(57)【要約】【課題】短時間で高品位かつ高精度なモータの減速停止制御を可能とすること【解決手段】マグネットを有するロータと、マグネットに対向する磁極を備えるヨークと、ヨークの磁極を励磁するコイルと、所定の時間間隔にしたがってコイルへの通電方向を切り換える第１の駆動方法またはロータの回転位置を検出する位置センサの出力に応じてコイルへの通電方向を切り換える第２の駆動方法によりロータの回転を制御する制御部と、を有するモータの制御方法であって、第２の駆動方法でロータを定速駆動させる駆動ステップと、駆動ステップにおけるモータの駆動電圧およびロータの回転数に基づいてロータの停止に必要な駆動パルス数を算出する算出ステップと、駆動パルス数に基づいて、ロータの減速を開始する減速ステップと、第１の駆動方法で駆動した後、停止する停止ステップと、を有する。【選択図】図１
2015162945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットを有するロータと、
前記マグネットに対向する磁極を備えるヨークと、
前記ヨークの磁極を励磁するコイルと、
所定の時間間隔にしたがって前記コイルへの通電方向を切り換える第１の駆動方法または前記ロータの回転位置を検出する位置センサの出力に応じて前記コイルへの通電方向を切り換える第２の駆動方法により前記ロータの回転を制御する制御部と、を有するモータの制御方法であって、
前記第２の駆動方法で前記ロータを定速駆動させる駆動ステップと、
前記駆動ステップにおける前記モータの駆動電圧および前記ロータの回転数に基づいて前記ロータの停止に必要な駆動パルス数を算出する算出ステップと、
前記駆動パルス数に基づいて、前記ロータの減速を開始する減速ステップと、
前記第１の駆動方法で駆動した後、停止する停止ステップと、を有することを特徴とするモータの制御方法。
【請求項２】
前記駆動パルス数は、以下の式に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御方法。
2015162945.tif 000007
ａ：補正係数  ＸＡ：駆動パルス数  Ｎ：回転数  ＴＡ：負荷トルク
Ｖ：駆動電圧  Ｖｒｅｆ：基準電圧
ＴＶｒｅｆ：基準電圧起動トルク
ＮＶｒｅｆ：基準電圧無負荷回転数
【請求項３】
前記減速ステップにおいて、前記ロータは、前記第２の駆動方法で減速されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの制御方法。
【請求項４】
前記減速ステップにおいて、前記ロータは、前記モータへの給電を停止することで減速されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの制御方法
【請求項５】
前記減速ステップにおいて、前記ロータは、前記コイルの端子間を短絡したショートブレーキで減速されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの制御方法。
【請求項６】
マグネットを有するロータと、
前記マグネットに対向する磁極を備えるヨークと、
前記ヨークの磁極を励磁するコイルと、
所定の時間間隔にしたがって前記コイルへの通電方向を切り換える第１の駆動方法または前記ロータの回転位置を検出する位置センサの出力に応じて前記コイルへの通電方向を切り換える第２の駆動方法により前記ロータの回転を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第２の駆動方法で前記ロータを定速駆動させているときの駆動電圧および前記ロータの回転数に基づいて前記ロータの停止に必要な駆動パルス数を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御方法およびモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、起動に際してまず決められた駆動周波数による同期運転を行った後、回転子の回転位置を検出する検出センサからの検出信号をもとに駆動制御を行うフィードバック駆動で制御されるモータが知られている。停止に際しては、まずフィードバック駆動において減速を行った後、同期運転モードによるオープンループ駆動を行ってから目標位置に停止するよう駆動制御されていた。
【０００３】
