CN102386825B - 马达驱动设备和光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达驱动设备和光学设备。所述马达驱动设备包括：马达(101)，用于驱动被驱动构件；以及控制器(302～305)，用于从所述马达的驱动开始起利用开环控制进行基于预定加速模式的所述马达的加速驱动，然后响应于所述马达或所述被驱动构件的驱动速度增加至预定速度，利用反馈控制进行所述马达的驱动。所述控制器根据作用于所述马达或所述被驱动构件的负荷的大小来改变所述预定加速模式和所述预定速度。

Description

马达驱动设备和光学设备

技术领域

本发明涉及控制马达的驱动的马达驱动设备，尤其涉及包括用于检测转子的位置的传感器的马达驱动设备。

背景技术

已提出了用于提供宽的速度范围内的步进马达的良好驱动控制的方法，其中该方法在低驱动速度范围内进行开环控制并且在高驱动速度范围内进行反馈控制。

图13示出通过组合开环控制和反馈控制所进行的传统控制方法。在图13中，横轴表示时间，并且纵轴表示马达的转动速度或该马达所驱动的被驱动构件的驱动速度。以下将马达的转动速度和被驱动构件的驱动速度统称为“驱动速度”。时间段tp₁和时间段tp₂是加速时间段，并且时间段tp₃是维持恒定速度Vc_m的恒定速度时间段，并且时间段tp₄和时间段tp₅是减速时间段。此外，时间段tp₁是开环控制的加速时间段，时间段tp₂是反馈控制的加速时间段，时间段tp₄是反馈控制的减速时间段，并且时间段tp₅是开环控制的减速时间段。另外，点Pc₁是从开环控制切换至反馈控制的切换点，并且点Pc₂是从反馈控制切换至开环控制的切换点。

在加速期间，开环控制使驱动速度增加至预定速度Vc₁，然后切换至反馈控制。另一方面，在减速期间，反馈控制使驱动速度减小至预定速度Vc₂，然后切换至开环控制。将预定速度Vc₁和Vc₂设置得低于步进马达失步的速度。

日本特开昭60-28800公开了以下的控制方法：根据步进马达的驱动步数(转动量)，从预先存储有多个加速/减速模式的存储器中检索要使用的加速/减速模式。

然而，在图13所示的控制方法和日本特开昭60-28800公开的控制方法中，将进行开环控制的加速时间段tp₁所使用的加速模式确定为与在该时间段tp₁内作用于马达的负荷的大小无关的模式。因此，将加速模式的速度增加率(图13所示的图形的斜率)设置得低，以使得即使在假定的最大负荷作用于马达的状态下也能够在不失步的情况下驱动该马达。换言之，即使低的负荷在加速模式下允许高的速度增加率，也总是将速度增加率设置得较低。

此外，图13所示的将开环控制切换至反馈控制的点Pc₁被确定为如下这样的一个点：加速模式的低的速度增加率使得在驱动速度一直增加到该点处的驱动速度(切换速度)Vc₁之前需要长的时间。因而，利用反馈控制的马达的高速驱动的开始时刻被延迟。

发明内容

本发明提供以下的马达驱动设备，并且提供利用该马达驱动设备的光学设备，其中该马达驱动设备能够根据作用于马达的负荷的大小来适当地设置开环控制的加速模式和开环控制切换至反馈控制的切换速度。

作为本发明的一个方面，本发明提供一种马达驱动设备，包括：马达(101)，用于驱动被驱动构件；以及控制器(302～305)，用于从所述马达的驱动开始起利用开环控制进行基于预定加速模式的所述马达的加速驱动，然后响应于所述马达或所述被驱动构件的驱动速度增加至预定速度，利用反馈控制进行所述马达的驱动，其中，所述控制器根据作用于所述马达或所述被驱动构件的负荷的大小来改变所述预定加速模式和所述预定速度。

作为本发明的另一方面，本发明提供一种光学设备，包括上述马达驱动设备以及作为所述被驱动构件的镜筒。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

