JP2020048362A - アクチュエータ駆動装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でモータなどのアクチュエータの脱調を回避する。【解決手段】モータ駆動装置において、ＣＰＵ１０１はモータＤｒ１０６を制御信号に応じて制御してモータ１を駆動する。磁気センサ８はロータ３の回転位置を検出しており、後変化分出力回路１０２は磁気センサによって検出された回転位置を示す検出信号と制御信号とに応じてモータＤｒを駆動するための駆動信号をモータＤｒに送る。磁気センサ８は、駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相に設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータ駆動装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、ステッピングモータなどのアクチュエータの駆動制御に関する。

一般に、ステッピングモータでは、コイルの通電を切り替えることによってロータを設定角度毎に回転させることができる。このため、ステッピングモータにおいては、ロータの回転位置を検出することなく容易に位置制御を行うことができる。つまり、ステッピングモータを駆動する際には、所定の時間間隔に従ってコイルの通電を切り替えるオープンループ制御が用いられている。そして、その使い勝手の良さによって、ステッピングモータはカメラ、光ディスク装置、携帯機器、プリンタ、および事務機などに広く用いられている。

ところが、ステッピングモータを高速で駆動する場合又は高負荷条件で駆動する場合には、所定の時間間隔でコイルの通電を切り替えても、この切り替えにロータが応答することができず、所謂脱調を引き起こすことがある。

このため、ロータの回転をセンサで検出して、ロータの速度に応じてコイルに流す電流を制御することが行われている（特許文献１）。さらには、ロータの位置を検出するアナログセンサについて、ロータの速度に応じてその閾値を調整して検出位置を調整することが行われている（特許文献２）。これによって、特許文献２では、ロータの回転速度に同期して切り替え制御を行って脱調を防止している。

特開２００２−３５９９９７号公報 特開２００８−２９５２０５号公報

しかしながら、特許文献１においては、ロータの速度を検出する高精度のセンサおよび演算部が必要となって、小型の携帯機器には不向きとなってしまう。さらに、過負荷などによってロータの回転に遅れが生じた場合には、制御が遅れてしまい、急峻な変化には対応することが困難となる。

一方、特許文献２においては、アナログ回路の調整などが必要となり、量産製品および小型の携帯機器に不向きとなってしまう。

そこで、本発明の目的は、簡易な構成で脱調を回避することのできるアクチュエータ駆動装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によるアクチュエータ駆動装置は、ロータを備えるアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置であって、前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御手段と、前記ロータの回転位置を検出する検出手段と、を有し、前記制御手段は、前記検出手段によって検出された回転位置を示す検出信号と前記制御信号とに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、前記検出手段は、前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成でアクチュエータの脱調を回避することができる。

本発明の第１の実施形態によるアクチュエータ駆動装置を説明するための図である。 図１の示すロータの回転を説明するための図である（その１）。 図１の示すロータの回転を説明するための図である（その２）。 図２および図３で説明したロータの回転を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示すモータに過剰な負荷が掛かって回転が低下した状態を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。 図６に示すモータ駆動装置の制御を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。 図８に示すモータ駆動装置の制御を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。 図１０に示すロータの回転を説明するための図である。 図１１に示すロータの回転を説明するためのタイミングチャートである。

以下に、本発明の実施の形態によるアクチュエータ駆動装置の一例について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態によるアクチュエータ駆動装置を説明するための図である。そして、図１（ａ）はアクチュエータ駆動装置をアクチュエータとともに示す図であり、図１（ｂ）は図１（ｂ）に示すロータの構成を示す図である。なお、ここでは、アクチュエータとしてステッピングモータ（以下単にモータと呼ぶ）を用い、アクチュエータ駆動装置をモータ駆動装置と呼ぶ。

まず、図１（ａ）を参照して、モータ１はロータ３および駆動コイル４を有している。そして、駆動コイル４に流す電流の向きを切り替えることによって、後述するようにロータ３の磁極を切り替える。ロータ３の円周上には磁石（永久磁石）５が配置され、例えば、Ｓ極およびＮ極が交互に配置されている。ロータ３に対向して磁気センサ８が配置されており、磁気センサ８によってロータ３の回転位置を検出する。磁気センサ８、例えば、ホールＩＣ又はＭＲ素子によって構成される。一般的には、磁気センサは駆動コイル４に流す電流の向きを切り替えるためのトリガーとして用いられる。この場合、磁気センサは、駆動コイル４に流す電流の向きを切り替えるために最適な位相に設置される。しかしながら、本実施形態における磁気センサは脱調を防ぐことを目的としたものであり、駆動コイル４に流す電流の向きを切り替えるために最適な位置よりも、所定の位相だけ早めた位置に設置される。

