(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に多極着磁されたマグネットを備えた回転可能なロータと、
第１のコイルと、
前記第１のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第１のヨークと、
第２のコイルと、
前記第２のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第２のヨークと、
前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第１のセンサ信号を出力する第１の感磁極および前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第２のセンサ信号を出力する第２の感磁極とを有する磁極検出手段と、
第１の演算式を用いて第１の補正信号を演算し、第２の演算式を用いて第２の補正信号を演算する補正手段と、
前記第１の補正信号に応じて前記第１のコイルへの通電方向を切り替え、前記第２の補正信号に応じて前記第２のコイルへの通電方向を切り替える制御手段と、を備え、
前記第１のヨークおよび前記第２のヨークは、前記第１のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心と前記第２のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心とが互いにずれるように前記ロータの磁極面に対向して配置され、
前記第１の感磁極および前記第２の感磁極のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度が、前記マグネットの隣り合う磁極の中心のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度の半分に対して角度αずれているときに、
前記補正手段は、係数Ａおよび係数Ｂを用いて、
前記第１の演算式を、
第１の補正信号＝第１のセンサ信号×ｃｏｓ（Ａ）＋第２のセンサ信号×ｓｉｎ（Ａ）と定義し、
前記第２の演算式を、
第２の補正信号＝第２のセンサ信号×ｃｏｓ（Ｂ）−第１のセンサ信号×ｓｉｎ（Ｂ）と定義し、
前記角度αと前記係数Ａとの関係を、ｔを媒介変数として、
Ａ＝−ｔ−［（αｃｏｓ２ｔ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］  
を用いて決定し、
前記角度αと前記係数Ｂとの関係を、ｓを媒介変数として、
Ｂ＝−ｓ＋［（αｃｏｓ２ｓ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］
を用いて決定することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
周方向に多極着磁されたマグネットを備えた回転可能なロータと、
第１のコイルと、
前記第１のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第１のヨークと、
第２のコイルと、
前記第２のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第２のヨークと、
前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第１のセンサ信号を出力する第１の感磁極および前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第２のセンサ信号を出力する第２の感磁極とを有する磁極検出手段と、
第１の演算式を用いて第１の補正信号を演算し、第２の演算式を用いて第２の補正信号を演算する補正手段と、
前記第１の補正信号に応じて前記第１のコイルへの通電方向を切り替え、前記第２の補正信号に応じて前記第２のコイルへの通電方向を切り替える制御手段と、を備え、
前記第１のヨークおよび前記第２のヨークは、前記第１のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心と前記第２のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心とが互いにずれるように前記ロータの磁極面に対向して配置され、
前記第１の感磁極および前記第２の感磁極のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度が、前記マグネットの隣り合う磁極の中心のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度の半分に対して角度αずれているときに、
