JP5464793B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータに対し、第１のコイルおよび第２のコイルに通電する電流を順次切り替えることによってロータを回転させるモータ駆動装置に関する。

従来、ステッピングモータは小型、高トルク、高寿命であるといった特長を有する。このステッピングモータを開ループ制御で駆動することにより、容易にデジタル的な位置決め動作が実現される。このため、ステッピングモータは、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機器などに広く用いられている。

しかし、モータへの負荷が大きいときや高速回転を行おうとしたときに、モータが脱調してしまうという問題があった。この問題を解決するために、ステッピングモータにエンコーダを取り付け、ロータの位置に合わせて通電を切り替える、いわゆるブラシレスＤＣモータの動作をステッピングモータに行わせることで脱調を防ぐ方法が従来から行われていた。

特許文献１、２、３には、上記方法で高速回転を可能にしたブラシレスモータが開示されている。これらのモータは、非接触式の位置センサにより得られる信号を、速度に応じて進相させた位置信号により、コイルを励磁することで、電流の立ち上がり遅れをカバーしている。この技術について、図９〜図１１を用いて説明する。

始めに、ブラシレスモータの原理を示す。図９は従来の２相のコイルＡ、Ｂおよびロータ１０１を示す図である。図１０は各相に一定電流を流した場合のトルク分布を示すグラフである。横軸は電気角θを示し、縦軸はトルクを示す。２つのコイルＡ、Ｂには、それぞれ正逆方向の電流を流すことができるので、トルク分布も４種類得られる。ロータ１０１の回転位置に合わせて通電を切り替えることにより、ブラシレスモータには、トルク曲線Ｔが得られる。

図１１は励磁電圧および励磁電流の時間的変化を示すグラフである。励磁電流ｈは、コイルのインダクタンスの影響を受けるので、励磁電流ｈは励磁電圧ｉに対し、遅れをもって立ち上がる。このため、ロータの回転が高速化するにつれ、コイルへの励磁を切り替える角度を進め、図１０に示すタイミングよりも早くコイルへの通電を行うようにする。これにより、励磁電流の立ち上がりの遅れをカバーし、高速回転時でもトルクを安定させることができる。図１２はトルクと進角の関係を示すグラフである。このグラフでは、進角なしａ、進角中ｂ、進角大ｃにおける、回転数に応じたトルクが示されている。ロータの回転数によって、最大のトルクを得ることができる進角が変わっている。即ち、図中、回転数ｄまでは進角大ｃで最大のトルクが得られているが、回転数ｄ以降では進角中ｂで最大のトルクが得られる。このように、回転速度に応じて最適な進角を選択することで、高速回転時においても効率の高いモータを提供することができる。

前述した特許文献１、２では、タイマによってロータが１ステップ移動する時間を計測し、その時間に基づいて演算することで進角の調整を行っている。また、前述した特許文献３では、同様の技術思想を実現するために、高分解能のエンコーダを用い、ある速度を超えたときに分周時のカウント数を変えることで、進み角を与える方法が開示されている。
特公平０６−０６７２５９号公報 特開２００２−３５９９９７号公報 特開平１０−１５０７９８号公報

しかしながら、上記従来のモータ駆動装置では、以下に掲げる問題があった。即ち、特許文献１、２に記載の手段では、進角を得るために、常に速度を監視する必要があり、回路負荷が増えてしまうという問題があった。特に、１ステップごとにタイマ値を取り込み、進角を演算するという手順が必要となるので、高速になればなるほど演算回数の頻度が上がり、回路負荷が増えてしまう。また、１ステップ前の時間間隔を用いて進角の演算を行うので、１ステップ進む間に発生する急激な速度変化によっては進角が変わってしまうという問題もあった。

また、特許文献３に開示されている方法では、進角を得るために、時間を測定するのではなく、エンコーダによって直接角度を測定することが行われる。このため、制御側の負担が極めて小さくなっている。また、速度に依存せずに進角を決めることができる。しかし、高分解能のエンコーダが必要になるので、モータの小型化や低コスト化が難しくなるといった問題があった。

