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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung stellt eine Regelvorrichtung für einenPositioniermotor zur Verfügung,die dazu dient, eine Schrittabweichung des Positioniermotors zuverhindern, wobei die vom Positioniermotor erzeugte Wärme geringund der energetische Wirkungsgrad gut ist. Die Vorrichtung bestehtaus einem Erfassungsabschnitt 2, der die Läuferposition eines Positioniermotors 1erfasst, einem ersten und einem zweiten Regelabschnitt 3 und 4,die auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Positionserfassungssignalund einem Befehlspositionssignal Signale ausgeben, die einem andie Motorwicklung zu liefernden Strom entsprechen, einem erstenund einem zweiten Aufteilungseinstellabschnitt 5 und 6, die die Ausgangssignaledes ersten und zweiten Regelabschnitts 3 und 4 aufteilen, einemSignalsyntheseabschnitt 7, der durch Vektoraddition die Ausgangssignalesynthetisiert, die vom ersten und zweiten Aufteilungseinstellabschnitt5 und 6 aufgeteilt worden sind, und einem Verstärkungsabschnitt 8, der dassynthetisierte Ausgangssignal an die Motorwicklung ausgibt, unddie Vorrichtung regelt die Position des Motors mit dem Befehlspositionssignal.Der erste Regelabschnitt 3 überwachtdie Abweichung zwischen der Befehlsposition und der erfassten Läuferpositionund aktiviert auf der Grundlage dieser Abweichung (Phasenwinkel)eine von zwei Betriebsarten, wodurch eine Schrittreduzierung verhindertwird.
    公开号:DE102004020044A1
    申请号:DE102004020044
    申请日:2004-04-21
    公开日:2004-11-25
    发明作者:Masanari Itabashi
    申请人:Oriental Motor Co Ltd；
    IPC主号:H02P6-08
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für einenPositioniermotor, wie zum Beispiel bürstenlose Motoren und Schrittmotoren,und insbesondere auf eine Regelvorrichtung für einen Positioniermotor, dieden durch die Motorwicklung des Positioniermotors fließenden Stromin Abhängigkeitvon dem Lastmoment, das am Positioniermotor wirkt, vergrößert undverringert.
    [0002] Bisherwar es bei der Regelung dieser bürstenlosenMotoren und Schrittmotoren eine wichtige Frage, wie verhindert werdenkann, dass beim Motor Schrittabweichungen auftreten. Wie es zu Schrittabweichungeneines Motors kommt, wird werter unten erörtert.
    [0003] ImHinblick auf eine Regelvorrichtung für einen Schrittmotor mit einerFunktion, die eine Schrittabweichung verhindern soll, gibt es zumBeispiel bereits eine von den Erfindern der vorliegenden Anwendungvorgeschlagene Erfindung, die eine Antriebsregelung zur Verhinderungvon Schrittabweichungen eines Schrittmotors zum Inhalt hat. Zu demZeitpunkt, zu dem dieser Vorschlag gemacht wurde, erwies sich dieLösungals außerordentlichwirksam. Zur Zeit nimmt ihr praktischer Nutzen immer mehr ab (siehe zumBeispiel das Japanische Patent Nr. 2562874).
    [0004] Diegrundlegenden Faktoren, die bewirken, dass es bei bürstenlosenMotoren und Schrittmotoren zu Schrittabweichungen kommt, werdennachstehend beschrieben.
    [0005] 9 zeigt die grundlegendeKennlinie eines Schrittmotors. Wenn sich die Stellung des Läufers ändert, während dieden Ständererregende Phase bei 0° liegt,wird ein dem Drehwinkel entsprechendes Drehmoment (senkrechte Achse)im Schrittmotor erzeugt. Das Drehmoment bildet bei einer Umdrehungdes Drehwinkels der Maschine jeweils nach einer bestimmten Anzahlvon in dem Läuferausgebildeten Zähneneine Sinuswelle. Sie ist unter der Bezeichnung θ-T-Kennlinie bekannt. Nachstehendwird ein Beispiel beschrieben, in dem der Läufer 50 Zähne aufweist.
    [0006] Wiesich aus 9 ersehen lässt, istdas Drehmoment, das in einem Schrittmotor als Gegenkraft erzeugtwird, nahe 0° bezüglich desErregungswinkels dem Winkel proportional, um den der Läufer durcheine äußere Kraftbewegt wird. Der Schrittmotor führtdie Lageregelung aus, indem sich der Läufer synchron bewegt, wenndie Befehlsposition auf den Erregungswinkel gesetzt wird.
    [0007] Wennder Drehwinkel aber ±1,8° (±90° Phasenwinkel) überschreitet,kommt es zu dem Problem einer Schrittreduzierung. Dabei wird daserzeugte Drehmoment reduziert oder invertiert. In diesem Fall hält der Läufer nichtan dem Winkel der Befehlsposition, sondern an einem anderen Winkelan.
    [0008] 10 zeigt die θ-T-Kennliniein einem Fall, in dem die Regelung, mit der die Schrittreduzierung verhindertwerden soll, erfolgt, indem ein Schrittmotor, der die obige θ-T-Kennlinie aufweist,mit einem Regelkreis ausgestattet wird. Dieser Regelkreis ändert denErregungswinkel in Übereinstimmungmit dem Läufer,so dass ein maximales Drehmoment aufrechterhalten wird. Dieses Regelverfahrenwird in dem Japanischen Patent mit der vorläufigen Veröffentlichungs-Nr. 1999-113289offengelegt.
