專利名稱：步進馬達的驅動電路以及驅動方法
技術領域：
本發明涉及例如對搭載于醫療設備的管泵進行驅動的步進馬達的驅動電路和驅動方法。
背景技術：
以往，提供管泵來作為用于醫療設備的泵裝置。該管泵通過驅動馬達使具有按壓輥的轉子部旋轉，使用按壓輥抻拉液體所流通的管，從而輸送管內的液體。這種管泵具有隨著時間經過而逐次少量輸出液體的樣式，在該樣式中，需要以低速度來驅動轉子部。因此這種管泵具有這樣的類型例如將無刷馬達應用于驅動馬達，通過減速機構降低馬達的轉速，驅動轉子部。并且在這種管泵中，設想了馬達沒有工作的情況而設置有通過手動使轉子部旋轉的手動操作機構。然而，降低驅動馬達的轉速的減速機構在多數情況下使用齒輪機構，因而無法避免因齒輪的嚙合而導致的噪音的產生。因此現有的管泵具有噪音較大的問題。尤其是，醫療設備要求極高的靜音性，因而對用于醫療設備的管泵而言，噪音的問題極為重大。另外，現有的管泵在通過手動操作的機構使轉子部旋轉的情況下，還經由減速機構同時使馬達的轉子軸同時旋轉，由此在手動操作時需要用力。因而現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，可能出現液體在管內倒流的情況。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用于驅動馬達，而且省略掉減速機構，由馬達軸直接驅動轉子部。這種情況下，由于未使用減速機構，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，當停止驅動時，能夠在維持該停止位置的情況下驅動步進馬達，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動時相同的驅動電流提供給定子繞組以保持停止位置，然而存在發熱比無刷馬達劇烈的問題。因而在把步進馬達應用于管泵的情況下，存在驅動馬達的溫度比以往顯著上升的不良情況。尤其在醫療設備中，從所輸送的液體的性質而言，要求盡量避免驅動馬達所導致的液體溫度的上升。在由驅動馬達直接驅動管泵的轉子部的情況下，由于省略了減速機構，因而相應地易于將驅動馬達的熱傳遞給轉子部。因此在由步進馬達直接驅動轉子部的情況下，就更為需要降低驅動馬達的發熱。

發明內容
本發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熱的步進馬達的驅動電路以及驅動方法。本發明具有控制步進馬達的驅動的控制用控制器，所述控制用控制器具有控制用位置檢測部，其利用設置于所述步進馬達的位置檢測器，檢測步進馬達的旋轉位置；旋轉指令信息輸入部，其接受步進馬達的旋轉位置的指令信息；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位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差； 以及振幅值設定部，其根據指令信息切換設置于步進馬達的定子繞組的驅動，使所述步進馬達旋轉至與指令信息對應的旋轉位置處，根據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時提供給定子繞組的驅動電流的振幅值。根據本發明，按照控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，增減定子繞組的驅動電流的振幅值，從而不會無必要地增大驅動電流，能夠利用對于驅動負載而言已足夠的驅動電流來驅動定子繞組，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熱。即，例如在來自驅動對象的反作用力較大的情況下，由于位置偏差也較大，因而能夠與此對應地利用較大的電流值提供驅動電流，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，因而能夠與此對應地利用較小的電流值提供驅動電流，維持停止位置。另外，本發明還提供一種步進馬達的驅動方法，其具有控制用位置檢測步驟，利用設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位置；旋轉指令信息輸入步驟，接受所述步進馬達的旋轉位置的指令信息；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位置與基于所述指令信息的旋轉位置之間的位置偏差；以及振幅值設定步驟，根據所述指令信息切換設置于所述步進馬達的定子繞組的驅動，使所述步進馬達旋轉至與所述指令信息對應的旋轉位置處，根據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時提供給所述定子繞組的驅動電流的振幅值。根據本發明，按照控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，增減定子繞組的驅動電流的振幅值，從而不會無必要地增大驅動電流，能夠利用對于驅動負載而言已足夠的驅動電流來驅動定子繞組，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熱。由以下的本發明優選實施方式的詳細說明，參照附圖，可以更清楚地理解本發明的上述及其它特征、要素、步驟、特點和優點。


