JP2014128070A - モータ制御装置及びステッピングモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータが脱調状態になって停止した後で、それまでとは逆の回転方向に自発的に移動してしまうことを防止できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置は、ステッピングモータを駆動させる制御を行い、ステッピングモータの脱調判定を行った後、脱調判定後処理を行う。まず、モータ制御装置は、モータを脱調判定を行った回転方向とは反対の回転方向に回転させた後、停止させる（Ｓ１２１，Ｓ１２２）。そして、脱調状態であるか否かを判定しながら、再びモータを低トルクで正回転させる（Ｓ１２３〜Ｓ１２５）。ステッピングモータが脱調していると判定されると、モータが停止される。
【選択図】図６

Description

この発明は、モータ制御装置及びステッピングモータの制御方法に関し、特に、逆起電圧を測定して脱調状態の判定を行うモータ制御装置及びステッピングモータの制御方法に関する。

ステッピングモータは、その制御が容易であることなど種々の特長を有するものであり、各種アクチュエータなどに広く用いられている。ステッピングモータは、その構造上ステータとロータとに機械的な接触がないため、長寿命である。また、ステッピングモータが励磁状態であるときには、大きな静止トルクを得られる。

ステッピングモータではいわゆる脱調状態が発生することがあり、それが問題となることがある。ステッピングモータが脱調状態になると、ロータが正常に回転せず、コントロール不能な状態に陥ることがある。脱調状態は、例えば、モータの持つ駆動トルク以上の過負荷が掛かったときや、急激な速度変化などがあったときなど、入力パルス信号とモータ回転との同期が失われて発生することがある。

ステッピングモータは、一般に、回転の角度や速度を高精度に制御する用途に使われることが多い。ステッピングモータは、制御側から発振されるパルス数によって回転位置の管理を行うため、脱調状態の検出が遅れて制御のみが進行すると、駆動対象となるギア等の位置がずれてしまうことがある。また、脱調状態の検出が遅れると、音声的なノイズが引き起こされる場合がある。したがって、ステッピングモータを用いたアクチュエータ等で適正な動作を行うために、脱調状態が発生したことを速やかに検出することが必要となる。

このようにステッピングモータが脱調状態となったときには、速やかにその状態を検出すること、及び、速やかに回転を止めたり正常な回転状態に復帰させたりするなどのエラー処理を行うことが必要である。そのため、ステッピングモータにおいては、脱調状態を検出し、その後のエラー処理を実行させるための回路やシステムが併せて用いられる場合が多い。

なお、ステッピングモータを用いた装置に関連して、次のような事項が開示されている。特許文献１には、回転位置のセンサなどを用いずにステッピングモータを駆動制御する場合において、イニシャライズ動作のときにモータに余分な駆動パルス信号を送り込まないようにする制御を行うことが記載されている。すなわち、イニシャライズ動作を実行するとき、ステッピングモータを所定の回転方向に駆動させ、非励磁相の巻線間に生じる誘起電圧と所定の基準電圧値とを比較してモータの回動状態が判定される。そして、モータがロックしていると判定されると、所定の駆動パルス信号に基づいて、所定のパルス数だけ回転方向を逆転させる制御が行われる。

特許文献２には、ステッピングモータを用いた記録装置において、モータの脱調が発生したときにモータの回転を復帰させる方法として、脱調が検出されたときに、モータを逆転させたりすることが記載されている。これは、脱調によって見失った用紙の先端位置を把握するために行われる処理である。また、逆転後に正回転させるとき、回転数を段階的に下げて回転させることで脱調しないようにすることが記載されている。

特開２００７−２１５２７１号公報 特開２００２−１９９７９４号公報

ところで、ステッピングモータをエンドストップのあるアクチュエータにおいて用いるとき、ある方向にモータを移動中にエンドストップに到達すると、モータ制御装置は、モータの脱調を検出する。このように脱調を検出すると、通常、モータ制御装置は、モータを停止させる制御を行う。これにより、エンドストップ位置でアクチュエータを保持できる。

しかしながら、このようにエンドストップ位置でアクチュエータを保持しようとしても、アクチュエータが、エンドストップから離れる方向に、自発的に移動してしまう場合があるという問題がある。換言すると、アクチュエータをエンドストップ位置で保持できず、アクチュエータがアンコントローラブル状態になる場合があるという問題がある。

このような問題は、例えば次のようにして発生する。すなわち、アクチュエータがエンドストップに到達して停止される直前には、モータ自身が掛けていたトルクによって、アクチュエータ内部にひずみ（反対方向に動こうとする反発力）が生じている状態となっている。このようにひずみが生じたまま、モータが停止されると、モータがこのひずみにより生じる反発力に耐えきれず、反発力が緩和する方向に回転する。そのため、アクチュエータが、エンドストップから離れる方向（反対方向）に動いてしまう。

このような問題が生じると、次のような不具合が生じる。すなわち、モータ制御装置がステッピングモータを制御するとき、目標とする位置までの移動距離を制御ステップ数として位置管理する。そのため、位置管理が狂うと、本来移動させたい目的位置からずれた位置に移動してしまうことになる。ステッピングモータを用いたアクチュエータでは通常位置センサを用いないところ、上述のようにモータ制御装置による制御が行われていない下でモータが勝手に移動すると（自発的に移動すると）、モータ制御装置ではその移動を検知できないため、ずれが修正不能となる（ずれを認識できないままとなる。）。

