电机驱动电路及电机驱动方法.pdf

本发明提供一种能够不受齿隙的大小影响的，将电机向直通区域加速的电机控制电路。控制电路(1)接收到起动信号后，从曲线表(11)顺次读取数据，并基于该数据向驱动电路(2)输出电流设定信号(101)和控制脉冲(102)。驱动电路(2)根据来自控制电路(1)的控制脉冲(102)顺次切换驱动电机(3)的相。驱动电路(2)根据来自控制电路(1)的电流设定信号(101)，设定供给到电机(3)的电流的大小。此时，驱动电路(2)，在将电机(3)起动后向最低速度减速，且将该减速区间中的旋转角设定得比齿隙稍大，并且将减速区间中的驱动电流，设定得比从最低速度去往所述直通区域的加速区间中的驱动电流小。

1、  一种电机驱动电路，在至少因齿隙和变形所引起的系统的游隙较大、且因机差或每次起动的变动导致所述游隙变动的系统中，通过给定的曲线将电机向直通区域加速，其特征在于：
具有控制电路，其将所述电机起动后向最低速度减速，且将所述电机的从起动到最低速度的旋转角设定得比所述齿隙稍大，并且将所述电机的从起动到最低速度的所述电机的驱动电流，设定得比从最低速度去往所述直通区域的区间中的所述电机的驱动电流小。

2、  根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于：
直线地实施所述电机的从起动到最低速度的减速，且令所述电机的起动速度和最低速度之比、与所述系统的固有振动的振幅在所述电机的起动到最低速度的时间内衰减的比率大致相同。

3、  根据权利要求1或2所述的电机驱动电路，其特征在于：
所述控制电路，具有曲线表，存储有用于对所述电机实施减速、加速的数据。

4、  根据权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于：
所述曲线表，至少存储有：对应所述电机的电流设定数据；以及，到将给所述电机的脉冲输出为止的时间的数据。

5、  根据权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于：
所述曲线表，设置在将所述电机向直通区域加速之前、在所述系统的游隙比所述齿隙大的情况下、首先以高速起动并顺次减速的区间，并存储有在该顺次减速的区间中、将驱动所述电机的电流设定得比向直通区域加速时小的数据，
所述控制电路，从所述曲线表中读取该数据，并顺次执行所述电机的驱动控制。

6、  根据权利要求1～5的任一项所述的电机驱动电路，其特征在于：
所述电机是步进电机。

7、  一种电机驱动方法，在至少因齿隙和变形所引起的系统的游隙较大、且因机差或每次起动的变动导致所述游隙变动的系统中，通过给定的曲线将电机向直通区域加速，其特征在于：
具有驱动控制步骤，其将电机起动后向最低速度减速，且将所述电机的从起动到最低速度的旋转角设定得比所述齿隙稍大，并且将所述电机的从起动到最低速度的所述电机的驱动电流，设定得比从最低速度去往所述直通区域的区间中的所述电机的驱动电流小。

8、  根据权利要求7所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述驱动控制步骤，具有直线地实施所述电机的从起动到最低速度的减速的步骤，
且令所述电机的起动速度和最低速度之比、与所述系统的固有振动的振幅在所述电机的起动到最低速度的时间内衰减的比率大致相同。

9、  根据权利要求7或8所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述驱动控制步骤，利用存储有用于对所述电机实施减速、加速的数据的曲线表，进行所述电机的驱动控制。

10、  根据权利要求9所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述曲线表，至少存储有：对应所述电机的电流设定数据；以及，到将给所述电机的脉冲输出为止的时间的数据。

11、  根据权利要求10所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述曲线表，设置在将所述电机向直通区域加速之前、在所述系统的游隙比所述齿隙大的情况下、首先以高速起动并顺次减速的区间，并存储有在该顺次减速的区间中、将驱动所述电机的电流设定得比向直通区域加速时小的数据，
所述驱动控制步骤，从所述曲线表中读取该数据，并顺次执行所述电机的驱动控制。

12、  根据权利要求7～11的任一项所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述电机是步进电机。

