JPH02211096A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モータ等負荷駆動源を含む駆動装置の構成に
関する。

〔従来の技術〕

従来の装置では、第３図に示すような励磁シーケンスに
よって、モータを励磁し、回転させている。なお、この
種の装置としては、「ステッピングモータ活用技術」６
１頁（１９’８４年、工業調査会発行）に記載のものが
挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、モータ等の負荷駆動源によって生じる
振動や騒音については配慮がされておらず、この振動や
騒音の低減化を図らねばならない課題がある。

本発明は、駆動装置におけるモータ等駆動源の振動、Ｉ
ｉ音の大幅低減化を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、制御回路により
駆動回路を制御しモータ等負荷駆動源を、正弦波や台形
波等ゆるやかな立上りまたは立下りの電圧または電流波
形に対応して周波数変調またはデユーティ制御された。

チョッピング入力電圧波形またはチョッピング入力端子
波形で駆動する構成とした。

〔作用〕

制御回路は、駆動回路を制御し電源回路から負荷駆動源
に供給される電圧や電流の波形を、正弦波や台形波等に
対応して周波数変調またはデユーティ制御されたチョッ
ピングパルス波形にする。

負荷駆動源は、上記チョッピング波形の電気入力を与え
られ、その可動部材が回転または移動動作し、これに桿
された負荷体を膳Ｖ動変位せしめる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図によ
り説明する。

図において、１は固定子、２は励磁コイ軟α、３は励磁
コイルｂ、４は回転子、５は駆動回路、６は制御回路、
７は電源回路、８は上記１〜４を含んだ負荷駆動源、９
は負荷体である。

固定子１、励磁コイルＱ２、励磁コイルｂ３、回転子４
は、パルスモータ心すを示している。

電源回路７から、制御回路６、駆動回路５は電源を供給
されている。制御回路６は、例えばマイクロコンピュー
タで形成されており、駆動回路５に、モータを回転させ
るための信号パルスを供給している。本発明による信号
パルスを第２図に示す。第１図の励磁コイルα　２には
、第２図の信号パルスのＡおよびＡが与えられている。

ＡはＡとは電流方向が逆である。励磁コイルｂ　３には
、信号パルスＢおよびＢが与えられている。ＢとＢは、
電流方向が逆である。

また、回転子４は永久磁石であり、Ｎ極とＳ極を有して
いる。

制御回路６か′ら駆動回路５を経て、励磁コイルα　２
と励磁コイルｂ　３に信号パルスが与えられ、永久磁石
の回転子４は、励磁コイルｃＬ　２゜ｂ　３の磁界の変
化に伴なって、吸引２反発されながら回転し、負荷体９
を回転させる。

第２図に、本発明による信号パルスを示すが、徐々に電
流を流し込むための領域と一定電圧の領域と徐々に電流
を低下させる領域の３領域からなる。第３図を用いて電
流を流し込む領域について説明する。第３図（、Ｌ）は
周波数変調方式、（ｂ）はデユーティ制御方式を示す。

周波数変調方式は。

ｆ□＃　ｆ２ｔ　ｆ３ｔ　ｆ４と周波数を徐々に大きく
して。

電流を流し込む方法である。また、デユーティ制御方式
は、印加時間ｔ□＊　ｊａ、ｊ３ｙ　ｔ＊を徐々に大き
くし、デユーティを大きくすることにより、電流を流し
込む方法である。いずれの方法をとっても同様の効果が
得られる。電流を徐々に低下させる方法は１周波数制御
力式では、ｆ４１　ｆａｔｆ２．　ｆ工と徐々に周波数
を小さくすればよく、また、デユーティ制御では、印加
時間をｔｉｔ　ｔ３Ｔ１２．１□と徐々に小さくすれば
よい。