例えばアクチュエータが車載エアコンのフラップの駆動用途に用いられる場合において、上述の問題について説明すると、次のようである。すなわち、フラップがエンドストップに到達して停止したとき、アクチュエータが自発的に反対方向に移動してしまうと、フラップがエンドストップを押さえつける力が弱くなる。そのため、エンドストップにおいてフラップが閉状態になるように構成されている場合でも、フラップの位置がエンドストップからいわば成り行きに離れてしまうこととなり、フラップが完全に閉状態となるようには維持できなくなってしまう。また、このようにアクチュエータがエンドストップから離れると、モータの制御上でも位置管理が狂ってしまう可能性があり、以後の動作時にフラップの位置を適切に制御できなくなる可能性がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、モータが脱調状態になって停止した後で、それまでとは逆の回転方向に自発的に移動してしまうことを防止できるモータ制御装置及びステッピングモータの制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、複数相のコイルを有するステッピングモータを駆動させるために各相のコイルの通電状態を制御するモータ制御装置は、ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する判定手段と、判定手段によりステッピングモータが脱調していると判定されたとき、その判定が行われてから、ステッピングモータがそれまでの第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に自発的に動く前に、ステッピングモータの受ける応力が緩和されるステップ数だけ、ステッピングモータを第２の回転方向に回転させる逆回転手段とを備える。

好ましくは、モータ制御装置は、判定手段によりステッピングモータが脱調していると判定された後に逆回転手段による第２の回転方向への回転動作が終了したとき、再度、ステッピングモータを第１の回転方向に駆動する再駆動手段をさらに備える。

好ましくは、再駆動手段は、ステッピングモータを第１の回転方向に駆動するとき、判定手段によりステッピングモータが脱調しているか否かを判定しながら、ステッピングモータを駆動する。

好ましくは、再駆動手段は、ステッピングモータを第１の回転方向に駆動するとき、前回第１の回転方向に回転していたときの平常時トルクと比較して小さいトルクでステッピングモータを駆動する。

好ましくは、再駆動手段は、ステッピングモータを第１の回転方向に駆動するとき、前回第１の回転方向に回転していたときの平常時トルクに対して５０パーセント以上９０パーセント以下の範囲内のトルクでステッピングモータを駆動する。

好ましくは、再駆動手段は、ステッピングモータを第１の回転方向に駆動するとき、逆回転手段による第２の回転方向への駆動量よりも少ない駆動量だけ、ステッピングモータを駆動する。

好ましくは、モータ制御装置は、ステッピングモータの温度又はそれに対応する温度の温度情報を取得する取得手段とをさらに備え、判定手段は、取得手段により取得された温度情報に応じたステッピングモータの脱調に関する判定基準に基づいて、ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する。

この発明の他の局面に従うと、複数相のコイルを有するステッピングモータの制御方法は、ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する判定ステップと、判定ステップによりステッピングモータが脱調していると判定されたとき、その判定が行われてから、ステッピングモータがそれまでの第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に自発的に駆動を始める前に、ステッピングモータの受ける応力が緩和されるステップ数だけ、ステッピングモータを第２の回転方向に回転させる逆回転ステップとを備える。

これらの発明に従うと、ステッピングモータが脱調していると判定されたとき、その判定が行われてから、ステッピングモータがそれまでの第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に自発的に動く前に、ステッピングモータの受ける応力が緩和されるステップ数だけ、ステッピングモータが第２の回転方向に回転する。したがって、モータが脱調状態になって停止した後で、それまでとは逆の回転方向に自発的に移動してしまうことを防止できるモータ制御装置及びステッピングモータの制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるアクチュエータの構成を示すブロック図である。 ステッピングモータの回路構成を模式的に示す図である。 モータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を大まかに説明するフローチャートである。 本実施の形態における脱調状態判定方法を示すフローチャートである。 基準値設定テーブルの一例を示す図である。 本実施の形態における脱調判定後処理を示すフローチャートである。 脱調判定後処理について説明する図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ制御装置について説明する。

モータ制御装置は、例えば、複数相のコイルを有するステッピングモータを駆動させるためのものである。モータ制御装置は、ステッピングモータを駆動させるために各相のコイルの通電状態を制御する。本実施の形態において、モータ制御装置は、ステッピングモータのコイルに通電する駆動回路と、駆動回路の制御を行う制御回路とを有している。換言すると、モータ制御装置の一部は、制御回路を構成している。

モータ制御装置と、それにより駆動されるステッピングモータとで、アクチュエータが構成される。アクチュエータにおいて、ステッピングモータは、電源から供給される電力に基づいて、駆動回路から駆動電力が供給されることで駆動される。アクチュエータにおいて、制御回路によって駆動回路が制御されることにより、ステッピングモータの駆動が制御される。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるアクチュエータの構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、アクチュエータ１は、モータ制御装置１０と、ステッピングモータ２０と、図示していないがギアボックスと、これらを収納するケースとを有している。ステッピングモータ２０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動される。ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル及びＢ相のコイル（図２に示す。）を有している。ステッピングモータ２０は、モータ制御装置１０から各相のコイルに電力が供給されて駆動される。ステッピングモータ２０は、例えば、車両に搭載される空調装置用のアクチュエータとして利用される。なお、ステッピングモータ２０及びアクチュエータ１の用途はこれに限られるものではない。

