(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータと、
前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、
前記ロータの回転角度を制御するマイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルの駆動電流を前記駆動電流設定手段によって求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動状態に移行する制御手段とを備えるステッピングモータの制御装置。
【請求項２】
前記駆動電流設定手段は、前記マイクロステップ駆動状態にある前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を記憶した第１データテーブル、及び前記回転駆動状態にある該ロータの各回転角度に対応して該励磁コイルの各駆動電流を記憶した第２データテーブルを有し、
前記制御手段は、前記マイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルへの駆動電流を該第１データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動を開始し、引き続いて前記回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルへの駆動電流を前記第２データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより回転駆動を継続する請求項１に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項３】
回転角度検出手段は、前記励磁コイルの駆動電流に基づいて前記ロータの回転角度を検出する第１回転角度検出手段と、前記ロータに連結されたエンコーダからなる第２回転角度検出手段を有し、
前記第１回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度は、前記第１データテーブルから前記励磁コイルの駆動電流を求めるために用いられ、
前記第２回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度は、前記第２データテーブルから前記励磁コイルの駆動電流を求めるために用いられる請求項２に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記マイクロステップ駆動状態のときに前記第１回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に基づいて、前記第１データテーブルから求めた駆動電流を前記励磁コイルに与える該ロータの回転駆動開始時点より前記第２データテーブルから求めた駆動電流を前記励磁コイルに与え始める時点までの該ロータの回転角度を設定し、
前記設定されたロータの回転角度は、前記第２回転角度検出手段によって検出される請求項３に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項５】
前記第１回転角度検出手段は、前記励磁コイルの駆動電流に対応する前記ロータの回転角度を記憶した回転角度データテーブルを有する請求項２に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項６】
円周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータと、
前記ロータが一定回転角度だけ回転する度に、周期信号を出力する回転角度検出手段と、
分周周期毎の前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、
前記回転角度検出手段からの周期信号を分周して分周周期を求め、この分周周期毎に駆動電流を前記第２データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより前記ロータを回転駆動しており、該ロータの回転速度に応じて該周期信号の分周比を変更する制御手段とを備えるステッピングモータの制御装置。
【請求項７】
円周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータによって、記録媒体への記録もしくは再生を行うための光ヘッドを駆動する光ヘッドの駆動装置において、
前記ステッピングモータを駆動制御するための制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、
前記ロータの回転角度を制御するマイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルの駆動電流を前記駆動電流設定手段によって求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動状態に移行する制御手段とを備える光ヘッドの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ステッピングモータの制御装置、及び該ステッピングモータの制御装置を用いた光ヘッドの駆動装置に関する。
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、この開ループ制御による駆動では、モータの回転角度が目標から外れる脱調、モータの振動、高速回転の達成が困難である等の課題がある。一方、閉ループ制御による駆動方法では、ステッピングモータにエンコーダを付与し、このエンコーダによってモータの回転角度を検出しつつ該モータを制御するので、制御系が複雑化するものの、脱調や振動を抑制し、高速回転性を向上させることができる。
米国特許第４，９６３，８０８号には、２相ステッピングモータの開ループ制御、及び２相ステッピングモータをＤＣモータとして用いる閉ループ制御を切り替え、２種類の動作モードで、２相ステッピングモータを利用することが可能な構成が記載されている。また、ここには、ステッピングモータの回転角度を検出するエンコーダの１周分の出力パルス数をステッピングモータのロータの磁極数の整数倍としておき、ステッピングモータを１相励磁して、ロータを所定位置に静止させた状態からロータを回転させ、この回転に伴い、エンコーダから所定数のパルスが出力される度に、ステッピングモータの励磁電流を切り替え、これによってエンコーダの出力パルスとステッピングモータの励磁電流間の位相差を無調整で所定誤差以下に抑えるという技術も併せて記載されている。
図７は、ステッピングモータを閉ループ制御するための従来の装置を示している。
図７において、制御部１２４は、第１動作モード及び第２動作モードのいずれかに基づいてステッピングモータ１２５を駆動制御する。第１動作モードでは、制御部１２４によって発生されるタイミングで、制御部１２４から駆動部１２１に電流指令値を出力するという開ループ制御により、ステッピングモータ１２５のロータ１２９の回転角度を制御するというマイクロステップ駆動を行う。また、第２動作モードでは、ステッピングモータ１２５のロータ１２９の回転角度をエンコーダ１２８によって検出して、該検出された回転角度を制御部１２４に与え、制御部１２４から駆動部１２１に電流指令値を出力するという閉ループ制御により、ステッピングモータ１２５のロータ１２９を高速回転させる。
駆動部１２１は、相互に独立したＡ相電流ドライバ１２２及びＢ相電流ドライバ１２３からなる。Ａ相電流ドライバ１２２及びＢ相電流ドライバ１２３は、制御部１２４からデータセレクタ１３７を介してＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を入力し、該各電流指令値の電流を形成して、これらの電流をＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７に供給し、これによってステッピングモータ１２５を駆動する。具体的には、Ａ相電流ドライバ１２２及びＢ相電流ドライバ１２３は、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を示すそれぞれのデジタルデータを各アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該各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。
