(57)【要約】【課題】最大トルクを発生するように進角値を制御可能なモータ制御装置および光学機器を提供すること。【解決手段】所定の角度ごとに磁極が形成されるロータを備えるモータと、ロータの回転位置を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段の検出分解能より高い検出分解能を有し、モータの出力軸の回転位置を検出する第２の検出手段と、第１の検出手段の出力信号が出力するタイミングにおける第２の検出手段の出力信号に基づく進角値を用いてモータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の角度ごとに磁極が形成されるロータを備えるモータと、
前記ロータの回転位置を検出する第１の検出手段と、
前記第１の検出手段の検出分解能より高い検出分解能を有し、前記モータの出力軸の回転位置を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段の出力信号が出力するタイミングにおける前記第２の検出手段の出力信号に基づく進角値を用いて前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１の検出手段の出力信号が出力するタイミングにおける前記第２の検出手段の出力信号の数を計測する計測手段を更に有し、
前記制御手段は、前記計測手段の出力に基づいて前記進角値を制御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】
前記第２の検出手段の出力信号に基づく前記モータの速度の変化量を算出する変化量算出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記変化量が所定値より小さい場合は、前記第１の検出手段の出力信号に基づいて前記モータの駆動を制御し、前記変化量が前記所定値より大きい場合は、前記進角値を用いて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第２の検出手段の出力信号に基づく前記モータの速度と、前記モータの目標速度を用いて速度偏差を算出する速度偏差算出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記速度偏差が所定値より大きい場合は、前記速度偏差に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記第２の検出手段の出力信号に基づく前記モータの速度と、前記モータの目標速度を用いて第１の速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、を更に有し、
前記制御手段は、前記速度偏差が所定値より小さい場合は、前記第１の検出手段の出力信号に基づく前記モータの速度と前記目標速度を用いて算出される第２の速度偏差に基づいて前記モータの駆動を制御し、前記速度偏差が前記所定値より大きい場合は、前記第１の速度偏差に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータの回転量と目標回転量を用いて回転量偏差を算出する回転量偏差算出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記回転量偏差に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記回転量偏差は、前記進角値により制限されることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータの回転量と目標回転量を用いて回転量偏差を算出する回転量偏差算出手段と、
前記第２の検出手段の出力信号に基づく前記モータの速度と、前記回転量偏差に応じて設定される前記モータの目標速度を用いて速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、を更に有し、
前記制御手段は、前記速度偏差に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記モータの目標回転量が所定値より小さい場合は、前記モータの駆動に対する制御を閉ループ制御から開ループ制御に切換えることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記開ループ制御において前記目標回転量まで前記目標回転量に対応する最小駆動量で前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項９に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記所定値は、前記第２の検出手段の角度分解能より小さいことを特徴とする請求項９または１０に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記モータ制御装置を再起動する場合において、前記制御手段は、前記モータを停止前の条件で所定時間だけ駆動させたときに検出される前記第２の検出手段の出力信号の数が、所定の数より小さい場合は前記停止前の条件で前記モータの駆動を制御し、前記所定の数より大きい場合は前記第１の検出手段の出力信号に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により駆動される光学素子と、を有することを特徴とする光学機器。
