモータ２０にとって負荷が大きくなる。設定値は、このように負荷が大きくなる環境下でも十分なトルクが得られるように、負荷が大きくなる分だけ大きい値に設定されている。これにより、十分なトルクでステッピングモータ２０が駆動するように、駆動電流をコイル２１ａ，２１ｂに流すことができる。
また、高温度範囲Ｔｃでも、設定値が比較的大きい値に設定されている。高温度環境においては、ギヤ２６，３１，３２，３３等の樹脂が膨張してギヤ間が詰まり、ステッピングモータ２０にとって負荷が大きくなる。そのため、低温度環境の場合と同様に、設定値が大きく設定されている。なお、ステッピングモータ２０の負荷が増大する程度は、温度が高くなることにより素材が膨張する場合よりも、温度が低くなることによりグリスの粘度が増大する場合のほうが大きい。そのため、高温度範囲Ｔｃよりも低温度範囲Ｔａのほうが、設定値を大きくすることが望ましい。
本実施の形態において、入力電圧と、温度と、駆動電流の設定値とは、例えば次のような値に設定されている。ここでは、基準となる入力電圧が略１２Ｖである場合であって、室温環境で用いられるアクチュエータ１を想定する。
閾値について、入力電圧の下限値Ｖ１や上限値Ｖ４、温度の下限値Ｔ１や上限値Ｔ４は、適宜設定可能である。これらの下限値Ｖ１，Ｔ１や上限値Ｖ４，Ｔ４は、設定されていなくてもよく、その場合には、低電圧範囲Ｖａは閾値Ｖ２以下のすべての電圧の範囲となり、高電圧範囲Ｖｃは閾値Ｖ３以上のすべての電圧の範囲となる。また、低温度範囲Ｔａは閾値Ｔ２以下のすべての温度の範囲となり、高温度範囲Ｔｃは閾値Ｔ３以上のすべての温度の範囲となる。
なお、設定値や閾値の具体的な値は、アクチュエータ１やステッピングモータ２０の用途や仕様、入力電圧の大きさ、入力電圧の変動量、想定される温度等に応じて、適宜実験結果やシミュレーション結果などを利用して設定することができる。
図５は、モータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の駆動電流の目標値設定処理を大まかに説明するフローチャートである。
図５に示されるように、ステップＳ１１において、入力電圧測定部１２５により、入力電圧が測定される（入力電圧測定ステップ）。
ステップＳ１２において、温度計測部１２８により、温度が計測される(温度計測ステップ)。なお、ステップＳ１１とステップＳ１２とは、同時に行われたり、順序が入れ替わったりしてもよい。
ステップＳ１３において、ＣＰＵ１２２は、温度の計測結果と、入力電圧の測定結果とに基づいて、９個の部分領域ａａからｃｃのうち現在の状態を含む部分領域を制御領域として特定する。
ステップＳ１４において、ＣＰＵ１２２は、電流設定部として、特定した制御領域に対応する駆動電流の設定値を読み出し、その設定値を駆動電流の目標値として設定する（電流設定ステップ）。
ステップＳ１５において、ＣＰＵ１２２は、電流制御部として、設定された駆動電流の目標値と、コイル電流の測定結果に応じて、制御信号を出力する（電流制御ステップ）。
例えば、図５において示される処理は、ステッピングモータ２０を駆動するためのコマンドをＣＰＵ１２２が受け付けてから行われる。そして、図５において示される処理が終了し、駆動電流の目標値の設定が行われると、モータが目標地点に到達するまで駆動電流が調整される。
［実施の形態における効果］
以上のように構成されたモータ制御装置１０を用いたアクチュエータ１では、入力電圧と温度との関係で定まる部分領域毎に予め設定された、駆動電流の設定値に基づいて、駆動電流の目標値を設定できるので、様々な環境下で適切な駆動トルクが安定して得られるように、ステッピングモータ２０の制御を行うことができる。
すなわち、入力電圧の範囲に応じて、駆動電流の設定値が設定されている。そのため、比較的低電圧である状況においてトルクのばらつきが小さくなるようにし、かつ、比較的高電圧である状況において、トルク制限を回避して十分なトルクが得られるようになる。また、入力電圧の範囲を区分する閾値を任意に設定でき、各電圧範囲に対応して細かく駆動電流を調整することが可能となる。
また、温度の範囲に応じて、駆動電流の設定値が設定されている。そのため、特に高温である場合や低温である場合に、温度の影響によるトルク不足がなくなる。特に、本実施の形態では、ＩＣの内部温度が計測され、駆動電流の目標値の決定に利用される。駆動により温度が変動することがあるステッピングモータ２０から若干離れた、温度の影響による負荷の増大の要因となる部位の温度に近い温度を計測し、その計測結果を利用して駆動電流の目標値を決定することができるので、状況に応じた適切な駆動電流でステッピングモータ２０を駆動することができる。なお、温度はＩＣ内部温度にかかわらず、他の部位の温度が計測されるようにしてもよい。
［その他］
マトリクスの分割数は、２行２列（２×２）以上であればよく、また、入力電圧についての閾値の数と温度についての閾値の数とが異なっていてもよい。例えば、２×３、２×４、４×４など、適宜設定することができる。
図６は、駆動電流の設定値の設定例の一変型例を説明する図である。
図６においては、上述の図４に示されるマトリクスについて、さらに、特に低電圧範囲Ｖａが３つに分割され、領域ａａが領域ａ１ａ，ａ２ａ，ａ３ａに、領域ａｂが領域ａ１ｂ，ａ２ｂ，ａ３ｂに、領域ａｃが領域ａ１ｃ，ａ２ｃ，ａ３ｃにそれぞれ分割されている例が示されている。すなわち、３行５列のマトリクス状の部分領域が設けられている。換言すると、図６に示される例においては、温度についての２つの閾値Ｔ２，Ｔ３と入力電圧についての４つの閾値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２，Ｖ３とでマトリクス状に区分される１５個の部分領域が設けられている。このように、特に低電圧の範囲を細かく区分し、各状況下でできるだけ大きな駆動電流がコイル２１ａ，２１ｂに流れるように設定値Ｉａ１ａ，Ｉａ２ａ，Ｉａ３ａ，Ｉａ１ｂ，Ｉａ２ｂ，Ｉａ３ｂ，Ｉａ１ｃ，Ｉａ２ｃ，Ｉａ３ｃを設定することができる。そのため、各状況下でできるだけ大きなトルクでステッピングモータ２０を駆動させることができるようになる。
