KR20010092738A - 스테핑 모터 제어 장치 - Google Patents

Abstract

인코더를 사용하는 스테핑 모터(stepping motor) 제어 방법에서, 타이머 수단이 제공되고, 전압 반전 이후 소정의 시간에 사전-반전(pre-reversal) 상태가 회복되고 각도 검출 수단의 한 사이클 이후에 사후-반전(post-reversal) 상태가 회복되는 방식으로 모터를 구동함으로서 저회전 동안 안정성을 손상시키지 않고 고속을 얻도록 저회전 동안 위상의 과도한 진전을 제한한다. 소정의 간격으로 펄스를 발생하는 펄스 발생기에 의해 속도를 제어하고, 최종 펄스로부터 경과된 소정의 시간으로부터 속도에서 갑작스런 강하(drop)를 검출하고, 또한 속도가 회복될 때, 실제 속도에 따른 경과 시간의 한계값, 속도 명령값, 및 가속 명령값을 변화시킴으로서 모터 회전 속도와 무관하게 모터 회전에서 비정상적인 강하를 검출하는 디바이스가 제공된다. 감속시 폐루프(closed-loop) 제어에서 마이크로스텝(microstep) 구동으로 교환됨으로서 감속을 제어하는 디바이스가 제공되고, 여기서 마이크로 구동에서의 구동 진폭은 스텝에서 벗어나지 않으면서 마이크로스텝 구동으로 교환될 때 불필요한 진동이 방지되도록 폐루프 제어에서의 구동 진폭과 소정의 관계를 갖는다.

Description

스테핑 모터 제어 장치{Stepping motor control device}

스테핑 모터는 크기가 작고, 토오크가 크고 및 수명이 길다는 등의 특징을 갖는다. 스테핑 모터는 전형적으로 제어 용이성을 이용함으로써 개루프 제어(open-loop control)에 의해 구동된다. 다른 한편, 스테핑 모터는 탈조(out-of-step), 진동 및 낮은 회전 속도 등의 문제점을 갖는다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 폐루프 제어에 의해 스테핑 모터를 구동하는 방법이 제안되고 있으며, 여기서, 스테핑 모터는 인코더를 구비하고 있다.

일본국 특허 출원 제 10-011069호는 다음 배열을 기재하고 있다. 인코더의 일 주기의 출력 펄스의 수는 스테핑 모터의 자극수의 적분 배수로 설정된다. 스테핑 모터로 흐르는 여자 전류는 스테핑 포터의 임의의 휴지 위치와 관련하여 소정수의 인코더 펄스가 검출될 때마다 교환된다. 이는 인코더의 출력 신호와 스테핑 모터로 흐르는 여자 전류 간의 위상 정확도가 소정의 에러 이하로 되게 한다.

이러한 배열의 경우에, 충분히 큰 회전수를 얻기 위해 회전자의 실제 각 위치와 관련하여 구동 위상을 충분히 전진시킬 필요가 있다. 그러나, 충분히 전진된 위상 각은 회전자가 저속으로 작동될 때 실제 위상이 과도하게 전진시킬 수 있다. 극단적인 경우에, 회전자는 저속 오퍼레이션의 역방향에서 반대로 회전한다.

모터의 오퍼레이션이 개시될 때, 오퍼레이션의 시작 전의 마이크로스텝 구동으로 인해 유지되고 있는 회전자의 각 위치는 각각의 모터 코일 위상의 전류들 간의 비율에 의해 결정된다. 그러한 방식으로 결정된 회전자의 각 위치는 에러를 포함한다. 에러를 제어하기 위한 시도가 이루어질 때, 충분한 시작 토오크가 때때로 얻어지지 않고, 오퍼레이션을 시작시키는 데 고장을 유도한다.

더욱이, 폐루프 구동이 그러한 스테핑 모터를 사용하여 수행될 때, 스테핑 모터의 특징인 큰 배치 정확도는 폐루프 구동에 의해서만은 얻어질 수 없다. 따라서, 마이크로스텝 구동은 폐루프 구동과 관련하여 사용된다. 폐루프 구동은 초기에 고속으로 제어되도록 피사체(subject)를 이동시키기 위해 사용되고, 이후, 피사체가 감속되는 도중까지, 폐루프 구동은 정확한 배치를 수행하기 위해 마이크로스텝 구동으로 교환된다. 그러나, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 불필요한 회전 진폭이 종종 발생함으로써, 위치 및 속도를 정확히 제어하기는 곤란하다.

상기 출원은 이들 문제점에 때한 어떠한 해결책도 개시하지 못하고 있다.

더욱이, 종래에, 스테핑 모터가 DC 모터 대신에 선택적으로 사용될 수 있는 상기 배열에 의해, 속도 제어는 일반적으로 인코더의 출력 신호를 사용하여 수행되고 있다.

이러한 배열이 갖는 문제점은 헤드가 의도된 트랙까지 고속으로 이동할 때(예, 디스크 장치에서 헤드 이동 제어), 의도된 트랙에서 몇 트랙 벗어난 위치에 헤드가 도달하는 시점에서 속도 명령값이 상당히 작으므로, 모터의 이탈 등의 의도된 트랙 상의 오버슈트는 오프셋 전압 등으로 인해 발생하기 쉽다는 것이다. 그러한 문제점을 해결하기 위해, 일본국 특허 공개 제 2-18766호는 소정의 시간 내에 인코더로부터 어떠한 신호도 수신되지 않을 때 속도 명령값이 증가되는 배열을 개시하고 있다.

그러나, 모터의 임의의 회전수에 관하여 소정의 시간의 최적 값을 제공하는 것은 난해하다.

보다 명확히 하자면, 모터의 보다 큰 회전수에 적절해지도록 소정의 시간이 제공될 때, 회전수가 적은 경우, 정상적인 감속으로 인한 펄스 간격의 일시적 확장이 비정상적인 것으로 종종 잘못 검출된다. 소정의 시간이 보다 적은 회전수에 최적이 되도록 제공될 때, 회전수가 큰 경우, 이상은 때때로 검출될 수 없다.

더욱이, 모든 경우에 최적인 정확한 속도 명령값을 제공하는 것은 난해하다.

보다 명확히 말하자면, 구동 시스템은 모터 또는 변속 시스템 등의 마찰 부하의 편차를 갖는다. 따라서, 속도 명령값의 동일한 증가가 동일한 응답을 유도하는 것으로 기대될 수 없다. 예를 들면, 속도 명령값의 동일한 증가가 모터에 주어질 때조차, 구동 시스템의 마찰 부하가 큰 경우, 그 증가에도 불구하고 모터가 정지하는 것을 억제하기가 불가능하다. 이러한 경우에, 속도 명령값이 증가하지 않는 경우와 마찬가지로, 이 장치는 다음 입력 펄스 신호를 계속 대기해야 하고, 따라서 어떠한 개선된 효과도 초래하지 못한다. 결과적으로, 구동 시스템의 마찰 부하가 적을 때, 속도 명령값의 증가로 인한 높은 레벨의 오버슈트가 발생한다. 이러한 방식으로, 구동 시스템의 특성의 편차를 다루는 속도 명령값의 그러한 증가를 계획하기는 곤란하다. 또한, 신뢰할만한 제어를 수행하기가 곤란하다.

상기 출원은 상기 문제점들에 대한 어떠한 해결책도 개시하고 있지 않다.

이후, 종래 기술은 도 20a 내지 도 26을 참조하여 기재할 것이다.

도 20a는 종래의 모터 제어 장치를 사용하는 광디스크 드라이브의 전형적인 구성을 나타내는 개략도이다. 도 20b는 강제 구동의 명령값과 시동 전의 회전자의 각 위치(θ) 사이의 관계를 나타내는 표이다.

도 21은 위치 검출 수단의 출력단과 종래의 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도이다.

도 22는 도 21에서 시점 Ta에 관한 구동과 회전자 간의 위상의 종래 관계를 나타내는 도면이다.

도 23은 회전자의 위치가 회전 방향 쪽으로 이동할 때 전자력과 회전자의 위치 간의 종래 관계를 나타내는 도면이다.

도 24는 종래의 속도 제어 오퍼레이션을 설명하기 위해 사용된 흐름도이다.

도 25a 및 25b는 명령 진폭 제어 수단 및 마이크로스텝 구동 수단으로부터 출력된 시변 전류 명령값을 나타내는, 여자 시퀀스를 설명하기 위해 사용된 도면이다.

도 26a 및 26b는 명령값 선택기로부터 출력된 전류 명령값의 종래 흐름도와회전자의 의도된 속도의 종래 프로파일의 도면이다.

도 20a에서, 301은 임의로 광디스크(302)에 정보를 기록하고, 그로부터 정보를 재생하는 헤드를 나타낸다. 헤드(301)에 부착된 너트 조각(303)은 리드 스크류(304)의 홈과 맞물린다. 리드 스크류(304)는 3mm의 스크류 피치를 갖고, 스테핑 모터(305)와 결합된다. 따라서, 헤드(301)는 스테핑 모터(305)의 회전에 따라 가이드축(306)을 따라 전후로 수직으로 구동된다. 참고 번호(307)는 새시(308)에 고정되고, 스크류(304)를 지원함으로써 스크류(304)가 자유롭게 회전되게 하는 베어링을 나타낸다. 스핀들 모터(309)는 광디스크(302)를 구동시키고 회전시킨다. 헤드(301)가 의도된 위치로 이동할 때, 헤드(301)가 이동하는 방향 및 거리는 현재 위치 및 의도된 위치의 어드레스에 기초하여 결정된다. 방향 및 거리에 따라, 제어 수단(310)은 스테핑 모터(305)를 위한 제어 오퍼레이션을 수행한다.

구동 수단(311)은 독립적인 2-채널 전류 구동기인 A-위상 전류 구동기(312) 및 B-위상 전류 구동기(313)를 포함한다. 전류 구동기(312 및 313)는 제어 수단(310)으로부터 출력된 각각의 전류 명령 량을 나타내는 디지털 데이터에 기초하여 A-위상 고정자(320) 및 B-위상 고정자(321)에 전류를 공급함으로써, 스테핑 모터(305)를 구동한다.

A-위상 및 B-위상 전류 구동기(312 및 313)는 전력 증폭기, D/A 변환기 등을 포함한다. 스테핑 모터(305)는 2-위상 PM 형이고, 2-위상 여자에 따라 18˚의 스텝 각을 갖는다. 스테핑 모터(305)는 회전자(322), 및 A-위상 고정자(320) 및 B-위상 고정자(321)를 갖는 2-위상 여자 코일을 포함한다. 회전자(322)는 N 및 S 극각각에 대해 5개의 분극들이 원주 방향과 72˚각도 간격으로 균일하게 위치하는 영구 자석을 포함한다.

A-위상 고정자(320) 및 B-위상 고정자(321) 각각은 72˚각도의 간격으로 N 및 S극 각각에 대해 5개의 극을 발생시키는 요크에 의해 유발된 자극을 갖는다. 전류가 여자 코일에 인가될 때 각각의 자극은 회전자(322)에 대향한다. A-위상 고정자(320) 및 B-위상 고정자(321)의 요크에 의해 유발된 자극은 서로 18˚정도 벗어난다.

4.5˚각도의 간격으로 제공된 슬릿을 갖는 차광 플레이트(324)는 회전자 축(328)에 고정된다. 차광 플레이트(324)의 4.5˚의 슬릿 각 주기 값은 회전자(322)의 자석의 자극의 72˚각 주기와의 전체적인 분율(이하 1/16)인 것으로 결정된다. 특히, 스테핑 모터(305)의 위상의 수는 2이기 때문에, 차광 플레이트(324)의 4.5˚의 슬릿 각 주기 값 역시 회전자(322)의 자석의 자극의 72˚의 각 주기와 2의 전체 곱으로 1을 분할함으로써 만족되도록 선택된다(즉, 1/16=1/(2x8)).

광센서(325)는 투과형이고, 그의 발광측에 LED를 포함하고, 그의 광수용측에 광트랜지스터를 포함한다. 광센서(325)는 차광 플레이트(324)의 슬릿의 존재 또는 부재에 좌우되어 출력 신호를 출력한다.

광센서(325) 및 차광 플레이트(324)는 조작에 의해 손상되고 먼지 등으로 인해 더렵혀지는 것을 방지하도록 하우징(326) 내에 수용된다.

광센서(325)의 출격은 2진 전환 회로(327)에 의해 2진 데이터로 전환된다.2진 전환 회로(327)는 광센서(325)의 출력을 특정 기준값과 비교함으로써만 하이 또는 로우로 출력되지 않고, 광센서(325)의 출력이 2개의 기준값 사이에서 변화될 때만 하이 및 로우의 출력을 교환함으로써, 채터링으로 인한 잘못된 오퍼레이션을 방지한다.

위치 검출 수단(323)은 차광 플레이트(324), 광센서(325) 및 2진 전환 회로(327)를 포함한다.

위치 검출 수단(323)은 회전축(328)이 4.5˚각도 만큼 회전될 때마다 단일 펄스를 출력한다. 따라서, 회전자(322)가 A-위상 및 B-위상 고정자(320 및 321)의 극 사이에서 18˚의 위상차 만큼 회전할 때, 위치 검출 수단(323)은 정확히 4개의 펄스를 출력한다.

위치 검출 수단(323)의 출력은 제어 수단(310), 폐루프 구동 수단(317) 및 속도 검출 수단(334)으로 입력된다.

마이크로스텝 구동 수단(316)은 마이크로스텝 구동 수단(316) 자체에 의해 내부적으로 발생된 타이밍 신호에 따라 전류 명령값을 나타내는 디지털 데이터를 구동 수단(311)으로 출력함으로써, 개루프 제어를 사용하여 마이크로스텝 구동을 수행한다. 보다 상세하게는, 마이크로스텝 구동은 B-위상 고정자(321)를 통한 구동 전류에 대한 A-위상 고정자(320)를 통한 구동 전류의 비율을 변화시킴으로써 수행되고, 그에 따라 큰 분해능으로 회전자(322)의 휴지각을 제어한다.

회전자(322)의 휴지각과 전류 비율 간의 관계는 자기 회로의 상태 및 스테핑 모터(305)의 부하에 의존한다. 따라서, 회전자의 균일하게 분포된 휴지 각을 제공하는 전류 명령값은 함수 또는 표로서 결정된다. 이는 회전자(322)의 휴지각과 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력 사이에 일정한 관계를 유도한다. 회전자(322)의 휴지 각 위치는 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력으로부터 결정될 수 있다.

구동 토크는 이후 기재되는 폐루프 구동에 비해 고속 회전에서 작기 때문에 마이크로스텝 구동은 쉽게 탈조를 유발한다. 따라서, 구동 토크가 필요치 않고, 정확한 배치가 필요한 경우에 마이크로스텝 구동은 주로 저속 회전 범위에서 사용된다. 더욱이, 저속 회전 범위에서, 인코더에 의한 속도 검출의 정확도는 불량하고, 속도가 피드백된 경우 폐루프 제어를 수행하는 것은 난해하다. 따라서, 마이크로스텝 구동은 전형적으로 전류 명령값 및 그의 진폭이 미리 결정되는 패턴에 따라 개루프로 조절되고, 그에 따라 회전자(322)를 조절함으로써 회전자(322)는 여자 위치에 따르도록 강제된다.

강제 구동 수단(338)은 마이크로스텝 구동 수단(316)이 그 출력에 의해 유지되고 있는 기동 전의 회전자(322)의 각 위치 정보, 회전자(322)를 회전시키도록 하는 방향에 의해 8개의 강제 구동에 대한 명령값을 발생시킨다.

강제 구동 수단(338)으로부터 구동 수단(311)으로의 명령값에 의해 결정된 구동 전압은 전력 공급 전압이 12V일 때 2개의 값, 즉, +12V 및 -12V를 취한다. 도 20b에서, 회전 방향은 회전자(322)가 회전되도록 의도된 방향이다. 각 위치(θ)는 회전자(322)가 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력단에 의해 유지될 때, 시동 전의 회전자(322)의 각 위치이다. 각 위치는 A-위상 고정자(320)가 양의 방향으로 여자될 때만 0˚이고, 시계 방향이 양의 값일 때 전기 각으로 나타낸다.

전기 각(θ)과 실제 각(θ1) 사이의 관계는 다음과 같이 주어진다:

θ1 = θ/5 + 72N (N: 0 내지 4중의 임의의 정수임)

그에 따라, 스테핑 모터(305)는 강제로 구동된다.

폐루프 구동 수단(317)은 프로그램 가능한 카운터 등을 포함하고, 위치 검출 수단(323)의 출력을 분할함으로써 명령값을 구동 수단(311)에 발생시킨다. 이러한 경우에, 분할 패턴은 제어 수단(310)으로부터 신호에 따라 소정의 패턴으로부터 선택될 수 있다.

폐루프 구동은 큰 구동 토크 및 많은 회전수를 허용한다. 폐루프는 헤드(301)를 고속으로 이동시키도록 회전수를 신속히 상승시키기 위해 사용된다. 그러나, 인코더에 의한 속도 검출의 정확도는 저속 회전 범위에서 불량하고, 따라서 충분한 양의 속도가 피드백되지 않는다. 이러한 이유 때문에, 저속에서 정확도가 최종 배치를 위해 필요할 때 폐루프가 사용될 수 없다. 이를 피하기 위해, 폐루프 구동은 회전수가 특정 값 이하일 때 상기 마이크로스텝 구동으로 교환된다. 따라서, 속도 및 배치 정확도 모두를 관리할 수 있다.

폐루프 수단(317)으로부터 구동 수단(311)에 이르기까지 명령값에 따른 구동 전압은 전력 공급 전압이 12V일 때 +12V 및 -12V를 취한다.

이러한 출력은 이후 기재되는 명령 진폭 제어 수단(315)에 입력된다. 출력 전압은 속도 및 위치를 제어하는 데 필요한 계수를 승산함으로써 정정되고, 이후 명령값 선택기(314)에 입력된다.

제어 수단(310)으로부터 신호에 따라, 명령값 선택기(314)는 폐루프 구동 수단(317)의 출력, 강제 구동 수단(338)의 출력 및 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력 중의 하나를 선택한다.

속도 검출 수단(334)은 위치 검출 수단(323)으로부터 출력된 펄스에 기초하여 회전자(322)의 회전 속도값을 산출하고, 이후 기재되는 속도 비교기(335)에 그 결과를 전송한다.

속도 비교기(335)는 회전자(322)의 회전 속도 값과 의도된 속도 값 간의 에러를 산출하기 위해 제어 수단(310)으로부터 전송된 의도된 속도 값과 속도 검출 수단(334)으로부터 전송된 회전자(322)의 회전 속도 값을 비교한다.

명령 진폭 제어 수단(315)은 속도 비교기(335)로부터 출력된 속도 에러 정보에 기초하여, 폐루프 구동 수단(317)으로부터 전송된 전류 명령값의 진폭을 수정한다. 보다 상세하게는, 회전자(322)를 의도된 속도 값에 근접하도록 회전자(322)가 가속되거나 또는 감속되는 것은 속도 에러의 크기에 기초하여 결정된다. 결정 결과에 기초하여, 전류 명령값의 진폭의 변화는 A-위상 고정자(320)와 B-위상 고정자(321) 간의 인력 및 반발력의 변화를 유도함으로써, 회전자(322)를 가속시키거나 감속시킬 수 있다. 결과적으로, 회전자(322)는 실제 속도가 속도 명령값에 근접하도록 제어된다.

제어 수단(310)은 회전 방향, 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력에 의해 유지되는 시동 전의 회전자(322)의 각 위치 정보, 및 위치 검출 수단(323)의 출력에 따라 폐루프 구동 수단(317), 강제 구동 수단(338), 마이크로스텝 구동 수단(316) 및 명령값 선택기(314)를 제어한다.

더욱이, 회전자(322)가 폐루프 구동 수단(317)에 의해 구동되어야 할 남은 거리는 위치 검출 수단(323)으로부터 펄스 신호(P)에 기초하여 산출된다. 이는 위치 검출 수단(323)으로부터 펄스 수(N)인 카운트로 나타낸다. 카운트에 따라 선택된 의도된 속도 값(SD)은 속도 명령값 테이블(도시하지 않음)로부터 판독되고, 속도 비교기(335)에 출력된다.

속도 명령값 테이블은 다음과 같이 설명된다. 회전자(322)는 회전 시작시에 속도를 가능한 한 신속하게 상승시키기 위해 장치의 완전 커패시터에 의해 가속화된다. 이후, 회전수는 회전자(322)가 의도된 위치에서 안정하게 정지하도록 소정의 값과 동일해진다. 회전자(322)가 의도된 위치에 근접하게 될 때, 회전자(322)는 큰 정확도로 가능한 한 신속하고 안정하게 정지하도록 비교적 큰 속도로 감속된다. 이러한 시점에 이르기까지, 상기 폐루프 구동은 큰 가속 값 및 큰 회전수를 얻기 위해 사용된다. 속도가 특정 설정 속도 이하일 때, 정확한 배치를 위한 마이크로스텝 구동이 사용되고 감속 값이 감소된다.

상기 카운트가 소정의 기준 값(M) 이하일 때, 즉, 회전자가 의도하는 위치에 근접하고, 의도된 속도 값이 저하될 때, 카운트에 대응하는 의도된 속도 값(SD)는 상기한 바와 같이 선택된다. 또한, 위치 검출 수단(323)으로부터 다음 펄스 신호(P')가 소정의 시간(T) 내에 입력되지 않는 경우, 정정 값이 의도된 속도 값(SD)에 부가되고, 증가된 의도된 속도 값(SD)은 속도 비교기(335)로 출력된다.

더욱이, 회전자(322)가 의도된 위치에 근접하고, 속도가 소정의 속도 이하일 때, 폐루프 구동은 정확한 배치를 위해 마이크로스텝 구동으로 교환된다.

이하, 명령 진폭 제어 수단(315) 및 마이크로스텝 구동 수단(316)에 의해 발생된 전류 명령값은 도 25a 및 25b를 참조하여 기재할 것이다.

도 25a는 명령 진폭 제어 수단(315)으로부터 출력된 전류 명령값의 일시적 변화를 나타내는 여자 시퀀스를 설명하기 위해 사용된 도면이다. 전류 명령값은 +127 내지 -127 범위에 이르는 수치 값을 갖는 8비트 디지털 데이터이다. 이러한 경우에, 양의 부호 및 음의 부호는 구동 전류의 방향을 나타낸다. 구동 수단(311)에 의해 발생된 구동 전류의 진폭은 전류 명령값에 비례한다. 명령 진폭 제어 수단(315)으로부터 출력된 파형은 전류 명령값의 진폭이 Ia인 직교파이다. 진폭(Ia)의 값은 속도 제어에 의해 가속값 또는 감속 값의 크기에 좌우되어, -127 내지 +127 범위의 임의 값을 취할 수 있다. 명령 진폭 제어 회로(315)로부터 출력된 전류 명령의 진폭(Ia)은 다음과 같이 정의된다: 스테핑 모터(305)가 가속되는 방향은 양인 한편, 스테핑 모터(305)가 감속되는 방향은 음이다. 스테핑 모터(305)의 회전 방향과 무관하게, 이후 기재되는 본 발명의 실시예에서 명령 진폭 제어 수단(315)의 전류 명령값 출력의 진폭에 동일한 정의가 적용된다.

도 25b는 마이크로스텝 구동 수단(316)으로부터 출력된 전류 명령값의 일시적 변화를 나타내는 여자 시퀀스를 설명하기 위해 사용된 도면이다. 명령 진폭 제어 수단(315)의 출력과 마찬가지로, 전류 명령값은 +127 내지 -127 범위에 이르는 수치 값을 갖는 8비트 디지털 데이터이다. 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력 파형은 실질적으로 전류 명령값의 진폭이 Ib인 삼각파이다. 마이크로스텝 구동은 여자 위상을 점진적으로 변화시키기 위해 B-위상의 구동 전류에 대한 A-위상의 구동 전류의 비율을 변화시킴으로써 수행된다. 전류 명령값의 진폭(Ib) 값은 최대 127로 고정된다. 마이크로스텝 구동 수단(316)은 개루프 제어를 수행하기 때문에, 가속 및 감속의 반전은 특별히 고려될 필요가 없고, 진폭(Ib)은 항상 양의 값으로서 정의된다. 이러한 정의는 이후 기재되는 본 발명의 실시예에 기재된 마이크로스텝 구동 수단(316)의 전류 명령값의 진폭에 적용된다.

스테핑 모터를 위해 이와 같이 구축된 제어 장치의 오퍼레이션을 기재할 것이다.

헤드(301)는 전형적인 기록 및 재생이 광디스크 드라이브에서 수행될 때 디스크(302)의 특정 트랙을 추적한다.

이러한 경우에, 스테핑 모터(305)는 마이크로스텝 구동 수단(316)을 사용하여 구동된다.

마이크로스텝 구동 수단(316)은 B-위상 고정자(321)에 대한 A-위상 고정자(320)의 구동 전류 비율을 16 레벨로 변화시킴으로써 16-분할 마이크로스텝 구동을 수행한다. 헤드(301)는 전형적인 2-위상 여자 구동의 분해능의 1/16인 9.375㎛의 큰 분해능으로 이동한다(이 경우, 1 스텝은 150㎛에 대응함). 따라서, 스테핑 모터(305)는 2-위상 여자의 휴지 각 위치에서 정지할 뿐만 아니라 실질적으로 임의의 각 위치에서 정지한다.

