特許 7414481 モータ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】モータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/15 20160101AFI20240109BHJP

【ＦＩ】

H02P6/15

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019207645

(22)【出願日】2019-11-18

(65)【公開番号】P2021083196

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】水尾 佳弘

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０２３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４４００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８８６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４７７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９１４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１３７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータにより駆動される対象の現在位置を検出するための位置検出手段と、
前記現在位置と、前記モータにより駆動される対象の目標位置との偏差に基づき前記モータに対する出力制御量を演算するとともに、前記出力制御量に応じて、前記モータの回転位相の所定の進角範囲内においては、前記モータの回転位相の進角を変更し、前記所定の進角範囲外においては、前記進角を固定した状態で前記モータの駆動電圧を変更するモータ制御手段と、を有し、
前記モータ制御手段は、前記所定の進角範囲外において、前記モータの駆動電圧を変更する場合、前記モータにより駆動される対象の速度に応じて、固定する前記進角を設定することを特徴とするモータ駆動装置。

【請求項2】

前記モータ制御手段は、前記出力制御量に基づき、フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記モータ制御手段は、前記偏差が予め決められた所定値より小さくなったことを条件として、前記モータへの通電をオフすることを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。

【請求項4】

前記モータ制御手段は、前記モータにより駆動される対象の速度が予め決められた所定値より小さくなった場合に、前記モータへの通電をオフすることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項5】

前記所定の進角範囲は、－９０度から＋９０度の範囲であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項6】

前記モータ制御手段は、前記所定の進角範囲内においては、前記モータの駆動電圧を固定した状態で前記モータの回転位相の進角を変更することを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項7】

前記モータにより駆動される対象は、複数の磁極を有する回転磁石を含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項8】

前記位置検出手段は、前記回転磁石の回転位相を検出するための複数のホール素子を含むことを特徴とする、請求項７に記載のモータ駆動装置。

【請求項9】

前記モータにより駆動される対象の速度と固定する前記進角の関係を保持するメモリを有することを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項10】

モータにより駆動される対象の現在位置を検出するための位置検出手段と、
前記現在位置と、前記モータにより駆動される対象の目標位置との偏差に基づき前記モータに対する出力制御量を演算するとともに、前記出力制御量に応じて、前記モータの回転位相の所定の進角範囲内においては、前記モータの駆動電圧を固定した状態で前記モータの回転位相の進角を変更し、前記所定の進角範囲外においては、前記モータの駆動電圧を変更するモータ制御手段と、を有し、
前記モータ制御手段は、前記所定の進角範囲外において、前記モータの駆動電圧を変更する場合、前記モータにより駆動される対象の速度に応じて前記進角を設定することを特徴とするモータ駆動装置。

【請求項11】

前記モータ制御手段は、前記モータの回転位相の所定の進角範囲内において、前記モータの回転位相の進角を変更する場合、逆正弦関数を用いて前記進角を設定することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項12】

筐体のブレ量を検出するブレ量検出手段を更に有し、
前記モータ制御手段は、前記ブレ量に応じて前記目標位置を算出することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

【請求項13】

前記モータにより駆動される対象は撮像素子または光学系を含むことを特徴とする請求項１２に記載のモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はモータの駆動装置に関し、特にモータを効率的に駆動する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、モータ部材に位置検出機構を設け、検出された現在位置を基にモータに対して効率的な駆動電圧信号を与える技術がある。
その中でもモータに取り付けられた部材を所望の位置に移動させることを目標にする位置制御する技術がある。
特許文献１においては、リニアモータと位置検出器とを用いて位置の詳細制御を実施する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－９０４６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら特許文献１では、位置検出信号から駆動電圧信号を生成する過程が限定的で、検出位置信号と駆動用生成波形との位相差が操作できないことや、目標位置へ向かう過程の位置制御において電圧や位相差の制御操作の余地があること。またリニアモータであることから磁石部材が大型化し高コスト傾向になること、などの課題がある。
そこで本発明の目的は、低コストで効率的な位置制御が可能なモータ駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、モータにより駆動される対象の現在位置を検出するための位置検出手段と、前記現在位置と、前記モータにより駆動される対象の目標位置との偏差に基づき前記モータに対する出力制御量を演算するとともに、前記出力制御量に応じて、前記モータの回転位相の所定の進角範囲内においては、前記モータの回転位相の進角を変更し、前記所定の進角範囲外においては、前記進角を固定した状態で前記モータの駆動電圧を変更するモータ制御手段と、を有し、前記モータ制御手段は、前記所定の進角範囲外において、前記モータの駆動電圧を変更する場合、前記モータにより駆動される対象の速度に応じて、固定する前記進角を設定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、低コストで効率的な位置制御が可能なモータ駆動装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のシステムブロック図である。