    [0009] Beidiesem Regelverfahren überwachteine Regelvorrichtung die Abweichung zwischen dem Befehlspositionssignalund dem erfassten Läuferpositionssignal,implementiert die folgenden beiden Betriebsarten in Abhängigkeitvon diesem Abweichungsbetrag (Phasenwinkel) und schaltet in Abhängigkeitvon dem Betrag der Abweichung auf eine der Betriebsarten um. Dasheißt,wie in 10 gezeigt wird,dass in Abhängigkeitvom Verhältniszwischen der Läuferposition(Drehwinkel) und dem im Läufer erzeugtenDrehmoment Folgendes passiert: (a) wenn –90° ≤ Betrag derAbweichung ≤ +90°, wird dieBetriebsart ST (Betriebsart Schrittmotor) gesetzt, bei der der Erregungszustandder Motorwicklung geschaltet wird, und (b) wenn –90° > Betrag der Abweichungoder +90° < Betrag der Abweichung,wird die Betriebsart BL (Betriebsart bürstenloser Motor) gesetzt,bei der die Erregung so erfolgt, dass die Phase des Erregungsstroms90° vorder Läuferstellungein stabiler Erregungspunkt wird.
    [0010] Beidiesem Regelverfahren wird demzufolge, wenn der Drehwinkel größer istals ±1,8°, dadurch, dassder Regelkreis den Erregungswinkel zusammen mit dem Drehwinkel desLäufers ändert, einmaximales Drehmoment des Schrittmotors aufrechterhalten. Das heißt, dassder Erregungswinkel innerhalb von ±1,8° die Befehlsposition ist, unddass, wenn der Drehwinkel größer istals ±1,8°, der Erregungswinkelauf die Erregungsphase gestellt wird, bei der entsprechend dem Winkeldes Läufersein maximales Drehmoment angelegt wird.
    [0011] Beider in dem Japanischen Patent mit der vorläufigen Veröffentlichungs-Nr.1999-113289 als Verfahrenzur Verhinderung der Schrittabweichung bei Motoren offengelegtenErfindung besteht aber das Problem, dass die Tendenz vorliegt, dassvom Motor immer mehr Wärmeerzeugt wird, und dass darüberhinaus der Wirkungsgrad abnimmt, weil mehr Strom in die Motorwicklungfließtals nötig,unabhängigvon der Größe des amMotor wirkenden Lastmoments.
    [0012] Demzufolgemachten sich wertere technologische Verbesserungen erforderlich.
    [0013] Dievorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend dargelegtenSachverhalts gemacht. Ein Ziel besteht dann, die obigen Problemezu lösen, indemeine Regelvorrichtung füreinen Positioniermotor eingesetzt wird, um eine Schrittabweichungdes Positioniermotors zu verhindern. Außerdem wird angestrebt, dassder Positioniermotor wenig Wärmeerzeugt und einen guten Energiewirkungsgrad aufweist.
    [0014] EineKonfiguration der vorliegenden, zur Erreichung der obigen Zielegedachten Erfindung besteht aus einer Vorrichtung mit einem Positionserfassungsabschnitt,der die Position des Motorläuferseines fürdie Lageregelung eingesetzten Motors, wie zum Beispiel eines bürstenlosenMotors oder eines Schrittmotors, erfasst, einem ersten und einemzweiten Regelabschnitt, die ein von dem Positionserfassungsabschnittstammendes Positionserfassungssignal mit einem Befehlspositionssignalvergleichen und auf der Grundlage dieses Positionsabweichungssignalsein Signal ausgeben, das einem in eine Wicklung des Motors einzuspeisendenStrom entspricht, einem ersten und einem zweiten Aufteilungseinstellabschnitt,die die von dem ersten und dem zweiten Regelabschnitt abgegebenenSignale in einem festgesetzten Aufteilungsverhältnis oder einer festgesetztenAufteilungsrate aufteilen, einem Signalsyntheseabschnitt, der dazudient, durch Vektoraddition die von dem ersten und zweiten Aufteilungseinstellabschnittaufgeteilten Ausgangssignale zu synthetisieren, und einem Verstärkungsabschnitt, derdas vom Signalsyntheseabschnitt synthetisierte Ausgangssignal empfängt undden in die Motorwicklung einzuspeisenden Strom liefert, wobei diePosition des Motors durch das Befehlspositionssignal gemäß der folgendenBeschreibung geregelt wird.
    [0015] Dasheißt,es handelt sich um eine Lageregelvorrichtung eines Positioniermotors,bei der, wenn das Positionsabweichungssignal sich innerhalb eines Phasenwinkelsvon 90° befindet,der erste Regelabschnitt ein Sinuswellendatensignal ausgibt, dasdem Befehlspositionssignal einer Sinuswellentabelle entspricht,und wenn das Positionsabweichungssignal einen Phasenwinkel von 90° überschreitet,gibt der erste Regelabschnitt ein Sinuswellendatensignal einer Sinuswellentabelleaus, das den Motor so anregt, dass der Motor sich bei einem Phasenwinkelvon 90° vorder Läuferpositionan einem stabilen Erregungspunkt befindet, und bei der der zweiteRegelabschnitt als Servoregelabschnitt oder Rückführungsregelabschnitt dientund das Ausgangssignal ausgibt, und bei der der Verstärkungsabschnittden in die Motorwicklung eingespeisten Strom gemäß einem an dem Motor anliegendenLastmoment vergrößert oderverkleinert.