재생이 현재 수행되고 있는 트랙으로부터 다른 트랙으로 헤드(301)가 이동하는 오퍼레이션이 구해지고 있다. 이러한 경우에, 제어 수단(310)은 디스크(302)에 저장된 현재 위치 어드레스를 의도하는 위치 어드레스와 비교함으로써 헤드(301)를이동시키는 방법을 결정한다.

이동 거리가 극도로 짧을 때, 즉, 몇 트랙일 때, 헤드(301)는 스테핑 모터(305)의 회전 없이 트래킹 액추에이터의 오퍼레이션에 의해서만 이동한다.

이동 거리가 약 1mm일 때, 헤드(301)는 마이크로스텝 구동 수단(316)을 사용하여 스테핑 모터(305)를 마이크로스텝으로 구동함으로써 의도하는 트랙으로 이동한다.

거리가 상기 상황 이상일 때, 치환 검출 수단(323)의 출력은 스테핑 모터(305)를 위한 구동 명령값을 발생시키기 위해 폐루프 구동 수단(317)을 사용하여 분할 등에 의해 전환된다. 구동 명령값에 따라, 구동은 치환 검출 수단(323)의 출력에 따라 수행되고, 그에 따라 헤드(301)를 이동시킨다.

이후, 그러한 상황에서 스테핑 모터(305)의 오퍼레이션을 기재할 것이다.

먼저, 제어 수단(310)은 헤드(301)의 트래킹 액추에이터의 오퍼레이션을 정지시킨다. 이후, 스테핑 모터(305)의 회전 방향이 결정된다. 이러한 경우에, 회전 방향은 시계 방향이다. 이러한 시점에서, 스테핑 모터(305)는 마이크로스텝 구동 수단(316)에 의해 구동된다. 스테핑 모터(305)는 통상적으로 휴지 상태로 남겨진다.

이후, 제어 수단(310)은 시동 전의 회전자(322)의 각 위치에 대한 정보 등의 정보를 회전자(322)가 회전되도록 의도된 방향으로 강제 구동 수단(338)에 제공하고, 회전자(322)는 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력에 의해 유지되는 것이다. 더욱이, 제어 수단(310)은 명령값 선택기(314)가 강제 구동 수단(338)의 출력을 선택할 수 있게 한다. 강제 구동 수단(338)은 위치 검출 수단(323)의 출력과 독립적으로, 상기 정보에 기초하여 도 20b에 따라 구동 수단(311)에 새로운 명령값을 출력한다.

그에 따라, 회전자(322)는 회전을 시작한다. 위치 검출 수단(323)은 4.5˚의 실제 회전 각도 간격으로 펄스를 출력한다.

펄스의 출력이 시작될 때, 제어 수단(310)은 시동 전의 회전자(322)의 각 위치에 대한 정보 등의 정보를 회전자(322)가 회전하도록 의도된 방향으로 폐루프 구동 수단(317)에 제공하고, 회전자(322)는 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력에 의해 유지되고 있다. 더욱이, 제어 수단(310)은 명령값 선택기(314)가 폐루프 구동 수단(317)의 출력을 선택하게 한다.

폐루프 구동 수단(317)은 소정의 패턴에 따라 위치 검출 수단(323)의 출력을 분할함으로써 명령값을 구동 수단(311)에 발생시킨다. 그에 따라, 명령값의 시퀀스는 타이밍이 위치 검출 수단(323)으로부터 출력과 연관되는 방식으로 구동 수단(311)에 출력된다.

명령값의 시퀀스는 각각의 여자 코일에 인가된 구동 전압이 최대 12V이고, 12V의 구동 전압이 A-위상 고정자(320)의 여자 코일에 인가되고, 0V의 구동 전압이 B-위상 고정자(321)의 여자 코일에 공급되는 경우, 및 회전자(322)가 그러한 조건 하에 액추에이트되는 경우로 도 21에 나타낸다.

도 21은 위치 검출 수단(3)의 출력단과 종래의 A-위상 및 B-위상 고정자(3)의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도이다.

도 21에서, AV는 제어 수단(310)으로부터 구동 수단(311)으로 입력되는 명령값의 결과로서 A-위상 고정자(320)의 여자 코일에 인가된 전압과 시간 사이의 관계를 나타낸다. BV는 B-위상 고정자(321)의 여자 코일에 인가된 전압과 시간 사이의 관계를 나타낸다. FG는 위치 검출 수단(323)의 출력과 시간 사이의 관계를 보여준다.

여자 코일에 인가되는 전압은 속도 및 위치를 제어할 목적으로 필요한 계수를 승산한 명령 진폭 제어 수단(315)에 의해 수정된다. 간단히 할 목적으로, 도 21은 그러한 전압 수정이 수행되는 않는 경우를 보여준다.

도 21에서, 위치 검출 수단(323)의 출력과 독립적인 구동은 상기한 바의 간격 T1로 수행된다. 결과적으로, 간격 T2에서, 구동은 타이밍이 위치 검출 수단(323)으로부터 출력된 펄스와 관련되는 방식으로 수행된다. 간격 T3에서, A-위상 및 B-위상의 출력은 위치 검출 수단(323)으로부터 출력된 4개의 펄스마다 선택적으로 역으로 된다. 출력 전압은 통상적으로 +12V 및 -12V이다.

도 22는 출력이 반전된 직후 도 21에서 Ta 시점에서 구동과 회전자(322)의 위상 간의 관계를 나타낸다.

도 22에서, 참고 번호 320은 A-위상 고정자를 나타내고, 321은 B-위상 고정자를 나타내며, 322는 회전자를 나타내고, 339는 가상 N극을 나타내며, θd는 구동 각을 나타낸다.

가상 N극(339)은 A-위상 고정자(320) 및 B-위상 고정자(321)에 의해 발생된 자계를 합함으로써 발생된다. 회전자(322)의 S 극은 가상 N극의 방향으로 끌어당겨진다. 회전자(322)의 S극은 가상 N극(339)에 끌어당겨진다. 회전자(322)가 회전되어야 하는 각은 구동 각(θd)이다.

이러한 경우에, 도 22에 나타낸 바와 같이, 구동 각은 180˚이다.

일반적으로, 2-위상 모터의 경우에, 구동 각은 전형적으로 135˚이다. 각이 그와 같이 큰 이유는 다음과 같다.

스테핑 모터(305)의 와인딩은 인덕턴스 성분을 갖는다. 따라서, 와인딩을 통한 전류는 구동 전압의 변화에 관하여 특정 시간 만큼 지연된다. 예를 들면, 스테핑 모터가 3000PPS의 펄스만큼 회전될 때, 펄스 간격은 333μsec이다. 이러한 경우에, 지연 시간은 전형적인 CD-ROM 장치의 광학 헤드 이동 메카니즘에 사용되는 스테핑 모터에 대해 약 150μsec만큼 크다. 그러한 지연 시간은 무시될 수 있다.

그러한 이유 때문에, 구동 위상은 회전자의 각 위치에 관하여 어떠한 지연도 존재하지 않을 때 얻어진 최적 위상으로부터 전진될 수 있다. 따라서, 지연 시간이 정정된다.

상기 공정에 다라, 모터가 액추에이트되고, 회전수는 증가된다. 그에 따라, 헤드(301)는 의도하는 주소 쪽으로 이동하기 시작한다.

제어 수단(310)은 위치 검출 수단(323)으로부터 펄스 신호(P)에 기초하여, 헤드(301)가 폐루프 구동 수단(317)에 의해 구동되는 남은 거리를 산출한다. 제어 수단(310)은 카운트에 따라 의도된 속도 값(SD)을 선택하고, 의도된 속도 값(SD)을 속도 비교기(335)로 출력한다. 의도된 속도는 다음과 같이 선택된다. 회전자(322)는 회전 시작시에 속도를 가능한 한 신속하게 상승시키기 위해 장치의완전 커패시터에 의해 가속화된다. 이후, 회전수는 회전자(322)가 의도된 위치에서 안정하게 정지하도록 소정의 값과 동일해진다. 회전자(322)가 의도된 위치에 근접하게 될 때, 회전자(322)는 큰 정확도로 가능한 한 신속하고 안정하게 정지하도록 비교적 큰 속도로 감속된다. 이러한 시점에 이르기까지, 상기 폐루프 구동은 큰 가속 값 및 큰 회전수를 얻기 위해 사용된다. 속도가 특정 설정 속도 이하일 때, 정확한 배치를 위한 마이크로스텝 구동이 사용되고 감속 값이 감소된다.

이러한 방식으로, 감속 오퍼레이션은 2 단계로 수행된다. 감속의 시작에서 소정의 속도에 이르는 기간에서, 명령값 선택기(314)는 명령 진폭 제어 수단(315)의 출력을 선택하고, 폐루프 구동에 의해 속도 제어를 수행한다.

도 26a 및 26b는 각각 회전자(322)의 의도된 속도의 프로파일 및 명령값 선택기(314)에 의해 출력된 전류 명령값을 나타내는 타임 차트를 나타낸다. 간단히 하기 위해, 전류 명령값은 A-위상 및 B-위상 고정자(3) 중의 하나에 대해서만 나타낸다.

명령 진폭 제어 수단(315)에 의한 감속은 다음과 같이 수행된다. 속도 비교기(335)는 속도 검출 수단(334)에 의해 검출된 회전자(322)의 회전 속도를 의도된 속도 값과 비교함으로써 속도 에러를 산출한다. 명령 진폭 제어 수단(315)은 회전자(322)의 회전 속도가 의도하는 속도 값에 근접해지도록 하는 방식으로 전류 명령값의 진폭(Ia)을 변화시킨다. 모터의 토크는 일반적으로 구동 전류에 비례한다. 그러나, 이러한 예에서, 구동 전류는 구동 전압을 조절함으로써 변화한다.

이러한 경우에, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 마찰 등의 구동 부하의 편차, 및상이한 의도된 속도 값에 좌우되어 여러 가지 값을 취한다.

예를 들면, 제어될 피사체가 마찰 부하를 갖고, 마찰 부하로 인한 자연 감속의 가속화가 변화에 의해 의도하는 감속 값과 동일할 때, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 실질적으로 0이다. 피사체의 마찰 부하가 편차로 인해 클 때, 피사체는 의도하는 감속 값보다 큰 감속 값 만큼 감속된다. 따라서, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 회전자(322)의 속도가 회복되도록 회전자(322)를 가속시키기 위해 양의 값을 취한다. 더욱이, 피사체의 마찰 부하가 작을 때, 피사체는 의도하는 감속 값보다 적은 감속 값 만큼 감속된다. 따라서, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 회전자(322)의 속도가 추가로 감소되도록 회전자(322)를 감속시키기 위해 음의 값을 취한다.

상기한 바와 같이, 명령 진폭 제어 수단(315)은 회전자(322)의 회전 속도가 의도하는 속도 값과 동일하도록 속도 검출 수단(324)으로 회전자(322)의 회전 속도를 모니터링 하면서 회전자(322)가 제어되는 폐루프 제어를 수행한다. 스테핑 모터(305)의 베어링 부하, 리드 스크류(304)의 마찰 부하 등의 편차에 좌우되는 상이한 크기를 갖는 구동 전류가 스테핑 모터(305)에 공급된다.

이러한 방식으로, 회전자(322)의 감속은 폐루프 구동에 의해 수행됨으로써, 그의 속도는 점차로 감소하면서, 헤드(301)는 의도하는 어드레스에 도달한다.

상기 구조는 다음 문제점을 갖는다. 의도하는 어드레스까지의 거리가 작을 때, 속도 명령값은 작다. 의도하는 어드레스 상의 오버슈트 또는 오프셋 전압으로 인한 모터의 폭주, 마찰 부하의 적은 증가로 인한 감속 도중의 중지 등이 발생하기 쉽다. 이를 피하기 위해, 속도 명령값은 소정의 시간 내에 인코더로부터 어떠한신호도 수신되지 않는 경우에 속도 명령값이 증가한다.

도 24는 종래의 속도 제어 오퍼레이션을 설명하기 위해 사용된 흐름도이다. 이 흐름도는 마찰 부하의 적은 증가로 인해 감속되는 동안의 중지 등의 결점을 제거하기 위해, 어떠한 신호도 소정의 시간 내에 인코더로부터 수신되지 않는 경우에 속도 명령값이 증가되는 공정을 보여준다.

초기에, 의도하는 위치의 트랙에 이르기까지 존재하는 나머지 트랙(N)의 수가 카운드되고, 카운트가 "0"인지 여부가 결정된다(S1). 카운트가 "0"인 것으로 결정되는 경우, 감속 오퍼레이션이 종료된다.

단계(S1)에서, 헤드가 이동할 나머지 트랙의 수(N)가 "0"이 아닌 것으로 결정된 경우, 펄스 신호(P)는 위치 검출 수단(323)으로부터 수신되고, 헤드가 이동할 나머지 트랙의 회전수(N)로부터 일이 감산된다(S2). 나머지 트랙수(N)에 대응하는 속도 명령값(SD)은 카운트에 따라 선택되고(S3), 속도 비교기(335)로 출력된다.

이후, 속도 검출 수단(334)에 의해 검출된 실제 속도는 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환되는 스위칭 속도(v)와 비교된다. 실제 속도가 v 이하인 경우, 폐루프 구동에 의한 감속이 종료되고, 폐루프 구동은 마이크로스텝 구동으로 교환된다(S9).

이후, 나머지 트랙수(N)가 소정의 기준값(M) 이하인지 여부는 카운트에 기초하여 결정된다(S4). 나머지 트랙수(N)가 기준 값(M) 이상인 것으로 결정되는 경우, 다음 펄스 신호(P')가 위치 검출 수단(323)으로부터 입력되는지 여부가 결정된다(S5). 다음 펄스 신호(P')가 입력되는 것으로 결정된 경우, 프로세스는단계(S1)로 복귀하고 상기 일련의 오퍼레이션이 반복된다.

단계(S4)에서, 나머지 트랙의 수(N)가 기준 값(M) 이하인 것으로 결정된 경우, 다음 펄스(P')가 소정의 시간(T) 내에 위치 검출 수단(323)으로부터 입력되는지 여부가 결정된다(S6). 다음 펄스(P')가 소정의 시간(T) 내에 입력되는 것으로 결정된 경우, 프로세스는 단계(S1)로 복귀하고, 상기 일련의 오퍼레이션이 반복된다.

단계(S6)에서, 다음 펄스(P')가 소정의 시간(T) 내에 입력되는 것으로 결정된 경우, 정정 값이 속도 명령값(SD)에 부가되고, 증가된 속도 명령값(SD)이 속도 비교기(335)에 출력되고, 헤드(301)의 이동 속도의 증가를 초래한다(S7). 이에 따라, 다음 펄스(P')가 소정의 시간(T) 내에 위치 검출 수단(323)으로부터 입력되었는지 여부가 결정된다(S8). 다음 펄스(P')가 입력된 것으로 결정된 경우, 프로세스는 단계(S1)로 복귀하고, 실제 속도가 v 이하로 될 때까지 상기 일련의 오퍼레이션이 반복된다.

상기한 바와 같이, 다음 펄스(P')가 소정의 시간(T) 내에 위치 검출 수단(323)으로부터 입력되지 않는 경우, 속도 명령값(SD)은 헤드(301)의 이동 속도가 증가되도록 증가한다. 스테핑 모터(305)는 이러한 방식으로 제어되고, 그에 따라 오프셋 전압, 마찰 부하의 편차 등, 감속의 중지 등으로 인한 오버슈트 또는 폭주 등의 고장에 대한 신뢰도를 개선시킨다.

이후, 실제 속도가 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환되고 의도하는 위치에 근접하는 스위칭 속도 v 이하일 때, 정지 오퍼레이션에서 정확한 배치를 위한 제어 수단(310)은 마이크로스텝 구동 수단(316)으로 교환된다. 마이크로스텝 구동에서, 전류 명령값은 실질적으로 도 25b에 나타낸 바의 직각파 형태이다. 감속 오퍼레이션은 전류 명령값의 스위칭 빈도가 감소하는 개루프 제어에 의해 수행된다(전류 파형의 상태는 치밀한 상태에서 희박한 상태로 변화함). 이러한 경우에, 구동은 전류 명령값의 진폭(Ib)이 구동 부하의 크기와 독립적으로 소정의 고정 값(=127)으로 설정되면서 수행된다.

마이크로스텝 구동에서, 헤드(301)를 추가로 감속시키고, 치밀한 방식으로 헤드(301)의 위치 및 속도를 제어하고, 트래킹 액추에이터를 다시 작동시키기 위한 조건이 생성된다.

폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환되는 스위칭 속도 v는 440PPS(=66mm/s)로 교환된다. 다시 말하자면, 속도가 그러한 값으로 감속될 때, 폐루프 구동은 마이크로스텝 구동으로 교환된다.

마이크로스텝 구동에 의한 감속에서, 헤드(301)는 광디스크(302)의 수백 개의 트랙에 대응하는 거리 상으로 이동하면서 점진적으로 감속된다.

감속 후, 트래킹 액추에이터는 탐색 후 트랙을 추적하도록 작동된다. 이어서, 제어 수단(310)은 의도하는 위치 어드레스와 디스크(302) 내에 저장된 현재 위치 어드레스를 다시 비교한다. 모두 동일한 경우, 이동 오퍼레이션이 종료한다. 모두 동일하지 않은 경우, 상기 오퍼레이션은 모두 동일해질 때까지 반복된다.

그러나, 스테핑 모터를 제어하는 상기 방식은 다음 문제점들을 갖는다.

먼저, 인덕턴스 성분에 의해 유발되는 지연에 관하여, 지연 시간은 일정하기때문에, 지연 각은 회전수가 증가함에 따라 상승한다. 소정의 시간만큼 구동을 지연시키는 회로는 전형적으로 복잡하다. 따라서, 전형적인 구동은 각도 검출 수단의 분할 위상이 진전되고, 리드 각이 일정한 방식으로 수행된다.

그러나, 이는 다음 문제점을 갖는다. 그러한 리드 각은 전형적으로 회전각 검출 수단(3)의 그것과 실질적으로 동일한 분해능을 갖는다. 더욱이, 회전수가 작을 때, 위상은 과도하게 진전된다. 극단적인 경우에, 위상은 반전된다. 이러한 이유 때문에, 리드 각은 특정 값 이상의 값을 취할 수 없으므로, 구동 각은 종래 예의 180˚로 제한된다.

실제로, 이는 종종 지연 시간을 정정하기 위해 불충분하다.

둘째로, 시동에 따른 강제 구동 수단(317)에 의해 발생된 구동 패턴은 2-위상 여자로 제한된다. 따라서, 예를 들면, 이러한 종래의 예에서, 회전자(322)가 전자력에 의해 구동되는 각 위치는 시동 전의 회전자(322)가 0 내지 360˚의 임의의 위치(θ)에 있을 때조차 4개의 위치, 즉, 45˚, 135˚, 225˚ 및 315˚중의 하나이다. 따라서, 회전자(322)가 전자력에 의해 구동되는 각 위치는 45˚내지 135˚범위에서 변화한다 더욱이, 시동 전의 회전자(322)의 각 위치 정보는 전형적으로 약 14˚의 에러를 갖고, 상기 회전자(322)는 마이크로스텝 구동 수단(316)의 출력에 의해 유지된다(도 20a). 그러한 에러를 고려하면, 범위는 더욱 증가한다.

예를 들면, 도 23은 회전자(322)가 θ=0˚이하의 위치로부터 액추에이트되고, 회전자(322)의 실제 위치가 회전 방향쪽으로 이동할 때, 회전자(322)의 위치와 전자력 간의 관계를 나타낸다.

에러 각(θg)이 0일 때, 구동 각(θd)은 45˚이다. 도 23에서, 구동 각(θd)은 에러 각(θg)으로 인해 상당히 적다. 구동 토크는 구동 각이 90˚일 때 최대이다. 구동 각이 작을 때, 구동 토크는 구동 각에 비례한다. 구동 각이 0˚일 때, 구동 토크는 0이다.

상기한 바와 같이, 구동 각이 작을 때, 구동 토크는 상당히 적다. 마찰력 등으로 인해 어떠한 회전도 발생할 수 없다.

이러한 경우, 어떠한 회전도 발생하지 않을 때, 위치 검출 수단(323)으로부터 어떠한 출력도 없다(도 20a). 따라서, 프로세스는 후속 구동 공정으로 이동하지 않고, 결과적으로 액추에이션 실패를 초래한다.

셋째, 소정의 시간(T)은 고정된 값이기 때문에, 제어 지연은 모터의 신속한 감속에 관하여 중요하다. 일반적으로, 모터의 제어는 모터가 저속으로 회전될 때 가장 불안정하다. 이는 저속이 모터 베어링의 마찰 등의 비선형 인자의 영향의 비교적 큰 증가를 유도하기 때문이다. 저속 회전에서, 모터는 신속히 제어되지 않고, 모터의 속도는 단기간 내에 의도하는 속도에서 크게 벗어남으로써, 모터의 빈번한 중단을 초래한다. 따라서, 회전을 안정화시키기 위해, 초기 단계에서 모터가 제어될 수 없는지 그리고 모터를 제어하는지를 검출하는 것은 극히 중요하다. 종래 예의 구조에 따라, 그러한 조기 검출 및 제어를 실현하는 것은 난해하다. 상세히 말하자면, 모터가 제어 불능으로 되는 회전수는 마찰 부하의 편차에 따라 변화한다. 몇몇 경우에, 모터는 비교적 큰 회전 범위에서 제어 불능이 되기 시작할 수 있다. 다른 경우에, 모터는 낮은 회전 범위에서 제어될 수 있다. 고정 값을 갖는소정의 시간이 종래 예에서와 제공되고, 속도 명령값이 소정의 시간에 비해 수정될 때, 낮은 회전 범위에서 제어 불능을 검출하면서, 제어 불능의 잘못된 검출을 방지하는 것은 난해하다.

넷째, 다음 펄스(p')가 소정의 시간(T) 내에 입력되지 않은 것으로 결정될 때, 속도 명령값(SD)에 대한 정정 값은 일정하다. 실제로, 정정 값이 일정할 때, 속도 명령값(SD)에 대한 정정 값의 설정치를 제공하는 것은 난해하고, 제어의 신뢰도는 불량하다. 구동 시스템은 모터 자체의 마찰 부하, 전송 시스템의 편차 등을 갖는다. 이 때문에, 속도 명령값에서 동일한 증가가 동일한 응답을 유도하리라고 기대할 수 없다. 예를 들면, 속도 명령값의 동일한 증가가 모터에 주어질 때조차, 구동 시스템의 마찰 부하가 큰 경우, 그러한 증가에도 불구하고, 모터의 중지를 억제할 수 없다. 이러한 경우에, 속도 명령값이 증가하지 않을 때와 마찬가지로, 장치는 다음 입력 펄스 신호를 계속 대기하게 되고, 결과적으로 어떠한 개선된 효과도 초래할 수 없다. 결과적으로, 구동 시스템의 마찰 부하가 적을 때, 높은 레벨의 오버슈트가 속도 명령값의 증가로 인해 발생한다. 이러한 방식으로, 구동 시스템의 특성의 변동을 다루는 속도 명령값의 증가를 설계하는 것은 난해하다. 신뢰할 수 있는 제어를 수행하는 것 역시 곤란하다.

다섯째, 마이크로스텝 구동에서 탈조가 발생하는 것을 방지하면서 폐루프 구동으로부터 마이크로스텝 구동으로의 스위칭에서 발생되는 불필요한 진동을 방지하는 것은 난해하다. 이는 이후 상세히 기재할 것이다.

폐루프 구동에서, 스테핑 모터(305)의 베어링 부하, 리드 스크류(304)의 마찰 부하 등의 구동 부하의 편차에 따라 상이한 크기를 갖는 구동 전류가 스테핑 모터(305)에 공급된다. 예를 들면, 상기한 바와 같이, 제어될 피사체가 마찰 부하를 갖고 마찰 부하로 인한 자연 감속의 가속화가 의도하는 감속 값과 우연히 일치하고, 전류 명령값의 진폭(Ia)이 실질적으로 0인 경우가 고려된다. 이는 최종 외부 제어 토크가 필요한 경우이다. 말할 필요도 없이, 여자로 인한 어떠한 진동도 발생하지 않는다. 이러한 상황이 마이크로스텝 구동으로 스위칭될 때, 여자는 구동 부하의 편차와 독립적으로 마이크로스텝 구동에서 일정한 전류 진폭(Ia)으로 인해 발생하기 때문에 임의의 주어진 여자 에너지가 불필요한 진동으로 전환된다. 다시 말하자면, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동을 교환될 때마다, 구동력이 신속히 증가하면서 전류 명령값의 진폭이 신속히 증가하고, 결과적으로 불필요한 진동을 초래한다.

다른 한편, 전류 명령값의 진폭(Ib)이 불필요한 진동의 발생을 방지하도록 마이크로스텝 구동에서 미리 적은 값으로 설정될 때, 마찰 부하가 편차로 인해 큰 경우, 구동력은 과도하게 적고, 결과적으로 탈조를 초래한다.

상기한 바와 같이, 스테핑 모터를 위한 종래의 속도 제어 방법에서, 전류 명령값의 진폭은 마이크로스텝 구동에서 고정되기 때문에, 불필요한 진동의 발생 및 탈조 모두를 방지하기는 곤란하고, 따라서, 안정한 제어를 획득하기가 곤란하다.