そこで、本発明は、大きな負荷をかけることなく簡単な回路で進角信号を作り出すことができ、小型化・低コスト化を実現し、モータの高速回転が可能であるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、マグネットを有するロータと、第１のコイル、第２のコイル、前記マグネットの位置を検出する第１の位置検出手段および第２の位置検出手段を備え、前記ロータを回転自在に支持するステータとによって構成されるモータに対し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに通電する電流を順次切り替えることによって前記ロータを回転させるモータ駆動装置であって、前記第１の位置検出手段から得られる信号に第１の係数ａ１を乗算した信号と、前記第２の位置検出手段から得られる信号に第２の係数ａ２を乗算した信号とを加算して第１の進角信号を生成し、前記第１の位置検出手段から得られる信号に第３の係数ｂ１を乗算した信号と、前記第２の位置検出手段から得られる信号に第４の係数ｂ２を乗算した信号とを加算して第２の進角信号を生成する進角合成手段と、前記第１の進角信号によって前記第１のコイルへの通電を切り替え、前記第２の進角信号によって前記第２のコイルへの通電を切り替える制御手段とを備え、前記進角合成手段は、前記ロータの回転速度に応じて第１の可変抵抗の抵抗値を変えることにより前記第１の係数ａ１および前記第４の係数ｂ２を決定し、前記ロータの回転速度に応じて第２の可変抵抗の抵抗値を変えることにより前記第２の係数ａ２および前記第３の係数ｂ１を決定することによって、前記ロータの回転速度に応じた進角αを前記第１の進角信号および前記第２の進角信号に与えることを特徴とする。

本発明のモータ駆動装置は、マグネットを有するロータと、第１のコイル、第２のコイル、および前記マグネットの位置を検出する位置検出手段を備え、前記ロータを回転自在に支持するステータとによって構成されるモータに対し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに通電する電流を順次切り替えることによって前記ロータを回転させるモータ駆動装置であって、前記位置検出手段から得られる信号の電圧と第１の閾値とを比較し、前記電圧と前記第１の閾値より高い第２の閾値とを比較する比較手段と、前記電圧が前記第１の閾値を超えたとき、および前記電圧が前記第２の閾値より下がったとき、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルへの通電を切り替える制御手段と、前記第１の閾値および前記第２の閾値を前記ロータの回転速度に応じて変化させることにより、前記ロータの回転速度に応じた進角αを前記第１の進角信号および前記第２の進角信号に与える進角合成手段とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項１に係るモータ駆動装置によれば、大きな負荷をかけることなく簡単な回路で進角信号を作り出すことができ、小型化・低コスト化を実現し、モータの高速回転が可能であり、回転速度に応じて最適な進角を与えることができるため、モータの効率を高めることができる。従って、従来のように、小型化の実現を妨げる高価なエンコーダを用いなくて済む。請求項２に係るモータ駆動装置によれば、比較的簡単な回路で実現できる。

本発明の請求項４に係るモータ駆動装置によれば、大きな負荷をかけることなく簡単な回路で進角信号を作り出すことができ、小型化・低コスト化を実現し、モータの高速回転が可能であり、回転速度に応じて最適な進角を与えることができるため、モータの効率を高めることができる。また、位置検出手段を１つで済ますことができる。さらに、通電の切り替えは、モータの回転方向に依存することなくロータの角度によって決まるので、モータの回転方向によらず、同一の回路で実現できる。請求項５に係るモータ駆動装置によれば、α度の進角を与えた信号を作り出すことができる。請求項６に記載のモータ駆動装置によれば、マグネットおよびホール素子を用いて検出することができ、ロータの位置を知るための新たな部材を準備することがなく、モータの小型化に繋がる。

本発明のモータ駆動装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態のモータ駆動装置はステッピングモータ制御装置に適用される。

［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態におけるステッピングモータの構成を示す斜視図である。なお、説明を分かり易くするために、一部の部品が破断で示されている。ステッピングモータ１は、マグネット２を有するロータ３、第１のコイル４ａ、第２のコイル４ｂ、第１のヨーク５ａ、第２のヨーク５ｂ、第１のセンサ６ａおよび第２のセンサ６ｂから構成される。このうち、第１のコイル４ａ、第２のコイル４ｂ、第１のヨーク５ａおよび第２のヨーク５ｂ、第１のセンサ６ａおよび第２のセンサ６ｂは、ステータを構成する。