特許文献１では、減速時、回転設定信号生成部にブラシレスモータを高速回転から低速回転とする繰り返しパルス信号が入力されると、回転設定信号生成部の出力は強制的に零とされる。そのため、ブラシレスモータに対するＰＷＭ（パルス幅変調）制御が停止され、所定時間経過後、ブラシレスモータは、ＰＷＭ制御により低速回転状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３６９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された従来技術では、高速回転から低速回転への移行に際して一定時間の間、ブラシレスモータに対するＰＷＭ制御が停止されて減速制御が行われた後、低速同期駆動に移行するようになっている。ＰＷＭ制御により低速回転状態とするのに適した回転状態となるまでの時間は、予め計算やシミュレーションにより、また、実験データに基づいて設定されるのが好適であるとされている。これらシミュレーションの方法、実験データを取得するための方法は何ら開示されていないため、好適に設定することは困難であり、さらには、低速同期駆動後に目標位置に停止させる制御方法に関しては何ら記述がない。
【０００６】
このような課題を鑑みて、本発明は、減速停止に必要なパルス数を予め計算し、減速を開始するタイミングを決定することで、不要な同期運転モードのパルス数を減らし、短時間で高品位かつ高精度なモータの減速停止制御を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としてのモータの制御方法は、マグネットを有するロータと、前記マグネットに対向する磁極を備えるヨークと、前記ヨークの磁極を励磁するコイルと、所定の時間間隔にしたがって前記コイルへの通電方向を切り換える第１の駆動方法または前記ロータの回転位置を検出する位置センサの出力に応じて前記コイルへの通電方向を切り換える第２の駆動方法により前記ロータの回転を制御する制御部と、を有するモータの制御方法であって、前記第２の駆動方法で前記ロータを定速駆動させる駆動ステップと、前記駆動ステップにおける前記モータの駆動電圧および前記ロータの回転数に基づいて前記ロータの停止に必要な駆動パルス数を算出する算出ステップと、前記駆動パルス数に基づいて、前記ロータの減速を開始する減速ステップと、前記第１の駆動方法で駆動した後、停止する停止ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の側面としてのモータ駆動装置は、マグネットを有するロータと、前記マグネットに対向する磁極を備えるヨークと、前記ヨークの磁極を励磁するコイルと、所定の時間間隔にしたがって前記コイルへの通電方向を切り換える第１の駆動方法または前記ロータの回転位置を検出する位置センサの出力に応じて前記コイルへの通電方向を切り換える第２の駆動方法により前記ロータの回転を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第２の駆動方法で前記ロータを定速駆動させているときの駆動電圧および前記ロータの回転数に基づいて前記ロータの停止に必要な駆動パルス数を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、短時間で高品位かつ高精度なモータの減速停止制御を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置に搭載されるモータの分解斜視図である。
【図２】モータ駆動回路の構成図である。
【図３】モータの軸方向断面図である。
【図４】ロータの回転角度とモータトルクおよび各信号の関係を示す図である。
【図５】進角回路の構成を示す回路図である。
【図６】フィードバック駆動の動作を示すモータの軸方向断面図である。
【図７】進角回路から出力される進角信号が所定の進角αを有する場合のロータの回転角度とモータトルクおよび各信号の出力との関係を示す図である。
【図８】モータのＴ−Ｎ特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
まず、図１を用いて、部品構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置に搭載されるモータ１０１の分解斜視図である。
【００１３】
ロータ２０２は、マグネット２０２ａとシャフト部２０２ｂを有する。マグネット２０２ａ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。シャフト部２０２ｂは、第１の軸受４０３と第２の軸受４０４によって、軸支される。第１および第２のコイル２０３，２０４には、それぞれ非導電部材で形成された第１のボビン４０１と第２のボビン４０２が巻かれている。第１および第２のヨーク２０５，２０６は、電磁鋼板等で形成されている。リング部材４０５は、第１および第２のボビン４０１，４０２の位置決めを行う。フレキシブルプリント基板４０６は、第１および第２のコイル２０３，２０４に通電を行うために設けられている。また、フレキシブルプリント基板４０６には、位置検出素子（不図示）が実装されている。位置検出素子は、マグネット２０２ａの周方向に配置された後述する第１および第２の位置センサ２０７，２０８を有する。