본 발명은 스테핑 모터 및 그의 제어에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 인코더를 갖는 스테핑 모터 및 이 스테핑 모터를 제어하기 위한 제어 장치에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 1b 및 1c는 본 발명의 실시예 1에서 강제 구동의 명령값과 시동 전의 회전자의 각 위치(θ) 사이의 관계를 나타내는 표.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 2진 전환 회로의 출력단과 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 도 2의 Ta 시점에서 구동과 회전자의 위상들 간의 관계를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예 1에서 회전자가 회전 방향 쪽으로 이동할 때 전자력과 회전자의 위치 간의 관계를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 6은 본 발명의 실시예 2에서 2진 전환 회로의 출력단과 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도.

도 7은 회전수가 낮고, 시간 T<Tfg인 경우, 도 6의 시점 Ta에서 A- 및 B-위상들의 전류의 일시적 변화를 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 실시예 2에서 도 6의 시점 Ta에서 구동과 회전자의 위상들 간의 관계를 보여주는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 10은 본 발명의 스테핑 모터 제어 장치에서 실시예 3의 스테핑 모터를 위한 폐루프 제어에 따른 여자 위치와 회전자의 위치 간의 관계를 설명하기 위해 사용된 도면.

도 11은 제 1 감속에 따른 본 발명의 실시예 3에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 제어를 나타내는 흐름도.

도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도.

도 13은 제 1 감속에 따른 본 발명의 실시예 4에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 제어를 나타내는 흐름도.

도 14는 광디스크 드라이브에 사용된 본 발명의 실시예 5에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 개략적 구성을 나타내는 블록도.

도 15는 본 발명의 실시예 5에서 저장 수단에 저장된 제 1 및 제 2 오퍼레이션 모드에서 전류 명령값들의 진폭들(Ia 및 Ib) 간의 관계를 나타내는 도면.

도 16a는 본 발명의 실시예 5의 회전자를 위한 감속 오퍼레이션에서 의도된 속도 값을 나타내는 의도된 속도 프로파일의 도면.

도 16b는 명령값 선택기에 의해 출력되는 감속 오퍼레이션에서 전류 명령값을 나타내는 타이밍도.

도 17은 본 발명의 실시예 5에서 저장 수단에 저장된 전류 명령값들의 진폭들(Ia 및 Ib) 간의 관계를 정의하는 표.

도 18a는 본 발명의 실시예 6에서 폐루프 구동에 따른 전류 명령값의 진폭(제 1 오퍼레이션 모드)과 마이크로스텝 구동에서 전류 명령값의 진폭(제 2 오퍼레이션 모드) 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 18b는 제어될 피사체가 어떻게 감속되는지 명령하고, 의도된 속도 발생 수단에 의해 발생되는 의도된 속도 프로파일을 나타내는 도면.

도 19a는 폐루프 구동에 따른 전류 명령값의 진폭(제 1 오퍼레이션 모드)과 마이크로스텝 구동에서 전류 명령값의 진폭(제 2 오퍼레이션 모드) 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 19b는 제어될 피사체가 어떻게 감속되는지 명령하고, 의도된 속도 발생 수단에 의해 발생되는 의도된 속도 프로파일을 나타내는 도면.

도 20a는 종래의 모터 제어 장치를 사용하는 광디스크 드라이브의 전형적인 구성을 나타내는 개략도.

도 20b는 강제 구동의 명령값과 시동 전의 회전자의 각 위치(θ) 사이의 관계를 나타내는 표.

도 21은 위치 검출 수단의 출력단과 종래의 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도.

도 22는 도 21에서 시점 Ta에 관한 구동과 회전자 간의 위상의 종래 관계를 나타내는 도면.

도 23은 회전자의 위치가 회전 방향 쪽으로 이동할 때 전자력과 회전자의 위치 간의 종래 관계를 나타내는 도면.

도 24는 종래의 속도 제어 오퍼레이션을 설명하기 위해 사용된 흐름도.

도 25a 및 25b는 명령 진폭 제어 수단 및 마이크로스텝 구동 수단으로부터 출력된 시변 전류 명령값을 나타내는, 여자 시퀀스를 설명하기 위해 사용된 도면.

도 26a 및 26b는 명령값 선택기로부터 출력된 전류 명령값의 종래 흐름도와 회전자의 의도된 속도의 종래 프로파일의 도면.

본 발명에 따라, 스테핑 모터 제어 장치는 θ˚의 각도 간격으로 원주 방향으로 일정한 간격의 자극을 갖는 회전자, 및 M-위상 여자 코일(M은 2 이하의 정수이고, M-위상은 역 위상을 포함하지 않음)을 포함하는 스테핑 모터, 명령값에 따라 다수의 레벨을 갖는 구동 전류를 여자 코일에 공급하는 구동 수단, 구동 전류가 적어도 K 레벨을 갖는 상이한 값을 취하는 경우 명령값을 발생시키는 명령값 발생 수단(K는 정수임), 회전자의 회전에 대응하는 n 펄스(n은 n≥M·K를 만족시키는 정수임)를 발생시키는 회전각 검출 수단, 및 회전각 검출 수단의 n 펄스로부터 소정의 순서로 펄스를 선택하고, K 레벨의 여자 스위칭 타이밍을 각각의 M-위상 여자 코일에 발생시키는 여자 스위칭 타이밍 발생 수단을 포함한다. 여자 스위칭 타이밍 발생 수단의 출력에 따라, 명령값 발생 수단은 양의 제 1 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 1 명령값, 방향이 제 1 구동 전류의 방향과 반대인 음의 제 2 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 2 명령값 및 제 1 구동 전류와 제 2 구동 전류 사이의 값을 취하는 제 3 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 3 명령값 사이에 교환되고, 여기서, K는 3이상이다.

명령값 발생 수단은 타이머 수단을 포함할 수 있다. 명령값 발생 수단이 제 3 명령값을 발생시킬 때, 명령값은 타이머 수단의 출력에 따라 교환된다.

명령값 발생 수단이 제 3 명령값을 출력할 때, 명령값 발생 수단은 여자 코일의 인덕턴스로 인해 여자 지연을 보상하도록 하는 방향으로 여자 중에 큰 리드 각을 유발하는 명령값을 발생시킬 수 있고, 이후, 타이머 수단의 출력에 따라 리드 각보다 더 작은 여자 중의 리드 각을 유발하는 값을 발생시킨다.

명령값 발생 수단의 제 3 명령값은 여자 코일로 흐르는 구동 전류가 0인 방식으로 설계된 일정한 값일 수 있다.

본 발명에 따라, 다른 스테핑 모터 제어 장치는 θ˚의 각도 간격으로 원주 방향으로 일정한 간격의 자극을 갖는 회전자, 및 M-위상 여자 코일(M은 2 이하의 정수이고, M-위상은 역 위상을 포함하지 않음)을 포함하는 스테핑 모터, 명령값에 따라 다수의 레벨을 갖는 구동 전류를 여자 코일에 공급하는 구동 수단, 구동 전류가 적어도 K 레벨을 갖는 상이한 값을 취하는 경우 명령값을 발생시키는 명령값 발생 수단(K는 정수임), 회전자의 회전에 대응하는 n 펄스(n은 n≥M·K를 만족시키는 정수임)를 발생시키는 회전각 검출 수단, 및 회전각 검출 수단의 n 펄스로부터 소정의 순서로 펄스를 선택하고, K 레벨의 여자 스위칭 타이밍을 각각의 M-위상 여자 코일에 발생시키는 여자 스위칭 타이밍 발생 수단, 및 제 1, 제 2 및 제 3 오퍼레이션 모드에서 스위칭하기 위한 제어 수단을 포함한다. 제 1 오퍼레이션 모드에서, 마이크로스텝 구동은 구동 수단에 의해 수행되고, 회전자는 스텝핑 모터가 휴지 상태일 때 소정의 각 위치로 유지된다. 제 2 오퍼레이션 모드에서, 스테핑 모터가 소정량 이상 만큼 회전될 때, 명령값 발생 수단은 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 명령값을 발생시키게 하고, 이후, 제 2 오퍼레이션 모드는 제 3 오퍼레이션 모드로 교환된다. 제 3 오퍼레이션 모드에서, 스테핑 모터는 여자 스위칭 타이밍 수단의 출력에 따라 명령값을 변화시킴으로써 제어된다. 제 2 오퍼레이션 모드에서, 명령값 발생 수단은 양의 제 1 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 1 명령값, 방향이 제 1 구동 전류의 방향과 반대인 음의 제 2 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 2 명령값 및 제 1 구동 전류와 제 2 구동 전류 사이의 값을 취하는 제 3 구동 전류를 여자 코일에 공급하기 위한 제 3 명령값을발생시키고, 제어 수단에 의해 회전자의 각 위치에 따라 상이한 명령값을 명령값 발생 수단에 발생시킨다.

제어 수단의 제 2 오퍼레이션 모드에서 제 3 명령값은 여자 코일로 흐르는 구동 전류가 0인 방식으로 설계된 일정한 값일 수 있다.

본 발명에 따라, 스테핑 모터로 흐르는 구동 전류에 의해 제어될 피사체의 속도를 제어하기 위한 또 다른 스테핑 모터 제어 장치는 제어될 피사체의 특정 치환량에 따라 검출 펄스 신호를 발생시키는 치환 검출 수단, 최종 검출 펄스 신호로부터 현 시점으로 시간 간격을 측정하는 타이머 수단, 타이머 수단의 출력이 특정 기준값을 초과할 때 구동 전류를 변화시키는 제어 수단, 및 치환 검출 수단의 출력에 따라 기준값을 갱신하기 위한 기준값 갱신 수단을 포함한다.

기준 값 갱신 수단은 치환 검출 수단에 의해 발생된 각각의 검출 신호 사이의 시간 간격을 측정함으로써 제어될 피사체의 속도를 검출하는 속도 검출 수단, 및 소정의 상응 관계에 따라 속도 검출 수단의 출력을 기준 값으로 전환시키는 전환 수단을 포함할 수 있다. 전환 수단의 출력은 치환 검출 수단이 검출 신호를 발생시킬 때마다 기준 값으로서 갱신될 수 있다.

전환 수단은 속도 검출 수단의 출력 및 소정의 허용 가능한 가속 값에 기초하여 허용 가능한 속도를 산출하고, 허용 가능한 속도의 역에 비례하도록 하는 방식으로 기준 값을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따라, 또 다른 스테핑 모터 제어 장치는 회전자 및 다수의 여자 코일을 포함하는 스테핑 모터, 회전자의 회전 치환에 대응하여 검출 펄스 신호를발생시키는 치환 검출 수단, 입력 명령값에 따라 각각의 여자 코일에 구동 전류를 공급하는 구동 수단, 치환 검출 수단의 검출 펄스 신호에 대응하는 타이밍에 따라 구동 수단에 공급된 명령값을 변화시킴으로써 스테핑 모터를 제어하는 제어 수단, 및 최종 검출 펄스 신호로부터 현 시점까지 시간 간격을 측정하는 타이머 수단을 포함한다. 제어 수단은 타이머 수단의 출력이 기준 값을 초과할 때 명령값을 변화시킴으로써 각각의 여자 코일에 공급된 구동 전류의 비율을 변화시킨다.

스테핑 모터 제어 장치는 의도된 속도의 변화가 감속 방향으로 이루어질 때 스테핑 모터의 여자 위상을 지연시키도록 하는 방향으로 구동 전류의 비율을 변화시키는 수단을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따라, 스테핑 모터로 흐르는 구동 전류에 의해 제어될 피사체의 속도를 제어하기 위한 또 다른 스테핑 모터 제어 장치는 제어될 피사체의 소정의 치환량에 대응하는 검출 신호를 발생시키는 치환 검출 수단, 최종 검출 신호로부터 현 시점까지 시간 간격을 측정하는 타이머 수단, 및 타이머 수단의 출력이 특정 기준 값을 초과할 때 구동 전류를 변화시키는 제어 수단을 포함한다. 구동 전류의 변화는 타이머 수단의 출력에 따라 증가한다.

본 발명에 따라, 또 다른 스테핑 모터 제어 장치는 회전자 및 여자 코일을 포함하는 스테핑 모터, 입력 명령값에 따라 여자 코일에 구동 전류를 공급하는 구동 수단, 구동 수단에 공급된 명령값을 변화시킴으로써 스테핑 모터를 제어하기 위한 제어 수단, 회전자의 회전 치환에 대응하는 검출 신호를 발생시키기 위한 치환 검출 수단, 및 최종 검출 신호로부터 현 시점까지 시간 간격을 측정하는 타이머 수단을 포함한다. 제어 수단은 스테핑 모터를 제어하기 위해, 제 1 오퍼레이션 모드와 제 2 오퍼레이션 모드 사이에 교환되고, 제 1 오퍼레이션 모드에서 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 구동 수단에 공급된 명령값을 변화시키고, 제 2 오퍼레이션 모드에서 치환 검출 수단의 검출 신호에 대응하는 타이밍에 따라 구동 수단에 공급된 명령값을 변화시킨다. 제어 수단은 타이머 수단의 출력이 특정 기준 값을 초과할 때 제 2 오퍼레이션 모드로부터 제 1 오퍼레이션 모드로 오퍼레이션 모드를 교환시킨다.

기준 값은 소정의 일정한 값일 수 있다.

스테핑 모터 제어 장치는 치환 검출 수단의 출력에 따라 기준 값을 갱신하는 기준값 갱신 수단을 추가로 포함할 수 있다. 속도 검출 수단의 출력은 치환 검출 수단이 검출 신호를 발생시킬 때마다 기준 값 갱신 수단에 의해 미리 결정된 상응 관계에 따라 기준 값을 전환시킴으로써 갱신될 수 있다.

본 발명에 따라, 또 다른 스테핑 모터 제어 장치는 접극자(armature) 및 여자 코일을 포함하는 스테핑 모터, 여자 코일에 공급된 구동 전류의 진폭 및 여자 위상을 제어하기 위한 제어 수단, 및 접극자의 위치에 대응하는 검출 신호를 발생시키는 위치 검출 수단을 포함한다. 제어 수단은 제 1 오퍼레이션 모드 및 제 2 오퍼레이션 모드를 제공하고, 제 1 및 제 2 오퍼레이션 모드는 교환될 수 있는 것이다. 제 1 오퍼레이션 모드에서, 구동 전류의 여자 위상은 위치 검출 수단의 검출 신호에 대응하는 타이밍에 따라 조절된다. 제 2 오퍼레이션 모드에서, 구동 전류의 여자 위상은 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 제어된다. 제어수단의 오퍼레이션 모드가 제 1 오퍼레이션 모드로부터 제 2 오퍼레이션 모드로 교환될 때, 제 2 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭은 제 1 오퍼레이션 모드의 구동 전류의 진폭에 따라 설계된다.

제어 수단은 소정의 의도된 속도 프로파일에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 수행할 수 있다. 제어 수단은 제 1 오퍼레이션 모드에서 제 1 감속 값으로 스테핑 모터를 감속시킬 수 있고, 이후, 제 2 오퍼레이션 모드에서 제 2 감속 값으로 스테핑 모터를 감소시킨다. 제어 수단은 제 1 및 제 2 감속 값을 실질적으로 동일한 값으로 설정할 수 있고, 제 1 오퍼레이션 모드의 구동 전류의 진폭이 감소함에 따라, 제 2 오퍼레이션 모드의 구동 전류의 진폭이 감소한다.

제 1 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭(Ia) 및 제 2 오퍼레이션에서 구동 전류의 진폭(Ib)은 아래 식으로 나타낸 관계를 가질 수 있다.

Ib = k·|Ia| + C

여기서, k 및 C는 양의 정수이고, Ia는 구동 전류가 스테핑 모터를 가속시키는 방향으로 공급될 때 양이고, 구동 전류가 스테핑 모터를 감속시키는 방향으로 공급될 때 음이다.

제어 수단은 소정의 의도된 속도 프로파일에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 수행할 수 있다. 제어 수단은 제 1 오퍼레이션 모드에서 제 1 감속 값으로 스테핑 모터를 감속시킬 수 있고, 이후, 제 2 오퍼레이션 모드에서 제 2 감속 값으로 스테핑 모터를 감속시킨다. 제어 수단은 제 1 감속 값이 제 2 감속 값보다 더 크도록 제 1 및 제 2 감속 값을 설정할 수 있고, 제 1 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭(Ia) 및 제 2 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭(Ib)은 하기 식으로 나타낸 관계를 갖는다.

Ib = k'·|Ia + b| + C'

여기서, k', b 및 C'는 양의 정수이고, Ia는 구동 전류가 스테핑 모터를 가속시키는 방향으로 공급될 때 양이고, 구동 전류가 스테핑 모터를 감속시키는 방향으로 공급될 때 음이다.

제어 수단은 소정의 의도된 속도 프로파일에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 수행할 수 있다. 제어 수단은 제 1 오퍼레이션 모드에서 제 1 감속 값으로 스테핑 모터를 감속시킬 수 있고, 이후, 제 2 오퍼레이션 모드에서 제 2 감속 값으로 스테핑 모터를 감속시킨다. 제어 수단은 제 1 감속 값이 제 2 감속 값보다 더 작도록 제 1 및 제 2 감속 값을 설정할 수 있고, 제 1 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭(Ia) 및 제 2 오퍼레이션 모드에서 구동 전류의 진폭(Ib)은 하기 식으로 나타낸 관계를 갖는다.

Ib = k"·|Ia - b'| + C"

여기서, k", b' 및 C"는 양의 정수이고, Ia는 구동 전류가 스테핑 모터를 가속시키는 방향으로 공급될 때 양이고, 구동 전류가 스테핑 모터를 감속시키는 방향으로 공급될 때 음이다.

이하, 본 발명을 수반된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들로써 기재할 것이다.

실시예 1

도 1a는 본 발명의 실시예 1에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 개략적 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에서, 참고 번호 1은 구동 수단을 나타내고, 2는 A-위상 전류 구동기를 나타내며, 3은 B-위상 전류 구동기를 나타내고, 4'는 제어 수단을 나타내며, 5는 A-위상 고정자를 나타내고, 6은 B-위상 고정자를 나타내며, 7은 스테핑 모터를 나타내고, 8은 회전자를 나타내며, 9는 회전자 축을 나타내고, 10은 차광 플레이트를 나타내며, 11은 광센서를 나타내고, 12는 하우징을 나타내며, 13은 2진 전환 회로를 나타내고, 14는 제어부를 나타내며, 15는 명령값 선택기를 나타내고, 16은 마이크로스텝 구동부를 나타내며, 20은 강제 구동부를 나타내고, 21은 구동 패턴 발생부를 나타낸다.

구동 수단(1)은 A- 및 B-위상 전류 구동기(2 및 3)를 위한 2개의 별개의 채널을 갖는 전류 구동기를 포함한다. 구동 수단(1)은 전류 명령 량을 나타내는 디지털 데이터에 기초하여 A- 및 B-위상 고정자(5 및 6)에 전류를 공급함으로써 스테핑 모터를 구동시키고, 디지털 데이터는 제어 수단(4')으로부터 출력되는 것이다. 보다 상세하게는, A- 및 B-위상 전류 구동기(2 및 3)는 입력 디지털 데이터를 아날로그 신호로 전환시키는 D/A 변환기 및 D/A 변환기로부터 아날로그 신호를 증폭하고 출력하기 위한 증폭기를 포함한다.

더욱이, 스테핑 모터(7)는 2-위상 PM 형이고, 2-위상 여자에 따라 18˚의 스텝 각을 갖는다. 스테핑 모터(7)는 N 및 S 극 각각에 대해 5개의 분극들이 원주 방향과 72˚각도 간격으로 균일하게 위치하는 영구 자석을 포함하는 회전자(8), 및 A- 및 B-위상 고정자(5 및 6)를 포함하는 2-위상 여자 코일을 포함한다. 더욱이, A- 및 B-위상 고정자(5 및 6) 각각은 72˚각도의 간격으로 N 및 S극 각각에 대해 5개의 극을 발생시키는 요크에 의해 유발된 자극을 갖는다. 전류가 여자 코일에 인가될 때 각각의 자극은 회전자(8)에 대향한다. A- 및 B-위상 고정자(5 및 6)의 요크에 의해 유발된 자극은 서로 18˚정도 벗어난다.

4.5˚각도의 간격으로 제공된 슬릿을 갖는 차광 플레이트(10)는 회전자 축(9)에 고정된다. 차광 플레이트(9)의 4.5˚의 슬릿 각 주기 값은 회전자(8)의 자석의 자극의 72˚각 주기의 전체적인 분율(이하 1/16)인 것으로 결정된다. 특히, 스테핑 모터(7)의 위상의 수는 2이기 때문에, 차광 플레이트(10)의 4.5˚의 슬릿 각 주기 값 역시 회전자(8)의 자석의 자극의 72˚의 각 주기와 2의 전체 곱으로 1을 분할함으로써 만족되도록 선택된다(즉, 1/16=1/(2x8)).

광센서(11)는 투과형이고, 그의 발광측에 LED를 포함하고, 그의 광수용측에 광트랜지스터를 포함한다. 광센서(11)는 차광 플레이트(10)의 슬릿의 존재 또는 부재에 좌우되어 출력 신호를 출력한다. 광센서(11) 및 차광 플레이트(10)는 조작에 의해 손상되고 먼지 등으로 인해 더렵혀지는 것을 방지하도록 하우징(12) 내에수용된다. 광센서(11)의 출력은 2진 전환 회로(13)에 의해 2진 데이터로 전환된다. 2진 전환 회로(13)는 광센서(11)의 출력을 특정 기준값과 비교함으로써만 "하이" 또는 "로우"로 출력되지 않고, 광센서(11)의 출력이 2개의 기준값 사이에서 변화될 때만 "하이" 및 "로우"의 출력을 교환함으로써, 채터링으로 인한 잘못된 오퍼레이션을 방지한다. 2진 전환 회로(13)의 출력은 제어 수단(4')에 입력된다.

제어 수단(4')은 제어부(14), 명령값 선택기(15), 마이크로스텝 구동부(16), 강제 구동부(20) 및 구동 패턴 발생부(21)를 포함한다.

마이크로스텝 구동부(16)는 스테핑 모터(7)의 B-위상 고정자(6)를 통한 전류에 대한 A-위상 고정자(5)를 통한 전류의 비율을 변화시키기 위해 제어부(14)로부터 신호에 따라 전류 명령값을 변화시킴으로써 고 분해능으로 회전자(8)의 휴지 각을 제어하는 마이크로스텝 구동을 수행한다. 회전자(8)의 휴지 각과 전류 비율 간의 관계는 자기 회로의 상태 및 스테핑 모터(7)의 부하에 의존한다. 따라서, 회전자(8)의 균일하게 분포된 휴지 각을 제공하는 전류 명령값은 함수 또는 표로서 결정된다. 이는 회전자(8)의 휴지각과 마이크로스텝 구동부(16)의 출력 사이에 일정한 관계를 유도한다. 회전자(8)의 휴지 각 위치는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력으로부터 결정될 수 있다.

강제 구동부(20)는 시동 전의 회전자(8)의 각 위치에 대한 정보에 기초하여 도 1b 및 1c에 나타낸 바와 같이 강제 구동을 위해 16개의 명령값을 발생시키고, 회전자(8)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지되는 것이다. 강제 구동부(20)로부터 구동 수단(1)으로의 명령값에 의해 결정된 구동 전압은 전력 공급 전압이 12V일 때 3개의 값, 즉, +12V, -12V 및 0V를 취한다. 도 1b 및 1c에서, 회전 방향은 스테핑 모터(7)의 회전자(8)가 회전되도록 의도된 방향이고, 각 위치(θ)는 시동 전의 회전자(8)의 각 위치이고, 회전자(322)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력단에 의해 유지되는 것이고, 여기서, 각 위치는 A-위상 고정자(5) 만이 양의 방향으로 여자될 때 0˚이고, 시계 방향이 양의 값일 때 전기 각으로 나타낸다.

전기 각(θ)과 실제 각(θ1) 사이의 관계는 다음과 같이 주어진다:

θ1 = θ/5 + 72N (식 2)

여기서, N은 0 내지 4중의 임의의 정수이다. 그에 따라, 스테핑 모터(7)는 강제로 구동된다.

구동 패턴 발생부(21)는 프로그램 가능한 카운터 등을 포함하고, 명령값 발생 수단으로서, 2진 전환 회로(13)의 출력을 분할함으로써 명령값을 구동 수단(1)에 발생시킨다. 이러한 경우에, 구동 패턴 발생부(21)는 여자 스위칭 타이밍 발생 수단으로서 역시 작용함으로써, 분할 패턴은 제어부(14)로부터 신호에 따라 소정의 패턴으로부터 선택될 수 있다. 구동 전압은 구동 패턴 발생부(21)로부터 구동 수단(1)으로 명령값에 따라 임의의 값을 취할 수 있다.

명령값 선택기(15)는 제어부(14)로부터의 신호에 따라 구동 패턴 발생부(21)의 출력, 강제 구동부(20)의 출력 및 마이크로스텝 구동부(16)의 출력 중의 하나를 선택한다.

제어부(14)는 시동 전의 회전자(8)의 각 위치에 대한 정보에 따라 구동 패턴 발생부(21), 강제 구동부(20), 마이크로스텝 구동부(16) 및 명령값 선택기(15)를제어하고, 회전자(8)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력 및 2진 전환 회로(13)의 출력에 의해 유지되는 것이다.

스테핑 모터를 위해 이와 같이 구축된 제어 장치의 오퍼레이션을 기재할 것이다.

