专利名称：步进马达的驱动电路以及驱动方法
技术领域：
本发明涉及例如对搭载于医疗设备的管泵进行驱动的步进马达的驱动电路和驱动方法。
背景技术：
以往，提供管泵来作为用于医疗设备的泵装置。该管泵通过驱动马达使具有按压辊的转子部旋转，使用按压辊抻拉液体所流通的管，从而输送管内的液体。这种管泵具有随着时间经过而逐次少量输出液体的样式，在该样式中，需要以低速度来驱动转子部。因此这种管泵具有这样的类型例如将无刷马达应用于驱动马达，通过减速机构降低马达的转速，驱动转子部。并且在这种管泵中，设想了马达没有工作的情况而设置有通过手动使转子部旋转的手动操作机构。然而，降低驱动马达的转速的减速机构在多数情况下使用齿轮机构，因而无法避免因齿轮的啮合而导致的噪音的产生。因此现有的管泵具有噪音较大的问题。尤其是，医疗设备要求极高的静音性，因而对用于医疗设备的管泵而言，噪音的问题极为重大。另外，现有的管泵在通过手动操作的机构使转子部旋转的情况下，还经由减速机构同时使马达的转子轴同时旋转，由此在手动操作时需要用力。因而现有的管泵存在手动操作时易操作性显著变差的问题。除此之外，在管泵中，由于通过按压辊来抻拉管，因而能够不间断地将来自管的反作用力(负载)作用于按压辊。因此在停止了马达的驱动而使得泵工作停止的情况下，该反作用力会将按压辊推回，可能出现液体在管内倒流的情况。作为解决这些问题的方法之一，可以考虑这样的方法将步进马达应用于驱动马达，而且省略掉减速机构，由马达轴直接驱动转子部。这种情况下，由于未使用减速机构，因而能降低噪音，还能提升手动操作时的易操作性。除此之外，当停止驱动时，能够在维持该停止位置的情况下驱动步进马达，因而既能避免由于来自管的反作用力而使按压辊被推回的现象，又能防止液体倒流。然而步进马达虽然在停止时能将与驱动时相同的驱动电流提供给定子绕组以保持停止位置，然而存在发热比无刷马达剧烈的问题。因而在把步进马达应用于管泵的情况下，存在驱动马达的温度比以往显著上升的不良情况。尤其在医疗设备中，从所输送的液体的性质而言，要求尽量避免驱动马达所导致的液体温度的上升。在由驱动马达直接驱动管泵的转子部的情况下，由于省略了减速机构，因而相应地易于将驱动马达的热传递给转子部。因此在由步进马达直接驱动转子部的情况下，就更为需要降低驱动马达的发热。
发明内容
本发明用于解决这些问题，提供一种能够相比以往显著降低步进马达发热的步进马达的驱动电路以及驱动方法。本发明具有控制步进马达的驱动的控制用控制器，所述控制用控制器具有控制用位置检测部，其利用设置于所述步进马达的位置检测器，检测步进马达的旋转位置；旋转指令信息输入部，其接受步进马达的旋转位置的指令信息；控制用偏差运算部，其计算控制用位置检测部检测出的步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差； 以及振幅值设定部，其根据指令信息切换设置于步进马达的定子绕组的驱动，使所述步进马达旋转至与指令信息对应的旋转位置处，根据控制用偏差运算部计算出的位置偏差，增减步进马达停止旋转时提供给定子绕组的驱动电流的振幅值。根据本发明，按照控制用位置检测部检测出的步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，增减定子绕组的驱动电流的振幅值，从而不会无必要地增大驱动电流，能够利用对于驱动负载而言已足够的驱动电流来驱动定子绕组，维持停止位置，由此，与过去相比，能够显著减少步进马达的发热。即，例如在来自驱动对象的反作用力较大的情况下，由于位置偏差也较大，因而能够与此对应地利用较大的电流值提供驱动电流，不会由于反作用力而被推回。