(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に均等なピッチで角度θ°周期で磁極を形成したロータとＭ相（Ｍは２以上の整数で反転相を含まず）の励磁コイルとを有するステッピングモータと、
前記励磁コイルへそれぞれの指令値に応じて複数段階の駆動電流を与える駆動手段と、
前記駆動電流が少なくともＫ段階（Ｋは整数）の異なる値をとる前記指令値を発生する指令値発生手段と、
前記ロータのθ回転に対応してｎ個（ｎは条件ｎ≧Ｍ・Ｋを満たす整数）のパルスを発生する回転角検出手段と、
前記回転角検出手段のｎ個のパルスからあらかじめ定めた順序でパルスを選択して、前記Ｍ相の各励磁コイルへの前記Ｋ段階の励磁切り替えタイミングを作成する励磁切替タイミング発生手段とを備え、
前記指令値発生手段は、前記励磁切替タイミング発生手段の出力に応じて、前記励磁コイルに正の第１駆動電流を与える第１の指令値と、前記第１駆動電流と方向が反転する負の第２駆動電流を与える第２の指令値と、前記第１駆動電流と第２駆動電流との間の値をとる第３駆動電流を与える第３の指令値とを切り替えて発生する少なくとも３以上に前記Ｋ段階の値を設定し、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生することを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項２】
前記指令値発生手段はタイマー手段を有し、
前記指令値発生手段が第３の指令値を発生する際に、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、タイマー手段の出力に応じて前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生することを特徴とする、請求項１記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項３】
モータへの駆動電流によって制御対象の速度を制御するステッピングモータの制御装置であって、
前記制御対象の一定の変位量に応じて検出パルス信号を発生する変位検出手段と、
最後に発生した前記検出パルス信号から現在までの時間間隔を測定する計時手段と、
前記計時手段の出力がある基準値を超えた場合に前記駆動電流を変化させる制御手段と、
前記変位検出手段の出力に応じて前記基準値を更新する基準値更新手段とを備えたことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項４】
前記基準値更新手段は、前記変位検出手段が発生する検出信号同士の時間間隔を測定することにより制御対象の速度を検出する速度検出手段と、
予め設定した対応関係に基づいて前記速度検出手段の出力を前記基準値に変換する変換手段を備え、
前記変位検出手段が前記検出信号を発生する度に前記変換手段の出力を基準値として更新するようにしたことを特徴とする、請求項３記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項５】
前記変換手段は、前記速度検出手段の出力と予め設定した許容加速度値とから許容速度を算出し、前記許容速度の逆数に比例するように前記基準値を発生することを特徴とする、請求項４記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項６】
ロータと励磁コイルとを備えたステッピングモータと、
入力された指令値に応じて前記励磁コイルに駆動電流を与える駆動手段と、
前記駆動手段に与える前記指令値を変化させて前記ステッピングモータを制御する制御手段と、
前記ロータの回転変位に応じた検出信号を発生する変位検出手段と、
最後に発生した前記検出信号から現在までの時間間隔を測定する計時手段とを備え、
前記制御手段は第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り換え、前記第１の動作モードにおいては、前記制御部が自ら発生するタイミングに基づいて前記駆動手段に与える前記指令値を変化させ、前記第２の動作モードにおいては、前記変位検出手段の前記検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動手段に与える前記指令値を変化させ、それによって前記ステッピングモータを制御し、
前記制御手段は、計時手段の出力がある基準値を超えた場合に前記動作モードを前記第２の動作モードから前記第１のモードに切り換えることを特徴とするステッピングモータの制御装置。
【請求項７】
前記基準値は、予め設定された一定値であることを特徴とする、請求項６記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項８】
前記変位検出手段の出力に応じて前記基準値を更新する基準値更新手段を更に備え、
前記変位検出手段が前記検出信号を発生する度に、前記基準値更新手段が予め設定した対応関係に基づいて速度検出手段の出力を前記基準値に変換して更新することを特徴とする、請求項６記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項９】
可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、
前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、
前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、
前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、
前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、
前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、
前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、
前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、
前記制御手段は、前記第１の減速加速度と前記第２の減速加速度とを実質的に同一に設定すると共に、前記第１の動作モードにおける駆動電流の振幅が小さいほど、前記第２の動作モードにおける駆動電流の最大振幅を小さくし、
前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えたことを特徴とする、ステッピングモータの制御装置。
Ｉｂ ＝ ｋ・｜Ｉａ｜ ＋ Ｃ
ただし、ｋ，Ｃは正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【請求項１０】
可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、
前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、
前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、
前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、
前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、
前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、
前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、
前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、
前記制御手段は、前記第１の減速加速度を前記第２の減速加速度よりも大きく設定すると共に、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えたことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
Ｉｂ ＝ ｋ’・│Ｉａ＋ｂ│ ＋ Ｃ’
ただし、ｋ’，ｂ，Ｃ’は正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【請求項１１】
可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、
前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、
前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、
前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、
前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、
前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、
前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、
前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、
前記制御手段は、前記第１の減速加速度を前記第２の減速加速度よりも小さく設定すると共に、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えたことを特徴とするステッピングモータの制御装置。
Ｉｂ ＝ ｋ”・│Ｉａ−ｂ’│ ＋ Ｃ”
ただし、ｋ”，ｂ’，Ｃ”は正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ステッピングモータ及びその制御に係わり、特にエンコーダを有するステッピングモータ及びその制御を行うステッピングモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
ステッピングモータは小型，高トルク，高寿命といった特徴を有し、その簡易な制御性を利用した開ループ制御による駆動方法が一般的である。しかし一方で、脱調，振動，高速回転性等に課題があり、この改善のためにステッピングモータにエンコーダを付与して閉ループ制御を行う駆動方法が提案されている。
【０００３】
特願平１０−０１１０６９号には、エンコーダの１周分の出力パルス数をステッピングモータのロータ磁極数の整数倍とし、ステッピングモータの任意の静止位置を基準として、そこから所定数のエンコーダパルスを検知するごとにステッピングモータへの励磁電流を切り替えることによって、エンコーダの出力信号とステッピングモータの励磁電流との位相精度を無調整で所定誤差以下に抑える構成が記載されている。
【０００４】
しかしながらこの構成の場合、十分高いモータの回転数を得ようとすれば実際のロータの角度位置に対する駆動の位相を十分に進める必要があるが、十分な位相進み角を与えると低速時に実際の位相が進みすぎ、極端な場合、低速時に逆転してしまうという問題があった。
【０００５】
また、起動時には、起動前にマイクロステップ駆動により保持しているロータの角度位置をモータコイル各相の電流比から求める構成になっているが、これにより求められたロータの角度位置には誤差があり、この誤差を考慮すると十分な起動トルクが得られず起動に失敗する場合があるという間題があった。
【０００６】
また、このようにステッピングモータを用いて閉ループ駆動を行う場合、閉ループ駆動のみではステッピングモータの特色である高い位置決め精度が得られないため、マイクロステップ駆動と併用し、最初閉ループ駆動を用いて制御対象を高速で移動させた後、減速の途中でマイクロステップ駆動に切り替えて正確な位置決めを行うことが一般的に行われている。しかしながら、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える際にはしばしば不要な回転振幅が発生し位置や速度の正確な制御が困難になる場合があった。
【０００７】
上記の特許にはこれらの解決方法については何ら記載されていない。
【０００８】
また、従来この構成、あるいはステッピングモータの代わりにＤＣモータを使用して、エンコーダの出力信号を用いて速度制御を行うものが一般的に用いられてきた。
【０００９】
この構成の課題として、例えばディスク装置のヘッド移送制御等のように目標トラックに高速に移動させて位置決めしようとすると、目標トラックまでの残りトラック数がわずかとなった時点での速度指令値が微小となり、オフセット電圧等の影響を受けて目標トラックに対するオーバーシュートやモータの暴走などが発生しやすかった。この改善のために、特開平２−１８７６６号には規定時問以内にエンコーダからの信号がなければ速度指令値を増加させる構成が開示されている。
【００１０】
しかしながら、この規定時間はモータの全ての回転数に対して最適な値を設定することが難しいという課題が有った。
【００１１】
すなわち、たとえばモータの回転数が高い場合にあわせて設定すると回転数が低い場合には通常の減速により生じるパルス間隔の時間的な伸びを異常であると誤検出する場合が生じ、低い場合に最適なように設定すると回転数が高い場合に異常を検出できない場合が生ずる。
【００１２】
また、速度指令値の補正値は全ての場合に最適な値を設定することが雄しいという課題が有った。
【００１３】
すなわち、駆動系にはモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があり、一律に速度指令値を増加しても同一の応答を期待することはできない。例えば、同一の速度指令値の増加量を与えても、振動系の摩擦負荷が大きい場合には増加後もモータの停止を抑制できないことがあり、この場合は速度指令値の増加を行わなかったときと全く同様に、装置としては次のパルス信号が入カするのを待ち続ける結果となり全く改善効果が現れないことになる。また、逆に駆動系の摩擦負荷が小さい場合には速度指令値の増加により大きなオーバーシュートが発生する。このように、駆動系の特性のバラツキに対応できるような速度指令値の増加量の設定が難しく、確実な制御を行うことが困難であった。
【００１４】
上記の特許にはこれらの解決方法については何ら記載されていない。
【００１５】
以下、従来の技術について図２０から図２６を用いて説朋する。
【００１６】
図２０Ａは従来のモータの制御装置を用いた光ディスクドライブの構成例を示す概略構成図である。図２０Ｂは、従来の起動前のロータの角度位置Θと強制駆動の指示値との関係を示す表である。
【００１７】
図２１は従来のＡ相、Ｂ相ステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と位置検出手段の出力との時間関係を示すタイミングチャートである。
【００１８】
図２２は従来の、図２１に示すＴａのタイミングにおけるロータと駆動の位相関係を示す図である。
【００１９】
図２３は従来例のロータ位置が回転方向にずれていた場合のロータ位置と電磁力の関係を示す図である。
【００２０】
図２４は従来例における速度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図２５Ａ、図２５Ｂは従来の、指令振幅制御手段およびマイクロステップ駆動手段の出力する電流指令値の時間変化を示す励磁シーケンス説明図である。
【００２２】
図２６は従来の、ロータの目標速度プロフィールと、指令値セレクタが出力する電流指令値を示すタイムチャート図である。
【００２３】
図２０において、３０１はヘッドで、光学的に光ディスク３０２に情報の記録、再生を行う。へッド３０１に取り付けられたナットピース３０３は、リードスクリュー３０４のネジ溝と嵌合している。リードスクリュー３０４はねじピッチが３ｍｍで、ステッピングモータ３０５と一体に連結され、これによりヘッド３０１はステッピングモータ３０５の回転に応じて、ガイドシャフト３０６に沿って直線的に往復駆動される。３０７は軸受で、シャーシ３０８に固定されてリードスクリュー３０４を回転自在に軸支している。光ディスク３０２はスピンドルモータ３０９により回転駆動されており、ヘッド３０１を目標位置に移送する際には、光ディスク３０２に書き込まれた現在位置のアドレスと目標位置のアドレスとから移送方向と移送距離が求められる。これに応じて、制御手段３１０がステッピングモータ３０５の制御動作を行う。
【００２４】
駆動手段３１１はＡ相電流ドライバ３１２、Ｂ相電流ドライバ３１３の独立した２チャンネルの電流ドライバからなり、それぞれ制御手段３１０から出力される電流指令量を表すデジタルデータに基づき、Ａ相ステータ３２０、Ｂ相ステータ３２１に電流を供給しステッピングモータ３０５を駆動する。
【００２５】
Ａ、Ｂ相電流ドライバ３１２、３１３は電力増幅器、Ｄ／Ａ変換器等から構成されている。ステッピングモータ３０５は２相ＰＭ型で２相励磁時のステップ角１８°のものである。ステッピングモータ３０５は周方向に均等なピッチで角度７２°周期でＮＳ極を各５極着磁した永久磁石からなるロータ３２２と、Ａ相ステータ３２０、Ｂ相ステータ３２１を構成する２相の励磁コイルとを備えている。
【００２６】
Ａ相ステータ３２０、Ｂ相ステータ３２１にはそれぞれ励磁コイルに通電した時にロータ３２２に対向する位置に７２°周期でＮＳ極を各５極発生するヨークによる磁極を設けている。Ａ相ステータ３２０とＢ相ステータ３２１のヨークによる磁極は互いに１８°ずれて配置されている。
【００２７】
ロータ軸３２８には角度４．５°周期でスリットを設けた遮光板３２４を固定する。遮光板３２４のスリット角度周期４．５°の値は、ロータ３２２のマグネットの磁極形成の角度周期７２°の整数分の１（ここでは１／１６）とかるように決められている。特にステッピングモータ３０５の相数が２相であるため、２の倍数分の１（すなわち１／１６＝１／（２×８））の関係も満たすように選定されている。
【００２８】
フォトセンサ３２５は発光側にＬＥＤ、受光側にフォトトランジスタを備えた透過型で、遮光板３２４のスリットの有無に応じた出力信号を出力する。
【００２９】
フォトセンサ３２５は遮光板３２４と共にハウジング３２６内に収容され、取扱い中の破損やホコリ等の要因による汚損を防いでいる。
【００３０】
フォトセンサ３２５の出力は２値化回路３２７により２値化される。２値化回路３２７は単にある基準値とフォトセンサ３２５の出力とを比較してＨｉｇｈ、Ｌｏｗの出力するのではなく、２つの基準値間をトランスファーしたときのみＨｉｇｈ、Ｌｏｗの出力を切り替える構成としてチャタリングによる誤動作を防いでいる。
【００３１】
位置検出手段３２３はこれら遮光板３２４、フォトセンサ３２５、２値化回路３２７により構成されている。
【００３２】
この位置検出手段３２３はこれらの構成によりロータ軸３２８が４．５°回転する毎に１個のパルスを出力する。これによりロータ３２２がＡ相ステータ３２０とＢ相ステータ３２１間の磁極の位相差１８°だけ回転すると丁度４パルスを出力する。
【００３３】
この位置検出手段３２３の出力は制御手段３１０、閉ループ駆動手段３１７、速度検出手段３３４に入カされる。
【００３４】
マイクロステップ駆動手段３１６はマイクロステップ駆動手段３１６自身が内部発生するタイミング信号に基づいて、駆動手段３１１に電流指令値を表すデジタルデータを出力し、開ループ制御によるマイクロステップ駆動を行う。具体的には、Ａ相ステータ３２０及びＢ相ステータ３２１に流す駆動電流比を変えてマイクロステップ駆動を行い、ロータ３２２の静止角度を高分解能に制御する。
【００３５】
ロータ３２２の静止角度と電流比との関係はステッピングモータ３０５の磁気回路および負荷の状態に依存するため、あらかじめ等間隔のロータ静止角度を与える電流指令値を関数あるいはテーブルとして求めておく。これによりロータ３２２の静止角度とマイクロステップ駆動手段３１６の出力は一定の関係が保たれ、マイクロステップ手段３１６の出力からロータ３２２の静止角度位置を知る事ができる。
【００３６】
マイクロステップ駆動は、後述する閉ループ駆動と比較し特に高速回転での駆動トルクが小さく脱調しやすいため、駆動トルクが必要とされずかつ精密な位置決めが必要な低速回転域で主に使用される。また低速回転域ではエンコーダによる速度検出精度が悪く速度をフィードバックする閉ループ制御が困難であるため、マイクロステップ駆動は通常開ループで制御され、電流指令値およびその振幅をあらかじめ決められたパターンに従って駆動し、ロータ３２２を励磁位置に強制的に追従させるように制御する。