실시예 1의 구성에 따라, 모터는 특정 강제 구동에 의해 가동될 필요가 있다. 스테핑 모터가 특정 각 이상으로 회전될 때, 제어 수단(14)은 시동 전의 회전자(8)의 각 위치에 대한 정보 등의 정보를 회전자(8)가 회전하는 방향으로 강제 구동부(20)에 공급하고, 회전자(8)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지되는 것이다. 그에 따라, 명령값 선택기(15)는 강제 구동부(20)의 출력을 선택하도록 유발된다. 강제 구동 수단(20)은 2진 전환 회로(13)의 출력과 독립적으로, 이들 정보 조각에 기초하여 도 1b 및 1c에 따라 새로운 명령값을 구동 수단(1)에 출력한다. 그에 따라, 회전자(8)는 회전하기 시작하는 한편, 2진 전환 회로(13)는 4.5˚의 실제 회전 각의 간격으로 펄스를 출력한다.

펄스의 출력이 시작될 때, 제어부(14)는 시동 전의 회전자(8)의 각 위치에 대한 정보 등의 정보를 회전자(8)가 회전하는 방향으로 구동 패턴 발생부(21)에 출력하고, 회전자(8)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지되는 것이다. 그에 따라, 명령값 선택기(15)는 구동 패턴 발생부(21)의 출력을 선택하도록 유발된다. 구동 패턴 발생부(21)는 소정의 패턴에 따라 2진 전환 회로(13)의 출력을 분할함으로써 구동 수단을 위한 명령을 발생시킨다. 그에 따라, 명령값의 시퀀스는 타이밍이 2진 전환 회로(13)로부터 출력과 연관되는 방식으로 구동 수단(1)에출력된다.

명령값의 시퀀스는 각각의 여자 코일에 인가된 구동 전압이 최대 12V이고, 12V의 구동 전압이 A-위상 고정자(5)의 여자 코일에 인가되고, 0V의 구동 전압이 B-위상 고정자(6)의 여자 코일에 공급되는 경우, 및 회전자(8)가 그러한 조건 하에 액추에이트되는 경우로 도 2에 나타낸다.

도 2는 2진 전환 회로의 출력단과 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자 코일에 인가된 구동 전압 간의 일시적 관계를 나타내는 타이밍도이다. 도 2에서, AV는 제어 수단(4')으로부터 구동 수단(1)으로 입력되는 명령값의 결과로서 A-위상 고정자(5)의 여자 코일에 인가된 전압과 시간 사이의 관계를 나타낸다. BV는 B-위상 고정자(6)의 여자 코일에 인가된 전압과 시간 사이의 관계를 나타낸다. FG는 2진 전환 회로(13)의 출력과 시간 사이의 관계를 보여준다.

도 2에서, 2진 전환 회로(13)의 출력과 독립적인 구동은 상기한 바의 간격 T1로 수행된다. 결과적으로, 간격 T2에서, 구동은 타이밍이 2진 전환 회로(13)로부터 출력된 펄스와 관련되는 방식으로 수행된다. 간격 T4에서, 통상적으로, A-위상 및 B-위상의 출력은 2진 전환 회로(13)로부터 출력된 4개의 펄스마다 선택적으로 역으로 된다. 출력 전압은 통상적으로 +12V 및 -12V이다. 출력 전압은 각각의 위상의 출력이 역전된 직후 2진 전환 회로(13)의 출력 주기에 대응하는 시간 동안 적은 값, 즉, ±1을 취하는 것은 주의해야 한다.

도 3은 도 2에서 Ta 시점에서 구동과 회전자의 위상 간의 관계를 나타낸다. 도 3에서, 18˚는 90˚로서 서술되는 것에 주의해야 한다. 도 3에서, 참고번호(5)는 A-위상 고정자를 나타내고, 6은 B-위상 고정자를 나타내며, 8은 회전자를 나타내고, 19는 가장 N극을 나타내며, θd는 구동 각을 나타낸다.

가상 N 극(19)은 A-위상 고정자(5) 및 B-위상 고정자(6)에 의해 발생된 자계를 합함으로써 발생된다. 회전자(8)의 S극은 가상 N 극의 방향으로 부착된다. 회전자(8)의 S극은 가상 N 극에 부착된다. 회전자(8)가 회전되어야 하는 각도는 구동 각(θd)이다.

이러한 경우에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 각(θd)은 종래 실시예에서와 같이, 상한치인 180˚이다. 그러나, 2진 전환 회로(13)의 출력단의 위상은 종래 실시예보다 실질적으로 1주기 빠른 시점에 스위칭된다. 따라서, 인덕턴스 성분으로 인한 지연 시간에 대한 정확한 양은 클 것이다.

구동 최대 전압(Vmax)과 V1 간의 관계는 하기 식으로 나타냄에 유의하자:

V1 = Vmax ·tan22.5˚(식 3)

Vmax=12V일 때, V1은 약 5V이다.

회로를 간단히 할 목적으로 V1 = 0V일 때조차, 실질적인 효과가 얻어질 수 있다.

도 1b 및 1c에 나타낸 바와 같이, 강제 구동의 명령값 패턴 외에 2개의 위상 여자보다는 오히려 단일 위상을 갖는 여자 패턴을 제공함으로써, 회전자(8)전자력에 의해 구동되는 각 위치는 8개의 위치, 즉, 0˚, 45˚, 90˚, 135˚, 180˚, 225˚, 270˚ 및 315˚에서 발생한다. 따라서, 회전자(8)가 전자력에 의해 회전되는 각 위치는 90˚내지 135˚범위에서 변화한다. 따라서, 편차가 감소된다.

예를 들면, 도 4는 회전자(8)가 θ= 0˚이하의 위치에서 액추에이트되고, 회전자(8)의 실제 위치가 회전 방향 쪽으로 이동할 때 전자력과 회전자(8)의 위치 사이의 관계를 나타낸다.

구동 각(θd)은 에러 각(θg)으로 인해 상당히 적다. 그러나, 실시예 1에서, 에러 각(θg)이 0일 때, 구동 각(θd)은 90˚이다. 따라서, 특정 크기의 에러각(θg)이 존재하는 경우조차, 회전자(8)는 최대 토크가 얻어지는 90˚에 근접한 구동 각(θd)에 의해 액추에이트될 수 있고, 결과적으로 액추에이션 실패의 가능이 크게 감소된다.

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실시예 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 스텝핑 모터 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 4에서, 참조부호 1은 구동수단, 2는 A-위상 구동기, 3은 B-위상 전류 구동기, 4"는 제어수단, 5는 A-위상 고정자, 6은 B-위상 고정자, 7은 스텝핑 모터, 8은 회전자, 9은 회전자 축, 10은 광폐차판, 11은 광센서, 12는 하우징, 13은 이진 변환회로, 14는 제어부, 15는 명령값 선택기, 16은 마이크로스텝 구동부, 20은 강제 구동부, 22는 구동 패턴 발생부, 23은 타이머 수단을 나타낸다.

실시예 2의 도 5는 실시예 1의 도 1에 도시된 바와 동일한 구성을 도시하고 있으나, 타이머 수단(23)이 추가로 설치되어 있다. 그러므로 구동수단(1), 스텝핑 모터(7), 이진 변환회로(13) 등의 내부구조 및 동작은 실시예 1과 유사하다. 따라서 동일한 기술은 생략한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제어수단(4'')은제어부(14), 명령값 선택기(15), 마이크로스텝 구동부(16), 강제 구동부(20), 구동 패턴 발생부(22), 및 타이머 수단(23)을 포함한다. 이들에 대해 이하 간략히 설명한다.

마이크로스텝 구동부(16)는 A-위상 고정자(5)를 통하는 전류 대 스텝핑 모터(7)의 B-위상 고정자(6)를 통하는 전류의 비를 변경하기 위해서 제어부(14)로부터의 신호에 따라 전류 명령값을 변화시킴으로써, 고 분해능으로 회전자(8)의 정지 각도를 제어하기 위한 마이크로스텝 구동을 수행한다. 회전자(8)의 정지 각도와 전류비 간의 관계는 자기회로의 상태와 스텝핑 모터(7)의 부하 상태에 따른다. 그러므로, 회전자의 균등하게 이격된 정지 각도를 제공하기 위한 전류 명령값은 함수 혹은 테이블로서 결정된다. 이것은 회전자(8)의 정지 각도와 마이크로스텝 구동부(16)의 출력 간 관계가 일관되게 한다. 회전자(8)의 정지 각도 위치는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력으로부터 결정될 수 있다.

실시예 1과 유사하게, 강제 구동부(20)는 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이 강제구동을 위한 16개의 명령값을, 기동 전의 회전자(8)의 각도 위치에 관한 정보에 의거하여 발생하며, 이 회전자(8)는 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지된다. 그러므로, 스텝핑 모터(7)는 강제 구동된다.

구동 패턴 발생부(22)는 프로그래머블 카운터 등을 포함하며, 이진 변환회로(13)의 출력을 구동함으로써 구동수단(1)에 명령값을 발생한다. 구동 패턴은 제어부(14)로부터의 신호에 따라 소정의 패턴 중에서 선택될 수 있다. 구동전압은, 전원전압이 12V일 때, 구동 패턴 발생부(22)에서 구동수단(1)으로부터 명령값에 따라 +12V와 -12V를 취할 수 있다.

명령값 선택기(15)는 구동 패턴 발생부(22)의 출력, 강제 구동부(20)의 출력, 및 마이크로스텝 구동부(16)의 출력 중 하나를, 제어부(14)로부터의 신호에 따라 선택한다.

제어부(14)는 구동 패턴 발생부(22), 강제 구동부(20), 마이크로스텝 구동부(16), 및 명령값 선택기(15)를, 회전방향, 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(8)의 각도 위치에 관한 정보, 회전자(8), 및 이진 변환회로(13)의 출력에 따라 제어한다.

타이머 수단(23)은 이진 변환회로(13)의 출력을 수신하여 이진 변환회로(13)이 출력한 후 소정의 시간의 출력을 수행한다.

스텝핑 모터에 대해 실시예 2의 상기와 같이 구성된 제어장치의 동작을 도면을 참조하여 설명한다. 실시예 1과 마찬가지로, 스텝핑 모터(7)가 회전될 때, 제어수단(14)은, 이를테면, 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(8)의 각도 위치, 회전자 회전 방향, 등에 관한 정보를 강제 구동부(20)에 공급한다. 그 결과, 명령값 선택기(15)는 강제 구동수단(20)의 출력을 선택하도록 된다. 강제 구동수단(20)은 이진 변환회로(13)의 출력과는 관계없이 이들 정보에 따라 구동수단(1)에 새로운 명령값을 출력한다(도 1b, 도 1c). 그러므로, 회전자(8)는 이진 변환회로(13)가 4.5°의 실제 회전각의 간격으로 펄스를 출력하면서 회전하기 시작한다.

펄스의 출력이 시작될 때, 제어부(14)는 이를테면 마이크로스텝 구동부(16)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자의 각도 위치, 회전자 회전 방향 등에 관한 정보와 같은 정보를 구동 패턴 발생부(22)에 출력한다. 그러므로, 명령값 선택기(15)는 구동 패턴 발생부(22)의 출력을 선택하게 된다.

구동 패턴 발생부(22)는 소정의 패턴에 따라 이진 변환회로(13)의 출력을 분할(dividing)함으로써 구동수단(1)에 대한 명령값을 발생한다. 그러므로, 타이밍이 이진 변환회로(13)로부터의 출력에 연관되게 구동부(1)로 일련의 명령값이 출력된다.

일련의 명령값을 도 6에 도시하였으며 여기서 각각의 여자코일에 인가된 구동전압은 최대 12V이고, 예를 들면, 12V의 구동전압은 A-위상 고정자(5)의 여자코일에 인가되며 0V의 구동전압은 B-위상 고정자(6)의 여자코일에 인가되고 회전자(8)는 이러한 상태 하에서 가동된다.

도 6은 A-위상 및 B-위상 고정자의 여자코일의 인가된 구동전압과 이진 변환회로의 출력 간의 시간적인 관계를 도시한 타이밍도이다. 도 6에서, Av는 제어수단(4'')으로부터 구동수단(1)으로 명령값이 입력되는 결과로 A-위상 고정자(5)의 여자코일에 인가되는 전압과 시간 간 관계를 나타낸 것이다. Bv는 B-위상 고정자(6)의 여자코일에 인가되는 전압과 시간 간 관계를 나타낸 것이다. FG는 이전 변환회로(13)의 출력과 시간 간의 관계를 나타낸 것이다.

도 6에서, 이진 변화회로(13)의 출력과 무관한 구동이 전술한 바와 같이 간격 T1에서 수행된다. 결국, 간격 T2에서, 타이밍이 이전 변환회로(13)로부터 출력되는 펄스에 연관되게 구동이 수행된다. 간격 T5에서, A-위상 및 B-위상의 출력은이진 변환회로(13)로부터 출력되는 매 4개의 펄스마다 교번하여 반대로 된다. 출력전압은 +12V 및 -12V이다. 각각의 상이 반대로 된 후에, 각 상의 출력은 타이머 수단(23)에 의해 결정된 소정의 시간 T부터 시간 Tfg까지, 즉 이진 변환회로(13)의 출력의 사이클에 대응하는 시간 동안, 반전하기 전의 값과 동일한 값으로 되돌아가게 됨에 유의한다. 출력은 반전하기 전의 값과 정확히 동일한 값으로 되돌아갈 필요는 없고 0V가 될 수도 있다.

도 7은 도 6의 시간 Ta에서 A-위상과 B-위상의 시간적인 전류 변화를 도시한 것으로, 여기서 회전수는 낮으며 T<Tfg이다. 도 7에서, Ai는 A-위상 전류의 시간적인 변화를 나타낸 것이고, Bi는 B-위상 전류의 시간적인 변화를 나타낸 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 전류의 상승은 전압이 반전될 때 코일의 인덕턴스 성분에 기인하여 지연된다. 도 6의 시간 Ta에서, 전류는 12(V)/R(R=코일 DC의 저항)의 값보다 작은 Imax의 값을 취한다. 전류는 시간 Tfg까지는 이러한 값을 초과하지 않는다. Imax는 코일의 인덕턴스, 코일 DC 저항, 시간 T에 의해 결정된 어떤 값이다.

도 8은 도 6의 시간 Ta에서 구동과 회전자의 상(phase) 간의 관계를 도시한 도면이다. 도 8에서, 18°는 90°로서 도시되었음에 유의한다. 도 8에서, 참조부호 5는 A-위상 고정자, 6은 B-위상 고정자, 8은 회전자, 19는 가상(virtual) N극, θd는 구동각을 나타낸다.

가상 N극(19)은 A-위상 고정자(5)와 B-위상 고정자(6)에 의해 발생된 자기장들의 결합에 의해 발생된다. 회전자(8)의 S극은 가상 N극의 방향으로 당겨진다.회전자(8)가 회전될 각이 구동각 θd이다.

시간 T의 적합한 값이 선택되었을 때, 구동각 θd는 도 8에 도시된 바와 같이, 도 6의 시간 Ta에서 조차도 180°보다 작거나 같을 수 있다.

회전 수가 증가되고 시간 T>Tfg일 때, 출력이 반전하기 전의 값으로 되돌아가는 간격은 없다. 상 스위칭(phase switching)은 종래의 예보다 먼저 이전 변환회로(13)의 출력의 사이클에 대응하는 시간에 수행된다. 인덕턴스 성분에 기인한 지연시간의 보정량(correction amount)이 클 수 있다.

더욱이, 실시예 1과 유사하게, 강제 구동의 명령값 패턴 외에 2상 여자가 아닌 단상을 갖는 여자패턴을 제공함으로써, 전자기력에 의해 회전자(8)가 구동되는 각도 위치는 8개의 위치, 즉, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315° 중 하나에서 일어난다. 이에 따라, 전자기력에 의해 회전자(8)가 회전되는 각도 위치는 90°내지 135°의 범위 내에서 변한다. 이에 따라, 변동이 감소된다.

그러므로, 어떤 크기의 에러 각이 존재할지라도, 회전자(8)는 90°에 가까운 구동각 θd에 의해 가동될 수 있어, 가동실패 가능성이 크게 감소하게 된다.

실시예 3

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 스텝핑 모터 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다. 실시예 3의 제어장치는 광 디스크 드라이브에 적용된다. 도 10은 본 발명의 스텝핑 모터 제어장치에서, 실시예 3의 스텝핑 모터에 대한 폐루프 제어시 여자위치와 회전자 위치 간 관계를 설명하는데 사용되는 도면이다. 도 11은 제 1감속시 본 발명의 스텝핑 모터 제어장치의 제어를 도시한 흐름도이다.

도 9에서, 참조부호 101은 광 디스크(102)에/로부터 정보를 광학적으로 기록/재생하는 헤드이다. 헤드(101)에 부착된 너트(103)는 리드 나사(104)의 홈에 맞물린다. 리드 나사(104)는 3mm의 나사 피치를 가지며 스텝핑 모터(105)에 결합된다. 그러므로, 헤드(101)는 스텝핑 모터(105)의 회전에 따라 안내 샤프트(106)를 따라 앞 뒤로 직선 구동된다. 참조부호 107은 샤시(108)에 고정되는 베어링을 나타내며 나사(104)가 자유롭게 회전되도록 나사(104)를 지지한다. 스핀들 모터(109)는 광 디스크(102)를 구동하여 회전시킨다. 헤드(101)가 의도된 위치로 이동될 때, 헤드(101)가 이동되는 방향 및 거리는 현재 위치의 어드레스와 광 디스크(102)에 기억되어 있는 의도된 위치의 어드레스에 의거하여 결정된다. 방향 및 거리에 따라, 제어수단(110)은 스텝핑 모터(105)에 대한 제어 동작을 수행한다.

스텝핑 모터(105)는 2상 PM형이며 2상 여자에서 18°의 스텝 각을 갖는다. 스텝핑 모터(105)는 회전자(122)와, A-위상 고정자(120) 및 B-위상 고정자(121)를 갖는 2상 여자코일을 포함한다. 회전자(122)는 N 및 S 극 각각에 대해 5개의 분극(polarized pole)이 72°각의 간격으로 이격된 영구자석을 포함한다. A-위상 고정자(120) 및 B-위상 고정자(121) 각각은 72°각의 간격으로 여자된 N 및 S극과, 한 사이클의 원주에서 5개의 N극과 5개의 S극을 발생하는 요크를 갖는다. 이들 요크는 회전자 주위에 설치된다. A-위상 고정자 및 B-위상 고정자의 자극은 서로간에 18°만큼 이탈되어 있다.

변위 검출수단(123)은 광차폐판(124), 광센서(125), 하우징(126) 및 이진 변환회로(127)를 포함한다. 광차폐판(124)은 4.5°각의 간격으로 설치된 슬릿을 갖는 원형판이며 회전자 축(128)에 고정된다. 광차폐판(124)의 4.5°의 슬릿각 사이클 값은 회전자(122) 자석의 자극형성의 72°의 각도 사이클의 정수 분수(여기선 1/20)가 되게 결정된다. 특히, 스텝핑 모터(105)의 상(phase)의 개수는 2이기 때문에, 광차폐판의 4.5°의 슬릿각 사이클 값은 1을 회전자(122)의 자석의 자극의 72°의 각도 사이클의 2의 정수배로 나눈 것(즉, 20=1/(2x8))을 만족하도록 선택된다. 광센서(125)는 투과형으로서, 이의 발광측에 LED와 수광측에 포토트랜지스터를 포함한다. 광센서(125)는 광차폐판(124)의 슬릿의 유무에 따라 출력신호를 출력한다. 광센서(125) 및 광차폐판(124)은 취급 등등을 할 때 손상을 방지하고 먼지 등에 기인하여 오염되지 않게 하우징(126) 내에 수용된다. 광센서(125)의 출력은 이진 데이터로 이진 변환회로(127)에 의해 변환된다.

이러한 구성에 의해서, 변위 검출수단(123)은 스텝핑 모터(105)의 4.5°의 매 회전각마다 단일의 펄스를 발생하고, 스텝핑 모터의 회전각을 검출한다. 회전 축(128)은 리드 나사(104)와 함께 회전된다. 리드 나사(104)의 나사 피치가 3mm이기 때문에, 변위 검출 수단(123)은 헤드(101)가 0.0375mm만큼 이동할 때마다 단일의 펄스를 발생한다. 변위 검출수단(123)의 출력은 제어수단(110), 타이머 수단(130), 기준값 갱신수단(131), 및 폐루프 구동수단(117)에 입력된다.

구동수단(111)은 독립된 2채널 전류 구동기인 A-위상 전류 구동기(112) 및 B-위상 전류 구동기를 포함한다. 전류 구동기(112, 113)는 명령값 선택기(114)로부터 출력되는 각각의 전류 지령값 출력을 나타내는 디지털 데이터에 의거하여, A-위상 고정자(120) 및 B-위상 고정자(121) 각각에 전류를 공급하고, 그러므로 스텝핑 모터(105)를 구동한다. 구체적으로, A-위상 및 B-위상 전류 구동기(112, 113)는 수신된 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기, 및 D/A 변환기로부터의 아날로그 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 출력하는 증폭기를 포함한다.

마이크로스텝 구동수단(116)은 마이크로스텝 구동수단(116) 자체에 의해 내부적으로 발생된 타이밍 신호에 따라 구동수단(111)에 전류 명령값을 나타내는 디지털 데이터를 출력하며, 그러므로 개루프 제어를 사용하여 마이크로스텝 구동을 수행한다. 구체적으로, 마이크로스텝 구동은 A-위상 고정자(120)를 통하는 구동전류 대 B-위상 고정자(121)를 통하는 구동전류의 비를 변경함으로써 수행되고, 그러므로 높은 분해능으로 회전자(122)의 정지 각도를 제어한다.

폐루프 구동수단(117)은 분할(division) 등에 의해 변위 검출수단(123)의 출력을 변환함으로써 회전자(122)의 자극을 정규로 검출한다. 이러한 검출 타이밍에 따라, 전류 명령값은 스위칭되고, 그러므로 스텝핑 모터의 폐루프 구동을 수행한다. 구체적으로, 스텝핑 모터(105)가 폐루프 구동수단(117)에 의해 가동되어 회전될 때, A-위상 및 B-위상 고정자(120, 121)의 초기 여자상태는 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(122)의 각도 위치에 관한 정보에 의거하여 선택되고, 변위 검출수단(123)의 출력펄스는 초기에 회전자(122)의 자극에 위치한다. 그러므로, 회전자(122)가 회전하기 시작한 후에 변위 검출수단(123)으로부터 펄스가 출력될 때, 폐루프 구동수단(117)은 펄스를 카운트하고, 매 소정 수의 펄스마다 전류 명령값을 스위칭한다.

전압 제어수단(115)은, 후술되는 속도 v와 속도 명령값의 에러를 계산하기 위해 속도 비교기(135)로부터의 출력을 수신하는 속도 에러-전압 변환수단(119)으로부터 정보에 의거하여, 출력할 전압을 변경한다.

타이머 수단(130)은 변위 검출수단(123)의 출력보다 충분히 짧은 사이클을 가지며, 충분히 작은 사이클 에러를 갖는 기준클럭을 발생하는 기준클럭 발생기, 등을 포함한다. 타이머 수단(130)은 변위 검출수단(123)에 의해 마지막 펄스가 출력되는 시간부터 현 시점까지 클럭들을 카운트하여 변위 검출수단(123)에 의해 출력된 마지막 펄스부터의 시간을 측정하고, t의 값을 출력한다.

기준값 갱신수단(131)은 래치(132) 및 곱셈수단(133)을 포함한다. 기준값 갱신수단(131)은 후술하는 타이머 수단(130)의 출력과 비교되는 기준인 기준값 ts을 제어수단(110)으로부터의 지령에 따라 출력한다. 래치(132)는 변위 검출수단(123)의 출력을 트리거로서 사용하여 타이머 수단(130)의 출력을 보유한다. 그러므로, 래치(132)는 마지막 펄스와 바로 전의 펄스간 사이클 t'를 출력한다. 곱셈수단(133)은 출력 t'를 소정의 상수 k로 곱하여, 기준값 ts를 출력한다. 상수 k는 1보다 큰 값, 예를 들면 1.5로 설정된다.

기준값 갱신수단(131)의 출력 ts는 타이머 수단의 출력 t와 비교되고, 그러므로 감속시, 정규 감속동작과 후술하는 속도 복구 상태 간을 스위칭한다. 타이머 수단의 출력 t가 기준값 갱신수단(131)의 출력 ts보다 작으면, 정규 감속동작이 수행된다. 타이머 수단의 출력 t가 기준값 갱신수단(131)의 출력 ts보다 크다면, 즉변위 검출수단(123)으로부터의 펄스의 사이클이 이전 사이클의 k배 이상이면, 속도 복구 상태가 후술하는 바와 같이 발생하다.

스위칭 수단(137)은 제어수단(110)의 일부이다. 스위칭 수단(137)은 수신된 t 및 t' 중 하나를 다음 조건 하에서 선택하고, 선택된 것을 출력한다. 구체적으로, 타이머 수단의 출력 t이 기준값 갱신수단의 출력 ts보다 작다면, t'가 선택된다. 타이머 수단의 출력 t가 기준값 갱신수단의 출력 ts보다 크다면, 즉, 변위 검출수단(123)으로부터의 펄스 사이클이 이전 사이클의 k배 이상이고, 속도 복구 상태가 일어나면 t가 선택된다.