【図2】実施例１における回転磁石とホール素子の配置例を示す図である。

【図3】実施例１の位置ＥＮＣ回路、駆動波形生成回路について説明するための図である。

【図4】実施例１の位置検出センサ信号と検出位置カウントの関係を示す図である。

【図5】実施例１の駆動波形とＰＷＭとの関係を示す図である。

【図6】実施例１の処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】進角、電圧、トルク等の関係を示す図である。

【図8】実施例１における制御と、進角、電圧、トルクとの関係を示す図である。

【図9】本発明の実施例２におけるシステム概要を示すブロック図である。

【図10】実施例２におけるシステムの機構の概要を示す図である。

【図11】実施例２の処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例を用いて説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

【実施例1】

【0009】

以下に、本発明の実施例１のモータ駆動装置を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は実施例１におけるモータ駆動装置のシステムブロック図である。
ステッピングモータ等のモータ１０１は、ロータ軸１０２に回転磁石としてのＥＮＣ（エンコーダ）磁石１０３を備え、またリセット機構１２１を備えている。ＥＮＣ磁石１０３は図２（Ｂ）に示すように、円周上に発生する磁場が回転位置に応じて正弦（サイン）波状の磁場を発生するように着磁されており、複数の磁極を有する。リセット機構１２１は、ロータ軸１０２の所定の１か所の回転位相において変化する信号を出力する構成となっており、モータの回転位置の絶対値の基準を与えるためのものである。

【0010】

本実施例のリセット機構１２１は具体的には以下のように構成されている。即ち、ロータ軸１０２にスクリューが取り付けられており、スクリューのネジ部に係合し、スクリューの回転に応じて並進移動する移動体を有する。その移動体にスリットが備えられ、そのスリットがリセット位置に配置されたフォトインタラプタ（ＰＩ）を通過することでＰＩの出力信号が変化する構成となっている。
ホール素子パッケージ１０４は、２つのホール素子であるホール素子１０５、ホール素子１０６を備える。ホール素子１０５、ホール素子１０６はそれぞれの配置された位置で、ＥＮＣ磁石１０３の回転による磁場変化を検出し出力することができる。ホール素子１０５、１０６は回転磁石の回転位相を検出することによって、モータにより駆動される対象（回転磁石）の現在の回転位置を検出するための位置検出手段として機能している。

【0011】

図２は、実施例１における回転磁石とホール素子の配置例を示す図である。図２（Ａ）はホール素子パッケージ１０４の構成の外観を示す図である。モータ１０１のロータ軸１０２に短い円筒状のＥＮＣ磁石１０３が設置され、その磁場を検知できる位置にホール素子パッケージ１０４がメカ的に配置されている。モータ１０１からは配線２０１が外部に出されており、この配線２０１が後述のモータドライバ１１３に接続される。

【0012】

図２（Ｂ）はＥＮＣ磁石１０３とホール素子１０５、１０６とのメカ的な配置例を示す図である。ＥＮＣ磁石１０３は１０極の磁石でＮ極、Ｓ極の領域がそれぞれ５極ずつ、それぞれ３６度の角度領域に着磁されている。
ホール素子１０５、１０６はＥＮＣ磁石１０３の中心位置から見て、中心位置から等距離に配置されていて、角度が２つの素子と中心位置の成す角度が物理的に１８度となるように配置されている。ホール素子で検出される信号位相としては、９０度の位相差となる。

【0013】

図１のアンプ１０７はホール素子からの微弱な信号を増幅し、後段のＡＤ変換回路１０８へと信号を伝える。ＡＤ変換回路１０８では前段から入力された電圧信号を数値に変換し、結果をデジタル数値信号として位置ＥＮＣ回路１０９へ送る。位置ＥＮＣ回路１０９は前段から入力された２つのホール素子からの信号のオフセット、ゲインの調整を行う機構を備える。また、それら調整の後に２つの信号からＴＡＮ（タンジェント）値を生成した後で逆ＴＡＮ（アークタンジェント）演算を行い、回転角度情報を生成する。この回転角度情報を積分することで回転位置情報を生成する。