ステッピングモータ１２５は、２相ＰＭ型で、２相励磁によるステップ角が１８°のものである。ステッピングモータ１２５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１２９と、Ａ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７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１２６及びＢ相ステータ１２７は、角度７２°毎にＮＳ極が着磁され、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１２９の周囲に配置されている。Ａ相ステータ１２６のヨークの各磁極とＢ相ステータ１２７のヨークの各磁極は、１８°相互にずれて配置されている。
ロータ軸１３０には、角度４．５°毎にスリットを形成した遮光板１３１を固定している。遮光板１３１の各スリットが形成される角度４．５°の周期は、ロータ１２９の各磁極が形成される角度７２°の周期の整数分の１となるように決められる（ここでは１／１６）。特に、ステッピングモータ１２５の相数が２相であるため、２の倍数分の１、つまり１／１６＝１／（２×８）の関係も満たすように、各スリットが形成される角度４．５°の周期が決定されている。
フォトセンサ１３２は、発光側のＬＥＤ及び受光側のフォトトランジスタを備え、遮光板１３１の両側にＬＥＤとフォトトランジスタを配置した透過型であり、ＬＥＤから出射された光を遮光板１３１のスリットを介してフォトトランジスタで受光することにより遮光板１３１のスリットを検出する。フォトトランジスタは、遮光板１３１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１３２は、遮光板１３１と共にハウジング１３３内に収容され、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１３２の出力は、２値化回路１３４により２値化される。２値化回路１３４は、単に、フォトセンサ１３２の出力を基準値と比較して、ハイレベル及びローレベルの信号を出力するのではなく、フォトセンサ１３２の出力が２つの基準値間を変化したときにのみ出力信号のハイレベルとローレベルを切り替えており、これによってチャタリングによる誤動作を防いでいる。
２値化回路１３４から出力されたパルス信号は、制御部１２４及び１６進のカウンタ１３５に入力される。
カウンタ１３５は、２値化回路１３４から１つのパルス信号を入力する度に、計数値０〜１５の範囲でカウントアップし、該計数値が１５に達すると、次のカウントアップのタイミングで該計数値を０に初期化し、０〜１５の範囲で循環する計数値を４ビットの２進数として出力する。また、カウンタ１３５は、制御部１２４からのクリア信号を入力すると、その計数値を０に初期化する。
４入力４出力のコードコンバータ１３６は、カウンタ１３５からの４ビットの計数値を入力し、この計数値を４ビットのコードに変換して、このコードを出力する。これらの計数値とコードの関係を図８のコードテーブル８１に示す。ここで、コードコンバータ１３６から出力されるコードを示す４ビットをＰビット、Ｑビット、Ｐの反転ビット、Ｑの反転ビットと呼ぶことにする。また、コードコンバータ１３６に入力される計数値を実際の４ビットの２進数ではなく１０進数で示している。
コードテーブル８１から判るように、コードコンバータ１３６から出力されるコードを示すそれぞれのビットは、２値化回路１３４から出力されたパルス信号を１／１６に分周したものである。コードコンバータ１３６からのＰビットとＱビットは、２値化回路１３４から出力されるパルス信号の４周期分だけ位相が相互にずれている。同様に、コードコンバータ１３６からの他のＰの反転ビットとＱの反転ビットも、該パルス信号の４周期分だけ位相が相互にずれている。
データセレクタ１３７は、４つのＰビット、Ｑビット、Ｐの反転ビット及びＱの反転ビットを入力すると共に、制御部１２４から３ビットの選択信号を入力し、この選択信号に基づいてＰビット、Ｑビット、Ｐの反転ビット及びＱの反転ビットのうちから２つを選択し、この選択した２つのビットをＡ相電流指令値、Ｂ相電流指令値として出力する。これらのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値は、駆動部１２１に与えられ、駆動部１２１から該各電流指令値の電流がＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７に供給され、ロータ１２９が回転する。
選択信号を示す３ビットの内訳は、回転方向データＣＷ（１ビット）と、モータ初期状態データＣＭ（２ビット）である。
回転方向データＣＷは、ステッピングモータ１２５を時計回り方向に回転させるときに「１」、反時計回り方向に回転させるときに「０」を示す。
モータ初期状態データＣＭは、第１動作モードの終了時点でのステッピングモータ１２５のＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７の励磁状態を示す。第１動作モードのマイクロステップ駆動によりステッピングモータ１２５を１相励磁状態に一旦設定した後に、第２動作モードの駆動制御が行われる。第１動作モードの１相励磁状態には、Ａ相ステータ１２６のみを正方向に励磁した状態、Ｂ相ステータ１２７のみを正方向に励磁した状態、Ａ相ステータ１２６のみを負方向に励磁した状態、Ｂ相ステータ１２７のみを負方向に励磁した状態という４状態があり、該各状態のいずれから第２動作モードへの切替えが行われるかにより、該各状態の上記順序で、モータ初期状態データＣＭに「１」、「２」、「３」、「４」のいずれかが与えられる。
回転方向データＣＷ及びモータ初期状態データＣＭと、データセレクタ１３７によって選択され出力される２つビットとの対応関係を図９のテーブル８２に示す。このテーブル８２において、モータ初期状態データＣＭは、実際の２ビットの２進数ではなく１０進数で表示する。
次に、この様な構成のステッピングモータの制御装置の動作を説明する。
まず、制御部１２４は、ステッピングモータ１２５のロータ１２９の回転方向を決定する。例えば、回転方向を時計回り方向とする。そして、第１動作モードのマイクロステップ駆動により１相励磁状態を設定して、該状態の位置までステッピングモータ１２５のロータ１２９を回転させる。
１相励磁状態には、前述のように４種類があり、ロータ１２９の位置も４種類あるが、通常は、静止位置より決定された回転方向にロータ１２９を回転させたときに、ロータ１２９が最初に到達する位置である。ここでは、Ａ相ステータ１２６のみを正方向に励磁した状態の位置とする。
この１相励磁状態を１〜２ｍｓ保持した後、制御部１２４は、カウンタ１３５にクリア信号を出力して計数値を０にする。また、制御部１２４は、データセレクタ１３７に回転方向データＣＷ、モータ初期状態データＣＭを出力する。
ここでは、回転方向が時計回り方向であるため、回転方向データＣＷに「１」をセットし、Ａ相ステータ１２６のみを正方向に励磁した状態から起動するため、モータ初期状態データＣＭに「１」をセットする。これらのデータの値は、第２動作モードが第１動作モードに切替わるまで、つまりロータ１２９の高速回転状態から回転角度制御状態になるまで常に保持される。
