DE102013114504A1

DE102013114504A1 - Motorsteuerungsgerät und Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors

Info

Publication number: DE102013114504A1
Application number: DE201310114504
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takada; Takayuki Matsui; Scott Jacobs; Hidetoshi HIJIKATA
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-26
Also published as: JP2014128070A; US9473056B2; US20140176039A1

Abstract

Es wird ein Motorsteuerungsgerät angegeben, das einen Erregungszustand einer Phasenwicklung jeder Phase steuert, um einen Schrittmotor mit mehreren Phasenwicklungen anzutreiben. Das Motorsteuerungsgerät beinhaltet eine Ermittlungs-Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie erkennt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, und eine Rückstelleinheit die so konfiguriert ist, dass sie bei Erkennen eines Schrittfehlers des Schrittmotors durch die Detektionseinheit, den Schrittmotor in einer zweiten Rotationsrichtung, entgegengesetzt einer ersten Rotationsrichtung rotieren lässt, die die Rotationsrichtung des Schrittmotors vor der Schrittfehlererkennung war, und zwar um eine Anzahl von Schritten, durch die eine Belastung, die auf den Schrittmotor wirkt, verringert wird, bevor sich der Schrittmotor spontan in die zweite Richtung dreht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuerungsgerät und ein Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors, insbesondere auf ein Motorsteuerungsgerät und ein Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors, die eine elektromotorische Rückspannung messen, um Schrittfehler zu erkennen.
2. Stand der Technik
Ein Schrittmotor verfügt über verschiedenartige Merkmale, zum Beispiel lässt sich ein Schrittmotor leicht ansteuern. Er wird weithin für verschiedenartige Stellglieder und ähnliches verwendet. Der Schrittmotor beinhaltet einen Stator und einen Rotor, die nicht miteinander in Berührung stehen, und hat daher eine große Lebensdauer. Ferner verfügt der Schrittmotor in erregtem Zustand über ein großes statisches Drehmoment.
Bei einem Schrittmotor können sogenannte Schrittfehler auftreten, und das Auftreten von Schrittfehlern kann ein Problem darstellen. Wenn beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, dann dreht sich der Rotor möglicherweise nicht so wie er sollte, was zu einem unkontrollierten Zustand führt. Schrittfehler können verursacht werden durch Verlust der Synchronisation zwischen einem Eingangs-Pulssignal und der Rotation eines Motors, zum Beispiel bei Einwirken einer übermäßigen Last, die größer ist, als das Antriebsdrehmoment des Motors, oder bei Auftreten einer schnellen Geschwindigkeitsänderung.
Im Allgemeinen wird ein Schrittmotor dazu verwendet, einen Winkel und eine Rotationsgeschwindigkeit mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu kontrollieren. Da der Schrittmotor seine Rotationsstellung gemäß der Anzahl von Pulsen einnimmt, die steuerungsseitig erzeugt werden, kann bei verspätetem Erkennen von Schrittfehlern und Fortsetzen der normalen Steuerung, ein angetriebenes Objekt, wie z. B. eine Stellung eines Zahnrads von seiner Soll-Position abweichen. Ferner können bei verspätetem Erkennen von Schrittfehlern Störgeräusche verursacht werden. Zum korrekten Funktionieren eines Stellglieds oder ähnlichem, die einen Schrittmotor verwenden, ist es notwendig, das Auftreten von Schrittfehlern schnell zu erkennen.
Das heißt, dass es bei Auftreten von Schrittfehlern beim Schrittmotor erforderlich ist, die Schrittfehler schnell zu erkennen, und schnell eine Fehlerbehandlung durchzuführen, wie z. B. Stoppen der Rotation oder Rückkehr zu einem normalen Rotationszustand. Daher wird in einem Schrittmotor oft eine Schaltung oder ein System zum Erkennen von Schrittfehlern und anschließender Fehlerbehandlung verwendet.
Im Übrigen wurde das folgende Verfahren in Bezug auf Geräte, die einen Schrittmotor verwenden, offenbart. JP-A-2007-215271 offenbart ein Verfahren zur Ausübung einer Steuerung zur Vermeidung von unnötigen Antriebs-Pulssignalen, die während eines Initialisierungsvorgangs an den Schrittmotor gesendet werden, wenn der Antrieb des Schrittmotors ohne Verwendung eines Drehstellungssensors oder ähnlichem erfolgt. Das heißt, der Schrittmotor wird während des Initialisierungsvorgangs in einer vorgegebenen Rotationsrichtung angetrieben, und eine Spannung, die in den Wicklungsdrähten der nicht-erregten Phasenwicklungen induziert wird, wird mit einer vorgegebenen Referenzspannung verglichen, wodurch ein Rotationszustand des Motors ermittelt wird. Wird ermittelt, dass der Motor blockiert, so wird die Steuerung so ausgeführt, dass der Motor um eine vorgegebene Anzahl von Pulsen, basierend auf einem vorgegebenen Antriebspuls-Signal rückwärts rotiert.
JP-A-2002-199794 offenbart ein Verfahren zur Rückwärts-Rotation eines Schrittmotors, der in einem Aufzeichnungsgerät verwendet wird, als Maßnahme zur Wiederherstellung der Rotation des Motors, wenn ein Schrittfehler des Motors erkannt wurde. Dieses Verfahren wird ausgeführt, um eine Vorderkante eines Blatts Papier zu greifen, das auf Grund eines Schrittfehlers verfehlt wurde. Ferner offenbart JP-A-2002-199794 auch ein Verfahren zur Rotation des Motors mit sich allmählich reduzierender Rotationsgeschwindigkeit zum Vermeiden von Schrittfehlern bei der Vorwärts-Rotation nach der Rückwärts-Rotation.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wird ein Schrittmotor in einem Stellglied verwendet, das einen Endanschlag hat, so erkennt ein Motorsteuerungsgerät Schrittfehler des Motors, wenn der Motor den Endanschlag während der Bewegung in eine bestimmte Richtung erreicht. Wenn wie oben beschrieben Schrittfehler erkannt werden, steuert das Motorsteuerungsgerät den Motor derart, dass der Motor stoppt. Demgemäß kann das Stellglied in einer Endanschlag-Position gehalten werden.
Jedoch selbst wenn das Stellglied so ausgelegt ist, dass es in der Endanschlag-Position, wie oben beschrieben, gehalten wird, kann das Problem auftreten, dass das Stellglied sich spontan in einer Richtung weg vom Endanschlag bewegt. Mit anderen Worten kann das Problem auftreten, dass das Stellglied nicht in der Endanschlag-Position gehalten wird, wodurch das Stellglied unkontrollierbar wird.
Dieses Problem kann zum Beispiel wie folgt auftreten: Unmittelbar bevor das Stellglied den Endanschlag erreicht um dort gestoppt zu werden, entsteht innerhalb des Stellglieds auf Grund eines vom Motor ausgeübten Drehmoments eine Spannung (eine abstoßende Kraft in der Gegenrichtung). Wird der Motor in einem Zustand gestoppt, in dem Spannungen der oben beschriebenen Art auftreten, so kann der Motor der durch die Spannungen entstandenen Abstoßungskraft nicht standhalten, und rotiert daher in einer Richtung, in der die Abstoßungskraft verringert wird (abgebaut wird). Das führt dazu, dass sich das Stellglied in einer Richtung weg vom Endanschlag bewegt (die entgegengesetzte Richtung).
Beim Auftreten dieses Problems würden die nachfolgenden Fehler verursacht werden. Wenn ein Motorsteuerungsgerät den Schrittmotor ansteuert, so betrachtet das Motorsteuerungsgerät eine Entfernung zu einer Zielposition als die Anzahl von Steuerungsschritten zur Ausführung der korrekten. Wenn sich ein Fehler in der Positionssteuerung ergibt, so bewegt sich der Motor zu einer Position, die von der Ausgangs-Zielposition abweicht. Da ein Stellglied mit Schrittmotor normalerweise keinen Positionssensor aufweist, kann das Motorsteuerungsgerät die Bewegung des Motors nicht erkennen, wenn sich der Motor von selbst (spontan) und nicht wie oben beschrieben vom Motorsteuergerät gesteuert bewegt, kann die Abweichung daher nicht korrigiert werden (die Abweichung kann nicht erkannt werden).