【0014】

生成された回転位置情報は駆動波形生成回路１１０に送られる。駆動波形生成回路１１０はモータに対する駆動用波形を生成する機能を司る。駆動波形生成回路１１０は設定された周波数で駆動用の位相の異なる正弦波信号を出力するＯＰＥＮ駆動と、位置ＥＮＣ回路１０９と連動させた駆動波形を出力するＣＬＯＳＥ駆動とを切り替えられる。これらの切り替えはＣＰＵ１１１の指令により行われる。またＣＰＵ１１１はＯＰＥＮ駆動時の出力正弦波信号の周波数、振幅ゲイン値を設定、位置ＥＮＣ回路１０９の位置カウント値の初期化設定などを行うことができる。なお、コンピュータとしてのＣＰＵ１１１は、不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラムに基づき装置全体の各種動作を実行する制御手段として機能する。

【0015】

ここで位置ＥＮＣ回路１０９、駆動波形生成回路１１０の処理を、図３、図４を用いて詳細に説明する。図３は実施例１の位置ＥＮＣ回路、駆動波形生成回路について説明するための図である。図４は実施例１の位置検出センサ信号と検出位置カウントの関係を示す図である。
また、図３（Ａ）は位置ＥＮＣ回路１０９、駆動波形生成回路１１０の処理を詳細に示したブロック図である。Ａｐｏｓ（Ａポジション）生成手段３０１、Ｂｐｏｓ（Ｂポジション）生成手段３０２の部分が位置ＥＮＣ回路１０９に相当し、駆動波形位相決定手段３０３～駆動用位相差変化時間設定手段３０７の部分が駆動波形生成回路１１０に相当する。

【0016】

２つのホール素子信号（ホール素子信号１、ホール素子信号２）がＡＤ変換回路１０８へ入力され、Ａｐｏｓ生成手段３０１にその結果が渡される。Ａｐｏｓ生成手段３０１では、前処理として、入力された２つの信号のオフセット、ゲインの調整を行って２つの信号のオフセット、ゲインを同一にする。この調整はＯＰＥＮ駆動でモータを回転させることによって２つの信号のピーク、ボトム値を検出し、その結果を参照して行う。
調整後、９０度の位相差を持った２つの正弦波信号でＴＡＮ値を生成し、その値に逆ＴＡＮ演算を行うと回転角度情報が生成されるのでこの値を積分した値を算出することで回転位置情報を生成することができる。

【0017】

この検出信号と、回転位置情報との関係を示す図が図４である。図４（Ａ）、（Ｂ）がそれぞれ検出されたホール素子信号を調整した後の信号であり、横軸は回転量となっている。本実施例では、２つのホール素子信号が正弦波の１波長分を出力したときに１０２４カウント分の位置分解能で位置を検出できるものとする。Ａｐｏｓ生成手段３０１からは図４（Ｃ）や図３（Ｂ）のような信号が出力される。
続くＢｐｏｓ生成手段３０２では、Ａｐｏｓ生成手段３０１の出力であるＡｐｏｓ（図３（Ｂ））に対して任意のオフセット値を持ったＢｐｏｓ（図３（Ｃ））を生成するとともに１回転ごとにＢｐｏｓをゼロにリセットする。

【0018】

ＢｐｏｓはＣＰＵ１１１が任意のタイミングで任意値に書き換え可能であり、書き換えたタイミングで書き換え値とＡｐｏｓとの差分量をオフセット値として記録する。
続いて生成されたＢｐｏｓの情報が駆動波形位相決定手段３０３に引き渡される。駆動波形位相決定手段３０３は、最終的に図１のＡ相用コイル１１４、Ｂ相用コイル１１５に印可する駆動波形の位相カウント情報を決定し、ＰＷＭ発生器１１２に位相カウントに相当するＰＷＭ値を送る。

【0019】

駆動波形位相決定手段３０３はＯＰＥＮ駆動用カウント手段３０４の指令により、位相カウント情報を出力するＯＰＥＮ駆動と、Ｂｐｏｓの値を元に位相カウント情報を出力する位置連動駆動とを切り替えることができる。このＯＰＥＮ駆動、位置連動駆動の切り替えは、ＣＰＵ１１１が駆動波形位相決定手段に切り替えの設定を行うことで切り替えられる。
ＯＰＥＮ駆動を行う場合は、ＣＰＵ１１１がＯＰＥＮ駆動用カウント手段３０４に駆動波形の周波数を指令し、駆動波形位相決定手段３０３に駆動波形の振幅ゲインを設定する。それによって、駆動波形位相決定手段３０３が所望周波数、かつ所望振幅の駆動波形を出力する。