回転方向データＣＷに「１」をセットし、モータ初期状態データＣＭに「１」をセットした場合は、テーブル８２から判るように、データセレクタ１３７から出力されるＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値は、Ｐビット及びＱビットとなる。そして、カウンタ１３５の計数値がクリアされた時点では、コードテーブル８１によれば、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値（Ｐビット及びＱビット）が共に「０」（ローレベル）となる。このとき、第２動作モード状態となって、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値のそれぞれの電流が駆動部１２１からＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７に供給され、１相励磁状態の静止位置から時計回り方向にロータ１２９が回転する。
こうして第２動作モード状態でロータ１２９の回転が開始されると、ロータ１２９が角度４．５°だけ回転する度に、２値化回路１３４からはパルス信号が出力され、２周期日のパルス信号が出力されると、カウンタ１３５の計数値が「２」となって、Ａ相電流指令値が「１」（Ｈｉｇｈ）となり、以降Ａ相電流指令値が２値化回路１３４から出力されるパルス信号の８周期毎に変化する。同様に、２値化回路１３４の６周期日のパルス信号が出力されると、カウンタ１３５の計数値が「６」となって、Ｂ相電流指令値が「１」となり、以降Ｂ相電流指令値が２値化回路１３４から出力されるパルス信号の８周期毎に変化する。
すなわち、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値は、回転方向及び１相励磁状態の静止位置に基づいてＰビット、Ｑビット、Ｐの反転ビット及びＱの反転ビットのうちから選択され、２値化回路１３４から出力されるパルス信号の４周期分の位相差を保持しつつ、ロータ１２９の回転に伴い、２値化回路１３４から出力されるパルス信号の８周期毎に更新される。
Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値のそれぞれの電流が駆動部１２１からＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７に供給され続け、ロータ１２９が時計回り方向に回転し続ける。Ａ相電流指令値「１」及び「０」に対応してＡ相ステータ１２６を正、負方向に励磁し、またＢ相電流指令値「１」及び「０」に対応してＢ相ステータ１２７を正、負方向に励磁する。これにより、Ａ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７はそれぞれ常にロータの角度位置と一定の関係で励磁され、急激な負荷の増大等に対しても脱調することなく回転する。
ところで、先に述べた４つの１相励磁状態による４つの回転角度だけでなく、マイクロステップ駆動によりロータ１２９を任意の回転角度に制御することがある。つまり、周知の様にＡ相ステータ１２６及びＢ相ステータ１２７のそれぞれの電流を適宜に調節することによって、ロータ１２９を任意の回転角度に静止させることがある。
従来の装置においては、ロータ１２９を任意の回転角度に静止させている状態からロータ１２９を回転駆動するときにも、第１動作モードを経て第２動作モードへと移行する必要がある。従って、第１動作モードの開始時には、マイクロステップ駆動により任意の回転角度から１相励磁状態の回転角度までロータ１２９を回転させており、この回転に余分な時間を要する。
また、ロータ１２９の回転角度が安定するまで、ロータ１２９の１相励磁状態を一定時間保持しなければならない。これは、ロータ１２９と各ステータ１２６，１２７間の電磁力が一種のばね力として作用し、このばね力とロータ１２９の質量から一種の共振系が構成されており、回転しているロータ１２９を所定の回転角度で停止させようとするとロータ１２９に振動が発生するためであり、この振動が減衰し、ロータ１２９の回転角度が安定するまでの一定時間を待機している。ロータ１２９に振動が発生している間は、ロータ１２９が時計回り及び反時計回りに往復回転するので、エンコーダ１２８の出力をカウンタ１３５により計数して、ロータ１２９の回転角度を検出しても、この検出された回転角度はロータ１２９の実際の回転角度に対して大きな誤差を含む。このため、ロータ１２９の減衰振動が完全に収まるまで、カウンタ１３５の計数値を初期化するためのクリア信号の出力を待つ必要がある。この時間は、１０〜２０ｍｓ程度であり、ステッピングモータ１２５の適用対象によっては無視できない程の長さである。例えば、ステッピングモータ１２５を一般的なＣＤ−ＲＯＭ装置等に適用し、ステッピングモータ１２５によって光ヘッドをディスクの半径方向に移動させる場合、１０〜２０ｍｓの待機時間が生じることになるが、この待機時間は長過ぎる。
更に、ステッピングモータ１２５を光ディスク装置等に適用し、ステッピングモータ１２５によって光ヘッドのフォーカスを制御する場合、ロータ１２９の減衰振動が光ヘッドに伝わり、光ヘッドのフォーカスサーボに悪影響を与える。
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたもので、ロータの振動を伴わずかつ極めて短時間で、ロータを任意の回転角度から回転駆動することが可能なステッピングモータの制御装置、及び該ステッピングモータの制御装置を用いた光ヘッドの駆動装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記従来の課題を解決するために、本発明のステッピングモータの制御装置は、円周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータと、前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、前記ロータの回転角度を制御するマイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルの駆動電流を前記駆動電流設定手段によって求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動状態に移行する制御手段とを備えている。
１実施形態では、前記駆動電流設定手段は、前記マイクロステップ駆動状態にある前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を記憶した第１データテーブル、及び前記回転駆動状態にある該ロータの各回転角度に対応して該励磁コイルの各駆動電流を記憶した第２データテーブルを有し、前記制御手段は、前記マイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルへの駆動電流を該第１データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動を開始し、引き続いて前記回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルへの駆動電流を前記第２データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより回転駆動を継続している。
１実施形態では、回転角度検出手段は、前記励磁コイルの駆動電流に基づいて前記ロータの回転角度を検出する第１回転角度検出手段と、前記ロータに連結されたエンコーダからなる第２回転角度検出手段を有し、前記第１回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度は、前記第１データテーブルから前記励磁コイルの駆動電流を求めるために用いられ、前記第２回転角度検出手段によって検出された該ロータの回転角度は、前記第２データテーブルから前記励磁コイルの駆動電流を求めるために用いられる。
１実施形態では、前記制御手段は、前記マイクロステップ駆動状態のときに前記第１回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に基づいて、前記第１データテーブルから求めた駆動電流を前記励磁コイルに与える該ロータの回転駆動開始時点より前記第２データテーブルから求めた駆動電流を前記励磁コイルに与え始める時点までの該ロータの回転角度を設定し、前記設定されたロータの回転角度は、前記第２回転角度検出手段によって検出される。
