JP2020099169A - モータ駆動装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転位相を磁気センサで検出するモータからトルクを安定して出力させせるモータ駆動装置を提供する。【解決手段】第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の出力を足し合わせて出力するモータ駆動装置において、第１のモータ１０１の磁気センサ３８，３９は、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａが異極に励磁されている状態で第１のマグネット２の回転時の極の切り替わりを検出し、第２のモータ１０２の磁気センサ４０，４１は、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａが異極に励磁されている状態で第２のマグネット１２の回転時の極の切り替わりを検出する構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、位置検出手段を備えるモータ駆動装置及びその制御方法に関する。

ステッピングモータは小型、高トルク、高寿命等の特徴を有し、開ループ制御で容易にデジタル的な位置決め動作を実現することができるため、カメラや光ディスク装置等の情報家電、プリンタやプロジェクタ等のＯＡ機器等に広く用いられている。しかしながら、ステッピングモータには、高負荷時や高速回転時に脱調が生じるおそれがあり、また、ブラシレスモータやＤＣモータに比べて効率が低いという問題がある。

このような問題に対して、例えば特許文献１は、ステッピングモータに磁気センサを取り付け、ロータの位置に合わせて通電を切り替える制御（ブラシレスＤＣモータで用いられている制御）を行うことにより脱調を防ぐ技術を提案している。特許文献１に記載された技術では、位置検出素子（磁気センサ）を用いてロータの位置を検出し、コイルへの通電を順次切り替えていく。具体的には、ロータを構成するマグネットは、周方向に交互にＮ極とＳ極が多極に着磁され、Ｎ極とＳ極の切り替わりを磁気センサによって検出して、コイルへの通電を順次切り替える。その場合に、ロータの回転位置に対する第１の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に、第１の磁気センサを配置する。ロータの回転位置に対する第２の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に第２の磁気センサを配置する。ロータの回転位置に対する第１の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角４５度から９０度の間となる位置に、第３の磁気センサを配置する。ロータの回転位置に対する第２の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角４５度から９０度の間となる位置に、第４の磁気センサを配置する。これにより、複数の進角を設定することができ、脱調の発生を抑制することができる。

特開２０１４−１２８１４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術には、以下のような問題がある。即ち、ロータ（マグネット）の回転位相を磁気センサで検出してコイル通電を順次切り替える場合、トルクの出力アップのためにコイル電流を増加させると、互いのコイルへの同極通電時に磁気回路での磁束が出力軸と直交する方向に流れる現象が起きる。そして、この磁束の漏れが磁気センサの出力判定値に影響を与えることによってコイルへの通電時間が変動してしまい、モータトルクが不安定になってしまう。

本発明は、ロータの回転位相を磁気センサで検出するモータからトルクを安定して出力させることが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第１のマグネットを有する第１のロータを備える第１のモータと、周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第２のマグネットを有する第２のロータを備える第２のモータと、前記第１のロータの出力と前記第２のロータの出力を受けて第１の回転方向に回転する連結出力部と、前記第１のモータと前記第２のモータの駆動を制御することにより前記連結出力部の回転を制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、前記第１のモータは、前記第１のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第１の磁極部および第２の磁極部と、前記第１のロータの回転位置を検出する第１の検出素子と、を有し、前記第２のモータは、前記第２のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第３の磁極部および第４の磁極部と、前記第２のロータの回転位置を検出する第２の検出素子と、を有し、前記第１の磁極部および前記第２の磁極部に対する前記第１のロータの位相と、前記第３の磁極部および前記第４の磁極部に対する前記第２のロータの位相はずれており、前記制御手段は、前記連結出力部を前記第１の回転方向に回転させる場合に、前記第１の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第２の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、ロータの回転位相を磁気センサで検出するモータからトルクを安定して出力させることが可能になる。

モータ駆動装置のブロック図である。 モータ及びモータユニットの外観斜視図である。 モータユニットでの第１及び第２のモータのトルクの関係を示す図である。 第１のモータと第２のモータの各マグネット、各ヨーク及び各磁気センサの位相関係を示す断面図である。 第１のモータと第２のモータでのモータトルクとロータの回転角度との関係を表す図である。 第１のモータでの磁気センサへの磁力線の流れ込みを説明する図である。 第１及び第２のモータでの各ロータの回転位置、各コイルへの通電方向、各磁極部の極性及び磁束検出信号の関係を示す図である。 第１及び第２のロータの第１の回転方向への駆動制御を説明する図である。 図８の続きの駆動制御を説明する図である。 図９の続きの駆動制御を説明する図である。 第１及び第２のロータの第２の回転方向への駆動制御を説明する図である。 図１１の続きの駆動制御を説明する図である。 図１２の続きの駆動制御を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、モータ駆動装置のブロック図である。図２（ａ）は、モータ駆動装置を構成するモータの外観斜視図であり、一部の部品を破断して示している。図２（ｂ）は、モータ駆動装置を構成するモータユニット１の外観斜視図である。モータ駆動装置は、モータユニット１、制御回路２３及び駆動ドライバ２４を備える。モータユニット１は、第１のモータ１０１、第２のモータ１０２、取付板１０３、第１のギヤ１０５（第１の出力部）、第２のギヤ１０６（第２の出力部）及び出力ギヤ１０７（連結出力部）を備える。第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の構成は同等であり、各モータの構成を図２（ａ）にまとめて示している。

第１のモータ１０１は、略円柱形状の第１のマグネット２を有する第１のロータ３を備える。第２のモータ１０２は、略円柱形状の第２のマグネット１２を有する第２のロータ１３を備える。第１のマグネット２と第２のマグネット１２はそれぞれ、周方向に略等間隔に交互に異なる極（Ｓ極、Ｎ極）に着磁された構造を有する。ここでは、後述するように、第１のマグネット２及び第２のマグネット１２として、周方向に８極に着磁されているものを取り上げるが、着磁数はこれに限られず、４極や１２極等であってもよい。

第１のモータ１０１は、第１のコイル４、第２のコイル５、第１のヨーク６及び第２のヨーク７を備える。第１のコイル４は、第１のマグネット２の軸方向の一端に配置されている。第１のヨーク６は、軟磁性材料で形成されており、第１のマグネット２の外周面と所定の間隙を持って対向するように配置されている。第１のヨーク６は、円環状の本体部から軸方向に延出し、周方向に所定の間隔で配置された複数の第１の磁極部６ａを有する。第１の磁極部６ａは、第１のコイル４への通電によって励磁される。なお、第１のコイル４と、第１のヨーク６と、第１のマグネット２において第１の磁極部６ａと対向する部分によって、第１のステータユニットが構成される。

第２のコイル５は、第１のマグネット２の軸方向の他端（第１のコイル４が取り付けられている端の反対側の端）に配置されている。第２のヨーク７は、軟磁性材料で形成されており、第１のマグネット２の外周面と所定の間隙を持って対向するように配置されている。第２のヨーク７は、円環状の本体部から軸方向に延出し、周方向に所定の間隔で配置された複数の第２の磁極部７ａを有する。第２の磁極部７ａは、第２のコイル５への通電によって励磁される。なお、第２のコイル５と、第２のヨーク７と、第１のマグネット２において第２の磁極部７ａと対向する部分によって、第２のステータユニットが構成される。

