JP5856506B2 - モータ制御装置、及び磁極位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、及び磁極位置検出方法に関する。

ステッピングモータなどのブラシレスモータでは、駆動を開始する際に磁極位置を検出する必要がある。例えば、予め定められた磁極位置に対応する電流をブラシレスモータのコイルに流すことにより、磁極位置に可動子を引きつけて初期の磁極位置を定めることが行われている。
例えば、特許文献１に記載の技術では、所定の磁極位置に対応した信号をモータに出力し、モータの駆動量に基づいて磁極位置の検出を行っている。

特開平６−１５３５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、外乱などによりモータを信号通りに駆動できないと、磁極位置の検出が正しく行えない場合がある。そのような場合には、外乱の影響を受けないように磁極位置を検出する際の通電をユーザが変更することで、磁極位置を正しく検出できるようにしていた。すなわち、モータを駆動する際に外乱の影響を受ける可能性がある場合には、ユーザが外乱の影響を受けているか否かを確認する必要がある。そのため、モータを駆動する際にユーザに確認の手間を強いてしまうという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、外乱の影響を受ける場合においても、モータの磁極位置を検出することができるモータ制御装置、及び磁極位置検出方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出部と、予め定められた第１の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第２の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第２の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第２の電気角にあると判定し、前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量でない場合、前記第１の電気角と異なる第３の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御部とを備えることを特徴とするモータ制御装置である。

また、上記問題を解決するために、本発明は、モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出ステップと、予め定められた第１の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第２の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第２の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第２の電気角にあると判定し、移動した量が差分に対応する移動量でない場合、前記第１の電気角と異なる第３の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御ステップとを有することを特徴とする磁極位置検出方法である。

この発明によれば、第１の電気角と、第２の電気角とに対応する通電をモータに行った後に、外乱の影響を受けているか否かを判定することができる。これにより、外乱の影響を受けている場合には、第１の電気角と異なる第３の電気角に対応する通電を行うことにより、外乱の影響を避けて磁極位置の検出をすることができる。

本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置１の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるモータ制御装置１がモータ３を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示す第１のフローチャートである。 同実施形態におけるモータ制御装置１がモータ３を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示す第２のフローチャートである。 同実施形態における磁極位置検出の第１の動作例を示す概略図である。 同実施形態における磁極位置検出の第２の動作例を示す概略図である。 同実施形態における磁極位置検出の第３の動作例を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置、及び磁極位置検出方法を説明する。
図１は、本実施形態におけるモータ制御装置１の構成を示す概略ブロック図である。
同図に示すように、モータ制御装置１は、電源部２から供給される電力を、外部から入力される位置指令に応じてモータ３に出力することにより、モータ３を駆動する。モータ３は、入力された電力に応じて可動子を回転させることにより、回転運動を出力する。モータ３には、可動子が単位時間当たりに回転した量（回転量）に応じた信号を出力するエンコーダ４が取り付けられている。
モータ３の可動子には軸継手５が接続されている。軸継手５はモータ３が出力する回転運動を駆動軸６に伝達する。駆動軸６は回転することにより、ベース７上に設けられている駆動テーブル８を摺動させる。ベース７において、駆動テーブル８が移動する方向の両端にはエンドプレート９が設けられている。エンドプレート９は、駆動テーブル８がベース７の端を超えて移動しないようにするために設けられている。

モータ制御装置１は、モータ３の駆動を開始させる際にモータ３の磁極位置を検出し、検出した磁極位置に基づいて通電を行う。このとき、モータ制御装置１は、外部より入力される位置指令が示す位置に駆動テーブル８が移動するように、モータ３を駆動させる。
モータ制御装置１は、図１に示すように、制御部１１、位置検出部１２、及び、モータ駆動部１３を備えている。制御部１１は、位置検出部１２が出力する位置情報と、位置指令とに基づいて、駆動指令を算出する。駆動指令は、例えば可動子を引き込む電気角を示す信号である。また、位置情報は、エンコーダ４から出力される信号に基づいて位置検出部１２が検出するモータ３の移動量（回転量）と、移動量を累積することにより得られる駆動テーブル８の相対的な位置とを含む情報である。モータ駆動部１３は、制御部１１が算出した駆動指令に応じた電力を電源部２からモータ３へ供給してモータ３を駆動し、位置指令の示す位置に駆動テーブル８を移動させる。なお、駆動テーブル８がエンドプレート９に接触している場合、駆動テーブル８をエンドプレート９に押しつける方向にモータ３を駆動させることはできない。すなわち、モータ３は駆動テーブル８、駆動軸６、及び軸継手５を介してエンドプレート９から外乱（外力）を受けることになる。

