JP6486985B2 - モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプ - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプに関する。

従来、ポンプ装置として、チューブポンプが知られている。チューブポンプは、モータによりローラを回転させながらチューブを押し潰すことにより、チューブ内の液体を送出する。チューブポンプは、医療機器に使用されており、たとえば、ブラシレスＤＣモータにより、ローラを有するロータを回転させる人工透析用ポンプ装置（血液ポンプ）が知られている。

かかるチューブポンプに用いられるブラシレスＤＣモータの通電方式には、たとえば、１２０度通電方式と１８０度通電方式とがあり、かかる１８０度通電方式のブラシレスＤＣモータは、一般的に、１２０度通電方式で回転を開始し、モータの実回転速度に応じて低騒音、低振動の１８０度通電方式に切り替える。そして、モータの実回転速度が外的要因により所定の回転速度を下回った場合、モータの制御を維持するために、通電方式を１８０度通電方式から１２０度通電方式に切り替える。

特開平１０−２９０８３１号公報

しかしながら、従来のチューブポンプに用いられるブラシレスＤＣモータでは、通電方式が１８０度通電方式から１２０度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータが目標の回転位置から移動した場合、モータが停止するまで保護動作（たとえば、ショートブレーキ）に入る。そして、モータが逆転速度が停止とみなされる極低速または停止して保護動作が解除された際に、モータを目標の回転位置に復帰させるためにモータが急加速し、時間当たりの流量が急増し、さらに、かかる急加速の際にポンプが高負荷状態であった場合、チューブが急激な圧力上昇により破損する恐れがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータの動作を安全に制御することができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータ駆動制御装置は、速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、前記モータの回転位置を検出し、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器と、を備える。そして、前記制御部は、外的要因により前記モータの回転状態が前記速度指令信号および前記回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定部と、前記移動量と前記駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、前記駆動信号の出力を停止させる停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、を有する。

本発明の一態様によれば、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータの動作を安全に制御することができる。

図１は、実施形態に係る血液ポンプが組み込まれる人工透析システムの構成例を示す図である。 図２は、図１に示す血液ポンプを説明するための図（１）である。 図３は、図１に示す血液ポンプを説明するための図（２）である。 図４は、実施形態に係るモータ装置における通電方式の切替動作の一例を説明するための図である。 図５は、参考例におけるモータ駆動制御装置の処理フローを示す図である。 図６は、参考例におけるモータ駆動制御装置の各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図７は、図２に示すモータ装置の構成例を示すブロック図である。 図８は、実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図である。 図９は、実施形態に係るモータ駆動中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図１０は、実施形態に係るモータ駆動中における逆転カウントの測定処理を説明するフローチャートである。 図１１は、実施形態に係るＣＷ方向とＣＣＷ方向とにおけるエンコーダ信号の出力状態を示す模式図である。 図１２は、実施形態に係るモータ駆動中における停止制御信号の送信処理を説明するフローチャートである。 図１３は、実施形態に係るモータ保持中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図１４は、実施形態に係るモータ保持中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の別の一例を示すタイミングチャートである。 図１５は、実施形態に係るモータ保持中におけるずれカウントの測定処理を説明するフローチャートである。 図１６は、実施形態に係るモータ保持中における停止制御信号の送信処理を説明するフローチャートである。

以下、実施形態に係るモータ駆動制御装置、モータ駆動制御方法及びチューブポンプについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の数値の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの数値の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施形態）
以下では、実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるチューブポンプが、人工透析システムの血液ポンプである場合について説明する。図１は、実施形態に係る血液ポンプが組み込まれる人工透析システムの構成例を示す図である。

図１に示す人工透析システムは、血液ポンプ１と、ダイアライザー３と、透析液供給装置４とを有する。血液ポンプ１は、チューブ２を介して、患者Ｐの血液をダイアライザー３に搬送する（脱血）。

かかるダイアライザー３は、半透膜と、透析液供給装置４から供給される透析液とにより、患者Ｐの血液に対して、老廃物除去、電解質維持、水分量維持の処理を行う。また、血液ポンプ１は、チューブ２を介して、ダイアライザー３により処理された血液を患者Ｐに戻す（返血）。

図２および図３は、図１に示す血液ポンプ１を説明するための図である。図２に示すように、血液ポンプ１は、モータ装置１０と、減速機２０と、ポンプシステム３０とを有する。なお、図２は、図１に示す血液ポンプ１を側面側から見た図であり、図３は、図１に示す血液ポンプ１をポンプシステム３０側から見た図である。

図２において、モータ装置１０は、減速機２０を介して、ポンプシステム３０のロータ３２（図３参照）に回転駆動力を供給する駆動源であり、後述するモータ１１（図７参照）を内蔵する。減速機２０は、モータ装置１０（モータ１１）の回転軸と接続され、モータ１１の回転速度を所定の減速比で減速する。ポンプシステム３０は、減速機２０の回転軸（出力軸）と接続される。

ポンプシステム３０は、図３に示すように、ハウジング３１と、ロータ３２と、ローラ支持部３３と、ローラ３４ａと、ローラ３４ｂとを有する。ハウジング３１は、内部にチューブ２およびロータ３２の収納空間が形成されている。チューブ２は、ハウジング３１が有する円弧状の内周壁面に沿って配設される。ロータ３２は、減速機２０の回転軸（出力軸）と接続される。

ローラ支持部３３は、ロータ３２に接続され、ロータ３２の回転とともに回転する。ローラ支持部３３の両端には、ローラ３４ａおよびローラ３４ｂがそれぞれ取り付けられている。ローラ支持部３３は、チューブ２を押圧するローラ３４ａおよびローラ３４ｂを回転自在に支持する。

ローラ３４ａおよびローラ３４ｂは、ローラ支持部３３の回転とともに回転する。すなわち、ローラ３４ａおよびローラ３４ｂは、モータ装置１０（モータ１１）の駆動により回転することで、ハウジング３１の内周壁面に沿って配設されたチューブ２を押圧し、チューブ２内の液体（血液）を送出する。

図４は、実施形態に係るモータ装置１０における通電方式の切替動作の一例を説明するための図である。図４に示すように、モータ装置１０におけるモータ１１の通電方式には、１２０度通電方式（以下、１２０度通電とも呼称する。）と、１８０度通電方式（以下、１８０度通電とも呼称する。）とがある。

１２０度通電は、モータ１１が低速回転（たとえば、Ｖ１〜Ｖ２ｒｐｍ）で駆動する際に用いられる通電方式である。１８０度通電は、モータ１１が中高速回転（たとえば、Ｖ３ｒｐｍ以上）で駆動する際に用いられる通電方式である。以下の実施形態では、一例として、Ｖ１〜Ｖ２ｒｐｍは１００ｒｐｍより小さく、Ｖ３ｒｐｍは１００ｒｐｍより大きく、Ｖ４ｒｐｍはＶ３ｒｐｍより大きい場合について説明する。

１２０度通電は、低速回転でのトルクが大きいという利点がある一方で、中高速回転になると駆動時の騒音と振動が大きいという欠点がある。一方、１８０度通電は、１２０度通電に比べて低速回転でのトルクが小さいという欠点がある一方で、中高速回転での騒音と振動が小さいという利点がある。

そこで、実施形態では、モータ１１の起動時には１２０度通電で通電し、実回転速度が所定の回転速度（たとえば、Ｖ２ｒｐｍ）以上になった際に１８０度通電に切り替える制御が行われる。

