JP7479217B2 - モータ駆動制御装置、アクチュエータ、およびモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、アクチュエータ、およびモータ駆動制御方法に関し、例えば、ステッピングモータを駆動するためのモータ駆動制御装置、当該モータ駆動制御装置を搭載したアクチュエータ、およびステッピングモータを駆動するためのモータ駆動制御方法に関する。

車載用途の空調ユニットとして、ＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）が知られている。ＨＶＡＣは、空間内を快適に保つために、熱交換器で除湿、冷房、暖房等された空気をファンやモータで送風する空調ユニットである。一般に車載用途のＨＶＡＣシステムは、１台のマスタとしてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と複数のスレイブとがバスラインを介して互いに接続された通信ネットワークを構成している。

ＨＶＡＣシステムにおけるスレイブは、例えば、ダンパアクチュエータ等のＨＶＡＣシステムで使用可能なアクチュエータである。アクチュエータは、例えばステッピングモータと、ステッピングモータの駆動を制御するモータ駆動制御装置と、ステッピングモータの回転力を駆動対象に伝達する動力伝達機構とを含む。動力伝達機構は、ＨＶＡＣシステムにおける空調装置の可動部に連結されており、ステッピングモータの回転力を空調装置の可動部に伝達することにより、当該可動部を駆動する。

一般に、ステッピングモータは、急激な速度変化時や過負荷時（トルク不足時）に脱調し易いことが知られている。ステッピングモータが脱調した場合、アクチュエータはＨＶＡＣに駆動エネルギーを伝達できず、誤動作の原因となる。このため、ＨＶＡＣでは、ステッピングモータの脱調を検出および抑制することが求められている。

例えば、特許文献１および特許文献２に、ステッピングモータの脱調の検出および抑制のための技術が開示されている。具体的に、特許文献１には、逆起電圧の測定結果に基づいてステッピングモータに供給される電流を調整する技術が開示されている。また、特許文献２には、モータ制御装置への入力電圧およびモータ制御装置の温度に基づいて、脱調判定のための閾値を決定することが開示されている。

特開２０１１－２５９５２５号公報 特開２０１８－０３３２０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ステッピングモータに設定された電流値で対応できない負荷がアクチュエータに加わった場合に脱調する虞がある。また、特許文献２に開示された技術では、ステッピングモータが脱調しないように、ステッピングモータの目標電流値として大きな電流値が設定されている。その結果、ステッピングモータの負荷が小さい場合には過剰な電流がステッピングモータに供給されるため、アクチュエータの省電力化が困難であった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑えつつ、ステッピングモータの安定した駆動を実現することを目的とする。

本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、ステッピングモータの回転を制御するための駆動制御信号を生成するモータ制御回路と、前記駆動制御信号に基づいて前記ステッピングモータに通電する制御を行うモータ駆動回路とを備え、前記モータ制御回路は、前記ステッピングモータの駆動電流の目標値である目標電流値を設定するとともに、前記ステッピングモータの回転速度の目標値である目標回転速度を設定する目標値設定部と、前記ステッピングモータの駆動電流を計測する電流計測部と、前記ステッピングモータが前記目標回転速度で回転し、且つ前記電流計測部によって計測された前記駆動電流が目標電流値に近づくように、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、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計測する逆起電圧計測部と、前記逆起電圧計測部によって計測された逆起電圧に基づいて前記ステッピングモータの負荷状態を判定する負荷判定部と、前記目標値設定部は、前記負荷判定部による判定結果に基づいて、前記目標電流値および前記目標回転速度を設定することを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、消費電力を抑えつつ、ステッピングモータの安定した駆動を実現することが可能となる。

本実施の形態に係るモータ駆動制御装置を搭載したアクチュエータの構造の一例を示す分解斜視図である。 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。 制御回路の機能ブロック構成を示す図である。 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。 モータ駆動制御装置によるステッピングモータ２０の駆動制御の流れを示すフローチャートである。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置（１０）は、ステッピングモータ（２０）の回転を制御するための駆動制御信号（Ｓｄ）を生成するモータ制御回路（１２）と、前記駆動制御信号に基づいて前記ステッピングモータに通電する制御を行うモータ駆動回路（１４）と、を備え、前記モータ制御回路は、前記ステッピングモータの駆動電流の目標値である目標電流値（Ｉ_ｎ）を設定するとともに、前記ステッピングモータの回転速度の目標値である目標回転速度（Ｒ_ｎ）を設定する目標値設定部（１３０）と、前記ステッピングモータの駆動電流を計測する電流計測部（１２４）と、前記ステッピングモータが前記目標回転速度で回転し、且つ前記電流計測部によって計測された前記駆動電流が前記目標電流値（Ｉ_ｎ）に近づくように、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部（１３４）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計測する逆起電圧計測部（１２６）と、前記逆起電圧計測部によって計測された逆起電圧に基づいて前記ステッピングモータの負荷状態を判定する負荷判定部（１３３）と、前記目標値設定部は、前記負荷判定部による判定結果に基づいて、前記目標電流値および前記目標回転速度を設定することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記負荷判定部（１３３）は、前記逆起電圧計測部によって計測された逆起電圧と閾値（Ｖｔ）とを比較し、前記目標値設定部は、前記負荷判定部によって前記逆起電圧が前記閾値より小さいと判定された場合に、前記目標電流値を増加させるとともに、前記目標回転速度を低下させてもよい。

