JP2008125222A

JP2008125222A - Control method for stepping motor

Info

Publication number: JP2008125222A
Application number: JP2006305433A
Authority: JP
Inventors: Toru Ishimasa; 徹石政
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-29

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method for causing a stepping motor to perform accurate step operation by simple preparatory operation immediately after the stepping motor is started. SOLUTION: In preparatory operation up to a primary step operation immediately after start, the energization of coils 19, 23 is switched in all different excitation patterns so that any excitation pattern is matched with the step state of a rotor 13. The order of switching of the excitation patterns in the preparatory operation is made identical with the order of switching of the excitation patterns in the primary step operation. After the step state of the rotor 13 is matched with an excitation pattern, the rotor 13 is rotated in steps so that the order of switching of the excitation patterns in the primary step operation is followed. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、カメラのレンズ駆動、メディア関連機器のピックアップレンズの駆動などに利用されるステッピングモータの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a stepping motor control method used for driving a lens of a camera, driving a pickup lens of a media-related device, and the like.

ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクを再生するメディア関連機器などには、ピックアップレンズを所望の位置に移動させるためのステッピングモータが用いられている。特許文献１に記載のステッピングモータでは、電源をオフする直前のピックアップレンズの位置を初期位置として記憶装置に記憶しておき、その初期位置を基に移動中のピックアップレンズの位置を割り出して所望の位置までピックアップレンズを移動させる制御を行っている。 Stepping motors for moving a pickup lens to a desired position are used in media-related devices that reproduce optical disks such as CDs and DVDs. In the stepping motor described in Patent Document 1, the position of the pickup lens immediately before the power is turned off is stored in the storage device as an initial position, and the position of the moving pickup lens is calculated based on the initial position and a desired position is determined. Control is performed to move the pickup lens to the position.

特開２００５−１４１８０１JP-A-2005-141801

しかしながら、従来の制御では、ピックアップレンズの初期位置を正確に決定できたとしても、ステッピングモータのステップ動作とピックアップレンズの位置との間にズレが生じる場合には、そのズレを補正する制御が必要になり、ステッピングモータの駆動制御が非常に複雑になり易かった。 However, in the conventional control, even if the initial position of the pickup lens can be accurately determined, if there is a deviation between the stepping motor stepping operation and the pickup lens position, it is necessary to correct the deviation. Therefore, the drive control of the stepping motor is likely to be very complicated.

そこで、本発明は、ステッピングモータの始動直後の簡単な準備動作によって、ステッピングモータに正確なステップ動作を行わせることが可能となるステッピングモータの制御方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a stepping motor control method that allows a stepping motor to perform an accurate step operation by a simple preparation operation immediately after starting the stepping motor.

本発明は、複数種類の励磁パターンに基づいて、コイルへの通電を切り替えながらロータをステップ回転させるためのステッピングモータにおいて、始動直後から本来のステップ動作までの間における準備動作は、全種類の励磁パターンによって、コイルへの通電を切り替え、準備動作における励磁パターンの切り替え順序と、本来のステップ動作の励磁パターンの切り替え順序とが同一であることを特徴とする。 The present invention provides a stepping motor for stepping a rotor while switching energization to a coil based on a plurality of types of excitation patterns. The energization to the coil is switched depending on the pattern, and the switching order of the excitation pattern in the preparation operation and the switching order of the excitation pattern in the original step operation are the same.

本発明は、ロータの停止時にロータの停止位置制御を行わないステッピングモータに特に有効である。従って、始動時のロータのステップ状態を特定できなくても、本発明に係るステッピングモータでは、始動直後から本来のステップ動作までの間の準備動作において、全種類の励磁パターンによるコイルへの通電の切り替えを行うので、いずれかの励磁パターンがロータのステップ状態に合うようになる。さらに、準備動作における励磁パターンの切り替え順序と本来のステップ動作の励磁パターンの切り替え順序とが同一なので、ロータのステップ状態が励磁パターンに合った後には、本来のステップ動作の励磁パターンの切り替え順序に追随するようにロータはステップ回転をする。その結果として、簡単な準備動作によって、ステッピングモータに正確なステップ動作を行わせることが可能になる。 The present invention is particularly effective for a stepping motor that does not perform stop position control of the rotor when the rotor is stopped. Therefore, even if the step state of the rotor at the time of starting cannot be specified, in the stepping motor according to the present invention, the energization to the coil by all kinds of excitation patterns is performed in the preparation operation from immediately after the starting to the original step operation. Since switching is performed, one of the excitation patterns matches the step state of the rotor. Furthermore, since the switching order of the excitation pattern in the preparation operation is the same as the switching order of the excitation pattern in the original step operation, after the step state of the rotor matches the excitation pattern, the excitation pattern switching order in the original step operation is changed. The rotor rotates step by step so as to follow. As a result, it is possible to cause the stepping motor to perform an accurate step operation by a simple preparation operation.

また、本発明は、準備動作において、一つの励磁パターンによるコイルへの通電時間は、励磁パターンの切り替えによって回転したロータの振動収束時間よりも長くすると好適である。ロータのステップ回転に伴う振動が確実に収まった後に次の励磁パターンに基づくコイルへの通電が行われるため、準備動作において励磁パターンとロータのステップ状態とを精度良く合わせることができる。この発明は、特に高速パルスによって駆動する高速タイプのステッピングモータの制御に特に有効である。 Further, according to the present invention, in the preparatory operation, it is preferable that the energization time to the coil by one excitation pattern is longer than the vibration convergence time of the rotor rotated by switching the excitation pattern. Since the coil is energized based on the next excitation pattern after the vibration accompanying the step rotation of the rotor is surely settled, the excitation pattern and the step state of the rotor can be accurately matched in the preparatory operation. The present invention is particularly effective for controlling a high-speed type stepping motor driven by high-speed pulses.

