KR20150086539A

KR20150086539A - 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR20150086539A
Application number: KR1020157016423A
Authority: KR
Inventors: 치카라 아오시마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-07-28
Also published as: JP2014128143A; EP2939335B1; RU2609606C2; MY187913A; RU2015119027A; WO2014103258A1; CN104885348A; JP6120563B2; US20150326157A1; EP2939335A4; KR101739670B1; EP2939335A1; CN104885348B; US9553535B2

Abstract

모터 구동 장치는 회전자, 제1 자극부를 포함하는 제1 요크, 통전되는 경우 제1 자극부를 여자시키도록 구성되는 제1 코일, 제2 자극부를 포함하는 제2 요크, 통전되는 경우 제2 자극부를 여자시키도록 구성되는 제2 코일, 제1 검출 소자, 제2 검출 소자, 제3 검출 소자 및 제4 검출 소자를 포함하는 검출부로서, 각각 검출 소자는 회전자의 회전 위치를 검출하도록 구성되는, 검출부, 및 검출부의 출력에 기초하여 제1 코일 및 제2 코일의 통전 방향을 전환함으로써 제1 자극부 및 제2 자극부에 의해 여자된 극을 전환하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동 장치{A MOTOR DRIVING APPARATUS}

본 발명은 위치 검출기를 포함하는 모터 구동 장치에 관한 것이다.

소형, 높은 토크, 긴 수명과 같은 다양한 이점으로 인해, 스테핑 모터는 개방-루프 제어를 사용하여 디지털 위치설정 동작을 용이하게 실행할 수 있다. 이러한 점은 광범위한 적용예, 예를 들어 카메라 및 광 디스크 디바이스와 같은 정보 디바이스, 및 프린터와 프로젝터와 같은 사무 자동화 기기에 적용되어 왔다.

그러나, 스테핑 모터는 고속 회전 도중이나 과부하 하에서의 동기 손실 및 브러시리스 모터 또는 DC 모터보다 낮은 효율 등의 다른 문제점을 갖는다.

이들 문제점을 해결하기 위한 일 공지된 방법은 스테핑 모터를 구비한 인코더에 의해 회전자의 위치에 응답하여 통전이 전환되는 소위 브러시리스 모터의 동작을 실행하도록 함으로써 동기 손실을 방지하는 것이다(일본 특허 번호 제06-067259호 및 일본 특허 공개 공보 제2002-359997호 참조). 이 기술은 모터에 내장된 비접촉 센서에 의해 발생되며 모터의 속도에 응답하여 위상-전진되는 신호에 의해 각 코일을 통과하는 전류를 전환함으로써 고속 동작이 전류 상승 시간의 지연을 보상하는 것을 허용한다.

도 8은 일정한 전류가 모터의 각 코일을 통과할 때 일본 특허 제06-067259호 및 일본 특허 공개 공보 제2002-359997호에 개시된 모터에 작용하는 토크를 도시한다. 정방향의 전류 및 역방향의 전류가 두 개의 코일 각각을 통해 통과할 수 있으므로, 네 개의 토크 곡선이 발생된다. 각각의 이 토크는 거의 정현파 파형이고, 위상 차이는 90도의 전기각으로 표현된다. 본 개시 내용에 사용된 전기각은 360도인 정현파 파형의 1주기를 사용하여 표현되는 각도를 의미한다. 회전자의 극수가 n일 때, 기계각은 전기각 × 2/n으로 표현된다.

모터의 회전 도중 모터 통전의 이상적인 순차적 전환은 모든 경우에서 도 8a의 굵은 선으로 표시되는 T1과 같이 높은 토크를 달성할 수 있다. 이러한 전환에서, 코일 통전의 전환 타이밍은 각각의 자기 센서로부터 발생되는 신호에 의해 판정된다. 두 개의 자기 센서를 90도의 전기각 간격으로 배치함으로써, 가장 효율적인 통전 전환을 허용한다.

그러나, 자기 센서의 부착 위치의 오차가 있으면, 도 8b에 도시된 T2에 지시되는 바와 같이 토크 곡선의 정확성 손실로 이어져, 모터의 효율이 감소하게 된다. 이 점은 모터를 조립할 때 자기 센서의 부착 위치를 조정하는 추가 공정을 필요로 한다. 이는 비용 상승 및 품질 저하의 일 요인이 되어 왔다.

일본 특허 공개 공보 제2002-359997호는 센서 배치 오차 및 자화 각도의 변화를 수용하기 위해 자기 센서에 의해 실행되는 회전자 회전 위치의 검출로부터 개시되는 지연 시간이 설정되고 이에 의해 각각의 코일에 대한 통전 전환을 실행하는 기술을 개시한다.

그러나, 지연 시간 도중의 급격한 부하 변동은 예측된 회전자 회전 위치와 실제 회전 위치의 차이를 발생시키고 이에 의해 동기 손실이 발생한다. 또한, 회전자는 안정적인 지연 시간 설정을 위해 여러 단계 도중 통상의 시간 제어만을 사용하여 구동되어야 한다. 이러한 단계 도중 급격한 부하 변동은 추가적인 동기 손실을 발생시킬 수 있다.