图1是作为本发明实施例1的马达驱动设备要使用的马达的分解立体图。

图2是示出安装在实施例1的马达驱动设备中的驱动电路的结构的框图。

图3是示出沿着马达的轴方向观看时的实施例1的磁轭、位置传感器和转子之间的相位关系的横截面图。

图4A示出实施例1的转子位置和马达转矩之间的关系。

图4B示出实施例1的转子位置和各个信号值之间的关系。

图5是示出包括在驱动电路中的超前角电路的结构的电路图。

图6A～6F是沿着马达的轴方向观看时的利用驱动电路进行的FB驱动所驱动的马达的横截面图。

图7A示出实施例1中从超前角电路输出的超前角信号具有预定超前角α时的转子位置和马达转矩之间的关系。

图7B示出实施例1中超前角信号具有预定超前角α时的转子位置和各个信号值之间的关系。

图8示出实施例1中超前角改变时的马达转矩和马达转动速度之间的关系。

图9A和9B是实施例1中与马达负荷相对应的速度图。

图10是实施例1中已安装有柔性印刷电路板的马达的外观图。

图11是实施例1中已安装有柔性印刷电路板的马达的横截面图。

图12A～12C是作为本发明实施例2的摄像设备的侧视图。

图13示出通过组合开环控制和反馈控制所进行的传统控制方法的示例。

具体实施方式

以下将参考附图来说明本发明的典型实施例。

实施例1

图1示出作为本发明第一实施例(实施例1)的马达驱动设备1要使用的步进马达(以下简称为“马达”)101的分解图。马达101包括由磁体202a和轴202b构成的转子202、以及可转动地支撑轴202b的第一轴承403和第二轴承404。磁体202a是外周表面(磁体面)被磁化以形成多个磁极的圆筒状永磁体，并且具有径向方向的磁强度根据圆周位置(转动方向位置)以正弦波形式改变的磁化模式。

此外，马达101包括由非导电性材料形成的卷绕筒401、卷绕该卷绕筒401的第一线圈203、由非导电性材料形成的卷绕筒402、以及卷绕该卷绕筒402的第二线圈204。此外，马达101包括由磁钢板形成的第一磁轭205和第二磁轭206、以及确定卷绕筒401和402的位置的环构件405。另外，马达101包括对第一线圈203和第二线圈204通电所经由的柔性印刷电路板406。在柔性印刷电路板406上转子202周围的两个位置处，(图11所示的)位置检测元件407的封装内分别包括图2所示的第一位置传感器207和第二位置传感器208。

转子202在其长轴部分处由第一轴承404支撑并且在其短轴部分处由第二轴承403支撑。第一轴承403和第二轴承404分别插入且穿过卷绕筒401的孔部401a和卷绕筒402的孔部402a(即，第一线圈203和第二线圈204的内周部)。另外，第一轴承403和第二轴承404的外周部分别压入形成在第一磁轭205中的孔部205a和形成在第二磁轭206中的孔部206a内，以固定到第一磁轭205和第二磁轭206。第一磁轭205的齿部205b和第二磁轭206的齿部206b分别插入且穿过形成在卷绕筒401中的孔部401b和形成在卷绕筒402中的孔部402b。

因而，相互一体地形成包括第一线圈203、第一磁轭205和第一轴承403的卷绕筒401，并且相互一体地形成包括第二线圈204、第二磁轭206和第二轴承404的卷绕筒402。

卷绕筒401的内周部401c和卷绕筒402的内周部402c轴向嵌合至环构件405的外周部405a。第一磁轭205的齿部205b和第二磁轭206的齿部206b的前端被配置成面向转子202的磁体面。

设置在卷绕筒401中的端子部401d和设置在卷绕筒402中的端子部402d分别插入且穿过形成在柔性印刷电路板406的孔部406a和406b。第一线圈203和第二线圈204的卷绕端部卷绕到端子部401d和402d上。

此外，形成在第一磁轭205中的突起部205c和形成在第二磁轭206中的突起部206c分布插入且穿过孔部406c和406d。

图10示出组装在一起的马达101和柔性印刷电路板406。插入且穿过柔性印刷电路板406的孔部406a～406d的端子部401d和402d以及突起部205c和206c被焊接到柔性印刷电路板406。由此，柔性印刷电路板406与卷绕在端子部401d上的第一线圈203的卷绕端部和卷绕在端子部402d上的第二线圈204的卷绕端部电连接。此外，柔性印刷电路板406固定至第一磁轭205的突起部205c和第二磁轭206的突起部206c。

上述位置检测元件407安装至形成在柔性印刷电路板406中的弯曲部406e上。如图11所示，位置检测元件407配置于形成在环构件405中的凹部405b内，以使得位置检测元件407的传感器面面向转子202的磁体面。各位置检测元件407的封装面407a与凹部405b的底面405b-1相接触。

弹性构件408配置在位于柔性印刷电路板406的端子部401d和402d之间的基板面(焊接面的相对面)406f与弯曲部406e的与安装有位置检测元件407的面相对的基板面406g之间。换言之，位置检测元件407、基板面406f、基板面406g和弹性构件408堆叠在端子部401d和402d之间的区域内。在沿着由图11的箭头所示的方向向弹性构件408施加压力以使弹性构件408压缩的状态下，将端子部401d和402d焊接到柔性印刷电路板406。由此，弹性构件408的弹性恢复力使各位置检测元件407的封装面407a按压接触形成在环构件405中的凹部405b的底面。因而，相对于环构件405的凹部405b来确定位置检测元件407的位置，这防止了焊接之后的位置检测元件407的位移。

相对于凹部405对位置检测元件407进行定位和位移防止，这使得可以抑制位置传感器207和208在转子202的各个转动位置处的输出变化，从而使得能够精确地检测转子202的转动位置。

图2示出马达驱动设备1的结构。马达驱动设备1包括：上述马达101；位置传感器信号处理器301，用于处理包括在马达101中的位置传感器207和208的输出；以及马达控制器302，用于选择性地进行反馈控制和开环控制。

