(57)【要約】【課題】応答性に優れた速度制御を行うモータ制御装置およびモータ制御方法を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータ１０のロータ１２の回転位置を検出する位置センサ１０７と、モータ１０の現在の回転数と設定値との差分値を算出する比較回路１０２と、位置センサ１０７の出力から得られるパルスを進相した駆動パルスを生成するための進角を設定する進角設定回路１０４と、を有し、進角設定回路１０４は、差分値が第１閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、差分値が第１閾値Ｔｈ１以下の場合よりも高いトルクを与える進角を設定する進角を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを有するステータと、マグネットを有してステータに対して回転可能に構成されたロータとを有するモータの回転数を、前記コイルに供給される電流の駆動パルスの位相である進角を変化させることによって制御するモータ制御装置であって、
前記モータの前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力から得られる前記モータの現在の回転数と設定値との差分値を算出する差分値算出部と、
前記位置検出手段の出力から得られるパルスを進相した前記駆動パルスを生成するための前記進角を設定する進角設定手段と、
を有し、
前記進角設定手段は、前記差分値算出部が算出した前記差分値が閾値よりも大きい場合には、前記差分値が閾値以下の場合に設定される進角に対応するトルクよりも高いトルクに対応した進角を設定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータの回転数毎に設定すべき進角の情報を離散的に保持するメモリを更に有し、
前記進角設定手段は前記モータの現在の回転数に対応した進角を前記情報から補間演算によって取得することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記モータの回転数の範囲毎に設定すべき進角の情報を保持するメモリを更に有し、
前記進角設定手段は前記モータの現在の回転数に対応した進角を前記情報から取得することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記進角設定手段は、前記差分値の絶対値が同じでも正負が逆の場合に変化させる進角量を異ならせていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
コイルを有するステータと、マグネットを有してステータに対して回転可能に構成されたロータとを有するモータの回転数を、前記コイルに供給される電流の駆動パルスの位相である進角を変化させることによって制御するモータ制御方法であって、
前記モータの現在の回転数と設定値との差分値を算出するステップと、
前記駆動パルスを生成するための前記進角を設定する進角設定ステップと、
を有し、
前記進角設定ステップは、前記差分値が閾値よりも大きい場合には、前記差分値が閾値以下の場合に設定される進角に対応するトルクよりも高いトルクに対応した進角を設定することを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３は、ロータの回転位置を検出する位置センサの出力を進相させた信号によってコイルに流す電流を切り替え、電流の立ち上がり遅れを防止して高速回転を確保するブラシレスモータを開示している。ここで、位置センサの出力パルスに対して進相させた駆動パルスの位相は「進角」と呼ばれている。
【０００３】
進角とモータの回転数（回転速度）（ｐｐｓ：パルス／秒）との間には、一般には、進角を上げれば回転数が高くなる関係があるため、現在の回転数と設定値との差分がゼロになるように進角を調節することによってモータの回転数を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０６−０６７２５９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９９９７号公報
【特許文献３】特開平１０−１５０７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のモータ制御装置は、位置センサから得られるモータの現在の回転数と設定値との差分がゼロになるように駆動パルスのデューティ比を変化させて進角を調節するフィードバック制御を行っていた。