JP2018182836A - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転ムラ及びモータの回転ムラの周波数成分を低減させることができ、高精度でモータを駆動させることができるモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動制御装置は、モータ２０の目標回転速度に対応する指示信号Ｓｃとモータ２０のロータの回転位置に対応する検出信号Ｓｒとに基づいて駆動制御信号Ｓｄを出力する制御回路部３と、駆動制御信号Ｓｄに基づいてモータ２０に駆動信号を出力するモータ駆動部２とを備える。制御回路部３は、モータ２０の駆動が開始されてから、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、指示信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力し、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達したとき、指示信号Ｓｃから算出した理論値Ｓ３に基づいて生成した第２駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法に関し、特に、目標回転速度でモータが回転するように制御を行うモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法に関する。

例えばカラー複写機等に使用されるモータには、回転ムラ（ｗｏｗ ｆｌｕｔｔｅｒ）を低減させることが厳しく要求されている。例えばカラー複写機において、モータの回転ムラがあると、印刷時に色ムラが発生する原因になる。

近年では、回転ムラについて、１回転成分や高調波成分を低減することが必要とされる場合がある。１回転成分は、モータが１回転する毎に発生する周期的なムラであり、モータの組立精度等の影響により発生する。高調波成分は、モータの磁極数によって決まる成分であり、ホール素子等の位置検出素子の取り付け精度や、磁石の着磁の影響により発生する。

上記のような課題に対して、例えば、下記特許文献１には、複数のホール素子でモータの回転位置を検出し、それぞれ分周回路でモータの回転速度を示す回転速度信号を得て、目標とする回転速度に応じて基準クロック発生回路で基準クロックを発生し、それぞれ誤差信号生成回路で基準クロックと回転速度信号と比較することにより回転速度のずれを検出し、誤差信号を出力して、これらの誤差信号を信号合成回路で合成して速度制御信号を合成するＤＣブラシレスモータの速度制御装置が開示されている。

なお、下記特許文献２には、画像形成装置において用いられる、回転体の速度変動の抑制と長時間の安定駆動を実現し、画像の劣化要因である「色ずれ」や「ピッチムラ」を低減する速度制御装置の構成が開示されている。回転体の角速度変動をエンコーダで検出し、ステッピングモータについて低周波速度変動成分補正制御と高周波速度変動成分補正制御とが実行される。

特開２０００−６０１７７号公報 特開２００８−２７８６２０号公報

ホール素子等の位置検出素子の取り付け精度等に起因する回転ムラに関しては、例えば特許文献１に記載されているように、１つのホール素子の情報に基づいて制御を行うことで、改善することができる可能性がある。しかしながら、このような場合には、複数のホール素子を用いて制御を行う場合と比較して、ホール素子から得られる回転速度情報が少なくなるため、精度が下がるという問題がある。

また、近年では、回転ムラとして、モータの組立精度のバラツキが要因となる1回転成分の回転ムラや、ホール取り付け精度のバラツキが要因となる高調波成分の回転ムラといった周波数成分に起因する回転ムラが回転速度の精度を低下させる要因として、改善することが必要になってきている。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、モータの回転ムラ及びモータの回転ムラの周波数成分を低減させることができ、高精度でモータを駆動させることができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法を提供することを目的としている。

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、モータの目標回転速度に対応する指示信号とモータのロータの回転位置に対応する検出信号とに基づいて、モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、制御回路部から出力された駆動制御信号に基づいて、モータに駆動信号を出力するモータ駆動部とを備え、制御回路部は、指示信号とモータの回転速度とを比較し、モータの駆動が開始されてから、モータの回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、指示信号と検出信号とに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号として出力し、モータの回転速度が目標回転速度に対応する速度に達したとき、指示信号から算出したモータのロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を駆動制御信号として出力する。