前記磁極検出手段は、前記マグネットが電気角でθ°回転する際に、前記第１の感磁極が前記第１のセンサ信号としてｓｉｎθを出力するとともに、前記第２の感磁極が前記第２のセンサ信号としてｃｏｓ（θ−α）を出力するものであって、
前記補正手段は、係数Ａおよび係数Ｂ、進角ｘ、第１の補正信号の振幅Ｙ１、第２の補正信号の振幅Ｙ２を用いて、
前記第１の演算式を、
第１の補正信号＝ｓｉｎθｃｏｓ（Ａ）＋ｃｏｓ（θ−α）ｓｉｎ（Ａ）＝Ｙ１ｓｉｎ（θ＋ｘ）  と定義し、
前記第２の演算式を、
第２の補正信号＝ｃｏｓ（θ−α）ｃｏｓ（Ｂ）−ｓｉｎθｓｉｎ（Ｂ）＝Ｙ２ｃｏｓ（θ＋ｘ）  と定義し、
前記角度αと前記進角ｘとの関係および前記角度αと前記係数Ａとの関係を、ｔを媒介変数として、
ｘ＝ｔ−［（αｃｏｓ２ｔ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］＋（α／２）、
Ａ＝−ｔ−［（αｃｏｓ２ｔ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］  
を用いて決定し、
前記角度αと前記進角ｘとの関係および前記角度αと前記係数Ｂとの関係を、ｓを媒介変数として、
ｘ＝ｓ＋［（αｃｏｓ２ｓ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］＋（α／２）、
Ｂ＝−ｓ＋［（αｃｏｓ２ｓ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］  
を用いて決定することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
前記進角ｘは、前記ロータの回転数によって変化することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第１の感磁極および前記第２の感磁極は、１チップ内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出手段を備えたモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、小型、高トルク、高寿命といった特徴を有し、開ループ制御で容易にデジタル的な位置決め動作が実現できる。このため、カメラや光ディスク装置などの情報家電、プリンタやプロジェクタ等の事務機器などに広く用いられている。
【０００３】
しかし、高速回転時やモータへの負荷が多いときや高速回転を行うときに、モータが脱調してしまうという問題や、ブラシレスモータやＤＣモータに比べて駆動効率が低いという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、ステッピングモータにエンコーダを取り付け、ロータの位置に合わせて通電を切り替える、いわゆるブラシレスＤＣモータの動作を行わせることで脱調を防ぐ技術が従来から知られている。
【０００５】
特許文献１及び２にそのようなモータが公開されている。モータに内蔵された非接触式センサにより得られる信号を速度に応じて進相させ、その信号によりコイルに流す電流を切り替えることにより、電流の立ち上がり遅れをカバーし、高速運転を可能にしている。
【０００６】
上記特許文献に開示されているモータでは、２つの磁気センサを精度よく取り付ける必要がある。このことについて説明する。
【０００７】
図１１はコイルへ一定電流を流したときの、ロータに働くトルクを示している。２つのコイルそれぞれに正方向、逆方向の電流を流すことができるので、図１１に示すように４種類のトルク分布ができる。これらはほぼ正弦波状で同じ形状の波形であり、電気角で９０°の位相差を持っている。
【０００８】
尚、ここで電気角とはこの正弦波の１周期を３６０°として表したものであり、ロータの極数をｎとすると、電気角の１°は（２×実際の角度／ｎ）に当たる。
【０００９】
モータを回転させるときには、コイルへの通電を順次切り替えていくことで図１１のＴ１のようなトルク波形とし、常に高いトルクを得ている。このとき、コイルへの通電を切り替えるタイミングは、磁気センサからの信号によって決めている。２つの磁気センサの間隔を電気角で９０°になるように配置することで、最も効率のよいタイミングで通電を切り替えることができる。
【００１０】
しかし、磁気センサの取り付け位置に誤差があると、図１１のＴ２のようにトルク波形が崩れ、モータの効率が低下してしまう。
【００１１】
このため、モータを組み立てる際に磁気センサ取り付け位置の調整工程が必要になり、コストアップや品質の低下の要因となっていた。
【００１２】
特許文献３ではこの問題を以下のように解決している。
【００１３】
２つの感磁極が１チップ内に設けられ、該チップには開口部が設けられた磁気センサを用いている。また、各感磁極中心とロータ回転軸の中心のなす角が、マグネットの隣り合う磁気中心とロータ回転軸の中心のなす角の１／２である。