１実施形態では、前記第１回転角度検出手段は、前記励磁コイルの駆動電流に対応する前記ロータの回転角度を記憶した回転角度データテーブルを有する。
また、本発明のステッピングモータの制御装置は、円周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータと、前記ロータが一定回転角度だけ回転する度に、周期信号を出力する回転角度検出手段と、分周周期毎の前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、前記回転角度検出手段からの周期信号を分周して分周周期を求め、この分周周期毎に駆動電流を前記第２データテーブルから求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより前記ロータを回転駆動しており、該ロータの回転速度に応じて該周期信号の分周比を変更する制御手段とを備えている。
また、本発明の光ヘッドの駆動装置は、円周方向に沿って一定の角度毎に磁極が形成されたロータ、及び複数相の励磁コイルを有するステッピングモータによって、記録媒体への記録もしくは再生を行うための光ヘッドを駆動する光ヘッドの駆動装置であって、前記ステッピングモータを駆動制御するための制御装置を備え、前記制御装置は、前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記ロータの各回転角度に対応して前記励磁コイルの各駆動電流を設定する駆動電流設定手段と、前記ロータの回転角度を制御するマイクロステップ駆動状態のときに前記回転角度検出手段によって検出された前記ロータの回転角度に対応する前記励磁コイルの駆動電流を前記駆動電流設定手段によって求め、該駆動電流を該励磁コイルに与えることにより該ロータの回転駆動状態に移行する制御手段とを備えている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係わるステッピングモータの制御装置及び光ヘッドの駆動装置の１実施形態を示すブロック図である。
図２は、図１のステッピングモータの制御装置におけるＡ相電流及びＢ相電流に対応するロータの回転角度を記憶した回転角度データテーブルを示す図である。
図３は、図１のステッピングモータの制御装置におけるロータの回転起動時のＡ相電流及びＢ相電流を記憶した第１データテーブルを示す図である。
図４は、図１のステッピングモータの制御装置における第２動作モードから第３動作モードに切り換えるタイミングを記憶した切り換えタイミングデータテーブルを示す図である。
図５は、図１のステッピングモータの制御装置におけるロータの回転時のＡ相電流及びＢ相電流を記憶した第２データテーブルを示す図である。
図６は、図１のステッピングモータの構造を簡略化して示す図である。
図７は、従来のステッピングモータの制御装置である。
図８は、図８のステッピングモータの制御装置におけるコードテーブルを示す図である。
図９は、図８のステッピングモータの制御装置におけるデータテーブルを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の１実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係わるステッピングモータの制御装置及び光ヘッドの駆動装置の１実施形態を示すブロック図である。本実施形態においては、光ヘッドの駆動装置２の光ヘッド５４は、ステッピングモータの制御装置１のステッピングモータ２５によって移動される。
光ヘッドの駆動装置２において、リードスクリュー５１は、ステッピングモータ２５のロータ軸３０に連結され、シャーシ５３に固定された軸受け５２等によって回転自在に軸支されている。例えば、リードスクリュー５１のネジのピッチは３ｍｍである。光ヘッド５４は、発光素子、受光素子、レンズ、レンズアクチュエータ等を備え、光ビームを光ディスク５５に照射して、光学的に情報を光ディスク５５に記録したり、情報を光ディスク５５から読み取る。光ヘッド５４には、ガイドシャフト５７が貫通し、ナットピース５６が固定されている。このナットピース５６をリードスクリュー５１と螺合させ、このナットピース５６をリードスクリュー５１に対して図面上左右のいずれかに付勢することによりネジの遊びを無くしている。ステッピングモータ２５によってリードスクリュー５１を回転させると、これに伴い光ヘッド５４が直線的に往復移動される。光ディスク５５は、スピンドルモータ５８によって回転駆動される。
光ディスク５５に情報を記録したり、光ディスク５５から情報を読み取るときには、光ヘッド５４によって光ディスク５５のトラックをトレースしている。光ディスク５５における相互に隣接するトラックとトラックの間隔は約１μｍと非常に狭く、このトラックに光ヘッド５４の光ビームの照射スポットを正確に追従させるために、光ビームの方向を微調整するためのトラッキングアクチュエータを光ヘッド５４に搭載している。
更に、トラッキングアクチュエータによって光ビームの照射スポットを移動し得る範囲が狭く、例えば書き換え可能な光ディスクの記録再生装置の場合は、該移動し得る範囲が±５０μｍ程度である。このため、ステッピングモータ２５を回転させて光ヘッド５４の位置を微調整することによって、トラッキングアクチュエータによって光ビームの照射スポットを移動し得る範囲に目標のトラックを入れている。
ここで、ステッピングモータ２５は、２相ＰＭ型で、２相励磁によるステップ角が１８°のものである。このため、２相励磁によりステッピングモータ２５を駆動すると、ロータ軸３０に連結されているリードスクリュー５１をステップ角１８°ずつ回転させることになる。また、リードスクリュー５１のネジのピッチは３ｍｍである。この場合、リードスクリュー５１を２相励磁によりステップ角１８°だけ回転させると、光ヘッド５４が１５０μｍだけ移動する。従って、２相励磁によりステッピングモータ２５を駆動する限り、光ヘッド５４を１５０μｍずつ移動させることになり、トラッキングアクチュエータによって光ビームの照射スポットを移動し得る±５０μｍ範囲に目標のトラックを入れることができるとは限らない。
そこで、ステッピングモータ２５をマイクロステップ駆動することにより、ステッピングモータ２５のロータ２９の回転角度を１８°未満で微調整し、これによって光ヘッド５４を少しずつ移動させて、トラッキングアクチュエータによって光ビームの照射スポットを移動し得る±５０μｍ範囲に目標のトラックを入れる。
ステップ角１８°を１６分割するマイクロステップ駆動を適用した場合、ロータ軸３０に連結されているリードスクリュー５１を１マイクロステップ（１．１２５°）だけ回転させると、光ヘッド５４が９．３７５μｍだけ移動するので、±５０μｍ範囲に目標のトラックを入れることが可能になる。
この様に光ヘッドの駆動装置２においては、２相励磁によりロータ２９をステップ角１８°ずつ回転させるだけでなく、トラッキングアクチュエータによって光ビームの照射スポットを移動し得る±５０μｍ範囲に目標のトラックを入れるために、マイクロステップ駆動によりロータ２９をより細かな角度ずつ回転させる。
現在走査しているトラックから別のトラックへと光ヘッド５４を移動させることをシークと称する。このシークを行うときには、アクセスされている光ディスク５５の現在位置のアドレスを光ヘッド５４によって読み取り、この現在位置のアドレスと目標位置のアドレスに基づいて移動方向と移動距離を求め、光ヘッド５４の移動方法を決定する。
例えば、移動距離が極めて短くて、数本のトラックの幅を含む程度の距離であれば、ステッピングモータ２５のロータ２９を回転させることなく、トラッキングアクチュエータのみによって光ヘッド５４を移動させる。
また、移動距離が１ｍｍ程度になると、マイクロステップ駆動によりステッピングモータ２５のロータ２９を少しずつ回転させて、光ヘッド５４の光ビームの照射スポットを目標のトラック近傍まで移動させる。
更に、移動距離が長ければ、ステッピングモータ２５のロータ２９を高速回転させて、光ヘッド５４を速やかに移動させる。