また、図４に示した例において、モータ１１を低速回転（たとえば、１００ｒｐｍ）で回転させる場合には、次のような制御が行われる。まず、モータ１１を１２０度通電によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）デューティ比（以下、デューティ比とも呼称する）を増加させるとＤ２％でモータ１１の回転が開始し、回転速度がＶ１ｒｐｍになる（ステップＳ１）。

引き続いて、デューティ比を増加させて、Ｄ３％で回転速度がＶ２ｒｐｍ以上になる（ステップＳ２）と、通電方式は１２０度通電から１８０度通電に切り替えられる（ステップＳ３）。すると、モータ１１の回転速度はＶ２ｒｐｍからＶ４ｒｐｍに急激に増加し、目標の回転速度（１００ｒｐｍ）を上回る。

次に、１８０度通電のまま、デューティ比を減少させると、Ｄ１％で、回転速度はＶ３ｒｐｍになる（ステップＳ４）。引き続いて、デューティ比を減少させると、モータ１１がトルク不足で回転できないフリー状態で回転速度が低下し、回転速度がＶ２ｒｐｍ以下になると通電方式を１８０度通電から１２０度通電に切り替える（ステップＳ５）。

そして、回転速度が１００ｒｐｍ以下になるとデューティを増加させるが、モータ１１が回転できないフリー状態が続き（ステップＳ４〜Ｓ５〜Ｓ１）、モータ１１はＤ２％でふたたび１２０度通電で回転を再開する（ステップＳ１）。このように、モータ１１が、１２０度通電（ステップＳ１〜Ｓ２）、１８０度通電（ステップＳ３〜Ｓ４）、フリー（ステップＳ４〜Ｓ５〜Ｓ１）の行程をくり返すことにより、モータ１１における回転速度の平均値を目標の回転速度（１００ｒｐｍ）にすることができる。

なお、上述したように、実施形態において、モータ１１は減速機２０によりさらに減速されながら用いられることから、上記の行程をくり返すことにより微視的には回転速度が変動したとしても、実用上問題はない。

つづいて、かかるモータ装置１０における課題について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、参考例におけるモータ駆動制御装置の処理フローを示す図であり、図６は、参考例におけるモータ駆動制御装置の各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。

図５に示すように、モータ駆動部１３（図７参照）は、モータ１１（図７参照）に対して駆動信号を出力することにより、モータ１１を駆動する。かかる駆動信号は、モータ駆動部１３において１２０度通電方式または１８０度通電方式に基づいて生成され、モータ１１に出力される。

制御部１２（図７参照）は、モータ駆動部１３に対して駆動制御信号を出力することにより、モータ駆動部１３の各種制御を行う。たとえば、ユーザから指示された速度指令信号とエンコーダ１４から出力されたエンコーダ信号（図７参照）とに基づいて、モータ駆動部１３に速度指令を与え、モータ１１の回転速度を制御（速度制御）する。

ここで、低速運転中のポンプシステム３０に対して、外的要因による負荷が瞬間的に増加し、モータ１１の回転速度が所定の回転速度（たとえば、Ｖ２ｒｐｍ）より低下した場合、モータ駆動部１３は、上述のように通電方式を１８０度通電から１２０度通電に切り替える動作に入る。

しかしながら、通電方式が１２０度通電に切り替わる前に、負荷が加わり続けてモータ１１が目標の回転方向と反対の方向に回転（０ｒｐｍ以下）（以下、逆回転とも呼称する。）し、さらに逆回転が所定の回転速度（たとえば、−Ｖ２ｒｐｍ）以下になり、それをモータ駆動部１３が検知すると、モータ駆動部１３はモータ１１を保護する保護動作に入る。

なぜなら、ホール素子１５（図７参照；磁気センサの一例）からの前回の信号に基づいて正弦波の駆動波形を生成する１８０度通電方式では、モータ１１が逆回転すると前回と異なる通電順序と認識し、したがって駆動波形を生成することができないからである。なお、モータ駆動部１３は、モータ１１の回転速度を、モータ装置１０に内蔵されるホール素子１５で検知することができる。

モータ１１を保護する保護動作は、たとえば、モータ１１の回転を停止させるショートブレーキである。そして、かかる保護動作によりモータ１１の回転が停止とみなされる極低速または停止すると、保護動作が解除され、モータ１１の回転が復帰する。

一方で、かかるモータ駆動部１３による保護動作中においては、制御部１２からモータ駆動部１３に速度指令を与えても、モータ装置１０を駆動させることはできない。これにより、モータ１１の回転位置制御の偏差（速度指令カウント数−エンコーダ信号カウント数）が増加する。

したがって、上述の保護動作が解除されると同時に、かかる回転位置制御の偏差を解消しようと制御が働くため、図６に示すようにモータ１１が急加速してしまい、時間当たりの流量が急増する。さらに、かかる急加速の際にポンプシステム３０が高負荷状態であった場合、チューブ２が急激な圧力上昇により破損する恐れがあった。

そこで、実施形態に係るモータ駆動制御装置では、制御部１２を以下に説明する構成にすることにより、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータ１１の動作を安全に制御することができる。

図７は、図２に示すモータ装置１０の構成例を示すブロック図である。モータ装置１０は、図７に示すように、モータ１１と、制御部１２と、モータ駆動部１３と、エンコーダ１４（位置検出器の一例）と、ホール素子１５（磁気センサの一例）とを有する。

詳細は後述するが、モータ駆動制御装置は、速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部１２と、駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータ１１に出力するモータ駆動部１３と、モータ１１の回転位置を検出し、当該検出結果に基づくエンコーダ信号（検出信号の一例）を出力するエンコーダ１４と、を備え、制御部１２は、外的要因によりモータ１１の回転状態が速度指令信号および回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点をエンコーダ信号に基づいて検知し、異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定部と、移動量と駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、駆動信号の出力を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する送信部と、を有する。

モータ１１は、減速機２０を介して、ポンプシステム３０と接続される。モータ１１は、たとえば、３相のブラシレスＤＣモータである。モータ１１は、制御部１２およびモータ駆動部１３を含むモータ駆動制御装置により駆動制御される。なお、モータ駆動制御装置として、エンコーダ１４およびホール素子１５が含まれてもよい。

制御部１２は、外部装置である速度指令信号生成部１００と、回転方向信号生成部１１０とに接続される。制御部１２は、たとえば、マイクロプロセッサ（Micro-Processing Unit：ＭＰＵ）により構成される。制御部１２には、速度指令信号生成部１００から速度指令信号が入力され、さらに回転方向信号生成部１１０から回転方向信号が入力され、かかる速度指令信号および回転方向信号に基づいて駆動制御信号を生成する。

かかる速度指令信号は、速度指令信号生成部１００により生成される信号であり、モータ１１の目標回転速度を指定する指令情報である。具体的には、速度指令信号は、カウント数が目標の回転ステップ数となり、単位時間当たりのカウント数が目標の回転速度となるパルス信号である。

速度指令信号生成部１００は、たとえば、パルス周波数変調（Pulse Frequency Modulation：ＰＦＭ）により、目標回転速度に応じた周波数のクロック信号を速度指令信号として生成し、制御部１２に出力する。