而在反作用力较小，能够以较少的力维持停止位置的情况下，由于位置偏差也变小，因而能够与此对应地利用较小的电流值提供驱动电流，维持停止位置。另外，本发明还提供一种步进马达的驱动方法，其具有控制用位置检测步骤，利用设置于所述步进马达的控制用位置检测器，检测所述步进马达的旋转位置；旋转指令信息输入步骤，接受所述步进马达的旋转位置的指令信息；控制用偏差运算步骤，计算在所述控制用位置检测步骤中检测出的所述步进马达的旋转位置与基于所述指令信息的旋转位置之间的位置偏差；以及振幅值设定步骤，根据所述指令信息切换设置于所述步进马达的定子绕组的驱动，使所述步进马达旋转至与所述指令信息对应的旋转位置处，根据所述控制用偏差运算部计算出的位置偏差，增减所述步进马达停止旋转时提供给所述定子绕组的驱动电流的振幅值。根据本发明，按照控制用位置检测部检测出的步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，增减定子绕组的驱动电流的振幅值，从而不会无必要地增大驱动电流，能够利用对于驱动负载而言已足够的驱动电流来驱动定子绕组，维持停止位置，由此，与过去相比，能够显著地减少步进马达的发热。由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其它特征、要素、步骤、特点和优点。
图I是示出本发明实施方式的在医疗设备中使用的管泵的驱动装置的图。图2是示出图I的驱动装置的周边电路的图。图3是示出图I的驱动装置的监视微型计算机24的构成和周边电路的功能框图。图4是示出图I的驱动装置的控制微型计算机24的构成和周边电路的功能框图。图5是用于说明图I的驱动装置的驱动电流的振幅值的特性曲线图。图6是用于说明图I的驱动装置的转矩变动的特性曲线图。图7是用于说明图6的特性曲线图的集成电路10的平面图。图8是用于说明图I的驱动装置的表格设定值的流程图。
具体实施例方式(I)第I实施方式图I是示出本发明实施方式的应用于医疗设备的管泵的驱动装置I的图。该医疗设备例如为透析装置，通过管泵输送透析对象的液体。该管泵通过图I所示的驱动装置I 的驱动马达2直接驱动管泵的转子部。由此能降低噪音，还能提升手动操作时的易操作性。驱动装置I由驱动马达2和用于该驱动马达2的驱动的周边电路等构成。驱动马达2是3相步进马达，旋转轴4的一端与管泵的转子部连接，由此直接驱动转子部。驱动马达2在旋转轴4的另一端侧设有分别作为步进马达的旋转位置检测单元而发挥作用的第I和第2位置检测器5、6。第I位置检测器5是由缝板7和光传感器8构成的光学式的旋转编码器，缝板7安装于旋转轴4，将光传感器8与该缝板7对应起来配置。 另外，第2位置检测器6是由磁铁9和集成电路10构成的磁式旋转编码器，磁铁9配置于旋转轴4的端面，将集成电路10配置为与该磁铁9相对。并且，在本实施方式中，第I位置检测器5是所谓的增量型的，通过缝板7的旋转输出信号电平发生变化的2相输出信号。相对于此，第2位置检测器6是所谓的绝对值型的，通过设置于集成电路10的2个霍尔元件检测磁铁9的磁场，通过集成电路10对该检测结果进行处理，从而利用以基准方向作为基准的绝对值输出位置信息，所述基准方向由该集成电路10的朝向确定。驱动马达2的另一端侧被罩12所覆盖，在该罩12的内侧设有布线基板13。在该布线基板13上安装有集成电路10和周边电路。图2是详细示出驱动装置I的周边电路的图。从上位的控制器21，根据操作者的操作等对驱动装置I输入各种控制信号，所述上位的控制器21由对该医疗设备整体的动作进行控制的微型计算机构成。另外，驱动装置I向该上位的控制器21输出各种信号。这些来自控制器21的控制信号中的方向指令信号(DIR)是指示驱动马达2的旋转方向的控制信号。