本発明に係るステッピングモータの制御方法によれば、ステッピングモータの始動直後の簡単な準備動作によって、ステッピングモータに正確なステップ動作を行わせることが可能となる。 According to the stepping motor control method of the present invention, it is possible to cause the stepping motor to perform an accurate step operation by a simple preparation operation immediately after the start of the stepping motor.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るステッピングモータの好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a stepping motor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１及び図２に示すピックアップユニットＳにおいて、ステッピングモータ１は、メディア関連機器（光ディスク装置や磁気記録装置）のピックアップレンズ３の移動制御に用いられる高速タイプのモータである。ステッピングモータ１の回転軸５にはリードスクリュー５ａが設けられている。リードスクリュー５ａにはナット６が噛み合っている。リードスクリュー６の回転によってナット６と一緒にレンズホルダ７が移動し、レンズホルダ７に固定されたピックアップレンズ３も移動し、レンズホルダ７はガイドレール４によって案内されている。 In the pickup unit S shown in FIGS. 1 and 2, the stepping motor 1 is a high-speed type motor that is used for movement control of the pickup lens 3 of a media-related device (optical disk device or magnetic recording device). A lead screw 5 a is provided on the rotating shaft 5 of the stepping motor 1. A nut 6 is engaged with the lead screw 5a. The rotation of the lead screw 6 moves the lens holder 7 together with the nut 6, and the pickup lens 3 fixed to the lens holder 7 also moves. The lens holder 7 is guided by the guide rail 4.

ステッピングモータ１は、直径が約４ｍｍ、全長が約８ｍｍの略円筒状のケース９を備えている。ケース９の前端部には、回転軸５を支持する軸受け９ａが固定されている。軸受け９ａはケース９から突き出て、フランジ９ｃの円孔に圧入されており、フランジ９ｃはモータフレーム１１にねじ止めされている。ケース９の後端部には、略Ｌ字状のブラケット９ｅが固定されている。回転軸５の先端はモータフレーム１１のピボット軸受け１１ａによって支持されている。 The stepping motor 1 includes a substantially cylindrical case 9 having a diameter of about 4 mm and a total length of about 8 mm. A bearing 9 a that supports the rotating shaft 5 is fixed to the front end portion of the case 9. The bearing 9a protrudes from the case 9 and is press-fitted into a circular hole of the flange 9c. The flange 9c is screwed to the motor frame 11. A substantially L-shaped bracket 9 e is fixed to the rear end portion of the case 9. The tip of the rotating shaft 5 is supported by a pivot bearing 11 a of the motor frame 11.

ケース９内の回転軸５の外周には、永久磁石からなるロータ１３が固定されている。ロータ１３にはＮ極とＳ極とが等間隔で交互に着時されている。ロータ１３の軸線Ｓｈ方向においてロータ１３の前後には、一対のステータ１５，１７が配置されている。 A rotor 13 made of a permanent magnet is fixed to the outer periphery of the rotating shaft 5 in the case 9. The rotor 13 has N poles and S poles alternately attached at equal intervals. A pair of stators 15 and 17 are disposed in front of and behind the rotor 13 in the direction of the axis Sh of the rotor 13.

前側のステータ１５は、コイル１９と、コイル１９を保持するヨーク２１とで磁気回路を構成する。ヨーク２１は、鉄からなる外側ヨーク及び内側ヨークからなる。外側ヨーク及び内側ヨークは、円板部材の外周部から軸線Ｓｈ方向に延びて環状に配列された複数の櫛状の磁極歯２１Ａ，２１Ｂ（図３参照）をそれぞれ有し、磁極歯２１Ａと磁極歯２１Ｂとは略同一円周上で交互に配置されている。 The front stator 15 forms a magnetic circuit with the coil 19 and a yoke 21 that holds the coil 19. The yoke 21 includes an outer yoke made of iron and an inner yoke. The outer yoke and the inner yoke each have a plurality of comb-shaped magnetic pole teeth 21A and 21B (see FIG. 3) that extend in the direction of the axis Sh from the outer peripheral portion of the disk member, and each includes the magnetic pole teeth 21A and the magnetic pole teeth. The teeth 21B are alternately arranged on substantially the same circumference.

後側のステータ１７も前側のステータ１５と同様に、コイル２３と、コイル２３を保持するヨーク２５とで磁気回路を構成する。ヨーク２５の外側ヨーク及び内側ヨークも複数の櫛状の磁極歯２５Ａ，２５Ｂをそれぞれ有する。磁極歯２５Ａと磁極歯２５Ｂとは略同一円周上で交互に配置されている。 Similarly to the front stator 15, the rear stator 17 forms a magnetic circuit with the coil 23 and the yoke 25 that holds the coil 23. The outer yoke and the inner yoke of the yoke 25 also have a plurality of comb-shaped magnetic pole teeth 25A and 25B, respectively. The magnetic pole teeth 25A and the magnetic pole teeth 25B are alternately arranged on substantially the same circumference.

