JP5578831B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明はモータ駆動装置に係り、特に、ロータの位置を検出する位置センサを有するモータ駆動装置に関する。

オープンループ駆動及びフィードバック駆動を切り替えてモータの駆動制御を行うモータ駆動装置において、フィードバック駆動からオープンループ駆動への切り替えは、通常、位置センサに基づいて検出されたロータの回転速度が所定値に達したときに行われる。

特許文献１では、オープンループ駆動及びフィードバック駆動の切り替えを、モータの位置センサの出力に応じたタイミングで行うことが開示されている。特許文献１に開示されている駆動制御では、オープンループ駆動によりロータ（被駆動体）を目標位置に停止させる。通常、このようなオープンループ駆動時において、位置センサの出力を用いてモータの脱調の有無を判定している。このため、モータが脱調した場合でも、脱調から復帰するための対応が瞬時に可能となる。

特開平１０−１５０７９８号公報

しかしながら、比較的低い駆動周波数でオープンループ駆動を行う場合、ロータが大きく振動することがある。このような振動が生じた状態で位置センサの出力を用いて脱調の有無を判定すると、脱調を誤判定するおそれがある。

そこで本発明は、高精度な脱調判定が可能なモータ駆動装置を提供する。

本発明の一側面としてのモータ駆動装置は、所定の時間間隔に従ってコイルにパルス通電を行うことで、ロータを回転させるモータ駆動装置において、前記ロータの位置を検出する位置センサと、前記位置センサの出力に基づいて脱調の有無を判定する脱調判定手段と、を有し、前記脱調判定手段は、前記ロータの目標停止位置より所定パルス数だけ手前の位置から、前記ロータの目標停止位置より１パルス手前の位置までの間、前記位置センサの出力に基づく脱調の有無の判定を行わないものであって、前記所定のパルス数は、前記ロータに形成される磁極数をＭ、前記ロータを１回転させるために必要なパルス数をＰとしたときに、Ｐ／Ｍ以下とすることを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、高精度なモータ駆動装置を提供することができる。

本実施例におけるモータの分解斜視図である。 本実施例におけるモータ駆動装置のブロック構成図である。 本実施例のモータにおいて、ヨーク、位置センサ、及び、ロータの位相関係を示す軸方向の断面図である。 本実施例において、ロータ位置とモータトルクとの関係、及び、ロータ位置と位置センサの出力との関係を示すグラフである。 本実施例における進角回路の構成図である。 本実施例のモータにおいて、ＦＢ駆動時の動作を示す軸方向の断面図である。 本実施例において、進角信号が所定の進角αを有する場合において、ロータの回転角度とモータトルクとの関係、及び、ロータの回転角度と各信号の出力との関係を示すグラフである。 本実施例において、進角を変えたときのトルクと回転数の関係を示すグラフである。 本実施例におけるモータ駆動装置の駆動の様子（駆動開始から駆動終了まで）を示す図である。 本実施例において、ロータの停止直前におけるロータの回転速度とパルス（位置センサの出力）との関係を示す図である。 本実施例において、ＯＰ駆動時のコイルへの通電順序を示す図である。 本実施例における各位置センサの出力波形図（２値）である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本実施例のモータ駆動装置により駆動されるモータの構成について説明する。図１は、本実施例のモータ１０１の分解斜視図である。２０２は、マグネット２０２ａとシャフト部２０２ｂとを有するロータである。マグネット２０２ａは、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石であり、角度位置に対して、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。４０３、４０４は、それぞれ、ロータ２０２のシャフト部２０２ｂを軸支する第１の軸受、第２の軸受である。２０３は、第１の非導電部材で形成されたボビン４０１に巻かれた第１のコイルである。２０４は、非導電部材で形成されたボビン４０２に巻かれた第２のコイルである。２０５、２０６は、それぞれ、電磁鋼板等で形成された第１のヨーク、第２のヨークである。

４０５は、ボビン４０１、４０２をそれぞれ位置決めするためのリング部材である。４０６は、第１のコイル２０３及び第２のコイル２０４に通電を行うためのフレキシブルプリント基板である。２０７、２０８は、それぞれ、フレキシブルプリント基板４０６に実装され、ロータ２０２の周方向に配置された第１の位置センサ、第２の位置センサ（位置検出素子）である。

