(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電圧を検出する電圧検出手段と、
直流モータと、
前記電圧検出手段による電圧検出値に応じて、前記直流モータに印加される実効電圧が当該直流モータの定格値を超えないように駆動デューティを演算する演算手段と、
所定のデューティで前記供給電圧を前記直流モータに印加するモータ駆動手段と、
予め前記直流モータの特性に応じて定められている時間であって、前記直流モータの駆動開始時に該直流モータへ第１デューティで電圧印加した際に該直流モータへ流れる駆動電流が増加から減少に転じるまでの時間ｔ１と、前記時間ｔ１以降に該直流モータへ前記第１デューティより高い第２デューティで電圧印加した際に該直流モータへ流れる駆動電流が再び増加から減少に転じるまでの時間ｔ２とを示す情報をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記記憶情報に基づいて、前記直流モータの駆動開始から前記時間ｔ１が経過するまで前記第１デューティで、前記時間ｔ１を経過後前記時間ｔ２が経過するまで前記第２デューティで、前記時間ｔ２を経過後に前記演算手段で演算された駆動デューティで、それぞれ前記直流モータへ電圧印加を行うように前記モータ駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記第１デューティおよび前記第２デューティは前記駆動デューティより低いことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記電源が電池もしくは外部電源かを判定する判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記判定手段によって前記電池が判定されているとき、前記直流モータの駆動開始時に前記モータ駆動手段に対して前記制御を行うことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動装置において、
前記演算手段は、前記直流モータに印加される実効電圧が当該直流モータの定格値を超えないように前記駆動デューティを低くするように演算し、前記電圧検出手段による電圧検出値が低下すると前記実効電圧が前記定格値を超えない範囲で前記駆動デューティを高くするように演算し、前記電圧検出値が所定電圧以下の場合は前記駆動デューティを１００％より低い所定値に制限することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のモータ駆動装置において、
電池の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記判定手段によって前記電池が判定されるとともに前記温度検出手段による温度検出値が所定温度以下の場合は、前記駆動デューティを１００％より低い所定値にすることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記外部電源は、ＡＣ／ＤＣアダプタによって構成されることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記直流モータは、前記デューティで駆動状態および停止状態を繰り返すことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流モータの駆動回路および駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池で駆動するモータに対してパルス通電を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、モータで撮影レンズを光軸方向に進退駆動するカメラが開示されている。カメラの撮影レンズを駆動するモータは、始動時に所定時間通電されて起動トルクが立ち上がるように制御され、レンズの駆動を開始する。このモータは始動後にパルス通電に切り替えられて減速するように制御され、機械的衝止の際にレンズおよび動力伝達系に生じるショックが抑制される。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１１３４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１によるモータの駆動は、モータが始動するとパルス通電に替えるので、始動後のモータに供給される電力が始動時に比べて低下し、始動後のトルクが低下してしまう。また、モータの始動時には電池電圧にかかわらず所定時間連続通電するので、電池電圧が高すぎる場合にモータに供給される電圧がモータの定格を超えたり、始動電流がモータの定格の数倍になるおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるモータ駆動装置は、電源から供給される電圧を検出する電圧検出手段と、直流モータと、電圧検出手段による電圧検出値に応じて、直流モータに印加される実効電圧が当該直流モータの定格値を超えないように駆動デューティを演算する演算手段と、所定のデューティで供給電圧を直流モータに印加するモータ駆動手段と、予め直流モータの特性に応じて定められている時間であって、直流モータの駆動開始時に該直流モータへ第１デューティで電圧印加した際に該直流モータへ流れる駆動電流が増加から減少に転じるまでの時間ｔ１と、時間ｔ１以降に該直流モータへ第１デューティより高い第２デューティで電圧印加した際に該直流モータへ流れる駆動電流が再び増加から減少に転じるまでの時間ｔ２とを示す情報をそれぞれ記憶する記憶手段と、記憶情報に基づいて、直流モータの駆動開始から時間ｔ１が経過するまで第１デューティで、時間ｔ１を経過後時間ｔ２が経過するまで第２デューティで、時間ｔ２を経過後に演算手段で演算された駆動デューティで、それぞれ直流モータへ電圧印加を行うようにモータ駆動手段を制御する制御手段とを備え、第１デューティおよび第２デューティは駆動デューティより低いことを特徴とする。