Wird das Stellglied zum Beispiel dazu verwendet, eine Klappe einer Fahrzeug-Klimaanlage zu betätigen, kann das oben beschriebene Problem wie folgt beschrieben werden: Erreicht die Klappe den Endanschlag um dort zu stoppen, so wird die Kraft, die die Klappe gegen den Endanschlag presst, schwächer, wenn sich das Stellglied spontan rückwärts bewegt. Selbst wenn die Klappe so ausgelegt ist, dass sie am Endanschlag geschlossen ist, bewegt sich die Position der Klappe spontan weg vom Endanschlag, und der vollständig geschlossene Zustand der Klappe kann nicht beibehalten bleiben. Ist das Stellglied vom Endanschlag getrennt, obwohl der Motor gesteuert wird, so ist es außerdem möglich, dass ein Fehler in der Positionssteuerung auftritt und in einem nachfolgenden Stellvorgang die Position der Klappe nicht mehr kontrolliert gesteuert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des obigen Sachverhaltes gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuerungsgerät und ein Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors anzugeben, die in der Lage sind, den Motor daran zu hindern, spontan in einer Rotationsrichtung zu rotieren, die entgegengesetzt zu einer vorherigen Rotationsrichtung ist, nachdem der Motor beim Abstoppen aus dem Schritt geraten ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuerungsgerät angegeben, das den Erregungszustand jeder Phasenwicklung zum Antrieb eines mehrphasigen Schrittmotors steuert. Das Motorsteuerungsgerät beinhaltet eine Detektionseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie erkennt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, und eine Rückstelleinheit die so konfiguriert ist, dass sie bei Erkennen eines Schrittfehlers des Schrittmotors durch die Detektionseinheit, den Schrittmotor um eine genügend große Anzahl an Schritten in eine zweite Rotationsrichtung dreht, die der Rotationsrichtung des Schrittmotors vor Erkennen eines Schrittfehlers entspricht und entgegengesetzt einer ersten Rotationsrichtung ist, und zwar so, dass die auf den Schrittmotor wirkenden Spannungen verringert werden bevor sich der Schrittmotor spontan in die zweite Richtung dreht.
Das obige Motorsteuerungsgerät kann ferner eine Wiederantriebs-Einheit beinhalten, die so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor wieder in der ersten Rotationsrichtung antreibt, nachdem ein Rotationsvorgang in der zweiten Rotationsrichtung durch die Rückstelleinheit beendet ist.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert sein, dass sie den Schrittmotor antreibt, während die Ermittlungs-Einheit ermittelt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert sein, dass sie den Schrittmotor mit einem niedrigeren Drehmoment antreibt anstatt mit einem normalen Drehmoment, wie es während einer vorherigen Rotation in der ersten Rotationsrichtung vorhanden war.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert sein, dass sie den Schrittmotor in einem Drehmomentbereich von 50% bis 90% eines normalen Drehmoments antreibt, wie es während einer vorherigen Rotation in der ersten Rotationsrichtung vorhanden war.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Wiederantriebs-Einheit beim Wieder-Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert sein, dass sie den Schrittmotor um einen Betrag bewegt, der kleiner ist, als der Betrag einer Bewegung in der zweiten Rotationsrichtung durch die Rückstelleinheit.
Das Motorsteuerungsgerät kann ferner eine Erfassungs-Einheit beinhalten, die so konfiguriert ist, dass sie Temperaturdaten einer Temperatur des Schrittmotors oder einer Temperatur, die der Temperatur des Schrittmotors entspricht, erfasst, und die Ermittlungs-Einheit kann so konfiguriert sein, dass sie, basierend auf einer Schrittfehlererkennungs-Referenz des Schrittmotors gemäß der Temperaturdaten, die von der Erfassungs-Einheit erfasst wurden, erkennt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Ansteuerungsverfahren eines mehrphasigen Schrittmotors angegeben. Das Ansteuerungsverfahren beinhaltet: Erkennen, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, und wenn erkannt wird, dass beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, Rotation des Schrittmotors in einer zweiten Rotationsrichtung entgegen einer ersten Rotationsrichtung, die eine Rotationsrichtung des Schrittmotors vor der Schrittfehlererkennung war, und zwar um eine Anzahl von Schritten, mit denen eine auf den Schrittmotor wirkende Belastung verringert wird, bevor sich der Schrittmotor spontan in die zweite Richtung dreht.
Wird gemäß der oben beschriebenen Auslegung erkannt, dass beim Schrittmotor, der in der ersten Rotationsrichtung rotiert, ein Schrittfehler auftritt, so rotiert der Schrittmotor nach diesem Erkennen und vor einer spontanen Rotation in der zweiten Rotationsrichtung, entgegen der ersten Rotationsrichtung, wobei der Schrittmotor in der zweiten Rotationsrichtung um eine Anzahl von Schritten rotiert, durch die die Belastung, die auf den Schrittmotor einwirkt, verringert wird. Es ist daher möglich, ein Motorsteuerungsgerät und ein Ansteuerungsverfahren für einen Schrittmotor bereitzustellen, mittels derer der Motor, nachdem er beim Abstoppen aus dem Schritt geraten ist, daran gehindert werden kann, spontan in einer Rotationsrichtung zu rotieren, die entgegengesetzt zu einer vorherigen Rotationsrichtung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen gilt:
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Stellglieds gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schaltungsanordnung eines Schrittmotors zeigt,
3 ist ein Flussdiagramm, das ein von einem Motorsteuerungsgerät ausgeführtes Ansteuerungsverfahren für einen Schrittmotor erläutert,
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erkennen eines Schrittfehlers gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt,
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Referenzwert-Einstellungstabelle zeigt,
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren nach dem Erkennen des Schrittfehlers gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt, und
7 ist eine Ansicht, die das Verfahren nach dem Erkennen des Schrittfehlers erläutert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird ein Motorsteuerungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Motorsteuerungsgerät ist zum Beispiel für die Ansteuerung eines mehrphasigen Schrittmotors konfiguriert. Zum Antrieb des Schrittmotors steuert das Motorsteuerungsgerät die Erregungszustände der Phasenwicklungen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet das Motorsteuerungsgerät eine Antriebsschaltung zur Bestromung der Phasenwicklungen des Schrittmotors, sowie eine Steuerungsschaltung zur Ansteuerung der Antriebsschaltung. Anders ausgedrückt bildet die Steuerungsschaltung einen Teil des Motorsteuerungsgeräts.
Das Motorsteuerungsgerät und der von dem Motorsteuerungsgerät betriebene Schrittmotor bilden ein Stellglied. In dem Stellglied wird der Schrittmotor von der zugeführten Antriebsenergie angetrieben, die aus einer Stromquelle über die Antriebsschaltung mit elektrischer Energie gespeist wird. In dem Stellglied wird die Antriebsschaltung von der Steuerungsschaltung so angesteuert, dass der Antrieb des Schrittmotors gesteuert wird.
[Ausführungsbeispiel]
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung eines Stellglieds gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Stellglied 1 ein Motorsteuerungsgerät 10, einen Schrittmotor 20, ein Getriebe (nicht abgebildet) und ein Gehäuse (nicht abgebildet) zu deren Unterbringung. Der Schrittmotor 20 wird zum Beispiel durch Zweiphasen-Erregung der Phase A und Phase B angetrieben. Der Schrittmotor 20 beinhaltet eine Phasenwicklung der Phase A und eine Phasenwicklung der Phase B (in 2 abgebildet). Elektrische Energie wird von dem Motorsteuerungsgerät 10 zu den Phasenwicklung der einzelnen Phasen geliefert, wodurch der Schrittmotor 20 angetrieben wird. Der Schrittmotor wird zum Beispiel als Stellglied für eine in einem Fahrzeug eingebaute Klimaanlage verwendet. Die Verwendung des Schrittmotors 20 und des Stellglieds 1 sind jedoch nicht auf dieses Anwendungsbeispiel beschränkt.