次に、各部品の相関について説明する。ロータ２０２はその長軸側が軸受４０３に、その短軸側が軸受４０４により軸支されている。軸受４０３、４０４は、ボビン４０１、４０２に設けられた穴部４０１ａ、４０２ａ（第１のコイル２０３、第２のコイル２０４の内径部）に挿通される。軸受４０３、４０４の外径部は、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６のそれぞれの穴部２０５ａ、２０６ａに圧入により固定される。その際、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６それぞれの磁極歯２０５ｂ、２０６ｂは、ボビン４０１、４０２に設けられた穴部４０１ｂ、４０２ｂに挿通される。

以上により、ボビン４０１（コイルを含む）と第１のヨーク２０５と軸受４０３、ボビン４０２（コイルを含む）と第２のヨーク２０６と軸受４０４がそれぞれ一体となる。ボビンの内径部４０１ｃ、４０２ｃは、リング部材４０５の外径部４０５ａにそれぞれ嵌合する。このとき、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６の磁極歯２０５ｂ、２０６ｂの先端付近がロータ２０２のマグネット面に対向するように配置される。

フレキシブルプリント基板４０６に施された穴部４０６ａ、４０６ｂには、ボビン４０１、４０２に施されたコイル端子の絡げ部４０１ｄ、４０２ｄがそれぞれ挿通される。また、穴部４０６ｃ、４０６ｄには、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６に施された突起部２０５ｃ、２０６ｃがそれぞれ挿通される。

挿通された６箇所は、半田付けによりフレキシブルプリント基板４０６に接続固定される。穴部４０６ａと絡げ部４０１ｄは、第１のコイル２０３への通電、穴部４０６ｂと絡げ部４０２ｄは第２のコイル２０４への通電のために接続されている。また、穴部４０６ｃと突起部２０５ｃ、及び、穴部４０６ｄと突起部２０６ｃは、モータ本体にフレキシブルプリント基板４０６を固定するための接続である。上述の半田付けの際、フレキシブルプリント基板４０６に実装された第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサ２０８は、折り曲げ部４０６ｅによってリング部材４０５の収納部４０５ｂに配置される。

次に、本実施例におけるモータ駆動装置の構成について説明する。図２は、モータ駆動装置１のブロック構成図である。モータ駆動装置１は、所定の時間間隔に従ってコイルにパルス通電を行うことで、ロータを回転させる。

３０１は、モータ１０１に含まれる第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサ２０８の出力を処理する位置センサ信号処理回路である。３０２は、後述のフィードバック駆動回路３０３又はオープンループ駆動回路３０４のいずれかを選択して、加速、定速、減速、停止駆動等の各駆動制御を行う制御部である。３０３はフィードバック駆動回路であり、３０４はオープンループ駆動回路である。フィードバック駆動回路３０３及びオープンループ駆動回路３０４のうち制御部３０２により選択された一方は、モータ１０１の駆動信号を生成する。３０５は、フィードバック駆動回路３０３又はオープンループ駆動回路３０４からの駆動信号に基づいてモータ１０１を駆動するモータドライバである。モータ駆動装置１は、以上の構成要素を備える。

オープンループ駆動回路３０４及びモータドライバ３０５（第１駆動手段）は、モータ１０１に対してオープンループ駆動（ＯＰ駆動）を行う。ＯＰ駆動とは、通常のステップモータのオープンループ制御と同様に、所定の時間間隔に従ってモータのコイルへの通電を切り替える駆動方法である。すなわち、オープンループ駆動回路３０４及びモータドライバ３０５は、駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向に従って、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４への通電を順次切り替える。このような制御により、ロータ２０２を所望の速度で回転させることができる（速度制御）。また、駆動パルス数に従って、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることも可能である（位置制御）。

このように、ＯＰ駆動では、所定の時間間隔（駆動パルス間隔）に従ってコイルへの通電を切り替える。このため、位置センサの検出結果の影響を受けずにコイルの通電切り替えタイミングを制御することができる。ただし、駆動パルス間隔を短くすると、コイル通電の切り替えに対するロータの応答が困難となり、脱調を起こす可能性がある。したがって、ＯＰ駆動時のロータの最高速度はコイル通電の切り替えに対して、ロータが追従できる最大の速度となる。