〔３〕上記〔２〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記目標値設定部は、前記負荷判定部によって前記逆起電圧が前記閾値より大きいと判定された場合に、前記目標電流値を低下させるとともに前記目標回転速度を増加させてもよい。

〔４〕上記〔２〕または〔３〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記目標値設定部は、前記逆起電圧と前記閾値との差に応じて、前記目標電流値の変化量および前記目標回転速度の変化量を変化させてもよい。

〔５〕本発明の代表的な実施の形態に係るアクチュエータ（１）は、前記ステッピングモータ（２０）と、上記〔１〕乃至〔４〕の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置（１０）と、前記ステッピングモータの回転力を駆動対象に伝達する動力伝達機構（３１，３２，３３）と、を備えること特徴とする。

〔６〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ制御方法は、ステッピングモータ（２０）の駆動電流の目標値である目標電流値（Ｉ_ｎ）を設定するとともに、前記ステッピングモータの回転速度の目標値である目標回転速度（Ｒ_ｎ）を設定する目標値設定ステップ（Ｓ１，Ｓ７，Ｓ８）と、前記ステッピングモータの駆動電流（Ｉｒ）を計測する電流計測ステップ（Ｓ２）と、前記ステッピングモータが前記目標回転速度で回転し、且つ前記電流計測ステップにおいて計測された前記駆動電流が前記目標電流値に近づくように、前記ステッピングモータの駆動を制御するための駆動制御信号（Ｓｄ）を生成する駆動制御信号生成ステップ（Ｓ２）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計測する逆起電圧計測ステップ（Ｓ３）と、前記逆起電圧計測ステップにおいて計測された逆起電圧に基づいて前記ステッピングモータの負荷状態を判定する負荷判定ステップ（Ｓ４）と、前記目標値設定ステップは、前記負荷判定ステップにおける判定結果に基づいて、前記目標電流値および前記目標回転速度を設定するステップ（Ｓ６，Ｓ７）を含むことを特徴とする。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置を搭載したアクチュエータの構造の一例を示す分解斜視図である。

アクチュエータ１は、例えば、車載用途のＨＶＡＣシステムにおける空調装置を駆動するための装置である。アクチュエータ１としては、ダンパアクチュエータ、弁アクチュエータ、ファンアクチュエータ、ポンプアクチュエータ等のＨＶＡＣシステムで使用可能な各種のアクチュエータを例示することができる。

ＨＶＡＣシステムにおいて、アクチュエータ１は、例えば、他のアクチュエータとともに、上位装置としてのＥＣＵ（不図示）とバスを介して互いに接続され、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信ネットワークを構成している。

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２０と、モータ２０の駆動を制御するモータ駆動制御装置１０と、モータ２０の回転力を駆動対象に伝達する動力伝達機構としての２次ギヤ３１、３次ギヤ３２、および出力ギヤ３３とが収納されている。

モータ２０は、アクチュエータ１の駆動力を発生させる。モータ２０は、例えばステッピングモータである。以下、モータ２０をステッピングモータ２０とも表記する。ステッピングモータ２０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動する。ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル（不図示）及びＢ相のコイル（不図示）を有する。ステッピングモータ２０は、モータ駆動制御装置１０から各相のコイルに駆動電力が供給されて動作する。

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。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（不図示）が露出し、この外部出力ギヤが駆動対象に連結されている。

モータ駆動制御装置１０は、例えばバスを介して上位装置（ＥＣＵ）との間で通信を行い、上位装置から受信した制御フレーム（指令）に基づいてステッピングモータ２０の駆動を制御することにより、アクチュエータ全体の動作を制御する。モータ駆動制御装置１０が上位装置からの指令に基づいてステッピングモータ２０を駆動すると、ステッピングモータ２０の出力軸２５に接続された１次ギヤ２６が回転する。１次ギヤ２６の回転による駆動力が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、外部出力ギヤが駆動対象である空調装置の可動部を駆動する。

