JP2020096488A - モータユニットおよびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発生トルクの落ち込みを抑制すると共に、高出力を得る。【解決手段】連結機構３００によって、第１のモータ１００のロータ１１と第２のモータ２００のロータ２１１との互いの回転位相がずれないように、ロータ１１とロータ２１１とが連結される。第１のモータ１００は磁気センサ５１ａ〜５１ｄを有し、第２のモータ２００は磁気センサ５１ｅ〜５１ｈを有する。第１のモータ１００に対する第１磁気センサ５１ａの第１の進角値より第１のモータ１００に対する第５磁気センサ５１ｅの第２の進角値の方が小さい。制御回路１３は、第１のモータ１００を駆動する際、第１の検出素子（５１ａ、５１ｃ）用いて駆動する第１のモードと、第２の検出素子の出力信号（５１ｅ、５１ｇ）を用いて駆動する第２のモードとを切り換え可能である。【選択図】図８

Description

本発明は、ロータの位置を検出する検出素子の出力を用いてモータの駆動を制御するモータユニットおよびその駆動方法に関する。

従来、ステッピングモータの脱調を防ぐために、ロータ（回転子）の位置を検出し、その検出結果に基づき通電を切り換えることが行われている。特許文献１のモータは、検出素子としての磁気センサによってロータの位置を検出し、コイルへの通電を順次切り替えていく。このモータにおいては、ロータが有する磁石が、周方向にＮ極とＳ極とが交互に存在するように多極に着磁されており、Ｎ極とＳ極との切り換わりが磁気センサによって検知されたことに応じてコイルへの通電が順次切り換えられる。磁気センサを、進角を有する位置に配置することで、電流応答の遅れを加味した高出力のモータの実現が可能となっている。

特開２０１４−１２８１４３号公報

しかしながら、特許文献１のモータでは、進角を有する位置に磁気センサを配置しているため、ロータの回転位置によっては、特にモータの起動時において発生トルクが落ち込んでしまうおそれがあった。すなわち、２つの磁極部が発生させるトルクを足し合わせたトルクは、磁極部の極性の切り換えタイミングで落ち込む。モータの起動時に、トルクが落ち込む位置にロータの回転位置があると、起動が不安定となるおそれがある。例えば、モータによって駆動されるメカ機構のメカ負荷（摩擦など）に対して、モータの起動時の発生トルクが下回ってしまうと、メカ機構を起動できない場合があるという問題があった。

本発明は、発生トルクの落ち込みを抑制すると共に、高出力を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第１のマグネットを備えた回転可能な第１のロータと、進角を有する位置に配置され前記第１のマグネットの回転位相を検出する第１の検出素子と、前記第１のロータの外周面に対向する第１の磁極部を備えた第１のヨークと、前記第１のロータの前記外周面に対向し前記第１の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第２の磁極部を備えた第２のヨークと、通電されることで前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、通電されることで前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、を有する第１のモータと、周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第２のマグネットを備えた回転可能な第２のロータと、進角を有する位置に配置され前記第２のマグネットの回転位相を検出する第２の検出素子と、前記第２のロータの外周面に対向する第３の磁極部を備えた第３のヨークと、前記第２のロータの前記外周面に対向し前記第３の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第４の磁極部を備えた第４のヨークと、通電されることで前記第３の磁極部を励磁する第３のコイルと、通電されることで前記第４の磁極部を励磁する第４のコイルと、を有する第２のモータと、前記第１のロータと前記第２のロータとの互いの回転位相がずれないように前記第１のロータと前記第２のロータとを連結する連結部と、前記第１のモータおよび前記第２のモータの各々の駆動を制御する制御手段と、を有し、前記第１のモータに対する前記第１の検出素子の進角である第１の進角値と、前記第１のモータに対する前記第２の検出素子の進角である第２の進角値と、は異なっており、前記制御手段は、前記第１のモータを駆動する際、前記第１の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第１のモードと、前記第２の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第２のモードとを切り換え可能であることを特徴とする。

本発明によれば、発生トルクの落ち込みを抑制すると共に、高出力を得ることができる。

モータユニットの外観斜視図である。 第１のモータ、第２のモータの斜視図である。 各磁気センサにより検出される磁束と出力信号との関係を示す図である。 モータのコイルへ一定電流を流したときのロータの回転角度とモータのトルクとの関係を示す図である。 各ヨーク及びマグネットの位相関係を示すモータの軸直角方向断面図である。 ロータの回転角に対する、第１のコイルおよび第２のコイルの通電状態により発生するモータトルクを示す図である。 第１のモードで第１のモータを時計方向に駆動した場合におけるロータの回転位置とトルクとの関係を示す図である。 第２のモードで第１のモータを時計方向に駆動した場合におけるロータの回転位置とトルクとの関係を示す図である。 第４のモードで第２のモータを時計方向に駆動した場合におけるロータの回転位置とトルクとの関係を示す図である。 起動処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るモータユニットの外観斜視図である。本実施の形態のモータユニット１０００は、２つの電動機である第１のモータ１００と第２のモータ２００とを、連結機構３００で連結し、出力を増加させた電動機ユニットである。このモータユニット１０００は、第１のモータ１００、第２のモータ２００、制御回路１３を備える。制御手段としての制御回路１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路を備える（いずれも図示せず）。