此外，马达驱动设备1包括：反馈驱动器303，用于利用反馈控制驱动马达101；以及开环驱动器304，用于利用开环控制驱动马达101。反馈驱动器303和开环驱动器304分别产生反馈控制和开环控制用的马达驱动信号，以将这些马达驱动信号输出至马达驱动器305。马达驱动器305响应于马达驱动信号的输入，对马达101的第一线圈203和第二线圈204通电。

马达控制器302、反馈驱动器303、开环驱动器304和马达驱动器305构成了控制器。

接着，将说明利用开环控制对马达101的驱动。以下将利用开环控制对马达101的驱动称为“OP驱动”。

开环驱动器304经由马达驱动器305进行马达101的OP驱动。OP驱动是按预定时间间隔切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态的驱动方法。具体地，开环驱动器304根据从马达控制器302指示的驱动脉冲间隔(驱动频率)和转动方向，顺次切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态。该OP驱动使转子202以与所指示的驱动频率相对应的转动速度沿着所指示的转动方向转动。这也被称为“OP速度控制”。此外，开环驱动器304切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态，从而使转子202转动了与马达控制器302所指示的驱动脉冲数相对应的角度。这也被称为“OP位置控制”。

OP驱动由此按驱动脉冲间隔(预定时间间隔)切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态，这使得可以在不受到位置检测元件407的检测结果影响的情况下控制通电状态的切换时刻。然而，马达101的驱动速度快(即，驱动脉冲间隔短)使得转子202无法对通电状态的切换做出应答，这可能导致马达101失步。这导致需要对最短驱动脉冲间隔设置限制，由此限制了马达101的高速驱动。

接着，将说明利用反馈控制对马达101的驱动。以下将利用反馈控制对马达101的驱动称为“FB驱动”。

反馈驱动器303经由马达驱动器305进行马达101的FB驱动。FB驱动是根据位置检测元件407(位置传感器207和208)的输出(检测信号)来切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态的驱动方法。具体地，反馈驱动器303根据马达控制器302所指示的驱动脉冲数和转动方向以及根据由位置检测元件407的检测信号所产生的超前角信号，顺次切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态。该FB驱动使转子202沿着所指示的转动方向转动了与所指示的驱动脉冲数相对应的角度。这也被称为“FB位置控制”。

此外，对施加于第一线圈203和第二线圈204的电流值或电压值进行控制，这使得转子202能够利用与该电流值或电压值相对应的转矩进行转动。这也被称为“FB电流/电压控制”。另外，对来自各位置检测元件407的检测信号与上述超前角信号之间的相位差(超前角)进行控制，这使得能够改变马达101的转矩-转动速度特性。这也被称为后面将说明的“FB超前角控制”。

FB驱动由此根据位置检测元件407的输出切换第一线圈203和第二线圈204的通电状态，这使得根据转子202的转动位置来切换通电状态。这可以抑制转子202由于响应延迟而失步，从而使得可以进行马达101的高速驱动。

接着，将参考图3来说明第一磁轭205和第二磁轭206与位置传感器207和208之间的相位关系。将图3的顺时针方向定义为正方向。附图标记205A、205B、205C和205D表示由图1的附图标记205b所示的第一磁轭205的形成磁极的齿。附图标记206A、206B、206C和206D表示由图1的附图标记206b所示的第二磁轭206的形成磁极的齿。在本实施例中，磁极的数量为8，并且磁化角P为45°。此外，以第一磁轭205为基准，第二磁轭206的相位P/2为-22.5°，第一位置传感器207的相位β1为+22.5°，并且第二位置传感器208的相位β2为-45°。

以下将说明通过使用电角度的马达101的操作。通过将转子202的磁体202a所产生的磁场的一个周期定义为360°来表示该电角度。通过以下的表达式来表示电角度θ，其中，M表示磁体202a的磁极数，并且θ₀表示实际角度：

θ＝θ₀×M/2   ...(1-1)

第一磁轭205和第二磁轭206之间的相位差、第一位置传感器207和第二位置传感器208之间的相位差、以及第一磁轭205和第一位置传感器207之间的相位差的电角度都为90°。图3示出第一磁轭205的磁极齿205A～205D的中心径向面向磁体202a的N极的中心的状态。将该状态定义为电角度为0°的初始状态。

接着，将参考图4A和4B来说明马达101中的转子202的转动位置与马达101的转矩T(马达转矩)之间的关系以及转子202的转动位置与各个信号值之间的关系。图4A示出转子202的转动位置(转动角度)与马达转矩之间的关系。横轴表示电角度，并且纵轴表示马达转矩。将使转子202沿着顺时针方向转动的马达转矩T定义为正转矩。

向第一线圈203施加正方向的电流使第一磁轭205磁化以形成N极，从而在第一磁轭205和磁体202a的磁极之间产生电磁力。此外，向第二线圈204施加正方向的电流使第二磁轭206磁化以形成N极，从而在第二磁轭206和磁体202a的磁极之间产生电磁力。合成这两个电磁力，以产生随着转子202的转动而以正弦波方式变化的、由转矩曲线A+B+所示的转矩。在其它的通电状态下，与以上的通电状态相同，产生了各自随着转子202的转动而以正弦波方式变化的、由转矩曲线A+B-、A-B-和A-B+所示的转矩。由于第一磁轭205相对于第二磁轭206在电角度方面具有90°的相位差，因此这四个转矩在电角度方面相互具有90°的相位差。

