JP2021027746A - モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータの負荷変動に対する耐性を高める。【解決手段】本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置（１０）は、２相ステッピングモータ（２０）における２相のコイル（２１Ａ，２１Ｂ）のうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号（Ｓｃ）を生成する制御部（１１）と、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部（１２）と、を有し、前記制御部は、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて、前記１相励磁を行う期間（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５等）を決定し、前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間（Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６等）を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法に関し、例えば、ステッピングモータを駆動するためのモータ駆動制御装置に関する。

ステッピングモータとして、２つの相を有する２相ステッピングモータが知られている。
２相ステッピングモータの駆動方式としては、１相励磁方式、２相励磁方式、１−２相励磁方式が知られている。

１相励磁方式は、一つの相毎に励磁する相を切り替える方式である。２相励磁方式は、二つの相毎に励磁する相を切り替える方式である。１−２相励磁方式は、１相励磁と２相励磁を交互に切り替えて励磁する相を切り替える方式である。

例えば、特許文献１には、２相ステッピングモータを１−２相励磁方式で駆動したときのステッピングモータの回転速度のばらつきを抑えるために、１相励磁期間中に、次の２相励磁期間と同じ相で２相励磁する期間を設けるモータ駆動制御技術が開示されている。

特開２０１０−９３９１４号公報

本願発明者らは、所定のアプリケーションに採用する２相ステッピングモータの駆動方式として、１相励磁よりも発生するトルクの大きい１−２相励磁方式を採用することを検討した。

しかしながら、特許文献１に代表される一般的な１−２相励磁方式では、予め、１相励磁が実施される期間と２相励磁が実施される期間のそれぞれの長さが固定されている（一定である）。そのため、１−２相励磁方式では、負荷変動に対する耐性が低いという問題がある。具体的には、２相ステッピングモータの負荷が大きくなった場合に、ロータが適切な位置まで移動する前に励磁相が切り替わることにより、トルクが低下し、脱調が発生し易くなるという課題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、２相ステッピングモータの負荷変動に対する耐性を高めることを目的とする。

本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部と、を有し、前記制御部は、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて、前記１相励磁を行う期間を決定し、前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間を決定することを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、２相ステッピングモータの負荷変動に対する耐性を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るモータユニットの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るモータの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置による、２相ステッピングモータの通電切替制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置における制御部の機能ブロックである。 モータ駆動制御装置による２相ステッピングモータの通電切替制御の流れを示すフローチャートである。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置（１０）は、２相ステッピングモータ（２０）における２相のコイル（２１Ａ，２１Ｂ）のうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号（Ｓｃ）を生成する制御部（１１）と、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部（１２）と、を有し、前記制御部は、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて、前記１相励磁を行う期間（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５等）を決定し、前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間（Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６等）を決定する。

〔２〕上記〔１〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記１相励磁の期間において非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成してもよい。また、前記制御部は、前記２相励磁の開始後、当該２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に応じて決定した目標通電時間が経過した場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記２相励磁から前記１相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成してもよい。

〔３〕上記〔２〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記２相励磁の期間が当該２相励磁の直前に行われた前記１相励磁の期間と等しくなるように、前記目標通電時間を設定してもよい。

〔４〕上記〔２〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の前記１相励磁の期間をもとに算出した値に基づいて、前記目標通電時間を設定してもよい。

〔５〕上記〔２〕乃至〔４〕の何れか一つに記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記１相励磁の期間において、非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成してもよい。

〔６〕上記〔２〕乃至〔５〕の何れか一つに記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部（１１）は、時間を計測する計時部（１１４）と、前記計時部を制御する計時制御部（１１３）と、前記計時部による計測時間を記憶する記憶部（１１５）と、前記２相のコイルに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部（１１２）と、前記ゼロクロス検出部の検出結果と前記計時部の計測結果とに基づいて、前記制御信号を生成する制御信号生成部（１１６）と、を含む。前記計時制御部は、前記１相励磁が開始されるとき、前記計時部に計時を開始させ、前記１相励磁中に、前記ゼロクロス検出部による逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記計時部の計時を停止させるとともに、前記計時部による計測時間を前記記憶部に記憶させる。前記制御信号生成部は、前記１相励磁中に、前記ゼロクロス検出部による逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号（Ｓｃ）を生成する。また、前記計時制御部は、前記２相励磁が開始されるとき、前記記憶部に記憶された前記計時部の計測時間に基づいて、前記目標通電時間（ｔｇ）を前記計時部に設定するとともに、前記目標通電時間までの計時を前記計時部に開始させる。前記制御信号生成部は、前記２相励磁中に、前記計時部の計測時間が前記目標通電時間に到達した場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記２相励磁から前記１相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成してもよい。

