(57)【要約】【課題】  簡素で小型な構造で、モータの回転速度を検出し制御するモータ制御装置を提供する。【解決手段】    圧電素子２０を備えた制御用モータＡと、圧電素子２０の出力信号を電圧に変換するチャージアンプ３０と、チャージアンプ３０から出力した信号を周波数解析するとともにその解析結果に応じて制御信号を発する処理手段４０と、処理手段４０の制御信号に応じた電力をモータ１０へ供給するモータドライバ５０とを具備した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータの回転不能部位に固定された圧電素子と、該圧電素子の出力信号を周波数解析した結果に基づき回転速度を求める処理手段とを具備したことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記処理手段は、前記回転速度を予め入力された指令回転速度に近づけるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記処理手段は、前記圧電素子の出力信号を周波数毎に検出し、前記出力信号のレベルが最大となる周波数を求め、この周波数を回転速度に換算することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータの最大径が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータが固定子と該固定子内で回転する回転子とを有するインナーローター型モータであり、前記圧電素子は、前記固定子の外周に薄膜状に固定されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記圧電素子は、可撓性を有するフィルム状に形成され、前記固定子の外周に巻かれていることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記圧電素子は、圧電性を有する合成樹脂材料からなり、前記固定子の外周に筒状に一体成形されていることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型モータの回転速度を検出し制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像診断の手法に光の干渉性を利用したＯＣＴ（光干渉断層撮影）技術が注目されている。光源として波長１３００ｎｍ程度の近赤外線を用いることが多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れており、おおよそ１０〜２０μｍの識別が可能となることから、特に医療現場での活躍が期待されている。ＯＣＴ内視鏡の代表的な構造は、例えば、特許文献１に示されている通りである。
【０００３】
特許文献１に示すＯＣＴ内視鏡では、小型のモータ（４４）の回転力によりレンズユニット（３９）を回転しながら、該レンズユニット（３９）に入射される光を画像処理するようにしている。このため、画像が乱れないようにレンズユニット（３９）の回転速度を高精度に制御する必要があり、特許文献１のＯＣＴ内視鏡では、モータ（４４）と同期回転する回転シャフト（１４６）の回転速度をエンコーダー（４６）により検出し、その回転速度が指定された速度になるようにモーター（４４）を制御している。
【０００４】
しかしながら、前記した従来技術では、エンコーダー（４６）による回転数検出のために回転シャフト（１４６）等の露出した回転部分が必要であり、エンコーダー（４６）の設置個所の制約が生じ易い。また、エンコーダー（４６）を構成するＬＥＤや受光素子、円盤等を具備するため、その構成が複雑で大型化し易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものである。その課題とする処は、簡素で小型な構造であり、小型モータの速度制御を可能にするモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための一手段は、モータと、該モータの回転不能部位に固定された圧電素子と、該圧電素子の出力信号を周波数解析した結果に基づき回転速度を求める処理手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡素で小型な構造で、かつ小型モータの速度制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るモータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】同モータ制御装置を示す斜視図である。
【図３】圧電素子の出力信号に基づき計算された振幅波形を示す図である。
【図４】指令回転速度と検出回転速度との関係を示す表及びグラフである。
【図５】制御用モータの他例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態の第一の特徴は、モータと、該モータの回転不能部位に固定された圧電素子と、該圧電素子の出力信号を周波数解析した結果に基づき回転速度を求める処理手段とを具備した。
ここで、前記回転不能部位とは、モータにおける回転する部位（例えば回転子や出力軸等）に相対し回転しない部位であればよく、具体例としては、固定子や該固定子の周囲に設けられたケース、軸受部材等が挙げられる。
前記構成によれば、圧電素子をモータの回転不能部位に固定すればよいので、回転部分を検出するようにした従来技術等と比較し、圧電素子の設置位置の制約が少ない。また、感知部分を圧電素子を主体とした簡素で小型な構造とすることができる。
【００１１】
第二の特徴は、高精度な速度制御を行う態様として、前記処理手段は、前記回転速度を予め入力された指令回転速度に近づけるようにフィードバック制御する。