マグネット２は、外周が多極に着磁された円筒形状の永久磁石である。マグネット２は、角度位置に応じて、径方向の磁力の強さが正弦波状に変化する着磁パターンを有する。ロータ３は、マグネット２が一体に固定され、ステータに対して回転自在に支持される。

第１のヨーク５ａは、第１のコイル４ａに励磁される磁極歯を複数有する。励磁される極を切り替えることで、ロータ３に与えるトルクを変化させることができる。第１のセンサ６ａおよび第２のセンサ６ｂは、ホール素子からなり、マグネット２の磁束（磁気）を検出し、互いに電気角で９０度ずつ位相のずれた信号を出力する。ここで、マグネット２の極数をｎとすると、電気角３６０°は実際のロータ角度の７２０／ｎ°に相当する。また、第１のセンサ６ａおよび第２のセンサ６ｂは、それぞれ請求項１に記載の第１の位置検出手段および第２の位置検出手段に相当する。

図２はステッピングモータを駆動するモータ駆動回路の構成を示す図である。モータ駆動回路１０は、電流ドライバ１１、コントローラ１２および進角合成部１３から構成される。電流ドライバ１１は、入力された信号に対応し、第１のコイル４ａおよび第２のコイル４ｂに所定の方向の電流を流す電流駆動回路である。

コントローラ１２は、外部から入力された回転方向信号および駆動パルス信号に応じて、電流ドライバ１１に流す電流を決定する。第１のコイル４ａに流す電流は第１の進角信号のタイミングで切り替えられ、第２のコイル４ｂに流す電流は第２の進角信号のタイミングで切り替えられる。また、コントローラ１２は、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号をカウントし、所定のパルスに達すると、通電を切る。

なお、本発明はモータ駆動時の進角の合成方法に関するものであり、コントローラの具体的な動作方法は限定されない。コントローラの動作方法としては、モータの利用方法や制御方法に応じて公知の技術が利用可能である。例えば、所定の速度や位置に達した後にコイルへ流す電流を変更する、マイクロステップ駆動などの開ループ制御に切り替える方法が挙げられる。

進角合成部１３は、第１のセンサ６ａおよび第２のセンサ６ｂから得られるセンサ信号と指示された回転方向信号から、第１および第２の進角信号を合成する回路である。合成された進角信号は、コントローラ１２を経由して電流ドライバ１１に入力され、コイルの通電を切り替えるタイミングを指示する信号として利用される。

ここで、進角合成部１３における進角の合成方法について詳しく説明する。図３は第１のセンサ６ａ、第２のセンサ６ｂからそれぞれ出力される第１、第２のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。図中、縦軸は信号の大きさを表し、横軸は電気角θを表す。前述したように、マグネット２の径方向の磁力の強さは電気角に対しておおよそ正弦波状になるように、着磁されているので、第１のセンサ６ａから概略正弦波状の信号が得られる。また、第２のセンサ６ｂは、第１のセンサ６ａに対し、電気角で９０°の位相差をもって配置されているので、第２のセンサ６ｂから余弦波状の信号が得られる。この２つの信号から、任意の進角の信号を作り出すことができる。

まず、第１のセンサ６ａに対し、α°進めた進角信号を作りたい場合、数式（１）で得られる信号を第１の進角信号とする。図３では、３０度の進角を与える場合が示されている。

第１のセンサ信号［ｓｉｎθ］×ｃｏｓα ＋ 第２のセンサ信号［ｃｏｓθ］×ｓｉｎα …… （１）
また、数式（２）で得られる信号を第２の進角信号とする。

第２のセンサ信号［ｃｏｓθ］×ｃｏｓα − 第１のセンサ信号［ｓｉｎθ］×ｓｉｎα …… （２）
これにより、第１の進角信号はｓｉｎ（θ＋α）となり、第２の進角信号はｃｏｓ（θ＋α）となり、それぞれ第１のセンサ信号、第２のセンサ信号に対してα°の進角を与えることが可能になる。そして、第１および第２の進角信号をそれぞれ２値化することで、コイルの通電を切り替えるための所望のタイミングを作り出すことができる。

