JP6613216B2 - モータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法に関し、特に、ステッピングモータを利用したアクチュエータに用いられるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法に関する。

ステッピングモータは、その制御が容易であることなど種々の特長を有するものであり、各種アクチュエータなどに広く用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。

このようなアクチュエータに用いられ、ステッピングモータの駆動を制御するモータ制御装置は、ステッピングモータの逆起電圧の値を読み取り、ステッピングモータの脱調判定を行う。

下記特許文献２には、モータ制御装置において、環境温度により変動するモータのトルクに対応するように、温度に応じて逆起電圧の検出閾値を設定することが記載されている。

特開平７−１７０７９０号公報 特開２００３−１８３５７２号公報

このようなステッピングモータを用いたアクチュエータが使用される環境では、温度やモータ制御装置に入力される入力電圧が変動する場合がある。また、幅広い温度範囲や幅広い入力電圧の範囲で、適切に動作可能なアクチュエータが求められている。しかしながら、温度や入力電圧の条件が異なる幅広い使用環境において、設定された仕様を満たすようにステッピングモータを駆動させるのは、困難である。

上記の特許文献２に記載されているようなモータ制御装置を用いてステッピングモータを駆動するような場合には、温度に応じて脱調判定のための逆起電圧の閾値の変更が行われるものの、入力電圧に応じての閾値変更は行われない。入力電圧によって、ステッピングモータのトルクは変動するため、入力電圧の変動しうる全範囲に適した閾値を設定することはできず、入力電圧の大きさによっては、脱調判定の精度が低下するという問題がある。

特に、低温である状況下においては、逆起電圧の入力電圧に対する依存性が高くなる。低電圧時のトルクを確保するために閾値を低く設定すると、高電圧時において、脱調判定の判定精度が低下する。他方、高電圧時の判定精度を確保するために閾値を高く設定すると、低電圧時において、ステッピングモータのトルクを確保することができない。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、幅広い状況下で精度の高い脱調判定を行うことができるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、ステッピングモータを駆動させるモータ制御装置に用いられるモータ制御回路は、モータ制御装置に入力される入力電圧を測定する入力電圧測定部と、温度を計測する温度計測部と、ステッピングモータの複数相のコイルのうち、通電が停止しているコイルに誘起される逆起電圧を測定する逆起電圧測定部と、入力電圧測定部の測定結果と温度計測部の計測結果とに基づいて、ステッピングモータの脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値を設定する判定閾値設定部と、逆起電圧測定部の測定結果と、判定閾値設定部により設定された判定閾値とに基づいて、ステッピングモータの脱調に関する判定を行う判定部とを備え、判定閾値設定部は、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された逆起電圧の判定基準値に基づいて、判定閾値の設定を行う。

判定閾値設定部は、入力電圧に関する２つの閾値と温度に関する２つの閾値とで３行３列のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に予め設定された判定基準値に基づいて、判定閾値の設定を行う、請求項１に記載のモータ制御回路。

好ましくは、判定基準値は、入力電圧に対して、２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、低電圧よりも中電圧のほうが大きくなり、中電圧よりも高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、低温度よりも高温度のほうが大きくなり、高温度よりも中温度のほうが大きくなるように、設定されている。

この発明の他の局面に従うと、モータ制御装置は、上記に記載のモータ制御回路と、ステッピングモータを駆動させるための駆動回路とを備え、モータ制御回路は、駆動回路を制御するための制御信号を出力し、駆動回路は、制御信号に基づいてステッピングモータのコイルに駆動電流を流す。

この発明のさらに他の局面に従うと、アクチュエータは、駆動力を発生させるステッピングモータと、上記に記載のモータ制御回路と、モータ制御回路から出力された制御信号に基づいてステッピングモータのコイルに駆動電流を流す駆動回路とを有する。

この発明のさらに他の局面に従うと、複数相のコイルを有するステッピングモータの制御方法は、入力電圧を測定する入力電圧測定ステップと、温度を計測する温度計測ステップと、入力電圧測定ステップの測定結果と温度計測ステップの計測結果とに基づいて、ステッピングモータの脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値を設定する判定閾値設定ステップと、複数相のコイルのうち、通電が停止しているコイルに誘起される逆起電圧を測定する逆起電圧計測ステップと、逆起電圧測定ステップの測定結果と、判定閾値設定ステップにより設定された判定閾値とに基づいて、ステッピングモータの脱調に関する判定を行う判定ステップとを備え、判定閾値設定ステップは、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された逆起電圧の判定基準値に基づいて、判定閾値の設定を行う。