フィードバック駆動回路３０３及びモータドライバ３０５（第２駆動手段）は、モータ１０１に対してフィードバック駆動（ＦＢ駆動）を行う。ＦＢ駆動とは、ロータ２０２の位置を検出する位置センサ（第１の位置センサ２０７、第２の位置センサ２０８）の出力に応じてモータのコイルへの通電を切り替える駆動方法である。すなわち、フィードバック駆動回路３０３及びモータドライバ３０５は、駆動パルス数、回転方向、及び、位置センサの出力する検出信号をもとに生成される進角信号に従って、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４との通電を順次切り替える。このような制御により、ロータ２０２を所望の角度だけ回転させることが可能である（位置制御）。また、第１のコイル２０３と第２のコイル２０４に流れる電流又は電圧を制御することで、ロータ２０２を所望のトルクで回転させることもできる（電流／電圧制御）。さらに、前記検出信号と前記進角信号との間の位相差（進角）を制御することで、トルク−回転数特性を変化させることが可能である（進角制御）。なお、進角制御については後述する。

ＦＢ駆動では、コイルの通電切り替えはロータの位置に合わせて行われる。このため、ロータの応答遅れによる脱調の発生を低減させることができ、高速駆動が可能となる。

次に、本実施例のモータ１０１におけるヨークと位置センサの位相関係について説明する。図３は、モータ１０１において、ヨーク、位置センサ、及び、ロータの位相関係を示す軸方向の断面図である。図３中では、時計回りを正の方向とする。２０５ｂは第１のヨーク２０５の磁極歯であり、２０６ｂは第２のヨーク２０６の磁極歯である。本実施例では、マグネットの極数は８極であり、着磁角Ｐは４５°である。また、第１のヨーク２０５を基準とすると、第２のヨーク２０６の位相Ｐ／２は−２２．５°、第１の位置センサ２０７の位相β１は＋２２．５°、第２の位置センサ２０８の位相β２は−４５°である。

以下、電気角を用いてモータの動作について説明する。電気角とは、マグネット磁力の１周期を３６０°として表されるものであり、ロータの極数をＭ、実際の角度をθ_０とすると、電気角θは以下の式（１）で表される。

θ＝θ_０×Ｍ／２ …（１）
第１のヨーク２０５と第２のヨーク２０６の位相差、第１の位置センサ２０７と第２の位置センサ２０８の位相差、第１のヨーク２０５と第１の位置センサ２０７の位相差は全て、電気角で９０°である。なお、図３において、第１のヨーク２０５の磁極歯中心とマグネット２０１のＮ極中心は対向している。この状態をロータの初期状態とし、電気角を０°とする。

次に、モータ１０１におけるロータの回転角度とモータトルクとの関係、及び、ロータの回転角度と各信号との関係について説明する。図４は、ロータの回転角度とモータトルク及び位置センサの出力との関係を示すグラフである。

図４（１）は、ロータの回転角度（ロータ位置）とモータトルクとの関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。図４（１）において、ロータを時計回りに回転させるモータトルクを正とする。第１のコイル２０３に正方向の電流を流すと、第１のヨーク２０５がＮ極に磁化し、マグネット２０１の磁極との間に電磁気力が発生する。また、第２のコイル２０４に正方向の電流を流すと、第２のヨーク２０６がＮ極に磁化し、マグネットの磁極との間に電磁気力が発生する。２つの電磁気力を合成すると、ロータ２０２の回転に伴って略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ＋）。他の通電状態においても、同様に、略正弦波状のトルクが得られる（トルク曲線Ａ＋Ｂ−、Ａ−Ｂ−、Ａ−Ｂ＋）。また第１のヨーク２０５は、第２のヨーク２０６に対して電気角で９０°の位相を有して配置される。このため、４つのトルクは、互いに電気角で９０°の位相差を有する。

図４（２）は、ロータの回転角度（ロータ位置）と各信号の出力との関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は各信号の出力を示す。マグネット２０１は、その径方向における磁力の強さが電気角に対して略正弦波状になるように着磁される。このため、第１の位置センサ２０７からは、略正弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ａ）。なお本実施例では、第１の位置センサ２０７は、マグネット２０１のＮ極と対向するときに正の値を出力する。