モータ制御装置１０は、制御回路１２と、駆動回路１４とを有している。

駆動回路１４は、モータ駆動部１４２と、電流センサ１４４とを有している。駆動回路１４は、ステッピングモータ２０に電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動する。

制御回路１２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置；判定手段の一例、再駆動手段の一例）１２２と、電流測定部１２４と、逆起電圧測定部（測定手段の一例）１２６と、温度計測部（取得手段の一例）１２８とを有している。制御回路１２は、駆動回路１４の制御を行うことで、ステッピングモータ２０の駆動を制御する。本実施の形態において、制御回路１２は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されている。

モータ駆動部１４２は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに電圧を印加するモジュールである。モータ駆動部１４２には、ＣＰＵ１２２から制御信号が送られる。モータ駆動部１４２は、制御信号に基づいて、電圧を印加する。本実施の形態では、駆動回路１４とステッピングモータ２０とは、Ａ相の正極（＋）、Ａ相の負極（−）、Ｂ相の正極（＋）、Ｂ相の負極（−）の４つのラインで接続されている。モータ駆動部１４２は、制御信号に応じて、これらの各ラインを介して、ステッピングモータ２０に電力を供給する。

電流センサ１４４は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに流れる電流（コイル電流）をセンシングするモジュールである。電流センサ１４４は、コイル電流のセンシング結果を、電流測定部１２４に出力する。

電流測定部１２４は、ステッピングモータ２０のコイル電流を測定するモジュールである。電流測定部１２４には、電流センサ１４４から出力されたコイル電流のセンシング結果が入力される。電流測定部１２４は、入力されたセンシング結果に基づいて、コイル電流を測定する。電流測定部１２４は、コイル電流の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

逆起電圧測定部１２６は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに誘起される逆起電圧を測定するモジュールである。本実施の形態において、逆起電圧測定部１２６は、駆動回路１４とステッピングモータ２０とを接続する４つのラインのそれぞれに接続されている。逆起電圧測定部１２６は、逆起電圧の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

温度計測部１２８は、例えば、制御回路１２のＩＣの温度を測定する温度センサである。温度計測部１２８は、制御回路１２の温度を示す温度情報をＣＰＵ１２２に出力する。

ＣＰＵ１２２には、電流測定部１２４から出力されたコイル電流の測定結果と、逆起電圧測定部１２６から出力された逆起電圧の測定結果と、温度計測部１２８から出力された温度情報とが入力される。ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０に印加する電圧を制御するための制御信号を生成する。ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を駆動するとき、コイル電流の測定結果に基づいて、制御信号を生成する。ＣＰＵ１２２は、生成した制御信号を、モータ駆動部１４２に出力する。

図２は、ステッピングモータ２０の回路構成を模式的に示す図である。

図２に示されるように、ステッピングモータ２０は、２つのコイル２１ａ，２１ｂと、ロータ２２と、複数のステータヨーク（図示せず）とを有している。

コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、ステータヨークを励磁するコイルである。コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、駆動回路１４に接続されている。コイル２１ａは、Ａ相のコイルである。コイル２１ｂは、Ｂ相のコイルである。コイル２１ａ，２１ｂには、それぞれ異なる位相のコイル電流が流される。

ロータ２２は、円周方向に沿って、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが交互に反転するように多極着磁された永久磁石を備える。なお、図２においては、ロータ２２は、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが１つずつ設けられているように簡略化されて示されている。ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に接近して配置されている。ロータ２２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに流れるコイル電流の位相が周期的に切り替えられることで回転する。

本実施の形態において、ステッピングモータ２０が駆動されるとき、ＣＰＵ１２２及びモータ駆動部１４２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに、パルス幅変調されたパルス電圧を印加する。

ステッピングモータ２０は、以下のようにして駆動される。すなわち、コイル２１ａには、所定の周期でコイル電流Ｉａの極性（すなわち、コイル電流Ｉａの方向）が変わるように、パルス電圧が印加される（コイル電圧Ｖａ）。他方、コイル２１ｂには、コイル２１ａと同一の周期で、パルス電圧が印加される（コイル電圧Ｖｂ）。コイル２１ｂには、コイル電流Ｉａに対して所定の位相だけ遅れてコイル電流Ｉｂの極性（すなわち、コイル電流Ｉｂの方向）が変わるように、パルス電圧が印加される。

コイル２１ａ，２１ｂにそれぞれコイル電流Ｉａ，Ｉｂが流れると、コイル電流Ｉａ，Ｉｂの極性に応じて、コイル２１ａ，２１ｂのステータヨークが励磁される。これにより、ロータ２２が所定のステップ単位で回転する。

ここで、モータ制御装置１０は、次に説明するように、ステッピングモータ２０の駆動処理を行う。駆動処理は、大まかに、脱調判定処理と、脱調判定後処理とを含む。

図３は、モータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の駆動処理を大まかに説明するフローチャートである。

図３を参照して、ステップＳ１０１において、モータ制御装置１０では、後述のような脱調状態判定方法により、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否か（脱調状態であるか否か）を判定する処理（脱調判定処理）が行われる。この脱調判定処理は、制御回路１２の各部を用いてＣＰＵ１２２が処理を行うことで実現されている。脱調判定処理は後述のようにしてステッピングモータ２０で脱調が発生したと判定されたときに終了し、その後、ステップＳ１０２の処理が行われる。