上述のアクチュエータの構成は一例であり、上述とは異なる構成であってもよい。
制御回路の一部分のみが集積回路として構成されていてもよい。また、モータ制御装置のうち、制御回路とは異なる部分の一部が集積回路として構成されていてもよい。モータ制御装置の全部が集積回路として構成されていてもよい。
ステッピングモータやモータ制御装置など、アクチュエータのハードウェア構成は上述に限られるものではない。
上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。
上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。上記のフローチャート及び文章で説明された処理は、そのプログラムに従ってＣＰＵなどにより実行される。
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ アクチュエータ
１０ モータ制御装置
１２ モータ制御回路
１４ 駆動回路
２０ ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ コイル
１２２ ＣＰＵ（中央演算処理装置；電流設定部の一例、電流制御部の一例）
１２４ 電流測定部
１２５ 入力電圧測定部
１２８ 温度計測部
１４２ モータ駆動部
１４４ 電流センサ
１０ モータ制御装置
１２ モータ制御回路
１４ 駆動回路
２０ ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ コイル
１２２ ＣＰＵ（中央演算処理装置；電流設定部の一例、電流制御部の一例）
１２４ 電流測定部
１２５ 入力電圧測定部
１２８ 温度計測部
１４２ モータ駆動部
１４４ 電流センサ
Claims (6)
- ステッピングモータを駆動させるモータ制御装置に用いられるモータ制御回路であって、
前記モータ制御装置に入力される入力電圧を測定する入力電圧測定部と、
温度を計測する温度計測部と、
前記入力電圧測定部の測定結果と前記温度計測部の計測結果とに基づいて、前記ステッピングモータのコイルに流す駆動電流の目標値を設定する電流設定部と、
前記電流設定部で設定された前記駆動電流の前記目標値に応じて、前記駆動電流を制御する電流制御部とを備え、
前記電流設定部は、前記入力電圧に関する閾値と前記温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された前記駆動電流の設定値に基づいて、前記目標値の設定を行う、モータ制御回路。 - 前記電流設定部は、前記入力電圧に関する２つの閾値と前記温度に関する２つの閾値とで３行３列のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に予め設定された前記設定値に基づいて、前記目標値の設定を行う、請求項１に記載のモータ制御回路。
- 前記設定値は、
前記入力電圧に対して、前記２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、前記低電圧よりも前記中電圧のほうが大きくなり、前記中電圧よりも前記高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、
前記温度に対して、前記２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、前記中温度よりも前記高温度のほうが大きくなり、前記高温度よりも前記低温度のほうが大きくなるように、設定されている、請求項２に記載のモータ制御回路。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御回路と、
前記ステッピングモータを駆動させるための駆動回路とを備え、
前記モータ制御回路は、前記電流制御部から前記駆動電流を制御するための制御信号を出力し、
前記駆動回路は、前記制御信号に基づいて前記ステッピングモータのコイルに前記駆動電流を流す、モータ制御装置。 - 駆動力を発生させるステッピングモータと、
請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御回路と、
前記電流制御部から前記駆動電流を制御するために出力された制御信号に基づいて前記ステッピングモータのコイルに前記駆動電流を流す駆動回路とを有する、アクチュエータ。 - 入力電圧を測定する入力電圧測定ステップと、
温度を計測する温度計測ステップと、
前記入力電圧測定ステップの測定結果と前記温度計測ステップの計測結果とに基づいて、前記ステッピングモータのコイルに流す駆動電流の目標値を設定する電流設定ステップと、
前記電流設定ステップで設定された前記駆動電流の前記目標値に応じて、前記駆動電流を制御する電流制御ステップとを備え、
前記電流設定ステップは、前記入力電圧に関する閾値と前記温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された前記駆動電流の設定値に基づいて、前記目標値の設定を行う、ステッピングモータの制御方法。
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