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の励磁コイル203、第2の励磁コイル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の励磁コイル203、第2の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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に備えられた第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(演算手段)である。位置センサ信号処理回路301は、各位置センサの出力からロータ202の回転周波数及び回転角加速度を算出する。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、ロータ202の加速駆動、定速駆動、及び、減速駆動(停止駆動)等の各駆動制御を行う制御部(制御手段)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の励磁コイル203と第2の励磁コイル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、駆動速度を速く(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。このため、駆動パルス間隔に加減を加える必要があり、高速での駆動が制限される。
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の励磁コイル203と第2の励磁コイル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の励磁コイル203と第2の励磁コイル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θ0とすると、電気角θは以下の式(1)で表される。
θ=θ0×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の励磁コイル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の励磁コイル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306の構成を示す図である。進角回路306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306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の励磁コイル203の通電を切り替え、2値化信号Bに基づいて第2の励磁コイル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の励磁コイル203に正方向の電流を流し、負の値である場合に第1の励磁コイル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の励磁コイル204に正方向の電流を流し、負の値である場合に第2の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル203の通電方向が切り替わった状態を示している。第1の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル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の励磁コイル204の通電方向が切り替わった状態を示している。第2の励磁コイル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の励磁コイル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306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の励磁コイル203への通電を切り替え、2値化信号Bに基づいて第2の励磁コイル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(通電位相制御)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。
上述のOP駆動とFB駆動とを組み合わせることにより、通常のステップモータと同等の精度でロータを目標位置に停止させることができるとともに、通常のステップモータよりも高速にロータを目標位置に到達させることが可能となる。図9は、本実施例のモータ駆動装置1における理想的な駆動の概略図である。図9において、縦軸はロータ202の回転周波数を示し、横軸はロータの回転開始から回転終了(目標位置での停止)までの時間を示す。
図9に示されるように、ロータ202の回転開始から回転終了(目標位置での停止)までは、FB駆動を行う区間(FB駆動区間)とOP駆動を行う区間(OP駆動区間)に大別される。FB駆動区間では、回転開始時のロータ停止状態からFB駆動によりロータの回転周波数が増大し、モータ101がモータドライバ305によって印加された駆動信号の電圧V1により発生し得る最大の回転周波数Fmax1に到達する。回転周波数Fmax1に到達した後、ロータ202は一定の速度(一定の回転周波数Fmax1)で回転する。