第２のモータ１０２は、第３のコイル１４、第４のコイル１５、第３のヨーク１６及び第４のヨーク１７を備える。第３のコイル１４は、第２のマグネット１２の軸方向の一端に配置されている。第３のヨーク１６は、軟磁性材料で形成されており、第２のマグネット１２の外周面に対して所定の間隙を持って対向するように配置されている。第３のヨーク１６は、円環状の本体部から軸方向に延出し、周方向に所定の間隔で配置された複数の第３の磁極部１６ａを有する。第３の磁極部１６ａは、第３のコイル１４への通電によって励磁される。なお、第３のコイル１４と、第３のヨーク１６と、第２のマグネット１２において第３の磁極部１６ａと対向する部分によって、第３のステータユニットが構成される。

第４のコイル１５は、第２のマグネット１２の軸方向の他端（第３のコイル１４が取り付けられている端の反対側の端）に配置されている。第４のヨーク１７は、軟磁性材料で形成されており、第２のマグネット１２の外周面と所定の間隙を持って対向するように配置されている。第４のヨーク１７は、円環状の本体部から軸方向に延出し、周方向に所定の間隔で配置された複数の第４の磁極部１７ａを有する。第４の磁極部１７ａは、第４のコイル１５への通電によって励磁される。なお、第４のコイル１５と、第４のヨーク１７と、第２のマグネット１２において第４の磁極部１７ａと対向する部分によって、第４のステータユニットが構成される。

第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａに励磁される極（Ｎ極、Ｓ極）を切り替えることにより、第１のロータ３に与えるトルクを調節することができる。同様に、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａに励磁される極（Ｎ極、Ｓ極）を切り替えることにより、第２のロータ１３に与えるトルクを調節することができる。

第１のモータ１０１は、第１の磁気センサ３８（第１の検出素子）と第２の磁気センサ３９（第２の検出素子）を備え、第２のモータ１０２は第３の磁気センサ４０（第３の検出素子）と第４の磁気センサ４１（第４の検出素子）を備える。第１の磁気センサ３８と第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２の磁束を検出するホール素子であり、第３の磁気センサ４０と第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２の磁束を検出するホール素子である。第１の磁気センサ３８と第２の磁気センサ３９は、第１のモータ１０１の外装部材である第１のモータカバー１８に取り付けられている。第３の磁気センサ４０と第４の磁気センサ４１は、第２のモータ１０２の外装部材である第２のモータカバー１９に取り付けられている。

図２（ａ）において、第１のモータカバー１８と第２のモータカバー１９の一部が切り欠かれている。第１のモータカバー１８は、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａとが第１のマグネット２の着磁位相に対して電気角で略９０度ずれて配置されるように、第１のヨーク６と第２のヨーク７を保持している。同様に、第２のモータカバー１９は、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａとが第２のマグネット１２の着磁位相に対して電気角で略９０度ずれて配置されるように、第３のヨーク１６と第４のヨーク１７を保持している。

第１のヨーク６の端部と第３のヨーク１６の端部のそれぞれにビス穴（不図示）が設けられている。第１のヨーク６と第３のヨーク１６は、取付板１０３に設けられた穴部（不図示）を介してビス１０４をビス穴に嵌合させることにより、取付板１０３に固定される。第１のギヤ１０５は第１のロータ３に取り付けられ、第２のギヤ１０６は第２のロータ１３に取り付けられている。第１のギヤ１０５は第２のギヤ１０６と噛み合い、第２のギヤ１０６は出力ギヤ１０７と噛み合っている。出力ギヤ１０７には、その中心軸と同軸に出力軸１０７ａが取り付けられている。

出力軸１０７ａの先端部から出力ギヤ１０７と出力軸１０７ａとの固定部に向かって軸方向にモータ駆動装置を見たときに、第１のギヤ１０５と第２のギヤ１０６が互いに逆方向に回転するように、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２は駆動される。これにより、出力ギヤ１０７は、第１のロータ３（第１のギヤ１０５）の出力と第２のロータ１３（第２のギヤ１０６）の出力を受けて、第１のロータ３（第１のギヤ１０５）と同じ回転方向へ回転する。なお、出力軸１０７ａは被駆動部材（不図示）と係合しており、被駆動部材は出力軸１０７ａの回転によって駆動される。

制御回路２３は、駆動ドライバ２４を介して、第１のコイル４、第２のコイル５、第３のコイル１４及び第４のコイル１５へ供給する電流を制御することによって、出力ギヤ１０７の回転を制御する。駆動ドライバ２４は、制御回路２３からの指令値に基づいて所定の電流を生成し、各コイルへ供給する。

次に、モータ駆動装置でのフィードバック通電切替モードの動作について、電気角を用いて説明する。なお、電気角とは、マグネット磁力の１周期を３６０度として表したものであり、極数をＭ、機械角をθ０とすると、電気角θは“θ＝θ０×Ｍ／２”で表される。本実施形態では、第１のマグネット２及び第２のマグネット１２はそれぞれ８極に着磁されているため、例えば、電気角の９０度は機械角で２２．５度となる。

図３は、第１のモータ１０１及び第２のモータ１０２の各コイルへ一定の電流を流した場合の第１のロータ３の回転角度を基準とした、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２のトルクの関係を示しており、横軸に電気角を、縦軸にモータトルクを取っている。モータトルクは、第１のモータ１０１を第１のギヤ１０５側から見たときに第１のロータ３を時計まわり方向に回転させるトルクを正とする。

図４は、第１のモータ１０１及び第２のモータ１０２の軸方向と直交する面で各マグネット及び各ヨークの位相関係を示す断面図である。第１のモータ１０１及び第２のモータ１０２の軸方向と直交する面での各マグネット及び各ヨークの位相関係は、電気角で９０度、機械角で２２．５度ずれている。第１のコイル４に正方向の電流を流すと第１の磁極部６ａはＮ極に磁化され、第２のコイル５に正方向の電流を流すと第２の磁極部７ａはＮ極に磁化される。これと同時に、第３のコイル１４に負方向の電流を流すと第３の磁極部１６ａはＳ極に磁化され、第４のコイル１５に負方向の電流を流すと第４の磁極部１７ａはＳ極に磁化される。

図４（ａ）は、第１のモータ１０１において、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａが共にＮ極に励磁され、第１のマグネット２の着磁された極の中心から第１の磁極部６ａまでの距離と第２の磁極部７ａまでの距離とが同じとなった状態を示している。図４（ｂ）は、第２のモータ１０２において、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａが共にＳ極に励磁され、第２のマグネット１２のＮ極とＳ極の境界から第３の磁極部１６ａまでの距離と第４の磁極部１７ａまでの距離が同じとなった状態を示している。図４（ａ），（ｂ）の状態の位相を図３中に符号ａで示す。

図４（ａ）の状態では、回転位相を保持する力は発生しているが、第１のマグネット２のＳ極が第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａに引き付けられて釣り合った状態であるため、第１のモータ１０１には回転駆動力は発生していない。図４（ｂ）の状態では、第２のマグネット１２のＮ極が第３の磁極部１６ａに引き付けられた状態であるため、第２のモータ１０２に回転駆動力は発生している。