好ましくは、制御回路部は、モータの回転速度が目標回転速度に対応する速度から外れたとき、第１駆動制御信号を駆動制御信号として出力する。

好ましくは、目標回転速度に対応する速度は、目標回転速度を含む所定の範囲の速度である。

好ましくは、制御回路部は、指示信号とモータの回転速度とを比較してモータのトルクに関する指令信号を出力する速度制御回路と、検出信号に基づいて、モータのロータの回転位置に対応する第１回転速度信号を出力する位置／回転速度検出回路と、指示信号に基づいて、モータのロータの回転位置に理論上対応する理論値を算出し、理論値を第２回転速度信号として出力する理論値算出回路と、速度制御回路の比較結果に応じて第１回転速度信号と第２回転速度信号とのいずれか一方を出力するセレクタとを有し、セレクタから出力された第１回転速度信号と第２回転速度信号とのいずれか一方と、速度制御回路から出力された指令信号とに基づいて、駆動制御信号を出力する。

好ましくは、モータは、３相のモータであり、検出信号は、ロータの磁極の位置に対応する３相のホール信号であり、制御回路部は、３相のホール信号を合成して得られたＦＧ信号に基づいて第１駆動制御信号を生成し、指示信号は、目標回転速度に対応する周期の信号であり、理論値は、指示信号の周期と、モータが所定角度だけ回転する期間に対応するＦＧ信号のパルス数とに基づいて算出される。

この発明の他の局面に従うと、モータ駆動制御装置の制御方法は、モータの目標回転速度に対応する指示信号とモータのロータの回転位置に対応する検出信号とに基づいて、モータを駆動させるための駆動制御信号を出力し、駆動制御信号に基づいてモータに駆動信号を出力するモータ駆動制御装置の制御方法であって、指示信号とモータの回転速度とを比較する比較ステップと、モータの駆動が開始されてから、モータの回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、指示信号と検出信号とに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号として出力する第１出力ステップと、モータの回転速度が目標回転速度に対応する速度に達したとき、指示信号から算出したモータのロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を駆動制御信号として出力する第２出力ステップとを含む。

これらの発明に従うと、モータの回転ムラ及びモータの回転ムラの周波数成分を低減させることができ、高精度でモータを駆動させることができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御装置の制御方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置の回路構成を示す図である。 第１の実施の形態における制御回路部の構成を示すブロック図である。 検出信号と第１回転速度信号との関係及びクロック信号と第２回転速度信号との関係を説明する図である。 モータ駆動制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置について説明する。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置１の回路構成を示す図である。

図１に示すように、モータ駆動制御装置１は、ブラシレスモータ２０（以下、単にモータ２０という）を例えば正弦波駆動により駆動させるように構成されている。本実施の形態において、モータ２０は、例えば３相のブラシレスモータである。モータ駆動制御装置１は、モータ２０に正弦波駆動信号を出力してモータ２０の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに周期的に正弦波状の駆動電流を流すことで、モータ２０を回転させる。

モータ駆動制御装置１は、インバータ回路２ａ及びプリドライブ回路２ｂを有するモータ駆動部２と、制御回路部３とを有している。なお、図１に示されているモータ駆動制御装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。詳細は後述するが、制御回路部３は、モータ２０の目標回転速度に対応するクロック信号（指示信号の一例）Ｓｃとモータ２０のロータの回転位置に対応する検出信号Ｓｒとに基づいて、モータ２０を駆動させるための駆動制御信号を出力する。また、モータ駆動部２は、制御回路部３から出力された駆動制御信号Ｓｄに基づいて、モータ２０に駆動信号を出力する。そして、制御回路部３は、クロック信号Ｓｃとモータ２０の回転速度とを比較し、モータ２０の駆動が開始されてから、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、クロック信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力し、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達したとき、クロック信号Ｓｃから算出したモータ２０のロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する。

本実施の形態において、モータ駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置ＩＣである。なお、モータ駆動制御装置１の一部が１つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置１の全部又は一部がパッケージ化されて１つの集積回路装置が構成されていてもよい。

インバータ回路２ａとプリドライブ回路２ｂとは、モータ駆動部２を構成する。インバータ回路２ａは、プリドライブ回路２ｂから出力された出力信号に基づいてモータ２０に駆動信号を出力し、モータ２０が備える電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電する。インバータ回路２ａは、例えば、直流電源Ｖｃｃの両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対が、電機子コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対してそれぞれ配置されて構成されている。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ２０の各相の端子が接続されている。

