JP5448329B2

JP5448329B2 - モータ制御装置およびモータ制御方法

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Publication number: JP5448329B2
Application number: JP2007291401A
Authority: JP
Inventors: 次雄脇田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2027-11-09
Also published as: JP2009118694A

Description

本発明は、モータの制御技術に関する。

従来、生体分析装置として、例えば特許文献１には、円形マイクロプレートのセルに注入したサンプル溶液と試薬溶液を攪拌プループによって攪拌して凝集物を生成した後、円形マイクロプレートを低速回転させ、凝集物を遠心分離して得た第１の凝集物パターンを光学的手段で測光し、その後、円形マイクロプレートを高速回転させ、さらに円形マイクロプレートに振動を与えて得た第２の凝集物パターンを光学的手段で測光するものが開示されている。この従来の生体分析装置は、円形マイクロプレートを回転させるためのモータとは別個に、円形マイクロプレートを振動させるための振動発生器を備えている。振動発生器には、ロータに偏重心のおもりを設けたモータを使用するのが一般的である（例えば、特許文献２参照）。

また、このような生体分析装置では、凝集物を光学的手段で測光するために、モータの回転子を定位置で停止させる必要がある。従来のモータの回転停止方法としては、例えば特許文献３や特許文献４に、複数の極に着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを備えたブラシレスモータを停止させる方法が開示されている。すなわち、ホール素子の出力に応じて、進角された回転磁界を発生させている状態において、回転子が目標停止位置より前の所定の位置に達したことを検知すると、その時点で励磁されている相の駆動コイルにのみ、回転時よりも大きい励磁電流を流し続けることにより、モータの回転を停止させる方法が開示されている。
特開平３−１１０４７３号公報特開平９−１５４２５０公報特開平６−３４３２８５公報特許第３２４３８８４号

しかしながら、前記した従来のモータの回転停止方法では、進角回転磁界により回転子を回転させている状態から、固定された相の駆動コイルにのみ励磁電流を流し続ける状態へ遷移するため、回転子を目標停止位置にスムーズに減速停止させることができず、回転子のハンチングが収まるのに要する時間が長いという問題があった。

また、前記したように、従来の生体分析装置の構成では、遠心分離用と振動用のモータが個別に必要となり、装置構成の増大化や制御の複雑化を招いていた。また、近年、生体分析装置には、凝集物が入っている容器を定位置で停止させて光学的手段で測光するのではなく、低速で回転させた状態で測光することが求められているが、従来のモータの制御技術では、１個のモータで遠心分離のための高速回転と測光のための低速回転を実現できず、例えばブラシレスモータに加えてステッピングモータを装備する必要があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、モータの回転子を目標停止位置に正確にスムーズに減速停止させることができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記問題点に鑑み、１個のモータで高速から低速までの回転動作を実現できるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記問題点に鑑み、１個のモータで回転動作と振動動作を実現できるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のモータ制御装置は、複数の極に着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを有するモータの回転を制御するモータ制御装置であって、対向する前記回転子の極に相応する信号を発生するホール素子と、前記ホール素子の出力に応じて、進角された駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を生成可能な第２の駆動信号生成手段と、入力された駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに流す駆動手段と、前記第１と第２の駆動信号生成手段により生成される駆動信号を切り替えて前記駆動手段に入力する切り替え手段と、前記第１の駆動信号生成手段により生成される駆動信号を前記駆動手段へ入力させ、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させる機能と、前記第２の駆動信号生成手段に所定の駆動信号を生成させ、その生成させた駆動信号を前記駆動手段へ入力させ、前記多相コイルに前記回転子を吸引する吸引磁界を発生させる機能とを有する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させて前記回転子を回転させている状態から、停止モードに遷移すると、前記第２の駆動信号生成手段に前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を前記回転子が回転するように順次生成させ、それらの駆動信号を前記駆動手段へ順次入力させて、前記多相コイルに発生する吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させるとともに、前記第２の駆動信号生成手段が順次生成する各駆動信号ごとに、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子が吸引されているか否かを前記ホール素子の出力から判定することにより、前記第２の駆動信号生成手段が順次生成する各駆動信号に対応する位置に前記回転子を吸引させながら回転させた後、前記第２の駆動信号生成手段に生成させる駆動信号の変化速度を緩めて、吸引磁界により前記回転子を減速させ、前記多相コイルの極性パターンを目標停止位置に応じたパターンにする駆動信号を前記第２の駆動信号生成手段に生成させ、その駆動信号を前記駆動手段に入力させて、減速された前記回転子を吸引磁界により吸引停止させ、前記回転子を前記目標停止位置へ吸引する吸引磁界を発生させたときの前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子の出力から判定し、前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合には、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導し、さらに前記制御手段は、前記目標停止位置へ前記回転子が吸引されるときの励磁電流の大きさが通常回転時よりも大きくなるように、ＰＷＭ制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置であって、前記回転子の位置を特定するためのセンサ手段をさらに備え、前記制御手段は、前記回転子を前記目標停止位置へ吸引する吸引磁界を発生させたときの前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子および前記センサ手段の出力から判定し、前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導することを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載のモータ制御装置は、請求項１または２に記載のモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記多相コイルの極性パターンを振動範囲内の前記回転子の各位置に応じたパターンにする駆動信号を前記第２の駆動信号生成手段に順次生成させ、それらの駆動信号を前記駆動手段に順次入力させて、前記多相コイルに発生する吸引磁界を前記回転子が振動するように変化させ、吸引停止された前記回転子を吸引磁界に吸引させながら振動させることを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載のモータ制御方法は、複数の極に着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを有するモータの制御方法であって、対向する前記回転子の極に相応する信号を発生するホール素子の出力に応じて、進角された駆動信号を生成し、その駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに流して、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させて前記回転子を回転させる工程と、前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を前記回転子が回転するように順次生成し、それらの駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに順次流して、前記多相コイルに前記回転子を吸引する吸引磁界を発生させ、且つその吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させるとともに、前記回転子が回転するように順次生成される各駆動信号ごとに、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子が吸引されているか否かを前記ホール素子の出力から判定することにより、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子を吸引させながら回転させる工程と、吸引磁界の変化速度を緩めて前記回転子を減速させる工程と、目標停止位置に対応する吸引磁界を発生させて前記回転子を吸引停止させ、前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子の出力から判定する工程と、前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合には、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導する工程と、を具備し、前記目標停止位置へ前記回転子が吸引されるとき、励磁電流の大きさが通常回転時よりも大きくなるように、ＰＷＭ制御が行われることを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載のモータ制御方法は、請求項４記載のモータ制御方法であって、前記回転子を吸引停止させた後、吸引磁界を前記回転子が振動するように変化させて、前記回転子を吸引磁界に吸引させながら振動させる工程をさらに具備することを特徴とする。

本発明の好ましい形態によれば、モータの回転子を目標停止位置に正確にスムーズに減速停止させることができる。また、１個のモータで高速から低速までの回転動作を実現できる。また、１個のモータで回転動作と振動動作を実現できる。

