WO2021261387A1 - ステッピングモータ異常検知装置 - Google Patents

ステッピングモータ異常検知装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021261387A1
WO2021261387A1 PCT/JP2021/023143 JP2021023143W WO2021261387A1 WO 2021261387 A1 WO2021261387 A1 WO 2021261387A1 JP 2021023143 W JP2021023143 W JP 2021023143W WO 2021261387 A1 WO2021261387 A1 WO 2021261387A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stepping motor
unit
current level
power supply
detection device
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/023143
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
純平 丹羽
良雄 堀池
興一 豊田
幸宏 尾本
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to CN202180043934.1A priority Critical patent/CN115836473A/zh
Priority to US17/997,735 priority patent/US20230198433A1/en
Priority to EP21829688.7A priority patent/EP4175162A4/en
Publication of WO2021261387A1 publication Critical patent/WO2021261387A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/36—Protection against faults, e.g. against overheating or step-out; Indicating faults
    • H02P8/38—Protection against faults, e.g. against overheating or step-out; Indicating faults the fault being step-out
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/12—Control or stabilisation of current

Definitions

  • the present disclosure relates to a device for detecting an abnormality that occurs in driving a stepping motor.
  • the present disclosure particularly relates to a device for detecting an abnormality in a stepping motor used for a bidirectional valve that opens and closes a gas flow used in a gas meter.
  • Patent Document 1 discloses a shutoff valve device for determining whether a stepping motor is in a stall state or a step-out state.
  • This shutoff valve device includes a drive control circuit unit that controls the drive of the stepping motor, and a valve motion abnormality circuit unit that determines that the stepping motor is in a stall state or a step-out state.
  • the shutoff valve device is in a stalled state or compared with the maximum value in the drive voltage waveform detected from the stepping motor or the wave height of the maximum value with a predetermined threshold value.
  • the step-out state can be determined.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the current level during driving of the stepping motor.
  • Patent Document 2 discloses a stepping motor step-out detection method.
  • the current waveform of the motor in the stepping motor driver for driving the stepping motor is converted into a square wave signal, and the square wave signal is converted into a voltage signal. Then, by comparing the voltage value obtained from the voltage signal with the reference voltage, it is possible to determine the presence or absence of a step-out state.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technique focusing on the difference in current / voltage waveform between normal time and step-out time. With these techniques, it is possible to detect the difference in the waveform as long as it is in a stable step-out state. However, in an actual operating environment, unstable operations such as the stepping motor rotating and returning slightly are often repeated. In such a case, the difference between the waveforms becomes unclear, and it becomes difficult to distinguish between normal and step-out.
  • the present disclosure provides a stepping motor abnormality detection device capable of correcting a waveform detected in an unstable state and stably detecting a stepping motor abnormality.
  • the stepping motor abnormality detection device in the present disclosure includes an instantaneous current detection unit, an integration unit, and a determination unit.
  • the instantaneous current detection unit acquires the reference current of the stepping motor.
  • the integrator produces an average drive current.
  • the determination unit compares the average drive current with a predetermined threshold value based on the reference current, and determines whether or not the stepping motor is abnormal.
  • the present disclosure provides a stepping motor abnormality detecting device capable of detecting an abnormality of a stepping motor even in an unstable operating environment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the stepping motor abnormality detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the current level detection unit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the determination unit in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the current level while driving the stepping motor.
  • FIG. 5 is a graph showing the current level after the current level during driving of the stepping motor in the first embodiment is corrected by the correction unit.
  • FIG. 6 is a graph showing the current level during normal operation and the current level during abnormal operation of the stepping motor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the stepping motor abnormality detection device 100 according to the first embodiment.
  • the stepping motor 4 is connected to the stepping motor drive unit 3.
  • the stepping motor drive unit 3 is connected to the power supply unit 1 via the current level detection unit 2.
  • the current level detection unit 2 is also connected to the determination unit 5.
  • the determination unit 5 and the stepping motor drive unit 3 are connected to the control unit 6 and are controlled by the control unit 6.
  • the power supply unit 1 is configured by connecting a plurality of lithium primary batteries (not shown) in parallel.
  • the power supply unit 1 has a battery capacity corresponding to the current capacity consumed by the electric system during the verification expiration period.
  • the test expiration period is, for example, 15 years.
  • the current level detection unit 2 has an instantaneous current level detection unit 21 that detects the instantaneous current level flowing through the stepping motor drive unit 3.
  • the current level detection unit 2 further includes an integration unit 22 that integrates the detected current level, and a power supply impedance estimation unit 23 that estimates the impedance of the power supply unit 1 (hereinafter referred to as power supply impedance).
