(57)【要約】【課題】ブラシモータに発生する火花を防止することができるモータ制御装置、モータ、及びモータ制御方法を提供すること。【解決手段】本発明は、ロータに形成されたコンミテータに電極となる一対のブラシが接触し、一対のブラシを介してロータに設けられた複数のコイルに電流を供給してロータを回転させるブラシモータへの通電を制御するモータ制御装置であって、ロータの回転状態を検出する検出部と、検出部により検出されたロータの回転状態に基づいて、ロータに設けられたコンミテータに設けられた複数のセグメントがロータの回転に伴って現れる周期に同期させて、隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するようロータに断続的に通電する制御部と、を備える、モータ制御装置である。【選択図】図２
2020061924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに形成されたコンミテータに電極となる一対のブラシが接触し、前記一対のブラシを介して前記ロータに設けられた複数のコイルに電流を供給して前記ロータを回転させるブラシモータへの通電を制御するモータ制御装置であって、
前記ロータの回転状態を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記ロータの回転状態に基づいて、ロータに設けられた前記コンミテータに設けられた複数のセグメントが前記ロータの回転に伴って現れる周期に同期させて、隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するよう前記ロータに断続的に通電する制御部と、を備える、
モータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記セグメントの単位ごとの位置を演算し、
前記ロータの回転方向によって定まる負極側のブラシの後端が隣接する前記セグメントの境界に到達する位置から前記ロータの所定回転角度前に電流を遮断するよう前記ロータに断続的に通電する、
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記ロータの回転数を検出するセンサを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記ロータの回転数に応じて前記セグメントの位置を演算し、前記ロータへの通電を調整する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記ロータの回転角を検出するセンサを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記ロータの回転角に応じて前記ロータへの通電を調整する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記ロータのコイルの電流波形に基づいて前記セグメントの周期を検出し、
前記制御部は、前記検出部により検出された前記セグメントの周期に応じて前記ロータへの通電を調整する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記ロータの回転時にコギングトルクが安定するコギング安定点から所定角度範囲内で隣接する前記セグメントへの切り替えが行われるように進角が調整された一対の前記ブラシを備え、
前記制御部は、通電停止期間に前記ロータが前記コギング安定点を通過するように前記ロータへの通電を制御する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えるモータ。
【請求項８】
ロータに形成されたコンミテータに電極となる一対のブラシが接触し、前記一対のブラシを介して前記ロータに設けられた複数のコイルに電流を供給して前記ロータを回転させるブラシモータへの通電を制御するモータ制御装置によるモータ制御方法であって、
前記モータ制御装置が、
前記ロータの回転状態を検出し、
検出した前記ロータの回転状態に基づいて、ロータに設けられた前記コンミテータに設けられた複数のセグメントが前記ロータの回転に伴って現れる周期に同期させて、隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するよう前記ロータに断続的に通電する、
モータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、ブラシ付きモータに発生する火花を抑制するモータ制御装置、モータ、及びモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシ付きモータは、ハウジング内に回転自在に支持されたロータのコイルに電極となるブラシを介して通電し、ロータの周囲を覆うようにハウジングの内周に配置された永久磁石の磁界に対して吸引、反発するようにコイルに磁界を発生させてロータを回転させるものである。ロータには、ロータ軸の片側に電極となるコンミテータが円柱状に形成され、コンミテータにはロータに設けられた複数のコイルに電流を供給するようにロータ軸回りに複数のセグメントが境界毎に区切られて形成されている。
【０００３】
コンミテータの外周には、陽極側のブラシと負極側のブラシとが接触している。ロータの回転時に、ブラシはコンミテータに対してコンミテータの周方向に相対的に摺動する。ロータの回転時において、隣接するセグメントに跨るブラシから片方のセグメントが離脱する際に、コイルに蓄電された電磁エネルギーが放出され、ブラシとセグメントとの間でアーク放電による火花が発生する。かかる火花は、ブラシの寿命を低下させると共に、電波ノイズを発生させるため、ブラシモータの火花を低減することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０４４８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブラシとコンミテータとを接触させる機構的な工夫によってブラシモータの火花の発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、ブラシがコンミテータを押圧する力が、コンミテータの回転方向の上流側よりも回転方向下流側の方が小さくなるようにブラシを押圧する弾性部材の付勢力を変化させている。しかし、このような対策を行ってもなお、ブラシとコンミテータとの間に発生する火花を完全に抑制することは実現していない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ブラシモータに発生する火花を防止することができるモータ制御装置、モータ、及びモータ制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）：この発明の一態様に係るモータ制御装置は、ロータに形成されたコンミテータに電極となる一対のブラシが接触し、前記一対のブラシを介して前記ロータに設けられた複数のコイルに電流を供給して前記ロータを回転させるブラシモータへの通電を制御するモータ制御装置であって、前記ロータの回転状態を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記ロータの回転状態に基づいて、ロータに設けられた前記コンミテータに設けられた複数のセグメントが前記ロータの回転に伴って現れる周期に同期させて、隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するよう前記ロータに断続的に通電する制御部と、を備える、モータ制御装置である。
【０００８】
上記構成により本発明は、制御部がブラシに火花が発生するタイミングを演算して、ブラシに火花が発生するタイミングにおいてロータに通電しないように制御することで、ブラシから発生する火花を低減することができる。
【０００９】
（２）：上記（１）の態様において、前記制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて前記セグメントの単位ごとの位置を演算し、前記ロータの回転方向によって定まる負極側のブラシの後端が隣接する前記セグメントの境界に到達する位置から前記ロータの所定回転角度前に電流を遮断するよう前記ロータに断続的に通電するものである。
【００１０】
上記構成により本発明は、制御部がブラシに火花が発生する具体的な位置においてロータに通電しないように制御することで、ブラシから発生する火花を低減することができる。
【００１１】
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記検出部は、前記ロータの回転数を検出するセンサを備え、前記制御部は、前記センサにより検出された前記ロータの回転数に応じて前記セグメントの位置を演算し、前記ロータへの通電を調整するものである。
【００１２】
上記構成により本発明は、検出部が検出したロータの回転数を用いて制御部がブラシに火花が発生するタイミングを演算することができる。