【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光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、マグネットロータ（以下、ロータという）の位置を検出する検出素子を備え、検出結果に応じて駆動コイルに通電する通電条件を決定し、モータを駆動するモータ駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気角９０°の進角値（駆動コイルに通電するタイミングと磁極片が励磁されるタイミングの位相差、すなわち進み位相角）でモータを駆動することで、最大トルクを発生することが知られている。しかしながら、特許文献１に開示されている３相のブラシレスモータでは、ロータの位置検出分解能は電気角で６０°であるため、進角値は６０°〜１２０°の間で変動してしまい進角値９０°に対して誤差が生じる。また、特許文献１のモータ駆動装置では、モータの駆動中に進角値の制御を行っていない。
【０００５】
このような課題に鑑みて、本発明は、最大トルクを発生するように進角値を制御可能なモータ制御装置および光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としてのモータ制御装置は、所定の角度ごとに磁極が形成されるロータを備えるモータと、前記ロータの回転位置を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出分解能より高い検出分解能を有し、前記モータの出力軸の回転位置を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段の出力信号が出力するタイミングにおける前記第２の検出手段の出力信号に基づく進角値を用いて前記モータの駆動を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、最大トルクを発生するように進角値を制御可能なモータ制御装置および光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】モータ制御装置の構成図である（実施例１）。
【図２Ａ】第１位置検出手段および第２位置検出手段のタイミングチャート図である。
【図２Ｂ】ロータ位置検出と通電波形の位相関係図である。
【図３】駆動コイルの通電波形の説明図である。
【図４】進角値の制御方法のタイミングチャートである。
【図５】制御処理を示すフローチャートである（実施例１）。
【図６】モータ制御装置の構成図である（実施例２）。
【図７】制御処理を示すフローチャートである（実施例２）。
【図８】モータ制御装置の構成図である（実施例３）。
【図９】制御処理を示すフローチャートである（実施例３）。
【図１０】モータ制御装置の構成図である（実施例４）。
【図１１Ａ】制御処理を示すフローチャートである（実施例４）。
【図１１Ｂ】速度偏差検出制御処理を示すフローチャートである（実施例４）。
【図１２】モータ制御装置の構成図である（実施例５）。
【図１３】モータ制御装置の構成図である（実施例６）。
【図１４】制御処理を示すフローチャートである（実施例６）。
【図１５】モータ制御装置の構成図である（実施例７）。
【図１６】制御処理を示すフローチャートである（実施例８）。
【図１７】モータ制御装置を備える光学機器の構成図である（実施例９）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。各実施例では、一例として２相のブラシレスモータ（以下、モータという）を制御するモータ制御装置について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。図２Ａは、第１位置検出手段（第１の検出手段）１０１および第２位置検出手段（第２の検出手段）１０７のタイミングチャート図である。図２Ｂは、ロータ位置検出と通電波形の位相関係図である。図３は、駆動コイル部５の通電波形の説明図である。
【００１１】