【００１４】
このようにすることで、２つの感磁極の間隔を部品レベルで決めることができ、コイルへの通電方向の切り替えタイミングを最適化させてモータのトルクダウンを避けることができる。
【００１５】
また、２つの感磁極から出力される信号は、９０°の位相差を持つように作られているので、この信号の正負によってコイルへの通電タイミングを切り替えていくことにより、高効率のモータとすることができる。
【００１６】
また、磁気センサに設けられた開口部によって磁気センサの位置決めを行うことにより、磁気センサの取り付け位置を高精度にすることを可能にしている。
【特許文献１】特公平０６−０６７２５９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９９９７号公報
【特許文献３】特許第３６２１６９６号号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献３に開示されている手段では、磁気センサの取り付け自由度が下がるという問題があった。このことについて説明する。
【００１８】
上述のようにモータの効率を上げるためには、第１のコイルへ流す電流と、第２のコイルへ流す電流の位相差が電気角で９０°である必要がある。このため、上記特許文献３では、各感磁極中心とロータの回転中心を結ぶ直線のなす角が、マグネットの隣り合う磁極中心とロータの回転中心を結ぶ直線のなす角の１／２であることを必要としていた。
【００１９】
即ち、モータの極数、センサを配置する径方向の位置が決まると、２つのセンサ間の距離が決定される。従って、モータの極数やマグネットの大きさによって、それぞれ専用のセンサを用意せねばならず、センサの低コスト化を阻害していた。
【００２０】
本発明の目的は、ロータの回転中心と２つの感磁極のなす角度を自由に選ぶことのできるモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、周方向に多極着磁されたマグネットを備えた回転可能なロータと、第１のコイルと、前記第１のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第１のヨークと、第２のコイルと、前記第２のコイルによって励磁される磁極歯が等間隔に複数形成される第２のヨークと、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第１のセンサ信号を出力する第１の感磁極および前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知して第２のセンサ信号を出力する第２の感磁極とを有する磁極検出手段と、第１の演算式を用いて第１の補正信号を演算し、第２の演算式を用いて第２の補正信号を演算する補正手段と、前記第１の補正信号に応じて前記第１のコイルへの通電方向を切り替え、前記第２の補正信号に応じて前記第２のコイルへの通電方向を切り替える制御手段とを備え、前記第１のヨークおよび前記第２のヨークは、前記第１のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心と前記第２のヨークに形成される磁極歯の周方向の中心とが互いにずれるように前記ロータの磁極面に対向して配置され、前記第１の感磁極および前記第２の感磁極のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度が、前記マグネットの隣り合う磁極の中心のそれぞれと前記ロータの回転中心とを結ぶ直線で形成される角度の半分に対して角度αずれているときに、前記補正手段は、係数Ａおよび係数Ｂを用いて、前記第１の演算式を、“第１の補正信号＝第１のセンサ信号×ｃｏｓ（Ａ）＋第２のセンサ信号×ｓｉｎ（Ａ）”と定義し、前記第２の演算式を、“第２の補正信号＝第２のセンサ信号×ｃｏｓ（Ｂ）−第１のセンサ信号×ｓｉｎ（Ｂ）”と定義し、前記角度αと前記係数Ａとの関係を、ｔを媒介変数として、“Ａ＝−ｔ−［（αｃｏｓ２ｔ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］”を用いて決定し、前記角度αと前記係数Ｂとの関係を、ｓを媒介変数として、“Ｂ＝−ｓ＋［（αｃｏｓ２ｓ）／〔４ｃｏｓ（α／２）〕］”を用いて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
モータ駆動装置の制御手段は、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号から得られる第１の補正信号に応じて第１のコイルへの通電方向を切り替える。また、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号から得られる第２の補正信号に応じて第２のコイルへの通電方向を切り替える。