圖I是示出本發明實施方式的在醫療設備中使用的管泵的驅動裝置的圖。圖2是示出圖I的驅動裝置的周邊電路的圖。圖3是示出圖I的驅動裝置的監視微型計算機24的構成和周邊電路的功能框圖。圖4是示出圖I的驅動裝置的控制微型計算機24的構成和周邊電路的功能框圖。圖5是用于說明圖I的驅動裝置的驅動電流的振幅值的特性曲線圖。圖6是用于說明圖I的驅動裝置的轉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的驅動裝置的表格設定值的流程圖。
具體實施例方式(I)第I實施方式圖I是示出本發明實施方式的應用于醫療設備的管泵的驅動裝置I的圖。該醫療設備例如為透析裝置，通過管泵輸送透析對象的液體。該管泵通過圖I所示的驅動裝置I 的驅動馬達2直接驅動管泵的轉子部。由此能降低噪音，還能提升手動操作時的易操作性。驅動裝置I由驅動馬達2和用于該驅動馬達2的驅動的周邊電路等構成。驅動馬達2是3相步進馬達，旋轉軸4的一端與管泵的轉子部連接，由此直接驅動轉子部。驅動馬達2在旋轉軸4的另一端側設有分別作為步進馬達的旋轉位置檢測單元而發揮作用的第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構成的光學式的旋轉編碼器，縫板7安裝于旋轉軸4，將光傳感器8與該縫板7對應起來配置。 另外，第2位置檢測器6是由磁鐵9和集成電路10構成的磁式旋轉編碼器，磁鐵9配置于旋轉軸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的旋轉輸出信號電平發生變化的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。驅動馬達2的另一端側被罩12所覆蓋，在該罩12的內側設有布線基板13。在該布線基板13上安裝有集成電路10和周邊電路。圖2是詳細示出驅動裝置I的周邊電路的圖。從上位的控制器21，根據操作者的操作等對驅動裝置I輸入各種控制信號，所述上位的控制器21由對該醫療設備整體的動作進行控制的微型計算機構成。另外，驅動裝置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)是指示驅動馬達2的旋轉方向的控制信號。另外，指令脈沖(PULSE)是指示驅動馬達2的旋轉量的脈沖信號，在驅動裝置I中， 利用該指令脈沖(PULSE)的I個脈沖使驅動馬達2旋轉一定角度。因此根據與期望的驅動馬達的轉速對應的周期輸出指令脈沖PULSE，在使驅動馬達高速旋轉時，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)是通知驅動裝置I的異常的信號。在驅動裝置I中，控制微型計算機22是對驅動馬達2的驅動進行控制的控制用的控制器，切換驅動馬達2的定子繞組的驅動，使驅動馬達2旋轉至由控制器21指示的旋轉位置處。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，根據方向指令信號(DIR)和指令脈沖(TOLSE)生成與驅動馬達2 對應的多個脈寬調制信號(PWM)。并且該馬達電流是驅動馬達2的驅動電流的實測值，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。驅動裝置I將該多個脈寬調制信號(PWM)輸入到逆變器23。驅動裝置I通過該逆變器23的輸出對驅動馬達2的對應的定子繞組進行驅動，由此根據指令脈沖(PULSE)切換驅動馬達2的定子繞組的驅動，使驅動馬達2向由方向指令信號(DIR)指示的方向旋轉。另外，控制微型計算機22以一定的時間間隔在與監視微型計算機24之間收發監視微型計算機24的工作監視所需的工作監視用的數據，然后通過監視微型計算機24的控制來停止驅動馬達2的驅動。另外，控制微型計算機 22還通過復位信號(ALM_RST)的輸入來執行初始化處理，開始工作。監視微型計算機24是監視驅動馬達2的工作和控制微型計算機22的工作的監視用控制器。監視微型計算機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位置，來檢測驅動馬達2的旋轉的異常， 輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，監視微型計算機24監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)。并且該監視微型計算機24監視的馬達電流是驅動馬達2的驅動電流的實測值，是使用監視微型計算機24專用的電流傳感器26檢測出來的。 另外，監視微型計算機24還監視逆變器23的電源電壓，根據該電源電壓的異常輸出警報信號(ALM_0UT)。