ステップＳ１０２において、脱調判定後処理が行われる。本実施の形態において、脱調判定後処理では、脱調判定後にそのままステッピングモータ２０を停止させるのではなく、所定の処理を行う。これにより、脱調判定後に自発的に（意図せず）アクチュエータ１が動くことを防止できる。ステップＳ１０２が終了すると、脱調発生時の一連の動作が終了する。

まず、脱調判定処理について説明する。

ステッピングモータ２０の脱調が発生したか否かの判定は、ＣＰＵ１２２がステッピングモータ２０を駆動させる駆動処理を行っているときに行われる。駆動処理は、ステッピングモータ２０の駆動を開始してから停止するまで、繰り返される。判定は、逆起電圧測定部１２６により測定された逆起電圧、及び温度計測部１２８により取得された温度情報に応じて行われる。判定は、後述のようにして設定された脱調判定基準値（判定基準の一例）に基づいて行われる。

ＣＰＵ１２２が行う脱調状態判定方法（脱調判定処理）の流れは、大まかに、次のようである。

図４は、本実施の形態における脱調状態判定方法を示すフローチャートである。

図４に示されるように、脱調判定処理がスタートすると、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ１２２は、温度計測部１２８による温度計測を行う。これにより、温度情報が取得される。

ステップＳ１１２において、ＣＰＵ１２２は、取得した温度情報に基づいて、脱調判定基準値の選択及び設定を行う。

ステップＳ１１３において、ＣＰＵ１２２は、逆起電圧測定部１２６により、逆起電圧を測定する。

ステップＳ１１４において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０が脱調状態であるか否かを判定する。脱調状態だと判定されなければ、ＣＰＵ１２２は、逆起電圧の測定と、脱調状態であるか否かの判定とを繰り返す（Ｓ１１３，Ｓ１１４）。

ステップＳ１１４において脱調状態であると判定されると、ステップＳ１１５において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を停止させる処理を行う。ステッピングモータ２０を停止させると、ステッピングモータ２０の脱調判定処理は終了する。その後、後述する脱調判定後処理が行われる。

ここで、上述のステップＳ１１３の処理において、逆起電圧は、次のようにして測定される。ＣＰＵ１２２は、Ａ相及びＢ相のうちいずれか１つの相のコイル２１ａ，２１ｂに流れるコイル電流Ｉａ，Ｉｂの向きが切り替わる際に、一時的に、そのコイル２１ａ，２１ｂへのパルス電圧の印加を停止させる（停止期間）。そして、逆起電圧測定部１２６は、このような停止期間中に、パルス電圧の印加が停止されている相のコイル２１ａ，２１ｂに誘起される逆起電圧を、個別に（相毎に、又はコイル毎に）測定する。

すなわち、コイル電流Ｉａの極性が変わるときには、コイル電流Ｉａがゼロになるように、コイル２１ａへのパルス電圧の印加が停止される。この停止期間においては、コイル２１ａに逆起電圧が誘起される。また、コイル電流Ｉｂの極性が変わるときには、コイル電流Ｉｂがゼロになるように、コイル２１ｂへのパルス電圧の印加が停止される。この停止期間においては、コイル２１ｂに逆起電圧が誘起される。逆起電圧測定部１２６は、これらの逆起電圧を測定する。

より具体的には、ステッピングモータ２０の駆動時において、ＣＰＵ１２２の制御により、コイル２１ａ，２１ｂにパルス電圧が印加される（ＰＷＭ制御）。これにより、コイル２１ａ，２１ｂにそれぞれコイル電流Ｉａ，Ｉｂが流れる。

ＰＷＭ制御が行われると、その後、通電停止処理及び定電圧制御が実行される。例えばコイル２１ａの通電停止処理が行われる場合には、所定の停止期間だけコイル２１ａへのパルス電圧の印加が停止される。これにより、コイル電流Ｉａがゼロになる。停止期間は、ＣＰＵ１２２により任意に設定される。例えば、ＣＰＵ１２２は、予め決められた停止期間を設定してもよいし、アクチュエータ１の外部から停止期間の設定を受け付けてもよい。このような停止期間中に、逆起電圧測定部１２６は、コイル２１ａに誘起される逆起電圧を測定する。測定結果は、ＣＰＵ１２２に供給される。

なお、本実施の形態において、このようにコイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合、ＣＰＵ１２２は、定電圧制御として、その停止期間中においてコイル２１ｂのコイル電圧Ｖｂを固定電圧に設定する。すなわち、ＣＰＵ１２２は、停止期間中に、逆起電圧を測定するコイル以外のすべてのコイルを固定電圧に設定する。固定電圧の電圧レベルは、直前のコイル電圧と同じ電圧レベル（例えば、電源電圧レベル又はグラウンド（ＧＮＤ）レベルなど）であってもよいし、所定の基準電圧レベルであってもよい。これにより、例えばコイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合には、コイル２１ｂのコイル電圧Ｖｂが一定（本実施の形態では、例えば、電源電圧レベル）になる。

固定電圧の電圧レベルが電源電圧レベルであるとき、コイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合におけるコイル２１ｂのコイル電流Ｉｂは、上述のＰＷＭ制御が行われている期間におけるコイル電流Ｉｂに比べて多少上昇する。停止期間中のコイル電圧Ｖｂは一定であるので、コイル電圧Ｖｂの印加に伴うノイズは発生しない。その結果、停止期間中のコイル２１ａのコイル電圧Ｖａにはノイズが重畳されない。すなわち、停止期間中のコイル電圧Ｖａを測定することにより、コイル２１ａに誘起される逆起電圧が正確に測定される。これにより、脱調状態の誤検出を防ぐことができる。

