特許 7624879 モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法

(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】

(24)【登録日】2025-01-23

(45)【発行日】2025-01-31

(54)【発明の名称】モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/14 20060101AFI20250124BHJP

【ＦＩ】

H02P8/14

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021089436

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022182102

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-12-14

(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】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】和田 直之

(72)【発明者】

【氏名】菊池 敦

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１１７１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２１７８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１７８３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９１２１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視するとともに、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角を設定し、設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する制御部と、
前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部と、を備え、
前記制御部は、前記ロータの回転状態として前記ロータの回転速度を監視し、前記ロータの回転速度が大きいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定する
モータ駆動制御装置。

【請求項2】

２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視するとともに、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角を設定し、設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する制御部と、
前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部と、を備え、
前記制御部は、前記ロータの回転状態として前記ロータの負荷を監視し、前記ロータの負荷が小さいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定する
モータ駆動制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御部は、前記２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返す１－２相励磁モードと、前記２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁モードとを動作モードとして有し、
前記制御部は、前記ロータの回転速度が上限閾値以上になった場合に、前記通電角を９０°に設定して前記１相励磁モードを選択し、前記ロータの回転速度が前記上限閾値より小さい下限閾値以下になった場合に、前記通電角を９０°より大きい値に設定して前記１－２相励磁モードを選択する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御部は、前記通電角が９０°に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記下限閾値以下になった場合に、前記通電角を９０°から前記９０°より大きい値まで時間の経過とともに変化させる
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。

【請求項5】

請求項４に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御部は、前記通電角が前記９０°より大きい値に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記上限閾値以上になった場合に、前記通電角を前記９０°より大きい値から９０°まで時間の経過とともに変化させる
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。

【請求項6】

請求項３に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御部は、前記通電角が９０°に設定されている状態において、前記ロータの回転速度の低下に応じて、前記通電角を９０°から前記９０°より大きい値まで段階的に変化させる
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。

【請求項7】

請求項６に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御部は、前記通電角が前記９０°より大きい値に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記上限閾値以上になった場合に、前記ロータの回転速度の増加に応じて、前記通電角を前記９０°より大きい値から９０°まで段階的に変化させる
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。

【請求項8】

請求項１乃至７の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置と、
前記２相ステッピングモータと、を備える
ことを特徴とするモータユニット。

【請求項9】

モータ駆動制御装置によって２相ステッピングモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御方法であって、
前記モータ駆動制御装置が、前記２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視する第１ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角を設定する第２ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記第２ステップにおいて設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する第３ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記制御信号に基づいて前記２相のコイルを駆動する第４ステップと、を含み、
前記第２ステップは、前記モータ駆動制御装置が、前記ロータの回転状態として前記ロータの回転速度を監視し、前記ロータの回転速度が大きいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定するステップを含む
モータ駆動制御方法。

【請求項10】

モータ駆動制御装置によって２相ステッピングモータの駆動を制御するためのモータ駆動制御方法であって、
前記モータ駆動制御装置が、前記２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視する第１ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角を設定する第２ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記第２ステップにおいて設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する第３ステップと、
前記モータ駆動制御装置が、前記制御信号に基づいて前記２相のコイルを駆動する第４ステップと、を含み、
前記第２ステップは、前記モータ駆動制御装置が、前記ロータの回転状態として前記ロータの負荷を監視し、前記ロータの負荷が小さいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定するステップを含む
モータ駆動制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法に関し、例えば、ステッピングモータを駆動するためのモータ駆動制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ステッピングモータとして、２つの相を有する２相ステッピングモータが知られている。
２相ステッピングモータの駆動方式としては、１相励磁方式、２相励磁方式、１－２相励磁方式が知られている。

【0003】

１相励磁方式は、一つの相毎に励磁する相を切り替える方式である。１相励磁方式では、一つの相のコイルを一つの方向に連続して通電する電気角の大きさを表す通電角は９０度であり、９０度毎に２相ステッピングモータが転流する。

【0004】

２相励磁方式は、二つの相毎に励磁する相を切り替える方式である。２相励磁方式では、通電角は１８０度であり、９０度毎に２相ステッピングモータが転流する。

【0005】

１－２相励磁方式は、１相励磁と２相励磁を交互に切り替えて励磁する相を切り替える方式である。１－２相励磁方式では、一般に、通電角は１３５度であり、４５度毎に２相ステッピングモータが転流する。

【0006】

例えば、特許文献１には、２相ステッピングモータを１－２相励磁方式で駆動したときのステッピングモータの回転速度のばらつきを抑えるために、１相励磁期間中に、次の２相励磁期間と同じ相で２相励磁する期間を設けるモータ駆動制御技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１０－９３９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明者らは、所定のアプリケーションに採用する２相ステッピングモータの駆動を制御する方法として、１相励磁よりも発生するトルクが大きい１－２相励磁方式により、負荷に応じて２相ステッピングモータの回転速度を変動させる制御方法を検討した。具体的には、この制御方法は、１相励磁の期間に非励磁のコイルの逆起電圧がゼロになる点（ゼロクロス点）を検出して２相ステッピングモータのロータの位置を特定し、特定したロータの位置に基づいて転流タイミングを決定することで、負荷に対して適切なトルクを発生させる閉ループの制御方法である。

【0009】

本発明者らが検討した上記制御方法によれば、２相ステッピングモータの負荷が重い場合にはロータの回転速度が下がり、負荷が軽い場合にはロータの回転速度が上がることにより、負荷に応じて回転速度を変化させることによってトルクを調整することができる。

【0010】

しかしながら、例えば、逆方向の負荷が加わる等して負荷が急激に軽くなった場合、ロータの回転速度が上がり過ぎて、モータ駆動制御装置を構成するマイクロコントローラによるデータ処理がロータの回転速度に追い付かず、２相ステッピングモータの駆動制御が不安定になり、２相ステッピングモータによる駆動対象物が振動したり、異音が発生したりする虞があることが、本発明者らの検討により明らかとなった。

【0011】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、負荷変動に対する２相ステッピングモータの駆動制御の安定性を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視するとともに、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角を設定し、設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るモータ駆動制御装置によれば、負荷変動に対する２相ステッピングモータの駆動制御の安定性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１に係るモータユニットの構成を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る２相ステッピングモータ２０の構成を模式的に示す図である。

【図3】２相ステッピングモータの通電切替制御における通電角と１相励磁の期間および２相励磁の期間との関係を示す図である。

【図4】実施の形態１に係る通電角θの設定方法の一例を示す図である。

【図5】実施の形態１に係る、１－２相励磁モードでの２相ステッピングモータの通電切替制御を説明するための図である。

【図6】１－２相励磁モードでの２相励磁の目標通電時間の決定方法を説明するための図である。

【図7】実施の形態１に係る制御部の機能ブロック構成を示す図である。

【図8】実施の形態１に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【図9A】実施の形態２に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【図9B】実施の形態２に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【図10】実施の形態３に係る通電角θの設定方法の一例を示す図である。

【図11】実施の形態３に係る通電角θの設定方法の別の一例を示す図である。

【図12】実施の形態３に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【図13】ロータの負荷に応じて通電角θを設定する制御部の機能ブロック構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

【0016】

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置（１０）は、２相ステッピングモータ（２０）のロータ（２２）の回転状態を監視するとともに、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイル（２１，２１Ａ，２１Ｂ）のうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角（θ）を設定し、設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号（Ｓｄ）を生成する制御部（１１，１１Ａ）と、前記制御信号に基づいて、前記２相のコイルを駆動する駆動部（１２）と、を備えることを特徴とする。

【0017】

〔２〕上記〔１〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記ロータの回転状態として前記ロータの回転速度を監視し、前記ロータの回転速度が大きいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定してもよい。

【0018】

〔３〕上記〔１〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部（１１Ａ）は、前記ロータの回転状態として前記ロータの負荷を監視し、前記ロータの負荷が小さいほど前記通電角が小さくなるように、前記通電角を設定してもよい。

【0019】

〔４〕上記〔２〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁と前記２相のコイルのうち２相分の前記コイルを励磁する２相励磁とを交互に繰り返す１－２相励磁モードと、前記２相のコイルのうち１相分の前記コイルを励磁する１相励磁モードとを動作モードとして有し、前記制御部は、前記ロータの回転速度が上限閾値（Ｒｔｕ）以上になった場合に、前記通電角を９０°に設定して前記１相励磁モードを選択し、前記ロータの回転速度が前記上限閾値より小さい下限閾値（Ｒｔｄ）以下になった場合に、前記通電角を９０°より大きい値に設定して前記１－２相励磁モードを選択してもよい。

【0020】

〔５〕上記〔４〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記通電角が９０°に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記下限閾値よ以下になった場合に、前記通電角を９０°から前記９０°より大きい値まで時間の経過とともに変化させてもよい。

【0021】

〔６〕上記〔５〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記通電角が前記９０°より大きい値に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記上限閾値以上になった場合に、前記通電角を前記９０°より大きい値から９０°まで時間の経過とともに変化させてもよい。