なお、１つのロータ３に対して、複数の駆動コイル４および磁気センサ８を備えるようにしてもよい。例えば、２相のモータであれば、駆動コイル４の数は２の整数倍、３相のモータであれば、駆動コイル４の数は３の整数倍であればよい。詳細については特許文献２等に記載されているので、ここでは、説明の簡単化のため駆動コイル４および磁気センサ８をそれぞれ１つ備えるものとする。

図１（ｂ）にはロータ３の構成が示されており、ロータ３には、点Ｏを中心とする円周上に、複数の磁極を有する磁石５が配置されている。磁石５によって、ロータ３は駆動コイル４の磁力変化に応じて回転力を得る。

なお、磁石５についてはＳ極およびＮ極の対が複数あり、組数が多い程、一回転当りの制御分解能が向上する。図示の例では、円周上にＳ極およびＮ極の対が２組ある例が示されており、Ｎ極をＮ１およびＮ２で示し、Ｓ極をＳ１およびＳ２で示す。そして、これら磁極は９０度の間隔で配置されている。また、説明の便宜上Ｎ１とＳ１との間の位置を点ｅとする。

再び図１（ａ）を参照して、駆動コイル４は、ロータ３に駆動力を与えるために最適な位置に配置されている。磁気センサ８は、ロータ３にある磁石５の磁力（磁束）を検出する。磁気センサ８は、検出結果を示す検出信号Ｈを出力する。この検出信号Ｈは磁極がＳ極であるか又はＮ極であるかを示す信号である。

マイコン（ＣＰＵ）１０１はモータ１を駆動制御する。ＣＰＵ１０１は、ロータ３に駆動力を与えるため、駆動コイル４に印加する電流を制御する制御信号Ａｃを出力する。マイコン１０１は、モータ１に要求される回転速度やトルクに応じた所定の周期で制御信号Ａｃを変化させる。図示の例では、後述するように、制御信号Ａｃがハイレベル（Ｈｉ）の場合、駆動コイル４においてロータ３に対向する端面の磁極がＮ極とされる。一方、制御信号Ａｃがローレベル（Ｌｏｗ）の場合、駆動コイル４においてロータ３に対向する端面の磁極がＳ極とされる。

後変化分出力回路１０２には制御信号Ａｃおよび検出信号Ｈが入力される。そして、後変化分出力回路１０２は、制御信号Ａｃおよび検出信号Ｈに基づいて、後述するようにして出力信号Ａｐをモータドライバ（モータＤｒ）１０６に出力する。

モータＤｒ１０６には、モータ駆動用の電源１０７が接続されており、モータＤｒ１０６は電線Ａ＋および電線Ａ―を介して、電源１０７から駆動コイル４に電流を印加する。この際、モータＤｒ１０６は、出力信号Ａｐを受けると駆動コイル４に印加する電流の位相（方向）を切り替える。

例えば、出力信号ＡｐがＨｉであると、モータＤｒ１０６はＡ＋側の電位を上げ、Ａ−側の電位を下げて、電線Ａ＋から電線Ａ―に向う電流を流す。これによって、駆動コイル４において、ロータ３に対向する端面をＮ極とする。一方、出力信号ＡｐがＬｏｗであると、モータＤｒ１０６はＡ−側の電位を上げ、Ａ＋側の電位を下げて、電線Ａ−から電線Ａ＋に向う電流を流す。これによって、駆動コイル４において、ロータ３に対向する端面をＳ極とする。

図２は、図１の示すロータの回転を説明するための図である。そして、図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれロータの回転角度を異ならせて示す図である。また、図３は、さらに図１の示すロータの回転を説明するための図である。そして、図３（ａ）〜図３（ｃ）はそれぞれロータの回転角度を異ならせて示す図である。

図示の例では、駆動コイル４の通電によってロータ３は中心点０を中心として矢印ＣＣＷ（Ｃｏｕｎｔｅｒ−Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ）の方向、つまり、反時計回り方向に回転する。

図２（ａ）においては、仮想磁気センサ７が示されており、当該仮想磁気センサ７は駆動コイル４の出力を反転させる位置である仮想位置に配置されている。なお、仮想磁気センサ７は説明の便宜上図示されているが、仮想磁気センサ７の位置に磁気センサを配置するようにしてもよい。

ここでは、仮想磁気センサ７に最接近する位置に点ｅが位置する際のロータ３の角度を３６０°＝０°とする。図２（ａ）に示す例では、ロータ３の角度は３１５°である。

図２（ａ）に示す状態では、仮想磁気センサ７に対して磁極Ｎ１が対向している。つまり、ここでは、仮想磁気センサ７はＮ極を検出することになる。この際には、駆動コイル４において、ロータ３と対向する端部にはＳ極が形成されて、磁石５のＮ極と駆動コイル４のＳ極とが引き合う力ＰＵＬＬｃｃｗが生じて、回転方向ＣＣＷに力が発生する。さらに、磁極Ｓ２（Ｓ極）には駆動コイル４のＳ極と反発し合う力ＰＵＳＨｃｃｗが生じ、これによって回転方向ＣＣＷに力が発生することとなる。