上述のようにして逆起電圧が計測されると、ＣＰＵ１２２は、逆起電圧が、所定の脱調判定基準、すなわちステップＳ１１２で設定された脱調判定基準値を充足するか否かを判定する（上述のステップＳ１１４）。換言すると、ＣＰＵ１２２は、得られた逆起電圧の値と、脱調判定基準値とを比較する。比較結果に応じて、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否かが判定可能である。例えば、ＣＰＵ１２２は、測定された逆起電圧の値が脱調判定基準値に達しているとき、ステッピングモータ２０で脱調が発生していると判定する。

次に、温度情報に基づく脱調判定基準の設定について説明する。

本実施の形態では、脱調状態であるか否かの判定が行われるまでに、予め、温度情報に基づく脱調判定基準値の設定が行われる（上述のステップＳ１１１，Ｓ１１２）。そして、予め設定された脱調判定基準値に基づいて、脱調状態であるか否かの判定が行われる。

ステッピングモータ２０の逆起電圧には、ステッピングモータ２０の温度に対する依存性があることがわかってきた。そこで、ステッピングモータ２０の温度の温度情報や、ステッピングモータ２０の温度に対応するモータ制御装置１０の温度の温度情報を用いて、脱調判定基準値の設定が行われる。モータ制御装置１０は、それ自体ステッピングモータ２０と同環境に置かれることが多く、また、ステッピングモータ２０の動作に応じた動作を行う。そのため、モータ制御装置１０の温度は、ステッピングモータ２０の温度に対応するものとなる。このような温度情報を用いて脱調判定基準値の設定が行われることにより、より正確に脱調状態の判定ができるようになる。

本実施の形態において、より具体的には、温度計測部１２８は、制御回路１２の温度、すなわちＩＣの内部温度を温度情報として取得する。ここで、制御回路１２は、ステッピングモータ２０と略同じ環境下に置かれることが多いものである。また、制御回路１２は、ステッピングモータ２０の動作に伴い、動作するものである。そのため、ＩＣの内部温度は、ステッピングモータ２０の置かれた環境（周囲の温度等の状況）や、ステッピングモータ２０の負荷状況に略相関する。したがって、ＩＣの内部温度の温度情報を活用して、温度に応じた脱調判定基準値が選択されることで、より正確にステッピングモータ２０の脱調状態の判定ができるようになる。

温度計測部１２８により温度情報が取得されると、ＣＰＵ１２２は、その温度情報に応じて脱調判定基準値を設定する。このとき、ＣＰＵ１２２は、温度計測部１２８により取得された温度情報が示す温度が、予め設定された３つの温度範囲（３ランクの温度範囲）のうちいずれの温度範囲に属するかを判断する。そして、ＣＰＵ１２２は、３つの温度範囲のうち、属すると判断された温度範囲に対して予め対応付けられている基準値（閾値）を、脱調判定基準値として設定する。各温度範囲と基準値との対応関係は、例えば、予め、基準値設定テーブルとして設定されている。基準値設定テーブルは、例えば、制御回路１２内に設けられた記憶部（メモリ；図示せず）に記憶されている。なお、対応関係は、このような基準値設定テーブルにより定められていなくてもよい。

本実施の形態においては、３つの温度範囲として、例えば、セ氏５度以下である第１の範囲、セ氏５度より大きくセ氏７５度未満である第２の範囲、及びセ氏７５度以上の第３の範囲の３つが設定されている。そして、第１の範囲、第２の範囲、第３の範囲のそれぞれについて、脱調判定基準値として設定するべき基準値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が対応付けられている。

ＣＰＵ１２２は、温度計測部１２８により取得された温度情報が示す温度が、３つの温度範囲（第１の範囲〜第３の範囲）のいずれに属するかを判断する。そして、ＣＰＵ１２２は、属すると判断した範囲について対応付けられている基準値を選択し、脱調判定基準値として設定する。

例えば、温度計測部１２８により取得された温度情報が示す温度がセ氏５０度である場合を想定する。このとき、温度は、第２の範囲に属する。したがって、第２の範囲に対応付けられている基準値Ｖ２が、脱調判定基準値として設定される。ＣＰＵ１２２は、設定された脱調判定基準値Ｖ２と逆起電圧の値とを比較し、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否かを判定する。

同様に、温度計測部１２８により取得された温度情報が示す温度が例えばセ氏０度であるときには、脱調判定基準値として基準値Ｖ１が選択される。また、温度が例えばセ氏１００度であるときには、脱調判定基準値として基準値Ｖ３が選択される。これにより、ステッピングモータ２０の温度に対応する脱調判定基準値に基づいて、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否かが判定される。

なお、温度範囲としては、例えば、高温側と低温側との、少なくとも２つに分かれていればよいし、３つより多く分かれていてもよい。温度範囲は、例えば、セ氏５度以下、セ氏５度〜セ氏４５度、セ氏４５度〜セ氏６０度、セ氏６０度〜セ氏７５度、及びセ氏７５度以上のように、５段階に分かれていてもよいし、７段階などに分かれていてもよい。