〔７〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータユニット（１）は、上記〔１〕乃至〔６〕の何れか一つに記載のモータ駆動制御装置（１０）と、前記２相ステッピングモータ（２０）とを備える。

〔８〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御方法は、モータ駆動制御装置（１０）によって２相ステッピングモータ（２０）の駆動を制御するための方法である。本方法は、前記モータ駆動制御装置が、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する第１ステップと、前記モータ駆動制御装置が、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する第２ステップ（Ｓ１，Ｓ６）とを含む。前記第１ステップは、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて前記１相励磁を行う期間を決定する第３ステップ（Ｓ２〜Ｓ５）と、前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間を決定する第４ステップ（Ｓ７，Ｓ８）と、を含む。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係るモータユニットの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、モータユニット１は、２相ステッピングモータ２０と、２相ステッピングモータ２０を駆動するモータ駆動制御装置１０とを備えている。モータユニット１は、例えば、印刷機における紙を搬送する装置等のモータを動力源として用いる各種装置に適用可能である。

図２は、２相ステッピングモータ２０の構成を模式的に示す図である。
２相ステッピングモータ２０は、２相のコイルを有するステッピングモータである。

図２に示されるように、２相ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル２１Ａと、Ｂ相のコイル２１Ｂと、ロータ２２と、２相のステータヨーク（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、後述する駆動部１２に接続されている。コイル２１Ａ，２１Ｂには、それぞれ異なる位相の電流（コイル電流）が流される。
なお、本実施の形態において、コイル２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ区別しない場合には、単に、「コイル２１」と表記する場合がある。

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ている。なお、図２では、ロータ２２が２極である場合が一例として示されている。ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に近接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により、回転する。ロータ２２には、出力軸（図示せず）が接続されており、ロータ２２の回転力により、出力軸が駆動される。

モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０を駆動させるための装置である。モータ駆動制御装置１０は、例えば上位装置（図示せず）からの駆動指令に基づいて、２相ステッピングモータ２０の各相のコイル２１Ａ，２１Ｂの通電状態を制御することにより、２相ステッピングモータ２０の回転および停止を制御する。

図１に示すように、モータ駆動制御装置１０は、制御部１１と駆動部１２を有している。
駆動部１２は、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂに通電して、２相ステッピングモータ２０を駆動する機能部である。駆動部１２は、モータ駆動部１２１を有している。

モータ駆動部１２１は、制御部１１によって生成された制御信号Ｓｃに基づいて、２相ステッピングモータ２０に駆動電力を供給する。図２に示すように、モータ駆動部１２１は、コイル２１Ａの正極側の端子ＡＰ、コイル２１Ａの負極側の端子ＡＮ、コイル２１Ｂの正極側の端子ＢＰ、およびコイル２１Ｂの負極側の端子ＢＮにそれぞれ接続されており、各端子ＡＰ，ＡＮ，ＢＰ，ＢＮに電圧を印加することにより、コイル２１Ａ，２１Ｂを通電させる。

モータ駆動部１２１は、例えば、４つのスイッチング素子（例えばトランジスタ）から構成されたＨブリッジ回路等によって構成されている。モータ駆動部１２１は、例えば、Ｈブリッジ回路を構成する各スイッチング素子を選択的にオン・オフさせることにより、コイル２１Ａ，２１Ｂの通電を切り替える。