【００１４】
次に、各部品の相関について説明する。ロータ２０２は長軸側が第１の軸受４０３に、短軸側が第２の軸受４０４により軸支されている。第１および第２の軸受４０３，４０４は、それぞれ第１および第２のボビン４０１，４０２に形成された穴部（第１および第２のコイル２０３，２０４の内径部）４０１ａ，４０２ａに挿通される。そして、第１および第２の軸受４０３，４０４の外径部は、それぞれ第１および第２のヨーク２０５，２０６に形成された穴部２０５ａ，２０６ａに圧入により固定される。その際、第１および第２のヨーク２０５，２０６の歯部２０５ｂ，２０６ｂは、それぞれ第１および第２のボビン４０１，４０２に形成された穴部４０１ｂ，４０２ｂに挿通される。以上により第１のボビン（コイル含む）４０１、第１のヨーク２０５および第１の軸受４０３と、第２のボビン（コイル含む）４０２、第２のヨーク２０６および第２の軸受４０４がそれぞれ一体となる。そして、第１およびだい２のボビン４０１，４０２に形成された内径部４０１ｃ，４０２ｃがリング部材４０５の外径部４０５ａに嵌合する。このとき、歯部２０５ｂ，２０６ｂの先端付近がマグネット２０２ａの外周面に対向するように配置される。第１および第２のボビン４０１，０２に形成されたコイル端子の絡げ部４０１ｄ，４０２ｄは、それぞれフレキシブルプリント基板４０６に形成された穴部４０６ａ，４０６ｂを挿通する。また、第１および第２のヨーク２０５，２０６に形成された突起部２０５ｃ，２０６ｃは、それぞれフレキシブルプリント基板４０６に形成された穴部４０６ｃ，４０６ｄを挿通される。
【００１５】
次に、図２を用いて、モータの駆動について説明する。図２は、モータ駆動回路の構成図である。
【００１６】
まず、同期運転であるところのオープンループ駆動（ＯＰ駆動）について説明する。モータ１０１は、オープンループ駆動回路３０４とモータドライバ３０５によって、ＯＰ駆動を行うことができる。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のものであり、所定の時間間隔（駆動パルス間隔）にしたがってモータのコイルの通電状態を切り替える駆動方法である。本実施形態では、オープンループ駆動回路３０４とモータドライバ３０５は、入力された駆動パルス間隔（駆動周波数）と回転方向にしたがって、第１および第２のコイル２０３，２０４の通電を順次切り替える。そうすることで、ロータ２０２を所望の速度で回転させることが可能である（速度制御）。また、入力された駆動パルス数にしたがって、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）。ＯＰ駆動では、位置検出素子の検出結果の影響を受けずにコイルへの通電切り替えタイミングを制御することができる。しかしながら、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してロータが応答できなくなり、脱調を起こす可能性が高まる。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。
【００１７】
次に、フィードバック駆動（ＦＢ駆動）について説明する。モータ１０１は、フィードバック駆動回路３０３とモータドライバ３０５によって、ＦＢ駆動を行うことができる。ＦＢ駆動とは、位置検出素子の出力に応じてモータのコイルの通電状態を切り替える駆動方法である。本実施形態では、フィードバック駆動回路３０３とモータドライバ３０５は、入力された駆動パルス数と回転方向および位置検出素子の出力する検出信号をもとに生成される進角信号にしたがって、第１および第２のコイル２０３，２０４の通電を順次切り替える。そうすることで、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および第２のコイル２０３，２０４に流す電流あるい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が可能である（電流／電圧制御）。また、位置検出素子の検出信号と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）。進角制御については後述する。ＦＢ駆動では、位置検出素子の出力に応じてコイルへの通電状態を切り替える。コイルの通電切り替えはロータの位置に合わせて行うため、ロータの応答遅れによる脱調の発生を低減でき、高速駆動が可能になる。
【００１８】