此外，監視微型計算機24還在與控制微型計算機22之間收發工作監視用的數據，當無法正常收發該工作監視用的數據時，輸出警報信號(ALM_0UT)。而在輸出警報信號(ALM_0UT)的情況下，監視微型計算機24對控制微型計算機22的工作進行停止控制。 監視微型計算機24還通過復位信號(ALM_RST)的輸入執行初始化處理，開始工作。圖3是一并示出監視微型計算機24的構成與周邊電路的功能框圖。經由作為輸入輸出電路的I/O模塊31向監視微型計算機24輸入方向指令信號(DIR)，還經由作為輸入輸出電路的定時模塊32向監視微型計算機24輸入指令脈沖(I3ULSE)。另外，來自第I位置檢測器5的2相輸出信號是經由作為所謂的正交計數器的計數模塊33而輸入的。此外，經由作為模數轉換電路的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轉換處理，然后進行輸入。還經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之間收發工作監視用的數據等。在監視微型計算機24中，指令脈沖角度運算部24A根據方向指令信號(DIR)對指令脈沖(TOLSE)進行向上計數和向下計數，從而計算控制器21指示的驅動馬達2的旋轉位置。編碼器角度運算部24B對計數模塊33的輸出信號進行向上計數和向下計數，從而檢測驅動馬達2的實際旋轉位置。而當輸出了復位信號(ALM_RST)時，編碼器角度運算部24B 通過編碼器原點設定部24C設定由控制微型計算機22檢測的計數值(INDEX)，由此以與控制微型計算機22的處理對應的方式設定用于旋轉位置的檢測的原點的位置。從而編碼器角度運算部24B根據從該原點開始的機械角度檢測驅動馬達2的旋轉位置。旋轉監視處理部24D根據編碼器角度運算部24B檢測出的驅動馬達2的旋轉位置和指令脈沖角度運算部24A求出的所指示的驅動馬達2的旋轉位置，檢測出驅動馬達2的旋轉位置相對于控制器21所指示的正常的旋轉位置的脫離，通知給報警處理部24E。更具體而言，旋轉監視處理部24D計算編碼器角度運算部24B檢測出的旋轉位置與指令脈沖角度運算部24A檢測出的旋轉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，該角度差大幅發生變化的情況就是旋轉軸4的實際位置大幅離開指令脈沖(PULSE)所指示的旋轉軸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，會在醫療設備中產生極為嚴重的異常。于是，在這種情況下，報警處理部24E根據來自旋轉監視處理部24D的通知，經由 I/O模塊35輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，報警處理部24E監視經由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定的基準值以上，則此時也屬于無法正常對驅動馬達2進行驅動的情況，因而輸出警報信號(ALM_0UT)。另外，同樣地，對經由ADC 模塊34輸入的馬達電流進行監視，當該馬達電流變化為事先設定的基準值以上時，此時也屬于無法正常地對驅動馬達2進行驅動的情況，而且屬于驅動馬達2顯著發熱的情況，因而輸出警報信號(ALM_0UT)。進而，當無法從控制微型計算機22正常地取得工作監視用數據時，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動馬達2進行驅動的情況，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值 (INDEX)的設定等。由此，在該驅動裝置I中，利用與控制微型計算機22不同的系統檢測步進馬達的旋轉位置，判定該旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉的異常。由此，在驅動裝置I中，即使處于控制微型計算機22無法正常地對驅動馬達 2進行驅動的情況下，也能可靠地檢測異常并實現應對。因此，能夠應用于要求較高可靠性的醫療設備中，確保充分的可靠性。綜上所述，在監視微型計算機24中，編碼器角度運算部24B構成了監視用位置檢測部，該監視用位置檢測部通過設置于步進馬達的監視用位置檢測器5檢測步進馬達的旋轉位置以用于監視。另外，旋轉監視處理部24D構成計算監視用位置檢測部檢測出的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差的監視用偏差運算部。另外，報警處理部 24E與旋轉監視處理部24D —起構成判定部，該判定部判定由監視用偏差運算部計算出的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉的異常，輸出警報信號。圖4是一并示出控制微型計算機22的構成和周邊電路的功能框圖。經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)。還經由作為串并轉換電路的SPI模塊43輸入來自第2位置檢測器6的輸出信號。