ロータ３が回転方向ＣＣＷに回転して、磁極Ｎ１の中心が駆動コイル４の中心に位置するまで、力ＰＵＬＬｃｃｗおよびＰＵＳＨｃｃｗの合力によって回転方向ＣＣＷに回転力が発生することとなる。なお、磁石５の位置と駆動コイル４の出力との関係については後述する。

図２（ｂ）において、ロータ３が回転方向ＣＣＷに回転して点ｅの角度が３３０°となって点ｅが磁気センサ８に最も接近する。ここでは、磁気センサ８に対して、磁極Ｎ１（Ｎ極）から磁極Ｓ１（Ｓ極）に切り替わるので、磁気センサ８の出力はＬｏｗからＨｉに変化する。なお、この際には、駆動コイル４はＳ極のままであり、引き続きＣＣＷ方向に回転力が発生する。

図３（ａ）において、さらにロータ３が回転方向ＣＣＷに回転して点ｅの角度が３６０°（つまり０°）となって、仮想磁気センサ７が点ｅを検出する位置にある。この際、駆動コイル４の位置に磁極Ｎ１の中心が位置する。この状態で駆動コイル４がＳ極であっても、磁極Ｎ１と駆動コイル４のＳ極とが引き合って、回転方向ＣＣＷの回転力は発生しない。つまり、力ＰＵＬＬｃｃｗやおよびＰＵＳＨｃｃｗは発生しない。

また、駆動コイル４がＮ極となっても、磁極Ｎ１と駆動コイル４のＮ極とは反発するが、回転方向ＣＣＷの回転力は発生しない。なお、この場合、慣性力によってロータ３は回転を続ける。２相のステッピングモータなどであれば、図２および図３に示す位置と別な位置に配置された駆動コイルによってロータ３は回転力を得て回転する。

図３（ｂ）には、ロータ３が図３（ａ）に示す角度よりも少しＣＣＷ方向に進んだ状態が示されている。ここでは、点ｅの角度は１°〜５°である。駆動コイル４がＳ極からＮ極に変化して、磁極Ｎ１と反発して力ＰＵＳＨｃｃｗが発生し回転方向ＣＣＷの回転力が得られる。

図３（ｃ）には、図３（ｂ）で得た回転方向ＣＣＷの回転力によってロータ３がさらに回転した状態が示され、ここでは、駆動コイル４の位置に点ｅが位置する。なお、点ｅの角度は４５°である。磁極Ｓ１と駆動コイル４のＮ極とが引き合う力ＰＵＬＬＣｃｃｗが生じて回転方向ＣＣＷの力が発生する。また、磁極Ｎ１と駆動コイル４のＮ極が反発し合う力ＰＵＳＨＣｃｃｗが生じて、これによって回転方向ＣＣＷの力が発生する。

図３（ｃ）に示す状態では、図２（ａ）に示す状態からロータ３が９０°回転した状態となり、磁極Ｓ２の位置に磁極Ｎ１が、磁極Ｎ１の位置に磁極Ｓ１が、磁極Ｓ１の位置に磁極Ｎ２が位置する。つまり、ロータ３はＳ極とＮ極とが反転する位置に回転する。

その後、同様にして図２（ａ）および図２（ｂ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）と逆の状態としてロロータ３が回転する。つまり、ロータ３は９０°の位置から１８０°の位置まで図２（ａ）および図２（ｂ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すようにして回転して連続的に回転することになる。

図４は、図２および図３で説明したロータの回転を説明するためのタイミングチャートである。

なお、図４において、Ｈは磁気センサ８の出力信号を示し、ＡｃはＣＰＵ１０１の制御信号（ステップ駆動信号）を示す。また、Ａｐは後変化分出力回路１０２の出力を示し、Ａ＋は電線Ａ＋の電圧を示す。さらに、磁力は駆動コイル４の磁極を示し、ｅの角度はｅ点の角度を示す（Ｏ点を中心としてｅ点のＣＣＷ方向の回転角度を示す）。

ここでは、仮想磁気センサ７に最接近した位置にｅ点が位置する場合を３６０°＝０°とする。

時刻ｔ０においては、点ｅの角度は３１５°であり、ロータ３は図２（ａ）に示す状態である。この際には、磁気センサ８はＳ極を検出しているので、Ｌｏｗを出力する。

時刻ｔ１では、点ｅの角度は３３０°であり、ロータは図２（ｂ）に示す状態である。ここでは、点ｅが磁気センサ８に対向する位置にあるので、磁気センサ８の出力（検出信号Ｈ）はＬｏｗからＨｉに切り替わる。