本実施の形態においては、以上のように、ステッピングモータ２０の温度に対応する温度を計測し、計測して得た温度に応じて、脱調判定基準値が設定される。そして、設定された脱調判定基準値と、別途計測した逆起電圧を比較することで、脱調状態が判定される。ステッピングモータ２０の逆起電圧には温度に対する依存性があるが、モータ制御装置１０においては、ステッピングモータ２０の温度に応じて、そのとき検出される逆起電圧の基準となる脱調状態判定基準値を変化させたうえで、脱調状態の判定を行うことができる。したがって、ステッピングモータ２０が比較的高温である状態や低温である状態においても、高精度で、ステッピングモータ２０で脱調が発生したことを判定することができる。

脱調判定基準値は、温度情報が示す温度が属する温度範囲について予め対応付けられている基準値を選択することにより設定される。したがって、比較的単純な処理により、脱調判定基準値の設定を行うことができる。

また、本実施の形態においては、制御回路１２内に設けられている温度計測部１２８を用いて測定した温度を用いて、脱調判定基準値の設定が行われる。このようにモータ制御用の制御回路１２の内部に従来用いられている「ＩＣ内部温度を計測する機能」を利用することにより、モータ制御装置１０の部品点数を少なくすることができる。したがって、モータ制御装置１０の製造コストを低く抑えることができる。また、モータ制御装置１０を小型化することができ、モータ制御装置１０の設置に必要なスペースを小さくすることができる。ＩＣ内部温度は、ステッピングモータ２０の置かれた環境（周囲の温度）やステッピングモータ２０の負荷状況に略相関するものである。このＩＣ内部温度の温度情報を活用して、温度に応じた脱調判定基準値を設定するので、より正確に、脱調状態の判定ができるようになる。

温度の計測は、制御回路１２内に設けられている温度計測部１２８を用いて行われるものに限られない。例えば、別の温度センサを用いて、ステッピングモータ２０の温度やモータ制御装置１０の温度や、その温度に対応する温度を計測するようにしてもよい。

ここで、温度範囲に対応付けられている基準値は、上述のように１つでもよいし、２つより多くてもよい。例えば、複数の基準値を用いて脱調判定基準を設定するようなときには、それぞれの基準値が基準値設定テーブルにより求められるようにすればよい。

図５は、基準値設定テーブルの一例を示す図である。

図５においても、セ氏５度以下である第１の範囲、セ氏５度より大きくセ氏７５度未満である第２の範囲、及びセ氏７５度以上の第３の範囲の３つの温度範囲が設定されている。それぞれの温度範囲について、３つの基準値（閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）が設定されている。

ここで、閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、例えば、それぞれ次のようなものである。すなわち、閾値Ｖａは、測定された逆起電圧の値と比較されるものである。また、閾値Ｖｂは、連続する前後の測定機会における逆起電圧の変動値の絶対値と比較されるものである。閾値Ｖｃは、逆起電圧の変動値が連続して所定の条件を満たす変動を行う期間における、逆起電圧の変動値の絶対値の差分と比較されるものである。

脱調判定基準は、これらの閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを用いて設定される。すなわち、例えば、特開２００９−２６１０４５号公報で公知であるように、測定された逆起電圧の値が閾値Ｖａに対して所定の条件を満たすこと、逆起電圧の変動値の絶対値が閾値Ｖｂに対して所定の条件を満たすこと、及び逆起電圧の変動値の絶対値の差分が閾値Ｖｃに対して所定の条件を満たすこと、などを含む複数の条件のうち、いずれか１つが充足されるとき、脱調判定基準が満たされたと判断されるようにしてもよい。また、これらを含む複数の条件のうち、２つ以上の所定数の条件が充足されたり、特定の２つ以上の条件がそろって充足されたりしたとき、脱調判定基準が満たされたと判断されるようにしてもよい。

図５に示される例において、基準値設定テーブルには、第１の範囲について、３つの閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃとして、それぞれ、閾値Ｖａ１、閾値Ｖｂ１及び閾値Ｖｃ１が対応付けられている。また、第２の範囲について、閾値Ｖａ２、閾値Ｖｂ２及び閾値Ｖｃ２が対応付けられている。第３の範囲について、閾値Ｖａ３、閾値Ｖｂ３及び閾値Ｖｃ３が対応付けられている。ＣＰＵ１２２は、温度計測部１２８により取得された温度情報が示す温度が属すると判断した温度範囲について対応付けられている閾値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃをそれぞれ選択し、脱調判定基準を設定する。これにより、比較的複雑な脱調判定基準を採用して脱調状態の判定を行う場合であっても、計測した温度に応じて、脱調判定基準を適切に変更可能である。基準値設定テーブルを用いることにより、比較的単純な処理で脱調判定基準を設定することができる。

また、ＣＰＵ１２２は、上述のような温度範囲に対応付けられた基準値を選択する方法に限られず、種々の方法により、脱調判定基準を設定するように構成されていればよい。例えば、ＣＰＵ１２２は、温度をパラメータとした計算式を用いて、脱調判定基準値を求めるように構成されていてもよい。