  • the stepping motor drive unit 3 is controlled by the control unit 6 and outputs a drive pulse for driving the stepping motor 4 to drive the stepping motor 4.
  • the stepping motor 4 When used in a gas meter, the stepping motor 4 is treated as a valve that controls the flow rate of gas. In this case, the stepping motor 4 performs two types of operations, a shutoff operation for shutting off the gas and a return operation for canceling the shutoff of the gas.
  • the determination unit 5 has a correction unit 55.
  • the correction unit 55 corrects the current level detected by the current level detection unit 2 and integrated by the integration unit 22 by the power supply impedance obtained by the power supply impedance estimation unit 23.
  • the determination unit 5 includes a first comparator 53 and a second comparator 54. Each of the first comparator 53 and the second comparator 54 compares the current level corrected by the correction unit 55 with a predetermined determination threshold value.
  • the determination threshold value used in the first comparator 53 is set by the first determination threshold value setting unit 51, and the determination threshold value used by the second comparator 54 is set by the second determination threshold value setting unit 52. Will be done.
  • the control unit 6 controls the stepping motor drive unit 3.
  • the control unit 6 operates the stepping motor 4 via the stepping motor drive unit 3 to perform a cutoff operation and a return operation in the gas meter. Further, the control unit 6 holds timing information that determines the timing at which the current level is detected by the current level detection unit 2. Further, the control unit 6 stores the determination result obtained by the determination unit 5.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the current level detection unit 2 according to the first embodiment.
  • the instantaneous current level detection unit 21 includes a resistor 20.
  • the integrating unit 22 integrates the current flowing from the resistor 20 to the stepping motor drive unit 3 by the resistor 30 and the capacitor 31.
  • the capacitor 31 is connected to the GND.
  • the analog-to-digital conversion unit 40 has a function of converting an input current from an analog value to a digital value. Specifically, the output voltage of the power supply unit 1 is used as a reference voltage, and the voltage obtained by integrating the current flowing through the resistor 20 by the integrating unit 22 is converted into a digital value. Therefore, the smaller the digital value, the larger the current. In this embodiment, this digital value is used as the current level. The converted digital value is output to the determination unit 5, and the determination unit 5 makes a determination using this digital value. Further, the analog-to-digital conversion unit 40 also serves as a power supply impedance estimation unit 23.
  • the operation of the stepping motor abnormality detection device 100 configured as described above will be described below.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 acquires the current level when the stepping motor 4 is being driven by the instantaneous current level detection unit 21.
  • the correction unit 55 corrects this current level by the power supply impedance estimated by the power supply impedance estimation unit 23.
  • the first comparator 53 and the second comparator 54 compare the preset determination threshold value with the corrected current level, so that the determination unit 5 determines whether or not there is an abnormality in the stepping motor.
  • each operation will be described in detail.
  • the current level detection unit 2 holds timing information that determines the timing for detecting the current level. Based on this timing information, the current level detection unit 2 acquires the current level at a predetermined timing when the stepping motor 4 is being driven. Specifically, it is as follows.
  • the stepping motor drive unit 3 drives the stepping motor 4 by the control from the control unit 6.
  • the analog-to-digital conversion unit 40 converts the current level acquired by the instantaneous current level detection unit 21 while driving the stepping motor 4 into a digital value.
  • the timing at which the analog-to-digital conversion unit 40 acquires a digital value can be arbitrarily set. However, this timing is limited to the driving of the stepping motor 4.
  • the number of times the analog-to-digital conversion unit 40 acquires a digital value is not limited to one.
  • the analog-to-digital conversion unit 40 acquires digital values a plurality of times and calculates an average value, thereby preventing erroneous determination due to noise or the like.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the current level during driving of the stepping motor 4 by the difference in power supply impedance when the stepping motor 4 is used to drive the shutoff valve.
  • the stepping motor drive unit 3 is turned on at timing A, the shutoff valve is shut off from the fully open state to the fully closed state, and after the rotation of the stepping motor 4 is stopped, the stepping motor drive unit 3 is turned off at timing B. It represents the change in the current level until.
  • the current level is the above-mentioned digital value.
  • FIG. 4 shows that the power supply unit 1 has a higher current level when the impedance is high than in the normal state. As a result, it can be confirmed that the lithium battery constituting the power supply unit 1 has an increased internal impedance due to a temperature change or a decrease in the battery capacity, and a larger current is flowing.
  • the current level is obtained by converting the instantaneous current flowing through the stepping motor drive unit 3 into a voltage with the resistance 20, and the value is calculated by dividing the detected current level by the voltage value of the power supply unit 1 and multiplying it by 1024. is doing. That is, when the stepping motor 4 is not operating, the detected current level and the voltage value of the power supply unit 1 are equal to each other, so that the calculated current level is 1024.