モータ駆動制御装置１０は、ハードウェア資源として、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等を有している。プリント基板４２には、後述するモータ制御回路１２およびモータ駆動回路１４、および複数の外部接続端子４１が設けられている。

なお、ケース５１及びカバー５２の内部に収納される回路は、例えばモータ駆動回路１４だけであってもよい。例えば、モータ駆動制御装置１０は、ケース５１およびカバー５２の内部に設けられたモータ駆動回路１４と、ケース５１およびカバー５２の外部に設けられたモータ制御回路１２とによって構成されるようにしてもよい。

図２は、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、モータ駆動制御装置１０は、モータ制御回路１２およびモータ駆動回路１４を備えている。

モータ制御回路１２は、入力電圧ＶＩＮを電源電圧として動作する。モータ制御回路１２は、上位装置からの指令Ｓｃに基づいて、ステッピングモータ２０の回転を制御するための駆動制御信号Ｓｄを生成してモータ駆動回路１４を制御することにより、ステッピングモータ２０の回転を制御する。駆動制御信号Ｓｄは、例えばＰＷＭ信号である。モータ制御回路１２の詳細については後述する。

上位装置からの指令Ｓｃには、例えば、ステッピングモータ２０の回転速度を指定する情報や、ステッピングモータ２０の回転量（回転角度）を指定する情報等が含まれる。

モータ駆動回路１４は、入力電圧ＶＩＮを電源電圧として動作する。モータ駆動回路１４は、モータ制御回路１２から出力された駆動制御信号Ｓｄに基づいて、ステッピングモータ２０に通電する制御を行う。モータ駆動回路１４は、モータ駆動部１４２と電流センサ１４４とを有する。

モータ駆動部１４２は、駆動制御信号Ｓｄに基づいて、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。本実施の形態では、モータ駆動回路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、例えば、複数のトランジスタを含むインバータ回路である。モータ駆動部１４２は、駆動制御信号Ｓｄに応じて、入力電圧ＶＩＮから、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。ステッピングモータ２０の駆動電力は、駆動制御信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号のデューティ比に応じて変化する。

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、例えばシャント抵抗である。電流センサ１４４は、コイル電流のセンシング結果を、電流計測部１２４に出力する。

図２に示すように、モータ制御回路１２は、例えば、制御回路１２２、温度計測部１２８、電流計測部１２４、入力電圧計測部１２５、および逆起電圧計測部１２６を含む。

温度計測部１２８は、例えば、モータ制御回路１２の内部温度を検知する温度センサと、温度センサからの検知信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路を含んで構成されている。温度計測部１２８は、モータ制御回路１２の温度の計測結果を制御回路１２２に出力する。

電流計測部１２４は、ステッピングモータ２０のコイル電流（以下、「駆動電流」とも称する。）を計測する。電流計測部１２４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を受け付ける。電流計測部１２４は、入力されたセンシング結果に基づいて駆動電流を計測する。電流計測部１２４は、計測結果を駆動電流の計測値Ｉｒとして、制御回路１２２に出力する。電流計測部１２４は、例えばＡ／Ｄ変換回路を含んで構成されている。

入力電圧計測部１２５は、モータ駆動制御装置１０に入力される電源電圧としての入力電圧ＶＩＮを計測する。ここで、入力電圧ＶＩＮは、ステッピングモータ２０の駆動電力の供給源となる電源電圧である。入力電圧ＶＩＮは、例えば、バッテリから供給される直流電圧である。入力電圧計測部１２５は、入力電圧の計測結果を制御回路１２２に出力する。入力電圧計測部１２５は、例えばＡ／Ｄ変換回路を含んで構成されている。

逆起電圧計測部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計測する。本実施の形態において、逆起電圧計測部１２６は、モータ駆動回路１４とステッピングモータ２０とを接続する４つのラインの夫々に接続されている。逆起電圧計測部１２６は、逆起電圧の計測結果を、制御回路１２２に出力する。逆起電圧計測部１２６は、例えばＡ／Ｄ変換回路を含んで構成されている。

制御回路１２２は、モータ制御回路１２の統括的な制御を行うための回路である。
制御回路１２２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の各種メモリ、タイマ、カウンタ、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））である。メモリとしては、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような書き換え可能な不揮発性の記憶装置を有している。