이러한 문제의 관점에서, 본 발명의 목적은 지연 시간 없이 복수의 진행각을 설정할 수 있고 따라서 동기 손실을 발생시키지 않는 모터 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르는 모터 구동 장치는, 자석을 포함하는 회전자로서, 자석은 원통 형상이고 주연 방향에서 각각 외주면을 갖는 섹션들로 분할되고, 각 섹션은 인접 섹션들과 상이한 극성을 갖는, 회전자와, 제1 자극부를 포함하는 제1 요크로서, 자석의 외주면에 대향되는, 제1 요크와, 통전되는 경우 제1 자극부를 여자시키도록 구성된 제1 코일과, 제2 자극부를 포함하는 제2 요크로서, 제1 자극부에 대해 대략 90도의 전기각만큼 변위된 위치에서 자석의 외주면에 대향되는, 제2 요크와, 통전되는 경우 제2 자극부를 여자시키도록 구성된 제2 코일과, 제1 검출 소자, 제2 검출 소자, 제3 검출 소자, 및 제4 검출 소자를 포함하는 검출부로서, 각각의 검출 소자는 회전자의 회전 위치를 검출하도록 구성된, 검출부와, 검출부의 출력에 기초하여 제1 코일 및 제2 코일의 통전 방향을 전환함으로써 제1 자극부 및 제2 자극부에 의해 여자되는 극을 전환하도록 구성된 제어부를 포함한다. 회전자가 제1 회전 방향으로 회전되는 경우 그리고 제1 자극부에 의해 여자된 극이 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 제1 검출 소자는, 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에 배치된다. 회전자가 제1 회전 방향으로 회전되는 경우 그리고 제2 자극부에 의해 여자된 극이 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 제2 검출 소자는, 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에 배치된다. 회전자가 제1 회전 방향으로 회전되는 경우 그리고 제1 자극부에 의해 여자된 극이 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 제3 검출 소자는, 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에 배치된다. 회전자가 제1 회전 방향으로 회전되는 경우 그리고 제2 자극부에 의해 여자된 극이 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 제4 검출 소자는, 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에 배치된다.

본 발명의 다른 특징부는 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 지연 시간없이 복수의 진행각을 설정할 수 있고 따라서 동기 손실을 발생시키지 않는 모터 구동 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 모터 구동 장치의 블록도이다.
도 2는 모터의 외부 사시도이다.
도 3은 회전자 회전각 및 모터 토크의 관계도이다.
도 4a 및 도 4b는 요크 및 자석 사이의 위상 관계를 도시하는, 모터 축에 대한 직각 방향의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 일정한 전류가 모터의 코일을 통과할 때 회전자에 작용하는 토크를 도시한다.
도 6a 내지 도 6i는 요크, 자기 센서 및 자석 사이의 위상 관계를 도시하는, 모터 축에 대한 직각 방향의 단면도이다.
도 7은 모터 제어 방법의 흐름도이다.
도 8a 및 도 8b는 일정한 전류가 모터의 코일을 통과할 때 회전자에 작용하는 토크를 도시한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 이하 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 모터 구동 장치의 블록도이고, 도 2는 모터의 외부 사시도이다. 설명 목적을 위해 몇몇 구성요소는 일부 절단되어 도시된다.

회전자(3)는 자석(2)을 포함하고, 제어 회로(제어부)(13)에 의해 회전가능하게 제어된다. 자석(2)은 원통 형상이며 주연방향에서 각각 외주면을 갖는 섹션들로 분할되고, 각 섹션은 인접 섹션과 다른 극성을 갖는다. 본 실시예에서, 자석(2)은 8개의 섹션, 즉 8개의 자화 섹션으로 분할되지만, 극수는 예를 들어 4개 또는 12개일 수 있다.

제1 코일(4)은 자석(2)의 축 방향 일단부에 배치된다.

연자성 재료로 구성되는 제1 요크(6)가 자석(2)의 외주면에 대향되고, 제1 요크(6)와 외주면 사이에 간극이 존재한다. 제1 요크(6)는 원통 형상 본체로부터 축방향으로 연장되고 주연 방향에서 소정의 간격으로 배치된 복수의 제1 자극부(6a)를 포함한다. 제1 자극부(6a)는 제1 코일(4)을 통전하는 것에 의해 여자된다.

제1 코일(4), 제1 요크(6), 및 제1 자극부(6a)에 대향하는 자석(2)은 함께 제1 고정자 유닛을 구성한다.

제2 코일(5)은 자석(2)의 제1 코일(4)이 부착된 축 방향의 일단부와 반대 측의 타단부에 배치된다.

연자성 재료로 구성되는 제2 요크(7)는 자석(2)의 외주면에 대향되고 제2 요크(7)와 외주면 사이에 간극이 존재한다. 제2 요크(7)는 원통 형상 본체로부터 연장되고 주연 방향에서 소정의 간격으로 배치되는 복수의 제2 자극부(7a)를 포함한다. 제2 자극부(7a)는 제2 코일(5)을 통전하는 것에 의해 여자된다.

제2 코일(5), 제2 요크(7), 및 제2 자극부(7a)에 대향하는 자석(2)은 함께 제2 고정자 유닛을 구성한다.

제1 자극부(6a)와 제2 자극부(7a)에 의해 여자되는 극(N극/S극)을 전환함으로써, 회전자(3)에 부여되는 토크를 변화시킬 수 있다.