【0020】

位置連動駆動を行う場合は、Ｂｐｏｓの下位１０ビット値（図３（Ｄ））に対して、ＣＰＵ１１１が定常位相差設定手段３０５を通じて設定したＳＴＣ＿ＯＦＳ値を算出する。また、駆動用位相差設定手段３０６を通じて設定したＰＨＳ＿ＯＦＳ値を算出する。そしてそれらによってオフセットをつけた値（図３（Ｅ））を算出する。算出された値（図３（Ｅ））が駆動波形位相のカウント値となり、このカウント値に相当する位相の出力値が駆動波形の出力値として選択される。

【0021】

結果的にＢｐｏｓに対してＳＴＣ＿ＯＦＳ、ＰＨＳ＿ＯＦＳの両方が加算されてオフセット値をつけている形になっているが、ＳＴＣ＿ＯＦＳ、ＰＨＳ＿ＯＦＳのどちらか１つのオフセットを付加するだけでも良い。
なおＳＴＣ＿ＯＦＳは検出位置カウントと駆動波形カウントの安定位置を管理する役割、ＰＨＳ＿ＯＦＳはトルク発生のための位相差管理と別の役割が割り当てられている。

【0022】

また、駆動用位相差設定手段３０６への設定値を変化させた場合、設定前の位相差から設定後の位相差へと瞬時に切り替えるのでなく、一定時間かけて変化させる。そして、設定後の位相差をシステムに反映させる位相差漸増減変化機能が駆動波形生成回路には備わっている。この機能のＯｎ／ＯｆｆはＣＰＵ１１１から設定することができ、位相差漸増減変化機能における位相差の変化時間は、図３（Ａ）の駆動用位相差変化時間設定手段３０７によって設定する。駆動用位相差変化時間設定手段３０７に対してＣＰＵが設定する値をＰＳ＿ＴＩＭＥとし、この値には変化時間をｍｓオーダーで設定できるものとする。

【0023】

以上で駆動波形生成回路１１０に相当する駆動波形位相決定手段３０３～駆動用位相差変化時間設定手段３０７の部分の説明を終え、図１の説明に戻る。
ＰＷＭ発生器１１２は駆動波形生成回路１１０から出力されるＰＷＭ指令値に応じて、モータドライバ１１３に対して対応したＰＷＭ信号を出力する。図５は実施例１の駆動波形とＰＷＭとの関係を示す図である。図５（Ａ）、（Ｂ）ともに横軸はテーブル番号で、図３（Ｅ）で出力される値と同様の１０２４分解能であり、縦軸はＰＷＭ信号のＤｕｔｙ％値である。図５（Ａ）は横軸が＋カウントされてＢ相信号がＡ相信号に対して９０度先行し、モータがＣＷ（時計回り）方向に回転する場合を示している。

【0024】

図５（Ｂ）は横軸が－カウントされてＡ相信号がＢ相信号に対して９０度先行し、モータがＣＣＷ（反時計回り）方向に回転する場合を示している。縦軸の％値は、ＣＰＵ１１１からのＧａｉｎ（ゲイン）設定値に応じて増減するものとするが、本実施例ではモータの回転運動にとって適切な値が設定されているものとする。
モータドライバ１１３では、ＰＷＭ発生器より出力される指令値を増幅してＡ相用コイル１１４、Ｂ相用コイル１１５にそれぞれＡ相信号に対応した電圧とＢ相信号に対応した電圧を印可する。

【0025】

印可される信号はＰＷＭ信号に応じた高周波のパルス状電圧信号となるが、コイルに発生する電流値信号はコイルのＬ成分によりＬＰＦがかかったのと同様になる。従って、コイルには実効的に図５で示される正弦波（サイン）信号形状の電圧が印可されるものとして扱う。
ステータＡ＋１１６、ステータＡ－１１７、はそれぞれＡ相用コイルの両端の発生する磁場を集中して放出する働きをする。ステータＢ＋１１８、ステータＢ－１１９、はそれぞれＢ相用コイルの両端の発生する磁場を集中して放出する働きをする。

【0026】

ステータＡ＋１１６、ステータＡ－１１７、ステータＢ＋１１８、ステータＢ－１１９、ロータ磁石１２０の配置関係を、図２（Ｃ）を用いて説明する。ステータＡ＋１１６、ステータＡ－１１７、ステータＢ＋１１８、ステータＢ－１１９は物理角１８度ずつずれた位置関係にあり、合計５組配置されている。ロータ磁石１２０はステータ群の中央に位置し、Ｎ極、Ｓ極、それぞれ５極、合計１０極の磁極を持つ。駆動波形の正弦波が１波出力される毎に、ロータは物理角で７２度分回転する。