本発明によるカメラは、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一の実施の形態によるモータ制御回路の概要を示す図である。図１において、モータ制御回路は、ダイオード４および４'と、安定化回路５と、制御回路６と、プリドライバ１０と、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１と、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２とを有する。モータ制御回路は、端子２および端子２'間、もしくは端子３および端子３'間のいずれかに接続される直流電圧源による電力を用いて、直流モータ１３を駆動する。図１の例では、端子２および端子２'間に電池１が接続されている。端子３および端子３'は、外部電源（不図示）を接続するために使用される。
【０００８】
電池１の電圧は、ダイオード４を介して安定化回路５、プリドライバ１０、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１のソース端子およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２のドレイン端子間に、それぞれ印加される。ここで、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２は直列に接続されている。つまり、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１のドレイン端子と、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２のソース端子とが接続されている。安定化回路５は、直流電圧源（ここでは電池１）による電圧を制御回路６で必要な所定の電圧にＤＣ／ＤＣ変換して制御回路６へ供給する。制御回路６は、電圧検出回路７、演算回路８および出力制御回路９とを含む。
【０００９】
電圧検出回路７は、端子３および端子３'間に接続される不図示の外部電源の電圧値を信号線２１を介して検出するとともに、モータ駆動回路に供給されている電圧値を信号線２２を介して検出する。本実施の形態では、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２間に印加される電圧が、モータ１３へ供給される電圧に対応する。電圧検出回路７による検出結果は、信号線２３を介して演算回路８へ出力される。演算回路８は、電圧検出回路７による電圧検出値に基づいて所定の演算を行い、モータ制御指令を信号線２４を介して出力制御回路９へ出力する。出力制御回路９は、演算回路８による制御指令に応じて制御信号を生成する。制御信号はＨレベルもしくはＬレベルを有する２本の信号によって構成され、これら２本の制御信号がそれぞれ信号線２５および信号線２６を介してプリドライバ１０へ出力される。
【００１０】
プリドライバ１０は、出力制御回路９による２本の制御信号に対応して、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１をオン／オフさせる駆動信号、ならびにＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２をオン／オフさせる駆動信号をそれぞれ生成し、信号線２７および信号線２８を介してＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲート端子、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２のゲート端子にそれぞれ出力する。モータ１３は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２のソース端子−ドレイン端子間に接続される。モータ１３は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２のオン／オフに応じて、駆動（回転）、停止、制動（ブレーキ）のいずれかの状態に制御される。
【００１１】