【００１３】
（４）：上記（１）または（２）の態様において、前記検出部は、前記ロータの回転角を検出するセンサを備え、前記制御部は、前記センサにより検出された前記ロータの回転角に応じて前記ロータへの通電を調整するものである。
【００１４】
上記構成により本発明は、検出部が検出したロータの回転角を用いて制御部がブラシに火花が発生するタイミングを演算することができる。
【００１５】
（５）：上記（１）または（２）の態様において、前記検出部は、前記ロータのコイルの電流波形に基づいて前記セグメントの周期を検出し、前記制御部は、前記検出部により検出された前記セグメントの周期に応じて前記ロータへの通電を調整するものである。
【００１６】
上記構成により本発明は、検出部が検出したロータのコイルの電流波形の周期的な変化からセグメントの周期を検出することで制御部がブラシに火花が発生するタイミングを演算することができる。
【００１７】
（６）：上記（１）または（２）の態様において、前記検出部は、前記ロータの回転時にコギングトルクが安定するコギング安定点から所定角度範囲内で隣接する前記セグメントへの切り替えが行われるように進角が調整された一対の前記ブラシを備え、前記制御部は、通電停止期間に前記ロータが前記コギング安定点を通過するように前記ロータへの通電を制御するものである。
【００１８】
上記構成により本発明は、コギング安定点でセグメントの切り替わりが行われるようにブラシに進角が付けられており、制御部が通電を停止した期間にロータがコギング安定点を通過するように制御するので、回転角を計測するセンサを追加することなく、装置構成を簡素化しつつも火花抑制制御により確実に火花を消すことができる。
【００１９】
（７）：この発明の一態様に係るモータは、上記（１）から（６）のうちいずれか１つの態様のモータ制御装置を備えるものである。
【００２０】
上記構成により本発明は、火花抑制制御を行うモータを提供することができる。
【００２１】
（８）：この発明の一態様に係るモータ制御方法は、ロータに形成されたコンミテータに電極となる一対のブラシが接触し、前記一対のブラシを介して前記ロータに設けられた複数のコイルに電流を供給して前記ロータを回転させるブラシモータへの通電を制御するモータ制御装置によるモータ制御方法であって、前記モータ制御装置が、前記ロータの回転状態を検出し、検出した前記ロータの回転状態に基づいて、ロータに設けられた前記コンミテータに設けられた複数のセグメントが前記ロータの回転に伴って現れる周期に同期させて、隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するよう前記ロータに断続的に通電する、モータ制御方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ブラシモータに発生する火花を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るモータ制御装置により駆動されるモータの構成の一例を示す図である。
【図２】モータ制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】制御信号生成部の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図４】ロータのセグメントの位置と負極側のブラシの位置との関係を示す図である。
【図５】モータの各種検出値及び制御信号との関係を示す図である。
【図６】モータ制御装置において実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】モータ制御装置を適用して火花が抑制されたモータの状態を示す図である。
【図８】モータ制御装置を適用したモータの寿命の比較例を示す図である。
【図９】モータ制御装置を適用したモータのノイズの比較例を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るモータの火花抑制制御を説明する図である。
【図１１】ブラシに火花抑制制御のための進角が付けられたモータの構成を示す図である。
【図１２】モータ制御装置を適用して火花が抑制されたモータの比較例を示す図である。
【図１３】モータ制御装置を適用したモータの寿命の比較例を示す図である。
【図１４】モータ制御装置を適用したモータの寿命の比較例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明にかかるモータ制御装置の実施形態を説明する。先ず、モータ制御装置により駆動されるモータについて説明する。
