特許 6591471 モータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6591471

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】モータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/22 20060101AFI20191007BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   H02P8/22

   H02P27/08

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-43987(P2017-43987)

(22)【出願日】2017年3月8日

(65)【公開番号】特開2018-148749(P2018-148749A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2018年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(74)【代理人】

【識別番号】100110788

【弁理士】

【氏名又は名称】椿 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100124589

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 竜郎

(74)【代理人】

【識別番号】100166811

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 剛

(72)【発明者】

【氏名】関 徹也

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 圭

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１３６６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０５１８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４１４４６０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ８／２２

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置であって、
１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を、モータの固有振動数に対するＰＷＭ基本周波数の割合に基づき決定することを特徴とする、モータ駆動制御装置。

【請求項2】

ＰＷＭ基本周波数をｆ１、モータの固有振動数をｆ０、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数をｍ、固有振動数に対するマージンを示す係数をｋとしたとき、
ｍ≧ｋ×ｆ１／ｆ０
の関係を満たす、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項3】

前記ステッピングモータの回転数に応じて、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が上記ｍ以上となるよう制御する、請求項２に記載のモータ駆動制御装置。

【請求項4】

前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、前記ステッピングモータの固有振動数に近似しないように、前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が制御される、請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。

【請求項5】

前記ステッピングモータの回転数に応じて、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を変化させる機能を有する、請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。

【請求項6】

マイクロステップは、前記ステッピングモータの基本ステップ角を分割するものであり、その分割数を調整することで、前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を制御する、請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。

【請求項7】

ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置の制御方法であって、
１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を、モータの固有振動数に対するＰＷＭ基本周波数の割合に基づき決定することを特徴とする、モータ駆動制御装置の制御方法。

【請求項8】

ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置の制御プログラムであって、
１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を、モータの固有振動数に対するＰＷＭ基本周波数の割合に基づき決定するステップをコンピュータに実行させる、モータ駆動制御装置の制御プログラム。

【請求項9】

ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置における、基本ステップ角の分割数の決定方法であって、
１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を、モータの固有振動数に対するＰＷＭ基本周波数の割合に基づき決定し、前記ＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、前記ステッピングモータの固有振動数に近似しないように、前記基本ステップ角の分割数を決定する、基本ステップ角の分割数の決定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明はモータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法に関し、特に、モータの振動または騒音への対策を図ることができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロステップ駆動は、駆動回路であるドライバの電流制御により、ステッピングモータの基本ステップ角度をさらに細かく制御する駆動方式である。より詳しくは、マイクロステップ駆動は、モータに含まれるそれぞれのコイルに流す電流配分を細かく分割することで、基本ステップ角度よりも小さなステップ角度での運転を実現するものである。

【0003】

図７は、マイクロステップ駆動について説明するためのタイミングチャートである。

【0004】

図７において、横軸は時間の経過を示し、（ａ）はモータ駆動パルス（モータ駆動の基本ステップ）、（ｂ）はマイクロステップ、（ｃ）はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期（ＰＷＭ制御のパルス）の波形例が、それぞれ、示されている。

【0005】

図７（ａ）に示されるように、ステッピングモータの駆動パルス（基本ステップ）の数は、モータの回転速度に応じて、１秒（ｓｅｃ）間に３６０パルス、４８０パルス、６４０パルス、８００パルスなど（３６０ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ）、４８０ｐｐｓ、６４０ｐｐｓ、８００ｐｐｓなど）に制御される。パルス数が多いほど、モータは高速で回転する。

【0006】

図７（ｂ）に示されるように、ステッピングモータの駆動パルスの１周期が例えば３２に分割され、その１つが１マイクロステップの周期とされる。

【0007】

図７（ｃ）に示されるように、ＰＷＭ制御の基本周波数は、本例では２５ｋＨｚに固定されている。ＰＷＭ制御の基本周波数は、２０ｋＨｚ以下ではモータ音が悪化し、３０ｋＨｚ以上ではＣＰＵの演算負荷が大きくなるので、２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの範囲内で設定されることが望ましい。