（実施の形態１）
以下、本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法の実施の形態１について図面を交えて説明する。

図１に、本発明の実施の形態１における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図を示す。図１において、３相ブラシレスモータ１は、２極に着磁された回転子２を備える。すなわち、回転子２は、Ｎ極とＳ極の一対の磁石を有する。

また、３相ブラシレスモータ１は、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５が設けられた固定子を備える。３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５はＹ結線されており、固定子の３つの突極部にそれぞれ巻回されている。３つの突極部は、１２０度間隔で配置されている。

また、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８はそれぞれ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５から６０度ずつずれた位置に配置されており、対向する回転子２の磁石界磁の極性（Ｎ極かＳ極か）を検出し、その検出している極性に相応したレベルの信号を発生する。具体的には、Ｎ極を検知したときに「Ｈ」レベルの信号を発生し、Ｓ極を検知したときに「Ｌ」レベルの信号を発生する。

一般の３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図を図２に示す。
図２に示すように、一般の３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９はロータポジションディテクタ１０とパワードライバ１２からなる。

ロータポジションディテクタ１０は、マイクロコンピュータ１４から通常の回転指令が与えられているとき、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンに応じて、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の６つの極性パターンのいずれかに対応する駆動信号パターンを生成する。

ロータポジションディテクタ１０が生成する駆動信号パターンは回転子２を回転させるために進角されており、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５には進角された回転磁界が発生する。したがって、３相ブラシレスモータ１の回転子２は、通常回転時は、進角回転磁界により回転される。

パワードライバ１２は、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンに応じた通電パターンの励磁電流を３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に流す。具体的には、パワードライバ１２は、複数個のスイッチング素子で構成されるスイッチ回路と、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンに所定の論理演算を施して、スイッチング素子のオン／オフを切り替える論理回路を含む。スイッチ回路は、通常は６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続した回路からなる。このように構成されたパワードライバ１２は、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンに応じてスイッチング素子のオン／オフを切り替えて、固定子の励磁相を切り替える。すなわち、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンに従って決定した２相の駆動コイルに正電位と負電位をそれぞれ印加し、その２相の駆動コイルに励磁電流を流す。

以上説明した一般の３相ブラシレスモータコントローラＩＣに対して、本実施の形態１における３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９は、ロータポジションディテクタ１０とパワードライバ１２に加えて、スイッチ１１と６パターンメモリ１３を備える。また、本実施の形態１では、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８が発生する信号をマイクロコンピュータ１４により検知可能な構成となっている。

ロータポジションディテクタ（第１の駆動信号生成手段）１０は、上述したように、マイクロコンピュータ１４から回転指令が与えられているとき、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンに応じて、進角された駆動信号パターンを生成する。

６パターンメモリ（第２の駆動信号生成手段）１３には、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の６つの極性パターンに対応する駆動信号パターンが格納されている。つまり、ロータポジションディテクタ１０で生成される６つの駆動信号パターンと同じ駆動信号パターンが予め格納されている。この６パターンメモリ１３から読み出す駆動信号パターンの選択は、マイクロコンピュータ１４により制御される。

スイッチ（切り替え手段）１１は、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンと６パターンメモリ１３から読み出される駆動信号パターンを切り替えてパワードライバ１２に入力する。このスイッチ１１の切り替え動作はマイクロコンピュータ１４により制御される。

パワードライバ（駆動手段）１２は、上述したように、入力される駆動信号パターンに応じた通電パターンの励磁電流を３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に流す。すなわち、入力された駆動信号パターンに従って決定した２相の駆動コイルに正電位と負電位をそれぞれ印加し、その２相の駆動コイルに励磁電流を流す。

また、制御手段であるマイクロコンピュータ１４は、ロータポジションディテクタ１０により生成される駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２へ入力させ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に進角された回転磁界を発生させる機能と、６パターンメモリ１３から所定の駆動信号パターンを読み出し、その読み出した駆動信号をスイッチ１１を介してパワードライバ１２へ入力させ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に回転子２を吸引する吸引磁界を発生させる機能を有する。

図３に、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の６つの極性パターンと回転子２の位置の関係を示す。なお、図３において、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５は、正電位が印加されるとＮ極に着磁し、負電位が印加されるとＳ極に着磁するように巻かれている。

図３に示すように、２極磁石の３相ブラシレスモータでは、正電位が印加される＋極の相、負電位が印加される−極の相、および励磁電流を流さない相が確定すれば、回転子２の位置が、回転子２の１回転のうちの１箇所に確定する。つまり、励磁電流により着磁した相と回転子２の永久磁石の、それぞれのＮ極とＳ極が引き合って、釣り合いがとれて回転子２の位置が確定する。このように、２極磁石の３相ブラシレスモータでは、停止可能な位置は回転子２の１回転のうちに６箇所ある。また、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから回転子２の現在位置を検出することができる。

本実施の形態１では、マイクロコンピュータ１４は、停止モードに遷移すると、モータの回転制御状態を、通常の進角回転磁界による制御状態から、以下で説明する吸引回転磁界による制御状態へ切り替える。

すなわち、マイクロコンピュータ１４は停止モードに遷移すると、６パターンメモリ１３から３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の各極性パターンに対応する駆動信号パターンを回転子２が回転するように順次読み出し、それらの駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２へ順次入力させ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に発生する吸引磁界を、回転子２が回転するように変化させる。このように、回転子２が回転するように変化する吸引磁界（吸引回転磁界）を発生させることで、回転子２を吸引回転磁界に吸引させながら回転させることができる。

なお、この吸引回転磁界による回転子の回転方向は、吸引回転磁界に切り替える前の通常の進角回転磁界による回転方向と同じ方向とし、且つ回転速度は進角回転磁界による回転速度よりもやや低めとする。

また、マイクロコンピュータ１４は、回転子２を吸引回転磁界により回転させている状態において、６パターンメモリ１３から各駆動信号パターンを読み出すタイミングを遅くすることで、駆動信号パターンの変化速度を緩め、吸引回転磁界により回転子２を減速させる。

また、マイクロコンピュータ１４は、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを目標停止位置に対応したパターンにする駆動信号パターンを６パターンメモリ１３から読み出し、その読み出した駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２に入力させ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に回転子２を目標停止位置に位置決めする吸引磁界（吸引停止磁界）を発生させて、減速された回転子２を吸引停止させる。

例えば、図３に示す『ｉ』の位置に回転子２を吸引停止させる場合には、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを『ｉ』の極性パターンにする。具体的には、図３に示すように、駆動コイルＵ３に正電位が印加され、駆動コイルＶ４に負電位が印加されて、駆動コイルＵ３から駆動コイルＶ４へ励磁電流が流れるようにし、駆動コイルＷ５には励磁電流が流れないようにする。このように３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５を励磁すれば、回転子２を『ｉ』の位置へ吸引する吸引停止磁界が発生するので、回転子２を『ｉ』の位置に吸引停止させることができる。