    [0016] Esist auch eine Lageregelvorrichtung eines Positioniermotors, beider der erste Regelabschnitt aus einem Befehlspositionszähler besteht,der die Impulse des Befehlspositionssignals zählt, einem Läuferpositionszähler, derdie Impulse des vom Positionserfassungsabschnitt ausgesandten Positionserfassungssignalszählt,einem Phasenberechnungsabschnitt, der die Impulssignale beider Zähler empfängt undauf der Grundlage eines Abweichungssignals zwischen den beiden Impulssignaleneine Adresse der Sinuswellentabelle ausgibt, und der Sinuswellentabelle,die dazu dient, entsprechend dem vom Phasenberechnungsabschnittstammenden Adressensignal ein Sinuswellendatensignal auszugeben,bei der das Abweichungssignal ein innerhalb von 90° liegenderPhasenwinkel ist, der Phasenberechnungsabschnitt das Befehlspositionsimpulssignalausgibt, und bei der, wenn der Phasenwinkel größer ist als 90°, der Phasenberechnungsabschnittdas Positionserfassungsimpulssignal des Motors um einen Phasenwinkelvon 90° berichtigtund dieses Positionserfassungsimpulssignal ausgibt.
    [0017] Dievorliegende Erfindung ist so aufgebaut, wie dies oben beschriebenworden ist, und somit werden, wie dies in dem Japanischen Patentmit der vorläufigenVeröffentlichungs-Nr.1999-113289 offengelegt worden ist, ein Befehlspositionssignal undein Positionserfassungssignal vom mit dem Motorläufer verbundenen Lagegeberan den ersten Regelabschnitt und an den zweiten Regelabschnitt,der als Servoregelabschnitt oder Rückführungsregelabschnitt dient,angelegt, die Ausgängedes ersten und des zweiten Regelabschnitts werden an einen ersten beziehungsweisean einen zweiten Aufteilungseinstellabschnitt angelegt, und dieAusgängedieser beiden Aufteilungseinstellabschnitte werden durch einen Signalsyntheseabschnittvektorsynthetisiert (vektoraddiert), und vom Ausgangsverstärkungsabschnittwird Strom zur Wicklung des Motors geliefert, um den Motor anzutreiben.Der Motor wird angetrieben und dabei mit Strom gespeist, der inAbhängigkeitvon einer mechanisch an den Motor angelegten Last zunimmt oder abnimmt.
    [0018] Esist zu beachten, dass der erste Regelabschnitt das Signal überwacht,das die erfasste Abweichung zwischen dem Befehlspositionssignalund dem erfassten Läuferpositionssignalanzeigt, und bei dem beispielsweise in dem Japanischen Patent mit dervorläufigenVeröffentlichungs-Nr.1999-113289 gezeigten Regelabschnitt stehen je nach dem Betrag dieserAbweichung (Phasenwinkel) zwei Betriebsarten, eine Betriebsart STund eine Betriebsart BL, zur Verfügung, wie zum Beispiel die,die in 10 gezeigt werden,und durch das Umschalten auf eine dieser Betriebsarten wird eineSchrittreduzierung des Motors verhindert.
    [0019] Derzweite Regelabschnitt dient außerdem alsServoregelabschnitt oder Rückführungsregelabschnittfür einenhandelsüblichenServomotor.
    [0020] Beider erfindungsgemäßen Regelvorrichtungfür einenPositioniermotor besitzt die Vorrichtung einen Positionserfassungsabschnitt,der eine Motorläuferpositioneines lagegeregelten Motors, wie zum Beispiel eines bürstenlosenMotors oder eines Schrittmotors, erfasst, einen ersten und einenzweiten Regelabschnitt, die ein vom Positionserfassungsabschnittstammendes Positionserfassungssignal mit einem Befehlspositionssignalvergleichen und auf der Grundlage dieses Positionsabweichungssignals einSignal ausgeben, das einem Strom zur Speisung einer Wicklung desMotors entspricht, einen ersten und einen zweiten Aufteilungseinstellabschnitt,die die vom ersten und zweiten Regelabschnitt ausgegebenen Signalein einem festgesetzten Aufteilungsverhältnis oder einer festgesetztenAufteilungsrate verteilen, einen Signalsyntheseabschnitt, der dazu dient,durch Vektoraddition die von dem ersten und dem zweiten Aufteilungseinstellabschnittaufgeteilten Ausgangssignale zu synthetisieren, und einen Verstärkungsabschnitt,der das vom Signalsyntheseabschnitt synthetisierte Ausgangssignalempfängtund den Strom ausgibt, der an die Motorwicklung geliefert werdensoll, wobei die Position des Motors durch das Befehlspositionssignalgesteuert wird. Auf diese Weise werden die ausgezeichneten Effekteerreicht, dass der Motor nur wenig Wärme erzeugt und einen gutenWirkungsgrad aufweist, weil eine Schrittreduzierung des Motors verhindertwird und der Strom entsprechend der angelegten Last geliefert wird.
    [0021] Selbstwenn der Wert des Regelsignals des ersten Regelabschnitts durchden ersten Aufteilungseinstellabschnitt auf einen Signalwert reduziertwird, der dem vorstehend erwähntenMotorwicklungsstrom entspricht, erhöht und verringert sich dieServoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt gemäß dem Lastmoment, so dass dasProblem, dass ein unzureichendes Moment vorliegt, nicht eintritt.
    [0022] Dader Strom außerdeman die Motorwicklungen gemäß der amMotor anliegenden Last geliefert wird, ist der energetische Wirkungsgradgut, und der Motor erzeugt weniger Wärme.
    [0023] Fernergibt es, da die θ-T-Kennlinieder Regelung mit dem ersten Regelabschnitt direkt genutzt werdenkann, keine Verzögerungbei der Regelung, so dass ein gutes Reaktionsvermögen erreichtwird. Wenn an den Motor im gestoppten Zustand ein Lastmoment angelegtwird, wird die Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt aktiviert,um die θ-T-Kennliniedes Motors auszugleichen. Demzufolge wird die gestoppte Positionso eingestellt, dass sie der Befehlsposition nahe kommt, wodurchsich die Genauigkeit der gestoppten Position erhöht.
