JP2021197887A - モータ駆動装置およびモータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オープンループ方式によってモータの駆動を行う場合において、モータの回転むらを低減する。【解決手段】モータ駆動装置１は、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度でない場合に、モータ２０のロータの回転に応じた回転位置検出信号に基づいて生成したロータの回転位置に対応する第１ベース信号Ｓｂ１とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて、駆動指令信号Ｓｄを生成し、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度である場合に、モータ２０が目標回転速度で回転しているときのモータ２０のロータの理論上の回転位置に関する理論値Ａに基づいて生成したロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号Ｓｂ２とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて、駆動指令信号Ｓｄを生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。

例えばカラー複写機等に使用されるモータには、回転むら（Ｗｏｗ ｆｌｕｔｔｅｒ）を低減させることが厳しく要求されている。例えばカラー複写機において、モータの回転むらがあると、印刷時に色むらが発生する原因になる。

上記のような課題に対して、例えば、下記特許文献１には、ホール素子の特性のばらつきに基づいて決定された進角情報を記憶する記憶手段を備え、制御手段が、記憶手段に記憶された情報に基づいてブラシレスモータを制御するブラシレスモータの駆動制御装置が開示されている。

特開２０１２−８５３７０号公報

一般に、モータの回転むらには、１回転成分（回転１次成分）と複数の高調波成分が含まれている。例えば、カラー複写機の場合、回転１次成分と回転ｎ次成分（ｎはモータの極数／２で決まる自然数）が、色むらに大きな影響を与える。

１回転成分、すなわち回転１次成分（Ｗ１）は、モータが１回転する毎に発生する周期的な斑（むら）であり、モータの組立精度等の影響により発生する。回転ｎ次成分（を含む高調波成分）は、モータの磁極数に起因する成分であり、ホール素子等の位置検出素子の取り付け精度や、磁石の着磁の影響により発生する。

また、近年では、回転むらの１回転成分や高調波成分が、目標回転速度に対するモータの回転速度の安定性を低下させる要因の一つと考えられており、モータの高精度な駆動を実現するためにも、回転むらを低減することが重要である。

一方で、モータ駆動方式として、クローズドループ方式とオープンループ方式が知られている。

クローズドループ方式は、外部（例えば上位装置）からモータの目標の回転速度を指定する目標回転速度信号が入力される場合において、計測したモータの実回転速度と目標回転速度信号との誤差が小さくなるように駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいてモータ駆動する方式である。

オープンループ方式は、実回転速度と目標回転速度との誤差が小さくなるようにする制御を行わず、入力されたトルク指令信号と回転位置検出信号とに基づいて駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいてモータの駆動を行う方式である。

近年、モータの駆動方式として、クローズドループ方式ではなく、オープンループ方式を採用するカラー複写機が増えつつある。しかしながら、上述した特許文献１に代表されるモータの回転むらを低減させるための技術は、モータをクローズドループ方式で動作させる場合に適用可能な技術であって、モータをオープンループ方式で回転させる場合には、適用することができない。

本発明は、上述した課題を解消するためのものであり、オープンループ方式によってモータの駆動を行う場合において、モータの回転むらを低減す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装置は、モータのトルクを指示するトルク指令信号と前記モータのロータの回転に応じた回転位置検出信号とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動指令信号を出力する駆動指令信号生成回路と、前記駆動指令信号生成回路から出力された前記駆動指令信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動回路とを備え、前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの目標回転速度と、前記モータが前記目標回転速度で回転しているときの前記モータのロータの理論上の回転位置に関する理論値とが、予め設定されており、前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度以外の場合に、前記回転位置検出信号に基づいて生成した、前記ロータの回転位置に対応する第１ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成し、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度である場合に、前記理論値に基づいて生成した、前記ロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成することを特徴とする。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。 駆動指令信号生成回路の内部構成を示すブロック図である。 駆動指令信号生成回路において生成される信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置による処理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装置（１）は、モータ（２０）のトルクを指示するトルク指令信号（Ｓｔ）と前記モータのロータの回転に応じた回転位置検出信号（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動指令信号（Ｓｄ）を出力する駆動指令信号生成回路（３）と、前記駆動指令信号生成回路から出力された前記駆動指令信号に基づいて、モータに駆動信号を出力するモータ駆動回路（２）とを備え、前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの目標回転速度と、前記モータが前記目標回転速度で回転しているときの前記モータのロータの理論上の回転位置に関する理論値（Ａ）とが、予め設定されており、前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度と相違している場合に、前記回転位置検出信号に基づいて生成した前記ロータの回転位置に対応する第１ベース信号（Ｓｂ１）と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成し、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度である場合に、前記理論値に基づいて生成した前記ロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号（Ｓｂ２）と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕に記載のモータ駆動装置において、前記理論値は、生成すべき前記第２ベース信号の周期（Ｔｂ２）を指示する値であってもよい。