なお、回転子２を目標停止位置へ吸引する際には、回転子２の重量による慣性と吸引力とのバランスの関係で、回転子２にハンチングが起こるため、そのハンチング状態が収まる時間を見越して、その分タイムラグを置いて、励磁電流の印加を停止するようにする。また、回転子２を目標停止位置へ吸引するときの励磁電流の大きさは通常回転時よりも大きくする。励磁電流の大きさの制御は、ＰＷＭ制御により行う。

また、マイクロコンピュータ１４は、回転子２を目標停止位置へ吸引する吸引停止磁界を発生させたときの回転子２の位置が目標停止位置であるかどうかを、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから判定し、目標停止位置からはずれている場合は、再度、６パターンメモリ１３から駆動信号パターンを順次読み出して吸引回転磁界を発生させ、回転子２を目標停止位置まで回転誘導する。

続いて、本実施の形態１におけるモータの回転停止方法について、図３に示す『ｉ』の位置に回転子を停止させる場合を例に、図４ないし図６を用いて説明する。図４および図５は、モータの回転制御状態を進角回転磁界による制御状態から吸引回転磁界による制御状態へ切り替え、吸引回転磁界により回転子の回転速度を減速させる処理のフローチャートを示している。

マイクロコンピュータ１４は停止モードに遷移すると、図４のステップＳ１１において、まずスイッチ１１の接続先をロータポジションディテクタ１０から６パターンメモリ１３へ切り替える。なお、スイッチ１１の接続先を切り替える前に、パワードライバ１２へモータの回転速度を通常の回転速度から減速させる指令を送ってもよい。モータの回転速度制御は、励磁電流の大きさを制御することで実現できる。励磁電流の大きさの制御は、ＰＷＭ制御により行う。

その後、ステップＳ１２ないしＳ２１において、マイクロコンピュータ１４は現在の回転方向と同じ方向に回転子２が回転するように、６パターンメモリ１３から駆動信号パターンを順次読み出して、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に吸引回転磁界を発生させ、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、回転子２が吸引回転磁界に吸引されて回転していることを検知すると、吸引回転磁界により回転子２の回転速度を減速させる。

すなわち、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ１２ないしＳ１７において、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを図３に示す６つの極性パターンに順次変化させ、各極性パターンごとに、回転子２が当該極性パターンに対応する位置に吸引されているかどうかを判定する。このステップＳ１２ないしＳ１７の処理について、ステップＳ１２の処理、すなわち回転子２を図３に示す『ｉ』の極性パターンに対応する位置へ吸引する処理を例に説明する。

図５は、回転子２を『ｉ』の極性パターンに対応する位置へ吸引する処理のフローチャートを示す。マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ４１において、６パターンメモリ１３から、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを『ｉ』の極性パターンにする駆動信号パターンを読み出す。その結果、駆動コイルＵ３は正電位が印加されて＋極となり、駆動コイルＶ４は負電位が印加されて−極となり、駆動コイルＵ３から駆動コイルＶ４へ励磁電流が流れる。

次に、ステップＳ４２において、マイクロコンピュータ１４は、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているか否かを判定する。具体的には、ホール素子Ｂが発生する信号が「Ｈ」レベルであり、且つホール素子Ｃが発生する信号が「Ｌ」レベルであるかどうかで判定する。

その判定の結果、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているときには（ステップＳ４２のＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１４は、ステップ４３において、フラグ１を立てた後、ステップＳ４４において、Ｔ秒間（タイマウエイトＴの初期値＝１）ウエイトを置く。一方、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されていないときには（ステップＳ４２のＮＯ）、フラグ１を立てずに、ステップＳ４４において、Ｔ秒間ウエイトを置く。

次に、ステップＳ４５において、マイクロコンピュータ１４は、再度、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているか否かを判定し、対応しているときには（ステップＳ４５のＹＥＳ）、ステップＳ４６において、フラグ２を立てた後、『ii』の極性パターンに対応する位置に回転子２を吸引する処理（ステップＳ１３）へ移る。一方、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されていないときには（ステップＳ４５のＮＯ）、フラグ２を立てずに、『ii』の極性パターンに対応する位置に回転子２を吸引する処理へ移る。

以上説明したステップＳ１２と同様の処理をステップＳ１３ないしＳ１７において実行して吸引回転磁界を発生させ、回転子２を回転させる。そして、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ１８において、全フラグが立っているかどうかを確認する。フラグは１から１２まであり、フラグが１つでも抜けていれば、吸引回転磁界に完全に引き込まれていないと判断して、ステップＳ１９において、全フラグをリセットし、ステップＳ１２へ戻り、吸引処理を繰り返す。

ステップＳ１８において、全フラグが立っていることが確認できた場合、マイクロコンピュータ１４は、吸引回転磁界に同期して回転子２が回転していると判断して、ステップＳ２０において、タイマウエイトＴの値を増加させ、ステップＳ２１において、タイマウエイトＴの値が「５」になっているかどうか判定する。その結果、タイマウエイトＴの値が「５」になっていない場合は（ステップＳ２１のＮＯ）、ステップＳ１９において、全フラグをリセットし、ステップＳ１２へ戻り、吸引処理を繰り返す。このタイマウエイトＴは、回転速度を制御するためのもので、タイマウエイトＴを増加させ、６パターンメモリ１３から各駆動信号パターンを読み出すタイミングを遅くすることで、回転子２の回転速度を、同期を取った状態で減速させることができる。

タイマウエイトＴの値が「５」に到達すると（ステップＳ２１のＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ２２において、タイマウエイトＴを初期値にリセットして、図６に示す処理へ移行する。

図６は、図３に示す『ｉ』の位置に回転子２を停止させる場合のフローチャートを示す。
まず、ステップＳ２３において、マイクロコンピュータ１４は、６パターンメモリ１３から、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを目標停止位置『ｉ』に対応するパターンにする駆動信号パターンを読み出す。その結果、駆動コイルＵ３は正電位が印加されて＋極となり、駆動コイルＶ４は負電位が印加されて−極となり、駆動コイルＵ３から駆動コイルＶ４へ励磁電流が流れて、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に吸引停止磁界が発生する。また、このとき、パワードライバ１２へ、通常回転時よりも励磁電流を大きくする指令を送る。

次に、ステップＳ２４において、マイクロコンピュータ１４は、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、目標停止位置『ｉ』に回転子２が吸引されているか否かを判定する。具体的には、ホール素子Ｂが発生する信号が「Ｈ」レベルであり、且つホール素子Ｃが発生する信号が「Ｌ」レベルであるかどうかで判定する。

その判定の結果、目標停止位置『ｉ』に回転子２が吸引されているときには（ステップＳ２４のＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ２５において、１秒間ウエイトを置き、カウンタ値をインクリメントする。次に、ステップＳ２６において、マイクロコンピュータ１４は、カウンタ値が５カウントに到達しているかどうか判定し、到達していない場合は（ステップＳ２６のＮＯ）、ステップＳ２４に戻り、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であるか否かを再度判定する。

マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ２４における判定処理を５回繰り返した後、つまり、約５秒間、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であることが検出されると、回転子２が目標停止位置『ｉ』で吸引停止されていると判定して、ステップＳ２７において、３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９へ、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５への励磁電流の印加を停止させる指令を送る。このように、回転子２のハンチング状態が収まる時間を見越して、その分タイムラグを置いて、励磁電流の印加を停止するようにしている。なお、ここでは、回転子２のハンチング状態が収まる時間を約５秒間と見越したが、励磁電流の大きさや、回転子２の慣性重量などによって最適値は異なる。

一方、ステップＳ２４における判定の結果、目標停止位置『ｉ』に回転子２が吸引されていない場合（ステップＳ２４のＮＯ）、ステップＳ２８ないしステップＳ３７において、マイクロコンピュータ１４は、吸引回転磁界を再度発生させ、回転子２を目標停止位置『ｉ』まで回転誘導する。

つまり、６パターンメモリ１３から、図３に示す『ii』ないし『vi』の極性パターンに応じた駆動信号パターンを、回転子２が回転するように順次読み出し、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５に吸引回転磁界を再度発生させる。

なお、ステップＳ２８ないしステップＳ３７の処理では、３相駆動コイルＵ３、Ｖ４、Ｗ５の極性パターンを『ii』ないし『vi』の極性パターンにした後に「ウエイト」させて、ハンチングに対応させているが、図５に示す処理と同様に、各極性パターンごとに、回転子２が当該極性パターンに対応する位置に吸引されているかどうかをチェックしながら回転子２を回転させる方がより正確な動作となる。

以上のように、本実施の形態１によれば、３つのホール素子の出力パターンから進角回転磁界を発生させて回転子を回転させている状態から、６パターンメモリから駆動信号パターンを順次読み出し吸引回転磁界を発生させて回転子を回転させる状態へ切り替えることにより、３相ブラシレスモータを高速回転させた後、吸引回転磁界に回転子を吸引させた状態で、回転子を減速させることができる。よって、回転子を目標停止位置へ正確にスムーズに減速停止させることができる。また、吸引したまま同期回転させることにより、超低速で回転させることもできる。

なお、３相駆動コイルの各極性パターンに対応する駆動信号パターンを生成可能な第２の駆動信号生成手段として６パターンメモリを用いたが、これに限定されるものではなく、論理回路を用いて６つの駆動信号パターンを生成する構成としてもよいし、マイクロコンピュータにより６つの駆動信号パターンを生成する構成としてよい。また、マイクロコンピュータ１４が回転子の位置を検出するのにホール素子を使用したが、他のロータ角度検出器であっても、同様の動作は可能である。

（実施の形態２）
以下、本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法の実施の形態２について、前述した実施の形態１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１と同じ点については適宜説明を省略する。

図７に、本発明の実施の形態２における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図を示す。なお、前述した実施の形態１において説明した部材に対応する部材には同一符号を付している。

本実施の形態２は、回転子２が４極に着磁されており、固定子が３相駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗを２組有する点が前述した実施の形態１と異なる。すなわち、回転子２は、Ｎ極とＳ極の一対の磁石を２組有する。３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６はそれぞれＹ結線されており、固定子の６つの突極部にそれぞれ巻回されている。６つの突極部は、６０度間隔で配置されている。また、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８はそれぞれ、３相駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗから３０度ずつずれた位置に配置されている。但し、このように極数が４極で、コイル数が６スロットの場合であっても、３相駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗで回転子を回転させるので、基本動作は前述した実施の形態１と同様である。

前述の実施の形態１で説明したように、回転子が２極に着磁されている場合は、３相駆動コイルＵ、Ｖ、Ｗの極性パターンが決まれば、回転子の位置は１回転のうちの１箇所に確定するが、極数が４極や６極など、２極を超える多極の場合は、１つの極性パターンに対応する回転子の位置は増える。例えば極数が４極の場合、図８の『Ｉ』、『ＩＩ』に示すように、極性パターンおよび３つのホール素子の出力パターンが同じであっても、回転子の位置は２通りある。

したがって、４極磁石の３相ブラシレスモータの場合、３つのホール素子の出力パターンだけでは、いずれの位置で回転子が停止しているのか判別できないので、目標停止位置に回転子が停止していることを検知するのに３つのホール素子以外の別のセンサ手段が必要になる。

本実施の形態２では、回転子の位置を特定するためのセンサ手段としてフォトインタラプタを用いる。具体的には、図７に示すように、回転子２の外周の一部に反射板２８を設け、フォトインタラプタ２７が回転子２の外周へ赤外線を発光照射し、反射板２８からの反射光を受光したことをマイクロコンピュータ１４で検知する構成とする。この構成により、回転子２の１回転中の位置を特定することができる。具体的には、例えばフォトインタラプタ２７により反射板２８が検知されてからの３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンをカウントすることで確認することができる。

なお、回転子の外周の一部を除いて反射板を設け、その反射板のない部分を原点とする構成としてもよい。また、４極の場合、１つの極性パターンに対して回転子の位置が２通りあるので、一方の側の半回転分の外周に反射板を設けて、いずれの側かを検知する構成としてもよい。

また、反射型のフォトインタラプタに限らず、透過型のフォトインタラプタを用いてもよい。この場合は、例えばスリットのある円盤を回転子に取り付け、フォトインタラプタの発光部と受光部を円盤をはさんで対向配置して、スリットの透過のある部分と透過しない部分を検知する構成とすればよい。

図９に、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の６つの極性パターンと回転子２の位置の関係を示す。なお、図９において、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６は、正電位が印加されるとＮ極に着磁し、負電位が印加されるとＳ極に着磁するように巻かれている。

図９に示すように、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に６つの極性パターンを順次発生させても回転子２は半回転しかせず、回転子２を１回転させるには６つの極性パターンを２回発生させる必要がある。

本実施の形態２では、マイクロコンピュータ１４は、前述の実施の形態１と同様に、停止モードに遷移すると、モータの回転制御状態を、通常の進角回転磁界による制御状態から吸引回転磁界による制御状態へ切り替える。

すなわち、マイクロコンピュータ１４は停止モードに遷移すると、６パターンメモリ１３から３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の各極性パターンに対応する駆動信号パターンを回転子２が回転するように順次読み出し、それらの駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２に順次入力させ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に吸引回転磁界を発生させ、回転子２を吸引回転磁界に吸引させながら回転させる。

また、マイクロコンピュータ１４は、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを目標停止位置に対応したパターンにする駆動信号パターンを６パターンメモリ１３から読み出し、その読み出した駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２に入力させ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に吸引停止磁界を発生させて、減速された回転子２を吸引停止させる。

また、マイクロコンピュータ１４は、回転子２を目標停止位置へ吸引する吸引停止磁界を発生させたときの回転子２の位置が目標停止位置であるかどうかを、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンおよびフォトインタラプタ２７の出力から判定し、目標停止位置からはずれている場合は、再度、６パターンメモリ１３から駆動信号パターンを順次読み出して吸引回転磁界を発生させ、回転子２を半回転させて目標停止位置まで回転誘導する。