    [0024] Inden Zeichnungen zeigen:
    [0025] 1 ein Blockschaltbild, dasein erstes Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Regelvorrichtungeines Positioniermotors zeigt.
    [0026] 2 ein Blockschaltbild, dasein Beispiel fürdas Innere des ersten Schaltungsabschnitts der Regelvorrichtungzeigt.
    [0027] 3 ein Blockschaltbild derServoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt der Regelvorrichtung.
    [0028] 4 eine grafische Darstellung,die einen Fall zeigt, bei dem das Lageverhältnis (Phase) zwischen denStänderzähnen undden Läuferzähnen desSchrittmotors ein Phasenwinkel von 0° ist.
    [0029] 5 eine grafische Darstellung,die einen Fall zeigt, bei dem das Lageverhältnis (Phase) zwischen denStänderzähnen undden Läuferzähnen desSchrittmotors ein Phasenwinkel von 90° ist.
    [0030] 6 ein Vektordiagramm desMotorstroms in dem Zustand, in dem die Servoregelung durch den zweitenRegelabschnitt durchgeführtwird. Die Stromkomponenten werden nur in Richtung der senkrechtenAchse (90°)in Bezug auf die Richtung der waagerechten Achse gezeigt (Kraftflussvektor).
    [0031] 7 ein Vektordiagramm desMotorstroms in dem Zustand, in dem die Regelung durch den erstenRegelabschnitt durchgeführtwird. Eine Strichlinie zeigt den Verlauf des Stromvektors in Bezugauf die waagerechte Richtung (Kraftflussvektor).
    [0032] 8 eine grafische Darstellung,die einen zusammengesetzten Vektor zeigt, der aus dem Vektor desMotorstroms bei Durchführungder Regelung durch den ersten Regelabschnitt und aus dem Vektor desMotorstroms bei Durchführungder Servoregelung durch den zweiten Regelabschnitt besteht.
    [0033] 9 ein θ-T-Kennliniendiagramm, dasdas Verhältniszwischen dem erzeugten Drehmoment (senkrechte Achse) und dem Drehwinkel(waagerechte Achse) des Läufersdes Schrittmotors zeigt.
    [0034] 10 ein θ-T-Kennliniendiagramm, das dasVerhältniszwischen dem erzeugten Drehmoment (senkrechte Achse) und dem Drehwinkel(waagerechte Achse) des Motorläufersin dem Fall zeigt, in dem dem Schrittmotor eine Regelvorrichtunghinzugefügtworden ist, die entsprechend einer herkömmlichen Technologie (JapanischesPatent mit der vorläufigenVeröffentlichungs-Nr.1999-113289) die in 9 gezeigte θ-T-Kennlinieaufweist.
    [0035] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unterBezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
    [0036] 1 ist ein Blockdiagramm,das ein Ausführungsbeispielder erfindungsgemäßen Regelvorrichtungdes Positioniermotors zeigt, 2 istein Blockdiagramm, das ein Beispiel für das Innere des ersten Regelabschnittsder Regelvorrichtung zeigt, und 3 istein Blockdiagramm des Servoregelabschnitts des zweiten Regelabschnittsder Regelvorrichtung.
    [0037] In 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Zweiphasen-Hybridschrittmotor,bei dem auf der äußeren Umfangsfläche seinesLäufers50 Läuferzähne ausgebildetsind, die Ständerzähnen gegenüber stehen,die auf der inneren Umfangsflächedes Ständers desMotors 1 ausgebildet sind. Ein Lagegeber 2 ist mitdem Läuferdes Motors 1 verbunden, und ein Positionserfassungssignalvom Lagegeber 2 wird als Rückführgröße an den ersten und an denzweiten Regelabschnitt 3 und 4 angelegt. An denMotor 1 wird mechanisch eine Last 10 angelegt.
    [0038] Sowohlder erste als auch der zweite Regelabschnitt 3 und 4 erhaltenein Befehlspositionssignal von außen, und im ersten und zweitenRegelabschnitt 3 und 4 werden das Positionserfassungssignalvom Lagegeber 2 und das Befehlspositionssignal verglichen,und auf der Grundlage dieser Positionsabweichung wird ein Signal,das einem zu den Wicklungen des Motors 1 zu lieferndemStrom entspricht, an den ersten und zweiten Aufteilungseinstellabschnitt 5 und 6 ausgegeben.Der erste und der zweite Aufteilungseinstellabschnitt 5 und 6 teilendie Werte der von dem ersten beziehungsweise zweiten Regelabschnitt 3 und 4 ausgegebenenAusgangssignale auf der Grundlage eines darin eingestellten Aufteilungsverhältnissesoder einer Aufteilungsrate auf und liefern die Ausgangssignale aneinen Syntheseabschnitt 7. Im Syntheseabschnitt 7 werdendie Vektoren der Ausgangssignale aus dem ersten und zweiten Aufteilungseinstellabschnitt 5 und 6 vektorsynthetisiert(vektoraddiert), und das Ergebnis wird einem Ausgangsverstärkungsabschnitt 8 zugeleitet. DerAusgangsverstärkungsabschnitt 8 gibtdann den Strom aus, der fürdie Speisung der Wicklungen des Motors 1 gedacht ist.