また、制御部１２には、回転方向信号生成部１１０から回転方向信号が入力され、かかる回転方向信号に基づいてモータ１１の回転方向を制御する。回転方向信号は、モータ１１における目標の回転方向（以下、「正方向」とも呼称する。）を指定する指令情報である。具体的には、回転方向信号は、目標の回転方向がＣＷ（時計回り）方向である場合と、ＣＣＷ（反時計回り）方向である場合とで値が異なるデジタル信号である。

そして、制御部１２は、たとえば、パルス幅変調（ＰＷＭ）により、クロック信号に対応する回転速度でモータ１１を回転させるためのＰＷＭ信号を駆動制御信号として生成する。なお、かかる駆動制御信号は、ＰＷＭ信号の他に、回転方向信号に基づく回転方向でモータ１１を回転させるための制御信号を含む。

さらに、制御部１２では、速度指令信号と回転方向信号との組み合わせにより、モータ１１の回転指示状態が決定される。速度指令信号が０より大きい場合、モータ１１が駆動状態と決定され、この場合は回転方向信号が０または１で、モータ１１が「ＣＷ回転」または「ＣＣＷ回転」と回転指示状態が決定される。たとえば、回転方向信号が０の場合は「ＣＣＷ回転」、回転方向信号が１の場合は「ＣＷ回転」の指示となる。

一方、速度指令信号が０の場合、モータ１１は保持状態と決定され、この場合は回転方向信号は使用しない。

モータ駆動部１３は、直流電源ＤＣに接続され、制御部１２が生成した駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータ１１に出力する。モータ駆動部１３は、たとえば、インバータ回路と、アナログ集積回路であるプリドライブ回路とを有する。

インバータ回路は、プリドライブ回路から出力された出力信号に基づいてモータ１１に駆動信号を出力し、モータ１１が備える３つの電機子コイルに通電する。インバータ回路は、たとえば、直流電源ＤＣの両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対が、３つの電機子コイルの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対してそれぞれ配置されて構成されている。そして、かかる２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点にモータ１１の各相の端子が接続されている。

プリドライブ回路は、制御部１２から入力される駆動制御信号に基づいて、インバータ回路を駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路に出力する。かかる出力信号は、たとえば、インバータ回路の各スイッチ素子に対応する６種類のスイッチング信号である。これらの出力信号がインバータ回路に出力されることで、それぞれの出力信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行い、モータ１１に駆動信号が出力されてモータ１１の各相に電力が供給される。

なお、インバータ回路に出力されるスイッチング信号は、１２０度通電方式と１８０度通電方式とでそれぞれ異なるタイミングで出力される。したがって、実施形態では、モータ駆動部１３のプリドライブ回路において、モータ１１の通電方式を制御している。

エンコーダ１４は、モータ１１（回転子）の回転位置を検出する位置検出器の一例である。エンコーダ１４は、速度指令信号（クロック信号）に応じたパルス信号を出力し、かかるパルス信号のカウント数に基づく検出信号（エンコーダ信号）を、制御部１２に出力する。

エンコーダ１４は、モータ１１が回転している場合、Ａ相からの信号と、かかるＡ相との位相差が約９０度のＢ相からの信号とをそれぞれ交互に出力する。制御部１２が含む測定部４１（図８参照）は、カウンタにより、Ａ相の出力波形の立ち上がり／立ち下がりの状態変化と、Ｂ相の出力波形の立ち上がり／立ち下がりの状態変化とをカウントすることで、実際の回転ステップ数、回転方向および回転速度を測定する。

ホール素子１５は、モータ１１（回転子）における磁極の位置を検出する磁気センサの一例であり、かかる検出結果に基づく位置信号（ホール信号）をモータ駆動部１３のプリドライブ回路に出力する。プリドライブ回路は、受信したホール信号に基づいて、インバータ回路の各スイッチ素子のオン、オフ動作を切り替えるタイミングを調整する。

また、プリドライブ回路は、受信したホール信号の状態変化に基づいてモータ１１の回転速度を検出し、モータ１１の通電方式を切り替える。なお、ホール素子１５の代わりに、ホールＩＣが用いられる場合であってもよい。

制御部１２は、速度指令信号（クロック信号）と、エンコーダ１４が出力するエンコーダ信号とに基づいて、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）を生成し、モータ駆動部１３に出力する。制御部１２は、たとえば、クロック信号の入力により、モータ１１が回転している間、クロック信号のカウント数（目標の回転ステップ数）と、エンコーダ信号のカウント数（実際の回転ステップ数）とを比較する。

そして、クロック信号とエンコーダ信号のカウント数の比率を調整後に、両方のカウント数が異なる場合、制御部１２は、両方のカウント数が一致するよう、デューティ比を変更したＰＷＭ信号を生成し、モータ駆動部１３に出力する。なお、制御部１２は、クロック信号の入力によりモータ１１が回転している間、エンコーダ１４が出力するエンコーダ信号の代わりに、ホール素子１５が出力する信号を用いて、モータ１１の回転速度を維持する制御を行ってもよい。

ところで、モータ装置１０には、外的要因による負荷によりモータ１１が逆回転した際、モータ１１を保護する上述の保護機能が、モータ駆動部１３のプリドライブ回路に設けられている。プリドライブ回路は、ホール素子１５からのホール信号に基づいてモータ１１の実際の回転方向および回転速度を検出する。

そして、モータ１１が目標の回転方向とは反対の回転方向（以下、逆方向とも呼称する。）へ回転し、さらに逆方向への回転が所定の回転速度以上（すなわち、正方向への回転が所定のマイナス回転速度以下）になったことをホール信号に基づいて検知した場合、プリドライブ回路はモータ１１を保護する保護動作を行う。

ここで、実施形態では、モータ１１が目標の回転方向とは逆方向に回転した場合、モータ１１が逆転を開始した時点からの移動量と、駆動制御信号の出力状態とが、高負荷状態を示す所定の条件となった場合、制御部１２は、モータ駆動部１３に駆動信号の出力を停止させる停止制御信号を送信する。

これにより、通電方式が１８０度通電方式から１２０度通電方式に切り替わる前に、外的要因によりモータ１１の回転状態が回転指示状態と異なり保護動作に入った場合にも、モータ１１が急加速してチューブ２が急激な圧力上昇により破損することを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、外的要因により状態が回転指示状態と異なるモータ１１の動作を安全に制御することができる。

図８は、実施形態に係る制御部１２の構成例を示すブロック図である。制御部１２は、測定部４１と、生成部４２と、送信部４３と、記憶部５０とを有する。記憶部５０は、目標回転方向情報５１と、カウント閾値情報５２と、デューティ比閾値情報５３とを記憶する。なお、送信部４３は、タイマを備えている。

記憶部５０は、回転方向信号生成部１１０から回転方向信号を受信して、モータ１１の目標回転方向（ＣＷ方向またはＣＣＷ方向）に関する情報である目標回転方向情報５１を記憶する。測定部４１は、かかる目標回転方向情報５１と、エンコーダ１４からのＡ相エンコーダ信号およびＢ相エンコーダ信号とに基づいて、モータ１１が逆転を開始した回転位置からの移動量をカウントした逆転カウントを測定する。かかる逆転カウントの測定方法については後述する。

生成部４２は、速度指令信号生成部１００から速度指令信号を受信するとともに、回転方向信号生成部１１０から回転方向を受信し、かかる速度指令信号、回転方向信号および測定部４１でエンコーダ信号からカウントされた実際の回転ステップ数に基づいて、駆動制御信号を生成する。そして、生成部４２は、生成した駆動制御信号をモータ駆動部１３に送信する。生成部４２は、また、駆動制御信号の出力状態を送信部４３に送信する。かかる駆動制御信号の出力状態とは、たとえば、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）のデューティ比である。後述するように、送信部４３は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の比率以上となった場合に停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。