コイル１９及びコイル２３は、それぞれの端子２０，２４に電気的に接続されており、端子２０，２４は図示しないリード線を介してモータ駆動回路に電気的に接続されている。 The coil 19 and the coil 23 are electrically connected to respective terminals 20 and 24, and the terminals 20 and 24 are electrically connected to a motor drive circuit via lead wires (not shown).

図３に示すように、前側のステータ１５の磁極歯２１Ａ，２１Ｂと後側のステータ１７の磁極歯２５Ａ，２５Ｂとは、軸線Ｓｈ回りに所定の角度だけずれている。なお、図３は、ステッピングモータ１の構造を単純化し、ロータ１３、磁極歯２１Ａ，２１Ｂ及び磁極歯２５Ａ，２５Ｂを簡素化して示す図であり、前側のステータ１５の磁極歯２１Ａ，２１Ｂと後側のステータ１７の磁極歯２５Ａ，２５Ｂとは、本来対峙しているが、便宜上内外にずらして示されている。 As shown in FIG. 3, the magnetic pole teeth 21A, 21B of the front stator 15 and the magnetic pole teeth 25A, 25B of the rear stator 17 are shifted by a predetermined angle around the axis Sh. FIG. 3 is a diagram showing the rotor 13, the magnetic pole teeth 21 A and 21 B, and the magnetic pole teeth 25 A and 25 B in a simplified manner, with the magnetic pole teeth 21 A and 21 B of the front stator 15 and the rear The magnetic pole teeth 25A and 25B of the stator 17 on the side are opposed to each other originally, but are shown shifted inward and outward for convenience.

前側のステータ１５の二本の磁極歯２１Ａは、極数「４」のロータ１３を挟むようにして相向しており、コイル１９への通電によって同極をなすＡ_１相として形成される。前側のステータ１５の二本の磁極歯２１Ｂは、ロータ１３を挟むようにして相向しており、コイル１９への通電によって同極をなすＡ_２相として形成される。同様に、後側のステータ１７の二本の磁極歯２５Ａは、Ｂ_１相として形成され、二本の磁極歯２５Ｂは、Ｂ_２相として形成される。 Two magnetic pole teeth 21A of the front side of the stator 15 is phase-oriented so as to sandwich the rotor 13 of the pole number "4" is formed as a A _1-phase forming the same polarity by energization of the coil 19. Two magnetic pole teeth 21B of the front side of the stator 15 is phase-oriented so as to sandwich the rotor 13, are formed as A ₂ phase forming the same polarity by energization of the coil 19. Similarly, the two magnetic pole teeth 25A of the rear stator 17 are formed as a B ₁ phase, and the two magnetic pole teeth 25B are formed as a B ₂ phase.

コイル１９に一方向の通電を行うと、Ａ_１相の励磁状態はＨ（Ｈｉｇｈ）となり、Ａ_２相の励磁状態はＬ（Ｌｏｗ）となる。逆に、コイル１９への通電方向を切り替えて他方向への通電を行うと、Ａ_２相の励磁状態はＨ（Ｈｉｇｈ）となり、Ａ_１相の励磁状態はＬ（Ｌｏｗ）となる。同様に、コイル２３に一方向の通電を行うと、Ｂ_１相の励磁状態はＨ（Ｈｉｇｈ）となり、Ｂ_２相の励磁状態はＬ（Ｌｏｗ）となる。逆に、コイル２３への通電方向を切り替えて他方向への通電を行うと、Ｂ_２相の励磁状態はＨ（Ｈｉｇｈ）となり、Ｂ_１相の励磁状態はＬ（Ｌｏｗ）となる。そして、励磁状態がＨになった相はＮ極となり、Ｌになった相はＳ極となる。 Doing unidirectional current to the coil 19, the exciting state of _{A 1-phase} H (High), and the excitation state of the _{A 2} phase becomes L (Low). Conversely, by switching the energizing direction of the coil 19 energizes in the other direction, the excitation state of the _{A 2-phase} H (High), and the excited state of the _{A 1} phase becomes L (Low). Similarly, when the coil 23 is energized in one direction, the B ₁ phase excitation state becomes H (High) and the B ₂ phase excitation state becomes L (Low). Conversely, by switching the energizing direction of the coil 23 energizes in the other direction, the excited state of _{B 2} phase H (High), and the excited state of _{B 1} phase becomes L (Low). The phase in which the excitation state becomes H becomes the N pole, and the phase in which the excitation state becomes L becomes the S pole.

次に、２相励磁方式によってステッピングモータ１の回転軸５をステップ回転させる場合について説明する。図４は励磁パターンとロータ１３のステップ状態とを対応付けて示す図であり、図５はコイル１９及びコイル２３にかけるパルス電圧と励磁パターンの変化を示す図である。 Next, the case where the rotating shaft 5 of the stepping motor 1 is step-rotated by the two-phase excitation method will be described. FIG. 4 is a diagram showing the excitation pattern and the step state of the rotor 13 in association with each other. FIG. 5 is a diagram showing changes in the pulse voltage applied to the coil 19 and the coil 23 and the excitation pattern.

図４に示すように、第１の励磁パターンでは、Ａ_１相とＢ_１相とが「Ｈ」となってＮ極となり、Ａ_２相とＢ_２相とは「Ｌ」となってＳ極となる。ロータ１３は、Ｓ極の中央部分がＡ_１相とＢ_１相との重なり合う中央部分に近接した第１のステップ状態で停止している。第１のステップ状態とは、ロータ１３の基準点Ｐが真上に位置した状態をいう。 As shown in FIG. 4, in the first excitation pattern, the A ₁ phase and the B ₁ phase become “H” and become the N pole, and the A ₂ phase and the B ₂ phase become “L” and the S pole. It becomes. The rotor 13 is stopped in a first step state in which the central portion of the S pole is close to the central portion where the A ₁ phase and the B ₁ phase overlap. The first step state refers to a state in which the reference point P of the rotor 13 is located directly above.