另外，指令脉冲(PULSE)是指示驱动马达2的旋转量的脉冲信号，在驱动装置I中， 利用该指令脉冲(PULSE)的I个脉冲使驱动马达2旋转一定角度。因此根据与期望的驱动马达的转速对应的周期输出指令脉冲PULSE，在使驱动马达高速旋转时，以较短的周期输出指令脉冲PULSE。复位信号(ALM_RST)是解除因各种异常而导致的驱动马达2的停止控制的信号。相对于此，作为输出到控制器21的输出信号之一的警报信号(ALM-OUT)是通知驱动装置I的异常的信号。在驱动装置I中，控制微型计算机22是对驱动马达2的驱动进行控制的控制用的控制器，切换驱动马达2的定子绕组的驱动，使驱动马达2旋转至由控制器21指示的旋转位置处。即，控制微型计算机22通过使用了位置检测器6检测出的位置信息(编码器信息)和马达电流的控制，根据方向指令信号(DIR)和指令脉冲(TOLSE)生成与驱动马达2 对应的多个脉宽调制信号(PWM)。并且该马达电流是驱动马达2的驱动电流的实测值，是使用控制微型计算机22专用的电流传感器25检测出来的。驱动装置I将该多个脉宽调制信号(PWM)输入到逆变器23。驱动装置I通过该逆变器23的输出对驱动马达2的对应的定子绕组进行驱动，由此根据指令脉冲(PULSE)切换驱动马达2的定子绕组的驱动，使驱动马达2向由方向指令信号(DIR)指示的方向旋转。另外，控制微型计算机22以一定的时间间隔在与监视微型计算机24之间收发监视微型计算机24的工作监视所需的工作监视用的数据，然后通过监视微型计算机24的控制来停止驱动马达2的驱动。另外，控制微型计算机 22还通过复位信号(ALM_RST)的输入来执行初始化处理，开始工作。监视微型计算机24是监视驱动马达2的工作和控制微型计算机22的工作的监视用控制器。监视微型计算机24通过比较由方向指令信号(DIR)和指令脉冲(TOLSE)指示的指令位置和由位置检测器5检测出的实际的旋转位置，来检测驱动马达2的旋转的异常， 输出警报信号(ALM_0UT)。另外，监视微型计算机24监视马达电流以检测控制微型计算机 22等的异常，输出警报信号(ALM_0UT)。并且该监视微型计算机24监视的马达电流是驱动马达2的驱动电流的实测值，是使用监视微型计算机24专用的电流传感器26检测出来的。 另外，监视微型计算机24还监视逆变器23的电源电压，根据该电源电压的异常输出警报信号(ALM_0UT)。此外，监视微型计算机24还在与控制微型计算机22之间收发工作监视用的数据，当无法正常收发该工作监视用的数据时，输出警报信号(ALM_0UT)。而在输出警报信号(ALM_0UT)的情况下，监视微型计算机24对控制微型计算机22的工作进行停止控制。 监视微型计算机24还通过复位信号(ALM_RST)的输入执行初始化处理，开始工作。图3是一并示出监视微型计算机24的构成与周边电路的功能框图。经由作为输入输出电路的I/O模块31向监视微型计算机24输入方向指令信号(DIR)，还经由作为输入输出电路的定时模块32向监视微型计算机24输入指令脉冲(I3ULSE)。另外，来自第I位置检测器5的2相输出信号是经由作为所谓的正交计数器的计数模块33而输入的。此外，经由作为模数转换电路的ADC模块34对电流传感器26检测出的马达电流、提供给逆变器23 的电源电压进行模数转换处理，然后进行输入。还经由作为输入输出电路的I/O模块35输出警报信号(ALM_0UT)，并且输入复位信号(ALM_RST)，进而在与控制微型计算机22之间收发工作监视用的数据等。在监视微型计算机24中，指令脉冲角度运算部24A根据方向指令信号(DIR)对指令脉冲(TOLSE)进行向上计数和向下计数，从而计算控制器21指示的驱动马达2的旋转位置。编码器角度运算部24B对计数模块33的输出信号进行向上计数和向下计数，从而检测驱动马达2的实际旋转位置。