図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第１のモータ１００、第２のモータ２００の斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜のために一部の部品を破断して示している。第１のモータ１００は、回転子としての第１のロータ１１のほか、第１のコイル４、第１のヨーク６、第２のコイル５、第２のヨーク７を備える。さらにモータ１００は、第１磁気センサ５１ａ、第２磁気センサ５１ｂ、第３磁気センサ５１ｃ、第４磁気センサ５１ｄを備える。

図２（ａ）に示すように、第１のロータ１１はマグネット１０およびシャフト３を備え、制御回路１３によって回転可能に制御される。マグネット１０は円筒形状に形成され、外周面を周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁されている。本実施の形態では、マグネット１０は８分割すなわち８極（Ｎ極が４極、Ｓ極が４極）に着磁されている。なお、８極に限らず、例えば、２極、４極や１２極以上に着磁されてもよい。

第１のコイル４は、マグネット１０の軸方向の一端側に配置されている。第１のヨーク６は軟磁性材料で、マグネット１０の外周面に対して隙間を持って対向して形成されている。第１のヨーク６は、マグネット１０の外周面に対向する複数の第１の磁極部６ａを備える。複数の第１の磁極部６ａは、第１のヨーク６の円環状の本体部から軸方向に延出され、周方向に所定の間隔で配置される。第１の磁極部６ａは、第１のコイル４に通電されることで励磁される。第１のコイル４と第１のヨーク６と複数の第１の磁極部６ａに対向するマグネット１０とによって「第１のステータユニット」が構成される。

第２のコイル５は、マグネット１０の第１のコイル４が取り付けられた軸方向の一端とは反対側の他端に配置されている。第２のヨーク７は、軟磁性材料で、マグネット１０の外周面に対して隙間を持って対向して形成されている。第２のヨーク７は、マグネット１０の外周面に対向する複数の第２の磁極部７ａを備えている。複数の第２の磁極部７ａは、第２のヨーク７の円環状の本体部から軸方向に延出され、周方向に所定の間隔で配置される。第２の磁極部７ａは、第２のコイル５に通電されることで励磁される。第２の磁極部７ａは、第１のヨーク６とマグネット１０との相対位相とは異なる位相で配置される。第２のコイル５と第２のヨーク７と複数の第２の磁極部７ａに対向するマグネット１０とによって「第２のステータユニット」が構成される。

図２（ｂ）に示すように、第２のモータ２００の基本構成は、第１のモータ１００と同様である。第２のモータ２００は、第２のロータ２１１のほか、第３のコイル２０４、第３のヨーク２０６、第４のコイル２０５、第４のヨーク２０７を備える。さらにモータ２００は、第５磁気センサ５１ｅ、第６磁気センサ５１ｆ、第７磁気センサ５１ｇ、第８磁気センサ５１ｈを備える。第２のロータ２１１はマグネット１０およびシャフト２０３を備え、制御回路１３によって回転可能に制御される。

図１に示すように、連結機構３００（連結部）は、第１のモータ１００の出力と第２のモータ２００の出力とを合算して出力するための出力部３０５を備える。出力部３０５からは、合算された出力を取り出すためのシャフト３０６が延出している。第１のロータ１１と第２のロータ２１１との互いの回転位相がずれないように、第１のロータ１１の第１の出力部８と第２のロータ２１１の第２の出力部２０８とが、連結機構３００の出力部３０５によって連結されている。すなわち、第１のロータ１１と第２のロータ２１１とは、相対的な回転位相が固定されている。第１の出力部８、第２の出力部２０８、出力部３０５はいずれも、ギヤ形状に構成される。なお、第１のロータ１１と第２のロータ２１１との互いの回転位相を固定して連結する構成であれば、連結機構３００は他の部材、例えばベルト等を用いた構成であってもよい。

制御回路１３は、第１の磁極部６ａ、第２の磁極部７ａのそれぞれに励磁される極（Ｎ極、Ｓ極）を切り換えることで、ロータ１１に与えるトルクを変化させることができる。磁気センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ（図２（ａ））はいずれも、マグネット１０の磁束を検出するホール素子であり、マグネット１０の外周側に配置され、不図示のモータカバーに固定される。モータカバーにより、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａとが、マグネット１０の着磁位相に対して電気角で略９０度ずれて配置されるように第１のヨーク６と第２のヨーク７とが固定保持される。