【0022】

〔７〕上記〔４〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記通電角が９０°に設定されている状態において、前記ロータの回転速度の低下に応じて、前記通電角を９０°から前記９０°より大きい値まで段階的に変化させてもよい。

【0023】

〔８〕上記〔７〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御部は、前記通電角が前記９０°より大きい値に設定されている状態において、前記ロータの回転速度が前記上限閾値以上になった場合に、前記ロータの回転速度の増加に応じて、前記通電角を前記９０°より大きい値から９０°まで段階的に変化させてもよい。

【0024】

〔９〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータユニット（１）は、上記〔１〕乃至〔８〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置（１０）と、前記２相ステッピングモータ（２０）と、を備えることを特徴とする。

【0025】

〔１０〕本発明の代表的な実施の形態に係る方法は、モータ駆動制御装置（１０）によって２相ステッピングモータ（２０）の駆動を制御するためのモータ駆動制御方法である。本方法は、前記モータ駆動制御装置が、前記２相ステッピングモータのロータの回転状態を監視する第１ステップ（Ｓ４，Ｓ９）と、前記モータ駆動制御装置が、前記ロータの回転状態に基づいて、前記２相ステッピングモータにおける２相のコイルのうち一つの相の前記コイルを一方向に連続して通電する電気角の大きさを示す通電角（θ）を設定する第２ステップ（Ｓ８，Ｓ１３）と、前記モータ駆動制御装置が、前記第２ステップにおいて設定した前記通電角に基づいて、前記２相ステッピングモータの駆動を制御するための制御信号を生成する第３ステップ（Ｓ８，Ｓ１３）と、前記モータ駆動制御装置が、前記制御信号に基づいて前記２相のコイルを駆動する第４ステップ（Ｓ８，Ｓ１３）と、を含むことを特徴とする。

【0026】

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

【0027】

≪実施の形態１≫
図１は、実施の形態１に係るモータユニットの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、モータユニット１は、２相ステッピングモータ２０と、２相ステッピングモータ２０を駆動するモータ駆動制御装置１０とを備えている。モータユニット１は、例えば、車載用途の空調ユニットとしてのＨＶＡＣ（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）で使用可能なアクチュエータ等のモータを動力源として用いる各種装置に適用可能である。

【0028】

図２は、実施の形態１に係る２相ステッピングモータ２０の構成を模式的に示す図である。

【0029】

２相ステッピングモータ２０は、例えば、２相のコイルを有するステッピングモータである。図２に示されるように、２相ステッピングモータ２０は、Ａ相のコイル２１Ａと、Ｂ相のコイル２１Ｂと、ロータ２２と、２相のステータヨーク（図示せず）とを有している。

【0030】

コイル２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ、ステータヨーク（不図示）を励磁するコイルである。コイル２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ、後述する駆動部１２に接続されている。コイル２１Ａ，２１Ｂには、それぞれ異なる位相の電流（コイル電流）が流れる。

【0031】

なお、本実施の形態において、コイル２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ区別しない場合には、単に、「コイル２１」と表記する場合がある。

【0032】

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ている。なお、図２では、ロータ２２が２極である場合が一例として示されている。

【0033】

ステータヨークは、ロータ２２の周囲に、ロータ２２の外周部に近接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により、回転する。ロータ２２には、出力軸（図示せず）が接続されており、ロータ２２の回転力により、出力軸が駆動される。

【0034】

モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０を駆動させるための装置である。モータ駆動制御装置１０は、例えば上位装置（図示せず）からの駆動指令に基づいて、２相ステッピングモータ２０の各相のコイル２１Ａ，２１Ｂの通電状態を制御することにより、２相ステッピングモータ２０の回転および停止を制御する。

【0035】

図１に示すように、モータ駆動制御装置１０は、制御部１１と駆動部１２を有している。
駆動部１２は、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂに通電して、２相ステッピングモータ２０を駆動する機能部である。駆動部１２は、モータ駆動部１３を有している。

【0036】

モータ駆動部１３は、制御部１１によって生成された制御信号Ｓｄに基づいて、２相ステッピングモータ２０に駆動電力を供給する。図２に示すように、モータ駆動部１３は、コイル２１Ａの正極側の端子ＡＰ、コイル２１Ａの負極側の端子ＡＮ、コイル２１Ｂの正極側の端子ＢＰ、およびコイル２１Ｂの負極側の端子ＢＮにそれぞれ接続されており、各端子ＡＰ，ＡＮ，ＢＰ，ＢＮに電圧を印加することにより、コイル２１Ａ，２１Ｂを通電させる。

【0037】

モータ駆動部１３は、例えば、４つのスイッチング素子（例えばトランジスタ）から構成されたＨブリッジ回路等によって構成されている。モータ駆動部１３は、例えば、Ｈブリッジ回路を構成する各スイッチング素子を選択的にオン・オフさせることにより、コイル２１Ａ，２１Ｂの通電を切り替える。

【0038】

図２に示すように、Ａ相のコイル２１Ａに電流＋Ｉａを流す場合には、モータ駆動部１３は、例えば、コイル２１Ａの端子ＡＮに対して端子ＡＰに“＋Ｖａ”の電圧を印加する。一方、Ａ相のコイル２１Ａに電流－Ｉａを流す場合には、モータ駆動部１３は、コイル２１Ａの端子ＡＮに対して端子ＡＰに“－Ｖａ”の電圧を印加する。Ｂ相のコイル２１Ｂについても同様に、電流＋Ｉｂを流す場合には、モータ駆動部１３は、例えば、コイル２１Ｂの端子ＢＮに対して端子ＢＰに“＋Ｖｂ”の電圧を印加し、Ｂ相のコイル２１Ｂに電流－Ｉｂを流す場合には、モータ駆動部１３は、コイル２１Ｂの端子ＢＮに対して端子ＢＰに“－Ｖｂ”の電圧を印加する。

【0039】

モータ駆動部１３は、制御部１１から与えられる、２相ステッピングモータ２０の駆動を制御するための制御信号Ｓｄに基づいて、上述したように各コイル２１Ａ，２１Ｂの端子間に印加する電圧を切り替えることにより、各コイル２１Ａ，２１Ｂの通電状態を切り替える。

【0040】

制御部１１は、モータ駆動制御装置１０の統括的な制御を行う機能部である。制御部１１は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とがバスを介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ）である。本実施の形態において、制御部１１は、ＩＣ（集積回路）としてパッケージ化されているが、これに限られるものではない。

【0041】

制御部１１は、２相ステッピングモータ２０の通電切替制御を行うための動作モードとして、１―２相励磁方式で２相ステッピングモータ２０を駆動する１－２相励磁モードと、１相励磁方式で２相ステッピングモータ２０を駆動する１相励磁モードとを有している。

【0042】

１－２相励磁モードは、２相ステッピングモータ２０における２相のコイル２１のうち１相分のコイル２１を励磁する１相励磁と２相のコイル２１のうち２相分のコイル２１を励磁する２相励磁とを交互に繰り返す動作モードである。１相励磁モードは、２相のコイル２１のうち１相分のコイル２１を励磁する動作モードである。

【0043】

制御部１１は、設定された動作モードに従って、２相ステッピングモータ２０の駆動を制御するための制御信号Ｓｄを生成し、駆動部１２を介して２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0044】

上述したように、１－２相励磁モードによる２相ステッピングモータ２０の駆動時に負荷が軽くなったり、逆方向の負荷が加わったりした場合には、ロータ２２の回転速度が速くなりすぎて、モータ駆動制御装置１０の統括的な制御を行う制御部１１としてのマイクロコントローラのデータ処理が間に合わず、モータ駆動制御が不安定になる虞がある。
そこで、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０の通電切替制御を行うとき、負荷変動に伴うロータ２２の回転速度の変化を制限するために、以下に示す処理を行う。

【0045】

先ず、２相ステッピングモータ２０の通電切替制御における通電角と１相励磁および２相励磁のそれぞれの期間との関係について説明する。

【0046】

図３は、２相ステッピングモータの通電切替制御における通電角と１相励磁の期間および２相励磁の期間との関係を示す図である。

【0047】

図３において、横軸は電気角を表している。同図の上段には通電角θ＝１２０°としたときのＡ相およびＢ相のコイルの励磁状態がそれぞれ示され、同図の中段には通電角θ＝１００°としたときのＡ相およびＢ相のコイルの励磁状態がそれぞれ示され同図の下段には通電角θ＝９０°としたときのＡ相およびＢ相のコイルの励磁状態がそれぞれ示されている。

【0048】

一般に、２相ステッピングモータの１－２相励磁モードによる通電切替制御において、通電角θが小さくなるほど、１相励磁の期間が長くなる一方で、２相励磁の期間が短くなる。例えば、図３の上段に示すように、１－２相励磁モードにおいて、通電角θを１２０°に設定した場合、１相励磁の期間の電気角は６０°、２相励磁の期間の電気角は３０°となるが、図３の中段に示すように、１－２相励磁モードにおいて、通電角θを１００°に設定した場合、１相励磁の期間の電気角は８０°、２相励磁の期間の電気角は１０°となる。そして、図３の下段に示すように、通電角θを９０°まで小さくすると、２相励磁の期間が消滅し、１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替わる。