【００１２】
第三の特徴は、高精度に回転速度を算出する具体的態様として、前記処理手段は、前記圧電素子の出力信号を周波数毎に検出し、前記出力信号のレベルが最大となる周波数を求め、この周波数を回転速度に換算する。
【００１３】
第四の特徴は、より小型な具体的態様として、前記モータの最大径を３ｍｍ以下とする。
【００１４】
第五の特徴は、特に、小型で生産性が高い態様として、前記モータが固定子と該固定子内で回転する回転子とを有するインナーローター型モータであり、前記圧電素子は、前記固定子の外周に薄膜状に固定されている。
【００１５】
第六の特徴は、より生産性が高い具体的態様として、前記圧電素子は、可撓性を有するフィルム状に形成され、前記固定子の外周に巻かれている。
【００１６】
第七の特徴は、より生産性が高い他の具体的態様として、前記圧電素子は、圧電性を有する合成樹脂材料からなり、前記固定子の外周に筒状に一体成形されている。
【００１７】
また、本実施の形態に含まれるが、上記特徴とは独立した好ましい特徴を有する発明としては、固定子と該固定子内で回転する回転子とを有するモータと、前記固定子の外周に固定された薄膜状の圧電素子とを具備して、制御用モータを構成する。
この制御用モータによれば、薄膜状の圧電素子により該モータの振動、速度及び加速度を測定できる上、圧電素子の出力信号を周波数解析すれば、該モータの回転速度を求めることができ、さらには、この回転速度に応じて該モータを制御することが可能である。
【００１８】
次に、上記特徴を含む本実施の形態の好ましい具体例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
モータ制御装置１は、図１に示すように、圧電素子２０を備えた制御用モータＡと、圧電素子２０の出力信号を電圧に変換するチャージアンプ３０と、チャージアンプ３０から出力した信号を周波数解析するとともにその解析結果に応じて制御信号を発する処理手段４０と、処理手段４０の制御信号に応じた電力をモータ１０へ供給するモータドライバ５０とを具備している。
【００２０】
制御用モータＡは、モータ１０と、該モータ１０の外周に固定された薄膜状の圧電素子２０とを具備している。
【００２１】
モータ１０は、円筒状の固定子１１と、該固定子１１内で回転するように軸受部材等を介して回転自在に支持された回転子１４（図５参照）と、該回転子１４の中心部に一体回転可能に固定された出力軸１２とを具備してなるインナーローター型のモータである（図１及び図２参照）。更に詳しくは、固定子１１の内周部に電磁コイルを配置しているともに、回転子１４が永久磁石でできているインナーローターマグネット型のブラシレスＤＣモータである。
このモータ１０の最大径（図示例によれば固定子１１の外径）は、φ３ｍｍ以下である。
【００２２】
固定子１１は、円筒状のケーシング内に所定のパターンで電磁コイルを配置している。前記電磁コイルには電力を供給するための電極（図示せず）が固定され、該電極には電線１３が接続される。この電線１３は、固定子１１の外部に露出され（図２参照）、後述するモータドライバ５０の出力端子に電気的に接続される。
そして、この固定子１１の外周面には、圧電素子２０が接触して固定される。
【００２３】
圧電素子２０は、モータ１０の回転振動により慣性力を受けると電荷を生じる圧電型加速度センサであり、本実施の形態の好ましい一例によれば、固定子１１の外周に薄膜状に設けられる。
詳細に説明すれば、この圧電素子２０は、可撓性を有する矩形状の圧電フィルム、具体的には、ポリフッ化ビニリデン（PolyVinylidene DiFluoride、PVDF）からなる所謂ピエゾフィルムであり、その一端側に、信号出力のための電線２１（図２参照）を接続している。
【００２４】
そして、この圧電素子２０は、図示した好ましい一例によれば、固定子１１の軸方向の略全長にわたって連続し、且つ固定子１１の周方向の略全周にわたっても連続するように固定子１１の外周面に巻き付けられ、接着剤等を介して固定される。
この構成によれば、圧電素子２０とモータ１０の接触面積を比較的多くして、圧電素子２０による感知精度を向上することができる。
【００２５】
また、図１に示すように、チャージアンプ３０は、圧電素子２０によって発生した電荷を電圧に変換して出力する電子回路である。
【００２６】
処理手段４０は、圧電素子２０の出力信号に応じてチャージアンプ３０から出力された電圧信号を周波数毎に検出（周波数解析）し、信号レベルが最大となる周波数を求め、この周波数を回転速度に換算するとともに、この回転速度を予め入力された指令回転速度（目標値）に近づけるように処理手段４０へ制御信号を出力する電子回路である。この処理手段４０は、例えば、ＦＦＴアナライザ及びマイクロプロセッサ等を適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【００２７】
図３は、チャージアンプ３０からの入力信号をＦＦＴアナライザにより離散的にサンプリングし、そのサンプリング結果をディスプレイ表示したものである。
処理手段４０は、チャージアンプ３０から入力した信号波形について、信号レベルが最大となる周波数（図３によれば矢印で示すピーク波形の周波数）を自動選択する。そして、選択された周波数を６０倍することで、１分間あたりの回転速度（ＲＰＭ）を算出する。
そして、処理手段４０は、前記のようにして算出した回転速度（以降、検出回転速度と称する）と、予め入力された指令回転速度（目標値）とを比較し、その差を小さくするようにモータドライバ５０へフィードバック信号を出力する。
【００２８】
なお、前記ピーク波形の自動選択の精度を向上するために、前記信号波形にフィルタをかけてピーク波形を強調したり、予め設定された選択範囲中からピーク波形を選択したり等の処理を加えてもよい。