第２の励磁パターンでは、Ａ_１相とＢ_２相とが「Ｈ」となってＮ極となり、Ａ_２相とＢ_１相とは「Ｌ」となってＳ極となる。ロータ１３は、Ｓ極の中央部分がＡ_１相とＢ_２相との重なり合う中央部分に近接した第２のステップ状態で停止している。第２のステップ状態とは、ロータ１３の基準点Ｐが第１のステップ状態から時計回り方向に４５°だけ回転して停止した状態をいう。 In the second excitation pattern, the A ₁ phase and the B ₂ phase become “H” to become the N pole, and the A ₂ phase and the B ₁ phase become “L” to become the S pole. The rotor 13 includes a central portion of the S pole is stopped in a second step the state close to the overlapping central portion of the A ₁ phase and B ₂ phase. The second step state refers to a state in which the reference point P of the rotor 13 is rotated by 45 ° clockwise from the first step state and stopped.

第３の励磁パターンでは、Ａ_２相とＢ_２相とが「Ｈ」となってＮ極となり、Ａ_１相とＢ_１相とは「Ｌ」となってＳ極となる。ロータ１３は、Ｓ極の中央部分がＡ_２相とＢ_２相との重なり合う中央部分に近接した第３のステップ状態で停止している。第３のステップ状態とは、ロータ１３の基準点Ｐは第２のステップ状態から時計回り方向に４５°だけ回転して停止した状態をいう。 In the third excitation pattern, the A ₂ phase and the B ₂ phase become “H” and become the N pole, and the A ₁ phase and the B ₁ phase become “L” and become the S pole. The rotor 13 is stopped at the third step state central portion of the S pole is close to the overlapping central portion of the A ₂ phase and B ₂ phase. The third step state is a state in which the reference point P of the rotor 13 is rotated by 45 ° in the clockwise direction from the second step state and stopped.

第４の励磁パターンでは、Ａ_２相とＢ_１相とが「Ｈ」となってＮ極となり、Ａ_１相とＢ_２相とは「Ｌ」となってＳ極となる。ロータ１３は、Ｓ極の中央部分がＡ_２相とＢ_１相との重なり合う中央部分に近接した第４のステップ状態で停止している。第４のステップ状態とは、ロータ１３の基準点Ｐは第２のステップ状態から時計回り方向に４５°だけ回転して停止した状態をいう。 In the fourth excitation pattern, the A ₂ phase and the B ₁ phase become “H” and become the N pole, and the A ₁ phase and the B ₂ phase become “L” and become the S pole. The rotor 13 is stopped at the fourth step a state where the central portion of the S pole is close to the overlapping central portion of the A _2-phase and B ₁ phase. The fourth step state refers to a state in which the reference point P of the rotor 13 is rotated by 45 ° clockwise from the second step state and stopped.

図５に示すように、コイル１９及びコイル２３へは、波長が同一で位相が異なる所定のパルス電圧がかけられる。コイル１９にかけられるパルス電圧の位相は、コイル２３にかけられるパルス電圧に対して１／４周期だけ遅れている。その結果として、Ａ_１相、Ａ_２相、Ｂ_１相、Ｂ_２相の励磁パターンは、第１の励磁パターン、第２の励磁パターン、第３の励磁パターン、第４の励磁パターンの順序で切り替えられ、第１〜第４の励磁パターンまでを一周期としてこの周期を繰り返す。励磁パターンの１回の切り替えは１ステップに相当する。 As shown in FIG. 5, predetermined pulse voltages having the same wavelength and different phases are applied to the coil 19 and the coil 23. The phase of the pulse voltage applied to the coil 19 is delayed by ¼ period with respect to the pulse voltage applied to the coil 23. As a result, the excitation patterns of the A ₁ phase, A ₂ phase, B ₁ phase, and B ₂ phase are in the order of the first excitation pattern, the second excitation pattern, the third excitation pattern, and the fourth excitation pattern. This cycle is repeated with the first to fourth excitation patterns as one cycle. One switching of the excitation pattern corresponds to one step.

ロータ１３は、励磁パターンの切り替え順序に従い、４５°ずつ時計回り方向にステップ回転し、第１のステップ状態、第２のステップ状態、第３のステップ状態、第４のステップ状態、第１のステップ状態、・・という順番で停止状態が変化する。ロータ１３は、８ステップで一周する。なお、励磁パターンの切り替え順序が逆になると、ロータ１３は反時計回り方向にステップ回転する。 The rotor 13 is stepped clockwise by 45 ° in accordance with the excitation pattern switching order, and the first step state, the second step state, the third step state, the fourth step state, and the first step. The stop state changes in the order of state. The rotor 13 goes around in 8 steps. If the excitation pattern switching order is reversed, the rotor 13 rotates stepwise in the counterclockwise direction.