【００３７】
強制駆動手段３３８はマイクロステップ駆動手段３１６がその出力により保持している起動前のロータ３２２の角度位置情報、回転させようとする方向により図２０Ｂのように８通りの強制駆動の指令値を生成する。
【００３８】
強制駆動手段３３８からの駆動手段３１１への指令値による駆動電圧は電源電圧１２Ｖの場合＋１２Ｖ、−１２Ｖの２値をとる。
図２０Ｂ中、回転方向はステッピングモータ３０５のロータ３２２を回転させようとする方向、角度位置Θはマイクロステップ駆動手段３１６がその出力により保持している起動前のロータ３２２の角度位置で、Ａ相ステータ３２０のみを正方向に励磁したときの角度位置を０°とし時計回方向を正とする電気角で表示されている。
【００３９】
電気角Θと実際の角度Θ１の関係は
Θ１＝Θ／５＋７２Ｎ  但しＮは０〜４の任意の整数
となる。
【００４０】
これによりステッピングモータ３０５を強制駆動する。
【００４１】
閉ループ駆動手段３１７はプログラマブルカウンタ等により構成され、位置検出手段３２３の出力を分周することにより駆動手段３１１への指令値を生成する。この際、制御手段３１０からの信号により、分周のしかたのパターンを予め定められたパターンの中から選択するごとができる。
【００４２】
閉ループ駆動は大きな駆動トルクと高い回転数が得られるため、回転を急速に立ち上げ、ヘッド３０１を高速で移動させるのに使用される。しかし低速回転域ではエンコーダによる速度検出精度が悪く速度フィードバックを十分にかけられないため、最終的な位置決め等で低速度での精度が必要になる場合は使用できない。このため、ある回転数以下で前述のマイクロステップ駆動に切り替えることにより速度と位置決め精度を両立させる。
【００４３】
閉ループ駆動手段３１７からの駆動手段３１１への指令値による駆動電圧は電源電圧１２Ｖの場合＋１２Ｖ、−１２Ｖの２値をとる。
【００４４】
この出力は後述する指令振幅制御手段３１５に入力され、速度、位置の制御を行う目的のため、必要な係数を乗ずる形で電圧が変更された後指令値セレクタ３１４に入カされている。
【００４５】
指令値セレクタ３１４は制御手段３１０からの信号により閉ループ駆動手段３１７の出力、強制駆動手段３３８の出力、マイクロステップ駆動手段３１６の出力の中から１つを選択する。
【００４６】
速度検出手段３３４は、位置検出手段３２３の出力パルスをもとにロータ３２２の回転速度値を算出し、その結果を後述する速度比較器３３５に送る。
【００４７】
速度比較器３３５は、速度検出手段３３４から送られるロータ３２２の回転速度値を、制御手段３１０から送られる目標速度値と比較し、目標速度値とロータ３２２の回転速度値との誤差を算出する。
【００４８】
指令振幅制御手段３１５は、速度比較器３３５から出力される速度誤差情報に基づき、閉ループ駆動手段３１７から送られた電流指令値の振幅を変化させる。具体的には、速度誤差の大きさに応じて、ロータ３２２の回転速度値を目標速度値に近づけるために加速すベきか減速すべきか、またどの程度の加速度で加減速を行うべきかを判定し、判定結果に基づいて電流指令値の振幅を変更する。電流指令値の振幅を変えることにより、ロータ３２２とＡ相ステータ３２０およびＢ相ステータ３２１間の吸引反発力の大きさが変わるので、これにより加減速を行うことができる。この結果、実際の速度は速度指令値に近い値をとるよう制御される。
【００４９】
制御手段３１０は回転方向、マイクロステップ駆動手段３１６がその出力により保持しているロータ３２２の起動前の角度位置情報、位置検出手段３２３の出力により、閉ループ駆動手段３１７、強制駆動手段３３８、マイクロステップ駆動手段３１６、指令値セレクタ３１４を制御する。
【００５０】
また、位置検出手段３２３からのパルス信号Ｐにより、閉ループ駆動手段３１７により駆動すべき残りの距離を算出する。これは位置検出手段３２３からのパルス数Ｎという計数値で表されている。この計数値に応じて選定した目標速度値ＳＤを図示しない速度指令値テーブルから読み出して速度比較器３３５に出力する。
【００５１】
速度指令値テーブルは、最初はできるだけ早く速度を上げるため、装置の能力いっぱいの加速度となるよう設定され、次に、目標位置に安定に停止できるよう一定の回転数に設定され、目標位置が近づくとでさるだけ早くかつ、安定に精度よく停止できるよう比較的大きな減速率になるよう設定されている。ここまでの動作は大きな加速度と高い回転数を得るため前述の閉ループ駆動が用いられる。ある設定速度以下では正確な位置決めのためマイクロステップ駆動となり減速率が小さくなる。
【００５２】
前記計数値が予め設定した基準値Ｍ以下になった時、すなわち目標位置が近づぎ、目標速度値が低くなった場合は、前述と同様に計数値に応じた目標速度値ＳＤを選定すると共に、位置検出手段３２３からの次のパルス信号Ｐ’が予め設定した規定時間Ｔ以内に入カされなければ目標速度値ＳＤに補正値を加え、増加させた目標速度値ＳＤを速度比較器３３５に出力する。
【００５３】
更に目標位置が近づき、速度がある設定速度以下になると正確な位置決めのためマイクロステップ駆動に切り替えられる。
【００５４】
ここで、指令振幅制御手段３１５とマイクロステップ駆動手段３１６の発生する電流指令値を図２５Ａ、図２５Ｂを用いて説明する。
【００５５】
図２５Ａは、指令振幅制御手段３１５の出力する電流指令値の時間変化を示す励磁シーケンス説明図である。電流指令値は８ｂｉｔのデジタデータであり、＋１２７から−１２７までの数値である。ここで、正負は駆動電流の向きを表している。駆動手段３１１が発生する駆動電流の大きさはこの電流指令値に比例し、電流指令値が＋１２７または−１２７のときに最大電流が発生する。指令振幅制御手段３１５の出力波形は電流指令値の振幅がＩａの矩形波である。振幅Ｉａの値は速度制御に上る加減速の大きさにより、−１２７〜＋１２７までの任意の値を取りうる。指令振幅制御手段３１５の出力する電流指令値の振幅Ｉａの定義として、ステッピングモータ３０５を加速する方向を正、減速する方向を負の値として定める。これはステッピングモータ３０５の回転方向を間わず、また後述する本発明の実施形態に記載した指令振幅制御手段３１５が出力する電流指令値の振幅にも同じ定義を適用するものとする。
【００５６】
図２５Ｂは、マイクロステップ駆動手段３１６の出力する電流指令値の時間変化を示す励磁シーケンス説明図である。ここでもやはり電流指令値は指令振幅制御手段３１５の出力と同様の８ｂｉｔのデジタルデータであり、＋１２７から−１２７までの数値をとる。マイクロステップ駆動手段３１６の出力波形は電流指令値の振幅がＩｂの概三角波であり、Ａ、Ｂ相の駆動電流の比率を変えることにより励磁相を徐々に変化させてマイクロステップ駆動を行っている。振幅Ｉｂの値は電流指令値の最大値１２７に固定されている。マイクロステップ駆動手段３１６は開ループ制御を行っているため、特に加減速の反転を考慮する必要はなく、振幅Ｉｂは常に正の値として定義する。この定義は、後述する本発明の実施形態に記載したマイクロステップ駆動手段３１６の電流指令値の振幅にも適用されるものとする。
【００５７】
以上のように構成したステッピングモータの制御装置の動作を説朋する。
【００５８】
光ディスクドライブにおける通常の記録、再生動作中はヘッド３０１はディスク３０２の、あるトラックをトレースしている。
【００５９】
このときにはマイクロステップ駆動手段３１６を用いて、ステッピングモータ３０５を駆動している。
【００６０】
マイクロステップ駆動手段３１６はＡ相ステータ３２０、Ｂ相ステータ３２１に流す駆動電流比を１６段階に変えることにより、１６分割のマイクロステップ駆動を行っており、通常の２相励磁駆動（この例では１ステップ１５０μｍ）の１／１６である９．３７５μｍの高分解能でヘッド３０１を送っている。したがってステッピングモータ３０５は２相励磁時の静止角度位置のみならず、ほぼ任意の角度位置に静止する。
【００６１】
現在再生中のトラックから別のトラックヘ移動する動作をシークと呼称し、この場合、制御手段３１０はディスク３０２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較から、まず、移動方法を決定する。
【００６２】
移動距離が極めて短く、トラック数本程度の場合はステッピングモータ３０５を回転させることなくトラッキングアクチュエータの動作のみで移動する。
【００６３】
移動距離が１ｍｍ程度の場合、マイクロステップ駆動手段３１６を用いステッピングモータ３０５をマイクロステップで駆動することにより、目標トラックに移動する。
【００６４】
それ以上の距離の場合、閉ループ駆動手段３１７を用い変位検出手段３２３の出力を分周等の手段により変換することによりステッピングモータ３０５の駆動指令値を発生する。これにより変位検出手段３２３の出力に関連した駆動を行いヘッド３０１を移送する。
【００６５】
以下にその際のステッピングモータ３０５の動作を説明する。
【００６６】
最初、制御手段３１０はヘッド３０１のトラッキングアクチュエータの動作を止める。次にステッピングモータ３０５の回転方向を決定する。ここでは回転方向は時計方向とする。この時点ではステッピングモータ３０５はマイクロステップ駆動手段３１６により駆動され、通常は静止状態である。
【００６７】
次に、制御手段３１０はマイクロステップ駆動手段３１６がその出力により保持しているロータ３２２の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を強制駆動手段３３８に与え、指令値セレクタ３１４を強制駆動手段３３８の出力が選択された状態にする。強制駆動手段３３８にこれらの情報から図２０Ｂに従い駆動手段３１１ヘ新たな指令値を位置検出手段３２３の出力とは無関係に出力する。
【００６８】
これによりロータ３２２は回転を始め、位置検出手段３２３から、実際の回転角４．５°周期でパルスが出力される。
【００６９】
パルスが出力されはじめると制御手段３１０はマイクロステップ駆動手段３１６がその出力により保持しているロータ３２２の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を閉ループ駆動手段３１７に与え、指令値セレクタ３１４を閉ループ駆動手段３１７の出力が選択された状態にする。
【００７０】
閉ループ駆動手段３１７は予め定められたパターンに従い位置検出手段３２３の出力を分周することにより駆動手段３１１への指令値を生成する。これにより位置検出手段３２３からの出力に関連したタイミングで駆動手段３１１へ指令値列を出カする。
【００７１】
この指令値列は、例えば各励磁コイルヘの駆動電圧が最大１２Ｖで、Ａ相ステータ３２０の励磁コイルに１２Ｖ、Ｂ相ステータ３２１の励磁コイルに０Ｖが印加された状態から起動した場合図２１のようになる。
【００７２】
図２１は従来のＡ相、Ｂ相ステータ３の励磁コイルに印加される駆動電圧と位置検出手段３の出力との時間関係を示すタイミングチャートである。
【００７３】
図２１において、Ａｖは制御手段３１０から駆動手段３１１への指令値の結果Ａ相ステータ３２０の励磁コイルに印加される電圧、Ｂｖは同様にＢ相ステータ３２１の励磁コイルに印加される電圧のそれぞれ時間との関係、ＦＧは位置検出手段３２３の出力と時間との関係である。
【００７４】
励磁コイルに印加される電圧は実際は指令振幅制御手段３１５により速度、位置の制御を行う目的のため必要な係数を乗ずる形で電圧が随時変更されるが、図においては説明のため、この電圧変更が行われない場合のものが図示されている。
【００７５】
図２１においてＴ１の区間では前述のように位値検出手段３２３の出力とは無関係な駆動が行われ、Ｔ２の区間ではその結果位置検出手段３２３から出力されたパルスに関連したタイミングで駆動が行われている。Ｔ３の区間では位置検出手段３２３から出力されたパルス４周期毎に、Ａ相、Ｂ相の出力が交互に反転する。その出力電圧は＋１２Ｖ、−１２Ｖである。
【００７６】
出力反転直後図２１のＴａのタイミングでのロータ３２２と駆動の位相関係を図２２に示す。但し、図２２では１ステップ角の１８°を９０°として書かれている。
【００７７】
図２２において、３２０はＡ相ステータ、３２１はＢ相ステータ、３２２はロータ、３３９は仮想Ｎ極、θｄは駆動角である。
【００７８】
３３９の仮想Ｎ極はＡ相ステータ３２０、Ｂ相ステータ３２１のそれぞれ発生する磁界の合成により生成される仮想のＮ極であり、この方向にロータ３２２のＳ極が誘引される。ロータ３２２のＳ極がこの仮想Ｎ極３３９に誘引され、回転しようとする角度が駆動角θｄである。
【００７９】
図２２のようにこの時駆動角は１８０°となっている。
【００８０】
一般に２相モータの場合この角度は１３５°が一般的であるが、下記の理由からこのように大きな値をとっている。
【００８１】
ステッピングモータ３０５の巻線はインダクタンス成分を持つ。このため駆動電圧の変化に対し、実際に流れる電流は一定時間遅れることになる。例えばステッピングモータを３０００ＰＰＳ程度で回転させようとする場合、１パルスの間隔は３３３μｓｅｃとなるが、この遅れ時間は一般的なＣＤ−ＲＯＭ装置の光ヘッド送り機構に用いられるステッピングモータで１５０μｓｅｃ程度にもなるため、無視できない。
【００８２】
このため、駆動の位相をロータとの角度位置との関係において、遅れ時問のない場合に最適な位相に対して進めて駆動することによりこの遅れ時間を補正している。
【００８３】
以上述べた手順でモータが起動し、回転数が上昇する。これによりヘッド３０１は目的のアドレスに向かい、移動をはじめる。
【００８４】
制御手段３１０は位置検出手段３２３からのパルス信号Ｐにより、閉ループ駆動手段３１７により駆動すべき残りの距離を算出し、この計数値に応じて選定した目標速度値ＳＤを速度比較器３３５に出力する。目標速度は、最初はできるだけ早く速度を上げるため、装置の能力いっぱいの加速度となるよう設定され、次に、目標位置に安定に停止できるよう一定の回転数に設定され、目標位置が近づくとできるだけ早くかつ、安定に精度よく停止できるよう比較的大きな減速率になるよう設定されている。ここまでの動作は大きな加速度と高い回転数を得るため前述の閉ループ駆動が用いられる。ある設定速度以下では正確な位置決めのためマイクロステップ駆動となり減速率が小さくなる。
【００８５】
このように減速動作は２段階で行われ、減速の開始から所定のある速度までは、指令値セレクタ３１４は指令振幅制御手段３１５の出力を選択し、閉ループ駆動により速度制御を行う。
【００８６】
図２６は、従来例における、ロータ３２２の目標速度プロフィールと、指令値セレクタ３１４が出力する電流指令値を示すタイムチャート図である。電流指令値は簡単のためにＡ相またＢ相のステータ３のうち一方のみを記載している。
【００８７】
指令振幅制御手段３１５による減速では、速度比較器３３５が、速度検出手段３３４により検出するロータ３２２の回転速度と目標速度値とを比較して速度誤差を算出し、指令振幅制御手段３１５が、ロータ３２２の回転速度を目標速度値に近づける様に電流指令値の振幅Ｉａを変化させる。モータのトルクは一般的には駆動電流に比例するが、本実施例では駆動電圧を制御することにより駆動電流を変化させている。
【００８８】
この時電流指令値の振幅Ｉａは、摩擦等の駆動負荷のばらつきや目標速度値の違いにより様々な値をとる。
【００８９】
例えば、制御対象がある摩擦負荷を持ち、それによる自然減速の加速度がたまたま目標とする減速加速度と一致した場合には、電流指令値の振幅Ｉａはほぼ０である。また摩擦負荷がばらつきにより大きいものについては、目標とする減速加速度より大きな加速度で減速するため、電流指令値の振幅Ｉａは速度を回復する様に加速方向に駆動するよう正の値となる。また、また摩擦負荷が小さいものについては、目標とする減速加速度よりゆるやかに減速するため、電流指令値の振幅Ｉａは速度をさらに下げるために減速方向に駆動するよう負の値になる。
【００９０】
以上の様に指令振幅制御手段３１５では、速度検出手段３３４によりロータ３２２の回転速度をモニタしながら速度を目標速度値と一致するように制御する閉ループ制御を行っており、ステッピングモータ３０５の軸受け負荷やリードスクリュー３０４の摩擦負荷等のばらつきに応じて異なる大きさの駆動電流をステッピングモータ３０５に与えている。
【００９１】
このように閉ループ駆動による減速が行われ、次第に速度が低下すると共に目標アドレスに近づいていく。
【００９２】
ところが、この構成の課題として、目標アドレスまでの距離がわずかとなった時点での速度指令値が微小となり、オフセット電圧等の影響を受けて目標アドレスに対するオーバーシュートやモータの暴走、摩擦負荷のわずかな増大による減速途中での停止などが発生しやすかった。この改善のために、規定時間以内にエンコーダからの信号がなければ速度指令値を増加させる構成が取られている。
【００９３】
図２４は従来例における速度制御動作を説明するためのフローチャートであり、閉ループ駆動時に摩擦負荷のわずかな増大による減速途中での停止などの不具合の改善のために、規定時間以内にエンコーダからの信号が無い場合速度指令値を増加させる手順である。
【００９４】
まず、目標位置トラックまでの残りトラック数Ｎを計数して計数値が「０」であるか否かの判定を行い（Ｓ１）、「０」であると判定したならば減速動作を終了する。
【００９５】
ステップＳｌにおいて、残り移動トラック数Ｎが「Ｏ」でないと判定したならば、位置検出手段３２３からのパルス信号Ｐを入力して、残り移動パルス数Ｎから１を減じ（Ｓ２）、この計数値から残り移動パルス数Ｎに応じた速度指令値ＳＤを選定して（Ｓ３）、速度比較器３３５に出力する。
【００９６】
次に速度検出手段３３４において検出された実速度とマイクロステップ駆動への切替え速度ｖを比較し実速度がｖ以下であれは閉ループ駆動による減速を終了しマイクロステップ駆動へ切替える（Ｓ９）。
【００９７】
次に、計数値から残り移動パルス数Ｎが、予め設定してある基準値Ｍ以下であるか否かの判別を行い（Ｓ４）、基準値Ｍよりも大きい値であると判別したならば、位置検出手段３２３からの次のパルス信号Ｐ’が入力されたか否かの判別を行い（Ｓ５）、入力されたと判別したならば、ステップＳ１に戻って上述した一連の動作を繰り返す。
【００９８】
一方、ステップＳ４において、残り移動パルス数Ｎが基準値Ｍ以下であると判別したならば、位置検出手段３２３からの次のパルスＰ’が予め設定した規定時間Ｔ以内に入力されたか否かの判別を行い（Ｓ６）、規定時間Ｔ以内に入力されたと判別したならばステップＳ１に戻って上述した一連の動作を繰り返す。
【００９９】
ステップＳ６において、規定時間Ｔ以内に次のパルス信号Ｐ’が入力されなかったと判別したならば、速度指令値ＳＤに補正値を加えて増加させ速度比較器３３５に出力し、ヘッド３０１の移動速度を増加させる（Ｓ７）。更に続いて、位置検出手段３２３からの次のパルスＰ’が入力されたか否かの判別を行い（Ｓ８）、入力されたと判別したならば、ステップＳ１に戻って上述した一連の動作を、実速度がｖ以下になるまで繰り返す。
【０１００】
このように、位置検出手段３２３からの次のパルス信号Ｐ’が予め設定した規定時間Ｔ以内に入力されなければ速度指令値ＳＤを増加させてヘッド３０１の移動速度を増加するようにステッピングモータ３０５の制御を行う構成により、オフセット電圧、摩擦負荷の変動等があった場合のオーバーシュートや暴走、減速途中での停止などの不具合等に対する信頼性の向上を図っている。
【０１０１】
次に、実速度がマイクロステップ駆動への切替え速度ｖ以下になり目標位置が近づくと、停止時に精密な位置決めをするため制御手段３１０はマイクロステップ駆動手段３１６に切り替える。マイクロステップ駆動では、電流指令値の波形は図２５Ｂに示す概三角波状で駆動し、その減速動作は、電流指令値の切り替え周波数を下げる（電流波形を密から粗の状態に変化させる）ことにより開ループ制御で行う。このとき駆動負荷の大きさにかかわらず電流指令値の振幅Ｉｂはあらかじめ決められた固定値（＝１２７）として駆動を行う。
【０１０２】
マイクロステップ駆動では、更に減速し、ヘッド３０１の位置と速度を微妙にコントロールし、再びトラッキングアクチュエータを動作させるための条件を作り出す。
【０１０３】
マイクロステップ駆動への切替え速度ｖは４４０ＰＰＳ＝６６ｍｍ／ｓまで減速した時点である。
