JP5441624B2

JP5441624B2 - モータ駆動装置

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Publication number: JP5441624B2
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Authority: JP
Inventors: 弘司赤田
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Publication date: 2014-03-12
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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。また、切り替え時におけるロータの回転位置を、ロータがマイクロステップ駆動において電磁気的に安定して静止する位置に一致させることで、切り替え時のロータの振動を防止する方法が開示されている。

特開平１０−１５０７９８号公報

しかしながら、フィードバック駆動からオープンループ駆動へ切り替える際にロータの回転加速度が大きい（回転速度変化が大きい）と、切り替え時の回転周波数とオープンループ駆動の駆動周波数との整合がとれず、モータの脱調を引き起こす可能性がある。

また、特許文献１に開示された技術では、モータが十分に減速してからの切り替えには効果があるが、モータが回転している場合には、ロータが電磁気的に安定して静止する位置よりも若干ずれた位置で切り替えた方が望ましい。これは、オープンループ駆動の場合、高速回転になるに従い駆動電圧の印加タイミングに対してロータが徐々に遅れて回転するためである。特許文献１の技術をモータの回転中に実行した場合、逆に振動を引き起こす可能性がある。

そこで本発明は、脱調や振動の発生を抑制する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モータのコイルへの通電を切り替えることで、前記モータをオープンループ駆動する第１駆動手段と、ロータの位置を検出する位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替えることで、前記モータをフィードバック駆動する第２駆動手段と、前記位置センサの出力から前記ロータの速度及び加速度を算出する演算手段と、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段を切り替えて前記モータを駆動制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第２駆動手段で前記ロータの加速、定速、減速駆動を行うとともに、前記フィードバック駆動から前記オープンループ駆動に切り替える際には、前記ロータの速度が前記オープンループ駆動時の前記ロータの最大速度以下の速度であって、かつ一定速度となるように、前記第２駆動手段で前記モータを駆動制御する。

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、脱調や振動の発生を抑制する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外観斜視図である。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。

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の外観斜視図である。なお、図１では、説明のため一部の部品を破断して示している。モータ１０１は、マグネット２０１を有するロータ２０２、第１のコイル２０３、第２のコイル２０４、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６、第１の位置センサ２０７、及び、第２の位置センサ２０８を備える。このうち、第１のコイル２０３、第２のコイル２０４、第１のヨーク２０５、第２のヨーク２０６、第１の位置センサ２０７、及び、第２の位置センサ２０８によってステータが構成される。

マグネット２０１は、外周が多極着磁された円筒形状の永久磁石である。角度位置に対し、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。マグネット２０１としては、例えば、磁束密度の高いネオジウム磁石が用いられるが、これに限定されるものではない。ロータ２０２は、ステータに対して回転可能に支持され、マグネット２０１と一体に固定されている。

第１のヨーク２０５は、第１のコイル２０３に励磁される複数の磁極歯を有する。励磁される極を切り替えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。第２のヨーク２０６は、第２のコイル２０４に励磁される複数の磁極歯を有する。励磁される極を切り替えることで、ロータ２０２に与えるトルクを変化させることができる。

第１の位置センサ２０７及び第２の位置センサ２０８は、マグネット２０１の磁束を検出して、その検出信号を出力するホール素子である。本実施例において、マグネット２０１の磁束はホール素子によって検出される。しかしながら、ロータ位置の検出方式はこれに限定されるものではない。ロータの回転に伴って変位する検出用マグネットを配置して検出してもよく、また、遮光板やパターン面を光学センサによって読み取ってもよい。位置センサは、モータと一体に固定されていてもよく、また、モータとは別部材に固定されていてもよい。

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。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、減速駆動（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大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。２０５ａ〜２０５ｄは第１のヨーク２０５の磁極歯であり、２０６ａ〜２０６ｄ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。図９（１）の縦軸はロータ２０２の回転速度（Ｖ）を示し、横軸は時刻（ｔ）を示している。図９（２）の縦軸はロータ２０２の回転加速度（γ）を示し、横軸は時刻（ｔ）を示している。図９（１）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および回転加速度γを監視している。ロータ２０２の回転速度Ｖおよび回転加速度γ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。例えば、図４の（２）または図７の（２）の２値化されたセンサ信号の立ち上がりのタイミング（時間間隔）を監視することによって回転速度Ｖおよび回転加速度γを算出することができる。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（オープンループ駆動時）のロータの最大速度以下（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が最大回転速度Ｖ_ｍに到達した後、定常駆動期間ｔ_２にて一定速度でのＦＢ駆動が行われる。ここで、一定速度とは、厳密に一定速度である場合に限られず、実質的に一定速度と評価される略一定速度である場合も含む。

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（回転加速度γｍ）である。減速駆動期間ｔ_３ａでは、減速加速度の最大点Ｐ_ｍ（回転加速度γｍ）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の回転加速度が回転加速度γｓ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で、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。ＯＰ駆動への切り替え後は、制御部３０２内の記憶手段に記憶された所定の駆動テーブル（残りの各パルスに対応した駆動周波数を示すデータ）に従って減速駆動が行われ、目標位置に停止する。

本実施例のモータ駆動装置は、ＯＰ駆動とＦＢ駆動とを組み合わせてモータを駆動することにより、通常のステップモータと同等の精度で、かつ、通常のステップモータと比べてより高速に、ロータ（被駆動体）を目標位置に到達させることができる。ロータの回転速度がＯＰ駆動での最大速度Ｖ_ｓ以下でかつロータの回転速度を一定速度にした状態で、ＦＢ駆動からＯＰ駆動に切り替える。このため、本実施例によれば、脱調や振動の発生を抑制したモータ駆動装置を提供することができる。

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

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ことで、前記モータをオープンループ駆動する第１駆動手段と、
ロータの位置を検出する位置センサの出力に応じて前記モータの前記コイルへの通電を切り替えることで、前記モータをフィードバック駆動する第２駆動手段と、
前記位置センサの出力から前記ロータの速度及び加速度を算出する演算手段と、
前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段を切り替えて前記モータを駆動制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第２駆動手段で前記ロータの加速、定速、減速駆動を行うとともに、前記フィードバック駆動から前記オープンループ駆動に切り替える際には、前記ロータの速度が前記オープンループ駆動時の前記ロータの最大速度以下の速度であって、かつ一定速度となるように、前記第２駆動手段で前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ駆動装置。
前記第２駆動手段による前記減速駆動は、進角制御による駆動であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。