Das Motorsteuerungsgerät 10 beinhaltet eine Steuerungsschaltung 12 und eine Antriebsschaltung 14.
Die Antriebsschaltung 14 beinhaltet eine Motor-Antriebseinheit 142 und einen Stromsensor 144. Die Antriebsschaltung 14 führt dem Schrittmotor 20 elektrische Energie zu, durch die der Schrittmotor 20 angetrieben wird.
Die Steuerungsschaltung 12 beinhaltet eine CPU 122 (Central Processing Unit, Prozessor), (ein Beispiel einer Detektionseinheit und eine Ausführung einer Wiederantriebseinheit), eine Strommesseinheit 124, eine Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung (ein Beispiel einer Messeinheit) 126 und eine Temperatur-Messeinheit (ein Beispiel einer Erfassungseinheit) 128. Die Steuerungsschaltung 12 steuert zur Steuerung des Antriebs des Schrittmotors 20 die Antriebsschaltung 14 an. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuerungsschaltung 12 in einem Integrierten Schaltkreis (IC, Integrated Circuit) zusammengefasst.
Die Motor-Antriebseinheit 142 ist ein Modul mit dem an den Phasenwicklungen des Schrittmotors 20 eine Spannung angelegt werden kann. Die Motor-Antriebseinheit 142 erhält ein Steuerungssignal von der CPU 122. Die Motor-Antriebseinheit 142 legt die Spannung basierend auf dem Steuerungssignal an. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Antriebsschaltung 14 und Schrittmotor 20 durch vier Leitungen miteinander verbunden. Das sind: eine Leitung für die positive Phase A, eine Leitung für die negative Phase A, eine Leitung für die positive Phase B, und eine Leitung für die negative Phase B. Durch diese Leitungen führt die Motor-Antriebseinheit 142 dem Schrittmotor 20 elektrische Energie, basierend auf dem Steuerungssignal, zu.
Der Stromsensor 144 ist ein Modul zum Abtasten einer Stromstärke (ein Phasenstrom), der in den Phasenwicklungen der einzelnen Phasen des Schrittmotors 20 fließt. Der Stromsensor 144 gibt das Abtastergebnis des Phasenstroms an die Strommesseinheit 124 aus.
Die Strommesseinheit 124 ist ein Modul zum Messen des Phasenstroms des Schrittmotors 20. Die Strommesseinheit 124 erhält das Ausgabesignal für das Abtastergebnis des Phasenstroms vom Stromsensor 144. Die Strommesseinheit 124 misst den Phasenstrom basierend auf dem erhaltenen Abtastergebnis. Die Strommesseinheit 124 gibt das Messergebnis für den Phasenstrom an die CPU 122 aus.
Die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 ist ein Modul zum Messen einer elektromotorischen Rückspannung, die in den jeweiligen Phasenwicklungen der einzelnen Phasen des Schrittmotors 20 induziert wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, ist die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 mit jeder der vier Leitungen verbunden, die die Antriebsschaltung 14 und den Schrittmotor 20 verbinden. Die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 gibt das Messergebnis der elektromotorischen Rückspannung an die CPU 122 aus.
Die Temperatur-Messeinheit 128 ist zum Beispiel ein Temperatursensor zum Messen der IC-Temperatur der Steuerungsschaltung 12. Die Temperatur-Messeinheit 128 gibt Temperaturdaten, die die Temperatur der Steuerungsschaltung 12 repräsentieren, an die CPU 122 aus.
Die CPU 122 erhält das Messergebnis der ausgegebenen Phasenstrom-Daten von der Strommesseinheit 124, das Messergebnis der ausgegebenen Daten der elektromotorischen Rückspannung von der Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126, und die ausgegebenen Temperaturdaten von der Temperatur-Messeinheit 128. Die CPU 122 erzeugt das Steuersignal zur Steuerung einer Spannung, die am Schrittmotor 20 angelegt wird. Die CPU 122 erzeugt das Steuersignal auf Grund des Messergebnisses des Phasenstroms während des Antreibens des Schrittmotors 20. Die CPU 122 gibt das erzeugte Steuersignal an die Motor-Antriebseinheit 142 aus.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schaltungskonfiguration des Schrittmotors 20 zeigt.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Schrittmotor 20 zwei Phasenwicklungen 21a und 21b, einen Rotor 22, und eine Vielzahl von Stator-Jochen (nicht abgebildet).
Jede der Phasenwicklungen 21a und 21b ist eine Phasenwicklung zur Erregung der Statorjoche. Jede der Phasenwicklungen 21a und 21b ist mit der Antriebsschaltung 14 verbunden. Die Phasenwicklung 21a ist die Phasenwicklung der Phase A. Die Phasenwicklung 21b ist die Phasenwicklung der Phase B. In den Phasenwicklungen 21a und 21b fließen jeweils Phasenströme verschiedener Phasen.
Der Rotor 22 beinhaltet einen mehrpoligen Permanentmagneten, der so magnetisiert ist, dass sich Südpol 22s und Nordpol 22n abwechseln. Ferner ist der Rotor 22 in 2 vereinfacht mit nur einem Südpol 22s und einem Nordpol 22n dargestellt. Die Statorjoche sind in Umfangsnähe des Rotors 22 um den Rotor 22 herum angeordnet. Die Phasen der Phasenströme, die in den Phasenwicklungen 21a und 21b fließen, werden periodisch umgeschaltet, wodurch sich der Rotor 22 dreht.
Beim Antreiben des Schrittmotors 20 legen die CPU 122 und die Motor-Antriebseinheit 142 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Pulsspannung, die einer Pulsbreitenmodulation unterliegt, an jede der Phasenwicklungen 21a und 21b an.
Der Schrittmotor 20 wird wie folgt angetrieben. Eine Pulsspannung (eine Phasenspannung V_a) wird an die Phasenwicklung 21a so angelegt, dass sich die Polarität eines Phasenstroms I_a (das heißt: die Richtung des Phasenstroms I_a) mit einer bestimmten Periode ändert. Gleichzeitig wird an die Phasenwicklung 21b eine Pulsspannung (Phasenspannung V_b) mit der gleichen Periode wie die der Phasenwicklung 21a, angelegt. Die Pulsspannung wird so an der Phasenwicklung 21b angelegt, dass sich die Polarität des Phasenstroms I_b (das heißt: die Richtung des Phasenstroms I_b) um einen bestimmten Phasenwinkel später ändert, als beim Phasenstrom I_a.
Fließen die Phasenströme I_a und I_b in den jeweiligen Phasenwicklungen 21a und 21b, so werden die Statorjoche der Phasenwicklungen 21a und 21b entsprechend der Polaritäten der Phasenströme I_a und I_b erregt. Das führt dazu, dass sich der Rotor 22 in vorgegebenen Schritteinheiten dreht.
Hierbei führt das Motorsteuerungsgerät 10, wie weiter unten beschrieben, ein Verfahren zum Antreiben des Schrittmotors 20 aus. Das Antriebsverfahren beinhaltet ein Verfahren zum Erkennen eines Schrittfehlers und ein Verfahren nach dem Erkennen eines Schrittfehlers.
3 ist ein Flussdiagramm, das das vom Motorsteuerungsgerät 10 durchgeführte Verfahren zum Antreiben des Schrittmotors 20 erläutert.