図２に示すように、Ａ相のコイル２１Ａに電流＋Ｉａを流す場合には、モータ駆動部１２１は、例えば、コイル２１Ａの端子ＡＮに対して端子ＡＰに“＋Ｖａ”の電圧を印加する。一方、Ａ相のコイル２１Ａに電流−Ｉａを流す場合には、モータ駆動部１２１は、コイル２１Ａの端子ＡＮに対して端子ＡＰに“−Ｖａ”の電圧を印加する。Ｂ相のコイル２１Ｂについても同様に、電流＋Ｉｂを流す場合には、モータ駆動部１２１は、例えば、コイル２１Ｂの端子ＢＮに対して端子ＢＰに“＋Ｖｂ”の電圧を印加し、Ｂ相のコイル２１Ｂに電流−Ｉｂを流す場合には、モータ駆動部１２１は、コイル２１Ｂの端子ＢＮに対して端子ＢＰに“−Ｖｂ”の電圧を印加する。

上述したように、モータ駆動部１２１は、制御部１１からの制御信号Ｓｃに基づいて、各コイル２１Ａ，２１Ｂの端子間に印加する電圧を切り替えることにより、各コイル２１Ａ，２１Ｂの通電状態を切り替える。

制御部１１は、２相ステッピングモータ２０の駆動を制御するための制御信号Ｓｃを生成して、駆動部１２を介して２相ステッピングモータ２０の駆動を制御する。

制御部１１は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とがバスを介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ）である。本実施の形態において、制御部１１は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されているが、これに限られるものではない。

制御部１１は、２相ステッピングモータ２０における２相のコイル２１Ａ，２１Ｂのうち１相分のコイル２１を励磁する１相励磁と２相分のコイル２１を励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、２相ステッピングモータ２０の駆動を制御するための制御信号Ｓｃを生成する。すなわち、制御部１１は、１−２相励磁方式によって、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂの通電切替制御を行う。

図３は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置による、２相ステッピングモータの通電切替制御を説明するための図である。

同図において、参照符号３０１は、Ａ相のコイル２１Ａの端子ＡＮに対する端子ＡＰの電圧（以下、「Ａ相電圧」とも称する。）を表し、参照符号３０２は、Ｂ相のコイル２１Ｂの端子ＢＮに対する端子ＢＰの電圧（以下、「Ｂ相電圧」とも称する。）を表している。

図３に示すように、制御部１１は、１相励磁と２相励磁とを交互に繰り返すように、２相ステッピングモータ２０の通電状態を切り替える。例えば、図３における１相励磁の期間Ｔ１では、Ａ相電圧を“＋Ｖａ”としてコイル２１Ａを正（＋）に励磁させるとともに、Ｂ相電圧を“０”として、コイル２１Ｂを励磁させない。期間Ｔ１の次の２相励磁の期間Ｔ２では、引き続き、Ａ相電圧を“＋Ｖａ”としてコイル２１Ａを正（＋）に励磁させるとともに、Ｂ相電圧を“＋Ｖｂ”としてコイル２１Ｂを正（＋）に励磁させる。期間Ｔ２の次の１相励磁の期間Ｔ３では、Ａ相電圧を“０”として、コイル２１Ａを励磁させず、Ｂ相電圧を“＋Ｖｂ”としてコイル２１Ｂを正（＋）に励磁させる。期間Ｔ３の次の２相励磁の期間Ｔ４では、Ａ相電圧を“−Ｖａ”としてコイル２１Ａを負（−）に励磁させるとともに、Ｂ相電圧を“＋Ｖｂ”として、コイル２１Ｂを正（＋）に励磁させる。

このように、制御部１１は、１相励磁と２相励磁が交互に切り替わるように、制御信号Ｓｃを生成し、駆動部１２に与える。

本実施の形態に係るモータユニット１において、２相ステッピングモータ２０の１相励磁が行われる期間と２相励磁が行われる期間は、コイル２１Ａ，２１Ｂに発生した逆起電圧に基づいて決定される。すなわち、モータユニット１において、２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間と２相励磁の期間は、固定期間ではなく、可変期間となる。

先ず、２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間は、以下のように決定される。
２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間は、一方のコイル２１が励磁されているときに、他方の非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧に基づいて、決定される。

具体的には、制御部１１は、１相励磁の期間において、非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を第１励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