プリドライブ回路２ｂは、制御回路部３による制御に基づいて、インバータ回路２ａを駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路２ａに出力する。出力信号としては、例えば、インバータ回路２ａの各スイッチ素子に対応する６種類の信号Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌが出力される。インバータ回路２ａは、これらの出力信号が入力されることで、それぞれの信号に対応するスイッチ素子がオン、オフ動作を行い、モータ２０に駆動信号が出力されてモータ２０の各相に電力が供給される（図示せず）。

制御回路部３には、モータ２０から、モータ２０のロータの回転位置に対応する検出信号Ｓｒが入力される。検出信号Ｓｒは、例えば、３つのホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗである。ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、例えば、モータ２０に配置された３つのホール（ＨＡＬＬ）素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗの出力信号である。制御回路部３は、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを用いて、モータ２０の回転位置や、回転数情報（ＦＧ信号など）などの情報を得ることでモータ２０の回転状態を検出し、モータ２０の駆動を制御する。

３つのホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ（以下、これらをまとめてホール素子２５ということがある）は、例えば、互いに略等間隔（隣り合うものと１２０度の間隔で）でモータ２０の回転子の回りに配置されている。ホール素子２５ｕ，２５ｖ，２５ｗは、それぞれ、回転子の磁極を検出し、ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する。

なお、制御回路部３には、このようなホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに代えて、モータ２０のロータの回転位置に対応する他の信号が検出信号Ｓｒとして入力されるように構成されていてもよい。例えば、エンコーダやレゾルバなどを設け、その検出信号が入力されるようにしてもよい。

制御回路部３には、クロック信号（指示信号の一例）Ｓｃが入力される。クロック信号Ｓｃは、例えば、制御回路部３の外部から入力される。クロック信号Ｓｃは、例えば、モータ２０の目標回転速度に対応する周期の信号である。換言すると、クロック信号Ｓｃは、モータ２０の目標回転速度を指定する指示信号である。

制御回路部３は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成されている。制御回路部３は、クロック信号Ｓｃと、検出信号Ｓｒとに基づいて、モータ２０を駆動させるための駆動制御信号Ｓｄをプリドライブ回路２ｂに出力する。制御回路部３は、駆動制御信号Ｓｄをモータ駆動部２に出力してモータ駆動部２を制御することで、モータ２０の回転制御を行う。モータ駆動部２は、制御回路部３から出力された駆動制御信号Ｓｄに基づいて、モータ２０に正弦波駆動信号を出力してモータ２０を駆動させる。

［制御回路部３の説明］

図２は、第１の実施の形態における制御回路部３の構成を示すブロック図である。

図２に示されるように、制御回路部３は、速度制御回路３１と、正弦波駆動回路３５とを含んでいる。また、制御回路部３は、位置／回転速度検出回路３２と、理論値算出回路３３と、セレクタ（選択回路）３４とを含んでいる。これらの各回路は、デジタル回路である。なお、図２において、各回路間での信号や情報等の送受は、駆動制御信号Ｓｄの生成に関する説明に係るものが示されている。以下に詳述するように、制御回路部３において、速度制御かいろ３１は、クロック信号（指示信号の一例）Ｓｃとモータ２０の回転速度とを比較してトルク指令信号（モータ２０のトルクに関する指令信号の一例）Ｓ１を出力しと、位置／回転速度検出回路３２は、検出信号Ｓｒに基づいて、モータ２０のロータの回転位置に対応する第１回転速度信号Ｓ２を出力し、理論値算出回路３３は、クロック信号Ｓｃに基づいて、モータ２０のロータの回転位置に理論上対応する理論値を算出し、理論値を第２回転速度信号Ｓ３として出力する。そして、セレクタ３４は、速度制御回路３１から出力される回転速度判定信号（速度制御回路の比較結果の一例）に応じて第１回転速度信号Ｓ２と第２回転速度信号Ｓ３とのいずれか一方を出力し、正弦波駆動回路３５は、セレクタ３４から出力された第１回転速度信号Ｓ２と第２回転速度信号Ｓ３とのいずれか一方と、速度制御回路３１から出力されたトルク指令信号Ｓ１とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄを出力する。