속도 검출수단(134)은 속도 v를 산출하기 위해서 t 혹은 t'의 역에 적합한 상수를 곱하여 그 결과를 출력한다. 속도 v의 의미는 다음과 같다. 속도 검출수단(134)이 t를 수신하였을 때, 속도 v는 변위 검출수단(123)으로부터의 펄스 사이클을 측정함으로써 얻어진 측정된 속도이다. 정규 감속동작에서, 속도제어는 이 값에 의거하여 수행된다. 속도 검출수단(134)이 t'를 수신하였을 때, 속도 v는 펄스가 현재 변위 검출수단(123)으로부터 출력되었다면 취해지게 될 가상의 속도이다.

속도 비교기(135)는 속도 명령값과 속도 v를 비교하고, 그 차에 비례하는 값을 출력한다. 속도 에러-전압 변환수단(119)은 속도 비교기(135)의 출력을, 이를테면, 속도 비교기(135)의 출력을 적합한 이득으로 곱하고, 주파수 특정을 보상하는 등의 조작에 의해 스텝핑 모터에 대한 구동전압으로 변환한다. 명령값 선택기(114)는 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력 및 전압 제어수단(115)의 출력중 하나를, 제어수단(110)으로부터의 신호에 따라 선택한다. 제어수단(110)은 명령값 선택기(114), 마이크로스텝 구동수단(116), 폐루프 구동수단(117), 및 기준값 갱신수단(131)을 제어한다.

이와 같이 구성된 광 디스크 드라이브의 동작을 기술한다.

헤드(101)는 전형적인 기록 및 재생이 광 디스크 드라이브에서 수행될 때 디스크(102)의 어떤 트랙을 트레이스한다. 이 경우, 스텝핑 모터(105)는 마이크로스텝 구동수단(116)에 의해 구동된다. 마이크로스텝 구동수단(116)은 16레벨에서 A-위상 고정자(120) 대 B-위상 고정자(121)의 구동전류비를 변경함으로써 16-분할 마이크로스텝 구동을 수행한다. 헤드(101)는 전형적인 2상 여자구동의 1/16인 9.375㎛(이 경우, 1스텝은 150㎛에 대응함)의 고 분해능으로 이동된다. 그러므로, 스텝핑 모터(105)는 2상 여자의 정지 각도 위치에서만이 아니라 실질적으로 임의의 각도 위치에서 정지한다.

현재 재생이 수행되는 트랙에서 또 다른 트랙으로 헤드(101)가 이동되는 동작을 탐색(seek)이라고 한다. 이 경우, 제어수단(110)은 디스크(102)에 저장된 현 위치 어드레스와 의도된 위치 어드레스를 비교함으로써 헤드(101)를 이동시키는 방법을 결정한다. 이동거리가 극히 짧을 때, 즉 몇 개의 트랙일 때, 헤드(101)는 스텝핑 모터(105)의 회전 없이 트랙킹 작동기의 동작에 의해서만 이동된다. 이동거리가 약 1mm일 때, 헤드(101)는 마이크로스텝 구동수단을 사용하여 마이크로스텝으로 스텝핑 모터(105)를 구동함으로써 의도된 트랙으로 이동된다. 거리가 상술한 상황의 거리들보다 클 때, 변위 검출수단(123)의 출력은 폐루프 구동수단(117)을사용하여 구동수단 등에 의해 변환되어 스텝핑 모터(105)에 대한 구동 명령값을 발생한다. 구동 명령값에 따라, 구동은 변위 검출수단(123)의 출력에 관련하여 수행되고, 그러므로 헤드(101)를 이동시킨다.

이하, 이러한 상황에서 스텝핑 모터(105)의 동작을 기술한다.

초기에, 제어수단(110)은 헤드(101)의 트랙킹 작동기의 동작을 정지시킨다. 그후, 스텝핑 모터(105)의 회전방향이 결정된다. 이 경우, 회전방향은 시계방향이다. 이 시점에서, 스텝핑 모터(105)는 마이크로스텝 구동수단(116)에 의해 구동된다. 스텝핑 모터(105)는 정상상태에선 정지하여 있다. 스텝핑 모터(105)를 어떤 각도 이상으로 회전시키고자 할 때, 제어수단(110)은 초기에, 이를테면, 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(122)의 각도 위치, 및 회전자(122)를 회전시키고자 하는 방향에 관한 정보를 폐루프 구동수단(117)에 제공한다. 더욱이, 제어수단(110)은 명령값 선택기(114)로 하여금 폐루프 구동수단(117)의 출력을 선택하게 한다. 폐루프 구동수단(117)은 회전각 검출수단의 출력에 관계없이 이들 정보에 의거한 소정의 과정에 따라 구동수단(111)에 새로운 명령값을 출력한다. 그러므로, 회전자(122)가 회전한다. 변위 검출수단(123)은 4.5°의 실제 회전각의 간격으로 펄스를 출력한다.

펄스의 출력이 시작되었을 때, 제어수단(110)은 이를테면 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(122)의 각도 위치, 및 회전자(122)를 회전시키고자 하는 방향에 관한 정보를 분할수단에 제공한다. 더욱이, 제어수단(110)은 명령값 선택기(114)로 하여금 전압 제어수단(115)의 출력을선택하게 한다. 그러므로, 폐루프 구동수단(117)의 명령값은 구동수단(111)에 입력된다. 폐루프 구동수단(117)은 소정의 패턴에 따라 변위 검출수단(123)의 출력을 분할함으로써 구동수단(111)에 명령값을 발생한다. 그러므로, 타이밍이 변위 검출수단(123)으로부터의 출력에 관련되게 일련의 명령값이 구동수단(111)에 출력된다.

변위 검출수단(123)의 출력은 18°의 스텝 각도의 정확히 1/4인 4.5°의 회전각도 사이클을 갖는다. 더욱이, 폐루프 구동수단(117)은 변위 검출수단(123)으로부터 출력되는 매 4개의 펄스마다 변한다. 그러므로, 각각의 고정자에의 여자전류는 회전자의 자극과 고정자의 각도위치 간 관계에 따라 소정의 위치에서 스위칭될 수 있다. 이 상황에 대해 도 10을 참조로 설명한다.

도 10은 실제 회전자가 영구자석의 N극 및 S극을 5쌍 갖고 있지만 A-위상 및 B-위상 고정자의 한 쌍의 N극 및 S극을 도시하고 있다. 그러므로, 도 10에서 각도 θ와 실시예 3의 스텝핑 모터에서 실제 각도 θo는 다음의 관계를 갖는다.

θo = θ/5 + 72N (식 4)

여기서 N은 0 내지 4 중 임의의 정수이고, 각도 θ는 전기각이라 한다. 이하, 모든 각도는 다른 것이 언급되지 않는 한 전기각이다.

도 10에서, 참조부호 137은 A-위상 고정자, 138은 B-위상 고정자, 139는 회전자, 140은 가상 S극 위치, 141은 변위 검출수단(123)의 펄스 발생 위치를 나타낸다. 가상 S극(140)은 A-위상 및 B-위상 고정자(137, 138)에 의해 발생된 자기장들의 결합으로 각도위치(도 10에서 A=+, B=+)에서 발생되는 것으로 가정한다. 가상S극(140)은 마찬가지로 다른 상황에서 여자가 일어날 때 발생된다. 이 경우, 회전자(139)의 N극이 도 10에 도시한 각도위치에 있고 시계회전방향이 정방향일 때 θ=0°이다.

회전자(139)의 N극이 θ=0°부터 시계회전방향으로 회전되는 경우에 대해 설명한다. 초기에, 폐루프 구동수단(117)으로부터 출력되는 초기 강제 구동을 위한 명령값에 의해 A-위상 및 B-위상은 각각 역방향 및 정방향으로 여자된다. 이 경우, 가상 S극(140)은 각도위치(도 10에서 A=-, B=+)에 위치하게 된다. 회전자(139)의 N극은 가상 S극(140)으로 당겨진다.

이 상황에서, 회전자(139)의 N극과 가상 S극(140)은 135°의 각도를 형성한다. 여자와 회전자(139)에 의해 발생된 자극과 이 자극에 의해 당겨진 회전자(139)의 자극에 의해 형성된 이러한 각도를 구동각 ψ이라 한다. 구동각 ψ은 회전자가 회전방향(이 경우엔 시계회전 방향)으로 당겨질 때는 양각(positive)이라고 가정한다. 회전자(139)는 구동각 ψ(=135°)부터 회전하기 시작하고, 변위 검출수단(123)은 펄스를 출력한다. 펄스를 카운트한 값이 4이 될 때 상 스위칭이 먼저 수행된다. 명령값은 제 1 상 스위칭이 수행된 직후, A-위상 및 B-위상이 역방향으로 여자되게 설계된다. 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 이러한 명령값에 의해, 회전자는 강제구동을 위한 제 1 명령값에 관하여 90°만큼 전진한다. 이 경우, ψ=135°내지 157.5°이다. ψ의 값은 광차폐판(124), 회전자(122)와 광센서(125)간 관계가 조정되지 않기 때문에 어떤 범위를 가지며, 그러므로 변위 검출수단(123)으로부터 출력되는 펄스의 상은 22.5°의 범위에서 변한다. 이러한변동은 모터의 특성에 큰 영향을 미치지 않는다.

회전자(139)는 이러한 상 스위칭에 의해 더 회전되고, 펄스가 변위 검출수단(123)으로부터 출력된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제 2 상 스위칭은 제 1 상 스위칭 후 펄스를 카운트한 값이 3일 때 수행된다. 명령값은 A-위상 및 B-위상이 각각 정방향 및 역방향으로 여자되게 설계된다. 이러한 명령값에 의해, 도 10으로부터 명백한 바와 같이, 회전자는 강제구동을 위한 제 1 명령값에 관하여 90°만큼 전진된다. 이 시점에서, 회전자(139)는 제 1 상 스위칭 후의 위치부터 67.5°(67.5°는 변위 검출수단(123)으로부터 3개의 펄스에 대응함)만큼 전진된다. 그러므로, ψ의 밸런스는 22.5°이고, 그러므로 ψ=157.5°내지 180°이다. 이것은 회전수 증가에 의해 야기되는 코일의 인덕턴스 성분에 기인한 전류 지연의 영향이 보정되기 때문이다.

그러므로, 회전자(139)는 더욱 회전되고, 펄스가 변위 검출수단(123)으로부터 출력된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제 1 상 스위칭 후 펄스를 카운트한 값이 7일 때 제 3 상 스위칭이 수행된다. 명령값은 A-위상 및 B-위상이 모두 정방향으로 여자되게 설계된다. 이러한 명령값에 의해서, 도 10에서 명백한 바와 같이, 회전자는 강제구동을 위한 제 2 명령값에 관하여 90°만큼 전진된다. 이 시점에서, 회전자(139)는 제 2 상 스위칭 후의 위치부터 90°(90°는 변위 검출수단(123)으로부터 4개의 펄스에 대응함)만큼 전진된다. 그러므로, ψ의 값은 변경되지 않으며, 그러므로 ψ=157.5°내지 180°이다. 이어서, 명령값은 유사한 방식으로 매 4개의 펄스마다 90°만큼 전진된다. ψ의 값은 157.5°내지 180°에 있다.

전술한 과정에 따라, 회전자가 가동되어, 회전수가 증가된다.

변위 검출수단(123)의 출력은 또한 타이머 수단(130)과 래치(132)에 입력된다. 실제 속도는 속도 검출수단(134)에 의해 출력된다. 속도 비교기(135)는 실제 속도를, 속도 검출 수단(134)으로부터 출력된 속도 명령값과 비교하고, 그 차에 비례하는 값을 출력한다. 속도 에러-전압 변환수단(119)은 속도 비교기(135)의 출력을, 이를테면, 속도 비교기(135)의 출력을 적합한 이득으로 곱하고, 주파수 특성을 보상하는 등의 조작에 의해 스텝핑 모터용의 구동전압으로 변환한다. 전압 제어수단(115)는 구동전압을 수신하여 제어한다. 그러므로, 모터는 속도 명령값과 속도 v 간 차에 실질적으로 비례하는 구동전압에 의해 구동된다. 모터의 각속도는 헤드(101)의 속도가 속도 명령값과 동일하게 되도록 제어된다. 속도 명령값은 스텝핑 모터가 최대 전압으로 초기에 구동되고 이어서 소정의 속도가 수립되도록 전형적으로 설계된다.

전술한 과정에 따라, 헤드(101)는 의도된 트랙을 향하여 이동된다.

헤드(101)가 의도된 트랙에 가깝게 될 때, 감속이 수행되기 시작한다. 감속동작은 두 단계로 수행된다. 구체적으로, 헤드(101)는 감속 개시부터 어떤 속도로 폐루프 구동수단(117)에 의해 구동된다. 소정의 감속곡선이 속도 비교기에 속도 명령값으로서 입력된다. 감속은 구동전압을 제어하는 전압 제어수단(115)에 의해 수행된다. 이 과정은 제 1 감속이라 한다.

제 1 감속은 단시간 내에 헤드의 속도를 감소시키기 위해서 큰 감속율로 수행된다. 실시예 3에서, 30m/s/s는 200,000 PPS/s에 대응한다. 속도가 어떤 값에도달할 때, 예를 들면 440PS에 대응하는 66mm/s일 때, 폐루프 구동은 마이크로스텝 구동수단(116)에 의한 동작으로 전환되고, 그러므로 다음 감속이 수행된다. 이 과정을 제 2 감속이라 한다. 제 2 감속은 헤드(101)의 위치 및 속도가 미세하게 제어되고 트랙킹 작동기가 작동되는 조건이 되게 수행된다. 감속율은 14,000PPS/s에 대응하는 2.1m/s/s만큼 작다.

실제 속도값은 속도 검출수단(134)으로부터 출력된다. 속도가 감소될 때, 변위 검출수단(123)의 출력의 사이클은 길어져서, 속도 검출수단(134)으로부터의 실제 속도값의 출력은 속도가 높을 때에 비해 지연된다.

제 1 감속의 동작을 이하 도 11을 참조하여 기술한다.

제 1 감속이 시작될 때, 단계 42(단계는 도면에서 S로 표시되어 있음)에서 변위 검출수단(123)이 펄스를 출력하는지 여부가 판정된다. 펄스가 출력될 때, 펄스의 간격인 t'의 갱신값이 변위 검출수단(123)에서 속도 검출수단(134)으로 출력된다. 그러므로, 속도 검출수단(134)은 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클에 의해 얻어진 측정된 속도를 속도 v로서 출력하는 정규 속도제어를 수행한다.

그후, 단계 50에서 속도 v가 제 1 감속이 종료되는 조건을 만족하는지 여부가 판정된다. 조건이 만족될 때, 제 1 감속이 종료된다. 조건이 만족되지 않으면, 단계 42의 판정이 반복된다.

펄스가 출력될 때까지, 타이머 수단(130)의 출력 t는 단계 43에서 기준값 ts와 비교된다. 타이머 수단(130)의 출력 t가 기준값 ts보다 작을 때, 단계 42의 판정이 반복된다. 변위 검출수단(123)이 다음 펄스를 출력하면, 단계 46 및 그 이하의 단계가 수행된다. 아니면, 단계 43의 판정이 반복된다.

단계 43의 판정에서, 타이머 수단(130)의 출력 t가 기준값 ts보다는 크지만 변위 검출수단(123)으로부터 펄스가 출력되지 않으면, 즉, 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클이 이전 사이클의 k배 이상이면, 단계 49 및 이하의 단계가 수행되어, 속도 복구 상태가 일어나서 속도를 증가시키는 동작이 수행된다. 속도 복구 상태의 상세를 이하 기술한다.

타이머 수단(130)은 마지막 펄스가 변위 검출수단(123)으로부터 출력된 후 경과된 시간을 출력한다. 전술한 바와 같이, 출력값은 시간에 걸쳐 증가된다. 기준값 ts는 변위 검출수단(123)으로부터 펄스가 출력될 때마다 갱신된다. 항시 기준값 ts는 마지막 펄스 간격인 t'에 일정한 계수를 곱하여 얻어진 값이다. 즉, 펄스가 기준값 ts의 간격으로 출력될 때, 속도는 마지막 펄스 간격인 t'에서 계산된 속도보다 소정의 양만큼 항시 작다.

그러므로, 속도는 그 시점에서의 속도의 하한으로서 사용된다. 속도의 비정상적인 감소는 속도가 마지막 펄스 간격인 t'에서 계산된 속도보다 소정의 양만큼 작을 때 항시 검출될 수 있다. 임의의 속도의 감소를 신뢰성 있게 검출하고 높은 회전범위에서 제어 이탈을 단시간 내에 검출하는 것이 가능하며, 낮은 회전범위에서 제어 이탈로 인한 오검출 방지가 가능하다.

단계 49에서 속도 복구 상태가 발생하고 그후에, 구동각 ψ은 ψ=135°내지 157.5°가 되도록 단계 49에서 22.5°만큼 감소된다. 이것은 폐루프 구동수단(117)에서 변위 검출수단(123)의 출력의 분할 사이클을 단일 단계에 정규4 분할을 5 분할로 변경함으로써 쉽게 실현된다. 그후, 단계 45에서, 스위칭 수단(137)은 속도 검출수단(134)으로의 출력을 t'에서 타이머 수단(130)의 출력인 t로 스위칭하고, 따라서 속도 v는 펄스가 현재 변위 검출수단(123)으로부터 출력되었을 경우 취해지게 될 가상 속도로 스위칭된다. 그러므로, 전압 제어수단(115)은 가상속도에 대응하는 값을 출력하므로 구동출력이 변경된다.

t의 값은 변위 검출수단(123)으로부터 마지막 펄스가 출력된 이후의 경과된 시간이다. 그러므로, 속도 검출수단(134)에 값을 출력하여 얻어진 속도 v는 시간의 걸쳐 감소된다. 감소된 속도는 속도 비교기에 의해 검출된 속도 에러의 증가로 된다. 전압 제어수단(115)의 출력은 속도 에러에 비례한다. 그러므로, 출력은 점차적으로 증가된다.

일반적으로, 속도가 감소될 때, 모터의 토크는 구동전압의 증가로 상승되고, 그러므로 가속값 즉 속도 증가가 시도된다. 실시예 3에서, 전술한 바와 같이, ψ=157.5°내지 180°이다. 이것은 증가된 회전수에 의해 야기된 코일의 인덕턴스 성분에 기인한 전류의 지연의 영향이 보정되기 때문이다. 그러므로, 보다 높은 최대 회전수가 얻어질 수 있어 높은 속도 탐색이 된다.

그러나, 실제 구동에서, 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(122)의 각도 위치에 관한 정보는 마찰에 기인하여 에러를 포함한다. 에러는 광 디스크 장치에서 약 ±14°인 것으로 추정된다. 이 경우, 실제 구동각 ψ은 143.5°내지 194°의 범위 내에 있다. 실제 구동각이 180°를 넘을지라도, 어떠한 문제도 일어나지 않는다. 이유는 다음과 같다. 가속값은 통상 최대가속값 힘에 의해 수행된다. 미세 속도제어는 낮은 회전 범위에선 필요하지 않다. 더욱이, 실시예 3에서, 미세 작동을 위한 특별한 과정이 가속시 사용된다. 과정에서, 회전 시작시 회전수가 낮을 때, 구동각 ψ은 작다. 더구나, 회전은 가속값 후의 일정속도에서 수행되며, 구동전류에 관한 구동각 ψ은 증가된 회전수에 의해 야기된 코일의 인덕턴스 성분에 기인한 전류 지연의 영향에 의해 작다.

그러나, 감속에서, 코일의 인덕턴스 성분에 기인한 전류 지연의 영향이 작은 낮은 회전 범위에서 미세 속도제어가 필요하다. 특히, ψ가 180°를 넘는 저속에서 가속값을 수행하기 위해 구동전류가 증가된다면, 구동은 반대로 브레이크로서 작용하여, 동작은 안정되거나 정지할 것이다. 속도가 단조감소될 때 실제적인 문제는 일어나지 않는다. 부하의 갑작스런 증가에 기인하여 감속된 속도를 복구하기 위해서, 가속값 동작이 수행될 때, 특히 속도가 낮을 때, 구동이 데드 포인트를 넘는 각도에 의해 수행된다면, 말할 나위없이 반대로 감속이 일어난다.

ψ=135°내지 157.5°가 되게 구동각 ψ가 22.5°만큼 감소된다고 가정한다. 이 경우, 마이크로스텝 구동수단(116)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(122)의 각도 위치에 관한 정보는 마찰에 기인하여 약 ±14°의 에러를 포함한다. 이러한 에러를 고려하더라도, 구동각 ψ은 24°내지 171.5°의 범위에 있으며 180°를 넘지 않는다. 그러므로, 구동전압을 증가시킴으로써, 모터의 토크는 확실하게 증가될 수 있다.

전술한 바와 같이, t의 값은 변위 검출수단(123)으로부터 마지막 펄스가 출력된 후 경과된 시간이다. 그러므로, 속도 검출수단(134)에 값을 출력하여 얻어진속도 v는 시간에 걸쳐 감소된다. 감소된 속도는 속도 비교기에 의해 검출된 속도 에러 증가로 된다. 전압 제어수단(115)의 출력은 속도에러에 비례한다. 그러므로, 출력은 점차적으로 증가된다.

전술한 바와 같이, 출력전압은 시간에 걸쳐 점차적으로 증가되며, 이러한 증가는 정규제어에서처럼, 속도에러에 비례한다. 그러므로, 구동 시스템이 모터 혹은 전동(transmission) 시스템, 등의 마찰부하의 변동을 갖는다할지라도, 모터 정지는 확실히 방지될 수 있고 큰 오버슈트는 일어나지 않는다.

그후, 단계 47에서, 전압 제어수단(115)의 출력이 최대 가능값인지 여부가 판정된다. 전압 제어수단(115)의 출력이 최대 가능값이 아니면, 변위 검출수단(123)은 다음 펄스가 출력되는지 여부를 단계 48에서 판정한다. 다음 펄스가 출력되지 않으면, 단계 45 및 이후의 단계가 반복된다. 다음 펄스가 출력되면, 단계 46 및 이후의 단계가 수행된다.

변위 검출수단(123)으로부터 어떠한 펄스도 출력되지 않고 따라서 전압 제어수단의 출력이 최대인 것으로 판정되었을 때, 스텝핑 모터는 다시 작동되어 처음부터 다시 탐색이 수행된다.

이러한 식으로, 제 1 감속동작이 수행된다.

제 1 감속동작이 종료되었을 때, 제 2 감속동작이 수행되고, 마이크로스텝 구동수단(116)은 다시 동작상태로 스위칭된다. 헤드(101)는 더욱 감소된다. 헤드(101)의 위치 및 속도는 미세하게 제어되며, 트랙킹 작동기가 다시 동작되는 조건이 형성된다.

예 3에서, 제 1 감속동작은 속도가 440PPS에 대응하는 66mm/s로 감소되었을 때 제 2 감속동작으로 스위칭된다. 제 2 감속동작은 마이크로스텝 구동에 의해 수행된다. 마이크로스텝 구동의 초기 속도 명령값은 제 1 감속동작이 종료되었을 때의 속도 명령값과 동일하다. 더욱이, 스위칭시 구동각 ψ의 값은 제 1 감속이 종료되었을 때의 값과의 소정의 관계를 가지며, 보다 작은 값을 취한다. 제 2 감속 동작 개시시 제 2 명령값과 그 때의 속도 v 간 차가 클 때, 진동이 제 2 감속동작 시작시 일어날 수 있다. 이러한 점에서, 속도는 제 1 감속에서 높은 정밀도로 제어될 필요가 있다.

제 2 감속동작에서, 헤드(101)는 광 디스크(102) 상의 수 백 개의 트랙에 대응하는 거리에 걸쳐 이동하는 동안 점차적으로 감속된다. 감속 후, 트랙킹 작동기는 탐색 후 트랙을 트레이스하도록 다시 동작된다. 이어서 제어수단(110)은 디스크(102)에 기억된 현재의 위치 어드레스와 의도된 위치 어드레스를 다시 비교한다. 이들이 동일하다면, 이동동작이 종료된다. 이들이 동일하지 않다면, 같게 될 때까지 전술한 동작이 반복된다.

전술한 바와 같이, 다음 효과가 실시예 3에 따라 얻어질 수 있다.

(1) 기준값이 현 속도에 의존하여 달라지기 때문에, 속도 감소는 어떠한 속도에 대해서 신뢰성 있게 검출될 수 있고, 높은 회전 범위에서의 제어 이탈이 단시간 내에 검출될 수 있으면서 아울러 낮은 회전 범위에서 제어이탈의 오검출이 방지될 수 있다.

(2) 출력전압은 시간에 걸쳐 점차적으로 증가된다. 더욱이, 출력전압의 증가는 정규제어에서처럼, 속도에러에 비례한다. 그러므로, 구동 시스템이 모터 혹은 전동 시스템, 등의 마찰 부하 변동을 갖는다할지라도, 모터 정지는 확실히 방지될 수 있고 큰 오버슈트는 일어나지 않는다.

(3) 부하의 갑작스런 증가에 기인하여 감속된 속도를 복구하기 위해서, 가속값 동작이 수행될 때, 특히 속도가 낮을 때, 데드 포인트를 넘는 각도에 의해 구동이 수행되지 않아, 속도가 확실히 복구될 수 있다.