제1 자기 센서(제1 검출 소자)(8), 제2 자기 센서(제2 검출 소자)(9), 제3 자기 센서(제3 검출 소자)(10), 및 제4 자기 센서(제4 검출 소자)(11)는 함께 검출 수단을 구성한다. 각각의 자기 센서는 자석(2)의 자속을 검출하는 홀 소자이고, 모터 커버(12)에 고정된다.

모터 커버(12)는 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)가 자석(2)의 자화 위상에 대해 대략 90도의 전기각으로 배치되도록 제1 요크(6) 및 제2 요크(7)를 고정하고 보유 지지 한다.

본 개시 내용에 사용된 전기각은 360도인 자석(2)의 자력의 1주기를 사용하여 표현되는 각도를 의미한다. 회전자(3)의 극수는 M이고, 기계각이 θ0일 때, 전기각(θ)는 다음 식에 의해 표현될 수 있다.

θ=θ0×M/2

본 실시예에서 자화된 극수는 8개이고, 90도의 전기각은 22.5도의 기계각과 같다.

피드백 통전 전환 모드의 동작이 전기각을 사용하여 이하에서 설명될 것이다.

도 3은 일정한 전류가 모터(1)의 코일을 통과할 때 회전자(3)의 회전각과 모터(1)의 토크 사이의 관계를 도시한다. 수평축은 전기각을 나타내고 수직축은 모터 토크를 각각 나타낸다. 회전자(3)를 시계 방향으로 회전시키는 토크는 양으로 정의한다.

도 4a 및 도 4b는 각각의 요크와 자석(2) 사이의 위상 관계를 도시하는, 모터 축에 대해 직각 방향의 단면도이다.

제1 코일(4)을 통과한 양의 전류는 제1 자극부(6a)를 자화시키고, 제2 코일(5)을 통과한 양의 전류는 제2 자극부(7a)를 자화시킨다고 상정한다.

도 4a에 도시된 상태의 위상은 도 3의 부호 "a"로 표시된다. 도 4a는 자화된 극의 중심으로부터 제1 자극부(6a)까지의 거리 및 극의 중심으로부터 제2 자극부(7a)까지의 거리가 동일한 상태를 도시한다. 도 4a에 도시된 상태에서, 회전 위상을 유지하는 힘이 발생되지만, 회전 구동력은 발생되지 않는다. 이는 자석(2)의 S극이 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)에 의해 유인되고, 이에 의해 이러한 상태가 유지되기 때문이다.

도 4a의 상태로부터 제2 자극부(7a)가 S극으로 여자되고, 이에 의해 회전자(3)는 도 4b에 도시된 상태로 되도록 회전한다.

도 4b에서, 도 4a에 도시된 상태와 동일한 방식으로, 회전 위상을 유지하는 힘이 발생되지만, 회전 구동력은 발생되지 않는다. 더 구체적으로, 자석(2)의 S극 및 N극은 각각 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)에 의해 유인되고 이러한 상태가 유지된다.

상술한 바와 동일한 방식으로, 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)의 통전 방향을 전환하여 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)의 극성을 전환함으로써 회전자(3)가 연속적으로 회전될 수 있다.

이러한 회전 구동력이 발생되지 않은 타이밍에서 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)에 의해 여자되는 극의 전환은 이후 0도의 전기 진행각을 이용한 통전 전환으로 지칭된다. 이러한 타이밍보다 이른 타이밍에서 제1 자극부(6a) 및 제2 자극부(7a)에 의해 여자되는 극의 전환은 γ도의 전기 진행각을 이용한 여자 전환으로 지칭된다.

도 5a 내지 도 5c는 회전자 회전각을 수평축으로 하고, 제1 코일(4) 및 제2 코일(5)이 통전될 때 발생하는 모터 토크를 수직축으로 도시하는 도면이다. 수평축은 전기각에 의해 표현된다.

L1은 제1 코일(4)에 대한 통전 방향이 양이고 제2 코일(5)에 대한 통전 방향이 양일 때 관측되는 토크 곡선이다. L2는 제1 코일(4)에 대한 통전 방향이 양이고 제2 코일(5)에 대한 통전 방향이 역일 때 관측되는 토크 곡선이다. L3은 제1 코일(4)에 대한 통전 방향이 역이고 제2 코일(5)에 대한 통전 방향이 역일 때 관측되는 토크 곡선이다. L4는 제1 코일(4)에 대한 통전 방향이 역이고 제2 코일(5)에 대한 통전 방향이 양일 때 관측되는 토크 곡선이다.

도 5a는 전기 진행각이 0도일 때 관측되는 상태를 도시한다. 그러나 이러한 타이밍에서 각각의 코일에 대한 통전 방향의 순차적 전환은 모터(1)의 출력으로서 큰 출력을 생성하지 않는다. 이 이유는 사선부 및 굵은선으로 표시된 바와 같이 통전 방향의 전환 직전에 관측되는 위상에서 모터 토크가 매우 작기 때문이다.

도 5b는 전기 진행각이 45도일 때 관측되는 상태를 도시한다. 이 상태에서, 통전 방향이 전환될 때 발생되는 모터 토크는 최대가 된다.

