JP5311988B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

特許文献１は、ステッピングモータにエンコーダを取り付けてロータの位置を２つの位置センサで測定し、ロータの位置に合わせて通電を切り替え、ブラシレスＤＣモータとして機能させて脱調を防ぐ方法を提案している。特許文献２は、逓倍回路を用いて位置センサの数を減らすことを提案しており、モータの小型化を図りつつ、センサレスモータに比べて安定したモータ駆動を実現することができる。

一方、通常、２相のステッピングモータにおいては一対のヨークの位相差は、磁石の着磁極数をｎとすると１８０／ｎ°になるように配置される。このように配置すると、モータのトルク波形がコイルへの通電方向を変えても同じになり、等間隔で通電方向を切り替えることにより、モータの効率を最大にすることができると考えられてきた。図９（Ａ）はこの様子を示すトルク波形であり、横軸はロータの回転角度で縦軸はモータのトルクである。ＡとＢは一対のコイルを表しており、両コイルに正通電を行なった時のトルクをＡ＋Ｂ＋、両コイルに逆通電を行なった時のトルクをＡ−Ｂ−のように表している。Ｔ１は等間隔で通電方向を切り替えることによって得られるトルクである。

しかし、磁極の形状によっては、二つの磁極間の相互作用などが原因で、二つのヨークの位相差を１８０／ｎ°にするとコギングトルクが大きくなり、モータの効率が落ちる、角度精度が悪化する場合がある。そこで、コギングトルクを低減するために、特許文献３は、一対のヨークの位相差を（１８０／ｎ）°の角度からずらして配置することを提案している。
特公平０５−０７４３１９号公報 特開平０８−４７２８５号公報 特開２００３−２２４９５８号公報

しかし、特許文献３のモータでは、図９（Ｂ）に示すように、トルク波形が通電状態によって対称形状ではなくなる。このため、コイルへの通電方向を等間隔で切り替えるとＴ２に示すようにモータのトルクは最大にすることができず、モータの効率が低下したりトルク変動により異常音が発生したりする。

そこで、本発明は、コギングトルクを低減してモータの効率を向上することが可能なモータ駆動装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面のモータ駆動装置は、等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部が形成されるロータと、前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれた前記ロータの回転位置を第１の回転位置として検出し、前記第１の回転位置から（１８０／ｎ±α）°の角度だけずれた前記ロータの回転位置を第２の回転位置として検出する検出部と、前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とする。

本発明の一側面のモータ駆動装置は、等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部と、磁極境界が前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれ、磁極中心が隣接する磁極境界間を不等分するように、ｎ極に着磁される位置検出用着磁部が形成されるロータと、前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、前記位置検出用着磁部に対向して、前記位置検出用着磁部の磁極中心となる前記ロータの回転位置および前記位置検出用着磁部の磁極境界となる前記ロータの回転位置を検出する検出部と、前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とする。

本発明の一側面のモータ駆動装置は、等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部と、一方の磁極境界が前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれ、不等間隔で２ｎ極に着磁される位置検出用着磁部が形成されるロータと、前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、前記位置検出用着磁部に対向して、前記位置検出用着磁部の磁極中心となる前記ロータの回転位置および前記位置検出用着磁部の磁極境界となる前記ロータの回転位置を検出する検出部と、前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、コギングトルクを低減してモータの効率を向上することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

以下、図１〜図６を参照して、実施例１のモータについて説明する。図１は、モータの分解斜視図である。図１に示すように、モータは、磁石２を有するロータ１と、磁石２に回転力を与えるコイルを有するステータと、磁気センサ９（検出部）と、を有する。

ロータ１は、ステータに対して回転可能に支持され、円柱形状又は円筒形状の磁石２と一体に固定されている。図２は、磁石２の着磁分布を表す磁石２の円周方向Ｃの展開図である。磁石２は、図２に示すように、ロータ１の軸方向Ａｘに三分割され、前方及び後方が駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂを、その間に位置検出用着磁部２６を有する。

駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂは、円周方向Ｃにｎ等分に分割され（本実施例ではｎ＝４）、Ｓ極とＮ極が交互に着磁されている。図２は、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂにおいて、磁石２のＮ極（２２ａ、２２ｃ）及びＳ極（２２ｂ、２２ｄ）の最も磁束密度が高い磁極中心２３ａ〜２３ｄを破線で示し、磁束密度が０となるＳ極とＮ極の磁極境界２４ａ〜２４ｄを実線で示している。図２に示すように、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの磁極境界２４ａは磁極中心２３ｄと磁極中心２３ａとの中点位置にあり、磁極境界２４ｂは磁極中心２３ａと磁極中心２３ｂとの中点位置にある。同様に、磁極境界２４ｃは磁極中心２３ｂと磁極中心２３ｃとの中点位置にあり、磁極境界２４ｄは磁極中心２３ｃと磁極中心２３ｄとの中点位置にある。したがって、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂは等間隔で４極に着磁されている。

位置検出用着磁部２６は、同様に、円周方向Ｃに分割され（本実施例ではｎ＝４）、Ｎ極（２７ａ、２７ｃ）とＳ極（２７ｂ、２７ｄ）が交互に着磁されている。図２に示すように、位置検出用着磁部２６の最も磁束密度が高い磁極中心２８ａ〜２８ｄは、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの磁極中心２３ａ〜２３ｄと周方向に一致する位置（すなわち、同位相）にある。一方、位置検出用着磁部２６の磁極境界２９ａ〜２９ｄは、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの磁極境界２４ａ〜２４ｄに対してそれぞれα°だけ周方向に右側にずれている。したがって、位置検出用着磁部２６の磁極境界２９ａ〜２９ｄは、それぞれの磁極中心の中点位置にない。図２において、磁極境界２９ｂは磁極中心２８ａと磁極中心２８ｂの中点位置からα°の角度だけ右側にずれ、磁極境界２９ｃは磁極中心２８ｂと磁極中心２８ｃの中点位置からα°の角度だけ右側にずれている。同様に、磁極境界２９ｄは磁極中心２８ｃと磁極中心２８ｄの中点位置からα°の角度だけ周方向に右側にずれ、磁極境界２９ａは磁極中心２８ｄと磁極中心２８ａの中点位置からα°の角度だけ周方向に右側にずれている。したがって、磁極中心２８ａから磁極境界２９ｂまでの角度、磁極中心２８ｂから磁極境界２９ｃまでの角度、磁極中心２８ｃから磁極境界２９ｄまでの角度および磁極中心２８ｄから磁極境界２９ａまでの角度はともに（１８０／ｎ＋α）°となる。一方、磁極境界２９ｂから磁極中心２８ｂまでの角度、磁極境界２９ｃから磁極中心２８ｃまでの角度、磁極境界２９ｄから磁極中心２８ｄまでの角度および磁極境界２９ａから磁極中心２８ａまでの角度は（１８０／ｎ−α）°となる。すなわち、位置検出用着磁部２６では、磁極中心が隣接する磁極境界間を不等分するように着磁されている。磁石２を着磁する際の着磁ヨークの形状を適切なものにすることにより、このような磁石を作成することができる。