続いて、本実施の形態２におけるモータの回転停止方法について、図９に示す『ｉ』の位置に回転子を停止させる場合を例に、図１０を用いて説明する。なお、モータの回転制御状態を進角回転磁界による制御状態から吸引回転磁界による制御状態へ切り替え、吸引回転磁界により回転子の回転速度を減速させる処理については、前述した実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。また、ここでは、反射板２８を回転子２の外周の半回転分に設ける場合について説明する。

図１０は、図９に示す『ｉ』の位置に回転子を停止させる場合のフローチャートを示す。このフローチャートは、前述の実施の形態１で説明した図６に示すフローチャートに対応しており、ステップＳ３８が追加されている点のみが異なる。

すなわち、まずステップＳ２３において、マイクロコンピュータ１４は、６パターンメモリ１３から、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを目標停止位置『ｉ』に対応するパターンにする駆動信号パターンを読み出す。その結果、駆動コイルＵ２１およびＵ２４は正電位が印加されて＋極となり、駆動コイルＶ２２およびＶ２５は負電位が印加されて−極となり、駆動コイルＵ２１、Ｕ２４から駆動コイルＶ２２、Ｖ２５へ励磁電流が流れて、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に吸引停止磁界が発生する。また、このとき、パワードライバ１２へ、通常回転時よりも励磁電流を大きくする指令を送る。

次に、ステップＳ２４において、マイクロコンピュータ１４は、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているかどうかを判定する。具体的には、ホール素子Ｂが発生する信号が「Ｈ」レベルであり、且つホール素子Ｃが発生する信号が「Ｌ」レベルであるかどうかで判定する。

その判定の結果、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているときには（ステップＳ２４のＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ３８において、フォトインタラプタ２７の出力から、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であるか否かを判定する。すなわち、ここでは反射板２８を回転子２の外周の半回転分に設けているので、フォトインタラプタ２７の出力から、回転子２の位置が『ｉ』の位置となっているのか、『ｉ』から半回転ずれた位置となっているのかを判定することができる。

判定の結果、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であるときには（ステップＳ３８のＹＥＳ）、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ２５において、１秒間ウエイトを置き、カウンタ値をインクリメントする。次に、ステップＳ２６において、マイクロコンピュータ１４は、カウンタ値が５カウントに到達しているかどうか判定し、到達していない場合は（ステップＳ２６のＮＯ）、ステップＳ２４に戻り、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であるか否かを再度判定する。

マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ２４およびステップＳ３８における判定処理を５回繰り返した後、つまり、約５秒間、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』であることが検出されると、回転子２が目標停止位置『ｉ』で吸引停止されていると判定し、ステップＳ２７において、３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９へ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６への励磁電流の印加を停止させる指令を送る。このように、回転子２のハンチング状態が収まる時間を見越して、その分タイムラグを置いて、励磁電流の印加を停止するようにしている。なお、ここでは、回転子２のハンチング状態が収まる時間を約５秒間と見越したが、励磁電流の大きさや、回転子２の慣性重量などによって最適値は異なる。

一方、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されていない場合や（ステップＳ２４のＮＯ）、回転子２の現在位置が目標停止位置『ｉ』でないと判定された場合には（ステップＳ３８のＮＯ）、前述した実施の形態１と同様に、ステップＳ２８ないしステップＳ３７において、マイクロコンピュータ１４は、吸引回転磁界を再度発生させ、回転子２を目標停止位置『ｉ』まで回転誘導する。

つまり、６パターンメモリ１３から、図９に示す『ii』ないし『vi』の極性パターンに応じた駆動信号パターンを、回転子２が回転するように順次読み出し、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に吸引回転磁界を再度発生させ、回転子２を半回転させる。これにより、ステップＳ２３での停止引き込みが１８０度ずれていた場合には、回転子２を『ｉ』の位置に吸引停止させることができる。

以上のように、本実施の形態２は、３相ブラシレスモータの回転を停止させる際に、吸引停止磁界を発生させたときの回転子２の位置を検出するのに、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンに加えて、フォトインタラプタ２７の出力を用いる点が、前述した実施の形態１と異なり、他の点は同様である。

なお、本実施の形態２では４極磁石の３相ブラシレスモータを例に説明したが、これに限定されるものではなく、４極、８極、１２極などの多極の３相ブラシレスモータにおいても同様に実施することができる。

また、反射板２８を回転子２の外周の半回転分に設けて、回転子２の位置を特定する場合について説明したが、無論、前述したように、回転子２の位置を特定する構成は、これに限定されるものではない。

（実施の形態３）
以下、本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法の実施の形態３について図面を交えて説明する。

本発明の実施の形態３における３相ブラシレスモータの制御装置は、前述した実施の形態２で説明した制御装置に回転子を振動させる機能を追加したものであり、その構成は前述した実施の形態２で説明した制御装置と同様であるので、以下、図７に示す概略ブロック図を参照しながら、その追加した機能について説明する。

本実施の形態３では、制御手段であるマイクロコンピュータ１４は、回転子を吸引停止させた後、振動モードに遷移すると、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを振動範囲内の回転子２の各位置に応じたパターンにする駆動信号パターンを、回転子２が振動するように６パターンメモリ１３から順次読み出し、それらの駆動信号パターンをスイッチ１１を介してパワードライバ１２に順次入力させ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６に発生する吸引磁界を、回転子２が振動するように変化させる。このように、回転子２が振動するように変化する吸引磁界（吸引振動磁界）を発生させることで、回転子２を吸引振動磁界に吸引させながら振動させる。

例えば、図９に示す『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子２を振動させる場合、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを『ｉ』と『ii』の極性パターンにする駆動信号パターンを６パターンメモリ１３から交互に読み出す。

続いて、本実施の形態３におけるモータの振動方法について、図９に示す『ｉ』の位置に回転子を吸引停止した後に、図９に示す『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子を振動させる場合を例に、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。

制御手段であるマイクロコンピュータ１４は、回転子２を『ｉ』の位置に吸引停止させた後、３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９へ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６への励磁電流の印加を停止させる指令を送ることなく、振動モードに遷移して、ステップＳ５１において、６パターンメモリ１３から、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを『ii』の極性パターンにする駆動信号パターンを読み出す。その結果、駆動コイルＵ２１およびＵ２４は正電位が印加されて＋極となり、駆動コイルＷ２３およびＷ２６は負電位が印加されて−極となり、駆動コイルＵ２１、Ｕ２４から駆動コイルＷ２３、Ｗ２６へ励磁電流が流れ、回転子２は右方向へ回転して『ii』の位置へ向かう。

次に、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ５２において、回転子２のハンチング状態が収まる時間を見越してウエイトを置いた後、ステップＳ５３において、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、『ii』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているか否かを判定する。例えば、『ii』の極性パターンに対応する位置に回転子２が到達すると、ホール素子Ｃ８の出力が「Ｈ」レベルへ遷移するので、その立ち上がりを検知することで判定する。

『ii』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されるまでステップＳ５３の処理を繰り返した後、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ５４において、６パターンメモリ１３から、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６の極性パターンを『ｉ』の極性パターンにする駆動信号パターンを読み出す。その結果、駆動コイルＵ２１およびＵ２４は正電位が印加されて＋極となり、駆動コイルＶ２２およびＶ２５は負電位が印加されて−極となり、駆動コイルＵ２１、Ｕ２４から駆動コイルＶ２２、Ｖ２５へ励磁電流が流れ、回転子２は左方向へ回転して『ｉ』の位置へ向かう。