なお、上述した温度計測部１２８、電流計測部１２４、入力電圧計測部１２５、および逆起電圧計測部１２６の一部または全部は、制御回路１２２を構成するＭＣＵ内のＡ／Ｄ変換回路を用いて実現されていてもよいし、ＭＣＵとは別に設けられたＡ／Ｄ変換回路を含む別個のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によって実現されていてもよい。

制御回路１２２は、所定の回転速度でステッピングモータ２０が回転し、且つステッピングモータ２０に適切なトルクを発生させるように、駆動制御信号Ｓｄを生成する。

制御回路１２２は、駆動制御信号Ｓｄを生成するとき、ステッピングモータ２０の負荷を推定し、推定した負荷に応じて、ステッピングモータ２０の目標電流値Ｉ_ｎと目標回転速度Ｒ_ｎとを動的に調整する機能を有している。

制御回路１２２は、上記機能を実現するために、以下に示す機能ブロックを有している。

図３は、制御回路１２２の機能ブロック構成を示す図である。

図３に示すように、制御回路１２２は、上述した機能を実現するための機能ブロックとして、目標値設定部１３０、記憶部１３１、脱調判定部１３２、負荷判定部１３３、および駆動制御信号生成部１３４を有している。これらの機能ブロックは、上述したＭＣＵ内のＣＰＵが、メモリに記憶されているプログラムに従って各種演算を実行するとともに、タイマおよびカウンタ、Ａ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等のＭＣＵ内部およびＭＣＵ外部の周辺回路を制御することによって、実現される。

目標値設定部１３０は、ステッピングモータ２０の駆動制御に用いるパラメータを設定するための機能部である。パラメータとしては、ステッピングモータ２０の回転速度の目標値である目標回転速度Ｒ_ｎ、ステッピングモータ２０のコイルに流れる電流（駆動電流）の目標値である目標電流値Ｉ_ｎ、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（以下、「脱調判定閾値Ｖｘ」とも称する。）、ステッピングモータ２０の負荷に関する判定を行うための逆起電圧の判定閾値（以下、「負荷判定閾値Ｖｔ」とも称する。）等を例示することができる。目標値設定部１３０は、例えば記憶部１３１に記憶されている情報に基づいて、各パラメータを設定する。目標値設定部１３０の詳細については後述する。

記憶部１３１は、上述したステッピングモータ２０の駆動制御に用いられる各種パラメータを記憶する機能部である。例えば、記憶部１３１には、後述する目標電流値の初期値Ｉ_０の情報３０１、目標回転速度の初期値Ｒ_０の情報３０２、電流値調整幅ΔＩの情報３０３、回転速度調整幅ΔＲの情報３０４、脱調判定閾値Ｖｘの情報３０５、負荷判定閾値Ｖｔの情報３０６等が記憶されている。

脱調判定部１３２は、記憶部１３１に記憶されている脱調判定閾値と逆起電圧計測部１２６の計測結果とに基づいて、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）ための機能部である。

ここで、脱調判定部１３２による脱調判定に用いるステッピングモータ２０の逆起電圧の計測方法について説明する。

図４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４に示されるように、ステッピングモータ２０は、例えば、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、モータ駆動回路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４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計測される。制御回路１２２の駆動制御信号生成部１３４は、駆動制御信号Ｓｄによって、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、逆起電圧計測部１２６は、この停止期間中に、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）計測する。

例えば、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。逆起電圧計測部１２６は、これらの逆起電圧を計測する。

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、駆動制御信号生成部１３４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、駆動制御信号生成部１３４は、予め決められた停止期間を設定してもよいし、モータ駆動制御装置１０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、逆起電圧計測部１２６は、コイル２１ａに誘起される逆起電圧を計測し、脱調判定部１３２および負荷判定部１３３にそれぞれ供給する。

脱調判定部１３２は、逆起電圧計測部１２６によって計測された逆起電圧と目標値設定部１３０によって設定された脱調判定閾値Ｖｘとを比較する。例えば、脱調判定部１３２は、逆起電圧の計測値が脱調判定閾値Ｖｘより小さい場合に、ステッピングモータ２０で脱調が発生していると判定し、逆起電圧の計測値が脱調判定閾値Ｖｘ以上である場合に、ステッピングモータ２０で脱調が発生していないと判定する。

駆動制御信号生成部１３４は、駆動制御信号Ｓｄを生成するための機能部である。駆動制御信号生成部１３４は、電流計測部１２４によって計測された駆動電流の計測値Ｉｒと、目標値設定部１３０によって設定された目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎと、脱調判定部１３２による判定結果とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄ（ＰＷＭ信号）を生成する。