例えば、次式のように、脱調状定基準値Ｖを、ＩＣ内部温度ｔをパラメータとした関数Ｆ（ｔ）で表し、この関数Ｆ（ｔ）を用いて脱調判定基準値Ｖを求めるようにすればよい。

Ｖ＝Ｆ（ｔ）

具体的には、例えば、次式のように表される数式を用いて、脱調判定基準値Ｖを求めることができる。

Ｖ＝ａ＊ｔ＾２（ｔの２乗）＋ｂ＊ｔ＋ｃ （ａ，ｂ，ｃは定数）

なお、上式は一例であり、関数Ｆ（ｔ）は、２次より高い次数の高次関数として表現するようにしてもよい。

このように逆起電圧の温度依存性に応じた計算式を用いて脱調判定基準値を設定するようにすることにより、より温度の変化に適合した脱調判定基準値を設定することができる。したがって、ステッピングモータ２０で脱調が発生しているか否かをより精度良く判定することができる。したがって、脱調状態であるか否か、より確実に判定できるようになる。

次に、脱調判定後処理について説明する。

本実施の形態において、脱調判定後処理が行われることにより、例えばアクチュエータがエンドストップに到達してステッピングモータ２０の脱調が発生したとき、アクチュエータを即座に反対方向（エンドステップから離れる方向）に移動させた後でステッピングモータ２０を停止させることで、モータが自発的に動いてしまうことを防止できる。

図６は、本実施の形態における脱調判定後処理を示すフローチャートである。

図６に示されるように、脱調判定後処理がスタートすると、ステップＳ１２１から処理が行われる。すなわち、ＣＰＵ１２２によりステッピングモータ２０が脱調していると判定されたとき、いったんステッピングモータ２０が停止された後で（ステップＳ１１５）、ステップＳ１２１から処理が行われる。

ステップＳ１２１において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０をそれまでの回転方向（正回転の回転方向；第１の回転方向）とは逆の回転方向（第２の回転方向）に回転させる（逆回転させる）制御を開始する。

ステップＳ１２２において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を停止させる。

ステップＳ１２３において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を再度正回転させる制御を開始する。

このように再度正回転させる制御は、ステッピングモータ２０が脱調しているか否かを判定しながら行われる。脱調状態の判定は、例えば、上述と同様にして行われればよい。すなわち、ステップＳ１２４において、ＣＰＵ１２２は、逆起電圧測定部１２６により、逆起電圧を測定する。

ステップＳ１２５において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０が脱調状態であるか否かを判定する。脱調状態だと判定されなければ、ＣＰＵ１２２は、逆起電圧の測定と、脱調状態であるか否かの判定とを繰り返す（Ｓ１２４，Ｓ１２５）。なお、このとき再度正回転させるステップ数は、逆回転時のステップ数よりも小さくなる範囲内に納まるようにしてもよい。これにより、アクチュエータが強いひずみを伴いながら再度エンドストップに到達することを防止できる。

ステップＳ１２５において脱調状態であると判定されると、ステップＳ１２６において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を停止させる処理を行う。ステッピングモータ２０を停止させると、脱調判定後処理は終了する。すなわち、ステッピングモータ２０の駆動処理は終了する。

図７は、脱調判定後処理について説明する図である。

図７を参照して、上述の脱調判定後処理のステッピングモータ２０の動作について説明する。例えばアクチュエータのイニシャルムーブ時の動作を想定する。まず、ステッピングモータ２０が所定の回転方向に回転しているとき（ステップＳ１１）、アクチュエータ１のエンドストップに到達すると、そこで脱調が検出される。そうすると、いったんステッピングモータ２０が停止された後、ステッピングモータ２０が逆回転する（リバース；ステップＳ１２）。その後、ステッピングモータ２０が停止される。次に、ステッピングモータ２０が再度正回転する（フォワード；ステップＳ１３）。そして、ステッピングモータ２０の脱調が検出されると、ステッピングモータ２０が停止される。

なお、上述のステップＳ１２１においてステッピングモータ２０を逆回転させる処理は（図７においてステップＳ１１からステップＳ１２）、脱調状態であるとの判定が行われてから、ステッピングモータ２０がそれまでの正回転の回転方向とは逆の回転方向に自発的に動く前に、開始される。すなわち、アクチュエータ１がエンドストップに到達して、脱調が検出されることでモータが停止された状態では、ステッピングモータ２０のトルクによって、アクチュエータ１に内部ひずみ（反対方向に動こうとする反発力）が生じている。このひずみがステッピングモータ２０に応力として伝達され、ステッピングモータ２０が停止してからこの応力に耐えきれずに自発的に反対方向に動き出してしまう結果、アクチュエータ１が自発的に反対方向に動き出してしまうことがある。このようにアクチュエータ１（ステッピングモータ２０）が自発的に動き出すまでの時間は、温度によって差異はあるものの、脱調と判定されてから４ｍｓｅｃ以上３００ｍｓｅｃ以下の程度であることがわかった。そのため、ステップＳ１２１の処理は、脱調状態であるとの判定後、遅くとも３００ｍｓｅｃ以内にモータを逆回転させればよい。これにより、アクチュエータ１の内部ひずみを、自発的に動き出す前に解放できる。

また、上述のステップＳ１２１からステップＳ１２２の処理では、ＣＰＵ１２２は、アクチュエータ１の内部ひずみが開放されるステップ数だけ、ステッピングモータ２０を逆回転させてから、ステッピングモータ２０を停止させる。このステップ数は、適宜設定すればよい。例えば、ステッピングモータ２０のアウトプットシャフトが０．５度以上３度以内の範囲で回転するのに相当するステップ数分だけ逆回転させるようにすればよい。

なお、アクチュエータ１の内部ひずみとしては、アクチュエータ１の構成に応じて、適宜考慮に入れる部材を設定すればよい。例えば、アクチュエータ１のアウトプットシャフトのひずみに限られず、歯車などの他の機構部品のひずみなども考慮に入れたうえで、内部ひずみが開放されるようにステップ数を設定してもよい。