이른 타이밍에서 90도의 전기 진행각을 이용하여 각각의 코일에 대한 통전 방향의 전환은 도 5c에 도시된 바와 같이 사선부로 표시된 모터 토크를 생성한다. 결과 토크는 전기 진행각이 0도일 때 획득되는 바와 유사한 값을 갖는다. 이는 큰 회전 구동력이 획득되지 않는 것을 의미한다.

본 실시예에서, 각각의 자기 센서를 각각의 요크에 대해 이하에 설명되는 대응 위치에 배치함으로써 통전 방향이 전환될 때에도 큰 회전 구동력이 획득될 수 있다.

도 6a 내지 도 6i를 참조하여, 모터(1)의 실제 동작이 설명되고 도 6a에 도시된 상태가 초기 상태이다.

(1) 시계방향 회전

(1-i) 저 진행각 구동

회전자(3)의 시계방향 회전 동작(제1 통전 모드)의 설명이 제공될 것이다. 이 동작은 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 상태를 제1 자기 센서(8)로부터 발생된 출력 신호에 의해 전환하고 각각의 제1 자극부(7a)의 여자 상태를 제2 자기 센서(9)로부터 발생된 출력 신호에 의해 전환함으로써 실행된다. 회전자(3)가 회전하는 시계 방향이 제1 회전 방향으로 규정된다.

각각의 통전 방향은 다음의 조합에서 전환된다.

제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 S극을 검출한 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 N극이 된다. 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 N극을 검출한 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 S극이 된다.

제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 S극을 검출한 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 S극이 된다. 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출한 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 N극이 된다.

도 6a에 도시된 상태에서, 제1 자기 센서(8) 및 제2 자기 센서(9)의 각각은 자석(2)의 S극을 검출한다. 그 결과, 각각의 제1 자극부(6a)는 N극, 각각의 제2 자극부(7a)는 S극이 되도록 각각 여자되어, 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6a에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q1) 및 각각의 제1 자극부(6a)의 중심은 도 6b에 도시된 바와 같이 서로 대향하게 된다.

회전자(3)가 도 6b에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q1)으로부터 제1 자극부(6a)까지의 거리 및 극이 중심(Q1)에 비해 역으로 자화되는 자석(2)의 극의 중심(Q2)으로부터 제2 자극부(7a)까지의 거리는 도 6c에 도시된 바와 같이 동일하게 된다.

제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6b에 도시된 상태로부터 도 6c에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전된다. 추가로, 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 S극을 검출하기 때문에, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6c에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q2) 및 제2 자극부(7a)의 중심은 도 6d에 도시된 바와 같이 서로 대향된다.

회전자(3)가 도 6d에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q2)으로부터 제1 자극부(6a)까지의 거리 및 중심(Q2)으로부터 제2 자극부(7a)까지의 거리는 도 6e에 도시된 바와 같이 동일하게 된다.

제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6d에 도시된 상태로부터 도 6e에 도시된 상태까지의 천이 시간에서 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 N극이 되도록 통전된다. 추가로, 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 N극을 검출하기 때문에, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

상술한 바와 같이, 통전이 순차적으로 전환되어 회전자(3) 및 자석(2)이 연속적으로 시계방향으로 회전한다.

제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에, 제1 자기 센서(8)가 배치되는 것을 의미한다. 제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각 범위 내에 있도록 배치된다. 이는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에, 제2 자기 센서(9)가 배치되는 것을 의미한다. 이 배치는 각각의 코일의 통전 방향이 각각의 자기 센서의 출력에 기초하여 전환되는 경우에도 각각의 코일의 통전 방향의 전환없이 여자가 유지되는 상태에서 관측되는 위상과 비교할 때, 위상의 어긋남이 적다. 따라서, 정상적 스텝 구동의 경우 그리고 각각의 자기 센서의 출력에 기초하여 각각의 코일의 통전의 전환에 의한 구동의 경우 관측되는 회전자(3)와 자석(2)의 위상 사이에 큰 차이가 없다. 따라서, 각각의 센서의 출력이 피드백 제어되는 스텝 구동 및 브러시리스 구동이 전환되는 경우에도 진동이나 발진없이 원활한 동작 전환이 실행될 수 있다. 이러한 전기 진행각을 갖는 구동은 특히 구동이 정지 상태로부터 개시할 때 또는 구동 상태로부터 정지 상태로의 이동이 이루어질 때 바람직하다.

(1-ii) 고 진행각 구동

회전자(3)의 회전 속도가 빠를수록, 역기전력 또는 인덕턴스 성분에 의해 각각의 자극부가 자화되는 속도는 느려진다. 따라서, 회전자(3)의 회전 위치에 대해 각각의 코일의 통전 방향을 이른 타이밍에 전환함으로써 큰 회전 구동력이 획득될 수 있다.

회전자(3)의 시계방향 회전 동작(제2 통전 모드)의 설명이 제공될 것이다. 이 동작은 제3 자기 센서(10)로부터 발생된 출력 신호에 기초하여 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 상태를 전환함으로써 그리고 제4 자기 센서(11)로부터 발생된 출력 신호에 기초하여 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 상태를 전환함으로써 행해진다.

각각의 통전 방향은 다음의 조합에서 전환된다.