图4B示出转子202的转动位置和各个信号值之间的关系。横轴示出电角度，并且纵轴示出各个信号值。磁体202a的径向方向的磁强度相对于电角度近似以正弦波方式而变化。因此，第一位置传感器207输出具有正弦波形的位置传感器信号A。在本实施例中，第一位置传感器207在面向磁体202a的N极时，输出正的信号值。

由于第二位置传感器208被配置成相对于第一位置传感器207在电角度方面具有90°的相位差，因此第二位置传感器208输出具有余弦波形的位置传感器信号B。在本实施例中，第二位置传感器208的极性与第一位置传感器207的极性相反，这使得第二位置传感器208在面向磁体202a的S极时，输出正的信号值。

接着，将说明构成反馈驱动器303的一部分的超前角电路。该超前角电路基于位置传感器信号处理器301已进行了处理的第一传感器207和第二传感器208的输出进行预定计算，并且输出各自具有马达控制器302所设置的任意超前角的第一超前角信号和第二超前角信号。

按照如下来表示第一位置传感器207的输出HE1和第二位置传感器208的输出HE2，其中，θ表示电角度：

HE1＝sinθ

HE2＝cosθ    ...(2-1)

此外，当由PS1表示超前了超前角α的第一超前角信号并且由PS2表示超前了超前角α的第二超前角信号时，使用HE1、HE2和α通过以下的计算表达式来计算PS1和PS2：

PS1＝sin(θ+α)＝HE1×cosα+HE2×sinα    ...(3-1)

PS2＝cos(θ+α)＝HE2×cosα-HE1×sinα    ...(3-2)

本实施例基于这些计算表达式构成了超前角电路。

图5示出作为模拟电路的超前角电路的结构示例。首先，超前角电路产生通过按预定放大率A放大第一位置传感器207和第二位置传感器208的输出所获得的两个信号以及通过对这两个信号进行反转所获得的两个信号。将这四个信号表示为Asinθ、Acosθ、-Asinθ和-Acosθ。

接着，超前角电路将这四个信号与适当的阻抗值(可变阻抗值)R1和R2相乘，然后将相乘结果相加以产生超前角信号。按照如下来表示第一超前角信号PS1和第二超前角信号PS2，其中，R表示可变阻抗值：

PS1＝A×(R/R1)sinθ+A×(R/R2)×cosθ    ...(4-1)

PS2＝A×(R/R1)cosθ-A×(R/R2)×sinθ    ...(4-2)

按照如下选择可变阻抗值R、R1和R2使得能够产生超前了任意超前角α的超前角信号。

R/R1＝cosα

R/R2＝sinα    ...(5-1)

另外，超前角电路通过利用比较器对第一超前角信号PS1和第二超前角信号PS2进行二值化来产生二值信号，然后输出这些二值信号。

上述产生超前角信号的方法仅是例子。因而，可以通过诸如利用数字电路进行上述计算的方法或者通过使用高分辨率编码器调整用于切换通电状态的脉冲间隔的方法等的其它方法来产生这些超前角信号。

接着，将说明FB驱动下的通电状态的切换。首先，将说明从超前角电路输出的超前角信号的超前角为0°时FB驱动的操作。

在图4B中，超前角信号A和超前角信号B与通过对作为第一位置传感器207的输出的位置传感器信号A和作为第二位置传感器208的输出的位置传感器信号B进行上述计算而赋予了超前角的信号相对应。在该说明中，超前角为0，从而位置传感器信号A与超前角信号A一致并且位置传感器信号B与超前角信号B一致。二值信号A和二值信号B是通过利用比较器对超前角信号A和超前角信号B分别进行二值化所获得的信号。

FB驱动基于二值信号A来切换第一线圈203的通电状态，并且基于二值信号B来切换第二线圈204的通电状态。即，FB驱动在二值信号A具有正值时向第一线圈203施加正方向的电流，并且在二值信号A具有负值时向第一线圈203施加负方向(反方向)的电流。此外，FB驱动在二值信号B具有正值时向第二线圈204施加正方向的电流，并且在二值信号B具有负值时向第二线圈204施加负方向的电流。

图6A～6F示出FB驱动下的马达101的状态。图6A示出转子202相对于初始状态转动了电角度135°的状态。在这种状态下，超前角信号A和B具有图4B的(a)所示的值，二值信号A具有正值，并且二值信号B具有负值。因此，向第一线圈203施加正方向的电流，由此第一磁轭205被磁化为N极。另一方面，向第二线圈204施加负方向的电流，由此第二磁轭206被磁化为S极。因而，如图4A的(a)所示，由转矩曲线A+B-所示的正转矩作用于转子202，由此转子202沿着图6A的顺时针方向转动。