ここで、上述のステップＳ１２３において再度ステッピングモータ２０を正回転させる処理は（図７においてステップＳ１３）、前回正回転していたとき（図７においてステップＳ１１で示されるとき）のトルク（平常時トルク）に対して、５０パーセント以上９０パーセント以下の範囲のトルクで、ステッピングモータ２０が駆動されるようにすると効果的である。このように低めのトルクで駆動することで、その後脱調が検出されてステッピングモータ２０が停止したとき、トルクが弱い分、アクチュエータ１の内部ひずみが小さくなる。したがって、再度停止した後で自発的な逆方向への移動が発生することを防止でき、引き続き、アクチュエータ１の制御を適切に行うことができる。

［その他］

なお、脱調判定後処理について、上述のようにいったん逆回転させた後で再度正回転させる場合には、脱調状態であるか否かの判定を行わず、再度正回転させるステップ数（駆動量）が、逆回転時のステップ数よりも小さくなる範囲内に納まるようにすればよい。例えば、逆回転方向に３０ステップ分だけ移動させた場合には、その後、正回転方向に１０ステップ分だけ移動させるようにすればよい。このように制御を行うことで、再度エンドストップに強いひずみを伴いながら到達しないような位置まで、脱調が生じないようにしつつ、確実に移動させることができる。

逆起電圧の測定は、各相のコイルの制御電流の停止中において、他のコイルを固定電圧に設定して行われるが、これに限られるものではない。当該他のコイルについては固定電圧に設定するか否かにかかわらず、ある相のコイルの制御電流の停止期間において、そのコイルについての逆起電圧を測定するようにすればよい。また、逆起電圧は、種々のタイミングで適宜測定するようにすればよい。

制御回路の一部分のみが集積回路として構成されていてもよい。また、モータ制御装置のうち、制御回路とは異なる部分の一部が集積回路として構成されていてもよい。モータ制御装置の全部が集積回路として構成されていてもよい。

ステッピングモータは２相のものに限られない。例えば、ステッピングモータは、５相のものであってもよい。

ステッピングモータやモータ制御装置など、アクチュエータのハードウェア構成は上述に限られるものではない。モータ制御装置により上記のような脱調判定処理や脱調判定後処理が行われるように、アクチュエータの構成は適宜変更可能である。

上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。

上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。上記のフローチャートで文章で説明された処理は、そのプログラムに従ってＣＰＵなどにより実行される。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ アクチュエータ
１０ モータ制御装置
１２ 制御回路
１４ 駆動回路
２０ ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ コイル
２２ ロータ
２２ｎ Ｎ極
２２ｓ Ｓ極
１２２ ＣＰＵ（中央演算処理装置；判定手段の一例、再駆動手段の一例）
１２４ 電流測定部
１２６ 逆起電圧測定部（測定手段の一例）
１２８ 温度計測部（取得手段の一例）
１４２ モータ駆動部
１４４ 電流センサ

Claims (8)

1. 複数相のコイルを有するステッピングモータを駆動させるために各相のコイルの通電状態を制御するモータ制御装置であって、
   前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記ステッピングモータが脱調していると判定されたとき、その判定が行われてから、前記ステッピングモータがそれまでの第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に自発的に動く前に、前記ステッピングモータの受ける応力が緩和されるステップ数だけ、前記ステッピングモータを前記第２の回転方向に回転させる逆回転手段とを備える、モータ制御装置。
2. 前記判定手段により前記ステッピングモータが脱調していると判定された後に前記逆回転手段による前記第２の回転方向への回転動作が終了したとき、再度、前記ステッピングモータを前記第１の回転方向に駆動する再駆動手段をさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記再駆動手段は、前記ステッピングモータを前記第１の回転方向に駆動するとき、前記判定手段により前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定しながら、前記ステッピングモータを駆動する、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記再駆動手段は、前記ステッピングモータを前記第１の回転方向に駆動するとき、前回前記第１の回転方向に回転していたときの平常時トルクと比較して小さいトルクで前記ステッピングモータを駆動する、請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
5. 前記再駆動手段は、前記ステッピングモータを前記第１の回転方向に駆動するとき、前回前記第１の回転方向に回転していたときの平常時トルクに対して５０パーセント以上９０パーセント以下の範囲内のトルクで前記ステッピングモータを駆動する、請求項２から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記再駆動手段は、前記ステッピングモータを前記第１の回転方向に駆動するとき、前記逆回転手段による前記第２の回転方向への駆動量よりも少ない駆動量だけ、前記ステッピングモータを駆動する、請求項２から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記ステッピングモータの温度又はそれに対応する温度の温度情報を取得する取得手段とをさらに備え、
   前記判定手段は、前記取得手段により取得された温度情報に応じた前記ステッピングモータの脱調に関する判定基準に基づいて、前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 複数相のコイルを有するステッピングモータの制御方法であって、
   前記ステッピングモータが脱調しているか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップにより前記ステッピングモータが脱調していると判定されたとき、その判定が行われてから、前記ステッピングモータがそれまでの第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に自発的に駆動を始める前に、前記ステッピングモータの受ける応力が緩和されるステップ数だけ、前記ステッピングモータを前記第２の回転方向に回転させる逆回転ステップとを備える、ステッピングモータの制御方法。

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