次に、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ５５において、回転子２のハンチング状態が収まる時間を見越してウエイトを置いた後、ステップＳ５６において、３つのホール素子Ａ６、Ｂ７、Ｃ８の出力パターンから、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されているか否かを判定する。例えば、『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が到達すると、ホール素子Ａ６の出力が「Ｈ」レベルへ遷移するので、その立ち上がりを検知することで判定する。

『ｉ』の極性パターンに対応する位置に回転子２が吸引されるまでステップＳ５６の処理を繰り返した後、マイクロコンピュータ１４は、ステップＳ５７において、外部からの振動停止命令を確認して、振動停止命令がない場合（ステップＳ５７のＮＯ）、ステップＳ５１に戻り、ステップＳ５７までの処理を繰り返す。このステップＳ５１ないしステップＳ５７の処理を繰り返すことにより、『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子２が振動する状態になる。振動停止命令がある場合は（ステップＳ５７のＹＥＳ）、処理を終了する。

なお、本実施の形態３では振動角度が３０度である場合を例に説明したが、例えば６０度の角度範囲で振動させることもできる。この場合は、振動範囲内の回転子２の３つの位置へ回転子２を吸引させる磁界を３相駆動コイルに順次発生させればよい。

また、４極磁石の３相ブラシレスモータを例に説明したが、無論、２極磁石の３相ブラシレスモータにおいても同様に実施可能である。同様に、８極、１２極などの多極の３相ブラシレスモータにおいても実施可能である。但し、極数に応じて１ステップの振動角度が異なる。例えば、図３と図９に示すように、２極の場合は１ステップの振動角度は６０度となり、４極の場合には３０度となる。したがって、回転子の極数を選択することで、目的の振動範囲を選択することができる。

以上のように本実施の形態３によれば、３相ブラシレスモータを目標停止位置に吸引停止させ、その停止させた位置を起点として、所望の振動範囲で回転子を振動させることができる。また、パワードライバ１２により励磁電流の大きさをＰＷＭ制御することで、振動の強弱を制御することができる。また、６パターンメモリ１３から駆動信号パターンを読み出すタイミングを制御することで振動周期を制御することができる。

よって、本実施の形態３における制御装置を分析装置に利用した場合、１個のモータで、容器を高速回転させて容器内の血液等の検体を遠心分離したり、容器に振動を与えて容器内の他の箇所に検体を移送させたり試薬と攪拌させることができる。また、検体を測定するために、容器を定位置で停止させたり、あるいは容器を超低速（１００〜４ｒｐｍ）で回転させることができる。

図１２に、３相ブラシレスモータ１にカートリッジ（容器）３１を取り付けた状態を示す。図１２に示す『Ｉ』の回転子２の状態は、図９に示す『ｉ』に相当する。また『ＩＩ』の回転子２の状態は、図９に示す『ii』に相当する。

分析装置では、図１２に示すように、検体、試薬３２を攪拌させるのに、チャンバ３３の形状や検体の移送などの関係で、カートリッジ３１を垂直ではなく、傾斜させた状態で攪拌させる場合がある。また、例えば、検体を移送するときには６０度の角度範囲で振動させ、検体を試薬と攪拌するときには３０度の角度範囲で振動させる場合がある。本実施の形態３によれば、このような場合にも対処することが可能である。

（実施の形態４）
以下、本発明のモータ制御装置およびモータ制御方法の実施の形態４について図面を交えて説明する。

図１３に、本実施の形態４における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図を示す。但し、前述した実施の形態１ないし３において説明した部材には同一符号を付して、適宜説明を省略する。

前述した実施の形態３では、６パターンメモリ１３から駆動信号パターンを読み出して回転子２を振動させたが、本実施の形態４では、３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９に追加した反転回路（第２の駆動信号生成手段）４０において回転子２を振動させる駆動信号パターンを生成させる。

図１３において、スイッチ１１は、通常の進角回転磁界による回転時はロータポジションディテクタ１０からの駆動信号パターンをパワードライバ１２へ入力し、吸引磁界による減速時や回転停止時は６パターンメモリ１３からの駆動信号パターンをパワードライバ１２へ入力し、振動時は反転回路４０からの駆動信号パターンをパワードライバ１２へ入力する。

図１４に反転回路４０の内部回路の一部を示す。図１４には、図９に示す『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子２を振動させる構成を示している。また、図１５に、図９に示す『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子２を振動させる場合の反転回路４０の内部信号のタイムチャートを示す。

図９に示す『ｉ』と『ii』の極性パターンでは、Ｕ相の駆動コイルはいずれもＮ極のままであり、Ｗ相の駆動コイルがＳ極となるのか、Ｖ相の駆動コイルがＳ極となるのかが異なる。図１４に示す回路は、Ｕ相の駆動コイルに正電位を印加させ、Ｗ相の駆動コイルとＶ相の駆動コイルに交互に負電位を印加させる駆動信号パターンを生成する構成となっている。

図１４において、第１のフリップフロップ４１の反転出力信号がＶ相の駆動コイルに負電位を印加させる駆動信号となる。また、第２のフリップフロップ４２の反転出力信号がＷ相の駆動コイルに負電位を印加させる駆動信号となる。これらの反転出力信号はそれぞれ遅延タイマ４３、４４を介してスイッチ１１へ出力される。なお、Ｕ相の駆動コイルに正電位を印加させる駆動信号には、ロータポジションディテクタ１０により生成される信号を用いる。反転回路４０は、ロータポジションディテクタ１０により生成されるＵ相の駆動コイルに正電位を印加させる駆動信号をスイッチ１１へ出力する。

また、第１のフリップフロップ４１の出力信号は第２のフリップフロップ４２のデータ入力端子へ入力される。同様に、第２のフリップフロップ４２の出力信号は第１のフリップフロップ４１のデータ入力端子へ入力される。

また、第１のフリップフロップ４１の出力信号は、コンデンサ４８、抵抗４９からなる回路を経由して時定数を持たされ、インバータ５０で反転されて、第２のフリップフロップ４２のリセット端子へ入力される。同様に、第２のフリップフロップ４２の出力信号は、コンデンサ４５、抵抗４６からなる回路を経由して時定数を持たされ、インバータ４７で反転されて、第１のフリップフロップ４１のリセット端子へ入力される。

また、第１と第２のフリップフロップ４１、４２のクロック端子には、マイクロコンピュータ１４からの信号が入力される。具体的には、マイクロコンピュータ１４は、ホール素子Ａ６およびＣ８の出力の立ち上がりエッジを基に、回転子２の位置が『ｉ』の位置であるときには「Ｈ」レベルとなり、『ii』の位置であるときには「Ｌ」レベルとなる第１の信号を生成して、第１のフリップフロップ４１のクロック端子へ入力する。また、ホール素子Ａ６およびＣ８の出力の立ち上がりエッジを基に、回転子２の位置が『ii』の位置であるときには「Ｈ」レベルとなり、『ｉ』の位置であるときには「Ｌ」レベルとなる第２の信号を生成して、第２のフリップフロップ４２のクロック端子へ入力する。