また、第２の位置センサ２０８は、第１の位置センサ２０７に対して電気角で９０°の位相を有して配置される。このため、第２の位置センサ２０８からは略余弦波状の信号が得られる（位置センサ信号Ｂ）。本実施例において、第２の位置センサ２０８は、第１の位置センサ２０７に対して反転した極性を有する。このため、第２の位置センサ２０８は、マグネット２０１のＳ極と対向するときに正の値を出力する。

第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサ２０８の出力は、位置センサ信号処理回路３０１で所定の演算が行われ、フィードバック駆動回路３０３の一部を構成する進角回路に入力される。進角回路は、制御部３０２にて設定される任意の進角を有する第１の進角信号及び第２の進角信号を出力する。以下、これらの進角信号の演算方法について説明する。

電気角をθ、第１の位置センサ２０７の出力をＨＥ１、第２の位置センサ２０８の出力をＨＥ２とすると、各出力は、次の式（２−１）、（２−２）のように表される。

ＨＥ１＝ｓｉｎθ … （２−１）
ＨＥ２＝ｃｏｓθ … （２−２）
ここで、進角αだけ進めた第１の進角信号をＰＳ１、進角αだけ進めた第２の進角信号をＰＳ２とすると、ＨＥ１、ＨＥ２、αを用いて、次の式（３−１）、（３−２）ように演算することができる。

ＰＳ１＝ｓｉｎ（θ＋α）＝ＨＥ１×ｃｏｓα＋ＨＥ２×ｓｉｎα … （３−１）
ＰＳ２＝ｃｏｓ（θ＋α）＝ＨＥ２×ｃｏｓα−ＨＥ１×ｓｉｎα … （３−２）
本実施例では、上記の演算式（３−１）、（３−２）に基づいて進角回路を構成する。図５は、本実施例における進角回路４０１の構成を示す図である。進角回路４０１は、例えば図５に示されるようなアナログ回路で構成される。このような進角回路により、上記の演算が実現可能となる。まず、各位置センサ出力を所定の増幅率Ａで増幅した信号と、さらにそれらの出力を反転させた信号を生成する（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ、−Ａｓｉｎθ、−Ａｃｏｓθ）。これらの信号に適切な抵抗値Ｒ１、Ｒ２を掛けて加算することにより、進角信号が生成される。第１の進角信号ＰＳ１、第２の進角信号ＰＳ２は次の式（４−１）、（４−２）のように表される。

ＰＳ１＝Ａ×（Ｒ／Ｒ１）×ｓｉｎθ＋Ａ×（Ｒ／Ｒ２）ｃｏｓθ … （４−１）
ＰＳ２＝Ａ×（Ｒ／Ｒ１）×ｃｏｓθ−Ａ×（Ｒ／Ｒ２）ｓｉｎθ … （４−２）
進角回路中の抵抗Ｒ、可変抵抗Ｒ１、Ｒ２を以下の式（５−１）、（５−２）を満たすように選ぶことで、任意の進角αだけ進めた進角信号を生成することができる。

Ｒ／Ｒ１＝ｃｏｓα … （５−１）
Ｒ／Ｒ２＝ｓｉｎα … （５−２）
第１の進角信号ＰＳ１及び第２の進角信号ＰＳ２は、コンパレータにより二値化され、コンパレータから二値化信号が出力される。

本実施例における進角信号の生成方法は、上述のアナログ回路を用いた方法に限定されるものではない。デジタル回路を用いて進角信号を生成してもよく、また、高分解能のエンコーダを用いて通電を切り替えるパルス間隔を調整することで進角信号を生成してもよい。

次に、ＦＢ駆動における通電切り替えについて説明する。まず、進角回路から出力される進角信号の進角がゼロの場合について、ＦＢ駆動の動作を説明する。図４（２）において、進角信号Ａ、進角信号Ｂは、位置センサ信号Ａと位置センサ信号Ｂに対して前述の進角演算を行い、進角が与えられた信号である。図４（２）には、進角がゼロの場合が示されている。このため、第１の位置センサ２０７の出力であるセンサ信号Ａと進角信号Ａ、第２の位置センサ２０８の出力であるセンサ信号Ｂと進角信号Ｂは、それぞれ一致している。２値化信号Ａ及び２値化信号Ｂは、進角信号Ａ及び進角信号Ｂに対して、コンパレータで２値化を行うことにより得られた信号である。