例えば、駆動制御信号生成部１３４は、ステッピングモータ２０が目標回転速度Ｒ_ｎで回転し、且つ駆動電流の計測値Ｉｒと目標電流値Ｉ_ｎとが近づくように、パルス周期およびパルス幅を調整したＰＷＭ信号を生成し、駆動制御信号Ｓｄとして出力する。また、駆動制御信号生成部１３４は、脱調判定部１３２による脱調判定の結果に応じて、駆動制御信号Ｓｄを生成する。例えば、駆動制御信号生成部１３４は、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には、駆動制御信号Ｓｄによって、モータ駆動回路１４（モータ駆動部１４２）に対してステッピングモータ２０の駆動信号の出力を停止させる。

負荷判定部１３３は、ステッピングモータ２０の負荷状態を監視するための機能部である。負荷判定部１３３は、ステッピングモータ２０のトルク（駆動電流）がステッピングモータ２０の負荷に対して十分か否かを判定する。具体的に、負荷判定部１３３は、逆起電圧計測部１２６によって計測された逆起電圧と目標値設定部１３０によって設定された負荷判定閾値Ｖｔとを比較し、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも大きい場合に、負荷がステッピングモータ２０のトルク（駆動電流）に対して小さい（低負荷状態）と判定し、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも小さい場合に、負荷がステッピングモータ２０のトルク（駆動電流）に対して大きい（高負荷状態）と判定する。負荷判定部１３３は、判定結果を目標値設定部１３０に与える。

次に、目標値設定部１３０による目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎの設定方法について説明する。

目標値設定部１３０は、例えば、アクチュエータ１（モータ駆動制御装置１０）に電源電圧ＶＩＮが供給されて制御回路１２２が起動したとき、ステッピングモータ２０の駆動制御に用いる各パラメータの初期設定を行う。例えば、目標値設定部１３０は、記憶部１３１から脱調判定閾値Ｖｘの情報３０５および負荷判定閾値Ｖｔの情報３０６を記憶部１３１から読み出して、脱調判定閾値Ｖｘを脱調判定部１３２に設定するとともに、負荷判定閾値Ｖｔを負荷判定部１３３に設定する。また、目標値設定部１３０は、目標電流値の初期値Ｉ_０および目標回転速度の初期値Ｒ_０を目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎとしてそれぞれ設定する。

ここで、目標回転速度の初期値Ｒ_０は、例えば、上位装置からの指令Ｓｃによって指定された回転速度である。目標電流値の初期値Ｉ_０は、例えば、上位装置からの指令Ｓｃによって指定された回転速度（目標回転速度の初期値Ｒ_０）に応じた値であり、目標値設定部１３０が、指令Ｓｃによって指定された回転速度の値に基づいて決定する。すなわち、初期値Ｉ_０，Ｒ_０は、上位装置からの指令Ｓｃが更新される毎に再設定される。

目標値設定部１３０は、目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎの初期設定後、負荷判定部１３３による判定結果に基づいて、目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを更新する。具体的には、ステッピングモータ２０の駆動制御中に、負荷判定部１３３によって高負荷状態と判定された場合に、目標電流値Ｉ_ｎを増加させるとともに目標回転速度Ｒ_ｎを低下させる。例えば、目標値設定部１３０は、負荷判定部１３３によって逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも小さいと判定される毎に、目標電流値Ｉ_ｎを初期値Ｉ_０から段階的に増加させるとともに、目標回転速度Ｒ_ｎを初期値Ｒ_０から段階的に低下させる。

例えば、目標電流値Ｉ_ｎは下記式（１）によって、目標回転速度Ｒ_ｎは下記式（２）によってそれぞれ表すことができる。ここで、ΔＩは目標電流値の単位調整幅（電流値調整幅）を、ΔＲは目標回転速度の単位調整幅（回転速度調整幅）をそれぞれ表している。また、ｎは１以上の整数であり、負荷判定部１３３によって高負荷状態と判定された回数を表している。なお、モータ駆動制御装置１０の起動時においては、上述したように、Ｉ_ｎ＝Ｉ_０、Ｒ_ｎ＝Ｒ_０である。

式（１）に示すように、目標値設定部１３０は、負荷判定部１３３によって逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも小さいと判定された場合（高負荷状態の場合）に、直前に設定された目標電流値Ｉ_ｎ－１に電流値調整幅ΔＩを加算した値を新たな目標電流値Ｉ_ｎとする。同様に、目標値設定部１３０は、負荷判定部１３３によって逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも小さいと判定された場合に、直前に設定された目標回転速度Ｒ_ｎ－１から回転速度調整幅ΔＲを減算した値を新たな目標回転速度Ｒ_ｎとする。