Wie 3 zu entnehmen ist, führt das Motorsteuerungsgerät 10 in einem Schritt S101 ein Verfahren zum Erkennen eines Schrittfehlers (Schrittfehlererkennungsprozess) aus, bei dem durch ein weiter unten beschriebenes Schrittfehlererkennungsverfahren ermittelt wird, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler aufgetreten ist (ob der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist). Die CPU 122 verwendet die entsprechenden Einheiten der Steuerungsschaltung 12 um Verfahren auszuführen, durch die der „Schrittfehlererkennungsprozess” umgesetzt wird. Der „Schrittfehlererkennungsprozess” endet, wenn ermittelt wurde, dass am Schrittmotor 20, wie weiter unten beschrieben, ein Schrittfehler auftritt, worauf der Verfahrensschritt S102 ausgeführt wird.
Im Schritt S102 wird das Verfahren nach dem Erkennen eines Schrittfehlers (Post-Schrittfehlererkennungsprozess) ausgeführt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schrittmotor 20 beim „Post-Schrittfehlererkennungsprozess” nicht sofort nach Erkennen des Schrittfehlers angehalten, sondern es wird ein vorab festgelegtes Verfahren ausgeführt. Dadurch ist es möglich, das Stellglied 1 (nicht abgebildet) daran zu hindern, sich nach dem Erkennen des Schrittfehlers spontan zu bewegen. Mit dem Beenden von Schritt S102 endet eine Reihe von Vorgängen, die während dem Auftreten eines Schrittfehlers ablaufen.
Zunächst wird der „Schrittfehlererkennungsprozess” beschrieben.
Ob der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist, wird ermittelt während die CPU 122 einen Steuerungsvorgang zum Antreiben des Schrittmotors 20 ausführt. Der Steuerungsvorgang wird in einem Zeitraum vom Start des Schrittmotors 20 bis zum Beenden des Antriebs des Schrittmotors 20 wiederholt. Das Ermitteln wird auf der Basis der elektromotorischen Rückspannung durchgeführt, die von der Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 gemessen wird, sowie auf der Basis der Temperaturdaten, die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfasst werden. Das Ermitteln wird ferner auf der Basis eines Schrittfehlererkennungs-Referenzwertes durchgeführt „Out-Of-Step-Detection Referenzwert” (ein Beispiel eines Erkennungsreferenzwertes), der wie folgt festgelegt wird.
Der Ablauf des Schrittfehlererkennungs-Verfahrens (der Schrittfehlererkennungsprozess), den die CPU 122 ausführt, wird nachstehend beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm des Schrittfehlererkennungs-Verfahrens gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Wie in 4 gezeigt, steuert die CPU 122 zu Beginn des Schrittfehlererkennungsprozesses in einem Schritt S111 die Temperatur-Messeinheit 128 an, um die Temperatur zu messen. Als Ergebnis werden die Temperaturdaten erfasst.
In Schritt S112 wählt die CPU 122 den Schrittfehlererkennungs-Referenzwert und legt ihn, basierend auf den erfassten Temperaturdaten, fest.
In Schritt S113 steuert die CPU 122 die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 an, um die elektromotorische Rückspannung zu messen.
In Schritt S114 ermittelt die CPU 122, ob der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist. Wird beim Schrittmotor 20 kein Schrittfehler erkannt, so wiederholt die CPU 122 die Schritte S113 und S114 zum Messen der elektromotorischen Rückspannung und zum Ermitteln, oh der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist.
Wird in Schritt S114 ermittelt, dass der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist, so führt die CPU 122 in Schritt S115 ein Verfahren zum Stoppen des Schrittmotors 20 aus. Ist der Schrittmotor 20 gestoppt, so endet der Schrittfehlererkennungsprozesses am Schrittmotor 20. Danach wird der Post-Schrittfehlererkennungsprozesses (wird weiter unten beschrieben) ausgeführt.
In dem oben beschriebenen Verfahrensschritt S113 wird die elektromotorische Rückspannung wie folgt gemessen: Wird die Polarität eines beliebigen Phasenstroms I_a und I_b, der jeweils in den Phasenwicklungen 21a und 21b der Phase A und Phase B fließt, umgeschaltet, so stoppt die CPU 122 vorübergehend das Anlegen der Pulsspannung an die entsprechende Phasenwicklung 21a oder 21b (Stop-Periode). Während dieser Stop-Periode, misst die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 die elektromotorische Rückspannung, die in derjenigen Phasenwicklung 21a oder 21b der jeweiligen Phase induziert wird, bei der das Anlegen der Pulsspannung gestoppt wurde (für jede Phase oder für jede Phasenwicklung).
Das bedeutet, dass beim Ändern der Polarität der Phasenwicklung 21a das Anlegen der Pulsspannung an die Phasenwicklung 21a gestoppt wird, so dass der Phasenstrom I_a zu Null wird. In dieser Stop-Periode wird eine elektromotorische Rückspannung in der Phasenwicklung 21a induziert. Ändert sich ferner die Polarität der Phasenwicklung 21b, so wird das Anlegen der Pulsspannung an die Phasenwicklung 21b gestoppt, so dass der Phasenstrom I_b zu Null wird. In dieser Stop-Periode wird eine elektromotorische Rückspannung in der Phasenwicklung 21b induziert. Die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 misst diese elektromotorischen Rückspannungen.
Konkret wird das Anlegen der Pulsspannungen an die Phasenwicklungen 21a und 21b beim Antreiben des Schrittmotors 20 von der CPU 122 (Pulsbreitenmodulations-Steuerung (Puls Width Modulation, PWM)) gesteuert. Daraus ergeben sich die Phasenströme I_a und I_b, die in den jeweiligen Phasenwicklungen 21a und 21b fließen.
Erfolgt die Steuerung mittels einer PWM-Steuerung, so wird danach ein Erregungsstop-Vorgang und eine Konstantspannungs-Ansteuerung ausgeführt. Wird zum Beispiel der Erregungsstop-Vorgang an der Phasenwicklung 21a ausgeführt, so wird das Anlegen der Pulsspannung an die Phasenwicklung 21a während einer vorgegebenen Stop-Periode gestoppt. Das führt dazu, dass der Phasenstrom I_a zu Null wird. Die Stop-Periode wird von der CPU 122 frei gewählt. So kann die CPU 122 zum Beispiel eine vorgegebenen Stop-Periode festlegen, oder kann eine Einstellung für die Stop-Periode von außerhalb des Stellglieds 1 erhalten. In dieser Stop-Periode misst die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 die elektromotorische Rückspannung, die in der Phasenwicklung 21a induziert wird. Das Messergebnis wird an die CPU 122 übermittelt.
Wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner der Erregungsstop-Vorgang an der Phasenwicklung 21a, wie oben beschrieben ausgeführt, so stellt die CPU 122 in der Stop-Periode die Phasenspannung V_b der Phasenwicklung 21b auf eine festgelegte Spannung als Konstantspannungs-Ansteuerung ein. Das heißt, in der Stop-Periode stellt die CPU 122 jede Phasenwicklung außer der Phasenwicklung, von der die elektromotorische Rückspannung gemessen wird, auf die Festspannung der Stop-Periode ein. Der Spannungspegel der Festspannung kann der gleiche Spannungspegel (zum Beispiel der Spannungspegel der Versorgungsspannung, ein Masse-Potential (GND) oder ähnliches) sein, wie die vorherige Phasenspannung, oder kann ein vorgegebener Referenz-Spannungspegel sein. Wird der Erregungsstop-Vorgang daher zum Beispiel an der Phasenwicklung 21a ausgeführt, so wird die Phasenspannung V_b der Phasenwicklung 21b konstant (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel die Spannung der Stromversorgung).
Wenn der Spannungspegel der Festspannung dem Spannungspegel der Stromversorgung entspricht, so erhöht sich der Phasenstrom I_b der Phasenwicklung 21b, wenn der Stromversorgungsstop-Vorgang an der Phasenwicklung 21a erfolgt, geringfügig im Vergleich zum Phasenstrom I_b, der in dem Zeitraum fließt, in dem die oben beschriebene PWM-Steuerung erfolgt. Da die Phasenspannung V_b in der Stop-Periode konstant ist, entstehen beim Anlegen der Phasenspannung V_b keine Störsignale. Deshalb wird die Phasenspannung V_a der Phasenwicklung 21a in der Stop-Periode auch nicht von Störsignalen überlagert. Demzufolge lässt sich die in der Phasenwicklung 21a induzierte elektromotorische Rückspannung sehr genau messen, indem die Phasenspannung V_a in der Stop-Periode gemessen wird. Dadurch lässt sich ein irrtümliches Erkennen von Schrittfehlern verhindern.