第４図に１周波数変調制御またはデユーティ制御した場
合に、第４図（α）は励磁コイルα　２に。

第４図（ｂ）は励磁コイルｂ　３に生じる電流波形を示
す。台形波形になっている。

このように、本発明によれば、電流波形を台形波状にす
ることができるので、モータ駆動時の振動音、騒音を低
減することができる。

制御回路５にマイクロコンピュータを用いて信号パルス
を供給する方法について、第５図〜第９図を用いて説明
する。

第５図は従来の励磁シーケンスであり、本発明の第２図
の場合と対応している。

負荷呼動源８に、例えばステッピングモータを用いた場
合における励磁コイルａ　　２．励磁コイルｂ　３に電
圧を与えるタイミングを第５図および第２図は表わして
いる。励磁コイルα　２に電圧を加えるタイミングをＡ
とＡで示しである。ここで、ＡとＡとは電流の方向が逆
向きである。また、励磁コイルｂ　３に電圧を加えるタ
イミングはＢとＢで示し゛てあり、ＢとＢも電流が互に
逆向きである。また、Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂはマイクロコンピ
ュータの４ビツト（０，１，２，３）に対応させである
。従って、各ビットが１であるかＯであるかによって、
各相に与える電圧のタイミングを設定し、各ビットが０
か１かを１６進数で表現している。第５図は２相励磁の
場合であり、１６進数で３．６．Ｃ，９と信号パルスを
発生させて、ステッピングモータを１方向に回転させる
ことを示している。第６図は、第５図を表にして示して
いる。また従来の信号パルスを発生させるためのフロー
チャートの１例を第８図に示す。１０１は、励磁シーケ
ンスの初期設定ｔうブロック、１０２は送りスピードに
相当する周波数を設定するブロック、１０３は送りパル
ス数を設定するブロック、１０４は送り方向を設定する
ブロック、１０５は信号パルスを出力するブロック、１
０６は信号パルスの時間を設定するブロック、１０７は
励磁シーケンスを１パルスすすめるブロックである。

初期設定した励磁シーケンスを１０５でパルス出力し、
設定した送りパルス速度に対応させて出力時間を設定し
、励磁シーケンスを１パルス分送りパルス方向に進ませ
て、所期の設定ハルスＮになるまでくりかえすプログラ
ムになっている。あらかじめ設定した速度（周波数）、
パルス数、方向で信号パルスが出力される例である。こ
れに対し、本発明の１例は、第２図に示すような励磁シ
ーケンスとなる。第２図に示す励磁シーケンスの１パル
ス目をデユーティ制御する場合の１例を第７図に示す。

Ａはデユーティが１から０．８．０．６．０．５と低下
させ同時にＢを０．５から０．６．０．８．１と上昇さ
せるようにしたものである。この例のフローチャートを
第９図に示す。

第９図において、２０１〜２０４は、１８図（１）１０
１〜１０４に対応している。２０５は第１のデユーティ
を設定しパルス出力を行なうブロック、２０６は第２の
デユーティを設定しパルス出力を行なうブロック、２０
７は第３のデユーティを設定しパルス出力を行なうブロ
ックである。デユーティの設定は、必らずしも３種類で
ある必要はない。

第９図では省略したが、デユーティを定めると共に印加
時間の設定も行っている。

第１０図は、チョピング回路であり、回路を用いて１周
波数変調をする場合の一例である。

３０１．３０２はトランジスタ、３０３は電圧比較回路
、３０４はモータ巻線、３０５は制御回路である。

以下１本発明の一実施例の自動合焦装置に用いた例を第
１１図より説明する。第１１図は本発明によるオート、
フォーカス装置の一実施例を示す構成図である。

図において、１０はズームレンズ、１１はステッピング
モータ（例えばＰＭ形ステッピングモータ）１２はフォ
ーカスレンズ、１３はモータ駆動回路、１４は周波数変
調制御回路（例えば周波数変調用マイコン）１５は制御
回路（例えば制御用マイコン）、１６は基準信号発生回
路、１７は同期検波回路、１８゛は検出回路、１９は高
域成分抽出回路、２０はカメラ回路、２１は前置増幅回
路。

２２は撮像素子、２３は移動機構（例えば、メネジ部を
有する移動枠）である。

ステッピングモータ２のシャフトにはオネジ部が設けて
あり、移動機構１４のメネジ部とかみ合っている。従っ
て、ステッピングモータ１１が回転すると移動機構２３
が移動し、移動機構１４と一体に設けであるフォーカス
装置１２も移動する。