速度制御回路３１には、検出信号Ｓｒ（ホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）が入力される。速度制御回路３１は、クロック信号Ｓｃと、検出信号Ｓｒとに基づいて、モータ２０の回転速度に関するトルク指令信号（指令信号の一例）Ｓ１を出力する。具体的には、例えば、速度制御回路３１は、入力された検出信号Ｓｒに基づいてモータ２０の回転速度を検出する。そして、速度制御回路３１は、検出信号Ｓｒに基づいて検出されるモータ２０の回転速度が、クロック信号Ｓｃに対応する目標回転速度となるように、トルク指令信号Ｓ１を生成する。換言すると、速度制御回路３１は、クロック信号Ｓｃに対応する目標回転速度とモータ２０の回転速度とを比較してトルク指令信号Ｓ１を出力する。このとき、速度制御回路３１は、進角制御を行ってトルク指令信号Ｓ１を出力するようにしてもよい。

また、速度制御回路３１は、クロック信号Ｓｃに対応する目標回転速度とモータ２０の回転速度とを比較して、回転速度判定信号（比較結果の一例）Ｓ４を出力する。回転速度判定信号Ｓ４は、セレクタ３４に入力される。なお、回転速度判定信号Ｓ４についての詳細は、後述する。

正弦波駆動回路３５には、トルク指令信号Ｓ１と、セレクタ３４から入力されるベース信号Ｓ５が入力される。正弦波駆動回路３５は、トルク指令信号Ｓ１とベース信号Ｓ５とに基づいて、モータ駆動部２を駆動させるための駆動制御信号Ｓｄを生成する。駆動制御信号Ｓｄがモータ駆動部２に出力されることで、モータ駆動部２からモータ２０に正弦波駆動信号が出力され、モータ２０が駆動される。すなわち、速度制御回路３１と正弦波駆動回路３５とで、クロック信号Ｓｃに基づいて駆動制御信号Ｓｄが生成され、モータ駆動部２に出力される。

セレクタ３４には、位置／回転速度検出回路３２から出力される第１回転速度信号Ｓ２と、理論値算出回路３３から出力される第２回転速度信号（理論値の一例）Ｓ３とが入力される。セレクタ３４は、回転速度判定信号Ｓ４に応じて、第１回転速度信号Ｓ２と第２回転速度信号Ｓ３とのいずれか一方をベース信号Ｓ５として出力する。出力されるベース信号Ｓ５は、正弦波駆動回路３５に入力される。

図３は、検出信号Ｓｒと第１回転速度信号Ｓ２との関係及びクロック信号Ｓｃと第２回転速度信号Ｓ３との関係を説明する図である。以下に詳述するように、制御回路部３は、３相のホール信号を合成して得られたＦＧ信号（３相合成信号）に基づいて第１駆動制御信号を生成し、 クロック信号Ｓｃは、目標回転速度に対応する周期の信号であり、理論値は、クロック信号Ｓｃの周期と、モータ２０が所定角度だけ回転する期間に対応するＦＧ信号のパルス数とに基づいて算出される。

図２に示されるように、位置／回転速度検出回路３２には、検出信号Ｓｒが入力される。そして、図３に示されるように、位置／回転速度検出回路３２は、入力された検出信号Ｓｒすなわち３相のホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを合成してＦＧ信号（３相合成信号）を生成する。そして、生成したＦＧ信号に基づいて第１回転速度信号Ｓ２を生成する。具体的には、例えば、ＦＧ信号の周期を所定の数で分割することにより、第１回転速度信号Ｓ２を生成する。生成された第１回転速度信号Ｓ２は、セレクタ３４に入力される。

理論値算出回路３３には、クロック信号Ｓｃが入力される。理論値算出回路３３は、図３に示されるように、クロック信号Ｓｃに基づいて、モータのロータの回転位置に関する理論値を算出する。そして、算出した理論値を、第２回転速度信号Ｓ３として出力する。出力された第２回転速度信号Ｓ３は、セレクタ３４に入力される。