【００２３】
この構成により、ロータの回転中心と２つの感磁極のなす角度を自由に選ぶことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステッピングモータの外観斜視図である。
【００２６】
尚、説明のため、一部の部品を破断して示している。
【００２７】
図１において、ステッピングモータ１は、マグネット２を有するロータ３、第１のコイル４ａ、第２のコイル４ｂ、第１のヨーク５ａ、第２のヨーク５ｂ、磁気センサ（磁極検出手段）６、モータカバー７を備える。
【００２８】
このうち、第１のコイル４ａ、第２のコイル４ｂ、第１のヨーク５ａ、第２のヨーク５ｂ、磁気センサ６、モータカバー７でステータを構成している。
【００２９】
マグネット２は、外周がｎ極に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−ンを有する。尚、本実施の形態ではｎ＝８極に着磁されている。
【００３０】
ロータ３は、ステータに対して回転可能に支持され、マグネット２と一体に固定されている。
【００３１】
第１のコイル４ａは、導線を多数回巻き付けたものであり、ロータ回転中心を中心軸として、ボビンに巻回されている。
【００３２】
第２のコイル４ｂは、導線を多数回巻き付けたものであり、ロータ回転中心を中心軸として、ボビンに巻回されている。
【００３３】
第１のヨーク５ａは、第１のコイル４ａに励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ３に与えるトルクを変化させることができる。
【００３４】
第２のヨーク５ｂは、第２のコイル４ｂに励磁される磁極歯を複数有している。励磁される極を切り替えることで、ロータ３に与えるトルクを変化させることができる。
【００３５】
磁気センサ６は、ホール素子など、マグネット２の磁束を検出する非接触式の磁気検出手段である。１つのセンサの中に第１及び第２の感磁極６ａ及び６ｂを備えており、それぞれの感磁極間の距離はｄである（図２参照）。第１及び第２の感磁極６ａ及び６ｂは、マグネット２の回転に伴う磁界変化を感知する。
【００３６】
磁気センサ６は、２つの出力端子を持ち、それぞれの感磁極を貫く磁束密度に比例した電圧を出力する。感磁極を通る磁束密度がＮ極ならば正の電圧、Ｓ極であれば負の電圧を出力する。
【００３７】
磁気センサ６の角度方向の位置は、第１の感磁極６ａが、第１のヨーク５ａの隣り合う２本の磁極歯の中間にくるように配置する。そして第２の感磁極６ｂからの信号を後述する方法によって補正することによって、図１１のＴ１のようにモータのトルクが最も高くなるようなタイミングで電流を切り替えられるようにする。
【００３８】
尚、磁気センサ６の外周方向に、軟磁性のバックヨークを付けると、磁気センサ６を通る磁束密度を高め、センサの出力を高めることができ、好適である。
【００３９】
モータカバー７は、非磁性材料からなる円筒形状の部材である。第１のヨーク５ａと第２のヨーク５ｂを同軸上に、かつ所定の位相差を持たせて固定する。また、磁気センサ６を、それぞれのヨークに対して所定の角度を持たせて固定する。尚、図１では説明のためにモータカバー７の一部を破断して示している。
【００４０】
次に、本発明で提案するモータにおける、磁気センサ感磁極の回転方向の位置関係について述べる。
【００４１】
図２は、図１のステッピングモータを、ロータ中心軸と垂直であり磁気センサの感磁極を通る平面で破断した断面図である。
【００４２】
尚、図の簡素化のためにマグネット２、ロータ３、磁気センサ６のみの位置関係を示している。
【００４３】
磁気センサ６の感磁極は、信号の出力を高め、ノイズの影響を低減するために、なるべくマグネット２に近づけたほうが望ましい。本実施の形態では、磁気センサ６がマグネット２に接触しない程度の余裕を見込み、マグネット表面から０．５ｍｍ程度の間隔（ｇとする）をおいて磁気センサ６を配置している。
【００４４】
また、磁気センサ６の感磁極６ａ、６ｂの間隔ｄを大きくすると、センサのサイズが大きくなってしまい、モータの小型化を阻害する。これを避け、感磁極の間隔ｄは適度な値のものを選択する。
【００４５】
このように構成したモータにおいては、磁気センサ６の２つの感磁極６ａ、６ｂとロータ回転軸のなす角度は、マグネット２の隣あう磁極中心とロータの回転中心のなす角度の半分になるとは限らない。
【００４６】
即ち、２つの感磁極６ａ、６ｂから出力される信号の位相差は、電気角で９０度になるとは限らず、図に示すα‘°（電気角でα°=ｎ／２×α’°）の配置誤差が生じる。従ってこの信号をもとにしてコイルへの通電を切り替えると、モータのトルクが低下してしまう。