被写体２４は、ズームレンズ１ｏによって撮像素子２２
上に結像する。撮像素子２２の出力信号は前置増幅回路
２１にて増幅し、カメラ回路２０に入力され、カメラ回
路２０にてカメラ信号が生成される。

高域成分抽出回路１９により、映像信号から高域周波数
成分を抽出する。高域成分抽出回路１９の出力信号は、
フォーカスレンズ１２を、ステッピングモータ１１で微
小変化させているので、その変化成分を含んでいる。検
出回路１８により、その変化成分すなりち微変動基準周
波数成分を検出し、検出信号を同期検波回路１７に入力
し、基準信号発生回路１６の信号を用いて同期検波する
。

これにより検出した基準周波数成分の極性と振動を検出
し、制御回路１５に加え、制御回路からのパルス信号を
周波数変調回路１４に与え、周波数変調した信号をモー
タ駆動回路１３を介して、ステッピングモータ１１を回
転させ、移動機構１４によってフォーカスレンズ１２を
移動させて、合焦動作する。

次に撮像素子２２の高域成分の出方電圧とモータの駆動
回路の制御方法について第１２図を用いて説明する。フ
ォーカスレンズ１２を至近距離合焦位置から無限距離合
焦位置まで移動し、例えば距１ｉｉｉＰｏに被写体があ
ったとすると高域成分信号のレベルは第１２図に示すよ
うに位置Ｐｏで最大となる山の形状を示す。２５は、フ
ォーカスレンズの微小振動を示し、被写体に対して至近
側に位置する場合は、２６の極性の信号が、無限側に位
置する場合は２７の極性の信号が検出回路１８の出力に
検出される。２６の信号を同期検波した信号でモータを
無限方向に、２７の信号を同期検波した信号でモータを
至近方向に向うように駆動するので高域周波数成分信号
のレベルの最大値すなわち第１２図の山の頂上で安定す
る。

次にステッピングモータ１１を使用した場合について第
１３図により説明する。

ステッピングモータを使用した時、微小振動はＣＷ（時
計方向）１ステツプ、ＣＣＷ方向（反時計方向）へ１ス
テツプ味動することにより得られる。振動の振巾が小さ
い場合は、ステップ数を増加することで容易に大きくす
ることができる。ステッピングモータの振動と同相パタ
ーンで前ピン状態とすると、後ピン状態は逆相として検
出され、同相かどうかで前ピンか後ピンかを判定でき、
フォーカスレンズの移動方向が判る。また振動により得
られる高域周波数成分のレベルυ２９が０近傍になるま
でフォーカスレンズを移動させるためにステッピングモ
ータを回転させる。

高域周波数成分のレベルυ２９が０近傍になったら合焦
状態と判断し、ステッピングモータ１１を停止させる。

第１４図は１本実施例で用いた２相ステツピングモータ
１１（７１巻線の説明図である。４０１゜４０２が励磁
コイルであり、４０３は回転子である。２つの巻線から
構成されており、φ。は、φ。

からφ２八電流を流す場合を示し、逆方向の場合をφ２
とし、別の相のφ、は、φ、からφ３に電流を流す場合
を示し、逆方向の場合をφ３としている。

第１５図は、一般的なバイポーラ駆動のモータドライバ
ー回路図を示す、また、第１６図は、従来の２相励磁の
励磁シーケンスを示す。従来は、ステッピングモータを
駆動するのに、第１６図に示したようなパルス波形（矩
形波）を第１５図に示す駆動回路に入力し、ステッピン
グモータを回転させている。

第１７図は、本実施例で用いた２相励磁の励磁シーケン
スを示す。また、第１８図は第１７図の１部を拡大し、
周波数の変化を示している。周波数を１／ｌ□から１７
ｔ３まで徐々に変えていき１時間ｔ４では従来と同様の
パルス波形にしている。周波数は必らずしも３種類であ
る必要はないが、ステッピングモータに与える電流をな
めらかにするためには、ｌパルスあたりの時間分割は最
低５分割がのぞましい。本実施例では７分割し、周波数
を３種類にしている。