ＦＢ駆動において、モータドライバ３０５は、２値化信号Ａに基づいて第１のコイル２０３の通電を切り替え、２値化信号Ｂに基づいて第２のコイル２０４の通電を切り替える。すなわち、モータドライバ３０５は、２値化信号Ａが正の値である場合に第１のコイル２０３に正方向の電流を流し、負の値である場合に第１のコイル２０３に逆方向の電流を流す。またモータドライバ３０５は、２値化信号Ｂが正の値である場合に第２のコイル２０４に正方向の電流を流し、負の値である場合に第２のコイル２０４に逆方向の電流を流す。

図６は、本実施例のモータ１０１において、ＦＢ駆動時の動作を示す軸方向の断面図である。図６（ａ）は、ロータが電気角で１３５°回転した状態を示している。このとき、図４（２）中の（ａ）で表されるように、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値をそれぞれ示す。従って、第１のコイル２０３には正方向の電流が流れ、第１のヨーク２０５はＮ極に磁化する。一方、第２のコイル２０４には逆方向の電流が流れ、第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｂ）は、ロータ２０２が電気角で１８０°回転した状態を示している。このとき、２値化信号Ａ、Ｂは図４（２）中の（ｂ）で表される。第１の位置センサ２０７は、マグネット２０１のＮ極とＳ極の境界に位置する。このため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正から負の値に切り替わり、第１のコイル２０３の通電方向が正方向から逆方向へ切り替わる。この電気角は、トルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。

図６（ｂ’）はロータが電気角で１８０°回転し、第１のコイル２０３の通電方向が切り替わった状態を示している。第１のコイル２０３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化し、第２のコイル２０４には逆方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｃ）はロータ２０２が電気角で２２５°回転した状態を示している。このとき、図４（２）の（ｃ）で表されるように、２値化信号Ａ、Ｂはいずれも負の値を示す。従って、第１のコイル２０３には逆方向（負方向）の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化し、第２のコイル２０４にも逆方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＳ極に磁化する。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。

図６（ｄ）は、ロータ２０２が電気角で２７０°回転した状態を示している。２値化信号Ａ、Ｂは図４（２）の（ｄ）で表される。このとき、第２の位置センサ２０８は、マグネット２０１のＮ極とＳ極の境界に位置する。このため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負から正の値に切り替わり、第２のコイル２０４の通電方向が逆方向から正方向へ切り替わる。この電気角は、トルク曲線Ａ−Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ＋との交点の電気角と一致する。

図６（ｄ’）は、ロータ２０２が電気角で２７０°回転し、第２のコイル２０４の通電方向が切り替わった状態を示している。第２のコイル２０４には正方向の電流が流れて第２のヨーク２０６はＮ極に磁化し、第１のコイル２０３には逆方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に磁化する。このとき、ロータ２０２には図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する時計回りのトルクが働き、ロータ２０２はθ方向の回転力を受けて回転する。
以上の動作を繰り返すことで、ロータ２０２を連続的に回転させることができる。また、２値化信号Ａ、Ｂの正負を反転させることにより、逆に回転させることも可能である。

次に、進角回路から出力される進角信号が所定の進角αを有する場合におけるＦＢ駆動の動作を説明する。図７は、進角信号が所定の進角αを有する場合において、ロータの回転角度とモータトルク及び各信号の出力との関係を示すグラフである。

図７（１）は、ロータの回転角度（ロータ位置）とモータトルクとの関係を示し、横軸は電気角を、縦軸はモータトルクを示す。図７（２）は、ロータの回転角度（ロータ位置）と各信号の出力との関係を示すグラフであり、横軸は電気角を、縦軸は各信号の出力を示す。図７（２）において、進角信号Ａは、センサ信号Ａに対して所定の進角αだけ進んでいる。同様に、進角信号Ｂは、センサ信号Ｂに対して所定の進角αだけ進んでいる。また、進角信号Ａ、Ｂに基づいて生成された２値化信号Ａ、Ｂも、それぞれセンサ信号Ａ、Ｂに対して進角αだけ進んでいる。ＦＢ駆動では、２値化信号Ａに基づいて第１のコイル２０３への通電を切り替え、２値化信号Ｂに基づいて第２のコイル２０４への通電を切り替える。このため、コイルの通電切り替えタイミングは、進角がゼロの場合に比べて進角αだけ早いことになる。