【００４７】
しかし本発明では、後述の手段によって、電気角で９０度の位相差を持つ信号を作り出し、モータのトルクが低下することを避けている。
【００４８】
図３は、図１のステッピングモータの駆動回路図である。
【００４９】
上述の構成によるモータの駆動には、図３に示すような駆動回路１０を用いる。駆動回路１０は、ブリッジ回路１１、コントローラ（制御手段）１２、角度補正部１３で構成されている。
【００５０】
ブリッジ回路１１は、入力された信号に対応して、第１のコイル４ａ及び第２のコイル４ｂへ所定の方向の電流を流す。
【００５１】
コントローラ１２は、外部から入力された回転方向信号と駆動パルス信号に応じて、電流ドライバへ流す電流を決定する。第１のコイル４ａへ流す電流は、第１の補正信号の符号が切り替わるタイミングで切り替え、第２のコイル４ｂへ流す電流は、第２の補正信号の符号が切り替わるタイミングで切り替える。
【００５２】
また、コントローラ１２は、第１の磁極検出信号（第１のセンサ信号）及び第２の磁極検出信号（第２のセンサ信号）をカウントし、所定のパルスに達したら通電を切る。
【００５３】
尚、本発明は、センサ信号の位相補正に関するものであり、コントローラ１２の具体的な動作方法については限定をしない。モータの利用方法や制御方法に応じて、所定の速度や位置に達した後にコイルへ流す電流を変更する、あるいはマイクロステップ駆動などの開ループ制御に切り替える等、公知の技術が利用可能である。
【００５４】
角度補正部１３は、第１のセンサ（第１の感磁極６ａ）及び第２のセンサ（第２の感磁極６ｂ）から得られるセンサ信号と、指示された回転方向信号から、第１及び第２の補正信号を合成する回路である。
【００５５】
前述のように、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号の位相差は、電気角で９０°とはならず、α°の配置誤差を持っている。この信号を直接コイルの通電切り替えのタイミングに使用しては、モータのトルクが低下してしまう。
【００５６】
角度補正部１３は、このα°の誤差を補正し、第１の補正信号及び第１の補正信号に対して９０°の位相差を持つ第２の補正信号を作り出すものである。
【００５７】
第１及び第２の補正信号は、コントローラ１２を経由して電流ドライバへ入力され、コイルの通電を切り替えるタイミングを指示する信号として利用する。
【００５８】
次に角度補正部１３について説明する。
【００５９】
前述のように、マグネット２の径方向の磁力の強さは、電気角に対しておおよそ正弦波状になるように着磁している。そのため、第１の感磁極６ａから得られる信号は、電気角をθとすると  ｓｉｎθ  となる。
【００６０】
また第２の感磁極６ｂは、前述のように第１の感磁極６ａとは電気角で（９０−α）°の位相差をもって配置されている。このため、第２の感磁極６ｂから得られる信号は、  ｃｏｓ（θ−α）となる。
【００６１】
ここで、係数Ａ、Ｂを考える。第１の補正信号を、
第１のセンサ信号×ｃｏｓ（Ａ）+第２のセンサ信号×ｓｉｎ（Ａ）
と定義し、第２の補正信号を、
第２のセンサ信号×ｃｏｓ（Ｂ）−第１のセンサ信号×ｓｉｎ（Ｂ）
と定義する。
【００６２】
第１及び第２のセンサ信号は同じ周期であるため、それぞれにある係数を掛けて足し合わせて得られる信号も、もとの信号と同じ周期であり、位相差と振幅のみが変わる。従って、第１のセンサ信号及び第２のセンサ信号の２つを用いることにより
ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（Ａ）+ｃｏｓ（θ−α）ｓｉｎ（Ａ）=Ｙ１ ｓｉｎ（θ）
式（１）
ｃｏｓ（θ−α）ｃｏｓ（Ｂ）−ｓｉｎ（θ）ｓｉｎ（Ｂ）=Ｙ２ ｃｏｓ（θ）
式（２）
のように、配置誤差αを補正して９０°の位相差を持った信号を作り出す係数Ａ、Ｂが存在する。係数Ａ、Ｂは、配置誤差αによって決定される。この場合はＡ=０であることは明らかだが、Ａ、Ｂの具体的な値については後述する。尚、ここでＹ１、Ｙ２は、それぞれの補正信号の振幅である。
【００６３】
上述のような方法で信号を補正することによって、脱調しないモータの通電切り替え信号を作り出すことができる。更に、特許文献１及び２と同様、磁気センサ６が出力する信号に対してｘ°の進角を与えた信号を作り、その信号に応じてコイルへの通電を切り替えることにより、モータの効率を高めることができる。
【００６４】
その理由を説明する。コイルに流れる電流は立ち上がりが遅れる性質を持っている。モータが高速化していくと、コイルへの通電を切り替える間隔が短くなるため、電流が十分に上がらないうちに次の通電に切り替えることになる。
【００６５】