  • the change in the current level from timing B to timing C is such that the current level gradually reaches 1024 due to the action of the integrating unit 22 after the current consumption of the stepping motor 4 becomes 0 at timing B. Shows.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 acquires the power supply impedance by the power supply impedance estimation unit 23 at the moment when the operation is turned on and off. Specifically, the power supply impedance is calculated by obtaining the difference between 1024, which is the upper limit of the current level, and the current level detected at each timing of operation ON (timing A) and operation OFF (timing B). As shown in FIG. 4, when the power supply impedance is high, the above-mentioned difference becomes small when the operation is ON, and the above-mentioned difference becomes large when the operation is OFF.
  • the correction unit 55 corrects the current level based on the power supply impedance obtained by the power supply impedance estimation unit 23.
  • the current level detection unit 2 converts the current flowing at a predetermined timing when the stepping motor is driven into the current level represented by the digital value by the analog-to-digital conversion unit 40. Further, the correction unit 55 corrects the current level obtained by the integration unit 22 to the current level used for abnormality determination by using the power supply impedance obtained by the power supply impedance estimation unit 23.
  • FIG. 5 is a graph showing the current level after the current level shown in FIG. 4 is corrected by the correction unit 55.
  • FIG. 4 it can be confirmed that when the power supply impedance is high, the absolute value of the current level when the stepping motor is ON and during operation is high, and when the operation is OFF, the absolute value of the current level is small.
  • the fluctuation of the current level due to the power supply impedance can be converted into the fluctuation of the current level as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining an abnormality determination method in the determination unit 5 of the first embodiment.
  • FIG. 6 shows the current level of the stepping motor 4 in the case of normal operation, the current level of the stepping motor 4 in the case of abnormal operation (during disconnection), the current level of the stepping motor 4 in the case of step-out and sticking, and the first. It is a graph which shows the threshold value (first determination threshold value) and the second threshold value (second determination threshold value) of.
  • the stepping motor abnormality detecting device 100 detects the corrected current level Z1 at a predetermined timing flowing during the stepping motor drive (step S1).
  • the predetermined timing is set at points D to E in FIG. 6 during a period in which the current level is stable.
  • the current level Z1 is compared with the first threshold value (step S2).
  • the determination unit 5 determines that the stepping motor 4 is in a disconnected state (R1).
  • step S2 when it is determined in step S2 that the current level Z1 is equal to or lower than the first threshold value (No in step S2), the current level Z1 is compared with the second threshold value in the second comparator 54 (step S3). ..
  • step S3 When it is determined in step S3 that the current level Z1 is less than the second threshold value (Yes in step S3), the determination unit 5 determines that the stepping motor 4 is in a step-out or fixed state (R2). When no abnormality is determined in the comparison between the current level Z1 and the first threshold value and the second threshold value (No in step S3), the determination unit 5 determines that the stepping motor 4 is operating normally (No). R3).
  • the order of the processing in step S2 and the processing in step S3 may be reversed.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 includes a power supply unit 1, a current level detection unit 2, a stepping motor drive unit 3, and a determination unit 5.
  • the current level detection unit 2 detects the instantaneous current level flowing from the power supply unit 1 to the stepping motor drive unit 3, integrates it, and estimates the power supply impedance.
  • the determination unit 5 corrects the integrated value using the power supply impedance value and compares it with a predetermined threshold value.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 corrects the current level according to the power supply impedance even during unstable operation, so that the stepping motor abnormality detection device 100 is not affected by the unstable operation of the stepping motor and has high accuracy. It is possible to detect operation abnormalities of the stepping motor such as disconnection and sticking.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 detects an abnormality in the stepping motor by setting the first threshold value and the second threshold value to values capable of determining an abnormality even during a period in which the current level is changing. can.
  • the stepping motor abnormality detection device 100 inputs only the current level flowing through the stepping motor drive unit 3 to the analog / digital conversion unit 40 without using the instantaneous current level detection unit 21 and the integration unit 22. You may.
  • This disclosure is applicable to battery equipment using a stepping motor. Specifically, the present disclosure is applicable to water meters and the like.