【００２５】
図１に示されるように、モータＭは、電極となる一対のブラシＢ１，Ｂ２を備えるブラシモータである。モータＭは、例えば、円筒形のハウジングＨ内に回転自在に軸支されたロータＲを備える。ハウジングＨの一側面には円盤状の蓋（不図示）が設けられており、蓋の中心にロータＲのシャフトＪの一端側を軸支する軸受け（不図示）が取り付けられている。蓋は、ハウジングＨと一体に形成されていてもよい。ハウジングＨの他側面には、ハウジングＨの開口を覆うように円形のエンドベル（不図示）が取り付けられている。エンドベルの中心には、ロータＲのシャフトＪの他端側を軸支する軸受け（不図示）が取り付けられている。エンドベルには、電極となる一対のブラシＢ１，Ｂ２が取り付けられている。
【００２６】
ハウジングＨの内周面には、断面が馬蹄形の一対の永久磁石Ｇ１，Ｇ２が対向して取り付けられている。一対の永久磁石Ｇ１，Ｇ２の内側には、接触しないようにわずかな隙間で離間してハウジングＨと同芯にロータＲが配置されている。ロータＲには、シャフトＪの軸線方向から見て断面がＴ字型の複数（実施例では３個）のティースＴ１〜Ｔ３が放射状に設けられている。各ティースＴ１〜Ｔ３には、エナメル被覆されたモータ巻線Ｗ１〜Ｗ３が巻回されている。これによりロータＲには、シャフトＪの軸線方向からみて放射状に複数のアーマチュアコイルＣ１〜Ｃ３（以下コイルともいう）が形成される。
【００２７】
シャフトＪの他端側（図１の紙面の手前側）にはコンミテータＰがシャフトＪに圧入固定されており、コンミテータＰの外周面には、各コイルＣ１〜Ｃ３の電極となる複数のセグメントＳ１〜Ｓ３が設けられている。一対のブラシＢ１，Ｂ２は、それぞれコンミテータＰの外周に周方向等間隔に配置されており、それぞれのブラシＢ１、Ｂ２がそれぞれのセグメントＳに接触している。
【００２８】
このような構成により、一対のブラシＢ１，Ｂ２に通電するとコイルＣ１〜Ｃ３に流れる電流により磁界が発生し、永久磁石Ｇ１，Ｇ２により形成されている磁界内で生じるロータＲの磁気吸引または磁気反発によりロータＲに回転が生じる。ロータＲの回転に伴って、コンミテータＰのセグメントＳ１〜Ｓ３とブラシＢ１，Ｂ２との接触位置が変化し、コイルＣ１〜Ｃ３に発生する磁界の方向が変化する。コイルＣ１〜Ｃ３に発生する磁界は、ロータＲに回転力を発生させる方向に生じるようにセグメントＳ１〜Ｓ３にモータ巻線Ｗ１〜Ｗ３が配線されている。上記実施例は、ロータにコイルが３個設けられているもモータを例示したが、モータにはコイルが３個以上設けられていてもよい。
【００２９】
次に、モータ制御装置について説明する。モータ制御装置１は、モータＭに供給される電源からの電流を制御してモータＭの回転時に発生する火花を抑制しつつ、モータＭの出力を調整するものである。モータ制御装置１は、パルス電流を出力するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御によりモータＭを制御する。
【００３０】
図２に示されるように、モータ制御装置１は、ロータＲの回転状態を検出する検出部１０と、検出されたロータＲの回転状態に応じて電源からモータＭに入力する電力をＰＷＭ制御する制御部２０と、電源３０とを備える。制御部２０は、更に後述のようにブラシから発生する火花の発生タイミングを演算する演算部２１と、ＰＷＭ制御及び火花の発生タイミングに合わせて通電を遮断する制御信号生成部２２とを備える。
【００３１】
次に、制御信号生成部２２のＰＷＭ制御について説明する。
【００３２】
図３に示されるように、制御信号生成部２２は、デューティ制御部２３、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号生成部２４、駆動部２５、駆動トランジスタ（ＦＥＴ）２６を備えている。ここで、制御信号生成部２２において、デューティ制御部２３及びＰＷＭ信号生成部２４の各々を、マイクロコンピュータを用いて、プログラムでモータＭを駆動するＰＷＭ信号の生成の要素として構成する。上記ＰＷＭ信号生成部２４は、駆動トランジスタ２６をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号のデューティ（デューティ比、パルス周期におけるＨレベルの比率）を変化させることにより、モータＭのロータＲの回転速度を変化させる。
【００３３】