第２０図は、ｆＥｔ流波形を示している。巻Ｊ＠Ａと巻
＠Ｂに２相励磁で駆動した場合であり、実線は、パルス
波で駆動したときの電流波形を示し、−点鎖線は、正弦
波で駆動したときの電流波形を示している。本実施例で
は、第１９図のようなデユーティ制御または周波数変調
を用い、第１７図のように各相に印加し、第１９図に示
すような正弦波形状の電流を形成し、ステッピングモー
タを駆動することにより、ステッピングモータの不快な
騒音や振動を低減している。

第２１図から、第２３図までは台形波駆動を行なう場合
のデユーティの与え方の説明図である。

第２１図は、台形の斜辺に沿って、デユーティを増減さ
せる場合である。第２２図は、いきなりデユーティを０
．５から始める場合である。ステッピングモータのコイ
ルのインダクタンスや印加時間によっては、電流の流れ
込みかにぷい場合がある。

このような場合′は、デユーティを０．５位から始める
ことがのぞましい。また、第２３図は、立上りのデユー
ティ変化と立下がりのデユーティ変化を変えた場合の例
である。立上りの時は、電流が入り込みにくく、立下が
りの時は、電流が一気に下がる傾向があるので、電流変
化を円滑にする場合に、第２３図のようなデユーティの
与え方がのぞましい。

また、第２４図には、振動モードにおける電流波形を示
している。第１８図で示したように、ステッピングモー
タ１１は、合焦点方向を検出するための振動モードと合
焦点方向に移動するための送りモードとがある。振動モ
ードでは、第２４図に示すように、コイルＡに十の一定
電流が流れ、コイルＢに交番に＋−の電流が流れること
により、ステッピングモータは正逆回転し、振動モード
となる。このとき、低騒音、低振動音にするためにエル す≠や波状１台形波状にする方法は前述したとおりであ
る。

第２５図、第２６図は、１−２相励磁で駆動した場合の
ＣＷ力方向励磁シーケンスとＣＣＷ方向は、各相に流れ
る電流は３ステツプで１ブロツクを形成していることが
第１６図より判る。従って。

ある。第２６図は、６０ｗ方向の場合である。第２５図
と第２６図を比較して判るように、例えば、相φ。と相
φ、を印加した場合第２４図のＣＷ力方向は、相φ。は
、１点鎖線に示すように徐々に、電圧を下げてやり相φ
□は徐々に電圧を上げるようになっている。しかし、第
２６図に示すようにＣＣＷ方向では、逆になっており、
相φ。は徐々に上げてやり、相φ□は徐々に下げるよう
になっている。従って、１−２相励磁の場合は、ステッ
ピングモータの回転方向によって、周波数変調のデユー
ティ変化″を決めてやる必要がある。即ち、回転方向に
合わせ、デユーティの変化方向を定めてやればよい。そ
して、１相状態のところは、従来と同様に印加すればよ
い。この方法によって、１−２相励磁においても、ステ
ッピングモータを低騒音、低振動で駆動することができ
る。

１−２相励磁における振動モードについては、振動モー
ドを送りモードと同様に考えて、送りモードの途中で反
対方向に２ステップ送りモードになるとすればよい。従
って、制御用マイクロコンピュータから周波数変調マイ
クロコンピュータに振動モードに入った信号を得ること
により、送りモードの正逆を判定する。

次に別の一実施例を示す。

第２７図は、一般的なｆ−Ｖコンバータのブロック図で
ある。５０１はゼロクロッシング回路、５０２はワンシ
ョットマルチ回路、５０３は平滑回路である。周波数−
電圧変換器（ｆ−Ｖコンバータ）は、周波数ｆｔの正弦
波を入力し、ゼロクロス検出を行ない、ディジタル波形
に変換し、ワンショットマルチにより立上り時間を一定
にし、平滑して直流レベルを得るが、周波数ｆ、が、第
２８図に示すように低い場合と高い場合は、平滑した平
均電圧Ｖ、は異なる。すなわち周波数ｆ、が低い場合は
、平均電圧ｖ０は小さく、周波数ｆ、が高い場合は、平
均電圧ｖ０は大きくなる。従って、周波数変調回路（例
えばマイクロコンピュータ）より、立上り及び立下り時
に、周波数ｆＬを異ならせて矩形波パルスを発生し、ｆ
−Ｖ変換を行い。