その後、時刻ｔ２になると、ＣＰＵ１０１はステップ駆動信号Ａｃを出力する。後変化分出力回路１０２は、検出信号Ｈおよびステップ駆動信号ＡｃがともにＨｉとなると、出力信号ＡｐをＬｏｗからＨｉに切り替える。

出力信号ＡｐがＬｏｗからＨｉに切り替わると、モータＤｒ１０６は電線Ａ＋の電圧ＬｏｗからＨｉに切り替える。但し、駆動コイル４のインダクタンス成分によって電圧は徐々に切り替わる。

時刻ｔ３は、電圧Ａ＋の変化に合わせて、磁力がＳからＮに切り替わる。この際、点ｅの角度は３６０°であり、ロータ３は図３（ａ）に示す状態である。つまり、ステップ駆動信号Ａｃの切り替えタイミング（時刻ｔ２）は、電圧Ａ＋、つまり、駆動コイル４の磁力が切り替わるタイミングが時刻ｔ３となるように設定される。なお、時刻ｔ３は駆動コイル４のインダクタンス成分により異なる。

時刻ｔ４では、ロータ３は図３（ｂ）に示す状態となり、図２（ａ）と逆の関係、つまり、時刻ｔ０と逆の関係となる。同様に、時刻ｔ５は時刻ｔ１と逆の関係、時刻ｔ６は時刻ｔ２と逆の関係、時刻ｔ７は時刻ｔ３と逆の関係となる。そして、時刻ｔ８になると、時刻ｔ０と同一となって次の位相が開始される。

図５は、図１に示すモータに過剰な負荷が掛かって回転が低下した状態を説明するための図である。そして、図５（ａ）はタイミングチャートであり、図５（ｂ）はロータの位置を示す図である。

いま、過剰な負荷が掛かって、ロータ３が図２（ｂ）に示す状態となるまでの遅れ時間をｔｄ１とする。この場合、時刻ｔ１においては、ロータ３は、図２（ｂ）に示す状態とならず、３３０°まで回転するという条件を満たしていない。この結果、磁気センサ８によって磁極の切り替えが検出されず、検出信号Ｈの状態は切り替わらない。

一方、ＣＰＵ１０１はロータ３の回転が遅れたことを知らず、このため、ＣＰＵ１０１は時刻ｔ２のタイミングでステップ駆動信号ＡｃをＨｉとする。但し、後変化分出力回路１０２には、検出信号Ｈの切り替えが送られていないので、後変化分出力回路１０２は出力信号Ａｐの状態を変化させない。よって、時刻ｔ３においては電圧Ａ＋および駆動コイル４の磁極は変化しない。

例えば、後変化分出力回路１０２が存在せず、ステップ駆動信号Ａｃが直接モータＤｒ１０６に与えられるとする。この場合には、時刻ｔ３で、駆動コイル４の磁極が切り替わるので、図５（ｂ）に示す状態となる。この結果、駆動コイル４がＮ極となって磁極Ｓ２を引きつけて力ＰＵＬＬＢＲＥＡＫＥｃｃｗが発生する。さらに、駆動コイル４と磁極Ｎ１とはＮ極同士で反発するので、力ＰＵＳＨＢＲＥＡＫｃｃｗが発生する。

いずれの力も回転方向ＣＣＷとは逆方向の力であるので、ロータ３のＣＣＷ方向への回転を止めるように作用することになる。このような力が連続して生じると、モータは脱調を起こして停止しまう。

図５に示すように、時刻ｔ３において、後変化分出力回路１０２は出力信号Ａｐの変化タイミングを遅延させて、電圧Ａ＋および駆動コイル４の磁極を変化させない。これによって、ロータ３に逆方向の力を作用させず回転を維持する。

時刻ｔ１から時間（遅延時間）ｔｄ１遅れた時刻ｔ１１において、点ｅの角度が３３０°となる。つまり、時刻ｔ１１において、ロータ３は図２（ｂ）に示す状態となる。そして、磁気センサ８の出力である検出信号ＨがＨｉに変化して、後変化分出力回路１０２は出力信号ＡｐをＨｉに切り替える。

ステップ駆動信号ＡｃがＨｉとなった後、出力信号ＡｐがＨｉとなるまでの時間は、時間ｔｄ１よりも短い時間ｔｄ２となる。出力信号ＡｐがＨｉとなると、電圧Ａ＋および駆動コイル４の磁極が変化する。つまり、図５（ａ）に破線で示す点線部よりも時間ｔｄ２遅れた時刻ｔ１２で電圧Ａ＋変化し、駆動コイル４がＮ極に切り替わる（図３（ａ）に示す状態）。