図８は、進角を変えたとき（進角値θｐ＝０、αの場合）のトルクと回転数の関係を示すグラフである。横軸はモータのトルクを、縦軸はモータの回転数を示す。図８に示されるように、進角αによってトルクと回転数の関係が変化する。ＦＢ駆動では、この性質を用いて、駆動条件によって進角αを変える進角制御が行われる。一定の負荷条件下でＦＢ駆動を行う場合、進角αを制御することで駆動速度を制御することも可能である。

図９は、本実施例におけるモータ駆動装置の駆動の様子（駆動開始から駆動終了まで）を示す図である。縦軸はロータ２０２の回転速度（Ｖ）を示し、横軸は時刻（ｔ）を示している。図９において、ｔ_１は加速駆動期間、ｔ_２は定常駆動期間、ｔ_３は減速駆動期間である。また、減速駆動期間ｔ_３のうち、ｔ_３ａはＦＢ駆動による減速駆動期間であり、ｔ_３ｂはＯＰ駆動による減速駆動期間を示す。すなわち、ｔ_１〜ｔ_３ａの期間はＦＢ駆動期間であり、ｔ_３ｂの期間はＯＰ駆動期間である。Ｐ_ｓは、ＦＢ駆動からＯＰ駆動への切替点である。このように、本実施例のモータ駆動装置は、駆動開始から切替点Ｐ_ｓまでＦＢ駆動が実行され、切替点Ｐ_ｓから駆動終了までＯＰ駆動が実行される。

本実施例のモータ駆動装置は、常時、ロータ２０２の回転速度Ｖを監視している。ロータ２０２の回転速度Ｖ（は、第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサの出力に基づいて制御部３０２（演算手段）により算出される。ＯＰ駆動では、ロータ２０２の回転速度Ｖがコイルへの通電切り替えにロータ２０２が追従することのできる最大速度より大きくなると、脱調や振動を引き起こす可能性がある。このため、ＯＰ駆動は、ロータ２０２が追従可能な最大速度Ｖ_ｓ以下でのみ実行可能である。従って、切替点Ｐ_ｓの条件は、まず、回転速度ＶがＯＰ駆動時のロータの最高速度以下（ＯＰ駆動最大速度Ｖ_ｓ以下）になっていることである。

加速駆動期間ｔ_１では、停止状態からＦＢ駆動で立ち上がり、ロータ２０２は、モータドライバ３０５からの駆動電圧Ｖ_ａによる最大回転速度Ｖ_ｍに到達する。ロータ２０２が最大速度Ｖ_ｍに到達した後、定常駆動期間ｔ_２にて略一定速度でのＦＢ駆動が行われる。その後、減速駆動期間ｔ_３にて目標位置に向けて減速が行われる。ＦＢ駆動による減速駆動期間ｔ_３ａでは、例えば、駆動電圧をＶ_ｂ（＜Ｖ_ａ）に減ずることで減速を行う。駆動電圧を下げる方法としては、例えば駆動信号がＰＷＭ信号により行われている場合、デューティ比を低下させる方法等が用いられる。また、このような減速は、励磁コイルへの電流量の制御や進角制御によっても可能である。