【0049】

このように、２相ステッピングモータの通電切替制御において、通電角θを変化させることにより、１相励磁の期間と２相励磁の期間を変化させることができる。

【0050】

一般に、２相ステッピングモータの通電切替制御において、２相励磁の期間が短くなるほど２相ステッピングモータのトルクが小さくなる。したがって、２相ステッピングモータ２０の負荷が一定である場合において、通電角θを小さくするほど２相励磁の期間が短くなってトルクが小さくなり、その結果、ロータ２２の回転速度が低下する。例えば、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータを駆動するとき、通電角θを１００°に設定した場合のロータ２２の回転速度は、通電角θを１２０°に設定した場合のロータ２２の回転速度に比べて、低くなる。更に通電角を下げて９０°にした場合、すなわち１相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動した場合、ロータ２２の回転速度は更に低下する。

【0051】

そこで、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転状態に応じて通電角θを変化させることにより、２相ステッピングモータ２０の負荷変動に伴うロータ２２の回転速度の変化を制限する。

【0052】

具体的には、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転状態を監視し、ロータ２２の回転状態に基づいて通電角θを設定する。より具体的には、制御部１１は、ロータ２２の回転状態としてロータ２２の回転速度を監視し、ロータ２２の回転速度が大きいほど通電角θが小さくなるように通電角θを設定することにより、動作モードを切り替える。

【0053】

図４は、実施の形態１に係る通電角θの設定方法の一例を示す図である。
図４において、横軸は通電角θ〔°〕を表し、縦軸は２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度〔ｒｐｍ〕（一例）を表している。また、参照符号３０１は、回転速度が上昇するときの通電角θの変化を表し、参照符号３０２は、回転速度が低下するときの通電角θの変化を表す。

【0054】

例えば、図４に示すように、動作モード（通電角θ）を切り替えるための回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕと、上限閾値Ｒｔｕより小さい下限閾値Ｒｔｄとが設定される。

【0055】

上限閾値Ｒｔｕは、動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替えるための回転速度の閾値である。制御部１１は、ロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合に、通電角θを９０°に設定して１相励磁モードを選択する。

【0056】

下限閾値Ｒｔｄは、動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替えるための回転速度の閾値である。制御部１１は、ロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下になった場合に、通電角θを９０°より大きい値（例えば、９０°＜θ≦１３５°）に設定して１－２相励磁モードを選択する。
なお、本実施の形態では、１－２相励磁モードにおいて通電角θを“１２０°”に設定する場合を一例として説明するが、通電角θの値はこれに限定されるものではなく、９０°＜θ≦１３５°の範囲で任意の値に設定することができる。

【0057】

例えば、図４に示すように、制御部１１は、通電角θ＝１２０°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合、通電角θを９０°に設定して１相励磁モードに切り替える。

【0058】

また、図４に示すように、１相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下になった場合、通電角θを１２０°に設定して１－２相励磁モードに切り替える。

【0059】

通電角θを切り替えるための回転速度の判定値は、一つであっても良いが、モータの駆動制御の安定性を向上させるために、上述したように上限閾値Ｒｔｕと下限閾値Ｒｔｄの２つの閾値を設けることが好ましい。例えば、上限閾値Ｒｔｕと下限閾値Ｒｔｄとの差は、少なくとも１００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
これによれば、例えば、動作モードを切り替えた直後にロータ２２の駆動速度が変動することにより、動作モードの切り替わりが何度も繰り返されることを防止することができる。

【0060】

次に、１－２相励磁モードにおける１相励磁および２相励磁の切り替え方法について説明する。
制御部１１は、各動作モードにおいて、設定した通電角θと１相励磁中に非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロスの検出結果とに基づいて、コイル２１の通電切替を行う。

【0061】

先ず、１－２相励磁モードにおけるコイル２１の通電切替制御について説明する。
図５は、実施の形態１に係る、１－２相励磁モードでの２相ステッピングモータの通電切替制御を説明するための図である。

【0062】

同図において、参照符号４０１は、Ａ相のコイル２１Ａの端子ＡＮに対する端子ＡＰの電圧（以下、「Ａ相電圧」とも称する。）を表し、参照符号４０２は、Ａ相のコイル２１Ａの逆起電圧を表している。同図には、一例として、通電角θ＝１２０°に設定して１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０の通電切替制御を行ったときのＡ相のコイルの電圧波形が示されている。なお、図中の符号ＡＰ，ＡＮ，ＢＰ，ＢＮで示された期間は、それらの符号に該当する各端子（例えば、Ａ相のコイル２１Ａの正極側の端子ＡＰ）に電圧が印加された状態であることを示している。

【0063】

図４に示すように、制御部１１は、１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動するとき、１相励磁と２相励磁とを交互に繰り返すように、２相ステッピングモータ２０の通電状態を切り替える。例えば、図４において、１８０°から２１０°までの２相励磁の期間（電気角３０°）では、Ａ相電圧を“－Ｖａ”としてコイル２１Ａを負（－）に励磁させるとともに、Ｂ相電圧を“－Ｖｂ”としてコイル２１Ｂを負に励磁させる。次の２１０°から２７０°までの２相励磁の期間（電気角６０°）では、Ａ相電圧を“０”としてコイル２１Ａを励磁させない一方で、引き続き、Ｂ相電圧を“－Ｖｂ”としてコイル２１Ｂを負に励磁させる。次の２７０°から３００°までの２相励磁の期間（電気角３０°）では、Ａ相電圧を“＋Ｖａ”としてコイル２１Ａを正（＋）に励磁させるとともに、引き続き、Ｂ相電圧を“－Ｖｂ”としてコイル２１Ｂを負に励磁させる。

【0064】

ここで、２相ステッピングモータ２０の１相励磁が行われる期間と２相励磁が行われる期間は、コイル２１Ａ，２１Ｂに発生した逆起電圧と、設定された通電角θの値とに基づいて決定される。

【0065】

先ず、２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間は、以下のように決定される。
２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間は、一方のコイル２１が励磁されているときに他方の非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧に基づいて、決定される。

【0066】

具体的には、制御部１１は、２相励磁から１相励磁に切り替わった後、非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロス点の検出結果に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。

【0067】

例えば、図５に示すように、１相励磁の電気角２１０°から２７０°までの期間において、非励磁のＡ相のコイル２１Ａには、正方向のスパイク状の電圧が発生した後、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転に同期した逆起電圧が発生する。その後、制御部１１は、時刻ｔａにおいてＡ相のコイル２１Ａの逆起電圧が０Ｖになる点（ゼロクロス点）を検出したとき、１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。

【0068】

２相ステッピングモータ２０の２相励磁の期間は、以下のように決定される。
上述したように、２相ステッピングモータ２０の１相励磁が行われる期間では、非励磁のコイル２１に逆起電圧が発生する。一方、２相ステッピングモータ２０の２相励磁が行われる期間（例えば、図３の電気角１８０°～２１０°および２７０°～３００°の期間等）では、Ａ相のコイル２１ＡとＢ相のコイル２１Ｂがともに励磁されているので、いずれのコイル２１Ａ，２１Ｂの逆起電圧も測定することはできない。そのため、２相励磁から１相励磁に切り替えるタイミングは、１相励磁から２相励磁への切り替えの時のように、コイル２１の逆起電圧に基づいて決定することはできない。

【0069】

そこで、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０が励磁されているときの単位角度当たりの経過時間と予め設定された通電角θとに基づいて、２相励磁を行う期間を決定する。

【0070】

具体的には、制御部１１は、２相ステッピングモータ２０が励磁されているときの単位角度当たりの経過時間と通電角θとに基づいて、２相励磁を行う期間、すなわち２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを決定する。２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎは、例えば、以下に示す手法によって決定することができる。

【0071】

図６は、１－２相励磁モードでの２相励磁の目標通電時間の決定方法を説明するための図である。

【0072】

図６において、横軸は時間および電気角を表している。また、同図の上段にはＡ相の通電状態が示され、同図の下段にはＢ相の通電状態が示されている。図６において、Ｔ１ｎはｎ（ｎは１以上の整数）番目の１相励磁の期間を表し、Ｔ１ｎ－１は（ｎ－１）番目の１相励磁の期間を表し、Ｔ２ｎはｎ番目の２相励磁の期間を表し、Ｔ２ｎ－１は（ｎ－１）番目の２相励磁の期間を表している。

【0073】

図６において、通電角をθとしたとき、１相励磁の期間Ｔ１ｎ－１，Ｔ１ｎに対応する電気角の大きさは、それぞれ、（１８０°－θ）と表せる。また、２相励磁の期間Ｔ２ｎ－１，Ｔ２ｎに対応する電気角の大きさは、それぞれ、（θ－９０°）と表せる。