例えば、図３に示すように、１相励磁の期間Ｔ３において、非励磁のＡ相のコイル２１Ａの逆起電圧は、時刻ｔａにおいて０Ｖとなり、その後、時刻ｔｂにおいて再び０Ｖとなる。すなわち、１相励磁の期間Ｔ３において、逆起電圧のゼロクロスが二回発生する。そこで、制御部１１は、１相励磁の期間Ｔ３において、非励磁のコイル２１Ａに発生した逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、第１励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

次に、２相ステッピングモータ２０の２相励磁の期間は、以下のように決定される。
上述したように、２相ステッピングモータ２０の１相励磁が行われる期間では、非励磁のコイル２１に逆起電圧が発生する。一方、２相ステッピングモータ２０の２相励磁が行われる期間（例えば、図３の期間Ｔ２，Ｔ４等）では、Ａ相のコイル２１ＡとＢ相のコイル２１Ｂがともに励磁されているので、いずれのコイル２１Ａ，２１Ｂにも逆起電圧の測定はできない。そのため、１相励磁から２相励磁への切り替えと同じように、２相励磁から１相励磁に切り替えるタイミングをコイル２１の逆起電圧に基づいて決定することはできない。

そこで、本実施の形態では、２相励磁の期間は、その２相励磁の前に行われた１相励磁の期間に基づいて、決定される。

具体的には、制御部１１は、２相励磁の開始後、当該２相励磁の前に行われた１相励磁の期間に応じて決定した目標通電時間ｔｇが経過した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

例えば、図３に示すように、２相励磁の期間Ｔ４では、Ａ相のコイル２１ＡとＢ相のコイル２１Ｂはともに励磁されているので、逆起電圧の測定はできない。そこで、制御部１１は、２相励磁が開始されてから目標通電時間ｔｇが経過したタイミング（時刻ｔ４）で、２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

ここで、目標通電時間ｔｇ、すなわち２相励磁の期間は、例えば、以下に示す手法によって決定することができる。

例えば、第１の手法として、目標通電時間ｔｇは、２相励磁の直前に行われた１相励磁の期間に基づいて決定される。すなわち、制御部１１は、２相励磁の期間が当該２相励磁の直前に行われた１相励磁の期間と等しくなるように、目標通電時間ｔｇを設定する。例えば、図３において、２相励磁の期間Ｔ４（目標通電時間ｔｇ）は、期間Ｔ４の直前に行われた１相励磁の期間Ｔ３と同じ長さに設定される。

例えば、第２の手法として、目標通電時間ｔｇは、２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間に基づいて決定される。例えば、制御部１１は、２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間をもとに算出した値を用いて、目標通電時間ｔｇを設定する。より具体的には、制御部１１は、２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間の平均値に基づいて、目標通電時間ｔｇを設定する。例えば、図３において、２相励磁が行われる期間Ｔ４の長さは、期間Ｔ４の前に行われた１相励磁の期間Ｔ１，Ｔ３の平均値に設定される。また、２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間に重み付けをして平均値を算出し、その平均値に基づいて目標通電時間ｔｇを設定してもよい。例えば、基準となる２相励磁に時間的に近いものほど比重が大きくなるように、各１相励磁の期間に重み付けをして平均値を算出してもよい。

以下の説明では、一例として、制御部１１が、第１の手法によって目標通電時間ｔｇを決定するものとして、説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置における制御部１１の機能ブロックである。

図４に示すように、制御部１１は、上述したコイル２１Ａ，２１Ｂの通電切替制御を実現するための機能部として、逆起電圧監視部１１１、ゼロクロス検出部１１２、計時制御部１１３、計時部１１４、記憶部１１５、および制御信号生成部１１６を有している。

これらの機能部は、例えば、上述したプログラム処理装置（マイクロコントローラ）において、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種演算を実行し、Ａ／Ｄ変換回路やタイマ等の周辺回路を制御することによって、実現される。

逆起電圧監視部１１１は、各相のコイル２１Ａ，２１Ｂに発生する逆起電圧を監視する機能部である。

ゼロクロス検出部１１２は、逆起電圧監視部１１１の監視結果に基づいて、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂに発生する逆起電圧のゼロクロスを検出するための機能部である。ゼロクロス検出部１１２は、非励磁のコイル２１の逆起電圧のゼロクロスを検出した場合に、ゼロクロスが検出されたことを示す検出信号Ｓｚを出力する。