図１において、モータ部１０は、二点鎖線で囲われた部分であり、位置検出部１、ロータ２、磁気抵抗素子３、エンコーダマグネット４、駆動コイル部５、および出力軸６を備える。位置検出部１は、ロータ２の回転位置を検出するホール素子１ａ，１ｂを備える。ホール素子１ａ，１ｂは、ロータ２の外周に沿って電気角で９０°の位相差となるように配置される。ロータ２には、一定の角度ごとに磁極が形成されている。
【００１２】
第１位置検出手段１０１は、ロータ２が回転すると、ホール素子１ａ，１ｂの出力信号を取得し、これらの出力信号に基づく信号をタイミングパルス出力手段１０２と制御手段１０３に出力する。制御手段１０３は、第１位置検出手段１０１からの信号に基づいて、駆動コイル部５の駆動コイル５ａ，５ｂに通電するための位相の異なる通電波形である出力信号を通電手段１０６に出力する。本実施例では、制御手段１０３は、第１位置検出手段１０１からの信号に基づく通電波形条件を用いて、駆動コイル５ａ，５ｂに対する通電波形を記憶部（不図示）から読み出す。通電手段１０６は、駆動コイル５ａ，５ｂに位相の異なる通電波形の電圧を供給する。本実施例では通電手段１０６は正弦波電圧を供給しているが、本発明はこれに限定されない。
【００１３】
通電波形の位相は、図２Ａに示される領域θ１〜θ４の中心の電気角（中心値θ）で設定される。具体的には、領域θ１（電気角で０〜９０°）では、中心値θは４５°に設定される。領域θ２（電気角で９０°〜１８０°）では、中心値θは１３５°に設定される。領域θ３（電気角で１８０°〜２７０°）では、中心値θは２２５°に設定される。条件θ４（電気角で２２７０°〜３６０°）では、中心値θは３１５°に設定される。
【００１４】
図２Ｂでは、駆動コイル５ａへの通電波形は、ホール素子１ａによる磁極の検出波形に比べて電気角で９０°の進み位相となっている。同様に、駆動コイル５ｂへの通電波形は、ホール素子１ｂによる磁極の検出波形に比べて電気角で９０°の進み位相となっている。そのため、ロータ２の磁極と駆動コイル部５は、第１位置検出手段１０１から取得される信号によって、常に回転力を発生する。すなわち、領域θ１〜θ４における各通電波形条件の進角値は９０°であるといえるが、ロータ２の位置検出分解能は９０°であるため、正確には進角値は９０°±４５°であり４５°〜１３５°の範囲内で変動する。
【００１５】
タイミングパルス出力手段１０２は、第１位置検出手段１０１の出力信号に基づく信号（以下、タイミングパルスという）を計測手段１０４に出力する。第２位置検出手段１０７は、磁気抵抗素子３と、出力軸６と一体的に回転するように出力軸６に同軸上に固着される多極着磁されたエンコーダマグネット４を用いて２相の信号を取得する。第２位置検出手段１０７は、図２Ａに示されるように、取得した２相の信号の位相差から回転方向と回転量を示す２相の矩形波（以下、エンコーダパルス信号という）をカウントパルス出力手段１０８に出力する。カウントパルス出力手段１０８は、エンコーダパルス信号を更に４逓倍したパルス信号（以下、カウントパルスという）を、計測手段１０４と制御手段１０３に出力する。計測手段１０４は、タイミングパルスごとにカウントパルス数を計測するとともに、計測したカウントパルス数を記憶部（不図示）に記録する。
【００１６】
制御手段１０３は、取得したカウントパルスに基づく通電波形を通電手段１０６に出力する。通電手段１０６は、駆動コイル５ａ，５ｂにそれぞれ電圧Ｖ・ｓｉｎ（θ＋δθ），Ｖ・ｃｏｓ（θ＋δθ）を供給する。なお、θは駆動コイル部５の通電波形の位相、δθはカウントパルスの１パルスの周期に相当する電気角である。すなわち、制御手段１０３がカウントパルスを取得するごとに、図３に示されるように駆動コイル部５への供給電圧の位相はθ＋δθとして更新される。カウントパルスで検出可能な電気角（角度分解能）は、９°であり、図３に示されるようにタイミングパルスに対して１０倍である。
【００１７】
次に、第１位置検出手段１０１と第２位置検出手段１０７から取得される出力信号を用いて行う進角値の制御方法について説明する。図３は、進角値が９０°に維持されてモータが回転している状態を示している。図３に示されるように、モータの駆動開始後、最初のタイミングパルスのタイミングにおけるガウントパルス数は５パルスである。すなわち、タイミングパルスのタイミングにおけるカウントパルス数が５パルスである場合は、進角値９０°の状態で装置を起動することができる。そして、カウントパルスが計測されるごとに順次通電波形の位相を更新(θ＝θ+δθ)することで、進角値が９０°の状態でモータを駆動することができる。
【００１８】