【0074】

図６に示すように、制御部１１は、先ず、１相励磁の期間Ｔ１ｎを計測する。次に、制御部１１は、１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測値と当該１相励磁の期間Ｔ１ｎに対応する電気角の大きさ（１８０°－θ）とに基づいて単位角度当たりの経過時間を算出し、算出した経過時間と設定された通電角θに基づいて、次の２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。

【0075】

例えば、制御部１１は、下記式（１）に基づいて目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。

【0076】

【数1】

【0077】

上記式（１）において、“Ｔ１ｎ／（１８０－θ）”は、２相ステッピングモータ２０が１相励磁されているときの単位角度当たりの経過時間、すなわち、１相励磁の期間Ｔ１ｎにおいて電気角が単位角度（１°）だけ進むために必要な時間を表している。また、（θ－９０）は、２相励磁の期間に対応する電気角である。

【0078】

例えば、通電角θが１２０°であるとき、式（１）は下記式（２）で書き表すことができる。

【0079】

【数2】

【0080】

式（２）から理解されるように、目標通電時間（２相励磁の期間）Ｔ２ｎは、電気角３０°分だけ通電させるために必要な時間である。

【0081】

なお、制御部１１は、上記式（１）に基づいて２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出する際に、当該２相励磁の直前に行われた１相励磁の期間を計測し、その期間を１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測値として用いても良い。あるいは、当該２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間を夫々計測し、計測した複数の期間の平均値を、１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測値として用いてもよい。

【0082】

ここで、複数の１相励磁の期間の平均値は、単純平均値であってもよいし、２相励磁の前に行われた複数の１相励磁の期間に重み付けをして平均値を算出し、その平均値に基づいて目標通電時間Ｔ２ｎを設定してもよい。例えば、目標通電時間Ｔ２ｎの算出目的の２相励磁に時間的に近いものほど比重が大きくなるように、各１相励磁の期間に重み付けをして平均値を算出してもよい。

【0083】

制御部１１は、上述した手法に基づいて、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを決定する。そして、制御部１１は、２相励磁の開始後、目標通電時間Ｔ２ｎが経過した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。

【0084】

例えば、図５に示すように、２相励磁が行われる電気角２７０°から３００°までの期間では、Ａ相のコイル２１ＡとＢ相のコイル２１Ｂはともに励磁されているので、逆起電圧の測定はできない。そこで、制御部１１は、時刻ｔａ（電気角２７０°）において２相励磁を開始してから、電気角３０°分の目標通電時間Ｔ２ｎが経過した時刻ｔｂ（電気角３００°）において、２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。

【0085】

以上説明したように、１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動する場合、制御部１１は、１相励磁中の非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロス点の検出に応じて１相励磁から２相励磁に切り替え、２相励磁の開始後、２相ステッピングモータ２０が励磁されているときの単位角度当たりの経過時間と通電角θとに基づいて設定した目標通電時間Ｔ２ｎが経過したら、２相励磁から１相励磁に切り替える。

【0086】

次に、１相励磁モードにおけるコイル２１の通電切替制御について説明する。
通電角θが９０°に設定された場合、上記式（１）によれば、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎが０（ゼロ）になる。すなわち、動作モードが１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替わる。１相励磁モードにおいて、制御部１１は、１－２相励磁モードと同様に、１相励磁中の非励磁のコイル２１に発生した逆起電圧のゼロクロス点を検出する。制御部１１は、逆起電圧のゼロクロス点を検出する度に、励磁する一つのコイル２１と励磁方向とを切り替える（図３の下段参照）。

【0087】

図７は、実施の形態１に係る制御部１１の機能ブロック構成を示す図である。

【0088】

図７に示すように、制御部１１は、上述した２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂの通電切替制御を実現するための機能部として、逆起電圧監視部１１１、ゼロクロス点検出部１１２、１相励磁期間計時部１１３、２相励磁期間算出部１１４、２相励磁期間計時部１１５、記憶部１１６、制御信号生成部１１７、回転速度計測部１１８、回転速度判定部１１９、および通電角切替部１２０を有している。

【0089】

これらの機能部は、例えば、上述した制御部１１としてのプログラム処理装置（マイクロコントローラ）において、プロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムに従って各種演算を実行し、Ａ／Ｄ変換回路やタイマ等の周辺回路を制御することによって、実現される。

【0090】

逆起電圧監視部１１１は、各相のコイル２１Ａ，２１Ｂに発生する逆起電圧を監視する機能部である。

【0091】

ゼロクロス点検出部１１２は、逆起電圧監視部１１１の監視結果に基づいて、２相ステッピングモータ２０のコイル２１Ａ，２１Ｂに発生する逆起電圧のゼロクロス点を検出するための機能部である。ゼロクロス点検出部１１２は、非励磁のコイル２１の逆起電圧のゼロクロス点を検出した場合に、ゼロクロス点が検出されたことを示す検出信号Ｓｚを出力する。

【0092】

１相励磁期間計時部１１３は、２相ステッピングモータ２０の１相励磁の期間Ｔ１ｎを計測するための機能部である。１相励磁期間計時部１１３は、例えば、上述したマイクロコントローラを構成するタイマ（カウンタ）等によって実現することができる。

【0093】

１相励磁期間計時部１１３は、２相ステッピングモータ２０の励磁状態が２相励磁から１相励磁へ切り替わったことに応じて、計時を開始する。例えば、１相励磁期間計時部１１３は、後述する２相励磁期間計時部１１５から出力される２相励磁の期間の終了を通知する信号に応じて、１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測を開始する。

【0094】

１相励磁期間計時部１１３は、逆起電圧のゼロクロス点が検出された場合に、計時を停止する。例えば、１相励磁期間計時部１１３は、ゼロクロス点検出部１１２から出力されるゼロクロス点が検出されたことを示す検出信号Ｓｚに応じて、１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測を停止し、１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測値を記憶部１１６に記憶するとともに、２相励磁期間算出部１１４に対して１相励磁の期間Ｔ１ｎの終了を示す通知信号を出力する。

【0095】

ここで、記憶部１１６には、１相励磁期間計時部１１３によって計測された、複数の１相励磁の期間の情報が記憶されてもよいし、最新の１相励磁の期間の情報のみが記憶されてもよい。

【0096】

記憶部１１６は、通電切替制御を行うために必要な各種データを記憶するための機能部である。記憶部１１６には、例えば、上述した１相励磁期間計時部１１３によって計測された１相励磁の期間Ｔ１ｎの計測値と、通電角θの値と、上記式（１）の情報と、後述する２相励磁の期間の目標通電時間Ｔ２ｎの値とが記憶部１１６に記憶される。

【0097】

２相励磁期間算出部１１４は、２相ステッピングモータ２０の２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出するための機能部である。２相励磁期間算出部１１４は、２相ステッピングモータ２０の励磁状態が１相励磁から２相励磁へ切り替わったことに応じて、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。

【0098】

２相励磁期間算出部１１４は、１相励磁期間計時部１１３から出力された１相励磁の期間Ｔ１ｎの終了を示す信号に応じて、記憶部１１６から２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出するために必要なデータを読み出し、目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。２相励磁期間算出部１１４は、記憶部１１６から、通電角θの値と、１相励磁の期間の計測値（Ｔ１ｎ）と、上記式（１）の情報とを読み出し、上記式（１）に基づく計算を行って目標通電時間Ｔ２ｎを算出して記憶部１１６に記憶する。

【0099】

目標通電時間Ｔ２ｎを算出するとき、２相励磁期間算出部１１４は、後述する通電角切替部１２０によって指定された動作モードに対応する通電角の値を記憶部１１６から読み出す。例えば、通電角切替部１２０から１－２相励磁モードを指示する動作モード信号が出力されている場合には、２相励磁期間算出部１１４は、通電角θの値として“１２０°”を記憶部１１６から読み出して、目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。一方、通電角切替部１２０から１相励磁モードを指示する動作モード信号が出力されている場合には、２相励磁期間算出部１１４は、通電角θの値として“９０°”を記憶部１１６から読み出して、目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。

【0100】

２相励磁期間算出部１１４は、目標通電時間Ｔ２ｎの算出後、２相励磁期間計時部１１５に対して２相励磁の期間の計測を開始することを２相励磁期間計時部１１５に指示する。

【0101】

２相励磁期間計時部１１５は、２相ステッピングモータ２０の２相励磁の期間を計測するための機能部である。２相励磁期間計時部１１５は、例えば、上述したマイクロコントローラを構成するタイマ（カウンタ）等によって実現することができる。

【0102】

２相励磁期間計時部１１５は、２相励磁期間算出部１１４からの計測開始の指示に応じて、２相励磁の期間の計測を開始する。例えば、２相励磁期間計時部１１５は、２相励磁期間算出部１１４からの計測開始を指示に応じて、記憶部１１６から目標通電時間Ｔ２ｎを読み出して自らのタイマにセットして計測を開始する。計測時間が目標通電時間Ｔ２ｎに到達した場合、２相励磁期間計時部１１５は、計測を停止するとともに、２相励磁の終了を示す信号を出力する。