この影響を低減するために、進角を与えて通電を早めに切り替えることで十分な電流を流し、高速時にもトルクが出るようにする。
【００６６】
これを実現するために、第１及び第２の補正信号として
ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（Ａ） + ｃｏｓ（θ−α）ｓｉｎ（Ａ）=Ｙ１ｓｉｎ（θ+ｘ）
式（３）
ｃｏｓ（θ−α）ｃｏｓ（Ｂ）− ｓｉｎθｓｉｎ（Ｂ）=Ｙ２ｃｏｓ（θ+ｘ）
式（４）
となるような信号を作り出せるような補正値Ａ、Ｂを得られればよい。補正値Ａ、Ｂは配置誤差α及び進角ｘによって決定される。
【００６７】
図４は、図３における角度補正部の回路図である。
【００６８】
図４において、可変抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値を、Ｒ／Ｒ１＝ｃｏｓ（Ａ）、Ｒ／Ｒ２＝ｓｉｎ（Ａ）、Ｒ／Ｒ３＝ｃｏｓ（Ｂ）、Ｒ／Ｒ４＝ｃｏｓ（Ｂ）、とすることで、式（３）及び式（４）を実現できる。
【００６９】
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は正の値しかとれないが、図４のように、ｓｉｎθ及びｃｏｓ（θ−α）の反転信号を準備し、係数の正負に応じて反転信号を選択することによって、Ａ及びＢの値が負の場合でも式（３）、（４）を実現できる。
【００７０】
尚、上記のｓｉｎ（Ａ）、ｃｏｓ（Ａ）、ｓｉｎ（Ｂ）、ｃｏｓ（Ｂ）の各値は、それぞれの係数同士の関係を表すのみで、その振幅に関しては限定をしない。例えば、Ａ=３０°、Ｂ=３５°のとき、各係数がｓｉｎ（３０°）、ｃｏｓ（３０°）、ｓｉｎ（３５°）、ｃｏｓ（３５°）であっても、その値をすべて２倍したものであっても構わない。補正された信号は、コンパレータで２値化し、その信号の切り替えに応じて、コイルの通電方向を切り替える。
【００７１】
上述のように、通常の位置よりも進相させることでモータの効率が向上するのは、コイルへ流れる電流の時間的な応答遅れの影響を低減するためである。
【００７２】
従って、ロータ３を逆回転させたときに、正回転させたときと同様の効果を得るには、ロータ３を正回転させたときと反対向きの進角信号を作る。この信号に応じてコイルへの通電を切り替えることにより、コイルへ流す電流の応答遅れを低減することができる。
【００７３】
即ち、ロータ３を逆回転させたときには、式（５）及び式（６）を満たすような補正信号を作り出せばよい。
【００７４】
ｓｉｎ（θ）ｃｏｓ（Ａ） + ｃｏｓ（θ−α）ｓｉｎ（Ａ）=Ｙ１ｓｉｎ（θ−ｘ）
式（５）
ｃｏｓ（θ−α）ｃｏｓ（Ｂ）− ｓｉｎθｓｉｎ（Ｂ）=Ｙ２ｃｏｓ（θ−ｘ）
式（６）
ここで、補正係数Ａ、Ｂについて述べる。
【００７５】
補正係数Ａ、Ｂは、配置誤差αと進角ｘから決まる値である。式（３）及び式（４）を満たすようなＡ、Ｂと配置誤差α、進角ｘとの関係を調べていくと、図５のようになることがわかった。尚、図５では配置誤差αが０°の場合、２０°の場合、４５°の場合の３つについて示した。
【００７６】
この関係を、媒介変数ｔ及びｓを用いて式に表すと、式（７）及び式（８）のようになる。ｔ及びｓの値を順次変えていき、そのときのｘの値を横軸に、ＡまたはＢの値を縦軸に取ることで、図５の関係が得られる。この式を用いることで、任意の配置誤差α、進角ｘに対しての補正係数Ａ、Ｂが決定される。
【００７７】
【数１】
0005464788.tif 000002
【００７８】
【数２】
0005464788.tif 000003
【００７９】
このようにして得られる補正係数Ａ、Ｂを用い、式（４）及び式（５）を用いて第１及び第２の補正信号を作り出す。これにより、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号の位相差が９０°ではない場合も、第１のセンサ信号からｘ°進角させた第１の補正信号と、第１の補正信号と９０°の位相差を持った第２の補正信号を作り出すことができる。
【００８０】
例として、配置誤差α＝２０°、進角ｘ＝３０°の場合の信号を図６に示す。まず、配置誤差α＝２０°、進角ｘ=３０°の場合の補正係数Ａ及びＢを図５から読み取ると、Ａ=−２７．０、Ｂ=−１１．４であることが分かる。
【００８１】
この補正係数を式（４）、式（５）に用いることで、第１のセンサ信号より３０°進んだ第１の補正信号と、第１の補正信号と９０°の位相差を持つ第２の補正信号が得られる。
【００８２】
また、このモータを逆回転させるときには、進角ｘ=−３０°の場合の補正係数を読み取って、同様の手順を取ればよい。図６から、このときの補正係数としてＡ=−３７．８、Ｂ＝４１．５が得られ、その結果図７に示すような補正信号が得られる。
【００８３】