〔３〕上記〔１〕に記載のモータ駆動装置において、前記目標回転速度に対応する速度は、前記目標回転速度を含む所定の範囲の速度であってもよい。

〔４〕上記〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載のモータ駆動装置において、前記駆動指令信号生成回路は、前記目標回転速度と前記理論値とを記憶する記憶部（３６）と、回転速度検出信号に基づいて算出した前記モータの回転速度と前記目標回転速度とを比較する速度比較部（３１）と、前記回転位置検出信号に基づいて、前記第１ベース信号（Ｓｂ１）を生成する第１ベース信号生成部（３２）と、前記記憶部に記憶された前記理論値（Ａ，Ｔｂ２）に基づいて、前記第２ベース信号（Ｓｂ２）を生成する第２ベース信号生成部（３３）と、前記速度比較部の比較結果に基づいて、前記第１ベース信号と前記第２ベース信号のいずれか一方を選択するセレクタ（３４）とを有し、前記セレクタによって選択された前記第１ベース信号と前記第２ベース信号のいずれか一方と前記トルク指令信号（Ｓｔ）とに基づいて、前記モータを正弦波駆動するための前記駆動指令信号（Ｓｄ）を生成する正弦波駆動部（３５）とを有していてもよい。

〔５〕本発明の代表的な実施の形態に係る方法は、モータ（２０）のトルクを指示するトルク指令信号（Ｓｔ）と前記モータのロータの回転に応じた回転位置検出信号（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動指令信号（Ｓｄ）を生成し、前記駆動指令信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動装置（１）によるモータ駆動方法である。前記モータ駆動装置には、前記モータの目標回転速度と、前記モータが前記目標回転速度で回転しているときの前記モータのロータの理論上の回転位置に関する理論値（Ａ，Ｔｂ２）とが、予め設定されている。本モータ駆動方法は、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度と相違している場合に、前記モータ駆動装置が、前記回転位置検出信号に基づいて前記ロータの回転位置に対応する第１ベース信号（Ｓｂ１）を生成し、前記第１ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて前記駆動指令信号を生成する第１ステップ（Ｓ１２）と、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度である場合に、前記モータ駆動装置が、前記理論値に基づいて、前記ロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号（Ｓｂ２）を生成し、前記第２ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて前記駆動指令信号を生成する第２ステップ（Ｓ１５）と、を含むことを特徴とする。

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。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

≪実施の形態≫

図１は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置１の構成を示す図である。

図１に示されるモータユニット１００は、モータ２０と、モータ２０の駆動を行うモータ駆動装置１とを備えている。モータユニット１００は、例えば、複写機（例えばカラー複写機）等に搭載される。

モータ２０は、例えば、ブラシレスモータである。本実施の形態において、モータ２０は、３相のブラシレスモータである。モータ駆動装置１は、モータ２０を例えば正弦波駆動により駆動させるように構成されている。モータ駆動装置１は、モータ２０に正弦波駆動信号を出力してモータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに周期的に正弦波状の駆動電流を流すことで、モータ２０を回転させる。

モータ駆動装置１は、モータ駆動回路２と、駆動指令信号生成回路３とを有している。なお、図１に示されているモータ駆動装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。

モータ駆動回路２は、後述する駆動指令信号生成回路３から出力された駆動指令信号Ｓｄに基づいて、モータ２０に駆動信号を出力してモータ２０を駆動する。モータ駆動回路２は、インバータ回路２ａ及びプリドライブ回路２ｂを有する。

インバータ回路２ａは、プリドライブ回路２ｂから出力された出力信号に基づいてモータ２０に駆動信号を出力し、モータ２０が備える電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電する。インバータ回路２ａは、例えば、直流電源Ｖｃｃの両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対が、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対してそれぞれ配置されて構成されている。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ２０の各相の端子が接続されている。

プリドライブ回路２ｂは、駆動指令信号生成回路３からの駆動指令信号Ｓｄに基づいて、インバータ回路２ａを駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路２ａに出力する。

駆動指令信号Ｓｄは、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。具体的には、駆動指令信号Ｓｄは、インバータ回路２ａの各スイッチ素子に対応する６種類のＰＷＭ信号を含む。