これらの発明に従うと、幅広い状況下で精度の高い脱調判定を行うことができるモータ制御回路、モータ制御装置、アクチュエータ及びステッピングモータの制御方法を提供することができる。

本実施の形態におけるモータ制御装置が用いられるアクチュエータの一例を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態の１つにおけるアクチュエータの構成をなすモータとモータ制御装置のブロック図である。 ステッピングモータの回路構成を模式的に示す図である。 判定基準値の設定例を説明する図である。 モータ制御装置が行うステッピングモータの逆起電圧の判定閾値設定処理を大まかに説明するフローチャートである。 判定基準値の設定例の一変型例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ制御装置について説明する。

モータ制御装置は、例えば、複数相のコイルを有するステッピングモータを駆動させるためのものである。モータ制御装置は、ステッピングモータを駆動させるために各相のコイルの通電状態を制御する。本実施の形態において、モータ制御装置は、ステッピングモータのコイルに通電する駆動回路と、駆動回路の制御を行うモータ制御回路とを有している。

モータ制御装置と、それにより駆動されるステッピングモータとその他の機構部品とで、アクチュエータが構成される。アクチュエータにおいて、ステッピングモータは、駆動回路から駆動電力が供給されることで駆動される。アクチュエータにおいて、モータ制御回路によって駆動回路が制御されることにより、ステッピングモータの駆動が制御される。

［実施の形態］

図１は、本実施の形態におけるモータ制御装置が用いられるアクチュエータの一例を示す分解斜視図である。

図１に示されるように、アクチュエータ１は、ケース５１とカバー５２とで覆われている。アクチュエータ１の内部には、モータ制御装置１０、ステッピングモータ２０、２次ギヤ３１、３次ギヤ３２、出力ギヤ３３などが収納されている。ケース５１の底面には、出力ギヤ３３に設けられている外部出力ギヤが露出し、この外部出力ギヤよりアクチュエータ１の駆動力が外部に伝達される。

ステッピングモータ２０は、アクチュエータ１の駆動力を発生させる。ステッピングモータ２０の出力軸２５には、１次ギヤ２６が取り付けられている。ステッピングモータ２０の１次ギヤ２６は、２次ギヤ３１と噛み合う。２次ギヤ３１は、３次ギヤ３２と噛み合う。３次ギヤ３２は、出力ギヤ３３と噛み合う。

モータ制御装置１０は、プリント基板４２や、プリント基板４２とステッピングモータ２０のモータ端子２９とを接続するフレキシブルプリント基板４３などを有している。プリント基板４２には、ステッピングモータ２０を駆動する駆動回路１４（図２に示す）や、その制御を行うモータ制御回路１２（図２に示す）などが設けられている。プリント基板４２には、ケース５１及びカバー５２の外側に露出する外部接続端子４１が設けられている。外部接続端子４１を介して外部からモータ制御装置１０に電圧が入力されたり、外部機器からの指示信号を受けたりすることで、モータ制御装置１０が動作する。

モータ制御装置１０は、入力された入力電圧に基づいてステッピングモータ２０に駆動電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動させる。ステッピングモータ２０が駆動すると、出力軸２５とともに１次ギヤ２６が回転する。この回転の駆動力は、２次ギヤ３１、３次ギヤ３２、出力ギヤ３３、外部出力ギヤと順に伝達され、外部出力ギヤにより外部に出力される。

なお、ケース５１及びカバー５２の内部に収納されている回路は、例えば駆動回路１４だけであってもよい。この場合、モータ制御装置１０は、ケース５１及びカバー５２の内部の駆動回路１４と、その駆動回路１４に接続された外部のモータ制御回路１２によって構成されるようにしてもよい。

図２は、本発明の実施の形態の１つにおけるアクチュエータの構成をなすモータとモータ制御装置のブロック図である。

図２に示されるように、アクチュエータ１は、モータ制御装置１０と、ステッピングモータ２０とを有している。ステッピングモータ２０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動される。ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル及びＢ相のコイル（図３に示す。）を有している。ステッピングモータ２０は、モータ制御装置１０から各相のコイルに駆動電力が供給されて駆動される。アクチュエータ１は、例えば、車両に搭載される空調装置などに利用される。なお、ステッピングモータ２０及びアクチュエータ１の用途はこれに限られるものではない。

モータ制御装置１０は、モータ制御回路１２と、駆動回路１４とを有している。

駆動回路１４は、モータ駆動部１４２と、電流センサ１４４とを有している。駆動回路１４は、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動する。