제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 S극을 검출하는 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 N극이 된다. 제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 N극을 검출하는 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 S극이 된다.

제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 S극을 검출하는 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 S극이 된다. 제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 N극을 검출하는 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 N극이 된다.

도 6a에 도시된 상태에서, 제3 자기 센서(10) 및 제4 자기 센서(11) 각각은 자석(2)의 S극을 검출한다. 그 결과, 각각의 제1 자극부(6a)는 N극, 각각의 제2 자극부(7a)는 S극으로 각각 여자되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6a에 도시된 상태로부터 도 6b에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전된다. 또한, 제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 S극을 검출하기 때문에, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6b에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q2) 및 제2 자극부(7a)의 중심은 도 6c에 도시된 상태를 통해 도 6d에 도시된 상태와 같이 서로 대향된다.

제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자되는 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대해 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6c에 도시된 상태로부터 도 6d에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 N극이 되도록 통전된다. 추가로, 제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 N극을 검출하기 때문에, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 시계방향 회전력이 발생한다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대해 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에, 제3 자기 센서(10)가 배치되는 것을 의미한다. 제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에, 제4 자기 센서(11)가 배치되는 것을 의미한다. 이 배치는 회전자(3)가 고속으로 회전할 때 각각의 제2 자극부(7a)가 자화되는 타이밍이 전기 진행각이 실질적으로 45도에 도달하는 타이밍이기 때문에 큰 회전 구동력을 생성한다. 따라서, 이러한 회전 진행각을 갖는 구동은 특히 회전자(3)가 고속으로 시계방향으로 회전할 때 바람직하다.

(2) 반시계방향 회전

(2-i) 저 진행각 구동

회전자(3)의 반시계방향 작동(제3 통전 모드))의 설명이 제공될 것이다. 이 동작은 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 상태를 제3 자기 센서(10)로부터 발생된 출력 신호에 의해 전환하고 각각의 제2 자극부(7a)의 상태를 제4 자기 센서(11)로부터 발생된 출력 신호에 의해 전환함으로써 실행된다. 회전자(3)가 회전하고 제1 회전 방향에 비해 역방향인 반시계방향이 제2 회전 방향으로 규정된다.

각각의 통전 방향은 다음의 조합에서 전환된다.

제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 S극을 검출한 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 N극이 된다. 제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 N극을 검출한 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 N극이 된다.

제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 S극을 검출한 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 N극이 된다. 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출한 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 S극이 된다.

도 6a에 도시된 상태에서, 제3 자기 센서(10) 및 제4 자기 센서(11)의 각각은 자석(2)의 S극을 검출한다. 그 결과, 각각의 제1 자극부(6a)는 S극, 각각의 제2 자극부(7a)는 N극이 되도록 각각 여자되어, 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6a에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q1) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 중심은 도 6f에 도시된 바와 같이 서로 대향하게 된다.

회전자(3)가 도 6f에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q1)으로부터 제2 자극부(7a)까지의 거리 및 극이 중심(Q1)에 비해 역으로 자화되는 자석(2)의 극의 중심(Q3)으로부터 제1 자극부(6a)까지의 거리는 도 6g에 도시된 바와 같이 동일하게 된다.

제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6f에 도시된 상태로부터 도 6g에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전된다. 추가로, 제3 자기 센서(10)가 자석(2)의 S극을 검출하기 때문에, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6g에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q3) 및 제1 자극부(6a)의 중심은 도 6h에 도시된 바와 같이 서로 대향된다.

회전자(3)가 도 6h에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q3)으로부터 제1 자극부(6a)까지의 거리 및 중심(Q3)으로부터 제2 자극부(7a)까지의 거리는 도 6i에 도시된 바와 같이 동일하게 된다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6h에 도시된 상태로부터 도 6i에 도시된 상태까지의 천이 시간에서 제3 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 N극이 되도록 통전된다. 추가로, 제4 자기 센서(11)가 자석(2)의 N극을 검출하기 때문에, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

상술한 바와 같이, 통전이 순차적으로 전환되어 회전자(3) 및 자석(2)이 연속적으로 반시계방향으로 회전한다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 각각의 코일의 통전 방향이 각각의 자기 센서의 출력에 기초하여 전환되는 경우에도 각각의 코일의 통전 방향의 전환없이 여자가 유지되는 상태에서 관측되는 위상과 비교할 때, 위상의 어긋남이 적다. 따라서, 정상적 스텝 구동의 경우 그리고 각각의 자기 센서의 출력에 기초하여 각각의 코일의 통전의 전환에 의한 구동의 경우 관측되는 회전자(3)와 자석(2)의 위상 사이에 큰 차이가 없다. 따라서, 각각의 센서의 출력이 피드백 제어되는 스텝 구동 및 브러시리스 구동이 전환되는 경우에도 진동이나 발진없이 원활한 동작 전환이 실행될 수 있다. 이러한 전기 진행각을 갖는 구동은 특히 구동이 정지 상태로부터 개시할 때 또는 구동 상태로부터 정지 상태로의 이동이 이루어질 때 바람직하다.

(2-ii) 고 진행각 구동

회전자(3)의 반시계방향 회전 동작(제4 통전 모드)의 설명이 제공될 것이다. 이 동작은 제1 자기 센서(8)로부터 발생된 출력 신호에 기초하여 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 상태를 전환함으로써 그리고 제2 자기 센서(9)로부터 발생된 출력 신호에 기초하여 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 상태를 전환함으로써 행해진다.