    [0039] Dererste in 2 gezeigteRegelabschnitt 3 vergleicht ein Befehlspositionsimpulssignal,das zum Beispiel als von außeneingespeistes Befehlspositionssignal dient, mit einem Läuferpositionsimpulssignal,bei dem das Signal vom Lagegeber 2 des Läufers desMotors 1 überein Wegerfassungselement 12 in ein Impulssignal umgewandeltworden ist, führt aufder Grundlage dieser Positionsabweichung Berechnungen durch undgibt ein Signal aus, das dem Strom entspricht, mit dem die Wicklungen(A-Phasen- und/oder B-Phasenwicklung) des Motors 1 gespeistwerden sollen.
    [0040] Eine32-Bit-CPU (Central Processor Unit) wird als erster Regelabschnitt 3 verwendet,und das Ausgangssignal, das als Befehl für den Strom für die A-Phasen-und/oder B-Phasenwicklungdes Motors 1 dient, wird im Regeltakt von 100 μs aktualisiert.
    [0041] DasInnere des ersten Regelabschnitts 3 wird ausführlicheranhand von 2 beschrieben.
    [0042] Dererste Regelabschnitt besteht aus einem Befehlspositionszähler 11,der die Befehlspositionsimpulssignale zählt, einem Läuferpositionszähler 13, derdie Läuferpositionsimpulssignalezählt,die zustande kommen, indem die vom Lagegeber 2 stammendenPositionserfassungssignale mit dem Wegerfassungselement 12 umgewandeltwerden, einem Phasenberechnungsabschnitt 14, der die Impulssignalevon den Zählern 11 und 13 empfängt undauf der Grundlage der Abweichung zwischen diesen beiden Impulssignalenein Adressensignal einer Sinuswellentabelle 15 ausgibt,und der Sinuswellentabelle 15 für die Ausgabe von Sinuswellendatensignalenentsprechend dem vom Phasenberechnungsabschnitt 14 stammendenAdressensignal.
    [0043] Wenndie Abweichung der Impulssignale von den Zählern 11 und 13 einPhasenwinkel ist, der nicht mehr als 90° beträgt, gibt der Phasenberechnungsabschnitt 14 einauf dem Befehlspositionsimpulssignal basierendes Adressensignalaus und gibt als Strombefehl ein Sinuswellendatensignal aus, das diesemAdressensignal von der Sinuswellentabelle 15 entspricht.
    [0044] Wenndie Abweichung größer alsein Phasenwinkel von höchstens90° ist,korrigiert der Phasenberechnungsabschnitt 14 die Phasedes Positionserfassungsimpulssignals des Motors 1 um einen Phasenwinkelvon 90° undgibt ein auf den Befehlspositionsimpulssignalen basierendes Adressensignalaus, und gibt als Strombefehl ein Sinuswellendatensignal aus, dasdiesem Adressensignal von der Sinuswellentabelle 15 entspricht.
    [0045] Mitdem Phasenberechnungsabschnitt 14 wird die Abweichung zwischender Befehlsposition und der Läuferpositionständig überwacht,indem die beiden Zählwertesubtrahiert werden, und die Stromphase für die Speisung des Motors 1 wirdaus dem Wert des Befehlspositionszählers 11, dem Wertdes Läuferpositionszählers 13 unddem Wert der Abweichung zwischen diesen Werten berechnet, und diese Stromphasewird als Adressensignal an die Sinuswellentabelle 15 ausgegeben.
    [0046] DieBerechnung der Stromphase erfolgt im Wesentlichen mit Hilfe desfolgenden Verfahrens.
    [0047] Wennder vorstehend erwähnteWert der Abweichungszählungnicht mehr als ±250beträgt(Phasenwinkel von ±90°; hier istdarauf hinzuweisen, dass der Phasenwinkelbereich von 360° 1000 Zählimpulsenentspricht), wird der Wert des Befehlspositionszählers 11 direkt alsStromphase an die Sinuswellentabelle 15 ausgegeben.
    [0048] Wennder Wert der Abweichungszählung +250 überschreitet,wird als Stromphase ein Wert an die Sinuswellentabelle 15 ausgegeben,der erhalten wird, indem 250 zum Wert des Läuferpositionszählers 13 hinzuaddiertwird. Wenn der Wert der Abweichungszählung –250 überschreitet, wird als Stromphaseein Wert an die Sinuswellentabelle 15 ausgegeben, der erhaltenwird, indem vom Wert des Läuferpositionszählers 13 250subtrahiert wird. In diesem Fall entspricht dieser Wert exakt demWert, der erhalten wird, indem dem Wert des Läuferpositionszählers 13 250hinzuaddiert und der Strom invertiert wird.
    [0049] Derzweite in 3 gezeigteRegelabschnitt 4 stellt einen gewöhnlichen Regelabschnitt eines Servomotorsdar. Der zweite Regelabschnitt 4 vergleicht das von außen angelegteBefehlspositionssignal mit dem Erfassungssignal des mit dem Läufer desMotors 1 verbundenen Lagegebers 2, und diese Positionsabweichungwird durch den Ausgangsverstärkungsabschnitt 8 verstärkt, undStrom wird zu den den Motor 1 antreibenden Wicklungen desMotors 1 geliefert. Diese Regelung ist unter der BezeichnungRückführungsregelungoder Servoregelung bekannt, und durch dieses Regelsystem wird derMotor 1 mit einem Strom, der sich mit der mechanisch an denMotor 1 angelegten Last 10 im Gleichgewicht befindet,auf die Befehlsposition gestellt.
    [0050] DieWirkungsweise der Regelvorrichtung für die obige Lageregelung wirdals nächstesfür einen Fallbeschrieben, bei dem der Motor 1 ein Schrittmotor ist.