  • Stepping motor abnormality detection device 1 Power supply unit 2 Current level detection unit 3 Stepping motor drive unit 4 Stepping motor 5 Judgment unit 6 Control unit 20 Resistance 30 Resistance 31 Condenser 40 Analog / digital conversion unit 100 Stepping motor abnormality detection device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

本開示は、ステッピングモータの異常を検知することができるステッピングモータ異常検知装置を提供する。ステッピングモータ異常検知装置(１００)は、電源部(１)と、ステッピングモータ(４)と、ステッピングモータ駆動部(３)と、判定部(５)と、制御部(６)と、を備え、ステッピングモータ駆動部(３)は制御部(６)によってステッピングモータ(４)を動作させ、電流レベル検出部(２)はステッピングモータ(４)の駆動中の電流レベルを取得し、取得した電流レベルと判定部(５)によって予め定められた閾値とを比較してステッピングモータ(４)の異常を検知する。

Description

ステッピングモータ異常検知装置
　本開示は、ステッピングモータの駆動に生じる異常を検知する装置に関する。本開示は、特に、ガスメータに用いられるガスの流れを開閉する双方向弁に用いるステッピングモータの異常を検知する装置に関する。
　特許文献１は、ステッピングモータがストール状態または脱調状態にあることを判定する遮断弁装置を開示する。
　この遮断弁装置は、ステッピングモータの駆動制御を行う駆動制御回路部と、ステッピングモータがストール状態または脱調状態にあるものと判定する弁動異常回路部と、を備える。これにより、図４に示すように、この遮断弁装置は、ステッピングモータから検出される駆動電圧波形における極大値または当該極大値の波高を予め定められたしきい値と比較して、ストール状態または脱調状態を判定することができる。図４は、ステッピングモータ駆動中の電流レベル変化を示すグラフである。
　特許文献２は、ステッピングモータの脱調検出方法を開示する。この脱調検出方法では、ステッピングモータを駆動するステッピングモータドライバにおけるモータの電流波形を矩形波信号に変換し、その矩形波信号を電圧信号に変換する。そして、その電圧信号から得られた電圧値を基準電圧と比較することにより、脱調状態の有無を判断することができる。
特開２００６－１１８６４２号公報 特開１９９９－１８７６９７号公報
　特許文献１、特許文献２は、共に、正常時と脱調時とにおける電流・電圧波形の違いに着目した技術を開示している。これらの技術では、安定した脱調状態であれば、当該波形の違いを検出することができる。しかし、実際の動作環境では、ステッピングモータが若干回転したり戻ったりといった、不安定な動作を繰り返すことが多い。そのような場合、上記波形の違いが不明確になり、正常時と脱調時の判別が難しくなる。
　本開示は、不安定な状態で検出した波形を補正し、安定してステッピングモータの異常を検知することができるステッピングモータ異常検知装置を提供する。
　本開示におけるステッピングモータ異常検知装置は、瞬時電流検出部と、積分部と、判定部と、を備える。瞬時電流検出部は、ステッピングモータの基準電流を取得する。積分部は、平均駆動電流を生成する。判定部は、基準電流に基づいて、平均駆動電流を予め定めたしきい値と比較して、ステッピングモータが異常かどうかの判定を行う。
　本開示は、不安定な動作環境でもステッピングモータの異常を検知することができるステッピングモータ異常検知装置を提供する。
図１は、実施の形態１におけるステッピングモータ異常検知装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１における電流レベル検出部の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１における判定部の動作を説明するためのフローチャートである。 図４は、ステッピングモータを駆動中の電流レベルの変化を示すグラフである。 図５は、実施の形態１におけるステッピングモータ駆動中の電流レベルを補正部で補正した後の電流レベルを示すグラフである。 図６は、ステッピングモータの通常動作時の電流レベルと異常動作時の電流レベルとを示すグラフである。
　以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
　（実施の形態１）
　以下、図１～５を用いて、実施の形態１を説明する。
　［１－１．構成］
　［１－１－１．異常検知装置の構成］
　図１は、実施の形態１におけるステッピングモータ異常検知装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、ステッピングモータ４は、ステッピングモータ駆動部３に接続される。ステッピングモータ駆動部３は、電流レベル検出部２を介して電源部１に接続される。また、電流レベル検出部２は、判定部５にも接続される。判定部５とステッピングモータ駆動部３とは、制御部６に接続されており、制御部６によって制御される。
　電源部１は、複数のリチウム一次電池（図示せず）を並列接続して構成されている。電源部１は、電気系統が検定満了期間に消費する電流容量に相当する電池容量を保有する。検定満了期間は、例えば、１５年間である。
　電流レベル検出部２は、ステッピングモータ駆動部３に流れる瞬時電流レベルを検出する瞬時電流レベル検出部２１を有する。電流レベル検出部２は、さらに、検出した電流レベルを積分する積分部２２と、電源部１のインピーダンス（以降、電源インピーダンスと称す）を推定する電源インピーダンス推定部２３とを備える。