ステータは、一対のヨーク（第１のヨーク３、第２のヨーク４）、一対のコイル（第１のコイル５、第２のコイル６）、一対の軸受け７、モータカバー８を有する。

第１のヨーク３は軟磁性材料からなり、磁石２の駆動用着磁部２１ａと対向している。第１のヨーク３は、第１のコイル５に励磁される１本乃至（ｎ／２）本（ｎは着磁数、本実施例では２本）の磁極歯を有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ１に与えるトルクを変化させることができる。磁極歯が複数設けられる場合は等間隔に配置される。第２のヨーク４は第１のヨーク３と同じ材料、同じ形状を有する。第２のヨーク４は磁石２の駆動用着磁部２１ｂと対向し、第１のヨーク３と角度θ（＝１８０／ｎ＋α）を持って配置される。角度θは、コギングトルクを低減するために、（１８０／ｎ）°（ｎ＝４の場合は４５°）からα°の角度だけずらしている。αの値は、ヨークの形状や磁石の着磁波形によって変わり、本実施例ではα＝５°で二つのヨークの位相差を５０°としている。αは、例えば、３°〜７°の範囲で設定されるものである。第１のコイル５は導線を多数回巻回されたものである。正方向に電流を流すことにより、第１のヨーク３をＮ極に励磁することができ、逆方向に電流を流すことにより、第１のヨーク３をＳ極に励磁することができる。なお、本実施例においては、第１のコイル５に電流を流すことにより、第１のヨーク３の２本の磁極歯を同じ極に励磁することができる。第２のコイル６は導線を多数回巻回されたものである。正方向に電流を流すことにより、第２のヨーク４をＮ極に励磁することができ、逆方向に電流を流すことにより、第２のヨーク４をＳ極に励磁することができる。なお、第１のコイル５と第２のコイル６は、同じ形状、巻き数、抵抗で構成される。本実施例においては、第２のコイル６に電流を流すことにより、第２のヨーク４の２本の磁極歯を同じ極に励磁することができる。

軸受け７は、第１のヨーク３及び第２のヨーク４に固定され、ロータ１を回転可能に支持する。モータカバー８は、第１のヨーク３及び第２のヨーク４を位相差を持たせて固定する。

磁気センサ９は、ホール素子、ＭＲ素子などの磁電変換手段でロータ１の回転位置を検出する検出部であり、位置検出用着磁部２６と共に位置検出手段を構成する。磁気センサ９は、磁石２の位置検出用着磁部２６に対向して配置され、モータカバー８に固定される。図３に示すように、磁気センサ９は、第１のヨーク３に９０°の位相差を持って配置される。すなわち、ロータ１の着磁数をｎとしたとき、第１のヨーク３と磁気センサ９とのなす角が（３６０／ｎ）°となる。このことにより、磁気センサ９からは図５（Ｂ）に示すような出力信号が得られる。

図３は、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂ、第１のヨーク３、第２のヨーク４、磁気センサ９との関係を説明するためにロータ１の回転軸に垂直な断面図である。磁気センサ９への給電及び信号の出力は、不図示のフレキシブルケーブルによって行なわれる。磁気センサ９は、対向する磁石２の磁界の強さに応じた電圧を出力する。磁気センサ９が位置検出用着磁部２６のＮ極の磁極中心２８ａ、２８ｃと対向したときに最大電圧を出力する。磁気センサ９が位置検出用着磁部２６のＳ極の磁極中心２８ｂ、２８ｄと対向したときに最小電圧を出力する。磁気センサ９が位置検出用着磁部２６の磁極境界２９ａ〜２９ｄに対向したときに０Ｖを出力する。従って、磁石２の回転に伴い、最大電圧と最小電圧を周期的に出力することができる。

磁気センサ９が位置検出用着磁部２６の磁極境界２９ａ〜２９ｄに対向するときの前記ロータの回転位置を第１の回転位置とし、磁気センサ９が位置検出用着磁部２６の磁極中心２８ａ〜２８ｄに対向するときの前記ロータの回転位置を第２の回転位置とする。このとき、第２の回転位置は第１の回転位置から（１８０／ｎ±α）°の角度だけずれた位置となる。

図４は、本実施例の駆動制御部のブロック図である。図４に示すように、駆動制御部は、通電手段１０、コントローラ１１、タイマー１２、メモリ１３を有する。モータと、磁気センサ９と、駆動制御部はモータ駆動装置を構成する。

通電手段１０は、コントローラ（制御部）１１から切り替え指令を受けると、第１のコイル５及び第２のコイル６への通電方向を切り替えることができる。コントローラ１１は、外部から駆動指令を受けると、通電手段１０に対して通電切り替え指令を出す。コントローラ１１は、磁気センサ９の出力する位置検出信号（検出結果）に応じて通電切り替え信号を出力する第１の制御モードを行なうと共に設定された時間が経過した後に通電切り替え信号を出力する第２の制御モードを有する。それぞれの制御モードについては後述する。タイマー１２は、設定された時間が経過したことをコントローラ１１に知らせることができる。メモリ１３はモータの駆動に必要な情報を格納する。