図２は、プリドライバ１０に入力される制御信号（制御入力）レベルと、プリドライバ１０が出力する駆動信号（制御出力）レベルと、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２の状態と、モータ１３の動作状態との関係を説明する図である。図２において、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１およびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２の双方がオフの場合は、モータ１３の巻き線（不図示）がオープンにされるので、モータ１３は停止状態になる。ここで、停止状態はモータ１３の回転子（不図示）にトルクが発生しない状態のことである。
【００１２】
ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１がオフ、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２がオンの場合は、モータ１３の巻き線（不図示）がショートされるので、モータ１３は制動状態になる。ここで、制動状態はモータ１３の回転子（不図示）にトルクが発生しない上に、電磁的にブレーキがかかった状態のことである。
【００１３】
ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１がオン、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１２がオフの場合は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１１を介してモータ１３の巻き線（不図示）に電流が流れるので、モータ１３は駆動状態になる。ここで駆動状態は、モータ１３の回転子（不図示）にトルクが発生する状態のことである。なお、プリドライバ１０は、▲１▼制御入力２５がＨで制御入力２６がＬの状態と、▲２▼制御入力２５および制御入力２６が共にＨの状態のそれぞれにおいて、モータ１３を駆動するように構成されている。
【００１４】
本発明は、上述したモータ制御回路で、モータ１３の駆動時に駆動状態および停止状態を交互に切り換えるものである。第一の実施の形態では、モータ１３に供給される電圧に応じて駆動状態および停止状態のデューティを変える。
【００１５】
演算回路８は、次のようにモータ制御指令を出力制御回路９へ出力する。
１．停止状態
演算回路８は、モータ１３を停止するとき、信号線２５に対応する制御信号、ならびに信号線２６に対応する制御信号をそれぞれＬレベルにするように、モータ制御指令を出力する。
【００１６】
２．制動状態
演算回路８は、モータ１３を制動するとき、信号線２５に対応する制御信号をＬレベルに、信号線２６に対応する制御信号をＨレベルにするように、モータ制御指令を出力する。
【００１７】
３．駆動状態
演算回路８は、モータ１３を駆動するとき、信号線２５に対応する制御信号をＨレベルに、信号線２６に対応する制御信号をＬレベルにするように、モータ制御指令を出力する。演算回路８はさらに、モータ１３に供給される電圧がモータ１３の定格電圧を超えないように、信号線２５に対応する制御信号について、電圧に応じてＨレベルとＬレベルとの比（デューティ）を変更するように制御指令を出力する。なお、信号線２６に対応する制御信号はＬレベルを継続させる。
【００１８】
図３は、モータ１３へ供給される電圧がモータ１３の定格電圧を超えた場合の制御信号（信号線２５）の波形例を示す図である。たとえば、モータ１３の定格電圧が６Ｖで、電圧検出回路７による信号線２２を介する検出電圧が９Ｖの場合、演算回路８は、次式（１）によってデューティを演算し、このデューティを得るように制御指令を出力する。
【数１】
（６／９）×１００＝６７％                      （１）
【００１９】
図３の制御信号（信号線２５）において、１周期の６７％がＨレベル、残り３３％がＬレベルにされることにより、モータ１３は駆動状態と停止状態を交互に繰り返す。実際には、モータ１３の回転子は慣性モーメントによって上記停止状態でも回転を続けるので、モータ１３へ供給される電圧の平均値（実効電圧）が定格電圧を超えないように電圧制御しながら、モータ１３の運転を続けることができる。制御信号がＨレベルおよびＬレベルを繰り返す周波数は、数１０ＫＨｚが好ましい。
【００２０】
モータ１３へ供給される電圧がモータ１３の定格電圧以下の場合は、演算回路８は、デューティ１００％を得るように制御指令を出力する。デューティ１００％は、モータ１３の駆動時に制御信号（信号線２５）を常にＨレベルにする状態である。なお、信号線２６に対応する制御信号はＬレベルを継続させる。
【００２１】
以上説明した第一の実施の形態についてまとめる。演算回路８は、モータ１３に供給される電圧がモータ１３の定格電圧を超えないように、上式（１）による演算を行う。演算回路８はさらに、信号線２５に対応する制御信号について、定格電圧を超過した電圧に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に切り換えるように、出力制御回路９へ制御指令を出力する。信号線２６に対応する制御信号はＬレベルのままにする。これにより、モータ１３は上記演算で得られるデューティ（上記の例では６７％）で駆動状態と停止状態とが交互に繰り返され、モータ１３へ供給される実効電圧をモータ１３の定格電圧以下に抑えることができる。この結果、モータ１３を必ず定格内で使用するので、モータ１３の寿命に悪影響を及ぼすことがない。また、デューティ駆動時に定格どおりの実効電圧を印加するので、モータ１３のトルク低下を招くことがなく、モータ１３を安定に連続運転することができる。