計時制御部１１３は、計時部１１４を制御する機能部である。計時制御部１１３は、例えば、上述したマイクロコントローラを構成するプロセッサによるプログラム処理等によって実現することができる。

計時制御部１１３は、計時部１１４による時間の計測の開始および停止を制御する。計時制御部１１３は、計時部１１４に目標通電時間ｔｇを設定することにより、目標通電時間ｔｇまでの計時を実行させる。計時部１１４は、計測時間が目標通電時間ｔｇに到達した場合に、目標通電時間が経過したことを示す通知信号Ｓｔを出力し、計測した時間（計時結果）をリセットする。

記憶部１１５は、計時部１１４による計時結果を記憶する機能部である。

計時制御部１１３は、２相ステッピングモータ２０の１相励磁が開始されるとき、計時部１１４に対して計時を開始させる。計時制御部１１３は、ゼロクロス検出部１１２の検出信号Ｓｚに基づいて、２相ステッピングモータ２０の１相励磁中に逆起電圧のゼロクロスが二回検出されたと判定した場合に、計時部１１４による計時を停止させるとともに、計時部１１４によって計測された時間（計測時間）を記憶部１１５に記憶する。すなわち、記憶部１１５には、２相ステッピングモータ２０の１相励磁の通電時間が記憶される。

ここで、記憶部１１５には、計時部１１４によって計測された、複数の１相励磁の期間の情報が記憶されてもよいし、最新の１相励磁の期間の情報のみが記憶されてもよい。本実施の形態では、上述した第１の手法によって２相励磁の通電時間が決定されるので、記憶部１１５には、最新の１相励磁の通電時間の情報のみが記憶されるものとする。

計時制御部１１３は、２相ステッピングモータ２０の２相励磁が開始されるとき、計時部１１４に計時を開始させる。このとき、計時制御部１１３は、目標通電時間ｔｇを計時部１１４に設定する。具体的には、２相ステッピングモータ２０の２相励磁が開始されるとき、計時制御部１１３は、記憶部１１５に記憶された計時結果に基づいて目標通電時間ｔｇを決定し、決定した目標通電時間ｔｇを計時部１１４に設定する。例えば、計時制御部１１３は、記憶部１１５に記憶されている、直前の１相励磁が行われた時間を目標通電時間ｔｇとして計時部１１４に設定し、計時部１１４に計時を開始させる。計時部１１４は、計測時間が目標通電時間ｔｇに到達したら、目標通電時間が経過したことを示す通知信号Ｓｔを出力する。

制御信号生成部１１６は、ゼロクロス検出部１１２の検出結果（検出信号Ｓｚ）と計時部１１４の計時結果（通知信号Ｓｔ）とに基づいて、制御信号Ｓｃを生成する機能部である。制御信号生成部１１６は、例えば、上述したマイクロコントローラを構成するプロセッサによるプログラム処理と入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路によって実現することができる。

制御信号生成部１１６は、１相励磁中に、ゼロクロス検出部１１２による逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。例えば、制御信号生成部１１６は、ゼロクロス検出部１１２の検出信号Ｓｚに基づいて、１相励磁中に逆起電圧のゼロクロスが二回検出されたと判定した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

また、制御信号生成部１１６は、２相励磁中に、計時部１１４による計測時間が目標通電時間ｔｇに到達した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。例えば、制御信号生成部１１６は、計時部１１４から通知信号Ｓｔが出力された場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

図５は、モータ駆動制御装置１０による２相ステッピングモータ２０の通電切替制御の流れを示すフローチャートである。

モータ駆動制御装置１０は、例えば、電源投入後、外部の上位装置から２相ステッピングモータ２０の駆動指令が入力されているか否かを判定する（ステップＳ０）。ステップＳ０において、駆動指令が入力されていない場合（Ｎｏの場合）には、２相ステッピングモータ２０の駆動を開始しない。

一方、ステップＳ０において、駆動指令が入力されている場合（Ｙｅｓの場合）には、モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０を駆動する。先ず、モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０の１相励磁を開始する（ステップＳ１）。例えば、図３の時刻ｔ０において、制御信号生成部１１６は、２相ステッピングモータ２０のＡ相のコイル２１ＡにＡ相電圧“＋Ｖａ”を印加し、Ｂ相のコイル２１ＢのＢ相電圧は“０”として印加しないように、制御信号Ｓｃを生成し、駆動部１２に与える。