モータＭの作動速度を変更する場合について説明する。デューティ制御部２３は、高速作動電圧信号ＶＨが入力された場合、駆動トランジスタ２６のゲートに供給されるＰＷＭ信号のデューティを高速作動のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部２４に対して出力する。一方、デューティ制御部２３は、低速作動電圧信号ＶＬが入力された場合、駆動トランジスタ２６のゲートに供給されるＰＷＭ信号のデューティを低速作動のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部２４に対して出力する。
【００３４】
ＰＷＭ信号生成部２４は、高速作動のデューティとする制御信号が供給されると、予め設定されている高速作動のデューティのパルスのパルス列であるＰＷＭ信号を生成して、駆動部２５に対して出力する。また、ＰＷＭ信号生成部２４は、低速作動のデューティとする制御信号が供給されると、予め設定されている低速作動のデューティのＰＷＭ信号を生成して、駆動部２５に対して出力する。駆動部２５は、ＰＷＭ信号生成部２４から供給されるＰＷＭ信号におけるパルスの電力増幅を行い、駆動トランジスタ２６に対して出力する。上記ＰＷＭ信号におけるパルスのハイレベルの区間において、駆動トランジスタ２６がオン状態に駆動され、上記ＰＷＭ信号におけるパルスのローレベルの区間において、駆動トランジスタ２６がオフ状態に駆動される。ＰＷＭ信号のデューティは、モータＭの特性要件に応じて設定される。
【００３５】
制御信号生成部２２は、上記ＰＷＭ制御による制御に加えて、後述のように通電を遮断することにより矩形波の電圧を発生させてブラシから発生する火花を低減するようにモータＭを制御する。
【００３６】
以下、火花を低減させるモータＭの制御について説明する。図２に戻り、検出部１０は、例えば、光センサ１１を備えると共に、光センサ１１の検出結果に基づいてロータＲの回転数を検出する回転計１２を備える。検出部１０は、例えば、ロータＲの測定対象領域に光センサ１１の発光部から光を照射し、この領域に設けられたマーカや凹凸からの反射光を光センサ１１の受光部で受光した際の受信信号の変化を検出し、検出した受信信号に基づいて回転計１２によりロータＲの回転数を算出する。光センサ１１は、例えば、コンミテータに光を照射してコンミテータに形成されたセグメントの境界を検出してもよい。検出部１０は、算出したロータＲの回転数を制御部２０に出力する。
【００３７】
制御部２０において、演算部２１は、検出部１０により検出された検出値を用いてロータＲに形成された複数のセグメントの回転周期を演算する。
【００３８】
演算部２１は、例えば、検出部１０からロータＲの回転数を取得した場合、セグメントの数に基づいてセグメントの回転に伴う周期を演算する。演算部２１検出部から取得したロータＲの回転数に基づいて、ロータＲに設けられたコンミテータのセグメントの単位ごとの位置を演算し、ロータＲの回転に伴い、複数のセグメントがロータＲの回転に伴って基準位置に現れる周期を演算する。
【００３９】
ここで、基準位置は、モータＭのハウジング側において設定され、ロータＲの回転に伴って定まる負極側のブラシの後端であってもよいし、セグメントの周期を決定する起点はセグメント間に設けられた境界であってもよい。
【００４０】
制御信号生成部２２は、例えば、セグメントの周期に同期させて駆動トランジスタ２６をオフ状態に駆動することにより、ロータＲに断続的に電流を供給する。即ち制御信号生成部２２は、セグメントの周期に同期させてロータＲに矩形波の電圧を与える。この矩形波は、例えば、ブラシに火花が発生するタイミングの直前に電圧をゼロにするように生成される。具体的には、演算部２１は、検出部１０の検出結果に基づいてセグメントの単位ごとの位置を演算する。
【００４１】
制御信号生成部２２は、演算結果に基づいて隣接するセグメントＳ１，Ｓ２に跨る負極側のブラシＢ１から片方のセグメントＳ１が離脱する直前の位置でモータＭへの通電を遮断するよう前記ロータＲに断続的に通電する。セグメントが離脱する直前の位置とは例えば、ロータＲの回転方向によって定まる負極側のブラシＢ１の後端が隣接するセグメントＳ１，Ｓ２の境界に到達する位置である。制御信号生成部２２は、この位置からロータＲの所定回転角度の回転前に通電をオフ状態として遮断する。制御信号生成部２２は、通電を遮断してロータＲが所定回転角度を回転した後、ロータＲへの通電をオン状態にしてロータＲを回転させる。
【００４２】
次に、制御部２０によるモータＭの制御の原理を、図面を参照しつつ説明する。先ず、比較例としてＰＷＭ制御によるモータＭに切れ目なく電力を与える制御について説明する。