ロータ１３が回転すると、ピックアップレンズ３（図１及び図２参照）が移動する。ロータ１３の回転方向及びステップ数を制御することにより、ピックアップレンズ３の移動方向及び停止位置を制御できる。ステッピングモータ１は高速タイプであり、本来のステップ動作では周波数が非常に大きい高速のパルス電圧がかけられる。 When the rotor 13 rotates, the pickup lens 3 (see FIGS. 1 and 2) moves. By controlling the rotation direction and the number of steps of the rotor 13, the moving direction and stop position of the pickup lens 3 can be controlled. The stepping motor 1 is a high-speed type, and a high-speed pulse voltage having a very large frequency is applied in an original step operation.

ステッピングモータ１に本来のステップ動作を行わせる場合には、停止しているロータ１３のステップ状態に対応した励磁パターンに合わせた後に、所定の順序に従った励磁パターンの切り替えが必要である。なぜなら、不一致状態で本来のステップ動作を行うと、ステップ数に基づいたロータ１３の回転角度の正確な制御ができなくなり、ピックアップレンズ３を停止予定位置まで正確に移動させることができなくなるからである。この理由について、まず、説明する。 When the stepping motor 1 performs the original step operation, it is necessary to switch the excitation pattern in accordance with a predetermined order after matching the excitation pattern corresponding to the step state of the stopped rotor 13. This is because if the original step operation is performed in a mismatch state, the rotational angle of the rotor 13 cannot be accurately controlled based on the number of steps, and the pickup lens 3 cannot be accurately moved to the planned stop position. . The reason for this will be described first.

図６は、停止しているロータ１３のステップ状態が、基準状態である第１のステップ状態から２ステップ分だけずれている場合、すなわち、ロータ１３が２ステップ状態で停止している状態を示している。図６（ａ）は、電源をＯＮにしたとき（始動時）に形成される第１の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応した励磁パターンとの関係を示す表であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応するロータ１３を示す図である。なお、図７（ａ）は、第１の励磁パターンから切り替えられた第２の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応した励磁パターンとの関係を示す表であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に対応するロータ１３を示す図である。図６（ａ）及び図７（ａ）では、通電によって形成された励磁パターンを示すスペースをハッチングで示しており、ロータ１３のステップ状態に対応した励磁パターンをハッチングで示している。また、図６（ｂ）及び図７（ｂ）では、励磁状態がＨｉｇｈである相をハッチングで示している。なお、図１１〜図２２にも同様のハッチングが入っている。 FIG. 6 shows a case where the step state of the stopped rotor 13 is shifted by two steps from the first step state which is the reference state, that is, the state where the rotor 13 is stopped in the two-step state. ing. FIG. 6A is a table showing the relationship between the first excitation pattern formed when the power is turned on (starting) and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13. ) Is a diagram showing a rotor 13 corresponding to FIG. FIG. 7A is a table showing the relationship between the second excitation pattern switched from the first excitation pattern and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIG. It is a figure which shows the rotor 13 corresponding to Fig.7 (a). In FIG. 6A and FIG. 7A, the space indicating the excitation pattern formed by energization is indicated by hatching, and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13 is indicated by hatching. Moreover, in FIG.6 (b) and FIG.7 (b), the phase whose excitation state is High is shown by hatching. 11 to 22 include the same hatching.

図６に示すように、ロータ１３のステップ状態は第３の励磁パターンに対応した第３のステップ状態（図４参照）で停止している。その状態で、ステッピングモータ１は、ロータ１３を時計回り方向に回転させるために、図７（ａ）に示すように、励磁パターンを第１の励磁パターンから第２の励磁パターンに切り替えると、第３のステップ状態で停止しているロータ１３は、第２の励磁パターンに対応した第２のステップ状態に移動する。すると、図７（ｂ）に示すように、ロータ１３は１ステップ分だけ反時計回り方向にステップ回転してしまい、−１ステップ分のずれを生じる。その後、励磁パターンの切り替えに追随して、ロータ１３は時計回り方向に回転する。しかしながら、−１ステップ分のずれはそのまま残ってしまう。以上は、ステップ数とロータ１３の回転角度との間にずれが生じてしまう理由を簡単に説明するものである。 As shown in FIG. 6, the step state of the rotor 13 is stopped in a third step state (see FIG. 4) corresponding to the third excitation pattern. In this state, the stepping motor 1 changes the excitation pattern from the first excitation pattern to the second excitation pattern as shown in FIG. 7A in order to rotate the rotor 13 in the clockwise direction. The rotor 13 stopped in the third step state moves to the second step state corresponding to the second excitation pattern. Then, as shown in FIG. 7B, the rotor 13 rotates stepwise in the counterclockwise direction by one step, resulting in a deviation of −1 step. Thereafter, following the switching of the excitation pattern, the rotor 13 rotates in the clockwise direction. However, a deviation of -1 step remains as it is. The above is a simple explanation of the reason for the deviation between the number of steps and the rotation angle of the rotor 13.

高速でロータ１３を回転させるタイプのステッピングモータ１では、このずれがさらに大きくなる。図８を参照しながら、この理由について説明する。図８は、コイル１９及びコイル２３にかけられた電圧値Ｇ１と、ロータ１３の回転角度Ｇ２とを上下に対応させて示すグラフである。図８に示すグラフの横軸は時間の経過を示している。 In the stepping motor 1 of the type that rotates the rotor 13 at a high speed, this deviation is further increased. The reason for this will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph showing the voltage value G1 applied to the coil 19 and the coil 23 and the rotation angle G2 of the rotor 13 in association with each other vertically. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 indicates the passage of time.

