專利名稱：步進馬達的驅(qū)動電路以及驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如對搭載于醫(yī)療設(shè)備的管泵進行驅(qū)動的步進馬達的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
以往，提供管泵來作為用于醫(yī)療設(shè)備的泵裝置。該管泵通過驅(qū)動馬達使具有按壓輥的轉(zhuǎn)子部旋轉(zhuǎn)，使用按壓輥抻拉液體所流通的管，從而輸送管內(nèi)的液體。這種管泵具有隨著時間經(jīng)過而逐次少量輸出液體的樣式，在該樣式中，需要以低速度來驅(qū)動轉(zhuǎn)子部。因此這種管泵具有這樣的類型例如將無刷馬達應(yīng)用于驅(qū)動馬達，通過減速機構(gòu)降低馬達的轉(zhuǎn)速，驅(qū)動轉(zhuǎn)子部。并且在這種管泵中，設(shè)想了馬達沒有工作的情況而設(shè)置有通過手動使轉(zhuǎn)子部旋轉(zhuǎn)的手動操作機構(gòu)。然而，降低驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)速的減速機構(gòu)在多數(shù)情況下使用齒輪機構(gòu)，因而無法避免因齒輪的嚙合而導致的噪音的產(chǎn)生。因此現(xiàn)有的管泵具有噪音較大的問題。尤其是，醫(yī)療設(shè)備要求極高的靜音性，因而對用于醫(yī)療設(shè)備的管泵而言，噪音的問題極為重大。另外，現(xiàn)有的管泵在通過手動操作的機構(gòu)使轉(zhuǎn)子部旋轉(zhuǎn)的情況下，還經(jīng)由減速機構(gòu)同時使馬達的轉(zhuǎn)子軸同時旋轉(zhuǎn)，由此在手動操作時需要用力。因而現(xiàn)有的管泵存在手動操作時易操作性顯著變差的問題。除此之外，在管泵中，由于通過按壓輥來抻拉管，因而能夠不間斷地將來自管的反作用力(負載)作用于按壓輥。因此在停止了馬達的驅(qū)動而使得泵工作停止的情況下，該反作用力會將按壓輥推回，可能出現(xiàn)液體在管內(nèi)倒流的情況。作為解決這些問題的方法之一，可以考慮這樣的方法將步進馬達應(yīng)用于驅(qū)動馬達，而且省略掉減速機構(gòu)，由馬達軸直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子部。這種情況下，由于未使用減速機構(gòu)，因而能降低噪音，還能提升手動操作時的易操作性。除此之外，當停止驅(qū)動時，能夠在維持該停止位置的情況下驅(qū)動步進馬達，因而既能避免由于來自管的反作用力而使按壓輥被推回的現(xiàn)象，又能防止液體倒流。然而步進馬達雖然在停止時能將與驅(qū)動時相同的驅(qū)動電流提供給定子繞組以保持停止位置，然而存在發(fā)熱比無刷馬達劇烈的問題。因而在把步進馬達應(yīng)用于管泵的情況下，存在驅(qū)動馬達的溫度比以往顯著上升的不良情況。尤其在醫(yī)療設(shè)備中，從所輸送的液體的性質(zhì)而言，要求盡量避免驅(qū)動馬達所導致的液體溫度的上升。在由驅(qū)動馬達直接驅(qū)動管泵的轉(zhuǎn)子部的情況下，由于省略了減速機構(gòu)，因而相應(yīng)地易于將驅(qū)動馬達的熱傳遞給轉(zhuǎn)子部。因此在由步進馬達直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子部的情況下，就更為需要降低驅(qū)動馬達的發(fā)熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決這些問題，提供一種能夠相比以往顯著降低步進馬達發(fā)熱的步進馬達的驅(qū)動電路以及驅(qū)動方法。本發(fā)明具有控制步進馬達的驅(qū)動的控制用控制器，所述控制用控制器具有控制用位置檢測部，其利用設(shè)置于所述步進馬達的位置檢測器，檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置；旋轉(zhuǎn)指令信息輸入部，其接受步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置的指令信息；控制用偏差運算部，其計算控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差； 以及振幅值設(shè)定部，其根據(jù)指令信息切換設(shè)置于步進馬達的定子繞組的驅(qū)動，使所述步進馬達旋轉(zhuǎn)至與指令信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置處，根據(jù)控制用偏差運算部計算出的位置偏差，增減步進馬達停止旋轉(zhuǎn)時提供給定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。根據(jù)本發(fā)明，按照控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，增減定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值，從而不會無必要地增大驅(qū)動電流，能夠利用對于驅(qū)動負載而言已足夠的驅(qū)動電流來驅(qū)動定子繞組，維持停止位置，由此，與過去相比，能夠顯著減少步進馬達的發(fā)熱。即，例如在來自驅(qū)動對象的反作用力較大的情況下，由于位置偏差也較大，因而能夠與此對應(yīng)地利用較大的電流值提供驅(qū)動電流，不會由于反作用力而被推回。而在反作用力較小，能夠以較少的力維持停止位置的情況下，由于位置偏差也變小，因而能夠與此對應(yīng)地利用較小的電流值提供驅(qū)動電流，維持停止位置。