    [0051] ZumErsten ist im Schrittmotor eine Vielzahl (bei diesem Ausführungsbeispiel50) von Ständerzähnen undLäuferzähnen inden einander gegenüberliegendenOberflächendes Ständersbeziehungsweise Läufersausgebildet, und die gegenüberliegendenZähne werdenaufgrund des jeweiligen Kraftflusses angezogen oder abgestoßen, wodurchein Drehmoment erzeugt wird, das bewirkt, dass sich der Läufer dreht.
    [0052] Wiein 4 gezeigt wird, wird,wenn das Lageverhältnis(Phase) zwischen den Ständerzähnen undden Läuferzähnen einPhasenwinkel von 0° ist,kein Drehmoment durch den Kraftfluss erzeugt. Wie in 5 gezeigt wird, wird, wenndas Lageverhältniszwischen den Ständerzähnen undden Läuferzähnen einPhasenwinkel von 90° ist,magnetisch ein Drehmoment erzeugt. Außerdem wird unter identischenBedingungen bezüglichdes Stroms der Ständerwicklungen,wenn die Phase 90° beträgt, einmaximales Drehmoment erzeugt, während,wenn die Phase –90° ist, einmaximales Drehmoment in der Richtung erzeugt wird, die der im Falleeiner Phase von 90° vorliegendenRichtung entgegengesetzt ist (negative Richtung).
    [0053] DieAnwendung der Servoregelung auf Schrittmotoren wird durch eine ähnlicheVerfahrensweise realisiert wie fürsynchronisierte Wechselstrommotoren. Wie vorstehend ausgeführt worden ist,wird der beste Wirkungsgrad erreicht, wenn der Erregungswinkel desin die Ständerwicklungeneingespeisten Stroms ein Phasenwinkel von –90° oder +90° ist, und demzufolge wird derErregungswinkel auf 90° oder –90° eingestellt.Die Größe des Stroms ändert sichin Abhängigkeitvom Befehlssignal und von der Rückführungsregelungdes Lagegebers 2.
    [0054] Indiesem Fall gibt es, wie in 6 gezeigt wird,bei der Servoregelung eine Stromkomponente lediglich in Richtungder senkrechten Achse (90°).In 6 wird die Lage desLäufersdurch den Kraftfluss des Läufersausgedrückt.Wenn die Regelung auf diese Weise durchgeführt wird, erhöht sichdas erzeugte Drehmoment proportional zur Größe des Erregungsstroms. ImFalle der Rückführungsregelung wirdder Strom eingestellt, indem er entsprechend dem Lastmoment geregeltwird, und es wird ein guter energetischer Wirkungsgrad erreicht.
    [0055] Wennman das in 2 gezeigteVerfahren, bei dem die Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 erfolgt,vom Standpunkt des Läufersaus betrachtet, ist die Größe des Erregungsstromskonstant, währendsich der Erregungswinkel in Abhängigkeit vondem angelegten Lastmoment ändertund in einem Bereich von ±90° eingestelltwird. Wie in 7 gezeigtwird, beschreibt der Erregungsstrom einen Halbkreis. In Richtungder waagerechten Achse in 7 wirdkein Drehmoment erzeugt, aber es wird ein Drehmoment bei den Teilenin Richtung der senkrechten Achse erzeugt, und somit wird nahe 0° kein Drehmoment erzeugt,währendbei ±90° ein positives beziehungsweisenegatives maximales Drehmoment erzeugt wird.
    [0056] 8 zeigt, wie die Erregungsströme der Regelungmit dem ersten Regelabschnitt 3 und der Servoregelung mitdem zweiten Regelabschnitt 4 durch Vektoraddition synthetisiertwerden.
    [0057] Außerdem ändern sichder Signalwert der Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 (Stromwert)und der Signalwert der Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 (Stromwert)in Abhängigkeitvon der Last, aber der maximale nutzbare Signalwert (Stromwert)der beiden Regelungen kann mit Hilfe des ersten und des zweitenAufteilungseinstellabschnitts 5 und 6 auf jedesAufteilungsverhältnis oderjede Aufteilungsrate eingestellt werden.
    [0058] Wennzum Beispiel der Signalwert, der dem Strom entspricht, der beimzu regelnden Motor 1 ein maximales Drehmoment erzeugenkann, gleich 100% gesetzt wird, können sie so aufgeteilt werden, dassauf die Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 und dieServoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 jeweilsein Strom von 50% entfällt.In diesem Fall wird das Signal fürdie Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 so geliefert,dass es immer einem Strom von 50% entspricht, und das Signal für die Servoregelungmit dem zweiten Regelabschnitt 4 wird so geliefert, dasses, je nach Last, einem Strom von 0 bis 50% entspricht.
    [0059] Wennsomit die Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 unddie Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 synthetisiertwerden, wird der Motor 1 mit einem Wicklungsstrom von 50%bis 100% betrieben.
    [0060] AlsArbeitsbeispiel fürdas vorliegende Ausführungsbeispielwird ein Fall beschrieben, bei dem die Drehmomentaufteilung zwischender Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 und der Servoregelungmit dem zweiten Regelabschnitt 4 von dem ersten und zweitenAufteilungseinstellabschnitt 5 und 6 auf 50% :50% eingestellt wird.