また、モータを逆回転させる場合、図１０のタイミングよりも早く通電を切り替えるためには、負の進角が必要になる。この場合、数式（３）で得られる信号を第１の進角信号とする。

第１のセンサ信号［ｓｉｎθ］×ｃｏｓα ‐ 第２のセンサ信号［ｃｏｓθ］×ｓｉｎα …… （３）
また、数式（４）で得られる信号を第２の進角信号とする。

第２のセンサ信号［ｃｏｓθ］×ｃｏｓα ＋ 第１のセンサ信号［ｓｉｎθ］×ｓｉｎα …… （４）
これにより、第１の進角信号はｓｉｎ（θ‐α）となり、第２の進角信号はｃｏｓ（θ‐α）となり、それぞれ第１のセンサ信号、第２のセンサ信号に対して‐α°の進角を与えることが可能になる。

図４は進角合成部１３の構成を示す回路図である。進角合成部１３は、反転増幅器２１、２２、２３、２４、加算回路２５、２６および２値化回路２７、２８を有する。まず、第１のセンサ６ａより得られた信号を増幅度Ａ倍に増幅する。また、増幅した信号を反転したものを準備する。これらの信号を加算することにより、数式（５）、（６）に示す信号が得られる。

第１の進角信号 ＝ Ａ・Ｒ／Ｒ１・ｓｉｎθ ＋ Ａ・Ｒ／Ｒ２・ｃｏｓθ … （５）
第２の進角信号 ＝ Ａ・Ｒ／Ｒ１・ｃｏｓθ − Ａ・Ｒ／Ｒ２・ｓｉｎθ … （６）
従って、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２に、Ｒ／Ｒ１＝ｃｏｓα、Ｒ／Ｒ２＝ｓｉｎα となるような値を選ぶことで、任意の進角α進めた信号を作り出す（生成する）ことができる。ここで、Ａ・Ｒ／Ｒ１（＝Ａ・ｃｏｓα）は、第１のセンサ６ａより得られた信号に乗算される、請求項１に記載の第１の係数ａ１、および第２のセンサ６ｂより得られた信号に乗算される、第４の係数ｂ２に相当する。Ａ・Ｒ／Ｒ２（＝Ａ・ｓｉｎα）は、第２のセンサ６ｂより得られた信号に乗算される、第２の係数ａ２に相当する。− Ａ・Ｒ／Ｒ２（＝−Ａ・ｓｉｎα）は、第１のセンサ６ａより得られた信号に乗算される、第３の係数ｂ１に相当する。

また、ロータの回転速度に応じて可変抵抗の値を変え、進角αを変えていくことで、それぞれの速度での進角を最適化し、モータの効率を高めることができる。このとき速度は、センサ信号の微分をとる等、公知の方法で求めることにより得られる。

図５はモータの回転方向を逆にした場合の進角合成部１３の構成を示す回路図である。進角合成部１３は、反転増幅器３１、３２、３３、３４、加算回路３５、３６および２値化回路３７、３８を有する。モータの回転方向を逆にした場合、第１の進角信号および第２の進角信号は、数式（７）、（８）で得られる。

第１の進角信号 ＝ Ａ・Ｒ／Ｒ１・ｓｉｎθ − Ａ・Ｒ／Ｒ２・ｃｏｓθ … （７）
第２の進角信号 ＝ Ａ・Ｒ／Ｒ１・ｃｏｓθ ＋ Ａ・Ｒ／Ｒ２・ｓｉｎθ … （８）
従って、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２をＲ／Ｒ１＝ｃｏｓα、Ｒ／Ｒ２＝ｓｉｎα となるような値を選ぶことで、任意の進角α遅らせた信号を作り出すことができる。なお、モータの特性や使用条件によっては、正方向の回転と逆方向の回転に違う進角が求められることもある。そのような場合、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を調整することにより、回転方向に応じて、別の進角を与えることができる。また、図４、図５に示す進角合成部１３の回路は、モータの回転方向に応じて、選択的に切り替えられてもよいし、モータの回転方向が決まっている場合、一方だけ搭載されてもよい。