この際には、ロータ３において点ｅの角度は３６０°であるので、最適なタイミングで駆動コイル４の磁極が切り替わる。ｔ１２以降は、図３（ｂ）の位置関係となって、ロータ３はＣＣＷ方向の回転を維持する。

このように、ＣＰＵ１０１がロータ３の回転位置を知ることなく所定の間隔でステップ駆動信号Ａｃを出力しても、後変化分出力回路１０２によって出力信号（駆動信号）Ａｐのタイミングが調整されるので、モータ１を脱調させることなく駆動させることができる。そして、ＣＰＵ１０１における制御処理を変更することがないので、ＣＰＵ１０１の処理負担が増大することがない。

なお、磁気センサ８はロータ３の脱調を防止できる位置に設定される。そして、磁気センサ８の位置は駆動コイル４のインダクタンス成分および負荷によるロータ３の回転数の遅れる割合によって変更される。

［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置の一例について説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。なお、図６において、図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。

図６に示すモータ駆動装置は、後変化分出力回路１０２の代わりに、先行検出確認回路１０５を有している。先行検出確認回路１０５には、磁気センサ８から検出信号Ｈが入力されるとともに、ＣＰＵ１０１からステップ駆動信号Ａｃが入力される。そして、先行検出確認回路１０５は、検出信号Ｈおよびステップ駆動信号Ａｃに応じて脱調の予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＣＰＵ１０１に送る。なお、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴはＣＰＵ１０１の割込ポートに接続される。また、ステップ駆動信号ＡｃはモータＤｒ１０６に送られる。

先行検出確認回路１０５は、ステップ駆動信号Ａｃおよび検出信号Ｈを比較して、検出信号Ｈよりもステップ駆動信号Ａｃが先行すると予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴを出力する（Ｈｉとする）。それ以外の状態では、先行検出確認回路１０５は予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＬｏｗとする。

検出信号Ｈが先に変化して、ステップ駆動信号Ａｃが遅れて変化した場合には、先行検出確認回路１０５は予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＬｏｗのままとする。検出信号Ｈが変化せず、ステップ駆動信号Ａｃが先に変化した場合には、先行検出確認回路１０５は予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＨｉとする。そして、ステップ駆動信号Ａｃに続いて検出信号Ｈが同一の論理となると、先行検出確認回路１０５は予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＬｏｗとする。

図７は、図６に示すモータ駆動装置の制御を説明するための図である。そして、図７（ａ）はロータの回転を説明するためのタイミングチャートであり、図７（ｂ）はモータに過剰な負荷が掛かって回転が低下した状態を説明するための図である。

なお、図７（ａ）および図７（ｂ）において、図４および図５（ａ）と異なる部分についてのみ説明し、同一の部分については説明を省略する。

図７においては、出力信号Ａｐが存在せず、代わりに予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴが存在する。また、モータ１の遅れについては、説明の便宜上時間軸を時間軸Ａおよび時間軸Ｂとし、点ｅの角度については省略されている。

図７（ａ）には、ロータ３の回転が正常である状態が示されており、図４で説明した状態と同様である。ここでは、モータ１に過剰な負荷が加わっておらず、検出信号Ｈは通常のタイミングで出力される、つまり、検出信号Ｈは時刻ｔ１でＨｉに変化し、時刻ｔ５でＬｏｗに変化する。さらには、脱調の予兆がないので、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴ信号は変化しない。

図７（ｂ）には、負荷が重くなるなどしてロータ３の回転が遅くなった状態が示されている。図示の例では、前半の時刻ｔ０〜時刻ｔ１１において脱調の予兆を検出し、後半の時刻ｔ５〜時刻ｔ８ｄにおいて脱調に対する対策が行われる。

時刻ｔ１となっても、図２（ｂ）に示す状態にロータ３が位置せず、ロータ３の回転角度は３３０°である。よって、磁気センサ８は磁極の切り替えを検出せず検出信号Ｈを切り替えない。

ＣＰＵ１０１はロータ３の回転遅れについて知らないので、時刻ｔ２となるとステップ駆動信号ＡｃをＨｉとする。先行検出確認回路１０５はステップ駆動信号ＡｃがＨｉとなっても、検出信号Ｈの切り替わりを受けていないので、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴ信号をＨｉに変化させる。