図４（ａ）の状態で第２の磁極部７ａをＳ極に切り替えて励磁すると、第１のマグネット２は図４（ｃ）の状態になるまで時計まわり方向に回転する。図４（ｃ）の状態では、図４（ａ）の状態と同様に、回転位相を保持する力は発生している。しかし、図４（ｃ）の状態では、第１のマグネット２のＳ極が第１の磁極部６ａに引き付けられ、第１のマグネット２のＮ極が第２の磁極部７ａに引き付けられて釣り合った状態であるため、回転駆動力は発生していない。以降は同様に、第１のコイル４と第２のコイル５の通電方向を順番に切り替えて、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａの極性を切り替えることにより、第１のロータ３を時計まわり方向に回転させていくことができる。

一方、図４（ｂ）の状態で第３の磁極部１６ａをＮ極に切り替えて励磁すると、第２のマグネット１２は図４（ｄ）の状態へと反時計まわり方向に回転する。図４（ｄ）の状態では、第３の磁極部１６ａが第２のマグネット１２のＮ極を引き離す状態であるため、回転駆動力が発生している。以降は同様に、第３のコイル１４と第４のコイル１５の通電方向を順番に切り替えて、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａの極性を切り替えることにより、第２のロータ１３を反時計まわり方向に回転させていくことができる。

回転駆動力が発生しないタイミングで第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａに励磁される極を切り替えることを、電気進角０度での通電切り替え、という。これに対して、回転駆動力が発生しないタイミングよりも早いタイミングで第１の磁極部６ａ及び第２の磁極部７ａに励磁される極を切り替えることを、電気進角γ度での磁極部の励磁切り替え、という。

図５（ａ）は、第１のモータ１０１について、第１のコイル４と第２のコイル５のそれぞれの通電状態に応じて発生するモータトルクと第１のロータ３の回転角度との関係を表す図であり、横軸の回転角度には電気角が用いられている。ここで、モータトルクＬ１は、第１のコイル４への通電方向が正方向、第２のコイル５への通電方向が正方向の場合のトルクである。モータトルクＬ２は、第１のコイル４への通電方向が正方向、第２のコイル５への通電方向が負方向の場合のトルクである。モータトルクＬ３は、第１のコイル４への通電方向が負方向、第２のコイル５への通電方向が負方向の場合のトルクである。モータトルクＬ４は、第１のコイル４への通電方向が負方向、第２のコイル５への通電方向が正方向の場合のトルクである。モータトルクＬ１〜Ｌ４は、９０度ずつ位相がずれているが、電気角に対して同様に変化している。

図５（ｂ）は、第２のモータ１０２について、第３のコイル１４と第４のコイル１５のそれぞれの通電状態に応じて発生するモータトルクと第２のロータ１３の回転角度との関係を表す図であり、横軸の回転角度には電気角が用いられている。モータトルクＬ５は、第３のコイル１４への通電方向が正方向、第４のコイル１５への通電方向が正方向の場合のトルクである。モータトルクＬ６は、第３のコイル１４への通電方向が正方向、第４のコイル１５への通電方向が負方向の場合である。モータトルクＬ７は、第３のコイル１４への通電方向が負方向、第４のコイル１５への通電方向が負方向の場合である。モータトルクＬ８は、第３のコイル１４への通電方向が負方向、第４のコイル１５への通電方向が正方向の場合である。モータトルクＬ５〜Ｌ８は、９０度ずつ位相がずれているが、電気角に対して同様に変化している。

なお、モータトルクＬ１とモータトルクＬ５とでは、位相が１８０度ずれている。１８０度の位相のずれは、モータトルクＬ２とモータトルクＬ６、モータトルクＬ３とモータトルクＬ７、モータトルクＬ４とモータトルクＬ８の各関係で生じている。

ここで、従来技術の問題点について詳細に説明する。モータ駆動装置では、第１のロータ３（第１のマグネット２）の回転位置を、第１の磁気センサ３８と第２の磁気センサ３９で検出している。また、第２のロータ１３（第２のマグネット１２）の回転位置を、第３の磁気センサ４０と第４の磁気センサ４１で検出し、各磁気センサの位置によって所望の電気進角を得ている。

図６（ａ）は、第１のステータユニットと第１の磁気センサ３８の位置関係を表す模式図である。ここでは、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａが共にＮ極に励磁されており、第１のロータ３の第１のマグネット２のＳ極が第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａに引き寄せられて近付いて状態が示されている。第１の磁気センサ３８は、その内部に、磁気（磁束）を検出する磁束検出部３８ａを有している。

図６（ｂ）は、磁束検出部３８ａを通過する磁力線の強さと磁束検出部３８ａからの出力信号との関係を説明する図である。横軸は磁束検出部３８ａを通過する磁力線の大きさを示しており、横軸の右側に行くほどＮ極からＳ極に向かう磁力線が強くなり、横軸の左側に行くほどＳ極からＮ極に向かう磁力線が強くなることを示している。縦軸は磁束検出部３８ａからの出力信号（電圧値）の大きさを示している。白矢印で示されるように、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線が大きくなるほど、磁束検出部３８ａからの出力信号３８ｂは＋（プラス）側に大きな電圧となる。また、黒矢印で示されるように、Ｓ極からＮ極に向かう磁力線が大きくなるほど、磁束検出部３８ａからの出力信号３８ｂは−（マイナス）側に大きな電圧となる。

図６（ｃ）は、磁束検出部３８ａを通過する磁力線を説明する図である。第１のマグネット２からの径方向（図６（ｃ）では上下方向）の磁力線３０１以外に、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａの間に発生する漏れ磁束の反発による磁力線３００が発生している。この状態では、磁束検出部３８ａが磁力線３０１と磁力線３００を同時に検出してしまうことで磁束判定位置が変動しやすく、よって、第１のロータ３（第１のマグネット２）の位置を正しく検出することができなくなるおそれがある。なお、第１のマグネット２が磁極Ｓで第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａの磁極がＳ極の場合も同様である。

図７（ａ）は、第１のロータ３の回転位置と、第１のコイル４の通電方向と、第１の磁極部６ａの極性と、第１の磁気センサ３８の磁束検出部３８ａの出力信号の関係を示す図である。図７（ｂ）は、第２のロータ１３の回転位置と、第２のコイル５の通電方向と、第２の磁極部７ａの極性と、第２の磁気センサ３９の磁束検出部３９ａの出力信号の関係を示す図である。前掲の先行技術文献に記載されているように、通電方向を切り替えるコイルと磁気センサとの対応関係を変更することにより、様々なモータトルクを得ることができる。

図７（ａ），（ｂ）に共通して、横軸には第１のロータ３の回転位置（１回転分（３６０度分）が取られており、縦軸には磁束検出部３８ａ，３９ａの出力信号の大きさが取られている。磁束検出部３８ａ，３９ａの出力信号（電圧値）は、Ｎ極を検出した場合にプラス（＋）の値を取り、Ｓ極を検出した場合にマイナス（−）の値を取る。各コイルの通電特性（正方向が＋、負方向が−）、各ヨークの磁極部の磁極（Ｓ，Ｎ）は、第１のロータ３の回転位置と対応するように各図の下側に記されている。