立上り時及び立下り時を滑らかにする。駆動波形のタイ
ムチャートを第３０図に示す。第２９図にはマイクロコ
ンピュータより発生する１相のパルス列φ９゜を示す。

６０１はｆ−Ｖ変換回路で、６０２はパルス信号を発生
する装置または制御回路である。信号φＡｌｌを平滑し
、φＡ、′信号として駆動回路に入力する。立上りの周
波数ｆｔは１部分拡大図に示すように対数的にあるいは
正弦波的に変化させて良い。立下りは逆のパターンとす
る。

このように周波数を変化させ、最終的に立上り及び立下
りを滑らかにして駆動することにより、騒音を低減する
′ことが可能である。

また、第３１図にはりニアモータの実施例を示す。本発
明の周波数変調制御やデユーティ制御は、リニアモータ
に用いても、低振動、低騒音化することができる。７０
１は固定子部、７０２は可動本部、７０３は巻線、７０
４は電源回路、７０５は制御回路、７０６は駆動回路で
ある。上記各構成による作用は、前記の回転形モータの
場合と同じである。なお１本実施例構造においては、負
荷駆動源としての可動部材７０２が負荷体と一体化され
た構成とされている。かかる、可動部材と負荷体との一
体化構造は、前記回転形のモータ構造においてもこれと
同じで本発明の範囲内である。

なお、以上述べた実施例では、いずれも負荷駆動源に入
力する電流波形を正弦波状、台形波状または、三角波状
にするために、電圧を周波数変調制御やデユーティ制御
する例について述べた。また上記目的を達成させるため
に、電流を周波数変調制御やデューテ・イ制御する方法
もある。さらに、逆に、負荷駆動源に入力する電圧波形
を正弦波状、台形波状または三角波状にするために、電
流または電圧を周波数変調制御やデユーティ制御しても
同様の効果が得られる３ さらに、上記実施例を含めた上記構成では、負荷駆動源
としては、固定子内に励磁コイルが含まれ、これへの電
流通電により電磁力が発生され、これにより可動部材が
駆動される構成とされているが、該負荷駆動源としては
、この他に、固定子内に圧電材を備え、この圧電材の電
極に上記周波数制御やデユーティ制御されたチョッピン
グ入力を入力されることにより該圧電材が変形され、こ
れによる力が可動部材に伝達される構成であってもよい
。