图6B示出转子202相对于初始状态转动了电角度180°的状态。在这种状态下，第一位置传感器207位于磁体202a的N极和S极之间的边界处。因而，如图4B的(b)所示，在电角度180°处，二值信号A的值从正值变为负值，并且第一线圈203的电流施加方向从正方向切换至负方向。该电角度与转矩曲线A+B-和转矩曲线A-B-的交点处的电角度一致。

图6C示出在与图6B所示的转动位置相同的转子202的转动位置处切换第一线圈203的电流施加方向之后的状态。向第一线圈203施加负方向的电流，由此第一磁轭205被磁化为S极。此外，向第二线圈204施加负方向的电流，由此第二磁轭206被磁化为S极。因而，如图4A的(b)所示，由转矩曲线A-B-所示的正转矩作用于转子202，由此转子202沿着图6C的顺时针方向转动。

图6D示出转子202相对于初始状态转动了电角度225°的状态。超前角信号A和B具有图4B的(c)所示的值，二值信号A具有负值，并且二值信号B也具有负值。因此，向第一线圈203施加负方向的电流，由此第一磁轭205被磁化为S极。此外，向第二线圈204施加负方向的电流，由此第二磁轭206被磁化为S极。因而，如图4A的(c)所示，由转矩曲线A-B-所示的正转矩作用于转子202，由此转子202沿着图6D的顺时针方向转动。

图6E示出转子202相对于初始状态转动了电角度270°的状态。在这种状态下，第二位置传感器208位于磁体202a的N极和S极之间的边界处。因而，在电角度270°处，二值信号B的值从负值变为正值，并且第二线圈204的电流施加方向从负方向切换至正方向。该电角度与转矩曲线A-B-和转矩曲线A-B+的交点处的电角度一致。

图6F示出在与图6E所示的转动位置相同的转子202的转动位置处切换第二线圈204的电流施加方向之后的状态。向第二线圈204施加正方向的电流，由此第二磁轭206被磁化为N极。另一方面，向第一线圈203施加负方向的电流，由此第一磁轭205被磁化为S极。因而，如图4A的(d)所示，由转矩曲线A-B+所示的正转矩作用于转子202，由此转子202沿着图6F的顺时针方向转动。

重复以上操作使得转子202能够沿着同一方向连续转动。使二值信号A或B的正负反转使得转子202能够沿着反方向转动。

接着，将说明从超前角电路输出的超前角信号具有超前角α时的FB驱动的操作。图7A示出超前角信号具有超前角α时转子202的转动位置(转动角度)和马达转矩T之间的关系。在图7A中，横轴表示电角度，并且纵轴表示马达转矩T。图7B示出超前角信号具有超前角α时转子202的转动位置和各个信号值之间的关系。在图7B中，横轴表示电角度，并且纵轴表示各个信号值。

如图7B所示，超前角信号A相对于位置传感器信号A超前了超前角α。此外，超前角信号B相对于位置传感器信号B超前了超前角α。此外，基于超前角信号A和B所产生的二值信号A和B相对于位置传感器信号A和B分别超前了超前角α。

由于FB驱动基于二值信号A切换第一线圈203的通电状态并且基于二值信号B切换第二线圈204的通电状态，因此与超前角为0°的情况相比，各线圈的通电状态的切换时刻提早了超前角α。

图8示出超前角变化时马达101的马达转矩和转动速度(马达转动速度)之间的关系。横轴表示马达转矩，并且纵轴表示马达转动速度。由该图可以理解，马达101具有马达转矩和马达转动速度之间的关系根据超前角θ_p(0和α)而改变的特性。FB驱动通过使用该特性来进行根据驱动条件改变超前角的超前角控制。在作用于马达101的负荷恒定的条件下进行FB驱动的情况下，控制超前角也使得能够控制驱动速度。

接着，将说明与作用于马达101的负荷的大小相对应的从马达101的驱动开始(启动)到目标位置的控制。通过组合OP驱动和FB驱动来控制马达101的驱动，这使得马达101能够以与使用普通步进马达的情况下的精度等同的精度停止在目标位置处，并且还使得马达101能够与使用普通步进马达的情况相比更快地到达该目标位置。另外，根据作用于马达101的负荷的大小来改变OP驱动时的加速模式(预定加速模式)和从OP驱动切换至FB驱动的驱动速度(预定速度)，这使得能够以与该负荷的大小相对应的适当驱动速度来良好地驱动马达101。以下将进行详细说明。

图9A和9B示出与作用于马达101的负荷相对应的马达101的驱动速度的控制示例。图9A所示的控制示例针对负荷低的情况，并且图9B所示的控制示例针对负荷高的情况。在这些图中，横轴表示驱动时间，并且纵轴表示马达101或马达101要驱动的被驱动构件(未示出)的驱动速度。时间段t₁和时间段t₂是加速时间段，并且时间段t₃是驱动速度维持于恒定速度V_m的时间段。此外，时间段t₄和时间段t₅是减速时间段。另外，时间段t₁是OP驱动的加速时间段，并且时间段t₂是FB驱动的加速时间段。时间段t₄是FB驱动的减速时间段，并且时间段t₅是OP驱动的减速时间段。