ここでは、磁束検出部３８ａからの出力信号にしたがって第１のコイル４の通電を切り替え、磁束検出部３９ａからの出力信号にしたがって第２のコイル５の通電を切り替えて第１のモータ１０１を駆動する場合について説明する。磁束検出部３８ａの出力信号３８ｂは図７（ａ）に太い実線で示され、磁束検出部３９ａの出力信号３９ｂは図７（ｂ）に太い実線で示されている。磁束検出部３８ａ，３９ａの出力信号がゼロとなるタイミングで、各コイルの通電方向を変更し、各磁極部の磁極が変更されている。

細い実線で図７（ａ）に示す波形３８ｒは、磁束検出部３８ａに対する磁極部の影響のない理想的な出力信号を示している。同様に、細い実線で図７（ｂ）に示す波形３９ｒは、磁束検出部３９ａに対する磁極部の影響のない理想的な出力信号を示している。第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａの極性が異なる場合、これらによって発生する磁力線３０１は磁束検出部３８ａ，３９ａでの磁束検出に影響を与えない。

第１のコイル４と第２のコイル５に共に＋（プラス）の電圧が印加されると、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａは共にＮ極となり、出力信号３８ｂ，３９ｂはそれぞれ、＋電圧側（縦軸のＮ側）にオフセットし、破線で示す波形３８（＋），３９（＋）となる。ここでは、オフセット量は＋０．３Ｖとなっている。

第１のコイル４と第２のコイル５に共に−（マイナス）の電圧が印加されると、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａは共にＳ極となり、出力信号３８ｂ，３９ｂはそれぞれ−電圧側（縦軸のＳ側）にオフセットし、破線で示す波形３８（−），３９（−）となる。ここでのオフセット量は、＋電圧側へのオフセット量と絶対値が同じで符号が逆となるため、−０．３Ｖである。

ここで、第１のロータ３を０度から１８０度を経て３６０度になる方向へ回転させる制御について説明する。その際、第１のロータ３の回転位置を２２．５度、６７．５度、１１２．５度、以降は４５度毎に第１のコイル４の通電を切り替え、第１のロータ３の回転位置を０度、４５度、９０度、以降は４５度毎に第２のコイル５の通電を切り替える制御を行うものとする。

従来技術に係る駆動方法では、磁束検出部３８ａ（第１の磁気センサ３８）からの出力信号３８ｂが＋（プラス）の場合に第１のコイル４の通電方向を＋（正方向）とし、出力信号３８ｂが−（マイナス）の場合に第１のコイル４の通電方向を−（負方向）とする。これに応じて、第１の磁極部６ａの磁極が変更される。同様に、磁束検出部３９ａ（第２の磁気センサ３９）の出力信号３９ｂが＋の場合に第２のコイル５の通電方向を＋とし、出力信号３９ｂが−の場合に第２のコイル５の通電方向を−とする。そして、これに応じて、第２の磁極部７ａの磁極が変更される。

第１のロータ３の回転位置が２２．５度の状態から順に、出力信号３８ｂ，３９ｂと第１のコイル４及び第２のコイル５の通電方向の切替タイミング（つまり、励磁切替タイミング）との関係について、以下に説明する。回転位置が２２．５度では、第１のコイル４については通電方向が正方向から負方向へ切り替わり、これに伴って第１の磁極部６ａはＮ極からＳ極へ切り替わる。また、２２．５度の回転位置では、第２のコイル５での通電方向は負方向となっているため、第２の磁極部７ａはＳ極となっている。これにより、出力信号３８ｂ，３９ｂは、マイナス側の波形３８（−），３９（−）を通る。

４５度付近の回転位置において、回転位置が４５度では出力信号３９ｂは−のままであるため、第２のコイル５への通電方向の切り替えは行われない。そして、４５度を３．７５度過ぎた４８．７５度において出力信号３９ｂがゼロ（０）になり、第２のコイル５への通電方向が負方向から正方向へ切り替わる。この３．７５度（機械角）の遅れは、電気角では１５度の遅れとなる。このように、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａからの磁束によって、第２のコイル５への通電方向の切替タイミングが遅れることがわかる。

９０度付近の回転位置において、回転位置が９０度では出力信号３９ｂは＋のままであるため、第２のコイル５への通電方向の切り替えは行われない。そして、９０度を３．７５度過ぎた９３．７５度において出力信号３９ｂがゼロ（０）になり、第２のコイル５への通電方向が正方向から負方向へ切り替わる。この３．７５度（機械角）の遅れは、電気角では１５度の遅れとなる。同様に、第２のコイル５への通電では、切替タイミング（０度（３６０度）付近、４５度付近、９０度付近、１３５度付近、１８０度付近、２２５度付近、２７０度付近、３１５度付近）の全てで遅れが生じてしまう。

一方、第１のコイル４での通電方向の切替タイミングを見ると、磁束検出部３８ａ（第１の磁気センサ３８）からの出力信号３８ｂには、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａでの磁極の影響はあるものの、いずれの切り替えタイミングでも遅れは生じていない。つまり、回転位置が２２．５度直前、６７．５度直前、１１２．５度直前、１５７．５度直前、２０２．５度直前、以降は４５度毎の全てで第１の磁極部６ａ及び第２の磁極部７ａの影響のない波形３８ｒの状態となっているため、切替タイミングに遅れは生じない。なお、第１のロータ３の回転位置が０度から１８０度を経て３６０度になる回転方向の場合について説明したが、その逆の回転方向の場合には、第１のコイル４で通電切り替えのタイミングが遅れ、第２のコイル５の通電タイミングは遅れない。

図７（ｃ）は、第１のステータユニットと第１の磁気センサ３８の位置関係を表す模式図であり、第１の磁極部６ａがＮ極に励磁され、第２の磁極部７ａがＳ極に励磁された状態が示されている。磁力線２００は、第１の磁気センサ３８の感度方向と直交する方向（図７（ｃ）の左右方向）を向いている。このような状態では磁束検出部３８ａは磁力線２００を検出しないため、出力信号３８ｂへの影響は少ない。そのため、第１のモータ１０１が出力するトルクの変動は少ない。

上記に図６を参照して説明した通り、第１のマグネット２からの磁束のみを検出すべき第１の磁気センサ３８と第２の磁気センサ３９は、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａがＮ極同士又はＳ極同士となる場合、これらの磁極部からの磁束を検出してしまう。その結果、図７を参照して説明したように、第１のマグネット２（第１のロータ３）の回転位置を正しく検出することができなくなってしまう。これにより、第１のコイル４と第２のコイル５への意図した通電切替タイミングからの時間的なずれが生じてしまうことで、意図しないトルクが発生してしまう。このような問題に対して本発明は、意図したタイミングでの通電切替を実現するモータ駆動方法を提供することを目的としている。そこで、次に、本発明の実施例に係る第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の動作制御について、図８乃至図１３を参照して説明する。

最初に、出力軸１０７ａの先端部から出力ギヤ１０７を見たときに出力ギヤ１０７を時計まわり方向へ回転させる制御について説明する。本発明では、出力ギヤ１０７の回転可能な２方向（時計まわり方向、反時計まわり方向）の一方を第１の回転方向、他方（第１の回転方向の逆方向）を第２の回転方向と定義する。以下では、第１の回転方向が時計まわり方向であり、第２の回転方向が反時計まわり方向であると規定して説明を行う。