以下、駆動制御部の動作について説明する。第１のコイル５及び第２のコイル６に電流が流れると、第１のヨーク３と第２のヨーク４が励磁される。励磁されたヨーク（第１のヨーク３、第２のヨーク４）と磁石２の駆動用着磁部との間に磁気的な相互作用が生まれ、回転トルクが発生する。

図５（Ａ）は、ロータ１の回転角度（横軸）と第１のコイル５及び第２のコイル６に通電したときに発生するトルク（縦軸）との関係を示すグラフである。図５（Ａ）において、第１のコイル５に正通電、第２のコイル６に正通電を行なった時のトルクをＡ＋Ｂ＋、第１のコイル５に逆通電、第２のコイル６に逆通電を行なった時のトルクをＡ−Ｂ−のように表している。第１のヨーク３と第２のヨーク４との位相差をコギングトルク低減のために（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずらしているので、図５（Ａ）に示すように、それぞれの通電状態でのトルク波形が対称形状ではなくなる。通電方向を適切な条件で切り替えることにより、モータの発生するトルクを図５のＴ３のように、常に最大にすることができる。Ｔ３は、図９（Ａ）に示すＴ１のようにトルクが１を常に超えて図９（Ｂ）に示すＴ２のようにトルクが１を下回ることがなくなり、Ｔ２よりも図５（Ａ）に示す斜線部の分だけトルクが高い。

図５（Ｂ）は磁気センサ９の出力する位置検出信号Ｐ（検出結果）とロータ１の回転角度との関係を示すグラフである。磁気センサ９は位置検出用着磁部２６の着磁波形を読み取ることにより、ロータ１が５０°回転した時点で最大値を出力し、９０°回転した時点でゼロを出力し、１４０°回転した時点で最小値を出力し、１８０°回転した時点でゼロを出力する。

このような位置関係において、図５のＴ３のようなトルクを得るには、以下の切り替え条件を用いることで実現できる。（１）まず、位置検出信号Ｐが正から負へ切り替わったときに第２のコイル６への通電を正から負へ切り替える。（２）次に、位置検出信号Ｐが負から正へ切り替わったときに第２のコイル６への通電を負から正へ切り替える。（３）また、位置検出信号Ｐが最大値をとったときに第１のコイル５への通電を正から負へ切り替える。（４）また、位置検出信号Ｐが最小値を取ったときに第１のコイル５への通電を負から正へ切り替える。第１のコイル５及び第２のコイル６への通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を図５（Ｃ）に示す。

位置検出信号Ｐとトルクとの関係は図５（Ｂ）に示すようになっているので最大効率となるトルクを出すために通電状態を切り替える位相を検出することができる。このような条件でコイルへの通電を切り替えることにより、ひとたびモータが回転を始めれば、常に最大のトルクを生じるように通電を切り替えることができる。即ち、２つのセンサを用いたブラシレスモータと同様の効果を得ることができる。

ここで、位置検出信号Ｐとトルクとの関係は図５（Ｂ）に示すようにすることで、トルクを最大効率とすることのできる理由を説明する。

図１０は、本実施例におけるモータの、（Ａ）２相通電時のトルクと、（Ｂ）１相通電時のトルクを示したものである。なお、２相通電時のトルクとは、第１のコイルおよび第２のコイルに電流を流したときのトルクであり、図５（Ａ）と同じものを示している。
１相通電時のトルクとは、第１のコイルまたは第２のコイルのどちらか一方に電流を流したときのトルクである。第１のコイルに正通電を行なったものをＡ＋Ｂ０、逆通電を行なったものをＡ−Ｂ０、第２のコイルに正通電を行なったものをＡ０Ｂ＋、逆通電を行なったものをＡ０Ｂ−、として表している。コギングトルクやヨーク同士の相互干渉が通電トルクに比べて十分小さい場合、図のように２相通電時のトルクは、１相通電時のトルクを重ね合わせたものになる。すなわち、第１のコイルのみに正通電を行なったときのトルク（Ａ＋Ｂ０）と第２のコイルのみに正通電を行なったときのトルク（Ａ０Ｂ＋）を足し合わせると、第１のコイルおよび第２のコイルに正通電を行なったときのトルク（Ａ＋Ｂ＋）と等しくなる。