【００４３】
図４に示されるように、複数のセグメントの回転を平行移動に置き換えてブラシとセグメントとの動作を概念的に図示すると、複数のセグメントに対して負極側のブラシが押圧されながら摺動する状態となる。所定のセグメントＳ１に着目すると、隣接するセグメントＳ１，Ｓ２に負極側のブラシＢ１が跨らない状態（１）の状態から隣接するセグメントＳ１，Ｓ２に負極側のブラシＢ１が跨っている状態（２）に変化するとコイルＣ１に流れる電流の方向が反転する。
【００４４】
負極側のブラシＢ１から片方のセグメントＳ１が離脱する状態（３）では、コイルＣ１の磁束を維持しようとするようにコイルＣ１に流れる電流が増大し、ブラシＢ１の後端からセグメントＳ１にアーク放電が発生し、それに伴う火花が発生する。ブラシＢ１の後端とは、例えば、ロータＲの回転方向によって定まるものであり、ブラシＢ１から見たセグメントの移動方向に対して下流方向に位置するブラシの角部である。
【００４５】
図５（Ａ）に示されるように、セグメントＳ１と負極側のブラシＢ１との間の電位差を後端電圧として経時的な変化を観察すると、上記（３）の火花が発生する瞬間に後端電圧が急激に増大し、火花が発生する。そこで、制御信号生成部２２は、図５（Ｂ）に示されるように、上述した矩形波の電圧よるモータＭの制御により火花の発生を抑制する。制御信号生成部２２は、負極側のブラシＢ１から片方のセグメントＳ１が離脱する位置においてモータＭへの通電を遮断する。そうすると、制御信号生成部２２は、火花が発生するタイミングが通電を遮断した区間に含まれるようにモータＭへの通電を調整するため、ブラシからの火花の発生を完全に抑制することができる。
【００４６】
次に、モータ制御装置１の処理の流れについて説明する。図６は、モータ制御装置１により実行されるモータＭの制御方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００４７】
検出部１０は、ロータＲの回転数を検出する（ステップＳ１００）。演算部２１は、検出部１０により検出されたロータＲの回転数に基づいて、セグメントの周期を演算する（ステップＳ１０２）。制御信号生成部２２は、演算されたセグメントの周期に同期させて隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱する位置において通電を遮断するようロータＲに断続的に通電する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の後、モータＭの電源３０がオフ状態となる場合、フローチャートの処理は終了する。
【００４８】
図７に示す実測結果のように、モータ制御装置１により制御されたモータＭは、ブラシの後端の火花の発生が抑制されることが確認された。更に、図８に示されるように、モータ制御装置１による制御と単なるＤＣ駆動による制御とによってブラシの寿命を比較すると、モータ制御装置１による制御によるブラシの寿命が９０６１［ｈ］であるのに対してＤＣ駆動による制御によるブラシの寿命が６８４２［ｈ］という結果となり、モータ制御装置１による制御を行った方が３２［％］ものブラシの寿命の延長効果が確認された。
【００４９】
そして、コンミテータの寿命を比較すると、モータ制御装置１による制御によるコンミテータの寿命が９２１３［ｈ］であるのに対してＤＣ駆動による制御によるコンミテータの寿命が８４８９［ｈ］という結果となり、モータ制御装置１による制御を行った方が８［％］ものコンミテータの寿命の延長効果が確認された。更に、モータ制御装置１は、ノイズの低減効果も備えていることが確認された。
【００５０】
図９に示されるように、電波ノイズを測定した結果、従来の駆動方法である量産品に対する比較を行うと、モータ制御装置１による制御では、火花が抑制されるため伝導及び放射ノイズを低減することができる。上述したようにモータ制御装置１には、一方でモータの寿命を延ばす効果やノイズを低減する効果があるのに対し、他方で放射ノイズを測定すると３０〜１００［MHz］の領域においてノイズが量産品よりも増加することが確認された。これは、上記モータ制御装置１においては放射ノイズの対策が行われていないことに起因するもので、今後、対策を施せば解消されるものである。
【００５１】
［第２実施形態］
上述したように制御信号生成部２２がブラシに対してセグメントが切り替わるタイミングで通電をオフ状態にする火花抑制制御を行うことで、ブラシの後端から発生する火花を抑制することができる。しかしながら、火花抑制制御は、ブラシに対してセグメントが切り替わるタイミングで通電をオフ状態にする通電タイミングを正確に制御する必要がある。