次に、図３を用いて、モータ１０１の第１および第２のヨーク２０５，２０６と第１および第２の位置センサ２０７，２０８の位置関係について説明する。図３は、モータ１０１の軸方向断面図であり、第１のヨーク２０５の磁極歯２０５ｂ−１〜２０５ｂ−４、第２のヨーク２０６の磁極歯２０６ｂ−１〜２０６ｂ−４、第１および第２の位置センサ２０７，２０８およびロータ２０２の位置関係を示している。図中の時計回りを正の方向とする。本実施形態では、マグネット２０２ａの極数は８極、着磁角Ｐは４５°である。第１のヨーク２０５を基準とすると、第２のヨーク２０６との位相差Ｐ／２は−２２．５°、第１の位置センサ２０７との位相差β１は＋２２．５°、第２の位置センサ２０８との位相差β２は−４５°である。
【００１９】
以下の説明では、電気角を用いてモータ１０１の動作を説明する。電気角とは、マグネット磁力の１周期を３６０°として表したものである。ロータの極数をＭ、実際の角度をθ０とすると、電気角θは式（１）で表せる。
【００２０】
θ＝θ０×Ｍ／２     （１）
第１および第２のヨーク２０５，２０６の位相差、第１および第２の位置センサ２０７，２０８の位相差および第１のヨーク２０５と第１の位置センサ２０７との位相差はすべて電気角で９０°である。なお、図３において、第１のヨーク２０５の各磁極歯中心とマグネット２０２ａのＮ極中心が対向している。この状態をロータ２０２の初期状態とし、電気角０°とする。
【００２１】
ここで、図４を用いて、モータ１０１におけるロータ２０２の回転位置とモータトルクとの関係およびロータ２０２の回転位置と各信号の出力の関係について説明する。図４は、ロータ２０２の回転角度とモータトルクおよび各信号の関係を示す図である。
【００２２】
図４（１）は、ロータ２０２の回転角度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、縦軸はモータトルクを示す。モータトルクは、ロータ２０２を図３の時計回りに回転させるトルクを正とする。
【００２３】
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極に励磁され、マグネット２０２ａ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極に励磁され、マグネット２０２ａ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の回転にともなって概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、概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°の位相をもって配置されるため、４つのトルクは互いに電気角で９０°の位相差を持っている。
【００２４】
図４（２）は、ロータ２０２の回転角度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、縦軸は各信号の出力を示す。
【００２５】
マグネット２０２ａ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の位置センサ２０７からは概略正弦波状の信号が得られる（センサ信号Ａ）。なお、本実施形態では、第１の位置センサ２０７は、マグネット２０２ａ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°の位相をもって配置されるため、第２の位置センサ２０８からは余弦波状の信号が得られる（センサ信号Ｂ）。なお、本実施形態では、第２の位置センサ２０８は、第１の位置センサ２０７に対して極性を反転してあるため、マグネット２０２ａのＳ極と対向するときに正の値を出力する。
【００２６】
フィードバック駆動回路３０３の一部である進角回路は、位置センサ信号処理回路３０１にて処理された各位置センサの出力をもとに所定の演算を行い、制御部３０２によって設定される任意の進角を有する第１および第２の進角信号を出力する。以下、進角信号の演算方法について述べる。
【００２７】
電気角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、各信号は式（２）で表せる。
【００２８】
ＨＥ１＝ｓｉｎθ，ＨＥ２＝ｃｏｓθ （２）
また、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、各進角信号は式（３−１），（３−２）で求めることができる。
【００２９】
ＰＳ１＝ｓｉｎ（θ＋α）＝ＨＥ１×ｃｏｓα＋ＨＥ２×ｓｉｎα   （３−１）