制御回路１３は、第３の磁極部２０６ａ、第４の磁極部２０７ａのそれぞれに励磁される極（Ｎ極、Ｓ極）を切り換えることで、ロータ２１１に与えるトルクを変化させることができる。磁気センサ５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈ（図２（ｂ））はいずれも、マグネット２１０の磁束を検出するホール素子であり、マグネット２１０の外周側に配置され、不図示のモータカバーに固定される。モータカバーにより、磁極部２０６ａ、２０７ａが、マグネット２１０の着磁位相に対して電気角で略９０度ずれて配置されるようにヨーク２０６、２０７が固定保持される。

通電時には、コイル４、５に同じ大きさの電圧が印加され、そのとき、磁極部６ａ、７ａは同じ強さの磁極となる。また、コイル２０４、２０５に同じ大きさの電圧が印加され、そのとき、磁極部２０６ａ、２０７ａは同じ強さの磁極となる。このように、コイルやヨークが設定されている。

図３は、各磁気センサにより検出される磁束と出力信号との関係を示す図である。各磁気センサは、検出した磁束がＮ極であるとき、出力信号としてＨｉ電圧を出力し、検出した磁束がＳ極であるとき、出力信号としてＬｏｗ電圧を出力する。マグネット１０、２１０はいずれも、周方向に磁極の極性が８極に分割されているので、ロータ１１、２１１が１回転すると、対応する磁気センサはＮ極とＳ極とを交互に検出する。Ｎ極からＳ極に切り換わる際には出力信号は立下り状態となり、逆にＳ極からＮ極に切り換わる際には出力信号は立上り状態となる。このように、ロータ１１、２１１の回転位置が検出可能となっており、マグネット１０、２１０の磁極が反転するタイミングで、対応するコイルへの通電方向を切り換える通電切り換えを制御回路１３が行っている。

ここで、電気角とは、マグネット磁力の１周期を３６０°として表したものであり、ロータの極数をＭ、機械角をθ０とすると、電気角θは以下の式１で表せる。

θ＝θ０×Ｍ／２…（１）
本実施の形態では、マグネット１０、２１０の着磁はいずれも８極であるから、電気角の９０度は機械角で２２．５度となる。以下では、電気角を用いてフィードバック通電切換モードの動作を説明する。

図４は、モータ１００のコイルへ一定電流を流したときのロータ１１の回転角度とモータ１００のトルクとの関係を示す図であり、横軸に電気角、縦軸にモータトルクをとっている。モータトルクの正、負については、ロータ１１を出力部８側から見て時計回り（右回り）に回転させるトルクを正とする。なお、モータ２００についても、ロータ２１１の回転角度とモータ２００のトルクとの関係は図４に示すのと同様となる。

図５（ａ）、（ｂ）は、モータ１００における各ヨーク及びマグネットの位相関係を示すモータ１００の軸直角方向断面図である。本実施の形態では、第１のコイル４に正方向の電流を流すと第１の磁極部６ａがＮ極に磁化され、第２のコイル５に正方向の電流を流すと第２の磁極部７ａがＮ極に磁化されるとする。

図５（ａ）の状態の位相を図４中に符号ａとして示す。図５（ａ）は、マグネット１０の着磁された極の中心と周方向における第１の磁極部６ａの中心との距離が、極の中心と周方向における第２の磁極部７ａとの距離と同じとなる状態である。図５（ａ）の状態では、回転位相（回転位置）を保持する力は発生しているが、マグネット１０のＳ極が第１の磁極部６ａのＮ極と第２の磁極部７ａのＮ極とに引きつけられて釣り合うため、回転駆動力は発生していない。

図５（ａ）の状態から第２の磁極部７ａを切り換えてＳ極に励磁すると、ロータ１１は、図５（ｂ）に示す状態になるまで回転する。図５（ｂ）の状態では、図５（ａ）に示す状態と同様に回転位相を保持する力は発生しているが、回転駆動力は発生していない。すなわち、マグネット１０のＳ極が第１の磁極部６ａのＮ極に引きつけられると共に、マグネット１０のＮ極が第２のヨークの第２の磁極部７ａのＳ極に引きつけられて釣り合った状態である。以下同様にして、順番に第１のコイル４と第２のコイル５の通電方向を切り換えて、第１の磁極部６ａと第２の磁極部７ａの極性を切り換えることでロータ１１を回転させていくことができる。

このような回転駆動力が発生しないタイミングで第１の磁極部６ａおよび第２の磁極部７ａに励磁される極を切り換えることを、電気進角０度での通電切り換えとする。このタイミングよりも電気角γ度だけ早いタイミングで第１の磁極部６ａおよび第２の磁極部７ａに励磁される極を切り換えることを、電気進角γ度で磁極部の励磁切換を行う、と定義する。γを進角値と呼ぶ。なお、モータ２００についても、各ヨーク及びマグネット２１０の位相関係は図５に示すのと同様となる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、モータ１００において、ロータ１１の回転角に対する、第１のコイル４および第２のコイル５の通電状態により発生するモータトルクを縦軸に表わした図である。横軸に電気角をとっている。