而当输出了复位信号(ALM_RST)时，编码器角度运算部24B 通过编码器原点设定部24C设定由控制微型计算机22检测的计数值(INDEX)，由此以与控制微型计算机22的处理对应的方式设定用于旋转位置的检测的原点的位置。从而编码器角度运算部24B根据从该原点开始的机械角度检测驱动马达2的旋转位置。旋转监视处理部24D根据编码器角度运算部24B检测出的驱动马达2的旋转位置和指令脉冲角度运算部24A求出的所指示的驱动马达2的旋转位置，检测出驱动马达2的旋转位置相对于控制器21所指示的正常的旋转位置的脱离，通知给报警处理部24E。更具体而言，旋转监视处理部24D计算编码器角度运算部24B检测出的旋转位置与指令脉冲角度运算部24A检测出的旋转位置之间的位置偏差(角度差)的变化，当该偏差的变化变大为判定基准值以上时，向报警处理部24E通知异常。即，该角度差大幅发生变化的情况就是旋转轴4的实际位置大幅离开指令脉冲(PULSE)所指示的旋转轴4的目标位置的情况。因此，在该情况下，该管泵由于控制微型计算机等的异常而没有正常工作，会在医疗设备中产生极为严重的异常。于是，在这种情况下，报警处理部24E根据来自旋转监视处理部24D的通知，经由 I/O模块35输出警报信号(ALM_0UT)。另外，报警处理部24E监视经由ADC模块34输入的
6逆变器23的电源电压，若该电源电压变化为事先设定的基准值以上，则此时也属于无法正常对驱动马达2进行驱动的情况，因而输出警报信号(ALM_0UT)。另外，同样地，对经由ADC 模块34输入的马达电流进行监视，当该马达电流变化为事先设定的基准值以上时，此时也属于无法正常地对驱动马达2进行驱动的情况，而且属于驱动马达2显著发热的情况，因而输出警报信号(ALM_0UT)。进而，当无法从控制微型计算机22正常地取得工作监视用数据时，这种情况例如属于控制微型计算机22进行了所谓备份的情况等，也属于无法正常地对驱动马达2进行驱动的情况，因而输出警报信号(ALM_0UT)。在如上面所述的那样输出警报信号(ALM_0UT)的情况下，对控制微型计算机22指示停止工作。相对于此，当输入了复位信号(ALM_RST)时，报警处理部24E在对监视微型计算机24的各部分进行了初始化处理之后，重新开始工作。并且该初始化处理是上述计数值 (INDEX)的设定等。由此，在该驱动装置I中，利用与控制微型计算机22不同的系统检测步进马达的旋转位置，判定该旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，检测步进马达的旋转的异常。由此，在驱动装置I中，即使处于控制微型计算机22无法正常地对驱动马达 2进行驱动的情况下，也能可靠地检测异常并实现应对。因此，能够应用于要求较高可靠性的医疗设备中，确保充分的可靠性。综上所述，在监视微型计算机24中，编码器角度运算部24B构成了监视用位置检测部，该监视用位置检测部通过设置于步进马达的监视用位置检测器5检测步进马达的旋转位置以用于监视。另外，旋转监视处理部24D构成计算监视用位置检测部检测出的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差的监视用偏差运算部。另外，报警处理部 24E与旋转监视处理部24D —起构成判定部，该判定部判定由监视用偏差运算部计算出的位置偏差，检测步进马达的旋转的异常，输出警报信号。图4是一并示出控制微型计算机22的构成和周边电路的功能框图。经由作为输入输出电路的I/O模块41向控制微型计算机22输入方向指令信号(DIR)，还经由作为输入输出电路的定时模块42向控制微型计算机22输入指令脉冲(I3ULSE)。