【００２２】
モータ１３の駆動状態において、信号線２６に対応する制御信号をＬレベルのままにする代わりに、信号線２５に対応する制御信号と同様に、信号レベルを変化させてもよい。
【００２３】
デューティ駆動時にモータ１３の駆動状態と停止状態とを交互に繰り返すようにしたが、駆動状態と制動状態とを交互に繰り返すようにしてもよい。この場合には、信号線２５に対応する制御信号について、定格電圧を超過した電圧に応じてＨレベル（駆動状態）とＬレベル（制動状態）とを交互に切り換えるとともに、信号線２６に対応する制御信号をＨレベルのままにする。
【００２４】
（第二の実施の形態）
一般に、モータ１３を起動（始動）する初期には、モータ１３の巻き線（不図示）抵抗と、この巻き線に印加される電圧とから概算される電流がモータ１３に流れる。この電流は、モータ１３の回転によって発生する逆起電力で徐々に減少し、定常時にはモータ１３の負荷などで決定される値に収束する。第二の実施の形態では、モータ起動時に、駆動状態および停止状態を繰り返すデューティを、徐々に高めるように変化させる。
【００２５】
図４は、モータ１３の起動時の制御信号（信号線２５）のデューティを示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸はデューティを表す。演算回路８は、起動開始時刻ｔ０〜時刻ｔ１までデューティを２０％に、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までデューティを４０％に、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までデューティを６０％に、時刻ｔ３経過以降（定常状態）はデューティを６７％にするように、制御指令を出力する。デューティ６７％は、第一の実施の形態と同様に、モータ１３の定格電圧が６Ｖ、電圧検出回路７による検出電圧が９Ｖの場合を想定したものである。
【００２６】
図５は、デューティ２０％の制御信号（信号線２５）の波形例を示す図である。１周期の２０％がＨレベル、残り８０％がＬレベルにされることにより、モータ１３は駆動状態と停止状態を交互に繰り返す。図６は、デューティ４０％の制御信号（信号線２５）の波形例を示す図である。１周期の４０％がＨレベル、残り６０％がＬレベルにされることにより、モータ１３は駆動状態と停止状態を交互に繰り返す。デューティを徐々に高くすることにより、モータ１３の駆動トルクが徐々に高められる。
【００２７】
定常時に比べてデューティを低くする期間（上記の例では時刻ｔ０〜時刻ｔ３）、デューティを徐々に変化させるステップ数（上記の例では３）、および各ステップにおけるデューティの値（上記の例では２０％、４０％、６０％）は、それぞれモータ１３の起動特性に応じてあらかじめ決定しておき、これらの各値を演算回路８内のメモリ（不図示）にあらかじめ記憶しておく。
【００２８】
出力制御回路９は、演算回路８から送出された制御指令にしたがって制御信号のデューティを変化させる。具体的には、不図示のタイマー回路によって起動開始時刻ｔ０に計時を開始し、タイマー回路で所定時間を計時するごとに上述したように制御信号のデューティを変化させる。
【００２９】
図７は、図４による制御時にモータ１３に流れる電流波形を示す図である。図７において、横軸は時間を表し、縦軸は電流の大きさを表す。時刻ｔ０においてモータ１３が起動されると、モータ１３に電流が流れ始める。時刻ｔ０〜時刻ｔ１まではデューティが２０％にされるので、起動開始時刻ｔ０以降にデューティ１００％でモータ１３を起動する場合の電流波形（図８）に比べて、電流の最大値が小さく抑えられる。デューティ２０％は、時刻ｔ０〜ｔ１において電流の最大値がモータ１３の電流制限目標値を超えないように決定される。
【００３０】
モータ１３に流れる電流は、モータ１３の回転によって生じる逆起電力で減少を始める。電流が増加から減少に転じた以降の時刻ｔ１において、デューティを４０％にすると、モータ１３に流れる電流は再び増加を始める。以降同様に、電流が増加から減少に転じるごとに制御信号のデューティを高めていくことにより、モータ１３に流れる電流波形は上昇と下降を交互に繰り返す鋸波状になる。これにより、モータ１３に流れる電流の最大値が電流制限目標値を超えないように、モータ１３が起動される。
【００３１】
以上説明した第二の実施の形態についてまとめる。演算回路８は、起動開始時刻ｔ０〜時刻ｔ１までデューティを２０％に、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までデューティを４０％に、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までデューティを６０％に、時刻ｔ３経過以降（定常状態）はデューティを６７％にするように、制御指令を出力する。これにより、モータ１３に流れる電流波形が上昇と下降を交互に繰り返す鋸波状に制御され、モータ１３の起動時の電流を電流制限目標値以下に抑えることができる。この結果、電池１の過負荷に起因する電圧低下が生じないので、電池駆動する機器で安定にモータ１３を起動することができる。