本実施形態においては、後で述べる様にマイクロステップ駆動によりステッピングモータ２５のロータ２９が任意の回転角度にあっても、該任意の回転角度からロータ２９を直ちに高速回転駆動することができ、マイクロステップ駆動から高速回転駆動へと移行するときのタイムラグが全くない。これに対して、先に述べた従来の装置においては、ロータ１２９を任意の回転角度から１相励磁状態の回転角度まで一旦回転させ、ロータ１２９の回転角度が安定するまでの一定時間を待機し、この後にロータ１２９を高速回転駆動しているので、マイクロステップ駆動から高速回転駆動へと移行するまでに大幅なタイムラグが発生する。
本実施形態における光ヘッドの駆動装置２においては、第１動作モード、第２動作モード及び第３動作モードを順次設定し、これらの動作モードに基づいて、ステッピングモータ２５を駆動制御する。第１動作モードでは、マイクロステップ駆動部１６が選択され、このマイクロステップ駆動部１６の出力が指令値セレクタ１２を介して駆動部２１に加えられ、この駆動部２１によってステッピングモータ２５がマイクロステップ駆動される。また、第２動作モードでは、強制駆動部１５が選択され、この強制駆動部１５の出力が指令値セレクタ１２を介して駆動部２１に加えられ、この駆動部２１によってステッピングモータ２５が強制駆動、つまりマイクロステップ駆動による任意の回転角度からロータ２９の高速回転が起動される。更に、第３動作モードでは、駆動パターン発生部１３が選択され、この駆動パターン発生部１３の出力が指令値セレクタ１２を介して駆動部２１に加えられ、この駆動部２１によってステッピングモータ２５の高速回転駆動が継続される。
駆動手段２１は、相互に独立したＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３からなる。Ａ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３は、指令値セレクタ１２を介してＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を与えられ、該各電流指令値の電流を形成して、これらの電流をＡ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７に供給し、これによってステッピングモータ２５を駆動する。具体的には、Ａ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３は、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を示すそれぞれのデジタルデータを各アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、該各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。
ステッピングモータ２５は、２相ＰＭ型で、２相励磁によるステップ角が１８°のものである。ステッピングモータ２５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２９と、Ａ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７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２６及びＢ相ステータ２７は、角度７２°毎にＮＳ極が着磁され、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２９の周囲に配置されている。Ａ相ステータ２６のヨークの各磁極とＢ相ステータ２７のヨークの各磁極は、１８°相互にずれて配置されている。
ロータ軸３０には、角度４．５°（後で述べる電気角度では２２．５°）毎にスリットを形成した遮光板３１を固定している。遮光板３１の各スリットが形成される角度４．５°の周期は、ロータ２９の各磁極が形成される角度７２°（電気角度３６０°）の周期の整数分の１となるように決められる（ここでは１／１６）。特に、ステッピングモータ２５の相数が２相であるため、２の倍数分の１、つまり１／１６＝１／（２×８）の関係も満たすように、各スリットが形成される角度４．５°の周期が決定されている。
フォトセンサ３２は、発光側のＬＥＤ及び受光側のフォトトランジスタを備え、遮光板３１の両側にＬＥＤとフォトトランジスタを配置した透過型であり、ＬＥＤから出射された光を遮光板３１のスリットを介してフォトトランジスタで受光することにより遮光板３１のスリットを検出する。フォトトランジスタは、遮光板３１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３２は、遮光板３１と共にハウジング３３内に収容され、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３２の出力は、２値化回路３４により２値化される。２値化回路３４は、単に、フォトセンサ３２の出力を基準値と比較して、ハイレベル及びローレベルの信号を出力するのではなく、フォトセンサ３２の出力が２つの基準値間を変化したときにのみ出力信号のハイレベルとローレベルを切り替えており、これによってチャタリングによる誤動作を防いでいる。
２値化回路３４から出力されたパルス信号は、制御部１１及び駆動パターン発生部１３に入力される。
マイクロステップ駆動部１６は、先に述べた様に第１動作モードのマイクロステップ駆動を行うためのものであり、制御部１１から与えられた目標の回転角度に応じてＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に対するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を変化させ、ステッピングモータ２５のＡ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７に流すそれぞれの電流の比を変えて、ロータ２９を該目標の回転角度に回転させる。この目標の回転角度は高分解能で制御される。
ロータ２９の回転角度と電流比との関係は、ステッピングモータ２５の磁気回路及び負荷の状態に依存する。ロータ２９を等間隔の各回転角度に位置決めするための各Ａ相電流指令値及び各Ｂ相電流指令値を求めて、該各回転角度に対応させて該各Ａ相電流指令値及び該各Ｂ相電流指令値を記録したデータテーブルを予め作成しておき、任意の回転角度に対応するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を該データテーブルから読み出す。あるいは、該各回転角度に対応する該各Ａ相電流指令値及び該各Ｂ相電流指令値を求めるための関数を予め作成しておき、任意の回転角度に対応するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を該関数に基づいて導出する。例えば、２相励磁によるステップ角１８°（電気角度９０°）を１６分割して回転角度１．１２５°（電気角度５．６２５°）のマイクロステップでロータ２９を回転させる場合は、１６段階（４ビット）のマイクロステップ指令に対して８ビットからなるＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を発生するようにデータテーブルを構成しておき、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を示す８ビットをインクリメント又はデクリメントすることにより、任意の回転方向にステッピングモータ２５を回転制御する。
この様なマイクロステップ駆動は、周知の技術に基づいて行われるものである。
ここで、電気角度をθとし、ロータ２９の実際の角度をθ0とすると、電気角θと実際の角度θ0関係は次の式（１）で表される。
θ0＝θ／５＋７２Ｎ      ……（１）
ただし、Ｎは０〜４のうちの任意の整数である。
以降では、特に断らない限り、全ての角度を電気角度とする。