曲線Ｌ１は、第１のコイル４への通電方向が正、第２のコイル５への通電方向が正の場合のモータトルクを示す。曲線Ｌ２は、第１のコイル４への通電方向が正、第２のコイル５への通電方向が逆の場合のモータトルクを示す。曲線Ｌ３は、第１のコイル４への通電方向が逆、第２のコイル５への通電方向が逆の場合のモータトルクを示す。曲線Ｌ４は、第１のコイル４への通電方向が逆、第２のコイル５への通電方向が正の場合のモータトルクを示す。

図６（ａ）は、電気進角０度のときの状態を示している。このようなタイミングでコイルの通電方向を切り換えていくと、通電方向を切り換える直前の位相は、斜線部と太線で示すように、モータトルクが極めて小さくなっているため、モータ１００の出力としては大きくならない。図６（ｂ）は、電気進角４５度のときの状態を示している。電気進角４５度では、通電方向を切り換えたときに発生するモータトルクは最大となる。また、切り換えタイミングを早めて、電気進角９０度でコイルの通電方向を切り換えると、図６（ｃ）の斜線部で示すようになり、結果として電気進角０度の場合と同様の結果となって大きな回転駆動力は得られない。

このように、電流の過渡的な応答遅れが無い場合には、電気進角４５度で、モータトルクが最大となる。なお、モータ２００のトルクについてもモータ１００と同様である。

次に、電流の過渡的な応答遅れが有る場合について説明する。代表してモータ１００について説明する。コイル４、５はインダクタンスを有している。そのため、通電方向を切り換えた後に、電流は徐々に大きくなって定常的な電流値に到達する。磁束は電流に比例する。大きなトルクを得るためには、この電流の応答遅れの時間を電気角に換算し、遅れ分を相殺するように進角を設けた駆動を行うことによって、大きなトルクを得ることができる。

電流の応答遅れの時間をｔ秒とし、回転数をＮ（ｒｐｓ）とし、マグネット１０の極数をＭとすると、設定すべき進角は、電気角で、Ｎ×Ｍ／２×３６０×ｔとなる。設定すべき進角は回転数に比例する。モータ起動時の回転数がゼロの場合には、進角を設けない場合に大きなトルクが得られる。

次に、進角を設けた場合の起動時のトルクを説明する。電流の過渡的な応答遅れを考慮して、本実施の形態では、進角を１５度としている。これは、所定の回転数でトルクが大きくなるように、実験的に求められた値である。

第１のモータ１００の時計回り（第１の回転方向）の駆動時において、磁気センサ５１ａは、第１のコイル４への通電方向を切り換えるための検出素子となり、磁気センサ５１ｃは、第２のコイル５への通電方向を切り換えるための検出素子となる。第１のモータ１００の反時計回り（第２の回転方向）の駆動時において、磁気センサ５１ｂは、第１のコイル４への通電方向を切り換えるための検出素子となり、磁気センサ５１ｄは、第２のコイル５への通電方向を切り換えるための検出素子となる。

第２のモータ２００の時計回りの駆動時において、磁気センサ５１ｅは、第３のコイル２０４への通電方向を切り換えるための検出素子となり、磁気センサ５１ｇは、第４のコイル２０５への通電方向を切り換えるための検出素子となる。第２のモータ２００の反時計回りの駆動時において、磁気センサ５１ｆは、第３のコイル２０４への通電方向を切り換えるための検出素子となり、磁気センサ５１ｈは、第４のコイル２０５への通電方向を切り換えるための検出素子となる。

第１のモータ１００に対する第１磁気センサ５１ａの進角を第１の進角値とし、第１のモータ１００に対する第５磁気センサ５１ｅの進角を第２の進角値とする。一例として第１の進角値は１５度、第２の進角値は０度であり、両者は異なっている。また、第１のモータ１００に対する第３磁気センサ５１ｃの進角は第１の進角値と同じであり、第１のモータ１００に対する第７磁気センサ５１ｇの進角は第２の進角値と同じである。一方、第２のモータ２００に対する第５磁気センサ５１ｅの進角を第３の進角値とし、第２のモータ２００に対する第２磁気センサ５１ｂの進角を第４の進角値とする。一例として第３の進角値は１５度、第４の進角値は０度であり、両者は異なっている。また、第２のモータ２００に対する第７磁気センサ５１ｇの進角は第３の進角値と同じであり、第２のモータ２００に対する第４磁気センサ５１ｄの進角は第４の進角値と同じである。