【0008】

例えばモータの回転が１秒に３６０パルスで制御され、１パルスが３２マイクロステップに分割されるのであれば、理論的には、１秒には、３６０×３２＝１１，５２０マイクロステップが含まれることになり、マイクロステップの周波数は、１１，５２０Ｈｚ＝１１．５２ｋＨｚとなる。ＰＷＭ制御の基本周波数が２５ｋＨｚとされているので、マイクロステップの１周期内にＰＷＭ制御のパルスは、理論的には、２５／１１．５２＝２．１７周期（２．１７個）含まれることとなる。

【0009】

モータの回転がより早く、１秒に４８０パルスで制御されるときも、１パルスは３２マイクロステップに分割されるので、理論的には、１秒には、４８０×３２＝１５，３６０マイクロステップが含まれることになり、マイクロステップの周波数は、１５，３６０Ｈｚ＝１５．３６ｋＨｚとなる。ＰＷＭ制御の基本周波数が２５ｋＨｚとされているので、マイクロステップの１周期内にＰＷＭ制御のパルスは、理論的には、２５／１５．３６＝１．６３周期（１．６３個）含まれることとなる。

【0010】

下記特許文献１は、ステッピングモータをマイクロステップ駆動する技術を開示している。特許文献１はさらに、モータ駆動による騒音の発生を抑制するとともに、マイクロコンピュータによる制御処理の負担を軽減させることができるステッピングモータの駆動装置を開示している。

【0011】

特許文献１のステッピングモータの駆動装置は、ステッピングモータの駆動信号の周波数と、該信号の１周期内の分割数との積が、モータの駆動速度全域にわたって一定周波数となるように１周期内の分割数を制御する制御手段と、一定周波数信号の音レベルを減衰させるフィルタとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００３−３０９９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ基本周波数（クロック周波数）の逓倍成分がモータの固有振動数と近似すると、共振現象が発生する。共振現象が発生すると、モータの振動や騒音につながる。特許文献１の技術では、このような現象により発生するモータの振動や騒音を解決することはできない。

【0014】

この発明は、モータの振動または騒音への対策を図ることができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するため、この発明のある局面に従うと、モータ駆動制御装置は、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置であって、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を制御することを特徴とする。

【0016】

好ましくは、モータ駆動制御装置は、ＰＷＭ基本周波数をｆ１、モータの固有振動数をｆ０、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数をｍ、固有振動数に対するマージンを示す係数をｋとしたとき、
ｍ≧ｋ×ｆ１／ｆ０
の関係を満たす。

【0017】

好ましくは、モータ駆動制御装置は、前記ステッピングモータの回転数に応じて、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が上記ｍ以上となるよう制御する。

【0018】

好ましくは、モータ駆動制御装置においては、前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、前記ステッピングモータの固有振動数に近似しないように、前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が制御される。

【0019】

好ましくは、モータ駆動制御装置は、前記ステッピングモータの回転数に応じて、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を変化させる機能を有する。

【0020】

好ましくは、モータ駆動制御装置において、マイクロステップは、前記ステッピングモータの基本ステップ角を分割するものであり、モータ駆動制御装置は、その分割数を調整することで、前記１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を制御する。

【0021】

この発明の他の局面に従うと、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置の制御方法は、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を制御することを特徴とする。

【0022】

この発明のさらに他の局面に従うと、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置の制御プログラムは、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周期の回数を制御するステップをコンピュータに実行させる。

【0023】

この発明のさらに他の局面に従うと、ステッピングモータをマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置における、基本ステップ角の分割数の決定方法は、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、前記ステッピングモータの固有振動数に近似しないように、前記基本ステップ角の分割数を決定する。

【発明の効果】

【0024】

この発明によると、モータの振動または騒音への対策を図ることができるモータ駆動制御装置、モータ駆動制御装置の制御方法、モータ駆動制御装置の制御プログラム、および基本ステップ角の分割数の決定方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施の形態の１つにおけるモータとモータ制御装置のブロック図である。

【図2】ステッピングモータの回路構成を模式的に示す図である。

【図3】モータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を大まかに説明するフローチャートである。

【図4】モータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を従来技術と比較して説明する図である。

【図5】従来技術におけるモータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を説明するタイミングチャートである。