각각의 통전 방향은 다음의 조합에서 전환된다.

제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 S극을 검출하는 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 S극이 된다. 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 N극을 검출하는 경우, 각각의 제1 자극부(6a)는 여자되어 N극이 된다.

제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 S극을 검출하는 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 N극이 된다. 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출하는 경우, 각각의 제2 자극부(7a)는 여자되어 S극이 된다.

도 6a에 도시된 상태에서, 제1 자기 센서(8) 및 제2 자기 센서(9) 각각은 자석(2)의 S극을 검출한다. 그 결과, 각각의 제1 자극부(6a)는 S극, 각각의 제2 자극부(7a)는 N극으로 각각 여자되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6a에 도시된 상태로부터 시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q1) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 중심은 도 6f에 도시된 바와 같이 서로 대향하게 된다.

제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6a에 도시된 상태로부터 도 6f에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전된다. 또한, 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 S극을 검출하기 때문에, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

회전자(3)가 도 6f에 도시된 상태로부터 반시계방향으로 회전할 때, 자석(2)의 자화 극의 중심(Q3) 및 제1 자극부(6a)의 중심은 도 6g에 도시된 상태를 통해 도 6h에 도시된 상태와 같이 서로 대향된다.

제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자되는 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대해 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 도 6g에 도시된 상태로부터 도 6h에 도시된 상태까지의 천이 시간에 제1 자기 센서(8)가 자석(2)의 N극을 검출하는 것을 허용한다. 이 천이에서, 제1 코일(4)은 각각의 제1 자극부(6a)가 여자되어 N극이 되도록 통전된다. 추가로, 제2 자기 센서(9)가 자석(2)의 N극을 검출하기 때문에, 제2 코일(5)은 각각의 제2 자극부(7a)가 여자되어 S극이 되도록 통전되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2) 모두에 반시계방향 회전력이 발생한다.

제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대해 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다. 이 배치는 회전자(3)가 고속으로 회전할 때 각각의 자극부가 자화되는 타이밍이 전기 진행각이 실질적으로 45도에 도달하는 타이밍이기 때문에 큰 회전 구동력을 생성한다. 따라서, 이러한 회전 진행각을 갖는 구동은 특히 회전자(3)가 고속으로 반시계방향으로 회전할 때 바람직하다.

상술한 바와 같이, 시계방향 회전의 경우, 각 센서는 다음과 같이 배치된다. 제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전에 대해 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

한편, 반시계방향 회전의 경우, 각각의 자기 센서는 다음과 같이 배치된다. 제1 자기 센서(8)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제1 자기 센서(8)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제2 자기 센서(9)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제3 자기 센서(10)는, 각각의 제1 자극부(6a)에 의해 여자된 극이 제3 자기 센서(10)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

제4 자기 센서(11)는, 각각의 제2 자극부(7a)에 의해 여자된 극이 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 전환될 때 회전자(3)의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치된다.

실제로는, 각각의 자기 센서는 자석(2)의 자화 오차, 센서 치수 오차, 및 요크 오차 등의 인자를 고려하면서 큰 회전 구동력이 획득될 수 있는 적절한 위치에 배치될 필요가 있다.

이러한 인자를 고려하면, 시계방향 회전의 경우, 각각의 자기 센서는 다음과 같이 배치되는 것이 바람직하다. 제1 자기 센서(8)는 제1 고정자 유닛의 여자 전환 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제3 자기 센서(10)는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제2 자기 센서(9)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제4 자기 센서(11)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 반시계방향 회전의 경우, 각각의 자기 센서는 다음과 같이 배치되는 것이 바람직하다. 제1 자기 센서(8)는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제3 자기 센서(10)는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제2 자기 센서(9)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다. 제4 자기 센서(11)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 시계방향 및 반시계방향 회전 모두에서 회전의 특성이 손실되는 상황을 회피하기 위한 고려사항이 제공되어야 한다. 즉, 제1 자기 센서(8) 및 제3 자기 센서(10)를 연결하는 선의 중점이, 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 45도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 위치되도록 각각의 자기 센서가 배치되는 것이 필요하다. 마찬가지로, 각각의 자기 센서는 제2 자기 센서(9) 및 제4 자기 센서(11)를 연결하는 선의 중점이, 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 45도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 위치되도록 배치되는 것이 필요하다.

본 실시예에서, 두 개의 상이한 센서 유닛이 채용된다. 하나는 제1 자기 센서(8) 및 제3 자기 센서(10)를 포함하는 유닛이다. 다른 하나는 제2 자기 센서(9) 및 제4 자기 센서(11)를 포함하는 유닛이다. 시계방향 회전의 경우, 제1 자기 센서(8)는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 21도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 배치되고, 제3 자기 센서(10)는 각각의 제1 자극부(6a)의 여자 전환 타이밍이 69도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 각각 배치된다. 제2 자기 센서(9)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 21도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 배치되고, 제4 자기 센서(11)는 각각의 제2 자극부(7a)의 여자 전환 타이밍이 69도의 전기 진행각에 도달하는 위치에 각각 배치된다.