出力ギヤ１０７を第１の回転方向である時計まわり方向へ回転させる場合、第１のギヤ１０５（第１のロータ３）を時計まわり方向に、第２のギヤ１０６（第２のロータ１３）を反時計まわり方向へそれぞれ回転させる必要がある。但し、本実施形態では、出力ギヤ１０７を第１の回転方向へ回転させるために必要とされる第１のギヤ１０５（第１のロータ３）と第２のギヤ１０６（第２のロータ１３）の回転方向を、第１のギヤ１０５と第２のギヤ１０６での第１の回転方向と規定する。よって、出力ギヤ１０７を第２の回転方向へ回転させるために必要とされる第１のギヤ１０５（第１のロータ３）と第２のギヤ１０６（第２のロータ１３）の回転方向は、第１のギヤ１０５と第２のギヤ１０６での第２の回転方向と規定される。

図８、図９及び図１０は、出力軸１０７ａの先端部から出力ギヤ１０７を見て、出力ギヤ１０７を時計まわり方向へ回転させるための第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の動作を説明する図である。この場合、第１のロータ３を時計まわり方向へ、第２のロータ１３を反時計まわり方向へそれぞれ回転させる必要がある。本実施形態では、この動作を、第１の磁気センサ３８の出力信号に基づいて第１の磁極部６ａの励磁と第３の磁極部１６ａを切り替え、第４の磁気センサ４１の出力信号に基づいて第２の磁極部７ａと第４の磁極部１７ａの励磁を切り替えることで実現させる。

具体的には、第１の磁気センサ３８が第１のマグネット２のＳ極を検出すると、第１の磁極部６ａがＮ極に励磁され、且つ、第３の磁極部１６ａがＳ極に励磁される。また、第１の磁気センサ３８が第１のマグネット２のＮ極を検出すると、第１の磁極部６ａがＳ極に励磁され、且つ、第３の磁極部１６ａがＮ極に励磁される。第４の磁気センサ４１が第２のマグネット１２のＳ極を検出すると、第２の磁極部７ａがＮ極に励磁され、且つ、第４の磁極部１７ａがＮ極に励磁される。また、第４の磁気センサ４１が第２のマグネット１２のＮ極を検出すると、第２の磁極部７ａがＳ極に励磁され、且つ、第４の磁極部１７ａがＳ極に励磁される。

ここで、前記第１の磁気センサ３８は、第１のロータ３が時計まわり方向に回転する際の第１のロータ３の回転位置に対する第１の磁極部６ａでの励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されている。また、第４の磁気センサ４１は、第２のロータ１３が反時計まわり方向に回転する際の第２のロータ１３の回転位置に対する第４の磁極部１７ａでの励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されている。制御回路２３は、第１の磁気センサ３８と第４の磁気センサ４１からの出力信号に基づいて、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の各コイルへ供給する電流を制御することにより各磁極部の励磁される極を切り替える。

なお、第１のロータ３（第１のギヤ１０５）の回転方向は第１のマグネット２の回転方向と一致するため、以下、回転動作の主体を第１のマグネット２として説明を行う。同様に、第２のロータ１３（第２のギヤ１０６）の回転方向は第２のマグネット１２の回転方向と一致するため、以下、回転動作の主体を第２のマグネット１２として説明を行う。

第１のマグネット２が図８（ａ）の状態にあるときに第２のマグネット１２は図８（ｂ）の状態にあり、図８（ａ），（ｂ）の状態を初期状態とする。図８（ａ）の状態では、第１の磁極部６ａはＮ極に励磁され、第２の磁極部７ａはＳ極に励磁されている。これにより、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。また、第３の磁極部１６ａはＳ極に励磁され、第４の磁極部１７ａはＳ極に励磁されている。これにより、第２のマグネット１２に反時計まわり方向の回転力が発生する。

図８（ａ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図８（ｃ）の状態になると共に、図８（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図８（ｄ）の状態となる。図８（ｃ）の状態では、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ１と第１の磁極部６ａの中心が対向している。そのため、Ｎ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合い、Ｓ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合うことで、第１のマグネット２は時計まわり方向に回転する。図８（ｄ）の状態では、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２と第３の磁極部１６ａの中心が対向する。この状態では、Ｓ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合うが、Ｓ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＳ極は反発することで、第２のマグネット１２は反時計まわり方向に回転する。

図８（ｃ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図８（ｅ）の状態になると共に、図８（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図８（ｆ）の状態となる。図８（ｃ）の状態から図８（ｅ）の状態へ遷移する間に、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出する。図８（ｅ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ１から第１の磁極部６ａまでの距離が、中心Ｑ１の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ２から第２の磁極部７ａまでの距離と同じ状態である。図８（ｆ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２から第３の磁極部１６ａまでの距離と第４の磁極部１７ａまでの距離とが同じ状態である。

第１の磁気センサ３８が第１のマグネット２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出すると、第１の磁極部６ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。一方、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＮ極を検出したままであるため、第２の磁極部７ａはＳ極に励磁されたままである。よって、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。第１の磁気センサ３８が第１のマグネット２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第３の磁極部１６ａはＳ極からＮ極へ励磁が切り替わる。第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＮ極を検出したままであるため、第４の磁極部１７ａはＳ極に励磁されたままである。これにより、第２のマグネット１２に反時計まわり方向の回転力が発生する。

図８（ｅ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図９（ａ）の状態になると共に、図８（ｆ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図９（ｂ）の状態となる。図９（ａ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２と第２の磁極部７ａの中心が対向した状態である。図９（ｂ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２と第４の磁極部１７ａの中心が対向した状態である。

図９（ａ）の状態では、Ｓ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合い、Ｓ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合うため、第１のマグネット２は時計まわり方向に回転する。図９（ｂ）の状態では、Ｎ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＮ極が反発し、Ｓ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合うため、第２のマグネット１２は反時計まわり方向に回転する。

図９（ａ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図９（ｃ）の状態になると共に、図９（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図９（ｄ）の状態となる。図９（ｂ）の状態から図９（ｄ）の状態へ遷移する間に、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出する。図９（ｃ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２から第１の磁極部６ａまでの距離と第２の磁極部７ａまでの距離とが同じ状態である。図９（ｄ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２から第４の磁極部１７ａまでの距離と、中心Ｑ１２の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ１３から第３の磁極部１６ａまでの距離とが同じ状態である。

図９（ｃ）の状態では、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＮ極を検出したままであるため、第１の磁極部６ａはＳ極に励磁されたままである。また、第４の磁気センサ４１が第２のマグネット１２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第２の磁極部７ａはＳ極からＮ極へ励磁が切り替わる。これにより、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。図９（ｄ）の状態では、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＮ極を検出したままであるため、第３の磁極部１６ａはＮ極に励磁されたままである。そして、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第４の磁極部１７ａはＳ極からＮ極へ励磁が切り替わる。これにより、第２のマグネット１２に反時計まわり方向の回転力が発生する。

図９（ｃ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図９（ｅ）の状態になると共に、図９（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図９（ｆ）の状態となる。図９（ｅ）は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２と第１の磁極部６ａの中心が対向した状態である。図９（ｆ）は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１３と第３の磁極部１６ａの中心が対向した状態である。

図９（ｅ）の状態では、Ｓ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合うため、第１のマグネット２は時計まわり方向に回転する。また、図９（ｆ）の状態では、Ｓ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合うため、第２のマグネット１２は反時計まわり方向に回転する。