第１の実施形態のモータ駆動装置の効果について説明する。本実施形態の進角の調整方法では、ロータの角度を直接センサで測定することができる。従って、特許文献１、２に示されるように、１ステップごとに測定した速度を演算し、時間遅れを作ることで進角を作り出す方法に比べ、回路にかかる負荷がはるかに小さい。

また、従来のように１ステップ前の時間間隔から進角を計算する方法では、１ステップ進む間に発生するような急激な速度変化が起こった場合、進角を正確に出すことが不可能になり、最悪の場合、モータの回転が止まってしまうおそれがあった。これに対し、本実施形態では、センサによって直接進角を得ているので、急激な速度変化に対しても異常動作は生じず、安定した動作が行える。

また、本実施形態では、高分解能のエンコーダを不要としている。従って、モータのコストアップを避けることができる。さらに本実施形態では、ロータのマグネットを位置検出にも用いることができる。これにより、ロータの位置を知るための新たな部材を準備することがなく、モータの小型化に繋がる。

また、特許文献３に示されるように、インクリメント型の高分解能のエンコーダを用いた場合、電源を切ると位置情報を失ってしまう。このため、電源投入時や異常動作時に、エンコーダの位置を決定するためにストッパに突き当てるなど、初期位置を求める動作が必要である。これに対し、本実施形態では、２つのセンサのアナログ的な信号から直接ロータの位置を求めているので、初期位置を求める動作が必要ない。

また、一般にホール素子には温度依存性があるが、本実施形態では温度変化によるセンサの特性変化を補償することができる。このことを以下に説明する。

ホール素子を使用する環境の温度が変化することにより、ホール素子の感度がＸ倍になったとする。このとき、２つの位置センサとして、同じホール素子が用いられているので、感度の変化率もほぼ等しい。従って、２つのセンサ信号から作り出す進角信号は、数式（９）、（１０）となる。

第１の進角信号 ＝ Ｘ・Ａｓｉｎθ・ｃｏｓα ＋ Ｘ・Ａｃｏｓθ・ｓｉｎα ＝ Ｘ・Ａ・ｓｉｎ（θ＋α） …… （９）
第２の進角信号 ＝ Ｘ・Ａｃｏｓθ・ｃｏｓα ‐ Ｘ・Ａｓｉｎθ・ｓｉｎα ＝ Ｘ・Ａ・ｃｏｓ（θ＋α） …… （１０）
即ち、感度が変わっても進角信号の強さがＸ倍されるのみで、角度方向には変化がない。この信号は２値化して用いられるので、温度変化によって信号の強さがＸ倍されても、モータの動作には影響がない。換言すると、温度変化によるホール素子の特性変化が、コイルの通電切り替え位置に影響を与えない。

［第２の実施形態］
図６は第２の実施形態における進角合成部の構成を示す図である。第２の実施形態の進角合成部３３を、前記第１の実施形態の進角合成部１３に置き換えることで、図１のステッピングモータ１を駆動するステッピングモータ制御装置は構成される。但し、第２の実施形態では、進角合成部３３は、１つのセンサ（第１のセンサ６ａまたは第２のセンサ６ｂ）からの１つセンサ信号だけを入力し、コントローラ１２に１つの進角信号を出力する。

進角合成部３３は、比較器５１、６１、抵抗およびコンデンサからなる積分回路５２、６２、インバータ５４、６４、ＮＯＲ回路５５、ＡＮＤ回路６５、ＯＲ回路５７およびカウンタ５８を有する。この進角合成部３３では、センサから得られた信号を２値化する際、２つの閾値が用いられる。比較器５１はセンサ信号と第１の閾値Ｖ１を比較する。一方、比較器６１はセンサ信号と第２の閾値Ｖ２を比較する。

図７は２つの閾値が設けられた場合のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。図中、縦軸は信号の大きさを表し、横軸は電気角θを表す。センサ信号ａの立ち上がりは第１の閾値Ｖ１を用いて検出され、センサ信号ａの立ち下がりは第２の閾値Ｖ２を用いて検出される。即ち、センサ信号ａの値が第１の閾値Ｖ１よりも大きくなった瞬間に２値化の値はＬからＨに切り替えられ、センサ信号ａの値が第２の閾値Ｖ２よりも小さくなった瞬間に２値化の値はＨからＬに切り替えられる。また、センサ信号ａの値が第１の閾値Ｖ１よりも小さくなった瞬間、あるいは第２の閾値Ｖ２よりも大きくなった瞬間には、２値化の値は変化しない。