【０１０４】
マイクロステップ駆動での減速動作では光ディスク３０２のトラック数百本程度の距離を移動しながらゆるやかに減速する。
【０１０５】
この減速の後再びトラッキングアクチュエータが動作し、シーク後のトラックをトレースし始めると制御手段３１０は再びディスク３０２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較を行い、両者が一致している場合は移動の動作を終了し、一致していない場合は一致するまで上記の動作を繰り返す。
【０１０６】
しかしながら上記のようなステッピングモータの制御方法においては、以下のような課題があった。
【０１０７】
第１にインダクタンス成分による遅れは、遅れ時間が一定となるため、遅れ角としては回転数が上がるほど大きくなる。駆動を一定時間進める回路は一般にかなり複雑になるため、回転角検出手段の分周の位相を進め、進み角一定の駆動を行うのが一般的である。
【０１０８】
しかし、この進み角は一般に回転角検出手段３の分解能の単位でしか行えず、かつ、当然、回転数が低い場合には位相が進みすぎ、極端な場合には逆転してしまうという問題があり、このためある一定以上の進み角はとれず、駆動角は従来の実施例の１８０°が限度である。
【０１０９】
しかし実際には遅れ時間の補正としてはこれでは不十分な場合が多い。
【０１１０】
第２に、起動時に強制駆動装置３１７が発生する駆動パターンは２相励磁に限られている。このため例えばこの従来の実施例では起動時には起動前のロータ３位置Θが０から３６０°のどの位置にあっても電磁力により駆動させようとする角度位置は４５°、１３５°、２２５°、３１５°の４個所のうちいずれかとなり、電磁力により回転させようとする角度は４５°から１３５°の範囲でばらつく。また、図２０におけるマイクロステップ駆動装置３１６がその出力により保持しているロータ３２２の起動前の角度位置情報は一般に１４°程度の誤差を持っており、これを加えるとその範囲は更に大きくなる。
【０１１１】
例えばΘ＝０°未満の位置から起動しようとし、実際のロータ３位置が回転方向にずれていた場合のロータ３位置と電磁力の関係を図２３に示す。
【０１１２】
誤差角θｇが無い場合駆動角θｄは４５°であるが図２３のように誤差角θｇのため駆動角θｄはかなり小さくなっている。駆動トルクは駆動角９０°で最大となり、駆動角が小さい場合の駆動トルクは駆動角に比例し、駆動角０°では駆動トルクは０である。
【０１１３】
このため、このように駆動角が小さい場合駆動トルクは非常に小さくなり、摩擦力等によりまったく回転しない場合も発生する。
【０１１４】
この状態で回転しない場合図２０の位置検出手段３２３の出力が出ないので、以後の駆動手順に移行せず起動の失敗となる。
【０１１５】
第３に、規定時間Ｔが固定値であるために、モータの急な減速に対する制御の遅れが著しかった。モータは一般に低速で回転している状態が最も制御的に不安定となるが、これは、低速になるほどモータ軸受の摩擦などの非線形要因の影響が相対的に大きくなるためである。低速回転ではモータの制御が急速に外れて極めて短時間で目標速度から大きく乖離し、しばしばモータの停止を引き起こす。従って、モータが制御から外れ始めたことを早期に検知して制御することが回転の安定化のためには極めて重要であるが、従来例の構成ではこれを実現することが困難であった。すなわち、制御の外れ始める回転数は摩擦負荷のバラツキなどにより様々であり、比較的高回転域から制御が外れ始める場合もあれば、低回転域まで制御がかかる場合もあるが、従来例のように固定値である規定時間を設定してこの規定時間との比較において速度指令値を変更する構成では、高回転域での制御の外れを短時間で検出することと、低回転域での制御外れの誤検出を防ぐことを両立することが極めて困難であった。
【０１１６】
第４に、規定時間Ｔ以内に次のパルス信号Ｐ’が入力されなかったと判別した場合の速度指令値ＳＤの補正値が一定値であった。実際には一定値ではその設定が難しく、制御の確実性に乏しかった。駆動系にはモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があり、一律に速度指令値を増加しても同一の応答を期待することはできない。例えば、同一の速度指令値の増加量を与えても、駆動系の摩擦負荷が大きい場合には増加後もモータの停止を抑制できないことがあり、この場合は速度指令値の増加を行わなかったときと全く同様に、装置としては次のパルス信号が入力するのを持ち続ける結果となり全く改善効果が現れないことになる。また、逆に駆動系の摩捺負荷が小さい場合には速度指令値の増加により大きなオーバーシュートが発生する。このように、駆動系の特性のバラツキに対応できるような速度指令値の増加量の設定が難しく、確実な制御を行うことが困難であった。
【０１１７】
第５に、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える際に発生する不要振動の抑制とマイクロステップ駆動時の脱調の防止を両立して実現することが困難であった。この内容につき、さらに詳しく説明する。
【０１１８】
閉ループ駆動時には、ステッピングモータの軸受け負荷やリードスクリューの摩擦負荷等の駆動負荷ばらつきに応じて異なる大きさの駆動電流をステッピングモータ３０５に与えている。例えば既述したような、制御対象の持つ摩擦負荷による自然減速の加速度がたまたま目標とする減速加速度と一致して電流指令値の振幅Ｉａがほぼ０になる場合を例に取ると、これは最も外部からの制御トルクを必要としない状態であり、当然励磁による振動は発生しない。この状態からマイクロステップ駆動に切り替えると、マイクロステップ駆動では駆動負荷のばらつきによらず一定の電流振幅Ｉｂで励磁するわけであるから、与えられた励磁エネルギーはすべて不要振動となってしまう。すなわち、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える除に、電流指令値の振幅が急激に大きくなり駆動力も急激に大きくなって不要振動を発生するという課題があった。
【０１１９】
しかし、一方でマイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂをあらかじめ小さく設定して不要振動の発生を抑えた場合には、摩擦負荷がばらつきにより大きい時に、駆動力が小さすぎて脱調を起こすという課題があった。
【０１２０】
以上の様に、従来のステッピングモータの速度制御方法においては、マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅を固定としているため、不要振動の発生と脱調を両立することが難しく安定した制御が困難であった。
【０１２１】
（発明の開示）
本発明に係るステッピングモータの制御装置は、円周方向に均等なピッチで角度θ゜周期で磁極を形成したロータとＭ相（Ｍは２以上の整数で反転相を含まず）の励磁コイルとを有するステッピングモータと、前記励磁コイルへそれぞれの指令値に応じて複数段階の駆動電流を与える駆動手段と、前記駆動電流が少なくともＫ段階（Ｋは整数）の異なる値をとる前記指令値を発生する指令値発生手段と、前記ロータのθ回転に対応してｎ個（ｎは条件ｎ≧Ｍ・Ｋを満たす整数）のパルスを発生する回転角検出手段と、前記回転角検出手段のｎ個のパルスからあらかじめ定めた順序でパルスを選択して、前記Ｍ相の各励磁コイルへの前記Ｋ段階の励磁切り替えタイミングを作成する励磁切替タイミング発生手段とを備え、前記指令値発生手段は、前記励磁切替タイミング発生手段の出力に応じて、前記励磁コイルに正の第１駆動電流を与える第１の指令値と、前記第１駆動電流と方向が反転する負の第２駆動電流を与える第２の指令値と、前記第１駆動電流と第２駆動電流との間の値をとる第３駆動電流を与える第３の指令値とを切り替えて発生する少なくとも３以上に前記Ｋ段階の値を設定し、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生することを特徴とする。
【０１２２】
前記指令値発生手段はタイマー手段を有し、前記指令値発生手段が第３の指令値を発生する際に、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、タイマー手段の出力に応じて前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生してもよい。
【０１２５】
本発明に係るさらに他のステッピングモータの制御装置は、モータへの駆動電流によって制御対象の速度を制御するステッピングモータの制御装置であって、前記制御対象の一定の変位量に応じて検出パルス信号を発生する変位検出手段と、最後に発生した前記検出パルス信号から現在までの時間間隔を測定する計時手段と、前記計時手段の出力がある基準値を超えた場合に前記駆動電流を変化させる制御手段と、前記変位検出手段の出力に応じて前記基準値を更新する基準値更新手段とを備えたことを特徴とする。
【０１２６】
前記基準値更新手段は、前記変位検出手段が発生する検出信号同士の時間間隔を測定することにより制御対象の速度を検出する速度検出手段と、予め設定した対応関係に基づいて前記速度検出手段の出力を前記基準値に変換する変換手段を備え、前記変位検出手段が前記検出信号を発生する度に前記変換手段の出力を基準値として更新するようにしてもよい。
【０１２７】
前記変換手段は、前記速度検出手段の出力と予め設定した許容加速度値とから許容速度を算出し、前記許容速度の逆数に比例するように前記基準値を発生してもよい。
【０１３１】
本発明に係るさらに他のステッピングモータの制御装置は、ロータと励磁コイルとを備えたステッピングモータと、入力された指令値に応じて前記励磁コイルに駆動電流を与える駆動手段と、前記駆動手段に与える前記指令値を変化させて前記ステッピングモータを制御する制御手段と、前記ロータの回転変位に応じた検出信号を発生する変位検出手段と、最後に発生した前記検出信号から現在までの時間間隔を測定する計時手段とを備え、前記制御手段は第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り換え、前記第１の動作モードにおいては、前記制御部が自ら発生するタイミングに基づいて前記駆動手段に与える前記指令値を変化させ、前記第２の動作モードにおいては、前記変位検出手段の前記検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動手段に与える前記指令値を変化させ、それによって前記ステッピングモータを制御し、前記制御手段は、計時手段の出力がある基準値を超えた場合に前記動作モードを前記第２の動作モードから前記第１のモードに切り換えることを特徴とする。
【０１３２】
前記基準値は、予め設定された一定値であってもよい。
【０１３３】
前記変位検出手段の出力に応じて前記基準値を更新する基準値更新手段を更に備え、前記変位検出手段が前記検出信号を発生する度に、前記基準値更新手段が予め設定した対応関係に基づいて速度検出手段の出力を前記基準値に変換して更新してもよい。
【０１３６】
本発明に係るさらに他のステッピングモータの制御装置は、可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、前記制御手段は、前記第１の減速加速度と前記第２の減速加速度とを実質的に同一に設定すると共に、前記第１の動作モードにおける駆動電流の振幅が小さいほど、前記第２の動作モードにおける駆動電流の最大振幅を小さくし、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えることを特徴とする。
【０１３７】
Ｉｂ  ＝  ｋ・｜Ｉａ｜  ＋  Ｃ
ただし、ｋ，Ｃは正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【０１３８】
本発明に係るさらに他のステッピングモータの制御装置は、可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、前記制御手段は、前記第１の減速加速度を前記第２の減速加速度よりも大きく設定すると共に、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えることを特徴とする。
【０１３９】
Ｉｂ  ＝  ｋ’・│Ｉａ＋ｂ│  ＋  Ｃ’ただし、ｋ’，ｂ，Ｃ’は正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【０１４０】
本発明に係るさらに他のステッピングモータの制御装置は、可動子と励磁コイルとを備えたステッピングモータと、前記励磁コイルに与える駆動電流の振幅と励磁相を制御する制御手段と、前記可動子の位置に応じた検出信号を発生する位置検出手段とを備え、前記制御手段は、第１の動作モードと第２の動作モードとの２つの動作モードを切り替え可能に設け、前記第１の動作モードにおいては、前記位置検出手段の検出信号に応じたタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御し、前記第２の動作モードにおいては、前記制御手段がみずから発生するタイミングに基づいて前記駆動電流の励磁相を制御すると共に、前記制御手段の動作モードを前記第１の動作モードから前記第２のモードに切り替える際には、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅に応じて、前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の最大振幅を設定し、前記制御手段は、予め設定した目標速度プロフィールに合わせてステッピングモータの速度制御を行い、前記制御手段は、第１の動作モードにおいて第１の減速加速度で前記ステッピングモータを減速した後に、第２の動作モードにおいて第２の減速加速度で前記ステッピングモータを減速し、前記制御手段は、前記第１の減速加速度を前記第２の減速加速度よりも小さく設定すると共に、前記第１の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉａと前記第２の動作モードにおける前記駆動電流の振幅Ｉｂとに下記の数式の関係を与えることを特徴とする。
【０１４１】
Ｉｂ  ＝  ｋ”・│Ｉａ−ｂ’│  ＋  Ｃ”ただし、ｋ”，ｂ’，Ｃ”は正の定数、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【０１４３】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【０１４４】
（実施の形態１）
図１Ａは本発明の実施の形態１におけるステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１は駆動手段、２はＡ相電流ドライバ、３はＢ相電流ドライバ、４’は制御手段、５はＡ相ステータ、６はＢ相ステータ、７はステッピングモータ、８はロータ、９はロータ軸、１０は遮光板、１１はフォトセンサ、１２はハウジング、１３は２値化回路、１４は制御部、１５は指令値セレクタ、１６はマイクロステップ駆動部、２０は強制駆動部、２１は駆動パターン発生部である。
【０１４５】
駆動手段１はＡ相，Ｂ相電流ドライバ２，３の独立した２チャンネルの電流ドライバからなり、制御手段４’から出力の電流指令量を表すデジタルデータに基づき、Ａ相，Ｂ相ステータ５，６に電流を供給してステッピングモータを駆動する。具体的にＡ相，Ｂ相電流ドライバ２，３は、入力デジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、そのＤ／Ａ変換器からのアナログ信号を増幅出力する増幅器とから構成されている。
【０１４６】
また、ステッピングモータ７は、２相ＰＭ型で２相励磁時のステップ角１８゜のものであり、周方向に均等なピッチの角度７２゜周期でＮＳ極を各５極着磁した永久磁石からなるロータ８と、Ａ相，Ｂ相ステータ５，６を構成する２相の励磁コイルとを備えている。さらに、Ａ相，Ｂ相ステータ５，６にはそれぞれ励磁コイルに通電した時にロータ８に対向する位置に７２゜周期でＮＳ極を各５極発生するヨークによる磁極を設けており、Ａ相，Ｂ相ステータ５，６のヨークによる磁極は互いに１８゜ずれて配置されている。
【０１４７】
ロータ軸９には角度４．５゜周期でスリットを設けた遮光板１０を固定し、この遮光板１０のスリット角度周期４．５゜の値は、ロータ８のマグネットの磁極形成の角度周期７２゜の整数分の１（ここでは１／１６）となるように決められている。特に、ステッピングモータ７の相数が２相であるため、２の倍数分の１（すなわち１／１６＝１／（２×８））の関係も満たすように選定されている。
【０１４８】
フォトセンサ１１は、発光側にＬＥＤ，受光側にフォトトランジスタを備えた透過型で、遮光板１０のスリットの有無に応じた出力信号を出力し、さらに遮光板１０と共にハウジング１２内に収容されており、取扱い中の破損やホコリ等の要因による汚損を防いでいる。このフォトセンサ１１の出力は２値化回路１３により２値化され、その２値化回路１３では、単にある基準値とフォトセンサ１１の出力とを比較して“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”の信号を出力するのでなく、２つの基準値間をトランスファーしたときのみ“Ｈｉｇｈ”，“Ｌｏｗ”の出力を切り替える構成としてチャタリングによる誤動作を防いでいる。この２値化回路１３の出力は制御手段４’に入力される。
【０１４９】
制御手段４’は制御部１４、指令値セレクタ１５、マイクロステップ駆動部１６、強制駆動部２０、駆動パターン発生部２１より構成される。
【０１５０】
マイクロステップ駆動部１６は制御部１４からの信号により電流指令値を変化させ、ステッピングモータ７のＡ相，Ｂ相ステータ５，６に流す電流比を変えてロータ８の静止角度を高分解能に制御するマイクロステップ駆動を行う。ロータ８の静止角度と電流比との関係はステッピングモータ７の磁気回路および負荷の状態に依存するため、あらかじめ等間隔のロータ静止角度を与える電流指令値を関数あるいはテーブルとして求めておく。これによりロータ８の静止角度とマイクロステップ駆動部１６の出力は一定の関係が保たれ、マイクロステップ駆動部１６の出力からロータ８の静止角度位置を知ることができる。
【０１５１】
強制駆動部２０は、マイクロステップ駆動部１６がその出力により保持している起動前のロータ８の角度位置情報により図１Ｂ、図１Ｃのような１６通りの強制駆動の指令値を生成する。この強制駆動部２０からの駆動手段１への指令値による駆動電圧は電源電圧１２Ｖの場合＋１２Ｖ，−１２Ｖ，０Ｖの３値をとる。図１Ｂ，図１Ｃ中、回転方向はステッピングモータ７のロータ８を回転させようとする方向、角度位置θはマイクロステップ駆動部１６がその出力により保持している起動前のロータ８の角度位置で、Ａ相ステータ５のみを正方向に励磁したときの角度位置を０°とし時計回り方向を正とする電気角で表示されている。
【０１５２】
電気角θと実際の角度θ１の関係は本実施の形態１のステッピングモータでは
θ１＝θ／５＋７２Ｎ  （式２）
ただし、Ｎは０〜４の任意の整数となる。これによりステッピングモータ７を強制駆動する。
【０１５３】
駆動パターン発生部２１はプログラマブルカウンタ等により構成され、２値化回路１３の出力を分周することにより指令値発生手段として、駆動手段１への指令値を生成する。この際に励磁切替タイミング発生手段として、制御部１４からの信号により、分周のしかたのパターンを予め定められたパターンの中から選択することができる。駆動パターン発生部２１からの駆動手段１への指令値により駆動電圧は任意の値をとることができる。
【０１５４】
指令値セレクタ１５は制御部１４からの信号により、駆動パターン発生部２１の出力、強制駆動部２０の出力、及びマイクロステップ駆動部１６の出力の中から１つを選択する。
【０１５５】
制御部１４は、回転方向、マイクロステップ駆動部１６がその出力により保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、及び２値化回路１３の出力により、駆動パターン発生部２１、強制駆動部２０、マイクロステップ駆動部１６、指令値セレクタ１５を制御する。
【０１５６】
以上のように構成したステッピングモータの制御装置の動作を説明する。
【０１５７】