尚、第２の感磁極６ｂの配置誤差αは、９０°を除く任意の値で補正できる。しかしαが９０°に近づいていくと、補正した信号の振幅が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化する。このため、ノイズの影響に敏感になっていき、異常動作が起こりやすくなる。本発明により任意の配置誤差αが補正できるとはいえ、αはなるべく小さな値であることが望ましい。
【００８４】
例として、配置誤差α＝７０°、進角ｘ＝２０°の場合の信号を図８に示す。補正した信号の振幅が、センサからの信号の５０％以下となり、Ｓ／Ｎ比が悪化していることが分かる。
【００８５】
本実施の形態のモータ駆動装置は、コイルへの通電方向を磁極検出手段としての磁気センサ６の発生する信号に同期させて切り替えることによりロータ３を回転させるステッピングモータ１を駆動する。
【００８６】
本実施の形態では、２つの信号の位相差を、電気回路によって常に９０度になるように補正している。このため、磁気センサ６の２つの感磁極６ａ、６ｂとロータの回転中心のなす角が、マグネット２の隣り合う磁極とロータ３の回転中心のなす角の半分とならなくてもよい。
【００８７】
即ち、２つの感磁極６ａ、６ｂの間隔を自由に選択することができる。このため、マグネット２の極数やマグネット２の直径、マグネット２と磁気センサ６の間隔が異なっていても、同じ磁気センサを用いることができる。磁気センサ６を汎用化することによって、コストを下げることができる。
【００８８】
また、本実施の形態では、感磁極６ａ、６ｂからロータ３の回転中心までの距離が、２つの感磁極６ａ、６ｂの間隔から定まる制約がなくなる。このため、２つの感磁極６ａ、６ｂの間隔をある値にしても、磁気センサ６を磁力の強い場所に配置することができ、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００８９】
また、本実施の形態では、ロータ３の回転角度を検出するための手段として、ロータマグネットの磁束密度の変化を検出する手段を取っている。従って、位置検出するためにパルス板やエンコーダ用マグネットなどの専用の部品が不要であり、ロータ３のイナーシャ増大や部品点数の増加、組立工数の増加などの弊害を招くことがない。
【００９０】
また、本実施の形態では、進角を与えられる。進角を与えることにより、ロータ３の回転数が増加した場合においても、コイルに流れる電流の立ち上がり遅れをカバーすることができ、モータの効率を上げることができる。
【００９１】
配置誤差αを補正し、進角ｘを与えるには、本実施の形態のように、アナログ的な回路によって実現する以外に、デジタル的な回路で実現することが考えられる。しかし、デジタル的な処理で実現すると、演算に時間がかかる、回路の負荷が大きくなるという問題がある。モータの回転中に常に演算処理を行わなければならず、特にモータが高速回転していくと演算処理がおいつかなることが考えられる。これに対し、本実施の形態のように簡単なアナログ回路で処理した場合、簡単な処理で補正信号を作っているので、モータが高速化しても無理なく補正信号を作り続けることができる。
【００９２】
本実施の形態では、磁気センサ６としてホール素子を用いているが、一般にホール素子は温度によって出力が変化する。しかし、本実施の形態では、この影響を補償することができる。
【００９３】
第１及び第２の感磁極６ａ、６ｂは、非常に近い位置に配置される。このため、コイルへの通電などによりモータの温度が上昇したときも、２つの感磁極６ａ、６ｂはほぼ同じ温度であり、同じ割合で出力が変化する。
【００９４】
式（３）及び式（４）を見て分かるように、第１及び第２の感磁極６ａ、６ｂの出力が同じ割合で変化した場合は、補正信号は振幅が同じ割合で変化し、周期や位相差は変化しない。
【００９５】
本実施の形態では、補正信号の符号が入れ替わる時点（ゼロクロス点）でコイルへ流す電流を切り替えており、補正信号の振幅は見ていない。このため温度変化などによって磁気センサの出力が変化しても、第１及び第２の感磁極６ａ、６ｂの出力が同じ割合で変化する限り、通電の切り替えタイミングには影響が無い。
【００９６】
磁気センサ６は、本実施の形態のように、１つのセンサ内に２つの感磁極を備えたものが望ましい。即ち、第１及び第２の感磁極６ａ、６ｂは、１チップ内に設けられているのが望ましい。これにより、２つのセンサ（２つの感磁極）における特性のばらつきを抑えることができる。
【００９７】
また、感磁極間の間隔を部品の寸法として決めることができるため、組立誤差の影響を受けにくい、品質の安定したモータとすることができる。更に、１つのセンサの中に１つの感磁極を備えたものを２つ使う場合に比べて、部品点数の削減や配線の削減につながり、モータ全体の小型化を達成することができる。