送信部４３は、測定部４１で測定される逆転カウントと、記憶部５０のカウント閾値情報５２に記憶されたカウント閾値（規定の値の一例）とを比較する。なお、かかるカウント閾値は、モータ１１が逆転を開始した回転位置からの移動量に対する所定の閾値の一例である。

さらに、送信部４３は、生成部４２から送られるＰＷＭ信号のデューティ比と、記憶部５０のデューティ比閾値情報５３に記憶されたデューティ比閾値とを比較する。

そして、逆転カウントが所定のカウント閾値以上になるとともに、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のデューティ比閾値以上になった場合、送信部４３は、ポンプシステム３０が高負荷状態であると判断する。そこで、送信部４３は、上述の停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。

図９は、実施形態に係るモータ駆動中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。なお、図９に示す例は、モータ１１が駆動中であることから、速度指令信号生成部１００よりクロック信号が出力されている。また、図９に示す例では、回転方向信号によりモータ１１に指示される目標回転方向が、ＣＣＷ方向である場合について示している。

したがって、図９に示すように、まずＢ相エンコーダ信号（ＥＮＣ−Ｂ）の値として「０」（Ｌｏｗ信号）が出力され、次にＡ相エンコーダ信号（ＥＮＣ−Ａ）の値として「１」（Ｈｉｇｈ信号）が出力され、次にＢ相エンコーダ信号の値として「１」が出力される。つづいてＡ相エンコーダ信号の値として「０」が出力され、以下、この所定の順番でＡ相エンコーダ信号とＢ相エンコーダ信号とがそれぞれ交互に出力される。

なお、モータ１１の目標回転方向がＣＷ方向の場合は、まずＡ相エンコーダ信号の値として「０」が出力され、次にＢ相エンコーダ信号の値として「１」が出力され、次にＡ相エンコーダ信号の値として「１」が出力される。つづいてＢ相エンコーダ信号の値として「０」が出力され、以下、この所定の順番でＡ相エンコーダ信号とＢ相エンコーダ信号とがそれぞれ交互に出力される。また、かかるＡ相エンコーダ信号の出力とＢ相エンコーダ信号の出力とが合成されて、エンコーダ合成信号となる。

そして、モータ１１が所定の回転速度を維持している場合、それぞれ交互に出力されるエンコーダ信号（Ａ相エンコーダ信号およびＢ相エンコーダ信号）は、速度指令信号（クロック信号）に応じて出力される。また、図９に示した例では、この際１８０度通電方式でモータ１１を駆動している。

しかしながら、外的要因による負荷が増加し、モータ１１の回転速度が目標回転速度より低下すると、エンコーダ１４から出力されるエンコーダ信号は、クロック信号より遅れる。さらに、時間Ｔ１においてモータ１１が逆転すると、所定の順番とは異なるエンコーダ信号が出力されるようになる。

図９に示す例では、Ａ相エンコーダ信号の値「１」が出力された後に、モータ１１が逆転した際、次の順番であるＢ相エンコーダ信号の値「１」が出力されず、Ａ相エンコーダ信号の値「０」が出力されている。さらに、モータ１１の逆転が継続すると、Ａ相エンコーダ信号の値「０」が出力された後に、時間Ｔ２において逆転が継続していることを示すＢ相エンコーダ信号の値「１」が出力される。

さらに、逆転が継続した場合、時間Ｔ２から計測される上述の逆転カウントが、時間Ｔ３において所定の移動量に到達している。ここで、逆転カウントの計測を時間Ｔ１からではなく時間Ｔ２から開始する理由は、モータ１１が極低速回転する際に回転方向がふらつく、いわゆるチャタリング現象が発生した場合の影響を除外するためである。また、測定部４１における逆転カウントの具体的なカウント方法については後述する。

そして、逆転カウントが所定のカウント値以上になった際、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の比率（たとえば、８０％以上）であった場合には、逆転保護のため、送信部４３は駆動信号の出力を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。ここで、図９に示す例では、時間Ｔ３においてＰＷＭ信号のデューティ比が１００％であることから、その条件を満たしている。

したがって、図９に示す例では、時間Ｔ３において停止制御信号が送信部４３からモータ駆動部１３に送信されるため、モータ１１の回転が停止する。このように、モータ１１が逆転を開始した位置から所定の量移動するとともに、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の比率以上である場合に、ポンプシステム３０が高負荷状態であると判断する。

そして、実施形態では、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信してモータ１１を停止させることにより、モータ１１が急加速してチューブ２が急激な圧力上昇により破損することを抑制することができる。

続いて、逆転カウントの測定処理について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、実施形態に係るモータ駆動中における逆転カウントの測定処理を説明するフローチャートであり、図１１は、実施形態に係るＣＷ方向とＣＣＷ方向とにおけるエンコーダ信号の出力状態を示す模式図である。なお、図１０に示す逆転カウントの測定処理は、Ａ相エンコーダ信号またはＢ相エンコーダ信号の状態変化を測定部４１が受信する毎に行われる。

図１０に示すように、まず、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と現在のＢ相エンコーダ信号の値が異なるかどうか、すなわち、現在のＡ相エンコーダ信号の値が「１」であるとともに現在のＢ相エンコーダ信号の値が「０」であるか、または現在のＡ相エンコーダ信号の値が「０」であるとともに現在のＢ相エンコーダ信号の値が「１」であるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、かかる条件に適合した場合は（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致するかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。

つづいて、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、目標回転方向情報５１に基づいて目標回転方向がＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、目標回転方向がＣＷ方向でない場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１加算して（ステップＳ１０４）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ１０１，Ｙｅｓ」であり「ステップＳ１０２，Ｙｅｓ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ１０３，Ｙｅｓ」の場合は、目標回転方向がＣＣＷ方向であることから、逆転カウントを１加算する。

なお、ステップＳ１０３の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が目標回転方向と同じＣＷ方向の場合、測定部４１は、逆転カウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、逆転カウントが０より大きい場合は（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１減算して（ステップＳ１０６）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

また、ステップＳ１０２の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、測定部４１は、目標回転方向情報５１に基づいて目標回転方向がＣＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ１０７）。そして、目標回転方向がＣＣＷ方向でない場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１加算して（ステップＳ１０８）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ１０１，Ｙｅｓ」であり「ステップＳ１０２，Ｎｏ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ１０７，Ｙｅｓ」の場合は、目標回転方向がＣＷ方向であることから、逆転カウントを１加算する。

なお、ステップＳ１０７の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が目標回転方向と同じＣＣＷ方向の場合、測定部４１は、逆転カウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ここで、逆転カウントが０より大きい場合は（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１減算して（ステップＳ１１０）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

さらに、ステップＳ１０１の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致しないか否かを判定する（ステップＳ１１１）。

つづいて、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致しない場合（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、目標回転方向情報５１に基づいて目標回転方向がＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ１１２）。そして、目標回転方向がＣＷ方向でない場合（ステップＳ１１２，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１加算して（ステップＳ１１３）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ１０１，Ｎｏ」であり「ステップＳ１１１，Ｙｅｓ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ１１２，Ｙｅｓ」の場合は、目標回転方向がＣＣＷ方向であることから、逆転カウントを１加算する。