【0103】

なお、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎの決定手法として前述した第１の手法を用いる場合、１相励磁期間計時部１１３が備えるタイマと２相励磁期間計時部１１５が備えるタイマが同時に用いられることはない。したがって、この場合には、タイマを一つだけ設け、１相励磁期間計時部１１３と２相励磁期間計時部１１５とがその一つのタイマを共用するようにしてもよい。

【0104】

一方、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎの決定手法として前述した第２の手法を用いる場合、１相励磁期間計時部１１３が備えるタイマが逆起電圧のゼロクロス点間の時間の計測を行い、２相励磁期間計時部１１５が備えるタイマが２相励磁の期間の計測を行う。そのため、１相励磁期間計時部１１３と２相励磁期間計時部１１５のそれぞれのタイマが同時に用いられる期間が発生する。したがって、この場合には、１相励磁期間計時部１１３と２相励磁期間計時部１１５が一つのタイマを共用することができないため、１相励磁期間計時部１１３と２相励磁期間計時部１１５は、それぞれタイマを備えている必要がある。

【0105】

制御信号生成部１１７は、２相ステッピングモータ２０の駆動を制御するための制御信号Ｓｄを生成する機能部である。制御信号生成部１１７は、例えば、上述したマイクロコントローラを構成するプロセッサによるプログラム処理と入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路によって実現することができる。

【0106】

制御信号生成部１１７は、制御信号Ｓｄにより、２相ステッピングモータ２０の１相励磁と２相励磁の切り替えを指示する。制御信号生成部１１７は、後述する通電角切替部１２０から出力される動作モード信号によって指定された動作モードに応じた制御信号Ｓｄを生成し、出力する。

【0107】

例えば、動作モード信号によって１相励磁モードが指定されている場合、制御信号生成部１１７は、ゼロクロス点検出部１１２による逆起電圧のゼロクロス点が検出される度に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。一方、動作モード信号によって１－２相励磁モードが指定されている場合には、制御信号生成部１１７は、１相励磁の期間Ｔ１ｎにおいて、ゼロクロス点検出部１１２の検出信号Ｓｚに応じて２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。また、制御信号生成部１１７は、２相励磁中に、２相励磁期間計時部１１５による計測時間が目標通電時間Ｔ２ｎに到達した場合に、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。更に、制御信号生成部１１７は、２相励磁期間計時部１１５から出力された２相励磁の終了を示す信号に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を２相励磁から１相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成する。

【0108】

なお、制御信号生成部１１７は、ゼロクロス点検出部１１２の検出信号Ｓｚではなく、１相励磁期間計時部１１３から出力された１相励磁の終了を示す信号に応じて、２相ステッピングモータ２０の励磁状態を１相励磁から２相励磁に切り替えるように制御信号Ｓｄを生成してもよい。

【0109】

回転速度計測部１１８は、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度を計測する機能部である。回転速度計測部１１８は、例えば、２相励磁期間算出部１１４と同様に、１相励磁期間計時部１１３によって計測された１相励磁の期間Ｔ１ｎに基づいて、ロータ２２の単位時間当たりの回転数を算出し、ロータ２２の回転速度の計測値とする。

【0110】

なお、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度を計測するためのエンコーダ等の回転速度検出装置がモータユニット１に設けられている場合には、回転速度計測部１１８は、その回転速度検出装置からの検出信号に基づいて、ロータ２２の回転速度を計測してもよい。

【0111】

回転速度判定部１１９は、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度と通電角θを切り替えるための回転速度の判定値とを比較する機能部である。
上述したように、本モータ駆動制御装置１００において、通電角θを切り替えるための回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕと、上限閾値Ｒｔｕより小さい下限閾値Ｒｔｄとが設定される。上限閾値Ｒｔｕおよび下限閾値Ｒｔｄの情報は、例えば、記憶部１１６に記憶されている。

【0112】

回転速度判定部１１９は、回転速度計測部１１８による回転速度の計測値と上限閾値Ｒｔｕおよび下限閾値Ｒｔｄとを比較する機能部である。例えば、回転速度判定部１１９は、回転速度の計測値が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合に、そのことを示す信号を通電角切替部１２０に与える。また、回転速度判定部１１９は、回転速度の計測値が下限閾値Ｒｔｄ以下になった場合に、そのことを示す信号を通電角切替部１２０に与える。

【0113】

通電角切替部１２０は、通電角θの切り替えを指示する機能部である。通電角切替部１２０は、回転速度判定部１１９からの信号に応じて、通電角θ、すなわち動作モードを指示する動作モード信号を出力する。

【0114】

例えば、１－２相励磁モード（通電角θ＝１２０°）で通電切替制御が行われている状態において、回転速度判定部１１９から回転速度の計測値が上限閾値Ｒｔｕ以上になったことを示す信号が出力された場合に、通電角切替部１２０は、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）を指示する動作モード信号を出力する。２相励磁期間算出部１１４は、１相励磁モードを指示する動作モード信号を受け取った場合に、通電角θを９０°に設定して、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを“０”とする。また、制御信号生成部１１７は、１相励磁モードを指示する動作モード信号を受け取った場合に、１相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動するように制御信号Ｓｄを生成し、駆動部１２に与える。

【0115】

また、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）で通電切替制御が行われている状態において、回転速度判定部１１９から回転速度の計測値が下限閾値Ｒｔｄ以下になったことを示す動作モード信号が出力された場合に、通電角切替部１２０は、１－２相励磁モード（通電角θ＝１２０°）を指示する動作モード信号を出力する。２相励磁期間算出部１１４は、１－２相励磁モードを指示する動作モード信号を受け取った場合に、通電角θを１２０°に設定して、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出する。また、制御信号生成部１１７は、１－２相励磁モードを指示する信号を受け取った場合に、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動するように制御信号Ｓｄを生成し、駆動部１２に与える。

【0116】

動作モードの切り替えは、回転速度の上限閾値Ｒｔｕおよび下限閾値Ｒｔｄに対する上昇および低下がそれぞれ複数回検出された場合に、実行されることが好ましい。例えば、通電角切替部１２０は、回転速度上昇判定カウンタ１２１および回転速度低下判定カウンタ１２２を有し、回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった回数を回転速度上昇判定カウンタ１２１によってカウントするとともに、回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下になった回数を回転速度低下判定カウンタ１２２によってカウントし、それらのカウンタのカウント値に基づいて動作モードを切り替えてもよい。

【0117】

具体的には、通電角切替部１２０は、回転速度判定部１１９から回転速度の計測値が上限閾値Ｒｔｕ以上になったことを示す信号が出力された場合に、回転速度上昇判定カウンタ１２１をインクリメントし（＋１）、回転速度の計測値が上限閾値Ｒｔｕ未満になった場合に、回転速度上昇判定カウンタ１２１をリセットする。

【0118】

また、通電角切替部１２０は、回転速度判定部１１９から回転速度の計測値が下限閾値Ｒｔｄ以下になったことを示す信号が出力された場合に、回転速度上昇判定カウンタ１２１をインクリメントし（＋１）、回転速度の計測値が下限閾値Ｒｔｄより大きくなった場合に、回転速度上昇判定カウンタ１２１をリセットする。

【0119】

通電角切替部１２０は、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値が第１閾値（例えば、２以上の整数）以上となった場合に、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）を指示する動作モード信号を出力する。また、通電角切替部１２０は、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値が第２閾値（例えば、２以上の整数）以上となった場合に、１－２相励磁モード（通電角θ＝１２０°）を指示する動作モード信号を出力する。
なお、第１閾値および第２閾値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。第１閾値および第２閾値の情報は、例えば、記憶部１１６に予め記憶されている。

【0120】

このように、回転速度上昇判定カウンタ１２１および回転速度低下判定カウンタ１２２を用いることにより、ロータ２２の回転速度の瞬間的な変化に応じた動作モードの切り替わりを防止することができる。
本実施の形態では、一例として、通電角切替部１２０が回転速度上昇判定カウンタ１２１および回転速度低下判定カウンタ１２２を有しているものとして説明する。

【0121】

図８は、実施の形態１に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【0122】

例えば、電源投入後、外部の上位装置から２相ステッピングモータ２０の駆動指令が入力された場合に、モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０の駆動制御（励磁モード移行制御）を開始する（ステップＳ１）。

【0123】

先ず、モータ駆動制御装置１０は、その時点で設定されている通電角θに対応する回転速度の判定値を設定する（ステップＳ２）。ここでは、一例として、電源投入後、最初に１相励磁モードが設定され、通電角θとして９０°が設定されているものとする。この場合、ステップＳ２において、モータ駆動制御装置１０は、通電角θを９０°から１２０°に切り替える（動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替える）ための回転速度の判定値として、下限閾値Ｒｔｄを設定する。

【0124】

次に、モータ駆動制御装置１０は、その時点で設定されている動作モードが１相励磁モードであるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここでは、上述したように、次に移行すべき励磁状態がＡ相の１相励磁であるので（ステップＳ３：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下でない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをリセットする（ステップＳ５）。

【0125】

一方、回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをインクリメントする（ステップＳ６）。次に、通電角切替部１２０は、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上である否かを判定する（ステップＳ７）。