另外，經由作為模數轉換電路的ADC模塊44對電流傳感器25所檢測出的馬達電流進行模數轉換處理，然后輸入。還經由作為輸出電路的PWM模塊45輸出脈寬調制信號(PWM)。在控制微型計算機22中，指令脈沖角度運算部22A根據方向指令信號(DIR)對指令脈沖(TOLSE)進行向上計數和向下計數，從而計算控制器21所指示的驅動馬達2的旋轉位置。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動馬達2的旋轉位置作為基準，對通過編碼器角度運算部22B校正后的驅動馬達2的旋轉位置進行處理，從而計算實際的步進馬達的旋轉位置與基于控制器21所指示的指令信息的旋轉位置之間的位置偏差。勵磁角度調節部22E根據該位置偏差計算驅動馬達2的驅動所需的勵磁角度。電流振幅運算部22F根據該位置偏差計算提供給驅動馬達2的定子繞組的驅動電流的振幅值。電流指令運算部22G根據勵磁角度調節部22E和電流振幅運算部22F的計算結果，以2相計算出用于驅動馬達2的驅動的驅動信號。馬達電流取得部22H經由ADC模塊44輸入由電流傳感器26檢測出的驅動電流的實測值。相逆轉換部221將來自該馬達電流取得部22H的馬達電流轉換為以2相驅動時的馬達電流，由此以對應于電流指令運算部22G的計算結果的方式轉換驅動電流的實測值。 還可以根據需要省略該相逆轉換部221。電流偏差運算部22J根據相逆轉換部221的輸出校正電流指令運算部22G的計算結果并將其輸出，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動馬達2進行驅動。PI控制運算部22K對電流偏差運算部22J的計算結果依次進行移動積分，并且對該電流偏差運算部22J的計算結果以加權方式加入移動積分結果，由此將電流偏差運算部 22J的計算結果轉換為PI控制的形式。相轉換部22L將PI控制運算部22K的計算結果轉換為與驅動馬達2的相數對應的3相的計算結果并輸出。PWM輸出處理部22M根據從相轉換部22L輸出的3相的運算結果生成PWM調制信號，經由PWM模塊45輸出該脈寬調制信號 (PWM)。(2)驅動電流的設定如上所述，在控制微型計算機22中，電流振幅運算部22F根據角度偏差運算部22D 計算出的位置偏差計算驅動馬達2的驅動電流的振幅值。在本實施方式中，當位置偏差大于最小旋轉角度(最小分辨度)時，電流振幅運算部22F以與驅動馬達2的額定電流值對應的方式設定振幅值。相對于此，當位置偏差小于最小旋轉角度時，以隨著位置偏差變小而驅動電流值變得小于額定電流值的方式設定驅動電流的振幅值。由此，當驅動馬達停止旋轉時，控制微型計算機22根據位置偏差計算振幅值，使得驅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定驅動電流的振幅值。另外，在位置偏差處于一定值以下的范圍內，將驅動電流的振幅值設定為固定值。在這里，現有的步進馬達在以固定的驅動電流振幅驅動定子繞組而將步進馬達保持于不需要任何負載轉矩的當前位置的情況下，也繼續向定子繞組提供該固定電流。因此在圖5中，如符號LI所示，現有的步進馬達與負載轉矩無關地利用固定的電流振幅來提供驅動電流。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矩成比例的驅動電流進行驅動。因此如符號L2所示，在使用直流馬達的情況下，負載轉矩越小，則相比于步進馬達，驅動電流越降低，使得消耗功率、發熱量越小，在負載轉矩為零的停止狀態下不會消耗任何功率。由此，如本實施方式所述，如果根據位置偏差計算并設定振幅，使得驅動電流的振幅隨著位置偏差變大而變大，則如符號L3所示，以使得現有的步進馬達的驅動接近直流馬達的驅動的方式設定驅動電流，與過去相比，能顯著降低步進馬達的發熱。即在該情況下，當來自驅動對象的反作用力較大時，位置偏差也較大，因而能夠相應地通過較大的電流值提供驅動電流，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，因此能夠相應地通過較小的電流值提供驅動電流，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定驅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地設定驅動電流，能夠有效避免步進馬達的特性變