另外，本發(fā)明還提供一種步進馬達的驅(qū)動方法，其具有控制用位置檢測步驟，利用設(shè)置于所述步進馬達的控制用位置檢測器，檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置；旋轉(zhuǎn)指令信息輸入步驟，接受所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置的指令信息；控制用偏差運算步驟，計算在所述控制用位置檢測步驟中檢測出的所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于所述指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差；以及振幅值設(shè)定步驟，根據(jù)所述指令信息切換設(shè)置于所述步進馬達的定子繞組的驅(qū)動，使所述步進馬達旋轉(zhuǎn)至與所述指令信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置處，根據(jù)所述控制用偏差運算部計算出的位置偏差，增減所述步進馬達停止旋轉(zhuǎn)時提供給所述定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。根據(jù)本發(fā)明，按照控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，增減定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值，從而不會無必要地增大驅(qū)動電流，能夠利用對于驅(qū)動負載而言已足夠的驅(qū)動電流來驅(qū)動定子繞組，維持停止位置，由此，與過去相比，能夠顯著地減少步進馬達的發(fā)熱。由以下的本發(fā)明優(yōu)選實施方式的詳細說明，參照附圖，可以更清楚地理解本發(fā)明的上述及其它特征、要素、步驟、特點和優(yōu)點。


圖I是示出本發(fā)明實施方式的在醫(yī)療設(shè)備中使用的管泵的驅(qū)動裝置的圖。圖2是示出圖I的驅(qū)動裝置的周邊電路的圖。圖3是示出圖I的驅(qū)動裝置的監(jiān)視微型計算機24的構(gòu)成和周邊電路的功能框圖。圖4是示出圖I的驅(qū)動裝置的控制微型計算機24的構(gòu)成和周邊電路的功能框圖。圖5是用于說明圖I的驅(qū)動裝置的驅(qū)動電流的振幅值的特性曲線圖。圖6是用于說明圖I的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)矩變動的特性曲線圖。圖7是用于說明圖6的特性曲線圖的集成電路10的平面圖。圖8是用于說明圖I的驅(qū)動裝置的表格設(shè)定值的流程圖。
具體實施例方式(I)第I實施方式圖I是示出本發(fā)明實施方式的應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的管泵的驅(qū)動裝置I的圖。該醫(yī)療設(shè)備例如為透析裝置，通過管泵輸送透析對象的液體。該管泵通過圖I所示的驅(qū)動裝置I 的驅(qū)動馬達2直接驅(qū)動管泵的轉(zhuǎn)子部。由此能降低噪音，還能提升手動操作時的易操作性。驅(qū)動裝置I由驅(qū)動馬達2和用于該驅(qū)動馬達2的驅(qū)動的周邊電路等構(gòu)成。驅(qū)動馬達2是3相步進馬達，旋轉(zhuǎn)軸4的一端與管泵的轉(zhuǎn)子部連接，由此直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子部。驅(qū)動馬達2在旋轉(zhuǎn)軸4的另一端側(cè)設(shè)有分別作為步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元而發(fā)揮作用的第I和第2位置檢測器5、6。第I位置檢測器5是由縫板7和光傳感器8構(gòu)成的光學式的旋轉(zhuǎn)編碼器，縫板7安裝于旋轉(zhuǎn)軸4，將光傳感器8與該縫板7對應(yīng)起來配置。 另外，第2位置檢測器6是由磁鐵9和集成電路10構(gòu)成的磁式旋轉(zhuǎn)編碼器，磁鐵9配置于旋轉(zhuǎn)軸4的端面，將集成電路10配置為與該磁鐵9相對。并且，在本實施方式中，第I位置檢測器5是所謂的增量型的，通過縫板7的旋轉(zhuǎn)輸出信號電平發(fā)生變化的2相輸出信號。相對于此，第2位置檢測器6是所謂的絕對值型的，通過設(shè)置于集成電路10的2個霍爾元件檢測磁鐵9的磁場，通過集成電路10對該檢測結(jié)果進行處理，從而利用以基準方向作為基準的絕對值輸出位置信息，所述基準方向由該集成電路10的朝向確定。驅(qū)動馬達2的另一端側(cè)被罩12所覆蓋，在該罩12的內(nèi)側(cè)設(shè)有布線基板13。在該布線基板13上安裝有集成電路10和周邊電路。圖2是詳細示出驅(qū)動裝置I的周邊電路的圖。從上位的控制器21，根據(jù)操作者的操作等對驅(qū)動裝置I輸入各種控制信號，所述上位的控制器21由對該醫(yī)療設(shè)備整體的動作進行控制的微型計算機構(gòu)成。另外，驅(qū)動裝置I向該上位的控制器21輸出各種信號。這些來自控制器21的控制信號中的方向指令信號(DIR)是指示驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)方向的控制信號。另外，指令脈沖(PULSE)是指示驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)量的脈沖信號，在驅(qū)動裝置I中， 利用該指令脈沖(PULSE)的I個脈沖使驅(qū)動馬達2旋轉(zhuǎn)一定角度。