ＰＳ２＝ｃｏｓ（θ＋α）＝ＨＥ２×ｃｏｓα−ＨＥ１×ｓｉｎα   （３−２）
本実施形態では、この演算式をもとに進角回路を構成する。
【００３０】
図５は、進角回路の構成を示す回路図である。本実施形態における進角回路を、例えば図５に示すようなアナログ回路で構成することで上述した演算が実現可能である。まず、各位置センサの出力を所定の増幅率Ａだけ増幅した信号と、さらにそれらを反転させた信号を生成する（Ａｓｉｎθ，Ａｃｏｓθ，−Ａｓｉｎθ，−Ａｃｏｓθ）。それらに適切な抵抗値Ｒ１，Ｒ２を掛けて加算することにより、進角信号を生成する。第１および第２の進角信号ＰＳ１，ＰＳ２は、式（４−１），（４−２）で表せる。
【００３１】
ＰＳ１＝Ａ×（Ｒ／Ｒ１）×ｓｉｎθ＋Ａ×（Ｒ／Ｒ２）ｃｏｓθ   （４−１）
ＰＳ２＝Ａ×（Ｒ／Ｒ１）×ｃｏｓθ−Ａ×（Ｒ／Ｒ２）ｓｉｎθ   （４−２）
したがって、回路中の可変抵抗Ｒ，Ｒ１，Ｒ２を式（５）に示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。
【００３２】
Ｒ／Ｒ１＝ｃｏｓα，Ｒ／Ｒ２＝ｓｉｎα    （５）
さらに、第１および第２の進角信号ＰＳ１，ＰＳ２に対してコンパレータを用いて２値化した２値化信号を出力する。
【００３３】
以上に説明した進角信号の生成方法は、本発明を実現するための一例であり、この方法のみに限定されない。上記の演算を行うデジタル回路によって進角信号を生成してもよいし、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。これら周知の方法を用いても上述した進角信号の生成方法と同様の効果が得られる。
【００３４】
ここで、ＦＢ駆動における通電切り替えについて説明する。
【００３５】
まず、進角回路から出力される進角信号が有する進角がゼロの場合のＦＢ駆動の動作を説明する。
【００３６】
進角信号Ａ，Ｂは、位置センサ信号Ａ，Ｂに対して、前述の進角演算を行い、進角を与えた信号である。図４（２）では、進角がゼロの場合を示しており、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がそれぞれ一致している。２値化信号Ａ，Ｂは、進角信号Ａ，Ｂに対してコンパレータを用いて２値化を行った信号である。
【００３７】
ＦＢ駆動では、２値化信号Ａをもとに第１のコイル２０３の通電を切り替え、２値化信号Ｂをもとに第２のコイル２０４の通電を切り替える。２値化信号Ａが正の値を示すときは第１のコイル２０３に正方向の電流を流し、負の値を示すときは第１のコイル２０３に逆方向の電流を流す。また、２値化信号Ｂが正の値を示すときは第２のコイル２０４に正方向の通電を流し、負の値を示すときは第２のコイル２０４に逆方向の通電を流す。
【００３８】
図６は、ＦＢ駆動の動作を示すモータ１０１の軸方向断面図である。
【００３９】
図６（ａ）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で１３５°回転した状態を示している。各進角信号は図４（２）の（ａ）における値を示しており、２値化信号Ａは正、２値化信号Ｂは負の値を示している。したがって、第１のコイル２０３には正方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＮ極に励磁され、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極に励磁される。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−に対応する図中時計回りのトルクが働き、ロータ２０２は図３のθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４０】
図６（ｂ）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で１８０°回転した状態を示している。第１の位置センサ２０７は、マグネット２０２ａのＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角１８０°を境に２値化信号Ａは正の値から負の値に切り換わり、第１のコイル２０３への通電方向が正方向から逆方向へ切り換わる。この電気角は、図４（１）のトルク曲線Ａ＋Ｂ−とトルク曲線Ａ−Ｂ−との交点の電気角と一致する。
【００４１】