プリドライブ回路２ｂは、例えば、駆動指令信号Ｓｄに基づいて、インバータ回路２ａの各スイッチ素子を駆動する６種類の駆動信号Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌを生成して出力する。これらの駆動信号がインバータ回路２ａに入力されることにより、インバータ回路２ａを構成する、それぞれの駆動信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行う。これにより、モータ２０の各相に電力が供給される。

駆動指令信号生成回路３は、オープンループ方式のモータ駆動方式によってモータ２０を駆動する。すなわち、駆動指令信号生成回路３は、モータ２０の回転速度の目標値である目標回転速度を指示する目標回転速度信号が入力される代わりに、モータ２０のトルクを指定するトルク指令信号Ｓｔが入力され、入力されたトルク指令信号Ｓｔに基づいてモータ２０を駆動する。

本実施の形態において、駆動指令信号生成回路３は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、カウンタ（タイマ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、クロック発生回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とがバス等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。

なお、モータ駆動装置１は、駆動指令信号生成回路３とモータ駆動回路２とが一つの集積回路装置（ＩＣ）としてパッケージ化された構成であってもよいし、駆動指令信号生成回路３とモータ駆動回路２とが個別の集積回路装置として夫々パッケージ化された構成であってもよい。

駆動指令信号生成回路３には、モータ２０に取り付けられた位置検出装置から出力された、モータ２０のロータの回転に応じた回転位置検出信号が入力される。回転位置検出装置は、例えばホール（ＨＡＬＬ）素子である。モータ２０には、回転位置検出装置として、モータ２０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にそれぞれ対応した３つのホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗが設けられている。

３つのホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗは、例えば、互いに略等間隔（例えば、隣り合うものと１２０度の間隔で）でモータ２０のロータ（回転子）の周囲に配置されている。以下の説明において、ホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗを総称する場合には、「ホール素子２５」と表記する場合がある。

ホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗは、それぞれ、ロータの磁極を検出し、ロータの回転に応じて電圧が変化するホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する。ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、それぞれ回転位置検出信号として駆動指令信号生成回路３に入力される。

なお、駆動指令信号生成回路３には、このようなホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに代えて、モータ２０のロータの回転位置に対応する他の信号が回転位置検出信号として入力されるように構成されていてもよい。例えば、エンコーダやレゾルバ、モータ電流検出回路などを設け、その検出信号が入力されるようにしてもよい。

また、駆動指令信号生成回路３には、モータ２０に取り付けられた回転速度検出装置２６から出力された、モータ２０のロータの回転に応じた回転速度検出信号Ｓｒが入力される。回転速度検出装置２６は、例えばモータ基板上に配置されたＦＧパタンである。回転速度検出装置２６としてのＦＧパタンは、モータ２０の回転数に対応する周期信号ＦＧ（ＦＧ信号）を発生させる。ＦＧ信号は、回転速度検出信号Ｓｒとして駆動指令信号生成回路３に入力される。

なお、本実施例においては回転速度検出装置としてＦＧパタンを用いているが、これに限らず、エンコーダやレゾルバ等その他の回転速度検出装置を用いてもよいし、ホール信号をもとにして回転速度を導出し、駆動指令信号生成回路３に入力されるようにしてもよい。

上述したように、駆動指令信号生成回路３には、目標回転速度信号が入力される代わりに、トルク指令信号Ｓｔが入力される。トルク指令信号Ｓｔは、例えば、駆動指令信号生成回路３の外部から入力される。例えば、モータ駆動装置１の外部に設けられた上位装置（複写機の制御ユニット等）から出力されたトルク指令信号Ｓｔが、駆動指令信号生成回路３に入力される。

駆動指令信号生成回路３は、トルク指令信号Ｓｔとモータ２０のロータの回転に応じた回転位置検出信号（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）とに基づいて、モータ２０を駆動させるための駆動指令信号Ｓｄを出力する。詳細は後述するが、駆動指令信号生成回路３には、モータ２０の目標回転速度と、モータ２０が目標回転速度で回転しているときのモータ２０のロータの理論上の回転位置に関する理論値Ａとが、予め設定されている。駆動指令信号生成回路３は、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度でない場合に、回転位置検出信号に基づいて生成した、ロータの回転位置に対応するベース信号（第１ベース信号Ｓｂ１）とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて、駆動指令信号を生成する。一方、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度である場合に、駆動指令信号生成回路３は、理論値Ａに基づいて生成した、ロータの理論上の回転位置に対応するベース信号（第２ベース信号Ｓｂ２）とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて駆動指令信号Ｓｄを生成する。
以下、駆動指令信号生成回路３の内部構成について、説明する。