【0126】

回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上でない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２に戻る。

【0127】

回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替える（ステップＳ８）。具体的には、上述したように、通電角切替部１２０が１－２相励磁モードを指示する動作モード信号を出力し、その動作モード信号を受け取った２相励磁期間算出部１１４が、通電角θを１２０°に設定して、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを算出するとともに、制御信号生成部１１７が、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動するように、制御信号Ｓｄを生成して駆動部１２に与える。

【0128】

その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２に戻り、その時点で設定されている通電角θに対応する回転速度の判定値を設定する。ここでは、一つ前のステップＳ８において、動作モードが１－２相励磁モード（通電角θ＝１２０°）に設定されているため、モータ駆動制御装置１０は、通電角θを１２０°から９０°に切り替える（動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替える）ための回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕを設定する。

【0129】

次に、モータ駆動制御装置１０は、その時点で設定されている動作モードを判定する（ステップＳ３）。ここでは、二つ前のステップＳ８において、動作モードが１－２相励磁モードに設定されているので（ステップＳ３：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

【0130】

回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上でない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをリセットする（ステップＳ１０）。

【0131】

一方、回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上である場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをインクリメントする（ステップＳ１１）。

【0132】

次に、通電角切替部１２０は、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上である否かを判定する（ステップＳ１２）。回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上でない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２～Ｓ１０の処理を再度実行する。

【0133】

回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替える（ステップＳ１３）。具体的には、上述したように、通電角切替部１２０が１相励磁モードを指示する動作モード信号を出力し、その動作モード信号を受け取った２相励磁期間算出部１１４が、通電角θを９０°に設定して、２相励磁の目標通電時間Ｔ２ｎを０（ゼロ）に設定するとともに、制御信号生成部１１７が、１相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動するように、制御信号Ｓｄを生成して駆動部１２に与える。その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２～Ｓ１３までの処理を繰り返す。

【0134】

以上、実施の形態１に係るモータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度を監視し、ロータ２２の回転速度が大きいほど通電角θが小さくなるように通電角θを設定して、２相ステッピングモータ２０のコイル２１の通電切替制御を行う。

【0135】

これによれば、２相ステッピングモータ２０の負荷が軽くなり、ロータ２２の回転速度が上昇した場合に、通電角θを下げて２相ステッピングモータ２０のトルクを低下させることができるので、ロータ２２の回転速度の上昇を抑えることが可能となる。これにより、モータ駆動制御装置１０（制御部１１）を構成するマイクロコントローラによるデータ処理がロータ２２の回転速度に追い付かずに２相ステッピングモータ２０の駆動制御が不安定になることを防止することが可能となる。すなわち、実施の形態１に係るモータ駆動制御装置１０によれば、負荷変動に対する２相ステッピングモータ２０の駆動制御の安定性を高めることが可能となる。

【0136】

また、実施の形態１に係るモータ駆動制御装置１０において、制御部１１は、動作モードとして１相励磁モードと１－２相励磁モードとを有し、ロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合に、通電角を９０°に設定して１相励磁モードを選択し、ロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ（＜Ｒｔｕ）以下となった場合に、通電角θを９０°より大きい値（例えば、１２０°）に設定して１－２相励磁モードを選択する。

【0137】

これによれば、ロータ２２の回転速度に応じた通電角θの切り替え励磁方式の切り替えとして容易に実現することができる。また、通電角θを切り替えるための回転速度の判定値として上限閾値Ｒｔｕと下限閾値Ｒｔｄの２つの閾値を設けているので、上述したように、動作モードを切り替えた直後にロータ２２の駆動速度が変化することにより、動作モードの切り替わりが何度も繰り返されることを防止することができる。

【0138】

≪実施の形態２≫
実施の形態１では、通電角の切り替え手法として、１相励磁モード（θ＝９０°）と１－２相励磁モード（θ＝１２０°）を速やかに切り替える場合を例示したが、実施の形態２に係る通電角の切り替え手法は、通電角θを時間の経過とともに緩やかに変更するものである。

【0139】

具体的には、制御部１１は、通電角が９０°に設定されている状態（すなわち、１相励磁モードである状態）において、ロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下になった場合に、通電角θを９０°から９０°より大きい値まで時間の経過とともに変化させる。

【0140】

例えば、図４において、通電角が９０°に設定されている１相励磁モードにおいて、ロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下になった場合、通電角切替部１２０は、通電角θを一定時間毎に単位角度φずつ、９０°から１２０°まで増加させる。これにより、動作モードが１相励磁モードから１－２励磁モードに切り替わった後に、１－２相励磁モードにおいて通電角θが連続的に変化するので、ロータ２２の回転速度の上昇を緩やかにすることができる。

【0141】

また、制御部１１は、通電角θが９０°より大きい値（例えば、１２０°）に設定されている状態（すなわち、１－２相励磁モードである状態）において、ロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合に、通電角θを９０°より大きい値から９０°まで時間の経過とともに変化させる。

【0142】

例えば、図４において、通電角が１２０°に設定されている１－２相励磁モードにおいて、ロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合、通電角切替部１２０は、通電角θを一定時間毎に単位角度φずつ、１２０°から９０°まで低下させる。これにより、１－２相励磁モードにて通電角θが１２０°から９０°になるまで連続的に変化した後、導通角θが９０°になった時点で動作モードが１励磁モードに切り替わるので、ロータ２２の回転速度の低下を緩やかにすることができる。

【0143】

図９は、実施の形態２に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。

【0144】

図９において、例えば、電源投入後、外部の上位装置から２相ステッピングモータ２０の駆動指令が入力された場合に、モータ駆動制御装置１０は、２相ステッピングモータ２０の駆動制御（励磁モード移行制御）を開始する（ステップＳ２１）。

【0145】

次に、モータ駆動制御装置１０は、回転速度の判定値を設定する（ステップＳ２２）。
例えば、モータ駆動制御装置１０は、通電角θを１２０°から９０°に切り替える（動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替える）ための回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕを設定するとともに、通電角θを９０°から１２０°に切り替える（動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替える）ための回転速度の判定値として、下限閾値Ｒｔｄを設定する。

【0146】

次に、モータ駆動制御装置１０は、通電角θが一定時間毎に増加または低下させる処理が実行されているか否かを判定する（ステップＳ２３）。例えば、モータ駆動制御装置１０の起動直後においては、通電角θは固定されているので（ステップＳ２３：ＮＯ）、この場合には、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

【0147】

回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上でない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをリセットする（ステップＳ５）。次に、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

【0148】

回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下でない場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをリセットする（ステップＳ２７）。その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２２に戻る。

【0149】

一方、回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下である場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをインクリメントする（ステップＳ２８）。次に、通電角切替部１２０は、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上である否かを判定する（ステップＳ２９）。

【0150】

回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上でない場合（ステップＳ２９：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２２に戻る。

【0151】

回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上である場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替えるために、通電角θを増加させることを決定する（ステップＳ３０）。そして、通電角切替部１２０は、通電角θを単位角度φだけ増加させる（ステップＳ３１）。その後、ステップＳ２２に戻る。

【0152】

ステップＳ２４において、回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上である場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをインクリメントする（ステップＳ３２）。

【0153】

次に、通電角切替部１２０は、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上である否かを判定する（ステップＳ３３）。回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上でない場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ２２に戻る。回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上である場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、モータ駆動制御装置１０は、動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替えるために、通電角θを低下させることを決定する（ステップＳ３４）。そして、通電角切替部１２０は、通電角θを単位角度φだけ低下させる（ステップＳ３５）。その後、ステップＳ２２に戻る。

【0154】

ステップＳ２３において、通電角θが一定時間毎に増加する処理が実行されている場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ１）には、通電角切替部１２０は、更に、通電角θを単位角度φだけ増加させる（ステップＳ３６）。

【0155】

次に、通電角切替部１２０は、通電角θが上限値（例えば、１２０°）に到達したか否かを判定する（ステップＳ３７）。通電角θが上限値に到達していない場合（ステップＳ３７：ＮＯ）には、再びステップＳ２２に戻り、通電角θが上限値に到達するまで、上述の処理を繰り返し実行する。通電角θが上限値に到達した場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）には、通電角θを一定時間毎に増加させる処理を停止する（ステップＳ３８）。その後、再びステップＳ２２に戻る。

【0156】

ステップＳ２３において、通電角θが一定時間毎に低下する処理が実行されている場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ２）には、通電角切替部１２０は、更に、通電角θを単位角度φだけ低下させる（ステップＳ３９）。

【0157】

次に、通電角切替部１２０は、通電角θが下限値（９０°）に到達したか否かを判定する（ステップＳ４０）。通電角θが下限値に到達していない場合（ステップＳ４０：ＮＯ）には、再びステップＳ２２に戻り、通電角θが下限値に到達するまで、上述の処理を繰り返し実行する。通電角θが下限値（９０°）に到達した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）には、通電角θを一定時間毎に低下させる処理を停止する（ステップＳ４１）。その後、再びステップＳ２２に戻る。

