JP2006320056A - モータ駆動回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】双眼鏡又はカメラ等で用いられるモータの消費電力を低減し、電池寿命が長くなるようにすると共に、高いモータ回転数を得る。
【解決手段】モータ１を駆動するための回転数制御信号に対応してパルス幅変調された高周波発振周波数のＰＷＭ波を発生するＰＷＭ波発生回路１２、このＰＷＭ波発生回路１２から出力されたＰＷＭ波を入力し、スイッチング動作をするスイッチング素子（ＦＥＴ）１４、インダクタンスＬｒとコンデンサＣｒからなる電流共振回路を設け、上記スイッチング素子１４の動作で与えられる電池１６の電力に対し電流共振する。この共振周波数は、スイッチング素子１４のスイッチング周波数５４ＫＨｚに対し、１．１〜１．７倍となる６０〜９０ＫＨｚの値を選択設定する。
【選択図】図１

Description

本発明はモータ駆動回路、特に双眼鏡、カメラの防振機能等の駆動モータに適用され、消費電力の低下が可能な駆動回路の構成に関する。
例えば、双眼鏡（スタビスコープ等）やカメラは、防振機構を備えており、双眼鏡ではプリズムをダイレクトモータで駆動制御し、カメラでは撮像素子等を駆動制御することにより、振動、手振れ等が生じる状況でも、その振動を吸収した安定した状態を得ることができる。従来から、このようなモータの駆動回路として、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式の回路が用いられる。
図５には、上記ＰＷＭ制御のモータ駆動回路の構成が示されており、図５に示されるように、この駆動回路は、電源端子Ｖａと接地間に配置される駆動用のモータ１に対し、ショットキーダイオード２が並列に接続されると共に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子３が直列に接続され、このスイッチング素子３のゲートに、ＰＷＭ波発生回路４が設けられる。このＰＷＭ波発生回路４は、入力された回転数制御信号に対応した、例えば５４ＫＨｚの周波数のＰＷＭ波を発生し、このＰＷＭ波をスイッチング素子３へ与える。このような駆動回路によれば、スイッチング素子３が５４ＫＨｚの周波数で高速にスイッチング動作し、パルス幅に応じた駆動電力によってモータを回転制御することができる。
このＰＷＭ駆動制御によれば、モータ１のアマチュア巻線に存在するインダクタンスを効果的に使い、ここに蓄積された電力を電源電流がオフのときモータ１に回生することにより、また高速スイッチング動作が行われることから、駆動トランジスタであるスイッチング素子やその他の電子素子の活性領域での電力ロスも低減されるので、省電力化を図ることができる。
特開平６-２４３９６２号公報
しかしながら、双眼鏡やカメラ等では、モータの電源として電池を用いているため、上記ＰＷＭ制御によっても駆動効率が十分ではなく、電池寿命が短いという問題がある。
また、双眼鏡やカメラ等の防振機構等の機能では、応答性の高い迅速な動作を実行するため、モータを高い回転数で駆動することが望まれる。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、双眼鏡又はカメラ等で用いられるモータの消費電力を低減し、電池寿命が長くなるようにすると共に、高いモータ回転数を得ることができるモータ駆動回路を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るモータ駆動回路は、モータ駆動用の電源と、モータへの回転数制御信号に対応してパルス幅変調された高周波発振周波数のＰＷＭ波を発生するＰＷＭ波発生回路と、このＰＷＭ波発生回路から出力されたＰＷＭ波を入力し、スイッチング動作をする半導体スイッチング素子と、この半導体スイッチング素子のスイッチング動作で与えられる上記電源電力に対し電流共振するための電流共振回路と、を含んでなることを特徴とする。
請求項２の発明は、双眼鏡又はカメラに搭載されるモータに適用し、上記電源として電池を用いたことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記電流共振回路は、上記半導体スイッチング素子のスイッチング周波数の１．１〜１．７倍の周波数で共振することを特徴とする。
上記の構成によれば、電流共振回路によってスイッチング電源周波数に対し電流共振することにより、電流が正弦波形状となって電圧との重なりがなくなり（ゼロスイッチング）、従来のＰＷＭ駆動制御のみの場合と比較すると、消費電力が３０％程度改善すると共に、高いモータ回転数を得ることが可能となる。また、例えばスイッチング周波数が５４ＫＨｚであるとき、電流共振周波数を６０〜９０ＫＨｚの範囲で設定すれば、消費電力を良好に低減することができる。
本発明のモータ駆動回路によれば、防振機構用等のモータの消費電力を３０％程度低減することができ、双眼鏡又はカメラ等に使用される電池の寿命を長くすることが可能になる。また、モータにおいて従来よりも高い回転数を得ることができ、双眼鏡又はカメラ等で採用される防振機構等の動作を高い応答性で迅速に行うことが可能になるという効果がある。