図６（ｂ’）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で１８０°回転し、第１のコイル２０３の通電方向が切り換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極に励磁され、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極に励磁される。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する図中時計回りのトルクが働き、ロータ２０２は図３のθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４２】
図６（ｃ）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で２２５°回転した状態を示している。各進角信号は図４（２）の（ｃ）における値を示しており、２値化信号Ａ，Ｂはともに負の値を示している。したがって、第１のコイル２０３には負方向の電流が流れて第１のヨーク２０５はＳ極に励磁され、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極に励磁される。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ−に対応する図中時計回りのトルクが働き、ロータ２０２は図３のθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４３】
図６（ｄ）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で２７０°回転した状態を示している。第２の位置センサ２０８は、マグネット２０２ａのＮ極とＳ極の境界に位置する。そのため、電気角２７０°を境に２値化信号Ｂは負の値から正の値に切り換わり、第２のコイル２０４への通電方向が逆方向から正方向へ切り換わる。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。
【００４４】
図６（ｄ’）は、ロータ２０２が図３の状態から電気角で２７０°回転し、第２のコイル２０４の通電方向が切り換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Ｓ極に励磁され、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極に励磁される。このとき、図４（１）のトルク曲線Ａ−Ｂ＋に対応する図中時計回りのトルクがはたらき、ロータ２０２は図３のθ方向の回転力を受けて回転する。
【００４５】
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可能となる。また、２値化信号ＡまたはＢの正負を反転させれば、逆回転も可能である。
【００４６】
次に、進角回路から出力される進角信号が所定の進角αを有する場合のＦＢ駆動の動作を説明する。
【００４７】
図７は、進角回路から出力される進角信号が所定の進角αを有する場合のロータの回転角度とモータトルクおよび各信号の出力との関係を示すグラフである。
【００４８】
図７（２）は、ロータ２０２の回転角度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、縦軸は各信号の出力を示す。図７（２）において、進角信号Ａ，Ｂは、それぞれセンサ信号Ａ，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をもとに生成された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をもとに第１のコイル２０３の通電を切り替え、２値化信号Ｂをもとに第２のコイル２０４の通電を切り替えるため、コイルの通電切り替えタイミングは進角がゼロのときに比べて進角αだけ早いことになる。
【００４９】
本実施形態では、ＯＰ駆動とＦＢ駆動とを組み合わせて制御することによって、通常のステップモータと同等の精度で目標位置に停止可能であるとともに、通常のステップモータに比べ、より高速に目標位置に到達可能となる。減速から停止に至る制御においては、ＦＢ駆動から減速した後、低速のＯＰ駆動に移行してから目標位置に停止する必要がある。そのため、減速開始からＯＰ駆動に移行するまでのパルス数は、目標位置までのパルス数を超えてはならない。これは停止前にはステップモータとしての機能を利用して、目的の位置に停止させることが必要なためである。どのような条件においても、ＦＢ駆動から減速を行った後にＯＰ駆動に移行し、目標位置に停止するためには、減速に必要なパルス数を上回る大幅な余裕をもって減速開始位置を設定する必要が生じる。このことは、減速に必要なパルス数がごく少なくて済むような状況においては、低速同期駆動であるＯＰ駆動での駆動量が大幅に増えることを意味する。すなわち、このような状況ではステップ駆動による低速駆動が長時間行われるので、停止に要する時間も増大する。また、ステップ駆動の駆動音が長時間発生するため品位を損なってしまう。