〔発明の効果〕

本発明は、モータ等の負荷体恥動源が、周波数変調制御
またはデユーティ制御された正弦波対応または台形波対
応等のチョッピング入力波形で駆動されるので、モータ
等暉動源の駆動時における騒音や振動が、大幅に低減さ
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明に
よる励磁シーケンスを表わすタイムチャートの図、第３
図は周波数変調方式とデユーティ制御方式の説明図、第
４図は電流波形を示す図。 第５図は従来の励磁シーケンスを示す図、第６図及び第
７図は本発明の装置の励磁シーケンスを示す図、第８図
及び第９図はフローチャートの図。 第１０図はチョッピング回路の図、第１１図は本発明の
別の実施例の全体構成の図、第１２図及び第１３図は高
域周波数成分のフォーカスレンズ位置に対するレベル特
性を示す図、第１４図はステッピングモータのリード結
線図、第１５図はバイポーラドライブ回路の図、第１６
図は２相励磁の励磁シーケンスを示す図、第１７図は本
発明による２相励磁の励磁シーケンスを示す図、第１８
図は第１７図の一部の拡大図、第１９図は正弦波に対す
るデユーティ設定の説明図、第２０図は２相励磁の電流
波形を示す図、第２１図、第２２図及び第２３図は台形
波に対するデユーティ設定の説明図、第２４図は２相励
磁の振動モードの励磁シーケンスを示す図、第２５図及
び第２６図は１−２相励磁の励磁シーケンスを示す図、
第２７図はｆ−Ｖコンバータのブロック図、第２８図は
周波数による平均電流の差を示す説明図、第２９図はｆ
−Ｖ変換の結線図、第３０図は駆動波形のタイムチャー
トの図、第３１図はりニアモー〆を用いツ た場合の実施例の斜視図である。 符号の説明 １．７０１・・・固定子、２，３・・・励磁コイル、　
４゜７０２・・・可動部材、５・・・駆動回路、６・・
・制御回路、７・・・電源回路、８・・・負荷駆動源、
９・・・負荷体。 栴 図 集 図 周文教変調方式 テ１−ティ＠御方式 纂 図 ！６途教 集 ヰ 図 集 図 纂 図 第 図 集 図 栴 Ｉ２ 図 纂 図 纂 図 集 図 集 Ｉ４− 図 ２本蛎力臘 集 図 送りモード 時間− 第 図 察 図 ム相励處 送りモード 稟 ２Ｉ 図 集 図 設定待問 ネ 図 ｆスデツア 一峙閘 纂 図 設支埼間 集 図 振動モード 嶌 図 纂 ２θ 図 隼 図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．　電気入力が与えられる固定子（１，７０１）と、
   該固定子（１，７０１）からの駆動力を与えられ移動ま
   たは回転する可動部材（４，７０２）と、を備えて成る
   負荷駆動源（８）と、 上記負荷駆動源（８）に結合され駆動される負荷体（９
   ）と、 上記負荷駆動源（８）に与える電気入力を発生せしめる
   電源回路（７）と、 上記負荷駆動源（８）に対し、上記電源回路（７）から
   の電気入力を制御給電する駆動回路（５）と、 上記駆動回路（５）の前段に接続され、該駆動回路（５
   ）をして、上記電源回路（７）から上記負荷駆動源（８
   ）に供給される上記電気入力が、滑らかな立上りまたは
   立下りの波形に対応し周波数変調制御またはデューティ
   制御されたチョッピングパルス波形とされる制御を行う
   制御回路（６）と、 を備えた構成を特徴とする駆動装置。
2. ２．　上記制御回路（６）は、 上記駆動回路（５）を正弦波または台形波またはこれら
   の類似波形に対応して周波数変調制御またはデューティ
   制御されたチョッピング波形で制御する構成を備える請
   求項１に記載の駆動装置。
3. ３．　上記負荷駆動源（８）は、 上記固定子（１，７０１）内に励磁コイル（２，３）を
   備え、かつ、 上記可動部材（４，７０２）が、上記固定子（１，７０
   １）で発生される電磁力で駆動される構成を備えた、 構成である請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
4. ４．　上記負荷体（９）は、 上記負荷駆動源（８）に対し、上記可動部材（４，７０
   ２）と一体化されたリードスクリュウネジなる連結部材
   を介して、結合された合焦装置用レンズ鏡筒を含む構成
   である請求項３に記載の駆動装置。
5. ５．　上記制御回路（６）は、 上記負荷体（９）の移動情報または回転情報に基づく信
   号が入力され制御される構成を備えている請求項１，２
   ，３または４に記載の駆動装置。
6. ６．　上記負荷駆動源（８）は、 上記固定子（１，７０１）が励磁コイル（２，３）を備
   え、かつ、 上記可動部材（４，７０２）が、永久磁石からなる、ス
   テッピングモータである、請求項１，２，３，４または
   ５に記載の駆動装置。
7. ７．　上記制御回路（６）は、 その後段部に、周波数−電圧変換部（６０１）を備えた
   構成である請求項６に記載の駆動装置。
8. ８．　上記負荷駆動源（８）は、 その内部の可動部材（４，７０２）が、上記負荷体（９
   ）と一体化された構成である、請求項１，２，３，４，
   ５，６または７に記載の駆動装置。
9. ９．　上記負荷駆動源（８）は、 その固定子（１，７０１）が、圧電材を備えて成り、該
   圧電材に、上記電気入力が与えられる構成を備えている
   、請求項１に記載の駆動装置。