モータ制御回路１２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置；判定閾値設定部の一例、判定部の一例）１２２と、電流測定部１２４と、入力電圧測定部１２５と、逆起電圧測定部１２６と、温度計測部１２８とを有している。モータ制御回路１２は、駆動回路１４の制御を行うことで、ステッピングモータ２０の駆動を制御する。本実施の形態において、モータ制御回路１２は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されている。

モータ駆動部１４２は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに電圧を印加する。モータ駆動部１４２には、ＣＰＵ１２２から制御信号が送られる。モータ駆動部１４２は、制御信号に基づいて、電圧を印加する。本実施の形態では、駆動回路１４とステッピングモータ２０とは、Ａ相の正極（＋）、Ａ相の負極（−）、Ｂ相の正極（＋）、Ｂ相の負極（−）の４つのラインで接続されている。モータ駆動部１４２は、制御信号に応じて、これらの各ラインを介して、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給する。制御信号は、ＰＷＭ信号であり、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて駆動電力が変化する。

電流センサ１４４は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに流れる電流（コイル電流）をセンシングする。電流センサ１４４は、コイル電流のセンシング結果を、電流測定部１２４に出力する。

電流測定部１２４は、ステッピングモータ２０のコイル電流を測定する。電流測定部１２４には、電流センサ１４４から出力されたコイル電流のセンシング結果が入力される。電流測定部１２４は、入力されたセンシング結果に基づいて、コイル電流を測定する。電流測定部１２４は、コイル電流の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

入力電圧測定部１２５は、モータ制御装置１０に入力される入力電圧を測定する。入力電圧測定部１２５は、入力電圧の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

逆起電圧測定部１２６は、ステッピングモータ２０の複数相のコイルのうち、通電が停止しているコイルに誘起される逆起電圧を測定する。本実施の形態において、逆起電圧測定部１２６は、駆動回路１４とステッピングモータ２０とを接続する４つのラインのそれぞれに接続されている。逆起電圧測定部１２６は、逆起電圧の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

温度計測部１２８は、例えば、モータ制御回路１２のＩＣ内部温度を測定する温度センサである。温度計測部１２８は、モータ制御回路１２の温度を示す温度情報をＣＰＵ１２２に出力する。

ＣＰＵ１２２は、本実施の形態において、判定閾値設定部及び判定部としての機能を備えている。ＣＰＵ１２２には、電流測定部１２４から出力されたコイル電流の測定結果と、入力電圧測定部１２５から出力された入力電圧の測定結果と、温度計測部１２８から出力された温度の計測結果と、逆起電圧測定部１２６の測定結果とが入力される。ＣＰＵ１２２は、判定閾値設定部として、入力電圧測定部１２５の測定結果と温度計測部１２８の計測結果とに基づいて、ステッピングモータ２０の脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値（脱調状態を検出するための逆起電圧の検出閾値）を設定する。ＣＰＵ１２２は、判定閾値の設定を、入力電圧に関する閾値と温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された逆起電圧の判定基準値に基づいて行う。また、ＣＰＵ１２２は、判定部として、判定閾値設定部で設定された判定閾値と逆起電圧測定部１２６の測定結果とに応じて、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否かを判定する（脱調判定）。ＣＰＵ１２２は、脱調判定の結果に応じて、制御信号を生成し、生成した制御信号をモータ駆動部１４２に出力する。そして、ステッピングモータ２０で脱調が発生したと判定された場合は、制御信号に基づき、モータ駆動部１４２は、ステッピングモータ２０の駆動信号の出力を停止する。

図３は、ステッピングモータ２０の回路構成を模式的に示す図である。

図３に示されるように、ステッピングモータ２０は、２つのコイル２１ａ，２１ｂと、ロータ２２と、複数のステータヨーク（図示せず）とを有している。

コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、ステータヨークを励磁するコイルである。コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、駆動回路１４に接続されている。コイル２１ａは、Ａ相のコイルである。コイル２１ｂは、Ｂ相のコイルである。コイル２１ａ，２１ｂには、それぞれ異なる位相のコイル電流が流される。

ロータ２２は、円周方向に沿って、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが交互に反転するように多極着磁された永久磁石を備える。なお、図３においては、ロータ２２は、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが１つずつ設けられているように簡略化されて示されている。ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に接近して配置されている。ロータ２２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに流れるコイル電流の位相が周期的に切り替えられることで回転する。