电机驱动电路及电机驱动方法
技术领域
本发明，涉及一种电机驱动电路及电机驱动方法，特别是涉及一种控制对驱动的相的电流和驱动的相实施切换的定时的电机驱动方式。
背景技术
以往，在步进电机中，起初，用较低的驱动频率(驱动速度)开始驱动，之后用驱动频率慢慢上升的驱动曲线(profile)驱动。
这样，步进电机虽然具有仅通过控制驱动频率和脉冲数，就能简单地进行速度控制和位置控制的特征，但是为了同步于驱动脉冲来进行旋转，必须考虑电机的转矩和负荷来决定适当的驱动频率。
例如，相对于电机的转矩，若以较慢的速度驱动负荷较小的对象则会发生振动，相反若负荷较大且动作频率较快，则电机无法同步，发生失步。
作为上述的步进电机的驱动方法，有公开在日本特许厅发行的特开2003-235296号公报(专利文献1)中的方法。即，在通过具有齿隙且由弹性体构成的齿轮传递机构，以给定的驱动曲线实施加速、减速驱动的步进电机驱动方法中，至少起动时，在对应由齿隙和弹性体所导致的变位量的加速区域中，以比最低速度快的速度实施驱动。然后，在该驱动后，通过切换为最低速度来顺序加速起来的这个驱动曲线，实施步进电机的加速、减速。
如此，能够防止由齿隙和弹性体所产生的变位量所引起的起动时的振动和噪音的发生，并且不失步地实施步进电机的驱动。
上述的专利文献1中所公开的步进电机的驱动方法，是在系统中存在游隙(齿隙)的区间中，较快地驱动步进电机，之后从最低速度起进行顺次加速的方法。在该技术中，由于在较快速度下的馈送中，以系统中存在游隙为前提，因此在游隙的变动较大的系统中，难以适用。也就是说，在该方法中，若在以较快速度馈送中游隙消失而负荷增加，则有可能会失步，若在游隙较大而负荷较小时以较慢的速度馈送，则振动可能会变大。
该问题，在例如要用齿轮对复印机等的实施读取扫描的托架进行驱动时发生。也就是说，托架有必要重复读取扫描和返回动作，在返回动作结束而开始读取扫描时的齿轮的游隙中，当然存在每个复印机的差别(称作机差)，即使同一部机械，每次起动游隙的量也会变动。
因此，本发明的目的为解决上述问题点，提供一种能够不受齿隙的大小影响地，将电机向直通(through)区域加速的电机驱动电路和电机驱动方法。
发明内容
本发明中的电机驱动电路，在至少因齿隙和变形所引起的系统的游隙较大、且因机差或每次起动的变动导致所述游隙变动的系统中，通过给定的曲线将电机向直通区域加速，其特征在于：具有控制电路，其将所述电机起动后向最低速度减速，且将所述电机的从起动到最低速度的旋转角设定得比所述齿隙稍大，并且将所述电机的从起动到最低速度的所述电机的驱动电流，设定得比从最低速度去往所述直通区域的区间中的所述电机的驱动电流小。
本发明中的电机驱动方法，在至少因齿隙和变形所引起的系统的游隙较大、且因机差或每次起动的变动导致所述游隙变动的系统中，通过给定的曲线将电机向直通区域加速，其特征在于：具有驱动控制步骤，其将电机起动后向最低速度减速，且将所述电机的从起动到最低速度的旋转角设定得比所述齿隙稍大，并且将所述电机的从起动到最低速度的所述电机的驱动电流，设定得比从最低速度去往所述直通区域的区间中的所述电机的驱动电流小。
即，在本发明的电机驱动电路中，在因齿隙或变形等的系统地游隙较大且每次起动游隙变动的系统中，将电机的从起动到最低速度的旋转角设定得比所述齿隙大，并且在将步进电机向直通区域加速之前、在系统的游隙比齿隙大的情况下，设置首先以高速起动、之后顺次减速的减速区间，在该减速的区间中，将驱动步进电机的电流，设定得比后续的去往直通区域的加速区间小，不易引起振动的发生。
另外，在本发明的电机驱动电路中，在作为系统游隙的齿隙十分小的情况下，基本和起动同时地齿隙变为零，被驱动物发生比较大的振动。即，在本发明的步进电机驱动电路中，若假设减速比足够大且为完全弹性碰撞，则被驱动物得到碰撞速度的两倍的最初速度，之后，以由驱动系统的弹性和被驱动物的惯性构成的系统的固有振动数振动，并根据系统的粘滞性衰减。