因此根據(jù)與期望的驅(qū)動馬達的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的周期輸出指令脈沖PULSE，在使驅(qū)動馬達高速旋轉(zhuǎn)時，以較短的周期輸出指令脈沖PULSE。復位信號(ALM_RST)是解除因各種異常而導致的驅(qū)動馬達2的停止控制的信號。相對于此，作為輸出到控制器21的輸出信號之一的警報信號(ALM-OUT)是通知驅(qū)動裝置I的異常的信號。在驅(qū)動裝置I中，控制微型計算機22是對驅(qū)動馬達2的驅(qū)動進行控制的控制用的控制器，切換驅(qū)動馬達2的定子繞組的驅(qū)動，使驅(qū)動馬達2旋轉(zhuǎn)至由控制器21指示的旋轉(zhuǎn)位置處。即，控制微型計算機22通過使用了位置檢測器6檢測出的位置信息(編碼器信息)和馬達電流的控制，根據(jù)方向指令信號(DIR)和指令脈沖(TOLSE)生成與驅(qū)動馬達2 對應(yīng)的多個脈寬調(diào)制信號(PWM)。并且該馬達電流是驅(qū)動馬達2的驅(qū)動電流的實測值，是使用控制微型計算機22專用的電流傳感器25檢測出來的。驅(qū)動裝置I將該多個脈寬調(diào)制信號(PWM)輸入到逆變器23。驅(qū)動裝置I通過該逆變器23的輸出對驅(qū)動馬達2的對應(yīng)的定子繞組進行驅(qū)動，由此根據(jù)指令脈沖(PULSE)切換驅(qū)動馬達2的定子繞組的驅(qū)動，使驅(qū)動馬達2向由方向指令信號(DIR)指示的方向旋轉(zhuǎn)。另外，控制微型計算機22以一定的時間間隔在與監(jiān)視微型計算機24之間收發(fā)監(jiān)視微型計算機24的工作監(jiān)視所需的工作監(jiān)視用的數(shù)據(jù)，然后通過監(jiān)視微型計算機24的控制來停止驅(qū)動馬達2的驅(qū)動。另外，控制微型計算機 22還通過復位信號(ALM_RST)的輸入來執(zhí)行初始化處理，開始工作。監(jiān)視微型計算機24是監(jiān)視驅(qū)動馬達2的工作和控制微型計算機22的工作的監(jiān)視用控制器。監(jiān)視微型計算機24通過比較由方向指令信號(DIR)和指令脈沖(TOLSE)指示的指令位置和由位置檢測器5檢測出的實際的旋轉(zhuǎn)位置，來檢測驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)的異常， 輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，監(jiān)視微型計算機24監(jiān)視馬達電流以檢測控制微型計算機 22等的異常，輸出警報信號(ALM_0UT)。并且該監(jiān)視微型計算機24監(jiān)視的馬達電流是驅(qū)動馬達2的驅(qū)動電流的實測值，是使用監(jiān)視微型計算機24專用的電流傳感器26檢測出來的。 另外，監(jiān)視微型計算機24還監(jiān)視逆變器23的電源電壓，根據(jù)該電源電壓的異常輸出警報信號(ALM_0UT)。此外，監(jiān)視微型計算機24還在與控制微型計算機22之間收發(fā)工作監(jiān)視用的數(shù)據(jù)，當無法正常收發(fā)該工作監(jiān)視用的數(shù)據(jù)時，輸出警報信號(ALM_0UT)。而在輸出警報信號(ALM_0UT)的情況下，監(jiān)視微型計算機24對控制微型計算機22的工作進行停止控制。 監(jiān)視微型計算機24還通過復位信號(ALM_RST)的輸入執(zhí)行初始化處理，開始工作。圖3是一并示出監(jiān)視微型計算機24的構(gòu)成與周邊電路的功能框圖。經(jīng)由作為輸入輸出電路的I/O模塊31向監(jiān)視微型計算機24輸入方向指令信號(DIR)，還經(jīng)由作為輸入輸出電路的定時模塊32向監(jiān)視微型計算機24輸入指令脈沖(I3ULSE)。另外，來自第I位置檢測器5的2相輸出信號是經(jīng)由作為所謂的正交計數(shù)器的計數(shù)模塊33而輸入的。此外，經(jīng)由作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的ADC模塊34對電流傳感器26檢測出的馬達電流、提供給逆變器23 的電源電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，然后進行輸入。還經(jīng)由作為輸入輸出電路的I/O模塊35輸出警報信號(ALM_0UT)，并且輸入復位信號(ALM_RST)，進而在與控制微型計算機22之間收發(fā)工作監(jiān)視用的數(shù)據(jù)等。在監(jiān)視微型計算機24中，指令脈沖角度運算部24A根據(jù)方向指令信號(DIR)對指令脈沖(TOLSE)進行向上計數(shù)和向下計數(shù)，從而計算控制器21指示的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置。編碼器角度運算部24B對計數(shù)模塊33的輸出信號進行向上計數(shù)和向下計數(shù)，從而檢測驅(qū)動馬達2的實際旋轉(zhuǎn)位置。而當輸出了復位信號(ALM_RST)時，編碼器角度運算部24B 通過編碼器原點設(shè)定部24C設(shè)定由控制微型計算機22檢測的計數(shù)值(INDEX)，由此以與控制微型計算機22的處理對應(yīng)的方式設(shè)定用于旋轉(zhuǎn)位置的檢測的原點的位置。從而編碼器角度運算部24B根據(jù)從該原點開始的機械角度檢測驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置。