図９（ｅ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図１０（ａ）の状態になると共に、図９（ｆ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図１０（ｂ）の状態となる。図９（ｅ）の状態から図１０（ａ）の状態へ遷移する間に、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出する。図１０（ａ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２から第１の磁極部６ａまでの距離が、中心Ｑ２の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ３から第２の磁極部７ａまでの距離と同じ状態である。図１０（ｂ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１３から第３の磁極部１６ａまでの距離と第４の磁極部１７ａまでの距離とが同じ状態である。

第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出すると、第１の磁極部６ａはＳ極からＮ極へ励磁が切り替わる。一方、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＳ極を検出したままであるため、第２の磁極部７ａはＮ極に励磁されたままである。よって、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。第１の磁気センサ３８が第１のマグネット２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第３の磁極部１６ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＳ極を検出したままであるため、第４の磁極部１７ａはＮ極に励磁されたままである。これにより、第２のマグネット１２に反時計まわり方向の回転力が発生する。

図１０（ａ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図１０（ｃ）の状態になると共に、図１０（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図１０（ｄ）の状態となる。図１０（ｃ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ３と第２の磁極部７ａの中心が対向した状態である。図１０（ｄ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１３と第４の磁極部１７ａの中心が対向する状態である。

図１０（ｃ）の状態では、Ｎ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合うため、第１のマグネット２は時計まわり方向に回転する。図１０（ｄ）の状態では、Ｓ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合うため、第２のマグネット１２は反時計まわり方向に回転する。

図１０（ｃ）の状態から第１のマグネット２が時計まわり方向に回転して図１０（ｅ）の状態になると共に、図１０（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が反時計まわり方向に回転して図１０（ｆ）の状態となる。図１０（ｄ）の状態から図１０（ｆ）の状態へ遷移する間に、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出する。図１０（ｅ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ３から第１の磁極部６ａまでの距離と第２の磁極部７ａまでの距離とが同じ状態である。図１０（ｆ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１３から第４の磁極部１７ａまでの距離と、中心Ｑ１３の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ１４から第３の磁極部１６ａまでの距離とが同じ状態である。

図１０（ｅ）の状態では、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＳ極を検出したままであるため、第１の磁極部６ａはＮ極に励磁されたままである。また、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第２の磁極部７ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。これにより、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。図１０（ｆ）の状態では、第１の磁気センサ３８は第１のマグネット２のＳ極を検出したままであるため、第３の磁極部１６ａはＳ極に励磁されたままである。そして、第４の磁気センサ４１は第２のマグネット１２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第４の磁極部１７ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。これにより、第２のマグネット１２に反時計まわり方向の回転力が発生する。

図８乃至図１０を参照した上記の制御内容は、第１のマグネット２と第２のマグネット１２の回転位置が機械角で０度から９０度であり、以降はこれらを繰り返すことで、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２は回転し続ける。

次に、出力軸１０７ａの先端部から出力ギヤ１０７を見たときに出力ギヤ１０７を第２の回転方向である反時計まわり方向へ回転させる制御について説明する。図１１、図１２及び図１３は、出力軸１０７ａの先端部から出力ギヤ１０７を見て、出力ギヤ１０７を反時計まわり方向へ回転させるための第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の動作を説明する図である。この場合、第１のロータ３を反時計まわり方向へ、第２のロータ１３を時計まわり方向へそれぞれ回転させる必要がある。本実施形態では、この動作を、第２の磁気センサ３９の出力信号に基づいて第２の磁極部７ａと第４の磁極部１７ａの励磁を切り替え、第３の磁気センサ４０の出力信号に基づいて第１の磁極部６ａの励磁と第３の磁極部１６ａを切り替えることで実現させる。

具体的には、第２の磁気センサ３９が第１のマグネット２のＳ極を検出すると、第２の磁極部７ａがＮ極に励磁され、且つ、第４の磁極部１７ａがＮ極に励磁される。また、第２の磁気センサ３９が第１のマグネット２のＮ極を検出すると、第２の磁極部７ａがＳ極に励磁され、且つ、第４の磁極部１７ａがＳ極に励磁される。第３の磁気センサ４０が第２のマグネット１２のＳ極を検出すると、第１の磁極部６ａがＳ極に励磁され、且つ、第３の磁極部１６ａがＮ極に励磁される。また、第３の磁気センサ４０が第２のマグネット１２のＮ極を検出すると、第１の磁極部６ａがＮ極に励磁され、且つ、第３の磁極部１６ａがＳ極に励磁される。

ここで、第２の磁気センサ３９は、第１のロータ３が反時計まわり方向に回転する際の第１のロータ３の回転位置に対する第２の磁極部７ａでの励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されている。また、第３の磁気センサ４０は、第２のロータ１３が時計まわり方向に回転する際の第２のロータ１３の回転位置に対する第３の磁極部１６ａでの励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されている。制御回路２３は、第２の磁気センサ３９と第３の磁気センサ４０からの出力信号に基づいて、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の各コイルへ供給する電流を制御することにより各磁極部の励磁される極を切り替える。

第１のマグネット２が図１１（ａ）の状態にあるときに第２のマグネット１２は図１１（ｂ）の状態にあり、図１１（ａ），（ｂ）の状態を初期状態とする。図１１（ａ）の状態では、第１の磁極部６ａはＳ極に励磁され、第２の磁極部７ａはＮ極に励磁されている。これにより、第１のマグネット２に反時計まわり方向の回転力が発生する。また、第３の磁極部１６ａはＮ極に励磁され、第４の磁極部１７ａはＮ極に励磁されている。これにより、第２のマグネット１２に時計まわり方向の回転力が発生する。

図１１（ａ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１１（ｃ）の状態になると共に、図１１（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１１（ｄ）の状態となる。図１１（ｃ）の状態では、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ１と第２の磁極部７ａの中心が対向している。そのため、Ｓ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合うことで、第１のマグネット２は反時計まわり方向に回転する。図１１（ｄ）の状態では、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１１と第４の磁極部１７ａの中心が対向している。そのため、Ｎ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合うことで、第２のマグネット１２は時計まわり方向に回転する。

図１１（ｃ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１１（ｅ）の状態になると共に、図１１（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１１（ｆ）の状態となる。図８（ｅ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ１から第２の磁極部７ａまでの距離が、中心Ｑ１の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ２から第１の磁極部６ａまでの距離と同じ状態である。図１１（ｆ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１１から第３の磁極部１６ａまでの距離と第４の磁極部１７ａまでの距離とが同じ状態である。

図１１（ｃ）の状態から図１１（ｅ）の状態へ遷移する間に、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出する。これにより第２の磁極部７ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。一方、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＳ極を検出したままであるため、第１の磁極部６ａはＳ極に励磁されたままである。よって、第１のマグネット２に反時計まわり方向の回転力が発生する。第２の磁気センサ３９が第１のマグネット２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第４の磁極部１７ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＳ極を検出したままであるため、第３の磁極部１６ａはＮ極に励磁されたままである。これにより、第２のマグネット１２に時計まわり方向の回転力が発生する。

図１１（ｅ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１２（ａ）の状態になると共に、図１１（ｆ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１２（ｂ）の状態となる。図１２（ａ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２と第１の磁極部６ａの中心が対向する状態である。図１２（ｂ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１１と第３の磁極部１６ａの中心が対向した状態である。