図２は、駆動指令信号生成回路３の内部構成を示すブロック図である。
図３は、駆動指令信号生成回路３において生成される信号の一例を示す図である。

図２に示されるように、駆動指令信号生成回路３は、モータの正弦波駆動を実現するための機能ブロックとして、速度比較部３１、第１ベース信号生成部３２、第２ベース信号生成部３３、セレクタ３４、正弦波駆動部３５、および記憶部３６を含んでいる。これらの機能ブロックは、上述したＭＣＵ内のＣＰＵがメモリに記憶されているプログラムに従って各種演算を実行するとともに、入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって、実現される。

なお、図２において、各回路間での信号や情報等の送受は、駆動指令信号Ｓｄの生成に関する説明に係るものが示されている。

速度比較部３１は、回転速度検出信号Ｓｒに基づいて算出したモータの回転速度と目標回転速度とを比較する。具体的に、先ず、速度比較部３１は、回転速度検出信号Ｓｒに基づいてモータ２０の実回転速度を算出する。次に、速度比較部３１は、算出した実回転速度と、記憶部３６から読み出した目標回転速度とを比較する。具体的に、速度比較部３１は、モータ２０の回転速度（実回転速度）が目標回転速度に対応する速度であるか否かを判定する。例えば、速度比較部３１は、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度であるか否かを判定し、判定結果信号Ｓｅを出力する。所定の範囲の速度は、例えば、目標回転速度の上下数パーセント以内の速度とすることができるが、これに限られるものではない。

第１ベース信号生成部３２および第２ベース信号生成部３３は、後述する正弦波駆動部３５によって生成される駆動指令信号Ｓｄとしての正弦波駆動信号の基準（例えば１４４ステップの正弦波であれば、１ステップ幅＝２．５°）となるベース信号を生成する機能部である。各ベース信号は、モータ２０のロータの回転位置に対応し、各ベース信号の周期は、モータ２０の回転速度に対応している。

本実施の形態では、第１ベース信号生成部３２によって生成されるベース信号を「第１ベース信号Ｓｂ１」、第２ベース信号生成部３３によって生成されるベース信号を「第２ベース信号Ｓｂ２」と称する。第１ベース信号Ｓｂ１は、実際に回転しているモータ２０の回転位置検出信号に基づいて生成した信号であり、第２ベース信号Ｓｂ２は、モータ２０の目標回転速度から算出した理論値に基づいて生成した信号である。

第１ベース信号生成部３２は、図３に示すように、回転位置検出信号（ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）に基づいて第１ベース信号Ｓｂ１を生成する。具体的には、第１ベース信号生成部３２は、例えば、回転位置検出信号の周期を所定の数で分割することにより、第１ベース信号Ｓｂ１を生成する。例えば、回転位置検出信号をもとに生成した３相合成信号の電機角３６０°の信号を１４４ステップで分割した場合、１ステップ２．５°の第１ベース信号Ｓｂ１が生成される

第２ベース信号生成部３３は、モータ２０が目標回転速度で回転しているときのモータ２０のロータの理論上の回転位置に関する理論値Ａに基づいて、第２ベース信号Ｓｂ２を生成する。

ここで、理論値Ａは、例えば、生成すべき第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２を指示する値である。理論値Ａは、例えば、モータ駆動装置１の出荷前の製造工程において、机上計算等により算出され、予め記憶部３６に記憶されている。

第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２は、例えば、以下に示されるように、モータ２０の目標回転速度に対応する周波数と、モータ２０が所定角度だけ回転する期間に対応するＦＧ信号Ｓｆのパルス数とに基づいて算出することができる。以下に、第２ベース信号Ｓｂ２の周期の算出方法の一例を示す。

例えば、モータ２０の目標回転速度に対応する周波数が５００〔Ｈｚ〕であり、ロータの１回転当たりのＦＧ信号Ｓｆのパルス数が４５〔ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ〕であり、モータ２０が１０極モータである（Ｎ極とＳ極とが５組設けられている）場合について考える。

このとき、モータ２０の目標回転速度の周期は、次式のようになる。

１／５００（Ｈｚ）＝２（ｍｓ）

また、電気角３６０度の期間、すなわちそれぞれのホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの周期は、クロック信号Ｓｃの周期と、ロータ１回転当たりのＦＧ信号のパルス数と、モータ２０の磁極の数と基づいて求められる。具体的には、次式のようになる。