これによれば、ステッピングモータ２０の負荷がステッピングモータ２０のトルク（駆動電流）に対して大きい場合には、目標電流値を増加させることにより、ステッピングモータ２０の駆動電流を増加させてトルクを増加させることができるので、脱調が発生し難くなる。

また、目標電流値の増加に加えて、目標回転速度を低下させることにより、ステッピングモータ２０の回転速度を低下させてステッピングモータ２０のコイルに電流が流れる期間を長くすることができるので、トルクを更に増加させることができ、更に脱調を発生し難くすることが可能となる。

次に、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０によるステッピングモータ２０の駆動制御の流れを説明する。

図５は、モータ駆動制御装置１０によるステッピングモータ２０の駆動制御の流れを示すフローチャートである。

例えば、入力電圧ＶＩＮが供給されるとモータ駆動制御装置１０が起動する。モータ駆動制御装置１０の起動後、先ず、モータ制御回路１２が、パラメータの初期設定を行う（ステップＳ１）。具体的には、上述したように、モータ制御回路１２の目標値設定部１３０が、記憶部１３１に記憶されている情報に基づいて、脱調判定閾値Ｖｘおよび負荷判定閾値Ｖｔを設定するとともに、記憶部１３１に記憶されている初期値Ｉ_０および初期値Ｒ_０を目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎとしてそれぞれ設定する。

次に、モータ駆動制御装置１０は、ステッピングモータ２０の駆動を制御する（ステップＳ２）。具体的には、モータ制御回路１２が、ステップＳ１で設定したパラメータに基づいて駆動制御信号ＳｄとしてのＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動回路１４が駆動制御信号Ｓｄに基づいてステッピングモータ２０を駆動する。

より具体的には、駆動制御信号生成部１３４が、電流計測部１２４によって計測された駆動電流の計測値Ｉｒが目標電流値Ｉ_ｎと近づくように駆動制御信号Ｓｄを生成する。このとき、脱調判定部１３２が、脱調判定閾値Ｖｘを用いてステッピングモータ２０の脱調の有無を監視する。ステッピングモータ２０において脱調が発生した場合には、駆動制御信号生成部１３４が、駆動制御信号Ｓｄによってステッピングモータ２０の回転を停止させる。

次に、モータ駆動制御装置１０は、逆起電圧計測部１２６によって逆起電圧を計測する（ステップＳ３）。モータ駆動制御装置１０は、ステッピングモータ２０の負荷状態を判定する（ステップＳ４）。具体的には、上述したように、負荷判定部１３３が、逆起電圧計測部１２６によって計測された逆起電圧と負荷判定閾値Ｖｔとを比較する。

逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔ以上である場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステッピングモータ２０の現時点でのトルク（駆動電流）がステッピングモータ２０の負荷に対して十分である（低負荷状態）と判定する（ステップＳ５）。この場合には、モータ駆動制御装置１０は、目標回転速度Ｒ_ｎおよび目標電流値Ｉ_ｎを変更することなく、ステッピングモータ２０の駆動制御を継続する（ステップＳ２～Ｓ４）。

一方、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔより小さい場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、ステッピングモータ２０の現時点でのトルク（駆動電流）がステッピングモータ２０の負荷に対して不足している（高負荷状態）と判定する（ステップＳ６）。

この場合には、モータ駆動制御装置１０は、目標電流値Ｉ_ｎを増加させる（ステップＳ７）。具体的には、目標値設定部１３０が、上述したように、直前に設定された目標電流値Ｉ_ｎ－１に対して電流値調整幅ΔＩを加算した値を新たな目標電流値Ｉ_ｎとして設定する（ステップＳ７）。

また、モータ駆動制御装置１０は、目標回転速度Ｒ_ｎを低下させる（ステップＳ７）。具体的には、目標値設定部１３０が、上述したように、直前に設定された目標回転速度Ｒ_ｎ－１に対して回転速度調整幅ΔＲを減算した値を新たな目標回転速度Ｒ_ｎとして設定する（ステップＳ８）。

次に、モータ駆動制御装置１０は、ステッピングモータ２０の回転を停止させるか否かを判定する（ステップＳ９）。例えば、ステッピンモータ２０の回転角度が上位装置からの指令Ｓｃによって指定された回転角度に到達していない場合や、上位装置からの指令Ｓｃによってステッピングモータ２０の駆動の停止が指示されていない場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２にもどり、ステップＳ７，Ｓ８で変更された目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを用いて、ステッピングモータ２０の駆動制御を継続する（ステップＳ２～Ｓ９）。