Wird die elektromotorische Rückspannung wie oben beschrieben gemessen, so ermittelt die CPU 122 in Schritt S114, ob die elektromotorische Rückspannung einem vorgegebenen Schrittfehlererkennungs-Referenzwert, d. h. dem in Schritt S112 festgelegten Schrittfehlererkennungs-Referenzwert genügt. In anderen Worten: die CPU 122 vergleicht den erfassten elektromotorischen Rückspannungswert mit dem Schrittfehlererkennungs-Referenzwert. Aus dem Vergleichsergebnis ergibt sich, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt. Erreicht der Wert der gemessenen elektromotorischen Rückspannung zum Beispiel den Schrittfehlererkennungs-Referenzwert, so erkennt die CPU 122 dass beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt.
Nachstehend wird das Festlegen der Schrittfehlererkennungs-Referenzwerte basierend auf den Temperaturdaten beschrieben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in den Schritten S111 und S112, vor dem Erkennen, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, der Schrittfehlererkennungs-Referenzwert basierend auf den Temperaturdaten festgelegt. Dann wird an Hand des festgelegten Schrittfehlererkennungs-Referenzwertes ermittelt, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt.
Es ist bekannt, dass die elektromotorische Rückspannung des Schrittmotors 20 von der Temperatur des Schrittmotors 20 abhängig ist. Deshalb werden die Temperaturdaten des Schrittmotors 20, beziehungsweise die Temperaturdaten des Motorsteuerungsgerätes 10, die der Temperatur des Schrittmotors 20 entsprechen, dazu verwendet, den Schrittfehlererkennungs-Referenzwert festzulegen. Das Motorsteuerungsgerät 10 ist oft unter den gleichen Umgebungsbedingungen angeordnet, wie der Schrittmotor 20. Ferner arbeitet das Motorsteuerungsgerät 10 gemäß dem Betrieb des Schrittmotors 20. Daher entspricht die Temperatur des Motorsteuerungsgeräts 10 der Temperatur des Schrittmotors 20. Werden diese Temperaturdaten zum Festlegen des Schrittfehlererkennungs-Referenzwertes verwendet, so kann das Erkennen von Schrittfehlern genauer erfolgen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst die Temperatur-Messeinheit 128 genau gesagt die Temperatur der Steuerungsschaltung 12, das heißt, die interne Temperatur des IC, als Temperaturdaten. Hierbei ist die Steuerungsschaltung 12 oft unter den gleichen Umgebungsbedingungen angeordnet wie der Schrittmotor 20. Ferner arbeitet die Steuerungsschaltung 12 gemäß dem Betrieb des Schrittmotors 20. Daher entspricht die interne Temperatur des IC im Wesentlichen den Umgebungsbedingungen (zum Beispiel der Raumtemperatur) in denen sich der Schrittmotor 20 befindet, und dem Lastzustand des Schrittmotors 20. Werden daher die Temperaturdaten der internen Temperatur des IC zum Auswählen des temperaturabhängigen Schrittfehlererkennungs-Referenzwertes herangezogen, wodurch sich noch genauer ermitteln lässt, ob der Schrittmotor 20 aus dem Schritt geraten ist.
Werden die Temperaturdaten von der Temperatur-Messeinheit 128 erfasst, so legt die CPU 122 den Schrittfehlererkennungs-Referenzwert gemäß diesen Temperaturdaten fest. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermittelt die CPU 122, zu welchem der drei vorgegebenen Temperaturbereiche (Temperaturbereiche in drei Stufen) die Temperatur, repräsentiert durch die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfassten Temperaturdaten, gehört. Dann legt die CPU 122 einen Referenzwert (Schwellenwert) fest, der vorab mit einem der drei Temperaturbereiche in Verbindung steht, zu dem die Temperatur, repräsentiert durch die Temperaturdaten, gehört, als Schwellenwerterkennungs-Referenzwert fest. So wird zum Beispiel die entsprechende Beziehung zwischen dem jeweiligen Temperaturbereich und einem Referenzwert als Referenzwert-Einstellungstabelle im Voraus festgelegt. Die Referenzwert-Einstellungstabelle wird zum Beispiel in einer Speichereinheit (Memory) (nicht abgebildet) der Steuerungsschaltung 12 gespeichert. Im Übrigen kann die Ermittlung der entsprechenden Beziehung auch nicht auf dieser Referenzwert-Einstellungstabelle basieren.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zum Beispiel drei Bereiche als die drei Temperaturbereiche festgelegt, d. h. ein erster Bereich, niedriger oder gleich 5°C, ein zweiter Bereich höher als 5°C und niedriger als 75°C, und ein dritter Bereich gleich oder höher als 75°C. Ferner werden der erste Bereich, der zweite Bereich, und der dritte Bereich jeweils mit den entsprechenden Referenzwerten V₁, V₂, und V₃, die als Schwellenwerterkennungs-Referenzwert festgelegt wurden, assoziiert.
Die CPU 122 bestimmt, zu welchem der drei Temperaturbereiche (erster bis dritter Bereich) die Temperatur, repräsentiert durch die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfassten Temperaturdaten, gehört. Dann wählt die CPU 122 den Referenzwert, der mit dem Bereich assoziiert ist, von dem bestimmt wurde, dass die durch die Temperaturdaten repräsentierte Temperatur zu ihm gehört, und legt den gewählten Referenzwert als den Schwellenwerterkennungs-Referenzwert fest.
Nehmen wir zum Beispiel an, dass die Temperatur repräsentiert durch die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfassten Temperaturdaten 50°C beträgt. In diesem Fall gehört die Temperatur zum zweiten Bereich. Daher wird der Referenzwert V₂, der mit dem zweiten Bereich assoziiert ist, als Schwellenwerterkennungs-Referenzwert festgelegt. Die CPU 122 vergleicht den festgelegten Schwellenwerterkennungs-Referenzwert V₂ mit dem Wert der elektromotorischen Rückspannung und ermittelt dadurch, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt.
Auf ähnliche Weise wird, wenn die Temperatur, repräsentiert durch die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfassten Temperaturdaten zum Beispiel 0°C beträgt, der Referenzwert V₁ als der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert festgelegt. Wenn die Temperatur außerdem zum Beispiel 100°C beträgt, so wird der Referenzwert V₃ als Schwellenwerterkennungs-Referenzwert ausgewählt. Auf diese Art kann, basierend auf dem der Temperatur des Schrittmotors 20 entsprechenden Schwellenwerterkennungs-Referenzwert ermittelt werden, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt.
Im Übrigen kann der Temperaturbereich in mindestens zwei Bereiche, einer für höhere Temperaturen und einer für niedrigere Temperaturen, oder in vier oder mehr Bereiche aufgeteilt sein. Der Temperaturbereich kann zum Beispiel in fünf Bereiche aufgeteilt sein, ein Bereich niedriger oder gleich 5°C, ein Bereich von 5°C bis 45°C, ein Bereich von 45°C bis 60°C, ein Bereich von 60°C bis 75°C, und ein Bereich gleich oder höher als 75°C, oder er kann in sieben oder mehr Bereiche aufgeteilt sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie oben beschrieben, die Temperatur, die der Temperatur des Schrittmotors 20 entspricht, gemessen. Ferner wird der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert gemäß der erfassten Temperatur festgelegt. Dann wird der festgelegte Schwellenwerterkennungs-Referenzwert mit der separat gemessenen elektromotorischen Rückspannung verglichen, wodurch Schrittfehler erkannt werden. Die elektromotorische Rückspannung des Schrittmotors 20 ist temperaturabhängig. Im Motorsteuerungsgerät 10 wird der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert, der ein Referenzwert für die elektromotorische Rückspannung zum Zeitpunkt der Ermittlung ist, entsprechend der Temperatur des Schrittmotors 20 geändert, so dass ein Schrittfehler erkannt wird. Daher kann selbst in einem Zustand in dem der Schrittmotor 20 eine vergleichsweise hohe Temperatur oder eine niedrige Temperatur aufweist, das Auftreten eines Schrittfehlers des Schrittmotors 20 mit einem hohen Genauigkeitsgrad erkannt werden.