図１２（ａ）の状態では、Ｓ極に励磁された第１の磁極部６ａが第１のマグネット２のＮ極と引き合い、Ｓ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＳ極とが反発するため、第１のマグネット２は反時計まわり方向に回転する。図１２（ｂ）の状態では、Ｎ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合い、Ｓ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合うため、第２のマグネット１２は時計まわり方向に回転する。

図１２（ａ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１２（ｃ）の状態になると共に、図１２（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１２（ｄ）の状態となる。図１２（ｃ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２から第１の磁極部６ａまでの距離と第２の磁極部７ａまでの距離とが同じ状態である。図１２（ｄ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１１から第３の磁極部１６ａまでの距離と、中心Ｑ１１の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ１２から第４の磁極部１７ａまでの距離が同じ状態である。図１２（ｂ）の状態から図１２（ｄ）の状態へ遷移する間に、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＮ極（Ｓ極からＮ極への切り替わり）を検出する。

図１２（ｃ）の状態では、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＮ極を検出したままであるため、第２の磁極部７ａはＳ極に励磁されたままである。また、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第１の磁極部６ａはＳ極からＮ極に励磁が切り替わる。これにより、第１のマグネット２に反時計まわり方向の回転力が発生する。図１２（ｄ）の状態では、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＳ極からＮ極への切り替わりを検出するため、第３の磁極部１６ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。そして、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＮ極を検出したままであるため、第４の磁極部１７ａはＳ極に励磁されたままである。これにより、第２のマグネット１２に時計まわり方向の回転力が発生する。

図１２（ｃ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１２（ｅ）の状態になると共に、図１２（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１２（ｆ）の状態となる。図１２（ｅ）は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２と第２の磁極部７ａの中心が対向した状態である。図１２（ｆ）は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２と第４の磁極部１７ａの中心が対向した状態である。

図１２（ｅ）の状態では、Ｎ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合い、Ｓ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＮ極が引き合うため、第１のマグネット２は反時計まわり方向に回転する。また、図１２（ｆ）の状態では、Ｓ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合い、Ｓ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合うため、第２のマグネット１２は時計まわり方向に回転する。

図１２（ｅ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１３（ａ）の状態になると共に、図１２（ｆ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１３（ｂ）の状態となる。図１２（ｅ）の状態から図１３（ａ）の状態へ遷移する間に、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＳ極（Ｎ極からＳ極への切り替わり）を検出する。図１０（ａ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ２から第２の磁極部７ａまでの距離が、中心Ｑ２の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ３から第１の磁極部６ａまでの距離と同じ状態である。図１３（ｂ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２から第３の磁極部１６ａまでの距離と第４の磁極部１７ａまでの距離が等しい状態である。

図１３（ａ）の状態では、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＮ極を検出したままであるため、第１の磁極部６ａはＮ極に励磁されたままである。また、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第２の磁極部７ａはＳ極からＮ極に励磁が切り替わる。これにより、第１のマグネット２に時計まわり方向の回転力が発生する。一方、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＮ極を検出したままでるため、第３の磁極部１６ａはＳ極に励磁されたままである。また、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第４の磁極部１７ａはＳ極からＮ極に励磁が切り替わる。これにより、第２のマグネット１２に時計まわり方向の回転力が発生する。

図１３（ａ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１３（ｃ）の状態になると共に、図１３（ｂ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１３（ｄ）の状態となる。図１３（ｃ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ３と第１の磁極部６ａの中心が対向する状態である。図１３（ｄ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２と第３の磁極部１６ａの中心が対向する状態である。

図１３（ｃ）の状態では、Ｎ極に励磁された第１の磁極部６ａと第１のマグネット２のＳ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第２の磁極部７ａと第１のマグネット２のＮ極が反発するため、第１のマグネット２は反時計まわり方向に回転する。一方、Ｓ極に励磁された第３の磁極部１６ａと第２のマグネット１２のＮ極が引き合い、Ｎ極に励磁された第４の磁極部１７ａと第２のマグネット１２のＳ極が引き合うため、第２のマグネット１２は時計まわり方向に回転する。

図１３（ｃ）の状態から第１のマグネット２が反時計まわり方向に回転して図１３（ｅ）の状態になると共に、図１３（ｄ）の状態から第２のマグネット１２が時計まわり方向に回転して図１３（ｆ）の状態となる。図１０（ｄ）の状態から図１０（ｆ）の状態へ遷移する間に、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＳ極（Ｎ極からＳ極への切り替わり）を検出する。図１３（ｅ）の状態は、第１のマグネット２の着磁された極の中心Ｑ３から第１の磁極部６ａまでの距離と第２の磁極部７ａまでの距離が同じ状態である。図１３（ｆ）の状態は、第２のマグネット１２の着磁された極の中心Ｑ１２から第３の磁極部１６ａまでの距離と、中心Ｑ１２の極とは異極に着磁された極の中心Ｑ１３から第４の磁極部１７ａまでの距離とが同じ状態である。

図１３（ｅ）の状態では、第２の磁気センサ３９はＳ極を検出したままであるため、第２の磁極部７ａはＮ極に励磁されたままである。また、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第１の磁極部６ａはＮ極からＳ極へ励磁が切り替わる。これにより、第１のマグネット２に反時計まわり方向の回転力が発生する。一方、図１３（ｆ）の状態では、第３の磁気センサ４０は第２のマグネット１２のＮ極からＳ極への切り替わりを検出するため、第３の磁極部１６ａはＳ極からＮ極へ励磁が切り替わる。また、第２の磁気センサ３９は第１のマグネット２のＳ極を検出したままであるため、第４の磁極部１７ａはＮ極に励磁されたままである。これにより、第２のマグネット１２に時計まわり方向の回転力が発生する。

図１１乃至図１３を参照した上記の制御内容は、第１のマグネット２と第２のマグネット１２の回転位置が機械角で０度から９０度であり、以降はこれらを繰り返すことで、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２は回転し続ける。

以上、本実施形態によれば、第１のモータ１０１の第１の磁気センサ３８と第２の磁気センサ３９は、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａが異極に励磁された状態で第１のマグネット２の回転時の極の切り替わりを検出する。第２のモータ１０２についても同様に、第３の磁気センサ４０と第４の磁気センサ４１は、第３の磁極部１６ａと第４の磁極部１７ａが異極に励磁された状態で第２のマグネット１２の回転時の極の切り替わりを検出する。これにより、磁極部で発生する磁力線を磁気センサが検出することを抑制することが可能となることで、出力軸から安定したトルクを取り出すことが可能になる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、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。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、第１のモータ１０１に対して第２のモータ１０２の姿勢方向を軸方向において反転させ、第１のギヤ１０５と第２のギヤ１０６を並列的に出力ギヤ１０７に噛み合わせた構成としてもよい。また、第１のモータ１０１と第２のモータ１０２の一方に回転方向を反転させる反転機構を設け、第１のギヤ１０５と第２のギヤ１０６を、回転方向を同じとした上で、出力ギヤ１０７に対して並列的に噛み合わせた構成としてもよい。