【００５２】
第１実施形態では、検出部１０において光センサ１１が取得した検出値に基づいて回転計１２がロータＲの回転数を算出していた。第２実施形態では、モータＭに生じるコギングトルクが発生するタイミングにおいてロータＲへの通電のオフ状態となる期間を調整する。以下の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。
【００５３】
ブラシが用いられるモータＭは、ロータＲが回転する際に永久磁石Ｇ１，Ｇ２とティースＴ１〜Ｔ３との間の磁気吸引力によりコギングトルクが発生する。コギングトルクは、ロータＲに生じる磁束密度や回転角度により変化する。ロータＲに通電がされていない場合にもコギングトルクが発生し、ロータＲを手動で回転させると所定の回転角毎に安定して停止する。ロータＲに通電がされていない場合に、ロータＲが安定して停止する回転角におけるロータＲの停止位置をコギング安定点と呼ぶ。３極２磁極で構成されたモータＭにおいては、ロータＲの１回転で６個（３×２個）の位置においてロータＲのコギング安定点が存在する（図１参照）。
【００５４】
図１０に示されるように、モータＭは、火花抑制制御時に流れる電流の波形が三角波状になり、それに伴って、トルク波形も三角波状を示すという特徴を有する。モータＭは、通電がオフ状態となった際に電流値が低下するためトルクが低下する。この時、ロータＲにはコギングトルクが作用し、コギング安定点で停止する方向に力が作用する。また、ブラシを備えるモータＭは、ロータＲの回転時にコンミテータＰを摺動するブラシが隣接するセグメントに切り替わり、コイルＣ１〜Ｃ３への整流（通電）が切り替わるタイミングがある。
【００５５】
図１１に示されるように、第２実施形態のモータＭのブラシＢ１，Ｂ２は、ロータＲの回転時のコギングトルクが安定するコギング安定点から所定角度範囲内で隣接するセグメントへの切り替えが行われるような進角となるように取り付け位置が調整されている。モータＭでは、例えば、市販のモータの進角が９度で設定されているのに対し、進角が３．２度進められた１２．２度の進角で設定されている。図示するようにブラシＢ１，Ｂ２の取り付け角をずらして進角が調整されてもよいし、セグメントＳの取り付け角をずらして進角が調整されてもよい。
【００５６】
モータＭの検出部１０は、進角が調整された一対のブラシ、ロータＲ、及び永久磁石Ｇ１，Ｇ２により機械的に構成されている。即ち、検出部１０は、コギング安定点に作用するコギングトルクによりロータＲの回転状態を検出する。
【００５７】
制御信号生成部２２は、コギング安定点と通電をオフ状態にする期間との関係を予め把握して設定されることでコイルＣ１〜Ｃ３への整流の切り替わりの時期が通電をオフ状態にする期間内に含まれるようにモータＭへ通電する周期を制御する。即ち、制御信号生成部２２は、通電において位相の制御を行わずに、通電周期をブラシとセグメント切り替わり周期に設定し、通電停止期間にロータＲがコギング安定点を通過するようにロータＲへの通電を制御する。
【００５８】
ロータＲへの通電がオフ状態では、コギング安定点にロータＲが留まろうとする。従って、外力がモータＭに作用してロータＲの位相がずれた場合、通電をオフ状態にする期間においてロータＲにコギングトルクが作用してコイルＣ１〜Ｃ３への整流が切り替わるタイミングが自動的に戻る。即ち、制御部２０は、通電をオフ状態にする期間においてブラシ、検出部１０により機械的に検出されたコギング安定点に基づいてロータＲへの通電を制御する。
【００５９】
図１２に示されるように、モータ制御装置１によれば、モータＭは、コイルＣ１〜Ｃ３の整流終了時期がロータＲへの通電をオフ状態にする期間内にあるため火花抑制制御状態になり、ブラシの後端から発生する火花が抑えられ、ブラシの寿命を向上することができる。
【００６０】
図１３に示されるように、上記の効果を検証するためにモータＭの耐久試験が行われた。モータＭは、２種類の駆動条件で駆動された。１つ目の駆動条件は、モータＭに直流安定化電源が直接接続され駆動するものである（ＤＣ通電駆動）。２つ目の駆動条件は、モータＭは通電位相の制御を行わずに通電周期をブラシとセグメント切り替わり周期に設定してＰＷＭ駆動するものである（火花抑制制御)。
【００６１】
ＤＣ通電駆動ではブラシの寿命が８，２９７［ｈ］であるのに対して、セグメントに同期した火花抑制制御ではブラシ寿命が１４，６１７［ｈ］という結果となり、セグメントに同期した火花抑制制御を行った方が寿命の延長効果が確認された。ブラシ摩耗の主要因は後端火花による電気摩耗が主要因であるため火花が抑制される効果によって寿命が向上できたと推定される。