また、制御部１１は、１相励磁が行われている期間の計時を開始する（ステップＳ２）。具体的には、例えば、図３の時刻ｔ０において、計時制御部１１３が、計時部１１４を制御して、１相励磁が行われている期間Ｔ１の計時を開始させる。

次に、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ｂの逆起電圧を監視する（ステップＳ３）。具体的には、ゼロクロス検出部１１２が、逆起電圧監視部１１１の監視結果に基づいて、コイル２１Ｂの逆起電圧のゼロクロスの発生の有無を監視する。

次に、制御部１１は、コイル２１Ｂの逆起電圧の二回目のゼロクロスが検出されたか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、逆起電圧のゼロクロスが二回検出されていない場合（Ｎｏの場合）には、制御部１１は、引き続き、逆起電圧のゼロクロスの発生を監視する。

ステップＳ４において、二回目の逆起電圧のゼロクロスが検出された場合（Ｙｅｓの場合）には、制御部１１は、１相励磁が行われている期間の計時を停止し、計時結果を記憶する（ステップＳ５）。例えば、図３における時刻ｔ１において、ゼロクロス検出部１１２によってコイル２１Ｂの二回目の逆起電圧のゼロクロスが検出されたとき、計時制御部１１３は、計時部１１４による、１相励磁の期間Ｔ１の計測を停止させて、その計測結果（１相励磁の期間Ｔ１の時間ｔｎ−１）を記憶部１１５に記憶する。

次に、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替える（ステップＳ６）。例えば、図３の時刻ｔ１において、制御信号生成部１１６は、Ａ相のコイル２１ＡにＡ相電圧“＋Ｖａ”を、Ｂ相のコイル２１ＢにＢ相電圧“＋Ｖｂ”を印加するように、制御信号Ｓｃを生成し、駆動部１２に与える。

次に、制御部１１は、目標通電時間ｔｇを設定して、２相励磁の期間の計時を開始する（ステップＳ７）。例えば、計時制御部１１３が、計時部１１４の計測時間をリセットするとともに、記憶部１１５に記憶されている計測時間、すなわち直前の１相励磁の期間Ｔ１の時間（ｔｎ−１）を目標通電時間ｔｇとして計時部１１４にセットし、計時部１１４に目標通電時間ｔｇまでの計時を開始させる。

次に、制御部１１は、２相励磁を開始してから目標通電時間ｔｇが経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。具体的には、制御信号生成部１１６が、計時部１１４から、計測時間が目標通電時間ｔｇに到達したことを示す通知信号Ｓｔが出力されたか否かを判定する。

ステップＳ８において、目標通電時間ｔｇが経過していない場合（Ｎｏの場合）には、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０の２相励磁を継続する。

一方、ステップＳ８において、２相励磁を開始してから目標通電時間ｔｇが経過した場合（Ｙｅｓの場合）には、制御部１１は、ステップＳ１に戻り、２相ステッピングモータ２０を２相励磁から１相励磁に切り替える。例えば、図３の時刻ｔ２において計時部１１４から通知信号Ｓｔが出力された場合、制御信号生成部１１６は、２相ステッピングモータ２０のＡ相のコイル２１ＡのＡ相電圧は“０”として印加せず、Ｂ相のコイル２１ＢにＢ相電圧“＋Ｖｂ”を印加するように、制御信号Ｓｃを生成し、駆動部１２に与える。

その後、モータ駆動制御装置１０は、上記装置から２相ステッピングモータ２０の停止指令が入力されるまで、上述した処理を繰り返し実行する。
上述した通電切替制御によれば、図３に示すように、１相励磁の期間Ｔ１と次の２相励磁の期間Ｔ２とは同一期間（ｔｎ−１）となり、１相励磁の期間Ｔ３と次の２相励磁の期間Ｔ４とは同一期間（ｔｎ）となり、１相励磁の期間Ｔ５と次の２相励磁の期間Ｔ６とは同一期間（ｔｎ＋１）となる。すなわち、制御部１１は、１相励磁と２相励磁を一組とした一周期毎に、コイル２１に発生した逆起電圧に基づいて、２相ステッピングモータ２０の励磁期間を更新する。