なお、ステップＳ１１２の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１１２，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が目標回転方向と同じＣＷ方向の場合、測定部４１は、逆転カウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１４）。ここで、逆転カウントが０より大きい場合は（ステップＳ１１４，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１減算して（ステップＳ１１５）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ１１４，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

また、ステップＳ１１１の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、測定部４１は、目標回転方向情報５１に基づいて目標回転方向がＣＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ１１６）。そして、目標回転方向がＣＣＷ方向でない場合（ステップＳ１１６，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１加算して（ステップＳ１１７）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ１０１，Ｎｏ」であり「ステップＳ１１１，Ｎｏ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ１１６，Ｙｅｓ」の場合は、目標回転方向がＣＷ方向であることから、逆転カウントを１加算する。

なお、ステップＳ１１６の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ１１６，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が目標回転方向と同じＣＣＷ方向の場合、測定部４１は、逆転カウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１８）。ここで、逆転カウントが０より大きい場合は（ステップＳ１１８，Ｙｅｓ）、逆転カウントを１減算して（ステップＳ１１９）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ１１８，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

このように、ホール素子１５より高い分解能を持つエンコーダ１４から出力されるエンコーダ信号に基づいて逆転カウントを測定することにより、モータ１１が逆転した後すばやくモータ１１の逆転を検知することができる。

図１２は、実施形態に係るモータ駆動中における停止制御信号の送信処理を説明するフローチャートである。図１２に示す停止制御信号の送信処理は、定期的に行われる。ただし、モータ駆動部１３による保護動作中は、この処理を行わない。

詳細は後述するが、測定部４１は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、モータ１１の回転が、外的要因により、目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点をエンコーダ信号（検出信号の一例）に基づいて検知し、切り替わった時点におけるモータ１１の回転位置から逆方向への移動量を、移動量としてエンコーダ信号に基づいて測定し、送信部４３は、移動量が所定の第１移動量以上になり、かつＰＷＭ信号のデューティ比が所定の第１デューティ比以上になった場合に、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。

また、送信部４３は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、エンコーダ信号に基づくモータ１１の現在の回転位置が速度指令信号に基づく目標の回転位置より先行した状態で、移動量が第１移動量以上で、かつＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比を超えない場合には、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信しない。

さらに、送信部４３は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、モータ１１の現在の回転位置が目標の回転位置より先行した状態で、移動量が第１移動量以上の所定の第２移動量以上になった場合に、ＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比を超えなくても、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。さらに、送信部４３は、速度指令信号により設定されるモータ１１の回転速度が所定の閾値以上の場合、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信しない。

図１２に示すように、まず、送信部４３は、速度指令信号により指令される速度指令値が、所定の第１閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。そして、速度指令値が第１閾値以下である場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、送信部４３は、エンコーダ信号に基づく現在位置に相当するカウント値が、速度指令信号および回転方向信号に基づく目標位置に相当するカウント値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。また、ステップＳ２０１の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、送信部４３は、モータ１１が高速回転中であるとみなし、処理を終了する。

そして、現在位置を示すカウント値が目標位置に相当するカウント値以下である場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、送信部４３は、モータ１１が目標の回転位置から後退し逆方向に移動しているとみなす。

つづいて、送信部４３は、逆転カウントが所定の第１移動量に相当するカウント値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。なお、かかる第１移動量は、カウント閾値情報５２に記憶されるカウント閾値の一例である。

そして、逆転カウントが第１移動量以上である場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、送信部４３は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の第１デューティ比（たとえば、デューティ比８０％）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。なお、かかる第１デューティ比は、デューティ比閾値情報５３に記憶されるデューティ比閾値の一例である。また、ステップＳ２０３の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、処理を終了する。

つづいて、送信部４３は、ＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比以上である場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、モータ１１を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信して（ステップＳ２０５）、処理を終了する。なお、ステップＳ２０４の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、処理を終了する。

なお、ステップＳ２０２の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、送信部４３は、モータ１１が目標の回転位置から先行しているとみなす。そして、送信部４３は、逆転カウントが、所定の第２移動量に相当するカウント値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。なお、かかる第２移動量は、カウント閾値情報５２に記憶されるカウント閾値の別の一例であり、上述の第１移動量より大きい移動量（移動角度）である。

そして、逆転カウントが第２移動量以上である場合には（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）、モータ１１を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信して（ステップＳ２０７）、処理を終了する。また、ステップＳ２０６の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、処理を終了する。

ここまで示したように、モータ１１が目標の回転位置から後退し逆方向に移動している場合に、移動量が所定の第１移動量以上であり、かつＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比以上である場合、送信部４３が停止制御信号をモータ駆動部１３に送信し、モータ１１を停止させる。これにより、正確に高負荷状態を検知して、モータ１１を停止させることができる。

また、モータ１１が目標の回転位置から先行しているが逆方向に移動している場合に、移動量が所定の第１移動量以上であり、かつＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比以上である場合、送信部４３は停止制御信号をモータ駆動部１３に送信し、モータ１１を停止させる。

すなわち、移動量が所定の第１移動量以上であっても、ＰＷＭ信号のデューティ比が第１デューティ比以上でなければ、送信部４３は停止制御信号をモータ駆動部１３に送信しない。これにより、高負荷状態でない場合に、モータ１１の駆動を継続させることができる。

さらに、モータ１１が目標の回転位置から先行しているが逆方向に移動している場合に、移動量が第１移動量より大きい所定の第２移動量以上である場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比にかかわらず、送信部４３が停止制御信号をモータ駆動部１３に送信し、モータ１１を停止させる。これにより、ディーティ比からは高負荷状態でないと判定される場合であっても、送液量が大きく変動したと見なしてモータ１１を停止させることができる。

さらに、速度指令信号が所定の閾値（第１閾値）以上である高速回転中（たとえば、Ｖ４ｒｐｍよりも大きい）の場合は、モータ１１の駆動を停止しない。これにより、制御部１２において余計な判断を省略することができることから、制御部１２の処理能力を増やすことができる。

図１３は、実施形態に係るモータ保持中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の一例を示すタイミングチャートである。図１３に示す例は、モータ１１が保持中であることから、速度指令信号生成部１００よりクロック信号は出力されていない。

図１３に示す例では、外的要因による負荷でモータ１１がどちらかの方向に回転した場合、モータ駆動制御装置は、モータ１１を復元回転方向（負荷とは逆方向）に駆動させて、モータ１１が目標の回転位置に保持されるように制御を行う。

このように、モータ１１を所定の回転位置で保持する制御のことを保持トルク動作とも呼称する。かかる保持トルク動作は、モータ１１の停止中だけでなく、たとえば、モータ１１の回転と停止とをくり返す間欠駆動を制御部１２が実行させる制御により低速回転を実現する際に、停止時に外的要因により回転位置がずれたモータ１１を停止位置に戻すために行われる。

そして、「復元回転方向」とは、駆動制御信号に含まれる回転方向であり、保持トルク動作により元の位置に戻すための復元用の回転方向である。したがって、負荷が発生した方向とは逆の方向に発生するようになることから、たとえばＣＷ方向に負荷が発生した場合、復元回転方向はＣＣＷ方向となる。

さらに、復元回転方向は、図１３に示すように、モータ１１が停止位置を保持中の場合は「不定（前状態を維持）」となる。かかる状態は、復元回転方向がＣＷ方向かＣＣＷ方向かが決まらない状態であり、その前の保持トルク動作時の復元回転方向であった方向を保持しているだけの状態である。