Der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert wird festgelegt, indem ein Referenzwert ausgewählt wird, der vorab mit einem Temperaturbereich assoziiert wurde, zu dem die Temperatur, repräsentiert durch die Temperaturdaten gehört. Dadurch lässt sich der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert durch einen vergleichsweise einfachen Vorgang festlegen.
Ferner wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperatur zur Einstellung des Schwellenwerterkennungs-Referenzwertes verwendet, die von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessen wird, die innerhalb der Steuerungsschaltung 12 angeordnet ist. Da eine „Funktion zum Messen der internen Temperatur eines IC”, verwendet wird, die innerhalb einer Steuerungsschaltung 12 zur Motoransteuerung nach dem Stand der Technik benutzt wurde, lässt sich die Anzahl der Bauteile des Motorsteuerungsgeräts 10 verringern. Dementsprechend können die Herstellungskosten des Motorsteuerungsgeräts 10 niedrig gehalten werden. Ferner kann das Motorsteuerungsgerät 10 eine kleinere Baugröße haben und der für den Einbau des Motorsteuerungsgeräts 10 benötigte Raum kann verringert werden. Die interne Temperatur des IC steht im Wesentlichen mit den Umgebungsbedingungen in Beziehung (einer Umgebungstemperatur) in denen sich der Schrittmotor 20 befindet, und mit dem Lastzustand des Schrittmotors 20. Da die Temperaturdaten über die interne Temperatur des IC zur Festlegung des temperaturgemäßen Schwellenwerterkennungs-Referenzwertes verwendet werden, lassen sich Schrittfehler noch genauer ermitteln.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Temperatur von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessen, die innerhalb der Steuerungsschaltung 12 vorhanden ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können separate Sensoren zum Messen der Temperatur des Schrittmotors 20, der Temperatur des Motorsteuerungsgeräts 10 oder einer Temperatur, die dieser Temperatur entspricht, verwendet werden.
Hierbei kann jeder Temperaturbereich mit einem einzigen Referenzwert assoziiert sein, wie oben beschrieben, oder er kann mit zwei oder mehr Referenzwerten assoziiert sein. Werden zum Beispiel eine Vielzahl von Referenzwerten zum Festlegen der Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte verwendet, so kann jeder Referenzwert aus einer Referenzwert-Einstellungstabelle entnommen werden.
5 zeigt ein Beispiel einer Referenzwert-Einstellungstabelle.
In 5 sind drei Temperaturbereiche festgelegt, d. h., der erste Bereich niedriger oder gleich 5°C, der zweite Bereich höher als 5°C und niedriger als 75°C, und der dritte Bereich gleich oder höher als 75°C. Für jeden Temperaturbereich sind drei Referenzwerte (Schwellenwerte V_a, V_b, und V_c) festgelegt.
Hierbei werden die Schwellenwerte V_a, V_b, und V_c zum Beispiel wie folgt charakterisiert. So dient der Schwellenwert V_a dem Vergleich mit dem gemessenen Wert der elektromotorischen Rückspannung. Ferner dient der Schwellenwert V_b dem Vergleich mit dem Absolutwert einer Wertänderung der elektromotorischen Rückspannung zwischen aufeinanderfolgenden Messpunkten. Der Schwellenwert V_c dient dem Vergleich mit einer Differenz zwischen den Absolutwerten von Wertänderungen der elektromotorischen Rückspannung in einem Zeitraum, in dem sich die elektromotorische Rückspannung so ändert, dass aufeinanderfolgende Wertänderungen einer vorgegebenen Bedingung genügen.
Diese Schwellenwerte V_a, V_b, und V_c werden dazu verwendet, die Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte festzulegen. Das bedeutet zum Beispiel, wie in JP-A-2009-261045 offenbart ist: Genügt eine beliebige von einer Vielzahl von Bedingungen, einschließlich einer Bedingung, dass der gemessene Wert der elektromotorischen Rückspannung einer vorab festgelegten Bedingung in Bezug auf den Schwellenwert V_a genügen sollte, einer Bedingung, dass der Absolutwert einer Wertänderung der elektromotorischen Rückspannung einer vorab festgelegten Bedingung in Bezug auf den Schwellenwert V_b genügen sollte, einer Bedingung, dass eine Differenz zwischen den Absolutwerten von Wertänderungen der elektromotorischen Rückspannung einer vorab festgelegten Bedingung in Bezug auf den Schwellenwert V_c und anderen genügen sollte, so lässt sich bestimmen, dass die Bedingung der Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte erfüllt ist. Werden ferner eine vorgegebene Anzahl von Bedingungen (zum Beispiel zwei oder mehr) der Vielzahl von Bedingungen erfüllt, einschließlich der vorgegebenen, oder werden sämtliche von zwei oder mehr speziellen Bedingungen erfüllt, so lässt sich bestimmen, dass die Bedingung der Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte erfüllt ist.
In dem in 5 gezeigten Beispiel ist in der Referenzwert-Einstellungstabelle der erste Bereich mit den Schwellenwerten V_a1, V_b1, und V_c1 assoziiert, die als die jeweiligen drei Schwellenwerte V_a, V_b, und V_c, dienen. Ferner ist der zweite Bereich mit den Schwellenwerten V_a2, V_b2, und V_c2 assoziiert. Der dritte Bereich ist mit den Schwellenwerten V_a3, V_b3, und V_c3 assoziiert. Die CPU 122 wählt jeden der Schwellenwerte V_a, V_b, und V_c aus, die mit einem Temperaturbereich assoziiert sind, von dem bestimmt wurde, dass die Temperatur, repräsentiert durch die von der Temperatur-Messeinheit 128 erfassten Temperaturdaten zu ihm gehört, und legt die ausgewählten Schwellenwerte als die Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte fest. Daher können, selbst wenn vergleichsweise komplexe Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte zum Erkennen von Schrittfehlern verwendet werden, die Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte entsprechend der gemessenen Temperatur auf geeignete Weise geändert werden. Wenn die Referenzwert-Einstellungstabelle verwendet wird, lassen sich die Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte durch einen vergleichsweise einfachen Vorgang festlegen.
Im Übrigen ist die CPU 122 nicht darauf beschränkt, das oben beschriebene Verfahren zur Auswahl eines Referenzwertes, der mit einem Temperaturbereich assoziiert ist, zu verwenden, sondern kann auf verschiedenartige Weise dafür konfiguriert werden, die Schwellenwerterkennungs-Referenzwerte festzulegen. Zum Beispiel, kann die CPU 122 so konfiguriert werden, dass sie eine Gleichung mit der Temperatur als Parameter verwendet, um den Schwellenwerterkennungs-Referenzwert zu erhalten.
In der folgenden Gleichung kann zum Beispiel der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert V ausgedrückt werden durch eine Funktion F(t) mit der internen Temperatur t des IC als ein Parameter, und diese Funktion F(t) kann dazu verwendet werden, den Schwellenwerterkennungs-Referenzwert V zu erhalten. V = F(t)
Insbesondere kann ein mathematischer Ausdruck wie zum Beispiel die folgende Gleichung dazu verwendet werden kann, den Schwellenwerterkennungs-Referenzwert V zu erhalten. V = a × t² + b × t + c (worin a, b, und c Konstanten sind)
Die obige Gleichung ist nur ein Beispiel, und die Funktion F(t) kann als mehrdimensionale Funktion ausgedrückt werden, die eine höhere Ordnung als 2 hat.