図２及び図３は、本実施形態におけるモータ制御装置１がモータ３を駆動させる際に行う磁極位置検出の処理を示すフローチャートである。
モータ制御装置１において、磁極位置検出の処理が開始されると、制御部１１は予め定められた磁極位置に対応する電気角αに可動子を引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１０１）。ここで、電気角αは予め定められた電気角であり、０°≦α＜３６０°を満たす値である。

制御部１１は、ステップＳ１０１における通電により、モータ３の可動子が電気角を増加させる方向に移動（回転）したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。電気角を増加させる方向に回転していた場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、制御部１１は、可動子を電気角（α−ｎ）に引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１０３）。
制御部１１は、ステップＳ１０３における通電による可動子の移動量（回転量）が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１０４）、一致した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、磁極位置が電気角（α−ｎ）であると判定し（ステップＳ１０５）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１０９に進める。なお、制御部１１は、位置検出部１２が出力する位置情報に含まれる回転量に基づいて判定を行う。

ステップＳ１０２において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、制御部１１は、可動子を電気角（α＋ｎ）に引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１０６）。
制御部１１は、ステップＳ１０６における通電による可動子の回転量が電気角ｎに対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１０７）、一致した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、磁極位置が電気角（α＋ｎ）であると判定し（ステップＳ１０８）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１０９に進める。

ステップＳ１０４又はステップＳ１０７において、回転量と電気角に対応する回転量とが一致しない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ、又はステップＳ１０７：ＮＯ）、制御部１１は、電気角β（＝α＋１８０°）に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１０９）。
制御部１１は、ステップＳ１０９における通電により可動子が電気角を増加させる方向に回転したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。電気角を増加させる方向に回転していた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部１１は、可動子を電気角（β−ｎ）に引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１１１）。

制御部１１は、ステップＳ１１１における通電による可動子の回転量が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１１２）、一致した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、磁極位置が電気角（β−ｎ）であると判定し（ステップＳ１１３）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１２１に進める。

ステップＳ１１０において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御部１１は、可動子を電気角（β＋ｎ）に引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１１４）。
制御部１１は、ステップＳ１１４における通電による可動子の回転量が電気角ｎに対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１１５）、一致した場合（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、時刻位置が電気角（β＋ｎ）であると判定し（ステップＳ１１６）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１１５：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１２１に進める。

ステップＳ１１２又はステップＳ１１５において、可動子の回転量と電気角に対応する回転量とが一致しない場合（ステップＳ１１２：ＮＯ、又はステップＳ１１５：ＮＯ）、制御部１１は、電気角αに可動子を引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して再び行う（ステップＳ１２１）。
制御部１１は、ステップＳ１２１における通電により可動子が電気角を増加させる方向に回転したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。電気角を増加させる方向に回転していた場合（ステップＳ１２２：ＹＥＳ）、制御部１１は、電気角（α＋ｎ）に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１２３）。

制御部１１は、ステップＳ１２３における通電による可動子の回転量が電気角ｎに対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１２４）、一致した場合（ステップＳ１２４：ＹＥＳ）、磁極位置が電気角（α＋ｎ）であると判定し（ステップＳ１２５）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１２４：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１２９に進める。

ステップＳ１２２において、可動子が電気角を増加させる方向に回転していなかった場合（ステップＳ１２２：ＮＯ）、制御部１１は、電気角（α−ｎ）に可動子を引き込む通電を、モータ駆動部１３を介して行う（ステップＳ１２６）。
制御部１１は、ステップＳ１２６における通電による可動子の回転量が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致するか否かを判定し（ステップＳ１２７）、一致した場合（ステップＳ１２７：ＹＥＳ）、磁極位置が電気角（α−ｎ）であると判定し（ステップＳ１２８）、磁極位置検出の処理を終了する。一方、一致しない場合（ステップＳ１２７：ＮＯ）、制御部１１は処理をステップＳ１２９に進める。

ステップＳ１２４又はステップＳ１２７において、可動子の回転量と、電気角に対応する回転量とが一致しない場合（ステップＳ１２４：ＮＯ、又はステップＳ１２７：ＮＯ）、制御部１１は磁極位置検出においてエラーが生じたと判定し（ステップＳ１２９）、磁極位置検出の処理を終了する。
ステップＳ１２９において、制御部１１はエラーが生じたこと（磁極位置の検出ができなかったこと）を示す信号を外部に出力し、ユーザに通知するようにしてもよい。