しかしながら、モータの駆動開始前、ロータ２の位置は進角値で４５°〜１３５°の間に存在するため、最初のタイミングパルスのタイミングにおけるカウントパルス数は０〜１０パルスの間でばらつきが生じる。最適な進角値でない状態の場合について、図４を用いて説明する。図４は、進角値の制御方法のタイミングチャート図である。図４では、最初のタイミングパルスのタイミングにおけるカウントパルス数は２パルスである。本実施例では、制御手段１０３は、以下の式を用いて通電波形の位相を更新することで、進角値を９０°に制御することができる。ここで、ｎは、カウントパルス数である。
【００１９】
θ＝θ＋（５−ｎ）・δθ                     （１）
すなわち、図４に示す例では、補正値（＝（５−ｎ）・δθ）は２７°であり、起動時には進角値が６３°に設定されていた。なお、図４では、タイミングパルスのタイミングでほぼ同時に処理が実行されるように設定している。
【００２０】
次に、図５を参照して、本実施例の進角値の制御処理について説明する。図５は、本実施例の進角値の制御処理を示すフローチャートである。
【００２１】
ステップＳ１０１ではモータ制御装置に一時的に記憶されているデータが初期化され、ステップＳ１０２ではモータの回転方向が設定される。回転方向は、あらかじめ設定しておいてもよいし、外部からの指示にしたがって設定してもよい。ステップＳ１０３では位置検出部１がロータ２の回転位置を検出し、ステップＳ１０４では制御手段１０３が通電波形条件を設定する。ステップＳ１０５では、通電手段１０６が駆動コイル５ａ，５ｂにそれぞれ電圧Ｖ・ｓｉｎ（θ），Ｖ・ｃｏｓ（θ）を供給する。
【００２２】
ステップＳ１０６では、カウントパルスが存在するか否かが判断される。カウントパルスが存在しない場合はステップＳ１０７に進み、存在する場合はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０７では、タイミングパルスが存在するか否かが判断される。タイミングパルスが存在しない場合はステップＳ１０３に進み、存在する場合はステップＳ１１１に進む。制御手段１０３は、ステップＳ１０８ではカウントパルスを計測し、ステップＳ１０９では計測したカウントパルスごとに通電波形の位相を電気角９°だけ進めるように通電波形条件を設定する。
【００２３】
ステップＳ１１０では、タイミングパルスが存在するか否かが判断される。タイミングパルスが存在しない場合はステップＳ１０８に進み、タイミングパルスが存在する場合はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、計測手段１０４がタイミングパルスを受信したタイミングでカウントパルス数を記憶する。ステップＳ１１２では、制御手段１０３は、前述の式（１）を用いて進角値の補正値を算出する。
【００２４】
ステップＳ１０９では、モータ回転を停止するかどうかが判断される。モータ回転を継続する場合はステップＳ１１４に進み、モータ回転を停止する場合はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１４では制御手段１０３が通電波形条件を設定され、モータ回転を継続する処理が引き続き実行される。ステップＳ１１５では、駆動コイル部５への通電が保持される。ステップＳ１１６ではタイマー（不図示）が時間を計測し、ステップＳ１１７ではステップＳ１１６で計測される時間がモータを確実に停止可能な所定時間より長いかどうかが判断される。ステップＳ１１６で計測される時間が所定時間より短い場合はステップＳ１１６に進み、所定時間より長い場合はステップＳ１１８に進む。ステップＳ１１８では、制御手段１０３は、通電波形条件を記憶した後、駆動コイル部５への通電を停止する。なお、本実施例では、モータを停止する際にタイマーを用いているが、カウントパルスが存在するかどうかでモータが回転しているか否かの判断を行い、カウントパルスが存在しない場合に駆動コイル部５への通電を停止してもよい。
【００２５】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置は、最大トルクを発生するように進角値を制御可能である。
【実施例２】
【００２６】
図６は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。実施例１と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００２７】
図６において、速度算出手段１０９は、カウントパルス出力手段１０８から取得されるカウントパルスの周期（δｔ）を計測し、角速度（ω＝δθ／δｔ）を算出する。速度変化検出手段（変化量算出手段）１１０は、速度算出手段１０９で算出される角速度の変化値を検出する。制御方法選択手段１１１は、速度変化検出手段１１０で検出される変化値が所定値より大きいかどうかを判断し、判断結果に応じてモータの駆動方法を選択する。
【００２８】