실시예 3에서, 속도 복구 상태에서, 구동출력은 속도 검출수단(134)으로부터 출력되는 t의 값에 대응하는 값을 전압 제어수단(115)으로 출력하는 전압 제어수단(115)에 의해 가변된다. 대안으로, 구동출력과 속도에러 간 관계는 속도 복구 상태 개시시 정상적인 관계와는 다르게 변경될 수 있다. 더욱이, 출력은 속도 복구 상태의 개시시 최대가 될 수 있고, 어떤 시간이 경과한 후에 변위 검출수단(123)으로부터 어떠한 펄스도 출력되지 않을 때, 작동이 다시 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 구동각 ψ은 속도 복구 상태 개시시 작은 값으로 변경된다. 대안으로, 이러한 변경은 감속이 개시된 후에 수행된다.

실시예 4

도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 스텝핑 모터 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다. 이 경우, 실시예 4의 제어장치는 광 디스크 드라이브에 적용된다. 도 13은 감속시 본 발명의 스텝핑 모터 제어장치의 제어를 도시한 흐름도이다.

도 12의 제어장치는 제어수단(110A), 기준값 갱신수단(131A), 및 스위칭 수단(137A)을 제외하고, 실시예 3의 제어장치와 동일한 구성 및 동작을 갖는다. 동일한 부분을 동일한 참조부호로 표시하였으며 이에 대한 설명은 생략한다.

실시예 3과는 달리, 기준값 갱신수단(131A)는 허용가능한 가속값이 기억된 메모리(118), 및 곱셈수단(133) 대신 기준값 계산수단(136)을 포함한다. 스위칭 수단(137A)의 동작, 및 제 1 감속에서 제어수단(110A)의 동작에서 작동이 수행되는 조건 및 이 조건 하에서의 동작은 실시예 3과는 다르다.

기준값 갱신수단(131A)은 래치(132), 기준값 계산수단(136) 및 메모리(118)을 포함한다. 기준값 갱신수단(131A)은 제어수단(110A)으로부터의 지령에 따라, 후술하는 바와 같이 타이머 수단(130)의 출력과 비교될 기준인 ts1의 기준값을 출력한다. 래치(132)는 변위 검출수단(123)의 출력을 트리거로서 사용하여 타이머 수단(130)의 출력을 보유한다. 그러므로, 래치(132)는 마지막 펄스와 바로 전의 펄스 간 사이클 t1'을 출력한다. 사이클 t1'의 역은 적합한 상수로 곱해져서, 후술하는 속도 v1이 된다. 각각의 속도에 대한 허용가능 가속값은 메모리(118)에 기억되어 있다.

기준값 계산수단(136)은 실제의 현재 속도를 계산하기 위해서 t'1의 역을 적합한 상수로 곱한다. 실제의 속도에 대한 허용가능 가속값은 메모리(118)에 기억된 실제 속도를 참조하여 계산된다. 허용가능 가속값은 실제 속도에 더해진다. 결과로 나온 값의 역이 계산된다. 역은 적합한 상수로 곱해져, 출력된 기준값 ts1이 된다.

실제 감속동작에서, 의도된 감속값은 임의의 속도에 대해 미리 결정된다.속도변경은 의도된 감속값의 값에 동일하게 되도록 제어된다. 예를 들면, 감속값은 어떤 상수 k1으로 곱해진다. 결과로 나온 값은 허용가능 가속값으로서 간주된다. 허용가능 가속값에 의해 더해진 실제 속도는 의도된 현재의 속도값보다 소정의 양만큼 항시 작다. k1의 값은 예를 들면 약 1.5이다.

기준값 갱신수단(131A)의 출력 ts1은 타이머 수단의 출력 t1과 비교되고, 그러므로 감속시, 정규 감속동작과 후술하는 속도 복구상태 간을 스위칭하게 된다. 타이머 수단의 출력 t가 기준값 갱신수단의 출력 ts보다 작다면, 정규 감속동작이 수행된다.

타이머 수단의 출력 t가 기준값 갱신수단의 출력 ts보다 크고, 즉 변위 검출수단(123)으로부터의 펄스의 사이클이 이전 사이클보다 크고, 적합한 상수로 곱해지는 그 사이클의 역에 의해 얻어진 속도가, 적합한 상수로 곱해지는 이전 사이클의 역에 의해 얻어진 속도에 비해, 메모리(118)에 저장된 속도에 대한 허용가능 가속값의 k1배 이상이면, 후술되는 속도 복구 상태가 일어난다.

스위칭 수단(137A)은 제어수단(110)의 일부이다. 스위칭 수단(137)은 수신된 t1 및 t'1 중 하나를 다음 조건 하에서 선택하고 이 선택된 것을 출력한다. 구체적으로, 타이머 수단의 출력 t1이 기준값 갱신수단의 출력 ts1보다 작다면, t1'가 선택된다. 타이머 수단의 출력 t1이 기준값 갱신수단의 출력 ts1보다 크고, 즉 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클이 이전 사이클의 k배 이상이고, 적합한 상수로 곱해지는 그 사이클의 영역에 의해 얻어진 속도는 적합한 상수로 곱해지는 이전 사이클의 역에 의해 얻어진 속도에 비해, 메모리(118)에 저장된 속도에 대한허용가능 가속값의 k1배 이상이고, 후술되는 속도 복구 상태가 일어나면, t가 선택된다. 속도 v의 의미는 다음과 같다. 스위칭 수단(137A)가 t1을 수신하였을 때, 속도 v1은 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클을 측정함으로써 얻어진 측정된 속도이다. 정규 감속동작에서, 속도제어는 이 값에 의거하여 수행된다.

스위칭 수단(137A)이 t1'을 수신하였을 때, 속도 v1은 펄스가 변위 검출 수단(123)으로부터 현재 출력된 경우 취하게 되는 가상속도이다. 속도 복수 상태에서, 속도 제어는 가상속도에 의거하여 수행된다. 속도 비교기(135)는 속도 명령값을 속도 v1과 비교하고, 그 차에 비례하는 값을 출력한다.

제 1 감속에서 제어수단(110A)의 동작을 도 13을 참조하여 기술한다.

제 1 감속이 시작되었을 때, 단계 51에서 변위 검출수단(123)이 펄스를 출력하는지 여부가 판정된다. 펄스가 출력되었을 때, 펄스의 간격인 t'1의 갱신된 값이 변위 검출수단(123)에서 속도 검출수단(134)으로 출력된다. 그러므로, 속도 검출수단(134)은 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클에 의해 얻어진 측정된 속도가 속도 v1으로서 출력되는 정규 속도 제어를 수행한다.

그후, 제 1 감속이 종료되는 조건을 속도 v1이 만족하는지 여부가 단계 60에서 판정된다. 속도 v1이 어떤 값 이하일 때, 조건이 만족된다. 실시예 4에서, 어떤 값은 66mm/s 이하이다. 조건이 만족되었을 때, 제 1 감속이 종료된다. 조건이 만족되지 않았을 때, 단계 51의 판정이 반복된다. 펄스가 출력될 때까지, 타이머 수단(130)의 출력 t1은 단계 53에서 기준값 ts1과 비교된다.

타이머 수단(130)의 출력 t1이 기준값 ts1보다 작을 때, 단계 51의 판정이반복된다. 변위 검출수단(123)이 다음 펄스를 출력하면, 단계 56 및 이후의 단계가 수행된다. 아니면, 단계 53의 판정이 반복된다. 단계 53의 판정에서, 타이머 수단(130)의 출력 t1이 기준값 ts1보다 크지만 펄스가 변위 검출수단(123)으로부터 출력되지 않고, 즉 변위 검출수단(123)으로부터 펄스의 사이클이 이전 사이클보다 길고, 적합한 상수에 의해 곱해지는 그 사이클의 역에 의해 얻어지는 속도가, 적합한 상수에 의해 곱해지는 이전 사이클의 역에 의해 얻어진 속도에 비해 메모리(118)에 기억된 속도에 대한 허용가능 가속값의 k1배 이상이면, 단계 59 및 이후의 단계가 수행되어 속도를 증가시킨다.

이 상태를 속도 복구 상태라 한다. 속도 복구 상태의 상세한 것은 실시예 3과 유사하다.

타이머 수단(130)은 변위 검출 수단(123)으로부터 마지막 펄스가 출력된 후의 경과된 시간을 출력한다. 출력값은 시간에 걸쳐 증가된다. 전술한 바와 같이, 기준값 ts1은 변위 검출수단(123)으로부터 펄스가 출력될 때마다 갱신된다. 펄스가 변위 검출수단(123)으로부터 이 사이클로 출력될 때, 실제 속도는 의도된 속도보다 소정의 양만큼 항시 작다.

그러므로, 속도는 현재 속도의 하한으로서 사용된다. 속도의 비정상적인 감소는 의도된 속도보다 속도가 소정의 양만큼 작을 때 검출될 수 있다. 임의의 속도의 감소를 신뢰성 있게 검출하고 높은 회전범위에서 제어이탈을 단시간 내에 검출하는 것이 가능하며, 낮은 회전범위에서 제어이탈에 기인한 오검출 방지가 가능하다.

속도 복구 상태가 단계 59 및 이후의 단계에서 일어났을 때, 구동각 ψ은 ψ=135°내지 157.5°가 되도록 22.5°만큼 감소된다. 이것은 폐루프 구동수단(117)에서 변위 검출수단(123)의 출력의 분할 사이클을 단일 단계에 정규 4 분할을 5 분할로 변경함으로써 쉽게 실현된다.

그후, 단계 55에서, 스위칭 수단(137A)은 속도 검출수단(134)으로의 출력을 t'에서 타이머 수단(130)의 출력인 t로 스위칭하고, 따라서 속도 v1는 펄스가 현재 변위 검출수단(123)으로부터 출력되었을 경우 취해지게 될 가상 속도로 스위칭된다. 그러므로, 전압 제어수단(115)은 가상속도에 대응하는 값을 출력하므로 구동출력이 변경된다.

t1의 값은 변위 검출수단(123)으로부터 마지막 펄스가 출력된 이후의 경과된 시간이다. 그러므로, 속도 검출수단(134)에 값을 출력하여 얻어진 속도 v는 시간의 걸쳐 감소된다. 감소된 속도는 속도 비교기에 의해 검출된 속도 에러의 증가로 된다. 전압 제어수단(115)의 출력은 속도 에러에 비례한다. 그러므로, 출력은 점차적으로 증가된다.

전술한 바와 같이, 출력전압은 시간에 걸쳐 점차적으로 증가되며, 이러한 증가는 정규제어에서처럼 속도에러에 비례한다. 그러므로, 구동 시스템이 모터 혹은 전동 시스템, 등의 마찰 부하 변동을 갖는다할지라도, 모터 정지는 확실히 방지될 수 있고 큰 오버슈트는 일어나지 않는다.

그후, 단계 57에서, 속도 v1이 제 1 감속 종료 속도 이하인지 여부가 판정된다. 속도 v1이 제 1 감속 종료 속도 이하이면, 변위 검출수단(123)은 단계 58에서다음 펄스가 출력되는지 여부를 판정한다. 다음 펄스가 출력되지 않으면, 단계 55 및 이후의 단계가 반복된다. 다음 펄스가 출력되면, 단계 56 및 이후의 단계가 수행된다.

변위 검출수단(123)으로부터 어떠한 펄스도 출력되지 않고 그러므로 속도 v1이 제 1 감속 종료 속도 이하인 것으로 판정되었을 때, 제 1 감속이 종료되고, 제 2 감속 동작이 발생한다. 이 시점에서, 속도 검출수단(134)은 t1을 출력한다. 그러므로, 변위 검출수단(123)이 펄스를 출력하지 않는다면, 제 1 감속의 종료는 갱신되지 않는 t1'에 비해 보다 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 이 시점에서, 제 1 감속동작이 종료되었을 때, 제 1 감속은 소정의 감속 명령값의 곡선에서 벗어나게 된 상태에서 종료되고, 제어 감속이 일어난다. 그러므로, 제 2 감속이 종료되었을 때, 현재 위치 어드레스와 의도된 위치 어드레스 간 차가 크다. 그러므로, 재시작을 위하 과정은 생략될 수 있어, 평균 탐색시간이 감소된다.

이러한 식으로, 제 1 감속동작이 수행된다.

제 1 감속동작이 종료되었을 때, 제 2 감속동작이 수행되고 마이크로스텝 구동수단(116)이 다시 동작상태로 스위칭된다. 헤드(101)는 더욱 감속된다. 헤드(101)의 위치 및 속도는 미세하게 제어되며, 트랙킹 작동기가 다시 동작되는 조건이 형성된다.

예 4에서, 제 1 감속동작은 속도가 440PPS에 대응하는 66mm/s로 감소되었을 때 제 2 감속동작으로 스위칭된다. 제 2 감속동작은 마이크로스텝 구동에 의해 수행된다. 마이크로스텝 구동의 초기 속도 명령값은 제 1 감속동작이 종료될 때 속도 명령값과 동일하다. 더욱이, 스위칭시 구동각 ψ의 값은 제 1 감속이 종료될 때 값과의 소정의 관계를 가지며, 보다 작은 값을 취한다. 제 2 감속동작시 속도 명령값과 그 때에 실제 속도 간 차가 클 때, 제 2 감속동작 시작시 진동이 일어날 수 있다. 이러한 점에서, 속도는 제 1 감소에서 높은 정밀도로 제어될 필요가 있다.

제 2 감속동작에서, 헤드(101)는 광 디스크(102) 상의 수 백 개의 트랙에 대응하는 거리를 걸쳐 이동하는 동안 점차적으로 감속된다. 감속 후, 트랙킹 작동기는 탐색 후 트랙을 트레이스하도록 다시 동작된다. 이어서 제어수단(110A)은 디스크(102)에 기억된 현재의 위치 어드레스와 의도된 위치 어드레스를 다시 비교한다. 이들이 동일하다면, 이동동작이 종료된다. 이들이 동일하지 않다면, 같게 될 때까지 전술한 동작이 반복된다.

전술한 바와 같이, 실시예 4에 따라, 타이머 수단의 출력 t1이 어떤 기준값을 초과할 때, 제어수단은 동작모드가 제 2 동작모드에서 제 1 동작모드로 스위칭되고 스텝핑 모터가 강제적으로 회전되게 스텝핑 모터를 제어한다. 그러므로, 구동 시스템의 마찰 부하 등의 변동에도 불구하고 거의 동일한 응답이 얻어진다. 즉, 어떤 크기의 구동수단의 마찰 부하가 존재할지라도, 모터 정보가 확실하게 방지될 수 있고 과도한 오버슈트는 일어나지 않는다.

예 3과 유사하게, 실시예 4에서, 기준 갱신수단의 출력은 속도 등에 의해 변경되지만 일정할 수 있음에 유의한다. 이 경우, 실시예 1에 기술된 효과가 얻어질 수 없다. 그럼에도 불구하고, 제 1 가속이 종료되었는지 여부는 신뢰성 있게 판정될 수 있다. 전술한 효과가 얻어질 수 있다. 더욱이, 의도된 속도값의 의도된 프로파일이 실제 속도 대신 사용될 수 있다.

실시예 5

도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 스텝핑 모터 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.

도 14에서, 참조부호 201은 스텝핑 모터, 202는 회전자, 203은 A-위상 고정자, 204는 B-위상 고정자, 205는 회전자 축, 206은 위치 검출수단, 207은 광차폐판, 208은 광센서, 209는 하우징, 210은 이진 변환회로, 211는 구동수단, 212는 A-위상 전류 구동기, 213은 B-위상 전류 구동기를 나타낸다.

또한, 221은 헤드, 222는 광 디스크, 223은 너트, 224는 리드 나사, 225는 안내 샤프트, 226은 베어링, 227은 샤시, 228은 스핀들 모터, 230은 제어수단, 234는 명령값 선택기, 235는 지령 진폭 제어수단, 236은 마이크로스텝 구동수단, 237은 폐루프 구동수단, 238은 속도 검출수단, 239는 속도 비교기, 241은 진폭 비교수단, 242는 기억수단, 243은 구동진폭 설정수단, 244는 의도된 속도 발생수단을 나타낸다.

도 14에 도시한 바와 같이, 광 디스크 드라이브는 헤드(221)를 사용하여 광 디스크(222)에/로부터 정보를 광학적으로 기록/재생한다. 헤드(221)에 부착된 너트(223)는 리드 나사(224)의 홈에 맞물린다. 리드 나사(224)는 3mm의 나사 피치를 가지며 스텝핑 모터(201)에 결합된다. 그러므로, 헤드(221)는 스텝핑 모터(201)의 회전에 따라 안내 샤프트(225)을 따라 앞 뒤로 직선 구동된다. 샤시(227)에 고정되는 베어링(226)은 나사(224)가 자유롭게 회전되도록 리드나사(104)를 지지한다.

스핀들 모터(228)는 광 디스크(222)를 구동하여 회전시킨다. 헤드(221)가 의도된 위치로 이동될 때, 헤드(221)가 이동되는 방향 및 거리는 광 디스크(222)에 저장된 현재 위치의 어드레스와 의도된 위치의 어드레스에 의거하여 결정된다. 방향 및 거리에 따라, 제어수단(230)은 스텝핑 모터(201)에 대한 제어 동작을 수행한다.

스텝핑 모터(201)는 2상 PM형이며 2상 여자에서 18°의 스텝 각을 갖는다. 스텝핑 모터(201)는 회전자(202)와, A-위상 고정자(203) 및 B-위상 고정자(204)를 갖는 2상 여자코일을 포함한다. 회전자(202)는 N 및 S 극 각각에 대해 5개의 분극이 72°각의 간격으로 이격된 영구자석을 포함한다. A-위상 고정자(203) 및 B-위상 고정자(204) 각각은 72°각의 간격으로 여자된 N 및 S극과, 회전자(202)의 한 사이클의 원주에서 5개의 N극과 5개의 S극을 발생하는 요크를 갖는다. A-위상 고정자 및 B-위상 고정자의 자극은 서로간에 18°만큼 이탈되어 있다.

위치 검출수단(206)은 광차폐판(207), 광센서(208), 하우징(209) 및 이진 변환회로(210)를 포함한다. 광차폐판(207)은 4.5°각의 간격으로 설치된 슬릿을 갖는 원형판이며 회전자 축(205)에 고정된다. 광차폐판(207)의 4.5°의 슬릿각 사이클 값은 회전자(202) 자석의 자극형성의 72°의 각도 사이클의 정수 분수(여기선 1/16)가 되게 결정된다. 특히, 스텝핑 모터(201)의 상의 개수는 2이기 때문에, 광차폐판(124)의 4.5°의 슬릿각 사이클 값은 1을 회전자(202)의 자석의 자극의 72°의 각도 사이클의 2의 정수배로 나눈 것(즉, 16=1/(2x8))을 만족하도록 선택된다.광센서(208)는 투과형으로서, 이의 발광측에 LED와 수광측에 포토트랜지스터를 포함한다. 광센서(208)는 광차폐판(207)의 슬릿의 유무에 따라 출력신호를 출력한다. 광센서(208) 및 광차폐판(207)은 취급 등등을 할 때 손상을 방지하고 먼지 등에 기인하여 오염되지 않게 하우징(209) 내에 수용된다. 광센서(208)의 출력은 이진 데이터로 이진 변환회로(210)에 의해 변환된다.

이러한 구성에 의해, 위치 검출수단(206)은 스텝핑 모터(201)의 4.5°의 매 회전 각도마다 단일의 펄스를 발생하며 스텝핑 모터의 회전각도를 검출한다. 회전자 축(205)은 리드 나사(224)와 함께 회전된다. 리드 나사(224)의 나사 피치가 3mm이기 때문에, 위치 검출수단(206)은 헤드(221)가 0.0375mm만큼 이동될 때마다 단일의 펄스를 발생한다. 위치 검출수단(206)의 출력은 제어수단(230), 속도 검출수단(238), 폐루프 구동수단(237)에 입력된다.

구동수단(211)은 독립적인 2채널 전류 구동기인 A-위상 전류 구동기(212) 및 B-위상 전류 구동기(123)를 포함한다. 전류 구동기(212, 213)는 명령값 선택기(234)로부터 출력되는 각각의 전류 지령량 출력을 나타내는 디지털 데이터에 의거하여, A-위상 고정자(203) 및 B-위상 고정자(204) 각각에 전류를 공급하고, 그러므로 스텝핑 모터(201)를 구동한다. 구체적으로, A-위상 및 B-위상 전류 구동기(212, 213)는 수신된 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환기, 및 D/A 변환기로부터의 아날로그 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호를 출력하는 증폭기를 포함한다.

마이크로스텝 구동수단(236)은 마이크로스텝 구동수단(236) 자체에 의해 내부적으로 발생된 타이밍 신호에 따라 명령값 선택기(234)에 전류 명령값을 나타내는 디지털 데이터를 출력하며, 그러므로 명령값 선택기(234)가 후술되는 바와 같이 이러한 출력을 선택할 때 개루프 제어를 사용하여 마이크로스텝 구동을 수행한다. 구체적으로, 마이크로스텝 구동은 A-위상 고정자(203)를 통하는 구동전류 대 B-위상 고정자(204)를 통하는 구동전류의 비를 변경함으로써 수행되고, 그러므로 높은 분해능으로 회전자(202)의 정지 각도를 제어한다.

폐루프 구동수단(237)은 분할 등에 의해 위치 검출수단(206)의 출력을 변환함으로써 회전자(202)의 자극을 정규로 검출한다. 이러한 검출 타이밍에 따라, 전류 명령값은 스위칭되고, 그러므로 스텝핑 모터의 폐루프 구동을 수행한다. 구체적으로, 스텝핑 모터(201)가 폐루프 구동수단(237)에 의해 가동되어 회전될 때, A-위상 및 B-위상 고정자(203, 204)의 초기 여자상태는 마이크로스텝 구동수단(236)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(202)의 각도 위치에 관한 정보에 의거하여 선택되고, 위치 검출수단(206)의 출력펄스는 초기에 회전자(202)의 자극에 위치한다.

그러므로, 회전자(202)가 회전하기 시작한 후에 위치 검출수단(206)으로부터 펄스가 출력될 때, 폐루프 구동수단(237)은 펄스를 카운트하고, 매 소정 수의 펄스마다 전류 명령값을 스위칭한다. 펄스를 카운트한 값이 4일 때 회전자(202)의 상태는 회전자(202)가 18°(90°의 전기각)만큼 회전될 때 회전자(202)의 상태에 대응한다. 2상 여자구동이 수행되며 여기서 여자 상은 카운트된 매 4개의 펄스마다 90°의 전기각만큼 전진된다. 폐루프 구동수단(237)의 출력은 지령진폭제어수단(235)에 공급된다.

속도 검출수단(238)은 위치 검출수단(206)의 출력보다 충분히 짧은 사이클을 가지며, 충분히 작은 사이클 에러를 갖는 기준클럭을 발생하는 기준클럭 발생기, 기준클럭을 카운트하는 카운터 등을 포함한다. 속도 검출수단(238)은 위치 검출수단(206)에 의해 어떤 펄스가 출력될 때부터 다음 펄스가 출력될 때까지의 클럭을 카운트하여, 위치 검출수단(206)에 의해 출력된 펄스들 간의 시간간격을 측정한다. 시간간격의 역에 의거한 회전자(202)의 회전 속도값이 계산되고, 결과는 속도 비교기(239)에 출력된다.

속도 비교기(239)는 속도 검출수단(238)으로부터 출력된 속도값과 제어수단(230)으로부터 전송된 속도값을 비교하고, 속도값과 의도된 속도값 간의 차에 비례하는 값을 후술되는 지령 진폭 제어수단(235)에 출력한다.

지령 진폭 제어수단(235)은 속도 비교기(239)의 출력을 적합한 이득으로 곱하고, 주파수 특성을 보상하는 등등을 행하여 폐루프 구동수단(237)으로부터 출력되는 전류 명령값의 진폭을 제어한다. 이 경우, 회전자(202)가 가속되도록 속도 비교기(239)의 출력이 양의 값일 때, 구동전류의 여자 상은 기준으로서 간주되는 것을 가정한다. 속도 비교기(239)의 출력이 회전자(202)가 감속되도록 음의 값을 취할 때, 지령 진폭 제어수단(235)은 구동전압의 여자 상을 180°만큼 시프트시켜, 여자 상이 반전되게 한다. 지령 진폭 제어수단(235)은 이와 같이 생성된 사각형 전류 명령값을 명령값 선택기(234)에 출력함과 아울러 8비트의 디지털 데이터로서 설정된 전류 명령값의 진폭을 나타내는 값을 진폭 비교수단(241)에 출력한다.

명령값 선택기(234)는 지령 진폭 제어수단(235)의 출력, 및 마이크로스텝 구동수단(236)의 출력 중 하나를 제어수단(230)으로부터의 신호에 따라 선택한다. 선택된 출력은 구동수단(211)에 입력된다.

제어수단(230)은 명령값 선택기(234), 지령진폭 제어수단(235), 마이크로스텝 구동수단(236), 및 폐루프 구동수단(237)을 제어한다. 제어수단(230)은 제 1 제어모드와 제 2 제어모드 간을 스위칭함으로써 스텝핑 모터를 제어한다. 제 1 제어모드에서, 명령값 선택기(234)는 폐루프 구동수단(237)에 의해 발생된 전류 명령값과 지령 진폭 제어수단(235)을 선택한다. 제 2 제어모드에서, 명령값 선택기(234)는 마이크로스텝 구동수단(236)에 의해 발생된 전류 명령값을 선택한다. 또한, 제어수단(230)은 회전자(202)의 회전속도의 소정의 의도된 속도 프로파일이 기억된 ROM을 갖는 의도된 속도 발생수단(244)을 포함한다. 의도된 속도 발생수단(244)의 출력은 마이크로스텝 구동수단(236) 및 속도 비교기(239)에 공급된다.