次に、第１のモータ１００に関する駆動モードを説明する。第１のモータ１００を駆動する駆動モードには、第１のモードと第２のモードとがある。第１のモードは、第１の検出素子の出力信号を用いて第１のモータ１００を駆動するモードである。ここでいう第１の検出素子には、第１磁気センサ５１ａまたは第３磁気センサ５１ｃが該当する。第２のモードは、第２の検出素子の出力信号を用いて第１のモータ１００を駆動するモードである。ここでいう第２の検出素子には、第５磁気センサ５１ｅまたは第７磁気センサ５１ｇが該当する。

図７、図８はそれぞれ、第１のモード、第２のモードで第１のモータ１００を時計方向に駆動した場合におけるロータ１１の回転位置とトルクとの関係を示す図である。各図において、横軸に、電気角でロータ１１の回転位置をとる。縦軸にはトルクをとり、１つのコイルでトルクの最大値を１として、正規化して表現している。図７、図８では、進角１５度で、ロータ１１が時計回りに０度から３６０度まで回転する際のトルクが示されている。

第１のコイル４が発生させる（第１のステータユニットによる）トルクは、通電切換を行わない場合は曲線Ｌ１１に示すものとなり、第１のモードで通電切換を行う場合は曲線Ｌ１２に示すものとなる。第１のモードでは、９０度と２７０度の位置より１５度早い７５度と２５５度で、磁気センサ５１ａの出力に応じた第１のコイル４の通電切換が行われる。曲線Ｌ１２に示すように、ロータ１１の回転位置が０度から７５度までは正弦波状で正のトルクで推移する。しかし、ロータ１１の回転位置が７５度になると、磁気センサ５１ａがマグネット１０の極性の反転を検知するので、通電切換が行われる。通電切換を行うと、トルクが正の値（＋０．２６）から負の値（−０．２６）に反転し、トルクが落ち込む。２５５度の位置でも同様に、第１のコイル４によるトルクは、負の値（−０．２６）に落ち込む。

第２のコイル５が発生させる（第２のステータユニットによる）トルクは、通電切換を行わない場合は曲線Ｌ１３に示ものとなり、第１のモードで通電切換を行う場合は曲線Ｌ１４に示すものとなる。第１のモードでは、１８０度と０度（３６０度）の位置より１５度早い１６５度と３４５度で、磁気センサ５１ｃの出力に応じた第２のコイル５の通電切換が行われる。曲線Ｌ１４に示すように、ロータ１１の回転位置が０度から１６５度までは正弦波状で正のトルクで推移する。しかし、ロータ１１の位置が１６５度になると、磁気センサ５１ｃがマグネット１０の極性の反転を検知するので、通電切換が行われる。通電切換を行うと、トルクが正の値（＋０．２６）から負の値（−０．２６）に反転し、トルクが落ち込む。３４５度の位置でも同様に、第２のコイル５によるトルクは、負の値（−０．２６）に落ち込む。

曲線Ｌ１５は、第１のモードにおける、第１のコイル４によるトルク（曲線Ｌ１２）と第２のコイル５によるトルク（曲線Ｌ１４）とを足し合わせた合成トルクを示す。通電切換を行う７５度、１６５度、２５５度、３４５度の各位置では、合成トルクが０．７にまで落ち込んでいる。起動時にロータ１１が通電切換を行う位置にあると、合成トルクが落ち込んでいるため、駆動されるメカ機構のメカ負荷（摩擦など）に対して合成トルクが下回ってしまうと、メカ機構を起動できない場合が生じる。この問題は、時計回りの起動時だけでなく反時計回りの起動時にも生じ、通電切換の位置にロータ１１が位置すると生じ得る。

そこで、本実施の形態では、制御回路１３は、第１のモータ１００の起動時には第２のモードで駆動を開始し、その後、第１のモードに切り換える。連結機構３００によって、第１のモータ１００のロータ１１と第２のモータ２００のロータ２１１とが連結されているため、磁気センサ５１ｅ、５１ｇの出力からロータ１１の回転位置を取得することが可能となっている。制御回路１３は、第２のモードでは、磁気センサ５１ａ、５１ｃの代わりに、磁気センサ５１ｅ、５１ｇの出力信号によってコイル４、５の通電方向を切り替える。

図８における曲線Ｌ１１〜Ｌ１５は図７と同じものを指す。上述したように、磁気センサ５１ｅ、５１ｇの位置が、第１のモータ１００にとって、第２の進角値（０度）の位置となっている。従って、第２のモードでは、９０度と２７０度で、磁気センサ５１ｅの出力に応じた第１のコイル４の通電切換が行われる。曲線Ｌ１２に示すように、通電切換の位置でトルクがゼロとなるが、通電切換で正負が反転してもゼロのままである。また、第２のモードでは、１８０度と０度（３６０度）で、磁気センサ５１ｇの出力に応じた第２のコイル５の通電切換が行われる。曲線Ｌ１４に示すように、通電切換の位置でトルクがゼロとなるが、通電切換で正負が反転してもゼロのままである。