　ステッピングモータ駆動部３は、制御部６によって制御され、ステッピングモータ４を駆動する駆動パルスを出力してステッピングモータ４を駆動する。
　ステッピングモータ４は、ガスメータに用いられる場合には、ガスの流量を制御する弁として扱われる。この場合、ステッピングモータ４は、ガスを遮断する遮断動作とガスの遮断を解除する復帰動作との二種類の動作を行う。
　判定部５は、補正部５５を有する。補正部５５は、電流レベル検出部２で検出され、積分部２２によって積分された電流レベルを、電源インピーダンス推定部２３で得られた電源インピーダンスによって補正する。また、判定部５は、第一のコンパレータ５３と第二のコンパレータ５４とを備える。第一のコンパレータ５３および第二のコンパレータ５４の各々は、補正部５５で補正された電流レベルを、予め定められた判定閾値と比較する。なお、第一のコンパレータ５３で使用される判定閾値は、第１の判定閾値設定部５１で設定され、第二のコンパレータ５４で使用される判定閾値は、第２の判定閾値設定部５２で設定される。
　制御部６は、ステッピングモータ駆動部３を制御する。制御部６は、ステッピングモータ駆動部３を介して、ステッピングモータ４を動作させることにより、ガスメータにおける遮断動作と復帰動作とを行う。また、制御部６は、電流レベル検出部２によって電流レベルを検出するタイミングを定めるタイミング情報を保持している。また、制御部６は、判定部５によって得られた判定結果を格納する。
　［１－１－２．電流レベル検出部の構成］
　図２は、実施の形態１における電流レベル検出部２の構成の一例を示すブロック図である。
　瞬時電流レベル検出部２１は、抵抗２０を備える。
　積分部２２は、抵抗２０からステッピングモータ駆動部３へ流れる電流を、抵抗３０とコンデンサー３１とによって積分する。コンデンサー３１はＧＮＤへ接続されている。
　アナログ・デジタル変換部４０は、入力された電流をアナログ値からデジタル値へと変換する機能を有する。具体的には、電源部１の出力電圧を基準電圧として、抵抗２０に流れる電流を積分部２２によって積分した電圧をデジタル値へと変換する。従って、このデジタル値が小さい程、電流が大きいことを意味する。本実施の形態では、このデジタル値を電流レベルとしている。この変換されたデジタル値は判定部５へ出力され、判定部５ではこのデジタル値を用いて判定が行われる。また、アナログ・デジタル変換部４０は電源インピーダンス推定部２３を兼ねている。
　［１－２．動作］
　以上のように構成されたステッピングモータ異常検知装置１００について、その動作を以下に説明する。ステッピングモータ異常検知装置１００は、ステッピングモータ４が駆動されているときの電流レベルを、瞬時電流レベル検出部２１で取得する。そして、補正部５５が、電源インピーダンス推定部２３で推定された電源インピーダンスにより、この電流レベルを補正する。そして、第一のコンパレータ５３および第二のコンパレータ５４が、予め設定された判定閾値と補正後の電流レベルとを比較をすることにより、判定部５はステッピングモータの異常の有無を判定する。以下、それぞれの動作について詳細に説明する。
　［１－２－１．電流レベルの取得］
　電流レベル検出部２は、電流レベルを検出するタイミングを定めるタイミング情報を保持している。電流レベル検出部２は、このタイミング情報に基づき、ステッピングモータ４が駆動されているときの所定のタイミングにおける電流レベルを取得する。具体的には、以下のとおりである。制御部６からの制御によってステッピングモータ駆動部３がステッピングモータ４を駆動する。ステッピングモータ４の駆動中に瞬時電流レベル検出部２１によって取得された電流レベルを、アナログ・デジタル変換部４０がデジタル値へ変換する。アナログ・デジタル変換部４０がデジタル値を取得するタイミングは任意に設定することができる。しかし、このタイミングはステッピングモータ４の駆動中であることに限られる。アナログ・デジタル変換部４０がデジタル値を取得する回数は１回に限定されない。例えば、アナログ・デジタル変換部４０がデジタル値を複数回取得して平均値を算出することで、ノイズ等による誤判定を防止することができる。
　［１－２－１．補正］
　図４は、ステッピングモータ４を遮断弁の駆動に用いた場合の、ステッピングモータ４を駆動中の電流レベルの変化を電源インピーダンスの違いで示す図である。図４には、ステッピングモータ駆動部３がタイミングＡでＯＮし、遮断弁が全開状態から遮断して全閉状態となり、ステッピングモータ４の回転が止まった後にステッピングモータ駆動部３がタイミングＢでＯＦＦになるまでの電流レベルの変化を表している。なお、図４において、電流レベルは前述のデジタル値である。
　図４において、タイミングＢの直前の電流レベルの変化は、ステッピングモータ４の回転が止まったことによる負荷の増加を示している。また、図４には、電源部１が、高インピーダンス時に、通常時と比較して電流レベルが高くなることが示されている。これにより、電源部１を構成するリチウム電池が温度変化や電池容量の減少によって内部インピーダンスが大きくなり、より多くの電流が流れていることが確認できる。
　また、電流レベルは、ステッピングモータ駆動部３に流れる瞬時電流を抵抗２０で電圧に変換したものであり、検出した電流レベルを電源部１の電圧値で割った値に１０２４をかけて数値を算出している。つまり、ステッピングモータ４が動作していない場合には検出電流レベルと電源部１の電圧値とが互いに等しくなるため、算出される電流レベルは１０２４となる。図４において、タイミングＢからタイミングＣまでの電流レベルの変化は、タイミングＢでステッピングモータ４の消費電流が０となった後、積分部２２の作用により、緩やかに電流レベルが１０２４に達する状態を示している。