本実施の形態１の構成では、モータの起動時には何らかの強制的な駆動を行う必要がある。ステッピングモータをある角度以上回転させようとする場合、最初、制御手段１４はマイクロステップ駆動部１６がその出力により保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を強制駆動部２０に与え、指令値セレクタ１５を強制駆動部２０の出力が選択された状態にする。強制駆動部２０では、これらの情報から図１Ｂ，図１Ｃに従い駆動手段１へ新たな指令値を２値化回路１３の出力とは無関係に出力する。これによりロータ８は回転を始め、２値化回路１３から、実際の回転角４．５°周期でパルスが出力される。
【０１５８】
このパルスが出力されはじめると制御部１４は、マイクロステップ駆動部１６がその出力により保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を駆動パターン発生部２１に与え、指令値セレクタ１５を駆動パターン発生部２１の出力が選択された状態にする。駆動パターン発生部２１では、予め定められたパターンに従い２値化回路１３の出力を分周することにより駆動手段１への指令値を生成する。これにより２値化回路１３からの出力に関連したタイミングで駆動手段１へ指令値列を出力する。
【０１５９】
この指令値列は、例えば各励磁コイルへの駆動電圧が最大１２Ｖで、Ａ相ステータ５の励磁コイルに１２Ｖ、Ｂ相ステータ６の励磁コイルに０Ｖが印加された状態から起動した場合は図２のようになる。
【０１６０】
図２は、Ａ相，Ｂ相のステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と、２値化回路の出力との時間関係を示すタイミングチャートである。図２において、ＡＶは制御手段４’から駆動手段１への指令値の結果Ａ相ステータ５の励磁コイルに印加される電圧、ＢＶは同様にＢ相ステータ６の励磁コイルに印加される電圧、ＦＧは２値化回路１３の出力でありそれぞれの時間との関係を示している。
【０１６１】
図２におけるＴ１の区間では、前述のように２値化回路１３の出力とは無関係な駆動が行われ、Ｔ２の区間では、その結果２値化回路１３から出力されたパルスに関連したタイミングで駆動が行われている。また、Ｔ４の区間では基本的に２値化回路１３から出力されたパルス４周期毎に、Ａ相，Ｂ相の出力が交互に反転し、その出力電圧は基本的に＋１２Ｖ，−１２Ｖである。ただし、各相の出力の反転直後から２値化回路１３の出力１周期分の時間だけ、出力電圧が低い値、±Ｖ１をとる。
【０１６２】
図３は本実施の形態１における図２に示すＴａのタイミングでのロータと駆動の位相関係を示す図である。ただし、図３では１ステップ角の１８°を９０°として描かれている。図３において、５はＡ相ステータ、６はＢ相ステータ、８はロータ、１９は仮想Ｎ極、θｄは駆動角である。
【０１６３】
仮想Ｎ極１９はＡ相ステータ５、Ｂ相ステータ６のそれぞれ発生する磁界の合成により生成される仮想のＮ極であり、この方向にロータ８のＳ極が誘引される。ロータ８のＳ極がこの仮想Ｎ極１９に誘引され、回転しようとする角度が駆動角θｄである。
【０１６４】
図３に示すように、このときの駆動角θｄは１８０°となっていて上限であり、従来例と同一であるが、従来例より実質的に２値化回路１３の出力が１周期分の時間だけ早く相の切り替えが行われるため、インダクタンス成分による遅れ時間の補正量をより大きくとることができる。
【０１６５】
なお、この場合、駆動最大電圧ＶｍａｘとＶ１の関係は（式３）となり、
Ｖ１＝Ｖｍａｘ・ｔａｎ２２．５°  （式３）
Ｖｍａｘ＝１２ＶではＶ１は約５Ｖである。
【０１６６】
また、回路の単純化のため、Ｖ１＝０Ｖとしてもそれなりの効果を得ることができる。
【０１６７】
図１Ｂ、図１Ｃに示すように、強制駆動の指令値のパターンに２相励磁の他に１相のみ励磁のパターンを設けることで、電磁力により駆動させようとする角度位置は０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°の８箇所となり、電磁力により回転させようとする角度のばらつきは９０°から１３５°の範囲に減少している。
【０１６８】
例えば、θ＝０°未満の位置から起動しようとし、実際のロータ位置が回転方向にずれていた場合のロータ位置と電磁力の関係を図４に示す。
【０１６９】
誤差角θｇのため駆動角θｄは小さくなっているが本実施の形態１では、この場合の駆動角θｄは誤差角θｇの無い場合でθｄ＝９０°あるので、多少の誤差角θｇが存在しても最大トルクの得られる約９０°に近い駆動角θｄで起動することができ、起動失敗の可能性が大きく減少する。
【０１７０】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、１は駆動手段、２はＡ相電流ドライバ、３はＢ相電流ドライバ、４”は制御手段、５はＡ相ステータ、６はＢ相ステータ、７はステッピングモータ、８はロータ、９はロータ軸、１０は遮光板、１１はフォトセンサ、１２はハウジング、１３は２値化回路、１４は制御部、１５は指令値セレクタ、１６はマイクロステップ駆動部、２０は強制駆動部、２２は駆動パターン発生部、２３はタイマ手段である。
【０１７１】
本実施の形態２を示す図５は、前記実施の形態１を示す図１で説明した構成にタイマ手段２３を設けたもので、駆動手段１，ステッピングモータ７，２値化回路１３等の内部構成やその動作については同様であるため、重複する説明は省略する。図５に示すように、制御手段４”は制御部１４，指令値セレクタ１５，マイクロステップ駆動部１６，強制駆動部２０，駆動パターン発生部２２，タイマ手段２３からなり、以下に各部の概要を説明する。
【０１７２】
マイクロステップ駆動部１６は、制御部１４からの信号により電流指令値を変化させ、ステッピングモータ７のＡ相，Ｂ相ステータ５，６に流す電流比を変えて、ロータ８の静止角度を高分解能に制御するマイクロステップ駆動を行う。ロータ８の静止角度と電流比との関係はステッピングモータ７の磁気回路および負荷の状態に依存するため、あらかじめ等間隔のロータ静止角度を与える電流指令値を関数あるいはテーブルとして求めておく。これによりロータ８の静止角度とマイクロステップ駆動部１６の出力は一定の関係が保たれ、マイクロステップ駆動部１６の出力からロータ８の静止角度位置を知ることができる。
【０１７３】
強制駆動部２０は、マイクロステップ駆動部１６がその出力により保持している起動前のロータ８の角度位置情報により前記実施の形態１と同様に図１Ｂ，
図１Ｃに示すように１６通りの強制駆動の指令値を生成する。これによりステッピングモータ７を強制駆動する。
【０１７４】
駆動パターン発生部２２はプログラマブルカウンタ等により構成され、２値化回路１３の出力を分周することにより駆動手段１への指令値を生成する。この際、制御部１４からの信号により、分周の仕方のパターンを予め定められたパターンの中から選択することができ、駆動パターン発生部２２からの駆動手段１への指令値による駆動電圧は電源電圧が１２Ｖの場合＋１２Ｖ，−１２Ｖの２値をとる。
【０１７５】
指令値セレクタ１５は制御部１４からの信号により、駆動パターン発生部２２の出力、強制駆動部２０の出力、マイクロステップ駆動部１６の出力の中から１つを選択する。
【０１７６】
制御部１４は、回転方向、マイクロステップ駆動部１６がその出力により保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、２値化回路１３の出力により駆動パターン発生部２２，強制駆動部２０，マイクロステップ駆動部１６，指令値セレクタ１５を制御する。
【０１７７】
タイマ手段２３は２値化回路１３の出力が入力され、この２値化回路１３の出力から一定時間後に出力するというものである。
【０１７８】
以上のように構成された本実施の形態２におけるステッピングモータの制御装置の動作を図を参照しながら説明する。前記実施の形態１と同様に、ステッピングモータ７を回転させようとする場合、制御手段１４は、マイクロステップ駆動部１６が保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、回転させる方向等の情報を強制駆動部２０に与え、指令値セレクタ１５を強制駆動部２０の出力選択にする。強制駆動部２０はこれらの情報から（図１Ｂ），（図１Ｃ）に従い駆動手段１へ新たな指令値を２値化回路１３の出力とは無関係に出力する。これによりロータ８は回転を始め、２値化回路１３から、実際の回転角４．５°周期でパルスが出力される。
【０１７９】
パルスが出力されはじめると制御部１４は、マイクロステップ駆動部１６が保持しているロータ８の起動前の角度位置情報、回転させる方向等の情報を駆動パターン発生部２２に与え、指令値セレクタ１５を駆動パターン発生部２２の出力選択にする。
【０１８０】
駆動パターン発生部２２はあらかじめ定められたパターンに従い２値化回路１３の出力を分周し駆動手段１への指令値を生成する。これにより２値化回路１３からの出力に関連したタイミングで駆動手段１へ指令値列を出力する。
【０１８１】
この指令値列は、例えば各励磁コイルへの駆動電圧が最大１２Ｖで、Ａ相ステータ５の励磁コイルに１２Ｖ、Ｂ相ステータ６の励磁コイルに０Ｖが印加された状態から起動した場合は図６のようになる。
【０１８２】
図６は、本実施の形態２におけるＡ相，Ｂ相のステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と、２値化回路の出力との時間関係を示すタイミングチャートである。図６において、Ａｖは制御手段４”から駆動手段１への指令値の結果Ａ相ステータ５の励磁コイルに印加される電圧、Ｂｖは同様にＢ相ステータ６の励磁コイルに印加される電圧、ＦＧは２値化回路１３の出力でそれぞれの時間との関係を示すものである。
【０１８３】
図６に示すＴ１の区間では、前述のように２値化回路１３の出力とは無関係な駆動が行われ、Ｔ２の区間では、その結果２値化回路１３から出力されたパルスに関連したタイミングで駆動が行われている。また、Ｔ５の区間では、概略２値化回路１３から出力されたパルス４周期毎に、Ａ相，Ｂ相の出力が交互に反転し、その出力電圧は＋１２Ｖ，−１２Ｖである。ただし、図６のように各相の反転後、タイマ手段２３によって定められる一定の時間Ｔから、２値化回路１３の出力１周期分の時間Ｔｆｇまでの間、出力を反転前の値に戻す。これは完全に反転前の値に戻す必要はなく、０Ｖとしてもよい。
【０１８４】
図７は、回転数が低く時間Ｔ＜Ｔｆｇの場合の、図６に示すＴａのタイミングでのＡ相，Ｂ相の電流の時間変化を示す図である。図７において，ＡｉはＡ相電流の時間変化、ＢｉはＢ相電流の時間変化である。図７に示すように、コイルのインダクタンス成分のために、電圧を反転させても電流は遅れて立ち上がり、図６に示すＴａの時点では、１２（Ｖ）／Ｒの値（Ｒ＝コイルＤＣ抵抗）よりも小さな値Ｉｍａｘをとり、時間Ｔｆｇを過ぎるまでにこの値を超えることはない。Ｉｍａｘはコイルのインダクタンス，コイルＤＣ抵抗，時間Ｔで決まる一定の値である。
【０１８５】
図８は本実施の形態２における図６のＴａのタイミングでのロータと駆動の位相関係を示す図である。ただし、図８では１ステップ角の１８°を９０°として描かれている。図８において、５はＡ相ステータ、６はＢ相ステータ、８はロータ、１９は仮想Ｎ極、θｄは駆動角である。
【０１８６】
仮想Ｎ極１９は、Ａ相ステータ５，Ｂ相ステータ６のそれぞれ発生する磁界の合成により生成される仮想のＮ極であり、この方向にロータ８のＳ極が誘引される。ロータ８のＳ極がこの仮想Ｎ極１９に誘引され、回転しようとする角度が駆動角θｄである。
【０１８７】
時間Ｔを適当な値に選ぶことにより、図８に示すように、図６のＴａのタイミングでも駆動角θｄを１８０°以下にすることができる。
【０１８８】
回転数が上昇して、時間Ｔ＞Ｔｆｇとなると、出力を反転前の値に戻す区間がなくなるので、従来例より２値化回路１３の出力１周期分の時間だけ早く相の切替えが行われることになり、インダクタンス成分による遅れ時間の補正量をより大きくとることができる。
【０１８９】
また、前記実施の形態１の場合と同様に、強制駆動の指令値のパターンに２相励磁の他に１相のみ励磁のパターンを設けているので、電磁力により駆動させようとする角度位置は０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°の８箇所となり、電磁力により回転させようとする角度のばらつきは９０°から１３５°の範囲となり減少している。
【０１９０】
このため、前記実施の形態１で説明したように、多少の誤差角が存在しても最大トルクの得られる９０°に近い駆動角θｄ起動することができ、起動失敗の可能性が大きく減少する。
【０１９１】
（実施の形態３）
図９は本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態３における構成を示すブロック図であり、光ディスクドライブに適用した場合の構成例である。図１０は本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態３におけるステッピングモータの閉ループ制御時のロータ位置と励磁位置関係の説明図、図１１は本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態１における第１の減速時の制御フローチャートである。
【０１９２】
図９において、１０１はヘッドで、光学的に光ディスク１０２に情報の記録、再生を行う。ヘッド１０１に取り付けられたナットピース１０３は、リードスクリュー１０４のネジ溝と嵌合しており、このリードスクリュー１０４はねじピッチが３ｍｍで、ステッピングモータ１０５と一体に連結され、これによりヘッド１０１はステッピングモータ１０５の回転に応じてガイドシャフト１０６に沿って直線的に往復駆動される。１０７は軸受で、シャーシ１０８に固定されてリードスクリュー１０４を回転自在に軸支している。光ディスク１０２はスピンドルモータ１０９により回転駆動されており、ヘッド１０１を目標位置に移送する際には、光ディスク１０２に書き込まれた現在位置のアドレスと目標位置のアドレスとから移送方向と移送距離が求められる。これに応じて、制御手段１１０がステッピングモータ１０５の制御動作を行う。
【０１９３】
ステッピングモータ１０５は２相ＰＭ型で２相励磁時のステップ角１８゜のものであり、角度７２°毎にＮＳ極が着磁され、１周でＮ極及びＳ極が５極ずつ着磁された永久磁石からなるロータ１２２とＡ相ステータ１２０及びＢ相ステータ１２１からなる２相の励磁コイルを備えている。Ａ相ステータ１２０及びＢ相ステータ１２１は、角度７２°毎にそれぞれのＮＳ極が励磁され、１周で５極ずつのＮＳ極を形成するそれぞれのヨークを有し、これらのヨークがロータの周囲に配置されている。Ａ相ステータの各磁極とＢ相ステータの各磁極は１８°相互にずれている。
【０１９４】
変位検出手段１２３は遮光板１２４、フォトセンサ１２５、ハウジング１２６、２値化回路１２７により構成されている。遮光板１２４は角度４．５゜周期でスリットを設けた円板であり、ロータ軸１２８に固定されている。遮光板１２４のスリット角度周期４．５゜の値は、ロータ１２２のマグネットの磁極形成の角度周期７２゜の整数分の１（ここでは２０）となるように決められている。特にステッピングモータ５の相数が２相であるため、２の倍数分の１（すなわち２０＝１／（２×８））の関係も満たすように選定されている。フォトセンサ１２５は発光側にＬＥＤ、受光側にフォトトランジスタを備えた透過型で、遮光板１２４のスリットの有無に応じた出力信号を出力する。フォトセンサ１２５は遮光板１２４と共にハウジング１２６内に収容され、取扱い中の破損やホコリ等の要因による汚損を防いでいる。フォトセンサ１２５の出力は２値化回路１２７により２値化される。
【０１９５】
このような構成により、変位検出手段１２３はステッピングモータ１０５の回転角４．５°毎にパルスを１個発生し、ステッピングモータの回転角を検出する。ロータ軸１２８はリードスクリュ−１０４と一体に回転し、リードスクリュ−１０４のねじピッチは３ｍｍなので、変位検出手段１２３はヘッド１０１が０．０３７５ｍｍ移動する毎に１個のパルスを発生することになる。この変位検出手段１２３の出力は制御手段１１０、計時手段１３０、基準値更新手段１３１、閉ループ駆動手段１１７に入力されている。
【０１９６】
駆動手段１１１はＡ相電流ドライバ１１２、Ｂ相電流ドライバ１１３の独立した２チャンネルの電流ドライバからなり、それぞれ指令値セレクタ１１４から出力される電流指令量を表すデジタルデータに基づき、Ａ相ステータ１２０、Ｂ相ステータ１２１に電流を供給しステッピングモータ１０５を駆動する。Ａ、Ｂ相電流ドライバは具体的には入力したデジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からのアナログ信号を増幅して出力する増幅器とから構成されている。
【０１９７】
マイクロステップ駆動手段１１６はそれ自身が内部発生するタイミング信号に基づいて、駆動手段１１１に電流指令値を表すデジタルデータを出力し、開ループ制御によるマイクロステップ駆動を行う。具体的には、Ａ相ステータ１２０及びＢ相ステータ１２１に流す駆動電流比を変えてマイクロステップ駆動を行い、ロータ１２２の静止角度を高分解能に制御する。
【０１９８】
閉ループ駆動手段１１７は基本的に変位検出手段１２３の出力を分周等の手段により変換することによりロータ１２２の磁極検出を行い、このタイミングに合わせて電流指令値を切り換えることによりステッピングモータの閉ループ駆動を行う。具体的には、まず閉ループ駆動手段１１７によるステッピングモータ１０５の回転起動時に、それまでマイクロステップ駆動手段１１６により保持されていたロータ１２２の角度位置情報に応じてＡ相ステータ１２０及びＢ相ステータ１２１の初期励磁状態を選択すると共に、変位検出手段１２３の出力パルスとロータ１２２の磁極との初期位相合わせを行う。これによりロータ１２２が回転を始めて変位検出手段１２３からパルスが出力されると、閉ループ駆動手段１１７はこのパルスをカウントし、所定数毎に電流指令値を切り換える動作を行う。
【０１９９】
電圧制御手段１１５は後述する速度ｖと速度指令値の誤差を算出する速度比較器１３５の出力が入力された速度誤差−電圧変換手段１１９からの情報に基づき、出力すべき電圧を変化させる。
【０２００】
計時手段１３０は変位検出手段１２３の出力よりも十分に短い周期を持ち、かつ、その周期誤差が十分小さい基準クロックを発生する基準クロック発生器、基準クロックをカウントするカウンタ等より成り、変位検出手段１２３から出力された最後のパルスから現在までに発生したクロックをカウントすることにより、変位検出手段１２３から出力された最後のパルスからの時間を計測し、その値ｔを出力する。
【０２０１】
基準値更新手段１３１はラッチ１３２と乗算手段１３３とから構成され、制御手段１１０からの指令により、後述するように計時手段１３０の出力との比較の基準となる基準値ｔｓを出力する。ラッチ１３２は計時手段１３０の出力を、変位検出手段１２３の出力をトリガーとしてホールドする。これにより、ラッチ１３２は、変位検出手段１２３の最後のパルスとその１つ前のパルスとの周期ｔ’を出力する。乗算手段１３３はラッチ１３２の出力ｔ’に予め設定されたある定数ｋを掛けて基準値ｔｓを出力する。この定数ｋは１よりも大きな数、例えば１．５に設定されている。
【０２０２】
基準値更新手段１３１の出力ｔｓと計時手段の出力ｔとは比較され、これにより、減速時、通常の減速動作と、後述する速度回復状態との切り換えが行われ、計時手段の出力ｔが基準値更新手段の出力ｔｓよりも小さい場合は通常の減速動作が行われ、大きい場合、すなわち変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりもｋ倍以上に延びた場合には後述する速度回復状態となる。
【０２０３】
切換手段１３７は制御手段１１０の一部として構成され、入力されたｔとｔ’から以下の条件に従い一方を選択して出力する。すなわち、計時手段の出力ｔが基準値更新手段の出力ｔｓよりも小さい場合はｔ’が選択され、大きい場合、すなわち変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりもｋ倍以上に延び、速度回復状態となった場合にはｔが選択される。
【０２０４】