    [0061] Wennwährenddes Betriebs des Motors 1 auf Grund der Lastträgheit beimBeschleunigen oder Bremsen ein Drehmoment in Höhe von 70% des maximalen Drehmomentserforderlich ist, entspricht die Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 immerder Ausgangsgröße einesStromwerts von 50%, was allein aber noch nicht ein ausreichendesDrehmoment ergibt. In diesem Fall wird die durch den zweiten Regelabschnitt 4 bewirkteServoregelung (Rückführungsregelung)aktiviert und gleicht die unzureichende Höhe des Drehmoments aus, indemsie einen Stromwert von 20% ausgibt, wodurch sich ein Drehmomentergibt, das der Lastträgheitentspricht. Außerdemwird, wenn die Drehzahl konstant ist, kein wegen Lastträgheit erforderlichesLastmoment erzeugt, so dass in diesem Fall der Motor 1 nurmit der Ausgangsgröße des Stromwertsder Regelung mit dem ersten Regelabschnitt 3 angetriebenwird.
    [0062] Wennnur die Regelung mit dem dritten Regelabschnitt 3 genutztwird, wird der Motor 1 ständig mit einem Strom beliefert,der größer istals die maximale Last beim Antrieb des Motors (70%). Somit wird,indem die Regelung sowohl mit dem dritten als auch mit dem viertenRegelabschnitt durchgeführt wird,anstatt lediglich mit dem ersten Regelabschnitt 3, insgesamtweniger Strom geliefert, und damit erhöht sich der energetische Wirkungsgrad.
    [0063] Beider Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 wirddie Lageabweichung zwischen dem Befehlspositionssignal und dem Positionserfassungssignaldurch den zweiten Regelabschnitt 4 und dadurch verstärkt, dasssie überden Ausgangsverstärkungsabschnitt 8 geführt wird.Sie wird als Strom den Wicklungen des Motors 1 zugeführt, wobeies aber zu diesem Zeitpunkt zu einer Regelverzögerung kommt. Bei der Regelungmit dem ersten Regelabschnitt 3 kann die θ-T-Kennliniedes Motors 1 direkt übernommenwerden, so dass es nicht zu einer Regelverzögerung kommt. Dies führt dazu,dass das Regelsignal, das erhalten wird, indem die von den beidenRegelabschnitten 3 und 4 ausgegebenen Signalemit dem Syntheseabschnitt 7 und dessen Ausgang synthetisiertwerden, ein besseres Reaktionsvermögen aufweist, als es der Fallist, wenn nur die Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt genutztwird.
    [0064] DerSchrittmotor 1 erzeugt auf Grund seiner θ-T-Kennlinieein Drehmoment. Wenn demzufolge ein Lastmoment angelegt wird, wennder Motor im gestoppten Zustand ist, verschiebt sich der Winkel desLäufers,und es wird ein der Last entsprechendes Drehmoment erzeugt. Andererseitsstellt bei der Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 der Regelabschnitt 4 dasDrehmoment so ein, dass die Erfassungsposition des Läufers derBefehlsposition nahe kommt. Demzufolge verschiebt sich die Stopppositioninfolge der Lastschwankungen, wird aber durch die Regelung verstellt.
    [0065] Indem Falle, in dem die Regelung lediglich mit dem ersten Regelabschnitt 3 erfolgt,kann nur dann ein Drehmoment erzeugt werden, wenn sich der Läuferwinkelverschiebt. Im Falle der Servoregelung mit dem zweiten Regelabschnitt 4 istes aber möglich,ein Drehmoment selbst dann zu erzeugen, wenn der Läuferwinkelnicht in Bezug auf die Befehlsposition verschoben wird. Demzufolgewird, wenn im gestoppten Zustand des Motors ein Lastmoment vorhandenist, die Stoppposition durch die Servoregelung des zweiten Regelabschnitts 4 verstellt,so dass die Genauigkeit der Stoppposition verbessert wird.
    [0066] DieErfindung kann auch in anderen Formen realisiert werden, ohne dassdamit vom Geist oder von den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abgewichenwird. Die in dieser Anwendung offengelegten Ausführungsbeispiele sind in jederHinsicht lediglich als Erläuterungsbeispieleanzusehen und stellen keine Einschränkung dar. Der Geltungsbereich derErfindung ergibt sich eher aus den beigefügten Ansprüchen als aus der vorstehendenBeschreibung, und sämtliche Änderungen,die unter den Bedeutungsumfang der Ansprüche fallen und dem beanspruchtenInhalt gleichwertig sind, gelten als der beanspruchten Erfindungzugehörig.