強制駆動部１５は、先に述べた様に第１動作モードに引き続いて第２動作モードの強制駆動を行うためのものであり、制御部１１から通知される第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θに基づいてＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に対するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を設定する。
ここで、角度位置検出部１４は、第１動作モードにおけるＡ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７に流れるＡ相電流及びＢ相電流を検出し、該各電流の正負及び該各電流の比を求め、該角度位置検出部１４に内蔵の図２に示す回転角度データテーブル６１を参照して、ロータ２９の回転角度Θを求め、この回転角度Θを制御部１１に通知する。
尚、回転角度データテーブル６１及び後で述べる他の各データテーブル６２，６３，６４における回転角度は、Ａ相ステータ２６のみを正方向に励磁したときに０°となり、時計回りを正方向とする電気角度で全て表している。
回転角度データテーブル６１においては、Ａ相ステータ２６のＡ相電流の正負及びＢ相電流の正負に対応して４つの欄が設けられ、該各欄毎に、Ａ相電流とＢ相電流の電流比に対応する回転角度Θが定められている。
例えば、Ａ相電流及びＢ相電流が共に正であり、Ａ相電流とＢ相電流の電流比が「１」であれば、回転角度Θが４５°となる。
この様な電流比に対する回転角度Θの関係は、ステッピングモータに固有のものであるから、ステッピングモータの構造が異なれば、この回転角度データテーブル６１の内容を変更する必要がある。また、ステッピングモータの構造が同一であっても、製造上の誤差等によってステッピングモータの特性にばらつきがあれば、各ステッピングモータ毎に、データテーブルの内容を測定して設定する必要がある。
制御部１１は、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θ、及び光ヘッド５４の移動方向に対応するロータ２９の回転方向（時計回り又は反時計回り）を強制駆動部１５に通知する。強制駆動部１５は、該強制駆動部１５に内蔵の図３の第１データテーブル６２を参照して、ロータ２９の回転角度Θに対応するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を読み取り、該各電流指令値をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に与える。
第１データテーブル６２においては、ロータ２９の時計回り方向及び反時計回り方向別に、４つの回転角度範囲が設定され、これらの回転角度範囲に対応して各Ａ相電流指令値及び各Ｂ相電流指令値が設定されている。従って、８組のＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値が設定されている。
例えば、第１動作モードのマイクロステップ駆動によりロータ２９の回転角度Θが０°≦Θ＜９０°の範囲にあり、第２動作モードの強制駆動により時計回りにロータ２９を回転させるときには、「Ａ相を負方向に励磁、Ｂ相を正方向に励磁」、つまりＡ相ステータ２６を負方向に励磁するためのＡ相電流指令値及びＢ相ステータ２７を正方向に励磁するためのＢ相電流指令値が選択される。これらのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値によって示されるＡ相電流及びＢ相電流をＡ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７に供給すると、ロータ２９には時計回り方向に大きな回転トルクが生じ、回転角度Θからの高速回転が開始される。
すなわち、第２動作モードにおいては、第１動作モードにおける回転角度Θのロータ２９の各磁極に対して、Ａ相電流及びＢ相電流によって適宜に励磁されたＡ相ステータ２６及びＢ相ステータ２７の磁力を作用させ、これによりロータ２９に所定方向の大きな回転トルクを生じさせ、該ロータ２９の高速回転を起動している。ここでは、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度に対し、４５°〜１３５°進んだ回転角度までロータ２９を更に回転させるためのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値が第１データテーブル６２から選択される。従って、回転開始前のロータ２９の回転角度にかかわらず、死点を避け、ほぼ最大のトルクで起動することができる。
駆動パターン発生部１３は、先に述べた様に第２動作モードに引き続いて第３動作モードを行い、ステッピングモータ２５の高速回転駆動を継続するためのものである。
ここで、制御部１１は、該制御部１１に内蔵の図４の切り換えタイミングデータテーブル６３を参照し、第２動作モードから第３動作モードに切り換えるタイミングを設定する。
切り換えタイミングデータテーブル６３においては、ロータ２９の時計回り方向及び反時計回り方向別に、４つの回転角度範囲に対応してそれぞれの計数値が設定されている。これらの回転角度範囲は、３６０°の回転角度を２２．５°の１６の各小回転角度範囲に分け、これらの小回転角度範囲を相互に９０°ずれた４つの各小回転角度範囲を１組として４組に分けたものである。
例えば、「０°＋ｎ×９０°≦Θ＜２２．５°＋ｎ×９０°、ｎ＝０〜３」という回転角度範囲は、０°〜２２．５°、９０°〜１１２．５°、１８０°〜２０２．５°及び２７０°〜２９２．５°という４つの各小回転角度範囲からなる。
制御部１１は、切り換えタイミングデータテーブル６３を参照し、第２動作モードにおけるロータ２９の回転方向及び第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θに対応する計数値を選択する。制御部１１は、強制駆動部１５を制御することにより第２動作モードを起動する。第２動作モードを起動すると、ロータ２９が回転するので、２値化回路３４からパルス信号が出力される。制御部１１は、２値化回路３４からのパルス信号の計数を開始し、この計数値が上記切り換えタイミングデータテーブル６３から選択された計数値に達すると、第３動作モードの開始を駆動パターン発生部１３に指示する。
例えば、第２動作モードにおけるロータ２９の回転方向が時計回りであって、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θが「０°＋ｎ×９０°≦Θ＜２２．５°＋ｎ×９０°、ｎ＝０〜３」の回転角度範囲に入っていれば、計数値４が切り換えタイミングデータテーブル６３から選択され、第２動作モードの強制駆動によりロータ２９が回転し、２値化回路３４からのパルス信号の計数値が「４」に達したときに、第３動作モードが開始される。また、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θが「２２．５°＋ｎ×９０°≦Θ＜４５°＋ｎ×９０°、ｎ＝０〜３」の回転角度範囲に入っていれば、計数値３が切り換えタイミングデータテーブル６３から選択され、第２動作モードの強制駆動によりロータ２９が回転し、２値化回路３４からのパルス信号の計数値が「３」に達したときに、第３動作モードが開始される。
この結果、第２動作モードから第３動作モードに切り換えられるときには、ロータ２９の回転角度が０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°のいずれかに特定される。
また、駆動パターン発生部１３は、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θ及び第２動作モードにおけるロータ２９の回転方向を制御部１１から通知される。駆動パターン発生部１３は、該駆動パターン発生部１３に内蔵の図５に示す第２データテーブル６４を参照して、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を第２データテーブル６４から読み取り、該各電流指令値をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に与える。