一方、例えば、アクチュエータ１の外部出力ギヤが上位装置からの指令Ｓｃによって指定された回転角度に到達した場合や、上位装置からの指令Ｓｃによってステッピングモータ２０の駆動の停止が指示された場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、駆動制御信号Ｓｄによって、ステッピングモータ２０の駆動を停止する。

以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０によれば、ステッピングモータ２０の逆起電圧に基づいてステッピングモータ２０の負荷状態を判定し、その判定結果に基づいて、ステッピングモータ２０の目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを設定する。これによれば、ステッピングモータ２０の負荷状態に応じた適切な駆動電流と回転速度でステッピングモータ２０を動作させることができるので、消費電力を抑えつつ、ステッピングモータ２０の脱調を抑制することが可能となる。

具体的には、モータ駆動制御装置１０は、目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎの初期値Ｉ_０，Ｒ_０をそれぞれ設定した上で、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔより小さいと判定する毎に、目標電流値Ｉ_ｎを初期値Ｉ_０から段階的に増加させるとともに、目標回転速度Ｒ_ｎを初期値Ｒ_０から段階的に低下させる。

これによれば、例えば、ステッピングモータ２０が低負荷状態にある場合には、ステッピングモータ２０の駆動電流を小さくすることにより、消費電力を抑えつつ負荷を駆動し、ステッピングモータ２０が高負荷状態にある場合には、ステッピングモータ２０の駆動電流を大きくすることにより、ステッピングモータ２０のトルクを上げて脱調の発生を抑制することができる。このとき、モータ駆動制御装置１０は、目標電流値Ｉ_ｎのみならず目標回転速度Ｒ_ｎをも調整しているので、従来技術のように、ステッピングモータ２０の駆動電流のみを調整してトルクを調整する手法に比べて、適切なトルクを得るために必要な駆動電流（目標電流値Ｉ_ｎ）をより小さくすることができる。これにより、従来技術に比べて、より消費電力を抑えて、ステッピングモータ２０の脱調を抑制することが可能となる。

また、モータ駆動制御装置１０によれば、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔより小さいと判定する毎に、目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを、段階的に変化させる。これによれば、負荷に応じて、より適切な駆動電流および回転速度でステッピングモータ２０を駆動することが可能となる。

このように、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０によれば、ステッピングモータの消費電力を抑えつつ、安定した駆動を実現することが可能となる。

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態では、負荷判定部１３３によって逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔより低い（高負荷状態）と判定された場合に、目標値設定部１３０が目標電流値Ｉ_ｎを増加させるとともに目標回転速度Ｒ_ｎを低下させる場合を例示したが、これに限られない。例えば、負荷判定部１３３によって逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔより高い（低負荷状態）と判定された場合に、目標値設定部１３０が、目標電流値Ｉ_ｎを低下させるとともに目標回転速度Ｒ_ｎを増加させてもよい。

これによれば、例えば、負荷の増大に応じて目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを調整した後に負荷が低下した場合には、負荷の低下に応じて目標電流値Ｉ_ｎおよび目標回転速度Ｒ_ｎを再調整することが可能となり、より適切なモータ制御を実現することが可能となる。

また、上記実施の形態では、電流値調整幅ΔＩおよび回転速度調整幅ΔＲが一定である場合を例示したが、これに限られず、計測した逆起電圧と負荷判定閾値との差に応じて、電流値調整幅ΔＩおよび回転速度調整幅ΔＲを変化させてもよい。例えば、逆起電圧が負荷判定閾値Ｖｔよりも低い（高負荷状態）と判定された場合に、目標値設定部１３０は、計測した逆起電圧と負荷判定閾値との差が大きくなるほど電流値調整幅ΔＩおよび回転速度調整幅ΔＲが大きくなるように設定してもよい。
これによれば、例えば、急激に負荷が増加した場合であっても、より速やかに、適切な駆動電流および回転速度でステッピングモータ２０を動作させることが可能となる。

また、上述のフローチャートは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。すなわち、フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではない。例えば、一部の処理の順番が変更されてもよいし、各処理間に他の処理が挿入されてもよいし、一部の処理が並列に行われてもよい。