진폭 비교수단(241)은 지령 진폭 제어수단(235)에 의해 출력된 전류 명령값의 진폭을 나타내는 디지털 데이터를 저장하고 있고, 디지털 데이터의 양은 버퍼에 저장된 가장 최근의 데이터로부터 선행하는 수 개 내지 수 십 개의 펄스에 대응한다. 디지털 데이터 값들을 평균하여 현 시점에서의 전류 명령값의 진폭의 대표값을 계산한다. 결과는 제 1 동작모드에서 전류 명령값의 진폭 Ia으로서 후술되는 구동 진폭 설정수단(243)에 전송된다.

더욱이, 기억수단(242)은 제 1 동작모드에서 진폭비교 수단(241)에 의해 발생된 전류 명령값의 진폭 Ia와 후술되는 제 2 동작모드에서 마이크로스텝 구동수단(236)에 의해 발생된 전류 명령값의 진폭 Ib 간의 관계를 기억하는 ROM을 포함한다. 관계는 미리 실험에 의해 얻어진다.

구동진폭 설정수단(243)은 기억수단(242)에 저장된 관계에 따라 제 1 동작모드에서 전류 명령값의 진폭 Ia로부터 제 2 동작모드에서 전류 명령값의 진폭 Ib를 계산한다. 결과는 마이크로스텝 구동수단(236)으로 전송된다.

도 15는 실시예 5에서 기억수단(242)에 기억된 제 2 및 제 2 동작모드에서의 전류 명령값들의 진폭 Ia와 진폭 Ib 간의 관계를 나타낸 도면이다.

도 15에서, 제 1 동작모드에서 진폭 비교수단(241)에 의해 발생된 전류 명령값의 진폭 Ia는 지령 진폭 제어수단(235)에서 구동수단(211)으로 출력된 구동전류의 진폭을 지령하는 8비트의 디지털 데이터이다. 디지털 데이터는 +127 내지 -127의 범위의 수치값이다. 종래의 예에서 기술된 것과 유사하게, 양의 값은 가속방향을 향한 구동을 나타내며, 음의 값은 감속방향을 나타낸다. 진폭에 포함된 양 및 음 부호는 여자 상의 역의 유무를 나타낸다.

더욱이, 구동전류의 진폭은 실제로 전류 명령값의 진폭에 비례한다. 최대 구동전류는 +127 혹은 -127로 출력된다. 제 1 동작모드에서 전류 명령값의 진폭 Ia는 제 2 동작모드에서 전류 명령값의 진폭 Ib, 즉 마이크로스텝 구동수단(236)에 의해 구동수단(211)에 지령되는 전류 명령값(디지털 데이터)의 최대값에 대응한다.

예 5의 이와 같이 구성된 스텝핑 모터 제어장치를 이하 기술한다.

헤드(221)는 전형적인 기록 및 재생이 광 디스크 드라이브에서 수행될 때 광디스크(222)의 어떤 트랙을 트레이스한다. 이 경우, 제어수단(230)은 마이크로스텝 구동수단(236)을 사용하여 스텝핑 모터(201)를 제어한다. 마이크로스텝 구동수단(236)은 16레벨에서 A-위상 고정자(203) 대 B-위상 고정자(204)의 구동 전류비를 변경함으로써 16-분할 마이크로스텝 구동을 수행한다. 헤드(221)는 전형적인 2상 여자 구동(이 경우, 1스텝은 150㎛에 대응함)의 1/16인 9.375㎛의 높은 분해능으로 이동된다. 그러므로, 스텝핑 모터(201)는 2상 여자의 정지 각도 위치에서만이 아니라 실질적으로 임의의 각도 위치에서 정지할 수 있다.

재생이 현재 수행되는 트랙으로부터 또 다른 트랙으로 헤더(221)가 이동되는 탐색동작에서 스텝핑 모터(201)의 동작을 이하 기술한다.

초기에, 제어수단(230)은 광 디스크(222)에 저장된 현재 위치 어드레스와 의도된 위치 어드레스를 비교함으로써 헤드(221)를 이동시키는 방법을 결정한다. 이동거리가 극히 짧을 때, 즉 수 개의 트랙일 때, 헤드(221)는 스텝핑 모터(201)의 회전 없이 트랙킹 작동기(도시없음)의 동작만에 의해 이동된다. 이동거리가 약 1mm일 때, 헤드(221)는 마이크로스텝 구동수단(236)에서 스텝핑 모터(201)를 구동시키는 것에 의해 의도된 트랙으로 이동된다.

거리가 전술한 상황의 거리들보다 클 때(장거리 탐색), 스텝핑 모터(201)는 4개의 스텝, 즉 개시, 폐루프 구동에 의한 일정 속도 구동(제 1 동작모드), 폐루프 구동에 의한 감속, 마이크로스텝 구동에 의한 감속(제 2 동작모드) 및 정지로 구동된다. 이하, 스텝핑 모터(201)의 동작을 기술한다.

초기에, 스텝핑 모터(201)가 작동될 때, 제어수단(230)은 헤드(221)의 트랙킹 작동기의 동작을 정지시킨다. 그후, 스텝핑 모터(201)의 회전방향이 결정된다. 이 경우, 회전방향을 시계회전 방향이다. 이 시점에서, 스텝핑 모터(201)는 마이크로스텝 구동수단(236)에 의해 구동된다. 스텝핑 모터(201)는 정상상태에선 정지상태에 있다. 이어서 제어수단(230)은 이를테면, 마이크로스텝 구동수단(236)의 출력에 의해 유지된 기동 전의 회전자(202)의 각도 위치, 및 회전자(122)를 회전시키고자 하는 방향에 관한 정보를 폐루프 구동수단(237)에 제공한다. 더욱이, 제어수단(230)은 명령값 선택기(234)로 하여금 폐루프 구동수단(237)의 출력을 선택하게 한다. 폐루프 구동수단(237)은 이들 정보에 의거하여 소정의 과정에 따라 구동수단(211)에 명령값을 출력한다. 그러므로, 회전자(202)는 회전하기 시작하고 개시동작이 종료된다.

펄스의 출력이 시작될 때, 제어 수단(230)은 명령값 선택기(234)가 지시 진폭 제어 수단(235)의 출력을 선택하게 한다. 이어서, 폐루프(closed-loop) 구동 수단(237)에 의해 일정한 구동이 일어난다.

폐루프 구동 수단(237)은 위치 검출 수단(206)으로부터 이진수 변환 회로(210)를 통해 출력된 펄스를 분할하고(한 펄스가 4.5°의 회전 각도에 대응), 그에 의해 전류 명령값을 발생한다. 실시예 5에서, 전류 명령값은 위치 검출 수단(206)으로부터 매 4개 펄스마다 교환된다. 상술된 바와 같이, 전류 명령값이 교환되는 이러한 동작은 똑같은 각도의 위치를 이룰 수 있고(회전자(rotor)(202)와 A- 및 B-위상 고정자(stator)(203, 204) 사이의 상대적인 각도), 그에 의해 스텝에서 벗어나지 않을 것 같은 경우 안정된 구동을 실행하는 것이 가능해진다.

폐루프 구동 수단(237)에 의한 구동에서, 폐루프 가속 동작은 회전자(202)의 회전 속도값이 제어 수단(230)에 의해 의도되는 속도값과 동일하도록 실행된다. 특별히, 회전자(202)의 회전 속도값이 의도되는 속도값에 근접하도록 회전자(202)가 가속 또는 감속되는가 여부는 속도 에러의 크기를 근거로 결정된다. 결정 결과를 근거로, 전류 명령값의 진폭이 결정되고, 구동 수단(211)에 출력되는 전류 명령값이 수정된다.

전류 명령값의 진폭 변화는 구동 수단(211)에 의해 출력되는 구동 전류의 진폭을 변화시킨다. 그러므로, A-위상 고정자(203)와 B-위상 고정자(204) 사이의 인력 및 척력이 변화되어, 그에 의해 회전자(202)를 가속 및 감속하는 것이 가능해진다. 상술된 과정에 따라, 헤드(221)는 폐루프 구동에 의해 고속으로 의도되는 트랙 쪽에 이동된다.

도 16a는 실시예 5의 회전자(202)에 대한 감속 동작에서 의도되는 속도값을 도시하는 의도되는 속도 프로파일이다. 도 16b는 명령값 선택기(234)에 의해 출력되는 감속 동작에서 전류 명령값을 도시하는 타이밍도이다. 상술된 바와 같이, 헤드(221)가 일정한 속도 구동으로 인하여 의도되는 트랙에 접근할 때, 제어 수단은 의도되는 속도값을 감속 상태로 교환한다. 감속 동작은 두 단계로 실행된다. 각 단계는 도 16a 및 도 16b를 참고로 설명된다. 간략하게, 전류 명령값은 A- 및 B-위상 고정자 중 하나에 대해서만 설명된다.

도 16a에 도시된 바와 같이, 제어 수단(230)은 감속의 시작으로부터 회전자(202)가 특정한 속도(v)에 이를 때까지 제 1 동작 모드에 있다. 이 경우,명령값 선택기(234)는 폐루프 구동에 의해 감속 제어를 실행하도록 지시 진폭 제어 수단(235)의 출력을 선택한다. 폐루프 구동에 의한 감속에서, 회전자(202)는 가능한한 짧은 시간에 헤드(221)의 이동 속도를 감소시키기 위해 높은 감속 비율로 감속된다. 실시예 5에서는 30m/s/s가 200,000PPS/s에 대응한다. 폐루프 구동에 의한 감속 동작은 기본적으로 일정한 속도 구동에서 상술된 동작과 똑같다. 제어 수단(230)으로부터 전송되는 의도 속도값은 특정한 가속값으로 감속을 실행하기 위해 시간에 걸쳐 변화됨을 주목하여야 한다.

지시 진폭 제어 수단(235)에 의해 발생된 전류 명령값의 진폭값(Ia)(도 16b를 참고)는 마찰력이나 다른 의도되는 명령값과 같은 구동 로드에서의 변수에 의존하여 -127 내지 +127의 범위에서 다양한 값을 취할 수 있다. 그 이유는 이후 설명된다.

예를 들어, 제어되는 피사체가 마찰 로드를 갖고, 마찰 로드로 인한 자연 감속의 가속값이 우연하게 의도되는 감속값과 같을 때, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 회전자(202)의 회전 속도값과 의도되는 속도값 사이에 에러가 0일 때까지 실질적으로 0이다. 피사체의 마찰 로드가 클 때, 피사체는 의도되는 감속값 보다 더 큰 감속값에 의해 감속된다. 그러므로, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 회전자(202)의 속도가 회복되도록 회전자(202)를 가속하는 양의 값을 취한다. 또한, 마찰 로드가 크면 클수록, 진폭(Ia)은 더 높아진다. 피사체의 마찰 로드가 작을 때는 피사체가 의도되는 감속값 보다 작은 감속값에 의해 감속된다. 그러므로, 전류 명령값의 진폭(Ia)은 회전자(202)의 속도가 더 감소되도록 회전자(202)를 감속하는 음의 값을 취한다.

이후에, 속도가 특정한 속도(v)로 낮아질 때, 제어 수단(230)은 구동 방법을 제 2 동작 모드, 즉 정확하게 위치 지정할 수 있는 마이크로스텝(microstep) 구동 수단(236)으로 교환한다. 교환 속도는 실시예 5에서 440PPS에 대응하는 66mm/s이다. 마이크로스텝 구동의 감속 동작은 이후 설명된다.

먼저, 마이크로스텝 구동으로 교환된 이후에 의도되는 속도값에 대한 감속값은 도 16a에 도시된 바와 같이 폐루프 구동에서의 감속값과 똑같다. 또한, 감속 비율은 트래킹 작동기(tracking actuator)가 작동될 수 있는 감속 비율로 시간에 걸쳐 점차 낮아진다. 실시예 5에서, 중단 이전의 감속 비율은 14000PPS/s에 대응하는 2.1m/s/s이다. 이 방식으로, 의도되는 속도값에 대한 감속 비율이 구동 방법을 교환하기 전후에 똑같을 때, 감속 비율에서의 갑작스런 변화에 의해 발생되는 충격력은 제거될 수 있다. 그에 의해, 불필요한 진동의 발생이 방지될 수 있어, 안정된 제어를 제공하게 된다.

마이크로스텝 구동에서, 전류 명령값의 파형(구동 전류의 파형은 그 파형과 거의 똑같다)은 삼각형, 싸인파형 등이다. 감속 동작은 지시 전류의 주파수를 감소시킴으로서 실행된다(전류 파형 상태는 조밀한 상태에서 드문드문한 상태로 변한다). 전형적으로 저속 회전으로 실행되는 마이크로스텝 구동에서는 속도 검출 수단(238)에 의한 검출 정확도가 손상되므로, 속도 검출 수단(238)의 출력을 모니터하지 않고 개루프(open-loop) 제어에 의해 실행된다.

이후에는 마이크로스텝 구동에 의해 구동 전류의 진폭을 제어하는 방법이 설명된다. 마이크로스텝 구동에서, 마이크로스텝 구동 수단(236)에 의해 출력되는 전류 명령값의 진폭(Ib)은 폐루프 구동에서 전류 명령값의 진폭(Ia)에 의존하여 설계된다.

진폭 비교 수단(241)은 마이크로스텝 구동으로 교환되기 직전에 폐루프 구동에서의 전류 명령값의 진폭(Ia)을 나타내는 디지털 데이터를 저장하고, 가장 최근 데이터로부터 선행되는 수개 내지 수십개의 펄스에 대응하는 디지털 데이터의 양은 버퍼에 저장된다. 마이크로스텝 구동으로 교환되기 직전에, 버퍼에 저장된 Ia의 평균값이 계산된다. 결과의 값은 구동 진폭 설정 수단(243)에 전송된다. 구동 진폭 설정 수단(243)은 저장 수단(242)에 저장된다. Ia와 Ib(마이크로스텝 구동에 의한 전류 명령값의 진폭) 사이의 관계를 근거로, Ib는 진폭 비교 수단(241)으로부터 전송된 Ia의 평균으로부터 계산된다. 결과는 마이크로스텝 구동 수단(236)에 전송된다.

저장 수단(242)에 저장된 Ia와 Ib 사이의 관계는 다음(식 5)에 의해 나타내진다(도 15를 참고):

Ib = k ·|Ia| + C (식 5)

(k 및 C는 양의 상수)

실시예 5에서는 k 및 C가 각각 0.76 및 30이다. 식 5에 의해 나타내지는 관계는 이후 설명된다. 식 5에서는 Ia의 절대값이 작으면 작을수록, Ib의 값이 작아진다.

예를 들어, 폐루프 구동에서, 마찰 로드로 인한 자연 감속의 가속값이 의도되는 감속값과 같을 때, 회전자(202)의 의도되는 속도값과 회전 속도값 사이의 에러는 0이다. Ia의 값은 0이 되도록 제어된다(즉, 구동 전류의 진폭이 0이다). 이 경우, Ib는 최소 진폭값 C(실시예 5에서는 30)와 같아지도록 제어된다. Ib가 작은 값으로 설정되는 이유는 이후 설명된다. 의도되는 속도 프로파일(도 16a)에서, 마이크로스텝 구동의 감속 비율은 교환 직전의 폐루프 구동의 감속 비율과 똑같은 값으로 설정된다. 마이크로스텝 구동 뿐만 아니라 폐루프 구동에서, 자연 감속의 가속값은 의도되는 감속값과 똑같다. 그러므로, 마이크로스텝 구동에서는 실질적으로 감속에 구동력이 요구되지 않는다. 또한, Ib의 값이 작더라도, 스텝에서 벗어나지 않는다. 더욱이, 전류 명령값의 진폭이 작아지므로, 폐루프 구동이 마이크로스켑 구동으로 교환될 때, 큰 전류 명령값이 갑작스럽게 입력되지 않는다(구동 전류의 진폭이 갑작스럽게 증가되지 않는다). 구동력이 갑작스럽게 증가되지 않으므로, 불필요한 진동의 발생을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 도 16a의 의도되는 속도 프로파일에서 도시된 바와 같이, 감속 비율은 중단되기 이전에 작은 값으로 설정된다(점차적인 감속). 이 경우, 감속시 스텝에서 벗어나는 것을 방지하도록, 전류 명령값의 진폭은 감속 비율이 낮아짐에 따라 점차적으로 증가된다. 최종적인 진폭은 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때 전류 명령값의 진폭(Ib) 보다 더 큰 값으로 설정되고, 그에 의해 의도되는 위치에 지정된다. 실시예 5의 설정, 즉 k = 0.76 및 C = 30은 제어되는 피사체에 의존하여 변한다.

다음에, 폐루프 구동에서, 마찰 로드로 인한 자연 감속의 가속값이 마찰 로드의 크기에서의 변화로 인하여 의도되는 감속값과 다를 때, 의도되는 속도값을 갖는 실제 속도를 회복하기 위해 구동 전류에 의한 가속 및 감속에 외부력이 요구된다. 요구되는 외부력의 크기는 전류 명령값의 진폭(Ia)에 따라 구해진다. 이 경우, Ia의 값이 크면 클수록, Ia와 Ib 사이의 관계에 따라 Ib의 값이 더 커진다(식 5). 상술된 바와 같이, 마찰 로드로 인한 자연 감속의 가속값이 의도되는 감속값과 다를 때는 마이크로스텝 구동에서도 스텝에서 벗어나지 않도록 비교적 큰 구동력이 요구된다. 상술된 바와 같이, 이 경우에, Ib는 Ia를 참고로 하여 큰 값에 설정되고, 그에 의해 필요한 구동력이 구해진다.

반대로, Ib는 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 가능한한 작은 값으로 설정될 수 있다. 또한, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때 불필요한 진동을 최소화하는 것이 가능하다.

상술된 바와 같이, 실시예 5에서는 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)이(식 5)에 따라 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)에 관련되므로, Ib는 가능한한 작아진다. 그에 의해, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 구동 수단(211)은 A- 및 B-위상 고정자(203, 204)에 공급되는 구동 전류의 진폭을 작은 값으로 감소시키고, 교환시 일어나는 구동력의 갑작스런 변화를 억제할 수 있다. 그러므로, 교환시 일어나는 불필요한 진동이나 충격을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 실시예 5에 따라, 마찰 로드가 클 때에도, 또는 마찰 로드가 작고 제어되는 피사체가 큰 관성력을 가져 피사체가 그 속도를 유지할 때에도, 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)은 마찰 로드 및 관성력의 크기에 의존하여 증가된다. 그러므로, 회전자(202)와 A- 및 B-위상 고정자(203, 204) 사이의 인력이 증가될 수 있고, 그에 의해 스텝에서 벗어나지 않게 된다.

실시예 5에서는 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)이(식 5)에 따라 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)에 관련되므로, Ib가 Ia로부터 계산됨을 주목하여야 한다. 다른 방법으로, 도 17에 도시된 바와 같이, Ia가 Ib에 관련되는 도표가 Ia의 값을 근거로 Ib를 탐색하도록 저장 수단(244)에 저장될 수 있다. 그에 의해, 유사한 효과가 얻어질 수 있다. 이 경우에는 유리하게 계산에 요구되는 시간이 생략될 수 있다. 또한, 도 17의 도표에서 Ia와 Ib 사이의 관계는, 예를 들면(식 5)에서 k의 값이 Ia의 크기에 의존하여 변하므로 Ia가 Ib에 단순히 비례하지 않는 것과 같이, 간단한 식으로 나타낼 수 없는 관계를 쉽게 나타낼 수 있다.

실시예 6

도 18a, 도 18b, 및 도 14를 참고로, 본 발명의 실시예 6에 따른 스테핑 모터(stepping motor) 제어 장치의 동작이 설명된다.

도 18a는 폐루프 구동시(제 1 동작 모드) 전류 명령값의 진폭과 마이크로스텝 구동시(제 2 동작 모드) 전류 명령값의 진폭 사이의 관계를 도시한다. 도 18b는 도 14의 의도 속도 발생 수단(244) 대신에 또 다른 의도 속도 발생 수단(244')에 의해 발생되어, 제어되는 피사체가 감속되는 방법을 지시하는 의도 속도 프로파일을 도시하는 도면이다.

실시예 6에서는 실시예 5의 제 1 및 제 2 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭 Ia 및 Ib 사이의 관계를 저장하는 저장 수단(242)이 또 다른 관계를 저장하는 저장수단(242')으로 대치된다. 실시예 6의 디바이스는 의도 속도 발생 수단(244) 대신에 다른 의도 속도 발생 수단(244')이 사용된다는 점을 제외하면, 실시예 5의 디바이스와 똑같은 구성 및 동작을 갖는다.

이후에는 저장 수단(244')에 저장되는 제 1 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭(Ia)과 제 2 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭(Ib) 사이의 관계가 설명된다.

먼저, 도 18b에 도시된 바와 같이, 실시예 6의 의도되는 속도 프로파일에서, 마이크로스텝 구동시 감속값은 폐루프 구동시 감속값 보다 더 작다. 의도 속도 프로파일에서, 갑작스런 감속은 고레벨 토크(torque)가 발생되어 감속값이 큰 값을 취할 수 있고, 그에 의해 총 감속 시간이 최소화되는 폐루프 구동에 의해 실행된다. 또한, 감속값은 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환되는 시간으로부터 중단 시간까지 똑같은 값을 취한다. 그러므로, 마이크로스텝 구동에서의 속도 제어가 유리하게 쉬워진다.

도 18a에 도시된 바와 같이, 마이크로스텝 구동 수단(236)으로부터 출력된 전류 명령값의 진폭(Ib)은 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)과 관련되고, 그 관계는 다음과 같이 나타내진다.

Ib = k'·|Ia + b| + C' (식 6)

여기서, k', b, 및 C'은 양의 상수이다. 또한, Ia는 구동 전류가 가속 방향으로 스테핑 모터에 공급될 때 양수이고, 구동 전류가 감속 방향으로 스테핑 모터에 공급될 때 음수이다.

이 경우, 실시예 6에서는 k', b, 및 C'이 각각 0.86, 15, 및 30이다. 식 6은 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 Ib가 가능한한 작은 값에 설정될 수 있는 Ia와 Ib 사이의 관계를 정의한다.

이후에는 식 6의 관계가 설명된다. 폐루프 구동에서, 마찰 로드의 상태는 의도되는 감속값이 자연 감속의 가속값과 같다고 가정된다. 이 상태는 감속에 대한 최소 구동 토크를 요구하므로, Ia = 0이다. Ia = 0인 마찰 로드의 상태에서, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 의도되는 감속값은 감소된다. 그러므로, 가속 방향으로의 구동이 요구된다. 스텝에서 벗어나지 않도록 특정한 레벨의 구동 토크가 요구되므로, Ib는 소정의 진폭을 가질 필요가 있다. 특별히, Ib의 소정의 진폭은 Ia = 0에 대해 요구된다(Ib = k'b + C').

다음에는 Ia = 0인 상태에서 마찰 로드가 증가된다고 가정한다. 의도되는 감속값을 유지하기 위해서는 가속 방향으로 구동 토크가 더 요구된다. Ia의 값은 폐루프 구동에서 양의 방향으로 커진다. 마이크로스텝 구동에서는 가속 방향으로의 구동을 위해 더 큰 힘이 요구된다. 스텝에서 벗어나는 것을 방지하기 위해, Ib는 증가될 필요가 있다. 특별히, Ia가 양의 방향에서 증가되면, Ib도 증가되는 관계가 요구된다.

또한, Ia = 0인 상태에 대해 마찰 로드가 감소된다고 가정한다. 의도되는 감속값을 유지하기 위해서는 감속 방향으로의 구동이 더 요구된다. 폐루프 구동에서, Ia는 음의 방향으로 커진다. 이 경우, Ia가 음의 방향으로 증가될 때 자연 감속의 가속값 변화는 Ia = 0일 때 폐루프 구동시 의도되는 감속값과 똑같다. Ia가 음의 방향으로 증가되므로(마찰 로드가 감소되므로), 자연 감속의 가속값은 감소된다. 특정한 지점에서(여기서는 Ia = -b), 자연 감속의 가속값은 마이크로스텝 구동시 의도되는 감속값과 똑같다.

이러한 상태의 마찰 로드에서는 마이크로스텝 구동시 스텝에서 벗어날 가능성이 가장 적다. 실질적으로 구동력이 요구되지 않으므로, Ib는 최소 진폭값(C')에 관련될 수 있다. 특별히, Ia = -b일 때, Ib = C'이다.

Ia = -b일 때와 비교해 마찰 로드는 더 감소된다고 가정한다. 자연 감속의 가속값은 마이크로스텝 구동시 가속값 보다 더 작다. 감속 방향에서의 구동 토크가 요구된다. 스텝에서 벗어나는 것을 방지하기 위해, Ib는 증가될 필요가 있다. 특별히, Ia = -b에 대해, Ia의 값이 작으면 작을수록 Ib의 값이 더 커지는 Ia와 Ib 사이의 관계가 요구된다.

상술된 바와 같이, 도 18a에 도시된 의도 속도 프로파일에서, Ia 및 Ib는 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 Ib가 가능한한 작은 값으로 설정될 수 있도록 도 18a에 도시된 바와 같은 관계를 가질 필요가 있다.