Wird zum Festlegen des Schwellenwerterkennungs-Referenzwertes, wie oben beschrieben eine Gleichung verwendet, die die Abhängigkeit der elektromotorischen Rückspannung von der Temperatur wiedergibt, so kann der Schwellenwerterkennungs-Referenzwert unter einer besseren Anpassung an Temperaturänderungen festgelegt werden. Dadurch lässt sich genauer ermitteln, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, und somit lässt sich auch sicherer ermitteln, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt.
Nachstehend wird das Verfahren nach dem Erkennen des Schrittfehlers (der Post-Schrittfehlererkennungsprozess) beschrieben.
Erreicht das Stellglied in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Beispiel einen Endanschlag und beim Schrittmotor 20 tritt ein Schrittfehler auf, dann wird der Post-Schrittfehlererkennungsprozess so ausgeführt, dass sich das Stellglied sofort in umgekehrter Richtung (einer Richtung weg vorn Endanschlag) bewegt, und der Schrittmotor 20 dann stoppt, wodurch der Motor daran gehindert werden kann, sich spontan rückwärts zu bewegen (rückwärts zu rotieren).
6 ist ein Flussdiagramm, das den Post-Schrittfehlererkennungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Wird der Post-Schrittfehlererkennungsprozess gestartet, so beginnt das Verfahren, wie in 6 gezeigt, mit dem Schritt S121. Ermittelt die CPU 122 also, dass beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, so wird der Schrittmotor 20 in Schritt S115 gestoppt (siehe 4), und danach wird der Post-Schrittfehlererkennungsprozess beginnend mit Schritt S121 ausgeführt.
Im Schritt S121 beginnt die CPU 122 eine Ansteuerung, die den Schrittmotor 20 in der Rotationsrichtung (eine zweite Rotationsrichtung) rotieren lässt, die der vorherigen Rotationsrichtung entgegengesetzt ist (eine Vorwärts-Rotationsrichtung, eine erste Rotationsrichtung).
In einem Schritt S122 stoppt die CPU 122 den Schrittmotor 20.
In einem Schritt S123 beginnt die CPU 122 den Schrittmotor 20 wieder vorwärts rotieren zu lassen.
Diese Ansteuerung zum erneuten Vorwärts-Rotieren des Schrittmotors 20 wird durchgeführt, während ermittelt wird, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt. Zum Beispiel kann das Erkennen eines Schrittfehlers wie oben beschrieben ausgeführt werden. Das heißt, in einem Schritt S124, veranlasst die CPU 122 die Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung 126 die elektromotorische Rückspannung zu messen.
In einem Schritt S125 ermittelt die CPU 122, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt. Wird nicht ermittelt, dass beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, so wiederholt die CPU 122 die Schritte S124 und S125, um die elektromotorische Rückspannung zu messen und zu erkennen, ob beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt. Ferner können zu diesem Zeitpunkt die Anzahl der Schritte, um die der Schrittmotor wieder vorwärts rotieret wird, in einem Bereich festgelegt werden, der geringer ist als die Anzahl der Schritte während der Rückwärtsrotation. Dadurch kann das Stellglied davor bewahrt werden, wieder hart am Endanschlag anzustoßen.
Wird in Schritt S125 ermittelt, dass beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, so führt die CPU 122 in einem Schritt S126 einen Vorgang aus, mit dem der Schrittmotor 20 gestoppt wird. Wenn der Schrittmotor 20 stoppt, ist der Post-Schrittfehlererkennungsprozess beendet. Das heißt, das Verfahren zum Antreiben des Schrittmotors 20 endet.
7 ist eine Ansicht, die den Post-Schrittfehlererkennungsprozess erläutert.
Mit Bezug auf 7 wird nun der Betrieb des Schrittmotors 20 in dem oben erläuterten Post-Schrittfehlererkennungsprozess beschrieben. Der Betrieb des Stellglieds während der Anfangsbewegung (INITIALVERSTELLUNG) wird zum Beispiel vorausgesetzt. Als erstes wird, während der Schrittmotor 20 in einer vorbestimmten Rotationsrichtung rotiert, und falls das Stellglied 1 einen Endanschlag erreicht, in einem Schritt S11 ein Schrittfehler erkannt. Dann wird der Schrittmotor 20 gestoppt, und dann rotiert der Schrittmotor 20 in einem Schritt S12 (RÜCKWÄRTS) rückwärts. Danach stoppt der Schrittmotor 20 erneut. Als nächstes rotiert der Schrittmotor 20 in einem Schritt S13 (VORWÄRTS) wieder vorwärts. Wird dann beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler erkannt, so stoppt der Schrittmotor 20.
Es ist erkennbar, dass der oben beschriebene Vorgang von Schritt S121, den Schrittmotor 20 rückwärts rotieren zu lassen (die Schritte S11 und S12 in 7) beginnt, nachdem erkannt wird, dass beim Schrittmotor 20 ein Schrittfehler auftritt, aber bevor sich der Schrittmotor 20 spontan in der Rotationsrichtung entgegengesetzt der vorherigen Vorwärts-Rotationsrichtung bewegt. Das heißt, wenn das Stellglied 1 den Endanschlag erreicht, und ein Schrittfehler erkannt wird, dann stoppt der Motor. In diesem Zustand entsteht innerhalb von Stellglied 1 auf Grund des Drehmoments des Schrittmotors 20 eine Belastung (Rückstoßkraft entgegengesetzt zu reagieren). Diese Belastung wird als Druck auf den Schrittmotor 20 übertragen. Möglicherweise kann der Schrittmotor 20 dem Druck nicht widerstehen, so dass der Schrittmotor 20 beginnt, sich zu bewegen, und das Stellglied 1 könnte spontan beginnen, sich rückwärts zu bewegen. Es ist bekannt, dass die Zeitspanne, die notwendig ist, damit das Stellglied 1 (der Schrittmotor 20) spontan damit beginnt sich zu bewegen, je nach Temperatur unterschiedlich ist, aber vom Zeitpunkt der Schrittfehlererkennung an gerechnet ungefähr 4 msec bis 300 msec beträgt. Daher muss das Verfahren in Schritt S121 innerhalb von maximal 300 msec nachdem beim Schrittmotor ein Schrittfehler erkannt wurde, den Motor rückwärts rotieren lassen. Dementsprechend kann die interne Spannung im Stellglied I verringert (gelöst) werden bevor sich das Stellglied spontan in Bewegung setzt.
In den oben beschriebenen Verfahren der Schritte S121 und S122 lässt die CPU 122 den Schrittmotor 20 um die Anzahl von Schritten rückwärts rotieren, so dass die interne Spannung im Stellglied 1 verringert werden kann, und stoppt dann den Schrittmotor 20. Diese Anzahl von Schritten kann ensptrechend festgelegt werden. Zum Beispiel kann der Schrittmotor 20 um die Anzahl von Schritten rückwärts gedreht werden, die einer Rotation der Abtriebswelle des Schrittmotors 20 in einem Bereich von 0,5° bis 3° entspricht.
Ferner kann die interne Belastung des Stellglieds 1 durch das Einstellen eines anderen geeigneten Bauteils festgelegt werden. Betrachtet man zum Beispiel nicht nur die Belastung der Abtriebswelle des Stellglieds 1, sondern auch Belastungen anderer mechanischer Bauteile, wie z. B. Zahnräder, so kann die Anzahl von Schritten so festgelegt werden, dass die jeweiligen internen Belastungen gemindert werden.