【図6】本発明の実施の形態の１つにおけるモータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を説明するタイミングチャートである。

【図7】マイクロステップ駆動について説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータとモータ制御装置のブロック図である。

【0027】

図１に示されるように、装置１は、モータ制御装置１０と、ステッピングモータ２０と、図示していないギアボックスと、これらを収納するケースとを有している。ステッピングモータ２０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動される。ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル及びＢ相のコイル（図２に示す。）を有している。ステッピングモータ２０は、モータ制御装置１０から各相のコイルに駆動電力が供給されて駆動される。ステッピングモータ２０は、例えば、車両に搭載される空調装置用のアクチュエータとして利用されることができる。ただし、ステッピングモータ２０の用途はこれに限られるものではない。

【0028】

このように、ステッピングモータ２０は、複数相のコイルを有する。モータ制御装置１０は、各相のコイルの通電状態を制御する。また、モータ制御装置１０は、基本ステップ角を細分化するマイクロステップ機能を有する。

【0029】

モータ制御装置１０は、制御回路１２と、駆動回路１４とを有している。

【0030】

駆動回路１４は、モータ駆動部１４２と、電流センサ１４４とを有している。駆動回路１４は、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給し、ステッピングモータ２０を駆動する。

【0031】

制御回路１２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置；コンピュータの一例）１２２と、電流測定部１２４と、逆起電圧測定部１２６とを有している。制御回路１２は、駆動回路１４の制御を行うことで、ステッピングモータ２０の駆動を制御する。本実施の形態において、制御回路１２は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されている。

【0032】

モータ駆動部１４２は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに電圧を印加するモジュールである。モータ駆動部１４２には、ＣＰＵ１２２から制御信号が送られる。モータ駆動部１４２は、制御信号に基づいて、電圧を印加する。本実施の形態では、駆動回路１４とステッピングモータ２０とは、Ａ相の正極（＋）、Ａ相の負極（−）、Ｂ相の正極（＋）、Ｂ相の負極（−）の４つのラインで接続されている。モータ駆動部１４２は、制御信号に応じて、これらの各ラインを介して、ステッピングモータ２０に駆動電力を供給する。

【0033】

電流センサ１４４は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに流れる電流（コイル電流）をセンシングするモジュールである。電流センサ１４４は、コイル電流のセンシング結果を、電流測定部１２４に出力する。

【0034】

電流測定部１２４は、ステッピングモータ２０のコイル電流を測定するモジュールである。電流測定部１２４には、電流センサ１４４から出力されたコイル電流のセンシング結果が入力される。電流測定部１２４は、入力されたセンシング結果に基づいて、コイル電流を測定する。電流測定部１２４は、コイル電流の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

【0035】

逆起電圧測定部１２６は、ステッピングモータ２０の各相のコイルに誘起される逆起電圧を測定するモジュールである。本実施の形態において、逆起電圧測定部１２６は、駆動回路１４とステッピングモータ２０とを接続する４つのラインのそれぞれに接続されている。逆起電圧測定部１２６は、逆起電圧の測定結果を、ＣＰＵ１２２に出力する。

【0036】

ＣＰＵ１２２には、電流測定部１２４から出力されたコイル電流の測定結果と、逆起電圧測定部１２６から出力された逆起電圧の測定結果とが入力される。ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０に印加する電圧を制御するための制御信号を生成する。ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０を駆動するとき、コイル電流の測定結果に基づいて、制御信号を生成する。ＣＰＵ１２２は、生成した制御信号を、モータ駆動部１４２に出力する。

【0037】

図２は、ステッピングモータ２０の回路構成を模式的に示す図である。

【0038】

図２に示されるように、ステッピングモータ２０は、２つのコイル２１ａ，２１ｂと、ロータ２２と、複数のステータヨーク（図示せず）とを有している。

【0039】

コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、ステータヨークを励磁するコイルである。コイル２１ａ，２１ｂは、それぞれ、駆動回路１４に接続されている。コイル２１ａは、Ａ相のコイルである。コイル２１ｂは、Ｂ相のコイルである。コイル２１ａ，２１ｂには、それぞれ異なる位相のコイル電流が流される。