【0158】

以上の処理手順により、通電角θを一定時間毎に連続して変化させることができる。

【0159】

以上、実施の形態２に係る通電角θの切り替え手法によれば、通電角θを連続的に変化させるのでロータ２２の回転速度を緩やかに変化させることができ、２相ステッピングモータ２０のより安定した駆動を実現することが可能となる。

【0160】

≪実施の形態３≫
実施の形態２では、通電角の切り替え手法として通電角θを一定時間毎に連続的に変化させる場合を例示したが、実施の形態３に係る通電角の切り替え手法は、通電角を段階的に変更するものである。

【0161】

図１０は、実施の形態３に係る通電角θの設定方法の一例を示す図である。
図１０において、横軸は通電角θ〔°〕を表し、縦軸は２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度〔ｒｐｍ〕を表している。また、参照符号５０１は、回転速度が上昇するときの上限閾値Ｒｔｕの変化を表し、参照符号５０２は、回転速度が低下するときの下限閾値Ｒｔｄの変化を表す。本例では、回転速度が低下して通電角θが１２０°に変化するまで、設定されている通電角θ毎に下限閾値Ｒｔｄが設定されている。

【0162】

実施の形態３において、制御部１１は、通電角が９０°に設定されている状態において、ロータ２２の回転速度の低下に応じて通電角を９０°から９０°より大きい値まで段階的に変化させる。

【0163】

例えば、図１０に示すように、動作モード（通電角θ）を切り替えるための回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕと、複数の下限閾値Ｒｔｄ１～Ｒｔｄ３とが設定される。

【0164】

下限閾値Ｒｔｄ１は、動作モードを１相励磁モードから１－２相励磁モードに切り替えるための回転速度の閾値であり、下限閾値Ｒｔｄ２，Ｒｔｄ３は、１－２相励磁モードにおいて、通電角θを段階的に切り替える（増やす）ための回転速度の閾値である。例えば、図１０に示すように、通電角θ＝９０°の１相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ１以下になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを９０°から１００°に設定し、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0165】

次に、図１０に示すように、通電角θ＝１００°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ２（＜Ｒｔｄ１）以下になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを１００°から１１０°に設定し、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0166】

更に、図１０に示すように、通電角θ＝１１０°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が下限閾値Ｒｔｄ３（＜Ｒｔｄ２）以下になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを１１０°から１２０°に設定し、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0167】

なお、１－２相励磁モードにおいて、通電角θが１００°，１１０°，１２０°のいずれの値であっても、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上になった場合には、制御部１１（通電角切替部１２０）は、速やかに通電角θを９０°に設定する。

【0168】

これによれば、動作モードが１相励磁モードから１－２励磁モードに切り替わった後に、１－２相励磁モードにおいて通電角θが段階的に変化するので、ロータ２２の回転速度が低下する速度を緩やかにすることができる。

【0169】

図１１は、実施の形態３に係る通電角θの設定方法の別の一例を示す図である。
図１１において、横軸は通電角θ〔°〕を表し、縦軸は２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度〔ｒｐｍ〕を表している。また、参照符号６０１は、回転速度が上昇するときの上限閾値Ｒｔｕの変化を表し、参照符号６０２は、回転速度が低下するときの下限閾値Ｒｔｄの変化を表す。本例では、回転速度が低下して導通角θが９０°から１２０°に変化するまでの導通角θ毎に下限閾値Ｒｔｄが設定されているとともに、回転角度が上昇して導通角θが１２０°から９０°に変化するまでの上限閾値Ｒｔｕが設定されている。

【0170】

図１１に示すように、制御部１１は、通電角が９０°に設定されている状態において、ロータ２２の回転速度の低下に応じて通電角を９０°から９０°より大きい値（例えば、１２０°）まで段階的に変化させるだけでなく、通電角が９０°より大きい値に設定されている状態において、ロータ２２の回転速度の低下に応じて通電角を９０°より大きい値から９０°まで段階的に変化させてもよい。

【0171】

実施の形態３において、通電角θを切り替えるための回転速度の判定値として、例えば、図１１に示すように、複数の上限閾値Ｒｔｕ１～Ｒｔｕ３と、複数の下限閾値Ｒｔｄ１～Ｒｔｄ３とが設定される。

【0172】

上限閾値Ｒｔｕ１，Ｒｔｕ２は、１－２相励磁モードにおいて、通電角θを段階的に切り替える（減らす）ための回転速度の閾値であり、上限閾値Ｒｔｕ３は、動作モードを１－２相励磁モードから１相励磁モードに切り替えるための回転速度の閾値である。
例えば、図１１に示すように、通電角θ＝１２０°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ１以上になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを１２０°から１１０°に設定し、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0173】

次に、図１１に示すように、通電角θ＝１１０°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ２（＞Ｒｔｕ１）以上になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを１１０°から１００°に設定し、１－２相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0174】

更に、図１１に示すように、通電角θ＝１００°の１－２相励磁モードで２相ステッピングモータ２０を駆動している状態において、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が上限閾値Ｒｔｕ３（＞Ｒｔｕ２）以上になった場合、制御部１１（通電角切替部１２０）は、通電角θを１００°から９０°に設定し、１相励磁モードによって２相ステッピングモータ２０を駆動する。

【0175】

１相励磁モードから１－２励磁モードに切り替わる場合には、上述した図１０と同様に、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度の低下に応じて、通電角θが９０°、１００°、１１０°、１２０°の順に切り替わる。

【0176】

なお、上限閾値Ｒｔｕ１～Ｒｔｕ３および下限閾値Ｒｔｄ１～Ｒｔｄ３は、設定されている通電角θの値に応じて、適切な値に設定される。

【0177】

例えば、通電角θが９０°に設定されている場合には、下限閾値Ｒｔｄ３が設定され、通電角θが１００°に設定されている場合には、上限閾値Ｒｔｕ３および下限閾値Ｒｔｄ２が設定され、通電角θが１１０°に設定されている場合には、上限閾値Ｒｔｕ２および下限閾値Ｒｔｄ３が設定され、通電角θが１２０°に設定されている場合には、上限閾値Ｒｔｕ１が設定される。

【0178】

これによれば、動作モードが１相励磁モードから１－２励磁モードに切り替わった後に、１－２相励磁モードにおいて通電角θが段階的に変化するので、ロータ２２の回転速度が低下する速度を緩やかにすることができるとともに、動作モードが１－２相励磁モードから１励磁モードに切り替わる場合において通電角θが段階的に変化するので、ロータ２２の回転速度が上昇する速度を緩やかにすることができる。

【0179】

図１２は、実施の形態３に係る通電角θの設定方法の流れを示すフローチャートである。
同図には、図１１に示した通電角θの設定方法を実現するための具体的な処理の流れが示されている。

【0180】

図１２において、先ず、モータ駆動制御装置１０は、例えば、電源投入後、外部の上位装置から２相ステッピングモータ２０の駆動指令が入力された場合に、２相ステッピングモータ２０の駆動制御（励磁モード移行制御）を開始する（ステップＳ５１）。

【0181】

次に、モータ駆動制御装置１０は、その時点での通電角θに対応する回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕ及び下限閾値Ｒｔｄを設定する（ステップＳ５２）。例えば、通電角θが１１０°に設定されている場合、モータ駆動制御装置１０は、回転速度の判定値として、上限閾値Ｒｔｕ２と下限閾値Ｒｔｄ３を設定する。

【0182】

次に、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が直前のステップＳ５２において設定した上限閾値Ｒｔｕ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上でない場合（ステップＳ５３：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをリセットする（ステップＳ５４）。

【0183】

次に、通電角切替部１２０が、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の回転速度が直前のステップＳ５２において設定した下限閾値Ｒｔｄ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５５）。回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下でない場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをリセットする（ステップＳ５６）。その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ５２に戻る。

【0184】

一方、回転速度が下限閾値Ｒｔｄ以下である場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑをインクリメントする（ステップＳ５７）。次に、通電角切替部１２０は、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上、且つ通電角θが上限値（例えば、１２０°）未満であるか否かを判定する（ステップＳ５８）。

【0185】

回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上、且つ通電角θが上限値未満でない場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ５２に戻る。

【0186】

一方、回転速度低下判定カウンタ１２２のカウント値ｑが第２閾値以上、且つ通電角θが上限値未満である場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０は、通電角θを上限値（１２０°）に向かって一段階増加させる（ステップＳ５９）。例えば、通電角θが１００°である場合、通電角切替部１２０は、通電角θを１１０°に設定する。その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ５２に戻り、新たに設定された通電角θに対応する上限閾値Ｒｔｕおよび下限閾値Ｒｔｄを設定し、ステップＳ５３以降の処理を実行する。

【0187】

ステップＳ５３において、回転速度が上限閾値Ｒｔｕ以上ある場合（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０が、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐをインクリメントする（ステップＳ６０）。次に、通電角切替部１２０は、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上、且つ通電角θが下限値（９０°）を超えているか否かを判定する（ステップＳ６１）。