旋轉(zhuǎn)監(jiān)視處理部24D根據(jù)編碼器角度運算部24B檢測出的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置和指令脈沖角度運算部24A求出的所指示的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置，檢測出驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置相對于控制器21所指示的正常的旋轉(zhuǎn)位置的脫離，通知給報警處理部24E。更具體而言，旋轉(zhuǎn)監(jiān)視處理部24D計算編碼器角度運算部24B檢測出的旋轉(zhuǎn)位置與指令脈沖角度運算部24A檢測出的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差(角度差)的變化，當該偏差的變化變大為判定基準值以上時，向報警處理部24E通知異常。即，該角度差大幅發(fā)生變化的情況就是旋轉(zhuǎn)軸4的實際位置大幅離開指令脈沖(PULSE)所指示的旋轉(zhuǎn)軸4的目標位置的情況。因此，在該情況下，該管泵由于控制微型計算機等的異常而沒有正常工作，會在醫(yī)療設(shè)備中產(chǎn)生極為嚴重的異常。于是，在這種情況下，報警處理部24E根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)監(jiān)視處理部24D的通知，經(jīng)由 I/O模塊35輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，報警處理部24E監(jiān)視經(jīng)由ADC模塊34輸入的
6逆變器23的電源電壓，若該電源電壓變化為事先設(shè)定的基準值以上，則此時也屬于無法正常對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動的情況，因而輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，同樣地，對經(jīng)由ADC 模塊34輸入的馬達電流進行監(jiān)視，當該馬達電流變化為事先設(shè)定的基準值以上時，此時也屬于無法正常地對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動的情況，而且屬于驅(qū)動馬達2顯著發(fā)熱的情況，因而輸出警報信號(ALM_0UT)。進而，當無法從控制微型計算機22正常地取得工作監(jiān)視用數(shù)據(jù)時，這種情況例如屬于控制微型計算機22進行了所謂備份的情況等，也屬于無法正常地對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動的情況，因而輸出警報信號(ALM_0UT)。在如上面所述的那樣輸出警報信號(ALM_0UT)的情況下，對控制微型計算機22指示停止工作。相對于此，當輸入了復位信號(ALM_RST)時，報警處理部24E在對監(jiān)視微型計算機24的各部分進行了初始化處理之后，重新開始工作。并且該初始化處理是上述計數(shù)值 (INDEX)的設(shè)定等。由此，在該驅(qū)動裝置I中，利用與控制微型計算機22不同的系統(tǒng)檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置，判定該旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)的異常。由此，在驅(qū)動裝置I中，即使處于控制微型計算機22無法正常地對驅(qū)動馬達 2進行驅(qū)動的情況下，也能可靠地檢測異常并實現(xiàn)應(yīng)對。因此，能夠應(yīng)用于要求較高可靠性的醫(yī)療設(shè)備中，確保充分的可靠性。綜上所述，在監(jiān)視微型計算機24中，編碼器角度運算部24B構(gòu)成了監(jiān)視用位置檢測部，該監(jiān)視用位置檢測部通過設(shè)置于步進馬達的監(jiān)視用位置檢測器5檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置以用于監(jiān)視。另外，旋轉(zhuǎn)監(jiān)視處理部24D構(gòu)成計算監(jiān)視用位置檢測部檢測出的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差的監(jiān)視用偏差運算部。另外，報警處理部 24E與旋轉(zhuǎn)監(jiān)視處理部24D —起構(gòu)成判定部，該判定部判定由監(jiān)視用偏差運算部計算出的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)的異常，輸出警報信號。圖4是一并示出控制微型計算機22的構(gòu)成和周邊電路的功能框圖。經(jīng)由作為輸入輸出電路的I/O模塊41向控制微型計算機22輸入方向指令信號(DIR)，還經(jīng)由作為輸入輸出電路的定時模塊42向控制微型計算機22輸入指令脈沖(I3ULSE)。還經(jīng)由作為串并轉(zhuǎn)換電路的SPI模塊43輸入來自第2位置檢測器6的輸出信號。另外，經(jīng)由作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的ADC模塊44對電流傳感器25所檢測出的馬達電流進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，然后輸入。還經(jīng)由作為輸出電路的PWM模塊45輸出脈寬調(diào)制信號(PWM)。