２（ｍｓ）＊４５（ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ）／５（組）＝１８（ｍｓ）

例えば、正弦波電流の滑らかさを決定するステップ数が、１４４ステップである場合、第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２は、次式から算出できる。

Ｔｂ２＝１８（ｍｓ）／１４４（ステップ）＝１２５（μｓ）

第２ベース信号生成部３３は、記憶部３６に記憶されている理論値Ａで指定された周期Ｔｂ２の周期信号を生成し、第２ベース信号Ｓｂ２として出力する。例えば、第２ベース信号生成部３３は、駆動指令信号生成回路３内のカウンタを用いて、駆動指令信号生成回路３内の基準クロック信号から第２ベース信号Ｓｂ２を生成する。具体的には、予め、第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２に対応する指定カウント値を理論値Ａとして記憶部３６に記憶しておく。第２ベース信号生成部３３は、記憶部３６から指定カウント値を読み出し、カウンタを用いて指定カウント値まで基準クロック信号をカウントすることにより、第２ベース信号Ｓｂ２を生成する。

例えば、駆動指令信号生成回路３内部で生成されている基準クロック信号の周波数が１０ＭＨｚ（周期が１００ｎｓ）であり、指定カウント値が“１２５０”である場合、第２ベース信号生成部３３は、クロック信号を“１２５０回”カウントすることにより、周期Ｔｂ２が１２５μｓ（＝１００ｎｓ×１２５０）の周期信号を生成し、第２ベース信号Ｓｂ２として出力する（図３参照）。

なお、理論値Ａとしての指定カウント値は、上述の算出方法によって算出した第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２と、第２ベース信号Ｓｂ２を生成するために用いる駆動指令信号生成回路３内の基準クロック信号の周波数とに基づいて算出される。

記憶部３６は、駆動指令信号生成回路３がモータ２０の正弦波駆動に係るデータ処理に必要な各種パラメータを記憶するための機能部である。記憶部３６には、上述した目標回転速度の情報や理論値Ａの情報等が記憶されている。

セレクタ３４は、速度比較部３１からの判定結果信号Ｓｅに基づいて、第１ベース信号生成部３２から出力された第１ベース信号Ｓｂ１と第２ベース信号生成部３３から出力された第２ベース信号Ｓｂ２のいずれか一方を選択して出力する機能部である。具体的に、セレクタ３４は、速度比較部３１による判定結果信号Ｓｅが、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度でないことを示す値である場合に、第１ベース信号Ｓｂ１を選択して出力し、速度比較部３１による判定結果信号Ｓｅが、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度であることを示す値である場合に、第２ベース信号Ｓｂ２を選択して出力する。

正弦波駆動部３５は、トルク指令信号Ｓｔと、ベース信号としてのセレクタ３４から出力された第１ベース信号Ｓｂ１または第２ベース信号Ｓｂ２とに基づいて、モータ駆動回路２を駆動させるための駆動指令信号Ｓｄを生成する機能部である。

上述したように、トルク指令信号Ｓｔは、例えば、モータ駆動装置１の外部（上位装置）から入力される。具体的に、正弦波駆動部３５は、セレクタ３４から出力された第１ベース信号Ｓｂ１または第２ベース信号Ｓｂ２に基づいて、モータ２０がトルク指令信号Ｓｔで指定されたトルクで動作するようにパルス幅を調整した６種類のＰＷＭ信号を生成し、駆動指令信号Ｓｄとして出力する。駆動指令信号Ｓｄがモータ駆動回路２に入力されることにより、モータ駆動回路２は、モータ２０を正弦波駆動する。

次に、モータ駆動装置１における処理の流れについて説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置１による処理の流れを示すフローチャートである。

図４に示されるように、先ず、モータ２０の駆動が行われていない状態において、モータ駆動装置１にトルク指令信号Ｓｔが入力された場合に、駆動指令信号生成回路３が、トルク指令信号Ｓｔを検知する（ステップＳ１１）。

次に、駆動指令信号生成回路３が、第１ベース信号Ｓｂ１に基づくモータ駆動を開始することにより、モータ２０の駆動を開始する（ステップＳ１２）。具体的には、モータ２０の起動時にはモータ２０の動作が停止しているため、速度比較部３１が、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度でないことを示す判定結果信号Ｓｅを出力し、セレクタ３４が、その判定結果信号Ｓｅに応じて第１ベース信号Ｓｂ１を出力する。そして、正弦波駆動部３５が第１ベース信号Ｓｂ１とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて駆動指令信号Ｓｄを生成して出力することにより、モータ２０が回転を始める。