速度検出手段１３４はこのｔまたはｔ’の逆数に適当な定数を掛けることにより、速度ｖを計算して出力する。この速度ｖの意味は、ｔが入力されているときは変位検出手段１２３からのパルスの周期を測定することにより得られた測定速度であり、通常の減速動作ではこの値に基づいた速度制御が行われる。ｔ’が入力されている場合は、現時点で仮に変位検出手段１２３よりパルスが出力された場合に想定される仮想速度であり、速度回復状態ではこの仮想速度に基づいた速度制御が行われる。
【０２０５】
速度比較器１３５は速度指令値と速度ｖを比較し、その差に比例した値を出力する。速度誤差−電圧変換手段１１９は速度比較器１３５の出力に適当なゲインを掛け、また周波数特性を補償する等の操作により速度比較器１３５の出力をステッピングモータの駆動電圧に変換する。指令値セレクタ１１４は制御手段１１０からの信号によりマイクロステップ駆動手段１１６の出力、電圧制御手段１１５の出力のどちらか１つを選択し、制御手段１１０は指令値セレクタ１１４、マイクロステップ駆動手段１１６、閉ループ駆動手段１１７、基準値更新手段１３１を制御する。
【０２０６】
次に、以上のように構成した光ディスクドライブの動作を説明する。
【０２０７】
光ディスクドライブにおける通常の記録、再生動作中はヘッド１０１はディスク１０２のあるトラックをトレースしており、このとき、マイクロステップ駆動手段１１６はステッピングモータ１０５を駆動している。このマイクロステップ駆動手段１１６はＡ相ステータ１２０、Ｂ相ステータ１２１に流す駆動電流比を１６段階に変えることにより、１６分割のマイクロステップ駆動を行っており、通常の２相励磁駆動（本実施の形態では１ステップ１５０μｍ）の１／１６である９．３７５μｍの高分解能でヘッド１０１を送っている。したがってステッピングモータ１０５は２相励磁時の静止角度位置のみならず、ほぼ任意の角度位置に静止する。
【０２０８】
現在再生中のトラックから別のトラックへ移動する動作をシークと呼称し、この場合、制御手段１１０はディスク１０２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較から、まず、移動方法を決定する。移動距離が極めて短く、トラック数本程度の場合はステッピングモータ１０５を回転させることなく、トラッキングアクチュエータの動作のみで移動し、移動距離が１ｍｍ程度の場合、マイクロステップ駆動手段を用いステッピングモータ１０５をマイクロステップで駆動することにより、目標トラックに移動する。それ以上の距離の場合、閉ループ駆動手段１１７を用い変位検出手段１２３の出力を分周等の手段により変換することによりステッピングモータ１０５の駆動指令値を発生し、これにより変位検出手段１２３の出力に関連した駆動を行いヘッド１０１を移送する。
【０２０９】
以下、その際のステッピングモータ１０５の動作を説明する。
【０２１０】
最初、制御手段１１０はヘッド１０１のトラッキングアクチュエータの動作を止め、次にステッピングモータ１０５の回転方向を決定する。ここでは回転方向は時計方向とする。この時点ではステッピングモータ１０５はマイクロステップ駆動手段１１６により駆動され、通常は静止状態である。ステッピングモータ１０５をある角度以上回転させようとする場合、最初、制御手段１１０はマイクロステップ駆動手段１１６がその出力により保持しているロータ１２２の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を閉ループ駆動手段１１７に与え、指令値セレクタ１１４を閉ループ駆動手段１１７の出力が入力されている電圧制御手段１１５が選択された状態にする。閉ループ駆動手段１１７はこれらの情報からあらかじめ定められた手順に従い駆動手段１１１へ新たな指令値を回転角検出手段の出力とは無関係に出力する。これによりロータ１２２は回転を始め、変位検出手段１２３から、実際の回転角４．５°周期でパルスが出力される。
【０２１１】
パルスが出力されはじめると制御装置１１０はマイクロステップ駆動手段１１６がその出力により保持しているロータ１２２の起動前の角度位置情報、回転させようとする方向等の情報を分周手段に与え、指令値セレクタ１１４を電圧制御手段１１５の出力が選択された状態にすることにより閉ループ駆動手段１１７の指令値を１１１の駆動手段に入力する。この閉ループ駆動手段１１７は予め定められたパターンに従い変位検出手段１２３の出力を分周することにより駆動手段１１１への指令値を生成する。これにより変位検出手段１２３からの出力に関連したタイミングで駆動手段１１１へ指令値列を出力し、ステッピングモータ１０５は変位検出手段１２３からの出力に関連したタイミングで駆動される。
【０２１２】
変位検出手段１２３の出力は回転角４．５°周期であり、ステップ角１８°の丁度１／４になっており、また、閉ループ駆動手段１１７は変位検出手段１２３の出力４パルス毎にその出力を変化させるように構成されているので、各ステータへの励磁電流の切り換えは、ロータの磁極とステータとの角度位置関係において、一定の角度位置で行うことができる。この様子を図１０を用いて更に説明する。
【０２１３】
図１０においては実際には５組あるロータの永久磁石のＮＳ極及び、Ａ相ステータ及びＢ相ステータのＮＳ極を１組に簡略化して示しているので図１０における角度θと実際の角度θ０との関係は本実施の形態におけるステッピングモータでは次の式（式４）であらわされる。
θ０＝θ／５＋７２Ｎ  （式４）
但し、Ｎは０〜４の任意の整数であり、角度θは電気角と呼称する。以降の説明では特に断らない限りすべての角度を電気角とする。
【０２１４】
図１０において１３７はＡ相ステーター、１３８はＢ相ステーター、１３９はローター、１４０は仮想Ｓ極位置、１４１は変位検出手段１２３のパルス発生位置である。Ａ相及びＢ相を共に正方向に励磁すると、Ａ相ステーター１３７、Ｂ相ステーター１３８により発生する磁界の合成による仮想Ｓ極１４０が図中のＡ＝＋，Ｂ＝＋の角度位置に発生するものとする。他の状態に励磁した場合も同様である。ロータ１３９のＮ極が図２の角度位置にある状態をΘ＝０°とし、時計廻りの回転を正とする。
【０２１５】
ロータ１３９のＮ極がこの状態Θ＝０°から時計廻りに回転させる場合について説明すると、まず、閉ループ駆動手段１１７から出力される最初の強制駆動の指令値はＡ相を負方向に励磁しＢ相を正方向に励磁する状態である。このとき仮想Ｓ極１４０の位置は図中のＡ＝−，Ｂ＝＋の角度位置に発生する。ロータ１３９のＮ極はこの仮想Ｓ極１４０に誘引される。
【０２１６】
この状態で、ロータ１３９のＮ極と仮想Ｓ極１４０のなす角は１３５°となる。この、励磁によって発生した磁極とこれによって誘引されるロータ１３９の磁極のなす角を駆動角Ψとし、ロータが回転方向（この場合時計廻り方向）に誘引される場合を正とすると、この駆動角Ψ＝１３５°によりロータ１３９は回転をはじめ、変位検出手段１２３よりパルスが出力される。このパルスを４カウントした時点で最初の相切り換えが行われる。最初の相切り換えが行われた直後の指令値はＡ相を負方向に励磁しＢ相を負方向に励磁する状態である。この状態は図１０より明らかなように最初の強制駆動の指令値に対し９０°進んだ位置となり、また、Ψ＝１３５°〜１５７．５°である。Ψの値がある範囲をもつのは、遮光板１２４とロータ１２２及びフォトセンサ１２５の位置関係が無調整であり、このため変位検出手段１２３より出力されるパルスの位相が２２．５°の範囲でばらつくためである。この程度のばらつきはモータの特性に大きな影響を与えない。
【０２１７】
この相切り換えによりロータ１３９は更に回転し、変位検出手段１２３よりパルスが出力される。図１０のようにこのパルスを最初の相切り換え後３カウントした時点で２回目の相切り換えを行い、指令値をＡ相を正方向に励磁しＢ相を負方向に励磁する状態とする。この状態は図１０より明らかなように指令値は最初の相切り換え後の指令値に対し９０°進んだ位置となる。一方この時点でのロータ１３９の位置は最初の相切り換え後の位置に対し変位検出手段１２３よりのパルス３パルス分、すなわち６７．５°進んだ位置である。よって差し引きΨは２２．５°だけ大きくなり、Ψ＝１５７．５°〜１８０°となる。これは回転数が高くなることによるコイルのインダクタンス成分による電流の遅れの影響を補正するためである。
【０２１８】
これによりロータ１３９は更に回転し、変位検出手段１２３よりパルスが出力される。図１０のようにこのパルスを最初の相切り換え後７カウントした時点で３回目の相切り換えを行い、指令値をＡ相を正方向に励磁しＢ相を正方向に励磁する状態とする。この状態は図１０より明らかなようにこの指令値は２回目の相切り換え時の指令値に対し９０°進んだ位置となる。一方この時点でのロータ１３９の位置は２回目の相切り換え時の位置に対し変位検出手段１２３よりのパルス４パルス分、すなわち９０°進んだ位置である。よってΨの値に変化はなく、Ψ＝１５７．５°〜１８０°となる。以降同様に４パルス毎に指令値を９０°進めるのでΨの値は１５７．５°〜１８０°のまま一定となる。
【０２１９】
以上説明した手順により、ステッピングモータ１０５は回転を開始し、次第に回転数が上昇する。
【０２２０】
一方変位検出手段１２３の出力は計時手段１３０、ラッチ１３２にも入力され、実際の速度が速度検出手段１３４より出力される。この、実際の速度は速度比較器１３５で、制御手段１１０より出力される速度指令値と比較され、その差に比例した値が出力される。この出力は速度誤差−電圧変換手段１１９により適当なゲインを掛け、また周波数特性を補償する等の操作によりステッピングモータの駆動電圧に変換され、電圧制御手段１１５に入力されて駆動電圧が制御される。これにより、概略速度指令値と速度ｖの差に比例した駆動電圧でモータが駆動され、モータ角速度はヘッド１０１が速度指令値になるよう制御される。一般的にはこの速度指令値は最初最大電圧でステッピングモータが駆動されるよう設定され、次にある一定の速度になるよう設定されている。
【０２２１】
以上に記述した手順により、ヘッド１０１は目標トラックに向かい移動する。
【０２２２】
目標トラックが近づくと、減速を開始するが、この減速動作は２段階で行われる。すなわち、減速の開始からある速度までは閉ループ駆動手段１１７により駆動して、一定の減速カーブを速度指令値として速度比較器に入力し、駆動電圧を電圧制御手段１１５により駆動電圧をコントロールすることにより減速する。これを第１の減速と呼称する。
【０２２３】
第１の減速はヘッドの速度をできるだけ短時間で減少させるため大きな減速率で減速を行う。本実施の形態３の場合、２００，０００ＰＰＳ／ｓ＝３０ｍ／ｓ／ｓになっており、速度がある速度、例えば４４０ＰＰＳ＝６６ｍｍ／ｓに達すると再びマイクロステップ駆動手段１１６による動作に切り換え、更に減速する。これを第２の減速と呼称する。これはヘッド１０１の位置と速度を微妙にコントロールし、再びトラッキングアクチュエータを動作させるための条件を作り出すためのものであり、減速率は１４，０００ＰＰＳ／ｓ＝２．１ｍ／ｓ／ｓと小さい。
【０２２４】
速度検出手段１３４から実際の速度の値が出力されるが、速度が低下すると変位検出手段１２３の出力の周期が長くなるので速度検出手段１３４からの実際の速度の値は高速時時と比較して遅れて出力されるようになる。
【０２２５】
次に前記第１の減速時の動作について、図１１を参照しながら説明する。
【０２２６】
第１の減速が開始されるとステップ（図面ではＳと表記する）４２で変位検出手段１２３からパルスが出力されたかどうか判断し、パルスが出力された場合ｔ’の値が最新の情報に更新されているのでステップ４６で変位検出手段１２３からのパルスの間隔であるｔ’を速度検出手段１３４に出力する。これにより速度検出手段１３４からは、変位検出手段１２３からのパルスの周期を測定することにより得られた測定速度が速度ｖとして出力され通常の速度制御が行われる。
【０２２７】
その後ステップ５０で、この速度ｖが第１の減速終了の条件を満足したかどうか判断する。これは速度ｖがある速度以下に達すると満足され、この場合６６ｍｍ／ｓ以下である。この条件を満足した場合、第１の減速を終了し、満足しなかった場合ステップ４２の判断を繰り返す。
【０２２８】
パルスが出力されるまでの間は、ステップ４３で計時手段１３０の出力ｔと基準値ｔｓを比較し、計時手段１３０の出力ｔが基準値ｔｓより小さい場合、ステップ４２の判断を繰り返し、変位検出手段１２３より次のパルスが出力されればステップ４６以降の動作を行い、されなければステップ４３の判断を繰り返す。
【０２２９】
ステップ４３の判断で計時手段１３０の出力ｔが基準値ｔｓより大きくなっても変位検出手段１２３よりパルスが出力されなかった場合、すなわち、変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりもｋ倍以上になった場合、ステップ４９以降の動作を行うことにより速度回復状態に入り、速度を上げる操作をする。速度回復状態の詳細については後述する。
【０２３０】
計時手段１３０の出力は変位検出手段１２３より最後にパルスが出力されてからの時間を出力するので時間の経過により出力値が増大し、また、基準値ｔｓはすでに説明したように変位検出手段よりパルスが出力される毎に更新され、常に、最後のパルス間隔でもあるｔ’に一定の係数を掛けた値になっている。すなわち、
基準値ｔｓの間隔でパルスが出力された場合、このときの速度は常に最後のパルス間隔でもあるｔ’で求められた速度より一定の割合だけ低い値となっている。
【０２３１】
よってこの速度をその時点での速度の下限値として設定することにより、常に、最後のパルス間隔でもあるｔ’で求められた速度より一定の割合だけ低い速度になった時点で速度の異常低下を検出することができ、いかなる速度においても速度の低下を確実に検出でき高回転域での制御の外れを短時間で検出することと、低回転域での制御外れの誤検出を防ぐことを両立することができる。
【０２３２】
ステップ４９以降の速度回復状態に入ると、ステップ４９で駆動角Ψを２２．５°小さくしΨ＝１３５°〜１５７．５°とする。これは閉ループ駆動手段１１７における変位検出手段１２３の出力の分周周期を通常４分周であるのを１回だけ５分周とすることにより容易に実現できる。次に、ステップ４５で、切換手段１３７により速度検出手段１３４への出力をｔ’から計時手段１３０の出力であるｔに切り換えることにより速度ｖを現時点で仮に変位検出手段１２３よりパルスが出力された場合に想定される仮想速度に切り換える。これにより電圧制御手段１１５からはそれに対応する値が出力され駆動出力を変化させる。
【０２３３】
ｔの値は変位検出手段１２３から最後に出力されたパルスからの経過時間なので、この値を速度検出手段１３４に出力することにより得られる速度ｖは、時間の経過により値が低くなっていく。速度が低くなると速度比較器により検出される速度誤差が大きくなり、電圧制御手段１１５からの出力は速度誤差に比例するのでこの出力は徐々に増大する。
【０２３４】
一般に速度が低下した場合は駆動電圧を大きくすることでモータのトルクを増やし、加速力を増加することにより速度の増大を図るのであるが、本実施の形態３では、前述のように、Ψ＝１５７．５°〜１８０°となっている。これは回転数が高い場合のコイルのインダクタンス成分による電流の遅れの影響を補正するためであり、これにより、より高い最高回転数が可能になり、結果的にシークを高速化することができる。
【０２３５】
しかしながら実際の駆動を考えると、マイクロステップ駆動手段１１６がその出力により保持しているロータ１２２の起動前の角度位置情報は摩擦等により、誤差を持っている。この誤差はある光ディスク装置では±１４°程度と見込まれているので、これにより、実際の駆動角ΨはΨ＝１４３．５°〜１９４°となり、１８０°を超える場合があるが、加速時は一般に最大の加速力で加速し、回転数の低い領域で微妙な速度制御を行う必要がなく、かつ、本実施の形態３のように、起動時は安定に起動するための特別な起動手順をとり、この手順においては回転数の低い回転開始時は駆動角Ψは小さな値になっているので問題はなく、また、加速終了後の一定速回転状態では前述のようにコイルのインダクタンス成分による電流の遅れの影響により、駆動電流に対するΨの値は小さな値となり問題はない。
【０２３６】
しかし、減速時にはコイルのインダクタンス成分による電流の遅れの影響が少なくなる回転数の低い領域で微妙な速度制御を行う必要があり、特に、Ψが１８０°を超える状態で、低速時に加速を行うため駆動電流を増加すると、逆にブレーキとして作用し、動作が不安定になり停止する可能性がある。それでも単調に減速のみを行っている場合はそれほど問題にならないが、急な負荷の増加等による減速からの回復等で特に低速時に加速動作を行う場合、死点を超える角度で駆動すると当然、逆に減速してしまう。
【０２３７】
駆動角Ψを２２．５°小さくしΨ＝１３５°〜１５７．５°とすることによりマイクロステップ駆動手段１１６がその出力により保持しているロータ１２２の起動前の角度位置情報の摩擦等による誤差±１４°を見込んでも駆動角Ψの範囲はΨ＝２４°〜１７１．５°となり１８０°を超えることはなく、これにより、駆動電圧を増加させることにより、確実にモータのトルクを増大させることができる。
【０２３８】
前述したようにｔの値は変位検出手段１２３から最後に出力されたパルスからの経過時間なので、この値を速度検出手段１３４に出力することにより得られる速度ｖは、時間の経過により値が低くなっていく。速度が低くなると速度比較器により検出される速度誤差が大きくなる。電圧制御手段１１５からの出力は速度誤差に比例するのでこの出力は徐々に増大する。
【０２３９】
このように出力電圧の増大は時間の経過とともに漸増的に行われ、しかも通常の制御とまったく同様に速度誤差に比例する形でおこなわれるため、駆動系にモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があっても確実にモータの停止を防止でき、大きなオーバーシュートが発生することもない。
【０２４０】
次にステップ４７で電圧制御手段１１５の出力が可能な最大値になっているかどうか判断し、最大値になっていなければ、ステップ４８で変位検出手段１２３より次のパルスが出力されたかどうか判断し、出力されなければステップ４５以降の動作を繰り返し、出力された場合ステップ４６以降の動作を行う。
【０２４１】
変位検出手段１２３よりパルスが出力されずステップ４７で電圧制御手段からの出力が最大になったと判断された場合、ステッピングモータの再起動を行い、シークを最初からやり直す。
【０２４２】
以上説明したような手順で第１の減速動作を行う。
【０２４３】
この第１の減速動作が終了すると第２の減速動作に入り再びマイクロステップ駆動手段１１６による動作に切り換え、更に減速し、ヘッド１０１の位置と速度を微妙にコントロールし、再びトラッキングアクチュエータを動作させるための条件を作り出す。
【０２４４】
本実施の形態３の場合、第２の減速動作へは４４０ＰＰＳ＝６６ｍｍ／ｓまで減速した時点で切り換えられる。第２の減速動作はマイクロステップ駆動により行われる。マイクロステップ駆動の初期速度指令値は第１の減速動作の終了時の速度指令値と同じ値になっており、また、切り換え時の駆動角Ψの値は第１の減速終了時における値と一定の関係を持ち、より小さな値が選択されている。第２の減速動作の開始時の速度指令値とこのときの速度ｖの差が大きいと第２の減速動作に入った際振動を発生する場合があるので、第１の減速ではこの面からも速度を精度よく制御する必要がある。
【０２４５】
第２の減速動作では光ディスク１０２のトラック数百本程度の距離を移動しながらゆるやかに減速する。この減速の後再びトラッキングアクチュエータが動作し、シーク後のトラックをトレースし始めると制御手段１１０は再びディスク１０２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較を行い、両者が一致している場合は移動の動作を終了し、一致していない場合は一致するまで上記の動作を繰り返す。
【０２４６】
以上のように、本実施の形態３によれば以下の効果を得ることができる。
（１）基準値がその時の速度に応じて変化するのでいかなる速度においても速度の低下を確実に検出でき高回転域での制御の外れを短時間で検出することと、低回転域での制御外れの誤検出を防ぐことを両立することができる。
（２）出力電圧の増大は時間の経過とともに漸増的に行われ、しかも通常の制御とまったく同様に速度誤差に比例する形でおこなわれるため、駆動系にモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があっても確実にモータの停止を防止でき、大きなオーバーシュートが発生することもない。