还经由作为串并转换电路的SPI模块43输入来自第2位置检测器6的输出信号。另外，经由作为模数转换电路的ADC模块44对电流传感器25所检测出的马达电流进行模数转换处理，然后输入。还经由作为输出电路的PWM模块45输出脉宽调制信号(PWM)。在控制微型计算机22中，指令脉冲角度运算部22A根据方向指令信号(DIR)对指令脉冲(TOLSE)进行向上计数和向下计数，从而计算控制器21所指示的驱动马达2的旋转位置。编码器角度运算部22B利用记录于校正/原点表格22C的校正值来校正经由SPI模块43输入的位置信息(编码器信息)，由此防止位置检测器6的安装误差所导致的特性变差。并且将这个通过编码器角度运算部22B校正的位置信息作为上述计数值(INDEX)。角度偏差运算部22D以指令脉冲角度运算部22A求出的作为目标的驱动马达2的旋转位置作为基准，对通过编码器角度运算部22B校正后的驱动马达2的旋转位置进行处理，从而计算实际的步进马达的旋转位置与基于控制器21所指示的指令信息的旋转位置之间的位置偏差。励磁角度调节部22E根据该位置偏差计算驱动马达2的驱动所需的励磁角度。电流振幅运算部22F根据该位置偏差计算提供给驱动马达2的定子绕组的驱动电流的振幅值。电流指令运算部22G根据励磁角度调节部22E和电流振幅运算部22F的计算结果，以2相计算出用于驱动马达2的驱动的驱动信号。马达电流取得部22H经由ADC模块44输入由电流传感器26检测出的驱动电流的实测值。相逆转换部221将来自该马达电流取得部22H的马达电流转换为以2相驱动时的马达电流，由此以对应于电流指令运算部22G的计算结果的方式转换驱动电流的实测值。 还可以根据需要省略该相逆转换部221。电流偏差运算部22J根据相逆转换部221的输出校正电流指令运算部22G的计算结果并将其输出，由此，控制微型计算机22通过使用了马达电流的实测值的反馈控制对驱动马达2进行驱动。PI控制运算部22K对电流偏差运算部22J的计算结果依次进行移动积分，并且对该电流偏差运算部22J的计算结果以加权方式加入移动积分结果，由此将电流偏差运算部 22J的计算结果转换为PI控制的形式。相转换部22L将PI控制运算部22K的计算结果转换为与驱动马达2的相数对应的3相的计算结果并输出。PWM输出处理部22M根据从相转换部22L输出的3相的运算结果生成PWM调制信号，经由PWM模块45输出该脉宽调制信号 (PWM)。(2)驱动电流的设定如上所述，在控制微型计算机22中，电流振幅运算部22F根据角度偏差运算部22D 计算出的位置偏差计算驱动马达2的驱动电流的振幅值。在本实施方式中，当位置偏差大于最小旋转角度(最小分辨度)时，电流振幅运算部22F以与驱动马达2的额定电流值对应的方式设定振幅值。相对于此，当位置偏差小于最小旋转角度时，以随着位置偏差变小而驱动电流值变得小于额定电流值的方式设定驱动电流的振幅值。由此，当驱动马达停止旋转时，控制微型计算机22根据位置偏差计算振幅值，使得驱动电流的振幅值随着位置偏差变大而变大。更具体地说，以与位置偏差的平方值成比例的方式设定驱动电流的振幅值。另外，在位置偏差处于一定值以下的范围内，将驱动电流的振幅值设定为固定值。在这里，现有的步进马达在以固定的驱动电流振幅驱动定子绕组而将步进马达保持于不需要任何负载转矩的当前位置的情况下，也继续向定子绕组提供该固定电流。因此在图5中，如符号LI所示，现有的步进马达与负载转矩无关地利用固定的电流振幅来提供驱动电流。并且在图5中，以对额定值的比率示出横轴的负载转矩，而用对额定电流的比率示出电流振幅值。相对于此，直流马达以与负载转矩成比例的驱动电流进行驱动。