図８において、第２のモードにおける、第１のコイル４によるトルク（曲線Ｌ１２）と第２のコイル５によるトルク（曲線Ｌ１４）とを足し合わせた合成トルクは、曲線Ｌ１５に示される。曲線Ｌ１５では、通電切換を行う（０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度）でのトルクの落ち込み位置での値は１．０となっている。第１のモードにおける合成トルクの落ち込み位置の値が０．７（図７）であるから、第２のモードでは、落ち込みが軽減されている。

ところで、第１のモータ１００と同様に、第２のモータ２００を駆動する駆動モードには、第３のモードと第４のモードとがある。第３のモードは、第２の検出素子の出力信号を用いて第２のモータ２００を駆動するモードである。ここでいう第２の検出素子には、第５磁気センサ５１ｅまたは第７磁気センサ５１ｇが該当する。また、第４のモードは、第３の検出素子の出力信号を用いて第２のモータ２００を駆動するモードである。ここでいう第３の検出素子には、第２磁気センサ５１ｂまたは第４磁気センサ５１ｄが該当する。

第３のモードで第２のモータ２００を時計方向に駆動した場合におけるロータ２１１の回転位置とトルクとの関係は、図７に示すのと同じである。すなわち、第２のモータ２００における第３のモードは第１のモータ１００における第１のモードと基本的に同様の制御内容となる。従って、第３のモードでは、７５度と２５５度で、磁気センサ５１ｅの出力に応じた第３のコイル２０４の通電切換が行われる。また、第３のモードでは、１６５度と３４５度で、磁気センサ５１ｇの出力に応じた第４のコイル２０５の通電切換が行われる。

図９は、第４のモードで第２のモータ２００を時計方向に駆動した場合におけるロータ２１１の回転位置とトルクとの関係を示す図である。横軸、縦軸には図８と同じものをとる。

図９における曲線Ｌ１１〜Ｌ１５は図８と同じものを指す。上述したように、磁気センサ５１ｂ、５１ｄの位置が、第２のモータ２００にとって、第４の進角値（０度）の位置となっている。従って、第４のモードでは、９０度と２７０度で、磁気センサ５１ｂの出力に応じた第３のコイル２０４の通電切換が行われる。曲線Ｌ１２に示すように、通電切換の位置でトルクがゼロとなるが、通電切換で正負が反転してもゼロのままである。また、第４のモードでは、１８０度と０度（３６０度）で、磁気センサ５１ｄの出力に応じた第４のコイル２０５の通電切換が行われる。曲線Ｌ１４に示すように、通電切換の位置でトルクがゼロとなるが、通電切換で正負が反転してもゼロのままである。

図９に示すように、第４のモードにおける、第３のコイル２０４によるトルク（曲線Ｌ１２）と第４のコイル２０５によるトルク（曲線Ｌ１４）とを足し合わせた合成トルクは、曲線Ｌ１５に示される。曲線Ｌ１５では、通電切換を行う（０度（３６０度）、９０度、１８０度、２７０度）でのトルクの落ち込み位置での値は１．０となっている。第３のモードにおける合成トルクの落ち込み位置の値が０．７（図７）であるから、第４のモードでは、落ち込みが軽減されている。

ところで、反時計方向への駆動においても、用いる磁気センサを反時計方向用のものに代えることで、第１〜第４のモードを適用可能である。

図１０は、起動処理のフローチャートである。この処理は、制御回路１３において、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読み出して実行することにより実現される。この処理は、モータ起動が指示されると開始される。図１０では、第１のモータ１００の起動に着目して説明する。

まず、ステップＳ１０１では、制御回路１３は、第２のモードで第１のモータ１００の駆動を開始する。起動時に第２のモードを採用することで、合成トルクの落ち込みが抑制される。ステップＳ１０２で、制御回路１３は、「切換条件」が成立するまで待機する。ここで、切換条件の例としては次のような第１、第２の条件が挙げられる。まず、第１の条件は、第１のモータ１００の起動後、第１のモータ１００の回転数が所定回転数に達することである。第２の条件は、第１のモータ１００の起動開始から所定時間が経過することである。これら以外の条件、例えば、ロータ１１が所定の回転位置に達すること等の条件を設けてもよい。これら、第１、第２の条件を含む複数の条件の少なくとも１つが成立することで切換条件が成立する。なお、上記複数の条件のうち２つ以上が成立することで切換条件が成立するとしてもよい。モータ１００や駆動されるメカ機構が十分に回転し、慣性力が大きくなって、トルク落ち込みの影響が十分に低減されるような条件を切換条件とするのが望ましい。