【0027】

図６は本実施例における処理の流れを示すフローチャートである。以後はこの図６の処理の流れについて説明を行う。図６のフローはＣＰＵ１１１が不図示のメモリから読み出したコンピュータプログラムを実行することによって実現される。このときＣＰＵ１１１はモータ制御手段として機能することになる。
ステップＳ６０１では、現在位置を取得する。これは図１のブロック図の構成においては、ホール素子１０５、１０６からの信号を得て最終的に位置ＥＮＣ回路１０９で位置信号にエンコードされた値をＣＰＵ１１１で取得することを意味する。続くステップＳ６０２においては目標位置と現在位置との差分である位置偏差を算出する。続くステップＳ６０３においては、位置偏差を入力信号値としたＦＢ（フィードバック制御）処理の演算を行い出力として制御量を算出する。

【0028】

以上の処理について図７を用いて説明する。図７は進角、電圧、トルク等の関係を示す図である。図７（Ｂ）はモータ制御装置の全体的概念を示すブロック図である。位置センサ（位置検出手段）７０９の出力である現在位置と目標位置７０４との差分量である位置偏差が制御器７０５にフィードバックされて入力され、その中で制御量（出力制御量）が演算される。制御器７０５からはコイル７０６に対して進角と電圧の制御信号が送られる。その結果、コイル７０６に流れる電流が制御され、ローターマグネットである磁石７０７にそれに応じた電磁力が作用し、モータのロータ軸７０８の回転が制御される。なお、制御器の中身は一般的なＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）制御器でも良いし、位相進み・遅れ補償器、又はこれら以外の制御器でも良い。この制御量からモータに対して制御できるものとして電圧、進角の２つがある。制御量をこの２つにどのように割り振るかは図６のステップＳ６０５～Ｓ６１６の説明で行う。

【0029】

ステップＳ６０４では現在速度を算出する。これは検出している位置情報の微分演算で算出するが、必要に応じてフィルタ処理を施すなどを行っても良い。続くステップＳ６０５においては位置偏差と、予め決められた停止判定位置偏差とを比較し、位置偏差の方が小さい場合はステップＳ６０６に進み、位置偏差の方が大きい場合はステップＳ６０７に進む。ステップＳ６０６においては、更に現在速度と予め決められた停止判定速度とを比較し、現在速度の方が小さい場合はステップＳ６０８に進み、現在速度の方が大きい場合はステップＳ６０７に進む。ステップＳ６０８ではモータコイルへの通電をオフし、処理を終える。このように、前記偏差が予め決められた所定値より小さくなったことを条件として、前記モータへの通電をオフしている。

【0030】

ステップＳ６０７においては、現在速度が予め決められた閾値速度以上であるかどうかを判定する。現在速度の方が大きい場合はステップＳ６０９に進み、現在速度の方が小さい場合はステップＳ６１０に進む。ステップＳ６０９では、現在速度が閾値速度からどれだけ超過しているかの超過速度を基に、進角補正値αを決定する。即ち、速度に応じて前記所定の進角範囲を補正する補正手段を構成している。超過速度から進角補正値αをどう決定するかは、予め速度と進角補正値αの関係を示したテーブルデータ、もしくは関係式をメモリに記憶保持し、それに基づき決定する。

【0031】

ステップＳ６１０では速度の超過が無いものとして、進角補正値αに０を設定する。
続くステップＳ６１１においては、ステップＳ６０３において算出された制御量が進角操作量の範囲内（実施例では－９０度～＋９０度の所定の進角範囲）に収まっているかどうかを判定する。操作量の範囲内に収まっている場合はステップＳ６１２へ進み、収まっていない場合はステップＳ６１３に進む。ここで進角、電圧の設定値と、発生するトルクとの関係を、図７を用いて説明する。

【0032】

図７（Ａ）のグラフは横軸を進角（度）、縦軸にモータに発生する駆動力（トルク）をとった関係図である。トルク曲線７０１～７０３に示されるように、与える進角と発生する駆動力には正弦波形状の関係があり、＋９０度で正の駆動力が最大、－９０度で負の駆動力が最大となる。進角の絶対値が９０度を超えると、トルク曲線の破線で表される領域に突入しトルクが落ちていく。また－９０度～＋９０度の進角範囲であっても、進角値と発生するトルクとが非線形な関係である。