ここで、本実施の形態において、逆起電圧は、例えば次のようにして測定される。ＣＰＵ１２２は、Ａ相及びＢ相のうちいずれか１つの相のコイル２１ａ，２１ｂに流れるコイル電流Ｉａ，Ｉｂの向きが切り替わる際に、一時的に、そのコイル２１ａ，２１ｂへのパルス電圧の印加を停止させる（停止期間）。そして、逆起電圧測定部１２６は、このような停止期間中に、パルス電圧の印加が停止されている相のコイル２１ａ，２１ｂに誘起される逆起電圧を、個別に（相毎に、又はコイル毎に）測定する。

すなわち、コイル電流Ｉａの極性が変わるときには、コイル電流Ｉａがゼロになるように、コイル２１ａへのパルス電圧の印加が停止される。この停止期間においては、コイル２１ａに逆起電圧が誘起される。また、コイル電流Ｉｂの極性が変わるときには、コイル電流Ｉｂがゼロになるように、コイル２１ｂへのパルス電圧の印加が停止される。この停止期間においては、コイル２１ｂに逆起電圧が誘起される。逆起電圧測定部１２６は、これらの逆起電圧を測定する。

より具体的には、ステッピングモータ２０の駆動時において、ＣＰＵ１２２の制御により、コイル２１ａ，２１ｂにパルス電圧が印加される（ＰＷＭ制御）。これにより、コイル２１ａ，２１ｂにそれぞれコイル電流Ｉａ，Ｉｂが流れる。

ＰＷＭ制御が行われると、その後、通電停止処理及び定電圧制御が実行される。例えばコイル２１ａの通電停止処理が行われる場合には、所定の停止期間だけコイル２１ａへのパルス電圧の印加が停止される。これにより、コイル電流Ｉａがゼロになる。停止期間は、ＣＰＵ１２２により任意に設定される。例えば、ＣＰＵ１２２は、予め決められた停止期間を設定してもよいし、モータ駆動装置１の外部から停止期間の設定を受け付けてもよい。このような停止期間中に、逆起電圧測定部１２６は、コイル２１ａに誘起される逆起電圧を測定する。測定結果は、ＣＰＵ１２２に供給される。

なお、本実施の形態において、このようにコイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合、ＣＰＵ１２２は、定電圧制御として、その停止期間中においてコイル２１ｂのコイル電圧Ｖｂを固定電圧に設定する。すなわち、ＣＰＵ１２２は、停止期間中に、逆起電圧を測定するコイル以外のすべてのコイルを固定電圧に設定する。固定電圧の電圧レベルは、直前のコイル電圧と同じ電圧レベル（例えば、電源電圧レベル又はグラウンド（ＧＮＤ）レベルなど）であってもよいし、所定の基準電圧レベルであってもよい。これにより、例えばコイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合には、コイル２１ｂのコイル電圧Ｖｂが一定（本実施の形態では、例えば、入力電圧のレベル）になる。

固定電圧の電圧レベルが入力電圧のレベルであるとき、コイル２１ａについて通電停止処理が行われる場合におけるコイル２１ｂのコイル電流Ｉｂは、上述のＰＷＭ制御が行われている期間におけるコイル電流Ｉｂに比べて多少上昇する。停止期間中のコイル電圧Ｖｂは一定であるので、コイル電圧Ｖｂの印加に伴うノイズは発生しない。その結果、停止期間中のコイル２１ａのコイル電圧Ｖａにはノイズが重畳されない。すなわち、停止期間中のコイル電圧Ｖａを測定することにより、コイル２１ａに誘起される逆起電圧が正確に測定される。これにより、脱調状態の誤検出を防ぐことができる。

上述のようにして逆起電圧が測定されると、ＣＰＵ１２２は、後述のようにして設定した判定閾値と逆起電圧測定部１２６の測定結果とに応じて、ステッピングモータ２０の脱調が発生したか否かを判定する。

具体的には、ＣＰＵ１２２は、測定された逆起電圧が、逆起電圧の判定閾値を充足するか否かを判定する。換言すると、ＣＰＵ１２２は、得られた逆起電圧の値と、設定した判定閾値とを比較する。比較結果に応じて、ステッピングモータ２０で脱調が発生したか否かが判定可能である。例えば、ＣＰＵ１２２は、測定された逆起電圧の値が判定閾値に達しているとき、ステッピングモータ２０で脱調が発生していると判定する。

本実施の形態において、ＣＰＵ１２２は、以下のようにして、温度の計測結果と、入力電圧の測定結果とに基づいて、ステッピングモータ２０の脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値を設定する。

ＣＰＵ１２２は、予めモータ制御回路１２に設定された逆起電圧の判定基準値に基づいて、逆起電圧の判定閾値を設定する。判定基準値は、入力電圧に関する閾値と、温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定されている。本実施の形態においては、入力電圧に関する２つの閾値と、温度に関する２つの閾値とで、３行３列（３×３）のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に、判定基準値が予め設定されている。