減速駆動期間ｔ_３ａにおけるＰ_ｍは、ＦＢ駆動による減速加速度の最大点である。減速駆動期間ｔ_３ａでは、減速加速度の最大点Ｐ_ｍを経て、ＯＰ駆動最大速度Ｖ_ｓ以下になるまでロータ２０２をＦＢ駆動により減速する。最大点Ｐ_ｍの通過後、ロータ２０２の回転加速度が所定値以下となるように制御した後、ロータ２０２が略一定速度となった状態、切替点Ｐ_ｓにてＦＢ駆動からＯＰ駆動に切り替える。その後、ＯＰ駆動による減速駆動期間ｔ_３ｂにおいて、ＯＰ駆動により所定の駆動周波数に従って目標位置まで駆動が行われる。本実施例では、ロータ２０２がＯＰ駆動最大速度Ｖ_ｓ以下に到達した後、所定期間だけ略一定の速度でロータ２０２を駆動する（一定速度期間ｔ_ｃ）。この定速駆動は、例えば目標位置や速度と実際の位置や速度との偏差、偏差の積分値などからモータへの入力信号を演算して進角の値や駆動電圧などを調節することによって行っている。
このように、ロータ２０２の速度変化を小さくした状態でＯＰ駆動に移行することで、ＦＢ駆動からＯＰ駆動へ、安定した切り替えが可能となる。ＯＰ駆動を行う第１駆動手段とＦＢ駆動を行う第２駆動手段は、制御部３０２により切り替えられる。このように、制御部３０２は、フィードバック駆動回路３０３でロータ２０２の加速、定速、減速駆動を行い、フィードバック駆動回路３０３からオープンループ駆動回路３０４に切り替えてロータ２０２の停止駆動を行う。このため、本実施例のモータ駆動装置によれば、脱調や振動の発生を抑制することができる。

次に、ＯＰ駆動に切り替わってからロータを目標位置に停止させるまでの制御について詳述する。ＦＢ駆動からＯＰ駆動に切り替わってからは、徐々に駆動周波数を下げながら停止駆動（減速駆動）を行う。図１０は、ロータの停止直前におけるロータの回転速度とパルス（位置センサの出力）との関係を示す図である。図１０は、図９の停止直前から停止までの部分（ＯＰ駆動による減速駆動期間ｔ_３ｂの後半部分）の拡大図に相当する。

また図１１は、本実施例におけるＯＰ駆動時のコイルへの通電順序を示す図である。図１１において、第１のコイル２０３への２つの絡げ部４０１ｄをそれぞれ信号Ａ＋、Ａ−とし、第２のコイル２０４への２つの絡げ部４０２ｄをそれぞれ信号Ｂ＋、Ｂ−とする。また、「Ｈ（Ｈｉｇｈ）」が＋電圧の印加、「Ｌ（Ｌｏｗ）」が電圧０（ＧＮＤ）であるとすると、ステップのパターンは、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の４パターンとなる（一般に２相駆動と呼ばれる）。この４パターンを順次繰り返すことにより、モータは回転する。

図１０に示されるように、ロータの目標停止位置がＳＴＥＰ４である場合、４ＳＴＥＰ手前の通電パターンはＳＴＥＰ４である。４ＳＴＥＰ手前から順次停止位置までＳＴＥＰを送ると、ＳＴＥＰ１→ＳＴＥＰ２→ＳＴＥＰ３→ＳＴＥＰ４（停止）となる。図１２は、第１の位置センサ２０７（上段）及び第２の位置センサ２０８（下段）の出力波形図（２値）である。図１２に示されるように、ＳＴＥＰ４の通電後、第１の位置センサ２０７の出力は「Ｌ」となり、第２の位置センサ２０８の出力は「Ｈ」となる。これらのセンサ出力は、順次、「Ｌ」と「Ｌ」、「Ｈ」と「Ｌ」、「Ｈ」と「Ｈ」、「Ｌ」と「Ｈ」と変化する。このように、第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサ２０８の出力パターンには４通りの出力パターンがあり、２つの位置センサの出力は、ＳＴＥＰ１〜４に対応して一意に定まる。

脱調判定手段としての制御部３０２は、ＯＰ駆動の場合でもロータ２０２の位置検出を行って、モータ駆動装置１が脱調しているか否かを判定する。このため、脱調状態を瞬時に検知することができる。１ＳＴＥＰずつ駆動した際に各位置センサの出力が順次切り替わっているか否かを監視することにより、脱調の有無を判定することが可能である。すなわち、図２に示される制御部３０２に位置センサ信号処理回路３０１の出力信号の「Ｌ」、「Ｈ」が入力されたステップ数が制御部３０２内でカウントされる。

しかし、前述のように、減速領域の比較的低い周波数においては、モータの断続回転の現象が位置センサの出力に現れる。このため、位置センサが「Ｈ」、「Ｌ」を正確に検知することができず、誤った位置検出が行われるおそれがある。すなわち、ロータが振動するため、パルスに基づかない「Ｈ」、「Ｌ」が繰り返し出力され、本来のパルス数よりも多くカウントされるおそれがある。