【0033】

ここでコイルに通電する設定電圧について考えると、設定電圧に応じてトルクは基本的に比例で増減する。図７のトルク曲線７０１、７０２、７０３はそれぞれ設定電圧を１倍、２倍、３倍と変化させた場合のトルク曲線の変化を表している。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のグラフと同様、横軸を進角（度）、縦軸にモータに発生する駆動力（トルク）をとった関係図である。ここで図７（Ｃ）のトルク曲線７１１、７１２、７１３は、図７（Ｃ）のトルク曲線７０１、７０２、７０３と同様の曲線である。そして、直線７１４、７１５はそれぞれ進角を＋９０度、－９０度に固定した状態で電圧設定値を上げていった場合の駆動力（トルク）のイメージとなる。

【0034】

この２本の直線７１４、７１５を、横軸を電圧設定値に変えたグラフで表現したものが、図７（Ｄ）となる。図７（Ｄ）のグラフは横軸が電圧設定値、縦軸が駆動力（トルク）となっており、直線７１６が直線７１４に、直線７１７が直線７１５にそれぞれ対応する。このように発生させたい駆動方向に応じて、進角の絶対値は変えないが符号を反転させた設定として固定させた上で電圧を制御することで入力値と出力値が線形関係にすることができる。
以上を踏まえ、図６のフローチャートにおけるステップＳ６１２の処理の説明に戻ると、ステップＳ６１２においては逆Ｓｉｎ（アークサイン）関数による補正を踏まえて、制御量に応じた進角値を算出してその進角値をＰＨＳ＿ＯＦＳに設定する。

【0035】

図８は実施例１における制御と、進角、電圧、トルクとの関係を示す図であり、この処理を、図８（Ａ）を用いて説明する。ステップＳ６１２の処理においては、制御量として進角操作量の範囲内であるとされている。これは制御量から求められる発生トルクの量が図８（Ａ）の－９０度～＋９０度に対応するトルク量の範囲に入っていることを意味する。また、この実施例では基本的に制御量に対して進角を変更し、進角で変更が不能な領域の場合に電圧を変更している。そのため電圧ゲインは一旦固定値に設定する。本実施例では図７に示したトルク曲線７０２が発生する電圧ゲインを設定しているものとする。図８（Ａ）において指定された制御量がトルク８０１を発生する量であるとする。

【0036】

この場合、一般に行われる制御処理として線形処理で設定進角値を決めようとすると、直線近似トルク８０２によってトルク８０１に対応した進角８０３を選択してしまう。実際のトルクはトルク曲線７０２によって決定されるので、進角８０３を設定すると意図したトルク８０１より大きなトルクが発生してしまう。そのためステップＳ６１２では、予め逆Ｓｉｎ（逆正弦）関数の演算を行い、図８（Ａ）のトルク８０１とトルク曲線７０２との対応から進角８０４を選択する処理を行う。これらの処理を行うことで、制御量に対応して求められる発生トルク、その発生トルクに対応する進角設定値を適切に選択することができる。この進角値に対応する値をＰＨＳ＿ＯＦＳに設定する。

【0037】

ステップＳ６１３においては、ステップＳ６０３において算出された制御量が０より大きいかどうかを判定する。大きい場合は正方向のトルクを与える場合なのでステップＳ６１４に進み、小さい場合は負方向のトルクを与える場合なのでステップＳ６１５に進む。ステップＳ６１４では正のトルクを発生する場合として、進角設定値を＋側の設定値にする。具体的には２５６＋α（αは進角補正値）の値をＰＨＳ＿ＯＦＳに設定して検出位相位置と駆動波形位相との間に位相差を発生させる。ステップＳ６１５では負のトルクを発生する場合として、進角設定値を－側の設定値にする。

【0038】

具体的には－（２５６＋α）の値（本実施例では＋９０度）をＰＨＳ＿ＯＦＳに設定して検出位相位置と駆動波形位相との間に位相差を発生させる。
続くステップＳ６１６では、ステップＳ６１１で判定した進角制御の範囲から外れた制御量の絶対値を求め、その絶対値に応じた電圧指令値を設定する。以上のステップＳ６１３～Ｓ６１６で実施されている処理を、図８（Ｂ）を用いて説明する。簡便のため進角補正値αは０であるとして話を進める。