【００６２】
図１４に示されるように、耐久試験後のコンミテータの真円度が比較された。ＤＣ通電駆動を行った後のコンミテータは真円度が崩れているのに対し、セグメントに同期した火花抑制制御を行った後のコンミテータは円形を保っていることがわかる。とコンミテータの真円度が崩れる主要因は、後端火花が発生することであるので、モータ制御装置１の火花抑制制御により火花が抑制されていることが確認された。
【００６３】
上述した第２実施形態のモータ制御装置１によれば、ホールセンサ等の回転角を計測するセンサを追加することなく、装置構成を簡素化しつつも火花抑制制御により確実に火花を消すことができる。
【００６４】
［変形例］
上述したように制御信号生成部２２は、上記実施形態では、ＰＷＭ制御によりモータＭを制御しているが、これに限らず、制御信号生成部２２は、単なる矩形波を生成してモータＭを制御するものであってもよい。制御信号生成部２２は、セグメントの周期に同期させて隣接するセグメントに跨る負極側のブラシから片方のセグメントが離脱するタイミングにおいてモータＭへの通電を遮断するようロータＲに断続的に通電する。このような制御によれば、モータＭに対して制御や装置構成を簡略化することができる。
【００６５】
その他の変形例として、検出部１０は、光センサ１１を用いる代わりに、レゾルバやエンコーダを用いてロータの回転数を検出してもよい。また、検出部１０は、回転数を検出するのではなく回転角を検出するものであってもよい。この場合、演算部２１は、回転角とセグメントの位置との対応関係からセグメントの周期を演算してもよいし、予め設定された回転角とセグメントの位置との対応関係を示すテーブルを参照してセグメントの周期を求めてもよい。
【００６６】
また、検出部１０は、モータＭの電流波形を監視して、回転数を検出してもよい。即ち、上述したようにセンサ等による検出結果に基づいてセグメントの周期を演算するのではなく、モータＭの電流波形を監視して、波形に現れるセグメントの切り替わり時に出現する波形の変化に基づいて、セグメントの周期を検出し、制御信号生成部２２は、検出されたセグメントの周期に基づいて通電タイミングを切り替えてもよい。
【００６７】
上述したモータ制御装置１の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、モータ制御装置１の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００６８】
上述した実施形態におけるモータ制御装置１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００６９】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこ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設計等も含まれる。例えば、モータＭのブラシ、セグメント、ティース、及びコイルは上記実施形態に例示された数で構成されていなくてもよく、より多くのものが構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１…モータ制御装置、１０…検出部、１１…光センサ、１２…回転計、２０…制御部、２１…演算部、２２…制御信号生成部、２３…デューティ制御部、２４…ＰＷＭ信号生成部、２５…駆動部、２６…駆動トランジスタ、３０…電源、Ｂ１、Ｂ２…ブラシ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…アーマチュアコイル、Ｇ１、Ｇ２…永久磁石、Ｈ…ハウジング、Ｊ…シャフト、Ｍ…モータ、Ｐ…コンミテータ、Ｒ…ロータ、Ｓ…セグメント、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…セグメント、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…ティース、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…モータ巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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