在系统的齿隙十分小的情况下，在接近最低速度处齿隙成为零，被驱动物发生比较小的振动。即，是以最低速度的2倍为初速度的振动。
在本发明的电机驱动电路中，由于将起动时的速度和最低速度之比、与减速区间中的系统振动的振幅衰减的比(振幅衰减比)设定为基本相等，因此在开始加速的时刻，不论齿隙最大时还是最小时，振动的振幅均大致相等。
由此，由于在本发明的电机驱动电路中，如上所述，能够令加速开始时的振动大致相等且较小，而与齿隙的大小无关，因此能够不受齿隙大小影响地，将步进电机向直通区域加速。
另外，由于在本发明的电机驱动电路中，最初以高速驱动步进电机，因此与一开始用低速进行驱动的情况相比，驱动同样距离所需的时间变短，从而能够缩短消除齿隙的区间的所需时间。
再有，由于在本发明的电机驱动电路中，在系统中存在齿隙的区间中减小了步进电机的电流，因此该区间中的振动不易发生，再有，由于不以固定速度馈送，因此步进电机的振动不易加剧，动作稳定。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例中的步进电机驱动电路的结构的方框图。
图2是表示图1的曲线表的结构例的图。
图3是表示本发明的一个实施例中的系统的响应的图。
图4是表示图1的控制电路和驱动电路的动作的流程图。
图5是表示按照本发明的一个实施例稳定地实施加速的例子的图。
图6是表示减速区间T1中的电流过大、步进电机振动从引起失步的例子的图。
图中：1-控制电路，2-驱动电路，3-步进电机，4-记录介质，11-曲线表。
具体实施方式
接下来，参照附图说明本发明的实施例。图1是表示本发明的一个实施例中的步进电机驱动电路的结构的方框图。在图1中，本发明的一个实施例中的步进电机驱动电路，由：具备曲线表(profile table)11的控制电路1；驱动步进电机(M)3的驱动电路2；以及，存储由控制电路1所执行的程序的记录介质4构成。
曲线表11，存储用于对步进电机3实施减速、加速的数据。控制电路1，从曲线表11顺次读取数据，并对通向驱动电路2的控制线(电流设定信号101和控制脉冲102)进行控制。
驱动电路2，根据来自控制电路1的控制脉冲102，顺次切换驱动步进电机3的相。另外，驱动电路2，根据来自控制电路1的电流设定信号101，设定提供给步进电机3的电流的大小。由于步进电机3的电流控制和相的切换是一般的技术，因此省略对此具体的说明。
图2是表示图1的曲线表11的结构例的图。另外，图3是表示本发明的一个实施例下的系统的响应(Ya，Yb)的图，直线部分X1、X2相当于系统的输入，且将步进电机3的旋转直线地近似。再有，图4是表示图1的控制电路1以及驱动电路2的动作的流程图。参照这图1～图4，对本发明的一个实施例下的步进电机驱动电路的动作进行说明。还有，图4所示的控制电路1的动作通过执行记录介质4的程序来实现。
控制电路1接收到图中未示出的起动信号后，从曲线表11中顺次读取数据，并基于该数据，将电流设定信号101和控制脉冲102输出给驱动电路2(图4的a1～a4)。
驱动电路2根据来自控制电路1的控制脉冲102，顺次切换驱动步进电机3的相。另外，驱动电路2根据来自控制电路1的电流设定信号101，设定提供给步进电机3的电流的大小(图4的a5)。
如图2所示，曲线表11的各个项，由数据、和表示该数据的类别的标签构成。曲线表11的首个数据的标签是“TagA”，表示该数据是电流设定数据。因此，控制电路1向电流设定信号101输出“L1”。
曲线表11的下个数据的标签是“TagB”，该数据表示到输出控制脉冲102为止的时间。因此，控制电路1在T10后输出控制脉冲102。以后，控制电路1一直以由曲线表11的数据所确定的间隔输出控制脉冲102，直至T1n。这里，从T10起、T11、……、直至T1n，由曲线表11的数据所确定的间隔，被设定为时间逐渐变长。