　ステッピングモータ異常検知装置１００は、動作ＯＮと動作ＯＦＦの瞬間に、電源インピーダンス推定部２３によって電源インピーダンスを取得する。具体的には、電流レベルの上限である１０２４と、動作ＯＮ（タイミングＡ）と動作ＯＦＦ（タイミングＢ）の各タイミングで検出された電流レベルとの差を求めることで、電源インピーダンスを計算する。図４に示されるように、電源インピーダンスが高い場合は、動作ＯＮでは前述の差が小さくなり、動作ＯＦＦでは前述の差が大きくなる。補正部５５は、電源インピーダンス推定部２３で求められた電源インピーダンスに基づいて電流レベルを補正する。
　以上の様に、電流レベル検出部２は、ステッピングモータが駆動されているときの所定のタイミングにおいて流れる電流を、アナログ・デジタル変換部４０によってデジタル値で表される電流レベルへと変換する。また、補正部５５は、電源インピーダンス推定部２３で求めた電源インピーダンスを用いて、積分部２２で求めた電流レベルを、異常判定に用いる電流レベルに補正する。
　図５は、図４に示した電流レベルを補正部５５で補正した後の電流レベルを示すグラフである。図４では、電源インピーダンスが高いとき、ステッピングモータの動作ＯＮ時および動作中の電流レベルの絶対値は高くなり、動作ＯＦＦでは電流レベルの絶対値は小さくなることが確認できる。この電源インピーダンスによる電流レベルの変動を、前述の補正を行うことで、図５に示すように一定の電流レベルの変動に変換することができる。これにより、後述する判定部５における電源インピーダンスの変動による誤判定を大きく低減することができ、精度の高い異常検知が可能となる。
　［１－２－１．閾値と比較］
　図３は、実施の形態１の判定部５における異常判定方法を説明するためのフローチャートである。
　図６は、正常に動作した場合のステッピングモータ４の電流レベルと、異常動作時（断線時）のステッピングモータ４の電流レベルと、脱調および固着時のステッピングモータ４の電流レベルと、第１の閾値（第１の判定閾値）と、第２の閾値（第２の判定閾値）とを示すグラフである。
　図３に示すように、まず、ステッピングモータ異常検知装置１００は、ステッピングモータ駆動中に流れる所定タイミングにおける補正された電流レベルＺ１を検出する（ステップＳ１）。本実施の形態において、所定タイミングは、図６のＤ点～Ｅ点の、電流レベルが安定している期間に設定されている。次に、第一のコンパレータ５３において、電流レベルＺ１を第１の閾値と比較する（ステップＳ２）。ステップＳ２において、電流レベルＺ１は第１の閾値より大きいと判定された場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、判定部５は、ステッピングモータ４は断線状態にあると判定する（Ｒ１）。一方、ステップＳ２において、電流レベルＺ１は第１の閾値以下であると判定された場合（ステップＳ２でＮｏ）、第二のコンパレータ５４において電流レベルＺ１を第２の閾値と比較する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、電流レベルＺ１は第２の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、判定部５は、ステッピングモータ４は脱調または固着状態にあると判定する（Ｒ２）。電流レベルＺ１と第１の閾値および第２の閾値との比較において異常と判定されなかった場合（ステップＳ３でＮｏ）、判定部５は、ステッピングモータ４は正常に動作していると判定する（Ｒ３）。なお、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２の処理とステップＳ３の処理の順序は逆になってもよい。
　［１－３．効果等］
　以上のように、本実施の形態において、ステッピングモータ異常検知装置１００は、電源部１と、電流レベル検出部２と、ステッピングモータ駆動部３と、判定部５と、を備える。電流レベル検出部２は、電源部１からステッピングモータ駆動部３に流れる瞬時電流レベルを検出し、積分を行い、電源インピーダンスを推定する。判定部５は、電源インピーダンス値を用いて当該積分値を補正し、予め定められた閾値と比較する。
　これにより、ステッピングモータ異常検知装置１００は、不安定な動作中であっても、電源インピーダンスに応じて電流レベルの補正を行うため、ステッピングモータの不安定な動作の影響を受けることなく、高い精度で断線、固着といったステッピングモータの動作異常を検知することができる。
　なお、本実施の形態では、電流レベルの検出を、電流レベルが安定している期間で行っている動作例を説明した。しかし、電流レベルの検出タイミングは何ら電流レベルが安定している期間に限定されない。ステッピングモータ異常検知装置１００は、電流レベルが変化している期間であっても、第１の閾値および第２の閾値を、異常判定が可能な値に設定することで、ステッピングモータの異常を検知できる。
　また、本実施の形態において、ステッピングモータ異常検知装置１００は、瞬時電流レベル検出部２１および積分部２２を用いることなく、ステッピングモータ駆動部３に流れる電流レベルのみをアナログ・デジタル変換部４０に入力してもよい。
　なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、ステッピングモータを用いる電池機器に適用可能である。具体的には、水道メータなどに、本開示は適用可能である。
　１　　電源部
　２　　電流レベル検出部
　３　　ステッピングモータ駆動部
　４　　ステッピングモータ
　５　　判定部
　６　　制御部
　２０　　抵抗
　３０　　抵抗
　３１　　コンデンサー
　４０　　アナログ・デジタル変換部
　１００　　ステッピングモータ異常検知装置

Claims (9)

  1. 　ステッピングモータを駆動する駆動パルスを出力するステッピングモータ駆動部と、
    　前記ステッピングモータ駆動部に電源を供給する電源部と、
    　前記ステッピングモータ駆動部に流れる電流を検出する電流レベル検出部と、