次に、駆動指令信号生成回路３が、トルク指令信号Ｓｔの入力が停止されたか否かを検知する（ステップＳ１３）。トルク指令信号指令Ｓｔの入力の停止が検知された場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１８に移行し、駆動指令信号生成回路３は、モータ２０を停止させる。

トルク指令信号Ｓｔの入力の停止が検知されていない場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、駆動指令信号生成回路３が、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、上述したように、速度比較部３１が、回転速度検出信号Ｓｒからモータ２０の実回転速度を算出し、算出した実回転速度と記憶部３６から読み出した目標回転速度とを比較する。

モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度でない場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、駆動指令信号生成回路３は、引き続き、第１ベース信号Ｓｂ１に基づくモータ駆動を行う（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。すなわち、この場合には、モータ２０の実際の回転に応じたロータの回転位置に基づいて駆動指令信号Ｓｄが生成され、その駆動指令信号Ｓｄにより、モータ２０の駆動が行われる。

一方、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度である場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、駆動指令信号生成回路３は、第１ベース信号Ｓｂ１に基づくモータ駆動から第２ベース信号Ｓｂ２に基づくモータ駆動に切り替える（ステップＳ１５）。

具体的には、速度比較部３１が、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度であることを示す判定結果信号Ｓｅを出力し、セレクタ３４が、その判定結果信号Ｓｅに応じて第２ベース信号Ｓｂ２を出力する。そして、正弦波駆動部３５が第２ベース信号Ｓｂ２とトルク指令信号Ｓｔとに基づいて、駆動指令信号Ｓｄを生成して出力する。すなわち、この場合には、モータ２０が目標回転速度で回転していると仮定したときのロータの理論上の回転位置に基づいて駆動指令信号Ｓｄが生成され、その駆動指令信号Ｓｄに基づいてモータ２０が駆動される。

次に、駆動指令信号生成回路３が、ステップＳ１４と同様に、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度でない場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、駆動指令信号生成回路３は、第２ベース信号Ｓｂ２に基づくモータ駆動から第１ベース信号Ｓｂ１に基づくモータ駆動に切り替えて、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を行う。

一方、モータ２０の実回転速度が目標回転速度を含む所定の範囲の速度である場合には（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、駆動指令信号生成回路３が、トルク指令信号Ｓｔの入力が停止されたか否かを検知する（ステップＳ１７）。トルク指令信号Ｓｔの入力の停止が検知されていない場合には（ステップＳ１７：Ｎｏ）、駆動指令信号生成回路３が、引き続き、第２ベース信号Ｓｂ２に基づくモータ駆動を行う（ステップＳ１５〜Ｓ１７）。

トルク指令信号Ｓｔの入力の停止が検知された場合には（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、駆動指令信号生成回路３が、モータ２０のフリーラン停止処理を開始する（ステップＳ１８）。すなわち、駆動指令信号生成回路３が、モータ２０の全相をオフするように駆動指令信号Ｓｄを生成する。これにより、モータ２０がフリーラン停止する。なお、停止する際、ショートブレーキ等を行うようにしてもよい。

以上説明したように、第１ベース信号Ｓｂ１は、図３に示されるように、モータ２０の実際の回転に応じて生成される回転位置検出信号（ホール信号Ｈｗ，Ｈｖ，Ｈｕ）に基づくタイミングで生成される。そのため、第１ベース信号Ｓｂ１には、例えば、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきや、モータ２０のマグネットの着磁むらによるばらつきが含まれる可能性がある。第１ベース信号Ｓｂ１にばらつきがあると、それに基づいて生成される駆動指令信号Ｓｄにも影響し、モータ２０の回転むらが生じることとなる。

上述したように、モータ２０の回転むらの周波数成分毎の特徴として、モータ２０の組立精度やマグネットの着磁むらによるばらつきは、モータ２０が１回転する毎に周期的に生じる１回転成分の回転むらとなる。また、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきは、モータ２０が１回転する間に磁極の組数だけ周期的に生じる高調波成分の回転むら（例えば、磁極が５組の場合、Ｗ５成分の回転むら）となる。