図１３に示す例では、時間Ｔ１から外的要因によりＣＷ方向に負荷が発生し、モータ１１がＣＷ方向に回転し始めている。そこで、モータ駆動制御装置は、エンコーダ１４の２以上の所定のカウント数（本例では２カウント目である時間Ｔ２）からデューティ比を増加させて、復元回転方向（この場合、ＣＣＷ方向）にモータ１１を駆動させる保持トルク動作を行っている。

しかしながら、実施形態では、かかる保持トルク動作を行ったとしても、時間Ｔ３においてモータ１１のずれ量が所定のずれ量の一例である所定のずれカウント以上になり、かつ駆動制御信号のデューティ比が所定の閾値以上になった場合、モータ駆動制御装置は拘束保護を発生させ、モータ１１を停止させる。かかる拘束保護は、モータ１１が駆動中の場合と同様に、送信部４３が停止制御信号をモータ駆動部１３に送信することにより行われる。

このように、モータ１１が保持中に、外的要因により所定のずれ量を超えた場合に拘束保護を発生させることで、外的要因が解除された際、モータ１１の急加速を回避することが可能となる。

図１４は、実施形態に係るモータ保持中のモータ駆動制御装置における各信号要素の関係の別の一例を示すタイミングチャートである。図１４に示す例は、モータ保持中であることから、速度指令信号生成部１００よりクロック信号は出力されていない。

図１４に示す例では、時間Ｔ１から外的要因によりＣＷ方向に負荷が発生し、モータ１１がＣＷ方向に回転し始めている。そこで、モータ駆動制御装置は、エンコーダ１４の２以上の所定のカウント数（本例では２カウント目である時間Ｔ２）からデューディ比を増加させて、復元回転方向（この場合、ＣＣＷ方向）にモータ１１を駆動させる保持トルク動作が行われ、所定のずれカウント以内でモータ１１の回転自体は停止している（時間Ｔ４）。

しかしながら、時間Ｔ３からＰＷＭ信号のデューティ比が所定の閾値以上を維持し、エンコーダ信号が変化した時間Ｔ４から所定の時間（たとえば、時間Ｔ４から時間Ｔ５までの時間）経過した場合、実施形態では、モータ駆動制御装置は拘束保護を発生させ、モータ１１を停止させる。

このように、モータ１１が保持中に、外的要因により所定のずれ量以内でも、ＰＷＭ信号が所定の閾値以上のデューティ比で所定の時間経過した場合、拘束保護を発生させることで、外的要因が解除された際、モータ１１の急加速を回避することが可能となる。

図１５は、実施形態に係るモータ保持中におけるずれカウントの測定処理を説明するフローチャートである。なお、図１５に示すずれカウントの測定処理は、Ａ相エンコーダ信号またはＢ相エンコーダ信号の状態変化を測定部４１が受信する毎に行われる。また、モータ保持中は、モータ１１は停止しており、速度指令信号生成部１００からの速度指令信号は出力されておらず、回転方向信号生成部１１０からの回転方向信号は測定部４１で利用しないため、外的要因により回転位置がずれた場合に停止位置に戻すために利用する復元回転方向は、エンコーダ信号カウント数の増減から負荷がかかった回転方向を判定し、それとは逆の回転方向へ回転させる方向とする処理が行われる。

図１５に示すように、まず、測定部４１は、回転位置制御の偏差がゼロより小さいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ここで、「回転位置制御の偏差」とは、速度指令カウント数からエンコーダ信号カウント数を減算した値のことであり、ＣＷ方向に負荷がかかった場合、エンコーダ信号カウント数が増加するため、回転位置制御の偏差はマイナスになる。また、ＣＣＷ方向に負荷がかかった場合、エンコーダ信号カウント数が減少するため、回転位置制御の偏差はプラスになる。

そして、回転位置制御の偏差がゼロより小さい場合（ステップＳ３０１，Ｙｅｓ）、測定部４１は、復元回転方向をＣＣＷ方向に設定する（ステップＳ３０２）。なお、ステップＳ３０１の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３０１，Ｎｏ）、測定部４１は、復元回転方向をＣＷ方向に設定する（ステップＳ３０３）。

つづいて、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と現在のＢ相エンコーダ信号の値が異なるかどうか、すなわち、現在のＡ相エンコーダ信号の値が「１」であるとともに現在のＢ相エンコーダ信号の値が「０」であるか、または現在のＡ相エンコーダ信号の値が「０」であるとともに現在のＢ相エンコーダ信号の値が「１」であるか否かを判定し（ステップＳ３０４）、かかる条件に適合した場合は（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致するかどうかを判定する（ステップＳ３０５）。

つづいて、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致した場合（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）、復元回転方向がＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ３０６）。そして、復元回転方向がＣＷ方向でない場合（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１加算して（ステップＳ３０７）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ３０４，Ｙｅｓ」であり「ステップＳ３０５，Ｙｅｓ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ３０６，Ｙｅｓ」の場合は、復元回転方向がＣＣＷ方向であることから、ずれカウントを１加算する。

なお、ステップＳ３０６の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３０６，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が復元回転方向と同じＣＷ方向の場合、測定部４１は、ずれカウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０８）。ずれカウントが０より大きい場合は（ステップＳ３０８，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１減算して（ステップＳ３０９）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ３０８，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

また、ステップＳ３０５の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３０５，Ｎｏ）、測定部４１は、復元回転方向がＣＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ３１０）。そして、復元回転方向がＣＣＷ方向でない場合（ステップＳ３１０，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１加算して（ステップＳ３１１）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ３０４，Ｙｅｓ」であり「ステップＳ３０５，Ｎｏ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ３１０，Ｙｅｓ」の場合は、復元回転方向がＣＷ方向であることから、ずれカウントを１加算する。

なお、ステップＳ３１０の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３１０，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が復元回転方向と同じＣＣＷ方向の場合、測定部４１は、ずれカウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３１２）。ここで、ずれカウントが０より大きい場合は（ステップＳ３１２，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１減算して（ステップＳ３１３）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ３１２，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

さらに、ステップＳ３０４の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致しないか否かを判定する（ステップＳ３１４）。

つづいて、測定部４１は、現在のＡ相エンコーダ信号の値と前回処理時のＡ相エンコーダ信号の値とが一致しない場合（ステップＳ３１４，Ｙｅｓ）、復元回転方向がＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ３１５）。そして、復元回転方向がＣＷ方向でない場合（ステップＳ３１５，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１加算して（ステップＳ３１６）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ３０４，Ｎｏ」であり「ステップＳ３１４，Ｙｅｓ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ３１５，Ｙｅｓ」の場合は、復元回転方向がＣＣＷ方向であることから、ずれカウントを１加算する。

なお、ステップＳ３１５の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３１５，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が復元回転方向と同じＣＷ方向の場合、測定部４１は、ずれカウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３１７）。ここで、ずれカウントが０より大きい場合は（ステップＳ３１７，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１減算して（ステップＳ３１８）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ３１７，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

また、ステップＳ３１４の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３１４，Ｎｏ）、測定部４１は、復元回転方向がＣＣＷ方向でないか否かを判定する（ステップＳ３１９）。そして、目標回転方向がＣＣＷ方向でない場合（ステップＳ３１９，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１加算して（ステップＳ３２０）、処理を終了する。