（３）急な負荷の増加等による減速からの回復等で特に低速時に加速動作を行う場合にも、死点を超える角度で駆動することがなくなり、確実に速度を回復できる。
【０２４７】
なお、本実施の形態３では速度回復状態では単にｔの値を速度検出手段１３４に出力することにより電圧制御手段１１５からそれに対応する値を出力させて駆動出力を変化させるようにしたが、速度回復状態に入った時点で速度誤差に対する駆動電圧の関係を通常のものとは異なるものに変更するようにしてもよく、また、速度回復状態に入った時点で出力最大とし、一定時間経過しても変位検出手段２３よりパルスが出力されなかった場合に再起動を行うようにしてもよい。更に、駆動角Ψを小さな値に変更するのは速度回復状態に入った時点からとしたが、減速開始からとしてもよい。
【０２４８】
（実施の形態４）
図１２は本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態４における構成を示すブロック図であり、光ディスクドライブに適用した場合の構成例である。図１３は本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態４における減速時の制御フローチャートである。
【０２４９】
図１２において、制御手段１１０Ａ、基準値更新手段１３１Ａ、切換手段１３７Ａを除く全構成および動作は実施の形態３と同一であるので同一部分には同一符号を付し、個々についての詳細な説明は省略する。
【０２５０】
実施の形態３と異なるのは、基準値更新手段１３１Ａに許容加速度を格納したメモリ１１８を設け、乗算手段１３３に換えて基準値算出手段１３６を設けた点、切換手段１３７Ａの動作、および制御手段１１０Ａの第１の減速時の動作において、実施の形態３で再起動となる条件とその場合の動作である。
【０２５１】
基準値更新手段１３１Ａはラッチ１３２と基準値算出手段１３６とメモリ１１８とから構成され、制御手段１１０Ａからの指令により、後述するように計時手段１３０の出力との比較の基準となる基準値ｔｓ１を出力する。ラッチ１３２は計時手段１３０の出力を、変位検出手段１２３の出力をトリガーとしてホールドする。これにより、ラッチ１３２は、変位検出手段１２３の最後のパルスとその１つ前のパルスとの周期ｔ１’を出力する。周期ｔ１’はこの逆数に適当な定数を掛けることにより後述する速度ｖ１とすることができる。メモリ１１８には各速度における許容加速度値が格納されている。
【０２５２】
基準値算出手段１３６はラッチ１３２の出力ｔ１’の逆数に適当な定数を掛けることによりその時点での実際の速度を検出し、この速度をメモリ１１８に参照することによりこの実際の速度における許容加速度値を求め、この許容加速度値を実際の速度に加算し、この逆数を求め、適当な定数を掛けることにより基準値ｔｓ１を出力する。
【０２５３】
実際の減速動作では予め、速度毎に目標とする減速加速度が定められており、速度の変化はこの値になるように制御される。したがって、この加速度値に例えば１以上のある一定値ｋ１を掛けた値をこの許容加速度値とし、これを先ほどの実速度に加算した値はその時点での速度の目標値よりも常にある一定の割合だけ小さな値となる。ｋ１は例えば１．５程度の値とすることができる。
【０２５４】
基準値更新手段１３１Ａの出力ｔｓ１と計時手段の出力ｔ１とは比較され、これにより、減速時、通常の減速動作と、後述する速度回復状態との切り換えが行われる。計時手段の出力ｔが基準値更新手段の出力ｔｓよりも小さい場合は通常の減速動作が行われる。
【０２５５】
計時手段の出力ｔが基準値更新手段の出力ｔｓよりも大きい場合、すなわち変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりも伸び、この周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度が前回の周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度に比べ、メモリ１１８に格納されたこの速度における許容加速度値のｋ１倍以上に減速した場合、後述する速度回復状態となる。
【０２５６】
切換手段１３７Ａは制御手段１１０の一部として構成されｔ１とｔ１’が入力し、以下の条件に従い一方を選択して出力する。すなわち、計時手段の出力ｔ１が基準値更新手段の出力ｔｓ１よりも小さい場合はｔ１’が選択され、計時手段の出力ｔ１が基準値更新手段の出力ｔｓ１よりも大きい場合、すなわち変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりも伸び、この周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度が前回の周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度に比べ、メモリ１１８に格納されたこの速度における許容加速度値のｋ１倍以上に減速し、後述する速度回復状態となった場合にはｔが選択される。ここで、速度ｖ１の意味は、ｔ１が入力されているときは変位検出手段１２３からのパルスの周期を測定することにより得られた測定速度であり、通常の減速動作ではこの値に基づいた速度制御が行われる。
【０２５７】
ｔ１’が入力されている場合は、現時点で仮に変位検出手段１２３よりパルスが出力された場合に想定される仮想速度であり、速度回復状態ではこの仮想速度に基づいた速度制御が行われる。速度比較器１３５は速度指令値と速度ｖ１を比較し、その差に比例した値を出力する。
【０２５８】
次に、制御手段１１０Ａの第１の減速時の動作について、図１３を参照しながら説明する。
【０２５９】
まず、第１の減速が開始されるとステップ５１で変位検出手段１２３からパルスが出力されたかどうか判断し、パルスが出力された場合ｔ１’の値が最新の情報に更新されているのでステップ５６で変位検出手段１２３からのパルスの間隔であるｔ１’を速度検出手段１３４に出力する。これにより速度検出手段１３４からは、変位検出手段１２３からのパルスの周期を測定することにより得られた測定速度がｖ１として出力され通常の速度制御が行われる。
【０２６０】
その後、ステップ６０で、この速度ｖ１が第１の減速終了の条件を満足したかどうか判断する。これは速度ｖ１がある速度以下に達すると満足される。本実施の形態４の場合６６ｍｍ／ｓ以下である。この条件を満足した場合第１の減速を終了し、満足しなかった場合ステップ５１の判断を繰り返す。パルスが出力されるまでの間は、ステップ５３で計時手段の出力ｔ１と基準値ｔｓ１を比較する。
【０２６１】
計時手段１３０の出力ｔ１が基準値ｔｓ１より小さい場合、ステップ５１の判断を繰り返し、変位検出手段１２３より次のパルスが出力されればステップ５６以降の動作を行い、されなければステップ５３の判断を繰り返す。ステップ５３の判断で計時手段１３０の出力ｔ１が基準値ｔｓ１より大きくなっても変位検出手段１２３よりパルスが出力されなかった場合、すなわち、変位検出手段１２３からのパルスの周期が前回よりも伸び、この周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度が前回の周期の逆数に適当な定数を掛けることにより求められる速度に比べ、メモリ１１８に格納されたこの速度における許容加速度値のｋ１倍以上に減速した場合、ステップ５９以降の動作を行うことにより速度を上げる操作をする。
【０２６２】
この状態を速度回復状態と呼称し、詳細は実施の形態３のものと同様なものである。
【０２６３】
計時手段１３０の出力は変位検出手段１２３より最後にパルスが出力されてからの時間を出力するので時間の経過により出力値が増大し、また、基準値ｔｓ１はすでに説明したように変位検出手段よりパルスが出力される毎に更新され、この周期で変位検出手段１２３よりパルス出力された場合、実際の速度は常に、目標速度よりも一定割合低い値になっている。
【０２６４】
よってこの速度をその時点での速度の下限値として設定することにより、常に、目標速度よりも一定の割合だけ低い速度になった時点で速度の異常低下を検出することができ、いかなる速度においても速度の低下をより確実により精度よく検出でき高回転域での制御の外れを短時間で検出することと、低回転域での制御外れの誤検出を防ぐことを両立することができる。
【０２６５】
ステップ５９以降の速度回復状態に入ると、実施の形態３と同様に、ステップ５９で駆動角Ψを２２．５°小さくし、Ψ＝１３５°〜１５７．５°とする。これは閉ループ駆動手段１１７における変位検出手段１２３の出力の分周周期を通常４分周であるのを１回だけ５分周とすることにより容易に実現できる。
【０２６６】
次にステップ５５で、切換手段１３７Ａにより速度検出手段１３４への出力をｔ１’から計時手段１３０の出力であるｔ１に切り換えることにより速度ｖ１を現時点で仮に変位検出手段１２３よりパルスが出力された場合に想定される仮想速度に切り換える。これにより電圧制御手段１１５からはそれに対応する値が出力され駆動出力を変化させる。
【０２６７】
ｔ１の値は変位検出手段１２３から最後に出力されたパルスからの経過時間なので、この値を速度検出手段１３４に出力することにより得られる速度ｖ１は、時間の経過により値が低くなっていく。速度が低くなると速度比較器により検出される速度誤差が大きくなり、電圧制御手段１１５からの出力は速度誤差に比例するのでこの出力は徐々に増大する。
【０２６８】
このように出力電圧の増大は時間の経過とともに漸増的に行われ、しかも通常の制御とまったく同様に速度誤差に比例する形でおこなわれるため、駆動系にモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があっても確実にモータの停止を防止でき、大きなオーバーシュートが発生することもない。
【０２６９】
次にステップ５７で速度ｖ１が第１の減速終了速度以下かどうかを判断し、速度ｖが第１の減速終了速度以下になっていなければ、ステップ５８で変位検出手段２３より次のパルスが出力されたかどうか判断し、出力されなければステップ５５以降の動作を繰り返し、出力された場合ステップ５６以降の動作を行う。
【０２７０】
変位検出手段１２３よりパルスが出力されずステップ５７で速度ｖ１が第１の減速の終了速度以下になったと判断された場合、第１の減速を終了し、第２の減速動作に入る。この時点ではｔ１を速度検出手段１３４に出力しているので、変位検出手段１２３よりパルスが発生しなければ値が更新されないｔ１’と比べ、確実に、第１の減速動作の終了を検出できる。この時点で第１の減速動作を終了した場合は本来の減速指令値の曲線からはずれた状態で第１の減速を終了し、第２の減速に入る。したがって、第２の減速が終了した時点での現在位置アドレスと目標位置アドレスのずれは大きくなるが、これにより再起動の手順をなくすことができ、結果的に平均のシーク時間を短縮することができる。
【０２７１】
以上説明したような手順で第１の減速動作を行う。
【０２７２】
第１の減速動作が終了すると第２の減速動作に入り、再びマイクロステップ駆動手段１１６による動作に切り換え、更に減速し、ヘッド１０１の位置と速度を微妙にコントロールし、再びトラッキングアクチュエータを動作させるための条件を作り出す。
【０２７３】
本実施の形態４の場合、第２の減速動作へは４４０ＰＰＳ＝６６ｍｍ／ｓまで減速した時点で切り換えられ、第２の減速動作はマイクロステップ駆動により行われる。マイクロステップ駆動の初期速度指令値は第１の減速動作の終了時の速度指令値と同じ値になっている。また、切り換え時の駆動角Ψの値は第１の減速終了時における値と一定の関係を持ち、より小さな値が選択されている。第２の減速動作の開始時の速度指令値とこのときの実速度の差が大きいと第２の減速動作に入った際振動を発生する場合があるので、第１の減速ではこの面からも速度を精度よく制御する必要がある。
【０２７４】
第２の減速動作では光ディスク１０２のトラック数百本程度の距離を移動しながらゆるやかに減速し、この減速の後、再びトラッキングアクチュエータが動作し、シーク後のトラックをトレースし始めると制御手段１１０Ａは再びディスク１０２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較を行い、両者が一致している場合は移動の動作を終了し、一致していない場合は一致するまで上記の動作を繰り返す。
【０２７５】
以上のように本実施の形態４によれば、計時手段の出力ｔ１がある基準値を超えた場合に制御手段が動作モードを第２の動作モードから第１のモードに切り換えて、強制的にステッピングモータを回転させるように制御しているため、駆動系の摩擦負荷のバラツキ等があっても、ほぼ同一の応答をさせることができる。すなわち、駆動系の多少の負荷変動があったとしても、確実にモータの停止を防止し、同時に過度のオーバーシュートの発生を防止することができる。
【０２７６】
なお、本実施の形態４では実施の形態３と同様に基準値更新手段の出力は、速度等により変化するものとしたが一定値としてもよい。この場合実施の形態１において記述したような効果は得られないが第１の減速の終了は確実に判断することができるので、上記の効果は得ることができる。また、速度の目標値である目標プロフィールを実速度のかわりに使用してもよい。
【０２７７】
（実施の形態５）
図１４は本発明の実施の形態５における光ディスクドライブに用いられるステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【０２７８】
図１４において、２０１はステッピングモータ、２０２はロータ、２０３はＡ相ステータ、２０４はＢ相ステータ、２０５はロータ軸、２０６は位置検出手段、２０７は遮光板、２０８はフォトセンサ、２０９はハウジング、２１０は２値化回路、２１１は駆動手段、２１２はＡ相電流ドライバ、２１３はＢ相電流ドライバである。
【０２７９】
また、２２１はヘッド、２２２は光ディスク、２２３はナットピース、２２４はリードスクリュー、２２５はガイドシャフト、２２６は軸受、２２７はシャーシ、２２８はスピンドルモータ、２３０は制御手段、２３４は指令値セレクタ、２３５は指令振幅制御手段、２３６はマイクロステップ駆動手段、２３７は閉ループ駆動手段、２３８は速度検出手段、２３９は速度比較器、２４１は振幅比較手段、２４２は記憶手段、２４３は駆動振幅設定手段、２４４は目標速度発生手段である。
【０２８０】
図１４に示すように、光ディスクドライブはヘッド２２１により、光学的に光ディスク２２２に情報の記録、再生を行う。ヘッド２２１に取り付けられたナットピース２２３は、リードスクリュー２２４のねじ溝と嵌合している。またリードスクリュー２２４はねじピッチが３ｍｍで、ステッピングモータ２０１と一体に連結され、これによりヘッド２２１はステッピングモータ２０１の回転に応じて、ガイドシャフト２２５に沿って直線的に往復駆動される。シャーシ２２７に固定されている軸受２２６によりリードスクリュー２２４を回転自在に軸支している。
【０２８１】
また、光ディスク２２２はスピンドルモータ２２８により回転駆動されており、ヘッド２２１を目標位置に移送する際には、光ディスク２２２に書き込まれた現在位置のアドレスと目標位置のアドレスとから移送方向と移送距離が求められる。これに応じて、制御手段２３０がステッピングモータ２０１の制御動作を行う。
【０２８２】
このステッピングモータ２０１は２相ＰＭ型で２相励磁時のステップ角１８゜のものであり、ステッピングモータ２０１は角度７２°毎にＮＳ極が着磁され、１周でＮ極及びＳ極が５極ずつ着磁された永久磁石からなるロータ２０２とＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４からなる２相の励磁コイルとを備えている。Ａ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４は、角度７２°毎にそれぞれのＮＳ極が励磁され、１周で５極ずつのＮＳ極を形成するそれぞれのヨークを有し、これらのヨークがロータ２０２の周囲に配置されている。Ａ相ステータの各磁極とＢ相ステータの各磁極は１８°相互にずれている。
【０２８３】
位置検出手段２０６は遮光板２０７、フォトセンサ２０８、ハウジング２０９、２値化回路２１０により構成されている。遮光板２０７は角度４．５゜周期でスリットを設けた円板であり、ロータ軸２０５に固定されている。遮光板２０７のスリット角度周期４．５゜の値は、ロータ２０２のマグネットの磁極形成の角度周期７２゜の整数分の１（ここでは１６）となるように決められている。特にステッピングモータ２０１の相数が２相であるため、２の倍数分の１（すなわち１６＝１／（２×８））の関係も満たすように選定されている。フォトセンサ２０８は発光側にＬＥＤ、受光側にフォトトランジスタを備えた透過型で、遮光板２０７のスリットの有無に応じた出力信号を出力する。これらのフォトセンサ２０８や遮光板２０７は共にハウジング２０９内に収容され、取り扱い中の破損やほこり等の要因による汚損を防いでいる。フォトセンサ２０８の出力は２値化回路２１０により２値化される。
【０２８４】
こうした構成により、位置検出手段２０６はステッピングモータ２０１の回転角４．５°毎にパルスを１個発生し、ステッピングモータ２０１の回転角を検出する。ロータ軸２０５はリードスクリュー２２４と一体に回転し、リードスクリュー２２４のねじピッチは３ｍｍなので、位置検出手段２０６はヘッド２２１が０．０３７５ｍｍ移動する毎に１個のパルスを発生することになる。この位置検出手段２０６の出力は制御手段２３０、速度検出手段２３８、閉ループ駆動手段２３７に入力されている。
【０２８５】
また、駆動手段２１１はＡ相電流ドライバ２１２、Ｂ相電流ドライバ２１３の独立した２チャンネルの電流ドライバからなり、それぞれ指令値セレクタ２３４から出力される電流指令量を表すデジタルデータに基づき、Ａ相ステータ２０３、Ｂ相ステータ２０４に駆動電流を供給しステッピングモータ２０１を駆動する。このＡ相電流ドライバ２１２，Ｂ相電流ドライバ２１３は、具体的には入力したデジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からのアナログ信号を増幅して出力する増幅器とから構成されている。
【０２８６】
マイクロステップ駆動手段２３６は、マイクロステップ駆動手段２３６自体が内部発生するタイミング信号に基づいて、指令値セレクタ２３４に電流指令値を表すデジタルデータを出力し、後述するように指令値セレクタ２３４がこの出力を選択したときは、開ループ制御によるマイクロステップ駆動を行う。具体的には、Ａ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４に流す駆動電流比を変えて励磁相を変化させることによりマイクロステップ駆動を行い、ロータ２０２の静止角度を高分解能に制御する。
【０２８７】
また、閉ループ駆動手段２３７は、基本的に位置検出手段２０６の出力を分周等の手段により変換することによりロータ２０２の磁極検出を行い、このタイミングに合わせて電流指令値を切り替えることによりステッピングモータの閉ループ駆動を行う。具体的には、まず閉ループ駆動手段２３７によるステッピングモータ２０１の回転起動時に、それまでマイクロステップ駆動手段２３６により保持されていたロータ２０２の角度位置情報に応じてＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４の初期励磁状態を選択すると共に、位置検出手段２０６の出力パルスとロータ２０２の磁極との初期位相合わせを行う。
【０２８８】
これによりロータ２０２が回転を始めて位置検出手段２０６からパルスが出力されると、閉ループ駆動手段２３７はこのパルスをカウントし、所定数毎に電流指令値を切り替える動作を行う。パルスを４カウントした状態はロータ２０２が１８°（電気角にして９０°）回転した状態に対応するため、パルス４カウント毎に励磁相を電気角にして９０°進める制御により２相励磁駆動を行っている。そして、閉ループ駆動手段２３７の出力は指令振幅制御手段２３５に与えられる。
【０２８９】
次に、速度検出手段２３８は、位置検出手段２０６の出力よりも十分に短い周期を持ち、かつ、その周期誤差が十分小さい基準クロックを発生する基準クロック発生器、基準クロックをカウントするカウンタ等より成り、位置検出手段２０６からあるパルスが出力されてから次のパルスが出力されるまでに発生した基準クロックをカウントすることにより、位置検出手段２０６から出力されたパルス同士の時間間隔を計測し、この逆数からロータ２０２の回転速度値を算出して速度比較器２３９に出力する。