【0039】

ステップＳ６１２では進角制御によって図８（Ｂ）の８０５のようなｓｉｎ（サイン）カーブに沿ったトルク制御をするが、ステップＳ６１４に進んだ場合、図８（Ｂ）においてトルク曲線８０５の右端、進角を＋９０度に設定する状態にする。そして、電圧設置を上げることで直線８０６のようにトルクを向上させる動きをする。図８（Ｂ）内にトルク曲線７０１～７０３を点線で記載しているが、前述したように電圧設定値を上下することでトルクは線形に上下する。なので進角設定で要求されたトルク設定ができない場合、電圧設定で要求トルクとなるように調整する。ステップＳ６１５に進む場合も同様で、図８（Ｂ）においてトルク曲線８０５の左端、進角を－９０度に設定する状態にし、電圧設置を上げることで直線８０７のようにトルクを向上させる動きをする。

【0040】

ステップＳ６１１～Ｓ６１６に示す処理を概念的に示す図が図８（Ｃ）である。図８（Ｃ）の補足説明を行うと、横軸を進角、電圧に見立て、進角が±９０度の範囲の場合には、モータ駆動電圧を固定しつつ逆Ｓｉｎ関数の補正を加えることで進角を変更し、入出力関係が線形になるように補正する。進角が－９０度～＋９０度の範囲外の場合には、進角を固定し、電圧設定値を上げることで要求された制御量に対応したトルクを発生するよう対応する。

【0041】

即ち、モータにより駆動される対象の目標位置との偏差に基づき前記モータに対する出力制御量を演算している。またに、前記出力制御量に応じて、前記モータの回転位相の所定の進角範囲内においては、前記モータの回転位相の進角を変更し、前記所定の進角範囲外においては、前記進角を固定した状態で前記モータの駆動電圧を変更している。なお、－９０度～＋９０度の範囲内の場合に、進角をメインで変更すればよく、その際に駆動電圧を完全に固定せずに若干変更しても良い。逆に－９０度～＋９０度の範囲外の場合には電圧をメインで変更すればよく、進角を完全に固定せずに若干変更してもよい。
以上の処理を一定周期で繰り返すことにより、安価な部材構成で、モータによる高反応な、詳細な位置制御を可能にするモータ駆動装置を提供することができる。

【実施例2】

【0042】

実施例２では、実施例１で説明したモータ駆動装置を複数使用し、対象部材を２次元平面上で併進、回転動作させる場合の位置制御について説明する。
図９は実施例２におけるシステム概要を示すブロック図である。本実施例ではカメラ等の撮像装置を想定しており、図９では撮像装置の中でも本件の実施に関わりのある構成のみを記載している。ＣＰＵ９０１は図１のブロック図のＣＰＵ１１１と同様のもので、不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラム等の各種データを取得してそのデータを基に演算処理を実施し、各所を制御する役割を担う。

【0043】

モータ制御ユニット９０２～９０４は３つとも同様の構成のもので、それぞれが図１のブロック図で示す構成から、ＣＰＵ１１１のみが除かれた構成を持っているものとする。３軸加速度センサ９０５は撮像装置の３次元方向それぞれの加速度状態を検出できるセンサである。３軸ジャイロセンサ９０６は撮像装置の３軸方向のジャイロ（角速度）情報を取得できるセンサである。３軸加速度センサ９０５や３軸ジャイロセンサ９０６によって撮像装置の筐体のブレ量が検出され、これらによってブレ量検出手段が構成されている。画像センサユニット９０７は撮像装置内で光学信号を電気信号に変換する例えばＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を含む。本実施例では画像センサユニット９０７はモータ制御ユニット９０２～９０４の構成によって把持されており、モータ制御ユニット９０２～９０４の動きに応じて併進、回転動作が可能となっている。

【0044】

これらモータ制御ユニット９０２～画像センサユニット９０７は、ＣＰＵ９０１との間で情報の取得や指示等の双方向通信ができるものとする。
図１０は実施例２におけるシステムのメカ機構の概要を示す図であり、図１０（Ａ）は、図９で示した画像センサユニット９０７が具体的にどのようなメカ部材構成によって併進、回転が可能になっているかを示す図である。図１０（Ａ）において、画像センサユニット部材１００１は画像センサユニット９０７を収納したフレーム等から成り、付勢点１０２３、１０２４において、それぞれ方向１０１５、１０２２の方向にバネで付勢されているものとする。