    　前記電流レベル検出部で検出した電流レベルと、前記ステッピングモータが正常に動作する場合の電流レベルに基づいて予め定めた判定閾値と比較して、前記ステッピングモータが正常な動作状態にあるか否か判定する判定部と、
    　を備えたステッピングモータ異常検知装置。
  2. 　前記判定部は、前記判定閾値として、前記ステッピングモータが断線状態にあると判定する為の第１の判定閾値を有する、
    　請求項１記載のステッピングモータ異常検知装置。
  3. 　前記判定部は、前記判定閾値として、前記ステッピングモータが固着状態にあると判定する為の第２の判定閾値を有する、
    　請求項１記載のステッピングモータ異常検知装置。
  4. 　前記電流レベル検出部は、瞬時電流を積分する積分部で構成された、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のステッピングモータ異常検知装置。
  5. 　前記電流レベル検出部は、前記電源部と前記ステッピングモータ駆動部との間に抵抗を挿入して構成され、
    　前記積分部は、前記抵抗と前記ステッピングモータ駆動部の接続点の信号を、抵抗を介してコンデンサーで積分する構成である、
    　請求項４記載のステッピングモータ異常検知装置。
  6. 　前記電流レベル検出部は、前記電流レベルを電流レベルに応じたデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部を有する、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のステッピングモータ異常検知装置。
  7. 　前記電流レベル検出部は、前記電源部の電源インピーダンスを推定する電源インピーダンス推定部を有し、前記推定した電源インピーダンスに基づいて前記判定閾値あるいは前記電流レベルを補正する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のステッピングモータ異常検知装置。
  8. 　前記電源インピーダンス推定部は、前記ステッピングモータ駆動部の動作ＯＮ時と動作ＯＦＦ時の前記電源部の出力電圧差が大きいほど前記電源インピーダンスが大きいと推定する、
    　請求項７記載のステッピングモータ異常検知装置。
  9. 　前記ステッピングモータ駆動部の動作ＯＮ時と動作ＯＦＦ時の前記電源部の前記出力電圧差として、前記ステッピングモータ駆動部が動作ＯＮから動作ＯＦＦに変化した後の前記電源部の出力電圧と前記積分部の出力の比を用いた、
    　請求項８記載のステッピングモータ異常検知装置。
PCT/JP2021/023143 2020-06-25 2021-06-18 ステッピングモータ異常検知装置 WO2021261387A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180043934.1A CN115836473A (zh) 2020-06-25 2021-06-18 步进马达异常探测装置
US17/997,735 US20230198433A1 (en) 2020-06-25 2021-06-18 Stepping motor abnormality detecting device
EP21829688.7A EP4175162A4 (en) 2020-06-25 2021-06-18 DEVICE FOR DETECTING ANOMALIES IN A STEPPER MOTOR

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020109221A JP7390621B2 (ja) 2020-06-25 2020-06-25 ステッピングモータ異常検知装置
JP2020-109221 2020-06-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021261387A1 true WO2021261387A1 (ja) 2021-12-30

Family

ID=79281272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/023143 WO2021261387A1 (ja) 2020-06-25 2021-06-18 ステッピングモータ異常検知装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230198433A1 (ja)
EP (1) EP4175162A4 (ja)
JP (1) JP7390621B2 (ja)
CN (1) CN115836473A (ja)
WO (1) WO2021261387A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799796A (ja) * 1993-09-27 1995-04-11 Fujitsu Ten Ltd ステッピングモータの駆動装置
JPH11187697A (ja) 1997-12-18 1999-07-09 Nippon Pulse Motor Kk ステッピングモータの脱調検出方法
JP2001158546A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Canon Inc ステッピングモータ脱調検知装置を持つ画像形成装置
JP2006118642A (ja) 2004-10-22 2006-05-11 Tokyo Gas Co Ltd 遮断弁装置
JP2015061341A (ja) * 2013-09-17 2015-03-30 Ｎｅｃエンジニアリング株式会社 ステッピングモータ故障検出回路、ステッピングモータ駆動装置、及び、ステッピングモータドライブシステム