ここで、理論値は、以下に示されるように、クロック信号Ｓｃの周期と、モータ２０が所定角度だけ回転する期間に対応するＦＧ信号のパルス数とに基づいて算出される。クロック信号Ｓｃの周波数が４００（Ｈｚ）であり、ロータ１回転当たりのＦＧ信号のパルス数＝４５（ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ）であり、モータ２０が１０極モータである（Ｎ極とＳ極とが５組設けられている）場合を想定する。

このとき、クロック信号Ｓｃの周期は、次式のようになる。

１／４００（Ｈｚ）＝２．５（ｍｓ）

また、電気角３６０度の期間、すなわちそれぞれのホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの周期は、クロック信号Ｓｃの周期と、ロータ１回転当たりのＦＧ信号のパルス数と、モータ２０の磁極の数と基づいて求められる。具体的には、次式のようになる。

２．５（ｍｓ）＊４５（ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ）／５（組）＝２２．５（ｍｓ）

そうすると、ＦＧ信号の半周期は、ホール信号の周期の６分の１であるため、次式のようになる。

２２．５（ｍｓ）／６＝３．７５（ｍｓ）

理論値は、ＦＧ信号の半周期を第１回転速度信号Ｓ２と同じようにベース信号の分解能Ｘ（ｍｓ）で除して求められ、次式のようになる。

３．７５（ｍｓ）／Ｘ（ｍｓ）＝（理論値（ｍｓ））

クロック信号Ｓｃに対応する目標回転速度とモータ２０の回転速度とが一致しているとき、このようにクロック信号Ｓｃに基づいて求められる理論値は、モータ２０のロータの回転位置に理論上対応しているものであるといえる。

セレクタ３４は、このように位置／回転速度検出回路３２から入力された第１回転速度信号Ｓ２と、理論値算出回路３３から入力された第２回転速度信号Ｓ３との一方を、回転速度判定信号Ｓ４に基づいて選択し、選択した信号をベース信号Ｓ５として出力する。換言すると、速度制御回路３１は、回転速度判定信号Ｓ４を出力することにより、正弦波駆動回路３５に入力されるベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２と第２回転速度信号Ｓ３とのいずれを用いるかを切り替える。

本実施の形態において、速度制御回路３１は、回転速度判定信号Ｓ４を出力することにより、検出信号Ｓｒに基づいて検出されるモータ２０の回転速度がクロック信号Ｓｃに対応する目標回転速度に対応する速度であるか否かに応じて、ベース信号Ｓ５を切り替える。具体的には、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度ではないとき、セレクタ３４は、ベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２を出力し、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度であるとき、ベース信号Ｓ５として第２回転速度信号Ｓ３を出力する。すなわち、本実施の形態において、速度制御回路３１は、回転速度が、目標回転速度を含む所定の範囲の速度である（以下、単に所定速度範囲内であるということがある。）場合に、回転速度が目標回転速度に対応する速度であると判定して、判定結果として回転速度判定信号Ｓ４を出力する。そして、セレクタ３４は、モータ２０の回転速度が所定速度範囲内ではないとき、ベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２を出力し、モータ２０の回転速度が所定速度範囲内であるとき、ベース信号Ｓ５として第２回転速度信号Ｓ３を出力する。所定速度範囲は、例えば、目標回転速度の上下数パーセントの範囲とすることができるが、これに限られるものではない。

本実施の形態におけるモータ駆動制御装置１の制御方法は、以下に記述するように、クロック信号（指示信号の一例）Ｓｃとモータ２０の回転速度とを比較する比較ステップと、第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する第１出力ステップと、第２駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する第２出力ステップとを含んでいる。

本実施の形態において、制御回路部３は、以下のようにして駆動制御信号Ｓｄを出力する。すなわち、制御回路部３（速度制御回路３１）は、クロック信号Ｓｃとモータの回転速度とを比較する（比較ステップ）。制御回路部３（正弦波駆動回路３５）は、モータ２０の駆動が開始されてから、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、クロック信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する（第１出力ステップ）。その後、制御回路部３（正弦波駆動回路３５）は、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達したとき、クロック信号Ｓｃから算出したモータ２０のロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する（第２出力ステップ）。このような動作を、以下に具体的に説明する。