点P₁是从OP驱动切换至FB驱动的切换点，并且点P₂是从FB驱动切换至OP驱动的切换点。马达控制器302在加速驱动时，响应于通过OP驱动使驱动速度增加至第一预定速度V₁而将OP驱动切换至FB驱动。另一方面，马达控制器302在减速驱动时，响应于通过FB驱动使驱动速度减小至第二预定速度V₂而将FB驱动切换至OP驱动。在本实施例中，第一预定速度V₁和第二预定速度V₂低于马达101失步的速度，并且第一预定速度V₁低于第二预定速度V₂(V₁＜V₂)。以下第一预定速度V₁和第二预定速度V₂各自还被称为“切换速度”。

在图9B中，时间段t₁’和时间段t₂’是加速时间段，并且时间段t₃’是驱动速度维持于恒定速度V_m’的时间段。时间段t₄’和时间段t₅’是减速时间段。此外，时间段t₁’是OP驱动的加速时间段，并且时间段t₂’是FB驱动的加速时间段。时间段t₄’是FB驱动的减速时间段，并且时间段t₅’是OP驱动的减速时间段。点P₁’是从OP驱动切换至FB驱动的切换点，并且点P₂’是从FB驱动切换至OP驱动的切换点。马达控制器302在加速驱动时，响应于通过OP驱动使驱动速度增加至第一预定速度V₁’而将OP驱动切换至FB驱动。另一方面，马达控制器302在减速驱动时，响应于通过FB驱动使驱动速度减小至第二预定速度V₂’而将FB驱动切换至OP驱动。在本实施例中，第一预定速度V₁’和第二预定速度V₂’低于马达101失步的速度，并且第一预定速度V₁’低于第二预定速度V₂’(V₁’＜V₂’)。以下第一预定速度V₁’和第二预定速度V₂’各自还被称为“切换速度”。

图9A和9B的图各自的斜率示出驱动速度相对于驱动时间的增加率，以下将该增加率称为“速度增加率”。

比较图9A和图9B，作为OP驱动中的加速时间段的一部分的时间段t₁和t₁’存在差异。具体地，当负荷高时(图9B)，速度增加率较低，即使用了与负荷低时(图9A)的加速相比、加速更加缓和的加速模式。即，t₁＜t₁’。

这是因为：利用大的转矩以低速进行缓和的加速驱动使得马达101能够在不失步的情况下稳定加速。

另一方面，当负荷低时(图9A)，速度增加率较高，即使用了与负荷高时(图9B)的加速相比更加快速地进行加速的加速模式。这是因为：由于低负荷所需的转矩小，因此即使进行快速的加速驱动也使得能够进行马达101的正常驱动。这使得能够在不失步的情况下尽早切换至FB驱动，从而使得可以缩短加速时间以减少到达目标位置所需的时间。

此外，比较图9A和9B，作为从OP驱动切换至FB驱动的切换点的点P₁和P₁’存在差异。具体地，当负荷高时(图9B)，切换点P₁’处的切换速度(第一预定速度)V₁’低于负荷低时(图9A)切换点P₁处的切换速度(第一预定速度)V₁(V₁’＜V₁)。这是因为：负荷高时导致马达101失步的驱动速度低于负荷低时导致马达101失步的驱动速度。切换速度的这种设置使得能够在不失步的情况下稳定地切换至FB驱动。

因而，本实施例根据作用于马达的负荷的大小来改变OP驱动时的加速模式和OP驱动切换至FB驱动的切换速度，这使得能够进行与负荷的状况相对应的马达驱动。

存在用于设置根据负荷的大小改变加速模式和切换速度所需的基准加速模式和基准切换速度的各种方法。例如，存在以下方法：使用用于在常温时假定的负荷范围(与预定值相对应，并且以下称为“基准负荷范围”)内驱动马达101的加速模式和切换速度，作为基准加速模式和基准切换速度。

在该方法中，当高于基准负荷范围的负荷作用于马达101时，要使用的加速模式变为速度增加率低于基准加速模式的速度增加率的加速模式，并且要使用的切换速度变为低于基准切换速度的切换速度。换言之，当负荷的大小高于基准负荷范围时，与负荷的大小低于基准负荷范围时相比，要使用的加速模式中马达101的速度增加率和要使用的切换速度变得更低。

此外，当仅低于基准负荷范围的负荷作用于马达101时，要使用的加速模式变为速度增加率高于基准加速模式的速度增加率的加速模式，并且要使用的切换速度变为高于基准切换速度的切换速度。换言之，当负荷的大小低于基准负荷范围时，与负荷的大小高于基准负荷范围时相比，要使用的加速模式中马达101的速度增加率和要使用的切换速度变得更高。

代替上述例子，可以采用以下方法：使用在与常温相比更高或更低的温度下所假定的负荷范围作为基准负荷范围，并且使用在基准负荷范围内驱动马达时的加速模式和切换速度作为基准加速模式和基准切换速度。

另外，可以采用以下方法：使用马达的特定驱动次数作为基准驱动次数，并且当实际驱动次数超过基准驱动次数时，将要使用的加速模式变为速度增加率低于基准加速模式的速度增加率的加速模式，并且还将要使用的切换速度变为低于基准切换速度的切换速度。