在控制微型計算機22中，指令脈沖角度運算部22A根據(jù)方向指令信號(DIR)對指令脈沖(TOLSE)進行向上計數(shù)和向下計數(shù)，從而計算控制器21所指示的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置。編碼器角度運算部22B利用記錄于校正/原點表格22C的校正值來校正經(jīng)由SPI模塊43輸入的位置信息(編碼器信息)，由此防止位置檢測器6的安裝誤差所導致的特性變差。并且將這個通過編碼器角度運算部22B校正的位置信息作為上述計數(shù)值(INDEX)。角度偏差運算部22D以指令脈沖角度運算部22A求出的作為目標的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置作為基準，對通過編碼器角度運算部22B校正后的驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)位置進行處理，從而計算實際的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于控制器21所指示的指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差。勵磁角度調(diào)節(jié)部22E根據(jù)該位置偏差計算驅(qū)動馬達2的驅(qū)動所需的勵磁角度。電流振幅運算部22F根據(jù)該位置偏差計算提供給驅(qū)動馬達2的定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。電流指令運算部22G根據(jù)勵磁角度調(diào)節(jié)部22E和電流振幅運算部22F的計算結(jié)果，以2相計算出用于驅(qū)動馬達2的驅(qū)動的驅(qū)動信號。馬達電流取得部22H經(jīng)由ADC模塊44輸入由電流傳感器26檢測出的驅(qū)動電流的實測值。相逆轉(zhuǎn)換部221將來自該馬達電流取得部22H的馬達電流轉(zhuǎn)換為以2相驅(qū)動時的馬達電流，由此以對應(yīng)于電流指令運算部22G的計算結(jié)果的方式轉(zhuǎn)換驅(qū)動電流的實測值。 還可以根據(jù)需要省略該相逆轉(zhuǎn)換部221。電流偏差運算部22J根據(jù)相逆轉(zhuǎn)換部221的輸出校正電流指令運算部22G的計算結(jié)果并將其輸出，由此，控制微型計算機22通過使用了馬達電流的實測值的反饋控制對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動。PI控制運算部22K對電流偏差運算部22J的計算結(jié)果依次進行移動積分，并且對該電流偏差運算部22J的計算結(jié)果以加權(quán)方式加入移動積分結(jié)果，由此將電流偏差運算部 22J的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為PI控制的形式。相轉(zhuǎn)換部22L將PI控制運算部22K的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為與驅(qū)動馬達2的相數(shù)對應(yīng)的3相的計算結(jié)果并輸出。PWM輸出處理部22M根據(jù)從相轉(zhuǎn)換部22L輸出的3相的運算結(jié)果生成PWM調(diào)制信號，經(jīng)由PWM模塊45輸出該脈寬調(diào)制信號 (PWM)。(2)驅(qū)動電流的設(shè)定如上所述，在控制微型計算機22中，電流振幅運算部22F根據(jù)角度偏差運算部22D 計算出的位置偏差計算驅(qū)動馬達2的驅(qū)動電流的振幅值。在本實施方式中，當位置偏差大于最小旋轉(zhuǎn)角度(最小分辨度)時，電流振幅運算部22F以與驅(qū)動馬達2的額定電流值對應(yīng)的方式設(shè)定振幅值。相對于此，當位置偏差小于最小旋轉(zhuǎn)角度時，以隨著位置偏差變小而驅(qū)動電流值變得小于額定電流值的方式設(shè)定驅(qū)動電流的振幅值。由此，當驅(qū)動馬達停止旋轉(zhuǎn)時，控制微型計算機22根據(jù)位置偏差計算振幅值，使得驅(qū)動電流的振幅值隨著位置偏差變大而變大。更具體地說，以與位置偏差的平方值成比例的方式設(shè)定驅(qū)動電流的振幅值。另外，在位置偏差處于一定值以下的范圍內(nèi)，將驅(qū)動電流的振幅值設(shè)定為固定值。在這里，現(xiàn)有的步進馬達在以固定的驅(qū)動電流振幅驅(qū)動定子繞組而將步進馬達保持于不需要任何負載轉(zhuǎn)矩的當前位置的情況下，也繼續(xù)向定子繞組提供該固定電流。因此在圖5中，如符號LI所示，現(xiàn)有的步進馬達與負載轉(zhuǎn)矩無關(guān)地利用固定的電流振幅來提供驅(qū)動電流。并且在圖5中，以對額定值的比率示出橫軸的負載轉(zhuǎn)矩，而用對額定電流的比率示出電流振幅值。相對于此，直流馬達以與負載轉(zhuǎn)矩成比例的驅(qū)動電流進行驅(qū)動。因此如符號L2所示，在使用直流馬達的情況下，負載轉(zhuǎn)矩越小，則相比于步進馬達，驅(qū)動電流越降低，使得消耗功率、發(fā)熱量越小，在負載轉(zhuǎn)矩為零的停止狀態(tài)下不會消耗任何功率。由此，如本實施方式所述，如果根據(jù)位置偏差計算并設(shè)定振幅，使得驅(qū)動電流的振幅隨著位置偏差變大而變大，則如符號L3所示，以使得現(xiàn)有的步進馬達的驅(qū)動接近直流馬達的驅(qū)動的方式設(shè)定驅(qū)動電流，與過去相比，能顯著降低步進馬達的發(fā)熱。即在該情況下，當來自驅(qū)動對象的反作用力較大時，位置偏差也較大，因而能夠相應(yīng)地通過較大的電流值提供驅(qū)動電流，使得不會被反作用力推回，能可靠地維持停止位置。 另外，與此相反，在反作用力較小，能夠以較少的力維持停止位置的情況下，由于位置偏差也較小，因此能夠相應(yīng)地通過較小的電流值提供驅(qū)動電流，維持停止位置。更詳細而言，在以與位置偏差的平方值成比例的方式設(shè)定驅(qū)動電流的振幅值的情況下，能與步進馬達的負載特性相對應(yīng)地設(shè)定驅(qū)動電流，能夠有效避免步進馬達的特性變