すなわち、「ステップＳ３０４，Ｎｏ」であり「ステップＳ３１４，Ｎｏ」の場合は、図１１に示すように、モータ１１の回転方向は、ＣＣＷ方向となる。そして、「ステップＳ３１９，Ｙｅｓ」の場合は、復元回転方向がＣＷ方向であることから、ずれカウントを１加算する。

なお、ステップＳ３１９の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ３１９，Ｎｏ）、すなわちモータ１１の回転方向が復元回転方向と同じＣＣＷ方向の場合、測定部４１は、ずれカウントが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３２１）。ここで、ずれカウントが０より大きい場合は（ステップＳ３２１，Ｙｅｓ）、ずれカウントを１減算して（ステップＳ３２２）処理を終了し、そうでない場合は（ステップＳ３２１，Ｎｏ）、そのまま処理を終了する。

このように、ホール素子１５より高い分解能を持つエンコーダ１４から出力されるエンコーダ信号に基づいてずれカウントを測定することにより、モータ１１の回転位置がずれた後すばやくモータ１１のずれと復元回転方向を検知することができる。

図１６は、実施形態に係るモータ保持中における停止制御信号の送信処理を説明するフローチャートである。図１６に示す停止制御信号の送信処理は、定期的に行われる。ただし、モータ駆動部１３による保護動作中は、この処理を行わない。

図１６に示すように、まず、送信部４３は、速度指令信号により指令される速度指令値が、第１閾値よりも小さい所定の第２閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ４０１）、速度指令値が第２閾値以下である場合（ステップＳ４０１，Ｙｅｓ）、送信部４３は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の第２デューティ比以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。なお、かかる第２デューティ比は、デューティ比閾値情報５３に記憶されるデューティ比閾値の別の一例であり、上述したモータ駆動中の送信処理における第１デューティ比以下である。

つづいて、送信部４３は、ＰＷＭ信号のデューティ比が第２デューティ比以上である場合（ステップＳ４０２，Ｙｅｓ）、ずれカウントが所定の第１ずれ量に相当するカウント値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。なお、かかる第１ずれ量は、カウント閾値情報５２に記憶されるカウント閾値の別の一例である。

なお、ステップＳ４０１の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ４０１，Ｎｏ）、もしくはステップＳ４０２の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ４０２，Ｎｏ）、送信部４３は、所定時間を再設定して（ステップＳ４０７）、処理を終了する。

つづいて、送信部４３は、ずれカウントが第１ずれ量以上である場合には（ステップＳ４０３，Ｙｅｓ）、モータ１１を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信して（ステップＳ４０４）、処理を終了する。これにより、モータ１１は停止する。

また、ステップＳ４０３の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ４０３，Ｎｏ）、送信部４３は、ずれカウントが第１ずれ量より小さい所定の第２ずれ量に相当するカウント値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。なお、かかる第２ずれ量は、カウント閾値情報５２に記憶されるカウント閾値の別の一例であり、上述の第１ずれ量より小さい値である。

つづいて、送信部４３は、ずれカウントが第２ずれ量以上である場合には（ステップＳ４０５，Ｙｅｓ）、所定の時間経過したか否かを判定する（ステップＳ４０６）。そして、所定の時間経過していた場合（ステップＳ４０６，Ｙｅｓ）、送信部４３は、モータ１１を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信して（ステップＳ４０４）、処理を終了する。これにより、モータ１１は停止する。また、所定の時間経過していなかった場合（ステップＳ４０６，Ｎｏ）、処理を終了する。

なお、ステップＳ４０５の判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ４０５，Ｎｏ）、送信部４３は、所定時間を再設定して（ステップＳ４０７）、処理を終了する。

ここまで示したように、モータ１１の回転位置が保持されている場合に、停止位置である目標の回転位置からのずれ量が所定の第１ずれ量以上であり、かつＰＷＭ信号のデューティ比が第２デューティ比以上である場合、送信部４３が停止制御信号をモータ駆動部１３に送信することにより、モータ１１は停止する。これにより、モータ保持中の停止位置から外的要因によって負荷が増大し、モータ１１の回転状態が回転指示状態と異なり、それに伴い発生する停止位置に戻そうとする力が継続した状態で再駆動することによる急発進を抑えることができる。

また、モータ１１の回転位置が保持されている場合に判定の閾値とする第２デューティ比を、モータ１１が駆動中の場合の閾値である第１デューティ比より小さい値とする。このように、デューティ比の閾値を保持中と駆動中とで区別することにより、たとえば、モータ１１が駆動中よりも保持中の方が熱を発生しやすい場合、適切に熱を抑えることができる。

さらに、モータ１１の回転位置が保持されている場合に、停止位置である目標の回転位置からのずれ量が第１ずれ量より小さい所定の第２ずれ量以上であり、かつＰＷＭ信号のデューティ比が第２デューティ比以上である場合、所定の時間経過後に、送信部４３が停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、モータ保持中の停止位置に戻そうとする力が継続することによるモータ１１の異常発熱を抑制することができる。

上述したように、実施形態によれば、エンコーダ１４からのエンコーダ信号に基づいてずれカウントを測定するとともに、かかるずれカウントとＰＷＭ信号のデューティ比とに基づいて、モータ１１を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータ１１の動作を安全に制御することができる。

なお、上記の実施形態では、速度指令信号生成部１００および回転方向信号生成部１１０が外部装置である場合について説明したが、速度指令信号生成部１００および回転方向信号生成部１１０の少なくとも一方が、モータ駆動制御装置としてモータ装置１０の内部に設置される場合であってもよい。

また、上記の実施形態では、モータ１１がブラシレスＤＣモータである場合について説明した。しかしながら、クロック信号に応じたパルス信号を出力する位置検出器（エンコーダ１４）が配置され、クロック信号による回転速度制御が可能なモータであれば、実施形態で説明したモータ駆動制御方法を適用することができる。

また、上記の実施形態では、チューブ２内の血液を送出する血液ポンプ１をチューブポンプの一例として説明したが、実施形態で説明したモータ駆動制御方法は、たとえば、生理食塩水等の液体を送出するチューブポンプであっても適用することができる。

また、上記の実施形態では、位置検出器としてエンコーダ１４を用い、磁気センサとしてホール素子１５を用いた例について説明した。しかしながら、位置検出器はエンコーダに限られず、磁気センサもホール素子に限られない。