以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０を１−２相励磁方式で通電制御するとき、１相励磁中に非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧に基づいて、１相励磁を行う期間を決定し、２相励磁の前に行われた１相励磁の期間に基づいて、２相励磁を行う期間を決定する。

一般に、ステッピングモータにおいて、ステッピングモータの負荷の大きさが変化した場合、コイルに発生する逆起電圧も変化する。例えば、１−２相励磁方式では、ステッピングモータの負荷が大きくなった場合に、逆起電圧が０Ｖに収束するまでの時間が長くなる傾向がある。

そこで、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０のように、１相励磁中にコイル２１に発生した逆起電圧に基づいて、１相励磁を行う期間を決定し、２相励磁の前に行われた１相励磁の期間に基づいて、２相励磁を行う期間を決定することにより、２相ステッピングモータ２０の負荷の大きさに応じて、１相励磁の期間と２相励磁の期間を調整（可変）することが可能となる。

これにより、１相励磁の期間および２相励磁の期間が固定されている従来の１−２相励磁方式による通電制御に比べて、２相ステッピングモータの負荷変動に対する耐性を高めることが可能となり、脱調が発生し難くなる。

また、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０において、制御部１１は、１相励磁の期間において非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。
これによれば、逆起電圧が発生している期間の長さに応じて、１相励磁の通電時間を適切な長さに調整することができる。

また、制御部１１は、２相励磁の開始後、当該２相励磁の前に行われた１相励磁の期間に応じて決定した目標通電時間ｔｇが経過した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。
これによれば、２相励磁の期間は、２相ステッピングモータ２０の負荷に応じて適切に調整された１相励磁の期間に基づいて決定される。すなわち、逆起電圧が検出できない２相励磁の通電時間についても、１相励磁の通電時間と同様に、負荷に応じた適切な長さに調整することが可能となる。

また、モータ駆動制御装置１０において、制御部１１は、２相励磁の期間が当該２相励磁の直前に行われた１相励磁の期間と等しくなるように、目標通電時間ｔｇを設定する。
これによれば、２相ステッピングモータ２０の負荷の変動に対して、より速やかに追従して２相励磁の期間を調整することができるので、２相ステッピングモータ２０の負荷変動に対する耐性を更に高めることが可能となる。また、これによれば、目標通電時間ｔｇ（２相励磁の期間）を決定するために必要なプロセッサ（ＣＰＵ）による演算量を少なくすることができるので、プロセッサの消費電力の増大を抑えることが可能となる。

また、モータ駆動制御装置１０において、制御部１１は、２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間の平均値に基づいて、目標通電時間ｔｇを設定してもよい。
これによれば、１相励磁の期間を、２相ステッピングモータ２０の負荷の変動に対して速やかに追従させつつ、２相励磁の期間を、２相ステッピングモータ２０の負荷の変動に対して緩やかに追従させることができる。

また、モータ駆動制御装置１０において、制御部１１は、１相励磁の期間において、非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する。

一般に、１−２相励磁方式で通電制御されている２相ステッピングモータでは、ステッピングモータの負荷が大きくなるほど、１相励磁の期間においてコイルに発生する逆起電圧のゼロクロスのタイミングが遅くなる傾向がある。

したがって、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０のように、１相励磁の期間において、非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるタイミングを決定することにより、負荷の大きさに応じた適切なタイミングで、通電切替を行うことができるので、２相ステッピングモータ２０の負荷変動に対する耐性を更に高めることが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態に係るモータユニット１は、図１に開示した構成に限定されない。例えば、駆動部１２は、上述したモータ駆動部１２１の他に、コイル２１Ａ，２１Ｂのコイル電流を検出するための電流検出回路等の他の回路を有していてもよい。

また、上記実施の形態において、制御部１１が、コイルの逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成する場合を例示したが、これに限られない。例えば、コイルの逆起電圧のゼロクロスが二回検出されてから一定時間が経過した後に、制御部１１が、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｃを生成してもよい。