【0045】

また、画像センサユニット部材１００１は作用点部材１００５、１０１１、１０１８と接しており、この３点との接触とバネによる付勢力によって位置が決まるものである。モータ１００２、ＥＮＣ磁石１００３は、図２のモータ１０１、ＥＮＣ磁石１０３と同様のものである。配線やセンサなどの部材も実際には存在するが、図１０でのメカ構成の説明には不要であるため割愛する。レバー部材１００４には前出の作用点部材１００５の他に支点部材１００６、力点部材１００７を備えている。

【0046】

レバー部材１００４は、支点部材１００６を中心に回転できるようになっており、力点部材１００７が力を受けて動くと、その回転で作用点部材１００５が画像センサユニット部材１００１に力を加える構成になっている。加えてモータ１００２が回転することによりモータの軸に備えられたスクリューに係合したスクリュー係合部材１００８が移動し、力点部材１００７に力を加える構成となっている。図１０（Ａ）の１００９、１０１６はモータであり、１０１０～１０１４、１０１７～１０２１の構成は、それぞれ１００４～１００８の構成と同様であるため詳細説明は割愛する。

【0047】

図１０（Ｂ）は、スクリュー係合部材１００８、１０１４、１０２１それぞれが、図１０（Ａ）で示す基準位置から移動した場合の例を挙げている。スクリュー係合部材１００８、１０１４、１０２１の位置に応じて画像センサユニット部材１００１が撮像面内で併進あるいは回転していることがわかる。
図１１は実施例２の処理の流れを示すフローチャートである。以後は図９、図１０で示した構成を前提に、この図１１の処理の流れを追って説明を行う。

【0048】

ステップＳ１１０１においては、３軸加速度センサ９０５、３軸ジャイロセンサ９０６、の信号を取得する。続くステップＳ１１０２では、ステップＳ１１０１で得られた情報を基に、撮像装置全体の位置ブレ量、角度ブレ量を算出する。そして、そこからブレ量に応じて前記目標位置を算出するとともに、画像センサユニット部材１００１がどれだけ移動すべきかの２次元的な移動量や移動方向を算出する。この算出時の具体的アルゴルについては公知技術で様々な方法が開示されているので詳細は割愛する。

【0049】

ステップＳ１１０３では、ステップＳ１１０２で算出した画像センサユニット部材１００１の２次元の移動量や移動方向に応じて、スクリュー係合部材１００８、１０１４、１０２１がどれだけ移動する必要があるのかを算出する。その算出量に応じて、モータ１００２、１００９、１０１６がどれだけ回転すべきかの回転位置指令値を算出する。
続くステップＳ１１０４、Ｓ１１０５、Ｓ１１０６ではそれぞれ、モータ１００２、１００９、１０１６に対する位置ＦＢ（フィードバック制御）処理を実施する。

【0050】

これらの処理は実施例１で示した処理と同様の処理であり、現在位置と目標位置との偏差から目標位置へ移動するための適切な進角、電圧の変更処理がなされるものとする。
以上の処理を一定周期で繰り返すことにより、撮像装置内の画像センサユニット部材に対して適切なブレ補正処理を実施することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。なお、上記実施例では撮像素子を含む画像センサユニット部材１００１をモータ駆動装置で駆動してブレ補正を行っているが、撮像素子へ光学を導くための光学系をモータ駆動装置で駆動してブレ補正を行っても良い。

【0051】

更には画像センサユニット部材１００１と光学系の両方を駆動してブレ補正を行っても良い。
なお、本実施例の位置検出器ではホール素子と回転磁石を用いた構成を用いたが、回転位置の検出が十分に高精度に行える構成であれば他のセンサ機構を用いても実施可能である。
また、本実施例ではモータ１０１として例えば１０極の一般的なクローポール型ステッピングモータを前提にしたが、必要な精度での制御が行える構成を備えているのであれば、別の構成の回転モータを用いても実施可能である。

【0052】

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介してモータ駆動装置に供給するようにしてもよい。そしてそのモータ駆動装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

【符号の説明】

【0053】

１０１ モータ
１０２ ロータ軸
１０３ ＥＮＣ磁石
１０４ ホール素子パッケージ
１０５ ホール素子
１０６ ホール素子
１０７ アンプ
１０８ ＡＤ変換回路
１０９ 位置ＥＮＣ回路
１１０ 駆動波形生成回路
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＰＷＭ発生器
１１３ モータドライバ
１１４ Ａ相用コイル
１１５ Ｂ相用コイル
１１６ ステータＡ＋
１１７ ステータＡ－
１１８ ステータＢ＋
１１９ ステータＢ－
１２０ ロータ磁石
１２１ リセット機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】