【0040】

ロータ２２は、円周方向に沿って、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが交互に反転するように多極着磁された永久磁石を備える。なお、図２においては、ロータ２２は、Ｓ極２２ｓとＮ極２２ｎとが１つずつ設けられているように簡略化されて示されている。ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に接近して配置されている。ロータ２２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに流れるコイル電流の位相が周期的に切り替えられることで回転する。

【0041】

本実施の形態において、ステッピングモータ２０が駆動されるとき、モータ駆動部１４２は、コイル２１ａ，２１ｂのそれぞれに、パルス幅変調されたパルス電圧を印加する。

【0042】

ステッピングモータ２０は、以下のようにして駆動される。すなわち、コイル２１ａには、所定の周期でコイル電流Ｉａの極性（すなわち、コイル電流Ｉａの方向）が変わるように、パルス電圧が印加される（コイル電圧Ｖａ）。他方、コイル２１ｂには、コイル２１ａと同一の周期で、パルス電圧が印加される（コイル電圧Ｖｂ）。コイル２１ｂには、コイル電流Ｉａに対して所定の位相だけ遅れてコイル電流Ｉｂの極性（すなわち、コイル電流Ｉｂの方向）が変わるように、パルス電圧が印加される。

【0043】

コイル２１ａ，２１ｂにそれぞれコイル電流Ｉａ，Ｉｂが流れると、コイル電流Ｉａ，Ｉｂの極性に応じて、コイル２１ａ，２１ｂのステータヨークが励磁される。これにより、ロータ２２が所定のステップ単位で回転する。

【0044】

図３は、モータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の駆動処理を大まかに説明するフローチャートである。

【0045】

このフローチャートでの処理は、ＣＰＵ１２２によって実行される。ＣＰＵ１２２は、その内部にＣＰＵが実行するプログラムを記憶する不揮発記憶装置や、メモリを内蔵するマイクロコンピュータである。

【0046】

ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１２２は、ＰＷＭの周期（ＰＷＭ基本周波数のＰＷＭ周期）を計算する。ＰＷＭの周期は、予め定数としてメモリしておいてもよい。ステップＳ１０３において、ＣＰＵ１２２は、ステッピングモータ２０の回転速度を計算する。例えば、３６０ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ）、４８０ｐｐｓ、６４０ｐｐｓ、８００ｐｐｓなど、モータ回転速度が計算される。

【0047】

ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１２２は、電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）の１／（２＾ｎ）の期間（「２＾ｎ」は、２のｎ乗を示す。）に、ＰＷＭの１周期が３回入るかを判定する。ｎは、５、４、３、２、１の値が順に代入され、ＹＥＳとなった時点で、ステップＳ１０７に移行する。これは、電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）をマイクロステップで分割するときに、電気角１周期中のマイクロステップの数（電気角１周期のマイクロステップによる分割数）を決定する処理である。ステップＳ１０５での処理は、電気角１周期中の１つのマイクロステップの周期にＰＷＭの１周期を３回以上含め、かつ可能な限りマイクロステップの数を増やすものである。（２＾ｎ）は、電気角１周期の分割数である。ｎは、５、４、３、２、１の値が順に代入されるため、分割数は、３２、１６、８、４、２の順に選択されることとなる。ＣＰＵの演算が可能であれば、ｎは６以上から順に代入してもよい。また、分割数２での分割ができないときは、分割数を１としてもよい。

【0048】

また、図３のステップＳ１０５ａに示されるように、ｎ＝６−ｉとし、ｉに１、２、３、４、５、６の数値を順に代入することで、ステップＳ１０５と同様の処理としてもよい。

【0049】

ステップＳ１０７において、電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）中に、（２＾ｎ）個のマイクロステップが入るように（電気角１周期の分割数が（２＾ｎ）となるように）、１マイクロステップの時間長さが設定され、モータの駆動が行われる。

【0050】

図４は、モータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の駆動処理を従来技術と比較して説明する図である。