第２データテーブル６４においては、ロータ２９の時計回り方向及び反時計回り方向別に、４つの回転角度範囲が設定され、これらの回転角度範囲毎に、第２動作モードから第３動作モードへの切り換え直後（第３動作モードの開始時点）のＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値、該切り換えの後に２値化回路３４から３個目パルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値、２値化回路３４から７個目パルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値、１１個目パルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値、１５個目パルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を設定している。
例えば、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θが０°≦Θ＜９０°の範囲にあり、第２動作モードの強制駆動により時計回りにロータ２９を回転させるときには、第２動作モードから第３動作モードへの切り換え直後（第３動作モードの開始時点）にＡ相ステータ２６を負方向に励磁するためのＡ相電流指令値及びＢ相ステータ２７を負方向に励磁するためのＢ相電流指令値が選択され、２値化回路３４から３個目のパルス信号を入力したときに正方向に励磁するためのＡ相電流指令値及び負方向に励磁するためのＢ相電流指令値が選択され、７個目のパルス信号を入力したとき、１１個目のパルス信号を入力したとき、１５個目のパルス信号を入力したときも、それぞれのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値が選択され、引き続いて４個の各パルス信号を更に入力したときには上記３個目パルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値に戻り、以降同様に４個の各パルス信号を入力する度に、上記７個目、上記１１個目、上記１５個目、上記３個目のパルス信号を入力したときのＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を順次選択する。
すなわち、第３動作モードにおいては、第２動作モードの強制駆動によりロータ２９の回転が起動された後、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θからの回転を継続するために、該第３動作モードの開始時点を検出し、この開示時点以降、一定の回転角度周期で、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を変更している。
駆動パターン発生部１３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３４からのパルス信号を分周して計数し、該分周の比を変更することによって、第２データテーブル６４における３個目、７個目、１１個目、１５個目のパルス信号を検出している。つまり、第３動作モードの開始時点においては、プログラマブルカウンタは、２値化回路３４から３個の各パルス信号を入力すると、カウントアップすることによって３個目の各パルス信号の入力を検出する。この後、プログラマブルカウンタは、２値化回路３４から４個の各パルス信号を入力する度に、カウントアップすることによって７個目、１１個目、１５個目等のパルス信号の入力を検出する。
この様にマイクロステップ駆動部１６による第１動作モードのマイクロステップ駆動、強制駆動部１５による第２動作モードの強制駆動、駆動パターン発生部１３による第３動作モードの高速回転の継続が行われる。制御部１１は、指令値セレクタ１２を制御することにより、マイクロステップ駆動部１６、強制駆動部１５及び駆動パターン発生部１３のいずれかより出力されたＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を選択して駆動部２１に与える。第１動作モードから第２動作モードに切り換えるタイミング、つまり指令値セレクタ１２によってマイクロステップ駆動部１６の出力から強制駆動部１５の出力に切り換えるタイミングは、制御部１１が適宜に決める。例えば、光ヘッド５４の移動開始時点を該切り換えタイミングとし、このタイミングの時点で、制御部１１は、マイクロステップ駆動部１６から強制駆動部１５への切り換えを指令値セレクタ１２に指示し、強制駆動部１５を起動する。また、第２動作モードから第３動作モードに切り換えるタイミング、つまり指令値セレクタ１２によって強制駆動部１５の出力から駆動パターン発生部１３の出力に切り換えるタイミングは、先に述べた第３動作モードの開始時点である。この開始時点で、制御部１１は、強制駆動部１５から駆動パターン発生部１３への切り換えを指令値セレクタ１２に指示し、駆動パターン発生部１３を起動する。
次に、この様な構成のステッピングモータの制御装置の一連の動作を再度簡単に説明する。
ステッピングモータ２５をある回転角度以上回転させようとする場合、まず、制御手段１１は、ステッピングモータ２５の回転方向を決定する。ここでは回転方向は時計回り方向とする。このとき、第１動作モードが選択されており、マイクロステップ駆動部１６から指令値セレクタ１２を通じてＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３へとＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値が出力される。通常は、ステッピングモータ２５のロータ２９が任意の回転角度Θで静止状態にある。
次に、制御手段１１は、第１動作モードにおけるロータ２９の回転角度Θ、及び光ヘッド５４の移動方向に対応するロータ２９の回転方向を強制駆動部１５に通知する。また、制御手段１１は、指令値セレクタ１２を制御して、強制駆動部１５をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に接続する。強制駆動部１５は、第１データテーブル６２を参照し、第１動作モードにおける回転角度Θに対応するＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値を読み取り、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に与える。これにより、ステッピングモータ２５の回転が起動される。
次に、制御部１１は、切り換えタイミングデータテーブル６３を参照し、第２動作モードから第３動作モードに切り換えるタイミングを設定する。このタイミングで、制御手段１１は、指令値セレクタ１２を制御して、駆動パターン発生部１３をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に接続する。駆動パターン発生部１３は、第２データテーブル６４を参照して、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を第２データテーブル６４から繰り返し読み取り、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値をＡ相電流ドライバ２２及びＢ相電流ドライバ２３に逐次与える。これにより、ステッピングモータ２５の回転が継続される。