以上のように、実施形態に係るモータ駆動制御装置は、速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部１２と、駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータ１１に出力するモータ駆動部１３と、モータ１１の回転位置を検出し、かかる検出結果に基づく検出信号（エンコーダ信号）を出力する位置検出器（エンコーダ１４）と、を備える。そして、制御部１２は、外的要因によりモータ１１の回転状態が速度指令信号および回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点を検出信号（エンコーダ信号）に基づいて検知し、異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定部４１と、移動量と駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、駆動信号の出力を停止させる停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する送信部４３と、を有する。これにより、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータ１１の動作を安全に制御することができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、駆動制御信号はＰＷＭ信号を含み、送信部４３は、ＰＭＷ信号のデューティ比が所定の比率以上となった場合に停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、ポンプシステム３０が高負荷状態であることを確実に検出することができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、測定部４１は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、モータ１１の回転が、外的要因により、目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を検出信号（エンコーダ信号）に基づいて検知し、切り替わった時点におけるモータ１１の回転位置から逆方向への移動量を、移動量として検出信号（エンコーダ信号）に基づいて測定し、送信部４３は、移動量が所定の第１移動量以上になり、かつＰＭＷ信号のデューティ比が所定の第１デューティ比以上になった場合に、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、正確に高負荷状態を検知して、モータ１１を停止させることができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部４３は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、モータ１１の検出信号（エンコーダ信号）に基づく現在の回転位置が速度指令信号に基づく目標の回転位置より先行した状態で、移動量が第１移動量以上で、かつＰＭＷ信号のデューティ比が第１デューティ比を超えない場合に、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信しない。これにより、高負荷状態でない場合に、モータ１１の駆動を継続させることができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部４３は、速度指令信号および回転方向信号の入力中に、モータ１１の現在の回転位置が目標の位置より先行した状態で、移動量が第１移動量以上の所定の第２移動量以上になった場合に、ＰＭＷ信号のデューティ比が第１デューティ比を超えなくても、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、高負荷状態でない場合であっても、送液量が大きく変動した場合には、モータ１１を停止させることができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、測定部４１は、速度指令信号の入力がない状態で、外的要因によりモータ１１の回転が開始した時点を検出信号（エンコーダ信号）に基づいて検知し、開始した時点におけるモータ１１の回転位置からのずれ量を、移動量として検出信号（エンコーダ信号）に基づいて測定し、送信部４３は、ずれ量が所定の第１ずれ量以上になり、かつＰＭＷ信号のデューティ比が所定の第２デューティ比以上になった場合に、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、保持トルク中の停止位置から外的要因によってモータ１１の回転状態が回転指示状態と異なり、それに伴い発生する停止位置に戻そうとする力に対して、その位置に維持した状態からの駆動による急発進を抑えることができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、ＰＭＷ信号の第２デューティ比は、第１デューティ比以下である。これにより、モータ１１が保持中であることを特定して、発熱を抑えることができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部４３は、速度指令信号の入力がない状態で、ずれ量が第１ずれ量より小さい所定の第２ずれ量以上になり、かつＰＭＷ信号のデューティ比が第２デューティ比以上になった場合に、所定の時間経過後、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信する。これにより、保持トルク中の停止位置に戻そうとする力が継続することによるモータ１１の異常発熱を抑制することができる。

また、実施形態に係るモータ駆動制御装置において、送信部４３は、速度指令信号により設定されるモータ１１の回転速度が所定の閾値以上の場合、停止制御信号をモータ駆動部１３に送信しない。これにより、制御部１２において余計な判断を省略することができることから、制御部１２の処理能力を増やすことができる。

また、実施形態に係るチューブポンプは、モータ１１と、モータ１１の駆動により回転することでチューブ２を押圧し、かかるチューブ２内の液体を送出するローラ３４ａ、３４ｂと、上述したモータ駆動制御方法を実行するモータ駆動制御装置とを備える。これにより、外的要因により回転状態が回転指示状態と異なるモータ１１の動作を安全に制御することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 血液ポンプ
２ チューブ
３ ダイアライザー
４ 透析液供給装置
Ｐ 患者
１０ モータ装置
１１ モータ
１２ 制御部
１３ モータ駆動部
１４ エンコーダ（位置検出器の一例）
１５ ホール素子（磁気センサの一例）
２０ 減速機
３０ ポンプシステム
３１ ハウジング
３２ ロータ
３３ ローラ支持部
３４ａ，３４ｂ ローラ
４１ 測定部
４２ 生成部
４３ 送信部
５０ 記憶部
５１ 目標回転方向情報
５２ カウント閾値情報
５３ デューティ比閾値情報
１００ 速度指令信号生成部
１１０ 回転方向信号生成部

Claims (11)

1. 速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、
   前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、
   前記モータの回転位置を検出し、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器と、を備え、
   前記制御部は、
   外的要因により前記モータの回転状態が前記速度指令信号および前記回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定部と、
   前記移動量と前記駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、前記駆動信号の出力を停止させる停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、
   を有するモータ駆動制御装置。
2. 前記駆動制御信号はＰＷＭ信号を含み、
   前記送信部は、
   前記ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の比率以上となった場合に前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する、
   請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記測定部は、
   前記速度指令信号および前記回転方向信号の入力中に、前記モータの回転が、外的要因により、目標の回転方向とは逆方向に切り替わった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記切り替わった時点における前記モータの回転位置から前記逆方向への移動量を、前記移動量として前記検出信号に基づいて測定し、
   前記送信部は、
   前記移動量が所定の第１移動量以上になり、かつ前記デューティ比が所定の第１デューティ比以上になった場合に、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する、
   請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記送信部は、
   前記速度指令信号および前記回転方向信号の入力中に、前記モータの前記検出信号に基づく現在の回転位置が前記速度指令信号に基づく目標の回転位置より先行した状態で、前記移動量が前記第１移動量以上で、かつ前記デューティ比が前記第１デューティ比を超えない場合に、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信しない、
   請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記送信部は、
   前記速度指令信号および前記回転方向信号の入力中に、前記モータの前記現在の回転位置が前記目標の回転位置より先行した状態で、前記移動量が前記第１移動量以上の所定の第２移動量以上になった場合に、前記デューティ比が前記第１デューティ比を超えなくても、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する、
   請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記測定部は、
   前記速度指令信号の入力が無い状態で、外的要因により前記モータの回転が開始した時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記開始した時点における前記モータの回転位置からのずれ量を、前記移動量として前記検出信号に基づいて測定し、
   前記送信部は、
   前記ずれ量が所定の第１ずれ量以上になり、かつ前記デューティ比が所定の第２デューティ比以上になった場合に、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する、
   請求項３〜５のいずれか１つに記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記第２デューティ比は、前記第１デューティ比以下である、
   請求項６に記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記送信部は、
   前記速度指令信号の入力が無い状態で、前記ずれ量が前記第１ずれ量より小さい所定の第２ずれ量以上になり、かつ前記デューティ比が前記第２デューティ比以上になった場合に、所定の時間経過後、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する、
   請求項６または７に記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記送信部は、
   前記速度指令信号により設定される前記モータの回転速度が所定の閾値以上の場合、前記停止制御信号を前記モータ駆動部に送信しない、
   請求項１〜８のいずれか一つに記載のモータ駆動制御装置。
10. 制御部において、外的要因によりモータの回転状態が速度指令信号および回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点を、前記モータの回転位置を検出する位置検出器から出力される検出信号に基づいて検知し、前記異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定ステップと、
    前記移動量と前記制御部で生成される駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、モータ駆動部に、駆動信号の出力を停止させる停止制御信号を送信する送信ステップと、
    を含むモータ駆動制御方法。
11. モータと、
    前記モータの駆動により回転することでチューブを押圧し、当該チューブ内の液体を送出するローラと、
    速度指令信号および回転方向信号の入力により、駆動制御信号を生成して出力する制御部と、前記駆動制御信号の入力により、駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、前記モータの回転位置を検出し、当該検出結果に基づく検出信号を出力する位置検出器とを有するモータ駆動制御装置と、
    を備え、
    前記制御部は、
    外的要因により前記モータの回転状態が前記速度指令信号および前記回転方向信号の組合せに基づく回転指示状態とは異なる状態になった時点を前記検出信号に基づいて検知し、前記異なる状態となった時点の回転位置からの移動量を測定する測定部と、
    前記移動量と前記駆動制御信号の出力状態とが所定の条件となった場合に、前記駆動信号の出力を停止させる停止制御信号を前記モータ駆動部に送信する送信部と、
    を有するチューブポンプ。

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