【０２９０】
速度比較器２３９は、速度検出手段２３８から出力される速度値と、制御手段２３０から与えられる目標速度値とを比較し、その差に比例した値を後述する指令振幅制御手段２３５に出力する。
【０２９１】
そして指令振幅制御手段２３５は、速度比較器２３９の出力に適当なゲインを掛け、周波数特性を補償する等の操作を行って、閉ループ駆動手段２３７から出力される電流指令値の振幅を制御する。このとき、速度比較器２３９の出力が正の値をとりロータ２０２を加速する場合の駆動電流の励磁相を基準とすると、速度比較器２３９の出力が負の値をとりロータ２０２を減速する場合には、指令振幅制御手段２３５は駆動電流の励磁相を１８０°ずらして反転させる。指令振幅制御手段２３５は、このようにして作成した矩形波状の電流指令値を指令値セレクタ２３４に出力すると共に、設定した電流指令値の振幅を表す値を８ビットのデジタルデータとして振幅比較手段２４１に出力する。
【０２９２】
指令値セレクタ２３４は、制御手段２３０からの指令により、指令振幅制御手段２３５の出力とマイクロステップ駆動手段２３６の出力のどちらか一方を選択して駆動手段２１１に出力する。
【０２９３】
制御手段２３０は、指令値セレクタ２３４，指令振幅制御手段２３５，マイクロステップ駆動手段２３６，閉ループ駆動手段２３７を制御し、閉ループ駆動手段２３７と指令振幅制御手段２３５とが生成する電流指令値を指令値セレクタ２３４に選択させる第１の制御モードと、マイクロステップ駆動手段２３６が生成する電流指令値を指令値セレクタ２３４に選択させる第２の制御モードとを切り替えてステッピングモータ２０１の制御を行う。さらに、制御手段２３０は、ロータ２０２の回転速度の目標速度プロフィールを予め設定してＲＯＭに格納した目標速度発生手段２４４を備え、この出力をマイクロステップ駆動手段２３６と速度比較器２３９に与えている。
【０２９４】
振幅比較手段２４１は、指令振幅制御手段２３５が出力する電流指令値の振幅を表すデジタルデータを、最新のデータから遡って数〜数十パルス分バッファに蓄えており、それらのデジタルデータを平均することにより、その時点における電流指令値の振幅の代表値を算出し、その結果を第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａとして、後述する駆動振幅設定手段２４３に送る。
【０２９５】
また、記憶手段２４２は、振幅比較手段２４１が発生する第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａと、後述するマイクロステップ駆動手段２３６に発生させる第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉｂとの関係を予め実験的に求めてＲＯＭに記憶させたものである。
【０２９６】
駆動振幅設定手段２４３は、振幅比較手段２４１から送られる第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａから、記憶手段２４２に記憶された関係に基づいて、第２の動作モードにおける電流指令値Ｉｂを算出し、その結果をマイクロステップ駆動手段２３６に送る。
【０２９７】
次に、図１５は本実施の形態５における記憶手段２４２に格納した、第１および第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａ，Ｉｂ間の関係を示す図である。
【０２９８】
図１５において、振幅比較手段２４１が発生する第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａは、指令振幅制御手段２３５が駆動手段２１１に対し出力する駆動電流の振幅を指令する８ｂｉｔのデジタルデータで、＋１２７から−１２７までの数値である。従来例での説明で定義したのと同様に、プラスは加速方向への駆動、マイナスは減速方向への駆動を示し、励磁相の反転の有無をこの正負の符号により振幅に含めて表現している。
【０２９９】
また、実際に駆動手段２１１が出力する駆動電流の振幅は、この電流指令値の振幅に比例し、＋１２７または−１２７で最大の駆動電流を出力する。これら第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａそれぞれに対して、第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉｂ、すなわちマイクロステップ駆動手段２３６が駆動手段２１１に指令する電流指令値（デジタルデータ）の最大値が対応付けられている。
【０３００】
以上のように構成した本実施の形態５におけるステッピングモータの制御装置の動作を説明する。
【０３０１】
光ディスクドライブにおける通常の記録、再生動作中は、ヘッド２２１は光ディスク２２２の、あるトラックをトレースしている。この時には、制御手段２３０はマイクロステップ駆動手段２３６を用いてステッピングモータ２０１を駆動している。マイクロステップ駆動手段２３６は、Ａ相ステータ２０３，Ｂ相ステータ２０４に流す駆動電流比を１６段階に変えて１６分割のマイクロステップ駆動を行っており、通常の２相励磁駆動（本実施の形態１では１ステップ１５０μｍ）の１／１６である９．３７５μｍの高分解能でヘッド２２１を送っている。したがってステッピングモータ２０１は２相励磁時の静止角度位置のみならず、ほぼ任意の角度位置に静止させることができる。
【０３０２】
次に、現在再生中のトラックから別のトラックへ移動するシーク動作におけるステッピングモータ２０１の動作について説明する。
【０３０３】
まず、制御手段２３０は、光ディスク２２２に書き込まれた現在位置アドレスと目標位置アドレスとの比較からヘッド２２１の移動方法を決定する。例えば、移動距離が極めて短くトラック数本程度の場合は、ステッピングモータ２０１を回転させることなくトラッキングアクチュエータ（図示せず）の動作のみで移動する。また、移動距離が１ｍｍ程度の場合、マイクロステップ駆動手段２３６を用いステッピングモータ２０１をマイクロステップで駆動することにより目標トラックに移動する。
【０３０４】
それ以上の距離（長距離シーク）の場合、ステッピングモータ２０１は４段階、すなわち、起動、閉ループ駆動（第１の動作モード）による定速駆動、閉ループ駆動による減速、マイクロステップ駆動（第２の動作モード）による減速および停止、により駆動される。以下、それぞれの段階におけるステッピングモータ２０１の動作について説明する。
【０３０５】
まず起動にあたっては、制御手段２３０はヘッド２０１のトラッキングアクチュエータの動作を止める。次にステッピングモータ２０１の回転方向を決定する。ここでは回転方向を時計回り方向とする。この時点ではステッピングモータ２０１はマイクロステップ駆動手段２３６により駆動されている状態で、通常は静止している。次に、制御手段２３０はマイクロステップ駆動手段２３６がその出力により保持しているロータ２０２の起動前の角度位置情報、回転方向等の情報を閉ループ制御手段２３７に与えた後、指令値セレクタ２３４により閉ループ制御手段２３７の出力を選択する。閉ループ制御手段２３７は、これらの情報からあらかじめ定められた手順に従い駆動手段２１１へ電流指令値を出力する。これによりロータ２０２は回転を始め、起動が完了する。
【０３０６】
パルスが出力されはじめると、制御装置２３０は、指令値セレクタ２３４により指令振幅制御手段２３５の出力を選択し閉ループ駆動手段２３７による定速駆動に入る。
【０３０７】
閉ループ駆動手段２３７は、２値化回路２１０を経て出力される位置検出手段６のパルス（回転角４．５°で１パルスを出力）を分周し電流指令値を生成する。本実施の形態５においては、位置検出手段２０６のパルス４パルス毎に電流指令値を切り替える動作を行っている。既述のように、この動作により、電流指令値切り替えを行う角度位置（ロータ２０２とＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４との相対角度）を常に同じにすることができ、脱調が発生しにくい等安定した駆動が可能となっている。
【０３０８】
また、閉ループ駆動手段２３７による駆動では、制御手段２３０から与えられる目標速度値に対しロータ２０２の回転速度値が一致するように閉ループの速度制御を行う。具体的には、速度比較器２３９が検出したロータ２０２の回転速度値と目標速度値との速度誤差の大きさに応じて、指令振幅制御手段２３５は、ロータ２０２の回転速度値を目標速度値に近づけるために、加速すべきか減速すべきか、またその駆動電流の振幅をどの程度の値にするかを決定し、駆動手段２１１に出力する電流指令値を変更する。
【０３０９】
この電流指令値の振幅を変えることにより駆動手段２１１が出力する駆動電流の振幅が変わり、ロータ２０２とＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４間の吸引反発力の大きさが変わるので、これにより加減速を行うことができる。以上に記述した手順により、ヘッド２２１は閉ループ駆動により目標トラックに向かい高速で移動する。
【０３１０】
図１６の上図は本実施の形態５のロータ２０２の減速動作における目標速度値を示す目標速度プロフィール、図１６の下図は指令値セレクタ２３４が出力の減速動作における電流指令値を示すタイミングチャートである。前記で説明したように、定速駆動によりヘッド２２１が目標トラックに近づいてくると、制御手段は目標速度値を減速に切り替える。この減速動作は２段階で行われるので、それぞれの段階について図１６を用いて順次説明する。また、電流指令値は簡単のためにＡ相またはＢ相ステータのうち一方のみを記載している。
【０３１１】
まず、図１６の上図に示すように、減速の開始からある速度ｖに達するまでは、制御手段２３０は第１の動作モードにあり、指令値セレクタ２３４は指令振幅制御手段２３５の出力を選択して閉ループ駆動より減速制御を行う。閉ループ駆動による減速では、ヘッド２２１の移送速度をできるだけ短時間で減少させるため大きな減速率で減速を行う。本実施の形態５の場合、２０００００ＰＰＳ／ｓ＝３０ｍ／ｓ／ｓである。閉ループ駆動による減速動作は、基本的には既述した定速駆動における動作と同じである。ただし、ある一定の加速度で減速させるため制御手段２３０から送られる目標速度値は刻々変化する。
【０３１２】
ここで、指令振幅制御手段２３５が発生する電流指令値の振幅Ｉａ（図１６の下図参照）は、摩擦等の駆動負荷のばらつきや目標速度値の違いにより−１２７から＋１２７の範囲で様々な値をとる。以下その理由を説明する。
【０３１３】
例えば、制御対象がある摩擦負荷を持ち、それによる自然減速の加速度がたまたま目標とする減速加速度と一致した場合には、目標速度値とロータ２０２の回転速度値の誤差が０になるので電流指令値の振幅Ｉａはほぼ０に制御される。摩擦負荷がばらつきにより大きいものについては、目標とする減速加速度より大きく減速してしまうため、電流指令値の振幅Ｉａは速度を回復するように加速方向に駆動するプラスの値となり、かつ摩擦負荷が大きいほどＩａの振幅は大きくなる。また、摩擦負荷が小さいものについては、目標とする減速加速度よりゆるやかに減速してしまうため、電流指令値の振幅Ｉａは速度をさらに下げるために減速方向に駆動するマイナスの値になり、かつ摩擦負荷が小さいほどＩａの振幅は小さくなる。
【０３１４】
次に、速度がある速度ｖまで低下すると、制御手段２３０は、駆動方法を第２の動作モード、すなわち精密な位置決めが可能なマイクロステップ駆動手段２３６に切り替える。この切り替え速度は、本実施の形態５の場合４４０ＰＰＳ＝６６ｍｍ／ｓである。以下、マイクロステップ駆動における減速動作を説明する。
【０３１５】
まず、マイクロステップ駆動への切り替え後の目標速度値の減速加速度は、図１６の上図に示すように、閉ループ駆動時の減速加速度と同じに設定する。さらに、時間経過に従って、トラッキングアクチュエータを動作させることが可能となる減速率まで減速率を次第に小さくしている。本実施の形態５においては、停止前の減速率は１４０００ＰＰＳ／ｓ＝２．１ｍ／ｓ／ｓ程度である。このように、駆動方法を切り替える前後で目標速度値の減速率を合わせると、減速率の急激な変化により発生する衝撃力をなくすることができ、不要振動の発生を防止できるので安定した制御が可能となる。
【０３１６】
また、マイクロステップ駆動では、電流指令値の波形（駆動電流の波形もほぼ同じ形状となる）は、例えば従来例の図２６に示すような三角波状や、あるいは正弦波形状等で駆動し、その減速動作は、指令電流の周波数を下げる（電流波形を密から粗の状態に変化させる）ことにより行う。マイクロステップ駆動時は通常低速度であって速度検出手段２３８による検出精度が悪化する等の理由により、速度検出手段２３８の出力をモニタせずに開ループ制御で減速する。
【０３１７】
次に、マイクロステップ駆動における駆動電流の振幅の制御方法について説明する。マイクロステップ駆動では、マイクロステップ駆動手段２３６が出力する電流指令値の振幅Ｉｂを、閉ループ駆動時の電流指令値の振幅Ｉａに応じて設定する。具体的な動作について以下に述べる。
【０３１８】
まず、振幅比較手段２４１は、マイクロステップ駆動に切り替える直前の閉ループ駆動時の電流指令値の振幅Ｉａを、数〜数十パルス分バッファに記憶しており、駆動方法を切り替える直前に、バッファに記憶したＩａの平均値を算出し、その値を駆動振幅設定手段２４３に送る。この駆動振幅設定手段２４３は、記憶手段２４２に記憶されている、ＩａとＩｂ（マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅）の関係式に基づき、振幅比較手段２４１から送られるＩａの平均値からＩｂを算出し、その結果をマイクロステップ駆動手段２３６に送る。
【０３１９】
ここで、記憶手段２４２に格納されているＩａとＩｂの関係は、以下の（式５）で表される（図１５参照）。
【０３２０】
Ｉｂ  ＝  ｋ・｜Ｉａ｜  ＋  Ｃ  （式５）
（ただし、ｋ、Ｃは正の定数）
ここでｋおよびＣは、本実施の形態５においてはｋ＝０．７６，Ｃ＝３０である。以下（式５）の関係について説明する。（式５）では、Ｉａの絶対値が小さいほどＩｂも小さくなるように関係付けられている。
【０３２１】
例えば、閉ループ駆動時において、摩擦負荷による自然減速の加速度と目標とする減速加速度がほぼ一致するような摩擦負荷の状態においては、目標速度値とロータ２０２の回転速度値の誤差が０になるので、Ｉａの値が０（すなわち駆動電流の振幅が０）に制御される。この場合には、Ｉｂは最小の振幅値Ｃ（本実施の形態５では３０）になるよう関係付けられている。Ｉｂを小さな値に設定する理由について以下に述べる。本実施の形態５の目標速度プロフィール（図１６の上図）においてはマイクロステップ駆動時の減速率を切り替え直前の閉ループ駆動の減速率と同じに設定しており、閉ループ駆動時と同様にマイクロステップ駆動においても自然減速の加速度が目標とする減速加速度に一致している。このためマイクロステップ駆動においても減速に殆ど駆動力を必要とせず、Ｉｂが小さな値であっても脱調を起こすことがなく、かつ電流指令値の振幅を小さく抑えているのでマイクロステップ駆動に切り替える際に急激に大きな電流指令値を入力することがなく（駆動電流の振幅が急激に大きくなることがなく）、駆動力が急激に変化しないので不要振動の発生を防止することが可能である。
【０３２２】
また、図１６の上図の目標速度プロフィールに示すように、停止前においては減速率を小さく（減速を緩やかに）設定しているが、このときの減速時の脱調を防ぐために減速率の低下に合わせて電流指令値の振幅を徐々に大きくし、最終的には閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替えたときの電流指令値の振幅Ｉｂよりも大きな値に設定して目標位置での位置決めを行っている。また、ｋ＝０．７６，Ｃ＝３０は、本実施の形態の５の設定値であって制御対象により異なる設定値となるのはもちろんである。
【０３２３】
次に、閉ループ駆動時において、摩擦負荷の大きさのばらつきにより、摩擦負荷による自然減速の加速度と目標とする減速加速度が異なるような状態においては、目標速度値まで実速度を回復するためには駆動電流による加速または減速のための外力が必要である。この必要な外力の値が電流指令値の振幅Ｉａとして得られる。この場合のＩａに関係づけられるＩｂは、（式５）の関係よりＩａが大きいほどＩｂも大きい。このように、摩擦負荷による自然減速の加速度と目標とする減速加速度が異なる場合には、マイクロステップ駆動時も脱調を防ぐためには比較的大きな駆動力を必要とするが、前記で説明したように、このときにはＩａを参照して大きなＩｂを設定しているために、必要な駆動力が得られることになる。
【０３２４】
また、逆に言うと、脱調しない範囲でＩｂを小さく設定することができ、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える際の不要振動も最小に抑えることが可能である。
【０３２５】
以上説明したように本実施の形態５によれば、マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂと閉ループ駆動における電流指令値の振幅Ｉａとを（式５）の関係で関係付け、Ｉｂをできる限り小さくすることで、マイクロステップ駆動へ切り替える際に駆動手段２１１がＡ相ステータ２０３，Ｂ相ステータ２０４へ送る駆動電流の振幅を小さくし、切り替え時に発生する急激な駆動力の変化を抑えることができるので、切り替え時に発生する衝撃や不要振動を小さくすることが可能となる。
【０３２６】
さらに、本実施の形態５によれば、摩擦負荷が大きい場合や、摩擦負荷が小さく制御対象がその速度を維持しようとする慣性力が大きい場合にも、マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂを、摩擦負荷や慣性力の大きさに応じて大きくするので、ロータ２０２とＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４の間の吸引力を大きくでき脱調を防止することができる。
【０３２７】
なお、本実施の形態５では、閉ループ駆動における電流指令値の振幅Ｉａとマイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂを（式５）により関係づけ、演算によってＩａからＩｂを算出するが、代わりに図１７に示すようなＩａとＩｂを関係づけるテーブルを記憶手段２４４に記憶しておき、Ｉａの値からＩｂを検索する構成としても同等の効果を得ることができる。この場合、演算に要する時間を省略することが可能であるというメリットがある。また、図１７に示すようなテーブルによってＩａとＩｂを関係づけることにより、（式５）のような単純な関係式では表現できない関係、例えば、（式５）のｋがＩａの大きさによって異なりＩａとＩｂが単純な比例関係にない、といった関係も、容易に表現できるというメリットがある。
【０３２８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６におけるステッピングモータの制御装置の動作を、図１８Ａ，図１８Ｂおよび図１４を参照しながら説明する。
【０３２９】
図１８Ａは、閉ループ駆動時（第１の動作モード）における電流指令値の振幅と、マイクロステップ駆動時（第２の動作モード）における電流指令値の振幅との関係、図１８Ｂは、図１４の目標速度発生手段２４４が、別の目標速度発生手段２４４’によって作成され、制御対象をどのように減速させるかを指令する目標速度プロフィールを示す図である。
【０３３０】
本実施の形態６においては、実施の形態５の第１および第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａ，Ｉｂ間の関係を記憶した記憶手段２４２が、別関係を記憶した記憶手段２４２’であり、目標速度発生手段２４４が、別の目標速度発生手段２４４’とした点を除いて、構成、動作とも実施の形態５と同一である。
【０３３１】
以下、記憶手段２４２’に記憶された、第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａと、第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉｂの関係について述べる。