常に最大のトルクとなるように通電を切り替えるには、図１０（Ａ）上に（Ｘ）として示すような２相通電時のトルクの交点を検出し、そこで通電を切り替えればよい。

図１０から、（Ｘ）となる位相では、１相通電時のトルクがゼロになっていることがわかる。

１相通電時のトルクがゼロになるのは、第１又は第２のヨークの中心と、駆動用着磁部の極の中心が向かい合ったときである。

本実施例に示すモータでは、前述のように、位置検出用着磁部２６の着磁パターンを図２のようにし、磁気センサ９を第１のヨークに対して９０°（３６０／ｎ°：ｎは着磁数）ずらして配置している。こうすることにより、第１のヨークの中心と駆動用着磁部のＳ極の中心が向かい合ったときに、磁気センサ９は位置検出用着磁部のＮ極の中心と向かい合い、最大値を出力する。

また、第２のヨークの中心と駆動用着磁部の極の中心が向かい合ったときに、磁気センサ９は極と極の境界と向かい合い、磁気センサ９は０を出力する。

磁気センサ９の出力が最大値になったとき、およびゼロになったときを検出する。このことにより、ヨーク間の位相差を１８０／ｎからα°の角度だけずらして配置したモータにおいて、センサの数を２から１へと減らしても、常に最大のトルクを生じるように通電を切り替えることができる。

なお、センサの数を２から１へ減らした悪影響として、モータの逆回転を検出できなくなるということがある。しかし、回転中のモータに衝撃的な負荷が加わらないように使用することで、その悪影響を避け、実用上問題なく使用することができる。

以下、図６を参照して、モータの駆動方法について説明する。図６は、モータの駆動方法を説明するロータ１の軸に垂直な断面図である。なお、回転させたい方向は図６において時計回り方向とする。図６（ａ）〜図６（ｈ）では、位置検出信号Ｐの出力の強さをＳとして表している。

まず、通電前に、位置検出信号Ｐの正負を確認する。コントローラ１１は、位置検出信号Ｐが正である場合、ロータ１の位置は、図６に示すように、−４５°〜＋４５°の間にあると判断する（図６（ａ）のステップ０）。このとき、コントローラ１１は、第１のヨーク３をＮ極に励磁し、第２のヨーク４を励磁しない通電状態を十分長い時間続けることにより、ロータ１を０°に安定して位置決めすることができる（図６（ｂ）のステップ１）。ステップ１における十分長い時間はタイマー１２において設定された時間である。タイマー１２が設定された時間を計時したとコントローラ１１が判断すると、コントローラ１１は、第１のヨーク３をＮ極に励磁し、第２のヨーク４をＮ極に励磁する通電状態を十分長い時間続ける。これにより、コントローラ１１は、ロータ１を２２．５°に安定して位置決めすることができる（図６（ｃ）のステップ２）。ステップ１における十分長い時間はタイマー１２において設定された時間である。なお、ステップ０〜２の間に、磁気センサ９は磁石２のＮ極と対向する。コントローラ１１は、この間の位置検出信号Ｐの最大値Ｓｍａｘをメモリ１３に記録する。

次に、コントローラ１１は、第１のヨーク３をＳ極に励磁し、第２のヨーク４をＮ極に励磁することにより、ロータ１を６７．５°に安定して位置決めすることができる。ロータ１はこの角度へ向かって回転トルクを受け、回転を続ける（図６（ｄ）のステップ３）。

ロータ１が６７．５°の位置に到達する前に位置検出信号Ｐの出力Ｓは正から負へ切り替わる。この瞬間、条件（２）に従って、第２のコイル６への通電を切り替える。コントローラ１１は、第１のヨーク３をＳ極に励磁し、第２のヨーク４をＳ極に励磁することにより、ロータ１を１１２．５°に安定して位置決めすることができる。ロータ１はこの角度へ向かって回転トルクを受け、回転を続ける（図６（ｅ）のステップ４）。