ステップＳ１０２で、切換条件が成立すると、制御回路１３は、ステップＳ１０３で、駆動モードを第２のモードから第１のモードに切り換える。第１のモードに切り換えるのは、起動直後を過ぎるとトルク落ち込みの影響が小さくなるからである。しかも、回転数が高くなる等によって切換条件が成立すると、電流応答の遅れの影響が大きくなり、進角を大きくしてモータ出力を高める意義が大きくなるからである。

次に、ステップＳ１０４では、制御回路１３は、その他の処理を実行する。その他の処理には、例えば、モータ１００を反転させる処理が含まれ得る。モータ１００を反時計方向に回転させる場合は、制御回路１３は、用いる磁気センサ５１を時計方向用のものに切り換えて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様の処理を実行する。その後、制御回路１３は、処理をステップＳ１０５に進める。なお、ステップＳ１０４において指示されている処理がない場合は、制御回路１３は、何もすることなく処理をステップＳ１０５に進める。

ステップＳ１０５では、制御回路１３は、モータ駆動の停止指示があったか否かを判別する。そして制御回路１３は、モータ駆動の停止指示がない場合は、処理をステップＳ１０４に戻し、モータ駆動の停止指示があった場合は、図１０の処理を終了させる。

なお、第２のモータ２００についても、図１０と同様の起動処理が適用される。ステップＳ１０１に相当するステップでは第４のモードが適用され、ステップＳ１０３に相当するステップでは第３のモードが適用される。なお、第１のモータ１００の起動と第２のモータ２００の起動とを同期して（並行させて）実行してもよい。その場合、制御回路１３は、ステップＳ１０１で、モータ１００、２００に対し、第２、第４のモードを適用し、ステップＳ１０３で、モータ１００、２００に対し、第１、第３のモードを適用する。

本実施の形態によれば、第１のモータ１００に対する第１磁気センサ５１ａの第１の進角値より第１のモータ１００に対する第５磁気センサ５１ｅの第２の進角値の方が小さい。制御回路１３は、第１のモータ１００を駆動する際、第１の検出素子（５１ａ、５１ｃ）用いて駆動する第１のモードと、第２の検出素子の出力信号（５１ｅ、５１ｇ）を用いて駆動する第２のモードとを切り換え可能である。これにより、コイル４、５による合成トルクの落ち込みを抑制すると共に高出力を得ることができる。特に、制御回路１３は、第１のモータ１００の起動開始時には第２のモードで駆動し、起動後に第１のモードに切り換える。これにより、モータ起動時においてコイル４、５による合成トルクの落ち込みを抑制すると共に、モータ起動後には高出力を得ることができる。

また、制御回路１３は、第１のモータ１００の起動後、第１のモータ１００の回転数が所定回転数に達するか、または第１のモータ１００の起動開始から所定時間が経過すると、第２のモードから第１のモードに切り換える。これにより、モータ起動時の合成トルクの落ち込みを回避すると共に、モータ起動後には高出力を得ることができる。

また、第２のモータ２００についても、第３のモードと第４のモードとを切り換え可能であるので、第１のモータ１００に関するものと同様の効果を得ることができる。

なお、第２、第４の進角値は０であるので、合成トルクの落ち込み抑制に関し高い効果を得ることができる。しかし、第２、第４の進角値は０であることに限定されない。また、第１、第３の進角値は１５度に限定されない。第２、第４の進角値は第１、第３の進角値より小さければよい。従って、進角値の小さい方に対応するモード（第２、第４のモード）でモータを起動し、起動後に、進角値の大きい方に対応するモード（第１、第３のモード）に切り換えればよい。

なお、第１の検出素子と第２の検出素子にそれぞれ該当する磁気センサは１つであってもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

４、５、２０４、２０５ コイル
６、７、２０６、２０７ ヨーク
６ａ、７ａ、２０６ａ、２０７ａ 磁極部
１０、２１０ マグネット
１１、２１１ ロータ
１３ 制御回路
５１ａ〜５１ｈ 磁気センサ
１００、２００ モータ
３００ 連結機構

Claims (10)