【００９８】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図９及び図１０を用いて説明する。
【００９９】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るステッピングモータの外観斜視図である。また、図１０は、図９のステッピングモータを、ロータ中心軸と垂直で磁気センサを通る平面で破断した断面図である。尚、第１の実施の形態と同じ部品に関しては第１の実施の形態と同じ番号を付し、説明は省略する。
【０１００】
本実施の形態では、１つのセンサの中に２つの感磁極を備えた磁気センサ６の代わりに、１つのセンサの中に１つの感磁極を備えた、第１の磁気センサ１６ａ及びに第２の磁気センサ１６ｂを用いる。これにより、磁気センサの選択肢を増やすことができる。また、それぞれの磁気センサを独立して位置決めすることができるので、取り付ける場所の自由度が高くなる。
【０１０１】
このため、第２の磁気センサ１６ｂを、第１の磁気センサ１６ａに対して、電気角で９０°の位置に配置することが可能である。磁気センサ同士の干渉などで９０°の位相差を持たせた場所に配置できないときは、電気角でＮ×１８０+９０°（但しＮは任意の整数）の位相差を持たせた場所に配置する。
【０１０２】
しかしこのとき、モータを組み立てる際に生じるセンサの取り付け誤差が、モータの性能に影響を与えることがある。センサの取り付け位置がΔｍｍずれた場合、回転中心から磁気センサまでの距離をＲとすると、取り付け位置角度のずれα‘は
α‘≒ｔａｎα’=Δ／Ｒ
となるので、電気角で表すと、配置誤差αは
α＝ｎ／２×α‘=ｎΔ／２Ｒ
となる。配置誤差αは、モータを小径化し、多極化するほど大きくなる。例えば、極数が２０極のモータにおいて、回転中心から３ｍｍの位置に磁気センサを付けた場合、センサ取り付け位置が０．１ｍｍずれると配置誤差は０．３３［Ｒａｄ］＝１９°ずれることになり、モータの効率を低減する原因となる。
【０１０３】
モータ組立後にこのずれを検出し、駆動回路にその値を記憶し、第１の実施の形態と同様の方法で補正することにより、モータの効率を高めることができる。
【０１０４】
また、モータの小型を進めていくと、磁気センサ同士の干渉やヨークと磁気センサの干渉のため、２つの磁気センサ１６ａ、１６ｂを電気角で９０°の位相差で配置できなくなることがある。このような場合に、本発明で提案する補正方法を用いて、磁気センサの配置できる自由度を上げることで、モータの小型化を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステッピングモータの外観斜視図である。
【図２】図１のステッピングモータを、ロータ中心軸と垂直であり磁気センサの感磁極を通る平面で破断した断面図である。
【図３】図１のステッピングモータの駆動回路図である。
【図４】図３における角度補正部の回路図である。
【図５】図１のステッピングモータに関する特性図である（その１）。
【図６】図１のステッピングモータに関する特性図である（その２）。
【図７】図１のステッピングモータに関する特性図である（その３）。
【図８】図１のステッピングモータに関する特性図である（その４）。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るステッピングモータの外観斜視図である。
【図１０】図９のステッピングモータを、ロータ中心軸と垂直で磁気センサを通る平面で破断した断面図である。
【図１１】従来例に係るステッピングモータに関する特性図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ステッピングモータ
２  マグネット
３  ロータ
４ａ  第１のコイル
４ｂ  第２のコイル
５ａ  第１のヨーク
５ｂ  第２のヨーク
６  磁気センサ（磁極検出手段）
６ａ  第１の感磁極
６ｂ  第２の感磁極
７  モータカバー
１０駆動回路
１１  ブリッジ回路
１２  コントローラ（制御手段）
１３  角度補正部
【図１】
0005464788.tif 000004
【図２】
0005464788.tif 000005
【図３】
0005464788.tif 000006
【図４】
0005464788.tif 000007
【図５】
0005464788.tif 000008
【図６】
0005464788.tif 000009
【図７】
0005464788.tif 000010
【図８】
0005464788.tif 000011
【図９】
0005464788.tif 000012
【図１０】
0005464788.tif 000013
【図１１】
0005464788.tif 000014