以下、具体的な例を示して、本実施形態における磁極位置検出の処理を説明する。
図４は、本実施形態における磁極位置検出の第１の動作例を示す概略図である。ここでは、モータ３の磁極位置と駆動テーブル８の左端とが対応している場合について説明する。また、電気角α＝０°であり、電気角ｎはモータ３を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角であるとする。同図において、横軸は電気角を示し、矢印により駆動テーブル８（モータ３）の動きが示されている。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置１は、電気角α（＝０°）にモータ３を駆動させる制御をし（手順Ａ：ステップＳ１０１に対応）、その後に、電気角（α−ｎ）にモータ３を駆動させる制御をする（手順Ｂ：ステップＳ１０３に対応）。このとき、手順Ｂにおけるモータ３の回転量が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致するので、モータ制御装置１は、磁極位置が電気角（α−ｎ）であると判定する。このように、エンドプレート９による外乱を受けない場合、モータ制御装置１は２回の通電により磁極位置を検出することができる。

次に、エンドプレート９による外乱を受ける場合の動作について説明する。
図５は、本実施形態における磁極位置検出の第２の動作例を示す概略図である。ここでは、図４に示した場合と同様に、モータ３の磁極位置と駆動テーブル８の左端とが対応している場合について説明する。電気角α＝０°であり、電気角ｎはモータ３を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角であり、駆動テーブル８は電気角０°に向かって移動するとエンドプレート９に接触する位置にあるものとする。なお、同図において、破線の矢印は、エンドプレート９から受ける外乱により駆動テーブル８（モータ３）が移動できないことを示している。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置１は、電気角α（＝０°）にモータ３を駆動させる制御をし（手順Ｃ：ステップＳ１０１に対応）、その後に、電気角（α−ｎ）にモータ３を駆動させる制御をする（手順Ｄ：ステップＳ１０３に対応）。

しかし、駆動テーブル８がエンドプレート９に接触して外乱を受けることにより、モータ３の回転量が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致しないので、電気角β（＝１８０°）にモータ３を駆動させる制御をする（手順Ｅ：ステップＳ１０９に対応）。その後、電気角（β＋ｎ）にモータ３を駆動させる制御をする（手順Ｆ：ステップＳ１１４に対応）。このとき、手順Ｆにおけるモータ３の回転量が電気角ｎに対応する回転量と一致するので、モータ制御装置１は、磁極位置が電気角（β＋ｎ）であると判定する。このように、エンドプレート９による外乱を受ける場合、モータ制御装置１は外乱を受けていることをステップＳ１０４において検出し、外乱を受けないようにモータ３を駆動する通電（手順Ｆ）を行うことにより、４回の通電により磁極位置を検出することができる。

続いて、エンドプレート９による外乱を受ける場合であって、図５に示した場合と異なる動作について説明する。
図６は、本実施形態における磁極位置検出の第３の動作例を示す概略図である。ここでは、図５に示した場合と同様に、エンドプレート９による外乱を受ける場合について説明する。ただし、磁極位置検出を開始する際のモータ３の磁極位置が電気角α（＝０°）である。
磁極位置検出の処理を開始すると、モータ制御装置１は、電気角αにモータ３を駆動させる制御をする（手順Ｇ：ステップＳ１０１に対応）。このとき、モータ３の電気角は電気角αであり、モータ３は電気角が増加する方向に回転しないので、モータ制御装置１は電気角（α＋ｎ）に駆動させる制御をする（手順Ｈ：ステップＳ１０６に対応）。しかし、エンドプレート９による外乱を受けてモータ３は電気角ｎに対応する回転をすることができないため、モータ制御装置１は電気角βに駆動させる制御をする（手順Ｊ）。

このとき、駆動テーブル８がエンドプレート９に接触しているため、モータ３を電気角が増加する方向に駆動させることができずに電気角（β＋ｎ）へ駆動させる制御をする（手順Ｋ）。しかし、手順Ｊのときと同様に、エンドプレート９による外乱を受けてモータ３は電気角ｎに対応する回転をすることができない。
モータ制御装置１は、再度、モータ３を電気角αに駆動させる制御をし（手順Ｌ：ステップＳ１２１に対応）、その後にモータ３を電気角（α−ｎ）に駆動させる制御をする（手順Ｍ：ステップＳ１２６に対応）。このとき、モータ３の回転量が電気角（−ｎ）に対応する回転量と一致するので、モータ制御装置１は、磁極位置が電気角（α−ｎ）であると判定する。
このように、電気角α、電気角βに対応する通電をしても磁極位置が判定できない場合に、再度、電気角αに対応する通電を行うリトライ処理（ステップＳ１２１〜ステップＳ１２９）を行うことにより、その際の回転方向に応じた通電をすることにより、磁極位置を検出することができる。なお、リトライ処理を行っても、磁極位置が検出できない場合には、モータ３と、軸継手５〜駆動テーブル８により構成される駆動系とのいずれか一方又は両方に不具合があると判定する。