次に、図７を参照して、本実施例の制御処理について説明する。図７は、本実施例の制御処理を示すフローチャートである。図７において、図５のステップ番号と同一のステップ番号が付されているものについては図５の各ステップと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２９】
ステップＳ２０１では、速度変化検出手段１１０により検出される角速度の変化値が所定値より大きいかどうかが判断される。変化値が所定値より大きい場合はステップＳ２０２に進み、変化値が所定値より小さい場合はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０２で通電波形条件が設定された後、ステップＳ１０５に進み、進角値の補正処理が実行される状態でモータ回転が継続される。ステップＳ２０３では位置検出部１がロータ２の回転位置を検出し、ステップＳ２０４では制御手段１０３が通電波形パターンを選択する。ステップＳ２０５では、通電手段１０６は、駆動コイル５ａ，５ｂにそれぞれ電圧Ｖ・ｓｉｎ（θ），Ｖ・ｃｏｓ（θ）を供給する。すなわち、ステップＳ２０１で変化値が所定値より大きい場合は、進角値の補正処理が実行されずにモータ回転が継続される。
【００３０】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、制御方法選択手段１１１により起動時〜加速領域の速度変化が大きい領域では進角値の補正を行いながらモータを回転させ、速度変化が小さい領域では進角値の補正を行わずにモータを回転させる。そのため、速度変化が大きい領域では最大トルクを発生するように進角値を制御可能であり、速度変化が小さい領域では制御システムに搭載するＣＰＵを含む制御回路の負荷が減少し消費電力を減少させることができる。なお、大きな負荷変動がある場合や最大トルクの発生を維持する場合には、制御方法選択手段１１１の機能をオフにすればよい。
【実施例３】
【００３１】
図８は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。実施例１，２と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００３２】
目標速度設定手段１１２は、目標速度を設定する。速度偏差算出手段１１３は、目標速度設定手段１１２が設定する目標速度（ωａ）と速度算出手段１０９が算出する実際の検出速度（ω）から速度偏差δω＝(ωａ−ω）を算出する。ＰＩＤ演算手段１１４は、速度偏差算出手段１１３により算出される速度偏差δωを用いてＰＩＤ制御を行うことで、モータの回転速度が目標速度になる通電波形条件を設定する。
【００３３】
次に、図９を参照して、本実施例の制御処理について説明する。図９は、本実施例の制御処理を示すフローチャートである。図９において、図５、図７のステップ番号と同一のステップ番号が付されているものについては各図の各ステップと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
ステップＳ３０１では、目標速度設定手段１１２が目標速度ωａを設定する。ステップＳ３０２では、速度算出手段１０９がモータの回転速度を算出する。ステップＳ３０３では、速度偏差算出手段１１３が速度偏差δωを算出する。ステップＳ３０４では、算出される速度偏差δωが所定値より小さいかどうかが判断される。所定値は、モータ制御装置の負荷条件や使用条件に応じて設定される。速度偏差δωが所定値より小さい場合はステップＳ１０６に進み、所定値より大きい場合はステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、ＰＩＤ演算手段１１４がモータの速度が目標速度になる通電波形条件を設定する。
【００３５】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、目標速度と実際の速度との偏差に応じて駆動コイルへの入力電力を変化させてモータの速度制御を行う。そのため、最大トルクを発生するように進角値を制御可能であるとともに、駆動コイルへの入力電力は必要最小限の入力電力にすることができる。
【実施例４】
【００３６】
図１０は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。実施例１〜３と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００３７】
速度算出選択手段１１５は、速度偏差算出手段１１３により算出される速度偏差δωに応じて、速度検出を行うための信号としてカウントパルスかタイミングパルスのどちらを用いるかを選択する。カウントパルスはタイミングパルスに比べて分解能が１０倍であるので、カウンタパルスの周期で制御を行えば負荷変動が大きく速度偏差δωが大きい場合に対しても高精度に一定速度を維持することができる。一方、負荷変動が小さく速度偏差δωが小さい場合は、タイミングパルスの周期で制御を行っても精度よく一定速度を維持することができる。