상술된 바와 같이, 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)과 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)은 식 6에 도시된 관계를 갖는다. Ib는 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 가능한한 작은 값으로 설정된다. 그래서, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 구동 수단(211)은 A- 및 B- 위상 고정기(203, 204)에 공급되는 구동 전류의 진폭을 감소시키고, 그에 의해 교환시 발생되는 구동력에서의 갑작스런 변화를 억제한다. 그러므로, 교환시 발생되는 불필요한 진동이나 충격을 감소하는 것이 가능하다.

또한, 실시예 6에 따라, 마찰 로드가 클 때에도, 또는 마찰 로드가 작고 제어되는 피사체가 큰 관성력을 가져 피사체가 그 속도를 유지할 때에도, 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)은 마찰 로드 및 관성력의 크기에 의존하여 증가된다. 그러므로, 회전자(202)와 A- 및 B-위상 고정자(203, 204) 사이의 인력이 증가될 수 있고, 그에 의해 스텝에서 벗어나지 않게 된다.

실시예 7

도 19a, 도 19b, 및 도 14를 참고로, 본 발명의 실시예 7에 따른 스테핑 모터 제어 장치의 동작이 설명된다.

도 19a는 폐루프 구동시(제 1 동작 모드) 전류 명령값의 진폭과 마이크로스텝 구동시(제 2 동작 모드) 전류 명령값의 진폭 사이의 관계를 도시한다. 도 19b는 도 14의 의도 속도 발생 수단(244) 대신에 또 다른 의도 속도 발생 수단(244")에 의해 발생되어, 제어되는 피사체가 감속되는 방법을 지시하는 의도 속도 프로파일을 도시하는 도면이다.

실시예 7에서는 실시예 5의 제 1 및 제 2 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭 Ia 및 Ib 사이의 관계를 저장하는 저장 수단(242)이 또 다른 관계를 저장하는 저장 수단(242")으로 대치된다. 실시예 7의 디바이스는 의도 속도 발생 수단(244) 대신에 다른 의도 속도 발생 수단(244")이 사용된다는 점을 제외하면, 실시예 5의 디바이스와 똑같은 구성 및 동작을 갖는다.

이후에는 저장 수단(244")에 저장되는 제 1 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭(Ia)과 제 2 동작 모드에서 전류 명령값의 진폭(Ib) 사이의 관계가 설명된다.

먼저, 도 19b에 도시된 바와 같이, 실시예 7의 의도되는 속도 프로파일에서, 마이크로스텝 구동시 감속값은 폐루프 구동시 감속값 보다 더 작다. 의도 속도 프로파일에서는 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환되는 시간으로부터 중단 시간까지 똑같은 감속값이 사용된다. 속도 제어는 유리하게 마이크로스텝 구동에서 쉬워질 수 있다.

도 19a에 도시된 바와 같이, 마이크로스텝 구동 수단(236)으로부터 출력된 전류 명령값의 진폭(Ib)은 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)과 관련되고, 그 관계는 다음과 같이 나타내진다.

Ib = k"·|Ia - b'| + C" (식 7)

여기서, k", b', 및 C"은 양의 상수이다. 또한, Ia는 구동 전류가 가속 방향으로 스테핑 모터에 공급될 때 양수이고, 구동 전류가 감속 방향으로 스테핑 모터에 공급될 때 음수이다.

이 경우, 실시예 6에서는 k", b', 및 C"이 각각 0.86, 15, 및 30이다. 식 7은 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 Ib가 가능한한 작은 값에 설정될 수 있는 Ia와 Ib 사이의 관계를 정의한다.

이후에는 식 7의 관계가 설명된다. 폐루프 구동에서, 마찰 로드의 상태는 의도되는 감속값이 자연 감속의 가속값과 같다고 가정된다. 이 상태는 감속에 대한 최소 구동 토크를 요구하므로, Ia = 0이다. Ia = 0인 마찰 로드의 상태에서, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 의도되는 감속값은 감소된다. 그러므로, 가속 방향으로의 구동이 요구된다. 스텝에서 벗어나지 않도록 특정한레벨의 구동 토크가 요구되므로, Ib는 소정의 진폭을 가질 필요가 있다.

특별히, 소정의 진폭 Ib는 Ia = 0에 대해 요구된다(실시예 7에서는 Ib = k"b' + C").

다음에는 Ia = 0인 상태에서 마찰 로드가 감소된다고 가정한다. 의도되는 감속값을 유지하기 위해서는 감속 방향으로 구동 토크가 더 요구된다. Ia의 값은 폐루프 구동에서 음의 방향으로 커진다. 마이크로스텝 구동에서는 가속 방향으로의 구동을 위해 더 큰 힘이 요구된다. 스텝에서 벗어나는 것을 방지하기 위해, Ib는 증가될 필요가 있다. 특별히, Ia가 음의 방향에서 증가되면, Ib도 증가되는 관계가 요구된다.

또한, Ia = 0인 상태에 대해 마찰 로드가 증가된다고 가정한다. 의도되는 감속값을 유지하기 위해서는 가속 방향으로의 구동이 더 요구된다. 폐루프 구동에서, Ia는 음의 방향으로 커진다. 이 경우, Ia가 양의 방향으로 증가될 때 자연 감속의 가속값 변화는 Ia = 0일 때 폐루프 구동시 의도되는 감속값과 똑같다. Ia가 양의 방향으로 증가되므로(마찰 로드가 증가되므로), 자연 감속의 가속값은 증가된다. 특정한 지점에서(여기서는 Ia = b'), 자연 감속의 가속값은 마이크로스텝 구동시 의도되는 감속값과 똑같다.

이러한 상태의 마찰 로드에서는 마이크로스텝 구동시 스텝에서 벗어날 가능성이 가장 적다. 실질적으로 구동력이 요구되지 않으므로, Ib는 최소 진폭값(C")에 관련될 수 있다. 특별히, Ia = b'일 때, Ib = C"이다.

Ia = b'일 때와 비교해 마찰 로드는 더 증가된다고 가정한다. 자연 감속의가속값은 마이크로스텝 구동시 가속값 보다 더 크다. 감속 방향에서의 구동 토크가 요구된다. 스텝에서 벗어나는 것을 방지하기 위해, Ib는 증가될 필요가 있다. 특별히, Ia = b'에 대해, Ia의 값이 커지면 커질수록 Ib의 값이 더 커지는 Ia와 Ib 사이의 관계가 요구된다.

상술된 바와 같이, 도 19b에 도시된 의도 속도 프로파일에서, Ia 및 Ib는 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 Ib가 가능한한 작은 값으로 설정될 수 있도록 도 19a에 도시된 바와 같은 관계를 가질 필요가 있다.

상술된 바와 같이, 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)과 폐루프 구동시 전류 명령값의 진폭(Ia)은 식 7에 도시된 관계를 갖는다. Ib는 스텝에서 벗어나지 않는 범위에서 가능한한 작은 값으로 설정된다. 그래서, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 구동 수단(211)은 A- 및 B- 위상 고정기(203, 204)에 공급되는 구동 전류의 진폭을 감소시키고, 그에 의해 교환시 발생되는 구동력에서의 갑작스런 변화를 억제한다. 그러므로, 교환시 발생되는 불필요한 진동이나 충격을 감소하는 것이 가능하다.

또한, 실시예 7에 따라, 마찰 로드가 클 때에도, 또는 마찰 로드가 작고 제어되는 피사체가 큰 관성력을 가져 피사체가 그 속도를 유지할 때에도, 마이크로스텝 구동시 전류 명령값의 진폭(Ib)은 마찰 로드 및 관성력의 크기에 의존하여 증가된다. 그러므로, 회전자(202)와 A- 및 B-위상 고정자(203, 204) 사이의 인력이 증가될 수 있고, 그에 의해 스텝에서 벗어나지 않게 된다.

상술된 본 발명의 실시예 1 내지 7에서, 스테핑 모터를 제어하는 디바이스는광학 디스크 드라이브의 헤드 구동에 적용될 수 있음을 주목하여야 한다. 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 이들 디바이스 이외에 스테핑 모터를 제어하는 다수의 디바이스에 적용될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따라, 지시 발생 수단은 여자 코일(excitation coil)에 양의 제 1 구동 전류를 공급하는 제 1 명령값, 그 방향이 여자 코일에 대한 제 1 구동 전류와 반대인 음의 제 2 구동 전류를 공급하는 제 2 명령값, 및 여자 코일에 제 1 및 제 2 구동 전류 사이의 값을 취한 제 3 구동 전류를 공급하는 제 3 명령값 사이에서 교환된다. 에러 각도가 존재하더라도, 작동은 똑같은 구동 각도로 실행될 수 있다. 위상 진행 시간은 실질적으로 더 증가될 수 있다. 그러므로, 낮은 회전 범위에서 안정성을 손상시키지 않고 고속이 이루어질 수 있다.

또한, 지시 발생 수단이 제 3 명령값을 발생할 때, 여자 코일의 인덕턴스로 인해 여자 상태에서 지연을 보상하는 방향으로 여자 상태의 리드 각도(lead angle)가 증가되는 명령값이 발생된다. 이후에, 타이머 수단의 출력에 의존하여, 여자 상태의 리드 각도가 그 리드 각도 보다 작은 명령값이 발생된다. 그러므로, 구동 각도가 변하지 않는 경우 실질적으로 더 증가된 위상 진행 시간이 얻어질 수 있고, 그에 의해 낮은 회전 동작에서 안정성을 손상시키지 않고 고속을 얻게 된다.

스테핑 모터(stepping motor)가 소정의 양 만큼 회전될 때, 제 1, 제 2, 및 제 3 동작 모드 사이에서 교환되는 제어 수단은 제어 수단 자체에 의해 발생되는 타이밍에 따라 명령값 발생 수단에 명령값을 발생한다. 이후에, 제 3 동작 모드로교환되는 제 2 동작 모드에서, 지시 발생 수단은 여자 코일에 양의 제 1 구동 전류를 공급하는 제 1 명령값, 그 방향이 여자 코일에 대한 제 1 구동 전류와 반대인 음의 제 2 구동 전류를 공급하는 제 2 명령값, 및 여자 코일에 제 1 및 제 2 구동 전류 사이의 값을 취한 제 3 구동 전류를 공급하는 제 3 명령값을 발생한다. 또한, 제어 수단은 회전자(rotor)의 각도 위치에 의존하여, 명령값 발생 수단이 다른 명령값을 발생하게 하고, 그에 의해 구동이 전자기력으로 실행되는 각도 위치를 증가시키고, 회전 각도에서의 변화를 감소시킨다. 그러므로, 특정한 크기의 에러 각도가 존재하더라도, 최대 토크(torque)를 제공하게 되는 구동 각도로 작동이 실행될 수 있다. 작동 실패의 확률은 현저하게 감소될 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 기준값은 전류 속도에 의존하여 변한다. 그러므로, 속도의 감소는 임의의 속도에 대해 확실하게 검출될 수 있다. 고속 범위에서 제어 범위를 벗어나는 것은 단시간에 검출될 수 있다. 또한, 낮은 회전 범위에서 제어를 벗어나는 것을 검출하는데 있어서의 에러 발생이 방지될 수 있다. 출력 전압은 시간에 걸쳐 점차적으로 증가된다. 또한, 전형적인 제어와 유사하게, 출력 전압의 증가는 속도 에러에 비례한다. 그러므로, 구동 시스템이 모터 또는 전송 시스템 등의 마찰 로드에서 변화를 갖더라도, 모터 중단은 확실하게 방지될 수 있어 큰 오버슛(overshoot)이 발생되지 않는다.

또한, 본 발명에 따라, 폐루프(closed-loop) 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 폐루프 구동시 구동 전류의 진폭이 작으면, 마이크로스텝 구동시 구동 전류의 크기는 작은 값으로 설정된다. 그러므로, 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 구동 전류에는 갑작스런 변화가 발생되지 않는다. 회전자의 갑작스런 중단 및 불필요한 진동의 발생으로 인해 스텝에서 벗어나는 것이 방지될 수 있다. 그에 의해 안정된 속도 제어가 이루어질 수 있다.

또한, 폐루프 구동에서의 감속값은 실질적으로 마이크로스텝 구동에서의 감속값과 똑같다. 폐루프 구동이 마이크로스텝 구동으로 교환될 때, 가속값에는 변화가 없으므로, 그에 의해 불필요한 진동의 발생을 방지하게 된다.

Claims (20)

1. 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

   원주 방향에서 각도 θ°의 간격들로 일정하게 공간을 둔 자극을 갖는 회전자(rotor) 및 M-위상 여자 코일(M-phase excitation coil)(M은 2 보다 크거가 같은 정수이고, M-위상은 역위상을 포함하지 않는다)들을 포함하는 스테핑 모터(stepping motor)와;

   명령값들에 따라 여자 코일에 다수의 레벨들을 갖는 구동 전류를 공급하는 구동 수단과;

   구동 전류가 적어도 K 레벨(K는 정수)들을 갖는 다른 값을 취하는 경우에서, 명령값을 발생하는 명령값 발생 수단과;

   회전자의 회전에 대응하여 n개 펄스(n은 n ≥M·K를 만족시키는 정수)들을 발생하는 회전 각도 검출 수단; 및

   임의의 순서로 회전 각도 검출 수단의 n개 펄스들로부터 펄스들을 선택하고, 각 M-위상 여자 코일에 K 레벨들로 여자 교환 타이밍을 발생하는 여자 교환 타이밍 발생 수단을 구비하고,

   여자 교환 타이밍 발생 수단의 출력에 따라, K가 3 이상인 경우에서, 명령값 발생 수단은 여자 코일들에 양의 제 1 구동 전류를 공급하는 제 1 명령값, 그 방향이 여자 코일들에 대한 제 1 구동 전류와 반대인 음의 제 2 구동 전류를 공급하는 제 2 명령값, 및 여자 코일들에 제 1 및 제 2 구동 전류 사이의 값을 취한 제 3 구동 전류를 공급하는 제 3 명령값 사이에서 교환되는, 스테핑 모터 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 명령값 발생 수단은 타이머 수단을 포함하고,

   명령값 발생 수단이 제 3 명령값을 발생할 때, 명령값들은 타이머 수단의 출력에 따라 교환되는, 스테핑 모터 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 명령값 발생 수단이 제 3 명령값을 발생할 때, 명령값 발생 수단은 여자 코일들의 인덕턴스로 인한 여자 지연을 보상하도록 하는 방향으로 여자 상태에서 큰 리드 각도(lead angle)를 발생시키는 명령값을 발생하고, 이후에 타이머 수단의 출력에 따라 그 리드 각도 보다 작은 여자 상태에서의 리드 각도를 발생시키는 값을 발생하는, 스테핑 모터 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 명령값 발생 수단의 제 3 명령값은 여자 코일에 대한 구동 전류가 0이 되는 방식으로 설계된 상수값인, 스테핑 모터 제어 장치.
5. 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

   원주 방향에서 각도 θ°의 간격들로 일정하게 공간을 둔 자극을 갖는 회전자 및 M-위상 여자 코일(M은 2 보다 크거가 같은 정수이고, M-위상은 역위상을 포함하지 않는다)들을 포함하는 스테핑 모터와;

   명령값들에 따라 여자 코일들에 다수의 레벨들을 갖는 구동 전류를 공급하는구동 수단과;

   구동 전류가 적어도 K 레벨(K는 정수)들을 갖는 다른 값을 취하는 경우에서, 명령값을 발생하는 명령값 발생 수단과;

   회전자의 회전에 대응하여 n개 펄스(n은 n ≥M·K를 만족시키는 정수)들을 발생하는 회전 각도 검출 수단과;

   임의의 순서로 회전 각도 검출 수단의 n개 펄스들로부터 펄스들을 선택하고, 각 M-위상 여자 코일에 K 레벨들로 여자 교환 타이밍을 발생하는 여자 교환 타이밍 발생 수단; 및

   제 1, 제 2, 및 제 3 동작 모드들 사이에서 교환되는 제어 수단을 구비하고,

   제 1 동작 모드에서, 마이크로스텝(microstep) 구동이 구동 수단에 의해 실행되고, 스테핑 모터가 정지하고 있을 때, 회전자는 소정의 각도 위치에 유지되고,

   제 2 동작 모드에서, 스테핑 모터가 소정의 양 이상으로 회전될 때, 명령값 발생 수단은 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 명령값을 발생하게 되고, 이후에, 제 2 동작 모드는 제 3 동작 모드로 교환되고,

   제 3 동작 모드에서, 스테핑 모터는 여자 교환 타이밍 수단의 출력에 따라 명령값을 변화시킴으로서 제어되고, 또한

   제 2 동작 모드에서, 명령값 발생 수단은 여자 코일에 양의 제 1 구동 전류를 공급하는 제 1 명령값, 그 방향이 여자 코일들에 대한 제 1 구동 전류와 반대인 음의 제 2 구동 전류를 공급하는 제 2 명령값, 및 여자 코일들에 제 1 및 제 2 구동 전류 사이의 값을 취한 제 3 구동 전류를 공급하는 제 3 명령값을 발생하고, 제어 수단에 의해 회전자의 각도 위치에 따라 명령값 발생 수단에 다른 명령값들을 발생하는, 스테핑 모터 제어 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 제어 수단의 제 2 동작 모드에서 제 3 명령값은 여자 코일들에 대한 구동 전류가 0이 되는 방식으로 설계된 상수값인, 스테핑 모터 제어 장치.
7. 스테핑 모터에 대한 구동 전류에 의해 제어되는 피사체(subject)의 속도를 제어하는 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

   제어되는 피사체의 특정한 변위량에 따라 검출 펄스 신호를 발생하는 변위 검출 수단과;

   최종 검출 펄스 신호에서 현재 시간까지의 시간 간격을 측정하는 타이머 수단과;

   타이머 수단의 출력이 특정한 기준값을 넘을 때, 구동 전류를 변화시키는 제어 수단; 및

   변위 검출 수단의 출력에 따라 기준값을 갱신하는 기준값 갱신 수단을 구비하는, 스테핑 모터 제어 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 기준값 갱신 수단은,

   변위 검출 수단에 의해 발생된 각 검출 신호 사이의 시간 간격을 측정함으로서 제어되는 피사체의 속도를 검출하는 속도 검출 수단; 및

   소정의 대응관계에 따라 속도 검출 수단의 출력을 기준값으로 변환하는 변환 수단을 구비하고,

   변환 수단의 출력은 변위 검출 수단이 검출 신호를 발생할 때마다 기준값으로 갱신되는, 스테핑 모터 제어 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 변환 수단은 속도 검출 수단의 출력과 소정의 허용가능한 가속값을 근거로 허용가능한 속도를 계산하고, 허용가능한 속도의 역수에 비례하는 방식으로 기준값을 발생하는, 스테핑 모터 제어 장치.
10. 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

    회전자 및 다수의 여자 코일들을 포함하는 스테핑 모터와;

    회전자의 회전 변위에 대응하는 검출 펄스 신호를 발생하는 변위 검출 수단과;

    입력된 명령값에 따라 각 여자 코일에 구동 전류를 공급하는 구동 수단과;

    변위 검출 수단의 검출 펄스 신호에 대응하는 타이밍에 따라 구동 수단에 공급되는 명령값을 변화시킴으로서 스테핑 모터를 제어하는 제어 수단; 및

    최종 검출 펄스 신호에서 현재 시간까지의 시간 간격을 측정하는 타이머 수단을 구비하고,

    제어 수단은 타이머 수단의 출력이 기준값을 넘을 때 명령값을 변화시킴으로서 각 여자 코일에 공급되는 구동 전류의 비율을 변화시키는, 스테핑 모터 제어 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 의도되는 속도가 감속 방향으로 변화될 때 스테핑 모터의 여자 위상을 지연시키는 방향으로 구동 전류의 비율을 변화시키는 수단을 더 구비하는, 스테핑 모터 제어 장치.
12. 스테핑 모터에 대한 구동 전류에 의해 제어되는 피사체의 속도를 제어하는 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

    제어되는 피사체의 특정한 변위량에 대응하는 검출 신호를 발생하는 변위 검출 수단과;

    최종 검출 신호에서 현재 시간까지의 시간 간격을 측정하는 타이머 수단; 및

    타이머 수단의 출력이 특정한 기준값을 넘을 때, 구동 전류를 변화시키는 제어 수단을 구비하고,

    구동 전류의 변화는 타이머 수단의 출력에 따라 증가되는, 스테핑 모터 제어 장치.
13. 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

    회전자 및 여자 코일을 포함하는 스테핑 모터와;

    입력된 명령값에 따라 여자 코일에 구동 전류를 공급하는 구동 수단과;

    구동 수단에 공급되는 명령값을 변화시킴으로서 스테핑 모터를 제어하는 제어 수단과;

    회전자의 회전 변위에 대응하는 검출 신호를 발생하는 변위 검출 수단; 및

    최종 검출 신호에서 현재 시간까지의 시간 간격을 측정하는 타이머 수단을 구비하고,

    제어 수단은 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드 사이에서 교환되고, 제 1 동작 모드에서 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 구동 수단에 공급되는 명령값을 변화시키고, 또한 제 2 동작 모드에서 변위 검출 수단의 검출 신호에 대응하는 타이밍에 따라 구동 수단에 공급되는 명령값을 변화시켜, 스테핑 모터를 제어하고,

    제어 수단은 타이머 수단의 출력이 특정한 기준값을 넘을 때 제 2 동작 모드에서 제 1 동작 모드로 동작 모드를 교환하는, 스테핑 모터 제어 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 기준값은 소정의 상수값인, 스테핑 모터 제어 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 변위 검출 수단의 출력에 따라 기준값을 갱신하는 기준값 갱신 수단을 더 구비하고,

    속도 검출 수단의 출력은 변위 검출 수단이 검출 신호를 발생할 때마다 기준값 갱신 수단에 의해 미리 결정된 대응관계에 따라 기준값으로 변환됨으로서 갱신되는, 스테핑 모터 제어 장치.
16. 스테핑 모터 제어 장치에 있어서,

    접극자(armature) 및 여자 코일을 포함하는 스테핑 모터와;

    여자 코일들에 공급되는 구동 전류의 진폭 및 여자 위상을 제어하는 제어 수단; 및

    접극자의 위치에 대응하는 검출 신호를 발생하는 위치 검출 수단을 구비하고,

    제어 수단은 교환될 수 있는 제 1 동작 모드 및 제 2 동작 모드를 제공하고,

    제 1 동작 모드에서, 구동 전류의 여자 위상은 위치 검출 수단의 검출 신호에 대응하는 타이밍에 따라 제어되고,

    제 2 동작 모드에서, 구동 전류의 여자 위상은 제어 수단 자체에 의해 발생된 타이밍에 따라 제어되고,

    제어 수단의 동작 모드가 제 1 동작 모드에서 제 2 동작 모드로 교환될 때, 제 2 동작 모드에서 구동 전류의 진폭은 제 1 동작 모드에서 구동 전류의 진폭에 따라 설계되는, 스테핑 모터 제어 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 제어 수단은 소정의 의도되는 속도 프로파일(speed profile)에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 실행하고,

    제어 수단은 제 1 동작 모드에서 제 1 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고, 이어서 제 2 동작 모드에서 제 2 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고,

    제어 수단은 제 1 및 제 2 감속값을 실질적으로 동일한 값으로 설정하고, 제 1 동작 모드에서 구동 전류의 진폭이 감소됨에 따라, 제 2 동작 모드에서 구동 전류의 진폭이 감소되는, 스테핑 모터 제어 장치.
18. 제 17 항에 있어서, 제 1 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ia 및 제 2 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ib는 다음과 같은 관계를 갖고,

    Ib = k·|Ia| + C

    여기서, k 및 C는 양의 상수이고, Ia는 스테핑 모터를 가속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 양수이고, 스테핑 모터를 감속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 음수인, 스테핑 모터 제어 장치.
19. 제 17 항에 있어서, 제어 수단은 소정의 의도되는 속도 프로파일에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 실행하고,

    제어 수단은 제 1 동작 모드에서 제 1 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고, 이어서 제 2 동작 모드에서 제 2 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고,

    제어 수단은 제 1 감속값이 제 2 감속값 보다 크도록 제 1 및 제 2 감속값을 설정하고, 제 1 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ia 및 제 2 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ib는 다음과 같은 관계를 갖고,

    Ib = k'·|Ia + b| + C'

    여기서, k', b, 및 C'은 양의 상수이고, Ia는 스테핑 모터를 가속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 양수이고, 스테핑 모터를 감속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 음수인, 스테핑 모터 제어 장치.
20. 제 17 항에 있어서, 제어 수단은 소정의 의도되는 속도 프로파일에 따라 스테핑 모터의 속도 제어를 실행하고,

    제어 수단은 제 1 동작 모드에서 제 1 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고, 이어서 제 2 동작 모드에서 제 2 감속값으로 스테핑 모터를 감속시키고,

    제어 수단은 제 1 감속값이 제 2 감속값 보다 작도록 제 1 및 제 2 감속값을 설정하고, 제 1 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ia 및 제 2 동작 모드에서 구동 전류의 진폭 Ib는 다음과 같은 관계를 갖고,

    Ib = k" · |Ia - b'| + C"

    여기서, k", b', 및 C"은 양의 상수이고, Ia는 스테핑 모터를 가속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 양수이고, 스테핑 모터를 감속하는 방향으로 구동 전류가 공급될 때 음수인, 스테핑 모터 제어 장치.