図４は、モータ駆動制御装置１の動作を示すフローチャートである。

図４に示されているように、ステップＳ１１において、モータ２０の駆動が行われていないとき、クロック信号Ｓｃが入力されると、制御回路部３は、それを検知する。

ステップＳ１２において、制御回路部３は、モータ２０を起動する。このとき、速度制御回路３１が回転速度判定信号Ｓ４を出力することにより、セレクタ３４からベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２が出力される。正弦波駆動回路３５は、第１回転速度信号Ｓ２とトルク指令信号Ｓ１とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄを生成し、出力する（第１出力ステップの一例）。このとき生成される駆動制御信号Ｓｄは、クロック信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて生成された第１駆動制御信号である。速度制御回路３１によりトルク指令信号Ｓ１が出力されることにより、モータ２０の回転速度が目標回転速度になるように制御が行われる。クロック信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて、モータ２０が駆動される（通常駆動）。

ステップＳ１３において、制御回路部３は、クロック信号Ｓｃの入力が停止されたか否かを検知する。クロック信号Ｓｃの入力が停止されたことを検知しなければ、ステップＳ１４に進む。クロック信号Ｓｃの入力が停止されたことを検知したときには、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１４において、速度制御回路３１は、回転速度が所定速度範囲内（所定値以内）であるか否かを判断する（比較ステップの一例）。回転速度が所定速度範囲内であればステップＳ１５に進む。回転速度が所定速度範囲内でなければ、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。

モータ２０の駆動が開始されてから、回転速度が所定速度範囲に達すると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５において、理論値を用いた駆動が行われる（理論値駆動）。すなわち、回転速度が所定速度範囲内であれば、速度制御回路３１が回転速度判定信号Ｓ４を出力することにより、セレクタ３４からベース信号Ｓ５として第２回転速度信号Ｓ３が出力される。正弦波駆動回路３５は、クロック信号Ｓｃに基づいて算出された理論値である第２回転速度信号Ｓ３とトルク指令信号Ｓ１とに基づいて、駆動制御信号Ｓｄを生成し、出力する（第２出力ステップの一例）。このとき生成される駆動制御信号Ｓｄは、クロック信号Ｓｃから算出したモータ２０のロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成された第２駆動制御信号である。

ステップＳ１６において、理論値駆動が行われている場合にも、ステップＳ１４と同様に、速度制御回路３１は、回転速度が所定速度範囲内（所定値以内）であるか否かを判断する。回転速度が所定速度範囲内でなければ、ステップＳ１２に進む。すなわち、負荷がかかったり目標回転速度が変更されたりして回転速度が所定速度範囲外となった場合には、通常駆動（ステップＳ１２）に戻る。通常駆動に戻ると、セレクタ３４からベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２が出力され、正弦波駆動回路３５から第１駆動制御信号が駆動制御信号Ｓｄとして出力される。他方、回転速度が所定速度範囲内であればステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７において、ステップＳ１３と同様に、制御回路部３は、クロック信号Ｓｃの入力が停止されたか否かを検知する。クロック信号Ｓｃの入力が停止されたことを検知しなければ、ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。クロック信号Ｓｃの入力が停止されたことを検知したときには、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８において、制御回路部３は、フリーラン停止を開始させる。すなわち、速度制御回路３１からトルク指令信号Ｓ１が出力されて駆動制御信号Ｓｄが出力されることにより、モータ２０の全相についてオフとされる。これにより、モータ２０がフリーラン停止する。なお、停止する際、ショートブレーキ等を行う制御が行われるようにしてもよい。

以上説明したように、図３に示されるように、第１回転速度信号Ｓ２は検出信号Ｓｒに基づくタイミングで生成されるものであり、第１回転速度信号Ｓ２には、例えば、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきや、モータ２０のマグネットの着磁ムラによるばらつきが含まれる可能性がある。第１回転速度信号Ｓ２にばらつきがあると、それに基づいて出力される駆動制御信号Ｓｄにも影響し、モータ２０の回転ムラが生じることとなる。モータ２０の回転ムラの周波数成分毎の特徴として、モータ２０の組立精度やマグネットの着磁ムラによるばらつきは、モータ２０が１回転する毎に周期的に生じる１回転成分のムラとなり、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきは、モータ２０が１回転する間に磁極の組数だけ周期的に生じる高調波成分のムラ（例えば、磁極が５組の場合、Ｗ５成分のムラ）となる。