しかしこのフィードバック制御では、所望の回転数を得るまでの時間が比較的長くなり、応答性が低い場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、応答性に優れた速度制御を行うことが可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータ制御装置は、コイルを有するステータと、マグネットを有してステータに対して回転可能に構成されたロータとを有するモータの回転数を、前記コイルに供給される電流の駆動パルスの位相である進角を変化させることによって制御するモータ制御装置であって、前記モータの前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力から得られる前記モータの現在の回転数と設定値との差分値を算出する差分値算出部と、前記位置検出手段の出力から得られるパルスを進相した前記駆動パルスを生成するための前記進角を設定する進角設定手段と、を有し、前記進角設定手段は、前記差分値算出部が算出した前記差分値が閾値よりも大きい場合には前記差分値が閾値以下の場合に設定される進角に対応するトルクよりも高いトルクに対応した進角を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、応答性に優れた速度制御を行うことが可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施例のモータ制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すモータと位置センサとの関係を示す概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示すモータの進角とトルクとの関係を、モータの回転数ごとに示したグラフである。
【図４】図４（ａ）は、図１に示すモータの回転数の時間的変化例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図１に示すモータの設定値と実際の回転数との差分値の時間的変化例を示すグラフである。
【図５】図５は、図１に示すモータのトルクと回転数の関係を進角別に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施例のモータ１０の回転数（回転速度）を制御するモータ制御装置のブロック図である。
【００１１】
本実施例のモータ１０は、ブラシレスモータとして動作可能なステッピングモータであり、例えば、撮像装置のズームレンズを駆動するモータに適用可能である。但し、本発明のモータはブラシレスモータの機能を有すれば足り、コイルを有する固定子（ステータ）と、マグネットを有してステータに対して回転可能に構成されたロータ（回転子）と、を有すれば足りる。
【００１２】
図２は、モータ１０の回転軸と垂直な平面におけるモータ１０と位置センサ１０７の概略断面図である。図２に示すように、モータ１０は、外周が複数の（図２では８つの）極（Ｓ極とＮ極）に着磁された円筒形の永久磁石（マグネット）１４を有するロータ１２を有する。マグネット１４は、角度位置に対し、径方向の磁力が、概ね正弦波状に変化するように着磁されている。なお、図２では、モータ１０をインナーロータ型としているが、本発明はアウターロータ型にも適用することができる。
【００１３】
また、モータ制御装置は、モータ１０の回転数（回転速度）を、そのコイルに供給される電流の駆動パルスの位相である進角を変化させることによって制御する。モータ制御装置は、第１制御モードと第２制御モードという２つの制御モードを有する。
【００１４】
第１制御モードは、モータ１０の回転数が設定値（目標回転数）となるように（即ち、両者の差分がゼロになるように）進角を変化させる制御モードであり、従来のフィードバック制御モードに対応する。また、第２制御モードは、モータ１０の現在の回転数と設定値との差分が大きく第１制御モードでは時間がかかるために第１制御モードに代わって行われる制御モードであり、迅速に速度を変化させる必要がある場合に行われる制御モードである。
【００１５】
モータ制御装置は、回転数設定回路１０１、比較回路１０２、第１スイッチ１０３、進角設定回路１０４、モータ駆動回路１０５、位置センサ１０７、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１０８、第２スイッチ１０９、切替回路１１０、回転数検出回路１１１を有する。
【００１６】
回転数設定回路１０１は、モータ１０の回転数を設定する回転数設定手段である。回転数設定回路１０１が設定するモータ１０の回転数は、モータ１０が搭載される電子機器に適したものが予め不図示のメモリに格納されている。モータ１０が搭載される電子機器にはこの回転数を手動で設定する機能が備わっていてもよい。
【００１７】
比較回路１０２は、回転数設定回路１０１と回転数検出回路１１１に接続され、回転数設定回路１０１の出力（設定値）と回転数検出回路１１１の出力（現在のモータ１０の回転数との差分値を算出し、差分値に対応する量を出力する差分値算出部である。
【００１８】
第１スイッチ１０３は、切替回路１１０によってオンオフ（開閉）制御され、比較回路１０２と進角設定回路１０４の間に設けられている。第１制御モードでは、第１スイッチ１０３は閉じられてオン状態になっており、これにより、比較回路１０２の出力が進角設定回路１０４に供給される。第２制御モードでは、第１スイッチ１０３は開かれてオフ状態になっており、これにより、比較回路１０２の出力は進角設定回路１０４に供給されない。