１…アクチュエータ、１０…モータ駆動制御装置、１２…モータ制御回路、１４…モータ駆動回路、２０…モータ（ステッピングモータ）、２１ａ，２１ｂ…コイル、２２…ロータ、２２ｎ…Ｎ極、２２ｓ…Ｓ極、２５…出力軸、２９…モータ端子、３１…動力伝達機構、３２…動力伝達機構、３３…動力伝達機構、３３…出力ギヤ、４２…プリント基板、４３…フレキシブルプリント基板、５１…ケース、５２…カバー、１２２…制御回路、１２４…電流計測部、１２５…入力電圧計測部、１２６…逆起電圧計測部、１２８…温度計測部、１３０…目標値設定部、１３１…記憶部、１３２…脱調判定部、１３３…負荷判定部、１３４…駆動制御信号生成部、１４２…モータ駆動部、１４４…電流センサ、Ｉ_０…目標電流値の初期値、Ｉｎ…目標電流値、Ｒ_０…目標回転速度の初期値、Ｒ_ｎ…目標回転速度、Ｓｃ…指令、Ｓｄ…駆動制御信号、Ｖｔ…負荷判定閾値、Ｖｘ…脱調判定閾値、ΔＩ…電流値調整幅、ΔＲ…回転速度調整幅。

Claims (6)

1. ステッピングモータの回転を制御するための駆動制御信号を生成するモータ制御回路と、
   前記駆動制御信号に基づいて前記ステッピングモータに通電する制御を行うモータ駆動回路と、を備え、
   前記モータ制御回路は、
   前記ステッピングモータの駆動電流の目標値である目標電流値を設定するとともに、前記ステッピングモータの回転速度の目標値である目標回転速度を設定する目標値設定部と、
   前記ステッピングモータの駆動電流を計測する電流計測部と、
   前記ステッピングモータが前記目標回転速度で回転し、且つ前記電流計測部によって計測された前記駆動電流が前記目標電流値に近づくように、前記駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成部と、
   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計測する逆起電圧計測部と、
   前記逆起電圧計測部によって計測された逆起電圧に基づいて前記ステッピングモータの負荷状態を判定する負荷判定部と、を有し、
   前記目標値設定部は、前記目標電流値および前記目標回転速度の初期値をそれぞれ設定し、前記初期値の設定後に、前記負荷判定部による判定結果に基づいて、前記目標電流値および前記目標回転速度を前記初期値から段階的に更新する
   モータ駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記負荷判定部は、前記逆起電圧計測部によって計測された逆起電圧と閾値とを比較し、
   前記目標値設定部は、前記負荷判定部によって前記逆起電圧が前記閾値より小さいと判定された場合に、前記目標電流値を増加させるとともに、前記目標回転速度を低下させる
   モータ駆動制御装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記目標値設定部は、前記負荷判定部によって前記逆起電圧が前記閾値より大きいと判定された場合に、前記目標電流値を低下させるとともに前記目標回転速度を増加させる
   モータ駆動制御装置。
4. 請求項２または３に記載のモータ駆動制御装置において、
   前記モータ制御回路は、前記目標電流値の単位調整幅である電流値調整幅と、前記目標回転速度の単位調整幅である回転速度調整幅が記憶される記憶部を更に有し、
   前記目標値設定部は、前記目標電流値および前記目標回転速度を更新するとき、前記負荷判定部による判定結果に応じて、前記目標電流値を前記電流値調整幅ずつ段階的に更新するとともに、前記目標回転速度を前記回転速度調整幅ずつ段階的に更新し、
   前記目標値設定部は、前記逆起電圧と前記閾値との差に応じて、前記電流値調整幅および前記回転速度調整幅を変化させる
   モータ駆動制御装置。
5. 前記ステッピングモータと、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載されたモータ駆動制御装置と、
   前記ステッピングモータの回転力を駆動対象に伝達する動力伝達機構と、を備えるアクチュエータ。
6. ステッピングモータの駆動電流の目標値である目標電流値を設定するとともに、前記ステッピングモータの回転速度の目標値である目標回転速度を設定する目標値設定ステップと、
   前記ステッピングモータの駆動電流を計測する電流計測ステップと、
   前記ステッピングモータが前記目標回転速度で回転し、且つ前記電流計測ステップにおいて計測された前記駆動電流が前記目標電流値に近づくように、前記ステッピングモータ
   の駆動を制御するための駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成ステップと、
   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計測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において計測された逆起電圧に基づいて前記ステッピングモータの負荷状態を判定する負荷判定ステップと、を含み、
   前記目標値設定ステップは、
   前記目標電流値および前記目標回転速度の初期値をそれぞれ設定するステップと、
   前記初期値の設定後に、前記負荷判定ステップにおける判定結果に基づいて、前記目標電流値および前記目標回転速度を前記初期値から段階的に更新するステップとを含む
   モータ駆動制御方法。

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