若用与图3所示的响应的对比来对其进行说明，则为：
T10＝α/V0
T1n＝＝α/Vmin
T10＜T11＜……＜T1n。
这里，V0是起动时的初速度，Vmin是最低速度。另外，α是由系统的减速比所决定的常数。也就是说，至此，对应图3所示的减速区间T1。
由于曲线表11的下个数据的标签是“TagA”，因此该数据是电流设定数据。因此，控制电路1向电流设定信号101输出“L2”。L2＞L1。以下，控制电路1以T20、T21、……、T2m的间隔输出控制脉冲102。该区间，相当于图3所示的加速区间T2，且有
T20＞T21＞……＞T2m。
如上所述，分别对图3所示的减速区间T1以及加速区间T2，输出“L1”和“L2”作为电流设定信号101，并分别输出间隔T10、T11、……、T1n和T20、T21、……、T2m作为控制脉冲102。其结果，如图3所示，在游隙十分小时，系统的响应沿着Ya的轨迹前进；在游隙十分大时，系统的响应沿着Yb的轨迹前进。
在图3所示的、游隙较小的情况下的响应Ya的轨迹中，虽然在初期，振动的振幅较大，但随着时间的经过振幅逐渐衰减。另外，在游隙较大的情况下的响应Yb的轨迹中，由于输入的速度较小，因而从初期起振动的振幅就较小。
在本例中，通过结合振动的振幅，令速度V0、Vmin的比，与系统的固有振动的振幅在从起动开始到最低速度为止的区间内衰减的比率(振幅衰减率)大致相同，从而能够在区间T2的开始部分中，使得振动的振幅在Ya、Yb上相等。因此，在开始加速的时刻(区间T2的开始点)中，不管齿隙是最大或是最小，振动的振幅均大致相等。
在图3中，Yb从“0”开始动作的时刻，正好相当于齿隙成为零的时刻。这意味着，将电机的从起动(V0)到最低速度(Vmin)的旋转角，设定得比齿隙稍大。如此，将电机旋转角设定得比齿隙稍大的理由如下。
即，在齿隙成为零(不存在)时，若电机的速度较大，则被驱动物的振动变大，在电机的加速开始时(从图3的减速区间T1向加速区间T2过渡时)，若不存在齿隙，则电机被以振动依然较大的方式继续加速，最坏的情况下，会发生电机的失步。因此，本发明中，将电机的从起动到最低速度度为止的旋转角，设定得比齿隙稍大。
接下来，对于令减速区间T1的电流I1比加速区间T2的电流I2小所实现的效果，根据具体的数据进行说明。图5是表示按照本发明的一个实施例稳定地实施加速的响应例Ya4的图，图6是表示减速区间T1中的电流过大，步进电机3振动从而引起失步的响应例Ya5的图。
如图6所示的响应Ya5那样，被驱动物一旦中途停止，其后的被驱动物的振动与图5相比变得非常大。这里，是由于在响应Ya5的中途，步进电机3发生失步的缘故。低速的失步，容易在步进电机3的转矩相比于负荷过大时发生，通过降低步进电机3的电流，通常能够防止。
另外，区间T1的电流设定，当然应该在以相当于速度V0的脉冲间隔T10、以相对被驱动物不存在游隙的状态、步进电机3能够稳定地自起动的范围中设定得极小。
这样，由于在本实施例中，能够令加速开始时的振动大致相等且较小，而与齿隙的大小无关，因此能够不受齿隙大小的影响地，将步进电机3向直通(through)区域加速。
另外，在本实施方式中，由于在系统中存在齿隙的减速区间T1中，将步进电机3的电流设定得比加速区间T2小(I1＜I2)，因此该区间T1中不易发生振动。另外，由于不以固定的速度馈送，因此步进电机3的振动难以加剧，故而能够使动作稳定化。
在本发明中，即使电机3不是步进电机，只要可以实施速度控制，即可应用。例如，若是伺服电机，虽然不必控制驱动电流，但通过确保加速之前从中速向低速的减速区间比系统的游隙大，并令中速和低速的速度比大致与减速区间中的系统的振动的衰减率一致，从而能够有效地减小加速时的系统的振动。
本发明如上所述，获得能够不受齿隙大小的影响地将电机向直通区域加速的效果。