WO2018043001A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 ミネベアミツミ株式会社 モータ制御装置および脱調状態検出方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08275592A (ja) * 1995-03-30 1996-10-18 Canon Inc モータ制御回路
JP4257603B2 (ja) * 2004-07-09 2009-04-22 サンケン電気株式会社 ステッピングモータ駆動装置の断線検出装置
CN106150728B (zh) * 2015-03-31 2019-09-20 长城汽车股份有限公司 连续可变气门升程机构的故障检测及处理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799796A (ja) * 1993-09-27 1995-04-11 Fujitsu Ten Ltd ステッピングモータの駆動装置
JPH11187697A (ja) 1997-12-18 1999-07-09 Nippon Pulse Motor Kk ステッピングモータの脱調検出方法
JP2001158546A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Canon Inc ステッピングモータ脱調検知装置を持つ画像形成装置
JP2006118642A (ja) 2004-10-22 2006-05-11 Tokyo Gas Co Ltd 遮断弁装置
JP2015061341A (ja) * 2013-09-17 2015-03-30 Ｎｅｃエンジニアリング株式会社 ステッピングモータ故障検出回路、ステッピングモータ駆動装置、及び、ステッピングモータドライブシステム
WO2018043001A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 ミネベアミツミ株式会社 モータ制御装置および脱調状態検出方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4175162A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4175162A1 (en) 2023-05-03
CN115836473A (zh) 2023-03-21
EP4175162A4 (en) 2023-11-29
JP7390621B2 (ja) 2023-12-04
JP2022006768A (ja) 2022-01-13
US20230198433A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7929323B2 (en) Method and apparatus for pre-charging power converters and diagnosing pre-charge faults
US9024591B2 (en) Electric actuator
DK2313792T3 (en) MONITORING DEVICE FOR WIND ENERGY INSTALLATION PITCH SYSTEMS
US9000733B2 (en) Electric actuator
EP2681477B1 (en) Monitoring operation of a dc motor valve assembly
KR102294575B1 (ko) 컨버터를 위한 센서 고장 진단 시스템
US9528456B2 (en) Fault detection and correction in valve assemblies
WO2015174310A1 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
US10280834B2 (en) Valve control device and valve system
EP3360018B1 (en) Actuator and method of operating the actuator
WO2021261387A1 (ja) ステッピングモータ異常検知装置
US20180141566A1 (en) On-Board Control Device, On-Board Integrated Circuit
CN109933005B (zh) 伺服马达的负荷状态诊断装置以及负荷状态诊断方法
WO2022044776A1 (ja) ステッピングモータ異常検知装置
JPWO2018225235A1 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータの制御装置
JP5286835B2 (ja) モータ制御回路及びモータのロック異常検出方法
CN110501604B (zh) 一种有刷直流风机开路故障的检测装置及其检测方法
JP2022039202A (ja) ステッピングモータ異常検知装置
KR101531340B1 (ko) 서보 모터 제어 시스템
CN109459628B (zh) 预测伺服驱动器故障的装置
JP5009202B2 (ja) 調節計およびその調整方法
JP2008293682A (ja) 開閉器の動作特性監視装置
CN114270010B (zh) 移动体移动装置
CN220523389U (zh) 电动阀门的转矩限位装置
KR20100091401A (ko) 하이브리드 차량용 냉각팬 고장 진단 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21829688

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021829688

Country of ref document: EP

Effective date: 20230125