図１には、実施例に係るモータ駆動回路の構成が示されており、図１に示されるように、ＰＷＭ波発生回路１２には、５４ＫＨｚの周波数信号を発振し、入力された回転数制御信号に応じてパルス幅を可変にしたＰＷＭ（パルス）波（制御信号）を出力する電源ＩＣ回路１２ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２、ショットキーバリアダイオード等からなるダイオードＤ１，Ｄ２を有している。このＰＷＭ波発生回路１２の出力をゲートに入力するように、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるスイッチング素子１４が設けられており、このスイッチング素子１４のソースが抵抗Ｒ３を介して接地され、ドレインがダイオードＤ３を介してモータ１へ接続される。また、このスイッチング素子１４のドレイン−ソース間にダイオードＤ４、ソースとモータ１の間にダイオードＤ５が設けられる（Ｄ３〜Ｄ５：ショットキーバリアダイオード）。
そして、３〜６Ｖ程度の電池（電源）１６が設けられ、この電池１６と上記スイッチング素子１４及びモータ１との間に、インダクタンス（コイル）ＬｒとコンデンサＣｒを有する電流共振回路がダイオード（ショットキーバリアダイオード）Ｄ６と共に設けられ、この電池１６にコンデンサＣ１が並列に接続される。実施例の電流共振回路は、例えばインダクタンスＬｒの値を４．３μＨ、コンデンサＣｒの値を１μＦとし、スイッチング周波数５４ＫＨｚの１．５倍の約８０ＫＨｚで共振するように設定する。
このような構成のモータ駆動回路によれば、電源ＩＣ回路１２ａを有するＰＷＭ波発生回路１２から５４ＫＨｚの周波数のＰＷＭ波が出力され、これによってスイッチング素子１４がスイッチング動作し、電池１６の電源がモータ１へ供給される。そして、このときには、インダクタンスＬｒとコンデンサＣｒの電流共振回路によって電流が約８０ＫＨｚで共振し、正弦波状の波形の電流が形成出力される。
図３には、実施例での電流共振型ＰＷＭ駆動波形、図４には、従来（通常）のＰＷＭ駆動波形が示されている。通常のＰＷＭ駆動回路では、図４の斜線部ように、電圧Ｖと電流Ｉがスイッチング素子１４のオンオフ切換え時に重なることにより、矢示Ｇｖのサージが発生し、これによって電池１６の電力を消費して熱損失が生じる。これに対し、実施例では、電流共振回路によってスイッチング電源周波数に対し電流共振することにより、図３に示されるように、電流Ｉが正弦波状の形状となり、電圧との重なりがなくなる（ゼロスイッチング）ので、サージの発生がなく電池１６の電力消費が少なくなる。
図２には、電流共振回路による共振周波数とモータ１回転当たりの消費電力との関係が示されており、電流共振をしない通常のＰＷＭ駆動では、点線ライン１００で示す約１．２５Ｅ−０４の消費電力であるのに対し、４４．３ＫＨｚから９３．５ＫＨｚの共振周波数のとき、この通常のＰＷＭ駆動のライン１００よりも低い消費電力となった。しかし、実験では、４４．３ＫＨｚ、４８．８ＫＨｚ、５４．９ＫＨｚの共振周波数では制御が少し不安定となった。従って、電流共振周波数としては、６０〜９０ＫＨｚ程度が好ましく、ＰＷＭ制御のみの場合と比較すると、消費電力は３０％程度低減した。
また、実施例のモータ駆動回路と通常のＰＷＭ駆動とでモータ回転数の比較を行ったところ、次の表１（実施例）及び表２（通常のＰＷＭ駆動）の結果となった。
上記の表１と表２を比較すると、通常のＰＷＭ駆動では、３Ｖで３３７９ｒｐｍ、約６Ｖで７８４８ｒｐｍの回転数であるのに対し、実施例の電流共振型ＰＷＭ駆動では、約３Ｖで４４９５ｒｐｍ、約６Ｖで１０１３１ｒｐｍの回転数が得られており、従来のＰＷＭ駆動の場合と比較すると、実施例の方が高い回転数が得られた。従って、防振機構等において高い応答性の迅速な動作を実現することができる。
本発明の実施例に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。 実施例のモータ駆動回路における共振周波数と１回転当りの消費電力との関係を示すグラフである。 実施例のモータ駆動回路でモータへ供給される電圧及び電流の波形を示す図である。 通常（従来）のＰＷＭ駆動制御でモータへ供給される電圧及び電流の波形を示す図である。 従来のモータ駆動回路の構成を示す回路図である。
符号の説明
１…モータ、
３，１４…スイッチング素子（ＦＥＴ）、
４，１２…ＰＷＭ波発生回路、
１６…電池、
Ｌｒ…共振用インダクタンス、
Ｃｒ…共振用コンデンサ、
Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード（ショットキーバリアダイオード）。

Claims (3)

  1. モータ駆動用の電源と、
    モータへの回転数制御信号に対応してパルス幅変調された高周波発振周波数のＰＷＭ波を発生するＰＷＭ波発生回路と、
    このＰＷＭ波発生回路から出力されたＰＷＭ波を入力し、スイッチング動作をする半導体スイッチング素子と、
    この半導体スイッチング素子のスイッチング動作で与えられる上記電源電力に対し電流共振するための電流共振回路と、を含んでなるモータ駆動回路。
  2. 双眼鏡又はカメラに搭載されるモータに適用し、上記電源として電池を用いたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
  3. 上記電流共振回路は、上記半導体スイッチング素子のスイッチング周波数の１．１〜１．７倍の周波数で共振することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動回路。
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