そこで、目標停止位置から手前の３ＳＴＥＰ目での印加が行われたとき、位置センサにより正常駆動（ＳＴＥＰ１：「Ｌ」と「Ｌ」）が確認された場合、目標停止位置から手前の２ＳＴＥＰ目、１ＳＴＥＰ目における各位置センサの出力を無視する。すなわち、目標停止位置から手前の２つのＳＴＥＰでは、各位置センサの出力を用いない。

そして、ロータ２０２に対して目標停止位置での印加が行われた後に位置センサにより正常に駆動されているか否かを確認する。このとき、正常駆動が確認できた場合、位置センサの出力を無視した２つのＳＴＥＰでは脱調が起こらなかったことになる。なぜなら、無視した２つのＳＴＥＰ内で脱調が起こったとした場合、目標停止位置での位置センサの出力が本来あるべき組合せ（「Ｌ」と「Ｈ」）ではないからである。

このため、本実施例によれば、無視した２つのＳＴＥＰを上述の位置センサの出力の乱れが生じる周波数で駆動した場合でも、ロータの位置の誤検出を回避することができる。また、位置センサの出力を２つのＳＴＥＰだけ無視したとしても、目標停止位置での位置センサの出力を確認することにより、無視した期間の脱調の有無を確認できる。このため、実質的には全域のロータの位置を監視していることになる。

このように、制御部３０２は、オープンループ駆動回路３０４による停止制御を開始してからロータ２０２の停止直前の所定パルス数前（ＳＴＥＰ１）までの第１期間には、各位置センサの出力を用いてロータ２０２の位置を検知する。一方、制御部３０２は、所定パルス数後からロータ２０２が停止するまでの第２期間には、各位置センサの出力を用いることなく、ロータ２０２に対する駆動パルス数を用いてロータの位置を検知する。また、ロータ２０２の停止後の各位置センサの出力を用いて、第２期間におけるモータの脱調の有無を判定する。すなわち、制御部３０２は、ロータ２０２の目標停止位置より所定パルス数だけ手前の位置から、ロータ２０２の目標停止位置より１パルス手前の位置までの間、位置センサの出力に基づく脱調の有無の判定を行わない。

このような構成により、位置センサの出力が常に安定して得られ、カウント数を誤ることなく正確に目標位置に停止させることができる。このため、本実施例によれば、高精度な脱調判定の可能なモータ駆動装置を提供することができる。

なお、本実施例では一例として２相駆動の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステップ的な駆動が行われていれば他の駆動にも適用可能である。このとき、以下の式（６）を用いて、無視できる所定のパルス数Ｐｉを算出することが可能である。

Ｐｉ≦Ｐ／Ｍ … （６）
ここで、Ｐはロータを１回転させるために必要なパルス数であり、Ｍはロータの磁極数である。このように本実施例では、所定のパルス数ＰｉがＰ／Ｍ以下である場合、そのパルス数Ｐｉを無視することができる。例えば、Ｐ＝２０、Ｍ＝１０（２相駆動）のときパルス数Ｐｉは２パルス以下となり、Ｐ＝４０、Ｍ＝１０（１−２相駆動）のときパルス数Ｐｉは４パルス以下となる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１ モータ駆動装置
１０１ モータ
２０２ ロータ
２０３ 第１のコイル
２０４ 第２のコイル
２０７ 第１の位置センサ
２０８ 第２の位置センサ
３０２ 制御部
３０３ フィードバック駆動回路
３０４ オープンループ駆動回路
３０５ モータドライバ

Claims (1)

1. 所定の時間間隔に従ってコイルにパルス通電を行うことで、ロータを回転させるモータ駆動装置において、
   前記ロータの位置を検出する位置センサと、
   前記位置センサの出力に基づいて脱調の有無を判定する脱調判定手段と、を有し、
   前記脱調判定手段は、前記ロータの目標停止位置より所定パルス数だけ手前の位置から、前記ロータの目標停止位置より１パルス手前の位置までの間、前記位置センサの出力に基づく脱調の有無の判定を行わないものであって、
   前記所定のパルス数は、前記ロータに形成される磁極数をＭ、前記ロータを１回転させるために必要なパルス数をＰとしたときに、Ｐ／Ｍ以下とすることを特徴とするモータ駆動装置。