【００１９】
進角設定回路（進角設定手段）１０４は、位置センサ１０７の出力から得られるパルスを進相した駆動パルスを生成するための進角を設定する。進角設定回路１０４は、第１スイッチ１０３、位置センサ１０７、第２スイッチ１０９、不図示のメモリに接続されている。このメモリには、進角とモータ１０の回転速度（回転数）との関係が格納されている。この関係は、上述したように、一般には、進角を上げればモータ１０の回転速度が高くなる関係である。
【００２０】
第１制御モードにおいては、進角設定回路１０４は、比較回路１０２が出力する差分値が小さくなるように（好ましくはゼロになるように）、不図示のメモリに格納された関係に基づいて進角を設定する。これにより、回転数検出回路１１１によって検出されたモータ１０の現在の回転数が、回転数設定回路１０１が設定する目標回転数と一致するようにモータ１０の回転数（回転速度）をフィードバック制御することができる。進角設定回路１０４は、差分値の絶対値が大きい場合には進角の変化量を大きくし、差分値の絶対値が小さい場合には進角の変化量を小さくする。
【００２１】
第２制御モードにおいては、進角設定回路１０４は、比較回路１０２が出力する差分値が小さくなるように（好ましくはゼロになるように）、ＬＵＴ１０８に格納された情報に基づいて進角を設定する。第２制御モードにおいて設定可能な進角の範囲は第１制御モードにおいて設定可能な進角の範囲とは異なり、進角とトルクの関係が非線形な関係である範囲（特に、第１制御モードよりも高いトルクを与える進角または進角範囲）を含んでいる。
【００２２】
モータ駆動回路１０５は、進角設定回路１０４に接続され、進角設定回路１０４によって設定された進角が反映されるように、電流の駆動パルスをモータ１０の不図示のコイルに供給する駆動手段である。
【００２３】
位置センサ１０７は、モータ１０のロータ１２の回転位置を検出し、本実施例では、ホール素子などで構成される非接触式の磁気検出素子（磁気センサ）から構成される位置検出手段である。位置センサ１０７は、ロータ１２の回転に伴うマグネット１４の磁気変化（磁気パターン）を検出し、その変化回数をカウントしてロータ１２の位置を検出する。
【００２４】
図２では、位置センサ１０７は、磁気を検出する一対の感磁極１０７ａ及び１０７ｂを有し、一対の感磁極１０７ａ及び１０７ｂは、それぞれ、マグネット１４の回転に伴う磁界変化を検出する。また、位置センサ１０７は、一対の感磁極１０７ａ及び１０７ｂに対する不図示の出力端子をそれぞれ一つずつ有し、各出力端子からは、対応する感磁極が検出した磁束密度に比例する電圧の信号が出力される。
【００２５】
例えば、感磁極を通る磁束がＮ極のものであれば、対応する出力端子からは、正の電圧の信号が出力され、磁束がＳ極のものであれば、負電圧の信号が出力される。位置センサ１０７の出力信号は、不図示の２値化回路によって２値化され、パルス信号（第１信号）として波形整形される。第１信号と第１信号を進相して得られる駆動パルス（第２信号）との間の位相差が進角に相当する。
【００２６】
ＬＵＴ１０８は、ＲＯＭなどのメモリに設けられ、後述する図３に示すように、複数のモータ１０の回転数毎の進角−トルク（Ｔ）特性における、トルクのピークを示す離散的な進角情報を保持している。
【００２７】
ＬＵＴ１０８は、モータ１０の回転数に対して離散的な進角情報を保持することによって、あらゆるモータ１０の回転数に対する進角情報を保持するよりも容量が低下する。この場合、進角設定回路１０４がモータ１０の現実の回転数に対応した進角をそれに隣接する回転数の進角情報から補間演算によって取得する。
【００２８】
ＬＵＴ１０８には、切替回路１１０と回転数検出回路１１１の出力が入力され、モータ１０の現在の回転数に応じた進角情報が第２スイッチ１０９を介して進角設定回路１０４に入力される。これにより、本実施例は効率よくモータ１０の回転数を変化させることができる。
【００２９】
第２スイッチ１０９は、切替回路１１０によってオンオフ（開閉）制御され、ＬＵＴ１０８と進角設定回路１０４の間に設けられている。第１制御モードでは、第２スイッチ１０９は開いてオフ状態になっているため、ＬＵＴ１０８の出力は進角設定回路１０４には供給されない。
【００３０】
第２スイッチ１０９が閉じられてオン状態になると、進角設定回路１０４にはＬＵＴ１０８の情報が供給される。進角設定回路１０４は、ＬＵＴ１０８に格納された離散的な進角情報と現在の回転数から、補間演算により適切な進角を算出して設定する。
【００３１】
切替回路１１０は、第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。切替回路１１０は、比較回路１０２が出力する差分値（または差分値の絶対値）の閾値を格納する不図示のメモリを有する。切替回路１１０は、比較回路１０２が出力する差分値の絶対値が閾値以下であると判断した場合には第１制御モードを選択し、閾値よりも大きいと判断した場合には第２制御モードを選択する。
【００３２】