また、図３に示す一例では、チャージアンプ３０の入力信号を、振動振幅値に換算した値で表現しているが、他例としては、同入力信号を速度や加速度の値として表現することも可能である。
【００２９】
また、モータドライバ５０は、処理手段４０から入力されるフィードバック信号に応じてモータ１０への供給電力を変化させて、モータ１０の回転速度を制御する電子回路である。
【００３０】
次に、上記構成の制御用モータＡを用いて、指令回転速度（目標値）と、検出回転速度との関係を測定した実験結果について説明する。
この実験の実験装置は、上記構成のモータ制御装置１と略同様の構成であるが、フィードバック制御は行わず、入力される指令回転速度に応じた制御指令をモータドライバ５０に加え、モータドライバ５０から出力される電力によってモータ１０を回転させ、その際の回転速度をチャージアンプ３０及び処理手段４０によって検出する。
【００３１】
図４の表及びグラフ中、指令回転速度（Output Speed）は、予め処理手段４０に入力され記憶装置（図示せず）に記憶された回転速度（目標値）である。また、同表及びグラフ中、検出回転速度（Motor Rotating Speed）は、圧電素子２０の出力信号に基づき処理手段４０によって算出された回転速度である。
図４の表及びグラフに示すように、指令回転速度と検出回転速度との関係は、Ｒ２（決定係数）＝０．９９９９≒１となり、高い相関性を有することがわかる。
【００３２】
よって、本実施の形態のモータ制御装置１を用いてモータ１０をフィードバック制御すれば、高精度の速度制御が可能である。
また、このモータ制御装置１によれば、モータ１０外周に圧電素子２０を巻き付けた簡素な構造であるため、回転軸の回転量をエンコーダを用いて検出するようにした従来技術と比較し、モータに対するセンサ等の設置位置の制約を生じ難く、特に、外径３ｍｍ以下の小型モータに適用した場合でも、容易に圧電素子２０を装着することができるので、生産性に優れている。
【００３３】
次に、他の実施の形態である制御用モータＢ（図５参照）について説明する。なお、この制御用モータＢは、上記制御用モータＡの一部を変更したものであるため、主にその変更部分について詳細に説明し、同一部分については重複する説明を省略する。
【００３４】
この制御用モータＢは、上記構成の制御用モータＡに対し、圧電素子２０を圧電素子２０'に置換した構成とされる。
圧電素子２０'は、圧電性を有する合成樹脂材料（好ましい一例としては、ポリフッ化ビニリデン（PVDF））を、固定子１１と回転子１４とからなるモータ１０の外周面に、全周にわたって連続する筒状に一体成形し、この合成樹脂材料に信号出力のための電極（図示せず）を設けることで構成される。
そして、この制御用モータＢは、上記モータ制御装置１の制御用モータＡと置換されることで、上記モータ制御装置１と略同様のモータ制御装置（図示せず）を構成する。
【００３５】
制御用モータＢを用いたモータ制御装置（図示せず）によれば、モータ１０と圧電素子２０'とを一体的に構成しているため、モータ１０から圧電素子２０'への振動の伝達効率が向上し、その結果、回転速度の感知精度が向上する。
また、圧電素子２０'がモータ１０から剥離し難い構造であるため、取り扱いが容易で、生産性及び耐久性にも優れている。
【００３６】
なお、制御用モータＡ（又はＢ）と、チャージアンプ３０と、処理手段４０と、モータドライバ５０とは、それぞれ別体の装置を電気配線してなる態様としてもよいし、その一部又は全部を一体的に構成した態様としてもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態によれば、特にＯＣＴ内視鏡へ適用するのに好ましい一例として、モータ１０の外径を３ｍｍ以下としたが、他例としては、モータ１０の外径を３ｍｍよりも大きくすることも可能である。
【００３８】
また、上記実施の形態によれば、特に生産性が高い具体例として、圧電素子２０（又は２０'）をモータ１０外周に設けたが、他例としては、圧電素子２０（又は２０'）をモータ１０外周以外の回転不能部位（例えば、モータ１０前後の軸受部材等）に設けることも可能である。さらに、アウターロータータイプのモータを構成し、該モータの中心側の固定軸に圧電素子２０（又は２０'）を設けることも可能である。
【００３９】
また、上記実施の形態によれば、圧電素子２０（又は２０'）をポリフッ化ビニリデン（PVDF）により構成しているが、他の圧電材料から構成することも可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態によれば、特に感知性能の高い態様として圧電素子２０（又は２０'）をモータ１０の軸方向全長、及び全周にわたって設けたが、他例としては、圧電素子２０（又は２０'）を周方向の一部分に設けた態様や、モータ１０の軸方向の一部分に設けた態様等とすることも可能である。
【００４１】
また、上記実施の形態によれば、特に速度制御性の良い小型の制御用モータを構成するためにモータ１０をインナーローターマグネット型のブラシレスＤＣモータとしたが、
このモータは、回転不能部位を有する回転式のモータであればよい。
他例としては、固定子１１の内周部に永久磁石を配置し、回転子に電磁石を用いた永久磁石界磁形の整流子モータや、或いは、ステッピングモータ、サーボモータ、交流モータ等とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１：モータ制御装置
１０：モータ
１１：固定子
１４：回転子
２０，２０'：圧電素子
３０：チャージアンプ
４０：処理手段
５０：モータドライバ
Ａ，Ｂ：制御用モータ
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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