存在用于设置(改变)要使用的加速模式的以下方法。这些方法的其中一个方法将速度增加率和切换速度相互不同的多个加速模式预先存储到设置在马达控制器302中的存储器(未示出)内，并且使马达控制器302根据负荷的大小从该存储器选择一个加速模式和一个切换速度。此外，可以使用使马达控制器302根据负荷的大小按照需要计算和设置加速模式和切换速度的另一方法。

存在以下的负荷高和负荷低的示例情况。首先，存在负荷的大小为预先已知的情况和负荷的大小为预先未知的情况。

作为负荷的大小为预先已知的情况，存在在马达101驱动被驱动构件的驱动区域内设计负荷为已知的情况。例如，在用以向外和向内驱动照相机的镜筒(被驱动构件)的凸轮中，存在用于驱动镜筒的负荷高的凸轮区域和该负荷低的凸轮区域。此外，根据包括被驱动构件的设备的姿势，用于驱动被驱动构件的负荷的大小由于该被驱动构件自身重量的影响而变化。此外，当在被驱动构件的滑动部分中产生的摩擦或施加至该滑动部分的润滑剂的粘度根据温度而改变时，用于驱动被驱动构件的负荷的大小变化。另外，在将马达的转动力经由减速器传递至被驱动构件的传递机构中，当使马达的转动方向(驱动方向)反转时，负荷的大小根据有无间隙而改变(无间隙时，负荷增大)。

因而，在负荷的大小根据马达或被驱动构件的驱动区域、设备的姿势、温度和驱动方向而变化的情况下，加速模式和切换速度可以根据这些参数而改变。此外，在负荷的大小根据马达或被驱动构件的驱动量的累积值而变化的情况下，加速模式和切换速度可以根据驱动量的累积值而改变。

另一方面，作为负荷为预先未知的情况，存在例如被驱动构件受到临时未预料地使负荷增大的干扰的情况。此外，存在马达或被驱动构件的滑动部分的摩擦随着驱动次数或由于随时间经过的变化而改变的情况。在这种情况下，滑动部分的状态根据使用环境和驱动条件而改变，这可能使负荷相对于初始状态永久增大。

在由于干扰而产生了未预料的负荷并且该负荷相对于设备的初始状态增加的这些情况下，加速模式和切换速度可以根据检测到的负荷而改变。例如，可以通过监视OP驱动时启动马达101的电压施加时刻与来自位置检测元件407的输出或来自用于检测被驱动构件的移动量的元件的输出之间的关系来进行负荷的检测。例如，可以基于从OP驱动的启动时施加电压的上升沿时刻起直到位置检测元件407或用于检测被驱动构件的移动量的元件检测到转子202或被驱动构件的预定移动量的时刻的延迟时间来估计负荷的大小。延迟时间随着负荷的增加而增大，并且延迟时间随着负荷的减小而降低。

因此，如果延迟时间在预定时间范围内，则判断为负荷低，并且在OP驱动时使用速度增加率高的加速模式，并且以高于负荷高时的切换速度的切换速度来进行向FB驱动的切换。另一方面，如果延迟时间比预定时间范围长，则判断为负荷高，并且在OP驱动时使用速度增加率低的加速模式，并且以低于负荷低时的切换速度的切换速度来进行向FB驱动的切换。

如上所述，本实施例根据作用于马达101的负荷的大小来改变OP驱动用的加速模式和从OP驱动切换至FB驱动的切换速度。这可以在负荷高时实现马达101的稳定加速驱动，并且还可以在负荷低时以较高的速度实现马达101的较高速度的加速驱动。

然而，负荷的大小和加速模式的速度增加率之间的关系不限于上述关系，并且可以根据使用马达驱动设备的诸如光学设备等的设备进行任意选择。

实施例2

图12A～12C示出作为包括实施例1所述的马达驱动设备的光学设备的摄像设备(数字照相机)。

图12A示出变焦镜筒32缩回到摄像设备的主体31内的状态。变焦镜筒32的该位置被称为“缩回位置”。图12B示出变焦镜筒32相对于主体31从缩回位置突出的状态。变焦镜筒32的该位置被称为作为本实施例中的广角端位置的“摄像待机位置”。图12C示出变焦镜筒32相对于主体31、与广角端位置(摄像待机位置)相比朝向远摄端位置进一步突出的状态。

附图标记34表示诸如CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器(摄像元件)。附图标记33表示由液晶监视器等构成的并且设置在主体31的背面上的显示部。

响应于从摄像设备的电源断开状态接通该摄像设备的电源，利用来自与实施例1所述的马达101相对应的马达1的驱动力将变焦镜筒32从缩回位置驱动至广角端位置。该驱动被称为“待机驱动”。然后，响应于用户对变焦开关(未示出)的操作，变焦镜筒32以伸缩的方式被驱动至广角端位置和远摄端位置之间的摄像位置。此外，响应于从摄像设备的电源接通状态断开该摄像设备的电源，利用来自马达1的驱动力将变焦镜筒32从摄像位置驱动至缩回位置。