周波数の非常に高い高速のパルス電圧Ｖｆによって励磁パターンを切り替える場合、１回の励磁パターンにおける通電時間Ｔ１が非常に短く、振動が収束する前に励磁パターンの切り替えが行われる。その結果として、反時計回り方向に逆回転してしまったロータ１３は、その慣性力によって後続の励磁パターンの切り替えにもスムーズに追随できなくなり、４回目の切り替えまで逆回転が続いてしまう。 When the excitation pattern is switched by the high-speed pulse voltage Vf having a very high frequency, the energization time T1 in one excitation pattern is very short, and the excitation pattern is switched before the vibration converges. As a result, the rotor 13 that has been reversely rotated in the counterclockwise direction cannot smoothly follow the switching of the subsequent excitation pattern due to its inertial force, and the reverse rotation continues until the fourth switching.

そこで、本発明に係るステッピングモータ１では、始動直後から本来のステップ動作までの間に準備動作を行う。この準備動作について図９〜図１２を参照しながら説明する。図９は、コイル１９及びコイル２３に印加された電圧Ｇ３と、ロータ１３の回転角度Ｇ４とを上下に対応させて示すグラフであり、準備動作のみを示している。図１０は、コイル１９及びコイル２３にかけられた電圧Ｇ５と、ロータ１３の回転角度Ｇ６とを上下に対応させて示すグラフであり、準備動作に続いて本来のステップ動作が行われた場合を示している。 Therefore, in the stepping motor 1 according to the present invention, the preparatory operation is performed immediately after the start until the original step operation. This preparatory operation will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a graph showing the voltage G3 applied to the coil 19 and the coil 23 and the rotation angle G4 of the rotor 13 in an up-and-down correspondence, and shows only the preparatory operation. FIG. 10 is a graph showing the voltage G5 applied to the coil 19 and the coil 23 and the rotation angle G6 of the rotor 13 in an up-and-down correspondence, and shows a case where the original step operation is performed following the preparation operation. ing.

図１１（ａ）は始動時の最初の通電によって形成される第１の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応する励磁パターンとの関係を示す表であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に対応するロータ１３を示す図である。また、図１１（ｃ）は第２の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応する励磁パターンとの関係を示す表であり、図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）に対応するロータ１３を示す図である。 FIG. 11A is a table showing the relationship between the first excitation pattern formed by the first energization at the time of start-up and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIG. It is a figure which shows the rotor 13 corresponding to (a). FIG. 11C is a table showing the relationship between the second excitation pattern and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIG. 11D is the rotor 13 corresponding to FIG. 11C. FIG.

また、図１２（ａ）は第３の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応する励磁パターンとの関係を示す表であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に対応するロータ１３を示す図であり、図１２（ｃ）は第４の励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応する励磁パターンとの関係を示す表であり、図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に対応するロータ１３を示す図である。なお、図１３〜図２２も同様であり、各図（ａ），（ｃ）は励磁パターンとロータ１３のステップ状態に対応する励磁パターンとの関係を示し、各図（ｂ）は（ａ）に対応するロータ１３を示し、各図（ｄ）は（ｃ）に対応するロータ１３を示している。 12A is a table showing the relationship between the third excitation pattern and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIG. 12B is the rotor 13 corresponding to FIG. 12 (c) is a table showing the relationship between the fourth excitation pattern and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIG. 12 (d) is the same as FIG. 12 (c). It is a figure which shows the corresponding rotor. 13 to 22 are the same, and FIGS. 13A and 22C show the relationship between the excitation pattern and the excitation pattern corresponding to the step state of the rotor 13, and FIGS. The rotor 13 corresponding to is shown, and each figure (d) shows the rotor 13 corresponding to (c).

図１１及び図１２に示すように、準備動作では、本来のステップ動作における励磁パターンの切り替えと同一の順序で、一周期分の励磁パターンの切り替えを行う。励磁パターンには、第１〜第４までの４種類があり、全種類の励磁パターンを第１の励磁パターン、第２の励磁パターン、第３の励磁パターン、第４の励磁パターンの順序で切り替えていく。 As shown in FIGS. 11 and 12, in the preparatory operation, the excitation patterns for one cycle are switched in the same order as the excitation pattern switching in the original step operation. There are four types of excitation patterns, 1st to 4th, and all types of excitation patterns are switched in the order of the first excitation pattern, the second excitation pattern, the third excitation pattern, and the fourth excitation pattern. To go.

準備動作により、始動時のロータ１３のステップ状態が２ステップ分ずれていても、第１の励磁パターンから第２の励磁パターンに切り替えた際に一致するようになる。ロータ１３は、第２の励磁パターンに対応する際には、本来のステップ動作とは逆になる反時計回り方向に４５°だけ回転してしまう。しかし、この逆回転は、準備動作であるために本来のステップ動作におけるステップ数としてはカウントされない。図１２に示すように、その後の準備動作では、第３の励磁パターン、第４の励磁パターンの順序で励磁パターンが切り替わり、ロータ１３のステップ状態は励磁パターンの切り替えに追随するように時計回り方向にステップ回転する。 Even if the step state of the rotor 13 at the start is shifted by two steps by the preparatory operation, it coincides when the first excitation pattern is switched to the second excitation pattern. When the rotor 13 corresponds to the second excitation pattern, the rotor 13 rotates by 45 ° in the counterclockwise direction which is the reverse of the original step operation. However, since this reverse rotation is a preparation operation, it is not counted as the number of steps in the original step operation. As shown in FIG. 12, in the subsequent preparatory operation, the excitation patterns are switched in the order of the third excitation pattern and the fourth excitation pattern, and the step state of the rotor 13 is clockwise so as to follow the switching of the excitation patterns. Step to turn.