    [0067] 1 COMMAND POSITIONSIGNAL – BEFEHLSPOSITIONSSIGNAL FIRSTCONTROL PORTION – ERSTERREGELABSCHNITT FIRST DISTRIBUTION ADJUSTING PORTION – ERSTERAUFTEILUNGSEINSTELLABSCHNITT SECOND DISTRIBUTION ADJUSTINGPORTION – ZWEITERAUFTEILUNGSEINSTELLSABSCHNITT POSITION DETECTION SIGNAL – POSITIONSERFASSUNGSSIGNAL POSITIONDETECTOR – LAGEGEBER LOAD – LAST
    [0068] 2 COMMAND POSITIONSIGNAL – BEFEHLSPOSITIONSSIGNAL PULSEDSIGNAL – IMPULSSIGNAL ROTORPOSITION DETECTION SIGNAL – LÄUFERPOSITIONSERFASSUNGSSIGNAL POSITIONDECODER – WEGERFASSUNGSELEMENT COMMANDPOSITION COUNTER – BEFEHLSPOSITIONSZÄHLER ROTORPOSITION COUNTER – LÄUFERPOSITIONSZÄHLER PHASECALCULATION PORTION – PHASENBERECHNUNGSABSCHNITT ADDRESSSIGNAL – ADRESSENSIGNAL SINEWAVE TABLE – SINUSWELLENTABELLE APHASE CURRENT COMMAND – A-PHASEN-STROMBEFEHL BPHASE CURRENT COMMAND – B-PHASEN-STROMBEFEHL
    [0069] 3 COMMAND POSITIONSIGNAL – BEFEHLSPOSITIONSSIGNAL POSITIONDETECTION SIGNAL – POSITIONSERFASSUNGSSIGNAL POSITIONDETECTOR – LAGEGEBER LOAD – LAST
    [0070] 4, 5 ELECTRICAL ANGLE – PHASENWINKEL STATORSIDE – STÄNDERSEITE ROTORSIDE – LÄUFERSEITE TOOTH – ZAHN
    [0071] 6; 7, 8 ARCSECONDS OF ROTOR – BOGENSEKUNDEN DESLÄUFERS ELECTRICALANGLE – PHASENWINKEL EXCITATIONCURRENT (POSITIVE, NEGATIVE) – ERREGUNGSSTROM(POSITIV, NEGATIV) MAGNETIC FLUX – KRAFTFLUSS VECTOR ARCOF CONTROL – VEKTORBOGEN DERREGELUNG VECTOR ARC OF SERVO CONTROL BY SECOND CONTROL PORTION – VEKTORBOGENDER SERVOREGELUNG DURCH ZWEITEN REGELABSCHNITT VECTOR ARC OFCONTROL BY FIRST CONTROL PORTION – VEKTORBOGEN DER REGELUNG DURCHERSTEN REGELABSCHNITT
    [0072] 9, 10 RELATED ART – STAND DER TECHNIK CWDIRECTION – INUHRZEIGERRICHTUNG TORQUE – DREHMOMENT CCWDIRECTION – ENTGEGENDER UHRZEIGERRICHTUNG ROTOR POSITION (DEGREE) – LÄUFERPOSITION(GRAD) BL MODE – BETRIEBSARTBL ST MODE – BETRIEBSARTST
    权利要求:
    Claims (2)
    [1] Lageregelvorrichtung eines Positioniermotors, bestehendaus: einem Positionserfassungsabschnitt, der eine Motorläuferpositioneines fürdie Lageregelung eingesetzten Motors, wie zum Beispiel eines bürstenlosenMotors oder eines Schrittmotors, erfasst; einem ersten undeinem zweiten Regelabschnitt, die ein vom Positionserfassungsabschnittkommendes Positionserfassungssignal und ein Befehlspositionssignalvergleichen und auf der Grundlage dieses Positionsabweichungssignalsein Signal ausgeben, das einem zu einer Wicklung des Motors zu liefernden Stromentspricht; einem ersten und einem zweiten Aufteilungseinstellabschnitt,die die vom ersten und zweiten Regelabschnitt ausgegebenen Signalein einem festgesetzten Aufteilungsverhältnis oder einer festgesetzten Aufteilungsrateaufteilen; einem Signalsyntheseabschnitt zur Synthetisierung derVektoren der von dem ersten und zweiten Aufteilungseinstellabschnittaufgeteilten Ausgangssignale durch Vektoraddition, und einemVerstärkungsabschnittzum Empfangen des durch den Signalsyntheseabschnitt synthetisierten Ausgangssignalsund zum Ausgeben des zu der Motorwicklung zu liefernden Stroms; beider die Position des Motors durch das Befehlspositionssignal geregeltwird; bei der, wenn das Positionsabweichungssignal einen Phasenwinkelsvon 90° nicht übersteigt,der erste Regelabschnitt ein Sinuswellendatensignal ausgibt, dasdem von einer Sinuswellentabelle kommenden Befehlspositionssignalentspricht, und wenn das Positionsabweichungssignal einen Phasenwinkelvon 90° überschreitet,der erste Regelabschnitt aus einer Sinuswellentabelle ein Sinuswellendatensignalausgibt, das den Motor so erregt, dass sich der Motor bei einemPhasenwinkel von 90° vorder Läuferposition aneinem stabilen Erregungspunkt befindet, und bei der der zweiteRegelabschnitt als Servoregelabschnitt oder Rückführungsregelabschnitt dientund das Ausgangsignal ausgibt, und der Verstärkungsabschnitt den zu derMotorwicklung zu liefernden Strom je nach dem an den Motor angelegtenLastmoment vergrößert oderverringert.
    [2] Lageregelvorrichtung eines Positioniermotors nachAnspruch 1, bei der der erste Regelabschnitt Folgendes umfasst: einenBefehlspositionszähler,der die Impulse des Befehlspositionssignals zählt; einen Läuferpositionszähler, derdie Impulse des vom Positionserfassungsabschnitt kommenden Positionserfassungssignalszählt; einenPhasenberechnungsabschnitt, der die von beiden Zählern kommenden Impulssignaleempfängt undauf der Grundlage eines Abweichungssignals zwischen den beiden Impulssignaleneine Adresse ausgibt, und die Sinuswellentabelle, die dazudient, entsprechend dem vom Phasenberechnungsabschnitt kommenden Adressensignalein Sinuswellendatensignal auszugeben; bei der, wenn das Abweichungssignalein Phasenwinkel von nicht mehr als 90° ist, der Phasenberechnungsabschnittdas Befehlspositionsimpulssignal ausgibt, und wenn das Abweichungssignalein 90° überschreitenderPhasenwinkel ist, der Phasenberechnungsabschnitt das Positionserfassungsimpulssignaldes Motors um einen Phasenwinkel von 90° korrigiert und dieses Positionserfassungsimpulssignalausgibt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004328821A|2004-11-18|
    US6909256B2|2005-06-21|
    US20040212340A1|2004-10-28|
    JP4235482B2|2009-03-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-11-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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