具体的には、第１制御モードでは、切替回路１１０は第１スイッチ１０３を閉じて第２スイッチ１０９を開き、第２制御モードでは切替回路１１０は第１スイッチ１０３を開いて第２スイッチ１０９を閉じる。また、切替回路１１０は、第２制御モードではＬＵＴ１０８に進角情報を進角設定回路１０４に読み出すように命令する。
【００３３】
なお、本実施例では、切替回路１１０が差分絶対値と閾値の大小を判断しているが、別の制御手段などがこの判断をし、切替回路１１０はこの制御手段の判断結果に基づいて動作してもよい。
【００３４】
回転数検出回路１１１は、位置センサ１０７の単位時間当たりの変化を計数してロータの回転数を検出し、位置センサ１０７のパルス信号のパルス数をカウントする不図示のパルスカウンタを有する。
【００３５】
図３は、本実施例にかかるモータ１０の進角とトルク特性をモータ１０の回転数ごとに示したグラフであり、横軸は進角（°）、縦軸はトルク（Ｔ：単位はＮ・ｍかｋｇｆ・ｍ）である。図３において、Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれ、モータ１０の回転数が１５００ｐｐｍ、２０００ｐｐｓ、３０００ｐｐｓ、４０００ｐｐｓのときの進角−トルク特性を示しており、各回転数に対して異なる進角でトルクのピークが存在することが分かる。
【００３６】
第１制御モードでは、本実施例では、回転数１５００ｐｐｍの場合に図３の進角範囲Ｒでモータを駆動する。進角範囲Ｒでは、進角−トルク特性における線形近似可能であるため、制御特性を把握しやすく設計が容易になる。しかし、この進角範囲を第２制御モードにも適用すると、トルクのピークに対応する進角がないために速度制御に時間がかかるという問題が発生する。
【００３７】
そこで、本実施例の進角設定回路１０４は、差分値が閾値よりも大きい場合に、第１制御モードで設定される進角に対応したトルクよりも高いトルクに対応した進角を設定し、これにより、従来よりも応答性を改善している。この場合、進角設定回路１０４は図３のトルクのピークに対応する進角を設定してもよい。最もトルクを発生することができる進角を使用することによって応答特性を改善したモータ駆動を行うことができる。
【００３８】
以下、図４を参照して、本実施例のモータ制御動作について説明する。図４（ａ）は、モータ１０の回転数の時間的変化の一例を示すグラフであり、図４（ｂ）は、モータ１０の設定された回転数と実際の回転数との差分値の時間的変化の一例を示すグラフである。図４（ｂ）は、比較回路１０２出力の時間的変化に対応する。
【００３９】
回転数設定回路１０１による回転数の設定値が、図４（ａ）に示す時刻Ｔ１でＲ１からＲ２に変化し、時刻Ｔ４でＲ２からＲ１に切り替えられるとする。
【００４０】
時刻Ｔ１でのモータ１０の実際の回転数は、図４（ａ）に示すように、ほぼＲ１であるため、回転数の差分値はΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１となる（図４（ｂ）参照）。この回転数の差分値を減少させるように（即ち、ゼロにするように）進角設定回路１０４は進角を設定してモータ駆動回路１０５がモータ１０を駆動して加速する。
【００４１】
この際、本実施例では、回転数の差分値の閾値（例えば、図４（ｂ）に示す第１閾値Ｔｈ１）を設け、第２制御モードと第１制御モードとを切り替えている。また、本実施例は、図４（ａ）に示す第２閾値Ｔｈ２を設け、モータ１０の回転数が第２閾値Ｔｈ２よりも大きい場合と以下の場合で使用する進角の値を変化させている。
【００４２】
図４（ｂ）に示す時刻Ｔ１からＴ３の間の加速時は回転数の差分値が第１閾値Ｔｈ１以上であるから第２制御モードであり、時刻Ｔ３で回転数の差分値が第１閾値Ｔｈ１に等しくなるので切替回路１１０は第２制御モードを第１制御モードに切り替える。
【００４３】
時刻Ｔ４でのモータ１０の実際の回転数は、図４（ａ）に示すように、ほぼＲ２であるため、回転数の差分値は−ΔＲ＝Ｒ１−Ｒ２となる（図４（ｂ）参照）。この回転数の差分値を減少させるように（即ち、ゼロにするように）進角設定回路１０４は進角を設定してモータ駆動回路１０５がモータ１０を駆動して減速する。
【００４４】
ここでは、モータ１０の回転数が設定値に到達するまではモードの切り替えを行わない。これにより、本実施例では、図４（ｂ）に示すように、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までは第２制御モードによる駆動を行い、時刻Ｔ５で回転数が設定値に達すると第１制御モードに移行する。
【００４５】
このように、本実施例は、モータ１０の回転数を上げる加速時とモータ１０の回転数を下げる減速時とで異なる切り替え、即ち、第２制御モードと第１制御モードとの切り替えを行っている（−ΔＲに対する閾値は０である）。この結果、図４においては、進角設定回路１０４は、差分値の絶対値が同じでも正負が逆の場合に変化させる進角量を異ならせている。これにより、機械的特性を含めた加速特性と減速特性に合致した制御を行うことができる。
【００４６】