また、図９及び図１０に示すように、準備動作では、本来のステップ動作での高速のパルス電圧Ｖｆではなく、１回の励磁パターンにおける通電時間Ｔａがロータ１３の振動収束時間Ｔｂよりも長くなるようなパルス電圧Ｖｓを印加する。その結果として、ロータ１３のステップ回転に伴う振動が確実に収まった後に次の励磁パターンに基づくコイル１９，２３への通電が行われるため、準備動作において励磁パターンとロータ１３のステップ状態とを精度良く合わせることができる。 Further, as shown in FIGS. 9 and 10, in the preparatory operation, the energization time Ta in one excitation pattern is longer than the vibration convergence time Tb of the rotor 13 instead of the high-speed pulse voltage Vf in the original step operation. A pulse voltage Vs is applied. As a result, since the coils 19 and 23 are energized based on the next excitation pattern after the vibration associated with the step rotation of the rotor 13 is surely settled, the excitation pattern and the step state of the rotor 13 are accurately determined in the preparatory operation. Can be matched well.

この準備動作により、停止時のロータ１３のステップ状態を特定できなくても、４種類の励磁パターンによるコイル１９，２３への通電の切り替えを行うので、いずれかの励磁パターンがロータ１３のステップ状態に合うようになる。さらに、準備動作における励磁パターンの切り替え順序と本来のステップ動作の励磁パターンの切り替え順序とが同一なので、ロータ１３のステップ状態が励磁パターンと合った後には、本来のステップ動作の励磁パターンの切り替え順序に追随するように、ロータ１３はステップ回転をする。その結果として、簡単な準備動作によって、ステッピングモータに正確なステップ動作を行わせることが可能になる。 Even if the step state of the rotor 13 at the time of stoppage cannot be specified by this preparation operation, the energization to the coils 19 and 23 is switched by the four types of excitation patterns. To come to fit. Further, since the switching order of the excitation pattern in the preparation operation is the same as the switching order of the excitation pattern in the original step operation, the switching order of the excitation pattern in the original step operation after the step state of the rotor 13 matches the excitation pattern. The rotor 13 performs step rotation so as to follow. As a result, it is possible to cause the stepping motor to perform an accurate step operation by a simple preparation operation.

図１３〜図２４を参照してその他のステップ状態のずれと準備動作について説明する。本来のステップ動作においてロータ１３を反時計回り方向に回転させる場合には、図１３及び図１４に示すように、第１の励磁パターン、第４の励磁パターン、第３の励磁パターン、第２の励磁パターンの順序、つまり本来のステップ動作と同一の切り替え順序で励磁パターンを切り替えていく。ロータ１３は、第３の励磁パターンに対応したステップ状態で停止しているが、第１の励磁パターンから第４の励磁パターンに切り替えられることにより、時計回り方向に１ステップ分のステップ回転をする。このステップ回転により、ロータ１３のステップ状態と励磁パターンとが一致し、後続の励磁パターンの切り替えに追随するようにしてロータ１３は反時計回り方向にステップ回転する。 With reference to FIGS. 13 to 24, other step state deviations and preparation operations will be described. When the rotor 13 is rotated counterclockwise in the original step operation, as shown in FIGS. 13 and 14, the first excitation pattern, the fourth excitation pattern, the third excitation pattern, the second excitation pattern, The excitation patterns are switched in the excitation pattern order, that is, in the same switching order as the original step operation. The rotor 13 is stopped in a step state corresponding to the third excitation pattern. However, when the rotor 13 is switched from the first excitation pattern to the fourth excitation pattern, the rotor 13 is rotated stepwise by one step in the clockwise direction. . By this step rotation, the step state of the rotor 13 matches the excitation pattern, and the rotor 13 rotates stepwise in the counterclockwise direction so as to follow the switching of the subsequent excitation pattern.

停止しているロータ１３が１ステップ分だけずれており、本来のステップ動作において時計回り方向に回転させる場合には、図１５及び図１６に示すように、準備動作において本来のステップ動作と同一の順序で励磁パターンを切り替える。その結果として、ロータ１３のステップ状態と励磁パターンとは一致し、本来のステップ動作において正確な制御を行える。 When the stopped rotor 13 is shifted by one step and is rotated in the clockwise direction in the original step operation, as shown in FIGS. 15 and 16, the preparation operation is the same as the original step operation. Switch the excitation pattern in order. As a result, the step state of the rotor 13 matches the excitation pattern, and accurate control can be performed in the original step operation.

停止しているロータ１３が１ステップ分だけずれており、本来のステップ動作において反時計回り方向に回転させる場合には、図１７及び図１８に示すように、準備動作において本来のステップ動作と同一の順序で励磁パターンを切り替える。ロータ１３は最初の励磁パターンの切り替えによって、時計回りまたは反時計回り方向に回転するが、後続の励磁パターンの切り替えによってロータ１３のステップ状態と励磁パターンとは一致し、本来のステップ動作において正確な制御を行える。 When the stopped rotor 13 is shifted by one step and is rotated counterclockwise in the original step operation, as shown in FIGS. 17 and 18, the same operation as the original step operation is performed in the preparation operation. Switch the excitation pattern in this order. The rotor 13 rotates clockwise or counterclockwise by the first switching of the excitation pattern, but the step state and the excitation pattern of the rotor 13 coincide with each other by switching the subsequent excitation pattern, and the original step operation is accurate. You can control.