図４は、判定基準値の設定例を説明する図である。

図４においては、上述のように３行３列の部分領域ａａ，ａｂ，ａｃ，ｂａ，ｂｂ，ｂｃ，ｃａ，ｃｂ，ｃｃのそれぞれについて１個の判定基準値Ｄａａ，Ｄａｂ，Ｄａｃ，Ｄｂａ，Ｄｂｂ，Ｄｂｃ，Ｄｃａ，Ｄｃｂ，Ｄｃｃが設定されている例が示されている。すなわち、９個の部分領域ａａからｃｃのそれぞれに１個ずつ、合計９個の判定基準値ＤａａからＤａｃが設定されている。

部分領域ａａからｃｃは、入力電圧に関する閾値Ｖ２，Ｖ３と、温度に関する閾値Ｔ２，Ｔ３とでマトリクス状に区分されている。すなわち、閾値Ｖ２，Ｖ３によって、入力電圧Ｖ１からＶ４までの範囲が、３つの電圧範囲（区分領域）Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに区切られている。低電圧範囲Ｖａは、Ｖ１以上Ｖ２未満の範囲である。中電圧範囲Ｖｂは、Ｖ２以上Ｖ３未満の範囲である。高電圧範囲Ｖｃは、Ｖ３以上Ｖ４未満の範囲である。また、閾値Ｔ２，Ｔ３によって、入力温度Ｔ１からＴ４までの範囲が、３つの温度範囲（区分領域）Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃに区切られている。低温度範囲Ｔａは、Ｔ１以上Ｔ２未満の範囲である。中温度範囲Ｔｂは、Ｔ２以上Ｔ３未満の範囲である。高温度範囲Ｔｃは、Ｔ３以上Ｔ４未満の範囲である。この３つの電圧範囲Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと３つの温度範囲Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃとの組合せによって、９個の部分領域ａａからｃｃがマトリクス状に形成されている。

ＣＰＵ１２２は、入力された温度の計測結果と入力電圧の測定結果とに基づいて、９個の部分領域ａａからｃｃのうち、現在の状態に対応する部分領域を制御領域として特定する。そして、特定した制御領域に対応する判定基準値を読み出し、その判定基準値を逆起電圧の判定閾値として設定する。ＣＰＵ１２２は、設定した判定閾値と、逆起電圧測定部１２６の測定結果とに応じて、ステッピングモータ２０の脱調が発生したか否かを判定する。

逆起電圧の判定基準値は、入力電圧に対して、２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、低電圧よりも中電圧のほうが大きくなり、中電圧よりも高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、低温度よりも高温度のほうが大きくなり、高温度よりも中温度のほうが大きくなるように、設定されている。

具体的には、判定基準値ＤａａからＤｃｃは、入力電圧に対して、低電圧範囲Ｖａよりも中電圧範囲Ｖｂのほうが大きくなり、中電圧範囲Ｖｂよりも高電圧範囲Ｖｃのほうが大きくなるように、設定されており、かつ、温度に対して、低温度範囲Ｔａよりも高温度範囲Ｔｃのほうが大きくなり、高温度範囲Ｔｃよりも中温度範囲Ｔｂのほうが大きくなるように、設定されている。

すなわち、判定基準値ＤａａからＤａｃの大きさは、以下のような関係になる。

入力電圧について、（電圧範囲Ｖａの場合）≦（Ｖｂの場合）≦（Ｖｃの場合）

温度について、（温度範囲Ｔａの場合）≦（Ｔｃの場合）≦（Ｔｂの場合）

例えば、低温度範囲Ｔ１の状況下で比較すると、以下のような関係になっている。

（低電圧低温度領域ａａの判定基準値Ｄａａ）≦（中電圧低温度領域ｂａの判定基準値Ｄｂａ）≦（高電圧低温度領域ｃａの判定基準値Ｄｃａ）

また、例えば、低電圧範囲Ｖ１の状況下で比較すると、以下のような関係になっている。

（低電圧低温度領域ａａの判定基準値Ｄａａ）≦（低電圧高温度領域ａｃの判定基準値Ｄａｃ）≦（低電圧中温度領域ａｂの判定基準値Ｄａｂ）

本実施の形態において、入力電圧と逆起電圧の判定基準値との関係性が次のようになるように、各判定基準値が設定されている。

低電圧範囲Ｖａでは、トルクが小さくなり、逆起電圧が比較的低くなる。そのため、判定基準値が比較的小さい値となる。

他方、高電圧範囲Ｖｃでは、トルクが十分に大きくなり、逆起電圧が比較的高くなる。そのため、判定基準値が比較的大きい値となる。

また、温度と逆起電圧の判定基準値との関係性が次のようになるように、各判定基準値が設定されている。

低温度範囲Ｔａでは、アクチュエータ１において、ギヤ２６，３１，３２，３３等の可動部に塗布されているグリスが固くなり、ステッピングモータ２０の負荷が大きくなるため、トルク不足になる。逆起電圧が比較的低くなるため、判定基準値が比較的小さい値となっている。