その後、FB駆動区間からOP駆動区間へ移行するため、駆動信号の電圧をV2(V2<V1)に低下させてロータ202の減速を開始する。この駆動信号の電圧は、例えばPWM駆動の場合、デューティ比を低下させること等により低下させることができる。本実施例では、デューティ比を低下させる印加電圧制御を用いてロータ202を減速させるが、これに限定されるものではない。例えば、励磁コイルへの電流量制御や前述の進角制御等によっても減速動作が可能である。また、これらの制御を複数組み合わせて減速動作を行うことも可能である。
モータ101は、モータドライバ305により印加される駆動信号の電圧V2により発生し得る最大の回転周波数Fmax2となるように減速する。すなわちロータ202は、(Fmax2−Fmax1)/ΔTdで表される負の回転角加速度AFB1で減速を開始する。ここで、ΔTdはロータ202の回転周波数がFmax1からFmax2に変化するのに要する時間である。
制御部302は、等加速度(回転角加速度AFB1)の減速途中である所定の時間TXに、オープンループ駆動回路304及びモータドライバ305を用いた駆動を行うOP駆動に切り替える。この時間Txにおいて、FB駆動区間からOP駆動区間に移行する。この切り替え時の前後では、以下の式(6)に表されるように、FB駆動区間の最後におけるロータ202の回転角加速度AX及び回転周波数FXは、OP駆動区間の開始時における初期回転角加速度A1及び初期回転周波数F1とそれぞれ等しいことが理想的である。
OP駆動時におけるロータ202の初期回転周波数F1は、予め設定された減速パターンに則した値であり、固定値である。同様に、初期回転角加速度A1も固定値である。OP駆動時における減速パターンは、例えば以下の表1に示されるようなテーブルとして、制御部302に保持されている。
減速パターンは、第1駆動手段が励磁コイルへの通電を切り替える時間間隔の列Tn(n=1、2、…)、及び、第1駆動手段による駆動の際の回転周波数の列Fn(n=1、2、…)を定める。表1に示されるように、初期回転周波数F1は1375[PPS]である。また、初期回転角加速度A1は、(F2−F1)/T1で算出される。このように、制御部302は、ロータ202の目標位置に達するまでOP駆動を行い、ロータ202を停止させる。
しかしながら、実際には、モータ101には製造ばらつき等に基づく個体差がある。このため、モータ101が一定電圧によりFB駆動された場合でも、最大の回転周波数Fmax1には個体差があるため、FB駆動区間の最後の回転角加速度AXがOP駆動区間の初期回転角加速度A1に一致するとは限らない。また、FB駆動区間の最後の回転周波数FXがOP駆動区間の初期回転周波数F1に一致しない状態でOP駆動区間に移行する場合がある。FB駆動区間での最後の回転角加速度AXがOP駆動区間の初期回転加速度A1に一致しない場合、ロータ202の回転角加速度が急変する。このため、ロータ202に不要な振動等が発生し、モータ101が脱調するおそれがある。FB駆動区間の最後の回転周波数FXがOP駆動区間の初期回転周波数F1に一致しない状態でOP駆動区間に移行する場合にも、ロータ202の回転周波数は急変する。このため、上述と同様に、モータ101が脱調するおそれがある。従って、上述のような単純な電圧制御による減速動作だけでは、FB駆動区間とOP駆動区間との間の円滑な切り替えが困難となる。
以下、モータ101の製造ばらつきを考慮し、制御部302によってロータ202の回転周波数及び回転角加速度の制御を行う方法について説明する。図10は、FB駆動区間での減速動作の開始時からOP駆動区間の開始時の間のロータ202の回転周波数と回転位置との関係を示す図である。図10において、曲線(I)は設計中心のモータ101による駆動の状態を示す。また同図において、曲線(II)及び曲線(III)はそれぞれ、製造ばらつきによりロータ202の最大の回転周波数Fmax1がFmax1(+)及びFmax1(−)(Fmax1(+)>Fmax1(−))となるモータ101の駆動の状態を示す。
制御部302は、FB駆動区間の減速開始位置PFB0における回転周波数FFB0、及び、減速開始位置PFB0から所定の位置PFB1に到達するまでの間、位置センサ信号処理回路301の出力であるロータ202の回転角加速度AFB0を計測する。
設計中心のモータ101(曲線(I))については、FB駆動区間の減速開始位置PFB0での回転周波数FFB0=Fmax1、及び、減速開始位置PFB0から位置PFB1までの間の回転角加速度AFB0=AFB1が計測される。このようなモータ101の場合、FB駆動区間からOP駆動区間への円滑な切り替えが可能となる。このため、制御部302は回転速度及び回転角加速度を制御することなく、FB駆動区間からOP駆動区間への切り替え位置PXまで負の回転角加速度AFB1で減速動作を継続する。
設計中心よりも最大の回転周波数が高いモータ101(曲線(II))については、回転周波数FFB0=Fmax1(+)、及び、回転角加速度AFB0=AFB1(+)(AFB1(+)>AFB1)が計測される。このとき、回転角加速度AFB1(+)での減速動作を継続すると、切り替え位置PXでのロータ202の回転周波数はF1より大きく、また、回転角加速度もA1より大きくなる。このため、FB駆動区間からOP駆動区間への移行に際し、不要な振動が発生してモータ101が脱調するおそれがある。