【０３３２】
まず、図１８Ｂに示すように、本実施の形態６の目標速度プロフィールは、閉ループ駆動時の減速加速度よりマイクロステップ駆動時の減速加速度を小さくしている。この目標速度フロフィールでは、大きなトルクを発生できて減速加速度が大きくとれる閉ループ駆動で急激に減速することによって、トータルの減速時間を最小にできること、またマイクロステップ駆動への切り替え時から停止まで同一の減速加速度をとっているので、マイクロステップ駆動での速度制御が簡単であるというメリットがある。
【０３３３】
また、図１８Ａに示すように、マイクロステップ駆動手段２３６が出力する電流指令値の振幅Ｉｂは、閉ループ駆動時の電流指令値の振幅Ｉａと（式６）の関係で関係付けられている。
【０３３４】
Ｉｂ  ＝  ｋ’・│Ｉａ＋ｂ│  ＋  Ｃ’（式６）
ただし、ｋ’，ｂ，Ｃ’は正の定数である。また、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【０３３５】
ここでｋ’，ｂおよびＣ’は、本実施の形態６においてはｋ’＝０．８６、ｂ＝１５、Ｃ’＝３０である。（式６）はマイクロステップ駆動時に脱調しない範囲でできる限りＩｂを小さくするように、ＩａとＩｂを関係付けている。
【０３３６】
以下に、（式６）の関係について説明する。閉ループ駆動時において、目標とする減速加速度と自然減速の加速度が一致するような摩擦負荷状態の場合を考えると、この状態は減速に最も駆動トルクを必要としない状態であるからＩａ＝０である。Ｉａ＝０の摩擦負荷状態においてマイクロステップ駆動時に切り替わると、目標とする減速加速度が小さくなるので加速方向への駆動が必要であり、脱調を防止するためにある程度の駆動トルクが必要なため、Ｉｂとしては所定の振幅を必要とする。つまり、Ｉａ＝０に対してＩｂに所定の振幅（本実施の形態６ではＩｂ＝ｋ’ｂ＋  Ｃ’）が必要である。
【０３３７】
次に、Ｉａ＝０の状態に対して摩擦負荷が増している状態を考えると、目標とする減速加速度を維持するのに加速方向にさらに駆動トルクが必要であり、閉ループ駆動時においてＩａが正方向に大となる。また、マイクロステップ駆動時においても、より大きな力で加速方向に駆動する必要があり、脱調しないようＩｂを大きくしていく必要がある。つまりＩａが正の方向に大きくなるとＩｂも大きくなるよう関係付ける必要がある。
【０３３８】
また、Ｉａ＝０の状態に対して摩擦負荷が減っている状態を考えると、目標とする減速加速度を維持するのに減速方向にさらに駆動が必要であり、閉ループ駆動時においてＩａが負方向に大となる。ここで、Ｉａが負の方向に大きくなる場合の、自然減速の加速度の変化を考えると、Ｉａ＝０の時、閉ループ駆動における目標とする減速加速度と一致しており、Ｉａが負方向に大きくなるに従い（摩擦負荷が小さくなるに従い）自然減速の加速度は小さくなってきて、ある時点（Ｉａ＝−ｂの点とする）で、マイクロステップ駆動時に目標とする減速加速度と一致する。
【０３３９】
この摩擦負荷状態は、マイクロステップ駆動時に最も脱調しにくい状態であり駆動トルクを殆ど必要としないため、Ｉｂは最小の振幅値（Ｃ’）を関係付けることができる。つまり、Ｉａ＝−ｂに対して、Ｉｂ＝Ｃ’と関係付ける。
【０３４０】
Ｉａ＝−ｂの状態からさらに摩擦負荷が減っている状態を考えると、自然減速の加速度がマイクロステップ駆動時の加速度より小さくなるので、減速方向に駆動トルクが必要となり脱調を防止するためＩｂは大きくする必要がある。つまりＩａ＝−ｂの点からＩａが小さくなると、Ｉｂを大きくなるよう関係付ける必要がある。
【０３４１】
以上を総合すると、図１８Ａに示す目標速度プロフィールに対しては、脱調しない範囲でできるだけＩｂを小さくするために、図１８Ａに示すようにＩａとＩｂを関係付ける必要があることがわかる。
【０３４２】
以上のことから、マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂと閉ループ駆動における電流指令値の振幅Ｉａとを（式６）の関係で関係付け、Ｉｂを脱調しない範囲でできる限り小さくすることで、マイクロステップ駆動へ切り替える際に、駆動手段２１１がＡ相ステータ２０３，Ｂ相ステータ２０４へ送る駆動電流の振幅を小さくし、切り替え時に発生する急激な駆動力の変化を抑えることができるので、切り替え時に発生する衝撃や不要振動を小さくすることが可能となる。
【０３４３】
また、本実施の形態６によれば、摩擦負荷が大きい場合や、摩擦負荷が小さく制御対象がその速度を維持しようとする慣性力が大きい場合にも、マイクロステップ駆動における電流指令値Ｉｂの振幅を、摩擦負荷や慣性力の大きさに応じて大きくするので、ロータ２０２とＡ相ステータ２０３及びＢ相ステータ２０４の間の吸引力を大きくでき脱調を防止することができる。
【０３４４】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７におけるステッピングモータの制御装置の動作を、図１９Ａ，図１９Ｂおよび図１４を参照しながら説明する。
【０３４５】
図１９Ａは、閉ループ駆動時（第１の動作モード）における電流指令値の振幅と、マイクロステップ駆動時（第２の動作モード）における電流指令値の振幅との関係、図１９Ｂは、図１４の目標速度発生手段２４４が、別の目標速度発生手段２４４”によって作成される、制御対象をどのように減速させるかを指令する目標速度プロフィールを示す図である。
【０３４６】
本実施の形態７においては、実施の形態５の第１および第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａ，Ｉｂ間の関係を記憶した記憶手段２４２が、別関係を記憶した記憶手段２４２”であり、目標速度発生手段２４４が、別の目標速度発生手段２４４”とした点を除いて、構成、動作とも実施の形態５と同一である。
【０３４７】
以下、記憶手段２４２”に記憶された、第１の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａと、第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉｂの関係について述べる。
【０３４８】
まず、図１９Ｂに示すように、本実施の形態７の目標速度プロフィールは、閉ループ駆動時の減速加速度よりマイクロステップ駆動時の減速加速度を大きくしている。この目標速度プロフィールでは、マイクロステップ駆動への切り替え時から停止まで同一の減速加速度をとっているので、マイクロステップ駆動での速度制御が簡単であるというメリットがある。
【０３４９】
また、図１９Ａに示すように、マイクロステップ駆動手段２３６が出力する電流指令値の振幅Ｉｂは、閉ループ駆動時の電流指令値の振幅Ｉａと（式７）の関係で関係付けられている。
【０３５０】
Ｉｂ  ＝  ｋ”・│Ｉａ−ｂ’│  ＋  Ｃ”  （式７）  ただし、ｋ”，ｂ’，Ｃ”は正の定数である。また、Ｉａはステッピングモータを加速する方向に駆動電流を与える場合は正、ステッピングモータを減速する方向に駆動電流を与える場合は負の値をとる。
【０３５１】
ここでｋ”，ｂ’及びＣ”は、本実施の形態７においてはｋ”＝０．８６，ｂ’＝１５，Ｃ”＝３０である。（式７）はマイクロステップ駆動時に脱調しない範囲でできる限りＩｂを小さくするように、ＩａとＩｂを関係付けている。
【０３５２】
以下、（式７）の関係について説明する。閉ループ駆動時において、目標とする減速加速度と自然減速の加速度が一致するような摩擦負荷状態の場合を考えると、この状態は減速に最も駆動トルクを必要としない状態であるからＩａ＝０である。Ｉａ＝０の摩擦負荷状態においてマイクロステップ駆動時に切り替わると、目標とする減速加速度が大きくなるので減速方向への駆動が必要であり、脱調を防止するためにある程度の駆動トルクが必要なため、Ｉｂとしては所定の振幅を必要とする。
【０３５３】
つまり、Ｉａ＝０に対してＩｂに所定の振幅（本実施の形態７ではＩｂ＝ｋ”ｂ’＋  Ｃ”）が必要である。
【０３５４】
次に、Ｉａ＝０の状態に対して摩擦負荷が減っている状態を考えると、目標とする減速加速度を維持するのに減速方向にさらに駆動トルクが必要であり、閉ループ駆動時においてＩａが負方向に大となる。また、マイクロステップ駆動時においても、より大きな力で減速方向に駆動する必要があり脱調しないようＩｂを大きくしていく必要がある。つまりＩａが負の方向に大きくなるとＩｂも大きくなるように関係付ける必要がある。
【０３５５】
また、Ｉａ＝０の状態に対して摩擦負荷が増している状態を考えると、目標とする減速加速度を維持するのに加速方向にさらに駆動トルクが必要であり、閉ループ駆動時においてＩａが正方向に大となる。ここで、Ｉａが正の方向に大きくなる場合の、自然減速の加速度の変化を考えると、Ｉａ＝０の時、閉ループ駆動における目標とする減速加速度と一致しており、Ｉａが正方向に大きくなるに従い（摩擦負荷が大きくなるに従い）自然減速の加速度は大きくなってきて、ある時点（Ｉａ＝ｂ’の点とする）で、マイクロステップ駆動時に目標とする減速加速度と一致する。
【０３５６】
この摩擦負荷状態は、マイクロステップ駆動時に最も脱調しにくい状態であり駆動トルクを殆ど必要としないため、Ｉｂは最小の振幅値（Ｃ”）を関係付けることができる。つまり、Ｉａ＝ｂ’に対して、Ｉｂ＝Ｃ”と関係付ける。
【０３５７】
Ｉａ＝ｂ’の状態からさらに摩擦負荷が増している状態を考えると、自然減速の加速度がマイクロステップ駆動時の加速度より大きくなるので、加速方向に駆動トルクが必要であり脱調を防止するためＩｂは大きくする必要がある。つまりＩａ＝ｂ’の点からＩａが大きくなると、Ｉｂを大きくなるように関係付ける必要がある。
【０３５８】
以上を総合すると、図１９Ｂに示す目標速度プロフィールに対しては、、脱調しない範囲でできるだけＩｂを小さくするために、図１９Ａに示すようにＩａとＩｂを関係付ける必要があることがわかる。
【０３５９】
以上のような構成により、マイクロステップ駆動における電流指令値の振幅Ｉｂと閉ループ駆動における電流指令値の振幅Ｉａとを（式７）の関係で関係付け、Ｉｂを脱調しない範囲でできる限り小さくすることで、マイクロステップ駆動へ切り替える際に駆動手段２１１がＡ相ステータ２０３，Ｂ相ステータ２０４へ送る駆動電流の振幅を小さくし、切り替え時に発生する急激な駆動力の変化を抑えることができるので、切り替え時に発生する衝撃や不要振動を小さくすることが可能となる。
【０３６０】
また、本実施の形態７によれば、摩擦負荷が大きい場合や、摩擦負荷が小さく制御対象がその速度を維持しようとする慣性力が大きい場合にも、マイクロステップ駆動における電流指令値Ｉｂの振幅を、摩擦負荷や慣性力の大きさに応じて大きくするので、ロータ２０２とＡ相ステータ２０３およびＢ相ステータ２０４の間の吸引力を大きくでき脱調を防止することができる。
【０３６１】
なお、前記した本発明の各実施の形態１−７における説明では、ステッピングモータの制御装置を光ディスクドライブのヘッド駆動に適用したものを述べている。しかし、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、これ以外の多くのステッピングモータの制御装置に適応が可能であることはいうまでもない。
【０３６２】
（産業上の利用可能性）
以上説明したように、本発明によれば、指令値発生手段が、励磁切替タイミング発生手段の出力に応じて、励磁コイルに正の第１駆動電流を与える第１の指令値と、第１駆動電流と方向が反転する負の第２駆動電流を与える第２の指令値と、第１駆動電流と第２駆動電流との間の値をとる第３駆動電流を与える第３の指令値とを切り替えて発生し、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生することにより、誤差角が存在しても同じ駆動角のまま起動でき、実質的に、位相進め時間を更に大きく取ることができるため、低回転時の安定性を損なうことなく高速化することができる。
【０３６３】
また、指令値発生手段が第３の指令値を発生する際に、励磁コイルのインダクタンスによる励磁遅れを補償する方向に励磁の進み角を大きくした指令値を発生した後、タイマー手段の出力に応じて前記進み角よりも励磁の進み角を小さくした指令値を発生することにより、同じ駆動角のまま、実質的に、位相進め時間を更に大きく取ることができるため、低回転時の安定性を損なうことなく高速化することができる。
【０３６４】
また、第１，第２，第３の動作モードを切り替える制御手段が、ステッピングモータを所定量以上回転させるときに、制御手段自体が発生するタイミングにより指令値発生手段に指令値を発生させた後、前記第３の動作モードに切り替える第２の動作モードにおいて、指令値発生手段が、励磁コイルに正の第１駆動電流を与える第１の指令値と、第１駆動電流と方向が反転する負の第２駆動電流を与える第２の指令値と、第１駆動電流と第２駆動電流との間の値をとる第３駆動電流を与える第３の指令値とを発生し、さらに制御手段がロータの前記第１の動作モード時の角度位置に応じて８箇所以上の異なる指令値のパターンを持つことによって、電磁力により駆動させる角度位置が増え、回転させる角度ばらつきを減少させることができ、多少の誤差角が存在しても最大トルクが得られる駆動角で起動でき、起動失敗の可能性が大きく減少させることができるという効果を奏する。
【０３６５】
さらに本発明によれば、基準値がその時の速度に応じて変化するのでいかなる速度においても速度の低下を確実に検出でき高回転域での制御の外れを短時間で検出することと、低回転域での制御外れの誤検出を防ぐことを両立することができ、また、出力電圧の増大は時間の経過とともに漸増的に行われ、しかも通常の制御とまったく同様に速度誤差に比例する形でおこなわれるため、駆動系にモータ自身や伝達系の摩擦負荷のバラツキ等があっても確実にモータの停止を防止でき、大きなオーバーシュートが発生することもないという有利な効果が得られる。
【０３６６】
さらに本発明によれば、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に駆動方法を切り替える際に、閉ループ駆動時における駆動電流の振幅が小さければマイクロステップ駆動時における駆動電流の振幅を小さく設定するので、閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える際に駆動電流の急激な変化が発生せず、不要振動の発生とロータの急停止等による脱調防止を両立することができ、安定した速度制御をすることができる。
【０３６７】
さらに、閉ループ駆動時における減速加速度とマイクロステップ駆動時における減速加速度を実質的に同一に設定したので、駆動方法を閉ループ駆動からマイクロステップ駆動に切り替える際に、その加速度変化がなく、不要振動の発生を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図。
【図１Ｂ】  図１Ｂは、実施の形態１における起動前のロータの角度位置θと強制駆動の指示値との関係を示す表である。
【図１Ｃ】  図１Ｃは、実施の形態１における起動前のロータの角度位置θと強制駆動の指示値との関係を示す表である。
【図２】  図２は、本発明の実施の形態１におけるＡ相，Ｂ相のステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と、２値化回路の出力との時間関係を示すタイミングチャート。
【図３】  図３は、本発明の実施の形態１における図２に示すＴａのタイミングでのロータと駆動の位相関係を示す図。
【図４】  図４は、本発明の実施の形態１におけるロータ位置が回転方向にずれていた場合のロータ位置と電磁力の関係を示す図。
【図５】  図５は、本発明の実施の形態２におけるステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図。
【図６】  図６は、本発明の実施の形態２におけるＡ相，Ｂ相のステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と、２値化回路の出力との時間関係を示すタイミングチャート。
【図７】  図７は、本発明の実施の形態２における回転数が低く時間Ｔ＜Ｔｆｇの場合の、図６に示すＴａのタイミングでのＡ相，Ｂ相の電流の時間変化を示す図。
【図８】  図８は、本発明の実施の形態２における図６のＴａのタイミングでのロータと駆動の位相関係を示す図。
【図９】  図９は、本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態３における構成を示すブロック図。
【図１０】  図１０は、本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態３におけるステッピングモータの閉ループ制御時のロータ位置と励磁位置関係の説明図。
【図１１】  図１１は、本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態３における第１の減速時の制御フローチャート。
【図１２】  図１２は、本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態４における構成を示すブロック図。
【図１３】  図１３は、本発明のステッピングモータの制御装置の実施の形態４における減速時の制御フローチャート。
【図１４】  図１４は、本発明の実施の形態５における光ディスクドライブに用いられるステッピングステッピングモータの制御装置の概略構成を示すブロック図。
【図１５】  図１５は、本発明の実施の形態５における記憶手段に格納した、第１および第２の動作モードにおける電流指令値の振幅Ｉａ、Ｉｂ間の関係を示す図。
【図１６】  図１６の上図は、本発明の実施の形態５のロータの減速動作における目標速度値を示す目標速度プロフィール、図１６の下図は、指令値セレクタが出力の減速動作における電流指令値を示すタイミングチャート。
【図１７】  図１７は、本発明の実施の形態５の記憶手段に格納した、電流指令値の振幅Ｉａと振幅Ｉｂを関係づけるテーブル。
【図１８Ａ】  図１８Ａは、本発明の実施の形態６の閉ループ駆動時（第１の動作モード）における電流指令値の振幅と、マイクロステップ駆動時（第２の動作モード）における電流指令値の振幅との関係を示す図。
【図１８Ｂ】  図１８Ｂは、目標速度発生手段によって作成され、制御対象をどのように減速させるかを指令する目標速度プロフィールを示す図。
【図１９Ａ】  図１９Ａは、本発明の実施の形態７の閉ループ駆動時（第１の動作モード）における電流指令値の振幅と、マイクロステップ駆動時（第２の動作モード）における電流指令値の振幅との関係を示す図。
【図１９Ｂ】  図１９Ｂは、目標速度発生手段によって作成される、制御対象をどのように減速させるかを指令する目標速度プロフィールを示す図。
【図２０Ａ】  図２０Ａは従来のモータの制御装置を用いた光ディスクドライブの構成例を示す概略構成図である。
【図２０Ｂ】  図２０Ｂは、従来の、起動前のロータの角度位置Θと強制駆動の指示値との関係を示す表である。
【図２１】  図２１は従来のＡ相、Ｂ相ステータの励磁コイルに印加される駆動電圧と位置検出手段の出力との時間関係を示すタイミングチャートである。
【図２２】  図２２は従来の、図２１に示すＴａのタイミングにおけるロータと駆動の位相関係を示す図である。
【図２３】  図２３は従来例のロータ位置が回転方向にずれていた場合のロータ位置と電磁力の関係を示す図である。
【図２４】  図２４は従来例における速度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図２５Ａ】  図２５Ａは、従来の、指令振幅制御手段およびマイクロステップ駆動手段の出力する電流指令値の時間変化を示す励磁シーケンス説明図である。
【図２５Ｂ】  図２５Ｂは、従来の、指令振幅制御手段およびマイクロステップ駆動手段の出力する電流指令値の時間変化を示す励磁シーケンス説明図である。
【図２６】  図２６は、従来の、ロータの目標速度プロフィールと、指令値セレクタが出力する電流指令値を示すタイムチャート図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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