ここで、第１の閾値Ｖ１を−ｓｉｎα、第２の閾値Ｖ２を＋ｓｉｎαと設定することにより、センサ信号ａに対して、α°の進角を与えた信号を作り出すことができる。一般的には、センサから得られる信号をｆ（θ）とすると、第１の閾値をｆ（−α）、第２の閾値をｆ（α）とすることにより、α°の進角を与えた信号を作り出すことができる。

図６の進角合成部３３では、センサ信号ａの立ち上がりと立下りを検出し、その信号をカウンタ５８で数えていくことにより、進角信号を作り出すことができる。また、前記第１の実施形態と同様、回転速度に応じてαの値を変化させていくことにより、それぞれの回転速度での進角を最適化し、モータの効率を高めることができる。

第２の実施形態のステッピングモータ制御装置は、以下の効果を有する。前記第１の実施形態では、進角αを得るために、電気角で９０°位相のずれた２つの位置センサが必要だった。これに対し、第２の実施形態では、位置センサが１つだけしかない場合でも進角αを与えた信号を作ることができる。従って、モータの回転方向が決まっているファンモータなど、位置センサを１つしか持たないタイプのものにも適用できる。勿論、２つ以上の位置センサを持ったものでも、それぞれに進角αを与えた信号を作ることが可能である。

また、第２の実施形態では、モータの回転方向によらずに同じ回路が使えるという効果がある。また、前述したように、トルクを向上させるための進角を、従来の図１０に示すタイミングよりも早く通電を行うように、与える必要がある。即ち、モータの回転方向が正のときは進角を負の方向に、モータの回転方向が負のときは進角を正の方向に与える必要がある。

前記第１の実施形態の方法では、進角信号の切り替わりは、モータの回転方向には依存せず、ロータの角度のみによって決定される。このため、正方向の回転のときには図４の回路を用い、逆方向の回転のときには図５の回路を用いるように、モータの回転方向に応じて、回路を切り替える必要があった。

これに対し、第２の実施形態の方法では、センサ信号の立ち上がり、立ち下がりといったセンサ信号を時間微分したものが関わるので、モータの回転方向によって進角信号の切り替わる角度が変わる。図８はモータの回転方向が正方向および負方向である場合のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。

モータを正方向に回転させると、センサ信号は点Ｐ４で第１の閾値Ｖ１よりも大きくなり、点Ｐ２で第２の閾値Ｖ２よりも小さくなる。一方、モータを逆方向に回転させると、センサ信号は点Ｐ３で第１の閾値Ｖ１よりも大きくなり、点Ｐ１で第２の閾値Ｖ２よりも小さくなる。このように、モータの回転方向が正負どちらでも、回路を切り替えることなく、トルクを向上させるための進角を与えることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

第１の実施形態におけるステッピングモータの構成を示す斜視図である。 ステッピングモータを駆動するモータ駆動回路の構成を示す図である。 第１のセンサ６ａ、第２のセンサ６ｂからそれぞれ出力される第１、第２のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。 進角合成部１３の構成を示す回路図である。 モータの回転方向を逆にした場合の進角合成部１３の構成を示す回路図である。 第２の実施形態における進角合成部の構成を示す図である。 ２つの閾値が設けられた場合のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。 モータの回転方向が正方向および負方向である場合のセンサ信号および進角信号の波形を示すグラフである。 従来の２相のコイルＡ、Ｂおよびロータ１０１を示す図である。 各相に一定電流を流した場合のトルク分布を示すグラフである。 励磁電圧および励磁電流の時間的変化を示すグラフである。 トルクと進角の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ステッピングモータ
３ ロータ
４ａ 第１のコイル
４ｂ 第２のコイル
６ａ 第１のセンサ
６ｂ 第２のセンサ
１０ モータ駆動回路
１２ コントローラ
１３、３３ 進角合成部

Claims (6)