【００３２】
以上説明した第一の実施の形態および第二の実施の形態では、モータ１３の定格電圧が６Ｖ、電圧検出回路７による検出電圧が９Ｖの場合を想定して説明したので、定常時にモータ１３を駆動するための制御信号のデューティを６７％にした。電池１の電圧が低下し、電圧検出回路７による検出電圧が低下するとデューティが徐々に高められ、検出電圧が６Ｖに達したとき、制御信号のデューティが１００％にされる。
【００３３】
電池１の消耗時には、電圧検出回路７による検出電圧がモータ１３の定格電圧を下回った場合でも、制御信号のデューティを１００％にしなくてもよい。たとえば、電池１が消耗し、当該電池１による電圧が所定電圧（たとえば、５Ｖ）を下回っている場合には、制御信号のデューティの上限を、たとえば、８０％に制限する。これにより、電池１が消耗した状態において電池１の放電電力が制限されるので、電池１に対する過負荷が防止され、電池１を保護することができる。
【００３４】
電池１の温度を検出し、検出温度が所定温度を下回った場合に制御信号のデューティの上限を制限してもよい。この場合には、温度センサを電池１の近傍に配設し、この温度検出信号を演算回路８へ入力させる。これにより、低温下（たとえば、０℃以下）で電池１の能力が低下した状態において電池１の放電電力が制限されるので、電池１に対する過負荷が防止され、電池１を保護することができる。
【００３５】
電圧検出回路７による検出電圧に応じて制御信号のデューティを変更したり、制御信号のデューティの上限を制限したりする動作を、外部電源（不図示）からの電源供給がない状態でのみ行うようにしてもよい。外部電源は、ＡＣ／ＤＣアダプタなどである。上述したように、図１の端子３および端子３'に外部電源（不図示）が接続され、この外部電源から電源供給された場合は、外部電源による電圧が信号線２１を介して電圧検出回路７で検出される。一般に、外部電源は一定電圧を発生するように構成されるので、モータ１３の駆動にともなう電圧変動は、電池１によって電源供給されている場合に生じると考えられる。そこで、演算回路８は、電圧検出回路７によって信号線２１を介する電圧が検出されない場合、すなわち、電池１によって電源供給されている場合にのみ、制御信号のデューティの変更や制限を行うようにする。この結果、演算回路８による無駄な処理を省いて演算回路８の負担を軽減することができる。
【００３６】
演算回路８は、電圧検出回路７によって信号線２１を介する電圧が検出された場合、すなわち、外部電源（不図示）によって電源供給されている場合に、制御信号のデューティを固定値にするようにしてもよい。上述したように、外部電源はモータ１３の駆動にともなう電圧変動が生じないと考えられるので、演算回路８は、外部電源によって電源供給されている場合に制御信号のデューティを固定値に変更する。この場合の固定値は、外部電源による供給電圧に応じてあらかじめ決定して演算回路８内のメモリ（不図示）に記憶させておくとよい。
【００３７】
本発明は、カメラや玩具、パソコン用周辺機器など、電池駆動するモータを備える機器に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、始動時にも直流モータを定格内で駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態によるモータ制御回路の概要を示す図である。
【図２】プリドライバに入力される制御信号レベルと、プリドライバが出力する駆動信号レベルと、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴおよびＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴの状態と、モータの動作状態との関係を説明する図である。
【図３】モータへ供給される電圧がモータの定格電圧を超えた場合の制御信号の波形例を示す図である。
【図４】モータの起動時の制御信号のデューティを示す図である。
【図５】デューティ２０％の制御信号の波形例を示す図である。
【図６】デューティ４０％の制御信号の波形例を示す図である。
【図７】図４による制御時にモータに流れる電流波形を示す図である。
【図８】デューティ１００％でモータを駆動する場合の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１…電池、                          ５…安定化回路、
７…電圧検出回路、                  ８…演算回路、
９…出力制御回路、                １０…プリドライバ、
１１…ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ、    １２…ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ、
１３…モータ
【図１】
0004200783.tif 000002
【図２】
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【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】
0004200783.tif 000009