【００３８】
次に、図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、本実施例の制御処理について説明する。図１１Ａは、本実施例の制御処理を示すフローチャートである。図１１Ｂは、本実施例の速度偏差検出制御処理を示すフローチャートである。図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、図５、図７、図９のステップ番号と同一のステップ番号が付されているものについては各図の各ステップと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３９】
ステップＳ４０１では、速度偏差δωが所定値（初期設定値は第１所定値とする）より小さいかどうかが判断される。速度偏差δωが第１所定値より小さい場合はステップＳ４０２に進み、第１所定値より大きい場合はステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０２では、速度偏差δωと比較する際に用いる所定値が第１所定値から第１所定値より大きい第２所定値に変更される。ステップＳ４０３では、速度算出選択手段１１５は、速度検出を行うための信号としてタイミングパルスを選択する。ステップＳ４０４では、図１１Ｂに示される速度偏差検出制御が実行される。ステップＳ４０５では、速度偏差δωと比較する際に用いる所定値として第１所定値が維持される。ステップＳ４０６では、速度算出選択手段１１５は、速度検出を行うための信号としてカウントパルスを選択する。
【００４０】
ここで、図１１Ｂを用いて速度偏差検出制御について説明する。ステップＳ４１１では、タイミングパルスが存在するか否かが判断される。タイミングパルスが存在しない場合はステップＳ１０３に進み、存在する場合はステップＳ４１２に進む。制御手段１０３は、ステップＳ４１２ではタイミングパルスを計測し、ステップＳ４１３では計測したタイミングパルスごとに通電波形の位相を電気角９０°だけ進めるように通電波形条件を設定する。ステップＳ４１４では速度算出手段１０９はモータの回転速度ωを算出し、ステップＳ４１５では速度偏差算出手段１１３は速度偏差δωを算出する。ステップＳ４１６では、速度偏差δωが第２所定値より小さいかどうかが判断される。速度偏差δωが第２所定値より小さい場合はステップＳ４１７に進み、第２所定値より大きい場合はステップＳ４１８に進む。ステップＳ４１７では速度偏差δωと比較する際に用いる所定値として第２所定値が維持され、ステップＳ４１８では所定値が第２所定値から第１所定値に変更される。
【００４１】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、速度偏差に応じてモータの駆動方法を選択することができる。そのため、負荷変動が少なく速度偏差が小さい場合は、進角値の補正を実行しないので制御システムに搭載するＣＰＵを含む制御回路の負荷が減少し消費電力を減少させることができる。
【実施例５】
【００４２】
図１２は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。実施例１〜４と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００４３】
本実施例のモータ制御装置では、モータの出力軸回転量（＝回転数×３６０°）が設定される。回転量設定手段１１６は、モータの出力軸回転量をロータ２の着磁極数に応じて電気角に変換する。例えば、ロータ２の着磁極数が２である場合は機械角と電気角は等しいが、ロータ２の着磁極数は一般的に多極着磁されていることが多い。ロータ２の着磁極数をＰとすると、電気角は以下の式で求めることができる。
【００４４】
電気角＝出力軸回転量×Ｐ／２          （２）
なお、本実施例ではモータ制御装置がモータの出力軸回転量を設定しているが、外部からの指示により出力軸回転量を設定してもよい。
【００４５】
Ｄ／Ａ変換手段１１７は、カウントパルス出力手段１０８から得られるカウントパルスを、１パルスを電気角δθ（９°）として、電気角に変換する。回転量算出手段１１８は、電気角（パルス数×δθ）を計測する。回転量偏差算出手段１１９は、回転量設定手段１１６で設定される目標回転量（電気角）と回転量算出手段１１８の算出値（電気角）から以下の式を用いて回転量偏差（位相差）を算出する。
【００４６】
回転量偏差＝目標回転量−算出値               （３）