8差，高效地減少發(fā)熱。進而在位置偏差處于一定值以下的范圍內(nèi)，通過將驅(qū)動電流的振幅值設(shè)定為固定值，能夠抑制速度極低時對于旋轉(zhuǎn)的變動和停止時的位置偏離。另外，根據(jù)上面所述，通過編碼器角度運算部22B檢測出的旋轉(zhuǎn)位置是以驅(qū)動馬達2的最小旋轉(zhuǎn)角度以下的精度檢測到的。根據(jù)上面所述，在本實施方式中，編碼器角度運算部22B構(gòu)成控制用位置檢測部， 該控制用位置檢測部使用設(shè)置于作為步進馬達的驅(qū)動馬達2上的控制用位置檢測器6檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置以用于控制。而指令脈沖角度運算部22A構(gòu)成接受步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置的指令信息的旋轉(zhuǎn)指令信息輸入部。另外，角度偏差運算部22D構(gòu)成計算控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差的控制用偏差運算部。電流振幅運算部22F與指令脈沖角度運算部22A、編碼器角度運算部22B、角度偏差運算部22D、勵磁角度調(diào)節(jié)部22E、電流指令運算部22G等一起構(gòu)成振幅值設(shè)定部，該振幅值設(shè)定部根據(jù)指令信息切換設(shè)置于步進馬達的定子繞組的驅(qū)動，使步進馬達旋轉(zhuǎn)至與指令信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置處，根據(jù)控制用偏差運算部計算出的位置偏差，增減步進馬達停止旋轉(zhuǎn)時提供給定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。(3)校正/原點表格的構(gòu)成另外，在驅(qū)動裝置I中，構(gòu)成第2位置檢測器6的磁鐵9和集成電路10分別相對于驅(qū)動馬達2的旋轉(zhuǎn)軸4產(chǎn)生安裝誤差，由此，使得集成電路10檢測出的旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)位置散亂。因此在以該集成電路10檢測出的旋轉(zhuǎn)位置作為基準的驅(qū)動電流的控制中，驅(qū)動馬達2的轉(zhuǎn)矩會根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置而產(chǎn)生變動。圖6是示出該轉(zhuǎn)矩的變動的測定結(jié)果的圖。該圖6是如圖7中箭頭所示，在使集成電路10的位置相對于旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)中心向Y方向產(chǎn)生了 -O. 7 [mm]位移的狀態(tài)下測定的。并且，X方向和Y方向是與設(shè)置于集成電路10的霍爾元件的磁場檢測方向?qū)?yīng)的方向， 關(guān)于各坐標軸，將旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)中心設(shè)定為原點，示出該磁場檢測方向。并且該測定是利用額定電流的1/2的電流對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動而進行的。此時，如符號L4(圖6)所示， 通過旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)而使得產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩大幅變動。于是在本實施方式中，根據(jù)設(shè)定于校正/原點表格22C的校正值校正并處理實測值。因此，在生產(chǎn)驅(qū)動裝置I時，通過控制微型計算機22將驅(qū)動馬達2驅(qū)動為一定角度以上，取得位置檢測器6的位置檢測結(jié)果，將校正用的數(shù)據(jù)存儲于校正/原點表格22C。圖6 中的符號L5示出利用校正/原點表格22C校正了位置檢測器6的位置檢測結(jié)果時的轉(zhuǎn)矩變動。根據(jù)該圖6可知，能夠充分防止位置檢測器6的安裝誤差所伴隨的轉(zhuǎn)矩變動。圖8是示出用于該校正/原點表格22C的設(shè)定的控制微型計算機22的處理步驟的流程圖。驅(qū)動裝置I通過執(zhí)行該圖8的處理步驟，對控制微型計算機22進行控制，對驅(qū)動馬達2進行驅(qū)動，并且由該控制微型計算機22取得位置檢測器6檢測出的位置檢測結(jié)果。S卩，在該處理步驟中，控制微型計算機22指示驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)一定角度(步驟SPl、 SP2)，取得來自位置檢測器6的旋轉(zhuǎn)位置信息(編碼器信息)(步驟SP3)。控制微型計算機 22重復進行該處理直到該驅(qū)動馬達2旋轉(zhuǎn)了預定旋轉(zhuǎn)次數(shù)η為止(步驟SP4)，在各旋轉(zhuǎn)位置處取得旋轉(zhuǎn)位置信息。而該一定的角度例如是驅(qū)動馬達2的最小旋轉(zhuǎn)角度。