また、上記実施の形態において、制御部１１が、２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間の平均値に基づいて目標通電時間ｔｇを設定する場合を例示したが、これに限られない。例えば、制御部１１が、２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間のうち、最も長い期間に基づいて、目標通電時間ｔｇを設定してもよい。

また、上述のフローチャートは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。すなわち、フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではない。例えば、一部の処理の順番が変更されてもよいし、各処理間に他の処理が挿入されてもよいし、一部の処理が並列に行われてもよい。

１…モータユニット、１０…モータ駆動制御装置、１１…制御部、１２…駆動部、２０…２相ステッピングモータ、２１…コイル、２１Ａ…Ａ相のコイル、２１Ｂ…Ｂ相のコイル、２２…ロータ、２２Ｎ…Ｎ極、２２Ｓ…Ｓ極、１１１…逆起電圧監視部、１１２…ゼロクロス検出部、１１３…計時制御部、１１４…計時部、１１５…記憶部、１１６…制御信号生成部、１２１…モータ駆動部、Ｓｃ…制御信号、Ｓｔ…通知信号、Ｓｚ…検出信号、ｔｇ…目標通電時間、ＡＰ…Ａ相のコイルの正極側の端子、ＡＮ…Ａ相のコイルの負極側の端子、ＢＰ…Ｂ相のコイルの正極側の端子、ＢＮ…Ｂ相のコイルの負極側の端子。

Claims (8)

1. ２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する制御部と、
   前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部と、を有し、
   前記制御部は、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて、前記１相励磁を行う期間を決定し、前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間を決定する
   モータ駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記１相励磁の期間において非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成し、
   前記制御部は、前記２相励磁の開始後、当該２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に応じて決定した目標通電時間が経過した場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記２相励磁から前記１相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記２相励磁の期間が当該２相励磁の直前に行われた前記１相励磁の期間と等しくなるように、前記目標通電時間を設定する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
4. 請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記２相励磁の期間が当該２相励磁の前に行われた複数の前記１相励磁の期間をもとに算出した値に基づいて、前記目標通電時間を設定する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
5. 請求項２乃至４の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、前記１相励磁の期間において、非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧のゼロクロスが二回検出された場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
6. 請求項２乃至５の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記制御部は、
   時間を計測する計時部と、
   前記計時部を制御する計時制御部と、
   前記計時部による計測時間を記憶する記憶部と、
   前記２相のコイルに発生した逆起電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、
   前記ゼロクロス検出部の検出結果と前記計時部の計測結果とに基づいて、前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を含み、
   前記計時制御部は、前記１相励磁が開始されるとき、前記計時部に計時を開始させ、前記１相励磁中に、前記ゼロクロス検出部による逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記計時部の計時を停止させるとともに、前記計時部による計測時間を前記記憶部に記憶させ、
   前記制御信号生成部は、前記１相励磁中に、前記ゼロクロス検出部による逆起電圧のゼロクロスの検出結果に応じて、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記１相励磁から前記２相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成し、
   前記計時制御部は、前記２相励磁が開始されるとき、前記記憶部に記憶された前記計時部の計測時間に基づいて、前記目標通電時間を前記計時部に設定するとともに、前記目標通電時間までの計時を前記計時部に開始させ、
   前記制御信号生成部は、前記２相励磁中に、前記計時部の計測時間が前記目標通電時間に到達した場合に、前記２相ステッピングモータの励磁状態を前記２相励磁から前記１相励磁に切り替えるように前記制御信号を生成する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置と、
   前記２相ステッピングモータと、を備える
   ことを特徴とするモータユニット。
8. モータ駆動制御装置によって２相ステッピングモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御方法であって、
   前記モータ駆動制御装置が、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返すように、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する第１ステップと、
   前記モータ駆動制御装置が、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する第２ステップと、を含み、
   前記第１ステップは、前記１相励磁中に非励磁の前記コイルに発生した逆起電圧に基づいて前記１相励磁を行う期間を決定する第３ステップと、
   前記２相励磁の前に行われた前記１相励磁の期間に基づいて、前記２相励磁を行う期間を決定する第４ステップと、を含む
   モータ駆動制御方法。

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