ロータ１が１１２．５°の位置に到達する前に、位置検出信号Ｐの出力Ｓは最小値に到達する。そのとき、条件（４）に従って、第１のコイル５への通電を切り替える。コントローラ１１は、第１のヨーク３をＮ極に励磁し、第２のヨーク４をＳ極に励磁することにより、ロータ１を１５７．５°に安定して位置決めすることができる。ロータ１はこの角度へ向かって回転トルクを受け、回転を続ける（図６（ｆ）のステップ５）。なお、位置検出信号Ｐの出力Ｓが最小値に達したことを検出するには、ステップ０〜２においてメモリ１３に記録した位置検出信号Ｐの最大値Ｓｍａｘを用いる。最大値と最小値の絶対値はほぼ等しいことから、記録した最大値Ｓｍａｘと同じ絶対値の信号−Ｓｍａｘを検出したときに最小値であるとみなす。最大値のばらつきを考慮して、最大値の絶対値よりも数％値を検出したときに最小値とみなしてもよい。

次の安定位置に達する前に、位置検出信号Ｐの出力Ｓは負から正へ切り替わる。そのとき、条件（１）に従って、コントローラ１１は、第２のコイル６への通電を切り替える。コントローラ１１は、第１のヨーク３をＮ極に励磁し、第２のヨーク４をＮ極に励磁することにより、ロータ１を２０２．５°に安定して位置決めすることができる。ロータ１はこの角度へ向かって回転トルクを受け、回転を続ける（図６（ｇ）のステップ６）。

次の安定位置に達する前に、位置検出信号Ｐの符号は最大値に達する。そのとき、条件（３）に従って、コントローラ１１は、第１のコイル５への通電を切り替える。コントローラ１１は、第１のヨーク３をＳ極に励磁し、第２のヨーク４をＮ極に励磁することにより、ロータ１を２４７．５°に安定して位置決めすることができる。ロータ１はこの角度へ向かって回転トルクを受け、回転を続ける（図６（ｈ）のステップ７）。なお、位置検出信号Ｐの出力Ｓが最大値に達したことを検出するには、ステップ０〜２で記録した位置検出信号Ｐの最大値Ｓｍａｘを用いる。

以下同様に、通電切り替え条件に従って第１のコイル５又は第２のコイル６への通電を切り替えてモータを回転させる。

ステップ０からステップ３までの、設定された時間の経過した後に次の通電状態へ切り替える駆動が第２制御モードである。また、ステップ４以降のように、位置検出信号Ｐの出力に応じて次の通電状態へ切り替える駆動が第１の制御モードである。このように磁気センサ９の出力に応じてモータの通電状態を決定することにより、ロータ１の逆転を最小にし、素早くロータ１を位置決めすることができる。このため、モータの回転と回転方向を安定させることができる。

ステップ０でセンサ信号の出力が負であった場合は、ステップ１〜７のそれぞれの磁極の励磁方向をすべて反対にすることで同様の駆動を行なうことができる。また、ロータ１の回転方向を反時計回り方向に回したいときは、条件（１）〜（４）の代わりに以下の条件（５）〜（８）を用いることで同様の駆動を行なうことができる。（５）まず、位置検出信号Ｐが正から負へ切り替わったときに第２のコイル６への通電を負から正へ切り替える。（６）次に、位置検出信号Ｐが正から負へ切り替わったときに第２のコイル６への通電を正から負へ切り替える。（７）また、第７の切り替え条件は、位置検出信号Ｐが最大値をとったときに第１のコイル５への通電を負から正へ切り替える。（８）また、位置検出信号Ｐが最小値を取ったときに第１のコイル５への通電を正から負へ切り替える。

以上、本実施例は、コギングトルクを低減させるために二つのヨークの位相差を調整したモータにおいて、通電状態切り替え時にトルクが低下することがなく、図５（Ａ）に示す斜線部の分だけトルクが高い。また、本実施例のモータは、トルク変動が小さく、駆動時の異常音の発生を低減することができると共に、一つの検出部でロータ１の回転位置を検出し、部品点数や配線数の削減を通じてモータの小型化を実現することができる。