これに対して、本実施の形態に係るモータ駆動装置１においては、モータ２０の回転速度が所定速度範囲内である場合に、正弦波駆動部３５が駆動指令信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号を生成するために用いるベース信号は、モータ２０が目標回転速度で回転していると仮定したときのロータの理論上の回転位置に基づく第２ベース信号Ｓｂ２である。すなわち、第２ベース信号Ｓｂ２には、第１ベース信号Ｓｂ１のように実際のモータ２０の回転に応じて検出された回転位置検出信号から生成された信号ではないため、モータ２０の組立精度のばらつき、モータ２０のマグネットの着磁むらによるばらつき、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきなどが含まれない。

したがって、第２ベース信号Ｓｂ２に基づいて生成された駆動指令信号Ｓｄによってモータ２０を駆動することにより、上記のような、モータ２０のモータ２０の組立精度やマグネットの着磁むらによるばらつきが要因となって生じる回転むらの周波数成分（１回転成分）およびホール素子２５の取り付け精度によるばらつきが要因となって生じる回転むらの周波数成分（高調波成分）を抑制することができる。

また、本実施の形態に係るモータ駆動装置１は、モータ２０の回転速度が所定速度範囲内になるまでには、モータ２０の実際の回転に応じて検出された回転位置検出信号（ホール信号Ｈｗ，Ｈｖ，Ｈｕ）に基づいて生成された第１ベース信号Ｓｂ１を用いて駆動指令信号Ｓｄを生成する。したがって、起動時など、目標回転速度と実際のモータ２０の回転速度との間に大きな差がある場合には、モータ２０が適切に目標回転速度で回転するように駆動が行われる。

また、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度から外れた場合においても同様に、本実施の形態に係るモータ駆動装置１は、回転位置検出信号（ホール信号Ｈｗ，Ｈｖ，Ｈｕ）に基づいて生成された第１ベース信号Ｓｂ１を用いて駆動指令信号Ｓｄを生成する。すなわち、一旦モータ２０の回転速度が所定速度範囲内になり、第２ベース信号Ｓｂ２に基づくモータ駆動が行われた後にモータ２０の回転速度が所定速度範囲から外れた場合には、再び、第１ベース信号Ｓｂ１に基づくモータ駆動が行われる。これによれば、例えば、第２ベース信号Ｓｂ２に基づくモータ駆動が行われているときに、外乱による負荷変動が生じてモータ２０の回転速度が大きく変化した場合であっても、実際のモータ２０の回転位置に対応する第１ベース信号Ｓｂ１に基づいて、目標回転速度で回転するように駆動が行われる。

また、モータ駆動装置１は、目標回転速度の情報と、モータ２０が目標回転速度で回転しているときのモータ２０のロータの理論上の回転位置に関する理論値Ａとを予め記憶部３６に記憶し、記憶部３６に記憶されている理論値Ａに基づいて理論上のベース信号（第２ベース信号Ｓｂ２）を生成する。これによれば、目標回転速度信号が入力されないオープンループ方式によってモータ２０を駆動する場合であっても、モータ駆動装置１は、理論上のベース信号に基づいてモータの駆動を行うことにより、回転むらを抑制することができる。

また、理論値Ａとして、生成すべき第２ベース信号Ｓｂ２の周期Ｔｂ２を指定する値を記憶部３６に記憶しておくことにより、ＣＰＵが複雑な演算処理を行うことなく、第２ベース信号Ｓｂ２を容易に生成することができる。これにより、ＣＰＵの処理負荷を低減することができるとともに、複雑なプログラムを設計する必要がなく、開発コストを抑えることが可能となる。

また、本実施の形態に係るモータ駆動装置１は、上述したように、記憶部３６に記憶された理論値Ａに基づいて第２ベース信号Ｓｂ２を生成するので、モータ駆動装置１を搭載する機器の要求仕様が変更されたり、モータ駆動装置１を適用する機器が変更になったりした場合であっても、設計変更に柔軟に対応できる。

例えば、機器の要求仕様に応じて正弦波駆動等に用いる第１ベース信号Ｓｂ１あるいは第２ベース信号Ｓｂ２の分解能を変更したり、モータ駆動装置１の構成を磁極数の異なるモータ等の駆動に転用したりする場合であっても、変更内容に応じて理論値Ａを算出して記憶部３６に記憶させておくことにより、要求仕様に応じた適切なモータ駆動を行いつつ、回転むらを低減することが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者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、上記実施の形態において、駆動指令信号生成回路３は、上述に示されるような回路構成に限定されない。駆動指令信号生成回路３は、本発明の目的にあうように構成された、様々な回路構成を適用することができる。

上述のフローチャートは具体例であって、このフローチャートに限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されていてもよいし、処理が並列化されていてもよい。