【0051】

図４においては、モータの回転数が３６０ｐｐｓ（ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ）、４８０ｐｐｓ、６４０ｐｐｓ、８００ｐｐｓのそれぞれである場合における、電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）中に含まれるマイクロステップの数が示されている。「１マイクロステップにＰＷＭが２回の場合」の列は、従来技術の制御を示している。従来技術においては、電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）中に含まれるマイクロステップの数は３２であり、この数は、回転数が変わっても不変である。１マイクロステップ周期は２ＰＷＭ周期程度にされているため、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期は、２回程度（またはそれ以下）となる。

【0052】

従来技術におけるマイクロステップを周波数で表すと、
・３６０ｐｐｓの場合：３６０×３２＝１１．５２ｋＨｚ
・４８０ｐｐｓの場合：４８０×３２＝１５．３６ｋＨｚ
・６４０ｐｐｓの場合：６４０×３２＝２０．４８ｋＨｚ
・８００ｐｐｓの場合：８００×３２＝２５．６０ｋＨｚ
となる。

【0053】

先ず、従来技術の問題点について説明する。

【0054】

図５は、従来技術におけるモータ制御装置が行うステッピングモータの駆動処理を説明するタイミングチャートである。

【0055】

図５において、横軸が時間を示し、上段から順に、モータコイルに流す電流の値、マイクロステップ周期、およびＰＷＭのパルスの波形が示されている。従来技術においては、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期は、３回未満（図では約２．５回）となっている。

【0056】

ＰＷＭ基本周波数は、前述のとおり２５ｋＨｚ（固定）とされている。また、特に小型のモータでは、使用されるヨークのサイズが小さくなる。このため、モータの固有振動数が高くなり、１０ｋＨｚ前後（例えば１２．５ｋＨｚなど）に共振を持っている。従来技術では、１マイクロステップ周期にＰＷＭ周期が２回程度含まれることとなる。その結果、ＰＷＭ周波数２５ｋＨｚの倍成分である１２．５ｋＨｚが電流に含まれることとなる。電流波形にモータの固有振動数に近似する高周波成分が含まれるため、共振現象が発生し、モータの振動、騒音が発生する。ＰＷＭ基本周波数が２５ｋＨｚ以外であっても、特定の半波長が発生する場合は、同様の問題が発生する。

【0057】

図４の「１マイクロステップにＰＷＭが３回の場合」の列は、本実施の形態の制御を示している。

【0058】

図３のフローチャートで示したように、本実施の形態におけるモータ制御装置は、モータの回転速度（１秒間に含まれる駆動パルス数）が変化しても、１マイクロステップ（電気角１周期（モータ駆動パルスの１周期）の１／（２＾ｎ））にＰＷＭの１周期が３回入るように制御が行われる。これにより、モータの回転速度が早くなると、マイクロステップの分割数（２＾ｎ）が少なくされ、１マイクロステップの周期が長くなるよう制御が行われる。

【0059】

図４の本実施の形態におけるマイクロステップを周波数で表すと、
・３６０ｐｐｓの場合：３６０×１６＝５．７６ｋＨｚ
・４８０ｐｐｓの場合：４８０×１６＝７．６８ｋＨｚ
・６４０ｐｐｓの場合：６４０×８＝５．１２ｋＨｚ
・８００ｐｐｓの場合：８００×８＝６．４０ｋＨｚ
となる。いずれの速度の場合においても、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期は、３回以上となる。

【0060】

図６は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ制御装置１０が行うステッピングモータ２０の駆動処理を説明するタイミングチャートである。

【0061】

図６において、横軸が時間を示し、上段から順に、モータコイルに流す電流の値、マイクロステップ周期、およびＰＷＭのパルスの波形が示されている。本実施の形態においては、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期は、３回以上（図では約３．５回）となっている。

【0062】

なお、ＰＷＭ基本周波数ｆ１と、モータの固有振動数ｆ０と、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数（ＰＷＭ基本周波数のパルス信号の個数）ｍとの関係は、以下の数式を満足するようにすることが好ましい。