本実施例では、制御部302は、回転変位PX−PFB1の間に、切り替え位置PXでの回転周波数及び回転角加速度がそれぞれF1、A1となるように、励磁コイルに印加する電圧のデューティ比を可変にしてフィードバック制御を行う。具体的には、切り替え位置PXでの回転周波数が非制御時の場合よりも小さくなるように、回転加速度を小さく(負の方向に大きく)する。このような制御により、ロータ202の回転速度及び回転角加速度は、切り替え位置PXにおいて理想的な回転周波数F1及び回転角加速度A1に近づく。このため、FB駆動からOP駆動へ滑らかに移行することができる。
設計中心よりも最大の回転周波数が低いモータ(曲線(III))については、回転周波数FFB0=Fmax1(−)、及び、回転角加速度AFB0=AFB1(−)(AFB1(−)<AFB1)が計測される。このとき、回転角加速度AFB1(−)での減速動作を継続すると、切り替え位置PXでのロータ202の回転周波数はF1より小さく、また、回転角加速度もA1より小さくなる。このため、FB駆動区間からOP駆動区間への移行に際し、不要な振動が発生してモータ101が脱調するおそれがある。
本実施例では、制御部302は、回転変位PX−PFB1の間に、切り替え位置PXでの回転周波数及び回転角加速度がそれぞれF1、A1となるように、励磁コイルに印加する電圧のデューティ比を可変にしてフィードバック制御を行う。具体的には、切り替え位置PXでの回転周波数が非制御時の場合よりも大きくなるように、回転加速度を大きく(負の方向に小さく)する。このため、ロータ202の回転速度及び回転角加速度は、理想的な回転周波数F1及び回転角加速度A1に近づき、FB駆動からOP駆動へ滑らかに移行することができる。
次に、切り替え位置PXでの回転周波数及び回転角加速度の誤差範囲について説明する。図11は、FB駆動区間とOP駆動区間の切り替えの際に許容される誤差範囲を示す図である。図10を参照して説明したように、FB駆動区間では、OP駆動区間に切り替わるまで(切り替え位置PXに至るまで)、ロータ202の回転周波数及び回転角加速度の制御が行われる。
本実施例において、FB駆動区間からOP駆動区間へ切り替わる直前の回転周波数FX及び回転角加速度AXは、以下の式(7)で表される範囲に収まるように制御されることが好ましい。
式(7)において、Mは、OP駆動のために制御部302が保持する減速パターンに含まれる回転周波数の列Fnに関係する値であり、以下の式(8)を満足する値である。
式(8)に示されるように、Mは、OP駆動の開始時におけるロータ202の初期回転周波数F1とOP駆動の次のステップでの回転周波数F2の差(許容誤差)である。例えば表1に示される減速パターンでは、ステップ1の回転周波数F1=1375[PPS]、ステップ2の回転周波数F2=1304[PPS]であるから、M=71[PPS]となる。初期回転周波数F1から次のステップでの回転周波数F2への変化量は、本実施例のモータ101が駆動可能な回転周波数の変化量である。このため、切り替え直前の回転周波数FXをF1±Mの範囲に収めるように制御することで、ロータ202の不要な振動が低減され、円滑な切り替えが可能となる。
また式(7)において、Nは、モータ101の負荷状態における自起動周波数Fsとその通電時間Tsに関係する値(許容誤差)であり、以下の式(9)を満足する値である。
回転角加速度AXの誤差が、モータ101が負荷状態でも起動可能な回転周波数(自起動周波数Fs)での回転加速度Asの範囲内であれば、脱調は発生しない。このため、回転角加速度AXをA1±Nの範囲に収めることで、ロータ202の不要な振動が低減され、円滑な切り替えが可能となる。
以上のとおり、制御部302は、第2駆動手段でロータ202の加速駆動、定速駆動、及び、減速駆動を行ってからFB駆動からOP駆動に切り替えて、第1駆動手段でロータ202の減速駆動を更に行うように制御する。また、制御部302は、位置センサ信号処理回路301で算出された第2駆動手段による駆動の際の回転周波数及び回転角加速度が第1駆動手段による駆動の際の初期回転周波数及び初期回転角加速度に近づくように制御する。すなわち、第2駆動手段による駆動の際の回転周波数及び回転加速度が第1駆動手段による駆動の際の初期回転周波数及び初期回転加速度と略一致するように制御される。ここで「略一致」とは、完全に一致する場合だけでなく、実質的に一致していると評価できる程度に近接している場合を含む意味である。
本実施例では、PWM駆動信号のデューティ比を可変にして励磁コイルへの印加電圧を制御し、モータ101の回転周波数及び回転角加速度を制御する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、励磁コイルに流入する電流量を可変制御する、いわゆるチョッピング制御を用いてもよい。
特に急激な減速を行う際には、デューティ比を変化させることによる印加電圧制御に進角制御(通電位相制御)を組み合わせることが有効である。減速駆動時における進角制御では、励磁コイルへの駆動信号の通電位相と各位置センサの出力位相との位相差を定速駆動時とは異なる値にして制御する。この場合、位置センサ出力の位相に対して、遅れβを有する駆動信号を第1の励磁コイル203及び第2の励磁コイル204に印加すること(例えば、β<αの進角制御)で、脱調することなく減速が可能である。これは、定常駆動時の進角制御における進角量αとは異なる進角量β(例えばβ<α)の進角制御によって、ロータ202に対して回転周波数を有する方向とは逆回転の力(減速力)が発生するためである。これにより、デューティ比低減によって印加電圧を下げる以上に減速動作としての効果が得られる。
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。