これに対して、本実施の形態においては、モータ２０の回転速度が所定速度範囲内であるとき、正弦波駆動回路３５で用いるベース信号Ｓ５として、クロック信号Ｓｃを基に算出された理論値（第２回転速度信号Ｓ３）が用いられる。クロック信号Ｓｃに基づいて算出される理論値には、モータ２０の組立精度のばらつき、モータ２０のマグネットの着磁ムラによるばらつき、ホール素子２５の取り付け精度によるばらつきなどが含まれない。そのため、第２回転速度信号Ｓ３に基づいて出力される駆動制御信号Ｓｄによってモータ２０を駆動することにより、上記のような、モータ２０のモータ２０の組立精度やマグネットの着磁ムラによるばらつきが要因となって生じる回転ムラの周波数成分（１回転成分）およびホール素子２５の取り付け精度によるばらつきが要因となって生じる回転ムラの周波数成分（高調波成分）を抑制することができる。

モータ２０の回転速度が所定速度範囲内になるまでには、検出信号Ｓｒに基づくベース信号Ｓ５を用いて通常駆動が行われる。したがって、起動時など、目標回転速度と実際の回転速度との間に大きな差がある場合であっても、適切に目標回転速度で回転するように制御が行われる。検出信号Ｓｒとしては、３相のホール信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを用いることができるので、モータ２０の回転位置に応じて高い精度でモータ２０を駆動させることができる。

制御回路部３は、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度から外れたとき、第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する。すなわち、一旦モータ２０の回転速度が所定速度範囲内になり、理論値駆動が行われても、その後、モータ２０の回転速度が所定速度範囲から外れたときには、通常駆動が行われるようにベース信号Ｓ５が切り替えられる。そして、セレクタ３４は、ベース信号Ｓ５として第１回転速度信号Ｓ２が出力され、正弦波駆動回路３５は、モータ２０の回転速度が目標回転速度に対応する速度に達するまで、クロック信号Ｓｃと検出信号Ｓｒとに基づいて生成した第１駆動制御信号を駆動制御信号Ｓｄとして出力する。そのため、例えば、理論値駆動が行われているときに、外乱による負荷変動が生じてモータ２０の回転速度が大きく変化した場合であっても、実際のモータ２０の回転位置に対応する第１回転速度信号Ｓ２に基づいて、高精度に、目標回転速度で回転するように制御が行われる。

第２回転速度信号Ｓ３を理論値として算出することができるので、正弦波駆動等に用いるベース信号Ｓ５の分解能を変更したり、モータ駆動制御装置１の構成を磁極数の異なるモータ等の駆動に転用したりすることを容易に行うことができる。理論値算出回路３３は、マイクロコンピュータにより実現したり、ＩＣにより実現したり、ソフトウエアの処理により実現したりするなど、様々な方法で実現することができる。そのため、モータ駆動制御装置１の汎用性を高めることができる。

ベース信号Ｓ５の出力に際しては、補正値を用いたり回転ムラを検出する回路等を設けたりして補正処理等を行う必要がない。したがって、そのような補正処理に要する補正値をモータ駆動制御装置１で記憶しておく必要や、新たな検出回路等を設ける必要はなく、モータ駆動制御装置１の構成を簡素なものにすることができる。

［その他］

制御回路部は、上述に示されるような回路構成に限定されない。本発明の目的にあうように構成された、様々な回路構成が適用できる。

上述のフローチャートは具体例であって、このフローチャートに限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されていてもよいし、処理が並列化されていてもよい。

上述の実施の形態のモータ駆動制御装置により駆動されるモータの相数は、３相に限られない。また、ホール素子の数は、３個に限られない。

モータの回転速度の検出方法は特に限定されない。例えば、ホール素子を用いず、モータの逆起電力を用いて回転速度を検出するようにしてもよい。

モータの駆動方式は、正弦波駆動方式に限定されない。例えば、矩形波駆動方式や、台形波、あるいは、正弦波に特殊な変調をかけた駆動方式に適用することもできる。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウエアによって行われるようにしても、ハードウェア回路を用いて行われるようにしてもよい。すなわち、モータ駆動制御装置の各構成要素は、少なくともその一部がハードウェアによる処理ではなく、ソフトウエアによる処理により実現されるように構成されていてもよい。