【0063】

ｆ０÷ｋ≧ｆ１／ｍ
ここに、ｋは、モータの固有周波数に対するマージン係数であり、例えば、√２が使われる。ｋを１として演算してもよい。

【0064】

上式を変形すると、ｍの個数は、
ｍ≧ｋ×ｆ１／ｆ０
となるよう設定される。すなわち、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数がｍ以上となるよう制御する。本実施の形態では、ＰＷＭ基本周波数ｆ１＝２５ｋＨｚ、モータの固有振動数ｆ０＝１２．５ｋＨｚであるため、上式の右辺は、
１．４×２５／１２．５＝２．８
となる。よって、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数（ＰＷＭ基本周波数のパルス信号の個数）ｍは、２．８以上に設定されることが望ましいことがわかる。

【0065】

以上のように、本実施の形態では、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が制御される。

【0066】

本実施の形態においては、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、ステッピングモータ２０の固有振動数に近似しないように、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が制御される。具体的には、ＰＷＭ基本周波数÷（１マイクロステップ周期に含まれる）ＰＷＭ周期の回数の高周波数成分がモータの固有振動数に近似しないように、ＰＷＭ周期の回数が制御される（上述の実施の形態では、１マイクロステップ周期をＰＷＭ周期の回数３回分相当になるように変更することで、モータの固有振動数１２．５ｋＨｚからピークをずらしている。理想的に１マイクロステップ周期がＰＷＭ周期の回数３回分となったとき、マイクロステップの周波数は、約８ｋＨｚ＝２５ｋＨｚ／３となる）。

【0067】

本実施の形態では、ステッピングモータ２０の回転数に応じて、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を変化させる機能を有する。具体的には、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数が、少なくとも上記の回数となるように、ステッピングモータ２０の回転数に応じて、マイクロステップの分割数が調整される。すなわち、マイクロステップの分割数を調整することで、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を制御する。

【0068】

なお、本実施の形態におけるステッピングモータ２０をマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置１０の制御方法では、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を制御する。

【0069】

また、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置１０の制御プログラムは、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数を制御するステップをコンピュータに実行させる。

【0070】

さらに、本実施の形態では、ステッピングモータ２０をマイクロステップ駆動させるモータ駆動制御装置１０における、基本ステップ角の分割数の決定方法として、１マイクロステップ周期に含まれるＰＷＭ周期の回数によって決まる電流波形に含まれる振動が、ステッピングモータ２０の固有振動数に近似しないように、基本ステップ角の分割数を決定する。

【0071】

［本実施の形態における効果］
本実施の形態における効果は、以下の通りである。

【0072】

（１）電流波形にモータの固有振動数に近似する高周波成分が含まれないように制御を行うことができる。このため、電流波形に発生する周波数を共振周波数から遠ざけることができ、モータの共振現象の発生を防ぐことができる。その結果、モータの振動、騒音が低減する。

【0073】

（２）どの回転数においても（回転数が大きくなっても）、ＰＷＭ周期の回数の調整を容易に実現することができる。

【0074】

（３）狙いの電流波形をＰＷＭで実現するために、高周波のＰＷＭ信号を使用することが考えられる。本実施の形態のように、マイクロステップ数を制御し、１マイクロステップ周期に含まれるパルス信号の個数を変更することで、高周波のＰＷＭ信号を扱うための処理速度の速い高価なＣＰＵは必要とせず、安価なＣＰＵで実現可能である。

【0075】

［変形例］
モータの固有振動数は、上記のものに限定されるものではない。

【0076】

ＰＷＭ周期の最低回数は、上述の実施の形態では３回であるが、これは、ＰＷＭ基本周波数、モータ固有振動数などに応じて、変わるものである。

【0077】

ＰＷＭ基本周波数は、上記のものに限定されない。また、回転数とマイクロステップ数との関係は、図４のものに限定されない。

【0078】

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0079】

１０ モータ制御装置
１２ 制御回路
１４ 駆動回路
２０ ステッピングモータ
２１ａ，２１ｂ コイル
２２ ロータ
２２ｎ Ｎ極
２２ｓ Ｓ極
１２２ ＣＰＵ（中央演算処理装置；コンピュータの一例）
１２４ 電流測定部
１２６ 逆起電圧測定部
１４２ モータ駆動部
１４４ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】