8差，高效地減少發熱。進而在位置偏差處于一定值以下的范圍內，通過將驅動電流的振幅值設定為固定值，能夠抑制速度極低時對于旋轉的變動和停止時的位置偏離。另外，根據上面所述，通過編碼器角度運算部22B檢測出的旋轉位置是以驅動馬達2的最小旋轉角度以下的精度檢測到的。根據上面所述，在本實施方式中，編碼器角度運算部22B構成控制用位置檢測部， 該控制用位置檢測部使用設置于作為步進馬達的驅動馬達2上的控制用位置檢測器6檢測步進馬達的旋轉位置以用于控制。而指令脈沖角度運算部22A構成接受步進馬達的旋轉位置的指令信息的旋轉指令信息輸入部。另外，角度偏差運算部22D構成計算控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉位置與基于指令信息的旋轉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、勵磁角度調節部22E、電流指令運算部22G等一起構成振幅值設定部，該振幅值設定部根據指令信息切換設置于步進馬達的定子繞組的驅動，使步進馬達旋轉至與指令信息對應的旋轉位置處，根據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時提供給定子繞組的驅動電流的振幅值。(3)校正/原點表格的構成另外，在驅動裝置I中，構成第2位置檢測器6的磁鐵9和集成電路10分別相對于驅動馬達2的旋轉軸4產生安裝誤差，由此，使得集成電路10檢測出的旋轉軸4的旋轉位置散亂。因此在以該集成電路10檢測出的旋轉位置作為基準的驅動電流的控制中，驅動馬達2的轉矩會根據旋轉位置而產生變動。圖6是示出該轉矩的變動的測定結果的圖。該圖6是如圖7中箭頭所示，在使集成電路10的位置相對于旋轉軸4的旋轉中心向Y方向產生了 -O. 7 [mm]位移的狀態下測定的。并且，X方向和Y方向是與設置于集成電路10的霍爾元件的磁場檢測方向對應的方向， 關于各坐標軸，將旋轉軸4的旋轉中心設定為原點，示出該磁場檢測方向。并且該測定是利用額定電流的1/2的電流對驅動馬達2進行驅動而進行的。此時，如符號L4(圖6)所示， 通過旋轉軸4的旋轉而使得產生轉矩大幅變動。于是在本實施方式中，根據設定于校正/原點表格22C的校正值校正并處理實測值。因此，在生產驅動裝置I時，通過控制微型計算機22將驅動馬達2驅動為一定角度以上，取得位置檢測器6的位置檢測結果，將校正用的數據存儲于校正/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的位置檢測結果時的轉矩變動。根據該圖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矩變動。圖8是示出用于該校正/原點表格22C的設定的控制微型計算機22的處理步驟的流程圖。驅動裝置I通過執行該圖8的處理步驟，對控制微型計算機22進行控制，對驅動馬達2進行驅動，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果。S卩，在該處理步驟中，控制微型計算機22指示驅動馬達旋轉一定角度(步驟SPl、 SP2)，取得來自位置檢測器6的旋轉位置信息(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動馬達2旋轉了預定旋轉次數η為止(步驟SP4)，在各旋轉位置處取得旋轉位置信息。而該一定的角度例如是驅動馬達2的最小旋轉角度。接著，控制微型計算機22對η次旋轉中檢測到的旋轉位置信息進行統計處理，去除噪聲的影響(步驟SP5)。并且該統計處理例如是各旋轉位置處的檢測結果的單純平均化處理。然后，控制微型計算機22計算各旋轉位置的檢測結果與指示了旋轉的旋轉位置的差值，從而計算各旋轉位置信息的校正值，將該校正值存儲于校正/原點表格22C中(步驟SP6)。并且，在存儲以后的驅動中不執行本處理步驟，而是參照如上存儲的數據驅動馬達。基于以上構成，根據控制用位置檢測部檢測出的步進馬達的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，增減驅動電流的振幅值，從而不會使驅動電流無必要地增大，能利用足夠實用的驅動電流將步進馬達保持于停止位置，其結果是，與過去相比，顯著減少步進馬達的發熱。另外，通過與位置偏差的平方值成比例地設定振幅值，能更為適當地設定振幅值， 能夠高效地減少步進馬達的發熱。另外，在位置偏差處于一定值以下的范圍內，通過將振幅值設定為固定值，使得停止時不會因反作用力而被從驅動對象推回，能夠抑制速度極低時對于旋轉的變動和停止時的位置偏離。另外，還通過監視用控制器判定另外檢測到的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，檢測步進馬達的旋轉的異常，輸出警報，從而在無法通過控制用控制器正常地進行驅動的情況下，能夠可靠地檢測該異常并產生警報，例如能夠應用于醫療設備等要求較高可靠性的設備中，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位置，基于使驅動馬達逐次旋轉一定角度而檢測到的旋轉位置信息，設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，檢測旋轉位置，其結果是，能防止產生轉矩的變動。(4)其他實施方式以上詳細描述了本發明的實施中優選的具體構成，本發明可以在不脫離本發明主旨的范圍內對上述實施方式的構成進行各種變更。S卩，例如在上述實施方式中描述的是分別設置位置檢測器和電流傳感器以用于控制微型計算機和監視微型計算機的情況，而本發明不限于此，在足夠實用的情況下，可以在控制微型計算機和監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視微型計算機共用指令脈沖角度運算部等結構。