上述の実施の形態のモータ駆動装置により駆動されるモータの相数は、３相に限られない。また、ホール素子の数は、３個に限られない。

モータの回転位置および回転速度の検出方法は特に限定されない。例えば、ホール素子やＦＧパタンを用いず、その他の回転位置検出装置を用いて回転位置を検出したり、その他の回転速度検出装置や、モータ電流やモータの逆起電力等を用いて演算によって回転速度を検出するようにしてもよい。

モータの駆動方式は、正弦波駆動方式に限定されない。例えば、台形波、あるいは、正弦波に特殊な変調をかけた駆動方式に適用することもできる。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウエアによって行われるようにしても、ハードウェア回路を用いて行われるようにしてもよい。すなわち、モータ駆動装置１の各構成要素は、少なくともその一部がハードウェアによる処理ではなく、ソフトウエアによる処理により実現されるように構成されていてもよい。

１…モータ駆動装置、２…モータ駆動回路、２ａ…インバータ回路、２ｂ…プリドライブ回路、３…駆動指令信号生成回路、２０…モータ、２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ…ホール素子、２６…回転速度検出装置、３０…ＦＧ信号生成部、３１…速度比較部、３２…第１ベース信号生成部、３３…第２ベース信号生成部、３４…セレクタ、３５…正弦波駆動部、３６…記憶部、１００…モータユニット、Ａ…理論値、Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ…ホール信号、Ｓｂ１…第１ベース信号、Ｓｂ２…第２ベース信号、Ｓｄ…駆動指令信号、Ｓｅ…判定結果信号、Ｓｒ…回転速度検出信号、Ｓｔ…トルク指令信号。

Claims (5)

1. モータのトルクを指示するトルク指令信号と前記モータのロータの回転に応じた回転位置検出信号とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動指令信号を出力する駆動指令信号生成回路と、
   前記駆動指令信号生成回路から出力された前記駆動指令信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動回路とを備え、
   前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの目標回転速度と、前記モータが前記目標回転速度で回転しているときの前記モータのロータの理論上の回転位置に関する理論値とが、予め設定されており、
   前記駆動指令信号生成回路は、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度と異なる場合に、前記回転位置検出信号に基づいて生成した、前記ロータの回転位置に対応する第１ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成し、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度である場合に、前記理論値に基づいて生成した、前記ロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて、前記駆動指令信号を生成する
   モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記理論値は、生成すべき前記第２ベース信号の周期を指示する値である
   モータ駆動装置。
3. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記目標回転速度に対応する速度は、前記目標回転速度を含む所定の範囲の速度である
   モータ駆動装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のモータ駆動装置において、
   前記駆動指令信号生成回路は、
   前記目標回転速度と前記理論値とを記憶する記憶部と、
   回転速度検出信号に基づいて算出した前記モータの回転速度と前記目標回転速度とを比較する速度比較部と、
   前記回転位置検出信号に基づいて算出された、前記第１ベース信号を生成する第１ベース信号生成部と、
   前記記憶部に記憶された前記理論値に基づいて、前記第２ベース信号を生成する第２ベース信号生成部と、
   前記速度比較部の比較結果に基づいて、前記第１ベース信号と前記第２ベース信号のいずれか一方を選択するセレクタとを有し、
   前記セレクタによって選択された前記第１ベース信号と前記第２ベース信号のいずれか一方と前記トルク指令信号とに基づいて、前記モータを正弦波駆動するための前記駆動信号を生成する正弦波駆動部とを有する
   モータ駆動装置。
5. モータのトルクを指示するトルク指令信号と前記モータのロータの回転に応じた回転位置検出信号とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動指令信号を生成し、前記駆動指令信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動装置によるモータ駆動方法であって、
   前記モータ駆動装置には、前記モータの目標回転速度と、前記モータが前記目標回転速度で回転しているときの前記モータのロータの理論上の回転位置に関する理論値とが、予め設定されており、
   前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度でない場合に、前記モータ駆動装置が、前記回転位置検出信号に基づいて前記ロータの回転位置に対応する第１ベース信号を生成し、前記第１ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて前記駆動指令信号を生成する第１ステップと、
   前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度である場合に、前記モータ駆動装置が、前記理論値に基づいて、前記ロータの理論上の回転位置に対応する第２ベース信号を生成し、前記第２ベース信号と前記トルク指令信号とに基づいて前記駆動指令信号を生成する第２ステップと、を含む
   モータ駆動方法。

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