因此如符号L2所示，在使用直流马达的情况下，负载转矩越小，则相比于步进马达，驱动电流越降低，使得消耗功率、发热量越小，在负载转矩为零的停止状态下不会消耗任何功率。由此，如本实施方式所述，如果根据位置偏差计算并设定振幅，使得驱动电流的振幅随着位置偏差变大而变大，则如符号L3所示，以使得现有的步进马达的驱动接近直流马达的驱动的方式设定驱动电流，与过去相比，能显著降低步进马达的发热。即在该情况下，当来自驱动对象的反作用力较大时，位置偏差也较大，因而能够相应地通过较大的电流值提供驱动电流，使得不会被反作用力推回，能可靠地维持停止位置。 另外，与此相反，在反作用力较小，能够以较少的力维持停止位置的情况下，由于位置偏差也较小，因此能够相应地通过较小的电流值提供驱动电流，维持停止位置。更详细而言，在以与位置偏差的平方值成比例的方式设定驱动电流的振幅值的情况下，能与步进马达的负载特性相对应地设定驱动电流，能够有效避免步进马达的特性变
8差，高效地减少发热。进而在位置偏差处于一定值以下的范围内，通过将驱动电流的振幅值设定为固定值，能够抑制速度极低时对于旋转的变动和停止时的位置偏离。另外，根据上面所述，通过编码器角度运算部22B检测出的旋转位置是以驱动马达2的最小旋转角度以下的精度检测到的。根据上面所述，在本实施方式中，编码器角度运算部22B构成控制用位置检测部， 该控制用位置检测部使用设置于作为步进马达的驱动马达2上的控制用位置检测器6检测步进马达的旋转位置以用于控制。而指令脉冲角度运算部22A构成接受步进马达的旋转位置的指令信息的旋转指令信息输入部。另外，角度偏差运算部22D构成计算控制用位置检测部检测出的步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差的控制用偏差运算部。电流振幅运算部22F与指令脉冲角度运算部22A、编码器角度运算部22B、角度偏差运算部22D、励磁角度调节部22E、电流指令运算部22G等一起构成振幅值设定部，该振幅值设定部根据指令信息切换设置于步进马达的定子绕组的驱动，使步进马达旋转至与指令信息对应的旋转位置处，根据控制用偏差运算部计算出的位置偏差，增减步进马达停止旋转时提供给定子绕组的驱动电流的振幅值。(3)校正/原点表格的构成另外，在驱动装置I中，构成第2位置检测器6的磁铁9和集成电路10分别相对于驱动马达2的旋转轴4产生安装误差，由此，使得集成电路10检测出的旋转轴4的旋转位置散乱。因此在以该集成电路10检测出的旋转位置作为基准的驱动电流的控制中，驱动马达2的转矩会根据旋转位置而产生变动。图6是示出该转矩的变动的测定结果的图。该图6是如图7中箭头所示，在使集成电路10的位置相对于旋转轴4的旋转中心向Y方向产生了 -O. 7 [mm]位移的状态下测定的。并且，X方向和Y方向是与设置于集成电路10的霍尔元件的磁场检测方向对应的方向， 关于各坐标轴，将旋转轴4的旋转中心设定为原点，示出该磁场检测方向。并且该测定是利用额定电流的1/2的电流对驱动马达2进行驱动而进行的。此时，如符号L4(图6)所示， 通过旋转轴4的旋转而使得产生转矩大幅变动。于是在本实施方式中，根据设定于校正/原点表格22C的校正值校正并处理实测值。因此，在生产驱动装置I时，通过控制微型计算机22将驱动马达2驱动为一定角度以上，取得位置检测器6的位置检测结果，将校正用的数据存储于校正/原点表格22C。图6 中的符号L5示出利用校正/原点表格22C校正了位置检测器6的位置检测结果时的转矩变动。根据该图6可知，能够充分防止位置检测器6的安装误差所伴随的转矩变动。图8是示出用于该校正/原点表格22C的设定的控制微型计算机22的处理步骤的流程图。驱动装置I通过执行该图8的处理步骤，对控制微型计算机22进行控制，对驱动马达2进行驱动，并且由该控制微型计算机22取得位置检测器6检测出的位置检测结果。