また、高温度範囲Ｔｃにおいては、ギヤ２６，３１，３２，３３等の樹脂が膨張してギヤ間が詰まり、ステッピングモータ２０の負荷が大きくなるため、トルク不足になる。そのため、低温度環境の場合と同様に、判定基準値が比較的小さい値にとなっている。なお、ステッピングモータ２０の負荷が増大する程度は、温度が高くなることにより素材が膨張する場合よりも、温度が低くなることによりグリスの粘度が増大する場合のほうが大きい。そのため、高温度範囲Ｔｃよりも低温度範囲Ｔａのほうが、判定基準値を小さくすることが望ましい。また、中温度範囲Ｔｂよりも高温度範囲Ｔｃのほうが、判定基準値を小さくすることが望ましい。

本実施の形態において、入力電圧と、温度と、逆起電圧の判定基準値とは、例えば次のように設定されている。ここでは、基準となる入力電圧が略１２Ｖである場合であって、室温環境で用いられるアクチュエータ１を想定する。

閾値について、入力電圧の下限値Ｖ１や上限値Ｖ４、温度の下限値Ｔ１や上限値Ｔ４は、適宜設定可能である。これらの下限値Ｖ１，Ｔ１や上限値Ｖ４，Ｔ４は、設定されていなくてもよく、その場合には、低電圧範囲Ｖａは閾値Ｖ２以下のすべての電圧の範囲となり、高電圧範囲Ｖｃは閾値Ｖ３以上のすべての電圧の範囲となる。また、低温度範囲Ｔａは閾値Ｔ２以下のすべての温度の範囲となり、高温度範囲Ｔｃは閾値Ｔ３以上のすべての温度の範囲となる。

なお、判定基準値や電圧と温度との閾値の具体的な値は、アクチュエータ１やステッピングモータ２０の用途や仕様、入力電圧の大きさ、入力電圧の変動量、想定される温度等に応じて、適宜実験結果やシミュレーション結果などを利用して設定することができる。

図５は、モータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の逆起電圧の判定閾値設定処理を大まかに説明するフローチャートである。

図５に示されるように、ステップＳ１１において、入力電圧測定部１２５により、入力電圧が測定される（入力電圧測定ステップ）。

ステップＳ１２において、温度計測部１２８により、温度が計測される（温度計測ステップ）。なお、ステップＳ１１とステップＳ１２とは、同時に行われたり、順序が入れ替わったりしてもよい。

ステップＳ１３において、ＣＰＵ１２２は、温度の計測結果と、入力電圧の測定結果とに基づいて、９個の部分領域ａａからｃｃのうち現在の状態を含む部分領域を制御領域として特定する。

ステップＳ１４において、ＣＰＵ１２２は、特定した制御領域に対応する逆起電圧の判定基準値を読み出し、その判定基準値を逆起電圧の判定閾値として設定する（判定閾値設定ステップ）。

ステップＳ１５において、逆起電圧測定部１２６は、Ａ相及びＢ相のうちいずれか１つの相のコイル２１ａ，２１ｂに流れるコイル電流Ｉａ，Ｉｂの向きが切り替わる際に、一時的に、そのコイル２１ａ，２１ｂへのパルス電圧の印加が停止する期間中に、パルス電圧の印加が停止されている相のコイル２１ａ，２１ｂに誘起される逆起電圧をコイル毎に測定する（逆起電圧計測ステップ）。

ステップＳ１６において、ＣＰＵ１２２は、コイル電流の測定結果に応じて、制御信号を出力する。ＣＰＵ１２２は、設定した判定閾値と、逆起電圧測定部１２６により測定された逆起電圧の値とに応じて、ステッピングモータ２０の脱調が発生したか否かを判定し（判定ステップ）、判定結果に基づいて制御信号を出力する。

例えば、図５において示される処理は、ステッピングモータ２０を駆動するためのコマンドをＣＰＵ１２２が受け付けてから行われる。そして、図５において示される処理が終了し、判定閾値の設定が行われる。