1. 周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第１のマグネットを備えた回転可能な第１のロータと、進角を有する位置に配置され前記第１のマグネットの回転位相を検出する第１の検出素子と、前記第１のロータの外周面に対向する第１の磁極部を備えた第１のヨークと、前記第１のロータの前記外周面に対向し前記第１の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第２の磁極部を備えた第２のヨークと、通電されることで前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、通電されることで前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、を有する第１のモータと、
   周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第２のマグネットを備えた回転可能な第２のロータと、進角を有する位置に配置され前記第２のマグネットの回転位相を検出する第２の検出素子と、前記第２のロータの外周面に対向する第３の磁極部を備えた第３のヨークと、前記第２のロータの前記外周面に対向し前記第３の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第４の磁極部を備えた第４のヨークと、通電されることで前記第３の磁極部を励磁する第３のコイルと、通電されることで前記第４の磁極部を励磁する第４のコイルと、を有する第２のモータと、
   前記第１のロータと前記第２のロータとの互いの回転位相がずれないように前記第１のロータと前記第２のロータとを連結する連結部と、
   前記第１のモータおよび前記第２のモータの各々の駆動を制御する制御手段と、を有し、
   前記第１のモータに対する前記第１の検出素子の進角である第１の進角値と、前記第１のモータに対する前記第２の検出素子の進角である第２の進角値と、は異なっており、
   前記制御手段は、前記第１のモータを駆動する際、前記第１の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第１のモードと、前記第２の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第２のモードとを切り換え可能であることを特徴とするモータユニット。
2. 前記第１の進角値より前記第２の進角値の方が小さく、
   前記制御手段は、前記第１のモータの起動開始時には前記第２のモードで前記第１のモータを駆動し、前記第１のモータの起動後に前記第２のモードから前記第１のモードに切り換えることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記制御手段は、前記第１のモータの起動後、前記第１のモータの回転数が所定回転数に達すると、前記第２のモードから前記第１のモードに切り換えることを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。
4. 前記制御手段は、前記第１のモータの起動開始から所定時間が経過すると、前記第２のモードから前記第１のモードに切り換えることを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。
5. 前記第２の進角値は０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータユニット。
6. 前記第１のモータは、進角を有する位置であって前記第１のロータの回転方向において前記第１の検出素子とは異なる位置に配置された第３の検出素子を有し、
   前記第２のモータに対する前記第２の検出素子の進角である第３の進角値と、前記第２のモータに対する前記第３の検出素子の進角である第４の進角値と、は異なっており、
   前記第１の検出素子は、前記第１のモータを第１の回転方向に駆動する際に用いられ、前記第３の検出素子は、前記第１のモータを前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方向に駆動する際に用いられ、
   前記第２の検出素子は、前記第２のモータを前記第１の回転方向に駆動する際に用いられ、
   前記制御手段は、前記第２のモータを駆動する際、前記第２の検出素子の出力信号を用いて前記第２のモータを駆動する第３のモードと、前記第３の検出素子の出力信号を用いて前記第２のモータを駆動する第４のモードとを切り換え可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータユニット。
7. 前記第３の進角値より前記第４の進角値の方が小さく、
   前記制御手段は、前記第１の回転方向への前記第２のモータの起動開始時には前記第４のモードで前記第２のモータを駆動し、前記第２のモータの起動後に前記第４のモードから前記第３のモードに切り換えることを特徴とする請求項６に記載のモータユニット。
8. 前記第１の検出素子は、前記第１のコイルへの通電方向を切り換えるための検出素子と前記第２のコイルへの通電方向を切り換えるための検出素子とを含み、前記第２の検出素子は、前記第３のコイルへの通電方向を切り換えるための検出素子と前記第４のコイルへの通電方向を切り換えるための検出素子とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモータユニット。
9. 前記第１の磁極部に対して前記第２の磁極部は電気角で略９０度ずれた位置に配置され、
   前記第３の磁極部に対して前記第４の磁極部は電気角で略９０度ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のモータユニット。
10. 周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第１のマグネットを備えた回転可能な第１のロータと、進角を有する位置に配置され前記第１のマグネットの回転位相を検出する第１の検出素子と、前記第１のロータの外周面に対向する第１の磁極部を備えた第１のヨークと、前記第１のロータの前記外周面に対向し前記第１の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第２の磁極部を備えた第２のヨークと、通電されることで前記第１の磁極部を励磁する第１のコイルと、通電されることで前記第２の磁極部を励磁する第２のコイルと、を有する第１のモータと、
    周方向に複数に分割して異なる極に交互に多極着磁された第２のマグネットを備えた回転可能な第２のロータと、進角を有する位置に配置され前記第２のマグネットの回転位相を検出する第２の検出素子と、前記第２のロータの外周面に対向する第３の磁極部を備えた第３のヨークと、前記第２のロータの前記外周面に対向し前記第３の磁極部に対して電気角をずらした位置に配置された第４の磁極部を備えた第４のヨークと、通電されることで前記第３の磁極部を励磁する第３のコイルと、通電されることで前記第４の磁極部を励磁する第４のコイルと、を有する第２のモータと、
    前記第１のロータと前記第２のロータとの互いの回転位相がずれないように前記第１のロータと前記第２のロータとを連結する連結部と、を有するモータユニットの駆動方法であって、
    前記第１のモータに対する前記第１の検出素子の進角である第１の進角値と、前記第１のモータに対する前記第２の検出素子の進角である第２の進角値と、は異なっており、
    前記第１のモータを駆動する際、前記第１の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第１のモードと、前記第２の検出素子の出力信号を用いて前記第１のモータを駆動する第２のモードとを切り換え可能であることを特徴とするモータユニットの駆動方法。

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