接著，控制微型計算機22對η次旋轉(zhuǎn)中檢測到的旋轉(zhuǎn)位置信息進行統(tǒng)計處理，去除噪聲的影響(步驟SP5)。并且該統(tǒng)計處理例如是各旋轉(zhuǎn)位置處的檢測結(jié)果的單純平均化處理。然后，控制微型計算機22計算各旋轉(zhuǎn)位置的檢測結(jié)果與指示了旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)位置的差值，從而計算各旋轉(zhuǎn)位置信息的校正值，將該校正值存儲于校正/原點表格22C中(步驟SP6)。并且，在存儲以后的驅(qū)動中不執(zhí)行本處理步驟，而是參照如上存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動馬達。基于以上構(gòu)成，根據(jù)控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，增減驅(qū)動電流的振幅值，從而不會使驅(qū)動電流無必要地增大，能利用足夠?qū)嵱玫尿?qū)動電流將步進馬達保持于停止位置，其結(jié)果是，與過去相比，顯著減少步進馬達的發(fā)熱。另外，通過與位置偏差的平方值成比例地設(shè)定振幅值，能更為適當?shù)卦O(shè)定振幅值， 能夠高效地減少步進馬達的發(fā)熱。另外，在位置偏差處于一定值以下的范圍內(nèi)，通過將振幅值設(shè)定為固定值，使得停止時不會因反作用力而被從驅(qū)動對象推回，能夠抑制速度極低時對于旋轉(zhuǎn)的變動和停止時的位置偏離。另外，還通過監(jiān)視用控制器判定另外檢測到的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)的異常，輸出警報，從而在無法通過控制用控制器正常地進行驅(qū)動的情況下，能夠可靠地檢測該異常并產(chǎn)生警報，例如能夠應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備等要求較高可靠性的設(shè)備中，能確保充分的可靠性。而且，利用記錄于存儲器的校正值來校正位置檢測器檢測出的旋轉(zhuǎn)位置，基于使驅(qū)動馬達逐次旋轉(zhuǎn)一定角度而檢測到的旋轉(zhuǎn)位置信息，設(shè)定記錄于該存儲器中的校正值， 從而能夠校正基于安裝誤差等的位置檢測的偏差，檢測旋轉(zhuǎn)位置，其結(jié)果是，能防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的變動。(4)其他實施方式以上詳細描述了本發(fā)明的實施中優(yōu)選的具體構(gòu)成，本發(fā)明可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)對上述實施方式的構(gòu)成進行各種變更。S卩，例如在上述實施方式中描述的是分別設(shè)置位置檢測器和電流傳感器以用于控制微型計算機和監(jiān)視微型計算機的情況，而本發(fā)明不限于此，在足夠?qū)嵱玫那闆r下，可以在控制微型計算機和監(jiān)視微型計算機共用位置檢測器和/或電流傳感器。另外，同樣地，也可以在控制微型計算機和監(jiān)視微型計算機共用指令脈沖角度運算部等結(jié)構(gòu)。另外，在上述實施方式中描述的是將光學式和磁式旋轉(zhuǎn)編碼器用于監(jiān)視用和控制用位置檢測器的情況，而本發(fā)明不限于此，可對各位置檢測器應(yīng)用各種構(gòu)成。另外，在上述實施方式中描述的是在位置偏差處于驅(qū)動馬達的最小旋轉(zhuǎn)角度以下的范圍內(nèi)，根據(jù)位置偏差增減驅(qū)動電流的振幅值的情況，而本發(fā)明不限于此，只要是在將驅(qū)動馬達維持于停止位置時根據(jù)位置偏差增減驅(qū)動電流的振幅值即可，例如在位置偏差在最小旋轉(zhuǎn)角度的2倍以下時根據(jù)位置偏差增減驅(qū)動電流的振幅值的情況、位置偏差在最小旋轉(zhuǎn)角度的1/2以下時根據(jù)位置偏差增減驅(qū)動電流的振幅值的情況等能夠確保足夠?qū)嵱玫奶匦缘那闆r下，能夠?qū)υ鰷p驅(qū)動電流的振幅值的范圍進行各種設(shè)定。另外，在上述實施方式中描述的是在位置偏差處于驅(qū)動馬達的最小旋轉(zhuǎn)角度以下的范圍內(nèi)，根據(jù)偏差運算部計算出的位置偏差增減驅(qū)動電流的振幅值，從而在驅(qū)動馬達停止時根據(jù)位置偏差設(shè)定驅(qū)動電流的振幅值的情況，而本發(fā)明不限于此，只要是在停止旋轉(zhuǎn)時根據(jù)位置偏差設(shè)定驅(qū)動電流的振幅值即可，例如在檢測到位置偏差為零而將驅(qū)動電流值從固定的振幅值切換為與位置偏差對應(yīng)的電流振幅值的情況、由于位置偏差為零的狀態(tài)持續(xù)了一定時間而將驅(qū)動電流值從固定的振幅值切換為與位置偏差對應(yīng)的電流振幅值的情況等，都可以廣泛應(yīng)用各種設(shè)定方法。另外，在上述實施方式中描述的是將本發(fā)明的管泵應(yīng)用于醫(yī)療用設(shè)備的情況，而本發(fā)明不限于此，還能廣泛應(yīng)用于處理液體的各種設(shè)備中。另外，在上述實施方式中描述的是將本發(fā)明的步進馬達的驅(qū)動應(yīng)用于管泵的情況，而本發(fā)明不限于此，還能應(yīng)用于在各種裝置中使用的步進馬達的驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.