また、本実施例では、正の閾値である第１閾値Ｔｈ１のみを設けてこれに対応する負の閾値−Ｔｈ１を設けておらず、減速時の第２制御モードの範囲を広く確保している。この結果、図４において、回転数をＲ１からＲ２に増加するのに要する時間よも回転数をＲ２からＲ１に減少するのに要する時間の方が短くなっている。
【００４７】
これは、図３に示すように、トルクのピークは進角が小さい側にあるので、進角を減速する減速時に第２の制御モードの範囲をトルクのピークに近づくように広く確保することは応答性を向上する上で有利であるからである。但し、本発明は−Ｔｈ１の第３閾値を設けて第１閾値Ｔｈ１と第３閾値−Ｔｈ１との間において第１制御モードを行ってもよい。
【００４８】
モータ１０を撮像装置に適用した場合、本実施例では、電源投入時、鏡筒が沈胴しているか否かを判定する。沈胴していれば、モータ１０を回転駆動して鏡筒を所定量だけ繰り出す。この際、モータ１０には、迅速にその回転数を上げることが求められる。
【００４９】
本実施例では、例えば、電源投入時には、モータ１０の回転数を０ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで第２制御モードで上昇させる。電源投入時の鏡筒繰り出し時には、進角設定回路１０４には、当該の進角データが、ロータの回転数に応じて設定される。切替回路１１０は、例えば、ロータ１２の回転数が３５００ｐｐｍになると第１制御モードに切り替える。
【００５０】
その後、第１制御モードが継続し、モータ１０は４０００ｐｐｍで駆動される。本実施例は、モータ１０を撮像装置に適用した場合に、電源投入時など沈胴している状態からの鏡筒の繰り出し時間を短縮できるという効果を与える。
【００５１】
このように、鏡筒の繰り出し時（加速時）にのみ第２制御モードを働かせてもよい。なぜなら、鏡筒を収納する場合には撮影終了後であるから撮影者にとって鏡筒収納時間が長くなっても問題はないからである。これにより、省エネ効果も得られる。
【００５２】
別の実施例では、第２制御モードにおいて、モータ１０の回転数の範囲毎に設定すべき進角が用いられる。図５は、モータ１０のトルクと回転数の関係を進角別に示したグラフであり、ＬＵＴ１０８（またはメモリ）に記憶されている。図５において、横軸はトルク（Ｔ：単位はＮ・ｍかｋｇｆ・ｍ）であり、縦軸はモータ１０の回転数（ｐｐｓ）である。進角が０°の時は比較的最大トルクは大きいが、最大回転数は低い。進角が大きくなるにつれて最大トルクは低下するが、最大回転数は高くなる。
【００５３】
第２制御モードになると、切替回路１１０は回転数検出回路１１１の出力に応じて、ＬＵＴ１０８から進角を読み出して進角設定回路１０４に設定する。この結果、進角設定回路１０４は、回転数が０ｐｐｍから１５００ｒｐｍ未満の範囲では進角０°を、回転数が１５００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満の範囲では進角１０°を、回転数が２０００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ未満の範囲では進角２０°を用いる。また、進角設定回路１０４は、回転数が３０００ｐｐｍ以上４０００ｐｐｍ未満の範囲では進角３０°を、回転数が４０００ｒｐｍ以上では進角４０°を用いる。
【００５４】
これにより、本実施例では、回転数範囲と進角のデータ数を少なくすることができ、メモリの容量を減らしてコストダウンを図ることができる。
【００５５】
なお、図１において、比較回路１０２と進角設定回路１０４を一つのマイクロコンピュータ（制御手段またはプロセッサ）が行うことも可能である。この場合、マイクロコンピュータは  モータ１０の回転数を、コイルに供給される電流の駆動パルスの位相である進角を変化させることによって制御するモータ制御方法を実行することになる。このモータ制御方法は、モータ１０の現在の回転数と設定値との差分値を算出するステップと、駆動パルスを生成するための進角を設定する進角設定ステップと、を有する。そして、この進角設定ステップは、差分値が閾値よりも大きい場合には、差分値が閾値以下の場合に設定される進角に対応するトルクよりも高いトルクに対応した進角を設定する。また、このモータ制御方法はコンピュータによって実行可能なプログラムとして具現化可能である。
【００５６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
モータ制御装置はモータの回転数を制御する用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０            モータ
１０１          回転数設定回路（回転数設定手段）
１０２          比較回路（差分値算出部）
１０４          進角設定回路（進角設定手段）
１０７          位置センサ（位置検出手段）
１１１          回転数検出回路
【図３】
2011239541.tif 000003
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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