１ モータユニット
２ 第１のマグネット
３ 第１のロータ
６ａ 第１の磁極部
７ａ 第２の磁極部
１２ 第２のマグネット
１３ 第２のロータ
１６ａ 第３の磁極部
１７ａ 第４の磁極部
２３ 制御回路
３８ 第１の磁気センサ
３９ 第２の磁気センサ
４０ 第３の磁気センサ
４１ 第４の磁気センサ
１０１ 第１のモータ
１０２ 第２のモータ
１０５ 第１のギヤ
１０６ 第２のギヤ
１０７ 出力ギヤ

Claims (12)

1. 周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第１のマグネットを有する第１のロータを備える第１のモータと、
   周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第２のマグネットを有する第２のロータを備える第２のモータと、
   前記第１のロータの出力と前記第２のロータの出力を受けて第１の回転方向に回転する連結出力部と、
   前記第１のモータと前記第２のモータの駆動を制御することにより前記連結出力部の回転を制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、
   前記第１のモータは、
   前記第１のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第１の磁極部および第２の磁極部と、
   前記第１のロータの回転位置を検出する第１の検出素子と、を有し、
   前記第２のモータは、
   前記第２のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第３の磁極部および第４の磁極部と、
   前記第２のロータの回転位置を検出する第２の検出素子と、を有し、
   前記第１の磁極部および前記第２の磁極部に対する前記第１のロータの位相と、前記第３の磁極部および前記第４の磁極部に対する前記第２のロータの位相はずれており、
   前記制御手段は、前記連結出力部を前記第１の回転方向に回転させる場合に、前記第１の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第２の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記第１の検出素子は、前記第１のロータの回転位置に対する前記第１の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置され、
   前記第２の検出素子は、前記第２のロータの回転位置に対する前記第４の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記第１のモータは、さらに、前記第１のロータの回転位置を検出する第３の検出素子と、を有し、
   前記第２のモータは、さらに、前記第２のロータの回転位置を検出する第４の検出素子と、を有し、
   前記制御手段は、前記連結出力部を前記第１の回転方向の逆方向の第２の回転方向に回転させる場合に、前記第３の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第４の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記第３の検出素子は、前記第１のロータの回転位置に対する前記第２の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置され、
   前記第４の検出素子は、前記第２のロータの回転位置に対する前記第３の磁極部での励磁切替タイミングが電気進角０度から４５度の間となる位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記第１のロータと前記第２のロータは電気角で９０度ずれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記第１のモータは、前記第１のロータに固定された第１のギヤを有し、
   前記第２のモータは、前記第２のロータに固定され、前記第１のギヤと噛み合う第２のギヤを有し、
   前記連結出力部は、前記第１のギヤまたは前記第２のギヤと噛み合う出力ギヤを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記第１のモータは、前記第１のロータに固定された第１のギヤを有し、
   前記第２のモータは、前記第２のロータに固定された第２のギヤを有し、
   前記連結出力部は、前記第１のギヤと噛み合うと共に前記第２のギヤと噛み合う出力ギヤを有し、
   前記第１のモータと前記第２のモータは、前記出力ギヤに対する前記第１のギヤと前記第２のギヤの回転方向が同じとなるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記第１のモータは、
   前記第１のロータに固定された第１のギヤと、
   前記第１のギヤの回転方向を反転させる反転手段と、を有し、
   前記第２のモータは、前記第２のロータに固定された第２のギヤを有し、
   前記連結出力部は、前記第１のギヤと噛み合うと共に前記第２のギヤと噛み合う出力ギヤを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
9. 周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第１のマグネットを有する第１のロータを備える第１のモータと、
   周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第２のマグネットを有する第２のロータを備える第２のモータと、
   前記第１のロータの出力と前記第２のロータの出力を受けて第１の回転方向に回転する連結出力部と、
   前記第１のモータと前記第２のモータの駆動を制御することにより前記連結出力部の回転を制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置であって、
   前記第１のモータは、
   前記第１のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第１の磁極部および第２の磁極部と、
   前記第１のロータの回転位置を検出する第１の検出素子と、を有し、
   前記第２のモータは、
   前記第２のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第３の磁極部および第４の磁極部と、
   前記第２のロータの回転位置を検出する第２の検出素子と、を有し、
   前記制御手段は、前記連結出力部を前記第１の回転方向に回転させる場合に、前記第１の磁極部と前記第２の磁極部が異極に励磁されている際の前記第１の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第３の磁極部と前記第４の磁極部が異極に励磁されている際の前記第２の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とするモータ駆動装置。
10. 前記第１のモータは、さらに、前記第１のロータの回転位置を検出する第３の検出素子を有し、
    前記第２のモータは、さらに、前記第２のロータの回転位置を検出する第４の検出素子を有し、
    前記制御手段は、前記連結出力部を前記第１の回転方向の逆方向である第２の回転方向に回転させる場合に、前記第１の磁極部と前記第２の磁極部が異極に励磁されている際の前記第３の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第３の磁極部と前記第４の磁極部が異極に励磁されている際の前記第４の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
11. 周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第１のマグネットを有する第１のロータと、前記第１のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第１の磁極部および第２の磁極部と、前記第１のロータの回転位置を検出する第１の検出素子と、を有する第１のロータを備える第１のモータと、
    周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第２のマグネットを有する第２のロータと、前記第２のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第３の磁極部および第４の磁極部と、前記第２のロータの回転位置を検出する第２の検出素子と、を備える第２のモータと、
    前記第１の磁極部および前記第２の磁極部に対する前記第１のロータの位相と、前記第３の磁極部および前記第４の磁極部に対する前記第２のロータの位相がずれた状態である、前記第１のロータの出力と前記第２のロータの出力を受けて第１の回転方向に回転する連結出力部と、
    前記第１のモータと前記第２のモータの駆動を制御することにより前記連結出力部の回転を制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置の制御方法であって、
    前記連結出力部を前記第１の回転方向に回転させる場合に、前記第１の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第２の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とする制御方法。
12. 周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第１のマグネットを有する第１のロータと、前記第１のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第１の磁極部および第２の磁極部と、前記第１のロータの回転位置を検出する第１の検出素子と、を有する第１のロータを備える第１のモータと、
    周方向において等間隔に交互に異なる極に着磁された第２のマグネットを有する第２のロータと、前記第２のマグネットの外周面と所定の間隙を持って対向し、電気角で９０度ずれた位置に配置される第３の磁極部および第４の磁極部と、前記第２のロータの回転位置を検出する第２の検出素子と、を備える第２のモータと、
    前記第１の磁極部および前記第２の磁極部に対する前記第１のロータの位相と、前記第３の磁極部および前記第４の磁極部に対する前記第２のロータの位相がずれた状態において、前記第１のロータの出力と前記第２のロータの出力を受けて第１の回転方向に回転する連結出力部と、
    前記第１のモータと前記第２のモータの駆動を制御することにより前記連結出力部の回転を制御する制御手段と、を備えるモータ駆動装置の制御方法であって、
    前記連結出力部を前記第１の回転方向に回転させる場合に、前記第１の磁極部と前記第２の磁極部が異極に励磁されている際の前記第１の検出素子の出力に基づいて前記第１の磁極部と前記第３の磁極部に励磁される極を切り替え、且つ、前記第３の磁極部と前記第４の磁極部が異極に励磁されている際の前記第２の検出素子の出力に基づいて前記第２の磁極部と前記第４の磁極部に励磁される極を切り替えることを特徴とする制御方法。
    

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