以下、図１５に示すタイムチャートを参照しながら、図９に示す『ｉ』の位置に回転子を吸引停止した後に、図９に示す『ｉ』と『ii』の位置の間で回転子を振動させる場合の制御装置の動作について説明する。

制御手段であるマイクロコンピュータ１４は、回転子２を『ｉ』の位置に吸引停止させた後、３相ブラシレスモータコントローラＩＣ９へ、３相駆動コイルＵ２１、Ｖ２２、Ｗ２３およびＵ２４、Ｖ２５、Ｗ２６への励磁電流の印加を停止させる指令を送ることなく、振動モードに遷移して、第１のフリップフロップ４１に「Ｌ」レベルをセットし、第２のフリップフロップ４２に「Ｈ」レベルをセットする。

そして、マイクロコンピュータ１４は、第１のフリップフロップ４１のクロック端子に入力する第１の信号を「Ｈ」レベルに遷移させて、第１のフリップフロップ４１に、データ入力端子に入力されていた「Ｈ」レベルの信号を保持させ、「Ｈ」レベルの出力信号と「Ｌ」レベルの反転出力信号を出力させる。その結果、第２のフリップフロップ４２のデータ入力端子に「Ｈ」レベルの信号が入力され、リセット端子にリセット信号が入力される。このリセット信号により、第２のフリップフロップ４２の出力信号は「Ｌ」レベルとなり、反転出力信号は「Ｈ」レベルとなる。したがって、この第２のフリップフロップ４２の反転出力信号が、Ｗ相の駆動コイルに負電位を印加させる駆動信号となって反転回路４０から出力され、回転子２は右方向に回転して『ii』の位置へ向かう。

回転子２が『ii』の位置に到達すると、ホール素子Ｃ８の出力が反転して「Ｈ」レベルとなるので、マイクロコンピュータ１４は、このホール素子Ｃ８の出力の立ち上がりエッジを検知して、第１のフリップフロップ４１のクロック端子に入力する第１の信号を「Ｌ」レベルへ遷移させ、且つ第２のフリップフロップ４２のクロック端子に入力する第２の信号を「Ｈ」レベルへ遷移させる。これにより、第２のフリップフロップ４２は、データ入力端子に入力されていた「Ｈ」レベルの信号を保持し、「Ｈ」レベルの出力信号と「Ｌ」レベルの反転出力信号を出力する。その結果、第１のフリップフロップ４１のデータ入力端子に「Ｈ」レベルの信号が入力され、リセット端子にリセット信号が入力される。このリセット信号により、第１のフリップフロップ４１の出力信号は「Ｌ」レベルとなり、反転出力信号は「Ｈ」レベルとなる。したがって、この第１のフリップフロップ４１の反転出力信号が、Ｖ相の駆動コイルに負電位を印加させる駆動信号となって反転回路４０から出力され、回転子２は左方向に回転して『ｉ』の位置へ向かう。

回転子２が『ｉ』の位置に到達すると、ホール素子Ａ６の出力が反転して「Ｈ」レベルとなるので、マイクロコンピュータ１４は、このホール素子Ａ６の出力の立ち上がりエッジを検知して、第１のフリップフロップ４１のクロック端子に入力する第１の信号を「Ｈ」レベルへ遷移させ、且つ第２のフリップフロップ４２のクロック端子に入力する第２の信号を「Ｌ」レベルへ遷移させる。これにより、第１のフリップフロップ４１は、データ入力端子に入力されていた「Ｈ」レベルの信号を保持し、「Ｈ」レベルの出力信号と「Ｌ」レベルの反転出力信号を出力する。その結果、第２のフリップフロップ４２のデータ入力端子に「Ｈ」レベルの信号が入力され、リセット端子にリセット信号が入力される。このリセット信号により、第２のフリップフロップ４２の出力信号は「Ｌ」レベルとなり、反転出力信号は「Ｈ」レベルとなる。したがって、この第２のフリップフロップ４２の反転出力信号が、Ｗ相の駆動コイルに負電位を印加させる駆動信号となって反転回路４０から出力され、回転子２は右方向に回転して『ii』の位置へ向かう。

反転回路４０は、この繰り返しにより回転子２を振動させる。また、反転回路４０は、第１と第２のフリップフロップ４１、４２の反転出力信号を遅延タイマ４３、４４を介して出力する構成となっているので、遅延タイマ４３、４４の遅延量を設定することで振動周期を制御することができる。また、パワードライバ１２により励磁電流の大きさをＰＷＭ制御することで、振動の強弱を制御することができる。また、以上のようにホール素子Ａ６およびＣ８の出力の立ち上がりに応じて励磁相を切り替えるので、『ｉ』の位置に吸引停止された回転子２の振動を開始するために第１のフリップフロップ４１のクロック端子を「Ｈ」レベルへ遷移させた後は、ホール素子Ａ６およびＣ８の出力がそのまま第１と第２のフリップフロップ４１、４２のクロック端子へ入力される構成としてもよい。

なお、図１４には省略しているが、反転回路４０には、図９に示す回転子２の各位置の間で回転子２を振動させるために、図１４に示す構成の回路と同様の回路が６種類用意されており、目的とする振動範囲に応じた駆動信号を得ることができるように、それらの回路の出力のいずれかを、図示しないセレクトスイッチで選択可能な構成となっている。

また、本実施の形態４におけるモータの振動方法は、振動時に反転回路４０において駆動信号パターンを生成する点が前述した実施の形態３と異なるのみであり、他の点は同様であるので、説明を省略する。

また、本実施の形態４では振動角度が３０度である場合を例に説明したが、例えば６０度の角度範囲で振動させることもできる。この場合は、振動範囲内の回転子２の３つの位置へ回転子２を吸引させる磁界を３相駆動コイルに順次発生させればよい。

以上のように本実施の形態４によれば、３相ブラシレスモータを目標停止位置へ吸引停止させ、その停止させた位置を起点として、所望の振動範囲で回転子を振動させることができる。また、前述した実施の形態３で説明した構成に比べて、反応スピードが速くなり、マイクロコンピュータ１４が振動動作の処理に占有されないメリットがある。

なお、以上説明した各実施の形態では、駆動コイルの総数（スロット数）が３つ、もしくは６つの場合について説明したが、スロット数はこれに限定されるものではない。また、３相ブラシレスモータを例に説明を行ったが、本発明は３相ブラシレスモータに限定して用いられるものではなく、多相のブラシレスモータに適用可能である。また、ブラシレスモータを例に説明したが、本発明はブラシレスモータに限定して使用されるものではなく、複数の極が着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを有するモータの回転制御に適用可能である。また、インナーロータ型のモータを例に説明したが、本発明はアウターロータ型のモータにも適用可能である。