S卩，在该处理步骤中，控制微型计算机22指示驱动马达旋转一定角度(步骤SPl、 SP2)，取得来自位置检测器6的旋转位置信息(编码器信息)(步骤SP3)。控制微型计算机 22重复进行该处理直到该驱动马达2旋转了预定旋转次数η为止(步骤SP4)，在各旋转位置处取得旋转位置信息。而该一定的角度例如是驱动马达2的最小旋转角度。接着，控制微型计算机22对η次旋转中检测到的旋转位置信息进行统计处理，去除噪声的影响(步骤SP5)。并且该统计处理例如是各旋转位置处的检测结果的单纯平均化处理。然后，控制微型计算机22计算各旋转位置的检测结果与指示了旋转的旋转位置的差值，从而计算各旋转位置信息的校正值，将该校正值存储于校正/原点表格22C中(步骤SP6)。并且，在存储以后的驱动中不执行本处理步骤，而是参照如上存储的数据驱动马达。基于以上构成，根据控制用位置检测部检测出的步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，增减驱动电流的振幅值，从而不会使驱动电流无必要地增大，能利用足够实用的驱动电流将步进马达保持于停止位置，其结果是，与过去相比，显著减少步进马达的发热。另外，通过与位置偏差的平方值成比例地设定振幅值，能更为适当地设定振幅值， 能够高效地减少步进马达的发热。另外，在位置偏差处于一定值以下的范围内，通过将振幅值设定为固定值，使得停止时不会因反作用力而被从驱动对象推回，能够抑制速度极低时对于旋转的变动和停止时的位置偏离。另外，还通过监视用控制器判定另外检测到的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，检测步进马达的旋转的异常，输出警报，从而在无法通过控制用控制器正常地进行驱动的情况下，能够可靠地检测该异常并产生警报，例如能够应用于医疗设备等要求较高可靠性的设备中，能确保充分的可靠性。而且，利用记录于存储器的校正值来校正位置检测器检测出的旋转位置，基于使驱动马达逐次旋转一定角度而检测到的旋转位置信息，设定记录于该存储器中的校正值， 从而能够校正基于安装误差等的位置检测的偏差，检测旋转位置，其结果是，能防止产生转矩的变动。(4)其他实施方式以上详细描述了本发明的实施中优选的具体构成，本发明可以在不脱离本发明主旨的范围内对上述实施方式的构成进行各种变更。S卩，例如在上述实施方式中描述的是分别设置位置检测器和电流传感器以用于控制微型计算机和监视微型计算机的情况，而本发明不限于此，在足够实用的情况下，可以在控制微型计算机和监视微型计算机共用位置检测器和/或电流传感器。另外，同样地，也可以在控制微型计算机和监视微型计算机共用指令脉冲角度运算部等结构。另外，在上述实施方式中描述的是将光学式和磁式旋转编码器用于监视用和控制用位置检测器的情况，而本发明不限于此，可对各位置检测器应用各种构成。另外，在上述实施方式中描述的是在位置偏差处于驱动马达的最小旋转角度以下的范围内，根据位置偏差增减驱动电流的振幅值的情况，而本发明不限于此，只要是在将驱动马达维持于停止位置时根据位置偏差增减驱动电流的振幅值即可，例如在位置偏差在最小旋转角度的2倍以下时根据位置偏差增减驱动电流的振幅值的情况、位置偏差在最小旋转角度的1/2以下时根据位置偏差增减驱动电流的振幅值的情况等能够确保足够实用的特性的情况下，能够对增减驱动电流的振幅值的范围进行各种设定。