時刻ｔ３では、時刻ｔ２においてステップ駆動信号ＡｃがＨｉとなっているので、モータドライバ１０６は電圧Ａ＋をＨｉに変化させ、駆動コイル４の磁極をＮ極に変化させる。一時には、図５（ｂ）に示す位置関係となって、ロータ３の回転を停止させる方向の力が一時的に生じる。

この状態が引き続き生じると、ロータ３は回転力を失うことになって脱調するが、図との例では、次のようにして脱調に対する対策が行われる。

前述のように、ロータ３は時間ｔｄ１おくれて回転角度が３３０°となる。このため、時刻ｔ１１で検出信号ＨがＨｉに変わる。これによって、先行検出確認回路１０５は予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴをＬｏｗとする。ＣＰＵ１０１は時刻ｔ２から時刻ｔ１１の時間ｔｄ２の間、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴ信号がＨｉであった旨を知る。

この結果、ＣＰＵ１０１は脱調の予兆があることを検知し、時刻ｔ５以降の駆動において脱調対策を行う。

時刻ｔ５では、脱調対策が行われていないので、ロータ３は遅れて回転しており、時刻ｔ５において検出信号Ｈは変化しない。正常状態においては、時刻ｔ６で、ＣＰＵ１０１はステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗとしたが、ここでは、ＣＰＵ１０１はステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗに変化させない。そして、ＣＰＵ１０１は時刻ｔ５から時間ｔｄ２後の時刻ｔ５ｄに検出信号ＨがＬｏｗに変化すること予測する。

ここで、ＣＰＵ１０１が時刻ｔ６から時間ｔｄ２の後にステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗとすると脱調の危険はないものの余裕がない。例えば、ロータ３の回転がさらに少しでも遅れると、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴがＨｉとなる。そこで、ＣＰＵ１０１は時間ｔｄ２にマージンを付加した時間ｔｄ３が経過した時刻ｔ６ｄにおいて、ステップ駆動信号Ａｃを変化させる。

時刻ｔ６において、ステップ駆動信号ＡｃがＬｏｗとならなかったので、時刻ｔ７では、電圧Ａ＋が変化せず、駆動コイル４の磁極も変化しない。なお、ロータ３の遅れが時刻ｔ１１と同等遅れであれば、時刻ｔ５ｄにおいて検出信号ＨはＬｏｗとなる。

時刻ｔ５ｄから時間ｔｄ３後の時刻ｔ６ｄにおいて、ＣＰＵ１０１はステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗとする。これによって、時刻ｔ７ｄにおいて、電圧Ａ＋が下がり、駆動コイル４の磁極がＳ極に切り替わる。

このようにして、時刻ｔ２から時間ｔ１１が経過した時刻で遅れを検出して、時刻ｔ７ｄまでの時間で駆動を補正するようにしたので、脱調しないタイミングで駆動コイル４の磁極を切り替えることができる。

但し、ロータ３の遅れは連続する可能性が高い。そこで、次の位相以降においてもロータ３の遅れに対処するため、次の位相の駆動に入る時刻ｔ８についても、時間ｔｄ２＋ｔｄ３が経過した時刻ｔ８ｄとする。ロータ３の遅れ量が変わらなければ、ｔ８ｄを次の位相のｔ＝０とすれば、次の位相では時刻ｔ１のタイミングで検出信号Ｈが変化する。よって、時刻ｔ２でステップ駆動信号Ａｃを変化させても脱調の可能性はない。

このように、第２の実施形態では、先行検出確認回路１０５からＣＰＵ１０１に予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴ信号を出力し、ＣＰＵ１０１はこの信号に応じてステップ駆動信号Ａｃの出力タイミングと次回以降の位相タイミングを調整する。これによって、たとえ継続して遅れが生じても脱調を防止してモータを駆動することができる。

［第３の実施形態］
続いて、本発明の第３の実施形態によるモータ駆動装置の一例について説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。なお、図８において、図１および図６に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。

図示のモータ駆動装置は、先行検出確認回路１０５おおよび後変化分出力回路１０２を備えている。

図９は、図８に示すモータ駆動装置の制御を説明するための図である。そして、図９（ａ）はロータの回転を説明するためのタイミングチャートであり、図９（ｂ）はモータに過剰な負荷が掛かって回転が低下した状態を説明するための図である。

なお、図９（ａ）および図９（ｂ）において、図４、図５（ａ）、および図７と異なる部分についてのみ説明し、同一の部分については説明を省略する。

図９においては、出力信号Ａｐおよび予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴが存在する。図９（ａ）には、ロータ３の回転が正常である状態が示されており、ここでは、出力信号Ａｐの遅れおよび予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴは出力されない。

図９（ｂ）には、負荷が重くなってロータ３の回転が遅れた状態が示されている。時刻ｔ１においては、ロータ３の回転の遅れによって検出信号ＨがＨｉに変化せず、時刻ｔ１から時間ｔｄ１遅れた時刻ｔ１１で検出信号ＨがＨｉに変化する。