［実施の形態における効果］

以上のように構成されたモータ制御装置１０を用いたアクチュエータ１では、入力電圧と温度との関係で定まる部分領域毎に予め設定された、逆起電圧の判定基準値に基づいて、逆起電圧の判定閾値を設定できる。したがって、幅広い状況下で精度の高い脱調判定を行うことができるように、判定閾値を設定することができる。ステッピングモータ２０の脱調判定を幅広い状況下でも高精度に行うことができるようになるので、アクチュエータ１の動作を適切に制御することができるようになる。

入力電圧の範囲に応じて、判定基準値が設定されている。そのため、入力電圧の影響によるトルク変化による逆起電圧の変化に対応して、適切な判定閾値を設定できる。また、入力電圧の範囲を区分する閾値を任意に設定でき、各電圧範囲に対応して細かく判定閾値を調整することが可能となる。

また、温度の範囲に応じて、判定基準値が設定されている。そのため、温度の影響によるトルク変化による逆起電圧の変化に対応して、適切な判定閾値を設定できる。また、温度の範囲を区分する閾値を任意に設定でき、各温度範囲に対応して細かく判定閾値を調整することが可能となる。特に、本実施の形態では、ＩＣの内部温度が計測され、判定閾値の決定に利用される。駆動状況により温度が変動することがあるステッピングモータ２０から若干離れた、温度の影響による負荷の増大の要因となる部位の温度に近い温度を計測し、その計測結果を利用して判定閾値を決定することができるので、状況に応じた適切な判定閾値で脱調判定を行うことができる。なお、温度はＩＣ内部温度にかかわらず、他の部位の温度が計測されるようにしてもよい。

入力電圧の範囲及び温度の範囲に対して、マトリクス状に部分領域が設定され、それぞれの部分領域毎に判定基準値を設定できる。そのため、アクチュエータ１が使用されるときの入力電圧と温度との状況に応じて、入力電圧と温度との相互の影響が考慮された最適な判定閾値を設定できる。特に、従来みられた、低温であって入力電圧が低いときのトルクを確保するために判定閾値を低く設定すると入力電圧が高いときにおける脱調判定の精度が落ち、一方、入力電圧が高いときの判定精度を確保するために判定閾値を高く設定すると入力電圧が低いときのトルクが確保できないという問題を解消することができる。すなわち、低温度低電圧である状況下においてトルクを確保し、かつ、低温度高電圧である状況において脱調判定の精度を向上させることができる。

［その他］

マトリクスの分割数は、２行２列（２×２）以上であればよく、また、入力電圧についての閾値の数と温度についての閾値の数とが異なっていてもよい。例えば、２×３、２×４、４×４など、適宜設定することができる。

図６は、判定基準値の設定例の一変型例を説明する図である。

図６においては、上述の図４に示されるマトリクスについて、さらに、特に低電圧範囲Ｖａが３つに分割され、領域ａａが領域ａ１ａ，ａ２ａ，ａ３ａに、領域ａｂが領域ａ１ｂ，ａ２ｂ，ａ３ｂに、領域ａｃが領域ａ１ｃ，ａ２ｃ，ａ３ｃにそれぞれ分割されている例が示されている。すなわち、３行５列のマトリクス状の部分領域が設けられている。換言すると、図６に示される例においては、温度についての２つの閾値Ｔ２，Ｔ３と入力電圧についての４つの閾値Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２，Ｖ３とでマトリクス状に区分される１５個の部分領域が設けられている。このように、特に低電圧の範囲を細かく区分し、各状況下のトルクに応じた逆起電圧の値について適正に脱調判定を行うことができるように判定基準値Ｄａ１ａ，Ｄａ２ａ，Ｄａ３ａ，Ｄａ１ｂ，Ｄａ２ｂ，Ｄａ３ｂ，Ｄａ１ｃ，Ｄａ２ｃ，Ｄａ３ｃを設定することができる。そのため、各状況下でより適正にかつ高精度にステッピングモータ２０の脱調判定を行い、アクチュエータ１を適正に動作させることができるようになる。

上述のアクチュエータの構成は一例であり、上述とは異なる構成であってもよい。

制御回路の一部分のみが集積回路として構成されていてもよい。また、モータ制御装置のうち、制御回路とは異なる部分の一部が集積回路として構成されていてもよい。モータ制御装置の全部が集積回路として構成されていてもよい。