Hierbei ist das oben beschriebene Verfahren in Schritt S123, den Schrittmotor 20 wieder vorwärts rotieren zu lassen (Schritt S13 in 7) besonders effektiv, wenn der Schrittmotor 20 mit einem Drehmoment im Bereich von 50% bis 90% des Drehmoments (normales Drehmoment) während der vorherigen Vorwärts-Rotation (zu sehen in Schritt S11 in 7) betrieben wird. Wird der Schrittmotor 20, wie oben beschrieben, mit einem niedrigen Drehmoment betrieben, so ist die interne Belastung des Stellglieds 1 in dem Maße reduziert, in dem das Drehmoment niedriger wird, wenn danach ein Schrittfehler erkannt wird und der Schrittmotor 20 stoppt. Wenn der Schrittmotor wieder stoppt, kann dadurch eine spontane Rückwärtsbewegung verhindert werden und das Stellglied 1 kann auf geeignete Weise unter Kontrolle gehalten werden.
[Sonstiges]
Wenn der Schrittmotor im Post-Schrittfehlererkennungsprozess rückwärts gedreht wird und dann wieder vorwärts, kann die Schrittfehlererkennung für den Schrittmotor auch weggelassen werden und sattdessen die Anzahl der Schritte (eine Bewegung um einen bestimmten Betrag), um die der Schrittmotor wieder vorwärts gedreht wird, innerhalb eines Bereichs mit einer Anzahl an Schritten festgelegt werden, die kleiner als während der Rückwärtsrotation ist. Wird der Schrittmotor zum Beispiel um 30 Schritte rückwärts bewegt, dann könnte der Schrittmotor anschließend wieder um 10 Schritte vorwärts bewegt werden. Diese Art der Steuerung ermöglicht es, den Schrittmotor sicher in eine Position zu bewegen, wobei der Schrittmotor den Endanschlag nicht wieder unter starker Materialbeanspruchung erreicht, während gleichzeitig das Auftreten von Schrittfehlern vermieden wird.
In einer Stop-Periode eines Steuerungsstroms einer Phasenwicklung jeder Phase ist die andere Phasenwicklung auf eine feste Spannung festgelegt, und die elektromotorische Rückspannung wird gemessen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer Stop-Periode eines Steuerungsstroms einer Phasenwicklung einer Phase kann die zu der entsprechenden Phasenwicklung gehörende elektromotorische Rückspannung gemessen werden, unabhängig davon, ob die andere Phasenwicklung auf eine feste Spannung festgelegt ist. Ferner kann die elektromotorische Rückspannung auf geeignete Art zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen werden.
Die Steuerungsschaltung kann nur teilweise als Integrierter Schaltkreis ausgelegt sein. Auch ein von der Steuerungsschaltung verschiedener Teil eines Bauteils der Motorsteuerungsgerät kann als Integrierter Schaltkreis ausgelegt sein. Das gesamte Motorsteuerungsgerät kann als Integrierter Schaltkreis ausgelegt sein.
Der Schrittmotor ist nicht auf einen Zwei-Phasen-Motor beschränkt. So kann der Schrittmotor zum Beispiel ein Fünf-Phasen-Motor sein.
Die Bauteilanordnung (Hardware-Konfiguration) des Stellglieds, wie z. B. Schrittmotor und das Motorsteuerungsgerät, ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Der Aufbau des Stellgliedes kann auf geeignete Weise so geändert werden, dass das Motorsteuerungsgerät den Schrittfehlererkennungsprozess und den Post-Schrittfehlererkennungsprozess wie oben beschrieben ausführt.
Die oben beschriebenen Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können durch eine Software oder mit Hilfe einer Hardwareschaltung ausgeführt werden.
Es ist ferner möglich, ein Programm zur Ausführung der oben beschriebenen Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel bereit zu stellen, und das entsprechende Programm kann den Nutzern auf einem Datenträger, wie z. B. einer CD-ROM, Diskette, Festplatte, ROM, RAM oder Speicherkarte bereit gestellt werden. Das entsprechende Programm kann den Nutzern auch z. B. über Internet oder eine andere Kommunikationsverbindung zum Download zur Verfügung gestellt werden. Die in den oben beschriebenen Flussdiagrammen benannten Verfahren können gemäß dem entsprechenden Programm von der CPU oder ähnlichem durchgeführt werden.
Selbstverständlich dient das hier offenbarte Ausführungsbeispiel nur zur Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung definiert, sondern ist in den Ansprüchen dargelegt, und beinhaltet sämtliche, den Ansprüchen äquivalente Abwandlungen innerhalb des Rahmens und der Idee dieser Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Stellglied
10: Motorsteuerungsgerät
12: Steuerungsschaltung
14: Antriebsschaltung
20: Schrittmotor
21a, 21b: Phasenwicklung
22: Rotor
22s: Südpol
22n: Nordpol
122: CPU
124: Strommesseinheit
126: Einheit zum Messen der elektromotorischen Rückspannung
128: Temperatur-Messeinheit
142: Motor-Antriebseinheit
144: Stromsensor
I_a, I_b: Phasenstrom
V_a, V_b: Phasenspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-215271 A [0006]
JP 2002-199794 A [0007, 0007]
JP 2009-261045 A [0090]

Claims

Motorsteuerungsgerät, das einen Erregungszustand von Phasenwicklungen zum Antreiben eines Schrittmotors mit mehreren Phasenwicklungen steuert, wobei das Motorsteuerungsgerät folgendes umfasst: eine Detektionseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie erkennt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, und eine Rückstelleinheit, die so konfiguriert ist, dass sie beim Erkennen eines Schrittfehlers des Schrittmotors durch die Detektionseinheit den Schrittmotor in einer zweiten Rotationsrichtung entgegengesetzt einer ersten Rotationsrichtung dreht, wobei die erste Rotationsrichtung die Rotationsrichtung des Schrittmotors vor Erkennen eines Schrittfehlers ist, und wobei die Rotation in die zweite Richtung um eine Anzahl von Schritten erfolgt, durch die eine auf den Schrittmotor wirkende Belastung verringert wird, bevor sich der Schrittmotor spontan in die zweite Richtung dreht.
Motorsteuerungsgerät gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: eine Wiederantriebs-Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor wieder in der ersten Rotationsrichtung antreibt, nachdem ein Rotationsvorgang in der zweiten Rotationsrichtung durch die Rückstelleinheit beendet ist.
Motorsteuerungsgerät gemäß Anspruch 2, wobei die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor antreibt, während die Ermittlungs-Einheit ermittelt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt.
Motorsteuerungsgerät gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor mit einem niedrigeren Drehmoment antreibt, anstatt mit einem normalen Drehmoment, wie es während einer vorherigen Rotation in der ersten Rotationsrichtung vorhanden war.
Motorsteuerungsgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor in einem Drehmomentbereich von 50% bis 90% eines normalen Drehmoments antreibt, wie es während einer vorherigen Rotation in der ersten Rotationsrichtung vorhanden war.
Motorsteuerungsgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Wiederantriebs-Einheit beim Antrieb des Schrittmotors in der ersten Rotationsrichtung so konfiguriert ist, dass sie den Schrittmotor um einen Betrag bewegt, der kleiner ist, als der Betrag der durch die Rückstelleinheit veranlassten Bewegung in die zweite Rotationsrichtung.
Motorsteuerungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Erfassungs-Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie Temperaturdaten einer Temperatur des Schrittmotors oder einer Temperatur, die der Temperatur des Schrittmotors entspricht, erfasst, wobei eine Ermittlungs-Einheit so konfiguriert ist, dass sie, basierend auf einer Schrittfehlererkennungs-Referenz des Schrittmotors gemäß der Temperaturdaten, die von der Erfassungs-Einheit erfasst wurden, erkennt, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt.
Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors mit mehreren Phasenwicklungen, wobei das Ansteuerungsverfahren umfasst: Erkennen, ob beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, und wenn erkannt wird, dass beim Schrittmotor ein Schrittfehler auftritt, Rotation des Schrittmotors in einer zweiten Rotationsrichtung entgegen einer ersten Rotationsrichtung, die eine Rotationsrichtung des Schrittmotors vor der Schrittfehlererkennung war, und zwar um eine Anzahl von Schritten, so dass eine auf den Schrittmotor wirkende Belastung verringert wird, bevor sich der Schrittmotor spontan in die zweite Richtung dreht.