実施例１では位置検出手段として磁気センサ９を使い、磁石２の位置検出用着磁部２６の着磁波形を読み取っているが、本発明はこれに限定されず、位置検出用着磁部２６をもつ磁石を駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂを持つ磁石と別部材にしてもよい。また、図７に示すように、フォトインタラプタなどの光学的な検出部（光センサ）３１とロータ１に取り付けられたパルス板３２を利用しても実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、このとき、パルス板の間隔および光センサ３１の位置を調整しておく必要がある。つまり、第１のヨークが駆動用着磁部の磁極中心と向かい合った位相、およびそこから（１８０／ｎ+α）°位相の離れている第２のヨークが駆動用着磁部の磁極中心と向かい合った位相を検出できるようにしておく必要がある。

また、実施例１は、位置検出用着磁部２６の隣接する２つの磁極の磁極中心間の間隔（例えば、磁極中心２８ａと２８ｂの間隔）を、駆動用着磁部の隣接する２つの磁極の磁極中心間の間隔（例えば、磁極中心２３ａと２３ｂの間隔）と等しくしている。そして、実施例１は、位置検出用着磁部２６の磁極境界（例えば、磁極境界２９ｂ）を位置検出用着磁部２６の隣接する２つの磁極中心（例えば、磁極中心２８ａと２８ｂ）の半中点位置（磁極境界２４ｂの位置）からα°の角度だけずらしている。そして、実施例１は、位置検出信号Ｐの最大値及び最小値で第１のコイル５への通電方向を切り替え、位置検出信号Ｐのゼロクロスを検出して第２のコイル６への通電方向を切り替えている。

位置検出用着磁部２６の着磁パターンは、図８に示す位置検出用着磁部３６に置換されてもよい。図８は、図２と同様に、磁石２のＳ極及びＮ極の最も磁束密度が高い磁極中心を破線で示し、Ｓ極とＮ極の磁極境界（磁束密度が０のところ）を実線で示している。図８において、磁石２は、不等間隔で２ｎ極に着磁された位置検出用着磁部３６を有する。位置検出用着磁部３６はＮ極（３７ａ、３７ｃ、３７ｅ、３７ｇ）とＳ極（３７ｂ、３７ｄ、３７ｆ、３７ｈ）を有する。位置検出用着磁部３６の磁極境界３９ａ〜３９ｈのうち、一方の磁極境界３９ｂ、３９ｄ、３９ｆ、３９ｈは駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの各極の磁極中心２３ａ〜２３ｄと周方向に一致する位置（すなわち、同位相）にある。位置検出用着磁部３６の磁極境界３９ａ〜３９ｈのうち、他方の磁極境界３７ａ、３７ｃ、３７ｅ、３７ｇは駆動用着磁部２１の磁極境界２４ａ〜２４ｄからα°の角度だけ周方向にずれた位置にある。

このときも第１の実施例と同様、第１のヨーク３と駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの磁極中心が向かい合った状態を検出できるように、磁気センサ９と位置検出用着磁部３６の位置関係を調整しておく。

このような磁石を用い、ゼロクロスを検出したときに第１のコイル５及び第２のコイル６への通電方向を切り替えることにより、実施例１と同様に、第２のヨーク４と駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂの磁極中心が向かい合った状態を検出できる。これにより、位置検出信号Ｐの最大値及び最小値を検出する必要はなくなる。磁気センサ９の最大値、最小値は温度などに依存するため、検出は不安定になってしまう。しかし、本実施例のようにゼロクロスのみを検出することで、検出の精度を上げることができる。反面、駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂと位置検出用着磁部３６の極の向きが反対になる部分が生じる。そのため、磁石２を小型化していくと駆動用着磁部２１ａおよび２１ｂが位置検出用着磁部３６の影響を受けてしまい、トルクが下がってしまうという問題がある。