【００５０】
この問題を解決するために本発明では、以下に説明するように減速停止に必要なパルス数を演算し、その値に応じて減速開始タイミングを制御している。図８を用いてその方法を詳述する。図８は、モータのＴ−Ｎ特性図である。
【００５１】
例えば、駆動電圧２．８［Ｖ］における起動トルクＴ２８［Ｎ・ｍ］と無負荷回転数Ｎ２８［ｒａｄ／ｓｅｃ］が分かっていると、駆動電圧２．８［Ｖ］におけるＴ−Ｎ線図８０１が得られる。簡単のためにＴ−Ｎ線図は、線形性を有するものと仮定する。一般的にモータの特性は電圧比例性を有しており、ある電圧に対するＴ−Ｎ線図が得られれば、他の電圧における特性は推測できる。例えば、駆動電圧３．５［Ｖ］における起動トルクＴ３５［Ｎ・ｍ］は、駆動電圧２．８［Ｖ］時の起動トルクＴ２８［Ｎ・ｍ］に電圧比３．５／２．８を掛けた値として算出される。同じように、駆動電圧３．５［Ｖ］時の無負荷回転数Ｎ３５［ｒａｄ／ｓｅｃ］も駆動電圧２．８［Ｖ］時の無負荷回転数Ｎ２８［ｒａｄ／ｓｅｃ］に、電圧比３．５／２．８を掛けた値として算出される。
【００５２】
また、ある回転体が負荷トルクＴ［Ｎ・ｍ］を受けて減速停止するまでに必要な回転角度θ［ｒａｄ］は、回転体の運動方程式から簡単に求めることができる。ある回転体が減速停止するまでに必要な回転角度をθ［ｒａｄ］、負荷トルクＴ［Ｎ・ｍ］、慣性モーメントＩ［Ｎ・ｍ２］、減速角加速度β［ｒａｄ／ｓｅｃ２］、回転数Ｎ［ｒａｄ／ｓｅｃ］とすると、回転角度θ［ｒａｄ］は式（６）で表せる。
2015162945.tif 000003
【００５３】
式（６）に示されるように、減速停止するまでに必要な回転角度θ［ｒａｄ］は、回転数Ｎ［ｒａｄ／ｓｅｃ］の２乗に比例し、負荷トルクＴ［Ｎ・ｍ］に反比例することが分かる。このことから減速開始に際して（ＦＢ駆動による定速駆動時）、そのときの回転数Ｎ［ｒａｄ／ｓｅｃ］と、負荷トルクＴ［Ｎ・ｍ］が分かれば減速停止するまでに必要な回転角度θ［ｒａｄ］を見積もることが出来ることになる。
【００５４】
図８を用いて、減速開始時における回転数がＮ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、駆動電圧が３．５［Ｖ］であったときの減速停止するまでに必要な回転角度θ［ｒａｄ］を導く方法を説明する。まず、上述したように、無負荷回転数Ｎ２８、起動トルクＴ２８から無負荷回転数Ｎ３５、起動トルクＴ３５を算出することができる。これらの値が分かれば、このときの負荷トルクＴＡは式（７）〜（９）で表される。
2015162945.tif 000004
【００５５】
式（７）から（９）をまとめて、式（１０）として表される。
2015162945.tif 000005
【００５６】
Ｖは駆動電圧、Ｖｒｅｆは基準電圧、ＴＶｒｅｆは基準電圧での起動トルク、ＮＶｒｅｆは基準電圧での無負荷回転数である。
【００５７】
負荷トルクＴＡが分かれば、補正係数をａとして、式（６）を書き換えた式（１１）から停止するまでに必要な駆動パルス数ＸＡを見積もることが可能となる。
2015162945.tif 000006
【００５８】
補正係数ａは、実験などにより減速開始から目標停止位置までのパルス数を超えないように設定すればよい。そして、この値を基準として減速停止するまでに必要な駆動パルス数ＸＡだけ目標停止位置の手前からＦＢ駆動で減速を開始する。その後、ロータ２０２の回転との同期を取ることで低速同期駆動に切り替えてから目標停止位置に停止することで、短時間に高精度かつ品位良く停止することが可能となる。
【００５９】
本実施形態においては、減速をＦＢ駆動として説明したが、減速停止するまでに必要な駆動パルス数ＸＡは通電が行われない無通電制御(負荷トルクのみを受ける)状態での値として得られる。そのため、減速方法は、ＦＢ駆動に限定されるものではなく、モータへの給電を停止する方法やコイル端子間を短絡状態とするショートブレーキによる方法であってもよい。いずれの方法であっても実験により補正係数ａの値を適宜決定すればよい。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
２０２          ロータ
２０３，２０４  励磁コイル
２０５，２０６  ヨーク
３０２          制御部
【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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