在变焦镜筒32中，利用来自马达1的驱动力使凸轮筒(未示出)转动，由此使得形成在该凸轮筒中的凸轮驱动变焦镜筒32伸长或缩短，并且使镜头(未示出)移动。利用这种凸轮机构来进行变焦镜筒32在广角端位置和远摄端位置之间的伸缩驱动(变焦驱动)。

在上述凸轮机构中，在缩回位置和广角端位置附近的位置之间的凸轮区域中，凸轮相对于凸轮筒的转动方向的倾斜角较小。在该凸轮区域中，变焦镜筒32的伸缩量较小，因此马达1的负荷低。另一方面，在广角端位置和远摄端位置之间的凸轮区域中，凸轮相对于凸轮筒的转动方向的倾斜角较大。在该凸轮区域中，变焦镜筒32的伸缩量较大，因此马达1的负荷高。

在采用这种凸轮机构的情况下，在缩回位置和广角端位置之间期望使用与基准加速模式相比速度增加率较高的加速模式和高于基准切换速度的切换速度。另一方面，在广角端位置和远摄端位置之间期望使用与基准加速模式相比速度增加率较低的加速模式和低于基准切换速度的切换速度。

因而，改变OP驱动用的加速模式和切换至FB驱动的切换速度使得能够进行响应于电源接通的高速待机驱动并且使得能够进行平滑的变焦驱动。

尽管本实施例已说明了将实施例1的马达驱动设备用于驱动摄像设备中的镜筒的情况，但本发明的实施例1和可选实施例的马达驱动设备可以用于驱动除摄像设备中的镜筒以外的被驱动构件或除摄像设备以外的光学设备的被驱动构件。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种马达驱动设备，包括：

马达，用于驱动被驱动构件，所述马达包括：

转子，其具有外周表面被磁化的圆筒状磁体；

第一磁轭，其具有面向所述圆筒状磁体的所述外周表面的第一磁极部；

第二磁轭，其具有面向所述圆筒状磁体的所述外周表面的第二磁极部；

第一线圈，用于使第一磁极部磁化；以及

第二线圈，用于使第二磁极部磁化；

所述马达驱动设备还包括：

位置检测器，用于检测所述转子的转动位置；

开环驱动器，用于以预定时间间隔切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电状态；

反馈驱动器，用于根据所述位置检测器的输出而切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电状态；以及

控制器，用于以预定驱动速度切换所述开环驱动器和所述反馈驱动器，

其中，所述开环驱动器以预定加速模式对所述马达进行加速，

其中，所述控制器根据作用于所述马达的负荷的大小来改变所述预定加速模式，以及

所述控制器根据作用于所述马达的所述负荷的大小来改变所述预定驱动速度。

2.根据权利要求1所述的马达驱动设备，其特征在于，在作用于所述马达的所述负荷的大小高于基准负荷范围的情况下，所述预定加速模式的速度增加率低于基准加速模式的速度增加率，其中所述基准加速模式是在所述基准负荷范围内驱动所述马达时的加速模式，以及

在作用于所述马达的所述负荷的大小低于所述基准负荷范围的情况下，所述预定加速模式的速度增加率高于所述基准加速模式的速度增加率。

3.根据权利要求1所述的马达驱动设备，其特征在于，作用于所述马达的所述负荷的大小根据所述马达的驱动方向而变化。

4.根据权利要求1所述的马达驱动设备，其特征在于，作用于所述马达的所述负荷的大小根据所述马达或所述被驱动构件的驱动量的累积值而变化。

5.一种光学设备，包括：

镜筒；

马达，用于驱动所述镜筒，所述马达包括：

转子，其具有外周表面被磁化的圆筒状磁体；

第一磁轭，其具有面向所述圆筒状磁体的所述外周表面的第一磁极部；

第二磁轭，其具有面向所述圆筒状磁体的所述外周表面的第二磁极部；

第一线圈，用于使第一磁极部磁化；以及

第二线圈，用于使第二磁极部磁化；

所述光学设备还包括：

位置检测器，用于检测所述转子的转动位置；

开环驱动器，用于以预定时间间隔切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电状态；

反馈驱动器，用于根据所述位置检测器的输出而切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电状态；以及

控制器，用于以预定驱动速度切换所述开环驱动器和所述反馈驱动器，

其中，所述开环驱动器以预定加速模式对所述马达进行加速，

其中，所述控制器根据作用于所述马达的负荷的大小来改变所述预定加速模式，以及

所述控制器根据作用于所述马达的所述负荷的大小来改变所述预定驱动速度。

6.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，

所述镜筒在缩回位置和摄像待机位置之间以及在广角端位置和远摄端位置之间驱动，

在所述缩回位置和所述摄像待机位置之间驱动所述镜筒的情况下，所述预定加速模式的速度增加率高于基准加速模式的速度增加率，其中所述基准加速模式是在基准负荷范围内驱动所述马达时的加速模式，以及

在所述广角端位置和所述远摄端位置之间驱动所述镜筒的情况下，所述预定加速模式的速度增加率低于所述基准加速模式的速度增加率。