一種步進馬達的驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路具有控制步進馬達的驅(qū)動的控制用控制器， 所述控制用控制器具有控制用位置檢測部，其利用設(shè)置于所述步進馬達的控制用位置檢測器，檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置；旋轉(zhuǎn)指令信息輸入部，其接受所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置的指令信息；控制用偏差運算部，其計算所述控制用位置檢測部檢測出的所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于所述指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差；以及振幅值設(shè)定部，其根據(jù)所述指令信息切換設(shè)置于所述步進馬達的定子繞組的驅(qū)動，使所述步進馬達旋轉(zhuǎn)至與所述指令信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置處，根據(jù)所述控制用偏差運算部計算出的位置偏差，增減所述步進馬達停止旋轉(zhuǎn)時提供給所述定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步進馬達的驅(qū)動電路，其中，所述振幅值設(shè)定部以與所述位置偏差的平方值成比例的方式設(shè)定所述振幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進馬達的驅(qū)動電路，其中，所述振幅值設(shè)定部在所述位置偏差處于一定值以下的范圍內(nèi)將所述振幅值設(shè)定為固定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步進馬達的驅(qū)動電路，其中，該驅(qū)動電路還具有監(jiān)視用控制器，所述監(jiān)視用控制器具有監(jiān)視用位置檢測部，其利用設(shè)置于所述步進馬達的監(jiān)視用位置檢測器，檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置；監(jiān)視用偏差運算部，其計算所述監(jiān)視用位置檢測部檢測出的所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于所述指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差；以及判定部，其對所述監(jiān)視用偏差運算部計算出的位置偏差進行判定，檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)的異常，輸出警報。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的步進馬達的驅(qū)動電路，其中，所述控制用位置檢測部利用記錄于存儲器中的校正值，校正所述控制用位置檢測器所檢測出的所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置，記錄于所述存儲器中的校正值是根據(jù)所述指令信息使所述步進馬達逐次旋轉(zhuǎn)一定角度且通過所述控制用位置檢測器檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置而求出的校正值。
6.一種步進馬達的驅(qū)動方法，該驅(qū)動方法具有控制用位置檢測步驟，利用設(shè)置于所述步進馬達的控制用位置檢測器，檢測所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置；旋轉(zhuǎn)指令信息輸入步驟，接受所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置的指令信息；控制用偏差運算步驟，計算在所述控制用位置檢測步驟中檢測出的所述步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于所述指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差；以及振幅值設(shè)定步驟，根據(jù)所述指令信息切換設(shè)置于所述步進馬達的定子繞組的驅(qū)動，使所述步進馬達旋轉(zhuǎn)至與所述指令信息對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置處，根據(jù)所述控制用偏差運算部計算出的位置偏差，增減所述步進馬達停止旋轉(zhuǎn)時提供給所述定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。
全文摘要
本發(fā)明提供步進馬達的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法。本發(fā)明利用設(shè)置于步進馬達的控制用位置檢測器檢測步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置，計算該步進馬達的旋轉(zhuǎn)位置與基于指令信息的旋轉(zhuǎn)位置之間的位置偏差，當停止旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)該位置偏差增減定子繞組的驅(qū)動電流的振幅值。由此，與過去相比，減少了步進馬達的發(fā)熱。
文檔編號H02P8/34GK102594235SQ201210009030
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
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