另外，在上述實施方式中描述的是將光學式和磁式旋轉編碼器用于監視用和控制用位置檢測器的情況，而本發明不限于此，可對各位置檢測器應用各種構成。另外，在上述實施方式中描述的是在位置偏差處于驅動馬達的最小旋轉角度以下的范圍內，根據位置偏差增減驅動電流的振幅值的情況，而本發明不限于此，只要是在將驅動馬達維持于停止位置時根據位置偏差增減驅動電流的振幅值即可，例如在位置偏差在最小旋轉角度的2倍以下時根據位置偏差增減驅動電流的振幅值的情況、位置偏差在最小旋轉角度的1/2以下時根據位置偏差增減驅動電流的振幅值的情況等能夠確保足夠實用的特性的情況下，能夠對增減驅動電流的振幅值的范圍進行各種設定。另外，在上述實施方式中描述的是在位置偏差處于驅動馬達的最小旋轉角度以下的范圍內，根據偏差運算部計算出的位置偏差增減驅動電流的振幅值，從而在驅動馬達停止時根據位置偏差設定驅動電流的振幅值的情況，而本發明不限于此，只要是在停止旋轉時根據位置偏差設定驅動電流的振幅值即可，例如在檢測到位置偏差為零而將驅動電流值從固定的振幅值切換為與位置偏差對應的電流振幅值的情況、由于位置偏差為零的狀態持續了一定時間而將驅動電流值從固定的振幅值切換為與位置偏差對應的電流振幅值的情況等，都可以廣泛應用各種設定方法。另外，在上述實施方式中描述的是將本發明的管泵應用于醫療用設備的情況，而本發明不限于此，還能廣泛應用于處理液體的各種設備中。另外，在上述實施方式中描述的是將本發明的步進馬達的驅動應用于管泵的情況，而本發明不限于此，還能應用于在各種裝置中使用的步進馬達的驅動。
權利要求
1.一種步進馬達的驅動電路，該驅動電路具有控制步進馬達的驅動的控制用控制器， 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位置；旋轉指令信息輸入部，其接受所述步進馬達的旋轉位置的指令信息；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位置與基于所述指令信息的旋轉位置之間的位置偏差；以及振幅值設定部，其根據所述指令信息切換設置于所述步進馬達的定子繞組的驅動，使所述步進馬達旋轉至與所述指令信息對應的旋轉位置處，根據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時提供給所述定子繞組的驅動電流的振幅值。
2.根據權利要求I所述的步進馬達的驅動電路，其中，所述振幅值設定部以與所述位置偏差的平方值成比例的方式設定所述振幅值。
3.根據權利要求2所述的步進馬達的驅動電路，其中，所述振幅值設定部在所述位置偏差處于一定值以下的范圍內將所述振幅值設定為固定值。
4.根據權利要求I所述的步進馬達的驅動電路，其中，該驅動電路還具有監視用控制器，所述監視用控制器具有監視用位置檢測部，其利用設置于所述步進馬達的監視用位置檢測器，檢測所述步進馬達的旋轉位置；監視用偏差運算部，其計算所述監視用位置檢測部檢測出的所述步進馬達的旋轉位置與基于所述指令信息的旋轉位置之間的位置偏差；以及判定部，其對所述監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的異常，輸出警報。
5.根據權利要求I所述的步進馬達的驅動電路，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位置，記錄于所述存儲器中的校正值是根據所述指令信息使所述步進馬達逐次旋轉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位置而求出的校正值。
6.一種步進馬達的驅動方法，該驅動方法具有控制用位置檢測步驟，利用設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位置；旋轉指令信息輸入步驟，接受所述步進馬達的旋轉位置的指令信息；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位置與基于所述指令信息的旋轉位置之間的位置偏差；以及振幅值設定步驟，根據所述指令信息切換設置于所述步進馬達的定子繞組的驅動，使所述步進馬達旋轉至與所述指令信息對應的旋轉位置處，根據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時提供給所述定子繞組的驅動電流的振幅值。
全文摘要
本發明提供步進馬達的驅動電路和驅動方法。本發明利用設置于步進馬達的控制用位置檢測器檢測步進馬達的旋轉位置，計算該步進馬達的旋轉位置與基于指令信息的旋轉位置之間的位置偏差，當停止旋轉時，根據該位置偏差增減定子繞組的驅動電流的振幅值。由此，與過去相比，減少了步進馬達的發熱。
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 優先權日2011年1月12日
發明者鷹廣昭 申請人:日本電產伺服有限公司