ＰＩＤ演算手段１２０は、回転量偏差算出手段１１９により算出される回転量偏差を用いてＰＩＤ制御を行う。位相差制限手段１２１は、ＰＩＤ制御により設定される進角値を所定の制限値（以下、制限値という）で制限する。最大トルクを発生する進角値の絶対値は９０°であり、進角値が９０°以上に設定されると発生トルクの低下や、同一方向に回転するための発生トルクが得られない場合がある。そのため、本実施例では、制限値は、正逆回転に対応できるように±９０°に設定されている。回転量偏差が制限値より小さくなる場合は目標回転量に算出値が近づいているため、回転量偏差が小さくなるにしたがい、進角値も小さくなる。最終的に、目標回転量と算出値が一致したときに回転量偏差および進角値が０になる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例では、目標回転量の近傍までは常に最大トルクを発生する進角値でモータを駆動し、目標回転量の近傍から目標回転量までは回転量偏差に応じて進角値を制御してモータを駆動する。そのため、本実施例のモータ制御装置は、高速かつ高精度に目標回転量に到達させることができる。
【実施例６】
【００４８】
図１３は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。実施例１〜５と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００４９】
本実施例では、目標速度設定手段１１２は、回転量偏差算出手段１１９により算出される回転量偏差を取得し、取得した回転量偏差に基づいて目標速度を設定する。目標速度設定手段１１２は、回転量偏差が所定値より大きい場合は目標速度を第１の速度に設定し、回転量偏差が所定値より小さい場合は目標速度を第１の速度より低速の第２の速度に設定する。その後、本実施例では、実施例３で説明した目標速度に対する制御が実行される。したがって、最大トルクが発生するように進角値が制御されるとともに回転量偏差に応じた速度制御も行われるので、高速かつ高精度に目標回転量に到達させることができる。
【００５０】
次に、図１４を参照して、本実施例の制御処理について説明する。図１４は、本実施例の制御処理を示すフローチャートである。図１４において、図５、図７、図９、図１１のステップ番号と同一のステップ番号が付されているものについては各図の各ステップと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
ステップＳ６０１では、目標回転量が設定される。ステップＳ６０２では、回転量偏差算出手段１１９が前述の式（３）を用いて目標回転量に対する回転量偏差を算出する。ステップＳ６０３では回転量算出手段１１８が回転量（δθ×ｎ［ｐｌｓ］）を算出し、回転量偏差算出手段１１９が回転量偏差を算出し、ステップＳ６０４ではＰＩＤ演算手段１２０がＰＩＤ制御を行う。ステップＳ６０６では、目標速度設定手段１１２が回転量偏差に応じた目標速度を設定する。ステップＳ６０７では速度算出手段１０９が速度ωを算出し、ステップＳ６０８では速度偏差算出手段１１３が速度偏差を算出し、ステップＳ６０９ではＰＩＤ演算手段１１４がＰＩＤ制御を行う。ステップＳ６１０では、回転量偏差が所定値より小さいかどうかを判断する。所定値より大きい場合はステップＳ１１４に進み、通電波形条件の更新が行われ、ステップＳ１０６に進む。所定値より小さい場合は、実施例１で説明したモータの回転停止動作（図５のステップＳ１１５〜Ｓ１１８）のフローが実行される。
【００５２】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、最大トルクを発生するように進角値を制御するとともに、目標回転量近傍では目標速度を小さくし、回転量偏差に応じて進角値も小さくなるので目標回転量に到達させるための制御性能が向上する。
【実施例７】
【００５３】
図１５は、本実施例のモータ制御装置の構成図である。本実施例では、実施例６の図１３と異なる部分について説明する。
【００５４】
目標回転量近傍で急激な負荷変動が生じた場合には閉ループ制御が不安定になる場合が生じる。そこで、本実施例では、開／閉ループ選択手段１２２が、回転量設定手段１１６が設定する目標回転量が所定値より小さい場合に、進角値制御（閉ループ制御）からモータの回転方向と回転量を制御する開ループ制御に切換える指示を制御手段１０３に出力する。
【００５５】
なお、所定値をカウントパルスの１パルス（δθ）に設定してもよい。目標回転量が１パルスより小さい場合、カウントパルスを検出して回転量を計測することが不可能であるので、モータの制御方法を閉ループ制御から開ループ制御に切換える必要がある。
【００５６】
制御手段１０３は、内部に記憶する開ループ通電波形データから読み出した通電波形を通電手段１０６に出力する。そして、通電手段１０６が制御手段１０３から取得する通電波形に基づいて駆動コイル部５に通電することで、開ループ制御が行われる。
【００５７】