停止しているロータ１３が３ステップ分だけずれており、本来のステップ動作において時計回り方向に回転させる場合には、図１９及び図２０に示すように、準備動作において本来のステップ動作と同一の順序で励磁パターンを切り替える。ロータ１３は最初の励磁パターンの切り替えによって、時計回りまたは反時計回り方向に回転するが、後続の励磁パターンの切り替えによってロータ１３のステップ状態と励磁パターンとは一致し、本来のステップ動作において正確な制御を行える。 When the stopped rotor 13 is shifted by 3 steps and is rotated clockwise in the original step operation, the preparation operation is the same as the original step operation as shown in FIGS. 19 and 20. Switch the excitation pattern in order. The rotor 13 rotates clockwise or counterclockwise by the first switching of the excitation pattern, but the step state and the excitation pattern of the rotor 13 coincide with each other by switching the subsequent excitation pattern, and the original step operation is accurate. You can control.

停止しているロータ１３が３ステップ分だけずれており、本来のステップ動作において反時計回り方向に回転させる場合には、図２１及び図２２に示すように、準備動作において本来のステップ動作と同一の順序で励磁パターンを切り替える。その結果として、ロータ１３のステップ状態と励磁パターンとは一致し、本来のステップ動作において正確な制御を行える。 When the stopped rotor 13 is shifted by 3 steps and is rotated counterclockwise in the original step operation, as shown in FIGS. 21 and 22, the same operation as the original step operation is performed in the preparation operation. Switch the excitation pattern in this order. As a result, the step state of the rotor 13 matches the excitation pattern, and accurate control can be performed in the original step operation.

本発明に係るステッピングモータが適用される光ピックアップユニットの斜視図である。1 is a perspective view of an optical pickup unit to which a stepping motor according to the present invention is applied. 光ピックアップユニットの断面図である。It is sectional drawing of an optical pick-up unit. ステッピングモータの構造を簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the structure of a stepping motor. 励磁パターンに対応付けてロータのステップ状態を示す図である。It is a figure which shows the step state of a rotor matched with an excitation pattern. 各相にパルス電圧をかけた場合の通電状態と励磁パターンとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the energization state at the time of applying a pulse voltage to each phase, and an excitation pattern. 最初の励磁パターンと停止しているロータのステップ状態との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the initial excitation pattern and the step state of the rotor which has stopped. 切り替えた後の励磁パターンとロータのステップ状態との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the excitation pattern after switching, and the step state of a rotor. 始動時から高速のパルス電圧をかけてステップ動作を行わせた場合のパルス電圧とロータの回転角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pulse voltage at the time of performing a step operation | movement by applying a high-speed pulse voltage from the time of a start, and the rotation angle of a rotor. 準備動作において印加されたパルス電圧とロータの回転角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pulse voltage applied in preparation operation, and the rotation angle of a rotor. 準備動作の後に高速のパルス電圧をかけて本来のステップ動作を行った場合のパルス電圧とロータの回転角度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pulse voltage at the time of performing original step operation | movement by applying a high-speed pulse voltage after preparation operation | movement, and the rotation angle of a rotor. ２ステップ分ずれているロータに対して行われる時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。It is a preparatory operation in the clockwise direction performed for the rotor shifted by two steps, and is a diagram showing the first switching of the excitation pattern. 図１１に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG. ２ステップ分ずれているロータに対して行われる反時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。It is a preparatory operation in the counterclockwise direction performed for the rotor shifted by two steps, and is a diagram showing the first switching of the excitation pattern. 図１３に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG. １ステップ分ずれているロータに対して行われる時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。It is a clockwise preparation operation performed on the rotor shifted by one step, and is a diagram showing the first switching of the excitation pattern. 図１５に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG. １ステップ分ずれているロータに対して行われる反時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。It is a preparatory operation in the counterclockwise direction performed for the rotor shifted by one step, and is a diagram illustrating the first switching of the excitation pattern. 図１７に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG. ３ステップ分ずれているロータに対して行われる時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a first switching of excitation patterns, which is a clockwise preparation operation performed on a rotor shifted by three steps. 図１９に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG. ３ステップ分ずれているロータに対して行われる反時計回り方向の準備動作であり、励磁パターンの最初の切り替えを示す図である。It is a preparatory operation | movement performed in the counterclockwise direction performed with respect to the rotor which has shifted | deviated by 3 steps, and is a figure which shows the first switching of an excitation pattern. 図２１に示す励磁パターンの切り替えの後に行われる励磁パターンの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the excitation pattern performed after switching of the excitation pattern shown in FIG.

Explanation of symbols

ステッピングモータ１、コイル１９、コイル２３、通電時間Ｔａ、振動収束時間Ｔｂ。 Stepping motor 1, coil 19, coil 23, energization time Ta, vibration convergence time Tb.

Claims

In a stepping motor for stepping a rotor while switching energization to a coil based on multiple types of excitation patterns,
In the preparatory operation immediately after starting up to the original step operation, the energization to the coil is switched by all types of the excitation patterns,
The stepping motor control method, wherein the excitation pattern switching order in the preparation operation is the same as the excitation pattern switching order in the original step operation.

2. The stepping motor according to claim 1, wherein, in the preparation operation, the energization time to the coil by one excitation pattern is longer than the vibration convergence time of the rotor rotated by switching the excitation pattern. Control method.