本発明にかかるモータ制御装置およびモータ制御方法は、モータの回転子を目標停止位置に正確にスムーズに減速停止させることができる。また、１個のモータで高速から低速までの回転動作を実現できる。また、１個のモータで回転動作と振動動作を実現できる。よって、検体の遠心分離や、検体と試薬の振動攪拌、超低速で容器を回転させながら又は定位置で容器を位置決めしての検体の測定を行う分析装置の駆動装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図一般の３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図一般の２極、３スロットの３相ブラシレスモータの３相駆動コイルの６つの極性パターンと回転子の位置の関係を示す図本発明の実施の形態１における吸引回転磁界によるモータ回転制御状態への切り替え処理および回転子の回転速度減速処理を示すフローチャート図（その１）本発明の実施の形態１における吸引回転磁界によるモータ回転制御状態への切り替え処理および回転子の回転速度減速処理を示すフローチャート図（その２）本発明の実施の形態１におけるモータ回転停止処理を示すフローチャート図本発明の実施の形態２および３における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図一般の４極、６スロットの３相ブラシレスモータの３相駆動コイルの１つの極性パターンに対する回転子の位置を説明するための図一般の４極、６スロットの３相ブラシレスモータの３相駆動コイルの６つの極性パターンと回転子の位置の関係を示す図本発明の実施の形態２におけるモータ回転停止処理を示すフローチャート図本発明の実施の形態３におけるモータ振動処理を示すフローチャート図本発明の実施の形態３および４におけるモータ制御装置およびモータ制御方法を分析装置に利用する場合について説明するための図本発明の実施の形態４における３相ブラシレスモータの制御装置の概略ブロック図本発明の実施の形態４における３相ブラシレスモータの制御装置が具備する反転回路の内部回路の一部を示す図本発明の実施の形態４における３相ブラシレスモータの制御装置が具備する反転回路の内部信号のタイムチャートを示す図

符号の説明

１３相ブラシレスモータ
２回転子
３、２１、２４Ｕ相の駆動コイル
４、２２、２５Ｖ相の駆動コイル
５、２３、２６Ｗ相の駆動コイル
６ホール素子Ａ
７ホール素子Ｂ
８ホール素子Ｃ
９３相ブラシレスモータコントローラＩＣ
１０ロータポジションディテクタ
１１スイッチ
１２パワードライバ
１３６パターンメモリ
１４マイクロコンピュータ
２７フォトインタラプタ
２８反射板
３１カートリッジ
３２検体、試薬
３３チャンバ
４０反転回路
４１、４２フリップフロップ
４３、４４遅延タイマ
４５、４８コンデンサ
４６、４９抵抗
４７、５０インバータ

Claims

複数の極に着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを有するモータの回転を制御するモータ制御装置であって、
対向する前記回転子の極に相応する信号を発生するホール素子と、
前記ホール素子の出力に応じて、進角された駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、
前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を生成可能な第２の駆動信号生成手段と、
入力された駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに流す駆動手段と、
前記第１と第２の駆動信号生成手段により生成される駆動信号を切り替えて前記駆動手段に入力する切り替え手段と、
前記第１の駆動信号生成手段により生成される駆動信号を前記駆動手段へ入力させ、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させる機能と、前記第２の駆動信号生成手段に所定の駆動信号を生成させ、その生成させた駆動信号を前記駆動手段へ入力させ、前記多相コイルに前記回転子を吸引する吸引磁界を発生させる機能とを有する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させて前記回転子を回転させている状態から、停止モードに遷移すると、
前記第２の駆動信号生成手段に前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を前記回転子が回転するように順次生成させ、それらの駆動信号を前記駆動手段へ順次入力させて、前記多相コイルに発生する吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させるとともに、前記第２の駆動信号生成手段が順次生成する各駆動信号ごとに、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子が吸引されているか否かを前記ホール素子の出力から判定することにより、前記第２の駆動信号生成手段が順次生成する各駆動信号に対応する位置に前記回転子を吸引させながら回転させた後、
前記第２の駆動信号生成手段に生成させる駆動信号の変化速度を緩めて、吸引磁界により前記回転子を減速させ、
前記多相コイルの極性パターンを目標停止位置に応じたパターンにする駆動信号を前記第２の駆動信号生成手段に生成させ、その駆動信号を前記駆動手段に入力させて、減速された前記回転子を吸引磁界により吸引停止させ、
前記回転子を前記目標停止位置へ吸引する吸引磁界を発生させたときの前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子の出力から判定し、前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合には、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導し、
さらに、前記制御手段は、前記目標停止位置へ前記回転子が吸引されるときの励磁電流の大きさが通常回転時よりも大きくなるように、ＰＷＭ制御を行う、
ことを特徴とするモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置であって、
前記回転子の位置を特定するためのセンサ手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記回転子を前記目標停止位置へ吸引する吸引磁界を発生させたときの前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子および前記センサ手段の出力から判定し、前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導することを特徴とするモータ制御装置。
請求項１または２に記載のモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記多相コイルの極性パターンを振動範囲内の前記回転子の各位置に応じたパターンにする駆動信号を前記第２の駆動信号生成手段に順次生成させ、それらの駆動信号を前記駆動手段に順次入力させて、前記多相コイルに発生する吸引磁界を前記回転子が振動するように変化させ、吸引停止された前記回転子を吸引磁界に吸引させながら振動させることを特徴とするモータ制御装置。
複数の極に着磁された回転子と、多相コイルが設けられた固定子とを有するモータの制御方法であって、
対向する前記回転子の極に相応する信号を発生するホール素子の出力に応じて、進角された駆動信号を生成し、その駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに流して、前記多相コイルに進角された回転磁界を発生させて前記回転子を回転させる工程と、
前記多相コイルの各極性パターンに対応する駆動信号を前記回転子が回転するように順次生成し、それらの駆動信号に応じた励磁電流を前記多相コイルに順次流して、前記多相コイルに前記回転子を吸引する吸引磁界を発生させ、且つその吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させるとともに、前記回転子が回転するように順次生成される各駆動信号ごとに、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子が吸引されているか否かを前記ホール素子の出力から判定することにより、それらの駆動信号に対応する位置に前記回転子を吸引させながら回転させる工程と、
吸引磁界の変化速度を緩めて前記回転子を減速させる工程と、
目標停止位置に対応する吸引磁界を発生させて前記回転子を吸引停止させ、前記回転子の位置が前記目標停止位置であるかどうかを前記ホール素子の出力から判定する工程と、
前記目標停止位置に前記回転子が吸引されていない場合には、再度、吸引磁界を前記回転子が回転するように変化させ、前記回転子を前記目標停止位置まで回転誘導する工程と、
を具備し、前記目標停止位置へ前記回転子が吸引されるとき、励磁電流の大きさが通常回転時よりも大きくなるように、ＰＷＭ制御が行われる
ことを特徴とするモータ制御方法。
請求項４記載のモータ制御方法であって、前記回転子を吸引停止させた後、吸引磁界を前記回転子が振動するように変化させて、前記回転子を吸引磁界に吸引させながら振動させる工程をさらに具備することを特徴とするモータ制御方法。