また、制御手段１０３は、内部に記憶されている正弦波を所定の電気角ごとに階段状に通電波形を変化させた複数の分解能の異なるマイクロステップ駆動用の開ループ通電波形から目標回転量に応じた通電波形を選択してもよい。通電手段１０６は、モータの回転量が目標回転量に到達するまでマイクロステップ駆動の分解能の最小駆動量、つまり１マイクロステップごとにモータを駆動するように、制御手段１０３から取得する通電波形に基づいて駆動コイル部５に通電する。
【００５８】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、目標回転量の近傍まではブラシレスモータが常に最大トルクを発生するように進角値を制御する。また、目標回転量が所定値より小さくなる場合には、開ループ制御で目標回転量に到達させることができるため、モータを安定して駆動させることができる。
【実施例８】
【００５９】
図１６を参照して、本実施例の制御処理について説明する。図１６は、実施例１で説明したモータの回転停止動作のフロー完了後の制御処理を示すフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ８０１では、再起動命令があるかどうかの判断がされる。再起動命令がある場合は、ステップＳ８０２に進む。ステップＳ８０２では、通電手段１０６は、停止前のステップＳ１１８で記憶する通電波形条件で所定時間だけ駆動コイル部５に通電を行う。ステップＳ８０３では、駆動コイル部５への通電開始と同時にカウントパルスの計測が開始される。モータの回転停止後に何らかの外因により回転している場合があり、その場合には駆動コイル部５へ通電後にモータがわずかに回転しカウントパルスが計測される。ステップＳ８０４では、駆動コイル部５への通電をオフした時点からロータ２の位置が変化したかどうかを確認するために、計測されるカウントパルスが所定数より小さいかどうかが判断される。カウントパルスが所定値（例えば、１〜２パルス）よりも小さい場合は、ロータ２の位置にほとんど変化がないと判断し、ステップＳ８０５で進角値が９０°と設定される。ステップＳ８０６では、制御手段１０３は、通電波形条件を更新する。一方、カウントパルスが所定値より大きい場合は、ステップＳ８０７でロータ２の位置検出が行われ、ステップＳ８０８で制御手段１０３は通電波形条件の設定を行う。ステップＳ８０９では、通電手段１０６が駆動コイル部５に通電する。
【００６１】
以上説明したように、本実施例のモータ制御装置では、停止状態のロータ位置に応じて起動することができる。
【実施例９】
【００６２】
図１７は、本実施形態のモータ制御装置を備える光学機器の構成図である。光学機器は、例えば、一眼レフカメラ用の交換レンズ、コンパクトカメラ、ビデオカメラなどの撮影光学用のレンズ部であり、フィールドレンズ群、バリエータ群、コンペンセータ群、およびフォーカス群などの光学素子を備える。本実施形態のモータ制御装置は、光学機器のレンズ位置制御に限らず、モータの回転駆動によって被駆動体を駆動する装置に広く応用が可能である。
【００６３】
本実施例では、レンズ１２は、フォーカス群であり、光学機器の焦点調節を行う。モータ部１０は鏡筒（不図示）に固定され、鏡枠１１はレンズ１２とリードスクリューネジ１３を保持する。鏡枠１１はリードスクリューネジ１３と噛み合い、リードスクリューネジ１３が回転することで鏡枠１１が図中の矢印に沿って進退駆動する。ＬＰ１４０は、レンズ１２の初期位置を検出する位置センサである。ＬＰ１４０と第２位置検出手段１０７の出力から得られるカウントパルス数によりレンズの絶対位置が検出される。レンズ位置制御手段１４１は、画像を生成する撮像素子（不図示）の信号から画像の合焦状態と非合焦状態を判定する。また、レンズ位置制御手段１４１は、撮像機器１５０から出力される焦点調節情報（制御情報）に基づいて、目標回転量を演算し回転量設定手段１１６に入力する。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２          ロータ
６          出力軸
１０        ブラシレスモータ部（モータ）
１０１      第１位置検出手段（第１の検出手段）
１０３      制御手段
１０７      第２位置検出手段（第２の検出手段）
【図１】
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【図２Ａ】
2017093071.tif 000004
【図２Ｂ】
2017093071.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2017093071.tif 000020
【図１７】
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