後変化分出力回路１０２は、時刻ｔ１１において出力信号ＡｐをＨｉに変化させる。その結果、駆動コイル４においてし、時刻ｔ１２のタイミングで磁極が変化する。

また、時刻ｔ２から時刻ｔ１１までの時間ｔｄ２においては、予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴがＨｉとなる。Ｈｉの予兆検出信号ＳＴＥＰ＿ＯＵＴを受けると、ＣＰＵ１０１は、ステップ駆動信号Ａｃの出力タイミングを遅らせる。

ＣＰＵ１０１は、時刻ｔ６においてステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗとせず、時間ｔｄ２にマージンを付加した時間ｔｄ３が経過した時刻ｔ６ｄにおいてステップ駆動信号ＡｃをＬｏｗに変化させる。

このように、本発明の第３の実施形態では、脱調の予兆を検出した際には、後変化分出力回路１０２によって直ちに脱調を回避する対策を行う。そして、先行検出確認回路１０５によってＣＰＵ１０１に対して脱調対策を必要とするレベルを通知する。これによって、継続的な回転の遅れが生じても適切に対応することができる。

［第４の実施形態］
続いて、本発明の第４の実施形態によるモータ駆動装置の一例について説明する。

図１０は、本発明の第４の実施形態によるモータ駆動装置を説明するための図である。なお、図１０において、図８に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。

前述の第１〜第３の実施形態においては、ＣＣＷ方向の回転の際の脱調を防止する例については説明した。一方、第４の実施形態では、ＣＷ（Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ：時計回り）方向の回転の際の脱調の予兆検知を行う。

モータ１１には、第１の磁気センサ（ホールＩＣ）８に加えて第２の磁気センサ９が取り付けられている。そして、第１の磁気センサ８および第２の磁気センサ９の出力（第１および第２の検出信号）は選択回路１０に送られる。選択回路１０は、ＣＰＵ１０１の制御下で、第１および第２の検出信号のいずれか一つを選択して、選択検出信号Ｈとして出力する。この際、選択回路１０は、第２の検出信号を選択した場合には、その出力を反転して選択検出信号Ｈとして出力する。

図１１は、図１０に示すロータの回転を説明するための図である。そして、図１１（ａ）および図１１（ｂ）はそれぞれロータの回転角度を異ならせて示す図である。なお、図１１において、図２および３に示す構成要素と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。

第２の磁気センサ９は、仮想磁気センサ７を中心として第１の磁気センサ８と対称の位置に配置される。ここでは、第１の磁気センサ８は点Ｏを中心として角度３３０°の位置にある。仮想磁気センサ８が角度０°の位置にあるので、第２の磁気センサ９は角度３０°の位置に配置される。

ＣＰＵ１０１は選択回路１０を制御して第２磁気センサ９の出力（第２の検出信号）を選択検出信号Ｈとして出力する。そして、ＣＰＵ１０１はＣＷ回転のタイミングでステップ駆動信号Ａｃを出力する。これによって、図１１（ａ）に示す状態は、図２（ｂ）に示す状態と同様な動きとなる。なお、図２（ｂ）ではＣＣＷ方向の回転が生じるが、図１１（ａ）においてはＣＷ方向の回転が生じる。

図１２は、図１１に示すロータの回転を説明するためのタイミングチャートである。

駆動コイル４がＳ極であると、磁石５の磁極Ｎ１と駆動コイル４のＳ極とが引き合う力ＰＵＬＬｃｗが発生して回転方向ＣＷの力が生じる。また、磁石５の磁極Ｓ１と駆動コイル４のＳ極とが反発する力ＰＵＳＨｃｗが発生して回転方向ＣＷの力が生じる。

この際、第２の磁気センサ９は、磁石５がＳ極からＮ極に切り替わることを検出する。選択回路１０は第２の検出信号を反転させて選択検出信号Ｈとして出力する。つまり、図１２において、時刻ｔ１における選択検出信号Ｈは、図９（ａ）に示す時刻ｔ１と同様にＨｉとなる。

図１１（ｂ）に示すように、ＣＷ方向にロータ３が回転すると、図１２に示す時刻ｔ３の状態となる。この場合、点ｅの角度は０°となり、仮想磁気センサ７が点ｅを検出する位置にある。この際、駆動コイル４の位置に磁極Ｎ１の中心が位置する。この状態において、駆動コイル４がＳ極であっても、磁極Ｎ１と駆動コイル４のＳ極とは引き合い、回転方向ＣＣＷの力は発生せず、図３（ａ）に示す状態と同様な動きとなる。