이제 도 7의 흐름도를 참조하여, 모터(1)의 구동 제어 방법이 설명될 것이다.

먼저, 구동 회전량(A)이 설정되었다고 상정한다.

단계(S1)에서, 회전자(3)의 회전 방향이 선택된다. 회전 방향이 시계방향인 경우 단계(S2)로 진행하고, 회전 방향이 반시계방향인 경우 단계(S102)로 진행한다.

단계(S2)에서, 제1 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구제적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자가 제1 자기 센서(8) 및 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)이 시계방향으로 회전한다.

단계(S3)에서, 회전자(3)의 회전 속도가 판정된다. 회전자(3)의 회전 속도는 각각의 자기 센서를 사용하거나 공지된 속도 검출기(도면에 미도시)를 사용하여 계측될 수 있다. 회전 속도가 미리 정해진 속도 미만인 경우, 단계(S4)로 진행하고, 또는 회전 속도가 이러한 미리 정해진 속도와 동일하거나 초과인 경우, 단계(S5)로 진행한다.

단계(S4)에서, 회전자(3)의 구동 회전량이 판정된다. 전체 회전량이 미리 정해진 양(B) 적은 회전 구동량(A)에 도달하는 경우, 단계(S7)로 진행한다.

단계(S5)에서, 제2 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구체적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자가 제3 자기 센서(10) 및 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)이 시계방향으로 회전한다.

단계(S6)에서, 회전자(3)의 구동 회전량이 판정된다. 전체 회전량이 미리 정해진 양(B) 적은 구동 회전량(A)에 도달하는 경우, 단계(S7)로 진행한다.

단계(S7)에서, 제2 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구체적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자가 제3 자기 센서(10) 및 제4 자기 센서(11)의 출력에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)이 반시계방향으로 회전한다. 이 반시계방향 회전 도중, 회전자(3) 및 자석(2)은 시계방향 회전 구동이 인가되지만 이들의 관성 질량으로 인해 반시계방향 회전을 계속하면서 급격하게 감속된다. 이와 달리, 단계(S7)에서 제4 통전 모드의 통전이 실행될 수 있다.

단계(S8)에서, 회전자(3)의 회전 속도가 판정된다. 회전자(3)가 미리 정해진 회전 속도까지 감속될 때, 단계(S9)로 진행한다.

단계(S9)에서, 구동 모드는, 각각의 자기 센서로부터 발생된 출력의 피드백에 의해 통전 방향이 전환되는 브러시리스 구동으로부터 통상의 PM2-형 2-위상 스테핑 모터용 구동 방법인 펄스 신호에 의한 스텝 구동으로 전환된다.

단계(S10)에서, 전체 회전량이 구동 회전량(A)에 도달하면, 단계(S11)로 진행한다. 단계(S11)에서, 스텝 구동이 정지되고 회전자(3)가 목표 위치에 정지된다.

단계(S102)에서, 제3 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구체적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자는 제3 자기 센서(10) 및 제4 자기 센서(11)에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)은 반시계방향으로 회전한다.

단계(S103)에서, 회전자(3)의 회전 속도가 판정된다. 더 구체적으로, 회전자(3)의 회전 속도는 각각의 자기 센서를 사용하거나 공지된 속도 검출기(도면에 미도시)를 사용하여 계측될 수 있다. 회전 속도가 미리 정해진 속도 미만인 경우, 단계(S104)로 진행하고, 또는 회전 속도가 이러한 미리 정해진 속도와 동일하거나 초과인 경우, 단계(S105)로 진행한다.

단계(S104)에서, 회전자(3)의 구동 회전량이 판정된다. 전체 회전량이 미리 정해진 양(B) 적은 회전 구동량(A)에 도달하는 경우, 단계(S107)로 진행한다.

단계(S105)에서, 제4 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구체적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자가 제1 자기 센서(8) 및 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)이 반시계방향으로 회전한다.

단계(S106)에서, 회전자(3)의 구동 회전량이 판정된다. 전체 회전량이 미리 정해진 양(B) 적은 구동 회전량(A)에 도달하는 경우, 단계(S107)로 진행한다.

단계(S107)에서, 제1 통전 모드의 통전이 실행된다. 더 구체적으로, 각각의 제1 자극부(6a) 및 각각의 제2 자극부(7a)의 여자가 제1 자기 센서(8) 및 제2 자기 센서(9)의 출력에 기초하여 각각 전환되고, 이에 의해 회전자(3) 및 자석(2)이 시계방향으로 회전한다. 이 시계방향 회전 도중, 회전자(3) 및 자석(2)은 반시계방향 회전 구동이 인가되지만 이들의 관성 질량으로 인해 시계방향 회전을 계속하면서 급격하게 감속된다. 이와 달리, 단계(S107)에서 제2 통전 모드의 통전이 실행될 수 있다.

단계(S108)에서, 회전자(3)의 회전 속도가 판정된다. 회전자(3)가 미리 정해진 회전 속도까지 감속될 때, 단계(S109)로 진행한다.

단계(S109)에서, 구동 모드는, 각각의 자기 센서로부터 발생된 출력의 피드백에 의해 통전 방향이 전환되는 브러시리스 구동으로부터 통상의 PM2-형 2-위상 스테핑 모터용 구동 방법인 펄스 신호에 의한 스텝 구동으로 전환된다.