上述のように、モータ制御装置１は、モータ３に対して通電を行い、その通電による可動子の回転量に基づいて磁極位置検出を行う。このとき、通電に応じた回転が得られたか否かを判定する（ステップＳ１０４やステップＳ１０７など）ことにより、外乱による影響を受けていることを検出することができる。また、外乱による影響を受けている場合、最初の通電（ステップＳ１０１）と異なる通電（例えばステップＳ１０９）を行うことにより、外乱の影響を受けないようにモータ３を駆動して（例えばステップＳ１１１やステップＳ１１４など）、磁極位置を検出することができる。

また、外乱の影響を受けないようにモータ３を駆動した場合においても、外乱の影響を受けていることを検出した場合、再度電気角αに対応する通電を行うリトライ処理を行う。ただし、リトライ処理（ステップＳ１２１〜ステップＳ１２９）では、電気角αに対応する通電を行った際に検出するモータ３の移動方向に応じた通電（電気角（α＋ｎ）又は電気角（α−ｎ））を、ステップＳ１０３及びステップＳ１０６における通電と逆にする。これにより、最初の電気角（α＋ｎ）又は電気角（α−ｎ）に対応する通電を行った際に受けた外乱を避けることができ、モータ３の磁極位置を正しく検出することができる。

また、ステップＳ１０３、ステップＳ１０６、ステップＳ１１１、ステップＳ１１４、ステップＳ１２３、及びステップＳ１２６における電気角ｎは、モータ３を駆動する際の最小分解能に対応する電気角としている。これにより、モータ３を回転させる量を減らすことができ、外乱の影響を受けることを減らすことができる。また、磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。

なお、上述の実施形態において、電気角ｎがモータ３を駆動させる際の最小分解能に対応する電気角である場合について説明したが、電気角ｎは０°から１８０°まで間のいずれの角度であってもよい。
また、上述の実施形態では、外乱がエンドプレート９により生じる場合について説明したが、エンドプレート９以外の原因による外乱が生じる場合であっても、モータ制御装置１は磁極位置を検出することができる。例えば、ベース７上に駆動テーブル８の移動を阻害する障害物等がある場合においても、モータ制御装置１は磁極位置を検出することができる。

上述のモータ制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した磁極位置検出の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

なお、上述の実施形態において、モータ３が回転運動するモータである場合について説明したが、直線運動するリニアモータに対しても、モータ制御装置１は同様の磁極位置検出の処理を行うことにより、磁極位置を検出することができる。

なお、本発明における移動量検出部は、上述の実施形態における位置検出部１２に対応する。本発明における第１の電気角は、上述の実施形態における電気角αに対応する。本発明における第２の電気角は、上述の実施形態における電気角（α−ｎ）又は電気角（α＋ｎ）に対応する。本発明における第３の電気角は、上述の実施形態における電気角βに対応する。本発明における第４の電気角は、上述の実施形態における電気角（β−ｎ）又は電気角（β＋ｎ）に対応する。第５の電気角は、上述の実施形態における電気角（α＋ｎ）又は電気角（α−ｎ）に対応する。

１…モータ制御装置、１１…制御部、１２…位置検出部

Claims (5)

1. モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出部と、
   予め定められた第１の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第２の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第２の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第２の電気角にあると判定し、前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量でない場合、前記第１の電気角と異なる第３の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御部と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記第３の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第４の電気角に対応する通電を行い、前記第４の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第３の電気角と前記第４の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第４の電気角にあると判定し、移動した量が前記第３の電気角と前記第４の電気角との差分に対応する移動量でない場合、外乱の影響を受けていると判定し、前記第１の電気角に対応する通電を前記モータに再度行い前記磁極位置の検出を行う
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ制御装置であって、
   前記第１の電気角に対応する通電を前記モータに再度行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第５の電気角に対応する通電を行い、前記第５の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第５の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第５の電気角にあると判定し、移動した量が前記第１の電気角と前記第５の電気角との差分に対応する移動量でない場合、モータに異常が生じていると判定する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ制御装置であって、
   前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分は、
   前記モータを駆動する際の最小分解能に対応する電気角である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. モータに取り付けられたエンコーダが出力する信号に基づいてモータの移動量を検出する移動量検出ステップと、
   予め定められた第１の電気角に対応する通電を前記モータに行った後に、前記モータが移動した方向に応じた第２の電気角に対応する通電を前記モータに行い、前記第２の電気角に対応する通電を行った際に前記モータが移動した量が前記第１の電気角と前記第２の電気角との差分に対応する移動量である場合、前記モータの磁極位置は前記第２の電気角にあると判定し、移動した量が差分に対応する移動量でない場合、前記第１の電気角と異なる第３の電気角に対応する通電を前記モータに行い前記磁極位置の判定を行う制御ステップと
   を有することを特徴とする磁極位置検出方法。

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