このように、本発明の第４の実施形態では、第１の磁気センサ８と対称な位置に第２磁気センサ９を配置することによって、第３の実施形態と同様にしてモータを逆回転させることができる。

また、選択検出信号Ｈの出力タイミングが遅れることによって、後変化分出力回路１０２および先行検出確認回路１０５は第３の実施形態と同様に動作する。よって、脱調予兆を検出して、脱調を防止しつつモータを駆動することができる。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法をアクチュエータ駆動装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムをアクチュエータ駆動装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１ モータ
３ ロータ
４ 駆動コイル
５ 磁石
７ 仮想磁気センサ
８ 磁気センサ
１０１ ＣＰＵ
１０２ 後変化分出力回路
１０５ 先行検出確認回路
１０６ モータドライバ（モータＤｒ）

Claims (10)

1. ロータを備えるアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置であって、
   前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御手段と、
   前記ロータの回転位置を検出する検出手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記検出手段によって検出された回転位置を示す検出信号と前記制御信号とに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、
   前記検出手段は、前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出することを特徴とするアクチュエータ駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記制御信号が変化した際に前記検出信号が示す前記回転位置が予め定めた条件を満たしていれば、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動信号を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記制御信号が変化した際に前記検出信号が示す前記回転位置が前記予め定めた条件を満たしていなければ、前記制御信号が変化しても前記駆動信号を切り替えずに、前記検出信号が示す前記回転位置が前記予め定めた条件を満たしてから前記駆動信号を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記制御信号が変化した際に前記検出信号が示す前記回転位置が前記予め定めた条件を満たしていなければ、前記制御信号が次に変化した際に、前記制御信号が変化したタイミングから所定の時間だけ遅らせたタイミングで前記駆動信号を切り替えること特徴とする請求項２又は３に記載のアクチュエータ駆動装置。
5. 前記検出手段は、前記ロータが第１の方向に回転した場合に前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出する第１のセンサと、前記ロータが第１の方向と異なる方向に回転した場合に前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出する第２のセンサとを有し、
   前記第１のセンサによる検出結果および前記第２のセンサによる検出結果のいずれかを一方を前記検出信号として選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータ駆動装置。
6. ロータを備えるアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動装置であって、
   前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段を、予め定められた周期で変化する制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御手段と、
   前記ロータの回転位置を検出する検出手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記制御信号が変化した際に前記検出手段によって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていれば、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、前記制御信号が変化した際に前記検出手段によって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていなければ、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動信号を切り替えないことを特徴とするアクチュエータ駆動装置。
7. ロータを備えるアクチュエータを駆動する駆動手段を有するアクチュエータ駆動装置の制御方法であって、
   前記駆動手段を制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
   センサによって前記ロータの回転位置を検出する検出ステップと、を有し、
   前記制御ステップでは、前記センサによって検出された回転位置を示す検出信号と前記制御信号とに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、
   前記センサは、前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする制御方法。
8. ロータを備えるアクチュエータを駆動する駆動手段を有するアクチュエータ駆動装置の制御方法であって、
   前記駆動手段を、予め定められた周期で変化する制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
   センサによって前記ロータの回転位置を検出する検出ステップと、を有し、
   前記制御ステップでは、前記制御信号が変化した際に前記センサによって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていれば、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、前記制御信号が変化した際に前記センサによって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていなければ、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動信号を切り替えないことを特徴とする制御方法。
9. ロータを備えるアクチュエータを駆動する駆動手段を有するアクチュエータ駆動装置で用いられる制御プログラムであって、
   前記アクチュエータ駆動装置が備えるコンピュータに、
   前記駆動手段を制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
   センサによって前記ロータの回転位置を検出する検出ステップと、を実行させ、
   前記制御ステップでは、前記センサによって検出された回転位置を示す検出信号と前記制御信号とに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、
   前記センサは、前記駆動信号の切り替えに対応する位相よりも進んだ位相において前記ロータの回転位置を検出することを特徴とする制御プログラム。
10. ロータを備えるアクチュエータを駆動する駆動手段を有するアクチュエータ駆動装置で用いられる制御プログラムであって、
    前記アクチュエータ駆動装置が備えるコンピュータに、
    前記駆動手段を、予め定められた周期で変化する制御信号に応じて制御して前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
    センサによって前記ロータの回転位置を検出する検出ステップと、を実行させ、
    前記制御ステップでは、前記制御信号が変化した際に前記センサによって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていれば、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動手段を駆動するための駆動信号を切り替え、前記制御信号が変化した際に前記センサによって検出された前記回転位置が予め定めた条件を満たしていなければ、前記制御信号が変化したタイミングに応じて前記駆動信号を切り替えないことを特徴とする制御プログラム。
    

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