実施例１及び２のモータ駆動装置は、光学部材の焦点を調節する焦点調節装置に適用することができる。かかる焦点調節装置は、光学部材により形成された像を検出し画像信号を出力するセンサと、センサから出力された画像信号より像のコントラスト値に基づいて焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、を有する。更に、焦点調節装置はモータ駆動装置を更に有し、モータ駆動装置は、焦点を調節させる際に光学部材とセンサとの一方を他方に対して移動させるのに使用される。また、デジタルカメラなどの光学機器は、かかる光学部材と、光学部材の焦点を調節する前記焦点調節装置と、を有する。

実施例１のモータの分解斜視図である。 図１に示す磁石の着磁分布を表す磁石の円周方向の展開図である。 図１に示すモータの回転軸に垂直な断面図である。 図１に示す駆動制御部のブロック図である。 図５（Ａ）は、図１に示す第１のコイル及び第２のコイルに通電したときに発生するトルクと、ロータの回転角度との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、図１に示す磁気センサの出力する位置検出信号と、ロータの回転角度との関係を示すグラフである。 図１に示すモータの駆動方法を説明するための断面図である。 実施例２の位置検出手段の斜視図である。 実施例２の磁石の着磁分布を表す磁石の円周方向の展開図である。 従来のモータの一対のコイルに通電したときに発生するトルクと、ロータの回転角度との関係を示すグラフである。 図１０（Ａ）は実施例１の２相通電のときに発生するトルクとロータの回転角度との関係を示すグラフ。図１０（Ｂ）は実施例１の１相通電のときに発生するトルクとロータの回転角度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ロータ
２ 磁石
３ 第１のヨーク
４ 第２のヨーク
５ 第１のコイル
６ 第２のコイル
９ 磁気センサ（位置検出手段）
１１ コントローラ（制御部）
１２ タイマー
３１ 位置検出手段

Claims (7)

1. 等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部が形成されるロータと、
   前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、
   前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、
   前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、
   前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、
   前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれた前記ロータの回転位置を第１の回転位置として検出し、前記第１の回転位置から（１８０／ｎ±α）°の角度だけずれた前記ロータの回転位置を第２の回転位置として検出する検出部と、
   前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記駆動制御部は、前記検出部が前記第２の回転位置を検出するときに、前記第１のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力し、前記検出部が前記第１の回転位置を検出するときに、前記第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力す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. 等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部と、磁極境界が前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれ、磁極中心が隣接する磁極境界間を不等分するように、ｎ極に着磁される位置検出用着磁部が形成されるロータと、
   前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、
   前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、
   前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、
   前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、
   前記位置検出用着磁部に対向して、前記位置検出用着磁部の磁極中心となる前記ロータの回転位置および前記位置検出用着磁部の磁極境界となる前記ロータの回転位置を検出する検出部と、
   前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とするモータ駆動装置。
4. 前記位置検出用着磁部の磁極中心が前記駆動用着磁部の磁極中心と一致するように着磁されることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
5. 前記駆動制御部は、前記検出部が前記位置検出用着磁部の磁極中心を検出するときに、前記第１のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力し、前記検出部が前記位置検出用着磁部の磁極境界を検出するときに、前記第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力することを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
6. 等間隔でｎ極に着磁される駆動用着磁部と、一方の磁極境界が前記駆動用着磁部の磁極境界からα°の角度だけずれ、不等間隔で２ｎ極に着磁される位置検出用着磁部が形成されるロータと、
   前記駆動用着磁部に対向する第１のヨークと、
   前記第１のヨークを励磁する第１のコイルと、
   前記第１のヨークに対して（１８０／ｎ）°からα°の角度だけずれた位置で、前記駆動用着磁部に対向する第２のヨークと、
   前記第２のヨークを励磁する第２のコイルと、
   前記位置検出用着磁部に対向して、前記位置検出用着磁部の磁極中心となる前記ロータの回転位置および前記位置検出用着磁部の磁極境界となる前記ロータの回転位置を検出する検出部と、
   前記検出部からの出力によって、前記第１および第２のコイルの通電方向を切り替えるための通電切り替え信号を出力する駆動制御部とを有することを特徴とするモータ駆動装置。
7. 前記位置検出用着磁部の他方の磁極境界が前記駆動用着磁部の磁極中心と一致するように着磁されることを特徴とする請求項６に記載のモータ装置。