上記実施の形態において、逆起電圧の測定は、各相のコイルの制御電流の停止中において、他のコイルを固定電圧に設定して行われるが、これに限られるものではない。当該他のコイルについては固定電圧に設定するか否かにかかわらず、ある相のコイルの制御電流の停止期間において、そのコイルについての逆起電圧を測定するようにすればよい。また、逆起電圧は、種々のタイミングで適宜測定するようにすればよい。

ステッピングモータやモータ制御装置など、アクチュエータのハードウェア構成は上述に限られるものではない。

上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。

上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。上記のフローチャート及び文章で説明された処理は、そのプログラムに従ってＣＰＵなどにより実行される。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ アクチュエータ
１０ モータ制御装置
１２ モータ制御回路
１４ 駆動回路
２０ ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ コイル
１２２ ＣＰＵ（中央演算処理装置；判定閾値設定部の一例、判定部の一例）
１２４ 電流測定部
１２５ 入力電圧測定部
１２６ 逆起電圧測定部
１２８ 温度計測部
１４２ モータ駆動部
１４４ 電流センサ

Claims (6)

1. ステッピングモータを駆動させるモータ制御装置に用いられるモータ制御回路であって、
   前記モータ制御装置に入力される入力電圧を測定する入力電圧測定部と、
   温度を計測する温度計測部と、
   前記ステッピングモータの複数相のコイルのうち、通電が停止しているコイルに誘起される逆起電圧を測定する逆起電圧測定部と、
   前記入力電圧測定部の測定結果と前記温度計測部の計測結果とに基づいて、前記ステッピングモータの脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値を設定する判定閾値設定部と、
   前記逆起電圧測定部の測定結果と、前記判定閾値設定部により設定された前記判定閾値とに基づいて、前記ステッピングモータの脱調に関する判定を行う判定部とを備え、
   前記判定閾値設定部は、前記入力電圧に関する閾値と前記温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された前記逆起電圧の判定基準値を、前記入力電圧測定部の測定結果と前記温度計測部の計測結果とに基づいて特定し、特定した前記判定基準値に基づいて、前記判定閾値の設定を行う、モータ制御回路。
2. 前記判定閾値設定部は、前記入力電圧に関する２つの閾値と前記温度に関する２つの閾値とで３行３列のマトリクス状に区分される９個の部分領域毎に予め設定された前記判定基準値に基づいて、前記判定閾値の設定を行う、請求項１に記載のモータ制御回路。
3. 前記判定基準値は、
   前記入力電圧に対して、前記２つの閾値で区分される低電圧、中電圧、高電圧の各範囲について、前記低電圧よりも前記中電圧のほうが大きくなり、前記中電圧よりも前記高電圧のほうが大きくなるように、設定されており、かつ、
   前記温度に対して、前記２つの閾値で区分される低温度、中温度、高温度の各範囲について、前記低温度よりも前記高温度のほうが大きくなり、前記高温度よりも前記中温度のほうが大きくなるように、設定されている、請求項２に記載のモータ制御回路。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御回路と、
   前記ステッピングモータを駆動させるための駆動回路とを備え、
   前記モータ制御回路は、前記駆動回路を制御するための制御信号を出力し、
   前記駆動回路は、前記制御信号に基づいて前記ステッピングモータのコイルに駆動電流を流す、モータ制御装置。
5. 駆動力を発生させるステッピングモータと、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御回路と、
   前記モータ制御回路から出力された制御信号に基づいて前記ステッピングモータのコイルに駆動電流を流す駆動回路とを有する、アクチュエータ。
6. 複数相のコイルを有するステッピングモータの制御方法であって、
   入力電圧を測定する入力電圧測定ステップと、
   温度を計測する温度計測ステップと、
   前記入力電圧測定ステップの測定結果と前記温度計測ステップの計測結果とに基づいて、前記ステッピングモータの脱調に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値を設定する判定閾値設定ステップと、
   前記複数相のコイルのうち、通電が停止しているコイルに誘起される逆起電圧を測定する逆起電圧計測ステップと、
   前記逆起電圧計測ステップの測定結果と、前記判定閾値設定ステップにより設定された前記判定閾値とに基づいて、前記ステッピングモータの脱調に関する判定を行う判定ステップとを備え、
   前記判定閾値設定ステップは、前記入力電圧に関する閾値と前記温度に関する閾値とでマトリクス状に区分される複数の部分領域毎に予め設定された前記逆起電圧の判定基準値を、前記入力電圧測定ステップで測定した入力電圧の測定結果と前記温度計測ステップで計測した温度の計測結果とに基づいて特定し、特定した前記判定基準値に基づいて、前記判定閾値の設定を行う、ステッピングモータの制御方法。

Images