另外，在上述实施方式中描述的是在位置偏差处于驱动马达的最小旋转角度以下的范围内，根据偏差运算部计算出的位置偏差增减驱动电流的振幅值，从而在驱动马达停止时根据位置偏差设定驱动电流的振幅值的情况，而本发明不限于此，只要是在停止旋转时根据位置偏差设定驱动电流的振幅值即可，例如在检测到位置偏差为零而将驱动电流值从固定的振幅值切换为与位置偏差对应的电流振幅值的情况、由于位置偏差为零的状态持续了一定时间而将驱动电流值从固定的振幅值切换为与位置偏差对应的电流振幅值的情况等，都可以广泛应用各种设定方法。另外，在上述实施方式中描述的是将本发明的管泵应用于医疗用设备的情况，而本发明不限于此，还能广泛应用于处理液体的各种设备中。另外，在上述实施方式中描述的是将本发明的步进马达的驱动应用于管泵的情况，而本发明不限于此，还能应用于在各种装置中使用的步进马达的驱动。
权利要求
1.一种步进马达的驱动电路，该驱动电路具有控制步进马达的驱动的控制用控制器， 所述控制用控制器具有控制用位置检测部，其利用设置于所述步进马达的控制用位置检测器，检测所述步进马达的旋转位置；旋转指令信息输入部，其接受所述步进马达的旋转位置的指令信息；控制用偏差运算部，其计算所述控制用位置检测部检测出的所述步进马达的旋转位置与基于所述指令信息的旋转位置之间的位置偏差；以及振幅值设定部，其根据所述指令信息切换设置于所述步进马达的定子绕组的驱动，使所述步进马达旋转至与所述指令信息对应的旋转位置处，根据所述控制用偏差运算部计算出的位置偏差，增减所述步进马达停止旋转时提供给所述定子绕组的驱动电流的振幅值。
2.根据权利要求I所述的步进马达的驱动电路，其中，所述振幅值设定部以与所述位置偏差的平方值成比例的方式设定所述振幅值。
3.根据权利要求2所述的步进马达的驱动电路，其中，所述振幅值设定部在所述位置偏差处于一定值以下的范围内将所述振幅值设定为固定值。
4.根据权利要求I所述的步进马达的驱动电路，其中，该驱动电路还具有监视用控制器，所述监视用控制器具有监视用位置检测部，其利用设置于所述步进马达的监视用位置检测器，检测所述步进马达的旋转位置；监视用偏差运算部，其计算所述监视用位置检测部检测出的所述步进马达的旋转位置与基于所述指令信息的旋转位置之间的位置偏差；以及判定部，其对所述监视用偏差运算部计算出的位置偏差进行判定，检测所述步进马达的旋转的异常，输出警报。
5.根据权利要求I所述的步进马达的驱动电路，其中，所述控制用位置检测部利用记录于存储器中的校正值，校正所述控制用位置检测器所检测出的所述步进马达的旋转位置，记录于所述存储器中的校正值是根据所述指令信息使所述步进马达逐次旋转一定角度且通过所述控制用位置检测器检测所述步进马达的旋转位置而求出的校正值。
6.一种步进马达的驱动方法，该驱动方法具有控制用位置检测步骤，利用设置于所述步进马达的控制用位置检测器，检测所述步进马达的旋转位置；旋转指令信息输入步骤，接受所述步进马达的旋转位置的指令信息；控制用偏差运算步骤，计算在所述控制用位置检测步骤中检测出的所述步进马达的旋转位置与基于所述指令信息的旋转位置之间的位置偏差；以及振幅值设定步骤，根据所述指令信息切换设置于所述步进马达的定子绕组的驱动，使所述步进马达旋转至与所述指令信息对应的旋转位置处，根据所述控制用偏差运算部计算出的位置偏差，增减所述步进马达停止旋转时提供给所述定子绕组的驱动电流的振幅值。
全文摘要
本发明提供步进马达的驱动电路和驱动方法。本发明利用设置于步进马达的控制用位置检测器检测步进马达的旋转位置，计算该步进马达的旋转位置与基于指令信息的旋转位置之间的位置偏差，当停止旋转时，根据该位置偏差增减定子绕组的驱动电流的振幅值。由此，与过去相比，减少了步进马达的发热。
文档编号H02P8/34GK102594235SQ201210009030
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者鹰广昭 申请人:日本电产伺服有限公司