本実施形態では、ステッピングモータ２５の回転開始前のロータ２９の回転角度は、角度位置検出部１４により検出される。また、回転開始後の回転角度は、２値化回路３４から出力されたパルス信号を計数することにより、４．５°（電気角度２２．５°）の分解能で検出される。従って、ステッピングモータ２５の停止時及び回転時のいずれにおいても、回転角度を正確に検出することができ、停止から回転に至るステッピングモータ２５の回転角度制御を正確に行うことができる。例えば、第３動作モードの開始時点のＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値として、一般的な２相励磁パターンと同様に、第２動作モードにおけるＡ相電流指令値及びＢ相電流指令値に対し回転方向に回転角度９０°進んだ位置にロータ２９を回転させるためのものを設定し、ステッピングモータ２５のロータ２９の回転角度が該位置手前の進み角度Ψに達したタイミングで、第２動作モードから第３動作モードへの切替を行い、引き続いてステップングモータ２５のロータ２９が更に回転角度９０°進む毎に（本実施形態では２値化回路３４より４個の各パルス信号が出力される毎に）、Ａ相電流指令値及びＢ相電流指令値を回転角度９０°進んだ位置にロータ２９を回転させるためのものに更新し、これによって常にほぼ一定の進み角度Ψだけ先行して、ロータ２９を駆動する。
この様な進み角度Ψを先行させたロータ２９の駆動方法を図６を用いて説明する。図６においては、説明を簡単化するために、１組のＮＳ極のみを形成したロータ２９（実際には５組のＮＳ極をロータ２９に形成している）を示し、このロータ２９を電気角度３６０°（実際の回転角度７２°に対応する）回転させるものとする。また、４４は仮想Ｓ極、４５はパルス信号の発生位置である。
例えば、Ａ相ステーター２６を正方向に励磁し、Ｂ相ステーター２７を正方向に励磁すると、磁界の合成による仮想Ｓ極４４がＡ＝＋，Ｂ＝＋の位置に発生する。他の状態に励磁した場合も、同様に、磁界の合成による仮想Ｓ極４４がそれぞれの位置に発生する。
ここで、ロータ２９のＮ極が回転角度Θ＝０°の位置とする。このとき、第２動作モードの強制駆動による指令値は、第１データテーブル６２によれば、Ａ相ステータ２６を負方向に励磁するためのＡ相電流指令値及びＢ相ステータ２７を正方向に励磁するためのＢ相電流指令値である。この場合、仮想Ｓ極４４がＡ＝−，Ｂ＝＋の位置に発生し、進み角度Ψ＝１３５°となり、ロータ２９の回転が開始される。
ロータ２９の回転に伴い、２値化回路３４よりパルス信号が出力される。切り換えタイミングデータテーブル６３に従って、４つの各パルス信号Ｐ1〜Ｐ4を計数した時点で、第２動作モードから第３動作モードに移行する。第３動作モードに入った直後の指令値は、第２データテーブル６４に従って、Ａ相ステータ２６を負方向に励磁するためのＡ相電流指令値及びＢ相ステータ２７を負方向に励磁するためのＢ相電流指令値である。この場合、仮想Ｓ極４４がＡ＝−，Ｂ＝−の位置に発生し、この位置が第２動作モードの位置に対し９０°進み、進み角度Ψ＝１３５°〜１５７．５°となる。進み角度Ψが１３５°〜１５７．５°の範囲にあるのは、ロータ２９、遮光板３１及びフォトセンサ３２の位置関係が無調整であり、このため２値化回路３４より出力されるパルス信号の位相が角度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、ステッピングモータ２５の特性に大きな影響を与えない。
第３動作モードにおいては、ロータ２９が更に回転し、２値化回路３４よりパルス信号が出力される。第２データテーブル６４に従って、３つの各パルス信号Ｐ5〜Ｐ7を計数した時点で、最初の相切り替えが行われ、指令値は、正方向に励磁するためのＡ相電流指令値及び負方向に励磁するためのＢ相電流指令値となる。この場合、仮想Ｓ極４４がＡ＝＋，Ｂ＝−の位置に発生し、この位置が第３動作モードの開始時点の仮想Ｓ極４４に対し９０°進む。一方、この時点で、ロータ２９は、第３動作モードの開始時点の位置に対し、３つの各パルス信号Ｐ5〜Ｐ7に相当する角度、つまり角度６７．５°だけ進む。よって、この時点での進み角度Ψは、第３動作モードの開始時点の進み角度Ψに対して、角度２２．５°だけ大きくなり、進み角度Ψ＝１５７．５°〜１８０°となる。これは、回転数が高いときのステータ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。これによって、ロータ２９は、更に回転し、２値化回路３４よりパルス信号が出力される。
更に、第２データテーブル６４に従って、４つの各パルス信号Ｐ8〜Ｐ11を計数した時点で、２回目の相切り替えが行われ、指令値は、正方向に励磁するためのＡ相電流指令値及び正方向に励磁するためのＢ相電流指令値となる。この場合、仮想Ｓ極４４がＡ＝＋，Ｂ＝＋の位置に発生し、この位置が第３動作モードにおける最初の相切り替え時の仮想Ｓ極４４に対し９０°進む。一方、この時点でのロータ２９は、第３動作モードの開始時点の位置に対し、４つの各パルス信号Ｐ8〜Ｐ11に相当する角度、つまり９０°進む。よって、進み角度Ψに変化はなく、進み角度Ψ＝１５７．５°〜１８０°となる。
以降同様に、４つ各パルス信号毎に仮想Ｓ極４４を９０°進めるので、進み角度Ψは１５７．５°〜１８０°のまま一定となる。
また、回転角度Θ＝４５°から時計廻り方向にロータ２９を回転させる場合、回転角度Θ＝０°からの回転の場合と同様に、第２動作モードにおける強制駆動の指令値は、第１データテーブル６２に従って、負方向に励磁するためのＡ相電流指令値及び正方向に励磁するためのＢ相電流指令値となる。この場合、仮想Ｓ極４４がＡ＝−，Ｂ＝＋の位置に発生し、進み角度Ψ＝９０°となり、ロータ２９の回転が開始される。ロータ２９の回転に伴い、２値化回路３４よりパルス信号が出力される。切り換えタイミングデータテーブル６３に従って、２つの各パルス信号Ｐ3，Ｐ4を計数した時点で、第２動作モードから第３動作モードに移行する。このとき、回転角度Θ＝０°からの回転の場合と全く同じ位置に、ロータ２９の回転位置がある。従って、以降の駆動手順も回転角度Θ＝０°からの回転の場合と全く同様である。
本実施例では、第２動作モードを行う強制駆動部１５と、第３動作モードを行う駆動パターン発生部１３を独立して設けているが、いずれも２値化回路３４と角度位置検出部１４の出力に基づいて指令を出力するという点では同一なので、両者を一体化しても良い。また、角度位置検出部１４を独立して設けず、制御部１１において設定される目標の回転角度を代用しても構わない。つまり、制御部１１によってロータ２９の目標の回転角度を設定し、この目標の回転角度をマイクロステップ駆動部１６に与え、マイクロステップ駆動部１６によってステッピングモータ２５を制御して、ロータ２９を目標の回転角度に回転させ、角度位置検出部１４によってロータ２９の回転角度を検出しているので、角度位置検出部１４を格別に設けなくても、制御部１１においてロータ２９の回転角度を検出することが可能である。また、各データテーブル６１，６２，６３，６４の内容に対応するそれぞれの関数を予め設定しておき、これらの関数に基づいてそれぞれの制御パラメータを求めても構わない。
産業上の利用の可能性
以上説明した様に本発明によれば、ロータを任意の回転角度から起動することができるので、従来の様に１相励磁による回転角度までロータを回転させる必要が無く、この回転のための余分な時間を要しない。
また、従来の様に１相励磁によるロータの回転角度で保持して、ロータの振動が減衰するまで待機する必要がないため、光ヘッドをディスクの半径方向へ移動（シーク）するために、本発明のステッピングモータを一般的なＣＤ−ＲＯＭ装置等に適用すれば、従来の待機時間に相当する時間１０〜２０ｍｓを削減することができる。
更に、従来の様にロータの振動が発生しないので、光ヘッドのフォーカスを調整するために、本発明のステッピングモータを光ディスク装置等に適用すれば、光ヘッドのフォーカスサーボに悪影響を与えることがない。
また、本発明では、ステッピングモータの回転数に応じて進み角度Ψを最適な値に変更するので、低速回転から高速回転までステッピングモータを安定に動作させることができ、ステッピングモータを適用した光ディスク装置等においてはシーク時間等を大幅に短縮することができる。
【図１】
0004014655.tif 000002
【図２】
0004014655.tif 000003
【図３】
0004014655.tif 000004
【図４】
0004014655.tif 000005
【図５】
0004014655.tif 000006
【図６】
0004014655.tif 000007
【図７】
0004014655.tif 000008
【図８】
0004014655.tif 000009
【図９】
0004014655.tif 000010