【0188】

回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上、且つ通電角θが下限値を超えていない、すなわちθ＝９０°の場合には（ステップＳ６１：ＮＯ）、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ５２に戻る。

【0189】

一方、回転速度上昇判定カウンタ１２１のカウント値ｐが第１閾値以上、且つ通電角θが下限値を超えている場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、通電角切替部１２０は、通電角θを下限値（９０°）に向かって一段階低下させる（ステップＳ６２）。例えば、通電角θが１００°である場合、通電角切替部１２０は、通電角θを９０°に設定する。

【0190】

その後、モータ駆動制御装置１０は、ステップＳ５２に戻り、新たに設定された通電角θに対応する上限閾値Ｒｔｕおよび下限閾値Ｒｔｄを設定し、ステップＳ５３以降の処理を繰り返し実行する。

【0191】

以上、実施の形態３に係る通電角の切り替え手法によれば、通電角θを段階的に変化させるので、ロータ２２の回転速度を緩やかに変化させることができ、２相ステッピングモータ２０のより安定した駆動の実現することが可能となる。

【0192】

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

【0193】

例えば、上記実施の形態における２相ステッピングモータ２０は、ロータ２２の極数が２極である場合を例示したが、ロータ２２の極数は特に限定されない。

【0194】

上記実施の形態に係るモータユニット１は、図１に開示した構成に限定されない。例えば、駆動部１２は、上述したモータ駆動部１３の他に、コイル２１Ａ，２１Ｂのコイル電流を検出するための電流検出回路等の他の回路を有していてもよい。

【0195】

また、上述のフローチャートは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。すなわち、フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではない。例えば、一部の処理の順番が変更されてもよいし、各処理間に他の処理が挿入されてもよいし、一部の処理が並列に行われてもよい。

【0196】

また、上記実施の形態では、制御部１１は、ロータ２２の回転状態としてロータ２２の回転速度を監視し、ロータ２２の回転速度が大きいほど通電角θが小さくなるように通電角θを設定する場合について説明したが、ロータ２２の回転状態は回転速度に限られない。例えば、制御部１１は、ロータ２２の回転状態としてロータ２２の負荷を監視し、ロータ２２の負荷が小さいほど通電角θが小さくなるように通電角θを設定してもよい。以下、ロータ２２の負荷を監視し、負荷に応じて通電角θを設定する場合の具体例について説明する。

【0197】

図１３は、ロータ２２の負荷に応じて通電角θを設定する制御部１１Ａの機能ブロック構成を示す図である。

【0198】

図１３に示すように、制御部１１Ａは、図７に示した制御部１１における回転速度計測部１１８、回転速度判定部１１９、回転速度上昇判定カウンタ１２１、および回転速度低下判定カウンタ１２２に代えて（または加えて）、負荷計測部１１８Ａ、負荷判定部１１９Ａ、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａ、および負荷低下判定カウンタ１２２Ａを有している。

【0199】

負荷計測部１１８Ａは、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の負荷を計測する機能部である。負荷計測部１１８Ａは、例えば、２相ステッピングモータ２０のＡ相のコイル２１ＡおよびＢ相のコイル２１Ｂに流れる電流の大きさを計測し、その電流値をロータ２２の負荷の計測値とする。

【0200】

負荷判定部１１９Ａは、２相ステッピングモータ２０のロータ２２の負荷の計測値と、通電角θを切り替えるための負荷の判定値とを比較する機能部である。負荷判定部１１９Ａは、負荷計測部１１８Ａによる負荷の計測値と、負荷の上限閾値Ｌｔｕおよび下限閾値Ｌｔｄとを比較する機能部である。例えば、負荷判定部１１９Ａは、負荷の計測値が上限閾値Ｌｔｕ以上になった場合に、そのことを示す信号を通電角切替部１２０Ａに与える。また、負荷判定部１１９Ａは、負荷の計測値が下限閾値Ｌｔｄ以下になった場合に、そのことを示す信号を通電角切替部１２０Ａに与える。

【0201】

通電角切替部１２０Ａは、負荷判定部１１９Ａからの信号に応じて、通電角θ、すなわち動作モードを指示する動作モード信号を出力する。

【0202】

例えば、１－２相励磁モード（例えば、通電角θ＝１２０°）で通電切替制御が行われている状態において、負荷判定部１１９Ａから負荷の計測値が下限閾値Ｌｔｕ以下になったことを示す信号が出力された場合に、通電角切替部１２０は、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）を指示する動作モード信号を２相励磁期間算出部１１４に出力する。

【0203】

また、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）で通電切替制御が行われている状態において、負荷判定部１１９Ａから負荷の計測値が上限閾値Ｌｔｄ以上になったことを示す動作モード信号が出力された場合に、通電角切替部１２０Ａは、１－２相励磁モード（例えば、通電角θ＝１２０°）を指示する動作モード信号を２相励磁期間算出部１１４に出力する。

【0204】

制御部１１Ａによれば、回転速度に応じて通電角θを設定する場合と同様に、負荷変動に対する２相ステッピングモータの駆動制御の安定性を高めることが可能となる。

【0205】

制御部１１Ａによる動作モードの切り替えは、回転速度を監視する場合と同様に、上限閾値Ｌｔｕおよび下限閾値Ｌｔｄに対する負荷の上昇および低下がそれぞれ複数回検出された場合に、実行されることが好ましい。例えば、図１３に示すように、通電角切替部１２０Ａは、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａおよび負荷低下判定カウンタ１２２Ａを有し、ロータ２２の負荷が上限閾値Ｌｔｕ以上になった回数を負荷上昇判定カウンタ１２１Ａによってカウントするとともに、ロータ２２の負荷が下限閾値Ｌｔｄ以下になった回数を負荷低下判定カウンタ１２２Ａによってカウントし、それらのカウンタのカウント値に基づいて動作モードを切り替えてもよい。

【0206】

具体的には、通電角切替部１２０Ａは、負荷判定部１１９Ａから負荷の計測値が上限閾値Ｌｔｕ以上になったことを示す信号が出力された場合に、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａをインクリメントし（＋１）、負荷の計測値が上限閾値Ｌｔｕ未満になった場合に、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａをリセットする。

【0207】

また、通電角切替部１２０Ａは、負荷判定部１１９Ａから負荷の計測値が下限閾値Ｌｔｄ以下になったことを示す信号が出力された場合に、負荷低下判定カウンタ１２２Ａをインクリメントし（＋１）、負荷の計測値が下限閾値Ｌｔｄより大きくなった場合に、負荷低下判定カウンタ１２２Ａをリセットする。

【0208】

通電角切替部１２０Ａは、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａのカウント値が第１閾値（例えば、２以上の整数）以上となった場合に、１－２相励磁モード（例えば、通電角θ＝１２０°）を指示する動作モード信号を出力する。また、通電角切替部１２０Ａは、負荷低下判定カウンタ１２２Ａのカウント値が第２閾値（例えば、２以上の整数）以上となった場合に、１相励磁モード（通電角θ＝９０°）を指示する動作モード信号を出力する。
なお、第１閾値および第２閾値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。第１閾値および第２閾値の情報は、例えば、記憶部１１６に予め記憶されている。

【0209】

このように、負荷上昇判定カウンタ１２１Ａおよび負荷低下判定カウンタ１２２Ａを用いることにより、ロータ２２の負荷の瞬間的な変動に応じた動作モードの切り替わりを防止することができる。

【符号の説明】

【0210】

１…モータユニット、１０…モータ駆動制御装置、１１，１１Ａ…制御部、１２…駆動部、１３…モータ駆動部、２０…２相ステッピングモータ、２１…コイル、２１Ａ…Ａ相のコイル、２１Ｂ…Ｂ相のコイル、２２…ロータ、２２Ｎ…Ｎ極、２２Ｓ…Ｓ極、１１１…逆起電圧監視部、１１２…ゼロクロス点検出部、１１３…１相励磁期間計時部、１１４…２相励磁期間算出部、１１５…２相励磁期間計時部、１１６…記憶部、１１７…制御信号生成部、１１８…回転速度計測部、１１８Ａ…負荷計測部、１１９…回転速度判定部、１１９Ａ…負荷判定部、１２０，１２０Ａ…通電角切替部、１２１…回転速度上昇判定カウンタ、１２１Ａ…負荷上昇判定カウンタ、１２２…回転速度低下判定カウンタ、１２２Ａ…負荷低下判定カウンタ、Ｓｄ…制御信号、Ｓｚ…検出信号、Ｔ１ｎ…１相励磁の期間、Ｔ２ｎ…目標通電時間（２相励磁の期間）、ＡＰ…Ａ相のコイルの正極側の端子、ＡＮ…Ａ相のコイルの負極側の端子、ＢＰ…Ｂ相のコイルの正極側の端子、ＢＮ…Ｂ相のコイルの負極側の端子、Ｒｔｕ，Ｒｔｕ１～Ｒｔｕ３，Ｌｔｕ…上限閾値、Ｒｔｄ，Ｒｔｄ１～Ｒｔｄ３，Ｌｔｄ…下限閾値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】