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。

１ モータ駆動制御装置
２ モータ駆動部
３ 制御回路部
２０ モータ
２５（２５ｕ，２５ｖ，２５ｗ）ホール素子
３１ 速度制御回路
３２ 位置／回転速度検出回路
３３ 理論値算出回路
３４ セレクタ
３５ 正弦波駆動回路
Ｓ１ トルク指令信号（指令信号の一例）
Ｓ２ 第１回転速度信号
Ｓ３ 第２回転速度信号（理論値の一例）
Ｓ４ 回転速度判定信号（比較結果の一例）
Ｓ５ ベース信号（第１回転速度信号あるいは第２回転速度信号）
Ｓｃ クロック信号（目標回転速度に対応する指示信号の一例）
Ｓｄ 駆動制御信号
Ｓｒ 検出信号
Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ ホール信号

Claims (6)

1. モータの目標回転速度に対応する指示信号と前記モータのロータの回転位置に対応する検出信号とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動制御信号を出力する制御回路部と、
   前記制御回路部から出力された前記駆動制御信号に基づいて、前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動部とを備え、
   前記制御回路部は、
   前記指示信号と前記モータの回転速度とを比較し、
   前記モータの駆動が開始されてから、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度に達するまで、前記指示信号と前記検出信号とに基づいて生成した第１駆動制御信号を前記駆動制御信号として出力し、
   前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度に達したとき、前記指示信号から算出した前記モータのロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を前記駆動制御信号として出力する、モータ駆動制御装置。
2. 前記制御回路部は、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度から外れたとき、前記第１駆動制御信号を前記駆動制御信号として出力する、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記目標回転速度に対応する速度は、前記目標回転速度を含む所定の範囲の速度である、請求項１又は２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記制御回路部は、
   前記指示信号と前記モータの回転速度とを比較して前記モータのトルクに関する指令信号を出力する速度制御回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記モータのロータの回転位置に対応する第１回転速度信号を出力する位置／回転速度検出回路と、
   前記指示信号に基づいて、前記モータのロータの回転位置に理論上対応する前記理論値を算出し、前記理論値を第２回転速度信号として出力する理論値算出回路と、
   前記速度制御回路の比較結果に応じて前記第１回転速度信号と前記第２回転速度信号とのいずれか一方を出力するセレクタとを有し、
   前記セレクタから出力された前記第１回転速度信号と前記第２回転速度信号とのいずれか一方と、前記速度制御回路から出力された前記指令信号とに基づいて、前記駆動制御信号を出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記モータは、３相のモータであり、
   前記検出信号は、前記ロータの磁極の位置に対応する３相のホール信号であり、
   前記制御回路部は、前記３相のホール信号を合成して得られたＦＧ信号に基づいて前記第１駆動制御信号を生成し、
   前記指示信号は、前記目標回転速度に対応する周期の信号であり、
   前記理論値は、前記指示信号の周期と、前記モータが所定角度だけ回転する期間に対応する前記ＦＧ信号のパルス数とに基づいて算出される、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。
6. モータの目標回転速度に対応する指示信号と前記モータのロータの回転位置に対応する検出信号とに基づいて、前記モータを駆動させるための駆動制御信号を出力し、前記駆動制御信号に基づいて前記モータに駆動信号を出力するモータ駆動制御装置の制御方法であって、
   前記指示信号と前記モータの回転速度とを比較する比較ステップと、
   前記モータの駆動が開始されてから、前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度に達するまで、前記指示信号と前記検出信号とに基づいて生成した第１駆動制御信号を前記駆動制御信号として出力する第１出力ステップと、
   前記モータの回転速度が前記目標回転速度に対応する速度に達したとき、前記指示信号から算出した前記モータのロータの回転位置に関する理論値に基づいて生成した第２駆動制御信号を前記駆動制御信号として出力する第２出力ステップとを含む、モータ駆動制御装置の制御方法。

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