단계(S110)에서, 전체 회전량이 구동 회전량(A)에 도달하면, 단계(S111)로 진행한다. 단계(S111)에서, 스텝 구동이 정지되고 회전자(3)가 목표 위치에 정지된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서, 복수의 진행각이 지연 시간없이 설정될 수 있다. 이 설정은 시계방향 및 반시계방향 모두의 회전 방향에서 두 개의 상이한 진행각을 갖는 구동 제어를 허용한다.

또한, 구동 상태로부터 정지 상태로 천이시, 역회전 도중 관측된 통전 진행각을 갖는 위상에서의 통전은 급속한 감속을 허용하고, 이는 높은 정지 제어성으로 이어진다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었으나, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 다음 청구항의 범위는 모든 이러한 수정예 및 등가적 구성예 및 기능예를 포함하도록 가장 넓은 해석이 허용되어야 한다.

본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 통합된, 2012년 12월 27일 출원된 일본 특허 출원 번호 제2012-284086호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 지연 시간 없이 복수의 진행각을 설정하고 따라서 동기 손실이 발생하지 않을 수 있는 모터 구동 장치를 제공한다.

1 모터
2 자석
3 회전자
4 제1 코일
5 제2 코일
6 제1 요크
6a 제1 자극부
7 제2 요크
7a 제2 자극부
8 제1 자기 센서
9 제2 자기 센서
10 제3 자기 센서
11 제4 자기 센서
12 모터 커버
13 제어 회로

Claims

모터 구동 장치이며,
자석을 포함하는 회전자로서, 상기 자석은 원통 형상이고 주연 방향에서 각각 외주면을 갖는 섹션들로 분할되고, 각각의 섹션은 인접 섹션들과 상이한 극성을 갖는, 회전자와,
제1 자극부를 포함하는 제1 요크로서, 상기 자석의 외주면에 대향되는, 제1 요크와,
통전되는 경우 상기 제1 자극부를 여자시키도록 구성된 제1 코일과,
제2 자극부를 포함하는 제2 요크로서, 상기 제1 자극부에 대해 90도의 전기각만큼 변위된 위치에서 상기 자석의 외주면에 대향되는, 제2 요크와,
통전되는 경우 상기 제2 자극부를 여자시키도록 구성된 제2 코일과,
제1 검출 소자, 제2 검출 소자, 제3 검출 소자, 및 제4 검출 소자를 포함하는 검출부로서, 각각의 검출 소자는 상기 회전자의 회전 위치를 검출하도록 구성된, 검출부와,
상기 검출부의 출력에 기초하여 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일의 통전 방향을 전환함으로써 상기 제1 자극부 및 상기 제2 자극부에 의해 여자되는 극을 전환하도록 구성된 제어부를 포함하고,
상기 회전자가 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제1 검출 소자는, 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제2 검출 소자는, 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 작은 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제3 검출 소자는, 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제4 검출 소자는, 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 0도인 위치로부터의 진행각량이 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍으로부터 전기 진행각이 90도인 위치로부터의 지연각량보다 큰 위치에 배치되는, 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제1 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제2 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제3 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제4 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되는, 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향에 대해 역방향인 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제1 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제2 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍이 45 내지 90도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제3 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제1 자극부의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제4 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 각각의 제2 자극부의 여자 전환 타이밍이 0 내지 45도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되는, 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
속도 검출부를 더 포함하고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 속도 검출부에 의해 검출된 상기 회전자의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도 미만인 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제1 코일의 통전 방향을 전환하고 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제2 코일의 통전 방향을 전환하며,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 속도 검출부에 의해 검출된 상기 회전자의 회전 속도가 상기 미리 정해진 회전 속도 이상인 경우, 상기 제어부는, 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제1 코일의 통전 방향을 전환하고 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제2 코일의 통전 방향을 전환하며,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 속도 검출부에 의해 검출된 상기 회전자의 회전 속도가 상기 미리 정해진 회전 속도 미만인 경우, 상기 제어부는, 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제1 코일의 통전 방향을 전환하고 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제2 코일의 통전 방향을 전환하며,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 속도 검출부에 의해 검출된 상기 회전자의 회전 속도가 상기 미리 정해진 회전 속도 이상인 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제1 코일의 통전 방향을 전환하고 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 상기 제2 코일의 통전 방향을 전환하는, 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제1 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제1 자극부의 여자 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제2 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제2 자극부의 여자 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제3 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제1 자극부의 여자 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제1 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제4 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제2 자극부의 여자 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되는, 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제1 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제1 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제1 자극부의 여자 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제2 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제2 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제2 자극부의 여자 타이밍이 56.4 내지 75.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제1 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제3 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제3 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제1 자극부의 여자 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되고,
상기 회전자가 상기 제2 회전 방향으로 회전하게 되는 경우 그리고 상기 제2 자극부에 의해 여자된 극이 상기 제4 검출 소자의 출력에 기초하여 전환되는 경우, 상기 제4 검출 소자는, 상기 회전자의 회전 위치에 대한 상기 제2 자극부의 여자 타이밍이 14.4 내지 33.6도의 전기 진행각의 범위 내에 있는 위치에 배치되는, 모터 구동 장치.