1. マグネットを有するロータと、第１のコイル、第２のコイル、前記マグネットの位置を検出する第１の位置検出手段および第２の位置検出手段を備え、前記ロータを回転自在に支持するステータとによって構成されるモータに対し、
   前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに通電する電流を順次切り替えることによって前記ロータを回転させるモータ駆動装置であって、
   前記第１の位置検出手段から得られる信号に第１の係数ａ１を乗算した信号と、前記第２の位置検出手段から得られる信号に第２の係数ａ２を乗算した信号とを加算して第１の進角信号を生成し、前記第１の位置検出手段から得られる信号に第３の係数ｂ１を乗算した信号と、前記第２の位置検出手段から得られる信号に第４の係数ｂ２を乗算した信号とを加算して第２の進角信号を生成する進角合成手段と、
   前記第１の進角信号によって前記第１のコイルへの通電を切り替え、前記第２の進角信号によって前記第２のコイルへの通電を切り替える制御手段とを備え、
   前記進角合成手段は、前記ロータの回転速度に応じて第１の可変抵抗の抵抗値を変えることにより前記第１の係数ａ１および前記第４の係数ｂ２を決定し、前記ロータの回転速度に応じて第２の可変抵抗の抵抗値を変えることにより前記第２の係数ａ２および前記第３の係数ｂ１を決定することによって、前記ロータの回転速度に応じた進角αを前記第１の進角信号および前記第２の進角信号に与えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記第１の位置検出手段から得られる信号は正弦波の信号であり、前記第２の位置検出手段から得られる信号は余弦波の信号であり、
   前記第１の係数ａ１、前記第２の係数ａ２、前記第３の係数ｂ１および前記第４の係数ｂ２は、それぞれ、増幅度Ａおよび前記進角αを用いて、ａ１＝Ａｃｏｓα、ａ２＝Ａｓｉｎα、ｂ１＝−Ａｓｉｎα、ｂ２＝Ａｃｏｓαで表され、
   前記ｃｏｓαおよび前記ｓｉｎαは、固定抵抗値Ｒ、前記第１の可変抵抗の抵抗値Ｒ１および前記第２の可変抵抗の抵抗値Ｒ２を用いて、ｃｏｓα＝Ｒ／Ｒ１、ｓｉｎα＝Ｒ／Ｒ２で表されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記第１の位置検出手段から得られる信号は正弦波の信号であり、前記第２の位置検出手段から得られる信号は余弦波の信号であり、
   前記第１の係数ａ１、前記第２の係数ａ２、前記第３の係数ｂ１および前記第４の係数ｂ２は、それぞれ、増幅度Ａおよび前記進角αを用いて、ａ１＝Ａｃｏｓα、ａ２＝−Ａｓｉｎα、ｂ１＝Ａｓｉｎα、ｂ２＝Ａｃｏｓαで表され、
   前記ｃｏｓαおよび前記ｓｉｎαは、固定抵抗値Ｒ、前記第１の可変抵抗の抵抗値Ｒ１および前記第２の可変抵抗の抵抗値Ｒ２を用いて、ｃｏｓα＝Ｒ／Ｒ１、ｓｉｎα＝Ｒ／Ｒ２で表されることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. マグネットを有するロータと、第１のコイル、第２のコイル、および前記マグネットの位置を検出する位置検出手段を備え、前記ロータを回転自在に支持するステータとによって構成されるモータに対し、
   前記第１のコイルおよび前記第２のコイルに通電する電流を順次切り替えることによって前記ロータを回転させるモータ駆動装置であって、
   前記位置検出手段から得られる信号の電圧と第１の閾値とを比較し、前記電圧と前記第１の閾値より高い第２の閾値とを比較する比較手段と、
   前記電圧が前記第１の閾値を超えたとき、および前記電圧が前記第２の閾値より下がったとき、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルへの通電を切り替える制御手段と、
   前記第１の閾値および前記第２の閾値を前記ロータの回転速度に応じて変化させることにより、前記ロータの回転速度に応じた進角αを前記第１の進角信号および前記第２の進角信号に与える進角合成手段とを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
5. 前記ロータの電気角θおよび前記進角αを用い、前記位置検出手段から得られる信号をｆ（θ）とすると、前記第１の閾値はｆ（−α）であり、前記第２の閾値はｆ（α）であることを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置。
6. 前記位置検出手段は、前記マグネットの磁気を検出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。

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